(57)【要約】【課題】転写ピンが正常かどうかを検査できるフラックスのクリーニングユニトを装備したボール搭載装置とボール搭載方法を提供すること。【構成】本発明のボール搭載装置は、下面に複数の転写ピンを有する転写ヘッドと、スキージにより均されたフラックスを転写ピンに付着させるため転写ユニットと、転写ピンに付着しているフラックスを加熱して除去するクリーニングユニットと、ボールを吸着するための複数の吸着孔が下面に設けられたボール吸着ヘッドと、ボール供給ユニットとからなる。本発明のボール搭載方法は、フラックスを転写する工程と、転写ピンに付着したフラックスを除去するためにクリーニングユニットのクリーニング面の温度を３０〜４０℃に加熱する工程と、ボールを基板に搭載する工程からなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラックスを転写ピンで基板に転写する転写装置とボールを上記基板に搭載する搭載装置とからなり、上記転写装置は転写ヘッドと転写ユニットとクリーニングユニットからなり、上記搭載装置はボール吸着ヘッドとボール供給ユニットとからなるボール搭載装置において、
上記クリーニングユニットは、上記転写ピンに付着している上記フラックスを移載するクリーニング面とこのクリーニング面を加熱する加熱装置とからなることを特徴とするボール搭載装置。
【請求項２】
前記クリーニング面を３０〜４０℃に加熱することを特徴とする請求項１記載のボール搭載装置。
【請求項３】
転写ピンでフラックスを転写した基板のランド上にボールを搭載するボール搭載方法であって、転写ヘッドの下面に配設された上記転写ピンに上記フラックスを付着させる工程と、上記フラックスを上記ランド上に上記転写ピンから塗布する工程と、上記転写ピンに付着している上記フラックスをクリーニングするクリーニング工程と、ボール吸着ヘッドに上記ボールを吸着する工程と、上記ボールを上記ランド上に搭載する工程とからなるボール搭載方法において、  
上記クリーニング工程は、上記フラックスの温度を高めて上記転写ピンに付着している上記フラックスを除去する工程であることを特徴とするボール搭載方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転写ピンをクリーニングするクリーニングユニットを配設したボール搭載装置と、転写ピンに付着したフラックスを除去するクリーニング工程を含むボール搭載方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボール搭載装置を構成する転写ピンのクリーニング装置は、転写ピンに付着したフラックスをフラックス吸着材（例えば、不織布、紙）に吸着させる装置が慣用されている。
【０００３】
しかし、従来のクリーニング装置は、転写ピンの状態（正常か異常か）を目視することができない問題がある。更に、転写ピンの変形やフラックスの残留が生じ易い問題があった。
【特許文献１】特開２００１−７１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
解決しようとする問題点は、ボール搭載装置に配設されているフラックスクのクリーニング装置において、転写ピンが正常にセットされているかどうかを検査できない点である。
他の課題は、転写ピンが変形し易く且つ転写ピンにフラックスが残留し易い点である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のボール搭載装置は、クリーニング装置を有するピン転写型のボール搭載装置であって、クリーニングユニットが、転写ピンに付着しているフラックスを除去するために、転写ピンに付着したフラックスを移載するクリーニング面と、このクリーニング面を加熱する加熱装置からなることを特徴とする。
【０００６】
又、本発明のボール搭載装置は、加熱装置によりクリーニング面を３０〜４０℃に加熱することを特徴とする。
【０００７】
又、本発明のボール搭載方法は、フラックスを加熱する工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のボール搭載装置とボール搭載方法は、フラックスのクリーニングユニットにより転写ピンが正常にセットされているかどうかを目視又は画像処理技術で検査できる利点がある。
