JP2005116808A - ハンダボール搭載装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハンダボール搭載装置において、装置下面に落下するハンダボールを、効率良く、しかも装置自体から発生する不純物、装置周辺の浮遊物などが混入することなく回収し、該装置によって製造される半導体装置の接続信頼性を高め、材料ロスを低減する。
【解決手段】 ハンダボール搭載装置１の底面１０に、洗浄剤２５が入れられたハンダボール回収槽２６と、ハンダボール回収槽２６から離反する方向に向けて上り勾配になる傾斜面２８，２９とを含んで構成されるハンダボール回収手段１１を設ける。さらに、好ましくは、ハンダボール回収槽２６の下部に、超音波を発振する振動子３１を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ハンダボール搭載装置に関する。

近年、携帯電話や携帯情報機器に代表される電子機器の小型化、軽量化の要求に伴い、半導体装置の小型化、高密度化が図られた、いわゆるチップサイズパッケージ（以下、ＣＳＰ）構造の半導体装置が開発されている。

ＣＳＰは、インターポーザ基板などと呼ばれるサブ基板の片面にＩＣチップを搭載し、かつもう一方の面にハンダボールなどからなる電極接続端子を形成した面配列型パッケージ構造であり、該電極接続端子によって、サブ基板と主基板とが接続される。

ＣＳＰの実装工程では、たとえば、インターポーザ基板にＩＣチップを搭載し、前記基板の電極と前記チップの電極とをＡｕワイヤにより接続し、ＩＣチップを保護するためにエポキシ樹脂により封止する。次いで、インターポーザ基板のＩＣチップ搭載面とは反対の面にフラックスを介してハンダボールを搭載し、加熱することにより、インターポーザ基板とハンダボールとを接続し、さらに洗浄を行って余分なフラックスを除去すればＣＳＰの工程が完了する。

このような工程を実行するハンダボール搭載装置においては、真空吸着によりハンダボールを保持する保持ヘッドによって、ハンダボールの貯留部から基板の直上までハンダボールを運び、保持ヘッドからハンダボールを基板上に供給することが行われる。その際、真空度の低下、操作ミス、基板とハンダボールとの反発などにより、ハンダボールの装置内下部への落下が頻発する。しかしながら、従来のハンダボール搭載装置では、落下するハンダボールを回収する機能が装置に具備されていない。したがって、オペレータが回収しなければ、ハンダボールは装置の下部に放置され、異物となって装置内に不具合を発生させる。また、落下によるハンダボールのロスは材料コストを増加させる原因になる。回収されないハンダボールは装置外に散乱することもあり、装置周辺にも悪影響を及ぼす懸念がある。

また、ハンダボールの直径はＣＳＰパッケージの大きさとＩ／Ｏ端子の数とに依存するので、半導体装置の一層の高集積化が進められている現状にあっては、ハンダボールがさらに小型化され、１パッケージ当りのハンダボール搭載数が増加することは必然である。そうなれば、ハンダボールの取り扱いが現在よりもさらに困難になり、落下により失われるハンダボールの数が大きく増加することは容易に予測できる。

このような問題に鑑み、装置下部に落下するハンダボールを回収するための容器を備えるハンダボール搭載装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。図４は、特許文献１のハンダボール搭載装置１００の構成を概略的に示す要部側面図である。ハンダボール搭載装置１００は、ハンダボール１０１を貯留しかつ供給する供給容器１０２と、供給容器１０２の下部に接続して設けられる供給ノズル１０３と、供給ノズル１０３の途中に設けられるコック１０４と、図示しない真空吸引装置を駆動源として動作してコック１０４を開閉させるエアシリンダ１０５と、エアシリンダ１０５の動作をコック１０４に伝達するリンク１０６と、供給容器１０２の供給ノズル１０３から供給されるハンダボール１０１を整列させる複数の吸着孔１０７を有する整列テーブル１０８と、整列テーブル１０８の直下に設けられ、供給ノズル１０３から供給されるハンダボール１０１を真空吸引により吸着孔１０７に吸着させる吸引孔１０９と、整列テーブル１０８を反転させる反転機構１１０と、整列テーブル１０８の下方に設けられ、整列テーブル１０８などから落下するハンダボール１０１を回収する回収容器１１１と、一端を回収容器１１１に接続されかつ他端を供給容器１０２に接続され、回収されたハンダボール１０１を供給容器１０２に搬送する搬送用ホース１１２と、搬送用ホース１１２内に設けられ、供給容器１０２に搬送されるハンダボール１０１を除電するアース線（金属線）１１３と、一端を供給容器１０２に接続されかつ他端を図示しない真空吸引装置に接続され、真空吸引により回収容器１１１から搬送用ホース１１２を介して供給容器１０２にハンダボール１０１を搬送させる真空用ホース１１４とを含んで構成される。

