JP4487144B2 - 導電性ボール搭載方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、導電性ボール搭載方法及びその装置の改良に関するもので、保持ヘッドの吸引孔を形成した保持面に付着したフラックスを除去することを主眼に開発された導電性ボール搭載方法及びその装置である。

半田ボール等の導電性ボールを、基板等のワーク上の電極に搭載する場合、通常は半田ボールあるいは電極に粘着性のフラックスを付着させて搭載する方法が採用されている。

この半田ボール搭載時の基板と半田ボールの保持ヘッドの間隔は半田ボール径の２分の１から４分の３程度で、例えば、０．２ｍｍ程度と極めて接近している。更には、半田ボール搭載後に保持ヘッドから半田ボールの吸着を解除するため圧縮エアを噴射する必要もある。その結果、半田ボールが押しつけられる衝撃や風圧でフラックスが飛ばされ、保持ヘッドの吸引孔の周囲に付着することや、更には、フラックスに付着した埃が動き、フラックスを保持ヘッドの保持面に運ぶこともあった。

このようにして保持ヘッドの保持面にフラックスが付着すると、次に半田ボール供給部で半田ボールを保持させる際に、吸引孔でない位置に半田ボールが保持されたり、フラックスが半田ボール供給部の半田ボールに付着して半田ボール同士がくっついたりすることがあった。

フラックスの転写ヘッドにおいては、特許文献１に示されるようなクリーニング装置及びその方法が提供されてきたが、半田ボール保持ヘッドに付着したフラックスを拭き取って除去する方法やその装置は提供されていなかった。

特開２００１−７１３６号公報

本発明は、導電性ボール搭載方法及び装置において、搭載動作終了後で保持ヘッドに次回の導電性ボールを保持させる前に、保持面に付着したフラックスを除去するフラックス除去手段を保持ヘッドの保持面に当接させ、保持面に付着したフラックスを除去する方法及びその装置を提供することにより、保持ヘッドへの余剰ボールの付着やボール供給部のボール同士がくっついてしまうことを防止しようとするものである。

第１の発明は、上記課題を解決するため、保持ヘッドの吸引孔を形成した保持面に導電性ボールを保持し、保持した導電性ボールをフラックスを介在させた状態でワーク上に搭載する導電性ボール搭載方法において、搭載動作終了後で保持ヘッドに次回の導電性ボールを保持させる前に、保持面に付着したフラックスを除去するフラックス除去手段を保持ヘッドの保持面に当接させ、保持面に付着したフラックスを除去するとともに、保持面に付着したフラックスを除去する前に、保持面に残存する導電性ボールの有無を検査することを特徴とする導電性ボール搭載方法である。

第２の発明は、第１の発明の改良に関するもので、第１の発明に、保持面に付着したフラックスを除去する間、若しくは除去した後で次回の導電性ボールを保持させる前に、保持ヘッドの吸引孔から圧縮気体を噴射させることを付加した導電性ボール搭載方法である。

第３の発明は、第１の発明に係る方法を実現するための装置に関するもので、保持面に導電性ボールを吸着する吸引孔を形成した保持ヘッドと、保持ヘッドに導電性ボールを供給するボール供給部と、導電性ボールを搭載するワークを支持するワーク支持部と、保持ヘッドをボール供給部及びワーク支持部に位置させる動作手段を備え、保持ヘッドに保持した導電性ボールをフラックスを介在させた状態でワーク上に搭載する導電性ボール搭載装置において、搭載動作終了後に保持面に残存する導電性ボールの有無を検査する残存ボール検査手段と、保持面に付着したフラックスを除去するフラックス除去手段を備え、該残存ボール検査手段とフラックス除去手段を、保持ヘッドがボール供給部に位置する際の相対的な動作経路中に配置するとともに、該残存ボール検査手段とボール供給部の間にフラックス除去手段を配置し、上記動作手段によって保持ヘッドを残存ボール検査手段の検査位置を通過させて、保持面に残存する導電性ボールの有無を検査し、残存する導電性ボールがないことを確認した上でフラックス除去手段を保持面に接触させてフラックスを除去することを特徴とする導電性ボール搭載装置である。

