JP2006073999A - 半田ボール搭載方法及び半田ボール搭載装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半径１００μｍ以下の微細な半田ボールを接続パッドに搭載することができる半田ボール搭載装置を提供する。
【解決手段】 ボール整列用マスク１６の上方に位置させた搭載筒２４から空気を吸引することで、半田ボール７８ｓを集合させる。搭載筒２４を水平方向に移動させることで、集合させた半田ボール７８ｓをボール整列用マスク１６の上に転動させ、ボール整列用マスク１６の開口１６ａを介して、半田ボール７８ｓを多層プリント配線板１０の接続パッド７５へ落下させる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、半田バンプとなる半田ボールをプリント配線板に搭載するための半田ボール搭載方法及び半田ボール搭載装置に関するものである。

パッケージ基板とＩＣチップとの電気接続のために半田バンプが用いられている。半田バンプは、以下の工程により形成されている。
（１）パッケージ基板に形成された接続パッドにフラックスを印刷する工程。
（２）フラックスの印刷された接続パッドに、半田ボールを搭載する工程。
（３）リフローを行い半田ボールから半田バンプを形成する工程。

上述した半田ボールを接続パッドに搭載する工程では、例えば、特許文献１に示されている印刷技術が用いられている。この印刷技術では、図１２（Ａ）に示すようにプリント配線板３０上に接続パッド７５と対向した位置に開口１１６ａの設けられたボール整列用マスク１１６を載置し、スキージ１２４で半田ボール７８ｓを接続パッド７５上に落下させていた。
特開２００１−２６７７３１号

ＩＣの高集積化に伴い、パッケージ基板の半田バンプは更に小径化、狭ピッチ化が求められている。このため、半田ボールは直径２００μｍΦ未満の砂粒よりも小径となり、上述したボール整列用マスクとスキージを併用する方法では、半田バンプの高さのばらつきがでて品質が低下していた。

即ち、半田ボールが小径化すると、表面積に対する重量比が小さくなり、分子間力による半田ボールの吸着現象が生じる。従来技術では、凝集しやすい半田ボールをスキージを接触させて送るため、半田ボールを傷つけ一部に欠けが生じる。半田ボールの一部が欠けると、各接続パッド上で半田バンプの体積が異なるようになるので、上述したように半田バンプの高さにばらつきが生じる。体積の小さい半田バンプが存在すると、その半田バンプに熱応力が集中するために、接続信頼性が低下する。

また、プリント配線板の表面は平坦ではない。特に、ビルドアップ多層配線板では表面の凹凸が大きい。プリント配線板にボール整列用マスクを載置すると、プリント配線板の凹凸に沿って、ボール整列用マスクにも窪んだ部分ができる。直径２００μｍΦ未満の半田ボールを扱う際には、図１２（Ｂ）に示すように窪んだ部分ができたボール整列用マスク１１６上では、スキージ１２４が窪みに追従できずに半田ボール７８ｓを上から押すようになって潰してしまい、搬送が困難になる。この対策のためにスキージを柔らかい材質で構成したとしても、図１２（Ｃ）に示すように、スキージ１２４の先端部分が曲がり、その部分に半田ボール７８ｓが入り込み潰れてしまう。このようにスキージを用いる方法では、直径２００μｍΦ未満の半田ボールを接続パッド上に正常な半田ボリュームで搭載することが困難になった。

本発明の目的は、直径２００μｍΦ未満の半田ボールを接続パッドへ確実に搭載することができる半田ボール搭載方法及び半田ボール搭載装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、プリント配線板の接続パッドに対応する複数の開口を備えるボール整列用マスクを用い、半田バンプとなる半田ボールをプリント配線板の接続パッドに搭載するための半田ボール搭載方法であって、
ボール整列用マスクの上方に、該ボール整列用マスクに対向する開口部を備える筒部材を位置させ、該筒部材で空気を吸引することで、当該筒部材直下のボール整列用マスク上に半田ボールを集合させ、
前記筒部材を水平方向に移動させることで、前記ボール整列用マスクの上に集合させた半田ボールを移動させ、ボール整列用マスクの開口を介して、半田ボールをプリント配線板の接続パッドへ落下させることを技術的特徴とする。

請求項２の発明は、半田バンプとなる半田ボールをプリント配線板の接続パッドに搭載する半田ボール搭載装置であって、
プリント配線板の接続パッドに対応する複数の開口を備えるボール整列用マスクと、
ボール整列用マスクの上方に位置し、開口部から空気を吸引することで開口部直下に半田ボールを集合させる筒部材と、
前記筒部材を水平方向に移動させる移動機構であって、該筒部材を移動させることで前記ボール整列用マスクの上に集合させた半田ボールを移動させ、ボール整列用マスクの開口を介して、半田ボールをプリント配線板の接続パッドへ落下させる移動機構と、を備えることを技術的特徴とする。

請求項３の発明は、半田バンプとなる半田ボールをプリント配線板の接続パッドに搭載する半田ボール搭載装置であって、
プリント配線板の接続パッドに対応する複数の開口を備えるボール整列用マスクと、
ボール整列用マスクの上方に位置し、開口部から空気を吸引することで開口部直下に半田ボールを集合させる筒部材と、
前記筒部材を水平方向に移動させる移動機構であって、該筒部材を移動させることで前記ボール整列用マスクの上に集合させた半田ボールを移動させ、ボール整列用マスクの開口を介して、半田ボールをプリント配線板の接続パッドへ落下させる移動機構と、を備え、前記筒部材の開口部下端と前記ボール整列用マスクとの間のクリアランスを、前記筒部材の移動方向に対する前後方向と左右方向とで異ならしたことを技術的特徴とする。

