JP6813772B2

JP6813772B2 - 微小ボール搭載装置

Info

Publication number: JP6813772B2
Application number: JP2016202912A
Authority: JP
Inventors: 貴善英
Original assignee: Shibuya Corp
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2016-10-14
Filing date: 2016-10-14
Publication date: 2021-01-13
Anticipated expiration: 2036-10-14
Also published as: JP2018064065A

Description

本発明は微小ボール搭載装置に関し、より詳しくは、例えば電子基板を上方から配列マスクで覆って、該配列マスクの複数の貫通孔（ガイド孔）を介して電子基板の所定位置に微小ボールを搭載するように構成した微小ボール搭載装置に関する。

従来、電子基板に配列マスクを被せた状態において、多数の微小ボール（半田ボール）を収容したボールカップを上記配列マスク上で摺動させて、該配列マスクに穿設された貫通孔に微小ボールを落とし込むことにより、基板上の所定位置に微小ボールを搭載するように構成された微小ボール搭載装置は知られている（例えば特許文献１）。

特開２００９−２９５８６１号公報

ところで、近時、電子基板の小型化が進んでおり、これに合わせてボールカップも小型化されている。このように小型化されたボールカップを配列マスク上で摺動させると、ボールカップが移動方向の前後方向にバタつきやすくなり、その結果、密着させていた配列マスクの上面とボールカップの下面との間に隙間が生じ、その隙間から微小ボールが漏れ出したり、微小ボールが上記隙間に噛み込まれるという問題があった。

上述した事情に鑑み、本発明は、基板が載置されるステージと、複数の貫通孔が形成されるとともに上記基板の上方に支持される配列マスクと、配列マスクの上方側を移動可能な供給ヘッドと、該供給ヘッドを移動させる移動機構とを備え、上記供給ヘッドは、微小ボールを収容する収容室を有し、当該収容室と連通する開口が底面に設けられたボールカップを備えており、
上記収容室に多数の微小ボールを収容したボールカップを上記配列マスクの上面に沿って水平移動させることによって、配列マスクの貫通孔に微小ボールを落とし込んで基板に搭載するようにした微小ボール搭載装置において、
上記供給ヘッドは、上記移動機構によって移動されるベース部を備えており、上記ボールカップは上記ベース部の下方側に昇降可能に設けられており、
上記ボールカップの垂直方向の移動のみを許容するガイド機構と、ボールカップを下方側の配列マスクに向けて付勢する付勢手段とが設けられ、
上記移動機構によってボールカップが水平方向に移動される際には、上記付勢手段の付勢力によってボールカップの底面が上記配列マスクの上面に密着した状態で摺動されることを特徴とするものである。

このような構成によれば、供給ヘッドが水平方向に移動される際には、ボールカップがバタつかず、ボールカップの底面が配列マスクの上面に密着した状態で摺動する。そのため、微小ボールがボールカップの底面と配列マスクの上面との間に噛み込まれたり、ボールカップの外部へ漏れたりすることを防止できる。

本発明の一実施例を示す縦断面図。図１の要部の断面図であり、中心線よりも左側は図１のＩＩＡ―ＩＩＡ線に沿う断面図、中心線よりも右側は図１のＩＩＢ―ＩＩＢ線に沿う断面図となっている。図２のＩＩＩ―ＩＩＩ線に沿う断面図。

以下、図示実施例について本発明を説明すると、図１ないし図２において、１は微小ボール搭載装置であり、この微小ボール搭載装置１は、ステージ２上の電子基板３に配列マスク４を被せた状態において、上方側の供給ヘッド５のボールカップ６から微小ボール７（半田ボール）を供給し、上記配列マスク４に穿設した複数の貫通孔４Ａ（ガイド孔）に微小ボール７を落とし込んで電子基板３の所定位置に微小ボール７を搭載するようになっている。
微小ボール搭載装置１は、電子基板３が載置されるステージ２と、中央側の領域に複数の上下方向の貫通孔４Ａが穿設された平板状の配列マスク４と、多数の微小ボール７を貯溜して収容室６Ｂの下端開口から下方側の配列マスク４へ供給する供給ヘッド５と、供給ヘッド５を垂直方向のＺ軸方向に移動させる昇降機構８と、供給ヘッド５及び昇降機構８を水平面のＸ方向に移動させる移動機構９とを備えている。

