JP5225665B2 - ボール搭載方法およびボール搭載装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のボールを基板上に搭載するボール搭載方法およびボール搭載装置に関する。

従来から、半導体素子や回路基板等の製造分野では、半田ボール等の導電性を有する微小なボールを半導体ウェハ等の基板上に搭載するボール搭載装置が使用されている。この種のボール搭載装置として、複数のボールを吸着する複数の吸着孔が形成された吸着ヘッドと吸着前のボールが収納された容器とを備え、吸着ヘッドが複数のボールを吸着した後、その状態で所定位置まで移動して、ボールを基板上に搭載するボール搭載装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載されたボール搭載装置は、図９に示すように、各吸着孔１０１のそれぞれに、１つずつボール１０２が吸着されるように構成されている。したがって、このボール搭載装置は、各吸着孔へ適正にボールを吸着させるため、吸着ヘッドによって容器から排出されるボールの数量を検出するとともに、容器内に収容されるボールの量が適正範囲に維持されるようにボール供給手段からのボールの供給量を制御している。

特許第３７１３１２７号公報

近年、基板には、高密度に配設された端子を備える素子が実装されたり、高密度で複数の素子が実装されるようになってきている。そのため、最近の基板では、ボールが搭載される基板上の電極間のピッチが狭くなっている。また、基板自体も大型化しており、１枚の基板に形成される電極の数、すなわち、１枚の基板に搭載されるボールの数が非常に多くなっている。また、作業効率を上げるため、ボールを基板上に搭載するボールの搭載工程の時間短縮化の要請も年々高まっている。

このような状況下で、本出願人が開発したボール搭載装置では、基板上に搭載されるボールを吸着して搬送する吸着ヘッドに、膨大な数の吸着孔が形成されている。そのため、吸着前のボールが収納される収納容器に、吸着孔の数に応じた膨大な量のボールを収納する必要がある。その結果、図１０に示すように、１つの吸着孔１１１に複数のボール１１２が吸着されて、複数のボール１１２が吸着面に房状にかたまって集まるいわゆる余剰ボール現象が従来以上に発生しやすくなる。

そこで、本発明の課題は、吸着ヘッドに形成される吸着孔の数が膨大であっても、吸着ヘッドでの余剰ボール現象の発生を抑制できるボール搭載方法を提供することにある。また、本発明の課題は、かかるボール搭載方法で基板上に複数のボールを搭載するボール搭載装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、１つのボールをそれぞれ吸着する複数の吸着孔が形成される吸着ヘッドと、複数の吸着孔に吸着される前の複数のボールが収納される収納容器とを備えるボール搭載装置を用い、複数の吸着孔に吸着された複数のボールを基板上に搭載するボール搭載方法において、収納容器内のボールの数が吸着ヘッドの吸着孔の数よりも少なくなるように、収納容器内のボールの数を設定する初期ボール量設定工程と、初期ボール量設定工程後、収納容器にボールを供給しながら、吸着孔にボールを吸着させるボール吸着工程と、ボール吸着工程後、複数の吸着孔に吸着された複数のボールを基板上に搭載するボール搭載工程とを備え、初期ボール量設定工程で設定される収納容器内の上記ボールの数は、吸着ヘッドの吸着孔の数の１／２０から２／３の範囲であり、ボール吸着工程で吸着ヘッド内に向かう風速は、１５ｍ／秒から１２５ｍ／秒の範囲であることを特徴とする。

本発明のボール搭載方法では、ボール吸着工程前の初期ボール量設定工程で、収納容器内のボールの数が吸着ヘッドの吸着孔の数よりも少なくなるように収納容器内のボールの数を設定している。そのため、吸着ヘッドに形成される吸着孔の数が膨大であっても、ボール吸着工程での吸着開始時に収納容器に収納されるボールの数を比較的少なくすることができる。また、ボール吸着工程で、収納容器にボールを供給しながら、吸着孔にボールを吸着させている。そのため、吸着を開始してから所定時間経過後であっても、吸着孔に吸着される必要数のボールを収納容器に供給しつつ、収納容器に収納されるボールの数を比較的少なくすることができる。その結果、本発明では、ボール吸着工程において、１つの吸着孔に複数のボールが集まりにくくなり、吸着ヘッドでの余剰ボール現象の発生を抑制することができる。

本発明において、初期ボール量設定工程で設定される収納容器内のボールの数は、吸着ヘッドの吸着孔の数の１／２０から２／３の範囲である。このように構成すると、吸着ヘッドでの余剰ボール現象の発生を抑制しつつ、吸着ヘッドへのボールの吸着時間を短縮させることが可能になる。また、本発明において、ボール吸着工程で吸着ヘッド内に向かう風速は、１５ｍ／秒から１２５ｍ／秒の範囲である。このように構成すると、余剰ボール現象の発生を抑制するとともに、吸着ヘッドに形成された複数の吸着孔の全てにボールが吸着されずにボールが吸着されない吸着孔が存在する吸着ミスを抑制することが可能になる。

本発明において、ボール吸着工程で収納容器に供給されるボールの供給量は、ボール吸着工程での時間の経過に伴って増加することが好ましい。ここで、吸着ヘッドに形成される吸着孔の数が膨大であると、ボールの吸着開始直後に、吸着ヘッドの吸着面の中心部へ向かうボールの吸引力が大きくなり、吸着面の中心部にボールが集まりやすくなるため、ボールが集まりやすい吸着面の中心部で余剰ボール現象が発生しやすくなる。一方、吸着面の中心部に位置する吸着孔にボールが吸着されると吸着面の周辺部では余剰ボール現象は発生しにくくなる。したがって、このように構成すると、吸着ヘッドでの余剰ボール現象の発生を抑制しつつ、吸着ヘッドへのボールの吸着時間を短縮させることが可能になる。

