JP7041953B2 - 柱状部材搭載装置及び柱状部材搭載方法 - Google Patents

Description

本発明は、柱状部材搭載装置及び柱状部材搭載方法に関する。

半導体基板と回路基板とを電気的に接合する場合、半導体基板上に形成された複数の半田バンプを回路基板との間で溶融して接合する装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１では、半田バンプを接合材として半導体基板と回路基板とを接合する際、半田バンプが潰れて径方向に拡がり、隣接する半田バンプ間の距離が縮まってしまうことから、微細化が進む基板の実装に対応できない場合がある。そこで、半導体基板に銅（Ｃｕ）ピラーを形成し回路基板との接合材として半田層を形成して接合するものが特許文献２に開示されている。特許文献２に開示される銅ピラーは、半導体基板と回路基板とを接合する際に直径が変化しないことから微細化に適している。しかし、銅ピラーは、半導体基板に電界メッキなどによって柱状に形成されるため、形成に要する時間が多くかかり生産性が良好とは言えない。また、直近では、半導体基板上に形成される銅ピラーに替えて銅などの金属によって形成された柱状部材（導体ピン）を接合部材とするものがある。

しかし、上記柱状部材（導体ピン）の長手方向の長さは、直径に対して長い（アスペクト比が大きい）ことから、半導体基板上に柱状部材を配列搭載するのは困難であった。特許文献３には、柱状部材を半導体基板に配列搭載する方法が開示されている。特許文献３に記載の柱状部材の搭載方法は、まず、治具パレット、ピン立て治具および挿入案内治具を重ねて配置し、柱状部材を挿入案内治具の上方から落下させ、ピン立て治具が治具パレットと挿入案内治具との間をスライドするように治具パレットを振動させてピン立て治具のピン穴に柱状部材を配置する。そして、治具パレット、ピン立て治具および挿入案内治具を重ねた状態で上下を逆にして、プリント配線板に柱状部材を立設させた状態で接合するというものである。

特開平５－２４３２３２号公報 特開２０１４－１５７９０６号公報 特開２００２－３１４２９１号公報

特許文献３に記載の柱状部材の搭載方法では、治具パレットに振動を与えることによって柱状部材をピン穴に落下させることから、振動によって柱状部材が重なり合ったり、挿入案内治具上の一部に偏ってしまったりすることがあり、柱状部材を基板の所定位置に過不足なく搭載させることは困難である。

そこで、本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、基板の所定位置に過不足なく柱状部材を搭載することが可能な柱状部材搭載装置及び柱状部材搭載方法を提供しようとするものである。

［１］本発明の柱状部材搭載装置は、基板の所定位置に柱状部材を立てて搭載する柱状部材搭載装置であって、前記基板の所定位置に対応する複数のマスク開口部を有し前記基板上に配置される柱状部材振込用マスクと、前記柱状部材振込用マスクの上方に配置され、回転かつ移動しつつ前記柱状部材を前記マスク開口部内に振り込む柱状部材配列用ブラシスキージと、前記柱状部材配列用ブラシスキージの駆動時に、前記柱状部材振込用マスクに振動を与える加振装置と、を有することを特徴とする。

本発明の柱状部材搭載装置によれば、柱状部材配列用ブラシスキージによって柱状部材を柱状部材振込用マスクのマスク開口部に振り込む際に、柱状部材振込用マスクに振動を与えることによって、基板の所定位置に過不足なく柱状部材を搭載することが可能となる。

［２］本発明の柱状部材搭載装置においては、前記加振装置は、前記柱状部材配列用ブラシスキージの移動に連動し、前記柱状部材振込用マスクの上面に沿って移動可能であることが好ましい。

このように、加振装置を柱状部材配列用ブラシスキージの移動に連動させれば、柱状部材配列用ブラシスキージの回転位置の近傍で柱状部材振込用マスクに振動を与えることが可能となり、基板の所定位置に過不足なく柱状部材を搭載することが可能となる。

［３］本発明の柱状部材搭載装置においては、前記加振装置は、前記柱状部材配列用ブラシスキージを挟むように複数配置されることが好ましい。

柱状部材配列用ブラシスキージの近傍に複数の加振装置を配置すれば、柱状部材振込用マスクの柱状部材配列対象位置にほぼ同じように振動を与えることが可能となり、基板の所定位置に過不足なく柱状部材を高効率で搭載することが可能となる。

［４］本発明の柱状部材搭載装置においては、前記加振装置の振動周波数は、１００Ｈｚ～４０ｋＨｚとすることが好ましい。

加振装置の振動数は、柱状部材のサイズや形状によって調整されるが、１００Ｈｚ～４０ｋＨｚの範囲で適切に調整すれば、柱状部材振込用マスクに柱状部材の振込に適した振動を与えることができ、基板の所定位置に過不足なく柱状部材を搭載することが可能となる。

［５］本発明の柱状部材搭載装置においては、前記加振装置の振動周波数を１０ｋＨｚ～４０ｋＨｚとすることが好ましい。

前述したように、加振装置の振動周波数を１００Ｈｚ～４０ｋＨｚとしても柱状部材に振動を与えることで基板への振り込みは可能であるが、振動周波数を１０ｋＨｚ～４０ｋＨｚにすれば、例えば、柱状部材の搭載歩留まりを８０％以上にすることができ、さらに効率よく柱状部材を基板に振り込むことが可能となる。

［６］本発明の柱状部材搭載装置においては、前記加振装置の振動の振幅を０．１μｍ～１０μｍとすることが好ましい。

加振装置の振動の振幅は、柱状部材のサイズや形状によって調整されるが、０．１μｍ～１０μｍの範囲で適切に調整すれば、柱状部材が跳ねたり、振動しなかったりすることがなく、基板の所定位置に過不足なく柱状部材を搭載することが可能となる。

