(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め所定の複数の位置にフラックスが塗布されたワークの表面に、前記フラックスの塗布位置と対向するはんだボールの径より若干大径の複数の穴が形成されたマスクを配置し、前記マスクの穴を通してワークのフラックスの塗布位置にはんだボールを搭載するはんだボールの搭載方法であって、前記マスクと相対移動可能で、前記マスクの穴形成領域外の位置で待機するスキージによって仕切られた空間に予め複数のはんだボールを供給し、ワークの表面にマスクを位置決めし、ワークとマスクの相対位置を保持した状態でワークとマスクを前記スキージの待機位置が高くなるように所定の角度傾斜させ、前記スキージを前記マスクに沿って往復移動させ、前記スキージによって支えられたはんだボールを前記マスクに沿って往復移動させた後、前記ワークとマスクを水平状態に戻し、前記マスクをワークから離間させ、ワークを搬出することを特徴とするはんだボールの搭載方法。
【請求項２】
水平軸を中心として揺動可能なチルトテーブルと、クランク機構を介して前記チルトテーブルを揺動させるチルトテーブルの揺動手段と、ワークの位置決め手段とワークの固定手段とを備え、前記チルトテーブルに支持されたテーブルと、前記ワークのはんだボール搭載領域と対応する複数の矩形の貫通穴が形成され、前記チルトテーブルに摺動可能に支持されたマスク治具と、所定の間隔で形成されワーク表面に接触する複数のリブの間に、前記ワークのはんだボール搭載位置に対応するはんだボールの径より若干大径の複数の貫通穴が形成され、前記マスク治具の前記ワークとの対向面に固定されたマスクと、前記チルトテーブルを一辺とする平行四辺形リンクを備え、この平行四辺形リンクで前記マスク治具を移動させるマスク治具移動手段と、前記マスク治具に摺動可能に支持されたスキージホルダと、一端が前記スキージホルダに固定され、その下端が前記マスクの貫通穴に落下したはんだボールに接触しない位置まで前記マスク治具の各貫通穴に摺動可能に挿入された複数のスキージとを設けたことを特徴とするはんだボール搭載装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板や半導体ウエハなどの表面に形成された接続用のパッドにはんだボールを搭載するはんだボールの搭載方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリント基板や半導体素子（以下、ワークという）の電気的な接続を行うためのボールグリッドアレイ（以下、ＢＧＡという）を形成する方法の一つに、ワークに形成された接続用のパッドに搭載したはんだボールを溶融させて形成するものがある。
【０００３】
このようなＢＧＡの形成方法においては、ワークの表面に形成されたパッドの位置に対応させて、搭載するはんだボールよりも小径の複数の穴を形成したマスクにはんだボールを吸着させ、マスクにはんだボールを吸着させた状態で、はんだボールの下端部をフラックス槽に浸けることによりはんだボールの表面にフラックスを塗布した後、ワーク上に位置決めし押し付けることにより、フラックスの粘着力によりはんだボールをワークに搭載している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、はんだボールの外径にはばらつきがあるため、使用されるはんだボールの平均径を基準としてフラックスを塗布した場合、径の小さなはんだボールではフラックスの塗布量が不足して、ワークに搭載したときの粘着力が不足してはんだボールの位置が移動するなど不具合が発生する。
【０００５】
また、小さいはんだボールを基準としてフラックスを塗布した場合、はんだボールを吸着するマスクの穴にフラックスが付着して、マスクによるはんだボールの吸着を解除しても、穴に付着したフラックスの粘着力によってはんだボールがマスクから離れず、はんだボールをワークに搭載できないことがある。
【０００６】
このような現象は、一度に搭載するはんだボールの数が多くなるほど発生しやすくなるため、一度に搭載できるはんだボールの数は、通常数１００個であり、多くても１０００個程度が限度であった。
【０００７】
