JP6927541B1 - ピン配列装置、ピン配列用アレイ体及びピン配列方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のピンを所定の位置関係で配列するためのピン配列装置、ピン配列用アレイ体及びピン配列方法を提供する。【解決手段】ピン配列装置１Ｃが、複数の穴を有するピン配列用アレイ体４０が配置される収容部１０と、収容部１０に配置されたピン配列用アレイ体４０の穴にピンを挿入する機構と、を備え、当該機構が、収容部１０を振動する第１の機構２０、ピン配列用アレイ体４０に対して磁界を印加する第２の機構３０の少なくとも何れかを備える。ピン配列用アレイ体４０上にピンを載せ、揺動及び振動により又は磁界により、ピンを穴に挿入する。【選択図】図３

Description

本発明は、ピン配列装置、ピン配列用アレイ体及びピン配列方法に関する。

積層配線、３Ｄ配線などの技術として、チップを複数のダイで統合するチップレット化が検討されている。ダイの上に別のダイを載せて配線するためにはピンが必要となる。ピンの径及び長さは、例えば０．３ｍｍ以下というマイクロオーダーである。

ピンのサイズが非常に小さいため、チップの製造工程において、横になったピンを立てたり一又は複数のピンを立てて配列したりすることが難しい。

そこで、本発明では、ピンを立てて配列するためのピン配列装置、ピン配列用アレイ体及びピン配列方法を提供することを目的とする。

本発明のコンセプトは次のとおりである。
［１］ 複数の穴を有するピン配列用アレイ体が配置される収容部と、
前記収容部に配置されたピン配列用アレイ体の穴にピンを挿入する機構と、
を備え、
前記機構が、前記収容部を振動する第１の機構、前記ピン配列用アレイ体に対して磁界を印加する第２の機構の双方を備え、
前記第１の機構が、前記収容部を揺動する揺動機構、前記収容部を鉛直方向に又は水平方向に振動する振動機構の双方を備える、ピン配列装置。
［２］ 前記ピン配列装置において、さらに、前記収容部に配置された前記ピン配列用アレイ体の穴と連通して吸引する第３の機構を備える。
［３］ 前記ピン配列装置において、前記第２の機構が、永久磁石、電磁石、磁性体の何れか又は組み合わせを含んで構成される。
［４］ 前記ピン配列装置において、さらに、前記収容部から前記ピン配列用アレイ体を取り出すための取出機構を備える。
［５］ 前記ピン配列装置において、さらに、前記ピン配列用アレイ体の前記穴に対してピンが挿入されている割合を検査するための検査部を備える。
［６］ 前記ピン配列装置において、前記検査部が、
ピンが穴に挿入されている前記ピン配列用アレイ体の表面を撮像する撮像部と、前記撮像部で撮像した画像データを処理して前記割合を算出する算出部とを有する第１の検査部、
ピンが穴に挿入されている前記ピン配列用アレイ体に対して電気的な計測を行い、導電率、誘電率を含む電気的なパラメータから前記割合を算出する第２の検査部
の何れか又は双方を備える。
［７］ 前記［１］乃至［６］の何れか１項に記載のピン配列装置において使用されるピン配列用アレイ体であり、
複数の穴が設けられており、
前記穴のそれぞれが、配列すべきピンの直径及び長さに合わせたマイクロサイズの穴径及び長さを有する、ピン配列用アレイ体。
［８］ 前記ピン配列用アレイ体において、前記穴のそれぞれが拡開している。
［９］ 前記ピン配列用アレイ体において、さらに、隣接する前記穴同士に沿ったガイドを備える。
［１０］ 前記ピン配列用アレイ体において、前記穴の深さが設けられている位置により異なる。
［１１］ 前記ピン配列用アレイ体において、前記ピン配列用アレイ体が、複数の電子デバイスを搭載した基板の一部を構成する。
［１２］ マイクロサイズの径及び長さを有して磁界に反応する複数のピンを、各ピンの径及び長さに対応した径及び長さの穴を有するピン配列用アレイ体上に配置し、
前記ピン配列用アレイ体への揺動及び鉛直方向又は水平方向の振動に加えて前記ピン配列用アレイ体に磁界を印加することにより、前記ピン配列用アレイ体の各穴にピンを挿入する、ピン配列方法。

