JP2002270631A

JP2002270631A - フラックス供給装置

Info

Publication number: JP2002270631A
Application number: JP2001071166A
Authority: JP
Inventors: Yoshitatsu Naito; 芳達内藤
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2002-09-20

Abstract

(57)【要約】【課題】低粘度フラックスであってもパッケージの接
続端子へ充分なフラックスを確実に供給する。【解決手段】表面に撥水膜３を設けた吸着ヘッド１０
ａの穿孔２に負圧を発生させてフラックス滴を吸着する
ことにより、低粘度フラックスであってもパッケージの
接続端子へ充分なフラックスを供給できる。またメンテ
ナンス及び製造が容易になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＢＧＡ（BALL GRI
D ARRAY）、ＣＳＰ（CHIP SIZE PACKAGEまたはCHIP SCA
LE PACKAGE）等の半導体パッケージの接続端子に対し
て、実装基板との接続材としての突出接点を形成するた
めの導電性ボールを搭載する際に使用する、フラックス
を供給するためのフラックス供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩを用いた半導体パッケージのよう
に入出力数の多いパッケージを実装基板に接続するため
の構造としてパッケージ側へ突出接点を形成する構造が
採用されている。この突出接点（例えば、はんだバン
プ）は、パッケージの接続端子へ搭載したはんだボール
に代表される導電性ボール（以下、はんだボールとい
う）を加熱溶融することにより形成する。

【０００３】図５は従来のはんだボール搭載装置を示す
図である。パッケージの接続端子へはんだボールを搭載
する装置として、例えば図５に示すはんだボール搭載装
置が提案されている。はんだボール搭載装置はベース５
１を有し、ベース５１上には一対のコラム５２が平行に
配設されている。各コラム５２にはガイド５３ａが設け
られており、これらガイド５３ａ，５３ａ上にスライダ
５４ｂが直線移動自在に設けられている。スライダ５４
ｂにはガイド５３ｂ，５３ｂが設けられており、これら
ガイド５３ｂ，５３ｂにはスライダ５４ｃが直線移動自
在に設けられている。

【０００４】更にスライダ５４ｃにはガイド５３ｃ，５
３ｃが設けられており、これらガイド５３ｃ，５３ｃに
はマウントヘッド５８が直線移動自在に設けられてい
る。また、モータ５５ａにカップリング５６ａを介して
接続され、軸受け７４ａ，７４ａを介して支持されたボ
ールネジ５７ａが前記スライダ５４ｂを図５の前後方向
に駆動し、モータ５５ｂにカップリング５６ｂを介して
接続され、軸受け７４ｂ，７４ｂを介して支持されたボ
ールネジ５７ｂが前記スライダ５４ｃを図５の左右方向
に駆動し、モータ５５ｃにカップリング５６ｃを介して
接続され、軸受け７４ｃ，７４ｃを介して支持されたボ
ールネジ５７ｃが前記マウントヘッド５８を図５の上下
方向に駆動する。

【０００５】図６は整列マスクを示した図である。マウ
ントヘッド５８の図５右側には整列マスク５９が設けら
れており、図６に示すように、パッケージ２２の接続端
子と同配列ではんだボール７２を吸着するための複数の
穿孔８１が下面に開口して形成されている。これら穿孔
８１に対しては、配管７９を介して真空ポンプ２１が接
続されている。図７はフラックス供給装置を示した図で
ある。マウントヘッド５８の図５左側にはフラックス供
給装置６０が設けられており、図７に示すように、パッ
ケージ２２の接続端子と同配列で複数の可動ピン７５が
設けられている。また、マウントヘッド５８の中央部に
はＣＣＤカメラ６１（画像処理装置へ接続）及びリング
ライト６２（光源へ接続）が固定されている。

【０００６】ベース５１中央部には搬送装置６８が設け
られている。搬送装置６８は、両端のプーリ６５，６５
により支持及び駆動されるコンベアベルト６３を有して
おり、コンベアベルト６３によりパッケージ２２が搬送
されて供給・排出される。また、コンベアベルト６３に
より搬送されてきたパッケージ２２は、エアシリンダ６
７により上下するストッパ６４により定位置で停止され
るようになっている。搬送装置６８の中央部にはマウン
ト装置６６が設けられている。マウント装置６６はモー
タ６９及び直線案内手段７０により位置決め自在になっ
ており、搬送装置６８により搬送され定位置で停止した
パッケージ２２をエアシリンダ７７により上昇して載置
固定後、所定のはんだボールの搭載位置へ位置決め可能
となっている。

