JP5813715B2 - 基板に導電性ボールを搭載する方法 - Google Patents

Description

本発明は、マスクを用いて基板に導電性ボールを搭載する方法に関するものである。

半導体デバイスを実装する際などの電気的な接続を得るために、半田ボールなどの導電性ボール（導電性微小粒子）が用いられることがある。特許文献１には、導電性ボールを基板に配置するための複数の開口を備えたマスクを、基板にセットした状態で、複数の開口に導電性ボールを充填するための装置が開示されている。この装置は、マスクの表面の複数の部分に、独立した複数の導電性ボールの集団をそれぞれ保持するための複数のヘッドと、複数の導電性ボールの集団がマスクの表面を移動するように、複数のヘッドを移動させるためのヘッド移動機構とを有している。この装置においては、複数のヘッドにより、マスクの表面の複数の部分に、独立した複数の導電性ボールの集団が保持される複数の動区域が形成される。この装置においては、典型的には、動区域の一部が重複するように、複数のヘッド（複数の動区域）を移動させながら、基板に導電性ボールを搭載（配列）する。この装置においては、導電性ボールを充填する領域においては、例えば、動区域が２度通過する（５０％重複する）ように、複数のヘッド（複数の動区域）を移動させる。

特開２００８−４２１７２号公報

特許文献１に記載の装置は、複数のヘッドを用い、微小な導電性ボール、例えば直径が１ｍｍ以下、具体的には、１０〜５００μｍ程度の導電性ボールを、マスクの表面全体に分散させず、面積の限られた区域に保持しながら、導電性ボールを搭載（配列）する。このため、微小な導電性ボールを無駄に使用せずに、導電性ボールを搭載するのに要する時間（タクトタイム）を短縮することができる。これに対し、近年、タクトタイムをさらに短縮できる方法および装置が求められている。

本発明の一形態は、導電性ボールを基板に配置するための複数の開口を備えたマスクと基板とを位置合わせした状態で、複数の開口に導電性ボールを充填する装置により、基板に導電性ボールを搭載する方法である。装置は、マスクの表面の一部分に導電性ボールの集団が保持される動区域をそれぞれ形成する複数のヘッドを備えたボール保持手段と、ボール保持手段を複数のヘッドの間隔が調整された状態でホームポジションから往復移動させる移動手段と、ホームポジションと複数の開口を挟んで反対側に配置された残ボール除去装置とを有する。マスクの複数の開口は、マトリックス状に分散して設けられた複数の開口グループを含み、複数の開口グループは、往復移動方向に一連に並べられた開口グループ列を複数含み、複数のヘッドは、開口グループ列の数の少なくとも半分の数で、少なくとも３つのヘッドを含み、当該方法は以下の工程を含む。
１．複数のヘッドの間隔を、互いに隣り合う動区域の中心間の間隔が、互いに隣り合う開口グループ列の中心間の間隔の２倍となるようにセットし、往路において、第１の開口グループ列を通過し、復路において、第１の開口グループ列に隣り合う第２の開口グループ列を、隣り合う往路とは重複せずに通過するようにセットすること。
２．ボール保持手段によって導電性ボールの複数の集団を前記マスクの表面の複数の動区域にそれぞれ保持させること。
３．移動手段がボール保持手段を、ホームポジションからスタートして、それぞれの動区域の中心が往路において第１の開口グループ列を移動し、復路において第２の開口グループ列を移動するように往復移動させて一往復でマスクの複数の開口に導電性ボールを充填すること。
４．残ボール除去装置を往復動してマスクの表面に残された導電性ボールを除去すること。

この方法においては、複数のヘッドを、それらにより形成される複数の動区域が往復したときに重複せずに隣り合う開口グループ列を通過する間隔にセットした後、導電性ボールを保持した複数の動区域を、相互の間隔を所定の値に保った状態で往復移動させる。面積の限られた複数の動区域に導電性ボールを集めた状態で、並列に複数の動区域を動かすことが可能となり、往復で経路を重複させないことにより移動経路も短縮できる。したがって、導電性ボールを短時間に、また、より確実に基板に搭載できる。

ボール保持手段は、複数のヘッドのそれぞれに対応して設けられ、複数のヘッドを介して複数の動区域のそれぞれに対し導電性ボールを補給する複数のボール補給ユニットを備えており、保持させる工程では、複数のボール補給ユニットによって、それぞれの複数の動区域の内部に十分な数の導電性ボールが保持されるように、導電性ボールを補給することを含むことが望ましい。

本発明の他の態様の１つは、導電性ボールを基板に配置するための複数の開口を備えたマスクと基板とを位置合わせした状態で、複数の開口に導電性ボールを充填する装置である。この装置は、マスクの表面の一部分に導電性ボールの集団が保持される動区域をそれぞれ形成する複数のヘッドを備えたボール保持手段と、ボール保持手段をホームポジションから往復移動させる移動手段と、ホームポジションと複数の開口を挟んで反対側に配置された残ボール除去装置とを有する。マスクの複数の開口は、マトリックス状に分散して設けられた複数の開口グループを含み、複数の開口グループは、往復移動の方向に一連に並べられたいくつかの開口グループからなる開口グループ列を複数含み、複数のヘッドは、開口グループ列の数の少なくとも半分の数で、少なくとも３つのヘッドを含む。移動手段は、複数のヘッドの間隔を、互いに隣り合う動区域の中心間の間隔が、互いに隣り合う開口グループ列の中心間の間隔の２倍となるようにセットした状態で、それぞれの動区域の中心が、往路において、第１の開口グループ列を通過し、復路において、第１の開口グループ列に隣り合う第２の開口グループ列を隣り合う往路とは重複せずに通過するようにボール保持手段を、ホームポジションからスタートして、それぞれの動区域の中心が往路において第１の開口グループ列を移動し、復路において第２の開口グループ列を移動し、一往復でマスクの複数の開口に導電性ボールを充填する。

ボール保持手段は、少なくとも３つのヘッドを含むことが望ましい。ボール保持手段は、さらに、複数のヘッドのそれぞれに対応して設けられ、複数のヘッドを介して複数の動区域のそれぞれに対し導電性ボールを補給する複数のボール補給ユニットを含むことが望ましい。

ボール搭載装置の一例を示す平面図。 マスクに基板を位置合わせした状態を示す平面図。 図２のIII−III線に沿って切断して示す断面図。 図１のボール搭載装置のボール充填装置の概略構成を示す平面図。 図４のボール充填装置のボール保持装置を示す正面図。 図５のボール保持装置のボール補給ユニットを示す側面図。 （ａ）は、図５のボール保持装置のヘッドを示す正面図。（ｂ）は、図５のボール保持装置のヘッドを示す底面図。 図４のボール充填装置において、マスクの複数の開口に導電性ボールが充填されている状態を示す図。 図４のボール充填装置において、マスクの複数の開口に導電性ボールを充填する際の、４つの動区域の中心の軌跡の一例を示す図。 図１のボール搭載装置におけるボール搭載方法を説明するためのフローチャート。 マスクの複数の開口に導電性ボールを充填する際の、３つの動区域の中心の軌跡の一例を示す図。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。図１は、ボール搭載装置（搭載装置、ボールマウントシステム、ボールマウンタ）の一例を示している。図２は、マスクを基板に位置合わせした（セットした）状態を平面図により示している。図３は、図２のIII−III線に沿って切断した断面図を示している。

ボール搭載装置１は、基板１００上の所定の位置に導電性ボール（導電性微小粒子）Ｂを搭載するための装置である。本例のボール搭載装置１は、プリント配線板を基板１００として、プリント配線板１００に所定のパターンで形成された複数の電極１０１の上に、導電性ボールＢを、その所定のパターンに合わせて搭載するものである。プリント配線板１００は、プリント配線基板、プリント回路板、プリント回路基板、回路基板、あるいはプリント基板などとも呼ばれ、半導体が実装される半導体実装基板、ビルドアップ基板、多層基板などを含む。このため、ボール搭載装置１は、導電性ボールＢを基板１００に配置するための複数の開口１１１を備えたマスク（テンプレート）１１０を、基板１００に位置合わせした状態で、複数の開口１１１に導電性ボールＢを充填するための装置（ボール充填装置）１０を有する。

基板１００の電極１０１の上に搭載される導電性ボールＢは、電気的な接続を得るための電極（バンプ）として機能するものであり、その直径は、例えば１ｍｍ以下、具体的には、１０〜５００μｍ程度である。このような導電性ボールＢは、微小ボール、マイクロボール、微小粒子などと呼ばれることもある。導電性ボールＢには、半田ボール（銀（Ａｇ）や銅（Ｃｕ）などを含む、主成分が錫（Ｓｎ）からなるボール）、金あるいは銀などの金属製のボール、さらに、セラミックス製のボールあるいはプラスチック製のボールに導電性のメッキなどの処理が施されたものが含まれる。本例では、導電性ボールＢとして、直径９０μｍ程度の半田ボールを用いている。