本発明によれば、効率よくピンを立てて配列することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るピン配列装置及びピン配列用アレイ体の模式図である。 図２Ａは、本発明の第２の実施形態に係るピン配列装置及びピン配列用アレイ体によってピンを穴に挿入していく様子を模式的に示す図であって、ピンがピン配列用アレイ体上に横たわっている状態を示す図である。 図２Ｂは、本発明の第２の実施形態に係るピン配列装置及びピン配列用アレイ体によってピンを穴に挿入していく様子を模式的に示す図であって、ピン配列用アレイ体に下側から磁性体を近づけている状態を示す図である。 図２Ｃは、本発明の第２の実施形態に係るピン配列装置及びピン配列用アレイ体によってピンを穴に挿入していく様子を模式的に示す図であって、ピン配列用アレイ体に下側から磁性体をさらに近づけている状態を示す図である。 図２Ｄは、本発明の第２の実施形態に係るピン配列装置及びピン配列用アレイ体によってピンを穴に挿入していく様子を模式的に示す図であって、ピン配列用アレイ体に磁性体が最も近接した状態を示す図である。 図３は、本発明の第３の実施形態に係るピン配列装置及びピン配列用アレイ体を模式的に示す正面図である。 図４は、本発明の第３の実施形態に係るピン配列装置及びピン配列用アレイ体を模式的に示す平面図である。 図５は、本発明の第４の実施形態に係るピン配列装置の概略を示す図である。 図６は、図５に示すピン配列用アレイ体の一例を示す平面図である。 図７Ａは、ピン配列用アレイ体の断面図を示す図である。 図７Ｂは、別のピン配列用アレイ体の断面図を示す図である。 図７Ｃは、別のピン配列用アレイ体の断面図を示す図である。 図７Ｄは、別のピン配列用アレイ体の断面図を示す図である。 図７Ｅは、別のピン配列用アレイ体の断面図を示す図である。 図８は、ハウジングケースの平面図である。 図９は、ハウジングケースの断面図である。 図１０は、揺動及び横振動のタイムチャートの一例である。 図１１は、揺動及び横振動の様子を模式的に示す図である。 図１２は、本発明の第５の実施形態に係るピン配列装置の概略を示す図である。 図１３は、ピン配列用アレイ体を取り出す方法を模式的に示す図である。 図１４は、ピン配列用アレイ体の変形例を示す図である。 図１５は、本発明の実施形態に係るピン配列システムの構成図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。図面には本発明の好ましい形態の一つを示すものであり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で発明の構成要素について変更したり一部削除したり追加した形態についても本発明の範囲に含まれる。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るピン配列装置及びピン配列用アレイ体の模式図である。本発明の第１の実施形態に係るピン配列装置１Ａは、ピン配列用アレイ体２が配置される加振部３を備えている。加振部３は、図１に示すように、揺動軸θ軸の回りに揺動しながら、横振動及び／又は縦振動をピン配列用アレイ体２に与える。横振動はピン配列用アレイ体２の上面に平行方向の往復振動を意味し、縦振動はピン配列用アレイ体２の上面に垂直な方向の往復振動を意味する。横振動の方向は、ピン配列用アレイ体２に平行な面状において、θ軸に平行であっても垂直であってもθ軸と交差する方向（例えばθ軸と４５度で交差する方向）であってもよい。

ピン配列用アレイ体２は、複数の穴４が縦方向及び横方向に並んで設けられて構成されている。ピン配列用アレイ体２は、穴４の位置に応じて、同じ深さの穴４を有していても、異なる深さの穴４を有していてもよい。穴４は貫通、非貫通のいずれの場合であっても構わない。穴４は、配列すべきピン５の直径及び長さに合わせたマイクロサイズの穴径及び長さを有する。マイクロサイズとは、１μｍ以上１０００μｍ以下のサイズを想定する。ここで、ピン５は、例えば、円柱形状であって、直径１μｍ以上１０００μｍ以下、長さ１μｍ以上１０００μｍ以下である。そのため、穴４はピン５の直径に対して１．０２乃至１．３倍の直径を有する。穴４は、ピン５の長さに対して０．１倍以上の深さ５倍以下の深さを有する。ピン５の寸法に対して穴４がこの範囲であれば、一本のピン５を一つの穴４に挿入することができ、かつ、穴４から抜け難くなるからである。また、穴４は、ピン配列用アレイ体２の上下面に対して垂直に設けられている場合のみならず、上下面に対して傾斜していてもよい。一枚のピン配列用アレイ体２に対して同一又は同様な形状、寸法（特に深さ）の穴４が設けられている必要はなく、各場所において異なる形状、寸法の穴が設けられていてもよい。

図１に示すピン配列装置１Ａによれば、ピン配列用アレイ体２を加振部３により揺動させながら縦揺れ及び／又は横揺れさせる。横揺れは、図１に示すように揺動軸（回転軸ともいう）に平行でも、直交していてもよい。ピン配列用アレイ体２上に多数のピン５を載せて、好ましくは幅方向に散らばって広く行きわたるように載せる。略水平なピン配列用アレイ体２を揺動軸（θ軸）回りに９０°未満で回転させ、その傾斜を保った状態で停止させる。多数のピン５をピン配列用アレイ体２の一端部側に集める。その際、多数のピン５は、ピン配列用アレイ体２の一端部において断面略三角形状で両端の間に行きわたっている（後述の図１１の詳細な説明参照）。このような状態を一定の時間保った後に、ピン配列用アレイ体２をθ軸回りに逆回転させつつ横振動又は縦振動をさせる。すると、ピン配列用アレイ体２に載置されている多数のピン５は、ピン配列用アレイ体２の上面を滑りながら、一部のピン５が穴４に挿入し、残りのピン５がピン配列用アレイ体２の他端部（前述の一端部と逆側の端部）に流れるように移動する。このように、９０°未満の正回転及び逆回転からなる揺動及び回転の一時停止が、多数のピン５をピン配列用アレイ体２の一端部、他端部に幅方向に行きわたることに主として寄与し、縦振動及び／又は横振動が一つの穴４に一本のピン５を挿入することに主として寄与する。ここで、揺動する周期は例えば数秒程度であって１０秒以下であるのに対して、縦揺れ及び／又は横揺れする周波数は６０Ｈｚなどの数十Ｈｚである。

このように、マイクロサイズの径及び長さを有する複数のピン５を、各ピン５の径及び長さに対応した径及び長さの穴４を有するピン配列用アレイ体２上に配置する。そして、ピン配列用アレイ体２を加振部３により加振する。これにより、ピン配列用アレイ体２の穴４にピン５が挿入される。よって、複数のピン５を所定の位置関係で配列することができる。

［第２の実施形態］
図２Ａ乃至２Ｄは、本発明の第２の実施形態に係るピン配列装置及びピン配列用アレイ体によってピンを穴に挿入していく様子を模式的に示す図である。図の右側は左側と同様なので省略している。また、多数のピン５については一部のピン５のみ図示している。

