(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性ボールを整列状態で供給する導電性ボールの整列装置であって、上面に１個の導電性ボールを収容可能な凹部を所定の配列で複数備えた整列部と、この整列部を水平面に対して所定の傾斜角度で傾斜させる傾斜機構と、導電性ボールを移動させることにより傾斜状態の前記整列部に導電性ボールを供給するボール供給手段とを備え、前記凹部の底面に中心部に向かって円錐状に傾斜した傾斜面を有するテーパ部が形成されていることを特徴とする導電性ボールの整列装置。
【請求項２】
前記テーパ部の傾斜面が整列部の上面となすテーパ角度は、前記傾斜角度よりも大きくなるように設定されることを特徴とする請求項１記載の導電性ボールの整列装置。
【請求項３】
前記テーパ部の中心位置に、テーパ部に収容された導電性ボールが前記傾斜面と接触する接触円の直径よりも小さい孔径の貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１記載の導電性ボールの整列装置。
【請求項４】
ボール整列装置に整列された導電性ボールを下面に複数の吸着孔が形成された搭載ヘッドによって真空吸着して保持しワークに搭載する導電性ボールの搭載装置であって、前記ボール整列装置は、上面に１個の導電性ボールを収容可能な凹部を所定の配列で複数備えた整列部と、この整列部を水平面に対して所定の傾斜角度で傾斜させる傾斜機構と、導電性ボールを移動させることにより傾斜状態の前記整列部に導電性ボールを供給するボール供給手段とを備え、前記凹部の底面に中心部に向かって円錐状に傾斜した傾斜面を有するテーパ部が形成されていることを特徴とする導電性ボールの搭載装置。
【請求項５】
前記テーパ部の傾斜面が整列部の上面となす角度は、前記傾斜角度よりも大きくなるように設定されることを特徴とする請求項４記載の導電性ボールの搭載装置。
【請求項６】
前記テーパ部の中心位置に、テーパ部に収容された導電性ボールが前記傾斜面と接触する接触円の直径よりも小さい孔径の貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項４記載の導電性ボールの搭載装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性ボールを整列状態で供給する導電性ボールの整列装置および配列された導電性ボールをワークに搭載する導電性ボールの搭載装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
基板や電子部品の電極に金属バンプを形成する方法として、半田ボールなどの導電性ボール（以下、単に「ボール」と略記）を電極上に搭載して半田接合する方法が知られている。ボールの搭載には、搭載ヘッドによりボールを真空吸着する方法が広く用いられている。この方法は、搭載ヘッドの吸着ツールの下面に設けられた多数の吸着孔にボールを吸着させてこの吸着ツールをワーク上に移動させ、真空吸着を解除することによりボールをワークに搭載するものである。
【０００３】
吸着ツールの下面にボールを吸着させる方法として、従来より用いられていたボール槽に対して搭載ヘッドを直接下降させて吸着ツールの下面にボールを吸着させる方法に替えて、整列治具を用いる方法が採用されるようになっている。この方法は、吸着ツールの吸着孔の配列に応じてボールを収容する凹部が形成された整列部に予めボールを整列させておき、この整列状態のボールを吸着するものである。この方法によれば、吸着ツールによるボール吸着動作を速やかに行えるという利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の導電性ボールの整列装置には、ボールを収容して整列させる凹部の形状に起因して、以下に図示するような問題点があった。図８は従来の導電性ボールの整列装置の整列部の部分断面図である。図８（ａ）において、整列部に設けられた凹部Ａには導電性ボールＢが収容され、搭載ヘッドに対して供給される。上記導電性ボールＢの供給においては、導電性ボールＢを凹部Ａ内に速やかに収容できるよう、凹部Ａの径は導電性ボールＢの径よりも大きめに設定される。
【０００５】
このため、導電性ボールＢを整列部の上面で移動させるボール整列動作において、凹部Ａ内に既に収容された導電性ボールＢ’の凹部Ａ内での位置が偏ると、図８（ｂ）に示すように凹部Ａのエッジと導電性ボールＢ’との窪み部に、他の導電性ボールＢの下部がはまりこむ現象が生じる。そしてこの導電性ボールＢがそのままの状態で残留すると、整列部の上面に所定の配列位置以外に導電性ボールが残留する整列不良となる。このように、従来のボール収容用の凹部が設けられた整列部を用いる導電性ボールの整列装置には、整列部材上に余分なボールが残留する整列不良を生じるという問題点があった。
