JP5598705B2 - 導電性ボール供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、被搭載物上面に所定パターンで形成されている搭載箇所に導電性ボールを搭載する導電性ボール搭載手段に対し導電性ボールを供給する導電性ボール供給装置に関するものである。

従来より、被搭載物上面に所定パターンで形成されている搭載箇所に導電性ボールを搭載する導電性ボール搭載手段として、例えば、特許文献１に示されるような下面開放の釣鐘型ボールカップ内部のボール吸着体に導電性ボールを吸着保持させ、配列治具上で導電性ボールの吸着を解除して落下させ、配列治具に対して導電性ボールを落とし込むことにより導電性ボールを搭載する手段や、特許文献２に示されるようなボックス型ボールカップの内部下面側に多数の導電性ボールを収容し、ボックス型ボールカップを移動させながらボックス型ボールカップ底面に開けられた下面開口部より配列治具に対して導電性ボールを落とし込むことにより導電性ボールを搭載する手段が知られていた。

特許文献１及び２に示されるような搭載手段のボールカップに導電性ボールを供給する供給装置としては、次のようなものがある。即ち、特許文献３に半田ボール補給装置として示されるような圧力気体方式の供給装置であり、半田ボール貯蔵タンクに貯蔵される半田ボールを圧力気体源からの圧力気体により、チューブから容器（ボールカップ）に押し出して供給するものである。

更に、上記釣鐘型ボールカップによる導電性ボール搭載手段に特許文献３に示されるような半田ボール供給装置（圧力気体方式の供給装置）を用いると、配列治具上の半田ボールに圧力気体が作用し、半田ボールが散逸し、効率的な半田ボールの供給ができないものであった。

又、特許文献２に示される導電性ボール搭載手段では、ボックス型ボールカップに対して作用する真空吸引装置を有しないため、通常、圧力気体方式の供給装置が採用されていた。このボックス型ボールカップに特許文献３に示されるような圧力気体方式の供給装置を用いると、ボックス型ボールカップ内で圧力気体により、半田ボールが攪拌され移動するため、ボックス型ボールカップ長手方向でボール分布に偏りが生じ、半田ボールの搭載ミスが発生する可能性がある。

又、圧力気体方式の供給装置は、圧力気体によって半田ボールを押し出すため、圧力気体を供給する時間や圧力をパラメータとしてコントロールする必要があるが、このパラメータは半田ボールの径に左右されるため、供給される半田ボールの径を変更する度に、該パラメータ調整を行う必要がある。
更に、半田ボール貯蔵タンクに貯蔵されているボール量（ボール残量）の多少によって、押し出される量が変動してしまい、ボールカップへの定量供給が困難であった。

特開２００８−１５３３３６号公開特許公報 特開２００７−２９９８３６号公開特許公報 特開平８−２３６９１６号公開特許公報

本発明は、圧力気体の残圧により発生する従来技術の問題点、即ち、ボール搭載手段の一部である配列マスク上での導電性ボールの散逸現象、ボール搭載手段の一部であるボールカップ内での攪拌による半田ボールの偏った集合現象等を解消し、ミスのないボール搭載を可能とする導電性ボール供給装置とするとともに、適正供給量である所定量の半田ボールの効率的供給が可能な導電性ボール供給装置と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、被搭載物上面に所定パターンで形成されている搭載箇所に導電性ボールを搭載する導電性ボール搭載手段に対し導電性ボールを供給する導電性ボール供給装置に次の手段を採用する。
第１に、導電性ボールを貯留するボールホッパを備える。
第２に、所定量の導電性ボールを収容可能なボールポケットを備える。
第３に、前記ボールポケットに対しボール吸い込み阻止手段を介して接続される真空吸引手段を備える。
第４に、前記真空吸引手段による吸引状態のＯＮ及びＯＦＦを切り換える真空切換手段を備える。
第５に、前記ボールホッパと前記ボールポケットとを接続するボール供給通路を備える。
第６に、前記ボールポケットとボール搭載手段の導電性ボール受取位置とを接続するボール排出通路を備える。
第７に、前記ボール供給通路の断面積を、前記ボールポケットの断面積より小さく、前記ボール排出通路の断面積より大きく設定することにより、前記真空吸引手段からの吸引による前記ボール供給通路の吸引力が、前記ボール排出通路の吸引力より強くなるよう設定する。
第８に、前記真空切換手段により、前記真空吸引手段による吸引状態をＯＮとして、前記ボール供給通路から導電性ボールを導入して前記ボールポケットに所定量の導電性ボールを収容した後、前記真空吸引手段による吸引状態をＯＦＦとして、導電性ボールを前記ボール排出通路から前記導電性ボール受取位置に排出する。

