JPH05299424A - 半田ボールの電極パッドへの載置方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半田ボールのパッドへの載置方法と装置に関
し、径が微小化された半田ボールでも各パッドに確実に
搭載して生産性向上を図ることを目的とする。 【構成】 基板上の各電極パッドに半田ボールを載置す
る半田ボールの電極パッドへの載置方法であって、半田
ボールの吸引孔42a がパッドと対応して形成された状態
で筐体41の下側開口面に装着されている吸着マスク42
と、当接せしめた半田ボールがその表面を突出させて位
置決めし得る孔44a,44b が形成され且つ該吸着マスク42
に対して密着しまたは平行を保って開離し得る半田ボー
ル離脱マスク44とを密着させた状態で、半田ボールを半
田ボール離脱マスク44を介して各吸引孔42a に吸着さ
せ、各電極パッドと対応する位置で、排気による吸着を
解除すると同時に半離脱マスク44を吸着マスク42から開
離させて半田ボールを対応する電極パッドに載置して構
成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、絶縁基板に形成された
多数の小型，高密度パッドのそれぞれに半田ボールを搭
載する半田ボールの電極パッドへの載置方法とその装置
に係り、特に径が微小化された半田ボールでも絶縁基板
上の各パッドに一括して確実に搭載させることで生産性
の向上を図った半田ボールの搭載方法とその装置に関す
る。

【０００２】近年のＬＳＩを始めとした半導体装置の分
野における高集積度化，信号高速度化につれて各種作業
技術の見直しや開発が急務となっているが、中でも高密
度，低コスト，高信頼性実装を実現するアセンブリ技術
の開発は不可欠である。

【０００３】かかるアセンブリ技術の内２つの部品間あ
るいは電極間を接続する接合技術は、ＬＳＩやＩＣを高
集積度化する半導体プロセス技術が進歩してもそれらを
実装する接合技術の良否によって電子機器として所定の
性能を発揮し得ない場合が生ずるため特に重要視されて
いる。

【０００４】そしてこの場合の接合技術にはワイヤボン
ディング技術が一般に広く利用されているが、最近では
狭ピッチ化に対応可能なワイヤレスボンディング技術と
して転写バンプ方式やマイクロバンプボンディング方式
が注目されるようになってきており、中でも絶縁基板に
パターン形成された多数の電極パッド上に形成した半田
バンプを介して電子部品を絶縁基板に実装する技術が多
用されるようになってきている。

【０００５】この場合絶縁基板上の多数の電極パッドの
それぞれに形成する半田バンプの半田量が少なくてよい
場合には、例えばＴＡＢ(Tape Automated Bonding)技術
等を適用することができる。

【０００６】しかし、電極パッド上の半田必要量が多く
且つ半田量のばらつきを少なくする必要があるときには
各電極パッドに搭載した半田ボールを介して両者を接続
する方式が現実的であるが、特にこの場合には各電極パ
ッドの総てに半田ボールを如何にして確実に一括して搭
載するかが大きな課題となっている。

【０００７】

【従来の技術】図３は半田ボールの電極パッドへの載置
手段を原理的に説明する図であり、図４は電極パッドに
載置した半田ボールの融着方法を示す説明図、図５は従
来の半田ボール吸着ヘッドの構成を概略的に説明する図
である。

【０００８】例えば直径が 0.4mm程度の微小な半田ボー
ルを絶縁基板にパターン形成されている複数の電極パッ
ドに一括して載置するには、半田ボール容器中の半田ボ
ールを各電極パッドと対応する位置に吸引孔を持つ吸着
ヘッド本体に吸着させた後、該各半田ボールの吸着を解
除して上記電極パッド上に落下させる方法が一般的であ
る。

【０００９】すなわち図３の（イ）で、上方に開口を持
つ箱形でその内部に多数の半田ボール１が収容されてい
る半田ボール容器11は、底面には該半田ボール１よりも
径が小さい多数の通気孔11a が設けられていると共に、
底面と平行するように中段に配設されている半田ボール
ガイド板12には絶縁基板の各電極パッドと対応する位置
に上記半田ボール１が貫通し得る大きさの貫通孔12a が
形成されて構成されている。

