JPH0864945A - ソルダーボールのマウント装置 - Google Patents

ソルダーボールのマウント装置

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JPH0864945A
JPH0864945A JP6217901A JP21790194A JPH0864945A JP H0864945 A JPH0864945 A JP H0864945A JP 6217901 A JP6217901 A JP 6217901A JP 21790194 A JP21790194 A JP 21790194A JP H0864945 A JPH0864945 A JP H0864945A
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solder balls
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solder
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ボール吸着治具を上下反転させることなくボ
ール吸着孔にてソルダーボールを一個ずつ確実に吸着で
きるようにする。 【構成】 所定個数のソルダーボールBを収納可能なボ
ールタンク21を有し、ボールタンク21の開口部に取
り付けられたガイドマスク24を介してボール吸着治具
にソルダーボールBを供給するボール供給治具20を備
えたソルダーボールのマウント装置であり、ボール供給
治具20には、ボールタンク21に収納されたソルダー
ボールGを攪拌させるブロー手段として、ボールタンク
21の底部にブローガスの吹出孔23が設けられてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、種々の半導体パッケー
ジ形態の中でも、例えば回路基板の一方の面にICチッ
プを実装し、他方の面にソルダーボールを形成したBG
A(ボール・グリッド・アレイ)パッケージのボール形
成工程において、回路基板上にソルダーボールをマウン
トするソルダーボールのマウント装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図5はボール形成工程を要するパッケー
ジ形態(BGAパッケージ)の一例を示す断面図であ
る。図5において、符号51は回路基板であり、この回
路基板51の一方の面(上面)にはボンディングパター
ン52が形成され、他方の面(下面)には図示せぬスル
ーホール電極を介して上記配線パターンに導通する複数
のパッド電極53が形成されている。また、回路基板5
1の一方の面にはAgペースト等の接合材料を介してI
Cチップ54が実装されており、このICチップ54は
金線等のボンディングワイヤ55を介してボンディング
パターン52に接続されている。ICチップ54とボン
ディングワイヤ55とはモールド樹脂56にて一体的に
封止されており、さらに回路基板51の他方の面はパッ
ド電極53の部分を除いてレジスト57により保護され
ている。そして、回路基板51の他方の面に形成された
各々のパッド電極53上にはソルダーボール58が形成
されている。
【0003】続いて、BGAパッケージのボール形成工
程において用いられていた従来のソルダーボールのマウ
ント装置とその作業フローについて図6を参照しながら
説明する。まず、ステップS1では、ボール吸着治具6
1とボール供給治具62とを図中点線で示すように密着
させて、ボール供給治具62に収納されたソルダーボー
ルBを自重によってボール吸着治具61側に集め、ボー
ル吸着治具61の中空部63を真空引きにより負圧状態
にして、中空部63に連通する各々のボール吸着孔64
にてソルダーボールBを吸着する。
【0004】次に、ボール吸着治具61とボール供給治
具62の向きを上下反転させたのち、図中点線で示すよ
うに両者を分離させる。このとき、真空引きによる吸着
力によってボール吸着治具61の各ボール吸着孔64に
はソルダーボールBが吸着保持され、それ以外のソルダ
ーボールBは自重にてボール供給治具62の底部に落下
する。ここで、ボール吸着治具61のボール吸着孔64
にソルダーボールBを吸着させる手段としては、ボール
吸着孔64の配列にならって予めボール整列治具65上
