JP2010225680A - 半田ボール搭載装置及び半田ボール搭載方法 - Google Patents

半田ボール搭載装置及び半田ボール搭載方法 Download PDF

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Abstract

【課題】半田ボールを１個ずつ確実に搭載位置に精度良く搭載すると共に搭載した半田ボールが転がらないように仮止めを行えるようにする。
【解決手段】半田ボール搭載装置は、漏斗状ブロック２と、漏斗状ブロック２の先端部に設けられた搭載ヘッド４と、漏斗状ブロック２の内部及び搭載ヘッド４の内部に挿入可能に設けられた押さえ込みピン３とを備えている。搭載ヘッド４は、半田ボール１の動きを規制する内径を持ち、半田ボール１が漏斗状ブロック２を通過して搭載ヘッド４に供給された際に、押さえ込みピン３が半田ボール１を押さえ込むことにより、被処理部材であるリードフレーム５に半田ボール１を１個ずつ搭載する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造設備であるダイスボンダ等に使用される半田ボール搭載装置及び半田ボール搭載方法に関する。
パワートランジスタのような高温に対する耐性を要求されるパッケージにおいて、チップの固定には一般に半田材による接合が用いられている。ダイスボンダにおいて、チップを１個ずつ供給して半田接合を行うことをモデルとすると、半田材の供給方法は、半田ワイヤ若しくは半田リボンによる供給又はディスペンサ等を用いたポッティングが一般的である。
しかし、半田ワイヤ又は半田リボンによる半田材の供給は、半田材の供給量が安定しないため塗布量のばらつきが発生する。ディスペンサによる定量供給も供給量が少なくなると、半田材の供給量が安定せず、同じく塗布量のばらつきが発生する。
そこで、予め供給量が計量されていて且つ半田材の供給量が安定するため、半田材として半田ボールが用いられるようになってきてはいるものの、その供給方法が問題となっている。半田ボールの取り出しをピンセット等を用いた手動によって行うことは、作業効率及び精度が低下するため量産に向かず、半田ボールを自動的にピックアップする手段が実用化されている。
図４は従来の半田ボール供給装置を示している。半田ボールをキャピラリにより１個ずつ取り出すのではなくて、図４に示すような、半田ボール１９を収納するホッパ２０によって整列させて１個ずつ取り出す半田ボール供給装置が例えば特許文献１に提示されている。
ホッパ２０には、多数の通気孔２１ａが形成された開閉自在の蓋２１が設けられている。ホッパ２０は下方に向かって漏斗状に容積が小さくなる形状であり、その先端には半田ボール１９が一列に整列する筒状直線部２０ａが形成されている。筒状直線部２０ａの直下には任意の隙間Ｌを隔てて、半田ボール１９を単独に収納する凹部２２ａが形成されたセパレータ２２がスライドテーブル２３の上に載置され、別途設ける駆動装置２４によって間歇的に半田ボール１９を１個ずつ取り出す。従って、仮に静電気等の帯電により半田ボール１９同士が付着することがあっても、セパレータ２２によって確実に１個ずつ分離することができる。
図５はセパレータ２２によって分離された半田ボール１９を搬送ロボット２６によって搭載位置に搬送する方法を示している。搬送ロボット２６には、吸着ノズル２５が設けられており、吸着ノズル２５の後端部には真空圧と空気圧とを供給するフレキシブルチューブ２２が接続されている。半田ボール１９は、スライドテーブル２３の上をｂ点まで移動して吸着ノズル２５の先端にピックアップされる。半田ボール１９の直上に移動した吸着ノズル２５は、搬送ロボット２６によって矢印Ｂのように上下し、真空圧により半田ボール１９を吸引する。次に、搬送ロボット２６は矢印Ｃのように旋回し、半田ボール１９はｂ点から任意に定める距離Ｗ２のａ点まで移動する。さらに、搬送ロボット２６は矢印Ｄのように上下して、例えばリードフレームの所定位置に、半田ボール１９を載置する。
特開２００３−２４３４４０号公報
特許文献１は、キャピラリに静電気等により余分な半田ボール１９が付着しないように１個ずつ取り出す方法を提案している。
