JP3627642B2 - 導電性ボールの供給装置および供給方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性ボールを配列状態で供給する導電性ボールの供給装置および供給方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
基板や電子部品の電極に金属バンプを形成する方法として、半田ボールなどの導電性ボール（以下、単に「ボール」と略称）を電極上に移載して半田接合する方法が知られている。ボールの移載には吸着ツールを備えた搭載ヘッドによりボールを真空吸着する方法が広く用いられている。この方法は吸着ツールの下面に設けられた多数の吸着孔にボールを吸着させて搭載ヘッドをワーク上に移動させ、真空吸着を解除することによりボールをワークに移載するものである。
【０００３】
吸着ツールの下面にボールを吸着させる方法として、従来より用いられていたボール槽に対して搭載ヘッドを直接下降させて吸着ツールの下面にボールを吸着させる方法に変えて、整列治具を用いる方法が採用されるようになっている。この方法は、ボールを予め吸着ツールの吸着孔の配列に応じて整列させておき、この整列状態のボールを吸着するものである。
【０００４】
そして、整列治具の整列部に吸着孔の配列に応じて設けられた凹部内にボールを配列する際には、整列部上でボールをボール移動規制部材によってせき止めながら流動させる方法が知られている。以下、図面を参照して従来のボール整列動作について説明する。図９は従来の導電性ボール搭載装置のボール整列動作の説明図である。
【０００５】
図９（ａ）において、整列部Ａの上面には吸着ツールの吸着孔は位置に対応した位置に多数の凹部が設けられており、整列部Ａ上にボールＢを供給した状態で、ボール移動規制部材Ｃを移動させてボールＢをせき止めながら流動させることにより、各凹部内にボールＢを収容する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら整列部Ａ上でボールＢをせき止めながら流動させる上記方法には、以下のような問題点があった。すなわち、整列部Ａ上でボールＢを流動させるには、ボールＢのはみ出し・落下を防止する必要があるため、図９（ｂ）に示すように整列部Ａの側方には整列部Ａから上方に突出したこぼれ止め部材Ｄが設けられる。そしてボール移動規制部材Ｃはこのこぼれ止め部材Ｄの内側に沿った形で移動する。
【０００７】
ところが、ボールＢが整列部Ａ上で移動する際には、ボールＢには側方へ押しやられるような力が作用し、この力によりボールＢはこぼれ止め部材Ｄに押し付けられる。このため、ボールＢの表面にはこぼれ止め部材Ｄとの摺動によって傷が付きやすく、またボール移動規制部材Ｃとこぼれ止め部材Ｄの隙間ＥにボールＢが噛み込まれることによるボール変形などの不具合が発生しやすい。
【０００８】
さらには、整列部Ａに供給されるボールＢの中には、凹部内に収容されることなく流動を繰り返すボールが存在し、このようなボールは前述の傷を繰り返し受ける結果、ボールとして正常な使用に耐えない劣化ボールとなる場合がある。このように、従来の整列部治具を用いた導電性ボールの供給には、ボールの傷や劣化を有効に防止することが困難であるという問題点があった。
【０００９】
そこで本発明は、導電性ボールの傷や劣化を防止することができる導電性ボールの供給装置および供給方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の導電性ボールの供給装置は、導電性ボールを整列状態で供給する導電性ボールの供給装置であって、上面に１個の導電性ボールを収容可能な凹部を所定の配列で複数備えた整列部と、前記整列部を水平面に対して傾斜させる傾斜機構と、この整列部の前記傾斜方向の前後に設けられ導電性ボールを貯溜するとともに前記傾斜手段により整列部と一体的に水平面に対して傾斜するボール貯溜部と、傾斜した整列部の上面に沿って導電性ボールをせき止めながら傾斜方向に移動するボール移動規制部材と、前記整列部の前記傾斜方向に平行な両端部に整列部の上面から下方に屈折して設けられた段差部と、この段差部の側方に設けられ整列部の段差部から落下した導電性ボールを前記ボール貯溜部に導くボール案内部と、ボール貯溜部内の導電性ボールを前記傾斜手段による傾斜時に整列部の上面に導くボール移動斜面とを備えた。
【００１２】
請求項２記載の導電性ボールの供給方法は、導電性ボールを整列状態で供給する導電性ボールの供給方法であって、上面に１個の導電性ボールを収容可能な凹部を所定の配列で複数備えた整列部を水平面に対して傾斜させる傾斜工程と、傾斜した状態の整列部の上面に沿って導電性ボールをボール移動規制部材によってせき止めながら傾斜方向に移動させるボール移動工程と、このボール移動工程において前記整列部の前記傾斜方向に平行な両端部に整列部の上面から下方に屈折して設けられた段差部から導電性ボールを落下させるボール落下工程と、この落下したボールを段差部の側方に設けられたボール案内部によって整列部の前後に設けられたボール貯溜部に導くボール戻り工程と、ボール貯溜部内の導電性ボールをボール貯溜部と整列部との間に設けられたボール移動斜面に沿って整列部の上面まで再び導くボール供給工程とを含み、前記傾斜工程、ボール移動工程、ボール落下工程、ボール戻り工程およびボール供給工程の各工程を繰り返し行わせて導電性ボールを循環させるようにした。
【００１３】
