球状体搭載装置、球状体搭載方法、球状体搭載済基板および電子部品搭載済基板
【課題】製造コストの増加を抑えつつ球状体を搭載する搭載処理の効率を向上させる。
【解決手段】半田ボール３００を保持する吸着ヘッド２と、吸着ヘッド２を支持する支持部３と、載置部１１に載置された基板４００に対して近接および離反する上下方向に沿って支持部３を移動させる移動機構４とを備えて、半田ボール３００を基板４００に搭載する搭載処理を実行可能に構成され、搭載処理の実行時において吸着ヘッド２が基板４００に近接したときの吸着ヘッド２の移動速度を減速させる減速機構５を備え、減速機構５は、搭載処理の実行時において載置部１１に当接すると共に上下方向に沿って移動可能に支持部３に連結された当接部５１と、支持部３に対する当接部５１の相対的な移動の向きと同じ向きに沿って支持部３に作用する抗力を生成するバネ６１およびダンパ６２で構成された抗力生成部５２とを備えている。
【解決手段】半田ボール３００を保持する吸着ヘッド２と、吸着ヘッド２を支持する支持部３と、載置部１１に載置された基板４００に対して近接および離反する上下方向に沿って支持部３を移動させる移動機構４とを備えて、半田ボール３００を基板４００に搭載する搭載処理を実行可能に構成され、搭載処理の実行時において吸着ヘッド２が基板４００に近接したときの吸着ヘッド２の移動速度を減速させる減速機構５を備え、減速機構５は、搭載処理の実行時において載置部１１に当接すると共に上下方向に沿って移動可能に支持部３に連結された当接部５１と、支持部３に対する当接部５１の相対的な移動の向きと同じ向きに沿って支持部３に作用する抗力を生成するバネ６１およびダンパ６２で構成された抗力生成部５２とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球状体を保持した保持ヘッドを移動させて球状体を搭載対象体に搭載する球状体搭載装置および球状体搭載方法、その球状体搭載装置または球状体搭載方法を用いて製造される球状体搭載済基板、並びにその球状体搭載済基板に電子部品が搭載された電子部品搭載済基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の球状体搭載装置として、特開２０１１−４０７０４号公報において出願人が開示した球状体搭載装置が知られている。この球状体搭載装置は、吸着ヘッド、搬送機構、および制御部などを備えて、半田ボールを基板の端子（搭載対象体）に搭載可能に構成されている。この球状体搭載装置では、搬送機構が、半田ボールを吸着している吸着ヘッドを基板の上方に搬送する。次いで、搬送機構は、吸着ヘッドによって吸着されている半田ボールの先端部が基板の端子に当接または近接する位置まで吸着ヘッドを降下させる。続いて、吸着ヘッドが吸着を解除する。これにより、基板の端子上に半田ボールが搭載される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−４０７０４号公報（第６−１１頁、第７−１０図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記の球状体搭載装置には、改善すべき以下の課題がある。すなわち、この球状体搭載装置では、吸着ヘッドによって吸着されている半田ボールの先端部が基板の端子に当接または近接する位置まで搬送機構が吸着ヘッドを降下させ、その状態で吸着ヘッドが吸着を解除することで、端子上に半田ボールを搭載している。一方、この球状体搭載装置の搬送機構には、吸着ヘッドを支持する支持部に係合するボールネジ、およびこのボールネジを回転させるモーターで構成された上下動機構が組み込まれており、ボールネジがモーターによって回転させられることで、支持部によって支持されている吸着ヘッドを降下させている。また、この上下動機構では、吸着ヘッドによって吸着されている半田ボールの先端部が基板の端子に当接する直前まで、一定の速度で吸着ヘッドを降下させ、半田ボールの先端部が基板の端子に当接する直前でモーターを停止させて吸着ヘッドの降下を終了している。ここで、吸着ヘッドの降下速度が速いときには、モーターを停止させた際に慣性によって半田ボールが基板の端子に衝突し、その衝撃で半田ボールが位置ずれしたり、その衝撃で半田ボールが吸着ヘッドに食い付いたりするおそれがある。このため、この球状体搭載装置では、吸着ヘッドの降下速度を遅く設定して、このような事態の発生を防止している。このため、この球状体搭載装置には、降下速度が遅いことに起因して、処理効率の向上が困難であるという課題が存在する。この場合、例えば、途中の位置まで高速で降下させ、その後に低速で吸着ヘッドを降下させたり、降下速度を徐々に低下させたりする方法が考えられる。しかしながら、この方法を実現するには、吸着ヘッドの降下中において、半田ボールの大きさや基板の厚みなどに応じた適正な位置でモーターの回転速度を低下させるような高度な制御が必要となり、これに起因して製造コストが増加するという課題が存在する。
【０００５】
本発明は、かかる改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、製造コストの増加を抑えつつ球状体を搭載する搭載処理の効率を向上し得る球状体搭載装置および球状体搭載方法、その球状体搭載装置または球状体搭載方法を用いて製造される球状体搭載済基板、並びにその球状体搭載済基板を用いて製造される電子部品搭載済基板を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく請求項１記載の球状体搭載装置は、球状体を保持する保持ヘッドと、当該保持ヘッドを支持する支持部と、載置部に載置された搭載対象体に対して近接および離反する第１の方向に沿って前記支持部を移動させる移動機構とを備え、前記球状体を保持している前記保持ヘッドを移動させて当該球状体を前記搭載対象体に当接させた状態で保持を解除させて前記搭載対象体に搭載する搭載処理を実行する球状体搭載装置であって、前記搭載処理の実行時において前記保持ヘッドが前記搭載対象体に近接したときの当該保持ヘッドの移動速度を減速させる減速機構を備え、前記減速機構は、前記搭載処理の実行時において前記保持ヘッドによって保持されている前記球状体が前記搭載対象体に当接する前に当該搭載対象体および前記載置部の少なくとも一方に当接すると共に前記第１の方向に沿って移動可能に前記支持部に連結された当接部と、前記支持部に対する前記当接部の相対的な移動の向きと同じ向きに沿って当該支持部に作用する抗力を生成する抗力生成用バネおよびダンパの少なくとも一方で構成された抗力生成部とを備えている。
【０００７】
また、請求項２記載の球状体搭載装置は、請求項１記載の球状体搭載装置において、前記支持部は、前記移動機構によって移動させられる第１支持体と、前記保持ヘッドが固定されると共に前記第１支持体に対して前記第１の方向に沿ってスライド可能に当該第１支持体に連結された第２支持体とを備えて構成され、前記当接部は、前記第２支持体に連結され、前記抗力生成部は、前記第２支持体に作用する抗力を生成する。
【０００８】
また、請求項３記載の球状体搭載装置は、請求項２記載の球状体搭載装置において、前記第１支持体に一端部が取り付けられると共に前記第２支持体に他端部が取り付けられて前記第２支持体を牽引して前記搭載処理において前記球状体から前記搭載対象体に加わる当該球状体一つ当りの圧力を調整する圧力調整用バネを備えている。
【０００９】
また、請求項４記載の球状体搭載装置は、請求項１から３のいずれかに記載の球状体搭載装置において、前記抗力生成部は、前記抗力生成用バネおよび前記ダンパの双方を備えて構成されている。
【００１０】
また、請求項５記載の球状体搭載方法は、保持ヘッドに球状体を保持させ、載置部に載置された搭載対象体に対して近接および離反する第１の方向に沿って前記保持ヘッドを支持している支持部を移動させ、前記球状体を前記搭載対象体に当接させた状態で保持を解除させて前記搭載対象体に搭載する搭載処理を実行する球状体搭載方法であって、前記第１の方向に沿って移動可能に前記支持部に連結された当接部と抗力生成用バネおよびダンパの少なくとも一方で構成されて抗力を生成する抗力生成部とを備えた減速機構を用いて前記搭載処理を実行し、その際に、前記保持ヘッドによって保持されている前記球状体が前記搭載対象体に当接する前に当該搭載対象体および前記載置部の少なくとも一方に前記当接部を当接させ、前記支持部に対する前記当接部の相対的な移動の向きと同じ向きに沿って前記抗力を当該支持部に作用させて前記保持ヘッドが前記搭載対象体に近接したときの当該保持ヘッドの移動速度を減速させる。
【００１１】
また、請求項６記載の球状体搭載済基板は、請求項１から４のいずれかに記載の球状体搭載装置によって前記搭載対象体としての基板の端子に搭載された前記球状体が溶融されて当該端子に固着されている。
【００１２】
また、請求項７記載の球状体搭載済基板は、請求項５記載の球状体搭載方法によって前記搭載対象体としての基板の端子に搭載された前記球状体が溶融されて当該端子に固着されている。
【００１３】
さらに、請求項８記載の電子部品搭載済基板は、請求項６または７記載の球状体搭載済基板に固着された前記球状体の溶融体を介して接続された電子部品が当該球状体搭載済基板に搭載されている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の球状体搭載装置、および請求項５記載の球状体搭載方法では、第１の方向に沿って移動可能に支持部に連結された当接部と、支持部に対する当接部の相対的な移動の向きと同じ向きに沿って支持部に作用する抗力を生成する抗力生成用バネおよびダンパの少なくとも一方で構成された抗力生成部とを備えた減速機構を用いて、搭載処理の実行時において保持ヘッドが搭載対象体に近接したときの保持ヘッドの移動速度を減速させる。このため、この球状体搭載装置および球状体搭載方法によれば、移動機構による移動速度を速く設定することで、当接部が当接するまでの時間を短縮させることができると共に、抗力生成用バネおよびダンパの少なくとも一方を備えただけの簡易な構成の抗力生成部を有する減速機構を用いて、当接部が当接した後の移動速度を十分に減速させることができる。したがって、この球状体搭載装置および球状体搭載方法によれば、コストの増加を抑えつつ球状体を搭載する搭載処理の効率を十分に向上させることができる。
【００１５】
また、請求項２記載の球状体搭載装置では、移動機構によって移動させられる第１支持体と保持ヘッドが固定されると共に第１支持体に対して第１の方向に沿ってスライド可能に第１支持体に連結された第２支持体とを備えて支持部が構成され、当接部が第２支持体に連結され、抗力生成部が第２支持体に作用する抗力を生成する。したがって、この球状体搭載装置によれば、移動機構によって第１支持体に加えられる駆動力が第２支持体には加わらないため、移動速度を減速させるのに必要なばね定数や粘性係数を算出して、抗力生成部に組み込む抗力生成用バネやダンパを選定する際に、移動機構の駆動力を考慮する必要がなくなるため、その分、選定作業を容易に行うことができる。
【００１６】
また、請求項３記載の球状体搭載装置によれば、圧力調整用バネを備えたことにより、質量（重量）の異なる保持ヘッドを付け替えて搭載処理を行う際に、保持ヘッドの質量およびその保持ヘッドに吸着されている球状体の質量の合計の質量に応じて圧力調整用バネを交換する（具体的には、合計の質量が大きいほどばね定数が大きい圧力調整用バネを用い、合計の質量が小さいほどばね定数が小さい圧力調整用バネを用いる）ことで、球状体から搭載対象体に加わる球状体一つ当りの圧力を適正な圧力に調整することができる。このため、この球状体搭載装置によれば、保持ヘッドの種類に拘わらず、搭載対象体に加わる球状体一つ当りの圧力の調整によって各球状体を搭載対象体に対して確実に接触させることができる。
