JP4983737B2 - ハンダボール検査リペア装置およびハンダボール検査リペア方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体装置等に使用されるスクリーン印刷装置、特にハンダボールを基板面上に印刷するためのハンダボール印刷装置において、基板上に印刷されたハンダボールを検査して欠陥部分を補修（リペア）する装置および方法に関する。

近年、半導体装置の電気的接続にはハンダボールを用いたバンプ形成技術が採用されている。たとえば、高精度スクリーン印刷装置を用い、クリームはんだを印刷してリフローすることによって、１８０〜１５０μmピッチで直径８０〜１００μｍのボールバンプを形成する印刷法がある。

公知のスクリーン印刷装置の一例として、基板搬入コンベア、基板搬出コンベア、昇降機構を備えたテーブル部、転写パターンとしての開口部を有するマスク（スクリーン）、スキージ、スキージの昇降機構と水平方向移動機構を備えたスキージヘッド、およびこれらの機構を制御する制御装置を備えているものがある。

その主な動作としては、まず基板を搬入コンベア部から装置内に搬入し、基板を印刷テーブル部に位置決め仮固定する。そして、回路パターンに対応した開口部を有するマスクのマークと基板のマークをカメラで認識して、双方のずれ量を位置補正する。基板をマスクに位置合わせし、両者が接するように印刷テーブルを上昇させる。スキージによって、マスクを基板に接触させながらマスクの開口部にクリームはんだ等のペーストを充填する。次にテーブルを下降することによって基板とマスクとを分離するとペーストがマスクから基板上に転写され、それによって印刷がなされる。最後に基板を装置から搬出する。

また、微細な穴を高精度に加工した冶具にハンダボールを振込んで所定のピッチで整列させ、直接基板上に移載してからリフローすることでハンダバンプを形成するボール振込み法も一般的に知られている。

具体的には、特許文献１に開示されたように、マスク上にエアーノズルからハンダボールを供給し、マスクを揺動および振動させながら所定の開口部にハンダボールを充填し、さらにブラシやスキージの併進運動によって充填してから加熱する方法がある。

しかしながら、すべてのハンダボールが各バンプ形成位置に正しく搭載されるとは限らず、場合によっては搭載不良が発生することがある。そこで特許文献２には、ハンダボールのリペア装置を設け、不良ハンダボールを管部材で吸引して除去した後、管部材に新たな良品ハンダボールを吸着させてから欠陥のあった部分に搬送および再搭載して、レーザ光照射部によって管部材の内側からレーザ光を照射してハンダボールを溶融させて仮止めする技術が開示されている。

特開２０００−４９１８３号公報 特開２００３−３０９１３９号公報

クリームハンダによる印刷法は設備コストが安価であり、一括して大量のバンプ形成が可能であることから、低コストで高スループットが実現できるという利点がある。

しかしながらクリームハンダ印刷法では、転写されるハンダ量の均一性を確保することが難しく、リフロー後にハンダバンプをプレスして高さを平滑化するフラッタリング処理が必要であり、工程数が増加し製造コストがかかるという問題点がある。また、デバイスの高密度化に伴い、たとえば１５０〜１２０μｍピッチへファイン化が進展した場合、印刷歩留まりが悪く生産性が低下するという問題が発生する。

一方、ハンダボール振込み法は、ハンダボールの分級精度を確保することにより、高さを均一にしたバンプ形成が可能である。しかし、高精度なハンダボール吸着冶具を用い、自動機によりハンダボールを一括搭載しているため、ファイン化した場合のタクトタイムの増大、および高価な冶具・設備機器の使用によるバンプ形成コストの増大という問題点がある。

また、特許文献１による、マスクを揺動または振動させ開口部にハンダボールを充填し、さらにブラシやスキージの併進運動によって充填する方法では、ハンダボール粒子の小型化に伴い粒子間のファンデスワールス力による密着現象や静電気による吸着現象が発生し、すべてのハンダボールをマスク開口部に正確に充填できないことがある。

さらに、特許文献２の方法では、リペア後に残存フラックスの量が少なくなっている可能性あり、リフロー時にはんだの濡れ性が悪い場合、ハンダボールが溶けたときに電極パッド部に対するはんだ付けが不完全となる濡れ不良が発生する恐れがある。

また、隣接するハンダボール間の距離が近い場合、ハンダボールを吸着する管部材が静電気を帯びると、基板上に供給したハンダボールから管部材を分離しようとしても、ハンダボールが管部材に静電気で吸着したままになり、管部材から離れないことがある。それによって、補修の歩留まり低下につながり、生産性が劣化してしまう。

特許文献２の方法では、上記の対策として、レーザ光照射部によって管部材の内側からレーザ光を照射してハンダボールを溶融させて仮止しているのであるが、レーザ光照射装置を設けることによりコストが非常に上昇し、このための管部材の構成及び材質等も発熱しない材料等を用いる必要があり制約を受ける。