【０００７】搬送装置６８の手前位置には、多数のはん
だボール７２を収納するボール供給容器７１と、モータ
またはエアシリンダの駆動源（図示せず）にてスキージ
７６を往復させることによりフラックス２６を掻き均
し、該フラックス２６の薄膜を形成するフラックス供給
装置７３とが設けられている。

【０００８】以上のような構成で、パッケージ２２を搬
送装置６８により供給して定位置で停止させ、マウント
装置６６を上昇させてパッケージ２２を載置した後、ク
ランプ又は真空吸着によりはんだボールの搭載位置へ位
置決めする。同時に、マウントヘッド５８を移動して、
整列マスク５９及びフラックス供給装置６０を、それぞ
れボール供給容器７１及びフラックス供給装置７３の上
方へ位置決めして下降させる。これにより図６に示す如
く、整列マスク５９にはんだボール７２を真空吸着させ
ると共に、図７に示す如く、可動ピン７５の先端にフラ
ックス２６を付着させる。

【０００９】次に、整列マスク５９及びフラックス供給
装置６０を上昇させた後、マウントヘッド５８を移動し
て、上記搭載位置へ位置決めされたマウント装置６６上
のパッケージ２２上方へＣＣＤカメラ６１を位置決め
後、ＣＣＤカメラ６１によりパッケージ２２の接続端子
のパターンを撮像して画像処理装置（図示せず）により
接続端子の位置を測定する。図８は、フラックス供給装
置によるフラックス付着動作の説明図である。その後、
マウントヘッド５８を移動させてフラックス供給装置６
０をパッケージ２２上方へ位置決めし、前記測定値に基
づき、可動ピン７５が接続端子と対向する位置に補正し
た後、フラックス供給装置６０を下降して、図８に示す
如く、可動ピン７５の先端を接続端子２３へ近接もしく
は接触させた後、上昇させて、該接続端子２３上へフラ
ックス２６を付着せしめる。

【００１０】図９は、整列マスクによるはんだボール搭
載動作の説明図である。更に、マウントヘッド５８を移
動して整列マスク５９を、該整列マスク５９に吸着した
はんだボール７２と接続端子２３が対向するよう、上記
画像処理装置により測定した接続端子の位置に基づいて
補正し位置決めした後、図９に示す如く、整列マスク５
９を下降して、吸着したはんだボール７２を接続端子２
３へ近接もしくは接触させると同時に真空吸引を大気圧
に切り替えてはんだボール７２を解放し、接続端子２３
上へはんだボール７２を搭載した後、整列マスク５９を
上昇させる。

【００１１】再度、マウントヘッド５８を移動してＣＣ
Ｄカメラ６１をパッケージ２２上方へ位置決めし、ＣＣ
Ｄカメラ６１でパッケージ２２上のはんだボール７２を
撮像して、はんだボール７２の多少、搭載位置ズレ等の
検査を行う。以上の動作を繰り返し、全てのパッケージ
２２の接続端子２３上へはんだボール７２を搭載完了し
た後、マウント装置６６がパッケージ７４のクランプ又
は真空吸着を解除して下降することにより、パッケージ
２２をコンペアベルト６３上へ載置し、コンべアベルト
６３の回転によりパッケージ２２を排出し、後工程のリ
フロー装置へ送ると共に、反対方向からコンペアベルト
６３が新たなパッケージ２２を供給して、上述した同様
の動作を繰り返してボール搭載を行う。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなはんだボ
ール搭載装置においては、フラックス２６の粘度が低い
場合、可動ピン７５の先端へ付着するフラックス２６の
量が少なくなるため、パッケージ２２の接続端子２３上
へ十分な量のフラックス２６を供給できない。これによ
り次工程のリフロー工程において、はんだボール７２の
表面の酸化物を十分に除去できず、はんだ付け不良とな
る。