【００１０】そこで、該容器11の上方開口と嵌合する大
きさを持つ吸着ヘッド本体21を該開口部で嵌合せしめる
と（ロ）に示す状態となる。なおこの場合の中空箱形を
なす該吸着ヘッド本体21は、その底面の絶縁基板上の各
電極パッドと対応するそれぞれの位置には外側に位置す
る上記半田ボール１をその外径で位置決めした状態で吸
引し得るように段差面を持つ吸引孔21a が形成されいる
と共に壁面の１箇所には図示されない真空装置に繋がる
排気ポート21b が設けられて構成されている。

【００１１】そこで該吸着ヘッド本体21を容器21と共に
上下反転させると、半田ボール容器11中の一部の半田ボ
ール１は半田ボールガイド板12の貫通孔12a から吸着ヘ
ッド本体21の吸引孔21a に入り込んで（ハ）に示す状態
になる。

【００１２】従って上記排気ポート21b からエアーを吸
引すると、吸引孔21a に入り込んだ半田ボール１のみを
該吸引孔21a に吸着させることができる。そこで、エア
ーを排気したまま再度吸着ヘッド本体21を容器21と共に
上下反転すると（ニ）に示す状態となるので、その排気
を継続しながら吸着ヘッド本体11を半田ボール容器21か
ら取り外した後所定の絶縁基板25上にハンドリングする
ことで（ホ）の状態にすることができる。

【００１３】この場合の該絶縁基板25には、上記各吸引
孔21a 換言すれば各半田ボール１と対応するそれぞれの
位置に半田フラックス25b で被覆された電極パッド25a
がパターニング形成されている。

【００１４】そこで、吸着ヘッド本体21を矢印Ａのよう
に降下させて各半田ボール１が半田フラックス25b と接
触した位置で上述した排気ポート21b からの排気を解除
した後該吸着ヘッド本体21を上昇させると、吸着ヘッド
本体21への吸着力がなくなると共に半田フラックス25b
で濡らされた各半田ボール１が該本体21から離脱し各電
極パッド25a 上に載置されて（ヘ）に示す状態にするこ
とができる。

【００１５】かかる状態にある半田ボールを各電極パッ
ド25a に融着させる方法を示す図４で、電極パッド25a
に半田ボール１が載置されている絶縁基板25をキャリア
26にセッティングしたままの状態で搭載し得るホットプ
レート27は、電極パッド25aを半田ボール１が該パッド2
5a に仮付けし得る温度まで加熱し得るように構成され
ている。

【００１６】そこで、例えば半田ボール１の融点が 180
℃のときでは 205℃ (上面温度 200℃) 程度まで昇温さ
せた該ホットプレート27上に絶縁基板25がセッティング
された上記キャリア26を載置し、約２分程度加熱するこ
とで該半田ボール１を電極パッド25a に融着させること
ができるので、その後該絶縁基板25をベーパフェイズ炉
に入れることで該半田が完全に溶融して固定されること
となる。

【００１７】特にこの場合には、半田ボール１が絶縁基
板25と電極パッド25a を介する下部からの熱で加熱・溶
融されるため溶融過程における移動が抑制されて各電極
パッド25a 上に確実に融着させることができる。

【００１８】なお、図３で原理的に説明した電極パッド
への半田ボールの載置方法では、吸着ヘッド本体の吸引
孔部分にバリ等の微細な凹凸があると半田ボール自体の
硬度が低いこととあいまって該吸引孔に吸着された半田
ボールが該凹凸に食い込んで引っ掛かることがあり、結
果的に吸引を解除しても半田ボールが落下しないことが
ある。

【００１９】従って、吸引孔に吸着されている半田ボー
ルを吸引を解除したときに確実に落下させる技術が種々
開示されている。従来の半田ボール吸着ヘッドの構成例
を説明する図５はかかる確実な落下手段を含めて構成さ
れているものであり、(5-1) は全体図を示し(5-2) は主
要部としての吸着ヘッド本体21を断面視したものであ
る。

