(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの位置決め部と、導電性ボールの供給部と、搭載ヘッドと、この搭載ヘッドに上下動作を行わせる上下動手段と、この搭載ヘッドを前記ワークの位置決め部と前記導電性ボールの供給部の間を相対的に移動させる移動手段とを備えた導電性ボールの搭載装置であって、前記搭載ヘッドが、前記上下動手段によって上下動作を行う本体と、この本体の内部に収納されたブロックと、このブロックの下部に上下動自在に設けられてその下面に導電性ボールの吸着孔が形成された吸着ツールと、この吸着ツールを下方へ押圧する押圧手段とを備え、かつ前記本体に前記ブロックの両側部をその上面に押し当てるストッパを設けることにより、前記吸着ツールの下降限度を規定するとともに、前記吸着ツールの前記下面の水平面に対する平行度を確保するようにしたことを特徴とする導電性ボールの搭載装置。
【請求項２】
請求項１記載の導電性ボールの搭載装置を用いる導電性ボールの搭載方法であって、前記ブロックの両側部を前記ストッパの上面に押し当てて吸着ツールの下面の水平面に対する平行度を確保し、その状態で搭載ヘッドを上下動手段の駆動により下降させて、吸着ツールの下面に形成された吸着孔に真空吸着された導電性ボールをワークの電極上に着地させる工程と、真空吸着状態を解除するとともに吸着ツールを上昇させることにより、導電性ボールをフラックスの粘着力により電極上に付着させて搭載する工程と、を含む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、バンプ付ワークの製造工程で用いられる導電性ボールの搭載装置および搭載方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フリップチップなどのバンプ付ワークの製造工程において、ワークの電極にバンプ（突出電極）を形成する方法として、半田ボールなどの導電性ボールを用いる方法が知られている。
【０００３】
図８は、従来の導電性ボールの搭載装置の吸着ツールの部分断面図、図９は同フラックス付着動作の説明図である。図８において、１は導電性ボールとしての半田ボールである。半田ボール１は箱型の吸着ツール３の下面に多数形成された吸着孔４に真空吸着されている。また半田ボール１の下面若しくはワーク５の電極６上には、前工程でフラックス２が塗布されている。送りねじ、ナット、モータなどから成る上下動手段を駆動して吸着ツール３を下降させることにより、図８に示すように半田ボール１をワーク５の電極６上に着地させる。そこで真空吸着状態を解除したうえで、吸着ツール３を上昇させることにより、半田ボール１をワーク５に搭載する。次にこのワーク５は加熱炉へ送られ、半田ボール１を加熱・溶融・固化させてバンプを形成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来手段は、吸着ツール３の組み付け誤差やがたなどのために、吸着ツール３の下面は水平面に対して傾斜しやすく（傾斜角θ）、このため吸着ツール３の下面に真空吸着された多数個の半田ボール１をワーク５の電極６に確実に着地させることはできず、搭載ミスを生じやすいという問題点があった。
【０００５】
また機種によっては、半田ボール１をワーク５の電極６上に搭載する前工程において、図９に示すように吸着ツール３をフラックス２の貯溜部７の上方へ移動させ、そこで吸着ツール３を下降させることによりその下面に真空吸着された半田ボール１を貯溜部７に貯溜されたフラックス２の液面に着水させて半田ボール１の下面にフラックス２を付着させることが行われるが、この場合も、吸着ツール３の下面が傾斜していると、半田ボール１の着水深さがばらつき、ひいてはフラックス２の塗布量もばらつきやすいという問題点があった。
【０００６】
