JP2006302921A - 導電性ボール搭載装置 - Google Patents

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Abstract


【課題】
本発明は、フラックス印刷装置と導電性ボール搭載装置に従来必要とされていた配列マスクのＹ軸、Ｚ軸、θ軸の移動手段を不必要とし、部品構成数を減らすことで大型化を防ぐと共に、大量の導電性ボールの正確な搭載を可能とする導電性ボール搭載装置を提供する。

【解決手段】
本発明は、搭載対象物上に配列パターンで形成された各電極に、粘着材料を塗布してから導電性ボールを搭載する導電性ボール搭載装置に次の手段を採用する。
第１に、搭載対象物を載置するステージと、ステージに載置された搭載対象物の電極上に粘着材料を塗布する塗布手段と、粘着材料が塗布された位置に導電性ボールを搭載する導電性ボール搭載手段と、塗布手段と導電性ボール搭載手段を通過する搬送路を形成する搬送手段とを備える。
第２に、搬送手段上に、搬送方向に直交する方向の移動手段と回動手段と上下動手段を介してステージを設ける。

【選択図】 図５

Description

本発明は、導電性ボール搭載装置の改良に関するもので、詳しくは、搭載対象物上に所定の配列パターンで形成された各電極に、粘着材料を塗布してから導電性ボールを搭載する導電性ボール搭載装置において、搭載対象物を載置するステージの駆動手段を主眼にして開発されたものである。
搭載対象物上に所定の配列パターンで形成された各電極に、粘着材料を塗布してから半田ボールを搭載する半田ボール搭載装置として、特許文献１に示すような配列板を有するボール搭載ヘッドに半田ボールを吸引配列して吸着してから搭載対象物上の各電極に半田ボールを搭載する装置が従来より存在した。しかし、ウエハ等の搭載対象製品の大型化に伴い、１回に搭載する半田ボール数は１００万を越える状態となり、半田ボールの配列の欠陥や搭載時の欠陥を減少させることは困難であるのが現状であった。
そこで、特許文献２に示すようなフラックスを印刷された搭載対象物である電子基板上に配列マスクを設け、直接電子基板の電極上に半田ボールを落とす装置が提供されていた。しかし、この装置においてもフラックス印刷装置と半田ボール搭載装置のそれぞれに配列マスクのＹ軸移動手段、Ｚ軸移動手段、θ軸移動手段が必要になっていた。
特開２００１−３５８４５１号公開特許公報 特表２００２−５３８９７０号公表特許公報
本発明は、搭載対象物上に所定の配列パターンで形成された各電極に、粘着材料を塗布してから導電性ボールを搭載する導電性ボール搭載装置において、搬送路をＸ軸方向（搬送方向）に移動可能な搭載対象物を載置するステージに、Ｙ軸（搬送方向に直交する方向）移動手段、Ｚ軸（上下方向）移動手段、θ軸（回転方向）移動手段を設けて、フラックス印刷装置と導電性ボール搭載装置のそれぞれに従来必要とされていた配列マスクのＹ軸移動手段、Ｚ軸移動手段、θ軸移動手段を不必要とし、導電性ボール搭載装置の部品構成数を減らすことで大型化を防ぐと共に、大量の導電性ボールの正確な搭載を可能とする導電性ボール搭載装置を提供することを目的とする。
第１の発明は、上記課題を解決するため、搭載対象物上に所定の配列パターンで形成された各電極に、粘着材料を塗布してから導電性ボールを搭載する導電性ボール搭載装置に次の手段を採用する。
第１に、搭載対象物を載置するステージと、前記ステージに載置された搭載対象物の電極上に粘着材料を塗布する塗布手段と、前記粘着材料が塗布された位置に導電性ボールを搭載する導電性ボール搭載手段と、前記塗布手段と導電性ボール搭載手段を通過する搬送路を形成する搬送手段とを備える。
第２に、前記搬送手段上に、該搬送手段による搬送方向に直交する方向の移動手段と回動手段と上下動手段を介して前記ステージを設ける。
第２の発明は、第１の発明における導電性ボール搭載手段が、搭載対象物の上方に、所定の配列パターンに形成された各電極にあわせて導電性ボールが入る貫通孔を有する配列マスクを配置して、多数の導電性ボールを収容したボール溜まりを配列マスク上面に沿って移動させて各貫通孔に導電性ボールを落とし込むことにより導電性ボールを搭載するものである導電性ボール搭載装置である。
第３の発明は、第１の発明または第２の発明における導電性ボール搭載手段が、配列マスクを固定して保持するものである導電性ボール搭載装置である。
第４の発明は、第１または第２または第３の発明に、配列マスクと搭載対象物を位置合わせする位置合わせ手段を付加した導電性ボール搭載装置である。
第１の発明は、搭載対象物を搭載するステージが、該搬送手段による搬送方向に直交する方向の移動手段と回動手段と上下動手段を介して、搬送手段上に設けられているので、粘着材料を塗布する塗布手段及び、ボール搭載手段において、別途Ｙ軸移動手段、Ｚ軸移動手段、θ軸移動手段を不必要とし、導電性ボール搭載装置の大型化を防ぐことができた。
第２の発明は、導電性ボール搭載手段が、所定の配列パターンに形成された各電極にあわせて導電性ボールが入る貫通孔を有する配列マスクを配置して、多数の導電性ボールを収容したボール溜まりを配列マスク上面に沿って移動させて各貫通孔に導電性ボールを落とし込むことにより搭載するものであるので、ウエハ等の搭載対象製品の大型化に伴う多数の導電性ボールの正確な搭載が可能となった。
