JP3970566B2 - 導電性ボール搭載装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ又はＣｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）等のパッケージの接続端子に、実装基板と接続する突出接点（バンプ）を形成するための導電性ボールを搭載する導電性ボール搭載装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩを用いた半導体パッケージのように接続端子（入出力端子）数の多いパッケージを実装基板に接続するための構造として、パッケージの接続端子上にバンプを形成する構造が採用されている。このバンプは、パッケージの接続端子上に導電性ボール（例えば、はんだボールに代表される導電性ボール、以下、はんだボールという）を搭載し、リフロー（加熱溶融）することにより形成される。
【０００３】
前記バンプ形成工程では、パッケージの接続端子上にはんだボールを搭載するために、パッケージの接続端子と同じ配列で複数の吸着穴が形成された整列マスクを用いて、必要個数のはんだボールを一括してパッケージに搭載している。このようなはんだボールの搭載方法の一例として、特開平９−２９８３５６号公報がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
パッケージの接続端子にはんだボールを搭載する場合、まず、図１０に示すように、真空源（真空ポンプ）１に配管２で接続され、かつ搬送手段（図示せず）に支持された整列マスク３の吸着穴５に、はんだボール容器６内に収容されているはんだボール７を吸着する。そして、図１１に示すように、整列マスク３で吸着されたはんだボール７の下端部を、フラックス槽９内に薄膜状に掻き均されたフラックス１０に浸漬して、はんだボール７の下端部にフラックス１０を付着させる。
【０００５】
そして、図１２に示すように、整列マスク３に吸着されたはんだボール７を、搭載位置に位置決めされたパッケージ１１の接続端子１２に対向させ、整列マスク３を下降させてはんだボール７を接続端子１２に接触させる。そして、整列マスク３内の真空圧を解除して、吸着していたはんだボール７を解放し、整列マスク３を上昇させる。すると、図１３に示すように、フラックス１０の粘着力によりパッケージ１１の接続端子１２にはんだボール７が搭載される。
【０００６】
前記整列マスク３の吸着穴５は、図１４に示すように、下端部（吸着部）に下方に向けて拡開するテーパ穴４が形成され、図１５に示すように、該テーパ穴４にはんだボール７を嵌合させて吸着し保持するように構成されている。
【０００７】
そして、このはんだボール７の吸着時には、吸着穴５を通して真空源に接続されたテーパ穴４には、図１６に示すような気流１３が発生する。この気流１３によって吸い上げられたはんだボール７は、図１７に示すように、テーパ穴４に嵌合して保持される。このとき、はんだボール７は柔らかいので、テーパ穴４に衝突し、あるいは高真空圧で吸引されて変形し、はんだボール７がテーパ穴４に固着することがある。
【０００８】
このように、整列マスク３に保持されたはんだボール７がテーパ穴４と固着していると、はんだボール７をパッケージ１１の接続端子１２へ搭載する際、整列マスク３と真空源１とを遮断し、整列マスク３の吸着穴５内を大気圧に連通させても、整列マスク３からはんだボール７が離脱しないことがある。すると、パッケージ１１の接続端子１２にはんだボール７が搭載されず、リフローしてもバンプを形成できないため、そのパッケージ１１はバンプ不良となる。
【０００９】
また、整列マスク３に残ったはんだボール７には、フラックス１０が付着しているため、次のはんだボール７の吸着時に、はんだボール容器６内のはんだボール７にフラックス１０を付着させてしまう。すると、はんだボール容器６内のはんだボール７同士が、付着したフラックス１０により粘着して大きな固まりとなって吸着作業の障害になるため、はんだボール容器６内のはんだボール７を全て交換することが必要になる。
【００１０】
