(57)【要約】【課題】  簡単な構成でボール量の検出やボール補充の時間がかからないボール搭載装置とする。【解決手段】  本発明は、ボール搭載装置に次の手段を採用する。  第１に、配列マスクと、ボールカップと、真空吸引手段と、吸引状態のＯＮ及びＯＦＦ切り換え手段とを備える。  第２に、ボール吸着体に吸着していた微小ボールを落下させることにより、微小ボールを被搭載物上に搭載するボール搭載装置とする。  第３に、補充用微小ボールを貯留するボールホッパと、該ボールホッパと前記ボールカップのボール吸着体の下方との間を接続するボール供給通路とを設ける。  第４に、切り換え手段によりボール吸着体の吸引状態をＯＮにしたときにボール吸着体に吸着される微小ボール量が少ないと、真空吸引手段の吸引力によりボールホッパからボール供給通路を介してボールカップに微小ボールが補充されるようにする。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被搭載物上に所定パターンで形成されている搭載箇所にあわせて貫通孔が設けられた配列マスクと、該配列マスクの上方に設けられ内部にボール吸着体を備えたボールカップと、ボールカップのボール吸着体より上方に接続される真空吸引手段と、真空吸引手段によるボール吸着体の吸引状態のＯＮ及びＯＦＦを切り換える真空切り換え手段とを備え、
真空切り換え手段によりボール吸着体の吸引状態をＯＮにしてボール吸着体下方に存在する微小ボールをボール吸着体に吸着させた後、ボール吸着体の吸引状態をＯＦＦにしてボール吸着体に吸着していた微小ボールを落下させることにより、微小ボールを被搭載物上に搭載するボール搭載装置であって、
多数の補充用微小ボールを貯留するボールホッパと、該ボールホッパと前記ボールカップのボール吸着体の下方との間を接続するボール供給通路とを設け、
真空切り換え手段によりボール吸着体の吸引状態をＯＮにしたときにボール吸着体に吸着される微小ボール量が少ないと、真空吸引手段の吸引力によりボールホッパからボール供給通路を介してボールカップに微小ボールが補充されるようにしたことを特徴とするボール搭載装置。
【請求項２】
前記真空吸引手段は、真空圧力の調整が可能である請求項１に記載のボール搭載装置。
【請求項３】
前記ボールカップを複数設け、各ボールカップに共通のボールホッパからボール供給通路を連結した請求項１又は請求項２に記載のボール搭載装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被搭載物上に所定のパターンで形成されている搭載箇所に合わせて貫通孔が設けられた配列マスク上をボールカップが移動することにより微小ボールを被搭載物の搭載箇所に搭載する装置の改良に関するものであって、特にボールカップへの微小ボールの補充手段に主眼をおいたボール搭載装置である。
【背景技術】
【０００２】
従来より、被搭載物上に所定のパターンで形成されている搭載箇所に合わせて貫通孔が設けられた配列マスクを用いて微小ボールを被搭載物の搭載箇所に搭載する装置がいくつか存在した。その中の１つに、特許出願人により提案された特許文献１に示される導電性ボール搭載装置がある。
【０００３】
この導電性ボール搭載装置は、配列マスクと、その上方に設けられ内部にボール吸着体を備えたボールカップと、真空吸引手段と、真空切り換え手段とを備え、真空切り換え手段によりボール吸着体の吸引状態をＯＮにしてボール吸着体下方に存在する微小ボールをボール吸着体に吸着させた後、ボール吸着体の吸引状態をＯＦＦにしてボール吸着体に吸着していた微小ボールを落下させることにより、微小ボールを被搭載物上に搭載するものである。
【０００４】
上記導電性ボール搭載装置でボールカップ内のボール量は一定量以上に保持する必要があり、一定量より減少したら補充しなければならない、そのため特許文献２に記載されているようなボール量の減少を検出する手段が必要であった。
【０００５】
また、ボールカップの数を多くして微小ボールの搭載時間の短縮を図ることが、考えられるが、そのような場合、ボールカップのそれぞれにボール量検出手段や、ボールホッパ等のボール補充装置を設けなければならい。これらの手段や装置の設置はコストアップに繋がるばかりか、ボール量検出やボール補充のための時間はボール搭載装置のタクト低下を招くものであった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１５３３３６号公開特許公報
