CN1977369B - 安装导电球的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种安装导电球的方法包括：在基板上设置掩模的步骤，所述掩模包括用于在所述基板上布置导电球的多个开口；以及填充步骤。填充步骤包括使用沿所述掩模的表面移动的球收集头、将一组导电球保持在作为所述掩模的表面的一部分的区域中、以及移动所述区域使得由所述区域取得的路径部分重叠。通过限制执行填充的区域和在将导电球聚集在该区域中的同时移动导电球，可防止导电球的损失、增加填充效率、及抑制未填充开口的数量。

Description

安装导电球的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种将导电球安装到基板上预定位置的设备和方法。
背景技术
当安装或实施以LSI(大规模集成电路)和LCD(液晶显示器)为代表的半导体器件和/或光学装置时，焊锡球(solder ball)用于产生电连接。近年来，已经对将微小颗粒安装到基板上进行了研究，该微小颗粒是具有1mm以下的直径的导电球，其包括焊锡球和由任何导电金属制成的其它类型的球或覆有金属的球。
日本专利特开平09-148332号公报(下文称为参考公报1)公开了将微小颗粒布置在希望位置的技术的一个例子。该公报公开了在具有用于布置微小颗粒的开口的掩模上借助于具有预定软度以使微小颗粒插入到开口中的称作涂刷器(squeegee)的移动装置来移动微小颗粒，通过抽吸空气使被布置的微小颗粒被保持在多孔基板上。
参考公报1中的涂刷器用于移动还未插入到开口中的多余颗粒。在参考公报1中，通过将涂刷器安装到在掩模上方沿直线方向移动的带而使该涂刷器移动。参考公报1还指出，在形成有环状沟的掩模的上方，使安装到盘状保持构件上的涂刷器沿该沟移动。在任一种情况下，微小颗粒沿一预定方向被涂刷器移动。还公开了往返移动的涂刷器，但在该情况下，移动方向仅包括两个方向，即“往外”方向和“返回”方向。
在参考公报1中，通过使用抽吸空气将微小颗粒插入到开口中，微小颗粒适当地布置在必要位置处。与抽吸空气的是否存在无关，对于微小颗粒，即，导电球，填充在掩模中的图案中设置的开口或开孔而不错过任何开口的一个条件是，相对于开口数量(开口的密度)供给足够大数量的导电球。然而，如果导电球的数量相对于开口的数量大，则在掩模表面上移动导电球的时间(寿命)变长。在该时间期间，由于多个因素，如与大气的接触、球之间的接触、球与掩模之间的接触、球与涂刷器之间的摩擦和接触，引起对球的表面的磨损和变形，这降低了球作为电极的性能。因而，如果移动大量的导电球以试图减小未填充的开口的数量，或减小由未填充的开口造成的对于基板(工件)的布置误差或安装误差，则对于布置在基板上的导电球发生问题的概率增加。另外，当使用移动大量球的方法时，由于必须丢弃大量还未被布置的导电球，所以导电球的损失率增大，这从成本观点看不是优选的。
当导电球由涂刷器在相同方向上移动时，由于涂刷器状态、掩模状态、等等，可能在涂刷器的纵向上发生导电球的密度变化，这可导致开口填充的失败和球放置的失败。当增加导电球移动的量以试图提高生产率时，这以与上述相同的方式导致球的损失增加。在参考公报1中说明的设备中，涂刷器在掩模上往返移动，以减少填充开口的失败。然而，由于当增加往返移动的次数时在涂刷器一次移动期间插入到开口中的颗粒数量下降，所以由该移动造成的对颗粒的损害继续进行。
发明内容
本发明的第一目的在于，提供一种可高度可靠地用导电球填充掩模中的多个开口并且能高度可靠地将导电球布置或安装在基板上的预定位置处的方法和设备。本发明的另一个目的在于，提供一种可减小对于导电球的丢弃率并且可经济地将导电球安装在基板上的预定位置处的方法和设备。
代替使用在一个方向上或在往返方向上横跨掩模的整个表面移动的涂刷器而在一个方向上或在往返方向上移动导电球，本发明包括通过转动球收集头收集在作为掩模表面的部分的区域中的球、将一组导电球保持在该区域中、及移动该区域以使该区域的路径部分重叠。另外，通过以该方式移动区域以覆盖掩模的表面，使掩模中的开口被导电球填充。就是说，本发明的一个方面是一种安装导电球的方法，其包括：在基板上设置掩模的步骤，所述掩模包括用于在所述基板上布置导电球的多个开口；以及填充步骤，所述填充步骤包括使用沿所述掩模的表面移动的球收集头、将一组导电球保持在作为所述掩模的表面的一部分的区域中、以及使所述区域的路径部分重叠地移动所述区域，所述填充步骤还包括绕与所述掩模垂直的轴线转动所述球收集头、横跨所述掩模的表面移动所述轴线、以及通过所述球收集头的转动将导电球聚集在所述区域中。本发明的另一个方面是一种填充装置，其用来在将掩模设置在基板上之后将导电球填充在掩模中的多个开口中以便将导电球布置在基板上，所述填充装置包括：球收集头，用来将一组导电球保持在作为所述掩模的表面的一部分的区域中；以及球收集头支撑装置，用来将所述球收集头支撑成沿所述掩模的表面移动，所述球收集头支撑装置包括用来绕与所述掩模垂直的轴转动所述球收集头的装置、和用来横跨所述掩模的表面移动所述轴的装置，以及用来通过转动所述球收集头向作为以所述球收集头的转动中心为中心的圆形区域的所述区域移动导电球来聚集导电球的装置。另外，本发明的另一个方面是一种安装设备，其包括上述的填充装置和用来将所述掩模设置在基板上的装置。
这里，横跨或沿掩模的表面移动球收集头和区域意味着相对于设置掩模的基板改变球收集头和区域的位置，并且包括移动球收集头和基板中的一个或二者。这里，“基板”是指导电球将安装在其上的物体，并且包括半导体晶片(wafer)、电路板、用来传输的板、及其它类型的工件。由区域取得的路径表示当区域在掩模的表面上移动时通过的部分或轨迹(track)。而且，当区域通过时，在与轨迹相对应的掩模部分中的开孔或开口用导电球填充，但不必在掩模的表面等上留下表示区域已经通过的清晰踪迹(trace)。
