JPWO2006103766A1

JPWO2006103766A1 - ボール捕捉装置、半田ボール配置装置、ボール捕捉方法、および半田ボール配置方法

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Publication number: JPWO2006103766A1
Application number: JP2007510291A
Authority: JP
Inventors: 昌直藤井; 岡田　徹; 徹岡田; 野田　豊; 豊野田; 良二松山; 秀彦小林; 田中　久雄; 久雄田中
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2008-09-04
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Abstract

本発明は、同一な大きさの複数のボールの中から１個のボールを捕捉するボール捕捉装置、およびその方法、並びに回路基板上の所定の位置に半田を含有した半田ボールを配置する半田ボール配置装置、及びその方法に関し、同一な大きさの複数のボールの中から１個のボールを確実に捕捉する。同一な大きさの複数のボールＢを収容する空間Ｓを密閉した収容壁１１１ａの上部にそのボールＢの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔１１１１が設けられた収容体１１１と、収容体１１１に収容されているボールＢを上方へ向けて吹き上げる吹上手段１１２と、吹上手段１１２によって吹き上げられ孔１１１１に到達したボールＢを捕捉する捕捉手段１２とを有する。

Description

本発明は、同一な大きさの複数のボールの中から１個のボールを捕捉するボール捕捉装置、およびその方法、並びに回路基板上の所定の位置に半田を含有した半田ボールを配置する半田ボール配置装置、及びその方法に関する。

同一な大きさの複数のボールの中から１個のボールを捕捉するということは、ボールが小さくなればなるほど困難になってくる。例えば、先端に電極が設けられたフレキシブルフラットケーブル（ＦＰＣ）の電極と回路基板のパッドとの間に、銅ボールの周面を半田で被覆した半田ボールを配置する場合などには、直径が０．１５ｍｍ〜０．２ｍｍ程度の半田ボールが用いられ、このような小径な半田ボールを多数ある中から１個だけ取り出すことは困難である。

そこで、回路基板の複数のパッドそれぞれの上に、マスクを利用するなどして一括して半田ボールを形成してしまう技術を用いることが考えられるが、試作時や修理時、あるいはマスクを置きにくい位置にパッドがある場合等には、マスクを利用して半田ボールを一括形成することができず、結局、多数の半田ボールの中から１個の半田ボールを取り出して、回路基板の複数のパッドの上に１個ずつ配置していくことになる。

ここで、多数の半田ボールを吹き上げて、吹き上がった半田ボールをエアー吸引することで捕捉する装置がいくつか提案されている（例えば特許文献１〜４等参照）。
特開平７−３０７３４０号公報特開２００１−４４６２４号公報特許第３４４０８３６号公報特開平９−１８１３０号公報

しかしながら、特許文献１〜４に記載された装置は、複数個の半田ボールを一括して捕捉することを前提にしており、さらに、半田ボール間に働く静電気やエアー吸引時のエアーのリークによって半田ボールを１個だけ捕捉することはできない。

本発明は、上記事情に鑑み、同一な大きさの複数のボールの中から１個のボールを確実に捕捉することができるボール捕捉装置、およびその方法、並びにそのボール捕捉装置を備え、回路基板上の所定の位置に半田を含有した半田ボールを配置する半田ボール配置装置、及びその方法を提供することを目的とする。

上記目的を解決する本発明のボール捕捉装置は、同一な大きさの複数のボールを収容する空間を密閉した収容壁の上部にそのボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔が設けられた収容体と、
上記収容体に収容されているボールを上方へ向けて吹き上げる吹上手段と、
上記吹上手段によって吹き上げられ上記孔に到達したボールを捕捉する捕捉手段とを有することを特徴とする。

上記目的を解決する本発明の半田ボール配置装置は、回路基板上の所定の位置に半田を含有した半田ボールを配置する半田ボール配置装置において、
同一な大きさの複数の上記半田ボールを収容する空間を密閉した収容壁の上部にその半田ボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔が設けられた収容体と、
上記収容体に収容されている半田ボールを上方へ向けて吹き上げる吹上手段と、
上記吹上手段によって吹き上げられ上記孔に到達した半田ボールを捕捉する捕捉手段と、
上記捕捉手段に捕捉された半田ボールの位置と、回路基板上の上記所定の位置とを位置合わせし、その半田ボールをその所定の位置に配置する配置機構とを有することを特徴とする。

本発明のこれらの装置によれば、例え静電気力によってボール若しくは半田ボール（以下、総称してボールと称する）どうしがくっついていたとしても、上記吹上手段による吹き上げでボールは１個１個に分散し、上記孔を通ることができるボールは１個だけであることから、同一な大きさの複数のボールの中から１個のボールを確実に捕捉することができる。

しかも、上記捕捉手段が、上記孔に到達したボールを吸引することによって捕捉するものである場合であっても、上記孔の大きさからして、２個のボールに同時に吸引作用が同じ程度に働くことはなく、１個のボールを確実に捕捉することができる。

さらに、上記捕捉手段が、吸引した空気が流れる流路と、その流路を流れる空気の流量を測定する流量計とを有するものであり、
上記ボール捕捉装置又は上記半田ボール配置装置が、上記流量計によって測定される流量の変化に応じて、上記捕捉手段がボールを捕捉したことを検知する検知部を備えたものであることが好ましい。

上記捕捉手段の吸引口の内径がある程度大きければ、上記流路内の圧力変化によって捕捉手段がボールを捕捉（吸引）したことを検知することができるが、ボールが小さくなればなるほど捕捉手段の吸引口の内径も小さくなり、この検知は困難になる。ところが、上記流路を流れる空気の流量変化に着目すれば、捕捉手段の吸引口の内径が小さくても、ボールを捕捉（吸引）したことを容易に検知することができる。

また、上記吹上手段は、上記収容体内に、丸い開口から流体を吹き出すものであってもよいが、スリット状の開口から流体を吹き出すものであることが好ましい。

上記吹上手段が丸い開口から流体を吹き出すものであると、流体の吹き出しを停止した際、その丸いの開口を中心にしてその開口を避けながら開口の周りを周回するようにボールが並んでしまい、流体を次回吹き出した際、ボールが上記孔に到達するまでに時間がかかってしまう恐れがある。一方、スリット状の開口であれば、流体の吹き出しを停止した際、スリット状の開口を塞ぐようにその開口の上にボールが存在し、流体を次回吹き出した際、ボールが上記孔に到達するまでの時間が短くなり、捕捉効率が向上する。

またさらに、上記吹上手段が、上記収容体内に流体を吹き出すものであって、その流体が流れる流路と、その流路の途中に設けられ、その流路内の圧力の一部を外部に逃がす圧抜き手段とを有するものであることも好ましい態様の一つである。

流体の吹き出しを停止している間に、何らかの拍子で上記流路内に意図しない圧力がかかり、上記収容体に収容されているボールが上方へ吹き上げられて上記孔から飛び出してしまうことが考えられるが、上記態様によれば、上記流路内に意図しない圧力がかかっても、上記圧抜き手段によってその意図しない圧力が逃がされる。

上記目的を解決する本発明の第１のボール捕捉方法は、同一な大きさの複数のボールを収容する空間を密閉した収容壁の上部に設けられた、そのボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔と、そのボールを捕捉する捕捉手段とを位置合わせする位置合わせステップと、
上記空間内に収容されているボールを上方へ向けて吹き上げ、吹き上げられて上記孔に到達したボールを上記捕捉手段によって捕捉する捕捉ステップと、
上記ボールの、上方への吹き上げを停止する停止ステップとを有することを特徴とする。

上記目的を解決する本発明の第１の半田ボール配置方法は、回路基板上の所定の位置に半田を含有した半田ボールを配置する半田ボール配置方法において、
同一な大きさの複数の上記半田ボールを収容する空間を密閉した収容壁の上部に設けられた、その半田ボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔と、その半田ボールを捕捉する捕捉手段とを位置合わせする位置合わせステップと、
上記空間内に収容されている半田ボールを上方へ向けて吹き上げ、吹き上げられて上記孔に到達した半田ボールを上記捕捉手段によって捕捉する捕捉ステップと、
上記半田ボールの、上方への吹き上げを停止する停止ステップと、
上記捕捉手段に捕捉された半田ボールを回路基板上の上記所定の位置へ配置する配置ステップとを有することを特徴とする。

本発明のこれら第１の方法によれば、例え静電気力によってボールどうしがくっついていたとしても、上記吹上手段による吹き上げでボールは１個１個に分散し、上記孔を通ることができるボールは１個だけであることから、同一な大きさの複数のボールの中から１個のボールを確実に捕捉することができる。

また、本発明のこれら第１の方法において、上記ボールの、上方への吹き上げを停止している間は、上記空間内に収容されているボールを下方へ引き寄せておくことが好ましい。

上記ボールの、上方への吹き上げを停止している間に、上記収容体に収容されているボールに上方へ吹き上げる意図しない力が何らかの拍子で作用したとしても、上記空間内に収容されているボールは下方へ引き寄せられているため、そのボールが上記孔から飛び出してしまうことが抑えられる。

また、上記捕捉ステップが、流体をスリット状の開口から上記空間内に吹き出すことで、その空間内に収容されているボールを上方へ向けて吹き上げるステップであることも好ましい。

こうすることで、ボールが上記孔に到達するまでの時間が短くなり、捕捉効率が向上する。

上記目的を解決する本発明の第２のボール捕捉方法は、同一な大きさの複数のボールを収容する空間を密閉した収容壁の上部に設けられた、そのボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔と、吸引することによってそのボールを捕捉する捕捉手段とを位置合わせする位置合わせステップと、
上記孔との位置合わせを行った上記捕捉手段の吸引動作を開始する吸引開始ステップと、
上記空間内に収容されているボールを上方へ向けて吹き上げ、吹き上げられて上記孔に到達したボールが上記捕捉手段によって吸引されそのボールを捕捉する捕捉ステップと、
上記ボールの、上方への吹き上げを停止する停止ステップとを有することを特徴とする。