【０００９】
本発明のボール搭載装置とボール搭載方法は、転写ピンの変形がなく且つ転写ピンにフラックスが残留しない利点がある。
【００１０】
本発明のボール搭載装置とボール搭載方法は、上記ボール搭載装置の効果を有する他に、フラックスの粘性と表面張力を調整できる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
転写されたフラックスを目視して転写ピンが正常な状態にあるかどうかを判断ができ、転写ピンの変形がなく且つ転写ピンにフラックスが残留しないクリーニングユニットを装備したボール搭載装置とボール搭載方法を実現した。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明のボール搭載装置の平面配置図で構成要素をブロックで示している。
【００１３】
ローダ１には基板１５をセットするマガジンが配設されている。基板１５は、必要に応じて、マガジンから基板ガイド１１に沿ってフラックス転写位置、ボール搭載位置、ボール搭載検査位置そしてアンローダ９へと送られ、更にリフロー炉へ送られる。フラックス転写位置とボール搭載位置に送られた基板１５を符号１５ａと１５ｂで示してある。
【００１４】
転写装置は、転写ヘッド２と、転写ユニット３と、クリーニングユニット４からなる。転写ヘッド２は、Ｙ軸スライダでＹ軸方向に自由に移動でき、更に、θ方向駆動装置とＺ軸駆動装置と連結して、回転と上下移動ができるようになっている。転写ヘッド２は、待機位置にあり、この位置から、転写ユニット３、基板１５ａ、及びクリーニングユニット４上を任意に移動できる。なお、ＣＣＤカメラ１６は、クリーニング面に移載されたフラックスの観察と基板１５ａと転写ヘッド２との位置合せに使用される。フラックスの観察と位置合せは異なる操作であり、異なるカメラを用いても良く、フラックスの転写状態を目視のみで監視する場合は、フラックスを監視するカメラは設けなくても良い。
【００１５】
搭載装置は、ボール吸着ヘッド５と、ボール供給ユニット６と、ボール吸着検査用の照明装置７からなる。ボール吸着ヘッド５は、Ｘ軸スライダー１３とＹ軸スライダ１２により平面内を自由に移動できるようになっていて、更に、θ方向駆動装置とＺ軸駆動装置と連結して、回転と上下移動ができるようになっている。ボール供給ユニット６は、振動装置と、パーツフィーダ１９と、ボール振動容器２０と、ボール量検出センサ２１とからなる。搭載装置の細部は、特開２００２−２９９８０８号と実質的に同じ構造になっている。
【００１６】
ボール搭載検査装置８は、基板にボールが搭載されている状態をＣＣＤカメラで取り込み画像処理して、ボールが基板に正常に搭載されているかどうかを検査する装置である。このボール搭載検査装置８は、リペア処理時に邪魔になるのでスライダ１８で待機位置に移動できるようになっている。
【００１７】
リペアユニット１０は、ボールの搭載不良を修復する装置である。ボール搭載検査装置８で基板１５ｂのランドにボールが搭載されていないと判断された場合、リペアユニット１０のヘッドがボールを吸着してボールが搭載されていないランド上に移動してボールを搭載する。なお、ボールが余分に搭載されていると判断された場合、リペアユニット１０に設けられているヘッドでボールを取り除く機構を付加できるようになっている。
【００１８】
図２は、転写ヘッド２の正面断面図で、図３は、図２のＡＡ断面図である。転写ヘッド２は、ピンユニット２２と、ピン案内板２３と、固定部材２４とからなる。ピンユニット２２は、転写ピン２５と、ピン保持板２６と、ピンユニット固定板２７とバネ２８からなる。ピンユニット２２は、左端の１組以外の６組を転写ピン２５のみで図示してある。
【００１９】
転写ピン２５は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０３）製で金メッキが施されている。転写ピン２５は、根元部が中間部と先端部より太く、先端部が円弧となっている。ピン案内板２３に設けられたガイド孔は、転写ピンの根元部より小さい。転写ピン２５は、ガイド孔に案内され上下に移動できるが、ピン案内板２３により落下しないようになっている。又、ピン保持板２６は、転写ピン２５がガイド孔に案内され上下に移動したとき、ピン案内板２３からはずれないように働く。
