JP3104572B2 - 半田ボールの搭載方法 - Google Patents

半田ボールの搭載方法

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JP3104572B2
JP3104572B2 JP07112895A JP11289595A JP3104572B2 JP 3104572 B2 JP3104572 B2 JP 3104572B2 JP 07112895 A JP07112895 A JP 07112895A JP 11289595 A JP11289595 A JP 11289595A JP 3104572 B2 JP3104572 B2 JP 3104572B2
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3457Solder materials or compositions; Methods of application thereof
    • H05K3/3478Applying solder preforms; Transferring prefabricated solder patterns

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  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、バンプを形成するため
の半田ボールをワークの電極に搭載するための半田ボー
ルの搭載方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】基板や半導体チップなどのワークの電極
にバンプ(突出電極)を形成するために、バンプの材料
である半田ボールをワークの電極に搭載することが行な
われる。以下、従来の半田ボールの搭載方法について説
明する。
【0003】図4は従来の半田ボールの搭載装置のヘッ
ドと基板の正面図である。1は半田ボールであり、ヘッ
ド2の下面に多数形成された吸着孔2aに真空吸着され
ている。3は基板であり、その上面には電極4が形成さ
れている。図4は、半田ボールの供給部に備えられた半
田ボール1をヘッド2が吸着孔2aに真空吸着してピッ
クアップし、基板3の上方へ移動して、半田ボール1を
基板3の電極4に搭載する直前の状態を示している。
【0004】ヘッドにはブロア装置(図示せず)が接続
されており、ブロア装置が作動することにより半田ボー
ル1を真空吸着し、またブロア装置が逆方向に作動して
ガスを吹き出すことにより、半田ボール1をヘッド2の
吸着孔2aから強制落下させるようになっている。
【0005】半田ボールの搭載装置はヘッド2を上下動
させるための上下機構を備えており、半田ボール1を電
極4に搭載するときは、ヘッド2を下降させて半田ボー
ル1を電極4に接近させるようになっている。この場
合、ヘッド2の下降量が過大であると、半田ボール1は
電極4に強く押し付けられて半田ボール1は吸着孔2a
にはまり込んでしまい、上述のようにエアを吹き出して
も半田ボール1は吸着孔2aから落下して電極4上に搭
載されないことになってしまう。したがって半田ボール
1と電極4の間にギャップGを確保するようにヘッド2
の高さを調整しなければならない。
【0006】図5(a)(b)は従来の基板の正面図で
あって、図4に示す従来の半田ボールの搭載装置により
基板の電極に搭載された半田ボールを示すものである。
図5(a)は搭載直後(リフロー前)を示しており、ま
た図5(b)はバンプ形成後(リフロー後)を示してい
る。図中、5はレジスト、6はフラックスである。図5
(a)において、左側の半田ボール1は電極4の中央に
正しく位置している。また中央の半田ボール1はその左
半部が電極4上に位置し、右半部は電極4から若干位置
ずれしてレジスト5上に位置している。また右側の半田
ボール1は大きく位置ずれし、電極4から完全にはずれ
てレジスト5上に位置している。
【0007】図5(a)に示す基板はリフローの加熱炉
へ送られ、そこで基板3が加熱されることにより半田ボ
ール1は溶融し、続いて溶融した半田ボール1を冷却し
て固化させることにより、図5(b)に示すようにバン
プ1が生成する。ここで、左側の半田ボール1は電極4
上で溶融固化してバンプ1を生成している。また中央の
半田ボール1はこれが溶融するにつれてヌレ性のよい電
極4側へ吸い寄せられ(矢印N参照)、最終的には電極
4上に正しくバンプ1が生成される。ところが右側の半
田ボール1は電極4から大きく位置ずれしてレジスト5
上に位置しているため、これが溶融しても電極4上へは
吸い寄せられず、レジスト5上にバンプ1が生成されて
しまう。
【0008】本発明者の実験によれば、半田ボール1の
中心Oの位置ずれ量が電極4の幅Rの1/2以上である
と、溶融した半田ボール1は電極4上に吸い寄せられ
ず、図5(b)の右側に示すようにレジスト5上でバン
プ1が生成されてしまう。また図4において、ヘッド2
が半田ボール1を落下させるときの半田ボール1と基板
3のギャップ(半田ボール1の落下距離)Gが大きすぎ
ると、電極4上に落下した半田ボール1の位置ずれも大
きくなる。すなわち、電極上にバンプを正しく生成する
ためには、バンプの位置ずれと落下距離をできるだけ小
さくすることが望ましい。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は上記事
