CN103100779B - 焊球印刷机 - Google Patents

Abstract

最近，形成在半导体芯片的电极部上的焊料突起有微小化的趋势，因此使用焊球印刷时，焊球也被微小化。因此，要求能高精度地印刷焊球。用于印刷焊球的充填头在设于转轴上的八边形固定部件的各面上固定刮刀保持架，在该刮刀保持架上安装由多个线材构成的狭缝刮刀，通过一边以规定的推压力压在掩模面上一边使转轴旋转、同时使充填头移动，高效率地将焊球充填到掩模开口部。

Description

焊球印刷机

技术领域

本发明涉及用于将焊球印刷到形成于基板面上的电极上的装置。

背景技术

在以往的焊球印刷机中，为了将焊球分散配置并充填到掩模的开口部，采用具备刮刀的充填头等。例如，专利文献1公开了如下构造：将焊球分散配置在旋转的供给辊面上，通过使供给辊一边旋转一边沿水平方向移动，使分散配置在辊面上的焊球落到掩模面上，并且，具备以密集设置多根纤维状部件的方式将两端固定并利用线材的腹部分将焊球推入的刮刀，一边将刮刀按压在掩模面上一边使其水平地移动，从而将焊球充填到掩模开口部。

另外，专利文献2公开了如下的装置：充填头的中心轴由空洞形成，从这里将焊球供给到掩模面上，并且使中心轴旋转，设于圆盘上的多个刮刀一边在掩模面上沿水平方向旋转一边水平移动，由此将焊球充填到掩模开口部。

现有技术

专利文献1：日本特开2005－183423号公报

专利文献2：日本特开2007－157992号公报

发明内容

在专利文献1公开的构造中，焊球不能从供给辊被顺畅地供给出来，容易产生未充填焊球的开口。因此，必须使焊球的供给装置和设有用于将供给的焊球充填到掩模开口部的刮刀的充填头往复移动多次。另外，剩余的焊球残留在掩模面上的可能性较大，当使掩模离开基板时，剩余的焊球可能会落入开口部，产生双重球等的缺陷。

另外，在专利文献2公开的构造中，不能加大充填头，印刷大面积的基板时，需要较多的充填时间，并且，从充填头洒出的焊球可能会发生残留。

本发明的目的是解决上述课题，提供能够可靠地将焊球充填到掩模开口部且使焊球不残留在掩模面上的焊球印刷机。

解决课题的技术方案

为了实现上述目的，本发明的焊球印刷机具备焊球充填头，该焊球充填头用于经由掩模将焊球印刷到多个电极部上，上述多个电极部形成于涂敷有焊剂的基板面上，上述焊球充填头在外形为六边形～十二边形以上的多边形转轴的各面上分别固定有充填部安装部件，将由多个线材形成的充填部件，以相对于充填头的行进方向具有规定角度且在上述充填部安装部件的掩模面侧的面与上述线材之间形成有空间的方式安装在上述充填部安装部件上，并且，具备驱动部，当充填焊球时，该驱动部使充填部以一边与掩模面接触一边相对于焊球充填头的行进方向向下的方式，以所期望的速度旋转。

发明效果

通过使焊球充填头具有上述构造，在将焊球充填到掩模开口面时，可以以小的推压力可靠地充填焊球，并且可以减少剩余焊球残留在掩模面上的量。

附图说明

图1是焊球印刷机的概略整体构造图。

图2是表示将充填头向左方向移动中的充填头和清扫头的概略构造图。

图3是表示将充填头向右方向移动中的充填头和清扫头的概略构造图。

图4是表示清扫头移动中的状态的图。

图5是表示充填部的正面图。

图6是表示图5中的A－A截面图。

图7是表示狭缝刮刀的安装前的平面图。

图8是表示将狭缝刮刀固定在刮刀保持架上的状况的图。

图9是说明充填头及清扫头的动作的图。

图10是说明充填头及清扫头的动作的图的后续。

附图标记的说明

1…焊球印刷机，2…充填头，3…充填部，4…罩，5…头上下驱动机构，7…头安装框，8…掩模，10…充填部支承部件，10s…清扫支承部件，11…固定部件，12…狭缝刮刀，14…充填部安装部件（刮刀保持架），16…转轴，18…相机，20…基板，21…印刷工作台，31…磁铁，32…定位销，33…磁铁