根据本发明，导电球不是简单地在掩模上被移动而是在被保持在有限区域中的状态下移动。通过这样做，防止导电球自由地散布在掩模的表面上，并且导电球组存在的范围受到限制。因而，使用比较少量的导电球可升高在区域中导电球的密度，并且在由区域通过的掩模部分中的开口可用导电球高效地填充。因此，有可能减少未填充开口的出现。而且，通过以高填充率移动区域从而使区域的路径的部分重叠，有可能覆盖掩模的整个表面而没有遗漏，并因此可使填充到开口中的失败率极小。
而且，在本发明中，应该保持在作为掩模上的限制区的区域中的导电球的数量，与用来试图一次填充整个掩模中的开口所需的量相比极低。因而，可能由于在掩模上的移动而被损坏的导电球的数量减少，并因此在填充操作期间损失的导电球的量减少。
对于仅在掩模上往返移动的涂刷器，涂刷器将在相同区完全重叠的情况下移动，并因此除涂刷器的第一次通过之外，涂刷器的后来移动将仅填充还未用球填充的开口。因而，当进行往返移动时，除第一次或最初几次通过之外，为了试图减少未填充开口的数量而用涂刷器重复地移动球将损坏球，并且导致损失许多球。
在本发明中，具有高填充率的区域被移动以使该区域的路径部分地重叠，并因此掩模的整个表面被覆盖而没有遗漏。因而，通过移动区域，待填充的新开口出现。通过提供用来将导电球供给在区域内并且随着区域移动添加与填充消耗的导电球相对应的导电球的量的装置，有可能将在区域内保持的导电球保持在崭新状态。可减小从将新导电球供给到区域至填充掩模中的开口，即导电球布置在基板上的预定位置处的寿命(导电球被消耗所占用的时间)，并因此可减小持续到导电球填充掩模的开孔的导电球寿命的波动。这意味着，根据本发明，有可能将导电球以均匀高质量布置在基板上的预定位置处，并因此可改进将导电球安装在基板上的生产率。
为了使区域或球收集头的路径部分地重叠并由此覆盖掩模的整个表面，区域的移动包括移动描绘蜿蜒曲折状或正弦曲线图案。也优选以螺旋或涡旋状图案移动区域。通过使路径的相邻部分重叠50％或更大，掩模的表面最终能以100％或更高的重叠率由区域覆盖。另一方面，如果路径的相邻部分的重叠率过高，则随着区域移动填充开口的球数量下降，导电球的寿命变得更长，球被损坏的概率增加。因而，用于路径的重叠率应该优选地在50％左右，以提高用高质量的导电球填充掩模中的开口的概率。
为了防止球的质量由于导电球与具有开口的掩模之间的干扰和其它原因而劣化，导电球应该优选地通过由重力造成的降落，就是说在其自重下，填充掩模中的开口。当导电球被沿一个方向连续地推时，由于大量球聚集，球相互干扰，导致球可能不落入开口中。另外，不推荐使用涂刷器在该状态下将球推入开口中。在本发明中，通过将导电球保持在区域中，有可能沿自由选择的方向移动区域。另外，通过适当地改变区域的移动方向，有可能防止导电球极不均匀地分布在区域内。因而，有可能促使导电球在其自重下填充开口。
在区域中保持导电球的一种方法是围绕区域以使球不能从区域逸出。然而，将区域围绕成球不能从区域逸出的努力具有许多问题。例如，必须施加压力，从而使用来移动球的装置如涂刷器与掩模的表面完全紧密接触，但通过这样做，已经填充开口的球可能跳出和/或掩模可能损坏。此外，如果球从区域逸出，则球将保留在掩模上并且成为杂散球(stray ball)，该球引起在基板上意外(unexpected)位置的错误安装。
在本发明中，通过使用球收集头将导电球从区域周围向区域聚集，将一组导电球保持在区域中。就是说，本发明的一个方面是一种安装导电球的方法，其包括：在基板上设置掩模的步骤，所述掩模包括用于将导电球布置在所述基板上的多个开口；以及填充步骤，其包括使用沿所述掩模的表面可移动的球收集头、将导电球从作为所述掩模的表面的一部分的区域的周围聚集到所述区域中、以及移动所述区域。本发明的另一个方面是一种填充装置，该填充装置包括：球收集头，用来将一组导电球保持在作为所述掩模的表面的一部分的区域中；以及球收集头支撑装置，用来将所述球收集头支撑成沿所述掩模的表面移动。
圆和外接圆的多边形是用于区域的形状的例子，其中导电球可容易地向区域聚集，而与区域正在移动的方向无关。例如，有可能振动或振荡球收集头，从而在区域周围(round)或周边的导电球被一起扫向区域。此外，通过从球收集头向区域吹出诸如空气之类的气体以便填充球，有可能将导电球扫在一起。用来聚集导电球的一种优选方法是转动球收集头，以向球收集头的中心中的区域移动导电球并由此聚集导电球。通过使球收集头绕与掩模相垂直的轴的轴线转动并且横跨掩模的表面移动垂直轴(轴线)以通过转动球收集头将导电球聚集在区域中，有可能在将导电球保持在区域中的同时移动一组导电球。
包括在本发明中的填充装置的球收集头支撑装置应该优选地包括用来绕与掩模相垂直的轴转动球收集头的装置、和用来横跨掩模的表面移动垂直轴的装置。球收集头也应该优选地包括通过转动球收集头聚集导电球的装置，以向球收集头的转动中心周围的同心圆形区域(内部圆)移动导电球。如果聚集导电球的装置是磁体或驻极体(electret body)(充电体)，则可以使用装置的排斥力。用于聚集的一个优选装置是使用从球收集头突出的一个或多个构件或通过吹出气体来扫圆形区域周围的表面的扫动器。扫动器需要布置或成形成使导电球向区域移动。例如，弯曲成螺旋的一部分的形状、相对于径向面向转动中心的形状、等等。
从球收集头突出的一种类型的构件叫做涂刷器，该涂刷器实现对于掩模表面的扫效应(sweeping effect)。一个例子使涂刷器具有从圆形区域切向延伸的简单线状，导电球聚集在该圆形区域中；并且通过转动包括多个该涂刷器的球收集头，有可能将在圆形区域的方向上的力施加到在圆形区域周围或周边的导电球。另外，通过将多个涂刷器布置成沿其移动方向即由球收集头的转动引起的移动的方向重叠，已经从其它涂刷器逸出的导电球可被捕获，并且可靠地向圆形区域聚集。
