(57)【要約】      （修正有）【課題】貫通穴内での導電性ボールの位置を揃え、大量の導電性ボール搭載にあっても、搭載の位置精度を向上させることのできる導電性ボール搭載装置を提供する。【解決手段】ステージに載置された搭載対象物１４の上方に、導電性ボール２１が入る貫通孔１８を有する配列マスク１９を配置し、下面に開口部を有し導電性ボールを複数貯留するボール溜まりを配置し、ボール溜まりを配列マスクに沿って移動させ、配列マスクの各貫通孔に導電性ボールを落とし込むことにより導電性ボールを搭載する導電性ボール搭載装置に次の手段を採用する。第１に、配列マスクとステージとを、水平方向に相対的に移動可能な移動手段を設ける。第２に、ボール落とし込み後に、配列マスクとステージを水平方向に相対的に微動させることによって、貫通孔内の導電性ボールの位置を揃えるように構成する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージに載置された搭載対象物の上方に、導電性ボールが入る貫通孔を有する配列マスクを配置し、下面に開口部を有し導電性ボールを複数貯留するボール溜まりを配置し、ボール溜まりを配列マスクに沿って移動させ、配列マスクの各貫通孔に導電性ボールを落とし込むことにより導電性ボールを搭載する導電性ボール搭載装置において、
配列マスクとステージとを、水平方向に相対的に移動可能な移動手段を設け、
ボール落とし込み後に、配列マスクとステージを水平方向に相対的に微動させることによって、貫通孔内の導電性ボールの位置を揃えるように構成したことを特徴とする導電性ボール搭載装置。
【請求項２】
配列マスクとステージの微動が、水平方向の1方向への直線移動である請求項1記載の導電性ボール搭載装置。
【請求項３】
配列マスクとステージの微動が、水平方向で直交する２方向への順次移動である請求項１記載の導電性ボール搭載装置。
【請求項４】
配列マスクとステージの１方向の微動距離が、少なくとも導電性ボール径と貫通孔径の差である請求項１または２または３記載の導電性ボール搭載装置。
【請求項５】
配列マスクとステージの微動が、水平面で旋回する移動である請求項1記載の導電性ボール搭載装置。
【請求項６】
配列マスクとステージを相対的に微動させた後、導電性ボールが貫通孔内壁から離れるように移動させるものである請求項１から５のいずれかに記載の導電性ボール搭載装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の導電性ボールを収容するボール溜まりを、配列マスク上面に沿って移動させることによって導電性ボールを搭載する装置の改良に関するもので、特に、配列マスクの貫通孔内での導電性ボールの位置精度の向上を主眼に改良された導電性ボール搭載装置である。
【背景技術】
【０００２】
搭載対象物上に所定の配列パターンで形成された各電極に、粘着材料を塗布してから半田ボールを搭載する半田ボール搭載装置として、特許文献１に示すような配列板を有するボール搭載ヘッドに半田ボールを吸引配列して吸着してから搭載対象物上の各電極に半田ボールを搭載する装置が従来より存在した。しかし、ウエハ等の搭載対象製品の大型化に伴い、１回に搭載する半田ボール数は１００万を越える状態となり、半田ボールの配列の欠陥や搭載時の欠陥を減少させることは困難であるのが現状であった。
【０００３】
そこで、特許文献２及び特許文献３に示すようなフラックスが印刷された搭載対象物である電子基板上に配列マスクを設け、直接電子基板の電極上に半田ボールを落とす装置が提供されていた。しかし、導電性ボールの径に比較して配列マスクの貫通孔の径は大きく形成されているので、配列マスクの貫通孔に、単に落とすだけでは貫通孔内での導電性ボールの位置は揃わないという問題点を有していた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３５８４５１号公開特許公報
【特許文献２】特表２００２−５３８９７０号公表特許公報
【特許文献３】特許３１７７３７０号特許公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決し、貫通孔内での導電性ボールの位置を揃え、大量の導電性ボールの搭載にあっても、搭載の位置精度を向上させることのできる導電性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】
【０００６】
