JP4572935B2 - 接合装置の検出対象物の検出方法、接合装置及び接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、半田等からなる導電性部材のような射出対象物をノズルの所定位置に配置した後に、検出対象物を接合対象部材間に射出し、これら接合対象部材を接合する接合装置に関するものである。特にノズルの所定位置に射出対象物が配置されたことを検出する検出対象物の検出方法、及び当該方法によって検出対象物の位置を検出できる接合装置、接合方法に関する。

例えば、磁気ヘッドの製造において、所謂磁気ヘッドコアに設けられた電極と、コアを支持する所謂ジンバル上の配線端部と、を接続する工程が存在する。当該工程向けに、例えば特許文献１（図１３）に開示されるような、電極５２５-配線端部５２９との近接部分に半田ボール５１５を供給し、半田ボール５１５を介してこれらの電気的接続を図る方法が知られている。

この方法では、導電性材料である半田ボール５１５を用い、且つ半田ボール５１５が多数個保持された部分より一個ずつ分離するために複数の貫通孔５１７が、回転中心より所定距離を離れ且つ一定の角度間隔で配置された円盤状部材５１３を用いている。円盤状部材５１３が回転することにより貫通孔５１７に入り込んだ半田ボール５１５が個別に分離、移送される。貫通孔５１７が半田ボール５１５の搬送経路５１１と連通する位置において、半田ボール５１５が自重によって搬送経路５１１内を落下し、半田ボール５１５が所定の供給位置に移動する。更に、半田ボール５１５は当該供給位置にてレーザ光５０３の照射を受け、溶融することによって電極５２５‐配線端部５２９間の電気的接続を行っている。当該方法においては、搬送経路を半田ボールの酸化を防止するために供給される窒素ガス、窒素混合気体等の供給経路としても用いており、窒素ガスによって半田ボールの供給位置への移動のアシストを行っている。

ここで、磁気ヘッドはこれを搭載する磁気記録装置（所謂ＨＤＤ:Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ装置）の小型化、高性能化に伴って、近年益々微小化及び構造の複雑化が進められている。磁気ヘッドと同様に半田ボールも小径化が著しく、特許文献１に開示される方法の場合、電極‐配線端部間の所定位置に対してこれを確実に保持することが困難となってきている。

このような状況に対処する手法が特許文献２に開示されている。当該手法においては、内部に設けられた空間内に半田ボールを保持するノズルにおいて半田ボールの供給用開口を小径化し、当該開口の内側に詰まるようにして半田ボールを保持する。保持状態のノズルを電極等に接触させること無くこれらに対して位置決めし、その後半田ボールをレーザ光にて溶融すると共にノズル内部の圧力を高くして溶融した半田ボールを開口部から射出させ、電極上の所定位置に溶融半田を付着させることとしている。

特開２００２−１７０３５１号公報 特表２００４−５３４４０９号公報

特許文献２に開示される構成においても、特許文献１に開示される構成と同様の貫通孔を有する回転円盤を用いて半田ボールの個別搬送を行っており、自由落下及び窒素ガスによるアシストによってレーザ光照射位置に半田ボールを移送することとしている。当該構成において、ノズルの内部空間は半田ボールによって略密閉状態とされ、この状態にて内部空間に窒素ガスを送ることによって溶融半田ボールの射出に要する内部空間内の圧力上
昇を行っている。

ここで、磁気ヘッド等の小型化による電極サイズ或いは電極ピッチの微細化に伴って、用いる半田ボールの径は６０μｍ程度にまで小さくなってきている。当該サイズの半田ボールにおいては、静電気等による回転円盤への付着、半田ボールに作用する重力に対するノズル内の窒素による抵抗の増加等が生じることから、半田ボールがノズルの所定位置に達するまでに要する時間が大きな径の半田ボールと比較して長くなってしまう。

このため、半田ボールが射出されるノズルのノズル開口に達したか否かは時間によって管理することが困難となってきている。従来は、このような半田ボールの所定位置への到達を判定するために、ノズルの内部空間内の圧力を測定し、圧力の上昇をもってこれを感知することとしている。当該方法は、例えば窒素ガス流によるアシストによって半田ボールが射出されるノズル開口に移送し、ノズル開口が半田ボールによって閉鎖された後も窒素ガスの供給を行うことによって所定圧力までノズルの内部空間の圧力が増加することに基づき判定するものである。
しかし、ノズル開口の閉鎖に伴った圧力上昇にはある程度の時間を要する。また、閉鎖状態等によっては圧力が所定値まで上昇するまでの時間にもばらつきが生じる可能性がある。このため、実際の処理においては例えば１〜２秒といった待機時間のばらつきがあり且つ待機時間自体も長いものとなっていた。

また、従来の如く時間或いは圧力によって半田ボールのノズル内所定位置への移送終了を検知する場合には、半田ボールの移送をアシストする窒素ガス等のガスの流量、流速等を制御パラメータとして考慮する必要があった。

本発明は以上述べた状況に鑑みて為されたものであり、半田等からなる導電性部材のような検出対象物を対象物保持部に保持し、これを接合対象部材間に射出し、接合対象部材間の接合を行うための接合装置において、対象物保持部に検出対象物が保持されたことを確実且つ迅速に検出する検出対象物の検出方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、当該方法によって位置が検出された検出対象物を用いて、接合対象部材に対して検出対象物を供給し且つ検出対象物を溶融して接合対象部材間を接合する接合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の本発明の検出対象物の検出方法の第１の態様は、検出対象物に熱線を照射する照射部とともに使用され、前記検出対象物を保持し、開口を有する対象物保持部において、前記検出対象物の有無を検出する検出方法であって、撮像素子により前記開口を有する所定領域の画像信号を撮像し、
前記照射部の照射光路と、前記撮像素子の撮像光路と、を光学的手段によって、前記開口内において略一致させる。
本発明の検出対象物の検出方法の第２の態様によれば、前記検出対象物が導電性部材であり、前記対象物保持部がノズルである。

本発明の検出対象物の検出方法の第３の態様によれば、前記撮像素子はＣＭＯＳである。

本発明の検出対象物の検出方法の第４の態様によれば、前記ＣＭＯＳを用いて撮像された前記画像信号を積分することで積分値を算出し、前記積分値が所定値を超えていない場合には前記検出対象物が無いと判断し、前記積分値が所定値を超えている場合には前記検出対象物が有ると判断する。

本発明の検出対象物の検出方法の第５の態様によれば、前記ＣＭＯＳを用いて撮像された一画面分の前記画像信号のうち、画面範囲から任意のエリアを選択抽出し、前記エリア内の画像信号の積分値を算出する。

本発明の検出対象物の検出方法の第６の態様によれば、前記ＣＭＯＳは１／６インチである。

また、上記課題を解決するための本発明の接合方法の第１の態様は、ノズルから略球状の導電性部材を接合対象物に射出し前記接合対象物を電気的に接合する接合方法であって、 前記ノズルの開口部の直径より大きい外径を有する前記導電性部材を用意し、前記導電性部材を前記ノズルの外側から前記ノズルの開口部に圧着させ、上記第２の態様乃至第６の態様いずれかの検出対象物の検出方法により前記検出対象物の有無を検出し、前記検出工程において前記検出対象物があると判断された場合には、前記ノズルの内部空間内に圧縮気体を供給し、前記内部空間内が所定の圧力値の際に、前記開口部に圧着させた前記導電性部材に対して前記内部空間を介して熱線を照射し、前記圧縮気体により固相状態のままで前記導電性部材を前記接合対象物に射出する。

また、本発明の接合方法の第２の態様によれば、前記導電性部材の前記開口部に対する圧着は、前記ノズルを前記導電性部材に対して押圧することにより行う。
本発明の接合方法の第３の態様によれば、前記導電性部材の前記開口部に対する圧着を補助するために、前記内部空間を介して前記開口部に吸引力を付与する。
本発明の接合方法の第４の態様によれば、前記導電性部材が射出された後、さらに前記導電性部材に熱線の照射を継続する。

さらに、上記課題を解決するための本発明の接合装置の第１の態様は、外部空間を連通し、射出物が射出されるノズル開口部を有するノズルを備えるノズル組立体と、前記ノズル開口部に前記射出物を供給する供給部と、前記ノズル内のノズル開口を有する所定領域の画像信号を撮像する撮像部と、撮像された画像信号に基づいて射出物の有無を判断する識別部と、を有する検出部と、前記射出物に熱線を照射する照射部と、前記照射部の照射光路と、前記撮像部の撮像光路とを、少なくとも前記ノズル内において一致させるように、前記照射光軸上若しくは前記撮像光軸上に配置される光学部材と、前記射出物を射出するため圧縮気体を前記内部空間に導入する射出気体供給部と、前記射出物を前記ノズル組立体から射出させるため、前記供給部により前記射出物が供給され、前記検出部により前記ノズル開口部に前記射出物が存在すると判断されると、前記内部空間に前記圧縮気体を供給し、前記射出物に熱線を照射する、という一連の動作を制御する制御部と、を備える。

