JP5076922B2 - ハンダボール印刷装置 - Google Patents

Description

本発明はスクリーン印刷装置に係り、特にハンダボールを基板面上に印刷するためのハンダボール印刷装置に関する。

１００〜１８０μｍピッチのボールバンプ形成（直径５０〜１００μｍ）において、公知の高精度スクリーン印刷装置を用い、クリームハンダを印刷後にリフローし、ハンダボール形成を実施する印刷法がある。スクリーン印刷装置の１例としては、基板搬入コンベア、基板搬出コンベア、昇降機構を備えたテーブル部、転写パターンを開口部として有するマスク、スキージ、スキージ昇降機構および水平方向移動機構を備えたスキージヘッド、これらの機構を制御する制御装置を備えている。

基板を搬入コンベア部から装置内に搬入後、基板を印刷テーブル部に仮位置決め固定し、この後、基板と回路パターンに対応した開口部を有するマスク（スクリーン）の双方のマークをカメラで認識して、双方のずれ量を位置補正し、基板をスクリーンに位置合わせしてから、基板がスクリーンと接するように印刷テーブルを上昇させ、スキージによってスクリーンを基板に接触させながらスクリーンの開口部にクリームハンダ等のペーストを充填し、さらにテーブルを下降して、基板とスクリーンを離す（版離れさす）ことによってペーストを基板上に転写し、その後、基板を装置から搬出することによって印刷がなされている。

また、高精度で微細な穴あけ加工された冶具にハンダボールを振込み、所定のピッチで整列させ直接基板上に移載し、載置後にリフローすることでハンダボール形成するボール振込み法が知られている。

更には、特許文献１によれば、マスクを揺動または振動させ所定の開口にハンダボールを充填する方法やブラシの併進運動等による充填後に加熱する工程からなる方法がある。また、特許文献２によれば、ハンダボールをトレイ上に載せておき管で吸着して電極パッドへ再充填する方法がある。

特開２０００−４９１８３号公報 特開２００３−３０９１３９号公報

クリームハンダによる印刷法は設備コストが安価であり、一括して大量のバンプ形成が可能であることからスループットが高く製造コストが低く抑えられる利点がある。しかしながら、印刷法は転写体積の均一性確保が難しくフラッタリング処理による、リフロー後のハンダバンプをプレスし高さを平滑化する処理を行っており、工程数が多く設備コストがかかるという問題が存在する。また、デバイスの高密度化に伴い１００〜１５０μｍピッチ等へファイン化が進展した場合、印刷歩留まりが悪く生産性が良くないという点が存在する。

一方、ハンダボール振込み法はハンダボールの分級精度確保により安定した高さのバンプ形成が可能であるが、ハンダボールを高精度なハンダボール吸着冶具を用い、ロボットで一括充填しているため、ファイン化した場合のタクトの増大、冶具・設備価格アップによるバンプ形成コストの増大という問題が存在する。

更には、特許文献１によるスクリーンを揺動または振動させ所定の開口にハンダボールを充填する方法では、ハンダボール粒子径の小径化に伴い粒子間のファンデスワールス力による密着現象や静電気による吸着現象が発生し、マスク開口部に充填できない問題が存在する。また同様にスキージやブラシの併進運動等による充填においても同様な問題が存在する。

また、特許文献２の方法では、リペアはできても、残存フラックスの量が少なくなっている可能性が極めて大であり、一括リフロー時にハンダの濡れ性が悪い場合、ハンダボールは溶けても電極パッド部に対するハンダ付けが不完全となる濡れ不良が発生する恐れがある。

本発明の目的は、上記課題を解決するために、フラックス印刷後に、フラックスの状態を検査し、補修することで、印刷法のように一括して大量のバンプ形成が可能であり、かつ、ハンダボール振込み法のように安定した高さのバンプ形成が可能な、安価で高速に効率よく印刷・充填を可能とした生産性の高い超ファインピッチのバンプを形成できる、ハンダボール充填用印刷装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、基板の電極パッド上にフラックスを印刷するフラックス印刷部と、前記フラックスの印刷された電極上にハンダボールを供給するハンダボール充填・印刷部と、ハンダボールの印刷された基板の状態を検査し、不良状態に応じて補修を行う検査・リペア部からなるハンダボール印刷装置において、前記フラックス印刷部と前記ハンダボール充填・印刷部の間に、フラックスの印刷された基板の状態を検査し、不良状態に応じて補修を行うフラックス検査・リペア部を設け、前記ハンダボール充填・印刷部は、前記基板にハンダボールを供給するスクリーンと、前記スクリーンにハンダボールを充填するスリット状体を有する印刷手段を備えたことを特徴とする。

また、前記ハンダボール充填・印刷部は、基板を載置する磁性を帯びた印刷テーブルと、前記基板に接してこの基板の電極上にハンダボールを供給する開口部を有する金属製の前記スクリーンと、前記スクリーンの上方に配置され前記スクリーンの開口部にハンダボールを充填する金属製の前記スリット状体を有する印刷手段を備え、前記印刷テーブルと前記スクリーンの磁気吸引力を、前記スクリーンと前記スリット状体の磁気吸引力より大きく設定した。

また、前記印刷テーブルはネオジウム製磁石を有し、前記スクリーンはニッケルで形成され、前記印刷手段のスリット状体はＳＵＳ３０４で形成されている。
また、前記印刷テーブルと前記スクリーンとの磁気吸引力を１０〜１００ｇｆ/ｃｍ^２に設定し、前記スクリーンと前記スリット状体との磁気吸引力を０．１〜１０ｇｆ/ｃｍ^２に設定した。