本発明において、ボール吸着工程で収納容器に供給されるボールの供給量は、ボール吸着工程での時間の経過に伴ってまず増加し、その後減少することが好ましい。上述のように、吸着ヘッドの吸着孔の数が膨大であると、ボールの吸着開始直後に、吸着面の中心部で余剰ボール現象が発生しやすくなり、吸着面の中心部に位置する吸着孔にボールが吸着されると吸着面の周辺部では余剰ボール現象は発生しにくくなる。そのため、収納容器に供給されるボールの数がボール吸着工程での時間の経過に伴ってまず増加すると、吸着ヘッドでの余剰ボール現象の発生を抑制しつつ、吸着ヘッドへのボールの吸着時間を短縮させることが可能になる。また、収納容器に供給されるボールの数がその後減少すると、ボール供給停止後に比較的短時間でボール吸着工程が終了する場合であっても、ボール吸着工程終了後に収納容器に収納されるボールの数を管理しやすくなる。

本発明において、ボール吸着工程後の収納容器内のボールの数は、初期ボール量設定工程で設定されるボールの数と略等しいことが好ましい。このように構成すると、ボール吸着工程後に再度、ボール吸着工程を行う場合であっても、収納容器内のボールの数を再設定する必要がなくなり、収納容器内のボール数の再設定工程を省くことができる。

上記の課題を解決するため、本発明は、１つのボールをそれぞれ吸着する複数の吸着孔が形成される吸着ヘッドと、複数の吸着孔に吸着される前の複数のボールが収納される収納容器とを備えるボール搭載装置を用い、複数の吸着孔に吸着された複数のボールを基板上に搭載するボール搭載装置において、収納容器内のボールの数が吸着ヘッドの吸着孔の数よりも少なくなるように、収納容器内のボールの数を吸着孔の数の１／２０から２／３の範囲設定するボール供給手段と、初期ボール量設定工程後、収納容器にボールを供給しながら、吸着孔にボールを風速１５ｍ／秒から１２５ｍ／秒で吸着させるボール吸着ヘッドとを備えることを特徴とする。ボール搭載装置をこのように構成することで、吸着ヘッドでの余剰ボール現象の発生を抑制することができる。

本発明において、ボール搭載装置は、吸着孔に向かってボールを吸引するためのブロアを備え、ブロアでの吸引によって吸着孔にボールを吸着させることが好ましい。ブロアは排気量が比較的大きいため、このように構成すると、初期ボール量設定工程で、収納容器内のボールの数が吸着ヘッドの吸着孔の数よりも少なくなるように収納容器内のボールの数が設定されても、ボール吸着工程での吸着開始後、比較的短時間で吸着孔にボールを吸着することが可能になる。したがって、吸着ヘッドへのボールの吸着時間を短縮させることが可能になる。

本発明において、吸着ヘッドに形成される吸着孔の数は、たとえば、１００００個以上である。このように、吸着ヘッドに形成される吸着孔の数が膨大な数である場合には、吸着ヘッドへの１回の吸着動作で多数のボールを吸着することができるため、基板上にボールを搭載する工程の時間を短縮させることができる。一方で、吸着ヘッドに形成される吸着孔の数が膨大であっても、本発明では、吸着ヘッドでの余剰ボール現象の発生を抑制することができる。

以上説明したように、本発明にかかるボール搭載方法およびボール搭載装置は、吸着ヘッドに形成される吸着孔の数が膨大であっても、吸着ヘッドでの余剰ボール現象の発生を抑制できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（ボール搭載装置の概略構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかるボール搭載装置１の主要部の概略構成を示す正面図である。図２は、図１に示すボール供給部５を構成するボール供給手段１８を説明するための概略図である。

本形態のボール搭載装置１は、導電性を有する複数の微小なボール２を基板３上に搭載するように構成されている。このボール搭載装置１は、図１、図２に示すように、複数のボール２を吸着して搬送する吸着搬送部４と、吸着搬送部４に吸着される複数のボール２を供給するボール供給部５と、複数のボール２が基板３上に搭載されるボール搭載部６とを備えている。

また、ボール搭載装置１は、吸着搬送部４がボール供給部５でボール２を適切に吸着することができない吸着不良が発生したときや、吸着搬送部４に吸着されたボール２の全てがボール搭載部６で基板３上に搭載されず吸着搬送部４にボール２が残ってしまういわゆる残留ボール現象が発生したときに、吸着搬送部４からボール２を除去するためのボール廃棄容器７を備えている。ここで、上述した吸着不良には、吸着搬送部４に形成された後述の複数の吸着孔３０ａの全てにボール２が吸着されず、ボール２が吸着されない吸着孔３０ａが存在する吸着ミスと、１つの吸着孔３０ａに複数のボール２が吸着されて複数のボール２が房状にかたまって集まる余剰ボール現象とがある。

ボール２は、たとえば、半田ボールや金ボール、銀ボール、銅ボール、ニッケルボール等の金属製の微小ボールである。本形態のボール搭載装置１で用いられるボール２の直径は、たとえば、２００μｍ〜５００μｍである。また、ボール２の重さは、たとえば、直径２００μｍのもので０．０３ｍｇ、直径３００μｍのもので０．１１ｍｇとなっている。なお、ボール２は、たとえば、プラスチックやガラス、石英等の絶縁部材からなる絶縁ボールの表面に、半田や金、銀、銅等の導電性材料をコーティングしたものであっても良い。また、ボール２の直径は、２００μｍ以下であっても良いし、５００μｍ以上であっても良い。

基板３上には、複数のボール２がそれぞれ搭載、接合される複数の電極（図示省略）が形成されている。複数の電極はたとえば、４００μｍから６００μｍのピッチで形成されており、各電極間のピッチは非常に狭くなっている。また、基板３上には、非常に多くの数の電極が形成されている。本形態では、基板３上に、１００００個以上（たとえば１０００個から３００００個）の電極が形成されている。なお、基板３上に形成される電極の数は、１００００個未満であっても良い。

吸着搬送部４は、図１に示すように、ボール２を吸着する吸着ヘッド８と、吸着ヘッド８に衝撃を与える単動エアシリンダ１０と、吸着ヘッド８および単動エアシリンダ１０が取り付けられる本体部１１とを備えている。

