JP7005868B2 - ボール供給装置及びボール搭載装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボール供給装置及び当該ボール供給装置からボール供給されるボール搭載装置に関する。

従来から、プリント配線基板やシリコンウエハなどの被ボール搭載物の電極上に導電性のボールを搭載する手段としてボール搭載装置があり、このボール搭載装置にボールを供給するボール供給装置がある。例えば、特許文献１には、ボールを貯留するボールタンクと所定量のボールを収容するボール保持部とをボール搭載装置内に配置し、ボールタンクとボール保持部とをボール移送通路で接続し、ボール保持部に接続するボール排出通路から被ボール搭載物上にボールを排出するボール供給装置が開示されている。このボール供給装置は、真空吸引手段をＯＮにしてボールタンクからボールを真空吸引してボール保持部に収容し、真空吸引手段をＯＦＦにしてボールをボール保持部から被ボール搭載物上に排出するというものである。

特開２０１１－２５４０１１号公報

しかしながら、特許文献１に記載のボール供給装置は、被ボール搭載物はボール搭載装置の直上に配設されていることから、ボールタンクへのボール補給に際にはボール搭載装置を停止しなければならず、また、ボールタンクに貯留できるボール貯留量に限界があり、頻繁にボール搭載措置を停止してボール補給しなければならないという問題がある。また、ボールタンクが被ボール搭載物の直上に配設されるため、狭いスペースでボール補給をしなければならず作業性が悪く、ボール補給の際に被ボール搭載物上やボール搭載装置上にボールがこぼれてしまうことあり、現時点のボール搭載以前にボール搭載装置を稼働した際にこぼれていた異種ボールが混入するという問題がある。

また、特許文献１に記載のボール供給装置は、吸引状態をＯＮにしてボール供給を行い、吸引状態をＯＦＦにしてボール排出をしているが、吸引状態をＯＦＦにしてもボール移送経路全体が瞬間的にＯＦＦ状態（ボール供給停止）にならないため、被ボール搭載物への供給にボールの過不足がでる恐れがある。

また、被ボール搭載物へのボール排出を遮断するメカニカルなシャッターをボール排出通路の先端に設けており、シャッターを駆動する際にシャッターでボールを挟み込んだり、擦ったりすることによりボールの表面に損傷を与えるという致命的な問題がある。

そこで、本発明は、このような問題の少なくとも一つを解決するためになされたものであり、ボール搭載装置を停止させずにボール搭載装置へのボール供給が可能で、ボール表面に損傷を与えず、被ボール搭載物に過不足なくボールを搭載することが可能なボール供給装置及びボール搭載装置を提供しようとするものである。

［１］本発明のボール供給装置は、ボール搭載装置にボールを供給するボール供給装置であって、前記ボール搭載装置から平面的に離れた位置に配置され前記ボールを貯留するボールタンクと、前記ボール搭載装置のボール振込ヘッドユニットに前記ボールを供給するボール供給ノズルと、前記ボールタンクと前記ボール供給ノズルとを接続するボール移送用チューブと、圧縮気体によって前記ボールタンクから前記ボール供給ノズルに前記ボールを圧送する圧気系統と、前記ボールタンクから前記ボール供給ノズルに至る間のボール移送経路を常圧に減圧する圧気破壊系統と、を有し、前記ボール振込ヘッドユニットからのボール供給命令に基づき前記ボール振込ヘッドユニットに所定量の前記ボールを圧送することを特徴とする。

本発明のボール供給装置によれば、ボール搭載装置からのボール供給命令に基づきボール供給装置からボール搭載装置へのボール圧送を開始することから、ボール搭載装置を停止させずにボール搭載装置へのボール供給が可能となる。また、ボール搭載装置から平面方向に離れた位置にボールタンクを配置すれば、ボールタンクへのボール補給を容易に行え、ボール補給時においてボールが被ボール搭載物上やボール搭載装置上に落下することがなく、以前にボール搭載装置を稼働した際にこぼれていた異種ボールの混入を防止できる。さらに、ボールの移送においては、圧縮系統によってボールを圧送し、圧気破壊系統によってボールの圧送を瞬間的に停止するためボール搭載装置に過不足なくボールを供給することが可能となる。また、メカニカルなシャッターなどを使用しないためボール表面に損傷を与えない。ここで、被ボール搭載物とは、例えば、電極が形成されたプリント配線基板やシリコンウエハなどである。

［２］本発明のボール供給装置においては、前記ボール振込ヘッドユニットからのボール供給停止命令に基づき前記圧気系統の駆動を停止し、かつ、前記圧気破壊系統の駆動を開始し真空圧を利用して前記ボール移送経路を常圧に高速で戻すことが好ましい。

このようにすれば、ボールの圧送を停止し、ボールタンクからボール搭載装置に至るボール移送経路を高速で常圧（装置稼働時の大気圧）に戻すことによってボール移送を瞬間的に停止するためボール搭載装置への過不足のないボール供給を可能にする。

［３］本発明のボール供給装置においては、前記圧縮気体は、圧力が常圧以上で、０．２ＭＰａ以下の不活性気体であることが好ましい。

少なくともボールタンク内を常圧よりも高くすれば、ボールタンク内のボールをボール移送経路に圧送することが可能となり、常圧の概ね２倍である０．２Ｍｐａ以下にすればボール圧送時にボール表面に損傷を与えない。また、圧縮気体として、例えば窒素ガスのような不活性ガスを使用すれば、基板と電子部品の電気的な接合手段であるボールの表面に酸化膜が形成されることを抑制できる。

［４］本発明のボール供給装置においては、前記ボール移送用チューブは、屈曲性及び柔軟性を有し、内径が２ｍｍ～５ｍｍで、屈曲半径が２０ｍｍ以上であることが好ましい。

ボール移送用チューブは、屈曲性及び柔軟性を有することから曲げやすく、ボール搭載装置に対してボールタンクを平面方向及び高さ方向共に配置場所を自在に選択できるので作業スペースが広くなり、ボールタンクへのボール補給作業が容易となる。また、ボールタンクを大型化できる。さらに、ボール移送用チューブの内径を２ｍｍ～５ｍｍとし、曲率半径を２０ｍｍ以上にすれば、ボール移送用チューブの曲がり位置でボールが詰まったり、ボール同士がぶつかって損傷したりすることを防止できる。

