JP2010050269A - 微小ボール搭載装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
被搭載物を囲むように配置される当接部材を振動手段により振動させるとともに、張力をかけた配列マスクを広い面積を有する当接部材に押圧することによって、振動手段の振動を配列マスクに確実に伝達させる。

【解決手段】
微小ボール搭載装置に次の手段を採用する。
第１に、 被搭載物の上方に配置され微小ボールの挿入部がボール搭載部に形成された配列マスクと、該マスクに振動を付与する手段とを備える。
第２に、振動手段による配列マスクの振動中に、配列マスクの上面に沿って微小ボールの集団を移動させることによって微小ボールを配列マスクの挿入部に落とし込んで被搭載物上に搭載する。
第３に、被搭載物を囲むように配置される当接部材を設けるとともに振動手段により当接部材を振動させるようにする。
第４に、張力をかけた配列マスクを当接部材に押圧することによって、配列マスクを振動させる。

【選択図】 図２

Description

本発明は、微小ボール搭載装置の改良に関するもので、詳しくは、被搭載物の搭載箇所に対応して微小ボールの挿入部が形成された配列マスクを用いて微小ボールを搭載する微小ボール搭載装置に関する。

配列マスクの上面に沿って多数の微小ボールを収容したボールカップを移動させることによって、微小ボールを配列マスクの挿入部に落とし込んで、被搭載物上に搭載する微小ボールの搭載装置において、ボールカップ内の微小ボール（半田ボール２）は、図４に示されるように、ボールカップ４の進行方向後側に集まってしまい、微小ボール（半田ボール２）の挿入部への落とし込みがスムーズに行われないことがあった。

そこで、配列マスクを用いた微小ボールの落とし込み方式の微小ボール搭載装置においては、従来より微小ボールを配列マスクの挿入部に落としやすくするため、特許文献１に示されるように配列マスクに加振器（振動源）を設けていた例があった。配列マスクに振動を付与すると、微小ボール（半田ボール２）は、ボールカップ４内で分散し、挿入部への落とし込みがスムーズになっていた。

しかし、微小ボール搭載装置において、被搭載物である半導体ウエハの種類が変更された場合には、導電性の微小ボールが搭載される電極の配列が変わり、微小ボールの径も変わるため、配列マスクを交換する必要がある。このような場合、特許文献１に記載のような導電性ボール搭載装置では、配列マスクに加振器（振動源）を直接取り付けているので、加振器を配列マスク毎に用意するか、配列マスク交換毎に加振器の取り外しと取り付けとを行うかする必要があった。更に、振動源として、単に圧電素子を配列マスクに接触させただけでは、たとえ配列マスクに張力をかけても、配列マスクは撓む性質を有するため配列マスクに振動が適正に伝わらないことがあった。

そこで、本特許出願人は、すでに特願２００７−２０１９８２号特許出願（平成１９年８月２日出願）として、上記課題を解決するため、次の手段を採用した導電性ボール搭載装置を提案した。
第１に、導電性ボールの挿入部が搭載領域に所定の配列パターンで形成された配列マスクと被搭載物の上方に配列マスクを支持するマスク支持手段と配列マスクに振動を付与する振動手段とを備え、振動手段による配列マスクの振動中に、配列マスクの上面に沿って多数の導電性ボールを収容したボールカップを移動させることによって導電性ボールを配列マスクの挿入部に落とし込んで被搭載物上に搭載する導電性ボールの搭載装置とする。
第２に、上記振動手段は、振動源と、振動源が連結されるとともに吸引口が設けられた当接面とを備え、当接面に配列マスクを吸着させて振動源の振動を当接面を介して配列マスクに伝達することを特徴とする導電性ボール搭載装置とする。

しかし、上記特許出願にかかるボール搭載装置のように、振動する当接面に配列マスクを吸着するだけでは振動の伝達が悪く、更に、配列マスクの張力も弱いため、配列マスクの振動も弱いものとなってしまっていた。

特開２００２−２３１７５２号公開特許公報

そこで本発明は、被搭載物を囲むように配置される当接部材を振動手段により振動させるとともに、張力をかけた配列マスクを広い面積を有する当接部材に押圧することによって、振動手段の振動を配列マスクに確実に伝達させることにより上記問題点を解決しようとするものである。

