JP3303684B2 - 導電性ボール搭載装置及び導電性ボール搭載方法 - Google Patents

導電性ボール搭載装置及び導電性ボール搭載方法

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    • 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
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    • H05K3/3478Applying solder preforms; Transferring prefabricated solder patterns

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  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、バンプ付ワークの
製造工程で用いられる導電性ボールの搭載装置および導
電性ボールの搭載方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】フリップチップなどのバンプ付ワークの
製造工程において、ワークの電極にバンプ(突出電極)
を形成する方法として、半田ボールなどの導電性ボール
を用いる方法が知られている。この方法は、ワークの電
極上に導電性ボールを搭載した後、導電性ボールを加
熱、溶融、固化させてバンプを形成するものである。
【0003】さて、導電性ボール搭載方法のうち、重要
なプロセスとして、(1)導電性ボールの下部にフラッ
クスを付着させるステップと、(2)フラックスが付着
した導電性ボールを基板などのワークに搭載するステッ
プとがある。図4(a)において導電性ボール1にフラ
ックス2を塗布する場合(ステップ(1))は容器Sの
平坦面に導電性ボール1の下端部がこの平坦面に当接す
るまで吸着ツール3を下降させ、その後吸着ツール3を
上昇させる。図4(b)において導電性ボール1を基板
5の電極6上に搭載する場合(ステップ(2))は導電
性ボール1が電極6に当接する位置まで吸着ツール3を
下降させ、その状態で吸着孔4内の真空破壊を行うため
に負圧から正圧に変更しその後吸着ノズル3を上昇させ
ている。
【0004】図4(a)、(b)は、それぞれ上述のス
テップ(1)、(2)における状態を示しており、図
中、1は導電性ボール、2は容器Sに所定の厚さでため
られたフラックス、3は下面に開口する吸着孔4に導電
性ボール1を保持する吸着ツール、5はワークとしての
基板であり、基板5上には電極6が形成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の導
電性ボールの搭載装置では吸着した導電性ボール1を容
器Sの平坦面や基板5の電極6へ当接させる際に吸着ツ
ール3を下方へ押し下げる力(以下押圧力と呼ぶ)につ
いてあまり考慮されておらず、このため上述のプロセス
(1),(2)において種々の不具合を生じていた。ス
テップ(1)における押圧力F0が必要以上に大きいと
いう場合がある。
【0006】こうなると、図4(a)に示すように、フ
ラックス2は確かに導電性ボール1に付着するものの、
導電性ボール1が過大に変形したり吸着孔4へ過大にく
い込んだりして吸着ツール3の下面とフラックス2の液
面とのすき間が小さくなり過ぎ、その結果、吸着ツール
3にフラックス2が付着してしまい、次回導電性ボール
1の供給を行うときには、付着したフラックス2によっ
て動作不良を発生する。
【0007】また、逆に押圧力F0が小さめになってい
ると、図4(b)に示すようにステップ(2)で不具合
を生じやすい。即ち、導電性ボール1を基板5の電極6
に搭載するプロセスでは、吸着孔4に吸い付いている導
電性ボール1を強制的に外すために、吸着孔4内を負圧
から正圧に変更したときに、矢印N1で示すように導電
性ボール1に風圧が作用する。
【0008】このとき、上記押圧力F0が不足している
と、風圧によって吸着ツール3が鎖線位置から実線で示
す位置まで浮き上がり、さらに矢印N2、N3で示すよ
うに、軽量の導電性ボール1は、風圧に負けて電極6か
らずれてしまい、搭載失敗という結果になる。
【0009】そこで本発明は、導電性ボールの搭載動作
を確実に行える導電性ボール搭載装置及び導電性ボール
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】本発明は、ワークの位置
