JP3937264B2 - 球状はんだの搭載方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【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方法および装置に関する。
【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 Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）、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。高機能電子部品のリード設置数は２００個以上、多いものでは数千以上というものもある。
【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、即ち吸着孔から空気を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ノズルの吸着孔に吸着させたり（浮遊法という：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（振動法という：特開平７−３０２７９６号）、吸着ノズルを収納容器に密着させた後に吸着ノズル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（回転法という：特開平８−２５５９９７号）するものであった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記浮遊法と振動法では、球状はんだの完全吸着が困難であるばかりでなく、球状はんだを傷付けるという問題があった。これらの方法で球状はんだが全ての吸着孔に吸着できない原因は、吸着面を下向きにして行うためである。つまり、浮遊法では吸着面を下に向け、下方から吹き上げられた球状はんだを吸着孔で吸引しようとするものであるが、球状はんだを収納してある収納容器内では、球状はんだが密になった部分と粗になった部分ができ、部分的に球状はんだが充分に吹き上げられない部分ができて吸着孔に吸着されないことがある。
【０００８】
また振動法も吸着面を下に向け、吸着面と収納容器内の球状はんだとを近付けて収納容器内をランダムに移動する球状はんだを吸着孔で吸い込むことにより吸着するものである。しかしながら、この振動法では球状はんだを下から吸い上げるため、吸着孔の真下に球状はんだがないと吸い上げることができないもので、移動している球状はんだが吸着孔の真下にこない場合は吸着できないことになる。
【０００９】
このように浮遊法と振動法では、球状はんだの完全吸着が困難なものであるが、球状はんだが吸着ヘッドの全ての吸着孔に吸着されないと、吸着ヘッドでＢＧＡ、ＣＳＰ、フリップチップ等の電子部品に搭載したときに球状はんだの未搭載部分ができ、その箇所ははんだバンプが形成されなくて導通不良となってしまう。
【００１０】
また球状はんだが傷付く原因は、やはり吸着面を下向きにして吸着することにある。つまり浮遊法では、下方からの気体の吹き出しで球状はんだを吹き上げるため、球状はんだが吸着ヘッドの吸着面に当たって傷付いてしまうものである。また振動法では収納容器内で移動している球状はんだを少し離れたところから吸い上げるため、吸引力を強くしなければならず、強い吸引力で吸着孔に吸引された球状はんだは傷付いてしまう。球状はんだが傷付くと酸化しやすくなり、酸化した球状はんだを電子部品に搭載してからリフローすると、はんだ付けが充分でなく、しかもバンプ周囲に酸化物が残って電子部品に悪影響を及ぼすようになる。
【００１１】
ところでＢＧＡで使用される０．７６mm径のように比較的大径の球状はんだは、吸着ヘッドの吸着孔に吸着させた後、収納容器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面には付着しない。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、吸着ヘッドと収納容器を離すと、吸着孔以外の箇所に付着したままとなることがあった。
【００１２】
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。
【００１３】
このように不要箇所に付着したままでＣＳＰ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。
【００１４】