また、前記印刷テーブルには表面磁束密度５００〜２０００Ｇのネオジウム製磁石が施設されている。

本発明によれば、ハンダボール充填不良の大きな要因であるフラックス印刷不良を先頭工程において早期に処理することで、生産性を向上させることができる。また、本発明によれば、ハンダボール充填効率を高め、タクト短縮ならびに充填率の高いハンダボール充填・印刷が可能であるため、生産性を向上させることができる。更には、フラックス印刷〜ハンダボール充填〜検査・リペアまでの各装置の稼働効率を高め、タクトを短縮することができるので、ハンダバンプ高さ精度が良く、安定した大量のハンダバンプを一括で安価に高速で形成することが可能である。また装置もシンプルな構成となり設備コストも低く抑えることができる。

以下、図面を参照して、本発明の印刷装置及びバンプ形成方法の好適な実施の形態について説明する。図１に、フラックス印刷部及びハンダボール充填・印刷部における印刷工程の概要を示す。図１（ａ）にはフラックス印刷工程を、（ｂ）にハンダボール充填・印刷の状況を示す。

図１（ａ）において、基板２１に予め設けてある電極パッド２２の位置と形状に合わせて開口部を設けたフラックス印刷用スクリーン２０上に、フラックスを載せ、スキージ３を移動することで、基板２１の電極パッド２２上に所定量のフラックス２３を印刷する。

本実施例では、スクリーン２０はフラックス印刷用のスクリーンで、高精度なパターン位置精度を保障できるように、アディティブ法で製作したメタルスクリーンを使用している。スキージ３としては角スキージ・剣スキージ又は平スキージのいずれかを用いている。フラックス２３の粘度・チクソ性に応じたスクリーンギャップと印圧およびスキージ速度を設定し印刷動作を行う。フラックス２３の印刷量が少な過ぎると、ハンダボール２４を充填する時にハンダボールを電極パッド２２上に付着できない。また、ハンダボール印刷後の後工程であるリフロー時に、ハンダ濡れ不良の要因となり、綺麗な形状のハンダバンプが形成できず、ハンダバンプ高さ不良やハンダ接続強度不足の要因ともなる。

また、フラックス２３の量が多すぎると、ハンダボール充填・印刷時に、ハンダボール２４を電極パッド２２上に供給するための後述のスクリーン２０ｂに設けた開口部２０ｄ等に、フラックス２３が付着することがある。スクリーン開口部にフラックス２３が付着すると、ハンダボール２４がスクリーンの開口部２０ｄに付着して、電極パッド２２上に転写できないという問題が発生する。このようにフラックス印刷は、ハンダボール充填品質において最も重要なファクターを持つ工程である。

次に、図１（ｂ）に示すように、充填ユニット６０（印刷手段）（図７参照）を備えたハンダボール充填・印刷部の主要部で、フラックス２３の印刷された基板２１の電極パッド２２上にハンダボール２４を充填・印刷する。ハンダボール２４を各電極パッド２２に１個ずつ供給するため、スクリーン２０ｂは開口部２０ｄを有し、この開口部２０ｄを電極パッド２２上に位置合わせした状態で、供給する。従って、高精度なパターン位置精度を保障できるようにアディティブ法で製作したメタルスクリーンを使用している。

ハンダボール２４が基板２１とスクリーン２０ｂの間に潜り込み余剰ボール不良とならないよう、基板２１とスクリーン２０ｂのギャップがほぼゼロとなるように、基板２１を載置する印刷テーブル１０（磁石ステージ）にはネオジウム磁石を用い、このハンダボール充填用のスクリーン２０ｂの材質は、印刷テーブル１０からの磁力吸引されるように磁性体材料としてニッケルを用いる。

更に、スクリーン２０ｂの裏面(基板２１と接触する側)には、フラックス２３を印刷済みの基板２１が密着した時に、フラックス２３のにじみがスクリーン開口部２０ｄ周囲に付着しないように、ニッケル製の微小な複数の支柱（ポスト構造）２０ａをスクリーン２０ｂと一体に成形してある。これにより、フラックス２３のにじみの逃げ部を構成している。なお、この逃げ部を構成しても印刷テーブル１０による磁気吸着力により、基板２１とスクリーン２０ｂの裏面間の隙間はハンダボール直径に比較し極めて小さくなり、ハンダボールの入り込みが無いように近接せしめたものである。

また高精度に所定位置の電極パッド２２にハンダボール２４を供給するため、基板２１の４つのコーナーに位置決めマーク（図示せず）を設けてある。基板２１側に設けた位置決めマークに対応して、スクリーン２０ｂ側にも位置決めマークが設けてある。これらの位置決めマークをＣＣＤカメラ１５（図４参照）により視覚認識し、スクリーン２０ｂ側に設けてある位置決めマーク位置と、基板２１側の位置決めマーク位置が一致するように、高精度に位置合わせを実施する。本実施例において、位置合わせは基板２１を搭載している印刷テーブル１０を水平方向に移動させることによって行っている。

位置合わせが終了すると、基板２１とスクリーン２０ｂの間隔を狭めて、スクリーン２０ｂを基板２１に接触させ、充填ユニット（印刷手段）６０を動作させて、ハンダボール２４をスクリーン２０ｂの開口部２０ｄに充填し、ここからフラックス２３の印刷された基板２１面上の電極パッド２２に供給する。ハンダボール供給用の充填ユニット６０（図７参照）の下部側には、スリット状体６３が設けてあり、充填ユニット６０を揺動・前進動作することで、ハンダボール２４を押し転がし回転・振動を与え、スクリーンの開口部２０ｄへ充填する。

