JP2009010113A

JP2009010113A - 半田ボールの実装装置

Info

Publication number: JP2009010113A
Application number: JP2007169057A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Aosawa; 浩明青澤
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2009-01-15

Abstract

【課題】半田ボールの整列、供給にかかる時間の短縮が可能で、実装効率の向上が可能な半田ボールの実装装置を提案する。
【解決手段】実装装置１は、半田ボールＳＢが通過できる孔が形成された案内板２と、案内板２の上側に配置されかつ複数個の半田ボールＳＢを垂直方向に一列に並べることが可能な貫通孔が形成された整列板３と、案内板２と整列板３との間に水平方向に往復動自由に配置されかつ半田ボールＳＢを1個ずつ収納可能な孔が形成されたスライド板４と、整列板３の上側に配置されかつ半田ボールＳＢを多数個収容可能な半田ボール収容部５と、で構成される半田ボール供給部１ａを有している。整列板３の貫通孔と案内板２の孔の位置が重ならないようにされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワーク表面の接続用パッドに半田ボールを搭載するための装置に関するものである。

ボールグリッドアレイ法（ＢＧＡ法）は、ＬＳＩやＩＣ等の半導体装置及び配線基板等の、いわゆるワークの表面に形成されている接続用パッドに半田ボールを搭載して、これによって表面実装を行うものである。ワーク表面のパッドに半田ボールを搭載する場合、多数の半田ボールを収容したケース内から吸引ノズルの先端に半田ボールを吸着して取り出し、半田ボールを吸着した状態でフラックス槽に浸漬させるか、またはワークの接続用パッドにフラックスを塗布するか、の方法でフラックスを半田ボールあるいはワークに付着させ、半田ボールを接続用パッドに搭載した後にリフローして溶着させるという工程を経ていた。

このようなノズルの吸引による半田ボールの搭載では、吸引ミスによる実装ミスが発生することがあった。また、吸着→移動→搭載という工程が必要なため、多数個の半田ボールを搭載する場合には効率があまり高いものではなかった。そこで特開平１１−３５４６７０号公報や特開２００３−２４３４４０号公報に開示されているように、ワークの接続用パッドに対応した位置に孔が形成された案内板によって半田ボールを整列させ、この整列させた半田ボールをワークに実装する方法が提案されている。これらの方法は、案内板に形成されている孔の数よりも充分に多数の半田ボールを案内板上に供給し、余分な半田ボールを振動、揺動等の物理的な手法や、スキージまたはブラシ等による掃きだしによって取り除いて、孔に残った半田ボールをワークに搭載するものである。

特開平１１−３５４６７０号公報特開２００３−２４３４４０号公報

このような方法では、一度に２〜３万個の半田ボールを整列することができる。しかし、一回の供給では案内板の孔１個につき半田ボール１個ずつ入れるのみであるため、ワークへの搭載を行う毎に、多数の半田ボールの供給及び余分な半田ボールの除去といった整列動作を行う必要があった。

また、このような方法では、整列動作中に半田ボールが案内板の孔に入らなかったり、一旦孔に入った半田ボールが孔から飛び出すことがあった。そのため、半田ボールが確実に案内板の孔に挿入されるように、整列動作にかかる時間を長くする必要があった。これらの問題により半田ボールの実装効率を向上させることが難しかった。

そこで本発明では、上記のような問題を解決して、半田ボールの整列、供給にかかる時間の短縮が可能で、実装効率の向上が可能な半田ボールの実装装置を提案するものである。

本発明では解決手段として、表面に接続用パッドが形成されたワークと、前記接続用パッドの位置と対応する位置に半田ボールが通過できる孔が形成された案内板と、を前記案内板が上側になるように対向させ、前記案内板の孔を通して前記半田ボールを前記接続用パッド上に搭載する半田ボールの実装装置において、前記案内板と、前記案内板の上側に配置され、前記接続パッドの位置と対応しかつ前記案内板の孔の位置とは重ならない位置に複数個の半田ボールを垂直方向に一列に並べることが可能な貫通孔が形成された整列板と、前記案内板と前記整列板との間に水平方向に往復動自由に配置され、前記接続パッドの位置と対応する位置に半田ボールを1個ずつ収納可能な孔が形成されたスライド板と、を有し、前記整列板の貫通孔と、前記スライド板の孔の位置を合わせて、前記整列板から前記スライド板へ、半田ボールを供給し、前記スライド板をスライドさせて、前記案内板の孔と前記スライド板の孔の位置を合わせて、前記スライド板から前記案内板の孔を通して、半田ボールを前記接続用パッドに供給する半田ボールの実装装置を提案する。

