JP2000340933A - 導電性ボール搭載装置におけるフラックス供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】常に一定量のフラックスを供給することができ
るようにしたはんだボール搭載装置におけるフラックス
供給装置を提供する。 【解決手段】整列マスクで吸着したはんだボールにを、
フラックスの粘着力によりパッケージの接続端子に搭載
するようにしたはんだボール搭載装置におけるフラック
ス供給装置において、ゲル状のフラックスを収容するフ
ラックス槽２４と、このフラックス槽２４の底面と所定
の間隔で配置され、フラックス槽２４の底面に沿って移
動して所定の厚さのフラックス膜を形成するスキージ６
０と、前記フラックス槽２４に形成されたフラックス膜
の表面と所定の間隔の平面内で移動可能に配置され、フ
ラックス膜の厚さを検出するセンサ４３とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ
Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）、ＣＳＰ（ＣｈｉｐSize Ｐ
ａｃｋｇｅ または、Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋ
ａｇｅ）など、導電性ボール（以下、はんだボールとい
う）を実装基板との接続材として用いるパッケージには
んだボールを整列搭載するためのはんだボール搭載装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、図１４に示すはんだボール搭
載装置が提案されている。このはんだボール搭載装置
は、容器１内に貯留した複数個のはんだボール２を圧縮
ガスを吹き上げて浮遊させるようにしたはんだボール供
給部Ａと、フラックス槽３内で所定の厚さに掻き均され
たフラックス４を供給するフラックス供給部Ｂと、はん
だボール２を搭載すべきパッケージ５を位置決めする搭
載部Ｃと、前記パッケージ５のはんだボール１を搭載す
る接続端子の配列と同じ配列で複数の吸着穴６ａが形成
され、配管７を介して真空源８に接続された整列マスク
６と、この整列マスク６を前記ボール供給部Ａ、フラッ
クス供給部Ｂおよび搭載部Ｃの順に順次移動させる搬送
装置Ｄとを備えている。

【０００３】搬送装置Ｄにより、図１５に示すように、
整列マスク６をボール供給部Ａ上に位置決めした状態
で、真空源８から配管７を通して整列マスク６に真空圧
を供給するとともに、容器１の底部から圧縮ガスを吹き
出させて内部のはんだボール２を整列マスク６に向けて
吹き上げて浮遊させ、整列マスク６の吸着穴６ａにはん
だボール２を吸着させる。

【０００４】整列マスク６に所定数のはんだボール２が
吸着されると、搬送装置Ｄは、図１６に示すように、整
列マスク６をフラックス供給部Ｂの上方に移動させた
後、図１７に示すように、整列マスク６を下降させ、整
列マスク６に吸着されたはんだボール２の下端部をフラ
ックス４に浸漬させ、はんだボール２にフラックス４を
塗布させる。

【０００５】はんだボール２にフラックス４が塗布され
ると、搬送装置Ｄは、図１８に示すように、整列マスク
６を搭載部Ｃの上方に、はんだボール２がパッケージ５
の接続端子５ａと対向するように移動させた後、はんだ
ボール２をパッケージ５の接続端子に押し付ける。そし
て、整列マスク６に供給されている真空圧を遮断し、整
列マスク６からはんだボール２を解放してパッケージ５
にはんだボール２を搭載する。このとき、図１９に示す
ように、はんだボール２は、フラックス４の粘着力によ
りパッケージ５の接続端子５ａに保持される。

【０００６】はんだボール２を保持したパッケージ５を
加熱（リフロー）することにより、はんだボール２を溶
かし、たとえば、１００〜３００個のはんだバンプ（接
続用突起）を一度に形成する。

【０００７】また、他のはんだボール搭載方法として、
図２０に示すように、パッケージの接続端子と同じ配列
で複数の転写ピン９を備えた転写治具１０を用い、フラ
ックス槽３内で予め掻き均されたフラックス４を転写ピ
ン９の先端で取り出し、図２１に示すように、転写ピン
の先端に付着したフラックスをパッケージ５の接続端子
５ａに転写し、その上に、図２２に示すように、整列マ
スク６に吸着されたはんだボール２を搭載するようにし
たものもある。