これらの事態を防止するため、はんだボール７をパッケージ１１の接続端子１２に搭載した後、整列マスク３の吸着面をＣＣＤカメラで撮像し、画像処理装置ではんだボール３の有無を検出し、整列マスク３にはんだボール７が残っている場合には、はんだボール搭載装置を停止してアラームを発生するようにしている。このアラームによって作業員がマニュアル操作で整列マスク３に残っているはんだボール７を除去し、装置の運転を再開する。このため、装置の運転効率が悪く、生産性が低くなっている。
【００１１】
前記整列マスク３へのはんだボール７の固着は、整列マスク３が高真空圧ではんだボール７を吸着することによって発生する。従って、低真空圧ではんだボール７を吸着すれば、整列マスク３とはんだボール７の固着はかなり低減することが出来る。
【００１２】
しかし、低真空圧では、真空圧による吸引力が不足して、整列マスク３ではんだボール７を吸着することが出来ない。また、中真空圧では、真空圧による吸引力が小さいため、整列マスク３の全ての吸着穴５にはんだボール７を吸着するまでの時間が長くなる。このため、０．５Ｍｐａ程度の高真空圧によるはんだボール７の吸着が要求されている。
【００１３】
例えば、５０００個の吸着穴５が形成された整列マスク３に、０．５Ｍｐａの真空圧を供給してはんだボール７の吸着を行なった場合、図１８に示すように、５秒で全ての吸着穴５にはんだボール７を吸着させることが出来た。このとき、整列マスク３内の圧力は、図１９に示すように、０．１Ｍｐａからはんだボール７の吸着量に応じて上昇し、全ての吸着穴５にはんだボール７を吸着したとき、０．５Ｍｐａになる。
【００１４】
上記の事情に鑑み、本発明は、はんだボールをパッケージに搭載した後に、整列マスクにはんだボールが残らないようにして、装置の運転効率を向上させ、生産性を向上させることが出来る、はんだボール搭載装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の請求項１は、複数の接続端子（１２）が形成されたパッケージ（１１）を位置決めする搭載部（Ｄ）と、複数の導電性ボール（７）を収容した導電性ボール供給部（Ａ）と、真空源に接続され、吸着面に、前記パッケージに形成された複数の接続端子と同じ配列で複数の吸着穴（３５、５２）が形成され、前記導電性ボール供給部（Ａ）から前記吸着穴（３５、５２）に導電性ボール（７）を吸着して取出し、前記搭載部に位置決めされたパッケージ（１１）の接続端子（１２）上に導電性ボール（７）を搭載する整列マスク（３１、５１）と、を備え、
前記整列マスク（３１、５１）は、
前記吸着穴（３５、５２）が、吸着面に向けて拡開するテーパ穴（３６、５３）を有し、該テーパ穴（３６、５３）の内周面が導電性ボール（７）との低親和性面に形成され、
該低親和性面は、前記導電性ボール（７）が前記内周面に接触する際に、該内周面と前記導電性ボールの外周面との間に形成される隙間（３７）を有し、該隙間を通して外気が前記吸着穴（３５、５２）に吸入されてなる、
ことを特徴とする、導電性ボール搭載装置にある。
【００１６】
また、本発明の請求項２は、請求項１記載の発明において、前記低親和性面は、前記テーパ穴（３６、５３）の内周面に形成された梨地状の微小な凹凸である、
ことを特徴とする、導電性ボール搭載装置にある。
【００１７】
また、本発明の請求項３は、前記低親和性面は、前記テーパ面（３６、５３）の小径側から大径側に向けて形成された１以上の溝もしくは突起である、
ことを特徴とする、導電性ボール搭載装置にある。
【００１８】
また、本発明の請求項４は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記低親和性面を、前記テーパ穴（３６、５３）の内周面を前記導電性ボール（７）との親和性が低い材料（５５）で被覆してなる、
ことを特徴とする、導電性ボール搭載装置にある。
【００１９】
なお、括弧内の符号等は、図面における対応要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は、図面上の記載に限定拘束されるものではない。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１乃至図５は、本発明によるはんだボール搭載装置を示すもので、図１は、本発明によるはんだボール搭載装置の構成を示す構成図、図２は、図１に示すはんだボール搭載装置における整列マスクの第１の実施形態を示す吸着穴の拡大図、図３は、図２における吸着穴にはんだボールを吸着した状態を示す拡大図、図４は、はんだボールの吸着時における吸着時間とはんだボールの吸着量との関係を示す特性図、図５は、はんだボールの吸着時における吸着時間と整列マスク内の圧力の関係を示す特性図である。
