JP2001230277A - 電子部品のボンディング装置および調心機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ならい動作時に電子部品の片当たりが発生せ
ず、ボンディング品質を確保することができる電子部品
のボンディング装置、およびボンディング装置のチルト
機構における調心機構を提供することを目的とする。 【解決手段】 圧着ヘッド１１により電子部品６を基板
５にボンディングするボンディング装置において、圧着
ヘッド１１を、下面が円弧面２３，４３である固定ブロ
ック２０，４０と、上面がこの円弧面に当接して回動す
る可動ブロック４１，４２とよってチルト可能に構成す
る。円弧面２３，４３にはマグネット２９Ａ，２９Ｂ、
および４９Ａ，４９Ｂがそれぞれ相互に引磁力が作用す
るように埋設されており、円弧面２３，４３にエアが吐
出された状態では、可動ブロック４１，４２は固定ブロ
ック２０，４０に対して自動的に位置合わせされ、吸着
ツール６５が正しい姿勢にある状態でならい動作を行わ
せることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バンプ付き電子部
品などの電子部品を基板にボンディングする電子部品の
ボンディング装置およびこのボンディング装置に用いら
れる調心機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】バンプ付き電子部品は下面に多数のバン
プを有しており、これらのバンプのすべてが基板の回路
パターンの電極に均等に圧着されることにより、正しく
基板に実装される。しかし実際にはバンプの高さにはば
らつきがあり実装点ごとに基板表面の傾きがわずかに異
なっているため、吸着ツールの下面と各実装点における
基板の上面の平行度もばらついている。このため、吸着
ツールでバンプ付き電子部品を基板に押しつける際に、
一部のバンプに力が偏るなどして圧着むらが生じやす
い。

【０００３】この圧着むらを少なくするために、チルト
機構を供えた圧着ヘッドを用い平行度のばらつきを吸収
する方法が用いられている。このチルト機構は、円弧面
状の回動面を介して当接する固定ブロックと可動ブロッ
クとで圧着ヘッドを構成し、可動ブロックに圧着ツール
を設けるものである。これにより、圧着ツールによって
電子部品を押圧する際の平行度にばらつきがあっても、
可動ブロックの固定ブロックに対する相対変位が許容さ
れることによりこのばらつきは吸収される。すなわち、
可動ブロックは基板の平行度に応じて変位するならい動
作を行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】チルト機構ではスムー
ズな回動を得るため、回動面にはエアが圧入される。こ
のエアにより、回動面にはエア膜が形成され２つの当接
面は直接接触せずに浮いた状態で相対運動をする。そし
てこの状態で圧着ヘッドに上述のならい動作を行わせ
る。ところが、ならい動作を行わせるために回動面にエ
アの圧入を開始した状態では、一般に可動ブロックの固
定ブロックに対する相対位置は一定しておらず、エア圧
入前に可動ブロックが固定ブロックに対して既に回動面
での位置ずれがある場合には、この位置ずれはエア圧入
後においてもそのまま保たれる。

【０００５】このような状態からならい動作を開始して
圧着ツールに電子部品を吸着させ基板に押圧すると、電
子部品は傾いた状態で基板に対して当接する。このため
当接時に電子部品の端面が片当たりし、この端面付近の
バンプが先につぶされてしまうというボンディング品質
上の不具合が発生していた。

【０００６】そこで本発明は、ならい動作時に電子部品
の片当たりが発生せず、ボンディング品質を確保するこ
とができる電子部品のボンディング装置、およびボンデ
ィング装置のチルト機構における調心機構を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の電子部品
のボンディング装置は、圧着ヘッドにより電子部品を基
板に押圧してボンディングする電子部品のボンディング
装置であって、前記圧着ヘッドが、その下面が円弧面で
ある固定ブロックと、その上面がこの円弧面に当接して
この円弧面に沿って回動する可動ブロックと、この可動
ブロックの下方にあって電子部品に当接して押圧する圧
着ツールと、前記固定ブロックに対する可動ブロックの
回動を許容・禁止する回動制御手段と、前記回動が許容
された状態で可動ブロックの固定ブロックに対する相対
位置を設定位置に自動復帰させる位置復帰手段とを備え
た。

