JP3733486B2 - 導電性ボール除去装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性ボール搭載装置の改良に関するもので、主としてマウントヘッドのボール保持面に保持された不要な導電性ボールを除去するための除去手段とマウントヘッドの昇降量の決定に主眼をおいて開発されたものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より導電性ボール搭載装置において、搭載前のマウントヘッドに吸着保持された不要な導電性ボール（エキストラボール、ダブルボール等）を検出手段で検出して除去する方法や、導電性ボールを被搭載物に搭載した後のマウントヘッドに残された不要な導電性ボール（リメインボール等）を検出して除去する方法が存在した。
【０００３】
ところが、マウントヘッドのボール保持面は、厳密に言えば完全なる水平面ではなく、微妙な傾きを有している。そこで、導電性ボールが直径０．１ｍｍと非常に微小な場合、この傾きが単なる誤差ではなくなり、一定の接近量で制御すると、個々の取り除きたい不要な導電性ボールとその除去手段となる吸引ノズルの距離が異なるものとなり、十分に近づけない場合には、除去効果が発揮できない場合が生ずる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ボール保持面となる吸着孔が設けられた吸着プレートの交換時などに、導電性ボール搭載装置の動作前に予めマウントヘッドのボール保持面の傾きを求めておき、不要導電性ボールの除去を行う位置によって、除去手段となる吸引ノズルの上昇量及びマウントヘッドの下降量を異ならせ、ボール保持面と除去手段たる吸引ノズルの先端の間隔を一定に保つようにし、確実に不要導電性ボールの除去が可能な導電性ボール除去装置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、上記課題を解決するため、導電性ボール除去装置に次の手段を採用する。
第１に、導電性ボールを吸着保持するボール保持面を有し、保持した導電性ボールを被搭載物に搭載するマウントヘッドと、ボール保持面に接近しボール保持面上の不要な導電性ボールに作用して除去する除去手段と、該除去手段をボール保持面に相対的に接近させる昇降手段とを有する導電性ボール搭載装置とする。
第２に、ボール保持面に対し相対的に接近して所定間隔まで接近したことを検出する間隔検出手段を備える。
第３に、上記所定間隔となったときのボール保持面と間隔検出手段との相対的な接近移動量に基づいて、不要な導電性ボールを除去する際のマウントヘッドと除去手段の相対的昇降量を決定する。
【０００６】
第２の発明は、第１の発明の改良に関するもので、間隔検出出手段が、ボール保持面に対し相対的に接近しつつ気体を噴射若しくは吸引するノズルと、該ノズル内の圧力変動を検出する圧力検出手段から構成され、所定圧力を検出することでボール保持面とノズルが所定間隔まで接近したことを検出することを特徴とするものである。
更に、第３の発明は、第１又は第２の発明の改良に関するもので、除去手段が、気体を噴射又は吸引するノズルから構成されていることを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
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。図１は、半田ボール搭載装置１の全体を示す概略説明図であり、実施例では、本発明における導電性ボールとして、直径０．１ｍｍの半田ボール２が用いられている。勿論、本発明における導電性ボールが上記半田ボール２に限定されるものではない。又、実施例では被搭載物としてウエハ３１を使用しているが、他にＢＧＡ基板などのプリント配線基板であってもよいことは勿論である。
【０００８】
