CN100524677C - 丝网印刷装置以及焊球填充方法 - Google Patents

Abstract

在形成凸起电极时，使掩模摆动或振动而将焊球填充到规定的开口的方法具有以下问题，即，随着焊球的粒子直径的缩小，产生粒子间的密合现象，在掩模的孔径不到粒子直径的1.3倍的情况下，粒子间的密合力大于粒子的自重，不能填充到开口部中。同样，在利用刮刀或刷子的并进运动等进行的填充中也存在同样的问题。本发明开发了焊球填充用印刷装置，以印刷法使用的低价格、高精度的丝网印刷技术为基础，可高速/高精度地填充/印刷凸起高度稳定的焊球微粒。并且，实现了为了高效率地使用焊球微粒而一面在密闭状态下保持焊球一面进行填充/印刷。

Description

丝网印刷装置以及焊球填充方法

技术领域

本发明涉及丝网印刷装置，尤其是涉及焊球印刷的凸起形成方法。

背景技术

形成180～150μm间隔的球凸起(直径为80～100μm)具有以下的印刷法，即，利用上述的高精度丝网印刷装置，在印刷后使膏状钎焊料回流(リフ口—)，形成焊球。作为丝网印刷装置的一个例子，具有基板输入传送带、基板输出传送带、具有升降机构的工作台、作为开口部具有转印图案的掩模、刮刀(スキ—ジ)、具有刮刀升降机构以及水平方向移动机构的刮刀头、控制这些机构的控制装置。在将基板从搬入传送带部搬入装置内后，将基板临时定位固定在印刷工作台部，之后，利用摄像机识别基板和具有对应于电路图案的开口部的掩模双方的标记，对双方的偏差值进行位置修正，将基板与掩模对位，然后，使印刷工作台上升以使基板与掩模接触，利用刮刀一面使掩模与基板接触一面向掩模的开口部填充膏状钎焊料等糊剂，然后使工作台下降，通过分离基板和掩模将糊剂转印到基板上，之后，通过将基板从装置中搬出而形成印刷。

另外，还已知有球装入方法，即，将焊球装入以高精度进行微小的开孔加工后的筛选机(治具)，使其以规定的间距排列、直接输送到基板上，在放置后通过回流形成焊球。而且，根据日本特开2000-49183号公报，还具有摆动或振动掩模、向规定的开口内填充焊球的方法以及由通过电刷的并进运动等进行填充后加热的工序构成的方法。

专利文献1：日本特开2000-49183号公报

发明内容

由于膏状钎焊料印刷法的设备成本低，可一次形成大量的凸起，因此具有生产率高、制造成本低的优点。但是，印刷法存在以下问题，即，很难确保转印体积的均匀性，通过颤振处理，对回流后的焊锡凸起加压、对高度进行平滑处理，导致工序数量增加、设备成本提高。并且，在随着设备的高密度化而向150～120μm间距等精密化发展的情况下，存在印刷成品率低、生产效率低的问题。另一方面，虽然球装入法通过确保焊球的分级精度而可形成稳定高度的凸起、适合精密化，但使用高精度的焊球吸附筛选机、利用机器人进行装载，在精密化的情况下生产节拍增大，存在因筛选机、设备价格而提高引起的形成凸起的成本增大的问题。

而且，根据日本特开2000-49183号公报的通过摆动或振动掩模而将焊球填充到规定的开口中的方法存在以下问题，即，随着焊球的粒子直径的缩小，产生粒子间的密合现象，在掩模的孔径不到粒子直径的1.3倍的情况下，粒子间的密合力大于粒子的自重，不能填充到开口部中。同样，在利用刮刀或电刷的并进运动等进行的填充中也存在同样的问题。

本发明的目的是提供生产效率高的焊球填充用印刷装置以及凸起形成方法，在形成超精密间距的凸起时，可像印刷法那样一起形成大量凸起，且可像球装入法那样形成稳定高度的凸起，可低价格、高速、高效率地进行印刷、填充。