請求項８の発明は、プリント配線板の接続パッド領域の接続パッドに対応する複数の開口を備えるボール整列用マスクを用い、半田バンプとなる半田ボールをプリント配線板の接続パッドに搭載するための半田ボール搭載方法であって、
前記ボール整列用マスクとの間のクリアランスが移動方向に対する前後方向と左右方向とで異なる開口部下端を備える筒部材を、ボール整列用マスクの上方に位置させ、該筒部材で空気を吸引することで、当該筒部材直下のボール整列用マスク上に半田ボールを集合させ、前記筒部材を水平方向に移動させることで、前記ボール整列用マスクの上に集合させた半田ボールを移動させ、ボール整列用マスクの開口を介して、半田ボールをプリント配線板の接続パッドへ落下させることを技術的特徴とする。

請求項１の半田ボール搭載方法、請求項２の半田ボール搭載装置、請求項８の半田ボール搭載方法によれば、ボール整列用マスクの上方に筒部材を位置させ、該筒部材の開口部から空気を吸引することで半田ボールを集合させ、筒部材を水平方向に移動させることで、集合させた半田ボールをボール整列用マスクの上を移動させ、ボール整列用マスクの開口を介して、半田ボールをプリント配線板の接続パッドへ落下させる。このため、微細な半田ボールを確実にプリント配線板の全ての接続パッドに搭載させることができる。また、半田ボールを非接触で移動させるため、スキージを用いる場合とは異なり、半田ボールに傷を付けることなく接続パッドに搭載でき、半田バンプの高さを均一にすることができる。更に、ビルドアップ多層配線板の様に、表面に起伏の多いプリント配線板でも半田ボールを接続パッドに適切に載置させることができる。また、非接触のため、半田ボールの凝集が起こり難いので、接続パッド上に確実に１個の半田ボールを搭載できる。

請求項３の半田ボール搭載装置、請求項８の半田ボール搭載方法では、筒部材下端の開口部とボール整列用マスクとの間のクリアランスは、筒部材の移動方向に対して前後方向と左右方向で異なっているため、クリアランスを介して流れ込む気流により４方向（前後、左右）から半田ボールへ加わる力が不均一になる。そのため、気流により集合させられる筒部材内で、半田ボール相互の衝突頻度が下がり、半田ボールがボール整列用マスクの開口内へ落下し易くなる。その他、半田ボールの欠けが減少し、半田バンプボリュームが安定しやすい。

請求項４の半田ボール搭載装置では、筒部材下端の開口部とボール整列用マスクとの間のクリアランスは、筒部材の移動方向に対する前後のクリアランスが左右のクリアランスに対して広いため、半田ボールを、筒部材の移動に伴い進行方向に向かって前後に動かすことができる。即ち、筒部材の移動に伴って半田ボールが移動するが、筒部材が静止状態から移動状態になると、先ず、半田ボールは、筒部材の中央位置よりも後側へ相対位置が一旦変わった後、後方からの気流によって中央位置を追い越して前側へ来る。その後、前方からの気流によって後側へ向かう。即ち、筒部材の移動に伴い、半田ボールが、筒部材の中央位置から進行方向に向かって前後、前後に動くことになり、ボール整列用マスクの開口内に落下し易くなる。

請求項５の半田ボール搭載装置では、筒部材の開口部を略矩形としてあるため、半田ボールを矩形状に集合させ、略矩形形状の接続パッド領域内の接続パッドに半田ボールを効率的に搭載することができる。

請求項６の半田ボール搭載装置では、筒部材をプリント配線板の幅に対応させて複数並べてあるため、複数の筒部材を、列方向に対して垂直方向へ送るだけで、半田ボールを確実にプリント配線板の全ての接続パッドに搭載させることができる。ここで、接続パッド領域は、図８（Ａ）中の７５Ａの領域であって、最外周に位置する接続パッドを含み、その面積が最小となる矩形領域を言う。なお、図８（Ｂ）に示すように接続パッド７５が矩形状に配置されていない場合のx、yは、最外周の接続パッドを含み接続パッド領域７５Aの矩形面積が最小となるように設定する。

請求項７の半田ボール搭載装置では、吸引筒によりボール整列用マスク上に残った半田ボールを回収できるので、余剰の半田ボールが残り、故障等の障害の原因となることがない。

先ず、本発明の実施例に係る半田ボール搭載方法及び搭載装置を用いて製造する多層プリント配線板１０の構成について、図６及び図７を参照して説明する。図６は、該多層プリント配線板１０の断面図を、図７は、図６に示す多層プリント配線板１０にＩＣチップ９０を取り付け、ドータボード９４へ載置した状態を示している。図６に示すように多層プリント配線板１０では、コア基板３０の両面に導体回路３４が形成されている。コア基板３０の上面と裏面とはスルーホール３６を介して接続されている。

更に、コア基板３０の導体回路３４の上に層間樹脂絶縁層５０を介して導体回路層を形成する導体回路５８が形成されている。導体回路５８は、バイアホール６０を介して導体回路３４と接続されている。導体回路５８の上に層間樹脂絶縁層１５０を介して導体回路１５８が形成されている。導体回路１５８は、層間樹脂絶縁層１５０に形成されたバイアホール１６０を介して導体回路５８に接続されている。

バイアホール１６０、導体回路１５８の上層にはソルダーレジスト層７０が形成されており、該ソルダーレジスト層７０の開口７１にニッケルめっき層７２及び金めっき層７４を設けることで、接続パッド７５が形成されている。上面の接続パッド７５上には半田バンプ７８Ｕが、下面の接続パッド７５上にはＢＧＡ（ボールグリッドアレー）７８Ｄが形成されている。

図７中に示すように、多層プリント配線板１０の上面側の半田バンプ７８Ｕは、ＩＣチップ９０のランド９２へ接続される。一方、下側のＢＧＡ７８Ｄは、ドータボード９４のランド９６へ接続されている。

