JP2003037356A - 微細ボール搭載装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 微細ボールが正常に転位されなかった不良個
所を自動補修する。 【解決手段】 複数の配列孔が形成された配列治具１１
を有し、吸引手段２５によって配列孔に微細ボールを吸
着し配列させるボール配列手段と、配列孔に配列・保持
された微細ボールをワーク上に転位させるボール転位手
段１４と、ワークにおいて微細ボールが正常に転位され
なかった不良個所を検出する不良個所検出手段９２と、
先端部に微細ボールを保持して不良個所に載置する修正
ヘッド９１とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、微細ボールを整
列してワーク上へ搭載させる微細ボール搭載装置及び方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】バンプとなる微細ボールを吸着して、基
板やチップ等のワークへ搭載させる微細ボール搭載装置
として、ワーク上の電極パッドと同一位置となるように
吸着治具に吸着させた微細ボール群をワークの電極パッ
ドに転位を行うものが知られている。例えば特開２００
１−０７１２１８号公報（特願平１１−２４６７５２
号）には、ワークの電極パッドへ微細ボールを効率良く
搭載させる微細ボール搭載装置が開示されている。

【０００３】この装置では、保持孔が等間隔で形成され
た配列治具の各保持孔に微細ボールを落とし込むことに
よりに整列配置し、各微細ボールを真空吸着によって配
列治具上に保持する。そして、配列治具をワークの表面
に対向させて互いに平行度を十分に調節した状態で近接
させ、この状態にて、微細ボールの吸着を解除させるこ
とにより、配列治具上の微細ボールをワーク上に転位さ
せる。ワークの表面には、フラックスやハンダペースト
等が粘着層として塗布されているので、各微細ボールは
ワーク上に保持される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、微細ボール
の直径が小さくなると、ワークの表面に対して配列治具
を高精度に平行度を保ちながらさらに近接させなければ
ならない。また、微細ボールの直径が小さくなると、保
持孔の加工精度のばらつきによって微細ボールの配列治
具表面からの突出量がばらつくので、全ての微細ボール
がワークの表面に確実に転位されない事態が生じる。さ
らには、粘着層の塗布厚に対する必要精度も管理できな
い程に高精度となる。

【０００５】したがって、従来の装置を用いて微細ボー
ルをワークへ転位させても、結果として部分的にワーク
への微細ボールの転位ができないという不良品が発生し
易くなる。このような不良品が発生した場合、ワークを
廃棄してしまうか、あるいは作業者が拡大鏡を覗き込み
ながら静電気を帯電させた細い針を使って未転位箇所に
手作業で微細ボールを搭載するという大変な労力を使
い、部分修正を行う必要がある。

【０００６】この発明は、上記事情に鑑みてなされたも
ので、微細ボールが正常に転位されなかった不良個所を
自動補修することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、微細ボール搭載装置に係わる第１の手
段として、複数の配列孔が形成された配列治具を有し、
吸引手段によって配列孔に微細ボールを吸着し配列させ
るボール配列手段と、配列孔に配列・保持された微細ボ
ールをワーク上に転位させるボール転位手段と、ワーク
において微細ボールが正常に転位されなかった不良個所
を検出する不良個所検出手段と、先端部に微細ボールを
保持してワークの不良個所に載置する修正手段とを具備
する手段を採用する。

【０００８】また、微細ボール搭載装置に係わる第２の
手段として、上記第１の手段において、修正機構は真空
吸着によって微細ボールを保持するという手段を採用す
る。

【０００９】微細ボール搭載装置に係わる第３の手段と
して、上記第第１または２の手段において、不良個所検
出手段はワークの表面画像を画像処理することにより不
良個所を検出するという手段を採用する。

【００１０】一方、本発明では、微細ボール搭載方法に
係わる第１の手段として、微細ボールを吸着して複数の
配列孔上に配列させる行程と、配列孔に配列した微細ボ
ールをワーク上に転位させる行程と、ワーク上に微細ボ
ールが正常に転位されなかった不良個所を検出する行程
と、不良個所の検出結果に基づいて微細ボールを１つず
つ保持して各不良個所に載置する行程とを有する手段を
採用する。