ハンダボール搭載装置１００においては、エアシリンダ１０５の動作によってコック１０４が開放されると、供給容器１０２の供給ノズル１０３からハンダボール１０１が自由落下し、整列テーブル１０８上に供給される。その際、全てのハンダボール１０１が整列テーブル１０８上に留まるのではなく、一部が整列テーブル１０８の下方に落下する。整列テーブル１０８上に留まるハンダボール１０１が吸引孔１０９による真空吸引によって吸着孔１０７に吸着保持されて所定の配列に並べられると、整列テーブル１０８は反転機構１１０によって、図示しないハンダボール装着ユニットへ反転移動され、ハンダボール１０１が図示しない基板へ接着される。一方、整列テーブル１０８から下方に落下したハンダボール１０１は、回収容器１１１に収容される。このハンダボール１０１は、供給容器１０２に接続された真空用ホース１１４によって矢符１１５の方向に吸引を行うことによって、回収容器１１１から搬送用ホース１１２を通って、供給容器１０２に戻され、再利用される。

しかしながら、ハンダボール搭載装置１００では、落下したハンダボール１０１を回収容器１１１に回収した後、吸引によって供給容器１０２に戻し、再利用するので、ハンダボール１０１に、装置自体から発生する不純物、装置周辺の浮遊するごみ、塵、異物などの浮遊物が混入するおそれがある。搬送用ホース１１２内に設けられたアース線１１３で除電されることによって一部はハンダボール１０１から取除かれるものの、搬送用ホース１１０内に存在するものは全て供給容器１０２に導入される仕組みになっているので、供給容器１０２内で不純物、浮遊物などがハンダボール１０１に再度付着するのを避けることができない。このような不純物、浮遊物などの混入は、該装置によって製造されるＣＳＰパッケージの接続信頼性を低下させる。

特開平８−２４２０７０号公報

本発明の目的は、装置底面に落下するハンダボールを、効率良く、しかも装置自体から発生する不純物や装置周辺の浮遊物などがハンダボールに付着することなく回収することができる機構を備え、接続信頼性の高い半導体装置を製造することができるハンダボール搭載装置を提供することである。

本発明は、基板上にハンダボールを搭載するために基板を載置するワーク台と、フラックスを貯留するフラックス貯留手段と、フラックス貯留手段からフラックスを取出して基板上に供給するフラックス供給手段と、ハンダボールを貯留するハンダボール貯留手段と、ハンダボール貯留手段からハンダボールを取出して基板上に供給するハンダボール供給手段と、ワーク台、ハンダボール貯留手段およびハンダボール供給手段から落下するハンダボールを回収するハンダボール回収手段とを含むハンダボール搭載装置において、
ハンダボール回収手段は、装置底面に設けられワーク台から落下するハンダボールを収容するための凹所である回収槽と、回収槽から離反する方向に向かって上り勾配となるように延びる傾斜面とを含んで構成され、かつ
回収槽に洗浄剤が収容されていることを特徴とするハンダボール搭載装置である。

