JP2007275950A - 接合装置、載置装置、接合方法、及び載置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接合がより良好になされる接合装置及び接合方法と、接合材粒の位置決めがより良好になされる載置装置及び載置方法とを提供する。
【解決手段】接合装置１０は、半田ボールＢが載置される載置台１４と、載置台１４に載置された半田ボールＢをワークＷに形成された電極Ｅ１、Ｅ２に搬送し、コレット６２、ｙ軸モータ３２、ｘ軸モータ５６、コレット用ｚ軸モータ６０、θモータ３４等からなる搬送装置とを有している。載置台１４の載置面２０には、半田ボールＢが当接する傾斜面１１５を備えた位置決め用の凹部１１４が形成されている。凹部１１４は、載置台１４を構成する筺体１１０を貫通する貫通孔１２２に連通していて、貫通孔１１２は載置台用バルブ１８を介して吸引ポンプ１６に接続されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えばチップや基板のワークに形成された電極等の接合対象部を、例えば半田ボール等の接合材粒を用いて接合する接合装置及び接合方法と、主としてこれらの接合装置及び接合方法に用いられる接合材粒を載置する載置装置及び載置方法に関する。

この種の接合装置、接合方法、載置装置及び載置方法に用いられる技術であって、例えば載置台等の載置手段に半田ボール等の接合材粒を載置し、載置手段に載置された接合材粒を、例えば電極等の接合対象部に搬送手段を用いて搬送する技術が知られている。（特許文献１）。

特開２００５−８１４０６

しかしながら、従来の技術では、載置手段に接合材粒が良好に位置決めされないことがあった。載置手段への接合材粒に位置決めが良好になされないと、搬送手段が接合材粒を保持できないことがあり、この場合、接合対象部に接合材粒が搬送されずに接合不良が生じるとの問題が生じてしまう。

本発明は上記問題を解決し、接合不良をより生じにくくし、接合がより良好になさなれる接合装置及び接合方法と、接合材粒の位置決めがより良好になされる載置装置及び載置方法とを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の特徴とするところは、接合材粒が載置される載置手段と、この載置手段に載置された接合材粒を接合対象部に搬送する搬送手段と、
を有し、前記載置手段は、接合材粒が当接する傾斜面を備えた位置決め用の凹部が形成された載置部を有する接合装置にある。

好適には、前記載置部に前記凹部と連通する貫通孔が形成され、前記貫通孔に接続された吸引手段をさらに有する。

また、好適には、前記吸引手段は、前記搬送手段が接合材粒の搬送を開始する前に吸引を停止する。

また、好適には、略球形の接合材粒が用いられ、前記凹部の前記貫通孔と連通する部分の径は、前記接合材粒の外径よりも小径である。

また、好適には、略球形の接合材粒が用いられ、前記載置部の接合材粒が載置される面における前記凹部の径は、前記接合材粒の外径よりも大径である。

また、好適には、前記載置部に前記凹部が複数形成されている。

また、好適には、前記搬送手段は複数の接合材粒を支持する支持手段を有し、この支持手段が接合材粒を支持する間隔と等間隔で、前記載置部に前記凹部が形成されている。

また、好適には、前記載置手段に接合材粒を供給する供給手段をさらに有する。

また、好適には、前記凹部に位置決めされなかった接合材粒を除去する除去手段をさらに有する。

また、好適には、接合対象部に搬送された接合材粒を加熱する加熱手段をさらに有する。

また、本発明の第２の特徴とするところは、接合材粒が当接する傾斜面を備えた位置決め用の凹部が形成された載置部を有し、この載置部に載置された接合材粒を、搬送手段を用いて接合対象部に搬送するようにした載置装置にある。

また、本発明の第３の特徴とするところは、接合材粒が当接する傾斜面を備えた位置決め用の凹部が形成された載置部に接合材粒を載置し、前記載置部に載置された接合材粒を接合対象に搬送し、接合対象部に搬送された接合材粒を加熱する接合方法にある。

また、本発明の第４の特徴とするところは、接合対象部へと搬送され、接合対象部で加熱される接合材粒が当接する傾斜面を備えた位置決め用の凹部が形成された載置部に接合材粒を載置する載置方法にある。

本発明によれは、接合がより良好になされる接合装置及び接合方法と、接合材粒の位置決めがより良好になされる載置装置及び載置方法とが提供される。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１において、本発明の実施形態に係る接合装置１０が示されている。接合装置１０は、設置面に設置される基台１２を有し、基台１２の上に、接合材粒として用いられる半田ボールが載置され、載置手段として用いられる載置台１４が設けられている。載置台１４には、吸引手段として用いられる吸引ポンプ１６が載置台用バルブ１８を介して接続されていて、吸引ポンプ１６による吸引力で半田ボールが載置面２０に吸引され載置される。載置台１４は、可動台２４に重力方向下方から支持されるように支持されている。載置台１４の詳細については後述する。