長方形をした配列マスク４は金属箔からなり、この配列マスク４は枠状フレーム１２によって張力を持たせて平坦面となるように保持されている。そして、この配列マスク４は、枠状フレーム１２を介して所定高さに水平に支持されている。
配列マスク４の中央側の領域には、微小ボール２が１つだけ通過可能な大きさの貫通孔４Ａ（ガイド孔）が複数穿設されており、配列マスク４における中央側の領域を囲んだ外方領域は貫通孔４Ａが形成されない平坦面となっている。
ステージ２は、その上面が水平となるように支持されており、該ステージ２の上面に電子基板３が載置されると、該電子基板３は負圧により吸着保持されるようになっている。このステージ２は、図示しない駆動機構によって水平面のＸ方向、Ｙ方向及び垂直方向のＺ方向に移動可能となっている。ステージ２は、その上面に電子基板３が載置される際、及びその上に相対的に配列マスク４を被せる際、さらに電子基板３の所定の搭載位置と配列マスク４側の貫通孔４Ａの位置を合わせる際に、上記駆動機構によってＸ、Ｙ、Ｚ方向に所要量移動されるようになっている。なお、本実施例の配列マスク５は長方形となっているが、配列マスク５の形状は正方形や多角形等であってもよい。

次に、本実施例の供給ヘッド５は、上方側となるホッパ部１３と、このホッパ部１３の下方側に支持されたカップ部１４とから構成されている。
ホッパ部１３における下半分はベース部１３Ａとなっており、このベース部１３Ａの側部に、アーム１０を介してスライダ１１が連結されている。このスライダ１１は所要時に昇降機構８により昇降されるようになっている。そのため、昇降機構８によって上記スライダ１１、アーム１０を介して供給ヘッド５全体が昇降されるようになっている。
上記昇降機構８及び供給ヘッド５は、移動機構９によって支持されるとともに、該移動機構９によって水平面のＸ方向に移動可能となっている。
このように、上記昇降機構８と移動機構９とによって供給ヘッド５全体が水平面のＸ方向とＺ方向（垂直方向）に移動可能となっている。

ベース部１３Ａより上方側となるホッパ部１３の内部に、上下方向の段付孔からなるボールホッパ１３Ｂが形成されている。このボールホッパ１３Ｂ内に多数の微小ボール７が貯溜されており、この微小ボール７が下方側の供給パイプ１５を介してボールカップ６の収容室６Ｂに落下して供給されるようになっている。
ボールホッパ１３Ｂ内には光電センサ１６が配置されており、ボールホッパ１３Ｂ内に貯溜されている微小ボール７の残量を検出できるようになっている。光電センサ１６が検出したボールホッパ１３Ｂ内の微小ボール７の残量は、図示しない制御機構に伝達されるようになっている。制御機構としては、例えばパーソナルコンピュータやプログラマブルロジックコントローラを用いることができる。
ボールホッパ１３Ｂの下端部から連続させて、ベース部１３Ａの貫通孔１３Ｃに供給パイプ１５の上方部が嵌着されている。これにより、供給パイプ１５は鉛直下方を向けた状態に維持されており、かつ、ベース部１３Ａの下面１３Ｄよりも下方へ突出した供給パイプ１５の下方部分が、ボールカップ６の段付孔６Ａ内に挿入されている。ホッパ部１３は以上の構成を備えている。

