JP2000133671A - 導電性ボールの搭載装置および搭載方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像認識時の認識精度を低下させることな
く、搭載時の位置ずれ許容範囲を拡大できる導電性ボー
ルの搭載装置および搭載方法を提供すること。 【解決手段】 吸着ツール２１の吸着孔１９に半田ボー
ル１をピックアップしてワークの電極に搭載するに際
し、半田ボール１を電極上に搭載するのに先立って、吸
着孔１９に吸着された半田ボール１を押圧ステージ１６
に押圧することにより半田ボール１の下面を圧潰して平
坦部を形成する。このとき用いる吸着ツール２１の材質
として、半田ボール１の材質の縦弾性係数よりも小さい
縦弾性係数を有する材質を用いるようにした。これによ
り、半田ボールの上面に大きな変形や傷を発生させるこ
となく、したがって画像認識時の変形や傷に起因する認
識誤差を生じることなく、半田ボール１の下面に平坦部
を形成し、搭載時の位置ずれ許容範囲を拡大することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チップや基板など
のワークの電極上にバンプを形成するための導電性ボー
ルの搭載装置および搭載方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】フリップチップなどのバンプ付ワークの
バンプを形成する方法として、半田ボールなどの導電性
ボールを用いる方法が知られている。この方法は、半田
ボールを搭載ヘッドに保持してワークの電極上に搭載し
た後、ワークを加熱炉で加熱して半田ボールを溶融固化
させ、電極上にバンプ（突出電極）を形成するものであ
る。この方法によれば、ワークの表面に多数個形成され
た電極上に一括してバンプを形成できる利点がある。

【０００３】ところで、近年電子部品の小型化が加速さ
れ、バンプ形成に用いられる半田ボールは益々小径化す
る傾向にある。このため、半田ボールをワークの電極に
搭載する際の必要位置精度も高度化し、搭載時の位置ず
れを許容範囲内に収めることが困難になってきている。
このため出願人は、半田ボール搭載時の位置ずれ許容範
囲を拡大して、位置ずれに起因する不具合を減少させる
ことができる導電性ボールの搭載方法を提案した（特開
平９−８２７１３号公報参照）。

【０００４】以下、図面を参照して従来の導電性ボール
の搭載方法について説明する。図６（ａ），（ｂ），
（ｃ）は従来の導電性ボールの搭載方法の工程説明図で
ある。図６（ａ）に示すように、半田ボール１を吸着ツ
ール２の吸着孔２ａで吸着し、半田ボール１を平坦な押
圧ステージ３に押圧して、球形状の半田ボール１の下面
を部分的に圧潰して平坦部を形成する。次いで、図６
（ｂ）に示すように、半田ボール１の平坦部をワーク４
の電極５上に搭載する。

【０００５】このとき、半田ボール１の位置が電極５に
対して位置ずれを起こしていても、位置ずれ量Ａが電極
の幅Ｄと形成された平坦部の幅ｄの和（Ｄ＋ｄ）の１／
２以内であれば、半田ボール１は電極５と必ず接触して
いる。このため加熱工程で半田が溶融したときに溶融半
田は必ず電極５表面を濡らし、表面張力により電極５の
中央部に向かって吸い寄せられるように移動する。この
セルフアライメント効果により、搭載時に多少の位置ず
れがあっても溶融時に電極５の中央に吸い寄せられ、半
田が固化した後には正常位置に半田バンプが形成され
る。すなわち、上記方法は、本来は点接触である半田ボ
ール１とワーク４との接触を、半田バンプ１に形成され
た平坦部とワーク４との面接触とし、これにより半田ボ
ール１が電極５と接触状態にある範囲を平坦部の幅ｄ分
だけ拡大するものである。これにより、結果として半田
ボール１の搭載時の位置ずれ容位範囲を拡大することが
できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
方法では、半田ボール１を押圧する過程で半田ボール１
の下面がつぶれて平坦部が形成されるとともに、図６
（ｃ）に示すように、半田ボール１を吸着している吸着
ツール２と半田ボール１との当接面にも同時に押圧荷重
が作用する。このため半田ボール１は荷重により球形状
から変形し、また吸着ツール２の表面に存在する微細な
粗面によって半田ボール１の表面には傷が発生する。こ
れらの変形や傷は、加熱工程においても溶融しない半田
ボール１の表面の酸化膜に生じているため、半田ボール
１が溶融・固化した後にも完全には復旧せず、ワーク４
に形成された半田バンプの傷や変形として残留する。

