JP2011114303A - 導電性ボールの搭載装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
ボール貯溜手段へ除去手段が吸着保持する導電性ボールを回収し、ボール貯溜手段からボール搭載手段へ導電性ボールを供給することで、回収や供給が容易な導電性ボールの搭載装置とする。

【解決手段】
配列マスクと、配列マスク上に導電性ボールを供給するボール搭載手段とを備えて、ボール搭載手段で配列マスクの貫通孔を介して被搭載物の搭載箇所に搭載する導電性ボールの搭載装置とする。
配列マスク上方を移動可能に設けられ、ボール搭載手段により配列マスクに供給された導電性ボールのうち、配列マスク上に残存する導電性ボールをボール吸着体に吸着して除去する除去手段と、配列マスク上方を移動可能とする除去手段の移動手段と、移動手段の移動可能な範囲にボール貯溜手段とを設ける。
除去手段をボール貯溜手段上に移動させ、除去した導電性ボールを落下させることにより導電性ボールを回収する装置とする。


【選択図】 図１

Description

本発明は、被搭載物上に所定のパターンで形成されている搭載箇所に合わせて貫通孔が設けられた配列マスクを用いて、導電性ボールを被搭載物の搭載箇所に搭載する導電性ボールの搭載装置に関するものである。

従来、特許文献１に記載されるように、内部にボール吸着体を有するボールカップを備えた導電性ボールの搭載装置では、ボール径やマスク配置等の同一の搭載条件下で装置を運転する場合、１つのウエハに対する導電性ボールの搭載が終了した後、吸引状態のボールカップを、ボール配列マスク上面に沿って移動させることにより、ボールカップから漏れ出て、マスク上に散乱している導電性ボールを除去していた（特許文献１項目００２４）。ボールカップとマスクの間には、搭載動作及び移動時の噛み込み防止のため、ボール径以上の隙間があるため、かかる除去動作は必須であった。

除去動作の後、次の搭載対象であるウエハが搬送されて搭載動作が始まるまでの間、ボールカップは吸引状態を維持したまま配列マスク上の所定位置で待機していた。しかし、搭載する導電性ボールの径が変更された場合には、ボールカップへ除去した導電性ボールを別の場所に回収する必要があった。又、配列パターンの変更のためにマスクを交換する際にも、装置のランニングコスト等の問題から、ボールカップの吸引状態を解除することが望ましく、その場合にも、導電性ボールの回収が必要であった。

このような場合、導電性ボール搭載装置の使用者が、トレイ等を装置外部から、所定位置に移動させたボールカップの下方に差し出した後、吸引状態を解除することにより、導電性ボールを回収していた。しかし、このような作業は、使用者の負担を増やすばかりか、手元が狂って導電性ボールを装置内部にこぼしてしまうといった問題があった。

又、従来、導電性ボールの搭載装置における上記のような導電性ボールの除去及び回収は、例えば、特許文献３に示すように別途回収ユニットを設けるものや、特許文献２に示すようにエアブローによりホッパから導電性ボールを払い出し、こぼれ落ちる導電性ボールをトレイで受けるものが開示されていた。しかし、回収した導電性ボールを再利用するにあたっては、導電性ボールの循環機構を設けなければならず、装置のコストアップに繋がるという問題があった。

特開２００８−１５３３３６号公開特許公報 特開平１１−３１２６９９号公開特許公報 特許第４１３０５２６号特許公報

本発明は上記問題点を解決するため、除去手段の移動可能な範囲に導電性ボールを貯溜するボール貯溜手段を設け、ボール搭載手段が吸着保持する導電性ボールをボール貯溜手段へ回収したり、ボール貯溜手段からボール搭載手段へ導電性ボールを供給したりすることができるものとし、導電性ボールの回収や供給が容易な導電性ボールの搭載装置を提供するものである。

又、本発明は、除去手段が除去した導電性ボールをボール貯溜手段に回収し、ボール径変更やマスク交換等の段取り換えの際の導電性ボールの回収が容易に行えるものとし、段取り換え作業の効率を高めることができる導電性ボールの搭載装置を提供するものである。

更に、導電性ボールの除去手段とボール搭載手段を兼用することで装置の簡素化を図るとともに、回収した導電性ボールを再びボール貯溜手段からボール搭載手段に供給することで、導電性ボールを再利用することができるような導電性ボールの搭載装置を提供するものである。