【特許文献２】特開２００７−２９９８３５号公開特許公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するため、簡単な構成でボール量の検出やボールの補充の時間がかからないボール搭載装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、上記課題を解決するため、ボール搭載装置に次の手段を採用する。
第１に、被搭載物上に所定パターンで形成されている搭載箇所にあわせて貫通孔が設けられた配列マスクと、該配列マスクの上方に設けられ内部にボール吸着体を備えたボールカップと、ボールカップのボール吸着体より上方に接続される真空吸引手段と、真空吸引手段によるボール吸着体の吸引状態のＯＮ及びＯＦＦを切り換える真空切り換え手段とを備える。
【０００９】
第２に、真空切り換え手段によりボール吸着体の吸引状態をＯＮにしてボール吸着体下方に存在する微小ボールをボール吸着体に吸着させた後、ボール吸着体の吸引状態をＯＦＦにしてボール吸着体に吸着していた微小ボールを落下させることにより、微小ボールを被搭載物上に搭載するボール搭載装置とする。
【００１０】
第３に、多数の補充用微小ボールを貯留するボールホッパと、該ボールホッパと前記ボールカップのボール吸着体の下方との間を接続するボール供給通路とを設ける。
【００１１】
第４に、真空切り換え手段によりボール吸着体の吸引状態をＯＮにしたときにボール吸着体に吸着される微小ボール量が少ないと、真空吸引手段の吸引力によりボールホッパからボール供給通路を介してボールカップに微小ボールが補充されるようにしたことを特徴とするボール搭載装置とする。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明に、真空吸引手段を、真空圧力の調整が可能であるものとすることを付加したボール搭載装置であり、第３の発明は、第１又は第２の発明に、前記ボールカップを複数設け、各ボールカップに共通のボールホッパからボール供給通路を連結することを付加したボール搭載装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、真空切り換え手段によりボール吸着体の吸引状態をＯＮにしたときにボール吸着体に吸着される微小ボール量が少ないと、真空吸引手段の吸引力によりボールホッパからボール供給通路を介してボールカップに微小ボールが補充されるものであるため、ボール量の検出の必要性もなく、自動的にボールを補充してくれるため、補充の時間もかからないボール搭載装置となった。
【００１４】
更に、本発明によれば、１つのボールホッパに複数のボール供給通路を連結し、第３の発明のように複数のボールカップに共通のボールホッパからのボール供給が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に従って、実施例と共に本発明の実施の形態について説明する。本発明において、微小ボールの被搭載物としては、半導体ウエハ（以後、単にウエハと表記する）や、電子回路基板や、セラミック基板などがあり、それらの微小ボール搭載箇所として電極が形成されている。実施例では微小ボールは導電性のある半田ボール１、被搭載物はウエハ２とする半田ボールマウンタを用いる。
【００１６】
半田ボールマウンタは、一般的に搬入用のウエハ受渡部、フラックス印刷部、ボール搭載部、搬出用のウエハ受渡部を有しているが、本発明にかかるボール搭載装置は、ボール搭載部に関するものである。
【００１７】
実施例のボール搭載部には、図１に示されるように、ウエハ２上の電極のパターンに合わせて配列された貫通孔３１（図２や図３に示される）が形成された配列マスク３と、半田ボール１（図２や図３等に示される）を貫通孔３１に落とし込むためのボールカップ５と、半田ボール供給装置４とが備えられている。
【００１８】
