JP3933560B2

JP3933560B2 - Ball mounting apparatus and ball mounting method

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Publication number: JP3933560B2
Application number: JP2002330950A
Authority: JP
Inventors: 里奈村山; 雅人住川; 将志小川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2022-11-14
Also published as: JP2004165492A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボール搭載装置及びボール搭載方法に関し、詳しくは、基板や半導体素子等のワークの電極に複数の種類のボールを、一度に搭載させるためのボール搭載装置及びボール搭載方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話や携帯情報機器に代表されるように、電子機器の小型化及び軽量化に対する要望が高まっており、それにともなって、半導体装置の小型化及び高密度化が急速に進んでいる。
この目的のために、ＬＳＩチップを直接回路基板上に搭載するベアチップ実装や、半導体装置の形状をＬＳＩの形状に極力近づけることによって小型化を図った、いわゆるチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）構造の半導体装置が提案され、図２３（ｇ）に示されるようなエリアアレイ型の電極構造の半導体装置が増えている。その製造プロセスを以下に示す。
【０００３】
図２３は、エリアアレイ型の電極構造を持つ半導体装置の実装プロセスを説明する工程説明図である。同図（ａ）に示すように、配線部品１００と半導体基板１０１の裏面を熱硬化性樹脂１０２により接着する。配線部品１００は、半導体基板１０１側には電極１０３ａ、その反対側には電極１０３ａから再配線された電極１０３ｂがある。次に、同図（ｂ）に示すように、半導体基板１０１の電極１０４と配線部品１００の電極１０３ａとを、ワイヤ１０５により接続し、同図（ｃ）に示すように、封止樹脂１０６による封止を行なう。次に、同図（ｄ）に示すように、電極１０３ｂにフラックス１０７を塗布し、同図（ｆ）に示すように、導電性ボール１１０を電極１０３ｂ上に搭載すると、フラックス１０７の粘性によって、導電性ボール１１０は仮固定される。この後、同図（ｇ）に示すように、リフロー炉で導電性ボール１１０を溶融させて電極１０３ｂに接合した後、封止樹脂１０６の外周に沿ってカットして個片化する。
【０００４】
図２３（ｄ）と（ｅ）の工程の間に、導電性ボール１１０を搭載する方法の一例として、ボール容器に入れた導電性ボール１１０を、機械的振動や気流によって空中に浮遊させ、図２３（ｅ）に示されるように、真空吸引などの方法で電極１０３ｂに対応する吸着孔１０９を有するボール配列部材１０８に導電性ボール１１０を吸着させて保持する方法がある。真空引きの状態でボール配列部材１０８を半導体装置上に移動して、吸着孔１０９に吸着された導電性ボール１１０を電極１０３ｂ上に搭載する。この方法は、ボール配列部材の全ての吸着孔に同じ種類のボールを保持した状態で、1パッケージ、あるいは数パッケージに、1度にボールを搭載させる方法である。
【０００５】
これとは別に、ボール配列部材の吸着孔の全てにボールを吸着させるのではなく、一部にのみボールを吸着させるための方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法は、ボール配列部材の複数の吸着孔のうち、一部の吸着孔をマスク部材で閉塞させることで、マスク部材で閉塞されていないボール配列部材の吸着孔にのみに、ボールを吸着させて搭載する方法である。マスク部材は吸着孔とは別の真空系でボール配列板に吸着されている。
【０００６】
また、近年、半導体装置上の一部の電極において、他の電極上に搭載されるボールとは種類の異なるボールを搭載する必要が生じる場合が出てきている。その例としては下記の▲１▼▲２▼▲３▼のようなものを挙げることができる。
▲１▼ 半導体基板のコーナー部の電極に、サイズが大きい半田ボールを搭載する場合がある。根本的な原因として、個々のバンプにかかる熱応力は一般に半導体の中心から最も遠いコーナー部で大きくなる。半田バンプの体積が大きいほうが応力緩和効果は大きいが、それゆえ、隣接するボールのブリッジの危険性を考慮すると、大きい半田ボールの搭載は通常の電極ピッチよりも大きくできるコーナーへの搭載が望ましいためである。
▲２▼ 半導体基板のコーナー部の電極には樹脂コア半田ボールを搭載し、それ以外の電極には従来の半田ボールを搭載する場合がある。これは、樹脂コア半田ボールは内部の樹脂コアによって応力緩和効果が高いが、半田量が少ないのでリフロー時のセルフアライメント効果が小さく、さらに従来の半田ボールよりも高価である。そこで、熱応力が大きいコーナー部近傍は樹脂コア半田ボールによって応力を緩和し、コーナー部以外は従来の半田ボールを搭載してリフロー時のセルフアライメント性を確保すると共に、低コスト化を図っている。
▲３▼ 種類の異なるボールを搭載する別の例として、最も応力のかかるコーナー部には最も大きい半田ボール、その次に応力のかかりやすいコーナー部の周辺部には中間サイズの半田ボール、それ以外の部分には最も小さい半田ボールというように、３種類搭載することにより、応力緩和効果を向上させている。
このような▲１▼▲２▼▲３▼の要求を満たす方法として、同一ワークに２種類以上のボールを搭載する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。これは、複数の吸着ヘッドを用いて、２種類以上のボールを搭載する方法である。この方法では、ボールがｎ種類あるとき、ｎ回以上のボール搭載動作によって順次搭載する。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２６９２５７号公報
【特許文献２】
特開２００１−２２３２３４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、２種類のボールを半導体装置に搭載する場合を仮定して、前記の従来例のプロセスと装置について、詳細に検討する。
まず、特許文献１に記載のボール搭載装置において、これを行うプロセスとして、下記のようなプロセスＡ−１が想定される。
【０００９】
＜プロセスＡ−１＞
（ａ１−１）マスク脱着場にて、真空系Ａ１をＯＮして、マウントヘッドＡにて移動可能に保持されたボール配列部材Ａにマスク部材Ａ１を吸着する。
（ａ１−２）ボールＡ１を収納したボール容器Ａ１までボール配列部材Ａを移動させ、真空系Ａ２をＯＮして、ボール配列部材ＡにボールＡ１を吸着する。
（ａ１−３）マスク脱着場までボール配列部材Ａを移動させ、真空系Ａ１をＯＦＦして、ボール配列部材Ａからマスク部材Ａ１を取り外す。
（ａ１−４）マスク脱着場にて、真空系Ａ１をＯＮして、ボール配列部材Ａにマスク部材Ａ２を吸着する。
（ａ１−５）ボールＡ２を収納したボール容器Ａ２までボール配列部材Ａを移動させ、真空系Ａ２をＯＮして、ボール配列部材ＡにボールＡ２を吸着する。
（ａ１−６）半導体装置までボール配列部材Ａを移動させ、真空系Ａ２をＯＦＦして、ボール配列部材ＡからボールＡ１とボールＡ２を半導体装置の電極上へ搭載する。
上記プロセスＡ−１だけでも６工程であり、複雑であるが、実は、このプロセスＡ−１は実現するのが困難である。即ち、（ａ１−３）と（ａ１−４）に記すように、真空系Ａ１を解除してマスク部材Ａ１を外してから、別のマスク部材Ａ２を真空吸引する必要がある。しかし、（ａ１−２）の工程から（ａ１−６）の工程までは、真空系Ａ２はボールの吸着状態を維持するために、ＯＮ状態となっている。加えて、ボールを吸着させない吸着孔をマスク部材が閉塞している。これらのため、他の吸着孔にボールを吸着している状態では、マスク部材も吸着孔に真空吸引されているので、マスク部材を取り外すことはできない。したがって、実際には、下記に示すプロセスＡ−２となる。
【００１０】
＜プロセスＡ−２＞
（ａ２-１）マスク脱着場にて、真空系Ａ１をＯＮして、マウントヘッドＡにて移動可能に保持されたボール配列部材Ａにマスク部材Ａ１を吸着する。
（ａ２-２）ボールＡ１を収納したボール容器Ａ１までボール配列部材Ａを移動させ、真空系Ａ２をＯＮして、ボール配列部材ＡにボールＡ１を吸着する。
（ａ２-３）半導体装置までボール配列部材Ａを移動させ、真空系Ａ２をＯＦＦして、ボール配列部材ＡからボールＡ１を半導体装置の電極上へ搭載する。
（ａ２-４）マスク脱着場までボール配列部材Ａを移動させ、真空系Ａ１をＯＦＦして、ボール配列部材Ａからマスク部材Ａ１を取り外す。
（ａ２-５）マスク脱着場にて、真空系Ａ１をＯＮして、ボール配列部材Ａにマスク部材Ａ２を吸着する。
（ａ２-６）ボールＡ２を収納したボール容器Ａ２までボール配列部材Ａを移動させ、真空系Ａ２をＯＮして、ボール配列部材ＡにボールＡ２を吸着する。
（ａ２-７）半導体装置までボール配列部材Ａを移動させ、真空系Ａ２をＯＦＦして、ボール配列部材ＡからボールＡ２を半導体装置上へ搭載する。
プロセスＡ−２は、２種類のボールを搭載する場合のプロセスであるが、ボールの種類が増えるに伴って、ボール１種類につき、（ａ２-１）から（ａ２-４）の４工程分ずつ増加する。３種類のボール搭載のためには、１１工程も必要となり、ボールの吸着に比べて時間を要する搭載工程は合計３工程必要となる。
また、マスク部材がボール配列部材へ吸着されるときは、Ｘ−Ｙ方向のアライメントだけでなく、θのアライメントも要し、アライメントに時間をかけて精度よく行う必要がある。そうでなければ、マスク部材が吸着されるときに、マスクの着脱場からボール配列部材へ移動するので、このときに片あたりしてうまく吸着できないという不具合が生じるからである。
装置構成については、前記特許文献１の図２に示されるように、マスク部材は平板ではなく、広い縁のある箱型の複雑な形状である。マスク部材をボール配列部材に装着させるために、ボール配列部材にボールを吸着する真空系とは異なる別系統の真空系が必要であり、装置の構造が複雑になる。
また、プロセス中にマスク部材を交換するには、前記特許文献１の図１に示されるように、装置にマスク部材の脱着場も設ける必要がある。
【００１１】
次に、特許文献２に記載のボール搭載装置において、上述と同様に２種類のボールを半導体装置に搭載する場合これを行うプロセスは、下記のようなプロセスＢが想定される。
【００１２】
＜プロセスＢ＞
（ｂ-１）ボールＢ１を収納したボール容器Ｂ１へ、マウントヘッドＢ１にて移動可能に保持されたボール配列部材Ｂ１を移動させ、真空系Ｂ１をＯＮして、ボール配列部材Ｂ１にボールＢ１を吸着する。
（ｂ-２）半導体装置までボール配列部材Ｂ１を移動させ、真空系Ｂ１をＯＦＦして、ボール配列部材Ｂ１からボールＢ１を半導体装置の電極上へ搭載する一方、ボールＢ２を収納したボール容器Ｂ２までマウントヘッドＢ２にて移動可能に保持されたボール配列部材Ｂ２を移動させ、真空系Ｂ２をＯＮして、ボール配列部材Ｂ２にボールＢ２を吸着する。
（ｂ-３）ボール配列部材Ｂ１が半導体装置から退避する一方、半導体装置までボール配列部材Ｂ２を移動させ、真空系Ｂ２をＯＦＦして、ボール配列部材Ｂ２からボールＢ２を半導体装置の電極上へ搭載する。
プロセスＢは、ボール配列部材へのマスクの脱着工程が不要であり、（ｂ-２）と（ｂ-３）の工程でボール配列部材Ｂ１とボール配列部材Ｂ２が別々に駆動するため、上記プロセスＡ−２よりも工程数は減少している。したがって、ボールの種類が増えるに伴い、ボール１種類につき、（ｂ-２）の１工程分ずつの増加にとどまり、３種類のボール搭載では４工程となる。
しかしながら、半導体装置へのボールの搭載工程は、正確なアライメント、マウントヘッドの下降制御、搭載荷重制御などが必要なため、ボール吸着よりも時間がかかる。このため、半導体装置へのボールの搭載工程が、２種類のボールでは２工程、３種類のボールでは３工程あるため、タクトタイムが長い。さらに、２回目以降の搭載プロセスである（ｂ-３）において、既に搭載されているボールが、ボール搭載時に吸着孔から噴出する気流により、位置ずれを起こすことがある。
装置構成については、ボール配列部材及びこれを移動可能に保持するマウントヘッドはボールの種類だけ必要であり、その意味でマスクの１種とみなされるが、特許文献２の図５（ｂ）に示すように、半導体装置に既に搭載済みのボールに当たらないよう抉った逃げ凹部を設け、かつ多数の真空吸着孔も設けた複雑な形状のものを作製せねばならない。また、真空系はマウントヘッド毎に必要であるから、ボール搭載装置の構造が複雑になる。
さらに、搭載装置全体の構成を考えると、特許文献２の図１に示すように、マウントヘッドが移動する移動テーブルが必要であるが、ボールの種類が２種類ならば、半導体装置の置かれる可動テーブルが中央になるように１本の直状の移動テーブルを左右に差し渡すように配置し、移動テーブルの右側と左側に、それぞれマウントヘッド（公報では吸着ヘッドと称する）を配置する、という比較的シンプルな構成を取ることができる。しかしながら、ボールの種類が２種類を超えると、様様な不具合が発生する。つまり、ボールの数の増加に伴い、マウントヘッドも増加するためである。ここで、３種類のボールを連続して半導体装置に搭載することを仮定して、その装置構成とそのプロセスを詳細に検討する。
【００１３】
図２４は、１本の直状の移動路２で構成したボール搭載装置（従来例１）を用いて、ワーク９に連続して搭載するプロセスを示す。移動路２の略中央部直下には半導体装置を保持するワークテーブル７が配置され、左側に３種類のマウントヘッド１ａ、１ｂ、１ｃが搭載順に内側から配置され、各マウントヘッド１ａ、１ｂ、１ｃにそれぞれボール配列部材３ａ、３ｂ、３ｃが取付けられ、各ボール配列部材３ａ、３ｂ、３ｃに対応するボール容器５ａ、５ｂ、５ｃが下方に設置される。この搭載装置によるボール搭載プロセスでは、先ず、同図（ａ）に示すように、ボール配列部材３ａ、３ｂ、３ｃは移動路２の左側の初期位置にあり、最初にボール配列部材３ａがボール容器５ａからボールを吸着する。続いて、同図（ｂ）に示すように、ボール配列部材３ａがワーク９の方へ移動し、ボール配列部材３ａからボールを開放してワーク９に搭載し、一方、ボール配列部材３ｂがボール容器５ｂからボールを吸着した後、右方向へ移動を開始する。そして、同図（ｃ）に示すように、ボール配列部材３ａが右側へ退避し、一方、移動してきたボール配列部材３ｂがワーク９にボールを搭載し、また同時に、ボール配列部材３ｃがボール容器５ｃからボールを吸着した後に右方向へ移動をする。その後、同図（ｄ）に示すように、ボール配列部材３ｂが右側へ退避し、移動してきたボール配列部材３ａがワーク９にボールを搭載する。
このようなボール搭載装置では、新しいワーク９へボールを搭載する場合は、図２４（ｄ）の状態から図２４（ａ）の状態、即ち、全てのボール配列部材及びマウントヘッドが右側の退避場所から左側の初期位置へ戻らなければ行うことができず、タクトタイムの大きなロスとなる。また、ワークの電極上へはボール搭載前に粘性物質の塗布を通常行うので、３つのボール配列部材が初期位置へ戻るときに一斉にワーク上を通過する際の気流によって、搭載済みのボールが位置ずれするおそれもある。特に粘性物質の粘度が低い場合や粘性物質を使用しない場合は、ボール位置ずれの可能性は大となる。
【００１４】
また、３種類のボールを連続して半導体装置に搭載する他のボール搭載装置（従来例２）としては、図２５に示すように、複数本の移動路で構成したものが考えられる。このボール搭載装置は、例えば２本の直状の移動路が平行に配置され、手前の移動路２ａの左右にマウントヘッド１ａ、１ｂが配置され、これに対応するボール容器５ａ、５ｂが配置され、奥の移動路２ｂの右側にマウントヘッド１ｃが配置され、これに対応するボール容器５ｃが配置され、各マウントヘッド１ａ、１ｂ、１ｃにそれぞれボール配列部材が取付けられている。半導体装置を保持するワークテーブル７は直状の搬送路８を移動して各移動路２ａ、２Ｂの方へ移動可能であり、２本の移動路２ａ、２ｂのそれぞれの中央部へ各マウントヘッド１ａ、１ｂ、１ｃが移動することにより、各ボール配列部材からボールを半導体装置へ受け渡して搭載することができる。
【００１５】
また、３種類のボールを連続して半導体装置に搭載する別のボール搭載装置としては、図２６の従来例３に示すように、ワークを保持するワークテーブル７は、円環状の搬送路８に移動可能に設置され、搬送路８に対して３本の移動路２ａ、２ｂ、２ｃが放射状に配置され、各移動路２ａ、２ｂ、２ｃにそれぞれマウントヘッド１ａ、１ｂ、１ｃが配置され、各マウントヘッド１ａ、１ｂ、１ｃにそれぞれボール配列部材が取付けられ、搬送路８の外側にそれぞれのボール容器５ａ、５ｂ、５ｃが配置されている。半導体装置を保持するワークテーブル７は、搬送路８を巡ることにより、各移動路２ａ、２ｂ、２ｃの内側部へ移動してきた各ボール配列部材からボールが受け渡されて搭載される。
【００１６】
図２５、図２６のような装置構成とすることにより、一見、マウントヘッドの初期位置への復帰というタクトタイムの大きなロスを避けることができると考えられる。しかしながら、複数箇所でボールの搭載に対応するには、ワークテーブルのボール搭載時に高い精度が要求されるアライメント制御性を保ちながら、ワークテーブルの可動範囲を大幅に広げる必要があり、装置構成として非常に複雑なものとなる。特に、移動路が円環状であるためにワークテーブルが長い距離曲線移動する図２６の装置構成では問題になりやすい。また、ワークテーブルが移動する際、既に搭載されているボールが移動による気流や加速度のために搭載ずれをおこす可能性もある。特に図２６では移動路が長いので、移動による搭載ずれか、大変なタクトタイムのロスかの選択を迫られることになる。
また、これらのボール搭載装置では、移動路の放射状配置や平行配置のために、装置の奥行き・設備面積がかなり増加してしまう。またこれらに加えて、作業性の問題が発生する。つまり、ボール搭載作業開始時に、必要な治具や材料の設置、動作確認等を作業者が行うことが常となっており、ボール搭載中に何らかの不具合が生じた場合、作業者が設置や動作の確認を手動や半手動で行うことがある。しかし、作業者には、装置の奥の部分は、ボール容器の設置や吸着動作の確認等がし難く、確認作業や修正作業に手間取ることになる。
こうした種々の課題は、ボールの吸着工程と搭載工程の内、搭載工程が、ボールの種類だけ存在することにより発生しているものが多い。
【００１７】
本発明は、上記問題点を解決し、ボール配列部材にボールを真空吸着した状態で取り外すことが可能なマスク部材を用いることによって、複数の種類のボールをボール配列部材に吸着させ、一括搭載できるボール搭載装置及びボール搭載方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
かくして、本発明によれば、複数個の導電性のボールを収納し、かつ該ボールを取出し可能な取出し開口部を有する少なくとも１個のボール容器と、該ボール容器内の前記ボールを所定の配列で真空吸着可能な複数の吸着孔を有するボール配列部材を備えた吸引手段と、前記ボール配列部材の前記複数の吸着孔の内の前記ボールの吸着を阻止すべき吸着孔を閉鎖可能なマスク部材と、前記複数の吸着孔の内の前記ボールを吸着すべき吸着孔にボールを吸着させた状態で前記ボール配列部材をワーク上に相対移動させる相対移動手段とを備え、前記ボール配列部材の真空吸着を解除して前記吸着孔に吸着したボールを開放落下させて前記ワーク上の電極に搭載させるボール搭載装置であって、
前記マスク部材は、その周縁が前記ボール容器の前記取出し開口部の開口端に取付けられ、かつ前記ボール配列部材における前記ボールの吸着を阻止すべき吸着孔に対応する領域に、吸着孔側と、ボール容器側又はボール容器外部の大気側との間を通気させる通気部を有するボール搭載装置が提供される。
【００１９】
このように構造された本発明のボール搭載装置によれば、ボール配列部材はボール容器内のボールを吸着する際にマスク部材に接することとなる。そして、マスク部材に繰り抜き形成されたボール通過孔を通って吸着孔まで達したボールは吸着孔に真空吸着され、マスク部材に覆われている部分ではマスク部材に阻止されてボールが吸着孔に吸着せず、所定のボール配列でボール配列部材にボールが吸着される。この間、マスク部材に覆われている吸着孔には、ボール容器側又はボール容器外部の大気側からマスク部材の通気部を通して空気が送り込まれており、それに加えてマスク部材はボール容器に一体的に取付けられているので、マスク部材はボール配列部材に吸着されることがない。したがって、ボール配列部材とマスク部材とを引き離す際は、同一の真空発生装置にて全ての吸着孔に対して真空引きを行い、かつその内の特定の吸着孔にボールが吸着している状態でも、ボール配列板からボールを脱落させることなくマスク部材を容易に引き離すことができる。また、マスク部材がボール容器に一体化していることにより、装置構造が簡素化されるという利点もある。
【００２０】
ここで、本発明において対象となるワークとしては、電極を有するチップやウェハなどの半導体装置や、半導体装置以外の電極を有する各種電子部品等を挙げることができる。なお、例えば、電極間ピッチが０．５ｍｍであるワークに、マスク部材で覆われていない吸着孔に直径０．３ｍｍのボールを吸着して搭載する場合、吸着孔の直径は０．３５〜０．４５ｍｍの範囲であることが望ましい。
【００２１】
また、本発明において使用するボールとしては、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田ボール、樹脂コア半田ボール等が考えられる。樹脂コア半田ボールの構造は、ポリイミドなどの樹脂からなるコアの周囲に銅をメッキし、その上に半田をメッキしたものを代表として挙げることができる。樹脂コア半田ボールは、樹脂コアによって応力緩和をするが、従来の樹脂コアを持たない半田ボールに比べて半田量が少ないためリフロー時のセルフアライメント効果が弱く、また高価である。そこで、熱応力が大きい半導体チップのコーナー部にのみ、樹脂コア半田ボールを搭載することによって、樹脂コアの熱応力緩和効果によって、温度サイクル信頼性を向上させ、リフロー時のセルフアライメント効果はコーナー部以外に搭載された半田ボールによって確保される。また、全ての電極に樹脂コア半田ボールを搭載する場合よりも低コストとなる。
【００２２】
本発明において、ボール容器へのマスク部材の固定は、接着剤による固着であってもよいし、ボール容器のコーナー部４箇所や周囲に着脱部を設けてもよい。例えば、真空吸着、磁石による吸着、プッシュピンとその受け部を設けて嵌合、ネジ止め、ボール容器付属のバネ式の押えなどでクリップしてもよい。このときは、ボール配列部材への接触をさけるため、ネジの頭や押えを納めるためのザグリをマスク部材に入れるのが望ましい。
【００２３】
本発明において、マスク部材の通気部は、先ずボールが通気部を通過してボール配列部材の吸着孔へ吸着されないようにする必要があり、さらに、通気部にボールが吸着されても吸着孔に通気性が保たれるように配慮するのが望ましい。
例えば、通気部は、マスク部材を貫通してボール容器側と吸着孔側との間を通気させる通気孔からなり、この通気孔は、そのボール容器側の開口部にはボールによる閉鎖を阻止可能な第１通気エリアを有すると共に、吸着孔側の開口部には前記第１通気エリアと連通し、かつボール配列部材の吸着孔に対向する位置で開口する第２通気エリアを有するものであってもよい。具体的には、通気孔は、個々の吸着孔に対して１個が配置され、かつそのボール容器側の開口部がボールの通過を阻止可能な非円形状に形成されているものを挙げることができる。この場合、通気孔はボールが通過できない開口サイズに設定される。
このようにすれば、ボール配列部材へボールを吸着させるとき、マスク部材の通気孔にボールが吸着されても、球形のボールにて通気孔のボール容器側の開口部が完全に塞がれることが無く、隙間である第１通気エリアが形成される。この第１通気エリアは、通気孔におけるボール配列部材の吸着孔側の開口部である第２通気エリアと連通しているため、気流がボール容器側から吸着孔側へ抜ける通気性を容易に確保して吸着孔によるマスクの真空吸着を防止することができる。この場合、通気孔の形状としては非円形状であれば特に限定されず、例えば三角形、長方形、菱形、台形、十字形、星形、その他の多角形、長円形、楕円形、瓢箪形、不定形等を挙げることができるが、その開口サイズはボールが通らないものとされる。
【００２４】
また、通気部は、マスク部材を貫通してボール容器側と吸着孔側との間を通気させる通気孔からなり、この通気孔は、ボールの直径よりも小さい孔径及びピッチに形成された複数個の通気小孔からなるものであってもよい。つまり、通気孔をマスク部材に円形状に形成する場合、ボールが通らない径で、かつ隣接する通気孔の両方にボールが吸着しない間隔で、１個の吸着孔に対して複数個に分割配置する。
通気孔をこのように構成することにより、以下の効果が得られる。吸着孔の開口径の直径は、ボールを１個だけ吸着するために、吸着するボールの直径の２倍以下でなければならないので、吸着孔の開口径の半径は吸着するボールの直径よりも小さい。したがって、マスク部材に設けられた通気孔の１つがボールを吸着した場合に、吸着孔の開口径の半径よりも短い間隔、つまり吸着されるボールの直径よりも短い間隔で隣接する別の通気孔は、既に吸着されたボールが邪魔になるために別のボールによって塞がれることはなく、１個の吸着孔に対応する複数個配置された通気孔が全てボールにて塞がれることがなく、それによって吸着孔がマスク部材を真空吸引するのを防ぐことができる。
【００２５】
また、通気部は、マスク部材の厚みを通り抜けてボール容器外部の大気側と吸着孔側との間を通気させる通気孔からなるものであってもよい。つまり、この通気孔は、マスク部材におけるボール配列部材の吸着孔側の面に、大気導入口と大気流出口の両方を有し、大気流出口はボールの吸着が阻止される吸着孔に対向する位置に配置され、大気導入口は吸着孔の真空吸引が及ばず、かつボール配列部材にて塞がれない位置に配置され、この二つの大気導入口と大気流出口はマスク部材の厚み内部に形成された断面形状略Ｕ字形の連通孔によって連通されている。
このように構成することによって、ボール容器内のボールを、マスク部材に吸着させることなく、ボール配列部材の吸着孔に吸着させることができる。
【００２６】
また、通気部は、通気性を有する素材からなるものであってもよい。つまり、マスク部材の少なくとも通気性を与えたい部分に対しては通気性のある素材を用いることである。通気部の素材として具体的には、例えば、繊維を板状や、織布状・編布状・不織布状などの布状に成形したもの、多孔性のセラミックスやプラスチック等を挙げることができる。繊維は、生物由来のものであってもよいし、合成繊維やガラス繊維などであってもよい。また、通気性のある素材は、マスク部材におけるボールの吸着孔への吸着を阻止する部分のみに用いてよいし、マスク部材全体に用いてもよい。
このようにすれば、微小なボールの直径よりも小さな通気孔を形成するのが困難な場合でも、織布状や不織布状等の通気性を有する素材からなるマスク部材ならば、孔あけ加工する必要がないので、微小なボールに対してボール配列部材の吸着孔を閉鎖する場合に好適である。
【００２７】
また、本発明において、マスク部材は、その厚み方向で上記繊維素材の構成を変えてもよい。例えば、吸着孔側を密にして硬質に、ボール容器側を粗にして軟質にすると、マスク部材の剛性を保ちながら、吸着孔へは吸着されはしないが機械的振動や気流によって空中に浮遊させられたボールがマスク部材に勢いよく衝突しても、変形したり表面が傷むことを防止することができる。
【００２８】
また、マスク部材は、導電性物質からなるものであってもよい。具体的には、導電性の樹脂プレート、金属プレート、金属繊維や導電性樹脂繊維からなるプレート、多孔性セラミックスや多孔性プラスチック等のプレート表面に導体を施したもの等から構成されたマスク部材を挙げることができる。
このようにすれば、マスク部材の材質が導電性物質なので、マスク部材の電位をゼロにすることができ、帯電によってボール容器内の導電性ボールがマスク部材に吸着することを防ぐことができる。つまり、マスク部材が帯電していると、機械的振動や気流によって空中に浮遊させられたボールが、マスク部材のボール容器側の面に静電気によって付着し、真空解除しても吸着したままとなる場合や、ボールが塊状にマスク部材に付着する場合があり、ボール配列部材へのボールの吸着を阻害してしまうという問題を引き起こすが、これを防ぐことができる。
【００２９】
本発明において、ボール容器又は／及びマスク部材は、ボール配列部材とマスク部材を引き離すに際してボール容器内に外部の大気を導入する通風孔を有するものとしてもよい。
このようにすれば、ボール配列部材の特定の吸着孔にボールを吸着した後、ボール配列部材とマスク部材を引き離すに際して、外部から通風孔を介してボール容器内に大気が流入して内圧が大気圧に戻るので、よりスムースな引き離しを行うことができる。
【００３０】
また、本発明のボール搭載装置は、２個以上のｎ個のボール容器と、（ｎ−１）個のマスク部材とを備えたものとすることができる。
このように構成することにより、複数のボール容器から順次、ボール配列部材にボールを吸着させていくと、２番目以降のボール容器では、既に吸着されたボールを吸着孔に保持したまま、ボールが吸着されていない吸着孔の内のマスク部材にて覆われていない吸着孔にボールを吸着させることができ、最後にマスク部材を備えていないボール容器では、ボールが吸着されていない残り全ての吸着孔にボールを吸着させることができる。つまり、一つのボール配列部材にて複数種類のボールを所定の配列で順次吸着していくことに加え、この間ボール配列部材におけるマスク部材の脱着動作が不要であり、その後、ボール配列部材にて吸着保持したボールを一度にワークの電極上に搭載することができるため、ボールの種類が増加しても時間のかかる搭載工程は１回で済む。したがって、ワーク１個当たりのタクトタイムが短縮し、作業効率が大幅に向上すると共に、装置構造の簡素化も図ることができる。さらに、マスクをボール配列部材に吸着する（従来必要であった）真空系が本発明では不要となり、より装置構造が簡素化され、設備コストを低減することができる。
【００３１】
また、本発明のボール搭載装置は、ワークを保持するワークテーブルと、ワークテーブルにて保持されたワークの上を横切るボール配列部材用移動路とをさらに備え、ワークテーブルを略中央位置として前記移動路の一方側下方に複数個のボール容器が並列されると共に、移動路の他方側下方に他の複数個のボール容器が並列され、さらに、移動路の一方側の複数個のボール容器からボールを真空吸着する第１のボール配列部材と、移動路の他方側の複数個のボール容器からボールを真空吸着する第２のボール配列部材と、第１のボール配列部材と第２のボール配列部材を独立に駆動制御して移動路を移動させボール吸着搭載動作を行わせる制御部とを備えたものとするのもよい。
このように構成することによって、第１のボール配列部材にて吸着した複数種類のボールをワークに搭載する間に、第２のボール配列部材にて複数種類のボールを吸着していき、第１のボール配列部材がワークテーブルから後退した後に第２のボール配列部材にて吸着した複数種類のボールを次のワークに搭載し、この間第１のボール配列部材は再び複数種類のボールを順次吸着していくというように、同一の移動路及びワークテーブルを共用してボール搭載プロセスを二つのラインで進めることができるので、装置の奥行き・設置面積をそれほど大きくすることなく生産性を向上することができる。なお、この場合、ワークテーブルにワークを設置し、かつボール搭載後のワークをワークテーブルから取出すワーク設置取出し手段を設けて自動化するようにしてもよい。
【００３２】
さらに、このボール搭載装置においては、前記ボール配列部材用移動路と略直交する方向に延びるワークテーブル用搬送路をさらに備え、この搬送路に２台のワークテーブルを前記制御部または別に設けた制御部により移動可能に設置するようにしてもよい。
このように構成すれば、ボール搭載後のワークをボール搭載位置から後退させると同時に、次のワークをボール搭載位置に迅速に移動させることができるので、ワークの取出しと設置にかかるロスタイムを短縮してより生産性を上げることができる。
【００３３】
また、本発明は、別の観点によれば、上述のボール搭載装置を用いるボール搭載方法であって、
２個以上の前記ボール容器の内の少なくとも１個のボール容器に、他のボール容器内のボールと種類の異なるボールを入れ、かつ前記ボール容器の内の１個のボール容器に前記マスク部材を取付け、その後、前記ボール配列部材にて前記各ボール容器から順次前記ボールを吸着させていき、複数種類のボールを前記各吸着孔に所定の配列で真空吸着し、前記複数種類のボールを前記ワークの電極上に一度に搭載するボール搭載方法が提供され、複数種類のボールを搭載するプロセスが一度の搭載動作で行えて作業効率を大幅に向上することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ詳説する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。
【００３５】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１のボール搭載装置を示す構成図であり、図２同実施の形態１におけるマスク部材にボール配列部材が接した状態を下方から見た図であり、図３は同実施の形態１におけるボール配列部材にボールを吸着した状態を下方から見た図であり、図４は同実施の形態１におけるマスク部材の通気孔の大きさと配置を示す説明図であり、図５は同実施の形態１におけるボール搭載プロセスを説明する工程説明図である。
【００３６】
この実施の形態１のボール搭載装置は、例えばウェハプロセスＣＳＰのダイシング前のウェハやエリアアレイ型の電極構造を持つＣＳＰなどのワーク９の電極１０上に、導電性のボール（例えば半田ボール）を搭載するものである。このボール搭載装置は、２種類の導電性ボール６ａ、６ｂをそれぞれ収納する２個のボール容器５ａ、５ｂと、各ボール容器５ａ、５ｂ内のボール６ａ、６ｂを所定の配列で真空吸着可能な複数の吸着孔１５を有するボール配列部材３を備えた吸引手段と、ボール配列部材３における特定位置でのボール６ａの吸着を阻止すべく吸着孔１５を覆うマスク部材４とを備える。さらに、ボール搭載装置は、ワーク９を設置するワークテーブル７と、ボール配列部材３とワーク９とを相対的に移動させる相対移動手段Ｍと、ワーク９の電極１０上に粘性物質を転写する転写機構Ｔと、ワークテーブル７を移動可能に設置するワークテーブル用搬送路８と、ワークテーブル７を往復移動させる図示しないワークテーブル移動機構とを備える。
【００３７】
相対移動手段Ｍは、支持部材（図示省略）にて支持されて真っ直ぐ水平方向に延びるボール配列部材用移動路２と、この移動路２に沿って移動可能に設けられたマウントヘッド１と、マウントヘッド１を往復動させるマウントヘッド駆動機構と、マウントヘッド駆動機構を制御する制御部Ｃを備える。マウントヘッド駆動機構としては、例えばチェーン・スプロケット機構、ラック・ピニオン機構、ボールねじ機構、シリンダ機構等の公知の往復動機構にて構成することができる。
また、ワークテーブル用搬送路８としては、例えばリニアガイドのようなスライド機構が、ボール配列部材用移動路２の長手方向略中間位置に、かつ略直交する方向に敷設されている。ワークテーブル移動機構としては、上記公知の往復動機構を採用することができる。なお、ワークテーブル用搬送路８の近傍に、ワークテーブル７上にワーク９を設置しかつ取出すワーク設置取出手段を設けてもよい。
【００３８】
吸引手段としては、上記ボール配列部材３と、真空発生装置と、真空発生装置とボール配列部材３とを連通連結する配管と、配管の途中に設けられて真空発生装置側と大気側に切り換える切換弁等を備える構成を一例として挙げることができる。
ボール配列部材３は、その下面側のボール配列板にボールを吸着するための複数個の吸着孔１５が形成されている。この場合、５×５の合計２５個の吸着孔１５が形成されている。この吸着孔１５は、その開口部がボール６ａ、６ｂの直径よりも大きく逆テーパ状に拡径している。また、ボール配列部材３は、ボール配列板の周縁が上方へ立ち上がった周囲壁となって上方へ開口する凹部が形成されており、その周囲壁の上端がマウントヘッド１の下部の昇降可能な昇降部１ａに取付けられている。
【００３９】
ボール容器５ａ、５ｂは、それぞれ上方開口箱型に形成されており、ボール配列部材用移動路２の一端側の直下位置に並列して配置されている。これら２個のボール容器５ａ、５ｂの内、移動路２の端部側のボール容器５ａのボール取出し開口部の開口端には、後述するマスク部材４の周縁が密着して取付けられている。また、各ボール容器５ａ、５ｂは、水平面方向に設置位置が微調整されるよう図示しない位置調整手段に取付けられている。なお、ボール容器５ａには例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田ボールが、ボール容器５ｂには例えば樹脂コア半田ボールがそれぞれ収納される。
【００４０】
転写機構Ｔは、ボール配列部材用移動路２の他端側の直下位置に配置された粘性物質１４を設置するステージ１１と、粘性物質１４を覆うようにステージ１１上に設けられたスキージ１７と、移動路２に移動可能に設けられたピントランスファー１２と、ピントランスファー１２の下部の昇降部１２ａに取付けつけられた転写ピン１３と、ピントランスファー１２を往復移動させる図示しない往復動機構とを備える。なお、ピントランスファー１２は、ボール配列部材用移動路２とは別の移動路に取付けてもよい。
【００４１】