［７］本発明の柱状部材搭載装置においては、前記加振装置の振動の振幅を０．１μｍ～０．３μｍとすることが好ましい。

前述したように、加振装置の振動の振幅を０．１μｍ～１０μｍにすれば柱状部材の基板への振り込みは可能である。しかし、振幅を大きくしていくと柱状部材の跳ね上がりが大きくなり、柱状部材振込用マスクに衝突することよって柱状部材振込用マスクや柱状部材に傷がつくことがある。そこで、振幅を０．１μｍ～０．３μｍに抑えることによって柱状部材振込用マスクや柱状部材に損傷を与えることを抑制できる。

［８］本発明の柱状部材搭載装置においては、前記加振装置は超音波振動装置であって、前記加振装置は加振部を有し、前記柱状部材振込用マスクと前記加振部との距離を０～１ｍｍの範囲で調整可能な加振部昇降機構部を有することが好ましい。

加振装置を超音波振動装置にすれば、加振部が柱状部材振込用マスクに接触しても、接触しなくても柱状部材振込用マスクに振動を与えることが可能で、柱状部材振込用マスクと加振部との距離を、０～１ｍｍの範囲に適切に調整すれば、柱状部材振込用マスクに適切な振動を与えることが可能となる。

［９］本発明の柱状部材搭載装置においては、前記加振装置は超音波振動装置であって加振部を有し、前記加振部は、前記柱状部材振込用マスク側の端面を前記柱状部材振込用マスクに常時接触させつつ前記加振部の自重をキャンセルする弾性部材をさらに有していることが好ましい。

弾性部材は、加振部を上方に引き上げる力を発生するものであり、例えば、ばねなどである。弾性部材によって加振部の自重をキャンセルすることによって、加振部自身の振動に関わる負荷を減らして柱状部材振込用マスクを所定の周波数及び振幅で安定して振動させることが可能となる。

［１０］本発明の柱状部材搭載装置においては、前記柱状部材配列用ブラシスキージは、導電性及び柔軟性を備えた細い撚糸集合体で構成され、前記柱状部材振込用マスク表面を回転しながら移動する前記結束線状部材を有し、前記結束線状部材は前記柱状部材の振込動作の際に、前記柱状部材振込用マスクに５ｇ／ｃｍ^２～１０ｇ／ｃｍ^２の接触面圧で付勢されていることが好ましい。

このようにすれば、柱状部材振込用マスクが振動することによって、柱状部材が柱状部材振込用マスクと結束線状部材との間に入り込んでしまうことを抑制することが可能となる。稀に柱状部材が柱状部材振込用マスクと結束線状部材との間に入り込んでしまっても、結束線状部材の押しつけの接触面圧が５ｇ／ｃｍ^２～１０ｇ／ｃｍ^２と極めて小さいため、柱状部材に傷、打痕などのダメージがなく良好な状態で振り込むことが可能となる。また、結束線状部材は適度な柔軟性を有し微小振動する柱状部材振込用マスクの表面に常に接触しているため、柱状部材が外部に漏れ出ることを抑制することも可能となっている。

［１１］本発明の柱状部材搭載方法は、基板の所定位置に柱状部材を立てて搭載する柱状部材搭載方法であって、前記基板の上面に半田ペースト印刷用マスクを配置し、前記基板上の所定位置に半田ペーストを印刷する工程と、前記半田ペーストが印刷された前記基板の上方に柱状部材振込用マスクを配置した後、前記柱状部材振込用マスク上に前記柱状部材を供給し、前記柱状部材振込用マスクに振動を与えながら、柱状部材配列用ブラシスキージを回転かつ移動させて前記半田ペーストが印刷された前記基板の所定位置に前記柱状部材を配列する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明の柱状部材搭載方法によれば、柱状部材配列用ブラシスキージによって柱状部材を柱状部材振込用マスクのマスク開口部に振り込む際に、柱状部材振込用マスクに振動を与えることによって、基板の所定位置に過不足なく柱状部材を搭載することが可能となる。

実施形態に係る柱状部材搭載装置１の概略構成を示す平面図である。 柱状部材搭載装置１に使用する半田ペースト印刷装置２による半田ペースト３５の印刷工程を示す説明図である。 柱状部材搭載装置１に使用する柱状部材振込部２５の概略構成を説明する図である。 柱状部材搭載装置１に使用する柱状部材振込部２５による柱状部材１２の振込動作を表す説明図である。 実施形態における複数の柱状部材１２が配列、搭載された基板５の１例を示す斜視図である。 実施形態における基板５がウエハであるときの１例を示す平面図である。 実施形態に係る柱状部材搭載方法の主要工程を示す工程フロー説明図である。 実施形態に係る柱状部材搭載方法の主要工程を示す説明図である。 第２例に係る柱状部材振込装置３Ａの概略構成を説明する図である。 実験によって得られた加振周波数ｆと柱状部材１２の搭載（振り込み）歩留まりの関係を示すグラフである。 搭載歩留まりの評価結果の１例を説明する図である、

以下、本発明の実施形態に係る柱状部材搭載装置１及び当該柱状部材搭載装置１を使用した柱状部材搭載方法について図１～図８を参照しながら説明する。

［柱状部材搭載装置１の構成及び動作］
図１は、実施形態に係る柱状部材搭載装置１の概略構成を示す平面図である。柱状部材搭載装置１は、柱状部材１２（図３、図４参照）を搭載すべき基板５をストックする基板ストッカ４と、基板ストッカ４からプレアライナ６に基板５を搬送し、さらに、プレアライナ６からステージ９に基板５を搬送する基板搬送ロボット７と、基板５に半田ペースト３５（図２参照）を印刷する半田ペースト印刷装置２と、半田ペースト３５が印刷された基板５に柱状部材１２を振り込む柱状部材振込装置３を有している。さらに、柱状部材搭載装置１は、柱状部材１２の搭載状態を検査する検査装置２６と、半田ペースト印刷用マスク１５の裏面に付着した余分な半田ペースト３５を除去するクリーニング装置２０と、を有している。

基板５は、電子部品を固定して配線するための板状またはフィルム状の部材であり、半導体集積回路をはじめとする電子部品を実装したもの、あるいは、シリコン半導体基板や化合物半導体基板などのウエハ、ガラス基板などを含む。半田ペースト３５は、柱状部材１２と基板５との接合を行うもので、柱状部材１２の材質は銅又は銅系合金などである。半田ペースト３５は、振り込まれた柱状部材１２が移動したり倒れたりしないように粘着力が高い組成のものを選択する。

