JP3185779B2 - 導電性ボールの搭載方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チップや基板など
のワークの電極上に、バンプを形成するための導電性ボ
ールを搭載する導電性ボールの搭載方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】フリップチップなどのバンプ付きワーク
の製造工程において、ワークの電極にバンプ（突出電
極）を形成する方法として、半田ボールなどの導電性ボ
ールを用いる方法が知られている。また導電性ボールを
用いる方法として、搭載ヘッドを導電性ボールの供給部
の上方で上下動作を行わせることにより、搭載ヘッドで
多数個の導電性ボールをピックアップし、次いでこの搭
載ヘッドをワークの上方で上下動作を行わせて、多数個
の導電性ボールをワークの電極に一括して搭載する方法
が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の方法では、搭載ヘッドは、導電性ボールの供給部にお
いて余分な導電性ボール（本発明では、この余分なボー
ルのことを「エキストラボール」と称する）をピックア
ップしやすく、ワークにはこのエキストラボールも誤っ
て搭載されることとなって、不良ワークが生産されてし
まうという問題点があった。

【０００４】したがって本発明は、エキストラボールが
誤ってワークに搭載されるのを解消できる導電性ボール
の搭載方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、導電性ボール
の供給部に備えられた導電性ボールを搭載ヘッドの下面
に形成された吸着孔に吸着してピックアップしワークに
搭載する導電性ボールの搭載方法であって、搭載ヘッド
が導電性ボールをピックアップした後、搭載ヘッドの下
面に余分に付着したエキストラボールを検出し、また搭
載ヘッドが導電性ボールをワークに搭載した後、搭載ヘ
ッドの下面に残存付着する残存ボールを検出するように
した。

【０００６】本発明によれば、搭載ヘッドに誤って余分
に付着したエキストラボールを検出し、エキストラボー
ルが検出されなかった搭載ヘッドの導電性ボールのみを
ワークに搭載できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は本発明の
実施の形態１の導電性ボールの搭載装置の側面図、図２
および図３は同導電性ボールの移送動作の説明図、図４
は同エキストラボールの検出部の斜視図、図５は同エキ
ストラボールの検出動作の説明図、図６は同残留ボール
の検出動作の説明図、図７は同搭載ヘッドの下部の部分
拡大断面図である。

【０００８】図１において、１は導電性ボールとしての
半田ボールであり、容器２に貯溜されている。３は容器
２を載置する基台である。基台３の内部には、容器２内
の半田ボール１を流動化させるために、容器２を振動さ
せる振動手段や、容器２の内部へガスを送り込むガス供
給手段が内蔵されている。容器２の右壁には、ブラシ４
が上向きに突設されている。容器２や基台３は、半田ボ
ール１の供給部を構成している。

【０００９】図１において、１０はワークであり、クラ
ンパ１１にクランプして位置決めされている。クランパ
１１は台部１２に立設された支柱１３に支持されてい
る。クランパ１１と台部１２と支柱１３は、ワーク１０
の位置決め部となっている。容器２とワーク１０の間に
は、半田ボール１の回収部であるケース１４が設けられ
ている。図４において、ケース１４の両側部にはブラケ
ット１５、１６が立設されている。ブラケット１５の内
面には発光素子１７が装着されており、またブラケット
１６の内面には受光素子１８が装着されている（図５も
参照）。発光素子１７と受光素子１８は、ケーブル１９
を介して検出部２０に接続されている。検出部２０は制
御部２１に接続されている。Ｌは発光素子１７から受光
素子１８へ向って照射される光の光路である。この発光
素子１７と受光素子１８は、エキストラボールの検出手
段を構成している。

【００１０】図１において、２２は搭載ヘッドである。
搭載ヘッド２２はボックス２３の下部に保持されてい
る。ボックス２３の上部にはモータ２４が設けられてい
る。ボックス２３の内部には、モータ２４に駆動される
送りねじなどの上下動手段が内蔵されており、モータ２
４が駆動すると、搭載ヘッド２２は上下動作を行う。図
７に示すように、搭載ヘッド２２の下部には吸着孔２５
が多数開孔されている。搭載ヘッド２２は空気圧ユニッ
ト（図外）に接続されており、空気圧ユニットが駆動す
ることにより、吸着孔２５に半田ボール１を真空吸着し
て保持し、また真空吸着状態を解除することにより半田
ボール１を落下させる。

