(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性ボールを保持して所定位置へ搭載する導電性ボールの搭載方法であって、上面に１個の導電性ボールを収容可能な凹部が所定の配列で複数設けられ前記凹部と連通する内部空間を備えた整列部の各凹部に収容された導電性ボールを、前記配列に対応して吸着孔が形成された吸着ヘッドによって真空吸着するボール吸着動作において、吸着ヘッド内の第１の圧力および前記整列部の内部空間の第２の圧力をそれぞれ検出する第１の圧力検出手段および第２の圧力検出手段の検出結果に基づいて、吸着ヘッドの整列部に対する相対位置の適否を判定することを特徴とする導電性ボールの搭載方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性ボールを吸着して所定位置に搭載する導電性ボールの搭載方法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、搭載ヘッドの吸着ヘッド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ヘッドを移動させ、真空吸着を解除することによりボールを所定位置に搭載するものである。
【０００３】
吸着ヘッドの下面にボールを吸着させる方法として、多数のボールを貯溜したボール槽に対して吸着ヘッドを下降させて吸着ヘッドの下面にボールを直接吸着保持させる方法に替えて、予め吸着ヘッドの吸着孔配列に対応した位置に凹部が形成された整列部に導電性ボールを配列しておく方法が採用されるようになっている。この方法によれば、ボールピックアップ時に吸着ヘッドの各吸着孔に速やかに正しくボールを保持させることができるという長所を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この整列部に予めボールを整列させる方法には、ボール吸着動作において以下のような問題点があった。この方法において整列状態のボールを正しく速やかに吸着ヘッドに吸着させるためには、整列部と吸着ヘッドの位置合わせ、すなわちボールを収容した整列部の凹部と吸着ヘッドの吸着孔との相対位置を精度よく合わせる必要がある。ところがこの位置合わせ時には吸着ヘッドの下面と整列部の上面とを近接位置で対向させることから、この状態では位置合わせ状態の適否を視認することができず、正確な位置合わせが困難であった。
【０００５】
そこで本発明は、吸着ヘッドと整列部との位置合わせを適切に行い、ボール吸着動作における不具合を防止できる導電性ボールの搭載方法提供することを目的とする。
【００１４】
【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搭載方法は、導電性ボールを保持して所定位置へ搭載する導電性ボールの搭載方法であって、上面に１個の導電性ボールを収容可能な凹部が所定の配列で複数設けられ前記凹部と連通する内部空間を備えた整列部の各凹部に収容された導電性ボールを、前記配列に対応して吸着孔が形成された吸着ヘッドによって真空吸着するボール吸着動作において、吸着ヘッド内の第１の圧力および前記整列部の内部空間の第２の圧力をそれぞれ検出する第１の圧力検出手段および第２の圧力検出手段の検出結果に基づいて、吸着ヘッドの整列部に対する相対位置の適否を判定する。
【００１６】
本発明によれば、上面に１個の導電性ボールを収容可能な凹部が所定の配列で複数設けられた整列部から導電性ボールを吸着するボール吸着動作において、吸着ヘッド内の第１の圧力および前記整列部の内部空間の第２の圧力をそれぞれ検出する第１の圧力検出手段および第２の圧力検出手段の検出結果に基づいて、吸着ヘッドの整列部に対する相対位置の適否を判定することにより、ボール吸着動作時における吸着ヘッドの整列部に対する相対位置の適否および吸着ヘッドによる導電性ボールの吸着ミスの有無を精度よく判定することができる。
【００１７】
【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吸着ヘッドの吸着孔および整列部の凹部の説明図、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真空吸引系および制御系の構成を示すブロック図、図４、図５は本発明の一実施の形態の導電性ボールの吸着動作における圧力変化の説明図、図６は本発明の一実施の形態の導電性ボールの吸着動作における吸着ヘッドと整列部の位置合わせの説明図、図７、図８は本発明の一実施の形態の導電性ボールの吸着動作における吸着ミスの説明図である。
