JP2009295861A - 微小ボール搭載装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
基板を載置ステージとボールカップで挟圧して、基板の反りを矯正する微小ボール搭載装置とすること。

【解決手段】
本発明は、基板の載置ステージと、複数の貫通孔が形成された配列マスクと、底面が開口しているボール収容部を有するボールカップと、カップ移動手段と、を備え、多数の微小ボールを収容したボールカップを配列マスクの上面に沿って移動することによって、配列マスクの貫通孔に微小ボールを落とし込んで基板に微小ボールを搭載する微小ボール搭載装置に次の手段を採用する。
第１に、前記ステージとボールカップとを相対的に昇降する昇降手段を設ける。
第２に、ボール搭載前に、前記昇降手段により前記ボールカップとステージとを接近させるように相対的に昇降移動させる。
第３に、上記昇降移動により、配列マスクを介して前記ボールカップとステージとで基板を挟圧し、基板の反りを矯正する。

【選択図】 図２

Description

本発明は、多数の微小ボールを収容したボールカップを、複数の貫通孔が形成された配列マスクの上面に沿って移動させることによって、配列マスクの貫通孔に微小ボールを落とし込んで、配列マスク下方のステージ上に載置された基板に微小ボールを搭載する微小ボール搭載装置に関するものである。

微小ボール搭載装置として、従来より、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が存在した。この種の半田ボール搭載装置は、半田ボールが微小化し、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ため、半田ボールの配列の欠陥や搭載時の欠陥が生じる危険が大きくなり、この危険を減少させることが求められてきた。

そのため特許文献１に示されるように、フラックスが印刷された搭載対象物（特許文献１ではウエハ）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収容部が形成されたボールカップが移動し、ボールカップのボール収容部から直接搭載対象物の電極上に半田ボールを落とす装置が提供されてきた。

搭載対象物は、ウエハでも基板でも多少の反りが存在する。搭載対象物が、特許文献１におけるウエハのように薄いものの場合は、多少の反りがあっても搭載対象物の載置ステージがウエハなどを真空吸着しているため、真空吸着手段により反りが矯正されていた。

しかし、搭載対象物が、半導体チップが実装されているような樹脂基板などにあっては、図８に示されるように、厚さが１ｍｍほどあり、剛性が高く、更に、反り量も大きいものが多かった。このような基板１の反りは、載置ステージ２の真空吸着手段では完全に矯正することはできなかった。

特開２００７−３２９１５８号公開特許公報

本発明は、基板を載置ステージとボールカップで挟圧して、基板の反りを矯正する微小ボール搭載装置を提供する。

第１の発明は、上記課題を解決するため、基板を載置するステージと、複数の貫通孔が形成されて基板上方に支持される配列マスクと、配列マスクの上方に配置され、底面が開口しているボール収容部を有するボールカップと、ボールカップを配列マスクの上面に沿って移動可能に支持するカップ移動手段と、を備え、多数の微小ボールを収容したボールカップを配列マスクの上面に沿って移動することによって、配列マスクの貫通孔に微小ボールを落とし込んで基板に微小ボールを搭載する微小ボール搭載装置に次の手段を採用する。

第１に、前記ステージとボールカップとを相対的に昇降する昇降手段を設ける。
第２に、ボール搭載前に、前記昇降手段により前記ボールカップとステージとを接近させるように相対的に昇降移動させる。
第３に、上記昇降移動により、配列マスクを介して前記ボールカップとステージとで基板を挟圧し、基板の反りを矯正する。

第２の発明は、第１の発明に、第１の発明におけるボールカップのボール収容部と隣接した底面に平坦部を形成し、平坦部とステージとの間で基板の反りを矯正するようにしたことを付加した微小ボール搭載装置であり、第３の発明は、第２の発明に、第２の発明における平坦部を、ボールカップのボール収容部の進行方向前後に形成する点を付加した微小ボール搭載装置である。

第４の発明は、第１乃至第３のいずれかの発明に、前記ステージを、載置された基板を吸着して支持する吸着手段を備えたものとする点を付加した微小ボール搭載装置であり、第５の発明は、第１乃至第４のいずれかの発明に、前記ボールカップを、配列マスク上方に微弱な付勢力により軽く保持されているものとし、該ボールカップを下方に押しつける押圧手段を設けた点を付加した微小ボール搭載装置である。尚、第６の発明は、第１乃至第５のいずれかの発明に、前記配列マスクを、微小ボールの直径より厚さが厚いものとした点を付加した微小ボール搭載装置である。

本発明では、ボールカップとステージとで基板を挟圧し、基板の反りを矯正するものであるので、真空吸着手段で吸引するだけの場合と比較して、強い力で基板の反りを矯正し、確実な反りの矯正が確保できるものとなった。

更に、第３の発明の効果ではあるが、反りを矯正するための平坦部をボールカップのボール収容部の進行方向前後に形成することにより、ボールカップが進行方向を反転して移動する際にもボール搭載動作を行う微小ボール搭載装置にも利用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、基板への半田ボール搭載装置であり、該半田ボール搭載装置は、搬入用の基板受渡部、フラックス印刷部、ボール搭載部、および搬出用の基板受渡部を有するものである。本発明にかかる微小ボール搭載装置は、上記半田ボール搭載装置のボール搭載部にあたる。