したがって本発明は、吸着ツールに真空吸着された半田ボールなどの導電性ボールをワークの電極上に確実に搭載できる導電性ボールの搭載装置および搭載方法を提供することを目的する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、導電性ボールの搭載装置の搭載ヘッドを、上下動手段によって上下動作を行う本体と、この本体の内部に収納されたブロックと、このブロックの下部に上下動自在に設けられてその下面に導電性ボールの吸着孔が形成された吸着ツールと、この吸着ツールを下方へ押圧する押圧手段とを備え、かつ前記本体に前記ブロックの両側部をその上面に押し当てるストッパを設けることにより、前記吸着ツールの下降限度を規定するとともに、前記吸着ツールの前記下面の水平面に対する平行度を確保するようにした。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の導電性ボールの搭載装置を用いる導電性ボールの搭載方法であって、前記ブロックの両側部を前記ストッパの上面に押し当てて吸着ツールの下面の水平面に対する平行度を確保し、その状態で搭載ヘッドを上下動手段の駆動により下降させて、吸着ツールの下面に形成された吸着孔に真空吸着された導電性ボールをワークの電極上に着地させる工程と、真空吸着状態を解除するとともに吸着ツールを上昇させることにより、導電性ボールをフラックスの粘着力により電極上に付着させて搭載する工程と、から導電性ボールの搭載方法を構成した。
【０００９】
【発明の実施の形態】
上記構成によれば、吸着ツールの下面の水平面に対する平行度は確保されているので、吸着ツールの下面に真空吸着されたすべての導電性ボールをワークの電極に確実に着地させて搭載できる。また導電性ボールを貯溜部に貯溜されたフラックスの液面に着水させて導電性ボールの下面にフラックスを付着させる方式の場合も、すべての導電性ボールを同じ深さに着水させてフラックスを等量付着させることができる。
【００１０】
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は同導電性ボールの搭載装置の搭載ヘッドの断面図、図３は同導電性ボールの搭載装置のフラックス付着動作の説明図、図４、図５、図６、図７は同導電性ボールの搭載装置の半田ボールの搭載動作の説明図である。
【００１１】
図１において、１１はワークであり、ガイドレール１３に載置されている。ガイドレール１３は、ワーク１１をクランプして位置決めする位置決め部となっている。ワーク１１の上面には導電性ボールとしての半田ボール１が搭載される電極１２が多数個形成されている。ガイドレール１３の側方には、半田ボール１の供給部１４と、ピックアップミス検出用の光源１５と、フラックス２の貯溜部としての容器１６が設置されている。１７は容器１６に貯溜されたフラックス２の液面を平滑するスキージである。供給部１４はボックスから成り、その内部に半田ボール１が貯溜されている。
【００１２】
ガイドレール１３の上方には搭載ヘッド２０が設けられている。搭載ヘッド２０はガイドシャフト２１に沿ってＸ方向へ移動する。またガイドシャフト２１の両端部はスライダ２２を介してガイドシャフト２３に結合されており、ガイドシャフト２１はガイドシャフト２３に沿ってＹ方向へ移動する。すなわち、ガイドシャフト２１、２３は、搭載ヘッド２０をＸ方向やＹ方向へ移動させる移動手段となっている。なお搭載ヘッド２０をガイドシャフト２１、２３に沿って移動させるための動力系の説明は省略している。
【００１３】
次に、図２を参照して搭載ヘッド２０の構造を説明する。３０は本体としてのボックスである。ボックス３０は無底であって、その内部にはブロック３１が収納されている。ブロック３１の下部には箱型の吸着ツール３２が結合されている。吸着ツール３２はチューブ３３を介して吸引ユニット３６に接続されており、吸引ユニット３６が作動することにより、その下面に多数個形成された吸着孔３５に半田ボール１を真空吸着する。また吸着ツール３２の内部には、ピックアップミス検出用の光検出センサ３７が設けられている。図２において、ブロック３１の側端部を、ボックス３０の底板３０ａの上面に押し当てることにより、吸着ツール３２の下面の水平面に対する平行度を確保している。すなわち底板３０ａは、吸着ツール３２の下降限度を規定するとともに、吸着ツール３２の下面を水平面とするためのストッパとなっている。また本実施の形態では、ブロック３１の両側部をストッパの上面に当接させているので、吸着ツール３２の下面の平行度を再現性よく維持できる。
【００１４】
ボックス３０の上面にはシリンダ３８が設置されており、そのロッド３９の下端部にブロック３１は結合されている。４０はバネ材であって、ボックス３０の天井面とブロック３１の上面を結合している。バネ材４０はそのバネ力でブロック３１を上方へ弾発し、吸着ツール３２側の自重を減殺している。本実施の形態では、バネ材４０のバネ力は、ブロック３１および吸着ツール３２の自重と等しくしている。ブロック３１の両側面に設けられたスライダ４１は、ボックス３０の内面に設けられた垂直なレール４２にスライド自在に嵌合している。またボックス３０の側面には非接触式のセンサである近接センサ４３が設けられている。近接センサ４３は、これに近づいたブロック３１の上面を検出する。
