JP5553234B2 - 導電性ボールの搭載装置 - Google Patents

Description

本発明は、底部に電極が設けられ、かつ該電極上部までの深さが搭載される導電性ボールの直径よりも大きな凹部を有する基板の電極に導電性ボールを搭載する導電性ボールの搭載装置に関するものである。

従来の導電性ボールの搭載装置としては、特許文献１に示されるように、平板状基板の表面に設けられた電極に、平板状の配列マスクを使用して導電性ボールを搭載するものがある。しかし、近年、電子部品の小型化や薄型化に対応させたり、出っ張りを無くすことを目的として、実装される電子部品を収容するための凹部を設けた基板（Ｅｍｂｅｄｄｅｄ基板）の需要が高まってきている。

図４に示されるように、このＥｍｂｅｄｄｅｄ基板２０に形成された凹部２１の底部２３に設けられた電極２２に対し、この凹部２１内に完全に収容されてしまう大きさの導電性ボール１０、換言すれば、ボール径（Ｄ）が凹部２１以外の表面２４から電極２２の上部までの深さ（Ｌ）よりも、小さい導電性ボール１０を平板状マスク３０で搭載すると、導電性ボール１０が、平板状マスク３０の貫通孔３１を通過する際に、平板状マスク３０と電極２２上部との間で転動してしまい、凹部２１に必要個数以上の導電性ボール１０が供給されてしまうという問題があった。

特開２００８−１５３３３６号公開特許公報

本発明は、電極が形成されている基板の凹部に対応させて、配列マスクに突出する凸部を設けることで、電極に対して配列マスクの貫通孔による位置決めを可能とし、かつ、不必要な導電性ボールの供給を防ぎ、ボール搭載精度の良い導電性ボールの搭載装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため第１の発明は、導電性ボールの搭載装置に次の手段を採用する。第１に、基板上に所定パターンで配置された電極に合わせて貫通孔が設けられた配列マスクと、該配列マスク上に導電性ボールを供給するボール搭載手段とを備え、該配列マスクの貫通孔を介して導電性ボールを基板上の電極に搭載する導電性ボールの搭載装置である。
第２に、上記基板は凹部が形成されており、凹部の底部に電極が設けられ、かつ、該電極上部から基板の上面（凹部以外の表面）までの深さが搭載される導電性ボールの直径よりも大きな凹部を有する。
第３に、前記配列マスクは、前記基板と対向する面に前記基板の凹部に対応して突出する凸部を有する。

第２の発明は、第１の発明に、次の手段を付加した導電性ボールの搭載装置である。
第１に、上記配列マスクの凸部の突出量は、上記基板の凹部の陥没量よりも大きくなるように設けられる。
第２に、上記配列マスクと基板とを相対的に接近及び離隔させる移動手段を設ける。
第３に、上記凸部下面と凹部底面とを密着させた状態で、上記ボール搭載手段によるボール搭載を行う。

第３の発明は、第１または第２の発明におけるボール搭載手段に、次の手段を付加した導電性ボールの搭載装置である。
第１に、上記ボール搭載手段は、真空源と接続されるケーシングの下面に設けられるボール吸着体により導電性ボールを吸着するボール保持手段と、上記配列マスク上で前記ボール保持手段を移動させる移動手段とを備える。
第２に、該移動手段により前記ボール保持手段を上記配列マスク上方の所定位置に移動させる。
第３に、前記ボール保持手段により吸着される導電性ボールを、前記ケーシングと真空源との接続を解除して上記配列マスク上に供給する。

本発明に係る導電性ボールの搭載装置は、凹部に電極が設けられた基板に対しても、該基板の凹部に対応して突出する凸部を有する配列マスクの貫通孔による導電性ボールの位置決めを行えるので、ボール搭載精度を向上させることができた。

第２の発明の効果ではあるが、配列マスクの凸部の突出量を基板の凹部の陥没量よりも大きくなるように設け、配列マスクの凸部下面と基板の凹部底面とを密着させた状態で、ボール搭載手段によるボール搭載を行うことにより、基板の凹部底面での配列マスクによる導電性ボールの位置決めを、より確実にすることができる上、配列マスクと電極上部との間で導電性ボールが転動することがなく、不必要な導電性ボールの供給を防ぐことができ、ボール搭載精度の更なる向上が図られた導電性ボールの搭載装置となった。

