(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工品を支持するステージと、はんだボールを収納するトレイと、はんだボールよりもわずかに大径で、はんだボールの径よりもわずかに浅い深さを有する凹部が先端部に設けられていて、前記トレイに収納されたはんだボールを１つのみ吸着し、吸着したはんだボールを被加工品に貼り付けるためのノズルと、ノズルと前記被加工品のはんだボールの貼り付け位置とを位置合わせして貼り付ける制御部とにより構成されるはんだボール貼付装置であって、
前記トレイには、前記ノズルが進入する部分にシャッターが設けられていて、該シャッターは、前記ノズル中央部分から前記ノズルの外側部分へ向けて放射状に切り込みが設けられていることを特徴とするはんだボール貼付装置。
【請求項２】
前記制御部が、被加工品のはんだボールの貼り付け位置を撮影するためのカメラと、カメラにより撮影された画像を処理する演算装置と、演算装置の演算結果に基づいて、ノズルと被加工品のはんだボールを貼り付ける位置とを位置合わせするための位置合わせ機構を備えていることを特徴とする請求項１記載のはんだボール貼付装置。
【請求項３】
前記シャッターは切り込みの中心部周辺において、切り込みの外側から切り込みの中心側にかけて徐々に部材厚が薄くなるテーパー状に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のはんだボール貼付装置。
【請求項４】
前記シャッターはゴムからなることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のはんだボール貼付装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＢＧＡ、ＣＳＰ素子等を実装するために、はんだボール等の球状体を基板などの被加工品に貼り付ける装置に関し、より詳細には、ノズルがはんだボール等の球状体を常に一つずつ吸着し、被加工品に貼り付けることを可能とした球状体の貼付装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＢＧＡやＣＳＰ素子等を実装する場合において、はんだボール等の球状体を基板等の被加工品に貼り付ける方法は、基板のはんだボールを貼り付ける位置に合わせて貫通孔を設けた治具により、はんだボールを基板に誘導して、基板にはんだボールを貼り付けするものが多い。また、試作基板は、はんだボールの貼り付け位置を特定することが困難であることから、はんだボールの貼り付け位置を顕微鏡をのぞきながら確認して手作業によりはんだボールを貼り付ける方法が主流であった。
しかしながら、試作基板等においては、基板を試作するたびに治具を製作すると、時間とコストがかかりすぎてしまい、製品のコストアップにつながるといった課題があった。そこで、はんだボールの貼り付け作業を自動化するために、はんだボールをエアの吸引により吸着するノズルと、基板のパターンを認識して、認識結果からはんだボール貼付位置を選択可能なプログラムを格納した記憶装置を備えたはんだボール貼付装置が提供された。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これにより、はんだボールの貼り付け作業が自動化されたものの、はんだボールが小型になってきたりすると、非常に軽量になるため、エアの吸引によりノズル先端部に複数のはんだボールが吸着されてしまう場合があり、はんだボールを１つずつ正確に基板へ貼り付けることが非常に困難であるという課題があった。
また、はんだボールが収納されているトレイには、ノズルの進入部分が設けられており、はんだボールをノズルに吸着させやすくするために、トレイ内にエアを送り、はんだボールを攪拌させているが、はんだボールがノズルの進入部分から外部に吹き飛ばされてしまうといった課題もあった。
このように、はんだボール貼付装置に代表される球状体の貼付装置球状体が小さくなると正確な貼り付け作業や整然とした作業環境の確保が困難であるという課題を有している。
【０００４】
そこで、本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、はんだボールの貼付装置において、はんだボールをノズルに一つだけ吸着支持することができて、はんだボールの貼り付け操作を確実に行うことができ、また、はんだボールの収納トレイからはんだボールが吹き飛ばされないようにすることを可能とするはんだボール貼付装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するべく、本発明は以下の構成を備える。
