JP4092707B2 - 導電性ボールの搭載方法および搭載装置 - Google Patents
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Description
なお、Sn又はCu、Au、Ag、W、Ni、Mo、Alなど金属を主体とした導電性ボールは本発明に含まれる。また、ポリプロピレン又はポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアミド、酢酸セルロース、ポリエステル系などの樹脂を主体としたボールの表面に半田などの導電性金属をコーティングした導電性ボールは本発明に含まれる。
半導体装置(チップ)、基板、それらのパッケージ、その他の電子部品など接続バンプとして導電性ボールが採用される電子部品は本発明の被配列体に含まれる。また、電子部品に接続バンプを形成するための部材、例えば導電性ボールを電子部品に搭載するため該導電性ボールが配置される部材も本発明で言う被配列体に含まれる。
本発明において、導電性ボールが搭載される被配列体の面の性状は特に限定されず、平面または曲面、凹凸面などが対象とされる。
前記複数の線状部材は、当該複数の線状部材により前記第2のステップで整列部材の一方の面に供給されたボールを包含可能に構成されていることが望ましく、さらに、前記整列部材は柔軟性を有すればなお好ましい。
前記複数の線状部材は、当該複数の線状部材により前記第2のステップで整列部材の一方の面に供給されたボールを包含可能に構成されていることが望ましく、さらに、前記整列部材は柔軟性を有すればなお好ましい。
本発明の一例である第1態様について図1〜14を参照しながら説明する。
図1は、本発明の第1態様に係る搭載装置1aの概念図である。図2は、図1の搭載装置1の搭載部2の側面図である。図3は、図1の搭載装置1で導電性ボールBが搭載される基板7の構造を示す図である。図4は、図2の搭載部2の整列部材22を示す図である。図5は、図4の整列部材22の変形例28を示す図である。図6は、図4および図5の整列部材22、28の部分拡大断面図である。図7は、図4の整列部材22の別の変形例22a〜22cを示す図である。図8は、図5の整列部材28の変形例28´を示す図である。図9は、図2の搭載部2の振込具27と整列部材22を示す斜視図である。図10は、図9の振込具27の変形例27a〜27eを示す図である。図11は、図9のa−a断面図であって振込具27の部分拡大断面図である。図12は、図2の搭載部2の振込具27と整列部材22を示す平面図である。図13は、図1の搭載装置1の動作を説明する図である。図14は、図9の振込具27の動作を説明する図である。
マスク22は、上面(一方の面)222および上面に対する下面(他方の面)223と、前記配列パターンに対応し、半田ボールBが挿通可能で上面222と下面223に開口した位置決め開口部221とを備えている。
図5に示すように、マスク28は、大略つづみ形状の位置決め開口部281を備えている。位置決め開口部281は、前記第1テーパ孔部2211と基本的に同様な第1テーパ孔部2811を有するとともに、第1テーパ孔部2811と同軸にマスク6の上面61に形成され下面283から上面282の方向に広がる第2テーパ孔部2812を有している。位置決め開口部281によれば、マスク28の上面に供給された半田ボールBは第2テーパ孔部2812で導びかれ、位置決め開口部281へ半田ボールBはより円滑に装入される。なお、第2テーパ孔部2812の下側辺縁部2812aの稜線2812b、または第1テーパ孔部2811の上側辺縁部2811aの稜線2811b(この例においては稜線2811bと2812bは同一である。)を面取り状あるいはR形状とすれば、半田ボールBはより円滑に導入され有効である。
振込具27は、図9に示すように、軸芯をほぼ揃えた状態で配設された2本以上の線状部材271を備えている。振込具27は、少なくとも半田ボールBが搭載される際には、マスク22の上面に供給された半田ボールBに対して線状部材271がほぼ水平な姿勢で当接可能な状態に配設されるととも、マスク22の上面に対し相対的に水平移動される。