【００１１】図７において、吸着孔２５には、半田ボー
ル１を１個だけ吸着可能なテーパ状の凹部２５ａが形成
されており、半田ボール１が正常に吸着されるとこの凹
部２５ａに収容される。一方、エキストラボール１Ａは
凹部に収容されずに搭載ヘッド２２の下面２２ａに付着
するので、正常に吸着された半田ボール１との間に高低
差が確保される。実施の形態１の導電性ボールの搭載装
置では、正常な半田ボール１とエキストラボール１Ａと
の高低差を利用することによりエキストラボール１Ａを
正常に吸着された半田ボール１と区別して検出できるよ
うにしている。

【００１２】図１において、ボックス２３は移動手段と
しての横長の移動テーブル２６に保持されている。移動
テーブル２６には送りねじ機構が内蔵されており、モー
タ２７が駆動して送りねじ機構が作動すると、搭載ヘッ
ド２２は容器２、ケース１４、ワーク１０の間を水平方
向へ移動する。

【００１３】この導電性ボールの搭載装置は上記のよう
に構成されており、次に動作を説明する。図１におい
て、搭載ヘッド２２は容器２の上方へ移動し、そこで下
降・上昇動作を行うことにより、その下部の吸着孔２５
に半田ボール１を真空吸着してピックアップする。図７
は、半田ボール１をピックアップした搭載ヘッド２２の
下部を示している。図示するように、各吸着孔２５に
は、それぞれ１個の半田ボール１が真空吸着されている
が、この図７では、１個の余分な導電性ボール（エキス
トラボール）１Ａが付着している。このエキストラボー
ル１Ａをワーク１０に搭載すると、ワーク１０は不良品
になるので、エキストラボール１Ａはワーク１０に搭載
してはならない。なおエキストラボール１Ａの発生原因
は、静電気による半田ボール同士の付着や吸着孔２５の
真空漏れなどである。

【００１４】さて、図１において、半田ボール１をピッ
クアップした搭載ヘッド２２は、ワーク１０へ向って右
方へ移動する（図２も参照）。このとき、搭載ヘッド２
２はブラシ４の上方を通過し、ブラシ４の上端部は搭載
ヘッド２２の下面に保持された半田ボール１に摺接す
る。図７に示す半田ボールのうち、吸着孔２５に直接正
しく真空吸着された正常な半田ボール１は、強く真空吸
着して保持されているためブラシ４が摺接しても落下し
ないが、エキストラボール１Ａは静電気などにより弱い
力で保持されているので、ブラシ４に摺接すると落下し
て容器２に回収される。なお本実施の形態のように、搭
載ヘッドの移動路にブラシ４を設け、ブラシ４を半田ボ
ール１に摺接させるようにすれば、半田ボール１をワー
ク１０へ移送する途中において、エキストラボール１Ａ
を簡単に落下させて除去できる。またブラシ４を容器２
に設けることにより、ブラシ４で落下せられたエキスト
ラボール１Ａをそのまま容器２に回収できる。

【００１５】次いで、搭載ヘッド２２は、図５に示すよ
うに発光素子１７と受光素子１８の間を通過する。図５
および図７に示すように、搭載ヘッド２２のレベルは、
正常な半田ボール１には光路Ｌは遮光されないが、正常
な半田ボール１よりも下方へ突出するエキストラボール
１Ａには遮光される高さに設定されている。勿論、搭載
ヘッド２２のレベルは、モータ２４を駆動して行う。上
述のように、エキストラボール１Ａはブラシ４で摺接落
下せられるものであるが、摺接落下は必ずしも成功する
ものではなく、図５および図７に示すようにエキストラ
ボール１Ａがなおも残存付着している場合がある。この
ようなエキストラボール１Ａは光路Ｌを遮光することに
より検出される。

【００１６】このように、エキストラボール１Ａが検出
された場合には、様々な対応方法があり、次にそのいく
つかを説明する。まず第１の方法は、搭載ヘッド２２を
ケース１４の上方で停止させ、そこで空気圧ユニット
（図外）を逆方向に作動させることにより、吸着孔２５
からエアを吹き出すか、あるいは真空吸着状態を解除す
ることにより、搭載ヘッド２２が保持するすべての半田
ボール１とエキストラボール１Ａをケース１４に落下さ
せて回収する。そして搭載ヘッド２２を容器２の上方へ
復帰させ、ピックアップ動作をやり直す。

【００１７】第２の方法は、図２において矢印Ｑ１、Ｑ
２、Ｑ３で示すように、搭載ヘッド２２を容器２の上方
へ戻し、矢印Ｑ４で示すようにブラシ４の上方を再度移
動させて、ブラシ４によるエキストラボール１Ａの摺接
落下をやり直す。