すなわち、被加工品を支持するステージと、はんだボールを収納するトレイと、はんだボールよりもわずかに大径で、はんだボールの径よりもわずかに浅い深さを有する凹部が先端部に設けられていて、前記トレイに収納されたはんだボールを１つのみ吸着し、吸着したはんだボールを被加工品に貼り付けるためのノズルと、ノズルと前記被加工品のはんだボールの貼り付け位置とを位置合わせして貼り付ける制御部とにより構成されるはんだボール貼付装置であって、前記トレイには、前記ノズルが進入する部分にシャッターが設けられていて、該シャッターは、ノズル中央部分からノズルの外側部分へ向けて放射状に切り込みを設けることにより形成されていることを特徴とするはんだボール貼付装置である。
また、前記制御部が、被加工品のはんだボールの貼り付け位置を撮影するためのカメラと、カメラにより撮影された画像を処理する演算装置と、演算装置の演算結果に基づいて、ノズルと被加工品のはんだボールを貼り付ける位置とを位置合わせするための位置合わせ機構を備えていることを特徴とするはんだボール貼付装置である。
これらにより、はんだボールを基板等に貼り付ける際に、吸着ノズルを基板等に接近させることができるようになったので、はんだボールを正確に基板に貼り付けを行うことができる。
【０００６】
また、前記シャッターは切り込みの中心部周辺において、切り込みの外側から切り込みの中心側にかけて徐々に部材厚が薄くなるテーパー状に形成されていることを特徴とするはんだボール貼付装置である。
また、前記シャッターはゴムからなることを特徴とするはんだボール貼付装置である。
これらにより、はんだボールの収納トレイからはんだボールが吹き飛ばされるおそれがなくなる。また、吸着ノズルにはんだボールが複数吸着されそうになった場合において、シャッターがすり切りの作用をなすので、吸着ノズルには常に一つのはんだボールが吸着されるようになる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る球状体の貼付装置の好適な実施の形態について図面と共に詳細に説明する。なお、本実施の形態においては、基板にはんだボールを貼り付けるためのはんだボール貼付装置に本発明を適用したものについて説明をすすめていくことにする。
図１は、はんだボールの貼付装置の全体構成を示す説明図である。本実施の形態のはんだボール貼付装置１０は、被加工品としての基板１２を供給するベルトコンベア１４と、基板１２をエアにより吸着固定するステージ１６と、ステージ１６を支持して、Ｘ−Ｙ方向に移動可能な第１のテーブル１８と、はんだボール２０を収納するトレイ２２と、トレイ２２をＹ方向に移動させるための第２のテーブル２４と、収納トレイ２２に収納されているはんだボール２０を吸着し、基板１２に貼り付けるためのノズル２６と、基板１２の配線パターンを撮影するためのカメラ２８および、カメラ２８により撮影された基板１２の配線パターンの画像データに基づいて、基板１２へのはんだボール２０の貼り付けを制御する制御部とを備える。
【０００８】
ベルトコンベア１４ははんだボール２０を貼り付けする基板１２をステージ１６近傍まで搬送するための搬送手段である。
ステージ１６はＸ−Ｙ方向に移動可能な第１のテーブル１８に設けられ、第１のテーブル１８の移動と共に基板１２がＸ−Ｙ方向に移動可能となっている。さらに、基板１２をエアの吸引により吸着固定するための吸着孔１６ａが設けられている。
本実施の形態のはんだボール貼付装置１０で使用しているはんだボール２０は、直径が約０．３ｍｍであり、トレイ２２に収納されている。トレイ２２は第２のテーブル２４に載置され、Ｙ方向に移動可能になっている。第１のテーブル１８および第２のテーブル２４は演算装置等を備えた制御部により位置の調整がなされる。
２８はカメラである。カメラ２８はＣＣＤなどに代表される小型カメラが主に用いられている。カメラ２８によって撮影された映像は、制御部に備えられた演算装置により処理され、モニタ３０に画像データとして表示される。モニタ３０は、基板１２へのはんだボール２０の貼り付け位置を選択可能とするプログラムと連携しており、モニタ３０を見ながら、はんだボール２０の貼り付け位置を決定することが可能な構成になっている。
【０００９】
図２ははんだボールをノズルにより吸着させる機構を示す説明図である。図３はノズル先端部の構造を示す説明図である。また、図４はトレイのシャッターの平面図である。図５はノズルとシャッターとの相互の関係を示す説明図である。
２６はエアの吸引により、はんだボール２０を吸着固定し、基板１２に貼り付けるためのノズルである。ノズル２６は図３に示すように、外側円筒部２６ａと内側円筒部２６ｂとを接着により一体に形成した二重構造に形成される。外側円筒部２６ａの内径は、はんだボール２０の径よりわずかに大きく形成され、内側円筒部の内径は、はんだボールの径より小さく形成されている。
