JP2000077460A - 導電性ボールの移載装置および移載方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 導電性ボールの有無を正しく判定することが
できる導電性ボールの移載装置および移載方法を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 吸着ヘッド３１により導電性ボールをワ
ークに移載する導電性ボールの移載方法において、発光
部４３ａにより光を照射し受光部４３ｂから出力される
電気信号に基づいて吸着ヘッド３１の下面の導電性ボー
ルの有無を判定する方法と、吸着ヘッド３１の下面をカ
メラ４４で撮像して得られた画像データに基づいて吸着
ヘッド３１の下面の導電性ボールの有無を判定する方法
とを組み合わせて、吸着ヘッド３１の下面に余分に付着
する導電性ボールやワークへの移載後に吸着ヘッド３１
の下面に残留する導電性ボールを検出するようにした。
これにより正しく導電性ボールの有無を判定することが
できる。

Description

【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装置および移載方法
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 Ｇ
ｒｉｄ 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
いる方法が知られている。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
用いる方法が広く実施されている。

【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】ところが、吸着ヘッドを用いて導電性ボー
ルをワークに移載する方法では、導電性ボールを真空吸
着する際に、吸着ヘッドの下面に余分な導電性ボールが
付着するピックアップミスや、ワークへの移載後にも吸
着ヘッドに導電性ボールが残留するプレースミスが発生
しやすい。

【０００５】このようなピックアップミスやプレースミ
スをを検出する方法として、レーザ光などを利用した光
センサを用いる方法や、カメラで撮像して画像認識によ
り導電性ボールを検出する方法が知られている。光セン
サを用いる方法は、光センサの発光部から照射された光
を受光部によって受光し、光の経路上に導電性ボールが
存在している場合には光が遮光されて受光量が変化する
ことを利用して導電性ボールの有無を検出するものであ
る。また画像認識による方法は、吸着ヘッドの下面をカ
メラで撮像して得られた画像を２値化処理などの手法に
よって処理し、導電性ボールを周囲の背景画像、すなわ
ち吸着ヘッドの下面の画像から識別することにより導電
性ボールの有無を検出するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記２つの
方法を用いた導電性ボールの検出には、以下に述べるよ
うな欠点があった。まず、光センサを用いる方法では、
導電性ボールが照射光を遮光することによる受光量の差
によって導電性ボールの有無を判定するものであるた
め、対象とする導電性ボールの径が小さくなる程判定精
度が低下し、特に近年のように微小ボールを対象とする
場合には信頼性に欠けるという問題点がある。

【０００７】また、画像処理による方法では、吸着ヘッ
ドの下面を平面視した２次元の平面画像情報に基づいて
導電性ボールの有無を判定するものであるため、吸着さ
れた導電性ボールの下に更に他の１つの導電性ボールが
存在するいわゆるダブルボール（これは、導電性ボール
の製造工程で２つのボールが固着して生じる）のような
場合には、平面画像の情報では余分な導電性ボールを識
別することができず、余分な導電性ボール無しという誤
った判定を出力する。このように従来の導電性ボールの
検出方法を用いた導電性ボールの搭載装置には、微小ボ
ールを対象とした場合の信頼性が低く、また導電性ボー
ルが上下につながった特定の場合には全く誤った判定を
出力するという問題点があった。

【０００８】そこで本発明は、導電性ボールの有無を正
しく判定することができる導電性ボールの移載装置およ
び移載方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の導電性ボ
ールの移載装置は、下面に導電性ボールを吸着する複数
の吸着孔が形成された吸着ヘッドと、この吸着ヘッドを
上下動させる上下動手段と、前記吸着ヘッドを水平移動
させる移動手段と、前記吸着ヘッドの下面に沿って横方
向へ光を照射する発光部と、この発光部の光を受光する
受光部と、この受光部から出力される電気信号に基づい
て前記吸着ヘッドの下面の導電性ボールの有無を判定す
る第１の判定手段と、前記吸着ヘッドの下面を撮像する
カメラと、このカメラで撮像した画像データに基づいて
前記吸着ヘッドの下面の導電性ボールの有無を判定する
第２の判定手段とを備えた。

