(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性ボールを落下させる落下孔が開口された本体部材と、落下孔に連通し、本体部材から下方に突出する導電性ボールの落下を案内する案内ノズルと、落下孔の上方に位置し、落下孔を介して案内ノズル内に気体を吹き込む気体供給口が形成された気体供給通路と、上記気体供給口と本体部材の落下孔の間に位置し、一個の導電性ボールが通過可能な貫通孔が形成されたプレート部材と、プレート部材の上面側に位置し、多数の導電性ボールを貯留すると共に下部に開口が形成された容器部材と、プレート部材を駆動して、容器部材の開口の位置と本体部材の落下孔の位置の間で貫通孔を移動させる駆動機構と、導電性ボールが搭載される被搭載物を支持する支持手段と、案内ノズルと被搭載物を相対的に移動させる移動機構と、案内ノズルの導電性ボール通過の有無を検出する通過検出手段とを備え、プレート部材の貫通孔を容器部材の開口の下方を通過させて、一個の導電性ボールを取り出し、落下孔まで移動させて落下させ、気体供給口から吹き込まれた気体により、案内ノズルの先端から該導電性ボールを吹き出して被搭載物に搭載することを特徴とする導電性ボール搭載装置。
【請求項２】
通過検出手段が、案内ノズル内の圧力変動を検出するものである請求項１記載の導電性ボール搭載装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性ボール搭載装置におけるボール搭載手段の改良に関するもので、主として導電性ボールを一個ずつ搭載する装置を主眼に開発されたものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、導電性ボール搭載装置の代表である半田ボールマウント装置において、半田ボールは、ボール供給部にて配列され、吸着ノズルや吸着プレートで多数個が吸着され、該吸着ノズルにて被搭載物の搭載位置まで運ばれ、ウエハ等の基板の電極に多数個一括で搭載されていた。
【０００３】
しかし、多数個の半田ボールを一括搭載する場合、吸着ミスなどにより半田ボールが搭載されない電極が発生することがある。かような場合に半田ボールが搭載されていない電極に対してはリペア機などで一個ずつ搭載していた。  リペア機等で一個のボールを搭載する場合、半田ボールの取り出しから搭載位置への搬送、被搭載物への搭載に至るまでには複雑な動作や機構が必要であった。また、その動作には一定の処理時間が必要であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、導電性ボールの搭載動作及びその機構を簡略なものとし、且つ、搭載ミスを検出して確実な搭載を行い、搭載処理時間の短縮を目的に開発されたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、導電性ボール搭載装置に以下の手段を採用した。
第１に、本体部材に、導電性ボールを落下させる落下孔を開口して設ける。
第２に、落下孔に連通して本体部材から下方に突出する導電性ボールの落下を案内する案内ノズルを設ける。
第３に、落下孔の上方に、落下孔を介して案内ノズル内に気体を吹き込む気体供給口が形成された気体供給通路を設ける。
第４に、上記気体供給口と本体部材の落下孔の間に、一個の導電性ボールが通過可能な貫通孔が形成されたプレート部材を配置する。
第５に、プレート部材の上面側に、多数の導電性ボールを貯留すると共に下部に開口が形成された容器部材を配置する。
第６に、プレート部材を駆動して、容器部材の開口の位置と本体部材の落下孔の位置の間で貫通孔を移動させる駆動機構を設ける。
第７に、導電性ボールが搭載される被搭載物を支持する支持手段を配置する。
第８に、案内ノズルと被搭載物を相対的に移動させる移動機構を設ける。
第９に、案内ノズルの導電性ボール通過の有無を検出する通過検出手段を設ける。
第１０に、プレート部材の貫通孔を容器部材の開口の下方を通過させて、一個の導電性ボールを取り出し、落下孔まで移動させて落下させ、気体供給口から吹き込まれた気体により案内ノズルの先端から該導電性ボールを吹き出して被搭載物に搭載する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って、実施例と共に本発明の実施の形態について説明する。実施例では導電性ボール搭載装置として、半田ボール搭載装置１が採用されており、図１は、本発明の１実施例を示す半田ボール搭載装置１の部分断面説明図である。
【０００７】