第３の発明の効果ではあるが、一つのボール搭載手段により、導電性ボールの供給及び回収を行うことのできる導電性ボールの搭載装置となった。

本発明に係る導電性ボールの搭載装置の一実施例を示す平面概略図 同正面概略図 導電性ボールの搭載装置におけるボール搭載状態を示す説明図 凹部に電極を有する基板に対し、平板状マスクで搭載する例を示す説明図

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、本発明に係る導電性ボールの搭載装置の一実施例を示す平面概略図であり、図２は、同正面概略図であり、図３は、導電性ボールの搭載装置におけるボール搭載状態を示す説明図である。実施例における搭載装置は、導電性ボールを半田ボール１とし、半田ボール１が搭載される被搭載物を、電子回路基板や、セラミック基板などの基板２とする半田ボール搭載装置である。

基板２は、電子部品の小型化や薄型化に対応させたり、出っ張りを無くするため、実装される電子部品を収容するための凹部２１が形成されたＥｍｂｅｄｄｅｄ基板２０（以下単に基板２と表記する）が用いられる。基板２の凹部２１には、所定パターンの配列で電極２２が設けられている。該電極２２に対し、導電性ボールたる半田ボール１が搭載される。

半田ボール搭載装置は、図１及び図２に示されるように、一般的に搬入用の基板受渡部５、ボール搭載部６、搬出用の基板受渡部７を有している。本発明に係る導電性ボールの搭載装置は、ボール搭載部６に関するものである。

搬入用の基板受渡部５は搬入ステージ５１と、搬入ピック＆プレーサ５２を有する。搬入ステージ５１及び搬入ピック＆プレーサ５２はＸ駆動機構を有する。搬入ステージ５１で搬入されてきた基板２は、搬入ピック＆プレーサ５２に保持され、Ｘ方向（図２中右方）へと運ばれ、搭載ステージ６１上に載置される。

搬出用の基板受渡部７は、搬出ステージ７１と、搬出ピック＆プレーサ７２を有する。搬出ステージ７１及び搬出ピック＆プレーサ７２はＸ駆動機構を有する。搬出ピック＆プレーサ７２は搭載ステージ６１上から基板２を保持し、搬出ステージ７１上へ基板２を移し、搬出ステージ７１により図２中右方へと基板２を搬出する。

ボール搭載部６は、図２に示されるように、配列マスク３と、配列マスク３上に半田ボール１を供給するボール搭載手段となるボールカップ４と、基板２が載置される搭載ステージ６１とを有する。

ボールカップ４は、図３上部に示されるように、ケーシング４６の下面（ボールカップ４の内側）にボール吸着体４２が設けられている。ボールカップ４はケーシング４６により真空源と接続され、真空吸引により半田ボール１をボール吸着体４２に吸着する。ボールカップ４には、配列マスク３上でボールカップ４をＸＹＺ方向へ移動させる移動手段が備えられている。図１中符号４７がボールカップＸ駆動機構、４８がボールカップＹ駆動機構、４９がボールカップＺ駆動機構である。尚、ボール搭載手段は、ボールカップ方式に限られず、マスク振り込み方式のボール搭載手段であれば、その他公知のボール搭載手段を用いるようにしても良い。

ボールカップ４は、内部が空間で、下端面が開口部４１とされ、内部空間（ケーシング４６の下面）に半田ボール１を吸着するボール吸着体４２が設けられ、ボール吸着体４２により上部空間４３と下部空間４４とに仕切られている。ボール吸着体４２は、半田ボール１が通過せず、気体が通過可能なステンレスメッシュ等の金網で製作されている。

ボールカップ４は、実施例では図１に示されるように複数個並列に設けられた矩形のものであるが、その数や形状及び大きさは被搭載物である基板２の形状や搭載効率を考慮して決められる。例えば、下端の開口部４１を円形にしたりしても良い。図１では４個のボールカップ４が示されているが、実施例では、ボールカップ４は８個並べられている。

ボールカップ４の上部空間４３は、真空切り換え手段としての電磁開閉弁と気体の圧力や流量を調節可能なレギュレータを介して吸引通路４５により真空源に接続されており、配列マスク３との間で図３中矢印で示すような気体流通路を形成している。

尚、真空源によるボールカップ４内の吸引状態のＯＮ及びＯＦＦを切り換える真空切り換え手段としての電磁開閉弁を開くことで、ボールカップ４内の吸引状態をＯＮにして半田ボール１をボール吸着体４２に吸着させ、電磁開閉弁を閉じることでボールカップ４内の吸引状態をＯＦＦにしてボール吸着体４２に吸着していた半田ボール１を落下させることにより、半田ボール１を配列マスク３を通じて、基板２の電極２２上に搭載する。

