TWI409013B - 導電球之安裝方法及安裝裝置 - Google Patents

Description

導電球之安裝方法及安裝裝置

本發明係關於使用陣列遮罩(arraying mask)，將導電球安裝(mount)至被安裝物之安裝部位之導電球之安裝方法及安裝裝置，於上述陣列遮罩中，配合被安裝物上之由既定圖案所形成之安裝部位而設置有貫通孔。

使用配合被安裝物上之由既定圖案所形成之安裝部位而設置有貫通孔之陣列遮罩，作為將導電球安裝至被安裝物之安裝部位之裝置及方法，如專利文獻1所示，存在有藉由在排列夾具上移動使收納多數個導電球之球容器(ball reservoir)，對導電球進行排列之裝置或方法。

然而，於專利文獻1所述之導電球之安裝方法及安裝裝置，所採用之利用球罩杯(ball cup)之移動之落下方式中，無論如何，亦會發生導電球卡入至球罩杯與陣列遮罩間之情形。又，導電球之直徑越來越小，則要求球罩杯與陣列遮罩之間隙、陣列遮罩之平面度、以及球罩杯之水平移動等具有高精度，若精度不佳，則存在導電球不會自球罩杯與陣列遮罩之間漏出並落下之危險性。

因此，為了防止發生導電球卡入之情形，如專利文獻2所示，所提供之裝置及方法係於球罩杯(專利文獻2中為筒構件)之水平移動過程中，藉由空氣之流動而使球罩杯內之球集合體不與球罩杯接觸。

然而，為了使導電球之集合體不與球罩杯接觸，因而必 需使球罩杯移動，球罩杯之移動速度無法過高，從而存在安裝步驟所需之時間變長之問題。又，亦考慮有使自陣列遮罩與球罩杯間流入之氣流之成為高速度之方法，但若加快流入氣流速度，則導電球無法集合至陣列遮罩上，而於球罩杯內飛舞，從而發生安裝脫落之情形。

(專利文獻1)日本專利特開2006－318994號公開專利公報(專利文獻2)日本專利特開2006－73999號公開專利公報

本發明之目的在於：當使導電球落入至陣列遮罩之貫通孔，並安裝至被安裝物上時，藉由使導電球吸附於存在於陣列遮罩上方之球吸附體，防止導電球因球罩杯及球吸附體之移動，而卡入至該等與陣列遮罩間之情形。藉此，有助於提高供給導電球之球罩杯之移動速度，並有助於提高生產性。

對於本發明而言，為能解決上述問題，使用配合被安裝物上之由既定之圖案所形成之安裝部位而設置有貫通孔之陣列遮罩，將導電球安裝至被安裝物之安裝部位之導電球安裝方法及安裝裝置中，採用如下之手段。

第1，具備球吸附體，其設置於陣列遮罩之上方，與真空源連接，且可將導電球吸附於下表面。

第2，具備真空切換手段，其利用真空源來切換球吸附體之吸引狀態之ON及OFF。

第3，藉由真空切換手段，將球吸附體之吸引狀態設為ON，使存在於球吸附體下方之導電球被吸附於球吸附體後，將球吸附體之吸引狀態設為OFF，藉由使吸附於球吸附體之導電球落下，而將導電球安裝至被安裝物上。

例如，本發明列舉以下之態樣。

於本發明之第1態樣中提供一種導電球之安裝方法，其係使用配合被安裝物上之由既定之圖案所形成之安裝部位而設置有貫通孔之陣列遮罩，將導電球安裝至被安裝物之安裝部位之導電球安裝方法，其特徵在於，其包括如下之步驟：將具備可保持導電球之球保持體且吸引導電球之球吸引單元，設置於陣列遮罩之上方之步驟；吸引一存在於球吸引單元下方之導電球之步驟；一面吸引導電球一面保持於球保持體之下面之步驟；以及於保持導電球之步驟後，使保持於球保持體之導電球落下至被安裝物之步驟。

本發明之第2態樣之特徵在於：球吸引單元連接於切換手段，該切換手段切換由球吸引單元之導電球吸引之ON及OFF，當切換手段切換為ON時，實施吸引及保持導電球之步驟，當切換手段切換為OFF時，實施使導電球落下之步驟。