【０００８】請求項２記載の電子部品のボンディング装
置は、請求項２記載の電子部品のボンディング装置であ
って、前記位置復帰手段は、前記固定ブロックおよびま
たは可動ブロックに設けられた磁性体である。

【０００９】請求項３記載の調心機構は、電子部品のボ
ンディング装置におけるチルト機構に用いられる調心機
構であって、円弧面を有する固定ブロックと、この円弧
面に当接してこの円弧面に沿って回動する可動ブロック
と、前記固定ブロックに対する可動ブロックの回動を許
容・禁止する回動制御手段と、前記回動が許容された状
態で可動ブロックの固定ブロックに対する相対位置を設
定位置に自動復帰させる位置復帰手段とを備えた。

【００１０】請求項４記載の調心機構は、請求項３記載
の調心機構であって、前記設定位置復帰手段は、前記固
定ブロックおよびまたは可動ブロックに設けられた磁性
体である。

【００１１】本発明によれば、圧着ヘッドを構成する固
定ブロックと可動ブロックとの回動を許容・禁止する回
動制御手段と、回動が許容された状態で可動ブロックの
固定ブロックに対する相対位置を設定位置に自動復帰さ
せる位置復帰手段とを備えることにより、吸着ツールが
正しい姿勢にある状態でならい動作を開始させることが
でき、片当たりによるボンディング不良が発生しない。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明の一実施の形態の電
子部品のボンディング装置の斜視図、図２は同電子部品
のボンディング装置の圧着ヘッドの部分正面図、図３は
同電子部品のボンディング装置の圧着ヘッドの部分側面
図、図４は同電子部品のボンディング装置のフラットニ
ングステージの断面図、図５は同電子部品のボンディン
グ装置のチルト機構に用いられた調心機構の動作説明
図、図６は同電子部品のボンディング装置の動作説明図
である。

【００１３】まず、図１を参照して電子部品のボンディ
ング装置の全体構造を説明する。図１において、基台１
上には可動テーブル２が配設されている。可動テーブル
２はＹ軸モータ３ａを備えたＹ軸テーブル３上にＸ軸モ
ータ４ａを備えたＸ軸テーブル４を載置して構成されて
いる。Ｘ軸テーブル４上には基板５および電子部品６の
供給部７が配設されている。Ｙ軸テーブル３上のＸ軸テ
ーブル４の手前側にはフラットニングステージ７０が配
設されている。

【００１４】基台１上には、フレーム８が立設されてい
る。フレーム８の上部には、モータ１０を備えたヘッド
昇降テーブル９が装着されている。ヘッド昇降テーブル
９の下端部には圧着ヘッド１１が装着されている。モー
タ１０が駆動することにより圧着ヘッド１１は上下動
し、圧着ヘッド１１の先端部に装着された吸着ツールに
よりバンプ付きの電子部品６を真空吸着する。圧着ヘッ
ド１１の上下動と、可動テーブル２の水平移動を組み合
わせることにより、圧着ヘッド１１は供給部７より電子
部品６を真空吸着してピックアップし、電子部品６のバ
ンプ６ａを基板５の電極５ａ上に圧着する（図２、図３
参照）。この圧着動作に先だって、必要に応じ圧着ヘッ
ド１１に保持した電子部品６をフラットニングステージ
７０に対して押圧し、バンプ６ａの高さを均一にするフ
ラットニング動作が行われる。

【００１５】図１において、フレーム８の側面には、認
識装置１２が設けられている。認識装置１２は水平方向
にスライド可能なスライドアーム１３を備えており、ス
ライドアーム１３の先端部にはカメラ１４が装着されて
いる。カメラ１４は上下両方向が認識可能となってお
り、スライドアーム１３が前進して圧着ヘッド１１の直
下に位置することにより、圧着ヘッド１１に保持された
電子部品６の下面および基板５のパターン面を認識す
る。