第２の発明は、第１の発明に、ボール排出通路を閉塞する閉塞手段を設けたことを付加した導電性ボール供給装置である。この付加は、第１の発明における真空吸引手段からの吸引によるボール供給通路の吸引力が、ボール排出通路の吸引力より強くなるよう設定する一例である。

第３の発明は、第１または第２の発明におけるボール供給通路は、ボールポケットに対して上り勾配を付けて接続されていることを付加した導電性ボール供給装置である。

本発明は、第１に、真空吸引手段による吸引状態をＯＮとして、ボールポケットに所定量の導電性ボールを収容した後、吸引状態をＯＦＦとして、導電性ボールをボール排出通路から導電性ボール受取位置に排出するという重力落下（自然落下）方式を採用する。従って、圧力気体の残圧により導電性ボールを配列マスク上で散逸してしまったり、ボールカップ内での攪拌により導電性ボールを偏って集合させてしまうことのない導電性ボール供給装置となった。

第２に、所定量の導電性ボールを収容可能なボールポケットを備えているので、導電性ボールを吸引する時間を必要以上に延ばしても、ボールポケットの体積以上の導電性ボールはボールポケット内に供給されず、ボール搭載手段へのボール供給量を一定とすることができるものとなった。

第３に、真空吸引手段の吸引圧力を、使用する最大の導電性ボール径に合わせた吸引圧力に設定しておくことにより、導電性ボール径を変更するに際して、煩雑なパラメータ調整が不要となった。

更に、本発明は、ボール供給通路の断面積を、ボールポケットの断面積より小さく、ボール排出通路の断面積より大きいものとしたので、ボール排出通路よりもボール供給通路により大きな吸引力を付与することができ、確実にボールホッパからボールポケットへと所定量の導電性ボールを導入することができるものとなった。

第２の発明の効果ではあるが、ボール排出通路を閉塞する閉塞手段を設けたので、より確実にボール供給通路へ大きな吸引力を付与することができるので、ボールホッパからボールポケットへの導電性ボールの導入がスムースになった。

半田ボール供給装置を示す説明図 電磁開閉弁の開閉とボールポケット内半田ボールの関係を示す説明図で、（ａ）は電磁開閉弁を開いた状態を示し、（ｂ）は電磁開閉弁を閉じた状態を示す。 電磁開閉弁及びシャッタの開閉とボールポケット内半田ボールの関係を示す説明図で、（ａ）はシャッタ閉、電磁開閉弁開の状態を示し、（ｂ）は電磁開閉弁閉、シャッタ開の状態を示す。 釣鐘型ボールカップを用いた半田ボール搭載装置の説明図 ボックス型ボールカップを用いた半田ボール搭載装置の説明図

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。本発明における導電性ボール搭載手段は、実施例では、図４及び図５に示されるような半田ボール搭載装置であり、図１は、本発明における導電性ボール供給装置の一実施例である半田ボール供給装置１である。先ず、半田ボール供給装置１の概要について説明する。

半田ボール供給装置１は、図４及び図５に示されるような半田ボール搭載装置において、搭載のため供給される多数の半田ボール２を貯留するボールホッパ３を有する。尚、ボールホッパ３は図１にも示されている。ボールホッパ３の内側の上方部にはボールホッパ３内の半田ボール２の量の満タンを検知する検知センサ７が取り付けられており、ボールホッパ３の内側の下方部にはボールホッパ３内の半田ボール２の量の不足を検知する検知センサ８が取り付けられている。検知センサ７、８によりボールホッパ３内の半田ボール２の残量を管理する。

半田ボール供給装置１は、１回の適正供給量（所定量）の半田ボール２を収容可能な大きさ（体積）のボールポケット４を有する。ボールポケット４は側方部でボール供給通路５が接続され、ボール供給通路５は他端でボールホッパ３と接続されている。図示の実施例でボールポケット４は、ボールホッパ３より低い位置に設置されているが、ボール供給通路５はボール移動方向に直交する断面が略円形形状であって、ボールホッパ３の接続位置３１から一旦ボールポケット４の位置より低い位置を通過させてからボールポケット４の側方部に接続されている。即ち、ボール供給通路５はボールポケット４に対して上り勾配を付けて接続されている。