本発明の接合装置の第２の態様によれば、前記撮像部は、光学レンズと撮像素子によって構成され、前記撮像素子はＣＭＯＳである。

本発明の接合装置の第３の態様によれば、前記ＣＭＯＳを用いて撮像された前記画像信号を積分することで積分値を算出し、得られた積分値が、所定値を超えていないと前記射出対象物が存在しないと判断し、所定値を超えていると前記射出対象物が存在すると判断する識別部をさらに有する。

本発明の接合装置の第４の態様によれば、さらに、前記ＣＭＯＳで撮像された一画面分の画像信号のうち、画面範囲から任意のエリアを選択抽出するエリア選択抽出部を備え、前記識別部は、前記任意のエリアの画像信号に基づき判断する。

本発明の接合装置の第５の態様によれば、前記ＣＭＯＳは１／６インチである。

本発明の接合装置の第６の態様によれば、前記射出物を固相状態で前記ノズル組立体から射出する。

本発明の接合装置の第７の態様によれば、前記供給部は、前記射出物を貯留している貯留部に対して相対的に前記ノズルを接離させ、前記射出物を開口部に圧着させるための圧着手段である。

本発明の接合装置の第８の態様によれば、前記ノズルの外部側から前記ノズル開口部に射出物を補助的に圧着させる手段を有する。

本発明の接合装置の第９の態様によれば、前記射出物は、略球状の導電性部材で、前記ノズル開口の径は前記導電性部材の径より小さい。

さらに、本明細書において、導電性部材とは、半田、金などの金属材料あるいは合金などの、接合する対象である部材同士を電気的に接続できる部材を意味する。また、導電性部材の形状は、球状に限らず、立方体形状、円錐体形状等をも含むものである。
また、透光性のない検出対象物とは、光を全く通さない部材に限らず、光をほぼ通さない部材をも含む。

本発明の検出対象物の検出方法及び接合装置によれば、極微小径の検出対象物が対象物保持部に達したことを迅速且つ確実に検出することが可能となる。従って、接合装置における検出対象物へ供給する時間を短時間に的確に管理することができるようになり、接合時間の短縮化が可能となる。
また、照射光路と撮像光路とが開口内において略一致しているので、撮像工程と照射工程とを異なる場所で行うことが不要となり、接合作業を迅速に行える。

以下、本発明の検出対象物の接合装置の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図面において同一部分は同一符号で示してある。

（実施形態）
図１は、本発明の実施形態の接合装置を示す側面図である。接合装置１は、導電性で透光性のない検出対象物が保持され、先端のノズル開口３ａから検出対象物（若しくは射出物）を射出するノズル３を有する対象物保持部であるノズル組立体５と、ノズル組立体５内に導電性部材を供給する供給部７と、導電性部材が所定位置にあるか否かを判断するための検出部１３と、導電性部材を溶融するための熱線を照射する照射部１５と、ノズル組立体５内に供給部７により検出対象物をノズル組立体５内に供給した後に検出部１３を駆動させる制御部１７と、を備える。さらに、検出部１３は、ノズル組立体５のノズル３内でノズル開口３ａを有する所定領域の画像信号を撮像する撮像部９及び画像信号を積分して得られた積分値が所定値を超えていない場合には、前記検出対象物が無いと判断する画像処理部１１を有する。以下に上述した各要素について説明する。

ノズル組立体５は、ノズル本体１９と、ノズル本体１９と同心にその下部に連結され、ノズル開口３ａを有する先細り形状のノズル３と、ノズル開口３ａを開閉するストッパ２１と、を有する。
ストッパ２１は、側面が略Ｌ字形状の薄い板部材であり、その厚さは、ノズル開口３ａに位置する検出対象物を、ノズル開口３ａを画成するノズル３の周壁と協働して支持できるように寸法付けされていればよい。よって、ノズル開口３ａをストッパ２１が完全に閉鎖する必要はない。なお、図１中において、ストッパ２１はノズル開口３ａを閉じた状態が示されている。不図示のストッパ駆動部により、ストッパ２１を移動又は揺動（図中の矢印方向）させることにより、ノズル開口３ａの開閉を行う。また、ノズル本体１９の内部空間はノズル３の半田収容空間と連通し、ノズル本体１９の内部空間内に後述する供給部７から移送された導電性部材がノズル開口３ａに移動する構成である。

また、ノズル本体１９の上面は、後述の光学ユニット３２からの導光ができるように透光性の遮蔽部材２０で形成されている。このように、ノズル組立体５の内部空間は、ノズル開口３ａを除き密閉された空間が形成される。
ノズル組立体５の上方には、検出部１３と照射部１５が配置されている。検出部１３は、筐体２７、筐体２７内に配置されるＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子２３、ノズル開口３ａから撮像素子２３までの撮像光路上に配置される光学系の結像レンズ２５を有する撮像部９と、撮像素子２３からの画像信号を用いて画像処理を行い、導電性部材が所定位置に存在するか否かを識別する画像処理部１１を有する。また、撮像素子２３の撮像光軸３１は、ノズル開口３ａのほぼ中心を通るように配置されている。

照射部１５は、検出対象物を溶融するため図中において下方に向かい熱線を照射する光源２９を備える。本実施形態では光源２９の照射光軸３３は、撮像部１３の撮像光軸３１と、ほぼ平行になるような関係である。また、光源２９からの熱線は、後述する光学ユニット３２により、ノズル組立体５内へ導かれ、ノズル開口３ａのほぼ中心を通る。このように、熱線の照射光路と撮像光路とは、少なくともノズル開口３ａ内ではほぼ一致する。従って、ノズル組立体５の内部空間は、撮像光路及び照射光路として機能する。

光学ユニット３２は、照射部１５及び検出部１３と、ノズル組立体５との間に介在している。光学ユニット３２の筐体内に熱線の照射光軸３３上に配置される反射ミラー３５と、撮像部９の撮像光軸３１上に配置されるハーフミラー３７と、を備える。従って、光源２９から鉛直方向下方に進む熱線の照射光路は、反射ミラー３５により９０度右方に変えられる。さらに熱線の照射光路は、ハーフミラー３７により、鉛直方向下方に変えられ、熱線がノズル組立体５内そしてノズル開口３ａへ導かれる。

供給部７は、検出対象物をノズル組立体５内へ供給する部材である。たとえば、圧縮ガスを供給できるエア源と、検出対象物を貯留する貯留部と、を備える構成で、エア源からのエアにより、貯留部からノズル組立体５内へ検出対象物を供給する。

さらに、制御部１７は、照射部１５の熱線の光源２９、検出部１３の画像処理部１１、供給部７、対象物保持部５のストッパ２１に連結され、それぞれの部材の動作を所定のタイミングで駆動するように制御する。
上記構成の接合装置１は、以下のように動作する。まず、制御部１７からの指令によりストッパ２１がノズル開口３ａを閉鎖する（図１の状態）。次に、制御部１７からの指令により、供給部７で圧縮ガス等により単一の検出対象物がノズル組立体５内に供給される。

次に、検出部１３により、ノズル３のノズル開口３ａに検出対象物が存在するか否かが判断される。検出部１３の撮像部９としては、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を利用した撮像装置を用いることができる。撮像装置により、ノズル開口３ａを有する所定領域の画像信号を得た後、画像処理部１１において画像信号を積分し積分値を得る。さらに、その積分値が所定値を超えている場合には、検出対象物が開口部３ａに位置付けられていると判断する。反対に積分値が所定値を超えていない場合には、検出対象物がノズル開口３ａに存在しないと判断される。

また、検出対象物の有無を識別するための所定値は、ノズル開口に検出対象物がある場合と、ノズル開口に検出対象物がない場合とについて予め試験を行うことで適切な値を求めておく。なお、検出対象物をノズル開口３ａに供給する工程では、ストッパ２１がノズル開口を閉じた状態であるので、上述の所定値は、ストッパによりノズル開口３ａが部分的に塞がれることを考慮して設定することが好ましい。

次に、画像処理部１１が、導電性部材がノズル開口３ａに到達している、と判断すると、画像処理部１１は制御部１７に対して検出対象物が到着したことを示す到着信号を制御部１７に発する。
制御部１７は、この到着信号を受け取ると、ストッパ２１の駆動部に対し駆動信号を発し、ストッパ２１を開放するとともに、照射部１５の光源２９に対し駆動信号を発し、照射部１５の光源２９から熱線が検出対象物に照射される。ここで、ストッパ２１と照射部１５は、同期しており、ストッパ２１の開放と同時もしくは一定時間の時差を持って熱線が導電性部材に照射される。すなわち、一定時間の時差がある場合には、導電性部材がノズル開口３ａを通過した後に照射されることになる。

また、導電性部材を射出する手段としては、重力による自由落下、供給部７から検出対象物を射出する際に利用する圧縮ガス、または、ノズル組立体５の内部に圧縮ガス（窒素等の不活性ガス）を供給するための射出エア供給源すなわち射出気体供給部を設ける等、種々の構成が適用できる。