【００１０】請求項２記載の導電性ボールの移載方法
は、下面に導電性ボールを吸着する複数の吸着孔が形成
された吸着ヘッドにより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、前記吸着ヘッドの
下面に沿って横方向へ発光部により光を照射し、この発
光部の光を受光する受光部から出力される電気信号に基
づいて前記吸着ヘッドの下面の導電性ボールの有無を判
定する第１の判定工程と、前記吸着ヘッドの下面をカメ
ラで撮像し、得られた画像データに基づいて前記吸着ヘ
ッドの下面の導電性ボールの有無を判定する第２の判定
工程とを含み、前記第１の判定工程および第２の判定工
程において前記吸着ヘッドの下面に余分に付着する導電
性ボールおよびまたはワークへの移載後に前記吸着ヘッ
ドの下面に残留する導電性ボールを検出する。

【００１１】各請求項記載の発明によれば、吸着ヘッド
の下面に沿って投光部から照射された光を受光部で受光
することにより導電性ボールの有無を判定する方法と、
吸着ヘッドの下面を撮像して画像認識により導電性ボー
ルの有無を判定する方法を組み合わせて、吸着ヘッドの
下面に余分に付着する導電性ボールおよびまたはワーク
への移載後に前記吸着ヘッドの下面に残留する導電性ボ
ールの検出を行うことにより、微小ボールを対象とする
場合や、導電性ボールが上下につながって付着している
場合においても、正しく導電性ボールの有無を判定する
ことができる。

【００１２】

【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は同導電性ボールの
移載装置のボール検出部の斜視図、図３（ａ）、図４
（ａ）は同導電性ボールの移載装置のボール検出部の側
面図、図３（ｂ）、図４（ｂ）は同導電性ボールの移載
装置の受光部の電気出力波形を示すグラフ、図５
（ａ），（ｂ）は同導電性ボールの移載装置の吸着ヘッ
ド下面の画像図である。

【００１３】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４上に
は位置決めテーブル５が設けられている。位置決めテー
ブル５はＸ方向およびＹ水平方向に可動となっており、
位置決めテーブル５上にはホルダ８が設けられており、
ホルダ８はワーク９を保持する。したがって位置決めテ
ーブル５を駆動することにより、ワーク９が所定位置に
位置決めされる。

【００１４】また基台４上の位置決めテーブル５の反対
側の端部には、導電性ボール２のボール供給部１０が配
設されている。ボール供給部１０はボックス１１内にボ
ール槽１３を嵌設して成り、ボール槽１３の底部にはメ
ッシュプレート１２が水平に展張されている。メッシュ
プレート１２は導電性ボール２が通過できない大きさの
開孔を無数に設けたものである。メッシュプレート１２
上には導電性ボール２が貯溜される。ボール槽１３の下
方にはノズル１４が配設されており、ノズル１４はガス
供給源（図外）に接続されている。ノズル１４にガスを
供給することにより、ノズル１４から上方に吹き出され
たガスはメッシュプレート１２の開孔を通過して導電性
ボール２の層に吹き込まれ、導電性ボール２を流動化さ
せる。

【００１５】次に導電性ボール２を移載する吸着ヘッド
３１について説明する。図１に示す２０は、吸着ヘッド
３１をボール供給部１０と位置決めテープル５との間を
移動させる移動手段である。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２
５に上下動自在に装着されている。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はガイドレール２５に案内されて上
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。

【００１６】ブラケット２４の背面に設けられたナット
（図示せず）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。したがって
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５とボール供給部１０の間を水平移動
する。