これにより、ボールホッパ３に収容されている半田ボール２が、自重によりボールポケット４へは移動しないようにされている。半田ボール２の自重での移動は、ボールポケット４より低い位置で停止する。尚、ボール供給通路５の上り勾配により、吸引がＯＦＦとなった場合にも、余分な半田ボール２がボール供給通路５からボール排出通路６にこぼれ落ちないようになっている。

ボールポケット４は、鉛直方向の軸を有する略円柱形状の空間で構成され、ボール供給通路５を介して半田ボール２を吸引するため真空吸引手段である真空源１０と接続されている。真空源１０は、吸引状態のＯＮ及びＯＦＦを切り換える真空切換手段としての電磁開閉弁１２と吸引気体の圧力や流量を調整するためのレギュレータ１１を有して、吸引通路１３によりボールポケット４の上部と接続されている。

尚、ボールポケット４内の吸引通路１３との接続口には、真空源１０の吸引力により、半田ボール２が吸引通路１３側にまで吸引されることを阻止するため、ボール吸い込み阻止手段となるメッシュ９が設けられている。該メッシュ９の存在によりボール供給量を一定量とすることができる。

ボールポケット４は下部で、水平断面が略円形形状であるボール排出通路６と接続されている。ボール排出通路６は、半田ボール搭載装置の半田ボール２の受取位置へと接続されている。該半田ボール２の受取位置は、図４では釣鐘型ボールカップ１６の下面開放部の外側近傍のマスク１７上であり、図５ではボックス型ボールカップ２６の内部下面側のマスク１７上である。実施例では、上記位置を受取位置としているが、この位置に限定されるものではない。

尚、半田ボール供給装置１においてボールホッパ３よりボール供給通路５を通過して半田ボール２をボールポケット４に導入できるようにするため、ボール供給通路５の断面積Ａｉは、ボールポケット４の略円柱形状空間の水平断面の断面積Ａｐより小さく、ボール排出通路６の断面積Ａｏよりも大きく形成している。ボール供給通路５の断面積Ａｉが、ボール排出通路６の断面積Ａｏよりも大きく形成されていることにより、ボール供給通路５へ付与される吸引力がボール排出通路６へ付与される吸引力より増大する結果、ボール供給通路５に半田ボール２が満たされた状態でも、吸引して半田ボール２をボールポケット４に導入することができるようにされている。

好適には、上述のボール供給通路５の断面積Ａｉとボール排出通路６の断面積Ａｏの関係に加え、ボール排出通路６のボール排出方向長さＬｏ（ボールポケット４下部との接続部からボール排出口１９までの長さ）が、ボール排出通路直径Ｒｏの３倍以上であることが望ましい。かかる構成によれば、ボール供給通路５へ付与される吸引力をよりいっそう増大させることが可能となる。又、本実施例では、上記ボール供給通路５のボール移動方向に直交する断面の形状と、ボール排出通路６及びボールポケット４の水平断面の形状とを略円形として説明したが、これに限らずその他多角形状であっても良い。この場合も、ボール排出通路６のボール排出方向長さＬｏはボール排出通路の幅の３倍以上であることが望ましい。

以下、上記半田ボール供給装置１の動作について説明する。
先ず、レギュレータ１１により真空源１０での気体吸引の圧力や流量を調整し、電磁開閉弁１２を開いて真空源１０からの吸引状態をＯＮにする。半田ボール２は、図２（ａ）に示されるように、真空源１０の吸引力により、ボールホッパ３からボール供給通路５を介してボールポケット４内に収容（供給）される。この際、ボール供給通路５は、ボール排出通路６より断面積が大きく、吸引力が強いので、半田ボール２は、ボール供給通路５内を移動できる。又、メッシュ９の存在により、半田ボール２がボールポケット４を外れて、吸引通路１３側まで吸引されることはない。

ボールポケット４内の半田ボール２が所定量に至ると、電磁開閉弁１２を閉じて真空源１０からの吸引状態をＯＦＦにする。それにより半田ボール２は、真空源１０方向への吸引力を失い、図２（ｂ）に示されるように、半田ボール２の自重により、ボールポケット４からボール排出通路６を通り、半田ボール搭載装置の半田ボール２の受取位置へと排出され、半田ボール搭載装置に半田ボール２が供給される。

