(57)【要約】【課題】  本発明は、ボール溜まり下面と配列治具上面との隙間に導電性ボールを噛み込んでしまうことを防止しようとするものである。【解決手段】  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、ボール溜まり移動手段で、所定パターンにボール挿入部を形成した配列治具の上面に沿って移動させることによって、前記ボール挿入部に導電性ボールを配列する導電性ボール配列装置に次の手段を採用する。  第１に、ボール溜まりの高さを調節可能な昇降手段と、前記配列治具上面の高さを測定する高さ測定手段とを設ける。  第２に、ボール溜まりが配列治具上面に沿って移動する際に、ボール溜まり下面と配列治具上面との隙間がほぼ一定となるように、ボール溜まりの高さ位置を制御するように構成する。【選択図】        図３
2006303341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、所定パターンにボール挿入部を形成した配列治具の上面に沿って移動させることによって、前記ボール挿入部に導電性ボールを配列する導電性ボール配列装置において、
前記ボール溜まりの高さを調節可能な昇降手段と、前記配列治具上面の高さを測定する高さ測定手段とを設け、ボール溜まりが配列治具上面に沿って移動する際に、ボール溜まり下面と配列治具上面との隙間がほぼ一定となるように、ボール溜まりの高さ位置を制御するように構成したことを特徴とする導電性ボール配列装置。
【請求項２】
前記配列治具に形成されるボール挿入部を、導電性ボールが通過可能な貫通孔とし、該配列治具を搭載対象物上方に配置し、ボール溜まりを配列治具上面に沿って移動させることによって、搭載対象物上に導電性ボールを搭載するものである請求項１記載の導電性ボール配列装置。
【請求項３】
高さ測定手段が、ボール溜まり移動手段に一体に設けられたものである請求項１または２記載の導電性ボール配列装置。
【請求項４】
高さ測定手段が、配列治具上面のボール挿入部のないボール配列領域近傍の複数箇所を測定するものである請求項１または２または３記載の導電性ボール配列装置。
【請求項５】
高さ測定手段がボール配列前に配列治具上面の高さを測定し、ボール配列時の配列治具上面の高さを算出することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の導電性ボール配列装置。
【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、配列治具上面に沿って移動させることによって導電性ボールを配列する装置の改良に関するもので、特に、ボール溜まり下面と配列治具上面との隙間がほぼ一定となるように制御することを主眼に開発された導電性ボール配列装置である。
【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。更に、特許文献２に示される装置においては、配列マスクに基板表面のフラックスが付着しないように配列マスクを基板から離して支持し、ボール供給部材を配列マスク上で水平移動させていた。
【０００４】
しかし、配列マスクに導電性ボールを供給するボール溜まり下面と、配列マスク上面との隙間が大きいと、導電性ボールを配列マスクとボール溜まりとの間に噛み込んでしまうことがある。初期設定時に、これらの不都合がでないように調整したとしても、装置の型替え時に配列マスクを入れ替えると、配列マスクの高さがわずかにずれたり、傾斜したりして、ボール溜まり下面と配列マスク上面との隙間を、ほぼ一定にするのは困難であった。
【０００５】
【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】
【０００６】
本発明は、ボール溜まりの高さ調節可能な昇降手段と、配列治具上面の高さを測定する高さ測定手段とを設け、ボール溜まり下面と配列治具上面との隙間がほぼ一定となるように、ボール溜まりの高さ位置を制御することにより、ボール溜まり下面と配列治具上面との隙間に導電性ボールを噛み込んでしまうことを防止しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記課題を解決するため、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、所定パターンにボール挿入部を形成した配列治具の上面に沿って移動させることによって前記ボール挿入部に導電性ボールを配列する導電性ボール配列装置に次の手段を採用する。
第１に、ボール溜まりの高さを調節可能な昇降手段と、前記配列治具上面の高さを測定する高さ測定手段とを設ける。
第２に、ボール溜まりが配列治具上面に沿って移動する際に、ボール溜まり下面と配列治具上面との隙間がほぼ一定となるように、ボール溜まりの高さ位置を制御するように構成する。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明における配列治具に形成されるボール挿入部を、導電性ボールが通過可能な貫通孔とし、該配列治具を搭載対象物上方に配置し、ボール溜まりを配列治具上面に沿って移動させることによって、搭載対象物上に導電性ボールを搭載するものである第１の発明に係る導電性ボール配列装置の改良である。
【０００９】
第３の発明は、第１または第２の発明における高さ測定手段が、ボール溜まり移動手段に一体に設けられたものである導電性ボール配列装置である。更に第４の発明は、第１の発明または第２の発明または第３の発明における高さ測定手段が、配列治具上面のボール挿入部のないボール配列領域近傍の複数箇所を測定するものである導電性ボール配列装置である。
【００１０】
第５の発明は、第１または第２または第３または第４の発明における高さ測定手段がボール配列前に配列治具上面の高さを測定し、ボール配列時の配列治具上面の高さを算出することを特徴とする導電性ボール配列装置である。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明は、ボール溜まりの高さを調節可能な昇降手段と、配列治具上面の高さを測定する高さ測定手段とを設け、ボール溜まりが配列治具上面に沿って移動する際に、ボール溜まり下面と配列治具上面との隙間がほぼ一定となるように、ボール溜まりの高さ位置を制御するように構成したものであるので、配列治具の高さがずれたり、傾斜したりしてもボール溜まりと配列治具上面の間に導電性ボールを噛み込んでしまうことを防止できる。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明における配列治具に形成されるボール挿入部を、導電性ボールが通過可能な貫通孔とし、該配列治具を搭載対象物上方に配置し、ボール溜まりを配列治具上面に沿って移動させることによって、搭載対象物上に導電性ボールを搭載するものであるので、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。
【００１３】
第３の発明は、第１または第２の発明の高さ測定手段が、ボール溜まり移動手段に一体に設けられたものであるので、ボール溜まり移動手段によって測定点への移動が行え、個別に高さ測定手段の移動手段を設ける必要がない。
