JP4118284B2 - 半田ボール搭載装置及び半田ボール搭載方法 - Google Patents
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Description
(1)パッケージ基板に形成された接続パッドにフラックスを印刷する工程。
(2)フラックスの印刷された接続パッドに、半田ボールを搭載する工程。
(3)リフローを行い半田ボールから半田バンプを形成する工程。
プリント配線板の電極に対応する複数の開口を備えるボール整列用マスクと、
ボール整列用マスクの上方に位置し、開口部から空気を吸引することで開口部直下に半田ボールを集合させる筒部材と、
前記筒部材を水平方向に移動させる移動機構であって、該筒部材を移動させることで前記ボール整列用マスクの上に集合させた半田ボールを移動させ、ボール整列用マスクの開口を介して、半田ボールをプリント配線板の電極へ落下させる移動機構と、を備え、
前記筒部材の少なくとも半田ボール接触部位を導電性部材により構成したことを技術的特徴とする。
ボール整列用マスクの上方に、該ボール整列用マスクに対向する開口部を備える導電性筒部材を位置させ、該筒部材で空気を吸引することで、当該筒部材直下のボール整列用マスク上に半田ボールを集合させ、
前記筒部材を水平方向に移動させることで、前記ボール整列用マスクの上に集合させた半田ボールを移動させ、ボール整列用マスクの開口を介して、半田ボールをプリント配線板の接続パッドへ落下させることを技術的特徴とする。
図1(A)は、本発明の一実施例に係る半田ボール搭載装置の構成を示す構成図であり、図1(B)は、図1(A)の半田ボール搭載装置を矢印B側から見た矢視図である。
搭載筒24は、下端開口部24A(図2(B)参照)が矩形に形成してある。このため、半田ボールを略矩形状に集合させ、略矩形形状の接続パッド領域75A内の接続パッド75に半田ボールを効率的に搭載することができる。ここで、当該開口部の搭載筒移動方向(X方向)に平行な辺(内壁の長さ)24Xの長さaxを、接続パッド領域75Aの搭載筒移動方向に平行な辺75Xの長さxに対してa(1.1〜4)倍に設定してある。一方、開口部の搭載筒移動方向に垂直(Y方向)な辺(内壁長さ)24Yの長さbyを、接続パッド領域75Aの搭載筒移動方向に垂直な辺75Yの長さyに対してb(1.1〜4)倍に設定してある。このため、プリント配線板の接続パッド領域75Aに半田ボールを集めることができる。ここで、接続パッド領域は、図9(A)の75Aの領域であって、最外周に位置する接続パッドを含み、その面積が最小となる矩形領域を言う。なお、図9(C)に示すように接続パッド75が矩形状に配置されていない場合のx、yは、最外周の接続パッドを含み接続パッド領域75Aの矩形面積が最小となるように設定する。
(1)多層プリント配線板の位置認識、補正
図2(A)に示すように多数個取り用の多層プリント配線板10Aのアライメントマーク34Mをアライメントカメラ46により認識し、ボール整列用マスク16に対して多層プリント配線板10Aの位置をXYθ吸引テーブル14によって補正する。即ち、ボール整列用マスク16の開口16aがそれぞれ多層プリント配線板10Aの接続パッド75に対応するように位置調整する。
図2(B)に示すように半田ボール供給装置22から半田ボール78sを搭載筒24側へ定量供給する。なお、予め搭載筒内に供給しておいても良い。
図3(A)に示すように、ボール整列用マスク16の上方に、該ボール整列用マスクとの所定のクリアランス(例えば、ボール径の0.5〜4倍)を保ち搭載筒24を位置させ、吸引部24bから空気を吸引することで、搭載筒とプリント配線板間の隙間の流速を5m/sec〜35m/secにして、当該搭載筒24の開口部24A直下のボール整列用マスク16上に半田ボール78sを集合させた。
図4(B)に示すように、搭載筒24により余剰の半田ボール78sをボール整列用マスク16上に開口16aの無い位置まで誘導した後、吸着ボール除去筒61により吸引除去する。