本発明の第２の実施形態に係るピン配列装置１Ｂは、ピン配列用アレイ体２の下面に、磁性体６を上下移動可能に設けて構成されている。ピン５は、磁界により力が作用するように構成されていればよく、例えば少なくとも表面などが磁性材料からなっていれば、第１の実施形態と同様でよい。磁性体６による磁界によりピン５が挙動するからである。ピン配列用アレイ体２は第１の実施形態と同様である。磁性体６は、ピン配列用アレイ体２に設けられている穴４と平面視で重なるように複数の突起７が設けられていることが好ましい。穴４に沿って磁界を生じて、ピン５を穴４に誘導するためである。磁界の方向は、穴４の貫通方向に沿っている必要はなく、図２Ａ乃至図２Ｄに示す断面で穴４の貫通方向と交差する方向（例えば直交する方向）でもよいし、これらの方向の成分を有する磁界であってもよい。突起７は、例えば四角錐形状や円錐形状などから選択される。ピン配列用アレイ体２の穴４の位置と突起７の位置とは平面視で重ならない場合がある。このような場合は、例えば縦及び横に等間隔に並んだ突起７を有する磁性体６を左右方向及び前後方向に移動するようにしてもよい。

ピン配列装置１Ｂによれば、磁性体６がピン配列用アレイ体２の下方に配置されている状態では、図２Ａに示すように、ピン５はピン配列用アレイ体２の表面に横になって倒れている。磁性体６がピン配列用アレイ体２に近づくにつれて、図２Ｂ乃至図２Ｄに順番に示すように、ピン５は穴４に向かって起き上がり、穴４に自ら挿入する。

ピン配列用アレイ体２の穴４に沿って磁界を生じさせることができれば、磁性体６の代わりに複数の電磁石をピン配列用アレイ体２の下側に縦横に並べて配置する構成でもよい。磁界によりピン５を穴４に挿入する際には、ＸＹステージのような位置決めを設け位置決めすることが好ましい。

このように、マイクロサイズの径及び長さを有して磁界による力を受けるように構成された複数のピン５を、各ピン５の径及び長さに対応した径及び長さの穴４を有するピン配列用アレイ体２上に配置する。そして、ピン配列用アレイ体２の穴４が設けられている領域に磁界を印加する。これにより、ピン配列用アレイ体２の各穴４にピン５が挿入される。穴４の位置、各穴４の深さ、穴４同士の間隔により、ピン配列用アレイ体２に垂直方向のみならず水平方向の成分を有するように斜めに磁界が生じるようにしてもよい。また、ピン配列用アレイ体２の中央部分には磁界が生じず、ピン配列用アレイ体２の中心から一定距離離れた領域、例えば帯状、例えば円環状の領域だけ磁界を生じさせるように磁性体６を配置するようにしてもよい。これらの場合にあっては、磁界の向きがピン配列用アレイ体２に対して垂直成分、水平成分の何れか一方又は双方、さらにはこの２つの成分に直交する成分をも有するように、複数の磁性体が配置されてもよい。

［第３の実施形態］
図３は本発明の第３の実施形態に係るピン配列装置及びピン配列用アレイ体を模式的に示す正面図であり、図４は本発明の第３の実施形態に係るピン配列装置及びピン配列用アレイ体を模式的に示す平面図である。

本発明の第３の実施形態に係るピン配列装置１Ｃは、収容部１０と、ピンを挿入する機構としての第１の機構２０及び第２の機構３０とを備える。収容部１０は、複数の穴を有するピン配列用アレイ体４０が配置されるものである。第１の機構２０、第２の機構３０の何れもピン配列用アレイ体４０の穴にピンを挿入するための機構であって、ピン配列装置１Ｃに何れか一方又は双方備えている。ピン配列用アレイ体４０は、図１及び図２に示すピン配列用アレイ体２と同様であるので穴などの詳細については図示していない。

第１の機構２０は、収容部１０を振動するためのものである。ここで、「振動」は、ピン配列用アレイ体４０の面上に沿った水平方向の振動（「横振動」ともいう。）、ピン配列用アレイ体４０の面に垂直な方向の振動（「縦振動」ともいう。）の何れかのみならず、その双方を含む。さらには、「揺動」を構成する正回転、逆回転、それらの間の停止を一周期の時間が、横振動、縦振動の周期よりも長いような「揺動」を含む。以下では、横振動、縦振動、揺動の何れも含む構成について説明するものとし、必要な機構のみを取捨選択してもよい。

収容部１０は、ピン配列用アレイ体４０を収容するように窪みが形成されており、窪みの縦横の寸法はピン配列用アレイ体４０の縦及び横の寸法よりも僅かに長い。収容部１０は支持プレート１１に軸２１により支持されている。支持プレート１１は、例えば、ベース台１２に立設した複数の支柱１４に上下動可能に略水平に支持されている。支持プレート１１の平面視で略中央部には窪み１１ａが設けられ、窪み１１ａ内に、上面が開口した収容部１０が配置される。収容部１０には左右前後に壁が設けられている。

第１の機構２０としては、支持プレート１１に軸２１で支持され収容部１０を揺動する揺動機構２２と、収容部１０に横揺れを生じさせる横揺れ機構２３と、収容部１０に縦揺れを生じさせる縦揺れ機構２４とを備える。横揺れ機構２３、縦揺れ機構２４は、収容部１０内に電極２３ａ，２４ａを配置し、当該電極２３ａ，２４ａと対向するように支持プレート１１に配置した電極２３ｂ，２４ｂにより静電気力により駆動される。静電気力の代わりに永久磁石、磁気回路、電磁石の何れか又は組み合わせで磁力により駆動するようにしてもよい。なお、電極２３ａ，２３ｂは図４のみに示し、図３では省略している。電極２４ａ，２４ｂは図３のみに示し、図４では省略している。また、電極２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂに接続される配線等についても省略している。