マスク部材４は、例えば金属プレートからなり、その外形はボール容器５ａの上面外形と略等しい大きさ、形状に形成され、その下面の周縁がボール容器５ａの開口端に接着剤等により略隙間無く取付けられている。このマスク部材４は、ボール吸着工程時にボール配列部材３が近接乃至接触した状態で、ボール配列部材３における特定の吸着孔１５を塞ぐものであり、その特定の吸着孔１５に対応する領域に、ボール容器５ａ側と吸着孔１５側との間を通気させる通気部１６を有すると共に、その他の吸着孔１５に対応する領域にはボール６ａを通過させるボール通過孔１８を有している（図１、図２参照）。この場合、ボール配列部材３のコーナー部４個の吸着孔１５をマスク部材４にて覆い、その他の吸着孔１５に対して開口するボール通過孔１８が形成されている。
【００４２】
また、マスク部材４の通気部１６は、マスク部材４を面に対して垂直に貫通してボール容器５ａ側と吸着孔１５側との間を通気させる円形の通気孔１６ａからなり、図４（ａ）に示すように、１個の通気孔１６ａは、ボール６ａの直径Ｄ₀よりも小さい孔径Ｄ₁に形成されている。さらに、通気孔１６ａは、１個の吸着孔１５に対してボール６ａの直径Ｄ₀よりも小さい間隔Ｐで、中心に１個周囲に４個の合計５個に分割配置されている。なおかつ、吸着孔１５の領域内に全ての通気孔１６ａが一部でも含まれるように配置される。例えば、ボール６ａの直径Ｄ₀が０．３ｍｍの場合、通気孔１６ａの孔径Ｄ₁は０．１２ｍｍ、通気孔１６ａの中心の相互間隔Ｐは０．１８ｍｍに設定される。つまり、上記間隔Ｐとすることにより、ある一つの通気孔１６ａにボール６ａが吸着して塞いでも、このボール１６ａが邪魔となって隣の通気孔１６ａに他のボールが吸着できず、通気性が確保された通気孔１６ａが残されるようにしている。
また、１個の吸着孔１５に対応する通気孔１６ａの数は５個に限らず、図４（ｂ）に示す如く２個でもよく、例えば、０．５ｍｍピッチで開口径０．４ｍｍの吸着孔１５を有するボール配列部材３を用いて直径０．３ｍｍのボール６ａを搭載する場合、孔径０．１ｍｍの通気孔１６を２個設け、通気孔１６の相互間隔Ｐは０．１５ｍｍに設定する具体例を挙げることができる。なお、円形の通気孔１６ａの数はこれらに限定されず、３個、４個あるいは６個以上であってもよいが、ボール６ａを通さない孔径で、かつ何れかの通気孔１６ａは通気性が確保される相互間隔に設定される。
【００４３】
次に、図１〜図５を参照してボール搭載プロセスを説明すると共に、装置構造を補足説明する。
先ず、マウントヘッド１をボール容器５ａ上に移動させ、ボール配列部材３の下面がボール容器５ａに設けられたマスク部材４に接するまでボール配列部材３を下降させる。このとき、ボール容器５ａの位置は予め調整してあるので、マスク部材４は、図５（ａ）に示す如くボール配列部材３の所定の吸着孔１５の開口部を覆う状態となる。次いで、ボール配列部材３の内部を真空吸引して、マスク部材４によって覆われていない吸着孔１５の全てにボール６ａを真空吸着させる。このとき、マスク部材４にて覆われた吸着孔１５は、ボール６ａの吸着が阻止され、かつボール容器５ａ側から通気孔１６ａを介して気流が流入し、それによってマスク部材４の吸着も防止されている。また、マスク部材の材質を導電性物質とすることによって、マスク部材の電位をゼロにし、帯電によってボールがマスク部材の下面に吸着することを防止できる。なお、ボール容器５ａの周囲壁に空気導入口を形成し、外部の空気を自然流によって、あるいは強制的にボール容器６ａ内に送り込んでボール６ａを気流により浮遊させるようにしてもよい。その後、ボール６ａを吸着保持したまま（真空引きしたまま）、ボール配列部材３を上昇させ、図１に示すようにボール容器５ｂ上に移動させる。
【００４４】
次に、ボール配列部材３を下降させ、上述と同様に、ボール６ｂを気流などにより浮遊させて、マウントヘッド１の内部を真空吸引して、図５（ｂ）に示す如くボール６ａが吸着されていない全ての吸着孔１５にボール６ｂを真空吸着させる（図３参照）。その後、ボール配列部材３の全ての吸着孔１５に所定の配置でボール６ａ、６ｂを吸着させたまま、ボール配列部材３を上昇させる。そして、図５（ｃ）に示すように、ボール配列部材３をワークテーブル７上に移動する。
【００４５】
以上の工程と並行して、ワークテーブル７上では、ワーク９が設置され、ワーク９の電極１０上に転写機構Ｔによりフラックスなどの粘性物質１４が塗布されている。この粘性物質塗布工程を具体的に説明すると、先ずステージ１１上の粘性物質１４をスキージ１７によって一定の厚さに均す。次に、ピントランスファー１２をステージ１１上に移動させ、転写ピン１３を下降させて、転写ピン１３の先端をステージ１１上の粘性物質１４に押し付ける。その後、転写ピン１３を上昇させ、ピントランスファー１２をワーク９上に移動し、転写ピン１３の位置とワーク９の電極（ランド）１０の位置を合わせる。転写ピン１３を下降すると、転写ピン１３の先端に付着した粘性物質１４が電極１０上に転写される。なお、粘性物質１４を電極１０に付着させる方法として他には、ボール配列部材３に吸着保持されているボール６ａ、６ｂの先端に粘性物質１４を塗布し、そのままワーク９上にボール６ａ、６ｂを搭載する方法なども採用することができる。
【００４６】
次に、ワークテーブル７上に移動したボール配列部材３を下降させ、マウントヘッド１内部の真空吸引を解除し、マウントヘッド１内部の圧力を常圧、あるいは陽圧に切換えて、ボール配列部材３からボール６ａ、６ｂを開放し、粘性物質１４が塗布されたワーク９の電極１０上にボール６ａ、６ｂを搭載する。すると、図５（ｄ）に示すように、粘性によってボール６ａ、６ｂは電極１０上に仮固定される。マウントヘッド１内部の圧力を切り替えるときに、ボール６ａ、６ｂは、電極１０と接触していても接触していなくてもよい。しかし、ボール６ａ、６ｂと電極１０は接触せず、電極１０上に塗布された粘性物質１４とボール６ａ、６ｂが接している状態で、マウントヘッド１内部の圧力を負圧から陽圧に切り替えることが好ましい。この場合、ボール６ａ、６ｂが落下途中で気流などによって位置ずれを起こすことや、ボール６ａ、６ｂを押し付けることでワーク９がダメージを受けることが避けられる。
以上のプロセスをまとめると以下のようになる。
【００４７】
＜実施の形態１のプロセス＞
（１）ボール６ａを収納したマスク部材４を備えたボール容器５ａまでマウントヘッド１を移動させ、真空系をＯＮして、ボール配列部材３にボール６ａを吸着する。
（２）ボール６ｂを収納したボール容器５ｂまでマウントヘッド１を移動させ、同真空系をＯＮのまま、ボール配列部材３にボール６ｂを吸着する。
（３）ワーク９までマウントヘッド１を移動させ、同真空系をＯＦＦして、ボール配列部材３からボール６ａとボール６ｂをワーク９上へ搭載する。
なお（１）〜（３）におけるマウントヘッド１の移動は制御部Ｃによって制御されている。
上記実施の形態１のプロセスは、２回の吸着工程と１回の搭載工程からなる。また、ボールの種類が増えるに伴って、ボール１種類につき、（２）の１工程分ずつの増加にとどまる。前述した従来のプロセスＢと比較すると、工程数は同一であるが、特に時間のかかる搭載工程は、（３）の１工程のみであるため、タクトタイムを短縮することができる。
【００４８】
［実施の形態２］
実施の形態２のボール搭載装置は、図６に示すように、マスク部材を備えたボール容器を２個以上備えたものであり、その他の構成は実施の形態１と同様であり、同一の要素には同一の符号を付しその説明を省略する。
【００４９】
具体的には、実施の形態２では、３個のボール容器５ａ、５ｂ、５ｃが並列して配置され、その内のボール配列部材用移動路２の一端側の２個のボール容器５ａ、５ｂの開口端にそれぞれマスク部材４ａ、４ｂが一体状に取付けられている。この場合、ボール容器５ａのマスク部材４ａは、ボール配列部材３の中心の吸着孔１５のみに開口するボール通過孔を有するものとなる。また、ボール容器５ｂのマスク部材４ｂは、図７に示すように複数個の吸着孔１５の内のコーナー部４箇所を覆うもの（図２参照）か、あるいは図８に示すようにコーナー部４箇所と、既にボール６ａが吸着された中心の吸着孔１５を覆うものとなる。図８のマスク部材４の場合、前工程で搭載済みのボール６ａの吸着孔１５からの突出量Ｋよりもマスク部材４が厚ければ、マスク部材４が搭載済みのボール６ａと接触しないように吸着孔１５側に凹部２７を設けるようにしてもよい。その場合、凹部２７からボール容器側へ通じるボールが通らない抜け孔２０を設けてもよい。
【００５０】
このようなボール搭載装置の搭載プロセスでは、図６〜図９に示すように、先ず、ボール容器５ａにおいてボール配列部材３の中心の吸着孔１５に１個のボール６ａが吸着し、ボール容器５ｂにおいてボール配列部材３の残りの吸着孔１５の内のコーナー部４個の吸着孔１５を除く全ての吸着孔１５にボール６ｂが吸着し、ボール容器５ｃにおいて残り全て（コーナー部４個）の吸着孔１５にボール６ｃが吸着する。その後、ボール配列部材３から一度に全てのボール６ａ、６ｂ、６ｃをワーク９上に搭載する。このように、３種類のボールを４工程で搭載でき、特に時間のかかる搭載工程は、１工程のみであるため、タクトタイムが短い。
すなわち、ボール容器が全部でｎ個ある場合に、その内の（ｎ−１）個のボール容器にマスク部材を設けたボール搭載装置は、最高でｎ種類のボールをボール配列部材３に吸着保持し、一度に搭載することができる。つまり、ボールの種類が増加しても、時間のかかる搭載工程は１工程のままであるため、タクトタイムが短く、ワーク１個当たりのボール搭載プロセスを短縮することができる。
装置構成については、ボールの種類がいくら増えても、ボール配列部材用移動路２は１本の直状の構成とすることができ、ワークテーブル７の稼動範囲を広げる必要は無く、装置の構成として非常にシンプルなものとすることができる。また、ワーク９上にボールを搭載した状態では、ワークテーブル７は大きな移動を行わないため、気流や加速度によるボールの搭載ずれも発生しないことは、いうまでもない。また、装置は直状の構成となっているので、装置の奥行きを浅くすることができ、設備面積の増加も、移動路方向のボール容器設置長さ程度分ずつに留まる。時間のかかる搭載工程は、ボールの種類数に関わらず、１工程のみであり、従来例の装置構成で検討したような移動路やワークテーブルの無駄な移動がないため、タクトタイムの増加は吸着工程の増加分のみに留まる。
さらに、吸着と搭載の動作が行われる部分は、移動路２に沿って直状に配置することができるので、作業者は、治具や材料の設置、動作確認の作業を、容易に行うことができる。
【００５１】
［実施の形態３］
図１０は本発明の実施の形態３のボール搭載装置を示す概略構成平面図である。この実施の形態３は、相対移動手段Ｍが、ワークテーブル７にて保持されたワークの上を横切るようにボール配列部材用移動路２を延長され、ワークテーブル７を略中央位置として移動路２の一方側下方に複数個のボール容器５ａ、５ｂ、５ｃが並列されると共に、移動路２の他方側下方に他の複数個のボール容器５ａ、５ｂ、５ｃが並列され、さらに、移動路２の一方側の複数個のボール容器５ａ、５ｂ、５ｃからボールを真空吸着する第１のボール配列部材３ａ及びこれを移動させるマウントヘッドと、移動路２の他方側の複数個のボール容器５ａ、５ｂ、５ｃからボールを真空吸着する第２のボール配列部材３ｂ及びこれを移動させるマウントヘッドとを備える。この第１のボール配列部材３ａと第２のボール配列部材３ｂは、図示省略の制御部によって独立に駆動制御されて移動路２を移動してボール吸着搭載動作を行う。この場合、３種類で一組のボール容器５ａ、５ｂ、５ｃが搭載順に外側から左右対称に配置されており、左右外側のボール容器５ａ、５ａ及びその隣のボール容器５ｂ、５ｂにはそれぞれマスク部材が取付けられている（図６参照）。
【００５２】
この実施の形態３によるボール搭載プロセスでは、第１のボール配列部材３ａにて複数種類のボールを順次吸着し、これに遅れて第２のボール配列部材３ｂにて複数種類のボールを順次吸着し、第１のボール配列部材３ａがワークテーブル７上まで移動してワークにボールを搭載し、第１のボール配列部材３ａがワークテーブル７から後退し、かつ図示しないワーク設置取出し手段にてワークテーブル７上のワークが次のワークと取り替えられ、その後、第２のボール配列部材３ｂがワークテーブル７上まで移動してワークにボールを搭載するという動作が繰り返される。なお、ワークテーブル７に設置されるワークには図示省略した転写機構により予め粘性物質が塗布されている。
このように、第２のボール配列部材３ｂがボール容器へ順次移動しながらボール６順次吸着していく間に、第１のボール配列部材３ａが移動、下降、搭載、退避を行い、一方ワークテーブル７では新しいワークの入替えを行うことができるので、ワーク１個当たりのタクトタイムを、ボール配列部材及びマウントヘッドが１つの場合よりも大幅に短縮することができる。
【００５３】
［実施の形態４］
図１１と図１２に示すように、実施の形態４のボール搭載装置は、上記実施の形態３においてボール配列部材用移動路２と略直交する方向に延びるワークテーブル用搬送路８をさらに備え、この搬送路８に２台のワークテーブル７ａ、７ｂを移動可能に設置したものである。また、このボール搭載装置には、図示しない制御部によって駆動制御されるワークテーブル移動機構が設けられており、搬送路８の両端側から移動路２の直下のボール搭載位置へ各ワークテーブル７ａ、７ｂが往復動する。なお、ワークテーブル移動機構の制御部は、相対移動手段Ｍの制御部と共通のものであっても、あるいは別のものであってもよい。
【００５４】
図１２（ａ）は、左側のボール配列部材３ａがボール容器５ａからボールを吸着する一方、３種類のボール吸着を済ませた右側のボール配列部材３ｂが、搭載工程のうち、ワーク９上まで移動した状態を示している。同図（ｂ）は、左側のボール配列部材３ａがボール容器５ｂからもボールを吸着し終えてボール容器５ｃへ移動する一方、右側のボール配列部材３ｂが、搭載工程のうち、ワーク９上へ下降してボールを搭載する状態を示している。同図（ｃ）は、左側のボール配列部材３ａがボール容器５ｃからもボールを吸着し終えて吸着工程を終える一方、ボール搭載工程を済ませた右側のボール配列部材３ｂが右方へ退避していく状態であり、また同時に、ワークテーブル７から図示しないワーク設置取出し手段がボール搭載済みのワーク９ａを取り外し、新しいワーク９ｂをワークテーブル７へ搭載した状態を示している。同図（ｄ）は、左側のボール配列部材３ａがワーク９ｂ上にボールを搭載する一方、右側のボール配列部材３ｂが次のワークのために順次ボールを吸着している状態を示している。
【００５５】
この実施の形態４によるボール搭載プロセスでは、実施の形態３と同様に、第１のボール配列部材３ａと第２のボール配列部材３ｂにより各々吸着工程と搭載工程が行われることに加え、一方のワークテーブル７ａが搬送路８のボール搭載位置に停止している間に、他方のワークテーブル７ｂは待機位置でワークの取り替え、さらには粘性物質の塗布を行うことができる。したがって、ボール搭載位置からボール搭載済のワークを後退させ、次のワークをボール搭載位置に供給するまでのロスタイムを短縮させることができ、ワーク１個あたりのタクトタイムをより一層短縮することができる。
【００５６】
［実施の形態５］
図１３は本発明の実施の形態５におけるボール容器内部を示す断面図である。上記実施の形態では、ボールをボール容器内で気流により浮遊させる場合を説明したが、この実施の形態５のようにプレ配列板２３を用いてもよい。この場合、プレ配列板２３は、マトリックス状などに浅いくぼみ２２が設けられている。また、ボールを載せるときは、プレ配列板２３は下降位置にあり、ボール容器５のボール導入口２４からシャッタ機構２６を通過して送られて来たボール６ｂを受けることができ、ボール６ｂを載せながら揺動上下動駆動機構２５にて上昇することにより、ボール配列部材３に概ね対応した位置にあるくぼみ２２にボール６ｂを配列させることができる。なお、各くぼみ２２において、左側と右側の形状が異なるのは、プレ配列板２３にボールが載った後、プレ配列板２３上の過剰なボールをボール導入口２４へ排出する際に、ボール導入口２４が左側にあるので、揺動上下動駆動機構２５にてプレ配列板２３を左肩下がりに傾けるので、この際に各くぼみ２２に１個ずつ乗ったボールまでもが転がり落ちないようにするためである。
【００５７】
図１３は、ボール６ｂが配列したプレ配列板２３が、ボール容器５内の揺動上下動駆動機構２５によりマスク部材４に当たらない程度に上昇し、真空引きにより吸着孔１５へ吸い上げられる直前の状態を示している。予めボール６ｂが配列されているので、直上へ吸い上げるだけで済み、吸着すべき全ての吸着孔１５へ吸着させるために要する時間を短くできる。また、１個の吸着孔１５に対して１個のボールが供給されるため、吸着孔１５に対してかなり小さいボールを用いても、複数のボールがひとつの吸着孔１５に吸着されることがなくなる。なお、図１３では一つのボール容器５についてのみ説明したが、ボール搭載装置の全てのボール容器あるいは特定のボール容器にプレ配列板２３や上下動駆動機構２５等を備えた上記機構を設けることができる。なお、上下動駆動機構２５としては、例えばプレ配列板２３の下面のボール導入口２４側とその反対側の２箇所に昇降可能に支持するシリンダを設け、各シリンダを独立に伸縮制御する構成を一例として挙げることができる。
【００５８】
［実施の形態６］
本発明は、実施の形態６を示す図１４のように、マスク部材４のボール通過孔１８を、搭載済みのボールや搭載しようとするボールにマスク部材４で当たらないような大きさで開口した、複数に区分けされたものとしてもよい。同図（ａ）のマスク部材４は、正方形のボール通過孔１８が中央に１箇所と、その周囲の通気部１６間４箇所に長方形のボール通過孔１８が設けられている。同図（ｂ）のマスク部材４は、ボール配列部材の吸着すべき個々の吸着孔に対応するボール通過孔１８が設けられている。このようにマスク部材４を構成することにより、各ボール通過孔１８間の部分が補強部となってマスク部材４の剛性を向上させることができる。なお、図１４（ｂ）のマスク部材４では、通気部１６の通過孔１６ａが十字形に形成されたものであり、これについては後述する。
【００５９】
［実施の形態７］
上記実施の形態では、マスク部材の通気部が円形の通気孔からなる場合を例示したが、実施の形態７を示す図１５のように、通気孔１６ａは、非円形状に形成されていてもよい。この場合、個々の吸着孔に対して１個の通気孔６ａが配置される。なお、図１５において、２８はボール外形を表している。
【００６０】
図１５（ａ）の通気孔６ａは長方形であり、同図（ｂ）の通気孔６ａは正三角形であり、同図（ｃ）の通気孔６ａは十字形である。このように、平面的に見て、点線で示されるボール外形２８と実線で示されるこれら各種形状の通気孔６ａの外形との関係においては、前者が後者を内包することがないエリアを有している。つまり、通気孔６ａにおける少なくともボール外形２８の外側エリアは、ボールによって塞がれることがない通気エリアであるため、吸着孔のボール容器に対する通気性を確保することができる。なお、図１５（ａ）（ｂ）（ｃ）では、通気孔１６ａの中心とボール外形２８の中心とが一致した状態を示しているが、これがずれても通気孔６ａは塞がれることがない。この通気エリアは、通気孔６ａの形状が変わっても存在するため、通気性確保が可能である。
【００６１】
［実施の形態８］
上記実施の形態７では、平面的に見てマスク部材の通気孔の外形にはボール外形によって内包されないエリアを有する場合を説明したが、実施の形態８を示す図１６のように、平面的に見て通気孔１６ａは、その外形がボール外形２８によって内包されるものであってもよく、このような場合であっても断面的な関係に注目すれば、吸着孔１５からボール容器への通気性を確保することができる。
【００６２】
十字形の通気孔１６ａを例にとって説明すると、ボール容器側において通気孔１６ａの中心付近のポイントＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄにボール外形２８の一部が接することによって、ボール容器側の開口がある平面Ｅにおいて、通気孔１６ａの一点鎖線（図１６の上半部参照）の内側はボールによって塞がれているが、一点鎖線の外側エリア（斜線領域）は塞がれていない（図１６の下半部参照）。また、この図１５では、吸着孔１５の中心と通気孔１６ａの吸着孔１５側の開口中心とは、ずれた状態を示している。このようなときでも、通気孔１６ａは１つであるから、吸着孔１５側の通気孔１６ａの開口全ての部分に対して、一点鎖線の外側エリアは通じており、吸着孔側の開口があるＦ面において、通気孔１６ａの開口には、吸着孔１５の一部に重なっているエリアが存在している。このため、吸着孔１５が塞がれてしまうことはない。つまり、通気孔１６ａは、そのボール容器側の開口部のボールによる閉鎖を阻止可能な第１通気エリア（斜線領域）を有すると共に、吸着孔１５側の開口部には第１通気エリアと連通し、かつ吸着孔１５に対向する位置（重なった位置）で開口する第２通気エリアを有する。なお、実施の形態８では十字形の通気孔１６ａの場合を例示したが、球形のボールに対しては非円形状であればどのような形状でも通気孔には通気エリアが形成される。
【００６３】
［実施の形態９］
上記実施の形態１〜８では、マスク部材の通気孔は、例えば図１７（ａ）（ｂ）に示すように、マスク部材４の主面（ボール容器側）に対して垂直な内壁を持つ断面形状を持ち、ボールを吸着すべきでない部分の吸着孔の直下に形成され、ボール配列部材側の開口の位置とサイズがボール容器側の開口の位置とサイズと一致するものであった。しかし、ボールを搭載すべきでない部分の吸着孔に通じていれば、実施の形態９を示す図１７（ｃ）〜（ｈ）のように、ボール配列部材側の開口の位置とサイズが、ボール容器側の開口の位置とサイズと一致していなくてもよい。なお、図１７において、両端矢印は通気孔の最狭部のサイズを示している。
【００６４】
例えば、図１７（ｃ）は、ボール容器側の開口が１ヵ所で、吸着孔側の開口部が複数となっている通気孔１６ａである。同図（ｄ）の通気孔１６ａは、ボール容器側の開口部から厚み中間にかけて広く、厚み中間から吸着孔側の開口部にかけて狭くなっている。同図（ｅ）の通気孔１６ａは、ボール容器側の開口位置と吸着孔側の開口位置がずれており、各開口部の径よりも小さい径の連通孔が面と平行に厚みを通り抜けて両開口部を連通している。同図（ｆ）の通気孔１６ａは、ボール容器側の開口部及び吸着孔側の開口部から厚み中間にかけて逆テーパ状に狭くなっている。同図（ｇ）の通気孔１６ａは、ボール容器側の開口部から吸着孔側の開口部にかけて逆テーパ状に広くなっている。同図（ｈ）の通気孔１６ａは、ボール容器側の開口位置と吸着孔側の開口位置がずれており、各開口部の径よりも小さい径の連通孔が面に対して斜めに厚みを通り抜けて両開口部を連通している。このように、通気孔１６ａは、ボール配列部材とボール容器のマスクが引き離されるときに、ボールが通気孔１６ａを通り抜けてボール配列部材へ吸着されないよう、最狭部がボール直径よりも小さいことと、塞がれない部分から吸着孔まで通気されている条件を満たせば、各種断面形状を採用することができる。なお、マスク部材４に対して垂直に単純な断面形状の通気孔１６ａを設けた図１７（ａ）と（ｂ）の断面形状が、マスク部材の製作やボール吸着工程の上で、望ましい。
【００６５】
［実施の形態１０］
また、本発明の実施の形態１０では、図１８に示すように、マスク部材４の通気孔１６ａは、マスク部材４の厚みを通り抜けてボール容器５外部の大気側とボール配列部材３の吸着孔１５側との間を通気させるものであってもよい。つまり、通気孔１６ａは断面Ｕ字形であって、吸着孔１５側の面における吸着孔１５に対応する位置と、吸着孔１５からの真空引きが作用せず、かつボール配列部材３にて塞がれない位置にそれぞれ開口部を形成する。この場合、吸着すべきでない部分では、ボール容器側に孔が無いため、その部分へのボールの吸着は起こらない。
【００６６】
［実施の形態１１］
図１９は、本発明の実施の形態１２におけるマスク部材を示し、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は断面図である。この実施の形態１１のマスク部材４は、通気部１６が、通気性を有する素材からなるものである。具体的に、このマスク部材４は、ボールのエリアアレイに対応してボールの通過できるサイズの格子を設けた２枚の金属板３２ａ、３２ｂの間に、周辺部には板状の間隔保持部材３１を挟み、格子にて形成されたボール通過孔１８の内でボールのボール配列部材への吸着を阻止する部分に、繊維からなる板状の通気性部材３０を挟んで構成されている。金属板３２ａと金属板３２ｂの間は、図示しないネジ止め、クリップ、ボルト・ナットなどにより固定されている。なお、図１９（ｂ）の厚み方向は分かりやすくするため強調して示されている。ボールを搭載したり搭載済みのボールを避けるため、通気性部材３０を挟まない部分では、金属板３２ａと３２ｂの格子の間隙にボールが嵌り込まないように、間隙を小さくするのが望ましい。
このように構成することにより、ワークの電極間ピッチが同じであれば、ワークのサイズが変更になっても、ボール種類の配置が様々に変化しても、それぞれの通気性部材３０の配置を変えるだけで金属板３２ａ、３２ｂは同一のものを使用することができる。こうした標準化により、マスク部材４の製作が簡便となり、納期の短縮やコストの低減が可能である。また、径の極小さなボールを使用する場合、このボール径よりも小さな通気孔を形成するのは困難となるが、繊維からなる通気性部材３０を用いることでこのような問題も解消できる。
【００６７】
［実施の形態１２］
また、本発明の実施の形態１２では、図１８に示すように、ボール容器５又は／及びマスク部材４に、ボール配列部材３とマスク部材４を引き離すに際してボール容器５内に外部の大気を導入する通風孔１９を形成してもよい。この通風孔１９をボール容器５に設ける場合は、ボール容器５の周囲壁に形成されるが、この通風孔１９は、ボール吸着時にボールを浮遊させる（実施の形態１で説明した）空気導入口と兼用してもよい。なお、実施の形態１２では、ボール容器５に通風孔１９を設けた場合を例示したが、マスク部材４に通風孔１９を形成する場合は、例えば、吸着孔１５からの真空引きが作用せず、かつボール配列部材３にて塞がれない位置に、マスク部材４の面と垂直に通風孔１９を形成する。この通風孔１９を設けることにより、ボール吸着後のボール配列部材４を真空引きしたままマスク部材４から容易かつスムースに引き離すことができる。
【００６８】
［他の実施の形態］
１．上記の実施の形態では、ボールのサイズが吸着孔より小さい場合を説明したが、図２０に示すように、吸着孔１５のサイズがボール６のサイズよりも小さい場合がある。このような場合は、マスク部材４の個々の通気孔１６ａの中心が、ボール６を吸着すべきでない吸着孔１５の中心と、必ずしも一致せずとも吸着孔１５と一部重なる部分があればよい。
２．例えば、図２と図１４で説明したようなマスク部材において、全体を繊維にて板状に形成してもよく、さらに、厚み方向で吸着孔側を密にして硬質に、ボール容器側を粗にして軟質にしてもよい。このようにすれば、マスク部材の剛性を保ちながら、吸着孔へは吸着されはしないが機械的振動や気流によって空中に浮遊させられたボールが、マスク部材に勢いよく衝突しても、変形したり表面が傷むことはない。特に、樹脂コア半田ボールの場合には表面の半田層の剥離を防止できて好ましい。またこの場合、繊維を金属繊維としてマスク部材の帯電によるボールの吸着を防止するようにしてもよい。なお、図１９で説明したマスク部材においても、通気性部材の吸着孔側を密にして硬質に、ボール容器側を粗にして軟質にしてもよい。
【００６９】
［比較例］
比較例として、図２１と図２２を用いて、通気部を有さず、かつ通気性素材で構成されていないマスク部材４０がボール容器５に取付けられた場合について、上記実施の形態と同様のプロセスを検討する。なお、図２１は比較例のマスク部材４′を示す平面図であり、図２２は同比較例におけるボール搭載プロセスの説明図であって、同図（ａ）はマスク部材からボールを吸着したボール配列部材を引き離そうとする状態を示す断面図であり、同図（ｂ）はボール配列部材をマスク部材から引き離した状態を示す断面図である。
【００７０】
このマスク部材４０の構造は、ボール６を吸着すべき吸着孔１５に対応する部分にはボール通過孔１８が設けられ、かつボール６の吸着を阻止すべき吸着孔１５に対応する部分が閉塞されている。したがって、ボール通過孔１８と対向する吸着孔１５にボール６が吸着すると、マスク部材４０によって覆われている吸着孔１５がマスク部材４０を吸着してしまう。このため、ボール配列部材３を上昇させる際には、ボール配列板３がマスク部材４０を吸着しているので容易に引き離すことができない。この場合、マスク部材４０の剛性が不足していれば、図２２（ａ）に示すように、マスク部材４０の変形を引きおこす。真空の引きをやや弱めにしておくと引き離しは可能であるが、図２２（ｂ）に示す如く、引き離すその瞬間に、ボール通過孔１８と閉塞された部分との間で強い気流（矢印）が生じる。この気流はボール６の至近距離で発生する。ボール６は弱い真空で吸着されているため、ボール通過孔１８の内側付近のボールが、閉塞部の方へ引かれて移動してしまう、というような不具合が発生することがある。また、反対に、ボール配列部材３が下降してマスク部材４０へ接触する直前の瞬間にも、同様の不具合が発生することがある。
一方、本発明の実施の形態では、マスク部材によって吸着孔が閉塞されていないため、ボール配列部材のマスク部材との引き離し時や接触直前時におけるボールの移動という問題は発生しない。また、本発明の実施の形態では、次のボール容器への移動時も、未吸着時の吸着孔は開放されているが、開放面積は僅少であり、既に吸着されたボールが落下することは無く、開放状態が最後の種類のボールが搭載されるまで継続しているので、ボールが移動するような強い気流を生じることは無い。これらは、本発明の実施の形態が、マスク部材をボール容器に設置したにとどまらず、マスク部材が通気孔を有する、あるいは、マスク部材を通気性素材で構成するなどの構成をとっているためである。
【００７１】
【発明の効果】
本発明のボール搭載装置によれば、ボール配列部材の一部の吸着孔の開口部を覆うようなマスク部材を備えたボール容器を有する構造であって、そのマスク部材が吸着孔の開口部と接する部分にはボール容器側へと通じる通気部が設けられているため、マスク部材によって覆われた吸着孔にはボールが吸着されず、ボール配列部材の特定の吸着孔にのみボールを吸着させることができる。さらに、マスク部材が吸着孔の開口部と接する部分には通気部が設けられているため、この通気部に対応する吸着孔は、同一真空系の他の吸着孔がボールを真空吸引しているときでもマスク部材を吸引することがなく、他の吸着孔にボールを保持した状態でボール配列部材をマスク部材から簡単に引き離すことができる。したがって、ボール配列部材を別のボール容器上に移動して、ボールが吸着されていない吸着孔に、既にボール配列部材に保持されているボールとは種類が異なるボールを吸着させることができるので、２種類以上のボールをボール配列部材の所望の吸着孔に同時に保持し、２種類以上のボールを同一ワーク上に一度で搭載することが可能となる。この結果、ワーク１個当たりのボール搭載プロセスの時間が短縮化され、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のボール搭載装置を示す構成図である。
【図２】同実施の形態１におけるマスク部材にボール配列部材が接した状態を下方から見た図である。
【図３】同実施の形態１におけるボール配列部材にボールを吸着した状態を下方から見た図である。
【図４】同実施の形態１におけるマスク部材の通気孔の大きさと配置を示す説明図である。
【図５】同実施の形態１におけるボール搭載プロセスを説明する工程説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２のボール搭載装置の主要部を示す構成図である。
【図７】同実施の形態２におけるマスク部材の断面形状を示す断面図である。
【図８】同実施の形態２における他のマスク部材の断面形状を示す断面図である。
【図９】同実施の形態２におけるボール配列部材の全ての吸着孔に３種類のボールが吸着した状態を下方から見た図である。
【図１０】本発明の実施の形態３のボール搭載装置を示す概略構成平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態４のボール搭載装置を示す概略構成平面図である。
【図１２】同実施の形態４のボール搭載装置の側面図である。
【図１３】本発明の実施の形態５におけるボール容器内部を示す断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態６におけるマスク部材であって、同図（ａ）はボール通過孔が５個に区分されたマスク部材の平面図であり、同図（ｂ）はボール通過孔が２１個に区分されたマスク部材の平面図である。
【図１５】本発明の実施の形態７におけるマスク部材の通気孔の各種非円形状を示す説明図である。
【図１６】本発明の実施の形態８におけるマスク部材の非円形状の通気孔にボールが吸着した状態での通気エリアを説明する説明図である。
【図１７】本発明の実施の形態９におけるマスク部材の通気孔の各種断面形状を示す説明図である。
【図１８】本発明の実施の形態１０におけるマスク部材を備えたボール容器の断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態１１におけるマスク部材を示し、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は断面図である。
【図２０】他の実施の形態におけるボール配列部材の一定幅の吸着孔及びこの吸着孔とマスク部材の通気孔との位置関係を表す断面図である。
【図２１】比較例のマスク部材を示す平面図である。
【図２２】同比較例におけるボール搭載プロセスの説明図であって、同図（ａ）はマスク部材からボールを吸着したボール配列部材を引き離そうとする状態を示す断面図であり、同図（ｂ）はボール配列部材をマスク部材から引き離した状態を示す断面図である。
【図２３】エリアアレイ型の電極構造を持つ半導体装置の実装プロセスを説明する工程説明図である。
【図２４】従来例１のボール搭載装置によるボール搭載プロセスを説明する工程説明図である。
【図２５】従来例２のボール搭載装置を示す平面図である。
【図２６】従来例３のボール搭載装置を示す平面図である。
【符号の説明】
２ボール配列部材用移動路
３、３ａ、３ｂボール配列部材
４、４ａ、４ｂマスク部材
５、５ａ、５ｂ、５ｃボール容器
６、６ａ、６ｂ、６ｃボール
７ワークテーブル
８ワークテーブル用搬送路
９ワーク
１０電極
１５吸着孔
１６通気部
１６ａ通気孔
１９通風孔
Ｄ₀ ボールの直径
Ｍ相対移動手段
Ｐ間隔[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ball mounting apparatus and a ball mounting method, and more particularly to a ball mounting apparatus and a ball mounting method for mounting a plurality of types of balls on a work electrode such as a substrate or a semiconductor element at a time.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as typified by mobile phones and portable information devices, there is an increasing demand for downsizing and weight reduction of electronic devices, and along with this, downsizing and high density of semiconductor devices are rapidly progressing.
For this purpose, a semiconductor device having a so-called chip size package (CSP) structure in which the LSI chip is miniaturized as much as possible by bare chip mounting where the LSI chip is directly mounted on the circuit board or the shape of the semiconductor device is made as close as possible to the shape of the LSI. The number of semiconductor devices having an area array type electrode structure as shown in FIG. The manufacturing process is shown below.
[0003]
