JP2017109211A - 流体吐出方法および流体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マスク中の空気を脱気する機構を有し、溶融はんだを利用したはんだバンプ形成装置や接着剤の塗布装置などの流体吐出装置で用いるワーク上に載置して、シリコンウエハに塗布される流体の量を調整するマスクの位置ずれの発生しない、吐出量が安定した流体塗布装置を実現する。
【解決手段】電子部品のワーク１上のマスク６中に流体を塗布するための流体吐出装置であって、マスク内の空気を脱気する吸引口１３と流体を収容可能なタンク１１と吐出ノズル１２からなるヘッド部１０と、流体の塗布対象のワークを保持する基台２とワークを載置するキャリア３と、ヘッド部の進行方向の前後のみをキャリアとワーク上に載置されたマスクを挟んで固定する保持機構４、からなる事を特徴とする流体吐出装置を用いる。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板および半導体等の電子部品のワーク上に溶融はんだや接着剤等の流体を吐出する装置に関する。

電子機器のプリント基板への半導体等の電子部品の実装や半導体等の電子部品の組み立てには、はんだや接着剤が用いられている。
特に、セラミックスなどで形成された電子部品はそのままでははんだ付けできない。そこで、電子部品のワークの表面にメッキ皮膜からなるパッドを設け、該パッドの上にはんだバンプ（こぶ）を形成する。その後、バンプを介したはんだ付けが行われる。

はんだバンプ形成方法として従来多く用いられているのは、はんだペーストを用いる方法である。印刷機やディスペンサではんだペーストをワークのメッキ皮膜上に塗布した後、はんだペーストをリフロー加熱して溶融させ、バンプを形成させる。この方法は、コストが安い。しかしながら、印刷には印刷できる限界があり、微細な回路パターンに対応したバンプは形成できない。

はんだボールを利用したバンプ形成方法もある。電子部品のワーク上に微細なはんだボールを搭載し、これをリフロー加熱することによりバンプを形成させる。この方法は、微細な回路パターンに対応したバンプを形成することができる。しかしながら、はんだボール自体のコストが高いため、全体として高コストとなる。

低コストで微細回路パターンに対応できるバンプを形成する方法として、溶融はんだを吐出してはんだバンプを形成する、所謂、溶融はんだ法が注目されている。溶融はんだ法においては、溶融はんだを収容する容器のノズル開口部から水平方向に走査するようにして複数箇所への溶融はんだの供給を効率よくしたはんだ付着装置が知られている（特願平２−０１５６９８号公報）。
また、作業終了後にノズルヘッドを冷却した後、ノズルヘッドをマスクから持ち上げる機構を有するバンプ形成装置も知られている。（ＷＯ２０１３／０５８２９９A）

特開平２−０１５６９８号公報 ＷＯ２０１３／０５８２９９A

溶融はんだを利用したはんだバンプ形成装置や接着剤の塗布装置などの流体吐出装置では、形成するはんだバンプのサイズに開口したマスクをシリコンウエハ等のワーク上に載置して、シリコンウエハに塗布される流体の量を調整している。ワーク上にレジストを形成して、流体塗布装置のマスクの代替えにする方法もあるが、レジストはエッチング等で浸食されて、幅に比べて高さの精度が出ないために、樹脂製のマスクを使用するのが一般的である。透明のマスクの方が位置合わせが容易などの理由により、ソルダペースト等に用いられるステンレス製のマスクではなく、ポリイミド樹脂などの透明な耐熱性樹脂のフィルムに孔を穿設したものが使用されている。これらのマスクは、粘着剤等を用いてワークに貼り付けるか、図１のようにワークを載置する基台等に４方を固定して用いられている。

流体吐出装置では、マスクを用いて微細な部分の流体の吐出を行う場合は、まずマスクの中の空気を脱気してから、流体の吐出を行うことが行われている。マスクの中の空気を吸引して脱気しないと、空気が邪魔をして流体がマスク中に充填できない。しかし、マスクはポリイミド樹脂などの透明な耐熱性樹脂のフィルムであるため、マスクの中の空気を吸引して脱気するためにマスクを吸引すると、マスクが伸びてしまい、流体吐出の位置ずれが発生すると考えられる。粗いパターンの流体吐出では、マスクの中の空気の脱気はする必要がないが、微細な部分の流体の吐出では必ず必要である。
さらに、吐出時の流体の流動性を保つために、流体吐出時にはワークを加熱するのが一般的であるため、さらに位置ずれが発生し易い。特に３００mmのシリコンウエハ等の大きなサイズでは、位置ずれが問題となっていた。

本発明は、マスク中の空気を脱気する機構を有し、溶融はんだを利用したはんだバンプ形成装置や接着剤の塗布装置などの流体吐出装置で用いるワーク上に載置して、シリコンウエハに塗布される流体の量を調整するマスクの位置ずれの発生しない、吐出量が安定した流体塗布装置を実現するものである。