【００１８】
まず、図１を参照して導電性ボールの搭載装置の全体構造を説明する。図１において、基台１上には位置決めテーブル２が設けられており、位置決めテーブル２上には基板３が保持されている。位置決めテーブル２を駆動することにより基板３は所定位置に位置決めされる。位置決めテーブル２の側方には、導電性ボール６（以下、単に「ボール６」と略記。）を整列状態で供給するボール供給部４が配設されている。ボール供給部４にはボール６の整列治具５が配設されており、整列治具５はボール６を１個だけ収容する凹部７（図２も参照）が所定配列で設けられた整列部５ａを備えている。整列部５ａの周囲は、ボール６を貯溜する貯溜部５ｂとなっている。
【００１９】
整列治具５は傾斜機構８によって回転軸８ａの廻りに所定角度だけ回動可能となっており、この回動により整列治具５は水平位置から傾斜する。そしてこの傾斜により貯溜部５ｂ内のボール６を整列部５ａ上に移動させ、整列部５ａの凹部７内に収容することができるようになっている。
【００２０】
次にボール６を搭載する搭載機構１０について説明する。基台１の上方には、位置決めテーブル２及びボール供給部４を移動範囲として含む移動テーブル１１が配設されている。移動テーブル１１には移動プレート１１ａが水平移動可能に装着されている。移動プレート１１ａには４軸移動機構１２が結合されている。４軸移動機構１２には吸着ヘッド１３が装着されており、吸着ヘッド１３は４軸移動機構１２によって、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向への移動及びθ方向への回転移動が可能となっている。
【００２１】
図２（ａ）に示すように吸着ヘッド１３の下面には、ボール６を真空吸着して保持する多数の吸着孔１３ａが設けられている。前述の整列部５ａの凹部７の配列は、この吸着ヘッド１３の吸着孔１３ａの配列に対応したものとなっており、吸着ヘッド１３を整列部５ａに対して位置合わせして吸着ヘッド１３の下面を整列部５ａの上面に所定隙間で位置させることにより、格子状に配列された多数の吸着孔１３ａはそれぞれが凹部７と対向する。そしてこの状態で吸着ヘッド１３の内部を真空吸引することにより、整列部５ａの凹部７内に収容された状態のボール６を吸着孔１３ａに真空吸着して保持することができる。そしてボール６を保持した吸着ヘッド１３を基板３を保持した位置決めテーブル２上に移動させ、ここで吸着ヘッド１３を基板３に対して上下動させることにより、吸着ヘッド１３に保持されたボール６は基板３に搭載される。
【００２２】
このボール吸着動作において、迅速にもれなく各吸着孔１３ａにボール６を吸着するためには、吸着孔１３ａと凹部７との位置合わせを正確に行う必要がある。すなわち、吸着孔１３ａや凹部７の製作誤差による位置のばらつきや、吸着ヘッド１３と整列部５ａとの位置合わせ誤差のため、位置合わせ状態においては図２（ｂ）に示すように吸着孔１３ａと凹部７とは位置が完全に一致せず、水平方向にずれた状態となる。本実施の形態に示す導電性ボールの搭載装置では、この位置ずれを極力少なくしてボール吸着を不具合なく行えるよう、以下に説明するように、吸着ヘッド１３内および整列部５ａ内部の真空度検出結果に基づいて、相対位置の適否を判定するようにしている。
【００２３】
次に図３を参照して、ボール６の搭載装置の真空吸引系および制御系の構成について説明する。図３において、整列部５ａの下面には凹部７と連通した内部空間７ｂが設けられており、内部空間７ｂに連通した管路７ｃは、吸引制御バルブ１４を介して真空吸引源１６に接続されている。また吸着ヘッド１３に連通した管路１３ｄは、同様に吸引制御バルブ１５を介して真空吸引源１６に接続されている。
【００２４】
吸引制御バルブ１４，１５は吸引制御部１７に接続されており、真空吸引源１６を駆動した状態で、吸引制御部１７によって吸引制御バルブ１４，１５を制御することにより、整列部５ａの凹部７からの、また吸着ヘッド１３の吸着孔１３ａから真空吸引のＯＮ−ＯＦＦおよび真空吸引力を制御することができる。
【００２５】