为了实现上述目的，本发明实施以下的方法。首先开发了焊球填充用印刷装置，以印刷法使用的低价格、高精度的丝网印刷技术为基础，可高速/高精度地填充/印刷凸起高度稳定的焊球微粒。并且，实现了为了高效率地使用焊球微粒而一面在密闭状态下保持焊球一面进行填充/印刷。而且，开发了抑制焊球的填充不良、形成稳定的高质量的凸起的方法。

附图说明

图1是金属掩模的一个示例图。

图2是丝网印刷装置的一个示例图。

图3是丝网印刷装置的印刷动作的概略说明图。

图4是填充/印刷头的焊球填充的示例图。

图5是填充/印刷头的一个例子的剖视图。

图6是填充/印刷头的收纳式筛网形状的一个示例图。

图7是表示填充印刷机构的图。

图8是金属掩模的结构概念图。

图9是金属掩模的排气流路的示例图。

图10是金属掩模的开口部和排气流路的概略图。

具体实施方式

图1是用于形成凸起电极的金属掩模的示例。图1(a)是掩模的整体状态，(b)表示相当于印刷在一个设备上的电极群的开口图案20p的示例。即，掩模20安装在印版框21上。以下将包括印版框21的整体称为掩模20。使用本掩模的示例如下，电极焊盘部的直径为120μm、间距150μm，在一个CPU芯片中，安装有多个电极焊盘群的基板配置有数十个电极焊盘群，每个电极焊盘群具有数千个焊盘，相对于所述基板等通过印刷法形成凸起。图1(a)的四边形状表示一个电极焊盘群20a。即，对应一个电极焊盘群设置的掩模开口部20c以对应电极焊盘的大小的直径开设多个开口。使用该掩模20进行印刷，印刷结束后，使印刷工作台10下降，通过固定在印刷工作台10上的基板5下降，进行印版分离动作，进行印刷。

图2表示本发明的丝网印刷装置的构成。图2(a)是从正面看的丝网印刷装置的构成和系统构成图。而且，图2(b)是从侧面看丝网印刷装置的构成图。并且，图3(a)、(b)是从侧面看丝网印刷装置的构成，表示印刷中的状态。

在本体框架上设置无图示的印版框支撑件，掩模20设置在印版框支撑件上，掩模20铺设有作为开口部而具有印刷图案的丝网。在掩模20的上方设置填充/印刷头2，在填充/印刷头2上安装由刮刀(在本发明中，由筛网状体45和刮板3等构成，用来代替刮刀)形成的填充组件。填充/印刷头2通过填充/印刷头移动机构6可向水平方向移动。填充组件通过填充组件升降机构4可向上下方向移动。在掩模20的下方与掩模20相对地设置印刷工作台10，用于载置保持作为印刷对象物的基板5。该印刷工作台10具有XYθ工作台11和工作台升降机构12，XYθ工作台11使基板5向水平方向移动、与掩模进行对位；工作台升降机构12从搬入传送带25接收基板5，且使基板5接近或接触掩模20面。在印刷工作台10的上面设置基板接收传送带26，将通过基板输入传送带25搬入的基板5接收在印刷工作台10上，印刷结束后将基板5向基板输出传送带27排出。

在印刷组件本体1上，具有自动进行掩模20和基板5对位的功能。即，通过CCD摄像机15对分别设置在掩模20和基板5上的对位用标记进行摄影，进行图像处理、求出位置偏差量，驱动XYθ工作台11进行对位，以修正该偏差量。

另外，印刷机控制部30设置在印刷机本体框架的内部，用于进行控制用数据的改写和用于改变印刷条件等的数据输入部50以及用于监视印刷状况等及取入识别标记的显示部40设置在印刷机的外侧，该印刷机控制部30控制各部驱动用的印刷控制部36和对来自CCD摄像机15的图像信号进行处理的图像输入部37等。