第１の発明は，上記課題を解決するため，次の手段を採用する。
第１に、被搭載物上に所定のパターンで形成されている搭載箇所に合わせて貫通孔が設けられた配列マスクと、前記配列マスク上方を移動可能に設けられ、該配列マスク上に導電性ボールを供給するボール搭載手段とを備える。
第２に、前記ボール搭載手段を前記配列マスク上方に位置させ、前記ボール搭載手段が保持する導電性ボールを前記配列マスク上に供給することにより、前記配列マスクの貫通孔を介して被搭載物の搭載箇所に搭載する導電性ボールの搭載装置とする。
第３に、前記配列マスク上方を移動可能に設けられ、前記ボール搭載手段により前記配列マスクに供給された導電性ボールのうち、該配列マスク上に残存する導電性ボールを真空源と接続されるケーシングの下面に設けられるボール吸着体に吸着して該配列マスク上から除去する除去手段と、前記配列マスク上方を移動可能とする除去手段の移動手段と、該移動手段の移動可能な範囲に導電性ボールを貯溜するボール貯溜手段とを設ける。
第４に、前記除去手段を前記ボール貯溜手段上に移動させ、前記除去手段が除去した導電性ボールを落下させることにより該導電性ボールを回収することを特徴とする導電性ボールの搭載装置とする。

第２の発明は、第１の発明に、次の手段を付加した導電性ボールの搭載装置とする。
上記除去手段を、上記配列マスク上で上記ケーシングと真空源との接続を解除して、上記ボール吸着体に吸着した上記導電性ボールを前記配列マスクに落下させて上記被搭載物上の搭載箇所に導電性ボールを搭載することによりボール搭載手段と兼用したこと。

第３の発明は、第１又は第２の発明に、上記ボール搭載手段に対し、上記ボール貯溜手段上で上記ケーシングと真空源を接続することにより、前記ボール搭載手段に導電性ボールを吸着させて導電性ボールを供給することを付加した導電性ボールの搭載装置とする。

第１の発明によれば、移動手段の移動可能な範囲に導電性ボールを貯溜するボール貯溜手段を設けたことにより、除去手段が吸着保持する導電性ボールをボール貯溜手段へ回収したり、ボール貯溜手段からボール搭載手段へ導電性ボールを供給したりすることで、導電性ボールの回収や供給を容易に行うことができるようになり、ボール径変更やマスク交換等の段取り換えの作業の効率を高めることができ、ひいては装置運用のコストダウンが図れるようになった。

第２の発明の効果ではあるが、導電性ボールの除去手段とボール搭載手段を兼用することで装置の簡素化を図ることが可能となった。

第３の発明の効果ではあるが、ボール貯溜手段から導電性ボールをボール搭載手段へ適宜供給できるとともに、ボール貯溜手段に回収した導電性ボールを集めて、再びボール貯溜手段からボール搭載手段に導電性ボールを供給でき、導電性ボールを再利用することができるようになった。

ボール落とし込み時のボール搭載部の説明図 ボール除去時のボール搭載部の説明図 ボール回収及び供給時のボール搭載部の説明図 ボール搭載部の平面説明図

以下，図面に従って，実施例とともに本発明の実施の形態について説明する。
本発明において、導電性ボールの被搭載物としては、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、セラミック基板などがあり、それらの導電性ボール搭載箇所として電極が形成されている。実施例では導電性ボールは半田ボール１、被搭載物はウエハ２とする半田ボールマウンタを用いる。

半田ボールマウンタは、一般的に搬入用のウエハ受渡部、フラックス印刷部、ボール搭載部、搬出用のウエハ受渡部を有しているが、本発明にかかる導電性ボールの搭載装置は、ボール搭載部に関するものである。

実施例でのボール搭載部は、本発明における被搭載物であるウエハ２が載置されるウエハ載置ステージ６と、ウエハ２上に所定のパターンで形成されている搭載箇所に合わせて貫通孔３１が設けられたボール配列マスク３と、本発明におけるボール搭載手段及び除去手段であるボールカップ５と、ボール配列マスク３上でボールカップ５を移動させる移動手段と、半田ボール１のボール貯溜手段となるボール貯溜トレイ４、４’、２４、２４’を備えている。

ボールカップ５は、内部が空間で、下端面が開口部５１とされ、内部空間に半田ボール１を吸着するボール吸着体５２が設けられ、ボール吸着体５２により上部空間５３と下部空間５４とに仕切られている。このためボールカップ５のボール吸着体５２の取り付け位置より上部が、ボール吸着体５２のケーシングとなっている。ボール吸着体５２は、半田ボール１が通過せず、気体が通過可能なステンレスメッシュ等の金網で製作されている。