XYθ吸引テーブル14から多層プリント配線板10Aを取り外す。
(1)プリント配線板の作製
出発材料として両面銅張積層板(例えば、日立化成工業株式会社製 MCL−E−67)を用い、この基板に周知の方法でスルーホール導体及び導体回路を形成した。その後、周知の方法(例えば、2000年6月20日 日刊工業新聞社発行の「ビルドアップ多層プリント配線板」(高木清著)で層間絶縁層と導体回路層とを交互に積層し、最外層の導体回路層において、ICへ電気的に接続するための接続パッド群を形成した。接続パッド群は、直径120μmΦの接続パッドを接続パッド領域(70mm2 :10mm×7mm)内に2000個形成し、その大半が150μmピッチで格子状に配置されている。ここで、バイアホールから成る接続パッド(バイアホールの直上に半田バンプを形成)は、フィルドビアが好ましく、その凹み量、凸量(図12参照)は、導体回路158の導体厚さに対し−5〜5μmの範囲が望ましい。フィルドビアの凹み量が5μmを越える(−5μm)と、半田ボールとフィルドビアからなる接続パッドの接点が少なくなるので、半田バンプとするとき濡れ性が悪くなり、半田内にボイドを巻き込んだり、未搭載(ミッシングバンプ)になりやすい。一方、5μmを越えると導体回路158の厚みが厚くなるので、ファイン化に向かない。
その上に市販のソルダーレジストを形成し(膜厚20μm)、接続パッドを露出させるため、接続パッド上のソルダーレジストに、写真法で90μmΦの開口を形成した。
(1)で作製したプリント配線板の表面(IC実装面)に市販のロジン系フラックスを塗布した。その後上述した本願発明の半田ボール搭載装置の吸着テーブルに搭載し、プリント配線板およびボール整列用マスクのアライメントマークをCCDカメラを用いて認識し、プリント配線板とボール整列用マスクを位置合わせした。ここで、ボール整列用マスクは、プリント配線板の接続パッドに対応した位置に直径110μmΦの開口を有するNi製のメタルマスクを用いた。メタルマスクの厚みは、半田ボールの1/4〜3/4が好ましい。ここでは、Ni製のメタルマスクを用いたが、SUS製やポリイミド製のボール整列用マスクを用いることも可能である。尚、ボール整列用マスクに形成する開口径は、使用するボールの径に対して1.1〜1.5倍が好ましい。次に、接続パッド領域に対応した大きさ(接続パッドが形成されている領域に対して1.1〜4倍)で、高さ200mmのSUS製の搭載筒を半田ボール径の0.5〜4倍のクリアランスを保ってメタルマスク(ボール整列用マスク)上に位置させ、その周囲近辺のボール整列用マスク上にボール直径80μmΦのSn63Pb37半田ボール(日立金属社製)を載せた。実施例では、半田ボールにSn/Pb半田を用いたが、SnとAg、Cu、In、Bi、Zn等の群から選ばれるPbフリー半田であってもよい。
「搭載筒とボール整列用マスク間の隙間の流速>搭載筒内の風速、且つ、半田ボールの自然落下速度>搭載筒内の風速(吸引部の風速は除く)」
上述の関係式を満足させるため、以下の主パラメーターを調整した。
パラメーター(1):搭載筒上部の吸引部24bからの吸引量(2L/min〜500L/min)
パラメーター(2):搭載筒とボール整列用マスク間の隙間(半田ボール径の0.5〜2.5倍)
パラメーター(3):搭載筒の下端開口部24(A)の面積(図2(B)、図9参照)
ここで、搭載筒とボール整列用マスク間の風速を5〜35m/sec、搭載筒内の風速は、0.1m/sec〜2m/secとすることができる。
実施例2は実施例1に準じてプリント配線板を作成し、半田ボールは直径80μmΦのものを用いた。但し、搭載筒24は、図10(A)に示すように、黒円粉が混入された導電性樹脂製の搭載筒24を用いた。ここで、導電性の可撓性樹脂を用いたが、この代わりに、金属粉が混入された導電性ゴム等を用いることもできる。実施例2は、搭載筒24の先端がボール整列用マスク16と接触しても、該ボール整列用マスクを傷つけ難い利点がある。