［５］本発明のボール供給装置においては、前記ボール移送用チューブの前記ボールとの接触面の表面抵抗が１×１０^－９Ω以下であることが好ましい。

ボール移送用チューブは屈曲性及び柔軟性を有する。このようなチューブの素材としては、例えば樹脂製であり、樹脂製のチューブは絶縁性を有しボールが接触すると静電気を帯びやすいことから、ボール同士が吸着したり、ボール移送用チューブとボールとが吸着したりしてボールの移送が滞ることがある。そこで、例えば、ボール移送用チューブの内面に導電膜を成膜するなどによって表面抵抗を極小化すれば、静電気の発生を抑えることができ、ボールの移送をスムーズに行うことが可能とする。

［６］本発明のボール搭載装置は、ボール供給装置から供給されるボールを被ボール搭載物に搭載するボール搭載装置であって、前記被ボール搭載物に所定量の前記ボールを振り込むボール振込ヘッドユニットを有し、前記ボール振込ヘッドユニットは、前記ボール供給装置から供給される前記ボールを貯留するボール保持部と、前記ボール保持部に連通し前記被ボール搭載物に前記ボールを排出するボール排出通路を有し、前記ボール保持部内に貯留される前記ボールの下限量を検知して前記ボール供給装置にボール供給命令を発信するボール検出下限センサと、前記ボール保持部内に貯留される前記ボールの上限量を検知して前記ボール供給装置にボール供給停止命令を発信するボール検出上限センサを有することを特徴とする。

ボール検出上限センサは被ボール搭載物に搭載すべきボール量を検知し、ボール検出下限センサは被ボール搭載物に搭載すべきボールの必要量が不足したことを検知する。ボール搭載装置は、ボール保持部にボール搭載に必要なボールが供給されていることを検知するとボールの圧送を停止させ、ボール保持部に搭載すべきボール量が不足したと検出したところで、ボール供給装置にボールの供給を開始させる。従って、ボール搭載装置を停止させずにボール搭載装置へのボール供給を可能にする。また、ボール排出通路にメカニカルなシャッターなどがないので、ボール表面に損傷を与えない。

実施形態に係るボール供給装置１０を示す縦断面図である。 実施形態に係るボール搭載装置５０の１実施例を示す平面図である。 実施形態に係るボール振込装置５７を示す平面図である。 実施形態に係る基板５１がシリコンウエハ８０であるときの１例を示す平面図である。 実施形態に係るボール振込ヘッドユニット６４Ａを示す正面図である。 実施形態に係るボール１１をシリコンウエハ８０上に搭載する様子を示す説明図である。 実施形態に係るボール搭載方法の主要な工程を示す工程フロー説明図である。 実施形態に係るボール搭載継続中におけるボール供給方法の主要な工程を示す工程フロー説明図である。

以下、本発明の実施の形態に係るボール供給装置１０及びボール搭載装置５０について、図１～図８を参照しながら説明する。

［ボール供給装置１０の構成］
図１は、ボール供給装置１０を示す縦断面図である。図１は、ボール１１の供給を停止した直後の状態を表している。ボール供給装置１０は、大量のボール１１を貯留するボールタンク１２と、ボール供給ノズル１３と、ボールタンク１２とボール供給ノズル１３とを接続しボールタンク１２に貯留されているボール１１をボール供給ノズル１３に移送するボール移送用チューブ１４とを有する。ボール１１は、例えば半田ボール、金属ボール、導電性プラスチックボール、導電性セラミックボール等の導電性を有し、その形状が球状のものである。球状とは、真球以外に多角形や表面に凹凸がある粒状をも含む。

ボール供給ノズル１３は、下方内側が漏斗状に断面積が狭められたノズル部１５となっている、いわゆるボールホッパーである。ノズル部１５は、ボール供給装置１０が後述するボール搭載装置５０（図３、図５参照）にボール１１を供給する際に、ボール搭載装置５０に設けられるボール保持部８８のボール投入開口部９２に連通する。ボールタンク１２の容積は、ボール保持部８８の容積よりもはるかに大きい。

ボール移送用チューブ１４は屈曲性及び柔軟性を有し、自在に曲げることが可能な樹脂製のチューブを使用する。ボール移送用チューブ１４は、ボール１１を抵抗なく移送させるために内径を２ｍｍ～５ｍｍとし、曲げ部の半径Ｒを２０ｍｍ以上とすることが好ましい。ボール移送用チューブ１４は、ボールタンク１２をボール搭載装置５０から平面方向に離れた位置に配置するために、例えば、１ｍ程度の長さにすることがある。ボール移送用チューブ１４の一方の先端部は、ボール供給用ノズル１３内に延在され、図示下方側の一部が斜め上向きに張出した突出部１６となっている。この突出部１６は、ボールタンク１２からのボール供給を停止した際に、ボール移送用チューブ１４内に留まるべきボール１１がボール保持部８８内に落下することを防ぐために設けられている。

ボールタンク１２には、底部側にボール検出最下限側センサ２０が配設され、ボール検出最下限側センサ２０の上方に貯留ボール検出下限センサ２１が配置されている。ボール検出最下限側センサ２０と貯留ボール検出下限センサ２１は共に、発光素子と受光素子とを備えた光学センサ（例えば、ＬＥＤセンサなど）である。ボール検出最下限側センサ２０は、ボールタンク１２においてボール１１の貯留量がボール搭載装置５０を停止させる限界値になったことをオペレータに知らせる機能を有している。ボール検出最下限側センサ２０から検出信号が発信されたときには、ボール搭載装置５０を停止させる。ただし、フラックス印刷装置５６（図２参照）は、フラックス印刷が途中の場合には１枚の基板５１８（又はシリコンウエハ８０）のフラックス印刷が終了するまで動作する。

