(57)【要約】【課題】製造コストを抑えつつ、液体材料の吐出量を高精度に計測可能な液体材料供給装置、計測用プレート、及び吐出量計測方法を提供する。【解決手段】液体材料供給装置（１００）は、ノズル（５）から吐出させることにより液体材料を供給する。そのために、ノズルを移動可能な移動部（４）と、計測用プレートに設けられている、注入される液体材料量に応じて液体材料の液面の寸法が変化する形状を有する凹み部の撮像装置（８）による撮像結果を取得する取得部（７）と、移動部を制御して、ノズルから凹み部に注入される液体材料を吐出させる吐出制御部（６）と、液体材料が注入された凹み部の撮像結果を取得部から入力し、該撮像結果に基づいて、凹み部に注入された液体材料の液面の寸法を認識し、該凹み部内の液体材料量を算出する算出部（７）と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルから吐出させることにより液体材料を供給する液体材料供給装置であって、
前記ノズルを移動可能な移動部と、
計測用プレートに設けられている、注入される液体材料量に応じて前記液体材料の液面の寸法が変化する形状を有する凹み部の撮像装置による撮像結果を取得する取得部と、
前記移動部を制御して、前記ノズルから前記凹み部に注入される前記液体材料を吐出させる吐出制御部と、
前記液体材料が注入された前記凹み部の撮像結果を前記取得部から入力し、該撮像結果に基づいて、前記凹み部に注入された前記液体材料の液面の寸法を認識し、該凹み部内の液体材料量を算出する算出部と、
を有する液体材料供給装置。
【請求項２】
前記凹み部は、注入される前記液体材料量が多くなるほど、前記液面の寸法が大きくなる形状である、
請求項１に記載の液体材料供給装置。
【請求項３】
前記吐出制御部は、前記ノズルに前回、前記液体材料を吐出させてから経過した経過時間が設定時間を超えている状況下で前記ノズルに前記液体材料を吐出させる場合に、前記液体材料を前記凹み部に吐出させる、
請求項１または２に記載の液体材料供給装置。
【請求項４】
前記吐出制御部は、前記状況下で複数回、前記液体材料を吐出させた後、前記液体材料を前記凹み部に吐出させる、
請求項３に記載の液体材料供給装置。
【請求項５】
前記吐出制御部は、前記ノズルから前記液体材料を吐出させた回数が設定回数を超えた場合に、前記液体材料を前記凹み部に吐出させる、
請求項１〜４の何れか１項に記載の液体材料供給装置。
【請求項６】
液体材料供給装置がノズルから液体材料を吐出させる液体材料量の計測に用いる計測用プレートであって、
前記計測用プレートの少なくとも一方の面に設けられ、前記液体材料が注入される１つ以上の凹み部を有し、
前記凹み部は、内部に注入された前記液体材料の量により液面の寸法が変化する形状である、
計測用プレート。
【請求項７】
前記凹み部は、吐出された前記液体材料の量が多くなるほど、前記液面の寸法が大きくなる形状である、
請求項６に記載の計測用プレート。
【請求項８】
前記計測に用いない前記液体材料の吐出用の領域を有する、
請求項６または７に記載の計測用プレート。
【請求項９】
液体材料供給装置がノズルから吐出させることにより供給される液体材料の供給量を計測するための供給量計測方法であって、
前記供給量の計測用に、注入される液体材料量により液面の寸法が変化する形状を有する凹み部が設けられた計測用プレートを用意して、前記液体材料供給装置が前記液体材料を前記ノズルから吐出可能な範囲内に前記計測用プレートを設置し、
前記液体材料供給装置に、前記計測用プレートに設けられた前記凹み部に前記液体材料を吐出させ、
前記液体材料供給装置に、前記液体材料が注入された前記凹み部の撮像装置による撮像結果に基づいて、前記凹み部内の前記液体材料の液面の寸法を認識させ、認識結果を用いて該凹み部内の前記液体材料量を算出させる、
供給量計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルから吐出させることにより液体材料を供給する液体材料供給装置、計測用プレート、及び供給量計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノズルからの吐出により液体材料を定量供給する液体材料供給装置は、様々な製品の製造に広く用いられている。例えば半導体装置の製造では、端子を電気的に接続させるためのはんだペーストの供給に、液体材料供給装置が広く用いられている。はんだペーストは、はんだ粒子の他にフラックス剤を含む液体材料である。
【０００３】
半導体装置は、小型化、高耐久化が要求される。半導体装置の製造時に供給されたはんだペーストは、はんだ接合性に大きく影響する。電力用の半導体装置では、動作時における発熱量が大きく、高温になりやすいことから、はんだ接合性は、耐久性、信頼性などに大きな影響を及ぼす。そのため、はんだペーストの供給に用いられる液体材料供給装置には、液体材料の吐出量を高精度に制御することが、特に求められている。
【０００４】
はんだペーストは、通常、シリンジ容器に充填されて供給される。そのはんだペーストに含まれるはんだ粒子は、数十ミクロンの微小径である。このはんだ粒子の存在により、液体材料供給装置としては、エアパルスによりはんだペーストをシリンジ容器内から押し出すエアパルス方式を採用した液体材料供給装置が用いられるのが普通である。エアパルス方式の液体材料供給装置は、汎用性、経済性、及びメンテナンス性の高さにより、最も普及している液体材料供給装置である。
【０００５】
エアパルス方式の液体材料供給装置では、エア圧力、吐出時間、ワークとノズル間の距離、のうちの何れか１つ以上を調整して吐出量を制御する。その他、ノズルの長さ、ノズルの内径、などのノズルの仕様により、吐出量を調整することもできる。以降、特に断らない限り、液体材料供給装置は、エアパルス方式の液体材料供給装置を指す意味で用いる。
【０００６】
