JP3125138B2 - 球状はんだの搭載装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、球状はんだ、特に
微細な球状はんだを電子部品に搭載する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、電子機器が軽薄短小となってきて
いることから、電子機器に使用される電子部品も小型で
多機能化されてきている。電子部品を多機能化するため
には、部品内部に多数のＩＣを組み込み、このＩＣから
多数のリードを引き出さなければならないことから、外
部にはできるだけ多数のリードの設置が必要となる。こ
の多機能化された電子部品としては、ＱＦＰ、ＳＯＩＣ
のようなものがあり、これらの電子部品は部品本体の両
側面、或いは四側面に多数のリードを設置してある。し
かしながら、ＱＦＰやＳＯＩＣ等は本体の側面にリード
を設置するものであるため、設置数に限りがあり、如何
にリード間隔を狭くしてもリードの設置数は精々２００
本程度であった。

【０００３】そこで今日では、ＱＦＰやＳＯＩＣよりも
リードを多くしてさらに多機能化したＢＧＡ（Ｂａｌｌ
Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚ
ｅＰａｃｋａｇｅ）、フリップチップ等という高機能電
子部品が出現している。ＢＧＡやＣＳＰは基板の上面に
ＩＣが搭載され、基板の裏面に該ＩＣと接続した点状の
リードが格子状位置に設置されたものである。またフリ
ップチップはＩＣの裏面に直接点状のリードが設置され
たものである。ＢＧＡ、ＣＳＰ、フリップチップ等の高
機能電子部品は広面積の部分に点状のリードを設置する
ようにしたため、リードを多数設置することができ、そ
れだけ機能的に優れたものとなっている。

【０００４】この高機能電子部品をプリント基板に実装
するには、高機能電子部品のリードに予めはんだバンプ
を形成しておき、該バンプをプリント基板のマウントに
合わせて載置した後、はんだバンプを溶融させてはんだ
付けする。そのはんだバンプの形成方法は、高機能電子
部品の点状リードにフラックスを塗布し、その上に球状
はんだを載置してからリフロー炉のような加熱装置で加
熱して球状はんだを溶融させる。

【０００５】高機能電子部品への球状はんだの搭載は、
多数の吸着孔が穿設された吸着ヘッドを吸着孔が下向き
となるようにしておき、多数の球状はんだを入れた収納
容器に該吸着ヘッドを近付ける。そして吸着ヘッドをバ
キューム状態、即ち吸着孔から吸い込む状態にしておい
て収納容器内の球状はんだを吸着ヘッドの吸着孔に吸着
させる。

【０００６】このとき吸着ヘッドをバキューム状態にし
ておいただけでは全ての吸着孔に球状はんだが接触する
とは限らないため、単に吸着ヘッドを収納容器内の球状
はんだに近付けても全ての吸着孔に球状はんだを吸着さ
せることはできない。そこで吸着ヘッドを収納容器に近
付けてから、収納容器の底面から気体を吹き出させて球
状はんだを浮き上がらせ、浮き上がった球状はんだを吸
着ヘッドの吸着孔に吸着させたり（浮遊法：特開平７−
３０７３４０号）、収納容器を振動させてランダムに移
動する球状はんだを吸着孔に吸着させたり（振動法：特
開平７‐３０２７９６号）、吸着ヘッドを収納容器に嵌
合させた後に吸着ヘッドと収納容器を一定角度回転させ
て球状はんだを吸着ヘッドの吸着孔の面で転がすことに
より球状はんだを吸着孔に吸着させたり（回転法：特開
平８−２５５９９７号）するものであった。

【０００７】一般にＢＧＡに使用されている球状はんだ
の多くは０．７６mm径が主流であり、またＢＧＡでも少
し小型のものでは０．５ｍｍ径の球状はんだを用いてい
ることもあった。しかしながら、ＣＳＰとなると、球状
はんだは０．３ｍｍ径以下、特に最近の超小型のＣＳＰ
やフリップチップでは０．１５ｍｍ径という非常に微小
となった球状はんだが使用されるようになってきてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ＢＧＡで使用される
０．７６mm径の球状はんだは、浮遊法、振動法、回転法
等で吸着ヘッドに吸着させた後、収納容器と吸着ヘッド
を離したときに、吸着孔以外の箇所に付着していた球状
はんだは自重で収納容器内に落下し、ほとんどが吸着孔
以外の吸着ヘッドには付着しない。しかしながらＣＳＰ
やフリップチップに使用するような０．３mm径以下の球
状はんだは、吸着ヘッドに吸着させた後、収納容器と離
すと、吸着孔以外の箇所に付着したままとなることがあ
った。

