(57)【要約】【課題】本発明は、複数のマスク部材を用いることにより、吸着ヘッドの吸着面の端から中へ吸引力を作用させていくことにより、吸着ヘッドの端部分への導電性ボールの吸着ムラをなくすと同時に、短時間で全面への吸着を可能とし、ひいてはリメインボール発生のおそれの少ない吸着ヘッドを提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、次の手段を採用する。第１に、多数の吸着孔が配列された吸着面を備え、かつ、吸引通路により減圧源と接続された導電性ボールの吸着ヘッドとする。第２に、吸着ヘッド内部に所定の吸着孔に対して、吸引力を作用させる位置と作用させない位置とを設定する複数のマスク部材を移動可能に設ける。第３に、吸着ヘッドに多数の導電性ボールを吸着させる際に、順次マスク部材を移動させて、吸着面の端から中へ吸引力を作用させていく。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の吸着孔が配列された吸着面を備え、かつ、吸引通路により減圧源と接続された導電性ボールの吸着ヘッドにおいて、吸着ヘッド内部に所定の吸着孔に対して、吸引力を作用させる位置と作用させない位置とを設定する複数のマスク部材を移動可能に設け、吸着ヘッドに多数の導電性ボールを吸着させる際に、順次マスク部材を移動させて、吸着面の端から中へ吸引力を作用させていくことを特徴とする導電性ボールの吸着ヘッド。
【請求項２】
多数の吸着孔が配列された吸着面を備え、かつ、吸引通路により減圧源と接続された導電性ボールの吸着ヘッドにおいて、吸着ヘッド内部に所定の吸着孔に対して、吸引力を作用させる位置と作用させない位置とを設定する可撓性を有するマスク部材を移動可能に設け、吸着ヘッドに多数の導電性ボールを吸着させる際に、徐々にマスク部材を移動させて吸着面の端から中へ吸引力を作用させていくことを特徴とする導電性ボールの吸着ヘッド。
【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用いられる導電性ボールの吸着ヘッドの改良に関するもので、主として、ウエハ全面に半田ボールを搭載する半田ボール搭載装置における吸着ヘッドを主眼に開発されたものである。
【０００２】
【従来の技術】
半田ボール搭載装置において、半田ボールを吸着保持する吸着ヘッドは、吸着ヘッド下面に半田ボールを吸着するための多数の吸着孔を設け、吸着ヘッド内を減圧手段で減圧することにより、半田ボールを半田ボール供給部から吸引吸着している。従来、吸着ヘッドの１回当たりの半田ボールの吸着量は、２００個程度であったので、特に問題はなかったが、近年の半田ボールの微小化やウエハへの搭載技術の開発に伴い、吸着ヘッドは多数（数万個）の半田ボールを吸着保持するようになってきた。
【０００３】
吸着ヘッドが多数の半田ボールを同時に吸着する場合や、吸着ヘッドの吸着孔の口径が大きくなった場合には、吸着ヘッド内を減圧するための減圧手段の大型化が要求されることとなるが、スペースや有用性の点で問題がある。又、吸着ヘッドが多数の半田ボールを同時に吸着する場合、減圧手段の能力が落ちると多数の半田ボールを均等に吸着できないといった問題も発生していた。
【０００４】
更に、減圧手段の能力を高めても、吸着ヘッドに半田ボールを吸着させる場合、吸着面の端よりも中央の方が吸引力が強くなる傾向があり、中央に半田ボールが集まり、吸着面の端まですべてに半田ボールを吸着させるのに時間がかかってしまうものであった。
【０００５】
