JP2008305893A - 導電性ボールの配列装置 - Google Patents

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Abstract


【課題】
導電性ボールの配列装置におけるボールカップを浮上させると共に振動させて、ボールカップの内壁面に接触する導電性ボールを停滞させないようにする。

【解決手段】
導電性ボールの配列装置に次の手段を採用する。
第1に、ボールの挿入部が形成された配列治具と、下面に開口部が形成され、前記配列治具との間で多数の導電性ボールを収容可能なボールカップと、ボールカップを配列治具の上面に沿って相対移動させる移動手段とを備える。
第2に、多数のボールを収容したボールカップを配列治具上面に沿って相対移動させることにより、配列治具の挿入部にボールを落とし込んで配列する配列装置とする。
第3に、前記ボールカップの前記配列治具からの浮上手段と、ボールカップへの振動手段とを設ける。
第4に、配列治具から浮上させたボールカップを振動させながら配列治具上面に沿って相対移動させる。

【選択図】 図1

Description

本発明は、導電性ボールの収容されたボールカップが、所定パターンにボール挿入部が形成された配列治具上を相対移動することにより、導電性ボールを配列する装置の改良に関するもので、特に、ボールカップを配列治具に対して浮上させると共に振動させて、ボールカップの内壁面に接触する導電性ボールを停滞させないようにすることを目的に開発された導電性ボールの配列装置である。
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、半田ボールを搭載する半田ボール搭載装置では、近年、半田ボールが微小化し、ウエハ等の搭載対象製品が大型化したこともあり、1回に搭載する半田ボール数が増大した。このような状況において、半田ボールの配列の欠陥や搭載時の欠陥を減少させるため、特許文献1に示すようなフラックスが印刷された搭載対象物であるウエハ上に配列マスク等の配列治具を設け、配列治具上をボールカップが移動し、直接ウエハ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、この種の導電性ボールの配列装置では、ボールカップの進行方向後側にあたる内壁面の下部付近にある半田ボールは、動けず停滞する上、重力がかかるため配列マスクの貫通孔内に沈み込んで欠けたり、変形して製品不良となることがあった。更に、欠けた半田ボールの破片が更なる製品不良の原因にもなることがあった。
特開2006−303341号公開特許公報
本発明は、導電性ボールの配列装置におけるボールカップを浮上させると共に振動させて、ボールカップの内壁面に接触する導電性ボールを停滞させないようにする導電性ボールの配列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導電性ボールの配列装置に次の手段を採用する。
第1に、導電性ボールの挿入部が所定の配列パターンに形成された配列治具と、下面に開口部が形成され、前記配列治具との間で多数の導電性ボールを収容可能なボールカップと、ボールカップを配列治具の上面に沿って相対移動させる移動手段とを備える。
第2に、多数の導電性ボールを収容したボールカップを配列治具上面に沿って相対移動させることにより、配列治具の挿入部に導電性ボールを落とし込んで配列する導電性ボールの配列装置とする。
第3に、前記ボールカップを前記配列治具から浮上させる浮上手段と、ボールカップに振動を与える振動手段とを設ける。
第4に、配列治具から浮上させたボールカップを振動させながら配列治具上面に沿って相対移動させることを特徴とする導電性ボールの配列装置とする。
第2の発明は、第1の発明に、浮上手段は、ボールカップの底面から配列治具上面に向けて気体を噴射するものであるという手段を付加した導電性ボールの配列装置である。更に、第3の発明は、第1または第2の発明に、前記振動手段は、ボールカップに振動子を取り付けたものであるという手段を付加した導電性ボールの配列装置である。
第4の発明は、導電性ボールの配列装置に次の手段を採用する。