印刷机控制部30具有控制填充组件的填充组件控制部36，根据所生产的凸起的间距或焊球粒子直径的不同以及所使用的金属掩模的种类，可简单地选择设定适当的填充/印刷模式。并且，还具有根据输入图像计算相关值的相关值计算部31、根据收入的图像或来自词典38的数据求出形状的形状估算部32、求出位置坐标的位置坐标运算部33以及尺寸运算部34，从CCD摄像机15拍摄的数据中，根据设置在基板和掩模上的位置识别标记求出位置偏差量，驱动XYθ工作台，进行对位。

以下就本发明的印刷装置的动作进行说明。

形成凸起的基板5通过基板输入传送带25向基板接收传送带26供给，固定在印刷工作台10上的规定位置上。在固定基板后，将CCD摄像机15移动到事先编目设定的基板标记位置。然后，CCD摄像机15对设置在基板5和掩模20上的位置识别用标记(无图示)进行摄像，传送到印刷机控制部30。在控制部内的图像输入部37，从图像数据求出掩模20和基板5的位置偏差量，印刷机控制部30根据该结果使移动印刷工作台10的XYθ工作台35动作，对基板5相对掩模20的位置进行修正、对位。在对位动作结束后，CCD摄像机15进行规定量的退避动作到达不与印刷工作台10干涉的位置。CCD摄像机15结束退避后，印刷工作台10上升，使基板5与掩模20接触。之后，通过使填充组件升降机构动作，使设置在填充/印刷头2上的筛网状体与掩模20面接触。然后，一面对筛网状体进行励振一面使之在掩模面上移动，从筛网状体的开口通过设置在掩模面上的开口向基板的电极部供给焊球。

填充/印刷头2向水平方向进行一定距离的行程后上升。然后，印刷工作台10下降，掩模20与基板5分离，填充到掩模20开口部的焊球转印到基板上。然后，印刷了焊球的基板5经过基板输出传送带27被输送到下一个工序。

另外，在基板5和掩模20上，相对地在同一部位设置两处以上识别对位用标记，通过具有上下方向两个视野的特殊CCD摄像机15对这两方的各标记进行识别，从下方识别掩模20的标记，从上方识别基板5的标记，读取设置在规定位置的所有标记的位置坐标，对基板5相对于掩模20的偏差量进行位置运算、修正，使基板5与掩模20进行对位。

以下就本发明的印刷头进行说明。

图4是表示填充/印刷头一面向掩模填充焊球一面在掩模上移动时的模式图。图5表示填充/印刷头的剖视图。

如图4所示，填充/印刷头2具有：用于固定载置焊球的筛网状体45的筛网状体固定件3a；向筛网状体45施加垂直或水平振动的励振装置47；以及可将供给到丝网面上而未被填充的焊球一点不留地刮掉的刮板3。另外，在图4中形成了筛网状体安装在刮板3上的构成，但也可如图5所示，形成筛网状体安装在筛网状体固定件3a上、刮板3设置在其外侧的构成。另外，也可以形成将刷子设置在筛网状体固定件3a上而省略刮板3的构成。筛网状体45是由具有网眼状的开口46或连续的圆形、椭圆形、长方形或狭缝等开口46的极薄的金属板形成的。另外，网眼状的开口46可通过电铸法等在金属板上一体成型地形成。通过励振装置47使筛网状体45向垂直或水平方向或者向合成两者的方向(箭头42的方向)振动，可使设置在筛网状体45上部的焊球48彼此的密合力降低/扩散，并可使旋转力作用于焊球。通过在该焊球48上产生的旋转力，焊球48产生竖直方向向下分量的力。通过该向下的力，可将焊球48通过筛网状体45的开口46填充到掩模20的规定开口位置。即，在励振筛网状体45的同时，填充/印刷头2在掩模20面上向水平方向移动，从而将焊球48连续地填充/印刷到基板5面上的电极部5p。

