JP4904523B2 - 導電性ボールの配列装置 - Google Patents

Description

本発明は、導電性ボールの収容されたボールカップが、所定パターンにボール挿入部が形成された配列治具上を相対移動することにより、導電性ボールを配列する装置の改良に関するもので、特に、ボールカップを配列治具に対して浮上させて、ボールカップと配列治具との間の噛み込みの検出や防止を容易とすることを目的に開発された導電性ボールの配列装置である。

搭載対象物上に所定の配列パターンで形成された各電極に、半田ボールを搭載する半田ボール搭載装置は、近年、半田ボールが微小化し、ウエハ等の搭載対象製品が大型化したこともあり、１回に搭載する半田ボール数が増大した。このような状況において、半田ボールの配列の欠陥や搭載時の欠陥を減少させるため、特許文献１に示すようなフラックスが印刷された搭載対象物である電子基板上に配列マスク等の配列治具（特許文献１ではテンプレート）を設け、配列治具上をボールカップ（特許文献１では半田ボール収納部）が移動し、直接電子基板の電極上に半田ボールを落とす装置が提供されていた。

しかし、この種の導電性ボールの配列装置では、配列治具の張力が不適正な場合や、平面精度が不良であった場合や、ボールカップの配列治具に対する高さ位置設定が不適正であった場合等に、ボール配列動作中にボールカップ内の導電性ボールが、ボールカップと配列治具の間に噛み込んでしまう事態が発生するものであった。

この噛み込みが発生し、ボールカップの移動速度が速すぎると、半田ボールが欠けてしまう。しかし、ボールカップの移動速度を遅くする方法が考えられるが、遅くすると生産性が悪くなる。このため、適正なボールカップの移動速度を設定すべきであるが、負荷が僅かしかないような半田ボールの噛み込みの検出は、ボールカップが移動装置に所定の高さで固定されて移動するものでは、不可能に近かった。

特許第３２７１４８２号特許公報

本発明は、導電性ボールの配列装置におけるボールカップを浮上させて、ボールカップと配列治具の間に導電性ボールが噛み込んだことを、僅かの負荷からでも的確に検出すること、およびこの噛み込みを防止することが容易な導電性ボールの配列装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記課題の解決のため、導電性ボールの配列装置に次の手段を採用する。
第１に、導電性ボールの挿入部が所定の配列パターンに形成された配列治具と、下面に開口部が形成され、前記配列治具との間で多数の導電性ボールを収容可能なボールカップと、ボールカップを配列治具の上面に沿って相対移動させる移動手段とを備える。
第２に、多数の導電性ボールを収容したボールカップを配列治具上面に沿って相対移動させることにより、配列治具の挿入部に導電性ボールを落とし込んで配列する導電性ボールの配列装置とする。
第３に、前記ボールカップの底面にエア噴出部を設け、該エア噴出部よりエアを噴出して、ボールカップを配列治具より僅かに浮上させて、ボールカップを配列治具上面に沿って相対移動をさせる。

第２の発明は、第１の発明に、前記移動手段が、浮上したボールカップに移動力を付与するカップホルダと、該カップホルダを移動させる駆動手段と、カップホルダの移動を案内するガイド手段とを備え、ボールカップは、カップホルダに移動可能に保持されていることを付加した導電性ボールの配列装置である。

第３の発明は、第２の発明に、ボールカップの配列治具上面に沿った相対移動中の負荷によるカップホルダに対するボールカップの相対位置関係のずれを検出する検出手段を付加した導電性ボールの配列装置であり、第４の発明は、第１の発明または第２の発明または第３の発明に、ボールカップの配列治具からの浮上間隔をエア噴出部のエア噴出量により調整することを付加した導電性ボールの配列装置であり、第５の発明は、第１の発明から第４の発明のいずれかの発明に、エア噴出部が、配列治具の挿入部が形成される領域外を通過するようボールカップと配列治具の相対移動を行うことを付加した導電性ボールの配列装置である。

