JP2003264207A - ボイスコイルモータによる加重方法とそれによる部品実装装置、それらに用いるボイスコイルモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 精度よい低加重制御が安定して行なえるよう
にする。 【解決手段】 駆動コイル１を通電制御して動作部材２
を荷重側に駆動制御するときの移動域の少なくとも初期
加重域において、前記駆動コイル１の通電制御以外によ
って、前記動作部材２の駆動方向側への移動を緩衝する
緩衝力Ｆを働かせて加重動作を行なうことにより上記の
目的を達成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボイスコイルモー
タによる加重方法とそれによる部品実装装置、それらに
用いるボイスコイルモータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１（ａ）に示すようなベア半導体チ
ップなどの半導体チップａは、回路基板ｂにプリント配
線などして形成された導体ランドｄに電気接合するため
の電極が接合面に形成され、この接合面を回路基板ｂの
導体ランドを持った接合面に対向させて、導体ランドｄ
および電極間の電気接合を図った状態で固定するいわゆ
る面実装が行われる。

【０００３】従来、このような実装を行うのに、例え
ば、図１１（ａ）、図１２を参照して半導体チップａの
電極の上に金属製のバンプｃをワイヤボンディング法な
どによって形成し、この半導体チップａを吸着ノズルｅ
によって吸着、保持して取り扱い、位置決めされた回路
基板ｂの上の所定位置に対向させて、前記バンプｃを回
路基板ｂの導体ランドｄに押し当てた状態で、吸着ノズ
ルｅの揺動できるように支持された支持点と吸着面との
間にホーンｆにて超音波振動を与えて半導体チップａを
振動させることにより、バンプｃおよび導体ランドｄど
うしを摩擦させて溶融ないしは拡散により接合し、半導
体チップａを回路基板ｂに実装する部品実装方法を既に
行なっている。

【０００４】また、この際、吸着ノズルｅをボイスコイ
ルモータｇの動作部材ｈに支持し、この動作部材ｈを駆
動コイルｊの通電制御により駆動制御して進退させ、実
装する半導体チップａのピックアップや、半導体チップ
ａと回路基板ｂとの金属接合部どうしを加重しての接合
を行なっている。このようなボイスコイルモータｇによ
る吸着ノズルｅの進退制御は機構が簡単でしかも進出
量、加重量などを電気的に簡単に制御することができ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近の電子
部品の微小化や薄型化に伴い、１ｍｍ角の半導体チップ
や脆いＧａＺｎ、ＧａＡｓ製の化合物半導体チップ、厚
さ０．２〜０．４ｍｍ程度といった超薄型の半導体チッ
プなども前記のような金属接合により実装をするように
なっている。しかし、半導体チップａのバンプｃが潰れ
たり、半導体チップａが割れたり欠けたりするトラブル
が生じることがある。

【０００６】例えば、超音波振動は１３μ程度の振動幅
で周波数が５ＫＨｚ程度に設定し、加重はバンプ１つに
つき５０ｇ前後に設定するなど、半導体チップａの種類
や大きさに合わせた接合条件によっているものの、前記
のようなトラブルが解消し切れない。

【０００７】本発明者等がこれらにつき種々に実験をし
検討を重ねたところ、図１１（ｂ）に示すように目標加
重に対して初期加重がオーバーシュートし、半導体チッ
プａに衝撃を与えることが判明した。ソーフィルタなど
の半導体チップａが３つのバンプｃを持っているなど
で、１００ｇ程度の低加重で金属接合し実装する場合に
つき、加重を実測したところ、図１３に示すように目標
加重の平均値Ｎ₀ に対して初期加重はほぼ倍程度に達し
ている。

【０００８】これは、ボイスコイルモータｇを縦向きに
用いる場合、動作部材ｈが磁石ｋを伴い自重で下動しよ
うとするのを受け止めるディテント力を駆動コイルｊの
通電制御によって与えておき、この状態から加重制御に
通電を切り換えて接合を行なう際に、前記ディテント力
に打ち勝つために初期通電が過剰になるのが主原因であ
ると思われる。そこで、ディテント力を低減していくと
初期加重のオーバーシュートを軽減できることが判明し
た。