本発明は、吸着ヘッドの全ての吸着孔に球状はんだを吸着させることができるとともに球状はんだの傷付きを少なくすることができ、しかも吸着ヘッドの不要箇所に付着した球状はんだ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方法とその装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、回転法は吸着面を上向きにした状態で吸着面上で球状はんだを転動させるため、吸着孔の上を通過した球状はんだを必ず吸着孔に吸着させることができ、さらに球状はんだは吸着面上を転がるだけであるため、球状はんだの傷付きが少ないという長所を利用するとともに、球状はんだ吸着後、吸着ヘッドに気体を吹き付けると不要箇所に付着した球状はんだを完全に除去できることに着目して本発明を完成させた。
【００１６】
本発明の第１発明は、吸着孔が吸引状態になった吸着ヘッドの吸着面を上向きにし、吸着面の上に球状はんだを載置するとともに吸着面上で球状はんだを移動させて全ての吸着孔に球状はんだを吸着させる工程；吸着面を下向きにして吸着面に気体を吹き付け、吸着面の不要箇所に付着した球状はんだを除去する工程；吸着ヘッドと電子部品との位置合わせを行ってから吸着孔の吸引状態を解除する工程；吸着ヘッドに衝撃を与えて吸着ヘッドの吸着孔から球状はんだを完全に離脱させることにより球状はんだを電子部品に移行させる工程；から成ることを特徴とする球状はんだの搭載方法である。
【００１７】
本発明の第２発明は、吸着孔が吸引状態になった吸着ヘッドの吸着面を上向きにし、吸着面の上に球状はんだを載置するとともに吸着面上で球状はんだを移動させて全ての吸着孔に球状はんだを吸着させる工程；吸着面を下向きにして吸着ヘッドに衝撃を与え、吸着面の不要箇所に付着した球状はんだを除去する工程；吸着面に気体を吹き付け、前記衝撃で除去できなかった不要箇所付着の球状はんだを除去する工程；吸着ヘッドと電子部品との位置合わせを行ってから吸着孔の吸引状態を解除する工程；吸着ヘッドに衝撃を与えて吸着ヘッドの吸着孔から球状はんだを完全に離脱させることにより球状はんだを電子部品に移行させる工程；から成ることを特徴とする球状はんだの搭載方法である。
【００１８】
また本発明の第３発明は、多数の球状はんだを収納した収納容器；吸着面に多数の吸着孔が穿設されていて、側壁に設けられた回転軸を中心に少なくとも１８０度以上回転可能であるとともに吸着面が前記収納容器の上部と密着して収納容器を保持することができ、余分なはんだボールの除去の工程で通孔から吸引し、吸着させたはんだボールをプリント基板上に落下させる工程で吸引状態を解除できる吸着ヘッド；吸着ヘッドの近傍に設置されており、平時は吸着ヘッドの上方に位置していて、余分なはんだボールの除去の工程及び吸着させたはんだボールをプリント基板上に落下させる工程の衝撃装置作動時には、上方から吸着ヘッドの上部に勢いよく降りてきて、該吸着ヘッドに衝撃を与えることができる衝撃装置；吸着ヘッドの下方に設置されており、しかも吸着ヘッドの吸着面全域に気体を吹き付けることができる気体吹き付け装置；から構成されていることを特徴とする球状はんだの搭載装置である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の球状はんだの搭載方法では、吸着ヘッドの吸着面を上向きにして該吸着面の上で球状はんだを移動させるものであるが、この移動としては上向きの吸着面を傾斜させることにより球状はんだを転動させたり、或いは上向きの吸着面を略水平に保ったまま吸着ヘッド全体を細かく振動させることにより吸着面上の球状はんだをランダムに移動させたりするものである。
【００２０】
また吸着面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場合、気体の吹き付けは斜め下方、好ましくは垂直方向から測って３〜６０度である。このように斜め下方から気体を吹き付けると、不要箇所に付着した球状はんだは一方向に吹き飛ばされ、回収が容易となるばかりでなく、真下から吹き付けるよりも除去効果が向上する。
【００２１】
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。
【００２２】
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完全に除去できる。
【００２３】
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以下の微小径球状はんだが多く、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。
【００２４】
本発明の球状はんだの搭載装置では、気体吹き付け装置として穴状の噴出ノズルを用いる場合、該噴出ノズルを複数個横方に並列させるが、このときも気体の当たらないデッドゾーンができないように気体吹き付け装置を横方に往復動させながら進行させるようにするとよい。
【００２５】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明を説明する。図１は本発明球状はんだの搭載装置の斜視図、図２は本発明球状はんだの搭載方法の各工程を説明する図である。