具体实施方式

最近，提出了将焊球印刷到电极部上的方法。特别是，存在印刷对象的间距减小到40μm～150μm的趋势，焊球的尺寸也逐渐使用小到的尺寸。为此，本发明提供即使对小焊球也能可靠且高精度地印刷的装置。

下面，参照附图说明本发明的焊球印刷装置的优选实施方式。

图1中，表示用于印刷焊球的焊球印刷机的概略整体构造。图1（a）表示进行掩模和基板的对位的状态，图1（b）表示正在将焊球印刷到基板上的状态。

焊球印刷机1设有具备驱动部22的印刷工作台21，使印刷工作台21可上下移动。另外，印刷工作台21由XYθ工作台构成，可在XYθ方向移动。在该印刷工作台21上铺设磁铁33，并在其上载置基板20。另外，利用相机18（2视场相机），对分别设于印刷机主体1侧通过掩模框9安装的掩模8的面和基板20的面的对位记号进行拍摄，由未图示的控制部进行图像处理，求出记号的位置偏差。采用控制部求出的偏差量，对载置了基板20的印刷工作台21沿水平方向（XYθ方向）进行驱动控制并进行对位，使记号对齐。在印刷工作台21与掩模8的背面侧之间，设有用于移动相机18的相机移动架24。该相机移动架24设为可沿图1的前后方向移动。

使用相机18进行对位后，使对位用的相机18退避，如图1（b）所示，使驱动部22动作，使载置了基板20的印刷工作台21上升，并使设在上部的掩模8与基板20的面接触。然后，驱动头上下驱动机构5，使充填头2（有时也称为拨入头2）下降到掩模面侧，使充填部件（以下有时也称为狭缝刮刀）12（参照图2）以规定的推压力与掩模面接触，该充填部件12由构成充填部3的充填部件的多个线材构成。另外，充填部件12等于或大于待印刷的基板的宽度方向，通过将充填头2沿水平方向（基板的长度方向）移动一次，可以将焊球充填到掩模开口部。实际上，将充填头沿基板长度方向往返一次，从而使焊球可靠地被充填到掩模开口部。在充填头沿水平方向移动时，使设于充填部3的驱动机构13（见图5）动作，使充填部3旋转。充填部3以每秒1～5转的较低速度旋转。如果以过高速度旋转，构成狭缝刮刀12的线材可能会将充填的焊球切断而成为体积不合格的原因，另外付与掩模多余的振动而成为双层球的原因。接着，通过驱动头驱动部（电机）2g，使滚珠丝杠2b旋转，从而使充填头2沿水平方向移动。另外，如图1所示，充填头2移动时，充填部3在与掩模面的接触部向与充填头2的行进方向同一方向（将球11扫出）以规定的转速旋转。这样，将焊球充填到掩模开口部，并且将焊球11聚集在开口部周围而防止其残留在掩模面上。这样，通过使充填部件的转轴配置在相对于掩模面平行的位置并旋转，可以减小狭缝刮刀12对掩模面的推压力，并且，可沿着转轴在大范围内均匀地充填球。

另外，充填部3的转速低速亦可，这样，可以减少随着旋转产生的焊球11的飞散。另外，为了使充填部3的转速根据焊球11的尺寸、数量等而变化，优选采用可变速的电机。另外，本装置中，用于清扫掩模背面的清扫机构25设在相机移动架24上，与相机18同样地，可以沿水平方向移动。另外，在充填头2的旁边设有清扫头26。该清扫头26用于在充填头2动作、焊球11的充填结束后，将残留在掩模面上的少量焊球扫出到印刷区域外。关于清扫头26的详细构造将在后面说明。

在图2和图3中，表示充填头和清扫头的整体构造的概略图。图2表示使充填头向左侧移动的状态。另外，图3表示使充填头向右侧移动的状态。

如图2所示，充填头2构成为，充填部3收纳在罩4内，设于气缸5a上的活塞杆6a与罩支承部件10结合，通过驱动气缸5a，充填部3可以与罩4一起上下移动。在罩支承部件10的端部侧设有被设于气缸5a的、比活塞杆6a短的活塞杆6b的承接部，通过驱动气缸5b，规定活塞杆6b的停止位置，从而在将焊球充填部3向上侧提起时，规定充填头2的上升高度。另外，罩4用于防止由于充填部3旋转而导致未充填的焊球11飞散到罩4的外侧。另外，形成为印刷状态时（充填部3正与掩模面接触时），在该罩4与掩模面8之间留有间隙。另外，在罩4的前后设有空气供给部4a，该空气供给部4a在罩的下端部具备吹喷空气的空气供给口，从罩下部将空气向罩内吹入，防止焊球残留在罩外的掩模面上。从空气供给部吹入罩4内的空气从设于罩支承部件10的排气口4n排出。在该排气口4n设有网状的过滤器4f，以防止焊球11从罩4内飞散到外部。