【００２１】
図１において、はんだボール搭載装置２０は、はんだボール７を供給するはんだボール供給部Ａと、フラックス１０を供給するフラックス供給部Ｂと、パッケージ１１を投入位置から搭載位置の下方を通り排出位置へ搬送する搬送部Ｃと、搭載位置の下方に搬入されたパッケージ１１を搭載位置に位置決めする搭載部Ｄと、整列マスク３１を支持し、前記はんだボール供給部Ａとフラックス供給部Ｂ及び搭載部Ｄの間を移動させる移動部Ｅとにより構成されている。
【００２２】
前記はんだボール供給部Ａは、複数のはんだボール７を収容するはんだボール容器６を備えている。そして、はんだボール容器６内で収容したはんだボール７を浮遊させるため、はんだボール容器６の底面から気流を供給するための送風手段（図示せず）、もしくは、はんだボール容器６を振動させる加振手段（図示せず）が配置されている。
【００２３】
前記フラックス供給部Ｂは、フラックス１０を収容するフラックス槽９と、フラックス槽９内でフラックス１０を所要の厚さに掻き均すスキージ２１を備えている。そして、スキージ２１を水平方向に移動させる駆動機構（図示せず）を備え、はんだボール７にフラックス１０を供給するたびに、スキージ２１を移動させ、フラックス１０を所要の厚さに掻き均す。
【００２４】
前記搬送部Ｃは、モータ２２に結合された駆動軸２３と、この駆動軸２３に所定の間隔で固定された一対の駆動プーリ２５と、該駆動プーリ２５と所定の間隔で回転可能に配置された一対の従動プーリ２６と、前記駆動プーリ２５と従動プーリ２６の間に掛け渡された一対のベルト２７を備えている。そして、一対のベルト２７上にパッケージ１１を載置して搬送する。このパッケージ１１の搬送経路に対し、進退可能なストッパ（図示せず）が配置され、搭載位置の下方にパッケージ１１を停止させるようになっている。
【００２５】
前記搭載部Ｄは、昇降手段（図示せず）に支持された載置台２９を備えている。そして、載置台２９を昇降させることにより、前記ベルト２７上に載置されたパッケージ１１を搭載位置へ移動させ、搭載位置にあるパッケージ１１をベルト２７上へ移動させるようになっている。
【００２６】
前記移動部Ｅは、搭載ヘッド３２を介して支持した整列マスク３１の移動経路を規制する案内手段３０と、この案内手段３０に沿って整列マスク３１を移動させる駆動手段（図示せず）と、整列マスク３１を昇降（矢印方向）させる駆動手段（図示せず）とを備えている。
【００２７】
このような構成で、整列マスク３１を案内手段３０に沿って移動させると共に、はんだボール供給部Ａ、フラックス供給部Ｂ、及び搭載部Ｄで整列マスク３１を昇降させることにより、整列マスク３１により、はんだボール７の吸着、吸着したはんだボール７へのフラックス１０の付着及びパッケージ１１への搭載を行なわせる。
【００２８】
前記整列マスク３１は、配管２を通して真空源１に接続されている。この整列マスク３１は、図２、図３に示すように、吸着穴３５の下端部に下方に向けて拡開するテーパ穴３６が形成されている。このテーパ穴３６には、梨地状の微小な凹凸が形成され、はんだボール７との親和性を低下させるようになっている（低親和性面）。
【００２９】
このような構成であるから、図３に示すように、整列マスク３１の吸着穴３５を通して吸引し、はんだボール７をテーパ穴３６に嵌合させるように吸着させる。すると、はんだボール７の表面は、テーパ穴３６の凹凸と接触して支持される。
【００３０】
このとき、テーパ穴３６の凹凸により、テーパ穴３６の内周面とはんだボール７の外周面との間には、隙間３７が形成される。この隙間３７を通して外気が整列マスク３１内に吸入されるので、整列マスク３１内の真空度が下がり、はんだボール７に加わる吸引力を緩和することができる。従って、整列マスク３１ではんだボール７を吸着する際、テーパ穴３６に対するはんだボール７の衝突による衝撃力を緩和し、吸着後の吸引力を低下させることが出来るので、テーパ穴３６とはんだボール７の固着を無くすことが出来る。
【００３１】
例えば、５０００個の吸着穴３５が形成された整列マスク３１に、０．５Ｍｐａの真空圧を供給してはんだボール７の吸着を行なった場合、図４に示すように、全ての吸着穴５にはんだボール７を吸着させるのに必要な時間は、５秒より若干長くなる。