【００１７】
また、請求項４記載の球状体搭載装置では、抗力生成用バネおよびダンパの双方を備えて抗力生成部が構成されている。このため、この球状体搭載装置によれば、抗力生成用バネが生成する抗力とダンパが生成する抗力との相乗効果により、吸着ヘッドの移動速度を短時間で減速させることができる結果、搭載処理の効率をさらに向上させることができる。
【００１８】
また、請求項６および７記載の球状体搭載済基板では、上記の球状体搭載装置または上記の球状体搭載方法によって基板の端子上に搭載した球状体が溶融されて端子に固着されている。このため、この球状体搭載済基板では、基板における各端子上の正確な位置に球状体が過不足なく搭載される結果、球状体の溶融によって全ての端子上に球状体の溶融体が確実に固着される。
【００１９】
また、請求項８記載の電子部品搭載済基板では、上記の球状体搭載済基板に固着された球状体の溶融体を介して電子部品の端子が球状体搭載済基板の端子に接続されている。この場合、上記の球状体搭載済基板では、全ての端子上に球状体の溶融体が確実に固着されている。このため、この電子部品実装済基板によれば、全ての電子部品の端子が球状体の溶融体を介して確実に基板の端子に接続される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】半田ボール搭載装置１の構成を示す構成図である。
【図２】吸着ヘッド２の構成を示す断面図である。
【図３】吸着ヘッド２、支持部３、移動機構４および減速機構５の構成を示す構成図である。
【図４】供給部６およびマスク７の構成を示す断面図である。
【図５】吸着ヘッド２の底板２２およびマスク７の構成を示す断面図である。
【図６】半田ボール搭載装置１の動作を説明する第１の説明図である。
【図７】半田ボール搭載装置１の動作を説明する第２の説明図である。
【図８】半田ボール搭載装置１の動作を説明する第３の説明図である。
【図９】半田ボール搭載装置１の動作を説明する第４の説明図である。
【図１０】半田ボール搭載装置１の動作を説明する第５の説明図である。
【図１１】半田搭載済基板６００の構成を示す断面図である。
【図１２】電子部品搭載済基板７００の構成を示す断面図である。
【図１３】半田ボール搭載装置１０１の構成を示す構成図である。
【図１４】半田ボール搭載装置２０１の動作を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る球状体搭載装置、球状体搭載方法、球状体搭載済基板および電子部品搭載済基板の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２２】
最初に、図１に示す半田ボール搭載装置１の構成について説明する。半田ボール搭載装置１は、球状体搭載装置の一例であって、同図に示すように、吸着ヘッド２、支持部３、移動機構４、減速機構５、供給部６、マスク７、吸気機構８、搬送機構９、制御部１０および載置部１１を備えて、球状体搭載方法に従い、球状体の一例としての微小な球状体である半田ボール（マイクロボール）３００（図３〜図５参照）を搭載対象体としての基板４００の端子４０１上（図３参照）に搭載（載置）する搭載処理を実行可能に構成されている。
【００２３】
この場合、半田ボール３００は、直径Ｌ１（図５参照）が８０μｍ程度の球状に構成されている。また、半田ボール３００は、図１１に示すように、半田ボール搭載装置１によって基板４００の各端子４０１上にそれぞれ搭載された後に加熱溶融されて、半球状（同図に示す半田３０１）となった状態で各端子４０１上に固着されてボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）を構成し、これによって半田搭載済基板（球状体搭載済基板）６００が製造される。また、図１２に示すように、このようにして製造された半田搭載済基板６００には、集積回路等の電子部品７０１が搭載され、その電子部品７０１における図外の端子が半田搭載済基板６００の端子４０１上に固着された半田ボール３００（半田３０１）を介して端子４０１に接続され、これによって電子部品搭載済基板７００が製造される。
【００２４】
吸着ヘッド２は、保持ヘッドの一例であって、図２に示すように、一例として、底板２２、側板２３および天板２４を備えて、内部に空隙２１が形成された箱状に構成されている。また、図２，５に示すように、吸着ヘッド２の底板２２には、底板２２の外面（吸着面として機能する面であって、以下「吸着面２２ａ」ともいう）に開口すると共に空隙２１と連通する吸気孔２５が、底板２２の厚み方向に沿って複数（両図では、そのうちの一部のみを図示している）形成されている。なお、吸着面２２ａにおける吸気孔２５の開口部を以下、「吸気口２５ａ」ともいう。
【００２５】
この場合、図５に示すように、吸気孔２５（つまり、吸気口２５ａ）の直径Ｌ２は、半田ボール３００の直径Ｌ１（この例では、８０μｍ）よりも短い４０μｍ程度に規定されている。また、図２に示すように、吸着ヘッド２の天板２４には、空隙２１内の空気を排気するための排気孔２４ａが形成されている。この吸着ヘッド２では、空隙２１内の空気の排気によって空隙２１内が負圧状態となり、それに伴って吸気口２５ａからの吸気が行われることにより、吸着ヘッド２の吸着面２２ａにおける吸気口２５ａの縁部に半田ボール３００を吸着して保持することが可能となっている（図５参照）。
【００２６】
支持部３は、図３に示すように、第１支持体３１および第２支持体３２を備え、吸着ヘッド２を支持可能に構成されている。
【００２７】
第１支持体３１は、図３に示すように、後述する移動機構４のボールねじ４２に係合する係合部３１ａを備え、ボールねじ４２の回転に伴って上下方向（搭載対象体としての基板４００の端子４０１に対して近接および離反する第１の方向）に移動させられる。また、同図に示すように、第１支持体３１における第２支持体３２に対向する部位側の側面には、後述する第２支持体３２の連結部３２ｂが係合する係合溝３１ｂが上下方向に沿って形成されている。
【００２８】
第２支持体３２は、図３に示すように、本体部３２ａ、連結部３２ｂおよび取付部３２ｃを備えて構成されている。本体部３２ａは、同図に示すように、Ｌ字型（逆Ｌ字型）に形成され、長尺部分の先端部（同図における下端部）に吸着ヘッド２を固定可能に構成されている。連結部３２ｂは、第１支持体３１側に突出するように本体部３２ａに配設されている。また、連結部３２ｂは、第１支持体３１に形成されている係合溝３１ｂに係合して、係合溝３１ｂに沿った（つまり、上下方向に沿った）スライドが可能となっている。
【００２９】
取付部３２ｃは、減速機構５が取り付けられる部位であって、図３に示すように、連結部３２ｂとは逆側（第１支持体３１から離反する向き）に突出するように本体部３２ａに配設されている。また、取付部３２ｃには、後述する減速機構５のガイドロッド５１ａを挿通させるガイド孔３２ｄが形成されている。なお、以下の説明において、吸着ヘッド２、支持部３の第２支持体３２、および吸着ヘッド２によって吸着される各半田ボール３００を合わせて「移動体２１０」ともいう。
【００３０】
移動機構４は、図３に示すように、モータ４１およびボールねじ４２を備えて構成されている。モータ４１は、制御部１０の制御に従ってボールねじ４２を回転させることにより、ボールねじ４２に係合している支持部３の第１支持体３１を上下方向に移動させる。この場合、移動機構４は、搭載処理の実行時において、第１支持体３１を一定の移動速度Ｖ０で下向きに移動させる。
【００３１】
減速機構５は、搭載処理の実行時において、搭載対象体としての基板４００の端子４０１に吸着ヘッド２が近接したときの吸着ヘッド２の移動速度を減速させる機能を有している。具体的には、減速機構５は、図３に示すように、当接部５１および抗力生成部５２を備えて構成されている。
【００３２】
当接部５１は、図３に示すように、上部に取り付けられているガイドロッド５１ａが第２支持体３２の取付部３２ｃに形成されているガイド孔３２ｄに挿通されることにより、上下方向（第１の方向）沿って移動可能に取付部３２ｃに連結されている。また、当接部５１は、搭載処理の実行時において吸着ヘッド２によって保持されている半田ボール３００が端子４０１に当接する前に、基板４００が載置される載置部１１（搭載対象体および載置部の少なくとも一方の一例）に当接するように、初期状態（載置部１１に当接していない状態：同図参照）において吸着ヘッド２よりも下方に位置するように配置されている。
【００３３】
抗力生成部５２は、図３に示すように、バネ（抗力生成用バネ）６１およびダンパ６２を備えて構成されている。バネ６１は、一例として、圧縮コイルバネ（押しバネ）で構成され、同図に示すように、第２支持体３２の取付部３２ｃと当接部５１との間に配設されている。このバネ６１は、第２支持体３２に対する当接部５１の相対的な移動の向きと同じ向きに沿って第２支持体３２に作用する抗力を生成する機能を有している。具体的には、当接部５１が取付部３２ｃに近接する向きに移動しようとするときには、その向きと同じ向き（当接部５１と取付部３２ｃとを離反させる向き）に沿って第２支持体３２に作用する抗力を生成する。この場合、上記した初期状態からの当接部５１の移動量、すなわちバネ６１の変位量をｘとし、バネ６１のばね定数をｋとすると、バネ６１が生成する抗力Ｆ１は、次の式（１）で表される。
Ｆ１＝ｋ・ｘ ・・・式（１）
つまり、バネ６１が生成する抗力Ｆ１は、当接部５１の変位量ｘに比例する。
【００３４】
ダンパ６２は、一例として、油圧ダンパで構成され、図３に示すように、第２支持体３２の取付部３２ｃと当接部５１との間に配設されている。このダンパ６２は、第２支持体３２に対する当接部５１の相対的な移動の向きと同じ向きに沿って第２支持体３２に作用する抗力を生成する機能を有している。具体的には、当接部５１が取付部３２ｃに近接する向きに移動しようとするときには、その向きと同じ向き（当接部５１と取付部３２ｃとを離反させる向き）に沿って第２支持体３２に作用する抗力を生成する。この場合、ダンパ６２内のオイルの粘性係数をＤとし、第２支持体３２に対する当接部５１の相対的な移動速度（当接部５１が載置部１１に当接して停止している状態における移動体２１０の移動速度に相当する）をＶ１とすると、ダンパ６２が生成する抗力Ｆ２は、次の式（２）で表される。
Ｆ２＝Ｄ・Ｖ１・・・式（２）
つまり、ダンパ６２が生成する抗力Ｆ２は、当接部５１の移動速度Ｖ１に比例する。
【００３５】
供給部６は、図４に示すように、収容容器１２、吸着保持部１３、および吸引部１４を備えて吸着ヘッド２に対して半田ボール３００を供給可能に構成されている。収容容器１２は、容器本体１２ｃと、容器本体１２ｃの両側部に配設された２枚の側壁（図示せず）とを備えて、収容部１２ａ内に半田ボール３００を収容可能に構成されている。
【００３６】
吸着保持部１３は、図４に示すように、基端部１３ｂ側から先端部１３ａに至る吸気経路１３ｃが内部に形成されて、収容容器１２の収容部１２ａ内に収容されている半田ボール３００をその先端部１３ａで吸着して保持可能に構成されている。また、吸着保持部１３は、基端部１３ｂを中心として回動可能に配設されている。吸引部１４は、２枚の区画壁１４ａ，１４ｂと収容容器１２の側壁とによって形成される吸引経路１４ｃ（同図参照）を介して半田ボール３００を吸引可能に構成されている。
【００３７】
マスク７は、吸着ヘッド２による余剰な半田ボール３００の吸着を規制する機能を有しており、供給部６の配設位置の上方の位置に配設されている。また、マスク７には、図５に示すように、吸着ヘッド２の吸着面２２ａと上面７ａとが接触（または近接）している装着状態において吸着ヘッド２の吸気口２５ａに対向する位置に挿通孔７ｃが形成されている。この場合、挿通孔７ｃの直径Ｌ４は、半田ボール３００が通過可能な９５μｍ程度に規定されている。また、同図に示すように、マスク７の厚みＬ３は、装着状態において吸気口２５ａの縁部に吸着された半田ボール３００の先端部が下面（他面）１７ｂからやや突出する７５μｍ程度に規定されている。