本実施例における導電性ボールは、半田ボール２であり、被搭載物はウエハ３である。実施例での半田ボール２は３００ミクロン乃至１００ミクロンの微小なものが用いられている。実施例は導電性ボールとして半田ボール２を使用しているが、本発明では半田バンプや白金ボールや白金バンプ等の他導電性あるボール相当物であっても良いことは勿論である。また、実施例では被搭載物としてウエハ３を使用しているが、他にＢＧＡ基板などのプリント配線基板であっても良いことは勿論である。
【０００８】
本実施例に係る半田ボール搭載装置１は、ボール搭載ヘッド４と搭載テーブル５とよりなる。ボール搭載ヘッド４は、基台６に立設されたＺ軸移動装置７に支持アーム８を介して配置され、搭載テーブル５は、基台６上に設置されたＸ軸移動装置９とＹ軸移動装置１０とによりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能とされたＸ−Ｙテーブル１１を備えたものである。尚、Ｘ−Ｙテーブル１１が、本発明における支持手段となる。
【０００９】
ボール搭載ヘッド４は、図２のボール搭載ヘッド４の内部を示す断面説明図に示されるように、本体部材１２と、上部部材１３と、その間に位置するボール保持プレート２０とによりなる。
【００１０】
本体部材１２は、支持アーム８に装着された断面逆Ｔ字型の部材で、本体部材１２の平面部１４には、半田ボール２を落下させる落下孔１５が下方に向かって開口されている。
【００１１】
該落下孔１５の下端側には、落下孔１５と連通し、本体部材１２から下方に突出装着された半田ボール２の落下を案内する案内ノズル１６が装着されている。案内ノズル１６は、Ｚ軸移動装置７により、上下移動可能とされている。尚、図２及び図４に示されるように、案内ノズル１６先端内部の空間はテーパ形状に狭められいる。実施例では、先端部開口径（直径）は、搭載精度を向上させるため半田ボール２の径（直径）の１０パーセント程度のクリアランスしか設けられていない。
【００１２】
案内ノズル１６は、半田ボール２をウエハ３に搭載するものであるが、その搭載例を図４に従って説明する。図４（Ａ）は、案内ノズル１６が、水平方向に相対移動する際、搭載された半田ボール２に干渉しない程度にウエハ３上面に近づけて案内ノズル１６を位置させたもので、搭載時に案内ノズル１６の上下動作を必要とせず、水平移動だけで順次半田ボール２を吹き出すことができ、多数の半田ボール２を連続的に搭載していく場合に適している。高速化を図ることで一括搭載に匹敵する多数個搭載が可能となる。
【００１３】
図４（Ｂ）は、半田ボール２の高さよりも低くなるようウエハ３上面に案内ノズル１６の先端を近づけて、半田ボール２を吹き出し、搭載する例であり、搭載後、圧縮気体の噴射を止めてから上昇、水平移動して、次の搭載位置に相対的移動するものである。半田ボール２が、吹き出される圧縮気体の影響を受けて転がる危険性が無く、精度の高い搭載が可能である。一括搭載後の搭載漏れの箇所への搭載に適している。
【００１４】
図４（Ｃ）は、案内ノズル１６先端部の一方側に切欠部を設け、切欠部の下端が半田ボール２に干渉しない高さとなるようにウエハ３上面に近づけて案内ノズル１６を位置させたもので、切欠部の反対方向に水平移動させることにより、連続搭載が可能な上、半田ボール２は圧縮気体の流れと反対方向に押し付けられるため、転がるおそれが無く、精度の高い搭載が可能である。
【００１５】
落下孔１５には圧力センサ２８が接続されており、半田ボール２が案内ノズル１６内を正常に通過した場合と、案内ノズル１６の先端開口部に詰まった場合と、落下する半田ボール２が無い場合とを検出する。圧力センサ２８からの検出信号は、圧力変動検出のため、常時入力されている。圧力センサ２８は、落下孔１５に連通する案内ノズル１６内の圧力変動検出手段となり、本発明の通過検出手段となる。
【００１６】
図５（Ａ）は、半田ボール２が案内ノズル１６内を通過した場合の圧力変化を示すグラフ図である。半田ボール２が、案内ノズル１６内の内径が狭まったテーパ部分を通過するときには、圧がいったん高くなる。案内ノズル１６が半田ボール２をウエハ３に搭載した後には、短時間でボール保持プレート２０が落下孔１５を塞ぎ圧縮気体の供給が停止し、更に、案内ノズル１６の内の半田ボール２も無くなるので圧が低下し、案内ノズル１６内は大気圧となる。圧力センサ２８が、このような圧力変動を検出した場合には、半田ボール２の、正常な通過を検出したことになる。
【００１７】
図５（Ｂ）は、案内ノズル１６の先端開口部に半田ボール２が詰まった場合の圧力変化を示すグラフ図である。半田ボール２が、案内ノズル１６内の内径が狭まったテーパ部分に位置することで、いったん上昇した圧が、ボール保持プレート２０が落下孔１５を塞いだ後も下降せず、継続的に高い圧を保持するような場合で、圧力センサ２８が、かような圧力変動を検出した場合には、半田ボール２が案内ノズル１６内部のテーパ部分に詰まったと判断される。