次に、下方側に位置するカップ部１４は、中央部に上下方向に貫通する段付孔６Ａが穿設され、かつベース部１３Ａの下方側で昇降可能に構成されたボールカップ６と、上記ボールカップ６を垂直方向のみの移動を許容するガイド機構２１、２１と、ボールカップ６を常時下方側の配列マスク４に向けて付勢する圧縮ばね２２とを備えている。
ボールカップ６の段付孔６Ａは、上方側の大径部６ａと、上下方向中央側の小径部６ｂと、小径部６ｂよりも下方に位置する段付大径部６ｃとを備えている。
供給パイプ１５の外周面と大径部６ａの内周面との間に圧縮ばね２２を配置するとともに、この圧縮ばね２２を大径部６ａの段部端面と上記ベース部１３Ａの下面１３Ｄとにわたって弾装している。この圧縮ばね２２の弾撥力によって、ボールカップ６は常時、ベース部１３Ａから離隔するように鉛直下方に向けて付勢されている。
段付孔６Ａの最下部となる段付大径部６ｃの内部空間が収容室６Ｂとなっており、段付孔６Ａ内に挿入された供給パイプ１５の下端部１５Ａは、収容室６Ｂ内に位置している。下端部１５Ａよりも少し上方側となる供給パイプ１５の外周部は、段付孔６Ａの小径部６ｂの内周面にわずかな隙間をもって挿通されている。その隙間は、約０．１ｍｍ程度に設定されている。
収容室６Ｂは段付孔６Ａの最下部に位置しており、上記供給パイプ１５の下端部１５Ａから微小ボール７が収容室６Ｂ内に落下して供給されるようになっている。収容室６Ｂは、その下端開口部は開放されているので、そこから配列マスク４の貫通孔４Ａに微小ボール７を落下させて供給できるようになっている。

ボールカップ６の上面には、Ｘ方向と直交するＹ方向において上記段付孔６Ａを挟む両側に、上方側が大径となる段付有底孔６ｄ、６ｄが形成されており、該有底孔６ｄ、６ｄにおける上方側の大径部に円筒状のガイドブッシュ２４、２４が嵌着されている。
上記段付有底孔６ｄ、６ｄの位置に合わせて、ベース部１３Ａの下面１３Ｄに一対のガイドロッド２５、２５を鉛直下方に向けて突設してあり、これらガイドロッド２５、２５の下方外周部を上記ガイドブッシュ２４，２４の内周面に摺動自在に貫通させている。ガイドブッシュ２４、２４の下方側に位置するガイドロッド２５、２５の下端部は、フランジ状に拡径させたストッパ２５Ａ、２５Ａとなっている。このストッパ部２５Ａ、２５Ａがガイドブッシュ２４、２４の下方側の端面に当接することで、ベース部１３Ａにボールカップ６が支持されるようになっている。
これにより、ボールカップ６は、２本のガイドロッド２５、２５に案内されて上記ベース部１３Ａに対して垂直方向のみに移動可能（昇降可能）となっている。また、圧縮ばね２２によって下方に付勢されているボールカップ６は、ガイドブッシュ２４の下方側の端面がストッパ２５Ａと当接する下降端位置と、ストッパ２５Ａが段付有底孔６ｄの底面と当接する上昇端位置との間で、ベース部１３Ａに対して昇降可能となっている。
本実施例では、ボールカップ６の底面６ｅを配列マスク４の上面４Ｂに上方側から押し付けた際に、圧縮ばね２２が圧縮されることでボールカップ６がガイドロッド２５、２５に沿って上昇されるとともに、圧縮ばね２２の弾発力によってボールカップ６の底面６ｅが配列マスク４の上面４Ｂに密着するようになっている。この状態においては、ボールカップ６から受ける荷重は枠状フレーム１２によって支持されるようになっている。
この状態において、ボールカップ６が移動機構９によってＸ方向に移動されることにより、配列マスク４の上面４Ｂにボールカップ６の底面６ｅが密着した状態で摺動するようになっている。それによって、収容室６Ｂに収容された微小ボール７が配列マスク４の貫通孔４Ａ（ガイド孔）に落とし込まれて、電子基板３の所定位置に搭載されるようになっている。
本実施例においては、２つのガイドブッシュ２４，２４と、２本のガイドロッド２５，２５によって２組のガイド機構２１、２１が構成されている。そして、ガイド機構２１、２１によって、ボールカップ６は垂直方向のみに移動（昇降作動）が許容されており、それによって、ボールカップ６がＸ方向に移動される際に該ボールカップ６が移動方向でバタつき（揺動）が生じないようになっている。