エアパルス方式の液体材料供給装置は、はんだペーストが充填されたシリンジ容器の内部に供給する加圧空気を制御すると共に、はんだペーストの温度を管理するようになっている。しかし、はんだペーストは、チクソトロピー性、フラックス剤の蒸発などによっても粘度が変化する。シリンジ容器内の空気の体積は、弾性的に収縮し、その収縮にはある程度のタイムラグが発生する。シリンジ容器内のはんだペーストの残量によって、水頭圧は変化する。これらのことから、空気の圧力、及びはんだペーストの温度を適切に管理しても、はんだペーストの吐出量が変動するのが実状となっている。それにより、従来の液体材料供給装置のなかには、はんだペーストのような液体材料の吐出量の変動に自動的に対応するものがある。
【０００７】
従来の液体材料供給装置としては、実際にワークに液体材料を吐出させる直前に、試し打ち用の板に液体材料を吐出させて、その板を精密な秤量器で計り、その重量から吐出量を算出して、吐出量の調整に用いるものがある。従来の液体材料供給装置は、その板に吐出された液体材料の面積を計測し、その計測結果を用いて吐出量を算出して、吐出量の調整に用いている(例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
他の従来の液体材料供給装置としては、ノズルの先端から吐出された液体材料を撮像装置で撮像して、その液体材料の寸法を計測し、その計測結果を吐出量の調整に用いるものがある。これは、吐出された液体材料が表面張力により球状の形状である液滴となる性質を利用したものである。その液滴の撮像結果を画像認識技術により認識し、液滴の寸法が既定のサイズになるように吐出量を調整している（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第２８６５３１０号公報
【特許文献２】特許第４４３５０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
試し打ち用の板に液体材料を吐出させて供給量である吐出量を調整する従来の液体材料供給装置では、この試し打ち板を秤量機器により支持させる必要がある。そのため、液体材料供給装置が大型化する。また、液体材料の吐出量は、微少であることから、高精度に重量を計測できる高額な秤量機器を用意しなければならない。
【００１１】
試し打ち板に吐出させた液体材料の面積を計測する場合、液体材料の粘度により、その液体材料の面積は、変化する。また、粘度により、試し打ち板から液体材料が突出している高さも変化する。このようなことから、液体材料の面積を計測しても、その液体材料の吐出量は、高精度に特定できない。
【００１２】
液体材料の高さは、レーザー変位計などを用いて計測することができる。しかし、レーザー変位計などを用いる場合、液体材料供給装置の製造コストが非常に上昇するだけでなく、計測自体に長い時間が必要となる。
【００１３】
一方、吐出された液体材料の寸法を計測する従来の液体材料供給装置でも、粘度による影響を強く受ける。具体的には、粘度により、液体材料がノズルから液ダレして垂れ落ちる、液体材料がノズル先端部分に残る、といったことが発生する。液体材料がノズルから液ダレにより垂れ落ちた場合、ノズル内の液体材料量が通常よりも少なくなって、液体材料がノズルから実際に吐出される吐出量も通常よりも一時的に少なくなる。液体材料がノズル先端部分に残る場合、ノズルから吐出される液体材料に、先端部分に残った液体材料の少なくとも一部が加わって、吐出量が通常よりも多くなる。このようなことから、吐出量の高い計測精度が必ずしも期待できない。
【００１４】
上記のようなことから、従来の液体材料供給装置では、吐出量の計測のために製造コストが大きく上昇するか、或いは吐出量の高い計測精度が期待できない。吐出量の計測は、製造コストを抑えつつ、高い精度を実現させることが重要である。
【００１５】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、その目的は、製造コストを抑えつつ、液体材料の吐出量を高精度に計測可能な液体材料供給装置、計測用プレート、及び吐出量計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る液体材料供給装置は、ノズルから吐出させることにより液体材料を供給することを前提とし、ノズルを移動可能な移動部と、計測用プレートに設けられている、注入される液体材料量に応じて液体材料の液面の寸法が変化する形状を有する凹み部の撮像装置による撮像結果を取得する取得部と、移動部を制御して、ノズルから凹み部に注入される液体材料を吐出させる吐出制御部と、液体材料が注入された凹み部の撮像結果を取得部から入力し、該撮像結果に基づいて、凹み部に注入された液体材料の液面の寸法を認識し、該凹み部内の液体材料量を算出する算出部と、を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、製造コストを抑えつつ、液体材料の吐出量を高精度に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る液体材料供給装置の構成例を説明する図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る液体材料供給装置に用いられる計測用プレートの例を説明する図である。
【図３】凹み部を用いたはんだペーストの量の計測方法を説明する図である。
【図４】凹み部の変形例を説明する図である。
【図５】画像処理部の機能構成例を示す図である。
【図６】停止時間とはんだペーストの吐出量の関係例を示す図である。
【図７】吐出制御処理の例を示すフローチャートである。
【図８】はんだペーストの吐出量の回数変化を説明する図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る液体材料供給装置に用いられる計測用プレートの例を説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る液体材料供給装置に用いられる計測用プレートの他の例を説明する図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る液体材料供給装置に用いられる計測用プレートの他の例を説明する図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る液体材料供給装置に用いられる計測用プレートの他の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る液体材料供給装置、供給量計測方法、及び計測用プレートの各実施の形態を、図を参照して説明する。