本発明によれば、整列部上でのボール移動工程において整列部の傾斜方向に平行な両端部に設けられた段差部から導電性ボールを落下させることにより、ボール移動時の導電性ボールへのダメージを防止することができ、また段差部から落下したボールをボール案内部によって整列部の前後に設けられたボール貯溜部に導き、ボール貯溜部と整列部との間に設けられたボール移動斜面に沿って整列部の上面まで再び導くことにより、導電性ボールの循環を促進して導電性ボールの滞留時間を短縮し、劣化ボールの発生を防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置の斜視図、図２は本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置のボール整列装置の斜視図、図３は本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置の整列治具の構造図、図４は本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置の制御系の構成を示すブロック図、図５は本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置のボール整列動作の工程説明図、図６は本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置の余分ボール検査の説明図、図７は本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置の吸着漏れボール検査の説明図、図８は本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置の整列治具におけるボール循環の説明図である。
【００１５】
まず図１を参照して導電性ボール搭載装置の構造を説明する。図１において基台１上には位置決め部２が配設されており、位置決め部２上にはワークである基板３が載置されている。位置決め部２の側方には、導電性ボール（以下、「ボール」と略記）を整列状態で供給するボール整列装置４が配設されている。ボール整列装置４は、傾斜機構９によって水平面に対して傾斜可能に支持されたベース部６上に、支持台７を介して整列治具５を配置して構成されている。ベース部６上には、後述するボール移動規制部材の移動機構８が配設されている。
【００１６】
位置決め部２およびボール整列装置４の上方には、ボール搭載部１０が配設されている。ボール搭載部１０は移動テーブル１１と移動機構１２を組み合せ、移動機構１２に搭載ヘッド１３を装着して構成されている。移動テーブル１１は移動機構１２をＸ方向へ移動させ、移動機構１２は搭載ヘッド１３をＹＺθの３方向に移動させる。これにより搭載ヘッド１３はＸＹＺθの４方向へ移動するようになっている。搭載ヘッド１３は下面に多数設けられた吸着孔によってボール整列装置４の整列治具５に整列されたボールを吸着保持し、位置決め部２上の基板３に搭載する。
【００１７】
次に図２、図３を参照してボール整列装置４について説明する。図２において、ベース部６は傾斜機構９によって回転軸９ａ廻りに所定角度の回動を行うようになっており、これによりベース部６は水平面に対して両方向に傾斜する。ベース部６の上面には支持台７が固設されており、支持台７には整列治具５が装着されている。支持台７の内部には図示しない振動器が設置されており、この振動器を駆動することにより、整列治具５には振動が付与される。
【００１８】
ベース部６の上面の両端部には、Ｘ方向にガイドレール１６が平行に配設されており、ガイドレール１６には、２本のポスト１７が図示しないスライダによってスライド自在に立設されている。ポスト１７は連結部材１８によって上部を連結されており、連結部材１８にはボール移動規制部材１９が装着されている。ボール移動規制部材１９は、移動機構８を駆動することによって整列治具５の上面に沿って連結部材１８と一体的にＸ方向に往復移動する。移動機構８は、一方のポスト１７に固着されたナット２０ａ、ナット２０ａに螺合した送りねじ２０、送りねじ２０を回転駆動するモータ２１より構成される。
【００１９】
左右のポスト１７には、ボール検出センサ２２を構成する投光部２２ａ、受光部２２ｂがそれぞれ取り付けられており、投光部２２ａから照射された光を受光部２２ｂで受光することにより、照射光の光軸上におけるボールの存否を検出することができる。投光部２２ａ、受光部２２ｂのポスト１７への取り付け高さ位置は微調整可能となっており、検出対象に応じて適切な高さ位置が設定される。
【００２０】
次に図３を参照して整列治具５の構造について説明する。図３（ａ）は整列治具５の平面を示しており、図３（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ断面Ｂ−Ｂ、断面Ｃ−Ｃを示している。図３の各図に示すように整列治具５は４周にコーミング部５ａが設けられた略平板状の部材であり、中央部には上面にボール１４を１個だけ収容可能な凹部１５ａが、所定の格子状配列で多数設けられた整列部１５が形成されている。ここで、凹部１５ａの深さはボール１４の直径よりも小さく、ボール１４が凹部１５ａ内に収容された状態では、ボール１４の頂部が整列部１５の上面から部分的に上方に突出する。これらの凹部１５ａの配列は、搭載ヘッド１３の下面に形成された吸着孔の配列と一致したものとなっている。
【００２１】
凹部１５ａの底面にはボール１４の直径よりも小径の貫通孔１５ｂが設けられており、図３（ｂ）に示すように整列治具５の下面に設けられた吸引空間５ｆ内を真空吸引することにより、吸引空間５ｆと連通した貫通孔１５ｂから真空吸引する。これにより凹部１５ａ内のボール１４は真空吸引力によって保持される。吸引空間５ｆはバルブ２３を介して吸引源２４と接続されており、バルブ２３の操作することにより吸着および吸着解除の制御が行えるようになっている。
【００２２】
図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、整列部１５は上面が周囲から高さｈだけ高くなるように形状が設定されており、Ｘ方向（整列冶具５の傾斜方向）は底面と整列部上面を斜面で連結する斜面部５ｃによって、またＸ方向に直交するＹ方向は整列部１５の上面から下方に直角に屈折して設けられた段差部１５ｃによって、整列治具５の底面から区分された形態となっている。斜面部５ｃとコーミング５ａとの間は、ボール１４を貯溜する貯溜部５ｂとなっており、また段差部１５ｃとコーミング５ａとの間は、ボール１４のＸ方向の移動を許容する溝部５ｄとなっている。整列治具５の内側の４隅には、ガイド部材５ｅが設けられており、整列治具５内でのボール１４の循環をより良好に行えるようになっている。
【００２３】
次に図４を参照して制御系の構成について説明する。図４においてボール検出センサ２２は判定部２５と接続されており、判定部２５はボール検出センサ２２からの検出信号に基づき、後述するように整列部１５上に余分に存在するボール１４や、搭載ヘッド１３による吸着動作において吸着されないまま凹部１５ａ内に残留する吸着漏れボールの有無を判定する。判定結果は、制御部２７に送られる。