本発明は上記課題に着目してなされたものであり、ハンダボールを基板面上に供給した後に検査によって欠陥を見つけた場合に、欠陥の修復を低コストで効率よく確実に行うことが可能となるハンダボール検査リペア装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、基板の電極パッド上に搭載されたハンダボールの状態を検査して、欠陥が検出された電極パッドにハンダボールを供給する修復用ディスペンサを備えたハンダボール検査リペア装置において、前記修復用ディスペンサは、前記ハンダボールを保持する吸着ノズルと、前記吸着ノズル内に形成した貫通穴と、前記吸着ノズルの前記貫通穴の内部を移動自在である心棒と、前記心棒の端部が前記ハンダボールを前記電極パッドに対して押し付けている状態で、前記吸着ノズルを前記ハンダボールから離れる方向に移動させる駆動機構と、を備え前記駆動機構によって前記心棒が前記吸着ノズル内に形成した前記貫通穴を通って移動し、前記心棒が前記貫通穴の開口端部をふさいで前記貫通穴隙間を狭少状態にすることを特徴とする。

また、本発明のハンダボール検査リペア装置は、前記駆動機構によって前記心棒が前記吸着ノズルの軸方向に沿って移動し、前記心棒の端部が前記吸着ノズルの先端部から突出できることを特徴とする。

また、本発明のハンダボール検査リペア装置は、前記駆動機構によって前記心棒が前記吸着ノズル内に形成した前記貫通穴を通って移動し、前記心棒が前記貫通穴の開口端部をふさいで前記貫通穴内の間隔を狭少状態にすることを特徴とする。

また、本発明のハンダボール検査リペア装置は、前記ハンダボールを吸着する前記吸着ノズルの先端部がテーパー溝状に形成されていることを特徴とする。

また、本発明は、電極パッド上にハンダボールの搭載された基板を搬入し、前記電極パッド上のハンダボールの状態を検査して欠陥を検出した場合に、欠陥を修復するため、不良ハンダボールを取り除く除去用ディスペンサと、新規ハンダボールを欠陥の電極パッドに供給する修復用ディスペンサとを備えたハンダボール検査リペア装置において、前記修復用ディスペンサは、真空吸着する吸着ノズルと前記吸着ノズル内部を上下移動する心棒を備え、前記心棒で新規ハンダボールを下方に押えた状態で前記吸着ノズルを上昇させる構成であることを特徴とする。

また、本発明は、予めフラックス印刷した複数の電極パッド上にハンダボールを搭載した基板を搬入して、前記基板上のハンダボールの状態を検査して欠陥を見つけたときに、前記欠陥を修復するハンダボール検査リペア方法において、前記欠陥がハンダボールの位置ずれまたはダブルボール時には、前記ハンダボールを除去し、修復用ディスペンサの吸着ノズルで新規ハンダボールを吸着し、前記吸着されたハンダボールにフラックスを付着させ、欠陥部分に搬送し、欠陥部分に搭載後、前記修復用ディスペンサに内蔵した心棒で搭載ハンダボールを電極部に押し付けながら吸着ノズルをハンダボールから分離することを特徴とする。

また、本発明は、基板の電極パッド上に搭載されたハンダボールの状態を検査して欠陥を修復するハンダボール検査リペア方法において、欠陥部分に除去用ディスペンサのノズル部よりフラックスを供給する工程と、修復用ディスペンサの吸着ノズルでハンダボールを吸着して保持する工程と、前記ハンダボールを欠陥箇所の電極パッド上に搬送して載置する工程と、前記吸着ノズル内を移動する心棒の端部を前記ハンダボールに当接させる工程と、前記心棒の端部が前記ハンダボールに当接し、前記ハンダボールを前記電極パッドに対して押し付けている状態で、前記吸着ノズルを前記ハンダボールから離れる方向に移動させる工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明のハンダボール検査リペア装置では、基板上に供給されたハンダボールを、心棒で電極パッドに対して押し付けている状態で、吸着ノズルを引き上げてハンダボールから引き離すようにした。それによって、ハンダボールを電極パッド上に効率よく確実に搭載できる。また、たとえばレーザ光照射装置のような高価な装置を使用することなく、シンプルな構成で上記機能を実現したので、装置の製造コストを低く抑えることが可能になる。

以下、図面を参照して、基板上にハンダボールを搭載・印刷し、印刷されたハンダボールの欠陥を検査して修復するための本発明の実施例による装置および方法の好適な実施の形態について説明する。

図１に、フラックス印刷およびハンダボール搭載・印刷工程の概要を示す。

図１(ａ)に示すように、まず、基板２１の電極パッド２２上に所定量のフラックス２３をスクリーン印刷法により転写する。本実施例では、スクリーン２０には高精度なパターン位置精度を保障できるように、アディティブ法で製作したメタルスクリーンを使用している。スキージ３としては角スキージ、剣スキージ、および平スキージの何れを用いても良い。まず、フラックス２３の粘度・チクソ性に応じたスクリーンギャップ、印圧、およびスキージ速度等の条件を設定する。そして、設定された条件でフラックスの印刷を実行する。

印刷されたフラックス２３の量が少ない場合、ハンダボール充填時にハンダボールを電極パッド２２上に付着することができない恐れがある。またリフロー時のハンダ濡れ不良の要因となり、綺麗な形状のバンプが形成できず、バンプ高さ不良やハンダ接続強度不足の要因ともなる。

反対にフラックスの量が多過ぎる場合、ハンダボール搭載・印刷時にスクリーンの開口部に余分なフラックスが付着すると、ハンダボールがスクリーンの開口部に付着してしまい、ハンダボールが基板上に転写できなくなる。このようにフラックス印刷は、ハンダボール搭載における品質を維持するために非常に重要なファクターである。