可動台２４は、下側に突出した形状の突出部２５が形成された下側部分２６と、下側部分２６の上側に位置する上側部分２７とからなり、突出部２５が基台１２の上向きの面１２ａに形成されたｙ軸方向の溝（不図示）に嵌め込まれるように基台１２に取り付けられている。このため、溝にガイドされ、可動台２４は、面１２ａ上でｙ軸方向に移動可能となっている。突出部２５には、送りネジ２８が噛み合っている。送りねじ２８は、軸の方向（長手方向）がｙ軸方向となるように、軸受３０、３０を用いて基台１２に回動自在に支持されている。送りネジ２８の図１における左端部には、駆動源として用いられ、基台１２に固定されたｙ軸モータ３２が連結されている。したがって、ｙ軸モータ３２を回転させることで、送りネジ２８を介して突出部２５に駆動が伝達され、可動台２４がｙ軸方向に移動する。可動台をｙ軸のいずれの方向に移動させるかは、ｙ軸モータ３２の回転方向を制御することで決することができる。

可動台２４の上側部分２７には、θ軸モータ３４が設けられている。θ軸モータ３４は、可動台２４の上側部分２７を、可動台２４の下側部分２６に対してＺ軸に垂直な方向の回転軸を中心に回転させる。このように、可動台２４は全体としてｙ軸方向に移動可能であるとともに、上側部分２７が下側部分２６に対して回転可能となっている。

可動台２４には、載置台１４ともに、ワーク支持手段として用いられるワーク支持装置３６が取り付けられている。ワーク支持装置３６は、被搬送物として用いられ、被接合物として用いられるワークＷを図中左端部側で支持する。ワーク支持装置３６には、接合等の加工が施されていないワークＷが装着され、加工が完了したワークＷはワーク支持装置３６から取り外される。ワークＷのワーク支持装置３６へ装着及びワーク支持装置３６からの取り外しは、例えばロボット等からなる装着装置（不図示）を用いて行っても良いし、操作者による手作業で行っても良い。

可動台２４には、装着されたワークＷ近傍に配置されるように、窒素供給装置３８が取り付けられている。窒素供給装置３８は、ワークＷに対する接合加工中に、又はワークＷに対する接合加工の前後にワークＷに向けて窒素を供給して、ワークＷ周囲の酸素濃度を低下させるために用いられる。窒素供給装置３８には、窒素供給バルブ４０を介して、窒素供給手段として用いられる窒素タンク４１が接続されている。そして、窒素供給バルブ４０の開閉により、窒素供給装置３８からの窒素の噴出が開始され、停止される。窒素供給装置３８の詳細な構成については後述する。

可動台２４の上側部分２７には、以上のように載置台１４、ワーク支持装置３６、及び窒素供給装置３８が装着されている。このため、ｙ軸モータ３２及びθ軸モータ３４を制御することで、上側部分２７とともに、載置台１４、ワーク支持装置３６、及び窒素供給装置３８が一体としてｙ軸方向に移動し、ｚ軸方向の回転軸を中心に回転する。

基台１２には、可動台２４が装着されているとともに支柱４２が固定されている。支柱４２には、支柱４２に対してｘ軸方向に移動可能に可動ユニット４４が取り付けられている。可動ユニット４４は、図中左側に突出する形状を有する左側部分４８と、左側部分４８に固定された右側部分５０とからなる。左側部分４８は支柱４２に対してｘ軸方向に移動可能に支持され、左側部分４８に送りネジ５２が噛み合っている。送りねじ５２は、軸の方向がｘ軸方向となるように軸受５４により支柱４２に回動可能に取り付けられている。

送りネジ５２の一端部には、駆動源として用いられ、支柱４２側に取り付けられたｘ軸モータ５６が連結されている。したがって、ｘ軸モータ５６を回転させると、送りネジ５２を介して左側部分４８にｘ軸モータ５６の駆動が伝達され、可動ユニット４４の左側部分４８と右側部分５０とが一体としてｘ軸方向に移動する。可動ユニット４４をｘ軸方向におけるいずれの方向に移動させるかは、ｘ軸モータ５６の回転方向を制御することで決することができる。

可動ユニット４４の右側部分５０には、コレット６２を支持するコレット支持部材４５が、可動ユニット４４に対してｚ軸方向に移動可能に取り付けられている。コレット支持部材４５は、図中左側に突出した突出部４６と、突出部４６に固定された支持部４７とからなる。支持部４７における下向きの面には、コレット６２が支持されている。突出部４６には送りネジ５８が螺合している。送りネジ５８は、可動ユニット４４の右側部分５０に、軸受６１、６１を用いて軸方向がｚ軸方向となるように回動可能に取り付けられている。送りネジ５８の上端部は、駆動源として用いられるコレット用ｚ軸モータ６０に連結されている。よって、コレット用ｚ軸モータ６０を回転させると、送りネジ５８を介してコレット支持部材４５に駆動が伝達され、コレット支持部材４５と、コレット支持部材４５に支持されたコレット６２とがともにｚ軸方向に移動する。