特許第３１５２０７８号公報に開示される半田ボール移載装置の吸着ヘッドも、吸着孔に開閉手段を設け、一端から他端へ順次、吸着孔を開放することで端から端まで吸引力を発生させるようにしている。しかし、この技術では吸着保持する半田ボールが数万個と多くなると、全部の吸着が完了するまでに時間がかかり、初めに吸着された半田ボールは吸引状態が長引くため必要以上に吸着孔に嵌り込んでしまいリメインボール（搭載ミスボール）となるおそれが高いものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、複数のマスク部材または部分的に作用可能なマスク部材を用いることにより、吸着ヘッドの吸着面の端から中へ吸引力を作用させていくことを特徴とする導電性ボールの吸着ヘッドにより、吸着ヘッドの端部分の吸着ムラをなくすと同時に、短時間で全面への吸着を可能とし、ひいてはリメインボール発生のおそれの少ない吸着ヘッド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】
第１の発明は、上記課題を解決するため、導電性ボールの吸着ヘッドに次の手段を採用する。
第１に、多数の吸着孔が配列された吸着面を備え、かつ、吸引通路により減圧源と接続された導電性ボールの吸着ヘッドとする。
第２に、吸着ヘッド内部に所定の吸着孔に対して、吸引力を作用させる位置と作用させない位置とを設定する複数のマスク部材を移動可能に設ける。
第３に、吸着ヘッドに多数の導電性ボールを吸着させる際に、順次マスク部材を移動させて、吸着面の端から中へ吸引力を作用させていく。
【０００８】
第２の発明は、異なるマスク部材を利用したものであって、導電性ボールの吸着ヘッドに次の手段を採用する。
第１に、多数の吸着孔が配列された吸着面を備え、かつ、吸引通路により減圧源と接続された導電性ボールの吸着ヘッドとする。
第２に、吸着ヘッド内部に所定の吸着孔に対して、吸引力を作用させる位置と作用させない位置とを設定する可撓性を有するマスク部材を移動可能に設ける。第３に、吸着ヘッドに多数の導電性ボールを吸着させる際に、徐々にマスク部材を移動させて吸着面の端から中へ吸引力を作用させていく。
【０００９】
【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。本実施例は半田ボールマウント装置であり、該半田ボールマウント装置は、半田ボールが貯留されたボール供給部内の半田ボールを吸着保持し、ステージ上のウエハに半田ボールを搭載する装置で、外部に設置された半田ボール吸着用の減圧源としての吸引ポンプ１４と接続されたマスク付きの吸着ヘッド１を特徴とするもので、他の点は、従来の半田ボールマウント装置と同様の構成であって良い。
【００１０】
吸着ヘッド１は、図３乃至図９に示されるように、吸着ヘッド１下面に、支持プレートとなるパンチングメタル２と、気体導通部材となる微細な網で構成されるサポートプレート３と、半田ボール吸着用の微細な吸着孔を設けた吸着プレート４とをプレートホルダ５にて一体的に取り付けたもので、吸着ヘッド１内部には、所定の吸着孔を閉鎖及び開放可能な上下動可能なの分割マスク部材６，７，８が設けられている。
【００１１】
パンチングメタル２は、図１乃至２に示されるように、吸着プレート４のボール吸着孔に対応しない気体導通路９を多数有するものであり、穴径３．８ミリメートル、ピッチ５ミリメートルの気体導通路９が形成されている。パンチングメタル２は、サポートプレート３を外力から支持するものであり、半田ボール吸着時の負圧による吸着プレート４のたわみやウエハからの反作用力での吸着プレート４のたわみ等を防止する。そのための効果を発揮できればパンチングメタル２の代わりにハニカム構造の支持部材を用いても良い。尚、気体導通路９が、本発明における吸引通路となる。
【００１２】
サポートプレート３は、図３乃至図９に示されるように、吸着プレート４とパンチングメタル２の間に配置される。サポートプレート３は、厚さ０．１５ミリメートルのステンレス板の中央を吸着プレート４の吸着領域を包含する大きさに開口した枠材の中央開口部に気体導通部材である高張力樹脂製網を貼り付けてなるものである。高張力樹脂製網の代わりに金属網や多孔質材を用いても良い。サポートプレート３は、パンチングメタル２と吸着プレート４との間に空気の流れる層を作り、吸着プレート４の吸着エリア全体で均等なボール吸着状態を作り出すことを目的としている。
【００１３】