以下に、本発明の接合装置を半田付け装置に適用した実施例１について説明する。図２は、半田付け装置の模式図であり、図３は、半田付け装置の要部を示す部分断面図であり、（ａ）〜（ｄ）は、半田ボールを射出する工程を示す。図４は、半田付け装置の要部ブロック図である。なお、図３（ｂ）〜（ｄ）は、半田ボールを供給し、射出するまでの工程を明確にするため、説明に不要な部材を割愛した。

半田ボール接合装置３０１は、架台３５２と、架台３５２の作業面３５２ａ上に配置されるｘ方向移動可能なｘ軸方向移動ステージ３６４及びｙ軸方向移動可能なｙ軸方向移動ステージ３６０と、ｘ軸方向移動ステージ３６４の上面に固定されるワーク３５８を搬送するワークトレー３６６と、ｙ軸方向移動ステージ３６０上に固定されるｚ軸方向移動可能なｚ軸方向移動ステージ３６２と、ｚ軸方向移動ステージ３６２に装着される対象物保持部であるノズル組立体３０５と、撮像部３１３と、照射部３１５と、制御部と、供給部と、を備える。制御部及び供給部は、図面の明瞭化のため図２から割愛した。

ノズル組立体３０５は、ノズルアーム３６８を介してｚ軸方向移動ステージ３６２に固定され、ノズルアーム３６８が図２中の上下方向を移動する構成である。また、撮像部３１３及びレーザ照射部３１５は、ノズル組立体３０５に載置されているので、ノズル組立体３０５の移動とともにｚ軸方向に移動する。
さらに、ｚ軸方向移動ステージ３６２が、ｙ軸方向移動ステージ３６０に固定されているので、ｚ軸方向移動ステージ３６２がｙ軸方向（図２の左右方向）に移動可能である。他方、ワーク３５８のｘ軸方向（図２の紙面の表裏方向）への移動は、ｘ軸方向ステージ３６４に固定されているワークトレー３６６を移動することにより行う。

ワークトレー３６６のワーク載置面３６６ａは、鉛直方向に対して傾斜しており、載置面３６６ａ上にワーク３５８が載置され、電極間の接合がなされる。なお、本実施例では、ワーク３５８として、ハードディスクに用いられる電子部品を用い、具体的には磁気ヘッドスライダ３７０が装着されたフレキシャ３７２である。磁気ヘッドスライダ３７０の電極とフレキシャ３７２の電極との接合は、半田ボールを用いて半田付けにより行われる。ここで、両電極は９０度の角度を挟んで配置され、これらの電極が形成する角部に半田ボールを配置し、当該ボールをレーザ光により溶融してこれらの電極間の電気的接合が行われる。

以下に、半田ボール接合装置３０１の主要部について説明する。半田ボール接合装置３０１の主要部は、導電性部材である半田ボール３０４が保持され、先端の開口３０３ａから半田ボール３０４を射出するノズル３０３を有するノズル組立体３０５と、ノズル組立体３０５内に半田ボール３０４を供給する供給部３０７と、半田ボール３０４が所定位置にあるか否かを判断するための検出部３１３と、半田ボール３０４を溶融するためのレーザを照射する照射部３１５と、ノズル組立体３０５、供給部３０７、照射部３１５、及び検出部３１３を制御する制御部３１７と、を備える。さらに、検出部３１３は、ノズル３０３内の開口３０３ａを有する所定領域（撮像領域）を撮像する撮像部３０９及び撮像部３０９により撮像された撮像信号に基づいて半田ボール３０４が所定位置にあるか否かを判断する画像処理部３１１を有する。

まず、ノズル組立体３０５は、上部が透光性の遮蔽部材３２０で形成されたノズル本体３１９と、ノズル本体３１９と同心で、その下部に連結され、ノズル開口３０３ａを有する先細り形状のノズル３０３と、ノズル開口３０３ａを開閉し略逆Ｌ字状ストッパ３２４と、を有する。Ｌ字状ストッパ３２４は公知のピエゾ素子等の駆動手段により移動（矢印３７１方向）することで、ノズル開口３０３ａの開閉を行う。
なお、図３（ａ）中において、Ｌ字状ストッパ３２４はノズル開口３０３ａを閉じた状態で示されている。また、ノズル本体３１９の内部空間３１９ｂとノズル３０３の半田収容空間３０３ｂは連通し、後述する供給部３０７からノズル本体３１９の内部空間３１９ｂ内に半田ボール３０４が移送されると、当該半田ボール３０４がノズル開口３０３ａ近傍に移動する構成である。

ノズル本体３１９の内部空間３１９ｂの内径、ノズル３０３の半田収容空間３０３ｂの内径および開口３０３ａの径は、少なくとも半田ボール３０４の外径より若干大きく寸法づけられており、半田収容空間３０３ｂ内を半田ボール３０４が自由に移動できる構成である。

また、ノズル本体３１９の周壁には、後述する供給部３０７が連結されている。供給部３０７からの半田ボール３０４は、ノズル本体３１９の周壁を貫通する半田ボール供給口３１９ａを介してノズル本体３１９の内部空間３１９ｂに導入される。

さらに、ノズル本体部３１９には、半田ボール３０４を射出するための射出エア供給部３３５が連結され、射出エア供給部３３５は、ノズル本体部３１９の周壁を貫通する孔を介して内部空間３１９ｂに窒素等の圧縮ガスを供給する。

ノズル組立体３０５の上方には、検出部３１３と照射部３１５が配置されている。検出部３１３は、筐体３２７内に配置される撮像素子のＣＭＯＳ３２３及び光学系を構成する結像レンズ３２５を有する撮像部３０９と、ＣＭＯＳ３２３から得られる画像信号を処理して、半田ボール３０４が所定位置に存在するか否かを識別する画像処理部３１１を有する。なお、本実施例では、１／６インチのＣＭＯＳ３２３を使用した。また、撮像部３１３のＣＭＯＳ３２３は、その撮像光軸３３１がノズル開口３０３ａのほぼ中心を通るように配置されている。

照射部３１５は、半田ボール３０４を溶融するため図３中において下方に向かいレーザ光を照射するレーザ光源３２９を備える。本実施形態ではレーザ光源３２９の照射光軸３３３は、撮像部３１５の撮像光軸３３１と、ほぼ平行になるような関係である。なお、レーザ光は、後述する光学ユニット３３２により、ノズル組立体３０５の内部空間３１９ｂ内に導光され、ノズル開口３０３ａのほぼ中心を通過する。すなわち、ノズル組立体３０５の内部の内部空間３１９ｂ及び半田収容空間３０３ｂは、レーザ経路としても機能する。また、レーザ光源３２９からノズル開口３０３ａまでの照射光路は、照射光軸上に配置される光学ユニット３３２により屈曲する構成である。

光学ユニット３３２は、照射部３１５及び撮像部３０９と、ノズル組立体３０５との間に装着されている。そして、光学ユニット３３２は、照射部３１５の照射光軸３３３上に配置されるミラー３３５と、撮像部３０９の撮像光軸３３１上に配置されるハーフミラー３３７とを備える。この構成により、レーザ光源３２９からのレーザ光の照射光路は、ミラー３３５により９０度右方に変えられる。さらにレーザ光の照射光路は、ハーフミラー３３７により、鉛直方向下方に反射され、レーザ光がノズル組立体３０５の遮蔽部３２０を介してノズル開口３０３ａへと導かれる。すなわち、ノズル組立体３０５内では、撮像部３１３の撮像光路と照射部３１５の照射光路３３３とはほぼ一致する構成である。

次に供給部３０７について説明する。供給部３０７は、ノズル組立体３０５の側部に装着され、一方が開口した供給部本体３４３と、供給部本体３４３の開口を塞ぐ端板３４５と、を備える。さらに、供給部本体３４３は、貯留部３４７と、整列部３４９と、移送部３５１と、を備える。

供給部本体３４３の貯留部３４７は、端板３４５と供給部本体３４３内部に設けられた凹部により画成され、半田ボール３０４が貯留される貯留空間３５３を備える。貯留部３４７に連続する整列部３４９は、貯留空間３５３に連通する整列路３５５が設けられている。さらに、整列部３４９に連続するのは移送部３５１である。移送部３５１内には、整列路３５５に連通する移送路３５７が設けられている。また、移送部３５１は、整列部３４９と反対側でノズル本体３１９に装着されている。移送部３５１の移送路３５７は、半田ボール供給口３１９ａを介してノズル組立体３０５の内部空間に連通する。すなわち、貯留空間３５３からノズル組立体３０５の内部まで連通する構成である。なお、本実施例の整列路３５５及び移送路３５７は、供給部本体３４３の長手方向で貯留空間３５３から直線状に延び、その径は、半田ボール３０４より若干大きく寸法付けされている。従って、整列路３５５、移送路３５７内では半田ボール３０４が一列状に整列されるように寸法付けされている。