収容部１０が揺動機構２２により揺動するとともに、横揺れ機構２３、縦揺れ機構２４の何れか又は双方により横揺れ及び／又は縦揺れすることにより、収容部１０の左右前後の何れかの壁がガイドとなり、揺動によりピンが集められながら、縦揺れ、横揺れにより穴にピンが挿入される。これについては図１１を参照しながら詳細に説明する。

第２の機構３０は、収容部１０に配置したピン配列用アレイ体４０に対して磁界を印加する機構である。図３に示すように、収容部１０の下方に、磁性体３２を載置するプレート３１が設けられる。例えば、プレート３１が複数の支柱１４に上下動可能に支持される。停止用バー３３がプレート３１の下側で一本の支柱１４にかみ合ってプレート３１の上下動を停止する。磁性体３２は、図２で説明したようにピン配列用アレイ体２に設けられている穴４と平面視で重なるように複数の突起７が設けられていることが好ましい。穴４の軸方向に沿って磁界が生じて、当該磁界がピン５を誘導するためである。

第２の機構３０は、ピン配列用アレイ体４０に磁界を生じさせることができればよく、図３に示すように磁性体３２を載せたプレート３１を支持プレート１１に下側から近づける構成のみならず、例えば、複数の電磁石を支持プレート１１の下側に左右方向及び前後方向に並べて配置する構成でもよい。複数の電磁石を収容部１０のピン配列用アレイ体４０の載置する面に内蔵してもよい。

さらに、第３の機構として、収容部１０に配置されたピン配列用アレイ体４０の穴と連通して吸引する手段を備える。支持プレート１１に連結する吸引手段となるバキューム（図示せず）により、吸引することで実現される。ここで、ピン配列用アレイ体４０の穴は貫通しており、ピンの挿入側と逆側の穴の直径が挿入側の穴の直径よりも短い。ピンが穴４１から抜けないようにするためである。第３の機構は、第１の機構と併用されることで、ピン配列用アレイ体４０の穴へピンが効率よく挿入される。

［第４の実施形態］
図５は、本発明の第４の実施形態に係るピン配列装置の概略を示す図である。本発明の第４の実施形態に係るピン配列装置１Ｄは、図５に示すように、ピン配列用アレイ体４０が載置されるハウジングケース４２と、ハウジングケース４２を保持する保持部４３と、ハウジングケース４２と共に保持部４３に横振動と揺動とを与える加振部４４と、ハウジングケース４２とつながって画成された領域を吸引する吸引手段と、を備える。ハウジングケース４２は第３の実施形態での収容部に相当する。

図６は図５に示すピン配列用アレイ体４０の一例を示す平面図であり、図７Ａ乃至図７Ｄはピン配列用アレイ体４０の断面図を示す図である。ピン配列用アレイ体４０は、例えば、Ｓｉなどの半導体基板で構成され、ホトリソグラフィー・エッチングなどの半導体プロセスにより作製される。ピン配列用アレイ体４０は、所定の配置パターンに沿って複数の穴４１が設けられており、穴４１のそれぞれが、前述と同様、配列すべきピンの直径及び長さに合わせたマイクロサイズの穴径及び長さを有する。なお、穴４１の形状は配置位置により異なってもよい。穴４１は、ピン配列用アレイ体４０の上面に対して垂直を含む交差していてもよい。

ピン配列用アレイ体４０において、図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、表面に近い部位の径がそれ以外の部位と比べ大きくなっており、拡開していることが好ましい。ピンが穴４１に入りやすく脱離しにくくなるためである。拡開の態様は、図７Ｂに示すような深さ方向に対して同じ径を有するが深くなるにつれて径が小さくなるようなステップ状の穴４１ａであっても、図７Ｃに示すようなテーパー状の穴４１ｂであってもよい。

穴４１は、図７Ｄに示すような貫通の穴４１である場合、非貫通穴の場合の条件に加えて、ピンの挿入側と逆側の穴の直径が挿入側の穴の直径よりも短い。ピンが穴４１から抜けないようにするためである。穴４１は、図７Ｅに示すように、１枚のピン配列用アレイ体４０において、穴４１の深さが異なっていたり、穴４１の断面形状が異なっていたりしてもよい。例えば、図７Ｅに示すように、非貫通の穴４１ｃでも、傾斜した穴４１ｄ，４１ｅでもよい。

ピン配列用アレイ体４０は、例えば１インチ平方の寸法であり、例えば０．５ｍｍの厚みを有する。ピン配列用アレイ体４０表面は梨地である。ピン配列用アレイ体４０は表面粗さを有していることが好ましい。表面粗さは例えばＲａ４．５μｍ前後である。ピン配列用アレイ体４０の表面にピンが横になって静電気で密着しないようにするためである。

図８はハウジングケースの平面図であり、図９はハウジングケースの断面図である。ハウジングケース４２は、固定用の複数の穴４２ａを周囲に有しており、中央に平面視で矩形の窪み４２ｂを有する。窪み４２ｂの底部には貫通した穴４２ｃが設けられている。ハウジングケース４２の窪み４２ｂには、図６に示すピン配列用アレイ体４０が挿入され、かつピン配列用アレイ体４０の上面に配置されるピンがハウジングケース４２とピン配列用アレイ体４０との間の隙間に入らないような寸法形状を有していればよい。ハウジングケース４２は、ピン配列用アレイ体４０を保持するものであり、そのため、導電材料からなっていることが好ましい。また、軽量、耐摩耗性の観点から、ポリフェニレンサルファイド樹脂やそれと同様な性質を有する樹脂からなることが好ましい。

