JP3724003B2 - 半田ボール搭載装置およびその半田ボール供給装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半田ボールでバンプを形成する為の半田ボール搭載装置およびその半田ボール供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の半田ボール搭載装置として、例えば図５に示すものが知られている。同図に示すように、この半田ボール搭載装置１０１は、半田ボールＢを整列供給する整列ユニット１０２と、整列ユニット１０２から整列供給された半田ボールＢをパッケージＰに装着（搭載）する装着ユニット１０３とで構成されている。装着ユニット１０３は、基台上に進退自在に設けたスライドベース１１１と、スライドベース１１１上に固定した反転機構１１２と、スライドベース１１１上に昇降自在に設けられたパッケージ載置台１１３とを備えている。反転機構１１２は、支持台１１４と、支持台１１４に回動自在に取り付けられた反転アーム１１５と、反転アーム１１５の先端に固定された整列テーブル１１６とで構成されており、整列テーブル１１６には、パッケージＰの半田ボール実装パターン（一般的にはマトリクス状）に合致する吸着孔１１６ａが多数形成されている。整列ユニット１０２から供給された半田ボールＢは、多数の吸着孔１１６ａに漏れなく吸着され、反転アーム１１５の回動により、パッケージ載置台１１３にセットされたパッケージＰまで反転移送され、吸着を解いてその基板面に装着される。
【０００３】
一方、整列ユニット１０２は、半田ボールＢを保留する保留容器１２１と、保留容器１２１内の半田ボールＢを上記の整列テーブル１１６に搬送すると共に余剰の半田ボールＢを整列テーブル１１６から回収するための各種の搬送装置１２７，１２８，１２９と、保留容器１２１から供給された半田ボールＢを整列テーブル１１６上に整列させる整列ヘッド１２２とを備えている。保留容器１２１は、下部に半田ボールＢを保留するストック部１２３が、中間部に定量カップ１２４を備えた供給部１２５が、そして上部に整列ヘッド１２２から回収した余剰の半田ボールＢとストック部１２３から供給した半田ボールＢとを舞上げながら定量カップ１２４に送る回収部１２６が、それぞれ設けられている。
【０００４】
ストック部１２３の半田ボールＢは、外部から吹き込まれたエアーにより舞上げられ、この状態で内部搬送装置１２７により、ストック部１２３から回収部１２６に送られる。回収部１２６では、ストック部１２３から送り込まれた半田ボールＢと回収された半田ボールＢとが、吹き上げられるようにして合流し、更に落下して、供給部１２５の定量カップ１２４に送られる。定量カップ１２４に集積した半田ボールＢは、外部から吹き込まれたエアーにより舞上げられ、この状態で外部搬送装置１２８により、整列ヘッド１２２にエアー搬送される。整列ヘッド１２２には、整列テーブル１１６に密着して整列室１２２ａが設けられており、半田ボールＢは、整列室１２２ａに吹き込んだエアーにより攪拌されながら、整列テーブル１１６の各吸着孔１１６ａにエアー吸着される。整列検査により、半田ボールＢが全ての吸着孔１１６ａに吸着されたことが確認されると、再度、余剰の半田ボールＢが吹き上げられ、今度は回収搬送装置１２９により、保留容器１２１の回収部１２６にエアー搬送される。
【０００５】
一方、半田ボールＢは、搬送に基づく摩擦により帯電し（静電気）、保留容器１２１の内壁や各種の搬送用ホースの内面に付着してしまい、これが搬送における大きな障害となる。そこで、上記の整列ユニット１０２では、保留容器１２１を金属容器で構成すると共に、半田ボールＢの搬送に伴い、半田ボールＢを吹き上げるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の半田ボール搭載装置では、半田ボールＢを整列テーブル１１６に供給すると共に、余剰の半田ボールＢを回収するために、整列ユニット１０２が極めて複雑な構成になっており、コストアップになる問題があった。また、整列ユニット１０２の供給・回収系が閉回路構成となっているため、装置の運転中に半田ボールＢを補充することができない不具合があった。さらに、半田ボールＢは搬送中に帯電し易いため、保留容器１２１を金属容器で構成しても、静電気対策が十分ではなかった。
【０００７】
本発明は、装置運転中の半田ボールの補充を可能にすると共に、単純な構造で、半田ボールを確実に整列させかつパッケージに確実に装着することができる半田ボール搭載装置およびその半田ボール供給装置を提供することをその目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく請求項１の本発明は、略水平に配設され、上側から供給された端子用の半田ボールを吸着によりアレイ状に整列させる整列テーブルと、整列テーブルを反転させ、整列テーブル上に吸着した半田ボールをプリント基板に装着する反転機構と、整列テーブルの上側に配設され、貯留している半田ボールを落下により整列テーブルに供給する供給容器と、整列テーブルの下側に配設され、整列テーブルから溢れ落ちた余剰の半田ボールを受ける回収容器と、半田ボールを回収容器から供給容器に搬送する搬送手段とを備えたことを特徴とする。
また、供給容器は密封容器であり、搬送手段は、真空吸引装置と、一端が真空吸引装置に接続され他端が供給容器に接続された真空用ホースと、一端が回収容器に接続され他端が供給容器内に差し込まれた搬送用ホースとを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項１において、供給容器から整列テーブルへの半田ボールの落下が、自由落下であることが好ましい。
【００１１】
請求項１において、真空用ホースの他端は供給容器の上端部に接続され、搬送用ホースの一端は回収容器の底部に接続されていることが、好ましい。
【００１２】
請求項１において、回収容器および供給容器を含んで回収容器から供給容器に至る半田ボールの搬送経路に、静電気を除電する静電気除去手段を、更に備えることが好ましい。
【００１３】
請求項４において、静電気除去手段は、半田ボールの搬送経路を構成する回収容器、搬送用ホースおよび供給容器のうちの少なくとも搬送用ホースに内在させたアース線であることが、好ましい。
【００１４】
請求項１において、少なくとも供給容器の一部が、貯留している半田ボールを外部から視認可能な透明な材料で構成されていることが、好ましい。
【００１５】
請求項１において、供給容器は、その下部がロート状に形成されると共にその下端部に半田ボールを払い出す開閉ゲートを有しており、開閉ゲートの開放動作に先立ち、かつこれに続く閉塞動作に先立ち、真空吸引装置を駆動させる制御手段を更に備えることが、好ましい。
【００１６】
請求項１ないし７のいずれか１項において、整列テーブルを傾動させる傾動機構を、更に備えることが好ましい。
【００１７】
請求項１ないし８のいずれか１項において、吸着されていない余剰の半田ボールを整列テーブル上から吹き落とす吹落し手段を、更に備えることが好ましい。
【００１８】
請求項１ないし９のいずれか１項において、回収容器の縁部が、整列テーブルの上方まで立ち上がっていることが、好ましい。
【００１９】
また、請求項１１の発明は、貯留している半田ボールを落下により所定量、整列テーブル上に供給する半田ボール搭載装置の半田ボール供給装置において、半田ボールを貯留すると共に、下部がロート状に形成された供給容器と、供給容器の上部に連結され、供給容器内のエアーを吸引して半田ボールの自由落下を阻止可能な真空吸引手段と、真空吸引手段の駆動をＯＮ−ＯＦＦする制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
請求項１１において、真空吸引手段が、供給容器の上部のうちの上端部に連結されていることが、好ましい。
【００２１】
【作用】
請求項１の半田ボール搭載装置によれば、供給容器に貯留されている半田ボールは、適宜、整列テーブルに供給され、整列テーブルでアレイ状に整列される。その際、余剰の半田ボールは、整列テーブルから溢れ落ちて回収容器に受けられ、搬送手段により回収容器から供給容器に搬送（回収）される。一方、半田ボールを整列状態で吸着した整列テーブルは、反転機構により反転され、これにより、半田ボールはプリント基板に整列した状態で装着される。この場合、半田ボールは、供給容器から整列テーブルに上側から落下により供給されると共に、その際の余剰の半田ボールは、整列テーブルの下側で回収容器に受けられるため、供給および回収系を単純な構造にすることができる。また、この供給・回収系は、大気に開放された開放回路構造になっているため、単に回収容器に半田ボールを投入するだけで、装置全体の運転を停止することなく、半田ボールを補充することができる。