さらに、本実施例においては、供給パイプ１５から収容室６Ｂ内に供給された微小ボール７が、段付大径部６ｃの下端（収容室６Ｂの下端）と底面６eとの境界となる角部６gと配列マスク４の上面４Ｂとの間に噛み込みを防止するために、収容室６Ｂ内へ圧縮空気を噴出させるように構成されている。
すなわち、図２ないし図３に示すように、収容室６Ｂを囲繞するボールカップ６の内部にエア通路３１が形成されており、このエア通路３１の先端部となる多数の吹き出し口３１Ａは、収容室６Ｂに面した上記段部端面６ｆに開口させている。
エア通路３１は供給パイプ３２を介してエア供給源３３に連通しており、所要時にエア供給源３３から圧縮エアがエア通路３１に供給されるようになっている。エア供給源３３から圧縮エアがエア通路３１に供給されると、複数の吹き出し口３１Ａから同時に圧縮エアが噴出される。そのため、収容室６Ｂに供給された微小ボール７は、上記角部６gと配列マスク４の上面４Ｂとの間に噛み込むことが防止されるとともに、収容室６Ｂの中央側に微小ボール７が寄せ集められるようになっている。

以上の構成において、次のような作業工程で電子基板３上に微小ボール７が搭載されるようになっている。
先ず、ステージ２が配列マスク４から離隔して、その下方側に降下された状態において、ステージ２上に電子基板３が載置される。その後に、図示しない駆動機構により、ステージ２が所要量上昇されるので、電子基板３の上面が配列マスク４の下面に密着した状態となる。つまり、電子基板３に配列マスク４が上方から被さった状態となる。この後、駆動機構により、ステージ２全体が水平面のＸＹ方向に所要量移動されるので、電子基板３における微小ボール７を搭載すべき搭載位置と、上方側にある配列マスク４側の上記搭載位置と対応する貫通孔４Ａとが一致する。
この間、供給ヘッド５は所要量下降されており、かつボールカップ６の底面６ｅが配列マスク４の上面４Ｂに当接するとともに収容室６Ｂが配列マスク４の上面４Ｂにおける貫通孔４Ａがない外方領域に待機している。この待機状態では、ボールカップ６が受ける荷重は、枠状フレーム１２によって支持されている。
そのため、収容室６Ｂ内の微小ボール７は、配列マスク４の外方領域の上面４Ｂにより収容室６Ｂの下端開口からの落下が阻止されている。

この後、移動機構９によって供給ヘッド５が上記待機していた領域から水平面のＸ方向に移動されるとともに、エア供給源３３からエア通路３１に圧縮エアが供給される。
供給ヘッド５がＸ方向に水平移動されるのに伴って、配列マスク４の上面４Ｂにボールカップ６の底面６ｅが密着した状態で摺動する。そのため、ボールカップ６の収容室６Ｂの下端開口部が配列マスク４の貫通孔４Ａがある領域内を水平移動して、配列マスク４の貫通孔４Ａ内に微小ボール７が落とし込まれて、下方側の電子基板３上の搭載位置に微小ボール７が搭載される。
なお、ボールカップ６が水平面のＸ方向に移動される際には、複数の吹き出し口３１Ａから圧縮エアが噴出されているので、収容室６Ｂ内の微小ボール７は収容室６内の中央側に寄せ集められる。そのため、角部６gと配列マスク４の上面４Ｂとの間に収容室６Ｂ内の微小ボール７が噛み込まれることが防止される。
また、ガイド機構２１、２１によってボールカップ６は垂直方向のみに移動が許容され、圧縮ばね２２によりボールカップ６の底面６ｅは配列マスク４の上面４Ｂに密着した状態となっている。そのため、Ｘ方向に供給ヘッド５が水平移動される際に、ボールカップ６が移動方向（Ｘ方向）に沿ってバタつく（揺動する）ことはない。
このようにして、収容室６Ｂから下方へ落下して供給された微小ボール７は、配列マスク４の貫通孔４Ａ（ガイド孔）に落とし込まれることで、電子基板３の上面となる所定の搭載位置に搭載されるようになっている。
この後、移動機構９により、供給ヘッド５を配列マスク４における貫通孔４Ａがない外方領域まで水平方向に移動させて停止させる。そして、その状態で、図示しない駆動機構によってステージ２とそれに載置された電子基板３を所要量下降させることで、配列マスク４から電子基板３を離隔させ、その後にステージ２上から電子基板３を取り出すようになっている。
本実施例においては、このようにして、ステージ２上に載置された電子基板３上に微小ボール７を搭載するようになっている。

