JP3149680B2 - 半田ボールのボンディング装置およびボンディング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、チップや基板などのワ
ークの表面に、バンプとなる半田ボールをボンディング
する半田ボールのボンディング装置およびボンディング
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】チップや基板の表面に半田ボールをボン
ディングし、次いで半田ボールを加熱して溶融固化させ
てバンプ（突出電極）を形成することが知られている。
図９は従来の半田ボールのボンディング装置の側面図で
ある。バンプの素材である半田ボール１が容器２に貯溜
されている。３は吸着ヘッドであって、昇降手段（図示
せず）に駆動されて昇降動作を行うことにより、その下
面に開孔された吸着孔に半田ボール１を真空吸着し、往
復移動手段（図示せず）に駆動されて水平移動すること
により、クランパ４４でクランプして位置決めされた基
板４５などのワークの上方へ移動し、そこで再度昇降動
作を行うことにより、半田ボール１を基板の所定位置に
ボンディングするようになっている。

【０００３】吸着ヘッド３の下面には吸着孔が多数開孔
されており、すべての吸着孔に半田ボール１を真空吸着
し、基板４５にボンディングしなければならない。そこ
で従来は、吸着ヘッド３の移動路の下方にカメラ７を設
置し、カメラ７により吸着ヘッド３の下面を観察して、
すべての吸着孔に半田ボール１が真空吸着されているか
どうかを画像処理により判定し、ＯＫであればそのまま
吸着ヘッド３は基板４５の上方へ移動して半田ボール１
を基板４５にボンディングしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
手段では、カメラ７の画像のちらつきやノイズなどのた
めに誤判定しやすいという問題点があた。また半田ボー
ル１はきわめて多数個（一般に数１０個以上）真空吸着
される場合が多く、このためすべての吸着孔について半
田ボール１が真空吸着されているかどうかを検査するた
めにかなりの時間を要し、作業能率があがらないという
問題点があった。

【０００５】また検査結果がＮＧの場合には、吸着ヘッ
ド３を容器２の上方へ復帰させ、そこで再度昇降動作を
行わせて、真空吸着ミスをした吸着孔に半田ボール１を
真空吸着させねばならないため、多大なロスタイムが生
じてしまい、益々作業能率があがらないものであった。
更には、カメラ７の設置スペースが必要なため、ボンデ
ィング装置全体が大型化し、また吸着ヘッド３は基板４
５の上方へ移動する前に、カメラ７の上方へ移動させね
ばならないため、吸着ヘッド３の移動ストロークはそれ
だけ長くなり、タクトタイムが長くなって作業能率があ
がらないものであった。

【０００６】また吸着ヘッドがピックアップした半田ボ
ールは、必ずしもそのすべてがワークに移載されるもの
とは限らず、移載ミスによって吸着ヘッドの吸着孔に残
存付着したままになる半田ボールも生じるが、その場
合、ワークは半田ボールが欠落した不良品となる。とこ
ろが従来、このような移載ミスを自動検出する手段はな
かったため、移載ミスにともなうトラブルや、ワークの
不良品が発生しやすいものであった。

【０００７】そこで本発明は上記従来の問題点を解消
し、運転の信頼性の高い半田ボールのボンディング装置
およびボンディング方法を提供することを目的とする。
詳しくは、吸着ヘッドが半田ボールのピックアップミス
をしたかどうかを的確に判定できる手段を備えた半田ボ
ールのボンディング装置およびボンディング方法を提供
することを目的とする。また吸着ヘッドがピックアップ
した半田ボールをワークにすべて移載ミスなくボンディ
ングしたかどうかを簡単に判定できる半田ボールのボン
ディング装置およびボンディング方法を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このために本発明は、吸
着ヘッドの下面に複数開孔された吸着孔に真空吸着され
た半田ボールにより導通する電極を吸着孔に設けるとと
もに、この電極の導通・不導通を検出する検出手段とを
設けたものである。

【０００９】

【作用】上記構成によれば、吸着ヘッドがすべての吸着
孔に半田ボールを真空吸着したか否かを迅速に検出で
き、ピックアップミスがないことを確認したうえで基板
などのワークへ向って移動できるので、ロスタイムを無
くし、高速度で作業性よく半田ボールのワークに対する
ボンディングを行うことができる。また吸着ヘッドが真
空吸着した半田ボールを、すべてワークに移載してボン
ディングしたか否かも簡単に判定できる。

【００１０】

【実施例】次に、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図１は本発明の第一実施例の半田ボールのボ
ンディング装置の側面図、図２は同半田ボールのボンデ
ィング装置に備えられた吸着ヘッドの底部に配線された
電気回路図、図３は同吸着ヘッドの吸着孔付近の部分拡
大断面図である。