吸着ヘッド１３内および整列部５ａの内部空間７ｂ内には、それぞれ内部の真空度を検出するための圧力センサＰＳ１，ＰＳ２の検出点Ａ，Ｂが設定されており、圧力センサＰＳ１，ＰＳ２による検出点Ａ，Ｂの圧力検出信号は圧力検出部１９に伝達される。圧力検出部１９は、これらの圧力検出信号に基づき、吸着ヘッド１３内および整列部５ａの内部空間７ｂ内の真空度を検出する。この検出結果は後述するように判定部２０による吸着ミス判定や、ボール吸着動作における吸着ヘッド１３の整列部５ａに対する相対位置の適否の判断に用いられる。
【００２６】
圧力センサＰＳ１および圧力検出部１９は、ボール吸着動作時に吸着ヘッド１３内の真空度を示す第１の圧力を検出する第１の圧力検出手段（吸着ヘッド圧力検出手段）となっており、圧力センサＰＳ２および圧力検出部１９は、ボール吸着動作時に整列部５ａの内部空間７ｂの真空度を示す第２の圧力を検出する第２の圧力検出手段（整列部圧力検出手段）となっている。
【００２７】
機構制御部１８は、搭載機構１０の動作を制御する。判定部２０は、圧力検出部１９による吸着ヘッド１３内および整列部５ａの内部空間７ｂ内の圧力検出結果に基づき、吸着ヘッド１３によるボール６の吸着ミスの有無を判定する。吸引制御部１７、機構制御部１８、圧力検出部１９および判定部２０は、ボール吸着動作および搭載動作を制御する制御部２３を構成している。
【００２８】
表示部２１はＣＲＴなどの表示モニタであり、圧力検出部１９による吸着ヘッド１３内および整列部５ａの内部空間７ｂ内の圧力検出結果を表示するとともに、判定部２０による判定結果を表示する。操作・入力部２２は、キーボードなどの入力手段であり、制御部２３への各種データ入力、操作指令入力を行う。
【００２９】
ここで図４、図５を参照して、吸着ヘッド１３によって整列部５ａに整列されたボール６を吸着する際の位置合わせ状態と、吸着ヘッド１３内および整列部５ａの内部空間７ｂ内の圧力との関連について説明する。図４（ａ）は、吸着ヘッド１３と整列部５ａの相対位置が正しく位置合わせされ、吸着孔１３ａと凹部７が位置ずれを生じることなく一致した状態を示している。また図４（ｂ）は、上記状態における吸着ヘッド１３の内部１３ｃの検出点Ａおよび整列部５ａの内部空間７ｂ内の検出点Ｂの圧力（大気圧相当圧力を０とした相対圧力）の時間的変化を示している。
【００３０】
図４（ａ）に示す状態では、吸着孔１３ａと凹部７との位置ずれがないため、吸着ヘッド１３を真空吸引すると短時間のうちに凹部７内のボール６は吸引孔１３ｂからの真空吸引力に捕捉され、吸着孔１３ａに吸着される。これにより吸引孔１３ｂが閉塞されるため、図４（ｂ）の圧力検出線Ｌ（Ａ）に示すように、吸着ヘッド１３内の検出点Ａの圧力は、真空吸引源１６の吸引圧に見合った真空度まで低下する。
【００３１】
このとき、整列部５ａの内部空間７ｂは真空吸引されないため、検出点Ｂの圧力は、圧力検出線Ｌ（Ｂ）に示すように、時間の経過に関係なく大気圧にほぼ等しい圧力を示す。すなわち、２つの圧力検出線Ｌ（Ａ），Ｌ（Ｂ）の間には、ボール６が吸着されたタイミングにおいて差圧ΔＰが発生する。
【００３２】
次に、吸着ヘッド１３と整列部５ａの相対位置がずれている場合について説明する。この場合には、図５（ａ）に示すように吸着孔１３ａと凹部７が位置ずれした状態にあり、ボール６は吸着孔１３ａに吸着されないまま凹部７内に残留している。また図５（ｂ）は、同様に吸着動作時における検出点Ａ，Ｂの圧力の時間的変化を示している。
【００３３】
図５（ａ）に示す状態では、吸着孔１３ａと凹部７との位置ずれにより、吸着ヘッド１３を真空吸引しても凹部７内のボール６は、吸着孔１３ａに吸着されないまま凹部７内で上下左右にランダムに移動する不安定な挙動を示す。このため、吸引孔１３ｂはボール６によって閉塞されず、吸引孔１３ｂは凹部７の吸引孔７ａと連通した状態となる。
【００３４】
そしてこの状態で吸着ヘッド１３の内部の真空吸引を継続して行うと、矢印ａに示すように、整列部５ａの内部空間７ｂも共に真空吸引される。この結果、図４（ｂ）の圧力検出線Ｌ（Ａ），Ｌ（Ｂ）に示すように、検出点Ａの圧力と検出点Ｂの圧力はほぼ等しくなる。すなわち、２つの圧力検出線Ｌ（Ａ），Ｌ（Ｂ）の間には、差圧ΔＰはほとんど発生しない。
【００３５】
上記説明したように、吸着ヘッド１３によって、整列部５ａからボール６を吸着する際には、図４（ａ）に示すように全ての吸着孔１３ａに正しくボール６が吸着されている場合には、検出点Ａ，Ｂ間の差圧ΔＰが明瞭に現れる。これに対し、図５（ａ）に示すように、吸着孔１３ａにボール６が正しく吸着されていない場合には、検出点Ｂの圧力が検出点Ａの圧力に追随することから、差圧ΔＰが発生しない。
