JP2010258132A - ハンダボール印刷装置およびハンダボール印刷方法 - Google Patents

ハンダボール印刷装置およびハンダボール印刷方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ハンダボールをマスク面上に均一に分散させ、マスク開口部に充填するハンダボール印刷装置およびハンダボール印刷方法を提供する。
【解決手段】ハンダボール振出部は、ハンダボール貯留部からのハンダボールを受け取るハンダボール供給部と、ハンダボール供給部のハンダボール振出口を囲むように取り付けられると共に所定間隔で複数の線材が配列された凸状の線材と、凸状の線材の前後に配列され、ハンダボールを前記マスクの開口部に充填するためのハンダボール充填部材とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体等の基板の電極上にはんだを印刷法により形成するための印刷装置に係り、特にハンダボールを用いて印刷するハンダボール印刷装置およびハンダボール印刷方法に関する。
従来のハンダボール印刷装置においては、半導体等の基板上にハンダボールを印刷するマスクを搭載し、このマスク面上にハンダボールを供給し、供給されたハンダボールをマスクに設けた開口部から半導体等の基板面上に押し込むための様々な構成が提案されている。
例えば、特許文献１に記載されているように、マスク面上にハンダボールを供給するハンダボール供給部と、マスク面上に供給されたハンダボールをマスクに設けた開口部から基板面上に押し込むため、振込具に設けた複数の線状部材をマスク面に押付ながら水平方向に移動させる構成の印刷装置が開示されている。
なおこの印刷装置では、マスクの左端にハンダボール吸引口を備えており、これでマスク上面に残ったボールを吸引除去することが記載されている。
また、特許文献２では、スキージヘッドを回転させながら水平移動させてハンダボールをマスク開口部に振り込むものにおいて、スキージヘッド上部に設けた計量部からスキージヘッドの回転シャフト部に所定量のハンダボールを供給し、回転シャフトからマスク面上にハンダボールを供給することが開示されている。
上記特許文献１の構成では、マスクをテーブル上に載置するときに、マスクの搬入側の入り口にハンダボール供給装置を設置しておき、供給装置からマスク面にハンダボールを供給しながらテーブル上にマスクを移動させる。
これによって、マスク面上に均一にハンダボールを分散配置する。その後、振込具を水平移動してマスク開口部にハンダボールを供給するものである。この方式ではマスク上にハンダボールを分散配置する時、マスクの移動側の変動やマスク停止時の振動により、分散配置したハンダボールに偏りを生じる恐れがある。
また、マスクを印刷機にセットする前にハンダボールを供給するため、一回印刷する毎にマスクを移動させる必要が生じタクトタイムが伸びるという課題がある。
また、印刷に使用されなかったハンダボールはハンダボール供給ヘッドとは別に設けた吸引口で吸引するようにしているが、この場合、線状の振込具の先頭の線材が保持しきれない場合、後方の線材により保持してハンダボールを吸引口近傍まで余剰ボールを搬送することにしてあるが、後方の線材に保持されたハンダボールが先に供給されたハンダボールに重なってマスク開口部に供給される場合が発生する可能性がある。
また引用文献２のように回転シャフト部からハンダボールをマスク面に供給する方式では、スキージヘッドの回転に伴ってハンダボールをマスク面に分散配置するために、必ずしもハンダボールが均一に分散配置することが出来ずに印刷欠陥が発生し、リペア工程が不可欠となるという課題ある。
特開２００５−１０１５０２号公報 特開２００８−１４２７７５号公報
上述したように、マスク上にハンダボールを分散配置する時、マスクの移動側の変動やマスク停止時の振動により、分散配置したハンダボールに偏りを生じる恐れ、およびスキージヘッドの回転に伴ってハンダボールをマスク面に分散配置するために、ハンダボールが均一に分散配置することが出来ず構成面および印刷方法に課題がある。
そこで本発明の第１の目的は、ハンダボールを均一に、精度良くハンダボールを印刷するハンダボール印刷装置およびハンダボール印刷方法を提供することにある。
本発明の第２の目的は、ハンダボール印刷のタクトタイムを縮めるハンダボール印刷装置およびハンダボール印刷方法を提供することにある。
本発明の第３の目的は、簡潔な構成で、装置が小型なハンダボール印刷装置およびハンダボール印刷方法を提供することにある。
本発明の第４の目的は、充填部材でマスク開口部に充填されなかったハンダボールを回収し、再利用可能なハンダボール印刷装置およびハンダボール印刷方法を提供することにある。
本発明の第５の目的は、ハンダボールをハンダボール貯留部からハンダボール供給部に供給する際に、ハンダボールの飛散を防止し、確実にハンダボール供給部にハンダボールを供給するハンダボール印刷装置およびハンダボール印刷方法を提供することにある。
本発明の第６の目的は、ハンダボールを大気にさらされる時間を短くし、酸化を防止するハンダボール印刷装置およびハンダボール印刷方法を提供することにある。