【００３８】
吸気機構８は、吸気管８ａ（図１参照）を介して、吸着ヘッド２の排気孔２４ａ、供給部６における吸着保持部１３の吸気経路１３ｃに連通する吸気管１３ｄ、および供給部６における吸引部１４の吸引経路１４ｃに繋がれた吸気ポンプ（図示せず）を備えて構成されている。また、吸気機構８は、排気孔２４ａと吸気ポンプとの間、吸気管１３ｄと吸気ポンプとの間、および吸引経路１４ｃと吸気ポンプとの間（つまり、各吸気管８ａの途中）にそれぞれ配設された電磁バルブ（図示せず）を備えて構成されている。この場合、吸気機構８は、各電磁バルブが制御部１０の制御に従って作動することにより、吸着ヘッド２の空隙２１内を負圧状態とすることによる吸気口２５ａからの吸気、吸着保持部１３における吸気経路１３ｃからの吸気、および吸引部１４における吸引経路１４ｃからの吸気を個別に行うことが可能となっている。
【００３９】
搬送機構９は、制御部１０の制御に従い、マスク７の配設位置（半田ボール３００が供給される位置）の上方の位置と、基板４００の配設位置の上方の位置との間で、吸着ヘッド２、支持部３、移動機構４および減速機構５を搬送する。制御部１０は、半田ボール搭載装置１を構成する各部および各機構を制御する。載置部１１は、基板４００を載置可能に構成されている。
【００４０】
次に、半田ボール搭載装置１を用いて半田ボール３００を搭載対象体としての基板４００の各端子４０１に搭載する方法（球状体搭載方法）について、図面を参照して説明する。なお、図３に示すように、基板４００は、載置部１１に載置されているものとする。
【００４１】
この半田ボール搭載装置１では、開始操作がされたときに、制御部１０が、搬送機構９および移動機構４を制御して吸着ヘッド２を搬送（移動）させ、図４に示すように、吸着ヘッド２の吸着面２２ａとマスク７の上面７ａとを接触（近接）させる（装着状態とさせる）。
【００４２】
次いで、制御部１０は、吸気機構８の電磁バルブを制御して、吸着ヘッド２の排気孔２４ａからの吸気を開始させる。この際に、吸着ヘッド２の空隙２１内が負圧状態となって吸気口２５ａからの吸気が開始される。また、制御部１０は、吸気機構８の電磁バルブを制御して、吸着保持部１３における吸気経路１３ｃからの吸気、および吸引部１４における吸引経路１４ｃからの吸気を開始させる。
【００４３】
続いて、制御部１０は、供給部６における図外の駆動機構を制御して、図４に示すように、吸気経路１３ｃからの吸気に伴って先端部１３ａに半田ボール３００を吸着している吸着保持部１３を回動させ、次いで、図６に示すように、マスク７の下面７ｂに先端部１３ａを近接させた状態で供給部６を下面７ｂに沿って移動させる。
【００４４】
この際に、先端部１３ａに保持されている半田ボール３００が、吸着ヘッド２の吸引力によって吸着保持部１３の吸引力に抗して吸着ヘッド２に引き寄せられて吸着ヘッド２に供給され、供給された半田ボール３００の一部がマスク７の各挿通孔７ｃを通って吸着ヘッド２の吸着面２２ａにおける各吸気口２５ａの縁部に１つずつ吸着される。
【００４５】
続いて、制御部１０は、図外の駆動機構を制御して、図７に示すように、供給部６をマスク７の下面７ｂに沿ってさらに移動させる。この際に、同図に示すように、吸着保持部１３に連続して吸引部１４が移動させられて、吸引部１４における吸引経路１４ｃからの吸気によって余剰な半田ボール３００が吸引されて除去される。
【００４６】
次いで、制御部１０は、搭載処理を実行する。この搭載処理では、制御部１０は、移動機構４を制御して、吸着ヘッド２がマスク７から離反するように第１支持体３１を上向きに移動させる。続いて、制御部１０は、搬送機構９を制御して、図３に示すように、吸着ヘッド２が基板４００の配設位置の上方に位置するように、吸着ヘッド２、支持部３、移動機構４および減速機構５を搬送させる。
上でお願い
【００４７】
次いで、制御部１０は、移動機構４を制御して、支持部３の第１支持体３１を一定の移動速度Ｖ０で下向きに移動させる。この第１支持体３１の移動に伴い、移動体２１０および減速機構５が第１支持体３１と共に移動する。続いて、図８に示すように、吸着ヘッド２によって保持されている半田ボール３００が基板４００の端子４０１に当接するよりも前に、減速機構５の当接部５１が載置部１１に当接する。
【００４８】
ここで、減速機構５の当接部５１が載置部１１に当接した後の支持部３、移動機構４および減速機構５の動作について説明する。この場合、支持部３の第１支持体３１は、移動機構４によって移動速度Ｖ０で下向きに移動を継続する。
【００４９】
また、載置部１１に当接した当接部５１は、第２支持体３２の下向きの移動に伴って第２支持体３２に対して相対的に上向きに移動する。また、当接部５１の移動に応じて、バネ６１が、上記した式（１）で表される抗力Ｆ１を生成し、ダンパ６２が、上記した式（２）で表される抗力Ｆ２を生成する。
【００５０】
一方、移動体２１０（吸着ヘッド２、支持部３の第２支持体３２、および吸着ヘッド２によって吸着される各半田ボール３００）の合計の質量をＭとし、重力加速度をｇとすると、移動体２１０に加わる重力Ｆ３は、次の式（３）で表される。
Ｆ３＝Ｍ・ｇ ・・・式（３）
【００５１】
また、当接部５１が載置部１１に当接した後には、上記した抗力Ｆ１および抗力Ｆ２が移動体２１０に加わる。このため、当接部５１が載置部１１に当接した後に移動体２１０に加わる力Ｆ４の合計は、各力Ｆ１〜Ｆ４の向きを考慮すると次の式（４）で表される（図８参照）。
Ｆ４＝Ｆ３−Ｆ１−Ｆ２ ・・・式（４）
なお、式（４）では、ガイドロッド５１ａとガイド孔３２ｄの周壁との間の摩擦を無視している。
【００５２】
また、運動の第２法則から、移動体２１０に加わる力Ｆ４によって質量Ｍの移動体２１０に生じる加速度ａは、次の式（５）で表される。
Ｍ・ａ＝Ｆ４ ・・・式（５）
上記した式（４）に式（１）〜式（３）、式（５）を代入して変形すると次の式（６）を得る。
ａ＝ｇ−ｋ・ｘ／Ｍ−Ｄ・Ｖ／Ｍ ・・・式（６）
式（６）から、Ｍ、ｋ、Ｄを適宜の値に設定することで、加速度ａを負の値（ａ＜０）とすることができることが理解される。
【００５３】
また、当接部５１が載置部１１に当接する以前における移動体２１０の移動速度Ｖ０（移動機構４が第１支持体３１を下向きに移動させる移動速度）と、当接部５１が載置部１１に当接した後の移動体２１０の移動速度Ｖ１の関係は、次の式（７）で表される。
Ｖ１＝Ｖ０＋ａｔ ・・・式（７）
【００５４】
この半田ボール搭載装置１では、移動体２１０の質量Ｍに応じて、上記した加速度ａが負の値となるようなバネ６１およびダンパ６２を用いて抗力生成部５２が構成されている。このため、この半田ボール搭載装置１では、当接部５１が載置部１１に当接した後における移動体２１０の移動速度Ｖ１が、それ以前の移動速度Ｖ０よりも減少（減速）することが上記の式（７）から理解される。
【００５５】
次いで、制御部１０は、図９に示すように、第１支持体３１が予め決められた位置まで移動した時点で、移動機構４を制御して第１支持体３１の移動を停止させる。この場合、移動機構４によって移動させられている第１支持体３１は、当接部５１が載置部１１に当接した後においても、移動体２１０の移動速度Ｖ１よりも速い移動速度Ｖ０で移動するため、同図に示すように、この時点では、第１支持体３１の上端部と第２支持体３２における本体部３２ａの短尺部分とが離間している。
【００５６】
続いて、移動体２１０が、抗力Ｆ１，Ｆ２に抗してさらに下方に移動したときには、吸着ヘッド２によって吸着されている半田ボール３００の先端部が、基板４００の端子４０１に接触する。また、図１０に示すように、停止している第１支持体３１の上部に第２支持体３２における本体部３２ａの短尺部分が当接して、移動体２１０の移動が停止する。
【００５７】
続いて、制御部１０は、吸気機構８の電磁バルブを制御して、吸着ヘッド２における吸気口２５ａからの吸気を停止させる。この際に、吸着ヘッド２による吸着が解除されて、半田ボール３００が基板４００における端子４０１上に搭載される。次いで、制御部１０は、移動機構４を制御して、第１支持体３１を上方に向けて移動させた後に、搬送機構９を制御して吸着ヘッド２、支持部３、移動機構４および減速機構５を初期位置に搬送させる。以上により、基板４００への半田ボール３００の搭載が完了する。
【００５８】
この場合、この半田ボール搭載装置１では、上記したように、当接部５１が載置部１１に当接した後の、つまり、吸着ヘッド２が基板４００に近接したときの、移動体２１０の移動速度Ｖ１が十分に減速されている。このため、この半田ボール搭載装置１では、半田ボール３００の先端部が、端子４０１に衝突して位置ずれしたり、衝突の際の衝撃で半田ボール３００が吸着ヘッド２に食い付いたりする事態が確実に防止される。したがって、この半田ボール搭載装置１では、基板４００における各端子４０１上の正確な位置に半田ボール３００を過不足なく搭載することが可能となっている。
【００５９】
また、この半田ボール搭載装置１では、移動機構４による移動速度Ｖ０を速く設定することで、当接部５１が載置部１１に当接するまでの時間が短縮されて、これによって搭載処理の効率を十分に向上させることが可能となっている。さらに、この半田ボール搭載装置１では、吸着ヘッド２の移動中においてモータ４１の回転速度を低下させるような高度な制御を行うことなく、バネ６１およびダンパ６２を備えただけの簡易な構成の抗力生成部５２を有する減速機構５を用いて搭載処理の効率の向上を実現することが可能となっている。
【００６０】
続いて、半田ボール３００の搭載が完了した基板４００は、図外の取り出し装置によって取り出されて、図外の搭載状態検査装置に搬送され、搭載状態検査装置によって半田ボール３００が過不足なく搭載されているか否かの搭載状態検査が行われる。この場合、搭載状態検査において不良と判別された基板４００は、不良品のストック場所に搬送される。
【００６１】
また、搭載状態検査において良好と判別された基板４００は、図外のリフロー処理装置に搬送される。リフロー処理装置では、基板４００に対してリフロー処理（溶融処理）が行われ、これにより、図１１に示すように、基板４００の端子４０１に搭載された各半田ボール３００が溶融されて半球状（同図に示す半田３０１：溶融体の一例）となった状態で、基板４００の端子４０１上に固着する。また、固着された半田３０１によって基板４００上にボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）が構成される。以上により、同図に示すように、半田搭載済基板（球状体搭載済基板）６００が製造される。
【００６２】
この場合、半田ボール搭載装置１を用いて半田ボール３００を搭載したことで、上記したように、基板４００における各端子４０１上の正確な位置に半田ボール３００が過不足なく搭載されている。このため、この半田搭載済基板６００では、半田ボール３００の溶融によって全ての端子４０１上に半田ボール３００の溶融体（半田３０１）が確実に固着される。
【００６３】
次いで、半田搭載済基板６００は、図外の電子部品搭載装置に搬送され、続いて、電子部品搭載装置によって半田搭載済基板６００に電子部品７０１が搭載される。次いで、例えばリフロー処理により、半田搭載済基板６００における基板４００の端子４０１上に固着された半田ボール３００（半田３０１）が溶融されることで、搭載された電子部品７０１における図外の端子が、溶融された半田ボール３００（半田３０１）を介して基板４００の端子４０１に接続される。これにより、図１２に示すように、電子部品搭載済基板７００が製造される。この場合、上記したように、この半田搭載済基板６００では、全ての端子４０１上に半田３０１が確実に固着されている。このため、この電子部品搭載済基板７００では、電子部品７０１の端子と端子４０１とが電気的に確実に接続されている。