上記目的を解決する本発明の第２の半田ボール配置方法は、回路基板上の所定の位置に半田を含有した半田ボールを配置する半田ボール配置方法において、
同一な大きさの複数の上記半田ボールを収容する空間を密閉した収容壁の上部に設けられた、その半田ボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔と、吸引することによってその半田ボールを捕捉する捕捉手段とを位置合わせする位置合わせステップと、
上記孔との位置合わせを行った上記捕捉手段の吸引動作を開始する吸引開始ステップと、
上記空間内に収容されている半田ボールを上方へ向けて吹き上げ、吹き上げられて上記孔に到達したボールが上記捕捉手段によって吸引されそのボールを捕捉する捕捉ステップと、
上記半田ボールの、上方への吹き上げを停止する停止ステップと、
上記捕捉手段に捕捉された半田ボールの位置と回路基板上の上記所定の位置との位置合わせを行った後、その捕捉手段の吸引動作を停止し、その捕捉手段に捕捉されていた半田ボールをその所定の位置へ配置する配置ステップとを有することを特徴とする。

本発明のこれら第２の方法によれば、上記孔の大きさからして、２個のボールに同時に上記捕捉手段の吸引作用が同じ程度に働くことはなく、１個のボールを確実に捕捉することができる。

また、上記停止ステップが、上記ボールの、上方への吹き上げを停止するとともに上記捕捉手段の吸引力よりも弱い吸引力でボールを下方へ引き寄せるステップであり、さらに、
本発明の第２の半田ボール配置方法においては、上記配置ステップが、上記停止ステップを実施した後に実施するステップであることが好ましい。

上記配置ステップの実施タイミングを上記停止ステップを実施した後にすることで、上記孔に到達したボールに、仮に静電気力によって他のボールが数珠繋ぎにくっついていたとしても、上記捕捉手段の吸引力よりも弱い吸引力の作用によって当該他のボールが上記孔に到達したボールから引き離され、同一な大きさの複数のボールの中から１個のボールをより確実に捕捉し、そのボールを回路基板上の所定の位置へ配置することができる。

また、上記停止ステップは、上記捕捉手段が吸引した空気が流れる流路における空気の流量が所定の流量を下回ったことを受けて、上記ボールの、上方への吹き上げを停止するステップであることも好ましい。

上記捕捉手段がボールを吸引すると、上記流路を流れる空気の流量が所定の流量を下回る。このため、上記停止ステップは、上記捕捉手段がボールを捕捉した後に実施され、同一な大きさの複数のボールの中から１個のボールをより確実に捕捉することができる。

本発明によれば、同一な大きさの複数のボールの中から１個のボールを確実に捕捉することができるボール捕捉装置、およびその方法、並びにそのボール捕捉装置を備え、回路基板上の所定の位置に半田を含有した半田ボールを配置する半田ボール配置装置、及びその方法を提供することができる。

本発明の半田ボール配置装置の一実施形態に相当する装置の概略構成を示す図である。図１に示す半田ボール配置装置で実施される半田ボール配置方法を表すフローチャートである。内径が異なる３種類のキャピラリを用いて実験したときの、吸引機構の配管を流れる空気の流量変化を示すグラフである。図１に示す収容体とその収容体周辺を示す図である。収容体の孔の位置と、吹き上げを開始してからキャピラリに半田ボールが吸引されるまでの時間との関係を示すグラフである。収容体の供給孔の大きさと、供給時間との関係を示すグラフである。底部に丸い開口が設けられた収容体の中の様子を示す図である。収容体の底部にスリット状の開口を設けた例を示す図である。図８に示す収容体の底部を上方から見た構造図である。底部にスリット状の開口が設けられた収容体の中の様子を示す図である。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の半田ボール配置装置の一実施形態に相当する装置の概略構成を示す図である。

図１に示す半田ボール配置装置１は、回路基板表面に設けられた複数のパッドの上に、１個ずつ半田ボールを配置する装置である。半田ボールは、直径０．１５ｍｍの微小ボールであって、銅ボールの周面を半田で被覆したものである。ここでは、図１の紙面に対して垂直方向な方向をＸ軸方向とし、左右方向をＹ軸方向とし、上下方向をＺ軸方向として説明する。半田ボール配置装置１は、基台２１、Ｘ軸方向位置決めステージ２２、Ｙ軸方向位置決めステージ２３、およびＺ軸方向位置決めステージ２４を有する。

また、図１に示す半田ボール配置装置１には、本発明のボール捕捉装置の一実施形態に相当する半田ボール捕捉装置１０が組み込まれている。この半田ボール捕捉装置１０は、ボール供給部１１と、ハンド部１２とを備えている。

ボール供給部１１は、同一な大きさの複数の半田ボールを収容する収容体１１１を有する。この収容体１１は、漏斗状の形状であって上部の開口は、０．１５ｍｍよりは大きく０．３０ｍｍよりは小さな供給孔１１１１が中央に設けられた板部材で塞がれている。すなわち、図１に示す収容体１１は、同一な大きさの複数のボールを収容する空間Ｓを密閉した収容壁の上部に、半田ボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな供給孔１１１１が設けられたものである。この収容体１１１は、半田ボール配置装置１の基台２１に固定されている。また、ボール供給部１１は、吹上機構１１２も有する。この吹上機構１１２は、ポンプ１１２１と、そのポンプ１１２１に一端が接続した配管１１２２とを有する。この配管１１２２の他端は、収容体１１１の底部に接続されており、配管１１２２には、ポンプ１１２１によって圧縮された空気や吸引された空気が流れる。配管１１２２に圧縮空気が流れると、収容体１１１の底部から上方へ向けて空気が吹き出す。さらに、吹上機構１１２はＴ分岐１１２３を有する。このＴ分岐１１２３は、配管１１２２の途中に設けられたものであり、ポンプ１１２１につながる流路から分岐して外部へつながり絞りとして作用する流路を有し、配管１１２２内の圧力の一部を外部へ逃がすものである。なお、この絞りとして作用する流路には逆止弁が設けられている。

ハンド部１２は、キャピラリ１２１と、吸引機構１２２を有する。キャピラリ１２１は、先端を収容体１１１の供給孔１１１１に向けた姿勢でＺ軸位置決めステージ２４に取り付けられている。このＺ軸位置決めステージ２４は、モータ２４１が回転することでＺ軸方向（図中の矢印Ｚ参照）、すなわち上下方向に移動するものである。この半田ボール配置装置１では、Ｘ軸方向に関しては、キャピラリ１２１の先端の位置と収容体１１１の供給孔１１１１の位置とが常時位置合わせされた状態にある。図１には、Ｚ軸位置決めステージ２４が上昇し、キャピラリ１２１の先端が、収容体１１１の供給孔１１１１から大きく離間した位置にある様子が示されているが、キャピラリ１２１の先端は、このＺ軸位置決めステージ２４が下降することで、収容体１１１の供給孔１１１１から、半田ボールの半径である０．０７５ｍｍ程度上方に離れた位置（以下、この位置を吸引位置と称する）にまで移動する。さらに、Ｚ軸位置決めステージ２４は、Ｙ軸位置決めステージ２２にＹ軸方向（図中の矢印Ｙ参照）に移動自在に取り付けられており、モータ２２１が回転することで、Ｙ軸位置決めステージ２２に沿って移動する。ハンド部１２を構成する吸引機構１２２は、ポンプ１２２１と、そのポンプ１２２１に一端が接続した配管１２２２とを有する。このポンプ１２２１が駆動すると、キャピラリ１２１の先端から空気が吸い込まれ吸引動作が行われる。配管１２２２の他端は、キャピラリ１２１の後端に接続されており、配管１２２２には、キャピラリ１２１の先端から吸い込まれた空気が流れる。また、吸引機構１２２は、流量計１２３も有する。流量計１２３は、配管１２２２を流れる空気の流量を測定するものである。

また、図１に示す半田ボール配置装置１には、収容体１１１からＹ軸方向に離れた位置にＸ軸位置決めステージ２１が設けられている。回路基板は、このＸ軸位置決めステージ２１の上に載置される。Ｘ軸位置決めステージ２１は、モータ２１１が回転することでＸ軸方向（紙面に対して垂直な方向）に移動するものである。

さらに、図１に示す半田ボール配置装置１は、制御部２５を備えている。この制御部２５は、半田ボール配置装置全体の制御を司るものであり、半田ボール捕捉装置の制御も司る。

図２は、図１に示す半田ボール配置装置で実施される半田ボール配置方法を表すフローチャートである。

準備として、図１に示す収容体１１１に、直径０．１５ｍｍの半田ボールを複数個収容する。ここでは、吹上機構１１２のポンプ１１２１に吸引動作を行わせ、収容体１１１の供給孔１１１１から空気を吸い込む状態にする。この状態で、この供給孔１１１１に半田ボールを１個ずつ置き、収容体１１１内に半田ボールを１個ずつ引き込ませる。また、図１に示すＸ軸位置決めステージ２１の上に、表面に複数のパッドが設けられた回路基板を載置しておく。

こうした準備が整った後に、半田ボール配置方法を実施する。まず、半田ボールが複数個収容された収容体１１１の供給孔１１１１とキャピラリ１２１の先端とを位置合わせする（ステップＳ１）。すなわち、Ｘ軸方向に関し、キャピラリ１２１の先端の位置と収容体１１１の供給孔１１１１の位置とが位置合わせされた状態で、Ｚ軸位置決めステージ２４をＹ軸方向に移動することによりＹ軸方向に関し、キャピラリ１２１の先端と収容体１１１の供給孔１１１１とを位置合わせし、次いで、Ｚ軸位置決めステージ２４をＺ軸方向に移動することによりキャピラリ１２１の先端を吸引位置へ移動する。なお、キャピラリ１２１の先端の位置を固定し、収容体１１１をＹ軸方向およびＺ軸方向に移動する構成にして、収容体１１１の供給孔１１１１とキャピラリ１２１の先端とを位置合わせしてもよい。

続いて、キャピラリ１２１の先端が吸引位置にある状態で、吸引機構１２２のポンプ１２２１を駆動し、キャピラリ１２１の先端から空気を吸い込む吸引動作を開始する（ステップＳ２）。

次に、吹上機構１１２のポンプ１１２１に圧縮動作を行わせ、配管１１２に圧縮空気を送り込む（ステップＳ３）。すると、収容体１１１の底部から上方へ向けて空気が吹き出し、収容体１１１に収容されている半田ボールがその空気によって上方へ向けて吹き上がり、吹き上げられて供給孔１１１１に到達した半田ボールがキャピラリ１２１の先端に吸引され半田ボールが捕捉される。すなわち、このステップＳ３では、収容体１１１に収容されている半田ボールを上方へ向けて吹き上げ、吹き上げられて供給孔１１１１に到達した半田ボールがキャピラリ１２１によって吸引され半田ボールを捕捉する。