一方、貯留ボール検出下限センサ２１は、ボールタンク１２内のボール貯留量がボールタンク１２にボール１１を追加補給すべきタイミングをオペレータに知らせる機能を有している。この場合には、ボール搭載装置５０を停止しなくてもよい。すなわち、ボール検出最下限センサが検知するまではボール搭載装置５０の運転を継続できる。なお、ボール検出最下限側センサ２０と貯留ボール検出下限センサ２１の中間位置に１つのボール検出下限センサを配設するようにしてもよい。

ボールタンク１２の上方には、開閉可能なタンク蓋２２が設けられている。ボール検出最下限側センサ２０又は貯留ボール検出下限センサ２１がボール１１の追加投入を告知した際に、オペレータはタンク蓋２２を開けてボール１１をボールタンク１２内に投入し、その後、タンク蓋２２を密閉する。なお、ボール移送用チューブ１４の内側表面（ボール１１が接触する面）には導電膜２３が成膜されている。導電膜２３の表面抵抗は１×１０^－９Ω以下にすることが好ましい。ボール１１は、ボール移送用チューブ１４の内部に移送される間に発生する静電気を帯電しボール同士が吸着し合うことがあるが、導電膜２３を成膜することでボール１１の帯電を防止できる。同じ意味で、ボール１１が接触するボールタンク１２、ボール供給ノズル１３、ボール保持部８８及びボール排出通路９４（図５参照）などのボール移送経路が非導電性の素材の場合には、それらの内面に導電膜２３を成膜しておくことがより好ましい。

タンク蓋２２には、ボールタンク１２に連通する配管２４が接続されている。配管２４のボールタンク１２の近傍には、配管２４の開閉を行う第１開閉バルブ２５が配設されている。第１開閉バルブ２５は、手動バルブであっても電磁バルブであってもよく、ボール供給装置１０を稼働する際には開放し、ボール供給装置１０を稼働停止する際には閉鎖する。すなわち、ボール搭載装置５０を動作する際には解放し、ボール搭載装置５０の動作を停止する際には閉鎖する。

配管２４の第１開閉バルブ２５よりも上方側には、配管２４の開閉を行う第２開閉バルブ２６が配設されている。ボール供給装置１０がボール移送を行う際には、第２開閉バルブ２６を解放して圧縮された不活性ガスが配管２４からボールタンク１２内に送り込まれる。ボール移送用チューブ１４はボールタンク１２に対して急激に断面積が縮小されていることから、圧縮ガスを送り込まなければボールタンク１２内のボール１１はボール移送用チューブ１４に自然落下することはない。そこで、ボールタンク１２に圧縮不活性ガスを送り込むことによって、ボールタンク１２内を高圧にしてボール１１をボール移送チューブ１４内に圧送し、ボール供給ノズル１３を介してボール保持部８８に移送することができる。ボール供給ノズル１３より下流側は大気圧である。不活性ガスとしては、窒素ガスを使用し、圧力は常圧（大気圧）以上、０．２Ｍｐａ以下とすることが好ましい。窒素ガスは、ボール表面に酸化膜が形成されることを防止するために使用される。

配管２４の第１開閉バルブ２５と第２開閉バルブ２６の間には、分岐管２７が接続されている。分岐管２７は、ボールタンク１２内を減圧するためのものであり、第３開閉バルブ２８が配設されており、第３開閉バルブ２８と配管２４の間にはフィルター２９が配設されている。ボール供給を停止する際、第２開閉バルブ２６を閉鎖するが、ボールタンク１２内は高圧状態であるので、ボールタンク１２、ボール移送用チューブ１４にボール１１が残っている場合、ボール１１はボール搭載装置５０に圧送されてしまう。そこで、第３開閉バルブ２８を解放し、真空吸引すればボールタンク１２からボール供給ノズル１３までのボール移送経路を高速で常圧に減圧し、ボール搭載装置５０へのボール移送を瞬間的に停止できる。分岐管２７は、真空吸引装置（不図示）に接続されている。フィルター２９は、ボールタンク１２内の減圧をする際に、ボール１１が分岐管２７に吸引されることによる第３開閉バルブ２８のボール詰まりを防ぐために設けられている。第２開閉バルブ２６と第３開閉バルブ２８は、ともに電磁開閉バルブであって、瞬間的に開閉できるものを使用する。

なお、配管２４の上流（建屋外）には、圧縮不活性ガスをボールタンク１２内に供給する圧縮不活性ガス供給源、例えば、窒素ガスボンベ（不図示）を有している。これら、圧縮不活性ガスを送り込む系の配管２４、第２開閉バルブ２６及び制御部（不図示）を圧気系統とする。一方、圧気系統に対し、ボールタンク１２内の減圧を行う系の分岐管２７、第３開閉バルブ２８及び制御部（不図示）を圧気破壊系統とする。圧気破壊系統は、真空圧を利用してボール移送経路を常圧に高速で戻す機能を有する。すなわち、圧気系統から圧気破壊系統に高速で切り換えることによって、ボール１１のボール搭載装置５０へのボール供給と供給停止とを瞬間的に切り換えることが可能となる。

ボール供給装置１０は、ボール搭載装置５０と連動して動作する。次に、ボール搭載装置５０の構成及びボール振込動作について図２～図６を参照して説明する。

［ボール搭載装置５０の構成］
図２は、ボール搭載装置５０の１実施例を示す平面図である。ボール搭載装置５０は、ボール１１を搭載すべき基板５１をストックする基板ストッカ５２と、プレアライナ５３に基板５１を搬送し、さらに、プレアライナ５３からステージ５４に基板５１を搬送する基板搬送ロボット５５と、基板５１にフラックス４０（図６参照）を印刷するフラックス印刷装置５６と、フラック４０が印刷された基板５１にボール１１を振り込むボール振込装置５７を有している。さらに、ボール搭載装置５０は、ボール１１の搭載状態を検査する検査装置５８と、印刷マスク４１の裏面に付着した余分なフラックス４０を除去するクリーニング装置５９とを有している。