【０００９】また、図１２に示す動作部材ｈは自身のス
プライン溝ｍとスライドボール軸受ｎとの間に働かせる
ボールｎ１が循環路のコーナ部でこじれや詰まりを起こ
して、これが動作部材ｈの大きな摺動抵抗になり、動作
部材を所定の進出位置とするのに一時大きな通電が行な
われて、その時々に加重のオーバーシュートが生じるこ
とも判明した。この摺動抵抗につき実測したところ図１
３（ｂ）に示す通りであり、平均的な摺動抵抗に対して
最大３０ｇ程度高くなっている。

【００１０】また、動作部材ｈのラジアルボール軸受ｐ
には深溝タイプが採用されているが、スラスト方向およ
びラジアル方向にガタツキがあり、このガタツキや動作
部材ｈのたわみによって加重状態が変動し、接合を不安
定にしたりするので、これを補うのに加重を高めに設定
していることもバンプｃの潰れや半導体チップａの割
れ、欠けの原因になることも判明した。また、動作部材
のたわみはこじれの問題も生じる。

【００１１】本発明の目的は、上記のような新たな知見
に基づき、精度よい低加重制御が安定して行なえるボイ
スコイルモータによる加重方法とそれによる部品実装装
置、それらに用いるボイスコイルモータを提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するため、本発明のボイスコイルによる加重方法は、駆
動コイルの通電制御により、動作部材をそれが重力によ
り移動する方向に駆動制御して加重動作を行うのに、駆
動コイルを通電制御して動作部材を加重側に駆動制御す
るときに移動域の少なくとも初期加重域において、前記
駆動コイルの通電制御以外によって、前記動作部材の駆
動方向側への移動を緩衝する緩衝力を働かせて加重動作
を行なうことを主たる特徴とするものである。

【００１３】このような構成では、動作部材をその重力
による移動にディテント力により抗して保持している状
態から重力による移動方向への駆動状態に通電制御を切
り換えて加重を行なう際に、ディテント力の反動により
オーバーシュートの原因となる加重力が働いても、動作
部材の移動域の少なくとも初期加重域で動作部材に緩衝
力が駆動コイルの通電制御以外により確実に働いてそれ
を軽減ないしは相殺するので、初期加重がオーバーシュ
ートするのを軽減ないしは解消することができる。従っ
て、このような加重動作で、半導体チップと回路基板と
の金属接合部どうしを加重しながら摩擦接合して実装す
るような場合も、金属接合部が潰れたり、半導体チップ
が割れたり欠けたりするようなことを防止することがで
き、作業対象物の安全および歩留まりの向上が図れる。

【００１４】このような緩衝力は、動作部材側にある磁
石に対する固定側の反発磁石、逆方向駆動コイル、空気
圧、駆動コイルのコイル密度の変化、弾性部材の少なく
とも１つによって与えることができる。しかし、これら
に限られない。

【００１５】動作部材を摺動できるように支持する転が
り軸受は、ボールをリテーナで保持したものを用いる、
さらなる構成では、転がり軸受によって動作部材の摺動
案内を行うのにボールまたはローラがリテーナで個々に
保持されていることにより、互いにこじれたり詰まった
りしてその時々に摺動抵抗を大きくするようなことがな
く、そのような大きな摺動抵抗に対抗するために移動部
材の駆動制御において加重がオーバーシュートするよう
な働きが生じないので、作業対象物の破損を防止するの
に好適である。

【００１６】また、動作部材を回転できるように支持す
る転がり軸受につき、その内外輪間のスラストおよびラ
ジアル両方向の遊びをなくすアンギュラ締め込みを行な
っておく、さらなる構成では、転がり軸受のスラスト方
向およびラジアル方向の遊びをなくして動作部材を安定
に支持しておけるので、動作部材のガタツキによる加重
の変動を補う必要がなく加重を低目に設定しておくこと
ができ、作業対象物の破損を防止するのに好適である。

