JP2007073622A - 導電性ボール搭載装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
吸着ヘッドの下端面と当接面とを導通検出手段を介して電気的に接続し、下端面と当接面とを所定距離まで接近させて電流が流れたかどうかにより、異常付着ボールの有無を判断し、安定した検出を可能とする。

【解決手段】
導電性ボール搭載装置に次の手段を採用する。
第１に、吸着ヘッドとボール供給部とワーク支持部とを備え、ボール供給部で吸着ヘッドに吸着した導電性ボールをワーク支持部の被搭載物上に搭載する装置とする。
第２に、吸着ヘッドの下端面を導電性材質で形成すると共に、吸着ヘッドの下方に該下端面に平行な導電性材質からなる当接面を設ける。
第３に、該下端面と当接面とを相対的に上下動可能とする
第４に、該下端面と当接面とを導通検出手段を介して電気的に接続する。
第５に、該下端面と当接面とを所定の距離まで接近させて電流が流れたかどうかにより、吸着ヘッドに異常に付着した導電性ボールを検出する。

【選択図】 図３

Description

本発明は、導電性ボール搭載装置の改良に関するもので、吸着ヘッドの下端面に異常に付着した導電性ボールの検出を主眼に開発された導電性ボール搭載装置である。

導電性ボール搭載装置においては、吸着ヘッドの真空漏れ、静電気、吸着孔付近へのフラックスの付着、吸着孔への導電性ボールの噛み込みなどが原因で、吸着ヘッドで導電性ボールを吸着したとき、吸着ヘッドに余分に付着したダブルボールが発生したり、導電性ボールの搭載時に吸着ヘッドの吸着孔から離れないリメインボールが発生する可能性があった。

吸着ヘッドでのダブルボールの発生は、そのまま搭載動作を行うと所定の搭載位置以外に導電性ボールが搭載されてしまうことになり、リメインボールの発生は、欠陥位置に別に導電性ボールを搭載してやらなければならず、導電性ボール搭載装置の生産性を損ねるものとなる。そのため、このようなダブルボールやリメインボールのような異常付着の導電性ボールの発生を検出する必要があった。

そこで、従来は特許文献１記載のような２次元ＣＣＤカメラを利用したり、レーザセンサを利用したりして異常付着ボールの検出を行ってきた。しかし、導電性ボールの小径化に伴い、レーザセンサ等の検出手段では、ダブルボールやリメインボールの検出は困難になる上、装置を使用する環境（温度、埃等）に影響されやすく、検出精度が安定しないという問題があった。

特開平１１−２９７７７４号公報

本発明は、吸着ヘッドの吸着部材の下端面と検出用の当接部材の当接面とを導通検出手段を介して電気的に接続し、吸着部材の下端面と当接部材の当接面とを所定の距離まで接近させて電流が流れたかどうかにより、吸着ヘッドに異常に付着した導電性ボールの有無を判断し、微小導電性ボールにおいて安定した異常付着ボールの検出を可能とすることを目的とする。

第１の発明は、上記課題を解決するため、導電性ボール搭載装置に次の手段を採用する。
第１に、下端面に導電性ボールを吸着する吸着孔を有する吸着ヘッドと、吸着ヘッドの吸着孔に導電性ボールを供給するボール供給部と、導電性ボールが搭載される被搭載物が位置決めして支持されるワーク支持部とを備え、ボール供給部で吸着ヘッドの吸着孔に吸着した導電性ボールをワーク支持部の被搭載物上に搭載する導電性ボール搭載装置とする。
第２に、前記吸着ヘッドの下端面を導電性材質で形成すると共に、吸着ヘッドの下方に吸着ヘッドの下端面に平行な導電性材質からなる当接面を設ける。
第３に、吸着ヘッドの下端面と当接面とを相対的に上下動可能とする。
第４に、前記吸着ヘッドの下端面と当接面とを導通検出手段を介して電気的に接続する。
第５に、吸着ヘッドの下端面と当接面とを所定の距離まで接近させて電流が流れたかどうかにより、吸着ヘッドに異常に付着した導電性ボールを検出する。

第２の発明は、第１の発明に、吸着孔が、下端に導電性ボールを１個だけ吸着可能にするための凹部を形成したものであるという手段を付加した導電性ボール搭載装置である。

第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、当接面が、支持部に支持されたものであり、吸着ヘッドと当接面の支持部の少なくとも一方に上下方向の干渉吸収機構を設けることを付加した導電性ボール搭載装置である。

第４の発明は、第１の発明乃至第３の発明のいずれかの発明に、異常に付着した導電性ボールを検出したときに、吸着ヘッドから排出される導電性ボールを回収するボール回収部を設ける手段を付加した導電性ボール搭載装置である。