【００１０】
このようにして組み立てられたノズル２６の先端部には、はんだボール２０の径よりわずかに広い内径で、はんだボール２０の径よりわずかに浅い深さを有する凹部２６ｃが形成される。これにより、内側円筒部２６ｂにはんだボール２０を吸着させた状態で、はんだボール２０が外側円筒部２６ａと内側円筒部２６ｂで囲まれた凹部２６ｃ内に収納されるようになっている。
本実施の形態における凹部２６ｃは、ノズル先端の凹部２６ｃにはんだボール２０を吸着させた状態で、はんだボール２０の外面の一部がノズル先端から突出するように形成されている。
【００１１】
このようにノズル２６を外側円筒部２６ａの内側に内側円筒部２６ｂを引き込ませて設けた二重構造としたことにより、吸着されたはんだボール２０を基板１２に貼り付けする際においては、ノズル２６の先端面を基板１２のはんだペーストの直前まで接近させた位置ではんだボール２０を貼り付けることが可能になる。ノズル２６の先端面を基板１２のはんだペーストに近づけてはんだボール２０のエア吸着を解除すると、ノズル２６の外側円筒部２６ａの内側側壁によりガイドされてはんだボール２０が落下することにより、はんだボール２０を基板１２に対して精密に位置決めして貼り付けすることが可能となる。
【００１２】
図２において、２２ははんだボール２０を収納するトレイである。トレイ２２には、ノズル２６が進入可能なシャッター２２ａを設けている。シャッター２２ａはトレイ２２の上蓋に相当する部分に設けられ、シリコンゴム等の滑りのよい材料により形成され、図４に示すようにノズル２６の進入口として、ノズル２６の中心軸との交点から外側に向けて放射状に延びる平面視十文字型に形成された切り込み２２ｂが設けられている。トレイ２２からはんだボール２０を取り出す際は、切り込み２２ｂの中心からトレイ２２にノズル２６を進入させる。ノズル２６を切り込み２２ｂの中央部分からトレイ２２に進入させると、シャッター２２ａが図５の破線の状態に弾性変形する。
【００１３】
エア供給手段によりトレイ２２の下部からはトレイ２２内にエアが常時送入されており、これによってはんだボール２０が攪拌されている。ノズル２６からエアを吸引すると、ノズル２６の先端の凹部２６ｃにはんだボール２０が吸着する。はんだボール２０は非常に軽量であるため、ノズル２６の凹部２６ｃ以外にもエア吸引力によりはんだボール２０、２０、・・・が図５に示すようにブドウの房状に吸引されてしまう。本発明によれば、ノズル２６をトレイ２２から抜き出す際に、シャッター２２ａがノズル２６に吸引されたはんだボール２０、２０、２０・・・をすり切りする状態になるため、ノズル先端の凹部２６ｃ以外に吸着されたはんだボール２０、２０、・・・はトレイ２２内に払い落とされることになる。したがって、ノズル２６がトレイ２２から引き抜かれた時には、ノズル先端の凹部２６ｃに一つのはんだボール２０が吸着された状態にすることができるのである。
【００１４】
図６はシャッターの他の実施の形態を示す説明図である。
本実施の形態においては、トレイ２２の上蓋部分に設けられたシャッター２２ａの切り込み部の先端部周辺の形状を根元（外側）部分から先端（中央）部分に徐々に部材の厚さが薄くなるようなテーパー状に形成したことを特徴としている。部材の厚さを薄く形成した部分が変形しやすくなっていることにより、シャッター２２ａを介してトレイ２２内にノズル２６が進入した場合、ノズル２６の進入に伴い、シャッター２２ａの切り込みの先端部分（中央部分）が変形して、シャッター２２ａの切り込みの先端部分（中央部分）部分は、ノズル２６の外周面にならって折れ曲がるようにして変形し、根元（外側）部分の変形量は小さくなる。
【００１５】
シャッター２２ａは、ノズルと接触する部分の近傍において、根元（外側）から先端（中央側）部分にかけて部材の厚さが徐々に薄くなるようなテーパー状に形成されていることにより、ノズル２６に対してシャッター２２ａが鋭角に接触し、ノズル２６とのすべり性が向上し、ノズル２６がトレイ２２から引き抜かれる際においては、ノズル２６に吸着したはんだボール２０をすり切りする効果が向上して、より確実に余分なはんだボール２０を取り除くことができる。
【００１６】
また、シャッター２２ａの根元（外側）部分の変形量が大きいと、ノズル２６を進入させた際にシャッター２２ａの切り込み部分に隙間が生じ、トレイ２２内にエアを吹き込んではんだボール２０を攪拌させると、トレイ２２からはんだボール２０が飛び出してしまうことが考えられる。本実施の形態のように、シャッター２２ａの根元（外側）部分を厚く形成し、その部分の変形量を小さくすると、シャッター２２ａの切り込み部分に隙間が生じにくくなり、トレイ２２の内部からはんだボール２０が飛び出してしまうことを効果的に防止することができる。