【００１７】図１において、基台１上のボール供給部１
０の側方には、ボール検出部４０が配設されている。ボ
ール検出部４０は、吸着ヘッド３１の下面に余分に吸着
された導電性ボール２および搭載後に吸着ヘッド３１の
下面に残留して付着する導電性ボール２を検出する。以
下、図２を参照してボール検出部４０について説明す
る。図２において、基台４１上にはセンサ取付け用ブラ
ケット４２が固着されている。ブラケット４２は左右２
つの先端部が立設された形状となっており、それぞれの
先端部には光センサ４３の投光部４３ａおよび受光部４
３ｂが装着されている。投光部４３ａは水平方向にレー
ザ光（光軸ａで示す）を照射する。受光部４３ｂは照射
されたレーザ光を受光し、受光量に応じた電気信号を出
力する。第１の判定手段４５はこの電気信号に基づき、
光軸ａ上での導電性ボール２の有無を判定する。

【００１８】基台４１の側方には、カメラ４４が上向き
に配設されている。カメラ４は吸着ヘッド３１がカメラ
４４の真上に位置した状態で吸着ヘッド３１の下面を撮
像する。撮像により得られた画像データは第２の判定手
段４７に送られ、ここで画像処理される。これにより、
導電性ボール４と吸着ヘッド３１の下面が識別され、導
電性ボール４の有無が判定される。第１の判定手段４５
および第２の判定手段４７の判定結果は制御部４６に送
られる。制御部４６はこの判定結果に基づいて吸着ヘッ
ド３１の動作を制御する。

【００１９】この導電性ボールの移載装置は上記のよう
に構成されており、以下動作について説明する。まず、
図１において、Ｘ軸モータ２３を駆動して吸着ヘッド３
１をボール供給部１０の上方へ移動させる。そこで、Ｚ
軸モータ２７を駆動して吸着ヘッド３１を下降させ、吸
着ヘッド３１の下面を導電性ボール２の層に幾分沈み込
ませる。このとき、ボール槽１１のノズル１４よりガス
が上方に向って吹き出されており、導電性ボール２はこ
のガスの流れによって流動化している。このため導電性
ボール２は上方に吹き上げられ、吸着ヘッド３１の吸着
孔３１ａに真空吸着される。

【００２０】このとき、吸着ヘッド３１の下面の吸着孔
３１ａ以外の位置に余分な導電性ボール２が付着したま
ま吸着ヘッド３１が上昇することがある。このように余
分な導電性ボール２が付着したまま吸着ヘッド３１がワ
ーク９への移載動作に移行することがないように、ボー
ル検出部４０にて余分に付着した導電性ボール２の有無
が検出される。まず、導電性ボール２を吸着した吸着ヘ
ッド３１をボール検出部４０の上方に移動させ、次いで
吸着ヘッド３１を下降させて吸着ヘッド３１の光センサ
４３に対する相対的な高さを合わせ、吸着ヘッド３１の
下面の導電性ボール２の高さ位置を図２に示す光軸ａの
高さに一致させる。

【００２１】この状態で吸着ヘッド３１を一定速度で光
センサ４３に対して相対的に水平移動させながら投光部
４３ａによって吸着ヘッド３１の下面に沿って横方向か
らレーザ光を照射すると、受光部４３ｂで受光されるレ
ーザ光の受光量は、導電性ボール２の有無により変化す
る。すなわち、吸着ヘッド３１の下面にはマトリクス状
に多数の導電性ボール２が吸着されているため、光軸ａ
上に導電性ボール２が位置したときはレーザ光は遮光さ
れて受光量は少なくなり、それ以外のときと明瞭に判別
することができる。

