JP3397123B2 - 導電性ボールの移載装置および移載方法 - Google Patents

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
いる方法が広く用いられている。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、吸着ツ
ールを用いる方法が知られている。

【０００３】この方法は容器などに貯溜された導電性ボ
ールを吸着ツール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、吸着ツールをワークの上方に
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】ところで、吸着ツール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、あるいは真空吸着を解除する際に以下に説明するよ
うなピックアップミスが発生しやすい。吸着ツールに導
電性ボールを真空吸着させるに際しては、多数の導電性
ボールが積層して貯溜された導電性ボールの供給部内に
吸着ツールを下降させ吸着孔より真空吸引するが、この
ときに各吸着孔に対して１つの導電性ボールが確実に真
空吸着されるとは限らない。例えば１つの吸着孔に複数
の導電性ボールが真空吸着され、吸着ツールの下面に余
分な導電性ボールが多数個連なって付着したまま吸着ツ
ールが上昇して移載動作に移ることがある。

【０００５】そこでこのような多数個付着の対策とし
て、ピックアップ時に吸着ツールに超音波振動を付与す
る方法が知られている（特開平７−２２６４２４号公
報）。この方法は、導電性ボールを真空吸着した吸着ツ
ールに超音波振動を付与することにより、吸着ツールの
下面に余分に付着した導電性ボールを振動により脱落さ
せる効果を狙ったものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ピックアッ
プ時に吸着ツールに超音波振動を付与する方法には、以
下に説明するような問題点があった。まずワークの品種
切替に際しては一般に吸着ツールを交換する必要がある
が、吸着ツールを交換する都度、超音波振動子の周波数
や出力を調整しなければならないことである。超音波振
動付与による導電性ボール除去の効果を有効に引き出す
ためには、吸着ツールの下面全体に超音波振動が伝達さ
れなければならず、このためには、超音波振動子の発振
する振動と吸着ツール各部の共振条件など、種々の要素
を考慮に入れた複雑な条件設定を行う必要があるからで
ある。この条件設定に際しては設定基準が明確にされて
いないため、多くの場合試行錯誤によらなければなら
ず、調整に時間と労力を必要とするという問題点があっ
た。

【０００７】また一括して搭載される導電性ボールの数
が増えるに従って吸着ツールは大型化する傾向にあり、
必要とされる超音波振動の出力も増大しているが、実用
上で使用可能な超音波振動子の出力には限界がある。高
出力の超音波振動は装置周辺の作業者の安全や健康に悪
影響を与えるおそれがあるからである。このように超音
波振動を付与する従来の導電性ボールの移載装置は、多
品種対応が必要な場合や、大型の吸着ツールを使用する
場合には対応が困難で導電性ボールを正確に吸着してピ
ックアップミスを防止するための対策として有効でない
という問題点があった。

【０００８】そこで本発明は、ピックアップミスを防止
し確実に導電性ボールをワークの電極上に１個づつ移載
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ツールと、導電性ボールを供給す
るボール供給部と、ワークを位置決めする位置決め部
と、前記吸着ツールを上下動させる上下動手段と、前記
吸着ツールをボール供給部と位置決め部の間を移動させ
る移動手段と、前記吸着ツールが前記吸着孔に導電性ボ
ールを真空吸着してピックアップした状態で前記吸着ツ
ールの側面に設けた突出部の下面を打撃することにより
この吸着ツールに打撃を与えて吸着ツールの下面に余分
に付着した導電性ボールを除去する打撃手段とを備え
た。

【００１０】請求項２の導電性ボールの移載方法は、吸
着ツールに導電性ボールの供給部に対して上下動作を行
わせてこの吸着ツールの吸着ツールの下面に形成された
複数個の吸着孔に導電性ボールを真空吸着してピックア
ップし、次いで吸着ツールをワークの上方に相対的に移
動させそこで吸着ツールに再度上下動作を行わせるとと
もに、真空吸着を解除することにより、前記吸着孔に真
空吸着された導電性ボールをワークに移載するようにし
た導電性ボールの移載方法であって、導電性ボールを真
空吸着した後に打撃手段により吸着ツールに打撃を与え
ることにより、吸着ツールの下面に余分に付着した導電
性ボールを除去するようにした。