【００２０】なお図では図３で説明した半田ボール１を
絶縁基板25に載置する場合を例としているので、図３と
同じ対象部材には同一の記号を付して表わしている。図
５で図示しない搬送用可動アームに装着する半田ボール
吸着ヘッド３は、中空箱形でその底面には図３で説明し
た絶縁基板25上の各電極パッド25a と対応するそれぞれ
の位置に該各パッド25a に搭載する半田ボール１をその
表面で吸引し得る径の吸引孔31a が形成されていると共
に壁面の１箇所には図示されない真空装置に繋がる排気
ポート31b が設けられている吸着ヘッド本体31と、該本
体31を貫通して一方向に摺動し得る一対の摺動部材32、
該摺動部材32の両端に垂下して形成されているアーム32
a の下端にマスク取付板33を介して上記吸着ヘッド本体
11の底面外側と接触して摺動し得るように装着されてい
る半田ボールマスク34とを主要構成部材として構成され
ている。

【００２１】そして上述した半田ボール１の径の半分に
ほぼ相当する厚さを持つ該半田ボールマスク34には、上
記吸引孔31a と対応する各位置に該半田ボール１がその
直径で位置決めし得る貫通孔34a が形成されている。

【００２２】なお上記の対をなす摺動部材32をその両端
で一体化する連結部材35a,35b には、摺動部材32を吸着
ヘッド本体31に対して微動させるための摺動量調整ねじ
36a,36b が配設されていると共に、片側の連結部材35a
の長手方向両端部には摺動部材32を上記本体31に対して
一方向に引っ張る引張ばね37が張設されている。

【００２３】かかる半田ボール吸着ヘッド31では、２個
の摺動量調整ねじ36a,36b を適当に回転させることで摺
動部材32を本体31にに対して微動させることができる。
従って半田ボールマスク34の貫通孔34a に入った状態で
上述した排気ポート31b からの吸引で吸引孔31a に吸着
されている半田ボール１は、摺動部材32ひいては半田ボ
ールマスク34を摺動させることで機械的に吸引孔31a か
ら開離させられるので、吸引孔31a 近傍のバリ等の凹凸
に食い込んでいる半田ボール１でも吸引孔11a への吸着
を解除することで吸着ヘッド本体11から確実に落下させ
ることができる。

【００２４】なお、半田ボールマスク34の摺動で半田ボ
ール１を吸引孔31a から開離させる際に吸着ヘッド本体
11に上方からの衝撃力を付与すると、半田ボール１の落
下を更に確実化させることができる。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、摺動する半田
ボールマスク34で吸引孔31a 近傍に食い込んでいる半田
ボール１を落下させる場合には落下する半田ボール１が
対応する電極パッド25aから位置的にずれることがあ
り、隣接するパッドピッチが小さいときには隣接電極間
が接近したり極端なときには接触することがあると言う
問題があった。

【００２６】また、半導体チップとしての高集積度化や
信号高速化が進展して絶縁基板との接合箇所が例えば 6
00箇所以上になる等大幅に増加したときには接合面積の
縮小化ひいては半田ボール自体の大きさが更に微細化す
ることになるが、この場合には図４で説明した半田ボー
ルマスク34の摺動による半田ボール１の吸引孔31a から
の開離・落下手段は吸引孔径の微小化とあいまってその
構成が難しくなると共に吸引孔径の微小化が該吸引孔の
形成方法を例えばフォトエッチング技術で行なう等制約
されることになる。

【００２７】そして、特に吸引孔部分をフォトエッチン
グ技術で行なうときには該吸引孔周辺に微細なバリが発
生するが、該バリに食い込んでいる微細化した半田ボー
ルは吸着ヘッド本体11に衝撃力を付与しても落下するこ
とがない。