【００１８】第３の方法は、搭載ヘッド２２を容器２の
上方へ戻し、そこで搭載ヘッド２２を下降させて搭載ヘ
ッド２２の下面を容器２に大量に貯溜された半田ボール
１の層中に突入させ、その状態でモータ２７を正逆駆動
することにより搭載ヘッド２２を横方向にスクラブ動作
させることにより、エキストラボール１Ａを強制的に振
り落す。以上のように、エキストラボール１Ａは様々な
方法で除去できる。

【００１９】さて、エキストラボール１Ａが除去された
搭載ヘッド２２は、図１においてワーク１０の上方へ移
動する。そこで搭載ヘッド２２は下降して半田ボール１
をワーク１０の電極上に着地させる。次に半田ボール１
の真空吸着状態を解除して搭載ヘッド２２を上昇させれ
ば、半田ボール１はワーク１０の電極上に搭載される。
半田ボール１が搭載されたワーク１０は、加熱炉（図
外）へ送られ、半田ボール１を加熱溶融固化させてバン
プが形成される。なお半田ボール１を加熱溶融するため
には、フラックスが必要である。フラックスは図示しな
い手段により、搭載ヘッド２２の下面に保持された半田
ボール１の下面若しくはワーク１０の電極上に塗布され
る。

【００２０】さて、上述のように搭載ヘッド２２はワー
ク１０に半田ボール１を搭載したならば、搭載ヘッド２
２は容器２の上方へ復帰する。図６は、この復帰中にケ
ース１４上を通過する搭載ヘッド２２を示している。１
Ｂは搭載ヘッド２２の下面に残存する半田ボール（以
下、「残存ボール」と称する）である。残存ボール１Ｂ
は、ワーク１０への搭載に失敗して、搭載ヘッド２２の
下面に残存付着するものである。

【００２１】この残存ボール１Ｂは、光路Ｌを遮光する
とにより検出される。なお、モータ２４を駆動すること
により、搭載ヘッド２２の高さを、往路よりも復路をわ
ずかに低くするか、あるいは図外のリフターによりケー
ス１４をわずかに高くすることにより、図６に示すよう
に残存ボール１Ｂで光路Ｌを遮光させ、これを検出する
ことができる。

【００２２】残存ボール１Ｂが検出された場合には、先
のワーク１０は半田ボール不足の不良品であるので、ラ
インから除去するか、若しくは半田ボール１が存在しな
い電極上に別途のリカバリー手段により半田ボール１を
補充する。また図６において、搭載ヘッド２２の吸着孔
２５からエアを吹き出すことにより、残存ボール１Ｂは
ケース１４に強制的に落下させて回収する。次いでこの
搭載ヘッド２２は容器２の上方へ復帰し、上述した動作
が繰り返される。

【００２３】（実施の形態２）図８は本発明の実施の形
態２の導電性ボールの搭載装置の側面図、図９は同カメ
ラの明暗画像図である。３０はカメラ、３１は上方へ照
明光を照射する光源であり、上記発光素子１７と受光素
子１８に替えて、搭載ヘッド２２の移動路の下方に設け
られている。容器２内の半田ボール１をピックアップし
た搭載ヘッド２２は、このカメラ３０の上方へ移動し、
カメラ３０で観察される。

【００２４】図９はカメラ３０で入手された画像を示し
ている。半田ボール１は光沢のある金属の球体であり、
下方から光を照射すると、そのセンターに入射した光の
みが下方へ強く反射されてカメラ３０に入射するので、
半田ボール１のセンターのみが明るく観察される。なお
搭載ヘッド２２の下面は、カメラ３０で黒く観察される
ように、黒色などの暗色にしておく。図９において、
１’は正常な半田ボール１の画像、１Ａ’はエキストラ
ボールの画像である。したがってこの画像を周知画像処
理技術によって解析することにより、エキストラボール
１Ａの存在を簡単に検出できる。

【００２５】（実施の形態３）図１０は本発明の実施の
形態３の導電性ボールの搭載装置の側面図、図１１は同
部分側面図である。３２はレーザユニットであり、上記
発光素子１７と受光素子１８に替えて、搭載ヘッド２２
の移動路の下方に設けられている。

【００２６】レーザユニット３２からレーザスポット光
を照射し、このレーザスポット光を搭載ヘッド２２の下
面全面にスキャンニングさせてその反射光を受光すれ
ば、搭載ヘッド２２の下面のレベル分布を検出できる。
エキストラボール１Ａは正常な半田ボール１よりも下方
へ突出しているので、このレベル分布を周知解析技術で
解析することにより、エキストラボール１Ａの有無を簡
単に確認できる。