また本発明のハンダボール搭載装置は、前述の回収槽の下部に振動子を設けたことを特徴とする。

さらに本発明のハンダボール搭載装置は、前述の傾斜面に表面処理が施されていることを特徴とする。

さらに本発明のハンダボール搭載装置は、前述の表面処理が塗装、めっきまたは電解研磨であることを特徴とする。

本発明によれば、基板を載置するワーク台と、フラックス貯留手段と、フラックスを基板上に供給するフラックス供給手段と、ハンダボール貯留手段と、ハンダボールを基板上に供給するハンダボール供給手段と、装置下部に落下するハンダボールを回収するハンダボール回収手段とを含むハンダボール搭載装置において、装置の底面を、ハンダボールを回収するための凹所である回収槽と、回収槽から離反する方向に向かって上り勾配となるように設けられる傾斜面とを含んで構成し、さらに回収槽に洗浄剤を収容することによって、ハンダボールが装置下面に落下しても、落下したハンダボールがほぼ確実に回収槽に収容されるとともに、該回収槽において洗浄を受けるので、装置自体から発生する不純物などが付着することなく、清浄な状態で回収することができる。

したがって、落下してきたハンダボールを再利用しても、該装置によって得られるＣＳＰパッケージなどの半導体装置の接続信頼性が低下することがなく、ハンダボールの落下による紛失がほとんど皆無になるので、材料コストが増加しない。さらに、ハンダボールの落下および散乱によって、ハンダボール搭載装置周辺の作業環境が低下するのを防止できる。

また本発明によれば、前述のハンダボール搭載装置において、回収槽の下部に振動子を設けることによって、回収されるハンダボールの洗浄がさらに効率良く行われ、最初の使用時と同等の清浄度を有するハンダボールが得られる。回収槽の下部に振動子を設ける場合には、特に、ハンダボールが小さくなるほど、洗浄を好適に行うことができる。

また本発明によれば、前述のハンダボール搭載装置において、傾斜面に表面処理を施すことによって、ハンダボールの傾斜面での転がり具合が良くなるので、ハンダボールが微粒であっても、ワーク台などから落下してきたハンダボールが傾斜面に付着することなく、その大部分が回収槽に収容される。したがって、材料コストの増加がさらに抑制される。

また本発明によれば、前述のハンダボール搭載装置において、傾斜面の表面処理が塗装、めっきまたは電解研磨で行われることによって、ハンダボールの傾斜面での転がり具合が一層良好になり、落下してきたハンダボールがほぼ完全に回収槽に収容される。

図１は、本発明の実施の第１形態であるハンダボール搭載装置１の構成を模式的に示す側面図である。ハンダボール搭載装置１は、基板２を載置するためのワーク台３と、ハンダボール４を基板２に接着するためのフラックス５を貯留するためのフラックス貯留手段６と、フラックス貯留手段６に貯留されるフラックス５を取出してワーク台３に載置された基板２上に供給するためのフラックス供給手段７と、ハンダボール４を貯留するためのハンダボール貯留手段８と、ハンダボール貯留手段８からハンダボール４を取出してワーク台３に載置された基板２上に供給するためのハンダボール供給手段９と、装置１の底面１０に設けられ、ワーク台３、ハンダボール供給手段９などから落下するハンダボール４を回収して清浄化するためのハンダボール回収手段１１とを含んで構成される。

ワーク台３は、基板２を載置し、固定するためのワークテーブル１２と、装置１の底面１０に固定され、ワークテーブル１２を水平に支持する支持体１３とを含んで構成される。ワークテーブル１２には、図示しない搬送手段によって、ハンダボール４がまだ搭載されていない基板２が搬送若しくは載置される。

フラックス貯留手段６は、フラックス５を貯留するためのフラックス貯留部１４と、装置１の底面１０に固定され、フラックス貯留部１４を水平に支持する支持体１５とを含んで構成される。フラックス貯留部１４には、フラックス５の消費量に応じて、図示しないフラックス補充手段によってフラックス５が補充される。

フラックス供給手段７は、フラックス供給ヘッド１６と、フラックス供給ヘッド１６の下面に設けられ、フラックスの付着および離反が可能な突起部１７と、フラックス供給ヘッド１６を支持するとともに、矢符３５の方向、すなわちワーク台３の真上からフラックス貯留手段６の真上までの水平方向ならびにワーク台３およびフラックス貯留手段６の真上での上下方向に移動可能なフラックス供給ヘッド支持体１８とを含んで構成される。フラックス供給ヘッド１６は、フラックス供給ヘッド支持体１８に着脱可能に設けてもよい。フラックス供給ヘッド１６の下面の突起部１７は、基板２のハンダボール４を搭載しようとする位置に対応するように位置決めされ、設けられる。フラックス供給ヘッド支持体１８は、たとえば３軸ロボットなどの図示しない移動手段によって、矢符３５の方向に移動可能に設けられる。

