WO2006103766A1

WO2006103766A1 - 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

Info

Publication number: WO2006103766A1
Application number: PCT/JP2005/006099
Authority: WO
Inventors: Masanao Fujii; Toru Okada; Yutaka Noda; Ryoji Matsuyama; Hidehiko Kobayashi; Hisao Tanaka
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-05
Also published as: CN101151947A; JPWO2006103766A1; CN101151947B; US20080020561A1; US7717317B2; JP4576424B2

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

ボール捕捉装置、半田ボール配置装置、ボール捕捉方法、および半田ル配置方法

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. 15mn！〜 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、回路基板の複数のノ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力 S、試作時や修理時

、あるいはマスクを置きにくい位置にノ¾ /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力 ^、くつ力提案されている (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ょうとする課題

[0005] し力しながら、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。

[0006] 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

[0007] 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。

[0008] 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。

[0009] 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個だけであること力ら、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。

[0010] し力も、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個のボーノレに同時に吸引作用が同じ程度に働くことはなぐ 1個のボールを確実に捕捉することができる。

[0011] 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力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、。

[0012] 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。

[0013] また、上記吹上手段は、上記収容体内に、丸い開口力流体を吹き出すものであつてもよいが、スリット状の開口力も流体を吹き出すものであることが好ましい。

[0014] 上記吹上手段が丸い開口力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!、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力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。

[0015] 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。 [0016] 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力上記態様によれば、上記流路内に意図しない圧力が力かっても、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。

[0017] 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。

[0018] 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!ヽて、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。

[0019] 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。

[0020] 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。

[0021] 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力飛び出してしまうことが抑えられる。

[0022] 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。

[0023] 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。

[0024] 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ツプと、

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、

[0025] 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!ヽて、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ツプと、

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。

[0026] 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ぐ 1個のボールを確実に捕捉することができる。

[0027] 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、上記配置ステップ力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、。

[0028] 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。

[0029] 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、。

[0030] 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

[0031] 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。

図面の簡単な説明

[0032] [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一チャートである。

[図 3]内径が異なる 3種類のキヤビ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力もキヤビ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。発明を実施するための最良の形態

[0033] 以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

[0034] 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。

[0035] 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 2 4を有する。

[0036] 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、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。

[0037] 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、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の底部力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 11 22の途中に設けられたものであり、ポンプ 1121につながる流路力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。

[0038] ハンド部 12は、キヤビラリ 121と、吸引機構 122を有する。キヤビラリ 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、キヤビラリ 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、キヤビラリ 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力キヤビラリ 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 1 22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、キヤビラリ 121の先端力空気が吸い込まれ吸引動作が行われる。配管 1222の他端は、キヤビラリ 121の後端に接続されており、配管 122 2には、キヤビラリ 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。

[0039] 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。

[0040] 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。

[0041] 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。

[0042] 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、表面に複数のノ¾ /ドが設けられた回路基板を載置しておく。

[0043] 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とキヤビラリ 121の先端とを位置合わせする (ステップ Sl)。すなわち、 X軸方向に関し、キヤビラリ 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 2 4を Y軸方向に移動することにより Y軸方向に関し、キヤビラリ 121の先端と収容体 11 1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ヤビラリ 121の先端を吸引位置へ移動する。なお、キヤビラリ 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とキヤビラリ 121の先端とを位置合わせしてもよ!/、。

[0044] 続いて、キヤビラリ 121の先端が吸引位置にある状態で、吸引機構 122のポンプ 12 21を駆動し、キヤビラリ 121の先端力も空気を吸い込む吸引動作を開始する (ステツプ S2)。

[0045] 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の底部力も上方へ向けて空気が吹き出し、収容体 111に収容されて、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ヤビラリ 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、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ヤビラリ 121によって吸引され半田ボールを捕捉する。

[0046] 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〖こ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 S 2から継続して吸弓 |動作を行つている。このため、収容体 111の底部力も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、キヤビラリ 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、キヤビラリ 121の先端に吸引されたままになる。

[0047] 続いて、キヤビラリ 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 1 221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 2 1の上に載置された回路基板表面の複数のノッドのうちの所望のパッドの位置と、キャビラリ 121の先端に吸弓 Iされて、る半田ボールの位置との位置合わせを行う。続、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、キヤビラリ 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、キヤビラリ 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。

[0048] 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)。

[0049] 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、ステツプ 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力 Sされ、この点力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。

[0050] 次に、図 1に示す流量計 1223について詳述する。 [0051] キヤビ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ヤビラリ 121が半田ボールを吸弓 I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ヤビラリ 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ヤビラリ 121が半田ボールを吸弓 Iしたことを検知する。

[0052] 図 3は、内径が異なる 3種類のキヤビ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。

[0053] 図 3に示すグラフの横軸は、キヤビラリの内径 m)を示し、縦軸は、吸引機構の配管を流れる空気の流量 (mlZmin)を示す。また、グラフ中の黒丸のプロットは、キヤビ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、キヤビラリが半田ボールを吸弓 Iして、るときの結果を表す。

[0054] この実験で用いたキヤビラリは、内径が 51 μ mのものと、内径が 64 μ mのものと、内径が 89 mのものである。図 3のグラフからわ力るように、いずれのキヤビラリを用いても、キヤビ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、いずれの内径のキヤビラリを用いても、キヤビ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 lOmlZminよりも多いが、キヤビラリが半田ボールを吸引しているときには、その流量は lOmlZmin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 lOmlZminを下回ると、流量計 122 3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。

[0055] 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ヤビラリの内径の下限は、 30 μ m程度であることがわかる。

[0056] 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

[0057] 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。

[0058] この図 4には、収容体 111の底部力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がキヤビラリ 121の先端に吸引される様子が示されている。

[0059] 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 11 1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。

[0060] 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。

[0061] 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。

[0062] 図 5は、収容体の孔の位置と、吹き上げを開始して力キヤビ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。

[0063] 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)ずれているカゝ示し、縦軸は、吹き上げを開始して力もキヤビラリ 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、キヤビラリ 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のグラフ力わ力るように、収容体 111の供給孔 1111 の位置が丸い開口 1112の位置力も遠ざかるほど、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。

[0064] 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。

[0065] 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。

[0066] 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のグラフ力わ力るように、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、供給時間が長くなつ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。

[0067] 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。

[0068] 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 11 laに沿って丸!、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 11 12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力かってしまい、供給時間が長くなつてしまう傾向にある。

[0069] 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力見た構造図である。

[0070] 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。 [0071] 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. 06 mm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、スリット 1131が設けられて、る。収容体 111のスリット状の開口 1114と薄!ヽ板部材 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。

[0072] 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の位置力も Y軸方向に 2. Omm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、半田ボールがキヤビラリ 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 14 0以下の大きさであることが好まし、。

[0073] 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。

[0074] 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ツト状の開口 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。

[0075] 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。

[0076] 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力本発明は、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。

Claims

請求の範囲

[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。

[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。

[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。

[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。

[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。

[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。

[7] 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。

[8] 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。

[9] 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。

[10] 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。

[11] 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。

[12] 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。

[13] 前記捕捉ステップが、流体をスリット状の開口力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。

[14] 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ツプと、

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、

[15] 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。

[16] 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。

[17] 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。

[18] 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 V、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。

[19] 前記捕捉ステップが、流体をスリット状の開口力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。

[20] 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ツプと、

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。

[21] 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。

[22] 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。