次に、ピン配列装置１Ｄを用いてピンをピン配列用アレイ体４０の穴４１に挿入して配列させるための方法について説明する。

まず、ピン配列用アレイ体４０をハウジングケース４２の窪み４２ｂに配置する。適量なピンをピン配列用アレイ体４０の上面に載せる。適量は、ピン配列用アレイ体４０の穴４１の数よりも多い。適量なピンの計量には、匙やスプーンが使用される。適量は、振動を構成する揺動、縦振動、横振動の組み合わせ、またこれらの具体的な条件に依存する。

次に、吸引パイプ４５に接続された吸引手段によりピン配列用アレイ体４０の下側を負圧にしながら、ピン配列用アレイ体４０を揺動軸（θ軸）まわりに揺動させながら、横揺れさせる。図１０は、揺動及び横振動のタイムチャートの一例を示しており、横軸は時間（秒）、縦軸は回転の角度（°）である。横揺れの周波数は例えば６０Ｈｚであるのに対して、横揺れする周期は２秒、３秒以上７秒前後で十数秒以内である。

図１１は、図１０のタイムチャートに従ってピン配列用アレイ体４０を揺動及び横振動させたときの状態を、左から右に揺動軸回りの回転角を正、ゼロ、負にした順に、ピンの配置について、ピンの数を濃淡で概念として示している。この場合、図１０の具体的な数値は例であって、実施形態を特定するものではない。

スタートの段階（ｔ＝０）において、ピン配列用アレイ体４０は例えば水平であり、多数のピンがピン配列用アレイ体４０の上面に載せられる。その際、全体的に満遍なく載せられることが好ましい。説明上、スタートの段階においては、ピン配列用アレイ体４０は略水平としているが、揺動軸の正負何れかの回転角で回転して、傾斜していてもよい。

次に、揺動軸まわりの回転角がゼロから正の或る値（θ_１）まで増加する時間帯（０＜ｔ≦ｔ_１）では、ピン配列用アレイ体４０が水平から傾斜角を大きくしながら、多数のピンはその傾斜した面を滑り落ちつつある。その際、ピン配列用アレイ体４０への横振動により、多数のピンのうち一部のピンが穴に挿入する。

揺動軸まわりの回転角が正の或る値θ_１になったら、ピン配列用アレイ体４０を傾斜させたまま回転を停止させる。回転停止の時間帯（ｔ_１≦ｔ≦ｔ_２）では、図１１の左の上下にそれぞれ断面視及び平面視を模式的に示すように、傾斜したピン配列用アレイ体４０と窪み４２ｂの一端部４２ｅにより断面三角形状で幅Ｄ方向に延びる領域Ａ１に、多数のピンが、様々な方向を向いて存在している。平面視でのメッシュはピンの数の大小に相当する。その際、多数のピンは、ガイド側面部４２ｄを両端とする幅Ｄ全体にわたっている。横振動は、ピンを幅Ｄ全体にわたらせている。

そして、揺動軸まわりの回転角が正の或る値θ_１から負の或る値（−θ_１）まで減少する時間帯（ｔ_２≦ｔ≦ｔ_３）では、ピン配列用アレイ体４０が手のひらを反すかの如く逆向きになりその傾斜角を大きくしながら、多数のピンはその傾斜面を滑り落ちつつある。その途中、即ち、ピン配列用アレイ体４０が略水平になったときの状態について、図１１の左右中間の上下にそれぞれ断面視及び平面視を模式的に示すように、多数のピンはピン配列用アレイ体４０の上面をほとんど移動していない。ピンには窪み４２ｂの他端部４２ｆに動こうとする力が大きく作用していないためである。そして、回転角が負の或る値（−θ_１）になるにつれて、多数のピンはピン配列用アレイ体４０の傾きが逆になったことから、ピンには窪み４２ｂの他端部４２ｆに動こうとする力が作用し始め、多数のピンはその傾斜面を流れるように滑り落ちつつあり、その際、ピン配列用アレイ体４０への横振動により、多数のピンのうち一部のピンが、穴に挿入する。

回転角が−θ_１になったら、ピン配列用アレイ体４０を傾斜させたまま回転を停止させる。ピンには窪み４２ｂの他端部４２ｆに動こうとする力が大きく作用する。回転停止の時間帯（ｔ_３≦ｔ≦ｔ_４）では、図１１の右の上下にそれぞれ平面視、断面視に示すように、傾斜したピン配列用アレイ体４０と窪み４２ｂの他端部４２ｆにより断面三角形状で幅方向に延びる領域Ａ２に、多数のピンが、様々な方向を向いて存在している。平面視でのメッシュの数はピンの数の大小に相当する。その際、多数のピンは、ガイド側面部４２ｄを両端とする幅Ｄ全体にわたっている。

そして、回転角が負の或る値（−θ_１）から正の或る値（θ_２）まで増加する時間帯（ｔ_４≦ｔ≦ｔ_５））では、ピン配列用アレイ体４０は元の方向に傾きを戻しながら、多数のピンはその傾斜面を滑り落ち始めようとする。その途中、即ち、ピン配列用アレイ体４０が略水平になったときの状態については、多数のピンはピン配列用アレイ体４０の上面をほとんど移動していない。ピンには窪み４２ｂの一端部４２ｅに動こうとする力が大きく作用していないためである。なお、このとき、図１１の左右中間に示す場合とは異なりメッシュの数が左右逆になっている。そして、回転角が正の或る値（θ_２）になるにつれて、多数のピンはピン配列用アレイ体４０の傾きが逆になったことから、多数のピンはその傾斜面を流れるように滑りおり始めようとする。これ以降についは繰り返しとなるので、説明を省略する。

このように、タイムチャートは、回転角がゼロからθ_１を経てピン配列用アレイ体４０が傾斜し、回転角がθ_１から−θ_１を経てゼロになるまでの第１のタームＴ_１と、それに続く、回転角がゼロから増加してθ_２となりピン配列用アレイ体４０が傾斜し、回転角がθ_２から−θ_２を経てゼロになるまでの第２のタームＴ_２とのように、複数のタームから構成されている。また、ピンの配列挿入が終了する際には、ピン配列用アレイ体４０は水平でも傾斜させていてもよい。