【００２８】従って従来の構成になる半田ボール吸着ヘ
ッドをかかる微細化した半田ボールに適用させるときに
は、半田ボールを一括して確実に複数の電極パッド上に
載置させることができないと言う問題があった。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記課題は、絶縁基板上
の複数の電極パッドのそれぞれに半田ボールを一括して
載置する半田ボールの電極パッドへの載置方法であっ
て、半田ボールをその表面の一部で真空吸着し得る吸引
孔が各電極パッドと対応する位置に形成されている状態
で半田ボール吸着ヘッドの排気ポートを具えた筐体の下
側開口面に装着されている吸着マスクと、半田ボールを
当接せしめたときに該半田ボールがその表面を突出させ
て位置決めし得る孔が上記吸着マスクの各吸引孔と対応
する位置に形成され且つ該吸着マスクに対して密着しま
たは平行を保ったまま垂直方向に開離し得る手段を具え
た半田ボール離脱マスクとを、該半田ボール離脱マスク
の半田ボール表面突出面側を吸着マスクと密着させた状
態で半田ボールを上記排気ポートによるエアー排気で該
半田ボール離脱マスクを介して上記吸着マスクの各吸引
孔に吸着させ、絶縁基板上の各電極パッドと対応する位
置で、上記排気ポートによるエアー排気を解除すると同
時に半田ボール離脱マスクを吸着マスクから開離させて
各吸引孔に吸着されている半田ボールを対応する電極パ
ッドに載置する半田ボールの電極パッドへの載置方法に
よって達成される。

【００３０】また、絶縁基板上の複数の電極パッドのそ
れぞれに半田ボールを一括して載置する半田ボールの電
極パッドへの載置装置であって、半田ボールをその表面
の一部で真空吸着し得る吸引孔が各電極パッドと対応す
る位置に形成されている状態で半田ボール吸着ヘッドの
排気ポートを具えた筐体の下側開口面に装着されている
吸着マスクと、半田ボールを当接せしめたときに該半田
ボールがその表面を突出させて位置決めし得る孔が上記
吸着マスクの各吸引孔と対応する位置に形成され且つ該
吸着マスクに対して密着しまたは平行を保ったまま垂直
方向に開離し得る手段を具えた半田ボール離脱マスクと
を少なくとも具えて構成され、半田ボール離脱マスク
が、その半田ボール表面突出面側が上記吸着マスクと対
面するように配設されて構成されている半田ボールの電
極パッドへの載置装置によって達成される。

【００３１】

【作用】吸着ヘッド本体の吸引孔に吸着される半田ボー
ルをその径より僅かに小さい径の孔を持つ可動板を介し
て該吸引孔に吸着させると共に可動板が吸引孔から開離
する方向に移動し得るように半田ボール吸着ヘッドを構
成すると、如何なる大きさの半田ボールでもまた吸引孔
に食い込んでいる半田ボールでも一括して下方に離脱さ
せることができる。

【００３２】そこで本発明では、従来の半田ボールマス
ク34を厚さ方向に二分割してその貫通孔34a を半田ボー
ルの径より僅かに小さい孔と半田ボールが入り得る径の
孔とからなる段付孔に変えると共に、その段付孔が形成
されている半田ボールマスクを吸着ヘッド本体の吸引孔
から開離する方向に移動し得るように半田ボール吸着ヘ
ッドを構成している。

【００３３】従って、如何なる大きさの半田ボールでも
一括して確実に絶縁基板上の対応する電極パッドに載置
することができて生産性の向上を実現することができ
る。

【００３４】

【実施例】図１は本発明になる半田ボールの載置方法を
装置と共に説明する図であり、(1-1) は装置全体図,(1-
2)は(1-1) を矢印ａ〜ａ′で切断して主要部としての吸
着ヘッド本体部を示した断面図である。

【００３５】また図２は半田ボールの吸着時と解除時の
状態を示す図である。なお図ではいずれも図３の半田ボ
ール１を絶縁基板25に載置する場合を例としているの
で、図３と同じ対象部材には同一の記号を付して表わし
ている。