プリント配線板１００の一方の面１００ｂには、複数の半導体チップ（半導体デバイス、図５参照）１０２がマトリックス状あるいはアレイ状に実装されており、プリント配線板１００の反対側の面１００ａにはそれぞれの半導体チップ１０２に接続するための複数の電極１０１が、マトリックス状（アレイ状）に分散して設けられている。すなわち、プリント配線板１００の他方の面１００ａには、各々の半導体チップ１０２に対応した複数の電極グループＮが離散した状態で配置されている。本例では、外周が長方形のプリント配線板１００を、図２に示すように図面上、横方向に配置した状態で導電性ボールＢを搭載するものとする。本例のプリント配線板１００は、５行８列、合計４０個の電極グループＮを含む。

したがって、このプリント配線板１００に導電性ボールＢを配置するためのマスク（テンプレート）１１０は複数の開口１１１を備えた開口パターン（マスクパターン）を有する。具体的には、マスク１１０は、プリント配線板１００の複数の電極グループＮに対応するように、マトリックス状（アレイ状）に分散して設けられた複数の開口グループＭを含む。すなわち、本例のマスク１１０は、５行８列、合計４０個の開口グループＭを含む。

各々の開口１１１の直径は、導電性ボールＢの直径に依存するものであり、典型的には、導電性ボールＢの直径よりも１０％程度大きい。本例では、マスク１１０は、直径９０μｍの導電性ボールＢを基板１００に搭載するために直径１００μｍ程度の開口１１１が基板１００に形成された電極１０１に対応した位置にあけられている。開口１１１の開口端は、面取りされていてもよい。図３に示すように、マスク１１０の裏面（下面）１１０ｂの開口グループＭが形成されている領域には、裏逃がし１１３が形成されており、裏逃がし１１３が形成されていない部分の厚さ（マスク厚）は、約１００μｍである。ボール充填装置１０においては、マスク１１０は、ある程度の張力（テンション）が与えられた状態でマスク枠１１２に固定され、マスク保持装置１１に保持されている。

図１に示すように、このボール搭載装置１は、減圧吸引などの方法により基板１００の反りを矯正した状態で基板１００をセットするためのＸＹＺθステージ（移動ステージ）２と、基板１００をロード（供給）およびアンロード（収納）するためのローダ・アンローダ装置３と、基板１００の位置を微調整するためのプリアライメント装置（アライナ）４と、基板１００の反りを矯正するための矯正装置５と、印刷用マスク６ａを介して基板１００と導電性ボールＢとを結合させるための素材（フラックス）Ｆを塗布するためのフラックス塗布装置（フラックス印刷装置、スクリーン印刷装置）６と、基板１００に振込み用マスク（充填用マスク）１１０を介して導電性ボールＢを配列（搭載、配置）するためのボール充填装置（ボール振込み装置）１０と、Ｘ軸テーブル（レール）、Ｙ軸テーブル（レール）、Ｚ軸テーブル（レール）、およびθテーブル（レール）を備え、ステージ２を移送（搬送）するステージ移送装置７と、基板１００を搬送する基板搬送ロボット８とを有する。矯正装置５、フラックス塗布装置６、およびボール充填装置１０は、Ｘ方向に並んで配置されている。

ローダ・アンローダ装置３は、基板１００をロード（供給）する第１のパッケージ（第１のストッカ）３ａと、基板１００をアンロード（収納）する第２のパッケージ（第２のストッカ）３ｂとを有する。基板１００は、ローダ・アンローダ装置３の第１のパッケージ３ａから搬入され、ローダ・アンローダ装置３の第２のパッケージ３ｂに搬出される。搬送ロボット８は、ローダ・アンローダ装置３の第１のパッケージ３ａから基板１００をアライナ４の上方に搬入し、アライナ４から基板１００を移動ステージ２へ搬送し、移動ステージ２から基板１００をローダ・アンローダ装置３の第２のパッケージ３ｂに搬出する。

移動ステージ２は、減圧吸引などの方法により基板１００の反りを矯正した状態で、基板１００をその上面（本例ではＸ−Ｙ平面）の上に保持する。移動ステージ２は、ステージ移送装置７により、基板１００を、矯正装置５、フラックス塗布装置６、およびボール充填装置１０の間の任意の位置に移動させる。また、移動ステージ２は、基板１００の位置を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向およびθ方向に調整することができる。したがって、ボール充填装置１０においては、移動ステージ２により基板１００の電極１０１の位置と、マスク１１０の開口１１１の位置とが一致するように、マスク１１０と基板１００とを位置合わせできる。

図４は、ボール充填装置１０の概略構成を平面図（上面図）により示している。図５は、図４のボール充填装置１０が備えるボール保持装置を正面図により示している。図６は、図５のボール保持装置が備えるボール補給ユニットを側面図により示している。

ボール充填装置１０は、上述のように、導電性ボールＢを基板１００に配置するための複数の開口（開孔、アパーチャ）１１１を備えたマスク１１０を、この基板１００にセットした状態（重ねた状態）で、マスク１１０の複数の開口１１１に導電性ボールＢを充填するための装置である。ボール充填装置１０は、ボール保持装置（ボール保持手段）２０と、ボール保持装置２０を往復移動させるための移動装置（移動手段）８０と、ボール保持装置２０および移動装置８０を制御する機能を含む制御部（制御ユニット）９０とを備えている。このボール充填装置１０では、ボール保持装置２０は４つのヘッド４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄを備えており、それぞれのヘッド４０ａ〜４０ｄがマスク１１０の上面１１０ａの上の限られた領域（動区域）に導電性ボールＢを保持しながら、マスク１１０の複数の開口１１１に導電性ボールＢを充填する（振り込む）。

ボール保持装置２０は、４つのヘッドユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを有し、これらのヘッドユニット３０ａ〜３０ｄは、それぞれ、マスク１１０の表面（本例ではＸ−Ｙ平面）１１０ａの独立した（区別された、異なる）一部分に、導電性ボールＢの集団が保持される動区域（囲い込み領域）をそれぞれ形成するためのヘッド（ディスペンサ）４０ａ〜４０ｄと、ヘッドと対応するように設けられ、ヘッドを介して動区域に対し導電性ボールＢを補給するためのボール補給ユニット５０ａ〜５０ｄとを備えている。本例のボール保持装置２０により、４つの導電性ボールＢの集団Ｂｇ１〜Ｂｇ４が４つの領域（動区域）Ａ１〜Ａ４（図９参照）に保持され、移動装置８０によりボール保持装置２０が移動することにより、これらの動区域Ａ１〜Ａ４がマスク１１０の表面１１０ａを移動する。

図４および図５に示すように、移動装置８０は、Ｘ軸レール８１ｘと、一対のＹ軸レール８１ｙ_１および８１ｙ_２と、Ｚ軸レール８１ｚとを有している。Ｘ軸レール８１ｘは、モータ８２ｘを備えており、一対のＹ軸レール８１ｙ_１および８１ｙ_２は、それぞれ、モータ８２ｙ_１および８２ｙ_２を備えており、Ｚ軸レール８１ｚは、モータ８２ｚを備えている。Ｘ軸レール８１ｘは、Ｙテーブル８３（図５参照）を介して一対のＹ軸レール８１ｙ_１および８１ｙ_２に支持されており、Ｚ軸レール８１ｚは、Ｘ軸レール８１ｘに支持されている。なお、図４では、Ｙテーブル８３を省略して示している。Ｚ軸レール８１ｚには、さらに、Ｘ方向に延びるヘッド間隔調整治具８４が取り付けられ、ヘッド間隔調整治具８４には、４つのヘッドユニット３０ａ〜３０ｄが取り付けられている。それぞれのヘッドユニット３０ａ〜３０ｄはヘッド間隔調整治具８４にＸ方向に移動可能（スライド可能）に取り付けられており、それぞれのヘッドユニット３０ａ〜３０ｄの間隔は調整できるようになっている。

したがって、これら４つのヘッドユニット３０ａ〜３０ｄは、ヘッド間隔調整治具８４にＸ方向の間隔を所望の間隔にセットされた状態で、移動装置８０のＺ軸レール８１ｚ、Ｘ軸レール８１ｘおよびＹ軸レール８１ｙ_１および８１ｙ_２により、Ｚ軸方向、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に動かすことができる。このため、ヘッドユニット３０ａ〜３０ｄにそれぞれ装着されているヘッド４０ａ〜４０ｄもＸ方向の間隔を所望の間隔にセットされた状態で、移動装置８０により、Ｚ軸方向、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に動かすことができる。