【００１８】
また、図５（Ｃ）は、落下する半田ボール２が無い場合の圧力変化を示すグラフ図である。圧縮気体源より圧縮気体が供給されたにもかかわらず、吹き込まれた圧縮気体により、若干、圧は上昇するが、半田ボール２が存在しないため圧が余り上昇せず、ボール保持プレート２０が落下孔１５を塞ぎ、圧縮気体の供給が止まることで、直ぐに大気圧に戻ってしまう場合で、圧力センサ２８がかような圧力変動を検出した場合には、容器部１９から半田ボール２が取り出されず、落下する半田ボール２が無かったものと判断される。
【００１９】
次に、上部部材１３は、下面に本体部材１２の平面部１４と対応する平面が形成され、且つ内部に気体供給通路１７と容器部１９（本発明における容器部材に相当する。）が形成されている。気体供給通路１７は、落下孔１５の上方に設けられており、落下孔１５を介して案内ノズル１６内に気体を吹き込む。気体を直接吹き込む気体供給口１８は、落下孔１５の直上に位置する上部部材１３の下面に形成されている。
【００２０】
尚、気体供給通路１７は、図示されていない圧縮気体源と接続されている。圧縮気体源からは常時０．４メガパスカル程度の圧縮気体が供給されている。圧縮気体源で利用される圧縮気体は、圧縮エアーの他、圧縮窒素などの不活性ガスでも良い。
【００２１】
他方、容器部１９は、ボール保持プレート２０の上方に位置し、多数の半田ボール２を貯留するもので、下部に開口２６が形成されている。容器部１９は、実施例では、落下孔１５の回転方向手前側に１カ所設けられているに過ぎないが、半田ボール２の取り出しの確率を上げるために同一円周上に複数設置しても良い。また、容器部１９を円周方向長尺に形成し、同時に開口２６も円周に沿った長孔とすることにより、複数の貫通孔２１を同時に開口２６の下方に位置させるようにすることもできる。
【００２２】
本体部材１２と上部部材１３と間には、ボール保持プレート２０が配置されている。ボール保持プレート２０が、本発明におけるプレート部材に相当する。ボール保持プレート２０は、ステンレスで製作された円盤状のもので、その板厚は、ボール径（直径）より少し厚い程度である。
【００２３】
ボール保持プレート２０には、一個の半田ボール２が通過可能な貫通孔２１を穿設している。貫通孔２１は、容器部１９の開口２６の下方を通過可能な同一円周上に等間隔で複数穿設されている。実施例では単一円上に配列されているが、二重、三重等複数円上であっても良いし、ランダムに配列されていても良いことは勿論である。尚、貫通孔２１は、ボール保持プレート２０の板厚との関係で、半田ボール２が突出しない深さを有している。
【００２４】
ボール保持プレート２０には、駆動機構として、ボール保持プレート２０を回転させるモータ２２が設けられており、ボール保持プレート２０の外周にはモータ２２付属のギヤ２３と噛み合うギヤ２４が加工されている。モータ２２の駆動によりボール保持プレート２０は、図３中矢印で示す方向に回転する。
【００２５】
ボール保持プレート２０は、貫通孔２１が容器部１９の開口２６の下方及び落下孔１５の上方を通過した後、停止するよう一定量ずつ間欠的に回転するよう制御されている。これにより、停止中は容器部１９の開口２６も落下孔１５も塞がれた状態となる。特に、落下孔１５に対してはボール保持プレート２０が気体供給口１８を開閉する開閉弁の役割をしており、貫通孔２１が、落下孔１５上を通過する時間が、短時間（実施例では０．１秒以下）となるよう、落下孔１５の大きさ及びボール保持プレート２０の回転スピードを設定している。
【００２６】
落下孔１５が、かように短時間で塞がれることにより、案内ノズル１６及び落下孔１５の圧力変動の差が大きく表れ、圧力センサ２８での圧力変動の検出を容易にするとともに、圧縮気体が必要以上に案内ノズル１６より吹き出されないようにして、吹き出し圧縮気体により案内ノズル１６から吹き出された半田ボール２が、ウエハ３上を転がって移動することを防止している。
【００２７】
また、ボール保持プレート２０の回転は、案内ノズル１６の相対的移動に同期しており、搭載位置に到達したら回転するよう制御されている。
【００２８】
本体部材１２は磁性金属で製作され、上部部材１３にはマグネット２５が埋め込まれている。勿論、逆の関係も成り立つ。すなわち上部部材１３を磁性金属で構成し、本体部材１２にマグネット２５を埋め込んでも良い。何れの場合も、ボール保持プレート２０は本体部材１２と上部部材１３とで密着して挟み込んでいる。尚、図中２７は、上部部材１３に設けられた回転防止ボルトであり、上部部材１３が、ボール保持プレート２０の回転方向へ移動移動することを規制するものである。ボール保持プレート２０の密着挟持とこの回転防止により本体部材１２、ボール保持プレート２０、上部部材１３との間隙に微小な半田ボール２が噛み込まれることを防止している。