該半田ボール搭載装置１は、図１中左方より、半田ボール２が多数貯留されているボール供給装置３と、半田ボール２を真空吸引して保持するマウントヘッド４と、マウントヘッド４のＸ軸移動装置６（図１中左右への移動装置）と、マウントヘッド４のＺ軸移動装置７（図１中上下方向への移動装置）と、不要半田ボール２２，２３の位置を検出する検査カメラ８と、不要半田ボール２２，２３に直接的に作用するボール除去装置９と、ボール保持面１１とボール除去装置９が所定間隔まで接近したことを検出する圧力検出装置（図１には示されず、図２に示されている。）５と、Ｙ−Θ軸方向に移動するウエハ３１が載置されるＹーΘテーブル３２とが設けられている。
【０００９】
マウントヘッド４のＸ軸移動装置６（図１中左右への移動装置）と、マウントヘッド４のＺ軸移動装置７（図１中上下方向への移動装置）とが、ボール供給装置３と、ＹーΘテーブル３２との間でマウントヘッド４を相対的に移動させる移動機構となる。勿論、相対的に移動可能であればよいので、ＹーΘテーブル３２等が移動するものであっても、両者が移動するものであってもよい。
【００１０】
Ｘ軸移動装置６及びＺ軸移動装置７でのマウントヘッド４の移動は、ボール供給装置３上方への移動、ボール吸着のための上下移動及びＹーΘテーブル３２上方への移動、ボール搭載動作のための上下移動がある。尚、Ｚ軸移動装置７は、図示されていないサーボモータ、サーボモータにより回転させられるボールねじ、ボールねじの回転を上下動に変化させるナット部を備えたもので、Ｚ軸移動装置７は、上記機能以外に、吸引ノズル１０内の圧力変動を検出するためのマウントヘッド４の上下移動の駆動機構ともなる。
【００１１】
ＹーΘテーブル３２は、Ｙ軸駆動テーブル上にΘ軸駆動部が設置されており、Ｙ軸方向（図１中前後方向）及びΘ軸方向（回転方向）に平面移動可能に構成されており、搭載の際の位置合わせに用いられる。
【００１２】
マウントヘッド４は、半田ボール２を吸着保持する吸着孔１５が図３（Ｂ）に現れるように複数形成されたボール保持面１１が、マウントヘッド４の下面に形成されている。マウントヘッド４は、図示されていないバキューム源と接続されており、バキューム源からの負圧によりボール保持面１１に多数形成された吸着孔１５に半田ボール２を吸着保持する。
【００１３】
検査カメラ８は、不要半田ボール２２の位置を検出するもので、正確には、図３（Ａ）に示されるようなボール供給装置３で半田ボール２を吸着保持したマウントヘッド４に余分に保持されている不要半田ボール２２のボール保持面１１上の位置、若しくは図３（Ｂ）に示されるような搭載部でウエハ３１に半田ボール２を搭載した後のマウントヘッド４に搭載されずに保持されている半田ボール２３のボール保持面１１上の位置を検出するものである。
【００１４】
すなわち、検査カメラ８による不要半田ボール２２，２３の検出は、マウントヘッド４の往路（ボール搭載前の移動経路）及び復路（ボール搭載後の移動経路）の両方で行われる。図３（Ａ）は、往路での検査カメラ８での検出した検査画像であり、適正に吸着保持された半田ボール２と余剰ボールである不要な半田ボール２２がボール保持面１１上に検出されている。他方図３（Ｂ）は、復路での検査カメラ８での検出した検査画像であり、搭載されなかった残存ボールが不要な半田ボール２３としてボール保持面１１上に検出されている。尚、図中符号１５は、吸着孔である。
【００１５】
ボール除去装置９は、図２に示されるように吸引ノズル１０を有し、該吸引ノズル１０は、吸引通路１６を介して図示されていないバキューム源と接続されている。半田ボール２の直径が０．１ｍｍの場合、吸引ノズル１０の吸引開口径は０．８ｍｍであって、正規に吸着保持されている半田ボール２に干渉しない程度にボール保持面１１にできるだけ接近させて、不要半田ボール２２を取り囲むように位置することで不要半田ボール２２のほぼ全周から流入する外気が作用するように形成されている。
【００１６】
吸引ノズル１０での、不要半田ボール２２，２３の除去作業は次のように行われる。往路におけるエキストラボールやダブルボール等の不要半田ボール２２に対しては吸引除去が行われ、復路のリメインボール等の不要半田ボールに対しては、ボール保持面１１に当接しない程度に吸引ノズル１０を接近させて、不要半田ボール２３を吸引ノズル１０の先端開口内に位置させ、開口縁で取り囲み、マウントヘッド４若しくは吸引ノズル１０を横移動させることで開口縁に当接させて除去する。
【００１７】