为了从区域周围聚集导电球，从球收集头突出的构件或从球收集头吹出的气体也起将在区域周缘中的掩模压到基板上的作用。当导电球安装在其上的基板是半导体器件的晶片或机件(工件)时，使基板日益变大的趋势意味着掩模也变大。另一方面，有随着器件(device)集成的进步导电球变小的趋势，并且导电球的例子是具有30至300μm左右直径的焊锡球、金球、或铜球。因而，当在基板上安装球时，重要的是，使由于掩模的翘曲和弯曲在基板与掩模之间产生的间隙的影响最小。尽管使用抽吸将基板从其后侧安装而校正基板的表面轮廓不规则性比较容易，但掩模不能从前部或后部得到加强，并因此难以校正掩模的轮廓不规则性。特别地，当掩模大时，难以防止翘曲和弯曲，并因此如果球具有小直径，则有球进入微小间隙和成为杂散球的可能性。另外，尽管为了放置导电球，掩模应该优选地紧密附着到基板上，但有用来机械和电连接球的焊剂印在基板上的情况，并且当情况是这样时，可能不推荐将掩模紧密地附着到基板。
根据本发明，代替提高平度或校正整个掩模的轮廓不规则性，通过按压区域的周围或周边来改进掩模表面的部分的平度。通过这样做，由于有可能提高在用来填充导电球的有限区域内的平度，所以有可能从一开始就防止杂散球的出现。而且，通过将聚集在一起的导电球保持在区域内，即使在掩模的其它区域中有间隙，也有可能防止杂散球的出现。因而，在本发明中由安装设备和安装方法使用的掩模的一个方面是，掩模是柔性的，从而通过由从球收集头突出的部件或从球收集头吹出的气体按压可使掩模更平。
附图说明
图1是示意性示出根据本发明的一种球安装器的概略布置的平面图。
图2是示意性示出球收集头的细节的侧视图。
图3是示出当从上方通过球收集头观看时的球收集头的细节的图。
图4是示出球收集头的细节的剖视图。
图5是涂刷器的放大图。
图6的(a)是示出通过球收集头由圆形区域取得的路径的一个例子的图，图6的(b)是该路径的局部放大图。
图7是示出通过球收集头由圆形区域取得的路径的另一个例子的图。
图8的(a)是示出通过球收集头由圆形区域取得的路径的再一个例子的图，图8的(b)是该路径的局部放大图。
图9的(a)是示出球收集头的不同例子的立体图，图9的(b)是示出当从上方通过球收集头观看时的球收集头的图。
图10的(a)是示出球收集头的又一个例子的立体图，图10的(b)是示出当从上方通过球收集头观看时的球收集头的图。
图11的(a)是示出球收集头的又一个例子的立体图，图11的(b)是示出当从上方通过球收集头观看时的球收集头的图。
图12是球收集头的又一个例子的局部放大剖视图。
图13是球收集头的又一个例子的局部放大剖视图。
图14是示出当从上方通过球收集头观看时球收集头的又一个例子的构造的图。
具体实施方式
图1示出本发明一个例子的安装设备的概略布置。这种安装设备1称作球安装器，并且将导电球布置在半导体基板(晶片(wafer)或工件)10上的预定位置处。当前晶片10的直径差不多是八英寸或十二英寸左右。安装在基板10上的导电球精制成直径是1mm或以下。研究具有10至500μm左右直径的球的安装，当前要求是对于具有30至300μm左右直径的球的安装。这里，“导电球”包括焊锡球、由金和银等制成的金属球、还有已经经过诸如镀导电材料之类的处理的陶瓷球或塑料球。
球安装器1包括：平台2，其用来将基板10设置在通过抽吸吸附等方法校正翘曲的水平状态下；掩模输送装置(mask handler)(掩模载体)3，其用来将掩模11设置在基板10上，该掩模11包括用来将导电球布置在基板10上的预定位置处的多个开口或开孔；及填充装置5，其用来用导电球填充掩模11中的开口。掩模输送装置3包括用来在基板10上方的位置与由虚线表示的退避位置之间移动掩模11的传送单元31、以及用来对准基板10和掩模11的对准单元32。用来将掩模11设置在基板10上的装置可以固定掩模11的位置，并且上下和/或沿水平方向移动基板10，以对准掩模11和基板10。
掩模11包括尺寸为适于插入微小的单一导电球的多个开口。基板10通常包括多个半导体器件，并且根据将导电球布置在这样的半导体器件的预定位置处的规则以重复的设计形成掩模11中的多个开口。设置在掩模11中的该开口称作开孔、图案孔、孔图案或开口图案等，在本说明书中，当提到多个开口时，使用词语“开口图案”。
填充装置5包括：球收集头20，其横跨或沿设置在基板10上的掩模11的表面11a移动，以用导电球填充掩模11的开口；球收集头支撑装置50，其用来将球收集头支撑成在掩模11的表面11a上沿自由选择的方向移动。球收集头支撑装置50包括：电动机56，其将球收集头支撑成绕与掩模11相垂直的轴线(轴)55转动；滑架52，其经由沿Y方向可伸缩的臂53支撑电动机56。滑架52沿着滑架轴51在X方向上移动。因而，球收集头20可由支撑装置50的臂53、滑架52、及滑架轴51设置在掩模11的表面11a上的在X-Y方向上自由选择的位置处。而且，球收集头20可被支撑装置50横跨掩模11的表面11a描绘希望路径地移动。
安装设备1包括：将包括用来布置导电球的多个开口12的掩模11设置在基板10上的步骤、和用来使用沿掩模11的表面11a移动的球收集头20用导电球填充掩模11的开口12的填充步骤处理，由此将导电球布置在基板10上的预定位置处。现在，在描述填充装置及其操作的细节的同时，将更详细地描述该填充步骤处理。