第１の発明は、上記課題を解決するため、微小ボール搭載装置に次の手段を採用する。
第１に、被搭載物の上方に配置され微小ボールの挿入される挿入部がボール搭載部に形成された配列マスクと、配列マスクに振動を付与する振動手段とを備える。
第２に、振動手段による配列マスクの振動中に、配列マスクの上面に沿って微小ボールの集団を移動させることによって微小ボールを配列マスクの挿入部に落とし込んで被搭載物上に搭載する装置とする。
第３に、前記被搭載物を囲むように配置される当接部材を設けるとともに前記振動手段により前記当接部材を振動させるようにする。
第４に、張力をかけた配列マスクを当接部材に押圧することによって、配列マスクを振動させる。

第２の発明は、第１の発明に前記当接部材は、上面に平坦部を有し、該平坦部に配列マスクが押圧されること付加した微小ボール搭載装置であり、第３の発明は、第２の発明に、前記当接部材の外側に配列マスクを外側に引っ張る張力付与手段を設け、当接部材に押圧した配列マスクを平坦面よりわずかに下方へ引っ張るようにして配列マスクを当接部材に押圧したことを付加した微小ボール搭載装置である。

第１の発明及び第２の発明では、配列マスクを広い面積を有する当接部材に押圧することによって、振動手段の振動を配列マスクに確実に伝達させ、ボールカップ内の片側などに導電性ボールが集まることを防止し、ボールカップの移動によって、導電性ボールを配列マスクの挿入部に確実に落とし込み、ミッシングボールの発生やボールカップと配列マスクの間隙で導電性ボールを噛み込むことを防止することができる微小ボール搭載装置となった。

第３の発明の効果ではあるが、張力付与手段によりわずかに下方に引っ張るようにして、配列マスクを当接部材に押圧しているので、振動を伝達させる当接部材から配列マスクへの振動の伝達がより確実なものとなるだけでなく、配列マスクに強い振動を生じさせるに十分な張力を与えることができるものとなった。

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に関するものである。勿論、本発明は、被搭載物上に所定の配列パターンで形成された各電極に、導電性の微小ボールを搭載するその他の微小ボール搭載装置においても利用可能である。

本発明における微小ボールには、半田ボール等の導電性ボール、被搭載物には、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、実施例では微小ボールとして半田ボール２、被搭載物としてウエハ１を用いている。また、粘着材料としては、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、半田ボールが載置されるウエハ上の電極には予めフラックスが塗布されている。

通常、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、搬出用のウエハ受渡部を有するものであるが、本発明にかかる微小ボール搭載装置は、ボール搭載部に特徴を有するものである。このボール搭載部には、図１の平面説明図に示されるようにウエハ１上の電極のパターンに合わせて配列された挿入孔８が形成された配列マスク３、半田ボール２を配列マスク３の挿入孔８に落とし込むボールカップ４、及び図２に示されるウエハ１を吸着保持して上下動可能であるウエハ載置テーブル９とが配備されている。

図１に示されるように、ボールカップ４には、多数の半田ボール２が収容される２つのボール収容部３１が形成されている。ボール収容部３１が配列マスク３の貫通孔形成領域６上を通過する。ボール収容部３１は、上部にボール供給用の開口部が形成され、底面にボール落下用の開口部が形成されている。

ボールカップ４の底面の開口部は、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３１と配列マスク３の上面とで多数の半田ボール２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。

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３２と、カップホルダ３２を移動させるＹ軸移動装置２３と、カップホルダ３２の移動のためのガイドレール３３とからなる。

カップホルダ３２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３４およびスプリング３５の付勢という微弱な力により軽く保持され、配列マスク３よりわずか上方に浮上している。

Ｙ軸移動装置２３は、ボールカップ４が保持されるカップホルダ３２を、駆動モータ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、Ｙ軸移動装置２３にカップホルダ３２が装着されている。カップホルダ３２は、ガイドレール３３に沿って移動自在に配置されており、Ｙ軸移動装置２３によりカップホルダ３２はガイドレール３３に沿って前進および後退移動を行う。

配列マスク３は、マスク金属部であるメタルマスク３０の周囲を中空の枠５に伸縮性あるシートである紗２２を介して貼り付けるとともに、メタルマスク３０の角部に外方に引っ張ることが可能な突出部材である保持用ブロック部材１０を取り付けたものである。

メタルマスク３０は、非常に薄いニッケルなどの金属でできており、中央の貫通孔形成領域６に、半田ボール２が挿入され、通過可能な大きさの挿入孔８が、ウエハ１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。図１で中央に現れた多数の矩形図形はダイサイズ領域を誇張して図示したもので、該ダイサイズ領域内に多数の挿入孔８が存在する。