尚、吸引ノズル１０には、マウントヘッド４下面の所定位置まで接近する昇降手段としてエアーシリンダ１２と図１中前後方向への移動のためのＹ軸移動機構１３とが装備されている。勿論、吸引ノズル１０と、マウントヘッド４下面の接近隔離は相対的なものでよいので、該エアーシリンダ１２及びマウントヘッド４のＺ軸移動装置７の何れを主としてもよい。
【００１８】
吸引ノズル１０への吸引通路１６の途中には、吸引ノズル１０の内部圧力の変動を検出する圧力検出装置５が接続されている。すなわち、該吸引ノズル１０が本発明における、除去手段としてのノズルの役割と同時に間隔検出手段を構成するノズルの役割も有するのである。実施例での圧力検出装置５は、吸引ノズル１０内の内部圧力の変動、すなわち、吸引圧の変動を検出する。従って、吸引ノズル１０と接続されるバキューム源が不要半田ボール２２，２３の除去に用いられれる吸引の負圧源と、圧力検出のため吸引ノズル１０内の内部圧力発生の負圧源となる。圧力検出装置５で検出された吸引ノズル１０内の内部圧力は、基台１４内部に設けられた制御部１７に入力され、記憶される。
【００１９】
次に、本実施例におけるボール除去の位置までのマウントヘッド４及び吸引ノズル１０の移動量の検出方法について説明する。先ず、半田ボール搭載装置１の搭載動作前に、図４（Ａ）に示されるような原点位置に存在する吸引ノズル１０のエアーシリンダ１２を作動させ、吸引ノズル１０を半田ボール２を吸着保持していないマウントヘッド４のボール保持面１１の所定検出位置下方より、図４（Ｂ）に示される所定位置まで上昇させる。ここでは吸着孔１５を設けたボール保持面１１と同一平面となる３点以上の吸着孔１５の無い位置を所定検出位置としている。
【００２０】
他方、マウントヘッド４も、図４（Ａ）に示される原点位置よりＺ軸移動装置７により所定量下降させられ、図４（Ｂ）に示される位置に至る。その後、図４（Ｃ）に現れるように低速で徐々にボール保持面１１に接近させる。両者のギャップが小さくなると、吸引ノズル１０内の圧力変動が生じる。図４（Ｃ）の位置より、吸引ノズル１０内の圧力変動を圧力検出装置５にて検出し、予め設定されている所定圧となったことで、吸引ノズル１０先端とマウントヘッド４下面の間隔が所定間隔になったことを検出する。図４（Ｄ）がこの位置を表している。このときの制御部１７は、吸引ノズル１０先端との間隔が所定間隔となったときの、原点位置からのマウントヘッド４の下降量、すなわち接近移動量を求める。尚、吸引ノズル１０の昇降手段にサーボモータ等を用い、徐々に上昇させて任意の位置で停止できる機構を設けた場合には、マウントヘッド４を停止させておいて吸引ノズル１０をその下面に徐々に接近させて所定圧力を検出し、原点位置から所定間隔となるまでの吸引ノズル１０の接近移動量を求めるようにしても良い。更に、マウントヘッド４を徐々に下降させ、吸引ノズル１０を徐々に上昇させて、両者の複合的な昇降動により、相対的に接近させて、所定圧力を検出するようにしても良い。
【００２１】
制御部１７は、更に、求めた３点についての接近移動量から平面方程式によりマウントヘッド４下面の傾きを求め、記憶しておく。すなわち、各点でのマウントヘッド４の機械原点位置からの下降量若しくは吸引ノズル１０の上昇量又は両者の相対的な昇降量により、各点の平面位置（Ｘ，Ｙ）及び高さ（Ｚ）を求め、平面方程式（ＡＸ＋ＢＹ＋ＣＺ）により理想水平面に対するマウントヘッド４下面の傾きを導き、記憶しているのである。マウントヘッド４下面の傾きを求めておくことで、吸引ノズル１０を所定の間隔まで接近させるマウントヘッド４と吸引ノズル１０との相対的昇降量を、ボール保持面１１の位置毎に決定でき、不要な半田ボールを除去する際のボール保持面１１と吸引ノズル１０の間隔を、ボール保持面１１上のどの位置においても、除去に必要な一定間隔とすることができる。
【００２２】
尚、実施例は吸引ノズル１０でマウントヘッド４下面の傾きを検出する際に、吸引での負圧を利用して行ったが、不要な半田ボール２２，２３に気体の噴射圧を作用させて除去する導電性ボール除去装置の場合には、ノズル１０からエアーを吹き出しながら接近させて、正圧の圧力変動を検出するようにしてもよい。
【００２３】