次いで、吹上機構１１２のポンプ１１２１の圧縮動作を停止するとともに今度は、そのポンプ１１２１に吸引動作を行わせる（ステップＳ４）。吹上機構１１２のポンプ１１２１の吸引動作は、吸引機構１２２のポンプ１２２１による吸引力よりも弱い吸引力を発生する動作であり、吸引機構１２２のポンプ１２２１はステップＳ２から継続して吸引動作を行っている。このため、収容体１１１の底部から吹き出した空気によって吹き上げられていた半田ボールは、底部側に引き寄せられて落下するが、キャピラリ１２１の先端に吸引されている半田ボールは、吸引機構１２２におけるポンプ１２２１の吸引力によって、キャピラリ１２１の先端に吸引されたままになる。

続いて、キャピラリ１２１の先端に吸引されている半田ボールを、回路基板表面に設けられた所望のパッドに配置する（ステップＳ５）。すなわち、吸引機構１２２のポンプ１２２１を駆動したまま、Ｚ軸位置決めステージ２４を上昇させ、次いで、そのＺ軸位置決めステージ２４をＹ軸方向に移動し、まず、Ｙ軸方向に関し、Ｘ軸位置決めステージ２１の上に載置された回路基板表面の複数のパッドのうちの所望のパッドの位置と、キャピラリ１２１の先端に吸引されている半田ボールの位置との位置合わせを行う。続いて、Ｘ軸位置決めステージ２１をＸ軸方向（図１の紙面に対して垂直な方向）に移動し、Ｘ軸方向に関し、所望のパッドの位置と半田ボールの位置との位置合わせを行い、次に、Ｚ軸位置決めステージ２４を下降させ、キャピラリ１２１の先端に吸引されている半田ボールを、回路基板表面に設けられた所望のパッドの上に位置させる。最後に、吸引機構１２２におけるポンプ１２２１の駆動を停止し、キャピラリ１２１の先端に吸引されていた半田ボールを、回路基板表面に設けられた所望のパッドに配置する。

その後、Ｚ軸位置決めステージ２４を上昇させ、残りのパッドへの半田ボールの配置が必要であればステップＳ１へ戻り、不要であれば終了する（ステップＳ６）。

なお、ステップＳ４において実施した、吹上機構１１２におけるポンプ１１２１の吸引動作は、このフローチャートが終了するか、あるいはステップＳ１へ戻った場合には、ステップＳ３を開始するまで、継続して実施し、収容体１１１に収容されている半田ボールを下方へ引き寄せ続ける。このようにすることで、収容体１１１に収容されている半田ボールに上方へ吹き上げる意図しない力が何らかの拍子で作用したとしても、収容体１１１に収容されている半田ボールは下方へ引き寄せられているため、半田ボールが供給孔１１１１から飛び出してしまうことが抑えられる。また、図１に示すように、吹上機構１１２の配管１１２２の途中には、Ｔ分岐１１２３が設けられているため、何らかの拍子で配管１１２２内に意図しない圧縮空気が送り込まれても、Ｔ分岐１１２３の、外部へつながる絞りとして作用する流路を通って、その意図しない圧縮空気が外部へ逃がされ、この点からも半田ボールが供給孔１１１１から飛び出してしまうことが抑えられている。

次に、図１に示す流量計１２２３について詳述する。

キャピラリの内径がある程度大きければ、吸引機構１２２の配管１２２２内の圧力変化によってキャピラリ１２１が半田ボールを吸引したことを検知することができるが、半田ボールが小さくなればなるほどキャピラリ１２１の内径も小さくなり、この検知は困難になる。そこで、０．１５ｍｍという微小な半田ボールを取り扱う図１示す半田ボール配置装置１では、吸引機構１２２の配管１２２２を流れる空気の流量変化によってキャピラリ１２１が半田ボールを吸引したことを検知する。

図３は、内径が異なる３種類のキャピラリを用いて実験したときの、吸引機構の配管を流れる空気の流量変化を示すグラフである。

図３に示すグラフの横軸は、キャピラリの内径（μｍ）を示し、縦軸は、吸引機構の配管を流れる空気の流量（ｍｌ／ｍｉｎ）を示す。また、グラフ中の黒丸のプロットは、キャピラリが半田ボールを吸引していないときの結果を表し、白丸のプロットは、キャピラリが半田ボールを吸引しているときの結果を表す。

この実験で用いたキャピラリは、内径が５１μｍのものと、内径が６４μｍのものと、内径が８９μｍのものである。図３のグラフからわかるように、いずれのキャピラリを用いても、キャピラリが半田ボールを吸引すると、吸引していないときに比べて、吸引機構の配管を流れる空気の流量は低下する。すなわち、いずれの内径のキャピラリを用いても、キャピラリが半田ボールを吸引していないときには、吸引機構の配管を流れる空気の流量は１０ｍｌ／ｍｉｎよりも多いが、キャピラリが半田ボールを吸引しているときには、その流量は１０ｍｌ／ｍｉｎ未満になる。そこで、図１示す半田ボール配置装置１では、吸引機構１２２の流量計１２２３の測定値が１０ｍｌ／ｍｉｎを下回ると、流量計１２２３から図１に示す制御部２５へ信号が送られ、制御部２５は、その信号を受けて図２に示すステップＳ４を実行する。

なお、この図３に示すグラフの結果から、半田ボールを吸引したことを検知することができるキャピラリの内径の下限は、３０μｍ程度であることがわかる。

続いて、図１に示す収容体１１１、およびその収容体１１１の周辺について詳述する。

図４は、図１に示す収容体とその収容体周辺を示す図である。

この図４には、収容体１１１の底部から上方へ向けて空気が吹き出し、収容体１１１に収容されている半田ボールＢがその空気によって上方へ向けて吹き上がり、吹き上げられて供給孔１１１１に到達した半田ボールＢがキャピラリ１２１の先端に吸引される様子が示されている。

収容体１１１の底部には、吹上機構の配管１１２２が接続した丸い開口１１１２が設けられており、配管１１２２を通ってきた圧縮空気はこの丸い開口１１１２から、収容体１１１の内部へ吹き出す。この丸い開口１１１２の直径は０．０８ｍｍであり、配管１１２２の、丸い開口１１１２につながる部分の直径は０．１６ｍｍである。

この図４には、Ｘ軸方向（図４の紙面に対して垂直な方向）およびＹ軸方向（左右方向）の２つの方向に関し、丸い開口１１１２の位置と、収容体１１１の供給孔１１１１の位置は一致している。

ここで、収容体１１１の供給孔１１１１の位置をＹ軸方向に変えてみた実験の結果について説明する。ここでの実験では、底部に丸い開口（直径０．０８ｍｍ）が設けられた収容体に、直径０．１５ｍｍの半田ボールを複数収容し、空気の吹出圧を６ｋＰａに設定して、同条件で１０回ずつ時間計測を行った。

図５は、収容体の孔の位置と、吹き上げを開始してからキャピラリに半田ボールが吸引されるまでの時間との関係を示すグラフである。

図５に示すグラフの横軸は、収容体１１１の供給孔１１１１の位置が丸い開口１１１２の位置からＹ軸方向にどれだけ（単位：ｍｍ）ずれているか示し、縦軸は、吹き上げを開始してからキャピラリ１２１に半田ボールＢが吸引されるまでの時間（秒）（以下、供給時間と称する）を示す。なお、キャピラリ１２１に半田ボールＢが吸引されたことは、吸引機構１２２の配管１２２２に流れる空気の流量変化を利用して検知した（以下、同じ。）。また、図５に示す四角のプロットは１０回の時間計測のうちの最長の供給時間を表し、三角のプロットは１０回の時間計測のうちの最短の供給時間を表し、丸のプロットは１０回の時間計測の平均の供給時間を表す。各プロットの横に記された数字は供給時間を表すものである。図５のグラフからわかるように、収容体１１１の供給孔１１１１の位置が丸い開口１１１２の位置から遠ざかるほど、供給時間が長くなる傾向にあることがわかる。供給時間が長くなると、捕捉効率が低下し好ましくない。このため、Ｙ軸方向に関し、収容体１１１の供給孔１１１１の位置は開口１１１２の位置になるべく一致していることが好ましい。

また、収容体１１１の供給孔１１１１の大きさを変えてみた実験の結果についても説明する。ここでの実験でも、底部に丸い開口（直径０．０８ｍｍ）が設けられた収容体に、直径０．１５ｍｍの半田ボールを複数収容し、空気の吹出圧を６ｋＰａに設定して、同条件で１０回ずつ時間計測を行った。

図６は、収容体の供給孔の大きさと、供給時間との関係を示すグラフである。

図６に示すグラフの横軸は、収容体１１１の供給孔１１１１の大きさ（ｍｍ）を示し、縦軸は供給時間（秒）を示す。また、図６に示す四角のプロットは１０回の時間計測のうちの最長の供給時間を表し、三角のプロットは１０回の時間計測のうちの最短の供給時間を表し、丸のプロットは１０回の時間計測の平均の供給時間を表す。各プロットの横に記された数字は供給時間を表すものである。図６のグラフからわかるように、収容体１１１の供給孔１１１１の大きさをあまり大きくしてしまうと、供給時間が長くなってしまうことがわかる。結論的には、底部に丸い開口１１１２が設けられた収容体１１１の供給孔１１１１の大きさは、収容する半田ボールの直径に対して１２０％以上１４０以下の大きさであることが好ましい。

図７は、底部に丸い開口が設けられた収容体の中の様子を示す図である。

この図７には、底部に設けた丸い開口１１１２から空気を吹き出し、半田ボールＢを吹き上げた後、その丸い開口１１１２からの空気の吹き出しを停止した際の様子が示されている。この図６では、半田ボールＢは、丸い開口１１１２を中心にしてその丸い開口１１１２を避けながら収容体１１１の周壁１１１ａに沿って丸い開口１１１２の周りを周回するように並んでいる。図７に示すように半田ボールＢが並んでしまうと、丸い開口１１１２から空気を次回吹き出した際、最初は空気が半田ボールＢに直接当たらず、半田ボールＢが上方の供給孔１１１１（図４参照）に到達するまでに時間がかかってしまい、供給時間が長くなってしまう傾向にある。