コレット６２には、先述の載置台１４に載置された半田ボールを吸引により支持することができるように、第１のコレット用バルブ６４を介して先述の吸引ポンプ１６が接続されている。また、コレット６２には、第２のコレット用バルブ６６を介して先述の窒素タンク４１が接続されている。さらに、コレット６２は、光伝達手段として用いられる光ファイバー６８によって、光源として用いられるレーザユニット７０に接続されている。コレット６２の詳細な構成は後述する。

可動ユニット４４の右側部分５０には、半田ボールの位置を検知する検知手段として用いられる検知装置７２が、コレット支持部材４５とは独立して上下動可能に（ｚ軸方向に移動可能に）取り付けられている。検知装置７２は、例えばＣＣＤカメラからなる撮影部７４と、撮影部７４のワークＷの側に設けられたレンズユニット７６と、撮影部７４による良好な撮影のための明るさを確保する照明手段として用いられるライト７８とを有している。検知装置７２には、検知装置用ｚ軸モータ８０が取り付けられている。検知装置用ｚ軸モータ８０は、検知装置７２を可動ユニット４４に対してｚ軸方向に移動させるための駆動源として用いられ、検知装置７２を上下動させることにより、撮影部７４の焦点が半田ボール等に合うようにする。

以上のように、コレット６２を支持するコレット支持部材４５は、可動ユニット４４に対してｚ軸方向に移動可能に取り付けられていて、可動ユニット４４は支柱４２に対してｘ軸方向に移動可能に取り付けられている。よって、ｘ軸モータ５６とコレット用ｚ軸モータ６０とを制御することで、コレット支持部材４５とともに、コレット６２をｘ軸方向とｚ軸方向とに移動させることができる。また、先述のように、ワーク支持装置３６はｙ軸モータ３２及びθ軸モータ３４を駆動することで、可動台２４とともにｙ軸方向に移動し、回転する。よって、ｙ軸モータ３２、ｘ軸モータ５６、コレット用ｚ軸モータ６０、及びθ軸モータ３４を制御することにより、ワークＷとコレット６２に支持された半田ボールとの相対的な位置関係を変更して、コレット６２に支持された半田ボールをワークＷへに搬送することが可能となる。このように、この実施形態では、ｙ軸モータ３２、ｘ軸モータ５６、コレット用ｚ軸モータ６０、及びθ軸モータ３４が、送りネジ２８、５２、５８等とともに、コレット６２に支持された半田ボールをワークＷに搬送する搬送手段として用いられる。ｙ軸モータ３２、ｘ軸モータ５６、コレット用ｚ軸モータ６０、及びθ軸モータ３４の制御の詳細については後述する。

図２には、コレット６２が示されている。コレット６２は、コレット本体９０を有し、このコレット本体９０に気体流路９２が形成されている。気体流路９２は、先述の吸引ポンプ１６及び窒素タンク４１が接続される接続側流路９４と、接続側流路９４から６本に分離した吸排気口側流路９６とからなる。吸排気口側流路９６の先端は、それぞれ吸排気口９８を形成する。このため、吸引ポンプ１６が吸引を行う可動状態にあり、且つ第１のコレット用バルブ６４が開かれた状態にあると、６個の吸排気口９８から同時に吸気がなされる。また、ｙ軸モータ３２、ｘ軸モータ５６、コレット用ｚ軸モータ６０、及びθ軸モータ３４を制御することにより、載置台１４に載置された半田ボール近傍に吸排気口９８が位置する状態となった後に吸排気口９８から吸気を行うと、６個の吸排気口９８に同時に半田ボールＢが吸引され、６個の半田ボールＢはコレット６２に支持された状態となる。また、第２のコレット用バルブ６６を開かれた状態とすれば、吸排気口９８から窒素の排出がなされる。

コレット本体９０には、2つのコレット側板１００、１００が取付けらている。コレット側板１００には、それぞれ６本の光ファイバー６８が埋め込まれていて、光ファイバー６８の先端部は吸排気口９８側で外部に露出された状態となり、それぞれが照射部１０４を形成している、光ファイバー６８の照射部１０４と逆側の端部は、光ファイバー６８を介してレーザユニット７０（図１参照）に接続されている。したがって、レーザユニット７０を駆動させることで、１２個の照射部１０４のそれぞれから同時にレーザの照射がなされ、レーザの照射により６個の半田ボールＢが同時に加熱されて溶融（リフロー）する。このように、レーザユニット７０、光ファイバー６８、及びコレット６２は、半田ボールＢを加熱する加熱手段として用いられている。