図８（Ａ）は、多数個取り用の多層プリント配線板１０Ａの平面図である。多層プリント配線板１０Ａは、接続パッド領域７５Ａを備える個々の多層プリント配線板１０を、図中の一点鎖線で切断することで切り分ける。図５は、多数個取り用の多層プリント配線板１０Ａに半田バンプを形成する工程の説明図であり、図８（Ａ）中のＹ１−Ｙ１断面図に相当する。図５（Ａ）に示すように表面のソルダーレジスト層７０の開口７１に接続パッド７５を形成した多層プリント配線板１０Ａの表面にフラックス８０を印刷する。図５（Ｂ）に示すように多層プリント配線板１０Ａの上側の接続パッド７５上に後述する半田ボール搭載装置を用いて微少な半田ボール７８ｓ（例えば日立金属社製、タムラ社製、直径４０μｍΦ以上、２００μｍ未満）を搭載する。ファイン化対応のため直径２００μｍΦ未満の半田ボールが望ましい。直径４０μｍΦ未満では半田ボールが軽すぎるため接続パッド上に落下しない。一方、直径２００μｍΦを越えると逆に重すぎるため筒部材内に半田ボールを集合させることができず、半田ボールが載っていない接続パッドが存在するようになる。本発明では、直径４０μｍΦ〜直径２００μｍΦ未満の半田ボールを使う意義が高い。この範囲ではファイン化に有利である。また、吸着ヘッドで半田ボールを吸着して接続パッド上に半田ボールを搭載する方法では、半田ボールが小さいので吸着するのが困難になるため、実施例の方法の優位性が明らかになる。

その後、図５（Ｃ）に示すように多層プリント配線板１０Ａの下側の接続パッド７５上に、従来技術（例えば、特許１９７５４２９号）に係る吸着ヘッドで通常径（直径２５０μｍ）の半田ボール７８Ｌを吸着して載置する。その後、リフロー炉で過熱し、図６に示すように多層プリント配線板１０Ａの上側に６０μｍ以上２００μｍ未満のピッチで半田バンプ７８Ｕを、例えば５００個〜３００００個（接続パッド数に相当）、下側に２mmピッチでＢＧＡ７８Ｄを、例えば２５０個形成する。特に接続パッド数が２０００以上になると、接続パッド領域が大きくなるため、本発明の方法を適用する意義が高い。これは、非接触のためバンプの高さが安定し、高さの低い半田バンプが発生し難いので、接続信頼性の高いプリント配線板にすることができる。なお、６０μｍピッチ未満となると、そのピッチに適した半田ボールを製造するのが困難になる。２００μｍピッチ以上となると、本方法においても何ら問題なく製造できるが、従来技術の方法でも製造可能である。更に、図７に示すように、多数個取り用の多層プリント配線板１０Ａを個片の多層プリント配線板１０に切り分けてから、リフローにより半田バンプ７８Ｕを介してＩＣチップ９０を搭載させた後、ＩＣチップ９０を搭載した多層プリント配線板１０を、ＢＧＡ７８Ｄを介してドータボード９４へ取り付ける。

図５（Ｂ）を参照して上述した多層プリント配線板の接続パッド上に微少（直径２００μｍΦ未満）な半田ボール７８ｓを搭載する半田ボール搭載装置について、図１を参照して説明する。
図１（Ａ）は、本発明の一実施例に係る半田ボール搭載装置の構成を示す構成図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の半田ボール搭載装置を矢印Ｂ側から見た矢視図である。

半田ボール搭載装置２０は、多層プリント配線板１０Ａを位置決め保持するＸＹθ吸引テーブル１４と、該ＸＹθ吸引テーブル１４を昇降する上下移動軸１２と、多層プリント配線板の接続パッド７５に対応する開口を備えるボール整列用マスク１６と、ボール整列用マスク１６上を移動する半田ボールを誘導する搭載筒（筒部材）２４と、搭載筒２４に負圧を与える吸引ボックス２６と、余剰の半田ボールを回収するための吸着ボール除去筒６１と、該吸着ボール除去筒６１に負圧を与える吸引ボックス６６と、回収した半田ボールを保持する吸着ボール除去吸引装置６８と、ボール整列用マスク１６をクランプするマスククランプ４４と、搭載筒２４及び吸着ボール除去筒６１をＸ方向へ送るＸ方向移動軸４０と、Ｘ方向移動軸４０を支持する移動軸支持ガイド４２と、多層プリント配線板１０を撮像するためのアライメントカメラ４６と、搭載筒２４下にある半田ボールの残量を検出する残量検出センサ１８と、残量検出センサ１８により検出された残量に基づき半田ボールを搭載筒２４側へ供給する半田ボール供給装置２２と、を備える。図１に示す半田ボール搭載装置２０では、搭載筒２４及び吸着ボール除去筒６１をＸ方向へ送るＸ方向移動軸４０のみ示したが、Ｙ方向へ送る移動機構を備えることも可能である。

図８（Ａ）の平面図に示すように多数個取り用の多層プリント配線板１０Ａの上に、半田ボール搭載装置２０の搭載筒２４及び吸着ボール除去筒６１は、個々の接続パッド領域７５Ａに対応させてＹ方向へ複数並べてある。なお、ここでは、１の接続パッド領域７５Ａに１の搭載筒２４を対応させたが、搭載筒２４を複数の接続パッド領域７５Ａに対応した大きさにしてもよい。ここで、Ｙ方向は便宜的であり、Ｘ方向に並べても良い。ＸＹθ吸引テーブル１４は、半田ボールの搭載される多層プリント配線板１０を位置決め、吸着、保持、補正する。アライメントカメラ４６は、ＸＹθ吸引テーブル１４上の多層プリント配線板１０のアライメントマークを検出し、検出された位置に基づき、多層プリント配線板１０とボール整列用マスク１６との位置が調整される。残量検出センサ１８は光学的な手法により半田ボールの残量を検出する。