【００１５】
次にボックス３０の上下動手段について説明する。５０はボックス３０の側部に設けられた縦長の駆動ケースであり、その内部には垂直なボールねじ５１が収納されている。ボールねじ５１にはナット５２が螺合しており、ナット５２はロッド５３を介してボックス３０に結合されている。駆動ケース５０の側面には垂直なレール５４が設けられており、ボックス３０の側面に設けられたスライダ５５はこのレール５４にスライド自在に嵌合している。モータ５６が駆動してボールねじ５１が回転すると、ナット５２はボールねじ５１に沿って上下動する。これにより、ボックス３０や吸着ツール３２は上下動作を行う。
【００１６】
６０は制御部であって、吸引ユニット３６、モータ駆動回路６１、押圧力制御部６２などを制御し、また近接センサ４３に接続されたタッチ検出回路６６から信号が入力される。６３は圧力源である。モータ駆動回路６１は、モータ５６を制御する。押圧力制御部６２はシリンダ３８を制御する。
【００１７】
この導電性ボールの搭載装置は上記のように構成されており、次に動作を説明する。図１において、搭載ヘッド２０は供給部１４の上方へ移動する。次にモータ５６（図２）が駆動することにより搭載ヘッド２０は下降・上昇し、吸着ツール３２の下面の吸着孔３５に半田ボール１を真空吸着してピックアップする。
【００１８】
次に搭載ヘッド２０は容器１６の上方へ向って移動する。その途中、搭載ヘッド２０は光源１５の上方を通過する。光源１５は吸着ツール３２の下面へ向って光を照射するが、何れかの吸着孔３５に半田ボール１が真空吸着されていないと（すなわち半田ボール１のピックアップミスがあった場合）、光は吸着孔３５を通って吸着ヘッド３２内に入射するので、吸着ヘッド３２内に設けられた光検出センサ３７でこの光を検出することによりピックアップミスがあったことが判明する。ピックアップミスがあった場合には、搭載ヘッド２０を供給部１４の上方へ戻し、ピックアップ動作をやり直す。
【００１９】
さて、ピックアップミスがなかった場合は、搭載ヘッド２０は容器１６の上方へ移動し、そこでモータ５６が駆動して上下動作を行うことにより、半田ボール１の下面に容器１６に貯溜されたフラックス２を付着させる。この場合、図３に示すようにブロック３１の側端下部３１ａは本体３０のストッパ３０ａに押し当てられているので、吸着ツール３２の下面は完全な水平面となっており、したがって吸着孔３５に真空吸着されたすべての半田ボール１をフラックス２に同じ深さに着水させ、すべての半田ボール１にフラックス２を等量付着させることができる。次に搭載ヘッド２０はワーク１１の上方へ移動し、そこで下降・上昇動作を行うことにより、半田ボール１をワーク１１の電極１２上に搭載する。
【００２０】
図４〜図７は、半田ボール１の搭載動作を動作順に示している。まず図４に示すように、搭載ヘッド２０はワーク１１へ向って下降する。この下降動作はモータ５６が正回転することにより行われる。このとき、図４に示すようにブロック３１の側端下部３１ａはストッパ３０ａに軽く押し当てられているので、吸着ツール３２の下面は完全な水平面となっている。
【００２１】
次に図５に示すように半田ボール１が電極１２に着地する。この場合、吸着ツール３２の下面は完全な水平面となっているので、すべての半田ボール１はワーク１１の電極１２上に確実に着地する。そして着地の反力により図２において吸着ツール３２はシリンダ３８のロッド３９を上方へ押し上げながらボックス３０に対して相対的にやや浮き上り（ギャップＧを参照）、ブロック３１の上面は近接センサ４３に近づくので、半田ボール１が電極１２に着地したことが検知され、モータ５６は直ちに駆動を停止して、吸着ツール３２の下降は停止する。
【００２２】
図５に示すように半田ボール１が電極１２上に着地した状態では、モータ５６の正回転による下降力は半田ボール１を電極１２に押し付ける力としては作用せず（何故なら、半田ボール１が電極１２に着地すると、吸着ツール３２はストッパ３０ａから浮き上り（ギャップＧを参照）、モータ５６の正回転による下降力は吸着ツール３２に伝達されないから）、またブロック３１や吸着ツール３２の自重も押し付け力として作用せず（何故なら、ブロック３１と吸着ツール３２の自重は、バネ材４０の上向きのバネ力により相殺されているから）、シリンダ３８が作動してそのロッド３９が下方へ突出することにより加えられる押圧力Ｆのみが、半田ボール１を電極１２に押し付ける力として作用する。