【００２０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る液体材料供給装置の構成例を説明する図である。
【００２１】
本実施の形態１に係る液体材料供給装置１００は、ワーク１０にはんだペーストを塗布する製造設備として用いられることを想定したものである。具体的には、この液体材料供給装置１００は、例えばディスペンサ装置である。
【００２２】
この液体材料供給装置１００は、図１に示すように、先端にノズル５が取り付けられたシリンジ容器２内に加圧空気を供給する加圧空気供給部１と、シリンジ容器２内のはんだペーストの温度を一定に維持する加熱部３と、シリンジ容器２を拘持する加熱部３を支持し、その加熱部３をｘｙｚの３軸方向に移動可能な移動部４と、はんだペーストを吐出させるべき位置に吐出させるべき量を吐出させるための制御を行う吐出制御部６と、設置されたカメラ等の撮像装置８の駆動、撮像装置８による撮像結果の認識等を行う画像処理部７と、を備えている。
【００２３】
ワーク１０は、例えば製造過程の半導体装置である。そのワーク１０は、例えば不図示のキャリア上に裁置され、搬送系９により搬送される。それにより、液体材料供給装置１００は、搬送系９により搬送されるワーク１０上にはんだペーストを吐出により供給するようになっている。
【００２４】
加圧空気供給部１には、例えば外部のエア源からのエアがレギュレータを介して供給される。それにより、加圧空気供給部１は、レギュレータからのエアをシリンジ容器２に供給する。
【００２５】
レギュレータの制御により、加圧空気供給部１がシリンジ容器２に供給するエアの圧力を変更することができる。加圧空気供給部１がエアをシリンジ容器２に供給する供給時間も変更可能である。ワーク１０とノズル５間の距離は、移動部４により変更可能である。吐出制御部６は、例えばエアの圧力、及び供給時間のうちの１つ以上を変更することにより、ノズル５から１回に吐出させるはんだペーストの供給量を調整する。ここでは便宜的に、レギュレータの実際の制御は加圧空気供給部１が行うものと想定する。供給時間は以降、「吐出時間」と表記する。
【００２６】
加熱部３は、温度センサ、発熱部材、及びコントローラを含む。それにより、加熱部３は、吐出制御部６が設定した温度にはんだペーストが維持されるように、シリンジ容器２に熱量を供給する。
【００２７】
加熱部３、つまりノズル５をｘｙｚの３軸方向に移動可能な移動部４は、はんだペーストを吐出させる位置の調整用である。この移動部４により、搬送系９により移動させるワーク１０上の任意の位置、搬送系９から離れた位置にはんだペーストを吐出させることができる。移動部４は、吐出制御部６の制御により駆動され、ノズル５を移動させる。
【００２８】
画像処理部７は、撮像装置８を制御し、必要に応じて撮像を行わせ、その撮像により得られた撮像結果、つまり画像データを撮像装置８から取得し、取得した画像データを用いた処理を行う。具体的な処理内容については後述する。
【００２９】
なお、本実施の形態１では、撮像装置８を画像処理部７が制御するようになっているが、その制御は液体材料供給装置１００とは異なる情報処理装置が行っても良い。例えば液体材料供給装置１００を撮像可能な撮像装置を制御する情報処理装置が液体材料供給装置１００とは別に存在する場合、その情報処理装置を介して撮像装置８による撮像結果を入力するようにしても良い。
【００３０】
吐出制御部６は、加圧空気供給部１、移動部４を制御して、はんだペーストを吐出すべき位置に吐出すべき量を吐出させる。そのようなはんだペーストの吐出を実現させるために、吐出制御部６は吐出実行部６ａを備えている。その吐出実行部６ａの制御により適切な量のはんだペーストを吐出できるように、吐出制御部６は吐出量調整部６ｂを備えている。また、吐出実行部６ａ、及び吐出量調整部６ｂを制御するために、吐出制御部６は主制御部６ｃを備えている。
【００３１】
ここで、半導体装置、例えば電力用半導体装置の製造工程について説明する。まず、支持体、例えばセラミック基板にＡｇ（銀：ArGentum）ペースト等の接着剤を塗布し、電力半導体素子をセラミック基板上に固着するダイボンドを行う。次に固着した電力半導体素子用のフレーム枠の裏面に接着剤、例えばエポキシ系接着剤を塗布し、セラミック基板とフレーム枠を重ね合わせて組み付けた後、硬化炉でセラミック基板とフレーム枠を硬化し、フレーム枠の裏面をセラミック基板に接着する。
【００３２】
フレーム枠表面には複数の電極端子、セラミック基板との接合用の主端子が設けられている。フレーム枠をセラミック基板に接着させた後、各電極端子を電力用半導体素子の対応する電極とアルミワイヤ等で接続するワイヤボンドを行う。はんだペーストは、主端子に設けられたはんだ付け部に塗布される。はんだ付け部に塗布されたはんだペーストは、その後のリフロー工程にて、低酸素濃度雰囲気下で溶融される。その溶融後、冷却させることにより、主端子はセラミック基板とはんだにより接合する。
【００３３】
次に、ヒートシンクにはんだを載せ、そのはんだの上に複数個の電力用半導体装置を載せる。また、電力用半導体装置の電力半導体素子上の電極にはんだを載せて、そのはんだの上にリードを載せ、リフロー工程にてはんだを溶融させる。溶融後、冷却することにより、はんだ接合にてリードが電極に組み付けられ、複数個の電力用半導体装置にヒートシンクが取り付けられる。
【００３４】
その後、例えばシリコーン系ゲルをフレーム枠の内部に注入し、硬化炉でゲルを硬化させる。次に、サポート枠を取り付けて主端子をＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接によりサポート枠に接続し、シリコーン系ゲルで電力用半導体装置を搭載させるサポート枠内部全体を封止する。封止後に、冷却用のパイプをシリコーン系ゲル内に圧入し、特性検査する。
【００３５】