ここで、第２のタイムＴ_２での最大回転角θ_２は、第１のタームＴ_１での最大回転角θ_１と同一でも異なっていてもよい。また、各タームでの正の最大の傾斜角（例えば、第１のタームではθ_１）は、負の最大の傾斜角の大きさと必ずしも一致している必要はないが、一致しているのがシステムの制御上好ましい。

図１１に示す場合は、最大回転角θ_１＞θ_２の関係を満たしており、ピン配列用アレイ体４０が回転角θ_２で維持される時間（ｔ_５≦ｔ≦ｔ_６）は、ピン配列用アレイ体４０が回転角θ_１で維持される時間（ｔ_１≦ｔ≦ｔ_２）より長い。これはピン配列用アレイ体４０の傾斜角がゼロから増加させて傾斜角の増加を停止させるようにしても、多数のピンはピン配列用アレイ体４０の上面を移動中であり、このタイムラグで、傾斜させたまま回転停止のとき、横振動の作用により、ピンが穴に入りやすいからである。

ピン配列用アレイ体４０の傾斜角の増減期間、つまり、傾きが変化している期間は、傾斜が維持されて回転が一時停止している期間よりも短い。ピン配列用アレイ体４０が傾斜して回転一時停止の期間はターム毎に異なっており、大きい傾斜での回転一時停止期間は、小さい傾斜での回転一時停止期間と比べて短い。大きい傾斜での回転一時停止期間においては、ピン配列用アレイ体４０上の多数のピンを、図１１の左右の上下にそれぞれ示すように、特定の領域Ａ１、Ａ２において幅Ｄ全体にわたるようにするためである。また、ピン配列用アレイ体４０の傾斜が大きい方が、迅速に、特定の領域Ａ１、Ａ２に到達し得るからである。

この一連の説明は、揺動及び横振動による現象であるが、揺動及び縦振動においても同様の現象が生じる。さらに、吸引パイプ４５に接続された吸引手段によりピン配列用アレイ体４０の下側を負圧にすると、より、ピンが穴に挿入されやすくなる。

このように、ピン配列用アレイ体４０の上に多数のピンを載せて、好ましくは満遍なく広がるように載せて、ピン配列用アレイ体４０を揺動軸回りに９０°未満で傾斜させ、ピン配列用アレイ体４０の一端部４２ｅ側（領域Ａ１）に集める。その際、多数のピンは、ピン配列用アレイ体４０の一端部４２ｅにおいて断面略三角形状で両端の間（即ち、幅Ｄ）に広く存在している。このような状態を一定の時間保った後に、ピン配列用アレイ体４０を揺動軸回りに逆回転して横振動又は縦振動させる。すると、多数のピンは、あたかもピン配列用アレイ体４０の上面を滑りながら、一部のピンは穴に挿入し、残りのピンがピン配列用アレイ体４０の他端部４２ｆ（前述の一端部４２ｅと逆側の端部、領域Ａ２）に移動する。このように、９０°未満の正回転及び逆回転からなる揺動及び回転の一時停止が、多数のピンをピン配列用アレイ体４０の一端部４２ｅ、他端部４２ｆに幅方向に行きわたることに主として寄与し、縦振動及び／又は横振動が一つの穴に一本のピンを挿入することに主として寄与する。

このように、ピン配列方法は、マイクロサイズの径及び長さを有する複数のピンを、各ピンの径及び長さに対応した径及び長さの穴を有するピン配列用アレイ体４０上に配置し、次に、ピン配列用アレイ体４０を加振する。これにより、ピン配列用アレイ体４０の各穴にピンを挿入することができる。

［第５の実施形態］
図１２は、本発明の第５の実施形態に係るピン配列装置の概略を示す図である。本発明の第５の実施形態に係るピン配列装置１Ｅは、図１２に示すように、ピン配列用アレイ体４０が載置される収容部５０と、収容部５０の下側に配置され上下動する磁性体用支持部５１と、収容部５０及び磁性体用支持部５１を支持する複数の支柱５２を、を備える。

複数の支柱５２が図示しないベース部に支持されて立設され、磁性体用支持部５１が支柱５２により上下動可能に支持され、さらに収容部５０が支柱５２に支持されている。収容部５０の平面視上の窪みは、第４の実施形態と同様、ピン配列用アレイ体４０と所定寸法の隙間を有する。収容部５０にピン配列用アレイ体４０が配置され、適量のピンがピン配列用アレイ体４０上に載せられる。このとき、ピンは、ピン配列用アレイ体４０に横たわっている状態となっている。

収容部５０を隔ててピン配列用アレイ体４０の下側に磁性体用支持部５１を近づける。磁性体用支持部５１によりサポートされている磁性体６が鉛直方向に沿って磁界を形成し、それに伴い、ピンが反応してピンが磁界に沿うように振る舞う。具体的には、磁性体６がピンに近づくにつれて、図２Ａ乃至図２Ｄを参照して説明したように、ピンが穴に向かって起き上がり、起き上がったピンが穴に入る。

このように、ピン配列方法は、マイクロサイズの径及び長さを有して磁界に反応する複数のピンを、各ピンの径及び長さに対応した径及び長さの穴を有するピン配列用アレイ体上に配置する。次に、ピン配列用アレイ体に磁界を印加する。これにより、ピン配列用アレイ体にアレイ体の各穴にピンを挿入することができる。