しかし、半田ボール１９は製法上、表面に微小突起を有しているため、一列に整列させた時の状態によっては、微小突起が隣接する半田ボール１９の表面に引っかかり、無理に引き離すと微小突起部分が剥がれるという問題がある。さらに、この剥がれによって半田ボール１９の重量が減少し、半田材の塗布量のばらつきの要因となると共に粉塵による周囲の汚染も問題となる。そこで半田ボール１９が隣接することなく、１個ずつ分離できる機構が必要となる。
従来技術においては、ホッパ２０により一列に整列された半田ボール１９をセパレータ２２によって１個ずつ取り出す時に、取り出す半田ボール１９とその真上にある半田ボール１９とが常に隣接しており、隣接部分に微小突起があると、この微小突起を境に剥がれが発生するおそれがある。
ホッパ２０から取り出す半田ボール１９には、その真上に存在する半田ボール１９の重量が掛かっているため、取り出し時に真上の半田ボール１９を機械的に保持する構造でなければならない。半田ボール１９の保持機構が無い場合、セパレータ２２が移動した後、図４に示すように、隙間Ｌがあるため、次の半田ボール１９が落下してセパレータ２２の表面に接触し、セパレータ２２が元に戻るときに半田ボール１９とセパレータ２２の表面との間に摩擦が生じる。場合によっては、摩擦による半田ボール１９の破壊のおそれもある。上記の問題を防ぐために、ホッパ２０の先端の取り出し部分には、半田ボール１９を１個ずつ送り出すための保持機構が必要となる。
セパレータ２２によって取り出された半田ボール１９は、搬送ロボット２６によって所定の位置に載置されるため、ホッパ２０及びセパレータ２２を必要とし、さらに搬送ロボット２６を必要とする構成となっている。すなわち、半田ボール１９の取り出し機構と搭載機構とを個別に制御しなければならない複雑な機構を採る。
さらに、半田ボール１９の搭載後には、搭載した半田ボール１９が転がったり、位置がずれたりするという問題がある。これは、半田ボール１９をリードフレームに搭載するものの、単に載置しているのみであるため、例えばリードフレームをピッチ送りする工程において半田ボール１９が転がることにより搭載位置からずれて、さらに、リードフレームの上から転がり落ちることにより発生する。
本発明は、前記従来の問題に鑑み、その目的は、半田ボールを１個ずつ確実に搭載位置に精度良く搭載すると共に搭載した半田ボールが転がらないように仮止めを行えるようにすることにある。
前記の目的を達成するために、本発明は、半田ボールを１個ずつ搭載ヘッドに供給する構成とする。具体的に、本発明に係る半田ボール搭載装置は、漏斗状ブロックと、漏斗状ブロックの先端部に設けられた搭載ヘッドと、漏斗状ブロックの内部及び搭載ヘッドの内部に挿入可能に設けられた押さえ込みピンとを備え、搭載ヘッドは、半田ボールの動きを規制する内径を持ち、半田ボールが漏斗状ブロックを通過して搭載ヘッドに供給された際に、押さえ込みピンが半田ボールを押さえ込むことにより、被処理部材に半田ボールを１個ずつ搭載することを特徴とする。
本発明の半田ボール搭載装置によると、半田ボールを１個ずつ確実に所定の搭載位置に精度良く搭載できて、且つ、押さえ込みピンが半田ボールを被処理部材に押さえ込んで半田ボールを溶融させることによる仮止めを行うことによって、半田ボールの搭載後の転がり及び位置ずれのおそれが無い半田ボールの搭載が可能となる。
また、本発明の半田ボール搭載装置において、漏斗状ブロック、搭載ヘッド及び押さえ込みピンの中心位置は、一致していることが好ましい。
また、本発明の半田ボール搭載装置において、押さえ込みピンは、下降した状態では漏斗状ブロックの内部を遮断するように形成されていることが好ましい。
この場合において、押さえ込みピンは、搭載ヘッド側の径が小さいテーパ状に形成されていることが好ましい。
また、本発明の半田ボール搭載装置は、漏斗状ブロックに窒素ガスを供給するガス供給手段をさらに備えていることが好ましい。
また、本発明の半田ボール搭載装置は、漏斗状ブロックを取り付ける取り付けブロックと、取り付けブロックに設けられたヒータとをさらに備えていることが好ましい。