本発明では、ボールカップの底面にエア噴出部が設けられ、該エア噴出部よりエアを噴出して、ボールカップを配列治具より僅かに浮上させて、ボールカップを配列治具上面に沿って相対移動するものであるので、極めて軽い負荷でボールカップの移動ができ、第２の発明のような移動手段とすることによりボールカップの浮上及び移動を確実なものとすることができ、第３の発明のように、検出手段を設けてボールカップの移動中の負荷の検出を容易に行うことができる上、第４の発明のように、ボールカップ底面と配列治具の隙間の調整が容易となり、導電性ボールの噛み込みを防止することができる。更に、第５の発明のように、エア噴出部を、配列治具の挿入部が形成される領域外を通過するようにすることで、ボールカップを浮上させるためのエアが配列された導電性ボールに影響をおよぼすことも防止できるものとなった。

以下、図面に従って、実施例と共に本発明の実施の形態について説明する。実施例は、半田ボール搭載装置であり、半田ボール搭載装置は、搬入用のウエハ受渡部、フラックス印刷部、ボール搭載部、および搬出用のウエハ受渡部を有するものである。

本発明における導電性ボールとしては、半田ボールや白金ボールなどがあり、導電性ボールの搭載対象物としては、半導体ウエハ（以後、単にウエハと表記する）や、電子回路基板や、セラミックス基板などがあるが、実施例では、半田ボール１とウエハ２を用いている。また、粘着材料としては、フラックスや半田ペーストや導電性の接着剤などが用いられるが、実施例ではフラックスが用いられており、半田ボール１が載置されるウエハ２上の電極には予めフラックスが塗布されている。

本実施例でのボール搭載部は、ウエハ２が載置される図示されていないウエハ載置テーブルと、半田ボール１の供給のためのボールカップ４と、所定の配列パターンに半田ボール１を挿入するための配列マスク３と、ボールカップ４を配列マスク３上面に沿って移動させるボールカップ移動装置５とを備えている。なお、ウエハ載置テーブルは昇降機構を備え、半田ボール１の配列時に、ウエハ２の半田ボール搭載面と配列マスク３の下端面とが所定の間隔となるようにウエハ２を上昇させるようになっている。

配列マスク３は、中央部の貫通孔形成領域６（図１および図２に示される）に、図４に示されるように半田ボール１が挿入され、通過可能な大きさの貫通孔７が、ウエハ２上面の電極に合わせた所定の配列パターンで形成されている。実施例での配列マスク３は、図２に示されるように四角形に形成されいる。尚、四角形の配列マスク３の四つの角部には、配列マスク３自体に張力を与え、配列マスク３の平面精度を上げるための保持用ブロック部材８が取り付けられている。

配列マスク３は、図４に示されるようにウエハ２の上面に形成される半田ボール１の搭載面の上方に適宜の間隔を介して図示されていない配列マスク支持装置に支持されている。該配列マスク支持装置には、図２に示されるように中央にウエハ２より若干大きめの開口部９を形成したプレート状の石材で形成され、ウエハ載置テーブルに載置されたウエハ２を囲むように配置されるバックアッププレート１０と、該バックアッププレート支持部と、配列マスク３に取り付けられた保持用ブロック部材８を外方やや下方へ引っ張る三カ所の引っ張り機構および一カ所の引っ掛け部が設けられている。

配列マスク３は、バックアッププレート１０に当接させて、配列マスク３の角部に存在する保持用ブロック部材８を、引っ掛け部および引っ張り機構に装着し、バックアッププレート１０の上面より若干下方に引っ張られて装着されている。これにより配列マスク３は、張力をかけられてバックアッププレート１０にしっかりと張り付き、平面精度の高い状態となっている。

半田ボール１を配列マスク３の貫通孔７に落とし込むボールカップ４は、上部にボール供給用の開口部が形成され、下面にボール落下用の開口部が形成されている。尚、下面の開口部は、配列マスク３の貫通孔形成領域６の幅より広い幅で形成されており、ボールカップ４と配列マスク３の上面とで多数の半田ボール１を収容可能としている。尚、ボールカップ４自体は配列マスク３の幅よりは狭い幅で形成されている。