本発明のハンダボール印刷装置は、基板と、前記基板上の電極にマスクを介してハンダボールを印刷するハンダボール印刷装置において、前記ハンダボールを貯留するハンダボール貯留部と、前記ハンダボール貯留部の下方に位置し、前記ハンダボール貯留部から所定量のハンダボールを受け取り、受け取った前記ハンダボールを前記基板の上に位置する前記マスク面上に供給するハンダボール振出部と、前記ハンダボール振出部を前記基板に沿って移動させる移動機構部と、前記ハンダボール振出部に所定の振動を付与する加振手段とを備え、前記ハンダボール振出部は、前記ハンダボール貯留部からのハンダボールを受け取るハンダボール供給部と、前記ハンダボール供給部のハンダボール振出口を囲むように取り付けられると共に所定間隔で複数の線材が配列された凸状の線材と、前記凸状の線材の前後に配列され、前記ハンダボールを前記マスクの開口部に充填するためのハンダボール充填部材とを有するように構成される。
また上記構成において、前記ハンダボール振出部は、前記ハンダボール充填部材の前後にそれぞれ位置し、前記ハンダボール充填部材で充填されず分散されたハンダボールを前記ハンダボール充填部近傍に集めるハンダボール回転回収機構をさらに有するように構成される。
また上記構成において、前記ハンダボール振出部は、前記ハンダボール供給部、前記ハンダボール充填部材および前記ハンダボール回転回収機構を覆うようにヘッド外壁を設け、前記ハンダボール振出部を密閉型ヘッド構造とされる。
また上記構成において、更に、前記ヘッド外壁の内側であって、前記ハンダボール回転回収機構を覆うようにスキージカバーが設けられているように構成される。
また上記構成において、前記移動機構部は、ハンダボール振出部を上下移動する上下駆動機構をさらに備え、前記上下駆動機構でハンダボール振出部に設けた前記凸状の線材および前記ハンダボール充填部材を前記マスク面に押付る押付力を作用させ、前記凸状の線材および前記ハンダボール充填部材をハンダボール振出部の移動方向に対して所定の押付力で接触させるように構成される。
また上記構成において、前記凸状の線材およびハンダボール充填部を構成する線材は、所定間隔の複数の線材で構成され、該線材は、厚さ約０．０５〜０．１ｍｍ程度の鋼板で、前記線材の幅は、０．１ｍｍ、線材間隔は、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍで構成され、前記線材は、前記ハンダボール振出部の進行方向に直角な方向に対して約５度〜３５度の傾斜で設置されているように構成される。
また上記構成において、前記ハンダボール振出部に設けた複数の前記ハンダボール充填部材の線材の傾斜方向を互いに逆方向になるように設けてあるように構成される。
また上記構成において、更に、前記基板を固定する印刷テーブルと、前記印刷テーブルを前記基板上の電極パターンと前記マスクの電極パターンとを認識するための上下２視野カメラと、前記２視野カメラにて認識した結果に基づいて前記印刷テーブルを駆動して位置決めするための駆動装置と、前記基板が前記マスクに接触するよう前記印刷テーブルを上昇させる駆動機構とを具備しているように構成される。
ハンダボール印刷方法は、基板と、前記基板上の電極にハンダボール貯留部に保持されているハンダボールをマスクを介して印刷するハンダボール印刷装置において、前記ハンダボール貯留部から所定量のハンダボールを前記ハンダボール貯留部に受け取り、受け取った前記ハンダボールを前記マスク面に供給する工程と、前記ハンダボール貯留部から供給されたハンダボールを前記マスク面の開口部に分散するハンダボール分散工程と、前記ハンダボール分散工程で分散されたハンダボールを前記マスク面の開口部に充填するハンダボール充填工程と、前記ハンダボール充填工程で充填されず分散されたハンダボールを回収する工程とを有する。
本発明は、マスク上にハンダボールを均一に供給でき、かつハンダボールの供給もハンダボール貯留部のハンダボールの残量をみてハンダボール貯留部の交換又はハンダボール貯留部への外部からの供給で済み、ハンダボール過不足で作業を中断する必要がない等の効果がある。
また、ハンダボール振出口に設けた半らせん状の線材または凸状の線材からなるハンダボール充填部材を配置したため、半らせん状の線材または凸状の線材で形成される空間で振動によりハンダボールに回転力を付加することが出来るので、ハンダボールが均一に分散し、マスク開口部にもスムーズに充填できる特徴がある。また、マスク面上に残留した余剰ハンダボールは充填部材の前後方に設けたハンダボール回転回収機構によって充填ヘッド内に回収使用されるためハンダボールを有効に利用されるという効果がある。
ハンダボール印刷機用ハンダボール供給ヘッドの一実施例の概略構成を示す図である。 ハンダボールを印刷するためのハンダボール印刷機の概略構成図である ハンダボール印刷機用ハンダボール供給ヘッドの他の一実施例を示す図である。 ハンダボール供給部に使用する半らせん状の線材の一実施例を示す図である。 ハンダボール充填の動作を説明する図である。 ハンダボール印刷方法の一実施例を示すフローチャート図である。
以下図面を用いて本発明を説明する。以下に記載する実施例は、一の態様であり、当業者が容易に想到できる範囲内において、修正、変形可能とする。
本発明にかかるハンダボール印刷装置の一実施例を図１および図２を用いて説明する。図１は、本発明のハンダボール印刷装置用ハンダボール供給ヘッドの一実施例の概略構成を示す図である。図１（Ａ）は、ハンダボール印刷装置用ハンダボール供給ヘッドの一実施例の側面の概略構成を示す図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のハンダボール印刷装置用ハンダボール供給ヘッドにおける線分Ｂ−Ｂから見た平面図の概略を示す図である。図２は、ハンダボール印刷用ヘッドを設けたハンダボール印刷装置の一実施例の概略構成を示す図である。図２（Ａ）は、マスクと基板の位置合わせを行っている状態を説明するための図であり、図２（Ｂ）は、基板上にハンダボールを印刷している状態を説明するための図を示している。