図11に示すように、振込具27は、その複数本の線状部材271が密接状態になるように移動方向(紙面において水平方向)及び上下方向に密設されている。具体的には、図示するように幾本かの線状部材271同士を結束して密に保持部材272に固定されている。線状部材271は個々には剛性が低いが、このように線状部材271を密設することにより全体的には剛性を有することとなる。したがって、複数本が密設された線状部材271によれば、マスク22に多数個投入される半田ボールBを全体で捕捉できるとともに、捕捉した半田ボールBを通じて反力を受けても変形し難くなる。
ホルダ21は、図2に示すように、ホルダ21の左方に立設した壁部213と、基板7を装着自在にした挿着凹部212と、前記挿着凹部212の底面に開口した開口部211aと外部に開口した開口部211bと、前記開口部211aと211bを連通する流体通路211と、前記開口部211bにおいて流体通路211に連結し負圧を発生する負圧発生手段を備えている。挿着凹部212に基板7を装着した後に負圧発生手段で負圧を発生すれば、挿着凹部212の底面に基板7が密着する。したがって、基板7の姿勢は常に水平に保持される。
基板7を装着する前のホルダ21の初期の位置は、図2(b)に示すように紙面において下方の位置とする。ホルダ昇降手段29は、基板7がホルダ21に装着された後、初期位置からホルダ21を所定の高さまで上昇させる。基板7は、半田ボールBを搭載するための図2(a)に示す搭載位置に位置決めされる。ホルダ昇降手段29は、基板7に半田ボールBが搭載された後にホルダ21を初期位置まで下降させ、基板7からマスク22を取外す。
マスク22の初期位置は、図2(b)に示すように紙面において右方の位置をとする。マスク移送手段23は、基板7が搭載位置に位置決めされた後に初期位置からマスク22を左方に移動させる。マスク22は、図2(a)に示すように、その左側端面が壁部213の右側面に当接して停止する。マスク22は、図4(a)に示すように、その位置決め開口部221が電極71に対応するように基板7に対して位置決めされる。マスク水平移動手段23は、基板7に半田ボールBが搭載されホルダ21が下降した後に初期位置へ戻される。
ボール供給手段24は、マスク22の右側端の上方に配置され、半田ボールを供給する供給口241を有し、電極71の個数より多い半田ボールBを定量秤量し、マスク22の上面に供給する。
ボール除去手段26は、マスク22の左側端に配設され半田ボールBを吸引する吸引口261を有し、マスク22の上面に残ったボールを吸引除去する。
搭載部2を含む搭載装置1aの動作について説明する。
図13(a)に示すように、基板7に対しマスク22を位置合わせする。このとき、平面方向においてはマスク22の位置決め開口部221が基板7の電極71に対応し、垂直方向においてはマスク22の下面が基板7の上面に対し所定の位置関係となるようマスク22を位置合わせする。図13(a)の場合には、マスク22の下面が電極71の上面に接触するようにマスク22を位置合わせしているが、例えば電極71にフラックスなどが塗布されている場合には、フラックスがマスク22に付着しないようにマスク22の下面が基板7に対し所定の間隔で隔てられるように位置合わせしてもよい。
電極71の個数以上の半田ボールBをボール供給手段24でマスク12の上面に供給する。マスク22の上面に供給された半田ボールBに対し線状部材271が略水平な姿勢で当接するように配設された振込具27をマスク22の上面に対し相対的に水平移動する。
図13(c)に示すように、ホルダ昇降手段29を下降させ基板7からマスク22を取外す。
本発明の一例である第2態様について図1および図15〜17を参照しながら説明する。
図1は、第2態様に係る搭載装置1bの概念図である。図15は、図1の搭載装置1bの搭載部3の側面図である。図16は、図15の搭載部2の振込具27および整列部材22、磁気発生器314を示す斜視図である。図17は、図15の磁気発生器314の変形例314a〜314fを示す図である。なお、図において、第1態様の搭載装置1aと実質的に同様な構成ついては同一の符号を付し、その構造や動作の詳細な説明を省略する。(以下説明する他の態様でも同様とする。)