次に、図１(ｂ)に示すように、フラックス２３が印刷された基板２１の電極パッド２２上にハンダボール２４を搭載・印刷する。本実施例では、直径約１０μｍのハンダボールを使用する。ハンダボール２４の搭載において使用するスクリーン２０ｂには、高精度なパターン位置精度を保障できるようにアディティブ法で製作したメタルスクリーンを使用する。

スクリーン２０ｂの材質にはたとえばニッケルのような磁性体材料を使用する。それによって、スクリーン２０ｂは、ステージ１０に設けてある磁石１０ｓから磁力で吸引され、基板２１とスクリーン２０ｂとの間のギャップをゼロにすることができる。したがって、ハンダボール２４が基板２１とスクリーン２０ｂの間に潜り込み余剰ボールを発生させるという不良を防止できる。

また、スクリーン２０ｂの裏面には樹脂製または金属製の微小な支柱２０ａを設けている。これにより、フラックス２３がにじんだ場合の逃げ部を構成している。したがって、フラックス２３を印刷した基板２１がスクリーン２０ｂに密着した時に、フラックス２３のにじみがスクリーンの開口部内に付着するのを防止できる。

基板２１のコーナー４点には位置決めマーク（図示せず）が設けてある。基板２１上の位置決めマークとスクリーン２０ｂ側の位置決めマーク（図示せず）をカメラ１５ｆ（図２参照）により視覚認識し、高精度に位置合わせする。それにより、所定の電極パッド２２上にハンダボール２４を高精度に供給することが可能になる。

スクリーン２０ｂ上に示したスリット状体６３は、ハンダボールを供給するための充填ユニット（図４参照）を構成する一要素である。スリット状体６３を揺動させながら充填ユニットが矢印６０Ｖ方向に移動することによって、ハンダボール２４が押し転がされ、スクリーン２０ｂの開口部２０ｄへ次々と充填されていく。

図２は、フラックス印刷からハンダボール検査リペアまでの工程の一実施例を示す概略図である。

図２に示す装置は、フラックス印刷部１０１、ハンダボール搭載・印刷部１０３、および検査・リペア部１０４を一体として構成したものである。各部はベルトコンベア２５で連結され、そのベルトコンベア２５により基板が搬送される。フラックス印刷部１０１およびハンダボール搭載・印刷部１０３には、作業のためのテーブル１０ｆ、１０ｂが設けてある。このテーブル１０ｆ、１０ｂを上下移動して基板の受け渡しと受け取りを行う。テーブル１０ｆ、１０ｂは水平方向（ＸＹθ方向）にも移動可能に構成してある。また、カメラ１５ｆ、１５ｂでスクリーン２０，２０ｂと基板の位置合わせマーク（図示せず）を撮像することによって、スクリーン２０，２０ｂと基板との位置合わせが行えるように構成してある。

図３に、本実施例におけるバンプ形成工程のフローチャートを示す。

まず基板をフラックス印刷部に搬入する(STEP1)。その後、電極パッド上に所定量のフラックスを印刷する（STEP2）。次に、フラックス印刷後のスクリーン開口状況を検査する（STEP3）。検査の結果ＮＧ（不良）の場合、印刷装置内に備えた版下清掃装置にて自動的にスクリーン清掃を実施し、必要に応じフラックスを供給補充する。またＮＧとなった基板は、ハンダボール印刷以降の工程を実施しないように、ＮＧ信号と共に後工程のコンベア上で待機させライン外へ排出する。インラインのＮＧ基板ストッカー等を使用することによりマガジン一括で排出しても良い。ＮＧ基板はライン外の工程で洗浄実施後、再度フラックス印刷に使用可能となる（STEP4）。

良品基板に対してはハンダボール搭載・印刷を実施する（STEP5）。ハンダボール搭載・印刷が終了すると、版離れさせる前に、スクリーンの上方からスクリーン開口内におけるハンダボールの充填状況を検査する（STEP6）。その結果、充填不足の箇所があった場合、再度ハンダボール搭載・印刷動作を実行する（STEP7）。これにより、ハンダボールの充填率を向上させることができる。

STEP6の検査でＯＫとなったら、版離れを実施し（STEP8）、検査・リペア装置にてハンダボールの搭載状況を検査する（STEP9）。ハンダボール搭載状況の検査によりＮＧの場合は、フラックスを供給してから、不良箇所の電極パッド部にハンダボールを再供給する（STEP10）。搭載状況の検査によりＯＫの場合、リフロー装置にてハンダボールを溶融し（STEP11）、ハンダバンプが完成する。

図４は、ハンダボール搭載・印刷部における、ハンダボールを基板上に搭載するためのハンダボール供給ヘッド（充填ユニット）の構成を示す図である。
ハンダボール供給ヘッド６０は、筐体６１と蓋６４とシブ状体６２で形成される空間にハンダボール２４を収納するボールケースと、シブ状体６２の下方に間隔をあけて設けられたスリット状体６３とを備えている。シブ状体６２は、供給対象のハンダボール２４の直径に適合するように、網目状の開口あるいは連続した長方形状のスリット部等の開口を有する極薄の金属板で形成してある。シブ状体６２の下方には、スリット状体６３を配置し、スリット状体６３がスクリーン２０ｂと面接触するように構成してある。

