(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラックスを表面の所定の位置に塗布したワークと、はんだボールが通過できる径の穴を前記フラックスの塗布位置に対応する位置に形成したマスクとをマスクが上側になるようにして対向させ、前記マスクの表面側から前記穴を通して前記はんだボールを前記フラックスに搭載するはんだボールの搭載方法において、
前記マスクと前記ワークを相対的に位置決めした後、両者を予め定める角度傾斜させ、前記マスクの高くなった側の前記穴が配置された領域の外側の表面に前記穴の数よりも多い前記はんだボールを供給し、スキージではんだボールを支えながら、該スキージを予め定める速度で移動させることにより前記はんだボールの落下する速度を予め定める速度に規制して、前記はんだボールを前記表面上で移動させ、前記はんだボールの少なくとも一部が低くなった側の前記領域の外側に移動した後、前記両者をこれまでとは逆の方向に傾斜させ、前記穴に係合しなかった前記はんだボールを前記マスク上から除去することを特徴とするはんだボール搭載方法。
【請求項２】
フラックスを表面の所定の位置に塗布したワークと、はんだボールが通過できる径の穴を前記フラックスの塗布位置に対応する位置に形成したマスクとをマスクが上側になるようにして対向させ、前記マスクの表面側から前記穴を通して前記はんだボールを前記フラックスに搭載するはんだボールの搭載装置において、
前記マスクの表面側に、１組の対向する２辺が平行で、前記穴が配置された領域を囲う壁を形成すると共に、水平面に対して両方向に傾斜可能なチルトテーブルと、両端が前記２辺に嵌合し、下端が前記マスクの表面と予め定める距離を隔てるようにして前記領域を前記２辺の方向に移動自在のスキージと、前記スキージの移動手段とを設け、前記ワークと前記マスクを前記２辺の方向を傾斜方向にして前記チルトテーブルに支持させ、前記スキージではんだボールを支えながら、該スキージを予め定める速度で移動させることにより前記はんだボールの落下する速度を予め定める速度に規制する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上に塗布されたフラックス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。
【０００２】
【従来の技術】
ボールグリッドアレイ法（以下、ＢＧＡ法という。）では、ワーク表面に配置されたパッドに対応させて、はんだボールよりも小径の穴をマスクに形成しておく。そして、この穴にはんだボールを吸着し、はんだボールの下端をフラックス槽に僅かに漬けて、はんだボールの表面にフラックスを塗布する。その後、はんだボールをパッドに押しつけ、塗布したフラックスを介してはんだボールをパッド上に搭載する。この結果、１回の工程で、多数のはんだボールをパッド上に搭載することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記ＢＧＡ法の場合、はんだボールの外径にはばらつきがあるから、小径のはんだボールに合わせてフラックスを塗布すると、マスクにフラックスが付着することがあり、吸着を停止してもはんだボールがマスクから離れない場合があった。このため、ボールの外径の公差を小さく、また、フラックス表面の高さおよび平坦度を常に管理する必要があり、作業能率を向上させることができなかった。また、１回の工程で搭載できるはんだボールの数は１０００個程度までであった。
【０００４】
本発明の目的は、上記した課題を解決し、１回の工程で２〜３万個のはんだボールをワーク上に搭載させることができ、作業能率を向上させ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にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成すため、請求項１の発明は、フラックスを表面の所定の位置に塗布したワークと、はんだボールが通過できる径の穴を前記フラックスの塗布位置に対応する位置に形成したマスクとをマスクが上側になるようにして対向させ、前記マスクの表面側から前記穴を通して前記はんだボールを前記フラックスに搭載するはんだボールの搭載方法において、前記マスクと前記ワークを相対的に位置決めした後、両者を予め定める角度傾斜させ、前記マスクの高くなった側の前記穴が配置された領域の外側の表面に前記穴の数よりも多い前記はんだボールを供給し、スキージではんだボールを支えながら、該スキージを予め定める速度で移動させることにより前記はんだボールの落下する速度を予め定める速度に規制して、前記はんだボールを前記表面上で移動させ、前記はんだボールの少なくとも一部が低くなった側の前