【００３６】
したがって、吸着ヘッド１３を整列部５ａに対して位置合わせする吸着位置のティーチング時において、上述のような検出点Ａ，Ｂの圧力検出結果に基づいて、位置合わせの適否を判断することができる。すなわち、正しく位置合わせがなされた状態における差圧ΔＰを実測により求めてしきい値として設定しておき、このしきい値の条件を満たすような吸着ヘッド１３と整列部５ａとの相対位置を、正しい吸着位置として求める。
【００３７】
以下、図６を参照して吸着位置について説明する。図６（ａ）は、ボール吸着時に整列治具５の整列部５ａ上に吸着ヘッド１３を下降させた状態を平面的に示すものである。この位置合わせは、吸着ヘッド１３の位置を代表的に示すために定義される中心点１３ｄ（吸着ヘッド１３の下面の重心点で定義される。）を特定座標点（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）に、また吸着ヘッド１３の方向を示す方向線Ｌを特定角度θ０に合わせることによって行われる。
【００３８】
この位置合わせによって、整列部５ａに設けられた多数の凹部７と吸着ヘッド１３の下面の多数の吸着孔１３ａとが、平均的に大きな偏りを生じることなく対向した状態になるような特定座標点および特定角度を求めることにより、最適な吸着位置が設定される。本実施の形態では、前述のようにこの最適な吸着位置を、前述の検出点Ａ，Ｂの圧力検出結果に基づいて行うようにしている。すなわち図６（ｂ）に示すように、格子状に定ピッチで定められた候補点Ｐ（ｉ）について実際にボール吸着動作を行い、このときの検出点Ａ，Ｂの圧力検出結果を表示部２１に表示させる。
【００３９】
そして表示結果を作業者が目視で確認して、しきい値以上の差圧ΔＰが得られたか否かを判断することにより、当該候補点Ｐ（ｉ）の吸着位置としての適否が判定される。もちろん、判定部２０によって差圧ΔＰのしきい値との比較を自動判定させ、判定結果のみを表示部２１に表示させるようにしてもよい。
【００４０】
なお上記例では、検出点Ａ，Ｂの圧力の差圧ΔＰに基づく判定の例を示しているが、図４（ｂ）、図５（ｂ）に示すように、圧力検出線Ｌ（Ａ）はいずれの場合においても真空吸引源１６の吸引圧に見合った圧力変化を示しており、位置ずれの有無によって圧力検出結果が大きく異なるのは検出点Ｂの圧力であることから、検出点Ｂの圧力検出結果のみ、すなわち整列部５ａの内部空間７ｂの真空度を示す圧力を検出する圧力検出手段の検出結果のみ表示部２１に表示させて、上記判定を行うようにしてもよい。この場合には、検出点Ｂの検出圧力が、時間の経過に関係なくほぼ大気圧に等しいことが吸着位置適否の判定基準となる。
【００４１】
次に、吸着ヘッド１３によるボール吸着動作時におけるボール６の吸着ミスの有無判定について説明する。前述のように、ボール吸着においては吸着ヘッド１３の各吸着孔１３ａにボール６が正しく吸着されている場合には、図４（ｂ）に示すような圧力検出結果を得ることから、このような圧力検出結果が得られた場合に、吸着ヘッド１３によってボール６が吸着ミスなく正しく吸着されたと判断する。すなわち、圧力検出部１９による検出点Ａ，Ｂの圧力検出結果を、判定部２０によって吸着位置の位置合わせの場合と同様のしきい値と比較することにより吸着ミスの有無が判定され、この判定結果が表示部２１によって表示される。またこの場合においても、前述の位置合わせの適否判定と同様に、内部空間７ｂの検出点Ｂの圧力検出結果のみに基づいて、上記判定を行うようにしてもよい。
【００４２】
ここで吸着ヘッド１３の吸着ミスには、発生原因の相違によって２つの態様が存在する。以下、図７、図８を参照して説明する。図７は、整列部５ａにおけるボール６の整列は正常に行われ、吸着ヘッド１３による吸着動作時に、吸着ミスが発生する場合を示している。すなわち、図７（ａ）に示すように、整列部５ａの各凹部７には全てボール６が１個づつ収容されており、これらのボール６を吸着ヘッド１３によって吸着する際に、図７（ｂ）に示す矢印＊の位置にボール６が吸着されず凹部７内に残留する形態で吸着ミスが生じる。
【００４３】
このような吸着ミスは、吸着孔１３ａと凹部７とが位置ずれしているような場合に生じるものである。このような吸着ミスが発生した状態では、ボール６が吸着されていない吸着孔１３ａを介して、吸着ヘッド１３と整列部５ａの内部空間７ｂが部分的に連通する。したがって、図５に示す場合と同様の理由で、検出点Ａ，Ｂの圧力検出結果は、図５（ｂ）に示すパターンと類似のパターンとなる。