図２に示すハンダボール印刷装置１において、ハンダボール供給ヘッド３は、ヘッド移動テーブル２を介してハンダボール印刷装置１の取り付け枠６とボールネジ２ｂに可動自在に取り付けられ、モータ２ｇの制御によりボールネジ２ｂが回転し、ハンダボール供給ヘッド３が矢印方向に移動するよう構成されている。なお、ハンダボール印刷装置１の詳細は、後述する。
まず、ハンダボール供給ヘッド３の一実施例について図１を用いて説明する。図１（Ａ）において、ハンダボール供給ヘッド３は、ハンダボール振出部７と、ハンダボール振出部７を移動する移動機構部８と、ハンダボール振出部７および移動機構部８を接続するための接続部材７２とで構成されている。
ハンダボール振出部７は、ハンダボール２４をマスク２０上に供給するハンダボール供給部６４と、ハンダボール供給部６４を覆うように設けられたヘッド外壁７３と、ハンダボール回転回収機構（回転スキージ）７５−１、７５−２と、ハンダボール回転回収機構７５の外周を覆うスキージカバー７４−１、７４−２と、窒素ガス供給口７７−１、７７−２と、適当な量のハンダボール２４をマスク２０上に供給する半らせん状または凸状の線材６２（これについても後述する。）およびハンダボール２４をマスク２０の開口部に充填するためのハンダボール充填部材６３−１、６３−２（これについても後述する。）を備えている。
ハンダボール供給部６４は、ヘッド外壁７３の両端部の内側に取り付けられ、固定されている。ヘッド外壁７３のハンダボール供給部６４の開口部８３に対応する部分には、ハンダボール貯留部（これについては後述する。）からハンダボール２４がハンダボール供給部６４に供給できるように開口部８１が設けてある。なお、ヘッド外壁７３の内部は、後述するように窒素ガスを充満させるために密閉状態に保持する必要があるので、ヘッド外壁７３の開口部８１には開閉蓋８２を設け、ハンダボール２４をハンダボール供給部６４に供給するとき以外は、開閉蓋８２によりヘッド外壁７３の内部を密閉状態になるようにしてある。
次に、移動機構部８について説明する。移動機構部８は、接続部材７２に取付けられたヘッド取付枠７１と、ヘッド移動テーブル２と、ヘッド上下移動機構４と、ヘッド移動テーブル２と結合されたハンダボール供給テーブル６１およびハンダボール貯留部６０で構成されている。ヘッド上下移動機構４は、シリンダとピストンから構成され、ヘッド移動テーブル２に取り付けられている。そして、上下移動機構４のピストン軸にヘッド取付枠７１が取り付けてある。従って、ピストン軸が上下することによってヘッド取付枠７１と接続部材７２を介して接続しているハンダボール振出部７が上下に移動するように構成されている。これは、ハンダボールをマスク２０を介して基板上に印刷する場合に、ハンダボール振出部７をマスク２０に接触させる場合に下方に移動し、印刷終了で元の位置（例えば、ホームポジション）に戻す場合に上方に移動する働きをする。また、ヘッド移動テーブル２は、先にも説明したように装置本体側に設けたモータ２ｇとボールネジ２ｂからなる水平方向移動機構のボールネジ部に接続され、モータ２ｇを駆動することにより水平方向に移動される。
また、ヘッド移動テーブル２には、ハンダボール貯留部６０を取り付けたハンダボール供給テーブル６１が設けてある。ハンダボール貯留部６０は、ハンダボール供給テーブル６１に対して矢印のように回転できるように取り付けられている。そして、ハンダボール貯留部６０は、リニア駆動部７６によって上下に移動できるようになっている。これは、ハンダボール２４をハンダボール供給部６４に供給するときに、ハンダボール貯留部６０は下方に移動すると共に、ハンダボール貯留部６０の開口部が下向きになるように回転して、ハンダボール貯留部６０を構成する容器(シリンダ)内からヘッド外壁７３の開口部８１、ハンダボール供給部６４の上部に設けてある開口部８３を介してハンダボール供給部６４内にハンダボール２４を振り落とせるようにしてある。
更に詳述すると、ハンダボール貯留部６０から振り落とされるハンダボール２４をハンダボール供給部６４内に供給するためのハンダボール供給部６４がハンダボール貯留部６０のほぼ下側に位置するように配置してある。なお、マスク面２０の位置と、ハンダボール振出部７の位置と、ハンダボール供給部６４の位置と、ハンダボール振出部７のヘッド外壁７３の開口部８１及び開閉蓋８２の位置と、接続部材７２の位置関係は、図１（Ｂ）の平面図に示すようになっている。
また、ハンダボール供給部６４には、予め初期供給により1回分のハンダボールが供給されている。即ち、ハンダボール振出部７は、図１（Ａ）に示すように矢印方向に移動し、移動に応じてハンダボール２４をマスク２０上に振り出すが、例えば、図２のハンダボール印刷装置で、ハンダボール供給ヘッド３が右端から左端までの移動を１ストロークとすると、この１ストロークでマスク２０上に十分なハンダボール２４を供給するだけのハンダボール２４をハンダボール供給部６４に供給しておく必要がある。これが例えば、１回分のハンダボール供給である。従って、この１回分、即ち、１ストロークの間は、開閉蓋８２は、閉められ、ヘッド外壁７３の内部を密閉状態とし、窒素ガスを充満するようにして、ハンダボール２４の酸化を防ぐようにしている。従って、１回分のハンダボールとは、ハンダボールをマスク面に供給する際の１ストロークに必要なハンダボールの量を言い、この量を予め予測してハンダボール供給部６４に供給しておくことを意味する。しかしながら、この量を正確に予測することは難しいので、適宜、ハンダボールの量が不足した場合は、ハンダボール貯留部６０から不足分のハンダボールを補充し、量が多かった場合は、余剰ハンダボールを回収することはいうまでもない。