本發明之第3態樣之特徵在於：更包括將切換手段設為ON，以於球吸引單元與陣列遮罩間形成氣流通路的步驟，藉由使氣體自氣流通路流入而實施吸引及保持導電球之 步驟。

本發明之第4態樣之特徵在於：將吸引導電球之步驟、以至於使導電球落下之步驟重複數次。

本發明之第5態樣之特徵在於：於藉由使導電球落下之步驟而結束對被安裝物上之安裝動作後，更包括對實施吸引及保持導電球步驟之陣列遮罩上之導電球進行回收之步驟。

於本發明之第6態樣中提供一種導電球之安裝裝置，其特徵在於包括：被安裝物，其具備由既定之圖案所形成之安裝部位；陣列遮罩，其設置於被安裝物上，且配合安裝部位而設置有貫通孔；球吸引單元，其設置於陣列遮罩之上方，而對導電球進行吸引；球保持體，其包含於球吸引單元，且可於下表面保持導電球；真空源，其連接於球吸引單元，將導電球吸引於球吸引單元；以及切換手段，其切換利用球吸引單元之球吸引之ON及OFF；其中，切換手段構成為，將導電球之吸引設為ON，以吸引存在於球吸引單元下方之導電球，並保持於球保持體，將導電球之吸引設為OFF，以使保持於球保持體之導電球落下至被安裝物上。

本發明之第7態樣之特徵在於：球吸引單元更具備外殼(casing)，球保持體設置於外殼之下表面。

本發明之第8態樣之特徵在於：球吸引單元設置於球罩杯內，該球罩杯於內部具有空間且下端面設為開口部。

本發明之第9態樣之特徵在於：球罩杯係由導電性材料 所構成，並且接地。

本發明之第10態樣之特徵在於：切換手段將導電球之吸引之ON/OFF重複數次。

本發明之第11態樣之特徵在於：球吸引單元構成於將導電球之吸引設為ON之狀態下，可沿著陣列遮罩之上表面移動。

本發明之第12態樣之特徵在於：設置有使球吸引單元振動之振動手段。

本發明之第13態樣之特徵在於：球保持體由網所構成，該網構成為可使氣體通過而無法使導電球通過。

本發明之第14態樣之特徵在於：球保持體將球吸引單元之內部分隔為上部空間與下部空間。

本發明之第15態樣之特徵在於：更具備連接於球吸引單元之下部空間且供給導電球之球供給路徑。

本發明之第16態樣之特徵在於：設置有連接球吸引單元之上部空間與真空源之吸引通路。

本發明係藉由真空切換手段而將球吸附體之吸引狀態設為ON，使存在於球吸附體下方之導電球吸附於球吸附體之後，將球吸附體之吸引狀態設為OFF，使吸附於球吸附體之導電球落下，藉此來安裝導電球，可防止發生導電球卡入至球吸附體或附屬於其之球罩杯等與陣列遮罩間之情形。其結果，提高了球吸附體及球罩杯等之移動速度，並實現了生產性之提高。

以下，根據圖式，對實施例及本發明之實施形態進行說明。本發明中，作為導電球之被安裝物，有半導體晶圓(下文中僅標記為晶圓)、電子電路基板、或陶瓷基板等，並形成有該等導電球安裝部位之電極。於實施例中，使用導電球為焊球1、被安裝物為晶圓2之焊球安裝機(solder balls mounter)。

焊球安裝機一般具有搬入用之晶圓交接部、焊劑(flux)印刷部、球安裝部、以及搬出用之晶圓交接部，但本發明之導電球之安裝方法及安裝裝置係與球安裝部相關者。

圖1表示本發明之球安裝部100之一例。於球安裝部100存在有焊球供給裝置4、形成有配合晶圓2上之電極圖案而排列之貫通孔31之球陣列遮罩3、用以使焊球1落入至貫通孔31之球容器50、以及球容器50之驅動機構。球容器50具有作為球吸引單元一實例之功能。