ヘッド間隔調整治具８４に対してすべてのヘッドユニット３０ａ〜３０ｄがＸ方向にスライド可能であってもよい。また、最左端および最右端のヘッドユニット３０ａおよび３０ｄは、ヘッド間隔調整治具８４に対してスライドしなくてもよい。さらに、４つのヘッドユニット３０ａ〜３０ｄは、それぞれ、ヘッド間隔調整治具８４に着脱自在に取り付けられていてもよい。基板１００に導電性ボールＢを搭載する際、ヘッドユニット３０ａ〜３０ｄの数が多い場合には取り外して削減し、ヘッドユニットの数を増やしたい場合は、新たなヘッドユニットをヘッド間隔調整治具８４に装着してもよい。

この移動装置８０により、４つのヘッド４０ａ〜４０ｄをマスク１１０の表面１１０ａを２次元方向の任意の方向に移動することができる。したがって、４つのヘッド４０ａ〜４０ｄにより形成される４つの動区域Ａ１〜Ａ４を、Ｘ方向の間隔を所定の間隔を保った状態で、マスク１１０の表面（上面）１１０ａに沿い、表面１１０ａを横切る任意の方向に連動して移動できる。４つの動区域Ａ１〜Ａ４が移動することにより、動区域Ａ１〜Ａ４に保持される独立した４つの導電性ボールＢの集団Ｂｇ１〜Ｂｇ４もマスク１１０の表面１１０ａの異なる場所に連動して移動する。

なお、移動装置８０の構成は上記に限定されるものではなく、４つのヘッド４０ａ〜４０ｄをマスク１１０の表面１１０ａを横切るようにＹ方向に往復移動させることができるとともに、端部においてＸ方向の位置を変更できるものであればよい。

図５に示すように、ヘッドユニット３０ａ〜３０ｄは、ヘッド４０ａ〜４０ｄと、ボール補給ユニット５０ａ〜５０ｄと、ベース（取り付け台）３１ａ〜３１ｄと、ヘッド回転用のモータ３２ａ〜３２ｄと、Ｚ方向に延びる軸（シャフト）３３ａ〜３３ｄとをそれぞれ備えている。ヘッドユニット３０ａ〜３０ｄは、ベース３１ａ〜３１ｄを介して、ヘッド間隔調整治具８４にそれぞれ取り付けられている。

各々のヘッドユニット３０ａ〜３０ｄは共通した構成であり、ヘッドユニット３０ｄを代表して説明する。軸（シャフト）３３ｄは垂直方向に伸び、モータ３２ｄとヘッド４０ｄとを接続している。このため、ヘッド回転用のモータ３２ｄによりヘッド４０ｄ（具体的にはヘッド４０ｄのベース（ヘッドプレート）４１）を、シャフト３３ｄを中心として回転駆動できる。本例では、シャフト３３ｄの中心軸がヘッド４０ｄの回転軸（マスク１１０に対して垂直な軸）となり、ヘッド４０ｄは、それぞれ、垂直な軸を中心として回転（自転）する。

ヘッドユニット３０ｄのボール補給ユニット５０ｄは、ボール容器（ボールタンク）５１を含む計量装置５２と、柔軟性を有する第１のボール案内管５３と、剛性を有する第２のボール案内管５４とを備えている。ボール補給ユニット５０ｄは、ヘッド４０ｄの内部（動区域Ａ４内）に、シャフト３３ｄとヘッド４０ｄ（後述するヘッド４０ｄのベース部材４１）とを介して、導電性ボールＢを補給する。本例では、シャフト３３ｄの内部が中空となっており、ボール容器５１とシャフト３３ｄの上端部とが、第１のボール案内管５３と、第２のボール案内管５４とを介して接続されている。

図６にボール補給ユニット５０ｄの計量装置５２を抜き出して示している。計量装置５２は、それぞれ、所定量の導電性ボールＢを、ヘッド４０ｄを介して動区域Ａ４に補給するためのものである。計量装置５２は、ボール容器（ボールタンク）５１と、エアシリンダ５５と、シリンダロッド５６と、上下板５７と、スライド台５８と、回転板５９と、ピン６０と、ピン案内板６１とを備えている。シリンダロッド５６の上端部は、上下板５７と接続されている。上下板５７は、スライド台５８に支持された状態で、スライド台５８に沿って上下に移動するようになっている。上下板５７と回転板５９とは、ピン案内板６１に案内されるピン６０により接続されている。回転板５９は、ボール容器５１と接続されている。

したがって、エアシリンダ５５を駆動させ、シリンダロッド５６を上下に動かすと、シリンダロッド５６を介して上下板５７がスライド台５８に沿って上下に移動する。上下板５７が上下に移動すると回転板５９も上下に移動し、この動きがピン６０およびピン案内板６１によって回転板５９の回転運動となる。回転板５９に連動してボール容器５１も所定の角度（この例では約４５度）に傾く。この機構では、ボール容器５１が下がりながら傾斜（回転）し、ボール容器５１が上がりながら垂直に戻る。したがって、第１のボール案内管５３の長さは変わらずに、撓むだけで、ボール容器５１と第２のボール案内管５４との間を連通できる。

ボール容器５１の傾斜または旋回により、ボール容器５１から所定の量（数）の導電性ボールＢが、第１のボール案内管５３、第２のボール案内管５４、シャフト３３ｄ、ヘッド４０ｄのベース部材４１を介して、ヘッド４０ｄにより形成される動区域Ａ４に補給される。ボール補給ユニット５０ｄにより導電性ボールＢを補給するタイミングは、制御ユニット９０によりエアシリンダ５５を操作することで制御できる。したがって、ボール補給ユニット５０ａ〜５０ｄにより、それぞれの動区域Ａ１〜Ａ４に対して、所定の量（数）の導電性ボールＢを同時に補給することが可能であり、また、異なるタイミングで導電性ボールＢを補給することも可能である。

このボール充填装置１０では、ヘッド４０ａ〜４０ｄの移動とともに、円形の動区域Ａ１〜Ａ４が移動し、動区域Ａ１〜Ａ４に保持された導電性ボールＢは、マスク１１０の開口１１１に順次充填され、消費される。このため、消費されるボール量に基づいて、ボール補給ユニット５０ａ〜５０ｄから適当な数の導電性ボールＢを動区域Ａ１〜Ａ４内に投入（補給、供給）することにより、動区域Ａ１〜Ａ４のそれぞれに保持される導電性ボールＢの量（数）を適量に維持できる。例えば、時間当たりに消費されるボール量に基づいて、所定時間間隔で導電性ボールＢを補給することにより、動区域Ａ１〜Ａ４内に、常に適当な量の導電性ボールＢを存在させておくことができる。光学センサーなどにより、それぞれの動区域に保持されている導電性ボールの量（数）を監視して、ボール補給ユニット５０ａ〜５０ｄを制御してもよい。

ボール補給ユニット５０ａ〜５０ｄにより、動区域Ａ１〜Ａ４の導電性ボールＢの集団Ｂｇ１〜Ｂｇ４の密度、集中度（集積度、数、量）を適切に維持できる。このため、動区域Ａ１〜Ａ４のそれぞれにおいて導電性ボールＢの密度（数）が低下することによりマスク１１０の開口１１１に導電性ボールＢが充填されなくなることを抑制できる。また、動区域Ａ１〜Ａ４のそれぞれにおいて導電性ボールの密度（数）が大幅に増加することにより導電性ボールの流動性が低下したりアーチ状にスタックしたりして、マスク１１０の開口１１１に導電性ボールＢが充填されなくなることも抑制できる。

なお、１つのボール補給ユニットから４つの動区域Ａ１〜Ａ４内に、それぞれ導電性ボールＢを補給することも可能である。しかしながら、１つのボール補給ユニットから各動区域Ａ１〜Ａ４への距離が異なったり、配管のアレンジが異なることなどにより、所定の量の導電性ボールを各動区域Ａ１〜Ａ４に分配することは難しい。その点、本例では、４つのボール補給ユニット５０ａ〜５０ｄから４つの動区域Ａ１〜Ａ４にそれぞれ導電性ボールＢが補給されるようになっているので、導電性ボールＢを分配する必要がなく、精度よく各動区域Ａ１〜Ａ４に保持される導電性ボールＢの数（量）を制御できる。

次に、ボール保持装置２０のヘッド４０ａ〜４０ｄについて詳しく説明する。これらのヘッド４０ａ〜４０ｄは構造が共通するので、ヘッド４０ａを例に説明する。図７の（ａ）は、ヘッド４０ａを正面から見た図である。図７（ｂ）は、ヘッド４０ａを底面から見た図である。図８は、ヘッド４０ａによりマスク１１０の複数の開口１１１に導電性ボールＢが充填されている様子を拡大して示す図である。