基板ストッカ４は、不図示のロードポートとアンロードポート（対象基板がウエハの場合にはロードポートと呼ばれることがある）からなり、搬送ロボット７は、ロードポートから基板５を取り出してプレアライナ６に搬送する。基板５がウエハの場合には、プレアライナ６で基板５の中心位置と基板５の外周に形成されたノッチ方向の双方を補正した基板５をステージ９へ搬送し、その後、搬送ロボット７は待機位置に戻る。ステージ９に載置された基板５は、ステージ９に減圧吸着されるとともに、基板５を基板矯正装置８により押圧することにより反りが矯正される。ステージ９は、Ｙ軸レール１０上でＹ軸方向に位置調整され、基板５を載置した状態でＸ軸レール１１上を移動して半田ペースト印刷装置２の所定位置に搬送される。なお、図１の図示横方向をＸ軸、図示縦方向をＹ軸、高さ方向（厚み方向）をＺ軸とする。

ステージ９は、Ｘ軸レール１１と、Ｙ軸レール１０と、Ｚテーブル（図示略）と、θテーブル（図示略）とによってＸ－Ｙ平面及びＺ方向に移動可能であり、半田ペースト印刷装置２と柱状部材振込装置３の下方へ基板５を搬送することができるようになっている。ステージ９は、Ｘ軸レール１１上を基板矯正装置８と半田ペースト印刷装置２と柱状部材振込装置３との間を往復移動し基板５を各所定位置に搬送する。

基板５を載置したステージ９を半田ペースト印刷装置２の下方へＸ軸レール１１上を移動させた後、半田ペースト印刷用マスク１５を使用して基板５に半田ペースト３５を印刷する。なお、半田ペースト３５が、予め他所又は他工程で基板５に印刷されている場合は、この印刷工程をスキップする。クリーニング装置２０は、半田ペースト印刷用マスク１５の裏面に付着した余分な半田ペースト３５を、溶剤を含ませたシート又はロールを用いて除去する装置である。クリーニング装置２０は、半田ペースト印刷用マスク１５に付着した余分な半田ペースト３５をエアガンで吹き飛ばしたり、真空吸引したりしてもよい。半田ペースト３５の基板５への印刷については、図２を参照して詳しく説明する。半田ペースト３５が印刷された基板５は、ステージ９に載置された状態で、柱状部材振込装置３の下方へＸ軸レール１１上を移動する。

柱状部材振込装置３は、Ｘ軸駆動装置１７、Ｙ軸駆動装置１８およびＺ軸駆動装置１９を備えており、柱状部材振込部２５をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動させることが可能になっている。なお、Ｙ軸レール１０、Ｘ軸レール１１上には、Ｚ軸およびθ軸（不図示）があり、Ｚ軸およびθ軸の駆動によって半田ペースト印刷用マスク１５のマスク開口部１５ａ（図２参照）、柱状部材振込用マスク２１のマスク開口部３４（図３参照）と基板５のメタル電極１６の位置を合わせて、基板５への半田ペースト印刷及び柱状部材１２の搭載を行う。

Ｘ軸駆動装置１７には、柱状部材振込部２５を挟んで両側に加振装置２２，２３が配置されている。加振装置２２，２３は、柱状部材振込部２５の移動に連動して移動し、柱状部材振込用マスク２１にＺ方向の振動を与え、後述する柱状部材配列用ブラシスキージ２８（図３参照）と協働して柱状部材１２を柱状部材振込用マスク２１のマスク開口部３４に振り込む。柱状部材振込部２５の構成と振込動作については、図３及び図４を参照して説明する。

柱状部材１２が搭載された基板５は、半田ペースト印刷装置２及び基板矯正装置８を通過し、基板搬送ロボット７によって検査装置２６に搬送され画像認識カメラ（不図示）によって柱状部材１２の配列状態を検査し、基板ストッカ４に排出される。戻りの行程では、プレアライナ６は通過しない。

［半田ペースト３５の印刷］
図２は、半田ペースト印刷装置２による半田ペースト３５の印刷工程を示す説明図である。図２は、各部を拡大して表す模式図である。基板５には、柱状部材１２を搭載すべき位置に凹部５ａが穿設されており、凹部５ａの底部にメタル電極１６が形成されている。印刷用スキージ２４は、半田ペースト印刷用マスク１５の上面に沿って図示左方から右方に動くものとする。印刷用スキージ２４は、半田ペースト印刷用マスク１５の表面に傷を付けないようにするために柔軟性を有する樹脂製としている。半田ペースト印刷マスク１５には、基板５の凹部５ａの形成位置に対応してマスク開口部１５ａが設けられている。

図２において、最も左側のマスク開口部１５ａの位置を位置（ａ）、中間のマスク開口部１５ａの位置を位置（ｂ）、最も右側のマスク開口部１５ａの位置を位置（ｃ）と表す。位置（ａ）は、印刷用スキージ２４がマスク開口部１５ａを通過した後の半田ペースト３５を表しており、半田ペースト３５は、半田ペースト印刷用マスク１５の表面から出ない。そして、基板５の凹部５ａ内においてメタル電極１６に接触するように収まっている。位置（ｂ）は、印刷用スキージ２４が、マスク開口部１５から基板５に半田ペースト３５を印刷する直前を表している。位置（ｃ）は、次の半田ペースト印刷用のマスク開口部１５ａを表している。スキージ動作終了後、印刷マスク１５が版離れし半田ペースト３５はマスク開口部１５ａから乖離して基板５の開口底部に転写され半田ペースト３５の印刷が完了する。印刷完了後の半田ペースト３５の状態を図８（ｂ）に示す。位置（ｃ）においては、マスク開口部１５ａの内周面に、前回半田ペースト印刷の際の半田ペースト３５の残渣が僅かであるが付着する。そこで、この余剰半田ペーストが基準より多くなった場合には、クリーニング装置２０によってこの余剰半田ペーストをクリーニング除去する。