引き続き、半田ボール搭載装置２０による半田ボールの搭載工程について図２〜図４を参照して説明する。
（１）多層プリント配線板の位置認識、補正
図２（Ａ）に示すように多数個取り用の多層プリント配線板１０Ａのアライメントマーク３４Ｍをアライメントカメラ４６により認識し、ボール整列用マスク１６に対して多層プリント配線板１０Ａの位置をＸＹθ吸引テーブル１４によって補正する。即ち、ボール整列用マスク１６の開口１６ａがそれぞれ多層プリント配線板１０Ａの接続パッド７５に対応するように位置調整する。

（２）半田ボール供給
図２（Ｂ）に示すように半田ボール供給装置２２から半田ボール７８ｓを搭載筒２４側へ定量供給する。なお、予め搭載筒内に供給しておいても良い。

（３）半田ボール搭載
図３（Ａ）に示すように、ボール整列用マスク１６の上方に、該ボール整列用マスクとの所定のクリアランス（例えば、ボール径の０．５〜４倍）を保ち搭載筒２４を位置させ、吸引部２４ｂから空気を吸引することで、搭載筒とプリント配線板間の隙間の流速を５m/sec〜３５m/secにして、当該搭載筒２４の開口部２４Ａ直下のボール整列用マスク１６上に半田ボール７８ｓを集合させた。

その後、図３（Ｂ）、図４（Ａ）及び図８（Ａ）に示すように、図１（Ｂ）及び図１（Ａ）に示す多層プリント配線板１０ＡのＹ軸沿って並べられた搭載筒２４を、Ｘ方向移動軸４０を介してＸ軸に沿って水平方向へ送る。これにより、ボール整列用マスク１６の上に集合させた半田ボール７８ｓを搭載筒２４の移送に伴い移動させ、ボール整列用マスク１６の開口１６ａを介して、半田ボール７８ｓを多層プリント配線板１０Ａの接続パッド７５へ落下、搭載させて行く。これにより、半田ボール７８ｓが多層プリント配線板１０Ａ側の全接続パッド上に順次整列される。

（４）付着半田ボール除去
図４（Ｂ）に示すように、搭載筒２４により余剰の半田ボール７８ｓをボール整列用マスク１６上に開口１６ａの無い位置まで誘導した後、吸着ボール除去筒６１により吸引除去する。

（５）基板取り出し
ＸＹθ吸引テーブル１４から多層プリント配線板１０Ａを取り外す。

本実施例の半田ボール搭載方法、半田ボール搭載装置２０によれば、ボール整列用マスク１６の上方に搭載筒２４を位置させ、該搭載筒２４の吸引部２４Ｂから空気を吸引することで半田ボール７８ｓを集合させ、搭載筒２４を水平方向に送ることで、集合させた半田ボール７８ｓをボール整列用マスク１６の上を移動させ、ボール整列用マスク１６の開口１６ａを介して、半田ボール７８ｓを多層プリント配線板１０Ａの接続パッド７５へ落下させる。このため、微細な半田ボール７８ｓを確実に多層プリント配線板１０Ａの全ての接続パッド７５に搭載させることができる。また、半田ボール７８ｓを非接触で移動させるため、スキージを用いる場合とは異なり、半田ボールを傷を付けることなく接続パッド７５に搭載でき、半田バンプ７８Ｕの高さを均一にすることができる。このため、ＩＣ等の電子部品の実装性、実装後のヒートサイクル試験、高温・高湿試験等の耐環境試験に優れる。更に、製品の平面度に依存しないので、表面に起伏の多いプリント配線板でも半田ボールを接続パッドに適切に載置させることができる。また、微少な半田ボールを確実に接続パッド上に載置することができるので、接続パッドピッチが６０〜１５０μｍピッチでソルダーレジストの開口径が４０〜１００μｍのプリント配線板においても全てのバンプにおいてバンプ高さが安定した半田バンプとすることができる。

更に、吸引力により半田ボールを誘導するため、半田ボールの凝集、付着を防止することができる。更に、搭載筒２４の数を調整することで、種々の大きさのワーク（ワークシートサイズの多層プリント配線板）に対応することができるので、多品種、少量生産にも柔軟に適用することが可能である。

本実施例の半田ボール搭載装置では、図１（Ｂ）に示すように搭載筒２４をワーク（ワークシートサイズの多層プリント配線板）の幅に対応させてＹ方向へ複数並べてあるため、複数の搭載筒２４を、列方向に対して垂直方向（Ｘ方向）へ送るだけで、半田ボールを確実に多層プリント配線板１０Ａの全ての接続パッド７５に搭載させることができる。

更に、吸着ボール除去筒６１によりボール整列用マスク１６上に残った半田ボール７８ｓを回収できるので、余剰の半田ボールが残り、故障等の障害の原因となることがない。

[実施例１]
（１）プリント配線板の作製
出発材料として両面銅張積層板（例えば、日立化成工業株式会社製 ＭＣＬ−Ｅ−６７）を用い、この基板に周知の方法でスルーホール導体及び導体回路を形成した。その後、周知の方法（例えば、２０００年６月２０日 日刊工業新聞社発行の「ビルドアップ多層プリント配線板」（高木清著）で層間絶縁層と導体回路層とを交互に積層し、最外層の導体回路層において、ＩＣと電気的に接続するための１２０μｍΦ、１５０μｍピッチ、５０×５０個（格子状配置）からなる接続パッド領域を形成した。その上に市販のソルダーレジストを形成し、接続パッド上に、写真法でΦ９０μｍの開口を形成した。ここで、バイアホールから成る接続パッド（バイアホールの直上に半田バンプを形成）は、フィルドビアが好ましく、その凹み量、凸量（図１３参照）は、導体回路１５８の導体厚さに対し、−５〜５μｍの範囲が望ましい。フィルドビアの凹み量が５μｍを越える（−５μｍ）と、半田ボールとフィルドビアからなる接続パッドの接点が少なくなるので、半田バンプとするとき濡れ性が悪くなり、半田内にボイドを巻き込んだり、未搭載（ミッシングバンプ）になりやすい。一方、５μｍを越えると導体回路１５８の厚みが厚くなるので、ファイン化に向かない。
その上に市販のソルダーレジストを形成し（膜厚２０μｍ）、接続パッドを露出させるため、接続パッド上のソルダーレジストに、写真法で９０μｍΦの開口を形成した。