另外，如图2所示，使充填头2向图的左侧方向移动时，充填部3如图所示地沿顺时针方向旋转。另外，如图3所示，使充填头2向图中右侧方向移动时，充填部3沿逆时针方向旋转。这样，通过对应于充填头2的移动方向使充填部3的旋转方向为以使焊球11向充填头2的行进侧扫出的方式旋转、以及通过从罩4a吹入空气，可以防止焊球11的飞散，可靠地进行向掩模开口部的充填量，并且，可以尽可能地减少残留在掩模面上的剩余焊球。另外，也可以代替空气而将氮气等使焊球11的氧化延迟的气体吹入到罩4内。

充填部3被支承在罩4的长度方向的两端部。罩4经由罩支承部件10被支承于活塞杆6a，活塞杆6a构成设于头安装框7的上部的气缸5a。如图1所示，该头安装框7设于印刷机主体，通过利用电机2g驱动滚珠丝杠2b旋转而在未图示的线性导轨上沿水平方向往复移动。另外，在焊球印刷机1主体侧设有保持掩模框9的掩模保持部，该掩模框9安装有设有多个开口的掩模8。作为印刷对象物的基板20被保持在磁铁33的面上，磁铁33载置在设于焊球印刷机主体侧且能在XYθ及Z方向移动的印刷工作台21上。另外，设于该印刷工作台上的磁铁33用于使基板20与掩模8贴紧，因此，掩模8由镍等的磁性体形成，当使印刷工作台上升并与掩模面接触时，可以利用磁力进一步提高基板20和掩模8的贴紧性。

另外，与充填头2并列设置的清扫头26安装在未图示的滚珠丝杠或正时皮带上。与充填头同样地，该清扫头26安装在清扫安装框29上。在清扫安装框29的上部设有作为驱动源的气缸5c，该气缸5c使清扫头26的清扫部27上下移动。清扫部27在清扫支承部件10s上安装清扫保持架4s，在清扫保持架4a的前端部安装清扫部件12s。该清扫部件12s基本上与前面说明的用于焊球充填头的充填部件是大致相同的构造，后面将详细描述。另外，与充填头2同样地，清扫头26的驱动部具备规定清扫头26的上升高度的气缸5d和活塞轴6d。

图4表示清扫头动作中的状态。对于清扫头26来说，当使用充填头2完成将焊球11充填到掩模面的开口部时，使充填头2移动到掩模8的端部。接着，使处在待机位置且在掩模面上待机的清扫头26向箭头方向（图4中右方向）移动，将残留在掩模面上的焊球11收集到掩模面的充填头2待机的一侧。然后，在使清扫头下降了的状态下，并且，使印刷工作台下降，使掩模离开基板面。关于详细的印刷动作将在后面描述。

接着，说明充填部3的概略构造。图5表示充填部的正面图，图6表示图5的A－A截面图。图7表示作为充填部件的狭缝刮刀的安装前的平面图。图8表示将狭缝刮刀固定在刮刀保持架上的状况。

如图5及图6所示，充填部3在设于转轴16的八边形的固定部件15的各边上使用螺栓17固定充填部安装部件14（下面有时也称为刮刀保持架）。另外，固定部件15不限于八边形，也可以是六边形～十二边形等的多边形。转轴16的两端侧通过轴承支承在罩4上。在该转轴16的一方端部设有驱动机构13，通过驱动构成驱动机构13的电机，转轴16可以以规定的转速旋转。如图5所示，充填部3形成为相对于充填头2的行进方向，垂直方向（基板的宽度方向）长。其长度比印刷焊球的基板20的宽度长。这样，基本上，只要使焊球充填头2沿水平方向在掩模面上移动一次，就可以将焊球11充填到基板20的大致所有电极部上。充填部件12的长度如图所示设为Lj，掩模的宽度Lm比该Lj大，基板的宽度Lt比掩模宽度Lm和充填部件的宽度Lj小。即，具有Lm≥Lj≥Lt的关系。