图2示出当从侧面看时填充装置5的球收集头20的放大视图。球收集头20包括盘形涂刷器支撑件21和从涂刷器支撑件21的下表面21a向掩模11的表面11a突出的六组涂刷器22。涂刷器支撑件21的中心连接到垂直于掩模11延伸的轴55。当从涂刷器支撑件21的上方看时，球收集头20通过电动机56绕轴55的轴线沿顺时针方向转动。电动机56是使涂刷器支撑件21在掩模11的表面11a上绕轴55转动的装置，并且通过臂53、滑架52、及滑架轴51，轴55在X-Y平面上沿希望方向横跨掩模11的表面11a而移动。因而，通过使用球收集头支撑装置50，在球收集头20正在被转动的同时，球收集头20可被在掩模11的表面11a上描绘希望路径地移动。经由轴55的内部将导电球从涂刷器支撑件21的中心供给到掩模11上的球供给装置60安装在滑架52上。
图3示出当通过涂刷器支撑件21从上方看时，观察到安装到涂刷器支撑件21的下表面上的六组涂刷器22的布置的状态。图4经由沿涂刷器支撑件21的直径方向切开球收集头20的截面示出球收集头20的构造。六组涂刷器22包括当分别从上方看时安装成矩形的多个扫(sweep)构件23。扫构件23可以是比较软地接触掩模11的表面11a并且可将残留在表面11a上的导电球15扫在一起的任何构件。弯曲成与掩模11的表面11a接触的线(wire)、成形为与掩模11的表面11a接触的橡胶板或海绵等弹性构件、及延伸得足够远以与掩模11的表面11a接触的大量线可作为扫构件23的例子。
涂刷器22绕与旋转轴55同心的内圆26在圆周方向上以均匀节距布置，并且沿顺时针方向从内圆26向外圆27线性地切向延伸。因而，在涂刷器22接触掩模11的表面11a的状态下，当涂刷器支撑件21在从上方看时沿顺时针方向转动时，在涂刷器22的移动方向(转动方向)上存在的导电球15被推向和扫向内圆26，如箭头18所示。这意味着，残留在掩模11的表面11a上的导电球15向内圆26移动，并且聚集在内圆26内部。
在图3和以后的图中，用内圆26和外圆27限定的区域是虚拟的区域。然而，当球收集头20在由球收集头支撑装置50转动的同时在掩模11的表面11a上移动时，在掩模11上残留的、内圆26与外圆27之间的区域中的过剩导电球15沿位于球收集头20的中心的内圆26中的该区域的方向聚集。由于多个涂刷器22布置成沿转动方向(移动方向)重叠，所以通过移动球收集头20，在内圆26的范围外的导电球15在内圆26被移动时被连续地沿内圆26的方向聚集。因而，导电球15被保持在球收集头20的转动中心周围的圆形区域26中，圆形区域26随球收集头20的移动一起移动，因此保持在球收集头20内的多个导电球15的组16也移动。以这种方式，在填充装置5中，在球收集头20的中心处的虚拟圆形区域26是保持导电球15的组16的掩模11的表面11a的一部分，区域26由于球收集头20的移动而移动。
在图5中，放大示出涂刷器22的前端接触掩模11的表面11a的状态。各涂刷器22包括布置成在涂刷器22的移动方向上的数量是多个的多个扫构件23。多个扫构件23安装到涂刷器支撑件21上，使得与掩模的表面11a接触的前端相对于涂刷器22的移动方向向后弯曲。扫构件23移动，以轻微地向作为移动方向A的圆形区域26按压或扫掩模11上的导电球。为此，导电球15的组16形成和保持在球收集头20内的圆形区域26中。聚集在区域26中的球15在其自重作用下落到区域26中的掩模11的开口12中，以用球15填充开口12。用于焊接目的的焊剂17预先丝网印刷在与掩模11的开口图案12相对应的基板10的表面上。因而，填充在开口12中的导电球15紧密地附着到焊剂17上，以将导电球15临时固定在基板10上的预定位置处。此后，已经安装有导电球15的基板10经受公知的回流(reflow)处理，以将球15固定到基板10上。
通过填充装置5，球15总是聚集到用于填充开口的称作圆形区域26的有限区域。因而，通过监视聚集在区域26中的导电球15的状态，可以控制用球15填充掩模11的开口12的状况。例如，保持在区域26中的导电球15通过填充开口12而被消耗。然后，基于已经消耗的球的数量，将球15从球供给装置60引入到区域26内。可以基于每单位时间(小时)消耗的球的数量以预定时间间隔供给球15。因而，区域26中的导电球15的组16的密度被维持，并且避免由于球密度的下降造成的开口12被填充的概率下降。图4所示的球收集头20包括检测区域26中的球15的密度的光学传感器65，并且与球是否正在以预定时间间隔供给无关，如果区域26的球密度因为任何原因而下降，则新的导电球15被从安装在滑架52上的球供给装置60供给到区域26。还可以提供用来定期更新球15的机构。如果球被移动而未被插入到掩模11中的开口12中的状态持续较长时间，则球15将会由于接触和磨损等因素而被损坏。在该系统中，可以应用以下过程：收集保持在区域26中的球15、除去质量已经劣化的球、以及仅使适当的球15返回到用于填充的区域26。
用来保持和移动球15的区域26的适当尺寸根据如导电球的直径和掩模11中的开口密度等条件而变化。如果导电球15的直径在10至500μm左右，则在掩模上可形成具有10至100mm的直径的区域26的球收集头20是优选的。如果用来保持球的区域26太小，则增加了填充整个掩模中的开口所需的时间。因而，区域26的直径应该优选为至少10mm。另一方面，如果区域26太大，则区域26内的球15的移动将不足，导致保持在区域26内的球的密度的不均匀度增大。因而，区域26的直径应该优选为不大于100mm。更优选地，圆形区域26应该是20至60mm。
如果球收集头20的转速太低，则区域26内的球15的移动将不足，导致导电球15不能填充开口12的概率增大。因而，球收集头20的转速应该至少为10rpm。另一方面，如果转速太高，则导电球15的移动速度将变得很快，导致球15通过开口12而不落入其中的概率增大和导电球15不能填充开口12的概率增大。因而，球收集头20的转速应该不大于120rpm。球收集头转速的更优选范围是30至90rpm。例如，在根据本实施例的填充装置5中，由球收集头20形成的、球聚集在其中的圆形区域26的直径是40mm，并且转速是45rpm。