【００３２】
このとき、整列マスク３１内の圧力は、図５に示すように、０．１Ｍｐａからはんだボール７の吸着量に応じて上昇するが、全ての吸着穴３５にはんだボール７を吸着しても、テーパ穴３６の内周面とはんだボール７との接触面の隙間３７から空気が吸い込まれるため、０．５Ｍｐａより低い真空圧となる。
【００３３】
しかし、整列マスク３１内の圧力は、はんだボール７の吸着を開始させるのに必要な真空圧０．１Ｍｐａより高い真空圧に維持されるので、はんだボール７を確実に保持することが出来る。
【００３４】
整列マスク３１に吸着保持したはんだボール７を、パッケージ１１の接続端子１２に搭載する際、整列マスク３１内を大気圧に連通する。すると、整列マスク３１は、吸着保持した全てのはんだボール７を確実に解放し、パッケージ１１の接続端子１２上に搭載することが出来る。従って、整列マスク３１にはんだボール７が残ることはない。
【００３５】
即ち、はんだボール７を吸着保持するテーパ穴３６の内周面に微小な凹凸を形成することにより、テーパ穴３６の内周面とはんだボール７との親和性を低下させる。テーパ穴３６の内周面をはんだボール７とは低親和性とすることにより、はんだボール７を吸着保持した際に、テーパ穴３６とはんだボール７の馴染みが悪くなるので、整列マスク３１（テーパ穴３６）からはんだボール７が離間しやすくなる。
【００３６】
なお、前記テーパ穴３６の内周面の凹凸は、座繰り加工で形成されたテーパ穴３６の内周面に、例えば、サンドブラストにより微粉末粒子を吹付けて形成することが出来る。
【００３７】
なお、前記テーパ面３６に、前記梨地状の凹凸に代えて、放射状の溝（もしくは突起）を形成しても、同様の効果を得ることが出来る。
【００３８】
図６及び図７は、本発明によるはんだボール搭載装置に使用する整列マスクの参考例を示すもので（便宜的に第２の実施の形態と表記する）、図６は、整列マスクの吸着穴の拡大図、図７は、はんだボールを吸着した状態を示す拡大図である。
【００３９】
同図において、整列マスク４１は、吸着穴４２及びテーパ穴４３が形成され、全体がはんだボール７との親和性が低いフッ素樹脂４５で被覆されている。
【００４０】
このような構成の整列マスク４１で、図７に示すように、はんだボール７を吸着すると、はんだボール７はテーパ穴４３を被覆するフッ素樹脂４５と接触して吸着保持される。このとき、テーパ穴４３とはんだボール７との間には、隙間が出来ないため、整列マスク４１内にテーパ穴４３を通して空気が流入することはない。
【００４１】
従って、はんだボール７は、高い真空圧で吸着保持されることになる。しかし、フッ素樹脂４５とはんだボール７は親和性が低いので、はんだボール７の離間性が向上し、はんだボール７をパッケージへ搭載する際、整列マスク４１からはんだボール７が離れ易くなり、搭載後にはんだボール７が整列マスク４１に残ることはない。
【００４２】
図８及び図９は、本発明によるはんだボール搭載装置に使用する整列マスクの第３の実施形態を示すもので、図８は、整列マスクの吸着穴の拡大図、図９は、はんだボールを吸着した状態を示す拡大図である。
【００４３】
同図において、整列マスク５１は、吸着穴５２及びテーパ穴５３が形成されている。このテーパ穴５３の内周面には、梨地状の凹凸が形成されている。そして、吸着穴５２及びテーパ穴５３を含め、全体がはんだボール７との親和性が低いフッ素樹脂５５で被覆されている。
【００４４】
このような構成の整列マスク５１で、図９に示すように、はんだボール７を吸着すると、はんだボール７はテーパ穴５３を被覆するフッ素樹脂５５と接触して保持される。このとき、前記第１の実施形態と同様に、テーパ穴５３とはんだボール７との間の隙間から、整列マスク５１内にテーパ穴５３を通して空気が流入する。
【００４５】
従って、はんだボール７は、第１の実施形態と同様に、比較的低い真空圧で吸着保持されることになる。また、フッ素樹脂５５とはんだボール７は親和性が低いので、はんだボール７の離間性が向上し、はんだボール７をパッケージへ搭載する際、整列マスク５１からはんだボール７が離れ易くなり、搭載後にはんだボール７が整列マスク５１に残ることはない。
【００４６】
なお、上記第２及び第３の実施形態においては、整列マスク４１、５１全体をフッ素樹脂で被覆するよう説明したが、フッ素樹脂で被覆する範囲は、テーパ穴４３、５３の内周面だけでもよい。