図２は、ハンダボール搭載装置１におけるフラックス供給手段７の動作を模式的に示す側面図である。フラックス供給手段７は、まず、フラックス貯留手段６の真上に移動し、フラックス貯留部１４に貯留されるフラックス５に突起部１７が接するまで下降する。これによって、突起部１７の先端には、フラックス５が付着する。次いで、フラックス供給手段７は上昇し、さらに水平移動してワーク台３の真上まで達し、再び下降し、突起部１７をワークテーブル１２の上に載置された基板２の表面に接触させる。これによって、基板２の表面の所定位置にフラックス５が塗布される。その後、フラックス供給手段７は再度上昇し、前記と同じ動作を繰返し行う。

ハンダボール貯留手段８は、少なくともハンダボール供給手段９の昇降が可能な程度の開口部を上部に有し、ハンダボール４を貯留するハンダボール貯留部１９と、装置１底面１０に固定され、ハンダボール貯留部１９を支持するハンダボール貯留部支持体２０とを含んで構成される。ハンダボール貯留部１９には、ハンダボール４の消費量に応じて、図示しないハンダボール補充手段によってハンダボール４が補充される。

ハンダボール供給手段９は、ハンダボール４を吸着および離脱可能に保持するハンダボールヘッド２１と、ハンダボールヘッド２１を支持するとともに、矢符３６の方向、すなわちワーク台３の真上からハンダホール貯留手段８の真上までの水平方向ならびにワーク台３およびハンダボール貯留手段８の真上での上下方向に移動可能なハンダボールヘッド支持体２２とを含んで構成される。ハンダボールヘッド２１は、基板２のハンダボール４を接着しようとする位置に対応するように図示しないハンダボール吸引孔が形成され、真空吸引などの手段によってハンダボール４を吸着保持する手段（図示せず）を備える。ハンダボールヘッド２１は、ハンダボールヘッド支持体２２に着脱可能に設けてもよい。ハンダボールヘッド支持体２２は、フラックス供給ヘッド支持体１８と同様に、たとえば３軸ロボットなどの図示しない移動手段によって、矢符３６の方向に移動可能に設けられる。

図３は、ハンダボール搭載装置１におけるハンダボール供給手段９の動作を模式的に示す側面図である。ハンダボール供給手段９は、まず、ハンダボール貯留手段８の真上に水平移動し、次いで下降し、そのハンダボールヘッド２１によってハンダボール貯留部１９に貯留されるハンダボール４を真空吸引により吸着し、保持する。その後、ハンダボール供給手段９はハンダボール４を吸着保持したまま上昇し、さらにワーク台３の真上まで水平移動する。ここで、ハンダホール供給手段９は、ハンダボール４の真空吸引を停止し、ハンダボール４を離脱させ、基板２の上にハンダボール４が供給される。その後、ハンダボール供給手段９は前記と同じ動作を繰返す。供給されたハンダボール４は、基板２の表面で、先にフラックス供給手段７により供給されたフラックス５によって固定される。ハンダボール４が固定された基板２は、図示しない基板加熱手段によって加熱され、それによって基板２とハンダボール４との接続が完了する。

ハンダボール回収手段１１は、装置１の底面１０に開口部２４を有するように設けられ、ワーク台３、ハンダボール貯留手段８およびハンダボール供給手段９から落下するハンダボール４を収容し、かつ収容されたハンダボール４を洗浄する洗浄剤２５が入れられたハンダボール回収槽２６と、ハンダボール回収槽２６の中に着脱可能に収納され、回収され洗浄されたハンダボール４をハンダボール回収槽２６から取出すバスケット２７と、ハンダボール回収槽２６から離反する方向（ハンダボール回収槽の外周面２６ａ，２６ｂから装置１の外周面１ａ，１ｂへ向かう方向）に向かって上り勾配となるように設けられる傾斜面２８，２９と、一端を装置１の外部に設けられるポンプおよび他端をハンダボール回収槽２６に接続され、ハンダボール回収槽２６の洗浄剤２５の入れ換えを行うドレインパイプ３０と、ハンダボール回収槽２６の下部に設けられ、超音波を発振してハンダボール４の洗浄をさらに効率的に行う振動子３１と、振動子３１に接続され、振動子３１から所定の周波数により超音波を発振させる発振器３２と、発振器３２を動作させる電源３３と、発振器３２を起動させるスイッチ３４とを含んで構成される。