本実施例によれば、ボールカップ６が水平方向のＸ方向に移動される際に、２組のガイド機構２１によってボールカップ６のＸ方向（移動方向）の前後方向へのバタつき（揺動）を防止することができる。そのため、配列マスク４の上面４とボールカップ６の底面６ｅとの間に隙間が生じることを抑制して、その隙間に収容室６Ｂ内の微小ボール７が噛み込まれたり、該隙間から微小ボール７が外部へ漏れたりするのを防止することができる。
また、上述した構成の供給ヘッド５を用いることで、従来と比較して小型の微小ボール搭載装置１を提供することができる。

なお、上記実施例においては、カップ部１４に２つのガイド機構２１、２１を設けているが、ガイド機構２１は３箇所以上設けても良い。また、上記ガイド機構２１、２１は、ボールカップ６の移動方向であるＸ方向に沿って収容室６Ｂの前後位置に設けても良い。さらに、上記ガイド機構２１を１箇所だけ設けても良い。その場合には、鉛直方向（図１の上下方向）周りの回転を防止する必要があり、そのために、ベース部１３Ａまたはボールカップ６のいずれか一方からピンを突出させ、いずれか他方側にピンが挿入される受け穴を設ける構成となる。
また、ガイド機構２１としては上記実施例における上下逆の構成であっても良い。つまり、ガイドロッド２５をボールカップ６に設けるとともに、段付有底孔６ｄとガイドブッシュ２４をベース部１３Ａに設ける構成であってもよい。また、ガイド機構２１の構成としては、上記ガイドロッド２５とガイドブッシュ２４の組み合わせではなく、それ以外の構成、例えばリニアレールとリニアスライダで構成してもよい。

１‥微小ボール搭載装置２‥ステージ
３‥電子基板４‥配列マスク
４Ａ‥貫通孔５‥供給ヘッド
６‥ボールカップ６Ｂ‥収容室
６ｅ‥底面７‥微小ボール
９‥移動機構１３Ａ‥ベース部
２１‥ガイド機構２２‥圧縮ばね
２４‥ガイドブッシュ２５‥ガイドロッド

Claims

基板が載置されるステージと、複数の貫通孔が形成されるとともに上記基板の上方に支持される配列マスクと、配列マスクの上方側を移動可能な供給ヘッドと、該供給ヘッドを移動させる移動機構とを備え、上記供給ヘッドは、微小ボールを収容する収容室を有し、当該収容室と連通する開口が底面に設けられたボールカップを備えており、
上記収容室に多数の微小ボールを収容したボールカップを上記配列マスクの上面に沿って水平移動させることによって、配列マスクの貫通孔に微小ボールを落とし込んで基板に搭載するようにした微小ボール搭載装置において、
上記供給ヘッドは、上記移動機構によって移動されるベース部を備えており、上記ボールカップは上記ベース部の下方側に昇降可能に設けられており、
上記ボールカップの垂直方向の移動のみを許容するガイド機構と、ボールカップを下方側の配列マスクに向けて付勢する付勢手段とが設けられ、
上記移動機構によってボールカップが水平方向に移動される際には、上記付勢手段の付勢力によってボールカップの底面が上記配列マスクの上面に密着した状態で摺動されることを特徴とする微小ボール搭載装置。
上記ガイド機構は、上記収容室を挟んで少なくとも２箇所に設けられており、上記ガイド機構は、上記ベース部とボールカップのいずれか一方に設けられるガイドロッドと、上記ベース部とボールカップのいずれか他方に設けられて上記ガイドロッドが挿通されるガイドブッシュを備えることを特徴とする請求項１に記載の微小ボール搭載装置。
上記供給ヘッドは、上記ベース部の上方に設けられたホッパ部を備えており、該ホッパ部に微小ボールを貯留するボールホッパと、当該ボールホッパと連通する供給パイプが設けられており、ボールホッパから供給パイプを介して上記ボールカップの収容室に微小ボールが供給されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の微小ボール搭載装置。