図８は、収容体の底部にスリット状の開口を設けた例を示す図であり、図９は、図８に示す収容体の底部を上方から見た構造図である。

以下の説明では、これまで説明した構成部材の名称と同じ名称の構成部材についてはこれまで用いた符号と同じ符号を付して説明する。

収容体１１１と吹上機構の配管１１２２とは、薄い板部材１１３を介して接続している。図９に示すように、収容体１１１の、円形状の底部１１１３には、長さ０．６ｍｍ，幅０．０６ｍｍのスリット状の開口１１１４が設けられており、薄い板部材１１３には、収容体１１１のスリット状の開口１１１４よりも長く幅が若干広いスリット１１３１が設けられている。収容体１１１のスリット状の開口１１１４と薄い板部材１１３のスリット１１３１とは幅方向に位置合わせされており、収容体１１１の内部には、このスリット状の開口１１１４から空気が吹き出される。なお、この図８および図９に示すスリット状の開口１１１４は、Ｘ軸方向に延びたものである。

ここで、図８および図９に示すスリット状の開口１１１４が設けられた収容体１１１について、底部に丸い開口が設けられた収容体と同じように、収容体１１１の供給孔１１１１の位置をＹ軸方向に変えてみた実験と、収容体１１１の供給孔１１１１の大きさを変えてみた実験それぞれを行ったので、それらの結果について説明する。これらの実験では、収容体の底部に設けられた開口の形状の違いを除いて、丸い開口が設けられた収容体のときの実験と同様にして行った。Ｘ軸方向に延びたスリット状の開口１１１４が設けられた収容体１１１では、収容体１１１の供給孔１１１１の位置をスリット状の開口１１１４の位置からＹ軸方向に２．０ｍｍずらしても、供給時間は、Ｙ軸方向に関し両者の位置を一致させたときの供給時間と変わらず、０．３秒であった。また、スリット状の開口１１１４が設けられた収容体１１１では、収容体１１１の供給孔１１１１の大きさを０．２２６ｍｍに変えても、供給時間は、供給孔１１１１の大きさが０．１７９ｍｍのときの供給時間と変わらず、０．３秒であった。ただし、収容体１１１の供給孔１１１１の大きさが０．２２６ｍｍであると、半田ボールがキャピラリ１２１の先端にずれたかたちで吸引されていることが確認された。したがって、スリット状の開口１１１４が設けられた収容体１１１でも、供給孔１１１１の大きさは、収容する半田ボールの直径に対して１２０％以上１４０以下の大きさであることが好ましい。

図１０は、底部にスリット状の開口が設けられた収容体の中の様子を示す図である。

この図１０には、底部に設けたスリット状の開口１１１４から空気を吹き出し、半田ボールＢを吹き上げた後、そのスリット状の開口１１１４からの空気の吹き出しを停止した際の様子が示されている。この図１０では、スリット状の開口１１１４を塞ぐようにそのスリット状の開口１１１４の上に半田ボールＢが存在し、スリット状の開口１１１４から空気を次回吹き出した際、スリット状の開口１１１４の上にある半田ボールＢに空気が直接当たり、半田ボールＢは上方の供給孔１１１１（図４参照）に短時間のうちに到達し、捕捉効率が向上する。

以上説明したように、本実施形態の半田ボール配置装置１に組み込まれた半田ボール捕捉装置１０は、構造が簡単であり、設備コストをさほどかけずに、同一な大きさの複数の半田ボールの中から１個の半田ボールを確実に捕捉することができる。

なお、ここでは、直径０．１５ｍｍの半田ボールを対象にした例を用いて説明したが、本発明は、半田ボールに限らず、様々なボールを対象にすることができ、またボールの大きさも特に限定されるものではない。ただし、ボールが小さくなればなるほど、本発明の効果が顕著になる。