このような製造工程の途中で随時、外観目視検査、超音波映像装置（ＳＡＴ：Scanning Acoustic Tomograph）、或いは超音波顕微鏡（Ｃ−ＳＡＭ：Constant-depth mode Scanning Acoustic Microscope）を用いた超音波探傷検査、Ｘ線検査、電気特性検査などの品質検査工程、還元・洗浄工程が予め規定されたタイミングで実施される。このような製造工程で半導体装置を製造する場合、液体材料供給装置１００は、上記はんだ付け部へのはんだペーストの塗布に用いられる。
【００３６】
図２は、本発明の実施の形態１に係る液体材料供給装置に用いられる計測用プレートの例を説明する図である。図２の下側に上面図、図２の上側にＡ−Ａ線断面図をそれぞれ示している。
【００３７】
図２では、ｘｙｚの３軸を示している。この３軸は、移動部４と同じである。ここでは、ｚ軸方向を重力方向とすることにより、ｘ軸、ｙ軸の各方向を水平面と平行な方向としている。以降、位置関係等は、特に断らない限り、このｘｙｚ軸の３次元座標を想定して表現する。
【００３８】
この計測用プレート１２は、ノズル５から実際に吐出されたはんだペーストの量を計測するために用意されたプレートであり、本発明の実施の形態１に係る計測用プレートに相当する。この計測用プレート１２は、移動部４によりノズル５を移動できる範囲内であり、且つ搬送系９、及びワーク１０に影響しない位置に設置される。それにより、ノズル５から吐出されるはんだペーストの量を必要に応じて計測可能になっている。
【００３９】
図２では、設置場所に設置された状態を想定し、計測用プレート１２を示している。このことから、図２の下側に示す上面図は、ｘｙ平面と平行か、或いはほぼ平行な面である。計測用プレート１２の下側、つまりｘ軸上、値が小さい側である裏面に設けられた凹み部１４は、位置決め用である。その凹み部１４内に挿入させる突起が計測用プレート１２の設置場所に設けられている。それにより、計測用プレート１２は、凹み部１４内に突起を挿入させることにより、位置決めできるようになっている。
【００４０】
計測用プレート１２の上面、つまり凹み部１４が設けられた下面の反対面には、図２に示すように、多数の凹み部１３が設けられている。この凹み部１３は、ノズル５から吐出されるはんだペーストの量を計測するための穴である。それにより、吐出されるはんだペーストの量の計測では、凹み部１３内にはんだペーストを吐出により注入するようになっている。この注入は、吐出制御部６の制御により行われる。
【００４１】
吐出制御部６は、計測用プレート１２が凹み部１４と突起により指定された位置に設置されていることを前提として、凹み部１３にはんだペーストを吐出させる。各凹み部１３に適切にはんだペーストを吐出できるように、例えば位置決めされた計測用プレート１２の基準位置を示す情報、各凹み部１３のその基準位置からの相対的な位置を示す情報、等が吐出制御部６に設定されている。
【００４２】
計測用プレート１２は、計測精度の要求から、例えば一般的な金属材料であるアルミニウム、ステンレスなどを加工して作製されたものである。計測精度の要求を満たせるのであれば、エポキシ系樹脂などを金型で射出成形して計測用プレート１２を作製しても良い。つまり、計測用プレート１２の材料は、計測精度の要求を満たすことが可能な材料であれば良い。
【００４３】
図３は、凹み部を用いたはんだペーストの量の計測方法を説明する図である。ここで図３を参照し、その計測方法について具体的に説明する。
【００４４】
凹み部１３は、図２、及び図３に示すように、下側を頂点とする円錐形状の穴であり、下側から上側にいくにつれて寸法である直径が大きくなるようになっている。より具体的には、各凹み部１３は、頂点、つまり底部から上面までの高さがＨ、その上面での半径がＲの円錐形状となっている。
【００４５】
このような形状のため、凹み部１３内に注入されたはんだペースト１５の量により、そのはんだペースト１５の液面の寸法、つまりその液面の半径ｒが変化する。本実施の形態１は、このことを利用し、ノズル５から吐出されるはんだペースト１５の量を計測する。以降、符号の「１５」は、シリンジ容器２内に存在するものを含め、全てのはんだペーストに付すこととする。
【００４６】
凹み部１３内に注入されたはんだペースト１５の液面の半径がｒであった場合、その液面の底部からの高さｈは、ｈ＝（ｒ／Ｒ）・Ｈ、により計算される。そのため、注入されたはんだペースト１５の体積Ｖは、Ｖ＝（１／３）×π×ｒ２×ｈ＝（π×ｒ３×Ｈ）／（３×Ｒ）、により算出される。そのはんだペースト１５の重量は、求めた体積Ｖに密度を乗算することにより算出される。このような吐出量の算出のために、高さＨ、半径Ｒは、情報として吐出制御部６、或いは画像処理部７に予め与えられる。
【００４７】
このようなことから、凹み部１３の形状は、注入されたはんだペースト１５の量に応じて液面の寸法が変化する形状であれば良く、円錐形状に限定されない。そのため、凹み部１３は、図４（ａ）に示すような円錐台形状、図４（ｂ）或いは図４（ｃ）に示すような四角錐形状、図４（ｄ）に示すような三角錐形状、であっても良い。液面の寸法、つまり注入されたはんだペースト１５の量の特定に用いる長さは、液面の形状に応じて決定すれば良いものであり、特に限定されない。図４（ａ）〜図４（ｄ）に示す変形例では、図４（ａ）〜図４（ｄ）中に示す破線とはんだペースト１５が重なる部分の長さとしても良い。なお、凹み部１３が図４（ａ）に示すような円錐台形状であった場合、例えば凹み部１３を円錐形状と仮想し、高さＨ、半径Ｒに加え、仮想頂点と底面間の高さも情報として吐出制御部６、或いは画像処理部７に予め与える必要がある。
【００４８】
高さＨ、半径Ｒは、既知の値である。そのため、凹み部１３内に注入されたはんだペースト１５の量は、半径ｒを特定することにより算出できる。この半径ｒの特定のために、本実施の形態１では、撮像装置８により計測用プレート１２を上方から撮像させ、その撮像結果から半径ｒを画像処理により認識するようにしている。半径Ｒは既知であることから、半径ｒは、画像データ上における凹み部１３の直径と、その凹み部１３内のはんだペースト１５の液面の直径との間の比を用いて算出することができる。
【００４９】