供給部本体３４３の貯留部３４７は、端板３４５と供給部本体３４３内部に設けられた凹部により画成され、半田ボール３０４が貯留される貯留空間３５３を備える。貯留部３４７に連続する整列部３４９は、貯留空間３５３に連通する整列路３５５が設けられている。さらに、整列部３４９に連続するのは移送部３５１である。移送部３５１内には、整列路３５５に連通する移送路３５７が設けられている。また、移送部３５１は、整列部３４９と反対側でノズル本体３１９に装着されている。移送部３５１の移送路３５７は、半田ボール供給口３１９ａを介してノズル組立体３０５の内部空間に連通する。すなわち、貯留空間３５３からノズル組立体３０５の内部まで連通する構成である。なお、本実施例の整列路３５５及び移送路３５７は、供給部本体３４３の長手方向で貯留空間３５３から直線状に延び、その径は、半田ボール３０４より若干大きく寸法付けされている。また、第１の通気口３５６には第１のエア供給・吸引部３６９が連結されている。よって、第１エア供給・吸引部３６９から供給されるエアや吸引力は、第１の通気口３５６を介して貯留空間３５３内に付与される。

さらに、整列部３４７には、整列路３５５の延在する方向に対してほぼ直交する方向に貫通し、整列路３５５に連通する第２の通気口３５９が設けられている。第２の通気口３５９には、第２のエア供給・吸引部３２１が連結され、第２のエア供給・吸引部３２１からのエアや吸引力は、第２の通気口３５９を介して整列路３５７内に供給される。従って、整列路に対してほぼ垂直の方向から、整列路３５５内にエアや吸引力が付与される構成である。

また、整列路３５５と移送路３５７の境界領域には、整列路３５５に連通し、第１のストッパ３６１を挿脱可能に収容する第１のストッパ収容路３６３が設けられている。

また、第２の通気口の中心から第１のストッパ３６１の、貯留部３４７側の面までの整列路の長さは、半田ボールの外径とほぼ同じ寸法から外径の１．５倍程度の寸法までの範囲内とすることが好ましい。また、第１のストッパ３６１の、貯留部３４７側の面から貯留空間３５３までの整列路３５５の距離は、少なくとも半田ボール３０４一つ分の長さとする。よって、整列路３５５内に一列状に並び、列先頭の半田ボール３０４が第１のストッパ３６１に当接した状態で、第２のエア供給・吸引部３２１からエアを供給すると、列先頭の半田ボールと、残りの半田ボールを分離することができる。

さらに、移送部３４９には、移送路３５７と連通し、第２のストッパ３３９を挿脱可能に収容する第２のストッパ収容路３６５が設けられている。第１のストッパ収容路３６３と、第２のストッパ収容路３６５との間の距離は、少なくとも半田ボール一つ分の外径より長く寸法付けることが好ましい。

第１のストッパ３６１及び第２のストッパ３３９には、それぞれを駆動するための第１のストッパ駆動部３６７及び第２のストッパ駆動部３７４が連結されている。従って、第１のストッパ３６１及び第２のストッパ３３９を駆動し収容路３６３、３６５で挿脱されることにより、整列路３５５及び移送路３５７を開放／遮断する。
また、第１のストッパ３６１及び第２のストッパ３３９が整列路３５５及び移送路３５７を閉鎖した状態であっても、整列路及び移送路へのエアの供給ができるように、第１のストッパ３６１及び第２のストッパ３３９が整列路及び移送路に対して寸法付けされている。

なお、供給部本体３０７の端板３４５から、ノズル組立体３０５のノズル３０３の開口３０３ａの中心までの距離（Ｌ）は、適宜変更できることは言うまでもない。
さらに、制御部３１７は、図４のブロック図に示されるように、照射部３１５の光源部３２９、検出部３１３の画像処理部３１１、供給部３０７、対象物保持部３０５のＬ字状ストッパ開閉駆動部３２２に連結され、それぞれが所定のタイミングで駆動するように指令する。

次に、図５、６を用いて半田ボールが所定位置に存在するか否かの判断する工程について説明する。図５は、撮像領域と画素の関係を示し、（ａ）は半田ボールが存在する状態を示し、（ｂ）は（ａ）から選択抽出したエリアを示し、（ｃ）は半田ボールが存在しない状態を示し、（ｄ）は（ｃ）から選択抽出したエリアを示す。図６は、ＣＭＯＳを用いた積分回路を示す。

図５に示される撮像領域の画素数は、６４０ｘ４８０ｐｉｘｅｌである。使用されるノズル開口３０３ａの径は、約７０〜２００μｍである。また、ＣＭＯＳ型の撮像素子では、図６に示される積分回路を用いて画像信号の積分を行う。積分回路は、ＣＭＯＳからの画像信号のうち抽出された所定エリアの画素の画像信号をコンデンサに加算する積分を行う。

このような条件下において、撮像領域内におけるノズル開口の面積は、その他の領域（ノズル内の周壁部）との面積に比べ相対的にかなり小さい。例えば、ＣＣＤ型の撮像部を用い、撮像領域全体の画像信号を積分し積分値を求めると、半田ボールでノズル開口が塞がれていない場合には、ノズル開口の領域の面積がその他の面積に対して相対的に非常に小さいため、明暗差が小さくなり、半田ボールが存在しないことを識別することが困難になる。さらに、ノズル開口は、Ｌ字状ストッパにより塞がれる領域も存在するため、撮像領域全体の積分値から半田ボールの有無を識別することを一層困難にしている。

なお、ＣＣＤの場合には、撮像領域すべての画像信号をＡ／Ｄコンバータで画像データに変換した後に、所定エリアの各画素の画像データのみを加算し積分処理する手法も考えられるが、撮像領域すべての画像信号をデジタル化する必要があるため、処理時間の短縮化には限界がある。

そこで、本実施例では、撮像素子３２３としてＣＭＯＳを用いた。撮像部３０９により撮像された画像信号のうち、ノズル開口を有する３２ｘ３２ｐｉｘｅｌの所定エリアのみの画像信号を画像抽出部３１２により抽出して積分しその積分値を得る。識別部３１４においてその積分値が所定値を超えている場合には、半田ボールが存在すると識別され、所定値を超えていない場合には、半田ボールがノズル開口に存在しないと識別される。所定エリアでは、ノズル開口に対応する面積（半田ボールが存在しない場合に明部となる部分）が、その他の部分（暗部）の面積に対して多くとることができるので（図５（ｂ）、（ｄ））、明暗差が明確になり半田ボールの有無の識別が容易となる。

さらに、６４０ｘ４８０ｐｉｘｅｌの画像信号を転送するには、約３３ｍｓｅｃの時間を要する。しかし、３２ｘ３２ｐｉｘｅｌの所定エリアのみの画像信号の転送は約２ｍｓｅｃで可能である。従って、識別部等の処理速度にもよるが、半田ボール３０４がノズル開口３０３ａを塞いでから、約５．５ｍｓｅｃで半田ボールの有無の識別結果を転送できる。よって、半田ボールの有無を半田する工程の処理を高速かつ正確に行うには、ＣＭＯＳが好ましい。

次に、上記構成の半田付け装置における半田付け工程について図７（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図７（ａ）は、貯留部から第２ストッパへ半田ボールを供給する工程を示す工程図であり、図７（ｂ）は、第２ストッパからノズル組立体へ半田ボールを供給する工程を示す工程図であり、図７（ｃ）は、半田ボールの有無を検出し半田付けをする工程を示す工程図である。

まず半田付け工程の前に、半田付けの対象物であるワーク３５８をワーク載置面３６６ａに固定する。そして、ノズル組立体３０５とワーク３５８との間の相対関係の位置決めを行う。これは、ｘ軸方向移動ステージ３６４によりワーク３５８を移動し、ｙ軸方向移動ステージ３６０、ｚ軸方向移動ステージ３６２によりノズル組立体３５７を移動することで行う。

そして、図３（ａ）に示すように、最初の半田ボール３０４ａが第２のストッパ３３９に到達した状態にする。すなわち、最初の半田ボール３０４ａについては、図７（ａ）のＳ１からＳ８までの工程を経て第２のストッパ３３９に到達している。なお、第１、第２のストッパ３６１、３３９は、閉じた状態である。

次に、図３（ｂ）に示されるように、第１のエア供給・吸引部３６９からの圧縮エアにより（図７（ａ）のＳ２）、半田ボール３０４が整列路３５５内に一列に整列される（図７（ａ）のＳ３）。一方、第１のエア供給・吸引部３６９からの圧縮エアは、最初の半田ボール３０４ａにも作用する（図７（ｂ）のＳ１１）。そして、第１のストッパ３６１が閉じた状態で、半田ボール接合装置３０１の制御部３１７からの要求に従い、第２のストッパ３３９を開き（図７（ｂ）のＳ１２）、移送路３５７を開放する。最初の半田ボール３０４ａがノズル本体３１９の内部空間３１９ｂ内を通り、ノズル３０３の半田収容空間３０３ｂ内に導入され（図７（ｂ）のＳ１３）、その後第２のストッパ３３９を閉じるとともに第１のエア供給・吸引部３６９を停止する（図７（ｂ）のＳ１４）。