【００３６】図１で図示しない搬送用可動アームに装着
される本発明になる半田ボール吸着ヘッド４は、該搬送
用可動アームに天井壁部分で固定される箱形でその壁面
の１箇所に図３同様の排気ポート41a が設けられている
筐体41と、図３の絶縁基板25上の各電極パッド25a と対
応するそれぞれの位置に半田ボール１をその表面で吸引
し得る吸引孔42a が形成されて上記筐体41の底面開口に
固定されている吸着マスク42、上記筐体41の周囲余白領
域の複数箇所（図では２箇所のみ記載）に上下方向に形
成されているガイド孔41b に嵌合する軸43の下端に固定
されて該吸着マスク42に対して平行を保ったまま上下動
し得る半田ボール離脱マスク44とを主要構成部材として
構成されている。

【００３７】そして該半田ボール離脱マスク44は、上記
軸43の上端部に固定されている板45によって上記筐体41
換言すれば吸着マスク42に対する移動量が規制されてい
ると共に軸43を取り囲んで板45と筐体41間に挿入されて
いるコイルばね46によって常態では上記吸着マスク42と
密着するようになっている。

【００３８】従って上記板45をコイルばね46に抗して押
下すると、半田ボール離脱マスク44を吸着マスク42から
開離する方向に移動させることができる。なお該半田ボ
ール離脱マスク44は、吸着マスク42の各吸引孔42a と対
応するそれぞれの位置に半田ボール１の直径より僅かに
小さい孔44a が穿孔されている薄板状の第１のマスク44
_-1と該孔44a と同じ位置に半田ボール１が貫通し得る孔
44b が穿孔されている該第１のマスク44_-1より厚い第２
のマスク44_-2とを接合して構成している。

【００３９】従って、半田ボール離脱マスク44を吸着マ
スク42に密着させた状態で排気ポート41a からエアーを
吸引しながら図３で説明したように半田ボール１を吸着
マスク42に吸着させた後、排気ポート41a からの吸引を
解除すると共に該半田ボール離脱マスク44を吸着マスク
42から開離させることで半田ボール１を落下させること
ができる。なお第１のマスク44_-1の孔44a 周囲に例えば
テフロン樹脂コーティング等を施しておくと、半田ボー
ル１の該孔44a からの離脱容易化を図ることができる。

【００４０】特にこの場合には、半田ボール離脱マスク
44が機械的に半田ボール１を吸着マスク42の吸引孔42a
から離脱させることになる。従って、吸引孔42a に食い
込んで吸引を解除しても落下しない半田ボールでも確実
に離脱させることができて、図３で説明した絶縁基板25
上の電極パッド25aへの載置の確実化を実現することが
できる。

【００４１】図２で(2-1) は図３の（ニ）の時点をまた
(2-2) は図３の（ホ）の時点をそれぞれ表わしている。
図示されない搬送用可動アームに装着されて図３の半田
ボール容器11に嵌合されている半田ボール吸着ヘッド４
の各吸着孔42a には、排気ポート41a からのエアー吸引
によって半田ボール離脱マスク44を介して半田ボール１
が吸着された状態にある。

【００４２】そこで、搬送用可動アームによって該半田
ボール吸着ヘッド４を絶縁基板25上の所定位置に搬送し
半田ボール１が該基板25の電極パッド25a 上のフラック
ス25b と接触するまで降下させた後、排気ポート41a か
らの吸引を解除すると同時に該ヘッド４の板45をマニュ
アルまたは図示されない機構部で押下することで、複数
の半田ボール１を一括して電極パッド25a に載置するこ
とができる。

【００４３】かかる半田ボール吸着ヘッド４では、吸着
マスク42の吸引孔42a の部分にバリや半田ボール自体の
変形や吸引孔42a 周辺のバリ等によって該吸引孔42a 部
分に食い込んでいる半田ボールでも確実に該吸引孔42a
から離脱させられるので、微小化された半田ボールに対
応し得る径の小さい吸引孔42a を持つ吸着マスク42がバ
リの発生を懸念することなく通常のフォトエッチング技
術等で形成することができる。

