JP2008124076A - Solder ball loading method and solder ball loading apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明ははんだボール搭載方法及びはんだボール搭載装置に係り、特にはんだボール搭載用マスクを用いて微細なはんだボールを基板に搭載するはんだボール搭載方法及びはんだボール搭載装置に関する。 The present invention relates to a solder ball mounting method and a solder ball mounting device, and more particularly to a solder ball mounting method and a solder ball mounting device for mounting a fine solder ball on a substrate using a solder ball mounting mask.
近年、携帯端末装置等に代表される電子機器は小型化・薄型化が急速に進んでおり、これらの電子機器に搭載される半導体装置等の電子部品も小型化・薄型化が要求されている。一方、これらの電子部品は高密度化が進んでおり、接続端子数が増大する傾向にある。 In recent years, electronic devices typified by portable terminal devices have been rapidly reduced in size and thickness, and electronic components such as semiconductor devices mounted on these electronic devices are also required to be reduced in size and thickness. . On the other hand, the density of these electronic components is increasing, and the number of connection terminals tends to increase.
これらの要求に対応する電子部品の実装方法として、はんだボールを外部接続端子として用い、これをプリント回路基板等の実装用基板に対してフリップチップ(FC:Flip Chip)実装等の表面実装する実装方法が多く用いられるようになってきている。このフリップチップ実装方法は、電子部品の基板に設けられた電極に予めはんだボールを搭載しておき、このはんだボールを実装基板の電極に直接接合することにより実装を行う方法である。 As a method of mounting electronic components that meet these requirements, solder balls are used as external connection terminals, which are mounted on the surface of a mounting board such as a printed circuit board such as flip chip (FC) mounting. Many methods are being used. This flip chip mounting method is a method in which solder balls are mounted in advance on electrodes provided on a substrate of an electronic component, and mounting is performed by directly bonding the solder balls to the electrodes of the mounting substrate.
このため、はんだボールを利用した表面実装方法を用いる場合には、電子部品の基板に予めはんだボールを搭載しておく必要がある。このはんだボールを基板に搭載するはんだボール搭載方法は、一般には基板のはんだボールが搭載される電極上にフラックスを配設し、次にこのフラックス上にはんだボールを配設し、その後にこのはんだボールを加熱し溶解して電極に接合する方法が用いられる(例えば、特許文献1参照)。 For this reason, when using the surface mounting method using a solder ball, it is necessary to mount the solder ball on the substrate of the electronic component in advance. The solder ball mounting method for mounting the solder ball on the substrate is generally performed by disposing a flux on the electrode on which the solder ball of the substrate is mounted, then disposing the solder ball on the flux, and then soldering the solder ball. A method is used in which a ball is heated and melted and joined to an electrode (see, for example, Patent Document 1).
図5は、従来のはんだボール搭載方法の具体例を説明するための図である。図5(A)は、基板100を示している。この基板100は、基板本体102の上面にソルダーレジスト104が形成されると共に、下面には絶縁膜105が形成されている。また、基板100の上面には複数の電極103が形成されており、ソルダーレジスト104の電極103と対向する一には開口部106が形成されている。
FIG. 5 is a diagram for explaining a specific example of a conventional solder ball mounting method. FIG. 5A shows the
この基板100にはんだボール115を搭載するには、基板100をステージ140に保持させると共に、基板100(ソルダーレジスト104)の上にフラックス用マスク108を配設する。ステージ140には複数の吸着孔141が形成されており、基板100はステージ140に吸着されることにより保持される。
In order to mount the
フラックス用マスク108は、開口部106と対向する位置に開口が形成されている。そして、このフラックス用マスク108を用いて開口部106内にフラックス109を印刷等により配設する。図5(B)は、開口部106内にフラックス109が配設された状態を示している。
The
開口部106に対するフラックス109の配設が終了すると、フラックス用マスク108は取り外され、続いて図5(C)に示すように、基板100(ソルダーレジスト104)上にボール搭載用マスク110が配設される。このボール搭載用マスク110は、はんだボール115をフラックス109上に搭載する(振込む)ための複数のボール振込み開口112が形成されている。
When the disposition of the
基板100上にボール搭載用マスク110が配設されると、このボール搭載用マスク110上にはんだボール115を供給し、このはんだボール115をスキージ(図示せず)等を用いてボール振込み開口112内に振込む。図5(D)は、開口112内にはんだボール115が振込まれた状態を示している。この状態で、各はんだボール115は粘性を有するフラックス109の上部に搭載(仮止め)された状態となる。