【００２６】
先ず、本発明の球状はんだの搭載装置について説明する。本発明の搭載装置は、吸着ヘッド１、収納容器２、衝撃装置３、気体吹き付け装置４から構成されている。
【００２７】
吸着ヘッド１は、内部が空洞となっており、該吸着ヘッドの下部には多数の吸着孔５・・・が穿設されている。吸着孔５・・・（図２）の穿設位置は球状はんだを搭載する電子部品のバンプ形成箇所と一致している。吸着ヘッド１の上部には内部と通じた通孔７が穿設されており、該通孔には図示しない真空装置と接続したフレキシブルパイプ８が取り付けられている。吸着ヘッド１の両側面は保持体９、１０で回転自在に保持されており、一方の保持体９からは吸着ヘッド１の側面に固定された回転軸１１が突出している。回転軸１１にはベルト１２が張設されており、また該ベルトは駆動軸１３にも張設されている。駆動軸１３は図示しないモーターで矢印Ａのように回転するようになっており、駆動軸１３の回転による吸着ヘッド１の回転は少なくとも１８０度以上である。また吸着ヘッド１の保持体で保持されない両側面には係合溝１４、１４が刻設されている。
【００２８】
収納容器２は、上部が開放された箱状であり、外側形状が前記吸着ヘッド１と同一となっている。収納容器２の両側面、即ち前記吸着ヘッド１の係合溝１４、１４を刻設した両側面と同一側となる両側面には係合片１５、１５が設置されている。該係合片は前記係合溝１４、１４に係合できるようになっている。収納容器２の中には多数の球状はんだＳ・・・が入れられている。収納容器２は図示しない昇降装置で矢印Ｂのように上下動し、上昇したときには吸着ヘッド１と合致して吸着ヘッド１の吸着面６と収納容器２の上側が密着するようになっている。
【００２９】
衝撃装置３は、吸着ヘッド１の近傍に設置されており、平時は吸着ヘッドの上方に位置していて作動時には、矢印Ｃのように上方から吸着ヘッド１の上部に勢いよく降りてきて衝撃を与えるようになっている。
【００３０】
気体吹き付け装置４は、上部が開放された箱状であり、底部が二段底となっている。上段の底部には多数の吹き出しノズル１６・・・が穿設されており、該吹き出しノズルからは気体が吹き出されるようになっている。吹き出しノズルの吹き出し方向は、垂直方向に対して傾斜している。気体吹き付け装置４は、矢印Ｄのように走行して吸着面６全域に気体を吹き付け、吸着面６の不要箇所に付着した球状はんだを吹き落とすものである。
【００３１】
次に上記構成からなる球状はんだの搭載装置を用いた球状はんだの搭載方法を説明する。図２は本発明の搭載方法を説明する各工程である。本実施例は、不要箇所に付着した球状はんだの除去手段として吸着ヘッドへの衝撃と吸着面への気体吹き付けを併用したものである。
【００３２】
▲１▼吸着ヘッド１の通孔７から図示しない真空装置で吸引して吸着ヘッド１内を減圧状態にしておき、また収納容器２内には吸着孔の穿設数よりも大量の球状はんだＳを入れておく。
【００３３】
▲２▼大量の球状はんだＳを入れた収納容器２を上昇させて吸着ヘッド１の吸着面６に収納容器２の上側を密着させるとともに、係合片１５を吸着ヘッド１の係合溝１４に係合させて、吸着ヘッド１と収納容器２とを連結する。
【００３４】
▲３▼図示しないモーターを駆動させて駆動軸１３を回転させることにより、ベルト１２で連動している回転軸１１を回転させる。すると回転軸１１は吸着ヘッド１に固定されているため、吸着ヘッド１が１８０度回転して収納容器２が上に、吸着ヘッド１が下になる。ここで吸着ヘッド１を少し正逆回転させて吸着ヘッドを揺動させる。この揺動で収納容器２内の球状はんだＳは吸着面６を転動して、球状はんだは全ての吸着孔５・・・上を通過する。このとき吸着ヘッド１は減圧状態であり、吸着孔から吸引が行われているため、吸着孔上を通過した球状はんだＳは吸着孔５に吸着される。
【００３５】
▲４▼全ての吸着孔５に球状はんだＳが吸着されたならば、係合片１５を係合溝１４から外し、収納容器２を降下させる。全ての吸着孔への球状はんだの吸着状態は図示しない真空装置のセンサーで感知できる。球状はんだは収納容器が吸着ヘッドとともに回転したときに、収納容器の壁面や吸着面等と擦れたり、球状はんだ同士で擦れたりするため、静電気を帯びるようになる。静電気を帯びた球状はんだは、静電気で吸着面の不要箇所に付着する。
【００３６】
▲５▼衝撃装置３を上方から勢いよく降ろし、吸着ヘッド１に衝撃を与える。すると吸着面６の不要箇所に付着していた球状はんだ、特に一箇所に集中して付着していた球状はんだは、この衝撃で落とされ、収納容器２内に回収される。
【００３７】