［柱状部材振込部２５の構成及び振込動作］
図３は、柱状部材振込装置３に使用する柱状部材振込部２５の概略構成を説明する図である。柱状部材振込部２５は、Ｘ軸駆動装置１７に取り付けられた回転可能な柱状部材配列用ブラシスキージ２８を有している。柱状部材配列用ブラシスキージ２８は、スキージ回転駆動装置２９に固定された取付け部３０に植え込まれた結束線状部材３１を有している。結束線状部材３１は、柱状部材配列用ブラシスキージ２８の回転軌跡の径方向に２重構造（２重の同心円）となっており、内側の結束線状部材３２と外側の結束線状部材３３とから構成されている。内側の結束線状部材３２と外側の結束線状部材３３は共に、取付け部３０から柱状部材振込用マスク２１に向かって末広がり形状を有するブラシである。なお、図３では、結束線状部材３１を簡略化して表している。

内側の結束線状部材３２は、主として柱状部材１２を柱状部材振込用マスク２１のマスク開口部３４内に導入する機能を有し、外側の結束線状部材３３は、主として柱状部材１２を柱状部材配列用ブラシスキージ２８の外側に逸脱させない、つまり、外側の結束線状部材３３の外側に逸脱させない機能を有する。さらに、外側の結束線状部材３３は、内側の結束線状部材３２との間にある柱状部材１２をマスク開口部３４に導入しつつ、内側の結束線状部材３２内に戻す機能を有する。たとえば、柱状部材配列用ブラシスキージ２８を矢印方向に回転させて柱状部材１２をマスク開口部３４に導入するとすれば、柱状部材配列用ブラシスキージ２８を矢印の逆方向に回転させて柱状部材１２を内側の結束線状部材３２内に戻すように機能させることが可能である。

結束線状部材３１は、導電性を有し柔軟性を備えた細い撚糸集合体であって、柱状部材振込用マスク２１の表面を掃くように回転しつつＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動する間に、柱状部材１２をマスク開口部３４に導入する。したがって、柱状部材１２に傷がつくようなことがない。

また、結束線状部材３１は、導電性を有しているので静電気による埃などの吸着がなく、クリーン度が高い実装を行うことができる。なお、図３では図示を簡略化しているが、外側の結束線状部材３３は、内側の結束線状部材３２よりも密に配置されている。

基板１５を載置するステージ９には、厚み方向に貫通する吸引路４０が設けられており、吸引路４０は、ベース部４１に設けられた真空吸引路４２に連通し、基板５をステージ９に真空吸着する。

柱状部材振込部２５の両側には、加振装置２２，２３が配置されている。加振装置２２，２３は、各々加振部４５を有しており、加振部４５が柱状部材振込用マスク２１に接触している。加振装置２２，２３は、加振部４５と柱状部材振込用マスク２１との距離を、０～１ｍｍに調整する加振部昇降機構部４６を有している。加振装置２２，２３は、超音波振動装置であって、柱状部材配列用ブラシスキージ２８が柱状部材１２の振込動作を行う間は、柱状部材振込用マスク２１に振動を与える。加振装置２２，２３が超音波振動装置であれば、加振部４５が柱状部材振込用マスク２１と１ｍｍ未満の距離を有していても柱状部材振込用マスク２１に振動を与えることが可能である。なお、加振装置２２，２３（加振部４５）の振動周波数を１００Ｈｚ～４０ｋＨｚとし、振動の振幅を０．１μｍ～１０μｍとすることが好ましい。このような振動条件を適切に選択することで、柱状部材配列用ブラシスキージ２８と協働し、柱状部材１２を基板５の所定位置に過不足なく配列搭載することが可能となる。なお、加振装置としては超音波振動装置の他に、モーターの回転を振動に変換する機構、エアーシリンダーの連続動作を用いた機構、磁歪振動子、或いはボイスコイルモーターなどを使用することが可能である。

加振装置２２，２３は、Ｘ駆動装置１７に取付けられており、Ｙ軸駆動装置１８によって柱状部材配列用ブラシスキージ２８の移動に連動してＹ軸方向に移動可能であり、加振装置２２と加振装置２３の距離は一定である。なお、加振装置２２，２３をＸ軸方向に移動可能にし、各々が同期してＸ軸方向に移動可能にしてもよく、各々独立してＸ軸方向に移動可能にし、各々柱状部材配列用ブラシスキージ２８との距離を一定に保持するようにしてもよい。但し、加振装置２２，２３の移動範囲は、柱状部材１２が基板５に搭載される範囲外とする。柱状部材１２の振込動作について図４を参照してさらに詳しく説明する。

図４は、柱状部材振込部２５による柱状部材１２の振込動作を表す説明図である。なお、図４は、柱状部材振込部２５の一部を簡略化して表している。ステージ９上に載置された基板５には、複数のメタル電極１６が形成されており、メタル電極１６の上面には半田ペースト３５が印刷塗布されている。基板５の上方には、柱状部材振込用マスク２１が配設される。柱状部材振込用マスク２１の上面には、多数の柱状部材１２が柱状部材通路２７からランダムに供給される。柱状部材１２は、柱状部材計量装置（不図示）で計量された一定量（又は一定数）が柱状部材配列マスク２１上に落下供給される。柱状部材配列用ブラシスキージ２８は、柱状部材振込用マスク２１の上面に沿って回転しながら渦巻き状に移動し、内側の結束線状部材３２および外側の結束線状部材３３によって柱状部材配列マスク２１の表面上を掃くように移動し柱状部材１２を柱状部材振込用マスク２１に設けられたマスク開口部３４内に振り込む。基板５には、所定位置に半田ペースト３５が塗布されているので、柱状部材１２は、半田ペースト３５の粘性を利用して振り込まれたときの位置及び姿勢が維持される。

内側の結束線状部材３２と外側の結束線状部材３３は、柱状部材１２がマスク開口部３４内に振り込まれた後、半田ペースト３５によって柱状部材１２の位置、姿勢が保持できるように柱状部材１２を軽く下方に押すようにしてもよい。そのようにするために、柱状部材配列マスク２１の厚みを柱状部材１２の長手方向の長さ（以下、「全長」と呼ぶ）に対して適切な寸法にすることが好ましい。また、半田ペースト３５としては、柱状部材１２の基板５への搭載後、接合硬化するリフロー工程までその姿勢を維持できる程度の粘性を有するものを選択することが好ましい。