【００１１】図１において、１１は半田ボールの供給部
としての容器であり、半田ボール１が貯溜されている。
１２は基台であって、弾性支持部１３により容器１１を
側方と下方から揺動自在に弾持している。１４は超音波
振動手段としての圧電素子などの振動子であって、容器
１１の下面に装着されている。この振動子１４は高周波
電圧が印加されると超音波振動し、容器１１も超音波振
動して、これに貯溜された半田ボール１は流動化する。
この高周波電圧の大きさを調整することにより、容器１
１の超音波振動の大きさを調整できる。

【００１２】１５は半田ボールの供給装置であって、パ
イプ１６を通して半田ボール１を容器１１に供給する。
容器１１には光学センサ４７などの半田ボール１の残量
検出センサが設けられており、容器１１内の半田ボール
１の残量が少なくなったことが検出されたならば、半田
ボール１を供給する。１７は供給装置１５の台部であ
る。

【００１３】吸着ヘッド３の下面には、半田ボール１の
吸着孔４がマトリスク状に多数開孔されている（図２も
参照）。この吸着ヘッド３は、支軸１８、チューブ１９
などを介してバキューム装置２０に接続されており、バ
キューム装置２０が駆動することにより半田ボール１を
吸着孔４に真空吸着し、また真空吸着状態を解除する。
５３はチューブ１９の吸引路を開閉するバルブ、５５は
真空圧を検出する圧力センサである。

【００１４】２１は吸着ヘッド３の保持ブロックであっ
て、吸着ヘッド３の支軸１８はこの保持ブロック２１に
保持されている。２２は可動ブロックであって、その前
面にはガイドレール２３が２本垂直に配設されており、
保持ブロック２１はこのガイドレール２３に昇降自在に
装着されている。保持ブロック２１の側部にはナット２
４が設けられており、ナット２４には垂直な送りねじ２
５が螺入されている。可動ブロック２２に設けられたモ
ータ２６に駆動されて送りねじ２５が回転すると、保持
ブロック２１や吸着ヘッド３は昇降動作を行う。すなわ
ちナット２４、送りねじ２５、モータ２６は吸着ヘッド
３に昇降動作を行わせる昇降手段となっている。

【００１５】３０は移動テーブルであって、可動ブロッ
ク２２はこの移動テーブル３０に横方向にスライド自在
に装着されている。移動テーブル３０の側部にはモータ
３１が取り付けられており、このモータ３１が駆動する
と、移動テーブル３０に内蔵された送りねじ３２が回転
し、可動ブロック２２は送りねじ３２に沿って横方向に
往復移動する。すなわちこの移動テーブル３０は、吸着
ヘッド３の往復移動手段となっている。

【００１６】４０は位置決め部であって、底台４１と、
Ｘテーブル４２と、Ｙテーブル４３を段積して構成され
ている。Ｙテーブル４３上にはクランパ４４が設けられ
ており、基板４５を左右からクランプして位置決めす
る。吸着ヘッド３は、移動テーブル３０により、容器１
１と位置決め部４０の間を往復移動する。

【００１７】次に図２および図３を参照しながら、吸着
孔４に真空吸着された半田ボール１の検出手段について
説明する。すべての吸着孔４の縁部には、それぞれ２個
の電極７０ａが設けられている。吸着孔４が半田ボール
１を真空吸着すれば、電極７０ａ，７０ａは半田ボール
１に接触して電気的に導通し、また半田ボール１を真空
吸着していなければ電気的に不導通である。本発明の第
一実施例では、図２に示すように各々の縦列Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄのそれぞれ計４個の吸着孔４毎に直列回路を構成
しており、それぞれ独立したスイッチ７１ａ，７１ｂ，
７１ｃ，７１ｄにより電源７２および検出器７３に接続
されている。なお、図２において、電極７０ａや電気回
路は理解しやすいように模型的に描いている。

【００１８】Ａ列の４つの吸着孔４にすべて半田ボール
１が真空吸着されていれば、スイッチ７１ａを閉じる
と、Ａ列を含む閉ループに電流が流れて検出器７３に検
出され、すべての吸着孔４に半田ボール１が真空吸着さ
れていることが判る。また電流が検出されなければ、Ａ
列の４つの吸着孔４のうちの少なくとも１つが、半田ボ
ール１を真空吸着していないことが判る。同様に、Ｂ
列、Ｃ列、Ｄ列についても、それぞれのスイッチ７１
ｂ，７１ｃ，７１ｄを順に開閉していくことにより、半
田ボール１の真空吸着の有無を判定できる。