かようにマウントヘッド４下面の傾きの検出、及び、記憶作業の終了後、マウントヘッド４は、Ｘ軸移動装置６の作動により、ボール供給装置３上方に移動する。次に、Ｚ軸移動装置７の作動により、マウントヘッド４は下降し、ボール供給装置３より半田ボール２をマウントヘッド４のボール保持面１１に設けられた吸着孔１５に吸着し、半田ボール２を吸着したら、再びＺ軸移動装置７により上昇する。
【００２４】
半田ボール２を吸着したマウントヘッド４は、Ｘ軸移動装置６により、更に図１中右方への移動を継続し、検査カメラ８の上方に至る。ここで、検査カメラ８は、撮影を行い、撮影データに基づく画像処理によって、ボール供給装置３で半田ボール２を吸着保持したマウントヘッド４に余分に保持されれている不要半田ボール２２のボール保持面１１上の位置を認識し、検出する。
【００２５】
先ず、マウントヘッド４と吸引ノズル１０をＸ−Ｙ方向に相対移動させ、除去すべき不要半田ボール２２の下方に吸引ノズル１０を位置させる。次に、原点位置に存在する吸引ノズル１０のエアーシリンダ１２を作動させ、吸引ノズル１０を、半田ボール２を不要半田ボール２２の検出位置の下方より、所定位置まで上昇させる。
【００２６】
他方、マウントヘッド４も、画像処理により求められた不要半田ボール２２の位置データから、先に検出し記憶しているマウントヘッド４下面の傾きデータに応じて、マウントヘッド４の原点位置からの下降量を導き出し、先ず、原点位置よりＺ軸移動装置７により所定量下降させられ、その後、低速で徐々にボール保持面１１を吸引ノズル１０に接近させ、除去に必要な間隔まで近づかせた後、不要半田ボール２２を吸引ノズル１０にて吸引除去する。
【００２７】
不要半田ボール２２を除去した後、マウントヘッド４は、更に図１中右方へ移動し、ＹーΘテーブル３２のボール搭載位置上方に移動する。次に、Ｚ軸移動装置７によりマウントヘッド４を下降させてウエハ３１上に移動し、吸着を解除してボール搭載動作を行うのである。
【００２８】
ボール搭載動作の後、マウントヘッド４はボール供給装置３へ向かう復路に入るが、復路中、検査カメラ８上方に至ったとき、検査カメラ８で認識し、マウントヘッド４に残存する半田ボール２３のボール保持面１１上の位置を検出する。検出結果に基づき、マウントヘッド４と吸引ノズル１０をＸ−Ｙ方向に相対移動させ、除去すべき不要半田ボール２３の下方に吸引ノズル１０を位置させる。
次に、原点位置に存在する吸引ノズル１０のエアーシリンダ１２を作動させ、吸引ノズル１０を、不要半田ボール２２の検出位置の下方より、所定位置まで上昇させる。
【００２９】
他方、マウントヘッド４も、画像処理により求められた不要半田ボール２３の位置データから、先に検出し記憶しているマウントヘッド４下面の傾きデータに応じて、マウントヘッド４の原点位置からの下降量を導き出し、先ず、原点位置よりＺ軸移動装置７により所定量下降させられ、その後、低速で徐々にボール保持面１１を吸引ノズル１０に接近させ、残存不要半田ボール２３に近づけ、不要半田ボール２３を吸引ノズル１０の先端開口内に位置させ、開口縁で取り囲み、マウントヘッド４を横移動させることで開口縁に当接させて除去する。
【００３０】
尚、持ち帰りボールである不要半田ボール２３の除去に利用する場合には、余剰ボールである不要半田ボール２２の除去よりマウントヘッド４の下降量を多くし、より近づく。勿論、半田ボール２，２２、２３の径により該下降量も異なるのは当然である。
【００３１】
その後、ボール供給装置３にマウントヘッド４が戻り、半田ボール搭載装置１の一連の動作が完了する。一連の動作中、実施例では検査カメラ８による不要半田ボール２２，２３の検出及びボール除去を往路及び復路の２度行うものであったが、目的に応じ何れか一方を選択してもよい。
【００３２】
実施例では所定位置から不要半田ボール２２，２３の除去に必要な所定間隔へのマウントヘッド４下面と吸引ノズル１０の接近を、マウントヘッド４の下降によっていたが、吸引ノズル１０の上昇により行っても、又、両者の昇降により行っても良いことは勿論である。更に、間隔検出手段は、実施例のものの他に、除去手段を構成するノズルの先端に静電容量センサ、レーザ変位センサ、接触センサなどの検出部を設けて構成することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、ボール保持面に対し相対的に接近して所定間隔まで接近したことを検出する間隔検出手段を備え、所定間隔となったときのボール保持面と間隔検出手段との相対的な接近移動量に基づいて、不要な導電性ボールを除去する際のマウントヘッドと除去手段の相対的昇降量を決定するので、不要な導電性ボールの除去に必要な移動量を不要導電性ボールの地点毎に求めることができ、除去箇所に適応しした移動量で除去手段を移動させることのできる導電性ボール除去装置となった。