第１の発明では、平行に設けた吸着ヘッドの下端面と当接面とを所定の距離まで接近させて電流が流れたかどうかにより、吸着ヘッドに異常に付着した導電性ボールを検出するので、微小な導電性ボールであっても正確で確実に検出することが可能である。

第２の発明では、吸着孔が、下端に導電性ボールを１個だけ吸着可能にするための凹部を形成したものであるので、吸着孔に導電性ボールを吸着したときに、正規に吸着されている導電性ボールと異常付着ボールとの高低差が大きくなり、異常付着ボールの検出がより確実なものとなる。

第３の発明では、吸着ヘッドと当接面の支持部の少なくとも一方に上下方向の干渉吸収機構を有しているので、吸着ヘッド下端面と当接面の接触や異常接近による装置や導電性ボールへの障害を防止することができる。

第４の発明では、異常付着の導電性ボールを検出したときに、吸着ヘッドから排出される導電性ボールを回収するボール回収部を設けているので、異常付着ボールにフラックスが付着している場合であっても、異常付着ボールをボール供給部に戻さないので、ボール供給部でのミスの発生を防止することができる。

以下、図面に従って、実施例と共に本発明の実施の形態について説明する。実施例は、導電性ボール搭載装置として半田ボール搭載装置を用いている。図１は、半田ボール搭載装置１の全体を示す概略平面説明図であり、図２が同正面図である。

半田ボール搭載装置１は、半田ボールを真空吸引して吸着保持する吸着ヘッド２と、半田ボールが多数貯留されているボール供給部３と、半田ボールを搭載するワークである基板２５を支持するワーク支持部４と、該基板２５にフラックスを転写する転写ヘッド５と、転写ヘッド５にフラックスを供給するフラックス供給部６と、吸着ヘッド２の半田ボール吸着の欠落を検査するミッシングボール検査部７と、異常付着ボールを検出するための検出部１１となる当接面２０ａ及び導通検出部１２と、半田ボールを回収する半田ボール回収部８と、吸着ヘッド２の吸着部材２１の下端面２１ａに付着したフラックスを除去するフラックス除去部９とを備えている。

吸着ヘッド２は、図３及び図４に示されるように平坦な下端面２１ａを有し、所定位置に半田ボールを直接吸着するための吸着孔１６が多数形成された吸着部材２１が設けられ、半田ボール１７を吸着孔１６で吸着保持し、基板２５に半田ボールを搭載するものである。吸着部材２１は、金属などの導電性材質よりなり、吸着ヘッド２がアースされているため、絶縁体１９を介して吸着ヘッド２の下端に装着されている。実施例での吸着部材２１は導電性材質よりなるが、本体部分は樹脂製などの絶縁体で形成し、下端面２１ａのみを金属膜などの導電性材質にしたものであってもよい。尚、吸着ヘッド２には、上下方向の干渉吸収機構１０が設けられている。この干渉吸収機構１０は、吸着ヘッド２と検出部１１の少なくとも一方に存在すれば足りる。

吸着孔１６は、図４（Ａ）に示されるように吸着部材２１の下端面２１ａに、下端に半田ボール１７が１個が収まるように面取り１８が施されている。これによりボール吸着時に正規の吸着半田ボール１７と異常付着半田ボール２７との高低差が大きくなる。従って、面取り１８は、座グリであっても同様の役割を発揮する。

吸着ヘッド２下方で吸着ヘッド２の移動範囲内に、異常付着半田ボール２７検出用の吸着部材２１の下端面２１ａと平行な当接面２０ａが上面に形成された導電性材質からなる当接部材２０を有する検出部１１が設けられている。当接部材２０の大きさは少なくとも吸着部材２１の吸着孔１６が形成されている領域より大きい。検出部１１の当接部材２０の当接面２０ａは、吸着部材２１と同材質であることが好ましい。実施例では当接部材２０も、全体が導電性材質よりなるが、本体部分は樹脂製などの絶縁体で形成し、当接面２０ａのみを金属膜などの導電性材質にしたものであってもよい。当接部材２０の支持部では、当接部材２０は絶縁体２６を介してフレームに装着されている。尚、吸着部材２１と検出部１１は、相対的に上下動可能とされている。実施例では、吸着ヘッド２のＺ軸移動装置２３により上下動する。

吸着部材２１と検出部１１（具体的には下端面２１ａと当接面２０ａ）とは、導通検出部１２を介して電気的に接続される。具体的には、導線３２、電源３３、電流計３４または電圧計で構成される。吸着部材２１の下端面２１ａと当接部材２０の当接面２０ａとを所定の距離まで接近させて電流が流れたかどうかにより、吸着部材２１に異常付着した導電性ボールを検出する。具体的にはダブルボールとリメインボールの検出に用いられる。