本発明者らは、流体塗布装置におけるマスクを完全に固定してしまうと、流体吐出時の加熱によりマスクのずれが生じること、マスクを吐出ヘッドの進行方向だけを固定すると、マスクのずれがない、安定した流体の塗布が可能となること見いだし、本発明を完成させた。

本発明は、電子部品のワーク上のマスク中に流体を塗布するための流体吐出装置であって、マスク内の空気を脱気する吸引口と流体を収容可能なタンクと吐出ノズルからなるヘッド部と、流体の塗布対象のワークを保持する基台とワークを載置するキャリアと、ヘッド部の進行方向の前後のみをキャリアとワーク上に載置されたマスクを挟んで固定する保持機構、からなる事を特徴とする流体吐出装置である。

また、本発明は電子部品のワーク上のマスク中に流体を塗布するための流体吐出装置であって、マスク内の空気を脱気する吸引口と流体を収容可能なタンクと吐出ノズルからなるヘッド部と、流体の塗布対象のワークを保持する基台とワークを載置するキャリアと、ヘッド部の進行方向の前後のみをキャリアとワーク上に載置されたマスクを挟んで固定する保持機構、からなる事を特徴とする流体吐出装置を用い、ヘッド部の進行方向の前後のみをキャリアとワーク上に載置されたマスクを挟んで固定する事で、吐出する流体吐出方法である。。

流体吐出装置に本発明のマスク保持機構を用いると、ワーク上に載置されたマスクはヘッド部の進行方向の前後のみが固定されているために、吐出ヘッドがマスク上を接触して移動するときマスクには進行方向だけの応力が働き、それ以外の応力は、空いている進行方向に直交する方角などに開放されるため、熱膨張などによるマスクの位置ずれが発生しない。

本発明は、マスクに２５０℃以上の溶融はんだが接触するはんだバンプの形成であっても、３００mmのシリコンウエハ等の大きなサイズのワークであっても、シリコンウエハに塗布される流体の量を調整するマスクの位置ずれの発生しない、吐出量が安定した流体塗布装置となる。

従来の流体塗布装置のマスクの保持機構を示す概略図である。 本発明にの流体塗布装置のマスクの保持機構を示す概略図である。 本発明による流体塗布装置の一実施形態の構成の移動中の図である。

本願の流体吐出装置は、ヘッド部が長いと吸引によるマスクのゆがみを拾い易く、マスクのずれが生じ易いために好ましくない。ヘッド部が流体の塗布対象のワークの進行方向の幅よりも、１／２以下の幅を有するヘッド部であれば、マスクを脱気するときに発生するマスクの伸びで、マスクが位置ずれを起こす事が少なくなる。より好ましくは、ヘッド部が流体の塗布対象のワークの進行方向の幅よりも、１／２以下の幅のヘッド部が３個つながった３連ノズルを用いて、ワークに一括して流体を塗布する方法が、一番マスクの位置ずれが少なく、安定した流体の塗布を得ることができる。

流体塗布装置のマスクの保持機構を図２及び図３によって説明する。シリコンウエハ等のワーク１は、基台２上のワークのサイズに窪みが付けられたキャリア３の上に載置されており、ワーク１は保持機構４の拡張ステージ５と同一面となるように固定されている。ワーク１と拡張ステージ５の上にマスク６を載置する。保持機構４の押さえ部７は、上部に向かって９０°回転することができる。押さえ部７は、マスクの設置前は、上部に上げておき、マスク６を固定するときに下に降ろして、マスク６を固定する。押さえ部７には、ネジ式の固定部８が設置されており、押さえ部７でマスク６を仮固定した後、固定部８のネジを調整して、マスクを固定する。固定部８は、例えば片側２個設置するなどしてマスクを固定する。本発明の固定部８の数は片側２個に限定されない。
また、必要に応じて基台２にヒーター９など、加熱手段を取り付けることもできる。

次に流体塗布装置のヘッド部１０をマスク６上に移動する。ヘッド部１０は、溶融はんだ等を収容可能な流体タンク１１と下端に設けた吐出ノズル１２を備える。溶融はんだなど温度コントロールが必要な流体に用いるときは、流体タンク１１の腹部にヒーター９を巻き付けるなど、加熱手段を取り付けることもできる。また、ヘッド部１０には、ヘッド下端に設けた吸引口１３を有し、吸引口１３は流体吐出ノズル１２よりも進行方向に向かって先に吸引工程が実施できるように取り付けられており、マスク６の中の空気を吸引する。