吸着ヘッド１の最下面には、多数の半田ボールを吸着する吸着孔が形成された吸着プレート４が装着されている。実施例では、本発明における導電性ボールとして、直径０．１ｍｍの半田ボールが用いられている。半田ボールが、かように微小である場合、吸着プレート４の吸着孔の数は数万個にのぼる場合もある。勿論、本発明における導電性ボールが上記半田ボールに限定されるものではない。又、実施例では導電性ボールが搭載される被搭載物としてウエハを使用しているが、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。本実施例においては、ウエハへ半田ボールを搭載することを前提としているため、吸着孔は円形状に配列されている。
【００１４】
第１実施例でのマスク部材は、分割マスク部材６，７，８であり、円板状の中央マスク６と、平リング状の中間マスク７及び外周マスク８とによりなり、三者一体となることで、図１０に示されるような円形形状となる。但し、図２に示されるようにマスク部材６，７，８全体でマスクする円形形状は、吸着プレート４の吸着孔が形成する円形より若干小さい円形形状である。
【００１５】
中央マスク６、中間マスク７及び外周マスク８は、吸着ヘッド１内の吸引力で持ち上がることがない程度の重量を有しており、上下動してパンチングメタル２に接するよう配置されており、パンチングメタル２に接することで吸着プレート４に形成された吸着孔を閉鎖できるものとされている。マスク部材６，７，８が、吸着プレート４の吸着孔を直接閉鎖せず、パンチングメタル２の気体導通路９の一部を閉鎖する。このことによって半田ボールを吸着可能な吸引力を作用させる位置と作用させない位置を設定することができる。尚、吸着ヘッド１下面が、支持プレートとなるパンチングメタル２と、気体導通部材となる微細な網で構成されるサポートプレート３とを有さず、吸着プレート４のみで構成されている場合、マスク部材６，７，８が直接的に吸着孔を閉鎖し、半田ボールを吸着可能な吸引力を作用させる位置と作用させない位置を設定することになる。
【００１６】
該マスク部材６，７，８を設けることにより、減圧手段は、一度に全吸着孔に半田ボールを吸着する場合と比較して、必要な能力の何分の１かの能力の吸引ポンプ１４で吸着可能となる。
【００１７】
吸着ヘッド１内には、マスク部材６，７，８を上下動させるエアシリンダ１０が装着されており、該エアシリンダ１０のシリンダロッド１１に取付用の円板プレート１２及び円筒状ブロック１３が取り付けられている。
【００１８】
外周マスク８は、円筒状ブロック１３の底面に円板プレート１２と一体的に上下動するよう固着されている。中間マスク７は、外周上部のフランジ部分が外周マスク８の内縁上部に係止され、円筒状ブロック１３内の空部に上下方向にクリアランスを設けて配置されている。中央マスク６は、外周上部のフランジ部分が中間マスク７内縁上部に係止され、円板プレート１２の下面に対して上下方向にクリアランスを設けて配置されている。尚、各クリアランスは、マスク部材６，７，８の下面が、図２及び図３に示されるように同一平面となることができるように設定されている。
【００１９】
次に、該マスク部材６，７，８の動作について説明する。エアシリンダ１０のシリンダロッド１１を最大に伸張させ、すべてのマスク部材６，７，８を降ろした状態で、吸着ヘッド１を図示されていないボール供給部となるボール供給部上に下降させる。
【００２０】
マスク部材６，７，８は、図３及び図２に示されるように、各下面が同一平面となり、すべてマスクとして作用している。しかし、図２にも現れるように、外周マスク８の外側に、マスク部材６，７，８で覆われない気体導通路９が存在する。そこで、吸引ポンプ１４を作動させ、吸着ヘッド１内に吸引力を発生させ、マスク部材６，７，８で覆われない気体導通路９で作用する吸着孔に半田ボールを吸着させる。
【００２１】
すなわち、マスク部材６，７，８がパンチングメタル２に当接した状態で吸着ヘッド１内部の減圧室１６を吸引ポンプ１４にて減圧させ、ボール供給部から半田ボールを吸引することにより、減圧室１６に対応する多数の吸着孔の内の一部（最も外側に位置する一部の吸着孔）、すなわちマスク部材６，７，８により減圧室１６の吸引力を遮断されていない吸着孔の部分に半田ボールを吸着するのである。