図２に、ハンダボール印刷装置の一実施例の工程説明図を示す。本図に示す装置はフラックス印刷部１０１、フラックス検査・リペア部１０２、ハンダボール充填・印刷部１０３、ボール搭載検査・リペア部１０４までを一体にした装置である。但し、前記各々の部位を単独装置として構成しても良い。また、フラックス検査・リペアの機能をボール搭載検査・リペア部に合わせ持たせる構成も可能である。本装置では、まず、フラックス印刷部(スクリーン印刷方式)１０１で基板上２１の各電極パッド２２にフラックス２３を印刷する。その後、搬送コンベア（スラックス印刷部側からは搬出コンベアであり、ハンダボール充填・印刷部から見ると基板搬入コンベアとなる）を介してハンダボール充填・印刷部１０３にてスクリーン２０ｂを介して電極パッド２２にハンダボール２４を供給する。

なお、フラックス印刷部１０１とハンダボール充填・印刷部１０３で大きく異なる部分は印刷ヘッド部で、フラックス印刷部１０１はスキージ構造であり、ハンダボール充填・印刷部１０３はハンダボールを供給するための充填ユニット６０で構成されている。検査・リペア部１０２、１０４は印刷ヘッド部がディスペンサ型の吸引・供給ヘッド構造となっている。又検査・リペア部ではスクリーンを使用する必要がないためスクリーン取り付け用の版枠受け等が設けられていない。

図３に、本実施例におけるバンプ形成のフローチャートを示す。基板搬入(ＳＴＥＰ１)後に、電極パッド２２上に所定量のフラックスを印刷する（ＳＴＥＰ２）。次に、フラックス印刷後の電極パッド表面状態を検査する（ＳＴＥＰ３）。検査によりＮＧ（不良）の場合、ＮＧ部にフラックスを再供給してリペアすると共に、フラックス印刷部１０１にＮＧ情報をフィードバックし、版下清掃装置４５にて自動的にスクリーン清掃を実施する（ＳＴＥＰ４）。

ＮＧとなった基板は、ボール印刷以降の工程を実施しないようＮＧ信号と共に後工程のコンベア上で待機させライン外へ排出することも可能である。インラインのＮＧ基板ストッカー等を使用することで、マガジン一括で排出する構成とすることでも良い。ＮＧ基板はライン外の工程で洗浄実施後、再度フラックス印刷に使用可能となる。

次に、ハンダボール充填・印刷を実施する（ＳＴＥＰ５）。ハンダボール充填・印刷後、版離れさせる前にスクリーン上方からスクリーン開口内へのハンダボール充填状況を検査する（ＳＴＥＰ６）。検査の結果、充填不足の箇所があった場合、版離れ前に再度、ハンダボール充填・印刷動作を実行（ＳＴＥＰ７）する。これにより、ハンダボール充填率を向上させることができる。

ＳＴＥＰ６でＯＫとなったら版離れを実施する（ＳＴＥＰ８）。次に、ハンダボール充填後の検査・リペア装置１０４にて充填状況を検査（ＳＴＥＰ９）する。充填状況検査ＮＧの場合は、フラックス供給の上、ＮＧポイントの電極パッド部にハンダボールを再供給する（ＳＴＥＰ１０）。充填状況検査でＯＫの場合、リフロー装置（図示せず）にてハンダボールを再溶融し、ハンダバンプが完成する。

図４に、本発明におけるスクリーン印刷装置（主にフラックス印刷部）の概略構成を示す。図４（ａ）にスクリーン印刷装置の正面から見た構成と、（ｂ）にシステム構成図を示す。さらに図５（ａ）、（ｂ）にスクリーン印刷装置の動作を説明するための図を示す。

本体フレーム１には図示していない版枠受けが設けられており、版枠受けには印刷パターンを開口部として持つスクリーン２０を版枠２０ｃ（図６参照）に張ったマスクがセットされるように構成されている。本図では、スクリーン２０の上方には、スキージ３を設けた印刷ヘッド２が配置されている。

フラックス印刷部１０１の場合は、印刷ヘッド２にウレタン製のスキージ３を装着している。ハンダボール充填・印刷部１０３の場合は、印刷ヘッド２にスキージ３に代えてスリット状体６３等で構成されている充填ユニット（印刷手段）６０を装着している。印刷ヘッド２は印刷ヘッド移動機構６により水平方向に、印刷ヘッド昇降機構４により上下に移動が可能に構成してある。スキージ３を充填ユニット６０に置き換えることで、充填ユニット６０は印字ヘッド昇降機構４によって上下方向に移動できる。

スクリーン２０の下方には、スクリーン２０に対向するように、印刷対象物である基板２１を載置して保持するための印刷テーブル１０が設けて有る。この印刷テーブル１０は、基板２１を水平方向（ＸＹθ方向）に移動してスクリーン２０との位置合わせを行うＸＹθテーブル１１と、基板２１を搬入コンベア２５から受け取り、かつ基板２１をスクリーン２０面に近付けるか又は接触させるためのテーブル昇降機構１２とを備えている。

印刷テーブル１０の上面には基板受け取りコンベア２６が設けられており、基板搬入コンベア２５によって搬入された基板２１を印刷テーブル１０上に受け取り、印刷が終了すると基板搬出コンベア２７に基板２１を排出する。