When the
フラックス109の上部にはんだボール115が搭載されると、図5(E)に示すように、ボール搭載用マスク110は基板100から取り外される。続いて、リフロー処理等の加熱処理を行いはんだボール115を電極103に接合し、その後にフラックス109の洗浄処理を行うことにより、はんだボール115が搭載された基板100が完成する。
しかしながら、従来のはんだボール搭載方法のように、単にボール搭載用マスク110のボール振込み開口112にスキージ等を用いてはんだボール115を振込む方法では、振込まれないボール振込み開口112が発生する(これをミッシングボールという)。
However, when the
このミッシングボールは、確率の問題といわれておりはんだボール搭載処理においては、従来からもある程度は発生していた。このようにミッシングボールが発生すると、検査工程を実施することによりミッシングボールの発生箇所を特定し、この発生箇所に治具等を用いて個別にはんだボール115を搭載することが行われている(この処理をリペア処理という)。
This missing ball is said to be a problem of probability and has been generated to some extent in the solder ball mounting process. When a missing ball is generated in this way, the occurrence location of the missing ball is specified by performing an inspection process, and the
しかしながら、前記したように電子部品は高密度化が進んでおり接続端子数が増大する傾向にあり、これに伴い基板100に対してはんだボール115を高密度に搭載することが要求されている。この要求に対応するため、はんだボール115は微細化する傾向にあり、100μm径のはんだボールも実用化されつつある。
However, as described above, the density of electronic components is increasing and the number of connection terminals tends to increase, and accordingly, it is required to mount the
このようにはんだボール115が小径化すると、従来のはんだボール搭載方法ではミッシングボールが多数発生し、これに伴いリペア処理を頻繁に行う必要が生じ、はんだボール搭載処理の効率が著しく低下してしまうという問題点があった。
When the diameter of the
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、微細なはんだボールを効率よくかつ確実に基板に搭載しうるはんだボール搭載方法及びはんだボール搭載装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a solder ball mounting method and a solder ball mounting apparatus capable of mounting a fine solder ball on a substrate efficiently and reliably.
上記の課題を解決するために本発明では、基板に形成された電極にはんだボールを搭載するはんだボール搭載方法において、
前記基板の電極上にフラックスを配設するフラックス配設工程と、
前記電極と対向する位置にボール振込み開口が形成されたはんだボール搭載用マスクを前記基板に配設し、該はんだボール搭載用マスクと前記基板との間を減圧し、前記ボール振込み開口に前記はんだボールを吸引することにより該はんだボールを前記電極に搭載するはんだボール搭載工程と、
前記はんだボール搭載用マスクを前記基板から取り外す工程と、
前記はんだボールを前記電極に接合する工程とを有することを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, in the present invention, in a solder ball mounting method for mounting a solder ball on an electrode formed on a substrate,
A flux disposing step of disposing a flux on the electrode of the substrate;
A solder ball mounting mask having a ball transfer opening formed at a position facing the electrode is disposed on the substrate, the pressure between the solder ball mounting mask and the substrate is reduced, and the solder is mounted in the ball transfer opening. A solder ball mounting step of mounting the solder ball on the electrode by sucking the ball;
Removing the solder ball mounting mask from the substrate;
Joining the solder balls to the electrodes.
また、上記発明において、前記絶縁材をソルダーレジストとしてもよい。 In the above invention, the insulating material may be a solder resist.
また、上記の課題を解決するために本発明では、基板に形成された電極にはんだボールを搭載するはんだボール搭載装置において、
前記基板に搭載された状態で前記電極と対向するボール振込み開口が形成されたはんだボール搭載用マスクと、
前記基板と前記はんだボール搭載用マスクとの間を減圧し、前記搭載時にボール振込み開口内に前記はんだボールを吸引する減圧手段とを有することを特徴とするものである。
Further, in order to solve the above problems, in the present invention, in a solder ball mounting apparatus for mounting a solder ball on an electrode formed on a substrate,
A solder ball mounting mask in which a ball transfer opening facing the electrode in a state of being mounted on the substrate is formed;
There is provided pressure reducing means for reducing the pressure between the substrate and the solder ball mounting mask and sucking the solder ball into the ball transfer opening during the mounting.