磁気発生器314は、図16に示すように、基板7に対し平面的に対応するように配設された略平板状の永久磁石である。振込具27に対する磁気発生器314の上面(一面)は一定の極(例えば正(N)極)に着磁されている。なお、磁気発生器314は、基板7に密着した状態で配設されてもよく、その発生する磁力を線状部材271´に適量作用させるため基板7に対し適当な間隙で配設されてもよい。このように配置された磁気発生器314は、マスク22の上面を水平移動する線状部材271´を発生する磁力で下方に引付ける。
以下の条件で、第1態様の搭載装置1aで半田ボールBを5枚の基板7に搭載した。
マスク22はSUS430製で、その厚みは80μmとした。マスク22は、基板7の電極71に対応して10200個の位置決め開口部221が25mm□の範囲に形成されたものを使用し、位置決め開口部221の直径は90μmとした。振込具17の線状部材271は、直径がφ75μmの略円形状断面を有し、位置決め開口部221の範囲を包含する長さの腹部を有するものを使用した。半田ボールBは、Snを主体とした直径が80μmのもので、マスク22の上面に12000個づつ投入した。線状部材271としては、サンダロン(商標名、旭化成製)を使用した。以上の条件は、以下説明する実施例2および比較例とも基本的には同一とした。
第2態様の搭載装置1bで半田ボールBを5枚の基板7に搭載した。なお、線状部材11としては、フェライト系磁性ステンレスであるSUS430を使用した。
第1態様の搭載装置1aに、尖鋭部のある刷毛状の線状部材を備えた振込具を組み込み、マスク22の上面に対し略垂直に線状部材を配設し、尖鋭部をマスク22に接触させた状態で線状部材を水平移動させて半田ボールBを搭載した。
本発明の一例である第3態様について図1および図18〜20を参照しながら説明する。
図1は、第3態様に係る搭載装置1cの概念図である。図18は、図1の搭載装置1cの搭載部4の側面図である。図19は、図18のホルダ41の断面図である。図20は、図18のホルダ41および基板7、マスク22のみを示す拡大側面図である。
本態様の吸引部は、図19(a)に示すように、ホルダ41に内蔵された磁力を発生する磁気発生器411である。磁気発生器411は、基板7の上方に位置合わせされたマスク22に対し基板7を介して相対するように配設されている。磁気発生器411には、磁気発生器411へ給電する給電制御回路412が連結されている。
第3態様の搭載装置1cの動作について説明する。
基板7に対しマスク22´を位置合わせする。
図20(b)に示すように、給電制御回路から給電された磁気発生器411で生じた磁力により基板7の上方に載置されたマスク22´を全体的に下方へ吸引する。その結果、マスク22´は、その下面が基板7の上面に倣い均一に密着する。したがって、基板7に変形がある場合でも、基板7とマスク22´の間に大きな空隙が生ずることがない。
電極71の個数以上の半田ボールBをボール供給手段24でマスク22´の上面に供給する。マスク22´の上面に供給された半田ボールBに対し線状部材271が略水平な姿勢で当接するように配設された振込具27をマスク22´の上面に対し相対的に水平移動する。半田ボールBは、振込具27で移動され位置決め開口部221へ装入される。ここで、マスク22´は基板7に密着している。したがって、位置決め開口部221を通して電極71に載置された半田ボールBは位置決め開口部221から漏れることがない。
ホルダ昇降手段29を下降させ基板7からマスク22´を取外す。
本発明の一例である第4態様について図21〜23を参照しながら説明する。なお、第4態様の搭載装置1dは第1態様の搭載装置1aと基本的に同じものである。
図21は、第4態様の搭載装置1dのマスク22及び基板7、仮固定膜Fのみの部分拡大断面図である。図22は、第4態様の搭載装置1dの動作を説明する図である。図23は、図22の仮固定膜変質部25の変形例を示す図である。
