JP4415326B2 - ボールマウント装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウエハや基板に半田ボールや半田バンプ等をマウントするボールマウント装置の改良に関するものである。

従来の半田ボールマウント装置における半田ボールを吸引、吸着するマウントヘッドは、下面に位置するバキュームプレートに半田ボールを吸着するための多数の吸着孔を設け、マウントヘッド内をバキューム手段で減圧することにより、半田ボールを吸着孔に吸引、吸着し、ワーク上に移動して半田ボールをワークにマウントするものであった。特許文献１に示す導電性ボール搭載装置も多数の導電性ボールを一括搭載するもので、上記マウントヘッド同様の吸着ヘッドを有するものであった。

マウントヘッドにて半田ボール等をワークにマウントする際、バキュームプレートとワークの平行度を正しく保つことが正確な半田ボール等のマウントには欠かせない条件であった。特に大量の半田ボール等をワークにマウントする場合には、この平行度の確保は重要であった。

特開平１０−５８２５０号公報

本発明は、バキュームプレートがワーク面にならうことにより、ワークとバキュームプレートの平行度を確保し、大量の半田ボールを正確にワークにマウントすることのできるボールマウント装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、マウントヘッド下面に設けた薄肉のバキュームプレートの多数の吸着孔に、真空圧を発生させ、ボールを吸着し、該マウントヘッドがボールマウント位置に移動し、ワークにボールをマウントするボールマウント装置において、前記マウントヘッドに前記バキュームプレートを外力から支持するとともに気体を導通可能な支持プレートを設け、前記バキュームプレートは支持プレートとの間に間隔を有し、マウントヘッドによりボールを吸着する際には支持プレートによりバキュームプレートのたわみを防止し、マウント時にマウントヘッドからボールを離す際にはマウントヘッド内の圧力を大気圧に解放した時に支持プレートから離れる方向の力を受けて、バキュームプレートをワーク面にならわせるようにしたことを特徴とするボールマウント装置を提供する。

第２の発明は、第１の発明の支持プレートに、バキュームプレートの吸着孔に対応しない気体導通路を有するという手段を付加したボールマウント装置である。

通常、ボールの吸着孔を多数設けた従来のバキュームプレートは、ある程度の剛製を必要とするため、厚さのある材料（樹脂、金属等）を用い、吸着孔はスピンドル等の機械加工により工作していた。しかし機械加工では、特に孔数が多い場合にはコストが高くなってしまうので、バキュームプレートの肉厚を薄くすることが試みられていた。

そこで、本発明は、ボールを吸着するための多数の吸着孔を具備するバキュームプレートと、該バキュームプレートを外力から支持する支持プレート（第２の発明では、バキュームプレートの吸着孔に対応しない気体導通路を有する支持プレート）とを具備するマウントヘッドとし、支持プレートによりボール吸着時の負圧によるたわみが防止でき、バキュームプレートに薄肉なものを利用可能とした。

このようにして、ボールを吸着する吸着孔が開けられたバキュームプレートを、マウント時にワーク面にならう薄肉のバキュームプレートとすることができたので、マウント時にバキュームプレートがワーク面にならいマウント精度が良くなり、これにより大量の半田ボールを正確にワークにマウントすることができるものとなった。更に。バキュームプレートに薄肉なものを用いることができるため、吸着孔も簡単に形成でき、部品コストを低減することもできた。尚、第２の発明では、支持プレートとバキュームプレートとの間に空気の流れる層を作り出すことにより、吸着エリア全体で均等なボール吸着状態を作り出すことができるものとなる。

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。図１は、１実施例に示す半田ボールマウント装置の平面図である。該半田ボールマウント装置は、ウエハ供給部１と、フラックス転写部２と、ボールマウント部３と、ワーク駆動機構４とで構成される。本発明にかかるマウントヘッド２５は、ボールマウント部３に存在する。