本発明に係る半田ボール搭載方法は、半田ボールの動きを規制する内径を持つパイプに１個の半田ボールを通過させる工程（ａ）と、パイプを通過した半田ボールを被処理部材の搭載位置に搭載する工程（ｂ）と、搭載した半田ボールをパイプの内側から押さえ込む工程（ｃ）と、工程（ｃ）よりも後に、半田ボールを溶融して被処理部材に半田付けを行う工程（ｄ）とを備えていることを特徴とする。
本発明の半田ボール搭載方法によると、半田ボールを１個ずつ確実に所定の搭載位置に精度良く搭載できて、且つ、押さえ込みピンが半田ボールを被処理部材に押さえ込んで半田ボールを溶融させることによる仮止めを行うことによって、半田ボールの搭載後の転がり及び位置ずれのおそれが無い半田ボールの搭載が可能となる。
本発明に係る半田ボール搭載装置及び半田ボール搭載方法によると、半田ボールを１個ずつ確実に所定の搭載位置に精度良く搭載できて、且つ、押さえ込みピンが半田ボールを被処理部材に押さえ込んで半田ボールを溶融させることによる仮止めを行うことによって、半田ボールの搭載後の転がり及び位置ずれのおそれが無い半田ボールの搭載が可能となる。また、半田ボールの径に応じ、半田ボール搭載装置の部品の交換により対応が可能となり、さらに、真空吸着による半田ボールの搬送を行わないため、搬送途中における半田ボールの欠落のおそれがなく、半田ボールの破片等の粉塵による真空フィルタ等の目詰まり対策が不要となる。
本発明の一実施形態に係る半田ボール搭載装置について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る半田ボール搭載装置の要部の断面構造を示している。
漏斗状ブロック２は、下方に向かって漏斗状に容積が小さくなる形状であり、その先端部には、搭載ヘッド４が取り付けられている。漏斗状ブロック２及び搭載ヘッド４の内部には押さえ込みピン３が挿入可能に設けられている。押さえ込みピン３、漏斗状ブロック２及び搭載ヘッド４は、それぞれの中心位置が一致するように取り付けブロック６に精度良く取り付けられている。
取り付けブロック６には、通過パイプ７が接続されており、半田ボール１が１個ずつ供給される。ここで、押さえ込みピン３が下降している場合、半田ボール１は押さえ込みピン３に遮られて、漏斗状ブロック２の底部及び搭載ヘッド４に供給されることがない。押さえ込みピン３が上昇すると、半田ボール１は漏斗状ブロック２を通過して、搭載ヘッド４の内壁に沿って転がり込み、搭載ヘッド４の先端部に到達する。ここで半田ボール１の動きは、搭載ヘッド４の内壁により規制されて搭載位置に正確に到達する。また、押さえ込みピン３の根元をテーパ状とすることにより、押さえ込みピン３の上昇時に半田ボール１を巻き込まない構造となっている。半田ボール１が搭載位置に到達した後に、押さえ込みピン３により半田ボール１を被処理部材であるリードフレーム５に押さえ込み、半田の溶融を促すことによって仮止めが行われる。
本実施形態において、通過パイプ７にセンサが組込まれており、半田ボール１が確実に１個通過したか否かを検出しており、複数の半田ボール１が供給されると設備を停止することにより半田ボール１の複数個の供給を防止することが望ましい。
漏斗状ブロック２は、取り付けブロック６にホルセットネジ等により精度良く固定されており、また、押さえ込みピン３、漏斗状ブロック２及び搭載ヘッド４はそれぞれの中心位置が一致しているため、部品の交換を行っても位置精度が再現される。搭載ヘッド４は、ネジ止めにより漏斗状ブロック２に固定されているため、内径の大きさが異なる搭載ヘッド４の交換によって、径が異なる半田ボール１に対しても対応が可能である。
図２（ａ）及び（ｂ）は本発明の本実施形態に係る半田ボール搭載装置を用いた装置の構成例を示している。
押さえ込みピン３及び搭載ヘッド４が設けられている漏斗状ブロック２の上方には、ドラム１３が接続されている。また、ドラム１３には、複数の半田ボール１が充填された半田ボールタンク１６が接続されており、該半田ボールタンク１６には、半田ボール１の残量が少なくなった場合の検出用に半田ボール少量センサ１７が設けられている。