実施例3は実施例1に準じてプリント配線板を作成し、半田ボールは直径80μmΦのものを用いた。但し、搭載筒24は、図10(B)に示すように、樹脂コア部材21の表面にアルミニューム等の導電性金属膜23を蒸着等で被覆しものを用いた。実施例3は、搭載筒24を廉価に製造できる利点がある。
実施例4は実施例1に準じてプリント配線板を作成し、半田ボールは直径80μmΦのものを用いた。但し、搭載筒24は、図10(C)に示すように、樹脂コア部材21の下端及び内周面に銅箔等の導電性金属箔23fを貼り付けたものを用いた。この導電性金属箔23fは、図示しないアース線により半田ボール搭載装置20本体側へアース接続されている。実施例4は、搭載筒24を廉価に製造できる利点がある。
参考例は実施例1に準じてプリント配線板を作成し、半田ボールは直径80μmΦのものを用いた。但し、搭載筒24は、絶縁性の樹脂により構成した。
実施例1において、直径80μmΦの半田ボールを、従来技術の如くボール整列用スキージを用いてプリント配線板に搭載した。
各実施例、参考例及び比較例1の半田ボール付きプリント配線板を100個作成し、各プリント配線板の全接続パッド上の半田バンプの有無を確認した(×10倍の顕微鏡)。そして、全接続パッドに半田バンプが形成されていたプリント配線板を良品とし、半田バンプが形成されていない接続パッドがあったプリント配線板は不良とした。良品のプリント配線板数を数えて、収率とした(良品のプリント配線板数/100×100%)。この結果は次の通りとなった。
実施例1:収率=100%
実施例2:収率=100%
実施例3:収率=100%
実施例4:収率=100%
参考例 :収率= 70%
比較例1:収率= 3%
比較例2では、実施例1において、半田ボールの代わりに半田ペーストを用いて半田バンプを形成した。
σ
実施例1 1.26
比較例2 2.84
16 ボール整列用マスク
16a 開口
20 半田ボール搭載装置
22 半田ボール供給装置
23 導電性金属膜
23f 導電性金属箔
24 搭載筒(筒部材)
24A 開口部
24X、24Y 辺
42 移動軸支持ガイド
61 吸着ボール除去筒
68 吸着ボール除去吸引装置
75 接続パッド
75A 接続パッド領域
75X、75Y 辺
78s 半田ボール
78G 半田ボール群
Claims (5)
- 半田バンプとなる半田ボールをプリント配線板の電極に搭載する半田ボール搭載装置であって、
プリント配線板の電極に対応する複数の開口を備えるボール整列用マスクと、
ボール整列用マスクの上方に位置し、開口部から空気を吸引することで開口部直下に半田ボールを集合させる筒部材と、
前記筒部材を水平方向に移動させる移動機構であって、該筒部材を移動させることで前記ボール整列用マスクの上に集合させた半田ボールを移動させ、ボール整列用マスクの開口を介して、半田ボールをプリント配線板の電極へ落下させる移動機構と、を備え、
前記筒部材の少なくとも半田ボール接触部位を導電性部材により構成したことを特徴とす半田ボール搭載装置。 - 前記筒部材を導電性金属により構成したことを特徴とする請求項1の半田ボール搭載装置。
- 前記筒部材を導電性の可撓性部材により構成したことを特徴とする請求項1の半田ボール搭載装置。
- 前記筒部材を樹脂の表面に金属膜を配置することにより構成したことを特徴とする請求項1の半田ボール搭載装置。
- プリント配線板の接続パッドに対応する複数の開口を備えるボール整列用マスクを用い、半田バンプとなる半田ボールをプリント配線板の接続パッドに搭載するための半田ボール搭載方法であって、
ボール整列用マスクの上方に、該ボール整列用マスクに対向する開口部を備える導電性筒部材を位置させ、該筒部材で空気を吸引することで、当該筒部材直下のボール整列用マスク上に半田ボールを集合させ、
前記筒部材を水平方向に移動させることで、前記ボール整列用マスクの上に集合させた半田ボールを移動させ、ボール整列用マスクの開口を介して、半田ボールをプリント配線板の接続パッドへ落下させることを特徴とする半田ボール搭載方法。
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