上記発明において、前記減圧手段は、
減圧装置と、
前記はんだボール搭載用マスクが気密に装着されると共に前記減圧手段に接続された装着用筐体と、
前記はんだボール搭載用マスクの前記基板と対向する面に形成され、一端が前記ボール振込み開口に連通すると共に、他端が前記装置用筐体に連通した減圧通路とを有する構成としてもよい。
In the above invention, the decompression means includes
A decompressor;
A mounting housing in which the solder ball mounting mask is mounted in an airtight manner and connected to the decompression means;
It is good also as a structure which is formed in the surface facing the said board | substrate of the said solder ball mounting mask, and has a pressure-reduction path | route with one end connected to the said ball transfer opening, and the other end connected to the said housing | casing for apparatuses.
本発明によれば、はんだボール搭載用マスクと基板との間を減圧し、はんだボールをボール振込み開口に吸引することにより電極に搭載するため、はんだボールが微細化しても確実にボール振込み開口にはんだボールを振込むことができる。これにより、いわゆるミッシングボールの発生を少なくすることができ、リペア処理の回数も低減され、効率よく確実にはんだボールを電極に搭載することができる。 According to the present invention, the pressure between the solder ball mounting mask and the substrate is reduced, and the solder ball is mounted on the electrode by sucking the ball into the ball transfer opening. Solder balls can be transferred. Thereby, generation | occurrence | production of what is called a missing ball can be decreased, the frequency | count of a repair process is also reduced, and a solder ball can be efficiently and reliably mounted in an electrode.
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施例であるはんだボール搭載装置20を示す構成図である。はんだボール搭載装置20は、大略するとボール搭載用マスク10、マスク装着用筐体30、ステージ40、真空ポンプ50,60(減圧装置)等により構成されている。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a solder
ボール搭載用マスク10は金属製のマスクであり、はんだボール15を基板1に搭載するための複数のボール振込み開口12が形成されている。このボール振込み開口12の直径は、はんだボール115の直径よりも若干大きく設定されており、その直径差は振込みが適正に行いうる値に設定されている。
The
また、ボール搭載用マスク10の背面側(基板1と対向する側の面)には凹部が形成されており、よってボール搭載用マスク10が基板1に配設された際、基板1とボール搭載用マスク10との間には空間部11が形成されるよう構成されている。また、この凹部の外周部分には、複数の連通溝13が形成されている。この連通溝13は、後述する内部空間31と空間部11とを連通する機能を奏するものである。
Further, a concave portion is formed on the back side of the ball mounting mask 10 (the surface facing the substrate 1). Therefore, when the
マスク装着用筐体30は上部が開口された筐体であり、内部に内部空間31を形成している。また、マスク装着用筐体30の開口側端部は、ボール搭載用マスク10を装着するための装着部32とされている。
The
更に、マスク装着用筐体30の下部には接続孔33が設けられており、この接続孔33は図示しない吸引配管を介して真空ポンプ50に接続されている。尚、装着部32にはゴム等のパッキン材が配設されており、ボール搭載用マスク10が装着された際、ボール搭載用マスク10と装着部32との間の気密性を高めている。
Further, a
ステージ40は基板1を保持する機能を奏するものであり、マスク装着用筐体30の内部に配設されている。このステージ40は、ステージ部43と支柱部44とを有した構成とされている。このステージ40は、ステージ40の基板1を保持するステージ部43分には複数の吸着孔41が形成されている。
The
また、ステージ部43から下方に延出した支柱部43は、マスク装着用筐体30を貫通してマスク装着用筐体30の外部に延出している。この支柱部44は内部に連通路42が形成されており、この連通路42の一端部は吸着孔41と連通し、また他端部は図示しない吸引配管を介して真空ポンプ60に接続されている。
Further, the