第３の発明は、導電性ボール搭載手段が、配列マスクを固定して保持するものであり、第４の発明は、配列マスクと搭載対象物を位置合わせする位置合わせ手段を設けたものであるので、いずれによっても導電性ボール搭載の正確性を向上させることができた。
以下、図面に従って、実施例と共に本発明の実施の形態について説明する。本発明において、導電性ボールの搭載対象物としては、半導体ウエハ（以後、単にウエハと表記する）や、電子回路基板や、セラミック基板などがあるが、実施例ではウエハ１４を用いている。また、粘着材料としては、フラックスや半田ペーストや導電性の接着剤などが用いられる。
図１は、半田ボール搭載装置１の全体を示す概略平面図であり、該半田ボール搭載装置１は、図１中左方より、搬入用のウエハ受渡部２、フラックス印刷部３、ボール搭載部４、搬出用のウエハ受渡部５を有している。半田ボール搭載装置１の前工程には、ウエハ供給部６、一次アライメント部７及び搬入用ロボット８が存在し、後工程に反転ユニット９、ウエハ収納部１０及び搬出用ロボット１１が存在する。
前工程の一次アライメント部７は、ウエハ１４を水平面で回転するようになっており、ウエハ１４を回転させることによって、ウエハ１４のオリフラまたはノッチの位置を検出し、ウエハ１４のおおまかな位置を補正するとともにウエハ受渡部２に載置するウエハ１４を所定の方向にする部分である。他方、後工程の反転ユニット９は、ウエハ１４を水平方向に回転させるものであり、ウエハ１４のオリフラやノッチの位置が所定の位置となるよう回転させ、カセット３２に収容する。
半田ボール搭載装置１には、ウエハ受渡部２よりフラックス印刷部３、ボール搭載部４、ウエハ受渡部５へとウエハ１４を搬送するウエハ搬送ステージ１２及び搬送路１３が形成されている。搬送路１３には搬送ステージ１２のＸ軸（図中左右方向）移動装置が設けられている。
フラックス印刷部３には、フラックス供給装置１６と、ウエハ１４に粘着材料であるフラックスを印刷するための印刷マスク１５と、ウエハ１４と印刷マスク１５のアライメントマークを観察し、ウエハ１４と印刷マスク１５との位置合わせをするための上下観察カメラ３１とが配備されている。印刷マスク１５は、ウエハ１４上の電極のパターンに合わせて配列された貫通孔が形成されており、貫通孔形成領域３６内の印刷マスク１５の下面２カ所にはアライメントマーク（図示されていない）が表記され、型枠１７に張り付けられ、更にフレームなどの固定部に保持されている。フラックス供給装置１６は、印刷マスク１５上面に沿ってスキージ（図示されていない）を移動することによってフラックスが印刷マスク１５の貫通孔内に刷り込まれ、ウエハ１４の電極上に供給されるようになっている。尚、図中３３は、印刷マスク１５に付着したフラックスを除去するクリーニングユニットである。
ボール搭載部４には、半田ボール供給装置２０と、ウエハ１４上の電極のパターンに合わせて配列された貫通孔１８が形成されたボール配列マスク１９と、ウエハ１４とボール配列マスク１９のアライメントマークを観察して位置合わせをするための上下観察カメラ３４とが配備されている。
ボール配列マスク１９の厚みは供給される半田ボール２１の径と略同等であり、貫通孔１８の径は半田ボールの径より若干大きく形成してある。尚、ボール配列マスク１９は、印刷マスク１５と同様、貫通孔形成領域３６内の下面２カ所にアライメントマーク（図示されていない）が表記され、型枠３７に張り付けられ、フレームなどの固定部に保持されている。
半田ボール供給装置２０は、多数の半田ボール２１を貯留したボールホッパ２２と、ボール配列マスク１９に半田ボール２１を落とし込むボールカップ２３と、マスク高さ検出センサ２７と、ボールカップ２３をＸ軸ガイド２５及びＹ軸ガイド２６に沿って移動させると共にＺ軸方向にも変移させることができる移動ユニット２４を有している。尚、ボールホッパ２２は、半田ボール２１のサイズと材料により交換される。また、ボールカップ２３の内部には収納された半田ボール２１が、図３のボールカップ２３内の矢印が示すように巡回するよう内壁面の下方部に凹部３５が形成されている。
マスク高さ検出センサ２７は、接触式、非接触式であるとを問わない。具体的にはレーザセンサや静電容量センサなどが用いられる。マスク高さ検出は、初期設定時や型替え時のボール配列マスク１９の変更の際に、ボール配列マスク１９の型枠３７をストッパなどに当接させ、位置決めしてからクランプなどにより固定して行う。具体的にはボール配列マスク１９が固定された後、半田ボール２１が空の状態のボールカップ２３が、予め貫通孔形成領域３６外に設定した複数の高さ検出点上に順次移動し、ボール配列マスク１９の上面の高さを測定する。
他方、貫通孔形成領域３６内におけるボール配列マスク１９の上面の高さは、計算で求める。更に、ボールカップ２３に半田ボール２１が収容されたときにかかる重量も考慮して各位置での高さを演算する。ボール搭載時には、この求めた高さをもとに、ボールカップ２３を、ボール配列マスク１９上面とボールカップ２３下面との隙間が所定距離を越えないように、移動ユニット２４にて制御しながら移動する。
ウエハ搬送ステージ１２は、ウエハ１４を載置するステージであって、搬送路１３上に搬送路１３によってＸ軸方向に移動可能に装着されており、ウエハ１４の搬送方向に直交する方向（Ｙ軸方向）の移動手段であるＹ軸駆動機構２８と回動手段であるθ軸駆動機構２９と、上下動手段であるＺ軸駆動機構３０を有している。