図３に示されるようにボールカップ４の底面の両側部付近には、エア噴射部となるエア噴射口１１が設けられている。該エア噴射口１１よりエアを噴射することで、ボールカップ４は、配列マスク３より浮上する。尚、エア噴射口１１は、ボールカップ４の下面開口部より外側のボールカップ４の底面に設けられているため、ボールカップ４の移動時にも、配列マスク３の貫通孔形成領域６外を通過することになり、エア噴出口１１からのエアが配列マスク３の貫通孔７に配列された半田ボール１に影響を与えないようにされている。

エア噴射口１１は、ボールカップ４内のエア通路１２およびボールカップ４外のエア配管１３を介してエア供給装置１４と連結されている。エア配管１３の途中に存在する符号１５は、調整バルブであり、該調整バルブ１５を、調整することにより、ボールカップ４の配列マスク３からの浮上間隔を調整することができるようになっている。この調整によりボールカップ４底面と配列マスク３の上面の間隔を適正間隔とすることができ、半田ボール１の噛み込みや漏出を防止することができる。

ボールカップ４を前進および後退移動させるボールカップ移動装置５は、浮上したボールカップ４に前後方向への移動力を付与するカップホルダ１６と、カップホルダ１６を移動させる駆動装置１７と、カップホルダ１６の移動をガイドするガイドプレート１８とからなる。

駆動装置１７は、ボールカップ４が保持されるカップホルダ１６を、駆動モータ１９で回転するボールねじ等により、配列マスク３の上方で前後に移動させるものであり、駆動装置１７にカップホルダ１６が装着されている。

図１中符号１８は、配列マスク３を囲む枠状のガイドプレート１８であり、両側にボールカップ４の進行方向に沿ったガイドレール２０が設けられており、該ガイドレール２０にカップホルダ１６が摺動自在に配置されている。駆動装置１７によりカップホルダ１６はガイドレール２０に沿って前進および後退移動を行う。

この移動により、ボールカップ４も浮上した状態で配列マスク３上を移動し、ボールカップ４より配列マスク３の貫通孔７に半田ボール１を落とし込み、配列する。実施例でのボールカップ移動装置５は、前後方向のみのものであるが、必要に応じ左右方向への移動手段が設けられるものである。

尚、ガイドプレート１８は、配列マスク３より前後方向で長く、カップ前進方向の先端は空部となり、該空部下方にボール受け２１が配置されている。従って、配列時にボールカップ４は、ボール受け２１の手前の配列マスク３上で停止し、反転し後退移動を行う。他方、配列マスク３の交換時には、ボールカップ４は、ボール受け２１の上方まで移動し、収容されていた半田ボール１をボール受け２１に落下させる。尚、図中符号２７は、ボールカップ４がボール受け２１へのボール排出時に、ボールカップ４を支えるためのカップ移動路である。

カップホルダ１６は、内側にボールカップ４が配置される空部を形成したものであって、ボールカップ４は、この空部にスライドローラ２２および負荷検知シャフト２３に装着されたスプリング２６の付勢という微弱な力により軽く保持されている。尚、負荷検知シャフト２３は、カップホルダ１６の内側では、スプリング２６の微弱な力をもってボールカップ４の側面に当接しており、反対側はカップホルダ１６の外側に摺動自在に突出して設けられている。従って、ボールカップ４がカップホルダ１６の動きと異なる動きをすると、ボールカップ４が負荷検知シャフト２３を押すことになる。

カップホルダ１６の外側で、負荷検知シャフト２３の突出部付近には、負荷検知シャフト２３の移動を感知する負荷検知センサ２４，２５が装着されている。負荷検知センサ２４が、ボールカップ４の前進時作動のセンサであり、負荷検知センサ２５が後退時のセンサである。これらのセンサには反射型ファイバーセンサが利用されている。