【００２０】
バネ２８は、ピン保持板２６とピンユニット固定板２７との間に配設され、転写ピン２５が取付けられたピン保持板２６を下方に付勢している。このバネ２８の付勢力により、下方に押圧されている転写ピン２５が比較的小さい力で上方に移動するので、フラックスの塗布と転写時に、転写ピン２５に大きな応力が作用することはなく、転写ピン２５の変形が防止されている。転写ピン２５の先端位置は、全てが等しいことが好ましいが、部品寸法誤差や取付け誤差等でバラツキが生じるので、これらのバラツキによって生じる欠陥の一部をバネ２８で補正している。
【００２１】
固定部材２４とピンユニット固定板２７に空気孔（２９，３０）が設けられている。この空気孔を通って圧空が送り込まれる。この圧空は、転写ピン２５の１本１本に作用して、転写ピン２５を常時下方に押圧する。これにより、転写ピン２５の先端を揃えることができる。なお、転写ヘッド２の側面にはドレイン用の孔が設けられていて、圧空を常時抜く構造となっている。転写ヘッド２は、転写ピン２５の先端をバネ２８と圧空の２重の方法で揃えている。
【００２２】
図４は、転写ユニット３の平面図で、図５は、図４のＡＡ断面図である。転写ユニット３は、スキージ１７と、フラックステーブル３２と、スキージ案内３１と、スライダ１４からなる。
【００２３】
スキージ１７は、その先端にフラックスを均すブレードが付いた２個のスキージからなり、それぞれ独立して上下にも移動でききる構造となっている。スキージ案内３１には、スキージ（１７ａ、１７ｂ）を上下させる駆動装置３５が配設されている。フラックス３３は、スキージ（１７ａ、１７ｂ）の間に供給され、フラックス３３を左方向に移動させる時は、スキージ１７ａを用い、フラックスを右方向に移動させる時は、スキージ１７ｂを用いる。スキージ案内３１は、ボールネジ３６と連結部材３４を介してモータに連結し、モータの回転により左右に移動できる。
【００２４】
フラックステーブル３２は、両側端部に障壁３７が設けられており、フラックス３３がフラックステーブル３２の外に逃げないようになっている。フラックス３３は、スキージ１７により均され一定の厚みに成形される。
【００２５】
図６は、クリーニングユニット４の平面図で、図７は、図６のＡＡ断面図である。クリーニングユニット４は、クリーニングテーブル３８とヒータ３９と断熱材４１からなる。
【００２６】
クリーニングテーブル３８は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０３）からなる。その上面は、クリーニング面４０で平面研削された研削面である。ヒータ３９は、クリーニングテーブル３８に加工された穴にセットされている。ヒータ３９は、６本で、それぞれの近傍に温度センサを備えており、それぞれのヒータを独立に温度制御している。なお、高精度の温度コントロールが必要ない場合は、温度センサは１個でも良いし、ヒータ３９の本数を２〜４本に減らしても良い。
【００２７】
ヒータ３９からの熱が下方に伝達しないように、多孔質のセラミックからなる断熱材４１がヒータ３９の下方に配設されている。
【００２８】
図８は、基板１５の平面図である。基板１５は、ビアホールを有する多層配線基板で、４×７個のチップ基板４２からなる。それぞれのチップ基板４２の裏面には半導体チップが実装されている。ランド４４を省略して図示してある。
【００２９】
図９は、切断ライン４３に沿ってダイシングソーで切断されたチップ基板４２を示している。フラックスを転写しその後ボールを搭載するランドは、符号４４で示してある。
【００３０】
図１０は、リペア操作の１工程を模式的に示した図で、ボール１個が搭載不足の基板１５にボール１個を供給する状態を示す。基板１５には、ランド４４が設けられ、ランド４４上にはフラックス３３が転写され、１つのランドを除きボール４５がランド４４上にフラックス３３で仮固定されている。一方、リペア用ヘッド４６の中央に吸着孔４７が明けられており、吸着孔４７には、ボール４５が吸着されている。このボール４５をボールが不足しているランド上に搭載する。