【０００７】これらの変形や傷は、吸着ツール２の各吸
着孔の形状誤差や吸着孔２ａの吸着面の加工状態によっ
て様々であり、一様ではない。このため、半田バンプが
形成されたワーク４の実装時などにおいてワークを撮像
して画像認識する際に、個々の半田バンプによって取得
される画−像に形状や輝度のばらつきが生じ、その結果
として半田バンプの認識精度を低下させることとなって
いた。このように、従来の導電性ボールの搭載方法によ
って半田ボール１に平坦部を形成し、許容位置ずれ範囲
を拡大しようとすれば、バンプ形成後の画像認識におい
て認識精度が低下するという問題点があった。

【０００８】そこで本発明は、バンプ形成後の画像認識
においてバンプの認識精度を低下させることなく、搭載
時の位置ずれ許容範囲を拡大することができる導電性ボ
ールの搭載装置および搭載方法を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の導電性ボ
ールの搭載装置は、導電性ボールを供給する供給部と、
ワークの位置決め部と、前記供給部の導電性ボールをピ
ックアップして前記位置決め部によって位置決めされた
ワークの電極に搭載する搭載ヘッドと、この搭載ヘッド
に装着され下面に導電性ボールを真空吸着する吸着孔が
設けられた吸着ツールと、前記吸着孔に吸着された導電
性ボールを押圧して導電性ボールの下面を圧潰し平坦部
を形成するための平坦面とを備え、前記吸着ツールに、
導電性ボールの材質の弾性係数よりも小さい弾性係数を
有する材質を用いるようにした。

【００１０】請求項２記載の導電性ボールの搭載装置
は、請求項１記載の導電性ボールの搭載装置であって、
前記平坦面は、前記搭載搭載ヘッドの移動範囲内に設け
られた押圧ステージである。

【００１１】請求項３記載の導電性ボールの搭載装置
は、請求項１記載の導電性ボールの搭載装置であって、
前記平坦面は、導電性ボールが移載される前記ワークの
表面である。

【００１２】請求項４記載の導電性ボールの搭載方法
は、吸着ツールの下面に設けられた吸着孔に導電性ボー
ルを真空吸着してピックアップし、ワークの電極に搭載
する導電性ボールの搭載方法であって、導電性ボールを
前記ワークの電極に搭載するのに先立って、前記吸着孔
に吸着された導電性ボールを平坦面に押圧することによ
り導電性ボールの下面を圧潰し平坦部を形成するする工
程を含み、前記吸着ツールに、導電性ボールの材質の弾
性係数よりも小さい弾性係数を有する材質を用いるよう
にした。

【００１３】請求項５記載の導電性ボールの搭載方法
は、請求項４記載の導電性ボールの搭載方法であって、
前記平坦面は、導電性ボールの搭載装置に設けられた押
圧ステージであるようにした。

【００１４】請求項６記載の導電性ボールの搭載方法
は、請求項４記載の導電性ボールの搭載方法であって、
前記平坦面は、導電性ボールが移載される前記ワークの
電極表面であるようにした。