【０００９】この原因は、微小な球状はんだが気体で浮
遊させられたり、振動や回転で移動させられたりしたと
きに、球状はんだ同士や球状はんだと収納容器の壁面と
で擦られて静電気を帯びるからであり、この静電気で球
状はんだが吸着ヘッドの吸着孔以外の不要な箇所（以
下、単に不要箇所という）に付着することになる。

【００１０】このように不要箇所に付着したままでＣＳ
Ｐやフリップチップに球状はんだを搭載すると、球状は
んだが過剰搭載となってしまい、搭載後リフロー炉で加
熱して球状はんだを溶融させたときに、一つのバンプ形
成箇所に二つの球状はんだが融合して過大なバンプとな
ってしまったり、或は隣接したバンプ同士が一体となっ
てブリッジを形成したりするという不良を発生させてし
まう。

【００１１】本発明は、静電気で不要箇所に付着した球
状はんだだけを完全に除去して過剰搭載を決して起こさ
ないという球状はんだの搭載装置を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】静電気で吸着ヘッドに付
着した微小な球状はんだを除去する手段としては、ブラ
シで吸着ヘッドを掃引したり、吸着ヘッドに衝撃を与え
たり、或は吸着ヘッドに気体を吹き付けたりすることが
考えられる。

【００１３】ブラシでの掃引手段は、ブラシの毛が強か
ったり、毛先が吸着ヘッドに深く当たったりすると吸着
孔に吸着された必要な球状はんだまで除去してしまうこ
とになる。従って、掃引手段はブラシの毛の選択や吸着
ヘッドへの当たり具合の調整が非常に難しいという問題
がある。

【００１４】吸着ヘッドへの衝撃手段は、或る程度不要
箇所に付着した球状はんだの除去には効果があるもの
の、衝撃の強さや衝撃を与える箇所により除去状態が変
わるため、吸着孔の吸引力、球状はんだの大きさ、球状
はんだの搭載個数等によってそれらを随時変更しなけれ
ばならないという手間がかかるものである。

【００１５】気体の吹き付け手段は、球状はんだの大き
さによって吹き出し強さを調節するだけで不要箇所の球
状はんだを除去できるものであり、他の手段に比べて調
整ファクターが少ないため、調整が容易である。しかし
ながら、単に気体を吸着ヘッドの吸着面に当てただけで
は不要箇所に付着した球状はんだを完全に除去すること
はできない。

【００１６】そこで本発明者は、調整が容易で不要箇所
に付着した球状はんだの除去に最も効果のある気体吹き
付け手段を用いて、不要箇所に付着した球状はんだを完
全に除去することについて鋭意研究を重ねて本発明を完
成させた。

【００１７】本発明は、多数の吸着孔を穿設した吸着ヘ
ッドが吸着面を下向きにして設置されており、該吸着ヘ
ッドの上方に衝撃装置が設置されているとともに、吸着
ヘッドの下方には列状となった噴出ノズルが設置されて
いて、該噴出ノズルは気体噴出方向が吸着面に対して３
〜６０度傾斜しており、しかも噴出ノズルまたは吸着ヘ
ッドが吸着ヘッドの吸着面全域に噴出ノズルからの気体
を当てることができるように移動可能となっていること
を特徴とする球状はんだの搭載装置である。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明では、吸着面に気体を吹き
付けるときに、気体が吸着面に対し傾斜した状態で当た
るようにしなければならない。これは吸着面に対して直
角に気体を吹き付けると、気体があたかも球状はんだを
下方から持ち上げるようになるため、球状はんだがさら
に吸着面に付着するようになって不要箇所に付着した球
状はんだを除去できないからである。気体が吸着面に当
たる傾斜角度としては、垂直方向から測って３度以上、
６０度以下が望ましい。

【００１９】また本発明で吸着ヘッドに吹き付ける気体
としては空気でもよいが、窒素、アルゴン、ヘリウムの
ような不活性ガスを用いた方が球状はんだの品質安定に
効果がある。つまり球状はんだを吸着ヘッドに吸着させ
るときに容易に吸着孔に吸着されず、何度も不要箇所に
付着するような球状はんだは、空気に当たる回数が多く
なるため、球状はんだの表面が空気により酸化してしま
い、これが電子部品に搭載された後のリフロー時にはん
だ付け不良の原因となることがあるからである。

【００２０】本発明では、不要箇所に付着した球状はん
だの除去を気体の吹き付けだけでも行えるものである
が、吸着ヘッドへの衝撃手段を併用すると、さらに除去
が確実に行えるようになる。これは一箇所に大量に球状
はんだが付着した場合、噴出する気体で大量の球状はん
だが吹き飛ばされると、その量と勢いで吸着孔に吸着さ
れていた球状はんだまで一緒に飛ばされることが懸念さ
れるからである。そのため、吸着ヘッドに衝撃を与え
て、この大量に付着した球状はんだを吸着ヘッドへの衝
撃で予め除去しておき、その後に気体を吹き付けて不要
箇所に付着した球状はんだを除去するようにすると必要
な球状はんだを残して不要箇所に付着した球状はんだだ
けを除去できる。