FIG. 23 is a process explanatory diagram illustrating a mounting process of a semiconductor device having an area array type electrode structure. As shown in FIG. 1A, the wiring component 100 and the back surface of the semiconductor substrate 101 are bonded together by a thermosetting resin 102. The wiring component 100 has an electrode 103a on the semiconductor substrate 101 side and an electrode 103b re-wired from the electrode 103a on the opposite side. Next, as shown in FIG. 4B, the electrode 104 of the semiconductor substrate 101 and the electrode 103a of the wiring component 100 are connected by a wire 105, and as shown in FIG. Sealing is performed. Next, as shown in FIG. 4D, when the flux 107 is applied to the electrode 103b and the conductive ball 110 is mounted on the electrode 103b as shown in FIG. The conductive ball 110 is temporarily fixed. Thereafter, as shown in FIG. 5G, after the conductive balls 110 are melted and joined to the electrodes 103b in a reflow furnace, they are cut into individual pieces along the outer periphery of the sealing resin 106.
[0004]
As an example of a method for mounting the conductive ball 110 between the steps shown in FIGS. 23D and 23E, the conductive ball 110 placed in a ball container is suspended in the air by mechanical vibration or air flow. As shown in FIG. 23 (e), there is a method in which the conductive balls 110 are attracted and held by the ball array member 108 having the suction holes 109 corresponding to the electrodes 103b by a method such as vacuum suction. The ball array member 108 is moved onto the semiconductor device in a vacuum state, and the conductive balls 110 adsorbed in the adsorption holes 109 are mounted on the electrodes 103b. This method is a method of mounting balls in one package or several packages at a time while holding the same kind of balls in all the suction holes of the ball array member.
[0005]
Apart from this, a method has been proposed in which the ball is not adsorbed to all of the adsorbing holes of the ball arraying member, but adsorbed only to a part (see, for example, Patent Document 1). In this method, a part of the plurality of suction holes of the ball arraying member is closed with a mask member, so that the balls are sucked only into the suction holes of the ball arraying member not blocked by the mask member. It is a method to mount. The mask member is adsorbed to the ball array plate by a vacuum system different from the adsorption holes.
[0006]
In recent years, it has become necessary for some electrodes on a semiconductor device to have different types of balls from those mounted on other electrodes. Examples thereof include the following (1), (2) and (3).
(1) A solder ball having a large size may be mounted on an electrode at a corner portion of a semiconductor substrate. As a fundamental cause, the thermal stress applied to each bump generally increases at a corner portion farthest from the semiconductor center. The larger the solder bump volume, the greater the stress relaxation effect. Therefore, considering the risk of bridging adjacent balls, it is desirable to mount large solder balls on corners that can be larger than the normal electrode pitch. It is.
{Circle around (2)} Resin core solder balls may be mounted on the electrodes at the corners of the semiconductor substrate, and conventional solder balls may be mounted on the other electrodes. This is because the resin core solder ball has a high stress relaxation effect due to the internal resin core, but since the amount of solder is small, the self-alignment effect during reflow is small and more expensive than the conventional solder ball. Therefore, the stress is relieved by the resin core solder ball near the corner where the thermal stress is large, and the conventional solder ball is mounted outside the corner to ensure the self-alignment at the time of reflow and to reduce the cost. .
(3) As another example of mounting different types of balls, the largest solder ball is at the most stressed corner, the middle size solder ball is around the corner where stress is most likely to be applied, and the others In this portion, the stress relaxation effect is improved by mounting three kinds of solder balls, such as the smallest solder ball.
As a method of satisfying the requirements of (1), (2), and (3), a method of mounting two or more types of balls on the same work has been proposed (for example, see Patent Document 2). This is a method of mounting two or more kinds of balls using a plurality of suction heads. In this method, when there are n types of balls, the balls are sequentially mounted by n or more ball mounting operations.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2000-269257 A
[Patent Document 2]
JP 2001-223234 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Here, assuming the case where two kinds of balls are mounted on a semiconductor device, the above-described conventional process and apparatus will be examined in detail.
First, in the ball mounting apparatus described in Patent Document 1, the following process A-1 is assumed as a process for performing this.
[0009]
<Process A-1>
(A1-1) In the mask desorption field, the vacuum system A1 is turned on, and the mask member A1 is adsorbed to the ball array member A held movably by the mount head A.
(A1-2) The ball array member A is moved to the ball container A1 containing the balls A1, the vacuum system A2 is turned on, and the balls A1 are attracted to the ball array member A.
(A1-3) The ball array member A is moved to the mask desorption field, the vacuum system A1 is turned off, and the mask member A1 is removed from the ball array member A.
(A1-4) In the mask desorption field, the vacuum system A1 is turned on to suck the mask member A2 to the ball array member A.
(A1-5) The ball array member A is moved to the ball container A2 containing the balls A2, the vacuum system A2 is turned on, and the balls A2 are attracted to the ball array member A.
(A1-6) The ball array member A is moved to the semiconductor device, the vacuum system A2 is turned off, and the balls A1 and A2 are mounted on the electrodes of the semiconductor device from the ball array member A.
The process A-1 alone has six steps and is complicated, but actually, the process A-1 is difficult to realize. That is, as described in (a1-3) and (a1-4), it is necessary to release the vacuum system A1 and remove the mask member A1, and then vacuum-suck another mask member A2. However, from the step (a1-2) to the step (a1-6), the vacuum system A2 is in an ON state in order to maintain the ball adsorption state. In addition, the mask member closes the suction hole that does not attract the ball. For these reasons, the mask member cannot be removed because the mask member is also vacuum-sucked into the suction hole in a state where the ball is sucked into another suction hole. Therefore, the process A-2 shown below is actually performed.
[0010]
<Process A-2>
(A2-1) In the mask desorption field, the vacuum system A1 is turned on, and the mask member A1 is adsorbed to the ball array member A held movably by the mount head A.
(A2-2) The ball array member A is moved to the ball container A1 in which the balls A1 are stored, the vacuum system A2 is turned on, and the balls A1 are attracted to the ball array member A.
(A2-3) The ball array member A is moved to the semiconductor device, the vacuum system A2 is turned off, and the ball A1 from the ball array member A is mounted on the electrode of the semiconductor device.
(A2-4) The ball array member A is moved to the mask desorption field, the vacuum system A1 is turned off, and the mask member A1 is removed from the ball array member A.
(A2-5) In the mask desorption field, the vacuum system A1 is turned ON to suck the mask member A2 to the ball array member A.
(A2-6) The ball array member A is moved to the ball container A2 containing the balls A2, the vacuum system A2 is turned on, and the balls A2 are attracted to the ball array member A.
(A2-7) The ball array member A is moved to the semiconductor device, the vacuum system A2 is turned off, and the ball A2 is mounted on the semiconductor device from the ball array member A.
Process A-2 is a process for mounting two types of balls. As the number of types of balls increases, four types of steps (a2-1) to (a2-4) are performed for each type of ball. To increase. In order to mount the three types of balls, eleven processes are required, and a total of three mounting processes that require more time than the ball adsorption are required.
Further, when the mask member is attracted to the ball array member, not only the alignment in the XY direction but also the θ alignment is required, and it is necessary to perform the alignment with accuracy over time. Otherwise, when the mask member is attracted, the mask is moved from the attachment / detachment field of the mask to the ball arraying member.
As for the device configuration, as shown in FIG. 2 of Patent Document 1, the mask member is not a flat plate but a box-shaped complicated shape with a wide edge. In order to mount the mask member on the ball array member, a vacuum system of a different system from the vacuum system for attracting the ball to the ball array member is necessary, and the structure of the apparatus becomes complicated.
Further, in order to replace the mask member during the process, as shown in FIG. 1 of Patent Document 1, it is necessary to provide a desorption place for the mask member in the apparatus.
[0011]
Next, in the ball mounting apparatus described in Patent Document 2, when two types of balls are mounted on a semiconductor device in the same manner as described above, the following process B is assumed to be performed.
[0012]
<Process B>
(B-1) The ball array member B1 movably held by the mount head B1 is moved to the ball container B1 containing the ball B1, the vacuum system B1 is turned on, and the ball B1 is placed on the ball array member B1. Adsorb.
(B-2) The ball array member B1 is moved to the semiconductor device, the vacuum system B1 is turned off, and the balls B1 are mounted on the electrodes of the semiconductor device from the ball array member B1, while the ball container B2 containing the ball B2 is stored. The ball array member B2 movably held by the mount head B2 is moved to turn on the vacuum system B2, and the ball B2 is attracted to the ball array member B2.
(B-3) While the ball array member B1 is retracted from the semiconductor device, the ball array member B2 is moved to the semiconductor device, the vacuum system B2 is turned off, and the ball B2 is moved from the ball array member B2 onto the electrode of the semiconductor device. Mount.
The process B does not require the step of detaching the mask from the ball array member, and the ball array member B1 and the ball array member B2 are driven separately in the steps (b-2) and (b-3). The number of steps is reduced compared to A-2. Therefore, as the number of types of balls increases, each type of ball is increased by one step (b-2), and four steps are required when three types of balls are mounted.
However, the process of mounting the ball on the semiconductor device requires more time than ball adsorption because it requires accurate alignment, mount head lowering control, mounting load control, and the like. For this reason, there are two processes for mounting the ball on the semiconductor device, two processes for two types of balls, and three processes for three types of balls, so the tact time is long. Further, in (b-3), which is the second and subsequent mounting process, a ball that is already mounted may be displaced due to an air current ejected from the suction hole when the ball is mounted.
Regarding the apparatus configuration, the ball arrangement member and the mount head that holds the ball arrangement member movably are required only for the type of ball, and in that sense, it is regarded as one type of mask, but is shown in FIG. As described above, it is necessary to fabricate a complicated shape having relief recesses that are formed so as not to hit the balls already mounted on the semiconductor device and also having a number of vacuum suction holes. Further, since a vacuum system is required for each mount head, the structure of the ball mounting device is complicated.
Further, considering the configuration of the entire mounting device, as shown in FIG. 1 of Patent Document 2, a moving table on which the mount head moves is necessary. If there are two types of balls, the movable device on which the semiconductor device is placed is placed. A comparison is made such that one straight moving table is placed to the left and right so that the table is centered, and mount heads (referred to as suction heads in the publication) are arranged on the right and left sides of the moving table, respectively. A simple configuration can be taken. However, when there are more than two types of balls, various problems occur. That is, as the number of balls increases, the mount head also increases. Here, assuming that three types of balls are continuously mounted on a semiconductor device, the device configuration and the process will be examined in detail.
[0013]
FIG. 24 shows a process of continuously mounting on the workpiece 9 using a ball mounting device (conventional example 1) configured by one straight moving path 2. A work table 7 for holding a semiconductor device is arranged almost directly below the center of the moving path 2, and three types of mount heads 1a, 1b, 1c are arranged on the left side from the inside in the order of mounting, and the mount heads 1a, 1b, 1c are arranged. The ball array members 3a, 3b, 3c are respectively attached to the ball containers 5a, 5b, 5c corresponding to the ball array members 3a, 3b, 3c. In the ball mounting process by this mounting apparatus, first, as shown in FIG. 5A, the ball array members 3a, 3b, 3c are at the initial position on the left side of the moving path 2, and the ball array member 3a is first installed in the ball container. The ball is adsorbed from 5a. Subsequently, as shown in FIG. 5B, the ball arraying member 3a moves toward the work 9, releases the ball from the ball arraying member 3a and mounts it on the work 9, while the ball arraying member 3b After adsorbing the ball from the container 5b, the movement in the right direction is started. Then, as shown in FIG. 5C, the ball array member 3a is retracted to the right side, while the moved ball array member 3b mounts the ball on the work 9, and at the same time, the ball array member 3c is After attracting the ball from 5c, it moves to the right. Thereafter, as shown in FIG. 4D, the ball arraying member 3b is retracted to the right side, and the moved ball arraying member 3a mounts the ball on the workpiece 9.
In such a ball mounting apparatus, when a ball is mounted on a new workpiece 9, the state shown in FIG. 24 (d) to the state shown in FIG. 24 (a), that is, all the ball arrangement members and the mount head are retracted on the right side. If it does not return to the left initial position, it cannot be performed, resulting in a large loss of tact time. In addition, since a viscous substance is normally applied onto the workpiece electrode before mounting the ball, the mounted ball is moved by the air current that passes over the workpiece all at once when the three ball array members return to the initial position. There is also a risk of displacement. In particular, when the viscosity of the viscous material is low or when the viscous material is not used, the possibility of the ball position deviation becomes large.
[0014]
Further, as another ball mounting device (conventional example 2) for mounting three types of balls on a semiconductor device in succession, as shown in FIG. In this ball mounting device, for example, two straight movement paths are arranged in parallel, mount heads 1a and 1b are arranged on the left and right of the front movement path 2a, and corresponding ball containers 5a and 5b are arranged. The mount head 1c is arranged on the right side of the rear movement path 2b, the corresponding ball container 5c is arranged, and the ball array members are attached to the mount heads 1a, 1b, 1c, respectively. The work table 7 holding the semiconductor device can move along the straight conveyance path 8 toward the respective movement paths 2a and 2B, and each mount head can be moved to the center of each of the two movement paths 2a and 2b. By moving 1a, 1b, and 1c, it is possible to deliver and mount the ball from each ball array member to the semiconductor device.
[0015]
As another ball mounting device for continuously mounting three types of balls on a semiconductor device, as shown in Conventional Example 3 of FIG. It is movably installed, three moving paths 2a, 2b, 2c are arranged radially with respect to the conveyance path 8, and mount heads 1a, 1b, 1c are arranged on the moving paths 2a, 2b, 2c, respectively. Ball array members are attached to the mount heads 1 a, 1 b, and 1 c, and the respective ball containers 5 a, 5 b, and 5 c are disposed outside the conveyance path 8. The work table 7 holding the semiconductor device travels around the transport path 8 and is mounted with balls delivered from each ball arraying member that has moved to the inner side of each of the travel paths 2a, 2b, and 2c.