以下、図面に従って実施例の半田ボール搭載装置１の動作について説明する。先ず、半田ボール２１が搭載されるウエハ１４は、ウエハ供給部６のカセット３２に収納されている。そこで、搬入用ロボット８により、ウエハ供給部６のカセット３２から１枚のウエハ１４が取り出され、一次アライメント部７へ搬入される。一次アライメント部７では、ウエハ１４を回転することによって、オリフラまたはノッチの位置を検出し、ウエハ１４のおおまかな位置を補正するとともに、オリフラまたはノッチを所定位置となるようにする。続いて、ウエハ１４は、搬入用ロボット８によって一次アライメント部７からウエハ受渡部２に待機しているウエハ搬送ステージ１２に載置される。
ウエハ１４が載置されたウエハ搬送ステージ１２は、搬送路１３に沿ってフラックス印刷部３へと移動し、所定の位置で停止する。ここでウエハ１４と印刷マスク１５のアライメントマークを上下観察カメラ３１により、それぞれ観察し、ウエハ搬送ステージ１２を、搬送路１３のＸ軸駆動機構によりＸ軸方向、Ｙ軸駆動機構２８によりＹ軸方向、及びθ軸駆動機構２９によりθ軸方向での位置決めをする。位置決め終了後、ウエハ搬送ステージ１２は、Ｚ軸駆動機構３０により上昇し、フラックスが準備された印刷マスク１５に対して所定の高さ位置で停止する。この状態で印刷マスク１５上のＹ軸方向一端部にフラックスが供給され、スキージを他端部に向けて移動することにより印刷マスク１５の貫通孔からウエハ１４の電極上にフラックスが印刷される。
フラックス印刷後、ウエハ搬送ステージ１２は、Ｚ軸駆動機構３０により下降し、搬送路１３によってボール搭載部４へ移動し、所定の位置で停止する。ここでも上下観察カメラ３４によりウエハ１４とボール配列マスク１９のアライメントマークをそれぞれ観察して、ウエハ搬送ステージ１２を、搬送路１３のＸ軸駆動機構によりＸ軸方向、Ｙ軸駆動機構２８及びθ軸駆動機構２９によりＹ軸方向、θ軸方向で位置決めをする。その後、ウエハ搬送ステージ１２は、Ｚ軸駆動機構３０により上昇し、ボール配列マスク１９との間に所定の隙間を残して停止する。
図３に示すようにボール配列マスク１９上を、ボールカップ２３が移動して、ボール配列マスク１９の貫通孔１８に半田ボール２１を落として、ウエハ１４上に半田ボール２１を搭載する。尚、ボール落とし込み後に、ボール配列マスク１９をウエハ搬送ステージ１２に対して、水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に微動させることによって、貫通孔１８内の半田ボール２１の位置を補正する。
半田ボール搭載後、ウエハ搬送ステージ１２はＺ軸駆動機構３０により下降し、搬出用のウエハ受渡部５へ移動し、停止する。ウエハ収納部１０では、搬出用ロボット１１により、ウエハ１４をウエハ搬送ステージ１２から反転ユニット９へ移載し、オリフラまたはノッチが所定位置となるように回転させる。ウエハ１４は、更に、搬出用ロボット１１により、反転ユニット９からウエハ収納部１０のカセット３２に移載される。搬出用ロボット１１がウエハ搬送ステージ１２からウエハ１４を取り出したら、ウエハ搬送ステージ１２は元の位置であるウエハ受渡部２に戻り、１工程を完了する。本装置は以上の動作を繰り返す。
図１に示す実施例では、半田ボール搭載装置１の前方にウエハ供給部６が設けられ、後方にウエハ収納部１０が設けられているが、ウエハ搬送ステージ１２が、上記のように元の位置に戻るものであるので、図２に示されるようにウエハ供給部６とウエハ収納部１０を同一方向に設けたものであっても良い。
このように構成することにより、搬出用ロボット１１は、搬入用ロボット８で代用することができる上、搬入の際のウエハ１４の方向と同一の方向でウエハ１４が保持されて収納されるため反転ユニット９も省くことができ、更にはウエハ受渡部２，５も、一方のウエハ受渡部を省くことができるので構成部材の少数化を図ることができた。また、印刷マスク１５及びボール配列マスク１９とウエハ１４の位置合わせ手段として、本実施例は、ウエハ搬送ステージ１２の停止時にウエハ１４と印刷マスク１５またはボール配列マスク１９とのアライメントマークを同時に撮影する上下観察カメラ３１，３４を用いているが、これに限定されるものではなく種々の構成が考えられる。
本実施例にかかる半田ボール搭載装置の全体を示す概略平面図 ウエハ供給部とウエハ収納部を同一方向に設けた場合の概略平面図 ボール搭載部を示す一部断面の側面説明図 ボール搭載部の平面図 ウエハ搬送ステージの移動を示す正面図
符号の説明
１．．．．．．半田ボール搭載装置
２，５．．．．ウエハ受渡部
３．．．．．．フラックス印刷部
４．．．．．．ボール搭載部
６．．．．．．ウエハ供給部
７．．．．．．一次アライメント部
８．．．．．．搬入用ロボット
９．．．．．．反転ユニット
１０．．．．．ウエハ収納部
１１．．．．．搬出用ロボット
１２．．．．．ウエハ搬送ステージ
１３．．．．．搬送路
１４．．．．．ウエハ
１５．．．．．印刷マスク
１６．．．．．フラックス供給装置
１７，３７．型枠
１８．．．．．貫通孔
１９．．．．．ボール配列マスク
２０．．．．．半田ボール供給装置
２１．．．．．半田ボール
２２．．．．．ボールホッパ
２３．．．．．ボールカップ
２４．．．．．移動ユニット
２５．．．．．Ｘ軸ガイド
２６．．．．．Ｙ軸ガイド
２７．．．．．マスク高さ検出センサ
２８．．．．．Ｙ軸駆動機構
２９．．．．．θ軸駆動機構
３０．．．．．Ｚ軸駆動機構
３１，３４．上下観察カメラ
３２．．．．．カセット
３３．．．．．クリーニングユニット
３５．．．．．凹部
３６．．．．．貫通孔形成領域

