JP5141952B2 - 導電性ボールの搭載装置 - Google Patents

Description

本発明は、被搭載物上に所定のパターンで形成されている搭載箇所に合わせて挿入部が設けられた配列マスクを用いて導電性ボールを被搭載物の搭載箇所に搭載する装置の改良に関するものであって、特に、ボール溜まりから逸脱した導電性ボールを配列マスクから取り除く逸脱ボール除去手段に主眼をおいた導電性ボールの搭載装置である。

被搭載物上に所定のパターンで形成されている搭載箇所に合わせて挿入孔が設けられた配列マスクを用いて導電性ボールを被搭載物の搭載箇所に搭載する装置や方法として、特許文献１に示されるように多数の導電性ボールを収容するボール溜まりが、配列マスク上を移動することにより導電性ボールを配列する装置が存在した。

しかし、この種の導電性ボール搭載装置では、配列マスク上にボール溜まりから逸脱した余剰の導電性ボールが残存してしまうことがあった。このような余剰ボールは、挿入孔に落ち込んでダブルボールになるおそれがあった。そこで、特許文献１に示されるようにブラシにより除去する手段やエアで吸引したり吹き飛ばしたりして除去する手段が採用されてきた。しかし、これらの手段は、効果はあるもののボール溜まりから逸脱したボールを取り除くには、除去動作を繰り返し行う必要があり、時間のかかるものである上、完全に除去できない場合も多かった。

特開２００６−１７３１９５号公開特許公報

本発明は、配列マスク上面に沿って移動して導電性ボールを外周面に付着可能な回転ローラと、回転ローラの付着力より強力な力で回転ローラに付着した導電性ボールを回転ローラから除去するローラ付着ボール除去手段とを有する逸脱ボール除去手段を採用することにより、逸脱ボールを確実に配列マスク上より除去できる逸脱ボール除去手段を備えた導電性ボールの搭載装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、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マスクと、下面に開口部が形成され、多数の導電性ボールを集合させることが可能なボール溜まりと、前記配列マスクと前記ボール溜まりとを相対移動させる相対移動手段と、前記ボール溜まりによるボール搭載後に前記ボール溜まりから逸脱した導電性ボールを前記配列マスク上から取り除く逸脱ボール除去手段とを備え、前記ボール溜まりに集合された導電性ボールを前記配列マスクの挿入部に落とし込むことにより被搭載物に導電性ボールを搭載する搭載装置に次の手段を採用する。
第１の発明では、前記逸脱ボール除去手段が、前記配列マスク上面に沿って移動して導電性ボールを外周面に付着可能な回転ローラと、該回転ローラの付着力より強力な力で前記回転ローラに付着した導電性ボールを前記回転ローラから除去するローラ付着ボール除去手段とを有するものとした。

第２の発明は、第１の発明における回転ローラを、粘着力により導電性ボールを付着させるものとしたものであり、第３の発明は、第１の発明における回転ローラを、吸着力により導電性ボールを付着させるものとしたものであり、第４の発明は、第１の発明における回転ローラを静電気により導電性ボールを付着させるものとしたものである。

第５の発明は、第１の発明乃至第４の発明のいずれかの発明に、前記ローラ付着ボール除去手段が、外周面に前記回転ローラより強力な付着力を有し、該回転ローラに付着した導電性ボールに接触するように設けられた回転するローラからなるという手段を付加したものである。

第６の発明は、第１の発明乃至第５の発明のいずれかの発明に前記配列マスクの上面は、前記被搭載物の上面から導電性ボールの直径より高く設けられるという限定を付加したものであり、第７の発明は、第１の発明乃至第６の発明のいずれかの発明に、前記逸脱ボール除去手段は、前記ボール溜まりと一体に設けられるという限定を付加したものである。