次に、図３を用いて本願の動きを説明する。図３に示すように本発明の流体塗布装置は、全体として流体を塗布させるべき電子部品のワーク１に対して接近および離反するように上下方向(Y)に移動可能であるとともに、水平方向(X)にも移動可能である。
吐出ノズル１２は、流体吐出時には、ヘッド部１０がマスク６に接触する位置まで下降する。流体吐出ノズル１２とワーク６との接触状態が維持されたままヘッド部１０は水平に移動する。ヘッド部１０が水平に移動すると、まずヘッド部１０の進行方向に向かって先に吸引工程が実施できるように取り付けられた吸引口１３より、ワーク１上に設置されたマスク６内の空気を吸引する。吸引口１３は、図示しない外部の吸引装置に接続されている。このとき本願は、図１などの従来の４方が固定されている流体塗布装置と異なり、マスク６がヘッド部の進行方向の前後のみで固定されているので、マスク６の中の空気の吸引でマスク６が伸びて、マスク６のずれが生じる事もない。

本願の流体吐出装置は、ヘッド部１０が長いと吸引によるマスクのゆがみを拾い易く、マスク６のずれが生じるため、図では３連のヘッド部１０を持った流体吐出装置とした。本発明では、流体タンク１１内の流体を所望の温度に保つためのヒータ９を備える。ヒータ９は、流体タンク１１の壁部に内蔵されたものとすることができる。ヒータ９は、流体タンク１１内の溶融はんだ等の流体の塗布条件に最適な粘度を保つのに適切な温度に加熱されるよう、管理制御されている。

ヘッド部１０がマスク６上を水平X軸方向に移動して、反対の保持機構４側に到達すれば、流体の吐出は完了である。ヘッド部１０を上方に持ち上げて、マスク６上から取り除く。流体吐出後のワーク１は、保持機構４の押さえ部７を上方に持ち上げて、マスク６を取り除き、その後ワーク１をキャリア３から取り出す。

本発明では、必ず流体を吐出中のヘッド部１０が吸引ノズル１２が設置されている方から先に水平に移動し、ワーク１上のマスク６の開口部の空気を減圧してから、吐出ノズル１２で流体を吐出するように、ヘッド部１０は移動する。図示しない圧力発生源１３から供給された圧力は、ゲート弁１４を介して流体タンク１１内へ圧力を供給する。流体タンク１１内に保持されていた流体は、圧力発生源１３からの圧力を受けて吐出ノズル１２の開口から射出される。ヘッド部１０は、ワーク１のマスク６の上をなぞって、水平に移動して、決められた範囲の流体の塗布を完了する。

ヘッド部１０の吸引口１３から続く吸引管延長管路１５を通して、図示はしないが、流体連通可能な減圧供給手段１６とつながっている。
圧力供給手段１７は、例えば０．０６ないし０．１ＭＰａ（これに限定されない）の圧力の窒素ガスを発生させる圧力発生源１３を有している。圧力発生源１７は、ゲート弁および３方弁を介して流体タンク１１内へ圧力を供給する。流体タンク１１内に保持されていた溶融はんだは、圧力発生源１７からの圧力を受けて吐出ノズル１２の開口から射出される。

減圧供給手段１６は、減圧発生装置であるマイクロエジェクタ１８を有している。減圧発生装置１８は、例えばレギュレータ１７および絞り弁１８を介して、０．４ＭＰａ（これに限定されない）の圧力の窒素ガスを発生させる圧力発生源と連結され、吸引管延長管路１５を介して吸引口１３へ負圧を供給する。

１ ワーク
２ 基台
３ キャリア
４ 保持機構
５ 拡張ステージ
６ マスク
７ 押さえ部
８ 固定部
９ ヒーター
１０ ヘッド部
１１ 流体タンク
１２ 吐出ノズル
１３ 吸引口
１５ 吸引延長管

Claims (5)

1. 電子部品のワーク上のマスク中に流体を塗布するための流体吐出装置であって、マスク内の空気を脱気する吸引口と流体を収容可能なタンクと吐出ノズルからなるヘッド部と、流体の塗布対象のワークを保持する基台とワークを載置するキャリアと、ヘッド部の進行方向の前後のみをキャリアとワーク上に載置されたマスクを挟んで固定する保持機構と、からなる事を特徴とする流体吐出装置。
2. 前記ヘッド部は、流体の塗布対象のワークの進行方向の幅よりも、１／２以下の幅を有するヘッド部であることを特徴とする請求項１に記載の流体吐出装置。
3. 前記ヘッド部が、流体の塗布対象のワークの進行方向の幅よりも、１／２以下の幅を有する３連ヘッド部であることを特徴とする請求項１に記載の流体吐出装置。
4. 前記、ヘッド部及び基台にヒータが設置されていることを特徴とする請求項１に記載の流体吐出装置。
5. 請求項１に記載の流体吐出装置を用い、ヘッド部の進行方向の前後のみをキャリアとワーク上に載置されたマスクを挟んで固定する事で、吐出する流体吐出方法。

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