導電性ボール捕獲装置及び導電性ボール捕獲方法並びに導電性ボール搭載方法
【課題】微小な導電性ボールであってもボール搭載操作を正確に行なうことができる導電性ボール捕獲装置及び導電性ボール捕獲方法並びに導電性ボール搭載方法を提供する。
【解決手段】導電性ボール捕獲装置１０は、棒状電極１１と、棒状電極１１の先端部と接触する接触面１２Ａ及び導電性ボール１が捕獲される接触面１２Ａとは反対側の捕獲面１２Ｂを有する誘電体層１２と、接触面１２Ａ上に棒状電極１１を取り囲むように配置される補助電極１４とを備える。導電性ボール捕獲装置１０を用いて導電性ボール１を捕獲し、基板上の所望の位置に搭載する。
【解決手段】導電性ボール捕獲装置１０は、棒状電極１１と、棒状電極１１の先端部と接触する接触面１２Ａ及び導電性ボール１が捕獲される接触面１２Ａとは反対側の捕獲面１２Ｂを有する誘電体層１２と、接触面１２Ａ上に棒状電極１１を取り囲むように配置される補助電極１４とを備える。導電性ボール捕獲装置１０を用いて導電性ボール１を捕獲し、基板上の所望の位置に搭載する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性ボール捕獲装置及び導電性ボール捕獲方法並びに導電性ボール搭載方法、特に静電気力による導電性ボール捕獲装置及び導電性ボール捕獲方法並びに導電性ボール搭載方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップと実装基板とを電気的に接続するバンプを形成する方法として、例えば、フォトレジスト膜を利用するめっき方式、メタルマスクを利用する印刷方式、所定箇所に導電性ボールを搭載するボールバンプ方式が知られている。
【０００３】
ボールバンプ方式には、例えば、導電性ボールを吸引機で吸引して所定箇所にて導電性ボールを落下させて搭載を行う方法があるが、ボールバンプ方式では導電性ボールの搭載ミス（例えば、搭載漏れ、搭載位置ずれ）が生じることがある。
【０００４】
導電性ボールの搭載ミスは、ボール搭載後に、導電性ボールの搭載状況を検査することにより発見できる。ボールの搭載ミスがあった場合には、搭載ミスがあった位置に対して個別に導電性ボールを搭載する処置（以下、リペアという）が行われる。リペアには、一般に、導電性ボールを個別に搭載できる吸引管を備えた装置が用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２９４８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、吸引管を備えた装置によれば、導電性ボールの微小化に合わせた極細な吸引管の作製が難しいという問題がある。また、吸引管の先端部が欠けることで導電性ボールの吸引位置が不統一となりボール搭載操作の正確性が低下する、吸引管の孔にボールが食い込むことにより落下させたい位置（搭載させたい位置）でボールを落下できないといった問題もある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、微小な導電性ボールであってもボール搭載操作を正確に行なうことができる導電性ボール捕獲装置及び導電性ボール捕獲方法並びに導電性ボール搭載方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するため、電極と、前記電極の先端部と接触する接触面及び導電性ボールが捕獲される前記接触面とは反対側の捕獲面を有する誘電体層とを備えることを特徴とする導電性ボール捕獲装置を提供する。
【０００９】
また、本発明は、上記目的を達成するため、導電性ボールを正又は負に帯電させる工程と、電極に第１の電圧を印加し、前記電極の先端部と接触する接触面及び前記導電性ボールが捕獲される前記接触面とは反対側の捕獲面を有する誘電体層を帯電させることで前記捕獲面側に前記導電性ボールとは逆の電荷を帯電させて、前記導電性ボールを静電気力により前記捕獲面に捕獲する工程とを含むことを特徴とする導電性ボール捕獲方法を提供する。
【００１０】
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記本発明の導電性ボール捕獲方法により捕獲した前記導電性ボールを基板上の所望の位置に搭載させる工程を含むことを特徴とする導電性ボール搭載方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、微小な導電性ボールであってもボール搭載操作を正確に行なうことができる導電性ボール捕獲装置及び導電性ボール捕獲方法並びに導電性ボール搭載方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施の形態に係る導電性ボール捕獲装置の概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る導電性ボール捕獲装置の変形例の概略構成を示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係る導電性ボール捕獲方法を説明するための図である。
【図４】第１の実施の形態に係る導電性ボール搭載方法を説明するための図である。
【図５】第１の実施の形態に係る導電性ボール搭載方法を説明するための図である。
【図６】第２の実施の形態に係る導電性ボール捕獲装置の概略構成を示す図である。
【図７】第２の実施の形態に係る導電性ボール捕獲装置の変形例の概略構成を示す図である。
【図８】実施例に係る導電性ボール捕獲装置の概略構成を示す図である。
【図９】導電性ボールに働く静電気力と誘電体層の厚さの相関図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
〔第１の実施の形態〕
（導電性ボール捕獲装置の構成）
図１は、第１の実施の形態に係る導電性ボール捕獲装置の概略構成を示す。