【００１４】
第４の発明は、第１または２または３の発明における高さ測定手段を、配列治具上面のボール挿入部のないボール配列領域近傍の複数箇所を測定するものとしたので、測定手段の選定の範囲が広がり、レーザセンサのような非接触式のセンサを用いることも可能となった。
【００１５】
第５の発明は、第１または２または３または４の発明における高さ測定手段を、ボール配列前に配列治具上面の高さを測定し、ボール配列時の配列治具上面の高さを算出するものとしたので、高速でのボール配列に適するものとなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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）移動装置が設けられている。
【００２０】
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。
【００２１】
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が形成された配列治具としてのボール配列マスク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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、高さ測定手段としての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ボールカップ２３移動手段としての移動ユニット２４と、ボールカップ２３をＺ軸方向に変移させる昇降手段４５を有している。
【００２４】
移動ユニット２４は、図４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５４で回転するボールねじ５５によりＸ軸ガイド２５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５２で回転するボールねじ５３によりＹ軸ガイド２６に沿ってＹ軸方向に移動する。
【００２５】
ボールカップ２３の昇降手段４５は、図５に示すように移動ユニット２４に装備されたＺ軸の駆動モータ５０により回転するボールねじ５１に昇降ベース４１をナット部材４４を介して取り付け、該昇降ベース４１がガイドレール４３に沿って上下動できるようになっている。該昇降ベース４１には、ボールカップ２３がボールカップ支持ブラケット４２を通じて取り付けられており、ボールホッパ２２も、同じ昇降ベース４１に取り付けられている。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。
【００２６】
マスク高さ検出センサ２７は、ボールカップ２３近傍のボールカップ支持ブラケット４２に取り付けられており、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（実施例では４カ所設定されている）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。勿論、マスク高さ検出は、４カ所の検出点のみの測定ではなく、ボールカップ２３の移動に伴うマスク高さ検出センサ２７の移動中に連続して測定してもよい。
【００２７】
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、ボール配列マスク１９上面とボールカップ２３の下面３９との隙間３８が所定距離を越えないように、ボールカップ２３の上下動を昇降手段４５にて制御しながら移動ユニット２４を移動する。
【００２８】
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、搬送路１３上に搬送路１３によってＸ軸方向に移動可能に装着されており、ウエハ１４の搬送方向に直交する方向（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を有している。
【００２９】
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。
【００３０】
ウエハ１４が載置されたウエハ搬送ステージ１２は、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、ウエハ搬送ステージ１２を、搬送路１３のＸ軸駆動機構により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の電極上にフラックスが印刷される。
【００３１】
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、搬送路１３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との間にウエハに印刷されたフラックスがボール配列マスク１９に付着しない程度の隙間４０を残して停止する。
【００３２】
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、ボール配列マスク１９をウエハ搬送ステージ１２に対して、水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に相対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の位置を補正する。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
本実施例は、ウエハ１４上面の電極に直接半田ボール２１を搭載するものであるが、本発明は、一旦ボール収納凹部などが設けられた配列治具に半田ボール２１を配列して、半田ボール吸着ヘッドで配列治具より半田ボールを吸着保持して、ウエハ１４上の電極などの搭載対象物に半田ボール２１を移載する場合にも適応できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【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】ボール配列マスク上面とボールカップの高さ位置関係を示す拡大断面図
【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】
【００３９】
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
３８，４０．隙間
３９．．．．．下面
４１．．．．．昇降ベース
４２．．．．．ボールカップ支持ブラケット
４３．．．．．ガイドレール
４４．．．．．ナット部材
４５．．．．．昇降手段
５０，５２，５４．．．．．駆動モータ
５１，５３，５５．．．．．ボールねじ
【図１】
2006303341.tif 000003
【図２】
2006303341.tif 000004
【図３】
2006303341.tif 000005
【図４】
2006303341.tif 000006
【図５】
2006303341.tif 000007
【図６】
2006303341.tif 000008