【００２２】
請求項２の半田ボール搭載装置によれば、供給容器から整列テーブルへの半田ボールの落下が、自由落下であることにより、強制落下のものに比してより一層、構造を単純化することができる。
【００２３】
請求項３の半田ボール搭載装置によれば、搬送手段を、真空吸引装置と、一端が真空吸引装置に接続され他端が供給容器に接続された真空用ホースと、一端が回収容器に接続され他端が供給容器内に差し込まれた搬送用ホースとで構成することにより、真空用ホースを介して、真空吸引装置により供給容器内のエアーを抜くことで、搬送用ホースを介して半田ボールを、詰まりを生ずることなく、回収容器から供給容器に搬送することができる。また、回収容器の上部は開放されているため、ここから半田ボールを投入すれば、供給容器に半田ボールを簡単に補充することができる。
【００２４】
請求項４の半田ボール搭載装置によれば、真空用ホースの他端が供給容器の上端部に接続され、搬送用ホースの一端が回収容器の底部に接続されていることにより、供給容器内の半田ボールを、真空用ホースが吸い上げてしまうのを有効に防止することができると共に、回収容器の半田ボールを、搬送用ホースにより効率よく吸い上げる（搬送する）ことができる。
【００２５】
請求項５および６の半田ボール搭載装置によれば、回収容器および供給容器を含んで回収容器から供給容器に至る半田ボールの搬送経路に、静電気を除電する静電気除去手段を備えることにより、帯電した半田ボールを除電することができ、搬送経路内における半田ボールの詰まり、搬送不良、供給不良等を、簡単に解消することができる。
【００２６】
請求項７の半田ボール搭載装置によれば、静電気除去手段を、半田ボールの搬送経路を構成する回収容器、搬送用ホースおよび供給容器のうちの少なくとも搬送用ホースに内在させたアース線で構成することにより、最も帯電し易い搬送用ホース内での半田ボールの除電が可能となり、半田ボールの除電を効率よくかつ確実に行うことができる。しかも、この静電気除去手段を極めて簡単な構造で達成することができる。また、アース線の先端を供給容器内の半田ボールにたらし込むようにすれば、あえて供給容器を金属容器にする必要がなくなる。
【００２７】
請求項８の半田ボール搭載装置によれば、少なくとも供給容器の一部が、貯留している半田ボールを外部から視認可能な透明な材料で構成されていることにより、供給容器内の半田ボールの残量が目視でき、半田ボールを安定して補充することができる。このことは、装置の運転中に半田ボールを補充することができることと相俟って、極めて有効に機能する。
【００２８】
請求項９の半田ボール搭載装置によれば、供給容器の開閉ゲートの開弁動作に先立ち、かつ続く閉弁動作に先立ち、真空吸引装置を駆動させる制御手段を備えることにより、開閉ゲートの開放動作および閉塞動作の際に、供給容器内の半田ボールを、重力に抗してわずかに浮かせることができ、開閉ゲートに半田ボールが噛む等の、開閉ゲートと半田ボールとの干渉を防止することができる。これにより、開閉ゲートの開閉動作に支障生ずることなく、かつ変形した不良な半田ボールが整列テーブルに供給されるなどの不具合が解消される。また、開閉ゲートが開放しても半田ボールが落下しないようにすれば、真空吸引装置のＯＮ−ＯＦＦにより、半田ボールの払出しを制御することができ、真空吸引装置を主ゲートとして機能させることができる。すなわち、定常時において、開閉ゲートを閉塞しておいて真空吸引装置のＯＮすれば、請求項２に如く半田ボールの回収および補充が可能になり、開閉ゲートの開閉に連動して真空吸引装置のＯＮ−ＯＦＦすれば、堰板の無い半田ボール供給用の開閉ゲートを構成することができる。なお、この場合の開閉ゲートは開閉弁および開閉コック等を含むものである。
【００２９】
請求項１０の半田ボール搭載装置によれば、整列テーブルを傾動させる傾動機構を備えることにより、整列テーブルに供給された半田ボールのうち、整列テーブルに吸着された半田ボール以外の余剰の半田ボールのみを回収容器に簡単に落下させることができる。
【００３０】
請求項１１の半田ボール搭載装置によれば、吸着されていない余剰の半田ボールを整列テーブル上から吹き落とす吹落し手段を備えることにより、整列テーブル上の余剰の半田ボールを回収容器に簡単に落下させることができる。また、上記傾動機構を併用すれば、整列テーブル上の余剰の半田ボールのみを回収容器に確実に落下させることができる。
【００３１】
請求項１２の半田ボール搭載装置によれば、回収容器の縁部が、整列テーブルの上方まで立ち上がっていることにより、自由落下による供給の際に、整列テーブル上でバウンドした半田ボールが回収容器の外に落下することがなく、かつ上記の吹落としの際にも、半田ボールが回収容器の外に落下することがなく、半田ボールを漏れなく回収することができる。
【００３２】
請求項１３の半田ボール供給装置によれば、制御手段により真空吸引手段の駆動をＯＮして供給容器内のエアーを吸引すると、半田ボールは重力に抗してその落下を阻止される。一方、この状態から真空吸引手段の駆動をＯＦＦすると、半田ボールはその重みで供給容器から整列テーブル上に落下する。すなわち、真空吸引手段のＯＮ−ＯＦＦが、半田ボールの供給を制御するゲート、弁、コック等として機能する。これにより、堰板の無いゲート（弁座の無い弁、コック）を構成することができ、半田ボールを円滑に供給することができると共に、半田ボールの損傷を防止することができる。
【００３３】
請求項１４の半田ボール供給装置によれば、真空吸引手段が、供給容器の上部のうちの上端部に連結されていることにより、真空吸引手段の吸引力が強くても、真空吸引手段が、供給容器内の半田ボールを吸い上げてしまうのを有効に防止することができる。
【００３４】
【実施例】
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施例に係る半田ボール搭載装置について説明する。なお、理解を容易にするため、本装置により半田ボールが搭載されるパッケージ（デバイス）の好適な一例を、先に説明することとする。図３はこのパッケージの断面図であり、図４はその裏面図である。両図に示すように、このパッケージＰは、表面実装形のＢＧＡパッケージであり、プリント基板Ｐａの表面には、ＩＣチップＰｂがモールド樹脂Ｐｃにより封止されている。プリント基板Ｐａの裏面には、端子を構成する多数の半田バンプＰｄがマトリクス状に実装されたおり、この半田バンプＰｄは、プリント基板Ｐａの各ランドに塗布したフラックスに半田ボールＢを搭載し、これをリフローすることにより構成される。
【００３５】
半田バンプＰｄをアレイ状に実装する実装パターンは、上記のマトリクス（格子）タイプおよびステッガ（千鳥）タイプがあり、いずれも多端子・広ピッチが可能であり、いわゆる近年の多ピン化において、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）に比して優れたものとなっている。また、半田バンプＰｄの実装領域は、図４のようにプリント基板Ｐａの全域に配列するものと、プリント基板Ｐａの周縁部に配列するものとがあり、後者は、特にキャビティダウンタイプのパッケージに採用されている。なお、本説明ではプラスチックＢＧＡを一例としたが、他のパッケージ構造を採るＢＧＡ、例えばセラミックＢＧＡやＴＡＢフィルムをベースとしたＢＧＡ等、多種にわたるものがあることは、いうまでもない。
【００３６】
実施例の半田ボール搭載装置は、上記の半田バンプＰｄを構成する半田ボールＢを、フラックスが塗布されたプリント基板（実際にはこの時点でデバイスとして作り込まれている）Ｐａに装着（搭載）するものであり、所定のピン数（端子数）の半田ボールＢを、予めアレイ状（マトリクス状）に整列させておいて、これを一括してプリント基板Ｐａに装着するものである。図１は実施例の半田ボール搭載装置の全体構成を表した側面図であり、図２はその要部の拡大図である。
【００３７】
両図に示すように、この半田ボール搭載装置１は、半田ボールＢを整列供給する整列ユニット２と、整列ユニット２から整列供給された半田ボールＢをパッケージＰのプリント基板Ｐａに装着する装着ユニット３と、これら整列ユニット２および装着ユニット３に適宜接続された真空吸引ユニット（真空吸引装置）４と、装着ユニット３に接続された圧縮空気供給ユニット（圧縮空気供給装置）５と、これら真空吸引ユニット４および圧縮空気供給ユニット５を制御するコントローラ（制御手段）６とを備え、これに、画像認識用のカメラユニット７、フラックス供給用のシリンジ８、フラックスのスキージとワーク送りとを兼ねるワーク送りシリンダ９およびワーク移送用の吸着シリンダ１０を搭載して、構成されている。