【００３１】
フラックスの転写状態や、ボールの搭載状態を理想的状態で図１０に示したが、実際は、フラックスは、ランドからこぼれ、ランドを覆うことが多い。また、半田ボール４５が載置された基板１５をリフローすると、半田が溶けランドを覆う。
【実施例２】
【００３２】
本発明のボール搭載装置を用いて、転写ピン２５に付着したフラックスを加熱してクリーニングする工程を含むボール搭載方法について説明する。
【００３３】
図１１は、ボール搭載方法のフローチャートである。ステップ１（Ｓ１）は、基板１５をフラックス転写位置に移動してクランパで固定する。スキージ１７でフラックス３３を均すステップがステップ２（Ｓ２）である。
【００３４】
ステップ２は、スキージ１７ａを左方向に移動させて、フラックス３３を均し、フラックス３３の表面を平らにする。スキージ１７ｂが、フラックステーブル３２の左端で待機している場合は、スキージ１７ｂを右方向に移動させて、フラックス３３を均す。ステップ１とステップ２は、独立した操作なので、いずれが先でも良い。
【００３５】
ステップ３（Ｓ３）は、転写ピン２５にフラックスを付着させる工程である。転写ヘッド２をフラックステーブル３２上に移動させ、転写ピン２５をフラックス３３中に降下させて、転写ピン２５の先端部にフラックス３３を付着させる。フラックス３３の付着量を一定にするために、転写ピン２５の先端がフラックステーブル３２の底面に着くまで降下させる。転写ピン２５は、弱いバネ２８により下方に付勢されているので、転写ピン２５の先端がフラックステーブル３２の底面に接触するとピン保持板２６が転写ピン２５と一緒に押し上げられる。  
【００３６】
ステップ４（Ｓ４）は、転写ピン２５に付着させたフラックス３３を基板１５のランド４４上に転写する工程である。転写ピン２５をフラックス３３の中から引き上げて、基板ガイド１１上に固定されている基板１５ａ上に移動する。次に、基板１５ａ上の位置マークと転写ヘッド２の位置マークを用いて位置合せを行う。その後、転写ピン２５が基板１５ａに付くまで転写ヘッド２を降下させ、所定時間保持して、上昇させる。
【００３７】
ステップ５（Ｓ５）は、転写ピン２５に残留して付着しているフラックス３３をクリーニングする工程である。先ず、クリーニング面４０は、クリーニングユニット４のヒータ３９により３５℃に加熱されている。転写ヘッド２をクリーニング面４０上に移動し、転写ピン２５をクリーニング面４０に着くまで降下させ、０．２秒保持した後、上昇させる。好ましい温度は、フラックスの種類により異なる。本実施例では、３０〜４０℃の範囲が好ましい。なお、残留するフラックスが少ない場合は、このステップを数回おきに行う。好ましい保持時間は、０．０５〜１秒で、より好ましい保持時間は、０．１〜０．５秒である。
【００３８】
ステップ６（Ｓ６）は、フラックス３３が転写された基板１５ａをボール搭載位置に移動して、クランパで固定する工程である。
【００３９】
ステップ７（Ｓ７）は、ボール吸着ヘッド５にボールを吸着させるボール吸着工程である。ボール吸着ヘッド５をボール振動容器２０上に移動する。ボール振動容器２０を振動装置で振動させてボール振動容器２０内のボールを１〜２ｃｍジャンプさせ浮遊させる。ボール吸着ヘッド５の内部を減圧して、浮遊しているボールをボール吸着ヘッド５の下面に設けられた吸着孔に吸着する。
【００４０】
ステップ８（Ｓ８）は、ボールを基板１５ａのランド４４上へ搭載する工程である。ボールを吸着したボール搭載ヘッド５をボール搭載位置に移動した後、ボール吸着ヘッド５と基盤１５を位置合せする。その後、吸着孔に吸着されているボールの先端がランド上に転写されたフラックスの中に入るまでボール吸着ヘッド５を降下させる。降下後、ボール吸着ヘッド５の真空を破り、ボール吸着ヘッド５を少し上昇させ、ボール吸着ヘッド５に振動を加えて、フラックスの粘着力もかりて、ボールを吸着孔から離脱させる。そして、ボール吸着ヘッド５は、上昇して図１に示す待機位置に戻る。
【００４１】
ステップ９（Ｓ９）は、ボールが搭載された基板１５ｂを次の工程に送る工程である。
【００４２】