第1に、導電性ボールの挿入部が所定の配列パターンに形成された配列治具と、下面に開口部が形成され、前記配列治具との間で多数の導電性ボールを収容可能なボールカップと、ボールカップを配列治具の上面に沿って相対移動させる移動手段とを備える。
第2に、多数の導電性ボールを収容したボールカップを配列治具上面に沿って相対移動させることにより、配列治具の挿入部に導電性ボールを落とし込んで配列する導電性ボールの配列装置とする。
第3に、前記ボールカップの底面から配列治具上面に向けて気体を噴射する気体噴射孔を設ける。
第4に、上記気体噴射孔から気体を噴出することにより、ボールカップを振動させながら、ボールカップを配列治具上面に沿って相対移動させることを特徴とする導電性ボールの配列装置とする。
本発明は、配列治具から浮上させたボールカップを振動させながら配列治具上面に沿って相対移動させるものであるため、ボールカップの内壁面に接触する導電性ボールが停滞することを防ぐことができる配列装置となった。
第4の発明の効果であるが、ボールカップの底面から配列治具上面に向けて気体を噴射する気体噴射孔を設け、この気体噴射孔から気体を噴出することにより、ボールカップを上下に振動させながら、ボールカップを配列治具上面に沿って相対移動させるものであるので、浮上手段と振動手段を同じ手段でまかなうことができるものとなった。
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。実施例は、半田ボール搭載装置であり、半田ボール搭載装置は、搬入用のウエハ受渡部、フラックス印刷部、ボール搭載部、および搬出用のウエハ受渡部を有するものである。
本発明における導電性ボールとしては、半田ボールや白金ボールなどがあり、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、セラミックス基板などがあるが、実施例では、半田ボール1とウエハ2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が、実施例ではフラックス30が用いられており、半田ボール1が載置されるウエハ2上の電極には予めフラックス30が塗布されている。
実施例での、ボール搭載部は、ウエハ2が載置されるウエハ載置テーブル31と、半田ボール1の供給のためのボールカップ4と、所定の配列パターンに半田ボール1を挿入するための配列マスク3と、ボールカップ4を配列マスク3上面に沿って移動させるボールカップ移動装置5とを備えている。尚、ウエハ載置テーブル31は昇降機構を備え、半田ボール1の配列時に、ウエハ2の半田ボール搭載面と配列マスク3の下端面とが所定の間隔となるようにウエハ2を上昇させるようになっている。
配列マスク3は、中央部の貫通孔形成領域6(図1および図2に示される)に、図4に示されるように半田ボール1が挿入され、通過可能な大きさの貫通孔7が、ウエハ2上面の電極に合わせた所定の配列パターンで形成されている。配列マスク3が、本発明における配列治具に相当し、貫通孔7が、本発明における挿入部に相当する。
実施例での配列マスク3は、図2に示されるように四角形に形成されいる。尚、四角形の配列マスク3の四つの角部には、配列マスク3自体に張力を与え、配列マスク3の平面精度を上げるための保持用ブロック部材8が取り付けられている。配列マスク3は、張力をかけられて、ウエハ2の上面に形成される半田ボール1の搭載面の上方に適宜の間隔を有して図示されていない配列マスク支持装置に支持されている。
実施例での配列マスク3の高さは、図4に示されるように配列マスク3の上面から、貫通孔7に挿入された半田ボール1の上部が、突出しない高さに設定されている。勿論、図9に示されるように貫通孔7より挿入された半田ボール1の上部が突出しても良いが、この場合にはボールカップ4の貫通孔形成領域6を通過する底面部33aを、貫通孔形成領域6外を通過する底面部33bより高くし、ボールカップ4の底面部33aが貫通孔7内のボールと接触しないようにする必要がある。尚、配列マスク3は、ウエハ2に接触させても良い。その場合には、フラックス30が配列マスク3に接触しないよう貫通孔7のウエハ2側の径を拡大させたり、配列マスク3下面に貫通孔7にかからないようにリブや突出部を設けたりする等の手段をとる。