図５は、画像処理部の機能構成例を示す図である。この画像処理部７は、撮像装置８による凹み部１３の撮像、その撮像結果の取得、及び取得した撮像結果を用いた凹み部１３内のはんだペースト１５の量の算出を行う構成要素である。この画像処理部７は、図５に示すように、機能構成として、入出力部５１、吐出量演算部５２、画像認識部５３、撮像制御部５４、及び主制御部５５を備えている。
【００５０】
入出力部５１は、吐出制御部６との間で通信、つまりデータの入出力を行うためのハードウェアである。主制御部５５は、入出力部５１を介して、吐出制御部６との間で必要なデータの送受信を行う。それにより、主制御部５５は、吐出制御部６からの指示に対応するための制御を行う。
【００５１】
撮像制御部５４は、主制御部５５の制御により動作する。主制御部５５の指示により、撮像制御部５４は、撮像装置８を制御して、計測用プレート１２の撮像を撮像装置８に行わせ、その撮像により得られる画像データを撮像装置８から取得する。取得された画像データは、撮像制御部５４から画像認識部５３に出力される。
【００５２】
画像認識部５３は、撮像制御部５４から入力した画像データを処理し、対象とする凹み部１３、及びその凹み部１３内に注入されたはんだペースト１５の液面を認識する。これらの認識には、周知の技術を用いることができる。
【００５３】
凹み部１３へのはんだペースト１５の吐出は、上記のように、吐出制御部６の制御により行われる。そのため、吐出制御部６は、はんだペースト１５の吐出量の計測を画像処理部７に指示する場合、そのはんだペースト１５を吐出させた凹み部１３を指定する情報を合わせて画像処理部７に指示する。それにより、画像認識部５３は、主制御部５５により指定された凹み部１３を対象に、その凹み部１３、及びその凹み部１３内に注入されたはんだペースト１５の液面の認識を行う。
【００５４】
吐出量演算部５２は、画像認識部５３から認識結果を入力し、その認識結果を用いて半径ｒを算出し、算出した半径ｒを用いてはんだペースト１５の体積Ｖ、更にはその重量を計算する。体積Ｖ、及び重量のうちの少なくとも１つが、はんだペースト１５の吐出量として扱われ、主制御部５５に出力される。それにより、算出された吐出量は、主制御部５５、及び入出力部５１を介して吐出制御部６に出力される。
【００５５】
吐出制御部６は、図１に示すように、吐出実行部６ａ、吐出量調整部６ｂ、及び主制御部６ｃを備えている。画像処理部７から出力された吐出量は、主制御部６ｃにより処理される。
【００５６】
主制御部６ｃは、画像処理部７から入力した吐出量を吐出量調整部６ｂに出力し、その吐出量に応じて、はんだペースト１５の吐出量に係わる制御データを変更する。吐出量調整部６ｂは、その制御データの変更を通して、実際に吐出されるはんだペースト１５の量が設定量と一致するように調整を行う。
【００５７】
その制御データ、つまりパラメータとは、エア圧力を決定するレギュレータの設定値、吐出時間、等である。主制御部６ｃは、設定値、及び吐出時間のうちの少なくとも一方を吐出量調整部６ｂが変更した場合、加圧空気供給部１に対し、はんだペースト１５の吐出量に係わる制御データを出力する。そのようにして、主制御部６ｃは、はんだペースト１５の吐出量の計測結果をその吐出量の制御に反映させる。
【００５８】
実際に吐出されるはんだペースト１５の量は、はんだペースト１５の吐出を行っていない停止時間、つまり最後にはんだペースト１５を吐出させてから経過した経過時間により変化する。これは、はんだペースト１５のノズル５からの液ダレ、或いはノズル５の先端部分へのはんだペースト１５の自重による移動が主な原因である。また、吐出されるはんだペースト１５の量は、水頭圧、粘度によっても変化する。粘度は、フラックス剤の蒸発に伴って変化する。このようなことから、本実施の形態１では、停止時間が設定時間を超えている場合、或いははんだペースト１５の吐出回数が設定回数を超えた場合、はんだペースト１５の吐出量の計測を行うべき条件が満たされたとして、その計測を行うようにしている。
【００５９】
図６は、停止時間とはんだペーストの吐出量との関係例を示す図である。図６では、横軸に停止時間、縦軸に吐出量をとっている。吐出量は、基準とする吐出量である目標量との比である吐出量比で表している。
【００６０】
図６では、３つの線を示している。○を付した線は、停止後に最初に吐出されたはんだペースト１５の量の停止時間による変化を表している。△を付した線は、停止後の２回目に吐出されたはんだペースト１５の量の停止時間による変化を表している。◇を付した線は、停止後の３回目に吐出されたはんだペースト１５の量の停止時間による変化を表している。
【００６１】
図６に示すように、はんだペースト１５の吐出量は、最初は停止時間が長くなるにつれて大きくなり、その後、停止時間が長くなっても吐出量は殆ど変化しなくなる。回数による吐出量の大小関係は、１回目（１発目）＞２回目（２発目）＞３回目（３発目）、となっている。１回目、及び２回目の吐出量は、基準とする吐出量と大きく異なっている。例えば停止時間が３０分（１８００ｓｅｃに相当）の場合、１回目の吐出量比は約１４０％、２回目の吐出量比は約１２０％、３回目の吐出量は約１０５％となっている。このことから、本実施の形態１では、３回目以降に吐出させたはんだペースト１５の量を計測するようにしている。言い換えれば、少なくとも２回のはんだペースト１５の吐出は、計測の対象外としている。そのような対象外の吐出を行うことにより、吐出量のより高精度な調整を実現させることができる。
【００６２】
図６に示す停止時間と吐出量の関係は、停止中にはんだペースト１５自身の重量により、はんだペースト１５がノズル５の先端側に徐々に下がり、ノズル５内のはんだペースト１５の滞留分が増大したことが主な原因として生じている。液ダレによりノズル５に滞留する量が通常よりも減少する液体材料では、回数による吐出量の大小関係は逆になる。しかし、ノズル５の滞留分が何れの方向に変化するとしても、複数回の対象外とする液体材料の吐出を行うことにより、吐出量の高精度な計測、その計測結果を用いた吐出量の高精度な調整を実現させることができる。
【００６３】