スクリーン印刷装置においてはスクリーン２０と基板２１の位置合わせを自動的に行う機能を備えている。すなわち、ＣＣＤカメラ１５によって、スクリーン２０と基板２１のそれぞれに設けられている位置合わせ用マークを撮像し、画像処理して位置ずれ量を求めて、そのずれ量を補正するようにＸＹθテーブル１１を駆動して位置合わせを行うものである。

なお、版離れ制御部３９や各部の駆動制御部等からなる印刷制御部３６や、ＣＣＤカメラ１５からの画像信号を処理する画像入力部３７備えた印刷機制御部３０は、印刷機本体フレームの内部に設けてあり、制御用データの書き換えや、印刷条件の変更等を行なうためのデータ入力部５０や、印刷状況等や取込んだ認識マークをモニタするための表示部４０が印刷機の外側に、配置してある。

印刷機制御部３０には、充填ユニット６０をコントロールする印刷制御部３６を持ち、生産するバンプのピッチやハンダボール粒子径の違い及び使用するメタルマスクの種類によって適切な充填・印刷モードを簡単にセレクト設定できる。

また、入力画像に応じて相関値を計算する相関値計算部３１や、取り込んだ画像や辞書３８からのデータに基づいて形状を求める形状推定部３２、位置座標を求める位置座標演算部３３、寸法計算部３４を備え、ＣＣＤカメラ１５で撮像したデータから、基板２１とスクリーン２０に設けてある位置認識マークに基づいて、位置ずれ量を求めとめて、ＸＹθテーブル制御部の指令に基づいてＸＹθテーブル１１を駆動して位置合わせを行う構成となっている。

次にハンダボール充填・印刷部を例に取り、印刷装置の動作を説明する。ハンダバンプを形成される基板２１は、基板搬入コンベア２５によって基板受け取りコンベア２６に供給される。印刷テーブル１０の位置まで基板２１が搬送されると、印刷テーブル１０を上昇させることで、基板受け取りコンベア２６から印刷テーブル１０上へ基板２１が受け渡される。印刷テーブル１０に受け渡された基板２１は、印刷テーブル１０の所定の位置に固定される。基板２１を固定後、予め登録設定された基板マーク位置にＣＣＤカメラ１５を移動する。その状況を図５（ａ）に示す。

続いてＣＣＤカメラ１５が基板２１及びスクリーン２０に設けられた位置認識用マーク（図示せず）を撮像し、印刷機制御部３０に転送する。印刷機制御部内の画像入力部３７では、画像データからスクリーン２０と基板２１の位置ずれ量を求め、その結果に基づいて印刷機制御部３０は印刷テーブル１０を移動させるＸＹθテーブル制御部３５を動作させてスクリーン２０に対する基板２１の位置を修正・位置合わせする。

位置合わせ動作完了後の状況を図５（ｂ）に示す。まず、ＣＣＤカメラ１５が印刷テーブル１０と干渉しない位置まで所定量退避動作する。ＣＣＤカメラ１５が退避完了後、印刷テーブル１０が上昇し、基板２１とマスク２０を接触させる。その状態で印刷ヘッド昇降機構４を動作させてスキージ（図ではスキージ３を示しているが、ハンダボール充填工程では充填ユニット６０の先端のスリット状体６３となる。）をスクリーン面に接触させる。次に、スリット状体６３を加振・揺動させながらスクリーン面上を印刷ヘッド駆動用のモータ２ｇを回転駆動することにより水平移動させて、スリット状体６３の開口からスクリーン面に設けた開口を介して基板２１の電極パッド２２部にハンダボール２４を充填する。

印刷ヘッド２は水平方向に一定距離ストロークした後に上昇する。そして、印刷テーブル１０が下降し、スクリーン２０と基板２１が離れ、スクリーン２０の開口部に充填されたハンダボール２４は基板２１に転写される。そして、ハンダボール２４が印刷された基板２１は基板搬出コンベア２７を経て次工程に送られる。

なお、前述のように、基板２１とスクリーン２０には相対的に同一な箇所に認識位置合わせ用マークが２ケ以上設けられている。この双方のマーク各々を、上下方向２視野を有する特殊なＣＣＤカメラ１５により、スクリーン２０のマークは下から認識し、基板２１のマークは上から認識して、所定箇所に設けてあるマーク全ての位置座標を読み取り、スクリーン２０に対する基板２１のずれ量を位置演算・補正し、基板２１をスクリーン２０に対して位置合わせする。

図６に、フラックスを印刷後のスクリーンの開口状態を示す。図６（ａ）はスクリーン全体の状体を、図６（ｂ）に１つの電極群を設けた開口部の状況を、図６（ｃ）にフラックス２３を印刷した後の開口部の状況を示している。フラックス２３の印刷後における通常のスクリーン２０の開口状況を図６（ｃ）に示す。適切なスクリーンギャップ（スクリーンと基板の間隔）と印圧（スキージのスクリーンへの押し付け力）およびスキージ速度の設定により、フラックス２３がスクリーン２０の開口部２０ｋに十分充填され、スキージ３の通過と同時に基板２１とスクリーン２０が版離れすることで、確実に基板２１の電極パッド２２部へフラックス２３が転写できる。なおスクリーン２０は版枠２０ｃに固定されている。

スクリーン印刷用のフラックス２３の粘度、チクソ性およびスクリーン２０の開口２０ｋの径がファインであることが影響し、印刷後のスクリーン２０の開口部２０ｋの状況は、正常な印刷状態で開口部内から完全にフラックス２３が無くなるのでは無く、薄く皮膜ができる状況となる。