本体部１１は、図示を省略する駆動機構に連結されており、図１の上下方向、左右方向および紙面垂直方向に移動可能となっている。本体部１１の下端部には、吸着ヘッド８が取り付けられるヘッド取付部１１ａが形成されている。また、図１における本体部１１の左右両側面にはそれぞれ、シリンダ取付部材１２が固定されており、各シリンダ取付部材１２には、単動エアシリンダ１０が取り付けられるＬ形状のブラケット１３が固定されている。吸着ヘッド８の詳細な構成は後述する。

単動エアシリンダ１０は、ボール廃棄容器７上で吸着ヘッド８からボール２を除去する際等に、吸着ヘッド８に衝撃を与える。この単動エアシリンダ１０は、コンプレッサー（図示省略）から供給される圧縮エアによって下方向へ駆動され、内蔵されるバネ（図示省略）によって上方向へ駆動される。また、単動エアシリンダ１０は、突出したピストンロッドが吸着ヘッド８の上面に固定された後述の衝突板４０に衝突するように、ブラケット１３に固定されている。

ボール供給部５は、図１、図２に示すように、吸着搬送部４に吸着される前の複数のボール２が収容される収納容器としてのボール受入容器１５と、ボール受入容器１５を振動させる振動発生手段１６と、ボール受入容器１５が支持されるとともに振動発生手段１６が収納される支持筐体１７と、ボール受入容器１５にボール２を供給するボール供給手段１８とを備えている。

ボール受入容器１５は、矩形状の底面部を有するとともに上面が開口した箱状に形成されている。このボール受入容器１５は、図１に示すように、板バネ等の弾性部材１９を介して、支持筐体１７の上面側に支持されている。また、ボール受入容器１５の下面には、磁性材料で形成された磁性板２０が固定されている。

振動発生手段１６は、図１に示すように、磁性材料で円柱状に形成されたコア２１と、コア２１に巻回されたコイル２２とを備える電磁石である。コア２１の上端面は、ボール受入容器１５の下面に固定された磁性板２０に対向している。このコア２１は、コイル２２が通電状態になると磁性板２０を吸着し、また、その状態でコイル２２が非通電状態になると吸着した磁性板２０を解放する。このように、コア２１が磁性板２０を吸着、解放することで、振動発生手段１６は、ボール受入容器１５を図示上下方向に振動させる。

振動発生手段１６による振動で、ボール受入容器１５に収容された複数のボール２は、図１や図２の二点鎖線で示すように、ボール受入容器１５の底面から上方へ大きく跳躍する。このときのボール受入容器１５の底面からのボール２の跳躍量は、たとえば、１５ｍｍから１７ｍｍ程度である。

ボール供給手段１８は、図２に示すように、供給前のボール２が収納されるボール容器２４と、ボール容器２４に接続される可撓性チューブ２５と、可撓性チューブ２５の先端に取り付けられるノズル２６と、振動発生手段（図示省略）とを備えている。このボール供給手段１８では、振動発生手段が発生させる振動によって、パーツフィーダのようにボール２が振動して送られると、ノズル２６からボール２が落下して、ボール受入容器１５にボール２が供給される。なお、ノズル２６に電気制御可能な開閉扉を設け、その開閉時間を調整することでボール２の供給量を制御しながら、ボール２をボール受入容器１５に供給しても良い。

ボール搭載部６は、図１に示すように、基板３が載置される基板載置台２７を備えている。基板載置台２７は、図示を省略する駆動機構に連結されており、図１の上下方向、左右方向および紙面垂直方向に平行移動可能になっているとともに回動可能になっている。

ボール廃棄容器７は、図１に示すように、矩形状の底面部を有するとともに上面が開口した箱状に形成されている。

吸着搬送部４は、ボール供給部５で複数のボール２を吸着した後、図示を省略する駆動機構によって、図１の右方向に移動して、基板３上に形成された複数の電極のそれぞれに、ボール２を搭載する。また、吸着搬送部４は、基板３上にボール２を搭載した後、ボール供給部５まで戻る。この吸着搬送部４によるボール２の搭載工程の詳細については後述する。

（吸着ヘッドの構成）
図３は、図１に示す吸着ヘッド８および吸着ヘッド８に接続されるエア機器の構成を示す図である。図４は、図３に示す吸着部３０ｃを示す図であり、（Ａ）は、図３のＥ−Ｅ方向から吸着部３０ｃを示し、（Ｂ）は、（Ａ）のＦ部を拡大して示す。図５は、図３のＧ部を拡大して示す拡大断面図である。

吸着ヘッド８は、図３から図５に示すように、ボール受入容器１５内の複数のボール２の中から、１つのボール２をそれぞれ吸着する複数の吸着孔３０ａが形成された吸着治具３０と、吸着治具３０が交換可能に取り付けられたヘッド本体３１とを備えている。本形態では、１００００個以上（たとえば１００００個から３００００個）の莫大な数の吸着孔３０ａが吸着治具３０に形成されている。なお、吸着治具３０に形成される吸着孔３０ａの数は、１００００個未満であっても良い。

吸着ヘッド８の内部には、図３に示すように、エアチャンバ（空気室）３２が形成されている。このエアチャンバ３２には、エアチャンバ３２内のエア（空気）を吸引して、エアチャンバ３２内の圧力を負圧（大気圧よりも低い圧力）にするブロア（集塵機）３４が接続されている。具体的には、ブロア３４は、継ぎ手３５、ホース３６およびパイプ３７等の配管を介してエアチャンバ３２に接続されている。本形態では、ブロア３４が、吸着孔３０ａに向かってボール２を吸引する。すなわち、本形態では、ブロア３４でのエアの吸引のみによって、吸着孔３０ａへのボール２の吸着が行われる。

なお、本明細書において、「ブロア」とは、エアチャンバ３２からのエアの排気量が毎分数立方メートルと大きく、エアチャンバ３２内の到達圧力を７０〜８０ＫＰａ程度とすることが可能な送風機のことをいう。すなわち、本明細書における「ブロア」は、エアチャンバ３２からのエアの排気量は「ブロア」より桁違いに小さいがエアチャンバ３２内の到達圧力を通常、０．１ＫＰａ以下とすることができる（すなわち、エアチャンバ３２内の真空度を高くすることができる）「真空ポンプ」とは異なる。