【００２９】
以下、ボール搭載動作について説明する。モータ２２を動作させ、ボール保持プレート２０を回転させる。ボール保持プレート２０の貫通孔２１は、容器部１９の開口２６の下方を通過し、一個の半田ボール２を取り出す。ボール保持プレート２０に形成された貫通孔２１が容器部１９の開口２６下方を通過する際、該貫通孔２１に半田ボール２が入るが、貫通孔２１下面側開口部には本体部材１２の平面部１４が接して塞いでいるため、半田ボール２は貫通孔２１内に保持される。
【００３０】
更に、ボール保持プレート２０は間欠的に回転を継続し、貫通孔２１に保持された半田ボール２は、本体部材１２の落下孔１５上方まで搬送される。半田ボール２の入った貫通孔２１が落下孔１５まで移動すると、貫通孔２１の下面側開口部を塞いでいた本体部材１２の平面部１４が、落下孔１５により開放される。
【００３１】
半田ボール２が案内ノズル１６から吹き出されるまでに、Ｘ−Ｙテーブル１１はウエハ３をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させて、半田ボール２を搭載すべき電極位置を案内ノズル１６の直下に位置させる。上記落下孔１５の開放により、半田ボール２は、自重と、気体供給口１８から供給された圧縮気体により、落下孔１５に落下し、落下孔１５と連通されている案内ノズル１６の先端から吹き出され、被搭載物であるウエハ３上の上記電極位置に搭載される。圧力センサ２８は、常時、検出信号を入力しており、圧力変動でボール詰まりを検出した場合には異常信号を出力する。ボール無しが検出された場合には、搭載されなかった位置に相対的移動をして最度搭載動作がなされる。ボール無しの検出が連続する場合には、やはり異常信号を出力する。
【００３２】
本実施例では、ボール保持プレート２０の回転は、間欠的回転で説明したが、所定ピッチで連続的に搭載するような場合には、ボール保持プレート２０を、案内ノズル１６の相対的移動に同期させて連続回転させる等、他の方法の採用も可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、プレート部材の貫通孔を容器部材の開口の下方を通過させて、一個の導電性ボールを取り出し、落下孔まで移動させて落下させ、案内ノズルの先端から該導電性ボールを吹き出して被搭載物に搭載するものであるので、吸着ノズルによる吸着保持、搬送、搭載を必要とせず、導電性ボール搭載装置が簡素化され、且つ、高速化を図ることができた。
【００３４】
案内ノズルから被搭載物への搭載に際し、導電性ボールの自重だけでなく、吹き込まれた気体も利用し、且つ、通過検出手段を備えて搭載ミスをも検出しているので、導電性ボール一個一個を確実且つ高速に被搭載物の搭載位置に搭載することができるものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例を示す半田ボール搭載装置の部分断面説明図
【図２】ボール搭載ヘッドの内部を示す断面説明図
【図３】ボール搭載ヘッドの底面説明図
【図４】案内ノズルでの半田ボール搭載状態を示す図で、（Ａ）は、連続搭載に適する高さを示す図で、（Ｂ）は、確実搭載に適する高さを示す図で、（Ｃ）は、確実連続搭載に適する高さと案内ノズルの形状を示す図である。
【図５】搭載状態の圧力変動を示すグラフ図で、（Ａ）は、正常な場合の変化を示すグラフ図で、（Ｂ）は、詰まった場合を示グラフ図で、（Ｃ）は、ボール無しの場合を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１．．．．．．半田ボール搭載装置
２．．．．．．半田ボール
３．．．．．．ウエハ
４．．．．．．ボール搭載ヘッド
５．．．．．．搭載テーブル
６．．．．．．基台
７．．．．．．Ｚ軸移動装置
８．．．．．．支持アーム
９．．．．．．Ｘ軸移動装置
１０．．．．．Ｙ軸移動装置
１１．．．．．Ｘ−Ｙテーブル
１２．．．．．本体部材
１３．．．．．上部部材
１４．．．．．平面部
１５．．．．．落下孔
１６．．．．．案内ノズル
１７．．．．．気体供給通路
１８．．．．．気体供給口
１９．．．．．容器部
２０．．．．．ボール保持プレート
２１．．．．．貫通孔
２２．．．．．モータ
２３，２４．．ギヤ
２５．．．．．マグネット
２６．．．．．開口
２７．．．．．回転防止ボルト
２８．．．．．圧力センサ
【図１】
0003697665.tif 000002
【図２】
0003697665.tif 000003
【図３】
0003697665.tif 000004
【図４】
0003697665.tif 000005
【図５】
0003697665.tif 000006