【００２４】
また制御部２７は、ボール移動規制部材１９を移動させるモータ２１、整列治具５を傾斜させる傾斜機構９、整列治具５に振動を付与する振動器２６、搭載ヘッド１３を移動させる搭載ヘッド移動機構２９の駆動を制御する。さらに制御部２７はボール整列治具吸引バルブ２３や、搭載ヘッド１３による吸引を行う搭載ヘッド吸引バルブ２８の動作制御を行う。
【００２５】
次に図５を参照して、ボール整列装置４によるボール整列動作について説明する。まず図５（ａ）はボール整列開始前の状態であり、整列治具５の一方側の貯溜部５ｂにはボール１４が所定量だけ供給されている。この状態ではボール移動規制部材１９は、整列部１５上の所定待機位置にある。この状態からボール整列動作が開始され、図５（ｂ）に示すように整列治具５をボール移動方向、すなわちボール１４を貯溜した状態にある貯溜部５ｂと反対側の方向へ向けて傾斜させるとともに、吸引空間５ｆ内の真空吸引を開始する。これにより貫通孔１５ｂを介して凹部１５ａから真空吸引され、凹部１５ａ内に移動したボール１４を吸着して保持することが可能な状態となる。
【００２６】
次にモータ２１を駆動して、ボール移動規制部材１９を傾斜した状態の整列部１５の上面に沿って所定速度で移動させボール１４を整列部１５に供給する。これにより貯溜部５ｂ内のボール１４は、図５（ｃ）に示すようにボール移動規制部材１９にせき止められながら整列部１５上を傾斜方向へ徐々に移動する（ボール移動工程）。この移動の過程において、ボール１４は凹部１５ａ内にそれぞれ１個づつ保持される（ボール整列工程）。このとき、振動器２６が駆動され、整列治具５に振動が付与される。これにより、凹部１５ａ内へのボール１４の移動が促進される。
【００２７】
また、ボール移動規制部材１９により傾斜した整列部１５上に沿って流動するボール１４をせき止めることにより、ボール１４が凹部１５ａに保持される確率を高めるので、整列冶具５を１回傾斜させるだけで全ての凹部１５ａにボール１４が保持される。このボール移動工程において、整列部１５からあふれ出したボール１４は、整列部１５の傾斜方向に平行な両端部に設けられた段差部１５ｃから溝部５ｄに落下して、反対側の貯溜部５ｂへ移動する。
【００２８】
この後ボール移動規制部材１９は整列部１５の他端部まで移動し、斜面部５ｃ上に到達することにより、図５（ｄ）に示すようにせき止められていたボール１４は斜面部５ｃに沿って下方に流動し、反対側の貯溜部５ｂに収容される。これによりボール移動規制部材１９の１行程が完了し、整列部１５の各凹部１５ａ内にはボール１４が整列状態で収容される。
【００２９】
この後、図５（ｅ）に示すように整列治具５を水平姿勢に復帰させるとともに、ボール移動規制部材１９を整列部１５上で矢印ａ方向へ移動させることにより、整列部１５上に存在する余分なボール１４が除去される（ボール除去工程）。ボール移動規制部材１９の下端は、凹部１５ａ内に保持されたボール１４には接触しないが、整列部１５上に存在するボール１４に当接する高さで整列部１５上を移動する。従って凹部１５ａに収容されずに整列部１５上に残存するボール１４は、ボール移動規制部材１９によって整列部１５上から除去される。
【００３０】
これにより、整列部１５に整列状態で収容されたボール１４は、搭載ヘッド１３によって吸着可能な状態となるが、搭載ヘッド１３によるボール吸着動作に先立って、整列部１５上に余分なボールが存在するか否かが検査される。以下図６を参照して余分ボール検査について説明する。図６（ａ）に示すように、投光部２２ａから照射された光は、受光部２２ｂによって受光されるが、このとき図６（ｂ）に示すように整列部１５上に、凹部１５ａ以外の部位にボール１４ａが存在している場合には、受光部２２ｂの受光量は照射光がボール１４ａによって遮光される分だけ少なくなる。したがって受光部２２ｂの受光量を検出することにより、整列部１５上での余分ボールの有無を検査することができる。そして、移動機構８によってポスト１７を移動させ、投光部２２ａ、受光部２２ｂの光軸をスキャンさせることにより、整列部１５上の全範囲の余分ボール検査が行われる。
【００３１】
このような余分ボールは、凹部１５ａに１つのボール１４が既に収容されている状態で更に他のボール１４が真空吸引力によって捕捉される場合や、整列部１５上面に付着したフラックスなどの粘着物の粘着力によってボール１４が付着する場合など、種々の要因によって生じる。この余分ボール検査は、図５（ｅ）に示すボール移動規制部材１９の矢印ｂ方向への移動時に行われる。そして余分ボールが存在しないことを確認した後に、搭載ヘッド１３によるボール吸着動作が行われる。また余分ボールの存在が検出されたならば、ボール移動規制部材１９を移動させてボール除去を再度行う。
【００３２】
上記ボール吸着動作後には、吸着漏れボール検査が行われる。この検査は搭載ヘッド１３によるボール吸着動作において吸着されないまま凹部１５ａ内に残留する吸着漏れボールを検出することを目的として行われるものである。以下図７を参照して説明する。図７（ａ）に示すように、投光部２２ａから照射される光は、受光部２２ｂによって受光される。このとき、整列部１５の凹部１５ａにボール１４が残留している場合には、凹部１５ａの深さがボール１４の直径よりも小さいことから、整列部１５の上面から突出したボール１４によって照射光が遮光される。そしてこの遮光により、図６に示す例と同様に受光部２２ｂの受光量が減少する。この受光量の減少を検出することにより、吸着漏れボールの存在を検出することができる。
【００３３】
この吸着漏れボール検査によって、吸着漏れボールが存在せず、すなわち整列部１５に配列されたボール１４が全て正常に搭載ヘッド１３に吸着保持されたと確認されたならば、搭載ヘッド１３は位置決め部２上に移動し、保持したボール１４を基板３上に搭載する。このとき、搭載ヘッド１３にボール１４が正常な状態で保持されていることが前述の余分ボール検査および吸着漏れボール検査によって確認されていることから、余分ボールやボール欠品などの不具合を生じることなくボール搭載を行うことができる。また吸着漏れボールの存在が検出されたならば、搭載ヘッド１３によるボール吸着動作を再度行う。