【００２２】
その後、エアシリンダ１０を作動させて、シリンダロッド１１が低速で後退（上昇）すると、徐々にマスク部材６，７，８全体を持ち上げる。詳細には、図４に示されるように、まず外周マスク８が円板プレート１２及び円筒状ブロック１３と共に中間マスク７のクリアランスの範囲内で上昇する。これにより外周マスク８で閉鎖されていた部分が開放され、該部分に吸引力が発生して半田ボールが吸着される。すなわち端から２番目のエリアの吸着孔に半田ボールが吸着される。このとき、中間マスク７は、外周マスク８の上昇がクリアランスの範囲内であるので上昇せず、パンチングメタル２上に載置された状態でマスクとして機能している。又、中央マスク６も、中央マスク６を吊り上げる中間マスク７が、上昇しないので、上昇せず、パンチングメタル２上に載置された状態でマスクとして機能している。
【００２３】
続いて、エアシリンダ１０による持ち上げが継続して、外周マスク８が、中間マスク７のクリアランスの範囲を超えて上昇すると、外周マスク８に係止状態で中間マスク７が外周マスク８に吊り上げられ、中央マスク６のクリアランスの範囲内で上昇させられて、図５に示されるように端から３番目のエリアの吸着孔から中間マスク７が外れ、該部分の吸着孔に吸引力が発生し、半田ボールが吸着される。このとき、中央マスク６は、中間マスク７の上昇が中央マスク７のクリアランスの範囲内であるので上昇せず、パンチングメタル２上に載置された状態でマスクとして機能している。
【００２４】
最後に、中間マスク７に中央マスク６が吊り上げられ、上昇し、図６に示されるようにすべての吸着孔よりマスク部材６，７，８が外れ、全吸着孔に半田ボールが吸着される。このようにして、吸着ヘッド１に多数の半田ボールを吸着させる際に、順次マスク部材６，７，８を移動させて、吸着面の端から中へ吸引力を作用させていくのである。すべての吸着孔にボールが吸着されたら、ヘッドを搭載位置へ移動させてボールの搭載を行う。
【００２５】
本実施例では、徐々にマスク部材６，７，８を上昇させる場合について説明したが、吸着ヘッド１内圧を検出する圧力センサーを設け、内圧が所定圧に低下するごとにマスク部材６，７，８を上昇させたり、または、所定時間ごとに段階的にマスク部材６，７，８を上昇させるようにしても良い。
【００２６】
図７乃至図９は、マスク部材の第２実施例を示すもので、第２実施例でのマスク部材は、可撓性を有する円形のシート状マスク部材１５であり、その外周部が円板プレート１２に取り付けられている。シート状マスク部材１５は、吸着ヘッド１内の吸引力で持ち上がることがない程度の重量を有しており、該シート状マスク部材１５により、吸着ヘッド１に多数の導電性ボールを吸着させる際に、徐々にシート状マスク部材１５を上方へ移動させて吸着面の端から中へ吸引力を作用させていくのである。シート状マスク部材１５の材質としては、外周部を持ち上げて撓めることのできる程度の厚さからなるゴム、樹脂、金属等が採用できる。また、これらの材質のマスクに中央から放射状に、十分な可撓性を有する板ばね状の樹脂、金属等からなる支持部材を貼り付けて補強し、その外周部側を持ち上げるように構成することもできる。
【００２７】
第２実施例の動作を説明すれば、エアシリンダ１０のシリンダロッド１１を最大に伸張させ、シート状マスク部材１５を降ろした状態で、図７に示されるように、シート状マスク部材１５全面がすべてマスクとして作用している。勿論、分割マスク部材６，７，８の場合と同様、、シート状マスク部材１５の外側に、覆われない気体導通路９が存在する。そこで、吸引ポンプ１４を作動させ、吸着ヘッド１内に吸引力を発生させ、シート状マスク部材１５で覆われない気体導通路９で作用する吸着孔に半田ボールを吸着させる。
【００２８】