また、詳細は図示していないが、ハンダボール供給テーブル６１は、ハンダボール供給ヘッド３の移動方向に直角な方向に移動できるようになっており、ハンダボール貯留部６０を移動させながらハンダボール２４をハンダボール供給部６４に供給する。ヘッド外壁７３は、印刷対象である基板の大きさによって異なるが、一例として、図１（Ｂ）に示すように、幅Ｗ：１００ｍｍ、長さ（奥行き）Ｄ：４５０ｍｍの大きさである。また、ハンダボール供給部６４の大きさは、マスク２０の幅（ヘッド進行方向に対して直角方向）に略同じ長さか多少短く形成されている。
なお、本実施例において、印刷するハンダボールの直径は、マスク開口の大きさに略等しく２０μｍ〜８０μｍの範囲のものが使用可能である。例えば、マスク２０の開口が５０μｍであれば、印刷するハンダボールの直径は、５０μｍより少し小さいハンダボールが使用される。なお、本実施例では、ハンダボールの直径は、２０μｍ〜８０μｍの範囲のものとして説明するが、本発明は、これに限定されるものではないことはいうまでもない。
また、後述する図５に示すマスク開口部９４は、ハンダボール２４が収まるために、ハンダボール２４の直径より少しだけ大きいようになっている。また、ハンダボール振出口８４もマスク開口部９４と略等しく、ハンダボール２４の直径より少しだけ大きいようになっている。これは、ハンダボール振出口８４からハンダボール２４が一度に大量に放出しないように略等しいか、少しだけ大きいようになっている。
また、このハンダボール供給部６４のハンダボール振出口８４の近傍にとりつけられている半らせん状または凸状の線材６２の前後方向（ヘッド移動方向の前後方向）に、ハンダボール２４をマスク２０の開口部に充填するためのハンダボール充填部材６３−１、６３−２（これについても後述する。）が設けてある。なお、ハンダボール充填部材６３−１、６３−２を代表する場合は、ハンダボール充填部材６３と称する。このハンダボール充填部材６３もハンダボール供給部６４のハンダボール振出口８４の近傍に設けた線材６２と同じ形状の線材で形成されている。
ここで、ハンダボール振出部７について更に詳細に説明する。ハンダボール振出部７は、ハンダボール２４をマスク２０上にほぼ均一に振り出すように所定の振動が付与されているように加振構造としてある。この加振構造について詳細に説明する。接続部材７２は、加振枠７０に取り付けられている。加振枠７０には、ハンダボール振出部７をハンダボール振出部７の移動方向の前後方向に高周波加振、例えば、約２２０〜２５０Ｈｚの周波数で加振する加振器６５が設けてある。また、加振枠７１の上部にはスライダ６７が設けてある。このスライダ６７は、加振枠上部に設けたヘッド取付枠７１に設けたリニアガイド６７Ｒに取り付けられている。加振枠７０の一端部にはカム６６が設けてあり、ヘッド取付枠７１に設けたカム軸駆動モータ６８によって回転駆動することで加振枠７０を水平方向(リニアガイドの方向)に先に述べた加振器６５の周波数より低い周波数、例えば、約１〜１０Ｈｚ程度の周波数で遥動する構成となっている。
このように、２つの異なる加振手段を設けることで、ハンダボール振出部７を振動される波数の選択幅を広くし、ハンダボール供給部６４からハンダボール振出口８４を覆うように設けた半らせん状または凸状の線材６２から振動により振出すハンダボールをマスク面に効果的に供給できるように構成している。
更に、ハンダボール振出部７は、ヘッド外壁７３によって、ハンダボール供給部６４に設けた半らせん状または凸状の線材６２及びハンダボール充填機構６３がマスク２４に接触したときに密閉状態を形成する所謂密閉型のヘッド構成としている。この構成は、空気がハンダボール供給部６４内に浸入し、ハンダボール２４が酸化しないための構成である。
このように、密閉型構造として窒素ガス供給口７７−１、７７−２からヘッド内に窒素ガスを導入することでハンダボールの酸化等を防止して、ハンダボール接続不良の発生を抑制している。またハンダボール供給部６４のハンダボール振出口８４には弁（図示せず。）が設けてあり余分なハンダボール２４が半らせん状または凸状の線材６２に落ちないようにしている。この弁は、例えば、ダンパー機構にて蓋状態（シャッター）を９０度回転することで開閉するものである。
図５は、ハンダボール振出部７の一部分の拡大図を示している。この図５を用いてハンダボール２４が印刷される状態を詳細に説明する。
図５において、基板２１上の電極部２３にはフラックス２２が前もって印刷されている。そして、マスク２０の開口部９４の近傍の裏面側には微小突起２０ａが設けてあり、マスク２０が直接フラックス等に接触しないように構成されている。微小突起２０ａの代わりに、フィルム等の微小段差を設けても良い。また、図５に示すように、ハンダボール供給部６４のハンダボール振出口８４の近傍には、ハンダボール振出口８４を覆うように半らせん状または凸状の線材６２が取り付けてある。
この半らせん状または凸状の線材６２は、ハンダボール振出部７がマスク２０に所定の押圧で接触する程度に上下移動機構４により押し付けられるので、若干変形した状態で、マスク２０に接触する。ここで、半らせん状または凸状の線材６２が若干変形した状態を、ほぼ螺旋形（または、ほぼ半円形）の状態と称することにする。なお、このほぼ螺旋形（または、ほぼ半円形）の状態は、前もって本発明のハンダボール印刷装置を実験的に動作させ、ハンダボール２４がハンダボール供給部６４からマスク２０上にほぼ均一に振り出されるように押圧が調節され、また、加振する周波数が選定されることは言うまでもない。