【００３４】
次に図８を参照して、整列治具５におけるボール１４の循環動作について説明する。前述のように、ボール整列動作においては、整列治具５を水平面に対して傾斜させる（傾斜工程）ことにより、ボール貯溜部５ｂ内のボール１４を傾斜面５ｃを経て整列部１５の上面まで移動させ、これらのボール１４をボール移動規制部材１９によってせき止めながら傾斜方向に移動させる（ボール移動工程）。
【００３５】
このボール移動工程においては、整列部１５の上面からあふれ出したボール１４を整列部１５の両側端部（傾斜方向に平行な端部）の段差部１５ｃから溝部５ｄ内に落下させる（ボール落下工程）。そして落下したボール１４を溝部５ｄ内を傾斜により移動させ、傾斜方向のボール貯溜部５ｂまで導く（矢印ｃ参照）（ボール戻り工程）。溝部５ｄは、ボール１４の移動を案内するボール案内部として機能している。
【００３６】
溝部５ｄから貯溜部５ｂに落下したボール１４は、４隅に設けられたガイド部材５ｅによって他のボール１４より先に貯溜部５ｂの中央に向かって導かれ（矢印ｄ参照）、貯溜部５ｂの中央へ流動する。貯溜部５ｂの中央部に位置するボール１４は、貯溜部５ｂの両側部に位置するボール１４よりも凹部１５ａに保持される確率が高くなる。そして次回のボール整列動作を行うために整列治具５を反対方向に傾斜させると、このボール貯溜部５ｂからボール１４が斜面部５ｃを経て整列部５上に移動し（矢印ｅ参照）、ボール１４が新たに整列部１５上に供給される（ボール供給工程）。
【００３７】
すなわち上記ボール整列動作は、傾斜工程、ボール移動工程、ボール落下工程、ボール戻り工程、ボール供給工程の各工程を繰り返し行わせて、ボール１４を整列治具５内において凹部１５ａに保持される確率が低い位置と高い位置とで循環させる形態となっている。このようなボール循環を行わせることにより、ボール１４は循環過程で所定の確率で凹部１５ａ内に収容されて整列され、搭載ヘッド１３によって取り出される。
【００３８】
したがって特定のボール１４が搭載ヘッド１３によって取り出されることなく整列治具５内に長時間滞留する事態が発生せず、ボール１４の表面に摩擦によって傷が発生することによる表面劣化や、ボール１４の噛み込みによるダメージが過度に進行した不良ボールを生じない。またこのボール循環動作において、ボール１４を狭い隙間内を強制的に通過させるような動作が存在しないことから、ボール１４の変形やダメージの発生度合いが小さい。これにより、変形や表面傷が生じた劣化ボールの発生を減少させて、後工程における不具合を防止することができる。
【００３９】
本実施の形態において、ボール移動規制部材１９を用いて整列部１５上の余分なボールを除去するようにしたが、整列冶具５の傾斜を利用して余分なボールを貯溜部５ｂへ落下させる方法でも良い。この場合、ボール整列工程とボール除去工程が同時に行われることになる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、整列部上でのボール移動工程において整列部の傾斜方向に平行な両端部に設けられた段差部から導電性ボールを落下させるようにしたので、ボール移動時の導電性ボールへのダメージを防止することができ、また、段差部から落下したボールをボール案内部によって整列部の前後に設けられたボール貯溜部に導き、ボール貯溜部と整列部との間に設けられたボール移動斜面に沿って整列部の上面まで再び導くようにしたので、導電性ボールの循環を促進して導電性ボールの滞留時間を短縮し、劣化ボールの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置の斜視図
【図２】本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置のボール整列装置の斜視図
【図３】本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置の整列治具の構造図
【図４】本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置の制御系の構成を示すブロック図
【図５】本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置のボール整列動作の工程説明図
【図６】本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置の余分ボール検査の説明図
【図７】本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置の吸着漏れボール検査の説明図
【図８】本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置の整列治具におけるボール循環の説明図
【図９】従来の導電性ボール搭載装置のボール整列動作の説明図
【符号の説明】
３ 基板
４ ボール整列装置
５ 整列治具
５ｂ 貯溜部
５ｃ 斜面部
５ｄ 溝部
８ 移動機構
９ 傾斜機構
１３ 搭載ヘッド
１４ ボール
１５ 整列部
１５ａ 凹部
１９ ボール移動規制部材
２２ ボール検出センサ
２２ａ 投光部
２２ｂ 受光部
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性ボールを配列状態で供給する導電性ボールの供給装置および供給方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
基板や電子部品の電極に金属バンプを形成する方法として、半田ボールなどの導電性ボール（以下、単に「ボール」と略称）を電極上に移載して半田接合する方法が知られている。ボールの移載には吸着ツールを備えた搭載ヘッドによりボールを真空吸着する方法が広く用いられている。この方法は吸着ツールの下面に設けられた多数の吸着孔にボールを吸着させて搭載ヘッドをワーク上に移動させ、真空吸着を解除することによりボールをワークに移載するものである。
【０００３】