本発明における微小ボールには、導電性ボールである半田ボールや白金ボールなどがあるが、実施例では、半田ボール１１を用いている。他方、微小ボールの搭載対象物としての基板１には、電子回路基板や、セラミックス基板、樹脂基板などがある。また、基板１に半田ボール１１を搭載するときの粘着材料として、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が用いられており、半田ボール１１が載置される基板１の各電極上には予めフラックスが塗布されている。

実施例でのボール搭載部は、基板１が載置される載置ステージ２と、半田ボール１１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１１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。

載置ステージ２は、ステージ昇降機構１２と基板吸着手段とを備えている。ステージ昇降機構１２は、図６に示されるように、中央のエアシリンダ２１とその両側に設置されたガイド２１Ａよりなり、基板１の反り矯正時および半田ボール搭載時に、基板１の半田ボール搭載面と配列マスク３の下端面とを接触するように基板１を上昇させるようになっている。

基板吸着手段は、載置ステージ２上面に形成された吸引口２０と別設の真空吸引装置（図示されていない）とを真空通路２２にて接続したもので、載置ステージ２に基板１を載置した後、基板１の反り矯正時から、ボール搭載時まで常時吸引動作を行っている。基板吸着手段は、基板１が載置ステージ２から搬出する際に解除される。

配列マスク３は、図３に示されるように中央部の貫通孔形成領域６に、微小ボールである半田ボール１１が１つ挿入可能で、通過可能な大きさの貫通孔７が、図４および図５に示されるように基板１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。

実施例での配列マスク３は、図１や図３に示されるように四角形に形成されている。尚、四角形の配列マスク３は張力をかけて、支持枠２３に取り付けられている。

図中２４は、上面の平面精度の高いバックアッププレートであって、バックアッププレート２４は、載置テーブル２に載置された基板１を囲むように配置され、配列マスク３は、下面をバックアッププレート２４に押しつけるようにして、支持枠２３の上面がバックアッププレート２４の上面よりわずかに低くなるように支持枠２３は図示しない配列マスク支持装置に支持されている。これにより配列マスク３の貫通孔形成領域６は平面精度の高い状態とされている。

実施例での配列マスク３の高さは、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１１の上部が、突出しない高さに設定されている。実施例では図４に示されるように、配列マスク３の厚さを、半田ボール１１の直径より厚いものとした。ボールカップ４の底面部が、配列マスク３の貫通孔形成領域６を通過する際、貫通孔７内の挿入された半田ボール１１と接触しないようにしている。

尚、配列マスク３は、基板１に接触した状態であるので、フラックスが配列マスク３に接触しないよう貫通孔７の基板１側の径を拡大させたり（図４の貫通孔７）、フラックスが、配列マスク３下面の貫通孔７にかからないように図５のようなリブ１３や突出部を設けたりする等の手段をとる。

半田ボール１１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には、少なくとも１つのボール収容部８が形成されている。ボール収容部８が配列マスク３の貫通孔形成領域６上を通過する。ボール収容部８は、上部にボール供給用の開口部９が形成され、底面にボール落下用の開口部９が形成されている。

ボールカップ４の底面の開口部９は、進行方向と直交する方向で、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、ボール収容部８と配列マスク３の上面とで多数の半田ボール１１を収容可能としている。尚、ボールカップ４自体は、図１に示されるように配列マスク３の幅よりは狭い幅で形成されている。

更に、ボールカップ４のボール収容部８と隣接した底面には平坦部１０Ａ，１０Ｂが形成されている。該平坦部１０Ａは、ボールカップ４のボール収容部８の進行方向前後に形成されている。実施例でのボールカップ４は、前進での搭載動作完了後、後退による搭載動作を行うため、前進後退いずれの場合にも、適切にボールカップ４の底面平坦部１０Ａ，１０Ｂと載置ステージ２の上面とで基板１の挟圧を可能とするためである。尚ボールカップ４の底面は、基板１の反りを矯正するため、配列マスク３の上面に接しながら移動する必要があり、それ故に摩擦抵抗の低い部材で形成されている。

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、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１９と、カップホルダ１６の移動をガイドするガイドレール１８とからなる。

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２５およびスプリング２６の付勢という微弱な力により軽く保持されている。更に、ボールカップ４の底面部の両側部付近には、浮上手段である気体を噴射するエア噴射口１７が設けられている。該エア噴射口１７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。

エア噴射口１７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１７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１１に影響を与えないようにされている。

カップホルダ１６には、ボールカップ４を下方に押しつける押圧手段となるローラ１４が設けられている。ローラ１４は、エアシリンダ１５によって押圧力を付与されている。この押圧力がボールカップ４の底面平坦部１０Ａ，１０Ｂと載置ステージ２の上面とで基板１を挟圧する際の力の１つとなる。挟圧力を増すため、ボールカップ４の重量を増加する重りを設けても良い。