【００１１】また、微細ボール搭載方法に係わる第２の
手段として、上記第１の手段において、真空吸着によっ
て微細ボールを１つずつ保持して各不良個所に載置する
という手段を採用する。

【００１２】微細ボール搭載方法に係わる第３の手段と
して、上記第１または第２の手段において、ワークの表
面画像を画像処理することに不良個所部位を検出すると
いう手段を採用する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係わる微細ボール搭載装置及び方法の一実施形態につい
て説明する。

【００１４】図１は、本実施形態の微細ボール搭載装置
の構成を示す斜視図である。この図１において、符号１
１はボール配列機構、１２はボール供給機構、１３はボ
ール分配機構、１４はボール転位機構、１５は修正機構
である。

【００１５】ボール配列機構１１は、互いに直交する方
向へ移動する支持台２１、２２からなる移動機構２３
と、移動機構２３の上部の支持台２２上に設けられたケ
ース２４とから構成されている。ケース２４は、一辺を
除いた周囲に壁部２４ａを有し、図２に示すように、そ
の下面には、吸引孔２４ｂが形成されている。吸引孔２
４ｂには、第１の吸引装置２５に接続されたチューブ２
５ａが接続されており、チューブ２５ａにはチューブ２
５ａの流路を開閉するバルブ２５ｂが設けられている。

【００１６】ケース２４には、上面に吸着ヘッド３１が
配設されている。吸着ヘッド３１は、上方側が開口され
た箱形のケース３２と、ケース３２の上部の開口部分に
固定された板状の吸着治具３３とを有し、ケース３２に
は、第２の吸引装置３４に接続されたチューブ３４ａが
接続されている。

【００１７】吸着ヘッド３１の吸着治具３３には、吸着
治具３３とケース３２とによって囲われた空間Ｓと連通
する複数の吸着孔３５が形成されている。吸着孔３５
は、その上方側が、微細ボールＢよりも僅かに大径に形
成されたボール保持孔部３５ａを形成し、下方側が、微
細ボールＢよりも小径に形成された通気孔部３５ｂを形
成する。ボール保持孔部３５ａは、その深さ寸法が微細
ボールＢの直径より小さくかつ半径以上に設定されてい
る。つまり、ボール保持孔部３５ｂは、微細ボールＢを
一つだけ、また当該微細ボールＢの一部を吸着治具３３
の表面から突出させた状態に保持する。また、上記吸着
ヘッド３１を構成するケース３２には、その両側部に位
置決め凹部３６が形成されている。

【００１８】ボール供給機構１２は、互いに直交する方
向へ移動する支持台４１、４２からなる移動機構４３
と、移動機構４３の上部の支持台４２上に設けられたブ
ラケット４４と、ブラケット４４に設けられた微細ボー
ルＢが投入されるボール投入ケース４５と、ボール投入
ケース４５の下端部に接続された送出管４６と、送出管
４６に超音波振動を付与させることにより、送出管４６
を楕円振動させ、送出管４６の先端部から微細ボールＢ
を送出させる超音波モータ４７とを有している。

【００１９】ボール供給機構１２は、送出管４６の先端
部をボール配列機構１１のケース２４上に配設される吸
着ヘッド３１の上部に配置させた状態において、超音波
モータ４７を駆動させて送出管４６に楕円振動を付与さ
せて送出管４６の先端部から微細ボールＢを送出させる
ことにより、微細ボールＢをケース２４上の吸着ヘッド
３１の上部に供給する。

【００２０】ボール分配機構１３は、互いに直交する方
向へ移動する支持台５１、５２からなる移動機構５３
と、Ｌ字状に形成された支持台５２の上部に設けられ
て、支持台５２に対して上下方向へ移動する昇降部５４
と、昇降部５４にブラケット５５を介して固定された分
配筒５６とを有している。分配筒５６は、図示しない超
音波発振装置によって超音波振動する超音波振動体５７
と、超音波振動体５７によって超音波振動される筒体５
８とを有する。