【書類名】明細書
【発明の名称】ボール捕捉装置、半田ボール配置装置、ボール捕捉方法、および半田ボール配置方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一な大きさの複数のボールを収容する空間を密閉した収容壁の上部に該ボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔が設けられた収容体と、
前記収容体に収容されているボールを上方へ向けて吹き上げる吹上手段と、
前記吹上手段によって吹き上げられ前記孔に到達したボールを捕捉する捕捉手段とを有することを特徴とするボール捕捉装置。
【請求項２】
前記吹上手段が、前記収容体内に、スリット状の開口から流体を吹き出すものであることを特徴とする請求項１記載のボール捕捉装置。
【請求項３】
前記吹上手段が、前記収容体内に流体を吹き出すものであって、該流体が流れる流路と、該流路の途中に設けられ、該流路内の圧力の一部を外部に逃がす圧抜き手段とを有するものであることを特徴とする請求項１記載のボール捕捉装置。
【請求項４】
前記捕捉手段が、前記孔に到達したボールを吸引することによって捕捉するものであることを特徴とする請求項１記載のボール捕捉装置。
【請求項５】
前記捕捉手段が、吸引した空気が流れる流路と、該流路を流れる空気の流量を測定する流量計とを有するものであり、
このボール捕捉装置が、前記流量計によって測定される流量の変化に応じて、前記捕捉手段がボールを捕捉したことを検知する検知部を備えたものであることを特徴とする請求項４記載のボール捕捉装置。
【請求項６】
回路基板上の所定の位置に半田を含有した半田ボールを配置する半田ボール配置装置において、
同一な大きさの複数の前記半田ボールを収容する空間を密閉した収容壁の上部に該半田ボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔が設けられた収容体と、
前記収容体に収容されている半田ボールを上方へ向けて吹き上げる吹上手段と、
前記吹上手段によって吹き上げられ前記孔に到達した半田ボールを捕捉する捕捉手段と、
前記捕捉手段に捕捉された半田ボールの位置と、回路基板上の前記所定の位置とを位置合わせし、該半田ボールを該所定の位置に配置する配置機構とを有することを特徴とする半田ボール配置装置。
【請求項７】
同一な大きさの複数のボールを収容する空間を密閉した収容壁の上部に設けられた、該ボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔と、該ボールを捕捉する捕捉手段とを位置合わせする位置合わせステップと、
前記空間内に収容されているボールを上方へ向けて吹き上げ、吹き上げられて前記孔に到達したボールを前記捕捉手段によって捕捉する捕捉ステップと、
前記ボールの、上方への吹き上げを停止する停止ステップとを有することを特徴とするボール捕捉方法。
【請求項８】
同一な大きさの複数のボールを収容する空間を密閉した収容壁の上部に設けられた、該ボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔と、吸引することによって該ボールを捕捉する捕捉手段とを位置合わせする位置合わせステップと、
前記孔との位置合わせを行った前記捕捉手段の吸引動作を開始する吸引開始ステップと、
前記空間内に収容されているボールを上方へ向けて吹き上げ、吹き上げられて前記孔に到達したボールが前記捕捉手段によって吸引され該ボールを捕捉する捕捉ステップと、
前記ボールの、上方への吹き上げを停止する停止ステップとを有することを特徴とするボール捕捉方法。
【請求項９】
回路基板上の所定の位置に半田を含有した半田ボールを配置する半田ボール配置方法において、
同一な大きさの複数の前記半田ボールを収容する空間を密閉した収容壁の上部に設けられた、該半田ボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔と、該半田ボールを捕捉する捕捉手段とを位置合わせする位置合わせステップと、
前記空間内に収容されている半田ボールを上方へ向けて吹き上げ、吹き上げられて前記孔に到達した半田ボールを前記捕捉手段によって捕捉する捕捉ステップと、
前記半田ボールの、上方への吹き上げを停止する停止ステップと、
前記捕捉手段に捕捉された半田ボールを回路基板上の前記所定の位置へ配置する配置ステップとを有することを特徴とする半田ボール配置方法。
【請求項１０】
回路基板上の所定の位置に半田を含有した半田ボールを配置する半田ボール配置方法において、
同一な大きさの複数の前記半田ボールを収容する空間を密閉した収容壁の上部に設けられた、該半田ボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔と、吸引することによって該半田ボールを捕捉する捕捉手段とを位置合わせする位置合わせステップと、
前記孔との位置合わせを行った前記捕捉手段の吸引動作を開始する吸引開始ステップと、
前記空間内に収容されている半田ボールを上方へ向けて吹き上げ、吹き上げられて前記孔に到達した半田ボールが前記捕捉手段によって吸引され該半田ボールを捕捉する捕捉ステップと、
前記半田ボールの、上方への吹き上げを停止する停止ステップと、
前記捕捉手段に捕捉された半田ボールの位置と回路基板上の前記所定の位置との位置合わせを行った後、該捕捉手段の吸引動作を停止し、該捕捉手段に捕捉されていた半田ボールを該所定の位置へ配置する配置ステップとを有することを特徴とする半田ボール配置方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、同一な大きさの複数のボールの中から１個のボールを捕捉するボール捕捉装置、およびその方法、並びに回路基板上の所定の位置に半田を含有した半田ボールを配置する半田ボール配置装置、及びその方法に関する。
背景技術
同一な大きさの複数のボールの中から１個のボールを捕捉するということは、ボールが小さくなればなるほど困難になってくる。例えば、先端に電極が設けられたフレキシブルフラットケーブル（ＦＰＣ）の電極と回路基板のパッドとの間に、銅ボールの周面を半田で被覆した半田ボールを配置する場合などには、直径が０．１５ｍｍ〜０．２ｍｍ程度の半田ボールが用いられ、このような小径な半田ボールを多数ある中から１個だけ取り出すことは困難である。
そこで、回路基板の複数のパッドそれぞれの上に、マスクを利用するなどして一括して半田ボールを形成してしまう技術を用いることが考えられるが、試作時や修理時、あるいはマスクを置きにくい位置にパッドがある場合等には、マスクを利用して半田ボールを一括形成することができず、結局、多数の半田ボールの中から１個の半田ボールを取り出して、回路基板の複数のパッドの上に１個ずつ配置していくことになる。
ここで、多数の半田ボールを吹き上げて、吹き上がった半田ボールをエアー吸引することで捕捉する装置がいくつか提案されている（例えば特許文献１〜４等参照）。
［特許文献１］特開平７−３０７３４０号公報
［特許文献２］特開２００１−４４６２４号公報
［特許文献３］特許第３４４０８３６号公報
［特許文献４］特開平９−１８１３０号公報
発明の開示
発明が解決しようとする課題
しかしながら、特許文献１〜４に記載された装置は、複数個の半田ボールを一括して捕捉することを前提にしており、さらに、半田ボール間に働く静電気やエアー吸引時のエアーのリークによって半田ボールを１個だけ捕捉することはできない。
本発明は、上記事情に鑑み、同一な大きさの複数のボールの中から１個のボールを確実に捕捉することができるボール捕捉装置、およびその方法、並びにそのボール捕捉装置を備え、回路基板上の所定の位置に半田を含有した半田ボールを配置する半田ボール配置装置、及びその方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
上記目的を解決する本発明のボール捕捉装置は、同一な大きさの複数のボールを収容する空間を密閉した収容壁の上部にそのボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔が設けられた収容体と、
上記収容体に収容されているボールを上方へ向けて吹き上げる吹上手段と、
上記吹上手段によって吹き上げられ上記孔に到達したボールを捕捉する捕捉手段とを有することを特徴とする。
上記目的を解決する本発明の半田ボール配置装置は、回路基板上の所定の位置に半田を含有した半田ボールを配置する半田ボール配置装置において、
同一な大きさの複数の上記半田ボールを収容する空間を密閉した収容壁の上部にその半田ボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔が設けられた収容体と、
上記収容体に収容されている半田ボールを上方へ向けて吹き上げる吹上手段と、
上記吹上手段によって吹き上げられ上記孔に到達した半田ボールを捕捉する捕捉手段と、
上記捕捉手段に捕捉された半田ボールの位置と、回路基板上の上記所定の位置とを位置合わせし、その半田ボールをその所定の位置に配置する配置機構とを有することを特徴とする。
本発明のこれらの装置によれば、例え静電気力によってボール若しくは半田ボール（以下、総称してボールと称する）どうしがくっついていたとしても、上記吹上手段による吹き上げでボールは１個１個に分散し、上記孔を通ることができるボールは１個だけであることから、同一な大きさの複数のボールの中から１個のボールを確実に捕捉することができる。
しかも、上記捕捉手段が、上記孔に到達したボールを吸引することによって捕捉するものである場合であっても、上記孔の大きさからして、２個のボールに同時に吸引作用が同じ程度に働くことはなく、１個のボールを確実に捕捉することができる。
さらに、上記捕捉手段が、吸引した空気が流れる流路と、その流路を流れる空気の流量を測定する流量計とを有するものであり、
上記ボール捕捉装置又は上記半田ボール配置装置が、上記流量計によって測定される流量の変化に応じて、上記捕捉手段がボールを捕捉したことを検知する検知部を備えたものであることが好ましい。
上記捕捉手段の吸引口の内径がある程度大きければ、上記流路内の圧力変化によって捕捉手段がボールを捕捉（吸引）したことを検知することができるが、ボールが小さくなればなるほど捕捉手段の吸引口の内径も小さくなり、この検知は困難になる。ところが、上記流路を流れる空気の流量変化に着目すれば、捕捉手段の吸引口の内径が小さくても、ボールを捕捉（吸引）したことを容易に検知することができる。
また、上記吹上手段は、上記収容体内に、丸い開口から流体を吹き出すものであってもよいが、スリット状の開口から流体を吹き出すものであることが好ましい。
上記吹上手段が丸い開口から流体を吹き出すものであると、流体の吹き出しを停止した際、その丸いの開口を中心にしてその開口を避けながら開口の周りを周回するようにボールが並んでしまい、流体を次回吹き出した際、ボールが上記孔に到達するまでに時間がかかってしまう恐れがある。一方、スリット状の開口であれば、流体の吹き出しを停止した際、スリット状の開口を塞ぐようにその開口の上にボールが存在し、流体を次回吹き出した際、ボールが上記孔に到達するまでの時間が短くなり、捕捉効率が向上する。
またさらに、上記吹上手段が、上記収容体内に流体を吹き出すものであって、その流体が流れる流路と、その流路の途中に設けられ、その流路内の圧力の一部を外部に逃がす圧抜き手段とを有するものであることも好ましい態様の一つである。
流体の吹き出しを停止している間に、何らかの拍子で上記流路内に意図しない圧力がかかり、上記収容体に収容されているボールが上方へ吹き上げられて上記孔から飛び出してしまうことが考えられるが、上記態様によれば、上記流路内に意図しない圧力がかかっても、上記圧抜き手段によってその意図しない圧力が逃がされる。
上記目的を解決する本発明の第１のボール捕捉方法は、同一な大きさの複数のボールを収容する空間を密閉した収容壁の上部に設けられた、そのボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔と、そのボールを捕捉する捕捉手段とを位置合わせする位置合わせステップと、
上記空間内に収容されているボールを上方へ向けて吹き上げ、吹き上げられて上記孔に到達したボールを上記捕捉手段によって捕捉する捕捉ステップと、
上記ボールの、上方への吹き上げを停止する停止ステップとを有することを特徴とする。
上記目的を解決する本発明の第１の半田ボール配置方法は、回路基板上の所定の位置に半田を含有した半田ボールを配置する半田ボール配置方法において、
同一な大きさの複数の上記半田ボールを収容する空間を密閉した収容壁の上部に設けられた、その半田ボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔と、その半田ボールを捕捉する捕捉手段とを位置合わせする位置合わせステップと、
上記空間内に収容されている半田ボールを上方へ向けて吹き上げ、吹き上げられて上記孔に到達した半田ボールを上記捕捉手段によって捕捉する捕捉ステップと、
上記半田ボールの、上方への吹き上げを停止する停止ステップと、
上記捕捉手段に捕捉された半田ボールを回路基板上の上記所定の位置へ配置する配置ステップとを有することを特徴とする。
本発明のこれら第１の方法によれば、例え静電気力によってボールどうしがくっついていたとしても、上記吹上手段による吹き上げでボールは１個１個に分散し、上記孔を通ることができるボールは１個だけであることから、同一な大きさの複数のボールの中から１個のボールを確実に捕捉することができる。
また、本発明のこれら第１の方法において、上記ボールの、上方への吹き上げを停止している間は、上記空間内に収容されているボールを下方へ引き寄せておくことが好ましい。
上記ボールの、上方への吹き上げを停止している間に、上記収容体に収容されているボールに上方へ吹き上げる意図しない力が何らかの拍子で作用したとしても、上記空間内に収容されているボールは下方へ引き寄せられているため、そのボールが上記孔から飛び出してしまうことが抑えられる。
また、上記捕捉ステップが、流体をスリット状の開口から上記空間内に吹き出すことで、その空間内に収容されているボールを上方へ向けて吹き上げるステップであることも好ましい。
こうすることで、ボールが上記孔に到達するまでの時間が短くなり、捕捉効率が向上する。
上記目的を解決する本発明の第２のボール捕捉方法は、同一な大きさの複数のボールを収容する空間を密閉した収容壁の上部に設けられた、そのボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔と、吸引することによってそのボールを捕捉する捕捉手段とを位置合わせする位置合わせステップと、
上記孔との位置合わせを行った上記捕捉手段の吸引動作を開始する吸引開始ステップと、
上記空間内に収容されているボールを上方へ向けて吹き上げ、吹き上げられて上記孔に到達したボールが上記捕捉手段によって吸引されそのボールを捕捉する捕捉ステップと、
上記ボールの、上方への吹き上げを停止する停止ステップとを有することを特徴とする。
上記目的を解決する本発明の第２の半田ボール配置方法は、回路基板上の所定の位置に半田を含有した半田ボールを配置する半田ボール配置方法において、
同一な大きさの複数の上記半田ボールを収容する空間を密閉した収容壁の上部に設けられた、その半田ボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔と、吸引することによってその半田ボールを捕捉する捕捉手段とを位置合わせする位置合わせステップと、
上記孔との位置合わせを行った上記捕捉手段の吸引動作を開始する吸引開始ステップと、
上記空間内に収容されている半田ボールを上方へ向けて吹き上げ、吹き上げられて上記孔に到達したボールが上記捕捉手段によって吸引されそのボールを捕捉する捕捉ステップと、
上記半田ボールの、上方への吹き上げを停止する停止ステップと、
上記捕捉手段に捕捉された半田ボールの位置と回路基板上の上記所定の位置との位置合わせを行った後、その捕捉手段の吸引動作を停止し、その捕捉手段に捕捉されていた半田ボールをその所定の位置へ配置する配置ステップとを有することを特徴とする。
本発明のこれら第２の方法によれば、上記孔の大きさからして、２個のボールに同時に上記捕捉手段の吸引作用が同じ程度に働くことはなく、１個のボールを確実に捕捉することができる。
また、上記停止ステップが、上記ボールの、上方への吹き上げを停止するとともに上記捕捉手段の吸引力よりも弱い吸引力でボールを下方へ引き寄せるステップであり、さらに、
本発明の第２の半田ボール配置方法においては、上記配置ステップが、上記停止ステップを実施した後に実施するステップであることが好ましい。
上記配置ステップの実施タイミングを上記停止ステップを実施した後にすることで、上記孔に到達したボールに、仮に静電気力によって他のボールが数珠繋ぎにくっついていたとしても、上記捕捉手段の吸引力よりも弱い吸引力の作用によって当該他のボールが上記孔に到達したボールから引き離され、同一な大きさの複数のボールの中から１個のボールをより確実に捕捉し、そのボールを回路基板上の所定の位置へ配置することができる。
また、上記停止ステップは、上記捕捉手段が吸引した空気が流れる流路における空気の流量が所定の流量を下回ったことを受けて、上記ボールの、上方への吹き上げを停止するステップであることも好ましい。
上記捕捉手段がボールを吸引すると、上記流路を流れる空気の流量が所定の流量を下回る。このため、上記停止ステップは、上記捕捉手段がボールを捕捉した後に実施され、同一な大きさの複数のボールの中から１個のボールをより確実に捕捉することができる。
発明の効果
本発明によれば、同一な大きさの複数のボールの中から１個のボールを確実に捕捉することができるボール捕捉装置、およびその方法、並びにそのボール捕捉装置を備え、回路基板上の所定の位置に半田を含有した半田ボールを配置する半田ボール配置装置、及びその方法を提供することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の半田ボール配置装置の一実施形態に相当する装置の概略構成を示す図である。
図１に示す半田ボール配置装置１は、回路基板表面に設けられた複数のパッドの上に、１個ずつ半田ボールを配置する装置である。半田ボールは、直径０．１５ｍｍの微小ボールであって、銅ボールの周面を半田で被覆したものである。ここでは、図１の紙面に対して垂直方向な方向をＸ軸方向とし、左右方向をＹ軸方向とし、上下方向をＺ軸方向として説明する。半田ボール配置装置１は、基台２０、Ｘ軸方向位置決めステージ２１、Ｙ軸方向位置決めステージ２２、およびＺ軸方向位置決めステージ２４を有する。
また、図１に示す半田ボール配置装置１には、本発明のボール捕捉装置の一実施形態に相当する半田ボール捕捉装置１０が組み込まれている。この半田ボール捕捉装置１０は、ボール供給部１１と、ハンド部１２とを備えている。
ボール供給部１１は、同一な大きさの複数の半田ボールを収容する収容体１１１を有する。この収容体１１１は、漏斗状の形状であって上部の開口は、０．１５ｍｍよりは大きく０．３０ｍｍよりは小さな供給孔１１１１が中央に設けられた板部材で塞がれている。すなわち、図１に示す収容体１１１は、同一な大きさの複数のボールを収容する空間Ｓを密閉した収容壁の上部に、半田ボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな供給孔１１１１が設けられたものである。この収容体１１１は、半田ボール配置装置１の基台２０に固定されている。また、ボール供給部１１は、吹上機構１１２も有する。この吹上機構１１２は、ポンプ１１２１と、そのポンプ１１２１に一端が接続した配管１１２２とを有する。この配管１１２２の他端は、収容体１１１の底部に接続されており、配管１１２２には、ポンプ１１２１によって圧縮された空気や吸引された空気が流れる。配管１１２２に圧縮空気が流れると、収容体１１１の底部から上方へ向けて空気が吹き出す。さらに、吹上機構１１２はＴ分岐１１２３を有する。このＴ分岐１１２３は、配管１１２２の途中に設けられたものであり、ポンプ１１２１につながる流路から分岐して外部へつながり絞りとして作用する流路を有し、配管１１２２内の圧力の一部を外部へ逃がすものである。なお、この絞りとして作用する流路には逆止弁が設けられている。