球陣列遮罩3之厚度與實施例中所供給之焊球1之直徑大致相同，貫通孔31之直徑形成為稍大於焊球之直徑。其中，貫通孔31之下部之開口直徑大於上部之開口直徑，使得印刷於晶圓2之焊劑不會附著於球陣列遮罩3。除了擴大上述開口直徑，亦可於球陣列遮罩3與晶圓2間設置防止焊劑附著之間隙。再者，球陣列遮罩3貼附於模板33，且保持於框架等之固定部。

(第1實施例)

以下，參照圖2來說明本發明之第1實施例。如圖2所 示，球罩杯5於內部具有空間，下端面設為開口部51，內部空間藉由作為球保持體之球吸附體52而分隔為上部空間53與下部空間54。因此，球罩杯5之較球吸附體52安裝位置之上部成為球吸附體52之外殼66。換言之，球吸附體52設置於外殼66之下表面。於第1實施例中，藉由球罩杯5、球吸附體52、以及外殼66而構成作為球吸引單元之球容器50。球吸附體52由不使焊球1通過而可使氣體透過之不鏽鋼網眼等之金屬網所製成。再者，球罩杯5於圖示之實施例中為一個矩形者，但其數量、形狀以及大小之決定可考慮作為被安裝物之晶圓2之形狀及安裝效率者。例如，亦可將下端之開口部51設為圓形，或設置數個具備球吸附體52之球罩杯5。

球罩杯5之上部空間53，經由作為切換手段(真空切換手段)之電磁開閉閥57、與可調節氣體之壓力及流量之調節器58，藉由吸引通路55而連接於真空源59，於與球陣列遮罩3間形成有如圖2中之箭頭所示之氣流通路。再者，電磁開閉閥57係作為利用真空源來切換球罩杯5內之吸引狀態之ON及OFF之切換手段，打開電磁開閉閥57而使球罩杯5內之吸引狀態為ON，使存在於球罩杯5下方之焊球1吸附於球吸附體52後，關閉電磁開閉閥57而使球罩杯5內之吸引狀態為OFF，使吸附於球吸附體52之焊球1落下，藉此將焊球1安裝至晶圓2。換言之，電磁開閉閥57可切換焊球1之吸引之ON及OFF，使焊球1之吸引為ON，一面吸引存在於球罩杯5下方之焊球1，一 面保持於球吸附體52之下表面，其後，使焊球1之吸引為OFF，使保持於球吸附體52之焊球1朝晶圓落下，藉此將焊球1安裝至晶圓2。

再者，球罩杯5及球吸附體52由導電性材料所構成，且如圖2至圖5所示，藉由接地線60而接地。藉此，防止帶靜電之焊球1附著於球罩杯5之內表面或球吸附體52。進而，於球罩杯5之外側，安裝有對球罩杯5賦予微小振動之振動器61，其至少於球罩杯5內之吸引狀態為OFF時產生振動，將振動傳遞至安裝於球罩杯5之球吸附體52，以促進焊球1落下。

焊球供給裝置4經由球供給路徑56，將多數個焊球1自儲存之球漏斗(ball hopper)供給至球罩杯5。球供給路徑56連結於球罩杯5之下部空間54，朝球吸附體52之下方供給焊球1。再者，球漏斗可根據焊球1之尺寸與材料而更換。

球罩杯5於X軸方向及Y軸方向上移動，以覆蓋晶圓2之整個面。該作為使球罩杯5於水平面之移動手段之移動單元10，如圖1所示具備X軸驅動機構及Y軸驅動機構，藉由以X軸驅動馬達13旋轉之滾珠螺桿14，則沿著X軸導軌11而於X軸方向上移動，藉由以X軸驅動機構與Y軸驅動馬達15共同旋轉之滾珠螺桿16，則沿著Y軸導軌12而於Y軸方向上移動。

球罩杯5之升降裝置18中，將安裝有球罩杯5之升降基座，經由螺母構件安裝於藉由移動單元10所配備之Z 軸驅動馬達17旋轉之滾珠螺桿，該升降基座沿著導軌上下運動，藉此使球罩杯5上下運動。再者，若於球罩杯5之下端與球陣列遮罩3之上表面，存在可於球吸附動作時獲得既定之氣流之間隙，則亦可大於焊球1之直徑。又，焊球供給裝置4與球罩杯5一體地移動，將焊球1供給至球罩杯5內，但亦可分開地設置球罩杯5，進而，將焊球1暫時供給至球罩杯5之外側之球陣列遮罩3上，一面利用球吸附體52來吸附該焊球1，一面移動球罩杯5，藉此可將焊球1供給至安裝位置。