フラックス２３のにじみ・飛散・乾燥等の要因で、スクリーン２０の開口部２０ｋが目詰りしたり、版離れ又は転写性が悪くなってくると、印刷結果が不均一な状況となる。その印刷状態は、基板２１を確認せずとも印刷用のスクリーン２０を確認することで合否が判定可能である。図６（ｃ）の（１）はスクリーン開口部が正常な状態を、（２）は部分的に目詰り起こした状態を、（３）は全体的に目詰りを起こした状態を示している。基板側への転写量が多い部分では、スクリーンの開口側へのフラックスの残留量が少なく、反対に基板側への転写量が少ない部分では、スクリーンの開口側へのフラックスの残留量が多くなる。即ち基板２１への印刷状態を反転した状態がスクリーン２０側で観察できる。

スクリーン２０の開口状態の合否判定は次のようにしてなされる。ＣＣＤカメラ１５でスクリーン２０の開口状態が撮像され、この撮像された画像は画像入力部３７を介して印刷機制御部３０に取り込まれる。次いで、予め辞書３８に記憶されているスクリーン２０の開口状態の基準モデルの画像と、上記で取り込まれたスクリーン２０の開口状態の画像が比較され、寸法計算部３４で「正常」か「不良（ＮＧ）」かの判定がなされる。判定の結果、「正常」はスクリーン開口部が正常な状態を示し、「不良（ＮＧ）」はスクリーン開口部が部分的に目詰り起こした状態、又は全体的に目詰りを起こした状態を示す。

フラックスを印刷した後に、不良（ＮＧ）と判定されたスクリーン２０の開口状態を図６（ｃ）の（２）及び（３）に示す。（２）は完全に印刷が不均一となり模様がまだらになって見える。この検出には白黒カメラによるパターンマッチングにて簡単に判定が可能である。

一方（３）のようなＮＧの場合は、フラックス２３が基板２１に印刷されずにスクリーン２０の開口２０ｋ部に多く残っている。このため、フラックス残りの程度が色の濃さの違いにより判定が可能であるため、画像処理による濃淡グレースケールモデルによる比較で簡単に判定できる。もしくは、カラーカメラを使用した色差比較等にて判定することでも良い。

なお、スクリーン２０の開口部の状況を位置決め用のＣＣＤカメラ１５で確認するにはスクリーン２０の下部から上方向へ照明を当て、スクリーン２０の上方に配置したＣＣＤカメラで確認する方法が安定した画像が取れる。スクリーン２０の上方から下方向へ照明を当てる方法を取ることでも良い。ＣＣＤカメラ１５は上下にカメラ（撮像部）を有するために、位置決めマークを撮像する位置決用カメラとして用いられるときは上向きと下向きのカメラが使用され、印刷後のスクリーン２０の開口部の状況を観測する検査用カメラとして用いられるときは上部のカメラが使用される。

スクリーン２０の状態を検査後、検査結果がスクリーン開口部の目詰まりやフラックスの付着汚れ等のＮＧ信号を寸法計算部３４から発報した場合、印刷機制御部３０の指令により印刷装置内に具備した版下清掃装置４５（図５参照）にて自動的に清掃を実施し、必要に応じフラックス２３を供給補充する。またＮＧとなった基板は、ハンダボール印刷以降の工程を実施しないようＮＧ信号と共に、印刷機制御部３０の指令により後工程のコンベア上で待機させライン外へ排出する。インラインのＮＧ基板ストッカー等を使用することでマガジン一括で排出することでも良い。ＮＧ基板はライン外の工程で洗浄実施後、再度フラックス印刷に使用可能となる。

次に、図７に内径側照明を使用したカメラによるパッド表面検査方法について説明する。電極パッド２２部に印刷転写されたフラックス２３は、反射光方式による顕微鏡観察では、照明光がフラックス２３を容易に通過してしまうため、フラックス２３の有無の識別が困難である。転写されたフッラクス２３の直径が電極パッド２２径よりも大きい場合や、転写位置ズレが生じて電極パッド２２の外に転写された場合においては、反射光方式での顕微鏡観察にてフラックス２３の有無判別が可能であるが、電極パッド２２上に形成されたフラックス２３の有無判別が難しいため、転写面積の適否判断が出来ない。

そこで図７の最下図に示すように、内径側照明１５Ｌを使用したＣＣＤカメラ１５による検査方法を用いれば、転写されたフラックス２３に対し上方からではなく、フラックス２３の外周方向に照明が当たることで、被写体を浮き上がらせる効果により、フラックス２３の判別が可能となる。自動検査については前記同様にＣＣＤカメラ１５に具備する照明を下向き照明から内径照明１５Ｌに切り替えることで対応可能となる。

また、内径照明を持たせたＣＣＤカメラ１５に電極パッド２２と垂直方向に上下する機構と位置計測機構を併用することで、フラックス２３の頂点部及び底辺部の位置を関係を測定することで、フラックス２３の高さ及びフラックス２３の量が計測できる。

使用照明の波長は可視光領域の中でも紫外領域側に近い波長をもたせたブルーライトとすると判別性が良くなる。

更には、フラックス２３に蛍光材料を含有させ、紫外線領域の波長をもつ照明にて印刷結果を観察することで、フラックス２３に含有した蛍光材料からの光で容易にフラックス２３の判別が可能となる。

図８に、ハンダボール印刷ヘッド（印刷手段、充填ユニット６０）の構造を示す。充填ユニット６０は、筐体６１と蓋６４とシブ状体６２で形成される空間にハンダボール２４を収納するボールケースと、シブ状体６２に対して下方に間隔をあけて設けられたスリット状体６３から構成されている。シブ状体６２は供給対象のハンダボール２４の直径に適合するように、網目状の開口或いは連続した長方形状のスリット等の開口を持つ極薄の金属板で形成してある。シブ状体６２の下部には、スリット状体６３を配置し、スリット状体６３がスクリーン２０ｂと面接触するように構成してある。