【００６４】
このように、この半田ボール搭載装置１および球状体搭載方法では、上下方向に沿って移動可能に支持部３に連結された当接部５１と、支持部３に対する当接部５１の相対的な移動の向きと同じ向きに沿って支持部３に作用する抗力Ｆ１，Ｆ２を生成するバネ６１およびダンパ６２で構成された抗力生成部５２とを備えた減速機構５を用いて、搭載処理の実行時において吸着ヘッド２が基板４００に近接したときの吸着ヘッド２の移動速度Ｖ１を減速させる。このため、この半田ボール搭載装置１および球状体搭載方法によれば、移動機構４による第１支持体３１の移動速度Ｖ０を速く設定することで、当接部５１が載置部１１に当接するまでの時間を短縮させることができると共に、バネ６１およびダンパ６２を備えただけの簡易な構成の抗力生成部５２を有する減速機構５を用いて、当接部５１が載置部１１に当接した後の移動速度Ｖ１を十分に減速させることができる。したがって、この半田ボール搭載装置１および球状体搭載方法によれば、コストの増加を抑えつつ半田ボール３００を搭載する搭載処理の効率を十分に向上させることができる。
【００６５】
また、この半田ボール搭載装置１および球状体搭載方法では、第１支持体３１と上下方向に沿ってスライド可能に第１支持体３１に連結された第２支持体３２とを備えた支持部３、第２支持体３２に連結された当接部５１、および第２支持体３２に作用する抗力Ｆ１，Ｆ２を生成する抗力生成部５２を用いて吸着ヘッド２の移動速度Ｖ１を減速させる。したがって、この半田ボール搭載装置１および球状体搭載方法によれば、移動機構４によって第１支持体３１に加えられる駆動力が第２支持体３２には加わらないため、移動速度Ｖ１を減速させるのに必要なばね定数ｋや粘性係数Ｄを算出して、抗力生成部５２に組み込むバネ６１やダンパ６２を選定する際に、移動機構４の駆動力を考慮する必要がなくなるため、その分、選定作業を容易に行うことができる。
【００６６】
また、この半田ボール搭載装置１および球状体搭載方法では、バネ６１およびダンパ６２の双方を備えた抗力生成部５２を用いている。このため、この半田ボール搭載装置１および球状体搭載方法によれば、バネ６１が生成する抗力Ｆ１とダンパ６２が生成する抗力Ｆ２との相乗効果により、移動体２１０の移動速度Ｖ１を短時間で減速させることができる結果、搭載処理の効率をさらに向上させることができる。
【００６７】
また、この半田搭載済基板６００では、上記の半田ボール搭載装置１を用いて上記の球状体搭載方法によって基板４００の端子４０１上に搭載した半田ボール３００が溶融されて端子４０１に固着されている。このため、この半田搭載済基板６００では、基板４００における各端子４０１上の正確な位置に半田ボール３００が過不足なく搭載されている。このため、この半田搭載済基板６００では、半田ボール３００の溶融によって全ての端子４０１上に半田ボール３００の溶融体（半田３０１）が確実に固着される。
【００６８】
また、この電子部品搭載済基板７００では、上記の半田搭載済基板６００に固着された半田３０１を介して電子部品７０１の端子が半田搭載済基板６００の端子４０１に接続されている。この場合、上記の半田搭載済基板６００では、全ての各端子４０１上に半田３０１が確実に固着されている。このため、この電子部品搭載済基板７００によれば、電子部品７０１における全ての端子と端子４０１とが半田３０１を介して電気的に確実に接続される。
【００６９】
なお、球状体搭載装置および球状体搭載方法は、上記の構成および方法に限定されない。例えば、上記した半田ボール搭載装置１に代えて、図１３に示す半田ボール搭載装置１０１、およびこの半田ボール搭載装置１０１を用いた球状体搭載方法を採用することもできる。なお、以下の説明において、上記した半田ボール搭載装置１と同じ構成要素については、同じ符号を付して、重複する説明を省略する。
【００７０】
この半田ボール搭載装置１０１では、図１３に示すように、バネ（圧力調整用）３３を備えて支持部３が構成されている。この場合、バネ３３は、引張りコイルばね（引きバネ）で構成され、一端部（上端部）が第１支持体３１に固定され、他端部（下端部）が第２支持体３２の本体部３２ａに配設された突起部３２ｅに固定されている。このバネ３３は、第１支持体３１側から第２支持体３２を上向きに牽引することにより、搭載処理において半田ボール３００を介して搭載対象体としての基板４００の端子４０１に加わる半田ボール３００一つ当りの圧力を調整する機能を有している。
【００７１】
この半田ボール搭載装置１０１によれば、圧力調整用のバネ３３を備えたことにより、質量（重量）の異なる吸着ヘッド２を付け替えて搭載処理を行う際に、吸着ヘッド２の質量およびその吸着ヘッド２に吸着されている半田ボール３００の質量の合計の質量に応じてバネ３３を交換する（具体的には、合計の質量が大きいほどばね定数が大きいバネ３３を用い、合計の質量が小さいほどばね定数が小さいバネ３３を用いる）ことで、半田ボール３００から端子４０１に加わる半田ボール３００一つ当りの圧力を適正な圧力に調整することができる。このため、この半田ボール搭載装置１０１によれば、吸着ヘッド２の種類に拘わらず、端子４０１に加わる半田ボール３００一つ当りの圧力の調整によって各半田ボール３００を端子４０１に対して確実に接触させることができる。
【００７２】
また、図１４に示す半田ボール搭載装置２０１、およびこの半田ボール搭載装置１０１を用いた球状体搭載方法を採用することもできる。なお、以下の説明において、上記した半田ボール搭載装置１，１０１と同じ構成要素については、同じ符号を付して、重複する説明を省略する。
【００７３】
この半田ボール搭載装置２０１では、図１４に示すように、減速機構５が第１支持体３１に配設されている。具体的には、この半田ボール搭載装置２０１では、減速機構５の当接部５１に取り付けられているガイドロッド５１ａが第１支持体３１に形成されているガイド孔３１ｃに挿通されることにより、上下方向（第１の方向）沿って移動可能に第１支持体３１に連結されている。
【００７４】
また、この半田ボール搭載装置２０１では、図１４に示すように、減速機構５の抗力生成部５２を構成するバネ６１およびダンパ６２が、第１支持体３１と当接部５１との間にそれぞれ配設され、第１支持体３１に対する当接部５１の相対的な移動の向きと同じ向きに沿って第１支持体３１に作用する抗力Ｆ１，Ｆ２を生成するバネ６１およびダンパ６２で構成された抗力生成部５２とを備えた減速機構５を用いて、搭載処理の実行時において吸着ヘッド２が基板４００に近接したときの吸着ヘッド２の移動速度Ｖ１を減速させる。
【００７５】
また、この半田ボール搭載装置２０１では、移動機構４のモータ４１が、搭載処理において、一定のトルクで回転して一定の力で第１支持体３１に対して下向きに力を加える。
【００７６】
この半田ボール搭載装置２０１では、当接部５１が載置部１１に当接した後に、バネ６１およびダンパ６２にが生成する抗力Ｆ１，Ｆ２が当接部５１および第１支持体３１に作用し、これによって第１支持体３１および移動体２１０の移動速度Ｖ１が減速される。したがって、この半田ボール搭載装置２０１においても、上記した半田ボール搭載装置１と同様の効果を実現することができる。
【００７７】
また、第１支持体３１と第２支持体３２とを備えて第２支持体３２が第１支持体３１に対してスライド可能に構成されている例について上記したが、第２支持体３２と第１支持体３１とを一体に形成した構成を採用することもできる。また、抗力生成部５２がバネ６１およびダンパ６２の双方を備えている例について上記したが、バネ６１およびダンパ６２のいずれか一方のみを備えた抗力生成部を採用することもできる。
【００７８】
また、モータ４１およびボールねじ４２を備えて移動機構４を構成した例について上記したが、エアシリンダで移動機構４を構成することもできる。また、当接部５１を載置部１１に当接させる例について上記したが、載置部１１に載置された基板４００に当接部５１を当接させることもできる。
【符号の説明】
【００７９】
１ 半田ボール搭載装置
２ 吸着ヘッド
３ 支持部
４ 移動機構
５ 減速機構
１１ 載置部
１１ａ 載置面
５１ 当接部
５１ａ ガイドロッド
３１ 第１支持体
３１ｃ ガイド孔
３２ 第２支持体
３２ｄ ガイド孔
３３，６１ バネ
５２ 抗力生成部
６２ ダンパ
３００ 半田ボール
３０１ 半田
４００ 基板
４０１ 端子
６００ 半田搭載済基板
７００ 電子部品実装済基板
７０１ 電子部品
Ｆ１，Ｆ２ 抗力
Ｖ１ 移動速度
ｘ 変位量
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球状体を保持した保持ヘッドを移動させて球状体を搭載対象体に搭載する球状体搭載装置および球状体搭載方法、その球状体搭載装置または球状体搭載方法を用いて製造される球状体搭載済基板、並びにその球状体搭載済基板に電子部品が搭載された電子部品搭載済基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の球状体搭載装置として、特開２０１１−４０７０４号公報において出願人が開示した球状体搭載装置が知られている。この球状体搭載装置は、吸着ヘッド、搬送機構、および制御部などを備えて、半田ボールを基板の端子（搭載対象体）に搭載可能に構成されている。この球状体搭載装置では、搬送機構が、半田ボールを吸着している吸着ヘッドを基板の上方に搬送する。次いで、搬送機構は、吸着ヘッドによって吸着されている半田ボールの先端部が基板の端子に当接または近接する位置まで吸着ヘッドを降下させる。続いて、吸着ヘッドが吸着を解除する。これにより、基板の端子上に半田ボールが搭載される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−４０７０４号公報（第６−１１頁、第７−１０図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記の球状体搭載装置には、改善すべき以下の課題がある。すなわち、この球状体搭載装置では、吸着ヘッドによって吸着されている半田ボールの先端部が基板の端子に当接または近接する位置まで搬送機構が吸着ヘッドを降下させ、その状態で吸着ヘッドが吸着を解除することで、端子上に半田ボールを搭載している。一方、この球状体搭載装置の搬送機構には、吸着ヘッドを支持する支持部に係合するボールネジ、およびこのボールネジを回転させるモーターで構成された上下動機構が組み込まれており、ボールネジがモーターによって回転させられることで、支持部によって支持されている吸着ヘッドを降下させている。また、この上下動機構では、吸着ヘッドによって吸着されている半田ボールの先端部が基板の端子に当接する直前まで、一定の速度で吸着ヘッドを降下させ、半田ボールの先端部が基板の端子に当接する直前でモーターを停止させて吸着ヘッドの降下を終了している。ここで、吸着ヘッドの降下速度が速いときには、モーターを停止させた際に慣性によって半田ボールが基板の端子に衝突し、その衝撃で半田ボールが位置ずれしたり、その衝撃で半田ボールが吸着ヘッドに食い付いたりするおそれがある。このため、この球状体搭載装置では、吸着ヘッドの降下速度を遅く設定して、このような事態の発生を防止している。このため、この球状体搭載装置には、降下速度が遅いことに起因して、処理効率の向上が困難であるという課題が存在する。この場合、例えば、途中の位置まで高速で降下させ、その後に低速で吸着ヘッドを降下させたり、降下速度を徐々に低下させたりする方法が考えられる。しかしながら、この方法を実現するには、吸着ヘッドの降下中において、半田ボールの大きさや基板の厚みなどに応じた適正な位置でモーターの回転速度を低下させるような高度な制御が必要となり、これに起因して製造コストが増加するという課題が存在する。