本発明は、配列マスク上面に沿って移動して導電性ボールを外周面に付着可能な回転ローラと、回転ローラの付着力より強力な力で回転ローラに付着した導電性ボールを回転ローラから除去するローラ付着ボール除去手段とを有する逸脱ボール除去手段を採用することにより、逸脱ボールを確実に配列マスク上より除去できる逸脱ボール除去手段を備えた導電性ボールの搭載装置となった。

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。本発明において、導電性ボールの被搭載物としては、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、セラミック基板などがあり、それらの導電性ボール搭載箇所として電極が形成されている。実施例では導電性ボールは半田ボール１、被搭載物はウエハ２とする半田ボールマウンタを用いる。

半田ボールマウンタは、一般的に搬入用のウエハ受渡部、フラックス印刷部、ボール搭載部、搬出用のウエハ受渡部を有しているが、本発明にかかる導電性ボールの搭載装置は、ボール搭載部に関するものである。

実施例のボール搭載部には、ウエハ２上の電極のパターンに合わせて配列された挿入孔３１が形成されたボール配列マスク３と、半田ボール１を挿入孔３１に落とし込むためのボールカップ５と、ボールカップ５と一体に設けられた逸脱ボール除去装置７及び半田ボール供給装置４と、ボールカップ５の駆動機構とが存在する。尚、該駆動機構は逸脱ボール除去装置７の駆動機構にもなっている。

ボール配列マスク３の厚みは、実施例では供給される半田ボール１の径と略同等であり、挿入孔３１の径は半田ボールの径より若干大きく形成してある。但し、挿入孔３１は、ボール配列マスク３に、ウエハ２に印刷されたフラックスが付着しないように、下部の開口径を上部の開口径よりも拡大している。この開口径の拡大のかわりに、図６や図８に示されるようにボール配列マスク３とウエハ２との間に、フラックス付着防止間隙を設けてもよい。尚、ボール配列マスク３は、型枠３３に張り付けられ、フレームなどの固定部に保持されている。

本発明におけるボール溜まりとなるボールカップ５は、図２や図３に示されるように、内部が空間で、下端面が開口部５１とされ、内部空間が、ボール吸着体５２により上部空間５３と下部空間５４とに仕切られている。このためボールカップ５のボール吸着体５２の取り付け位置より上部が、ボール吸着体５２のケーシングとなっている。ボール吸着体５２は、半田ボール１が通過せず、気体が通過可能なステンレスメッシュ等の金網で製作されている。

尚、ボールカップ５は図示の実施例では１個の矩形のものであるが、その数や形状及び大きさは被搭載物であるウエハ２の形状や搭載効率を考慮して決められる。例えば、下端の開口部５１を円形にしたり、ボール吸着体５２を備えたボールカップ５を複数設けたりしてもよい。ボールカップ５は、多数の半田ボール１を集合させるボール溜まりの一例であるので、ボール溜まりは、多数の半田ボール１を集合させることができるものであれば足り、カップ状のものに限定はされない。例えば、特許文献１に示されるようなブラシやワイヤなどからなるスキージによるボール溜まりも含まれる。

ボールカップ５の上部空間５３は、真空切り換え手段としての電磁開閉弁５７と気体の圧力や流量を調節可能なレギュレータ５８を介して吸引通路５５により真空源５９に接続されており、ボール配列マスク３との間で図２中矢印で示すような気体流通路を形成している。尚、真空源によるボールカップ５内の吸引状態のＯＮ及びＯＦＦを切り換える真空切り換え手段としての電磁開閉弁５７を開くことで、ボールカップ５内の吸引状態をＯＮにしてボールカップ５下方に存在する半田ボール１を図２に示されるようにボール吸着体５２に吸着させた後、電磁開閉弁５７を閉じることでボールカップ５内の吸引状態をＯＦＦにしてボール吸着体５２に吸着していた半田ボール１を図３に示されるように落下させることにより、半田ボール１をウエハ２に搭載する。