ドラム１３の外周面には、１個の半田ボール１が納まる凹部が同心円状に配置されており、且つ、ドラム１３を間歇的に回転させるためのパルスモータ９及びタイミングプーリ１０、１１が設けられている。ドラム１３を回転させることにより、半田ボールタンク１６から半田ボール１が１個ずつ持ち上げられる。また、ドラム１３の側方にはボール有無確認センサ１５が設けられており、ドラム１３の上に半田ボール１が供給されているか否かを確認し、供給されていない場合はパルスモータ９をさらに間歇的に回転させて半田ボール１を供給する。間歇的な回転により、タイミングプーリ１０、１１により同期された互いに対向するドラム１３に半田ボール１が受け渡される。また、半田ボール搭載装置の内部に窒素ガスが注入されることによって半田ボール１の酸化が防止される。
受け側のドラム１３には、予熱ヒータ１２が設けられており、予熱ヒータ１２によって半田ボール１が加熱される。十分に予熱された半田ボール１は間歇的な回転によって１個ずつ半田ボール搭載装置に供給される。半田ボール１の供給方法としては、パーツフィーダ又はラインフィーダを用いて１個ずつ取り出す方法も有りうる。また、搭載ヘッド４の周りを断熱材８によって覆うことにより、搭載ヘッド４が上下動作を行った際に炉内の温度の低下を防いでいる。これにより、半田ボール１の溶融時間を短縮することができる。
本実施形態に係る半田ボール搭載装置によると、半田ボール１を１個ずつ確実に所定の搭載位置に精度良く搭載でき、且つ仮止めを同時に行えることにより半田ボール１の搭載後の転がり及び位置ずれのおそれが無い半田ボール１の搭載が可能となる。さらに、半田ボール搭載装置の部品の交換が容易であることにより、径が異なる半田ボール１に容易に対応することが可能となる。
次に、本発明の一実施形態に係る半田ボール搭載方法について、図３（ａ）〜図３（ｄ）を参照しながら説明する。図３（ａ）〜図３（ｄ）は、本発明に係る半田ボール搭載方法を工程順に示している。
まず、図３（ａ）に示すように、半田ボール１が通過パイプ７を通って供給されて、取り付けブロック６及び漏斗状ブロック２のテーパ形状に沿って底部に向かって転がり、押さえ込みピン３に経路を遮られて止まる。また、半田ボール搭載装置は、半田ボール１を搭載させるリードフレーム５の真上に移動し、下降しながらある一定の隙間Ｌをもって停止する。ここで、リードフレーム５は、基板であっても構わない。
次に、図３（ｂ）に示すように、押さえ込みピン３が上昇を始めると、半田ボール１は、押さえ込みピン３の根元のテーパ形状によって押さえ込みピン３に巻き込まれること無く、漏斗状ブロック２の底部にまで転がり、さらに搭載ヘッド４の内壁に沿って転がり込み、搭載ヘッド４の先端部に到達する。ここで半田ボール１の動きは、搭載ヘッド４の内壁により規制され搭載位置に正確に到達する。
搭載ヘッド４の内径は、使用する半田ボール１の径よりも大きい寸法を選択している。搭載ヘッド４の内径と半田ボール１との径の差が搭載精度に影響するため、半田ボール１の径に応じて搭載ヘッド４の内径の大きさの選択が必要となる。本実施形態においては、半田ボール１の径がφ０．９ｍｍに対し、搭載ヘッド４は内径がφ１．３ｍｍである。
次に、図３（ｃ）に示すように、搭載ヘッド４の先端部に到達した半田ボール１は、リードフレーム５の搭載位置に搭載され、その後、接触部分から溶融を始める。
搭載ヘッド４の内壁によって動きが規制されることにより、搭載位置に正確に搭載された半田ボール１に対し、押さえ込みピン３が下降する。さらに、下降した押さえ込みピン３は上方より半田ボール１をリードフレーム５に押さえ付けて、半田ボール１の溶融を促し、半田ボール１が転がらないように仮止めをする。
本実施形態においては、半田ボールの径がφ０．９ｍｍに対し、隙間Ｌを０．４ｍｍとし、押さえ込みピン３による押さえ代を０．２ｍｍに設定している。半田ボール１の材質及び搭載ヘッド４の内径等によって最適な数値を選択することが必要となる。
次に、図３（ｄ）に示すように、半田ボール１の仮止めが終了し、半田ボール搭載装置が上昇して半田ボール１の搭載が終了する。また、半田ボール搭載装置が上昇と共にリードフレーム５のピッチ送りを行い、次の半田ボール１の搭載準備を行う。
このとき、半田ボール搭載装置内では、次の半田ボール１が漏斗状ブロック２へ供給されても、押さえ込みピン３によって経路が遮断されて搭載ヘッド４に半田ボール１が通過できないため、次の動作の準備ができ、搭載動作の短縮が可能となる。