[0016]
By adopting the apparatus configuration as shown in FIGS. 25 and 26, it can be considered that a large loss in tact time of returning the mount head to the initial position can be avoided at first glance. However, in order to support the mounting of balls at multiple locations, it is necessary to greatly extend the movable range of the work table while maintaining the alignment controllability that requires high accuracy when the work table is mounted. It becomes complicated. In particular, since the movement path is annular, the apparatus configuration of FIG. 26 in which the work table moves along a long distance curve is likely to cause a problem. Further, when the work table moves, there is a possibility that a ball already mounted may cause mounting displacement due to airflow or acceleration due to movement. In particular, in FIG. 26, since the moving path is long, it is necessary to select whether the mounting is shifted due to movement or the tact time is seriously lost.
Further, in these ball mounting apparatuses, the depth and the equipment area of the apparatus are considerably increased due to the radial arrangement and parallel arrangement of the movement paths. In addition to these problems, workability problems occur. In other words, at the beginning of the ball mounting work, it is usual for the worker to perform installation of necessary jigs and materials, operation check, etc., and if any trouble occurs during ball mounting, the worker installs and operates Confirmation may be performed manually or semi-manually. However, it is difficult for the operator to install the ball container and confirm the suction operation at the back of the apparatus, and it takes time for confirmation work and correction work.
Many of these problems are caused by the fact that the mounting process is the same as the type of the ball in the ball adsorption process and the mounting process.
[0017]
The present invention solves the above-described problems, and by using a mask member that can be removed in a state where the balls are vacuum-sucked to the ball arrangement member, a plurality of types of balls can be adsorbed to the ball arrangement member and collectively mounted. An object is to provide a ball mounting apparatus and a ball mounting method.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
Thus, according to the present invention, a plurality of conductive materials of Contains the ball, and The At least one ball container having a take-out opening capable of taking out the ball; The In a ball container Said A suction means including a ball array member having a plurality of suction holes capable of vacuum-sucking the balls in a predetermined array; Said Ball arrangement member Of the plurality of adsorption holes, the Prevent ball adsorption Ki A mask member capable of closing the suction hole; The balls in the plurality of suction holes should be sucked With the ball adsorbed in the adsorption hole Said A relative movement means for relatively moving the ball arrangement member on the workpiece, Said Release the vacuum suction of the ball arrangement member Adsorbed in the adsorption hole Let the ball fall open Said A ball mounting device to be mounted on an electrode on a workpiece,
The mask member has a peripheral edge Said Ball container The above Attached to the open end of the outlet opening, and Said In the ball arrangement member Said There is provided a ball mounting device having a ventilation portion for ventilating between the suction hole side and the air side of the ball container or outside the ball container in a region corresponding to the suction hole to be prevented from sucking the ball.
[0019]
According to the ball mounting apparatus of the present invention structured as described above, the ball arranging member comes into contact with the mask member when adsorbing the balls in the ball container. Then, the ball reaching the suction hole through the ball passage hole formed in the mask member is vacuum-sucked by the suction hole, and the portion covered with the mask member is blocked by the mask member, and the ball becomes the suction hole. The balls are attracted to the ball arraying member in a predetermined ball array without being attracted. During this time, air is fed into the suction hole covered with the mask member from the air side of the ball container side or the outside of the ball container through the ventilation part of the mask member. In addition, the mask member is integrated with the ball container. Since it is attached, the mask member is not attracted to the ball array member. Therefore, when separating the ball array member and the mask member, even if the vacuum is evacuated to all the suction holes with the same vacuum generator and the ball is attracted to a specific suction hole of the suction holes. The mask member can be easily pulled away without dropping the ball from the ball array plate. Further, since the mask member is integrated with the ball container, there is an advantage that the structure of the apparatus is simplified.
[0020]
Here, examples of the workpiece to be used in the present invention include semiconductor devices such as chips and wafers having electrodes, and various electronic components having electrodes other than the semiconductor devices. For example, in the case where a ball having a diameter of 0.3 mm is mounted on a suction hole not covered with a mask member on a workpiece having a pitch between electrodes of 0.5 mm, the diameter of the suction hole is 0.35 to 0. Desirably it is in the range of .45 mm.
[0021]
In addition, as the balls used in the present invention, Sn—Ag—Cu solder balls, resin core solder balls, and the like are conceivable. A typical example of the resin core solder ball structure is one in which copper is plated around a core made of resin such as polyimide and solder is plated thereon. The resin core solder ball relieves stress by the resin core. However, since the amount of solder is smaller than that of a conventional solder ball having no resin core, the self-alignment effect during reflow is weak and expensive. Therefore, by mounting the resin core solder balls only on the corners of the semiconductor chip where the thermal stress is large, the thermal stress relaxation effect of the resin cores improves the temperature cycle reliability. It is ensured by solder balls mounted on the other. Further, the cost is lower than when resin core solder balls are mounted on all electrodes.
[0022]
In the present invention, the mask member may be fixed to the ball container by fixing with an adhesive, or an attachment / detachment part may be provided at four corner portions or around the ball container. For example, vacuum chucking, magnet chucking, pushpins and their receiving portions may be provided, fitted, screwed, and clipped by a spring-type presser attached to the ball container. At this time, in order to avoid contact with the ball arrangement member, it is desirable to insert a counterbore for accommodating the head of the screw and the presser into the mask member.
[0023]
In the present invention, the vent portion of the mask member must first prevent the ball from passing through the vent portion and being sucked into the suction holes of the ball arraying member. It is desirable to consider so that air permeability is maintained.
For example, the ventilation part comprises a ventilation hole that passes through the mask member and vents between the ball container side and the suction hole side, and this ventilation hole can prevent the ball container side opening from being closed by a ball. A first ventilation area, and an opening on the suction hole side has a second ventilation area communicating with the first ventilation area and opening at a position facing the suction hole of the ball arrangement member. Also good. Specifically, one vent hole is arranged for each suction hole, and the opening on the ball container side is formed in a non-circular shape capable of preventing the passage of the ball. Can do. In this case, the vent hole is set to an opening size through which the ball cannot pass.
In this way, when the ball is attracted to the ball arrangement member, even if the ball is attracted to the vent hole of the mask member, the opening on the ball container side of the vent hole is completely blocked by the spherical ball. The first ventilation area that is a gap is formed. Since the first ventilation area communicates with the second ventilation area, which is the opening on the suction hole side of the ball arrangement member in the ventilation hole, air permeability that allows airflow to escape from the ball container side to the suction hole side is easily secured. Thus, vacuum suction of the mask by the suction holes can be prevented. In this case, the shape of the vent is not particularly limited as long as it is non-circular, and for example, a triangle, rectangle, rhombus, trapezoid, cross, star, other polygon, oval, ellipse, saddle, irregular Although a regular shape etc. can be mentioned, the opening size shall be a thing which a ball cannot pass.
[0024]
The ventilation portion includes a ventilation hole that passes through the mask member and vents between the ball container side and the suction hole side. The ventilation hole includes a plurality of ventilation holes having a smaller diameter and pitch than the diameter of the ball. It may be composed of small ventilation holes. In other words, when the vent hole is formed in a circular shape in the mask member, it is divided into a plurality of one suction hole with a diameter that prevents the ball from passing and an interval at which the ball does not stick to both adjacent vent holes. To do.
By configuring the vent hole in this way, the following effects can be obtained. The diameter of the opening diameter of the suction hole must be less than twice the diameter of the ball to be sucked in order to suck only one ball, so the radius of the opening diameter of the suction hole is smaller than the diameter of the ball to be sucked. . Therefore, when one of the ventilation holes provided in the mask member adsorbs the ball, another ventilation hole that is adjacent at an interval shorter than the radius of the opening diameter of the adsorption hole, that is, at an interval shorter than the diameter of the adsorbed ball. The ball that has already been adsorbed is not blocked by another ball, and a plurality of vent holes corresponding to one adsorbing hole are not blocked by the ball. Thus, the suction hole can prevent the mask member from being vacuumed.
[0025]
The ventilation portion may be a ventilation hole that passes through the thickness of the mask member and vents between the atmosphere side outside the ball container and the suction hole side. That is, the vent hole has both an air inlet and an air outlet on the surface of the mask member on the side of the suction hole of the ball arrangement member, and the air outlet faces the suction hole that prevents the adsorption of the ball. The atmosphere introduction port is arranged at a position where the suction hole is not sucked by the vacuum and is not blocked by the ball arrangement member, and the two atmosphere introduction ports and the atmosphere outflow port are located within the thickness of the mask member. The formed cross-sectional shape is communicated by a substantially U-shaped communication hole.
With this configuration, the balls in the ball container can be adsorbed to the adsorbing holes of the ball arrangement member without adsorbing to the mask member.
[0026]
Moreover, the ventilation part may be made of a material having air permeability. That is, a material having air permeability is used for at least a portion of the mask member where air permeability is desired. Specific examples of the material for the ventilation part include, for example, fibers formed into a plate shape, a cloth shape such as a woven fabric shape, a knitted fabric shape, and a non-woven fabric shape, porous ceramics and plastics. The fiber may be derived from a living organism, or may be a synthetic fiber or glass fiber. In addition, the air-permeable material may be used only for the portion of the mask member that prevents the ball from adsorbing to the suction holes, or may be used for the entire mask member.
In this way, even if it is difficult to form a ventilation hole smaller than the diameter of the minute ball, if the mask member is made of a material having air permeability such as a woven fabric or a nonwoven fabric, the hole is processed. Since it is not necessary, it is suitable for closing the suction holes of the ball arrangement member with respect to a minute ball.
[0027]
Moreover, in this invention, the mask member may change the structure of the said fiber raw material in the thickness direction. For example, if the suction hole side is dense and hard, and the ball container side is rough and soft, while maintaining the rigidity of the mask member, it is not attracted to the suction hole but is suspended in the air by mechanical vibration or airflow. Even if the ball thus hits the mask member vigorously, it can be prevented from being deformed or the surface being damaged.
[0028]
The mask member may be made of a conductive material. Specifically, a mask member composed of a conductive resin plate, a metal plate, a plate made of metal fibers or conductive resin fibers, a plate made of a porous ceramic, porous plastic, or the like with a conductor, etc. Can be mentioned.
In this way, since the mask member is made of a conductive material, the potential of the mask member can be made zero, and the conductive balls in the ball container can be prevented from adsorbing to the mask member due to charging. In other words, when the mask member is charged, the ball suspended in the air due to mechanical vibration or airflow adheres to the surface of the mask member on the ball container side due to static electricity and remains adsorbed even after the vacuum is released. In some cases, the balls may adhere to the mask member in a lump shape, causing a problem that the adsorption of the balls to the ball arrangement member is hindered, but this can be prevented.
[0029]
In the present invention, the ball container or / and the mask member may have a ventilation hole for introducing an external atmosphere into the ball container when the ball array member and the mask member are separated.
In this way, after the ball is attracted to the specific suction hole of the ball array member, when the ball array member and the mask member are separated, the air flows into the ball container from the outside through the ventilation hole, and the internal pressure is increased. Since the pressure is returned to the atmospheric pressure, smoother separation can be performed.
[0030]
Moreover, the ball mounting apparatus of the present invention may include two or more n ball containers and (n-1) mask members.
With this configuration, when the balls are sequentially attracted to the ball arraying member from the plurality of ball containers, the second and subsequent ball containers retain the already attracted balls in the suction holes, A ball can be adsorbed to an adsorption hole that is not covered with a mask member among the adsorption holes that are not adsorbed. Finally, in a ball container that does not have a mask member, all the remaining adsorption that the ball is not adsorbed A ball can be adsorbed in the hole. In other words, in addition to sequentially adsorbing a plurality of types of balls in a predetermined arrangement with one ball arrangement member, during this time, there is no need to remove or attach the mask member to the ball arrangement member, and then adsorption with the ball arrangement member. Since the held balls can be mounted on the workpiece electrode at a time, even if the number of types of balls increases, a time-consuming mounting process is required. Therefore, the tact time per workpiece can be shortened, the working efficiency can be greatly improved, and the structure of the apparatus can be simplified. Furthermore, a vacuum system (which was conventionally necessary) for adsorbing the mask to the ball array member is not necessary in the present invention, and the apparatus structure is further simplified and the equipment cost can be reduced.
[0031]