第４の発明は、第３の発明の改良に関するものであって、第３の発明に、フラックス除去手段が、フラックスを拭き取るクリーニング部材と移動手段を備え、移動手段により該クリーニング部材を保持面に接触させる作動位置と、接触を回避させる退避位置とに移動可能としたことを付加した導電性ボール搭載装置である。

第１の発明は、搭載動作終了後で保持ヘッドに次回の導電性ボールを保持させる前に、保持面に付着したフラックスを除去するフラックス除去手段を保持ヘッドの保持面に当接させ、保持面に付着したフラックスを除去するものであるので、次回の導電性ボールの保持に当たって、余剰の発生が防止でき、搭載後の残存ボールの発生も抑えられ、更には、ボール供給部でのボール同士がくっついてしまうことまで防止できるものとなった。

第１の発明は、保持面に付着したフラックスを除去する前に、保持面に残存する導電性ボールの有無を検査することを特徴とする導電性ボール搭載方法であるので、残存ボールにフラックス除去手段を押しつけて、残存ボールが吸着孔に押し込められてしまう危険性をなくすことができた。

第２の発明は、保持面に付着したフラックスを除去する間、若しくは除去した後で次回の導電性ボールを保持させる前に、保持ヘッドの吸引孔から圧縮気体を噴射させるものであるので、吸引孔の縁に付着したフラックスを吹き出すことができ、フラックス除去の確実性を向上させることができるものとなった。

第３の発明は、保持面に付着したフラックスを除去するフラックス除去手段を備え、該フラックス除去手段を、保持ヘッドがボール供給部に位置する際の相対的な動作経路中に配置したものであるので、次回の導電性ボールの保持に当たって、余剰の発生が防止でき、搭載後の残存ボールの発生も抑えられ、更には、ボール供給部でのボール同士がくっついてしまうことまで防止できる装置となり、第１の発明に係る方法を実現できるものとなった。

第３の発明は、搭載動作終了後に保持面に残存する導電性ボールの有無を検査する残存ボール検査手段を備え、該残存ボール検査手段を、保持ヘッドがボール供給部に位置する際の相対的な動作経路中に配置するとともに、該残存ボール検査手段とボール供給部の間にフラックス除去手段を配置し、上記動作手段によって保持ヘッドを残存ボール検査手段の検査位置を通過させて、保持面に残存する導電性ボールの有無を検査し、残存する導電性ボールがないことを確認した上でフラックス除去手段を保持面に接触させてフラックスを除去することを特徴とする導電性ボール搭載装置としたので、フラックス除去動作以前に残存ボールの発見ができ、残存ボールが吸着孔に押し込められてしまう危険性をなくすことができる装置となり、第１の発明に係る方法を実現できるものとなった。

第４の発明は、フラックス除去手段が、フラックスを拭き取るクリーニング部材と移動手段を備え、移動手段により該クリーニング部材を保持面に接触させる作動位置と、接触を回避させる退避位置とに移動可能としたものであるため、フラックス除去動作以外の目的で保持ヘッドがフラックス除去手段の近くを移動する際に衝突する危険を回避することができ、安全稼働を確保できるものとなった。

以下、図面に従って、第１実施例と共に本発明の実施の形態について説明する。第１実施例は、導電性ボール搭載装置として半田ボール搭載装置を用いている。図１は、半田ボール搭載装置１の全体を示す概略平面説明図であり、図２が同正面図である。

半田ボール搭載装置１は、半田ボール３０を真空吸引して吸着保持する保持ヘッド２と、半田ボール３０が多数貯留されているボール供給部３と、半田ボール３０を搭載するワークである基板２５を支持するワーク支持部４と、該基板２５にフラックスを転写する転写ヘッド５と、転写ヘッド５にフラックスを供給するフラックス供給部６と、保持ヘッド２の保持面２１の保持ボールを検査するボール検査手段となるボール検査部７と、保持ヘッド２の残存半田ボール３０を回収する半田ボール回収部８と、保持ヘッド２の保持面２１に付着したフラックスを除去するフラックス除去部９とを備えている。