半田ボール３０４が整列路３５５内に一列に整列した後、第２のエア供給・吸引部３２１を動作させて圧縮空気が第２の通気口３５９を介して整列路３５５内に供給される（図７（ａ）のＳ４）。その結果、２番目の半田ボール３０４ｂと、その他の半田ボール３０４は分離される。

次に、第１のエア供給・吸引部３６９によるエア供給を停止し、第１のエア供給・吸引部３６９による吸引力を付与する（図７（ａ）のＳ５）。その結果として、２番目の半田ボール３０４ｂを除く他の半田ボール３０４は貯留空間３５３内に引き戻される（図３（ｃ））。

上述のように、第１のエア供給・吸引部３６９から供給される圧縮エアは、第２のストッパ３３９に係止されている最初の半田ボール３０４ａと、貯留部内の半田ボールと、を移送するために使用される。よって、貯留部の半田ボールを整列させる工程及び第２のストッパ３３９に係止される半田ボールをノズル組立体内へ移送させるタイミングが一致するように第１のエア供給・吸引部３６９によるエア供給開始および停止を制御部により適宜制御する。

次に、第１のエア供給・吸引部３６９による吸引を停止し（図７（ａ）のＳ６）、第１のストッパ３６１を開き（図７（ａ）のＳ７）、整列路３５５を開放する。第２のエア供給・吸引部３２１からの圧縮エアにより２番目の半田ボール３０４ｂが第２のストッパ３３９に到達し係止される（図７（ａ）のＳ８、図３（ｄ））。そして、第１のストッパ３６１を閉じ、第２のエア供給・吸引部３２１を停止する（図７（ａ）のＳ９）。

他方、図７（ｂ）のＳ１３において移送路３５７を通過し、ノズル３０３内に位置している最初の半田ボール３０４ａが所定位置、すなわち、Ｌ字状ストッパ３２４の上面及び開口３０３ａを画成する周壁により支持された状態であるか否かの判断が行われる。

半田ボールの有無を判断する工程では、画像処理部３１１の画像抽出部３１２からの指令により、撮像部３０９により撮像された撮像信号にうち、所定エリアの画像信号のみを抽出し、その画像信号を積分し積分値を得る（図７（ｃ）のＳ２１）。次に、識別部３１４は、その積分値が所定値を超えている場合には、最初の半田ボール３０４ａがノズル開口３０３ａに位置づけられていると判断する。また、積分値が所定値を超えていない場合には、最初の半田ボール３０４ａが開口３０３ａに到達していないと判断し、積分値が所定値を超えるまで繰り返される（図７（ｃ）のＳ２２）。

そして、最初の半田ボール３０４ａが開口３０３ａにあると判断されると、開閉駆動部３２２及び射出エア供給部３３５に制御部３１７からの駆動信号が発せられ、Ｌ字状ストッパ３２４を開放するとともに、射出エアが供給される（図７（ｃ）のＳ２３）。そして最初の半田ボール３０４ａがノズル３０３の外部へ吐出される（図３（ｄ））。２番目の半田ボール３０３ｂが第２のストッパ３３９に係止された状態で、最初の半田ボール３０４ａが吐出されることになる。なお、開閉駆動部３２２と射出エア供給部３３５の駆動タイミングは、制御部により同期することができる。

さらに、最初の半田ボール３０４ａがノズル開口３０３ａを通過して吐出された（図７（ｃ）のＳ２３）後に、制御部３１７からの駆動信号によりレーザ光源３２９が駆動し、飛翔中の最初の半田ボール３０４ａにレーザ光が照射される（図７（ｃ）のＳ２４）。すなわち、半田ボール３０４ａは、固相状態で開口３０３ａを通過する。レーザ光により溶融した半田ボール３０４ａが所定位置に付着し電気接合がなされ（図７（ｃ）のＳ２５）、第２のストッパ３３９を閉鎖し、接合工程の一工程が終了する（図７（ｃ）のＳ２６）。

なお、上記した半田供給及び接合工程は一例にすぎず、適宜変更できることは言うまでもない。例えば、撮像処理（図７（ｃ）のＳ２１）は、第２のストッパ閉鎖（図７（ｂ）のＳ１４）後としたが、閉鎖する前であってもよい。また、レーザ照射する工程（図７（ｃ）のＳ２４）は、Ｌ字状ストッパ３２４を開放した後としたが、開放する前であっても、半田ボール３０４ａが溶融しない程度まで、レーザ光を照射することも可能である。

最後に、開閉駆動部３２２に制御部３１７から駆動信号を付与することにより、Ｌ字状ストッパ３２４で開口部３０３ａを閉鎖し、図３（ａ）に示す状態となる。このように、連続する複数の半田ボールの先頭の半田ボールを吐出する際には、第２番目の半田ボール
３０４ｂが第２のストッパ３３９に係止される状態となるので、半田ボール接合装置３０１の制御部３１７からの半田ボール供給要求に対して遅れ（ディレイ）が少なく、結果的に射出間隔を短くできる。

以下に、本発明の接合装置を半田付け装置に適用した実施例２について説明する。実施例１に係る半田付け装置は、ノズル内に半田ボールを供給し、ストッパによりその開口部の近傍に半田ボールを保持し、半田ボールを射出させ熱線を照射する構成を採用したが、実施例２の半田付け装置は、ノズル組立体の外側から半田ボールをノズル開口部に圧着した状態において、ノズルの内部空間内に圧縮エアを供給するとともに半田ボールに熱線を供給することで半田ボールを吐出させる構成である。

図８は、実施例２に係る半田付け装置の模式図である。図９（ａ）は、実施例２の半田付け装置の要部を示す正面図であり、図９（ｂ）は、ＩＸＢ部の光軸を通る平面に沿ったノズル組立体の拡大断面図であり、半田ボールが圧着した状態を示し、図９（ｃ）は、図９（ａ）のＩＸＢ部の光軸を通る平面に沿った拡大断面図であり、半田ボールが吐出した状態を示す。図１０は、半田付け装置の要部ブロック図である。図１１は、半田付け工程のフローチャートである。

以下、半田ボール接合装置１３０１の構成について説明する。なお、半田ボール接合装置１３０１の構成のうち、実施例１の半田ボール接合装置とは異なる部分を中心に説明する。

図８に示すように、半田ボール接合装置１３０１は、主として、ノズル組立体（対象物保持部）１３０５と、撮像部１３１３と、レーザ照射部１３１５と、制御部１３０１と、架台１３５２と、架台１３５２の作業面１３５２ａ上に配置されるｘ方向移動可能なｘ軸方向移動ステージ１３６４及びｙ軸方向移動可能なｙ軸方向移動ステージ１３６０と、第１のｘ軸方向移動ステージ１３６４の上面に固定されるワーク１３５８を搬送するワークトレー１３６６と、第２のｘ軸方向移動ステージ１１２１の上面に固定される半田ボールを貯留する貯留部１１２１と、を備える。貯留部１１２１は、ワークトレー１３６６とｙ軸駆動部１１３１との間で、基台１３５２の上面１３５２ａに配置される。

ノズル組立体１３０５は、ノズルアーム１３６８を介してｚ軸方向移動ステージ１３６２に固定され、ｚ軸方向移動ステージを駆動するためのｚ軸方向駆動部１１３７によりノズル組立体１３０５がｚ方向（図８中の上下方向）に移動できる。また、撮像部１３１３及びレーザ照射部１３１５は、ノズル組立体１３０５に載置されているので、ノズル組立体１３０５と一体的にｚ軸方向に移動する。

さらに、ｚ軸方向移動ステージ１３６２が、ｙ軸方向移動ステージ１３６０に固定されているので、ｙ軸駆動部１１３１を駆動させることにより、ｚ軸方向移動ステージ１３６２がｙ軸方向（図８の左右方向）に移動する。他方、ワーク１３５８のｘ軸方向（図８の紙面の表裏方向）への移動は、第１のｘ軸駆動部１１４５を駆動させることにより、ｘ軸方向ステージ１３６４に固定されているワークトレー１３６６を移動させることて行われる。同様に、半田ボールを貯留するための貯留部１１２１のｘ軸方向への移動は、ワークトレー１３６６が固定されているｘ軸方向ステージ１１２３を第２のｘ軸駆動部１１５１を駆動させることにより行う。

ここで、ｙ軸駆動部１１３１、ｚ軸駆動部１１３７、第１の及び第２のｘ軸駆動部１１４５、１１５１は公知の構成のものを利用する。例えば、ｙ軸駆動部１１３１は、不図示のモータ、ｙボールネジ、ｙナットから構成することができる。雌ネジが設けられているｙナットはｙスライダ（例えば、符号１１３１の部材）に固定されている。雄ネジが外周に設けられているｙボールネジは、その両端を玉軸受で回転可能にｙ軸駆動部の筺体内に支持され、ｙボールネジの一端にはモータが連結されている。モータを駆動しｙボールネジを回転させると、ｙボールネジに螺合しているｙ方向ナットがｙボールネジに沿って往復運動する。このｙ方向ナットが往復運動することでｙ方向スライダが、ｙ方向に移動する。その他の駆動部も同様に構成できる。