図３に示されるように、配列マスク３の厚みは、実施例では供給される半田ボール１の径と略同等であり、貫通孔３１の径は半田ボール１の径より若干大きく形成してある。尚、貫通孔３１は、配列マスク３に、ウエハ２に印刷されたフラックスが付着しないように、下部の開口径を上部の開口径よりも拡大したり、貫通孔３１に重ならない位置に突出したリブを設けたりしてもよい。この開口径の拡大のかわりに、配列マスク３とウエハ２との間に、フラックス付着防止間隙を設けてもよい。また、配列マスク３は、型枠３２（図１に示される）に張り付けられ、フレームなどの固定部に保持されている。
【００１９】
ボールカップ５は、図２や図３に示されるように、内部が空間で、下端面が開口部５１とされ、内部空間が、ボール吸着体５２により上部空間５３と下部空間５４とに仕切られている。このためボールカップ５のボール吸着体５２の取り付け位置より上部が、ボール吸着体５２のケーシングとなっている。ボール吸着体５２は、半田ボール１が通過せず、気体が通過可能なステンレスメッシュ等の金網で製作されている。
【００２０】
尚、ボールカップ５は図示の実施例では１個の矩形のものであるが、その数や形状及び大きさは被搭載物であるウエハ２などの被搭載物の形状や搭載効率を考慮して決められる。例えば、ウエハなどを被搭載物とした場合には下端の開口部５１を円形にしたり、その他ボール吸着体５２を備えたボールカップ５を複数個設けるなどしてもよい。
【００２１】
ボールカップ５の上部空間５３は、真空切り換え手段としての電磁開閉弁５７と気体の圧力調整器５８を介して吸引通路５５により真空源５９に接続されており、ボールホッパ７及び配列マスク３との間で図２中矢印で示すような気体流通路を形成している。圧力調整器５８により気体流通路の吸引能力を調整可能である。
【００２２】
尚、真空源５９によるボールカップ５内の吸引状態のＯＮ及びＯＦＦを切り換える真空切り換え手段としての電磁開閉弁５７を開くことで、ボールカップ５内の吸引状態をＯＮにしてボールカップ５の下部空間５４に存在する半田ボール１を図２に示されるようにボール吸着体５２に吸着させた後、電磁開閉弁５７を閉じることでボールカップ５内の吸引状態をＯＦＦにしてボール吸着体５２に吸着していた半田ボール１を図３に示されるように落下させることにより、半田ボール１をウエハ２に搭載する。
【００２３】
ボールカップ５及びボール吸着体５２は導電性材料から構成され、アースにより接地されている。これにより静電気を帯びた半田ボール１がボールカップ５の内面やボール吸着体５２に付着することを防止している。更に、ボールカップ５の外側には微小な振動をボールカップ５に付与するバイブレータが取り付けられており、少なくともボールカップ５内の吸引状態がＯＦＦのときに振動し、ボールカップ５に取り付けられているボール吸着体５２に振動を伝え、半田ボール１の落下を促進するようになっている。
【００２４】
半田ボール供給装置４は、多数の半田ボール１を貯留したボールホッパ７からボールカップ５へボール供給通路を構成するボール供給ホース５６を介して供給する。尚、ボールホッパ７は、半田ボール１のサイズと材料により交換される。ボールホッパ７の上部には開閉蓋が設けられ、開閉蓋の開放時には、吸引状態のＯＮにより、ボールホッパ７よりボールカップ５に半田ボール１が補充可能である。開閉蓋の閉鎖時には、ボールホッパ７内の真空圧により、半田ボール１はボールカップ５に供給されないようにされている。半田ボール供給装置４は、ボールカップ５と一体に移動し、ボールカップ５内に半田ボール１を供給するようになっていてもよく、ボールカップ５とは別に設けてもよい。
【００２５】
ボールホッパ７とボールカップ５とを連結するボール供給ホース５６のボールホッパ７側の先端部は、図２及び図３に示されるように、ボールホッパ７の上方より、ボールホッパ７内に垂下挿入され、半田ボール１の貯留位置まで下げて配置してあり、ボール供給ホース５６の先端部からボールホッパ７外まで立ち上がり部５６ａとしている。従って、半田ボール１は自重に抗してボール供給ホース５６内を通り、ボールカップ５に至ることはない。ボール供給ホース５６のボールカップ５側の後端部は、ボールカップ５の下部空間５４と連結されており、半田ボール１は、下部空間５４に供給される。