【００２２】したがって、吸着ヘッド３１下面の吸着孔
の配列ピッチに対応した周期で受光量が変化することに
なる。すなわち、この配列ピッチに対応した周期外で、
受光量の小さい部分が検出されたならば、吸着孔位置以
外に余分な導電性ボール２が付着していると判断するこ
とができ、吸着ヘッド３１を水平移動させることによ
り、吸着ヘッド３１の下面の全範囲について、余分な導
電性ボール２の付着の有無を検査することができる（第
１の判定工程）。さらに、吸着ヘッド３１はボール検出
部４０のカメラ４４上に移動し、ここで吸着ヘッド３１
の下面の撮像が行われる。そして得られた画像データを
画像認識することによって吸着ヘッド３１の下面の画像
上で導電性ボール２を識別し、余分に付着した導電性ボ
ール２の有無を判定する（第２の判定工程）。

【００２３】ここで図３〜図５を参照して、対象とする
導電性ボール２のサイズが小さい微小ボールの場合、お
よび導電性ボール２が上下方向につながって付着してい
る場合のボール検出部４０での判定について説明する。
図３（ａ）は、吸着ヘッド３１下面の吸着孔以外の位置
に導電性ボール２ａが付着した状態を示している。この
導電性ボール２ａは図５（ａ）に示すようにボール列Ｄ
の近傍の吸着孔以外の位置に余分に付着している。

【００２４】図３（ｂ）はこの状態で吸着ヘッド３１が
ボール検出部４０を通過したとき、すなわちレーザ光が
図５に示す矢印方向に照射されたときに受光部４３ｂか
ら出力される電気信号の波形を示している。このグラフ
では、吸着ヘッド３１の下面から導電性ボール２が突出
している度合いが大きいほど、すなわち照射光を遮光す
る度合いが大きいほど受光量が少なくなるため、図５に
示すボール列Ａ〜Ｆは、グラフ上では垂下部Ａ〜Ｆとな
って表れる。

【００２５】図３（ｂ）では垂下部Ｄがしきい値レベル
（直線Ｔｈで示す）をわずかに下廻っているものの、波
形全体でみれば差は明瞭ではなく、安定した判定が困難
であることを示している。これは、導電性ボール２が微
小ボールであるため、図３（ａ）に示すように導電性ボ
ールの突出量に、付着位置による差がほとんど表れない
ことによるものである。このような場合においても、カ
メラ４４で撮像された吸着ヘッド３１の下面の平面画像
上では、導電性ボール２ａは明瞭に識別され、余分に付
着した導電性ボールとして正しく判定される。

【００２６】これに対し、図５（ｂ）に示すように吸着
孔に正しく吸着された導電性ボール２の下に別の導電性
ボール２ｂ（ボール列Ｄ）が付着している場合（図４
（ａ）も参照）は、吸着ヘッド３１下面の平面画像上で
は導電性ボール２ｂを明瞭に識別することができない。
このような場合においても、図４（ｂ）に示す受光部４
３ｂの電気信号の波形上では、導電性ボール２ｂを示す
垂下部Ｄが明瞭に表れており、しきい値レベルＴｈを用
いて上下方向につながって付着した導電性ボール２ｂの
有無を明確に判定することができる。

【００２７】以上説明したように、光センサを用いて遮
光度合いの差により導電性ボールの有無を判定する方法
と、吸着ヘッドの下面を撮像して得られた平面画像を画
像認識することによって導電性ボールの有無を判定する
方法とを組合せることにより、それぞれの方法が有する
欠点を他の方法で補うことができ、全体として正しい判
定結果を得ることができる。

【００２８】そして吸着ヘッド３１の下面に余分な導電
性ボール２が検出された場合には、移載装置の動作を停
止し、その旨をオペレータに報知する。オペレータは、
余分に吸着された導電性ボール２を除去する処置を行う
か、または吸着ヘッド３１をボール供給部１０に戻して
真空吸着を解除した後再吸着動作を行わせるなどの処置
を行う。

【００２９】余分に付着した導電性ボール２が除去さ
れ、全ての吸着孔３１ａに１個づつ正しく導電性ボール
２を真空吸着してピックアップした吸着ヘッド３１は、
位置決めテーブル５の上方に水平移動する。次いで吸着
ヘッド３１はホルダ８に保持されたワーク９上に下降
し、真空吸着を解除することによりワーク９上に導電性
ボール２を移載した後上昇し、導電性ボール２の移載を
完了する。