丸６吸着ヘッド１への衝撃では不要箇所に付着した球状はんだを完全に除去しきれないことがあるので、残った不要箇所付着の球状はんだは気体吹き付け装置４で除去する。気体吹き付け装置４は、収納容器２を吸着ヘッドの下方から移動させた後、吹き出しノズル１６から気体を吹き出しながら矢印Ｄのように吸着ヘッド１の下方を走行する。気体吹き付け装置４の吹き出しノズル１６から吹き出された気体は、斜め下方から吸着面に当たるため、静電気で不要箇所に付着していた球状はんだが容易に落とされる。吸着面から落とされた球状はんだは吹き付け装置４の中に回収される。
【００３８】
▲７▼不要箇所の球状はんだが完全に除去されたならば、吸着ヘッド１と電子部品１７の位置決めを行って、球状はんだを電子部品に接触させる。このとき吸着孔５に吸着された球状はんだと電子部品のバンプ形成箇所を正確に一致させなければならない。吸着ヘッド１と電子部品１７の位置決めが完了したならば、図示しない真空装置からの吸引を停止し、吸着ヘッド１内に空気を戻して、吸着孔からの吸引状態を解除する。
【００３９】
▲８▼電子部品の球状はんだ搭載部には予め粘着性のフラックスが塗布されており、球状はんだが該フラックスに接触すると、フラックスの粘着力で球状はんだをフラックスに粘着させる。しかしながら、錫鉛合金である球状はんだは比較的軟らかいため、吸着孔に吸引力で吸着されたとき、吸着孔に食い込んでしまい、フラックスの粘着力では吸着孔から外れないものもある。そこで球状はんだを電子部品に接触させた後、吸着ヘッド１に衝撃を与え、吸着孔に食い込んでいた球状はんだを吸着孔から外してフラックスに粘着させる。
【００４０】
▲９▼その後、吸着ヘッドと電子部品を離すと、電子部品には所定の箇所に球状はんだが搭載される。
【００４１】
３，０００のバンプ形成箇所を有するフリップチップに０．１５mm径の球状はんだを搭載するために本発明の装置を用い、上記工程を経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。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、静電気で吸着面の不要箇所に付着した球状はんだを完全に除去し、しかも球状はんだを電子部品に搭載する際には吸着ヘッドに吸着させた球状はんだを完全に吸着孔から外すことができるため、電子部品のバンプ形成箇所には過不足なく球状はんだを搭載できるという、信頼性に優れた搭載が行えるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明球状はんだの搭載装置の斜視図
【図２】本発明球状はんだの搭載方法の各工程を説明する図
【符号の説明】
１ 吸着ヘッド
２ 収納容器
３ 衝撃装置
４ 気体付け装置
５ 吸着孔
６ 吸着面
７ 通孔
８ フレキシブルパイプ
９ 、１０ 保持体
１１ 回転軸
１２ ベルト
１３ 駆動軸
１４ 係合溝
１５ 係合片
１６ 吹き出しノズル
１７ 電子部品
【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方法および装置に関する。
【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 Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）、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。高機能電子部品のリード設置数は２００個以上、多いものでは数千以上というものもある。
【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、即ち吸着孔から空気を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ノズルの吸着孔に吸着させたり（浮遊法という：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（振動法という：特開平７−３０２７９６号）、吸着ノズルを収納容器に密着させた後に吸着ノズル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（回転法という：特開平８−２５５９９７号）するものであった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記浮遊法と振動法では、球状はんだの完全吸着が困難であるばかりでなく、球状はんだを傷付けるという問題があった。これらの方法で球状はんだが全ての吸着孔に吸着できない原因は、吸着面を下向きにして行うためである。つまり、浮遊法では吸着面を下に向け、下方から吹き上げられた球状はんだを吸着孔で吸引しようとするものであるが、球状はんだを収納してある収納容器内では、球状はんだが密になった部分と粗になった部分ができ、部分的に球状はんだが充分に吹き上げられない部分ができて吸着孔に吸着されないことがある。
【０００８】