【００１３】また、フラックス供給装置６０は、図８に
示す如く、パッケージ２２の接続端子２３と同配列の摺
動穴内に配置されたスプリング７８が可動ピン７５を押
下げて、パッケージ２２の反りによる接続端子２３の塗
布高さのばらつきを吸収するが、フラックス２６が可動
ピン７５の摺動穴へ浸入すると可動ピン７５のスムーズ
な動作ができない。また、時間の経過に伴いフラックス
２６の溶剤成分が蒸発して乾燥固化すると、可動ピン７
５が動作できなくなる。このためフラックスが塗布され
ない接続端子２３が生じて、前記同様、リフロー工程に
てはんだ付け不良となる。

【００１４】更に、接続端子数が数千ピンに及ぶ一括は
んだボール搭載の場合には、可動ピン７５の本数もまた
同数であり、穴加工及びスプリング７８、可動ピン７５
の組み立て作業量が膨大となる、という不都合が生じ
る。

【００１５】そこで本発明は上記事情に鑑み、水溶性フ
ラックス又は無洗浄フラックスのような低粘度フラック
スであってもパッケージの接続端子へ充分なフラックス
を確実に供給でき、洗浄等のメンテナンスを容易にする
ことでリフロー工程におけるはんだ付け不良を解消し、
しかも製作が容易なフラックス供給装置を提供すること
を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明のうち請求項１は、パッケージ（２２）の接続
端子に導電性ボールを搭載する際に、前記接続端子にフ
ラックス（２４）を搬送供給するフラックス供給装置で
あって、移動・位置決め自在に支持した吸着ヘッド（１
０ａ，１０ｂ）と、前記吸着ヘッド（１０ａ，１０ｂ）
の表面に設けられた撥水膜（３）と、前記吸着ヘッド表
面に開口して形成され、前記接続端子に対応したパター
ンで配置された吸着孔（２）と、前記吸着孔（２）に対
して負圧を発生させる負圧発生手段とを備えた、ことを
特徴とするフラックス供給装置にある。

【００１７】また本発明のうち請求項２は、前記負圧発
生手段は、前記吸着ヘッド表面を端部表面とするシリン
ダ（１）と、該シリンダ（１）内に摺動自在に設けられ
たピストン（６）と、を有する、ことを特徴とする請求
項１記載のフラックス供給装置にある。

【００１８】また本発明のうち請求項３は、前記吸着孔
（２）の壁面に撥水膜を設ける、ことを特徴とする請求
項１記載のフラックス供給装置にある。

【００１９】［作用］上記構成により、吸着孔（２）に
負圧を発生させることにより、各吸着孔（２）にフラッ
クス滴（２４）を吸着する。

【００２０】なお、上記括弧内の符号は図面と対照する
ためのものであり、本発明の構成を何等限定するもので
はない。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本実施形態
を説明する。なお、本実施形態で説明するフラックス供
給装置及びこれを含む導電性ボール搭載装置は、「従来
の技術」において図５で説明したはんだボール搭載装置
のフラックス供給装置６０を改良したものである。従っ
て、図５のはんだボール搭載装置のうちフラックス供給
装置６０以外の構成に関しては、本実施形態の導電性ボ
ール搭載装置でも同じであるので、これら同じ構成は同
一符号により図５を参照することとし、その説明を省略
する。

【００２２】図１はフラックス供給装置を示す図であ
る。本実施形態のフラックス供給装置は、図１に示すよ
うに、マウントヘッド５８に設けられた断面逆凹形状の
ホルダ１をシリンダとして有している。ホルダ１の下面
側には内部を閉塞する形で吸着プレート４が上記シリン
ダの端部を構成する形で設けられており、吸着プレート
４にはホルダ１の内外を連通する複数の穿孔２（吸着
孔）が形成されている。穿孔２はパッケージの接続端子
と同配列となっている。フラックス供給装置内部の吸着
プレート４の表面（下面）および穿孔２の壁面はフッ素
化合物からなる撥水膜３にて覆われている。

【００２３】ホルダ１の内部には、外周溝にＯリング５
を備えたピストン６が、ガイドピン７を案内として上下
に摺動自在に設けられており、ピストン６の上部には上
方に伸延するロッド９が設けられている。ロッド９は、
ホルダ１の上部中央に形成された軸受け８を介してマウ
ントヘッド５８側に突き出している。上記ホルダ１、吸
着プレート４、ピストン６等により吸着ヘッド１０ａが
構成されている。またシリンダであるホルダ１とピスト
ン６とにより穿孔２に対して負圧を発生させる負圧発生
手段が構成されている。