ボール保持装置２０のヘッド４０ａは、それぞれ、マスク１１０の上面１１０ａの上で導電性ボールＢを押し払いながら動区域Ａ１に導電性ボールＢを集め、マスク１１０の複数の開口１１１に導電性ボールＢを充填するためのものである。ヘッド４０ａは、ベース部材（スキージサポート、固定部材）４１と、複数の結束線状部材からなるスキージ４３とを備えている。スキージ４３の結束線状部材は、複数本の線状部材４２の両端部をかしめなどの方法で結束してなるものである。ベース部材４１の中心は、マスク１１０に対して垂直方向に延びるシャフト３３ａに繋がっており、モータ３２ａ（図５参照）により回転駆動される。スキージ４３を構成する線状部材４２の直径は、線状部材４２を形成する材料の材質や導電性ボールＢの直径などによるが、３０〜１００μｍが好ましい。また、線状部材４２は、比較的剛性が低い材料により形成することが好ましい。

なお、スキージ４３の結束線状部材は、マスク１１０の上面１１０ａに比較的柔らかく接し、マスク１１０の上面１１０ａ上の導電性ボールＢを掃き集めることができるものであればよい。好ましくは、スキージ４３の結束線状部材は、一旦マスク１１０の開口１１１に充填された導電性ボールＢを掻き出さない程度の弾性を備えたものであるとよい。本例では、ヘッド４０ａ〜４０ｄは、６本のスキージ４３を備えており、これらのスキージ４３の結束線状部材は、それぞれ、結束線状部材の水平部分４３ａとベース部材４１の下面４１ａとが密着しないように、且つ、スキージ４３を構成する複数の線状部材４２が捩じられた状態で、マスク１１０の上面１１０ａに向かって突き出るように、ベース部材４１の下面４１ａに略逆Ｕ字状に着脱可能に取り付けられている。

６本のスキージ４３は、図７（ｂ）に示すように、略放射状に取り付けることが好ましい。より詳しくは、６本のスキージ４３は、それぞれ、回転シャフト３３ａと同心円状の内円（すなわち破線で示した動区域）Ａ１の回りに、円周方向に均等なピッチで、内円Ａ１の接線方向（あるいは、内円Ａ１よりも若干内側の仮想円の接線方向）であって、本例では底面から見て反時計方向に、ベース部材４１の外周近傍まで、直線的に延びるように配置されている。ベース部材４１の下面４１ａには、導電性ボールＢをスキージ４３の固定部分に付着させないなどの目的で、押え板４４が設けられている。このヘッド４０ａは、回転用モータ３２ａによりシャフト３３ａを中心として、ベース部材４１の底面４１ａの側から見て、反時計方向に回転駆動される。

なお、スキージ４３の配置を反転（鏡面対称）させることにより、ヘッド４０ａ〜４０ｄの回転方向（ヘッド４０ａ〜４０ｄの自転方向）を時計回りにすることが可能である。また、ベース部材４１に取り付けられるスキージ４３の本数は、動区域の大きさなどによって決まり、２本〜５本、あるいは７本以上であってもよい。さらに、スキージ４３の一方の端をベース部材４１の側面に取り付けてもよい。スキージ４３の一方の端をベース部材４１の側面に取り付けることにより、水平部分４３ａをより長くすることができる。いずれの場合も、スキージ４３の水平部分４３ａとベース部材４１の下面４１ａとが密着しないように、それらの間に空間が設けられるように取り付けることが好ましい。

このヘッド４０ａでは、結束線状部材からなるスキージ４３がマスク１１０の上面１１０ａの上で導電性ボールＢを押し払ったときに、線状部材４２の間に導電性ボールＢが入り込み難い。また、導電性ボールＢが結束線状部材からなるスキージ４３を乗り越えてヘッド４０ａの外に逸散し難い。したがって、スキージ４３の下向きのＵ字状の中央部分（腹の部分）４３ａがマスク１１０の上面１１０ａに接した状態でヘッド４０ａを下方から見て反時計方向に回転させると、スキージ４３の進行方向（回転方向）にある導電性ボールＢは内円Ａ１に向けて押し払われる。すなわち、ヘッド４０ａが回転することにより、マスク１１０の上面１１０ａに残った過剰な導電性ボールＢは、逸散しないように、内円Ａ１の周辺から、それぞれ、内円Ａ１に集められる。このため、ヘッド４０ａを回転駆動することにより、導電性ボールＢの集団Ｂｇ１をマスク１１０の上面１１０ａの限られた面積の動区域Ａ１に保持でき、ヘッド４０ａを移動することにより動区域Ａ１も移動できる。なお、内円（動区域）Ａ１〜Ａ４は、仮想的または設計的なものである。

図８に示すように、導電性ボールＢは、スキージ４３に押されて動区域Ａ１に集められ、その過程で導電性ボールＢがマスク１１０の未充填の開口１１１を通過するときにマスク１１０の開口１１１へ自然落下して、基板１００に設けられた電極１０１上に搭載される（振り込まれる）。なお、図８中符号１０９は保護膜であり、半導体素子１０２の能動面を保護するためのものであって、電極１０１の外周部を覆うように形成される。フラックスＦは、保護膜１０９が被覆していない電極１０１面に印刷されている。フラックスＦは、保護膜１０９の孔の中で、中央が少し盛り上がるように印刷されることが好ましい。

また、一旦充填された導電性ボールＢが開口１１１に安定して保持されるように、充填されたボールＢの頂点がマスク１１０の上面１１０ａより下となるように、マスク１１０の厚みが決定されていることが好ましい。導電性ボールＢの頂点がマスク１１０の上面１１０ａより上に出ると、開口１１１に充填された導電性ボールＢが、スキージ４３により掻き出され易くなる。導電性ボールＢの頂点がマスク１１０の上面１１０ａから下がる距離は、導電性ボールＢの直径の２〜１０％程度が好ましく、より好ましくは、５％程度である。このように、導電性ボールＢがマスク１１０の上面１１０ａより沈み込む場合、マスク１１０の開口１１１に振り込まれた導電性ボールＢがスキージ４３により掻き出されることが少なくなる。

スキージ４３が図８において左から右へ移動すると、導電性ボールＢは押されて次々と開口１１１へ振り込まれる。スキージ４３の結束線状部材を構成する線状部材４２は、その直径が３０〜１００μｍ程度であって、小さく且つ剛性が低いので、マスク１１０の開口１１１の部分ではマスク１１０の表面１１０ａから下方へ少々曲がり、開口１１１の中へ少々入り込む。したがって、開口１１１に充填された導電性ボールＢは、スキージ４３（線状部材４２）により、電極１０１上に印刷されたフラックスＦの中に押し込まれて、基板１００に大きな衝撃を与えなければ移動しない程度に固定される。このような効果を得るため、線状部材４２は、少々ではあるが、開口１１１に充填された導電性ボールＢを上から押圧する程度に変形することが好ましい。充填された導電性ボールＢがフラックスＦ中に押し込まれないと、後工程（基板搬送、検査、リフロー等）において導電性ボールＢが所定位置から離脱することが生じ易くなる。

図８に示すように、結束線状部材からなるスキージ４３は、ボールが内円の方向へ移動するように捩られている。このようなスキージ４３は、マスク１１０と接触する部分で押し潰されて、断面形状が略楕円形（擬似楕円形）となるが、線状部材４２自身は潰されない。このため、スキージ４３は断面で見ると、導電性ボールＢとマスク１１０との双方に斜めに当接する。本例の結束線状部材からなるスキージ４３は複数の線状部材４２が捩じられた状態でベース部材４１に取り付けられている。したがって、線状部材を捩っていないスキージと比較すると、スキージ４３の角度に対して多くの線状部材４２が、より中心方向へ導電性ボールＢを導くような角度でマスク１１０と交互に当接する。したがって、スキージ４３の角度は、より広範囲から導電性ボールＢを集めることができる角度とし、実際に個々の導電性ボールＢと接する線状部材４２の角度は、スキージ４３よりも内側を向いた導電性ボールＢが散逸し難い角度に設定できる。このため、捩じった状態の結束線状部材からなるスキージ４３をベース部材４１に固定すると、動区域Ａ１〜Ａ４内に比較的多くの導電性ボールＢを、逸散を抑制した状態で保持できる。このようなヘッド４０ａ〜４０ｄを用いることにより、動区域Ａ１〜Ａ４内の導電性ボールＢの密度（集積度）を向上できるので、充填効率を向上でき、動区域Ａ１〜Ａ４を重複させなくとも、マスク１１０のすべての開口１１１に導電性ボールＢを良好に充填できる。

図４に戻り、制御ユニット（制御部、制御手段）９０は、ボール保持装置２０および移動装置８０と制御情報を送受信できる状態に接続されており、これらの動作を制御する機能（充填装置１０を制御する機能）９５を含む。