【００２３】
すなわちシリンダ３８は、半田ボール１を適度の押圧力Ｆで電極１２に押し付けるための押圧手段となっており、その押圧力Ｆにより半田ボール１をワーク１１の電極１２に押し付ける力の大きさを設定する。したがってシリンダ３８のロッドの突出力を管理することにより、半田ボール１を適度な力で（すなわち半田ボール１が吸着孔３５にはまり込んだり潰れたりしない適度の大きさの力で）電極１２に押し付けることができる。
【００２４】
次に図６に示すようにモータ５６をわずかに逆回転させて、吸着ツール３２をわずかな高さＨ（０．１〜０．１５ｍｍ程度）上昇させる。因みに、本実施の形態の半田ボール１の直径は１ｍｍ程度である。これにより、図示するように半田ボール１の下面は電極１２から０．１〜０．１５ｍｍ程度わずかに浮き上り、半田ボール１と電極１２の間には粘着力のあるフラックス２が介在することとなる。そこで半田ボール１の真空吸着状態を解除し、モータ５６をさらに逆回転させて吸着ツール３２を上昇させれば、半田ボール１は吸着孔３５から離れて電極１２上に再度着地して搭載される（図７）。この場合、半田ボール１はフラックス２の粘着力により電極１２に付着されるので、吸着ツール３２を上昇させれば、半田ボール１は確実に吸着孔３５から離れて電極１２上に搭載される。
【００２５】
以上により、ワーク１１に半田ボール１が搭載されたならば、ワーク１１はガイドレール１３に沿って次の工程へ送り出される。次に新たなワーク１１がガイドレール１３へ送られ、上述した動作が繰り返される。本発明は上記実施の形態に限定されないのであって、例えばフラックス２は、半田ボール１の下面に付着させずに、ディスペンサやスクリーン印刷機などの手段によりワーク１１の電極１２上に塗布してもよい。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、吸着ツールの下面の水平面に対する平行度は確保されているので、吸着ツールの下面に真空吸着されたすべての導電性ボールをワークの電極に確実に着地させて搭載できる。また導電性ボールを貯溜部に貯溜されたフラックスの液面に着水させて導電性ボールの下面にフラックスを付着させる方式の場合も、すべての導電性ボールを同じ深さに着水させてフラックスを等量付着させることができる。
【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搭載ヘッドの断面図
【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フラックス付着動作の説明図
【図４】本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装置の半田ボールの搭載動作の説明図
【図５】本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装置の半田ボールの搭載動作の説明図
【図６】本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装置の半田ボールの搭載動作の説明図
【図７】本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装置の半田ボールの搭載動作の説明図
【図８】従来の導電性ボールの搭載装置の吸着ツールの部分断面図
【図９】従来の導電性ボールの搭載装置のフラックス付着動作の説明図
【符号の説明】
１  半田ボール
２  フラックス
１１  ワーク
１２  電極
１３  ガイドレール
１４  半田ボールの供給部
２０  搭載ヘッド
２１、２３  ガイドシャフト
３０  ボックス（本体）
３０ａ  底板（ストッパ）
３２  吸着ツール
３５  吸着孔
３８  シリンダ
４０  バネ材
５０  駆動ケース
５１  ボールねじ
５２  ナット
５６  モータ
【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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