仮固定膜Fは、図13で説明しマスクを取外すステップ以降において、基板7に載置された半田ボールBに多少の外力が作用した場合でも半田ボールBが簡単に動かないよう半田ボールBを電極71に粘着力で仮固定するものである。しかしながら、基板7にマスク22を位置合わせする第1のステップから半田ボールBを搭載する第2のステップにおいては、マスク22や半田ボールBに仮固定膜Fが付着しないように仮固定膜Fの粘着力は低い状態であることが要望される。
仮固定膜変質部は、熱的または機械的、化学的に仮固定膜Fを変質させ、その粘着力を高めるものであり、第4態様の搭載装置1dでは、搭載部2に組み込まれている。
上記搭載装置1dの動作について説明する。
図22(a)に示すように、粘着力の低い仮固定膜Fが電極71の上面に形成されている基板7に対しマスク22を位置合わせする。
マスク22の上面に半田ボールBを供給する。マスク22に供給された半田ボールBを振込具27で移動し、該半田ボールBを位置決め開口部221に振込む。半田ボールBは、仮固定膜Fを介した状態で電極71に載置される。なお、第4態様の搭載装置では、振込方式で半田ボールBを搭載しているが、次述する第5態様の搭載装置のように吸着方式で或いはその他の方式で搭載してもよい。
図22(b)に示すように、位置決め開口部221に振込まれた半田ボールBの頂部に仮固定膜変質部25aを当接し、半田ボールBを加熱する。半田ボールBを介して伝達された熱で、半田ボールBが接触している領域近傍の仮固定膜Fを溶融させ、粘着力を高める。仮固定膜Fの粘着力で半田ボールBを仮固定する。なお、半田ボールBを加熱する際に、半田ボールBを加圧したり加振したりすれば半田ボールBはより強く仮固定されるので望ましい。
本発明の一例である第5態様について図1および図24、25を参照しながら説明する。
図1は、第5態様に係る搭載装置1eの概念図である。図24は、図1の搭載装置1eの搭載部5を示す図である。図25は、図1の搭載装置1eの動作を説明する図である。
図1に示すように、搭載装置1eは搭載部5を有している。
図24に示すように、搭載部5は、電極71のパターンに対応し導電性ボールBを着脱自在な位置決め吸着部511を備えた整列部材である吸着ヘッド51と、多数個の半田ボールBが貯溜された上部開口の容器52と、図示しない仮固定膜変質部とを備えている。
上記搭載装置1eの動作について説明する。
容器に貯溜された半田ボールBを位置決め吸着部211で吸着する。図25(a)に示すように、位置決め吸着部511に吸着された半田ボールBが電極71に対応するように吸着ヘッド51を位置決めする。
位置決め吸着部511から半田ボール4を切り離し、粘着力の低い仮固定膜Fを介し電極71に搭載する。
図25(b)に示すように、仮固定膜変質部25aで仮固定膜Fを溶融し、仮固定膜Fの粘着力を高め、半田ボールBを仮固定する。
本発明の一例である第6態様について図26〜図28を参照しながら説明する。
図26は、第6態様に係る搭載装置1´の概念図である。図27は、図26の搭載装置1´の仮固定膜形成部6を示す図である。図28は、図26の搭載装置1´の動作を説明する図である。
仮固定膜形成部6は、粘着力の低い仮固定膜Fを電極71に形成するものである。仮固定膜Fは、上述した仮固定材を用いて形成される。仮固定膜Fの形成方法は、特に限定されないが、例えば、図27で例示する仮固定膜形成部6を用い形成される。
上記搭載装置1´の動作について説明する。
粘着力の高い液状の仮固定材を基板7の上面に薄く塗布して配置し、配置された仮固定材を固化させて、図28(a)に示すように、粘着力の低い仮固定膜Fを電極71に形成する。
図28(b)に示すように、電極71と位置決め開口部221が対応するように、基板7の上方にマスク22を位置合わせする。
マスク22の上面に半田ボールBを供給し、振込具27で半田ボールBを移動させて位置決め開口部221に振込む。半田ボールBは、仮固定膜Fを介した状態で電極71に載置される。
図28(c)に示すように、仮固定膜変質部25aで仮固定膜Fを溶融し、仮固定膜Fの粘着力を回復し、半田ボールBを仮固定する。