如图5所示，填充/印刷头2通过筛网状体45形成焊球收纳装置，可以密闭状态保持印刷所需的焊球48的量。填充/印刷头2在印刷动作中使收纳印刷球48的筛网状体45与相对的刮板3连接振动。即，设置对筛网状体固定件3a和刮板3进行励振的励振装置47，使刮板3和筛网状体45同步振动。

图6是具有连接振动作用的筛网结构图。如上所述，筛网状体45由极薄的金属板构成，在其底面设置网眼状等的开口46。并且，其两端部顺着筛网状体固定件3a的倾斜弯曲，弯曲部安装在筛网状体固定件3a的面上。由于筛网状体45可容易地伸缩变形，因此，在利用其形状特性使焊球直径>开口尺寸+伸缩变形尺寸的情况下，焊球48不能通过，可保持焊球48。相反，在使焊球直径<开口尺寸+伸缩变形尺寸的情况下，可确保焊球48可通过的间隙，可填充焊球。可通过对筛网状体45进行励振或利用磁力等外力使该筛网状体45伸缩。

图7表示由通过筛网状体45(无图示)的填充/印刷头进行的焊球的填充/印刷机构的说明图。在图中，筛网状体固定件3a的操作角度θ设定为大约60度。一面利用无图示的励振装置47向倾斜方向(操作角方向)对筛网状体固定件3a进行励振一面使该填充/印刷头2向箭头41方向移动。该振动通过筛网状体固定件3a传递到筛网状体45。当该振动传递到收纳于筛网状体45底面的焊球48时，在焊球48上产生箭头41r方向的旋转力。通过该旋转，在焊球48上产生箭头41方向的力(水平方向)和箭头41a方向(垂直方向)的力。即，通过旋转力在焊球48上产生向下的力。在该状态下，筛网状体45反复伸缩，当筛网状体45成为伸长的状态时，设置在其底面部的开口部的开口张大，焊球从该处落到掩模面上，进行移动。落到掩模的开口部的焊球被筛网状体的弯曲角部或刮板压入掩模开口部。落到掩模面上的开口部以外的焊球被筛网状体45的弯曲角部或刮板3等刮掉。

另外，在上述的说明中就设置刮板来刮掉残留在掩模面上的焊球的情况进行了说明，也可以不设置刮板，而在筛网状体固定件3a的下部、与掩模面接触的部分设置刷子，利用刷子来扫掉焊球。并且，在上述的说明中，形成了在刷子的本体部分设置筛网状体的构成，但也可以与筛网状体分开地安装刮板或刷子。在这种情况下，需要对筛网状体进行励振的励振机构和对刮板或刷子进行励振的励振机构。

图8表示将焊球填充到本发明使用的掩模开口部的状况的一个示例。并且，图9表示设置在掩模下部的树脂层部的吸引流路的设置。图10是掩模开口部的放大图。

如图8所示，掩模20形成为在由磁性材料构成的金属层20s的下面设置树脂层20n的双层结构的掩模形状。另外，20n是为了具有密合性/柔软性而形成的树脂层，但考虑到耐久性，也可以通过用镍等薄的金属形成20n来实现。向电极焊盘5p上部供给用于增加焊球的粘合性的焊剂5f(糊剂)。并且，在印刷工作台10的基板支撑面侧，以与印刷工作台10面成为相同的面的方式固定多个磁铁垫片10b。利用该磁铁垫片10b的磁力吸引掩模的金属层20s，增加掩模20与基板5的各个面的密合性。

并且，在本实施例中，如图9所示，在金属层20s下部的树脂层20n上，呈大致棋盘的格子形状地设置着用于从设置在掩模面上的开口部吸引气流的槽。该槽作为将掩模设置在基板上时排出空气的排气流路52。另外，排气流路52连接排气槽51，该排气槽51由围住电极群设置的槽构成。另外，设置用于吸引空气的泵(未图示)，设置连接该泵和排气流路52的管道。另外，在上述的说明中，形成了利用泵经过排气流路52从掩模开口部吸引空气的构成，也可以通过在印刷/填充头侧设置向掩模面喷射空气的加压空气供给装置，在对焊球印刷后向掩模面喷射压缩空气，从掩模开口部向电极焊盘部压入焊球。在这种情况下，通过形成在构成掩模的树脂层上设置排气流路而使空气从掩模周边排出的构成，也可容易地向掩模开口部供给焊球。