にソルダーボールBを整列させておき、これをボール吸
着治具61のボール吸着孔64にて吸着させる方法もあ
る。
【0005】一方、ステップS2では、回路基板P上に
形成された複数のパッド電極(不図示)に塗布ノズル6
6を用いてそれぞれ適量のフラックスFを塗布する。続
いて、ステップS3では、回路基板Pの上方にボール吸
着治具61を位置決めしたのち、回路基板P上にボール
吸着治具61を進出させて、ボール吸着孔64により吸
着保持したソルダーボールBをフラックスFを介して回
路基板Pのパッド電極(不図示)上に供給する。さら
に、ボール吸着治具61の真空引きを停止して中空部6
3を大気圧に戻すことにより、ソルダーボールBをボー
ル吸着孔64から解放してフラックスFの粘着力により
回路基板P上にマウントする。以降は、こうしてソルダ
ーボールBがマウントされた回路基板Pを例えばリフロ
ー炉に投入して加熱し、回路基板P上のソルダーボール
Bを溶融してパッド電極上に球状のソルダーボールBを
形成し、その後、回路基板Pの表面に残留しているフラ
ックス成分を洗浄処理にて取り除く。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
のマウント装置においては、ボール直径が1mm以下の
非常に微小で軽量なソルダーボールBを取り扱うため以
下のような不具合が生じていた。 (1)ボール供給治具62に収容されたソルダーボール
Bの表面に薄い酸化膜や汚れなどの被膜が形成されるこ
とにより、ボール表面に静電気が帯電してソルダーボー
ルB同士が互いにくっつきやすくなる。このため、ボー
ル吸着治具61のボール吸着孔64でソルダーボールB
を吸着したときに、一つの孔に他のソルダーボールBが
葡萄状にくっついてしまう。したがって、各々のボール
吸着孔64にソルダーボールBを一個ずつ確実に吸着さ
せるためには、ソルダーボールBを吸着したあとに、余
計なソルダーボールBを取り除く作業を要したり、上述
のごとくボール整列治具65などにソルダーボールBを
整列させるなどの面倒な作業を要していた。 (2)ボール吸着治具61に設けられた多数(一般には
100〜400)のボール吸着孔64の全てにソルダー
ボールBを確実に吸着させるには、上述のごとくボール
吸着治具61を上下反転させる必要があり、作業がやり
にくく自動化が困難であるという問題があった。 (3)ボール吸着治具61にて回路基板P上にソルダー
ボールBを供給した際に、フラックスFの粘着力が弱
く、中空部63を大気圧に戻すだけではボール吸着孔6
4にソルダーボールBが残ってしまうことがある。この
ため、回路基板PにソルダーボールBをマウントしたあ
とで外観検査を行い、ボールマウント抜け(ソルダーボ
ールBがマウントされていないパッド電極)が検出され
た場合にはリペアを必要としていた。
【0007】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、第1の目的は、ボール吸着治具を上下反転
させることなくボール吸着孔にてソルダーボールを一個
ずつ確実に吸着できるようにすることにあり、第2の目
的は、ボール吸着治具によって吸着保持したソルダーボ
ールを回路基板上にスムーズに供給できるようにするこ
とにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたもので、回路基板の電極パターン
に対応して治具本体に穿設された複数のボール吸着孔及
び該ボール吸着孔の各々に連通して治具本体の内部に形
成された中空部を有し、中空部内を真空引きすることに
よりボール吸着孔にてソルダーボールを吸着保持するボ
ール吸着治具と、所定個数のソルダーボールを収納可能
なボールタンクを有し、ボールタンクの開口部を介して
ボール吸着治具にソルダーボールを供給するボール供給
治具とを具備し、回路基板上に形成された複数のパッド
電極上にソルダーボールをマウントする装置において、
ボールタンクに収納されたソルダーボールを攪拌させる
ブロー手段をボール供給治具が備えた構成となってい
る。
【0009】また本発明は、回路基板の電極パターンに
対応して治具本体に穿設された複数のボール吸着孔及び
該ボール吸着孔の各々に連通して治具本体の内部に形成
された中空部を有し、中空部内を真空引きすることによ