該配列マスク支持装置には、図2に示されるように中央にウエハ2より若干大きめの開口部9を形成したプレート状の石材で形成され、ウエハ載置テーブルに載置されたウエハ2を囲むように配置されるバックアッププレート10と、該バックアッププレート支持部と、配列マスク3に取り付けられた保持用ブロック部材8を外方やや下方へ引っ張る三カ所の引っ張り機構および一カ所の引っ掛け部が設けられている。
配列マスク3は、下面をバックアッププレート10上面に当接させて、配列マスク3の角部に存在する保持用ブロック部材8を、引っ掛け部および引っ張り機構に装着し、バックアッププレート10の上面より若干下方に引っ張られて装着されている。これにより配列マスク3は、張力をかけられてバックアッププレート10にしっかりと張り付き、平面精度の高い状態となっている。
半田ボール1を配列マスク3の貫通孔7に落とし込むボールカップ4は、上部にボール供給用の開口部が形成され、下面にボール落下用の開口部が形成されている。尚、下面の開口部は、配列マスク3の貫通孔形成領域6の幅より広い幅で形成されており、ボールカップ4と配列マスク3の上面とで多数の半田ボール1を収容可能としている。尚、ボールカップ4自体は配列マスク3の幅よりは狭い幅で形成されている。
図3に示されるようにボールカップ4の底面部33bの両側部付近には、本発明における浮上手段となり、気体を噴射するエア噴射口11が設けられている。該エア噴射口11よりエアを噴射することで、ボールカップ4は、配列マスク3より浮上する。尚、エア噴射口11は、ボールカップ4の下面開口部より外側のボールカップ4の底面に設けられているため、ボールカップ4の移動時にも、配列マスク3の貫通孔形成領域6外を通過することになり、エア噴射口11からのエアが配列マスク3の貫通孔7に配列された半田ボール1に影響を与えないようにされている。
エア噴射口11は、ボールカップ4内のエア通路12およびボールカップ4外のエア配管13を介してエア供給装置14と連結されている。エア噴射口11からのエア噴出は、ボールカップ4が作動中は、連続しており、エア噴出量は一定である。
エア配管13の途中に存在する符号15は、開閉バルブであり、符号37は絞り弁であり、該絞り弁37を調整することにより、ボールカップ4の配列マスク3からの浮上間隔を調整することができるようになっている。この調整によりボールカップ4底面と配列マスク3の上面の間隔を適正間隔とすることができ、半田ボール1の噛み込みや漏出を防止することができる。
本発明における振動手段の第1実施例は、振動子として、ピエゾアクチュエータ32を利用し、ボールカップ4の移動方向(図1中中央の点線矢印が示す方向)前後の外周面の左右方向中央部に取り付けてあり、ボールカップ4を進行方向(図4中ボールカップ4内の矢印方向)に振動させる。この振動によりボールカップ4の半田ボール1を押し込む内壁面に半田ボール1が接触すると、半田ボール1は、該ボールカップ4の内壁面にはじかれるようにして、位置が変動し、半田ボール1の停滞を解消する。
尚、ピエゾアクチュエータ32は、交流電圧を印加することで振幅1μm以下の超音波振動をする。この振幅はボールカップ4の外幅とカップホルダ16の内幅のクリアランス以下である。
振動手段の第1実施例におけるピエゾアクチュエータ32の取り付け位置はボールカップ4の移動方向前後の外周面であるが、図5に示される振動手段の第2実施例のように、ボールカップ4の移動方向左右の側面の壁面に取り付けることもできる。更に、ボールカップ4のボール収納部を形成する壁面を中央に向かって膨らんだものとすることにより、振動を半田ボール1に伝達すること、および半田ボール1の集合状態を破壊することに役立つ。特に図5に示すようにピエゾアクチュエータ32を左右側面に取り付けた場合などには有効である。
更に、振動子たるピエゾアクチュエータ32は、図6に示される振動手段の第3実施例のようにボールカップ4の左右の上面に2個取り付けたものも考えられる。このときピエゾアクチュエータ32は、ボールカップ4の上面36に上下方向の振動を付与するので、ボールカップ4は上下方向に振動させられる。この振動によりボールカップ4の内壁に接触していた半田ボール1は、回転させられ、半田ボール1の停滞を解消する。