ハンド部１２は、キャピラリ１２１と、吸引機構１２２を有する。キャピラリ１２１は、先端を収容体１１１の供給孔１１１１に向けた姿勢でＺ軸位置決めステージ２４に取り付けられている。このＺ軸位置決めステージ２４は、モータ２４１が回転することでＺ軸方向（図中の矢印Ｚ参照）、すなわち上下方向に移動するものである。この半田ボール配置装置１では、Ｘ軸方向に関しては、キャピラリ１２１の先端の位置と収容体１１１の供給孔１１１１の位置とが常時位置合わせされた状態にある。図１には、Ｚ軸位置決めステージ２４が上昇し、キャピラリ１２１の先端が、収容体１１１の供給孔１１１１から大きく離間した位置にある様子が示されているが、キャピラリ１２１の先端は、このＺ軸位置決めステージ２４が下降することで、収容体１１１の供給孔１１１１から、半田ボールの半径である０．０７５ｍｍ程度上方に離れた位置（以下、この位置を吸引位置と称する）にまで移動する。さらに、Ｚ軸位置決めステージ２４は、Ｙ軸位置決めステージ２２にＹ軸方向（図中の矢印Ｙ参照）に移動自在に取り付けられており、モータ２２１が回転することで、Ｙ軸位置決めステージ２２に沿って移動する。ハンド部１２を構成する吸引機構１２２は、ポンプ１２２１と、そのポンプ１２２１に一端が接続した配管１２２２とを有する。このポンプ１２２１が駆動すると、キャピラリ１２１の先端から空気が吸い込まれ吸引動作が行われる。配管１２２２の他端は、キャピラリ１２１の後端に接続されており、配管１２２２には、キャピラリ１２１の先端から吸い込まれた空気が流れる。また、吸引機構１２２は、流量計１２３も有する。流量計１２３は、配管１２２２を流れる空気の流量を測定するものである。
また、図１に示す半田ボール配置装置１には、収容体１１１からＹ軸方向に離れた位置にＸ軸位置決めステージ２１が設けられている。回路基板は、このＸ軸位置決めステージ２１の上に載置される。Ｘ軸位置決めステージ２１は、モータ２１１が回転することでＸ軸方向（紙面に対して垂直な方向）に移動するものである。
さらに、図１に示す半田ボール配置装置１は、制御部２５を備えている。この制御部２５は、半田ボール配置装置全体の制御を司るものであり、半田ボール捕捉装置の制御も司る。
図２は、図１に示す半田ボール配置装置で実施される半田ボール配置方法を表すフローチャートである。
準備として、図１に示す収容体１１１に、直径０．１５ｍｍの半田ボールを複数個収容する。ここでは、吹上機構１１２のポンプ１１２１に吸引動作を行わせ、収容体１１１の供給孔１１１１から空気を吸い込む状態にする。この状態で、この供給孔１１１１に半田ボールを１個ずつ置き、収容体１１１内に半田ボールを１個ずつ引き込ませる。また、図１に示すＸ軸位置決めステージ２１の上に、表面に複数のパッドが設けられた回路基板を載置しておく。
こうした準備が整った後に、半田ボール配置方法を実施する。まず、半田ボールが複数個収容された収容体１１１の供給孔１１１１とキャピラリ１２１の先端とを位置合わせする（ステップＳ１）。すなわち、Ｘ軸方向に関し、キャピラリ１２１の先端の位置と収容体１１１の供給孔１１１１の位置とが位置合わせされた状態で、Ｚ軸位置決めステージ２４をＹ軸方向に移動することによりＹ軸方向に関し、キャピラリ１２１の先端と収容体１１１の供給孔１１１１とを位置合わせし、次いで、Ｚ軸位置決めステージ２４をＺ軸方向に移動することによりキャピラリ１２１の先端を吸引位置へ移動する。なお、キャピラリ１２１の先端の位置を固定し、収容体１１１をＹ軸方向およびＺ軸方向に移動する構成にして、収容体１１１の供給孔１１１１とキャピラリ１２１の先端とを位置合わせしてもよい。
続いて、キャピラリ１２１の先端が吸引位置にある状態で、吸引機構１２２のポンプ１２２１を駆動し、キャピラリ１２１の先端から空気を吸い込む吸引動作を開始する（ステップＳ２）。
次に、吹上機構１１２のポンプ１１２１に圧縮動作を行わせ、配管１１２に圧縮空気を送り込む（ステップＳ３）。すると、収容体１１１の底部から上方へ向けて空気が吹き出し、収容体１１１に収容されている半田ボールがその空気によって上方へ向けて吹き上がり、吹き上げられて供給孔１１１１に到達した半田ボールがキャピラリ１２１の先端に吸引され半田ボールが捕捉される。すなわち、このステップＳ３では、収容体１１１に収容されている半田ボールを上方へ向けて吹き上げ、吹き上げられて供給孔１１１１に到達した半田ボールがキャピラリ１２１によって吸引され半田ボールを捕捉する。
次いで、吹上機構１１２のポンプ１１２１の圧縮動作を停止するとともに今度は、そのポンプ１１２１に吸引動作を行わせる（ステップＳ４）。吹上機構１１２のポンプ１１２１の吸引動作は、吸引機構１２２のポンプ１２２１による吸引力よりも弱い吸引力を発生する動作であり、吸引機構１２２のポンプ１２２１はステップＳ２から継続して吸引動作を行っている。このため、収容体１１１の底部から吹き出した空気によって吹き上げられていた半田ボールは、底部側に引き寄せられて落下するが、キャピラリ１２１の先端に吸引されている半田ボールは、吸引機構１２２におけるポンプ１２２１の吸引力によって、キャピラリ１２１の先端に吸引されたままになる。
続いて、キャピラリ１２１の先端に吸引されている半田ボールを、回路基板表面に設けられた所望のパッドに配置する（ステップＳ５）。すなわち、吸引機構１２２のポンプ１２２１を駆動したまま、Ｚ軸位置決めステージ２４を上昇させ、次いで、そのＺ軸位置決めステージ２４をＹ軸方向に移動し、まず、Ｙ軸方向に関し、Ｘ軸位置決めステージ２１の上に載置された回路基板表面の複数のパッドのうちの所望のパッドの位置と、キャピラリ１２１の先端に吸引されている半田ボールの位置との位置合わせを行う。続いて、Ｘ軸位置決めステージ２１をＸ軸方向（図１の紙面に対して垂直な方向）に移動し、Ｘ軸方向に関し、所望のパッドの位置と半田ボールの位置との位置合わせを行い、次に、Ｚ軸位置決めステージ２４を下降させ、キャピラリ１２１の先端に吸引されている半田ボールを、回路基板表面に設けられた所望のパッドの上に位置させる。最後に、吸引機構１２２におけるポンプ１２２１の駆動を停止し、キャピラリ１２１の先端に吸引されていた半田ボールを、回路基板表面に設けられた所望のパッドに配置する。
その後、Ｚ軸位置決めステージ２４を上昇させ、残りのパッドへの半田ボールの配置が必要であればステップＳ１へ戻り、不要であれば終了する（ステップＳ６）。
なお、ステップＳ４において実施した、吹上機構１１２におけるポンプ１１２１の吸引動作は、このフローチャートが終了するか、あるいはステップＳ１へ戻った場合には、ステップＳ３を開始するまで、継続して実施し、収容体１１１に収容されている半田ボールを下方へ引き寄せ続ける。このようにすることで、収容体１１１に収容されている半田ボールに上方へ吹き上げる意図しない力が何らかの拍子で作用したとしても、収容体１１１に収容されている半田ボールは下方へ引き寄せられているため、半田ボールが供給孔１１１１から飛び出してしまうことが抑えられる。また、図１に示すように、吹上機構１１２の配管１１２２の途中には、Ｔ分岐１１２３が設けられているため、何らかの拍子で配管１１２２内に意図しない圧縮空気が送り込まれても、Ｔ分岐１１２３の、外部へつながる絞りとして作用する流路を通って、その意図しない圧縮空気が外部へ逃がされ、この点からも半田ボールが供給孔１１１１から飛び出してしまうことが抑えられている。
次に、図１に示す流量計１２２３について詳述する。
キャピラリの内径がある程度大きければ、吸引機構１２２の配管１２２２内の圧力変化によってキャピラリ１２１が半田ボールを吸引したことを検知することができるが、半田ボールが小さくなればなるほどキャピラリ１２１の内径も小さくなり、この検知は困難になる。そこで、０．１５ｍｍという微小な半田ボールを取り扱う図１示す半田ボール配置装置１では、吸引機構１２２の配管１２２２を流れる空気の流量変化によってキャピラリ１２１が半田ボールを吸引したことを検知する。
図３は、内径が異なる３種類のキャピラリを用いて実験したときの、吸引機構の配管を流れる空気の流量変化を示すグラフである。
図３に示すグラフの横軸は、キャピラリの内径（μｍ）を示し、縦軸は、吸引機構の配管を流れる空気の流量（ｍｌ／ｍｉｎ）を示す。また、グラフ中の黒丸のプロットは、キャピラリが半田ボールを吸引していないときの結果を表し、白丸のプロットは、キャピラリが半田ボールを吸引しているときの結果を表す。
この実験で用いたキャピラリは、内径が５１μｍのものと、内径が６４μｍのものと、内径が８９μｍのものである。図３のグラフからわかるように、いずれのキャピラリを用いても、キャピラリが半田ボールを吸引すると、吸引していないときに比べて、吸引機構の配管を流れる空気の流量は低下する。すなわち、いずれの内径のキャピラリを用いても、キャピラリが半田ボールを吸引していないときには、吸引機構の配管を流れる空気の流量は１０ｍｌ／ｍｉｎよりも多いが、キャピラリが半田ボールを吸引しているときには、その流量は１０ｍｌ／ｍｉｎ未満になる。そこで、図１示す半田ボール配置装置１では、吸引機構１２２の流量計１２２３の測定値が１０ｍｌ／ｍｉｎを下回ると、流量計１２２３から図１に示す制御部２５へ信号が送られ、制御部２５は、その信号を受けて図２に示すステップＳ４を実行する。
なお、この図３に示すグラフの結果から、半田ボールを吸引したことを検知することができるキャピラリの内径の下限は、３０μｍ程度であることがわかる。
続いて、図１に示す収容体１１１、およびその収容体１１１の周辺について詳述する。
図４は、図１に示す収容体とその収容体周辺を示す図である。
この図４には、収容体１１１の底部から上方へ向けて空気が吹き出し、収容体１１１に収容されている半田ボールＢがその空気によって上方へ向けて吹き上がり、吹き上げられて供給孔１１１１に到達した半田ボールＢがキャピラリ１２１の先端に吸引される様子が示されている。
収容体１１１の底部には、吹上機構の配管１１２２が接続した丸い開口１１１２が設けられており、配管１１２２を通ってきた圧縮空気はこの丸い開口１１１２から、収容体１１１の内部へ吹き出す。この丸い開口１１１２の直径は０．０８ｍｍであり、配管１１２２の、丸い開口１１１２につながる部分の直径は０．１６ｍｍである。
この図４には、Ｘ軸方向（図４の紙面に対して垂直な方向）およびＹ軸方向（左右方向）の２つの方向に関し、丸い開口１１１２の位置と、収容体１１１の供給孔１１１１の位置は一致している。
ここで、収容体１１１の供給孔１１１１の位置をＹ軸方向に変えてみた実験の結果について説明する。ここでの実験では、底部に丸い開口（直径０．０８ｍｍ）が設けられた収容体に、直径０．１５ｍｍの半田ボールを複数収容し、空気の吹出圧を６ｋＰａに設定して、同条件で１０回ずつ時間計測を行った。
図５は、収容体の孔の位置と、吹き上げを開始してからキャピラリに半田ボールが吸引されるまでの時間との関係を示すグラフである。
図５に示すグラフの横軸は、収容体１１１の供給孔１１１１の位置が丸い開口１１１２の位置からＹ軸方向にどれだけ（単位：ｍｍ）ずれているか示し、縦軸は、吹き上げを開始してからキャピラリ１２１に半田ボールＢが吸引されるまでの時間（秒）（以下、供給時間と称する）を示す。なお、キャピラリ１２１に半田ボールＢが吸引されたことは、吸引機構１２２の配管１２２２に流れる空気の流量変化を利用して検知した（以下、同じ。）。また、図５に示す四角のプロットは１０回の時間計測のうちの最長の供給時間を表し、三角のプロットは１０回の時間計測のうちの最短の供給時間を表し、丸のプロットは１０回の時間計測の平均の供給時間を表す。各プロットの横に記された数字は供給時間を表すものである。図５のグラフからわかるように、収容体１１１の供給孔１１１１の位置が丸い開口１１１２の位置から遠ざかるほど、供給時間が長くなる傾向にあることがわかる。供給時間が長くなると、捕捉効率が低下し好ましくない。このため、Ｙ軸方向に関し、収容体１１１の供給孔１１１１の位置は開口１１１２の位置になるべく一致していることが好ましい。
また、収容体１１１の供給孔１１１１の大きさを変えてみた実験の結果についても説明する。ここでの実験でも、底部に丸い開口（直径０．０８ｍｍ）が設けられた収容体に、直径０．１５ｍｍの半田ボールを複数収容し、空気の吹出圧を６ｋＰａに設定して、同条件で１０回ずつ時間計測を行った。
図６は、収容体の供給孔の大きさと、供給時間との関係を示すグラフである。
図６に示すグラフの横軸は、収容体１１１の供給孔１１１１の大きさ（ｍｍ）を示し、縦軸は供給時間（秒）を示す。また、図６に示す四角のプロットは１０回の時間計測のうちの最長の供給時間を表し、三角のプロットは１０回の時間計測のうちの最短の供給時間を表し、丸のプロットは１０回の時間計測の平均の供給時間を表す。各プロットの横に記された数字は供給時間を表すものである。図６のグラフからわかるように、収容体１１１の供給孔１１１１の大きさをあまり大きくしてしまうと、供給時間が長くなってしまうことがわかる。結論的には、底部に丸い開口１１１２が設けられた収容体１１１の供給孔１１１１の大きさは、収容する半田ボールの直径に対して１２０％以上１４０以下の大きさであることが好ましい。
図７は、底部に丸い開口が設けられた収容体の中の様子を示す図である。
この図７には、底部に設けた丸い開口１１１２から空気を吹き出し、半田ボールＢを吹き上げた後、その丸い開口１１１２からの空気の吹き出しを停止した際の様子が示されている。この図７では、半田ボールＢは、丸い開口１１１２を中心にしてその丸い開口１１１２を避けながら収容体１１１の周壁１１１ａに沿って丸い開口１１１２の周りを周回するように並んでいる。図７に示すように半田ボールＢが並んでしまうと、丸い開口１１１２から空気を次回吹き出した際、最初は空気が半田ボールＢに直接当たらず、半田ボールＢが上方の供給孔１１１１（図４参照）に到達するまでに時間がかかってしまい、供給時間が長くなってしまう傾向にある。
図８は、収容体の底部にスリット状の開口を設けた例を示す図であり、図９は、図８に示す収容体の底部を上方から見た構造図である。
以下の説明では、これまで説明した構成部材の名称と同じ名称の構成部材についてはこれまで用いた符号と同じ符号を付して説明する。
収容体１１１と吹上機構の配管１１２２とは、薄い板部材１１３を介して接続している。図９に示すように、収容体１１１の、円形状の底部１１１３には、長さ０．６ｍｍ，幅０．０６ｍｍのスリット状の開口１１１４が設けられており、薄い板部材１１３には、収容体１１１のスリット状の開口１１１４よりも長く幅が若干広いスリット１１３１が設けられている。収容体１１１のスリット状の開口１１１４と薄い板部材１１３のスリット１１３１とは幅方向に位置合わせされており、収容体１１１の内部には、このスリット状の開口１１１４から空気が吹き出される。なお、この図８および図９に示すスリット状の開口１１１４は、Ｘ軸方向に延びたものである。
ここで、図８および図９に示すスリット状の開口１１１４が設けられた収容体１１１について、底部に丸い開口が設けられた収容体と同じように、収容体１１１の供給孔１１１１の位置をＹ軸方向に変えてみた実験と、収容体１１１の供給孔１１１１の大きさを変えてみた実験それぞれを行ったので、それらの結果について説明する。これらの実験では、収容体の底部に設けられた開口の形状の違いを除いて、丸い開口が設けられた収容体のときの実験と同様にして行った。Ｘ軸方向に延びたスリット状の開口１１１４が設けられた収容体１１１では、収容体１１１の供給孔１１１１の位置をスリット状の開口１１１４の位置からＹ軸方向に２．０ｍｍずらしても、供給時間は、Ｙ軸方向に関し両者の位置を一致させたときの供給時間と変わらず、０．３秒であった。また、スリット状の開口１１１４が設けられた収容体１１１では、収容体１１１の供給孔１１１１の大きさを０．２２６ｍｍに変えても、供給時間は、供給孔１１１１の大きさが０．１７９ｍｍのときの供給時間と変わらず、０．３秒であった。ただし、収容体１１１の供給孔１１１１の大きさが０．２２６ｍｍであると、半田ボールがキャピラリ１２１の先端にずれたかたちで吸引されていることが確認された。したがって、スリット状の開口１１１４が設けられた収容体１１１でも、供給孔１１１１の大きさは、収容する半田ボールの直径に対して１２０％以上１４０以下の大きさであることが好ましい。
図１０は、底部にスリット状の開口が設けられた収容体の中の様子を示す図である。
この図１０には、底部に設けたスリット状の開口１１１４から空気を吹き出し、半田ボールＢを吹き上げた後、そのスリット状の開口１１１４からの空気の吹き出しを停止した際の様子が示されている。この図１０では、スリット状の開口１１１４を塞ぐようにそのスリット状の開口１１１４の上に半田ボールＢが存在し、スリット状の開口１１１４から空気を次回吹き出した際、スリット状の開口１１１４の上にある半田ボールＢに空気が直接当たり、半田ボールＢは上方の供給孔１１１１（図４参照）に短時間のうちに到達し、捕捉効率が向上する。
以上説明したように、本実施形態の半田ボール配置装置１に組み込まれた半田ボール捕捉装置１０は、構造が簡単であり、設備コストをさほどかけずに、同一な大きさの複数の半田ボールの中から１個の半田ボールを確実に捕捉することができる。
なお、ここでは、直径０．１５ｍｍの半田ボールを対象にした例を用いて説明したが、本発明は、半田ボールに限らず、様々なボールを対象にすることができ、またボールの大きさも特に限定されるものではない。ただし、ボールが小さくなればなるほど、本発明の効果が顕著になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半田ボール配置装置の一実施形態に相当する装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す半田ボール配置装置で実施される半田ボール配置方法を表すフローチャートである。
【図３】内径が異なる３種類のキャピラリを用いて実験したときの、吸引機構の配管を流れる空気の流量変化を示すグラフである。
【図４】図１に示す収容体とその収容体周辺を示す図である。
【図５】収容体の孔の位置と、吹き上げを開始してからキャピラリに半田ボールが吸引されるまでの時間との関係を示すグラフである。
【図６】収容体の供給孔の大きさと、供給時間との関係を示すグラフである。
【図７】底部に丸い開口が設けられた収容体の中の様子を示す図である。
【図８】収容体の底部にスリット状の開口を設けた例を示す図である。
【図９】図８に示す収容体の底部を上方から見た構造図である。
【図１０】底部にスリット状の開口が設けられた収容体の中の様子を示す図である。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１に示す半田ボール配置装置１は、回路基板表面に設けられた複数のパッドの上に、１個ずつ半田ボールを配置する装置である。半田ボールは、直径０．１５ｍｍの微小ボールであって、銅ボールの周面を半田で被覆したものである。ここでは、図１の紙面に対して垂直方向な方向をＸ軸方向とし、左右方向をＹ軸方向とし、上下方向をＺ軸方向として説明する。半田ボール配置装置１は、基台２０、Ｘ軸方向位置決めステージ２１、Ｙ軸方向位置決めステージ２２、およびＺ軸方向位置決めステージ２４を有する。