吸着ツールの下面にボールを吸着させる方法として、従来より用いられていたボール槽に対して搭載ヘッドを直接下降させて吸着ツールの下面にボールを吸着させる方法に変えて、整列治具を用いる方法が採用されるようになっている。この方法は、ボールを予め吸着ツールの吸着孔の配列に応じて整列させておき、この整列状態のボールを吸着するものである。
【０００４】
そして、整列治具の整列部に吸着孔の配列に応じて設けられた凹部内にボールを配列する際には、整列部上でボールをボール移動規制部材によってせき止めながら流動させる方法が知られている。以下、図面を参照して従来のボール整列動作について説明する。図９は従来の導電性ボール搭載装置のボール整列動作の説明図である。
【０００５】
図９（ａ）において、整列部Ａの上面には吸着ツールの吸着孔は位置に対応した位置に多数の凹部が設けられており、整列部Ａ上にボールＢを供給した状態で、ボール移動規制部材Ｃを移動させてボールＢをせき止めながら流動させることにより、各凹部内にボールＢを収容する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら整列部Ａ上でボールＢをせき止めながら流動させる上記方法には、以下のような問題点があった。すなわち、整列部Ａ上でボールＢを流動させるには、ボールＢのはみ出し・落下を防止する必要があるため、図９（ｂ）に示すように整列部Ａの側方には整列部Ａから上方に突出したこぼれ止め部材Ｄが設けられる。そしてボール移動規制部材Ｃはこのこぼれ止め部材Ｄの内側に沿った形で移動する。
【０００７】
ところが、ボールＢが整列部Ａ上で移動する際には、ボールＢには側方へ押しやられるような力が作用し、この力によりボールＢはこぼれ止め部材Ｄに押し付けられる。このため、ボールＢの表面にはこぼれ止め部材Ｄとの摺動によって傷が付きやすく、またボール移動規制部材Ｃとこぼれ止め部材Ｄの隙間ＥにボールＢが噛み込まれることによるボール変形などの不具合が発生しやすい。
【０００８】
さらには、整列部Ａに供給されるボールＢの中には、凹部内に収容されることなく流動を繰り返すボールが存在し、このようなボールは前述の傷を繰り返し受ける結果、ボールとして正常な使用に耐えない劣化ボールとなる場合がある。このように、従来の整列部治具を用いた導電性ボールの供給には、ボールの傷や劣化を有効に防止することが困難であるという問題点があった。
【０００９】
そこで本発明は、導電性ボールの傷や劣化を防止することができる導電性ボールの供給装置および供給方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の導電性ボールの供給装置は、導電性ボールを整列状態で供給する導電性ボールの供給装置であって、上面に１個の導電性ボールを収容可能な凹部を所定の配列で複数備えた整列部と、前記整列部を水平面に対して傾斜させる傾斜機構と、この整列部の前記傾斜方向の前後に設けられ導電性ボールを貯溜するとともに前記傾斜手段により整列部と一体的に水平面に対して傾斜するボール貯溜部と、傾斜した整列部の上面に沿って導電性ボールをせき止めながら傾斜方向に移動するボール移動規制部材と、前記整列部の前記傾斜方向に平行な両端部に整列部の上面から下方に屈折して設けられた段差部と、この段差部の側方に設けられ整列部の段差部から落下した導電性ボールを前記ボール貯溜部に導くボール案内部と、ボール貯溜部内の導電性ボールを前記傾斜手段による傾斜時に整列部の上面に導くボール移動斜面とを備えた。
【００１２】
請求項２記載の導電性ボールの供給方法は、導電性ボールを整列状態で供給する導電性ボールの供給方法であって、上面に１個の導電性ボールを収容可能な凹部を所定の配列で複数備えた整列部を水平面に対して傾斜させる傾斜工程と、傾斜した状態の整列部の上面に沿って導電性ボールをボール移動規制部材によってせき止めながら傾斜方向に移動させるボール移動工程と、このボール移動工程において前記整列部の前記傾斜方向に平行な両端部に整列部の上面から下方に屈折して設けられた段差部から導電性ボールを落下させるボール落下工程と、この落下したボールを段差部の側方に設けられたボール案内部によって整列部の前後に設けられたボール貯溜部に導くボール戻り工程と、ボール貯溜部内の導電性ボールをボール貯溜部と整列部との間に設けられたボール移動斜面に沿って整列部の上面まで再び導くボール供給工程とを含み、前記傾斜工程、ボール移動工程、ボール落下工程、ボール戻り工程およびボール供給工程の各工程を繰り返し行わせて導電性ボールを循環させるようにした。
【００１３】
本発明によれば、整列部上でのボール移動工程において整列部の傾斜方向に平行な両端部に設けられた段差部から導電性ボールを落下させることにより、ボール移動時の導電性ボールへのダメージを防止することができ、また段差部から落下したボールをボール案内部によって整列部の前後に設けられたボール貯溜部に導き、ボール貯溜部と整列部との間に設けられたボール移動斜面に沿って整列部の上面まで再び導くことにより、導電性ボールの循環を促進して導電性ボールの滞留時間を短縮し、劣化ボールの発生を防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置の斜視図、図２は本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置のボール整列装置の斜視図、図３は本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置の整列治具の構造図、図４は本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置の制御系の構成を示すブロック図、図５は本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置のボール整列動作の工程説明図、図６は本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置の余分ボール検査の説明図、図７は本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置の吸着漏れボール検査の説明図、図８は本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置の整列治具におけるボール循環の説明図である。