【００１９】この半田ボールのボンディング装置は上記
のように構成されており、次に全体の動作を説明する。
図１において、モータ２６が正回転すると、吸着ヘッド
３は下降する。そのとき、振動子１４が駆動することに
より容器１１は超音波振動して、その内部に貯溜された
半田ボール１は流動している。そこで吸着ヘッド３が下
降することにより、吸着孔４に半田ボール１が真空吸着
される。その間、図２に示す各スイッチ７１ａ，７１
ｂ，７１ｃ，７１ｄを順に開閉し、検出器７３で電流を
検出する。各縦列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのすべての回路に電流
が流れれば、すべての吸着孔４に半田ボール１が真空吸
着されたものと判定する。このような判定は、コンピュ
ータの周知処理技術により簡単に行うことができる。そ
こでモータ２６が逆回転することにより、吸着ヘッド３
は上昇し、半田ボール１はピックアップされる。

【００２０】次に図１において、モータ３１が正回転す
ることにより、吸着ヘッド３は基板４５の上方へ移動
し、そこでモータ２６が正回転することにより、吸着ヘ
ッド３は下降して半田ボール１を基板４５の上面に搭載
する。次にバキューム装置２０による真空吸着状態を解
除して吸着ヘッド３は上昇し、モータ３１が逆回転する
ことにより、吸着ヘッド３は容器１１の上方へ復帰す
る。基板４５の上面には図示しない手段によってフラッ
クスが予め塗布されており、このフラックスの粘着力に
より半田ボール１は基板４５にボンディングされる。

【００２１】以上の動作が繰り返されることにより、基
板４５の上面に半田ボール１が次々にボンディングされ
る。ボンディングされた半田ボール１は、後工程で加熱
されて溶融し、バンプとなる。なおスイッチ７１ａ〜７
１ｄを開閉して半田ボール１の有無を検出するタイミン
グは、ピックアップ動作をしてから基板４５に移載して
ボンディングするまでの間であればいつでもよいもので
あるが、ピックアップ動作中に行えば、ピックアップミ
スをリアルタイムで迅速に検出できるので、ピクアップ
動作中に行うことが望ましい。さらには、すべての吸着
孔４が半田ボール１を真空吸着したことを確認した後
で、吸着ヘッド４の上昇動作、あるいは基板４５への移
動動作を開始することが望ましく、このようにすれば不
良品の基板４５が発生するのを未然に防止できる。

【００２２】図４は本発明の第二実施例の半田ボールの
ボンディング装置に備えられた吸着ヘッドの底部に配線
された電気回路図である。本発明の第二実施例では、吸
着ヘッド３の吸着孔４に設けられた電極７０ａ、スイッ
チ７１、電源７２、検出器７３はすべて直列に接続され
ている。したがって総計１６の吸着孔４のうち、何れか
一つでもピックアップミスをした場合には、電気回路は
閉じないので、検出器７３には電流は流れず、ピックア
ップミスしたことを検出できる。

【００２３】図５は本発明の第三実施例の半田ボールの
ボンディング装置に備えられた吸着ヘッドの底部に配線
された電気回路図である。後述するように、この電気回
路は、吸着ヘッド３が真空吸着してピックアップしたす
べて（本実施例では１６個）の半田ボール１を、基板４
５に移載ミスなくすべて移載したかどうかを、移載動作
の後で判定するための電気回路である。本発明の第三実
施例では、電極７０ｂは吸着孔４の両側部に設けられて
いる。また図示するように各縦列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ毎に並
列回路が形成されている。また各縦列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの
並列回路は、それぞれスイッチ７１ａ〜７１ｄを介して
電源７２や検出器７３に接続されている。したがって各
縦列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの並列回路において、何れかの吸着
孔４に半田ボール１が１個でも真空吸着されていれば、
電流は流れて検出器７３に検出できる。

【００２４】この電気回路は、吸着ヘッド３が基板４５
への半田ボール１の移載動作を行った後で動作する。す
なわち図１において、半田ボール１を真空吸着してピッ
クアップした吸着ヘッド３は、基板４５の上方へ移動
し、そこで再度昇降動作を行って半田ボール１を基板４
５に移載してボンディングするが、その場合、すべての
半田ボール１が吸着ヘッド３から基板４５へ移載される
とは限らず、吸着ヘッド３に付着したまま残存する場合
も生じる。すると基板４５は半田ボール１が一部欠落し
た不良品になってしまう。