【００１６】次に、図２、図３を参照して、圧着ヘッド
１１の構造を説明する。図２において、ヘッド昇降テー
ブル９の下端部には、第１の固定ブロック２０が結合さ
れている。第１の固定ブロック２０の下面はＸ方向に上
凹状に湾曲するＸ円弧面２３となっている。第１の固定
ブロック２０のＸ円弧面２３には、第１の可動ブロック
２１の円弧状の上凸面が当接しており、第１の可動ブロ
ック２１はＸ円弧面２３に沿って第１の固定ブロック２
０に対して回動する（図２の矢印ａを参照）。

【００１７】第１の固定ブロック２０のＸ円弧面２３の
中心位置には、磁性体であるマグネット２９Ａが埋設さ
れており、第１の可動ブロック２１の上凸面の中心位置
には、同じく磁性体であるマグネット２９Ｂが埋設され
ている。マグネット２９Ａとマグネット２９Ｂは同一幅
を有する形状で設けられており、これらのマグネット２
９Ａ，２９Ｂは相異なる極がＸ円弧面２３上で対向する
ように（図５参照）、すなわち相互に引磁力が作用する
ように配置されている。この引磁力により、第１の可動
ブロック２１は第１の固定ブロック２２に保持される。

【００１８】図３において、第１の可動ブロック２１の
下部には、第２の固定ブロック４０が固定されている。
第２の固定ブロック４０の下面は、Ｙ方向に上凹状に湾
曲するＹ円弧面４３になっている。Ｙ円弧面４３には、
第２の可動ブロック４１の円弧状の上凸面が当接してお
り、第２の可動ブロック４１はＹ円弧面４３に沿って第
２の固定ブロック４０に対して回動する（図３の矢印ｂ
を参照）。

【００１９】第２の固定ブロック４０の下面のＹ円弧面
４３の中心位置には、マグネット４９Ａが、また第２の
可動ブロック４１の上凸面の中心位置にはそれぞれマグ
ネット４９Ｂが埋設されている。これらのマグネット４
９Ａ，４９Ｂは、マグネット２９Ａ，２９Ｂと同様に相
互に引磁力が作用するように配置されており、第２の可
動ブロック４１は第２の固定ブロック４０に保持され
る。

【００２０】第２の可動ブロック４１の下面には、ブロ
ック６０が固定されている。ブロック６０の下面には、
電子部品６を真空吸着する吸着ツール６５が装着されて
いる。６ａは電子部品６のバンプである。吸着ツール６
５に真空吸着された電子部品６がＸ円弧面２３およびＹ
円弧面４３の中心０１（図２参照）、０２（図３参
照）、に位置するように、Ｘ円弧面２３とＹ円弧面４３
の曲率は決定される。これにより、ａ方向やｂ方向のチ
ルト動作を行っても、電子部品６の位置が変動しないよ
うにして、電子部品６を基板５の正しい位置に圧着でき
るようにしている。

【００２１】ここで、第１の可動ブロック２１はＹ案内
板２２によって第１の固定ブロック２０に対してＹ方向
にずれないように規制され、第２の可動ブロック４１は
Ｘ案内板４２によって第２の固定ブロック４０に対して
Ｘ方向にずれないように規制される。したがって第１の
可動ブロック２１はＸＺ平面に沿って回動し、第２の可
動ブロック４１はＹＺ平面に沿って回動する。これによ
りチルト動作のときに第１の可動ブロック２１および第
２の可動ブロック４１が不要にＸ，Ｙ方向にずれること
を防止し、チルト動作によるバンプ付き電子部品６の位
置ずれが発生しないようにしている。

【００２２】図２において、第１の固定ブロック２０に
は管路２４が、また第１の可動ブロック２１には管路２
５が設けられている。管路２４はＸ円弧面２３と連通し
ており、管路２５は第２の固定ブロック４０に設けられ
た管路２５ａを介してＹ円弧面４３と連通している。管
路２４，２５は配管２６により第１のバルブ２７に接続
されており、第１のバルブ２７はエア供給路２８に接続
されている。