【００１１】請求項３記載の導電性ボールの移載方法
は、請求項１記載の導電性ボールの移載方法であって、
前記吸着ツールが導電性ボールの供給部に対して下降し
導電性ボールを前記吸着孔に真空吸着可能な位置にある
間に、少なくとも１回打撃手段により吸着ツールに打撃
を与えるようにした。

【００１２】各請求項記載の発明によれば、吸着ツール
が導電性ボールを真空吸着可能な位置にあるや導電性ボ
ールを真空吸着した後に打撃手段によって吸着ツールに
打撃を与えることにより、各吸着孔に導電性ボールを速
やかに吸着させ、また吸着ツールの下面に余分に付着し
た導電性ボールを打撃時の衝撃によって除去することが
できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）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
実施の形態１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移載ヘッドの断面図、図
３（ａ）は同導電性ボールの移載装置のボール供給部の
部分断面図、図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は同導電性ボ
ールの移載装置の吸着ツールの部分断面図、図４は同導
電性ボールの移載装置のボール供給部の部分断面図、図
５は同導電性ボールの移載装置の移載ヘッドの部分断面
図、図６は導電性ボールの移載装置の位置決めテーブル
の部分正面図である。

【００１４】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１上に
は位置決めテーブル２が設けられている。位置決めテー
ブル２はＹテーブル３、Ｘテーブル４から構成される。
Ｘテーブル４上にはホルダ５が設けられており、ホルダ
５はワーク６を保持する。したがって位置決めテーブル
２を駆動することにより、ワーク６が所定位置に位置決
めされる。

【００１５】また基台１上の位置決めテーブル２の側方
には、導電性ボール７の供給部１０が配設されている。
ボール供給部１０はボール槽１１より成り、ボール槽１
１の内部には複数層のメッシュプレート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７
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。最上層のメッシュプレート１２上には導電性ボール
７が貯溜される。ボール槽１１の底部にはノズル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７の層に吹
き込まれ、導電性ボール７を流動化させる。

【００１６】ボール供給部１０の上方には移載ヘッド３
０が配設されている。移載ヘッド３０の下端部には吸着
ツール３２が装着されている。移載ヘッド３０はＺテー
ブル５０に保持されている。Ｚテーブル５０の背面に設
けられたナット（図示せず）は、水平な送りねじ２８に
螺合している。２９は送りねじ２８の保持テーブルであ
る。したがって、Ｘ軸モータ２７が正逆回転すると送り
ねじ２８は正逆回転し、テーブル５０は水平移動する。
ボール供給部１０上で移載ヘッド３０が上下動作を行う
ことにより、吸着ツール３２はその下面に導電性ボール
７を真空吸着してピックアップする。その後テーブル５
０が位置決めテーブル２上に水平移動し、そこで移載ヘ
ッド３０が再度上下動作を行うことにより、吸着ツール
３２は導電性ボール７をワーク６上に移載する。

【００１７】次に、図２を参照して移載ヘッド３０の構
造を説明する。３１は本体としてのボックスである。ボ
ックス３１は無底であって、その内部には箱形の吸着ツ
ール３２が収納されている。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に導電性ボール７を真空吸着す
る。また、吸着ツール３２には打撃手段としてのシリン
ダ３４が装着されている。シリンダ３４のロッド３４ａ
が高速度で突出してロッド３４ａの先端部が吸着ツール
３２の側面に設けられた突出部３２ａの下面を打撃する
ことにより、吸着ツール３２には打撃が与えられ、その
衝撃により吸着ツール３２の下面に余分に付着した導電
性ボール７が脱落する。シリンダ３４の動作はシリンダ
駆動部６５を介して制御部６０によって制御される。

【００１８】図２において、吸着ツール３２の側端部を
ボックス３１の底板３１ａ上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３１ａ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３４の両側部をストッパに当接させて
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。

【００１９】ボックス３１の上面にはシリンダ３８が設
置されており、シリンダ３８のロッド３９の下端部には
吸着ツール３２が結合されている。４０はバネ材であっ
て、ボックス３１の天井面と吸着ツール３２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の側面に設けられたスライダ４１は、ボッ
クス３１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。

