JP4904521B2 - 導電性ボールの配列装置 - Google Patents

Description

本発明は、導電性ボールの収容されたボールカップが、所定パターンにボール挿入部が設けられた配列治具上を相対移動することにより、導電性ボールを配列する装置の改良に関するもので、特に、ボールカップ内の導電性ボール量を正確に制御するために開発された導電性ボールの配列装置である。

搭載対象物上に所定の配列パターンで形成された各電極に、半田ボールを搭載する半田ボール搭載装置は、近年ウエハ等の搭載対象製品が大型化し、１回に搭載する半田ボール数も増大した。このような状況において、半田ボールの配列の欠陥や搭載時の欠陥を減少させるため、特許文献１に示すようなフラックスが印刷された搭載対象物である電子基板上に配列マスク等の配列治具（特許文献１ではテンプレート）を設け、配列治具上をボールカップ（特許文献１では半田ボール収納部）が移動し、直接電子基板の電極上に半田ボールを落とす装置が提供されていた。

しかし、この種の導電性ボールの配列装置では、ボール配列動作中においてボールカップ内の導電性ボールが入りすぎていると、底部の配列治具に接触する導電性ボールは、その周囲にある導電性ボールから押圧されたり挟持されたりして、落下しなかったり、噛み込みが発生したりする危険があった。逆にボールカップ内の導電性ボールが少なすぎれば充填不足が発生する危険があった。

上記問題点を解決し、安定した配列動作を継続するためボールカップ内に収容されるボール量を適量に維持することが試みられた。従来の導電性ボールの配列装置では、ボールカップ内の適量ボール量を、ボール供給装置であるボールホッパに設けられた開閉扉の開閉時間と供給量、および生産枚数と生産経過時間などで算出して確保していた。しかし、ボールカップ内の現実のボール量は、時間の経過とともに徐々に算出されて把握されるボール量とずれてしまうという問題点を有していた。

特許第３２７１４８２号特許公報

本発明は、導電性ボールの配列装置における上記問題点を、ボールカップ内のボール量を検出手段により検出することにより、より正確にボール量を制御することを目的とするものである。

第１の発明は、上記課題を解決するため、導電性ボールの配列装置に次の手段を採用する。
第１に、所定の配列パターンにボール挿入部が設けられた配列治具と、下面に開口部を有し、多数の導電性ボールを収容可能なボールカップと、配列治具とボールカップを相対移動させる移動手段とを備え、移動手段により多数の導電性ボールを収容したボールカップを配列治具上面に沿って相対移動して、配列治具のボール挿入部に導電性ボールを落とし込む導電性ボールの配列装置とする。
第２に、配列治具とボールカップとが相対移動している際、ボールカップの進行方向前方側内壁近傍の下面開口部内の導電性ボールが積層していない部分にある導電性ボールからの反射光を感知することにより、ボールカップ内に収容されるボール量の下限を検出する下限検出手段を設ける。

第３に、前記移動手段は往復相対移動可能であり、前記下限検出手段は２組設けられ、往動時と復動時で切り換えられるものである。

第２の発明は、第１の発明のボールカップ内に導電性ボールを供給するボール供給手段を備え、上記下限検出手段により下限を検出するとボール供給手段より導電性ボールを補給することを付加した導電性ボールの配列装置である。

第３の発明は、導電性ボールの配列装置に次の手段を採用したものである。
第１に、所定の配列パターンにボール挿入部が設けられた配列治具と、下面に開口部を有し、多数の導電性ボールを収容可能なボールカップと、配列治具とボールカップを相対移動させる移動手段とを備え、移動手段により多数の導電性ボールを収容したボールカップを配列治具上面に沿って相対移動して、配列治具のボール挿入部に導電性ボールを落とし込む導電性ボールの配列装置とする。

第２に、前記ボールカップは上面に開口部を有するとともに、この上面の開口部より前記下面の開口部が狭くなるように内壁を傾斜させており、配列治具とボールカップとが相対移動している際、ボールカップの進行方向後方側内壁の斜面内に検出エリアを設定することにより、この内壁に沿って積層している導電性ボールからの反射光を感知して、ボールカップ内に収容されるボール量の上限を検出する上限検出手段を設ける。
第３に、前記移動手段は往復相対移動可能であり、前記上限検出手段は２組設けられ、往動時と復動時で切り換えられるものである。