ウエハ供給部１は、供給用のウエハカセット５と、搬出用のウエハカセット６と、不良用のウエハカセット７との各ウエハカセットと、ウエハ４９の搬送を行うクリーンルーム用スカラー型ロボット９と、ワーク駆動機構４上のウエハ位置決め位置８とでなる。

ウエハ位置決め位置８の上方には、図２に示されるように、ＣＣＤカメラ３１が図面上前後に重なり合うように２台配置されており（図面上は前方の１台のみが表れている）、その下方には、ウエハ４９上に向いた照明器３２が配備されている。ＣＣＤカメラ３１は、ワーク駆動機構４上のウエハ位置決め位置８上方で、ワーク駆動機構４と平行な方向（Ｘ軸方向）にモータ３３により移動可能とされている。

ワーク駆動機構４には、ウエハステージ３０が設けられており、ウエハステージ３０を駆動させるＸ軸（図１中左右方向）とΘ軸（回転方向）の２軸の駆動機構が設けられる。Θ軸の駆動機構は、位置決めを主たる役割として採用された駆動機構であるが、Ｘ軸の駆動機構は、ワーク移動の役割と位置決めの役割を有する。

ウエハステージ３０は、Ｘ軸駆動機構により、ウエハ位置決め位置８と、フラックス転写位置１１と、ボールマウント位置２０の間を移動停止可能とされている。尚、ウエハステージ３０には転写ヘッド１３とマウントヘッド２５を観察するための２台のＣＣＤカメラ２３、２３′が配備されている。

フラックス転写部２は、転写ヘッド１３及びその駆動機構と、フラックス供給装置１０と、ワーク駆動機構４上のフラックス転写位置１１とからなり、転写ヘッド１３の移動路に転写ヘッド１３のクリーニング部１２が設けられている。

フラックス供給装置１０の転写ヘッド１３には、図３に示されるように、フラックス供給装置１０とワーク駆動機構４上のフラックス転写位置１１との間を往復するＹ軸と、Ｚ軸（昇降軸）の２軸の駆動機構が設けられている。図中３４は、転写ヘッド１３のＺ軸駆動モータであり、図中３４′は、Ｙ軸駆動モータである。ここにおけるＹ軸の駆動機構は、転写ヘッド１３の移動の役割とともに、転写ヘッド１３とワークの位置決めにおいても利用される。

フラックス供給装置１０には、平坦なフラックス均し部が設けられ、スキージ１５により一定厚さにフラックスを均すことができる。このフラックス均し部中には、転写ヘッド１３のフラックス転写領域に対応するフラックス供給部１６が形成される。

ボールマウント部３は、マウントヘッド２５及びその駆動機構と、ボール供給装置１９と、ワーク駆動機構４上のボールマウント位置２０と、その間に配置される余剰ボール除去装置２１と、ボール吸着ミス検査装置と、ボール吸着ミス検査装置で余剰ボールが検知されたときにマウントヘッド２５下に侵入するボール排出装置２４とで構成される。

本発明の特徴はマウントヘッド２５に表れる。本発明にかかるマウントヘッド２５、２６、２６′は、３種類が存在する。第１のマウントヘッド２６は、図５及び図６に示されるもので、マウントヘッド２６下面に、本発明における支持プレートとなるパンチングメタル４３と、気体導通部材となる微細な網で構成されるサポートプレート４１と、半田ボール吸着用の微細な吸着孔４６を設けたバキュームプレート４０とをプレートホルダ４４にて一体的に取り付けられたものである。尚、バキュームプレート４０とサポートプレート４１は、プレートホルダ４４の間で一定の間隙を有してフリーな状態で保持されている。

パンチングメタル４３は、図５及び図６に示されるように、バキュームプレート４０の吸着孔４６に対応しない気体導通路５１を有するものであり、孔径３．８ミリメートル、ピッチ５ミリメートルの気体導通路５１が形成されている。パンチングメタル４３は、サポートプレート４１を外力から支持するものであり、半田ボール４７吸着時の負圧によるバキュームプレート４０のたわみやウエハ４９からの反作用力でのバキュームプレート４０のたわみ等を防止する。パンチングメタル４３の代わりにハニカム構造の支持部材を用いても良い。