ボールカップ4の上下動の範囲は、ボールカップ4の底面部33aの位置が、上端では配列マスク3上に位置する半田ボール1の径の半分以下の高さであることを限度とされ、下端では貫通孔7に挿入された半田ボール1に干渉しない高さであることを限度とされる。従って、振動によるボールカップ4の上下の移動量は、図8に示されるように挿入された半田ボール1の上部が配列マスク3内にある場合に比べ、図9に示されるように挿入された半田ボール1の上部が配列マスク3上に突出する場合の方が小さい。
ボールカップ4を前進および後退移動させるボールカップ移動装置5は、浮上し振動するボールカップ4に前後方向への移動力を付与するカップホルダ16と、カップホルダ16を移動させる駆動装置17と、カップホルダ16の移動をガイドするガイドプレート18とからなる。
駆動装置17は、ボールカップ4が保持されるカップホルダ16を、駆動モータ19で回転するボールねじ等により、配列マスク3の上方で前後に移動させるものであり、駆動装置17にカップホルダ16が装着されている。
図1中符号18は、配列マスク3を囲む枠状のガイドプレート18であり、両側にボールカップ4の進行方向に沿ったガイドレール20が設けられており、該ガイドレール20にカップホルダ16が摺動自在に配置されている。駆動装置17によりカップホルダ16はガイドレール20に沿って前進および後退移動を行う。
この移動により、ボールカップ4も浮上し振動した状態で配列マスク3上を移動し、ボールカップ4より配列マスク3の貫通孔7に半田ボール1を落とし込み、配列する。実施例でのボールカップ移動装置5は、前後方向のみのものであるが、必要に応じ左右方向への移動手段が設けられるものである。
尚、ガイドプレート18は、配列マスク3より前後方向で長く、カップ前進方向の先端は空部となり、該空部下方にボール受け21が配置されている。従って、配列時にボールカップ4は、ボール受け21の手前の配列マスク3上で停止し、反転し後退移動を行う。他方、配列マスク3の交換時には、ボールカップ4は、ボール受け21の上方まで移動し、収容されていた半田ボール1をボール受け21に落下させる。尚、図中符号27は、ボールカップ4がボール受け21へのボール排出時に、ボールカップ4を支えるためのカップ移動路である。
カップホルダ16は、内側にボールカップ4が配置される空部を形成したものであって、ボールカップ4は、この空部にスライドローラ22および負荷検知用シャフト23に装着されたスプリング26の付勢という微弱な力により軽く保持されている。尚、負荷検知用シャフト23は、カップホルダ16の内側では、スプリング26の微弱な力をもってボールカップ4の側面に当接しており、反対側はカップホルダ16の外側に摺動自在に突出して設けられている。従って、ボールカップ4がカップホルダ16の動きと異なる動きをすると、ボールカップ4が負荷検知用シャフト23を押すことになる。
カップホルダ16の外側で、負荷検知用シャフト23の突出部付近には、負荷検知用シャフト23の移動を感知する負荷検知用センサ24,25が装着されている。負荷検知用センサ24が、ボールカップ4の前進時のセンサであり、負荷検知用センサ25が後退時のセンサである。これらのセンサには投受光型光電センサ等が利用されている。
ボールカップ4が移動中に、ボールカップ4下面と配列マスク3の間で半田ボール1の噛み込みが発生すると、ボールカップ4の移動に抵抗が生じる。例えば、前進中にボールカップ4の右側底面で噛み込みが発生すると、ボールカップ4はカップホルダ16により前進力を受けているので、左側は抵抗がなく通常に前進するが、右側は抵抗により通常の進行が阻害され、右側の進行がカップホルダ16の進行より遅れる。するとボールカップ4の進行方向後側の右側の負荷検知用シャフト23がボールカップ4の右側に押され、スプリング26の付勢力を越えるとカップホルダ16外部へ押し出される。これを右側負荷検知用センサ24が検知し、半田ボール1の噛み込みを検知するのである。このようにして、カップホルダ16の進行方向後方に装着された負荷検知用センサ24により、半田ボール1の噛み込みを、カップホルダ16に対するボールカップ4の相対位置のずれとして検出するのである。