尚、ボールカップ５は実施例では図４に示されるように１個の矩形のものであるが、その数や形状及び大きさは被搭載物であるウエハ２の形状や搭載効率を考慮して決められる。例えば、下端の開口部５１を円形にしたり、ボール吸着体５２を備えたボールカップ５を複数個設けたりしても良い。

ボールカップ５の上部空間５３は、真空切り換え手段としての電磁開閉弁５７と気体の圧力や流量を調節可能なレギュレータ５８を介して吸引通路５５により真空源５９に接続されており、ボール配列マスク３との間で図２及び図３中矢印で示すような気体流通路を形成している。

尚、真空源５９によるボールカップ５内の吸引状態のＯＮ及びＯＦＦを切り換える真空切り換え手段としての電磁開閉弁５７を開くことで、ボールカップ５内の吸引状態をＯＮにして半田ボール１をボール吸着体５２に吸着させ、電磁開閉弁５７を閉じることでボールカップ５内の吸引状態をＯＦＦにしてボール吸着体５２に吸着していた半田ボール１を落下させることにより、半田ボール１をボール配列マスク３を通じて、ウエハ載置ステージ６上に載置されたウエハ２の電極上に搭載する。

尚、ボールカップ５及びボール吸着体５２は導電性材料から構成され、図１に示されるようにアース６０により接地されている。これにより静電気を帯びた半田ボール１が吸引状態ＯＦＦのときにボールカップ５の内面やボール吸着体５２に付着することを防止している。更に、ボールカップ５の外側には微小な振動をボールカップ５に付与するバイブレータ６１が取り付けられており、少なくともボールカップ５内の吸引状態がＯＦＦのときに振動し、ボールカップ５に取り付けられているボール吸着体５２に振動を伝え、半田ボール１の落下を促進するようになっている。

ボールカップ５は、ボールカップ５の水平面での移動手段となるＸ軸駆動機構及びＹ軸駆動機構を備えており、Ｘ軸方向（図４中左右方向）及びＹ軸方向（図４中上下方向）に移動して、ウエハ２の全面をカバーする。ボールカップ５は、Ｘ軸駆動機構の駆動モータ８で回転するボールねじ１３に取り付けられたベース部材１１によってＸ軸方向に移動し、Ｙ軸駆動機構の駆動モータ９で回転するボールねじ１４に取り付けたベース部材１２によってＹ軸方向に移動する。

ボールカップ５の昇降は、Ｚ軸の駆動モータ１０により回転するボールねじ１５に、ボールカップ５が装着された昇降ベース１８を取り付け、ベース部材１２のガイドに沿って昇降ベース１８を上下動させることにより、ボールカップ５を上下動させる。尚、ボールカップ５の下端とボール配列マスク３の上面とはボール吸着動作時に所定の気体流がえられるような間隙であれば半田ボール１の径より大きくても良い。

ボール貯溜トレイ４、４’、２４、２４’は、ボール配列マスク３の外部側方にベース４０を介して配置されている。ボール貯溜トレイ４、４’、２４、２４’は半田ボール１の回収及び供給に用いられる。ここで、半田ボール１の回収とは、ボールカップ５によりボール配列マスク３上に散乱している半田ボール１を除去した後、該半田ボール１を別の場所に移動させることを意味する。実施例では、図４に示されるように、４個のボール貯溜トレイ４、４’、２４、２４’が配置されている。各々のボール貯溜トレイ４、４’、２４、２４’には、半田ボール供給装置７より、ボール供給路７１を介して各々異なる半田ボール１が適宜自動補給されている。

実施例では、半田ボール１の供給を直接ボールカップ５に行うのではなく、ボール貯溜トレイ４、４’、２４、２４’へ行うものであるので、ボールカップ５は吸着保持可能な所定の半田ボール１のみをボール貯溜トレイ４、４’、２４、２４’の何れからか吸着保持するので、ボールカップ５へ直接、半田ボール１を供給するときのように、ボールカップ５のボール吸着体５２から半田ボール１が落ちる虞がなく、ボール供給時間の短縮（タクトアップ）に繋がった。

勿論、従来例のごとく、ボールカップ５に直接半田ボール１を供給する半田ボール供給装置７を備えても良い。この場合、ボール貯溜トレイ４、４’、２４、２４’は、半田ボール１を回収する際にのみ用いられる。