保持ヘッド２は、下面の所定位置に半田ボール３０を直接吸着するための吸引孔２０を形成した保持面２１を設け、半田ボール３０を吸引孔２０で吸着保持し、基板２５に半田ボール３０を搭載するものである。また、保持ヘッド２には、保持ヘッド２の内部空間に真空を付与する真空手段２６と、保持ヘッド２の内部空間に正圧を付与する加圧手段２７（気体供給手段）とが接続されている。該真空手段２６より半田ボール３０を吸着保持し、該加圧手段２７により、半田ボール３０の搭載後に吸着を解除するための圧縮エアを噴射する。更に、本発明において気体噴射は、フラックス除去部９で、保持面２１に付着したフラックスを除去する間、若しくは除去した後で保持ヘッド２に次回の導電性ボールを保持させる前に、保持ヘッド２の吸引孔２０から行われる。

保持ヘッド２には、横移動装置となるＸ軸移動装置２２（図１中左右への移動装置）とＹ軸移動装置２４（図１中上下方向への移動装置）と、やはり保持ヘッド２の昇降装置となるＺ軸移動装置２３とが装備され、Ｘ軸及びＹ軸方向への移動及び上下動可能とされている。Ｘ軸移動装置２２、Ｙ軸移動装置２４及びＺ軸移動装置２３での保持ヘッド２の移動は、ボール供給部３上方への移動、ボール吸着のための上下移動、Θ回転ステージ４１の上方への移動、及びボール搭載動作のための上下移動、ボール検査部７への移動、半田ボール回収部８への移動、フラックス除去部９への移動がある。

ワーク支持部４は、半田ボール３０が搭載される基板２５が所定の位置に位置決めされて載置されるΘ回転ステージ４１よりなる。Θ回転ステージ４１は、Θ方向に回転自在とされている。基板２５は、ワーク供給コンベア１３、ステージコンベア１４でΘ回転ステージ４１上に運ばれ、図示されていないストッパとΘ回転ステージ４１の動作にて位置決めされる。尚、半田ボール３０の搭載が完了した基板２５は、排出コンベア１５により排出される。

ボール供給部３や半田ボール回収部８に対し、ワーク支持部４を挟んで奥方に位置するのが、基板２５にフラックスを転写する転写ヘッド５と、転写ヘッド５にフラックスを供給するフラックス供給部６であり、符号６１は、フラックス供給部６のフラックスを均一化させるためのスキージ６１である。また、フラックス転写ヘッド５にも保持ヘッド２同様に、Ｘ軸移動装置２２と、Ｚ軸移動装置２３、Ｙ軸移動装置２４が装備されており、半田ボール３０を搭載する前に、ワークにフラックスを転写するようになっている。

図中３１は、ボール供給部３となるボール容器であり、符号８が半田ボール回収部である。半田ボール回収部８からボール供給部３の間に、ボール検査部７とフラックス除去部９が配備されている。尚、半田ボール回収部８、ボール検査部７、フラックス除去部９、ボール供給部３は、保持ヘッド２の直線的な移動経路中に、順に並べて配置されている。

ボール検査部７には、発光部７１と投受光センサ７２が配備されている。発光部７１は、保持ヘッド２の保持面２１に検査光を照射して、半田ボール３０が欠落している吸引孔２０から保持ヘッド２の内部に入り込む光を検出して、半田ボール３０の欠落を発見する。他方、保持面２１の移動経路中に配備された投受光センサ７２は、正規に保持した半田ボール３０が検査光を遮光しないでその真上を通過する高さで保持ヘッド２を移動させ、それよりも低い位置のボールを検査して、余剰ボールを発見する。更に、投受光センサ７２は、ボール搭載後には、正規に保持された半田ボール３０が検査光を遮光する高さで保持ヘッド２を移動させることで残存ボール検査手段としても働く。

フラックス除去部９は、保持面２１に付着したフラックスを拭き取り除去するための不織布やスポンジ等からなるクリーニング部材１０と、シリンダ１１で動作し、クリーニング部材１０を保持面２１と当接して拭き取る作動位置と退避位置との間を移動させる退避装置１２とからなる。クリーニング部材１０は、保持ヘッド２の相対的移動方向と交差する方向の保持面２１の幅より長尺に形成されている。尚、保持面２１とクリーニング部材１０の接触の回避は、フラックス除去部９の退避動作だけでなく、保持ヘッド２を上方に退避させる等、保持ヘッド２の方で回避させることも可能である。