【０００８】前記の各はんだボールの搭載工程におい
て、はんだボールにフラックスを塗布する際、はんだボ
ールをフラックス槽の底面に接触させてフラックスを供
給する方法と、接触させないで供給する方法があるが、
いずれの方法であっても、はんだボールに適正量のフラ
ックスを供給することが求められている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】たとえば、ゲル状のフ
ラックスを用いた場合、使用開始から一定期間はフラッ
クスの粘度が低下し、その後粘度が上昇する傾向があ
る。フラックスの粘度が変化するのに伴って、フラック
スの表面張力が変化するため、図２３に示すように、フ
ラックス槽３の底面と所定の間隔Ｈに設定されたスキー
ジ９でフラックス４を掻き均しても、フラックス４の膜
厚Ｔがばらつくことになる。

【００１０】掻き均されたフラックスの膜厚Ｔがばらつ
くと、図２４に示すように、はんだボール２をフラック
ス槽３の底面に接触させても、はんだボール２に供給さ
れるフラックス４の量がばらつくことになる。また、図
２５に示すように、はんだボール２をフラックス槽３の
底面に接触させない場合には、はんだボール２にフラッ
クス４が供給されないこともある。

【００１１】はんだボールに対するフラックスの付着量
が少ないと、パッケージに搭載されたとき、フラックス
の粘着力によるはんだボールの保持力が小さくなり、は
んだボールの保持が不安定になるだけでなく、リフロー
工程におけるはんだ表面の酸化物の除去が不完全とな
り、はんだ付け不良が発生する。また、はんだボールに
対するフラックスの付着量が多くなると、リフロー後の
洗浄工程でフラックスを完全に除去できないものがでる
等不良の原因になる。

【００１２】上記の事情に鑑み、本発明の目的は、フラ
ックスの表面位置を検出して、常に一定量のフラックス
を供給することができるようにしたはんだボール搭載装
置におけるフラックス供給装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本出願の請求項１に記載の発明は、パッケージに形
成された接続端子と同じ配列で吸着用の穴が形成された
整列マスクで導電性ボールを吸着した後、フラックスの
粘着力により導電性ボールを前記パッケージの接続端子
に搭載するようにした導電性ボール搭載装置におけるフ
ラックス供給装置において、ゲル状のフラックスを収容
するフラックス槽と、フラックス槽に沿って移動して所
定の厚さのフラックス膜を形成するスキージと、前記フ
ラックス槽に形成されたフラックス膜の表面と所定の間
隔で配置され、フラックス膜の厚さを検出するセンサを
設けた。

【００１４】また、請求項２に記載の発明は、パッケー
ジに形成された接続端子と同じ配列で吸着用の穴が形成
された整列マスクで導電性ボールを吸着した後、フラッ
クスの粘着力により導電性ボールを前記パッケージの接
続端子に搭載するようにした導電性ボール搭載装置にお
けるフラックス供給装置において、ゲル状のフラックス
を収容するフラックス槽と、所定の間隔で、前記フラッ
クス槽との間隔を調整可能に配置され、それぞれフラッ
クス槽に沿って移動して所定の厚さのフラックス膜を形
成する一対のスキージと、前記フラックス槽に形成され
たフラックス膜の表面と所定の間隔で配置され、フラッ
クス膜の厚さを検出するセンサを設けた。

【００１５】さらに、請求項３に記載の発明は、請求項
１もしくは請求項２に記載の発明において、前記フラッ
クス槽のフラックス膜形成領域の両端部に、少なくとも
導電性ボールの直径より大きい段差で低くなっている段
差部を形成し、フラックス膜形成領域と段差部の接続面
が、フラックス膜形成領域の下方に侵入する傾斜面で形
成した。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１ないし図１２は、本発明の第
１の実施の形態を示すもので、図１は、本発明によるフ
ラックス塗布装置の側面図、図２は、図１のＡ矢視図、
図３は、図１のＢ矢視図、図４は、フラックス槽とスキ
ージおよびセンサの関係を示す平面図、図５は、フラッ
クス槽の正面断面図、図６は、フラックス槽の段差部を
示す拡大図、図７は、センサによるフラックス表面の検
出経路の一例を示す平面図、図８は、センサによるフラ
ックス表面の検出状態を示す正面図、図９は、フラック
ス膜の厚さを制御するための制御系統図、図１０は、セ
ンサによる検出方法とその出力を示す説明図、図１１
は、掻き均されたフラックスの表面に発生する異常の一
例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は拡大図、第１２図
は、センサによる出力の一例を示す特性図である。