【０００６】
そこで本発明は、ボール供給部における導電性ボールの整列不良を防止することができる導電性ボールの整列装置および搭載装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の導電性ボールの整列装置は、導電性ボールを整列状態で供給する導電性ボールの整列装置であって、上面に１個の導電性ボールを収容可能な凹部を所定の配列で複数備えた整列部と、この整列部を水平面に対して所定の傾斜角度で傾斜させる傾斜機構と、導電性ボールを移動させることにより傾斜状態の前記整列部に導電性ボールを供給するボール供給手段とを備え、前記凹部の底面に中心部に向かって円錐状に傾斜した傾斜面を有するテーパ部が形成されている。
【０００８】
請求項２記載の導電性ボールの整列装置は、請求項１記載の導電性ボールの整列装置であって、前記テーパ部の傾斜面が整列部の上面となすテーパ角度は、前記傾斜角度よりも大きくなるように設定される。
【０００９】
請求項３記載の導電性ボールの整列装置は、請求項１記載の導電性ボールの整列装置であって、前記テーパ部の中心位置に、テーパ部に収容された導電性ボールが前記傾斜面と接触する接触円の直径よりも小さい孔径の貫通孔が形成されている。
【００１０】
請求項４記載の導電性ボールの搭載装置は、下面に複数の吸着孔が形成された吸着ヘッドによってボール供給部の導電性ボールを真空吸着して保持しワークに搭載する導電性ボールの搭載装置であって、前記ボール供給部は、上面に１個の導電性ボールを収容可能な凹部を所定の配列で複数備えた整列部と、この整列部を水平面に対して所定の傾斜角度で傾斜させる傾斜機構と、導電性ボールを移動させることにより傾斜状態の前記整列部に導電性ボールを供給するボール供給手段とを備え、前記凹部の底面に中心部に向かって円錐状に傾斜した傾斜面を有するテーパ部が形成されている。
【００１１】
請求項５記載の導電性ボールの搭載装置は、請求項４記載の導電性ボールの搭載装置であって、前記テーパ部の傾斜面が整列部の上面となす角度は、前記傾斜角度よりも大きくなるように設定される。
【００１２】
請求項６記載の導電性ボールの搭載装置は、請求項４記載の導電性ボールの搭載装置であって、前記テーパ部の中心位置に、テーパ部に収容された導電性ボールが前記傾斜面と接触する接触円の直径よりも小さい孔径の貫通孔が形成されている。
【００１３】
上記構成の本発明によれば、導電性ボールを配列する整列部に設けられた凹部の底面に中心部に向かって円錐状に傾斜した傾斜面を有するテーパ部を形成することにより、凹部に収容された導電性ボールを中心位置に安定させることができ、他の導電性ボールがこの凹部上に残留することによる整列不良を防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装置の斜視図、図２は本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装置のボール整列装置の斜視図、図３は本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装置の整列治具の構造図、図４は本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装置の整列治具の部分断面図、図５は本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装置の制御系の構成を示すブロック図、図６は本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装置のボール整列動作の工程説明図、図７は本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装置の余分ボール検査の説明図である。
【００１５】
まず図１を参照して導電性ボールの搭載装置の構造を説明する。図１において基台１上には位置決め部２が配設されており、位置決め部２上にはワークである基板３が載置されている。位置決め部２の側方には、導電性ボール（以下、「ボール」と略記）を整列状態で供給するボール整列装置４が配設されている。ボール整列装置４は、傾斜機構９によって水平面に対して傾斜可能に支持されたベース部６上に、支持台７を介して整列治具５を配置して構成されている。ベース部６上には、後述するボール移動規制部材の移動機構８が配設されている。
【００１６】