The ball mounting apparatus of the present invention further includes a work table for holding a work, and a movement path for a ball array member that crosses over the work held by the work table, and the movement is performed with the work table as a substantially central position. A plurality of ball containers are juxtaposed below one side of the path, and a plurality of other ball containers are juxtaposed below the other side of the moving path. A first ball array member that vacuum-sucks a ball, a second ball array member that vacuum-sucks a ball from a plurality of ball containers on the other side of the moving path, a first ball array member, and a second ball array member It is also possible to provide a control unit that independently controls the movement of the motor to move the moving path and perform the ball suction mounting operation.
With this configuration, the plurality of types of balls are adsorbed by the second ball arrangement member while the plurality of types of balls adsorbed by the first ball arrangement member are mounted on the workpiece. A plurality of types of balls adsorbed by the second ball arrangement member after the first ball arrangement member has been retracted from the work table are mounted on the next workpiece. During this period, the first ball arrangement member again adsorbs the plurality of types of balls again. Since the same mounting path and work table can be shared and the ball mounting process can proceed in two lines, productivity can be improved without increasing the depth and installation area of the device. it can. In this case, workpieces may be set on the work table, and workpiece setting / removing means for picking up the workpiece after loading the ball from the work table may be provided for automation.
[0032]
Furthermore, in this ball mounting device, Said It further includes a work table transport path extending in a direction substantially orthogonal to the ball array member travel path, and two work tables are provided on the transport path. Said Control unit Or a separate control unit May be installed so as to be movable.
With this configuration, the workpiece after the ball is mounted can be retracted from the ball mounting position, and at the same time, the next workpiece can be quickly moved to the ball mounting position, thereby reducing the loss time required for workpiece removal and installation. Productivity.
[0033]
According to another aspect, the present invention is a ball mounting method using the above-described ball mounting device,
Two or more Said A ball of a different type from the balls in other ball containers is placed in at least one of the ball containers, and In the ball container In one ball container Said Install the mask member, then Said With ball arrangement member Said Sequentially from each ball container Said Adsorb the balls, multiple types of balls Said Vacuum adsorption in a predetermined arrangement to each adsorption hole, Said Multiple types of balls Said A ball mounting method for mounting on a workpiece electrode at a time is provided, and a process for mounting a plurality of types of balls can be performed by a single mounting operation, thereby greatly improving work efficiency.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiment.
[0035]
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a block diagram showing a ball mounting apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a view of a state in which a ball array member is in contact with the mask member in Embodiment 1 as viewed from below. These are the figures which looked at the state which adsorb | sucked the ball | bowl to the ball | bowl arrangement | sequence member in the same Embodiment 1 from the bottom, FIG. 4 is explanatory drawing which shows the magnitude | size and arrangement | positioning of the vent hole of the mask member in the same Embodiment 1, FIG. 5 is a process explanatory diagram illustrating a ball mounting process according to the first embodiment.
[0036]
In the ball mounting apparatus according to the first embodiment, for example, a conductive ball (for example, a solder ball) is placed on an electrode 10 of a workpiece 9 such as a wafer before dicing of a wafer process CSP or a CSP having an area array type electrode structure. It is to be installed. This ball mounting device can vacuum-suck the two ball containers 5a and 5b for storing two kinds of conductive balls 6a and 6b, respectively, and the balls 6a and 6b in the ball containers 5a and 5b in a predetermined arrangement. A suction means including a ball arraying member 3 having a plurality of suction holes 15 and a mask member 4 covering the suction holes 15 to prevent the balls 6a from being sucked at specific positions on the ball arraying member 3 are provided. Further, the ball mounting apparatus includes a work table 7 on which the work 9 is placed, a relative moving means M for relatively moving the ball arraying member 3 and the work 9, and a transfer for transferring the viscous substance onto the electrode 10 of the work 9. A mechanism T, a work table transport path 8 on which the work table 7 is movably installed, and a work table moving mechanism (not shown) that reciprocates the work table 7 are provided.
[0037]
The relative moving means M includes a ball array member moving path 2 that is supported by a support member (not shown) and extends straight in the horizontal direction, a mount head 1 that is movably provided along the moving path 2, and a mount A mount head drive mechanism that reciprocates the head 1 and a control unit C that controls the mount head drive mechanism are provided. The mount head drive mechanism can be constituted by a known reciprocating mechanism such as a chain / sprocket mechanism, a rack / pinion mechanism, a ball screw mechanism, or a cylinder mechanism.
Further, as the work table transport path 8, for example, a slide mechanism such as a linear guide is laid at a substantially intermediate position in the longitudinal direction of the ball array member moving path 2 and in a direction substantially orthogonal thereto. The known reciprocating mechanism can be employed as the work table moving mechanism. In addition, you may provide the workpiece installation taking-out means which installs and takes out the workpiece | work 9 on the workpiece | work table 7 in the vicinity of the conveyance path 8 for worktables.
[0038]
As the suction means, the above-described ball array member 3, the vacuum generator, a pipe for connecting the vacuum generator and the ball array member 3 in communication, and a switch provided in the middle of the pipe to switch between the vacuum generator side and the atmosphere side A configuration including a valve or the like can be given as an example.
The ball arraying member 3 is formed with a plurality of suction holes 15 for attracting the balls to the ball array plate on the lower surface side. In this case, a total of 25 suction holes 15 of 5 × 5 are formed. The opening of the suction hole 15 is larger than the diameter of the balls 6a and 6b and is expanded in a reverse taper shape. Further, the ball arraying member 3 is formed with a concave portion that opens upward as the peripheral wall of the ball arraying plate rising upward, and the upper end of the peripheral wall is capable of ascending and descending the lower part of the mount head 1. It is attached to the part 1a.
[0039]
The ball containers 5a and 5b are each formed in an upper opening box shape, and are arranged in parallel at a position directly below one end side of the ball array member moving path 2. Of these two ball containers 5a and 5b, a peripheral edge of a mask member 4 to be described later is attached in close contact with the opening end of the ball outlet opening of the ball container 5a on the end side of the moving path 2. Each ball container 5a, 5b is attached to a position adjusting means (not shown) so that the installation position is finely adjusted in the horizontal plane direction. The ball container 5a contains, for example, an Sn—Ag—Cu solder ball, and the ball container 5b contains, for example, a resin core solder ball.
[0040]
The transfer mechanism T includes a stage 11 on which the viscous material 14 disposed immediately below the other end of the ball array member moving path 2 is installed, and a squeegee 17 provided on the stage 11 so as to cover the viscous material 14. A pin transfer 12 movably provided in the movement path 2, a transfer pin 13 attached to an elevating part 12 a below the pin transfer 12, and a reciprocating mechanism (not shown) for reciprocating the pin transfer 12. . The pin transfer 12 may be attached to a different movement path from the ball arrangement member movement path 2.
[0041]
The mask member 4 is made of, for example, a metal plate, and has an outer shape that is substantially the same size and shape as the upper surface outer shape of the ball container 5a. Installed. This mask member 4 closes a specific suction hole 15 in the ball arraying member 3 in a state where the ball arraying member 3 is close to or in contact during the ball suction process, and in a region corresponding to the specific suction hole 15, A ventilation portion 16 for ventilating between the ball container 5a side and the suction hole 15 side is provided, and a ball passage hole 18 for allowing the ball 6a to pass is provided in a region corresponding to the other suction holes 15 (FIG. 1). FIG. 2). In this case, four suction holes 15 at the corners of the ball arraying member 3 are covered with the mask member 4, and ball passing holes 18 that open to the other suction holes 15 are formed.
[0042]
Further, the ventilation portion 16 of the mask member 4 includes a circular ventilation hole 16a that passes through the mask member 4 perpendicularly to the surface and vents between the ball container 5a side and the suction hole 15 side. As shown in a), one vent 16a has a diameter D of the ball 6a. ₀ Smaller pore diameter D ₁ Is formed. Further, the vent hole 16a has a diameter D of the ball 6a with respect to one suction hole 15. ₀ With a smaller interval P, a total of five pieces are divided into four pieces around the center. In addition, the air holes 16a are arranged so as to be partially included in the region of the suction holes 15. For example, the diameter D of the ball 6a ₀ Is 0.3 mm, the hole diameter D of the vent hole 16a ₁ Is set to 0.12 mm, and the distance P between the centers of the vent holes 16a is set to 0.18 mm. In other words, by setting the distance P as described above, even if the ball 6a is adsorbed and blocked by a certain vent hole 16a, the ball 16a is obstructed and other balls cannot be adsorbed by the adjacent vent hole 16a. The vent hole 16a in which is secured is left.
Further, the number of ventilation holes 16a corresponding to one suction hole 15 is not limited to five, but may be two as shown in FIG. 4B. For example, suction with an opening diameter of 0.4 mm at a pitch of 0.5 mm. When the ball array member 3 having the holes 15 is used to mount the ball 6a having a diameter of 0.3 mm, two vent holes 16 having a hole diameter of 0.1 mm are provided, and the interval P between the vent holes 16 is set to 0.15 mm. Specific examples can be given. The number of circular vent holes 16a is not limited to these, and may be three, four, or six or more. However, the diameter of the hole through which the ball 6a does not pass and any one of the vent holes 16a is air permeable. Is set to a mutual interval that secures.
[0043]
Next, the ball mounting process will be described with reference to FIGS. 1 to 5, and the apparatus structure will be supplementarily described.
First, the mount head 1 is moved onto the ball container 5a, and the ball array member 3 is lowered until the lower surface of the ball array member 3 comes into contact with the mask member 4 provided on the ball container 5a. At this time, since the position of the ball container 5a is adjusted in advance, the mask member 4 is in a state of covering the opening of the predetermined suction hole 15 of the ball arraying member 3 as shown in FIG. Next, the inside of the ball arraying member 3 is vacuum-sucked, and the balls 6 a are vacuum-sucked in all the suction holes 15 not covered by the mask member 4. At this time, the suction hole 15 covered with the mask member 4 is prevented from adsorbing the ball 6a, and airflow flows from the ball container 5a through the vent hole 16a, thereby preventing the mask member 4 from being adsorbed. Has been. Further, by using a conductive material as the material of the mask member, the potential of the mask member can be made zero, and the ball can be prevented from being adsorbed on the lower surface of the mask member due to charging. In addition, an air inlet may be formed in the peripheral wall of the ball container 5a, and external air may be sent into the ball container 6a by a natural flow or forcedly to float the ball 6a by an air flow. Thereafter, the ball arraying member 3 is lifted and held on the ball container 5b as shown in FIG.
[0044]
Next, the ball arraying member 3 is lowered, and the ball 6b is floated by an air flow or the like, and the inside of the mount head 1 is vacuum-sucked as described above, and the ball 6a is adsorbed as shown in FIG. The balls 6b are vacuum-sucked into all the suction holes 15 that are not (see FIG. 3). Thereafter, the ball arraying member 3 is raised while the balls 6a and 6b are adsorbed in a predetermined arrangement in all the suction holes 15 of the ball arraying member 3. Then, the ball arraying member 3 is moved onto the work table 7 as shown in FIG.
[0045]
In parallel with the above steps, a work 9 is set on the work table 7, and a viscous substance 14 such as a flux is applied on the electrode 10 of the work 9 by the transfer mechanism T. The viscous material application process will be specifically described. First, the viscous material 14 on the stage 11 is leveled to a certain thickness by a squeegee 17. Next, the pin transfer 12 is moved onto the stage 11, the transfer pin 13 is lowered, and the tip of the transfer pin 13 is pressed against the viscous material 14 on the stage 11. Thereafter, the transfer pin 13 is raised, the pin transfer 12 is moved onto the work 9, and the position of the transfer pin 13 and the position of the electrode (land) 10 of the work 9 are aligned. When the transfer pin 13 is lowered, the viscous material 14 attached to the tip of the transfer pin 13 is transferred onto the electrode 10. As another method of attaching the viscous substance 14 to the electrode 10, the viscous substance 14 is applied to the tips of the balls 6 a and 6 b that are attracted and held by the ball arraying member 3, and the balls 6 a and 6 b are directly applied to the workpiece 9. It is also possible to adopt a method of mounting.
[0046]
Next, the ball arraying member 3 moved onto the work table 7 is lowered, the vacuum suction inside the mount head 1 is released, and the pressure inside the mount head 1 is switched to normal pressure or positive pressure. Then, the balls 6a and 6b are released, and the balls 6a and 6b are mounted on the electrode 10 of the workpiece 9 to which the viscous substance 14 is applied. Then, as shown in FIG. 5D, the balls 6a and 6b are temporarily fixed on the electrode 10 due to viscosity. When switching the pressure inside the mount head 1, the balls 6 a and 6 b may or may not be in contact with the electrode 10. However, the ball 6a, 6b and the electrode 10 are not in contact with each other, and the pressure inside the mount head 1 is switched from a negative pressure to a positive pressure while the viscous material 14 applied on the electrode 10 and the ball 6a, 6b are in contact with each other. It is preferable. In this case, it is possible to prevent the balls 9a and 6b from being displaced due to an air current or the like in the middle of dropping, or the workpiece 9 from being damaged by pressing the balls 6a and 6b.
The above process is summarized as follows.
[0047]
<Process of Embodiment 1>
(1) The mount head 1 is moved to the ball container 5a having the mask member 4 containing the balls 6a, the vacuum system is turned on, and the balls 6a are attracted to the ball arraying member 3.
(2) The mount head 1 is moved to the ball container 5b containing the balls 6b, and the balls 6b are attracted to the ball arraying member 3 while the vacuum system is turned on.
(3) The mount head 1 is moved to the workpiece 9, the vacuum system is turned off, and the balls 6 a and 6 b are mounted on the workpiece 9 from the ball array member 3.
The movement of the mount head 1 in (1) to (3) is controlled by the control unit C.
The process of the first embodiment includes two adsorption steps and one mounting step. Further, as the number of types of balls increases, the number of steps of (2) is increased for each type of ball. Compared with the above-described conventional process B, the number of steps is the same, but since the time-consuming mounting step is only one step (3), the tact time can be shortened.