記領域の外側に移動した後、前記両者をこれまでとは逆の方向に傾斜させ、前記穴に係合しなかった前記はんだボールを前記マスク上から除去することを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２の発明は、フラックスを表面の所定の位置に塗布したワークと、はんだボールが通過できる径の穴を前記フラックスの塗布位置に対応する位置に形成したマスクとをマスクが上側になるようにして対向させ、前記マスクの表面側から前記穴を通して前記はんだボールを前記フラックスに搭載するはんだボールの搭載装置において、前記マスクの表面側に、１組の対向する２辺が平行で、前記穴が配置された領域を囲う壁を形成すると共に、水平面に対して両方向に傾斜可能なチルトテーブルと、両端が前記２辺に嵌合し、下端が前記マスクの表面と予め定める距離を隔てるようにして前記領域を前記２辺の方向に移動自在のスキージと、前記スキージの移動手段とを設け、前記ワークと前記マスクを前記２辺の方向を傾斜方向にして前記チルトテーブルに支持させ、前記スキージではんだボールを支えながら、該スキージを予め定める速度で移動させることにより前記はんだボールの落下する速度を予め定める速度に規制することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。先ず、全体構成を説明する。
【０００８】
図１は、本発明に係るはんだボール搭載装置の平面図、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。チルトテーブル４の両側には１対のチルトピン３が固定されている。チルトピン３は、１対のブラケット１に保持された軸受け２に回転自在に係合している。ブラケット１はベース１００に固定されている。図２に示すように、チルトテーブル４にはテーブル１１が固定されている。テーブル１１には、ワーク１４が保持されている。また、マスク治具１５が、２対のガイドピン１８を介してチルトテーブル４に位置決めされている。
【０００９】
マスク治具１５の下面には、多数の穴２１が形成されたマスク２０が固定されている。また、マスク治具１５の中央の穴部には複数のリブ１７がＸ方向（図１の上下方向）に配置され、複数の矩形の穴１６を形成している。マスク治具１５の上側には、１対のガイドレール３０が固定されている。ホルダ３２は、ガイドレール３０に係合する直動軸受３１に固定され、Ｘ方向に移動自在である。ホルダ３２の側面には、溝３３が形成されている。ホルダ３２は、穴１６に嵌合する幅で、穴１６と同数のスキージ３４を支持している。スキージ３４で仕切られたワーク１４と反対側の穴１６には、はんだボール１９が収納される。ガイドレール３５は、ガイドレール３０と平行になるようにして、チルトテーブル４に固定されている。溝３３に嵌合するドライビングフック３７が、ガイドレール３５に係合する直動軸受３６に固定されている。
【００１０】
チルトテーブル４の側面には、ブラケット５１が固定されている。ブラケット５１に固定された軸５２には、チルトシリンダ５３のピストンロッドが回転自在に嵌合している。チルトシリンダ５３のシリンダはチルトシリンダ５４のシリンダに固定され、チルトシリンダ５４のピストンロッドは、スタンド５５に固定された軸５６に回転自在に嵌合している。スタンド５５はベース１００に固定されている。そして、チルトシリンダ５３、５４のピストンロッドのうちいずれか一方が伸び、他方が縮んだとき、軸５２の軸心とチルトピン３の軸心が鉛直線上に並ぶように構成されている。
【００１１】
ベース１００に固定されたブラケット６０には、ストッパシリンダ６１が固定されている。ストッパシリンダ６１は先端に固定されたストッパ６２をＸと直角のＹ方向に移動させる。
【００１２】
次に、図３、４によりさらに詳細に説明する。
【００１３】
図３は、図２におけるＢ部拡大図、図４は、図３におけるワーク１４とマスク２０の関係を示す拡大図である。テーブル１１の上面には、複数の真空吸着ポケット１２が形成されており、それぞれ通路１３を介して真空供給源に接続されている。ワーク１４の表面には、フラックスＦが予め塗布されている。マスク２０に設けられた穴２１の直径は、はんだボール１９よりも僅かに大径である。マスク２０の底面（ワーク１４側の面）のリブ１７に対応する位置には、フラックスＦの塗布厚さよりも厚いリブ２２が配置されている。
【００１４】
スキージ３４の下端とマスク２０の表面（ワーク１４と反対側の面）との間隔は、はんだボール１９の半径より十分小さく、かつ、マスク２０の表面に接触しない大きさに形成されている。また、スキージ３４とリブ１７との間の隙間は、はんだボール１９の半径よりも十分小さく形成されている。
【００１５】