基板５１は、電子部品を固定して配線するための板状又はフィルム状の部材であり、半導体集積回路をはじめとする電子部品を実装したもの、あるいは、シリコン半導体基板や化合物半導体基板などのウエハを含む。フラックス４０は、半田等の濡れ性を増すためのもので、ボール１１が例えば金ボール又は銅ボールの場合には、半田ペーストとなる。又、フラックス４０は、ロジン系と水溶性系のいずれでも良いが、振り込まれたボール１１が移動しないように、粘着力が大きい組成のものを選択する。

基板ストッカ５２は、不図示のロードポートとアンロードポート（対象基板がウエハの場合にはロードポートと呼ばれることがある）からなり、基板搬送ロボット５５は、ロードポートから基板５１を取り出してプレアライナ５３に搬送する。基板５１がウエハの場合、プレアライナ５３で基板５１の中心位置と基板５１の外周に形成されたノッチ方向の双方が補正させられた基板５１をステージ５４へ搬送する。その後、基板搬送ロボット５５は、待機位置に戻る。ステージ５４の基板載置台６０に載置された基板５１は、減圧吸着されるとともに、基板５１を基板矯正装置６１により押圧することにより反りが矯正される。

基板矯正装置６１は、８個の押圧部材で基板５１の外周部を押圧して基板５１の反りを矯正するものであり、反りが比較的大きいプリント配線基板などに特に有効である。これらの押圧部材は、空気シリンダのシリンダロッドの下部に治具を介して取付けられており、基板搬送ロボット５５で基板５１をステージ５４に載置するときと、基板５１を載置したステージ５４を移動するときと、基板搬送ロボット５５で基板５１をステージ５４から取り取り外すときに、上方向に逃げることができるようになっている。基板矯正装置６１に対応するステージ５４の位置が、基板５１をステージ５４に載置する位置であり、取外しする位置である。

ステージ５４は、基板載置台６０を移動させる機構としてＸテーブル６２と、Ｙテーブル６３と、Ｚテーブル（図示略）と、θテーブル（図示略）とを有している。ステージ５４は、フラックス印刷装置５６とボール振込装置５７の下方へ基板５１を搬送することができるようになっていて、Ｘテーブル６２は、ステージ５４を基板矯正装置６１とフラックス印刷装置５６とボール振込装置５７との間を往復する。なお、基板５１が回転困難なテープ状の長尺の場合等では、θテーブルをボール振込ヘッドユニット６４Ａ，６４Ｂに配置することが好ましい。

基板５１を載置したステージ５４をフラックス印刷装置５６の下方へＸ軸テーブル６２上を移動させた後、フラックス４０（図６参照）を基板５１に印刷する。なお、フラックス４０が、予め他所又は他工程で基板５１に印刷されている場合は、この印刷工程をスキップする。クリーニング装置５９は、印刷マスク４１の裏面に付着したフラックス４０を、溶剤を含ませたシート又はロールを用いて除去する装置である。

フラックス４０が印刷された基板５１は、ステージ５４に載置された状態で、ボール振込装置５７の下方へＸ軸テーブル６２上を移動する。ステージ５４は、基板５１に形成された電極８３（図６参照）と振込マスク６５に形成されたマスク開口部６５ａ（図６参照）を位置合せする。その後、ボール供給装置１０から供給されたボール１１は、一対のボール振込ヘッドユニット６４Ａ，６４Ｂを介して振込マスク６５上に落下し、ボール振込ヘッドユニット６４Ａ，６４Ｂで平面方向に移動させられて基板５１の電極８３上に振り込まれる。

ボール１１を搭載した基板５１は、ステージ５４が基板５１の載置・取外し位置に戻り、吸着が解除され、基板搬送ロボット５５により検査装置５８へ搬送される。ボール１１の搭載ミスや余剰ボール等の検査が終了した後に、基板５１は基板搬送ロボット５５により基板ストッカ５２に収納される。ボール搭載ミスが継続的に少ない場合には、検査を省略し、ボール１１が搭載された基板５１をリフロー炉に送る場合もある。

他方、検査装置５８は、搭載不良を修正するリペア装置と一体の構成にして、ボール搭載装置５０の外に設置しても良い。基板ストッカ５２に収納された基板５１は、リフロー装置（図示略）に送られバンプを形成する。バンプが形成された基板５１は、次工程で処理が続くか、切断機で個別チップに切断される。

図３は、ボール振込装置５７を示す平面図であり、ボール搭載装置１０を模式的に表している。ボール振込装置５７は、振込マスク６５を保持するマスク枠７０と、ボール１１を振込マスク６５上に排出するボール振込ヘッドユニット６４Ａ，６４Ｂと、ボール振込ヘッドユニット６４Ａ，６４ＢをＹ軸方向に移動する振込ヘッド用Ｙ軸駆動ユニット７２Ａ，７２Ｂと、ボール振込ヘッドユニット６４Ａ，６４ＢをＸ軸方向に移動する振込ヘッド用Ｘ軸駆動ユニット７３と、ボール振込ヘッドユニット６４Ａ，６４Ｂを支持するヘッド用スライダ７４とを有している。ボール振込装置５７は、３台のカメラ７５，７５，７６を有している。ボール１１を振り込むマスク開口部６５ａ（図６参照）が形成されている領域（図３において点線で示す）を開口部形成領域７７とし、マスク開口部６５ａの配置を開口パターンと呼ぶことがある。

カメラ７５，７５は、移動してきた基板５１の位置マーク（不図示）が視野に入る位置に配設される。カメラ７５，７５は、ボール振込装置５７の架台７８に取付けられた一対のカメラで、基板５１の位置マーク（不図示）を画像認識して、基板５１の位置と角度を算出するために用いられる。プレアライナ５３の役割は、基板５１の位置マークをカメラ７５，７５が撮像できるようにすることである。