上記解決手段によれば、整列板から案内板への半田ボールの供給が、ワークの接続用パッドの位置に合わせられた状態で自由落下によって行われる。このため、ワークへの搭載を行う毎に、案内板への多数の半田ボールの供給及び余分な半田ボールの除去といった整列動作を行う必要がなくなる。また、自由落下による供給なので、半田ボールが案内板の孔に入らなかったり、一旦孔に入った半田ボールが孔から飛び出すような挿入不良が防止される。

本発明によれば、半田ボールの整列、供給にかかる時間の短縮が可能で、実装効率の向上が可能になる。

本発明の半田ボール実装装置に係る実施形態について、図面に基づいて説明する。以下の説明では直径が０．３ｍｍの半田ボールを用いる場合を例にとって説明する。なお、本発明の実装装置は以下の説明に出てくる形状や数値等に限定されず、請求の範囲内において、必要に応じて適宜変更可能である。

図１は本発明の半田ボールの実装装置の概略を示す模式断面図で、図２は図１の点線部分の拡大図である。実装装置１は、半田ボールＳＢが通過できる孔が形成された案内板２と、案内板２の上側に配置されかつ複数個の半田ボールＳＢを垂直方向に一列に並べることが可能な貫通孔が形成された整列板３と、案内板２と整列板３との間に水平方向に往復動自由に配置されかつ半田ボールＳＢを1個ずつ収納可能な孔が形成されたスライド板４と、整列板３の上側に配置されかつ半田ボールＳＢを多数個収容可能な半田ボール収容部５と、で構成される半田ボール供給部１ａを有している。また、実装装置１は、ワーク７を位置決めして搭載する実装ステージ６を有している。この実装ステージ６は、半田ボール供給部１ａとの位置あわせを行うための位置決めピン８と、案内板２とワーク７との間隔を決定するスペーサー９と、を備えている。

整列板３は、ワーク７の接続用パッド７ａの位置と対応する位置に貫通孔が形成されている。厚さは半田ボールＳＢが５〜１０個程度並ぶぐらいであれば良く、半田ボールＳＢの直径が０．３ｍｍであれば大体１．５〜３．０ｍｍ程度である。材質はアルミニウム、鉄、ステンレスなどの金属板にフッ素樹脂等を被覆したものや、ポリカーボネート、フェノール樹脂、フッ素樹脂や芳香族ポリエステル等の樹脂板が用いられる。

スライド板４は、ワーク７の接続用パッド７ａの位置と対応する位置に貫通孔が形成されている。厚さは、半田ボールＳＢを１個収容できれば良いため、半田ボールＳＢの直径と略同じで、半田ボールＳＢの直径が０．３ｍｍであれば大体０．３ｍｍ程度である。材質については、比較的薄いので、アルミニウム、鉄、ステンレスなどの金属が用いられる。

案内板２は、ワーク７の接続用パッド７ａの位置と対応する位置に貫通孔が形成されている。厚さは特に制限がなく、半田ボールＳＢをワーク７に供給するために最適な厚さに設定される。材質はアルミニウム、鉄、銅、ステンレスなどの金属や、ポリカーボネート、フェノール樹脂、フッ素樹脂や芳香族ポリエステル等の樹脂が用いられる。

半田ボール収容部５は、整列板３の上側に配置され、半田ボールＳＢを整列板３の貫通孔上に貯蔵するためのものである。形状は、整列板３の貫通孔を囲むように形成された枠状のものであるが、整列板３の貫通孔に対応する位置に貫通孔が形成された底部を有する箱状のものでも良い。この半田ボール収容部５は、整列板３と一体になっていても良い。

半田ボール供給部１ａは、半田ボール収容部５、整列板３、スライド板４及び案内板２をピン（図示せず）またはフレーム（図示せず）等によって位置決めして組み立てたものである。半田ボール供給部１ａを組み立てる時には、整列板３の貫通孔と案内板２の孔の位置が重ならないようにして組み立てられる。スライド板４は整列板３と案内板２との間に配置され、往復動可能に組み立てられる。この往復動により、スライド板４の孔と整列板３の貫通孔の位置を合わせたり、スライド板４の孔と案内板２の孔の位置を合わせたりすることができる。