ボールカップ４が移動中に、ボールカップ４下面と配列マスク３の間で半田ボール１の噛み込みが発生すると、ボールカップ４の移動に抵抗が生じる。例えば、前進中にボールカップ４の右側底面で噛み込みが発生すると、ボールカップ４はカップホルダ１６により前進力を受けているので、左側は抵抗がなく通常に前進するが、右側は抵抗により通常の進行が阻害され、右側の進行がカップホルダ１６の進行より遅れる。するとボールカップ４の進行方向後側の右側の負荷検知シャフト２３がボールカップ４の右側に押され、スプリング２６の付勢力を越えるとカップホルダ１６外部へ押し出される。これを右側負荷検知センサ２４が検知し、半田ボール１の噛み込みを検知するのである。このようにして、カップホルダ１６の進行方向後方に装着された負荷検知センサ２４により、半田ボール１の噛み込みを、カップホルダ１６に対するボールカップ４の相対位置のずれとして検出するのである。

尚、ボールカップ８の移動方向が反転すると、有効とする負荷検知センサ２５へと切り換える。尚、実施例では、ボールカップ４が移動して、半田ボール１を配列マスク３に配列していくものであるが、本発明は、配列マスク３とボールカップ４は相対移動関係にあればよいので、ボールカップ４が固定で配列マスク３が移動する場合も同様に利用できるものである。

本実施例にかかる配列装置のボール配列部を示す概略平面図 ボール配列部の分解説明図 ボールカップへのエア供給の説明図 ボールカップと配列マスクとウエハの関係を示す断面説明図

符号の説明

１．．．．．．半田ボール
２．．．．．．ウエハ
３．．．．．．配列マスク
４．．．．．．ボールカップ
５．．．．．．ボールカップ移動装置
６．．．．．．貫通孔形成領域
７．．．．．．貫通孔
８．．．．．．保持用ブロック部材
９．．．．．．開口部
１０．．．．．．バックアッププレート
１１．．．．．エア噴射口
１２．．．．．エア通路
１３．．．．．エア配管
１４．．．．．エア供給装置
１５．．．．．調整バルブ
１６．．．．．カップホルダ
１７．．．．．駆動装置
１８．．．．．ガイドプレート
１９．．．．．駆動モータ
２０．．．．．ガイドレール
２１．．．．．ボール受け
２２．．．．．スライドローラ
２３．．．．．負荷検知シャフト
２４、２５．．．．．負荷検知センサ
２６．．．．．スプリング
２７．．．．．カップ移動路

Claims (5)

1. 導電性ボールの挿入部が所定の配列パターンに形成された配列治具と、
   下面に開口部が形成され、前記配列治具との間で多数の導電性ボールを収容可能なボールカップと、ボールカップを配列治具の上面に沿って相対移動させる移動手段とを備え、
   多数の導電性ボールを収容したボールカップを配列治具上面に沿って相対移動させることにより、配列治具の挿入部に導電性ボールを落とし込んで配列する導電性ボールの配列装置において、
   前記ボールカップの底面にエアー噴出部を設け、該エアー噴出部よりエアーを噴出して、ボールカップを配列治具より僅かに浮上させて、ボールカップを配列治具上面に沿って相対移動をさせることを特徴とする導電性ボールの配列装置。
   
2. 前記移動手段は、浮上したボールカップに移動力を付与するカップホルダと、該カップホルダを移動させる駆動手段と、カップホルダの移動を案内するガイド手段とを備え、ボールカップは、カップホルダに移動可能に保持されていることを特徴とする請求項１記載の導電性ボールの配列装置。
   
3. ボールカップの配列治具上面に沿った相対移動中の負荷によるカップホルダに対するボールカップの相対位置関係のずれを検出する検出手段を設けたことを特徴とする請求項２記載の導電性ボールの配列装置。
   
4. ボールカップの配列治具からの浮上間隔をエアー噴出部のエアー噴出量により調整することを特徴とする請求項１または２または３記載の導電性ボールの配列装置。
   
5. エアー噴出部が、配列治具の挿入部が形成される領域外を通過するようボールカップと配列治具の相対移動を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の導電性ボールの配列装置。

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