また、蓋６４の上方に設けられた印刷ヘッド昇降機構４により、スクリーン２０ｂに対するスリット状体６３の接触度合い・ギャップを微調整することができる。スリット状体６３は磁性材料からなる極薄の金属板で形成してある。磁性材料を使用することで、磁石を設けたステージ１０からの磁力により、磁性材料で形成されたスクリーン２０ｂに対してスリット状体６３が吸着可能としたものである。スリット状体６３は、対象のハンダボール２４の直径およびスクリーン２０ｂの開口部２０ｄの寸法に適合するように、たとえば網目状の開口あるいは連続した長方形状のスリット部を有する。

さらに、ハンダボール供給ヘッド６０は、ボールケースに設けてあるシブ状体６２を水平方向に加振する水平振動機構を備えている。水平振動機構は、ボールケースの側面に対して平行な位置に形成した部材に加振手段６５を取り付け、その部材を取り付けた支持部材７０を蓋６４の上面に設けることにより構成した。この構成により、ボールケースをその側面側から加振手段６５により加振することで、シブ状体６２を振動させることができる。シブ状体６２を振動させることで、シブ状体６２に設けてあるスリット状の開口がハンダボール２４の直径より大きく開くことができる。これにより、ボールケースに収納したハンダボール２４が、シブ状体６２のスリット部からスリット状体６３上に落下する。スリット状体６３上に落下させるハンダボール２４の数量、すなわちハンダボール２４の供給量は加振手段６５による加振エネルギーを制御することで調整できる。

加振手段６５は、エアーロータリー式バイブレータを用い、圧縮エアー圧力をデジタル制御により微調整することで振動数を制御できるものである。あるいは、圧縮エアー流量を制御して振動数を可変してもよい。加振手段６５により、シブ状体６２およびボールケースは、ボールケース内に収容されたハンダボール２４に振動を与え、ハンダボール２４間に働くファンデスワールス力による吸引力を相殺し分散させる。その分散効果によって、ハンダボール２４の材料や生産環境における温度・湿度の影響によりハンダボール供給量が変化することを防止できる。したがって、生産効率を考慮した調整が可能となる。

また、ハンダボール供給ヘッド６０には、ボールケースを水平方向に揺動するための水平揺動機構が設けてある。水平揺動機構は次のように構成されている。支持部材７０の上部にリニアガイド６７を設け、リニアガイド６７が移動できるようにリニアレールを設けた充填ヘッド支持部材７１が設けてある。この充填ヘッド支持部材７１には駆動用モータ６８が設けてあり、この駆動用モータ６８の軸に偏芯カム６６が取り付けられている。偏芯カム６６が回転すると支持部材７０が水平方向に移動（揺動）する構成となっている。充填ヘッド支持部材７１はモータ支持部材２に支持されており、モータ支持部材２に対して左右方向には移動しないように構成してある。

すなわち、水平揺動機構は、駆動用モータ６８により偏芯カム６６を回転させることにより、任意のストローク量にてスリット状体６３に対して水平方向に揺動動作を与えるものである。スリット状体６３は、磁力によりスクリーン２０ｂに吸着された状態で揺動動作するので、スリット状体６３とスクリーン２０ｂの間には隙間が空かずに確実にハンダボール２４を転がすことが可能である。また、スリット状体６３の開口サイズにより、ハンダボール２４を確実にスリット状体６３の開口に補充しながら効率の良い充填動作が可能である。スクリーン２０ｂと揺動動作のサイクル速度は、駆動用モータ６８の速度を制御することで任意に可変でき、ラインバランスを考慮したハンダボール２４の充填タクトを設定することができる。また、ハンダボール２４の材料の種類、スクリーン２０ｂの開口、および環境条件に適合したサイクル速度を調整することで充填率を制御可能とした。

さらに、ハンダボール供給ヘッド６０にはヘラ状体６９を設けてある。ハンダボール供給ヘッド６０により基板２１上にハンダボール２４を供給した後に、スクリーン２０ｂを基板２１面から離す時、すなわち版離れを実施して基板上へハンダボールを転写する時に、スクリーン２０ｂの版面上にハンダボール２４の残りがあると、スクリーン２０ｂの開口部２０ｄを通してハンダボール２４が基板２１上に落下し、過剰ハンダボールが供給されてしまう原因となる。そのため、本実施例ではハンダボール供給ヘッド６０の進行方向にボールケースから間隔を空けて、ヘラ状体６９をスリット状体６３と略同じ高さに設けてある。ヘラ状体６９の先端は極薄で平坦精度の高い状態に研磨してあり、スクリーン２０ｂに密着した状態で、ハンダボール２４をハンダボール供給ヘッド６０の外部にはみ出さないようにしている。

また、ヘラ状体６９には磁性体材料を用い、スリット状体６３と同様に磁力でスクリーン２０ｂに密着するので、ハンダボール２４がハンダボール供給ヘッド６０の外部へはみ出してしまうことを防止できる。なお、ヘラ状体６９をボールケースの外周部全領域に設けるように構成してもよい。ヘラ状体６９によってスクリーン２０ｂの版面上のボール残りは極力少なくすることができる。