位置決め部２およびボール整列装置４の上方には、ボール搭載部１０が配設されている。ボール搭載部１０は移動テーブル１１と移動機構１２を組み合せ、移動機構１２に搭載ヘッド１３を装着して構成されている。移動テーブル１１は移動機構１２をＸ方向へ移動させ、移動機構１２は搭載ヘッド１３をＹＺθの３方向に移動させる。これにより搭載ヘッド１３はＸＹＺθの４方向へ移動するようになっている。搭載ヘッド１３は下面に吸着ツールが装着されており、吸着ツールに多数設けられた吸着孔（図示せず）によってボール整列装置４の整列治具５に整列されたボールを吸着保持し、位置決め部２上の基板３に搭載する。
【００１７】
次に図２、図３、図４を参照してボール整列装置４について説明する。図２において、ベース部６は傾斜機構９によって回転軸９ａ廻りに所定角度の回動を行うようになっており、これによりベース部６は水平面に対して両方向に傾斜する。ベース部６の上面には支持台７が固設されており、支持台７には整列治具５が装着されている。支持台７の内部には図示しない振動器が設置されており、この振動器を駆動することにより、整列治具５には振動が付与される。
【００１８】
ベース部６の上面の両端部には、Ｘ方向にガイドレール１６が平行に配設されており、ガイドレール１６には、２本のポスト１７が図示しないスライダによってスライド自在に立設されている。ポスト１７は連結部材１８によって上部を連結されており、連結部材１８にはボール移動規制部材１９が装着されている。ボール移動規制部材１９は、移動機構８を駆動することによって整列治具５の上面に沿って連結部材１８と一体的にＸ方向に往復移動する。移動機構８は、一方のポスト１７に固着されたナット２０ａ、ナット２０ａに螺合した送りねじ２０、送りねじ２０を回転駆動するモーター２１より構成される。
【００１９】
左右のポスト１７には、ボール検出センサ２２を構成する投光部２２ａ、受光部２２ｂがそれぞれ取り付けられており、投光部２２ａから照射された光を受光部２２ｂで受光することにより、照射光の光軸上におけるボールの存否を検出することができる。投光部２２ａ、受光部２２ｂのポスト１７への取り付け高さ位置は微調整可能となっており、検出対象に応じて適切な高さ位置が設定される。
【００２０】
次に図３を参照して整列治具５の構造について説明する。図３（ａ）は整列治具５の平面を示しており、図３（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ断面ＢＢ、断面ＣＣを示している。図３の各図に示すように整列治具５は４周にコーミング部５ａが設けられた略平板状の部材であり、中央部には上面にボール１４を１個だけ収容可能な凹部１５ａが、所定の格子状配列で多数設けられた整列部１５が形成されている。これらの凹部１５ａの配列は、搭載ヘッド１３の下面に形成された吸着孔の配列と一致したものとなっている。
【００２１】
図４（ａ）に示すように、凹部１５ａの底面には中心部に向かって円錐状にテーパ角度θ１で傾斜した傾斜面１５ｄを有するテーパ部１５ｅが形成されている。テーパ部１５ｅの中心位置には貫通孔１５ｂが設けられており、図３（ｂ）に示すように整列治具５の下面に設けられた吸引空間５ｆ内を真空吸引することにより、吸引空間５ｆと連通した貫通孔１５ｂから真空吸引する。これにより凹部１５ａ内のボール１４は真空吸引力によって保持される。吸引空間５ｆはバルブ２３を介して吸引源２４と接続されており、バルブ２３を操作することにより吸着および吸着解除の制御が行えるようになっている。
【００２２】
ここで、図４（ｃ）に示すように、貫通孔１５ｂの孔径ｄは、凹部１５ａに収容されたボール１４がテーパ部１５ｅの傾斜面１５ｄと接触する接触円の直径Ｄよりも小さくなるよう、テーパ部１５ｅや貫通孔１５ｂの形状・寸法が設定されている。これにより、ボール１４が貫通孔１５ｂによって真空吸着された状態において、ボール１４は常にテーパ部１５ｅの傾斜面１５ｄに接触し、テーパ部１５ｅに開口した貫通孔１５ｂのエッジがボール１４の表面に接触することがない。したがって、ボール１４が真空吸着される際にエッジに押し付けられることによるボール１４の表面の接触傷が発生しない。
【００２３】
また図４（ｂ）に示すように、テーパ部１５ｅの傾斜面１５ｄが整列部１５の上面となすテーパ角度θ１は、ベース部６が傾斜機構９によって水平面に対して傾斜する傾斜角度θ２よりも大きくなるように設定される。これにより、整列部１５がこの傾斜角度θ２で傾斜した状態にあっても、テーパ部１５ｅの傾斜面１５ｄは水平面に対して中央側の方が周囲よりも低い位置にあり、凹部１５ａ内のボール１４を常に中央位置に保持するようになっている。
【００２４】