【００１７】ボイスコイルモータが磁石を有した動作部
材と、この動作部材の磁石に対向する駆動コイルを有し
動作部材を回転および摺動できるように装備した本体ケ
ースとを備え、動作部材の径を本体ケースの幅ないし奥
行き寸法のほぼ１．１％以上に設定した、さらなる構成
では、動作部材のたわみによる加重状態のバラツキやこ
じれの問題が解消する。

【００１８】本発明の部品実装装置は、部品を所定位置
に供給する部品供給部と、金属接合により部品を実装す
る実装対象物を部品実装位置に供給して位置決めし部品
実装後に他へ移す実装対象物取り扱い手段と、所定位置
に供給される部品をボイスコイルモータの重力により移
動する方向に動作する動作部材に設けた部品保持ツール
にてピックアップして取り扱い部品実装位置に位置決め
されている実装対象物に双方の金属接合部どうしが対向
するように位置合わせして実装に供する部品取り扱い手
段と、部品保持ツールを通じてこれが保持している部品
に超音波振動を与える超音波振動手段と、部品実装位置
にて、実装対象物取り扱い手段が取り扱う実装対象物の
金属接合部に、部品取り扱い手段が取り扱う部品の金属
接合部に対向させるとともに、ボイスコイルモータの駆
動コイルを通電制御して動作部材を駆動制御し金属接合
部どうしに加重しながら超音波振動手段を働かせて、金
属接合部どうしを接合させ、部品を実装対象物に実装す
る制御手段とを備え、ボイスコイルモータは動作部材に
より加重を行う移動域の少なくとも初期加重域におい
て、前記駆動コイルの通電制御以外によって、動作部材
の駆動方向側への移動を緩衝する緩衝力を働かせる緩衝
手段を有したことを主たる特徴とするものである。

【００１９】このような構成では、部品供給部によって
所定位置に供給される部品を、部品取り扱い手段がそれ
の部品保持ツールによってボイスコイルモータの制御手
段による駆動コイルの通電制御を伴いピックアップして
持ち運び、実装対象物によって実装位置に供給され位置
決めされている実装対象物との金属接合部どうしを対向
させ、制御手段により超音波振動手段およびボイスコイ
ルモータの駆動制御によって金属接合部どうしを前記ボ
イスコイルモータに設けた緩衝手段の緩衝を伴う安定し
た加重状態を得て部品の安全を図りながら摩擦接合させ
て部品を実装対象物に自動的に実装することを繰り返し
安定して高速に行なうことができる。

【００２０】本発明のそれ以上の目的および特徴は、以
下の詳細な説明および図面の記載によって明らかにな
る。また、本発明の各特徴は、可能な限りそれ単独で、
あるいは種々な組み合わせで複合して採用することがで
きる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るボイスコイル
モータによる加重方法とそれによる部品実装装置、それ
らに用いるボイスコイルモータの実施の形態について、
図１〜図１０を参照しながら説明し、本発明の理解に供
する。以下の説明は本発明の具体例であって、特許請求
の範囲を限定するものではない。

【００２２】本実施の形態は半導体チップと回路基板と
の金属接合部どうしの摩擦接合に適用するボイスコイル
モータによる加重方法とそれによる部品実装装置、それ
らに用いるボイスコイルモータの場合の一例であり、こ
れに限られることはない。

【００２３】本実施の形態のボイスコイルモータ１０に
よる加重方法は、図１（ａ）を参照して駆動コイル１の
通電制御により、動作部材２をそれが重力により移動す
る方向に駆動制御して、実装部品の１例である半導体チ
ップ３を実装対象物の１例である回路基板４に押し付け
るといった加重動作を行うのに、駆動コイル１を通電制
御して動作部材２を加重側に駆動制御するときに移動域
の少なくとも初期加重域において、前記駆動コイル１の
通電制御以外によって、前記動作部材２の駆動方向側へ
の移動を緩衝する緩衝力Ｆを働かせて加重動作を行な
う。