整列板３の貫通孔の孔径ｗ１は、半田ボールＳＢの直径よりわずかに大きくされている。例えば直径０．３ｍｍの半田ボールの場合では、寸法の公差よりわずかに大きい＋３０μｍを加えた０．３３ｍｍ程度であれば良い。これにより半田ボールＳＢが整列板３の貫通孔内で垂直方向に一列に並べられ、スムーズに自由落下する。スライド板４の孔の孔径ｗ２は、整列板３の貫通孔の孔径ｗ１と略同じかそれよりも大きくされている。また、案内板２の孔の孔径ｗ３は、スライド板４の孔の孔径ｗ２と略同じかそれよりも大きくされている。半田ボールＳＢを円滑に移動させるには、それぞれの孔径がｗ１＜ｗ２＜ｗ３となっているのが好ましい。

また、図２に示すように整列板３とスライド板４との間に、隙間ｔがあると好ましい。この隙間ｔによってスライド板４が円滑に往復動することが可能になる。また、この隙間ｔがあることにより、スライド板４の孔に入っている半田ボールＳＢの次の半田ボールが引っかかって、スライド板４の往復動を妨げることを防ぐことができる。隙間ｔの寸法は、半田ボールＳＢの寸法公差程度あれば良く、例えば直径０．３ｍｍの半田ボールの場合で＋２０μｍあれば良い。

半田ボール供給部１ａと実装ステージ６は、昇降手段（図示せず）によって、互いに着脱可能に設置されている。この場合、半田ボール供給部１ａを昇降手段で昇降させても良いし、実装ステージ６を昇降させても良い。昇降手段としては、エアシリンダ、油圧シリンダまたはボールネジ等で駆動されるものが選択できる。

次に、本発明の実装装置の動作について説明する。まず、半田ボール収容部５に半田ボールＳＢを入れる。半田ボール収容部５に入れる半田ボールＳＢの量は、整列板３の貫通孔に収容される半田ボールの量の４〜５倍程度あれば良い。この程度であれば半田ボールＳＢを整列板３の貫通孔に確実に入れることができる。

続いて、図３に示すように揺動手段（図示せず）によって半田ボール供給部１ａを揺り動かすか、または振動手段（図示せず）によって半田ボール供給部１ａに振動を与えることによって、半田ボールＳＢを整列板３の貫通孔に振り込む。このとき、スライド板４を、図３に示すように、スライド板４の孔が整列板３の貫通孔と重なるような位置で待機させた場合には、半田ボールＳＢが整列板３の貫通孔に振り込まれると同時に、スライド板４の孔にも半田ボールＳＢが振り込まれる。なお、振込み時にスライド板４の孔が案内板２の孔と重なる位置でスライド板４を待機させた場合には、整列板３の貫通孔への半田ボールＳＢの振込みが終了した後に、スライド板４の孔が整列板３の貫通孔と重なるように、スライド板４をスライドさせる。このようにすると、整列板３の貫通孔から半田ボールＳＢが自由落下によってスライド板４の孔に振り込まれる。なお、振動手段を用いる場合には、水平方向の振動のみを与えるのが好ましい。垂直方向の振動を与えた場合、半田ボールＳＢが跳ねて、整列板３の貫通孔に振り込まれにくくなる場合があるためである。

続いて、図４に示すように、昇降手段（図示せず）によって半田ボール供給部１ａを実装ステージ６に近接させる。半田ボール供給部１ａの位置決め孔に実装ステージ６上の位置決めピン８をはめ込み、スペーサー９によって半田ボール供給部１ａを所定の位置に停止させる。実装ステージ６上にはワーク７が並べられている。このワーク７上の接続用パッド７ａには、予めフラックスが塗布されている。接続用パッド７ａへのフラックスの塗布は、例えばメタルマスクを用いた印刷法によって塗布される。スペーサー９は、案内板２に接続用パッド７ａに塗布されたフラックスがくっつかないようにするために、案内板２とワーク７との隙間を形成する。その隙間の大きさは、フラックスの塗布厚みより大きくされる。フラックスの厚みが０．１ｍｍ以下であれば、隙間の大きさは０．１〜０．２ｍｍ程度で良い。このようにして、案内板２の孔の位置とワーク７の接続用パッド７ａの位置が重なるように、半田ボール供給部１ａが実装ステージ６にセットされる。