次に、ハンダボール２４がハンダボール供給部６４からマスク２０上にほぼ均一に振り出すための動作について説明する。ハンダボール供給部６４のハンダボール振出口８４の近傍に設けられた半らせん状または凸状の線材６２は、上下方向にはほぼ螺旋形（または、ほぼ半円形）の空間が形成され、この空間内で、図に示すようにハンダボール２４にはヘッドの進行方向に応じて回転力が発生する。ハンダボール２４の回転力は、線材６２及びマスク２０の双方との摩擦力でも発生するが、上述したようにハンダボール振出部７を加振している揺動動作が効率的に回転力を発生させている。また、図１に示す加振器６５は、ボールに微振動を与え、ボール分散とファンデスワールス力によるボール間の付着を回避し効率的にハンダボール２４をマスク２０上に振り込みをする効果がある。これにより、ハンダボール２４が分散され、１つのマスク開口部９４に１つのハンダボール２４が供給されるようになる。
また、半らせん状または凸状の線材６２の前後に設けられたハンダボール充填部材６３−１、６３−２は、ハンダボール振出口８４から振り出されたハンダボール２４のうち、半らせん状または凸状の線材６２でマスク開口部９４に充填されなかったハンダボール２４を受取り、マスク２０の開口部９４のハンダボールの供給されていない部分に、半らせん状または凸状の線材６２と同様にハンダボール２４に回転力を与えて振り込む作用をするものである。
なお、ハンダボール充填部材６３もハンダボール振出口８４に設けた半らせん状または凸状の線材６２と同様の線材から構成されている。なお、半らせん状または凸状の線材６２およびハンダボール充填部材６３の詳細については、後述するが、半らせん状または凸状の線材６２を構成する線材の線間隔は、使用するハンダボール２４の直径より小さい、例えば、約５μｍ程度小さくした構造としている。このように、線間隔を使用するハンダボール２４の直径より約５μｍ小さくしたことで、多くのハンダボールが一度にマスク上に落ちるのを防ぐ効果があり、マスク２０上に均一にハンダボール２４を振り落とすことができる。なお、半らせん状または凸状の線材６２を構成する線材の線間隔をハンダボール２４の直径よりも約５μｍ程度小さくしても、ハンダボール２４が回転しているので、線材の間隙をすり抜けてマスク２０上に供給される。
次に、図２を用いてハンダボール印刷装置の一実施例を更に詳しく説明する。図２（Ａ）に示すようにハンダボール印刷装置１には、ハンダボール２４を印刷する基板２１を搭載した印刷テーブル１０と、この印刷テーブル１０を上下に移動可能なように駆動する駆動部１１を備えてある。この印刷テーブル１０上に搭載してある基板２１とマスク２０の面とをカメラ１５を用いて、図示していない印刷テーブル１０の下側に設けてある水平方向移動機構であるＸＹテーブルを駆動して位置合わせを行う。即ち、カメラ１５は、例えば、基板２１に設けてある位置合わせマークとマスク２０に設けてある位置合わせマークを同時に撮像し、それぞれの画像のマークが一致するようにＸＹテーブルを動かし、位置合わせを行う。
その後、位置合わせ用のカメラ１５を退避させ、図２（Ｂ）に示すように、印刷テーブル１０を上昇させテーブル上部に設けてあるマスク２０面を基板２１の面に接触させて、ヘッド上下駆動機構４を駆動して、ボール供給ヘッド３を上下移動してハンダボール供給用の半らせん状または凸状の線材６２及びハンダボール充填部材６３をマスク面に接触させる。このようにヘッド上下駆動機構４により、線材６２やハンダボール充填部材６３に押付力を発生させることよりハンダボール２４をマスク開口部９４に押し込む、いわゆる印圧を生じさせている。
そして、ヘッド駆動部２ｇを駆動することでボールネジ２ｂを回転させ、ハンダボール供給ヘッド３を水平方向(矢示方向)に移動させる。ハンダボール供給ヘッド３が移動している時に、ハンダボール供給部６４を加振器６５によって水平方向(ヘッド移動方向)に振動させると共に、カム６６もカム軸駆動モータ６８を駆動して回転させることで水平方向に振動させて、半らせん状または凸状の線材６２内のハンダボール２４を効果的に振り出す。
なお、本実施例では、ハンダボール２４の振り出しに加振器６５とカム６６を同時に駆動することで説明したが、どちらか一方を駆動することでハンダボールの振り出しを行なってもよい。また、ハンダボールの振り出しと同時に、ハンダボール供給部６４の半らせん状または凸状の線材６２を挟んでハンダボール供給ヘッド３の移動方向に設けてあるハンダボール充填部材６３により、マスク２０に設けてある開口部にハンダボールを充填するものである。
また、ハンダボール充填時に、充填部材６３−１、６３−２の近傍に配置されたハンダボール回転回収機構７５−１、７５−２を矢印方向に回転駆動することで、マスク上に残留するハンダボールをハンダボール供給部６４の近傍に集め、ハンダボール振出部７の外に余剰ハンダボールが出ないようにしている。また本装置にはマスク裏面を清掃するための清掃機構４５がカメラ移動フレームに設けてあり、カメラ１５と同様、水平方向に移動しながらマスク清掃するようになっている。この清掃機構４５は、ロール対ロール式クリーンワイパーを介した吸引ノズルをマスク裏面に接触移動させることで、清掃を実行する。
次に、ハンダボール振出部７のハンダボール振出口８４近傍に設けた半らせん状または凸状の線材６２について、図４を用いて詳細に説明する。なお、半らせん状または凸状の線材６２について、図４では、例えば、半らせん状線材６２について詳細に説明するが、これに類似するような構成は、凸状の線材で構成することもできることはいうまでもない。また、図４では、半らせん状または凸状の線材６２について説明するが、ハンダボール充填部材６３も半らせん状または凸状の線材６２と同様に構成できるので、ハンダボール充填部材６３についての説明は省略する。