尚、ボールカップ４及びボール吸着体４２は導電性材料から構成され、アースにより接地されている。これにより静電気を帯びた半田ボール１が吸引状態ＯＦＦのときにボールカップ４の内面やボール吸着体４２に付着することを防止している。更に、ボールカップ４の外側には微小な振動をボールカップ４に付与するバイブレータが取り付けられており、少なくともボールカップ４内の吸引状態がＯＦＦのときに振動し、ボールカップ４に取り付けられているボール吸着体４２に振動を伝え、半田ボール１の落下を促進するようになっている。

尚、ボールカップ４の下端と配列マスク３の上面とはボール吸着動作時に所定の気体流がえられるような間隙であれば半田ボール１の径より大きくても良い。

配列マスク３は、図３に示されるように、基板２と対向する面（配列マスク３の下面）に基板２の凹部２１に対応して突出する凸部３２が形成されている。配列マスク３の凸部３２の突出量Ｅは、基板２の凹部２１の陥没量Ｃよりも大きく（Ｅ＞Ｃ）設定されている。これにより、配列マスク３の凸部３２の下面を基板２の凹部２１底面に密着させることができ、その結果、配列マスク３と半田ボール１との係合を確実にさせ、半田ボール１の搭載精度を向上させることができる。

配列マスク３の凸部３２の幅は、図３に示されるように、基板２の凹部２１の幅よりやや小さくなるように、間隙イを設けて設定される。これは、半田ボール１の搭載後、搭載ステージ６１を駆動して、基板２と配列マスク３をＸＹ方向に相対微動させることで、半田ボール１が電極２２に着座するようにするセンタリング動作の際の移動代を取るためである。即ち、ボール搭載後のセンタリングを行うための遊びが設けられている。

配列マスク３の凸部３２の下面には、フラックス逃げ用の掘り込み３３が設けられている。該掘り込み３３は、電極２２に搭載された半田ボール１によって、押し出されたフラックスが、配列マスク３の下面に付着することを防止するためである。

ボール搭載部６に存在する搭載ステージ６１は、基板２が搭載され、本発明における基板２と配列マスク３とを相対的に接近及び離隔させる移動手段となる。搭載ステージ６１はＸＹＺθ駆動機構を有する。

以下、実施例の動作について説明する。先ず、基板２が、ボール搭載部（搭載ステージ６１）に移送される前工程として、搬入ステージ５１上流に設けられるフラックス塗布手段により、基板２上のボール搭載箇所には予めフラックスが塗布されている。

基板２が搬入ステージ５１で所定位置まで搬送されてくると、搬入ピック＆プレーサ５２が基板２を吸着保持してＸ駆動し、搬入ステージ５１から搭載ステージ６１上に基板２を移動させると共に、基板２が所定の位置に載置されるように搭載ステージ６１のＸＹＺθ駆動機構を動作させて位置合わせをする。基板２が搭載ステージ６１に移送されると、搭載ステージ６１に基板２が載置され、該基板２上に配列マスク３が配置される。

配列マスク３の貫通孔３１の位置と基板２の電極２２との位置が合うように位置決めしつつ、搭載ステージ６１をＺ駆動して配列マスク３と基板２とを接近させ、密着させる。尚、実施例では配列マスク３のフラックス逃げ用の掘り込み３３によりフラックスが配列マスク３に付着しないようにされているので、配列マスク３と基板２は接している。

次に真空切り換え手段としての電磁開閉弁を開いてボールカップ４内の吸引状態をＯＮにしてから、移動手段によりＸＹＺ駆動させ、ボールカップ４を最初の搭載位置、即ち、配列マスク３の凸部３２の上方に移動させる。ボールカップ４内の吸引状態をＯＮにすることによりボールカップ４と配列マスク３との間には図３内の矢印で示される気体流通路が形成される。この吸引力によりボールカップ４下方に存在する半田ボール１は、浮上しボール吸着体４２に吸着する。この状態が、ボールカップ４の移動可能状態である。吸引状態がＯＦＦの状態では、ボールカップ４を移動させない。

ボールカップ４が、最初の搭載位置に移動した後、電磁開閉弁を閉じてボールカップ４内の吸引状態をＯＦＦにすると共にバイブレータを振動させる。吸引が停止すると、ボールカップ４は大気開放されるため、ボール吸着体４２に付着していた半田ボール１が落下し、配列マスク３の貫通孔３１に入り込み、基板２に搭載される。貫通孔３１への半田ボール１の落とし込み、即ち、基板２への搭載を確実なものにするため複数回吸引状態ＯＮ（吸引）とＯＦＦ（停止）を繰り返すと共に、バイブレータは電磁開閉弁の開閉に合わせて振動の停止と発生を繰り返す。