（２）半田ボール搭載
（１）で作製したプリント配線板の表面（ＩＣ実装面）に市販のロジン系フラックスを塗布した。その後上述した本願発明の半田ボール搭載装置の吸着テーブルに搭載し、プリント配線板およびボール整列用マスクのアライメントマークをＣＣＤカメラを用いて認識し、プリント配線板とボール整列用マスクを位置合わせした。ここで、ボール整列用マスクは、プリント配線板の接続パッドに対応した位置に１１０μｍφの開口を有するＮｉ製のメタルマスクを用いた。メタルマスクの厚みは、半田ボールの１／４〜３／４が好ましい。ここでは、Ｎｉ製のメタルマスクを用いたが、ＳＵＳ製やポリイミド製のボール整列用マスクを用いることも可能である。尚、ボール整列用マスクに形成する開口径は、使用するボールの径に対して１．１〜１．５倍が好ましい。次に、接続パッド領域に対応した大きさ（接続パッドが形成されている領域に対して１．１〜４倍）で、高さ２００ｍｍのＳＵＳ製の搭載筒を半田ボール径の０．５〜４倍のクリアランスを保ってメタルマスク（ボール整列用マスク）上に位置させ、その周囲近辺のボール整列用マスク上にボール直径８０μｍΦのＳｎ６３Ｐｂ３７半田ボール（日立金属社製）を載せた。

実施例１では、半田ボールにＳｎ／Ｐｂ半田を用いたが、ＳｎとＡｇ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｚｎ等の群から選ばれるＰｂフリー半田であってもよい。そして、搭載筒上部より空気を吸引して、搭載筒とプリント配線板間の隙間の流速を５〜３５ｍ／ｓｅｃに調整して、搭載筒内に集合させた。その後、搭載筒を移動速度１０〜４０ｍｍ／ｓｅｃで送って半田ボールを移動させ、ボール整列用マスクの開口部から半田ボールを落下させて接続パッド上に半田ボールを搭載した。次に、ボール整列用マスクの余分な半田ボールを除去した後、半田ボール整列用マスクとプリント配線板を半田ボール搭載装置から別個に取り外した。最後に、前記（２）で半田ボールを搭載したプリント配線板を２３０度に設定してあるリフローに投入して半田バンプとした。

[実施例２]
引き続き、実施例２について図９及び図１０を参照して説明する。上述した実施例１では、搭載筒２４の下端開口部２４Ｏと整列用マスク１６とのクリアランス（ギャップ）は一定に形成されていた。これに対して、実施例２では、クリアランスが搭載筒２４の移動方向に対して、前後方向と左右方向で異なっている。図９（Ａ）は搭載筒２４を進行方向側から見た正面図であり、図９（Ｂ）は側面図であり、図９（Ｃ）は搭載筒２４を上方から見た平面図である。搭載筒２４は立法形状に構成され、進行方向前面側の前壁２４Ｆ、及び、後壁２４Ｒと、ボール整列用マスク１６との間のＧａｐ１は、進行方向左右の右壁２４ｒ、及び、左壁２４ｌとボール整列用マスク１６との間のＧａｐ２よりも大きくなるように構成されている。即ち、右壁２４ｒ及び左壁２４ｌが、前壁２４Ｆ及び後壁２４Ｒよりも下方へ延在するように構成されている。

図１０（Ａ）は、搭載筒のクリアランスが前後、左右で等しい場合の半田ボールの動きを説明する模式図である。図１０（Ａ）に示すように搭載筒のクリアランスが前後、左右で等しい場合には、クリアランスを介して流れ込む気流により４方向（前後、左右）から半田ボール群７８Ｇへ加わる力が均一になり、気流により集合させられる搭載筒２４内、特に中央位置で、半田ボール相互の衝突頻度が高まり、マスクの開口１６ａ内に落下し難くなる。

図１０（Ｂ）は、実施例２での搭載筒のクリアランスが前後、左右で異なる際の半田ボールの動きを説明する模式図である。クリアランスが前後方向と左右方向で異なっていれば、クリアランスを介して流れ込む気流により４方向（前後、左右）から半田ボール群７８Ｇへ加わる力が不均一になり、気流により集合させられる搭載筒２４内で、半田ボール相互の衝突頻度が下がり、マスクの開口１６ａ内に落下し易くなる。なお、前後のクリアランスを介して流入する風速と、左右のクリアランスを介して流入する風速とは測定の結果、ほとんど変わらないことが分かった。即ち、クリアランスに依っては、ほとんど風速は変わらないが、風量が変わり、仕事量が変化することが分かった。

図９（Ｃ）に示すように搭載筒２４の前後のクリアランスは左右のクリアランスに対して広い方がよい。前後クリアランスが左右に対して広い場合には、半田ボールを、搭載筒２４の移動に伴い搭載筒２４内において、進行方向に対して前後に動かすことができる。即ち、図９（Ｃ１）に示すように搭載筒２４が静止していると、搭載筒内の中央部に半田ボールは集合しているが、搭載筒２４を図中左側へ移動させると、搭載筒２４の移動に遅れて半田ボール群７８Ｇが移動するため、先ず、図１０（Ｃ２）に示すように半田ボール群７８Ｇは、搭載筒２４の中央位置よりも後側へ相対位置が一旦変わる。その後、半田ボール群７８Ｇは、後方からの気流によって中央位置を追い越して前側へ来る（図１０（Ｃ３））。更にそれから、前方からの気流によって後側へ向かう。即ち、搭載筒２４の移動に伴い、半田ボール群７８Ｇが、搭載筒２４の中央位置から進行方向に向かって前後、前後と動くことになり、マスクの開口１６ａ内に落下し易くなる。