【０００５】
本発明は、かかる改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、製造コストの増加を抑えつつ球状体を搭載する搭載処理の効率を向上し得る球状体搭載装置および球状体搭載方法、その球状体搭載装置または球状体搭載方法を用いて製造される球状体搭載済基板、並びにその球状体搭載済基板を用いて製造される電子部品搭載済基板を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく請求項１記載の球状体搭載装置は、球状体を保持する保持ヘッドと、当該保持ヘッドを支持する支持部と、載置部に載置された搭載対象体に対して近接および離反する第１の方向に沿って前記支持部を移動させる移動機構とを備え、前記球状体を保持している前記保持ヘッドを移動させて当該球状体を前記搭載対象体に当接させた状態で保持を解除させて前記搭載対象体に搭載する搭載処理を実行する球状体搭載装置であって、前記搭載処理の実行時において前記保持ヘッドが前記搭載対象体に近接したときの当該保持ヘッドの移動速度を減速させる減速機構を備え、前記減速機構は、前記搭載処理の実行時において前記保持ヘッドによって保持されている前記球状体が前記搭載対象体に当接する前に当該搭載対象体および前記載置部の少なくとも一方に当接すると共に前記第１の方向に沿って移動可能に前記支持部に連結された当接部と、前記支持部に対する前記当接部の相対的な移動の向きと同じ向きに沿って当該支持部に作用する抗力を生成する抗力生成用バネおよびダンパの少なくとも一方で構成された抗力生成部とを備えている。
【０００７】
また、請求項２記載の球状体搭載装置は、請求項１記載の球状体搭載装置において、前記支持部は、前記移動機構によって移動させられる第１支持体と、前記保持ヘッドが固定されると共に前記第１支持体に対して前記第１の方向に沿ってスライド可能に当該第１支持体に連結された第２支持体とを備えて構成され、前記当接部は、前記第２支持体に連結され、前記抗力生成部は、前記第２支持体に作用する抗力を生成する。
【０００８】
また、請求項３記載の球状体搭載装置は、請求項２記載の球状体搭載装置において、前記第１支持体に一端部が取り付けられると共に前記第２支持体に他端部が取り付けられて前記第２支持体を牽引して前記搭載処理において前記球状体から前記搭載対象体に加わる当該球状体一つ当りの圧力を調整する圧力調整用バネを備えている。
【０００９】
また、請求項４記載の球状体搭載装置は、請求項１から３のいずれかに記載の球状体搭載装置において、前記抗力生成部は、前記抗力生成用バネおよび前記ダンパの双方を備えて構成されている。
【００１０】
また、請求項５記載の球状体搭載方法は、保持ヘッドに球状体を保持させ、載置部に載置された搭載対象体に対して近接および離反する第１の方向に沿って前記保持ヘッドを支持している支持部を移動させ、前記球状体を前記搭載対象体に当接させた状態で保持を解除させて前記搭載対象体に搭載する搭載処理を実行する球状体搭載方法であって、前記第１の方向に沿って移動可能に前記支持部に連結された当接部と抗力生成用バネおよびダンパの少なくとも一方で構成されて抗力を生成する抗力生成部とを備えた減速機構を用いて前記搭載処理を実行し、その際に、前記保持ヘッドによって保持されている前記球状体が前記搭載対象体に当接する前に当該搭載対象体および前記載置部の少なくとも一方に前記当接部を当接させ、前記支持部に対する前記当接部の相対的な移動の向きと同じ向きに沿って前記抗力を当該支持部に作用させて前記保持ヘッドが前記搭載対象体に近接したときの当該保持ヘッドの移動速度を減速させる。
【００１１】
また、請求項６記載の球状体搭載済基板は、請求項１から４のいずれかに記載の球状体搭載装置によって前記搭載対象体としての基板の端子に搭載された前記球状体が溶融されて当該端子に固着されている。
【００１２】
また、請求項７記載の球状体搭載済基板は、請求項５記載の球状体搭載方法によって前記搭載対象体としての基板の端子に搭載された前記球状体が溶融されて当該端子に固着されている。
【００１３】
さらに、請求項８記載の電子部品搭載済基板は、請求項６または７記載の球状体搭載済基板に固着された前記球状体の溶融体を介して接続された電子部品が当該球状体搭載済基板に搭載されている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の球状体搭載装置、および請求項５記載の球状体搭載方法では、第１の方向に沿って移動可能に支持部に連結された当接部と、支持部に対する当接部の相対的な移動の向きと同じ向きに沿って支持部に作用する抗力を生成する抗力生成用バネおよびダンパの少なくとも一方で構成された抗力生成部とを備えた減速機構を用いて、搭載処理の実行時において保持ヘッドが搭載対象体に近接したときの保持ヘッドの移動速度を減速させる。このため、この球状体搭載装置および球状体搭載方法によれば、移動機構による移動速度を速く設定することで、当接部が当接するまでの時間を短縮させることができると共に、抗力生成用バネおよびダンパの少なくとも一方を備えただけの簡易な構成の抗力生成部を有する減速機構を用いて、当接部が当接した後の移動速度を十分に減速させることができる。したがって、この球状体搭載装置および球状体搭載方法によれば、コストの増加を抑えつつ球状体を搭載する搭載処理の効率を十分に向上させることができる。
【００１５】
また、請求項２記載の球状体搭載装置では、移動機構によって移動させられる第１支持体と保持ヘッドが固定されると共に第１支持体に対して第１の方向に沿ってスライド可能に第１支持体に連結された第２支持体とを備えて支持部が構成され、当接部が第２支持体に連結され、抗力生成部が第２支持体に作用する抗力を生成する。したがって、この球状体搭載装置によれば、移動機構によって第１支持体に加えられる駆動力が第２支持体には加わらないため、移動速度を減速させるのに必要なばね定数や粘性係数を算出して、抗力生成部に組み込む抗力生成用バネやダンパを選定する際に、移動機構の駆動力を考慮する必要がなくなるため、その分、選定作業を容易に行うことができる。
【００１６】
また、請求項３記載の球状体搭載装置によれば、圧力調整用バネを備えたことにより、質量（重量）の異なる保持ヘッドを付け替えて搭載処理を行う際に、保持ヘッドの質量およびその保持ヘッドに吸着されている球状体の質量の合計の質量に応じて圧力調整用バネを交換する（具体的には、合計の質量が大きいほどばね定数が大きい圧力調整用バネを用い、合計の質量が小さいほどばね定数が小さい圧力調整用バネを用いる）ことで、球状体から搭載対象体に加わる球状体一つ当りの圧力を適正な圧力に調整することができる。このため、この球状体搭載装置によれば、保持ヘッドの種類に拘わらず、搭載対象体に加わる球状体一つ当りの圧力の調整によって各球状体を搭載対象体に対して確実に接触させることができる。
【００１７】
また、請求項４記載の球状体搭載装置では、抗力生成用バネおよびダンパの双方を備えて抗力生成部が構成されている。このため、この球状体搭載装置によれば、抗力生成用バネが生成する抗力とダンパが生成する抗力との相乗効果により、吸着ヘッドの移動速度を短時間で減速させることができる結果、搭載処理の効率をさらに向上させることができる。
【００１８】
また、請求項６および７記載の球状体搭載済基板では、上記の球状体搭載装置または上記の球状体搭載方法によって基板の端子上に搭載した球状体が溶融されて端子に固着されている。このため、この球状体搭載済基板では、基板における各端子上の正確な位置に球状体が過不足なく搭載される結果、球状体の溶融によって全ての端子上に球状体の溶融体が確実に固着される。
【００１９】
また、請求項８記載の電子部品搭載済基板では、上記の球状体搭載済基板に固着された球状体の溶融体を介して電子部品の端子が球状体搭載済基板の端子に接続されている。この場合、上記の球状体搭載済基板では、全ての端子上に球状体の溶融体が確実に固着されている。このため、この電子部品実装済基板によれば、全ての電子部品の端子が球状体の溶融体を介して確実に基板の端子に接続される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】半田ボール搭載装置１の構成を示す構成図である。
【図２】吸着ヘッド２の構成を示す断面図である。
【図３】吸着ヘッド２、支持部３、移動機構４および減速機構５の構成を示す構成図である。
【図４】供給部６およびマスク７の構成を示す断面図である。
【図５】吸着ヘッド２の底板２２およびマスク７の構成を示す断面図である。
【図６】半田ボール搭載装置１の動作を説明する第１の説明図である。
【図７】半田ボール搭載装置１の動作を説明する第２の説明図である。
【図８】半田ボール搭載装置１の動作を説明する第３の説明図である。
【図９】半田ボール搭載装置１の動作を説明する第４の説明図である。
【図１０】半田ボール搭載装置１の動作を説明する第５の説明図である。
【図１１】半田搭載済基板６００の構成を示す断面図である。
【図１２】電子部品搭載済基板７００の構成を示す断面図である。
【図１３】半田ボール搭載装置１０１の構成を示す構成図である。
【図１４】半田ボール搭載装置２０１の動作を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る球状体搭載装置、球状体搭載方法、球状体搭載済基板および電子部品搭載済基板の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２２】
最初に、図１に示す半田ボール搭載装置１の構成について説明する。半田ボール搭載装置１は、球状体搭載装置の一例であって、同図に示すように、吸着ヘッド２、支持部３、移動機構４、減速機構５、供給部６、マスク７、吸気機構８、搬送機構９、制御部１０および載置部１１を備えて、球状体搭載方法に従い、球状体の一例としての微小な球状体である半田ボール（マイクロボール）３００（図３〜図５参照）を搭載対象体としての基板４００の端子４０１上（図３参照）に搭載（載置）する搭載処理を実行可能に構成されている。
【００２３】
この場合、半田ボール３００は、直径Ｌ１（図５参照）が８０μｍ程度の球状に構成されている。また、半田ボール３００は、図１１に示すように、半田ボール搭載装置１によって基板４００の各端子４０１上にそれぞれ搭載された後に加熱溶融されて、半球状（同図に示す半田３０１）となった状態で各端子４０１上に固着されてボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）を構成し、これによって半田搭載済基板（球状体搭載済基板）６００が製造される。また、図１２に示すように、このようにして製造された半田搭載済基板６００には、集積回路等の電子部品７０１が搭載され、その電子部品７０１における図外の端子が半田搭載済基板６００の端子４０１上に固着された半田ボール３００（半田３０１）を介して端子４０１に接続され、これによって電子部品搭載済基板７００が製造される。
【００２４】
吸着ヘッド２は、保持ヘッドの一例であって、図２に示すように、一例として、底板２２、側板２３および天板２４を備えて、内部に空隙２１が形成された箱状に構成されている。また、図２，５に示すように、吸着ヘッド２の底板２２には、底板２２の外面（吸着面として機能する面であって、以下「吸着面２２ａ」ともいう）に開口すると共に空隙２１と連通する吸気孔２５が、底板２２の厚み方向に沿って複数（両図では、そのうちの一部のみを図示している）形成されている。なお、吸着面２２ａにおける吸気孔２５の開口部を以下、「吸気口２５ａ」ともいう。
【００２５】