【００１５】各請求項記載の発明によれば、吸着ツール
に吸着された導電性ボールを平坦面に押圧することによ
り導電性ボールの下面を圧潰して平坦部を形成し、しか
も前記吸着ツールに、導電性ボールの材質の弾性係数よ
りも小さい弾性係数を有する材質を用いることにより、
導電性ボールの上面に大きな変形や傷を発生させること
なく、搭載時の位置ずれ許容範囲を拡大することができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の導
電性ボールの搭載装置の平面図、図２、図３（ａ）は、
同導電性ボールの搭載装置の吸着ツールの断面図、図３
（ｂ）は同導電性ボールの搭載装置の吸着ツールの拡大
断面図、図４は同導電性ボールの搭載装置の吸着ツール
の断面図、図５は同ワークの電極上に搭載された導電性
ボールの正面図である。

【００１７】図１において、基台６の上面中央にはガイ
ドレール７が配設されている。ガイドレール７はワーク
４を搬送し、またワーク４をクランプして位置決めする
位置決め部になっている。ガイドレール７の一方の側方
には、導電性ボールとしての半田ボールの供給部１４と
フラックスの塗布部１５が設けられている。供給部１４
はボックスであって、その内部には半田ボール１が大量
に貯溜されている。

【００１８】フラックスの塗布部１５はフラックスの貯
溜槽８を備えている。貯溜槽８上には台板９が設置され
ている。台板９の下面にはスキージ１０が２枚設けられ
ている。台板９の側部にはナット１１が設けられてい
る。ナット１１はモータ１２に駆動されて回転するボー
ルねじ１３が螺合している。したがってモータ１２が駆
動してボールねじ１３が回転すると、台板９は貯溜槽８
上を摺動し、スキージ１０によりフラックスの液面が平
滑される。供給部１４と貯溜槽８の間には、プレート状
の平坦面である押圧ステージ１６が配設されている。押
圧ステージ１６は後述するように、半田ボール１を押圧
ステージ１６に押圧して半田ボール１の下面に平坦部を
形成するのに用いられる。

【００１９】２０は搭載ヘッドであって、その背面には
ナット２２が結合されている。搭載ヘッド２０のには、
吸着ツール２１が装着されており、吸着ツール２１の下
面には半田ボール１を真空吸着する吸着孔１９が多数形
成されている（図２参照）。吸着ツール２１は、樹脂な
ど弾性係数（ヤング率）が、半田ボール１の材質である
半田の弾性係数よりも小さいものを使用している。この
ような材質を用いることにより、吸着孔１９に吸着され
た半田ボール１を押圧ステージ１６に押圧する際に、吸
着孔１９の吸着面と半田ボール１との当接面に発生する
半田ボール１の変形や、半田ボール１の表面の傷の発生
を軽減することができる。

【００２０】ナット２２はボールねじ２３に螺合してい
る。２４はボールねじ２３と平行なガイドレールであ
る。ボールねじ２３とガイドレール２４は長板２５上に
配設されている。モータ２６が駆動してボールねじ２３
が回転すると、搭載ヘッド２０はボールねじ２３やガイ
ドレール２４に沿って横方向へ移動する。長板２５の両
側部には、ボールねじ２７とガイドレール２８、２９が
配設されている。長板２５の側部下面には、ボールねじ
２７に螺合するナット（図示せず）が設けられている。

【００２１】モータ３０が駆動してボールねじ２７が回
転すると、長板２５はボールねじ２７やガイドレール２
８、２９に沿って移動する。したがってモータ２６、３
０が駆動すると、搭載ヘッド２０は水平方向へ自由に移
動する。３１はガイドレール２の側部に設けられた半田
ボールの回収用ボックスである。

【００２２】この導電性ボールの搭載装置は上記のよう
に構成されており、次にその動作を説明する。図１にお
いて、搭載ヘッド２０は供給部１４の上方へ移動し（矢
印ａ）、そこで搭載ヘッド２０は上下動手段（図示せ
ず）に駆動されて上下動作を行って、吸着ツール２１の
吸着孔１９に半田ボール１を真空吸着してピックアップ
する（図２参照）。次に搭載ヘッド２０は押圧ステージ
１６の上方へ移動する（矢印ｂ）。そこで搭載ヘッド２
０は下降して半田ボール１を押圧ステージ１６の上面に
押し付ける（図３（ａ）参照）。半田ボール１はやわら
かい合金であり、押圧ステージ１６に押し付けられると
その下面は部分的に圧潰されて平坦部が形成される。