液体材料の挙動は、その液体材料によって異なる。また、吐出に用いるノズル５によっても液体材料の挙動は変化する。温度、湿度等の環境によっても液体材料の挙動は変化する。このことから、液体材料毎に、用いるノズル５毎に、停止時間と吐出量の関係を確認し、その確認結果を吐出量の計測に反映させることが重要である。
【００６４】
計測用プレート１２に形成する凹み部１３の数は有限である。本実施の形態１では、凹み部１３を用いたはんだペースト１５の吐出量の計測をより多く行えるように、対象外とするはんだペースト１５の吐出は専用のプレート上に行うようにしている。その専用のプレートは、以降「捨て打ち用プレート」と表記する。
【００６５】
吐出制御部６の主制御部６ｃは、吐出実行部６ａを制御して、計測対象外の吐出を捨て打ち用プレート上に行わせた後、計測用プレート１２上の対象とすべき凹み部１３にはんだペースト１５を吐出させる。それにより、吐出量のより高精度な計測を実現させている。
【００６６】
本実施の形態１では、図１に示すように、吐出制御部６と画像処理部７とを分けている。しかし、実際には、吐出制御部６、画像処理部７は、１つの装置として提供することができる。これは、はんだペースト１５の吐出量を算出するための負荷は比較的に軽いからである。そのため、その装置には、更に加圧空気供給部１を加えることも容易である。これは、既存の液体材料供給装置に対しても、本実施の形態１を適用することが容易であることを意味する。
【００６７】
既存の液体材料供給装置に対する本実施の形態１の適用が容易であることは、本実施の形態１の適用に伴う製造コストの上昇分は比較的に小さくできることを意味する。撮像装置８は既存のものを使用することもできる。たとえ撮像装置８を設置するとしても、現在、撮像装置８は安価となっており、その調達コストは比較的に小さい。このようなことから、液体材料供給装置１００は、はんだペースト１５の吐出量を高精度に計測できると共に、その製造コストは抑えられる。はんだペースト１５の吐出量の高精度な管理は、吐出量の高精度な計測によって実現される。
【００６８】
図７は、吐出制御処理の例を示すフローチャートである。この吐出制御処理は、はんだペースト１５の吐出のための処理であり、吐出制御部６を構成するＣＰＵ（Central Processing Unit）が、例えばフラッシュメモリに保存されたプログラムをＲＡＭ（Random Access Memory）に読み出して実行することにより実現される。次に図７を参照し、この吐出制御処理について詳細に説明する。ここでは、処理を実行する主体として主制御部６ｃを想定する。
【００６９】
ワーク１０へのはんだペースト１５の吐出は、例えばワーク１０の製造工程を管理する情報処理装置からの指示により行われる。ステップＳ１では、主制御部６ｃは、その指示を受信した時点での停止時間が設定時間を超えているか否か判定する。計時した停止時間が設定時間を超えていた場合、ステップＳ１の判定はＹＥＳとなってステップＳ２に移行する。計時した停止時間が設定時間以下であった場合、ステップＳ１の判定はＮＯとなってステップＳ４に移行する。
【００７０】
なお、情報処理装置からはんだペースト１５の吐出が指示されない場合、ステップＳ１の判定処理が繰り返し実行される。また、液体材料供給装置１００の起動後は、ステップＳ１の判定は無条件でＹＥＳとなる。それにより、後述するように、起動後ははんだペースト１５の吐出量の計測、その計測結果に応じた吐出量の調整が行われる。
【００７１】
ステップＳ２では、主制御部６ｃは、吐出実行部６ａを制御して、ｎ回のはんだペースト１５の吐出を捨て打ち用プレート上に行わせる。このｎは、上記のように、２以上の整数である。
【００７２】
次に主制御部６ｃは、ステップＳ３では、吐出実行部６ａを制御して、計測用プレート１２で対象とすべき凹み部１３にはんだペースト１５を吐出させる。その後、ステップＳ５に移行する。
【００７３】
一方、ステップＳ４では、主制御部６ｃは、はんだペースト１５を連続的に吐出させた吐出回数が設定回数を超えたか否か判定する。ここでの連続的な吐出とは、停止時間が設定時間内であるという条件を満たしたはんだペースト１５の吐出である。その条件を満たす吐出の吐出回数が設定回数を超えた場合、ステップＳ４の判定はＹＥＳとなってステップＳ３に移行する。その吐出回数が設定回数以下の場合、ステップＳ４の判定はＮＯとなってステップＳ７に移行する。
【００７４】
ステップＳ５では、主制御部６ｃは、画像処理部７に指示して、吐出されたはんだペースト１５の量の計測を行わせる。次に、ステップＳ６では、主制御部６ｃは、画像処理部７からはんだペースト１５の吐出量の計測結果を入力するのを待って、入力した吐出量を用いた制御データの変更を吐出量調整部６ｂに行わせ、計時している停止時間、計数している吐出回数を共にクリアする。その後、ステップＳ７では、主制御部６ｃは、吐出実行部６ａを制御して、指示されたはんだペースト１５の吐出をワーク１０の指示された箇所に行わせ、吐出回数をインクリメントする。
【００７５】
このようにして、本実施の形態１では、設定時間を超えた時間、はんだペースト１５の吐出を行っていない場合、或いは設定時間内でのはんだペースト１５の吐出を行った回数が設定回数を超えている場合、はんだペースト１５の吐出量を計測しての調整を行うようにしている。それにより、本実施の形態１では、ノズル５でのはんだペースト１５の状態、及びはんだペースト１５の吐出に伴う水頭圧の変化に対応し、はんだペースト１５の吐出量を設定量と一致させる高精度の調整を行うようにしている。
【００７６】
ステップＳ７の次に移行するステップＳ８では、主制御部６ｃは、はんだペースト１５の吐出が終了したか否か判定する。はんだペースト１５を吐出しない状態への移行、液体材料供給装置１００の電源オフ等が指示されるか、或いはシリンジ容器２内のはんだペースト１５が無くなったような場合、ステップＳ８の判定はＹＥＳとなり、ここで吐出制御処理が終了する。一方、そのような指示が何れも行われていない場合、ステップＳ８の判定はＮＯとなって上記ステップＳ１に戻る。それにより、次のはんだペースト１５の吐出に備える。
【００７７】
図８は、はんだペーストの吐出量の回数変化を説明する図である。この回数変化は、新品のシリンジ容器２の使用開始から使い終わるまでの吐出量の計測結果を示したものである。横軸に吐出回数、縦軸に吐出量をとっている。吐出量は、図６と同様に、目標量を１とする吐出量比としている。