しかしながら、スクリーン２０ｂの版面の微小変位によるボール残りの影響はまだ考えられる。そこで、本実施例では、過剰ハンダボールによる不良をさらに少なくするために、ハンダボール供給ヘッド６０に、エアーカーテンを形成するための送風機構７５を設けた。

すなわち、印刷ヘッド昇降機構４を支持するモータ支持部材２に送風機構７５を設けて、充填ユニットの周囲にエアーカーテンを形成するようにしたものである。この送風機構７５には図示しない圧縮空気供給源から圧縮空気が供給されるように構成してある。送風機構７５を使用すると、ハンダボール供給ヘッド６０が基板端面方向へ移動する時に、はみ出たハンダボールを圧縮エアーによりハンダボール供給ヘッド６０の移動方向側へ押し転がす。したがって、版面上のハンダボール残りを防止できる。

以下に、ハンダボールを基板上に搭載・印刷する動作について説明する。

図５はハンダボール搭載・印刷動作を説明する概略図である。ハンダボール搭載・印刷動作には、主にハンダボール供給ヘッド６０とスイーパ１３０が使用される。

まず（１）に示すように、ハンダボール供給ヘッド６０は、基板２１の長手方向に移動しながら、水平振動機構によりボールケースを振動させ、スクリーン２０ｂの開口部にハンダボールを充填する。また、（２）に示すように、ハンダボール供給ヘッド６０は、水平揺動機構による揺動動作も併用して、ハンダボールを転がして確実に開口部に充填しながら、水平方向（矢印Ａ方向）に往復移動する。

スクリーン開口部へのハンダボール充填動作が終わると、ハンダボール供給ヘッド６０は（３）の矢印Ｂに示すように上昇する。その後、（４）の矢印Ｃに示すように基板２１の上方を長手方向に移動し、元の位置に戻ったら矢印Ｄに示すようにスクリーン２０ｂに接する位置まで下降して停止する。

次に、スイーパ１３０によるスイープ動作について説明する。

スイーパ１３０は、上記充填動作後に意図せずスクリーン上に残ってしまったハンダボールを履き集めるためのものである。スイーパ１３０の底部には、図５に示すように、複数のスキージ１３１が形成されている。スキージ１３１は、スイーパ１３０の動作進行方向とは逆方向に一定角度傾けて取り付けられている（細部は図示せず）。スキージ１３１がスクリーン上を移動しその表面をなでることによって、スクリーン上のハンダボールをほうきのように掃いて集めることができる。

ハンダボール供給ヘッド６０による充填動作が終了すると、（５）に示すように、スイーパ１３０がスクリーン２０ｂに接した状態で矢印Ｅに示す水平方向に移動する。すなわち、スイーパ１３０の底部に取り付けられた複数のスキージ１３１が、スクリーン２０ｂの上面に沿って水平方向に進行する。このとき、スクリーン２０ｂ上に残っているハンダボールが履き集められて、スクリーン２０ｂの空いている開口部へ落とし込まれる。これによって、後述する図６、７に示すようなボール無し不良をなくすことができる。さらに、スクリーン２０ｂ上のハンダボールをすべて履き出して、最終的にスクリーン２０ｂ上に余剰ハンダボールが残っていない状態にする。

スイーパ１３０は、スクリーン２０ｂにおける開口部の存在する端部付近まで移動すると、矢印Ｆに示すように一旦上昇する。その後、（６）の矢印Ｇに示すように基板２１の上方を長手方向に戻り、矢印Ｈに示すように再びスクリーン２０ｂに接する位置まで下降する。その後さらに同様なスイープ動作を繰り返す。このスイープ動作は、スクリーン２０ｂ上のハンダボールが完全に一掃されるまで数回にわたって実行される。また、場合によっては、（７）の矢印Ｉに示すように、スクリーン２０ｂ上の一部分に限定したスイープ動作を他の部分に移動しながら連続して実行してもよい。

以上のスイープ動作により、空いているすべての開口部へハンダボールを充填することができるので、ボール無し不良をなくすことが可能になる。また、最終的にスクリーン２０ｂ上の余剰ハンダボールがすべて残らず履き出されるので、スクリーン２０ｂを基板２１から分離するときに、スクリーン２０ｂの開口部に余剰ハンダボールが入り込んでしまうことを防止できる。したがって、後述する図６、７に示すようなダブルボール不良をなくすことができる。

図６に、ハンダボール搭載・印刷後における、基板上のハンダボール充填状況の例を示す。

基板をカメラで撮像した場合、ハンダボールが全ての電極部に対して良好に充填されると、（ａ）に示すような状態を観察することができる。（ｂ）は、ハンダボールの一部の充填が不完全な状態（ボール無し不良）を示す。（ｃ）は、ハンダボール同士が吸着したダブルボール状態、および余剰ハンダボールが電極部からはみ出している状態を示す。

図７はハンダボール搭載・印刷後の代表的な欠陥例を示している。図７に示すように、ハンダボール充填不良の例として、たとえば、ハンダボールが充填されていない「ボール無しの状態」、近接するハンダボール同士が重なった「ダブルボールの状態」、およびハンダボールが電極部のフラックス塗布位置からずれた「位置ずれボールの状態」を挙げることができる。