如图6所示，在该刮刀保持架14上安装由图7所示的多个线材构成的狭缝刮刀12。如图所示，刮刀保持架14的截面是梯形，构成其长边侧是四边形的形状。并且以梯形的短边朝向中心轴一侧的方式安装。通过将截面形状做成为梯形，可以有效地将狭缝刮刀安装成圆形。另外，如图8所示，在刮刀保持架14的四边形部分，沿长度方向隔开规定间隔地埋入磁铁31。该磁铁31用于将狭缝刮刀12固定在刮刀保持架上。另外，在磁铁与磁铁之间设有定位用的销32，该销与设于固定部12P上的插入孔12H吻合，该固定部12P设在狭缝刮刀12的宽度方向的两端部。如图7所示，狭缝刮刀12使用厚度为0.05～0.1mm的钢板，利用缝隙12S设置0.1mm～0.3mm的间隔，除了固定部12P外，通过蚀刻加工，以线宽0.1mm且θ=5度～35度的倾斜，一并形成多个线材12L。将设于其宽度方向的两端部的固定部12P固定在刮刀保持架14的两侧。

下面，使用图8说明将狭缝刮刀安装在该刮刀保持架上的方法。图8（a）表示立体图，图8（b）表示截面图。

在刮刀保持架14上，隔开规定间隔地设有多个定位销32，在定位销32与定位销32之间埋入了磁铁31。当将狭缝刮刀12安装到刮刀保持架14上时，将设于刮刀保持架14两侧的定位销32分别插入狭缝刮刀12的插入孔12H。然后，通过将定位销32插入设于由磁性材料形成的刮刀压板30上的插入孔30H内，利用磁力的作用可以固定在压板30上。这样，可以简单地定位，可以简单地安装、卸下狭缝刮刀12。另外，通过这样的构造可以减小固定空间，因此可以减小刮刀保持架14的相互间隔。构成狭缝刮刀12的线材以相对于长度方向向规定方向倾斜且相对于刮刀保持架14形成空间的方式安装。即，狭缝刮刀由在长度方向半螺旋状的线材构成。另外，如图5所示，构成狭缝刮刀12的线材的倾斜方向，以与每个相邻的刮刀保持架14方向相反的方式安装。通过这样交替地改变狭缝刮刀12的倾斜方向，可以将未充填到掩模开口部而残留在掩模面上的剩余焊球有效地回收到充填部侧。

下面，使用图9和图10说明焊球印刷的一系列动作。

首先，将在电极部上印刷了焊剂的基板20运入焊球印刷机，并载置在印刷工作台21上的磁铁33上。在印刷工作台21及磁铁33上设有多个供给负压的吸附口，通过向这里供给负压，将基板20保持在磁铁33上而防止其移动。

接着，使用对位用相机18，对设于基板20面上的对位记号和设于掩模8上的对位记号进行拍摄。拍摄的数据被送到未图示的控制部，在控制部进行图像处理，求出位置偏差量，根据其结果，利用未图示的水平方向移动机构使印刷工作台21向修正偏差的方向移动。

对位完成后，驱动印刷工作台21的上升机构22，使印刷工作台21上升并与掩模8的背面接触。这时，利用工作台21上的磁铁33，可以使掩模8与基板20贴紧。

接着，利用未图示的焊球供给装置，将焊球11供给到掩模8的面的充填头2的初始位置（印刷开始位置）的行进方向前侧部分。然后，将充填头2水平移动到印刷开始位置，并使之下降到掩模面。这时，使充填部3下降到对掩模面作用规定推压力的位置。

接着，如图9（1）所示，使充填部3沿顺时针方向旋转。然后，使焊球充填头2在掩模面上向图的箭头的左方向水平移动。这时，一边从空气供给部4a向具有狭缝刮刀的罩4的内侧吹入空气一边移动。另外，这样，通过使充填部3旋转，在掩模开口部，将焊球11推入到开口部，使焊球11附着在基板20上的焊剂上，在开口部以外的部分，充填部3使焊球11向掩模面上的行进方向移动。充填部3到达基板端部时，停止充填部3的旋转，并且停止从空气供给部4a的空气的供给，使充填部3上升。然后，如图9（2）所示，使充填头2向左方向移动。这样，通过使充填头移动，使充填头2相对于接着要充填的焊球11的位置位于后侧。移动结束时，再次使充填部3下降到以规定推压压力与掩模面接触的位置。然后，如图9（3）所示，重新开始从空气供给部向罩内供给空气，并且使充填部3沿逆时针方向旋转，使充填头2向图的右侧移动。然后在到达靠近基板端部的位置时，停止从空气供给部供给空气，如图9（4）所示，使充填头2的充填部3上升，使充填头2进一步向右侧移动，如图9（5）所示，使充填部3下降，使剩余的焊球11的位置位于充填部3的左侧。然后，在使充填部下降到掩模面上的状态下成为待机状态。这样，在本实施例中，通过使充填头2往复一次，将焊球充填到掩模开口部，可以可靠地充填。