尚、ボールカップ５及びボール吸着体５２は導電性材料から構成され、図２または図３に示されるようにアース６０により接地されている。これにより静電気を帯びた半田ボール１がボールカップ５の内面やボール吸着体５２に付着することを防止している。更に、ボールカップ５の外側には微小な振動をボールカップ５に付与するバイブレータ６１が取り付けられており、少なくともボールカップ５内の吸引状態がＯＦＦのときに振動し、ボールカップ５に取り付けられているボール吸着体５２に振動を伝え、半田ボール１の落下を促進するようになっている。

ボールカップ５は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動して、ウエハ２の全面をカバーする。このボールカップ５の水平面での移動手段となる移動ユニット１０は、図１に示すようにＸ軸駆動機構及びＹ軸駆動機構を備えており、Ｘ軸の駆動モータ１３で回転するボールねじ１４によりＸ軸ガイド１１に沿ってＸ軸方向に移動し、Ｘ軸駆動機構と共にＹ軸の駆動モータ１５で回転するボールねじ１６によりＹ軸ガイド１２に沿ってＹ軸方向に移動する。

ボールカップ５の昇降装置１８は、移動ユニット１０に装備されたＺ軸の駆動モータ１７により回転するボールねじに、ボールカップ５が装着された昇降ベース８を、ナット部材を介して取り付け、該昇降ベース８が、ナット部材と並行して設けられたガイドレールに沿って上下動することによりボールカップ５を上下動させる。尚、ボールカップ５の下端とボール配列マスク３の上面とはボール吸着動作時に所定の気体流が得られるような間隙であれば半田ボール１の径より大きくてもよい。

半田ボール供給装置４は、多数の半田ボール１を貯留したボールホッパからボールカップ５へボール供給路５６を介して供給する。尚、ボールホッパは、半田ボール１のサイズと材料により交換される。半田ボール供給装置４は、ボールカップ５と一体に移動し、ボールカップ５内に半田ボール１を供給するようになっているが、ボールカップ５とは別に設けてもよく、更に、ボールカップ５の外側のボール配列マスク３上に半田ボール１を一旦供給し、その半田ボール１をボール吸着体５２で吸着しながらボールカップ５を移動することにより半田ボール１を搭載位置に供給することも可能である。

逸脱ボール除去装置７は、ボール配列マスク３上面に沿って移動し、ボールカップ５から逸脱した逸脱半田ボール１Ａを外周面に付着する第１回転ローラ１９と、第１回転ローラ１９に付着した逸脱半田ボール１Ａを外周面に付着させて除去する第２回転ローラ２０と、両ローラ１９，２０を昇降させるエアシリンダ２１よりなり、ボールカップ５と一体的に移動するよう昇降ベース８に取り付けられている。

実施例での第１回転ローラ１９は、逸脱半田ボール１Ａを付着可能な粘着ゴムなどの弾性部材からなり、押圧されると窪むようになっている。第２回転ローラ２０は、第１回転ローラ１９より強力な付着力を有する粘着ゴムなどの弾性部材よりなる。図４乃至図５に示されるように第１回転ローラ１９は第２回転ローラ２０より下方に配置され、両ローラ１９，２０は接触している。

両ローラ１９，２０の回転は、第１回転ローラ１９が、ボール配列マスク３に接触した状態であれば、ボールカップ５のＹ軸駆動機構により図５中右方へ移動すると、第１回転ローラ１９は、摩擦力で反時計回りに回転する。第１回転ローラ１９の回転力は、接触による摩擦力で第２回転ローラ２０に伝達され、第２回転ローラ２０も回転するようにされている。尚、図４はボール配列マスク３に対して上方に逸脱ボール除去装置７が退避したボール搭載時の状態を示し、図５はボール配列マスク３上の逸脱半田ボールを除去する時の状態を示している。