【００２４】このような緩衝力Ｆは、動作部材側にある
磁石に対する固定側の反発磁石、逆方向駆動コイル、空
気圧、駆動コイルのコイル密度の変化、弾性部材の少な
くとも１つによって与えることができる。図１（ａ）に
示す例では弾性部材の１例であるコイルスプリング５に
よって緩衝力Ｆを働かせてある。具体的には、ボイスコ
イルモータ１０は動作部材２が磁石１１と一体で上下動
するように設けられ、ボイスコイルモータ１０の本体ケ
ース１２の側に駆動コイル１が固定されているのを利用
して、本体ケース１２の底部と磁石１１の下面との間で
コイルスプリング５が働くようにしてある。コイルスプ
リング５はその設定ばね定数に応じ柔軟に伸縮できるこ
とから動作部材２の移動域の全範囲で、つまり図１
（ａ）に示す上動位置から働くようにしてあり、ディテ
ント力の一部として、あるいはその全体として働かせる
ことができる。

【００２５】いずれにしても、動作部材２を重力による
移動側に駆動制御するための駆動コイル１の通電制御に
切り替え、あるいは開始して、ディテント力に抗し、お
よびコイルスプリング５の緩衝力Ｆに抗して動作部材２
を下動させていくとき、コイルスプリング５は動作部材
２の下動に伴いチャージされて緩衝力Ｆが増大するだけ
で、動作部材２による加重動作を邪魔することはなく、
そのばね定数の設定によって初期加重域での加重のオー
バーシュート分に見合う思い通りの緩衝力Ｆが得られ
る。

【００２６】したがって、動作部材２をその重力による
移動にディテント力により抗して保持している状態から
重力による移動方向への駆動状態に通電制御を切り換
え、または開始して加重を行なう際に、ディテント力の
反動によりオーバーシュートの原因となる加重力が働い
ても、動作部材２の移動域の少なくとも初期加重域で動
作部材２に緩衝力Ｆが駆動コイル１の通電制御以外によ
り確実に働いてそれを軽減ないしは相殺することにな
る。

【００２７】この結果、初期加重がオーバーシュートす
るのを軽減ないしは解消することができ、図１（ｂ）に
示すようにほぼ目標通りの加重が安定して得られる。従
って、このような加重動作で、半導体チップ３と回路基
板４とのバンプ６および導体ランド７などの金属接合部
どうしに加重を掛けながら溶融ないしは拡散を伴い摩擦
接合して実装するような場合も、バンプ６が潰れたり、
半導体チップ３が割れたり欠けたりするようなことを防
止することができ、作業対象物の安全および半導体チッ
プ３や回路基板４の歩留まりの向上が図れる。

【００２８】もっとも、金属接合部どうしの摩擦接合に
おいてバンプ６は導体ランド７との間で所定の密着面積
を確保するために圧縮変形を伴うように動作部材２の進
出量が設定されるが、前記問題とするバンプ６の潰れは
所定域をはみ出したりすることをいい、回路の短絡や限
界を超えた超接近状態の原因となる。動作部材２の進出
量は例えば金属接合部どうしが当接し合ったときの駆動
コイル１に対する通電電流の変化時点からの駆動制御に
よって設定することができる。もっとも位置センサや外
部情報など他の情報によることもできる。

【００２９】コイルスプリング５は部分によってばね定
数を変えて弱いところから先に圧縮されたり、高さの違
う複数のものを用いて動作部材２の進出の段階に応じて
順次働くようにもできる。これらにおいて、種類の違う
緩衝部材、緩衝手段を組み合わせ採用することもでき
る。また、動作部材２は上下に移動する以外に、重力に
よって移動する程度に斜め配置された場合や、円弧移動
するようにされたものなど、重力によって移動するため
ディテント力を付与する必要のあるあらゆる場合に本方
法は有効であり、いずれも本発明の範疇に属する。従っ
て、原理的には、動作部材２の側に駆動コイルがあり本
体ケース１２の側に磁石があるようなタイプのボイスコ
イルモータ１０を用いてもよい。