【００２０】次にボックス３１の上下動手段について説
明する。５０はボックス３１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
３１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３１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５
１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３１や吸着ツール３
２は上下動作を行う。

【００２１】６０は制御部であって、吸引ユニット３
６、モータ駆動回路６１、圧力制御部６２などを制御す
る。６３はシリンダ３８の圧力源である。モータ駆動回
路６１は、モータ５６を制御する。高さ検出器６４は、
モータ５６の回転を計数することにより、吸着ツール３
２の高さ位置を検出する。圧力制御部６２はシリンダ３
８の押圧力を制御する。シリンダ駆動部６５はシリンダ
３４の駆動を制御する。

【００２２】この導電性ボールの移載装置は上記のよう
な構成より成り、次に各図を参照して動作を説明する。
まず、図１において、Ｘ軸モータ２７を駆動して移載ヘ
ッド３０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５６を駆動して移載ヘッド３０を下降さ
せ、図３（ａ）に示すように吸着ツール３２の下面を導
電性ボール７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（矢印ａ参照）、導電性ボール７はこのガスの
流れによって流動化されている。

【００２３】ここで、導電性ボール７が吸着孔３５に真
空吸着されるときの導電性ボール７の挙動について説明
する。吸着ツール３２が導電性ボール７を吸着可能な状
態になっても吸着孔３５に対して直ちに１つの導電性ボ
ール７が正常に吸着されるとは限らず、図３（ｂ）に示
すように１つの吸着孔３５の周囲に多数の導電性ボール
７が存在し、互いに干渉する結果いずれもが吸着孔３５
の導入口に進入できない状態が継続する場合がある。

【００２４】そこで、このような場合に少なくとも１回
シリンダ３４のロッド３４ａを突出させて、吸着ヘッド
３２の突出部３２ａに高速で打撃を与える（図５参
照）。このとき、吸着ツール３２はバネ材４０のバネ力
によって自重を相殺されているため、シリンダ３４の突
出力によって上方に変位し、ボックス３１の底板３１ａ
から浮き上がる。この打撃によって生じる振動のため、
図３（ｃ）に示すように吸着孔３５の周囲の導電性ボー
ル７のうち、最も吸着孔３５内に進入しやすい位置にあ
る導電性ボール７が吸着孔３５の内部へ移動する。そし
て、この導電性ボール７が吸着孔３５の吸引力がおよぶ
範囲まで移動すると、図３（ｄ）に示すように導電性ボ
ール７は吸引力に捕捉されて吸着孔３５に完全に吸着さ
れる。

【００２５】このように、吸着孔３５の周囲に多数の導
電性ボール７が互いに干渉しながら存在するときに、吸
着ツール３２に打撃を与えることにより、各吸着孔３５
に導電性ボール７を速やかに１個づつ真空吸着させるこ
とができる。各吸着孔３５に１個づつ導電性ボール７が
吸着される結果、図３（ｂ）に示すような吸着ツール３
２の下面に多数の導電性ボール７が吸引力により付着す
るピックアップミスを防止することができる。また打撃
による振動により、吸着ツール３２の下面に導電性ボー
ル７が静電力や有機付着物等の吸引力以外の原因によっ
て付着することを防止できる。

【００２６】なお、吸着ツール３２に打撃を与える時期
は、吸着ツール３２がボール供給部１０に対して下降を
開始した後に、導電性ボール７を吸引力により吸着可能
な位置にある間に設定される。また打撃を与える回数
は、導電性ボール７のサイズや与える打撃の強さなどと
の関連から試行により最適と推定される回数に設定され
る。

【００２７】このようにして各吸着孔３５の全てに導電
性ボールを真空吸着した吸着ヘッドは上昇を開始する
が、このとき図４に示すように吸着ツール３２の下面の
吸着孔３５以外の位置に余分な導電性ボール７が付着し
たまま移載ヘッド３０が上昇することがある。図４では
余分な導電性ボール７が１個付着した例を示している
が、この例以外にも複数の導電性ボール７が連なって付
着する場合など、余分な導電性ボール７の付着には様々
な態様がある。