実施例でのボール貯溜トレイ４、４’、２４、２４’は、４個配置されているが、それに限定されるものではない。ボール貯溜トレイ４を１個のみ配置する場合には、ベース４０に着脱自在に設けられることが好ましい。ボール径の変更の場合やボール配列マスク３の交換の場合に、簡単にボール貯溜トレイ４の交換ができるようにするためである。

以下、実施例の動作について説明する。まず、ウエハ２が、ボール搭載部に移送される前工程として、フラックス印刷部にてウエハ２上のボール搭載箇所には予めフラックスが塗布されている。

ウエハ２がボール搭載部に移送されると、図１に示されるように、ウエハ載置ステージ６にウエハ２が載置され、該ウエハ２上にボール配列マスク３が配置される。尚、実施例ではボール配列マスク３の貫通孔３１の形状によりフラックスがボール配列マスク３に付着しないようにされているので、ボール配列マスク３とウエハ２は接しているが、フラックス付着防止を上下間の間隙で行おうとする場合は両者は接触しない。

次に真空切り換え手段としての電磁開閉弁５７を開いてボールカップ５内の吸引状態をＯＮにしてから、ボールカップ５を所定の半田ボール１が貯溜されているボール貯溜トレイ４に移動させ、更に所定位置まで下降させる。その後、ボールカップ５内の吸引状態をＯＮにすることによりボールカップ５とボール貯溜トレイ４との間には気体流通路が形成される。この吸引力によりボールカップ５下方に存在するボール貯溜トレイ４内の半田ボール１は、浮上しボール吸着体５２に吸着する。この状態が、ボールカップ５の移動可能状態である。吸引状態がＯＦＦの状態では、ボールカップ５を移動させない。

ボールカップ５を、ボール配列マスク３上方に移動した後、電磁開閉弁５７を閉じてボールカップ５内の吸引状態をＯＦＦにすると共にバイブレータ６１を振動させる。吸引が停止すると、ボールカップ５は大気開放されるため、図１に示すように、ボール吸着体５２に付着していた半田ボール１が落下し、ボール配列マスク３の貫通孔３１に入り込み、ウエハ２に搭載される。貫通孔３１への半田ボール１の落とし込み、すなわちウエハ２への搭載を確実なものにするため複数回吸引状態ＯＮ（吸引）とＯＦＦ（停止）を繰り返すと共に、バイブレータ６１は電磁開閉弁５７の開閉に合わせて振動の停止と発生を繰り返す。又、ボール吸着体５２はボール配列マスク３の上方に配置してあるため、吸着された半田ボール１は位置エネルギを有することになり、半田ボール１がフラックス上に落下したときに電極と密着することになる。

尚、上記実施例ではボール吸着体５２の吸引状態のＯＦＦにより、大気開放され、半田ボール１はバイブレータ６１の振動を受けて落下するものであるが、吸引状態をＯＦＦとした後、吸引通路５５を通じて加圧して強制的に半田ボール１を落下させるようにしても良い。

搭載完了後、図２に示すように、真空切り換え手段としての電磁開閉弁５７を開いて、ボールカップ５内の吸引状態をＯＮにし、再度吸引を行い、吸引状態のボールカップ５をボール配列マスク３上面に沿って移動させる。ウエハ２に搭載された半田ボール１はフラックスと接触して粘着力が生じることにより上昇せず、フラックスに接触していない半田ボール１は全て吸い上げられ、浮上し、ボール吸着体５２に吸着することになる。このときのボール吸着体５２に吸着された半田ボール１がボール配列マスク３から除去された半田ボール１である。この状態でボールカップ５は、吸引状態をＯＮのまま再び所定の半田ボール１を貯溜しているボール貯溜トレイ４に移動し、不足分の半田ボール１をボール貯溜トレイ４から吸引保持し、次の搭載位置（次のウエハを供給したボール配列マスク３上方位置）に移動する。

ボール径変更やボール配列マスク３の取り換え等の段取り換えの際には、半田ボール１を回収する必要があるので、ボール配列マスク３上面から半田ボール１を除去したボールカップ５を、それまで用いられていた半田ボール１が貯溜されているボール貯溜トレイ４上に移動させて、電磁開閉弁５７を閉じてボールカップ５内の吸引状態をＯＦＦにして、ボールカップ５が吸着保持している半田ボール１をボール貯溜トレイ４内に落下させる。段取り換え作業が終了した後は、半田ボール供給装置７から新たに搭載されるボール径や材料の半田ボール１をボール供給路７１を介して供給されたボール貯溜トレイ２４にボールカップ５が移動し、新たな半田ボール１を吸引保持し、搭載動作へ移り、搭載動作を繰り返す。