半田ボール１の搭載動作後、搭載ステージ６１を駆動して、基板２と配列マスク３をＸＹ方向に相対微動させることで、半田ボール１が確実に電極２２に着座するようにする。このセンタリング動作は、半田ボール１と配列マスク３とが、密着したままの状態、あるいは、半田ボール１と配列マスク３との係合が外れない程度に隔離した状態（搭載ステージ６１を微少量下降させた状態）で行う。

搭載完了後、真空切り換え手段により、ボールカップ４内の吸引状態をＯＮにし、再度吸引を行う。基板２に搭載された半田ボール１はフラックスと接触して粘着力が生じることにより上昇せず、フラックスに接触していない半田ボール１は全て吸い上げられ、浮上し、ボール吸着体４２に吸着することになる。従って、一つのボール搭載手段により、半田ボール１の供給及び回収を行うことができる。この状態でボールカップ４は、次の搭載位置である配列マスク３の凸部上方に移動する。尚、次の搭載位置への移動は、ボールカップ４の吸引状態をＯＮにするのと同時に開始しても良い。

最後の搭載位置での搭載動作が完了した後、搭載ステージ６１をＺ駆動により下降させ、搬出ピック＆プレーサ７２のＸ駆動により基板２を搭載ステージ６１から搬出ステージ７１へと移載する。その後、基板２は搬出ステージ７１により搬出される。

１・・・・・・・・半田ボール
２・・・・・・・・基板
３・・・・・・・・配列マスク
４・・・・・・・・ボールカップ
５・・・・・・・・搬入用の基板受渡部
６・・・・・・・・ボール搭載部
７・・・・・・・・搬出用の基板受渡部
１０・・・・・・・導電性ボール
２０・・・・・・・Ｅｍｂｅｄｄｅｄ基板
２１・・・・・・・凹部
２２・・・・・・・電極
２３・・・・・・・底部
２４・・・・・・・表面
３０・・・・・・・平板状マスク
３１・・・・・・・貫通孔
３２・・・・・・・凸部
３３・・・・・・・掘り込み
４１・・・・・・・開口部
４２・・・・・・・ボール吸着体
４３・・・・・・・上部空間
４４・・・・・・・下部空間
４５・・・・・・・吸引通路
４６・・・・・・・ケーシング
４７・・・・・・・ボールカップＸ駆動機構
４８・・・・・・・ボールカップＹ駆動機構
４９・・・・・・・ボールカップＺ駆動機構
５１・・・・・・・搬入ステージ
５２・・・・・・・搬入ピック＆プレーサ
６１・・・・・・・搭載ステージ
７１・・・・・・・搬出ステージ
７２・・・・・・・搬出ピック＆プレーサ
Ｃ・・・・・・・・陥没量
Ｅ・・・・・・・・突出量
イ・・・・・・・・間隙

Claims (3)

1. 底部に電極が設けられ、かつ該電極上部までの深さが搭載される導電性ボールの直径よりも大きな凹部を有する基板上に所定のパターンで配置された電極に合わせて貫通孔が設けられた配列マスクと、
   該配列マスク上に導電性ボールを供給するボール搭載手段とを備え、
   該配列マスクの貫通孔を介して導電性ボールを基板上の電極に搭載する導電性ボールの搭載装置において、
   前記配列マスクは、前記基板と対向する面に前記基板の凹部に対応して突出する凸部を有することを特徴とする導電性ボールの搭載装置。
   
2. 上記配列マスクの凸部の突出量は、上記基板の凹部の陥没量よりも大きくなるように設けられており、
   上記配列マスクと基板とを相対的に接近及び離隔させる移動手段を設け、
   上記凸部下面と凹部底面とを密着させた状態で、上記ボール搭載手段によるボール搭載を行うことを特徴とする請求項１記載の導電性ボールの搭載装置。
   
3. 上記ボール搭載手段は、真空源と接続されるケーシングの下面に設けられるボール吸着体により導電性ボールを吸着するボール保持手段と、上記配列マスク上で前記ボール保持手段を移動させる移動手段とを備え、
   該移動手段により前記ボール保持手段を上記配列マスク上方の所定位置に移動させ、
   前記ボール保持手段により吸着される導電性ボールを、前記ケーシングと真空源との接続を解除して上記配列マスク上に供給することを特徴とする請求項１または２記載の導電性ボールの搭載装置。

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