情を勘案し、ワークの電極上に落下した半田ボールの位
置ずれを極力小さくして、ワークの電極上にバンプを確
実に生成できる半田ボールの搭載方法を提供することを
目的とする。また半田ボールの落下距離を極力小さくす
るためのヘッドの高さ制御を行える半田ボールの搭載方
法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】このために本発明は、半
田ボールをヘッドの下面に形成された断面テーパ状の吸
着孔に真空吸着し、ワークの電極に落下させて搭載する
半田ボールの搭載方法であって、電極の幅をR、吸着孔
のテーパ面の傾斜角をθ、半田ボールの落下距離をxと
したときに、xtanθ≦R/2となるようにヘッドの
高さを制御するようにした。
【0011】また落下距離と半田ボールの直径からヘッ
ドの高さを決定し、この決定された高さから半田ボール
をワークの電極に落下させて搭載するようにした。
【0012】
【作用】上記構成によれば、ワークの電極に落下した半
田ボールの位置ずれの最大値を、半田ボールが溶融した
際に電極に吸い寄せられる範囲内に抑えて、電極上に確
実にバンプを生成することができる。また半田ボールの
落下距離が極力小さくなるようにヘッドの高さを制御し
て、ワークの電極に落下した半田ボールの位置ずれを極
力小さくすることができる。
【0013】
【実施例】次に、本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら説明する。図1は本発明の一実施例の半田ボールの搭
載装置の正面図、図2は同ヘッドの吸着孔の部分拡大断
面図、図3は同半田ボールの落下距離の解析図である。
【0014】図1において、基台11上には、以下のよ
うな構成の位置決めテーブルAが設けられている。12
はYモータ13により駆動されるYテーブル、14はX
モータ15により駆動されるXテーブル、16はXテー
ブル14上に設けられ基板3を保持するホルダである。
即ちXモータ15、Yモータ13を作動することによ
り、基板3が所定位置に位置決めされる。
【0015】また位置決めテーブルAの横には、以下の
ような構成のボール溜りBが配設されている。18は上
部が開口され、内部に複数の半田ボール1を収納するボ
ールケースであり、ボールケース18の下面には半田ボ
ール1よりも小径の通気孔18aが開けられている。2
0はボールケース18を外側から囲み、内部空間Sが通
気孔18aに連通する外筒である、外筒20の内部空間
Sの下部には、以下のような構成の吹上手段Dが接続さ
れている。22は不活性ガス(例えばN2ガス)又は乾
燥空気を吹出すブロア、21はブロア22が吹出すガス
の通路を開閉するバルブである。
【0016】ここでブロア22を作動しバルブ21を開
くと、内部空間S、通気孔18aを介してガスが半田ボ
ール1の層を通過して上方へ放出される。本実施例で
は、吹上手段Dを設けたので、半田ボール1の層へガス
を送り込むことにより、半田ボール1を浮遊させた状態
を生成し、半田ボール1同士が凝集しないようにするこ
とができる。即ち、半田ボール1を複数の半田ボール1
からなる塊としてでなく1個1個分離した状態で取扱う
ことができ、ヘッドの吸着孔に1対1に対応させ易くな
っている。なお半田ボールを浮遊させる方法としては、
半田ボールを収納する容器を振動させてもよい。この場
合、容器の底部に圧電素子より構成される振動子(振動
付加手段)を取り付けるとよい。
【0017】26はヘッドであり、図2に示すようにそ
の下面には半田ボール1を真空吸着する吸着孔27がマ
トリクス状に多数個開孔されている。30はヘッド26
を保持するブロックである。ヘッド26はブロア装置2
4に配管25を介して接続されている。
【0018】Cはヘッド26をボール溜りBと基板3と
の間を往復移動させる移動手段である。このうち、31
はY方向に延びる支持フレーム、32は支持フレーム3
1に軸架される送りねじ、33は送りねじ32を回転さ
せるYモータである。34は図示していないが裏面に送
りねじ32に螺合するナット部を備えた移動板、35は
移動板34に設けられた垂直なガイドレールであり、上
記ブロック30がガイドレール35にスライド自在に係
合している。36は移動板34に軸支された垂直な送り
ねじ、37は送りねじ36を回転させるZモータ、38
は送りねじ36に螺合し、かつブロック30に固定され
た送りナット部である。即ち、Zモータ37を駆動する
ことにより、ヘッド26を昇降させることができ、Yモ
ータ33を駆動することにより、ヘッド26を図1にお
いて左右方向に移動させることができる。
【0019】29はヘッド26の移動路の下方に設けら
れた高さ測定素子としてのセンサであり、下方からヘッ
ド26の下面の高さを光学的に測定する。図2におい
て、吸着孔27は断面テーパ状であって、半田ボール1
はそのテーパ面aに密接して真空吸着される。
【0020】この半田ボールの搭載装置は上記のように
構成されており、次に動作を説明する。図1において、
ヘッド26はボール溜りBの上方に位置し、そこでZモ
ータ37が正逆駆動をすることにより、ヘッド26は下
降・上昇動作を行って、その下面の吸着孔27に半田ボ
ール1を真空吸着してピックアップする。このとき、通
気孔18aからガスを吹き上げることにより、半田ボー
ル1を浮遊・流動化させて、各々の吸着孔27に半田ボ
ール1を確実に真空吸着させる。