第４の発明は、導電性ボールの配列装置に次の手段を採用したものである。
第１に、所定の配列パターンにボール挿入部が設けられた配列治具と、下面に開口部を有し、多数の導電性ボールを収容可能なボールカップと、配列治具とボールカップを相対移動させる移動手段とを備え、移動手段により多数の導電性ボールを収容したボールカップを配列治具上面に沿って相対移動して、配列治具のボール挿入部に導電性ボールを落とし込む導電性ボールの配列装置とする。

第２に、前記ボールカップは上面に開口部を有するとともに、この上面の開口部より前記下面の開口部が狭くなるように内壁を傾斜させており、配列治具とボールカップとが相対移動している際、ボールカップの進行方向後方側内壁の斜面内に検出エリアを設定することにより、この内壁に沿って積層している導電性ボールからの反射光を感知して、ボールカップ内に収容されるボール量の上限を検出する上限検出手段と、配列治具とボールカップとが相対移動している際、ボールカップの進行方向前方側内壁近傍の下面開口部内の導電性ボールが積層していない部分にある導電性ボールからの反射光を感知することにより、ボールカップ内に収容されるボール量の下限を検出する下限検出手段を設ける。
第３に、前記移動手段は往復相対移動可能であり、前記上限および下限検出手段は各２組設けられ、それぞれ往動時と復動時で切り換えられるものである。

第１の発明は、配列治具とボールカップとが相対移動している際、ボールカップの進行方向前方側内壁近傍の下面開口部内の導電性ボールが積層していない部分にある導電性ボールからの反射光を感知することにより、ボールカップ内に収容されるボール量の下限を検出する下限検出手段を設けたものであるため、補給の必要となる時期の検出が可能となり、より正確にボール量を制御することができることとなった。

また、移動手段は往復相対移動可能であり、下限検出手段は２組設けられ、往動時と復動時で切り換えられるものであるので、往復移動により導電性ボールを配列する装置においても正確なボール量の制御が可能となった。

第２の発明では、ボールカップ内に導電性ボールを供給するボール供給手段を備え、下限検出手段により下限を検出するとボール供給手段より導電性ボールを補給するので、ボールカップ内を常時適正ボール量とすることが容易となった。

第３の発明は、配列治具とボールカップとが相対移動している際、ボールカップの進行方向後方側内壁の斜面内に検出エリアを設定することにより、この内壁に沿って積層している導電性ボールからの反射光を感知して、ボールカップ内に収容されるボール量の上限を検出する上限検出手段を設けたものであるので、ボールカップ内が適量以上のボール量となった場合の制御が可能となった。

また、移動手段は往復相対移動可能であり、上限検出手段は２組設けられ、往動時と復動時で切り換えられるものであるので、往復移動により導電性ボールを配列する装置においても正確なボール量の制御が可能となった。

第４の発明は、配列治具とボールカップとが相対移動している際、ボールカップ内に収容されるボール量の上限および下限をそれぞれ検出する検出手段を設けたものであるので、常に適正なボール量で制御することが可能となった。

また、移動手段は往復相対移動可能であり、上限および下限検出手段は各２組設けられ、それぞれ往動時と復動時で切り換えられるものであるので、往復移動により導電性ボールを配列する装置においても正確なボール量の制御が可能となった。

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。実施例は、半田ボール搭載装置であり、半田ボール搭載装置は、搬入用のウエハ受渡部、フラックス印刷部、ボール搭載部、および搬出用のウエハ受渡部を有するもので、本発明にかかる導電性ボールの配列装置は、ボール搭載部を構成するものである。本発明において、導電性ボールの搭載対象物としては、半導体ウエハ（以後、単にウエハと表記する）や、電子回路基板や、セラミックス基板などがあるが、実施例ではウエハを用いている。また、粘着材料としては、フラックスや半田ペーストや導電性の接着剤などが用いられるが、実施例ではフラックスが用いられており、導電性ボールが載置されるウエハ上の電極にはフラックスが塗布されている。