尚、ボールカップ4の移動方向が反転すると、有効とする負荷検知用センサ25へと切り替える。尚、実施例では、ボールカップ4が移動して、半田ボール1を配列マスク3に配列していくものであるが、本発明は、配列マスク3とボールカップ4は相対移動関係にあれば良いので、ボールカップ4が固定で配列マスク3が移動する場合も同様に利用できるものである。また、振動子をボールカップ4の移動方向前後の外周面、上面、左右の側面の複数の面に取り付けても良い。
以上の実施例での振動手段の第1乃至3実施例では、振動子であるピエゾアクチュエータ32を利用したものであるが、振動手段として、振動子を用いず、前記ボールカップ4の底面から配列マスク3上面に向けて気体を噴射する気体噴射孔となるエア噴射口11を設け、このエア噴射口11からエアを噴出することにより、ボールカップ4を上下に振動させる手段が考えられる。気体の噴射によりボールカップ4を振動させるものである場合、ボールカップ4の浮上手段と振動手段とを共用とすることが可能である。
浮上手段兼用の振動手段の第4実施例では、ボールカップ4の底面部33bの両側部付近に、エア噴射口11が設けられており、エア噴射口11は、ボールカップ4内のエア通路12およびボールカップ4外のエア配管13を介してエア供給装置14と連結されており、エア配管13の途中に開閉バルブ15と絞り弁37が存在する点では、浮上手段と同様である。但し、この振動手段の第4実施例では、図10に示すようにエア供給装置14と接続されたエア配管13の途中に電磁弁を用いた開閉バルブ15A,15B,15Cを3個設け、更に、開閉バルブ15A,15B,15Cとエア供給装置14の間にレギュレータ38を設けている。
エア噴射口11からのエアの噴出停止の制御は開閉バルブ15A,15B,15CのON(開)、OFF(閉)の切り替えにより行う。この振動手段は、ボールカップ4に上下の振動を与えるものであるので、振動手段の第3実施例と同様の上限と下限の管理が必要となる。但し、振動手段の第4実施例では、ボールカップ4の浮上の上限位置はエア圧やエア流量で調整し、浮上の下限位置は開閉バルブ15A,15B,15Cの切り替えタイミングで調整している。
制御順を説明すれば、第1段階として、開閉バルブ15Aを開とし、開閉バルブ15B,15Cを閉とする。この状態でボールカップ4は、所定の上限位置に浮上している。第2段階は、開閉バルブ15Aを閉とし、僅かなタイミングの後、開閉バルブ15Bを開とする。このとき開閉バルブ15Cは、閉とされたままである。このときの僅かなタイミングの間に、ボールカップ4は下限位置まで落下した後、上限位置に戻る。
第3段階は、開閉バルブ15Bを閉とし、僅かなタイミングの後、開閉バルブ15Cを開とする。このとき開閉バルブ15Aは、閉とされたままである。このときも僅かなタイミングの間に、ボールカップ4は下限位置まで落下した後、上限位置に戻る。
第4段階は、開閉バルブ15Cを閉とし、僅かなタイミングの後、開閉バルブ15Aを開とする。このとき開閉バルブ15Bは、閉とされたままである。このときも僅かなタイミングの間に、ボールカップ4は下限位置まで落下した後、上限位置に戻る。
その後、第2段階から第4段階を繰り返すことにより、ボールカップ4を浮上させた状態で、ボールカップ4に上下方向の振動を与えることができる。開閉バルブ15A,15B,15Cに電磁弁を用いれば1秒間に20回の振動を与えることも可能である。尚、図10に示す振動手段の第4実施例では、左右のエア噴射口11からのエア噴射停止のタイミングは同時のものとされているが、左右のエア噴射口11のエア噴射停止のタイミングを異ならせても良い。
振動手段の第4実施例は開閉バルブ15A,15B,15Cの3組利用する例で示したが、その数を増やしても良いし、1つの開閉バルブ15のみの開閉切り替えでも可能である。特に開閉バルブ15A,15B,15Cの数を増やした場合には、開閉バルブの寿命アップにつながる。