本図に記載の無い印刷ヘッド昇降機構４により、スクリーン２０ｂに対するスリット状体６３の接触度合い・ギャップを微調整可能となっている。スリット状体６３は、磁性体材料を用い、対象のハンダボール２４の直径及びスクリーン２０の開口寸法に適合するように、網目状の開口或いは連続した長方形状のスリット等の開口を持つ極薄の金属板で形成してある。

スクリーン２０ｂは、印刷パターン部に支柱（ポスト構造）２０ａを持つスクリーン及び支柱をニッケル製で一体的に形成され、基板載置部に表面磁束密度５００〜２０００Ｇとしたネオジウム製のシート状の磁石を敷設した印刷テーブル１０とを設けている。そして、スクリーン２０ｂと印刷テーブル１０の磁力による吸着力を１０〜１００ｇｆ/ｃｍ^２とすることで、基板２１の表面とスクリーン２０ｂとをハンダボール直径以上の隙間が出来ないよう近接させることが可能となる。上記吸着力が弱すぎるとスクリーン２０ｂの下部と基板２１表面に隙間があき、ハンダボール２４が入り込み不良要因となる。

印刷終了後に基板２１がスクリーン２０ｂから離れる時は、印刷テーブル１０の下降速度及び加速度を制御することで、スクリーン２０ｂの引き剥がし動作が基板の周囲から中央部に向って流れるように行われることで均一な版離れが実施できる。しかし、前記磁力による吸着力がスクリーンのテンションに対し強すぎると制御が出来なくなる。


また印刷手段（充填ユニット）６０のスリット状体６３とスクリーン２０ｂの磁気吸着力が、基板載置部に表面磁束密度５００〜２０００Ｇとしたネオジウム製シート磁石１０ｓを敷設した印刷テーブル１０により、０．１〜１０ｇｆ/ｃｍ^２となるように設定している。印刷手段（充填ユニット）６０を構成する印刷用スリット状体６３、及びボール回収用スリット状体をＳＵＳ３０４製とし、スクリーンをニッケル製とすることで、スクリーン上のハンダボールに対してスリット状体６３が、前記印刷テーブル１０から生じる磁力にてスクリーン２０ｂに垂直方向に均一にソフトに作用することで微小ボールをスリット状体６３の中に保持しながら、なおかつボールに変形ダメージを与えないようにしてスクリーンの開口部２０ｄに充填する動作が効率よく行えるようになる。

図９に、印刷手段のハンダボール収納部であるボールケース６１に設けてあるシブ状体６２を水平方向に加振する水平振動機構を示す。蓋６４の上部に、ボールケース側面に平行な位置に加振手段６５を取り付けた支持部材７０を設けた構成とした。この構成により、ボールケース側面側から加振手段６５により加振することで、シブ状体６２を加振するものである。シブ状体６２を振動させることで、シブ状体６２に設けてあるスリット状の開口がハンダボール２４の直径より大きく開くことができる。

これにより、シブ状体６２のスリット部から、ボールケースに収納したハンダボール２４がスリット状体６３上に落下する。スリット状体６３上に落下させるハンダボール２４の量、すなわちハンダボール２４の供給量は加振手段６５による加振エネルギーを可変することで調整可能である。

本図に示した加振手段６５は、エアーロータリー式バイブレータを用い、圧縮エアー圧力をデジタル制御により微調整することで振動数を制御できるものである。圧縮エアー流量を可変することでも振動数を可変しても良い。また、シブ状体６２およびボールケースは加振手段６５により、ボールケースに収納されたハンダボール２４に振動を与え、ハンダボール２４間に働くファンデスワールス力による吸引力を相殺し分散させる。前記分散効果により、ハンダボール２４の材料や生産環境における温度・湿度の影響でハンダボール供給量が変化しないよう生産効率を配慮した調整が可能となる。

図９に、充填ユニット６０の水平揺動機構を示す。スリット状体６３は磁性材料を用いて形成されている。磁性材料を使用することで磁石内臓ステージ（印刷テーブル１０）からの磁力により、磁性材料で形成されたスクリーン２０に対しスリット状体６３が吸着可能としたものである。図９に示すように、水平揺動機構は次のように構成されている。支持部材７０の上部にリニアガイド６７を設け、前記リニアガイド６７が移動できるようにリニアレールを設けた充填ユニット支持部材７１が設けてある。この充填ユニット支持部材７１には駆動用モータ６８が設けてあり、この駆動用モータ軸に設けた偏芯カム６６が取り付けられ、偏芯カム６６が回転することで支持部材が左右方向に移動する構成となっている。

すなわち、水平方向に水平揺動機構は、図１０に示すように駆動用モータ６８により偏芯カム６６を回転させることにより、任意のストローク量にてスリット状体６３に揺動動作を与えるものである。スリット状体６３は、磁力によりスクリーン２０ｂに吸着された状態で揺動動作するので、スリット状体６３とスクリーン２０ｂ間に隙間が空かずに確実にハンダボール２４を転がすことが可能である。また、スリット状体６３の開口サイズにより、ハンダボール２４を確実にスリット状体６３の開口部２０ｄに補足しながら効率の良い充填動作が可能である。スクリーン２０と揺動動作のサイクル速度は、駆動用モータ６８を速度制御することで任意に可変でき、ラインバランスを考慮したハンダボール２４の充填タクトを設定することができる。また、ハンダボール２４の材料の種類、スクリーン２０ｂの開口部２０ｄおよび環境条件に適合したサイクル速度に調整することで充填率を制御可能とした。