【００１５】
まず図１を参照して導電性ボール搭載装置の構造を説明する。図１において基台１上には位置決め部２が配設されており、位置決め部２上にはワークである基板３が載置されている。位置決め部２の側方には、導電性ボール（以下、「ボール」と略記）を整列状態で供給するボール整列装置４が配設されている。ボール整列装置４は、傾斜機構９によって水平面に対して傾斜可能に支持されたベース部６上に、支持台７を介して整列治具５を配置して構成されている。ベース部６上には、後述するボール移動規制部材の移動機構８が配設されている。
【００１６】
位置決め部２およびボール整列装置４の上方には、ボール搭載部１０が配設されている。ボール搭載部１０は移動テーブル１１と移動機構１２を組み合せ、移動機構１２に搭載ヘッド１３を装着して構成されている。移動テーブル１１は移動機構１２をＸ方向へ移動させ、移動機構１２は搭載ヘッド１３をＹＺθの３方向に移動させる。これにより搭載ヘッド１３はＸＹＺθの４方向へ移動するようになっている。搭載ヘッド１３は下面に多数設けられた吸着孔によってボール整列装置４の整列治具５に整列されたボールを吸着保持し、位置決め部２上の基板３に搭載する。
【００１７】
次に図２、図３を参照してボール整列装置４について説明する。図２において、ベース部６は傾斜機構９によって回転軸９ａ廻りに所定角度の回動を行うようになっており、これによりベース部６は水平面に対して両方向に傾斜する。ベース部６の上面には支持台７が固設されており、支持台７には整列治具５が装着されている。支持台７の内部には図示しない振動器が設置されており、この振動器を駆動することにより、整列治具５には振動が付与される。
【００１８】
ベース部６の上面の両端部には、Ｘ方向にガイドレール１６が平行に配設されており、ガイドレール１６には、２本のポスト１７が図示しないスライダによってスライド自在に立設されている。ポスト１７は連結部材１８によって上部を連結されており、連結部材１８にはボール移動規制部材１９が装着されている。ボール移動規制部材１９は、移動機構８を駆動することによって整列治具５の上面に沿って連結部材１８と一体的にＸ方向に往復移動する。移動機構８は、一方のポスト１７に固着されたナット２０ａ、ナット２０ａに螺合した送りねじ２０、送りねじ２０を回転駆動するモータ２１より構成される。
【００１９】
左右のポスト１７には、ボール検出センサ２２を構成する投光部２２ａ、受光部２２ｂがそれぞれ取り付けられており、投光部２２ａから照射された光を受光部２２ｂで受光することにより、照射光の光軸上におけるボールの存否を検出することができる。投光部２２ａ、受光部２２ｂのポスト１７への取り付け高さ位置は微調整可能となっており、検出対象に応じて適切な高さ位置が設定される。
【００２０】
次に図３を参照して整列治具５の構造について説明する。図３（ａ）は整列治具５の平面を示しており、図３（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ断面Ｂ−Ｂ、断面Ｃ−Ｃを示している。図３の各図に示すように整列治具５は４周にコーミング部５ａが設けられた略平板状の部材であり、中央部には上面にボール１４を１個だけ収容可能な凹部１５ａが、所定の格子状配列で多数設けられた整列部１５が形成されている。ここで、凹部１５ａの深さはボール１４の直径よりも小さく、ボール１４が凹部１５ａ内に収容された状態では、ボール１４の頂部が整列部１５の上面から部分的に上方に突出する。これらの凹部１５ａの配列は、搭載ヘッド１３の下面に形成された吸着孔の配列と一致したものとなっている。
【００２１】
凹部１５ａの底面にはボール１４の直径よりも小径の貫通孔１５ｂが設けられており、図３（ｂ）に示すように整列治具５の下面に設けられた吸引空間５ｆ内を真空吸引することにより、吸引空間５ｆと連通した貫通孔１５ｂから真空吸引する。これにより凹部１５ａ内のボール１４は真空吸引力によって保持される。吸引空間５ｆはバルブ２３を介して吸引源２４と接続されており、バルブ２３の操作することにより吸着および吸着解除の制御が行えるようになっている。
【００２２】
図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、整列部１５は上面が周囲から高さｈだけ高くなるように形状が設定されており、Ｘ方向（整列冶具５の傾斜方向）は底面と整列部上面を斜面で連結する斜面部５ｃによって、またＸ方向に直交するＹ方向は整列部１５の上面から下方に直角に屈折して設けられた段差部１５ｃによって、整列治具５の底面から区分された形態となっている。斜面部５ｃとコーミング５ａとの間は、ボール１４を貯溜する貯溜部５ｂとなっており、また段差部１５ｃとコーミング５ａとの間は、ボール１４のＸ方向の移動を許容する溝部５ｄとなっている。整列治具５の内側の４隅には、ガイド部材５ｅが設けられており、整列治具５内でのボール１４の循環をより良好に行えるようになっている。
【００２３】
次に図４を参照して制御系の構成について説明する。図４においてボール検出センサ２２は判定部２５と接続されており、判定部２５はボール検出センサ２２からの検出信号に基づき、後述するように整列部１５上に余分に存在するボール１４や、搭載ヘッド１３による吸着動作において吸着されないまま凹部１５ａ内に残留する吸着漏れボールの有無を判定する。判定結果は、制御部２７に送られる。
【００２４】
また制御部２７は、ボール移動規制部材１９を移動させるモータ２１、整列治具５を傾斜させる傾斜機構９、整列治具５に振動を付与する振動器２６、搭載ヘッド１３を移動させる搭載ヘッド移動機構２９の駆動を制御する。さらに制御部２７はボール整列治具吸引バルブ２３や、搭載ヘッド１３による吸引を行う搭載ヘッド吸引バルブ２８の動作制御を行う。
【００２５】
次に図５を参照して、ボール整列装置４によるボール整列動作について説明する。まず図５（ａ）はボール整列開始前の状態であり、整列治具５の一方側の貯溜部５ｂにはボール１４が所定量だけ供給されている。この状態ではボール移動規制部材１９は、整列部１５上の所定待機位置にある。この状態からボール整列動作が開始され、図５（ｂ）に示すように整列治具５をボール移動方向、すなわちボール１４を貯溜した状態にある貯溜部５ｂと反対側の方向へ向けて傾斜させるとともに、吸引空間５ｆ内の真空吸引を開始する。これにより貫通孔１５ｂを介して凹部１５ａから真空吸引され、凹部１５ａ内に移動したボール１４を吸着して保持することが可能な状態となる。
