(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの微小ボールを収容可能なボール挿入部が所定の配列パターンに形成された領域を有する配列部の上面に沿って、多数の微小ボールを収容したボール収容部を移動することによって、前記ボール挿入部に微小ボールを落とし込んで配列する微小ボール配列装置において、
前記ボール収容部の進行方向に沿って複数のボール収容部を設け、
各ボール収容部は、それぞれ前記ボール挿入部が所定のパターンに形成された領域を重複して通過するように構成され、
前記複数のボール収容部のうち進行方向前方のボール収容部は、底面が開口部とされ、該開口部の進行方向後方縁が、進行方向に直交する方向の両側部から進行方向後方に向かって山型に形成されたことを特徴とする微小ボール配列装置。
【請求項２】
上記複数のボール収容部は、単数のボールカップに形成されたものである請求項１記載の微小ボール配列装置。
【請求項３】
上記ボール収容部のボール量を検出する検出手段を１つのボール収容部に対して１つ設けた請求項１または２記載の微小ボール配列装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボール挿入部が所定の配列パターンに形成された領域を有する配列部の上面に沿って、多数の微小ボールを収容したボール収容部を移動することによって、ボール挿入部に微小ボールを落とし込んで配列する微小ボール配列装置の改良に関するものであって、特に、ボール収容部からボール挿入部へ確実適正に微小ボールを落とし込むことを主眼に開発された微小ボール配列装置である。
【背景技術】
【０００２】
微小ボール搭載装置として、従来より、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、半田ボールを搭載する半田ボール搭載装置が存在した。この種の半田ボール搭載装置は、半田ボールが微小化し、ウエハ等の搭載対象製品が大型化したこともあり、１回に搭載する半田ボール数が増大したため、半田ボールの配列の欠陥や搭載時の欠陥が生じる危険が大きくなり、この危険を減少させることが求められてきた。
【０００３】
そのため特許文献１に示されるように、フラックスが印刷された搭載対象物であるウエハ上に配列マスク等の配列治具を設け、配列治具上をボール収容部が形成されたボールカップが移動し、ボールカップのボール収容部から直接ウエハの電極上に半田ボールを落とす装置が提供されてきた。このような装置の場合、ウエハが大きくなればなるほどボールカップの移動距離が長くなり、搭載に要する時間が長くなるため、ボールカップの移動速度を速くしようとすると、図７に示すようにボールカップ４の進行方向（図７矢印方向）後側にあたるボール収容部８の内壁面１４に沿って半田ボール１の積み重なりが高くなってしまう。
【０００４】
一方、ボール挿入部へのボールの落とし込みはボール集団の進行方向前側から行われて、抜けた箇所を埋めるように後側まで行われる。  
【０００５】
ボールカップ４の後側内壁面近傍に至るまでボールがボール挿入部に挿入されないと積み重なりの高い部分でボールが落ちようとするが、図８に示すようにボール１ａ，１ｂ，１ｃ同士が強く当接し合い、ボール１ｃが完全に下まで落ち難く、噛み込みが発生しやすくなっていた。
【０００６】
【特許文献１】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、次の点に着目し、ボールの噛み込みを無くし、ボール収容部からボール挿入部へ確実適正に微小ボールを落とし込むことのできる微小ボール配列装置を提供することを目的とする。
第１に、ボール収容部内で微小ボール同士が強く当接し合わないために、微小ボールの集団を分散させて積み重なりが少ないところを多くする。
第２に、なるべくボール収容部の内壁面に遠いところで微小ボールをボール挿入部に落とし込み、内壁面が近づいたときには、既に微小ボールは充填されていて、微小ボールを落とす必要がないようにする。
【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、１つの微小ボールを収容可能なボール挿入部が所定の配列パターンに形成された領域を有する配列部の上面に沿って、多数の微小ボールを収容したボール収容部を移動することによって、前記ボール挿入部に微小ボールを落とし込んで配列する微小ボール配列装置に次の手段を採用する。
第１に、上記ボール収容部の進行方向に対して沿って複数のボール収容部を設ける。
第２に、上記複数のボール収容部の各ボール収容部は、それぞれ上記ボール挿入部が所定のパターンに形成された領域を重複して通過するように構成する。