【００３０】この後、吸着ヘッド３１は再びボール検出
部４０に移動し、余分に付着した導電性ボール２の検査
と同様の方法で、ワーク９への移載動作後に下面に残留
する導電性ボール２の有無が検査される。この検査によ
り導電性ボール２の残留が検出されたならば、プレース
ミスが報知され、当該ワークについてはリペアを行うな
どの処置がなされる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、吸着ヘッドの下面に沿
って投光部から照射された光を受光部で受光することに
より導電性ボールの有無を判定する方法と、吸着ヘッド
の下面を撮像して画像認識により導電性ボールの有無を
判定する方法を組み合わせて行うようにしたので、微小
ボールを対象とする場合や、導電性ボールが上下につな
がって付着している場合においても、導電性ボールの有
無を正しく判定することができ、ピックアップミスやプ
レースミスを有効に防止することができる。

【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移載装
置の正面図

【図２】本発明の一実施の形態の導電性ボールの移載装
置のボール検出部の斜視図

【図３】（ａ）本発明の一実施の形態の導電性ボールの
移載装置のボール検出部の側面図 （ｂ）本発明の一実施の形態の導電性ボールの移載装置
の受光部の電気出力波形を示すグラフ

【図４】（ａ）本発明の一実施の形態の導電性ボールの
移載装置のボール検出部の側面図 （ｂ）本発明の一実施の形態の導電性ボールの移載装置
の受光部の電気出力波形を示すグラフ

【図５】（ａ）本発明の一実施の形態の導電性ボールの
移載装置の吸着ヘッド下面の画像図 （ｂ）本発明の一実施の形態の導電性ボールの移載装置
の吸着ヘッド下面の画像図

【符号の説明】

２ 導電性ボール ９ ワーク １０ ボール供給部 ２３ Ｘ軸モータ ２７ Ｚ軸モータ ３１ 吸着ヘッド ３１ａ 吸着孔 ４０ ボール検出部 ４３ａ 投光部 ４３ｂ 受光部 ４４ カメラ ４５ 第１の判定手段 ４７ 第２の判定手段

フロントページの続き (72)発明者 笹栗 真二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 4M105 AA19 FF04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下面に導電性ボールを吸着する複数の吸着
   孔が形成された吸着ヘッドと、この吸着ヘッドを上下動
   させる上下動手段と、前記吸着ヘッドを水平移動させる
   移動手段と、前記吸着ヘッドの下面に沿って横方向へ光
   を照射する発光部と、この発光部の光を受光する受光部
   と、この受光部から出力される電気信号に基づいて前記
   吸着ヘッドの下面の導電性ボールの有無を判定する第１
   の判定手段と、前記吸着ヘッドの下面を撮像するカメラ
   と、このカメラで撮像した画像データに基づいて前記吸
   着ヘッドの下面の導電性ボールの有無を判定する第２の
   判定手段とを備えたことを特徴とする導電性ボールの移
   載装置。
2. 【請求項２】下面に導電性ボールを吸着する複数の吸着
   孔が形成された吸着ヘッドにより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、前記吸着
   ヘッドの下面に沿って横方向へ発光部により光を照射
   し、この発光部の光を受光する受光部から出力される電
   気信号に基づいて前記吸着ヘッドの下面の導電性ボール
   の有無を判定する第１の判定工程と、前記吸着ヘッドの
   下面をカメラで撮像し、得られた画像データに基づいて
   前記吸着ヘッドの下面の導電性ボールの有無を判定する
   第２の判定工程とを含み、前記第１の判定工程および第
   ２の判定工程において前記吸着ヘッドの下面に余分に付
   着する導電性ボールおよびまたはワークへの移載後に前
   記吸着ヘッドの下面に残留する導電性ボールを検出する
   ことを特徴とする導電性ボールの移載方法。