後述するように、はんだボール15を基板1に搭載するボール搭載工程では、基板1がステージ40に保持された状態でボール搭載用マスク10がマスク装着用筐体30に装着される。この装着状態において、ボール搭載用マスク10は基板1及び装着部32の上部に載置された状態となっている。また、マスク装着用筐体30の上部にボール搭載用マスク10が装着されることにより、内部空間31は閉空間を形成する。
As will be described later, in the ball mounting process of mounting the
更に、ボール搭載用マスク10の背面に形成された連通溝13は、基板1とボール搭載用マスク10との間に形成された空間部11と、マスク装着用筐体30の内部空間31とを連通している。よって、真空ポンプ50が駆動して内部空間31が減圧されると、連通溝13を介して空間部11も減圧される。ボール搭載用マスク10の外部は大気圧であるため、空間部11が減圧されることによりボール振込み開口12から大気は吸引され、これに伴いはんだボール15もボール振込み開口12内に吸引される。
Further, the
また、内部空間31が減圧されることにより、ボール搭載用マスク10も吸引されて装着部32に押し付けられ、よってボール搭載用マスク10はマスク装着用筐体30に確実に保持される。ボール搭載用マスク10がマスク装着用筐体30に装着される際、基板1の電極3とボール振込み開口12との位置決めが行われるが、上記のようにボール搭載用マスク10は内部空間31が減圧されることにより確実にマスク装着用筐体30に保持されるため上記の位置決めがずれるようなことはない。
Further, when the
このように、本実施例に係るはんだボール搭載装置20は、はんだボール15のボール振込み開口12内への吸引処理と、ボール搭載用マスク10をマスク装着用筐体30に固定するが真空ポンプ50の吸引処理により一括的に行うことができるため、それぞれを別個に設ける場合に比べて装置構成の簡単化を図ることができる。尚、本実施例では、真空ポンプ50と真空ポンプ60を別個の構成としているが、一つの真空ポンプで基板1のステージ部43への保持と、空間部11内の減圧処理とを行う構成とすることも可能である。
As described above, the solder
次に、図2乃至図4を用いて、本発明の一実施例であるはんだボール搭載方法に説明する。以下説明するはんだボール搭載方法は、上記したはんだボール搭載装置20を用いて実施される。尚、図2乃至図4に示す構成において、先に説明した図1に示した構成と同一構成については同一符号を付して、その説明を省略するものとする。また、図2(A),(B)については、説明の便宜上マスク装着用筐体30については図示しないものとする。
Next, a solder ball mounting method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The solder ball mounting method described below is performed using the solder
図2(A)は、ステージ40に保持されると共にフラックス用マスク8を用いてフラックス9が配設された基板1を示している。この基板1は、基板本体2と、基板本体2の上面に形成されたソルダーレジスト4と、基板本体2の下面に形成された絶縁膜5とにより構成されている。
FIG. 2A shows the substrate 1 held on the
基板本体2は、樹脂基板、セラミック基板、ウェハ、ビルトアップ基板等の種々のタイプの基板の適用が可能である。この基板本体2の上面には、複数の電極3が形成されている。
Various types of substrates such as a resin substrate, a ceramic substrate, a wafer, and a built-up substrate can be applied to the
尚、本実施例では、基板本体2としてウェハを用いた例につい説明するものとする。また、ウェハには多数個の素子領域が形成されるが、図2乃至図4の各図においては、基板本体2としてウェハの1個の素子領域のみを拡大して示すものとする。
In this embodiment, an example in which a wafer is used as the
ソルダーレジスト4は、はんだ付け処理時においてはんだショートを押さえるために設けられる絶縁材であり、例えば印刷法を用いて基板本体2の上面全面に所定の厚さ(例えば、30〜40μm)で形成されている。このソルダーレジスト4の電極3と対向する位置には、開口部6が形成されている。よって、フラックス9の配設前においては、開口部6の形成位置において電極3は露出した状態となっている。
The solder resist 4 is an insulating material provided to suppress a solder short during the soldering process, and is formed with a predetermined thickness (for example, 30 to 40 μm) on the entire upper surface of the
また、絶縁膜5は基板本体2の背面を保護するために設けられている。尚、この絶縁膜5は、必ずしも設ける必要はないものであり、絶縁膜5が存在しなくても本願発明方法は実現可能である。
The insulating
基板1にフラックス9を配設するには、基板1をステージ40に載置した上で、真空ポンプ60を起動して吸着孔41を介して基板1をステージ部43に吸着する。これにより、基板1はステージ40に保持された状態となる。次に、基板1上にフラックス用マスク8を配設する。このフラックス用マスク8は金属製のマスクであり、開口部6に対応した開口部を有している。