【０００９】
第３に、前記複数のボール収容部のうち進行方向前方のボール収容部が、底面が開口部とされ、該開口部の進行方向後方縁が、進行方向に直交する方向の両側部から進行方向後方に向かって山型に形成されたものとする。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明に、上記複数のボール収容部は、単数のボールカップに形成されたものであることを付加した微小ボール配列装置であり、第３の発明は、第１の発明または第２の発明に、上記複数のボール収容部は、ボール量を検出する検出手段を有するものであることを付加した微小ボール配列装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、ボール収容部の進行方向に対して重複して作用する複数のボール収容部を設け、この各ボール収容部が、それぞれボール挿入部が所定のパターンに形成された領域を重複して通過するものとしたため、各ボール収容部内で、微小ボールが強く当接し合わず、微小ボールの落ちやすい積み重なりの少ないところが多くなり、微小ボールの噛み込みが少なくなった。
【００１２】
また、複数のボール収容部のうち進行方向前方のボール収容部が、底面が開口部とされ、該開口部の進行方向後方縁が、進行方向に直交する方向の両側部から進行方向後方に向かって山型に形成されたものとしたので、ウエハのように中心部にボール挿入部が多数存在する円形搭載領域を被搭載物に利用した場合であっても、微小ボールの減り方を均等化することができた。
【００１３】
第２の発明の効果ではあるが、複数のボール収容部が、単数のボールカップに形成されたものとすることにより、従来のように１つのボール収容部を使用する場合と同様の装置とすることが可能となり、第３の発明の効果であるが、複数のボール収容部は、ボール量を検出する検出手段を有するものとすることにより微小ボール補充時期を知ることができ、微小ボールの不足による、ボール搭載ミスを防ぐことが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。実施例は、半田ボール搭載装置であり、半田ボール搭載装置は、搬入用のウエハ受渡部、フラックス印刷部、ボール搭載部、および搬出用のウエハ受渡部を有するものである。本発明に係る微小ボール配列装置は、上記半田ボール搭載装置のボール搭載部にあたる。
【００１５】
本発明における微小ボールには、導電性ボールである半田ボールや白金ボールなどがあり、微小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、セラミックス基板などがあるが、実施例では、半田ボール１とウエハ２を用いている。また、ウエハ２に半田ボール１を搭載するときの粘着材料として、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が、実施例ではフラックスが用いられており、半田ボール１が載置されるウエハ２の各電極上には予めフラックスが塗布されている。
【００１６】
実施例でのボール搭載部は、ウエハ２が載置されるウエハ載置テーブルと、半田ボール１の供給のためのボールカップ４と、所定の配列パターンに半田ボール１を挿入するための配列マスク３と、ボールカップ４を配列マスク３上面に沿って移動させるボールカップ移動装置５とを備えている。尚、ウエハ載置テーブルは昇降機構を備え、半田ボール１の配列時に、ウエハ２の半田ボール搭載面と配列マスク３の下端面とが所定の間隔となるようにウエハ２を上昇させるようになっている。
【００１７】
配列マスク３は、中央部の貫通孔形成領域６（図１に示される）に、図５に示されるように微小ボールである半田ボール１が１つ挿入可能で、通過可能な大きさの貫通孔７が、ウエハ２上面の電極に合わせた所定の配列パターンで形成されている。配列マスク３が、本発明における配列部に相当し、貫通孔７が、本発明におけるボール挿入部に相当する。
【００１８】
実施例での配列マスク３は、図１に示されるように四角形に形成されている。尚、四角形の配列マスク３の４つの角部には、配列マスク３自体に張力を与え、配列マスク３の平面精度を上げるための保持用ブロック部材が取り付けられた上、張力をかけられて、ウエハ２の上面に形成される半田ボール１の搭載面の上方に適宜の間隔を有して配列マスク支持装置に支持されている。
【００１９】