一方、カメラ７６は、ボール振込ヘッドユニット６４Ａ，６４Ｂと一緒に移動するカメラで、マスク開口部６５ａと電極８３（図６参照）の位置ずれや振込マスク６５の上面の位置マークを振込マスク６５の上方から画像認識するために用いられる。なお、フラックス４０を印刷する場合も同様な位置合せをすることが可能である。振込ヘッド用Ｙ軸駆動ユニット７２Ａ，７２Ｂは、架台７８上に固定されている。一方、マスク枠７０は、架台７８に取付け治具（不図示）を介して脱着可能に取付けられている。

ボール振込ヘッドユニット６４Ａ，６４Ｂは、ヘッド用スライダ７４を介して振込ヘッド用Ｘ軸駆動ユニット７３に移動可能に連結し、更に振込ヘッド用Ｘ軸駆動ユニット７３は、振込ヘッド用Ｙ軸駆動ユニット７３と移動可能に連結している。また、ヘッド用スライダ７４には、Ｚ軸駆動ユニット（図示略）が配設されている。このような駆動機構により、ボール振込ヘッドユニット６４Ａ、６４Ｂは一体となって、振込マスク６５上を水平移動と垂直移動ができるようになっている。

図３では、ボール振込ヘッドユニット６４Ａ，６４ＢをＸ軸方向に並べた例を記載したが、Ｙ軸方向に並べること、ボール振込ヘッド６４Ａ，６４Ｂの形状を大きくして１個とすること、逆に、３個以上のボール振込ヘッドユニットを、一列又は複数列に並べることもできる。

ボール振込装置５７には、ボール供給装置１０がボール供給ノズル１３，１３を介して接続される。図３は、ボール振込ヘッドユニット６４Ａ，６４Ｂに対してボール供給を停止している状態を表している。すなわち、ボール供給ノズル１３，１３は、ボール供給対象であるボール振込ヘッドユニット６４Ａ，６４Ｂから離れた位置に固定されている。ボール振込ヘッドユニット６４Ａ，６４Ｂは、振込ヘッド用Ｙ軸駆動ユニット７２Ａ，７２Ｂによって、ボール供給ノズル１３，１３の下方まで移動し（図中矢印方向）ボール供給ノズル１３，１３からボール１１を一定量受け取る。ボール供給装置１０は、ボール振込用ヘッドの数に合わせて装備される。図３に示す実施例は、２台のボール振込ヘッドユニット６４Ａ，６４Ｂを有しているので、ボール供給装置１０は２台装備される。ボール供給ノズル１３，１３は、各々ボール移送用チューブ１４，１４を介してボールタンク１２，１２に接続されている。

図４は基板５１がシリコンウエハ８０であるときの１例を示す平面図であり、図４（a）はシリコンウエハ８０の平面図、図４（ｂ）は、図４（a）に示す点線Ａで囲まれた電極形成領域（半導体集積回路の形成領域）８１の一部を拡大して示す図である。半導体集積回路８２は、電極８３の群の間に設けられたスクライブライン８４で４辺を囲まれ、スクライブライン８４を切断することにより、個別の半導体集積回路チップとなる。この切断は、ボール１１を搭載したシリコンウエハ８０をリフロー炉でリフローした後や、実装工程の最後に行なわれる。

電極８３は再配線された電極である。再配線の電極８３のピッチは、大略５０～４００μｍである。図４は、シリコンウエハ８０に形成された電極８３と、電極８３が形成されている電極形成領域８１の配置とを説明するためのものであり、電極の大きさ、分布や電極形成領域８１の形状は、実物とは異なり、更に相似していない。

シリコンウエハ８０のサイズとしては、直径が３００ｍｍや２００ｍｍなどである。点線で囲われた多角形の電極の形成領域８１に形成された電極８３の配置を電極パターンという。振込マスク６５に形成されているマスク開口部６５ａのパターンは、シリコンウエハ８０に形成された電極パターンに類似したパターンである。

図５は、ボール振込ヘッドユニット６４Ａを示す正面図である。図５（ａ）はボール１１を振込マスク６５上に排出した後を表し、図５（ｂ）はボール１１をボール保持部８８に供給する途中を表している。ボール振込ヘッドユニット６４Ｂは、ボール振込ヘッドユニット６４Ａと同じ構成なのでボール振込ヘッドユニット６４Ａを例示して説明する。ボール振込ヘッドユニット６４Ａは、ボール振込ヘッドユニット用取付け板８７によって高さ方向に下方に向かって直列に配列されるボール保持部８８と、ボール定量供給装置８９と、回転モータ９０及び振込ヘッド９１が支持されている。ボール保持部８８には、ボール１１が投入されるボール投入開口部９２を有している。

ボール保持部８８とボール定量供給装置８９とは、接続管９３によって接続されており、ボール定量供給装置８９から振込ヘッド９１までは、ボール排出通路９４で接続されており、ボール保持部８８に投入されたボール１１は、ボール定量供給装置８９からボール排出通路９４を通って振込マスク６５上に落下する。振込ヘッド９１の振込マスク６５側の端面には、結束線状部材９５が取り付けられている。ボール振込ヘッドユニット６４Ａは、結束線状部材９５を回転させながら振込マスク６５のＸＹ平面上を移動してボール１１を基板５１又はシリコンウエハ８０の上面に振り込む。ボール振込については、図６を参照して後述する。ボール１１は、直径が３０μｍ～３００μｍ程度と小さいので拡大して図示し、図５の縮尺は部品により一定ではない。

結束線状部材９５は、中心にボール排出通路９４が貫通する側面形状が略Ｔ字状の固定部９８に、ボール排出通路９４の外側周縁部から湾曲した複数の線状部材が等間隔で放射状となるように固定されている。図５（ａ）では、結束線状部材９５が、振込マスク６５から離れているように図示しているが、ボール１１を振込マスク６５上に供給する際には、結束線状部材９５は振込マスク６５に接触する位置に降下させ、その時点で結束線状部材９５の外側にボール１１が散逸しないようにし、振込ヘッド９１を一方方向に回転する際においても、ボール１１が結束線状部材９５の外側に散逸しないように構成されている。