[0048]
[Embodiment 2]
As shown in FIG. 6, the ball mounting apparatus according to the second embodiment includes two or more ball containers including a mask member, and the other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same elements Are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0049]
Specifically, in the second embodiment, three ball containers 5a, 5b, and 5c are arranged in parallel, and two ball containers 5a and 5b on one end side of the movement path 2 for the ball arraying member among them are arranged. The mask members 4a and 4b are integrally attached to the opening ends of the two. In this case, the mask member 4 a of the ball container 5 a has a ball passage hole that opens only in the suction hole 15 at the center of the ball arrangement member 3. Further, the mask member 4b of the ball container 5b covers the four corner portions (see FIG. 2) of the plurality of suction holes 15 as shown in FIG. 7, or the corner portion 4 as shown in FIG. It covers the location and the central suction hole 15 where the ball 6a has already been sucked. In the case of the mask member 4 of FIG. 8, if the mask member 4 is thicker than the protrusion amount K from the suction hole 15 of the ball 6a already mounted in the previous process, the mask member 4 is not in contact with the mounted ball 6a. A concave portion 27 may be provided on the suction hole 15 side. In that case, a through hole 20 through which a ball communicating from the concave portion 27 to the ball container side does not pass may be provided.
[0050]
In the mounting process of such a ball mounting apparatus, as shown in FIGS. 6 to 9, first, one ball 6a is sucked into the suction hole 15 at the center of the ball array member 3 in the ball container 5a, and the ball container 5b. The ball 6b is adsorbed to all the adsorbing holes 15 except for the four adsorbing holes 15 in the remaining adsorbing holes 15 of the ball arraying member 3, and the remaining adsorbing (four corner parts) is adsorbed in the ball container 5c. The ball 6 c is adsorbed in the hole 15. Thereafter, all the balls 6 a, 6 b, 6 c are mounted on the work 9 at a time from the ball arraying member 3. As described above, three kinds of balls can be mounted in four steps, and since the time-consuming mounting step is only one step, the tact time is short.
That is, when there are n ball containers in total, the ball mounting device in which the mask member is provided in the (n-1) ball containers, of which n types of balls are sucked and held by the ball arraying member 3 at the maximum. And can be installed at once. That is, even if the number of types of balls increases, the time-consuming mounting process remains one process, so the tact time is short and the ball mounting process per work can be shortened.
As for the apparatus configuration, the ball array member moving path 2 can be configured as a single straight line no matter how many types of balls increase, and there is no need to expand the operating range of the work table 7, and the apparatus configuration As can be very simple. Needless to say, when the ball is mounted on the work 9, the work table 7 does not move greatly, so that there is no displacement of the ball due to airflow or acceleration. In addition, since the device has a straight configuration, the depth of the device can be reduced, and the increase in the equipment area is limited by the length of the ball container installed in the moving path direction. The time-consuming mounting process is only one process regardless of the number of types of balls, and there is no useless movement of the movement path and work table as examined in the conventional apparatus configuration, so the increase in tact time is absorbed. Only the increase in the process remains.
Furthermore, the portion where the adsorption and mounting operations are performed can be arranged in a straight line along the movement path 2, so that the operator can easily perform jig and material installation and operation check operations. Can do.
[0051]
[Embodiment 3]
FIG. 10 is a schematic configuration plan view showing a ball mounting apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In the third embodiment, the movement path 2 for the ball arrangement member is extended so that the relative movement means M crosses over the work held by the work table 7, and the movement path 2 with the work table 7 as a substantially central position. A plurality of ball containers 5a, 5b, 5c are juxtaposed below one side of the other, and another plurality of ball containers 5a, 5b, 5c are juxtaposed below the other side of the moving path 2, and the moving path 2 A first ball arraying member 3a that vacuum-sucks the balls from the plurality of ball containers 5a, 5b, and 5c on one side thereof, a mount head that moves the ball, and a plurality of ball containers 5a on the other side of the moving path 2, 5b, 5c, a second ball arraying member 3b for vacuum-sucking the balls, and a mount head for moving the second ball arraying member 3b. The first ball array member 3a and the second ball array member 3b are independently driven and controlled by a control unit (not shown) to move along the movement path 2 and perform a ball suction mounting operation. In this case, a set of three types of ball containers 5a, 5b, and 5c are arranged symmetrically from the outside in the order of mounting, and the left and right outer ball containers 5a and 5a and the adjacent ball containers 5b and 5b are respectively masked. A member is attached (see FIG. 6).
[0052]
In the ball mounting process according to the third embodiment, a plurality of types of balls are sequentially attracted by the first ball array member 3a, and a plurality of types of balls are sequentially attracted by the second ball array member 3b. The first ball arraying member 3a moves onto the work table 7 to mount the ball on the work, the first ball arraying member 3a retracts from the work table 7, and the work table is taken out by a work setting and unloading means (not shown). The work on 7 is replaced with the next work, and thereafter, the operation in which the second ball arraying member 3b moves onto the work table 7 and mounts the ball on the work is repeated. The work set on the work table 7 is previously coated with a viscous substance by a transfer mechanism (not shown).
In this way, while the second ball arraying member 3b is sequentially moved to the ball container and the balls 6 are sequentially attracted, the first ball arraying member 3a is moved, lowered, mounted, and retracted, while the work table. Since a new workpiece can be exchanged at No. 7, the tact time per workpiece can be significantly shortened compared to the case where one ball array member and one mount head are used.
[0053]
[Embodiment 4]
As shown in FIGS. 11 and 12, the ball mounting apparatus according to the fourth embodiment further includes a work table transport path 8 extending in a direction substantially orthogonal to the ball array member moving path 2 in the third embodiment. Two work tables 7a and 7b are movably installed on the conveyance path 8. In addition, the ball mounting apparatus is provided with a work table moving mechanism that is driven and controlled by a control unit (not shown), and each work table 7a, from the both ends of the conveying path 8 to the ball mounting position directly below the moving path 2 is provided. 7b reciprocates. The control unit of the work table moving mechanism may be the same as the control unit of the relative moving unit M or may be different.
[0054]
FIG. 12A shows that the left-side ball array member 3a attracts the balls from the ball container 5a, while the right-side ball array member 3b having been subjected to the three kinds of ball adsorption moves to the workpiece 9 in the mounting process. Shows the state. In FIG. 5B, the left ball arraying member 3a moves to the ball container 5c after sucking the balls from the ball container 5b, while the right ball arraying member 3b moves onto the workpiece 9 in the mounting process. The state where the ball is lowered and mounted is shown. In FIG. 5C, the left ball arrangement member 3a finishes adsorbing the balls from the ball container 5c and finishes the adsorption process, while the right ball arrangement member 3b having completed the ball mounting process retracts to the right. At the same time, the workpiece installation / removal means (not shown) removes the workpiece 9a loaded with balls from the workpiece table 7 and mounts a new workpiece 9b on the workpiece table 7. FIG. 6D shows a state in which the left ball arraying member 3a mounts the ball on the work 9b, while the right ball arraying member 3b sequentially attracts the balls for the next work.
[0055]
In the ball mounting process according to the fourth embodiment, as in the third embodiment, the first ball arraying member 3a and the second ball arraying member 3b perform the adsorption process and the mounting process, respectively. While the work table 7a is stopped at the ball mounting position of the conveyance path 8, the other work table 7b can replace the work at the standby position and can apply a viscous substance. Therefore, it is possible to reduce the loss time until the workpiece loaded with the ball is retracted from the ball loading position and to supply the next workpiece to the ball loading position, and the tact time per workpiece can be further reduced. .
[0056]
[Embodiment 5]
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the inside of the ball container according to Embodiment 5 of the present invention. In the above embodiment, the case where the ball is suspended by the air flow in the ball container has been described, but the pre-array plate 23 may be used as in the fifth embodiment. In this case, the pre-array plate 23 is provided with shallow recesses 22 in a matrix or the like. When placing the ball, the pre-array plate 23 is in the lowered position, and can receive the ball 6b sent from the ball introduction port 24 of the ball container 5 through the shutter mechanism 26. The balls 6b can be arranged in the recesses 22 substantially corresponding to the ball arrangement members 3 by being raised by the swinging vertical movement drive mechanism 25 while being placed. It should be noted that the shapes of the left side and the right side of each indentation 22 are different because the balls are introduced when the excess balls on the pre-array plate 23 are discharged to the ball inlet 24 after the balls are placed on the pre-array plate 23. Since the mouth 24 is on the left side, the pre-arrangement plate 23 is tilted to the left by the swinging vertical movement drive mechanism 25, and at this time, even one ball on each recess 22 is prevented from rolling down. Because.
[0057]
FIG. 13 shows a state immediately before the pre-array plate 23 on which the balls 6b are arranged is lifted to the extent that it does not hit the mask member 4 by the swinging vertical movement drive mechanism 25 in the ball container 5 and sucked up to the suction hole 15 by vacuuming. Indicates the state. Since the balls 6b are arranged in advance, it is only necessary to suck up the ball 6b, and the time required for the adsorption to all the adsorption holes 15 to be adsorbed can be shortened. In addition, since one ball is supplied to one suction hole 15, a plurality of balls can be sucked into one suction hole 15 even if a considerably small ball is used for the suction hole 15. Disappear. Although only one ball container 5 has been described with reference to FIG. 13, the above-described mechanism including the pre-array plate 23, the vertical movement drive mechanism 25, and the like may be provided in all ball containers or a specific ball container of the ball mounting device. it can. In addition, as the vertical movement drive mechanism 25, for example, a cylinder that is supported to be movable up and down is provided at two locations on the lower surface of the pre-array plate 23 on the ball introduction port 24 side and the opposite side, and each cylinder is independently expanded and contracted. As an example.
[0058]
[Embodiment 6]
In the present invention, as shown in FIG. 14 showing the sixth embodiment, the ball passage hole 18 of the mask member 4 is opened with a size that does not hit the mounted ball or the ball to be mounted with the mask member 4. It is good also as what was divided into plurality. In the mask member 4 in FIG. 4A, a square ball passage hole 18 is provided in the center, and rectangular ball passage holes 18 are provided at four places between the surrounding ventilation portions 16. The mask member 4 in FIG. 5B is provided with ball passage holes 18 corresponding to the individual suction holes to be sucked by the ball arrangement member. By configuring the mask member 4 in this way, the portion between the ball passage holes 18 becomes a reinforcing portion, and the rigidity of the mask member 4 can be improved. In the mask member 4 in FIG. 14B, the passage hole 16a of the ventilation portion 16 is formed in a cross shape, which will be described later.
[0059]
[Embodiment 7]
In the above embodiment, the case where the ventilation portion of the mask member is formed of a circular ventilation hole is exemplified. However, as shown in FIG. 15 showing Embodiment 7, the ventilation hole 16a may be formed in a non-circular shape. Good. In this case, one ventilation hole 6a is arranged for each suction hole. In FIG. 15, reference numeral 28 denotes a ball outer shape.
[0060]
The vent hole 6a in FIG. 15A is rectangular, the vent hole 6a in FIG. 15B is a regular triangle, and the vent hole 6a in FIG. As described above, in the relationship between the ball outer shape 28 indicated by the dotted line and the outer shapes of the various shapes of the vent holes 6a indicated by the solid line, the former has an area in which the latter is not included. ing. That is, since at least the outer area of the ball outer shape 28 in the vent hole 6a is a vent area that is not blocked by the ball, the air permeability of the suction hole to the ball container can be ensured. 15A, 15B, and 15C show a state in which the center of the vent hole 16a and the center of the ball outer shape 28 coincide with each other, the vent hole 6a may be blocked even if this is shifted. Absent. Since this ventilation area exists even if the shape of the ventilation hole 6a is changed, it is possible to ensure air permeability.
[0061]
[Embodiment 8]
In the seventh embodiment, the case where the outer shape of the vent hole of the mask member has an area that is not included by the ball outer shape when seen in a plan view has been described. However, as shown in FIG. The vent hole 16a may have an outer shape enclosed by the ball outer shape 28. Even in such a case, if attention is paid to the cross-sectional relationship, the vent hole 16a vents from the suction hole 15 to the ball container. Sex can be secured.
[0062]
The cross-shaped vent 16a will be described as an example. The ball container side has an opening on the ball container side when a part of the ball outer shape 28 is in contact with the points A, B, C, and D near the center of the vent hole 16a on the ball container side. In the plane E, the inner side of the alternate long and short dash line (see the upper half of FIG. 16) of the vent hole 16a is blocked by the ball, but the outer area (shaded area) of the dashed line is not closed (see FIG. 16). See lower half). Further, in FIG. 15, the center of the suction hole 15 and the opening center of the ventilation hole 16a on the suction hole 15 side are shifted. Even in such a case, since there is only one ventilation hole 16a, the outer area of the alternate long and short dash line passes through all the openings of the ventilation hole 16a on the suction hole 15 side, and there is an opening on the suction hole side. On the F surface, an area that overlaps a part of the suction hole 15 exists at the opening of the vent hole 16a. For this reason, the suction hole 15 is not blocked. That is, the vent hole 16a has a first vent area (shaded area) that can prevent the opening of the ball container side from being closed by a ball, and the opening part on the suction hole 15 side communicates with the first vent area. And a second ventilation area opened at a position (overlapping position) facing the suction hole 15. In the eighth embodiment, the case of the cross-shaped ventilation hole 16a is illustrated, but a ventilation area is formed in the ventilation hole in any shape as long as it is non-circular for a spherical ball.