【００２３】このとき、吸着ツール２１の材質の弾性係
数は半田ボール１の材質の弾性係数より小さいので、吸
着ツール２１によって半田ボール１を押圧ステージ１６
に押圧する際には、図３（ｂ）に示すように、吸着孔１
９の半田ボール１との当接部が荷重によって変形し、し
たがって半田ボール１の吸着孔１９との当接部に発生す
る変形や傷の発生を軽減することができる。

【００２４】本実施の形態では、半田ボールとして共晶
（Ｓｎ６３、Ｐｂ３７）半田（弾性係数Ｅ＝３０００ｋ
ｇｆ／ｍｍ²）を使用し、吸着ツール２１の材質には樹
脂（弾性係数Ｅ＝３００〜１０００ｋｇｆ／ｍｍ²）を
使用したが、半田ボール１の表面には吸着ツール２１に
よる傷や変形はほとんど見られなかった。

【００２５】次に搭載ヘッド２０は貯溜槽７の上方へ移
動し（矢印ｃ）、そこで上下動作を行うことにより、半
田ボール１の下面にフラックスを付着させる。次に搭載
ヘッド２０はワーク４１の上方へ移動する（矢印ｄおよ
び図４参照）。そこで搭載ヘッド２０は下降して半田ボ
ール１をワーク４１の上面の電極５上に着地させる。次
いで半田ボール１の真空吸着状態を解除して搭載ヘッド
２０を上昇させれば、半田ボール１は電極５上に移載さ
れる。以上のようにして一連の動作が終了した搭載ヘッ
ド２０は、再び供給部１４の上方へ移動し、上述した動
作を繰り返す。

【００２６】半田ボール１が搭載されたワーク４１は、
加熱炉へ送られ、加熱される。すると半田ボール１は溶
融固化して電極５上にバンプが形成される。図５は、電
極５上の半田ボール１を示している。半田ボール１の下
面は部分的に圧潰されて平坦部が形成されており、この
平坦部がワーク４上に着地する。実線で示す半田ボール
１は電極５の中央に正しく搭載された状態を、また鎖線
で示す半田ボール１は右方へ大きく位置ずれし、下面の
左端部が電極５の右端部にかろうじて接触した状態を示
している。このように半田ボール１が位置ずれしていて
も、半田ボール１が電極５に接触していれば、セルフア
ライメント作用によって電極５上にバンプを形成するこ
とができる。

【００２７】図５から明らかなように、半田ボール１が
電極５に接触可能な（すなわちセルフアライメント作用
がはたらき得る）最大位置ずれ許容量は電極５の幅Ｄ
と、平坦部の幅ｄのそれぞれ１／２を加えた量（Ｄ／２
＋ｄ／２）であり、このことは、平坦部を形成すること
により、半田ボール１の許容位置ずれ範囲がｄ／２だけ
拡大されたことを意味する。また半田ボール１の下面に
は平坦部が形成されているので載置時の安定性に優れ、
ワーク４がガイドレール７や加熱炉の搬送路を搬送され
る際などにがたついても、電極５上に搭載された半田ボ
ール１が転動して電極５から脱落しにくくするという効
果を有する。

【００２８】また前述の材質の吸着ツール２１を用いて
ワーク４に形成された半田バンプは、従来の吸着ツール
を用いた場合と比較して、半田バンプの先端部に発生す
る変形や傷が格段に少ないため、ワーク４の実装時の画
像認識において取得された半田バンプの画像に形状や輝
度のばらつきが少なく、したがって変形や傷に起因する
認識精度の低下を防止して半田バンプの認識精度を向上
させることができる。