バキュームプレート４０は、マウント時にワーク面にならう薄肉のプレートであり、厚さ０．１ミリメートルのステンレスにエッチングで半田ボール４７を吸着するための多数の吸着孔４６を開けたものを使用する。実施例では吸着孔４６の端部で半田ボール４７を傷つけるのを防止するため、樹脂コーティングを行っている。

サポートプレート４１は、図５及び図６に示されるように、バキュームプレート４０とパンチングメタル４３の間に配置される。サポートプレート４１は、厚さ０．１５ミリメートルのステンレス板の中央をバキュームプレート４０の吸着領域を包含する大きさに開口した枠材の中央開口部に気体導通部材である高張力樹脂製網を貼り付けてなるものである。高張力樹脂製網の代わりに金属網や多孔質材を用いても良い。サポートプレート４１は、パンチングメタル４３とバキュームプレート４０との間に空気の流れる層を作り、バキュームプレート４０の吸着エリア全体で均等なボール吸着状態を作り出すことを目的としている。

第２のマウントヘッド２６′は、図７に示されるように、マウントヘッド２６′下面に、半田ボール４７吸着用の微細な吸着孔４６を設けたバキュームプレート４０と、該バキュームプレート４０の半田ボール吸着領域の外郭に設けたスペーサ４２とをプレートホルダ４４にて一体的に取り付けたものである。

スペーサ４２は、バキュームプレート４０の吸着領域外でマウントヘッドの下方へ突出して設けられる。スペーサ４２の厚さは、図７に示されるように、半田ボール４７の径に合わせて決められ、マウント時に半田ボール４７が基板とマウントヘッド２６′により、わずかに押し付けられる程度の寸法が好ましい。

実施例では、半田ボール４７の径０．３ミリメートルに対してスペーサ４２は厚さ０．２５ミリメートルである。スペーサ４２は、マウント時の半田ボール４７への圧痕を防止する。

第３のマウントヘッド２５は、図８に示されるように、第１のマウントヘッド２６と第２のマウントヘッド２６′の要素合わせ持つものであり、サポートプレート４１とバキュームプレート４０とスペーサ４２とを、プレートホルダ４４で一体化し、パンチングメタル４３の下面に沿わせ、マウントヘッド２５下部に取り付けたものである。

マウントヘッド２５には、図４に示されるように、ボール供給装置１９とワーク駆動機構４上のボールマウント位置２０との間を往復するＹ軸と、Ｚ軸（昇降軸）の２軸の駆動機構が設けられる。図中３５はＺ軸駆動モータであり、図中３５′はＹ軸駆動モータである。ここにおけるＹ軸の駆動機構は、マウントヘッド２５の移動の役割とともに、マウントヘッド２５とワークの位置決めにおいても利用される。

ボール供給装置１９はパーツフィーダのような構成をしており、マウントヘッド２５に半田ボール４７を供給するボールトレイ２７には、バイブレータが取り付けられている。バイブレータの振動により半田ボール４７を斜め上方に跳ね上げ、上方からの観察では、半田ボール４７はボールトレイ２７内を廻るように移動する。

ボールトレイ２７の上方にはボールストッカ（図示されていない）からボールトレイ２７内に半田ボール４７を供給する供給口２８が進退自在に配置される。供給口２８の先端にはボールトレイ２７内のボール残量を検知するセンサ２９が取り付けられており、ボール残量不足を検知するとボールストッカより一定量の半田ボール４７を供給する。供給口２８は、半田ボール４７の吸着時にはマウントヘッド２５との干渉を避けるためボールトレイ２７外へ待避する構造となっている。

余剰ボール除去装置２１は、マウントヘッド２５に吸着された余剰ボールを除去するための除去ノズルである。

ボール吸着ミス検査装置は、４台のラインＣＣＤカメラ２２、２２′によりミッシングボール、エキストラボール（余剰ボール）等の吸着ミスと、搭載ミスであるリメインボールとを検知する。