続いて、図５に示すように、スライド板４を移動させ、スライド板４の孔の位置と案内板２の孔の位置が重なるようにする。これにより、半田ボールＳＢは、スライド板４の孔から案内板２の孔を通って、ワーク７の接続用パッド７ａ上に、自由落下によって供給される。半田ボールＳＢは自由落下によって接続用パッド７ａ上に搭載されるため、その搭載位置は、落下した位置によってばらつきが生じる。しかし、半田ボールＳＢの中心が接続用パッド７ａの範囲内にあれば、リフロー時に所定の位置で溶着されるので、特に問題はない。

続いて、図６に示すように、スライド板４を移動させ、スライド板４の孔の位置と整列板３の貫通孔の位置が重なるようにする。これにより、整列板３の貫通孔内で整列していた半田ボールＳＢがスライド板４の孔に供給される。このとき整列板３の貫通孔内の半田ボールが減少するが、その分が半田ボール収容部５から補充される。続いて、図７に示すように、昇降手段（図示せず）によって半田ボール供給部１ａを実装ステージ６から離間させ、半田ボールＳＢを搭載したワーク７を取り出す。その後新しいワーク７を実装ステージ６上に供給し、再び半田ボール供給部１ａを実装ステージ６に近接させ、半田ボールＳＢの搭載を行う。なお、ここでは整列板３の貫通孔内で整列していた半田ボールＳＢをスライド板４の孔に供給してから、半田ボール供給部１ａを実装ステージ６から離間させているが、半田ボール供給部１ａを実装ステージ６から離間させてから、整列板３の貫通孔内で整列していた半田ボールＳＢをスライド板４の孔に供給しても良い。

なお、半田ボール収容部５から整列板３の貫通孔に半田ボールＳＢを供給する際に、半田ボール同士が引っかかって、整列板３の貫通孔に入らなくなることがあるが、この場合には、半田ボール供給部１ａを適時揺動または振動を与えることによって、半田ボール同士の引っかかりを解消すれば良い。また、整列板３の貫通孔に円滑に半田ボールが入っていけるように、その開口部にテーパを設けても良い。

以上説明したように、本発明の半田ボールの実装装置１は、半田ボールＳＢの自由落下とスライド板４の往復動によって整列、供給が行われる。よって例えば余分な半田ボールの除去といった整列動作の一部が必要でなくなるので、その分整列、供給にかかる時間の短縮が可能になる。また、半田ボールの供給ミスが低減されるため、半田ボールの実装効率を容易に向上させることができる。

本発明の実装装置を模式的に示す図である。図１の点線Ａの部分の拡大図である。本発明の実装装置の動作を示す図である。本発明の実装装置の動作を示す図である。本発明の実装装置の動作を示す図である。本発明の実装装置の動作を示す図である。本発明の実装装置の動作を示す図である。

符号の説明

１実装装置
１ａ半田ボール供給部
２案内板
３整列板
４スライド板
５半田ボール収容部
６実装ステージ
７ワーク
７ａ接続用パッド
８位置決めピン
９スペーサー

Claims

表面に接続用パッドが形成されたワークと、前記接続用パッドの位置と対応する位置に半田ボールが通過できる孔が形成された案内板と、を前記案内板が上側になるように対向させ、前記案内板の孔を通して前記半田ボールを前記接続用パッド上に搭載する半田ボールの実装装置において、
前記案内板と、
前記案内板の上側に配置され、前記接続パッドの位置と対応しかつ前記案内板の孔の位置とは重ならない位置に複数個の半田ボールを垂直方向に一列に並べることが可能な貫通孔が形成された整列板と、
前記案内板と前記整列板との間に水平方向に往復動自由に配置され、前記接続パッドの位置と対応する位置に半田ボールを1個ずつ収納可能な孔が形成されたスライド板と、
を有し、
前記整列板の貫通孔と、前記スライド板の孔の位置を合わせて、前記整列板から前記スライド板へ、半田ボールを供給し、
前記スライド板をスライドさせて、前記案内板の孔と前記スライド板の孔の位置を合わせて、前記スライド板から前記案内板の孔を通して、半田ボールを前記接続用パッドに供給する
ことを特徴とする半田ボールの実装装置。