また、第１回転ローラ１９が、ボール配列マスク３に接触せずに逸脱半田ボールを付着させる場合には、第２回転ローラ２０に図示されていない駆動モータを接続して回転させるようにする。この場合、第２回転ローラ２０の駆動モータによる回転力が接触による摩擦力で第１回転ローラ１９に伝達され、第１回転ローラ１９も回転させるようにする。逆に第１回転ローラ１９を駆動モータと接続し、第２回転ローラ２０を第１回転ローラ１９に従動させるものであってもよい。

尚、挿入孔３１に充填された半田ボール1の上端がボール配列マスク３の上面より突出する場合には、第1回転ローラ１９は図７（Ａ）に示されるように充填された半田ボール１に接しない高さとされ、第1回転ローラ１９とボール配列マスク３は接していないが、挿入孔３１に充填された半田ボール1の上端がボール配列マスク３の上面より突出しない場合には、図７（Ｂ）に示されるように、第1回転ローラ１９とボール配列マスク３は接していてよい。

上記例では、第１回転ローラ１９と駆動モータと接続された第２回転ローラ２０が、接触していることにより第１回転ローラ１９に回転力を付与していたが、図８に示されるように、第１回転ローラ１９と駆動モータと接続された第２回転ローラ２０を、第１回転ローラ１９に付着した逸脱半田ボール１Ａが第２回転ローラ２０の外周面に接触する程度に離し、両ローラ１９，２０をタイミングベルト９などで連動して、第１回転ローラ１９を回転させるようにしてもよい。尚、第１回転ローラ１９及び第２回転ローラ２０の回転方向は左回りでも右回りでもよい。

上記例では、第１回転ローラ１９が逸脱半田ボール１Ａを付着するのに、第１回転ローラ１９の粘着力を利用しているが、第１回転ローラ１９が、逸脱半田ボール１Ａを付着するためには、エア吸引による吸着力や、静電気の付着力を利用することもできる。

エア吸引による吸着の例としては、第１回転ローラ１９を、中空の軸に連通孔を設け、その外側に連泡スポンジを設けた吸着ローラとすることが考えられる。このとき第２回転ローラ２０は、粘着力を利用したものでもよいし、第１回転ローラ１９と同様の吸着ローラとしてもよい。

静電気による付着の例としては、第１回転ローラ１９をシリコンで構成する。逸脱半田ボール１Ａが、シリコン（第１回転ローラ１９）と接触すると静電気が発生し、静電気の付着力で第１回転ローラ１９に付着する。尚、第１回転ローラ１９をシリコンで構成した場合、第２回転ローラ２０を同様のシリコンで構成することはできず、第２回転ローラ２０は、粘着ローラまたはエア吸引による吸着ローラとする。また、第１回転ローラ１９から付着している半田ボールを除去するローラ付着ボール除去手段として、第２回転ローラ２０に換えてスキージで掻き取るようなものでもよい。

以下、実施例の動作について説明する。先ず、ウエハ２が、ボール搭載部に移送される前工程として、フラックス印刷部にてウエハ２上のボール搭載箇所には予めフラックスが塗布されている。

ウエハ２がボール搭載部に移送されると、図２及び図３に示されているように、ウエハ載置ステージ６にウエハ２が載置され、該ウエハ２上にボール配列マスク３が配置される。尚、実施例ではボール配列マスク３の挿入孔３１の形状によりフラックスがボール配列マスク３に付着しないようにされているので、ボール配列マスク３とウエハ２は接しているが、図６や図８に現れるようにフラックス付着防止を上下間の間隙で行おうとする場合は両者は接触しない。この時、ボールカップ５は、図４に示すようにボール搭載時の高さに位置している。

次に真空切り換え手段としての電磁開閉弁５７を開いてボールカップ５内の吸引状態をＯＮにしてから、移動ユニット１０によりボールカップ５を最初の搭載位置に移動させる。ボールカップ５内の吸引状態をＯＮにすることによりボールカップ５とボール配列マスク３との間には図２内の矢印で示される気体流通路が形成される。この吸引力によりボールカップ５下方に存在する半田ボール１は、浮上しボール吸着体５２に吸着する。この状態が、ボールカップ５の移動可能状態である。吸引状態がＯＦＦの状態では、ボールカップ５を移動させない。