【００３０】ここに、本実施の形態の加重方法は、駆動
コイル１への通電制御により、動作部材２が駆動制御さ
れて往復移動されるボイスコイルモータ１０を用いた加
重動作を行なうのに、動作部材２の進出側への移動域の
少なくとも初期加重域において、動作部材２の駆動方向
側への移動を緩衝する緩衝力Ｆを、前記駆動コイル１の
通電制御以外によって働かせるコイルスプリング５など
の緩衝手段２０を備えた新規なボイスコイルモータ１０
をも提供するものである。

【００３１】本実施の形態では、このようなボイスコイ
ルモータ１０を金属接合部どうしの摩擦接合により半導
体チップ３などの部品を回路基板４に面実装する図４に
示すような部品実装装置３０に適用するのに、動作部材
２が前記上下方向の移動、つまり軸線方向の移動のほか
に、軸線まわりに回転できるようにしてある。回転は動
作部材２によって吸着などして保持した半導体チップ３
などを実装前に回転させて向きを修正したり変更したり
できるので便利である。

【００３２】そこで、本実施例のボイスコイルモータ１
０は従来同様、図２に示すように本体ケース１２内のガ
イド１３によって上下に案内される磁石１１に対してス
トレートな動作部材２を２つのラジアルボール軸受１
４、１５によって回転できるように支持し、本体ケース
１２の底部下面に当てがったハウジング１６にアンギュ
ラコロ軸受１８によって回転できるように保持したスラ
イドボール軸受１７に動作部材２をスプライン嵌合して
スライドできるように支持している。スライドボール軸
受１７は動作部材２の溝２ａと本体１７ａとの間にボー
ル１７ｂが働く。

【００３３】特に、本実施の形態では、動作部材２を摺
動できるように支持するスライドボール軸受１７は、図
３（ａ）に示すようにボール１７ｂをリテーナ１７ｃで
保持したものを用いている。これにより、スライドボー
ル軸受１７によって動作部材２の摺動案内を行うのにボ
ール１７ｂがリテーナ１７ｃで個々に保持されているこ
とにより、互いにこじれたり詰まったりしてその時々に
摺動抵抗を大きくするようなことがない。従って、その
ような大きな摺動抵抗に対抗するために移動部材２の駆
動制御において加重がオーバーシュートするような駆動
コイル１の働きが生じないので、半導体チップ３や回路
基板４などの作業対象物の破損を防止するのに好適であ
る。

【００３４】また、動作部材２を回転できるように支持
するラジアルボール軸受１４、１５につき、その内外輪
間のスラストおよびラジアル両方向の遊びをなくすアン
ギュラ締め込みを行なっておく。これは、アンギュラ軸
受を働かせる場合の締め方であって、図３（ｂ）に矢印
で示すように内外輪に互いに逆向きな締結力が働くよう
にするもので、ラジアルボール軸受１４、１５のスラス
ト方向およびラジアル方向の遊びをなくして動作部材２
を安定に支持しておける。従って、動作部材２のガタツ
キによる加重の変動を補う必要がなく加重を低目に設定
しておくことができ、作業対象物の破損を防止するのに
好適である。本実施の形態では特に深溝型のラジアルボ
ール軸受１４、１５を採用しており、スラスト、ラジア
ル両方向のガタツキを防止するのにさらに好適である。

【００３５】なお、ラジアルボール軸受１４、１５、ス
ライドボール軸受１７のいずれもボールに代えてローラ
を採用したものでもよく、転がり軸受タイプであればよ
い。また、動作部材２はこれに連結した吸着ノズル２１
に超音波振動を与えて摩擦接合による部品実装を行なう
のに、動作部材２の下端に側面形状が鉤型の振動ヘッド
２２を取り付け、この振動ヘッド２２の軸線から偏った
位置で垂下した垂下壁２２ａに振動ホーン２３の基部を
片持ち支持し、この振動ホーン２３の先端部に吸着ノズ
ル２１を保持して超音波振動を与えるようにしている。
吸着ノズル２１はこの保持状態で動作部材２と同一軸線
上に位置するようにされ、動作部材２の回転によっても
位置ずれが起きず、吸着している半導体チップ３などの
向きを回転によって修正したり変更したりするのに好適
である。