【００２１】図３に示すように、分配筒５６を構成する
筒体５８は、有底円筒状に形成され、その底部側に超音
波振動体５７が設けられ、開口側が下方へ向けて配置さ
れている。また、筒体５８の先端部分は、先端方向へ向
かって次第に窄まるテーパ状に形成されており、これに
より、筒体５８の先端部の肉厚が薄くされている。

【００２２】ここで、筒体５８内の超音波振動の状態を
説明する。図３は、筒体５８の平断面と筒体５８の中心
断面における超音波の振幅を表している。超音波振動体
５７が超音波振動すると、その超音波振動によって、筒
体５８には、縦振動と横振動とが加わり、これにより、
筒体５８は半径方向に伸び縮みする。

【００２３】筒体５８の内径を振動周波数と音速により
決まる波長λの整数倍となるように設定すると、筒体５
８内に定在波が発生し、振動の節５８ａが同心円状に現
れる。一番外側の同心円の位置は筒体５８の内面から１
／４波長の位置であり、そこから１／２波長の間隔で同
心円が現れ、一番内側の円の直径は１／２波長となる。
このように筒体５８内に定在波を発生させると、この発
生した定在波の節５８ａの部分に微細ボールＢが集束す
るようになっている。つまり、筒体５８内には、超音波
引導によって微細ボールＢが隙間なく同心円状に集束す
るようになっている。

【００２４】図１に戻り、説明する。ボール転位機構１
４は、ベースに固定された支持部６１と、支持部６１に
対して水平方向へ移動可能に支持されたアーム６２とか
らなる移動機構６３を有しており、移動機構６３には、
アーム６２に、その長手方向及び上下方向へ移動可能に
設けられた昇降機構６４が設けられている。昇降機構６
４には、その正面に、ヘッド把持機構６５および修正機
構１５の１構成要素である修正ヘッド９１が保持されて
いる。ヘッド把持機構６５は、昇降機構６４の正面に対
向して設けられた支持板６６と、これら支持板６６同士
の間に設けられたコ字状の把持ブロック６７とを有して
いる。

【００２５】把持ブロック６７は、図４に示すように、
その両側部に回転軸６８が設けられており、回転軸６８
の一方は、支持板６６にベアリング６９によって回転可
能に支持されており、回転軸６８の他方は、支持板６６
に設けられたサーボモータ７１の回転軸７２に継手部材
７３を介して連結されている。また、把持ブロック６７
には、その両側部を構成する把持板部６７ａの内面側
に、係止部７４が設けられている。係止部７４は、把持
板部６７ａに形成された穴部７５内に設けられたスプリ
ング７６と、スプリング７６によって穴部７５の開口側
へ付勢された係止ボール７７とを有している。係止部７
４は、例えば、穴部７５の開口縁部を小径に形成する等
により、係止ボール７７が、穴部７５から脱落すること
なく、一部が突出するようになっている。

【００２６】修正機構１５は、修正ヘッド９１、ＣＣＤ
カメラ９２、チューブ９３、第３の吸引装置９４および
画像処理装置９５を有している。修正ヘッド９１は、昇
降機構６４に設けられており、上述したヘッド把持機構
６５と共に移動自在とされている。修正ヘッド９１は、
図１０に示すように、先端に微細ボールＢを吸着・保持
する細管状のヘッド先端部９１ａと、ヘッド先端部９１
ａを支持するヘッド本体９１ｂとから構成されている。
ヘッド本体９１ｂの内部にはヘッド先端部９１ａに連通
するように中空部が形成されており、またヘッド本体９
１ｂの後端部には上記中空部に連通するチューブ９３が
接続されている。チューブ９３の途中には、チューブ９
３の流路を開閉するバルブ９３ａが設けられている。