【００２９】本発明は上記実施の形態に限定されないの
であって、例えば導電性ボールとしては半田ボール以外
のもの（例えば金ボール）でもよく、また図４に示すよ
うに搭載ヘッド２０を下降させて半田ボール１をワーク
４の電極５上に着地させる際に、半田ボール１をワーク
４の上面に直接押圧してその下面に平坦部を形成しても
よい。すなわちこの場合は、ワーク４が半田ボール１の
下面を圧潰して平坦部を形成するための平坦面であり、
供給部１４と貯溜槽８の間の押圧ステージ１６は不要に
なる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、吸着ツールに吸着され
た導電性ボールを平坦面に押圧することにより導電性ボ
ールの下面を部分的に圧潰して平坦部を形成し、しかも
前記吸着ツールの材質として、導電性ボールの材質の弾
性係数よりも小さい弾性係数を有する材質を用いるよう
にしたので、導電性ボールの上面に大きな変形や傷を発
生させることなく、導電性ボールの下面に平坦面を形成
し搭載時の位置ずれ許容範囲を拡大することができると
ともに、バンプ形成後の画像認識において、バンプの変
形や傷に起因する認識精度の低下を防止してバンプの認
識精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装
置の平面図

【図２】本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装
置の吸着ツールの断面図

【図３】（ａ）本発明の一実施の形態の導電性ボールの
搭載装置の吸着ツールの断面図 （ｂ）本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装置
の吸着ツールの拡大断面図

【図４】本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装
置の吸着ツールの断面図

【図５】本発明の一実施の形態のワークの電極上に搭載
された導電性ボールの正面図

【図６】（ａ）従来の導電性ボールの搭載方法の工程説
明図 （ｂ）従来の導電性ボールの搭載方法の工程説明図 （ｃ）従来の導電性ボールの搭載方法の工程説明図

【符号の説明】

１ 半田ボール ４ ワーク ５ 電極 １４ 供給部 １６ 押圧ステージ １９ 吸着孔 ２０ 搭載ヘッド ２１ 吸着ツール

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性ボールを供給する供給部と、ワーク
   の位置決め部と、前記供給部の導電性ボールをピックア
   ップして前記位置決め部によって位置決めされたワーク
   の電極に搭載する搭載ヘッドと、この搭載ヘッドに装着
   され下面に導電性ボールを真空吸着する吸着孔が設けら
   れた吸着ツールと、前記吸着孔に吸着された導電性ボー
   ルを押圧して導電性ボールの下面を圧潰し平坦部を形成
   するための平坦面とを備え、前記吸着ツールに、導電性
   ボールの材質の弾性係数よりも小さい弾性係数を有する
   材質を用いることを特徴とする導電性ボールの搭載装
   置。
2. 【請求項２】前記平坦面は、前記搭載ヘッドの移動範囲
   内に設けられた押圧ステージであることを特徴とする請
   求項１記載の導電性ボールの搭載装置。
3. 【請求項３】前記平坦面は、導電性ボールが移載される
   ワークの表面であることを特徴とする請求項１記載の導
   電性ボールの搭載方法。
4. 【請求項４】吸着ツールの下面に設けられた吸着孔に導
   電性ボールを真空吸着してピックアップし、ワークの電
   極に搭載する導電性ボールの搭載方法であって、導電性
   ボールを前記ワークの電極に搭載するのに先立って、前
   記吸着孔に吸着された導電性ボールを平坦面に押圧する
   ことにより導電性ボールの下面を圧潰し平坦部を形成す
   る工程を含み、前記吸着ツールに、導電性ボールの材質
   の弾性係数よりも小さい弾性係数を有する材質を用いる
   ことを特徴とする導電性ボールの搭載方法。
5. 【請求項５】前記平坦面は、導電性ボールの搭載装置に
   設けられた押圧ステージであることを特徴とする請求項
   ４記載の導電性ボールの搭載方法。
6. 【請求項６】前記平坦面は、導電性ボールが移載される
   ワークの表面であることを特徴とする請求項４記載の導
   電性ボールの搭載方法。