上記の事情に鑑み、本発明の目的は、一度に数万個のはんだボールをワークに搭載することができるはんだボールの搭載方法およびその装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本出願の請求項１に記載の発明は、予め所定の複数の位置にフラックスが塗布されたワークの表面に、前記フラックスの塗布位置と対向するはんだボールの径より若干大径の複数の穴が形成されたマスクを配置し、前記マスクの穴を通してワークのフラックスの塗布位置にはんだボールを搭載するはんだボールの搭載方法であって、前記マスクと相対移動可能で、前記マスクの穴形成領域外の位置で待機するスキージによって仕切られた空間に予め複数のはんだボールを供給し、ワークの表面にマスクを位置決めし、ワークとマスクの相対位置を保持した状態でワークとマスクを前記スキージの待機位置が高くなるように所定の角度傾斜させ、前記スキージを前記マスクに沿って往復移動させ、前記スキージによって支えられたはんだボールを前記マスクに沿って往復移動させた後、前記ワークとマスクを水平状態に戻し、前記マスクをワークから離間させ、ワークを搬出するようにした。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、水平軸を中心として揺動可能なチルトテーブルと、クランク機構を介して前記チルトテーブルを揺動させるチルトテーブルの揺動手段と、ワークの位置決め手段とワークの固定手段とを備え、前記チルトテーブルに支持されたテーブルと、前記ワークのはんだボール搭載領域と対応する複数の矩形の貫通穴が形成され、前記チルトテーブルに摺動可能に支持されたマスク治具と、所定の間隔で形成されワーク表面に接触する複数のリブの間に、前記ワークのはんだボール搭載位置に対応するはんだボールの径より若干大径の複数の貫通穴が形成され、前記マスク治具の前記ワークとの対向面に固定されたマスクと、前記チルトテーブルを一辺とする平行四辺形リンクを備え、この平行四辺形リンクで前記マスク治具を移動させるマスク治具移動手段と、前記マスク治具に摺動可能に支持されたスキージホルダと、一端が前記スキージホルダに固定され、その下端が前記マスクの貫通穴に落下したはんだボールに接触しない位置まで前記マスク治具の各貫通穴に摺動可能に挿入された複数のスキージとを設けた。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１ないし図１１は、本発明の実施の形態を示すもので、図１は、はんだボール搭載装置の平面図、図２は、図１のＡーＡ断面図、図３は、図１におけるチルトテーブルの駆動機構を示す側面図、図４は、図３の駆動機構部を示す正面図、図５は、図２におけるＢ部の拡大図、図６は、図１におけるワークとマスクおよびマスク治具の関係を示す拡大図、図７は、図２におけるＣーＣ断面図、図８は、はんだボールの搭載工程の開始時をを示す工程図、図９は、はんだボールの搭載工程における搭載状態を示す工程図、図１０は、はんだボールの搭載工程におけるスキージの移動端を示す工程図、図１１は、はんだボールの搭載工程の終了状態を示す工程図である。
【００１１】
図１ないし図３において、１はブラケットで、図示しないベースに所定の間隔で固定されている。２は軸受けで、ブラケット１に支持されている。３はチルトピンで、軸受け２に回転可能に支持されている。４はチルトテーブルで、チルトピン３間に固定されている。したがって、チルトテーブル４は、チルトピン３の軸心を中心として回転可能に支持されている。
【００１２】
図１，図３および図４において、５はブラケットで、前記ベースに固定されている。６はチルトモータで、ブラケット５に固定されている。７はフランジで、チルトモータ６の回転軸に固定されている。８はクランクピンで、フランジ７の偏心位置に固定されている。９はクランクプレートで、クランクピン８に回転可能に支持されている。１０はクランクピンで、チルトテーブル４とクランクプレート９を結合している。
【００１３】
したがって、クランクピン８が下端位置にある状態から、チルトモータ６によりフランジ７が１８０度回転するとクランクピン８、クランクプレート９およびクランクピン１０を介してチルトテーブル４の一方が押し上げられ、チルトピン３の軸心を中心として回動し、チルトテーブル４が傾斜する。また、この状態からさらにフランジ７が１８０度回転すると、クランクピン８、クランクプレート９およびクランクピン１０を介してチルトテーブル４の一方が引き下げられてチルトテーブル４は水平な状態に戻される。
【００１４】
チルトテーブル４の傾斜させる角度θは、後述するマスク上をはんだボールがその自重で転がり落ち、しかも、マスクに形成された貫通穴に落下しやすい角度（たとえば、２０度ないし３０度程度）に設定することが望ましい。
【００１５】
このような構成とすることにより、チルトテーブル４を傾斜させるとき、あるいは水平状態に戻すとき、その始動時と停止時における加減速を円滑に行うことができ、ワーク１４に不要な振動を与えることがない。
【００１６】
図１ないし図７において、１１はテーブルで、チルトテーブル４に支持されている。１２は真空吸着ポケットで、テーブル１１の上面に形成され真空吸着回路１３を介して真空供給源に接続されている。１４はワークで、テーブル１１に真空吸着により固定される。
【００１７】
なお、前記テーブル１１の上面には、ワーク１４の外形を拘束して水平方向の位置決めを行うための溝や、ワーク１４に形成された切り欠きなどの特徴点を利用して回転方向に位置決めを行う位置決め手段（図示せず）を設けることもできる。