【００３４】
請求項２記載の発明の効果ではあるが、ボール保持面に対し相対的に接近しつつ気体を噴射若しくは吸引するノズルと該ノズル内の圧力変動を検出する圧力検出手段から構成され、所定圧力を検出することでボール保持面とノズルが所定間隔まで接近したことを検出する間隔検出手段を備え、所定間隔となったときのボール保持面とノズルの相対的な接近移動量に基づいて、不要な導電性ボールを除去する際のマウントヘッドと除去手段の相対的昇降量を決定するので、高価な機器を用いることなく、不要な導電性ボールの除去に必要な移動量を不要導電性ボールの地点毎に求めることができ、除去箇所に適応した移動量で除去手段を移動させることのできる導電性ボール除去装置となった。
【００３５】
請求項３記載の発明の効果ではあるが、除去手段を、気体を噴射又は吸引するノズルから構成するものとしたので、除去手段のノズルと間隔検出手段のノズルを共用させたり、除去手段の利用気体や移動装置を間隔検出手段に利用することができ、装置の複雑化を防止することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例に係る半田ボール搭載装置の全体を示す概略説明図
【図２】ボール除去装置を示す正面説明図
【図３】検出カメラでの検査画像を示す平面説明図で、（Ａ）はボール搭載前の検査画像を示す図であり、（Ｂ）は、搭載後の検査画像を示す図である。
【図４】マウントヘッドとノズルの位置関係の変化を示す図で、（Ａ）は、両者原点位置を示す説明図で、（Ｂ）は、両者接近移動状態を示す説明図で、(C)は、マウントヘッドのみの低速下降する状態を示す説明図で、（Ｄ）は、所定圧力検出位置を示す説明図である。
【符号の説明】
１．．．．．．半田ボール搭載装置
２．．．．．．半田ボール
３．．．．．．ボール供給装置
４．．．．．．マウントヘッド
５．．．．．．圧力検出装置
６．．．．．．Ｘ軸移動装置
７．．．．．．Ｚ軸移動装置
８．．．．．．．検査カメラ
９．．．．．．ボール除去装置
１０．．．．．吸引ノズル
１１．．．．．ボール保持面
１２．．．．．エアーシリンダ
１３．．．．．Ｙ軸移動機構
１４．．．．．基台
１５．．．．．吸着孔
１６．．．．．吸引通路
１７．．．．．制御部
２２、２３．．不要半田ボール
３１．．．．．．ウエハ
３２．．．．．．ＹーΘテーブル

Claims (3)

1. 導電性ボールを吸着保持するボール保持面を有し、保持した導電性ボールを被搭載物に搭載するマウントヘッドと、ボール保持面に接近しボール保持面上の不要な導電性ボールに作用して除去する除去手段と、該除去手段をボール保持面に相対的に接近させる昇降手段とを有する導電性ボール搭載装置において、ボール保持面に対し相対的に接近して所定間隔まで接近したことを検出する間隔検出手段を備え、所定間隔となったときのボール保持面と間隔検出手段との相対的な接近移動量に基づいて、不要な導電性ボールを除去する際のマウントヘッドと除去手段の相対的昇降量を決定することを特徴とする導電性ボール除去装置。
2. 間隔検出手段が、ボール保持面に対し相対的に接近しつつ気体を噴射若しくは吸引するノズルと、該ノズル内の圧力変動を検出する圧力検出手段から構成され、所定圧力を検出することでボール保持面とノズルが所定間隔まで接近したことを検出することを特徴とする請求項１記載の導電性ボール除去装置。
3. 除去手段が、気体を噴射又は吸引するノズルから構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の導電性ボール除去装置。

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