【００３８】
そして、整列ユニット２、カメラユニット７、シリンジ８、ワーク送りシリンダ９および吸着シリンダ１０は、直行型の３軸ロボット１１の支持プレート１２に横並びに取り付けられており、この３軸ロボット１１により、Ｘ軸方向（図示の紙面に対し前後）、Ｙ軸方向（図示の左右）およびＺ軸方向（図示の上下）に移動可能に構成されている。なお、コントローラ（制御手段）６による真空吸引ユニット４および圧縮空気供給ユニット５の制御は、具体的には、真空吸引ユニット４および圧縮空気供給ユニット５と各装置とを接続するホースに設けた、電磁弁１３のＯＮ−ＯＦＦにより行われる。
【００３９】
実施例では、ＩＣチップＰｂ実装済みの数個（３〜４個）のパッケージＰがキャリア（図示省略）に搭載され、このキャリアがマガジン（図示省略）に収容されて半田ボール搭載装置１に供給される。半田ボール搭載装置１では、３軸ロボット１１により移動する吸着シリンダ１０が、このパッケージＰを搭載したキャリアを、マガジンから装着ユニット３に移送する。ここで、図外のマスクがキャリア上にセットされ、これにシリンジ８からフラックスが供給される。次いで、３軸ロボット１１により、ワーク送りシリンダ９がスキージ動作を行い、マスクを介してキャリアに搭載した全てのパッケージＰに、同時にフラックスが塗布される。
【００４０】
フラックスの塗布が完了すると、ワーク送りシリンダ９が、キャリアを介して最初のパッケージＰを適切な位置に位置決めする。次に、整列ユニット２の供給容器４１から装着ユニット３の整列テーブル２５に半田ボールＢが供給される。整列テーブル２５上における半田ボールＢの整列が、カメラユニット７により画像認識されると、整列テーブル２５が反転して、半田ボールＢをパッケージＰに装着する。パッケージＰに装着した半田ボールＢは、再度カメラユニット７により画像認識され、ここで最初のパッケージＰに対する半田ボールＢの搭載が完了する。次に、ワーク送りシリンダ９が、キャリアを介して次のパッケージＰを適切な位置に移動させ、上記と全く同様の動作が行われる。このようにして、キャリアに搭載した全てのパッケージＰについて半田ボールＢが搭載されると、吸着シリンダ１０が作動して、キャリアをリフロー側の搬送装置に移送する。
【００４１】
次に、本実施例の要部について詳細に説明する。
【００４２】
装着ユニット３は、基台１４上に固定された反転機構２１と、基台１４上に反転機構２１に並べて配設したワーク載置台２２とで構成されている。また反転機構２１は、支持台２３と、支持台２３に回動自在に取り付けられた反転アーム２４と、反転アーム２４の先端に着脱自在に取り付けた整列テーブル２５とで構成されている。ワーク載置台２２の上部には、パッケージＰを搭載したキャリアを吸着する（セットする）ワークテーブル２８が設けられており、ワークテーブル２８は、反転アーム２４により反転した、整列テーブル２５が臨む位置に配設されている。ワークテーブル２８にはガイド溝が形成され、キャリアおよびパッケージＰの送りを案内できるようになっている。
【００４３】
整列テーブル２５には、半田ボール装着パターンに合致する（図４参照）アレイ状の吸着孔２６が多数形成されており、整列テーブル２５の下側には、真空吸引ユニット４に連なる吸引口２７が臨んでいる。供給容器４１からばらまくように落下した半田ボールＢが、各吸着孔２６に吸着されることにより、アレイ状に整列される。整列テーブル２５の上面は、供給された半田ボールＢが転がって吸着孔２６に吸着され易いように、また余剰の半田ボールＢを落下させる場合、例えば整列テーブル２５を回収容器４２内部に傾斜させる場合、半田ボールＢが落下し易いように、平坦に形成されている。
【００４４】
反転アーム２４は、装着ユニット３の内部装置（傾動機構）により、供給容器４１に水平に臨む基準位置と、上側に角度１８０度回動してワークテーブル２８に水平に臨む装着位置と、基準位置からわずかに下方に回動する傾動位置との間で、回動される。反転アーム２４の中間位置には、障壁板２９が立設されており、整列テーブル２５上に落下した半田ボールＢが、バウンドして支持台２３側に落ちるのを防止している。また、障壁板２９の前面には、圧縮空気供給ユニット（吹落し手段）５に連なる吹出口（吹落し手段）３０が形成されており、整列テーブル２５上の余剰の半田ボールＢは、反転アーム２４の傾動位置への回動と、この吹出口３０からのエアーにより、吹き飛ばされるようにして、整列テーブル２５から確実に吹き落とされる。
【００４５】
一方、整列ユニット２は、半田ボールＢを貯留すると共にこの半田ボールＢを装着ユニット３の整列テーブル２５に供給する供給容器４１と、余剰の半田ボールＢを整列テーブル２５の下側で受ける回収容器４２と、半田ボールＢを回収容器４２から供給容器４１に搬送する搬送手段４３とで、構成されている。また搬送手段４３は、上記の真空吸引ユニット４と、一端を真空吸引ユニット４に接続され他端を供給容器４１に接続した真空用ホース４４と、一端を回収容器４２に接続し他端を供給容器４１内に差し込んだ搬送用ホース４５とで構成されている。なお、真空用ホース４４の供給容器４１への接続位置と、搬送用ホース４５の回収容器４２への接続位置とは、それぞれ上端部および底部が好適であるが、これに限定されるものではない。すなわち、真空用ホース４４にあっては、供給容器４１内の半田ボールＢを吸い込むことがなく、また搬送用ホース４５にあっては、回収容器４２内の半田ボールＢを適切に吸い込むことができれば、それぞれの接続位置を問うものではない。そして、供給容器４１、回収容器４２および搬送用ホース４５は、３軸ロボット１１の支持プレート１２に取り付けられ、Ｘ・Ｙ・Ｚ方向に移動可能に構成されている。
【００４６】
供給容器４１は、下半部をロート状に形成したガラス製の容器本体５１と、容器本体５１の上端部を封止するキャップ５２と、容器本体５１の下部に接続した供給ノズル５３と、供給ノズル５３の途中に介在させたコック（開閉ゲート）５４と、コック５４を開閉するエアーシリンダ５５とで構成されている。キャップ５２には、上記の真空用ホース４４の他端が貫通するように接続され、また上記の搬送用ホース４５の他端が貫通するように、かつ深く差し込まれるように接続されている。これにより、コック５４が閉塞状態において、真空吸引ユニット４が駆動し容器本体５１内のエアーが吸引されると、搬送用ホース４５を介して、回収容器４２から容器本体５１にエアーが勢い良くながれ、回収容器４２内の半田ボールＢが容器本体５１内に搬送される。
【００４７】
エアーシリンダ５５は、真空吸引ユニット４に接続され、真空吸引ユニット４を駆動源として往復動される。このエアーシリンダ５５とコック５４のハンドル５４ａとは、リンク５６を介して連結されており、コック５４は、エアーシリンダ５５の往復動により開閉される。この場合、コック５４の開弁により、容器本体５１の半田ボールＢが整列テーブル２５に供給（落とし込み）されるが、実際には、上記のコントローラ６により、コック５４の開閉と容器本体５１内のエアーの吸引・吸引停止とが連動して、半田ボールＢが供給される。具体的には、エアーの吸引が開始され（真空吸引ユニット４の駆動がＯＮ）た後コック５４が開弁され、続いてエアーの吸引が停止して（真空吸引ユニット４の駆動がＯＦＦ）半田ボールＢが払い出されて行く。所定量の半田ボールＢが払い出されると、再度、エアーの吸引が開され、続いてコック５４が閉弁され、さらにエアーの吸引が停止する。
【００４８】
すなわち、エアーの吸引が開始しコック５４を開弁してゆくと、供給ノズル５３の先端からエアーが流入し、半田ボールＢが重力に抗して浮いた状態になる。コック５４が全開した後エアーの吸引を停止すると、半田ボールＢはその重さで供給ノズル５３から払い出されてゆく。そして、再度、エアーの吸引を開始すると、半田ボールＢは供給ノズル５３から流入するエアーに吹き上げられ、その落下を阻止される。このように、コック５４の開閉動作の際に、半田ボールＢがコック５４の弁座から浮いた状態になるため、弁座に半田ボールＢが噛むのを防止することができる。したがって、コック５４の開閉不良を防止することができると共に、半田ボールＢの特に機械的損傷を防止することができ、装置の故障や半田ボールＢの実装不良を確実に防止することができる。
【００４９】
回収容器４２は、上部が開放した、いわゆるホッパー形状のものであり、ステンレスやアルミニウム等の金属で構成されている。回収容器４２の底部は深溝となっており、深溝の部位には上記の搬送用ホース４５が接続されている。回収容器４２の上縁部は、整列テーブル２５より高い位置に配設されており、供給容器４１から落下して整列テーブル２５でバウンドした半田ボールＢが、回収容器４２の外に飛び出すのを防止している。また、図示では省略されているが、回収容器４２の上端開放部分には、供給ノズル５３や整列テーブル２５に干渉しないように、網が張られており、余剰の半田ボールＢを漏れなく回収容器４２に捕捉できるようになっている。なお、供給容器４１への半田ボールＢの補充は、搬送手段４３を作動させておいて、この回収容器４２から補充する。