【００２７】また、ＣＣＤカメラ９２は、修正ヘッド９
１と同様に昇降機構６４上に設けられており、ワークＷ
の表面画像を取得する。ＣＣＤカメラ９２は、画像処理
装置９５と共に不良個所検出手段を構成している。ＣＣ
Ｄカメラ９２によって取得されたワークＷの表面画像
は、画像処理装置９５によって画像処理されることによ
り、微細ボールＢが正常に転位されなかった不良個所が
上記ワークＷ表面画像の特徴部分として検出される。

【００２８】さらに、本微細ボール搭載装置のベース上
には、ワーク保持台８１およびケース８２が設けられて
いる。ワーク保持台８１には、その上部にワークＷが保
持される。つまり、ワーク保持台８１上に保持されたワ
ークＷに微細ボールＢが搭載される。ケース８２には、
修復用の微細ボールＢが多数収容されている。

【００２９】次に、このように構成された本微細ボール
搭載装置の動作について、図１から図１０を参照して説
明する。

【００３０】まず、ボール供給機構１２によってボール
配列機構１１のケース２４上に配設された吸着ヘッド３
１上に微細ボールＢが供給される。なお、このとき、吸
着ヘッド３１は、ケース３２が第１の吸引装置２５によ
って吸引されてケース２４に吸着された状態となってい
る。また、第２の吸引装置３４も駆動され、これによ
り、吸着ヘッド３１の吸着治具３３の吸着孔３５にて空
気が吸引された状態となる。

【００３１】つまり、このように、吸着ヘッド３１がケ
ース２４に配置された状態にて、ボール供給機構１２が
移動されて、送出管４６が吸着ヘッド３１の上部に配置
され、超音波モータ４７が駆動されて送出管４６に楕円
振動が付与され、これにより、送出管４６の先端部から
微細ボールＢが吸着ヘッド３１の上部に所定量送出され
る。

【００３２】このように、微細ボールＢが吸着ヘッド３
１の上部に送出されると、ボール供給機構１２が移動さ
れて、送出管４６が吸着ヘッド３１上から退避され、そ
の後、ボール分配機構１３の分配筒５６が移動機構５３
によって、吸着ヘッド３１上へ配置され、さらに昇降部
５４によって下降され、筒体５８の先端部が吸着ヘッド
３１の上面に近接された位置に配置され、この状態に
て、超音波発振装置によって超音波振動体５７が超音波
振動する。このように超音波振動体５７が振動すると、
筒体５８内には、定在波が発生し、この定在波の節５８
ａの部分に微細ボールＢが隙間なく同心円上に集束する
（図２参照）。

【００３３】次に、図５に示すように、移動機構５３に
よって分配筒５６が移動され、これにより、微細ボール
Ｂは、筒体５８内に集束した状態で吸着孔３５上を移動
する。このとき、吸着治具３３の吸着孔３５では、空気
吸引されていることにより、吸着孔３５のボール保持孔
部３５ａに保持された状態に吸着孔３５に吸着された状
態となる。

【００３４】ここで、吸着孔３５の形状は、１つの吸着
孔３５に、１つの微細ボールＢしか入らない寸法のボー
ル保持孔部３５ａを有する段付き形状になっているの
で、１つの吸着孔３５に複数の微細ボールＢが入りかけ
ても超音波によるボール移動により運び去られる。

【００３５】上述のように分配筒５６を吸着治具３３上
で平行移動させると、図６に示すように、吸着治具３３
の吸着孔３５には、それぞれ１つずつ微細ボールＢが保
持される。なお、図２、５、６では、定在波による同心
円の節５８ａが１つの場合を示している。このように節
５８ａが１つの場合、この節５８ａは１回の直進動作
で、１つの吸着孔３５上を２回通過するため、微細ボー
ルＢが吸着されていない抜け孔の予防に効果的である。
さらに、節５８ａの数を複数個に設定すれば、抜け孔の
予防により有効である。微細ボールＢが吸着治具３３の
複数の吸着孔３５に配列された後、分配筒５６が移動機
構５３によって吸着ヘッド３１上から外される。