【００２４】マウントヘッド５８を間に挟んだ前記吸着
ヘッド１０ａの上方にはベアリングホルダ１２が設けら
れており、ベアリングホルダ１２内には、一対のベアリ
ング１３を介してシャフト１４が軸回転自在に支持され
ている。シャフト１４の中央部には雌螺子が形成されて
おり、該雌螺子には雄螺子１５が螺合されている。雄螺
子１５の下端部はすり割加工が施された等分割の爪１６
となっており、爪１６が吸着ヘッド１０ａのロッド９の
上端部を把持している。シャフト１４の上端部はカップ
リング１７を介してモータ１８と接続されている。

【００２５】図２はフラックスの吸着状態を説明する図
である。図１に示す如く、フラックス供給装置をフラッ
クス供給装置７３の槽内へ下降させ、図２に示す如く、
吸着ヘッド１０ａの下面とフラックス２６の膜表面との
間に微少隙間ｔ（例えばｔ＝０．００１〜０．１ｍｍ）
を保ってフラックス供給装置を位置決めする（一点鎖線
で図示）。その後、モータ１８の作動により、カップリ
ング１７、シャフト１４、雄螺子１５、ロッド９等を介
してピストン６を上昇させることにより、吸着ヘッド１
０ａ内部の空隙部２７を負圧（−１０〜５００ｍｍＨ
ｇ）とする。これにより、複数の穿孔２から外周大気と
共にフラックス２６を吸い上げてフラックス滴２４とし
て吸着する。この状態では、自重と負圧がバランスする
微少量のフラックス滴２４［４／３πｒ^３×γ（密度）
＝πＲ^２×Ｐ（真空圧）：但し、ｒはフラックス滴２４
を球とした場合の半径、Ｒは穿孔２の半径であり、フラ
ックス２４の表面張力は無視している。］が、吸着ヘッ
ド１０ａの表面の撥水力と表面張力のバランスにより半
球形状となって穿孔２に吸着される。なおフラックス滴
２４の吸着量の調整は、ピストン６の上昇移動量を変更
することにより、負圧となる空隙容積を変更することに
より可能となる。

【００２６】図４はパッケージの接続端子にフラックス
を設置した状態を示す図である（ピストン等は省略）。
次に、フラックス供給装置を上昇させ（図２の実線で示
す）、パッケージ２２の接続端子上へ位置決めし、図４
に示すように、フラックス供給装置を下降させる。この
際、フラックス供給装置の吸着ヘッド１０ａとパッケー
ジ２２の接続端子との間に微少隙間を保って位置決めさ
せる。その後、ピストン６を下方に移動させて吸引を解
除することにより、フラックス滴２４の自重及び撥水効
果にて、フラックス滴２４をパッケージ２２の接続端子
に滴下させて設置する。

【００２７】以上のようにフラックス滴２４を吸着する
ので、低粘度のフラックスであっても、後工程のリフロ
ー時にはんだ付け不良が生じない十分なフラックス量を
パッケージ２２の接続端子上へ供給できる。また細かい
ピン等の駆動部品が無いので製作が容易である。更に、
穿孔２は単なる貫通孔であるので洗浄等のメンテナンス
も容易である。

【００２８】図３は別の例のフラックス供給装置を示す
図である。図３の例では、穿孔２に連絡された空気流路
として、マウントヘッド５８に固定したホルダ１Ａの上
部の貫通穴１９及び、該貫通穴１９に接続した配管２０
を有している。該配管２０の先には、途中に真空調圧弁
及び電磁弁からなる弁ユニット４０（調整弁装置）を介
して真空ポンプ２１が接続されている。真空ポンプ２１
の手前には１個の弁からなる弁手段が設けられている。
吸着プレート４、複数の穿孔２、撥水膜３等は上述した
例と同様である。