以下に、半田ボール接合装置の主要部について説明する。図９（ａ）に示されるように、半田付け装置１３０１は、半田ボール１１１７を射出するノズル１３０３と、レーザ照射部１３１５と、ガス供給部１３０５と、検出部１３１３と、制御部１３１７と、を備える。さらに、検出部１３１３は、ノズル１３０３内の開口１１１３ａを有する所定領域（撮像領域）を撮像する撮像部１３０９及び撮像部１３０９により撮像された撮像信号に基づいて半田ボール１１１７が所定位置にあるか否かを判断する画像処理部１３１１を有する。

また、図９（ａ）中には、半田ボール１１１７が載置される貯留部１１２１が半田ボール接合装置１３０１の近傍に示されている。さらに、図９（ａ）中において、ノズルが貯留部１１２１に移動した状態が破線で示されている。なお、ノズル組立体１３０５を移動し半田ボール１１１７を開口部１１１３に圧着させたるために移動させる駆動手段（すなわち半田ボールをノズル組立体の開口部に供給するための手段）等は、図９からは割愛されている。

図９（ｂ）、（ｃ）に示されるように、ノズル組立体１３０５は、ノズル１３０３と、加圧エア供給部１３０７と、上板１３２０とを備える。ノズル１３０３は、その内部に、後述するレーザ光が通るとともに、圧縮ガスが供給される内部空間１３０３ｂを備え、長手方向における両端が開口する円筒状の部材である。ノズル１３０３の長手方向の一端部は、レーザ光のみが透過できるガラス等から形成される上板１３２０により閉じられ、他端部は、半田ボール１１１７が圧着される開口部１１１３を構成する。

開口部１１１３は、ノズル１３０３の長手方向に所定の長さを有する。また、開口部１１１３の開口は、内部空間１３０３ｂに連続し、均一の内径Ｄ１（もしくは曲率半径）である内周面１１１３ａを有する。当該内径は少なくとも半田ボール１１１７の外径Ｄ２（もしくは曲率半径）より小さく寸法付けされている。

さらに、ノズル１３０３の周壁１３０３ｄには、半田ボール１１１７を射出するための加圧エア供給部１３０７が連結され、加圧エア供給部１３３５は、ノズル１３０３の周壁１３０３ｄを貫通する孔を介して内部空間１３０３ｂに窒素等の圧縮ガスを供給する。

さらに、ノズル組立体１３０５は、半田ボール１１１７をノズル１３０３の所定位置に供給するための供給手段を備える。供給手段は、ノズル１３０３と貯留部１１２１との相対距離を接離させるための手段であり、前述した第１のｘ軸駆動部１１４５、ｙ軸駆動部１１３１、ｚ軸駆動部１１３７とから構成される。

ノズル組立体１３０５の上方には、検出部１３１３と照射部１３１５が配置されている。検出部１３１３は、筐体１３２７内に配置される撮像素子のＣＭＯＳ１３２３及び光学系を構成する結像レンズ１３２５を有する撮像部１３０９と、ＣＭＯＳ１３２３から得られる画像信号を処理して、半田ボール１１１７が所定位置に存在するか否かを識別する画像処理部１３１１を有する。なお、本実施例では、１／６インチのＣＭＯＳ１３２３を使用した。また、撮像部１３１３のＣＭＯＳ１３２３は、その撮像光軸１３３１がノズル開口１１１３ａのほぼ中心を通るように配置されている。

照射部１３１５は、半田ボール１１１７を溶融するため図９中において下方に向かいレーザ光を照射するレーザ光源１３２９を備える。本実施形態ではレーザ光源１３２９の照射光軸１３３３は、撮像部１３１５の撮像光軸１３３１と、ほぼ平行になるような関係である。なお、レーザ光は、後述する光学ユニット１３３２により、ノズル１３０３の内部空間１３１９ｂ内に導光され、ノズル開口１１１３ａのほぼ中心を通過する。すなわち、ノズル１３０３の内部の内部空間１３０３ｂは、レーザ経路としても機能する。また、レーザ光源１３２９からノズル開口１１１３ａまでの光路は、照射光軸上に配置される光学ユニット１３３２により屈曲する構成である。

光学ユニット１３３２は、照射部１３１５及び撮像部１３０９と、ノズル組立体１３０５との間に装着されている。そして、光学ユニット１３３２は、照射部１３１５の照射光軸１３３３上に配置されるミラー１３３５と、撮像部１３０９の撮像光軸１３３１上に配置されるハーフミラー１３３７とを備える。この構成により、レーザ光源１３２９からのレーザ光の照射光路は、ミラー１３３５により９０度右方に変えられる。さらにレーザ光の照射光路は、ハーフミラー１３３７により、鉛直方向下方に反射され、レーザ光がノズル組立体１３０５の遮蔽部１３２０を介してノズル開口１３ａへと導かれる。すなわち、ノズル組立体１３０５内では、撮像部１３１３の撮像光路と照射部１３１５の照射光路１３３３とはほぼ一致する構成である。

なお、ワーク１３５８は、図８に示されるように、ハードディスクに用いられる電子部品を用い、具体的には磁気ヘッドスライダ１３７０が装着されたフレキシャ１３７２である。ここで、両電極は９０度の角度を挟んで配置され、これらの電極が形成する角部に半田ボールを配置し、当該ボールをレーザ光により溶融してこれらの電極間の電気的接合が行われる。

また、図１０に示されるように、制御部１３１７は、ｙ軸駆動部１１３１、ｚ軸駆動部１１３７、第１及び第２のｘ軸駆動部１１４５、１１５１から構成される供給部と、対象物保持部であるノズル組立体１３０５と、レーザ照射部１３１５と、検出部１３１３とにに電気的に接続されており、各要素は制御部１３１７からの指令により作動する構成となっている。図示していないが、ノズル１３０３と、ワーク１３５８と、貯留部１１２１の半田ボール１１１７と、の間の位置決めを行うために例えばＣＣＤカメラ等の位置決め用カメラを用い、位置決め用カメラからの映像に基づいて、位置決めを行う制御ができることは言うまでもない。

次に、半田ボールが所定位置に存在するか否かを判断する工程について、実施例１（図５、図６）と異なる点についてのみ説明する。実施例２では、半田ボールでノズル開口１１１３ａを閉鎖するように圧着させた後に半田ボールの有無が判断される（図９（ｂ）参照）。ＣＭＯＳである撮像部１３０９により撮像された画像信号のうち、ノズル開口を有する３２ｘ３２ｐｉｘｅｌの所定エリアのみの画像信号を画像抽出部１３１２により抽出して積分しその積分値を得る。

識別部１３１４においてその積分値が所定値を超えている場合には、半田ボールが存在すると識別され、所定値を超えていない場合には、半田ボールがノズル開口に存在しないと識別される。所定エリアでは、ノズル開口に対応する面積（半田ボールが存在しない場合に明部となる部分）が、その他の部分（暗部）の面積に対して多くとることができるので（図５（ｂ）、（ｄ）参照。）、明暗差が明確になり半田ボールの有無の識別が容易となる。さらに、実施例１の場合と異なり、ストッパがノズル開口の直下に配置されていないので、半田ボールが所定位置に配置されている場合と、配置されていない場合とでは、ストッパのような光を遮る部材がないので、明暗差が顕著に現れる。よって、半田ボールの識別をより確実に行うことができる。

なお、第１実施例と同様に、本実施例でも、３２ｘ３２ｐｉｘｅｌの所定エリアのみの画像信号の転送は約２ｍｓｅｃで可能である。従って、識別部等の処理速度にもよるが、半田ボール１１１７がノズル開口１１１３ａを塞いでから、約５．５ｍｓｅｃで半田ボールの有無の識別結果を転送できる。

次に、上記構成の半田付け装置における半田付け工程について図１１を用いて説明する。
半田付け工程の前には、半田付けの対象物であるワーク１３５８をワーク載置面１３６６ａに固定する。そして、ノズル組立体１３０５に接合部材を圧着する工程に移行する（ステップＳ１０１）。まず、制御部１３１７からの指令により、ｘ軸方向移動ステージ１１２３により貯留部１１２１を移動し、ｙ軸方向移動ステージ１３６０及びｚ軸方向移動ステージ１３６２によりノズル組立体１３０５を移動させ、貯留部１１２１の半田ボール１１１７に対してノズル組立体１３０５が鉛直方向上方に所定距離離れた位置関係とする。