第4および第6態様の実施例を説明する。
一般に使用されるペースト状のロジン系のフラックスを仮固定材として使用した例を説明する。なお、フラックスとしては樹脂系或いは水溶性のものを用いてもよい。
揮発性の高いIPAで希釈した液状のロジン系フラックスを仮固定材fとして使用した例を説明する。
融点が24℃のドデシルアルコールを溶媒として希釈されたロジン系のフラックスを仮固定材fとして使用した例を説明する。この種の溶媒としては、ブチルアルコール(融点25℃)、テトラデシルアルコール(融点38℃)なども使用できる。
上記ドデシルアルコールを仮固定材fとして使用した例を説明する。
2 搭載部
21 ホルダ
22(28) マスク(整列部材)
23 マスク水平移動手段
24 ボール供給手段
26 ボール除去手段
27 振込具
29 ホルダ昇降手段
3 搭載部
31 ホルダ
4 搭載部
41 ホルダ
5 搭載部
51 吸着ヘッド(整列部材)
52 容器
6 仮固定膜形成部
7 基板
71 電極
8 磁石
Claims (10)
- 導電性を有するボールを被配列体の一面に所定のパターンで搭載する搭載方法において、
一方の面および前記一方の面に対する他方の面と、前記パターンに対応し配置され、前記一方の面および前記他方の面に開口し前記ボールが挿通可能な位置決め開口部とを備えた整列部材を前記整列部材の他方の面が前記被配列体の一面に対する状態に位置合わせをする第1のステップと、
軸芯をほぼ揃えた状態で配設された複数の線状部材を備え、前記整列部材の一方の面に供給された前記ボールに対し前記線状部材が略水平な姿勢で当接可能な状態に配設された振込具を、前記整列部材の一方の面に対し相対的に水平移動し、前記位置決め開口部を通して前記被配列体の一面にボールを載置する第2のステップを含み、前記複数の線状部材は、前記振込具の移動方向に対し上下方向及び水平方向に密接した状態で配置されている搭載方法。 - 前記複数の線状部材は、当該複数の線状部材により前記第2のステップで整列部材の一方の面に供給されたボールを包含可能に構成されている請求項1に記載の搭載方法。
- 前記整列部材は柔軟性を有する請求項1又は2に記載の搭載方法。
- 前記第2のステップにおいて、前記振込具の線状部材を前記整列部材の一方の面に当接しつつ前記振込具を水平移動する請求項1乃至3のいずれかに記載の搭載方法。
- 前記第2のステップにおいて、前記整列部材の一方の面に前記線状部材を押付けながら前記振込具を水平移動する請求項1乃至4のいずれかに記載の搭載方法。
- 導電性を有するボールを被配列体の一面に所定のパターンで搭載する搭載装置において、
一方の面および前記一方の面に対する他方の面と、前記パターンに対応し配置され、前記一方の面および前記他方の面に開口し前記ボールが挿通可能な位置決め開口部とを備えた整列部材と、
軸芯をほぼ揃えた状態で配設された複数の線状部材を備えた振込具とを備え、
少なくとも前記ボールを搭載する時には、
前記整列部材は、前記整列部材の他方の面が前記被配列体の一面に対する状態に位置決めされ、
前記振込具は、前記整列部材の一方の面に供給された前記ボールに対し前記線状部材が略水平な姿勢で当接可能な状態に配設され、前記整列部材の一方の面に対し相対的に水平移動される搭載装置であって、前記複数の線状部材は、前記振込具の移動方向に対し上下方向及び水平方向に密接した状態で配置されている搭載装置。 - 前記複数の線状部材は、当該複数の線状部材により前記整列部材の一方の面に供給されたボールを包含可能に構成されている請求項6に記載の搭載方法。
- 前記線状部材の軸芯が、前記振込具の移動方向に対し45〜135度の角度で交差する請求項6又は7のいずれかに記載の搭載装置。
- 前記線状部材は柔軟性を有する請求項6乃至8のいずれかに記載の搭載装置。
- 前記線状部材は弾性を有し、前記線状部材は前記ボール配列用整列部材の一方の面で押圧される状態に位置決めされる請求項6乃至9のいずれかに記載の搭載装置。
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