図３には、コレット６２が接合装置１０に取り付けられる位置と、半田ボールＢがワークＷに搬送される方向とが説明されている。ワークＷは、例えばコレット側に向けて９０度に屈曲した形状をしていて、垂直な面に接合対象部として用いられる電極Ｅ１が形成され、水平な面に接合対象部として用いられる電極Ｅ２が形成されている。接合装置１０による処理が完了すると、電極Ｅ１及び電極Ｅ２が半田ボールＢによって接合され、互いに通電可能な状態となる。

先述のように、コレット６２は半田ボールＢを支持し、コレット６２に支持された半田ボールＢが、ｙ軸モータ３２、θ軸モータ３４、ｘ軸モータ５６、コレット用ｚ軸モータ６０等によりワークＷの電極Ｅ１、Ｅ２の部分に搬送される。ここで、コレット６２は、図３（ａ）に示される搬送が開始される状態から図３（ｂ）に示す搬送終了する状態までを通じて、検知装置７２が有する撮影部７４による半田ボールＢ及びワークＷの撮影を可能とする位置に設けられている。すなわち、検知装置７２が半田ボールＢ及びワークＷを検知する方向であり、撮影部７４が半田ボールＢ又はワークＷを撮影する方向である矢印ａに示す方向に干渉しない位置にコレット６２が設けられている。

コレット６２と同様に、半田ボールを搬送する搬送手段として用いられるｙ軸モータ３２、ｘ軸モータ５６、コレット用ｚ軸モータ６０、及びθ軸モータ３４、及び送りネジ２８、５２、５８も、撮影部７４が半田ボールＢ又はワークＷを撮影する方向である矢印ａに示す方向に干渉しない位置に設けられている。

また、接合装置１０では、半田ボールＢをワークＷへと搬送する方向と、検知装置７２が半田ボールＢ及びワークＷを検知する方向とが異なる方向となるように半田ボールＢの搬送がなされる。すなわち、半田ボールＢをワークＷへ搬送する方向を示す矢印ｂと、検知装置７２が半田ボールＢ等を示す矢印ａとの方向が異なる方向となるように半田ボールＢの搬送がなされる。

以上のように、接合装置１０では、コレット６２と、ｙ軸モータ３２等の搬送手段を構成する部材が、検知装置７２による半田ボールＢ及びワークＷの検知を妨げない位置に設けられ、半田ボールＢを搬送する方向と検知装置７２が半田ボールＢ及びワークＷを検知する方向とが異なるので、たとえ半田ボールＢの搬送中であっても、検知装置７２を用いて半田ボールＢやワークＷの位置を検知することができる。このため、接合処理が完了した後に、コレット６２を取り外したり、移動させたりしなくても、半田ボールＢやワークＷの位置を検知することができる。また、半田ボールＢの搬送中に、位置検知の結果に応じて、半田ボールＢとワークＷとの相対的な位置関係を修正する制御を行うことが可能となる。

図４には、載置台１４が示されている。載置台１４は、中空部１１２が形成され、載置部として用いられる筺体１１０を有し、筺体の重力方向上向きの面が、半田ボールＢを載置する載置面２０として用いられる。載置面２０には、多数の凹部１１４が形成されている。凹部１１４は、載置面２０に対して傾斜した傾斜面１１５を備え、傾斜面１１５に半田ボールＢが当接することで載置面２０に対して半田ボールＢが位置決めされる。すなわち、凹部１１４は、傾斜面１１５によって載置面２０側に広がった略円錐筒形状の空間を形成し、この空間に半田ボールＢの一部が挿入されることにより半田ボールＢが載置面２０に対して位置決めされる。このように、傾斜面１１５は半田ボールＢが着座する円錐形着座面として用いられ、傾斜面１１５に半田ボールＢが着座することで半田ボールＢが載置面２０に対して位置決めされる。

凹部１１４が傾斜面１１５を有しているため、半田ボールＢに多少の径のバラツキがあったとしても、半田ボールＢが傾斜面１１５に当接することにより半田ボールＢは載置面２０に対した良好に位置決めされる。傾斜面１１５は、載置面２０に対して傾斜した状態にある面であれば、図４（ｃ）に示されるような載置面２０と垂直な方向に対して対称な円錐形状でなくても良い。例えば、凹部１１４を形成する面の一部が載置面２０に対して垂直な状態であり、凹部１１４の他の部分が載置面２０に対して傾斜した状態であっても良い。