【００２３】ここで配管２６から供給される圧縮空気が
Ｘ円弧面２３とＹ円弧面４３に吐出されると、Ｘ円弧面
２３とＹ円弧面４３にわずかな隙間が形成される。これ
により、第１の可動ブロック２１は第１の固定ブロック
２０に対して矢印の方向のチルト（回動）が許容され、
第２の可動ブロック４１は第２の固定ブロック４０に対
して矢印ｂ方向のチルトが許容される。

【００２４】これに対し、圧縮空気の吐出を停止した状
態では、Ｘ円弧面２３、Ｙ円弧面４３では、それぞれ円
弧当接面が密接状態となり、上述の２方向のチルトが禁
止される。したがって、Ｘ円弧面２３、Ｙ円弧面４３に
圧縮空気を吐出を制御する第１のバルブ２７はチルトの
禁止・許容を切り替える回動制御手段となっている。

【００２５】次に図４を参照して、フラットニングステ
ージ７０について説明する。フラットニングステージ７
０は上面が高平面度に仕上げられた球面ステージ７１を
備えている。図４に示すように、可動ブロックとしての
球面ステージ７１は、球面７３を介して凹球面が設けら
れた固定ブロックとしての基部７２に当接している。球
面７３には管路７４が連通しており、管路７４はレギュ
レータ７５、制御バルブ７６を介して配管によってエア
供給路７７と接続されている。管路７４から球面７３に
圧縮空気を吐出することにより、球面７３にはわずかな
隙間が生じ、この状態では球面ステージ７１の基部７２
に対するＸ方向、Ｙ方向のチルトが許容される。

【００２６】球面ステージ７１及び基部７２には、球面
７３に面してそれぞれの中心位置にマグネット７９Ａ，
７９Ｂが埋設されている。これらのマグネット７９Ａ，
７９Ｂは、マグネット２９Ａ，２９Ｂと同様に相互に引
磁力が作用するように配置されており、球面ステージ７
１は基部７２に対して引磁力によって保持されている。

【００２７】ここで、図５を参照してこのボンディング
装置に用いられている上述のチルト機構の調心動作につ
いて、Ｘ円弧面２３を回動面とする第１の固定ブロック
２０に対する第１の可動ブロック２１のチルト動作を例
にして説明する。図５（ａ）では、Ｘ円弧面２３には圧
縮空気が吐出されておらずこの面での回動が禁止され、
かつ第１の可動ブロック２１が第１の固定ブロック２０
に対して位置ずれを生じた状態でマグネット２９Ａ，２
９Ｂ相互の引磁力によって保持されている。

【００２８】図５（ｂ）は、上記状態からＸ円弧面２３
に圧縮空気を吐出し、この面での回動を許容した状態を
示している。回動が許容されたことから、マグネット２
９Ａ，２９Ｂの相互の引磁力の回動方向成分Ｆｃによっ
て、第１の可動ブロック２１は第１の固定ブロック２０
に対して回動する。そして、第１の可動ブロック２１お
よび第１の固定ブロック２０それぞれの中心位置が一致
する状態で第１の可動ブロック２１は停止する。

【００２９】すなわち回動が禁止された状態で、第１の
可動ブロック２１が第１の固定ブロック２０に対して回
動方向に相対的に位置がずれていても、圧縮空気をＸ円
弧面２３に吐出して回動を許容することにより、図５
（ｃ）に示すように第１の可動ブロック２１は設計上の
設定位置、すなわち第１の可動ブロック２１および第１
の固定ブロック２０相互の中心位置が合致した状態に復
帰する。したがって、マグネット２９Ａ，２９Ｂは第１
の可動ブロック２０の第１の固定ブロック２１に対する
相対位置を設定位置に自動復帰させる位置復帰手段とな
っている。この調心動作の後には、第１の可動ブロック
２１は水平方向の姿勢が正しく保たれた状態となる。

【００３０】従来のボンディング装置においては、この
位置復帰にはスプリングなどを用いた弾性力による調心
機構が一般的であった、本実施の形態に示す方法によれ
ば、マグネットを埋設するのみで他には機構部品を必要
としないことから機構が簡便であり、しかもスプリング
などの弾性力を用いる場合と比較してより信頼性に優れ
た調心機構となっている。