また、エアチャンバ３２には、エアチャンバ３２内の圧力を正圧（大気圧よりも高い圧力）にして吸着孔３０ａからエアを噴出する（すなわち、エアチャンバ３２内に圧縮エアを供給する）コンプレッサー３８が接続されている。具体的には、コンプレッサー３８は、継ぎ手３５、ホース３６、およびパイプ３７等の配管を介してエアチャンバ３２に接続されている。

ヘッド本体３１は、図３等に示すように、中空の直方体状に形成されるとともに、吸着治具３０が取り付けられる下側が開口した箱状に形成されている。ヘッド本体３１の上面側には、貫通孔３１ａが形成されており、この貫通孔３１ａが形成された位置に対応するように継ぎ手３５がヘッド本体３１の上面に固定されている。また、ヘッド本体３１の上面には、板状の衝突板４０が固定されている。この衝突板４０には、上述のように、単動エアシリンダ１０のピストンロッドが衝突する。

吸着治具３０は、ヘッド本体３１に取り付けられる上側が開口した箱状に形成されている。具体的には、吸着治具３０は、ヘッド本体３１に取り付けられる中空の直方体状の取付部３０ｂと、複数の吸着孔３０ａが形成され取付部３０ｂの下側に配置される吸着部３０ｃとから構成されている。吸着部３０ｃは、取付部３０ｂよりも小さな中空の直方体状に形成されている。また、吸着部３０ｃの下面側に吸着孔３０ａが形成されており、この吸着部３０ｃの下面は吸着面３０ｄとなっている。

吸着面３０ｄには、吸着孔３０ａにボール２を吸着する際に、吸着孔３０ａ以外の面にボール２が付着しないように、非付着性の表面処理が施されている。具体的には、吸着面３０ｄには、クロムメッキ処理、フッ素樹脂のコーティング処理、あるいは、非粘着性の粒子または分子を含有する複合被膜（たとえば、ニッケルと窒化ホウ素粒子を含有する複合被膜）のコーティング処理が施されている。

吸着孔３０ａは、上述のように、吸着部３０ｃに形成されている。具体的には、複数の吸着孔３０ａは、図５に示すように、吸着部３０ｃを貫通してエアチャンバ３２に連通するように形成されている。この吸着孔３０ａの下端部３０ｅは、下方向に向かって径が次第に大きくなる傾斜面となっており、図５に示すように、この円錐状の下端部３０ｅにボール２が当接して吸着される。なお、吸着孔３０ａの径は、たとえば、１００μｍ〜１８０μｍである。

図４（Ａ）に示すように、吸着面３０ｄには、複数の吸着孔３０ａがたとえば矩形状に配列されて構成された複数の吸着孔ユニット３０ｆが形成されている。なお、ボール２が搭載される基板３は多種多様であり、また、基板３上の電極の配列も多種多様である。そのため、基板３上に形成される電極の配列等に応じて、吸着孔３０ａは種々の形状に配列される。

吸着治具３０は、上述のように、ヘッド本体３１の下側に交換可能に取り付けられている。本形態では、吸着治具３０の交換が頻繁に行われても治具の交換時間を短縮できるように、吸着治具３０のヘッド本体３１への着脱が容易になっている。たとえば、吸着治具３０は、フック式ファスナによって、ヘッド本体３１に取り付けられる。また、エアチャンバ３２からのエア漏れが発生しないように、ヘッド本体３１と吸着治具３０との連結部はシール材で密閉されている。

エアチャンバ３２とブロア３４とを接続するパイプ３７の途中には、図３に示すように電磁弁４１が取り付けられている。この電磁弁４１は、ブロア３４によるエアチャンバ３２内のエアの吸引を行ったり、エアの吸引を停止するオンオフ用の電磁弁である。また、ブロア３４と電磁弁４１との間には、パイプ３７から分岐するように、リーク弁４２が取り付けられている。このリーク弁４２は、ブロア３４を構成するモータ等の各種の機構に過負荷がかからないように、かつ、吸着部３０ｃの下面（すなわち、吸着孔３０ａが形成されている部分）がブロア３４による急激なエアの吸引によって引っ張られ、損傷を受けることがないように設けられた安全用のリーク弁であり、リーク弁４２からブロア３４へ常時、エアが流れ込んでいる。なお、吸着ヘッド８内の圧力と大気圧との圧力差（差圧）を高めるために、短時間、リーク弁４２を閉状態（クローズ状態）にしても良い。

エアチャンバ３２とコンプレッサー３８とを接続するパイプ３７の途中には、図３に示すように、電磁弁４３と圧力調整弁４４とがエアチャンバ３２側からこの順番で取り付けられている。圧力調整弁４４は、コンプレッサー３８からエアチャンバ３２へ供給される圧縮エアの圧力を調整する。電磁弁４３は、コンプレッサー３８からエアチャンバ３２への圧縮エアの供給のオンオフを行う。

上述のように、本形態では、ブロア３４でのエアの吸引によって、吸着孔３０ａへのボール２の吸着が行われる。このとき、吸着ヘッド８内（エアチャンバ３２）へ向かう風速（すなわち、吸着孔３０ａを通過する風速）は、たとえば、約５０ｍ／秒となっている。また、このとき、吸着ヘッド８内の圧力（すなわち、エアチャンバ３２内の圧力）と大気圧との差圧は、約１０ＫＰａとなっている。なお、本形態のブロア３４では、差圧を最大で２０ＫＰａから３０ＫＰａにすることが可能である。

（ボールの搭載方法）
図６は、図１のボール搭載装置１を用いたボール２の搭載方法の一例を示すフローチャートである。

以上のように構成されたボール搭載装置１を用いたボール２の搭載方法の一例を以下に説明する。

ボール搭載装置１を用いて、基板３上へボール２を搭載する際には、まず、ボール受入容器１５内のボール２の数が吸着ヘッド８に形成される吸着孔３０ａの数よりも少なくなるように、ボール受入容器１５内のボール２の数を設定する（初期ボール量設定工程、ステップＳ１）。具体的には、ボール受入容器１５内のボール２の数が吸着孔３０ａの数よりも少なくなるように、所定時間、ボール供給手段１８で振動を発生させてボール供給手段１８からボール受入容器１５にボール２を供給する。