【００３６】さらに、ボイスコイルモータ１０は以上の
ように磁石１１を有した動作部材２と、この動作部材２
の磁石１１に対向する駆動コイル１を有し動作部材２を
回転および摺動できるように装備した本体ケース１２と
を備えているが、動作部材２の外径Ｄを本体ケース１２
の幅Ｂないし奥行きの寸法、円形であるときはその外径
に対しほぼ１．１％以上に設定する。上限は例えば実用
上から１．５％程度である。これにより、動作部材２の
たわみによる加重状態のバラツキやこじれの問題が解消
する。１つの実施例を示すと幅Ｂは８０ｍｍ程度、外径
Ｄは１２ｍｍ程度である。

【００３７】以上のような条件を満足したボイスコイル
モータ１０による１００ｇの加重実験において、動作部
材２の変位量および応力分布、摺動抵抗および加重状態
につき実測したところ、外径Ｄが８ｍｍであった従来の
場合、最大応力が１．０８ＭＰａ程度、垂下壁２２ａお
よび振動ホーン２３、吸着ノズル２１の部分の変位が８
０μ程度であったのが、実施例では３．３３ＭＰａ、２
０μ弱と大きく低減し、摺動抵抗および加重状態につい
ては従来既述した図１３に示す結果であったのが、実施
例では図５に示すような結果が得られた。

【００３８】実施例では図５から明らかなように、摺動
抵抗の変化はほぼ滑らかとなり、大きなピークが全くな
くなっている。また加重状態は初期加重時のオーバーシ
ュートが全くなく、目標加重よりもやや低目の加重状態
から始まり、目標加重へ極く滑らかに移行し加重の後段
で目標加重に達している。これは摩擦接合動作部材２の
径を大きくして剛性を高めても摺動抵抗に影響しない
し、加重制御に好結果をもたらすことを意味している。

【００３９】既述した図４に示す本実施の形態の部品実
装装置３０は、半導体チップ３などの部品を所定位置に
供給する部品供給部３１、金属接合により部品を実装す
る回路基板４などの実装対象物を部品実装位置に供給し
て位置決めし部品実装後に他へ移す実装対象物取り扱い
手段３２、所定位置に供給される半導体チップ３をボイ
スコイルモータ１０の重力により移動する方向に動作す
る動作部材２に設けた部品保持ツールの１例としての吸
着ノズル２１にてピックアップして取り扱い部品実装位
置に位置決めされている回路基板４に双方の金属接合部
どうしが対向するように位置合わせして実装に供する部
品取り扱い手段３３、吸着ノズル２１を通じてこれが保
持している部品に超音波振動を与える超音波振動手段３
４、部品実装位置にて、実装対象物取り扱い手段３２が
取り扱う回路基板４の金属接合部に、部品取り扱い手段
３３が取り扱う半導体チップ３の金属接合部に対向させ
るとともに、ボイスコイルモータ１０の駆動コイル１を
通電制御して動作部材２を駆動制御し金属接合部どうし
に加重しながら超音波振動手段３４を働かせて、金属接
合部どうしを接合させ、半導体チップ３を回路基板４に
実装する制御手段３５を少なくとも備えている。