図４（Ａ）は、半らせん状線材６２をハンダボール供給部６４に取付前の平面図を、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＢ―Ｂ断面を示した図であり、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）のＢ部の拡大図を示したものである。図４（Ｄ）は、半らせん状線材６２を凸状に湾曲し、ハンダボール供給部６４のハンダボール振出口８４の近傍に取り付けた状態の断面図である。
図４（Ａ）において、半らせん状線材６２は、図に示すように、平行に設けられた、所定の間隔（本実施例では約３５ｍｍ）を有する２つの取付部６２Ｐ−１、６２Ｐ−２（取付部の幅は約５ｍｍ）（取付部を代表する場合は、取付部６２Ｐと称する。）と、上記取付部６２Ｐの間に、取付部６２Ｐに対して所定角度を持つ複数の線材６２Ｌで構成されている。更に詳述すると、図４（Ｃ）に示すように、半らせん状線材６２は、取付部６２Ｐと、取付部６２Ｐに対して所定角度θ、例えば、約５度〜３５度、好ましくは、約１０度を持つ複数の線材６２Ｌで構成され、線材６２Ｌの太さは、例えば、約０．１ｍｍであり、この線材６２Ｌを所定の間隔６２Ｓ、例えば、約０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ間隔で形成したものである。なお、ここに示す各寸法は、一実施例であって、これに限定されない。例えば、所定の間隔６２Ｓの幅約０．１ｍｍは、ハンダボールの直径により変更されることがある。しかし、間隔６２Ｓの幅約０．１ｍｍは、２０〜８０μｍの大きさのハンダボールに対して共用可能であることが実験的に確かめられている。また、本実施例では、半らせん状線材６２として説明しているが、これは図４（Ａ）で示すように平面状の半らせん状線材６２を図４（Ｄ）に示すように湾曲してハンダボール供給部６４に取り付けると、その線材６２Ｌの形状が半らせん状となることから半らせん状線材６２として説明している。しかしながら、半らせん状線材６２に限定されるものではなく、凸状の線材６２とすることもできる。従って、ここでは、半らせん状の線材６２を含めて凸状の線材６２と称することにする。
次に、半らせん状の線材６２の作り方について説明する。半らせん状の線材６２は、厚さ０．１ｍｍの鋼板に所定形状のマスクを介してエッチングにより加工し、図４（Ａ）のような形状にしたものである。
従って、半らせん状の線材６２の長さは、ハンダボール供給ヘッド７の幅の長さとなっている。このハンダボール供給部６４のハンダボール振出口８４を跨ぐ形で半らせん状の線材６２が取付られる。すなわち、取付時にはハンダボール供給ヘッドの上下方向に螺旋形コイルの上半分をカットしたような取付形状となる。これは、一例として、図４（Ｄ）のように湾曲して形成したものである。
また、ヘッド取付枠７１は、駆動手段であるモータ４にて上下に移動できるようになっている。なお、本実施例では、ヘッド取付枠７１の上下駆動をモータ４で行うように記載したが、モータ４に変えて空圧シリンダを用いても良い。
更に、ヘッド外壁７３の内側には、ハンダボール振出部７の移動方向の先端側及び後端側にハンダボールを回収するためのハンダボール回転回収機構７５−１、７５−２（回転スキージ）が設けてある。
このハンダボール回転回収機構７５−１、７５−２の回転方向は、矢印で示すように回転する。即ち、ハンダボール回転回収機構７５−１、７５−２は、互いに逆方向に回転するように構成している。このハンダボール回転回収機構７５は、図３（Ｂ）に示すように掻き取り部に線材９０をらせん形状で且つ円筒状に形成し、回転軸の長手方向に多段に取り付けた構成となっている。このハンダボール回転回収機構７５は、ハンダボール２４をマスク２０上に振り出す場合、ハンダボール振出部７が矢印方向に進行すると、ハンダボール回転回収機構７５を回転駆動して、ハンダボール２４がハンダボール供給部６４の周りに分散するハンダボール２４をハンダボール供給部６４の下部内に留めて、確実にハンダボール２４がマスク開口９４に充填するようにしたものである。
さらに、ハンダボール回転回収機構７５の外周を覆うスキージカバー７４をヘッド外壁７３の内側に取り付けることで、ハンダボール充填部材６３側に余剰ハンダボールを掻き集め、ハンダボールがハンダボール供給部６４の周りに散乱しないようにした構成としてある。
次に、本発明にかかるハンダボール印刷装置の他の一実施例を図３を用いて説明する。図３は、図１に示すハンダボール振出部７の他の一実施例のハンダボール振出部９の構成を示す。なお、図１（Ａ）と同じものには同じ符号が付されている。図３に示す本実施例にかかるハンダボール振出部９の構成で、図１に示す実施例１にかかるハンダボールと異なる点は、ハンダボール貯留部６０Ｓの供給口部をヘッド外壁７３に設けた開口部９１に差込み、ハンダボール貯留部６０Ｓ全体をヘッド長手方向、即ち、矢印で示す方向に対して直角な方向に移動可能に構成してある点である。例えば、移動機構としては、図１に示すハンダボール貯留部６０に代えて、ハンダボール貯留部６０Ｓをハンダボール供給テーブル６１に取り付け、リニア駆動部７６を長手方向に移動できるようにすることで実現できる。また、図示していないが、ハンダボール貯留部６０Ｓを取り付けているハンダボール供給テーブルは、図１に示すハンダボール供給テーブル６１に比べてヘッド外壁７３の近くまでリニア駆動部７６によって上下できるように構成されている。このように構成することで、実施例１にかかる図１の装置に比べハンダボール２４がハンダボール貯留部６０Ｓからハンダボール供給部６４に供給する際に、ハンダボールの飛散を防止し、確実にハンダボール供給部６４にハンダボール２４を供給できる。また、このように構成すると、ハンダボール２４が大気にさらされる時間が短くなり酸化防止となる。