ボールカップ５が、最初の搭載位置に移動した後、電磁開閉弁５７を閉じてボールカップ５内の吸引状態をＯＦＦにすると共にバイブレータ６１を振動させる。吸引が停止すると、ボールカップ５は大気開放されるため、図３に示すようにボール吸着体５２に付着していた半田ボール１が落下し、ボール配列マスク３の挿入孔３１に入り込み、ウエハ２に搭載される。

挿入孔３１への半田ボール１の落とし込み、すなわちウエハ２への搭載を確実なものにするため複数回吸引状態ＯＮ（吸引）とＯＦＦ（停止）を繰り返すと共に、バイブレータ６１は電磁開閉弁５７の開閉に合わせて振動の停止と発生を繰り返す。尚、ボール吸着体５２はボール配列マスク３の上方に配置してあるため、吸着された半田ボール１は位置エネルギを有することになり、半田ボール１がフラックス上に落下したときに電極と密着することになる。

搭載完了後、真空切り換え手段により、ボールカップ５内の吸引状態をＯＮにし、再度吸引を行う。ウエハ２に搭載された半田ボール１はフラックスと接触して粘着力が生じることにより上昇せず、フラックスに接触していない半田ボール１は吸い上げられ、浮上し、ボール吸着体５２に吸着することになる。

次に、ボールカップ５は、次の搭載位置に移動し、上述した動作と同様にボール搭載を行い、この動作を順次繰り返すことで全てのボール搭載を行う。全てのボール搭載が完了した時点で、吸い上げられずボール配列マスク３上に逸脱半田ボール１Ａが残存する場合がある。そこで、昇降装置１８によりボールカップ５を上昇させた後、エアシリンダ２１が作動し、逸脱ボール除去装置７は、図４の退避位置より、図５に示されるように下降し、第１回転ローラ１９が、ボール配列マスク３上面に接する。勿論、第２回転ローラ２０に駆動モータが接続されているような場合には、第１回転ローラ１９が、逸脱半田ボール１Ａに接触できる高さまで下降すれば足りる。下降は、エアシリンダ２１によって行われるが、エアシリンダ２１によって第１回転ローラ１９がボールカップ５より下方に位置した後は、ボールカップ５の昇降装置１８によって行う。

この状態で逸脱ボール除去装置７を移動する。すなわち、ボールカップ５のＹ軸駆動装置によりＹ軸方向（図５中左右方向）に移動する。移動によりボール配列マスク３に接していた第１回転ローラ１９は、ボール配列マスク３上を転がりながら移動し、第１回転ローラ１９の外周に逸脱半田ボール１Ａを付着させる。同時に第２回転ローラ２０も摩擦により回転しているので、第１回転ローラ１９に付着した逸脱半田ボール１Ａは、第２回転ローラ２０に接触し、より強い付着力により第２回転ローラ２０に付着する。このようにして、ボール配列マスク３の全面をカバーするように逸脱ボール除去装置７を移動し、逸脱半田ボール１Ａを除去していく。尚、第２回転ローラ２０に溜まった逸脱半田ボール１Ａは全てが終了後除去される。

上述した実施例では、全てのボール搭載の完了後、次の動作として、逸脱ボール除去装置７による逸脱半田ボール１Ａの除去を行ったが、全てのボール搭載完了と逸脱ボール除去装置７による除去動作の間に、補助動作として、ボールカップ５をボール配列マスク３の上面から半田ボール径より僅かに大きい距離上方に位置させた上、ボールカップ５の吸引状態をＯＮにして、ボール配列マスク３の上面に沿って移動させ、逸脱半田ボール１Ａを事前にボールカップ５により吸着除去する動作を行い、その後、残存した逸脱半田ボール１Ａを逸脱ボール除去装置７により除去するようにしてもよい。