【００５０】
一方、搬送用ホース４５には、静電気除去手段を構成するアース線（金属線）４６が内在されており、アース線４６の一端は回収容器４２に接続され、他端は搬送用ホース４５から垂らされ、供給容器４１内の半田ボールＢ内に埋没している。この場合、搬送用ホース４５を柔軟性のある樹脂（例えばシリコンホース）で構成し、アース線４６は、銅の裸線で構成することが好ましいが、搬送用ホース４５は、柔軟性を有する限り導電性部材・非導電性部材を問うものではなく、また、アース線４６も、導電性を有する限りその材質や断面形状等を問うものではない。例えば、搬送用ホース４５の内面の一部または全部に導電性部材を内貼りしてもよいし、これとアース線４６を併用してもよい。
【００５１】
なお、本実施例では、搬送用ホース４５に１本のアース線４６を挿通した構成を採るが、この場合、半田ボールＢを真空搬送することを考慮すると、以下の諸条件を満たすことが好ましい。▲１▼ホースの内径が、半田ボール径＋アース線径を越えていること。▲２▼ホースの内径が、半田ボールの径の１．５倍〜２．０倍程度であること。▲３▼ホースの内径が、半田ボール径＋アース線径＋０．３ｍｍ程度であること。これを具体的数値で示すと、半田ボールＢの径が０．５〜１．０ｍｍである場合に、搬送用ホース４５の内径が１．５〜２．０ｍｍ程度、そしてアース線径が０．２ｍｍ程度となる。
【００５２】
このような構成を採ることにより、半田ボールＢを円滑に搬送することができると共に、半田ボールＢが帯電しても、回収容器４２、支持プレート１２、３軸ロボット１１、基台１４の順でアースされ、半田ボールＢが静電気により、搬送用ホース４５の内面や、供給容器４１および回収容器４２の内壁に付着するのを防止することができる。これにより、半田ボールＢの詰まりや、供給不良などが有効に防止され、半田ボールＢの自由落下による供給に支障を生ずることがない。また、供給容器４１自体も、内部視認できるガラス容器（プラスチックでも可）などで構成でき、金属容器にする必要がない。
【００５３】
ここで、図１を参照して、半田ボールＢの装着動作を簡単に説明する。回動アーム２４を基準位置に回動させ、パッケージＰのフラックス塗布が完了した状態から、整列テーブル２５のエアー吸引を開始すると共に、搬送手段４３を作動（供給容器４１のエアー吸引）させる。次に、エアーシリンダ５５によりコック５４を開放すると共に、搬送手段４３を停止させ、半田ボールＢを整列テーブル２５上に落下させる。その際、３軸ロボット１１により供給容器４１を前後左右に微小移動させ、半田ボールＢを整列テーブル２５上にまんべんなく落下させる（ばらまくようにする）。次に、搬送手段４３を再度作動させた後、コック５４を閉塞する。
【００５４】
ここで、整列テーブル２５を傾動位置に回動させ、更に障壁板２９の吹出口３０からエアーを吹いて、整列テーブル２５上の余剰の半田ボールＢを回収容器４２に落とし込む。次に、基準位置に戻った整列テーブル２５に、カメラユニット７が臨み、半田ボールＢが整列しているか否かが確認される。一方、これと相前後して搬送手段４３が作動し、回収容器４２に回収された半田ボールＢが、搬送用ホース４５を介して供給容器４１に搬送される。半田ボールＢの整列が確認されると、３軸ロボット１１により、供給容器４１やカメラユニット７が、反転アーム２４の位置から逃げ、反転アーム２４が装着位置に回動する。ここで、整列テーブル２５の吸引を停止することにより、半田ボールＢがフラックスに付着するようにして、パッケージＰに装着される。そして、これらの動作の繰り返しの中で、供給容器４１内の半田ボールＢが少なくなってきたら、回収容器４２に半田ボールＢを補充する。
【００５５】
以上のように本実施例によれば、半田ボールＢを自由落下により供給容器４１から整列テーブル２５に供給するようにしているので、整列ユニット２を極めて単純な構造にすることができる。また、半田ボールＢの補充も、回収容器４２に半田ボールＢを投入するだけでよく、装置の運転を停止させることなく、簡単に補充を行うことができる。さらに、簡単な構造で帯電した半田ボールＢを除電することができる。しかも、半田ボールＢの搬送手段４３と、供給容器４１の実質的な供給ゲートとを兼ねることができ、半田ボールＢの損傷を防止できると共に、この点でも装置構成を単純化することができる。したがって、故障の少なく、かつ歩留まりの良好な装置を、低コストで構成することができる。
【００５６】
なお、本実施例では、供給容器としてガラス容器を用いているが、内部が視認できかつ半田ボールを落下させることができる限り、その材質および構造を問うものではない。また、本装置は、ＢＧＡの他、フリップチップなどの半田バンプ形成の際にも適用できることは、いうまでもない。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように本発明の半田ボール搭載装置によれば、半田ボールを自由落下により整列テーブルに供給するようにしているので、装置を極めて単純化することができると共に、運転中に半田ボールを補充することができ、取扱いが良好になると共に、コストを低減することができる。また供給容器内の半田ボールを視認できるので、この点でも取扱いが良好になる。さらに、静電気除去手段により、半田ボールの搬送を円滑にすることができ、装置の信頼性を向上させることができる。
【００５８】
また、本発明の半田ボール供給装置によれば、半田ボールを損傷するすることなく、半田ボールを整列テーブルに円滑に供給することができるので、半田ボールを確実に整列させかつパッケージに確実に装着することができると共に、パッケージの歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る半田ボール搭載装置の全体構成を表した側面図である。
【図２】実施例に係る半田ボール搭載装置の供給容器廻りの拡大側面図である。
【図３】ＢＧＡパッケージを備えた半導体デバイスの断面図である。
【図４】ＢＧＡパッケージを備えた半導体デバイスの裏面図である。
【図５】従来の半田ボール搭載装置の全体構成を表した側面図である。
【符号の説明】
１ 半田ボール搭載装置
２ 整列ユニット
３ 装着ユニット
４ 真空吸引ユニット
５ 圧縮空気供給ユニット
６ コントローラ
２１ 反転機構
２４ 反転アーム
２５ 整列テーブル
３０ 吹出口
４１ 供給容器
４２ 回収容器
４３ 搬送手段
４４ 真空用ホース
４５ 搬送用ホース
４６ アース線
５４ コック
Ｂ 半田ボール
Ｐ パッケージ
【産業上の利用分野】
本発明は、半田ボールでバンプを形成する為の半田ボール搭載装置およびその半田ボール供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の半田ボール搭載装置として、例えば図５に示すものが知られている。同図に示すように、この半田ボール搭載装置１０１は、半田ボールＢを整列供給する整列ユニット１０２と、整列ユニット１０２から整列供給された半田ボールＢをパッケージＰに装着（搭載）する装着ユニット１０３とで構成されている。装着ユニット１０３は、基台上に進退自在に設けたスライドベース１１１と、スライドベース１１１上に固定した反転機構１１２と、スライドベース１１１上に昇降自在に設けられたパッケージ載置台１１３とを備えている。反転機構１１２は、支持台１１４と、支持台１１４に回動自在に取り付けられた反転アーム１１５と、反転アーム１１５の先端に固定された整列テーブル１１６とで構成されており、整列テーブル１１６には、パッケージＰの半田ボール実装パターン（一般的にはマトリクス状）に合致する吸着孔１１６ａが多数形成されている。整列ユニット１０２から供給された半田ボールＢは、多数の吸着孔１１６ａに漏れなく吸着され、反転アーム１１５の回動により、パッケージ載置台１１３にセットされたパッケージＰまで反転移送され、吸着を解いてその基板面に装着される。
【０００３】
一方、整列ユニット１０２は、半田ボールＢを保留する保留容器１２１と、保留容器１２１内の半田ボールＢを上記の整列テーブル１１６に搬送すると共に余剰の半田ボールＢを整列テーブル１１６から回収するための各種の搬送装置１２７，１２８，１２９と、保留容器１２１から供給された半田ボールＢを整列テーブル１１６上に整列させる整列ヘッド１２２とを備えている。保留容器１２１は、下部に半田ボールＢを保留するストック部１２３が、中間部に定量カップ１２４を備えた供給部１２５が、そして上部に整列ヘッド１２２から回収した余剰の半田ボールＢとストック部１２３から供給した半田ボールＢとを舞上げながら定量カップ１２４に送る回収部１２６が、それぞれ設けられている。