ボール配列マスク３より除去した半田ボール１を一方のボール貯溜トレイ４（回収するボール径や材料の半田ボール１が貯溜されているトレイ）に落下させた後、他のボール貯溜トレイ２４（新たに搭載する半田ボール１が貯溜されたトレイ）上にボールカップ５を移動させ、新たな異なる径や材料の半田ボール１を吸着保持して、次の搭載動作に移り、搭載動作を繰り返すので、使用者は、段取り換え作業においてボール配列マスク３を交換するのみで良く、装置運用効率を高めることができる。

尚、本実施例ではボールカップ５を除去手段及びボール搭載手段として兼用しているが、該ボールカップ５を除去手段専用とし、これとは別にボール搭載手段を設けることにしても良い。すなわち、除去手段としてのボールカップ５と同じ構造のボールカップをボール搭載手段として用いたり、特開２００６−３１０５９３号公開特許公報に記載されるような導電性ボールを複数貯溜するボール溜まりを配列マスクに沿って移動させるボール搭載手段を用いたりしても良い。勿論、これらは例示であって、この他のボール搭載手段であって、搭載の原理上配列マスク上に導電性ボールが残存するボール搭載手段であれば良い。このように、別にボール搭載手段を設ければ、ボール搭載手段による搭載と残存ボールの回収が略同一工程で行うことができるため、タクトタイムの短縮を図ることができる。

１・・・・・・・・・・・・・半田ボール
２・・・・・・・・・・・・・ウエハ
３・・・・・・・・・・・・・ボール配列マスク
４、４’、２４、２４’・・・・ボール貯溜トレイ
５・・・・・・・・・・・・・ボールカップ
６・・・・・・・・・・・・・ウエハ載置ステージ
７・・・・・・・・・・・・・半田ボール供給装置
１１、１２・・・・・・・・・ベース部材
８、９、１０・・・・・・・・駆動モータ
１３、１４、１５・・・・・・ボールねじ
１８・・・・・・・・・・・・昇降ベース
３１・・・・・・・・・・・・貫通孔
４０・・・・・・・・・・・・ベース
５１・・・・・・・・・・・・開口部
５２・・・・・・・・・・・・ボール吸着体
５３・・・・・・・・・・・・上部空間
５４・・・・・・・・・・・・下部空間
５５・・・・・・・・・・・・吸引通路
５７・・・・・・・・・・・・電磁開閉弁
５８・・・・・・・・・・・・レギュレータ
５９・・・・・・・・・・・・真空源
６０・・・・・・・・・・・・アース
６１・・・・・・・・・・・・バイブレータ
７１・・・・・・・・・・・・ボール供給路

Claims (3)

1. 被搭載物上に所定のパターンで形成されている搭載箇所に合わせて貫通孔が設けられた配列マスクと、
   前記配列マスク上方を移動可能に設けられ、該配列マスク上に導電性ボールを供給するボール搭載手段とを備え、
   前記ボール搭載手段を前記配列マスク上方に位置させ、前記ボール搭載手段が保持する導電性ボールを前記配列マスク上に供給することにより、前記配列マスクの貫通孔を介して被搭載物の搭載箇所に搭載する導電性ボールの搭載装置において、
   前記配列マスク上方を移動可能に設けられ、前記ボール搭載手段により前記配列マスクに供給された導電性ボールのうち、該配列マスク上に残存する導電性ボールを真空源と接続されるケーシングの下面に設けられるボール吸着体に吸着して該配列マスク上から除去する除去手段と、前記配列マスク上方を移動可能とする除去手段の移動手段と、
   該移動手段の移動可能な範囲に導電性ボールを貯溜するボール貯溜手段とを設け、
   前記除去手段を前記ボール貯溜手段上に移動させ、前記除去手段が除去した導電性ボールを落下させることにより該導電性ボールを回収する
   ことを特徴とする導電性ボールの搭載装置。
   
2. 上記除去手段を、
   上記配列マスク上で上記ケーシングと真空源との接続を解除して、上記ボール吸着体に吸着した上記導電性ボールを前記配列マスクに落下させて上記被搭載物上の搭載箇所に導電性ボールを搭載することによりボール搭載手段と兼用した
   ことを特徴とする請求項１記載の導電性ボールの搭載装置。
   
3. 上記ボール搭載手段に対し、上記ボール貯溜手段上で上記ケーシングと真空源を接続することにより、前記ボール搭載手段に導電性ボールを吸着させて導電性ボールを供給することを特徴とする請求項１又は２記載の導電性ボールの搭載装置。

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