【００１７】
さらに、図７に示すようにシャッター２２ａの切り込み数を増やすことによっても、シャッター２２ａの先端（中央）部分の変形量を大きくして、根元（外側）部分の変形量を小さくさせることによりトレイ２２の密閉性を高めることや、ノズル２６に吸着された余分なはんだボール２０をすり切りする効果を高めることができる。
【００１８】
さらにまた、図８に示すようにシャッター２２ａを二重構造としてもよい。図８におけるシャッター２２ａは、上側半分２２ｂをＮＢＲにより成形し、下側半分２２ｃをウレタンにより成形し、上側半分２２ｂと下側半分２２ｃを接着剤または溶融により一体に形成した二重構造としたものである。また、他の実施の形態と同様に、シャッター２２ａは、根元（外側）から先端（内側）部分にかけて部材の厚さが徐々に薄くなるようなテーパー状に形成されている。
このようなシャッター２２ａにおいて、上側半分２２ｂの部材材料に耐磨耗性に優れたものを用いることにより、ノズル２６との接触による劣化を抑えることができ、また、下側半分２２ｃの部材材料に強度の高いものを用いることにより、シャッター２２ａの強度およびすり切り性を確保することが可能である。これにより、劣化が少なく、すり切り性の高いシャッター２２ａとすることができ、好適である。
【００１９】
続いて、本発明におけるはんだボール貼付装置１０により基板１２にはんだボール２０を貼り付ける手順について説明する。図９は、はんだボール貼付装置の作動状態を示す説明図である。
まず、基板１２がベルトコンベア１４により搬送されてくる（Ｓ１）。所定位置まで基板１２が搬送された後、第１のテーブル１８に設けられたステージ１６に載置され、ステージ１６の吸着孔１６ａからエアを吸引することにより吸着固定される（Ｓ２）。
カメラ２８によりステージ１６上の基板１２のパターンを撮影し、撮影画像が演算装置（図示せず)に送信される（Ｓ３）。演算装置では、撮影画像を解析し、基板１２のパターンをモニタ３０に出力する（Ｓ４）。モニタ３０に出力されたパターンは、はんだボール２０を基板１２に貼り付ける位置を選択する演算装置内のプログラムと連携しており、モニタ３０の画面上で、貼り付け位置を決定することができる。
【００２０】
オペレータにより貼り付け位置が決定されると、はんだボール２０を収納しているトレイ２２がノズル２６に接近する（Ｓ５）。ノズル２６がトレイ２２のシャッター２２ａ部分からトレイ２２内に進入し、トレイ２２の下部から図示しないエア供給手段によりエアを吹き込んでトレイ２２内のはんだボール２０を攪拌させる。続いて、ノズル２６がエアを吸引すると、攪拌されていたはんだボール２０がノズル２６の先端部付近に吸着される（Ｓ６）。
ノズル２６をトレイ２２から引き抜きながら、ノズル２６先端部に吸着されている余分なはんだボール２０をシャッター２２ａによりすり切り、ノズル２６先端の凹部２６ｃに一つのはんだボール２０を吸着させる（Ｓ７）。
【００２１】
ノズル２６がトレイ２２から完全に引き抜かれると、トレイ２２が本装置の奥側に引き下がる（Ｓ８）。トレイ２２が引き下がった後、ノズル２６が第１のテーブル１８上のステージ１６に吸着された基板１２に接近し、先にオペレータにより決定された、はんだボール２０の貼り付け位置にはんだボール２０を貼り付ける（Ｓ９）。ステージ１６には、ヒータ（図示せず)が設けられており、はんだボール２０を貼り付けする前に基板１２のはんだペーストを加熱する。
はんだペーストが十分加熱されたら、ノズルのはんだボール２０を基板１２に貼り付ける。はんだボール２０は、ノズル２６のエア吸引を解除することにより、直接基板１２に貼り付ける場合と、ノズル２６の内部から圧縮空気等をはんだボール２０に吹き付けることにより、はんだボール２０をノズル２６先端の凹部２６ｃから離れさせ、基板１２の貼り付け位置のはんだペーストにはんだボール２０を貼り付ける。
【００２２】
はんだボール２０はノズル２６から離れ、貼り付け位置のはんだペーストまで自由落下する。はんだボール２０は非常に軽量であるため、わずかな空気の流れがあってもその影響を受け、所定位置から位置ずれしてはんだペーストに貼り付いてしまうことがあったが、ノズル２６先端の凹部２６ｃを構成する外側円筒部２６ａの内側側壁により、はんだボール２０は落下する方向がガイドされているので、空気の流れの影響を受けにくくなり、はんだボール２０を基板１２のはんだペーストの位置にピンポイントで貼り付けることが可能になる。以上（Ｓ１〜Ｓ９）の動作を繰り返すことにより、基板１２の所定位置すべてにはんだボール２０を貼り付ける。