以下、第３のマウントヘッド２５を用いた半田ボールマウント装置の作動手順について説明する。まず、供給用のウエハカセット５から１枚ずつロボット９でウエハ４９をウエハ位置決め位置８にあるウエハステージ３０上に供給する。ウエハステージ３０では、ウエハ４９が供給されると図示されていないブロアモータを通して、ウエハステージ３０上面の孔から真空吸引を開始し、ウエハ４９を保持する。

保持されたウエハ４９は、ウエハ位置決め位置８の上方に配置された２台のＣＣＤカメラ３１によりターゲットマーク又は配線パターンが読みとられ、ウエハ４９のウエハステージ３０上の位置が認識され、図示されていない制御装置へデータが送られる。ウエハ４９の位置認識が終了したウエハステージ３０はフラックス転写位置１１へ移動する。このとき、ウエハ位置決め時に記憶したＸ軸のズレを加味した位置に停止する。

次に、フラックス供給装置１０では、スキージ１５によりフラックス表面を均し、転写ヘッド１３が下降し、転写ヘッド１３とフラックス供給部１６が接触し、所定圧力以上の負荷がかかった時点でフラックス供給の終了と判断し、転写ヘッド１３の下降を停止し、上昇する。

その後、フラックス転写位置１１へ移動し、ウエハステージ３０に設けられた２台のＣＣＤカメラ２３、２３′で転写ヘッド１３のアライメントマークを認識する。この認識結果に、先に認識したウエハ４９の位置データを加味し、転写ヘッド１３の１軸（Ｙ軸）とウエハステージ３０の２軸（Ｘ軸、Θ軸）でウエハ４９と転写ヘッド１３の位置が整合するように位置合わせを行う。

位置合わせ後、転写ヘッド１３を下降させ、転写ヘッド１３のＺ軸駆動モータ３４への負荷が一定値に達した時点で転写終了と判断し、転写ヘッド１３を上昇させる。上昇後、転写ヘッド１３はフラックス供給装置１０へ戻り、ウエハステージ３０はボールマウント位置２０へ移動する。

他方、マウントヘッド２５は、ボール供給装置１９の上方より下降して指定位置で停止する。マウントヘッド２５は図示されていないブロアモータにより、マウントヘッド２５内部が排気口５０より排気され、圧力が低下する。それに従って、バキュームプレート４０とサポートプレート４１はパンチングメタル４３に密着する。この状態でも、パンチングメタル４３には多数の気体導通路５１があいており、バキュームプレート４０との間に挟まっているサポートプレート４１の高張力樹脂製網の目の隙間から、図６の矢印に示されるように吸引され、バキュームプレート４０の各吸着孔４６に真空圧を発生する。これにより半田ボール４７を各吸着孔４６に吸着させる。

マウントヘッド２５内圧が所定圧力より低くなった時点で、吸着完了と判断し、マウントヘッドを上昇させる。その後、余剰ボール除去装置２１で余剰ボールを除去して、ボール吸着ミス検査装置へ移動する。

ボール吸着ミスがあった場合、ミッシングボールなら再度ボール供給装置１９へ移動し、吸着動作を繰り返す。余剰ボールがあった場合には、ボール排出装置２４がマウントヘッド２５下へ侵入し、ボール排出装置２４内へ吸着ボールを全て排出した後、再度ボール供給装置１９へ移動し、吸着動作を繰り返す。

異常がなかった場合には、ボールマウント位置２０へ移動する。ボールマウント位置２０では、ウエハステージ３０に設けられたＣＣＤカメラ２３、２３′でマウントヘッド２５下面のアライメントマークを認識し、フラックス転写位置同様に位置決めを行う。位置決め後マウントヘッド２５は下降し、マウントヘッド２５下面のスペーサ４２がウエハ４９に接触し、図示しない荷重センサによる検知負荷荷重が予め設定しておいた設定値に達したときに下降を停止する。