決め部と、導電性ボールの供給部と、粘着物の貯溜部
と、搭載ヘッドと、この搭載ヘッドに上下動作を行わせ
る上下動手段と、この搭載ヘッドを前記ワークの位置決
め部と前記導電性ボールの供給部の間を移動させる移動
手段とを備えた導電性ボールの搭載装置であって、前記
搭載ヘッドが、上下動手段によって昇降する昇降部材
と、この昇降部材に設けられてその下面に導電性ボール
の吸着孔が形成された吸着ツールと、この吸着ツールを
下方へ押圧する押圧手段とを備え、前記押圧手段の押圧
力の大きさを、前記貯溜部において粘着物を導電性ボー
ルに付着させる場合の第1の押圧力と、この第1の押圧
力よりも大きな押圧力であって前記位置決め部に位置決
めされたワークに導電性ボールを搭載する場合の第2の
押圧力とで変更する押圧力変更手段を備えた
【0011】
【発明の実施の形態】請求項1記載の導電性ボール搭載
装置では、粘着物を導電性ボール付着させる場合の第
1の押圧力と、この第1の押圧力よりも大きな押圧力で
あって位置決め部に位置決めされたワークに導電性ボー
ルを搭載する場合の第2の押圧力とで変更する押圧力変
更手段を備えたのでステップに最適な押圧力を設定して
導電性ボールの搭載を行うことができる。また請求項2
記載の導電性ボールの搭載方法では、貯溜部において粘
着物を導電性ボールに付着させる際の押圧力が、位置決
め部に位置決めされたワークに導電性ボールを搭載する
際の押圧力よりも小さくなるように設定しているので、
粘着物を付着させる際に粘着物が吸着ツールに付着せ
ず、又導電性ボールを搭載する際に導電性ボールをワー
クにしっかり押付けて導電性ボールのずれを回避でき
る。
【0012】次に、本発明の実施の形態を図面を参照し
て説明する。図1は本発明の一実施の形態における導電
性ボールの搭載装置の斜視図、図2は同導電性ボールの
搭載装置の搭載ヘッドの断面図、図3は同導電性ボール
の搭載装置の導電性ボールの搭載動作の説明図である。
【0013】本実施の形態では説明の一貫性を確保する
ために導電性ボールとして半田ボールを、粘着物として
フラックスを、ワークとして基板を例に説明を行ってい
るが、本発明はこれに限定されるものではなく例えば半
田ボールの他に金、銅や樹脂ボールの表面に導電体をコ
ートしたものでもよく、粘着物としてクリーム半田や導
電性接着剤を使用してもよい。またワークとしては、半
導体装置やパッケージ化された電子部品等も含むもので
ある。
【0014】図1において、11は基板であり、ガイド
レール13に載置されている。ガイドレール13は、基
板をクランプして位置決めする位置決め部となってい
る。基板の上面には導電性ボールとしての半田ボール1
が搭載される電極12が多数個形成されている。ガイド
レール13の側方には、半田ボール1の供給部14と、
ピックアップミス検出用の光源15と、フラックスの貯
溜部としての容器16が設置されている。17はフラッ
クスの液面を平滑するスキージである。このスキージ1
7が容器16上を容器16の平坦面16aに沿って移動
することにより平坦面16a上に所定の厚さ(好ましく
は半田ボール1の直径の半分以下)でフラックス2を供
給する(図3(a)参照)。供給部14はボックスから
成り、その内部に半田ボール1が貯溜されている。
【0015】ガイドレール13の上方には搭載ヘッド2
0が設けられている。搭載ヘッド20はガイドシャフト
21に沿ってX方向へ移動する。またガイドシャフト2
1の両端部はスライダ22を介してガイドシャフト23
に結合されており、ガイドシャフト21はガイドシャフ
ト23に沿ってY方向へ移動する。すなわち、ガイドシ
ャフト21、23は、搭載ヘッド20をX方向やY方向
へ移動させる移動手段となっている。なお搭載ヘッド2
0をガイドシャフト21、23に沿って移動させるため
の動力系の説明は省略している。
【0016】次に、図2を参照して搭載ヘッド20の構
造を説明する。30は昇降部材としてのボックスであ
る。ボックス30は無底であって、その内部にはケース
31が収納されている。ケース31の下部には箱型の吸
着ツール32が結合されている。吸着ツール32はチュ
ーブ33を介して吸引ユニット64に接続されており、
吸引ユニット64が作動することにより、その下面に多
数個形成された吸着孔35に半田ボール1を真空吸着す
る。また吸引ユニット64を逆に作動させることにより
吸着孔35に空気を送り込み真空破壊を行う。
【0017】ケース31の内部には、集光素子36と光
検出センサ37が設けられている。ボックス30の上面
には空気の圧力によって作動するシリンダ38が設置さ