実施例２の半田ボール搭載装置では、搭載筒２４の開口部を略矩形としてあるため、図１０（Ｃ１）に示すように半田ボールを略矩形状の半田ボール群７８Ｇとして集合させ、図８（Ａ）中に示す略矩形形状の接続パッド領域７５Ａ内の個々の接続パッド７５に半田ボールを効率的に搭載することができる。なお、実施例２の半田ボール搭載装置２０では、搭載筒２４の開口部を略矩形に形成したが、円筒形状、楕円形状で、前後のクリアランスと左右のクリアランスとを異ならしめることも可能である。

[実施例１の評価試験]
以下、上述した搭載筒２４の前後、左右のクリアランスの等しい実施例１の半田ボール搭載方法により製造した半田バンプと、従来技術の方法により製造した半田バンプ（比較例１）との比較試験を行った結果について説明する。
[比較例]
比較例においては、半田ボールを接続パッドに供給する方法を変更させた以外は実施例１と同様である。
つまり、従来技術の方法を用い、スキージを用いて半田ボールを送って、ボール搭載用の開口部から半田ボールを落下させて接続パッドに半田ボールを搭載した。

[評価試験]
リフロー後において、ソルダーレジスト上からのバンプ高さをランダムに５０個、ＫＥＹＥＮＣＥ社製 レーザー顕微鏡ＶＸ−８５００により測定した。尚、比較例では接続パッド上にバンプが搭載されていない接続パッド（ミッシングバンプ）があった。ミッシングバンプは測定対象から除外した。

[結果]
バンプ高さ バンプ高さバラツキ
実施例１ ３５．２２μｍ １．２６
比較例 ３２．６４μｍ ４．１８
この結果から、同じ半田ボールを用いても、本願発明の実施例１ではバンプ高さが高く、バンプ高さのバラツキが小さいことが分る。これは、実施例１では、半田ボールがスキージ等で削られることがないので、初期の半田ボールそのままのボリュームを維持して接続パッドに搭載されるからである。

また、実施例１及び比較例で得られたプリント配線板を５００個準備しＩＣを搭載した。ＩＣ搭載基板の導通チェックを行ない、その実装歩留りを求めた。その結果は、実施例１のプリント配線板では９０％であったのに対して、比較例では３％であった。その後良品からサンプルを各１０個ランダムに取りだし、−５５×５分⇔１２５×５分のヒートサイクル試験を１０００回行ない、プリント配線板の裏面（ＩＣ実装面とは反対面）からＩＣを介して再びプリント配線板の裏面に繋がっている特定回路の接続抵抗の変化量を測定した。接続抵抗の変化量は、（（ヒートサイクル後の接続抵抗−初期値の接続抵抗）／初期値の接続抵抗）×１００である。この値が１０％を越えると不良となる。
不良の個数 良品率
実施例１ ０ １００％
比較例 １０ ０％
この結果より、実施例１では、バンプ高さのバラツキが小さいため、バンプにおける接続信頼性が高いことがわかる。それに対して、比較例の方法では信頼性を保証できる良品は０％である。

[実施例２の評価試験]
以下、図９、図１０を参照して上述した搭載筒２４の前後、左右のクリアランスの異なる実施例２の半田ボール搭載方法と、上記クリアランスの等しい実施例１の半田ボール搭載方法と、従来技術の方法により製造した半田バンプ（前述した比較例）との比較試験を行った結果について説明する。

［実施例１−１］
実施例１−１においては、搭載筒２４のＧａｐ１前＝Ｇａｐ１後＝０．１５ｍｍ、Ｇａｐ２右＝Ｇａｐ２左＝０．１５ｍｍ（Ｇａｐ１＝Ｇａｐ２）とし、実施例１に準じ作成した。ここで、前、後、右、左は搭載筒の進行方向に対しての前後、左右である。

［実施例１−２］
実施例１−２においては、搭載筒２４のＧａｐ１前＝Ｇａｐ１後＝０．２ｍｍ、Ｇａｐ２右＝Ｇａｐ２左＝０．２ｍｍ（Ｇａｐ１＝Ｇａｐ２）とし、実施例１に準じ作成した。

［実施例２−１］
実施例２−１においては、搭載筒２４のＧａｐ１前＝Ｇａｐ１後＝０．１８ｍｍ、Ｇａｐ２右＝Ｇａｐ２左＝０．１５ｍｍ（Ｇａｐ１＝１．２×Ｇａｐ２）とし、実施例２に準じ作成した。

［実施例２−２］
実施例２−２においては、搭載筒２４のＧａｐ１前＝Ｇａｐ１後＝０．２２５ｍｍ、Ｇａｐ２右＝Ｇａｐ２左＝０．１５ｍｍ（Ｇａｐ１＝１．５×Ｇａｐ２）とし、実施例２に準じ作成した。

［実施例２−３］
実施例２−３においては、搭載筒２４のＧａｐ１前＝Ｇａｐ１後＝０．３ｍｍ、Ｇａｐ２右＝Ｇａｐ２左＝０．１５ｍｍ（Ｇａｐ１＝２×Ｇａｐ２）とし、実施例２に準じ作成した。

［実施例２−４］
実施例２−４においては、搭載筒２４のＧａｐ１前＝Ｇａｐ１後＝０．６ｍｍ、Ｇａｐ２右＝Ｇａｐ２左＝０．１５ｍｍ（Ｇａｐ１＝４×Ｇａｐ２）とし、実施例２に準じ作成した。

［実施例２−５］
実施例２−５においては、搭載筒２４のＧａｐ１前＝Ｇａｐ１後＝０．２４ｍｍ、Ｇａｐ２右＝Ｇａｐ２左＝０．２ｍｍ（Ｇａｐ１＝１．２×Ｇａｐ２）とし、実施例２に準じ作成した。

［実施例２−６］
実施例２−６においては、搭載筒２４のＧａｐ１前＝Ｇａｐ１後＝０．４ｍｍ、Ｇａｐ２右＝Ｇａｐ２左＝０．２ｍｍ（Ｇａｐ１＝２×Ｇａｐ２）とし、実施例２に準じ作成した。