【００２８】そこで、移載ヘッド３０がボール供給部１
０から上昇する過程で、図５に示すように再度シリンダ
３４のロッド３４ａを突出させて吸着ヘッド３２に打撃
を与える。これにより、吸着ツール３２の下面に余分に
付着した導電性ボール７は、打撃時の衝撃で吸着ツール
３２の下面から脱落する（矢印ｂ参照）。脱落した導電
性ボール７は、ボール供給部１０内に落下して回収され
る。

【００２９】このようにして余分に付着した導電性ボー
ル７が除去され、全ての吸着孔３５に１個づつ正しく導
電性ボール７を真空吸着してピックアップした移載ヘッ
ド３０は、ボール供給部１０から上昇し、次いで位置決
めテーブル２の上方に水平移動する。次に移載ヘッド３
０はホルダ５に保持されたワーク６上に下降し、真空吸
着を解除することにより図６に示すように電極６ａ上に
導電性ボール７を移載した後上昇し、導電性ボール７の
移載を完了する。

【００３０】（実施の形態２）図７は本発明の実施の形
態２の導電性ボールの移載装置の移載ヘッドの部分断面
図である。なお、図７において、実施の形態１と同一の
要素については同一符号を付して説明を省略している。
移載ヘッド７０はボックス７１より成り、その内部には
ブロック７４が収納されている。ブロック７４の下部に
は弾性体から成る緩衝材７３を介して吸着ツール７２が
装着されている。吸着ツール７２の端部は外側へ突出し
突出部７２ａとなっている。

【００３１】また、ボール供給部１０には吸着ツール７
２の打撃用のシリンダ７５が配設されている。シリンダ
７５は、ボール供給部１０から導電性ボール７を真空吸
着してピックアップした吸着ツール７２がボール供給部
１０上で一旦停止したときに、ロッド７５ａの先端部で
吸着ツール７２の突出部７２ａを打撃する。この打撃時
の衝撃により、吸着ツール７２下面に余分に付着した導
電性ボール７を脱落させる。

【００３２】本実施の形態２では、吸着ツール７２をブ
ロック７４と分離させることにより、打撃を与える対象
部分の質量を極力小さくすることができるため、小さな
打撃力でも吸着ツール７２に十分な衝撃を与えることが
でき、より確実に導電性ボール７を脱落除去する効果が
得られる。

【００３３】（実施の形態３）図８は本発明の実施の形
態３の導電性ボールの移載装置の移載ヘッドの断面図、
図９、図１０は同導電性ボールの移載装置の移載ヘッド
の部分断面図である。図８に示す導電性ボールの移載装
置は、実施の形態１の導電性ボールの移載装置から、吸
着ツール３２の打撃用のシリンダ３４を除いたものであ
り、本実施の形態３では、吸着ツール３２に打撃を与え
る手段として、移載ヘッド３０の下降動作時の吸着ツー
ル３２の慣性を利用するものである。以下、吸着ツール
３２の慣性を利用した打撃手段について各図を参照して
説明する。

【００３４】図８は、導電性ボール７を吸着ツール３２
が真空吸着してボール供給部１０から上昇した状態を示
している。このとき、吸着ツール３２の下面には余分な
導電性ボール７が付着している。図９は、図８に示す状
態からＺ軸モータ５６を駆動して移載ヘッド３０を高速
で下降させている状態を示している。このとき、シリン
ダ３８による加圧を解除すると吸着ツール３２はバネ材
４０によって自重を相殺されてフロート状態にあるた
め、移載ヘッド３０が下向きの加速度を受けているとき
には吸着ツール３２自体の慣性により、図９に示すよう
にボックス３１の底板３１ａから浮き上がり、隙間Ｇが
生じた状態となる。

【００３５】そして、移載ヘッド３０がボール供給部１
０上の所定高さまで下降したことを高さ検出器６４が検
出したならば、Ｚ軸モータ５６の駆動を停止するととも
にボールねじ５１の回転を急制動する。これにより、ボ
ックス３１は急停止するが、フロート状態にある吸着ヘ
ッド３２は慣性によりそのまま下降し、図１０に示すよ
うに吸着ツール３２の側端部がボックス３１の底板３１
ａに衝突する。すなわち、本実施の形態３では、ボック
スの底板３１ａと、Ｚ軸モータ５６が吸着ツールに打撃
を与える打撃手段となっている。この衝突時の衝撃によ
り、図１０に示すように吸着ツール３２下面に余分に付
着した導電性ボール７は脱落し、ボール供給部１０内に
回収される。