【００７８】
図８では、２つの吐出量比の回数変化を示している。●を付した補正無の線は、吐出量の調整を行わない場合の回数変化の例を示し、○を付した補正有の線は、吐出量の調整を行った場合の回数変化の例を示している。それにより、補正有の線は、本実施の形態１に相当する。●、○をプロットした位置は、吐出量の計測を行った回数を表している。
【００７９】
ここでは、吐出量比の規格を１．０±０．１と設定している。その規格での上限値をＵＣＬ(Upper Control Limit)、下限値をＬＣＬ(Lower Control Limit)として、それぞれ直線で示している。
【００８０】
吐出量の補正、つまり調整を行わない場合、はんだペースト１５の粘度のばらつきなどの要因により、図８に示すように、吐出量比が変動し、吐出量比がＬＣＬ未満となる状況、ＵＣＬを超える状況の何れも発生している。何れの状況が発生したとしても、液体材料供給装置１００を停止させ、人手による吐出量の調整を行わなければならない。そのため、液体材料供給装置１００の稼働率は低下し、単位時間当たりに製造可能な製品数も少なくなる。
【００８１】
はんだペースト１５の粘度は、シリンジ容器２毎に異なるのが普通である。そのため、シリンジ容器２毎に、吐出量の回数に応じた変動のトレンドを予想することは非常に困難である。このこともあり、吐出量を途中で調整することなく、適切な吐出量を維持させることも非常に困難である。
【００８２】
一方、吐出量の調整を行う場合、図８に示すように、吐出量比は規格値内、つまり１．０±０．１内に収まっている。ここでは、３回の吐出量の平均を求め、その平均と目標量との差を解消するための制御データの補正を行い、その補正後の制御データを用いて次のはんだペースト１５の吐出を行うことを繰り返し行っている。具体例では、最初の３回の吐出量比の平均は０．９６であり、目標量との誤差は吐出量比で−０．０４である。そこで４回目のはんだペースト１５は、吐出量が吐出量比で＋０．０４となるようにエア圧力、または吐出時間を自動的に調整した後に吐出させている。図８に示す補正有の線は、このような調整を５回目以降も毎回、繰り返した結果を表している。
【００８３】
このような吐出量の調整を行うことにより、シリンジ容器２の使い始めからのはんだペースト１５の粘度変化、水頭圧変化、などの影響による吐出量の変動を抑えることができる。つまり、目標量との差が許容範囲内のはんだペースト１５の吐出を安定して行うことができる。その結果、人手による吐出量の調整が不要になるか、或いはその調整を行う頻度が大きく低下する。それにより、液体材料供給装置１００の稼働率は向上し、単位時間当たりに製造可能な製品数はより多くなる。
【００８４】
図８に○を付した線で示す結果が得られた吐出量の調整方法は、図７に示す吐出制御処理の実行による調整方法とは異なる。しかし、吐出量の調整量を調整方法によって異ならせることにより、吐出量の高精度な制御を行うことができる。
【００８５】
図８に示す例では、ＬＣＬに近い吐出量のときには、そのＬＣＬに近い吐出量が比較的に長い期間、継続している。これは、１回毎に吐出量の調整を行うことから、実際の調整量を抑えているためである。
【００８６】
一方、図７に示すように、設定回数毎に吐出量を調整する場合、吐出量の計測結果に加え、水頭圧の予想される変化、計測した吐出量の変化傾向、等も考慮して調整量を決定する必要が生じる。このことから、吐出量の調整方法が異なっても、その調整方法に応じて、吐出量の調整量を決定することにより、目標量との差が許容範囲内のはんだペースト１５の吐出を安定して行うことができる。状況によっては、例えば計測した吐出量の変動が比較的に大きいような状況では、設定回数自体も変更の対象としても良い。これは、設定時間も同様である。
【００８７】
なお、本実施の形態１では、液体材料としてはんだペースト１５を吐出しているが、吐出させる液体材料ははんだペースト１５に限定されない。つまり本実施の形態１に係る液体材料供給装置１００は、半導体装置の製造以外の用途で使用するものであっても良い。
【００８８】
また、撮像装置８、及び計測用プレート１２については、そのうちの少なくとも一方を移動可能にするのが望ましい。これは、はんだペースト１５を吐出する凹み部１３と撮像装置８との間の相対的な位置関係により、はんだペースト１５の吐出量を高精度に計測できなくなる可能性が考えられるからである。撮像装置８、及び計測用プレート１２のうちの少なくとも一方を移動可能にすることにより、はんだペースト１５を吐出する凹み部１３を常に適切に撮像できるようになることから、はんだペースト１５の吐出量も常に高精度に計測できるようになる。
【００８９】
計測用プレート１２上の凹み部１３へのはんだペースト１５の吐出は、１回としているが、凹み部１３へのはんだペースト１５の吐出は２回以上、行っても良い。つまり、１つの凹み部１３に対し、２回以上のはんだペースト１５の吐出を行わせて、はんだペースト１５の１回の吐出の平均を求め、その平均を用いて１回の吐出量の調整を行うようにしても良い。そのように吐出量の調整を行う場合、吐出毎の吐出量の変動の影響をより低減させることができる。それにより、吐出量のより高精度な制御が期待できる。
【００９０】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、図２に示すように、片面に凹み部１３が形成された計測用プレート１２を吐出量の計測に用いている。これに対し、本実施の形態２は、両面に凹み部が形成された計測用プレートを吐出量の計測に用いている。以降、上記実施の形態１で用いた符号をそのまま用いて、その実施の形態１から異なる部分にのみ着目する形で説明を行う。
【００９１】
図９は、本発明の実施の形態２に係る液体材料供給装置に用いられる計測用プレートの例を説明する図であり、図１０は、本発明の実施の形態２に係る液体材料供給装置に用いられる計測用プレートの他の例を説明する図である。図９に示す計測用プレート１２は、本発明の実施の形態２に係る計測用プレートに相当し、図１０に示す計測用プレート１２は、本発明の実施の形態２に係る計測用プレートの変形例に相当する。