【0021】次にYモータ33が正駆動することによ
り、ヘッド26は基板3の上方へ移動する。その途中に
おいて、センサ29によりヘッド26の下面の高さが測
定され、そのデータはコンピュータ(図外)のメモリに
登録される。ヘッド26を基板3の上方に位置させた状
態で、Zモータ37を正駆動してヘッド26を所定の高
さまで下降させ、そこで真空吸着状態を解除し、更に望
ましくはブロア装置24を逆駆動して吸着孔27からガ
スを吹き出すことにより、半田ボール1を吸着孔27か
ら強制落下させて、半田ボール1を基板3の電極4上に
搭載する。次いでヘッド26は上昇し、またYモータ3
3が逆駆動することにより、ヘッド26はボール溜りB
の上方へ移動し、上述した動作が繰り返される。なお、
電極4上には、予めフラックスが塗布されている。
【0022】次に、図3を参照して、半田ボールの落下
距離について説明する。なお図3は、ヘッド26が下降
して、半田ボール1を落下させるときの位置関係を示し
ている。図中、dは半田ボール1の直径、Rは電極4の
幅(電極4が円形の場合はその直径、円形ではない場合
は最小幅)、θはテーパ面aの傾斜角、Oは半田ボール
1の中心、Kは半田ボール1の中心を通る鉛直線とテー
パ面aの傾斜線の交点、Tはヘッド26の下面と半田ボ
ール1の下端部Eの距離、bは半田ボール1の下端部E
からテーパ面aと平行に延長した線であり、その傾斜角
はθである。またxは半田ボール1の落下距離、yは交
点Kから半田ボール1の下端部Eまでの距離である。
【0023】従来の技術の項において、図5を参照して
説明したように、半田ボール1の中心Oの位置ずれ量
は、電極4の幅Rの1/2以下でなければならない。こ
こで、半田ボール1に最大の位置ずれを生じるのは、半
田ボール1がテーパ面aに沿って斜方向に落下した場合
である。この場合、半田ボール1の下端部Eの落下軌跡
は線bになる。したがって半田ボール1の最大位置ずれ
量はxtanθであり、これがR/2よりも小さければ
よいことになる。したがってxtanθ≦R/2を満足
する高さまでヘッド26を下降させたうえで、半田ボー
ル1の真空吸着状態で除去し、望ましくは吸着孔27か
らガスを吹き出して、半田ボール1を落下させれば、半
田ボール1は電極4上に正しくバンプを生成し得る位置
ずれ量の範囲内で電極4上に搭載される。
【0024】また図3から明らかなように、交点Kの高
さがx+yとなるように、ヘッド26の高さを制御すれ
ばよい。ここで、y=(d/2)・(1/sinθ)+
(d/2)である。ヘッド26の下面cから交点Kまで
の距離Lは設計上既知である。したがって上記センサ2
9でヘッド26の下面cの高さを測定し、交点Kの高さ
がx+yとなるようにヘッド26の高さを制御して、半
田ボール1を電極4上に落下させる。よってオペレータ
はコンピュータにR,θ,dを入力すれば、コンピュー
タはx+y(ヘッド26が真空吸着を解除して半田ボー
ル1を電極4へ落下させるときの高さ)を演算し、Zモ
ータ37の回転量によるヘッド26の高さを制御する。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、ワークの電極に落下し
た半田ボールの位置ずれの最大値を、半田ボールが溶融
した際に電極に吸い寄せられる範囲内に抑えて、電極上
に確実にバンプを生成することができる。また半田ボー
ルの落下距離が極力小さくなるようにヘッドの高さを制
御して、ワークの電極に落下した半田ボールの位置ずれ
を極力小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の半田ボールの搭載装置の正
面図
【図2】本発明の一実施例の半田ボールの搭載装置のヘ
ッドの吸着孔の部分拡大断面図
【図3】本発明の一実施例の半田ボールの搭載装置の半
田ボールの落下距離の解析図
【図4】従来の半田ボールの搭載装置のヘッドと基板の
正面図
【図5】(a)従来の基板の正面図 (b)従来の基板の正面図
【符号の説明】
1 半田ボール 3 基板 4 電極 26 ヘッド 27 吸着孔
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05K 3/34 B23K 3/06 H01L 21/92

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半田ボールをヘッドの下面に形成された断
    面テーパ状の吸着孔に真空吸着し、ワークの電極に落下
    させて搭載する半田ボールの搭載方法であって、前記電
    極の幅をR、前記吸着孔のテーパ面の傾斜角をθ、前記
    半田ボールの落下距離をxとしたときに、xtanθ≦
    R/2となるように前記ヘッドの高さを制御することを
    特徴とする半田ボールの搭載方法。
  2. 【請求項2】前記落下距離と前記半田ボールの直径から
    前記ヘッドの高さを決定し、この決定された高さから前
    記半田ボールを前記ワークの電極に落下させて搭載する
    ことを特徴とする請求項1記載の半田ボールの搭載方
    法。
JP07112895A 1995-05-11 1995-05-11 半田ボールの搭載方法 Expired - Lifetime JP3104572B2 (ja)

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