この制御ユニット９０は、ボール搭載装置１全体を制御する機能、すなわち、ステージ２および装置４、５、６および８を制御する機能を含んでいてもよい。ステージ２および装置４、５、６および８を制御する制御ユニット９０は、この制御ユニット９０と別体であってもよい。制御ユニット９０の多くは、コンピュータあるいはマイクロコンピュータを用いて構成される。制御ユニット９０はメモリを含み、そのメモリには、制御用のプログラム９０ｐが格納されており、マイクロコンピュータはプログラム９０ｐを実行することにより所定の機能を果たす。制御用のプログラム（プログラム製品）９０ｐは、ＲＯＭなどの適当な記録媒体に記録して提供される。本例のボール搭載装置１や、本例のボール充填装置１０は、ＬＡＮなどのコンピュータネットワークを介して制御することも可能であり、プログラム９０ｐをネットワーク上のサーバなどから提供することも可能である。

この制御ユニット９０の充填装置を制御する機能９５は、ボール保持装置２０によって導電性ボールＢの４つの集団Ｂｇ１〜Ｂｇ４をマスク１１０の表面１１０ａの４つの動区域Ａ１〜Ａ４にそれぞれ保持させる機能９１と、集団Ｂｇ１〜Ｂｇ４を動区域Ａ１〜Ａ４にそれぞれ保持させた状態で移動装置８０によって４つの動区域Ａ１〜Ａ４の相互の間隔を所定の値に保ち、ボール保持装置２０を往復移動させる機能９２とを含む。

図９に示すように、往復移動させる機能９２は、４つのヘッド４０ａ〜４０ｄを、往復動させ、その往路および復路のそれぞれにおいて、それぞれのヘッド４０ａ〜４０ｄにより形成される動区域Ａ１〜Ａ４が、往復移動の方向に一連に並べられたいくつかの開口グループＭを含む開口グループ列であって、動区域Ａ１〜Ａ４のいずれもが未通過の第１の開口グループ列１２１と、第１の開口グループ列１２１に隣接し、動区域Ａ１〜Ａ４のいずれもが未通過の第２の開口グループ列１２２を通過するように移動させる。

導電性ボールＢの集団Ｂｇ１〜Ｂｇ４を動区域Ａ１〜Ａ４にそれぞれ保持させる機能９１は、さらに、複数のヘッド４０ａ〜４０ｄのそれぞれのベース部材４１を複数のスキージ４３がマスク１１０の表面１１０ａに接触した状態で回転することにより動区域Ａ１〜Ａ４をそれぞれ形成する機能９３を含む。保持させる機能９１はさらに、ボール補給ユニット５０ａ〜５０ｄによって、それぞれの動区域Ａ１〜Ａ４に十分な数の導電性ボールＢが保持されるように導電性ボールＢを補給する機能（ボール補給機能）９４を含む。

図９は、図４のボール充填装置１０において、マスク１１０の複数の開口１１１に導電性ボールＢを充填する際の、４つの動区域Ａ１〜Ａ４の中心の軌跡Ｔ１〜Ｔ４の一例を示している。プリント配線板１００では、上述のように、複数の電極１０１は、マトリックス状（アレイ状）に分散して設けられた、５行８列、合計４０個の電極グループＮを含む。したがって、このようなプリント配線板１００に導電性ボールＢを配置するためのマスク１１０の複数の開口（開口パターン、マスクパターン）１１１は、プリント配線板１００の複数の電極グループＮに対応し、マトリックス状（アレイ状）に分散して設けられた、５行８列、合計４０個の開口グループＭを含む。

この充填装置１０においては、導電性ボールＢを基板１００に配列する際に、動区域Ａ１〜Ａ４の動く経路（軌跡、領域）として重複の無いワンパスの経路を選択し、１つの基板１００に導電性ボールＢを搭載（配列）するために要する時間（タクトタイムという）を短縮させている。この充填装置１０を用いてマスク１１０の開口１１１にボールを充填する方法においては、図９に示すように、まず、動区域Ａ１〜Ａ４のうち、互いに隣り合う動区域の中心間の間隔が、互いに隣り合う開口グループ列の中心間の間隔の２倍の値に保たれるように４つのヘッド４０ａ〜４０ｄの間隔をセットする。

次に、ボール保持装置２０の４つのヘッド４０ａ〜４０ｄを、それらのスキージ４３をマスク１１０の表面１１０ａに接触した状態で回転し、ボール補給ユニット５０ａ〜５０ｄにより適当な量（数）の導電性ボールＢを供給することにより、マスク１１０の表面１１０ａに動区域Ａ１〜Ａ４を形成し、それぞれの動区域Ａ１〜Ａ４に導電性ボールＢを保持させる（保持させる行程）。これにより、４つの導電性ボールＢの集団Ｂｇ１〜Ｂｇ４がマスク１１０の限られた面積に独立して形成される。

次に、移動装置８０により、ボール保持装置２０を往復動させ、往路および復路のそれぞれにおいて、それぞれの動区域Ａ１〜Ａ４の中心が、第１の開口グループ列１２１および第２の開口グループ列１２２を通過するように移動させる（移動させる工程）。

動区域Ａ１〜Ａ４がそれぞれ、動区域が未通過の第１の開口グループ列１２１および第２の開口グループ列１２２を通過することにより、一往復で合計８つの開口グループ列に導電性ボールＢを充填できる。したがって、マスク１１０にマトリックス状（アレイ状）に分散して設けられた、５行８列、合計４０個の開口グループＭに、動区域Ａ１〜Ａ４がＹ方向に一往復で導電性ボールＢを充填できる。さらに、Ｙ方向に往復動する間に動区域Ａ１〜Ａ４がＸ方向に動く、第１の開口グループ列１２１と第２の開口グループ列１２２をつなぐ領域（連結領域）１２３も動区域Ａ１〜Ａ４で重複しておらず、動区域Ａ１〜Ａ４は、最短経路で往復動する。このため、１つの基板１００に導電性ボールＢを搭載（配列）するために要するタクトタイムを短縮でき、導電性ボールＢが搭載された基板１００を製造するための時間を短縮できる。

動区域Ａ１〜Ａ４の軌跡Ｔ１〜Ｔ４は、プリント配線板１００のサイズ、電極グループＮ（開口グループＭ）の配置に合わせて任意に設定でき、ヘッドの数も変更可能である。動区域の具体的な軌跡は、ボール充填装置１０を制御する制御ユニット９０内に記憶されたプログラム９０ｐにおいて、適当な関数あるいはルックアップテーブルなどのデータとして与えられる。

動区域Ａ１〜Ａ４の直径は、１０ｍｍ〜１００ｍｍであることが好ましい。動区域Ａ１〜Ａ４のより好ましい範囲は、２０〜６０ｍｍである。また、ヘッド４０ａ〜４０ｄの回転速度は、１２０ｒｐｍ以下が好ましい。さらに好ましいヘッド４０ａ〜４０ｄの回転速度の範囲は、３０〜９０ｒｐｍである。また、動区域Ａ１〜Ａ４の移動速度（本例では、ヘッド４０ａ〜４０ｄの移動速度と実質的に同義）は遅過ぎるとタクトタイムが長くなり、速過ぎると充填ミスにつながる。この充填装置１０および充填方法においては、動区域Ａ１〜Ａ４の移動距離を短くできるので、移動速度を抑えてもタクトタイムを短縮できる。たとえば、動区域Ａ１〜Ａ４の移動速度は、２〜１２０ｍｍ／ｓの範囲が好ましく、さらに、５〜８０ｍｍ／ｓの範囲であることが好ましい。本例の充填装置においては、ヘッド４０ａ〜４０ｄの移動速度は２０〜８０ｍｍ／ｓとなるように制御されている。

図１０は、図１のボール搭載装置１におけるボール搭載方法の一例を説明するためのフローチャートを示している。ステップ２０１において、基板搬送ロボット８により、第１のパッケージ３ａから基板１００をロードする。基板搬送ロボット８の先端部（ハンド）で、基板１００をすくい持ち上げ、移動させて、基板１００をアライナ４に載置する。ステップ２０２において、アライナ４で基板１００のプレアライメント（プリアライメント）を行う。ステップ２０３において、基板１００をアライナ４からステージ２に移動させ、基板１００をステージ２に載せた状態で、基板１００を反り矯正装置５に移動させる。

基板１００がプリント配線板の場合、反りの矯正をより効果的にするために基板１００をステージ２に設けられた加熱装置で１００℃前後に加熱するとよい。この加熱温度は、基板１００や半田等の条件によるが、最低は５０℃で、上（最高）は半田が溶融しない温度である。加熱温度は、例えば１５０℃とすることができる。基板１００の反りが小さく、且つ、減圧吸着で基板１００がステージ２に密着する場合には、矯正のステップ（ステップ２０３）は省略することができる。