第１の発明は、上記課題を解決するため、ステージに載置された搭載対象物の上方に、導電性ボールが入る貫通孔を有する配列マスクを配置し、下面に開口部を有し導電性ボールを複数貯留するボール溜まりを配置し、ボール溜まりを配列マスクに沿って移動させ、配列マスクの各貫通孔に導電性ボールを落とし込むことにより導電性ボールを搭載する導電性ボール搭載装置に次の手段を採用する。
第１に、配列マスクとステージとを、水平方向に相対的に移動可能な移動手段を設ける。
第２に、ボール落とし込み後に、配列マスクとステージを水平方向に相対的に微動させることによって、貫通孔内の導電性ボールの位置を揃えるように構成する。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明に、配列マスクとステージの微動が、水平方向の１方向への直線移動であることを付加した導電性ボール搭載装置であり、第３の発明は、第１の発明に、配列マスクとステージの微動が、水平方向で直交する２方向への順次移動であることを付加した導電性ボール搭載装置であり、第５の発明は、第１の発明に、配列マスクとステージの微動が、水平面で旋回する移動であることを付加した導電性ボール搭載装置である。
【０００８】
第４の発明は、第１の発明または第２または第３の発明に、配列マスクとステージの１方向の微動距離が、少なくとも導電性ボール径と貫通孔径の差であることを付加した導電性ボール搭載装置である。また第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明に、配列マスクとステージを相対的に移動させた後、導電性ボールが貫通孔内壁から離れるように移動させることを付加した導電性ボール搭載装置である。
【発明の効果】
【０００９】
第１の発明は、導電性ボールの落とし込み後に、配列マスクとステージを水平方向に相対的に微動させることによって、貫通孔内の導電性ボールの位置を揃えるように構成したものであるので、導電性ボールの搭載の位置精度を向上させることができる導電性ボール搭載装置となった。更に、搭載対象物の上方に、導電性ボールを落とし込む貫通孔を有する配列マスクを配置し、多数の導電性ボールを収容するボール溜まりを、ボール溜まり移動手段で、配列マスク上面に沿って移動させることによって所定の位置に導電性ボールを搭載する装置であるので、ウエハ等の搭載対象製品の大型化に伴う多数の導電性ボールの正確な搭載が可能となった。
【００１０】
第２、第３及び第５の発明は、配列マスクとステージの微動を、水平方向１方向への直線移動としたり、水平方向で直交する２方向への順次移動としたり、水平面で旋回する移動としたりするものであるので少ない工程や小さな動作により導電性ボールの搭載位置精度をより向上させることが可能となった。更に、第４の発明は、配列マスクとステージの１方向の微動距離を、少なくとも導電性ボール径と貫通孔径の差とし、第６の発明では、配列マスクとステージを相対的に移動させた後、導電性ボールが貫通孔内壁から離れるように移動させることとしたので導電性ボール搭載精度をより向上させることが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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、導電性ボールの搭載対象物としては、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るが、実施例ではウエハ１４を用いている。そして、搭載対象物の表面には所定のパターンに電極３８が形成されている。また、粘着材料としては、フラックスや半田ペーストや導電性の接着剤などが用いられる。
【００１２】
図１は、半田ボール搭載装置１の全体を示す概略平面図であり、該半田ボール搭載装置１は、図１中左方より、搬入用のウエハ受渡部２、フラックス印刷部３、ボール搭載部４、搬出用のウエハ受渡部５を有している。半田ボール搭載装置１の前工程には、ウエハ供給部６、一次アライメント部７及び搬入用ロボット８が存在し、後工程に反転ユニット９、ウエハ収納部１０及び搬出用ロボット１１が存在する。
【００１３】
前工程の一次アライメント部７は、ウエハ１４を水平面で回転するようになっており、ウエハ１４を回転させることによって、ウエハ１４のオリフラまたはノッチの位置を検出し、ウエハ１４のおおまかな位置を補正するとともにウエハ受渡部２に載置するウエハ１４を所定の方向にする部分である。他方、後工程の反転ユニット９は、ウエハ１４を水平方向に回転させるものであり、ウエハ１４のオリフラやノッチの位置が所定の位置となるよう回転させ、カセット３２に収容する。