【００２６】
半田ボール供給装置４は、次のように動作する。先ず、電磁開閉弁５７を開き、ボールカップ５内の吸引状態をＯＮにすると、ボールカップ５の下部空間５４に存在する半田ボール１が図２に示されるようにボール吸着体５２に吸着される。このときボール吸着体５２に吸着される半田ボール１が少ないと、真空源５９からの吸引によりボールカップ５の下部空間５４の真空圧が上がる（絶対圧としては下がる）。
【００２７】
このとき下部空間５４と連結されているボール供給ホース５６内の真空圧も上がり、大気圧であるボールホッパ７内の半田ボール１は、自重に抗してボール供給ホース５６内に吸引され、ボールカップ５の下部空間５４へと吸引されながら移動し、下部空間５４へと補充供給される。尚、補充量の調整は、圧力調整器５８により可能である。
【００２８】
図２のようにボール吸着体５２に、半田ボール１が十分に吸着されているときには、真空源５９からの吸引で下部空間５４の真空圧は上がらず、半田ボール１が、自重に抗してボール供給ホース５６を介してボールカップ５に至ることはなく、半田ボール１の補充は行われない。このようにボールカップ５内の半田ボール量が所定量より減少してくると自動的に補充され、ボールカップ５内の半田ボール量は所定量以上に維持されるため、半田ボール量の減少による搭載率の悪化を避けることができる。
【００２９】
ボールカップ５は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動して、ウエハ２の全面をカバーする。このボールカップ５の水平面での移動手段となる移動ユニット１０は、図１に示すようにＸ軸駆動機構及びＹ軸駆動機構を備えており、Ｘ軸の駆動モータ１３で回転するボールねじ１４によりＸ軸ガイド１１に沿ってＸ軸方向に移動し、Ｘ軸駆動機構と共にＹ軸の駆動モータ１５で回転するボールねじ１６によりＹ軸ガイド１２に沿ってＹ軸方向に移動する。
【００３０】
ボールカップ５の昇降装置１８は、移動ユニット１０に装備されたＺ軸の駆動モータ１７により回転するボールねじに、ボールカップ５が装着された昇降ベース８を、ナット部材を介して取り付け、該昇降ベース８が、ナット部材と並行して設けられたガイドレールに沿って上下動することによりボールカップ５を上下動させる。
【００３１】
以下、実施例の動作について説明する。先ず、ウエハ２が、ボール搭載部に移送される前工程として、フラックス印刷部にてウエハ２上のボール搭載箇所には予めフラックスが塗布されている。
【００３２】
ウエハ２がボール搭載部に移送されると、ウエハ載置ステージ６にウエハ２が載置され、該ウエハ２上に配列マスク３が配置される。尚、フラックスが配列マスク３に付着しないようにウエハ２上のフラックスは配列マスク３の貫通孔３１より小さく塗布されている。また、フラックス付着防止を上下間の間隙で行おうとする場合は両者を接触させない。
【００３３】
次に真空切り換え手段としての電磁開閉弁５７を開いてボールカップ５内の吸引状態をＯＮにしてから、移動ユニット１０によりボールカップ５を最初の搭載位置に移動させる。ボールカップ５内の吸引状態をＯＮにすることにより、ボールカップ５と配列マスク３との間及びボールカップ５とボールホッパ７との間には気体流通路が形成される。この吸引力によりボールカップ５下方に存在する半田ボール１は、浮上しボール吸着体５２に吸着される。
【００３４】
ボール吸着体５２に半田ボール１の吸着が少ない場合には、ボールホッパ７からボール供給ホース５６を介して半田ボール１が補充された後、ボール吸着体５２に十分の半田ボール１が吸着される。この状態が、ボールカップ５の移動可能状態である。吸引状態がＯＦＦの状態では、ボールカップ５を移動させない。
【００３５】
ボールカップ５が、最初の搭載位置に移動した後、電磁開閉弁５７を閉じてボールカップ５内の吸引状態をＯＦＦにすると共にバイブレータを振動させる。吸引が停止すると、ボールカップ５は大気開放されるため、図３に示すようにボール吸着体５２に付着していた半田ボール１が落下し、配列マスク３の貫通孔３１上に落下した半田ボール１は、貫通孔３１に入り込み、ウエハ２に搭載される。
【００３６】