Claims (4)

  1. 搭載対象物上に所定の配列パターンで形成された各電極に、粘着材料を塗布してから導電性ボールを搭載する導電性ボール搭載装置において、搭載対象物を載置するステージと、前記ステージに載置された搭載対象物の電極上に粘着材料を塗布する塗布手段と、前記粘着材料が塗布された位置に導電性ボールを搭載する導電性ボール搭載手段と、前記塗布手段と導電性ボール搭載手段を通過する搬送路を形成する搬送手段とを備え、前記搬送手段上に、該搬送手段による搬送方向に直交する方向の移動手段と回動手段と上下動手段を介して前記ステージを設けたことを特徴とする導電性ボール搭載装置。
  2. 前記導電性ボール搭載手段が、搭載対象物の上方に、所定の配列パターンに形成された各電極にあわせて導電性ボールが入る貫通孔を有する配列マスクを配置して、多数の導電性ボールを収容したボール溜まりを配列マスク上面に沿って移動させて各貫通孔に導電性ボールを落とし込むことにより導電性ボールを搭載するものである請求項1記載の導電性ボール搭載装置。
  3. 前記導電性ボール搭載手段が、配列マスクを固定して保持するものである請求項１または２記載の導電性ボール搭載装置。
  4. 配列マスクと搭載対象物を位置合わせする位置合わせ手段を設けたことを特徴とする請求項１または２または３記載の導電性ボール搭載装置。
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