【００２５】そこで本発明の第三実施例では、吸着ヘッ
ド３が基板４５に対する半田ボール１の移載動作を行っ
た後、スイッチ７１ａ〜７１ｂを順に開閉する。そして
何れの場合も検出器７３が電流を検出しなければ、半田
ボール１はすべて基板４５に移載されたことが判る。ま
た検出器７３が電流を検出したならば、少なくとも１個
の半田ボール１が何れかの吸着孔４に残存付着してお
り、移載ミスがあったことが判る。図５において、鎖線
で示すＣ列の半田ボール１は、移載ミスにより吸着孔４
に付着したままのものを示している。

【００２６】この場合のリカバリー方法は種々考えられ
る。すなわち例えばこの場合、吸着ヘッド３に再度昇降
動作を行わせて残存付着している半田ボール１を基板４
５に移載し直す。このリカバリー動作は何回繰り返して
もよい。またその場合、バキューム装置２０から空気を
吸着ヘッド３に圧送し、その空気圧で半田ボール１を吸
着孔４から強制的に分離させて基板４５に移載するよう
にしてもよい。このようなバキューム装置２０の空気流
の切り替えは、周知機構により簡単に行える。そして所
定回数繰り返しても移載ミスが解消されなければ、装置
の運転を停止し、ブザーなどの報知手段などによりその
旨作業者に報知する。そこで作業者は吸着ヘッド３に残
存付着する半田ボール１をピンセットなどを使用して作
業者により除去し、また基板４５の欠落箇所に半田ボー
ル１を手作業で搭載する。

【００２７】図６は本発明の第四実施例の半田ボールの
ボンディング装置に備えられた吸着ヘッドの底部に配線
された電気回路図である。この第四実施例では、２つの
スイッチ７１ａ，７１ｂ、電源７２、検出器７３が、吸
着ヘッド３側の電気回路から独立した回路となっている
点で、第三実施例と異なっている。この第四実施例で
は、スイッチ７１ａ，７１ｂを矢印方向へ電気的にスキ
ャンニングさせることにより、各接点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，
ｅに順に接触させて、各縦列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを連続的に
開閉させ、電流が流れるか否かを検出器７３で検出する
ものであり、第三実施例と同様の作用効果が得られる。

【００２８】なお、図２および図４に示すピックアップ
ミス検出のための電気回路と、図５および図６に示す移
載ミス検出のための電気回路を吸着ヘッド３に共に組み
込めば、ピックアップミスと移載ミスの検出を共に行う
ことができる。次にその実施例を説明する。

【００２９】図７は本発明の第五実施例の半田ボールの
ボンディング装置に備えられた吸着ヘッドの底部に配線
された電気回路図である。吸着孔４には吸着ミス検出用
の一対の第１の電極７０ａと、搭載ミス検出用の一対の
第２の電極７０ｂが設けられている。また吸着ミス検出
用の直列回路には、回路しゃ断用の第１のスイッチ群Ｓ
Ｗ１が配設されており、また搭載ミス検出用の並列回路
には、回路しゃ断用の第２のスイッチ群ＳＷ２が配設さ
れている。

【００３０】ここで、吸着ミス検出の場合は、制御部８
０により第１のスイッチ群ＳＷ１をＯＮ（閉）、第２の
スイッチ群ＳＷ２をＯＦＦ（開）にすれば、図４と等価
な回路となる。また搭載ミス検出の場合は、第１のスイ
ッチ群ＳＷ１をＯＦＦ、第２のスイッチ群ＳＷ２をＯＮ
にすれば、図５と等価な回路となる。

【００３１】図８は本発明の第六実施例の半田ボールの
ボンディング装置に備えられた吸着ヘッドの底部に配線
された電気回路図である。この第六実施例では、吸着孔
４に一対の電極７０ｃを配設し、これを１個の並列回路
にて接続する。この並列回路には第２のスイッチ群ＳＷ
２を配置している。第２のスイッチ群ＳＷ２をＯＦＦ
（開）にし、第１のスイッチＳＷ１をＯＮ（閉）にする
と、１個の直列回路となる。

【００３２】そこで吸着ミス検出の場合は、第２のスイ
ッチ群ＳＷ２をＯＦＦにし、第１のスイッチＳＷ１をＯ
Ｎにする。また搭載ミス検出の場合は、第２のスイッチ
群ＳＷ２をＯＮ、第１のスイッチＳＷ１をＯＦＦにす
る。なお吸着孔４が奇数の場合は、第１のスイッチＳＷ
１は省略される。