【００２６】
次にモータ２１を駆動して、ボール移動規制部材１９を傾斜した状態の整列部１５の上面に沿って所定速度で移動させボール１４を整列部１５に供給する。これにより貯溜部５ｂ内のボール１４は、図５（ｃ）に示すようにボール移動規制部材１９にせき止められながら整列部１５上を傾斜方向へ徐々に移動する（ボール移動工程）。この移動の過程において、ボール１４は凹部１５ａ内にそれぞれ１個づつ保持される（ボール整列工程）。このとき、振動器２６が駆動され、整列治具５に振動が付与される。これにより、凹部１５ａ内へのボール１４の移動が促進される。
【００２７】
また、ボール移動規制部材１９により傾斜した整列部１５上に沿って流動するボール１４をせき止めることにより、ボール１４が凹部１５ａに保持される確率を高めるので、整列冶具５を１回傾斜させるだけで全ての凹部１５ａにボール１４が保持される。このボール移動工程において、整列部１５からあふれ出したボール１４は、整列部１５の傾斜方向に平行な両端部に設けられた段差部１５ｃから溝部５ｄに落下して、反対側の貯溜部５ｂへ移動する。
【００２８】
この後ボール移動規制部材１９は整列部１５の他端部まで移動し、斜面部５ｃ上に到達することにより、図５（ｄ）に示すようにせき止められていたボール１４は斜面部５ｃに沿って下方に流動し、反対側の貯溜部５ｂに収容される。これによりボール移動規制部材１９の１行程が完了し、整列部１５の各凹部１５ａ内にはボール１４が整列状態で収容される。
【００２９】
この後、図５（ｅ）に示すように整列治具５を水平姿勢に復帰させるとともに、ボール移動規制部材１９を整列部１５上で矢印ａ方向へ移動させることにより、整列部１５上に存在する余分なボール１４が除去される（ボール除去工程）。ボール移動規制部材１９の下端は、凹部１５ａ内に保持されたボール１４には接触しないが、整列部１５上に存在するボール１４に当接する高さで整列部１５上を移動する。従って凹部１５ａに収容されずに整列部１５上に残存するボール１４は、ボール移動規制部材１９によって整列部１５上から除去される。
【００３０】
これにより、整列部１５に整列状態で収容されたボール１４は、搭載ヘッド１３によって吸着可能な状態となるが、搭載ヘッド１３によるボール吸着動作に先立って、整列部１５上に余分なボールが存在するか否かが検査される。以下図６を参照して余分ボール検査について説明する。図６（ａ）に示すように、投光部２２ａから照射された光は、受光部２２ｂによって受光されるが、このとき図６（ｂ）に示すように整列部１５上に、凹部１５ａ以外の部位にボール１４ａが存在している場合には、受光部２２ｂの受光量は照射光がボール１４ａによって遮光される分だけ少なくなる。したがって受光部２２ｂの受光量を検出することにより、整列部１５上での余分ボールの有無を検査することができる。そして、移動機構８によってポスト１７を移動させ、投光部２２ａ、受光部２２ｂの光軸をスキャンさせることにより、整列部１５上の全範囲の余分ボール検査が行われる。
【００３１】
このような余分ボールは、凹部１５ａに１つのボール１４が既に収容されている状態で更に他のボール１４が真空吸引力によって捕捉される場合や、整列部１５上面に付着したフラックスなどの粘着物の粘着力によってボール１４が付着する場合など、種々の要因によって生じる。この余分ボール検査は、図５（ｅ）に示すボール移動規制部材１９の矢印ｂ方向への移動時に行われる。そして余分ボールが存在しないことを確認した後に、搭載ヘッド１３によるボール吸着動作が行われる。また余分ボールの存在が検出されたならば、ボール移動規制部材１９を移動させてボール除去を再度行う。
【００３２】
上記ボール吸着動作後には、吸着漏れボール検査が行われる。この検査は搭載ヘッド１３によるボール吸着動作において吸着されないまま凹部１５ａ内に残留する吸着漏れボールを検出することを目的として行われるものである。以下図７を参照して説明する。図７（ａ）に示すように、投光部２２ａから照射される光は、受光部２２ｂによって受光される。このとき、整列部１５の凹部１５ａにボール１４が残留している場合には、凹部１５ａの深さがボール１４の直径よりも小さいことから、整列部１５の上面から突出したボール１４によって照射光が遮光される。そしてこの遮光により、図６に示す例と同様に受光部２２ｂの受光量が減少する。この受光量の減少を検出することにより、吸着漏れボールの存在を検出することができる。
【００３３】
この吸着漏れボール検査によって、吸着漏れボールが存在せず、すなわち整列部１５に配列されたボール１４が全て正常に搭載ヘッド１３に吸着保持されたと確認されたならば、搭載ヘッド１３は位置決め部２上に移動し、保持したボール１４を基板３上に搭載する。このとき、搭載ヘッド１３にボール１４が正常な状態で保持されていることが前述の余分ボール検査および吸着漏れボール検査によって確認されていることから、余分ボールやボール欠品などの不具合を生じることなくボール搭載を行うことができる。また吸着漏れボールの存在が検出されたならば、搭載ヘッド１３によるボール吸着動作を再度行う。
【００３４】
次に図８を参照して、整列治具５におけるボール１４の循環動作について説明する。前述のように、ボール整列動作においては、整列治具５を水平面に対して傾斜させる（傾斜工程）ことにより、ボール貯溜部５ｂ内のボール１４を傾斜面５ｃを経て整列部１５の上面まで移動させ、これらのボール１４をボール移動規制部材１９によってせき止めながら傾斜方向に移動させる（ボール移動工程）。
【００３５】
このボール移動工程においては、整列部１５の上面からあふれ出したボール１４を整列部１５の両側端部（傾斜方向に平行な端部）の段差部１５ｃから溝部５ｄ内に落下させる（ボール落下工程）。そして落下したボール１４を溝部５ｄ内を傾斜により移動させ、傾斜方向のボール貯溜部５ｂまで導く（矢印ｃ参照）（ボール戻り工程）。溝部５ｄは、ボール１４の移動を案内するボール案内部として機能している。
【００３６】