導電性ボール捕獲装置１０は、棒状電極１１と、棒状電極１１の先端部と接触する接触面１２Ａ及び導電性ボール１が捕獲される接触面１２Ａとは反対側の捕獲面１２Ｂを有する誘電体層１２とを備える。また、棒状電極１１と誘電体層１２とを互いに固定し、連結する連結部１３を備えることにより、これらを固定状態で一緒に移動させることができる。棒状電極１１は、他の形状であっても構わないが、本実施の形態においては、支持部を備えた電極である棒状電極を用いることが好ましい。棒状部分が円柱状の棒状電極であることが好ましい。
【００１４】
棒状電極１１は、その先端部が０より大の曲率（凸状の曲面）を有することが好ましく、当該先端部が半球状であることがより好ましい。半球状先端部と円柱状の棒状部分とは、双方の直径が同一であり滑らかに接続されていることが好ましい。半球状先端部の直径は、捕獲するボールの直径の１／５〜５倍であることが好ましく、ボール直径の１／２〜２倍であることがより好ましい。
【００１５】
棒状電極１１の材料としては、導体であればよく、例えば、銅、スチール、アルミ等を用いることができる。
【００１６】
誘電体層１２は、その曲率中心が接触面１２Ａ側（すなわち、棒状電極１１側）である０より大の曲率を有する。誘電体層１２の曲率は、棒状電極１１の先端部の曲率よりも小さいことが好ましい。棒状電極１１の先端部の曲率の１/５〜１/２０倍以上であることが好ましく、１/１０〜１/２０倍であることがさらに好ましい。
【００１７】
誘電体層１２の材料としては、例えば、プラスチック、ガラス、セラミック、マイカ（雲母）等を用いることができる。
【００１８】
誘電体層１２の厚さは、例えば、０．０１〜２ｍｍであることが好ましく、０．１〜１ｍｍであることがより好ましく、０．２〜０．５ｍｍであることがさらに好ましい。
【００１９】
導電性ボール１は、金属製ボール、例えば、半田ボール、鉄ボール、金ボール、銅ボールである。樹脂ボール、セラミックボール等に導電性皮膜を形成したものでも良い。
【００２０】
本実施の形態においては、導電性ボール１の直径はあらゆるサイズのものをその用途・条件等に合わせて使用することができるが、微小な導電性ボール、特に、従来の吸引管を備えた装置では困難であった、直径１０〜３００μｍの範囲内、より限定すれば直径３０〜３００μｍの範囲内、さらに限定すれば直径５０〜２５０μｍの範囲内の導電性ボールを正確に搭載することができる点で本実施の形態は優れている。
【００２１】
導電性ボール捕獲装置１０は、導電性ボール１を帯電させる導電性ボール帯電用電極である電極板２をさらに備えていてもよい。
【００２２】
電極板２の材料としては、例えば、銅、ステンレス、導電性処理樹脂を用いることができる。
【００２３】
（導電性ボール捕獲装置の変形例の構成）
図２は、第１の実施の形態に係る導電性ボール捕獲装置の変形例の概略構成を示す図である。
導電性ボール捕獲装置１０は、接触面１２Ａ上に棒状電極１１を取り囲むように配置される補助電極１４をさらに備えることが好ましい。
補助電極１４は、例えば、ドーナツ形状、中抜き四角形状等であり、棒状電極１１の近傍において、具体的には、棒状電極１１の直径の３〜５０倍、より好ましくは５〜２０倍、棒状電極１１から離れて、棒状電極１１を取り囲むように接触面１２Ａ上に配置される。
【００２４】
補助電極１４の材料としては、導電体であれば良く、例えば、銅、ステンレス、アルミ等を用いることができる。
【００２５】
（導電性ボール捕獲方法）
図３は、第１の実施の形態に係る導電性ボール捕獲方法を説明するための図である。図３（ａ）は、導電性ボールを捕獲する前の状態を示す図であり、図３（ｂ）は、導電性ボールを捕獲した後の状態を示す図である。
【００２６】
第１の実施の形態に係る導電性ボール捕獲方法は、導電性ボール１を正又は負に帯電させる工程と、棒状電極１１に第１の電圧Ｖ１を印加し、棒状電極１１の先端部と接触する接触面１２Ａ及び導電性ボール１が捕獲される接触面１２Ａとは反対側の捕獲面１２Ｂを有する誘電体層１２を帯電させることで捕獲面１２Ｂ側に導電性ボール１とは逆の電荷を帯電させて、導電性ボール１を静電気力により捕獲面１２Ｂに捕獲する工程とを含む。
【００２７】
図３では、図１の導電性ボール捕獲装置１０を図示して説明しているが、図２の導電性ボール捕獲装置１０を用いる場合には、図２に示すように、棒状電極１１に第１の電圧Ｖ１を印加するとともに、棒状電極１１を取り囲むように接触面１２Ａ上に配置された補助電極１４に第１の電圧Ｖ１と同一方向（図２では各電極ともに正の電圧が印加される方向）の第２の電圧Ｖ２を印加する。棒状電極１１に印加する第１の電圧Ｖ１は、補助電極１４に印加する第２の電圧Ｖ２よりも高い。第２の電圧Ｖ２は、第１の電圧Ｖ１の０．１〜０．９５倍であることが好ましく、０．３〜０．９倍であることがより好ましく、０．５〜０．８倍であることがさらに好ましい。
【００２８】
導電性ボール１を正又は負に帯電させる工程は、その方法は特に限定されるものではないが、第１の電圧Ｖ１を印加する工程と同一工程であることが好ましく、棒状電極１１と導電性ボール帯電用電極である電極板２との間に第１の電圧Ｖ１を印加することにより行なわれることが好ましい。例えば、電極板２に負の電圧を印加すれば、電極板２上の導電性ボール１は負の電荷を帯電する。図２の導電性ボール捕獲装置１０を用いる場合には、図２に示すように、棒状電極１１に第１の電圧Ｖ１を印加するとともに、補助電極１４と電極板２との間に第２の電圧Ｖ２を印加することにより行なわれることが好ましい。
【００２９】
次に具体的な動作例を説明する。
図３（ａ）に示すように、導電性ボール捕獲装置１０を導電性ボール１のほぼ直上の位置まで移動させる。棒状電極１１が導電性ボール１のほぼ直上の位置となるように移動させることがより好ましい。導電性ボール捕獲装置１０の移動は、ＣＰＵ等により制御することができる。導電性ボール捕獲装置１０の誘電体層１２の捕獲面１２Ｂと導電性ボール１との間隔は、導電性ボール１の直径の１〜２倍程度であることが好ましい。