さらに、ノズル１３０３を下降させ、貯留部１１２１に載置された球状の半田ボール１１１７に当接した後、さらに半田ボール１１１７に対してノズル１３０３の開口部１１１３を所定の力で押圧し、半田ボール１１１７を開口部１１１３の周縁部に圧入させる。この時、半田ボール１１１７は歪むことにより内部応力が発生し、当該内部応力に起因する摩擦力によって保持される。従って、半田ボール１１１７は半田ボール１１１７の、図面中において水平（左右）方向に延在する水平面に沿った断面の最大寸法部である直径部１１１７ａは、先端部１１１３ｂと当接する半田ボール１１１７の当接部１１１７ｂより射出方向ｘにおいて貯留部１１２１に近い側に位置する。すなわち、直径部１１１７ａがノズル１３０３の開口部１１１３と半田ボール１１１７の接触部分より外側に位置させた状態でノズル１３０３に圧着される。さらに、換言すると、半田ボール１１１７は、ノズル１３０３の外側（開口部若しくは外部空間）に位置し、ノズル１３０３の内側には半田ボール１１１７は存在していない。

なお、最大寸法部とは、射出方向（本実施形態では上下方向）に対して垂直に延在する平面による半田ボールの断面を画成する外周上において、任意の２点間を結ぶ線分の最大長さを意味する。

次は、半田ボールの有無を判断する工程である。この工程では、画像処理部１３１１の画像抽出部１３１２からの指令により、撮像部１３０９により撮像された撮像信号にうち、所定エリアの画像信号のみを抽出し、その画像信号を積分し積分値を得る（図１１のステップＳ１０２、図５対応）。次に、識別部１３１４は、その積分値が所定値を超えている場合には、最初の半田ボール１１１７がノズル開口１１１３ａに位置づけられていると判断する。また、積分値が所定値を超えていない場合には、半田ボール１１１７が開口１１１３ａに圧着していないと判断し、積分値が所定値を超えるまで繰り返される（図１１のＳ１０３）。なお、当該所定値は、半田ボール１１１７が開口部１１１３から外れてしまった場合のみならず、開口部１１１３に圧着されてはいるが、ノズル開口１１１３ａを完全には覆っていないため内部空間が密閉されず内部空間１３０３ｂ内を所定圧力とすることが困難な場合にも、半田ボール１１１７が所定位置にないことを識別できるように設定されている。

そして、最初の半田ボール１１１７がノズル開口１１１３ａを覆いノズル開口部１１１３の所定位置にあると判断されると（図１１のステップＳ１０３）、後述のノズルの位置決め工程が開始される

位置決め工程では、図８に示されるようにノズル１３０３を、ワークトレー１３６６のワーク載置面３６６ａ上に配置されたワーク１３５８の所定位置から鉛直方向上方に位置決めを行う（ステップＳ１０４）。もちろん、ノズル１３０３を固定した状態で、ワークトレ−１３６６を移動して、両者の相対的な位置め決めを行う構成としても良い。

位置決め工程の後、ガス供給部１３０７から圧縮ガスを内部空間１３０３ｂ内に供給する（ステップＳ１０５）。制御部１３１７により内部空間１３０３ｂ内の圧力が所定値に達したか否かが判別される（ステップＳ１０６）。内部空間１３０３ｂ内の圧力が所定値に達したことが制御部１３１７により判別された場合には、内部空間１３０３ｂを介して半田ボール１１１７にレーザ照射部１３２９からのレーザ光１３３３を照射する（ステップＳ１０７）。なお、内部空間１３０３ｂ内が所定圧力に達しているか否かの判別は、例えば予め、ガス供給後から所定圧力に達するまでの所定時間を計測しておき、制御部によりガス供給後から所定時間が経過したか否かを判別することで、行うことができる。

レーザ光１３３３は、内部空間１３０３ｂに面している半田ボール１１１７の部分を照射し加熱すると、半田ボール１１１７の弾性係数が低下し、結果として内部応力が緩和する。そのとき、内部空間１３０３ｂに充填された圧縮ガスの付勢力が半田ボールの内部応力によって発生する摩擦力（保持力）を上回ることにより、半田ボール１１１７と開口部１１１３の先端部１１１３ｂとの圧着が解除され、略球状の半田ボール１１１７が射出される（図９（ｃ）、ステップＳ１０８）。

射出された半田ボール１１１７は、ワークトレー１３６６上のスライダ１３７０の電極とフレキシャ１３７２の電極とが形成する角部に着弾する（図８、ステップＳ１０９）。なお、レーザ照射部１３２９からのレーザ光１３３３は、半田ボール１１１７が溶融するまで継続される。

そして、半田ボールが着弾位置（スライダ１３７０とフレキシャ１３７２との角部）において完全に溶融した後に、レーザ照射部１３２９及びガス供給手段１３０７の作動を停止するように制御部１３１７からの信号が送られる（ステップＳ１１０）。そして、半田ボール１１１７が固化し接合が完了する。

上記の通り、本実施形態の接合装置１３０１では、固体状の半田ボール１１１７をノズル１３０３の開口部１１１３に圧着させた後、内部空間内に圧縮ガスを供給するとともに、レーザ照射部１３２９からのレーザ光１３３３を照射することにより、半田ボール１１１７の内部応力を緩和（半田ボールの弾性係数を低下）させ、圧縮ガスにより半田ボール１１１７の圧着を解除する構成である。このような構成であるので、実施例１に比べ半田付け装置の構成が簡素化されるとともに、半田付け装置の制御が容易となる。
さらに、導電性部材は、その固相状態で射出されるので、導電性部材の残渣がノズルの開口部及びその近傍に生じることがない。

また、実施例１のように、ノズルの開口部をストッパにより開閉する構成ではないので、導電性部材が、ストッパに引きずられ、導電性部材の射出方向がずれるということがない。また、ストッパの動作とレーザ装置の動作との同期を高精度で行うことが必要であるが、実施例２では、ノズル内を所定圧にさせしておけば、熱照射を開始のタイミングのみで射出タイミングを制御できるので、動作の制御が容易となり、構造を簡素化できる。
（実施例２の変形例）

図１２は、実施例２に係るノズル組立体の変形例の断面図である。実施例２のノズル組立体２３０１は、半田ボール２１１７を開口部２１１３に圧着させた後に、半田ボールの圧着状態を維持するために吸引力を付与する吸引部２３２５を備える半田付け装置である。その他の部分の構成は、実施例２のノズル組立体と同じであるので詳細は割愛する。

吸引部２３２５は、チューブ２３２９によりノズル２３０３に連結され、内部空間２３０３ｂ内に吸引力を付与できる構成である。吸引部２３２５は、チューブ１３２９により開口部２１１３の周壁２３０３ｄに設けられ、内部空間１３１１と外部とを連通し水平方向に貫通して延びている吸引孔２３２７に連結される。

上記構成のように、吸引部２３２５を補助的に用いると、吸引部２３２５からの吸引力を内部空間２３０３ｂに供給し、内部空間２３０３ｂ内を負圧にすることができる。このように内部空間２３０３ｂ内を負圧にすることにより、半田ボール２１１７の開口部２１１３に対する圧着状態を確実に維持することができる。

なお、吸引孔２３２７を設ける位置は適宜変更でき、内部空間２３０３ｂと外部とを直接連通するような構成としても良い。また、ノズルの外側と内部空間２３０３ｂとを連通する貫通孔である吸引孔２３２７をノズル２３０３に設け、単一の貫通孔を吸引孔及びガス導入路として共用し、単一の貫通孔にガス供給部２３０７と吸引部２３２５とを接続する構成としてもよい。すなわち、吸引力を開口部２１１３を介してノズル２３０３の外部に付与できる構成であれば適宜変更できる。

また、吸引部２３２５は、レーザ照射部（図９（ａ）の符号１３２９参照）及びガス供給部２３０７と同様に制御部（図８の１３１７に対応）に接続され、制御部からの信号を受け作動する構成である。なお、本変形例の半田付け装置による半田付けの工程において、第２実施例と異なるのは、半田ボール２１１７を圧着させた後、又は圧着させる前若しくは圧着の際に、吸引部２３２５を作動させ、内部空間２３０３ｂ内に吸引力を付与する点である。圧着させる前もしくは圧着の際に吸引力を付与している場合には、半田ボール２１１７を開口部２１１３へ圧着させる工程において吸引力を補助的に作用させることができる。

なお、撮像素子にＣＭＯＳを使うかわりに透過型或いは反射型の光学式センサを用いることも考えられる。しかしながら、例えば透過型センサを用いた場合にはセンサの配置は実際に接合操作を行う位置とは異ならせる必要があり、センサ固定位置と接合操作の実施位置との間でノズルを往復させることを要し、操作時間の短縮には限りがある。

また、反射型のセンサを用いた場合、半田ボールが配置される所定位置に近づくにつれて、ノズル内部の形状の内径が小さくなるテーパ形状であることから、ノズル内面からの反射光をセンサが受光する。結果として、半田ボールの有無を正確に検出することが困難である。しかし、撮像素子としてＣＭＯＳを用いた場合には、撮像された画像信号のうち、任意エリアを選択抽出することで、ノズル内面の影響を排除することができる。