柱状部材１２が円柱の場合、柱状部材振込用マスク２１に設けられたマスク開口部３４の大きさは、柱状部材１２の供給側の誘導口部３６が柱状部材１２の最大径より大きく、柱状部材１２の全長より小さい。また、マスク開口部３４の基板５側の直径は、半田ペースト３５の塗布範囲内で柱状部材１２の位置を規定できる大きさの位置規定孔部３７となっている。そして、誘導口部３６と位置規定孔部３７は、テーパ孔で連続している。マスク開口部３４をこのような形状にすれば、柱状部材振込用マスク２１を振動させることの効果も含め、柱状部材１２をマスク開口部３４にスムーズに落とし込むことができ、半田ペースト３５の塗布範囲の所定位置に正確に配列、搭載することが可能となる。なお、マスク開口部３４の形状は、柱状部材１２の形状に合わせて設定される。

図５は、複数の柱状部材１２が配列、搭載された基板５の１例を示す斜視図である。基板５には、柱状部材１２が半田ペースト３５上、つまりメタル電極１６上の所定位置に配列されている。柱状部材１２は、半田ペースト３５の粘性によって姿勢が維持されている。その後、検査装置２６（図１参照）によって柱状部材１２の配列状態を検査し、基板ストッカ４に排出される。柱状部材１２が搭載された半導体基板５は、たとえばリフロー装置に搬送され基板５と柱状部材１２とが接合固定される。

図６は、基板５がウエハであるときの１例を示す平面図であり、図６（a）はウエハ５の平面図、図６（ｂ）は、図６（a）に示す点線Ａで囲まれた電極形成領域（半導体集積回路の形成領域）５１の一部を拡大して示す図である。半導体集積回路５２は、メタル電極１６の群の間に設けられたスクライブライン５３で４辺を囲まれ、スクライブライン５３で切断することにより、個別の半導体集積回路チップとなる。この切断は、柱状部材１２を搭載した基板（ウエハ）５をリフロー装置でリフローした後や、実装工程の最後に行なわれる。

電極１６は再配線された電極である。再配線の電極１６のピッチは、大略５０μｍ～４００μｍである。図６は、基板（ウエハ）５に形成された電極１６と、電極１６が形成されている電極形成領域５１の配置とを説明するためのものであり、電極の大きさ、分布や電極形成領域８１の形状は、実物とは異なり、さらに相似していない。

基板（ウエハ）５のサイズとしては、直径が３００ｍｍや２００ｍｍなどである。点線で囲われた多角形の電極の形成領域５１に形成された電極１６の配置を電極パターンという。柱状部材振込用マスク２１に形成されているマスク開口部３４のパターンは、基板（ウエハ）５に形成された電極パターンに類似したパターンである。

［柱状部材搭載方法］
続いて、柱状部材搭載方法について図７及び図８を参照して説明する。

図７は、柱状部材搭載方法の主要工程を示す工程フロー説明図であり、図８は、主要工程を示す説明図である。まず、基板ストッカ４から基板搬送ロボット７によってステージ９上に基板５をセットする（ステップＳ１０）。続いて、基板矯正装置８により基板５の反りを矯正した後、基板５を半田ペースト印刷装置２に搬送する。図８（ａ）は、半田ペースト印刷装置２に搬送されたときの基板５を表している。基板５に設けられた凹部５ａの底部にはメタル電極１６が形成されている。

続いて、半田ペースト印刷用マスク１５をセットし、半田ペースト印刷装置２によって基板５に半田ペースト３５を印刷する（ステップＳ２０）。図８（ｂ）は、基板５に半田ペースト３５を印刷した後の状態を表している。半田ペースト３５は、表面張力によってメタル電極１６上に広がり、凹部５ａ内に収まる。続いて、基板５を柱状部材振込装置３に搬送し、柱状部材振込用マスク２１をセットし、所定量の柱状部材１２を柱状部材振込用マスク２１上に供給し、加振装置２２，２３によって柱状部材振込用マスク２１に振動を与えつつ、柱状部材配列用ブラシスキージ２８を駆動して柱状部材振込用マスク２１のマスク開口部３４内に柱状部材１２を導入し基板５のメタル電極１６上に配列する（ステップＳ３０）。

図８（ｃ）は、柱状部材１２を基板５に配列した状態を表している。半田ペースト３５は、凹部５ａ内において柱状部材１２の底面及び側面に回り込んで粘着力で柱状部材１２を支持する。柱状部材配列後、基板５を検査装置２６に搬送し、柱状部材１２の配列状態を検査する（ステップＳ４０）。柱状部材１２の配列に過不足がない場合（ＧＯ）には、柱状部材搭載装置１から除材し、リフロー工程に移行し、柱状部材１２を基板５に固着する（ステップＳ５０）。その後、柱状部材１２を搭載した基板５を洗浄する（ステップＳ６０）。このような工程を経て柱状部材１２が搭載された基板５が完成する。

柱状部材１２の配列状態の検査（ステップＳ４０）によって、柱状部材１２に過不足が認められた場合（ＮＧ）には、リペア作業を行い（ステップ４５）、リフロー工程（ステップ５０）に移行する。柱状部材１２が不足しているときには柱状部材１２を基板５に追加し、柱状部材１２が余剰のときには余剰柱状部材を除去する。なお、検査工程（ステップＳ４０）で、柱状部材搭載が所定の歩留まり以上の基板５は、そのままリフロー工程（ステップ５０）に送り、所定の歩留まり以下の基板５は、その過不足位置を記憶しておき、その後、別のリペア機で修正した後、通常の搬送ルートに合流してリフロー工程（ステップＳ５０）に移行するようにすることが可能である。又、所定の歩留まり以下の基板５が連続した場合には自動的に稼働を停止し、オペレータコール等を発信することが可能である。なお、検査工程（ステップ４０）において、ＮＧとなった場合に、基板５を柱状部材振込装置３まで戻し、再度配列工程（ステップＳ３０）を行うようにしてもよい。また、柱状部材搭載装置１にリペア装置、リフロー装置並びに洗浄装置を連結するようにしてもよい。