凹部１１４の載置面２０と逆側は、筺体１１０に形成された貫通孔１２２にそれぞ連通した状態となっている。貫通孔１２２は、筺体１１０の載置面２０側から中空部１１２側までそれぞれ貫通している。中空部１１２には、例えば下向きの面から載置台用バルブ１８を介して吸引ポンプ１６が取り付けられている。したがって、貫通孔１２２は、中空部１１２及び載置台用バルブ１８を介して、それぞれ吸引ポンプ１６に接続された状態にある。吸引ポンプ１６を駆動させ、載置台用バルブ１８を開いた状態とすれば、貫通孔１２２を介して凹部１１４から吸気がなされ、凹部１１４に半田ボールＢが吸着される。

凹部１１４の貫通孔１２２と連通する部分の径Ｒ１は、半田ボールＢの外径Ｒ２よりも小径である。このため半田ボールＢが貫通孔１２２へと吸い込まれることがなく、半田ボールＢは傾斜面１１５に当接した状態で位置決めされる。凹部１１４の載置面２０における径Ｒ３は半田ボールＢの外径Ｒ２よりも大径である。このため、載置面２０と傾斜面１１５とで形成されるエッジ部に半田ボールＢが当接する状態とはならずに、半田ボールＢが傾斜面１１５で支えられる状態となるため、より安定した状態で半田ボールＢが載置面２０に対して位置決めされる。

凹部１１４は、コレット６２に形成された吸排気口９８（図２参照）と等間隔に形成されている。このため、載置台１４に支持された複数の半田ボールＢは、コレット６２の吸排気口９８のそれぞれに一度に吸引される。

筺体１１０には、半田ボール散布装置１１６が取り付けられている。半田ボール散布装置１１６は、載置台１４に半田ボールＢを供給する供給手段として用いられ、十分な量の半田ボールＢが収容された半田ボール収容部１１８を有し、半田ボール収容部１１８に収容された半田ボールＢを載置面２０に向けて散布することで、半田ボールＢを載置台１４に供給する。凹部１１４のそれぞれから吸気がなされた状態で、載置面２０に半田ボールＢの散布がなされると、半田ボールＢが吸引され、凹部１１４のそれぞれに半田ボールＢが吸引され、載置面２０に半田ボールＢが位置決めされた状態となる。

筺体１１０には、半田ボール回収装置１２０が取り付けられている。半田ボール回収装置１２０は、凹部１１４に対して位置決めされなかった半田ボールＢを載置面２０から除去する除去手段として用いられ、半田ボール散布装置１１６により載置面２０に散布されたものの、凹部１１４に嵌合せず、凹部１１４に位置決めされなかった半田ボールＢを回収する。

図５には、窒素供給装置３８が示されている。窒素供給装置３８は、筺体１３０を有し、筺体１３０の長手方向一端部に、先述の窒素タンク４１が窒素供給バルブ４０を介して接続されている。筺体１３０の窒素タンク４１が接続された側の端部と逆側の端部には開放部が形成され、この開放部にカバー部材１３２がネジ１３３を用いて取り付けられている。カバー部材１３２には開口部１３２ａが形成されいて、この開口部１３２ａに流速低下手段として用いられるメッシュ部材１３４が、例えば2枚が重なった状態で取り付けられている。メッシュ部材１３４としては例えば多孔質金属体を用いることができ、多孔質金属体を用いる場合は、骨格が海綿のように３次元の網目状に形成されたものを用いることが望ましい。

窒素供給装置３８は、図５（ｃ）に示されるように、カバー部材１３２がワーク支持装置３６に支持されたワークＷに対向した状態となるように、可動台２４の上側部分２７（図１参照）に取り付けられている。

窒素供給装置３８では、窒素供給バルブ４０が開かれると、窒素供給バルブ４０を介して窒素タンク４１から筺体１３０内に窒素が供給されて、この窒素がメッシュ部材１３４を通過することで速度が低下した状態で筺体１３０からワークＷ近傍に向けて噴出される。このように、速度が低下した状態で窒素が接合加工中のワークＷ周辺へと供給されるため、メッシュ部材１３４を設けていない場合と比較してメッシュ近傍に窒素が留まる時間が長くなり、たとえワークＷ周辺を覆うチャンバを設けなくても、ワークＷ周辺の酸素濃度を良好に低下させることができる。

接合装置１０では、窒素供給装置３８からワークＷに向けて窒素の噴出がなれることと併せて、先述のようにコレット６２の吸排気口９８からもワークＷに向けて窒素の噴出がなされる。このため、窒素供給装置３８又はコレット６２のいずれか一方を用いてワークＷに窒素を噴出する場合と比較して、ワークＷ周辺の酸素濃度を良好に低下させることができ、ワークＷの接合がより良好になされるようになる。