以下、第１実施例の動作について説明する。まず、保持ヘッド２をボール供給部３に位置させ、ボール容器３１内で吹き上げられる半田ボール３０を保持面２１に吸着する。半田ボール３０を保持すると、保持ヘッド２を横移動させてボール検査部７の上方を通過させて、半田ボール３０の欠落、余剰を検査する。この際、保持ヘッド２が、フラックス除去部９のクリーニング部材１０と接触して保持している半田ボール３０を落下させないよう、シリンダ１１が作動してクリーニング部材１０を退避させる。

ボール検査部７で半田ボール３０の欠落、余剰がなければ、保持ヘッド２は、そのままワーク支持部４の基板２５上に至り、半田ボール３０を搭載する。欠落、余剰があればボール供給部３に戻り、半田ボール３０を解放してから再度保持をし直す。半田ボール３０の欠落は、保持ヘッド２の保持面２１にボール検査部７にて発光部７１からの検査光を照射して、欠落している吸引孔２０から入り込む光を検出して発見する。余剰は保持面２１の移動経路中に投受光センサ７２を配置し、正規に保持したボールが検査光を遮光しないでその真上を通過する高さで保持ヘッド２を移動させ、それよりも低い位置の半田ボール３０を検査して発見する。

ボール搭載後、投受光センサ７２により半田ボール３０の残存を検査する。この場合は、正規に保持された半田ボール３０が検査光を遮光する高さで保持ヘッド２を移動させる。また、残存が見つかるとすぐに保持ヘッド２を半田ボール回収部８へ後退させて、保持ヘッド２が残存ボールを保持したままボール供給部３の上方へ達しないようにする。ボール検査部７に隣接させてフラックス除去部９を配置しているので、保持ヘッド２の保持面２１は、ボール検査部７である投受光センサ７２の検査位置を通過する間に、検査を終えた部分から順次、残存ボールがない状態でフラックス除去部９であるクリーニング部材１０と接触する。この際、残存ボールが検出されると、保持ヘッド２のボール供給部３への移動が停止し、保持ヘッド２は、半田ボール回収部８へ後退するので、フラックスが付着した半田ボール３０がボール供給部３で落下することを防ぐことができる。

ボール搭載後では、クリーニング部材１０は、作動状態位置にあり、ボール供給部３に向けて保持ヘッド２を移動する間に、保持面２１に接触させ、移動する保持面２１のフラックスを拭き取る。この際、残存する半田ボール３０がないことを確認した上でクリーニング部材１０を保持面２１に接触させるので、残存ボールを吸引孔２０に押し込んでしまうことがない。更に、フラックス拭き取り動作と共に、加圧手段２７を作動させ吸引孔２０から圧縮エアを噴射することにより、吸引孔２０の縁に付着したフラックスを吹き出し除去できる上、拭き取りの際に吸引孔２０に付着フラックスが入り込むことを防止することができる。このようにボール供給部３に向けて移動する保持ヘッド２の移動経路中に、移動する保持面２１に当接するようにフラックス除去部９のクリーニング部材１０を設けたので、毎回のボール搭載動作においてフラックスが除去されて保持面２１を常に清浄に保つことができ、また、別途除去工程を追加する必要がないのでタクトタイムを増加させないものとなった。

クリーニング部材１０でのフラックスの拭き取り終了後、保持ヘッド２は、ボール供給部３に向かうが、その際、ボール供給部３を避けた位置で、加圧手段２７を作動させ
吸引孔２０から圧縮エアを噴射しても吸引孔２０の縁に付着したフラックスを吹き出し除去することもできる。

尚、第１実施例では、搭載前に転写ヘッド５により基板２５にフラックスを転写させる構成であるが、第２実施例として図３に示すように保持ヘッド２が半田ボール３０を保持した後、保持ヘッド２が、フラックス供給部６へ移動しフラックスを半田ボール３０に付着させてから、基板２５に搭載する構成のものも考えられる。かような構成の場合、保持ヘッド２の移動経路が第１実施例と異なるため、図３に示されるようにフラックス供給部６はボール供給部３のＸ軸方向（図３中左方）に位置し、半田ボール回収部８がボール供給部３のＹ軸方向（図中上方）に位置する。