【０００４】
ストック部１２３の半田ボールＢは、外部から吹き込まれたエアーにより舞上げられ、この状態で内部搬送装置１２７により、ストック部１２３から回収部１２６に送られる。回収部１２６では、ストック部１２３から送り込まれた半田ボールＢと回収された半田ボールＢとが、吹き上げられるようにして合流し、更に落下して、供給部１２５の定量カップ１２４に送られる。定量カップ１２４に集積した半田ボールＢは、外部から吹き込まれたエアーにより舞上げられ、この状態で外部搬送装置１２８により、整列ヘッド１２２にエアー搬送される。整列ヘッド１２２には、整列テーブル１１６に密着して整列室１２２ａが設けられており、半田ボールＢは、整列室１２２ａに吹き込んだエアーにより攪拌されながら、整列テーブル１１６の各吸着孔１１６ａにエアー吸着される。整列検査により、半田ボールＢが全ての吸着孔１１６ａに吸着されたことが確認されると、再度、余剰の半田ボールＢが吹き上げられ、今度は回収搬送装置１２９により、保留容器１２１の回収部１２６にエアー搬送される。
【０００５】
一方、半田ボールＢは、搬送に基づく摩擦により帯電し（静電気）、保留容器１２１の内壁や各種の搬送用ホースの内面に付着してしまい、これが搬送における大きな障害となる。そこで、上記の整列ユニット１０２では、保留容器１２１を金属容器で構成すると共に、半田ボールＢの搬送に伴い、半田ボールＢを吹き上げるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の半田ボール搭載装置では、半田ボールＢを整列テーブル１１６に供給すると共に、余剰の半田ボールＢを回収するために、整列ユニット１０２が極めて複雑な構成になっており、コストアップになる問題があった。また、整列ユニット１０２の供給・回収系が閉回路構成となっているため、装置の運転中に半田ボールＢを補充することができない不具合があった。さらに、半田ボールＢは搬送中に帯電し易いため、保留容器１２１を金属容器で構成しても、静電気対策が十分ではなかった。
【０００７】
本発明は、装置運転中の半田ボールの補充を可能にすると共に、単純な構造で、半田ボールを確実に整列させかつパッケージに確実に装着することができる半田ボール搭載装置およびその半田ボール供給装置を提供することをその目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく請求項１の本発明は、略水平に配設され、上側から供給された端子用の半田ボールを吸着によりアレイ状に整列させる整列テーブルと、整列テーブルを反転させ、整列テーブル上に吸着した半田ボールをプリント基板に装着する反転機構と、整列テーブルの上側に配設され、貯留している半田ボールを落下により整列テーブルに供給する供給容器と、整列テーブルの下側に配設され、整列テーブルから溢れ落ちた余剰の半田ボールを受ける回収容器と、半田ボールを回収容器から供給容器に搬送する搬送手段とを備えたことを特徴とする。
また、供給容器は密封容器であり、搬送手段は、真空吸引装置と、一端が真空吸引装置に接続され他端が供給容器に接続された真空用ホースと、一端が回収容器に接続され他端が供給容器内に差し込まれた搬送用ホースとを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項１において、供給容器から整列テーブルへの半田ボールの落下が、自由落下であることが好ましい。
【００１１】
請求項１において、真空用ホースの他端は供給容器の上端部に接続され、搬送用ホースの一端は回収容器の底部に接続されていることが、好ましい。
【００１２】
請求項１において、回収容器および供給容器を含んで回収容器から供給容器に至る半田ボールの搬送経路に、静電気を除電する静電気除去手段を、更に備えることが好ましい。
【００１３】
請求項４において、静電気除去手段は、半田ボールの搬送経路を構成する回収容器、搬送用ホースおよび供給容器のうちの少なくとも搬送用ホースに内在させたアース線であることが、好ましい。
【００１４】
請求項１において、少なくとも供給容器の一部が、貯留している半田ボールを外部から視認可能な透明な材料で構成されていることが、好ましい。
【００１５】
請求項１において、供給容器は、その下部がロート状に形成されると共にその下端部に半田ボールを払い出す開閉ゲートを有しており、開閉ゲートの開放動作に先立ち、かつこれに続く閉塞動作に先立ち、真空吸引装置を駆動させる制御手段を更に備えることが、好ましい。
【００１６】
請求項１ないし７のいずれか１項において、整列テーブルを傾動させる傾動機構を、更に備えることが好ましい。
【００１７】
請求項１ないし８のいずれか１項において、吸着されていない余剰の半田ボールを整列テーブル上から吹き落とす吹落し手段を、更に備えることが好ましい。
【００１８】
請求項１ないし９のいずれか１項において、回収容器の縁部が、整列テーブルの上方まで立ち上がっていることが、好ましい。
【００１９】
また、請求項１１の発明は、貯留している半田ボールを落下により所定量、整列テーブル上に供給する半田ボール搭載装置の半田ボール供給装置において、半田ボールを貯留すると共に、下部がロート状に形成された供給容器と、供給容器の上部に連結され、供給容器内のエアーを吸引して半田ボールの自由落下を阻止可能な真空吸引手段と、真空吸引手段の駆動をＯＮ−ＯＦＦする制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
請求項１１において、真空吸引手段が、供給容器の上部のうちの上端部に連結されていることが、好ましい。
【００２１】
【作用】
請求項１の半田ボール搭載装置によれば、供給容器に貯留されている半田ボールは、適宜、整列テーブルに供給され、整列テーブルでアレイ状に整列される。その際、余剰の半田ボールは、整列テーブルから溢れ落ちて回収容器に受けられ、搬送手段により回収容器から供給容器に搬送（回収）される。一方、半田ボールを整列状態で吸着した整列テーブルは、反転機構により反転され、これにより、半田ボールはプリント基板に整列した状態で装着される。この場合、半田ボールは、供給容器から整列テーブルに上側から落下により供給されると共に、その際の余剰の半田ボールは、整列テーブルの下側で回収容器に受けられるため、供給および回収系を単純な構造にすることができる。また、この供給・回収系は、大気に開放された開放回路構造になっているため、単に回収容器に半田ボールを投入するだけで、装置全体の運転を停止することなく、半田ボールを補充することができる。
【００２２】
請求項２の半田ボール搭載装置によれば、供給容器から整列テーブルへの半田ボールの落下が、自由落下であることにより、強制落下のものに比してより一層、構造を単純化することができる。
【００２３】
請求項３の半田ボール搭載装置によれば、搬送手段を、真空吸引装置と、一端が真空吸引装置に接続され他端が供給容器に接続された真空用ホースと、一端が回収容器に接続され他端が供給容器内に差し込まれた搬送用ホースとで構成することにより、真空用ホースを介して、真空吸引装置により供給容器内のエアーを抜くことで、搬送用ホースを介して半田ボールを、詰まりを生ずることなく、回収容器から供給容器に搬送することができる。また、回収容器の上部は開放されているため、ここから半田ボールを投入すれば、供給容器に半田ボールを簡単に補充することができる。
【００２４】
請求項４の半田ボール搭載装置によれば、真空用ホースの他端が供給容器の上端部に接続され、搬送用ホースの一端が回収容器の底部に接続されていることにより、供給容器内の半田ボールを、真空用ホースが吸い上げてしまうのを有効に防止することができると共に、回収容器の半田ボールを、搬送用ホースにより効率よく吸い上げる（搬送する）ことができる。
【００２５】
請求項５および６の半田ボール搭載装置によれば、回収容器および供給容器を含んで回収容器から供給容器に至る半田ボールの搬送経路に、静電気を除電する静電気除去手段を備えることにより、帯電した半田ボールを除電することができ、搬送経路内における半田ボールの詰まり、搬送不良、供給不良等を、簡単に解消することができる。
【００２６】