［実施例２−７］
実施例２−７においては、搭載筒２４のＧａｐ１前＝Ｇａｐ１後＝０．７５ｍｍ、Ｇａｐ２右＝Ｇａｐ２左＝０．２５ｍｍ（Ｇａｐ１＝３×Ｇａｐ２）とし、実施例２に準じ作成した。

［実施例２−８］
実施例２−８においては、搭載筒２４のＧａｐ１前＝Ｇａｐ１後＝１．２ｍｍ、Ｇａｐ２右＝Ｇａｐ２左＝０．３ｍｍ（Ｇａｐ１＝４×Ｇａｐ２）とし、実施例２に準じ作成した。

［実施例２−９］
実施例２−９においては、搭載筒２４のＧａｐ１前＝０．１８ｍｍ、Ｇａｐ１後＝０．２ｍｍ、Ｇａｐ２右＝０．１５ｍｍ、Ｇａｐ２左＝０．１４ｍｍとし、実施例２に準じ作成した。

［実施例２−１０］
実施例２−１０においては、搭載筒２４のＧａｐ１前＝０．４ｍｍ、Ｇａｐ１後＝０．４５ｍｍ、Ｇａｐ２右＝０．２ｍｍ、Ｇａｐ２左＝０．１５ｍｍとし、実施例２に準じ作成した。

［実施例２−１１］
実施例２−１１においては、搭載筒２４のＧａｐ１前＝Ｇａｐ１後＝０．０６ｍｍ、Ｇａｐ２右＝Ｇａｐ２左＝０．０４ｍｍ（Ｇａｐ１＝１．５×Ｇａｐ２）とし、実施例２に準じ作成した。

［実施例２−１２］
実施例２−１２においては、搭載筒２４のＧａｐ１前＝Ｇａｐ１後＝０．１ｍｍ、Ｇａｐ２右＝Ｇａｐ２左＝０．０８ｍｍ（Ｇａｐ１＝１．２５×Ｇａｐ２）とし、実施例２に準じ作成した。

［実施例２−１３］
実施例２−１２においては、搭載筒２４のＧａｐ１前＝Ｇａｐ１後＝０．０８ｍｍ、Ｇａｐ２右＝Ｇａｐ２左＝０．１ｍｍ（Ｇａｐ１＝０．８×Ｇａｐ２）とし、実施例２に準じ作成した。

（評価試験１）
各実施例の半田ボール付きプリント配線板を５００個作成し、ＩＣを搭載した。ＩＣ搭載基板の導通チェックを行い、その実装歩留まりを求めた。この結果を図１１中の図表中に示す。比較例では、３％しか良品を得ることができなかった。この結果から、搭載筒２４の前後のクリアランスと、左右のクリアランスとを異ならしめることで、収率を高めることができ、特に前後のクリアランスを左右のクリアランスよりも大きくすることで、収率を１００％まで高め得ることが分かった。

（評価試験２）
また、導通チェック試験で良品であった実施例１及び実施例２、比較例で得られたプリント配線板（Ｎ＝１０）に対して−５５×５分⇔１２５×５分のヒートサイクル試験を１０００回行ない、プリント配線板の裏面（ＩＣ実装面とは反対面）からＩＣを介して再びプリント配線板の裏面に繋がっている特定回路の接続抵抗の変化量を測定した。接続抵抗の変化量は、（（ヒートサイクル後の接続抵抗−初期値の接続抵抗）／初期値の接続抵抗）×１００である。この値が±３％未満を良品（図１１中：○）、３％〜１０％または−３％〜−１０％を合格品（図１１中：△）、それ以外（１０％を越え、あるいは−１０％未満）を不良（図１１中：×）とした。この結果から、搭載筒２４の前後左右のクリアランスの少なくとも１つを異ならせることで、電気特性を改善できることが明らかになった。これは、半田ボールの衝突頻度が減少することで、半田ボールの欠けが減少し、半田バンプのボリュームが安定したからではないかと推測している。また、Ｇａｐ１／Ｇａｐ３が３以下の範囲では、風量が適切であるため、半田ボール同士の衝突による欠けが小さくなり、電気特性（接続信頼性）を改善できるのではないかと推測している。

[比較例２]
比較例２では、実施例１において、半田ボールの代わりに半田ペーストを用いて半田バンプを形成した。

実施例１と比較例２の半田バンプの高さ（ソルダーレジストから突出している高さ）をビーコ社製WYKO「NT2000」で５００測定し、そのバラツキ（σ）を算出した。その結果は以下の通りであった。
σ
実施例１ １．２６
比較例２ ２．８４

また、実施例１と比較例２のプリント配線板にＩＣを実装し、ＩＣとプリント配線板間にアンダーフィルを充填してＩＣ搭載プリント配線板とした。その後、ＩＣ搭載プリント配線板の裏面（ＩＣ実装面とは反対側）からＩＣを介して再びＩＣ搭載プリント配線板の裏面に繋がっている特定回路の接続抵抗を測定し初期値とした。初期値測定後、８５℃×８０％の雰囲気中に１５hr放置したのち、−５５℃×５分⇔１２５℃×５分を１サイクルとするヒートサイクル試験を１０００回継続して行い、再度接続抵抗を測定して接続信頼性を調べた。なお、接続抵抗の変化量は、（（ヒートサイクル後の接続抵抗値−初期値の接続抵抗値）／初期値の接続抵抗値）×１００で表され、その値が±１０％以内なら合格、それを越えると不良である。結果は、実施例１が「合格」、比較例２が「不良」であった。