実施例でのメタルマスク３０及び枠５は、図１及び図３などに示されるように四角形に形成されいる。勿論、四角形である必要はないが、多角形であることが、張力を付加する上で適している。四角形のメタルマスク３０の周囲には紗２２が取り付けられ、紗２２は四角形の枠５に張力をかけて貼られている。メタルマスク３０の四つの角部には、保持用ブロック部材１０が取り付けられている。尚、対角となる保持用ブロック部材１０はメタルマスク３０の中央の貫通孔形成領域６を挟むように配置されている。紗２２によりメタルマスク３０は図５中、前後左右方向に張力を付与され、保持用ブロック部材１０により角部の外側斜め方向に張力を付与される。

配列マスク３は、図２に示されるようにウエハ１の上面に形成される半田ボール２の搭載面の上方に適宜の間隔を介して支持されるよう配列マスク支持装置に支持されている。該配列マスク支持装置には、ウエハ載置テーブル９に載置されたウエハ１を囲むように配置される当接部材であるバックアッププレート１１と、該バックアッププレート支持部１２（図２に示される）と、配列マスク３に取り付けられた保持用ブロック部材１０を外方へ引っ張る４カ所の引っ張り機構１３が設けられている。

バックアッププレート１１は、図３に示されるように中央にウエハ１より若干大きめの開口部１４を形成したプレート状の石材からなり、上面が平面精度の高い平坦面に形成されており、ウエハ載置テーブル９に載置されたウエハ１を囲むように配置され、配列マスク支持装置に支持されたボール配列マスク３の保持用ブロック部材１０の位置に対応する四つの角部には面取り部１１ａが形成されている。バックアッププレート１１は、実施例ではウエハ１の周囲を全て囲む形状の一枚の中央部中空のプレート状のものであるが、必ずしも全てを囲むものでなくともよく、且つ、一枚プレートではなく、分割構造としたものであってもよい。

該バックアッププレート１１は、上面に配列マスク３と当接する平坦部である当接面２５が形成されており、この当接面２５が、ウエハ１の半田ボール２の搭載面よりわずかに高くなる位置にバックアッププレート支持部１２により支持されている。尚、バックアッププレート１１が、金属材料ではなく石材で形成されているため、剛性が高く、熱による変形の影響も低減させることができ、金属材料に比較して平面精度をよくすることができ、加工も容易になり、コスト低減の効果もある。

バックアッププレート１１の下面でボールカップ４の進行方向前後左右の４カ所には、本発明における振動手段の振動源となる超音波振動子２４が装着されている。振動源としては超音波振動子２４に限定されるものではなく、また振動源の取付位置や個数も限定されるものではなく、バックアッププレート１１に振動を付与できるものであればよい。超音波振動子２４は、図３及び図５に示されるように、進行方向前方のバックアッププレート１１の下面左右に所定間隔離れて２個装着され、且つ、進行方向後方のバックアッププレート１１の下面で装着された超音波振動子２４との向かい合った位置に２個装着されている。

超音波振動子２４は、ボールカップ４の進行方向後側の超音波振動子２４を動作させて、バックアッププレート１１の上面に平坦部として形成された当接面２５を介して、配列マスク３に対して、ボールカップ４の進行方向に向けて超音波振動を付与する。勿論、前後の超音波振動子２４を同時に超音波振動させてもよい。配列マスク３が超音波振動子２４の振動を受けることにより、配列マスク３に接触する半田ボール２に振動を伝達して動き易くし、噛み込みをなくすことになる。

尚、超音波振動子２４は、振動周波数や振幅などが調整可能であり、また、超音波振動子２４に印加する電気エネルギにより振動エネルギを調整可能である。半田ボール２の径に応じて振動エネルギを調整する必要がある。更に、超音波振動子２４の発振周波数は、半田ボール２の径及び配列マスク３の厚みにより決定される。

図１及び図５に示されるようにバックアッププレート１１の位置より、外方向で配列マスク３の四つの角部付近に各々引っ張り機構１３が、合計４個設けられている。尚、四つの角部の内、一つの角部は基準位置として、ボール配列マスク３に形成された保持用ブロック部材１０を引っ掛け保持する保持部１９を有する引っ掛け部とし、他の三つの角部を引っ張り機構としてもよい。