また振動法も吸着面を下に向け、吸着面と収納容器内の球状はんだとを近付けて収納容器内をランダムに移動する球状はんだを吸着孔で吸い込むことにより吸着するものである。しかしながら、この振動法では球状はんだを下から吸い上げるため、吸着孔の真下に球状はんだがないと吸い上げることができないもので、移動している球状はんだが吸着孔の真下にこない場合は吸着できないことになる。
【０００９】
このように浮遊法と振動法では、球状はんだの完全吸着が困難なものであるが、球状はんだが吸着ヘッドの全ての吸着孔に吸着されないと、吸着ヘッドでＢＧＡ、ＣＳＰ、フリップチップ等の電子部品に搭載したときに球状はんだの未搭載部分ができ、その箇所ははんだバンプが形成されなくて導通不良となってしまう。
【００１０】
また球状はんだが傷付く原因は、やはり吸着面を下向きにして吸着することにある。つまり浮遊法では、下方からの気体の吹き出しで球状はんだを吹き上げるため、球状はんだが吸着ヘッドの吸着面に当たって傷付いてしまうものである。また振動法では収納容器内で移動している球状はんだを少し離れたところから吸い上げるため、吸引力を強くしなければならず、強い吸引力で吸着孔に吸引された球状はんだは傷付いてしまう。球状はんだが傷付くと酸化しやすくなり、酸化した球状はんだを電子部品に搭載してからリフローすると、はんだ付けが充分でなく、しかもバンプ周囲に酸化物が残って電子部品に悪影響を及ぼすようになる。
【００１１】
ところでＢＧＡで使用される０．７６mm径のように比較的大径の球状はんだは、吸着ヘッドの吸着孔に吸着させた後、収納容器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面には付着しない。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、吸着ヘッドと収納容器を離すと、吸着孔以外の箇所に付着したままとなることがあった。
【００１２】
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。
【００１３】
このように不要箇所に付着したままでＣＳＰ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。
【００１４】
本発明は、吸着ヘッドの全ての吸着孔に球状はんだを吸着させることができるとともに球状はんだの傷付きを少なくすることができ、しかも吸着ヘッドの不要箇所に付着した球状はんだ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方法とその装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、回転法は吸着面を上向きにした状態で吸着面上で球状はんだを転動させるため、吸着孔の上を通過した球状はんだを必ず吸着孔に吸着させることができ、さらに球状はんだは吸着面上を転がるだけであるため、球状はんだの傷付きが少ないという長所を利用するとともに、球状はんだ吸着後、吸着ヘッドに気体を吹き付けると不要箇所に付着した球状はんだを完全に除去できることに着目して本発明を完成させた。
【００１６】
本発明の第１発明は、吸着孔が吸引状態になった吸着ヘッドの吸着面を上向きにし、吸着面の上に球状はんだを載置するとともに吸着面上で球状はんだを移動させて全ての吸着孔に球状はんだを吸着させる工程；吸着面を下向きにして吸着面に気体を吹き付け、吸着面の不要箇所に付着した球状はんだを除去する工程；吸着ヘッドと電子部品との位置合わせを行ってから吸着孔の吸引状態を解除する工程；吸着ヘッドに衝撃を与えて吸着ヘッドの吸着孔から球状はんだを完全に離脱させることにより球状はんだを電子部品に移行させる工程；から成ることを特徴とする球状はんだの搭載方法である。
【００１７】
本発明の第２発明は、吸着孔が吸引状態になった吸着ヘッドの吸着面を上向きにし、吸着面の上に球状はんだを載置するとともに吸着面上で球状はんだを移動させて全ての吸着孔に球状はんだを吸着させる工程；吸着面を下向きにして吸着ヘッドに衝撃を与え、吸着面の不要箇所に付着した球状はんだを除去する工程；吸着面に気体を吹き付け、前記衝撃で除去できなかった不要箇所付着の球状はんだを除去する工程；吸着ヘッドと電子部品との位置合わせを行ってから吸着孔の吸引状態を解除する工程；吸着ヘッドに衝撃を与えて吸着ヘッドの吸着孔から球状はんだを完全に離脱させることにより球状はんだを電子部品に移行させる工程；から成ることを特徴とする球状はんだの搭載方法である。
【００１８】