【００３０】
次に、棒状電極１１と電極板２との間に第１の電圧Ｖ１を印加する。第１の電圧Ｖ１は、例えば、導電性ボール１の直径が１００μｍの場合、＋２００〜＋６００Ｖとし、導電性ボール１の直径が５０μｍの場合、＋１００〜＋３００Ｖとする。図２の導電性ボール捕獲装置１０を用いる場合には、第１の電圧Ｖ１を印加するとともに、補助電極１４と電極板２との間に第２の電圧Ｖ２を印加する。第２の電圧Ｖ２は、例えば、導電性ボール１の直径が１００μｍの場合、＋１５０〜＋５５０Ｖとし、導電性ボール１の直径が５０μｍの場合、＋９０〜＋２８０Ｖとする。
【００３１】
これにより、図３（ｂ）に示すように、正又は負（図では負）に帯電した導電性ボール１が正又は負（図では正）に帯電した捕獲面１２Ｂに静電気力により捕獲される。導電性ボール１は、棒状電極１１の直下の位置に捕獲される。
【００３２】
捕獲後は、電圧を切っても、導電性ボール１の捕獲状態は維持される。
【００３３】
（導電性ボール搭載方法）
図４及び図５は、第１の実施の形態に係る導電性ボール搭載方法を説明するための図である。
第１の実施の形態に係る導電性ボール搭載方法は、上記第１の実施の形態に係る導電性ボール捕獲方法により捕獲した導電性ボール１を基板３上の所望の位置に搭載させる工程を含む。所望の位置とは、例えば、導電性ボール１の搭載ミスがあった位置である。
【００３４】
また、第１の実施の形態に係る導電性ボール搭載方法は、導電性ボール１を基板３上の所望の位置に搭載させる工程の後、誘電体層１２を除電する工程及び／又は棒状電極１１に第１の電圧Ｖ１とは逆方向の電圧を印加する工程を含むことができる。
【００３５】
以下に導電性ボール搭載方法の具体的な動作例を説明する。
図４（ａ）は、導電性ボール１を捕獲した導電性ボール捕獲装置１０を導電性ボール１を搭載したい所望の位置に移動した状態を示す図である。所望の位置への導電性ボール捕獲装置１０の移動は、ＣＰＵ等により制御することができる。
【００３６】
図４（ｂ）は、所望の位置に導電性ボール１を搭載させる状態を示す図である。
基板３上における導電性ボール１の搭載ミスがあった位置の直上に移動してきた導電性ボール捕獲装置１０を基板３の方向へ移動させ、予めフラックスが塗布された当該位置に導電性ボール１を押し付ける。
【００３７】
図４（ｃ）は、所望の位置への導電性ボール１の搭載が完了した状態を示す図である。
導電性ボール１を押し付けてから適当な時間（例えば、数百ミリ秒）経過後、導電性ボール捕獲装置１０を元の位置に戻す。これにより、導電性ボール１はフラックスの粘着力（タック力）により導電性ボール捕獲装置１０から離れ、基板３上へ転載される。このとき、フラックスの粘着力（タック力）は捕獲面１２Ｂへの付着力よりも十分に大きいので、導電性ボール１は基板３上へ転載される。
【００３８】
図５は、誘電体層１２を除電器により除電する工程を示す図である。
導電性ボール１を所望の位置に搭載した後、導電性ボール捕獲装置１０を除電器（例えば、ＡＣを用いたコロナ放電式）の位置まで移動させ、誘電体層１２の残留電荷を消去するために、除電を行なう。或いは、導電性ボール捕獲装置１０の棒状電極１１に第１の電圧Ｖ１とは逆方向の電圧を印加することにより除電を行なってもよい。もちろん、これら両方の除電処理を行なっても良い。これにより、導電性ボール１が離れた導電性ボール捕獲装置１０を再度、使用することができる。
【００３９】
〔第２の実施の形態〕
（導電性ボール捕獲装置の構成）
図６は、第２の実施の形態に係る導電性ボール捕獲装置の概略構成を示す図である。
図６に示した第２の実施の形態に係る導電性ボール捕獲装置２０は、図１に示される第１の実施の形態に係る導電性ボール捕獲装置１０と構成が共通しているが、平板の誘電体層２２を用いている点で０より大の曲率を有する誘電体層１２を用いている第１の実施の形態と相違する。誘電体層２２の形状以外の材料・厚さ等は、誘電体層１２と同じである。
【００４０】
（導電性ボール捕獲装置の変形例の構成）
図７は、第２の実施の形態に係る導電性ボール捕獲装置の変形例の概略構成を示す図である。
図７に示した第２の実施の形態の変形例に係る導電性ボール捕獲装置２０は、図２に示される第１の実施の形態の変形例に係る導電性ボール捕獲装置１０と構成が共通しているが、平板の誘電体層２２を用いている点で０より大の曲率を有する誘電体層１２を用いている第１の実施の形態の変形例と相違する。誘電体層２２の形状以外の材料・厚さ等は、誘電体層１２と同じである。
【００４１】
第２の実施の形態に係る導電性ボール捕獲方法や導電性ボール搭載方法は、第１の実施の形態に係る導電性ボール捕獲方法や導電性ボール搭載方法と同じであるので説明を省略する。
【００４２】
〔本発明の実施の形態の効果〕
（１）微小な導電性ボールであってもボール搭載操作を正確に行なうことができる導電性ボール捕獲装置及び導電性ボール捕獲方法並びに導電性ボール搭載方法を提供できる。
（２）補助電極１４を備えている各変形例によれば、補助電極１４を備えていない実施の形態よりも導電性ボールに働く静電気力が増大し、導電性ボールの飛翔力が高まり、導電性ボールを誘電体層に捕獲し易い。
（３）第１の実施の形態によれば、誘電体層が０より大の曲率を有しているため、搭載ミスの位置に導電性ボールを搭載する際に、基板上の周囲の搭載済みの導電性ボールに導電性ボール捕獲装置が接触しにくいので、第２の実施の形態よりも小型化、高密度実装化した半導体装置の製造におけるリペアに適している。
【実施例】
【００４３】
（導電性ボールの捕獲実験１）
図８は、実施例に係る導電性ボール捕獲装置の概略構成を示す図である。
以下の導電性ボール捕獲装置を用いて、導電性ボールの捕獲実験を行なった。