この場合、図５に示すように、吸気孔２５（つまり、吸気口２５ａ）の直径Ｌ２は、半田ボール３００の直径Ｌ１（この例では、８０μｍ）よりも短い４０μｍ程度に規定されている。また、図２に示すように、吸着ヘッド２の天板２４には、空隙２１内の空気を排気するための排気孔２４ａが形成されている。この吸着ヘッド２では、空隙２１内の空気の排気によって空隙２１内が負圧状態となり、それに伴って吸気口２５ａからの吸気が行われることにより、吸着ヘッド２の吸着面２２ａにおける吸気口２５ａの縁部に半田ボール３００を吸着して保持することが可能となっている（図５参照）。
【００２６】
支持部３は、図３に示すように、第１支持体３１および第２支持体３２を備え、吸着ヘッド２を支持可能に構成されている。
【００２７】
第１支持体３１は、図３に示すように、後述する移動機構４のボールねじ４２に係合する係合部３１ａを備え、ボールねじ４２の回転に伴って上下方向（搭載対象体としての基板４００の端子４０１に対して近接および離反する第１の方向）に移動させられる。また、同図に示すように、第１支持体３１における第２支持体３２に対向する部位側の側面には、後述する第２支持体３２の連結部３２ｂが係合する係合溝３１ｂが上下方向に沿って形成されている。
【００２８】
第２支持体３２は、図３に示すように、本体部３２ａ、連結部３２ｂおよび取付部３２ｃを備えて構成されている。本体部３２ａは、同図に示すように、Ｌ字型（逆Ｌ字型）に形成され、長尺部分の先端部（同図における下端部）に吸着ヘッド２を固定可能に構成されている。連結部３２ｂは、第１支持体３１側に突出するように本体部３２ａに配設されている。また、連結部３２ｂは、第１支持体３１に形成されている係合溝３１ｂに係合して、係合溝３１ｂに沿った（つまり、上下方向に沿った）スライドが可能となっている。
【００２９】
取付部３２ｃは、減速機構５が取り付けられる部位であって、図３に示すように、連結部３２ｂとは逆側（第１支持体３１から離反する向き）に突出するように本体部３２ａに配設されている。また、取付部３２ｃには、後述する減速機構５のガイドロッド５１ａを挿通させるガイド孔３２ｄが形成されている。なお、以下の説明において、吸着ヘッド２、支持部３の第２支持体３２、および吸着ヘッド２によって吸着される各半田ボール３００を合わせて「移動体２１０」ともいう。
【００３０】
移動機構４は、図３に示すように、モータ４１およびボールねじ４２を備えて構成されている。モータ４１は、制御部１０の制御に従ってボールねじ４２を回転させることにより、ボールねじ４２に係合している支持部３の第１支持体３１を上下方向に移動させる。この場合、移動機構４は、搭載処理の実行時において、第１支持体３１を一定の移動速度Ｖ０で下向きに移動させる。
【００３１】
減速機構５は、搭載処理の実行時において、搭載対象体としての基板４００の端子４０１に吸着ヘッド２が近接したときの吸着ヘッド２の移動速度を減速させる機能を有している。具体的には、減速機構５は、図３に示すように、当接部５１および抗力生成部５２を備えて構成されている。
【００３２】
当接部５１は、図３に示すように、上部に取り付けられているガイドロッド５１ａが第２支持体３２の取付部３２ｃに形成されているガイド孔３２ｄに挿通されることにより、上下方向（第１の方向）沿って移動可能に取付部３２ｃに連結されている。また、当接部５１は、搭載処理の実行時において吸着ヘッド２によって保持されている半田ボール３００が端子４０１に当接する前に、基板４００が載置される載置部１１（搭載対象体および載置部の少なくとも一方の一例）に当接するように、初期状態（載置部１１に当接していない状態：同図参照）において吸着ヘッド２よりも下方に位置するように配置されている。
【００３３】
抗力生成部５２は、図３に示すように、バネ（抗力生成用バネ）６１およびダンパ６２を備えて構成されている。バネ６１は、一例として、圧縮コイルバネ（押しバネ）で構成され、同図に示すように、第２支持体３２の取付部３２ｃと当接部５１との間に配設されている。このバネ６１は、第２支持体３２に対する当接部５１の相対的な移動の向きと同じ向きに沿って第２支持体３２に作用する抗力を生成する機能を有している。具体的には、当接部５１が取付部３２ｃに近接する向きに移動しようとするときには、その向きと同じ向き（当接部５１と取付部３２ｃとを離反させる向き）に沿って第２支持体３２に作用する抗力を生成する。この場合、上記した初期状態からの当接部５１の移動量、すなわちバネ６１の変位量をｘとし、バネ６１のばね定数をｋとすると、バネ６１が生成する抗力Ｆ１は、次の式（１）で表される。
Ｆ１＝ｋ・ｘ ・・・式（１）
つまり、バネ６１が生成する抗力Ｆ１は、当接部５１の変位量ｘに比例する。
【００３４】
ダンパ６２は、一例として、油圧ダンパで構成され、図３に示すように、第２支持体３２の取付部３２ｃと当接部５１との間に配設されている。このダンパ６２は、第２支持体３２に対する当接部５１の相対的な移動の向きと同じ向きに沿って第２支持体３２に作用する抗力を生成する機能を有している。具体的には、当接部５１が取付部３２ｃに近接する向きに移動しようとするときには、その向きと同じ向き（当接部５１と取付部３２ｃとを離反させる向き）に沿って第２支持体３２に作用する抗力を生成する。この場合、ダンパ６２内のオイルの粘性係数をＤとし、第２支持体３２に対する当接部５１の相対的な移動速度（当接部５１が載置部１１に当接して停止している状態における移動体２１０の移動速度に相当する）をＶ１とすると、ダンパ６２が生成する抗力Ｆ２は、次の式（２）で表される。
Ｆ２＝Ｄ・Ｖ１・・・式（２）
つまり、ダンパ６２が生成する抗力Ｆ２は、当接部５１の移動速度Ｖ１に比例する。
【００３５】
供給部６は、図４に示すように、収容容器１２、吸着保持部１３、および吸引部１４を備えて吸着ヘッド２に対して半田ボール３００を供給可能に構成されている。収容容器１２は、容器本体１２ｃと、容器本体１２ｃの両側部に配設された２枚の側壁（図示せず）とを備えて、収容部１２ａ内に半田ボール３００を収容可能に構成されている。
【００３６】
吸着保持部１３は、図４に示すように、基端部１３ｂ側から先端部１３ａに至る吸気経路１３ｃが内部に形成されて、収容容器１２の収容部１２ａ内に収容されている半田ボール３００をその先端部１３ａで吸着して保持可能に構成されている。また、吸着保持部１３は、基端部１３ｂを中心として回動可能に配設されている。吸引部１４は、２枚の区画壁１４ａ，１４ｂと収容容器１２の側壁とによって形成される吸引経路１４ｃ（同図参照）を介して半田ボール３００を吸引可能に構成されている。
【００３７】
マスク７は、吸着ヘッド２による余剰な半田ボール３００の吸着を規制する機能を有しており、供給部６の配設位置の上方の位置に配設されている。また、マスク７には、図５に示すように、吸着ヘッド２の吸着面２２ａと上面７ａとが接触（または近接）している装着状態において吸着ヘッド２の吸気口２５ａに対向する位置に挿通孔７ｃが形成されている。この場合、挿通孔７ｃの直径Ｌ４は、半田ボール３００が通過可能な９５μｍ程度に規定されている。また、同図に示すように、マスク７の厚みＬ３は、装着状態において吸気口２５ａの縁部に吸着された半田ボール３００の先端部が下面（他面）１７ｂからやや突出する７５μｍ程度に規定されている。
【００３８】
吸気機構８は、吸気管８ａ（図１参照）を介して、吸着ヘッド２の排気孔２４ａ、供給部６における吸着保持部１３の吸気経路１３ｃに連通する吸気管１３ｄ、および供給部６における吸引部１４の吸引経路１４ｃに繋がれた吸気ポンプ（図示せず）を備えて構成されている。また、吸気機構８は、排気孔２４ａと吸気ポンプとの間、吸気管１３ｄと吸気ポンプとの間、および吸引経路１４ｃと吸気ポンプとの間（つまり、各吸気管８ａの途中）にそれぞれ配設された電磁バルブ（図示せず）を備えて構成されている。この場合、吸気機構８は、各電磁バルブが制御部１０の制御に従って作動することにより、吸着ヘッド２の空隙２１内を負圧状態とすることによる吸気口２５ａからの吸気、吸着保持部１３における吸気経路１３ｃからの吸気、および吸引部１４における吸引経路１４ｃからの吸気を個別に行うことが可能となっている。
【００３９】
搬送機構９は、制御部１０の制御に従い、マスク７の配設位置（半田ボール３００が供給される位置）の上方の位置と、基板４００の配設位置の上方の位置との間で、吸着ヘッド２、支持部３、移動機構４および減速機構５を搬送する。制御部１０は、半田ボール搭載装置１を構成する各部および各機構を制御する。載置部１１は、基板４００を載置可能に構成されている。
【００４０】
次に、半田ボール搭載装置１を用いて半田ボール３００を搭載対象体としての基板４００の各端子４０１に搭載する方法（球状体搭載方法）について、図面を参照して説明する。なお、図３に示すように、基板４００は、載置部１１に載置されているものとする。
【００４１】
この半田ボール搭載装置１では、開始操作がされたときに、制御部１０が、搬送機構９および移動機構４を制御して吸着ヘッド２を搬送（移動）させ、図４に示すように、吸着ヘッド２の吸着面２２ａとマスク７の上面７ａとを接触（近接）させる（装着状態とさせる）。
【００４２】
次いで、制御部１０は、吸気機構８の電磁バルブを制御して、吸着ヘッド２の排気孔２４ａからの吸気を開始させる。この際に、吸着ヘッド２の空隙２１内が負圧状態となって吸気口２５ａからの吸気が開始される。また、制御部１０は、吸気機構８の電磁バルブを制御して、吸着保持部１３における吸気経路１３ｃからの吸気、および吸引部１４における吸引経路１４ｃからの吸気を開始させる。
【００４３】
続いて、制御部１０は、供給部６における図外の駆動機構を制御して、図４に示すように、吸気経路１３ｃからの吸気に伴って先端部１３ａに半田ボール３００を吸着している吸着保持部１３を回動させ、次いで、図６に示すように、マスク７の下面７ｂに先端部１３ａを近接させた状態で供給部６を下面７ｂに沿って移動させる。
【００４４】
この際に、先端部１３ａに保持されている半田ボール３００が、吸着ヘッド２の吸引力によって吸着保持部１３の吸引力に抗して吸着ヘッド２に引き寄せられて吸着ヘッド２に供給され、供給された半田ボール３００の一部がマスク７の各挿通孔７ｃを通って吸着ヘッド２の吸着面２２ａにおける各吸気口２５ａの縁部に１つずつ吸着される。
【００４５】
続いて、制御部１０は、図外の駆動機構を制御して、図７に示すように、供給部６をマスク７の下面７ｂに沿ってさらに移動させる。この際に、同図に示すように、吸着保持部１３に連続して吸引部１４が移動させられて、吸引部１４における吸引経路１４ｃからの吸気によって余剰な半田ボール３００が吸引されて除去される。
【００４６】
次いで、制御部１０は、搭載処理を実行する。この搭載処理では、制御部１０は、移動機構４を制御して、吸着ヘッド２がマスク７から離反するように第１支持体３１を上向きに移動させる。続いて、制御部１０は、搬送機構９を制御して、図３に示すように、吸着ヘッド２が基板４００の配設位置の上方に位置するように、吸着ヘッド２、支持部３、移動機構４および減速機構５を搬送させる。
上でお願い
【００４７】
次いで、制御部１０は、移動機構４を制御して、支持部３の第１支持体３１を一定の移動速度Ｖ０で下向きに移動させる。この第１支持体３１の移動に伴い、移動体２１０および減速機構５が第１支持体３１と共に移動する。続いて、図８に示すように、吸着ヘッド２によって保持されている半田ボール３００が基板４００の端子４０１に当接するよりも前に、減速機構５の当接部５１が載置部１１に当接する。
【００４８】
ここで、減速機構５の当接部５１が載置部１１に当接した後の支持部３、移動機構４および減速機構５の動作について説明する。この場合、支持部３の第１支持体３１は、移動機構４によって移動速度Ｖ０で下向きに移動を継続する。
【００４９】