ステップ２０４において、基板１００をステージ２に載せた状態で、基板１００をフラックス塗布装置６に移動させ、印刷用マスク６ａを介して、基板１００の電極１０１上にフラックスＦを塗布する。

ステップ２０５において、基板１００をステージ２に載せた状態で、基板１００をボール充填装置１０に移動させ、振込み用マスク１１０を介して、基板１００の電極１０１上に導電性ボールＢを搭載する。このステップ２０５において、充填装置１０では、導電性ボールＢを複数の動区域Ａ１〜Ａ４に集中して保持させ、それらの動区域Ａ１〜Ａ４を、相互に重複した軌跡を描かないように開口グループ列に沿ってマスク１１０の表面１１０ａを選択的に移動することにより、このステップの作業を基板単位で短時間に完遂できるようにしている。

ステップ２０６において、基板１００を検査装置（図示せず）に移動させ、導電性ボールＢの搭載ミスを検査する。この検査結果は、基板１００の処理属性として記憶され、フラックスの印刷とボールＢの振込を中止するべき処理属性が見出された場合、予め定められた手続で、処理を中止するようになっている。

ステップ２０７において、検査結果が良好であれば、検査が終了した基板１００は、基板搬送ロボット８により、検査装置から第２のパッケージ３ｂにアンロードされ、導電性ボールＢの搭載が終了する。未処理の基板１００が存在する場合には、操作は、ステップ２０１へ戻る。

以上のように、本例の導電性ボール搭載方法、ボール充填装置１０の制御方法、ボール充填装置１０によれば、典型的には動区域Ａ１〜Ａ４は重複しない、あるいは、ほとんど重複しない状態で、典型的には一往復で、マスク１１０の複数の開口１１１に、導電性ボールＢを充填できる。また、本例の導電性ボール搭載方法、ボール充填装置１０の制御方法、ボール充填装置１０によれば、動区域Ａ１〜Ａ４が第１の開口グループ列１２１の領域から第２の開口グループ列１２２の領域へ移動する際に通る領域（つなぐ領域）１２３も、典型的には、重複しない。したがって、導電性ボールＢを搭載（配列）するために要する時間（タクトタイム）をさらに短縮することができる。

また、この充填装置１０においては、ボール保持装置２０（ヘッド４０ａ〜４０ｄ）のホームポジション（スタートポジション、図１の左側）の反対側に残ボール除去装置１３０が配置されており、導電性ボールＢの充填作業が終了したのちに、確認のためマスク１１０の表面１１０ａに残された導電性ボールＢを除去できるようになっている。したがって、ヘッド４０ａ〜４０ｄがホームポジションからスタートして往復動し、ホームポジションに戻る軌跡を描くことは、残ボール除去装置１３０の動作と関連して、この充填装置１０においては最も効率の良いプロセス（作業シーケンス）の１つである。

なお、本例では、すべてのヘッド４０ａ〜４０ｄが第１の開口グループ列１２１および第２の開口グループ列１２２を通過するようにしているが、必ずしもすべてのヘッド４０ａ〜４０ｄが第１の開口グループ列１２１および第２の開口グループ列１２２を通過するようにしなくてもよい。すなわち、プリント配線板１００のサイズや電極グループＮの配列はさまざまであるため、少なくとも１つのヘッドが第１の開口グループ列１２１および第２の開口グループ列１２２を通過するようにすればよい。

図１１は、マスク１１０の複数の開口１１１に導電性ボールＢを充填する際の、３つの動区域の中心の軌跡の一例を示している。本例では、プリント配線板１００を縦方向に配置した状態で導電性ボールＢを搭載する。したがって、プリント配線板１００は、８行５列、合計４０個の電極グループＮを含む。

上述のように、この充填装置１０においては、ヘッドユニット毎に、一往復で、２列の開口グループ列１２１および１２２に導電性ボールＢを充填できる。本例では、電極グループ列が５列であり、マスク１１０に設けられる開口グループ列も５列になる。このため、３つのヘッドユニット３０ａ〜３０ｃにより一往復で、５列の開口グループ列（最大では６列の開口グループ列）に導電性ボールＢを充填している。本例のように、電極グループ列が奇数列である場合、ヘッドのうちの１つのヘッドは、復路においては、導電性ボールＢを開口１１１に充填しない（非充填領域を通過する）。しかしながら、複数の動区域Ａ１〜Ａ３を一往復させるだけで、マスク１１０のすべての開口１１１に導電性ボールＢを充填できる。導電性ボールＢを充填する３つのヘッド４０ａ〜４０ｃのうちの２つのヘッド４０ａおよび４０ｂと、残りのヘッド４０ｃとでは導電性ボールＢの消費量が変わるが、ボール補給ユニット５０ａ〜５０ｃの制御を変えることにより対応できる。

以上に説明したように、上記の充填装置１０は、複数の回転型ヘッド４０ａ〜４０ｄを備え、マスク１１０の表面１１０ａに接触しながら導電性ボールＢを集めて動区域Ａ１〜Ａ４を形成するためのスキージ４３として結束線状部材を用い、動区域Ａ１〜Ａ４への回収率を高め、漏れ率を低減している。このため、動区域Ａ１〜Ａ４に、より多くの導電性ボールＢを集積（集中）して保持することができ、動区域内における充填効率を高め、充填ミスを低減できる。したがって、ヘッド４０ａ〜４０ｄの移動するルートとして、動区域Ａ１〜Ａ４の軌跡（それぞれの動区域が実質的に通過して充填できる帯域）が重複しないルートを選択することができる。このため、動区域Ａ１〜Ａ４が移動する距離を一往復などに短縮できるので、充填に要する時間（タクトタイム）を短縮できる。

さらに、各々の動区域Ａ１〜Ａ４に保持される導電性ボールＢの量（数）を、それぞれ、ボール補給ユニット５０ａ〜５０ｄにより制御することで、導電性ボールＢが保持される量を、動区域からの漏れ出しが発生しない程度、また、動区域内における導電性ボールＢの流動性の低下により充填率が低下しない程度の限界に近い値で保持できる。このため、動区域Ａ１〜Ａ４に保持される導電性ボールＢの量（数）を上限に近い程度まで増加でき、充填効率を向上し、充填ミスを低減することができる。したがって、動区域Ａ１〜Ａ４が通過する領域を重複させずに、ワンパスあるいは一筆書きのようにそれぞれの動区域Ａ１〜Ａ４の移動する経路を制御することで、マスク１１０のすべての開口１１１に効率よく、短時間で導電性ボールを充填できる。そして、導電性ボールが搭載された基板１００を短時間で製造できる。

なお、本発明の導電性ボール搭載方法および充填装置の制御方法を実現する際に使用するボール充填装置は、上述の装置１０に限定されるものではない。例えば、ボール充填装置が備えるボール保持装置は、少なくとも２つのヘッド、好ましくは、少なくとも３つのヘッドを備えるものであればよい。

上述した実施形態は、本発明に含まれる導電性ボール搭載方法、ボール充填装置の制御方法、ボール充填装置を実現するための一例に過ぎない。例えば、移動装置は、Ｘ−Ｙレールを用いた移動装置に限らず、アームを用いた移動装置であってもよい。

本実施形態の目的の１つは、タクトタイムを短縮できる、装置、装置の制御方法、ボール搭載方法を提供することである。しかしながら、当業者にとって自明な部分的な変更やバリエーションは、本発明の範囲内であると考えられる。

上記にて開示した方法の一態様は、導電性ボールを基板に配置するための複数の開口を備えたマスクを、基板にセットした状態、すなわち、マスクと基板とを位置合わせした状態で、複数の開口に導電性ボールを充填するための装置により、基板に導電性ボールを搭載する方法である。この方法で用いられる上記の装置は、マスクの表面の一部分に導電性ボールの集団が保持される動区域をそれぞれ形成するための複数のヘッドを備えたボール保持手段と、ボール保持手段を往復移動させる移動手段とを有する。マスクの複数の開口は、マトリックス状に分散して設けられた複数の開口グループを含む。当該方法は、以下の工程を含む。
（ａ１）ボール保持手段によって導電性ボールの複数の集団をマスクの表面の複数の動区域にそれぞれ保持させること（保持させる工程）。
（ａ２）移動手段によって複数の動区域の相互の間隔を所定の値に保った状態でボール保持手段を往復移動させることにより、複数のヘッドを、往路および復路のそれぞれにおいて、それぞれの動区域が、往復移動の方向に一連に並べられたいくつかの開口グループを含む開口グループ列であって、動区域のいずれもが未通過の第１の開口グループ列、および第１の開口グループ列に隣接し、動区域のいずれもが未通過の第２の開口グループ列を通過するように移動させること（移動させる工程）。