尚、ボール供給通路５をボールホッパ３の接続位置３１から一旦ボールポケット４の高さより低い位置を通過させてから、上り勾配によりボール供給通路５より上方にあるボールポケット４に接続し、ボールホッパ３に収容されている半田ボール２が、自重によりボールポケット４に供給されないようにされているため、上記のように吸引状態をＯＦＦにしても、ボールポケット４内の所定量の半田ボール２以外の余分な半田ボール２が、ボール供給通路５よりボール排出通路６にこぼれ落ちることはない。

尚、半田ボール２の消費量が多い搭載の場合は、ボールポケット４への半田ボール２の導入からボール排出通路６への半田ボール２の排出というサイクルを複数回行うか、ボールポケット４のサイズを大きくすることでボール供給量を増やすことにより対応する。

以上の実施例ではボール排出通路６の吸引力より、ボール供給通路５の吸引力を大きくし、半田ボール２の供給を行うため、ボール供給通路５の断面積Ａｉを、ボール排出通路６の断面積Ａｏよりも大きく形成していた。しかし、他の実施例として、図３（ａ）（ｂ）に示されるように、ボール排出通路６を閉塞する閉塞手段であるシャッタ１４を、ボール排出通路６の下端のボール排出口１９に設けても良い。

シャッタ１４は、半田ボール２をボールポケット４へ導いている間は閉塞されており、半田ボール２をボールポケット４よりボール排出通路６へ排出する間は開放されている。シャッタ１４の開放タイミングは、電磁開閉弁１２を閉じるのと、略同時であっても良く、又、電磁開閉弁１２を閉じた所定時間経過後でも良い。

シャッタ１４の閉塞により、ボール供給通路５へより大きな吸引力を付与することができる。この場合、ボール供給通路５の断面積Ａｉとボール排出通路６の断面積Ａｏとの関係は、特に限定されることはなく、Ａｉ＞Ａｏ、Ａｉ＝Ａｏ、Ａｉ＜Ａｏのいずれの場合でも良い。

尚、図３では、ボール排出通路６をソリッドな材質で構成しているのでシャッタ１４の部材をボール排出口１９に設置してるが、ゴム等の可撓性材質でボール排出通路６を構成した場合には、図示されていないが、ボール排出通路６をクランプして閉塞する閉塞手段を設けても良い。

このようなクランプによる場合には、いずれもボール排出通路６を完全に閉塞する必要はなく、ボール供給通路５に付与される吸引力が、ボール排出通路６に付与される吸引力よりも大きくなれば良いので、ボール排出通路６の一部が開放されている不完全閉塞であっても構わない。

以下、半田ボール搭載装置における半田ボール供給装置１の利用状態について説明する。図４は、釣鐘型ボールカップ１６を用いた半田ボール搭載装置の説明図であり、該半田ボール搭載装置は、下面開放の釣鐘型ボールカップ１６内部のボール吸着体２０に、半田ボール供給装置１から供給された半田ボール２を、吸引装置２１の吸引力により吸着保持させ、配列治具であるマスク１７上で、吸引装置２１をＯＦＦし、半田ボール２の吸着を解除して落下させ、半田ボール２をマスク１７の搭載用の貫通孔２４に落とし込み、テーブル２２上に載置されている基板２３の電極上に半田ボール２を搭載するものである。

この場合、図４に示されるように、釣鐘型ボールカップ１６と半田ボール供給装置１は一体的に設ける。半田ボール供給装置１のボール排出通路６のボール排出口１９の下方にボールガイド１５を設けて、釣鐘型ボールカップ１６の下面開放部付近のマスク１７上に半田ボール２が集まるようにガイドする。供給された半田ボール２は、ボールガイド１５に導かれてマスク１７上に溜まる。もちろん、ボールガイド１５は必須の構成ではない。

尚、釣鐘型ボールカップ１６に半田ボール供給装置１を取り付ける構成は必須ではない。半田ボール供給装置１を所定位置に固定設置し、その位置でマスク１７上に半田ボール２を供給して、釣鐘型ボールカップ１６が半田ボール２を取りに行くようにしても良い。