これらの状態で基板を後工程(リフロー工程)に流してしまうと、不合格品が生産されることになる。そこで基板上の充填状況を検査し、前記の充填ユニット（ハンダボール供給ヘッド）により搭載・印刷動作をリトライすることで、不良品を良品に修正することが可能になる。この検出には、良品モデルと比較するパターンマッチングにて判定が可能である。ハンダボール搭載・印刷後に、充填ユニットに取り付けたラインセンサカメラ（図示せず）にてエリア単位で一括認識を行う。もしＮＧであれば再度ハンダボール搭載・印刷を実行する。合格であれば、版離れ動作を実行し、基板を後工程へ排出する。

図８は、ハンダボール搭載・印刷後の検査・リペア部でのリペア作業について説明する図である。

検査・リペア部では、まず、ハンダボール搭載・印刷が完了した後、基板上の充填状況をＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラで確認する。そして、不良が検出されると、不良箇所の位置座標を求める。ダブルボール、位置ずれボール、過剰ボールなどの不良の場合は、（１）に示すように、除去用ディスペンサである吸引用の真空吸着ノズル８６が、不良ハンダボール２４ｘの位置へ移動する。そして、不良ハンダボール２４ｘを真空吸着し、不良ボール廃棄ステーション（図示せず）へ移動させる。不良ボール廃棄ステーションでは、廃棄ボックス８３（図９参照）にボールを真空遮断により落下・廃棄する。

ハンダボール２４が供給されていない電極パッド部を検出した場合や、真空吸着ノズル８６で不良ハンダボールを取り除いた場合は、（２）に示すように、ハンダボール収納部８４に収納されている正常なハンダボール２４を、修復用ディスペンサ８７を用いて負圧により吸着する。そして（３）に示すように、正常なハンダボール２４を吸着した修復用ディスペンサ８７は、ハンダボール収納部８４からフラックス供給部８５に移動する。（４）に示すように、フラックス供給部８５に蓄えられているフラックス２３に、ハンダボール２４を吸着した修復用ディスペンサ８７を移動して、ハンダボール２４をフラックス２３に浸漬することで、ハンダボール２４にフラックス２３を添加する。その後、（５）に示すように、ハンダボール２４を吸着した修復用ディスペンサ８７を、基板上の欠陥のあった箇所に移動する。最後に（６）に示すように、欠陥部にハンダボール２４を供給する。上記の（１）〜（６）の工程でリペア作業が完了する。

上記工程で、除去用ディスペンサをフラックス供給用ディスペンサとして兼用できるようにして、不良ハンダボールを除去した後に、欠陥部分にフラックスを供給する方法も実施できる。この場合、新規のハンダボールを供給時に、フラックスを付着させる工程を行なわなくてよい。

なお、前述の検査で、位置ずれボールなどの不良ボールを取り除いた場合は、上述のリペア作業で正常なハンダボールを正しい位置に補給して欠陥を修復することが可能である。

図９は、検査リペア装置の概略構成について説明する図であり、検査・リペア部を１つの独立した装置として上から見た平面図である。図９に示すように、搬入コンベア８１から検査対象の基板２１が搬入されると、検査部コンベア８２上に受け渡され、矢印Ｊ方向に搬送される。検査部コンベア８２の上部には門型フレーム８０が設けてある。門型フレーム８０の搬入コンベア８１側には、基板搬送方向(矢印Ｊ方向)に対して直角方向にラインセンサ７９が配置してある。このラインセンサ７９によって、基板２１上の電極パッド２２に印刷したハンダボール２４の状態を検出する。なおここでは、ハンダボールの状態検出器としてラインセンサ７９を設けた構成にしたが、撮像用カメラを設けて、門型フレーム８０の長手方向に移動しハンダボールの状態を撮像して欠陥を検出する構成としてもよい。

門型フレーム８０を支持する一方の足側には、正常なハンダボールを収納したハンダボール収納部８４と、フラックス供給部８５が設けてある。また他方の足側には、廃棄ボックス８３が設けてある。門型フレーム８０には、不良ハンダボールを吸引除去するための除去用ディスペンサである真空吸着ノズル８６と、基板上の欠陥を補修するための修復用ディスペンサ８７とが、リニアモータにより水平方向（矢印Ｋ方向）に移動可能に設けてある。

検査部コンベア８２は、矢印Ｊ方向およびその逆方向に往復動できるように構成されており。基板２１の欠陥位置に応じて、修復用ディスペンサ８７や真空吸着ノズル８６の位置に欠陥位置を合わせることができるように構成してある。検査・リペアの終了した基板２１は搬出コンベア８８によって搬出され、リフロー装置に送られる。上記の構成により、図８で説明した動作で検査リペアを行うことが可能となる。

図１０は修復用ディスペンサの構成を示す側面図、図１１は修復用ディスペンサの先端部におけるハンダボールの吸着分離動作を説明する拡大図である。

図１０に示すように、修復用ディスペンサ８７には、ハンダボールを保持して移動させるためのたとえばプラスチック製の吸着ノズル９０が形成されている（ただし材質はプラスチック製に限定されるわけではない）。吸着ノズル９０は先端部９８から上方に向かってテーパー状に施されている。すなわち、吸着ノズル９０は先端部９８から基端部９９に向かって幅が拡大していく形状になっている。吸着ノズル９０内には貫通穴９２が形成されている。図１１に示すように、貫通穴９２もまた（吸着ノズル９０の形状ほどではないが）上方に向かってテーパー状に形成されている。すなわち、貫通穴９２は上部になるほど太く、下部になるほど細くなるように形成されている。なお詳細には、貫通穴９２の下端に設けた開口端部９２ａの内径が、後述の心棒９１の外径と略同一になるように、貫通穴９２を形成する。貫通穴９２の内部空間には、図示しない負圧印加機構により負圧が施されるようになっている。