次に、マスク治具１５とチルトテーブル４との関係をさらに詳しく説明する。図５は、図２におけるＣ−Ｃ断面図である。チルトテーブル４には２対のアームピン２３が固定されている。アームピン２３はリンクアーム２４を回転自在に支持している。リンクアーム２４にはアームロッド２５が固定されている。アームロッド２５は平行リンク２６を回転自在に支持している。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は平行四辺形リンクを構成している。
【００１６】
チルトテーブル４の一方の端部にはブラケット２７が固定されている。ブラケット２７には、モータ２８が固定されている。モータ２８は一方のリンクアーム２４に当接するロッド２９をモータ２８の軸方向に移動させる。そして、ロッド２９が最も縮んだとき、すなわち、平行リンク２６が移動領域の下端にある時、一方の端部がマスク治具１５に固定されたガイドピン１８の他端と平行リンク２６との間には若干の隙間が形成されるように構成されている。また、ロッド２９が最も伸びたとき、マスク治具１５はガイドピン１８を介してｈだけ上昇する。
【００１７】
次に、チルトテーブル４を傾斜させる手段について説明する。
【００１８】
図６は図１の側面図、図７は図６のＤ矢視図である。図６に示すようにチルトテーブル４が水平の時、チルトシリンダ５３はピストンロッドを伸ばした状態、チルトシリンダ５４はピストンロッドを縮めた状態である。また、ストッパ６２は、図７中に２点鎖線で示す突出し端にあり、上面がブラケット５に当接する。この状態で、チルトシリンダ５４のピストンロッドを伸ばすと、図６に２点鎖線で示すように、チルトテーブル４は右上がりに角度θ傾く。一方、ストッパ６２を引込み端に移動させて、チルトシリンダ５３のピストンロッドを縮めると、チルトテーブル４は右下がりに角度α傾く。
【００１９】
次に、本発明の動作を説明する。なお、ホルダ３２は図１に示す位置（以下、待機位置という。）にあり、ドライビングフック３７は溝３３に嵌合している。図８〜１１は、はんだボールの搭載工程の各工程を示す図である。チルトテーブル４を水平にした状態でモータ２８を動作させ、マスク治具１５をｈ（手動もしくは自動搬送手段によりワーク１４を容易に搬入、搬出ができる距離で、６〜１０ｍｍ程度である。）上昇させ、ワーク１４をテーブル１１に位置決めする。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あるいはワーク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が設けられており、総てのフラックスＦが穴２１に対向するように位置決めされる。この状態で、真空供給手段によりワーク１４をテーブル１１に固定した後、モータ２８を動作させ、ロッド２９を最も縮んだ位置にする。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により、マスク１５は下降し、リブ２２の下端がワーク１４の表面に当接する。
【００２０】
次に、スキージ３４で仕切られたワーク１４と反対側の穴１６に、穴２１の２ないし３倍の数のはんだボール１９を供給する。そして、チルトテーブル４を角度θ傾斜させると、図８に示すように、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。なお、角度θは、マスク上をはんだボールがその自重で転がり落ち、かつ穴２１に落下しやすい角度（たとえば、２０度ないし４０度程度）に設定される。
【００２１】
この状態で、図示を省略するベルトにより、ドライビングフック３７を＋Ｘ方向に予め定める速度で移動させる。スキージ３４を移動させる速度としては、マスク２０上を自重により転がり落ちるはんだボール１９がマスク２０の穴２１内に確実に落下できる速度に設定する。すなわち、たとえば、角度θが２５度で、はんだボール１９の直径が０．３ｍｍの場合、スキージ３４の移動速度を、５〜３０ｍｍ／秒に設定する。すると、図９に示すように、スキージ３４の近傍のはんだボール１９は重なり合った状態になるが、後側は穴１６内に広がり一層の状態でマスク２０の表面上を転がり落ち、はんだボール１９は確実に穴２１に落下し、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。穴２１に１個のはんだボール１９が入ると、後続のはんだボール１９は、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る。
【００２２】