また、載置部１１に当接した当接部５１は、第２支持体３２の下向きの移動に伴って第２支持体３２に対して相対的に上向きに移動する。また、当接部５１の移動に応じて、バネ６１が、上記した式（１）で表される抗力Ｆ１を生成し、ダンパ６２が、上記した式（２）で表される抗力Ｆ２を生成する。
【００５０】
一方、移動体２１０（吸着ヘッド２、支持部３の第２支持体３２、および吸着ヘッド２によって吸着される各半田ボール３００）の合計の質量をＭとし、重力加速度をｇとすると、移動体２１０に加わる重力Ｆ３は、次の式（３）で表される。
Ｆ３＝Ｍ・ｇ ・・・式（３）
【００５１】
また、当接部５１が載置部１１に当接した後には、上記した抗力Ｆ１および抗力Ｆ２が移動体２１０に加わる。このため、当接部５１が載置部１１に当接した後に移動体２１０に加わる力Ｆ４の合計は、各力Ｆ１〜Ｆ４の向きを考慮すると次の式（４）で表される（図８参照）。
Ｆ４＝Ｆ３−Ｆ１−Ｆ２ ・・・式（４）
なお、式（４）では、ガイドロッド５１ａとガイド孔３２ｄの周壁との間の摩擦を無視している。
【００５２】
また、運動の第２法則から、移動体２１０に加わる力Ｆ４によって質量Ｍの移動体２１０に生じる加速度ａは、次の式（５）で表される。
Ｍ・ａ＝Ｆ４ ・・・式（５）
上記した式（４）に式（１）〜式（３）、式（５）を代入して変形すると次の式（６）を得る。
ａ＝ｇ−ｋ・ｘ／Ｍ−Ｄ・Ｖ／Ｍ ・・・式（６）
式（６）から、Ｍ、ｋ、Ｄを適宜の値に設定することで、加速度ａを負の値（ａ＜０）とすることができることが理解される。
【００５３】
また、当接部５１が載置部１１に当接する以前における移動体２１０の移動速度Ｖ０（移動機構４が第１支持体３１を下向きに移動させる移動速度）と、当接部５１が載置部１１に当接した後の移動体２１０の移動速度Ｖ１の関係は、次の式（７）で表される。
Ｖ１＝Ｖ０＋ａｔ ・・・式（７）
【００５４】
この半田ボール搭載装置１では、移動体２１０の質量Ｍに応じて、上記した加速度ａが負の値となるようなバネ６１およびダンパ６２を用いて抗力生成部５２が構成されている。このため、この半田ボール搭載装置１では、当接部５１が載置部１１に当接した後における移動体２１０の移動速度Ｖ１が、それ以前の移動速度Ｖ０よりも減少（減速）することが上記の式（７）から理解される。
【００５５】
次いで、制御部１０は、図９に示すように、第１支持体３１が予め決められた位置まで移動した時点で、移動機構４を制御して第１支持体３１の移動を停止させる。この場合、移動機構４によって移動させられている第１支持体３１は、当接部５１が載置部１１に当接した後においても、移動体２１０の移動速度Ｖ１よりも速い移動速度Ｖ０で移動するため、同図に示すように、この時点では、第１支持体３１の上端部と第２支持体３２における本体部３２ａの短尺部分とが離間している。
【００５６】
続いて、移動体２１０が、抗力Ｆ１，Ｆ２に抗してさらに下方に移動したときには、吸着ヘッド２によって吸着されている半田ボール３００の先端部が、基板４００の端子４０１に接触する。また、図１０に示すように、停止している第１支持体３１の上部に第２支持体３２における本体部３２ａの短尺部分が当接して、移動体２１０の移動が停止する。
【００５７】
続いて、制御部１０は、吸気機構８の電磁バルブを制御して、吸着ヘッド２における吸気口２５ａからの吸気を停止させる。この際に、吸着ヘッド２による吸着が解除されて、半田ボール３００が基板４００における端子４０１上に搭載される。次いで、制御部１０は、移動機構４を制御して、第１支持体３１を上方に向けて移動させた後に、搬送機構９を制御して吸着ヘッド２、支持部３、移動機構４および減速機構５を初期位置に搬送させる。以上により、基板４００への半田ボール３００の搭載が完了する。
【００５８】
この場合、この半田ボール搭載装置１では、上記したように、当接部５１が載置部１１に当接した後の、つまり、吸着ヘッド２が基板４００に近接したときの、移動体２１０の移動速度Ｖ１が十分に減速されている。このため、この半田ボール搭載装置１では、半田ボール３００の先端部が、端子４０１に衝突して位置ずれしたり、衝突の際の衝撃で半田ボール３００が吸着ヘッド２に食い付いたりする事態が確実に防止される。したがって、この半田ボール搭載装置１では、基板４００における各端子４０１上の正確な位置に半田ボール３００を過不足なく搭載することが可能となっている。
【００５９】
また、この半田ボール搭載装置１では、移動機構４による移動速度Ｖ０を速く設定することで、当接部５１が載置部１１に当接するまでの時間が短縮されて、これによって搭載処理の効率を十分に向上させることが可能となっている。さらに、この半田ボール搭載装置１では、吸着ヘッド２の移動中においてモータ４１の回転速度を低下させるような高度な制御を行うことなく、バネ６１およびダンパ６２を備えただけの簡易な構成の抗力生成部５２を有する減速機構５を用いて搭載処理の効率の向上を実現することが可能となっている。
【００６０】
続いて、半田ボール３００の搭載が完了した基板４００は、図外の取り出し装置によって取り出されて、図外の搭載状態検査装置に搬送され、搭載状態検査装置によって半田ボール３００が過不足なく搭載されているか否かの搭載状態検査が行われる。この場合、搭載状態検査において不良と判別された基板４００は、不良品のストック場所に搬送される。
【００６１】
また、搭載状態検査において良好と判別された基板４００は、図外のリフロー処理装置に搬送される。リフロー処理装置では、基板４００に対してリフロー処理（溶融処理）が行われ、これにより、図１１に示すように、基板４００の端子４０１に搭載された各半田ボール３００が溶融されて半球状（同図に示す半田３０１：溶融体の一例）となった状態で、基板４００の端子４０１上に固着する。また、固着された半田３０１によって基板４００上にボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）が構成される。以上により、同図に示すように、半田搭載済基板（球状体搭載済基板）６００が製造される。
【００６２】
この場合、半田ボール搭載装置１を用いて半田ボール３００を搭載したことで、上記したように、基板４００における各端子４０１上の正確な位置に半田ボール３００が過不足なく搭載されている。このため、この半田搭載済基板６００では、半田ボール３００の溶融によって全ての端子４０１上に半田ボール３００の溶融体（半田３０１）が確実に固着される。
【００６３】
次いで、半田搭載済基板６００は、図外の電子部品搭載装置に搬送され、続いて、電子部品搭載装置によって半田搭載済基板６００に電子部品７０１が搭載される。次いで、例えばリフロー処理により、半田搭載済基板６００における基板４００の端子４０１上に固着された半田ボール３００（半田３０１）が溶融されることで、搭載された電子部品７０１における図外の端子が、溶融された半田ボール３００（半田３０１）を介して基板４００の端子４０１に接続される。これにより、図１２に示すように、電子部品搭載済基板７００が製造される。この場合、上記したように、この半田搭載済基板６００では、全ての端子４０１上に半田３０１が確実に固着されている。このため、この電子部品搭載済基板７００では、電子部品７０１の端子と端子４０１とが電気的に確実に接続されている。
【００６４】
このように、この半田ボール搭載装置１および球状体搭載方法では、上下方向に沿って移動可能に支持部３に連結された当接部５１と、支持部３に対する当接部５１の相対的な移動の向きと同じ向きに沿って支持部３に作用する抗力Ｆ１，Ｆ２を生成するバネ６１およびダンパ６２で構成された抗力生成部５２とを備えた減速機構５を用いて、搭載処理の実行時において吸着ヘッド２が基板４００に近接したときの吸着ヘッド２の移動速度Ｖ１を減速させる。このため、この半田ボール搭載装置１および球状体搭載方法によれば、移動機構４による第１支持体３１の移動速度Ｖ０を速く設定することで、当接部５１が載置部１１に当接するまでの時間を短縮させることができると共に、バネ６１およびダンパ６２を備えただけの簡易な構成の抗力生成部５２を有する減速機構５を用いて、当接部５１が載置部１１に当接した後の移動速度Ｖ１を十分に減速させることができる。したがって、この半田ボール搭載装置１および球状体搭載方法によれば、コストの増加を抑えつつ半田ボール３００を搭載する搭載処理の効率を十分に向上させることができる。
【００６５】
また、この半田ボール搭載装置１および球状体搭載方法では、第１支持体３１と上下方向に沿ってスライド可能に第１支持体３１に連結された第２支持体３２とを備えた支持部３、第２支持体３２に連結された当接部５１、および第２支持体３２に作用する抗力Ｆ１，Ｆ２を生成する抗力生成部５２を用いて吸着ヘッド２の移動速度Ｖ１を減速させる。したがって、この半田ボール搭載装置１および球状体搭載方法によれば、移動機構４によって第１支持体３１に加えられる駆動力が第２支持体３２には加わらないため、移動速度Ｖ１を減速させるのに必要なばね定数ｋや粘性係数Ｄを算出して、抗力生成部５２に組み込むバネ６１やダンパ６２を選定する際に、移動機構４の駆動力を考慮する必要がなくなるため、その分、選定作業を容易に行うことができる。
【００６６】
また、この半田ボール搭載装置１および球状体搭載方法では、バネ６１およびダンパ６２の双方を備えた抗力生成部５２を用いている。このため、この半田ボール搭載装置１および球状体搭載方法によれば、バネ６１が生成する抗力Ｆ１とダンパ６２が生成する抗力Ｆ２との相乗効果により、移動体２１０の移動速度Ｖ１を短時間で減速させることができる結果、搭載処理の効率をさらに向上させることができる。
【００６７】
また、この半田搭載済基板６００では、上記の半田ボール搭載装置１を用いて上記の球状体搭載方法によって基板４００の端子４０１上に搭載した半田ボール３００が溶融されて端子４０１に固着されている。このため、この半田搭載済基板６００では、基板４００における各端子４０１上の正確な位置に半田ボール３００が過不足なく搭載されている。このため、この半田搭載済基板６００では、半田ボール３００の溶融によって全ての端子４０１上に半田ボール３００の溶融体（半田３０１）が確実に固着される。
【００６８】
また、この電子部品搭載済基板７００では、上記の半田搭載済基板６００に固着された半田３０１を介して電子部品７０１の端子が半田搭載済基板６００の端子４０１に接続されている。この場合、上記の半田搭載済基板６００では、全ての各端子４０１上に半田３０１が確実に固着されている。このため、この電子部品搭載済基板７００によれば、電子部品７０１における全ての端子と端子４０１とが半田３０１を介して電気的に確実に接続される。
【００６９】
なお、球状体搭載装置および球状体搭載方法は、上記の構成および方法に限定されない。例えば、上記した半田ボール搭載装置１に代えて、図１３に示す半田ボール搭載装置１０１、およびこの半田ボール搭載装置１０１を用いた球状体搭載方法を採用することもできる。なお、以下の説明において、上記した半田ボール搭載装置１と同じ構成要素については、同じ符号を付して、重複する説明を省略する。
【００７０】
この半田ボール搭載装置１０１では、図１３に示すように、バネ（圧力調整用）３３を備えて支持部３が構成されている。この場合、バネ３３は、引張りコイルばね（引きバネ）で構成され、一端部（上端部）が第１支持体３１に固定され、他端部（下端部）が第２支持体３２の本体部３２ａに配設された突起部３２ｅに固定されている。このバネ３３は、第１支持体３１側から第２支持体３２を上向きに牽引することにより、搭載処理において半田ボール３００を介して搭載対象体としての基板４００の端子４０１に加わる半田ボール３００一つ当りの圧力を調整する機能を有している。
【００７１】