れており、そのロッド39の下端部にケース31は結合
されている。40はバネ材であって、ボックス30の天
井面とケース31の上面を結合している。バネ材40は
そのバネ力でケース31を上方へ弾発し、吸着ツール3
2側の自重Gを相殺している。本形態では、バネ材40
のバネ力は、ケース31および吸着ツール32の自重G
と等しくしている。ケース31の両側面に設けられたス
ライダ41は、ボックス30内面に設けられた垂直なレ
ール42にスライド自在に嵌合している。従って吸着ツ
ール32はケース31を介してボックス30に対して昇
降自在に取り付けられている。尚、吸着ツール32を直
接ボックス30に対して昇降自在に取り付けてもよい。
またボックス30の底部にはタッチセンサ43が設けら
れている。
【0018】次にボックス30の上下動手段について説
明する。50はボックス30の側部に設けられた縦長の
駆動ケースであり、その内部には垂直なボールねじ51
が収納されている。ボールねじ51にはナット52が螺
合しており、ナット52はロッド53を介してボックス
30に結合されている。駆動ケース50の側面には垂直
なレール54が設けられており、ボックス30の側面に
設けられたスライダ55はこのレール54にスライド自
在に嵌合している。モータ56が駆動してボールねじ5
1が回転すると、ナット52はボールねじ51に沿って
上下動する。これにより、ボックス30や吸着ツール3
2は上下動作を行う。
【0019】60は制御部であって、モータ駆動回路6
1、押圧力制御部62、吸着ミス検出回路63、吸引ユ
ニット64、振動器駆動回路65などを制御し、またタ
ッチセンサ43に接続されたタッチ検出回路66から信
号が入力される。モータ駆動回路61は、モータ56を
制御する。吸着ミス検出回路63は光検出センサ37か
らの信号により吸着ミスの有無を検出する。図2に示す
ように、吸着ツール32の側面には振動器駆動回路65
で制御される振動器34が装着されており、吸着ツール
32を超音波振動させる。
【0020】さて、押圧力制御部62は、制御部60か
らの指令により圧力源67の圧力を調節してシリンダ3
8を制御し、吸着ツール32を下方へ押し付ける押圧力
を調節する。そして、この押圧力として、半田ボール1
にフラックスを付着させる際の第1押圧力F1(半田ボ
ール1のそれぞれにつき0.5〜20gf程度)と、半
田ボール1を基板11の電極12に搭載する際の第2押
圧力F2(同上25〜100gf程度)が設定されてお
り、押圧力制御部62は、設定された押圧力F1、F2
を動作に合わせてその大きさを適宜切換えるものであ
る。
【0021】本実施の形態では制御部60と圧力制御部
62が吸着ツール32の押圧力を変更する押圧力変更手
段となっている。
【0022】この導電性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、搭載ヘッド20は供給部14の上方へ移動する。次
にモータ56(図2)が駆動することにより搭載ヘッド
20は下降・上昇し、吸着ツール32の下面の吸着孔3
5に半田ボール1を真空吸着してピックアップする。
【0023】次に搭載ヘッド20は容器16の上方へ向
って移動する。その途中、搭載ヘッド20は光源15の
上方を通過する。光源15は吸着ツール32の下面へ向
って光を照射するが、図2において何れかの吸着孔35
に半田ボール1が真空吸着されていないと(すなわち半
田ボール1のピックアップミスがあった場合)、光は吸
着孔35を通って光検出センサ37に入射するので、ピ
ックアップミスがあったことが判明する。ピックアップ
ミスがあった場合には、搭載ヘッド20を供給部14の
上方へ戻し、ピックアップ動作をやり直す。
【0024】一方搭載ヘッド20が半田ボール1のピッ
クアップを行う間に容器16上をスキージ17が移動し
て平坦面16a上に所定の厚さでフラックス2を供給す
る。
【0025】さて、ピックアップミスがなかった場合
は、搭載ヘッド20は容器16の上方へ移動し、そこで
モータ56が駆動して吸着ツール32が上下動作を行う
ことにより、半田ボール1の下面に容器16に貯溜され
たフラックス2を付着させる(ステップ(1))。次に
搭載ヘッド20は基板11の上方へ移動し、そこで下降
・上昇動作を行うことにより、半田ボール1を基板11
の電極12上に搭載する(ステップ(2))。
【0026】次に、図3を用いて、半田ボール1に作用
する押圧力を説明する。まず、図3(a)に示すよう
に、上述したステップ(1)では、容器16の平坦面1
6aに半田ボール1を押し付けたときに半田ボール1や