【００３１】同様に、Ｙ円弧面４３におけるマグネット
４９Ａ，４９Ｂは第２の可動ブロック４０の第２の固定
ブロック４１に対する相対位置を設定位置に自動復帰さ
せる位置復帰手段となっている。さらに、フラットニン
グステージ７０におけるマグネット７９Ａ，７９Ｂは、
球面ステージ７１の基部７２に対する相対位置を設定位
置に動復帰させる位置復帰手段となっている。なお、マ
グネット７９Ａ，７９Ｂは圧着ヘッド１１におけるマグ
ネット２９Ａ，２９Ｂなどとは異なり、下方に配置され
た部材の重量を重力に抗して保持する役割は有しておら
ず、上記の位置復帰手段としてのみ機能している。

【００３２】なお本実施の形態では、上記位置復帰手段
としてそれぞれ磁性体としての２つのマグネットを相異
なる極を対向させて配置して用いた例を示しているが、
磁性体の配置例としてはこれに限定されず、例えば可動
ブロックまたは固定ブロックのいずれかのみにマグネッ
トを埋設するようにしてもよい。この場合には、相手側
のブロックの本体をアルミなどの非磁性体とし、本実施
の形態においてマグネットが埋設された部位に、鋼など
マグネットによる引磁力が作用するような材質の引磁体
を埋設する。

【００３３】この電子部品のボンディング装置は上記の
様に構成されており、以下動作について説明する。まず
図１において、可動テーブル２を駆動して電子部品供給
部７を圧着ヘッド１１の下方に位置させる。このとき、
圧着ヘッド１１のＸ円弧面２３、Ｙ円弧面４３にエアを
吐出してチルトを許容し、マグネット２９Ａ，２９Ｂ、
マグネット４９Ａ，４９Ｂによって第１の可動ブロック
２１、第２の可動ブロック４１の中心位置を第１の固定
ブロック２０、第２の固定ブロック４０の中心位置に合
わせる調心動作を行わせる。これにより、圧着ツール６
５の下面はほぼ水平状態となる。そしてこの状態で、圧
着ヘッド１１を下降させて電子部品供給部７から電子部
品６を吸着してピックアップする。

【００３４】次いで可動テーブル２を駆動して、フラッ
トニングステージ７０を圧着ヘッド１１の下方に位置さ
せる。ここでも、球面７３には予めエアが吐出され、球
面ステージ７１の中心位置を基部７２に合わせる調心動
作を行わせている。これにより、球面ステージ７１の上
面は正しく水平が保たれている。この後、圧着ヘッド１
１をフラットニングステージ７０に対して下降させ、圧
着ツール６５に吸着して保持した電子部品６を正しく水
平が保たれた球面ステージ７１の上面に当接させ押圧す
る。そして所定荷重で所定高さ位置まで押圧することに
より、電子部品６のバンプ６ａは球面ステージ７１に押
圧され、当初バンプ６ａに高さのばらつきがある場合に
おいても、押圧によりすべてのバンプ６ａについて均一
なバンプ高さが得られる。

【００３５】このフラットニング処理において、図６
（ａ）に示すように何らかの原因により圧着ヘッド１１
に傾きが生じた状態においても、電子部品６を押圧する
際に球面ステージ７１はマグネット７９Ａ，７９Ｂ相互
の引磁力に抗して電子部品６の傾きにならって回動す
る。そして電子部品６をさらに強く押圧することによ
り、押圧力が球面７３内のエア圧力にうち勝って球面ス
テージ７１は基部７２に密接し、この状態でバンプ６ａ
のフラットニングが行われる。すなわち、本実施の形態
に示す調心機構を用いたフラットニングステージ７０に
よれば、従来必要とされたフラットニング面と圧着ヘッ
ド１１との高精度の面合わせ作業を行うことなくバンプ
のフラットニングを行うことができる。

【００３６】このようにして、バンプ６ａのフラットニ
ングを行った電子部品６は、基板５を圧着ヘッド１１の
下方に位置させ次いで圧着ヘッド１１を下降させること
により基板５に搭載され押圧される。このとき圧着ヘッ
ド１１には予め調心動作を行わせているため、吸着ツー
ル６５に保持された状態の電子部品６の姿勢に水平面に
対する傾きが生じることがない。したがって、電子部品
６のボンディング時にバンプ６ａが基板５の表面に片当
たりすることがなく、良好なボンディングを行うことが
できる。