ダブルボールの検出では図４（Ａ）に示すように吸着部材２１の下端面２１ａが、吸着孔１６に正規に吸着された半田ボール１７には接しない高さで、異常付着半田ボール２７には接する高さまで吸着ヘッド２を下降させて電流が流れたかどうかを検査する。ダブルボールである異常付着半田ボール２７が存在する場合、そのボールを通して電流が流れるため、電流が流れた場合は異常付着半田ボール２７が存在する。電流が流れない場合には、半田ボール１７は全て正規に吸着された状態でありダブルボールは存在しない。

リメインボールの検出では図４（Ｂ）に示すように吸着部材２１の下端面２１ａが、正規に吸着された半田ボールに接する高さで、検出部１１の当接部材２０の当接面２０ａには接しない高さまで吸着ヘッド２を下降させて電流が流れたかどうかを検査する。リメインボールが存在する場合、そのボールを通して電流が流れるため、電流が流れた場合は異常付着半田ボール２８であるリメインボールが存在する。電流が流れない場合には、吸着孔１６には半田ボールが存在しない状態であり、リメインボールは存在しない。

吸着ヘッド２には、吸着ヘッド２の内部空間に真空を付与する真空手段と、吸着ヘッド２の内部空間に正圧を付与する加圧手段（気体供給手段）とが接続されている。該真空手段より半田ボールを吸着保持し、該加圧手段により、半田ボールの搭載後に吸着を解除するための圧縮エアを噴射する。

吸着ヘッド２には、横移動装置となるＸ軸移動装置２２（図１中左右への移動装置）とＹ軸移動装置２４（図１中上下方向への移動装置）と、やはり吸着ヘッド２の昇降装置となるＺ軸移動装置２３とが装備され、Ｘ軸及びＹ軸方向への移動及び上下動可能とされている。Ｘ軸移動装置２２、Ｙ軸移動装置２４及びＺ軸移動装置２３での吸着ヘッド２の移動は、ボール供給部３上方への移動、ボール吸着のための上下移動、ワーク支持部４の上方への移動、及びボール搭載動作のための上下移動、ミッシングボール検査部７への移動、検出部１１の上方への移動、異常付着ボールの検出のための上下移動、半田ボール回収部８への移動、フラックス除去部９への移動がある。

ワーク支持部４は、半田ボールが搭載される基板２５が所定の位置に位置決めされて載置されるΘ回転ステージ４１よりなる。Θ回転ステージ４１は、Θ方向に回転自在とされている。基板２５は、ワーク供給コンベア１３、ステージコンベア１４でΘ回転ステージ４１上に運ばれ、図示されていないストッパとΘ回転ステージ４１の動作にて位置決めされる。尚、半田ボールの搭載が完了した基板２５は、排出コンベア１５により排出される。

ボール供給部３や半田ボール回収部８やフラックス除去部９に対し、ワーク支持部４を挟んで奥方に位置するのが、基板２５にフラックスを転写する転写ヘッド５と、転写ヘッド５にフラックスを供給するフラックス供給部６であり、符号６１は、フラックス供給部６のフラックスを均一化させるためのスキージである。また、フラックス転写ヘッド５にも吸着ヘッド２同様に、Ｘ軸移動装置２２と、Ｚ軸移動装置２３、Ｙ軸移動装置２４が装備されており、半田ボールを搭載する前に、ワークにフラックスを転写するようになっている。

図中３１は、ボール供給部３となるボール容器であり、符号８が半田ボール回収部である。半田ボール回収部８からボール供給部３の間に、ミッシングボール検査部７が配備されている。尚、半田ボール回収部８、ミッシングボール検査部７、ボール供給部３は、吸着ヘッド２の直線的な移動経路中に、順に並べて配置されている。

ミッシングボール検査部７には、発光部７１が配備されている。発光部７１は、吸着ヘッド２の吸着部材２１に検査光を照射して、半田ボールが欠落している吸着孔１６から吸着ヘッド２の内部に入り込む光を検出して、半田ボールの欠落を発見する。

フラックス除去部９には、吸着ヘッド２の吸着部材２１の下端面２１ａと当接し、吸着部材２１の下端面２１ａに付着したフラックスを拭き取るための布などからなる吸収性シートが設けられている。

吸着ヘッド２とフラックス除去部９とは、吸着部材２１の下端面２１ａとフラックス除去部９の吸収性シートを接触させた状態で両面を相対的に移動させてフラックスを除去するように構成される。