【００４７】
なお、上記の実施形態においては、整列マスク３１（４１、５１）で吸着保持したはんだボール７にフラックスを付着させ、パッケージ１１の接続端子１２に搭載するはんだボール搭載装置について説明したが、はんだボール搭載装置は、転写ピン、シリンジ等を用いて、予めパッケージ１１の接続端子１２にフラックス１０を転写しておき、このフラックス１０を介してはんだボール７を搭載するようにした装置であってもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、整列マスクのはんだボールを吸着保持するテーパ穴の内周面を、はんだボールに対し低親和性面として形成したので、パッケージへの搭載時における整列マスクからのはんだボールの離間性を向上させることが出来る。また、パッケージへの搭載後、整列マスクにはんだボールが残ることがないので、装置の運転効率を向上させ、生産性を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるはんだボール搭載装置の構成を示す構成図。
【図２】図１に示すはんだボール搭載装置における整列マスクの吸着穴の拡大図。
【図３】図２における吸着穴にはんだボールを吸着した状態を示す拡大図。
【図４】はんだボールの吸着時における吸着時間とはんだボールの吸着量との関係を示す特性図。
【図５】はんだボール吸着時における吸着時間と整列マスク内の圧力の関係を示す特性図。
【図６】第２の実施形態における整列マスクの吸着穴の拡大図。
【図７】図６に示す整列マスクではんだボールを吸着した状態を示す拡大図。
【図８】第３の実施形態における整列マスクの吸着穴の拡大図。
【図９】図８に示す整列マスクではんだボールを吸着した状態を示す拡大図。
【図１０】はんだボール搭載装置におけるはんだボールの吸着工程を示す工程図。
【図１１】はんだボール搭載装置におけるフラックス供給工程を示す工程図。
【図１２】はんだボール搭載装置における搭載工程を示す工程図。
【図１３】パッケージにはんだボールを搭載した状態を示す側面図。
【図１４】従来の整列マスクの吸着穴を示す拡大図。
【図１５】従来の吸着マスクにおけるはんだボールの吸着状態を示す拡大図。
【図１６】整列マスクの吸着部における空気の流れを示す拡大図。
【図１７】整列マスクの吸着穴にはんだボールが密着した状態を示す拡大図。
【図１８】はんだボールの吸着時における吸着時間とはんだボールの吸着量との関係を示す特性図。
【図１９】はんだボール吸着時における吸着時間と整列マスク内の圧力の関係を示す特性図。
【符号の説明】
７…導電性ボール（はんだボール）
１１…パッケージ
１２…接続端子
３１、４１、５１…整列マスク
３５、４２、５２…吸着穴
３６、４３、５３…テーパ穴

Claims (4)

1. 複数の接続端子が形成されたパッケージを位置決めする搭載部と、
   複数の導電性ボールを収容した導電性ボール供給部と、
   真空源に接続され、吸着面に前記パッケージに形成された複数の接続端子と同じ配列で複数の吸着穴が形成され、前記導電性ボール供給部から前記吸着穴に導電性ボールを吸着して取出し、前記搭載部に位置決めされたパッケージの接続端子上に導電性ボールを搭載する整列マスクと、を備え、
   前記整列マスクは、
   前記吸着穴が、吸着面に向けて拡開するテーパ穴を有し、該テーパ穴の内周面が導電性ボールとの低親和性面に形成され、
   該低親和性面は、前記導電性ボールが前記内周面に接触する際に、該内周面と前記導電性ボールの外周面との間に形成される隙間を有し、該隙間を通して外気が前記吸着穴に吸入されてなる、
   ことを特徴とする、導電性ボール搭載装置。
2. 前記低親和性面は、前記テーパ穴の内周面に形成された梨地状の微小な凹凸である、
   ことを特徴とする、請求項１記載の導電性ボール搭載装置。
3. 前記低親和性面は、前記テーパ面の小径側から大径側に向けて形成された１以上の溝もしくは突起である、
   ことを特徴とする、請求項１記載の導電性ボール搭載装置。
4. 前記低親和性面は、前記テーパ穴の内周面を前記導電性ボールとの親和性が低い材料で被覆してなる、
   ことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の導電性ボール搭載装置。

Images