りボール吸着孔にてソルダーボールを吸着保持するボー
ル吸着治具と、所定個数のソルダーボールを収納可能な
ボールタンクを有し、ボールタンクの開口部を介してボ
ール吸着治具にソルダーボールを供給するボール供給治
具とを具備し、回路基板上に形成された複数のパッド電
極上にソルダーボールをマウントする装置において、ボ
ール吸着孔の各々にスライド自在に挿入配置された複数
のボールプッシャーピンと、中空部内に移動可能に配置
されて複数のボールプッシャーピンを支持するピンブロ
ックと、ピンブロックを介してボールプッシャーピンを
ボール吸着孔の軸方向にスライドさせるピン駆動部とを
ボール吸着治具が備えた構成となっている。
【0010】
【作用】本発明においては、ボール吸着治具のボール吸
着面(ボール吸着孔の形成面)を下向きにしたままで
も、ボール供給治具のボールタンクに収納されたソルダ
ーボールをブローガスで攪拌させることにより、空中に
舞い上がったソルダーボールがボールタンクの開口部を
介してボール吸着治具のボール吸着孔に吸着保持され
る。
【0011】また本発明においては、ピン駆動部により
ピンブロックを中空部内で移動させると、これと一体に
各々のボールプッシャーピンがボール吸着孔の軸方向に
スライドし、その先端部でソルダーボールを強制的に押
し出す。これにより、ボール吸着孔で吸着保持した全て
のソルダーボールがボール吸着治具から回路基板側へと
確実に受け渡される。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図1は本発明に係わるソルダー
ボールのマウント装置において、特に実施例におけるボ
ール吸着治具の構成を説明する図であり、図中(a)は
その側断面図、(b)は底面斜視図、(c)は要部断面
図を示している。図1に示すボール吸着治具10におい
ては、治具本体11の内部に中空部12が設けられてお
り、この中空部12に連通して治具本体11の底面側に
複数のボール吸着孔13が穿設されている。これらのボ
ール吸着孔13は、後述する回路基板の電極パターンに
対応して例えば図示のごとく格子状に配列されている。
【0013】また、治具本体11の上端部には真空引き
用の吸引孔14が設けられており、この吸引孔14にジ
ョイント部品やエアーチューブ等を介して真空ポンプが
接続されている。そして、真空ポンプの駆動により吸引
孔14を介して中空部12内を真空引きすることで、各
々のボール吸着孔13に真空吸着力が発生するようにな
っている。さらに、治具本体11のボール吸着孔14に
は、その孔径よりも細いボールプッシャーピン15がス
ライド自在に挿入配置されている。ボールプッシャーピ
ン15の先端部は、ボール吸着孔13へのソルダーボー
ルB(後述)の吸着動作を妨げないように、治具本体1
1の底面よりも幾分引っ込んだ位置に配置されている。
【0014】一方、治具本体11の中空部12内には例
えば平板状のピンブロック16が配置されており、この
ピンブロック16の下面にボールプッシャーピン15の
基端部が固定されている。ピンブロック16は例えばエ
アーシリンダ等のアクチュエータを駆動源としたピン駆
動部(不図示)によって図中上下方向に移動可能に支持
されている。そして、ピン駆動部の作動によってピンブ
ロック16が下方に移動したときに、これと一体となっ
て各々のボールプッシャーピン15がボール吸着孔13
の軸方向にスライドし、その先端部がボール吸着孔13
の入口部分に進出するようになっている。
【0015】ここで、ソルダーボールBが吸着されるボ
ール吸着孔13の入口部分には座ぐり加工が施されてい
る。この座ぐり加工では、ボールプッシャーピン15で
ソルダーボールBを押し出したときにボール位置が横ず
れしないようにソルダーボールBの外径よりも僅かに大
きな寸法で座ぐり径φが設定され、且つ回路基板(後
述)上にソルダーボールBを供給したときに基板上の粘
性材料(後述)が治具本体11に接触しないようにソル
ダーボールBの外径よりも幾分小さい寸法(好ましくは
1/2〜2/3の寸法)で座ぐり深さhが設定されてい
る。
【0016】加えて、治具本体11の両端部には位置決
め孔17が設けられている。この位置決め孔17は、後
述するボール供給治具との相対的な位置合わせを行うた
めに設けられたものである。
【0017】図2は本発明に係わるソルダーボールのマ