在图9的（1）～（4）工序中，清扫头26在将清扫部27下降到掩模8面的状态下待机。接着，如图9（6）所示，使清扫头26向图的右侧（充填头2正待机的一侧）移动。移动到充填头2的待机位置附近。如图10（7）所示，清扫头26到达充填头2附近时，使清扫部27上升，离开掩模面。然后，将清扫头26返回到初始的待机位置。如图10（8）所示，返回到待机位置时，再次使清扫部27下降到掩模面上，并使其以规定的接触压与掩模接触。如图10（9）所示，在掩模面上再次移动到充填头2的待机位置附近。利用该移动，可以将残留在掩模面上的焊球11完全地收集到离开基板面的位置。该清扫完成时，在充填头2及清扫头26与掩模面接触的状态下，使印刷工作台21下降，使基板20离开掩模面。

在本说明书中，说明了使清扫头26进行2次动作，但是，通过使清扫头26进行多次的动作，可以可靠地使掩模上的残留焊球移动到离开基板位置的部分。

另外，在本实施例中，进行了如下说明，即在使用充填头2将焊球11充填到掩模开口部后，使清扫头26动作，将掩模面上的残留焊球清扫到离开基板的掩模面上。但是，如果采用实施例的充填头，几乎没有焊球残留在掩模面上，因而不需要清扫，所以，存在不必设置清扫头的情况。或者，也可以将充填头2和清扫头26做成为一体的头使用。

另外，在图中的（6）～（9）的工序中，在充填头2待机时，也可以从空气供给部4a向罩4内侧吹喷空气或氮气。这样，可以防止焊球11漏出到罩外，可以推迟焊球11的氧化。

接着，使用相机对已印刷的基板20的印刷状态进行拍摄来观察有无缺陷。观察有无缺陷后，驱动清扫机构25，进行掩模背面的清扫。如果有缺陷，则将基板20送到修复部，在那里修复缺陷部。缺陷部修复后，将基板运送到回流部，将焊球熔融固定。

上面大致说明了焊球的印刷工序，关于修复部、回流部，由于是与上述装置独立的装置，所以不进行详细说明。

在该工序中，通过采用本发明的焊球供给头，可以可靠地将微小直径的焊球从掩模开口部供给到焊剂上。

Claims (5)

1.一种焊球印刷机，该焊球印刷机经由掩模将焊球印刷到多个电极部上，上述多个电极部形成于涂敷有焊剂的基板面上，其特征在于，

上述焊球印刷机具备充填头，该充填头将焊球充填到设置于掩模的开口部，

构成上述充填头的充填部在设于转轴上的外形为六边形～十二边形的多边形的固定部件的各面上分别固定有刮刀保持架，并且，将由多个线材形成的狭缝刮刀，以相对于充填头的行进方向具有规定角度且在上述刮刀保持架的掩模面侧的面与上述线材之间形成有空间的方式，安装于上述刮刀保持架，

上述狭缝刮刀等于或大于待印刷的基板的宽度方向，并使上述狭缝刮刀的转轴配置在相对于掩模面平行的位置。

2.如权利要求1所述的焊球印刷机，其特征在于，安装于上述刮刀保持架的狭缝刮刀的倾斜方向与安装于相邻刮刀保持架的狭缝刮刀的倾斜方向为相反方向。

3.如权利要求1所述的焊球印刷机，其特征在于，设有轴，当充填头在掩模面上沿水平方向移动时，相对于移动方向，该轴使上述狭缝刮刀的接触部相对于移动方向向同一方向旋转。

4.如权利要求1所述的焊球印刷机，其特征在于，与上述充填头并列地设有清扫头，该清扫头是将与上述狭缝刮刀相同形状的清扫部件安装于清扫保持架，在使用上述清扫头清扫掩模面的过程中，使上述充填头在与掩模面接触的状态下待机。

5.如权利要求1所述的焊球印刷机，其特征在于，从充填头的外侧朝内侧吹入空气或推迟氧化的气体，防止焊球漏出到充填头的外侧。