图6至8示出用来移动圆形区域26以覆盖掩模11的表面11a的路径的多个例子。当掩模11的表面11a是XY平面时，填充装置5的球收集头支撑装置50可在XY平面上沿自由选择的方向移动球收集头20。球收集头20的移动方向也可自由地和动态地改变。另外，球收集头20通过与其移动方向无关的转动，可在圆形区域26中聚集和保持导电球15。为此，在导电球15保持在圆形区域26中的状态下，填充装置5可在掩模11的表面11a上沿自由选择的方向移动区域26，使得可以自由和动态地改变移动方向。
图6的(a)示意地示出球收集头20在掩模11的表面11a上描绘出螺旋或涡旋状路径地移动的例子。通过移动球收集头20，用来填充球15的圆形区域26沿螺旋或涡旋状路径71横跨掩模11的整个表面地移动，以将导电球15布置在基板10上的预定位置处。螺旋或涡旋状路径71适于基板10是圆形的、掩模11是圆形的、并且/或者用导电球15填充的整个区是圆形的情形。
应该注意，在图6的(a)中，区域26移动的路径71由表示转动中心移动的路径的线示出。为了容易理解，球收集头20和区域26由同一圆表示，但如上所述，区域26实际上是与球收集头20同心地形成，并且不是相同尺寸的。然而，由于区域26构造成与球收集头20同心，所以在移动期间由中心描绘的路径是相同的。而且，在本说明书中，“区域26取得的路径”不表示中心的移动，而是表示示出区域26如何在掩模11的表面11a上移动的宽路径、轨迹或路线。而且，即使区域26取得的路径可以说成是掩模的开口12由导电球15物理填充的路径，该路径也不必在掩模11的表面11a上留下踪迹。作为涉及区域26取得的路径的一个具体例子，在填充装置5的球收集头支撑装置50中，可通过用来自动地移动球收集头20的程序或功能提供路径的详细轮廓。
图6的(b)示出路径71的部分放大。为了用区域26覆盖掩模11的整个表面11a而没有遗漏，球收集头20被填充装置5的球收集头支撑装置50移动，使得区域26取得的路径的部分重叠。在这个例子中，路径71选择成路径71的相邻部分T(n)和T(n+1)重叠大约50％。通过在该路径71上移动球收集头20，区域26可移动，从而重叠掩模11的整个表面的100％，并且用球15填充掩模11的开口12。
图7示出球收集头20和圆形区域26取得的路径的不同例子。在这个例子中，通过移动球收集头20，区域26描绘“蜿蜒曲折状”、“正弦曲线”、或“蛇形”路径72地移动，使得区域26覆盖掩模11的整个表面11a。当使用路径72时，以与上述相同的方式，路径72的相邻部分的重叠率应该优选地适当设置。
图8的(a)示出在矩形电子电路板80上的整体矩形填充区代替圆形基板10的情况下，通过设置掩模81布置导电球15的例子。在这个例子中，通过移动球收集头20，区域26描绘“蜿蜒曲折状”、“正弦曲线”、或“蛇形”路径73地移动，使区域26覆盖掩模81的整个表面81a。如图8的(b)中所示，当使用路径73时，路径73的相邻部分T(n)和T(n+1)应该优选地重叠50％左右。蜿蜒曲折状路径73是适于覆盖四边形填充区的路径的一个例子。沿四边形的外周描绘路线的螺旋路径是适于覆盖四边形填充区的另一种路径。
为了没有遗漏地填充掩模11的开口图案12，区域26应该优选地以高重叠率移动。另一方面，如果路径的重叠率很高，则在整个基板10上布置球15所需的处理时间增加。而且，如果路径的重叠率很高，则存在球15的消耗数量的下降，并且由于球存在于区域26中很长时间，所以球被损坏的概率增大。为此，区域26应该优选地以在10至90％的范围内的重叠率描绘路径地移动。区域26应该更优选地以在30至70％的范围内的重叠率描绘路径地移动。具有50％重叠率的路径是用来移动区域26的最佳路径的一个例子。
如果球收集头20的移动速度太低，则将球15布置在整个基板10上将需太多时间。另一方面，如果球收集头20的移动速度太快，则在球15落到开口12中之前，区域26继续前进的概率增大。因而，球收集头20的移动速度应该优选地落在2至60mm/s的范围中，在5至40mm/s的范围中的速度是更优选的。对于本实施例的填充装置5，球收集头20的移动速度设置为20mm/s。
以这种方式，在球安装器1中使用的填充装置5中，导电球15被保持在掩模11的表面11a中的有限部分中，也就是说，在球收集头20的圆形区域26中。而且，通过移动球收集头20，区域26横跨或沿着掩模的表面11a移动，使由区域26取得的路径51部分重叠，以用导电球15填充掩模11的开口12，由此将球15布置在作为工件的基板10上的预定位置处。在填充装置5中，由于不填充开口的球不会离开掩模移动，而是球聚集在掩模上以填充以后的开口，所以防止导电球15的浪费。因而，不像通过用涂刷器一次扫和除去掩模11的整个表面而用球15填充开口12的方法，可由相对于待填充区域的开口(开口密度)足够(足够过量)的球15的组16覆盖有限区域，而不用一次供给极大量的球。也就是说，在作为掩模表面的一部分的小区域26中，通过在区域周围或周边聚集过多数量的球并且添加消耗的球，相对于区域26中的开口12保持导电球15的足够的过剩率。通过使用这种方法，球的损失率相对于整个掩模中的开口12的数量较低，由此防止球15的浪费并实现高填充率。
而且，通过移动用于填充的区域26使得路径部分重叠，可以在区域26移动时恒定地供给新球15。因而，从供给新球15至该新球布置在基板10上的时间(在本说明书中称作“寿命”)可减少，并且可使布置在基板10上的导电球15的寿命相当均匀。因而，可高均匀地将布置在基板10上的导电球15保持为与制造时的条件一样，并且很少损坏的导电球15可布置在整个基板上。