請求項７の半田ボール搭載装置によれば、静電気除去手段を、半田ボールの搬送経路を構成する回収容器、搬送用ホースおよび供給容器のうちの少なくとも搬送用ホースに内在させたアース線で構成することにより、最も帯電し易い搬送用ホース内での半田ボールの除電が可能となり、半田ボールの除電を効率よくかつ確実に行うことができる。しかも、この静電気除去手段を極めて簡単な構造で達成することができる。また、アース線の先端を供給容器内の半田ボールにたらし込むようにすれば、あえて供給容器を金属容器にする必要がなくなる。
【００２７】
請求項８の半田ボール搭載装置によれば、少なくとも供給容器の一部が、貯留している半田ボールを外部から視認可能な透明な材料で構成されていることにより、供給容器内の半田ボールの残量が目視でき、半田ボールを安定して補充することができる。このことは、装置の運転中に半田ボールを補充することができることと相俟って、極めて有効に機能する。
【００２８】
請求項９の半田ボール搭載装置によれば、供給容器の開閉ゲートの開弁動作に先立ち、かつ続く閉弁動作に先立ち、真空吸引装置を駆動させる制御手段を備えることにより、開閉ゲートの開放動作および閉塞動作の際に、供給容器内の半田ボールを、重力に抗してわずかに浮かせることができ、開閉ゲートに半田ボールが噛む等の、開閉ゲートと半田ボールとの干渉を防止することができる。これにより、開閉ゲートの開閉動作に支障生ずることなく、かつ変形した不良な半田ボールが整列テーブルに供給されるなどの不具合が解消される。また、開閉ゲートが開放しても半田ボールが落下しないようにすれば、真空吸引装置のＯＮ−ＯＦＦにより、半田ボールの払出しを制御することができ、真空吸引装置を主ゲートとして機能させることができる。すなわち、定常時において、開閉ゲートを閉塞しておいて真空吸引装置のＯＮすれば、請求項２に如く半田ボールの回収および補充が可能になり、開閉ゲートの開閉に連動して真空吸引装置のＯＮ−ＯＦＦすれば、堰板の無い半田ボール供給用の開閉ゲートを構成することができる。なお、この場合の開閉ゲートは開閉弁および開閉コック等を含むものである。
【００２９】
請求項１０の半田ボール搭載装置によれば、整列テーブルを傾動させる傾動機構を備えることにより、整列テーブルに供給された半田ボールのうち、整列テーブルに吸着された半田ボール以外の余剰の半田ボールのみを回収容器に簡単に落下させることができる。
【００３０】
請求項１１の半田ボール搭載装置によれば、吸着されていない余剰の半田ボールを整列テーブル上から吹き落とす吹落し手段を備えることにより、整列テーブル上の余剰の半田ボールを回収容器に簡単に落下させることができる。また、上記傾動機構を併用すれば、整列テーブル上の余剰の半田ボールのみを回収容器に確実に落下させることができる。
【００３１】
請求項１２の半田ボール搭載装置によれば、回収容器の縁部が、整列テーブルの上方まで立ち上がっていることにより、自由落下による供給の際に、整列テーブル上でバウンドした半田ボールが回収容器の外に落下することがなく、かつ上記の吹落としの際にも、半田ボールが回収容器の外に落下することがなく、半田ボールを漏れなく回収することができる。
【００３２】
請求項１３の半田ボール供給装置によれば、制御手段により真空吸引手段の駆動をＯＮして供給容器内のエアーを吸引すると、半田ボールは重力に抗してその落下を阻止される。一方、この状態から真空吸引手段の駆動をＯＦＦすると、半田ボールはその重みで供給容器から整列テーブル上に落下する。すなわち、真空吸引手段のＯＮ−ＯＦＦが、半田ボールの供給を制御するゲート、弁、コック等として機能する。これにより、堰板の無いゲート（弁座の無い弁、コック）を構成することができ、半田ボールを円滑に供給することができると共に、半田ボールの損傷を防止することができる。
【００３３】
請求項１４の半田ボール供給装置によれば、真空吸引手段が、供給容器の上部のうちの上端部に連結されていることにより、真空吸引手段の吸引力が強くても、真空吸引手段が、供給容器内の半田ボールを吸い上げてしまうのを有効に防止することができる。
【００３４】
【実施例】
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施例に係る半田ボール搭載装置について説明する。なお、理解を容易にするため、本装置により半田ボールが搭載されるパッケージ（デバイス）の好適な一例を、先に説明することとする。図３はこのパッケージの断面図であり、図４はその裏面図である。両図に示すように、このパッケージＰは、表面実装形のＢＧＡパッケージであり、プリント基板Ｐａの表面には、ＩＣチップＰｂがモールド樹脂Ｐｃにより封止されている。プリント基板Ｐａの裏面には、端子を構成する多数の半田バンプＰｄがマトリクス状に実装されたおり、この半田バンプＰｄは、プリント基板Ｐａの各ランドに塗布したフラックスに半田ボールＢを搭載し、これをリフローすることにより構成される。
【００３５】
半田バンプＰｄをアレイ状に実装する実装パターンは、上記のマトリクス（格子）タイプおよびステッガ（千鳥）タイプがあり、いずれも多端子・広ピッチが可能であり、いわゆる近年の多ピン化において、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）に比して優れたものとなっている。また、半田バンプＰｄの実装領域は、図４のようにプリント基板Ｐａの全域に配列するものと、プリント基板Ｐａの周縁部に配列するものとがあり、後者は、特にキャビティダウンタイプのパッケージに採用されている。なお、本説明ではプラスチックＢＧＡを一例としたが、他のパッケージ構造を採るＢＧＡ、例えばセラミックＢＧＡやＴＡＢフィルムをベースとしたＢＧＡ等、多種にわたるものがあることは、いうまでもない。
【００３６】
実施例の半田ボール搭載装置は、上記の半田バンプＰｄを構成する半田ボールＢを、フラックスが塗布されたプリント基板（実際にはこの時点でデバイスとして作り込まれている）Ｐａに装着（搭載）するものであり、所定のピン数（端子数）の半田ボールＢを、予めアレイ状（マトリクス状）に整列させておいて、これを一括してプリント基板Ｐａに装着するものである。図１は実施例の半田ボール搭載装置の全体構成を表した側面図であり、図２はその要部の拡大図である。
【００３７】
両図に示すように、この半田ボール搭載装置１は、半田ボールＢを整列供給する整列ユニット２と、整列ユニット２から整列供給された半田ボールＢをパッケージＰのプリント基板Ｐａに装着する装着ユニット３と、これら整列ユニット２および装着ユニット３に適宜接続された真空吸引ユニット（真空吸引装置）４と、装着ユニット３に接続された圧縮空気供給ユニット（圧縮空気供給装置）５と、これら真空吸引ユニット４および圧縮空気供給ユニット５を制御するコントローラ（制御手段）６とを備え、これに、画像認識用のカメラユニット７、フラックス供給用のシリンジ８、フラックスのスキージとワーク送りとを兼ねるワーク送りシリンダ９およびワーク移送用の吸着シリンダ１０を搭載して、構成されている。
【００３８】
そして、整列ユニット２、カメラユニット７、シリンジ８、ワーク送りシリンダ９および吸着シリンダ１０は、直行型の３軸ロボット１１の支持プレート１２に横並びに取り付けられており、この３軸ロボット１１により、Ｘ軸方向（図示の紙面に対し前後）、Ｙ軸方向（図示の左右）およびＺ軸方向（図示の上下）に移動可能に構成されている。なお、コントローラ（制御手段）６による真空吸引ユニット４および圧縮空気供給ユニット５の制御は、具体的には、真空吸引ユニット４および圧縮空気供給ユニット５と各装置とを接続するホースに設けた、電磁弁１３のＯＮ−ＯＦＦにより行われる。
【００３９】
実施例では、ＩＣチップＰｂ実装済みの数個（３〜４個）のパッケージＰがキャリア（図示省略）に搭載され、このキャリアがマガジン（図示省略）に収容されて半田ボール搭載装置１に供給される。半田ボール搭載装置１では、３軸ロボット１１により移動する吸着シリンダ１０が、このパッケージＰを搭載したキャリアを、マガジンから装着ユニット３に移送する。ここで、図外のマスクがキャリア上にセットされ、これにシリンジ８からフラックスが供給される。次いで、３軸ロボット１１により、ワーク送りシリンダ９がスキージ動作を行い、マスクを介してキャリアに搭載した全てのパッケージＰに、同時にフラックスが塗布される。
【００４０】
フラックスの塗布が完了すると、ワーク送りシリンダ９が、キャリアを介して最初のパッケージＰを適切な位置に位置決めする。次に、整列ユニット２の供給容器４１から装着ユニット３の整列テーブル２５に半田ボールＢが供給される。整列テーブル２５上における半田ボールＢの整列が、カメラユニット７により画像認識されると、整列テーブル２５が反転して、半田ボールＢをパッケージＰに装着する。パッケージＰに装着した半田ボールＢは、再度カメラユニット７により画像認識され、ここで最初のパッケージＰに対する半田ボールＢの搭載が完了する。次に、ワーク送りシリンダ９が、キャリアを介して次のパッケージＰを適切な位置に移動させ、上記と全く同様の動作が行われる。このようにして、キャリアに搭載した全てのパッケージＰについて半田ボールＢが搭載されると、吸着シリンダ１０が作動して、キャリアをリフロー側の搬送装置に移送する。