本形態では、ステップＳ１で設定されるボール受入容器１５内のボール２の数は、吸着孔３０ａの数の約１／５となっている。たとえば、吸着孔３０ａの数が２６０００個であれば、ステップＳ１で設定されるボール受入容器１５内のボール２の数は、約５０００個となっている。

また、吸着ヘッド８を待機位置にセットする（ステップＳ２）。具体的には、ボール受入容器１５の底面から約５ｃｍ上方に吸着ヘッド８の下面（吸着面３０ｄ）が位置するように、吸着ヘッド８をセットする。その状態で、振動発生手段１６を起動し、ボール２を跳躍させる（ステップＳ３）。このステップＳ３では、ブロア３４によるエアチャンバ３２内のエアの吸引、および、コンプレッサー３８からエアチャンバ３２内への圧縮エアの供給は行われていない。

その後、吸着ヘッド８を降下させる（ステップＳ４）。具体的には、ボール受入容器１５の底面と吸着面３０ｄとの隙間が約２〜４ｍｍとなるように吸着ヘッド８を降下させる。なお、本形態では、吸着ヘッド８を降下させると、ボール受入容器１５の底面の中心部と吸着面３０ｄの中心部とが対向する。

その後、吸着孔３０ａからボール受入容器１５内のボール２に向かってエアを噴出する（ステップＳ５）。すなわち、コンプレッサー３８によってエアチャンバ３２内に圧縮エアを供給する。具体的には、電磁弁４３を切り替えてエアチャンバ３２に向かって圧縮エアを供給することで、エアチャンバ３２内を正圧にして、吸着孔３０ａからエアを、ボール受入容器１５の底面に向けて噴出する。

吸着孔３０ａからボール受入容器１５に向かってエアが噴出されると、まず吸着孔３０ａからボール受入容器１５の底面に向かい、その後、ボール受入容器１５の内側からボール受入容器１５の外側へ向かうエアの流れが生じる。そのため、ボール２は、ボール受入容器１５内を外側へ向かって移動して、ボール受入容器１５内の中心部分のボール２の密度が下がる。

その後、エアチャンバ３２内のエアを吸引して、複数の吸着孔３０ａのそれぞれにボール２を吸着させる（ボール吸着工程、ステップＳ６）。具体的には、予めブロア３４を起動しておき、ステップＳ５でのエアの噴出を停止した後に、電磁弁４１を切り替えてエアチャンバ３２内のエアを吸引する。エアチャンバ３２内のエアを吸引すると、吸着孔３０ａに向かうエアの流れが生じて、ボール２が吸着孔３０ａに吸着される。

このステップＳ６では、ボール供給手段１８からボール受入容器１５にボール２を供給しながら、吸着孔３０ａにボール２を吸着させる。具体的には、ボール受入容器１５へ間欠的にボール２を供給しながら、吸着孔３０ａへボール２を吸着させる。本形態では、たとえば、３回に分けてボール受入容器１５へ間欠的にボール２を供給する。このとき、１回目のボール２の供給量と３回目のボール２の供給量は略同じでかつ、２回目のボール２の供給量は１回目あるいは３回目のボール２の供給量よりも多くなっている。すなわち、ステップＳ６では、１回目と３回目にボール供給手段１８で発生される振動の振動時間よりも２回目の振動時間が長くなっている。

また、本形態では、ステップＳ６後のボール受入容器１５内のボール２の数がステップＳ１で設定されるボール受入容器１５内のボール２の数と略等しくなるように、ボール受入容器１５にボール２を供給する。すなわち、本形態では、ステップＳ６でボール受入容器１５に供給されるボール２の総数と、ステップＳ６で吸着孔３０ａに吸着されるべきボール２の数（すなわち、吸着孔３０ａの総数）とが略等しくなるように、ボール受入容器１５にボール２を供給する。

なお、ステップＳ６において、吸着ヘッド８内へ向かう風速は、約５０ｍ／秒となっている。また、ステップＳ６では、ブロア３４でのエアの吸引のみによって吸着孔３０ａへのボール２の吸着が行われており、エアチャンバ３２内の圧力と大気圧との差圧は約１０ＫＰａとなっている。すなわち、ブロア３４のみで吸着孔３０ａへのボール２の吸着が行われているため、ボール２の吸着時における差圧は比較的大きくならない。このように、本形態では、ボール２の吸着時における差圧が比較的小さいため、エアチャンバ３２内の圧力（真空度）は制御されていない。したがって、ステップＳ６でのボール搭載装置１の制御が簡素化される。

その後、吸着ヘッド８を上昇させ（ステップＳ７）、図示を省略する吸着検査装置で、吸着ヘッド８によるボール２の吸着状態を検査する（ステップＳ８）。そして、吸着不良が発生しているか否かを判断する（ステップＳ９）。

吸着不良が発生している場合、基板３上へボール２を適切に搭載することができないため、ステップＳ９で吸着不良が発生していると判断すると、吸着ヘッド８からボール２を除去する（ステップＳ１０）。具体的には、吸着ヘッド８をボール廃棄容器７上まで移動した後、電磁弁４１を切り替えてエアチャンバ３２からのエアの吸引を停止し、エアチャンバ３２内の圧力を大気圧にするとともに、単動エアシリンダ１０を起動して、吸着ヘッド８に吸着されていたボール２をボール廃棄容器７内に落下させる。ボール２の除去が終了するとステップＳ２に戻って再びボール２の吸着を行う。

一方、ステップＳ９で吸着不良が発生していないと判断すると、複数の吸着孔３０ａに吸着された複数のボール２を基板３上へ搭載する（ボール搭載工程、ステップＳ１１）。具体的には、まず、吸着ヘッド８を基板３上まで移動し、その後、電磁弁４１を切り替えてエアチャンバ３２内のエアの吸引を停止して、基板３上へボール２を搭載する。なお、ステップＳ１１で、コンプレッサー３８によってエアチャンバ３２内に圧縮エアを供給して、エアチャンバ３２内の圧力を正圧としても良い。