以下，就第1實施例之動作加以說明。首先，作為將晶圓2移送至球安裝部之前步驟，利用焊劑印刷部來預先將塑膠塗佈於晶圓2上之球安裝部位。

將晶圓2移送至球安裝部之後，如圖2及圖3所示，將晶圓2載置於晶圓載置台6，於該晶圓2上配置球陣列遮罩3。再者，於實施例中，藉由球陣列遮罩3之貫通孔31之形狀，使焊劑不會附著於球陣列遮罩3，因此，球陣列遮罩3與晶圓2接觸，但當欲於上下間之間隙中防止附著焊劑時，兩者並不接觸。

其次，打開作為切換手段之電磁開閉閥57，使球罩杯5內之吸引狀態為ON後，藉由移動單元10而使球罩杯5移動至最初之安裝位置。藉由使球罩杯5內之吸引狀態為ON，於球罩杯5與球陣列遮罩3間形成如圖2中之箭頭所示之氣流通路。藉由該吸引力，存在於球罩杯5下方之焊球1上浮並吸附於球吸附體52。該狀態為球罩杯5之可 移動狀態。於吸引狀態為OFF之狀態下，不使球罩杯5移動。

球罩杯5移動至最初之安裝位置之後，關閉電磁開閉閥57以使球罩杯5內之吸引狀態為OFF，並且使振動器61振動。一旦吸引停止，則球罩杯5與大氣連通，因此如圖3所示，吸附於球吸附體52之焊球1落下，進入至球陣列遮罩3之貫通孔31，並安裝於晶圓2。為能使焊球1可靠地落入至貫通孔31，亦即，為能可靠地安裝至晶圓2，將吸引狀態ON(吸引)與OFF(停止)重複數次(換言之，重複數次焊球1之吸引之ON/OFF)，並且振動器61配合電磁開閉閥57之開閉而重複振動之停止與產生。

再者，由於球吸附體52配置於球陣列遮罩3之上方，故而所吸附之焊球1具有勢能，當焊球1落下至焊劑上時，會與電極緊密接觸。

安裝過程結束後，藉由切換手段來使球罩杯5內之吸引狀態為ON，再次進行吸引。已安裝於晶圓2之焊球1藉由與焊劑接觸所產生之黏著力而不會上升，未與焊劑接觸之焊球1全部被吸向上後上浮，並吸附於球吸附體52。於該狀態下，球罩杯5移動至下一安裝位置。再者，亦可於使球罩杯5之吸引狀態為ON之同時，開始朝下一安裝位置移動。

於最後之安裝位置之安裝動作完成後，回收自球罩杯5漏出並散布於球陣列遮罩3上之焊球1。具體而言，使吸引狀態之球罩杯5沿著球陣列遮罩3之上表面移動。藉 此，可容易地進行回收，但亦可設置專用之吸引回收手段。

再者，於上述第1實施例中，藉由球吸附體52之吸引狀態之OFF而與大氣連通，焊球1受到振動器61之振動而落下，但亦可於將吸引狀態設為OFF後，經由吸引通路55來進行加壓，以強制地使焊球1落下。

(第2實施例)

圖4表示本發明之第2實施例。第1實施例中之球罩杯5之開口部51之下端面形成為與球陣列遮罩3平行之平面形狀，對於球罩杯5之下端面與球陣列遮罩3之上表面而言，於形成球吸附動作時可獲得既定氣流之間隙之位置，配置有球罩杯5，但於圖4所示之第2實施例中，於球罩杯5之開口部51之下端面，形成有可獲得氣流之狹縫62。該狹縫62較佳以放射狀形成於開口部51，或以於一個方向上具有方向性之螺旋狀形成於上述開口部51。藉由形成該狹縫62，可控制球罩杯5與球陣列遮罩3之間隙中之氣流流動，從而可防止球陣列遮罩3之上浮。當然，亦可根據狹縫62之大小而使球罩杯5之開口部51與球陣列遮罩3接觸。