ボール搭載部には、半田ボール供給装置と、所定の配列パターンにボール挿入部が設けられた配列治具が配備されている。配列治具としてはボール配列マスク１が用いられており、図１および図３に示されるボール配列マスク１の挿入部形成領域２には、ボール挿入部４が、図４および図５に示されるように、ウエハ３上の電極のパターンに合わせて配列されて形成されている。

ボール配列マスク１の厚みは供給される半田ボール５の径と略同等であり、ボール挿入部４の径は半田ボール５の径より若干大きく形成してある。ボール配列マスク１でのボール挿入部４の横方向の配列ピッチは、一般にボール挿入部４の孔径の約２倍とされている。尚、ボール配列マスク１は、図１および図３に示されるように型枠６に張力をかけて張り付けられ、フレームなどの固定部に保持されている。

半田ボール供給装置は、図１および図６に示されるように、多数の半田ボール５を貯留したボールホッパ７と、ボール配列マスク１のボール挿入部４に半田ボール５を落とし込むボールカップ８と、ボールカップ８を前進および後退移動させるボールカップ移動手段１１と、ボールカップをＺ軸方向に変移させる昇降手段１２を有している。

このボールカップ８の水平面での移動手段１１は、昇降手段１２を介してボールカップ８が取り付けられたベース部材１３を、前後駆動モータ１６で回転するボールねじ１４により、ガイド１５に沿ってボール配列マスク１上面で前後に移動させるものである。尚、図１中矢印方向が前方向であり、この移動により、その際にボールカップ８よりボール配列マスク１のボール挿入部４に半田ボール５を落とし込む。実施例での移動手段１１は、前後方向のみのものであるが、ボールカップ８の下面開口部１０がボール配列マスク１の挿入部形成領域２より狭い場合などには、必要に応じ左右方向への移動手段が設けられるものである。

ボールカップ昇降手段１２は、ボールカップ８の移動手段１１のベース部材１３に装備されたＺ軸駆動モータ１７（図１では省略されており図６に示される。）により回転するボールねじ１８に取付ベース１９をナット部材２０を介して取り付け、該取付ベース１９が昇降ガイドレール２１に沿って上下動できるようになっている。

ボールカップ８は、上部にボール供給用の長方形をした開口部９が形成され、下面にボール落下用の長方形をした開口部１０が形成されており、ボールカップ８は、図４および図５に示されるように、上部の開口部９より下面の開口部１０に向かって狭くなるように傾斜して形成されている。尚、下面の開口部１０は、ボール配列マスク１の挿入部形成領域２の幅より広い幅で形成されており、ボールカップ８とボール配列マスク１の上面とで多数の半田ボール５を収容可能としている。

ボールカップ８には上限センサ２２Ａ，２２Ｂ、下限センサ２３Ａ，２３Ｂおよび漏出センサ２５Ａ，２５Ｂが装着されている。これらのセンサには反射型ファイバーセンサが利用されている。勿論、投受光型ファイバーセンサ等他のセンサであっても良い。図３および図４に示されるようにボール配列動作中に作用する上限センサ２２Ａは、ボールカップ８の進行方向後壁２４の内側上に装着される。尚、図３および図４の矢印がボールカップ８の進行方向を示している。実施例ではボールカップ８の進行方向が反転した場合にも作用するので上限センサ２２Ａ，２２Ｂは、ボールカップ８内側の中央部の前後とも装着されており、上限センサ２２Ｂが、ボールカップ８が後退移動している際に作用する。すなわち、上限センサ２２Ａ，２２Ｂは、前進用と後退用の２組が存在する。

下限センサ２３Ａ，２３Ｂは、逆方向移動時の上限センサ２２Ａ（ボールカップ８前進時作用の上限センサ），２２Ｂ（ボールカップ８後退時作用の上限センサ）を挟んで、左右２個を鉛直方向に対して傾斜して下方を向くようにボールカップ８の内側に装着されている。上限センサ２２Ｂを挟んで左右２個存在する下限センサ２３Ａがボールカップ８の前進時作用の下限センサであり、上限センサ２２Ａを挟んで左右２個存在する下限センサ２３Ｂがボールカップ８の後退時作用の下限センサである。すなわち下限センサ２３Ａ，２３Ｂも、前進用と後退用の２組が存在する。