【００２１】前述のように、０．７６mm径のＢＧＡ用球
状はんだは、不要箇所に付着した場合、ほとんどが自重
で落下するが、０．７６mm径の球状はんだでも静電気の
帯電量が多くて自重で落下しないようなものに対しても
本発明は対応できる。しかしながら、静電気の帯電で不
要箇所に付着しやすいのは０．３mm以下の球状はんだが
多く、本発明は、この０．３mm径以下の球状はんだに対
して最も優れた効果を発揮するものである。

【００２２】本発明の球状はんだの搭載装置は、噴出ノ
ズルが列状にしたものを使用するが、この列状とは多数
の孔の噴出ノズルを直線状に並べたものや、或は細長い
スリット状の噴出ノズルである。噴出ノズルにスリット
を使用した場合、スリットは吸着ヘッド全域に吹き付け
ることができるためデッドゾーンの心配はない。

【００２３】多数の孔の噴出ノズルを直線状に並べた噴
出ノズルは、一つの噴出ノズルと隣接した噴出ノズル間
では、気体が吸着ヘッドに対して当たらないという所謂
デッドゾーンできる。そこで多数の孔の噴出ノズルを使
用する場合は、吸着ノズル自体を進行方向に対して横方
に往復動させるように進行させてデッドゾーンができな
いようにする。

【００２４】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明を説明する。図
１は本発明の球状はんだの搭載装置の斜視図、図２は同
正面断面図である。

【００２５】吸着ヘッド１は、内部が空洞となった箱状
である。吸着ヘッド１の側面には内部と通じた吸引プラ
グ２が設置されており、該吸引プラグは図示しない吸引
装置とパイプで接続されている。また吸着ヘッドの下部
は電子部品のバンプ形成箇所と一致した箇所に複数の吸
着孔３・・・が穿設された吸着面４となっている。吸着
ヘッド１の上部には透明な強化ガラス５が内部を密封し
た状態で嵌め込まれている、上部を透明な強化ガラスに
したのは、吸着孔での球状はんだの吸着状態を検知する
ためである。即ち、球状はんだを吸着孔で吸着した後、
吸着ヘッドの上方からレーザー光やハロゲン光を照射
し、吸着ヘッドの下方に設置された受光装置でその光を
受光する。このとき吸着孔の一つにでも球状はんだが吸
着されていない場合は、その吸着孔を光が通過して下方
の受光装置が受光する。そして、その未吸着を警報で知
らせたり、或は再度吸着工程を行わせたりする。

【００２６】噴出装置６は、上部が開放された箱状とな
っており、下部は深い回収部７と浅い噴出部８の二段底
となっている。噴出部８には直線状に並んだ複数の噴出
ノズル９・・・が穿設されている。噴出ノズル９の噴出
方向は、図２に示すように垂直線に対して噴出装置の進
行方向に向くように傾斜している。この傾斜角度（α）
は垂直線に対して３〜６０度であり、好ましくは５〜１
５度である。噴出ノズル９は噴出装置６の内部にあけら
れた流動路１０に連通しており、該流動路には外部の流
入プラグ１１が接続されている。流入プラグは図示しな
い気体圧送装置とパイプで接続されている。

【００２７】噴出装置６の噴出部８の後方には防風壁１
２が立設されている。この防風壁は、吸着ヘッドの不要
箇所に付着した球状はんだが噴出ノズルで吹き飛ばされ
たときに、回収部７で後方に跳ねたり他の球状はんだに
当たって後方に飛ばされたりしたものをここで防ごうと
するものである。

【００２８】噴出装置６は吸着ヘッド１の下方を進行
し、噴出ノズル９から噴出された気体が吸着面４の一端
から他端まで順次当たるようにしてある。しかしなが
ら、噴出装置６に穿設された噴出ノズル９は孔状である
ため、隣接した噴出ノズル間では気体が吹き届かないデ
ッドゾーンができてしまう。そこで穴状の噴出ノズルを
使用する場合は、噴出装置６を進行方向だけでなく、図
１の矢印Ａのように該進行方向に対して直角方向に往復
動させながら進行させると噴出装置はジグザクに移動す
るためデッドゾーンのない噴出が行える。なお、本発明
の実施例では、噴出装置を吸着ヘッドの下方へ移動させ
るようにしたもので示したが、噴出装置を固定し、吸着
ヘッドを噴出装置の上方へ移動させてもよい。