導電性ボール１として、直径ｄ＝１ｍｍのスチールボールを用い、電極板２として、ステンレスを用いた。また、棒状電極１１として、半球状（直径Ｒ＝０．７ｍｍ、曲率：２．９/ｍｍ）の先端部と同直径の円柱状の棒状部分とを有する長さ５ｃｍのステンレスからなる棒状電極を用い、誘電体層１２として、厚さ０．３ｍｍの透明樹脂板を用いた。棒状電極１１と導電性ボール１との間隔Ｌは、１．０ｍｍとした。それぞれを支持・固定する器具の図示は省略した。
【００４４】
棒状電極１１と電極板２との間で３０００Ｖの電圧を印加したところ、導電性ボール１が飛翔し、棒状電極１１の直下の位置で誘電体層１２に捕獲された。
【００４５】
（導電性ボールの捕獲実験２）
図９は、導電性ボールに働く静電気力と誘電体層の厚さの相関図である。
以下の導電性ボール捕獲装置を用いて、導電性ボールの捕獲実験を行なった。
導電性ボール１として、直径ｄ＝１ｍｍのスチールボールを用い、電極板２として、ステンレスを用いた。また、棒状電極１１として、半球状（直径Ｒ＝０．１，０．２，０．５、１．０，２．０，５．０ｍｍ）の先端部と同直径の円柱状の棒状部分とを有する長さ５ｃｍのステンレスからなる棒状電極を用いた。誘電体層１２は使用しない場合と使用する場合の実験を行ない、使用する場合の誘電体層１２として、比誘電率が２であり、厚さが０．１，０．２，０．３ｍｍの透明樹脂板を用いた。棒状電極１１と導電性ボール１との間隔Ｌは、１．０ｍｍとした。棒状電極１１と電極板２との間隔は０．５ｍｍとした。
【００４６】
棒状電極１１と電極板２との間で３０００Ｖの電圧を印加したときの導電性ボール１に働く静電気力Ｆ（Ｎ）を測定した。測定結果を図９に示した。
【００４７】
図９から明らかなように、電極間の距離が一定の場合、誘電体層１２の厚さが厚くなるほど導電性ボール１に働く静電気力Ｆ（Ｎ）が大きくなることが分かる。また、棒状電極１１の先端部の棒状電極１１の半球状先端部の直径Ｒが大きくなるほど導電性ボール１に働く静電気力Ｆ（Ｎ）が大きくなることが分かる。
なお、誘電体層１２を使用した場合はいずれの場合も、導電性ボール１は棒状電極１１の直下の位置で誘電体層１２に捕獲されたが、誘電体層１２を使用しない場合はいずれの場合も導電性ボール１は棒状電極１１の先端部直下の位置では捕獲することができなかった。
【００４８】
（導電性ボールの捕獲実験３）
導電性ボール１として直径ｄ＝１００μｍの半田ボールを用い、棒状電極１１と導電性ボール１との間隔Ｌを０．１ｍｍとし、上記導電性ボールの捕獲実験１と同様にして捕獲実験を行なった。棒状電極１１と電極板２との間で３００Ｖの電圧を印加したところ、導電性ボール１が飛翔し、棒状電極１１の直下の位置で誘電体層１２に捕獲された。
【符号の説明】
【００４９】
１：導電性ボール、２：電極板、３：基板
１０，２０：導電性ボール捕獲装置
１１：棒状電極、１２，２２：誘電体層、１３：連結部、１４：補助電極
１２Ａ，２２Ａ：接触面、１２Ｂ，２２Ｂ：捕獲面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性ボール捕獲装置及び導電性ボール捕獲方法並びに導電性ボール搭載方法、特に静電気力による導電性ボール捕獲装置及び導電性ボール捕獲方法並びに導電性ボール搭載方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップと実装基板とを電気的に接続するバンプを形成する方法として、例えば、フォトレジスト膜を利用するめっき方式、メタルマスクを利用する印刷方式、所定箇所に導電性ボールを搭載するボールバンプ方式が知られている。
【０００３】
ボールバンプ方式には、例えば、導電性ボールを吸引機で吸引して所定箇所にて導電性ボールを落下させて搭載を行う方法があるが、ボールバンプ方式では導電性ボールの搭載ミス（例えば、搭載漏れ、搭載位置ずれ）が生じることがある。
【０００４】
導電性ボールの搭載ミスは、ボール搭載後に、導電性ボールの搭載状況を検査することにより発見できる。ボールの搭載ミスがあった場合には、搭載ミスがあった位置に対して個別に導電性ボールを搭載する処置（以下、リペアという）が行われる。リペアには、一般に、導電性ボールを個別に搭載できる吸引管を備えた装置が用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２９４８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、吸引管を備えた装置によれば、導電性ボールの微小化に合わせた極細な吸引管の作製が難しいという問題がある。また、吸引管の先端部が欠けることで導電性ボールの吸引位置が不統一となりボール搭載操作の正確性が低下する、吸引管の孔にボールが食い込むことにより落下させたい位置（搭載させたい位置）でボールを落下できないといった問題もある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、微小な導電性ボールであってもボール搭載操作を正確に行なうことができる導電性ボール捕獲装置及び導電性ボール捕獲方法並びに導電性ボール搭載方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するため、電極と、前記電極の先端部と接触する接触面及び導電性ボールが捕獲される前記接触面とは反対側の捕獲面を有する誘電体層とを備えることを特徴とする導電性ボール捕獲装置を提供する。
【０００９】
また、本発明は、上記目的を達成するため、導電性ボールを正又は負に帯電させる工程と、電極に第１の電圧を印加し、前記電極の先端部と接触する接触面及び前記導電性ボールが捕獲される前記接触面とは反対側の捕獲面を有する誘電体層を帯電させることで前記捕獲面側に前記導電性ボールとは逆の電荷を帯電させて、前記導電性ボールを静電気力により前記捕獲面に捕獲する工程とを含むことを特徴とする導電性ボール捕獲方法を提供する。
【００１０】