【００４１】
次に、本実施例の要部について詳細に説明する。
【００４２】
装着ユニット３は、基台１４上に固定された反転機構２１と、基台１４上に反転機構２１に並べて配設したワーク載置台２２とで構成されている。また反転機構２１は、支持台２３と、支持台２３に回動自在に取り付けられた反転アーム２４と、反転アーム２４の先端に着脱自在に取り付けた整列テーブル２５とで構成されている。ワーク載置台２２の上部には、パッケージＰを搭載したキャリアを吸着する（セットする）ワークテーブル２８が設けられており、ワークテーブル２８は、反転アーム２４により反転した、整列テーブル２５が臨む位置に配設されている。ワークテーブル２８にはガイド溝が形成され、キャリアおよびパッケージＰの送りを案内できるようになっている。
【００４３】
整列テーブル２５には、半田ボール装着パターンに合致する（図４参照）アレイ状の吸着孔２６が多数形成されており、整列テーブル２５の下側には、真空吸引ユニット４に連なる吸引口２７が臨んでいる。供給容器４１からばらまくように落下した半田ボールＢが、各吸着孔２６に吸着されることにより、アレイ状に整列される。整列テーブル２５の上面は、供給された半田ボールＢが転がって吸着孔２６に吸着され易いように、また余剰の半田ボールＢを落下させる場合、例えば整列テーブル２５を回収容器４２内部に傾斜させる場合、半田ボールＢが落下し易いように、平坦に形成されている。
【００４４】
反転アーム２４は、装着ユニット３の内部装置（傾動機構）により、供給容器４１に水平に臨む基準位置と、上側に角度１８０度回動してワークテーブル２８に水平に臨む装着位置と、基準位置からわずかに下方に回動する傾動位置との間で、回動される。反転アーム２４の中間位置には、障壁板２９が立設されており、整列テーブル２５上に落下した半田ボールＢが、バウンドして支持台２３側に落ちるのを防止している。また、障壁板２９の前面には、圧縮空気供給ユニット（吹落し手段）５に連なる吹出口（吹落し手段）３０が形成されており、整列テーブル２５上の余剰の半田ボールＢは、反転アーム２４の傾動位置への回動と、この吹出口３０からのエアーにより、吹き飛ばされるようにして、整列テーブル２５から確実に吹き落とされる。
【００４５】
一方、整列ユニット２は、半田ボールＢを貯留すると共にこの半田ボールＢを装着ユニット３の整列テーブル２５に供給する供給容器４１と、余剰の半田ボールＢを整列テーブル２５の下側で受ける回収容器４２と、半田ボールＢを回収容器４２から供給容器４１に搬送する搬送手段４３とで、構成されている。また搬送手段４３は、上記の真空吸引ユニット４と、一端を真空吸引ユニット４に接続され他端を供給容器４１に接続した真空用ホース４４と、一端を回収容器４２に接続し他端を供給容器４１内に差し込んだ搬送用ホース４５とで構成されている。なお、真空用ホース４４の供給容器４１への接続位置と、搬送用ホース４５の回収容器４２への接続位置とは、それぞれ上端部および底部が好適であるが、これに限定されるものではない。すなわち、真空用ホース４４にあっては、供給容器４１内の半田ボールＢを吸い込むことがなく、また搬送用ホース４５にあっては、回収容器４２内の半田ボールＢを適切に吸い込むことができれば、それぞれの接続位置を問うものではない。そして、供給容器４１、回収容器４２および搬送用ホース４５は、３軸ロボット１１の支持プレート１２に取り付けられ、Ｘ・Ｙ・Ｚ方向に移動可能に構成されている。
【００４６】
供給容器４１は、下半部をロート状に形成したガラス製の容器本体５１と、容器本体５１の上端部を封止するキャップ５２と、容器本体５１の下部に接続した供給ノズル５３と、供給ノズル５３の途中に介在させたコック（開閉ゲート）５４と、コック５４を開閉するエアーシリンダ５５とで構成されている。キャップ５２には、上記の真空用ホース４４の他端が貫通するように接続され、また上記の搬送用ホース４５の他端が貫通するように、かつ深く差し込まれるように接続されている。これにより、コック５４が閉塞状態において、真空吸引ユニット４が駆動し容器本体５１内のエアーが吸引されると、搬送用ホース４５を介して、回収容器４２から容器本体５１にエアーが勢い良くながれ、回収容器４２内の半田ボールＢが容器本体５１内に搬送される。
【００４７】
エアーシリンダ５５は、真空吸引ユニット４に接続され、真空吸引ユニット４を駆動源として往復動される。このエアーシリンダ５５とコック５４のハンドル５４ａとは、リンク５６を介して連結されており、コック５４は、エアーシリンダ５５の往復動により開閉される。この場合、コック５４の開弁により、容器本体５１の半田ボールＢが整列テーブル２５に供給（落とし込み）されるが、実際には、上記のコントローラ６により、コック５４の開閉と容器本体５１内のエアーの吸引・吸引停止とが連動して、半田ボールＢが供給される。具体的には、エアーの吸引が開始され（真空吸引ユニット４の駆動がＯＮ）た後コック５４が開弁され、続いてエアーの吸引が停止して（真空吸引ユニット４の駆動がＯＦＦ）半田ボールＢが払い出されて行く。所定量の半田ボールＢが払い出されると、再度、エアーの吸引が開され、続いてコック５４が閉弁され、さらにエアーの吸引が停止する。
【００４８】
すなわち、エアーの吸引が開始しコック５４を開弁してゆくと、供給ノズル５３の先端からエアーが流入し、半田ボールＢが重力に抗して浮いた状態になる。コック５４が全開した後エアーの吸引を停止すると、半田ボールＢはその重さで供給ノズル５３から払い出されてゆく。そして、再度、エアーの吸引を開始すると、半田ボールＢは供給ノズル５３から流入するエアーに吹き上げられ、その落下を阻止される。このように、コック５４の開閉動作の際に、半田ボールＢがコック５４の弁座から浮いた状態になるため、弁座に半田ボールＢが噛むのを防止することができる。したがって、コック５４の開閉不良を防止することができると共に、半田ボールＢの特に機械的損傷を防止することができ、装置の故障や半田ボールＢの実装不良を確実に防止することができる。
【００４９】
回収容器４２は、上部が開放した、いわゆるホッパー形状のものであり、ステンレスやアルミニウム等の金属で構成されている。回収容器４２の底部は深溝となっており、深溝の部位には上記の搬送用ホース４５が接続されている。回収容器４２の上縁部は、整列テーブル２５より高い位置に配設されており、供給容器４１から落下して整列テーブル２５でバウンドした半田ボールＢが、回収容器４２の外に飛び出すのを防止している。また、図示では省略されているが、回収容器４２の上端開放部分には、供給ノズル５３や整列テーブル２５に干渉しないように、網が張られており、余剰の半田ボールＢを漏れなく回収容器４２に捕捉できるようになっている。なお、供給容器４１への半田ボールＢの補充は、搬送手段４３を作動させておいて、この回収容器４２から補充する。
【００５０】
一方、搬送用ホース４５には、静電気除去手段を構成するアース線（金属線）４６が内在されており、アース線４６の一端は回収容器４２に接続され、他端は搬送用ホース４５から垂らされ、供給容器４１内の半田ボールＢ内に埋没している。この場合、搬送用ホース４５を柔軟性のある樹脂（例えばシリコンホース）で構成し、アース線４６は、銅の裸線で構成することが好ましいが、搬送用ホース４５は、柔軟性を有する限り導電性部材・非導電性部材を問うものではなく、また、アース線４６も、導電性を有する限りその材質や断面形状等を問うものではない。例えば、搬送用ホース４５の内面の一部または全部に導電性部材を内貼りしてもよいし、これとアース線４６を併用してもよい。
【００５１】
なお、本実施例では、搬送用ホース４５に１本のアース線４６を挿通した構成を採るが、この場合、半田ボールＢを真空搬送することを考慮すると、以下の諸条件を満たすことが好ましい。▲１▼ホースの内径が、半田ボール径＋アース線径を越えていること。▲２▼ホースの内径が、半田ボールの径の１．５倍〜２．０倍程度であること。▲３▼ホースの内径が、半田ボール径＋アース線径＋０．３ｍｍ程度であること。これを具体的数値で示すと、半田ボールＢの径が０．５〜１．０ｍｍである場合に、搬送用ホース４５の内径が１．５〜２．０ｍｍ程度、そしてアース線径が０．２ｍｍ程度となる。
【００５２】