更に、エアシリンダ１０を作動させて徐々にシート状マスク部材１５の全体を持ち上げると、図８に示されるように、シート状マスク部材１５の外周部側から上昇し、シート状マスク部材１５にて覆われていない気体導通路９で作用する吸着孔に半田ボールが吸着される。その後も徐々にシート状マスク部材１５が上昇して、吸引力の発生している吸着孔の位置は外周部側から中央へと移動する。エアシリンダ１０のシリンダロッド１１が最大限縮退されると、図９に示されるように完全にシート状マスク部材１５が上昇し、すべての吸着孔が作用し、半田ボールの吸着が完了する。
【００２９】
尚、第１実施例でのマスク部材６，７，８全体でマスクする形状及び第２実施例でのシート状マスク部材１５でマスクする形状は、円形である。しかし、これに限るものではない。円形であることは、第１及び第２実施例での吸着孔の配置が、円形の場合を想定したからであり、吸着孔の配置が方形の場合、マスク部材６，７，８全体でマスクする形状やシート状マスク部材１５のマスクできる形状は、方形なものとすることもできる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、吸着ヘッド内部に所定の吸着孔に対して、吸引力を作用させる位置と作用させない位置とを設定する複数のマスク部材を移動可能に設け、吸着ヘッドに多数の導電性ボールを吸着させる際に、順次マスク部材を移動させて、吸着面の端から中へ吸引力を作用させていくことを特徴とする導電性ボールの吸着ヘッドとしたので、吸着ヘッドの端部分の吸着ムラをなくすと同時に、短時間で全面への吸着が可能となり、リメインボール発生のおそれの少ない吸着ヘッドとなった。
【００３１】
請求項２記載の発明の効果ではあるが、吸着ヘッド内部に所定の吸着孔に対して、吸引力を作用させる位置と作用させない位置とを設定する可撓性を有するマスク部材を移動可能に設け、吸着ヘッドに多数の導電性ボールを吸着させる際に、徐々にマスク部材を移動させて吸着面の端から中へ吸引力を作用させていくことを特徴とする導電性ボールの吸着ヘッドとすることにより、簡単な構造で、吸着ヘッドの端部分の吸着ムラをなくすと同時に、短時間で全面への吸着が可能となった。
【００３２】
尚、実施例の効果ではあるが、第１及び第２実施例の構成の採用により、マスク部材の移動については、一つの駆動手段を備えれば良く、吸着ヘッドが必要以上に複雑化・大型化せず、特に吸着ヘッド内に配置できるので、吸着ヘッド全体をコンパクトに構成できる。更に、吸着ヘッドを上方から支持する手段との取り合いも容易となり、制御も容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】全開放状態のマスク部材を示す部分断面図
【図２】全閉鎖状態のマスク部材を示す部分断面図
【図３】分解マスク部材の第１動作状態を示す説明図
【図４】分解マスク部材の第２状態を示す説明図
【図５】分解マスク部材の第３状態を示す説明図
【図６】分解マスク部材の開放状態を示す説明図
【図７】シートマスク部材の第１状態を示す説明図
【図８】シートマスク部材の第２状態を示す説明図
【図９】シートマスク部材の開放状態を示す説明図
【図１０】マスク部材の底面図
【符号の説明】
１．．．．．．吸着ヘッド
２．．．．．．パンチングメタル
３．．．．．．サポートプレート
４．．．．．．吸着プレート
５．．．．．．プレートホルダ
６．．．．．．中央マスク
７．．．．．．中間マスク
８．．．．．．外周マスク
９．．．．．．気体導通路
１０．．．．．エアシリンダ
１１．．．．．シリンダロッド
１２．．．．．円板プレート
１３．．．．．円筒状ブロック
１４．．．．．吸引ポンプ
１５．．．．．シート状マスク部材
１６．．．．．減圧室
【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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【図９】
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【図１０】
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