【００１８】
１５はマスク治具で、複数の矩形の貫通穴１６が平行に形成され、その間はリブ１７となっている。１８はガイドピンで、前記チルトテーブル４に形成されたガイド穴を摺動可能に貫通し、その一端はマスク治具１５の下面に固定されている。
【００１９】
１９ははんだボール。２０はマスクで、ワーク１４のはんだボール搭載位置と対応する位置に、はんだボール１９の径より若干大径の複数の貫通穴２１と、ワーク１４のはんだボール１９の非搭載領域でワークに接触し、ワーク１４のはんだボール１９を搭載する領域とマスク２０の接触を防止するリブ２２が形成され、前記マスク治具１５に固定されている。
【００２０】
このマスク２０は、金属板で形成することができる。また、たとえば、片面銅張積層板に貫通穴２１の穴あけを行った後、貫通穴２１が形成された領域の銅箔をエッチングにより除去する事によって形成することもできる。
【００２１】
図７において、２３はアームピンで、前記チルトテーブル４に固定されている。２４はリンクアームで、アームピン２３に回転可能に支持されている。２５はアームロッドで、リンクアーム２４に固定されている、２６は平行リンクで、アームロッド２５に回転可能に支持されている。そして、チルトテーブル４とリンクアーム２４および平行リンク２６で平行四辺形リンクを構成し、平行リンク２６は、その移動領域の下端にあるとき、前記ガイドピン１８の下端と若干の隙間を持って対向している。
【００２２】
２７はブラケットで、前記ベースに固定されている。２８はシリンダで、ブラケット２７に固定され、そのロッド２９がアームロッド２５と対向している。
【００２３】
したがって、シリンダ２８の作動によりロッド２９がアームロッド２５を押すと、リンクアーム２４が揺動して平行リンク２６の高さがｈだけ高くなり、ガイドピン１８を介してマスク治具１５を高さだけ押し上げることができる。
【００２４】
また、シリンダ２８の作動によりロッド２９がアームロッド２５から後退すると、マスク治具１５およびマスク治具１５に搭載された他の部材の重量でマスク治具１５が下降する。
【００２５】
マスク治具１５の移動量ｈは、テーブル１１の上面とマスク２０の下面の間に、手動もしくは自動搬送手段でワークの搬出入が可能な間隔（たとえば、６ｍｍから１０ｍｍ程度）に設定することが望ましい。
【００２６】
このような構成とすることにより、ワーク１４にマスク２０を接触させる際、あるいはワーク１４からマスク２０を離間させる際に、マスク２０の移動速度を小さくすることができるので、はんだボール１９とマスク２０の貫通穴２１の内周面が接触していても、はんだボール１９とマスク２０の離間させる際にはんだボール１９を移動させることなく確実にマスク２０を離間させることができ、かつ、ワーク１４に不要な衝撃を与えることがない。
【００２７】
図１，図２および図５において、３０はガイドレールで、前記マスク治具１５に固定されている。３１は直動軸受で、ガイドレール３０に摺動可能に支持されている。３２はホルダで、その側面に溝３３が形成され、直動軸受３１に固定されている。３４はスキージで、その下部が前記マスク治具１５の貫通穴１６内に摺動可能に挿入されホルダ３２に固定されている。
【００２８】
このスキージ３４の下端と前記マスク２０の上面との間隔は、マスク２０上に供給されたはんだボール１９の半径より小さく、かつ、マスク２０の貫通穴２１に落ち込んだはんだボール１９の頭頂部にスキージ３４が接触しない大きさに設定されている。また、リブ１７とスキージ３４の間の隙間もはんだボール１９の半径より小さく設定する。
【００２９】
３５はガイドレールで、前記ガイドレール３０と平行に前記チルトテーブル４に固定されている。３６は直動軸受で、ガイドレール３５に摺動可能に支持されている。３７はドライビングフックで、前記ホルダ３２の溝３３と着脱可能に嵌合するように直動軸受３６に固定されている。
【００３０】
このドライビングフック３７は、ベルト駆動手段（図示せず）で駆動され、ガイドレール３５に沿って所定の速度で移動する。そして、ホルダ３２を介してスキージ３４を移動させる。
【００３１】
スキージ３４を移動させる速度は、マスク２０上を転がり落ちるはんだボール１９がマスク２０の穴２１内に確実に落下し得る速度を適宜選択して設定する。たとえば、チルトテーブル４の傾斜角度が２５度で、はんだボール１９の直径が０．４ｍｍの場合、スキージ３４の移動速度は、１０から３０ｍｍ／秒程度に設定することができる。
【００３２】
このような構成で、予めマスク治具１５の貫通穴１６の一端と待機位置に設定されたスキージ３４との間に形成された空間に、マスク２０を通してワーク１４に供給する数の２ないし３倍の数のはんだボール１９を供給する。
【００３３】
チルトテーブル４が水平な状態でシリンダ２８を作動させ、ロッド２９を突出させてアームロッド２５を押すことにより、マスク治具１５を上昇させてテーブル１１とマスク２０の間に所要の間隔を形成する。