ステップＳ１１で基板３上へのボール２の搭載が終了すると、図示を省略する残留ボール検査装置で検査を行い（ステップＳ１２）、基板３上に搭載されずに吸着ヘッド８に残った残留ボール（すなわち、吸着ヘッド８に付着しているボール）があるか否かを判断する（ステップＳ１３）。残留ボールがあると判断した場合には、ステップＳ１０へ進み、吸着ヘッド８からボール２（残留ボール）を除去した後にステップＳ２へ戻る。残留ボールがないと判断した場合には、同一の基板３上あるいは他の基板３上へのボール２の搭載が全て終了したか否かを判断する（ステップＳ１４）。ボール２の搭載が終了していない場合には、ステップＳ２へ戻って再び基板３上にボール２を搭載する。ボール２の搭載が終了している場合には、ボール２の搭載工程は終了する。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、ステップＳ１（初期ボール量設定工程）で、ボール受入容器１５内のボール２の数が吸着ヘッド８の吸着孔３０ａの数よりも少なくなるように、ボール受入容器１５内のボール２の数を設定している。そのため、吸着ヘッド８に形成される吸着孔３０ａの数が１００００個以上と膨大であっても、ステップＳ６（ボール吸着工程）での吸着開始時にボール受入容器１５に収納されるボール２の数を少なくすることができる。また、ステップＳ６では、ボール受入容器１５にボール２を供給しながら、吸着孔３０ａにボール２を吸着させている。そのため、吸着を開始してから所定時間経過後であっても、吸着孔３０ａに吸着される必要数のボール２をボール受入容器１５に供給しつつ、ボール受入容器１５に収納されるボール２の数を少なくすることができる。その結果、本形態では、ステップＳ６において、１つの吸着孔３０ａに複数のボール２が集まりにくくなり、吸着ヘッド８での余剰ボール現象の発生を抑制することができる。

また、本形態では、吸着ヘッド８に形成される吸着孔３０ａの数が１００００個以上であるため、吸着ヘッド８への１回の吸着動作で多数のボール２を吸着することができる。したがって、基板３上へのボール２の搭載工程の時間を短縮させることができる。すなわち、本形態では、吸着ヘッド８での余剰ボール現象の発生を抑制しつつ、ボール２の搭載工程を短縮させることができる。

本形態では、エアチャンバ３２からのエアの排気量が比較的大きなブロア３４での吸引によって吸着孔３０ａにボール２を吸着させている。そのため、ステップＳ１で、ボール受入容器１５内のボール２の数が吸着孔３０ａの数よりも少なくなるようにボール受入容器１５内のボール２の数が設定されても、ステップＳ６での吸着開始後、比較的短時間で吸着孔３０ａにボールを吸着することができる。したがって、本形態では、吸着ヘッド８へのボール２の吸着時間を短縮させることができる。

本形態では、ステップＳ６で、ステップＳ６後のボール受入容器１５内のボール２の数がステップＳ１で設定されるボール受入容器１５内のボール２の数と略等しくなるように、ボール受入容器１５にボール２を供給している。そのため、ステップＳ１０あるいはステップＳ１４後にステップＳ２に戻って、再度、ステップＳ６でボール２の吸着を行う場合であっても、ボール受入容器１５内のボール２の数を再設定する必要がなくなり、ボール受入容器１５内のボール２の数を再設定する工程を省くことができる。

本形態では、ステップＳ６でたとえば、３回に分けてボール受入容器１５へ間欠的にボール２を供給するとともに、１回目のボール２の供給量および３回目のボール２の供給量よりも２回目のボール２の供給量の方が多くなっている。すなわち、ステップＳ６でボール受入容器１５に供給されるボール２の供給量は、ステップＳ６での時間の経過に伴ってまず増加し、その後減少する。

ここで、吸着ヘッド８の吸着孔３０ａの数が膨大であると、ボール２の吸着開始直後に、吸着面３０ｄの中心部へ向かうボール２の吸引力が大きくなり、吸着面３０ｄの中心部にボール２が集まりやすくなるため、ボール２が集まりやすい吸着面３０ｄの中心部で余剰ボール現象が発生しやすくなる。一方、吸着面３０ｄの中心部に位置する吸着孔３０ａにボール２が吸着されると吸着面３０ｄの周辺部では余剰ボール現象は発生しにくくなる。したがって、ボール受入容器１５に供給されるボール２の数がステップＳ６での時間の経過に伴ってまず増加すると、吸着ヘッド８での余剰ボール現象の発生を抑制しつつ、吸着ヘッド８へのボール２の吸着時間を短縮させることができる。

また、ボール受入容器１５に供給されるボール２の数がその後減少すると、ボール２の供給停止後（すなわち、３回目のボール２の供給停止後）に比較的短時間で、全ての吸着孔３０ａにボール２を吸着させることができる。そのため、ボール２の供給停止後に比較的短時間で、ステップＳ６後のボール受入容器１５内のボール２の数を、ステップＳ１で設定されるボール受入容器１５内のボール２の数と略等しくすることができる。

（初期ボール量設定工程で設定されるボールの数について）
上述のように、本形態では、ステップＳ１で設定されるボール受入容器１５内のボール２の数は、吸着孔３０ａの数の約１／５となっている。本出願人の検討によると、吸着ヘッド８での余剰ボール現象の発生を抑制するためには、図７に示すように、ステップＳ１で設定されるボール２の数は、吸着ヘッド８の吸着孔３０ａの数の２／３以下であることが好ましい。また、余剰ボール現象の発生を抑制するためには、ステップＳ１で設定されるボール２の数は、吸着孔３０ａの数の１／４以下であることがより好ましく、吸着孔３０ａの数の１／５以下であることがさらに好ましい。