另外，通过转动涂刷器支撑件21，填充装置5的球收集头20能将导电球15聚集在内部圆形区域26中，而不受球收集头20的移动方向的影响。因而，球收集头20将球聚集在内圆形区域26内的功能(能力)不会改变，而与球收集头20在掩模11上的X-Y平面中的移动方向无关。这意味着，在球收集头20正在移动的同时，内圆形区域26周围区域中的掩模11上的过多球15可恒定地聚集到区域26中。另外，球15在内圆形区域26中的整体分布变得基本均匀，内圆形区域26的一部分中的不均匀集结球变得显著低，并且以两维延伸的整个区域26可用于用导电球15填充开口图案12。在区域26内部球15的太大过量聚集不会出现，并且导电球15的过量率和分布变得基本恒定，而不会变得过分地不平衡。为此，通过将区域26移动成路径部分重叠，可以可靠地减小未填充开口的数量，而不需重叠整个移动路径。
通过转动对导电球15施加力以使其朝向区域26移动的球收集头20是本发明的最优选实施例之一。作为向区域26聚集导电球15的方法的另一个例子，可以振动或振荡球收集头，以利用安装到球收集头的底部上的涂刷器将球沿区域26的方向扫在一起。在这种方法中，根据振动的方向和数量及涂刷器的形状，区域26的形状不限于圆，并且可以是外接圆的多边形。当区域26成形为多边形时，用来聚集球15的性能可根据球收集头移动的方向而不同。因此，圆形区域26的优点在于，可选择球收集头20的移动方向，而用来聚集和保持球15的性能不会根据球收集头20的移动方向而上升或下降。
填充装置5的球收集头20的涂刷器22从用于填充的区域26周围收集球15，并且涂刷器22还具有通过加压来弄平与用于填充的区域26相对应的掩模11的一部分的功能(能力)。如图3所示，涂刷器22布置在球收集头20的内圆26与外圆27之间，也就是说，在圆形区域26的周围(周围区域)28中。涂刷器22的前端以适当压力压到掩模11的表面11a上，以聚集残留在掩模11的表面11a上的球15，而不留下任何球。因而，即使与区域26相对应的掩模11的部分翘曲或弯曲，通过使用涂刷器22按压区域26的周边28，也可将该部分校正到平坦(水平)状态。
为了防止球重复填充开口，掩模11是厚度与球15大体相等的薄板状构件。因而，尽管掩模11易于翘曲和弯曲，但通过以适当压力将涂刷器22按压到表面11a上，能校正这种翘曲和弯曲(变形)。当掩模11翘曲或弯曲时，在基板10与掩模11之间产生间隙。如果基板10通过真空抽吸方法保持在高度平坦的平台2上，则可校正翘曲和弯曲以使其表面变平。因而，通过借助于用涂刷器22按压掩模11的表面11a来校正与区域26相对应的部分的翘曲和弯曲，可防止在掩模11与基板10之间产生间隙，因此防止球15经这种间隙逸出。
如果待安装在基板上的球的直径是几个mm或更大，则掩模也将是几mm厚，导致具有较高强度的掩模。因而，掩模将抗翘曲和弯曲，相反，如果这种翘曲和弯曲发生，则不容易用可由涂刷器施加的压力量来校正这种翘曲。而且，如果球的直径是几个mm，则如果间隙能以mm为单位进行调节，则球不会从基板与掩模之间的间隙逸出。然而，如果球的直径以μm为单位，则必须以μm为单位调节基板与掩模之间的间隙。尽管优选的是将整个掩模11紧密地附着到基板10上，以防止在掩模11与基板10之间产生间隙，但用来固定球15的焊剂17被印刷在基板10上。因而，将整个掩模11紧密地附着到基板10上不能说是优选的。
当涂刷器沿一个方向或简单地前后移动球时，有可能在涂刷器处于接触的掩模的线性部分处校正掩模的翘曲和弯曲。然而，不可能通过按压涂刷器校正存在球的掩模区域部分，并且如果在这样的位置处在基板与掩模之间存在球可移动通过的间隙，则填充掩模的开口的球将脱离掩模，使得球不能布置在基板的预定位置处。另外，脱离掩模的球可能横跨基板的表面杂散并且布置在不希望的位置处，被捕获在掩模与基板之间，并且/或者成为阻碍球填充其它开口的因素。
另一方面，根据本实施例的填充装置5的球收集头20的涂刷器22按压导电球15存在的区域26的周边。为此，在导电球15将存在的区域26中，校正掩模11水平的程度，使掩模11和基板10保持平行，且掩模11与基板10之间的间隙可设置为球15不会流出的值。当球收集头20通过时，球收集头20已经通过的掩模11的部分可能返回到弯曲或翘曲状态。然而，导电球15聚集在区域26中并且与球收集头20一起移动。这意味着，导电球15在球收集头20已经移动之后基本上不会剩下，使得即使掩模11翘曲或弯曲，也可防止导电球15杂散的危险。另外，已经填充掩模11的开口12的导电球15由基板10的表面上的焊剂17保持在预定位置处。因而，即使掩模11在球收集头20通过时可能浮在基板10的表面上方，也不可能发生问题。这样，在根据本实施例的填充装置5中，微小颗粒能可靠地布置在工件10上的预定位置处，而没有遗漏并且不受掩模11的翘曲或弯曲的影响。
构造涂刷器22的构件23需要以适当的力推用作半导体器件的连接端子的导电球等微小颗粒，并且将微小颗粒一起扫向区域26。而且，扫构件23应该优选地具有适当弹性，使得已经插入开口12中的球15不会被刷出。扫构件23的一个适当例子是在涂刷器22的纵向上延伸的、图3至5中示出的树脂或金属线。对于通过以U形弯曲在纵向上沿掩模11的表面延伸的线的两个端部并且将该线安装到涂刷器支撑件21上而构造的构件23，U形线的下中部接触掩模11。因而，U形线23在其具有适当弹性的状态下被按压到掩模11上从而不损坏掩模11，并且线的外部不会刷出插入掩模11的孔中的球15。另外，由于U形线23在与涂刷器22的移动方向相垂直的方向上延伸，所以这样的线23适于作为用来扫球15的构件。以重叠状态或以多层布置在一个涂刷器22上的线23适于在柔性接触掩模11的同时可靠地将球15扫在一起。而且，绕球收集头20的圆形区域26布置的多个涂刷器22从区域26的整个周围均匀地聚集球15，并且还适于可靠地按压区域26的周边。