ボールを搭載する対象の基板としては、例えば、プリント配線板（プリント回路板）など、複数の半導体チップ（半導体デバイス）をマトリックス状あるいはアレイ状に実装する基板がある。そのような基板において、複数の電極は、マトリックス状（アレイ状）に分散して設けられた複数の電極グループを含む。したがって、そのような基板にボールを配置するためのテンプレートであるマスクの複数の開口は、基板の複数の電極グループに対応し、マトリックス状（アレイ状）に分散して設けられた複数の開口グループを含む。

この方法においては、複数のヘッドを備えたボール保持手段によって導電性ボールの複数の集団をマスクの表面の複数の動区域にそれぞれ保持させ、移動手段によって複数の動区域の相互の間隔を所定の値に保った状態でボール保持手段を往復移動させる。したがって、微小な導電性ボールであっても、面積の限られた動区域に集めることにより、限られた導電性ボールの量（数）で、動区域の内部に限れば、マスクの開口に振込（充填）漏れが発生し難い程度の密度を維持できる。さらに、この方法においては、往路および復路のそれぞれにおいて、それぞれの動区域が、典型的にはそれぞれの動区域の中心が、未通過の第１の開口グループ列および未通過の第２の開口グループ列を通過するようにボール保持手段を移動させる。したがって、動区域の移動する範囲は、マスクの表面のうち、ある１つの基板に導電性ボールを搭載するという作業の単位では、いずれの動区域も通過していない未通過の部分に限定される。このため、この方法においては、導電性ボールを動区域に集中して保持し、マスク表面のうち、動区域が通過する範囲は、いずれの動区域も未通過の範囲に限定（選択）される。このため、微小な導電性ボールであっても、この方法における、導電性ボールの集中と、移動ルートの選択とにより効率よくマスクの開口に充填でき、導電性ボールを振り込む作業のタクトタイムを低減でき、導電性ボールが搭載された基板を短時間に製造できる。

さらに、この方法においては、それぞれのヘッドが往路および復路をそれぞれ移動する際に、動区域が隣り合う未通過の開口グループ列（第１および第２の開口グループ列）を移動する。このため、それぞれのヘッドにより形成される動区域は、開口グループ列の間の移動においても動区域のいずれもが未通過で最短のルート（領域）を移動し、移動時間の短縮が図られる。

さらに、この方法においては、動区域は往路および復路において通過する開口グループ列に含まれる開口に導電性ボールを充填するのに十分な面積を持てばよく、動区域が通過する軌跡（通過帯）の幅を、通過済みの領域と重複するように広げなくてもよい。したがって、動区域の面積をさらに限定（縮小）することができ、限られた数の導電性ボールを限られた面積に集中して保持できる。このため、さらに、充填ミスの発生率を低減でき、導電性ボールのロス率も低減できる。

この方法において、最も効率良く導電性ボールを充填できる典型的な例は、ボール保持手段がマスクに設けられた複数の開口グループ列の半数以上の数のヘッドを備え、それらのヘッドのそれぞれが、一往復で互いに隣り合う２列の開口グループ列に導電性ボールを充填することである。この場合、ボール保持手段を一往復することですべてのマスクの開口に導電性ボールを充填でき、充填ミスの発生も低減できる。したがって、この方法においては、ボール保持手段が備えるヘッドの数は多い方が好ましい。より好ましくは、ボール保持手段が備えるヘッドの数は、基板に含まれる開口グループ列の数の１／２またはそれ以上である。最適は、開口グループ列が偶数である場合、ボール保持手段が備えるヘッドの数は開口グループ列の数の１／２、開口グループ列が奇数である場合、ボール保持手段が備えるヘッドの数は開口グループ列の数の１／２よりも大きく最も近い整数である。したがって、この方法において、使用する上記装置のボール保持手段は、ヘッドを２つ以上、さらには、少なくとも３つのヘッドを備えていることが好ましい。そして、移動させる工程では、少なくとも３つのヘッドの間隔を所定の値に保つことが望ましい。

導電性ボールを動区域に保持させて、動区域を移動させることにより導電性ボールをマスクの開口に充填する過程において、各動区域内の導電性ボールの量（数、密度）は、充填効率を確保するために十分に多く、しかしながら、動区域内における導電性ボールの流動性を阻害したり、ヘッドから導電性ボールが漏れてしまうことがない程度に数が抑えられていることが望ましい。したがって、この方法において、使用する上記装置のボール保持手段は、さらに、複数のヘッドのそれぞれに対応して設けられ、複数のヘッドを介して複数の動区域のそれぞれに対し導電性ボールを補給するための複数のボール補給ユニットを備えていることが望ましい。また、保持させる工程において、複数のボール補給ユニットによって、それぞれの複数の動区域の内部に十分な数の導電性ボールが保持されるように、導電性ボールを補給することが好ましい。

それぞれのヘッド、すなわち、それぞれの動区域に一対一で対応するようにボール補給ユニットを設けることにより、それぞれの動区域の内部の導電性ボールの数（密度）を精度よく制御できる。このため、各動区域内の導電性ボールの量（数、密度）を常に適当に集中した状態に保つことができる。すなわち、各動区域内の導電性ボールの量（数、密度）を、適度な流動性が維持でき、導電性ボールの漏れの発生も抑制でき、しかも、充填中に導電性ボールの不足が生じることもない程度に維持できる。

また、ボール補給ユニットを設けることにより、１つのボール補給ユニットから複数のヘッドに導電性ボールを分配する機構を省くことができ、分配する機構に関するいくつかの問題の発生、たとえば、分配精度、各ヘッドへの連通路と移動手段との干渉などを避けることができる。

また、この方法において使用される上記装置のボール保持手段では、複数のヘッドは、それぞれ、ベース部材と、複数本の線状部材の両端部を結束してなる複数の結束線状部材とを備え、複数の結束線状部材は、それぞれ、捩じった状態でベース部材に固定されていることが好ましい。そして、保持させる工程では、複数のヘッドのそれぞれのベース部材を複数の結束線状部材がマスクに接触した状態で回転することにより動区域を形成することが望ましい。各ヘッドが回転しながら各ヘッドの中心へ導電性ボールを集めて動区域を形成する回転型のヘッドにおいて、複数の結束線状部材を、それぞれ、捩じった状態でベース部材に固定することにより、線状部材の間に導電性ボールを入り込み難くすることができる。また、導電性ボールが結束線状部材を乗り越えてヘッド外に逸散し難くすることができる。このため、それぞれの動区域の導電性ボールの量（数、密度）の集中度（集積度）を向上できるとともに、逸散も抑制できる。したがって、充填効率を向上でき、充填ミスを低減できるので、動区域の軌跡を重複させる要求をなくすことができる。

上記にて開示した方法の他の態様は、導電性ボールを基板に配置するための複数の開口を備えたマスクと基板とを位置合わせした状態で、複数の開口に導電性ボールを充填するための装置を、制御ユニットにより制御する方法である。この方法で用いられる上記装置は、マスクの表面の一部分に導電性ボールの集団が保持される動区域をそれぞれ形成するための複数のヘッドを備えたボール保持手段と、ボール保持手段を往復移動させる移動手段とを有する。マスクの複数の開口は、マトリックス状に分散して設けられた複数の開口グループを含む。当該制御方法は、以下の工程を含む。
（ｂ１）ボール保持手段によって導電性ボールの複数の集団をマスクの表面の複数の動区域にそれぞれ保持させた状態で、移動手段によって複数の動区域の相互の間隔を所定の値に保ち、ボール保持手段を往復移動させることにより、複数のヘッドを、往路および復路のそれぞれにおいて、それぞれの動区域の中心が、往復移動の方向に一連に並べられたいくつかの開口グループを含む開口グループ列であって、動区域のいずれもが未通過の第１の開口グループ列、および第１の開口グループ列に隣接し、動区域のいずれもが未通過の第２の開口グループ列を通過するように移動させること（移動させる工程）。

この制御方法によれば、複数の動区域に導電性ボールを集中して保持させた状態で、マスク表面のうち、往路および復路のそれぞれにおいて未通過の第１の開口グループ列および第２の開口グループ列を選択して通過するように各ヘッドを移動させる。したがって、さらに導電性ボールを搭載（配列）するために要する時間（タクトタイム）を短縮することができる。

この制御方法において使用される上記装置のボール保持手段は、少なくとも３つのヘッドを備えていることが好ましい、ボール保持手段の往復数を少なくすることができるため、タクトタイムの短縮に効果がある。

また、この制御方法において使用される上記装置のボール保持手段は、さらに、複数のヘッドのそれぞれと対応するように設けられ、複数のヘッドを介して複数の動区域のそれぞれに対し導電性ボールを補給するための複数のボール補給ユニットを備えていることが好ましい。この場合、当該制御方法は、さらに、以下の工程を含むことが好ましい。
（ｂ２）導電性ボールを動区域に保持しながら移動させる工程中に、複数のボール補給ユニットによって、それぞれの複数の動区域の内部に十分な量（数）の導電性ボールが保持されるように、導電性ボールを補給すること。