ボール保持部８８には、ボール量の下限を検知するボール検出下限センサ９６とボール量の上限を検知するボール検出上限センサ９７とを有している。ボール検出下限センサ９６とボール検出上限センサ９７は、発光素子と受光素子を備えた光学センサ（例えば、ＬＥＤセンサなど）である。ボール検出下限センサ９６は、ボール保持部８８内の所定量のボール１１が振込マスク６５へ排出できる状態、つまり、ボール検出下限センサ９６が受光した瞬間を検知して、ボール供給装置１０にボール供給命令を発信する。ボール検出上限センサ９７は、ボール保持部８８内に所定量のボール１１が供給されたことを検知し、ボール供給装置１０にボール１１の供給を停止させる信号を発信する。所定量とは、例えば、ボール搭載工程１サイクル（基板５１又はシリコンウエハ８８の１枚分）の量である。なお、図５（ａ）において、ボール保持部８８の底（ボール検出下限センサ９６より下方）に貯留しているボール１１は、順次ボール定量供給装置８９を介して振込マスク６５上に自然落下する。

１サイクルのボール搭載が終了したところで、ボール振込ヘッドユニット６４Ａは対応するボール供給装置１０のボール供給ノズル１３直下のボール供給位置に移動し、図５（ｂ）に示すように、ボール投入開口部９２とボール供給ノズル１３のノズル部１５とが連通した状態で待機する。ボール検出下限センサ９６からボール供給命令を受信したボール供給装置１０は、ボールタンク１２からボール保持部８８内にボール１１の供給を開始し、所定量のボール１１が供給されたことをボール検出上限センサ９７が検知するまで、つまり、ボール検出上限センサ９７が受光を遮断される瞬間までボール供給を継続する。

図６は、ボール１１をシリコンウエハ８０上に搭載する様子を示す説明図である。ボール１１は結束線状部材９５に押されて振込マスク６５上を移動し、振込マスク６５のマスク開口部６５ａから自然落下し、シリコンウエハ８０に設けられた電極８３上に振り込まれる。振込マスク６５には、ボール１１が１個だけ通るマスク開口部６５ａが形成されている。マスク開口部６５ａの直径は、ボール１１の直径に依存し、それより１０％程度大きい。シリコンウエハ８０には、半導体素子の能動面を保護する保護膜８０ａが電極８３の外周部を覆うように塗布されている。フラックス４０は、保護膜８０ａが被覆していない電極８３面に印刷されるが、保護膜８０ａ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。

振込マスク６５の厚みは、ボール１１がマスク開口部６５ａに安定して保持されるように、ボール１１の頂点が振込マスク６５の上面より下になるようにしている。ボール１１の頂点が振込マスク６５の上面から下がる距離は、ボール径の５％程度が良く、２～１０％が適している。このようにボール１１が振込マスク６５の上面より沈むことにより、結束線状部材９５によりマスク開口部６５ａに振り込まれたボール１１を掻き出すことが少なくなる。なお、ボール１１の頂点が振込マスク６５の上面より上に出ると、マスク開口部６５ａ内に振り込まれたボール１１が結束線状部材９５で掻き出され易くなる。

結束線状部材９５が、紙面の左から右へ移動するとボール１１は結束線状部材９５に押されて次々とマスク開口部６５ａ内に振り込まれる。結束線状部材９５は、線材の一本一本の直径が３０μｍ～１００μｍと細く且つ剛性が低いので、マスク開口６５ａから下方へ少々曲がり、マスク開口部６５ａの中へ少々入り込む。従って、振り込まれたボール１１は、結束線状部材９５により電極８３上に印刷されたフラックス４０の中に押し込まれ、シリコンウエハ８０に大きな衝撃を与えなければ移動しない程度に粘着固定される。結束線状部材９５は、少々ではあるが、マスク開口部６５ａに振り込まれたボール１１を上から押圧する程度に変形することが好ましい。振り込まれたボール１１がフラックス４０に押し込まれないと、後工程（基板搬送、検査、リフロー等）においてボール１１が所定位置から離脱し易くなる。

［ボール搭載方法及びボール供給方法］
図７は、ボール搭載方法の主要な工程を示す工程フロー説明図である。まず、ボール振込ヘッドユニット６４Ａ，６４Ｂをボール供給ノズル１３，１３の配置位置に移動し、ボール供給装置１０からボール搭載装置５０にボール供給が可能な状態としているものとする。ボール搭載装置５０の運転開始にあたっては、第１開閉バルブ２５を解放しておく。はじめに、ボールタンク１２にボール１１を補給する（ステップＳ１０）。ボール補給は、ボールタンク１２のタンク蓋２２を解放してから行う。ボール投入後、ボール蓋２２を閉めてボールタンク１２を密閉する。

続いて、第２開閉バルブ２６を解放し圧縮不活性ガスをボールタンク１２内に送気し、ボールタンク１２内に貯留されているボール１１をボール搭載装置５０のボール保持部８８に圧送する（ステップＳ２０）。そして、ボール保持部８８に設けられているボール検出上限センサ９７によってボール１１が所定量に達したかを判定する（ステップＳ３０）。ボール１１が所定量に達していない(ＮＯ)と判定したときには、ボー１１の圧送を所定量に達するまで継続する。ボール保持部８８内のボール１１が所定量に達したことを検出した（ＹＥＳ）瞬間に第２開閉バルブ２６を閉鎖し、さらに第３開閉バルブ２８を解放してボール１１の圧送を停止し（ステップＳ４０）、ボール搭載装置５０はボール搭載を開始する（ステップＳ５０）。第２開閉バルブ２６の閉鎖、第３開閉バルブの解放、並びにボール搭載装置５０によるボール搭載動作は、それぞれが同期して動作するよう制御部（不図示）によって制御される。