【００４４】

【発明の効果】上述の如く本発明により、径が微小化さ
れた半田ボールでも絶縁基板上の各電極パッドに一括し
て確実に搭載させて生産性の向上を図った半田ボールの
搭載方法とその装置を提供することができる。

【００４５】なお本発明の説明では半田ボール離脱マス
クを２個のマスクで形成している場合を例としている
が、単一部品で形成しても同等の効果を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明になる半田ボールの載置方法を装置と
共に説明する図。

【図２】 半田ボールの吸着時と解除時の状態を示す
図。

【図３】 半田ボールの電極パッドへの載置手段を原理
的に説明する図。

【図４】 電極パッドに載置した半田ボールの融着方法
を示す説明図。

【図５】 従来の半田ボール吸着ヘッドの構成を概略的
に説明する図。

【符号の説明】

１ 半田ボール ４ 半田ボール吸着ヘッド 11 半田ボール容器 25 絶縁基板 25a 電極
パッド 41 筐体 41a 排気ポート 41b ガイ
ド孔 42 吸着マスク 42a 吸引
孔 43 軸 44 半田ボール離脱マスク 44_-1 第１のマスク 44_-2 第２
のマスク 44a,44b 孔 45 板 46 コイルばね

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板上の複数の電極パッドのそれぞ
   れに半田ボールを一括して載置する半田ボールの電極パ
   ッドへの載置方法であって、 半田ボールをその表面の一部で真空吸着し得る吸引孔(4
   2a) が各電極パッドと対応する位置に形成されている状
   態で半田ボール吸着ヘッド(4) の排気ポート(41a) を具
   えた筐体(41)の下側開口面に装着されている吸着マスク
   (42)と、半田ボールを当接せしめたときに該半田ボール
   がその表面を突出させて位置決めし得る孔(44a,44b) が
   上記吸着マスク(42)の各吸引孔(42a) と対応する位置に
   形成され且つ該吸着マスク(42)に対して密着しまたは平
   行を保ったまま垂直方向に開離し得る手段を具えた半田
   ボール離脱マスク(44)とを、該半田ボール離脱マスク(4
   4)の半田ボール表面突出面側を吸着マスク(42)と密着さ
   せた状態で半田ボールを上記排気ポート(41a) によるエ
   アー排気で該半田ボール離脱マスク(44)を介して上記吸
   着マスク(42)の各吸引孔(42a) に吸着させ、 絶縁基板上の各電極パッドと対応する位置で、上記排気
   ポート(41a) によるエアー排気を解除すると同時に半田
   ボール離脱マスク(44)を吸着マスク(42)から開離させて
   各吸引孔(42a) に吸着されている半田ボールを対応する
   電極パッドに載置することを特徴とした半田ボールの電
   極パッドへの載置方法。
2. 【請求項２】 絶縁基板上の複数の電極パッドのそれぞ
   れに半田ボールを一括して載置する半田ボールの電極パ
   ッドへの載置装置であって、 半田ボールをその表面の一部で真空吸着し得る吸引孔(4
   2a) が各電極パッドと対応する位置に形成されている状
   態で半田ボール吸着ヘッド(4) の排気ポート(41a) を具
   えた筐体(41)の下側開口面に装着されている吸着マスク
   (42)と、半田ボールを当接せしめたときに該半田ボール
   がその表面を突出させて位置決めし得る孔(44a,44b) が
   上記吸着マスク(42)の各吸引孔(42a) と対応する位置に
   形成され且つ該吸着マスク(42)に対して密着しまたは平
   行を保ったまま垂直方向に開離し得る手段を具えた半田
   ボール離脱マスク(44)とを少なくとも具えて構成され、 半田ボール離脱マスク(44)が、その半田ボール表面突出
   面側が上記吸着マスク(42)と対面するように配設されて
   構成されていることを特徴とした半田ボールの電極パッ
   ドへの載置装置。