このような構成を採ることにより、半田ボールＢを円滑に搬送することができると共に、半田ボールＢが帯電しても、回収容器４２、支持プレート１２、３軸ロボット１１、基台１４の順でアースされ、半田ボールＢが静電気により、搬送用ホース４５の内面や、供給容器４１および回収容器４２の内壁に付着するのを防止することができる。これにより、半田ボールＢの詰まりや、供給不良などが有効に防止され、半田ボールＢの自由落下による供給に支障を生ずることがない。また、供給容器４１自体も、内部視認できるガラス容器（プラスチックでも可）などで構成でき、金属容器にする必要がない。
【００５３】
ここで、図１を参照して、半田ボールＢの装着動作を簡単に説明する。回動アーム２４を基準位置に回動させ、パッケージＰのフラックス塗布が完了した状態から、整列テーブル２５のエアー吸引を開始すると共に、搬送手段４３を作動（供給容器４１のエアー吸引）させる。次に、エアーシリンダ５５によりコック５４を開放すると共に、搬送手段４３を停止させ、半田ボールＢを整列テーブル２５上に落下させる。その際、３軸ロボット１１により供給容器４１を前後左右に微小移動させ、半田ボールＢを整列テーブル２５上にまんべんなく落下させる（ばらまくようにする）。次に、搬送手段４３を再度作動させた後、コック５４を閉塞する。
【００５４】
ここで、整列テーブル２５を傾動位置に回動させ、更に障壁板２９の吹出口３０からエアーを吹いて、整列テーブル２５上の余剰の半田ボールＢを回収容器４２に落とし込む。次に、基準位置に戻った整列テーブル２５に、カメラユニット７が臨み、半田ボールＢが整列しているか否かが確認される。一方、これと相前後して搬送手段４３が作動し、回収容器４２に回収された半田ボールＢが、搬送用ホース４５を介して供給容器４１に搬送される。半田ボールＢの整列が確認されると、３軸ロボット１１により、供給容器４１やカメラユニット７が、反転アーム２４の位置から逃げ、反転アーム２４が装着位置に回動する。ここで、整列テーブル２５の吸引を停止することにより、半田ボールＢがフラックスに付着するようにして、パッケージＰに装着される。そして、これらの動作の繰り返しの中で、供給容器４１内の半田ボールＢが少なくなってきたら、回収容器４２に半田ボールＢを補充する。
【００５５】
以上のように本実施例によれば、半田ボールＢを自由落下により供給容器４１から整列テーブル２５に供給するようにしているので、整列ユニット２を極めて単純な構造にすることができる。また、半田ボールＢの補充も、回収容器４２に半田ボールＢを投入するだけでよく、装置の運転を停止させることなく、簡単に補充を行うことができる。さらに、簡単な構造で帯電した半田ボールＢを除電することができる。しかも、半田ボールＢの搬送手段４３と、供給容器４１の実質的な供給ゲートとを兼ねることができ、半田ボールＢの損傷を防止できると共に、この点でも装置構成を単純化することができる。したがって、故障の少なく、かつ歩留まりの良好な装置を、低コストで構成することができる。
【００５６】
なお、本実施例では、供給容器としてガラス容器を用いているが、内部が視認できかつ半田ボールを落下させることができる限り、その材質および構造を問うものではない。また、本装置は、ＢＧＡの他、フリップチップなどの半田バンプ形成の際にも適用できることは、いうまでもない。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように本発明の半田ボール搭載装置によれば、半田ボールを自由落下により整列テーブルに供給するようにしているので、装置を極めて単純化することができると共に、運転中に半田ボールを補充することができ、取扱いが良好になると共に、コストを低減することができる。また供給容器内の半田ボールを視認できるので、この点でも取扱いが良好になる。さらに、静電気除去手段により、半田ボールの搬送を円滑にすることができ、装置の信頼性を向上させることができる。
【００５８】
また、本発明の半田ボール供給装置によれば、半田ボールを損傷するすることなく、半田ボールを整列テーブルに円滑に供給することができるので、半田ボールを確実に整列させかつパッケージに確実に装着することができると共に、パッケージの歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る半田ボール搭載装置の全体構成を表した側面図である。
【図２】実施例に係る半田ボール搭載装置の供給容器廻りの拡大側面図である。
【図３】ＢＧＡパッケージを備えた半導体デバイスの断面図である。
【図４】ＢＧＡパッケージを備えた半導体デバイスの裏面図である。
【図５】従来の半田ボール搭載装置の全体構成を表した側面図である。
【符号の説明】
１ 半田ボール搭載装置
２ 整列ユニット
３ 装着ユニット
４ 真空吸引ユニット
５ 圧縮空気供給ユニット
６ コントローラ
２１ 反転機構
２４ 反転アーム
２５ 整列テーブル
３０ 吹出口
４１ 供給容器
４２ 回収容器
４３ 搬送手段
４４ 真空用ホース
４５ 搬送用ホース
４６ アース線
５４ コック
Ｂ 半田ボール
Ｐ パッケージ
Claims (12)
- 略水平に配設され、上側から供給された端子用の半田ボールを吸着によりアレイ状に整列させる整列テーブルと、
当該整列テーブルを反転させ、当該整列テーブル上に吸着した前記半田ボールをプリント基板に装着する反転機構と、
前記整列テーブルの上側に配設され、貯留している前記半田ボールを落下により当該整列テーブルに供給する密封された供給容器と、
前記整列テーブルの下側に配設され、前記整列テーブルから溢れ落ちた余剰の前記半田ボールを受ける回収容器と、
前記半田ボールを搬送するための真空吸引装置と、一端が真空吸引装置に接続され他端が前記供給容器に接続された真空用ホースと、一端が前記回収容器に接続され他端が前記供給容器内に差し込まれた搬送用ホースとを有し、前記半田ボールを前記回収容器から前記供給容器に搬送する搬送手段とを備えたことを特徴とする半田ボール搭載装置。 - 前記供給容器から前記整列テーブルへの前記半田ボールの落下が、自由落下であることを特徴とする請求項１に記載の半田ボール搭載装置。
- 前記真空用ホースの他端は前記供給容器の上端部に接続され、前記搬送用ホースの一端は前記回収容器の底部に接続されていることを特徴と
する請求項１に記載の半田ボール搭載装置。 - 前記回収容器および前記供給容器を含んで当該回収容器から当該供給容器に至る前記半田ボールの搬送経路に、静電気を除電する静電気除去手段を、更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の半田ボール搭載装置。
- 前記静電気除去手段は、前記半田ボールの搬送経路を構成する当該回収容器、当該搬送用ホースおよび当該供給容器のうちの少なくとも前記搬送用ホースに内在させたアース線であることを特徴とする請求項４に記載の半田ボール搭載装置。
- 少なくとも前記供給容器の一部が、貯留している前記半田ボールを外部から視認可能な透明な材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の半田ボール搭載装置。
- 前記供給容器は、その下部がロート状に形成されると共にその下端部に前記半田ボールを払い出す開閉ゲートを有しており、
当該開閉ゲートの開放動作に先立ち、かつこれに続く閉塞動作に先立ち、前記真空吸引装置を駆動させる制御手段を、更に備えることを特徴とする請求項１に記載の半田ボール搭載装置。 - 前記整列テーブルを傾動させる傾動機構を、更に備えたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の半田ボール搭載装置。
- 吸着されていない余剰の前記半田ボールを当該整列テーブル上から吹き落とす吹落し手段を、更に備えたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の半田ボール搭載装置。
- 前記回収容器の縁部が、前記整列テーブルの上方まで立ち上がっていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の半田ボール搭載装置。
- 貯留している半田ボールを落下により所定量、整列テーブル上に供給する半田ボール搭載装置の半田ボール供給装置において、
前記半田ボールを貯留すると共に、下部がロート状に形成された供給容器と、
当該供給容器の上部に連結され、当該供給容器内のエアーを吸引して前記半田ボールの落下を阻止可能な真空吸引手段と、
当該真空吸引手段の駆動をＯＮ−ＯＦＦする制御手段とを備えたことを特徴とする半田ボール搭載装置の半田ボール供給装置。 - 前記真空吸引手段が、前記供給容器の上部のうちの上端部に連結されていることを特徴とする請求項１１に記載の半田ボール搭載装置の半田ボール供給装置。
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