[0063]
[Embodiment 9]
In the first to eighth embodiments, the vent hole of the mask member has a cross section having an inner wall perpendicular to the main surface (ball container side) of the mask member 4 as shown in FIGS. 17 (a) and 17 (b), for example. It has a shape and is formed directly under the suction hole where the ball should not be sucked, and the position and size of the opening on the ball arraying member side coincide with the position and size of the opening on the ball container side. However, as long as it leads to the suction hole in the portion where the ball should not be mounted, as shown in FIGS. 17C to 17H showing Embodiment 9, the position and size of the opening on the ball arraying member side are It does not have to coincide with the position and size of the opening on the container side. In FIG. 17, double-ended arrows indicate the size of the narrowest portion of the vent hole.
[0064]
For example, FIG. 17C shows a ventilation hole 16a having one opening on the ball container side and a plurality of openings on the suction hole side. The vent hole 16a in FIG. 6D is wide from the opening on the ball container side to the middle thickness, and narrows from the middle thickness to the suction hole side opening. In the vent hole 16a in FIG. 5 (e), the opening position on the ball container side and the opening position on the suction hole side are shifted, and the communication hole having a diameter smaller than the diameter of each opening portion passes through the thickness in parallel with the surface. Both openings communicate with each other. The ventilation hole 16a in FIG. 9F is narrowed in an inversely tapered shape from the opening on the ball container side and the opening on the suction hole side to the middle of the thickness. The air hole 16a in FIG. 5G is widened in a reverse taper shape from the opening on the ball container side to the opening on the suction hole side. In the vent hole 16a in FIG. 9 (h), the opening position on the ball container side and the opening position on the suction hole side are shifted, and the communication hole having a diameter smaller than the diameter of each opening portion is inclined with respect to the surface. Passing through both openings. As described above, the vent hole 16a has a narrowest portion smaller than the ball diameter so that the ball does not pass through the vent hole 16a and is attracted to the ball array member when the ball array member and the mask of the ball container are separated. Various cross-sectional shapes can be adopted as long as the conditions for ventilation from the unblocked portion to the suction hole are satisfied. Note that the cross-sectional shapes of FIGS. 17A and 17B in which the vent holes 16a having a simple cross-sectional shape are provided perpendicularly to the mask member 4 are desirable in the manufacture of the mask member and the ball adsorption process.
[0065]
[Embodiment 10]
Further, in the tenth embodiment of the present invention, as shown in FIG. 18, the air holes 16 a of the mask member 4 pass through the thickness of the mask member 4 and the air side outside the ball container 5 and the suction holes of the ball arraying member 3. You may ventilate between 15 side. That is, the vent hole 16a has a U-shaped cross section, the position corresponding to the suction hole 15 on the surface on the suction hole 15 side, the vacuum suction from the suction hole 15 does not act, and the ball arraying member 3 blocks it. An opening is formed at each position where it is not possible. In this case, since there is no hole on the ball container side in the portion that should not be attracted, the ball is not attracted to that portion.
[0066]
[Embodiment 11]
FIG. 19 shows a mask member according to Embodiment 12 of the present invention, where FIG. 19 (a) is a plan view and FIG. 19 (b) is a sectional view. In the mask member 4 of the eleventh embodiment, the ventilation portion 16 is made of a material having air permeability. Specifically, the mask member 4 is a plate-like spacing member at the periphery between two metal plates 32a and 32b provided with a grid of a size that allows balls to pass through corresponding to the ball area array. A plate-like air-permeable member 30 made of fibers is sandwiched between portions of the ball passage holes 18 formed by a lattice and preventing the balls from adsorbing to the ball array member. The metal plate 32a and the metal plate 32b are fixed by screws, clips, bolts / nuts or the like (not shown). Note that the thickness direction of FIG. 19B is highlighted for easy understanding. In order to avoid mounting balls or mounted balls, it is desirable to reduce the gap so that the balls do not fit into the gap between the lattices of the metal plates 32a and 32b in the portion where the breathable member 30 is not sandwiched.
By configuring in this way, if the pitch between the electrodes of the workpiece is the same, even if the workpiece size is changed or the arrangement of the ball types is variously changed, the arrangement of the respective air-permeable members 30 is changed. The same metal plates 32a and 32b can be used only by changing them. Such standardization simplifies the production of the mask member 4, shortening the delivery time and reducing the cost. Further, when a ball having a very small diameter is used, it is difficult to form a vent hole smaller than the ball diameter, but such a problem can be solved by using a breathable member 30 made of fiber.
[0067]
[Embodiment 12]
In the twelfth embodiment of the present invention, as shown in FIG. 18, external air is introduced into the ball container 5 when the ball array member 3 and the mask member 4 are separated from the ball container 5 and / or the mask member 4. A vent hole 19 may be formed. When this ventilation hole 19 is provided in the ball container 5, it is formed on the peripheral wall of the ball container 5, but this ventilation hole 19 floats the ball when the ball is adsorbed (described in the first embodiment). You may also use. In the twelfth embodiment, the case where the vent hole 19 is provided in the ball container 5 is illustrated. However, when the vent hole 19 is formed in the mask member 4, for example, vacuuming from the suction hole 15 does not act. And the ventilation hole 19 is formed in the position which is not obstruct | occluded with the ball | bowl arrangement | sequence member 3 at right angles to the surface of the mask member 4. FIG. By providing the ventilation holes 19, the ball arraying member 4 after adsorbing the balls can be easily and smoothly separated from the mask member 4 while being evacuated.
[0068]
[Other embodiments]
1. In the above embodiment, the case where the size of the ball is smaller than the suction hole has been described, but the size of the suction hole 15 may be smaller than the size of the ball 6 as shown in FIG. In such a case, it suffices if the center of each vent hole 16a of the mask member 4 does not necessarily coincide with the center of the suction hole 15 that should not suck the ball 6, but has a portion that partially overlaps the suction hole 15. .
2. For example, in the mask member as described with reference to FIGS. 2 and 14, the whole may be formed in a plate shape with fibers, and the suction hole side is made dense in the thickness direction, and the ball container side is rough. And may be soft. In this way, while the rigidity of the mask member is maintained, the ball that is not attracted to the suction hole but is suspended in the air by mechanical vibration or airflow will deform even if it strikes the mask member vigorously. And the surface will not be damaged. In particular, a resin core solder ball is preferable because it prevents peeling of the solder layer on the surface. In this case, the fibers may be metal fibers to prevent the ball from being attracted by the charging of the mask member. In the mask member described with reference to FIG. 19, the suction hole side of the air-permeable member may be made dense and hard, and the ball container side may be made rough and soft.
[0069]
[Comparative example]
As a comparative example, with reference to FIG. 21 and FIG. 22, a case where a mask member 40 that does not have a ventilation portion and is not made of a breathable material is attached to the ball container 5 is the same as the above embodiment. Consider the process. FIG. 21 is a plan view showing a mask member 4 ′ of a comparative example, and FIG. 22 is an explanatory diagram of a ball mounting process in the comparative example. FIG. It is sectional drawing which shows the state which tries to separate an arrangement | sequence member, The same figure (b) is sectional drawing which shows the state which pulled the ball arrangement | positioning member away from the mask member.
[0070]
In the structure of the mask member 40, a ball passage hole 18 is provided in a portion corresponding to the suction hole 15 where the ball 6 is to be sucked, and a portion corresponding to the suction hole 15 where blocking of the ball 6 is to be blocked is blocked. ing. Therefore, when the ball 6 is attracted to the suction hole 15 facing the ball passage hole 18, the suction hole 15 covered with the mask member 40 sucks the mask member 40. For this reason, when the ball array member 3 is raised, the ball array plate 3 adsorbs the mask member 40 and cannot be easily pulled away. In this case, if the rigidity of the mask member 40 is insufficient, the mask member 40 is deformed as shown in FIG. Separation is possible if the vacuum is slightly weakened, but as shown in FIG. 22 (b), a strong air flow (arrow) is generated between the ball passage hole 18 and the closed portion at the moment of separation. Arise. This air flow is generated at a close distance of the ball 6. Since the ball 6 is adsorbed by a weak vacuum, there may occur a problem that the ball near the inside of the ball passage hole 18 is pulled toward the closing portion and moves. On the other hand, the same problem may occur at the moment immediately before the ball array member 3 descends and comes into contact with the mask member 40.
On the other hand, in the embodiment of the present invention, since the suction holes are not blocked by the mask member, there is no problem of movement of the ball when the ball arrangement member is separated from the mask member or immediately before contact. Further, in the embodiment of the present invention, the suction hole at the time of non-adsorption is opened even when moving to the next ball container, but the open area is very small, and the already adsorbed ball is not dropped. And the open state continues until the last type of ball is mounted, so that there is no strong air current that causes the ball to move. These are because the embodiment of the present invention is not limited to installing the mask member on the ball container, and the mask member has a vent or the mask member is made of a breathable material. It is.
[0071]
【The invention's effect】
According to the ball mounting device of the present invention, the ball mounting device has a ball container provided with a mask member that covers an opening of a part of the suction holes of the ball arrangement member, and the mask member has an opening of the suction hole and Since the contact part is provided with a ventilation part that leads to the ball container side, the ball is not adsorbed to the adsorption hole covered by the mask member, and the ball is adsorbed only to the specific adsorption hole of the ball arrangement member Can do. Further, since a ventilation portion is provided in a portion where the mask member is in contact with the opening portion of the suction hole, the suction hole corresponding to this ventilation portion has another suction hole in the same vacuum system vacuuming the ball. Even when the mask member is not sucked, the ball arraying member can be easily separated from the mask member while the ball is held in another suction hole. Therefore, the ball arrangement member can be moved onto another ball container, and a different type of ball from the ball already held by the ball arrangement member can be adsorbed to the adsorption hole where the ball is not adsorbed. Two or more kinds of balls can be simultaneously held in a desired suction hole of the ball arrangement member, and two or more kinds of balls can be mounted on the same workpiece at a time. As a result, the time for the ball mounting process per workpiece is shortened, and the productivity is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a ball mounting apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view of a state in which a ball array member is in contact with a mask member in the first embodiment as viewed from below.
FIG. 3 is a view of the state in which the balls are attracted to the ball arrangement member according to the first embodiment as viewed from below.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the size and arrangement of the vent holes of the mask member in the first embodiment.
FIG. 5 is a process explanatory diagram illustrating a ball mounting process according to the first embodiment.
FIG. 6 is a configuration diagram showing a main part of a ball mounting device according to a second embodiment of the present invention.
7 is a sectional view showing a sectional shape of a mask member in the second embodiment. FIG.
8 is a cross-sectional view showing a cross-sectional shape of another mask member in the second embodiment. FIG.
FIG. 9 is a view of a state in which three kinds of balls are adsorbed in all of the adsorbing holes of the ball array member according to the second embodiment when viewed from below.
FIG. 10 is a schematic configuration plan view showing a ball mounting apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic configuration plan view showing a ball mounting apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a side view of the ball mounting apparatus according to the fourth embodiment.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the inside of a ball container according to Embodiment 5 of the present invention.
14A and 14B are mask members according to Embodiment 6 of the present invention, in which FIG. 14A is a plan view of a mask member having five ball passage holes and FIG. 14B is a ball passage. It is a top view of the mask member by which the hole was divided into 21 pieces.
FIG. 15 is an explanatory view showing various non-circular shapes of vent holes of a mask member according to Embodiment 7 of the present invention.
FIG. 16 is an explanatory diagram illustrating a ventilation area in a state where a ball is adsorbed to a non-circular ventilation hole of a mask member according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is an explanatory diagram showing various cross-sectional shapes of the vent holes of the mask member according to the ninth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a sectional view of a ball container provided with a mask member according to the tenth embodiment of the present invention.
19 shows a mask member according to an eleventh embodiment of the present invention, where FIG. 19 (a) is a plan view and FIG. 19 (b) is a cross-sectional view.
FIG. 20 is a cross-sectional view showing a positional relationship between a suction hole having a constant width and a suction hole of the ball arrangement member and a vent hole of a mask member in another embodiment.
FIG. 21 is a plan view showing a mask member of a comparative example.
FIG. 22 is an explanatory view of a ball mounting process in the comparative example, in which FIG. 22 (a) is a cross-sectional view showing a state in which the ball array member that has adsorbed the balls from the mask member is about to be separated; ) Is a cross-sectional view showing a state in which the ball array member is separated from the mask member.
FIG. 23 is a process explanatory diagram illustrating a mounting process of a semiconductor device having an area array type electrode structure;
FIG. 24 is a process explanatory diagram for explaining a ball mounting process by the ball mounting apparatus of Conventional Example 1;
FIG. 25 is a plan view showing a ball mounting device according to Conventional Example 2;
FIG. 26 is a plan view showing a ball mounting device according to Conventional Example 3;
[Explanation of symbols]
2 Ball array member travel path
3, 3a, 3b Ball arrangement member
4, 4a, 4b Mask member
5, 5a, 5b, 5c Ball container
6, 6a, 6b, 6c Ball
7 Worktable
8 Worktable transport path
9 Work
10 electrodes
15 Adsorption hole
16 Vent
16a Vent
19 Ventilation holes
D ₀ Ball diameter
M relative movement means
P interval