吸着ツール32の下面に過大な力が作用しないように小
さな押圧力F1が半田ボール1に作用するように、押圧
力制御部62はシリンダ38をコントロールして吸着ツ
ール32を弱い押圧力F1で下方へ押し下げる。したが
って、半田ボール1は弱い力で容器16の平坦面16a
に接触し、フラックス2が吸着ツール32に付着するこ
とはない。このため、次回の半田ボール1の供給時に、
フラックス2による吸着ツール32の汚染に起因して、
吸着孔35以外に余剰のエキストラボールが付着するこ
とはない。
【0027】次に、図3(b)に示すように、吸着ツー
ル32によって、フラックス2が付着した半田ボール1
を基板11側へ移送する。
【0028】そして、図3(c)に示すように、上述し
たステップ(2)では、大きな押圧力F2が吸着ツール
32に作用するように、押圧力制御部62はシリンダ3
8をコントロールする。このため、電極12に半田ボー
ル1がしっかり押し付けられ、フラックス2が電極12
上に十分広がって十分な粘着力を発生する。したがっ
て、真空破壊を行っても、吸着ツール32の浮き上がり
は発生せず半田ボール1は電極12上に載ったままの状
態になる。
【0029】
【発明の効果】本発明の導電性ボール搭載装置は、貯溜
部においてフラックスを導電性ボールに付着させる際の
押圧力が、位置決め部に位置決めされたワークに導電性
ボールを搭載する際の押圧力よりも小さくなるように設
定してあるので、フラックスが吸着ツールに付着した
り、搭載後の導電性ボールがずれたりする不具合を抑制
でき、それだけ確実に搭載動作を行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態における導電性ボールの
搭載装置の斜視図
【図2】本発明の一実施の形態における導電性ボールの
搭載装置の搭載ヘッド部の断面図
【図3】(a)本発明の一実施の形態における導電性ボ
ールの搭載装置の導電性ボールの搭載動作の説明図 (b)本発明の一実施の形態における導電性ボールの搭
載装置の導電性ボールの搭載動作の説明図 (c)本発明の一実施の形態における導電性ボールの搭
載装置の導電性ボールの搭載動作の説明図
【図4】(a)従来の導電性ボールの搭載装置の搭載動
作の説明図 (b)従来の導電性ボールの搭載装置の搭載動作の説明
【符号の説明】
1 半田ボール 2 フラックス 11 基板 12 電極 14 供給部 20 搭載ヘッド 32 吸着ツール 35 吸着孔 38 シリンダ 62 押圧力制御部
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/60

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ワークの位置決め部と、導電性ボールの供
    給部と、粘着物の貯溜部と、搭載ヘッドと、この搭載ヘ
    ッドに上下動作を行わせる上下動手段と、この搭載ヘッ
    ドを前記ワークの位置決め部と前記導電性ボールの供給
    部の間を移動させる移動手段とを備えた導電性ボールの
    搭載装置であって、前記搭載ヘッドが、上下動手段によ
    って昇降する昇降部材と、この昇降部材に設けられてそ
    の下面に導電性ボールの吸着孔が形成された吸着ツール
    と、この吸着ツールを下方へ押圧する押圧手段とを備
    え、前記押圧手段の押圧力の大きさを、前記貯溜部にお
    いて粘着物を導電性ボールに付着させる場合の第1の押
    圧力と、この第1の押圧力よりも大きな押圧力であって
    前記位置決め部に位置決めされたワークに導電性ボール
    を搭載する場合の第2の押圧力とで変更する押圧力変更
    手段を備えたことを特徴とする導電性ボール搭載装置。
  2. 【請求項2】容器の平坦面上に粘着物を所定の厚さで供
    給するステップと吸着ツールの下面に形成された吸着孔
    に導電性ボールを吸着するステップと、前記吸着ツール
    を第1の押圧力で下方へ押し下げた状態でこの吸着ツー
    ルに吸着された導電性ボールを前記平坦面に押し付け
    て、この平坦面上の前記粘着物を付着させるステップ
    と、前記吸着ツールを前記第1の押圧力よりも大きな第
    2の押圧力で下方へ押し下げた状態で、前記粘着物が付
    着した導電性ボールをワークへ押し付けてこの導電性ボ
    ールをワークに搭載するステップとを含むことを特徴と
    する導電性ボールの搭載方法。
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