上記の工程によって、半田ボール１を１個ずつ半田ボール搭載装置に送り出して、搭載の位置決めと共に仮止めを行うことが可能となる。すなわち、本実施形態に係る半田ボール搭載方法によると、搭載ヘッド４の内壁によって半田ボール１の動きが規制されることにより精度良く半田ボール１の位置決めを行いつつ、位置決めされた半田ボール１を押さえ込みピン３によって押さえ込む。さらに、半田ボール１の溶融を促し、仮止めを行うことにより、半田ボール１の搭載後の半田ボール１の転がり及び位置ずれを起こすこと無く半田ボール１の搭載ができる。
本発明に係る半田ボール搭載装置及び半田ボール搭載方法は、半田ボールを１個ずつ確実に所定の搭載位置に精度良く搭載でき且つ仮止めを同時に行うことにより半田ボールの搭載後の転がり及び位置ずれのおそれが無い半田ボールの搭載ができ、半導体装置の製造設備等に有用である。
本発明の一実施形態に係る半田ボール搭載装置の要部の断面図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る半田ボール搭載装置を用いた半田ボール搭載装置の構成例の側面図であり、（ｂ）は本発明の一実施形態に係る半田ボール搭載装置を用いた半田ボール搭載装置の構成例の正面図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施形態に係る半田ボール搭載方法を工程順に示す断面図である。 従来の半田ボール供給装置の断面図である。 従来の半田ボール搬送装置の断面図である。
１ 半田ボール
２ 漏斗状ブロック
３ 押さえ込みピン
４ 搭載ヘッド
５ リードフレーム
６ 取り付けブロック
７ 通過パイプ
８ 断熱材
９ パルスモータ
１０ タイミングプーリ
１１ タイミングプーリ
１２ 予熱ヒータ
１３ ドラム
１５ ボール有無確認センサ
１６ 半田ボールタンク
１７ 半田ボール少量センサ

Claims (7)

  1. 漏斗状ブロックと、
    前記漏斗状ブロックの先端部に設けられた搭載ヘッドと、
    前記漏斗状ブロックの内部及び前記搭載ヘッドの内部に挿入可能に設けられた押さえ込みピンとを備え、
    前記搭載ヘッドは、半田ボールの動きを規制する内径を持ち、
    半田ボールが前記漏斗状ブロックを通過して前記搭載ヘッドに供給された際に、前記押さえ込みピンが半田ボールを押さえ込むことにより、被処理部材に半田ボールを１個ずつ搭載することを特徴とする半田ボール搭載装置。
  2. 前記漏斗状ブロック、搭載ヘッド及び押さえ込みピンの中心位置は、一致していることを特徴とする請求項１に記載の半田ボール搭載装置。
  3. 前記押さえ込みピンは、下降した状態では前記漏斗状ブロックの内部を遮断するように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半田ボール搭載装置。
  4. 前記押さえ込みピンは、前記搭載ヘッド側の径が小さいテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半田ボール搭載装置。
  5. 前記漏斗状ブロックに窒素ガスを供給するガス供給手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の半田ボール搭載装置。
  6. 前記漏斗状ブロックを取り付ける取り付けブロックと、
    前記取り付けブロックに設けられたヒータとをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の半田ボール搭載装置。
  7. 半田ボールの動きを規制する内径を持つパイプに１個の半田ボールを通過させる工程（ａ）と、
    前記パイプを通過した半田ボールを被処理部材の搭載位置に搭載する工程（ｂ）と、
    搭載した半田ボールを前記パイプの内側から押さえ込む工程（ｃ）と、
    前記工程（ｃ）よりも後に、半田ボールを溶融して前記被処理部材に半田付けを行う工程（ｄ）とを備えていることを特徴とする半田ボール搭載方法。
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