【００１７】図１ないし図４において、２１はベースプ
レート。２２は支柱で、ベースプレート２１に所定の間
隔で立設されている。２３はフラックスベースで、支柱
２２に固定されている。２４はフラックス槽で、フラッ
クスベース２３に固定されている。２５はブラケット
で、フラックス槽２４と平行にベースプレート２１に固
定されている。

【００１８】２６は直線案内装置のレールで、ブラケッ
ト２５に固定されている。２７は直線案内装置のベアリ
ングで、レール２６に摺動可能に支持されている。２８
は送りねじで、レール２６と平行に、一対の軸受け２９
を介してブラケット２５に回転可能に支持されている。
３０はモータで、ブラケット３１を介してブラケット２
５に固定され、ジョイント３２を介して送りねじ２８と
結合されている。

【００１９】３３はスライダで、送りねじ２８が螺合す
るナットが形成され、ベアリング２７に固定されてい
る。３４はプレートで、スライダ３３の上端に固定され
ている。

【００２０】３５は直線案内手段のレールで、プレート
３４に固定されている。３６は直線案内手段のベアリン
グで、レール３５に摺動可能に固定されている。３７は
モータで、ブラケット３８を介してスライダ３３に固定
されている。３９は送りねじで、ジョイント４０を介し
てモータ３７に結合されている。

【００２１】４１はスライダで、送りねじ３９が螺合す
るナットが形成され、ベアリング３６に固定されてい
る。４２は取付プレートで、スライダ４１の一端に固定
されている。４３はセンサで、フラックス槽２４と対向
するように取付プレート４２に固定されている。

【００２２】４４は直線案内装置のレールで、ブラケッ
ト２５に固定されている。４５は直線案内装置のベアリ
ングで、レール４４に摺動可能に支持されている。４６
は送りねじで、レール４４と平行に、一対の軸受け４７
を介してブラケット２５に回転可能に支持されている。
４８はモータで、ブラケット４９を介してブラケット２
５に固定され、ジョイント５０を介して送りねじ４６と
結合されている。

【００２３】５１はスライダで、送りねじ４６と螺合す
るナットが形成され、ベアリング４５に固定されてい
る。

【００２４】５２は直線案内装置のレールで、スライダ
５１に固定されている。５３は直線案内装置のベアリン
グで、レール５２に摺動可能に支持されている。５４は
モータで、ブラケット５５を介してスライダ５１の上端
に固定されている。５６は送りねじで、モータ５４に結
合されている。

【００２５】５７はスライダで、送りねじ５６に螺合す
るナットが形成され、ベアリング５３に固定されてい
る。５８、５９はエアシリンダで、所定の間隔でスライ
ダ５７に固定されている。６０、６１はスキージで、そ
れぞれエアシリンダ５８、５９に固定されている。

【００２６】図５、図６において、スラックス槽２４
は、所定の厚さのフラックス膜を形成する領域の両端
に、少なくともはんだボール２の直径より大きい高さの
段差部２４Ａが形成されている。そして、フラックス膜
形成領域と段差部２４Ａは、たとえば、スキージ６１で
押されたはんだボール２がフラックス膜形成領域の下方
に侵入するように、傾斜面２４Ｂで接続されている。

【００２７】前記モータ３０、３７の作動により、セン
サ４３は、図７、図８に示すように、フラックス槽２４
のフラックス膜形成領域内を走査して、フラックス膜の
厚さを測定する。

【００２８】図９において、６２は加算器で、予め設定
されたフラックスの膜厚とセンサ４３の出力を増幅する
アンプ６７の出力とを比較して、その差を出力する。６
３は制御装置で、加算器６２の出力に基づいて、スキー
ジの移動方向、移動量などを求めるコントローラ６４
と、このコントローラ６４の指令に基づいて移動速度を
制御する速度制御系６５と、位置を制御する位置制御系
６６を備え、モータ５４を駆動してスキージ６０、６１
の位置を制御する。

【００２９】図１０は、半導体レーザを用いたセンサ４
３を示し、半導体レーザ４３Ａから発振されたレーザ光
をレンズ４３Ｂでフラックス４の表面に照射し、その反
射光をレンズ４３Ｃで光電変換素子４３Ｄ上に集光させ
る用に構成されている。このとき、フラックス４の表面
の高さにより、（ｂ）に示すように、光電変換素子４３
Ｄ上の集光位置のずれによりフラックス４の表面の位置
を検出する。