ボール供給部１１は、同一な大きさの複数の半田ボールを収容する収容体１１１を有する。この収容体１１１は、漏斗状の形状であって上部の開口は、０．１５ｍｍよりは大きく０．３０ｍｍよりは小さな供給孔１１１１が中央に設けられた板部材で塞がれている。すなわち、図１に示す収容体１１１は、同一な大きさの複数のボールを収容する空間Ｓを密閉した収容壁の上部に、半田ボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな供給孔１１１１が設けられたものである。この収容体１１１は、半田ボール配置装置１の基台２０に固定されている。また、ボール供給部１１は、吹上機構１１２も有する。この吹上機構１１２は、ポンプ１１２１と、そのポンプ１１２１に一端が接続した配管１１２２とを有する。この配管１１２２の他端は、収容体１１１の底部に接続されており、配管１１２２には、ポンプ１１２１によって圧縮された空気や吸引された空気が流れる。配管１１２２に圧縮空気が流れると、収容体１１１の底部から上方へ向けて空気が吹き出す。さらに、吹上機構１１２はＴ分岐１１２３を有する。このＴ分岐１１２３は、配管１１２２の途中に設けられたものであり、ポンプ１１２１につながる流路から分岐して外部へつながり絞りとして作用する流路を有し、配管１１２２内の圧力の一部を外部へ逃がすものである。なお、この絞りとして作用する流路には逆止弁が設けられている。