引っ張り機構１３は、バックアッププレート支持部１２と同一フレーム１６に固定されたスタンド１７の上部に、アーム１８を支点７を介して回動可能に装着し、該アーム１８の上端部を保持用ブロック部材１０と係脱自在な保持部１９として形成したものであり、アーム１８の下方に連結されたエアーシリンダ２０を作動させることにより、保持部１９を、バックアッププレート１１の外方の若干下方へと移動可能とされている。従って、引っ張り機構１３の保持部１９と、保持用ブロック部材１０との係合位置は、バックアッププレート１１とほぼ同じ高さまたは若干低い高さとされている。

次に、この配列マスク支持装置に配列マスク３を装着する手順について説明する。先ず、紗２２により各辺に張力が付与されているメタルマスク３０をバックアッププレート１１の当接面２５に載置して、メタルマスク３０の角部に存在する保持用ブロック部材１０を、引っ張り機構１３の保持部１９に係合可能にする。

その後、基準位置となる引っ張り機構１３とその対角位置にある引っ張り機構１３のエアーシリンダ２０を作動させて、メタルマスク３０を同方向へ引っ張る。このとき引っ張り機構１３の保持部１９は、外方の若干下方へと移動するためメタルマスク３０をバックアッププレート１１に、張力をかけられた状態で押圧する。

その後、残った二つの角部に存在する引っ張り機構１３のエアーシリンダ２０を作動させ、先の張力方向と交差する方向に張力を付加することにより、配列マスク３の装着が完了する。これによりメタルマスク３０の中央の貫通孔形成領域６には均等な張力が作用することになる。この状態で、引っ張り機構１３の保持部１９は、バックアッププレート１１の上面より若干下方に引っ張られているので、メタルマスク３０は、張力をかけられて平面精度の高いバックアッププレート１１にしっかりと張り付くのである。

この引っ張り機構１３と紗２２の張力により、配列マスク３のメタルマスク３０の部分をバックアッププレート１１の平坦部として形成された当接面２５に十分な張力を付与されて押圧しているため、振動が伝達しやすいだけでなく、適正な強さの振動を配列マスク３に与えることができる。この振動によりボールカップ４内の半田ボール２は、スムーズに配列マスク３の挿入孔８に落とし入れることができるのである。

本実施例にかかる半田ボール搭載装置におけるボール搭載部の平面説明図 配列マスク支持装置の概略正面説明図 ウエハとバックアッププレートと配列マスクとの関係を示す分解斜視図 ボールカップと配列マスクと振動源との関係を示す説明図 ボールカップと配列マスクを示す正面説明図 配列マスクの部分拡大断面説明図

符号の説明

１・・・ウエハ
２・・・半田ボール
３・・・配列マスク
４・・・ボールカップ
５・・・枠
６・・・貫通孔形成領域
７・・・支点
８・・・貫通孔
９・・・ウエハ載置テーブル
１０・・・保持用ブロック部材
１１・・・バックアッププレート
１２・・・バックアッププレート支持部
１３・・・引っ張り機構
１４・・・開口部
１６・・・フレーム
１７・・・スタンド
１８・・・アーム
１９・・・保持部
２０・・・エアーシリンダ
２２・・・紗
２３・・・Ｙ軸移動装置
２４・・・超音波振動子
２５・・・当接面
３０・・・メタルマスク
３１・・・ボール収容部
３２・・・カップホルダ
３３・・・ガイドレール
３４・・・スライドローラ
３５・・・スプリング

Claims (3)

1. 被搭載物の上方に配置され微小ボールの挿入される挿入部がボール搭載部に形成された配列マスクと、配列マスクに振動を付与する振動手段とを備え、
   振動手段による配列マスクの振動中に、配列マスクの上面に沿って微小ボールの集団を移動させることによって微小ボールを配列マスクの挿入部に落とし込んで被搭載物上に搭載する微小ボール搭載装置において、
   前記被搭載物を囲むように配置される当接部材を設けるとともに前記振動手段により前記当接部材を振動させるようにし、張力をかけた配列マスクを当接部材に押圧することによって、配列マスクを振動させることを特徴とする微小ボール搭載装置。
   
2. 前記当接部材は、上面に平坦部を有し、該平坦部に配列マスクが押圧されることを特徴とする請求項１記載の微小ボール搭載装置。
   
3. 前記当接部材の外側に配列マスクを外側に引っ張る張力付与手段を設け、当接部材に押圧した配列マスクを平坦面よりわずかに下方へ引っ張るようにして、配列マスクを当接部材に押圧した請求項２記載の微小ボール搭載装置。

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