なお、図７の「余剰ボール」の欄の評価「◎」は余剰ボール現象がほとんど発生しないことを示し、評価「○」は余剰ボール現象の発生頻度が少なく実用上問題がないことを示す。また、図７の「余剰ボール」の欄の評価「△」は余剰ボール現象が多少発生するが実用可能であることを示し、評価「×」は余剰ボール現象が頻発することを示している。

一方、本出願人の検討によると、吸着ヘッド８へのボール２の吸着時間を短縮させるためには（すなわち、「生産性」を向上させるためには）、図７に示すように、ステップＳ１で設定されるボール２の数は、吸着ヘッド８の吸着孔３０ａの数の１／２０以上であることが好ましい。

以上より、吸着ヘッド８での余剰ボール現象の発生を抑制しつつ、吸着ヘッド８へのボール２の吸着時間を短縮させるためには、ステップＳ１で設定されるボール２の数は、吸着ヘッド８の吸着孔３０ａの数の１／２０から２／３の範囲であることが好ましく、吸着ヘッド８の吸着孔３０ａの数の１／２０から１／４の範囲であることがさらに好ましい。

ただし、ステップＳ１で設定されるボール２の数は、吸着孔３０ａの数の１／２０未満であっても良い。たとえば、極端な場合、ステップＳ１で設定されるボール２の数は０個であっても良い。また、ステップＳ１で設定されるボール２の数は、吸着孔３０ａの数よりも少なければ、吸着孔３０ａの数の２／３を超えても良い。たとえば、極端な場合、ステップＳ１で設定されるボール２の数は、吸着孔３０ａの数よりも数個程度少ない数であっても良い。

（ボール吸着時に吸着ヘッド内へ向かう風速について）
上述のように、本形態では、ステップＳ６でのボール２の吸着時に吸着ヘッド８内へ向かう風速は、約５０ｍ／秒となっている。本出願人の検討によると、ステップＳ６でのボール２の吸着時に吸着ヘッド８内へ向かう風速は、１５ｍ／秒から１２５ｍ／秒の範囲であることが好ましく、２０ｍ／秒から１００ｍ／秒の範囲であることがさらに好ましい。以下、その理由を実験結果に基づいて説明する。

図８に示すように、ボール２の吸着時に吸着ヘッド８内へ向かう風速を変化させながら、ボール２の吸着ミス（すなわち、吸着孔３０ａの全てにボール２が吸着されず、ボール２が吸着されない吸着孔３０ａが存在する現象）と余剰ボール現象の発生状況を確認する実験を行った。

ここで、この実験で用いたボール２の径は３００μｍであり、吸着孔３０ａの径は１５０μｍであり、吸着孔３０ａの数は２６０００個であった。また、吸着孔３０ａの径が小さく、風速計による風速の測定が困難であるため、以下の方法で求めた値を風速とした。すなわち、エアチャンバ３２内の圧力を測定して、ブロア３４の圧力−風量特性から風量を求め、吸着孔３０ａの総面積（１個の吸着孔３０ａの面積×吸着孔３０ａの個数）でこの風量を割った値を風速とした。なお、風速の算出基準となるエアチャンバ３２内の圧力は、ボール２の吸着開始直後の圧力ではなく、ボール２の吸着を開始してから所定時間経過後の圧力（すなわち、ステップＳ６の中間時の圧力）とした。

実験の結果、図８に示すように、風速が２０ｍ／秒以上であると、吸着時間を短くしても吸着ミスはほとんど発生しなかった。また、風速が１５ｍ／秒であっても、吸着時間を長くすれば吸着ミスは少なくなった。これに対して、風速が１０ｍ／秒であると、吸着時間を長くしても吸着ミスが多少発生し、風速が５ｍ／秒であると、吸着時間を長くしても吸着ミスが頻繁に発生した。

一方、風速が１００ｍ／秒以下であると、余剰ボール現象はほとんど発生せず、基板３上へのボール２の搭載ミスはほとんど発生しなかった。また、風速が１２５ｍ／秒であっても、余剰ボール現象の発生頻度は少なく、基板３上へのボール２の搭載ミスは少なかった。これに対して、風速が１５０ｍ／秒であると、余剰ボール現象が発生しやすくなり、基板３上へのボール２の搭載ミスが多少発生した。また、風速が２００ｍ／秒であると、余剰ボール現象が発生して、基板３上へのボール２の搭載ミスが発生しやすくなった。

以上から、余剰ボール現象の発生を抑制しつつ、吸着ミスを抑制するためには、ステップＳ６でのボール２の吸着時に吸着ヘッド８内へ向かう風速は、１５ｍ／秒から１２５ｍ／秒の範囲であることが好ましく、２０ｍ／秒から１００ｍ／秒の範囲であることがさらに好ましい。

（他の実施の形態）
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形実施が可能である。

上述した形態では、ステップＳ６でボール受入容器１５に供給されるボール２の総数は、吸着孔３０ａの総数と略等しくなっている。この他にもたとえば、ステップＳ６でボール受入容器１５に供給されるボール２の総数は、吸着孔３０ａの総数より多くても良い。この場合であって、ステップＳ１０あるいはステップＳ１４後にステップＳ２に戻るときには、ボール２の数をステップＳ１で設定された数まで減らす工程をステップＳ２の前に設けることが好ましい。この工程では、たとえば、ボール受入容器１５を傾けてボール２を回収して、ボール２の数を減らせば良い。すなわち、この場合には、ボール搭載装置１は、ボール受入容器１５内のボール２を回収する回収機構を備えている。なお、この場合には、このボール２を減らす工程も、ボール受入容器１５内のボール２の数が吸着孔３０ａの数よりも少なくなるように、ボール受入容器１５内のボール２の数を設定する初期ボール量設定工程となる。

また、ステップＳ６でボール受入容器１５に供給されるボール２の総数は、吸着孔３０ａの総数より少なくても良い。この場合であって、ステップＳ１０あるいはステップＳ１４後にステップＳ２に戻るときには、ボール２の数をステップＳ１で設定された数まで増やす工程をステップＳ２の前に設けることが好ましい。なお、この場合には、このボール２を増やす工程も、ボール受入容器１５内のボール２の数が吸着孔３０ａの数よりも少なくなるように、ボール受入容器１５内のボール２の数を設定する初期ボール量設定工程となる。