貫通孔３１への半田ボール１の落とし込み、すなわちウエハ２への搭載を確実なものにするため複数回吸引状態ＯＮ（吸引）とＯＦＦ（停止）を繰り返すと共に、バイブレータは電磁開閉弁５７の開閉に合わせて振動の停止と発生を繰り返す。尚、ボール吸着体５２は配列マスク３の上方に配置してあるため、吸着された半田ボール１は位置エネルギを有することになり、半田ボール１がフラックス上に落下したときに電極と密着することになる。
【００３７】
搭載完了後、真空切り換え手段により、ボールカップ５内の吸引状態をＯＮにし、再度吸引を行う。ウエハ２に搭載された半田ボール１はフラックスと接触して粘着力が生じることにより上昇せず、フラックスに接触していない半田ボール１は吸い上げられ、浮上し、ボール吸着体５２に吸着することになる。
【００３８】
次に、ボールカップ５は、次の搭載位置に移動し、上述した動作と同様にボール搭載を行い、この動作を順次繰り返すことで全てのボール搭載を行う。全てのボール搭載が完了すると、昇降装置１８によりボールカップ５が上昇し、ウエハ載置ステージ６が下降する。
【００３９】
本実施例では、１つのボールカップ５を用いたボール搭載部で説明したが、図４に示すように２つのボールカップ５Ａ、５Ｂを用い、各々からボールホッパ７にボール供給ホース５６Ａ，５６Ｂを連結することにより、ボールホッパ７を共有することができる。これは２個のボールカップ５Ａ，５Ｂに限定されることはなく、複数個で可能である。
【００４０】
更に、実施例でのボール供給ホース５６は、図２乃至図４に示されるように、ボールホッパ７の上方より、ボールホッパ７内に垂下挿入され、半田ボール１の貯留位置まで下げて配置してあり、ボール供給ホース５６の先端部からボールホッパ７外まで立ち上がり部５６ａとしているが、図５に示すように、ボール供給ホース５６は、ボールホッパ７の底面に接続はされるが、ボールカップ５に至る途中に立ち上がり部５６ａを設けたものであってもよい。
【００４１】
また、ボール供給ホース５６の途中に、半田ボール１の移動及び気体の流通を遮断する開閉手段を設け、半田ボール１のボールカップ５への補充と、ボールカップ５内の半田ボール１の搭載を分けて行うようにしてもよい。一例としては、開閉手段を開いた状態でボールカップ５での吸引を行って、ボールカップ５への半田ボール１の補充を行った後、開閉手段を閉じて、複数の搭載位置での半田ボール搭載動作を行うことが上げられる。
【００４２】
他例として、１搭載位置における複数回の吸引手段による吸引状態のＯＮ、ＯＦＦの内、１回目の吸引時には開閉手段を開とし半田ボール１のボールカップ５への補充を行い、２回目以降の吸引時には開閉手段を閉として、半田ボール１のボールカップ５への補充を行わず、搭載動作のみを行うようにすることが上げられる。尚、このボール供給ホース５６へ設ける開閉手段の替わりに、ボールホッパ７の開閉蓋の開閉により同様の動作を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施例にかかるボール搭載部の全体を示す平面説明図
【図２】実施例での半田ボールを吸着させた状態のボールカップの説明図
【図３】実施例での半田ボールの落下途中の状態を示すボールカップの説明図
【図４】２個のボールカップ利用時の説明図
【図５】ボール供給ホースの他例を示す説明図
【符号の説明】
【００４４】
１・・・半田ボール
２・・・ウエハ
３・・・配列マスク
４・・・半田ボール供給装置
５，５Ａ，５Ｂ・・・ボールカップ
６・・・ウエハ載置ステージ
７・・・ボールホッパ
８・・・昇降ベース
１０・・・移動ユニット
１１・・・Ｘ軸ガイド
１２・・・Ｙ軸ガイド
１３，１５，１７・・・駆動モータ
１４，１６・・・ボールねじ
１８・・・昇降装置
３１・・・貫通孔
３２・・・型枠
５１・・・開口部
５２・・・ボール吸着体
５３・・・上部空間
５４・・・下部空間
５５・・・吸引通路
５６，５６Ａ，５６Ｂ・・・ボール供給ホース
５６ａ・・・立ち上がり部
５７・・・電磁開閉弁
５８・・・圧力調整器
５９・・・真空源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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