図６には、接合装置１０が有する制御装置１４０が示されている。制御装置１４０は、検知装置７２で撮影された画像を認識する画像認識装置１４３を介して検知装置７２からの出力が入力される主制御部１４２を有する。主制御部１４２は、モータ制御部１４４を制御することで、ｙ軸モータ３２、ｘ軸モータ５６、コレット用ｚ軸モータ６０、及びθ軸モータ３４を制御する。また、主制御部１４２は、レーザ駆動回路１４６を制御することでレーザユニット７０を制御する。また、主制御部１４２は、バルブ駆動回路１４８を制御することで、載置台用バルブ１８、第１のコレット用バルブ６４、第２のコレット用バルブ６６、及び窒素供給バルブ４０を制御する。また、主制御部１４２は、ポンプ駆動回路１５０を制御することで吸引ポンプ１６を制御する。また、主制御部１４２は、モータ制御部１５２を制御することで検知装置用ｚ軸モータを制御する。また、主制御部１４２は、散布装置駆動回路１５４を制御することで、半田ボール散布装置１１６を制御する。また、主制御部１４２は、回収装置駆動回路１５６を制御することで、半田ボール回収装置１２０を制御する。

図７には、制御装置１４０で制御される接合装置１０の作用の概要が示されている。
接合動作がスタートすると、まず、ステップＳ１００で半田ボールＢを載置台１４に載置する載置工程が実行される。次のステップＳ２００では、ステップＳ１００で半田ボールＢが載置された載置台１４を、コレット６２が半田ボールＢを吸着できる位置まで移動させる載置台移動工程が実行される。次のステップＳ３００では、載置台１４に載置された半田ボールＢをコレット６２で吸着し、吸着された半田ボールＢをワークＷの電極Ｅ１、Ｅ２に搬送する搬送工程が実行される。次のステップＳ４００では、ワークＷの電極Ｅ１、Ｅ２に載置された半田ボールＢを加熱し、溶融（リフロー）することで接合する接合工程が実行される。そして、ステップＳ５００でワークＷに未接合箇所が残っているか否かを基準に、全ての接合が終了したか否かの判別がなされ、終了との判別がなされた場合は、一連の接合動作が終了する。一方、終了していないとの判別がなされた場合、ステップＳ３００の戻り、ワークＷの未接合部分の接合がなされる。

図８には、接合装置１０の半田ボール載置工程の制御フローが示されている。半田ボール載置工程がスタートすると、ステップＳ１０２で、主制御部１４２は、半田ボール散布装置１１６を駆動させて、載置台１４の載置面２０に半田ボールＢを散布させる。次のステップＳ１０４で、主制御部１４２は、吸引ポンプ１６を始動させるとともに、載置台用バルブ１８を開く制御をする。吸引ポンプ１６が始動し、載置台用バルブ１８が開いた状態となると、載置面２０に散布された半田ボールＢが、吸引により凹部１１４に形成された傾斜面１１５に着座して、凹部１１４に位置決めされる。なお、ステップＳ１０２で半田ボールＢの散布を開始させるのと同時に、ステップＳ１０４の載置台１４による半田ボールＢの吸着を開始させても良い。

次のステップＳ１０６で載置台１４による半田ボールＢの吸着を開始してから所定時間が経過したことを確認した後に、ステップＳ１０８で、主制御部１４２は半田ボール回収装置１２０を駆動させ、載置台１４に吸着されなかった未吸着の半田ボールＢの除去を行う。ステップＳ１０６における所定時間は、載置面２０に形成される凹部１１４の数、散布される半田ボールＢの数、半田ボールの質量等を考慮して、凹部１１４に半田ボールＢが着座するために要する時間以上の長さに定められる。

図９には、接合装置１０の載置台移動工程における制御フローが示されている。載置台移動工程がスタートすると、ステップＳ２０２で、主制御部１４２は、ｙ軸モータ３２、ｘ軸モータ５６、コレット用ｚ軸モータ６０、及びθ軸モータ３４を制御して、載置面に吸着された半田ボールＢがコレット６２の吸排気口９８付近に位置する状態となるようにコレット６２及び載置台１４を一次移動させる。

次のステップＳ２０４で、主制御部１４２は、検知装置用ｚ軸モータを制御し、撮影部７４を、載置面に載置された半田ボールＢ、及びコレット６２に焦点が合うように移動させる。次のステップＳ２０８で、主制御部１４２は、検知装置７２で検知され、画像認識装置１４３で画像処理されたデータに基づいて、半田ボールＢがコレット６２による吸着に最適な位置となるような載置台１４及びコレット６２の位置補正データを作成する。

次のステップＳ２１０で、主制御部１４２は、ステップＳ２０８で作成された補正データを用いてｙ軸モータ３２、ｘ軸モータ５６、コレット用ｚ軸モータ６０、及びθ軸モータ３４を制御して、コレット６２及び載置台１４の位置補正を行う。