【００３０】このような構成で、スキージ６０、６１が
フラックス槽２４の段差部２４Ａの上方にある状態で、
モータ５４を作動させ、スライダ５７を移動させてスキ
ージ６０、６１を、フラックス槽２４の底面から予め設
定された高さ位置へ移動させる。

【００３１】シリンダ５９を作動させ、図３に示すよう
に、スライダ５１の移動方向前方のスキージ６１を上昇
させた後、モータ４８を作動させて、スライダ５１をモ
ータ４８側へ移動させる。すると、フラックス槽２４内
のフラックス４は、スキージ６０により掻き均される。

【００３２】この状態で、モータ３０、３７を作動さ
せ、センサ４３を図７に示すように移動させ、フラック
ス４の表面の高さ、すなわちフラックス４の膜厚を測定
する。測定の結果、フラックス４の膜厚が許容範囲内で
あれば、はんだボールに対するフラックス４の供給を行
う。

【００３３】フラックス４の膜厚が許容範囲外であれ
ば、測定結果がフィードバックされている制御装置６３
によりモータ５４を制御して、再び、フラックス４を掻
き均し再度フラックスの膜厚の測定を行う操作を繰り返
し、フラックス４の膜厚を許容値内に制御する。

【００３４】スキージ６０、６１でフラックス４を掻き
均したとき、フラックス４上に比較的大きい異物（たと
えば、整列マスクから脱落したはんだボールなど）が落
下していると、フラックス４の表面に図１１に示すよう
な溝４Ａが発生することがある。このような溝４Ａは、
図１２に示すように、センサ４３で検出される。したが
って、センサ４３の出力が１点でも許容偏差を超えた場
合には、フラックス４を再度掻き均すことにより、はん
だボールへフラックスを均一に供給することができる。

【００３５】フラックス４とともにフラックス槽２４の
段差部２４Ａに移動した異物は、図５、図６に示すよう
に、スキージ６０、６１の移動方向前面に形成された傾
斜面により、斜め下方に押されるため、段差部２４Ａに
溜まっているフラックス４内に沈み込み、さらに、スキ
ージ６１、６０が逆方向に移動する際、異物はフラック
ス槽２４の傾斜面２４Ｂに捕捉され、段差部２４Ａの底
部に向けて沈み込む。

【００３６】上記のように、フラックス４の表面の位置
を検出して、フラックス４の表面の高さが許容範囲内に
あるときのみ、はんだボールにフラックス４を供給する
ようにしたので、はんだボールに適正な量のフラックス
を供給することができる。

【００３７】図１３は、本発明に用いるセンサの他の実
施の形態を示すもので、（ａ）はセンサの正面断面図、
（ｂ）はその出力の特性図である。

【００３８】同図において、７０はエアノズル。７１は
圧力センサで、エアノズル７０内の圧力を測定する。

【００３９】このような構成で、エアノズル７０の吹き
出し口をフラックス４の表面に近づけると、その距離に
対応してエアノズル７０内の圧力が変化する。この圧力
の変化は、エアノズル７０の吹き出し口とフラックス４
の間隔をＳとすると、（ｂ）にしめすようになり、エア
ノズル７０の先端とフラックス４の表面の間隔を検出す
ることができる。

【００４０】なお、上記の実施の形態では、フラックス
槽に対してセンサ４３を移動させるようにしているが、
センサ４３を固定して、１点のみでフラックスの表面位
置を検出するようにしてもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、ス
キージで掻き均されたフラックスの表面の高さを検出し
て、フラックスの表面の高さが許容範囲内にあるとき、
フラックスを供給するようにしたので、はんだボールに
一定量のフラックスを供給することができる。

【００４２】また、フラックス内に混入した異物を検出
することができる。さらに、フラックス内に混入した異
物をフラックス膜形成領域から排除し、フラックス槽の
段差部に沈み込ませることができるので、はんだ付け不
良や洗浄不良の発生を未然に防止することができる