［その他の実施形態］
穴４１にピンが挿入されたピン配列用アレイ体４０は、種々の方法により取り出される。図１３は、ピン配列用アレイ体４０を取り出す方法を模式的に示す図である。図１３に示すように、取出装置１Ｆの取出機構６０を収容部５０の下方に設置する。取出機構６０が、収容部５０に貫通した穴５３に挿入される複数の棒部材６１と、棒部材６１を支持する支持部６２と、支持部６２を上下動する上下動機構（図示せず）とを含んで構成される。上下動機構により支持部６２が上下動し、棒部材６１が穴５３に挿入されてピン配列用アレイ体４０を持ち上げる。これにより、収容部５０からピン配列用アレイ体４０を取り出すことができる。なお、図８に示す貫通した穴４２Ｃが、図１３における穴５３に対応している。ハウジングケース４２の窪み４２ｂからピン配列用アレイ体４０を容易に取り出すことができる。

ここで、各ピンが穴に挿入されているかどうかを確認することについて説明する。ピン配列装置１Ａ乃至１Ｅは、検査部を備えており、ピン配列用アレイ体２，４０の穴に対してピンが挿入されている割合を検査することができる。検査部としては複数考えられ、第１の検査部として、ピンが穴に挿入されているピン配列用アレイ体の表面を撮像する撮像部と、撮像部で撮像した画像データを処理して割合を算出する算出部とを有する。具体的には、ピン配列用アレイ体の表面を撮像部により撮像し、穴にピンが挿入されている状態を画像データとして取得する。算出部が、その画像データのうちピンの部分についてパターニングなどの画像処理を施し、所定の大きさの形状の数をカウントして穴の総数に対するカウントの割合を算出する。これにより、ピンの穴への挿入割合を算出することができ、合否を判定することができる。

検査部の別の態様としては、ピンが穴に挿入されているピン配列用アレイ体に対して電気的な計測を行い、導電率、誘電率を含む電気的なパラメータから、ピンの穴への挿入割合を算出することができ、合否を判定することができる。

本発明の実施形態としては、前述の各実施形態に限定されることなく種々変更する形態も含まれる。例えば、図１４に示すように、ピン配列用アレイ体の上面にガイド８を設けてもよい。このガイドは、隣接する穴の縁を一方向につなげるように、穴同士に沿った形状を有している。ガイドの形状は、図１４に示すように列ごとに設けたり、複数の穴にピンが順番に挿入されるように揺動の向き、振動の向き等により設定したりすることができる。

ピン配列用アレイ体の穴は貫通穴でも非貫通穴の何れの場合もあり得る。特に、ピン配列用アレイ体が、複数の電子デバイスを搭載した基板（例えばダイ）そのものを構成する場合には、貫通穴であることが好ましい。このような基板同士を上下に重ね合わせ、上の基板と下の基板とをピンで結合することにより配線接続することができるからである。

本発明の実施形態では、ピン配列用アレイをシリコンウェアに対してホトリソグラフィー・エッチングなどの半導体プロセスにより加工したもののみではなく、ＴＳＶプロセスを準備するためにも使用される。即ち、ＤＲＡＭチップのスルーホールにピラーとなるピンを挿入するためにも使用される。

本発明の実施形態では、磁性体６は強磁性体を用いることが好ましい。磁界によりピンを穴に挿入しやすくなるからである。

本発明の実施形態では、ピン配列用アレイ体２，４０の表面には親水性、疎水性のパターンが施されていることが好ましい。ピン配列用アレイ体２，４０へのピンの接着力が制御され、ピンが集合しやすい領域と集合しにくい領域とに区分けされるからである。例えば、疎水性を有するピンの場合、疎水性を有する領域ではピンが取り付き難いのに対して、親水性を有する領域ではピンが取り付きやすい。よって、前述したガイドと同様な機能を持たせることができる。また、ピン配列用アレイ体２，４０の表面は導電性を帯びていることが好ましい。

本発明の実施形態として、ピン配列システム６０について説明する。図１５は、本発明の実施形態に係るピン配列システムの構成図である。ピン配列システム６０は、収容部１０と、第１の機構２０と、第２の機構３０と、第１の機構２０及び第２の機構３０を制御するための制御部６３を備える。収容部１０、第１の機構２０、第２の機構３０については既に説明した。撮像部６１は、収容部１０に向けて配置され、ピン配列用アレイ体を撮像するカメラである。制御部６３は、揺動制御部６３ａ、振動制御部６３ｂ及び磁界制御部６３ｃを備える。揺動制御部６３ａは、第１の機構２０を制御することで、収容部１０の揺動を制御する。振動制御部６３ｂは、第１の機構２０を制御することで、収容部１０に横振動及び／又は縦振動を制御する。磁界制御部６３ｃは、第２の機構３０、例えば、磁性体の位置を調整したり、永久磁石の位置関係を制御したり、電磁石への電気的な制御をしたりすることで、収容部１０内のピン配列用アレイ体への磁界印加の有無、大きさを制御する。検査部６２は、撮像部６１からピン配列用アレイ体の表面の撮像データを取得して、そのデータのうちピンの部分についてパターニングなどの画像処理を施し、所定の大きさの形状の数をカウントして穴の総数に対するカウントの割合を算出する。検査部６２での算出結果は、制御部６３の各部の制御にフィードバックされる。入力部６４は、撮像部６１による撮影の結果ではなく、作業者の目視での検査状況に応じて、揺動制御部６３ａ、振動制御部６３ｂ及び磁界制御部６３ｃへの制御指示をするものである。