以下、実施例の動作について説明する。第１工程では、基板２５が搬入され、ワーク支持部４のΘ回転ステージ４１で位置決めされる。第２工程では、フラックス転写ヘッド５にて基板２５にフラックスが転写される。第３工程では、吸着ヘッド２が、ボール供給部３で半田ボールを吸着する。第４工程では、吸着ヘッド２がミッシングボール検査部７に移動し、ミッシングボールの検出を行う。所定数以下の吸着ミスの場合にはそのまま次の工程へ進む。第５工程では、吸着ヘッド２は、検出部１１上方に移動し、下降してダブルボールの検出を行う。

ミッシングボール検査部７及び検出部１１でのダブルボールの検出で、半田ボールの欠落、余剰がなければ、第６工程として、吸着ヘッド２は、そのままワーク支持部４の基板２５上に至り、半田ボールを搭載する。欠落、余剰があれば半田ボール回収部８でボールを排出した後、ボール供給部３に戻り、半田ボールを再度吸着保持し直す。

第７工程では、ボール搭載後、検出部１１で、リメインボールの検出をする。残存が見つかるとすぐに吸着ヘッド２を半田ボール回収部８へ後退させて、リメインボールを破棄する。リメインボールが存在しない場合や、リメインボールの破棄を終了した後、第８工程として、吸着ヘッド２は、フラックス除去部９へ移動し、ヘッドクリーニングを行う。第９工程はボール搭載の完了した基板２５を排出し一連の工程を終了する。同時に新たな基板２５が搬入され、上記工程が繰り返される。

実施例に係る半田ボール搭載装置の全体を示す概略平面説明図 同正面説明図 吸着ヘッドと検出部の関係を示す断面説明図 異常付着ボールの検出状態を示す説明図で、（Ａ）はダブルボール検出を示し、（Ｂ）はリメインボール検出を示す。

符号の説明

１．．．．．．半田ボール搭載装置
２．．．．．．吸着ヘッド
３．．．．．．ボール供給部
４．．．．．．ワーク支持部
５．．．．．．転写ヘッド
６．．．．．．フラックス供給部
７．．．．．．ミッシングボール検査部
８．．．．．．半田ボール回収部
９．．．．．．フラックス除去部
１０．．．．．干渉吸収機構
１１．．．．．検出部
１２．．．．．導通検出部
１３．．．．．供給コンベア
１４．．．．．ステージコンベア
１５．．．．．排出コンベア
１６．．．．．吸着孔
１７．．．．．半田ボール
１８．．．．．面取り
１９，２６．絶縁体
２０．．．．．当接部材
２０ａ．．．．当接面
２１．．．．．吸着部材
２１ａ．．．．下端面
２２．．．．．Ｘ軸移動装置
２３．．．．．Ｚ軸移動装置
２４．．．．．Ｙ軸移動装置
２５．．．．．基板
２７，２８．異常付着半田ボール
３１．．．．．ボール容器
３２．．．．．導線
３３．．．．．電源
３４．．．．．電流計
４１．．．．．Θ回転ステージ
６１．．．．．スキージ
７１．．．．．発光部

Claims (4)

1. 下端面に導電性ボールを吸着する吸着孔を有する吸着ヘッドと、吸着ヘッドの吸着孔に導電性ボールを供給するボール供給部と、導電性ボールが搭載される被搭載物が位置決めして支持されるワーク支持部とを備え、ボール供給部で吸着ヘッドの吸着孔に吸着した導電性ボールをワーク支持部の被搭載物上に搭載する導電性ボール搭載装置において、
   前記吸着ヘッドの下端面を導電性材質で形成すると共に、吸着ヘッドの下方に吸着ヘッドの下端面に平行な導電性材質からなる当接面を設け、吸着ヘッドの下端面と当接面とを相対的に上下動可能とすると共に、前記吸着ヘッドの下端面と当接面とを導通検出手段を介して電気的に接続し、吸着ヘッドの下端面と当接面とを所定の距離まで接近させて電流が流れたかどうかにより、吸着ヘッドに異常に付着した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搭載装置。
   
2. 吸着孔は、下端に導電性ボールを１個だけ吸着可能にするための凹部を形成したものである請求項１記載の導電性ボール搭載装置。
   
3. 当接面は、支持部に支持されたものであり、吸着ヘッドと当接面の支持部の少なくとも一方に上下方向の干渉吸収機構を設けた請求項１または２記載の導電性ボール搭載装置。
   
4. 異常に付着した導電性ボールを検出したときに、吸着ヘッドから排出される導電性ボールを回収するボール回収部を設けた請求項１または２、または３記載の導電性ボール搭載装置。

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