実施例での配列マスク３の高さは、図５に示されるように配列マスク３の上面から、貫通孔７に挿入された半田ボール１の上部が、突出しない高さに設定されている。勿論、貫通孔７へ挿入された半田ボール１の上部が突出しても良いが、この場合には、ボールカップ４の貫通孔形成領域６を通過する底面部が貫通孔７内のボールと接触しないようにする必要がある。尚、配列マスク３は、ウエハ２に接触させても良い。その場合には、フラックスが配列マスク３に接触しないよう貫通孔７のウエハ２側の径を拡大させたり、配列マスク３下面の貫通孔７にかからないようにリブや突出部を設けたりする等の手段をとる。
【００２０】
半田ボール１を配列マスク３の貫通孔７に落とし込むボールカップ４には、ボールカップ４の進行方向（図１中上下方向）に対して重複して３つのボール収容部８Ａ，８Ｂ，８Ｃが形成されている。ボール収容部８Ａ，８Ｂ，８Ｃが配列マスク３の貫通孔形成領域６上を重複して通過することにより、結果的に、図５及び図６（図中斜線部分が半田ボール１の収容部分を示している）に示されるように、ボール収容部８Ａ，８Ｂ，８Ｃのボールの落ちやすい積み重なりの少ない部分を広く確保できるようにしている。尚、ボール収容部８Ａ，８Ｂ，８Ｃは、必ずしも単一のボールカップ４に形成されている必要はないが、実施例では１つのボールカップ４に、重複して形成している。
【００２１】
ボール収容部８Ａ，８Ｂ，８Ｃは、いずれも上部にボール供給用の開口部９Ａが形成され、下面にボール落下用の開口部９Ｂが形成されている。尚、下面の開口部９Ｂは、進行方向と直交する方向で、配列マスク３の貫通孔形成領域６の幅より広い幅で形成されており、ボール収容部８Ａ，８Ｂ，８Ｃと配列マスク３の上面とで多数の半田ボール１を収容可能としている。尚、ボールカップ４自体は、図１に示されるように配列マスク３の幅よりは狭い幅で形成されている。
【００２２】
ボール収容部８Ａ，８Ｂ，８Ｃの下面の開口部９Ｂの形状は、長方形のものであっても良く、一般的にも長方形であるが、実施例では搭載対象物がウエハ２であり、半田ボール１の搭載領域、それに対応した配列マスク３の貫通孔形成領域６ともに略円形であるため、長方形であると中央部１２の半田ボール１が早く減ってしまい、中央部１３と両側部１２とでの減り方に差がでてしまう。このような状況では半田ボール１の残量検出手段やボール補給手段を多数設ける必要がでてきてしまう。
【００２３】
そこで、ボール収容部８Ａ，８Ｂ，８Ｃのうち進行方向前方となるボール収容部８Ａ，８Ｃは、底面の開口部９Ｂの進行方向後方縁１１が、進行方向に直交する方向の両側部１２から進行方向後方に向かって山型に形成されている。表現を変えれば、進行方向に直交する両側部１２から進行方向後方に向かって、底面開口部９Ｂの進行方向後方縁１１を、膨らまして形成されている。
【００２４】
これにより進行方向前方となるボール収容部８Ａ，８Ｃは、進行することにより両側部１２より中央部１３に半田ボール１を多く収容しておくことが可能となる。これによりボール収容部の進行方向に直交する方向において半田ボール１の減り方が均等になる。
【００２５】
中間のボール収容部８Ｂは、進行方向前方のボール収容部８Ａからのボール落とし込み動作により抜けが発生した箇所を補充するためのものであり、抜けの発生しやすい進行方向に直交する方向の両側部１２を幅広にした鼓状に形成している。ボール収容部８Ａが通過して抜けが発生したとしても、その後に通過するボール収容部８Ｂには進行方向前方側にボールが落ちやすい積み重なりの少ない部分があるため、噛み込みなくボールが補充されることになる。尚、図１の状態からの進行の場合、図１中上方に向かって進行するものであるため、ボール収容部８Ａが進行方向前方となり、進行方向後方のボール収容部８Ｃも抜け補充として機能するものとなる。また、ボールカップ４は、前進及び後退するものであるので、後退時にはボール収容部８Ｃが進行方向前方となる。
【００２６】
上記複数のボール収容部８Ａ，８Ｂ，８Ｃの中央部には、ボール量を検出する検出手段である残量センサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが設けられている。残量センサ１０Ａ，１０Ｂは、図１中上方へ進行する場合、進行方向前方のボール収容部８Ａと中間のボール収容部８Ｂだけを働かせれば良い。尚、残量センサ１０と同位置にボール供給口が設置される。残量センサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにてボール収容部８Ａ，８Ｂ，８Ｃのボール残量が少なくなったことを検出すると、ボール供給口から半田ボール１が補充される。尚、ボール収容部８Ａ，８Ｂ，８Ｃでは収容された半田ボール１の減り方が均等になるため、それぞれ１つの検出手段を設けるだけでよくなっている。
【００２７】