【００９２】
本実施の形態２では、図９、及び図１０に示すように、計測用プレート１２の両面に凹み部１３が形成されている。各面に形成された凹み部１３では、半径Ｒ、高さＨのうちの少なくとも一方が異なることにより、異なる容積となっている。何れの面も上にできるように、位置決め用の凹み部１４は両面に設けられている。それにより、上記実施の形態１と比較して、より幅広い吐出量に対応できるようになっている。
【００９３】
各面に異なる形状の凹み部１３が形成されている計測用プレート１２が複種類、存在する場合、吐出制御部６は、計測用プレート１２毎、面毎に、ノズル５からはんだペースト１５を吐出させる位置を特定する必要がある。吐出量の算出に用いるパラメータである高さＨ、半径Ｒは、凹み部１３によって異なる。
【００９４】
このようなことから、本実施の形態２では、例えば計測用プレート１２毎、面毎に、各凹み部１３の基準位置からの相対的な位置を示す情報、吐出量の算出用のパラメータ等を予め吐出制御部６に保存させ、はんだペースト１５を吐出させる計測用プレート１２、その計測用プレート１２の面を人手で選択させるようにしている。そのため、吐出制御部６には、その選択を可能にする操作部が追加されている。画像処理部７が必要とする、吐出量の算出用のパラメータは、吐出制御部６から画像処理部７に随時、出力させるようにしている。
【００９５】
計測用プレート１２のｚ軸方向上の長さ、つまり厚みは、計測用プレート１２によって異ならせる可能性がある。厚みが計測用プレート１２によって異なる場合、計測用プレート１２毎に、その厚みを示す情報も予め吐出制御部６に保存させれば良い。移動部４はノズル５をｚ軸方向上に移動させられることから、計測用プレート１２毎の厚みの違いにも対応することができる。
【００９６】
吐出量の計測に用いない計測用プレート１２は、設置されない。使用法等によっては、計測用プレート１２を設置しなくとも良い場合があり得る。例えば吐出量の高精度な制御が要求されないような場合には、計測用プレート１２を用いる必要性は低い。このようなことから、計測用プレート１２は、基本的に、必要に応じて使用すれば良いものである。
【００９７】
なお、本実施の形態２では、設置する計測用プレート１２は一つとしているが、場所的に余裕があるような場合、複数の計測用プレート１２を設置できるようにしても良い。複数の計測用プレート１２は、種類を全て異ならせても良いが、同じ種類の計測用プレート１２が複数、存在していても良い。
【００９８】
実施の形態３．
上記実施の形態２では、上記実施の形態１と同様に、ワーク１０に吐出させない、計測対象外のはんだペースト１５を捨て打ち用プレート上に吐出させる必要がある。しかし、捨て打ち用プレートを設置する場合、その捨て打ち用プレートを設置する場所を確保しなければならない。その場所の確保が困難な場合は少なくないと考えられる。このことから、本実施の形態３は、計測用プレートを捨て打ち用プレートとしても使用できるようにしている。計測用プレートを捨て打ち用プレートと兼用とすることにより、上記実施の形態１、及び上記実施の形態２と比較して、計測用プレートの設置可能な範囲は広くなり、空間面での余裕は大きくなる。以降、上記実施の形態１で用いた符号をそのまま用いて、上記実施の形態２から異なる部分にのみ着目する形で説明を行う。
【００９９】
図１１は、本発明の実施の形態３に係る液体材料供給装置に用いられる計測用プレートの例を説明する図であり、図１２は、本発明の実施の形態３に係る液体材料供給装置に用いられる計測用プレートの他の例を説明する図である。図１１に示す計測用プレート１２は、本発明の実施の形態３に係る計測用プレートに相当し、図１２に示す計測用プレート１２は、本発明の実施の形態３に係る計測用プレートの変形例に相当する。
【０１００】
本実施の形態３では、図１１、及び図１２に示すように、計測用プレート１２の両面に捨て打ち用プレートとして使用可能な吐出用領域２１を設けている。それにより、吐出制御部６は、計測対象外のはんだペースト１５を吐出用領域２１に吐出させた後、計測用のはんだペースト１５を凹み部１３に吐出させることができる。吐出用領域へのはんだペースト１５の吐出は、計測用プレート１２毎、その面毎に、吐出量領域を示す情報を併せて吐出制御部６に予め保存させておくことで行わせることができる。
【０１０１】
吐出用領域２１を設けることにより、計測用プレート１２を捨て打ち用プレートとの兼用とした場合、吐出量の計測のためのノズル５の移動量はより小さくさせることができる。そのため、吐出量の計測に要する時間はより短くなる。この結果、液体材料供給装置１００の実質的な稼働率は、上記実施の形態１、及び上記実施の形態２と比較して向上することとなる。
【０１０２】
なお、上記実施の形態２、及び上記実施の形態３では、計測用プレート１２の設置は人手により行うことを想定している。しかし、設置された計測用プレート１２で使用する面の切り替えは自動的に行えるようにしても良い。吐出させる液体材料の種類によっては、凹み部１３内に吐出された液体材料を自動的に除去するようにしても良い。
【０１０３】
また、上記実施の形態１〜３は、エアパルス方式の液体材料供給装置に本発明を適用したものである。適用可能な液体材料装置の方式は、エアパルス方式に限定されない。その方式は、機械方式、圧電素子を用いた圧電素子方式、等であっても良い。
【符号の説明】
【０１０４】
１  加圧空気供給部、２  シリンジ容器、３  加熱部、４  移動部、５  ノズル、６  吐出制御部、６ａ、吐出実行部、６ｂ  吐出量調整部、６ｃ、５５  主制御部、７  画像処理部、８  撮像装置、９  搬送系、１０  ワーク、１２  計測用プレート、１３、１４  凹み部、１５  はんだペースト、２１  吐出用領域、５１  入出力部、５２  吐出量演算部、５３  画像認識部、５４  撮像制御部、１００  液体材料供給装置。
【図１】
2019177303.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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