ボール搭載動作中には、貯留ボール検出最下限センサ２０及び貯留ボール検出下限センサ２１によって、常時ボールタンク１２内にボール１１が充足しているかを検知する（ステップＳ６０）。貯留ボール検出下限センサ２１は、ボールタンク１２内のボール貯留量が所定量以下になったことを検知すると警報をオペレータに発信し、オペレータはボール蓋２２を開けてボール１１をボールタンク１２に補給する。貯留ボール検出最下限センサ２０がボール１１の貯留量が所定の限界量以下になったことを検知するとボール搭載動作を停止し、ステップＳ１０に戻りボールタンク１２にボールの補給を行い、ステップＳ２０以降の動作を繰り返す。ボール搭載動作を停止する際には、第２開閉バルブ２６を閉鎖し、第３開閉バルブ２８を解放することによって、余剰ボールが振込マスク６５上に排出されることを防止する。

ステップＳ６０において、ボールタンク１２内にボール１１が充足していると判定した場合（ＹＥＳ）には、ボール搭載動作を継続する（ステップＳ７０）。そして、基板５１（又はシリコンウエハ８０）へのボール搭載が完了（ステップＳ８０）したところで除材する。

ボール搭載動作を繰り返す間においても、ボール供給装置１０からボール搭載装置５０へボール１１を間欠的に圧送する。その際のボール供給方法について図８を参照して説明する。

図８は、ボール搭載継続中におけるボール供給方法の主要な工程を示す工程フロー説明図である。ボール搭載動作をしている間は、ボール保持部８８とボール供給ノズル１３は接続していないので、ボール１１の圧送は停止している。図７に示したボール搭載継続（ステップＳ７０）中において、ボール保持部８８に設けられているボール検出下限センサ９６がボール１１なしと検出したところで（ステップＳ７１）、ボール１１の圧送を開始し（ステップＳ７２）、ボール検出上限センサ９７が所定量のボール１１があることを検出（ステップＳ７３）するまでボール１１の圧送を継続する。ボール検出上限センサ９７が所定量のボール１１があることを検出したところでボール１１の圧送を停止する（ステップＳ７４）。ステップＳ７１からステップＳ７４の工程をボールタンク１２内のボール１１が所定量ある間又はボール搭載動作を継続している間に繰り返す。

以上説明したボール供給装置１０は、ボール搭載装置５０にボール１１を供給する装置である。ボール供給装置１０は、ボール搭載装置５０から平面的に離れた位置に配置され、ボール１１を貯留するボールタンク１２と、ボール搭載装置５０のボール振込ヘッドユニット６４Ａ，６４Ｂにボール１１を供給するボール供給ノズル１３と、ボールタンク１２とボール供給ノズル１３とを接続するボール移送用チューブ１４と、圧縮気体によってボールタンク１２からボール供給ノズル１３にボール１１を圧送する圧気系統と、ボールタンク１２からボール供給ノズル１３に至る間のボール移送経路を大気圧（常圧）に減圧する圧気破壊系統と、ボールタンク１２内のボール貯留量の最下限値を検知する貯留ボール検出最下限センサ２０と、を有し、ボール振込ヘッドユニット６４Ａ，６４Ｂからのボール供給命令に基づきボール振込ヘッドユニット６４Ａ，６４Ｂに所定量のボール１１を圧送する。

このような構成にすれば、ボール搭載装置５０（ボール振込ヘッドユニット６４Ａ，６４Ｂ）からのボール供給命令に基づきボール供給装置１０からボール搭載装置５０へのボール圧送を開始することから、ボール搭載装置５０を停止させずにボール搭載装置５０へのボール供給が可能となる。また、ボール搭載装置５０から平面方向に離れた位置にボールタンク１２を配置すれば、ボールタンク１２へのボール補給を容易に行え、ボール補給時においてボール１１が基板５１上又はシリコンウエハ８０上やボール搭載装置５０上に落下することがなく、以前にボール搭載装置を稼働した際にこぼれていた異種ボールの混入を防止できる。さらに、ボール１１の移送においては、圧縮系統によってボール１１を圧送し、圧気破壊系統によってボール１１の圧送を高速で停止させることからボール搭載装置５０に過不足なくボールを供給することが可能となる。また、メカニカルなシャッターなどを使用しないためボール表面に損傷を与えることがない。

上述したボール供給装置１０では、ボール振込ヘッドユニット６４Ａ，６４Ｂからのボール供給停止命令に基づき圧気系統の駆動を停止し、かつ、圧気破壊系統の駆動を開始し、真空圧を利用して前記ボール移送経路を高速で常圧に高速で戻す。このようにすれば、ボール１１の圧送を停止し、ボールタンク１２からボール搭載装置５０に至るボール移送経路を常圧に減圧することによってボール移送を瞬間的に停止するためボール搭載装置５０への過不足のないボール供給を可能にする。

また、圧縮気体は、圧力が常圧よりも高く、０．２ＭＰａ以下の不活性気体である。ボールタンク１２内の１２ボール１１は、少なくともボールタンク内を常圧よりも高くすれば、ボール１１を圧送することが可能となり、常圧の概ね２倍である０．２Ｍｐａ以下にすればボール圧送時にボール同士が衝突したり、ボール移送経路の壁部などへ衝突したりすることによってボール表面に損傷を与えることがない。また、圧縮気体として、例えば窒素ガスのような不活性ガスを使用すれば、基板５１と電子部品の接合手段であるボール１１の電子部品の電気的な接合材としてのボール１１の表面に酸化膜が形成されることを抑制できる。

また、ボール移送用チューブ１４は、屈曲性及び柔軟性を有し、内径が２ｍｍ～５ｍｍで、屈曲半径が２０ｍｍ以上としている。ボール移送用チューブ１４は、屈曲性及び柔軟性を有することから曲げやすく、ボール搭載装置５０（ボール振込ヘッドユニット６４Ａ，６４Ｂ）に対してボールタンク１１を平面方向及び高さ方向共に配置場所を自在に選択できるので作業スペースが広くなり、ボールタンク１２へのボール補給作業が容易となる。また、ボールタンク１２を大型化できる。さらに、ボール移送用チューブ１４の内径を２ｍｍ～５ｍｍとし、曲率半径を２０ｍｍ以上にすれば、ボール移送用チューブ１４の曲がり位置でボール１１が詰まったり、ボール同士がぶつかって損傷したりすることを防止できる。

