(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性ボールを貯溜したボール供給部に対して吸着ヘッドを上下動作を行わせてこの吸着ヘッドの下面に形成された複数個の吸着孔に導電性ボールを真空吸着してピックアップし、この吸着ヘッドをワークに対して相対的に移動させて導電性ボールをワークに移載する導電性ボールの移載方法であって、
吸着ヘッドをボール供給部に対して下降させる際に吸着ヘッド内の真空度を真空センサにより計測するようにし、
吸着ヘッドの下面がボール上面と一致するタイミングにおける真空度であるボール上面真空度をボール上面検出のしきい値とし、このしきい値に対応するタイミングにおける吸着ヘッドの高さ位置を検出することにより、ボール上面の高さ位置を検出するものであり、
第１回目のボール上面検出結果と第２回目のボール上面検出結果からこの間のボール上面高さ位置の変化量を求め、この変化量をこの間に行われた吸着回数で除することにより吸着ヘッドによる吸着動作１回あたりの前記ボール供給部のボール上面の高さ位置の変化量を示すボール上面下降量を求め、各吸着動作時のボール供給部に対する吸着ヘッドの下降量を前記ボール上面下降量に基づいて決定することを特徴とする導電性ボールの移載方法。
【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ワークに移載する導電性ボールの移載方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フリップチップやＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）などのバンプ付きの電子部品を製造する方法として、半田ボールなどの導電性ボールを用いる方法が広く用いられている。また導電性ボールをチップや基板などのワークに移載する方法として、吸着ヘッドを用いる方法が知られている。
【０００３】
この方法は容器などに貯溜された導電性ボールを吸着ヘッドの下面に多数形成された吸着孔に真空吸着してピックアップし、吸着ヘッドをワークの上方に移動させてこれらの導電性ボールをワークの電極上に移載するものであり、多数の導電性ボールを一括してワークに移載できるので作業性がよいという利点がある。
【０００４】
ところで、貯溜状態の導電性ボールを真空吸着する際に、各吸着孔に対して１つの導電性ボールを確実にかつ速やかに真空吸着させるためには、吸着ヘッドの下面を導電性ボール層に対して適切な高さ位置に保持した状態で真空吸着を行う必要がある。このため、従来より導電性ボールの移載装置はボール上面の検出機能を備え、ボール上面の高さ位置を検出しながら吸着ヘッドの下降位置を設定することが行われていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の方法では、吸着ヘッドによるピックアップ動作時に吸着ミスが検出された場合に吸着ヘッドの吸着高さ位置の不良と判断し、この場合には再度ボール上面検出を行って吸着ヘッドの下降位置を再設定するようにしていた。このため、各吸着動作時の吸着ヘッドのボール上面に対する相対位置は必ずしも最適な位置に保たれず、安定した吸着が行えないという問題点があった。また、このような吸着不安定を解消するためにボール上面の検出回数を増やすと、検出動作に要する時間の割合が増大しボール移載作業の効率が低下するという問題点があった。
【０００６】
そこで本発明は、上記問題点を解消し効率よく安定して導電性ボールを真空吸着することができる導電性ボールの移載方法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】
本発明の導電性ボールの移載方法は、導電性ボールを貯溜したボール供給部に対して吸着ヘッドを上下動作を行わせてこの吸着ヘッドの下面に形成された複数個の吸着孔に導電性ボールを真空吸着してピックアップし、この吸着ヘッドをワークに対して相対的に移動させて導電性ボールをワークに移載する導電性ボールの移載方法であって、吸着ヘッドをボール供給部に対して下降させる際に吸着ヘッド内の真空度を真空センサにより計測するようにし、吸着ヘッドの下面がボール上面と一致するタイミングにおける真空度であるボール上面真空度をボール上面検出のしきい値とし、このしきい値に対応するタイミングにおける吸着ヘッドの高さ位置を検出することにより、ボール上面の高さ位置を検出するものであり、第１回目のボール上面検出結果と第２回目のボール上面検出結果からこの間のボール上面高さ位置の変化量を求め、この変化量をこの間に行われた吸着回数で除することにより吸着ヘッドによる吸着動作１回あたりの前記ボール供給部のボール上面の高さ位置の変化量を示すボール上面下降量を求め、各吸着動作時のボール供給部に対する吸着ヘッドの下降量を前記ボール上面下降量に基づいて決定するようにした。
【０００８】