図１０に示すように、スキージ３４が穴２１の領域を越えたら（以下、移動終了位置という。）、スキージ３４の移動を停止させる。そして、ストッパ６２を引込み端に移動させた後、図１１に示すように、チルトテーブル４を角度α傾斜させる。すると、穴２１に入りきらなかったはんだボール１９が自重により待機位置側に移動する。なお、角度αとしては、穴２１内のはんだボール１９が、移動するはんだボール１９によって回転させられない大きさ（例えば２５度〜４５度）に設定する。そして、待機位置側に移動したはんだボール１９を、図示を省略する手段により回収する。
【００２３】
次に、チルトテーブル４を水平に戻し、ストッパ６２を突出し端に移動させ、ストッパ６２によりチルトテーブル４を固定する。その後、スキージ３４を待機位置に戻す。この際、スキージ３４は、マスク２０の表面に残っている余剰のはんだボール１９を待機位置へと戻すとともに、穴２１内のはんだボール１９をフラックスＦに押し込む。この結果、はんだボール１９はフラックスＦに確実に保持される。
【００２４】
スキージ３４が待機位置に戻った後、マスク治具１５を上昇させ、ワーク１４を取り出す。
【００２５】
なお、スキージ３４を移動終了位置に停止させた状態で、チルトテーブル４を角度α傾斜させ、余剰のはんだボール１９を待機位置側に移動させるのは、以下の理由によるものである。すなわち、はんだボール１９がマスク２０上に残っている状態でスキージ３４を待機位置に戻すと、図１２に示すように、余剰のはんだボール１９がスキージ３４に支えられて回転し、穴２１内のはんだボール１９を回転させることがある。穴２１内のはんだボール１９が回転すると、フラックスＦが穴２１の側面に付着し（図中ｆ）、マスク治具１５を上昇させる際、はんだボール１９が穴２１に付着してワーク１４から外れることがある。一方、上記した手順とすることにより、このような不具合の発生を防止できる。
【００２６】
この実施の形態では、モータ２８によりリンクアーム２４を動作させるようにしたから、マスク２０をワーク１４から離間させる際、マスク２０の移動速度を遅くすることが可能であり、はんだボール１９と穴２１の内周面が接触していても、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る。また、マスク２０がはんだボール１９から離間した後、モータ２８の速度を速くすることにより、マスク治具１５の移動時間を短縮できる。また、マスク２０をワーク１４に接触させる際、ワーク１４に不要な衝撃を与えることもない。
【００２７】
なお、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、チルトシリンダ５３、５４に供給する圧力流体の供給量を制御することにより、傾斜開始時と停止時における加減速を円滑に行うようにするとよい。
【００２８】
また、マスク２０をワーク１４から離間させる際、マスク治具１５に微小の振動を加えることによりマスク２０とはんだボール１９を確実に離間させるようにしてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、１回の工程で２〜３万個のはんだボールをワーク上に搭載させることができ、例えばワークが８インチのウエハであっても、全領域を１回の工程ではんだボールを確実に搭載させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るはんだボール搭載装置の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２におけるＢ部拡大図である。
【図４】図３におけるワーク１４とマスク２０の関係を示す拡大図である。
【図５】図２におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図６】図１の側面図である。
【図７】図６のＤ矢視図である。
【図８】本発明におけるはんだボールの搭載工程を示す図である。
【図９】本発明におけるはんだボールの搭載工程を示す図である。
【図１０】本発明におけるはんだボールの搭載工程を示す図である。
【図１１】本発明におけるはんだボールの搭載工程を示す図である。
【図１２】本発明の特徴を説明するための図である。
【符号の説明】
３  チルトピン
４  チルトテーブル
１４  ワーク
１６  穴
１９  はんだボール
２０  マスク
２１  穴
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】
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【図１０】
0004233190.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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