次に、図１に示す流量計１２２３について詳述する。

この図７には、底部に設けた丸い開口１１１２から空気を吹き出し、半田ボールＢを吹き上げた後、その丸い開口１１１２からの空気の吹き出しを停止した際の様子が示されている。この図７では、半田ボールＢは、丸い開口１１１２を中心にしてその丸い開口１１１２を避けながら収容体１１１の周壁１１１ａに沿って丸い開口１１１２の周りを周回するように並んでいる。図７に示すように半田ボールＢが並んでしまうと、丸い開口１１１２から空気を次回吹き出した際、最初は空気が半田ボールＢに直接当たらず、半田ボールＢが上方の供給孔１１１１（図４参照）に到達するまでに時間がかかってしまい、供給時間が長くなってしまう傾向にある。

Claims

同一な大きさの複数のボールを収容する空間を密閉した収容壁の上部に該ボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔が設けられた収容体と、
前記収容体に収容されているボールを上方へ向けて吹き上げる吹上手段と、
前記吹上手段によって吹き上げられ前記孔に到達したボールを捕捉する捕捉手段とを有することを特徴とするボール捕捉装置。
前記吹上手段が、前記収容体内に、スリット状の開口から流体を吹き出すものであることを特徴とする請求項１記載のボール捕捉装置。
前記吹上手段が、前記収容体内に流体を吹き出すものであって、該流体が流れる流路と、該流路の途中に設けられ、該流路内の圧力の一部を外部に逃がす圧抜き手段とを有するものであることを特徴とする請求項１記載のボール捕捉装置。
前記捕捉手段が、前記孔に到達したボールを吸引することによって捕捉するものであることを特徴とする請求項１記載のボール捕捉装置。
前記捕捉手段が、吸引した空気が流れる流路と、該流路を流れる空気の流量を測定する流量計とを有するものであり、
このボール捕捉装置が、前記流量計によって測定される流量の変化に応じて、前記捕捉手段がボールを捕捉したことを検知する検知部を備えたものであることを特徴とする請求項４記載のボール捕捉装置。
回路基板上の所定の位置に半田を含有した半田ボールを配置する半田ボール配置装置において、
同一な大きさの複数の前記半田ボールを収容する空間を密閉した収容壁の上部に該半田ボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔が設けられた収容体と、
前記収容体に収容されている半田ボールを上方へ向けて吹き上げる吹上手段と、
前記吹上手段によって吹き上げられ前記孔に到達した半田ボールを捕捉する捕捉手段と、
前記捕捉手段に捕捉された半田ボールの位置と、回路基板上の前記所定の位置とを位置合わせし、該半田ボールを該所定の位置に配置する配置機構とを有することを特徴とする半田ボール配置装置。
前記吹上手段が、前記収容体内に、スリット状の開口から流体を吹き出すものであることを特徴とする請求項６記載の半田ボール配置装置。
前記吹上手段が、前記収容体内に流体を吹き出すものであって、該流体が流れる流路と、該流路の途中に設けられ、該流路内の圧力の一部を外部に逃がす圧抜き手段とを有するものであることを特徴とする請求項６記載の半田ボール配置装置。
前記捕捉手段が、前記孔に到達した半田ボールを吸引することによって捕捉するものであることを特徴とする請求項６記載の半田ボール配置装置。
前記捕捉手段が、吸引した空気が流れる流路と、該流路を流れる空気の流量を測定する流量計とを有するものであり、
この半田ボール配置装置が、前記流量計によって測定される流量の変化に応じて、前記捕捉手段が前記半田ボールを捕捉したことを検知する検知部を備えたものであることを特徴とする請求項９記載の半田ボール配置装置。
同一な大きさの複数のボールを収容する空間を密閉した収容壁の上部に設けられた、該ボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔と、該ボールを捕捉する捕捉手段とを位置合わせする位置合わせステップと、
前記空間内に収容されているボールを上方へ向けて吹き上げ、吹き上げられて前記孔に到達したボールを前記捕捉手段によって捕捉する捕捉ステップと、
前記ボールの、上方への吹き上げを停止する停止ステップとを有することを特徴とするボール捕捉方法。
前記ボールの、上方への吹き上げを停止している間は、前記空間内に収容されているボールを下方へ引き寄せておくことを特徴とする請求項１１記載のボール捕捉方法。
前記捕捉ステップが、流体をスリット状の開口から前記空間内に吹き出すことで、該空間内に収容されているボールを上方へ向けて吹き上げるステップであることを特徴とする請求項１１記載のボール捕捉方法。
同一な大きさの複数のボールを収容する空間を密閉した収容壁の上部に設けられた、該ボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔と、吸引することによって該ボールを捕捉する捕捉手段とを位置合わせする位置合わせステップと、
前記孔との位置合わせを行った前記捕捉手段の吸引動作を開始する吸引開始ステップと、
前記空間内に収容されているボールを上方へ向けて吹き上げ、吹き上げられて前記孔に到達したボールが前記捕捉手段によって吸引され該ボールを捕捉する捕捉ステップと、
前記ボールの、上方への吹き上げを停止する停止ステップとを有することを特徴とするボール捕捉方法。
前記停止ステップが、前記ボールの、上方への吹き上げを停止するとともに前記捕捉手段の吸引力よりも弱い吸引力でボールを下方へ引き寄せるステップであることを特徴とする請求項１４記載のボール捕捉方法。
前記停止ステップは、前記捕捉手段が吸引した空気が流れる流路における空気の流量が所定の流量を下回ったことを受けて、前記ボールの、上方への吹き上げを停止するステップであることを特徴とする請求項１４記載のボール捕捉方法。
回路基板上の所定の位置に半田を含有した半田ボールを配置する半田ボール配置方法において、
同一な大きさの複数の前記半田ボールを収容する空間を密閉した収容壁の上部に設けられた、該半田ボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔と、該半田ボールを捕捉する捕捉手段とを位置合わせする位置合わせステップと、
前記空間内に収容されている半田ボールを上方へ向けて吹き上げ、吹き上げられて前記孔に到達した半田ボールを前記捕捉手段によって捕捉する捕捉ステップと、
前記半田ボールの、上方への吹き上げを停止する停止ステップと、
前記捕捉手段に捕捉された半田ボールを回路基板上の前記所定の位置へ配置する配置ステップとを有することを特徴とする半田ボール配置方法。
前記ボールの、上方への吹き上げを停止している間は、前記空間内に収容されているボールを下方へ引き寄せておくことを特徴とする請求項１７記載の半田ボール配置方法。
前記捕捉ステップが、流体をスリット状の開口から前記空間内に吹き出すことで、該空間内に収容されている半田ボールを上方へ向けて吹き上げるステップであることを特徴とする請求項１７記載の半田ボール配置方法。
回路基板上の所定の位置に半田を含有した半田ボールを配置する半田ボール配置方法において、
同一な大きさの複数の前記半田ボールを収容する空間を密閉した収容壁の上部に設けられた、該半田ボールの１個分の大きさよりは大きく２個分の大きさよりは小さな孔と、吸引することによって該半田ボールを捕捉する捕捉手段とを位置合わせする位置合わせステップと、
前記孔との位置合わせを行った前記捕捉手段の吸引動作を開始する吸引開始ステップと、
前記空間内に収容されている半田ボールを上方へ向けて吹き上げ、吹き上げられて前記孔に到達した半田ボールが前記捕捉手段によって吸引され該半田ボールを捕捉する捕捉ステップと、
前記半田ボールの、上方への吹き上げを停止する停止ステップと、
前記捕捉手段に捕捉された半田ボールの位置と回路基板上の前記所定の位置との位置合わせを行った後、該捕捉手段の吸引動作を停止し、該捕捉手段に捕捉されていた半田ボールを該所定の位置へ配置する配置ステップとを有することを特徴とする半田ボール配置方法。
前記停止ステップが、前記半田ボールの、上方への吹き上げを停止するとともに前記捕捉手段の吸引力よりも弱い吸引力でボールを下方へ引き寄せるステップであり、
前記配置ステップが、前記停止ステップを実施した後に実施するステップであることを特徴とする請求項２０記載の半田ボール配置方法。
前記停止ステップは、前記捕捉手段が吸引した空気が流れる流路における空気の流量が所定の流量を下回ったことを受けて、前記半田ボールの、上方への吹き上げを停止するステップであることを特徴とする請求項２０記載のボール捕捉方法。