また、ボール移送用チューブ１４のボール１１との接触面の表面抵抗を１×１０－９Ω以下としている。ボール移送用チューブ１４は屈曲性及び柔軟性を有する。このような素材としては、例えば樹脂製であり、樹脂製のチューブは絶縁性を有しボールが接触すると静電気を帯び、ボール同士が吸着したり、ボール移送用チューブ１４とボール１１とが吸着したりしてボールの移送が滞ることがある。そこで、ボール移送用チューブ１４の内面に導電膜２３を成膜するなどによって接触抵抗を極小化し、静電気の発生を抑えることができ、ボール１１の移送をスムーズに行うことが可能となる。

以上説明したボール搭載装置５０は、ボール供給装置１０から供給されるボールを被ボール搭載物である電極が形成された被ボール搭載物である基板５１（又はシリコンウエハ８０など）に搭載する装置である。ボール搭載装置５０は、基板５１に所定量のボール１１を振り込むボール振込ヘッドユニット６４Ａ，６４Ｂを有している。ボール振込ヘッドユニット６４Ａ，６４Ｂは、ボール供給装置１０から供給されるボール１１を貯留するボール保持部８８と、ボール保持部８８に連通し基板５１（シリコンウエハ８０）にボール１１を排出するボール排出通路９４を有し、ボール保持部８８内に貯留されるボール１１の下限量を検知してボール供給装置１０にボール供給命令を発信するボール検出下限センサ９６と、ボール保持部８８内に貯留されるボール１１の上限量を検知してボール供給装置１０にボール供給停止命令を発信するボール検出上限センサ９７を有している。

ボール検出上限センサ９７は基板５１（シリコンウエハ８０）に搭載すべきボール量を検知し、ボール検出下限センサ９６は基板５１（シリコンウエハ８０）に搭載すべきボールの必要量が不足したことを検知する。ボール搭載装置５０は、ボール保持部８８にボール搭載に必要なボール１１が供給されていることを検知するとボール供給装置１０からのボール１１の供給を停止し、ボール保持部８８に搭載すべきボール量が不足したと検出したところで、ボール供給装置１０にボール１１を供給させる。ボール搭載装置５０とボール供給装置１０とは連動しているので、ボール搭載装置を停止させずにボール搭載装置５０へのボール供給を可能にする。

なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。例えば、前述したボール搭載装置５０においては、ボール保持部８８に備えたボール検出下限センサ９６及びボール検出上限センサ９７によって、ボール量を検出しているが、ボール保持部８８にロードセルなどを装備し、ボール１１の重量でボール量を管理することが可能である。

また、前述した実施形態のボール供給装置１０では、ボール供給量の管理をボール搭載装置５０のボール保持部８８によって行っているが、ボール供給装置１０にボール量計量装置を装備するようにしてもよい。

１０…ボール供給装置、１１…ボール、１２…ボールタンク、１３…ボール供給ノズル、１４…ボール移送用チューブ、２０…貯留ボール検出最下限センサ、２１…貯留ボール検出下限センサ、５０…ボール搭載装置、５１…基板（被ボール搭載物）、６４Ａ，６４Ｂ…ボール振込ヘッドユニット、８０…シリコンウエハ（被ボール搭載物）、８８…ボール保持部、９４…ボール排出通路、９６…ボール検出下限センサ、９７…ボール検出上限センサ

Claims (5)

1. ボール搭載装置にボールを供給するボール供給装置であって、
   前記ボール搭載装置から平面的に離れた位置に配置され、前記ボールを貯留するボールタンクと、
   前記ボール搭載装置のボール振込ヘッドユニットに前記ボールを供給するボール供給ノズルと、
   前記ボールタンクと前記ボール供給ノズルとを接続するボール移送用チューブと、
   圧縮気体によって前記ボールタンクから前記ボール供給ノズルに前記ボールを圧送する圧気系統と、
   前記ボールタンクから前記ボール供給ノズルに至るボール移送経路を常圧に減圧する圧気破壊系統と、を有し、
   前記ボール振込ヘッドユニットからのボール供給命令に基づき前記ボール振込ヘッドユニットに所定量の前記ボールを圧送し、
   前記ボール振込ヘッドユニットからのボール供給停止命令に基づき前記圧気系統の駆動を停止し、かつ、前記圧気破壊系統の駆動を開始し真空圧を利用して前記ボール移送経路を常圧に高速で戻すことを特徴とするボール供給装置。
2. 請求項１に記載のボール供給装置において、
   前記圧縮気体は、圧力が常圧以上で、０．２ＭＰａ以下の不活性気体であることを特徴とするボール供給装置。
3. 請求項１に記載のボール供給装置において、
   前記ボール移送用チューブは屈曲性及び柔軟性を有し、内径が２ｍｍ～５ｍｍで、屈曲半径が２０ｍｍ以上であることを特徴とするボール供給装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のボール供給装置において、
   前記ボール移送用チューブの前記ボールとの接触面の表面抵抗が１×１０－９Ω以下であることを特徴とするボール供給装置。
5. ボール供給装置から供給されるボールを被ボール搭載物に搭載するボール搭載装置であって、
   前記ボール搭載装置としての請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のボール供給装置と、前記被ボール搭載物に所定量の前記ボールを振り込むボール振込ヘッドユニットと、を有し、
   前記ボール振込ヘッドユニットは、前記ボール供給装置から供給される前記ボールを貯留するボール保持部と、前記ボール保持部に連通し前記被ボール搭載物に前記ボールを排出するボール排出通路と、前記ボール保持部内に貯留される前記ボールの下限量を検知して前記ボール供給装置にボール供給命令を発信するボール検出下限センサと、前記ボール保持部内に貯留される前記ボールの上限量を検知して前記ボール供給装置にボール供給停止命令を発信するボール検出上限センサと、を有することを特徴とするボール搭載装置。

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