この半田ボール搭載装置１０１によれば、圧力調整用のバネ３３を備えたことにより、質量（重量）の異なる吸着ヘッド２を付け替えて搭載処理を行う際に、吸着ヘッド２の質量およびその吸着ヘッド２に吸着されている半田ボール３００の質量の合計の質量に応じてバネ３３を交換する（具体的には、合計の質量が大きいほどばね定数が大きいバネ３３を用い、合計の質量が小さいほどばね定数が小さいバネ３３を用いる）ことで、半田ボール３００から端子４０１に加わる半田ボール３００一つ当りの圧力を適正な圧力に調整することができる。このため、この半田ボール搭載装置１０１によれば、吸着ヘッド２の種類に拘わらず、端子４０１に加わる半田ボール３００一つ当りの圧力の調整によって各半田ボール３００を端子４０１に対して確実に接触させることができる。
【００７２】
また、図１４に示す半田ボール搭載装置２０１、およびこの半田ボール搭載装置１０１を用いた球状体搭載方法を採用することもできる。なお、以下の説明において、上記した半田ボール搭載装置１，１０１と同じ構成要素については、同じ符号を付して、重複する説明を省略する。
【００７３】
この半田ボール搭載装置２０１では、図１４に示すように、減速機構５が第１支持体３１に配設されている。具体的には、この半田ボール搭載装置２０１では、減速機構５の当接部５１に取り付けられているガイドロッド５１ａが第１支持体３１に形成されているガイド孔３１ｃに挿通されることにより、上下方向（第１の方向）沿って移動可能に第１支持体３１に連結されている。
【００７４】
また、この半田ボール搭載装置２０１では、図１４に示すように、減速機構５の抗力生成部５２を構成するバネ６１およびダンパ６２が、第１支持体３１と当接部５１との間にそれぞれ配設され、第１支持体３１に対する当接部５１の相対的な移動の向きと同じ向きに沿って第１支持体３１に作用する抗力Ｆ１，Ｆ２を生成するバネ６１およびダンパ６２で構成された抗力生成部５２とを備えた減速機構５を用いて、搭載処理の実行時において吸着ヘッド２が基板４００に近接したときの吸着ヘッド２の移動速度Ｖ１を減速させる。
【００７５】
また、この半田ボール搭載装置２０１では、移動機構４のモータ４１が、搭載処理において、一定のトルクで回転して一定の力で第１支持体３１に対して下向きに力を加える。
【００７６】
この半田ボール搭載装置２０１では、当接部５１が載置部１１に当接した後に、バネ６１およびダンパ６２にが生成する抗力Ｆ１，Ｆ２が当接部５１および第１支持体３１に作用し、これによって第１支持体３１および移動体２１０の移動速度Ｖ１が減速される。したがって、この半田ボール搭載装置２０１においても、上記した半田ボール搭載装置１と同様の効果を実現することができる。
【００７７】
また、第１支持体３１と第２支持体３２とを備えて第２支持体３２が第１支持体３１に対してスライド可能に構成されている例について上記したが、第２支持体３２と第１支持体３１とを一体に形成した構成を採用することもできる。また、抗力生成部５２がバネ６１およびダンパ６２の双方を備えている例について上記したが、バネ６１およびダンパ６２のいずれか一方のみを備えた抗力生成部を採用することもできる。
【００７８】
また、モータ４１およびボールねじ４２を備えて移動機構４を構成した例について上記したが、エアシリンダで移動機構４を構成することもできる。また、当接部５１を載置部１１に当接させる例について上記したが、載置部１１に載置された基板４００に当接部５１を当接させることもできる。
【符号の説明】
【００７９】
１ 半田ボール搭載装置
２ 吸着ヘッド
３ 支持部
４ 移動機構
５ 減速機構
１１ 載置部
１１ａ 載置面
５１ 当接部
５１ａ ガイドロッド
３１ 第１支持体
３１ｃ ガイド孔
３２ 第２支持体
３２ｄ ガイド孔
３３，６１ バネ
５２ 抗力生成部
６２ ダンパ
３００ 半田ボール
３０１ 半田
４００ 基板
４０１ 端子
６００ 半田搭載済基板
７００ 電子部品実装済基板
７０１ 電子部品
Ｆ１，Ｆ２ 抗力
Ｖ１ 移動速度
ｘ 変位量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状体を保持する保持ヘッドと、当該保持ヘッドを支持する支持部と、載置部に載置された搭載対象体に対して近接および離反する第１の方向に沿って前記支持部を移動させる移動機構とを備え、前記球状体を保持している前記保持ヘッドを移動させて当該球状体を前記搭載対象体に当接させた状態で保持を解除させて前記搭載対象体に搭載する搭載処理を実行する球状体搭載装置であって、
前記搭載処理の実行時において前記保持ヘッドが前記搭載対象体に近接したときの当該保持ヘッドの移動速度を減速させる減速機構を備え、
前記減速機構は、前記搭載処理の実行時において前記保持ヘッドによって保持されている前記球状体が前記搭載対象体に当接する前に当該搭載対象体および前記載置部の少なくとも一方に当接すると共に前記第１の方向に沿って移動可能に前記支持部に連結された当接部と、前記支持部に対する前記当接部の相対的な移動の向きと同じ向きに沿って当該支持部に作用する抗力を生成する抗力生成用バネおよびダンパの少なくとも一方で構成された抗力生成部とを備えている球状体搭載装置。
【請求項２】
前記支持部は、前記移動機構によって移動させられる第１支持体と、前記保持ヘッドが固定されると共に前記第１支持体に対して前記第１の方向に沿ってスライド可能に当該第１支持体に連結された第２支持体とを備えて構成され、
前記当接部は、前記第２支持体に連結され、
前記抗力生成部は、前記第２支持体に作用する抗力を生成する請求項１記載の球状体搭載装置。
【請求項３】
前記第１支持体に一端部が取り付けられると共に前記第２支持体に他端部が取り付けられて前記第２支持体を牽引して前記搭載処理において前記球状体から前記搭載対象体に加わる当該球状体一つ当りの圧力を調整する圧力調整用バネを備えている請求項２記載の球状体搭載装置。
【請求項４】
前記抗力生成部は、前記抗力生成用バネおよび前記ダンパの双方を備えて構成されている請求項１から３のいずれかに記載の球状体搭載装置。
【請求項５】
保持ヘッドに球状体を保持させ、載置部に載置された搭載対象体に対して近接および離反する第１の方向に沿って前記保持ヘッドを支持している支持部を移動させ、前記球状体を前記搭載対象体に当接させた状態で保持を解除させて前記搭載対象体に搭載する搭載処理を実行する球状体搭載方法であって、
前記第１の方向に沿って移動可能に前記支持部に連結された当接部と抗力生成用バネおよびダンパの少なくとも一方で構成されて抗力を生成する抗力生成部とを備えた減速機構を用いて前記搭載処理を実行し、その際に、
前記保持ヘッドによって保持されている前記球状体が前記搭載対象体に当接する前に当該搭載対象体および前記載置部の少なくとも一方に前記当接部を当接させ、前記支持部に対する前記当接部の相対的な移動の向きと同じ向きに沿って前記抗力を当該支持部に作用させて前記保持ヘッドが前記搭載対象体に近接したときの当該保持ヘッドの移動速度を減速させる球状体搭載方法。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかに記載の球状体搭載装置によって前記搭載対象体としての基板の端子に搭載された前記球状体を溶融して当該端子に固着させた球状体搭載済基板。
【請求項７】
請求項５記載の球状体搭載方法によって前記搭載対象体としての基板の端子に搭載された前記球状体を溶融して当該端子に固着させた球状体搭載済基板。
【請求項８】
請求項６または７記載の球状体搭載済基板に固着された前記球状体の溶融体を介して接続された電子部品が当該球状体搭載済基板に搭載されている電子部品搭載済基板。
【請求項１】
球状体を保持する保持ヘッドと、当該保持ヘッドを支持する支持部と、載置部に載置された搭載対象体に対して近接および離反する第１の方向に沿って前記支持部を移動させる移動機構とを備え、前記球状体を保持している前記保持ヘッドを移動させて当該球状体を前記搭載対象体に当接させた状態で保持を解除させて前記搭載対象体に搭載する搭載処理を実行する球状体搭載装置であって、
前記搭載処理の実行時において前記保持ヘッドが前記搭載対象体に近接したときの当該保持ヘッドの移動速度を減速させる減速機構を備え、
前記減速機構は、前記搭載処理の実行時において前記保持ヘッドによって保持されている前記球状体が前記搭載対象体に当接する前に当該搭載対象体および前記載置部の少なくとも一方に当接すると共に前記第１の方向に沿って移動可能に前記支持部に連結された当接部と、前記支持部に対する前記当接部の相対的な移動の向きと同じ向きに沿って当該支持部に作用する抗力を生成する抗力生成用バネおよびダンパの少なくとも一方で構成された抗力生成部とを備えている球状体搭載装置。
【請求項２】
前記支持部は、前記移動機構によって移動させられる第１支持体と、前記保持ヘッドが固定されると共に前記第１支持体に対して前記第１の方向に沿ってスライド可能に当該第１支持体に連結された第２支持体とを備えて構成され、
前記当接部は、前記第２支持体に連結され、
前記抗力生成部は、前記第２支持体に作用する抗力を生成する請求項１記載の球状体搭載装置。
【請求項３】
前記第１支持体に一端部が取り付けられると共に前記第２支持体に他端部が取り付けられて前記第２支持体を牽引して前記搭載処理において前記球状体から前記搭載対象体に加わる当該球状体一つ当りの圧力を調整する圧力調整用バネを備えている請求項２記載の球状体搭載装置。
【請求項４】
前記抗力生成部は、前記抗力生成用バネおよび前記ダンパの双方を備えて構成されている請求項１から３のいずれかに記載の球状体搭載装置。
【請求項５】
保持ヘッドに球状体を保持させ、載置部に載置された搭載対象体に対して近接および離反する第１の方向に沿って前記保持ヘッドを支持している支持部を移動させ、前記球状体を前記搭載対象体に当接させた状態で保持を解除させて前記搭載対象体に搭載する搭載処理を実行する球状体搭載方法であって、
前記第１の方向に沿って移動可能に前記支持部に連結された当接部と抗力生成用バネおよびダンパの少なくとも一方で構成されて抗力を生成する抗力生成部とを備えた減速機構を用いて前記搭載処理を実行し、その際に、
前記保持ヘッドによって保持されている前記球状体が前記搭載対象体に当接する前に当該搭載対象体および前記載置部の少なくとも一方に前記当接部を当接させ、前記支持部に対する前記当接部の相対的な移動の向きと同じ向きに沿って前記抗力を当該支持部に作用させて前記保持ヘッドが前記搭載対象体に近接したときの当該保持ヘッドの移動速度を減速させる球状体搭載方法。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかに記載の球状体搭載装置によって前記搭載対象体としての基板の端子に搭載された前記球状体を溶融して当該端子に固着させた球状体搭載済基板。
【請求項７】
請求項５記載の球状体搭載方法によって前記搭載対象体としての基板の端子に搭載された前記球状体を溶融して当該端子に固着させた球状体搭載済基板。
【請求項８】
請求項６または７記載の球状体搭載済基板に固着された前記球状体の溶融体を介して接続された電子部品が当該球状体搭載済基板に搭載されている電子部品搭載済基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−４７４２（Ｐ２０１３−４７４２Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３４４３４（Ｐ２０１１−１３４４３４）
【出願日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【出願人】（０００２２７１８０）日置電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【出願人】（０００２２７１８０）日置電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
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