【００３６】このように、本実施の形態３では、移載ヘ
ッド３０の上下動作を利用し、専用の打撃手段を追加す
ることなく、余分に付着した導電性ボール７を脱落させ
ることができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、吸着ツールが導電性ボ
ールを真空吸着可能な位置にある間や導電性ボールを真
空吸着した後に打撃手段によって吸着ツールに打撃を与
えるようにしているので、各吸着孔に導電性ボールを速
やかに１個づつ真空吸着させることができるとともに、
吸着ツールの下面に余分に付着した導電性ボールを打撃
による衝撃によって速やかに除去することができ、ワー
クの電極上に導電性ボールを正しく１個づつ移載するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の導電性ボールの移載装
置の正面図

【図２】本発明の実施の形態１の導電性ボールの移載装
置の移載ヘッドの断面図

【図３】（ａ）本発明の実施の形態１の導電性ボールの
移載装置のボール供給部の部分断面図（ｂ）本発明の実
施の形態１の導電性ボールの移載装置の吸着ツールの部
分断面図（ｃ）本発明の実施の形態１の導電性ボールの
移載装置の吸着ツールの部分断面図（ｄ）本発明の実施
の形態１の導電性ボールの移載装置の吸着ツールの部分
断面図

【図４】本発明の実施の形態１の導電性ボールの移載装
置のボール供給部の部分断面図

【図５】本発明の実施の形態１の導電性ボールの移載装
置の移載ヘッドの部分断面図

【図６】本発明の実施の形態１の導電性ボールの移載装
置の位置決めテーブルの部分正面図

【図７】本発明の実施の形態２の導電性ボールの移載装
置の移載ヘッドの部分断面図

【図８】本発明の実施の形態３の導電性ボールの移載装
置の移載ヘッドの断面図

【図９】本発明の実施の形態３の導電性ボールの移載装
置の移載ヘッドの部分断面図

【図１０】本発明の実施の形態３の導電性ボールの移載
装置の移載ヘッドの部分断面図

【符号の説明】

１ 基台 ２ 位置決めテーブル ６ ワーク ７ 導電性ボール １０ ボール供給部 １１ ボール槽 １４ ノズル ２７ Ｘ軸モータ ３０ 移載ヘッド ３１ ボックス ３２ 吸着ツール ３４ シリンダ ３５ 吸着孔 ４０ バネ材 ５０ Ｚテーブル ５６ Ｚ軸モータ ６０ 制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−107121（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−129374（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−82713（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/60 H01L 23/12 H05K 3/34 505 B23K 3/06 B23P 21/00 305 B25J 15/06

Claims (3)

(57)【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ツールと、導電性ボールを供給する
   ボール供給部と、ワークを位置決めする位置決め部と、
   前記吸着ツールを上下動させる上下動手段と、前記吸着
   ツールをボール供給部と位置決め部の間を移動させる移
   動手段と、前記吸着ツールの側面に設けた突出部の下面
   を打撃することによりこの吸着ツールに打撃を与える打
   撃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】吸着ツールに導電性ボールの供給部に対し
   て上下動作を行わせてこの吸着ツールの吸着ツールの下
   面に形成された複数個の吸着孔に導電性ボールを真空吸
   着してピックアップし、次いで吸着ツールをワークの上
   方に相対的に移動させそこで吸着ツールに再度上下動作
   を行わせるとともに、真空吸着を解除することにより、
   前記吸着孔に真空吸着された導電性ボールをワークに移
   載するようにした導電性ボールの移載方法であって、導
   電性ボールを真空吸着した後に打撃手段により吸着ツー
   ルに打撃を与えることにより、吸着ツールの下面に余分
   に付着した導電性ボールを除去することを特徴とする導
   電性ボールの移載方法。
3. 【請求項３】前記吸着ツールが導電性ボールの供給部に
   対して下降し導電性ボールを前記吸着孔に真空吸着可能
   な位置にある間に、少なくとも１回打撃手段により吸着
   ツールに打撃を与えることを特徴とする請求項２記載の
   導電性ボールの移載方法。