【００３６】その後、ボール配列機構１１の移動機構２
３及びボール転位機構１４の移動機構６３によってボー
ル搭載機構１４のヘッド把持機構６５が、吸着ヘッド３
１の上方に配置される。この状態にて、ボール転位機構
１４の昇降機構６４によってヘッド把持機構６５が下降
され、図７に示すように、このヘッド把持機構６５の把
持ブロック６７内に、吸着ヘッド３１が配置された状態
とされる。

【００３７】このように把持ブロック６７内に吸着ヘッ
ド３１が配置されると、把持ブロック６７の把持板部６
７ａの内面側に設けられた係止部７４の係止ボール７７
が、吸着ヘッド３１のケース３２の両側面に形成された
位置決め凹部３６に係合され、これにより、吸着ヘッド
３１が、把持ブロック６７に把持された状態となる。そ
の後、バルブ２５ｂによって第１の吸引装置２５による
吸引が停止され、ケース２４における吸着ヘッド３１の
保持状態が解除される。この状態にて、ボール転位機構
１４の昇降機構６４によってヘッド把持機構６５が上昇
され、吸着ヘッド３１がボール配列機構１１から離され
る。

【００３８】このように吸着ヘッド３１を把持して上昇
させたら、ボール転位機構１４は、移動機構６３によっ
て、ヘッド把持機構６５をワーク保持台８１に保持され
ているワークＷの上部へ移動させる。さらに、ヘッド把
持機構６５のサーボモータ７１が駆動され、これによ
り、把持ブロック６７が回転軸６８の軸線を中心として
半回転され、これにより、吸着ヘッド３１は、図８に示
すように、その吸着治具３３を下方へ向けられた反転し
た状態とされる。

【００３９】その後、図９に示すように、ボール転位機
構１４の昇降機構６４によってヘッド把持機構６５が下
降されて吸着治具３３がワークＷに近接され、この状態
にて、第２の吸引装置３４による微細ボールＢの吸引が
解除され、これにより、吸着ヘッド３１に吸着されてい
た微細ボールＢがワークＷの粘着層１０６へ受け渡され
て所定位置に転位される。以上の動作によって、微細ボ
ールＢのワークＷ上への転位動作が終了する。

【００４０】次に、上記転位動作によって微細ボールＢ
がワークＷ上に正常に転移されなかった場合の追加動作
について説明する。

【００４１】微細ボールＢが正常に転移されないワーク
Ｗ上の不良個所を修復する場合、まず最初にＣＣＤカメ
ラ９２によってワークＷの表面画像が撮像され、当該表
面画像が画像処理装置９５によって画像処理されること
により、微細ボールＢが正常に転位されなかった不良個
所が検出される。

【００４２】そして、図１０に示すように、修正ヘッド
９１は、アーム６２の作動によってケース８２上に移動
し、昇降機構６４の作動によりケース８２内の微細ボー
ルＢ降近傍まで下し、さらにバルブ９３ａの開放により
１つの微細ボールＢを吸着保持する。そして、アーム６
２の作動によって微細ボールＢを保持した状態で上昇
し、図１１に示すようにワークＷの未転位部分の上方へ
移動する。そして昇降機構６４の作動により下降して微
細ボールＢがワークＷへ接触した時点でバルブ９３ａを
閉鎖されて不良個所に微細ボールＢを搭載する。そし
て、不良個所がワークＷ上に複数箇所ある場合には、こ
のような動作を繰り返すことにより全ての不良個所に微
細ボールＢを順次搭載する。

【００４３】このような不良個所の修復によれば、人手
によらず不良個所が自動修復されるので、修復に要する
時間を短縮することができる。また、修正ヘッド９１が
微細ボールＢを真空吸着によって保持するので、従来の
静電気を帯びたピンを用いて修復する場合に比較して、
静電気によるワークＷの配線パターン破壊の危険がなく
なる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ワーク上の不良箇所を自動修復できるので、作業者が手
作業で拡大鏡を覗き込みながら不良箇所の修正を行う必
要がなく、よって修復に要する時間を短縮することがで
きる。また、ワークを廃棄する必要がなくなるので、ワ
ークの有効利用が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態の微細ボール搭載装置の
構成及び構造を説明する微細ボール搭載装置の斜視図で
ある。