図１１に充填ヘッドにヘラ状体（ハンダボール回収手段）を設けた構成の図を示す。充填ユニット６０により基板２１上にハンダボール２４を供給した後に、スクリーン２０ｂを基板２１面から離す時、すなわち版離れを行い基板２１上へハンダボールを転写する時に、スクリーン２０ｂの版面状にハンダボール２４の残りがあると、スクリーン２０ｂの開口を通してハンダボール２４が基板２１上に落下、過剰ハンダボールの不良の原因となる。そのため、本実施例では充填ユニット６０の進行方向にボールケースに対して間隔を空けて、ヘラ状体６９をスリット状体６３と略同じ高に設けてある。ヘラ状体６９の先端は極薄で平坦精度の高い状態に研磨しており、スクリーン２０ｂに密着した状態でハンダボール２４を充填ユニット６０の外部にはみ出さないようにする。このようにヘラ状体６９により余分な半田ボールを回収することが可能となる。

また、ヘラ状体６９は磁性体材料を用いれば、スリット状体６３同様に磁力でスクリーン２０ｂに吸着するので、ハンダボール２４を充填ユニット６０の外部へ出さないようにできる。なお、ヘラ状体６９をボールケース６１の外周部全領域に設けるように構成しても良い。

更には、ヘラ状体６９をハンダボール直径より十分大きな孔を具備した多孔室発泡体により形成することでハンダボール２４を効率よく補足しながら印刷が可能となる。

図１２に、充填ユニット６０にエアーカーテンを設ける構成の図を示す。ヘラ状体６９で、スクリーン２０ｂの版面上へのボール残りはほぼ無いようにできるが、スクリーン２０ｂの版面の微小変位によるボール残りの影響が考えられる。そこで、本実施例では、過剰ハンダボールによる不良をゼロにするために、エアーカーテンを設置したものである。すなわち印刷ヘッド２を構成するヘッド昇降機構(上下移動モータ)４を支持するモータ支持部材にエアー噴出口７５を設けて充填ユニットの周囲にエアーカーテンを形成するようにしたものである。この噴出口７５には図示しない圧縮空気供給源から圧縮空気が供給されるように構成されている。

このエアーカーテンにより、充填ユニットが基板端面方向へ移動する時に圧縮エアーにより、はみ出たボールを充填ユニット動作方向側へ押し転がすことで、版面上へのボール残りが無いようにする。

図１３に、ハンダボール印刷後のスクリーンの充填状態検査について説明する図を示す。図１３(ａ)、（ｂ）は図６と同じものであるのでここでの説明は省略する。

ハンダボール充填・印刷後におけるスクリーン２０ｂへのハンダボール充填状態を図１３（ｃ）の（１）〜（３）に示す。スクリーン２０ｂの開口にハンダボール２４が全て充填された状態が（１）のように観察することができる。（２）は、ハンダボール充填が不完全な状態を示す。（３）は、充填時に複数のハンダボール２４同士が吸着されたダブルボール状態およびスクリーンの版面上に過剰なハンダボールが残っている状態を示す。

前記（２）、（３）の状態で版離れし、後工程に基板を流しても不合格品を生産してしまうことになる。そこで版離れ動作を実施する前に、スクリーン２０ｂの版面上の充填状況を検査することで、充填ユニット６０により充填・印刷動作をリトライすることで、不合格品を良品に修正することが可能である。この検出には良品モデルと比較するパターンマッチングにて判定が可能である。ハンダボール充填・印刷後に印刷ヘッド側に取り付けたラインセンサカメラにてエリア単位で一括認識を行う。ＮＧであれば再度ハンダボール充填・印刷を実行する。合格であれば、版離れ動作を実行し後工程へ基板２１を排出する。

図１４に、ハンダボール充填後に検査・リペア部でのリペア作業について説明するため図を示す。図１５に、ハンダボール充填後の充填不良状況について説明する図を示す。図１５に示すように、ハンダボール充填不良には、ボール無し、ダブルボール、位置ずれボール潰れのほか、過剰ボールなどの不良モードがある。

検査・リペア部では、まず、ハンダボール充填・印刷完了後、基板上の充填状況をＣＣＤカメラで確認する。そして、不良が検出されると、不良箇所の位置座標を求める。ダブルボール、位置ずれボール、潰れの他、過剰ボールなどの不良の場合は、ハンダボールの位置へ吸引用の真空吸着ノズル８６を移動し、真空吸着し不良ボール捨てステーションへ移動し、真空破壊によりボールを落下・廃棄するための廃棄ボックスを備えてある。

また、ハンダボール２４の供給不足で供給されていない電極パッド部を検出した場合は、ハンダボール収納部８４に収納されている正常なハンダボール２４をディスペンサ８７により吸着して、フラックス供給部８５に蓄えられているフラックス２３にハンダボール２４を吸着したディスペンサ８７を移動して、ハンダボール２４をフラックス２３に浸漬することで、ハンダボール２４にフラックス２３を添加する。フラックス２３を添加したハンダボール２４を吸着したディスペンサ８７を基板の欠陥部に移動し、欠陥部にハンダボールを供給することでリペア作業が完了する。