実施例では装備されていないが、ボールカップ４に振動手段を設けても良いし、ボールカップ４をカップホルダに保持させることなく、直接ボールカップ移動装置５により移動させるものとしても良い。

駆動装置１９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１９にカップホルダ１６が装着されている。

図１中符号１８は、ボールカップ４の進行方向に沿ったガイドレールであり、該ガイドレール１８に沿ってカップホルダ１６が移動自在に配置されている。駆動装置１９によりカップホルダ１６はガイドレール１８に沿って前進および後退移動を行う。尚、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。

次に本装置の動作について説明する。
本装置の半田ボール１１の搭載待機状態では、ボールカップ４は、平坦部が載置ステージ２の上方に位置し、上方からローラ１４により押しつけられている。更に、ボールカップ４の底面のエア噴射孔１７からは下方へとエアが噴射しており、ボール収容部８には多数の半田ボール１１が供給される。そのとき、基板１が載置ステージ２に供給され、基板１は、載置ステージ２の基板吸着手段により、吸引され載置ステージ２に吸着される。

その後、載置ステージ２は上昇し、配列マスク３を介してボールカップ４の底面平坦部１０Ａ，１０Ｂと載置ステージ２の上面とで基板１を挟圧し、基板１に反りがある場合には反りが矯正される。反り矯正後、ボールカップ４は配列マスク３上面に沿って移動し、ボールカップ４のボール収容部８が配列マスク３の貫通孔７上を通過し、半田ボール１１を貫通孔７に落とし込み、ボール搭載動作を完了する。ボール搭載後、載置ステージ２は下降し、基板１の載置ステージ２への吸引吸着は解除され、基板１は搬出される。

尚、実施例では、ボールカップ４の底面に形成された平坦部１０Ａ，１０Ｂを設け、この平坦部１０Ａ，１０Ｂと載置ステージ２の上面で基板１の反りを矯正しているが、平坦部を設けず、ボールカップ４の底面のボール収容部８の形成部分により反りを矯正するようにしても良い。

微小ボール搭載装置の一実施例を示す概略平面図 同概略正面図 配列マスクの底面図 配列マスクと半田ボールの関係を示す説明断面図 リブ付配列マスクと半田ボールの関係を示す説明断面図 ボールカップと配列マスクと載置ステージの関係を示す断面説明図 同部分拡大断面説明図 従来の基板の反りを示す説明図

符号の説明

１．．．．．．基板
２．．．．．．載置ステージ
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．．．．．．ボール収容部
９．．．．．．開口部
１０Ａ，１０Ｂ．．．．．平坦部
１１．．．．．半田ボール
１２．．．．．ステージ昇降装置
１３．．．．．リブ
１４．．．．．ローラ
１５．．．．．エアシリンダ
１６．．．．．カップホルダ
１７．．．．．エア噴射口
１８．．．．．ガイドレール
１９．．．．．駆動装置
２０．．．．．吸引口
２１．．．．．エアシリンダ
２１Ａ．．．．．ガイド
２２．．．．．真空通路
２３．．．．．配列マスク支持装置
２４．．．．．バックアッププレート
２５．．．．．スライドローラ
２６．．．．．スプリング

Claims (6)

1. 基板を載置するステージと、
   複数の貫通孔が形成されて基板上方に支持される配列マスクと、
   配列マスクの上方に配置され、底面が開口しているボール収容部を有するボールカップと、ボールカップを配列マスクの上面に沿って移動可能に支持するカップ移動手段と、を備え、
   多数の微小ボールを収容したボールカップを配列マスクの上面に沿って移動することによって、配列マスクの貫通孔に微小ボールを落とし込んで基板に微小ボールを搭載する微小ボール搭載装置において、
   前記ステージとボールカップとを相対的に昇降する昇降手段を設け、
   ボール搭載前に、前記昇降手段により前記ボールカップとステージとを接近させるように相対的に昇降移動させて、
   配列マスクを介して前記ボールカップとステージとで基板を挟圧し、基板の反りを矯正することを特徴とする微小ボール搭載装置。
   
2. 前記ボールカップのボール収容部と隣接した底面に平坦部を形成し、平坦部とステージとの間で基板の反りを矯正するようにした請求項１に記載の微小ボール搭載装置。
   
3. 前記平坦部は、ボールカップのボール収容部の進行方向前後に形成される請求項２に記載の微小ボール搭載装置。
   
4. 前記ステージは、載置された基板を吸着して支持する吸着手段を備えたものである請求項１乃至３のいずれかに記載の微小ボール搭載装置。
   
5. 前記ボールカップが、配列マスク上方に微弱な付勢力により軽く保持されているものであり、該ボールカップを下方に押しつける押圧手段を設けた請求項１乃至４のいずれかに記載の微小ボール搭載装置。
   
6. 前記配列マスクは、微小ボールの直径より厚さが厚いものである請求項１乃至５のいずれかに記載の微小ボール搭載装置。
   
   

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