さらに、この制御方法において使用される上記装置のボール保持手段では、複数のヘッドは、それぞれ、ベース部材と、複数本の線状部材の両端部を結束してなる複数の結束線状部材とを備え、複数の結束線状部材は、それぞれ、捩じった状態でベース部材に固定されていることが好ましい。この場合、当該制御方法は、さらに、以下の工程を含むことが好ましい。
（ｂ３）導電性ボールを動区域に保持しながら移動させる工程中に、複数のヘッドのそれぞれのベース部材を複数の結束線状部材がマスクに接触した状態で回転することにより動区域を形成すること。

上記にて開示した装置の１つは、導電性ボールを基板に配置するための複数の開口を備えたマスクと基板とを位置合わせした状態で、複数の開口に導電性ボールを充填するための装置である。この装置は、マスクの表面の一部分に導電性ボールの集団が保持される動区域をそれぞれ形成するための複数のヘッドを備えたボール保持手段と、複数の動区域の相互の間隔を所定の値に保った状態でボール保持手段を往復移動させる移動手段と、移動手段を制御可能な制御ユニットとを有する。マスクの複数の開口は、マトリックス状に分散して設けられた複数の開口グループを含む。制御ユニットは、ボール保持手段によって導電性ボールの複数の集団をマスクの表面の複数の動区域にそれぞれ保持させた状態で、移動手段によってボール保持手段を往復移動させることにより、複数のヘッドを、往路および復路のそれぞれにおいて、それぞれの動区域が、往復移動の方向に一連に並べられたいくつかの開口グループを含む開口グループ列であって、動区域のいずれもが未通過の第１の開口グループ列、および第１の開口グループ列に隣接し、動区域のいずれもが未通過の第２の開口グループ列を通過するように移動させる機能を含む。

この装置によれば、動区域に導電性ボールを集中させて、典型的には、動区域は重複しない、あるいは、ほとんど重複しないように、マスクの表面の選択された範囲を往復動しながら導電性ボールを充填する。したがって、従来よりもさらに導電性ボールを搭載（配列）するために要する時間（タクトタイム）を短縮することができる。

この装置において、ボール保持手段は、少なくとも３つのヘッドを備えていることが好ましい。ボール保持手段の往復数を少なくすることができるため、タクトタイムを短縮することができる。

また、この装置において、ボール保持手段は、さらに、複数のヘッドのそれぞれに対応して設けられ、複数のヘッドを介して複数の動区域のそれぞれに対し導電性ボールを補給するための複数のボール補給ユニットを備えていることが好ましい。制御ユニットは、さらに、複数のボール補給ユニットによって、それぞれの複数の動区域の内部に十分な量（数）の導電性ボールが保持されるように、導電性ボールを補給する機能を含むことが好ましい。

この装置によれば、複数のヘッドを介して複数の動区域のそれぞれに対し導電性ボールを補給することができるため、各動区域内の導電性ボールの量（数、密度）を常に適当に集中した状態に保つことができる。

さらに、この装置において、複数のヘッドは、それぞれ、ベース部材と、複数本の線状部材の両端部を結束してなる複数の結束線状部材であって、それぞれ、捩じった状態でベース部材に固定されている複数の結束線状部材と、複数のヘッドを回転する機構とを備えていることが望ましい。制御ユニットは、さらに、複数のヘッドのそれぞれのベース部材を複数の結束線状部材がマスクに接触した状態で回転することにより動区域を形成する機能を含むことが望ましい。回転型のヘッドにおいて、導電性ボールの集中度を高められるので充填効率を向上でき、タクトタイムを短縮できる。

１ ボール搭載装置、 １０ ボール充填装置
２０ ボール保持装置（ボール保持手段）
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ ヘッド
４１ ベース部材、 ４２ 線状部材、 ４３ スキージ
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ ボール補給ユニット
８０ 移動装置（移動手段）、 ９０ 制御ユニット
１００ 基板、 １０１ 電極
１１０ マスク、 １１１ 開口
１２１ 第１の開口グループ列、 １２２ 第２の開口グループ列
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４ 動区域
Ｂ 導電性ボール
Ｂｇ１、Ｂｇ２、Ｂｇ３、Ｂｇ４ 導電性ボールの集団
Ｍ 開口グループ

Claims (5)

1. 導電性ボールを基板に配置するための複数の開口を備えたマスクと前記基板とを位置合わせした状態で、前記複数の開口に導電性ボールを充填する装置により、前記基板に導電性ボールを搭載する方法であって、
   前記装置は、
   前記マスクの表面の一部分に導電性ボールの集団が保持される動区域をそれぞれ形成する複数のヘッドを備えたボール保持手段と、
   前記ボール保持手段を前記複数のヘッドの間隔が調整された状態でホームポジションから往復移動させる移動手段と、
   前記ホームポジションと前記複数の開口を挟んで反対側に配置された残ボール除去装置とを有し、
   前記マスクの前記複数の開口は、マトリックス状に分散して設けられた複数の開口グループを含み、前記複数の開口グループは、前記往復移動方向に一連に並べられた開口グループ列を複数含み、前記複数のヘッドは、前記開口グループ列の数の少なくとも半分の数で、少なくとも３つのヘッドを含み、
   当該方法は、
   前記複数のヘッドの間隔を、互いに隣り合う前記動区域の中心間の間隔が、互いに隣り合う前記開口グループ列の中心間の間隔の２倍となるようにセットし、往路において、第１の前記開口グループ列を通過し、復路において、前記第１の開口グループ列に隣り合う第２の前記開口グループ列を、隣り合う前記往路とは重複せずに通過するようにセットすることと、
   前記ボール保持手段によって導電性ボールの複数の集団を前記マスクの表面の複数の前記動区域にそれぞれ保持させることと、
   前記移動手段が前記ボール保持手段を、前記ホームポジションからスタートして、それぞれの前記動区域の中心が往路において前記第１の開口グループ列を移動し、復路において前記第２の開口グループ列を移動するように往復移動させて一往復で前記マスクの前記複数の開口に導電性ボールを充填することと、
   前記残ボール除去装置を往復動して前記マスクの表面に残された導電性ボールを除去することとを有する方法。
2. 請求項１において、前記ボール保持手段は、前記複数のヘッドのそれぞれに対応して設けられ、前記複数のヘッドを介して複数の動区域のそれぞれに対し導電性ボールを補給する複数のボール補給ユニットを備えており、
   前記保持させることは、前記複数のボール補給ユニットによって、それぞれの前記複数の動区域の内部に十分な数の導電性ボールが保持されるように、導電性ボールを補給することを含む方法。
3. 導電性ボールを基板に配置するための複数の開口を備えたマスクと前記基板とを位置合わせした状態で、前記複数の開口に導電性ボールを充填する装置であって、
   前記マスクの表面の一部分に導電性ボールの集団が保持される動区域をそれぞれ形成する複数のヘッドを備えたボール保持手段と、
   前記ボール保持手段をホームポジションから往復移動させる移動手段と、
   前記ホームポジションと前記複数の開口を挟んで反対側に配置された残ボール除去装置とを有し、
   前記マスクの前記複数の開口は、マトリックス状に分散して設けられた複数の開口グループを含み、前記複数の開口グループは、前記往復移動の方向に一連に並べられたいくつかの開口グループからなる開口グループ列を複数含み、前記複数のヘッドは、前記開口グループ列の数の少なくとも半分の数で、少なくとも３つのヘッドを含み、さらに、
   前記移動手段は、前記複数のヘッドの間隔を、互いに隣り合う前記動区域の中心間の間隔が、互いに隣り合う前記開口グループ列の中心間の間隔の２倍となるようにセットした状態で、それぞれの前記動区域の中心が、往路において、第１の前記開口グループ列を通過し、復路において、前記第１の開口グループ列に隣り合う第２の前記開口グループ列を隣り合う前記往路とは重複せずに通過するように前記ボール保持手段を、前記ホームポジションからスタートして、それぞれの前記動区域の中心が往路において前記第１の開口グループ列を移動し、復路において前記第２の開口グループ列を移動し、一往復で前記マスクの前記複数の開口に導電性ボールを充填する、装置。
4. 請求項３において、前記ボール保持手段は、少なくとも３つの前記ヘッドを含む、装置。
5. 請求項３または４において、前記ボール保持手段は、さらに、前記複数のヘッドのそれぞれに対応して設けられ、前記複数のヘッドを介して複数の動区域のそれぞれに対し導電性ボールを補給する複数のボール補給ユニットを含む、装置。
   

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