図１（Ａ）は、本発明の一実施例に係る半田ボール搭載装置の構成を示す構成図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の半田ボール搭載装置を矢印Ｂ側から見た矢視図である。 図２（Ａ）は多層プリント配線板の位置決めの説明図であり、図２（Ｂ）は搭載筒への半田ボールの供給の説明図である。 図３（Ａ）は搭載筒による半田ボールの集合の説明図であり、図３（Ｂ）は搭載筒による半田ボールの集合、誘導の説明図である。 図４（Ａ）は半田ボールの接続パッドへの落下の説明図であり、図Ｂ（Ｂ）は吸着ボール除去筒による半田ボールの除去の説明図である。 図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）は多層プリント配線板の製造工程の説明図である。 多層プリント配線板の断面図である。 図６に示す多層プリント配線板にＩＣチップを取り付け、ドータボードへ載置した状態を示す断面図である。 図８（Ａ）は多数個取り用の多層プリント配線板の平面図であり、図８（Ｂ）は接続パッド領域の別例の平面図である。 図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）は、実施例２での搭載筒と整列用マスクとの間のクリアランスの説明図である。 図１０（Ａ）は、搭載筒のクリアランスが前後、左右で等しい際の半田ボールの動きを説明する模式図であり、図１０（Ｂ）は、実施例２での搭載筒のクリアランスが前後、左右で異なる際の半田ボールの動きを説明する模式図であり、図１０（Ｃ１）〜（Ｃ３）は、搭載筒の前後クリアランス、左右クリアランスよりも大きい際の半田ボールの動きを説明する模式図である。 実施例２と比較例との評価結果を示す図表である。 図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）、図１２（Ｃ）は、従来技術のボール整列用マスクを用いる半田ボールの搭載を示す模式図である。 フィルドビアの凹凸量の説明図である。

符号の説明

１０ プリント配線板
１２ 上下移動軸
１４ ＸＹθ吸引テーブル
１６ ボール整列用マスク
１６ａ 開口
２０ 半田ボール搭載装置
２２ 半田ボール供給装置
２４ 搭載筒（筒部材）
２６ 吸引ボックス
４０ Ｘ方向移動軸
４２ 移動軸支持ガイド
４６ アライメントカメラ
６１ 吸着ボール除去筒
６６ 吸引ボックス
６８ 吸着ボール除去吸引装置
７５ 接続パッド
７８ｓ 半田ボール
８０ フラックス
Ｇａｐ１ 前後のクリアランス
Ｇａｐ２ 左右のクリアランス

Claims (8)

1. プリント配線板の接続パッドに対応する複数の開口を備えるボール整列用マスクを用い、半田バンプとなる半田ボールをプリント配線板の接続パッドに搭載するための半田ボール搭載方法であって、
   ボール整列用マスクの上方に、該ボール整列用マスクに対向する開口部を備える筒部材を位置させ、該筒部材で空気を吸引することで、当該筒部材直下のボール整列用マスク上に半田ボールを集合させ、
   前記筒部材を水平方向に移動させることで、前記ボール整列用マスクの上に集合させた半田ボールを移動させ、ボール整列用マスクの開口を介して、半田ボールをプリント配線板の接続パッドへ落下させることを特徴とする半田ボール搭載方法。
2. 半田バンプとなる半田ボールをプリント配線板の接続パッドに搭載する半田ボール搭載装置であって、
   プリント配線板の接続パッドに対応する複数の開口を備えるボール整列用マスクと、
   ボール整列用マスクの上方に位置し、開口部から空気を吸引することで開口部直下に半田ボールを集合させる筒部材と、
   前記筒部材を水平方向に移動させる移動機構であって、該筒部材を移動させることで前記ボール整列用マスクの上に集合させた半田ボールを移動させ、ボール整列用マスクの開口を介して、半田ボールをプリント配線板の接続パッドへ落下させる移動機構と、を備えることを特徴とする半田ボール搭載装置。
3. 半田バンプとなる半田ボールをプリント配線板の接続パッドに搭載する半田ボール搭載装置であって、
   プリント配線板の接続パッドに対応する複数の開口を備えるボール整列用マスクと、
   ボール整列用マスクの上方に位置し、開口部から空気を吸引することで開口部直下に半田ボールを集合させる筒部材と、
   前記筒部材を水平方向に移動させる移動機構であって、該筒部材を移動させることで前記ボール整列用マスクの上に集合させた半田ボールを移動させ、ボール整列用マスクの開口を介して、半田ボールをプリント配線板の接続パッドへ落下させる移動機構と、を備え、前記筒部材の開口部下端と前記ボール整列用マスクとの間のクリアランスを、前記筒部材の移動方向に対する前後方向と左右方向とで異ならしたことを特徴とする半田ボール搭載装置。
4. 前記筒部材の開口部の移動方向に対する前記前後方向のクリアランスを前記左右方向のクリアランスよりも大きくしたことを特徴とする請求項３の半田ボール搭載装置。
5. 前記筒部材の開口部を略矩形としたことを特徴とする請求項３又は請求項４の半田ボール搭載装置。
6. 前記筒部材をプリント配線板の幅に対応させて複数並べたことを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか１の半田ボール搭載装置。
7. 前記ボール整列用マスク上に残った半田ボールを回収するための吸引筒を備えることを特徴とする請求項２〜請求項６のいずれか１の半田ボール搭載装置。
8. プリント配線板の接続パッド領域の接続パッドに対応する複数の開口を備えるボール整列用マスクを用い、半田バンプとなる半田ボールをプリント配線板の接続パッドに搭載するための半田ボール搭載方法であって、
   前記ボール整列用マスクとの間のクリアランスが移動方向に対する前後方向と左右方向とで異なる開口部下端を備える筒部材を、ボール整列用マスクの上方に位置させ、該筒部材で空気を吸引することで、当該筒部材直下のボール整列用マスク上に半田ボールを集合させ、前記筒部材を水平方向に移動させることで、前記ボール整列用マスクの上に集合させた半田ボールを移動させ、ボール整列用マスクの開口を介して、半田ボールをプリント配線板の接続パッドへ落下させることを特徴とする半田ボール搭載方法。

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