【図２】 本発明の実施の形態の微細ボール搭載装置の
構成及び構造を説明するボール配列機構に保持された吸
着ヘッド及びボール分配機構の分配筒の断面図である。

【図３】 本発明の実施の形態の微細ボール搭載装置の
ボール分配機構にて発生される定在波の状態説明図であ
る。

【図４】 本発明の実施の形態の微細ボール搭載装置の
構成及び構造を説明するボール転位機構のヘッド把持機
構の断面図である。

【図５】 本発明の実施の形態の微細ボール搭載装置の
動作を説明するボール配列機構に保持された吸着ヘッド
及びボール分配機構の分配筒の断面図である。

【図６】 本発明の実施の形態の微細ボール搭載装置の
動作を説明するボール配列機構に保持された吸着ヘッド
及びボール分配機構の分配筒の断面図である。

【図７】 本発明の実施の形態の微細ボール搭載装置の
動作を説明するボール転位機構のヘッド把持機構に把持
される吸着ヘッドの断面図である。

【図８】 本発明の実施の形態の微細ボール搭載装置の
動作を説明するボール転位機構のヘッド把持機構に把持
されて反転された吸着ヘッドの断面図である。

【図９】 本発明の実施の形態の微細ボール搭載装置の
動作を説明するボール転位機構のヘッド把持機構に把持
されてワークへの微細ボールの受け渡しを行う吸着ヘッ
ドの断面図である。

【図１０】 本発明の実施の形態の微細ボール搭載装置
の動作を説明する修正ヘッドの構成を示す断面図であ
る。

【図１１】 本発明の実施の形態の微細ボール搭載装置
の動作を説明する修正ヘッドによる未転位部分の修正動
作を説明する断面図である。

【符号の説明】

１５……修正機構 ８２……ケース ９１……修正ヘッド ９１ａ……ヘッド先端部 ９１ｂ……ヘッド本体 ９２……ＣＣＤカメラ（不良個所検出手段） ９３……チューブ ９３ａ……バルブ ９４……第３の吸引装置 ９５……画像処理装置（不良個所検出手段） Ｂ……微細ボール Ｗ……ワーク

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の配列孔が形成された配列治具を
   有し、吸引手段によって配列孔に微細ボールを吸着し配
   列させるボール配列手段と、 配列孔に配列・保持された微細ボールをワーク上に転位
   させるボール転位手段と、 ワークに微細ボールが正常に転位されなかった不良個所
   を検出する不良個所検出手段と、 先端部に微細ボールを保持してワークの不良個所に載置
   する修正手段と、 を具備することを特徴とする微細ボール搭載装置。
2. 【請求項２】 修正機構は、真空吸着によって微細ボ
   ールを保持することを特徴とする請求項１記載の微細ボ
   ール搭載装置。
3. 【請求項３】 不良個所検出手段は、ワークの表面画
   像を画像処理することにより不良個所を検出する、こと
   を特徴とする請求項１または２記載の微細ボール搭載装
   置。
4. 【請求項４】 微細ボールを吸着して複数の配列孔上
   に配列させる行程と、 配列孔に配列した微細ボールをワーク上に転位させる行
   程と、 ワーク上において微細ボールが正常に転位されなかった
   不良個所を検出する行程と、 不良個所の検出結果に基づいて微細ボールを１つずつ保
   持して各不良個所に載置する行程と、 を有することを特徴とする微細ボール搭載方法。
5. 【請求項５】 真空吸着によって微細ボールを１つず
   つ保持して各不良個所に載置することを特徴とする請求
   項４記載の微細ボール搭載方法。
6. 【請求項６】 ワークの表面画像を画像処理すること
   により不良個所を検出することを特徴とする請求項４ま
   たは５記載の微細ボール搭載方法。