図５は、ボックス型ボールカップ２６を用いた半田ボール搭載装置の説明図であり、ボックス型ボールカップ２６の内部下面側に多数の半田ボール２を収容し、ボックス型ボールカップ２６を移動させながらボックス型ボールカップ２６底面に開けられた下面開口部より配列治具であるマスク１７上に対して半田ボール２を供給して、半田ボール２をマスク１７の搭載用の貫通孔２４に落とし込み、テーブル２２上に載置されている基板２３の電極上に半田ボール２を搭載するものである。

ボックス型ボールカップ２６は通常、進行方向と直交する方向を長手方向とする形状である。ボックス型ボールカップ２６内に、均等に半田ボール２を供給するには、半田ボール供給装置１をボックス型ボールカップ２６の長手方向（図５中手前より奥への方向）に往復移動させる移動機構（スライドレール１８を用いた機構）を用いる。該移動機構を介して半田ボール供給装置１をボックス型ボールカップ２６に取り付ける。もちろん、移動機構を設けず、半田ボール供給装置１を複数個設け、ボックス型ボールカップ２６全域に半田ボール２を均等に供給できるようにしても良い。

尚、半田ボール供給装置１を固定設置し、半田ボール２の供給時にボックス型ボールカップ２６を半田ボール供給装置１の下方に移動させ、半田ボール２をボックス型ボールカップ２６内に供給しても良い。

１・・・・・・・・半田ボール供給装置
２・・・・・・・・半田ボール
３・・・・・・・・ボールホッパ
４・・・・・・・・ボールポケット
５・・・・・・・・ボール供給通路
６・・・・・・・・ボール排出通路
７、８・・・・・・検知センサ
９・・・・・・・・メッシュ
１０・・・・・・・真空源
１１・・・・・・・レギュレータ
１２・・・・・・・電磁開閉弁
１３・・・・・・・吸引通路
１４・・・・・・・シャッタ
１５・・・・・・・ボールガイド
１６・・・・・・・釣鐘型ボールカップ
１７・・・・・・・マスク
１８・・・・・・・スライドレール
１９・・・・・・・ボール排出口
２０・・・・・・・ボール吸着体
２１・・・・・・・吸引装置
２２・・・・・・・テーブル
２３・・・・・・・基板
２４・・・・・・・貫通孔
２６・・・・・・・ボックス型ボールカップ
３１・・・・・・・接続位置
Ａｉ・・・・・・・ボール供給通路の断面積
Ａｏ・・・・・・・ボール排出通路の断面積
Ａｐ・・・・・・・ボールポケットの断面積
Ｌｏ・・・・・・・ボール排出通路のボール排出方向長さ
Ｒｏ・・・・・・・ボール排出通路直径

Claims (3)

1. 被搭載物上面に所定パターンで形成されている搭載箇所に導電性ボールを搭載する導電性ボール搭載手段に対し導電性ボールを供給する導電性ボール供給装置において、導電性ボールを貯留するボールホッパと、
   所定量の導電性ボールを収容可能なボールポケットと、
   前記ボールポケットに対しボール吸い込み阻止手段を介して接続される真空吸引手段と、
   前記真空吸引手段による吸引状態のＯＮ及びＯＦＦを切り換える真空切換手段と、
   前記ボールホッパと前記ボールポケットとを接続するボール供給通路と、
   前記ボールポケットとボール搭載手段の導電性ボール受取位置とを接続するボール排出通路とを備え、
   前記ボール供給通路の断面積を、前記ボールポケットの断面積より小さく、前記ボール排出通路の断面積より大きく設定することにより、前記真空吸引手段からの吸引による前記ボール供給通路の吸引力が、前記ボール排出通路の吸引力より強くなるようにし、
   前記真空切換手段により、前記真空吸引手段による吸引状態をＯＮとして、前記ボール供給通路から導電性ボールを導入して前記ボールポケットに所定量の導電性ボールを収容した後、前記真空吸引手段による吸引状態をＯＦＦとして、導電性ボールを前記ボール排出通路から前記導電性ボール受取位置に排出する
   ことを特徴とする導電性ボール供給装置。
   
2. 上記ボール排出通路を閉塞する閉塞手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の導電性ボール供給装置。
   
3. 上記ボール供給通路は、ボールポケットに対して上り勾配を付けて接続されてい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供給装置。

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