尚、下限センサ２３Ａ，２３Ｂは、傾斜して下方を向けて設置されているため、下限センサ２３Ａ，２３Ｂ，を真下に向けた場合に生じる配列治具からの反射光の受光を防止し、半田ボール５の有無を的確に判別している。また、下限センサ２３Ａ，２３Ｂもボールカップ８の進行方向が反転した場合にも作用するため、上限センサ２２Ａ，２２Ｂ同様ボールカップ８の進行方向前後とも装着されている。

上限センサ２２Ａ，２２Ｂおよび下限センサ２３Ａ，２３Ｂともに、ボールカップ８内の半田ボール５からの反射光を感知する。上限センサ２２Ａ，２２Ｂおよび下限センサ２３Ａ，２３Ｂともに半田ボール５があるとＯＮとなる。

上限センサ２２Ａ，２２Ｂの検出エリアは、図４の上限センサ２２Ａのみが示されているが、ボールカップ８内の下方開口部１０付近の進行方向後壁２４の斜面内に設定した位置である。他方下限センサ２３Ａ，２３Ｂの検出エリアも図４に示されるように、ボールカップ８の進行方向前方側内壁近傍の下面開口部内の導電性ボールが積層していない部分である。尚、上限センサ２２Ａ，２２Ｂも下限センサ２３Ａ，２３Ｂも、検出エリアを前後方向に調節可能とする調節具２７を介して、ボールカップ８に取り付けられている。

上限センサ２２Ａ，２２Ｂによるボールカップ８内の半田ボール５の上限の検出は、上限センサ２２Ａ，２２Ｂの検出エリア内での光量の差により行う。上限センサ２２Ａ，２２Ｂによる検出エリア内に多数の半田ボール５が存在する場合（半田ボール５の量が多すぎる場合）には、大きな光量が検出される。他方、半田ボール５が適正量の状態では、検出エリアに半田ボール５が存在しないため上限センサ２２Ａ，２２Ｂは、半田ボール５からの反射光を検出せず、小さな光量しか検出されない。この光量の差で半田ボール５が上限に達しているか否かを判断するのである。

下限センサ２３Ａ，２３Ｂによるボールカップ８内の半田ボール５の下限の検出も、下限センサ２３Ａ，２３Ｂの検出エリア内での光量の差により行う。半田ボール５が適正量の場合には検出エリア内に多数の半田ボールが存在するので、下限センサ２３Ａ，２３Ｂでは大きな光量が検出される。他方、該検出エリアの半田ボール５が少なくなると、半田ボール５のない部分が増大し、小さな光量しか検出されない。この光量の差でボールカップ８内の半田ボール５の下限を検出するのである。

漏出センサ２５Ａ，２５Ｂは、ボールカップ８の外側で、長手方向では上限センサ２２Ａ、２２Ｂおよび下限センサ２３Ａ，２３Ｂを挟んだ２カ所に、下限センサ２３Ａ，２３Ｂと同様鉛直方向に対して傾斜して下方を向くよう装着されている。更に、漏出センサ２５Ａ，２５Ｂもボールカップ８の進行方向が反転した場合にも作用させるため、上限センサ２２Ａ，２２Ｂや下限センサ２３Ａ，２３Ｂと同様ボールカップ８の進行方向前後ともに装着されている。すなわち漏出センサ２５Ａ，２５Ｂも前進用と後退用の２組が存在する。

ボールカップ８からの半田ボール５の流出は１個だけではなく、多数が広い帯状に流れるように漏出するので、検出位置をボールカップ８の長手方向全幅をカバーするように設ける必要はなく、実施例でも前後各２個の設置で十分である。

漏出センサ２５Ａ，２５Ｂによる漏出の検出は、漏出センサ２５Ａ，２５Ｂの検出エリア内での光量の差により行う。漏出センサ２５Ａ，２５Ｂによる検出エリアは、半田ボール径より大きい。半田ボールの漏出時には検出エリア内に多数の半田ボールが存在するので、漏出センサ２５Ａ，２５Ｂでは、大きな光量が検出される。他方、漏出がない正常な状態では、漏出センサ２５Ａ，２５Ｂは、ボール挿入部４に挿入されている半田ボール５からの反射光を検出することになるが、小さな光量しか検出されない。この光量の差で半田ボール５の漏出を検出するのである。