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記本発明の導電性ボール捕獲方法により捕獲した前記導電性ボールを基板上の所望の位置に搭載させる工程を含むことを特徴とする導電性ボール搭載方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、微小な導電性ボールであってもボール搭載操作を正確に行なうことができる導電性ボール捕獲装置及び導電性ボール捕獲方法並びに導電性ボール搭載方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施の形態に係る導電性ボール捕獲装置の概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る導電性ボール捕獲装置の変形例の概略構成を示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係る導電性ボール捕獲方法を説明するための図である。
【図４】第１の実施の形態に係る導電性ボール搭載方法を説明するための図である。
【図５】第１の実施の形態に係る導電性ボール搭載方法を説明するための図である。
【図６】第２の実施の形態に係る導電性ボール捕獲装置の概略構成を示す図である。
【図７】第２の実施の形態に係る導電性ボール捕獲装置の変形例の概略構成を示す図である。
【図８】実施例に係る導電性ボール捕獲装置の概略構成を示す図である。
【図９】導電性ボールに働く静電気力と誘電体層の厚さの相関図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
〔第１の実施の形態〕
（導電性ボール捕獲装置の構成）
図１は、第１の実施の形態に係る導電性ボール捕獲装置の概略構成を示す。
導電性ボール捕獲装置１０は、棒状電極１１と、棒状電極１１の先端部と接触する接触面１２Ａ及び導電性ボール１が捕獲される接触面１２Ａとは反対側の捕獲面１２Ｂを有する誘電体層１２とを備える。また、棒状電極１１と誘電体層１２とを互いに固定し、連結する連結部１３を備えることにより、これらを固定状態で一緒に移動させることができる。棒状電極１１は、他の形状であっても構わないが、本実施の形態においては、支持部を備えた電極である棒状電極を用いることが好ましい。棒状部分が円柱状の棒状電極であることが好ましい。
【００１４】
棒状電極１１は、その先端部が０より大の曲率（凸状の曲面）を有することが好ましく、当該先端部が半球状であることがより好ましい。半球状先端部と円柱状の棒状部分とは、双方の直径が同一であり滑らかに接続されていることが好ましい。半球状先端部の直径は、捕獲するボールの直径の１／５〜５倍であることが好ましく、ボール直径の１／２〜２倍であることがより好ましい。
【００１５】
棒状電極１１の材料としては、導体であればよく、例えば、銅、スチール、アルミ等を用いることができる。
【００１６】
誘電体層１２は、その曲率中心が接触面１２Ａ側（すなわち、棒状電極１１側）である０より大の曲率を有する。誘電体層１２の曲率は、棒状電極１１の先端部の曲率よりも小さいことが好ましい。棒状電極１１の先端部の曲率の１/５〜１/２０倍以上であることが好ましく、１/１０〜１/２０倍であることがさらに好ましい。
【００１７】
誘電体層１２の材料としては、例えば、プラスチック、ガラス、セラミック、マイカ（雲母）等を用いることができる。
【００１８】
誘電体層１２の厚さは、例えば、０．０１〜２ｍｍであることが好ましく、０．１〜１ｍｍであることがより好ましく、０．２〜０．５ｍｍであることがさらに好ましい。
【００１９】
導電性ボール１は、金属製ボール、例えば、半田ボール、鉄ボール、金ボール、銅ボールである。樹脂ボール、セラミックボール等に導電性皮膜を形成したものでも良い。
【００２０】
本実施の形態においては、導電性ボール１の直径はあらゆるサイズのものをその用途・条件等に合わせて使用することができるが、微小な導電性ボール、特に、従来の吸引管を備えた装置では困難であった、直径１０〜３００μｍの範囲内、より限定すれば直径３０〜３００μｍの範囲内、さらに限定すれば直径５０〜２５０μｍの範囲内の導電性ボールを正確に搭載することができる点で本実施の形態は優れている。
【００２１】
導電性ボール捕獲装置１０は、導電性ボール１を帯電させる導電性ボール帯電用電極である電極板２をさらに備えていてもよい。
【００２２】
電極板２の材料としては、例えば、銅、ステンレス、導電性処理樹脂を用いることができる。
【００２３】
（導電性ボール捕獲装置の変形例の構成）
図２は、第１の実施の形態に係る導電性ボール捕獲装置の変形例の概略構成を示す図である。
導電性ボール捕獲装置１０は、接触面１２Ａ上に棒状電極１１を取り囲むように配置される補助電極１４をさらに備えることが好ましい。
補助電極１４は、例えば、ドーナツ形状、中抜き四角形状等であり、棒状電極１１の近傍において、具体的には、棒状電極１１の直径の３〜５０倍、より好ましくは５〜２０倍、棒状電極１１から離れて、棒状電極１１を取り囲むように接触面１２Ａ上に配置される。
【００２４】
補助電極１４の材料としては、導電体であれば良く、例えば、銅、ステンレス、アルミ等を用いることができる。
【００２５】
（導電性ボール捕獲方法）
図３は、第１の実施の形態に係る導電性ボール捕獲方法を説明するための図である。図３（ａ）は、導電性ボールを捕獲する前の状態を示す図であり、図３（ｂ）は、導電性ボールを捕獲した後の状態を示す図である。
【００２６】
第１の実施の形態に係る導電性ボール捕獲方法は、導電性ボール１を正又は負に帯電させる工程と、棒状電極１１に第１の電圧Ｖ１を印加し、棒状電極１１の先端部と接触する接触面１２Ａ及び導電性ボール１が捕獲される接触面１２Ａとは反対側の捕獲面１２Ｂを有する誘電体層１２を帯電させることで捕獲面１２Ｂ側に導電性ボール１とは逆の電荷を帯電させて、導電性ボール１を静電気力により捕獲面１２Ｂに捕獲する工程とを含む。
【００２７】