図１０には、接合装置１０の半田ボールＢをワークＷに搬送する搬送工程における制御フローが示されている。ステップＳ３０２で、主制御部１４２は、ステップＳ１０４で開始された載置台１４による半田ボールＢの吸着を終了させる。このステップで載置台１４による半田ボールＢの吸引を終了させることにより、続いてなされるコレット６２による半田ボールＢの吸着が良好なされるようになる。次のステップＳ３０４で、主制御部１４２はポンプ駆動回路１５０を制御することで、第１のコレット用バルブ６４を開いた状態とし、コレット６２による半田ボールＢの吸着を開始させる。

次のステップＳ３０６で、主制御部１４２は、ｙ軸モータ３２、ｘ軸モータ５６、コレット用ｚ軸モータ６０、及びθ軸モータ３４を制御して、コレット６２に吸着された半田ボールＢがワークＷの電極Ｅ１、Ｅ２付近に位置する状態となるように載置台１４とコレット６２とを一次移動させる。

次のステップＳ３０８で、主制御部１４２は、検知装置用ｚ軸モータを制御し、撮影部７４をワークＷの電極Ｅ１、Ｅ２に焦点が合うように移動させる。次のステップＳ３１０で、主制御部１４２に、検知装置７２で検知され、画像認識装置１４３で処理された電極Ｅ１、Ｅ２の画像データが入力される。次のステップＳ３１２で、主制御部１４２は、検知装置用ｚ軸モータを制御し、撮影部７４を、コレット６２に吸着された半田ボールＢに焦点が合うように移動させる。次にステップＳ３１４で、主制御部１４２に、検知装置７２で検知され画像認識装置１４３で処理された半田ボールＢの画像データが入力される。

次のステップＳ３１６で、主制御部１４２は、ステップＳ３１０で入力された電極Ｅ１、Ｅ２の画像データと、ステップＳ３１４で入力された半田ボールＢの画像データとに基づいて、半田ボールＢが電極Ｅ１、Ｅ２に正確に載置されるように載置台１４及びコレット６２の位置補正データを作成する。次のステップＳ３１８で、主制御部１４２は、ステップＳ３１６で作成された補正データを用いてｙ軸モータ３２、ｘ軸モータ５６、コレット用ｚ軸モータ６０、及びθ軸モータ３４を制御して、ワークＷ及びコレット６２を二次移動させて位置補正を行う。

次のステップＳ３２０で、主制御部１４２は、第１のコレット用バルブ６４を閉じ、コレット６２の吸排気口９８からの吸気を停止させ、コレット６２による半田ボールＢの吸着状態を解除して、半田ボールＢを電極Ｅ１、Ｅ２に載置する。次のステップＳ３２２で、主制御部１４２は、バルブ駆動回路１４８を制御して第２のコレット用バルブ６６を開き、コレット６２の吸排気口９８からの窒素供給を開始させる。窒素を供給することで半田ボールＢが電極Ｅ１、Ｅ２に押圧され、半田ボールＢと電極Ｅ１、Ｅ２が密着した状態となるので、後工程でなされる半田ボールＢによる電極Ｅ１、Ｅ２の接合がより良好になされるようになる。また、窒素が供給されることで電極Ｅ１、Ｅ２、半田ボールＢの周辺の酸素濃度が低下するため、半田ボールＢによる電極Ｅ１、Ｅ２の接合がより良好になされるようになる。このように、吸排気口９８からの窒素供給は、電極Ｅ１、Ｅ２と半田ボールＢとの密着性を高める効果と、接合部の酸素濃度を低下させる効果とをあわせもっている。

図１１には、接合装置１０の接合工程における制御フローが示されている。ステップＳ４０２で、主制御部１４２は、バルブ駆動回路１４８を制御することで窒素供給バルブ４０を開き、窒素供給装置３８からワークＷに向けての窒素の供給を開始させる。このように、接合装置１０では、コレット６２から接合部へ窒素を供給するとともに、窒素供給装置３８でワークＷの周辺の広い範囲に窒素を供給するため、接合部を覆うチャンバを設けなくても、接合部周辺の酸素濃度を良好に低下させることができる。次のステップＳ４０４で所定時間が経過したことを確認した後に、ステップＳ４０８で主制御部１４２は、レーザ駆動回路１４６を制御してコレット６２の照射部１０４から半田ボールＢに向けて予め定めれら時間、レーザ照射を行わせる。レーザ照射がなされると、半田ボールＢが加熱され、溶融（リフロー）して電極Ｅ１及びＥ２の接合がなされる。

次のステップＳ４０８で、主制御部１４２は、ステップＳ４０２で開始された窒素供給装置３８からの窒素噴射と、ステップＳ３２２で開始されたコレット６２からの窒素噴射とを停止させる。次のステップＳ４１０で、主制御部１４２は、コレット６２とワークＷとを互いに離間させるように、コレット６２と載置台１４とを移動させる。