ボールカップ４を前進および後退移動させるボールカップ移動装置５は、ボールカップ４に前後方向への移動力を付与するカップホルダ１６と、カップホルダ１６を移動させる駆動装置１７と、カップホルダ１６の移動をガイドするガイドプレート１８とからなる。
【００２８】
カップホルダ１６は、内側にボールカップ４が配置される空部を形成したものであって、ボールカップ４は、この空部にスライドローラ２２およびスプリング２６の付勢という微弱な力により軽く保持されている。
【００２９】
駆動装置１７は、ボールカップ４が保持されるカップホルダ１６を、駆動モータ１９で回転するボールねじ等により、配列マスク３の上方で前後に移動させるものであり、駆動装置１７にカップホルダ１６が装着されている。
【００３０】
図１中符号１８は、配列マスク３を囲む枠状のガイドプレート１８であり、両側にボールカップ４の進行方向に沿ったガイドレール２０が設けられており、該ガイドレール２０にカップホルダ１６が摺動自在に配置されている。駆動装置１７によりカップホルダ１６はガイドレール２０に沿って前進および後退移動を行う。
【００３１】
この移動により、ボールカップ４は配列マスク３上面に沿って移動し、ボールカップ４のボール収容部８Ａ，８Ｂ，８Ｃが、重複して配列マスク３の貫通孔７上を通過することになり、半田ボール１を確実に貫通孔７に落とし込み、配列することとなる。尚、実施例でのボールカップ移動装置５は、前後方向のみのものであるが、必要に応じ左右方向への移動手段が設けられるものである。
【００３２】
尚、ガイドプレート１８は、配列マスク３より前後方向で長く、カップ前進方向の先端は空部となり、該空部下方にボール受け２１が配置されている。従って、配列時にボールカップ４は、ボール受け２１の手前の配列マスク３上で停止し、反転し後退移動を行う。他方、配列マスク３の交換時には、ボールカップ４は、ボール受け２１の上方まで移動し、収容されていた半田ボール１をボール受け２１に落下させる。尚、図中符号２７は、ボールカップ４がボール受け２１へのボール排出時に、ボールカップ４を支えるためのカップ移動路である。
【００３３】
尚、実施例では、３つのボール収容部８Ａ，８Ｂ，８Ｃが設けられているが、中間のボール収容部８Ｂを設けず、２つのボール収容部８Ａ，８Ｃとしたものであってもよい。更に、以上の実施例は、配列マスク３より半田ボール１を直接ウエハ２に搭載する半田ボール搭載装置であったが、本発明は、特許２９２５５３４号特許公報に示されるような配列装置、すなわち、半田ボールを仮配列板の保持孔に挿入して、配列した後、金属球配列治具である吸着ヘッドにて半田ボールを吸着して搭載対象物に搭載する半田ボール搭載装置においても利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】配列装置のボール配列部を示す概略平面図
【図２】ボールカップの平面図
【図３】ボールカップの中央横断面図
【図４】ボールカップの中央縦断面図
【図５】ボール収容部内での半田ボールの分布状態を示す断面説明図
【図６】ボール収容部内での半田ボールの分布状態を示す平面説明図
【図７】従来のボール収容部内での半田ボール分布状態を示す断面説明図
【図８】従来のボール収容部での半田ボール同士の関係を示す説明図
【符号の説明】
【００３５】
１．．．．．．半田ボール
２．．．．．．ウエハ
３．．．．．．配列マスク
４．．．．．．ボールカップ
５．．．．．．ボールカップ移動装置
６．．．．．．貫通孔形成領域
７．．．．．．貫通孔
８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ．．．．．．ボール収容部
９Ａ，Ｂ．．．．．．開口部
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ．．．．．．ボール残量検出センサ
１１．．．．．後方縁
１２．．．．．側部
１３．．．．．中央部
１４．．．．．内壁面
１６．．．．．カップホルダ
１７．．．．．駆動装置
１８．．．．．ガイドプレート
１９．．．．．駆動モータ
２０．．．．．ガイドレール
２１．．．．．ボール受け
２２．．．．．スライドローラ
２６．．．．．スプリング
２７．．．．．カップ移動路
【図１】
0005141966.tif 000002
【図２】
0005141966.tif 000003
【図３】
0005141966.tif 000004
【図４】
0005141966.tif 000005
【図５】
0005141966.tif 000006
【図６】
0005141966.tif 000007
【図７】
0005141966.tif 000008
【図８】
0005141966.tif 000009