また本発明の第３発明は、多数の球状はんだを収納した収納容器；吸着面に多数の吸着孔が穿設されていて、側壁に設けられた回転軸を中心に少なくとも１８０度以上回転可能であるとともに吸着面が前記収納容器の上部と密着して収納容器を保持することができ、余分なはんだボールの除去の工程で通孔から吸引し、吸着させたはんだボールをプリント基板上に落下させる工程で吸引状態を解除できる吸着ヘッド；吸着ヘッドの近傍に設置されており、平時は吸着ヘッドの上方に位置していて、余分なはんだボールの除去の工程及び吸着させたはんだボールをプリント基板上に落下させる工程の衝撃装置作動時には、上方から吸着ヘッドの上部に勢いよく降りてきて、該吸着ヘッドに衝撃を与えることができる衝撃装置；吸着ヘッドの下方に設置されており、しかも吸着ヘッドの吸着面全域に気体を吹き付けることができる気体吹き付け装置；から構成されていることを特徴とする球状はんだの搭載装置である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の球状はんだの搭載方法では、吸着ヘッドの吸着面を上向きにして該吸着面の上で球状はんだを移動させるものであるが、この移動としては上向きの吸着面を傾斜させることにより球状はんだを転動させたり、或いは上向きの吸着面を略水平に保ったまま吸着ヘッド全体を細かく振動させることにより吸着面上の球状はんだをランダムに移動させたりするものである。
【００２０】
また吸着面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場合、気体の吹き付けは斜め下方、好ましくは垂直方向から測って３〜６０度である。このように斜め下方から気体を吹き付けると、不要箇所に付着した球状はんだは一方向に吹き飛ばされ、回収が容易となるばかりでなく、真下から吹き付けるよりも除去効果が向上する。
【００２１】
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。
【００２２】
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完全に除去できる。
【００２３】
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以下の微小径球状はんだが多く、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。
【００２４】
本発明の球状はんだの搭載装置では、気体吹き付け装置として穴状の噴出ノズルを用いる場合、該噴出ノズルを複数個横方に並列させるが、このときも気体の当たらないデッドゾーンができないように気体吹き付け装置を横方に往復動させながら進行させるようにするとよい。
【００２５】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明を説明する。図１は本発明球状はんだの搭載装置の斜視図、図２は本発明球状はんだの搭載方法の各工程を説明する図である。
【００２６】
先ず、本発明の球状はんだの搭載装置について説明する。本発明の搭載装置は、吸着ヘッド１、収納容器２、衝撃装置３、気体吹き付け装置４から構成されている。
【００２７】
吸着ヘッド１は、内部が空洞となっており、該吸着ヘッドの下部には多数の吸着孔５・・・が穿設されている。吸着孔５・・・（図２）の穿設位置は球状はんだを搭載する電子部品のバンプ形成箇所と一致している。吸着ヘッド１の上部には内部と通じた通孔７が穿設されており、該通孔には図示しない真空装置と接続したフレキシブルパイプ８が取り付けられている。吸着ヘッド１の両側面は保持体９、１０で回転自在に保持されており、一方の保持体９からは吸着ヘッド１の側面に固定された回転軸１１が突出している。回転軸１１にはベルト１２が張設されており、また該ベルトは駆動軸１３にも張設されている。駆動軸１３は図示しないモーターで矢印Ａのように回転するようになっており、駆動軸１３の回転による吸着ヘッド１の回転は少なくとも１８０度以上である。また吸着ヘッド１の保持体で保持されない両側面には係合溝１４、１４が刻設されている。
【００２８】
収納容器２は、上部が開放された箱状であり、外側形状が前記吸着ヘッド１と同一となっている。収納容器２の両側面、即ち前記吸着ヘッド１の係合溝１４、１４を刻設した両側面と同一側となる両側面には係合片１５、１５が設置されている。該係合片は前記係合溝１４、１４に係合できるようになっている。収納容器２の中には多数の球状はんだＳ・・・が入れられている。収納容器２は図示しない昇降装置で矢印Ｂのように上下動し、上昇したときには吸着ヘッド１と合致して吸着ヘッド１の吸着面６と収納容器２の上側が密着するようになっている。
【００２９】
衝撃装置３は、吸着ヘッド１の近傍に設置されており、平時は吸着ヘッドの上方に位置していて作動時には、矢印Ｃのように上方から吸着ヘッド１の上部に勢いよく降りてきて衝撃を与えるようになっている。
【００３０】
気体吹き付け装置４は、上部が開放された箱状であり、底部が二段底となっている。上段の底部には多数の吹き出しノズル１６・・・が穿設されており、該吹き出しノズルからは気体が吹き出されるようになっている。吹き出しノズルの吹き出し方向は、垂直方向に対して傾斜している。気体吹き付け装置４は、矢印Ｄのように走行して吸着面６全域に気体を吹き付け、吸着面６の不要箇所に付着した球状はんだを吹き落とすものである。