図３では、図１の導電性ボール捕獲装置１０を図示して説明しているが、図２の導電性ボール捕獲装置１０を用いる場合には、図２に示すように、棒状電極１１に第１の電圧Ｖ１を印加するとともに、棒状電極１１を取り囲むように接触面１２Ａ上に配置された補助電極１４に第１の電圧Ｖ１と同一方向（図２では各電極ともに正の電圧が印加される方向）の第２の電圧Ｖ２を印加する。棒状電極１１に印加する第１の電圧Ｖ１は、補助電極１４に印加する第２の電圧Ｖ２よりも高い。第２の電圧Ｖ２は、第１の電圧Ｖ１の０．１〜０．９５倍であることが好ましく、０．３〜０．９倍であることがより好ましく、０．５〜０．８倍であることがさらに好ましい。
【００２８】
導電性ボール１を正又は負に帯電させる工程は、その方法は特に限定されるものではないが、第１の電圧Ｖ１を印加する工程と同一工程であることが好ましく、棒状電極１１と導電性ボール帯電用電極である電極板２との間に第１の電圧Ｖ１を印加することにより行なわれることが好ましい。例えば、電極板２に負の電圧を印加すれば、電極板２上の導電性ボール１は負の電荷を帯電する。図２の導電性ボール捕獲装置１０を用いる場合には、図２に示すように、棒状電極１１に第１の電圧Ｖ１を印加するとともに、補助電極１４と電極板２との間に第２の電圧Ｖ２を印加することにより行なわれることが好ましい。
【００２９】
次に具体的な動作例を説明する。
図３（ａ）に示すように、導電性ボール捕獲装置１０を導電性ボール１のほぼ直上の位置まで移動させる。棒状電極１１が導電性ボール１のほぼ直上の位置となるように移動させることがより好ましい。導電性ボール捕獲装置１０の移動は、ＣＰＵ等により制御することができる。導電性ボール捕獲装置１０の誘電体層１２の捕獲面１２Ｂと導電性ボール１との間隔は、導電性ボール１の直径の１〜２倍程度であることが好ましい。
【００３０】
次に、棒状電極１１と電極板２との間に第１の電圧Ｖ１を印加する。第１の電圧Ｖ１は、例えば、導電性ボール１の直径が１００μｍの場合、＋２００〜＋６００Ｖとし、導電性ボール１の直径が５０μｍの場合、＋１００〜＋３００Ｖとする。図２の導電性ボール捕獲装置１０を用いる場合には、第１の電圧Ｖ１を印加するとともに、補助電極１４と電極板２との間に第２の電圧Ｖ２を印加する。第２の電圧Ｖ２は、例えば、導電性ボール１の直径が１００μｍの場合、＋１５０〜＋５５０Ｖとし、導電性ボール１の直径が５０μｍの場合、＋９０〜＋２８０Ｖとする。
【００３１】
これにより、図３（ｂ）に示すように、正又は負（図では負）に帯電した導電性ボール１が正又は負（図では正）に帯電した捕獲面１２Ｂに静電気力により捕獲される。導電性ボール１は、棒状電極１１の直下の位置に捕獲される。
【００３２】
捕獲後は、電圧を切っても、導電性ボール１の捕獲状態は維持される。
【００３３】
（導電性ボール搭載方法）
図４及び図５は、第１の実施の形態に係る導電性ボール搭載方法を説明するための図である。
第１の実施の形態に係る導電性ボール搭載方法は、上記第１の実施の形態に係る導電性ボール捕獲方法により捕獲した導電性ボール１を基板３上の所望の位置に搭載させる工程を含む。所望の位置とは、例えば、導電性ボール１の搭載ミスがあった位置である。
【００３４】
また、第１の実施の形態に係る導電性ボール搭載方法は、導電性ボール１を基板３上の所望の位置に搭載させる工程の後、誘電体層１２を除電する工程及び／又は棒状電極１１に第１の電圧Ｖ１とは逆方向の電圧を印加する工程を含むことができる。
【００３５】
以下に導電性ボール搭載方法の具体的な動作例を説明する。
図４（ａ）は、導電性ボール１を捕獲した導電性ボール捕獲装置１０を導電性ボール１を搭載したい所望の位置に移動した状態を示す図である。所望の位置への導電性ボール捕獲装置１０の移動は、ＣＰＵ等により制御することができる。
【００３６】
図４（ｂ）は、所望の位置に導電性ボール１を搭載させる状態を示す図である。
基板３上における導電性ボール１の搭載ミスがあった位置の直上に移動してきた導電性ボール捕獲装置１０を基板３の方向へ移動させ、予めフラックスが塗布された当該位置に導電性ボール１を押し付ける。
【００３７】
図４（ｃ）は、所望の位置への導電性ボール１の搭載が完了した状態を示す図である。
導電性ボール１を押し付けてから適当な時間（例えば、数百ミリ秒）経過後、導電性ボール捕獲装置１０を元の位置に戻す。これにより、導電性ボール１はフラックスの粘着力（タック力）により導電性ボール捕獲装置１０から離れ、基板３上へ転載される。このとき、フラックスの粘着力（タック力）は捕獲面１２Ｂへの付着力よりも十分に大きいので、導電性ボール１は基板３上へ転載される。
【００３８】
図５は、誘電体層１２を除電器により除電する工程を示す図である。
導電性ボール１を所望の位置に搭載した後、導電性ボール捕獲装置１０を除電器（例えば、ＡＣを用いたコロナ放電式）の位置まで移動させ、誘電体層１２の残留電荷を消去するために、除電を行なう。或いは、導電性ボール捕獲装置１０の棒状電極１１に第１の電圧Ｖ１とは逆方向の電圧を印加することにより除電を行なってもよい。もちろん、これら両方の除電処理を行なっても良い。これにより、導電性ボール１が離れた導電性ボール捕獲装置１０を再度、使用することができる。
【００３９】
〔第２の実施の形態〕
（導電性ボール捕獲装置の構成）
図６は、第２の実施の形態に係る導電性ボール捕獲装置の概略構成を示す図である。
図６に示した第２の実施の形態に係る導電性ボール捕獲装置２０は、図１に示される第１の実施の形態に係る導電性ボール捕獲装置１０と構成が共通しているが、平板の誘電体層２２を用いている点で０より大の曲率を有する誘電体層１２を用いている第１の実施の形態と相違する。誘電体層２２の形状以外の材料・厚さ等は、誘電体層１２と同じである。
【００４０】
（導電性ボール捕獲装置の変形例の構成）
図７は、第２の実施の形態に係る導電性ボール捕獲装置の変形例の概略構成を示す図である。