溝部５ｄから貯溜部５ｂに落下したボール１４は、４隅に設けられたガイド部材５ｅによって他のボール１４より先に貯溜部５ｂの中央に向かって導かれ（矢印ｄ参照）、貯溜部５ｂの中央へ流動する。貯溜部５ｂの中央部に位置するボール１４は、貯溜部５ｂの両側部に位置するボール１４よりも凹部１５ａに保持される確率が高くなる。そして次回のボール整列動作を行うために整列治具５を反対方向に傾斜させると、このボール貯溜部５ｂからボール１４が斜面部５ｃを経て整列部５上に移動し（矢印ｅ参照）、ボール１４が新たに整列部１５上に供給される（ボール供給工程）。
【００３７】
すなわち上記ボール整列動作は、傾斜工程、ボール移動工程、ボール落下工程、ボール戻り工程、ボール供給工程の各工程を繰り返し行わせて、ボール１４を整列治具５内において凹部１５ａに保持される確率が低い位置と高い位置とで循環させる形態となっている。このようなボール循環を行わせることにより、ボール１４は循環過程で所定の確率で凹部１５ａ内に収容されて整列され、搭載ヘッド１３によって取り出される。
【００３８】
したがって特定のボール１４が搭載ヘッド１３によって取り出されることなく整列治具５内に長時間滞留する事態が発生せず、ボール１４の表面に摩擦によって傷が発生することによる表面劣化や、ボール１４の噛み込みによるダメージが過度に進行した不良ボールを生じない。またこのボール循環動作において、ボール１４を狭い隙間内を強制的に通過させるような動作が存在しないことから、ボール１４の変形やダメージの発生度合いが小さい。これにより、変形や表面傷が生じた劣化ボールの発生を減少させて、後工程における不具合を防止することができる。
【００３９】
本実施の形態において、ボール移動規制部材１９を用いて整列部１５上の余分なボールを除去するようにしたが、整列冶具５の傾斜を利用して余分なボールを貯溜部５ｂへ落下させる方法でも良い。この場合、ボール整列工程とボール除去工程が同時に行われることになる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、整列部上でのボール移動工程において整列部の傾斜方向に平行な両端部に設けられた段差部から導電性ボールを落下させるようにしたので、ボール移動時の導電性ボールへのダメージを防止することができ、また、段差部から落下したボールをボール案内部によって整列部の前後に設けられたボール貯溜部に導き、ボール貯溜部と整列部との間に設けられたボール移動斜面に沿って整列部の上面まで再び導くようにしたので、導電性ボールの循環を促進して導電性ボールの滞留時間を短縮し、劣化ボールの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置の斜視図
【図２】本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置のボール整列装置の斜視図
【図３】本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置の整列治具の構造図
【図４】本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置の制御系の構成を示すブロック図
【図５】本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置のボール整列動作の工程説明図
【図６】本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置の余分ボール検査の説明図
【図７】本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置の吸着漏れボール検査の説明図
【図８】本発明の一実施の形態の導電性ボール搭載装置の整列治具におけるボール循環の説明図
【図９】従来の導電性ボール搭載装置のボール整列動作の説明図
【符号の説明】
３ 基板
４ ボール整列装置
５ 整列治具
５ｂ 貯溜部
５ｃ 斜面部
５ｄ 溝部
８ 移動機構
９ 傾斜機構
１３ 搭載ヘッド
１４ ボール
１５ 整列部
１５ａ 凹部
１９ ボール移動規制部材
２２ ボール検出センサ
２２ａ 投光部
２２ｂ 受光部
Claims (2)
- 導電性ボールを整列状態で供給する導電性ボールの供給装置であって、上面に１個の導電性ボールを収容可能な凹部を所定の配列で複数備えた整列部と、前記整列部を水平面に対して傾斜させる傾斜機構と、この整列部の前記傾斜方向の前後に設けられ導電性ボールを貯溜するとともに前記傾斜手段により整列部と一体的に水平面に対して傾斜するボール貯溜部と、傾斜した整列部の上面に沿って導電性ボールをせき止めながら傾斜方向に移動するボール移動規制部材と、前記整列部の前記傾斜方向に平行な両端部に整列部の上面から下方に屈折して設けられた段差部と、この段差部の側方に設けられ整列部の段差部から落下した導電性ボールを前記ボール貯溜部に導くボール案内部と、ボール貯溜部内の導電性ボールを前記傾斜手段による傾斜時に整列部の上面に導くボール移動斜面とを備えたことを特徴とする導電性ボールの供給装置。
- 導電性ボールを整列状態で供給する導電性ボールの供給方法であって、上面に１個の導電性ボールを収容可能な凹部を所定の配列で複数備えた整列部を水平面に対して傾斜させる傾斜工程と、傾斜した状態の整列部の上面に沿って導電性ボールをボール移動規制部材によってせき止めながら傾斜方向に移動させるボール移動工程と、このボール移動工程において前記整列部の前記傾斜方向に平行な両端部に整列部の上面から下方に屈折して設けられた段差部から導電性ボールを落下させるボール落下工程と、この落下したボールを段差部の側方に設けられたボール案内部によって整列部の前後に設けられたボール貯溜部に導くボール戻り工程と、ボール貯溜部内の導電性ボールをボール貯溜部と整列部との間に設けられたボール移動斜面に沿って整列部の上面まで再び導くボール供給工程とを含み、前記傾斜工程、ボール移動工程、ボール落下工程、ボール戻り工程およびボール供給工程の各工程を繰り返し行わせて導電性ボールを循環させることを特徴とする導電性ボールの供給方法。
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