ウント装置において、特に実施例におけるボール供給治
具の構成を説明する図であり、図中(a)はその側断面
図、(b)はその斜視図を示している。図2に示すボー
ル供給治具20は、所定個数(数千個〜数万個)のソル
ダーボールBを収納可能なボールタンク21を備えてい
る。このボールタンク21の底部には、ソルダーボール
Bを攪拌させるブロー手段として、例えばソルダーボー
ルBを寄せ集めるためのテーパ状のボール受け22と、
このボール受け22に連通した吹出孔23とが設けられ
ている。そして、ボール受け22に連通する吹出孔23
には、図示せぬジョイント部材やエアーチューブ等を介
してブローガス供給源(例えばコンプレッサ)が接続さ
れている。
【0018】また、ボールタンク21の開口部には薄板
状のガイドマスク24が取り付けられている。このガイ
ドマスク24には、上記ボール吸着治具10に穿設され
たボール吸着孔13の配列パターンに対応して複数のボ
ール抜け孔25が穿設されている。個々のボール抜け孔
25は、そこをソルダーボールBが容易に通過できるよ
うにソルダーボールBの外径よりも大きな孔径dで明け
られている。
【0019】一方、ボールタンク21の側壁部分には、
タンク内部に連通したガス抜き用のスリット孔26が明
けられており、このスリット孔26からブローガスが外
部に逃げ得る構造になっている。また、ボールタンク2
1の両端部にはガイドマスク24を介して位置決めピン
27が設けられており、この位置決めピン27を上記ボ
ール吸着治具10の位置決め孔17に挿入することによ
って治具同士の高精度な位置合わせが行われるようにな
っている。
【0020】続いて、上記構成からなるマウント装置の
動作手順について図3を参照しながら説明する。まず、
ステップS1では、上述のごとく位置決め孔17(図
1)に位置決めピン27(図2)を挿入しつつ、治具本
体11とボールタンク21とをガイドマスク24を介し
て密着させる。この状態で図示せぬ真空ポンプの駆動に
より治具本体11の吸引孔14を介して中空部12内を
真空引きする。また、これと同時に、ブローガス供給源
の駆動によりボールタンク21の吹出孔23からブロー
ガスを吹き出させる。これにより、治具本体11の中空
部12が負圧状態となるため、これに連通する各々のボ
ール吸着孔13に真空吸着力が発生する。また、ブロー
ガスの供給によってボールタンク21の内部に対流が発
生するため、そこに収納されている多数のソルダーボー
ルBが一斉に舞い上がり、タンク内で攪拌される。
【0021】このとき、空中に舞い上がったソルダーボ
ールBの一部はガイドマスク24のボール抜け孔25を
通過してボール吸着治具10のボール吸着孔13に吸着
される。ちなみに、本発明者の実験結果では、僅か数秒
の間で200個以上のソルダーボールBをボール吸着孔
13に吸着できることが確認されている。ところで、ガ
イドマスク24のボール抜け孔25を通過できなかった
ソルダーボールBはボールタンク21の底部に落下する
ことになるが、本実施例ではタンク底部にテーパ状のボ
ール受け22が設けられているため、落下したソルダー
ボールBがスムーズにボール受け22に集められ、そこ
から再び空中に舞い上げられる。このため、ボールタン
ク21内におけるソルダーボールBの攪拌効率が非常に
高くなり、より短時間で全てのボール吸着孔13にソル
ダーボールBを吸着させることが可能となる。
【0022】さらに、ボール攪拌用のブローガスとして
は通常のエアーを使用することもできるが、ボールタン
ク21の吹出孔23から例えば窒素ガスなどのブローガ
スを供給するようにすれば、ボール表面の酸化膜の生成
を抑制して静電気の帯電を効果的に防止できるため、ソ
ルダーボールB同士が互いにくっついてしまうといった
不都合を解消できる。
【0023】続いて、一定の時間が経過したらブローガ
ス供給源の駆動停止により吹出孔23からのブローガス
の吹き出しを止め、その後、位置決めピン27(図2)
から位置決め孔17(図1)を引き抜いてボールタンク
21から治具本体11を分離させる。このとき、万が
一、ボール吸着孔13に吸着されたソルダーボールBに
余計なソルダーボールBがくっついていても、ガイドマ
スク24によって余計なソルダーボールBが強制的に取
り除かれるため、全てのボール吸着孔13にソルダーボ