Claims

Housing a ball of a plurality of electrically conductive and at least one ball container having an extraction opening which can retrieve the said ball, vacuum suction can be more adsorbing the ball of the ball in the container in a predetermined sequence a suction means having a ball array member having a hole, said plurality of mask members closable blocking all-out suction holes adsorption of the ball of the suction holes of the ball array member, the plurality of suction holes the ball array member in a state of adsorbing the ball suction holes to be adsorbing the ball of the inner and a relative movement means for relatively moving on the workpiece, the suction hole by releasing the vacuum suction of the ball array member adsorbed by the then open dropped ball to a ball mounting apparatus for mounting the electrode on the workpiece,
The mask member is the area in which the peripheral edge is attached to the open end of the preparative out opening of the ball container, and corresponds to the suction hole should prevent adsorption of the ball in the ball array member, a suction hole side A ball mounting device comprising a vent for ventilating between the ball container side or the atmosphere side outside the ball container.

The vent consists of vents for venting between through said mask member and the ball container side and the suction hole side, the vent prevents closing by the ball in the opening of the ball container side It has a first ventilation area possible, according to the opening of the suction hole side with a second vent area opening at a position opposite to the suction hole of the first through the vent area and the communication, and the ball array member Item 2. The ball mounting device according to Item 1.

The said vent hole is arrange | positioned with respect to each said adsorption | suction hole, and the said opening part by the side of the ball container is formed in the non-circular shape which can prevent passage of the said ball | bowl. Ball mounting device.

More the vent consists vents for venting between through said mask member and the ball container side and the suction hole side, the vent formed in the small pore diameter and pitch than the diameter of the ball 2. The ball mounting device according to claim 1, comprising a single vent hole.

The vent ball mounting apparatus according to claim 1 comprising a vent for venting between the atmosphere side and the suction hole side of the ball container outside through the thickness of the mask member.

The ball mounting apparatus according to claim 1, wherein the ventilation portion is made of a material having air permeability.

The ball mounting apparatus according to claim 1, wherein the mask member is made of a conductive material.

The ball container and / or the mask member, according to any one of claims 1 to 7 having an air hole for introducing external air into the ball container when pulling the mask member and the ball array member Ball mounting device.

And two or more of n of the ball container, (n-1) pieces of the ball mounting apparatus according to any one of the mask member and the claims 1-8 having a.

Further comprising a work table for holding a workpiece, and a ball array member moving path across the top of the work held by the work table, a plurality on one side below the moving path of the work table as a substantially center position with number of balls container is parallel, the other plurality of ball container on the other side under the movement path is parallel, further vacuum adsorbing the ball from a plurality of ball container on one side of the moving path a first ball array member, a second ball array member for vacuum adsorbing the ball from a plurality of ball container on the other side of the moving path, wherein the first ball array member and the second ball array member ball mounting apparatus according to any one of claims 1 to 9 and a independently controls and drives the moving path control unit to perform the movement is allowed ball suction mounting operation of the.

A work table transport path extending in a direction substantially orthogonal to the ball array member travel path is further provided, and two work tables are movably installed on the transport path by the control unit or a separately provided control unit. 10. The ball mounting device according to 10.

A ball mounting method using the ball mounting apparatus according to any one of claims 1 to 10,
At least one ball container of the two or more of the ball container, to power the ball and different ball other balls in the container, and the mask member in at least one ball container of said ball container the attachment, then the in the ball array member will by sequentially adsorb the ball from the ball containers, and vacuum suction a plurality of types of balls in a predetermined sequence to the respective suction holes, said plurality of types of balls A ball mounting method comprising mounting on a workpiece electrode at a time.