実施例にかかるボール搭載部の全体を示す平面説明図 実施例での導電性ボールを吸着させた状態のボールカップの説明図 実施例での導電性ボールの落下途中の状態を示すボールカップの説明図 逸脱ボール除去装置の退避状態を示す説明図 逸脱ボール除去装置の動作状態を示す説明図 第１回転ローラと第２回転ローラの関係を示す説明図 第１回転ローラとボール配列マスクとの関係を示す説明図で、（Ａ）は半田ボールの上端がボール配列マスク上面より高い場合を示し、（Ｂ）は半田ボールの上端がボール配列マスク上面より低い場合を示す。 第１回転ローラと第２回転ローラとがタイミングベルトで連動する場合を示す説明図

符号の説明

１．．．．．．半田ボール
１Ａ．．．．逸脱半田ボール
２．．．．．．ウエハ
３．．．．．．ボール配列マスク
４．．．．．．半田ボール供給装置
５．．．．．．ボールカップ
６．．．．．．ウエハ載置ステージ
７．．．．．．逸脱ボール除去装置
８．．．．．．昇降ベース
９．．．．．．タイミングベルト
１０．．．．．移動ユニット
１１．．．．．Ｘ軸ガイド
１２．．．．．Ｙ軸ガイド
１３，１５，１７．．．．．駆動モータ
１４，１６．．．．．ボールねじ
１８．．．．．昇降装置
１９．．．．．第１回転ローラ
２０．．．．．第２回転ローラ
２１．．．．．エアシリンダ
３１．．．．．．挿入孔
３３．．．．．型枠
５１．．．．．開口部
５２．．．．．ボール吸着体
５３．．．．．上部空間
５４．．．．．下部空間
５５．．．．．吸引通路
５６．．．．．ボール供給路
５７．．．．．電磁開閉弁
５８．．．．．レギュレータ
５９．．．．．真空源
６０．．．．．アース
６１．．．．．バイブレータ

Claims (7)

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マスクと、
   下面に開口部が形成され、多数の導電性ボールを集合させることが可能なボール溜まりと、
   前記配列マスクと前記ボール溜まりとを相対移動させる相対移動手段と、
   前記ボール溜まりによるボール搭載後に前記ボール溜まりから逸脱した導電性ボールを前記配列マスク上から取り除く逸脱ボール除去手段とを備え、
   前記ボール溜まりに集合された導電性ボールを前記配列マスクの挿入部に落とし込むことにより被搭載物に導電性ボールを搭載する搭載装置において、
   前記逸脱ボール除去手段は前記配列マスク上面に沿って移動して導電性ボールを外周面に付着可能な回転ローラと、該回転ローラの付着力より強力な力で前記回転ローラに付着した導電性ボールを前記回転ローラから除去するローラ付着ボール除去手段とを有することを特徴とする導電性ボールの搭載装置。
2. 前記回転ローラは、粘着力により導電性ボールを付着させるものである請求項1記載の導電性ボールの搭載装置。
3. 前記回転ローラは、吸着力により導電性ボールを付着させるものである請求項1記載の導電性ボールの搭載装置。
4. 前記回転ローラは、静電気により導電性ボールを付着させるものである請求項1記載の導電性ボールの搭載装置。
5. 前記ローラ付着ボール除去手段は、外周面に前記回転ローラより強力な付着力を有し、該回転ローラに付着した導電性ボールに接触するように設けられた回転するローラからなる請求項1乃至４のいずれかに記載の導電性ボールの搭載装置。
6. 前記配列マスクの上面は、前記被搭載物の上面から導電性ボールの直径より高く設けられる請求項1乃至５のいずれかに記載の導電性ボールの搭載装置。
7. 前記逸脱ボール除去手段は、前記ボール溜まりと一体に設けられる請求項１乃至６のいずれかに記載の導電性ボールの搭載装置。

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