(第3實施例)

圖5表示本發明之第3實施例。於第3實施例中，為能限定焊球1自球吸附體52朝球陣列遮罩3落下之範圍，於球罩杯5之球吸附體52之下方設置導球器63，該導球器63之上部有大幅度開口，其下方配合安裝範圍而有狹窄開口。

(第4實施例)

圖6表示本發明之第4實施例。於第4實施例中，變更球罩杯5內之形狀，使球吸附體52成為與安裝範圍相匹配之小型者。

(第5實施例)

圖7表示本發明之第5實施例。於第5實施例中，將覆蓋球罩杯5之氣體供給罩杯64設置為與氣體供給路徑65連接，藉由氣體供給路徑65而供給空氣或氮氣等氣體。例如，若供給氮氣，則可獲得防止焊球1氧化之效果。再者，自氣體供給路徑65供給氣體時進行控制，使得當球吸附體52之吸引狀態為ON時使供給成為ON，當球吸附體52之吸引狀態為OFF時使供給成為OFF。再者，圖7中，貫通球罩杯5及氣體供給罩杯64之中央部之導管為焊球1之球供給路徑56。

(第6實施例)

圖8表示本發明之第6實施例。第1至第5實施例係具備球罩杯5者，但如圖8所示，亦可省略球罩杯5之較球吸附體52之安裝位置之下方部分。亦即，代替球罩杯5，可於外殼66之下端設置球吸附體52，將吸引通路55連接於外殼66，藉由球吸附體52而吸附焊球1。於圖8所示之第6實施例中，作為球吸引單元之球容器50藉由外殼66與球吸附體52所構成，且貫通球吸附體52而連接球供給路徑56，將焊球1供給至球吸附體52之下方之球陣列遮罩3上。於不具有該球罩杯5之第6實施例中，球 吸附體52之位置與其它實施例相比較，設定於靠近球陣列遮罩3之位置。

(第7實施例)

圖9表示本發明之第7實施例。第7實施例亦與第6實施例相同，省略球罩杯5之較球吸附體52之安裝位置之下方部分。於第7實施例中，配備有覆蓋球吸附體52且與球供給路徑56連接之球供給罩杯67。該球供給罩杯67具有供給焊球1及防止焊球1散亂之功能。再者，圖9中之符號68係用以使球吸附體52上下運動之升降裝置，於第7實施例中使用有空氣缸。球吸附體52於對球進行吸附時，位於接近球陣列遮罩3之下方，於球落下時，為能對焊球1賦予勢能而上升並位於球陣列遮罩3之上方。