上述した形態では、ステップＳ６でボール受入容器１５へ間欠的にボール２を供給している。この他にもたとえば、ステップＳ６でボール受入容器１５へ連続的にボール２を供給しても良い。すなわち、ステップＳ６においてボール供給手段１８で連続的に振動を発生させてボール受入容器１５にボール２を供給しても良い。

上述した形態では、ステップＳ６でボール受入容器１５に供給されるボール２の供給量は、ステップＳ６での時間の経過に伴ってまず増加し、その後減少している。この他にもたとえば、ステップＳ６でボール受入容器１５に供給されるボール２の供給量は、ステップＳ６での時間の経過に伴って増加しても良い。上述のように、吸着孔３０ａの数が膨大であると、ボール２の吸着開始直後に、吸着面３０ｄの中心部で余剰ボール現象が発生しやすくなり、吸着面３０ｄの中心部に位置する吸着孔３０ａにボール２が吸着されると吸着面３０ｄの周辺部では余剰ボール現象は発生しにくくなる。そのため、この場合には、吸着ヘッド８での余剰ボール現象の発生を抑制しつつ、吸着ヘッド８へのボール２の吸着時間を短縮させることができる。なお、この場合において、ボール２の搭載工程全体の時間を短縮させるためには、ステップＳ６で供給されるボール２の総数は、吸着孔３０ａの総数よりも多いことが好ましい。

また、ステップＳ６でボール受入容器１５に供給されるボール２の供給量は、ステップＳ６での時間の経過に伴って、減少しても良いし、任意に増減しても良い。

上述した形態では、導電性を有するボール２を例に本発明の構成を説明したが、本発明の構成は、導電性を有しないボールにも適用することができる。

本発明の実施の形態にかかるボール搭載装置の主要部の概略構成を示す正面図である。 図１に示すボール供給部を構成するボール供給手段を説明するための概略図である。 図１に示す吸着ヘッドおよび吸着ヘッドに接続されるエア機器の構成を示す図である。 図３に示す吸着部を示す図であり、（Ａ）は、図３のＥ−Ｅ方向から吸着部を示し、（Ｂ）は、（Ａ）のＦ部を拡大して示す。 図３のＧ部を拡大して示す拡大断面図である 図１のボール搭載装置を用いたボールの搭載方法の一例を示すフローチャートである。 図６に示す初期ボール量設定工程で設定されるボールの数と、余剰ボール現象の発生状況および吸着ヘッドへのボールの吸着時間との関係を説明するための表である。 図６に示すボール吸着工程で吸着ヘッド内へ向かう風速と、ボールの吸着ミスおよび余剰ボール現象の発生状況との関係を説明するための表である。 従来技術にかかるボールの吸着部分を拡大して示す拡大断面図である。 余剰ボール現象が発生したときのボールの吸着部分を拡大して示す拡大断面図である。

符号の説明

１ ボール搭載装置
２ ボール
３ 基板
８ 吸着ヘッド
１５ ボール受入容器（収納容器）
３０ 吸着治具
３０ａ 吸着孔
３４ ブロア
Ｓ１ 初期ボール量設定工程
Ｓ６ ボール吸着工程
Ｓ１１ ボール搭載工程

Claims (6)

1. １つのボールをそれぞれ吸着する複数の吸着孔が形成される吸着ヘッドと、上記複数の吸着孔に吸着される前の複数の上記ボールが収納される収納容器とを備えるボール搭載装置を用い、複数の上記吸着孔に吸着された複数の上記ボールを基板上に搭載するボール搭載方法において、
   上記収納容器内の上記ボールの数が上記吸着ヘッドの上記吸着孔の数よりも少なくなるように、上記収納容器内の上記ボールの数を設定する初期ボール量設定工程と、
   上記初期ボール量設定工程後、上記収納容器に上記ボールを供給しながら、上記吸着孔に上記ボールを吸着させるボール吸着工程と、
   上記ボール吸着工程後、複数の上記吸着孔に吸着された複数の上記ボールを上記基板上に搭載するボール搭載工程とを備え、
   上記初期ボール量設定工程で設定される上記収納容器内の上記ボールの数は、上記吸着ヘッドの上記吸着孔の数の１／２０から２／３の範囲であり、
   上記ボール吸着工程で上記吸着ヘッド内に向かう風速は、１５ｍ／秒から１２５ｍ／秒の範囲である、
   ことを特徴とするボール搭載方法。
2. 前記ボール吸着工程で前記収納容器に供給される前記ボールの供給量は、前記ボール吸着工程での時間の経過に伴って増加することを特徴とする請求項１記載のボール搭載方法。
3. 前記ボール吸着工程で前記収納容器に供給される前記ボールの供給量は、前記ボール吸着工程での時間の経過に伴ってまず増加し、その後減少することを特徴とする請求項１記載のボール搭載方法。
4. １つのボールをそれぞれ吸着する複数の吸着孔が形成される吸着ヘッドと、上記複数の吸着孔に吸着される前の複数の上記ボールが収納される収納容器とを備えるボール搭載装置を用い、複数の上記吸着孔に吸着された複数の上記ボールを基板上に搭載するボール搭載装置において、
   上記収納容器内の上記ボールの数が上記吸着ヘッドの上記吸着孔の数よりも少なくなるように、上記収納容器内の上記ボールの数を上記吸着孔の数の１／２０から２／３の範囲設定するボール供給手段と、
   上記初期ボール量設定工程後、上記収納容器に上記ボールを供給しながら、上記吸着孔に上記ボールを風速１５ｍ／秒から１２５ｍ／秒で吸着させるボール吸着ヘッドと、
   を備えることを特徴とするボール搭載装置。
5. 前記吸着孔に向かって前記ボールを吸引するためのブロアを備え、上記ブロアでの吸引によって前記吸着孔に前記ボールを吸着させることを特徴とする請求項４記載のボール搭載装置。
6. 前記吸着ヘッドに形成される前記吸着孔の数は、１００００個以上であることを特徴とする請求項４または５記載のボール搭載装置。
   

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