また、図３（Ｂ）にはハンダボール回転回収機構７５−１、７５−２（ハンダボール回転回収機構を代表する場合は、ハンダボール回転回収機構７５と称する。）の外観を示す。図に示すように、回転軸９２に線材からなる円盤形状の掻き取り部９０をらせん形状に、多段に取り付けた構成となっている。この円盤形状の掻き取り部９０は、マスク２０に接触する部分は、ハンダボール振出部７の移動方向に直角な方向に対して所定角度θ、例えば、５度〜３５度程度傾けて取り付けてある。なお、この図３（Ｂ）のハンダボール回転回収機構７５は、図１のものと略同じ構成である。また、本図ではハンダボール貯留部６０Ｓを円筒容器で構成したものを示している。そして、ハンダボール貯留部６０Ｓの先端を長く、逆円錐状ガイド９３に形成してヘッド外壁７３の開口部９１まで差し込めるようにしたものである。このような構成とすることで、ハンダボール貯留部６０Ｓからハンダボール２４が周辺に飛散することなく、効率よくハンダボール供給部６４に供給することができる。
しかし、この構造に限るものではなく、このハンダボール貯留部６０Ｓに代えてヘッド外壁７３の開口部９１にハンダボール供給用の口を備えた皿状のハンダボール受けを設けておき、そのハンダボール受けに計量したハンダボールを載せ、その後ハンダボール受けをハンダボール振出部７の移動方向に対して長手方向に移動させることで、ハンダボール供給部６４に所定量のハンダボールを供給することも可能である。また、ハンダボール供給部６４の開口部９１に合わせて設けられているヘッド外壁７３の開口部９１は、ハンダボール振出部７の長手方向に半割したゴム部材で覆われ、ハンダボール貯留部６０Ｓの逆円錐状ガイド９３がこの半割部から差し込めるようにしてある。
次に、ハンダボール印刷の一連の動作を図６を用いて説明する。
まず、電極部２３にフラックス２２の印刷された基板２１、例えば、半導体ウエハ２１（以下の説明では基板２１として説明する。）がハンダボール印刷装置に搬入され印刷テーブル１０上に載置される（ステップＳ１０１）。印刷テーブル１０には負圧を供給する吸着口が複数設けてあり、ここに負圧を供給することで基板２１が印刷テーブル面上を移動しないように保持している。
次に、基板２１面に設けた位置合わせマークと、マスク２０に設けてある位置合わせマークとを、位置合わせ用のカメラ１５を用いて撮像する。撮像したデータは図示していない制御部に送られ、そこで画像処理され、位置ずれ量が求められる。その結果に基づいて、印刷テーブルを図示していない水平方向移動機構により、ずれを補正する方向に移動する（ステップＳ１０２）。
位置合わせが終了すると、印刷テーブル１０を上昇させてマスク２０裏面にウエハ２１の印刷面を接触させる（ステップＳ１０３）。
次に、ハンダボール供給ヘッド３を印刷開始位置に水平移動し、その後、ハンダボール供給ヘッド３を所定の印圧(押付力)がマスク面に作用するようにマスク面上に降下させる。次に、窒素ガス供給口７７からヘッド内に窒素ガスを供給して、ヘッド内を窒素雰囲気とする（ステップＳ１０４）。その後、ハンダボール供給部６４内のハンダボールの量を検査し、印刷に必要な量になっていない場合はハンダボール貯留部６０を動作させて、ハンダボール供給部６４に必要量のハンダボールを供給する（ステップＳ１０５）。
その後、加振器６５及びカム軸駆動モータ６８を駆動してハンダボール供給部６４に収納されているハンダボール２４を、ハンダボール供給部６４に設けたハンダボール振出口８４から凸状の線材６２を介してマスク面に供給する。
ハンダボール供給ヘッド３を水平方向に移動しながらハンダボール充填部材６３の凸状の線材のばね作用により、ハンダボール２４をマスク開口部９４に押し込み、基板２１上のフラックス２２に付着させる（ステップＳ１０６）。この時、ハンダボール回転回収機構７５を回転させて、マスク開口部９４に押し込まれなかったハンダボール２４をハンダボール回転回収機構部７５により回収して、ハンダボール振出部７内から外に洩れ出ないようにしている。
ハンダボール供給ヘッド３がマスク面上を移動し終わると、一端停止して、ハンダボール供給ヘッド内に設けてある窒素ガス供給口７７に窒素ガスを供給する窒素ガス供給系統に設けてある切り換え弁を切り換えて、負圧供給系統に接続する。これによって、窒素ガス供給口７７に、窒素ガスに変えて負圧を供給して、余剰ハンダボール２４を回収する（ステップＳ１０７）。次に、ハンダボール供給ヘッド３をマスク２０面から離間するように上昇させ、その後ハンダボール供給ヘッド３を原点位置（ホーム位置）に戻す。なお、ここでは窒素ガス供給口に負圧を供給することで説明したが、マスク面上の一方側に集められたハンダボールを人手によって回収するようにしてもよい。
次に、印刷テーブル１０を降下させて、マスクを印刷テーブルから離間させる。印刷された基板２１の印刷状態をカメラ１０にて撮像し欠陥の有無を調べる。そして、欠陥があればリペア部に基板を搬送し、そこで欠陥部を修復する。欠陥部修復後リフロー部に基板２１を搬送し、ハンダボール２４を溶融し、電極部２３に固着させる。
以上、大まかなハンダボールの印刷方法の工程を述べたが、上述したステップＳ１０７以降の欠陥部のリペアの方法や欠陥部修復後のリフローの方法に関しては従来から良く知られた方法であるので、ここでは詳細な説明は省略する。