以上に説明した各可動部分は図示しない制御部によりそれぞれの動作が制御されている。
【００２３】
基板１２の所定位置のすべてにはんだボール２０が貼り付けられた後、再びカメラ２８により基板を撮影する（Ｓ１０）。撮影画像が演算装置（図示せず)に送信され、演算装置が撮影画像を解析し、基板１２の状態をモニタ３０に出力する（Ｓ１１）。これにより、基板１２の所定位置にはんだボール２０が貼り付けられているか否か、また、はんだボール２０の貼り付け状態を確認することができるため、高品位な基板１２を製作することが可能である。
【００２４】
以上に説明したように、本発明を適用したはんだボールの貼付装置によれば、ノズル先端部に吸着させるはんだボール２０は常に１つにすることができるため、基板１２の所定位置のはんだペーストにはんだボール２０を貼り付けることができる。また、シャッター２２ａを設けていることにより、ノズル２６に余分に吸着されたはんだボール２０をすり切りしてトレイ２２内に落下させることができ、ノズル２６をトレイ２２から引き抜いた際に、ノズル２６に余分に吸着されたはんだボール２０が散らばってしまうことがない。
【００２５】
本発明に係るはんだボール貼付装置１０は、以上に説明した実施の形態に限定されるわけではない。例えば、ベルトコンベア１３等の搬送部を省略し、人手で被加工物をステージ１６に載置する半自動装置とすれば、本体の製造コストを抑えることが可能である。また、ノズル２６は複数の部材を接着するのではなく、単体で形成してもよい。さらに、シャッター２２ａはトレイ２２の上蓋部分ではなく、側壁部分に設けてもよいし、実施の形態で説明したように一枚のゴム板に切り込みを入れて形成するだけでなく、小片のゴム板を複数枚ラップさせてシャッター２２ａを形成してもよい。さらにまた、シャッターはプラスチックや金属等からなるものでも本発明を構成することは十分に可能である。このように発明の精神を逸脱しない限り、実施の形態を変更してもかまわないのはもちろんである。
【００２７】
【発明の効果】
ノズル先端部にはんだボールよりわずかに広い内幅と、はんだボールよりわずかに浅い深さを有する凹部を設けることにより、はんだボールが多数収納されているトレイにノズルを進入させ、エアを吸引することによりはんだボールをノズル先端部に吸着させる際において、常に一つのはんだボールだけを吸着させやすくすることができる。
また、トレイの上蓋部分にシャッターを設けていることにより、ノズル先端凹部以外に吸着された余分なはんだボールをすり切りし、ノズル先端部分から落下させることができるため、ほぼ確実にノズル先端部分に吸着されるはんだボールを一つにすることができる。また、ノズルをトレイから引き抜く際に、トレイ中のはんだボールが飛び出してくるおそれがないため、トレイ周りが散らかることがなく、はんだボールを節約することができる。
【００２８】
さらに、シャッターはその先端部周辺において、外側から先端側にかけてシャッターの厚さが徐々に薄くなるようなテーパー状に形成されていることにより、ノズルに対して鋭角に接触することになるので、ノズルに吸着されたはんだボールのすり切り効率が向上する。また、部材厚の小さい部分が主に変形するため、シャッター全体としての変形量が減少するので、切り込み部分に生じる隙間が小さくなり、トレイ内のはんだボールが飛び出しにくくなる。
さらにまた、シャッターをゴム製としたことにより、すべり性がよくなり、さらにすり切り効果が向上するなどといった著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】はんだボールの貼付装置の全体構成を示す説明図である。
【図２】はんだボールをノズルにより吸着させる機構を示す説明図である。
【図３】ノズル先端部の構造を示す説明図である。
【図４】トレイのシャッターの平面図である。
【図５】ノズルとシャッターとの相互の関係を示す説明図である。
【図６】シャッターの他の実施の形態を示す説明図である。
【図７】シャッターの他の実施の形態を示す平面図である。
【図８】シャッターの他の実施の形態を示す平面図である。
【図９】はんだボール貼付装置の作動状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  はんだボール貼付装置
１２  基板
２０  はんだボール
２２  トレイ
２２ａ  シャッター
２６  ノズル
２６ａ  外側円筒部
２６ｂ  内側円筒部
２６ｃ  凹部
２８  カメラ
【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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