图10所示，与掩模20的金属层20s侧的开口相比，树脂层20n侧的开口形成得更大。这样，通过在掩模与基板的接触侧设置树脂层，在增加掩模相对基板的密合性的同时，可防止损坏基板，能切实地向基板的电极部供给焊球。掩模的开口间隙(间距)为L、金属层20s侧的开口直径为Rs、树脂层20n侧的开口直径为Rr(＝1.1Rs)、排气槽52的宽度为R1(大约为0.4Rr)。掩模的开口直径由所供给的焊球的直径来决定。

如上所述，根据本发明，可一次低成本高速地形成焊接凸起的高度精度稳定的大量的焊接凸起。并且，也可使装置成为简单的结构，降低设备的成本。

Claims (8)

1.一种焊球填充方法，是采用丝网印刷机、经由丝网掩模将焊球填充到形成于基板上的电极上的方法，其特征在于，采用印刷装置，该装置具有：丝网、丝网固定装置、基板固定装置、识别定位装置、密合装置、印刷机构、平动装置以及转印装置，丝网具有以规定的图案填充/转印焊球的开口；丝网固定装置载置/固定丝网；基板固定装置搬入/固定要形成凸起的基板，并在完成规定的印刷/转印后搬出；识别定位装置对丝网和基板的各标准标记进行图像处理、进行丝网和基板的对位；密合装置用于使基板与丝网密合；印刷机构用于通过丝网将焊球填充到规定的位置；平动装置使印刷机构相对丝网面平行移动；转印装置将填充到丝网开口的焊球固定在基板上，并通过印版分离进行转印，印刷机构具有载置焊球的筛网状体和使筛网状体垂直或水平振动的振动装置。

2.如权利要求1所述的焊球填充方法，其特征在于，设置由所述筛网状体保持印刷所需量的焊球的焊球收纳装置，在印刷动作中，使收纳焊球的所述筛网状体振动、使筛网状体伸缩，从而将收容的焊球供给到丝网上。

3.如权利要求1所述的焊球填充方法，其特征在于，所述印刷机构具有与筛网状体并设或独立设置的刷状体或者刮板机构，在印刷动作中使刷状体或刮板机构振动。

4.如权利要求1所述的焊球填充方法，其特征在于，在所述丝网的背面侧设置树脂层，在所述树脂层上呈棋盘的格子形状地设置槽，当丝网与基板接触时，通过从该槽排出空气而使基板和丝网紧密接触。

5.如权利要求1所述的焊球填充方法，其特征在于，所述印刷机构具有在进行焊球填充动作后利用所述丝网的柔软性、从丝网的上部向下加压来施加压力的焊球加压装置。

6.一种丝网印刷装置，通过掩模、利用印刷机构向形成于基板上的电极供给焊球、进行印刷，该基板搭载于基板保持装置上，

其特征在于，所述印刷机构具有筛网状体和励振装置，筛网状体具有带有多个开口部的金属面；励振装置向所述筛网状体施加振动，通过所述励振装置对筛网状体进行励振而扩大所述开口，将收纳于所述筛网状体上的焊球通过所述掩模向基板上的电极供给。

7.如权利要求6所述的丝网印刷装置，其特征在于，磁铁内置于所述基板保持装置，印刷机构在掩模面上平行移动时，使磁力通过基板对所述金属掩模和金属筛网作用，扩大筛网开口，将收纳于所述筛网状体上的焊球通过所述掩模供给到基板上的电极。

8.如权利要求6或7所述的丝网印刷装置，其特征在于，所述印刷机构，与所述筛网状体并设地设置刮板，并且具有在印刷动作中使筛网状体和刮板同步振动的励振装置。

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