ールBを一個ずつ確実に吸着保持させることができる。
【0024】一方、ステップS2では、従来同様に回路
基板P上に形成された複数のパッド電極(不図示)に塗
布ノズル30を用いてそれぞれ適量の粘性材料、この場
合はフラックスFを塗布する。続いて、ステップS3で
は、回路基板Pの上方にボール吸着治具10を位置決め
したのち、回路基板P上に治具本体11を進出させて、
ボール吸着孔13により吸着保持したソルダーボールB
をフラックスFを介して回路基板Pのパッド電極(不図
示)上に供給する。さらに、ボール吸着治具10の真空
引きを停止して中空部12を大気圧に戻すとともに、図
示せぬピン駆動部の作動によりピンブロック16を下方
に移動させる。これにより、図4に示すように、全ての
ボールプッシャーピン15がピンブロック16と一体に
なってボール吸着孔13の軸方向にスライドし、その先
端部でソルダーボールBを回路基板P側に押し出す。そ
の結果、個々のソルダーボールBはボール吸着孔13か
ら強制的に押し出されて回路基板P側に受け渡され、そ
こに塗布されたフラックスFの粘着力により回路基板P
のパッド電極(不図示)上にマウントされる。その後、
ボール吸着治具10は回路基板Pの上方に離反したの
ち、再びボール供給治具20に位置合わせして結合さ
れ、次のマウント動作開始まで待機状態となる。
【0025】ここで本実施例においては、先の図1
(b)で示したように、ボール吸着孔13の入口部分に
座ぐり加工が施されているため、ボール吸着状態でのソ
ルダーボールBの吸着位置を規制してマウント時におけ
るソルダーボールBの横ずれを防止できる。また、ボー
ル吸着時には治具本体11の底面からソルダーボールB
の一部が突出する状態となるため、ボールマウント時に
おける治具本体11への粘性材料(フラックスF)の付
着も防止できる。
【0026】以降は、こうしてソルダーボールBがマウ
ントされた回路基板Pを例えば従来同様にリフロー炉に
投入して加熱し、回路基板P上のソルダーボールBを溶
融してパッド電極上に球状のソルダーボールBを形成
し、その後、回路基板Pの表面に残留しているフラック
ス成分を洗浄処理にて取り除いた段階で、一連のボール
形成工程が終了する。
【0027】このように本実施例のマウント装置におい
ては、ボール吸着治具10を上下反転させなくても、治
具本体11のボール吸着面、つまりボール吸着孔13の
形成面を下向きにした状態で、ボール供給治具20の吹
出孔23からブローガスを吹き出させることにより、ボ
ールタンク21内でソルダーボールBを攪拌してボール
吸着孔13にソルダーボールBを一個ずつ確実に吸着さ
せることができる。また、ボール吸着治具10で吸着保
持したソルダーボールBを回路基板P上に供給する際に
は、ピン駆動部によりピンブロック16を中空部12内
で移動させることにより、各々のボールプッシャーピン
15がボール吸着孔13の軸方向にスライドしてソルダ
ーボールBを強制的に押し出すようになっているため、
ボール吸着孔13で吸着保持した全てのソルダーボール
Bをボール吸着治具10から回路基板P側へと確実に受
け渡すことができる。
【0028】さらに、フラックス塗布工程とボールマウ
ント工程とを接続すれば、回路基板PにフラックスFが
塗布されてから、そこにソルダーボールBがマウントさ
れるまでの時間が短くなるため、フラックスFの粘度や
品質が安定し、ボールマウント工程の歩留り向上と作業
リードタイムの短縮が図られる。また、ボールマウント
工程とリフロー工程とを接続すれば、工程間搬送による
ソルダーボールBの位置ずれを解消できるため、ボール
形成工程の歩留り向上にもつながる。
【0029】なお、ソルダーボールBの材質としては、
一般的にはんだボールが広く知られているが、本発明の
マウント装置で取り扱い可能なソルダーボールBははん
だボール以外にも、例えばCu(銅)ボールなどでもよ
い。また、ソルダーボールBのマウント対象となるパッ
ケージ形態についても特にBGAパッケージに限定され
るものではない。
【0030】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
ボール吸着治具のボール吸着面(ボール吸着孔の形成
面)を下向きにしたままでも、ボール供給治具のボール
タンク内でソルダーボールを攪拌させることによりボー