以上説明した柱状部材搭載装置１は、基板５の所定位置に柱状部材１２を立てて搭載する柱状部材搭載装置であって、基板５の所定位置に対応する複数のマスク開口部３４を有し基板５上に配置される柱状部材振込用マスク２１と、柱状部材振込用マスク２１の上方に配置され、回転かつ移動しつつ柱状部材１２をマスク開口部３４内に振り込む柱状部材配列用ブラシスキージ２８と、柱状部材配列用ブラシスキージ２８の駆動時に、柱状部材振込用マスク２１に振動を与える加振装置２２，２３と、を有している。

上記柱状部材搭載装置１によれば、柱状部材配列用ブラシスキージ２８によって柱状部材１２を柱状部材振込用マスク２１のマスク開口部３４内に振込む際に、加振装置２２，２３により柱状部材振込用マスク４３に振動を与えることによって、基板５の所定位置に過不足なく柱状部材１２を搭載することが可能となる。

また、加振装置２２，２３は、柱状部材配列用ブラシスキージ８２の移動に連動し、柱状部材振込用マスク２１の上面に沿って移動可能である。このように、加振装置２２，２３を柱状部材配列用ブラシスキージ２８の移動に連動させれば、柱状部材配列用ブラシスキージ２８の回転位置の近傍で柱状部材振込用マスク２１に振動を与えることが可能となり、基板５の所定位置に過不足なく柱状部材１２を搭載することが可能となる。

また、加振装置２２，２３は、柱状部材配列用ブラシスキージ２８を挟むように配置されている。柱状部材配列用ブラシスキージ２８の近傍に加振装置２２，２３を配置すれば、柱状部材振込用マスク２１の柱状部材配列対象位置にほぼ同じように振動を与えることが可能となり、基板５の所定位置に過不足なく柱状部材１２を高効率で搭載することが可能となる。なお、加振装置は、２台に限らず３台又は４台以上備えるようにしてもよく、１台でもよい。

柱状部材搭載装置１に使用される加振装置２２，２３の振動周波数は、１００Ｈｚ～４０ｋＨｚとする。加振装置２２，２３の振動数は、柱状部材１２のサイズや形状によって調整されるが、１００Ｈｚ～４０ｋＨｚの範囲で適切に調整すれば、柱状部材振込用マスク２１に柱状部材１２の振込みに適した振動を与えることができ、基板の所定位置に過不足なく柱状部材を搭載することが可能となる。

また、加振装置２２，２３の振動の振幅を０．１μｍ～１０μｍの範囲で適切に調整すれば、柱状部材１２が跳ねたり、振動しなかったりすることがなく、基板５の所定位置に過不足なく柱状部材１２を搭載することが可能となる。

柱状部材搭載装置１に使用する加振装置２２，２３は超音波振動装置であって、加振装置２２，２３は加振部４５を有し、柱状部材振込用マスク２１と加振部４５との距離を、０～１ｍｍの範囲で調整可能な加振部昇降機構部４６を有している。加振装置２２，２３を超音波振動装置にすれば、加振部４５が柱状部材振込用マスク２１に接触しても、接触しなくても柱状部材振込用マスクに振動を与えることが可能で、柱状部材振込用マスク２１と加振部４５との距離を０～１ｍｍの範囲で適切に調整すれば、柱状部材振込用マスク２１に適切な振動を与えることが可能となる。

また、柱状部材搭載方法においては、基板５の上面に半田ペースト印刷用マスク１５を配置し、基板５上の所定位置に半田ペースト３５を印刷する工程（ステップＳ２０）と、半田ペースト３５が印刷された基板５の上方に柱状部材振込用マスク２１を配置した後、柱状部材振込用マスク２１上に柱状部材１２を供給し、柱状部材振込用マスク２１に振動を与えながら、柱状部材配列用ブラシスキージ２８を回転かつ移動させて半田ペースト３５が印刷された基板５の所定位置に柱状部材１２を配列する工程（ステップＳ３０）によって、基板５に柱状部材１２を搭載する。

このような柱状部材搭載方法によれば、柱状部材配列用ブラシスキージ２８によって柱状部材１２を柱状部材振込用マスク２１のマスク開口部３４に振り込む際に、柱状部材振込用マスク２１に振動を与えることによって、基板５の所定位置に過不足なく柱状部材を搭載することが可能となる。

なお、図３で説明した柱状振込装置３の構成を第１例としたとき、柱状部材配列用ブラシスキージ２８及び加振装置２２，２３の構成を替えることが可能であり、これを第２例として図９を参照して説明する。

図９は、第２例に係る柱状部材振込装置３Ａの概略構成を説明する図である。ここでは、第１例（図３参照）との相違個所を説明し、図３と同じ部分、部材には図３と同じ符号を付している。図９に示すように、柱状部材配列用ブラシスキージ２８は、スキージ回転駆動装置２９に固定された取付け部３０に植え込まれた結束線状部材３３を有している。結束線状部材３３は、柱状部材配列用ブラシスキージ２８の回転軌跡に沿うように構成されている。図９に示す結束線状部材３３は、図３に示す外側の結束線状部材３３に相当し、内側の結束線状部材３２を省略した構成となっている。なお、図９では、結束線状部材３３を簡略化（模式化）して表している。

結束線状部材３３は、導電性を有し柔軟性を備えた細い撚糸集合体であって、柱状部材振込用マスク２１の表面を掃くように回転しつつＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動する間に、柱状部材１２をマスク開口部３４に導入する。この際、結束線状部材３３は、柱状部材１２の振込動作の際に柱状部材振込用マスク２１に５ｇ／ｃｍ^２～１０ｇ／ｃｍ^２の接触面圧で付勢される。