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるフラックス塗布装置の側面図。

【図２】図１のＡ矢視図。

【図３】図１のＢ矢視図。

【図４】フラックス槽とスキージおよびセンサの関係を
示す平面図。

【図５】フラックス槽の正面断面図。

【図６】フラックス槽の段差部を示す拡大図。

【図７】センサによるフラックス表面の検出経路の一例
を示す平面図。

【図８】センサによるフラックス表面の検出状態を示す
正面図。

【図９】フラックス膜の厚さを制御するための制御系統
図。

【図１０】センサによる検出方法とその出力を示す説明
図。

【図１１】掻き均されたフラックスの表面に発生する異
常の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は拡大図。

【図１２】センサによる出力の一例を示す特性図。

【図１３】本発明に用いるセンサの他の実施の形態を示
すもので、（ａ）はセンサの正面断面図、（ｂ）はその
出力の特性図。

【図１４】本発明を適用するはんだボール搭載装置の一
例を示す構成図。

【図１５】はんだボールの吸着工程を示す工程図。

【図１６】フラックス塗布工程を示す工程図。

【図１７】フラックス塗布工程を示す工程図。

【図１８】搭載工程を示す工程図。

【図１９】パッケージにはんだボールが搭載された状態
を示す拡大図。

【図２０】他のはんだボール搭載方法におけるフラック
ス供給工程を示す工程図。

【図２１】他のはんだボール搭載方法におけるフラック
ス供給工程を示す工程図。

【図２２】他のはんだボール搭載方法におけるはんだボ
ール搭載工程を示す工程図。

【図２３】フラックス搭載工程におけるフラックスの掻
き均し状態を示す拡大図。

【図２４】フラックス塗布工程における課題を示す拡大
図。

【図２５】フラックス塗布工程における課題を示す拡大
図。

【符号の説明】

２…はんだボール、４…フラックス、５…パッケージ、
５ａ…接続端子、６…整列マスク、６ａ…穴、２４…フ
ラックス槽、４３…センサ、６０、６１…スキージ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北村 幸之助 神奈川県海老名市上今泉2100番地 日立ビ アメカニクス 株式会社内 (72)発明者 大坂 義久 神奈川県海老名市上今泉2100番地 日立ビ アメカニクス 株式会社内 (72)発明者 鈴木 高道 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 井上 康介 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 森島 雅行 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 大録 範行 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 Ｆターム(参考） 5E319 BB04 CD22 CD26 CD51 GG03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パッケージに形成された接続端子と同じ配
   列で吸着用の穴が形成された整列マスクで導電性ボール
   を吸着した後、フラックスの粘着力により導電性ボール
   を前記パッケージの接続端子に搭載するようにした導電
   性ボール搭載装置におけるフラックス供給装置におい
   て、ゲル状のフラックスを収容するフラックス槽と、フ
   ラックス槽に沿って移動して所定の厚さのフラックス膜
   を形成するスキージと、前記フラックス槽に形成された
   フラックス膜の表面と所定の間隔で配置され、フラック
   ス膜の厚さを検出するセンサを設けたことを特徴とする
   導電性ボール搭載装置におけるフラックス供給装置。
2. 【請求項２】パッケージに形成された接続端子と同じ配
   列で吸着用の穴が形成された整列マスクで導電性ボール
   を吸着した後、フラックスの粘着力により導電性ボール
   を前記パッケージの接続端子に搭載するようにした導電
   性ボール搭載装置におけるフラックス供給装置におい
   て、ゲル状のフラックスを収容するフラックス槽と、所
   定の間隔で、前記フラックス槽との間隔を調整可能に配
   置され、それぞれフラックス槽に沿って移動して所定の
   厚さのフラックス膜を形成する一対のスキージと、前記
   フラックス槽に形成されたフラックス膜の表面と所定の
   間隔で配置され、フラックス膜の厚さを検出するセンサ
   を設けたことを特徴とする導電性ボール搭載装置におけ
   るフラックス供給装置。
3. 【請求項３】前記フラックス槽のフラックス膜形成領域
   の両端部に、少なくとも導電性ボールの直径より大きい
   段差で低くなっている段差部を形成し、フラックス膜形
   成領域と段差部の接続面が、フラックス膜形成領域の下
   方に侵入する傾斜面で形成されていることを特徴とする
   請求項１もしくは請求項２のいずれかに記載の導電性ボ
   ール搭載装置におけるフラックス供給装置。