In order to arrange the flux 9 on the substrate 1, the substrate 1 is placed on the
フラックス用マスク8が基板1に配設されると、このフラックス用マスク8を用いて開口部6内にフラックス9を配設する(フラックス配設工程)。開口部6内にフラックス9を配設する方法としては、例えば印刷法を用いることができる。このフラックス9の配設処理が終了すると、図2(B)に示すように、フラックス用マスク8は基板1から取り外される。
When the flux mask 8 is disposed on the substrate 1, the flux 9 is disposed in the
続いて図2(C)に示すように、基板1上にボール搭載用マスク10が配設される。ボール搭載用マスク10の配設処理は、先ずボール搭載用マスク10に形成されているボール振込み開口12と基板1の電極3とを位置決めし、ボール搭載用マスク10を基板1上に載置する。この際、基板1はステージ40に保持された状態を維持している。
Subsequently, as shown in FIG. 2C, a
ボール搭載用マスク10が基板1上に載置された状態において、ボール搭載用マスク10の外周部分はマスク装着用筐体30の装着部32上にも載置された状態となっている。このようにボール搭載用マスク10が基板1及び装着部32(マスク装着用筐体30)上に載置されると、真空ポンプ50は起動し内部空間31内は減圧される。
In a state where the
前記したように、ボール搭載用マスク10の背面に形成された連通溝13は、空間部11と内部空間31とを連通している。よって、真空ポンプ50が駆動して内部空間31が減圧されると、連通溝13を介して空間部11も減圧される。
As described above, the
またこれと同時に、内部空間31内が負圧となることにより、ボール搭載用マスク10は装着部32に吸着される。この際、装着部32にはパッキン材が設けられているため、ボール搭載用マスク10と装着部32との間でリークが発生するようなことはない。
At the same time, the
ボール搭載用マスク10の外部は大気圧であるため、空間部11が減圧されることによりボール振込み開口12から大気は吸引される。この状態において、図3(A)に示すようにボール搭載用マスク10上にはんだボール15を供給し、スキージ14を用いてボール振込み開口12内にはんだボール15を振込む(はんだボール搭載工程)。
Since the outside of the
このように本実施例では、はんだボール15をボール振込み開口12に吸引することにより電極3に搭載するため、はんだボール15が微細化しても確実にボール振込み開口12にはんだボール15を振込むことができる。特に、図3(A)に示すように、ボール振込み開口12に対するはんだボール15の振込み開始時には多数のはんだボール15が存在するため、ボール振込み開口12への振込み率は高い。
As described above, in this embodiment, the
ところが、スキージ16が図3(A)中において右側に移動してボール振込み開口12内に順次はんだボール15が装填されるに従い、スキージ16により移動されるはんだボール15の数が少なくなり、ボール振込み開口12にはんだボール15が振込まれ難くなる。
However, as the
しかしながら、ボール振込み開口12にはんだボール15が振込まれ電極3(フラックス9)に搭載されることにより、ボール振込み開口12ははんだボール15に塞がれるため、はんだボール15が振込まれていないボール振込み開口12の吸引力が増大する。これにより、上記のようにスキージ16により移動されるはんだボール15の数が少なくなっても、これに伴いはんだボール15が振込まれていないボール振込み開口12の吸引力が増大するため、ボール振込み開口12に対するはんだボール15の振込み率を高く維持することができる。
However, since the ball transfer opening 12 is blocked by the
これにより、全てのボール振込み開口12に確実にはんだボール15を振込むことができる。よって、ミッシングボールの発生を抑制することができ、リペア処理の回数も低減され、効率よくかつ確実にはんだボール15を電極3に搭載することができる。
As a result, the
図4(A)は、全てのボール振込み開口12にはんだボール15が振込まれ、電極3(フラックス9)に搭載された状態を示している。この状態で各はんだボール15は、粘性を有するフラックス9に搭載(仮止め)された状態となっている。このはんだボール15の搭載処理が終了すると、真空ポンプ50は停止される。但し、この状態においても真空ポンプ60は駆動しており、基板1はステージ40に保持された状態を維持している。
FIG. 4A shows a state in which
続いて、図4(B)に示すように、ボール搭載用マスク10が基板1から取り外される。次に、真空ポンプ60が停止され、基板1ははんだボール搭載装置20から取り外されてリフロー炉に装填され、はんだボール15を電極3に接合する処理が行われる。図4(C)は、はんだボール15が電極3に接合された状態を示している。
Subsequently, as shown in FIG. 4B, the
はんだボール15が電極3に接合されると、続いてフラックス9の洗浄処理が実施され、図4(D)に示す電極3にはんだボール15が搭載された基板1が完成する。
When the