【００１４】
半田ボール搭載装置１には、ウエハ受渡部２よりフラックス印刷部３、ボール搭載部４、ウエハ受渡部５へとウエハ１４を搬送するウエハ搬送ステージ１２及び搬送路１３が形成されている。搬送路１３には搬送ステージ１２のＸ軸（図中左右方向）駆動装置４０が設けられている。
【００１５】
フラックス印刷部３には、フラックス供給装置１６と、ウエハ１４に粘着材料であるフラックスを印刷するための印刷マスク１５と、ウエハ１４と印刷マスク１５のアライメントマークを観察し、ウエハ１４と印刷マスク１５との位置合わせをするための上下観察カメラ３１とが配備されている。印刷マスク１５は、ウエハ１４上の電極３８のパターンに合わせて配列された貫通孔が形成されており、貫通孔形成領域３６内の印刷マスク１５の下面２カ所にはアライメントマーク（図示されていない）が表記され、型枠１７に張り付けられ、更にフレームなどの固定部に保持されている。フラックス供給装置１６は、印刷マスク１５上面に沿ってスキージ（図示されていない）を移動することによってフラックスが印刷マスク１５の貫通孔内に刷り込まれ、ウエハ１４の電極３８上に供給されるようになっている。尚、図中３３は、印刷マスク１５に付着したフラックスを除去するクリーニングユニットである。
【００１６】
ボール搭載部４には、半田ボール供給装置２０と、ウエハ１４上の電極３８のパターンに合わせて配列された貫通孔１８が形成されたボール配列マスク１９と、ウエハ１４とボール配列マスク１９のアライメントマークを観察して位置合わせをするための上下観察カメラ３４とが配備されている。
【００１７】
ボール配列マスク１９の厚みは供給される半田ボール２１の径と略同等であり、貫通孔１８の径は半田ボールの径より若干大きく形成してある。尚、ボール配列マスク１９は、印刷マスク１５と同様、貫通孔形成領域３６内の下面２カ所にアライメントマーク（図示されていない）が表記され、型枠３７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。
【００１８】
半田ボール供給装置２０は、多数の半田ボール２１を貯留したボールホッパ２２と、ボール配列マスク１９に半田ボール２１を落とし込むボールカップ２３と、マスク高さ検出センサ２７と、ボールカップ２３をＸ軸ガイド２５及びＹ軸ガイド２６に沿って移動させると共にＺ軸方向にも変移させることができる移動ユニット２４を有している。尚、ボールホッパ２２は、半田ボール２１のサイズと材料により交換される。また、ボールカップ２３の内部には収納された半田ボール２１が、図３のボールカップ２３内の矢印が示すように巡回するよう内壁面の下方部に凹部３５が形成されている。
【００１９】
マスク高さ検出センサ２７は、接触式、非接触式であるとを問わない。具体的にはレーザセンサや静電容量センサなどが用いられる。マスク高さ検出は、初期設定時や型替え時のボール配列マスク１９の変更の際に、ボール配列マスク１９の型枠３７をストッパなどに当接させ、位置決めしてからクランプなどにより固定して行う。具体的にはボール配列マスク１９が固定された後、半田ボール２１が空の状態のボールカップ２３が、予め貫通孔形成領域３６外に設定した複数の高さ検出点上に順次移動し、ボール配列マスク１９の上面の高さを測定する。
【００２０】
他方、貫通孔形成領域３６内におけるボール配列マスク１９の上面の高さは、計算で求める。更に、ボールカップ２３に半田ボール２１が収容されたときにかかる重量も考慮して各位置での高さを演算する。ボール搭載時には、この求めた高さをもとに、ボールカップ２３を、ボール配列マスク１９上面とボールカップ２３の下面との隙間が所定距離を越えないように、移動ユニット２４にて制御しながら移動する。
【００２１】
ウエハ搬送ステージ１２は、ウエハ１４を載置するステージであって、ウエハ１４の搬送路１３に直交する方向（Ｙ軸方向）の移動手段であるＹ軸駆動機構２８と回動手段であるθ軸駆動機構２９と、上下動手段であるＺ軸駆動機構３０を介してＸ軸駆動機構４０上に装着されている。
【００２２】
以下、図面に従って実施例の半田ボール搭載装置１の動作について説明する。先ず、半田ボール２１が搭載されるウエハ１４は、ウエハ供給部６のカセット３２に収納されている。そこで、搬入用ロボット８により、ウエハ供給部６のカセット３２から１枚のウエハ１４が取り出され、一次アライメント部７へ搬入される。一次アライメント部７では、ウエハ１４を回転することによって、オリフラまたはノッチの位置を検出し、ウエハ１４のおおまかな位置を補正するとともに、オリフラまたはノッチを所定位置となるようにする。続いて、ウエハ１４は、搬入用ロボット８によって一次アライメント部７からウエハ受渡部２に待機しているウエハ搬送ステージ１２に載置される。