ボールカップ８のボール供給用の開口部９の上方には、長手方向に３個のボールホッパ７が配置されている。

ボールホッパ７は、内部空間に多数の半田ボール５を貯留すると共に貯留した半田ボール５をボールカップ８へと排出する供給口と、該供給口を開放閉鎖可能とする開閉手段たるシャッタ２９を有しており、ボールホッパ７も、ボールカップ８と同じ取付ベース１９に取り付けられている。図中３０は、シャッタ２９を作動させるためのシリンダであり、３個のボールホッパ７の各シリンダ３０は同期して作動されるようになっている。

ボールホッパ７のボール供給口の下方には、ボール検出機構付きの受け部３２が配置されている。ボールホッパ７から受け部３２を通過してボールカップ８へ供給される半田ボール５はボールカップ８内の長手方向で、ほぼ均一に分散されるようになっている。受け部３２に設けられたボール検出センサ３１は、ボールホッパ７のボール供給口から供給される半田ボール５の供給の有無とボール詰まりを検出するもので、実施例では透過型ファイバーセンサを用いている。

ボールホッパ７のシャッタ２９の開でボール補給動作となるが、シャッタ２９開の作動時間に対する半田ボール５の供給量を事前につかんでおく。ボールカップ８内には予め適量を供給しておく。上限センサ２２Ａ、２２Ｂおよび下限センサ２３Ａ，２３Ｂは、ボールホッパ７よりボールカップ８への半田ボール供給時や、ボールカップ８の移動が停止している時には動作しないように設定してある。

生産中に下限センサがＯＮからＯＦＦに変わる（下限を検出する）と、ボールホッパ７からボールカップ８に半田ボール５が補給される。シャッタ２９を開にすると、ボールホッパ７内の半田ボール５が、供給口から受け部３２へと落下する。このとき受け部３２へ落下した半田ボール５は、ボール検出センサ３１で検出される。

予め定めておいた所定時間経過後、シャッタ２９を閉とし、半田ボール５の供給を停止する。３つのボールホッパ７のシャッタ２９の開閉は同時に制御される。受け部３２へ落下した半田ボール５は、ボール導入部を経て、ボールカップ８へと補給される。この繰り返しにより半田ボール５の補給は行われる。

他方、上限センサ２２Ａ，２２Ｂにより、設定した上限より上に半田ボール５ありを検出すると、ボールカップ８は移動端まで移動して、一旦停止し、その後アラームを発信する。オペレータによりボールカップ８内の半田ボール５が適量となるように図示しない吸引ノズルで吸い上げて回収し運転を再開する。漏出センサ２５Ａ，２５Ｂが、半田ボール５のボールカップ８からの漏出を検出した場合も、アラームを発信して、装置は停止する。その場合、ボールカップ８は一旦上方に退避させられ、半田ボール５を吸引ノズルで吸い上げて、回収する。尚、配列治具の交換時も同様に回収される。

尚、ボールカップ８の移動方向が反転すると、有効とするセンサを上限センサ２２Ａ、下限センサ２３Ａ、漏出センサ２５Ａから上限センサ２２Ｂ、下限センサ２３Ｂ、漏出センサ２５Ｂへと切り換える。尚、実施例では、ボールカップ８が移動して、半田ボール５を配列治具に配列していくものであるが、本発明は、配列治具とボールカップは相対移動関係にあればよいので、ボールカップが固定で配列治具が移動する場合も同様に利用できるものである。

本実施例にかかる配列装置の全体を示す概略平面図 ボールカップ部分の平面図 作動検出センサを示すボールカップの説明図 上限および下限検知位置を示すボールカップの断面説明図 漏出検知位置を示すボールカップの断面説明図 ボールカップとボールホッパの関係を示す側断面説明図 同正面説明図