【００３１】
次に上記構成からなる球状はんだの搭載装置を用いた球状はんだの搭載方法を説明する。図２は本発明の搭載方法を説明する各工程である。本実施例は、不要箇所に付着した球状はんだの除去手段として吸着ヘッドへの衝撃と吸着面への気体吹き付けを併用したものである。
【００３２】
▲１▼吸着ヘッド１の通孔７から図示しない真空装置で吸引して吸着ヘッド１内を減圧状態にしておき、また収納容器２内には吸着孔の穿設数よりも大量の球状はんだＳを入れておく。
【００３３】
▲２▼大量の球状はんだＳを入れた収納容器２を上昇させて吸着ヘッド１の吸着面６に収納容器２の上側を密着させるとともに、係合片１５を吸着ヘッド１の係合溝１４に係合させて、吸着ヘッド１と収納容器２とを連結する。
【００３４】
▲３▼図示しないモーターを駆動させて駆動軸１３を回転させることにより、ベルト１２で連動している回転軸１１を回転させる。すると回転軸１１は吸着ヘッド１に固定されているため、吸着ヘッド１が１８０度回転して収納容器２が上に、吸着ヘッド１が下になる。ここで吸着ヘッド１を少し正逆回転させて吸着ヘッドを揺動させる。この揺動で収納容器２内の球状はんだＳは吸着面６を転動して、球状はんだは全ての吸着孔５・・・上を通過する。このとき吸着ヘッド１は減圧状態であり、吸着孔から吸引が行われているため、吸着孔上を通過した球状はんだＳは吸着孔５に吸着される。
【００３５】
▲４▼全ての吸着孔５に球状はんだＳが吸着されたならば、係合片１５を係合溝１４から外し、収納容器２を降下させる。全ての吸着孔への球状はんだの吸着状態は図示しない真空装置のセンサーで感知できる。球状はんだは収納容器が吸着ヘッドとともに回転したときに、収納容器の壁面や吸着面等と擦れたり、球状はんだ同士で擦れたりするため、静電気を帯びるようになる。静電気を帯びた球状はんだは、静電気で吸着面の不要箇所に付着する。
【００３６】
▲５▼衝撃装置３を上方から勢いよく降ろし、吸着ヘッド１に衝撃を与える。すると吸着面６の不要箇所に付着していた球状はんだ、特に一箇所に集中して付着していた球状はんだは、この衝撃で落とされ、収納容器２内に回収される。
【００３７】
丸６吸着ヘッド１への衝撃では不要箇所に付着した球状はんだを完全に除去しきれないことがあるので、残った不要箇所付着の球状はんだは気体吹き付け装置４で除去する。気体吹き付け装置４は、収納容器２を吸着ヘッドの下方から移動させた後、吹き出しノズル１６から気体を吹き出しながら矢印Ｄのように吸着ヘッド１の下方を走行する。気体吹き付け装置４の吹き出しノズル１６から吹き出された気体は、斜め下方から吸着面に当たるため、静電気で不要箇所に付着していた球状はんだが容易に落とされる。吸着面から落とされた球状はんだは吹き付け装置４の中に回収される。
【００３８】
▲７▼不要箇所の球状はんだが完全に除去されたならば、吸着ヘッド１と電子部品１７の位置決めを行って、球状はんだを電子部品に接触させる。このとき吸着孔５に吸着された球状はんだと電子部品のバンプ形成箇所を正確に一致させなければならない。吸着ヘッド１と電子部品１７の位置決めが完了したならば、図示しない真空装置からの吸引を停止し、吸着ヘッド１内に空気を戻して、吸着孔からの吸引状態を解除する。
【００３９】
▲８▼電子部品の球状はんだ搭載部には予め粘着性のフラックスが塗布されており、球状はんだが該フラックスに接触すると、フラックスの粘着力で球状はんだをフラックスに粘着させる。しかしながら、錫鉛合金である球状はんだは比較的軟らかいため、吸着孔に吸引力で吸着されたとき、吸着孔に食い込んでしまい、フラックスの粘着力では吸着孔から外れないものもある。そこで球状はんだを電子部品に接触させた後、吸着ヘッド１に衝撃を与え、吸着孔に食い込んでいた球状はんだを吸着孔から外してフラックスに粘着させる。
【００４０】
▲９▼その後、吸着ヘッドと電子部品を離すと、電子部品には所定の箇所に球状はんだが搭載される。
【００４１】
３，０００のバンプ形成箇所を有するフリップチップに０．１５mm径の球状はんだを搭載するために本発明の装置を用い、上記工程を経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。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、静電気で吸着面の不要箇所に付着した球状はんだを完全に除去し、しかも球状はんだを電子部品に搭載する際には吸着ヘッドに吸着させた球状はんだを完全に吸着孔から外すことができるため、電子部品のバンプ形成箇所には過不足なく球状はんだを搭載できるという、信頼性に優れた搭載が行えるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明球状はんだの搭載装置の斜視図