転写ヘッド２は、７組のピンユニット２２を１列に配設した構造としたので、基板１５にフラックス３３を転写する場合、転写操作を４回繰り返す。なお、ピンユニット２２が４列×７組の場合、転写操作は１回である。
【実施例３】
【００４３】
図１２は、転写ピンの中に凹んでいるものがあるかどうかや、曲がっているものがあるかどうか等を、本発明のボール搭載装置を用いて検査する工程を示すフローチャートである。
【００４４】
ステップ１１（Ｓ１１）は、クリーニングユニット４のクリーニング面４０即ちフラックス転写面をヒータ３９で３５℃に加熱する工程である。クリーニング面４０は、平面研削された面で、フラックスの転写状態を検査できるようになっている。
【００４５】
ステップ１２（Ｓ１２）は、転写ユニット３において、スキージ１７でフラックス３３を均す工程である。
【００４６】
ステップ１３（Ｓ１３）は、転写ヘッド２をフラックステーブル３２上に移動し、降下し、転写ピン２５にフラックス３３を付着した後、上昇させる工程である。
【００４７】
ステップ１４（Ｓ１４）は、転写ヘッド２をクリーニング面４０上に移動させ、転写ピン２５をクリーニング面４０に接触させる工程である。転写ピン２５に付着しているフラックスは、クリーニング面４０に転写される。
【００４８】
ステップ１５（Ｓ１５）は、クリーニング面４０に転写されたフラックスの形状を目視又はＣＣＤカメラで測定する。
【００４９】
ステップ１６（Ｓ１６）は、クリーニング面４０に転写されたフラックスの形状から、転写ピン２５が正常か、異常かを判定する工程である。図２に示した転写ピン２５の本数は、１７×１７×７で２、０２３本である。これらの中で、転写されたフラックスの形状が小さいものや、転写されたフラックスの位置がずれているものがある場合は、転写ピン２５が不良であると判断する。
【実施例４】
【００５０】
実施例４は、ボールの径が小さくなるとボール吸着工程（実施例２ステップ７）でボール振動容器の中心部にボールが集まり、クラスターを形成するので、ボールの集合やクラスターを解散させる方法を説明する。
【００５１】
ボール直径が２５０μ以下となると、ボールの自重が軽いため、ボールの吸着中にボールがボール吸着ヘッドの中央部に集まり、更に時間が経過するとクラスターを形成する。又、ボールの直径が１００μ前後となると、ボールが中央部に集まり、クラスターを形成する時間が非常に早くなる。クラスターは、ボールが集合した状態の１つで、いろいろな形状になる。ボールは、ボール振動容器の底面に１層で、その５０％を覆う程度に供給されているので、ボールが中心に集まると、ボール吸着ヘッドの周辺部の吸着孔にボールが供給されなくなる。
【００５２】
ボールを吸着開始するとボール吸着ヘッド５が空気を吸い込むのでボールがボール振動容器２０の中で空気の流れに乗ってボール吸着ヘッド５の中央部に集まってくる。吸着開始所定時間後に、ボールの吸着操作を一時中止するために、ボール吸着ヘッド５を上方に移動する。
【００５３】
ボール吸着ヘッド５が上方に移動すると、中心に集まってきたボールは、ボール吸着ヘッド５からの空気の流れの影響を受けなくなるので、中心へ移動する力は働かなくなることとボール振動容器の振動により、中央部に集まったボールの集合又はクラスターは壊れ、ボールはボール振動容器の全面に１〜２秒で広がる。
【００５４】
その後、再度、ボール吸着をおこなう。このようなボール吸着操作を一時中止することを複数回繰り返すことも本発明に属する。
【００５５】
クラスターの発生は、装置の改良により防止することもできる。
ボール吸着ヘッド５は、全ての吸着孔でボールを真空吸着できるように内部は、中空となっている。ボール吸着ヘッドの中央部の吸着孔を通る空気量を周辺部の吸着孔を通る空気より小さくするように、中空となっているボール搭載ヘッド５の内部に空気抵抗を生じさせる板や網（以下、空気抵抗部材という）を設けて、吸着中にボールがボール吸着ヘッド５の中央部に集まらないようにする。
【００５６】
空気抵抗部材の形状は、ボール搭載ヘッドの形状により、円形、楕円形又方形である。空気抵抗部材の取付位置は、ボール吸着ヘッド内の中空部で、吸着孔が設けられている面の周辺部を除いた中央領域である。ボール吸着ヘッド５の中空部の断面に関して、ヘッドの中央領域をヘッドの周辺部より小さくして、中央領域の空気抵抗を大きくすることにより、ボールのクラスター形成を防止できる。空気抵抗部材は、ボール吸着検査用照明７からの入射光を遮断しないように透明のプラスチックかガラスとなっている。