【００２３】
ウエハ１４が載置されたウエハ搬送ステージ１２は、Ｘ軸駆動機構４０によって、搬送路１３に沿ってフラックス印刷部３へと移動し、所定の位置で停止する。ここでウエハ１４と印刷マスク１５のアライメントマークを上下観察カメラ３１により、それぞれ観察し、ウエハ１４の電極３８と印刷マスク１５の貫通孔の中心が一致するように、ウエハ搬送ステージ１２を、搬送路１３のＸ軸駆動機構４０によりＸ軸方向、Ｙ軸駆動機構２８によりＹ軸方向、及びθ軸駆動機構２９によりθ軸方向での位置決めをする。位置決め終了後、ウエハ搬送ステージ１２は、Ｚ軸駆動機構３０により上昇し、フラックスが準備された印刷マスク１５に対して所定の高さ位置で停止する。この状態で印刷マスク１５上のＹ軸方向一端部にフラックスが供給され、スキージを他端部に向けて移動することにより印刷マスク１５の貫通孔からウエハ１４の電極３８上にフラックスが印刷される。
【００２４】
フラックス印刷後、ウエハ搬送ステージ１２は、Ｚ軸駆動機構３０により下降し、Ｘ軸駆動機構４０によってボール搭載部４へ移動し、所定の位置で停止する。ここでも上下観察カメラ３４によりウエハ１４とボール配列マスク１９のアライメントマークをそれぞれ観察して、ウエハ搬送ステージ１２を、搬送路１３のＸ軸駆動機構４０によりＸ軸方向、Ｙ軸駆動機構２８及びθ軸駆動機構２９によりＹ軸方向、θ軸方向で位置決めをする。その後、ウエハ搬送ステージ１２は、Ｚ軸駆動機構３０により上昇し、ボール配列マスク１９との間に所定の隙間を残して停止する。
【００２５】
図３に示すようにボール配列マスク１９上を、ボールカップ２３が移動して、ボール配列マスク１９の貫通孔１８に半田ボール２１を落として、ウエハ１４上に半田ボール２１を搭載する。尚、ボール落とし込み後に、ウエハ搬送ステージ１２をボール配列マスク１９に対して、水平方向（Ｘ軸方向）に直線的に微動させることによって、貫通孔１８内の半田ボール２１の位置を補正し、半田ボール２１の位置を揃える。尚、ウエハ搬送ステージ１２の微動距離は、少なくとも半田ボール２１の径と貫通孔１８の径の差であることが好ましい。
【００２６】
図５が、ボール配列マスク１９とウエハ搬送ステージ１２との微動手順の一例を示す説明図で、予めウエハ１４の電極３８の中心は、ボール配列マスク１９の貫通孔１８中心からＸ軸方向で、半田ボール２１の径と貫通孔１８の径の差の２分の１の距離ずれるように位置決めされている。先ず、図中Ａが、ボール配列マスク１９の貫通孔１８に半田ボール２１を落とし込んだ直後の状態を示す。この状態では半田ボール２１は、必ずしも貫通孔１８の中央に搭載されているわけではない。そこで図中Ｂのように、ウエハ搬送ステージ１２をＸ軸方向（図中左方）へ、半田ボール２１の径と貫通孔１８の径の差と等しい距離分、微動させる。この微動により、半田ボール２１は、ウエハ搬送ステージ１２とともにＸ軸方向に微動し、貫通孔１８の図中左方の内壁に当接し、Ｘ軸方向の位置が補正される。同時に半田ボール２１は貫通孔１８の図５中左方の内壁に倣うように移動して、Ｙ軸方向の位置も補正される。つまり半田ボール２１は、ウエハ１４の電極３８の中央部に精度良く搭載された状態となる。その後、図中Ｃのようにウエハ搬送ステージ１２は、図５のＡからＢへの微動とは逆へ半田ボール２１の径と貫通孔１８の径の差の半分の距離だけ移動すると、貫通孔１８内の半田ボール２１は、全てが貫通孔１８の内壁から離れて、Ｘ軸及びＹ軸方向で均等な位置に搭載されることになる。これにより、この後、ウエハ搬送ステージ１２が下降する際に、半田ボール２１がずれることなくボール配列マスク１９から離れることができる。尚、微動距離は半田ボール２１の径と貫通孔１８の径の差より長くしても良いが、その距離に合わせてボール搭載部でのウエハ搬送ステージ１２の初期の位置が設定されるようになっている。
【００２７】
上記実施例でのボール配列マスク１９とウエハ搬送ステージ１２との微動は、水平方向中、Ｘ軸方向１方向への直線移動であるが、Ｙ軸方向など他の方向でも良く、更に、水平方向で直交する２方向への順次移動や、水平面での旋回であっても良いことは勿論である。ここで、水平方向で直交する２方向への順次移動は、少なくとも半田ボール２１の径と貫通孔１８の径の差と等しい距離分、Ｘ軸方向にウエハ搬送ステージ１２を微動させ、その後、Ｘ軸方向と直交する方向であるＹ軸方向に、半田ボール２１の径と貫通孔１８の径の差の半分の距離だけ微動させ、その後、半田ボール２１が貫通孔１８の中心に戻るよう微動する。また、水平面での旋回は、ウエハ搬送ステージ１２を半田ボール２１の径と貫通孔１８の径の差の半分の旋回半径で旋回させ、最終的に半田ボール２１が貫通孔１８の中心に戻るよう旋回または直線移動する。