ル吸着治具の各ボール吸着孔にソルダーボールを一個ず
つ確実に吸着させることが可能となる。その結果、ボー
ル吸着治具から余計なソルダーボールを取り除いたり、
ボール整列治具上に予めソルダーボールを整列させるな
どの面倒な作業が不要になる。また、ボール吸着治具を
上下反転させる必要がないため、作業性が格段に向上す
るとともに、治具の動作が単純となるため自動化も容易
となる。
【0031】また本発明によれば、ボール吸着孔で吸着
保持したソルダーボールをボールプッシャーピンで強制
的に押し出すことにより、ボール吸着孔で吸着保持した
全てのソルダーボールをボール吸着治具から回路基板側
へとスムーズに供給することが可能となる。その結果、
回路基板上に形成された全てのパッド電極上にソルダー
ボールを確実にマウントできるようになるため、ボール
マウント工程での歩留りが格段に向上するとともに、ボ
ールマウント後においては外観検査やリペア工程が不要
となるため、その分だけ作業工数を削減できるといった
効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ボール吸着治具の構成を説明する図である。
【図2】ボール供給治具の構成を説明する図である。
【図3】実施例での装置動作を説明する図である。
【図4】ボール押出動作を説明する図である。
【図5】パッケージ形態の一例を示す断面図である。
【図6】従来例を説明する図である。
【符号の説明】
10 ボール吸着治具 11 治具本体 12 中空部 13 ボール吸着孔 15 ボールプッシャーピン 16 ピンブロック 20 ボール供給治具 21 ボールタンク 22 ボール受け 23 吹出孔 24 ガイドマスク 25 ボール抜け孔 B ソルダーボール P 回路基板

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回路基板の電極パターンに対応して治具
    本体に穿設された複数のボール吸着孔及び該ボール吸着
    孔の各々に連通して治具本体の内部に形成された中空部
    を有し、前記中空部内を真空引きすることにより前記ボ
    ール吸着孔にてソルダーボールを吸着保持するボール吸
    着治具と、所定個数のソルダーボールを収納可能なボー
    ルタンクを有し、前記ボールタンクの開口部を介して前
    記ボール吸着治具に前記ソルダーボールを供給するボー
    ル供給治具とを具備し、前記回路基板上に形成された複
    数のパッド電極上に前記ソルダーボールをマウントする
    装置において、 前記ボール供給治具は、前記ボールタンクに収納された
    ソルダーボールを攪拌させるブロー手段を備えたことを
    特徴とするソルダーボールのマウント装置。
  2. 【請求項2】 前記ボール吸着孔の配列パターンに対応
    して穿設された複数のボール抜け孔を有するガイドマス
    クが前記ボールタンクの開口部に設けられたことを特徴
    とする請求項1記載のソルダーボールのマウント装置。
  3. 【請求項3】 回路基板の電極パターンに対応して治具
    本体に穿設された複数のボール吸着孔及び該ボール吸着
    孔の各々に連通して治具本体の内部に形成された中空部
    を有し、前記中空部内を真空引きすることにより前記ボ
    ール吸着孔にてソルダーボールを吸着保持するボール吸
    着治具と、所定個数のソルダーボールを収納可能なボー
    ルタンクを有し、前記ボールタンクの開口部を介して前
    記ボール吸着治具に前記ソルダーボールを供給するボー
    ル供給治具とを具備し、前記回路基板上に形成された複
    数のパッド電極上に前記ソルダーボールをマウントする
    装置において、 前記ボール供給治具は、前記ボール吸着孔の各々にスラ
    イド自在に挿入配置された複数のボールプッシャーピン
    と、前記中空部内に移動可能に配置されて前記複数のボ
    ールプッシャーピンを支持するピンブロックと、前記ピ
    ンブロックを介して前記ボールプッシャーピンを前記ボ
    ール吸着孔の軸方向にスライドさせるピン駆動部とを備
    えたことを特徴とするソルダーボールのマウント装置。
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