【００５７】
本発明において、ボールは、半田ボール、金属ボール、セラミックボール、プラスチックボール及びそれらの複合ボールを含む。又、フラックスは、ロジンを含むペースト、微小な半田を含む半田ペースト、導電性接着剤などを含む。又、駆動装置は、サーボモータ、ステップモータやリニアモータである。また、基板１５として、回路基板を例示したが、半導体ウエハも含む。半導体ウエハの場合、ランド４４は、半導体素子の外部電極端子となる。本発明のランド４４は、回路配線の接続端子を指す。
【００５８】
また、本発明において、フラックスが転写ピン２５の上方に表面張力で這い上がるのを防止するために、中間部をフラックスと接触角が大きくなるようにすると良い。具体的には、中間部をフッ素樹脂で被覆するかステンレス鋼の表面を露出させる。
【００５９】
本発明において、クリーニング面４０の加熱を例示したが、転写ピン２５を加熱することやフラックステーブル３２上のフラックスを加熱してフラックスの粘性を調節することも本発明に属する。
【００６０】
本発明のボール搭載方法は、複数のステップから構成されるが、その順序は、実施例に限定されない。例えば、フラックスの転写工程がボール吸着工程より後となるケースも本発明の趣旨を逸脱しないことは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明になるフラックスのクリーニング装置とクリーニング方法は、ボール搭載装置とボール搭載方法以外に、半田付けのためのフラックスの転写操作や接着剤の塗布操作におけるクリーニングに利用が可能である。
【００６２】
更に、フラックスや接着剤の温度を調節して、転写量を精密に調節することが必要な方法に利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】ボール搭載装置の平面配置図である。
【図２】転写ヘッドの正面断面図でる。
【図３】図２のＡＡ断面図である。
【図４】転写ユニットの平面図である。
【図５】図４のＡＡ断面図である
【図６】クリーニングユニットの平面図である。
【図７】図６のＡＡ断面図である
【図８】基板の平面図である。
【図９】チップ基板の平面図である。
【図１０】リペア操作の１工程を模式的に示す図である。
【図１１】ボール搭載方法のフローチャートである。
【図１２】フラックスをクリーニングする方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００６４】
１・・・ローダ、２・・・転写ヘッド、３・・・転写ユニット、４・・・クリーニングユニット、５・・・ボール吸着ヘッド、６・・・ボール供給ユニット、７・・・照明装置、８・・・ボール搭載検査装置、９・・・アンローダ、１０・・・リペアユニット、１１・・・基板ガイド、１２・・・Ｙ軸スライダ、１３・・・Ｘ軸スライダ、１４・・・スライダ、１５、１５ａ、１５ｂ・・・基板、１６・・・ＣＣＤカメラ、１７、１７ａ，１７ｂ・・・スキージ、１８・・・スライダ、１９・・・パーツフィーダ、２０・・・ボール振動容器、２１・・・ボール量検出センサ、２２・・・ピンユニット、２３・・・ピン案内板、２４・・・固定部材、２５・・・転写ピン、２６・・・ピン保持板、２７・・・ピンユニット固定板、２８・・・バネ、２９，３０・・・空気抜き孔、３１・・・スキージ案内、３２・・・フラックステーブル、３３・・・フラックス、３４・・・連結部材、３５・・・駆動装置、３６・・・ボールネジ、３７・・・障壁、３８・・・クリーニングテーブル、３９・・・ヒータ、４０・・・クリーニング面、４１・・・断熱材、４２・・・チップ基板、４３・・・切断ライン、４４・・・ランド、４５・・・ボール、４６・・・リペア用ヘッド、４７・・・吸着孔
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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