以上詳述したように本発明のハンダボール印刷装置を用いることで、微小径のハンダボールを１個ずつ確実にマスク開口部から基板のフラックス上に供給することが出来る。
以上、本実施例について詳細に説明したが、本発明は、ここに記載されたハンダボール印刷装置およびハンダボール印刷方法の実施例に限定されるものではなく、他のハンダボール印刷装置およびハンダボール印刷方法にも容易に適用することが出来ることはいうまでもない。
１…ハンダボール印刷機、２…ヘッド移動フレーム、３…ハンダボール供給ヘッド、４…ヘッド上下駆動機構、１０…印刷テーブル、１１…印刷テーブル上昇機構、１５…カメラ、２０…スクリーン、２１…ウエハ、２４…ハンダボール、４５…清掃機構、６０…ハンダボール貯留部、６２…線材、６３−１、６３−２…ハンダボール充填部材、６４…ハンダボール供給部、６５…加振器、６６…カム、７３…ヘッド外壁、７４−１、７４−２、…スキージカバー７５−１、７５−２…回転回収機構、７７−１、７７−２…窒素ガス供給口。

Claims (9)

  1. 基板と、前記基板上の電極にマスクを介してハンダボールを印刷するハンダボール印刷装置において、
    前記ハンダボールを貯留するハンダボール貯留部と、
    前記ハンダボール貯留部の下方に位置し、前記ハンダボール貯留部から所定量のハンダボールを受け取り、受け取った前記ハンダボールを前記基板の上に位置する前記マスク面上に供給するハンダボール振出部と、
    前記ハンダボール振出部を前記基板に沿って移動させる移動機構部と、
    前記ハンダボール振出部に所定の振動を付与する加振手段とを備え、
    前記ハンダボール振出部は、前記ハンダボール貯留部からのハンダボールを受け取るハンダボール供給部と、前記ハンダボール供給部のハンダボール振出口を囲むように取り付けられると共に所定間隔で複数の線材が配列された凸状の線材と、前記凸状の線材の前後に配列され、前記ハンダボールを前記マスクの開口部に充填するためのハンダボール充填部材とを有することを特徴とするハンダボール印刷装置。
  2. 請求項１に記載のハンダボール印刷装置において、
    前記ハンダボール振出部は、前記ハンダボール充填部材の前後にそれぞれ位置し、前記ハンダボール充填部材で充填されず分散されたハンダボールを前記ハンダボール充填部近傍に集めるハンダボール回転回収機構をさらに有することを特徴とするハンダボール印刷装置。
  3. 請求項２に記載のハンダボール印刷装置において、
    前記ハンダボール振出部は、前記ハンダボール供給部、前記ハンダボール充填部材および前記ハンダボール回転回収機構を覆うようにヘッド外壁を設け、前記ハンダボール振出部を密閉型ヘッド構造としたことを特徴とするハンダボール印刷装置。
  4. 請求項３に記載のハンダボール印刷装置において、
    更に、前記ヘッド外壁の内側であって、前記ハンダボール回転回収機構を覆うようにスキージカバーが設けられていることを特徴とするハンダボール印刷装置。
  5. 請求項１に記載のハンダボール印刷装置において、
    前記移動機構部は、ハンダボール振出部を上下移動する上下駆動機構をさらに備え、前記上下駆動機構でハンダボール振出部に設けた前記凸状の線材および前記ハンダボール充填部材を前記マスク面に押付る押付力を作用させ、前記凸状の線材および前記ハンダボール充填部材をハンダボール振出部の移動方向に対して所定の押付力で接触させることを特徴とするハンダボール印刷装置。
  6. 請求項１に記載のハンダボール印刷装置において、前記凸状の線材およびハンダボール充填部を構成する線材は、所定間隔の複数の線材で構成され、該線材は、厚さ０．０５〜０．１ｍｍの鋼板で、前記線材の幅は、０．１ｍｍ、線材間隔は、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍで構成され、前記線材は、前記ハンダボール振出部の進行方向に直角な方向に対して約５度〜３５度の傾斜で設置されていることを特徴とするハンダボール印刷装置。
  7. 請求項６記載ハンダボール印刷装置において、前記ハンダボール振出部に設けた複数の前記ハンダボール充填部材の線材の傾斜方向を互いに逆方向になるように設けてあることを特徴とするハンダボール印刷装置。
  8. 請求項１から７記載のハンダボール印刷装置において、
    更に、前記基板を固定する印刷テーブルと、前記印刷テーブルを前記基板上の電極パターンと前記マスクの電極パターンとを認識するための上下２視野カメラと、前記２視野カメラにて認識した結果に基づいて前記印刷テーブルを駆動して位置決めするための駆動装置と、前記基板が前記マスクに接触するよう前記印刷テーブルを上昇させる駆動機構とを具備していることを特徴とするハンダボール印刷装置。
  9. 基板と、前記基板上の電極にハンダボール貯留部に保持されているハンダボールをマスクを介して印刷するハンダボール印刷装置において、
    前記ハンダボール貯留部から所定量のハンダボールを前記ハンダボール貯留部に受け取り、受け取った前記ハンダボールを前記マスク面に供給する工程と、
    前記ハンダボール貯留部から供給されたハンダボールを前記マスク面の開口部に分散するハンダボール分散工程と、
    前記ハンダボール分散工程で分散されたハンダボールを前記マスク面の開口部に充填するハンダボール充填工程と、
    前記ハンダボール充填工程で充填されず分散されたハンダボールを回収する工程とを有することを特徴とするハンダボール印刷方法。
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