【００３４】
この間隔を通して、ワーク１４をテーブル１１上に供給して位置決めし、真空供給手段からテーブル１１の真空吸着ポケット１２に真空圧を供給して、ワーク１４をテーブル１１に固定する。
【００３５】
シリンダ２８を作動させてロッド２９を後退させることにより、マスク治具１５を下降させ、マスク２０のリブ２２をワーク１４の上面に接触させる。
【００３６】
この状態で、チルトモータ６を作動させ、図８に示すように、チルトテーブル４を角度θに傾斜させる。このとき、テーブル１１とマスク治具１５も同時に傾斜する。このとき、はんだボール１９は、スキージ３４に支えられているため、自重によって落下することはない。
【００３７】
なお、図において、Ｆはワーク１４のはんだボール搭載位置に塗布されたフラックスである。
【００３８】
この状態で、図示しない駆動手段からドライビングフック３７を介して、スキージ３４を下方に向けて移動させる。すると、図９に示すように、スキージ３４の移動に連れてはんだボール１９が自重によりマスク２０上を転がり落ちる。
【００３９】
このとき、スキージ３４の近傍のはんだボール１９は図示したように重なり合った状態で転がり落ちていくが、その後側は貫通穴１６内に一面に広がり１層の状態で転がり落ちていく。したがって、スキージ３４の移動速度を適当に設定することによりはんだボール１９を確実に貫通穴２１に落下させることができる。
【００４０】
このようにして、マスク２０の貫通穴２１上を通過するはんだボール１９は、貫通穴２１を通して貫通穴２１の下に配置されたワーク１４に塗布されたフラックスＦ上に落下する。一つの貫通穴２１に一つのはんだボール１９が入ると、後続のはんだボール１９は、貫通穴２１に入っているはんだボール１９を乗り越えて転がり落ちていく。
【００４１】
図１０に示すように、スキージ３４が下降端まで移動すると、マスク２０に形成された全ての貫通穴２１にそれぞれ一つのはんだボール１９が落ち込み、フラックスＦの粘着力によって保持されワーク１４上に搭載される。
【００４２】
この状態で、スキージ３４をその待機位置へ戻すことにより、スキージ３４とともに下方に移動した余剰のはんだボール１９が、スキージ３４に押されて待機位置へ戻される際に、貫通穴２１内に落ち込んだはんだボール１９のうえを乗り越えて行くため、貫通穴２１内に落ち込んだはんだボール１９をフレックスＦに押し込むことになり、フラックスＦによるはんだボール１９の保持が確実になる。
【００４３】
この状態で、チルトモータ６を作動させ、図１１に示すように、チルトテーブル４を水平な状態に戻す。そして、シリンダ２８によりマスク治具１５を上昇させ、ワーク１４を取り出す。
【００４４】
なお、上記の実施の形態によれば、チルトテーブル側とマスク治具側とをホルダ３２とドライビングフック３７の間で切り離すことができるので、ワークの種類の合わせてマスク治具側を複数種準備しておくことにより、複数品種のワークにも容易に適応することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、搭載すべきはんだボールの数が数万個以上であっても、一度の作業で確実に必要な数のはんだボールを搭載することができる。また、簡単な操作で作業できるので、作業が容易で作業能率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるはんだボール搭載装置の平面図。
【図２】図１のＡーＡ断面図。
【図３】図１におけるチルトテーブルの駆動機構を示す側面図。
【図４】図３の駆動機構部を示す正面図。
【図５】図２におけるＢ部の拡大図。
【図６】図１におけるワークとマスクおよびマスク治具の関係を示す拡大図。
【図７】図２におけるＣーＣ断面図。
【図８】  はんだボールの搭載工程の開始時をを示す工程図。
【図９】  はんだボールの搭載工程における搭載状態を示す工程図。
【図１０】はんだボールの搭載工程におけるスキージの移動端を示す工程図。
【図１１】はんだボールの搭載工程の終了状態を示す工程図。
【符号の説明】
４…チルトテーブル、６…チルトモータ、７…フランジ、８…クランクピン、９…クランクプレート、１０…クランクピン、１１…テーブル、１４…ワーク、１５…マスク治具、１６…貫通穴、１７…リブ、１８…ガイドピン、１９…はんだボール、２０…マスク、２１…貫通穴、２４…リンクアーム、２５…アームロッド、２６…平行リンク、３０…ガイドレール、３２…ホルダ、３４スキージ、
【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】
0004012647.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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