図７に示した第２の実施の形態の変形例に係る導電性ボール捕獲装置２０は、図２に示される第１の実施の形態の変形例に係る導電性ボール捕獲装置１０と構成が共通しているが、平板の誘電体層２２を用いている点で０より大の曲率を有する誘電体層１２を用いている第１の実施の形態の変形例と相違する。誘電体層２２の形状以外の材料・厚さ等は、誘電体層１２と同じである。
【００４１】
第２の実施の形態に係る導電性ボール捕獲方法や導電性ボール搭載方法は、第１の実施の形態に係る導電性ボール捕獲方法や導電性ボール搭載方法と同じであるので説明を省略する。
【００４２】
〔本発明の実施の形態の効果〕
（１）微小な導電性ボールであってもボール搭載操作を正確に行なうことができる導電性ボール捕獲装置及び導電性ボール捕獲方法並びに導電性ボール搭載方法を提供できる。
（２）補助電極１４を備えている各変形例によれば、補助電極１４を備えていない実施の形態よりも導電性ボールに働く静電気力が増大し、導電性ボールの飛翔力が高まり、導電性ボールを誘電体層に捕獲し易い。
（３）第１の実施の形態によれば、誘電体層が０より大の曲率を有しているため、搭載ミスの位置に導電性ボールを搭載する際に、基板上の周囲の搭載済みの導電性ボールに導電性ボール捕獲装置が接触しにくいので、第２の実施の形態よりも小型化、高密度実装化した半導体装置の製造におけるリペアに適している。
【実施例】
【００４３】
（導電性ボールの捕獲実験１）
図８は、実施例に係る導電性ボール捕獲装置の概略構成を示す図である。
以下の導電性ボール捕獲装置を用いて、導電性ボールの捕獲実験を行なった。
導電性ボール１として、直径ｄ＝１ｍｍのスチールボールを用い、電極板２として、ステンレスを用いた。また、棒状電極１１として、半球状（直径Ｒ＝０．７ｍｍ、曲率：２．９/ｍｍ）の先端部と同直径の円柱状の棒状部分とを有する長さ５ｃｍのステンレスからなる棒状電極を用い、誘電体層１２として、厚さ０．３ｍｍの透明樹脂板を用いた。棒状電極１１と導電性ボール１との間隔Ｌは、１．０ｍｍとした。それぞれを支持・固定する器具の図示は省略した。
【００４４】
棒状電極１１と電極板２との間で３０００Ｖの電圧を印加したところ、導電性ボール１が飛翔し、棒状電極１１の直下の位置で誘電体層１２に捕獲された。
【００４５】
（導電性ボールの捕獲実験２）
図９は、導電性ボールに働く静電気力と誘電体層の厚さの相関図である。
以下の導電性ボール捕獲装置を用いて、導電性ボールの捕獲実験を行なった。
導電性ボール１として、直径ｄ＝１ｍｍのスチールボールを用い、電極板２として、ステンレスを用いた。また、棒状電極１１として、半球状（直径Ｒ＝０．１，０．２，０．５、１．０，２．０，５．０ｍｍ）の先端部と同直径の円柱状の棒状部分とを有する長さ５ｃｍのステンレスからなる棒状電極を用いた。誘電体層１２は使用しない場合と使用する場合の実験を行ない、使用する場合の誘電体層１２として、比誘電率が２であり、厚さが０．１，０．２，０．３ｍｍの透明樹脂板を用いた。棒状電極１１と導電性ボール１との間隔Ｌは、１．０ｍｍとした。棒状電極１１と電極板２との間隔は０．５ｍｍとした。
【００４６】
棒状電極１１と電極板２との間で３０００Ｖの電圧を印加したときの導電性ボール１に働く静電気力Ｆ（Ｎ）を測定した。測定結果を図９に示した。
【００４７】
図９から明らかなように、電極間の距離が一定の場合、誘電体層１２の厚さが厚くなるほど導電性ボール１に働く静電気力Ｆ（Ｎ）が大きくなることが分かる。また、棒状電極１１の先端部の棒状電極１１の半球状先端部の直径Ｒが大きくなるほど導電性ボール１に働く静電気力Ｆ（Ｎ）が大きくなることが分かる。
なお、誘電体層１２を使用した場合はいずれの場合も、導電性ボール１は棒状電極１１の直下の位置で誘電体層１２に捕獲されたが、誘電体層１２を使用しない場合はいずれの場合も導電性ボール１は棒状電極１１の先端部直下の位置では捕獲することができなかった。
【００４８】
（導電性ボールの捕獲実験３）
導電性ボール１として直径ｄ＝１００μｍの半田ボールを用い、棒状電極１１と導電性ボール１との間隔Ｌを０．１ｍｍとし、上記導電性ボールの捕獲実験１と同様にして捕獲実験を行なった。棒状電極１１と電極板２との間で３００Ｖの電圧を印加したところ、導電性ボール１が飛翔し、棒状電極１１の直下の位置で誘電体層１２に捕獲された。
【符号の説明】
【００４９】
１：導電性ボール、２：電極板、３：基板
１０，２０：導電性ボール捕獲装置
１１：棒状電極、１２，２２：誘電体層、１３：連結部、１４：補助電極
１２Ａ，２２Ａ：接触面、１２Ｂ，２２Ｂ：捕獲面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極と、前記電極の先端部と接触する接触面及び導電性ボールが捕獲される前記接触面とは反対側の捕獲面を有する誘電体層とを備えることを特徴とする導電性ボール捕獲装置。
【請求項２】
前記電極は、棒状電極であり、その前記先端部は、０より大の曲率を有することを特徴とする請求項１に記載の導電性ボール捕獲装置。
【請求項３】
前記接触面上に前記電極を取り囲むように配置される補助電極を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の導電性ボール捕獲装置。
【請求項４】
前記誘電体層は、その曲率中心が前記接触面側（前記棒状電極側）である０より大の曲率を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の導電性ボール捕獲装置。
【請求項５】
前記誘電体層の曲率は、前記電極の先端部の曲率よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の導電性ボール捕獲装置。
【請求項６】
前記導電性ボールを帯電させる導電性ボール帯電用電極を備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の導電性ボール捕獲装置。
【請求項７】
導電性ボールを正又は負に帯電させる工程と、