【００２９】フラックスを吸着するには、フラックス供
給装置をフラックス供給装置７３の槽内へ下降させ、図
３に示す如く、吸着ヘッド１０ｂの下面とフラックス２
６の膜表面との間に微少隙間ｔ（例えばｔ＝０．００１
〜０．１ｍｍ）を保ってフラックス供給装置を位置決め
する（ニ点鎖線で図示）。その後、真空ポンプ２１の作
動により配管２０及び貫通穴１９を介して吸着ヘッド１
０ａ内部の空隙部２７を負圧（−１０〜５００ｍｍＨ
ｇ）とする。これにより、複数の穿孔２から外周大気と
共にフラックス２６を吸い上げてフラックス滴２４とし
て吸着する。この状態では、自重と負圧がバランスする
微少量のフラックス滴２４［４／３πｒ^３×γ（密度）
＝πＲ^２×Ｐ（真空圧）：但し、ｒはフラックス滴２４
の半径、Ｒは穿孔２の半径である。］が、吸着ヘッド１
０ａの表面の撥水力と表面張力のバランスにより半球形
状となって穿孔２に吸着される。次に、フラックス供給
装置を上昇させ（図３の実線で示す）、パッケージ２２
の接続端子上へ位置決めし、図４に示すように、フラッ
クス供給装置を下降させる。この際、フラックス供給装
置の吸着ヘッド１０ａとパッケージ２２の接続端子との
間に微少隙間を保って位置決めさせる。その後、真空ポ
ンプ２１を停止させて吸引を解除することにより、フラ
ックス滴２４の自重及び撥水効果にて、フラックス滴２
４をパッケージ２２の接続端子に滴下させて設置する。

【００３０】図３の例の場合、フラックスの吸着量の調
整は、真空ポンプ２１の吸引真空圧を変更することによ
り調整できる。また、弁ユニット４０を切り替えて、空
気流量をい調整し、開始時は、真空圧を高くして吸い込
むが、真空圧設定の小さい電磁弁を作用するよう切り替
えることにより、ホルダ１Ａ内部へのフラックスの吸い
上げを防ぎ、適切にフラックス滴２４の重量と負圧との
バランスを取るようにする。

【００３１】なお、この実施の形態では、吸着ヘッド１
０ｂの下面をフラックス２６の表面よりも上方に位置決
めしたが、フラックス２６の表面に浸漬させてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明のうち請求項
１によれば、吸着孔に負圧を発生させることにより、各
吸着孔にフラックス滴を吸着するので、低粘度のフラッ
クスであっても、後工程のリフロー時にはんだ付け不良
が生じない十分なフラックス量をパッケージの接続端子
上へ供給できる。また細かいピン等の駆動部品が無いの
で製作が容易である。更に、吸着孔は単なる貫通孔であ
るので洗浄等のメンテナンスも容易である。

【００３３】また本発明のうち請求項２によれば、負圧
発生手段をシリンダ及びピストンにより簡単な構成で実
現できるので都合がよい。

【００３４】また本発明のうち請求項３によれば、フラ
ックスが壁面に付着しないので保守が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】フラックス供給装置を示す図。

【図２】フラックスの吸着状態を説明する図。

【図３】別の例のフラックス供給装置を示す図。

【図４】パッケージの接続端子にフラックスを設置した
状態を示す図。

【図５】従来のはんだボール搭載装置を示す図。

【図６】整列マスクを示した図。

【図７】フラックス供給装置を示した図。

【図８】フラックス供給装置によるフラックス付着動作
の説明図。

【図９】整列マスクによるはんだボール搭載動作の説明
図。

【符号の説明】

１シリンダ（ホルダ）２吸着孔（穿孔）３撥水膜６ピストン１０ａ，１０ｂ吸着ヘッド２０空気流路（配管）２１真空ポンプ２２パッケージ２４フラックス滴４０調整弁装置（弁ユニット）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パッケージの接続端子に導電性ボールを
搭載する際に、前記接続端子にフラックスを搬送供給す
るフラックス供給装置であって、移動・位置決め自在に支持した吸着ヘッドと、前記吸着ヘッドの表面に設けられた撥水膜と、前記吸着ヘッド表面に開口して形成され、前記接続端子
に対応したパターンで配置された吸着孔と、前記吸着孔に対して負圧を発生させる負圧発生手段とを
備えた、ことを特徴とするフラックス供給装置。
【請求項２】前記負圧発生手段は、前記吸着ヘッド表
面を端部表面とするシリンダと、該シリンダ内に摺動自
在に設けられたピストンと、を有する、ことを特徴とする請求項１記載のフラックス供給装置。
【請求項３】前記吸着孔の壁面に撥水膜を設ける、ことを特徴とする請求項１記載のフラックス供給装置。