【００４４】
このとき、吸着ミスの度合いによって検出点Ｂの圧力検出結果が異なり、大部分の吸着孔１３ａで吸着ミスが生じている場合には図５（ｂ）とほぼ同様のパターンとなり、部分的にのみ吸着ミスが生じている場合には吸着ヘッド１３内部と整列部５ａの内部空間７ｂの連通度合いに応じた差圧ΔＰを示す。
【００４５】
次に、整列部５ａにおけるボール６の整列が正しく行われなかったことに起因して、吸着ミスが発生する場合について説明する。すなわち、図８（ａ）に示すように、整列部５ａの各凹部７のうち、矢印＊に示す凹部７には整列ミスによりボール６が収容されていない。そしてこのような状態の整列部５ａに吸着ヘッド１３を位置合わせして吸着動作を行わせると、図８（ｂ）に示す矢印＊の位置にはボール６が存在しない吸着ミスが生じる。
【００４６】
このような吸着ミスは、吸着動作時の位置合わせなど吸着動作自体に無関係に発生するものである。このような場合においても、図７に示す場合と同様に、吸着ヘッド１３と整列部５ａの内部空間７ｂが部分的に連通することから、検出点Ａ，Ｂの圧力検出結果は、前述の吸着ミスの場合と同様のパターンとなる。
【００４７】
すなわち、図７、図８のいずれの場合においても、吸着ミス、すなわち吸着ヘッド１３によるボール吸着動作後に吸着孔１３ａのいずれかに正しくボール６が吸着されていない場合には、圧力検出結果は同様のパターンとなり、これによって原因の如何を問わず、ボール吸着動作後における吸着ミスの有無を判定することができる。
【００４８】
このように、本実施の形態に示す導電性ボールの搭載においては、吸着ヘッド１３内の圧力を検出する第１の圧力検出手段およびまたは整列部５ａの凹部７と連通する内部空間７ｂ内の圧力を検出する第２の圧力検出手段の検出結果に基づいて、吸着位置の適否判定および吸着ミスの有無判定を行うようにしている。このような方法を採用することにより、目視によって確認することが困難な吸着ヘッドの位置合わせの適否を、精度よく判定することができるとともに、吸着ミスの有無をも併せて判定することが可能となっている。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、上面に１個の導電性ボールを収容可能な凹部が所定の配列で複数設けられ凹部と連通する内部空間を備えた整列部から導電性ボールを吸着するボール吸着動作において、吸着ヘッド内の第１の圧力および前記整列部の内部空間の第２の圧力をそれぞれ検出する第１の圧力検出手段および第２の圧力検出手段の検出結果に基づいて、吸着ヘッドの整列部に対する相対位置の適否を判定することにより、ボール吸着動作時における吸着ヘッドの整列部に対する相対位置の適否および吸着ヘッドによる導電性ボールの吸着ミスの有無を精度よく判定することができる。
【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吸着ヘッドの吸着孔および整列部の凹部の説明図
【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真空吸引系および制御系の構成を示すブロック図
【図４】本発明の一実施の形態の導電性ボールの吸着動作における圧力変化の説明図
【図５】本発明の一実施の形態の導電性ボールの吸着動作における圧力変化の説明図
【図６】本発明の一実施の形態の導電性ボールの吸着動作における吸着ヘッドと整列部の位置合わせの説明図
【図７】本発明の一実施の形態の導電性ボールの吸着動作における吸着ミスの説明図
【図８】本発明の一実施の形態の導電性ボールの吸着動作における吸着ミスの説明図
【符号の説明】
３  基板
５ａ  整列部
６  ボール
７  凹部
７ｂ  内部空間
１３  吸着ヘッド
１３ａ  吸着孔
１９  圧力検出部
２０  判定部
２１  表示部
Ａ，Ｂ  検出点
ＰＳ１，ＰＳ２  圧力センサ
【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】
0003903723.tif 000007
【図７】
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【図８】
0003903723.tif 000009