吸着ノズル９０はノズル支持枠９４にボルト等により固定されている。ノズル支持枠９４は駆動部９６に連結されている。そのため、吸着ノズル９０は駆動部９６とともに上下方向に自在に移動できるようになっている。

吸着ノズル９０内の貫通穴９２には、心棒９１がシール部材（図示せず）を介して挿入、保持されている。心棒９１は、たとえば直径約１０μｍの円柱状の金属製の棒であり、強度が大きく帯電しにくい材質からなる（ただし心棒９１の形状と材質は上記に限定されない）。貫通穴９２の開口端部９２ａの部分を除いて、心棒９１の外径は貫通穴９２の内径よりも小さく、心棒９１は吸着ノズル９０の軸方向に自在に上下動できるようになっている。心棒９１の上端部９１aは支持部材９３に固定されている。支持部材９３はモータ９５に連結しており、心棒９１とともに上下方向に自在に移動できるようになっている。

支持部材９３と駆動部９６とはリニアレール９７を介して接続されているので、支持部材９３と駆動部９６とはそれぞれ独立して上下動できるようになっている。すなわち、支持部材９３に取り付けられた心棒９１と、駆動部９６に連結した吸着ノズル９０はそれぞれ独立して上下動が可能である。

上記の支持部材９３、ノズル支持枠９４、モータ９５、駆動部９６、リニアレール９７等で駆動機構を構成している。

支持部材９３が下降、または吸着ノズル９０が上昇すると、図１０（ｂ）に示すように支持部材９３の下端面と吸着ノズル９０の上端面とが当接する。この当接状態で、心棒９１の下端部９１ｂが吸着ノズル９０の先端部９８から下方向に突出する。上記機能を実現するために、心棒９１の全長Ａは吸着ノズル９０の全長Ｂよりも長くなるように構成されている。

なお、図１１に拡大して示すように、吸着ノズル９０の先端部９８はハンダボール２４を保持しやすいように、テーパー溝の形状に加工されている。吸着ノズル９０の先端部９８がテーパー溝の形状に加工されていることにより、ハンダボール２４を真空吸着したときに、ハンダボール２４がテーパー溝内にぴったりと良好にフィットし、ハンダボール２４が先端部９８から容易にはずれにくくなる。なお、先端部９８の溝部の形状を、ハンダボール２４の形状と同様な球状とすることにより、さらに良好な吸着が可能になる。しかしながら、先端部９８の形状は上記に限定されるものではない。

次に、上記のように構成された修復用ディスペンサによるハンダボールの欠陥リペア動作を説明する。

最初に、修復用ディスペンサ８７の吸着ノズル９０で、補修するための新規ハンダボール２４（直径約３０μｍ）を吸着する。このとき、吸着ノズル９０内には貫通穴９２を介して負圧が供給されるので、ハンダボール２４は吸着ノズル９０の先端部９８に真空吸着される。図示はしないが、心棒９１が挿入されている貫通穴９２の上部から負圧が洩れないような構造が施されている。またこのとき、図１０（a）に示すように、心棒９１は吸着ノズル９０の先端部９８から内側（上方）に引っ込んでいる状態になっている。

この吸着状態で、ハンダボール２４を欠陥箇所の電極パッド１２０上方に搬送し、修復用ディスペンサ８７を電極パッド１２０方向に降下させて、図１１（a）に示すように、電極パッド１２０上のフラックス１２１内にハンダボール２４を載置する。

次に、モータ９５を駆動して、心棒９１の下端部９１ｂがハンダボール２４に当接するまで、心棒９１を吸着ノズル９０の貫通穴９２を通って降下させる。それによって、図１１（ｂ）に示すように、心棒９１がハンダボール２４を電極パッド１２０に対して押し付けることになる。前記のように心棒９１の外径と貫通穴９２の開口端部９２ａの内径とは略同一なので、心棒９１の移動過程において、心棒９１が貫通穴９２の開口端部９２ａをふさぐ状態になる。そのために、貫通穴９２内の隙間が狭少状態になり、負圧力が作用していても、それによる真空吸着（負圧）力が小さくなり、ハンダボール２４は吸着ノズル９０から分離自在になる。

したがって、上記構成によれば負圧を遮断するための真空ポンプ弁を別途設ける必要がなく、コスト削減につながる。

次に、図１０（ｂ）に示すように心棒９１でハンダボール２４を電極パッド１２０に押さえ付けた状態で、図１１（ｂ）に示すように吸着ノズル９０を上昇させてハンダボール２４から分離する。

最後に、モータ９５を駆動して、心棒９１を再び上昇させてハンダボール２４から分離する。このとき、心棒９１とハンダボール２４との接触面積は非常に小さいので、たとえ静電気が発生しても無視できるほどに小さいため、心棒９１とハンダボール２４の分離は問題なくスムーズにおこなわれる。