図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、整列部１５は上面が周囲から高さｈだけ高くなるように形状が設定されており、Ｘ方向（整列冶具５の傾斜方向）は底面と整列部１５上面を斜面で連結する斜面部５ｃによって、またＸ方向と直交するＹ方向は整列部１５の上面から下方に直角に屈折して設けられた段差部１５ｃによって、整列治具５の底面から区分された形態となっている。斜面部５ｃとコーミング部５ａとの間は、ボール１４を貯溜する貯溜部５ｂとなっており、また段差部１５ｃとコーミング部５ａとの間は、ボール１４のＸ方向の移動を許容する溝部５ｄとなっている。整列治具５の内側の４隅には、ガイド部材５ｅが設けられており、整列治具５内でのボール１４の循環をより良好に行えるようになっている。
【００２５】
次に図５を参照して制御系の構成について説明する。図５においてボール検出センサ２２は判定部２５と接続されており、判定部２５はボール検出センサ２２からの検出信号に基づき、後述するように整列部１５上に余分に存在するボール１４の有無を判定する。判定結果は、制御部２７に送られる。
【００２６】
また制御部２７は、ボール移動規制部材１９を移動させるモーター２１、整列治具５を傾斜させる傾斜機構９、整列治具５に振動を付与する振動器２６、搭載ヘッド１３を移動させる搭載ヘッド移動機構２９の駆動を制御する。さらに制御部２７はボール整列治具吸引バルブ２３や、搭載ヘッド１３による吸引を行う搭載ヘッド吸引バルブ２８の動作制御を行う。
【００２７】
次に図６を参照して、ボール整列装置４によるボール整列動作について説明する。まず図６（ａ）はボール整列開始前の状態であり、整列治具５の一方側の貯溜部５ｂにはボール１４が所定量だけ供給されている。この状態ではボール移動規制部材１９は、整列部１５上の所定待機位置にある。この状態からボール整列動作が開始され、図６（ｂ）に示すように整列治具５をボール移動方向、すなわちボール１４を貯溜した状態にある貯溜部５ｂと反対側の方向へ向けて傾斜させるとともに、吸引空間５ｆ内の真空吸引を開始する。これにより貫通孔１５ｂを介して凹部１５ａから真空吸引され、凹部１５ａ内に移動したボール１４を吸着して保持することが可能な状態となる。
【００２８】
次にモーター２１を駆動して、ボール移動規制部材１９を傾斜した状態の整列部１５の上面に沿って所定速度で移動させボール１４を整列部１５に供給する。これにより貯溜部５ｂ内のボール１４は、図６（ｃ）に示すようにボール移動規制部材１９にせき止められながら整列部１５上を傾斜方向へ徐々に移動する（ボール移動工程）。したがってボール移動規制部材１９は、ボール１４を傾斜状態の整列部１５上で移動させて整列部１５に供給するボール供給手段となっている。なおボール供給手段としては、上記以外の構成、例えば下面に開孔部を有するボール貯溜容器を整列部５の上面に沿って移動させる構成などを用いてもよい。
【００２９】
この移動の過程において、ボール１４は凹部１５ａ内にそれぞれ１個づつ保持される（ボール整列工程）。このとき、振動器２６が駆動され、整列治具５に振動が付与される。これにより、凹部１５ａ内へのボール１４の移動が促進される。また、ボール移動規制部材１９により傾斜した整列部１５上に沿って流動するボール１４をせき止めることにより、ボール１４が凹部１５ａに保持される確率を高めるので、整列冶具５を１回傾斜させるだけで全ての凹部１５ａにボール１４が保持される。このボール移動工程において、整列部１５からあふれ出したボール１４は、整列部１５の傾斜方向に平行な両端部に設けられた段差部１５ｃから溝部５ｄに落下して、反対側の貯溜部５ｂへ移動する。
【００３０】
この後ボール移動規制部材１９は整列部１５の他端部まで移動し、斜面部５ｃ上に到達することにより、図６（ｄ）に示すようにせき止められていたボール１４は斜面部５ｃに沿って下方に流動し、反対側の貯溜部５ｂに収容される。これによりボール移動規制部材１９の１行程が完了し、整列部１５の各凹部１５ａ内にはボール１４が整列状態で収容される。このボール整列工程において、ボール１４は凹部１５ａ内で常にテーパ部１５ｅの傾斜面１５ｄにならっての凹部１５ａの中心に位置し、他のボール１４が凹部１５ａの周縁部と既に凹部１５ａ内に収容されたボール１４の頂部との間の窪みにはまり込む形で残留するのを防止できる。
【００３１】
この後、図６（ｅ）に示すように整列治具５を水平姿勢に復帰させるとともに、ボール移動規制部材１９を整列部１５上で矢印ａ方向へ移動させることにより、整列部１５上に存在する余分なボール１４が除去される（ボール除去工程）。ボール移動規制部材１９の下端は、凹部１５ａ内に保持されたボール１４には接触しないが、整列部１５上に存在するボール１４に当接する高さで整列部１５上を移動する。従って凹部１５ａに収容されずに整列部１５上に残存するボール１４は、ボール移動規制部材１９によって整列部１５上から除去される。