以上述べたように、本発明は、例えば電極等の接合対象部を、半田ボール等の接合材粒で接合する接合装置及び接合方法に適用することができる。

本発明の実施形態に係る接合装置の概略構成を示し、図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は左側面図である。 本発明の実施形態に用いられるコレットの構成を示し、図２（ａ）は先端部を拡大して示す左側面図であり、図２（ｂ）は図１（ａ）の点線で囲まれる部分を矢印Ａ方向から示す説明図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）におけるＢＢ断面図である。 本発明の実施形態に用いられるコレットが接合装置中に設けられる位置を説明し、図３（ａ）は半田ボールがコレットに支持された時点の状態を示す説明図であり、図３（ｂ）は半田ボールが電極に到達した時点の状態を示す説明図である。 本発明の実施形態に用いられる載置台を示し、図４（ａ）は平面図であり、図４（ｂ）は概略構成図であり、図４（ｃ）は図４（ｂ）の点線Ｃで囲まれる部分を拡大して示す説明図である。 本発明の実施形態に用いられる窒素供給装置を示し、図（ａ）は斜視図であり、図５（ｂ）は断面図であり、図５（ｃ）は窒素供給装置が配置される位置を模式的に示す模式図である。 本発明の実施形態に係る接合装置に用いられる制御装置を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る接合装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る接合装置の半田ボールを載置台に載置する動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る接合装置の載置台を移動させる動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る接合装置の、載置台から接合対象部へ半田ボール搬送する動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る接合装置の、接合対象部を接合する動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 接合装置
１４ 載置台
１６ 吸引ポンプ
１８ 載置台用バルブ
２０ 載置面
２４ 可動台
３２ ｙ軸モータ
３４ θ軸モータ
３８ 窒素供給装置
５６ ｘ軸モータ
６０ コレット用ｚ軸モータ
６２ コレット
６４ 第１のコレット用バルブ
６６ 第２のコレット用バルブ
６８ 光ファイバー
７０ レーザユニット
７２ 検知装置
９０ コレット本体
９８ 吸排気口
１０４ 照射部
１１０ 筺体
１１４ 凹部
１１５ 傾斜面
１１６ 半田ボール散布装置
１２０ 半田ボール回収装置
１２２ 貫通孔
１４０ 制御装置
１４２ 主制御部
Ｂ 半田ボール
Ｅ１ 電極
Ｅ２ 電極
Ｗ ワーク

Claims (13)

1. 接合材粒が載置される載置手段と、
   この載置手段に載置された接合材粒を接合対象部に搬送する搬送手段と、
   を有し、
   前記載置手段は、接合材粒が当接する傾斜面を備えた位置決め用の凹部が形成された載置部を有することを特徴とする接合装置。
2. 前記載置部に前記凹部と連通する貫通孔が形成され、
   前記貫通孔に接続された吸引手段をさらに有することを特徴とする請求項１記載の接合装置。
3. 前記吸引手段は、前記搬送手段が接合材粒の搬送を開始する前に吸引を停止することを特徴とする請求項２記載の接合装置。
4. 略球形の接合材粒が用いられ、
   前記凹部の前記貫通孔と連通する部分の径は、前記接合材粒の外径よりも小径であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の接合装置。
5. 略球形の接合材粒が用いられ、
   前記載置部の接合材粒が載置される面における前記凹部の径は、前記接合材粒の外径よりも大径であることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の接合装置。
6. 前記載置部に前記凹部が複数形成されていることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の接合装置。
7. 前記搬送手段は複数の接合材粒を支持する支持手段を有し、
   この支持手段が接合材粒を支持する間隔と等間隔で、前記載置部に前記凹部が形成されていることを特徴とする請求項６記載の接合装置。
8. 前記載置手段に接合材粒を供給する供給手段をさらに有することを特徴とする請求項１乃至７いずれか記載の接合装置。
9. 前記凹部に位置決めされなかった接合材粒を除去する除去手段をさらに有することを特徴とする請求項１乃至８いずれか記載の接合装置。
10. 接合対象部に搬送された接合材粒を加熱する加熱手段をさらに有することを特徴とする請求項１乃至９いずれか記載の接合装置。
11. 接合材粒が当接する傾斜面を備えた位置決め用の凹部が形成された載置部を有し、この載置部に載置された接合材粒を、搬送手段を用いて接合対象部に搬送するようにしたことを特徴とする載置装置。
12. 接合材粒が当接する傾斜面を備えた位置決め用の凹部が形成された載置部に接合材粒を載置し、前記載置部に載置された接合材粒を接合対象部に搬送し、接合対象部に搬送された接合材粒を加熱することを特徴とする接合方法。
13. 接合対象部へと搬送され、接合対象部で加熱される接合材粒が当接する傾斜面を備えた位置決め用の凹部が形成された載置部に接合材粒を載置することを特徴とする載置方法。

Images