このように、柱状部材１２の振込動作の際に結束線状部材３３を柱状部材振込用マスク２１に５ｇ／ｃｍ^２～１０ｇ／ｃｍ^２の接触面圧で付勢すれば、柱状部材振込用マスク２１の振動を妨げることがない。しかも、柱状部材１２が柱状部材振込用マスク２１と結束線状部材３３との間に入り込んでしまうこと防ぐことが可能となり、柱状部材２１や柱状部材振込用マスク２１に傷が付いたり、変形したりすることを抑制できる。稀に柱状部材１２が柱状部材振込用マスク１２と結束線状部材３３との間に入り込んでしまっても、結束線状部材３３の押しつけの接触面圧が５ｇ／ｃｍ^２～１０ｇ／ｃｍ^２と極めて小さいため、柱状部材１２に傷、打痕などのダメージがなく良好な状態で振り込むことが可能となる。また、結束線状部材３３は適度な柔軟性を有し微小振動する柱状部材振込用マスク２１の表面に常に接触しているため、柱状部材１２が外部に漏れ出ることを抑制することも可能となっている。

図９に示すように、柱状部材振込部２５の両側には、加振装置２２，２３が配置されている。加振装置２２，２３は、各々加振部４５を有しており、加振部４５の柱状部材振込用マスク２１側の端面４５ａが柱状部材振込用マスク２１に接触して柱状部材振込用マスク２１を振動させる。加振部４５は、弾性部材の１例であるコイルばね５５を有している。
加振部４５が柱状部材振込用マスク２１に当たる力は、加振部４５の自重と加振部昇降機構部４６の押え力とである。コイルばね５５は、加振部４５の端面４５ａを柱状部材振込用マスク２１に常時接触させつつ、振動に同期して加振部４５の自重をキャンセルする方向の力が働く。

柱状部材１２の振込動作の際に、加振部４５を柱状部材振込用マスク２１に常時接触させつつコイルばね５５で加振部の自重をキャンセルすることによって、加振部自身の振動に関わる負荷を減らして柱状部材振込用マスクを所定の周波数及び振幅で安定して振動させることが可能となる。

［実験例］
続いて、柱状部材１２の搭載（振り込み）には、加振装置２２，２３（すなわち、柱状部材振込用マスク２１）の適切な振動周波数ｆ及び振幅Ｚ（片振幅Ｚ_０）があることを実験によって明確にした。このことについて図１０、図１１を参照して説明する。なお、以下の説明する実験例は、直径が２００ｍｍのウエハ５、直径が１５０μｍで長さが２００μｍのＣｕ製の柱状部材１２を搭載したときの実験結果を示している。

柱状部材１２が振り込みできるように振動するためには、重力加速度Ｇ以上の加速度を柱状部材１２に加える必要がある。つまり、柱状部材振込用マスク２１が上昇から下降に転じる際に、柱状部材振込用マスク２１には、Ｚ_０（２πｆ）^２の加速度が加わる。この値が重力加速度Ｇ（９．８ｍ／ｓｅｃ^２）を超えると柱状部材１２は柱状部材振込用マスク２１から離れる。つまり、柱状部材振込用マスク２１が上昇から下降に転ずるとき、或いは下降から上昇に転ずるときに柱状部材１２は跳ね上がる。

すなわち、Ｚ_０（２πｆ）^２＞Ｇを満たすと、柱状部材１２は単独で振動し、マスク開口部３４内に振り込まれやすくなる。ここで、Ｚ_０は振幅（片側振幅）、ｆは加振周波数である。従って、柱状部材振込用マスク２１に加えられる加速度は、振幅Ｚ_０と加振周波数ｆとで律せられ、振幅Ｚ_０が大きいと低い加振周波数ｆで振動し、振幅Ｚ_０が小さいと高い加振周波数ｆで振動することになる。柱状部材１２の振動のしやすさは、柱状部材１２の質量には影響されない。

図１０は、実験によって得られた加振周波数ｆと柱状部材１２の搭載（振り込み）歩留まりの関係を示すグラフである。横軸に加振周波数（ｋＨｚ）、縦軸に搭載歩留まり（％）を表している。実験は、振幅Ｚ_０を０．１５μｍ～０．３μｍとし、加振周波数ｆを０．０１ｋＨｚ，０．１ｋＨｚ，１ｋＨｚ，１０ｋＨｚ，２０ｋＨｚ、４０ｋＨｚの各加振周波数ごとに搭載歩留まりを測定した。各加振周波数における振動印加時間は一定とした。前述した加速度の計算式において、加振周波数ｆは二乗で影響することから加振周波数ｆに対する搭載歩留まりを測定した。なお、搭載歩留まりの考え方は、図１１を参照して説明する。

図１０に示すように、加振周波数ｆが１ｋＨｚ以下では、搭載歩留まりは１０％～２０％であるが、０．１ｋＨｚを超えて急激に搭載歩留まりが上昇していき、１０ｋＨｚでは８０％、２０ｋＨｚでは８５％、４０ｋＨｚでは９０％であった。４０ｋＨｚ以上にすれば、さらに搭載歩留まりは向上することが予想できるが、加振部４５のサイズ、発熱等を考慮して４０ｋＨｚ程度にすることが好ましい。なお、図１０において、加振周波数ｆが１０ｋＨｚ以下では、搭載部歩留まりが低いことを表しているが、加振時間を長くすれば搭載歩留まりが上昇することが確認されている。

振幅Ｚ_０は、０．１μｍ～１０μｍの範囲で柱状部材１２の振り込みが可能である。振幅Ｚ_０を大きくすると柱状部材１２の跳ね上がり量が大きくなって振込しやすくなる。しかし、加振装置２２，２３の出力能力、剛性などの制約がある（大型化する）。又、柱状部材１２の跳ね上がり量が大きくなりすぎると柱状部材振込用マスク２１や柱状部材１２に傷をつけたり、変形させたりする恐れがあるため、実験結果から推定して０．１μｍ～０．３μｍとすることが好ましい。