上述のように、透過型或いは反射型の光学式センサと比べても撮像素子としてＣＭＯＳを使用することの利点がある。

本発明の実施形態、実施例及び変形例では、光学系ユニットにより、照射部の光路を変えて撮像部の光路と一致するような構成としたが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、照射部と撮像部との配置を交換し、撮像部の光路を変えて照射部の光路と一致させる構成としても良いことは言うまでもない。すなわち、ノズル開口及びその近傍において、撮像部と照射部の光路を一致させることができる構成であればよい。

また、実施形態及び実施例１のノズル組立体は、ノズル本体とノズルとの２つの構成要素から形成する構成としたが、実施例２と同様に単一の部材とすることができることは言うまでもない。

さらに、実施形態及び実施例１のノズル組立体は、ノズル開口の径を検出対象物の直径より大きく寸法付けし、ストッパを設ける構成としたが、ノズル開口の径を検出対象物の直径より小さくし、溶融させた後に検出対象物を射出する構成のノズル組立体とすることが可能である。

本実施形態、実施例及び変形例の射出物は半田部材としたが、射出物として接着剤等を使用し、照射部にＵＶレーザを使用することも可能である。

本実施形態及び実施例におけるエア供給・吸引部としては、公知の正圧と負圧とで切り替え可能な圧力源を使用することが可能である。加圧気体を付与する圧力源と、空気を吸引できる真空源と、を別個に設ける構成としてもよい。
ストッパの形状、位置等は上記実施形態及び実施例１の形状に限定されることはない。
また、本実施形態、実施例、及びその変形例を、ノズルから吐出させた半田ボールを溶融する構成、もしくは固相状態の半田ボールをノズルから射出する構成としたが、本発明はこれらの構成に限定されない。例えば、吐出前（すなわちノズルに半田ボールが接した状態）に、半田ボールを溶融させる構成であっても本発明による検出方法、接合装置を適用できることは言うまでもない。

この発明は、その本質的特性から逸脱することなく数多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではないことは言うまでもない。

本発明の検出対象物の接合装置の実施形態の要部の正面図である。 本発明の検出対象物の接合装置の実施例１である半田ボール接合装置の側面図である。 図２の半田付け装置の要部（III）の部分断面図であり、半田ボールを射出する工程を示す。 図２の半田付け装置の要部（III）の部分断面図であり、半田ボールを射出する工程を示す。 図２の半田付け装置の要部（III）の部分断面図であり、半田ボールを射出する工程を示す。 図２の半田付け装置の要部（III）の部分断面図であり、半田ボールを射出する工程を示す。 図３の半田付け装置のブロック図である。 撮像領域と画素の関係を示し、（ａ）は半田ボールが存在する状態を示し、（ｂ）は（ａ）から選択抽出したエリアを示し、（ｃ）は半田ボールが存在しない状態を示し、（ｄ）は（ｃ）から選択抽出したエリアを示す。 ＣＭＯＳを用いた積分回路を示す 半田供給〜接合工程のフローチャートであり、（ａ）は、貯留部から第２ストッパへ半田ボールを供給する工程を示す工程図であり、（ｂ）は、第２ストッパからノズル組立体へ半田ボールを供給する工程を示す工程図であり、（ｃ）は、半田ボールの有無を検出し半田付けをする工程を示す工程図である。 実施例２に係る半田ボール接合装置の模式図である。 図８の半田ボール接合装置の要部を示す側面図である。 図９（ａ）のノズル組立体の断面図であり、半田ボールを射出する工程を示す。 図９（ａ）のノズル組立体の断面図であり、半田ボールが圧着している状態を示す。 図３の半田付け装置のブロック図である。 半田付けをする工程を示す工程図である。 実施例２の変形例であるノズル組立体の断面図である。 従来の半田付け装置の部分断面図である。

符号の説明

１ 検出対象物の接合装置
３、３０３、１３０３、２３０３ ノズル
５、３０５、１３０５ 対象物保持部
７、３０７、１３０７ 供給部
１３、３１３、１３１３ 検出部
１５、３１５、１３１５ レーザ照射部
１７、３１７、１３１７ 制御部
２１ Ｌ字状ストッパ
２９ 光源
３２ 光学ユニット

Claims (15)

1. 導電性部材に熱線を照射する照射部とともに使用され、前記導電性部材を保持し、開口を有する導電性部材保持部において、前記導電性部材の有無を検出する検出方法であって、
   ＣＭＯＳ素子により前記開口を有する所定領域の画像信号を撮像し、
   撮像された一画面分の前記画像信号のうち、画面範囲から任意のエリアを選択抽出し、
   前記照射部の前記熱線の照射光路と、前記ＣＭＯＳ素子の撮像光路と、を光学的手段によって、前記開口内において一致させる導電性部材の検出方法。
   
2. 前記導電性部材保持部がノズルである請求項１に記載の導電性部材の検出方法。
3. 前記ＣＭＯＳを用いて撮像され、選択抽出された前記画像信号を積分することで積分値を算出し、
   前記積分値が所定値を超えていない場合には前記導電性部材が無いと判断し、前記積分値が所定値を超えている場合には前記導電性部材が有ると判断する請求項１又は２に記載の導電性部材の検出方法。
4. 前記ＣＭＯＳは１／６インチである請求項１乃至３のいずれか一項に記載の導電性部材の検出方法。
5. ノズルから略球状の導電性部材を接合対象物に射出し前記接合対象物を電気的に接合する接合方法であって、
   前記ノズルの開口部の直径より大きい外径を有する前記導電性部材を用意し、
   前記導電性部材を前記ノズルの外側から前記ノズルの開口部に圧着させ、
   請求項２乃至４のいずれか一項に記載の導電性部材の検出方法により前記導電性部材の有無を検出し、
   前記検出工程において前記導電性部材があると判断された場合には、前記ノズルの内部空間内に圧縮気体を供給し、
   前記内部空間内が所定の圧力値の際に、前記開口部に圧着させた前記導電性部材に対して前記内部空間を介して熱線を照射し、
   前記圧縮気体により固相状態のままで前記導電性部材を前記接合対象物に射出する接合方法。
6. 前記導電性部材の前記開口部に対する圧着は、前記ノズルを前記導電性部材に対して押圧することにより行う請求項５に記載の接合方法。
7. 前記導電性部材の前記開口部に対する圧着を補助するために、前記内部空間を介して前記開口部に吸引力を付与する請求項５又は６に記載の接合方法。
8. 前記導電性部材が射出された後、さらに前記導電性部材に熱線の照射を継続する請求項５乃至請求項７のいずれか一項に記載の接合方法。
9. 外部空間を連通し、導電性部材が射出されるノズル開口部を有するノズルを備えるノズル組立体と、
   前記ノズル開口部に前記導電性部材を供給する供給部と、
   前記ノズル内のノズル開口を有する所定領域の画像信号を撮像する光学レンズとＣＭＯＳ素子によって構成された撮像部と、前記ＣＭＯＳ素子で撮像された一画面分の画像信号のうち、画面範囲から任意のエリアを選択抽出するエリア選択抽出部と、前記任意のエリアの画像信号に基づいて導電性部材の有無を判断する識別部と、を有する検出部と、
   前記導電性部材に熱線を照射する照射部と、
   前記照射部の前記熱線の照射光路と、前記撮像部の撮像光路とを、少なくとも前記ノズル内において一致させるように、前記照射光軸上若しくは前記撮像光軸上に配置される光学部材と、
   前記導電性部材を射出するため圧縮気体を前記内部空間に導入する射出気体供給部と、
   前記導電性部材を前記ノズル組立体から射出させるため、前記供給部により前記導電性部材が供給され、前記検出部により前記ノズル開口部に前記導電性部材が存在すると判断されると、前記内部空間に前記圧縮気体を供給し、前記導電性部材に前記熱線を照射する、という一連の動作を制御する制御部と、を備える接合装置。
10. 前記ＣＭＯＳ素子を用いて撮像された前記任意のエリアの画像信号を積分することで積分値を算出し、
    得られた積分値が、所定値を超えていないと前記導電性部材が存在しないと判断し、所定値を超えていると前記導電性部材が存在すると判断する識別部をさらに有する請求項９に記載の接合装置。
11. 前記ＣＭＯＳは１／６インチである請求項９に記載の接合装置。
12. 前記導電性部材を固相状態で前記ノズル組立体から射出する請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の接合装置。
13. 前記供給部は、前記導電性部材を貯留している貯留部に対して相対的に前記ノズルを接離させ、前記導電性部材を開口部に圧着させるための圧着手段である請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の接合装置。
14. 前記ノズルの外部側から前記ノズル開口部に導電性部材を補助的に圧着させる手段を有する請求項１３に記載の接合装置。
15. 前記導電性部材は略球状であり、前記ノズル開口の径は前記導電性部材の径より小さい請求項９乃至１４のいずれか一項に記載の接合装置。

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