なお、先の検査で、潰れボール、位置ずれボールなどで不良ボールを取り除いた場合は、上述のリペア作業で欠陥を修復することが可能である。

図１６に、検査・リペア装置の概略構成について説明する図を示す。なお、本図では、検査・リペア部が１つの独立した装置として示してある。

搬入側コンベア８８上を検査対象基板８２が検査部コンベア９０上を白抜き矢印方向に搬送されてくる。検査部コンベア９０の上部には門型フレーム８０が設けてあり、門型フレーム８０の搬入側コンベア８８側には基板搬送方向(白抜き矢印方向)に対して直角方向にラインセンサ８１が設けてある。このラインセンサ８１によって基板２１上の電極パッド２２に印刷したハンダボール２４の状態を検出するようにしてある。

また、門型フレーム８０を支持する一方の足側には、正常なハンダボールを収納したハンダボール収納部８４と、フラックス供給部８５が設けてある。他方の足側には廃棄ボックスが設けてある。門型のフレーム部にはリニアモータにより左右に移動可能に、不良ハンダボールを吸引除去するための真空吸着ノズル８６と、基板上の欠陥を補修するためのディスペンサ８７が設けてある。これらで真空吸着ノズル８６やディスペンサ８７はハッチングした矢印方向に移動できるようになっている。

検査部コンベア９０は白抜き矢印方向に往復動できるように構成されており。基板の欠陥位置に応じてディスペンサや真空吸着ノズル位置に欠陥位置を合わせることができるように構成してある。又検査・リペアの終了した基板は搬出コンベア８９によって搬出され、リフロー装置に送られる。上述の構成とすることにより、図１４で説明した動作で検査リペアを行うことが可能となる。

以上のように、基板の電極パッド部にハンダボールを正確に供給でき、かつ、不良品の発生を極力防止できる印刷装置を実現することができる。

本発明実施例のフラックス印刷とハンダボール充填・印刷工程の概要図である。 ハンダボール印刷装置の工程説明図である。 バンプ形成のフローチャートである。 スクリーン印刷装置の概略構成を示す図である。 スクリーン印刷装置の動作説明図である。 フラックス印刷後の検査・リペア装置の概要の説明図である。 内径側照明を使用したカメラによるパッド表面検査方法の説明図である。 ハンダボール印刷ヘッドの構造を示す図である。 ハンダボール収納部シブ状体への水平振動機構を示す図である。 ハンダボール印刷ヘッドの水平揺動機構を示す図である。 ハンダボール印刷ヘッド用ヘラ状体の説明図である。 ハンダボール印刷ヘッド用エアーカーテンの説明図である。 ハンダボール印刷後のスクリーンの状態例の説明図である。 ハンダボールのリペアについての説明図である。 ハンダボール印刷不良の状体の説明図である。 検査・リペア装置の概要の説明図である。

符号の説明

１…印刷機、２…印刷ヘッド、３…スキージ、１０、１０ｂ…印刷テーブル、１０ｓ…ネオジウム製磁石、１１…ＸＹθテーブル、１５…カメラ、２０、２０ｂ…スクリーン、２０ａ…支柱、２０ｄ…開口部、２１…基板、３０…印刷機制御部、３４…寸法計算部、４５…清掃装置、６０…印刷手段（充填ユニット）、６３…スリット状体、６５…加振手段、６９…ヘラ状体、１０１…フラックス印刷部、１０２…フラックス検査・リペア部、１０３…ハンダボール充填・印刷部、１０４…検査・リペア部。

Claims (3)

1. 基板の電極パッド上にフラックスを印刷するフラックス印刷部と、前記フラックスの印刷された電極上にハンダボールを供給するハンダボール充填・印刷部と、ハンダボールの印刷された基板の状態を検査し、不良状態に応じて補修を行う検査・リペア部からなるハンダボール印刷装置において、
   前記フラックス印刷部と前記ハンダボール充填・印刷部の間に、フラックスの印刷された基板の状態を検査し、不良状態に応じて補修を行うフラックス検査・リペア部を設け、前記ハンダボール充填・印刷部は、前記基板にハンダボールを供給するスクリーンと、前記スクリーンにハンダボールを充填するスリット状体を有する印刷手段を備え、
   前記ハンダボール充填・印刷部は、基板を載置する磁性を帯びた印刷テーブルと、前記基板に接してこの基板の電極上にハンダボールを供給する開口部を有する金属製の前記スクリーンと、前記スクリーンの上方に配置され前記スクリーンの開口部にハンダボールを充填する金属製の前記スリット状体を有する印刷手段を備え、
   前記印刷テーブルはネオジウム製磁石を有し、前記スクリーンはニッケルで形成され、前記印刷手段のスリット状体は前記スクリーンに比べて小さい磁気吸引力磁性体で形成され、前記印刷テーブルと前記スクリーンの磁気吸引力を、前記スクリーンと前記スリット状体の磁気吸引力より大きく設定し、
   前記印刷手段は前記スリット状体の上方に設けられたシブ状体を有するボールケースと、前記ボールケースを加振してハンダボールを前記シブ状体から前記スリット状体に落下させる加振手段を備えたことを特徴とするハンダボール印刷装置。
2. 前記印刷テーブルと前記スクリーンとの磁気吸引力を１０〜１００ｇｆ/ｃｍ ^２ に設定し、前記スクリーンと前記スリット状体との磁気吸引力を０．１〜１０ｇｆ/ｃｍ ^２ に設定したことを特徴とする請求項１に記載のハンダボール印刷装置。
3. 前記印刷テーブルには表面磁束密度５００〜２０００Ｇのネオジウム製磁石が施設されたことを特徴とする請求項１または２に記載のハンダボール印刷装置。

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