符号の説明

１．．．．．．ボール配列マスク
２．．．．．．挿入部形成領域
３．．．．．．ウエハ
４．．．．．．ボール挿入部
５．．．．．．半田ボール
６．．．．．．型枠
７．．．．．．ボールホッパ
８．．．．．．ボールカップ
９，１０．．．．．．開口部
１１．．．．．移動手段
１２．．．．．昇降手段
１３．．．．．ベース部材
１４，１８．．．．．ボールねじ
１５．．．．．ガイド
１６．．．．．前後駆動モータ
１７．．．．．Ｚ軸駆動モータ
１９．．．．．取付ベース
２０．．．．．ナット部材
２１．．．．．昇降ガイドレール
２２Ａ，２２Ｂ．．．．．上限センサ
２３Ａ，２３Ｂ．．．．．下限センサ
２４．．．．．後壁
２５Ａ，２５Ｂ．．．．．漏出センサ
２７．．．．．調節具
２９．．．．．シャッタ
３０．．．．．シリンダ
３１．．．．．検出センサ
３２．．．．．受け部

Claims (4)

1. 所定の配列パターンにボール挿入部が設けられた配列治具と、
   下面に開口部を有し、多数の導電性ボールを収容可能なボールカップと、
   配列治具とボールカップを相対移動させる移動手段とを備え、
   移動手段により多数の導電性ボールを収容したボールカップを配列治具上面に沿って相対移動して、配列治具のボール挿入部に導電性ボールを落とし込む導電性ボールの配列装置において、
   配列治具とボールカップとが相対移動している際、ボールカップの進行方向前方側内壁近傍の下面開口部内の導電性ボールが積層していない部分にある導電性ボールからの反射光を感知することにより、ボールカップ内に収容されるボール量の下限を検出する下限検出手段を設け、
   前記移動手段は往復相対移動可能であり、前記下限検出手段は２組設けられ、往動時と復動時で切り換えられるものである
   ことを特徴とする導電性ボールの配列装置。
2. ボールカップ内に導電性ボールを供給するボール供給手段を備え、上記下限検出手段により下限を検出するとボール供給手段より導電性ボールを補給することを特徴とする請求項１記載の導電性ボールの配列装置。
3. 所定の配列パターンにボール挿入部が設けられた配列治具と、
   下面に開口部を有し、多数の導電性ボールを収容可能なボールカップと、
   配列治具とボールカップを相対移動させる移動手段とを備え、
   移動手段により多数の導電性ボールを収容したボールカップを配列治具上面に沿って相対移動して、配列治具のボール挿入部に導電性ボールを落とし込む導電性ボールの配列装置において、
   前記ボールカップは上面に開口部を有するとともに、この上面の開口部より前記下面の開口部が狭くなるように内壁を傾斜させており、
   配列治具とボールカップとが相対移動している際、ボールカップの進行方向後方側内壁の斜面内に検出エリアを設定することにより、この内壁に沿って積層している導電性ボールからの反射光を感知して、ボールカップ内に収容されるボール量の上限を検出する上限検出手段を設け、
   前記移動手段は往復相対移動可能であり、前記上限検出手段は２組設けられ、往動時と復動時で切り換えられるものである
   ことを特徴とする導電性ボールの配列装置。
4. 所定の配列パターンにボール挿入部が設けられた配列治具と、
   下面に開口部を有し、多数の導電性ボールを収容可能なボールカップと、
   配列治具とボールカップを相対移動させる移動手段とを備え、
   移動手段により多数の導電性ボールを収容したボールカップを配列治具上面に沿って相対移動して、配列治具のボール挿入部に導電性ボールを落とし込む導電性ボールの配列装置において、
   前記ボールカップは上面に開口部を有するとともに、この上面の開口部より前記下面の開口部が狭くなるように内壁を傾斜させており、
   配列治具とボールカップとが相対移動している際、ボールカップの進行方向後方側内壁の斜面内に検出エリアを設定することにより、この内壁に沿って積層している導電性ボールからの反射光を感知して、ボールカップ内に収容されるボール量の上限を検出する上限検出手段と、
   配列治具とボールカップとが相対移動している際、ボールカップの進行方向前方側内壁近傍の下面開口部内の導電性ボールが積層していない部分にある導電性ボールからの反射光を感知することにより、ボールカップ内に収容されるボール量の下限を検出する下限検出手段を設け、
   前記移動手段は往復相対移動可能であり、前記上限および下限検出手段は各２組設けられ、それぞれ往動時と復動時で切り換えられるものである
   ことを特徴とする導電性ボールの配列装置。

Images