【００３７】また、電子部品６のボンディング時に、図
６（ｂ）に示すように基板５が水平面に対して傾いた状
態にあっても、圧着ヘッド１１による押圧動作時に上述
のチルト機構により電子部品６ａは基板５の傾きになら
うため、同様にバンプ６ａの片当たりが生じることがな
い。

【００３８】なお、本実施の形態では、圧着ヘッド１１
とフラットニングステージ７０の双方にマグネットの引
磁力による調心機構を用いた例を示しているが、圧着ヘ
ッド１１又はフラットニングステージ７０のいずれか一
方のみにこの調心機構を用いるようにしてもよい。これ
によっても、電子部品のフラットニング時、ボンディン
グ時のそれぞれについて調心による効果を得ることがで
きる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、圧着ヘッドを構成する
固定ブロックと可動ブロックとの回動を許容・禁止する
回動制御手段と、回動が許容された状態で可動ブロック
の固定ブロックに対する相対位置を設定位置に自動復帰
させる位置復帰手段とを備えることにより、吸着ツール
が正しい姿勢にある状態でならい動作を開始させること
ができ、バンプの片当たりによるボンディング不良が発
生しない。また、同様の調心機構をフラットニングステ
ージに応用するようにすれば、フラットニング面と圧着
ヘッドとの平行度を合わせる面合わせ作業を行うことな
く高精度のフラットニングが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディン
グ装置の斜視図

【図２】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディン
グ装置の圧着ヘッドの部分正面図

【図３】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディン
グ装置の圧着ヘッドの部分側面図

【図４】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディン
グ装置のフラットニングステージの断面図

【図５】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディン
グ装置のチルト機構に用いられた調心機構の動作説明図

【図６】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディン
グ装置の動作説明図

【符号の説明】

１ 基台 ２ 可動テーブル ５ 基板 ６ 電子部品 ６ａ バンプ １１ 圧着ヘッド ２０ 第１の固定ブロック ２１ 第１の可動ブロック ２３ Ｘ円弧面 ４０ 第２の固定ブロック ４１ 第２の可動ブロック ４３ Ｙ円弧面 ６５ 吸着ツール ７０ フラットニングステージ ７１ 球面ステージ ７２ 基部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧着ヘッドにより電子部品を基板に押圧し
   てボンディングする電子部品のボンディング装置であっ
   て、前記圧着ヘッドが、その下面が円弧面である固定ブ
   ロックと、その上面がこの円弧面に当接してこの円弧面
   に沿って回動する可動ブロックと、この可動ブロックの
   下方にあって電子部品に当接して押圧する圧着ツール
   と、前記固定ブロックに対する可動ブロックの回動を許
   容・禁止する回動制御手段と、前記回動が許容された状
   態で可動ブロックの固定ブロックに対する相対位置を設
   定位置に自動復帰させる位置復帰手段とを備えたことを
   特徴とする電子部品のボンディング装置。
2. 【請求項２】前記位置復帰手段は、前記固定ブロックお
   よびまたは可動ブロックに設けられた磁性体であること
   を特徴とする請求項１記載の電子部品のボンディング装
   置。
3. 【請求項３】電子部品のボンディング装置におけるチル
   ト機構に用いられる調心機構であって、円弧面を有する
   固定ブロックと、この円弧面に当接してこの円弧面に沿
   って回動する可動ブロックと、前記固定ブロックに対す
   る可動ブロックの回動を許容・禁止する回動制御手段
   と、前記回動が許容された状態で可動ブロックの固定ブ
   ロックに対する相対位置を設定位置に自動復帰させる位
   置復帰手段とを備えたことを特徴とする調心機構。
4. 【請求項４】前記位置復帰手段は、前記固定ブロックお
   よびまたは可動ブロックに設けられた磁性体であること
   を特徴とする請求項３記載の調心機構。