【００３２】
なお本実施の形態において、ボール移動規制部材１９を用いて整列部１５上の余分なボールを除去するようにしたが、整列冶具５の傾斜を利用して余分なボールを貯溜部５ｂへ落下させる方法でも良い。この場合、ボール整列工程とボール除去工程が同時に行われることになる。
【００３３】
これにより整列部１５に整列状態で収容されたボール１４は、搭載ヘッド１３によって吸着可能な状態となるが、搭載ヘッド１３によるボール吸着動作に先立って、整列部１５上に余分なボールが存在するか否かが検査される。以下図７を参照して余分ボール検査について説明する。図７（ａ）に示すように、投光部２２ａから照射された光は、受光部２２ｂによって受光されるが、このとき図７（ｂ）に示すように整列部１５上に、凹部１５ａ以外の部位にボール１４ａが存在している場合には、受光部２２ｂの受光量は照射光がボール１４ａによって遮光される分だけ少なくなる。したがって受光部２２ｂの受光量を検出することにより、整列部１５上での余分ボールの有無を検査することができる。そして、移動機構８によってポスト１７を移動させ、投光部２２ａ、受光部２２ｂの光軸をスキャンさせることにより、整列部１５上の全範囲の余分ボール検査が行われる。
【００３４】
このような余分ボールは、凹部１５ａに１つのボール１４が既に収容されている状態で更に他のボール１４が真空吸引力によって捕捉される場合や、整列部１５上面に付着したフラックスなどの粘着物の粘着力によってボール１４が付着する場合など、種々の要因によって生じる。この余分ボール検査は、図６（ｅ）に示すボール移動規制部材１９の矢印ｂ方向への移動時に行われる。そして余分ボールが存在しないことを確認した後に、搭載ヘッド１３によるボール吸着動作が行われる。また余分ボールの存在が検出されたならば、ボール移動規制部材１９を移動させてボール除去を再度行う。
【００３５】
この後ボール１４を吸着保持した搭載ヘッド１３は位置決め部２上に移動し、保持したボール１４を基板３上に搭載する。このとき、凹部１５ａが前述のようにテーパ部１５ｅが設けられた形状となっていることにより、また前述の余分ボール検査によって、整列部１５上における余分ボールが確実に排除される。したがって、搭載ヘッド１３には常にボール１４が正常な状態で保持され、不具合を生じることなくボール搭載を行うことができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、導電性ボールを配列する整列部に設けられた凹部の底面に中心部に向かって円錐状に傾斜した傾斜面を有するテーパ部を形成したので、凹部に収容された導電性ボールを中心位置に安定させることができ、他の導電性ボールがこの凹部上に残留することによる整列不良を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装置の斜視図
【図２】本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装置のボール整列装置の斜視図
【図３】本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装置の整列治具の構造図
【図４】本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装置の整列治具の部分断面図
【図５】本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装置の制御系の構成を示すブロック図
【図６】本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装置のボール整列動作の工程説明図
【図７】本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装置の余分ボール検査の説明図
【図８】従来の導電性ボールの整列装置の整列部の部分断面図
【符号の説明】
３  基板
４  ボール整列装置
５  整列治具
８  移動機構
９  傾斜機構
１３  搭載ヘッド
１４  ボール
１５  整列部
１５ａ  凹部
１５ｂ  貫通孔
１５ｅ  テーパ部
１９  ボール移動規制部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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