この時点で半田ボール４７は、マウントヘッド２５とウエハ４９で挟まれた状態にある。ここでブロアモータを停止し、マウントヘッド２５内の圧力を大気圧に解放する。この瞬間サポートプレート４１とバキュームプレート４０はパンチングメタル４３から離れる方向の力を受けて、バキュームプレート４０はワーク面にならう。この力によりマウントヘッド２５から半田ボール４７が確実に離れ、ウエハ４９上にマウントされる。マウントヘッド２５はその後上昇する。

半田ボール４７のマウントが終了したウエハステージ３０はウエハ位置決め位置８へ戻るが、事前にボールマウント検査位置へ移動させたＣＣＤカメラ３１により、ウエハ４９上の半田ボール４７のマウント状況を検査する。

このとき、ＣＣＤカメラ３１は停止しており、ウエハステージ３０の移動によりＣＣＤカメラ３１で全面をスキャニングする形となる。検査の結果、マウントが良好ならば搬出用のウエハカセット６へ、マウントが不良ならば不良用のウエハカセット７へ、ロボット９により挿入する。

半田ボールマウント装置の平面図 ウエハ位置決め位置での検査用ＣＣＤカメラを示す説明図 フラックス転写部の側面図 ボールマウント部の側面図 第１のマウントヘッドの使用状態を示す断面図 第１のマウントヘッド下部の拡大断面説明図 第２のマウントヘッドの使用状態を示す断面図 第３のマウントヘッドの使用状態を示す断面図

符号の説明

１．．．．．．．．ウエハ供給部
２．．．．．．．．フラックス転写部
３．．．．．．．．ボールマウント部
４．．．．．．．．ワーク駆動機構
５、６、７．．．．ウエハカセット
８．．．．．．．．ウエハ位置決め位置
９．．．．．．．．ロボット
１０．．．．．．．フラックス供給装置
１１．．．．．．．フラックス転写位置
１２．．．．．．．クリーニング部
１３．．．．．．．転写ヘッド
１５．．．．．．．スキージ
１６．．．．．．．フラックス供給部
１９．．．．．．．ボール供給装置
２０．．．．．．．ボールマウント位置
２１．．．．．．．余剰ボール除去装置
２２、２２′、２３、２３′、３１．．．ＣＣＤカメラ
２４．．．．．．．ボール排出装置
２５、２６、２６′．．．．マウントヘッド
２７．．．．．．．ボールトレイ
２８．．．．．．．供給口
２９．．．．．．．センサ
３０．．．．．．．ウエハステージ
３２．．．．．．．照明器
３３、３４、３４′、３５、３５′．．．モータ
４０．．．．．．．バキュームプレート
４１．．．．．．．サポートプレート
４２．．．．．．．スペーサ
４３．．．．．．．パンチングメタル
４４．．．．．．．プレートホルダ
４６．．．．．．．吸着孔
４７．．．．．．．半田ボール
４９．．．．．．．ウエハ
５０．．．．．．．排気口
５１．．．．．．．気体導通路

Claims (2)

1. マウントヘッド下面に設けた薄肉のバキュームプレートの多数の吸着孔に、真空圧を発生させ、ボールを吸着し、該マウントヘッドがボールマウント位置に移動し、ワークにボールをマウントするボールマウント装置において、
   前記マウントヘッドに前記バキュームプレートを外力から支持するとともに気体を導通可能な支持プレートを設け、前記バキュームプレートは支持プレートとの間に間隔を有し、マウントヘッドによりボールを吸着する際には支持プレートによりバキュームプレートのたわみを防止し、マウント時にマウントヘッドからボールを離す際にはマウントヘッド内の圧力を大気圧に解放した時に支持プレートから離れる方向の力を受けて、バキュームプレートをワーク面にならわせるようにしたことを特徴とするボールマウント装置。
2. 支持プレートが、バキュームプレートの吸着孔に対応しない気体導通路を有するものである請求項1記載のボールマウント装置。

Images