【００２８】
本実施例では、該微動のための移動手段として、Ｘ軸方向に対する微動を搬送路１３のＸ軸駆動機構４０により、Ｙ軸方向に対する微動をウエハ搬送ステージ１２のＹ軸駆動機構２８を用いており、該移動手段によりウエハ搬送ステージ１２を微動させているが、該微動は相対的な移動で良いので、ボール配列マスク１９に移動装置を設け、ボール配列マス１９をＸ軸方向及びＹ軸方向に微動させるものであっても良い。
【００２９】
半田ボール搭載後、ウエハ搬送ステージ１２はＺ軸駆動機構３０により下降し、搬出用のウエハ受渡部５へ移動し、停止する。ウエハ収納部１０では、搬出用ロボット１１により、ウエハ１４をウエハ搬送ステージ１２から反転ユニット９へ移載し、オリフラまたはノッチが所定位置となるように回転させる。ウエハ１４は、更に、搬出用ロボット１１により、反転ユニット９からウエハ収納部１０のカセット３２に移載される。搬出用ロボット１１がウエハ搬送ステージ１２からウエハ１４を取り出したら、ウエハ搬送ステージ１２は元の位置であるウエハ受渡部２に戻り、１工程を完了する。本装置は以上の動作を繰り返す。
【００３０】
図１に示す実施例では、半田ボール搭載装置１の前方にウエハ供給部６が設けられ、後方にウエハ収納部１０が設けられているが、ウエハ搬送ステージ１２が、上記のように元の位置に戻るものであるので、図２に示されるようにウエハ供給部６とウエハ収納部１０を同一方向に設けたものであっても良い。
【００３１】
このように構成することにより、搬出用ロボット１１は、搬入用ロボット８で代用することができる上、搬入の際のウエハ１４の方向と同一の方向でウエハ１４が保持されて収納されるため反転ユニット９も省くことができ、更にはウエハ受渡部２，５も、一方のウエハ受渡部を省くことができるので構成部材の少数化を図ることができた。
【００３２】
また、印刷マスク１５及びボール配列マスク１９とウエハ１４の位置合わせ手段として、本実施例は、ウエハ搬送ステージ１２の停止時にウエハ１４と印刷マスク１５またはボール配列マスク１９とのアライメントマークを同時に撮影する上下観察カメラ３１，３４を用いているが、これに限定されるものではなく種々の構成が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施例にかかる半田ボール搭載装置の全体を示す概略平面図
【図２】ウエハ供給部とウエハ収納部を同一方向に設けた場合の概略平面図
【図３】ボール搭載部を示す一部断面の側面説明図
【図４】ボール搭載部の平面図
【図５】ボール配列マスクとウエハ搬送ステージとの微動手順を示す説明図
【図６】ウエハ搬送ステージの移動を示す正面図
【符号の説明】
【００３４】
１．．．．．．半田ボール搭載装置
２，５．．．．ウエハ受渡部
３．．．．．．フラックス印刷部
４．．．．．．ボール搭載部
６．．．．．．ウエハ供給部
７．．．．．．一次アライメント部
８．．．．．．搬入用ロボット
９．．．．．．反転ユニット
１０．．．．．ウエハ収納部
１１．．．．．搬出用ロボット
１２．．．．．ウエハ搬送ステージ
１３．．．．．搬送路
１４．．．．．ウエハ
１５．．．．．印刷マスク
１６．．．．．フラックス供給装置
１７，３７．型枠
１８．．．．．貫通孔
１９．．．．．ボール配列マスク
２０．．．．．半田ボール供給装置
２１．．．．．半田ボール
２２．．．．．ボールホッパ
２３．．．．．ボールカップ
２４．．．．．移動ユニット
２５．．．．．Ｘ軸ガイド
２６．．．．．Ｙ軸ガイド
２７．．．．．マスク高さ検出センサ
２８．．．．．Ｙ軸駆動機構
２９．．．．．θ軸駆動機構
３０．．．．．Ｚ軸駆動機構
３１，３４．上下観察カメラ
３２．．．．．カセット
３３．．．．．クリーニングユニット
３５．．．．．凹部
３６．．．．．貫通孔形成領域
３８．．．．．電極
４０．．．．．Ｘ軸駆動機構
【図１】
2006310593.tif 000003
【図２】
2006310593.tif 000004
【図３】
2006310593.tif 000005
【図４】
2006310593.tif 000006
【図５】
2006310593.tif 000007
【図６】
2006310593.tif 000008