图9至图14示出球收集头的不同例子。图9的(a)示出另一球收集头20a从其底面观察的状态，而图9的(b)示出从上方当透过涂刷器支撑件21观看时的球收集头20a。球收集头20a包括涂刷器支撑件21和从涂刷器支撑件21的下表面21a向掩模11的表面11a突出的十二个涂刷器22a。球收集头20a可安装到填充装置5的球收集头支撑装置50上，并且用来代替上述的球收集头20。各涂刷器22a是多个超细线的束，并且通过弯边线的两个端部22r构造成起到单个涂刷器的作用。涂刷器22a形成为整体U形，并且绕支撑件21的后部表面21a的内圆26安装，以便大体沿内圆26的切向方向延伸。
图10的(a)示出当从球收集头的底面观看时的又一例子的球收集头20b，而图10的(b)示出从上方当透过涂刷器支撑件21观看时的球收集头20b。球收集头20b包括涂刷器支撑件21和从涂刷器支撑件21的下表面21a向掩模11的表面11a突出的七组涂刷器22b。这个球收集头20b可安装到填充装置5的球收集头支撑装置50上，并且用来代替上述的球收集头20。这些涂刷器22b由层叠在一起的U形的聚酰亚胺薄片形成。作为这种类型的涂刷器的例子，可使用树脂或金属的单个薄片或者层叠这样的薄片。为了避免在涂刷器22b与掩模11之间可能产生的静电影响，一个优选例子是金属涂刷器。而且，由塑料制成的涂刷器应该优选地使其表面涂有薄导电膜，如铜箔，或者通过包含碳而制成为导电的。与掩模11接触的涂刷器的前端部也可以是边缘。当涂刷器由薄膜构造时，薄膜可以弯回，使弯曲表面接触掩模11。
图11的(a)示出当从球收集头的底面观看时的又一种例子的球收集头20c，而图11的(b)示出从上方当透过涂刷器支撑件21观看时的球收集头20c。球收集头20c包括涂刷器支撑件21和从涂刷器支撑件21的下表面21a向掩模11的表面11a突出的六组涂刷器22c。这些涂刷器22c包括大体形成为长方体的导电涂刷器。这个球收集头20c也可安装到填充装置5的球收集头支撑装置50上，并且用来代替上述的球收集头20。
通过将由树脂或金属制成的超细线像刷子的毛一样附加到涂刷器支撑件21上而构造涂刷器的另一个例子。而且，涂刷器组的数量不限于以上给出的数量。另外，尽管沿内圆26的切线方向设置涂刷器对于本发明是有利的布置之一，但本发明不限于这样的布置。涂刷器的布置可以是由于球收集头20的转动起到将球一起扫到区域26的扫动器作用的任何布置。例如，涂刷器可以与内圆26的切线方向成角度地布置，或者涂刷器本身可弯曲或成形为螺旋的一部分。
图12示出又一种例子的球收集头20d的构造。球收集头20d包括用来将气体91吹出到掩模11的表面11a上以将球15扫在一起的空气喷嘴92。这个球收集头20d也可安装到填充装置5的球收集头支撑装置50上，并且用来代替上述的球收集头20。空气喷嘴92安装到支撑件21上代替涂刷器。空气喷嘴92的一个例子包括线性喷嘴端部93，该喷嘴端部93以与上述图中示出的各种类型的涂刷器相同的方式在支撑件21的后部表面21a上从内圆26切向延伸到外圆27。由烧结金属等制成的过滤器94安装到喷嘴端部93上，并且空气91通过过滤器94向掩模11的表面11a倾斜地向下吹出。已经吹出的空气91横跨或沿着掩模11的表面11a在内圆26的方向上流动。可在使空气91沿到内圆的区域26的方向吹动导电球15的同时移动球收集头20。另外，由于吹到掩模的表面11a上的空气91的压力，绕用来填充球的区域26的掩模的表面11a被按压，由此可校正掩模11的翘曲和弯曲。
空气喷嘴92的空气排出部分可以由缝隙或微小圆柱形孔的组构造，代替过滤器94。而且，代替空气91，有效的是使用如氮气或氩气等惰性气体、或用于控制导电球的电荷的电离气体。
在吹出空气等气体的球收集头20d中，球可通过空气的压力而移动。因而，通过使用球收集头支撑装置50沿自由选择的方向移动球收集头20d，填充装置5可在用于填充的区域26中聚集球15而不转动球收集头20d。还可以转动球收集头20d以在内圆的区域26中聚集球15。这意味着，借助于仅使用吹出用来扫的气体的球收集头20d的填充装置5，可省去用来转动球收集头的电动机56，并且可简化球收集头支撑装置50的构造。
图13示出吹出空气的球收集头的另一个例子。这个球收集头20e包括涂刷器支撑件21、和从涂刷器支撑件21的下表面21a向掩模11的表面11a突出的涂刷器型喷嘴92。作为一个例子，喷嘴92由橡胶构件等弹性构件形成并且接触掩模11的表面11a以按压掩模。喷嘴92包括面向内侧的出口93，并且向内侧排出空气91以将导电球15聚集在区域26中。这个球收集头20d也可安装到填充装置5的球收集头支撑装置50上，并且用来代替上述的球收集头20。由于导电球15可由排出空气91移动，所以球收集头20e也是可将导电球15扫在一起而不用转动球收集头的类型。
应该注意，图13所示的基板10包括其表面上的导电层10a，并且导电层10a另外由保护膜13覆盖，使安装导电球15的部分中的保护层13通过蚀刻等除去。因而，掩模11可设置在基板10，以便紧密地附着到保护层13上。另外，在与基板的凹部(暴露部分10a)电接触的状态下安装填充掩模11的开口12的导电球15，使各个导电球15起到接触端子的作用。
图14示出当透过涂刷器支撑件观看时从上方观看的球收集头的又一个例子的状态。球收集头20f包括矩形涂刷器支撑件21和从涂刷器支撑件21的后部表面21a向掩模11的表面11a延伸的两组涂刷器22f，该涂刷器22f当从上方观看时是V形的。V形的两组涂刷器22f安装到涂刷器支撑件21上，使得彼此面对，使正方形区域26形成在其间。因而，通过沿图14中的左右方向振荡或振动球收集头20f而使导电球15聚集在涂刷器22f之间的区域26中，并且导电球15在区域26中在其自重下填充或插入在掩模11的开口12中。另外，由于区域26的周边中的掩模11的表面11a由涂刷器22f按压，所以校正掩模11的翘曲等。球收集头20f在振荡的同时可在XY平面中沿自由选择的方向移动，且导电球15被保持在区域26内。由于涂刷器22f振动以便聚集导电球15，所以可减小在区域26内的导电球15分布的不均匀性。