いずれにしろボール検査部７やフラックス除去部９は、ボール供給部３と半田ボール回収部８の間の保持ヘッド２の動作経路途中に存在し、第２実施例のような構成であっても、残存ボール検査手段としての投受光センサ７２とボール供給部３との間に、フラックス除去部９を配置することで、第１実施例と同様の効果が得られる。また、余剰ボール検査手段として投受光センサ７２を別個備えることで、クリーニング部材１０は常時当接可能な高さとすることができ、この場合には退避装置１２を省略することができる。

尚、第１及び第２実施例は、保持ヘッド２が移動する構成であるが、保持ヘッド２を固定としたり、Ｘ軸移動装置２２、Ｙ軸移動装置２４のいずれかを省略して、他の構成を移動させる等、相対的な移動動作が考えられる。

第１実施例に係る半田ボール搭載装置の全体を示す概略平面説明図 同正面説明図 半田ボール搭載装置の第２実施例の全体を示す概略平面説明図 保持ヘッドと真空手段及び加圧手段との関係を示す説明図

符号の説明

１．．．．．．半田ボール搭載装置
２．．．．．．保持ヘッド
３．．．．．．ボール供給部
４．．．．．．ワーク支持部
５．．．．．．転写ヘッド
６．．．．．．フラックス供給部
７．．．．．．ボール検査部
８．．．．．．半田ボール回収部
９．．．．．．フラックス除去部
１０．．．．．クリーニング部材
１１．．．．．シリンダ
１２．．．．．退避装置
１３．．．．．供給コンベア
１４．．．．．ステージコンベア
１５．．．．．排出コンベア
２１．．．．．保持面
２０．．．．．吸引孔
２２．．．．．Ｘ軸移動装置
２３．．．．．Ｚ軸移動装置
２４．．．．．Ｙ軸移動装置
２５．．．．．基板
２６．．．．．真空手段
２７．．．．．加圧手段
３０．．．．．半田ボール
３１．．．．．ボール容器
４１．．．．．Θ回転ステージ
６１．．．．．スキージ
７１．．．．．発光部
７２．．．．．投受光センサ

Claims (4)

1. 保持ヘッドの吸引孔を形成した保持面に導電性ボールを保持し、保持した導電性ボールをフラックスを介在させた状態でワーク上に搭載する導電性ボール搭載方法において、搭載動作終了後で保持ヘッドに次回の導電性ボールを保持させる前に、保持面に付着したフラックスを除去するフラックス除去手段を保持ヘッドの保持面に当接させ、保持面に付着したフラックスを除去するとともに、保持面に付着したフラックスを除去する前に、保持面に残存する導電性ボールの有無を検査することを特徴とする導電性ボール搭載方法。
2. 保持面に付着したフラックスを除去する間、若しくは除去した後で次回の導電性ボールを保持させる前に、保持ヘッドの吸引孔から圧縮気体を噴射させることを特徴とする請求項１記載の導電性ボール搭載方法。
3. 保持面に導電性ボールを吸着する吸引孔を形成した保持ヘッドと、保持ヘッドに導電性ボールを供給するボール供給部と、導電性ボールを搭載するワークを支持するワーク支持部と、保持ヘッドをボール供給部およびワーク支持部に位置させる動作手段を備え、保持ヘッドに保持した導電性ボールをフラックスを介在させた状態でワーク上に搭載する導電性ボール搭載装置において、搭載動作終了後に保持面に残存する導電性ボールの有無を検査する残存ボール検査手段と、保持面に付着したフラックスを除去するフラックス除去手段を備え、該残存ボール検査手段とフラックス除去手段を、保持ヘッドがボール供給部に位置する際の相対的な動作経路中に配置するとともに、該残存ボール検査手段とボール供給部の間にフラックス除去手段を配置し、上記動作手段によって保持ヘッドを残存ボール検査手段の検査位置を通過させて、保持面に残存する導電性ボールの有無を検査し、残存する導電性ボールがないことを確認した上でフラックス除去手段を保持面に接触させてフラックスを除去することを特徴とする導電性ボール搭載装置。
4. フラックス除去手段が、フラックスを拭き取るクリーニング部材と移動手段を備え、移動手段により該クリーニング部材を保持面に接触させる作動位置と、接触を回避させる退避位置とに移動可能としたことを特徴とする請求項３記載の導電性ボール搭載装置。

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