ハンダボール回収槽２６は、鉄やステンレスなどの金属材料を用いて形成される。その大きさは特に制限されず、フラックス供給手段７、ハンダボール供給手段９などの動作に支障をきたさない範囲で適宜選択すればよい。図１においては、ハンダボール回収槽２６は底面１０のほぼ中央部に設けられているけれども、その他の位置に設けることもできる。ただし、落下するハンダボール４を効率的に回収することを考慮すると、好ましくは底面１０の中央部またはその周辺に設けられ、より好ましくは底面１０の中央部またはその周辺であって、底面１０の中でも最も低い箇所に設けられる。ハンダボール回収槽２６には、装置１の各所から落下するハンダボール４が直接または傾斜面２８，２９を転がって収容される。

ハンダボール回収槽２６に収容される洗浄剤２５には、たとえば、エタノールなどの、有機溶剤などが使用される。落下の際にハンダボール４に付着するゴミ、塵、異物などは洗浄剤２５によって取除かれる。

ハンダボール回収槽２６に収納されるバスケット２７は、その上部が開口し、１または複数の側面および底面に、洗浄剤２５が出入りできる複数の孔、たとえば格子状の孔が形成されたものである。その大きさは特に制限されないけれども、ハンダボール回収槽２６の側面とバスケット２７の側面との隙間が、ハンダボール４の直径よりも小さいものが好ましい。バスケット２７は、たとえば、鉄やステンレスといった金属材料によって形成される。洗浄剤２５によって洗浄されたハンダボール４を収容したバスケット２７は、ハンダボール回収槽２６の外部に取出され、そのまま乾燥するかまたはその中からさらにハンダボール４のみを取出して乾燥し、ハンダボール４から洗浄剤２５を気化させる。このように洗浄および乾燥が完了したハンダボール４は、ハンダボール貯留手段８に戻される。

傾斜面２８，２９は、装置１の上部各所から落下してきたハンダボール４を、ハンダボール回収槽２６に導くために設けられる。傾斜面２８，２９は、たとえば、ステンレス鋼などの金属材料によって形成される。傾斜面２８，２９には、ハンダボール４に対する摩擦抵抗を減らし、ハンダボール４の転がりを良くし、ハンダボール回収槽２５によるハンダボール４の回収率をさらに向上させるために、表面処理を施す。表面処理法としては、たとえば、塗装、めっき、電解研磨などが挙げられる。さらに具体的な一例を挙げれば、４５０μm前後のＳｎ−Ｐｂハンダボールであり、傾斜面２８，２９の材質がＳＵＳ３０４材であれば、Ｚｎ、Ｎｉなどのめっき、電解溶液による電解研磨などを行えばよい。傾斜面２８，２９の勾配は、ハンダボール４の直径などに応じて適宜選択できるけれども、ハンダボール４が転がり易い勾配、たとえば５〜１０°程度にすればよい。

ドレインパイプ３０は、たとえば、その一端に接続されるポンプ（図示せず）によって、ハンダボール回収槽２６への洗浄剤２５の供給およびハンダボール回収槽２６からの洗浄剤２５の排出を容易に行うことができる。

振動子３１には、振動板タイプの振動子が用いられる。振動子３１をハンダボール回収槽２６の下部に設置し、超音波を発振させることによって、ハンダボール４の基板２への搭載に悪影響を及ぼすことなく、ハンダボール４に付着したゴミ、塵、異物などを一層効率良く取除くことができる。