以上のように、本発明の実施例によるハンダボール検査リペア装置は、補修用ディスペンサ８７内に上下動できる心棒９１を設けて、ハンダボール２４を欠陥のあった部分に供給するときに、ハンダボール２４を心棒９１で物理的に電極パッド１２０側に押し付けながら、吸着ノズル９１を引き上げてハンダボール２４から引き離すようにしたことにより、ハンダボールを電極パッド上に効率よく確実に搭載できる。

また、ハンダボール搭載のためにたとえばレーザ光照射装置のような高価な装置を使用することなく、シンプルな構成で前記の機能を実現したので、装置の製造コストを低く抑えることが可能になる。

以上、本発明の実施例によるハンダボール検査リペア装置およびハンダボール検査リペア方法を好適な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施の形態によって限定的に解釈されるものではない。すなわち、本発明はその趣旨、主要な特徴から逸脱しない範囲において、種々の変更および様々な形態での実施が可能である。

本発明の実施例にかかるフラックス印刷およびハンダボール搭載・印刷工程を示す概略図である。 フラックス印刷からハンダボール検査リペアまでの工程を説明する概略図である。 バンプ形成の工程を示すフローチャートである。 ハンダボール供給ヘッドの全体構造を示す側面図である。 ハンダボール搭載・印刷動作を説明する概略図である。 ハンダボール搭載・印刷後の基板の状態例を示す平面図である。 ハンダボール搭載・印刷後の代表的な欠陥例を示す概略図である。 ハンダボール搭載・印刷後のリペア作業について説明する概略図である。 検査リペア装置の概略構成について説明する平面図である。 修復用ディスペンサの構成を示す側面図である。 修復用ディスペンサの先端部におけるハンダボールの吸着分離動作を説明する拡大図である。

符号の説明

１…印刷装置、２…印刷ヘッド、３…スキージ、４…モータ、１０…印刷テーブル、１５…カメラ、２０、２０ｂ…スクリーン、２０ｄ…開口部、２１…基板、２２…電極パッド、２３…フラックス、２４…ハンダボール、６０…ハンダボール供給ヘッド、８７…修復用ディスペンサ、９０…吸着ノズル、９１…心棒、９１a…上端部、９１ｂ…下端部、９２…貫通穴、９２ａ…開口端部、９３…支持部材、９４…ノズル支持枠、９５…モータ、９６…駆動部、９７…リニアレール、９８…先端部、９９…基端部、１２０…電極パッド、１２１…フラックス、１３０…スイーパ、１３１…スキージ。

Claims (4)

1. 基板の電極パッド上に搭載されたハンダボールの状態を検査して、欠陥が検出された電極パッドにハンダボールを供給する修復用ディスペンサを備えたハンダボール検査リペア装置において、
   前記修復用ディスペンサは、
   前記ハンダボールを保持する吸着ノズルと、
   前記吸着ノズル内に形成した貫通穴と、
   前記吸着ノズルの前記貫通穴の内部を移動自在である心棒と、
   前記心棒の端部が前記ハンダボールを前記電極パッドに対して押し付けている状態で、前記吸着ノズルを前記ハンダボールから離れる方向に移動させる駆動機構と、を備え
   前記駆動機構によって前記心棒が前記吸着ノズル内に形成した前記貫通穴を通って移動し、前記心棒が前記貫通穴の開口端部をふさいで前記貫通穴隙間を狭少状態にすることを特徴とするハンダボール検査リペア装置。
2. 前記ハンダボールを吸着する前記吸着ノズルの先端部がテーパー溝状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のハンダボール検査リペア装置。
3. 予めフラックス印刷した複数の電極パッド上にハンダボールを搭載した基板を搬入して、前記基板上のハンダボールの状態を検査して欠陥を見つけたときに、前記欠陥を修復するハンダボール検査リペア方法において、
   前記欠陥がハンダボールの位置ずれまたはダブルボール時には、前記ハンダボールを除去し、修復用ディスペンサの吸着ノズルで新規ハンダボールを吸着し、フラックス供給部に移動して前記吸着されたハンダボールにフラックスを付着させ、その後、欠陥部分に搬送し、欠陥部分に搭載後、前記修復用ディスペンサに内蔵され吸着ノズルを塞ぐ径の心棒で搭載ハンダボールを電極部に押し付けた状態で吸着ノズルを基板面から上昇させてハンダボールから分離することを特徴とするハンダボール検査リペア方法。
4. 基板の電極パッド上に搭載されたハンダボールの状態を検査して欠陥を修復するハンダボール検査リペア方法において、
   欠陥部分に除去用ディスペンサのノズル部よりフラックスを供給する工程と、
   修復用ディスペンサの吸着ノズルでハンダボールを吸着して保持する工程と、
   前記ハンダボールを欠陥箇所の電極パッド上に搬送して載置する工程と、
   前記吸着ノズル内を移動する心棒の端部を前記ハンダボールに当接させる工程と、
   前記心棒の端部が前記ハンダボールに当接し、前記ハンダボールを前記電極パッドに対して押し付けている状態で、前記吸着ノズルを前記ハンダボールから離れる方向に移動させる工程と、
   を備えたことを特徴とするハンダボール検査リペア方法。

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