本発明によれば、吸着ヘッドによる吸着動作１回あたりの前記供給部のボール上面の高さ位置の変化量を示すボール上面下降量を求め、各吸着動作時のボール供給部に対する吸着ヘッドの下降量をボール上面下降量に基づいて決定することにより、吸着ヘッドのボール上面に対する相対高さ位置を常に良好に維持して安定した真空吸着を効率よく行うことができる。
【０００９】
【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移載装置の正面図、図２（ａ）は本発明の一実施の形態の導電性ボールの移載装置のボール供給部の断面図、図２（ｂ）は本発明の一実施の形態の導電性ボールの移載装置の移載ヘッドの真空度変化を示すグラフ、図３は本発明の一実施の形態の導電性ボールの移載方法を説明するフローチャートである。
【００１０】
まず、図１を参照して導電性ボールの移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が設けられている。位置決めテーブル２上にはホルダ３が設けられており、ホルダ３はワーク４を保持する。位置決めテーブル２を駆動することにより、ワーク４は所定位置に位置決めされる。
【００１１】
また基台１上の位置決めテーブル２の反対側の端部には、導電性ボール５を供給するボール供給部６が配設されている。ボール供給部６はボール槽７より成り、ボール槽７の内部には多数の導電性ボール５が貯溜されている。ボール槽７の底面には振動子８が配設されており、振動子８を駆動することにより、ボール槽７内部の導電性ボール５に振動が付与される。
【００１２】
次に導電性ボール５を移載する吸着ヘッド及び吸着ヘッドの移動手段について説明する。図１に示すように、ボール供給部６の上方には、吸着ヘッド３１が移動手段２０によって移動可能に配設されている。吸着ヘッド３１は、ブロック３０に保持されており、吸着ヘッド３１の下面には複数の吸着孔３１ａが設けられている。ブロック３０はブラケット２４の前面に設けられた垂直なガイドレール（図示せず）に上下動自在に装着されている。吸着ヘッド３１は真空センサ３２を備えており、真空センサ３２は吸着ヘッド３１内の真空度を検出する。検出された真空度のデータは制御部３３に伝達される。
【００１３】
ブロック３０には、ナット２８が一体的に設けられており、ナット２８には垂直の送りねじ２６が螺合している。したがってＺ軸モータ２７が正逆駆動して送りねじ２６が正逆回転すると吸着ヘッド３１は上下動する。したがって、Ｚ軸モータ２７および送りねじ２６は吸着ヘッド３１を上下させる上下動手段となっている。
【００１４】
ブラケット２４の背面に設けられたナット２９は、水平な送りねじ２２に螺合している。２１は送りねじ２２の保持テーブルである。Ｘ軸モータ２３が正逆回転すると、送りねじ２２は正逆回転し、ブラケット２４に保持された吸着ヘッド３１は位置決めテーブル２とボール供給部６の間を水平移動する。この水平移動と、上下動手段による上下動により、吸着ヘッド３１はボール供給部６から導電性ボール５を真空吸着によりピックアップし、位置決めテーブル２に保持されたワーク４上に移動し、そこでワーク４に対して上下動を行うとともに真空吸着を解除することにより、導電性ボール５をワーク４に移載する。
【００１５】
次に図２を参照して、吸着ヘッド３１による導電性ボール５の吸着動作時に行われるボール上面検出について説明する。このボール上面検出は、ランダムに貯溜された状態の導電性ボール５を速やかに安定してピックアップするため、吸着ヘッド３１下面をボール槽７内のボール上面から適正な沈下量だけ下降させて良好な吸着状態を保つことを目的として行われるものである。
【００１６】
図２（ａ）に示すように、ボール槽７に対して吸着ヘッド３１を下降させる際には、真空センサ３２により連続して吸着ヘッド３１内の真空度を計測している。図２（ｂ）は、このときの真空度の変化を示している。ここで、真空度Ｐ０は吸着ヘッド３１がボール上面より上方に位置した状態、すなわち吸着ヘッド３１下面の吸着孔３１ａが完全に開放された状態における真空度（初期真空度Ｐ０）を示している。
【００１７】
この後、吸着ヘッド３１を下降させると、吸着ヘッド３１の下面はボール上面を通過してさらに下方の所定の吸着高さ位置まで沈下し、この高さ位置で所定時間真空吸着を継続することにより、導電性ボール５が吸着孔３１ａに捕捉されて真空度が徐々に上昇する。そして全ての吸着孔３１ａに導電性ボール５が完全に吸着された状態で、真空度が一定値（完全吸着時真空度Ｐｂ）に収束する。
【００１８】
すなわち、吸着ヘッド３１の下面がボール上面に一致するタイミングは、真空センサ３２の検出値が、初期真空度Ｐ０から完全吸着時真空度Ｐｂまで変化する途中に存在する。このことから、ボール上面の高さ位置ｈを、吸着ヘッド３１内の真空度に基づいて次のような方法で推定することができる。
【００１９】