【図２】本発明球状はんだの搭載方法の各工程を説明する図
【符号の説明】
１ 吸着ヘッド
２ 収納容器
３ 衝撃装置
４ 気体付け装置
５ 吸着孔
６ 吸着面
７ 通孔
８ フレキシブルパイプ
９ 、１０ 保持体
１１ 回転軸
１２ ベルト
１３ 駆動軸
１４ 係合溝
１５ 係合片
１６ 吹き出しノズル
１７ 電子部品
Claims (8)
- 吸着孔が吸引状態になった吸着ヘッドの吸着面を上向きにし、吸着面の上に球状はんだを載置するとともに吸着面上で球状はんだを移動させて全ての吸着孔に球状はんだを吸着させる工程；吸着面を下向きにして吸着ヘッドに衝撃を与え、吸着面の不要箇所に付着した球状はんだを除去する工程；吸着面に気体を吹き付け、前記衝撃で除去できなかった不要箇所付着の球状はんだを除去する工程；吸着ヘッドと電子部品との位置合わせを行ってから吸着孔の吸引状態を解除する工程；吸着ヘッドに衝撃を与えて吸着ヘッドの吸着孔から球状はんだを完全に離脱させることにより球状はんだを電子部品に移行させる工程；から成ることを特徴とする球状はんだの搭載方法。
- 前記吸着面上での球状はんだの移動は、吸着面を傾斜させて球状はんだを転動させることである請求項１に記載の球状はんだの搭載方法。
- 前記吸着面上の球状はんだの移動は、吸着ヘッドに振動を与えて球状はんだをランダムに移動させることである請求項１に記載の球状はんだの搭載方法。
- 前記吸着面への気体の吹き付けは、斜め下方から行うことを特徴とする請求項１〜３に記載の球状はんだの搭載方法。
- 前記吸着面に吹き付ける気体は不活性ガスである請求項１〜４に記載の球状はんだの搭載方法。
- 前記吸着面に吹き付ける気体は空気である請求項１〜４に記載の球状はんだの搭載方法。
- 多数の球状はんだを収納した収納容器；吸着面に多数の吸着孔が穿設されていて、側壁に設けられた回転軸を中心に少なくとも１８０度以上回転可能であるとともに吸着面が前記収納容器の上部と密着して収納容器を保持することができ、余分なはんだボールの除去の工程で通孔から吸引し、吸着させたはんだボールをプリント基板上に落下させる工程で吸引状態を解除できる吸着ヘッド；吸着ヘッドの近傍に設置されており、平時は吸着ヘッドの上方に位置していて、余分なはんだボールの除去の工程及び吸着させたはんだボールをプリント基板上に落下させる工程の衝撃装置作動時には、上方から吸着ヘッドの上部に勢いよく降りてきて、該吸着ヘッドに衝撃を与えることができる衝撃装置；吸着ヘッドの下方に設置されており、しかも吸着ヘッドの吸着面全域に気体を吹き付けることができる気体吹き付け装置；から構成されていることを特徴とする球状はんだの搭載装置。
- 前記衝撃装置は、棒状で先端に円柱状のおもりが取り付けられており、吸着ヘッドの上部に衝撃を与えることができる衝撃装置であることを特徴とする請求項７に記載の球状はんだの搭載装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP13921498A JP3937264B2 (ja) | 1998-05-07 | 1998-05-07 | 球状はんだの搭載方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP13921498A JP3937264B2 (ja) | 1998-05-07 | 1998-05-07 | 球状はんだの搭載方法およびその装置 |
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Family Applications (1)
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| JP13921498A Expired - Lifetime JP3937264B2 (ja) | 1998-05-07 | 1998-05-07 | 球状はんだの搭載方法およびその装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SG126104A1 (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-30 | Shibuya Kogyo Co Ltd | Conductive ball mounting method, and apparatus therefor |
-
1998
- 1998-05-07 JP JP13921498A patent/JP3937264B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH11330123A (ja) | 1999-11-30 |
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