図１に示すハンダホール搭載装置１によれば、まず、基板２が図示しない基板搬送手段によってワーク台３に載置される。次いで、フラックス供給手段７によって、フラックス貯留手段６に貯留されるフラックス５が、ワーク台３に載置された基板２の表面に塗布される。引き続き、ハンダボール貯留手段８に貯留されるハンダボール４を真空吸引により吸着保持したハンダボール供給手段９をワーク台３の真上まで水平移動させる。この時、真空度の低下、操作ミスなどによって、ハンダボール供給手段９に吸着保持されるハンダボール４の一部が、装置底面１０に落下することがある。残りのハンダボール４は、フラックス５が塗布された基板２の表面に供給され、フラックス５によって固定化される。この時、基板２との反発、落下の勢いなどによって、ハンダボール４の一部が装置底面１０に落下することがある。装置底面１０に落下したハンダボール４は、直接または傾斜面２８，２９を転がってハンダボール回収槽２６に収納されたバスケット２７に収容される。収容されたハンダボール４は、振動子３１の発振する超音波の印加を受けながら洗浄剤２５によって洗浄された後、バスケット２７に収容された状態で装置１の外部に取出され、乾燥されてハンダボール貯留手段６に戻される。

本実施の形態では、振動子３１として、ハンダボール回収槽２６の下部に設置する振動板タイプを用いるけれども、ハンダボール回収槽２６の内部に入れる投げ込みタイプを用いることもできる。

本実施の形態では、洗浄が完了したハンダボール４を自動的に乾燥させる乾燥手段、洗浄および乾燥が終了したハンダボール４をハンダボール貯留手段８に自動搬送する搬送手段などを設けることができる。

本発明の実施の第１形態であるハンダボール搭載装置の構成を模式的に示す側面図である。 本発明の実施の第１形態であるハンダボール搭載装置において、フラックス供給手段の動作を模式的に示す側面図である。 本発明の実施の第１形態であるハンダボール搭載装置において、ハンダボール供給手段の動作を模式的に示す側面図である。 特許文献１のハンダボール搭載装置の構成を概略的に示す側面図である。

符号の説明

１ ハンダボール搭載装置
１ａ，１ｂ 装置外周面
２ 基板
３ ワーク台
４ ハンダボール
５ フラックス
６ フラックス貯留手段
７ フラックス供給手段
８ ハンダボール貯留手段
９ ハンダボール供給手段
１０ 装置底面
１１ ハンダボール回収手段
１２ ワークテーブル
１３，１５，１８，２０，２２ 支持体
１４ フラックス貯留部
１６ フラックス供給ヘッド
１７ 突起部
１９ ハンダボール貯留部
２１ ハンダボールヘッド
２４ 開口部
２５ 洗浄剤
２６ ハンダボール回収槽
２６ａ，２６ｂ ハンダボール回収槽の外周面
２７ バスケット
２８，２９ 傾斜面
３０ ドレインパイプ
３１ 振動子３１
３２ 発振器
３３ 電源
３４ スイッチ
３５，３６ 矢符

Claims (4)

1. 基板上にハンダボールを搭載するために基板を載置するワーク台と、フラックスを貯留するフラックス貯留手段と、フラックス貯留手段からフラックスを取出して基板上に供給するフラックス供給手段と、ハンダボールを貯留するハンダボール貯留手段と、ハンダボール貯留手段からハンダボールを取出して基板上に供給するハンダボール供給手段と、ワーク台、ハンダボール貯留手段およびハンダボール供給手段から落下するハンダボールを回収するハンダボール回収手段とを含むハンダボール搭載装置において、
   ハンダボール回収手段は、装置底面に設けられワーク台から落下するハンダボールを収容するための凹所である回収槽と、回収槽から離反する方向に向かって上り勾配となるように延びる傾斜面とを含んで構成され、かつ
   回収槽に洗浄剤が収容されていることを特徴とするハンダボール搭載装置。
2. 回収槽の下部に振動子を設けたことを特徴とする請求項１記載のハンダボール搭載装置。
3. 傾斜面に表面処理が施されていることを特徴とする請求項１または２記載のハンダボール搭載装置。
4. 表面処理が塗装、めっきまたは電解研磨であることを特徴とする請求項３記載のハンダボール搭載装置。

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