【００３３】以上説明した各実施例から明らかなよう
に、本発明の具体的構成は様々考えられるものであり、
要は吸着ヘッドの吸着孔に半田ボールによって導通する
電極を設け、半田ボールの有無を判定すればよい。また
上記各実施例では、ワークとして基板を例にとって説明
したが、ワークとしてはフリップチップとなるチップで
もよいものである。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、吸
着ヘッドが半田ボールをピックアップミスしなかったか
どうか、またピックアップした半田ボールを基板などの
ワークにすべて移載したかどうかを、電気的に的確に判
定できる。またピックアップミスや移載ミスが発生した
場合のリカバリーを適切に行うことが可能となり、した
がって信頼性の高い半田ボールのボンディング装置やボ
ンディング方法を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例の半田ボールのボンディン
グ装置の側面図

【図２】本発明の第一実施例の半田ボールのボンディン
グ装置に備えられた吸着ヘッドの底部に配線された電気
回路図

【図３】本発明の第一実施例の半田ボールのボンディン
グ装置に備えられた吸着ヘッドの吸着孔付近の部分拡大
断面図

【図４】本発明の第二実施例の半田ボールのボンディン
グ装置に備えられた吸着ヘッドの底部に配線された電気
回路図

【図５】本発明の第三実施例の半田ボールのボンディン
グ装置に備えられた吸着ヘッドの底部に配線された電気
回路図

【図６】本発明の第四実施例の半田ボールのボンディン
グ装置に備えられた吸着ヘッドの底部に配線された電気
回路図

【図７】本発明の第五実施例の半田ボールのボンディン
グ装置に備えられた吸着ヘッドの底部に配線された電気
回路図

【図８】本発明の第六実施例の半田ボールのボンディン
グ装置に備えられた吸着ヘッドの底部に配線された電気
回路図

【図９】従来の半田ボールのボンディング装置の側面図

【符号の説明】

１ 半田ボール ２ 容器 ３ 吸着ヘッド ４ 吸着孔 ２４ ナット ２５ 送りねじ ２６ モータ ３０ 移動テーブル ４０ 位置決め部 ４５ 基板（ワーク） ７０ａ，７０ｂ，７０ｃ 電極 ７１，７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ スイッチ ７３ 検出器

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半田ボールを吸着ヘッドの下面に開孔され
   た複数の吸着孔に真空吸着してワークにボンディングす
   る半田ボールのボンディング装置であって、 前記吸着孔に真空吸着された半田ボールに接触する一対
   の電極を前記吸着孔に設けるとともに、この電極へ電流
   を流してこの電流の導通・不導通を検出する検出手段を
   備えたことを特徴とする半田ボールのボンディング装
   置。
2. 【請求項２】半田ボールの供給部の上方において吸着ヘ
   ッドが昇降動作を行うことによりこの吸着ヘッドの下面
   に開孔された複数の吸着孔に半田ボールを真空吸着して
   ピックアップし、次にこの吸着ヘッドを位置決め部に位
   置決めされたワークの上方へ移動させ、そこで再度昇降
   動作を行うことにより、前記半田ボールをこのワークに
   移載する半田ボールのボンディング方法であって、 前記複数の吸着孔にそれぞれ設けられた一対の電極が半
   田ボールに接触したか否かを検出手段により検出し、す
   べての吸着孔の電極に半田ボールが接触したことを確認
   した後で、前記半田ボールを前記ワークにボンディング
   することを特徴とする半田ボールのボンディング方法。
3. 【請求項３】前記検出手段による検出を、前記吸着ヘッ
   ドが昇降動作を行って半田ボールをピックアップする際
   に行うことを特徴とする請求項２記載の半田ボールのボ
   ンディング方法。
4. 【請求項４】半田ボールの供給部の上方において吸着ヘ
   ッドが昇降動作を行うことによりこの吸着ヘッドの下面
   に開孔された複数の吸着孔に半田ボールを真空吸着して
   ピックアップし、次にこの吸着ヘッドを位置決め部に位
   置決めされたワークの上方へ移動させ、そこで再度昇降
   動作を行うことにより、前記半田ボールをこのワークに
   移載する半田ボールのボンディング方法であって、 前記吸着ヘッドが前記ワークの上方において昇降動作を
   行ってワークに対して半田ボールを移載した後、前記複
   数の吸着孔にそれぞれ設けられた一対の電極に半田ボー
   ルが接触していないか否かを検出手段により検出し、接
   触していることが検出されたならば、移載ミスがあった
   ものと判定することを特徴とする半田ボールのボンディ
   ング方法。
5. 【請求項５】前記半田ボールの検出は、前記一対の電極
   に電流を流してこの電流の導通・不導通を検出すること
   により行なうことを特徴とする請求項２又は４記載の半
   田ボールのボンディング方法。