揺動制御部６３ａでは、揺動軸の回転角及び回転角の速度、回転の一時停止時間をターム毎に変更することで、揺動パターンを調整することができる。振動制御部６３ｂでは、縦揺れ、横揺れの種別変更、揺れの周波数を変更することで、振動パターンを調整することができる。磁界制御部６３ｃでは、磁性体の時間的位置、永久磁石の時間的位置、電磁石への電気的な制御をすることで、磁界パターンを変更することができる。これらのパラメータは、入力部６４によって制御部６３に入力することもできるし、検査部６２によるパラメータの変更指令として制御部６３に入力することもできる。このようなパラメータの変更の仕方は、このようなシステムに依存することなく、一部を作業者が行ってもよい。

実施例について説明する。実施例１として、前述の第４の実施形態で説明したように、横振動と揺動をピン配列用アレイ体に与え、ピンを穴に挿入させた。１６００個の穴に対して１５９７個のピンが挿入されたことが、第１の検出部のテストにより判明した。ほとんどの穴にピンが挿入されるまでの時間が３６秒かかった。なお、穴径は０．２７ｍｍ、深さ０．４ｍｍであった。

実施例２として、ピン配列用アレイ体に対して永久磁石を２ｍｍ〜１０ｍｍ程度で配置した。その際、磁力は４６００ガウスから４９００ガウスであった。磁界の向きはピン配列用アレイ体に対して垂直や傾斜するようにした。なお、穴数は１６００個であり、穴径は０．２７ｍｍ、深さ０．４ｍｍであった。結果として、ほとんどの穴にピンが挿入されるまでの時間が２０秒かかった。揺動及び振動の場合と比較して穴径の小さな穴に対してもピンを挿入できることを確認した。隙間（クリアランス）は０．０３ｍｍ〜０．０５ｍｍで可能となった。

実施例３として、実施例１と同一条件で、ピン配列用アレイ体に対して揺動及び振動を加え、さらに実施例２と同一の条件で、ピン配列用アレイ体に磁界を印加した。結果として、ほとんどの穴にピンが挿入されるまでの時間が１０秒かかった。実施例１及び２と比較してその時間が短くなった。これにより、磁界の影響が強く作用し揺動及び振動と磁界との重畳効果が得られることを確認した。

ピン配列用アレイ体と磁石との距離、磁石の強さ（磁界の強さ）は、ピンの線径、長さによって、設定される。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ：ピン配列装置
２：ピン配列用アレイ体
３：加振部
４：穴
５：ピン
６：磁性体
７：突起
８：ガイド
１０：収容部
１１：支持プレート
１２：ベース台
１４：支柱
２０：第１の機構
２１：軸
２２：揺動機構
２３：横揺れ機構
２４：縦揺れ機構
２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ：電極
３０：第２の機構
３１：プレート
４０：ピン配列用アレイ体
４１，４１ａ，４１ｂ：穴
４２：ハウジングケース
４３：保持部
４４：加振部
４５：吸引パイプ
５０：収容部
５１：磁性体用支持部
５２：支柱
５３：穴
６０：ピン配列システム
６１：撮像部
６２：検査部
６３：制御部
６３ａ：揺動制御部
６３ｂ：振動制御部
６３ｃ：磁界制御部
６４：入力部

Claims (12)

1. 複数の穴を有するピン配列用アレイ体が配置される収容部と、
   前記収容部に配置されたピン配列用アレイ体の穴にピンを挿入する機構と、
   を備え、
   前記機構が、前記収容部を振動する第１の機構、前記ピン配列用アレイ体に対して磁界を印加する第２の機構の双方を備え、
   前記第１の機構が、前記収容部を揺動する揺動機構、前記収容部を鉛直方向に又は水平方向に振動する振動機構の双方を備える、ピン配列装置。
2. さらに、前記収容部に配置された前記ピン配列用アレイ体の穴と連通して吸引する第３の機構を備える、請求項１に記載のピン配列装置。
3. 前記第２の機構が、永久磁石、電磁石、磁性体の何れか又は組み合わせを含んで構成される、請求項１に記載のピン配列装置。
4. さらに、前記収容部から前記ピン配列用アレイ体を取り出すための取出機構を備える、請求項１に記載のピン配列装置。
5. さらに、前記ピン配列用アレイ体の前記穴に対してピンが挿入されている割合を検査するための検査部を備える、請求項１に記載のピン配列装置。
6. 前記検査部が、
   ピンが穴に挿入されている前記ピン配列用アレイ体の表面を撮像する撮像部と、前記撮像部で撮像した画像データを処理して前記割合を算出する算出部とを有する第１の検査部、
   ピンが穴に挿入されている前記ピン配列用アレイ体に対して電気的な計測を行い、導電率、誘電率を含む電気的なパラメータから前記割合を算出する第２の検査部
   の何れか又は双方を備える、請求項５に記載のピン配列装置。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載のピン配列装置において使用されるピン配列用アレイ体であり、
   複数の穴が設けられており、
   前記穴のそれぞれが、配列すべきピンの直径及び長さに合わせたマイクロサイズの穴径及び長さを有する、ピン配列用アレイ体。
8. 前記穴のそれぞれが拡開している、請求項７に記載のピン配列用アレイ体。
9. さらに、隣接する前記穴同士に沿ったガイドを備える、請求項７に記載のピン配列用アレイ体。
10. 前記穴の深さが設けられている位置により異なる、請求項７に記載のピン配列用アレイ体。
11. 前記ピン配列用アレイ体が、複数の電子デバイスを搭載した基板の一部を構成する、請求項７に記載のピン配列用アレイ体。
12. マイクロサイズの径及び長さを有して磁界に反応する複数のピンを、各ピンの径及び長さに対応した径及び長さの穴を有するピン配列用アレイ体上に配置し、
    前記ピン配列用アレイ体への揺動及び鉛直方向又は水平方向の振動に加えて前記ピン配列用アレイ体に磁界を印加することにより、前記ピン配列用アレイ体の各穴にピンを挿入する、ピン配列方法。

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