【００２７】本発明はさらに様々な設計変更が可能であ
って、図６に示す残存ボール１Ｂの検出も、図８に示す
カメラ３０や図１０に示すレーザユニット３２で行って
もよい。また導電性ボールとしては、半田ボール以外に
も、金ボールなども使用できる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、搭載ヘッドに誤って付
着したエキストラボールを検出し、エキストラボールが
検出されなかった搭載ヘッドの導電性ボールのみをワー
クに搭載できる。また導電性ボールをワークに搭載した
後に残存する残存ボールの検出も簡単に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の導電性ボールの搭載装
置の側面図

【図２】本発明の実施の形態１の導電性ボールの搭載装
置の導電性ボールの移送動作の説明図

【図３】本発明の実施の形態１の導電性ボールの搭載装
置の導電性ボールの移送動作の説明図

【図４】本発明の実施の形態１の導電性ボールの搭載装
置のエキストラボールの検出部の斜視図

【図５】本発明の実施の形態１の導電性ボールの搭載装
置のエキストラボールの検出動作の説明図

【図６】本発明の実施の形態１の導電性ボールの搭載装
置の残留ボールの検出動作の説明図

【図７】本発明の実施の形態１の導電性ボールの搭載装
置の搭載ヘッドの下部の部分拡大断面図

【図８】本発明の実施の形態２の導電性ボールの搭載装
置の側面図

【図９】本発明の実施の形態２の導電性ボールの搭載装
置のカメラの明暗画像図

【図１０】本発明の実施の形態３の導電性ボールの搭載
装置の側面図

【図１１】本発明の実施の形態３の導電性ボールの搭載
装置の部分側面図

【符号の説明】

１ 半田ボール １Ａ エキストラボール １Ｂ 残存ボール ２ 容器 ３ 基台 ４ ブラシ １０ ワーク １１ クランパ １４ ケース １７ 発光素子 １８ 受光素子 ２２ 搭載ヘッド ２５ 吸着孔 ２６ 移動テーブル ３０ カメラ ３１ 光源 ３２ レーザユニット

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/60 H01L 21/60 311 H01L 21/66

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性ボールの供給部に備えられた導電性
   ボールを搭載ヘッドの下面に形成された吸着孔に吸着し
   てピックアップしワークに搭載する導電性ボールの搭載
   方法であって、搭載ヘッドが導電性ボールをピックアッ
   プした後、搭載ヘッドの下面に余分に付着したエキスト
   ラボールを検出し、また搭載ヘッドが導電性ボールをワ
   ークに搭載した後、搭載ヘッドの下面に残存付着する残
   存ボールを検出するようにしたことを特徴とする導電性
   ボールの搭載方法。
2. 【請求項２】前記吸着孔に正常に吸着された導電性ボー
   ルとエキストラボールの高低差を利用し、発光素子から
   受光素子へ照射された光の遮光によりエキストラボール
   を検出することを特徴とする請求項１記載の導電性ボー
   ルの搭載方法。
3. 【請求項３】前記吸着孔に導電性ボールを１個だけ吸着
   可能な凹部を形成して、前記正常に吸着された導電性ボ
   ールと前記エキストラボールの高低差を確保することを
   特徴とする請求項２記載の導電性ボールの搭載方法。
4. 【請求項４】光源から前記搭載ヘッドに光を照射して導
   電性ボールが明るく観察される前記搭載ヘッドの下面の
   画像をカメラで入手し、この画像から光沢のある金属の
   球体であるエキストラボールを検出することを特徴とす
   る請求項１記載の導電性ボールの搭載方法。
5. 【請求項５】前記搭載ヘッドの下面を暗色として光沢の
   ある金属の球体である導電性ボールを明るく観察するこ
   とを特徴とする請求項４記載の導電性ボールの搭載方
   法。
6. 【請求項６】前記吸着孔に正常に吸着された導電性ボー
   ルとエキストラボールの高低差を利用し、レーザユニッ
   トにより前記搭載ヘッドの下面のレベル分布をスキャン
   ニングしてエキストラボールを検出することを特徴とす
   る請求項１記載の導電性ボールの搭載方法。
7. 【請求項７】前記導電性ボールの供給部が導電性ボール
   を貯溜する容器から成り、エキストラボールが検出され
   たときは、前記搭載ヘッドの下面を前記容器に貯溜され
   た導電性ボールの層中に突入させ、エキストラボールを
   前記搭載ヘッドから強制的に落して前記容器に回収する
   ようにしたことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに
   記載の導電性ボールの搭載方法。