まず、吸着ヘッド３１の下面がボール上面と一致するタイミングにおける真空度（ボール上面真空度Ｐａ）は、実測により求めることが可能であることから、実測されたボール上面真空度Ｐａをボール上面検出のしきい値として設定する。そしてしきい値に対応するタイミングｔａにおける吸着ヘッド３１の高さ位置をＺ軸モータ２７のエンコーダによって検出する。これにより、ボール上面の高さ位置ｈを真空センサ３２の計測結果から検出することができる。
【００２０】
実際の吸着時には、このようにして検出された高さ位置ｈから、予め求められた適正沈下量Δｈ（図２（ａ）参照）だけ吸着ヘッド３１の下面を下降させた位置で真空吸着を行うことにより、より安定して効率よく吸着孔３１ａに導電性ボール５を吸着することができる。
【００２１】
この導電性ボールの移載装置は上記のような構成より成り、導電性ボールの移載方法におけるボール吸着処理ついて各図を参照しながら図３のフローチャートに沿って説明する。まず、図１において、Ｘ軸モータ２３を駆動して吸着ヘッド３１をボール供給部６の上方へ移動させる。ここで、まず第１回目のボール上面検出を前述のボール上面検出方法によって行う（ＳＴ１）。Ｚ軸モータ２７を駆動して吸着ヘッド３１を下降させ（ＳＴ２）、吸着ヘッド３１の下面を導電性ボール５の層に幾分沈み込ませる。この状態で吸着孔３１ａから真空吸引することにより、吸着孔３１ａにより導電性ボール５を真空吸着する（ＳＴ３）。
【００２２】
そして、導電性ボール５を真空吸着してピックアップした吸着ヘッド３１は、ボール供給部６から上昇し、次いで位置決めテーブル２の上方に水平移動する。次に吸着ヘッド３１はホルダ３に保持されたワーク４上に下降し、真空吸着を解除することによりワーク４上に導電性ボール５を移載した後上昇し、導電性ボール５の移載を完了する。以下同様にボール移載動作を反復する。
【００２３】
この移載動作の反復過程において、真空センサ３２の真空度計測結果より導電性ボール５が正常に吸着されたか否か、すなわち吸着ミスの有無を検出する（ＳＴ４）。ここで、吸着ミスが検出されたならば、第２回目のボール上面検出を行う（ＳＴ５）。そして、第１回目のボール上面検出結果と第２回目のボール上面検出結果から、吸着動作１回あたりのボール上面の高さ位置の変化量を計算する（ＳＴ６）。この計算は、第１回および第２回のボール上面検出におけるボール上面高さ位置からこの間のボール上面高さ位置の変化量を求め、この変化量をこの間に行われた吸着回数で除することにより行われる。
【００２４】
これ以降の吸着動作においては、ここで求められたボール上面下降量に基づいて吸着ヘッド３１を下降させ（ＳＴ７）、ボール吸着を行う（ＳＴ８）。すなわち、各吸着動作時には、吸着ヘッド３１の下面が常にボール上面から図２（ａ）に示す適正沈下量Δｈだけ下方で停止するよう、Ｚ軸下降量を各吸着動作毎にボール上面下降量だけ逐次増加させる。そしてこのボール吸着継続により導電性ボール上面が下降して、ボール槽に設けられた下限リミット高さに到達したならば（ＳＴ９）、ボール吸着を中断してボール補給を行う（ＳＴ１０）。
【００２５】
このように、導電性ボールの移載動作においてボール上面検出を複数回行い、吸着動作１回あたりのボール上面下降量を求め、各吸着動作時の吸着ヘッドの下降量をこのボール上面下降量に基づいて決定することにより、常に適正な吸着高さ位置を維持することができる。
【００２６】
なお、本実施の形態では、ボール上面の検出方法として吸着ヘッド内部の真空度を検出することにより行う例を示したが、これ以外の検出方法、例えば光センサを用いて光学的に検出する方法であってもよい。また、ボール上面検出を吸着動作開始時および吸着ミス検出時に行う例を示したが、これ以外の検出タイミング、例えば所定の吸着回数ごとにボール上面検出を行うようにしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、吸着ヘッドによる吸着動作１回あたりの前記供給部のボール上面の高さ位置の変化量を示すボール上面下降量を求め、各吸着動作時の供給部に対する吸着ヘッドの下降量をボール上面下降量に基づいて決定するようにしたので、吸着ヘッドのボール上面に対する相対高さ位置を常に良好に維持して安定した真空吸着を効率よく行うことができる。
【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移載装置の正面図
【図２】（ａ）本発明の一実施の形態の導電性ボールの移載装置のボール供給部の断面図
（ｂ）本発明の一実施の形態の導電性ボールの移載装置の移載ヘッドの真空度変化を示すグラフ
【図３】本発明の一実施の形態の導電性ボールの移載方法を説明するフローチャート
【符号の説明】
２  位置決めテーブル
４  ワーク
５  導電性ボール
６  ボール供給部
２０  移動手段
３１  吸着ヘッド
３２  真空センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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