振動手段の第5実施例として、振動手段の第4実施例より、開閉バルブ15A,15B,15Cを取り外したものが考えられる。この振動手段の第5実施例によってもボールカップ4を振動させることが可能である。ボールカップ4のエア噴射口11にエア供給装置14からエアを供給してボールカップ4を浮上させると、ボールカップ4の重力によりボールカップ4が下降する。ボールカップ4が下降して、ボールカップ4の底面と配列マスク7の上面の間隔が狭くなると、エア噴射口11やエア配管13内のエア圧が高まる。ある程度エア圧が高くなるとエアは、ボールカップ4と配列マスク7の間隔を広げるようボールカップ4を上昇させて、外に逃げ、その後、再び重力によりボールカップ4は下降する。これを繰り返すことでボールカップ4の振動が発生するのである。この場合、絞り弁37やボールカップ4の重量の調整やボールカップ4の底面形状によって振幅、振動数の変更が可能である。尚、振動方向は上下成分に前後、左右の成分を加えることも可能である。
配列装置のボール配列部を示す概略平面図 ボール配列部の分解説明図 ボールカップへのエア供給の説明図 ボールカップの振動方向を示す断面説明図 振動子を側面に取り付けた状態を示すボール配列部を示す概略平面図 振動子をボールカップ上面に取り付けた状態を示す断面説明図 ボールカップの振動方向を示す断面説明図 挿入された半田ボールの上部が配列マスク内にある場合の断面説明図 挿入された半田ボールの上部が配列マスク上に突出する場合の断面説明図 振動手段に気体の噴射停止を用いる場合の断面説明図
符号の説明
1......半田ボール
2......ウエハ
3......配列マスク
4......ボールカップ
5......ボールカップ移動装置
6......貫通孔形成領域
7......貫通孔
8......保持用ブロック部材
9......開口部
10......バックアッププレート
11.....エア噴射口
12.....エア通路
13.....エア配管
14.....エア供給装置
15.....開閉バルブ
16.....カップホルダ
17.....駆動装置
18.....ガイドプレート
19.....駆動モータ
20.....ガイドレール
21.....ボール受け
22.....スライドローラ
23.....負荷検知用シャフト
24、25.....負荷検知用センサ
26.....スプリング
27.....カップ移動路
30.....フラックス
31.....ウエハ載置テーブル
32.....ピエゾアクチュエータ
33a,b.底面部
34.....外周面
35.....内壁面
36.....上面
37.....絞り弁
38.....レギュレータ

Claims (4)

  1. 導電性ボールの挿入部が所定の配列パターンに形成された配列治具と、下面に開口部が形成され、前記配列治具との間で多数の導電性ボールを収容可能なボールカップと、ボールカップを配列治具の上面に沿って相対移動させる移動手段とを備え、
    多数の導電性ボールを収容したボールカップを配列治具上面に沿って相対移動させることにより、配列治具の挿入部に導電性ボールを落とし込んで配列する導電性ボールの配列装置において、
    前記ボールカップを前記配列治具から浮上させる浮上手段と、ボールカップに振動を与える振動手段とを設け、
    配列治具から浮上させたボールカップを振動させながら配列治具上面に沿って相対移動させることを特徴とする導電性ボールの配列装置。
  2. 前記浮上手段は、ボールカップの底面から配列治具上面に向けて気体を噴射するものである請求項1記載の導電性ボールの配列装置。
  3. 前記振動手段は、ボールカップに振動子を取り付けたものである請求項1または2記載の導電性ボールの配列装置。
  4. 導電性ボールの挿入部が所定の配列パターンに形成された配列治具と、下面に開口部が形成され、前記配列治具との間で多数の導電性ボールを収容可能なボールカップと、ボールカップを配列治具の上面に沿って相対移動させる移動手段とを備え、
    多数の導電性ボールを収容したボールカップを配列治具上面に沿って相対移動させることにより、配列治具の挿入部に導電性ボールを落とし込んで配列する導電性ボールの配列装置において、
    前記ボールカップの底面から配列治具上面に向けて気体を噴射する気体噴射孔を設け、該気体噴射孔から気体を噴出することにより、ボールカップを振動させながら、ボールカップを配列治具上面に沿って相対移動させることを特徴とする導電性ボールの配列装置。
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