電極に第１の電圧を印加し、前記電極の先端部と接触する接触面及び前記導電性ボールが捕獲される前記接触面とは反対側の捕獲面を有する誘電体層を帯電させることで前記捕獲面側に前記導電性ボールとは逆の電荷を帯電させて、前記導電性ボールを静電気力により前記捕獲面に捕獲する工程とを含むことを特徴とする導電性ボール捕獲方法。
【請求項８】
前記電極に第１の電圧を印加するとともに、前記電極を取り囲むように前記接触面上に配置された補助電極に前記第１の電圧と同一方向の第２の電圧を印加することを特徴とする請求項７に記載の導電性ボール捕獲方法。
【請求項９】
前記電極に印加する第１の電圧は、前記補助電極に印加する第２の電圧よりも高いことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の導電性ボール捕獲方法。
【請求項１０】
前記導電性ボールを正又は負に帯電させる工程は、前記第１の電圧を印加する工程と同一工程であり、前記電極と導電性ボール帯電用電極との間に前記第１の電圧を印加することにより行なわれることを特徴とする請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の導電性ボール捕獲方法。
【請求項１１】
請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載の導電性ボール捕獲方法により捕獲した前記導電性ボールを基板上の所望の位置に搭載させる工程を含むことを特徴とする導電性ボール搭載方法。
【請求項１２】
前記導電性ボールを基板上の所望の位置に搭載させる工程の後、前記誘電体層を除電する工程及び／又は前記電極に前記第１の電圧とは逆方向の電圧を印加する工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の導電性ボール搭載方法。
【請求項１】
電極と、前記電極の先端部と接触する接触面及び導電性ボールが捕獲される前記接触面とは反対側の捕獲面を有する誘電体層とを備えることを特徴とする導電性ボール捕獲装置。
【請求項２】
前記電極は、棒状電極であり、その前記先端部は、０より大の曲率を有することを特徴とする請求項１に記載の導電性ボール捕獲装置。
【請求項３】
前記接触面上に前記電極を取り囲むように配置される補助電極を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の導電性ボール捕獲装置。
【請求項４】
前記誘電体層は、その曲率中心が前記接触面側（前記棒状電極側）である０より大の曲率を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の導電性ボール捕獲装置。
【請求項５】
前記誘電体層の曲率は、前記電極の先端部の曲率よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の導電性ボール捕獲装置。
【請求項６】
前記導電性ボールを帯電させる導電性ボール帯電用電極を備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の導電性ボール捕獲装置。
【請求項７】
導電性ボールを正又は負に帯電させる工程と、
電極に第１の電圧を印加し、前記電極の先端部と接触する接触面及び前記導電性ボールが捕獲される前記接触面とは反対側の捕獲面を有する誘電体層を帯電させることで前記捕獲面側に前記導電性ボールとは逆の電荷を帯電させて、前記導電性ボールを静電気力により前記捕獲面に捕獲する工程とを含むことを特徴とする導電性ボール捕獲方法。
【請求項８】
前記電極に第１の電圧を印加するとともに、前記電極を取り囲むように前記接触面上に配置された補助電極に前記第１の電圧と同一方向の第２の電圧を印加することを特徴とする請求項７に記載の導電性ボール捕獲方法。
【請求項９】
前記電極に印加する第１の電圧は、前記補助電極に印加する第２の電圧よりも高いことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の導電性ボール捕獲方法。
【請求項１０】
前記導電性ボールを正又は負に帯電させる工程は、前記第１の電圧を印加する工程と同一工程であり、前記電極と導電性ボール帯電用電極との間に前記第１の電圧を印加することにより行なわれることを特徴とする請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の導電性ボール捕獲方法。
【請求項１１】
請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載の導電性ボール捕獲方法により捕獲した前記導電性ボールを基板上の所望の位置に搭載させる工程を含むことを特徴とする導電性ボール搭載方法。
【請求項１２】
前記導電性ボールを基板上の所望の位置に搭載させる工程の後、前記誘電体層を除電する工程及び／又は前記電極に前記第１の電圧とは逆方向の電圧を印加する工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の導電性ボール搭載方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−６００６７（Ｐ２０１２−６００６７Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０４４８５（Ｐ２０１０−２０４４８５）
【出願日】平成２２年９月１３日（２０１０．９．１３）
【出願人】（５９０００６３４３）株式会社和井田製作所 (20)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１３日（２０１０．９．１３）
【出願人】（５９０００６３４３）株式会社和井田製作所 (20)
【Ｆターム（参考）】
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