在本发明中，由于球收集头转动或振荡(摇摆)，并且球收集头沿自由选择的方向移动，所以在大多数情况下，导电球15聚集的区域26的形状将不是具有清楚轮廓的几何形状。然而，在球收集头转动的同时球被聚集的球收集头类型中，区域26接近或大体为圆形。另外，在球收集头振动的同时球被聚集的球收集头类型中，根据涂刷器的形状，区域26可以是圆形的、或在圆上外接的多边形。用于本发明的多边形不限于正方形，而是包括三角形和具有五个或更多边的多边形。
应该注意，上述球收集头仅是本发明中包括的一些例子，不限于以上的描述。本发明所包括的球收集头在将用于填充的导电球以组保持在有限尺寸的两维区域中的同时，在掩模的表面上移动，球收集头的一个有利方面是从用于填充的区域周围将导电球扫在一起。另外，通过在掩模的表面上将球收集头移动成路径部分重叠，可高效地将导电球布置或放置在整个掩模中的开口中，从而可减小未能将球填充到开口中的可能性。
根据本发明的球安装器1包括掩模输送装置3和填充装置5，并且可能另外包括用于输送基板10和将基板10设置在平台2上的装置和用来将焊剂施加到基板10的表面上的装置。通过使用这样的装置，在设置掩模的过程和填充球的过程之前，可进行如将基板设置在平台上和施加焊剂的过程。另外，可提供顺序地执行这样的过程的系统。

Claims (20)

1.一种安装导电球的方法，其包括：
在基板上设置掩模的步骤，所述掩模包括用于在所述基板上布置导电球的多个开口；以及
填充步骤，所述填充步骤包括使用沿所述掩模的表面移动的球收集头、将一组导电球保持在作为所述掩模的表面的一部分的区域中、以及移动所述区域；
所述填充步骤还包括绕与所述掩模垂直的轴线转动所述球收集头、横跨所述掩模的表面移动所述轴线、以及通过所述球收集头的转动将导电球聚集在所述区域中。
2.根据权利要求1所述的安装方法，其特征在于，
所述区域是与所述球收集头的转动中心一起移动的圆形区域，并且所述填充步骤还包括由从所述球收集头突出的构件或通过吹出气体来扫所述掩模的表面的所述圆形区域周围的部分而将导电球聚集在所述区域中。
3.根据权利要求2所述的安装方法，其特征在于，
所述填充步骤还包括由从所述球收集头突出的所述构件或通过吹出气体来按压所述掩模的所述区域周围的部分。
4.根据权利要求1所述的安装方法，其特征在于，
所述填充步骤还包括由从所述球收集头向所述掩模的表面突出的涂刷器扫所述掩模的表面的所述区域周围的部分。
5.根据权利要求4所述的安装方法，其特征在于，
所述填充步骤还包括由所述涂刷器按压所述掩模的所述区域周围的部分。
6.一种填充装置，其用来在将掩模设置在基板上之后将导电球填充在掩模中的多个开口中以便将导电球布置在基板上，所述填充装置包括：
球收集头，包括用来从作为所述掩模的表面的一部分的区域的周围向所述区域聚集导电球的装置；和
球收集头支撑装置，用来将所述球收集头支撑成沿所述掩模的表面移动，所述球收集头支撑装置包括用来绕与所述掩模垂直的轴转动所述球收集头的装置、和用来横跨所述掩模的表面移动所述轴的装置；
所述聚集导电球的装置通过转动所述球收集头向作为以所述球收集头的转动中心为中心的圆形区域的所述区域移动导电球来聚集导电球。
7.根据权利要求6所述的填充装置，其特征在于，所述球收集头支撑装置能够横跨所述掩模的表面沿任意方向移动所述球收集头。
8.根据权利要求7所述的填充装置，其特征在于，其中所述任意方向包括描绘蛇形的方向、以及描绘螺旋的方向。
9.根据权利要求6所述的填充装置，其特征在于，还包括用来对所述区域供给导电球的装置。
10.根据权利要求6所述的填充装置，其特征在于，所述用来聚集导电球的装置是扫动器，所述扫动器通过使用从所述球收集头突出的构件或通过吹出气体来扫所述掩模的表面的所述圆形区域周围的部分。
11.根据权利要求10所述的填充装置，其特征在于，所述扫动器通过使用从所述球收集头突出的所述构件或通过吹出气体来按压所述掩模的表面的所述区域周围的部分。
12.根据权利要求6所述的填充装置，其特征在于，所述用来聚集导电球的装置包括从所述球收集头向所述掩模的表面突出的、用于扫所述掩模的表面的所述圆形区域周围的部分的多个涂刷器。
13.根据权利要求12所述的填充装置，其特征在于，所述多个涂刷器沿所述圆形区域的切线方向延伸。
14.根据权利要求12所述的填充装置，其特征在于，所述多个涂刷器布置成沿其移动方向重叠。
15.根据权利要求12所述的填充装置，其特征在于，所述多个涂刷器按压所述掩模的表面的所述圆形区域周围的部分。
16.根据权利要求6所述的填充装置，其特征在于，所述球收集头支撑装置横跨所述掩模的表面沿描绘蛇形的方向或描绘螺旋的方向移动所述球收集头，使得所述区域的路径部分重叠。
17.一种安装设备，其包括：
权利要求6所述的填充装置；和
用来将所述掩模设置在基板上的装置。
18.一种球收集头，其在绕与掩模相垂直的轴线转动的同时横跨所述掩模的表面移动，所述掩模包括多个用于将导电球布置在基板上的开口，所述球收集头包括当所述球收集头转动时用来将所述导电球聚集到所述球收集头的转动中心周围的圆形区域的装置。
19.根据权利要求18所述的球收集头，其特征在于，所述用来聚集导电球的装置是通过使用从所述球收集头突出的构件或通过吹出气体来扫所述掩模的表面的圆形区域周围的部分的扫动器。
20.根据权利要求19所述的球收集头，其特征在于，所述扫动器通过使用从所述球收集头突出的所述构件或通过吹出气体而按压所述掩模的表面的所述圆形区域周围的部分。
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