図１１は、搭載歩留まりについて評価結果の１例を説明する図である、図１１に示すように、ウエハ５は半導体集積回路（半導体チップ）５２の集合体であって、図１１に示す例では、半導体チップ５２の数は８９個あり、そのうち搭載不良の半導体チップ５２ａの数は１０であった。搭載歩留まりは、１０／８９＝８８．８（％）となる。なお、図１１において、不良の半導体チップ５２ａの枠内に記載する数字は、１個の半導体チップ５２ａにおける搭載不良数（柱状部材１２の過不足数）を表している。実験例では、１チップ内に搭載する柱状部材１２の数は４００個であった。従って、上記の搭載歩留まりは、いわゆるチップ歩留まりを表している。搭載不良の半導体チップ５２ａは、柱状部材振込装置３又は３Ａにおいて過不足の修正を行うか、リペア装置（不図示）によって過不足を修正する。

以上説明したように、柱状部材搭載装置１においては、加振装置２２，２３の振動周波数（加振周波数）ｆを１０ｋＨｚ～４０ｋＨｚとすることによって、柱状部材１２の搭載歩留まりを８０％以上にすることができ、効率よく柱状部材を基板に振り込むことが可能となる。

又、柱状部材搭載装置１においては、加振装置２２，２３の振動の振幅Ｚ_０を０．１μｍ～０．３μｍとすることによって、効率よく柱状部材１２を基板（ウエハ）５に振り込むことが可能となる。又、振幅を０．１μｍ～０．３μｍにすることによって柱状部材振込用マスク２１や柱状部材１２に傷がつくなどの損傷の発生を抑制できる。

なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。例えば、前述した実施形態では、加振装置２２，２３によって柱状部材振込用マスク２１に振動を与えているが、柱状部材配列用ブラシスキージ２８を加振装置の一部として、柱状部材配列用ブラシスキージ２８を振動させて柱状部材１２を振り込むことが可能である。また、柱状部材配列用ブラシスキージ２８の振動で柱状部材振込用マスク２１を振動させるようにしてもよい。

１…柱状部材搭載装置、２…半田ペースト印刷装置、３,３Ａ…柱状部材振込装置、５…基板（ウエハ）、９…ステージ、１２…柱状部材、１５…半田ペースト印刷用マスク、１５ａ…マスク開口部（半田ペースト印刷用マスク）、１６…メタル電極、２１…柱状部材振込用マスク、２２，２３…加振装置、２５…柱状部材振込部、２８…柱状部材配列用ブラシスキージ、３１,３２，３３…結束線状部材、３４…マスク開口部（柱状部材振込用マスク）、３５…半田ペースト、４５…加振部、４５ａ…（加振部の）端面、４６…加振部昇降機構部、５１…ばね

Claims (10)

1. 基板の所定位置に柱状部材を立てて搭載する柱状部材搭載装置であって、
   前記基板の所定位置に対応する複数のマスク開口部を有し前記基板上に配置される柱状部材振込用マスクと、
   前記柱状部材振込用マスクの上方に配置され、回転かつ移動しつつ前記柱状部材を前記開口部内に振り込む柱状部材配列用ブラシスキージと、
   前記柱状部材配列用ブラシスキージの駆動時に、前記柱状部材振込用マスクに振動を与える加振装置と、
   を有し、
   前記加振装置は、前記柱状部材配列用ブラシスキージの移動に連動し、前記柱状部材振込用マスクの上面に沿って移動可能である、
   ことを特徴とする柱状部材搭載装置。
2. 請求項１に記載の柱状部材搭載措置において、
   前記加振装置は、前記柱状部材配列用ブラシスキージを挟むように複数配置される、
   ことを特徴とする柱状部材搭載装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の柱状部材搭載装置において、
   前記加振装置の振動周波数は、１００Ｈｚ～４０ｋＨｚとする、
   ことを特徴とする柱状部材搭載装置。
4. 請求項３に記載の柱状部材搭載装置において、
   前記加振装置の振動周波数を１０ｋＨｚ～４０ｋＨｚとする、
   ことを特徴とする柱状部材搭載装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の柱状部材搭載装置において、
   前記加振装置の振動の振幅を０．１μｍ～１０μｍとする、
   ことを特徴とする柱状部材搭載装置。
6. 請求項５に記載の柱状部材搭載装置において、
   前記加振装置の振動の振幅を０．１μｍ～０．３μｍとする、
   ことを特徴とする柱状部材搭載装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の柱状部搭載装置において、
   前記加振装置は超音波振動装置であって、前記加振装置は加振部を有し、前記柱状部材振込用マスクと前記加振部との距離を０～１ｍｍの範囲で調整する加振部昇降機構部を有する、
   ことを特徴とする柱状部材搭載装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の柱状部材搭載装置において、
   前記加振装置は超音波振動装置であって加振部を有し、
   前記加振部は、前記柱状部材振込用マスク側の端面を前記柱状部材振込用マスクに常時接触させつつ前記加振部の自重をキャンセルする弾性部材をさらに有している、
   ことを特徴とする柱状部材搭載装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の柱状部材搭載装置において、
   前記柱状部材配列用ブラシスキージは、導電性及び柔軟性を備えた細い撚糸集合体で構成され、前記柱状部材振込用マスク表面を回転しながら移動する結束線状部材を有し、
   前記結束線状部材は、前記柱状部材の振込動作の際に前記柱状部材振込用マスクに５ｇ／ｃｍ^２～１０ｇ／ｃｍ^２の接触面圧で付勢されている、
   ことを特徴とする柱状部材搭載装置。
10. 基板の所定位置に柱状部材を立てて搭載する柱状部材搭載方法であって、
    前記基板の上面に半田ペースト印刷用マスクを配置し、前記基板上の所定位置に半田ペーストを印刷する工程と、
    前記半田ペーストが印刷された前記基板の上方に柱状部材振込用マスクを配置した後、前記柱状部材振込用マスク上に前記柱状部材を供給し、前記柱状部材振込用マスクに加振装置で振動を与えながら、柱状部材配列用ブラシスキージを回転かつ移動させて前記半田ペーストが印刷された前記基板の所定位置に前記柱状部材を配列する工程と、を含み、
    前記加振装置は、前記柱状部材配列用ブラシスキージの移動に連動し、前記柱状部材振込用マスクの上面に沿って移動可能である、
    ことを特徴とする柱状部材搭載方法。

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