【００２９】また吸着ヘッド１には衝撃装置１３が設置
されている。衝撃装置１３は矢印Ｘ方向に上下動して吸
着ヘッドに衝撃を与えるものである。

【００３０】次に上記球状はんだの搭載装置を用いた球
状はんだの搭載方法について説明する。

【００３１】図示しない浮遊法、振動法、回転法等を採
用した装置を用いて吸着ヘッド１の吸着面４に球状はん
だを吸着させる。このとき静電気を帯びた球状はんだＨ
は吸着面４の不要箇所に付着している。吸着面４に球状
はんだを吸着させた後、先ず衝撃装置１３で吸着ヘッド
に衝撃を与え、大量に付着した球状はんだを除去してお
く。このとき吸着ヘッドへの衝撃だけでは不要箇所に付
着した全ての球状はんだが除去されない。

【００３２】その後、噴出装置６を矢印Ａのように吸着
ヘッド１の下方へ移動させる。この噴出装置６では流入
プラグ１１に図示しない気体圧送装置から気体が送られ
てきており、噴出ノズル９・・・からは、気体が噴出し
た状態となっている。噴出ノズル９は垂直線に対して傾
斜して穿設されているため、吸着面４には斜め下方から
気体が当たるようになる。そのため吸着面４の吸着孔３
以外の箇所に付着していた球状はんだＨは噴出気体で容
易に吹き飛ばされるようになる。吹き飛ばされた球状は
んだは、噴出装置６の回収部７に落下し、ここに集めら
れる。

【００３３】吸着面４の不要箇所に付着した球状はんだ
は、静電気で付着しているため、付着力は弱く噴出気体
で簡単に吹き飛ばされるが、吸着孔３に吸着された球状
はんだは気体の噴出力ぐらいでは吹き飛ばされない。そ
れ故、噴出装置で気体を吹き付けられた吸着ヘッドは、
吸着面の不要箇所に付着した球状はんだが完全に除去さ
れ、吸着孔に吸着された球状はんだだけが残るようにな
る。

【００３４】このようにして不要箇所に付着した球状は
んだが除去された吸着ヘッドは上方から図示しない発光
装置で光を照射する。吸着ヘッドの上方から照射された
光は、吸着ヘッド１の透明な強化ガラス５を通過し、上
方から各吸着孔３に侵入する。このとき吸着孔に球状は
んだが吸着されていないところでは、光が吸着孔を通過
し、下方に設置された図示しない受光装置に到達する。
光を受けた受光装置では、吸着ヘッドに未吸着のあるこ
とを検知し、警報を出したり、或は再度吸着工程をやり
直したりする指令を出す。

【００３５】不要箇所に球状はんだの付着がなく、全て
の吸着孔に球状はんだが吸着された吸着ヘッドは、電子
部品に移動し、フラックスが塗布された電子部品のバン
プ形成箇所に球状はんだを搭載する。そして球状はんだ
が搭載された電子部品はリフロー炉のような加熱装置で
加熱され、球状はんだが溶融してバンプを形成する。

【００３６】本発明では、０．１５mm径の球状はんだを
２２５のバンプ形成箇所を有するＣＳＰに対して搭載を
行ったところ、球状はんだの過剰搭載や未搭載が皆無で
あった。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
静電気で容易に吸着面に付着する微小な球状はんだを不
要箇所から完全に除去することができるため、過剰搭載
による過大なバンプやブリッジ等の不良がなくなり、信
頼ある接合ができるという従来の搭載方法や装置では得
られない優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の球状はんだの搭載装置の斜視図

【図２】本発明の球状はんだの搭載装置の正面図

【符号の説明】

１ 吸着ヘッド ２ 吸引プラグ ３ 吸着孔 ４ 吸着面 ５ 強化ガラス ６ 噴出装置 ７ 回収部 ８ 噴出部 ９ 噴出ノズル １０ 流動路 １１ 流入プラグ １２ 防風壁 １３ 衝撃装置

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多数の吸着孔を穿設した吸着ヘッドが吸着
   面を下向きにして設置されており、該吸着ヘッドの上方
   に衝撃装置が設置されているとともに、吸着ヘッドの下
   方には列状となった噴出ノズルが設置されていて、該噴
   出ノズルは気体噴出方向が吸着面に対して３〜６０度傾
   斜しており、しかも噴出ノズルまたは吸着ヘッドが吸着
   ヘッドの吸着面全域に噴出ノズルからの気体を当てるこ
   とができるように移動可能となっていることを特徴とす
   る球状はんだの搭載装置。
2. 【請求項２】前記噴出ノズルは、多数の噴出孔を直線状
   に並列したものであることを特徴とする請求項１記載の
   球状はんだの搭載装置。
3. 【請求項３】前記噴出ノズルは、スリットであることを
   特徴とする請求項１記載の球状はんだの搭載装置。