1‧‧‧焊球

2‧‧‧晶圓

3‧‧‧球陣列遮罩

4‧‧‧焊球供給裝置

5‧‧‧球罩杯

6‧‧‧晶圓載置台

10‧‧‧移動單元

11‧‧‧X軸導軌

12‧‧‧Y軸導軌

13、15、17‧‧‧驅動馬達

14、16‧‧‧滾珠螺桿

18‧‧‧升降裝置

31‧‧‧貫通孔

33‧‧‧模板

50‧‧‧球容器

51‧‧‧開口部

52‧‧‧球吸附體

53‧‧‧上部空間

54‧‧‧下部空間

55‧‧‧吸引通路

56‧‧‧球供給路徑

57‧‧‧電磁開閉閥

58‧‧‧調節器

59‧‧‧真空源

60‧‧‧接地線

61‧‧‧振動器

62‧‧‧狹縫

63‧‧‧導球器

64‧‧‧氣體供給罩杯

65‧‧‧氣體供給路徑

66‧‧‧外殼

67‧‧‧球供給罩杯

68‧‧‧升降裝置

100‧‧‧球安裝部

圖1係表示本發明之球安裝部之整體之平面說明圖。

圖2係第1實施例中之吸附有導電球之狀態之球罩杯之說明圖。

圖3係表示第1實施例中之導電球之落下途中之狀態之球罩杯之說明圖。

圖4係表示第2實施例中之球罩杯之說明圖。

圖5係表示第3實施例中之球罩杯之說明圖。

圖6係表示第4實施例中之球罩杯之說明圖。

圖7係表示第5實施例中之球罩杯與氣體供給罩杯之關係之說明圖。

圖8係第6實施例中之球吸附體之說明圖。

圖9係第7實施例中之附帶球供給罩杯之球吸附體之說明圖。

1‧‧‧焊球

2‧‧‧晶圓

3‧‧‧球陣列遮罩

4‧‧‧焊球供給裝置

5‧‧‧球罩杯

6‧‧‧晶圓載置台

31‧‧‧貫通孔

51‧‧‧開口部

52‧‧‧球吸附體

53‧‧‧上部空間

54‧‧‧下部空間

55‧‧‧吸引通路

56‧‧‧球供給路徑

57‧‧‧電磁開閉閥

58‧‧‧調節器

59‧‧‧真空源

60‧‧‧接地線

61‧‧‧振動器

66‧‧‧外殼

Claims (7)

1. 一種導電球之安裝方法，其係使用配合被安裝物上由既定之圖案所形成之安裝部位而設置有貫通孔之陣列遮罩(arraying mask)，將導電球安裝(mount)至被安裝物之安裝部位者，其特徵在於，其具備有：遮罩保持手段，其將上述陣列遮罩保持於上述被安裝物上；球罩杯，其於內部具有空間且下端面設為開口部；球吸附體，其設置於球罩杯內，且設置於陣列遮罩上方並與真空源連接而可將導電球吸附於下表面；真空切換手段，其可藉由真空源切換球吸附體之吸引狀態之ON及OFF；以及移動單元，其可使球罩杯沿陣列遮罩之上表面移動；藉由重複數次吸附步驟、移動步驟及安裝步驟，將導電球安裝至形成於上述被安裝物上之安裝部位；該吸附步驟係利用真空切換手段使球吸附體之吸引狀態為ON而使氣體自形成於球罩杯與陣列遮罩間之氣流通路流入，藉此將存在於球吸附體下方之導電球吸附於球吸附體；該移動步驟係使上述球罩杯移動至既定之安裝位置；該安裝步驟係於上述既定之安裝位置使球吸附體之吸引狀態為OFF而使吸附於球吸附體之導電球落下，藉此將導電球安裝至被安裝物上。
2. 如申請專利範圍第1項之導電球之安裝方法，其中，在上述安裝步驟中，將球吸附體之吸引狀態之ON及OFF 重複數次。
3. 一種導電球之安裝裝置，其係使用配合被安裝物上由既定之圖案所形成之安裝部位而設置有貫通孔之陣列遮罩，將導電球安裝至被安裝物之安裝部位者，其特徵在於，其具備有：遮罩保持手段，其將上述陣列遮罩保持於上述被安裝物上；球罩杯，其於內部具有空間且下端面設為開口部；球吸附體，其設置於球罩杯內，且設置於陣列遮罩上方並與真空源連接而可將導電球吸附於下表面；真空切換手段，其可藉由真空源切換球吸附體之吸引狀態之ON及OFF；以及移動單元，其可使球罩杯沿陣列遮罩之上表面移動；藉由重複數次吸附動作、移動動作及安裝動作，將導電球安裝至形成於上述被安裝物上之安裝部位；該吸附動作係利用真空切換手段使球吸附體之吸引狀態為ON而使氣體自形成於球罩杯與陣列遮罩間之氣流通路流入，藉此將存在於球吸附體下方之導電球吸附於球吸附體；該移動動作係使上述球罩杯移動至既定之安裝位置；該安裝動作係於上述既定之安裝位置使球吸附體之吸引狀態為OFF而使吸附於球吸附體之導電球落下，藉此將導電球安裝至被安裝物上。
4. 如申請專利範圍第3項之導電球之安裝裝置，其中，球罩杯係由導電性材料所構成，並且接地。
5. 如申請專利範圍第3或4項之導電球之安裝裝置，其中，在上述安裝動作中，真空切換手段將球吸附體之吸引狀態之ON/OFF重複數次。
6. 如申請專利範圍第3或4項之導電球之安裝裝置，其中，設置有使球吸附體振動之振動手段。
7. 如申請專利範圍第5項之導電球之安裝裝置，其中，設置有使球吸附體振動之振動手段。