尚、本発明の適用はウェハに限定されるものではなく、基板本体2としてビルドアップ基板を用いたものに対しても適用可能である。また、はんだボール15の配設位置は、基板本体2の片面に限定されるものではなく、基板本体2の両面にはんだボール15を配設するものに対しても本願発明は適用可能である。
The application of the present invention is not limited to a wafer, but can also be applied to a
1 基板
2 基板本体
3 電極
4 ソルダーレジスト
6 開口部
8 フラックス用マスク
9 フラックス
10 ボール搭載用マスク
12 ボール振込み開口
15 はんだボール
20 はんだボール搭載装置
30 マスク装着用筐体
32 装着部
40 ステージ
50,60 真空ポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board |
Claims (4)
前記基板の電極上にフラックスを配設するフラックス配設工程と、
前記電極と対向する位置にボール振込み開口が形成されたはんだボール搭載用マスクを前記基板に配設し、該はんだボール搭載用マスクと前記基板との間を減圧し、前記ボール振込み開口に前記はんだボールを吸引することにより該はんだボールを前記電極に搭載するはんだボール搭載工程と、
前記はんだボール搭載用マスクを前記基板から取り外す工程と、
前記はんだボールを前記電極に接合する工程と
を有することを特徴とするはんだボール搭載方法。 In the solder ball mounting method of mounting solder balls on the electrodes formed on the substrate,
A flux disposing step of disposing a flux on the electrode of the substrate;
A solder ball mounting mask having a ball transfer opening formed at a position facing the electrode is disposed on the substrate, the pressure between the solder ball mounting mask and the substrate is reduced, and the solder is mounted in the ball transfer opening. A solder ball mounting step of mounting the solder ball on the electrode by sucking the ball;
Removing the solder ball mounting mask from the substrate;
Joining the solder ball to the electrode.
前記基板に搭載された状態で前記電極と対向するボール振込み開口が形成されたはんだボール搭載用マスクと、
前記基板と前記はんだボール搭載用マスクとの間を減圧し、前記搭載時にボール振込み開口内に前記はんだボールを吸引する減圧手段とを有することを特徴とするはんだボール搭載装置。 In a solder ball mounting device that mounts solder balls on electrodes formed on a substrate,
A solder ball mounting mask in which a ball transfer opening facing the electrode in a state of being mounted on the substrate is formed;
A solder ball mounting apparatus, comprising: a pressure reducing means for reducing a pressure between the substrate and the solder ball mounting mask and sucking the solder ball into a ball transfer opening during the mounting.
減圧装置と、
前記はんだボール搭載用マスクが気密に装着されると共に前記減圧手段に接続された装着用筐体と、
前記はんだボール搭載用マスクの前記基板と対向する面に形成され、一端が前記ボール振込み開口に連通すると共に、他端が前記装置用筐体に連通した減圧通路とを有することを特徴とする請求項2記載のはんだボール搭載装置。 The decompression means includes
A decompressor;
A mounting housing in which the solder ball mounting mask is mounted in an airtight manner and connected to the decompression means;
The solder ball mounting mask includes a decompression passage formed on a surface of the solder ball mounting mask facing the substrate and having one end communicating with the ball transfer opening and the other end communicating with the apparatus housing. Item 3. A solder ball mounting apparatus according to Item 2.
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