【００４０】これにより、部品供給部３１によって所定
位置に供給される半導体チップ３を、部品取り扱い手段
３３がそれの吸着ノズル２１によってボイスコイルモー
タ１０の制御手段３５による駆動コイル１の通電制御を
伴いピックアップして持ち運び、実装対象物取り扱い手
段３２によって実装位置に供給され位置決めされている
回路基板４との金属接合部どうしを対向させ、制御手段
３５により超音波振動手段３４およびボイスコイルモー
タ１０の駆動制御によって金属接合部どうしを前記ボイ
スコイルモータ１０に設けた緩衝手段２０の緩衝を伴う
安定した加重状態を得て半導体チップ３の安全を図りな
がら摩擦接合させて半導体チップ３を回路基板４に自動
的に実装することを繰り返し安定して高速に行なうこと
ができる。

【００４１】制御手段３５は部品実装装置３０の動作制
御を行うマイクロコンピュータの内部機能を利用したも
のでよいが、これに限られることはない。部品供給部３
１はダイシングシート３６上で個々の半導体チップ３に
ダイシングされた部品を多段に収容したストッカ３７を
載置して昇降させるリフタ３８を部品供給源とし、この
リフタ３８によって所定高さに位置決めされた収納段に
つき、Ｙ方向に移動する出し入れ手段３９によってダイ
シングシート３６を引出しエキスパンド台４１でのエキ
スパンドに供して部品のピックアップに備えたり、エキ
スパンド台４１上の部品ピックアップ後のダイシングシ
ート３６をストッカ３７に収納する。エキスパンド台４
１は例えばＹ方向に移動することと、ピックアップ手段
４２がＸ方向に移動することとによって、ダイシングシ
ート３６上の所定の半導体チップ３がピックアップ手段
４２の吸着ノズル４２ａにより吸着してピックアップさ
れるようにする。

【００４２】ピックアップ手段４２は下向きの吸着ノズ
ル４２ａによりピックアップした半導体チップ３を上向
きに反転させて半導体チップ３のバンプ６を有した接合
面が下向きとなるようにして所定の部品供給位置までＸ
方向に移動し、部品実装のためのピックアップに供す
る。

【００４３】部品実装のためのピックアップは、例えば
Ｘ方向に移動する２つの部品実装ヘッド５１、５２によ
って種類別に行ない、半導体チップ３の種類にあった摩
擦接合による部品実装を行なう。この摩擦接合のために
部品実装ヘッド５１、５２は、上記した吸着ノズル２１
を支持したボイスコイルモータ１０を備えているが、そ
れぞれが取り扱う種類の半導体チップ３に対応した加重
条件に設定される。

【００４４】実装対象物取り扱い手段３２は、回路基板
４のローディング部５３とアンローディング部５４との
間に実装ステージ５５を有している。この実装ステージ
５５はＹ方向に移動でき、ローディング部５３から搬入
した回路基板４を実装位置まで持ち運んで前記部品実装
ヘッド５１または５２による実装に供し、半導体チップ
３の所定の実装を終えた時点で基の位置に復帰し、部品
実装後の回路基板４をアンローディング部５４に搬出し
先へ搬送されるようにする。

【００４５】なお、実装ステージ５５は回路基板４を加
熱するヒートステージとされ、実装ヘッド５１、５２に
よる半導体チップ３と回路基板４との金属接合部どうし
の摩擦接合を補助するようにしてある。また、ローディ
ング部５３には回路基板４を予備加熱する予備加熱ステ
ージ５６が設けられ、アンローディング部５４には部品
実装後の回路基板４が急に冷えて割れなどが発生しない
ように温度保証を行なう保温加熱ステージ５７が設けら
れている。また、部品実装位置の近傍には部品実装位置
へ進出したり後退したりするカメラ５８が設けられ、部
品実装位置に位置決めされた回路基板４および半導体チ
ップ３の間に進入して双方の金属接合部を撮像ないしは
撮影して画像による位置や欠陥の認識に供するようにし
てある。もっとも、欠陥の認識は回路基板４および半導
体チップ３ともにそれ以前の段階で検査し、不良品は部
品実装に供さないようにするのが好適である。１つのカ
メラ５８による回路基板４および半導体チップ３の同時
認識は、双方に対する認識の原点位置が共通することに
なり、相互の位置関係を精度よく認識して高精度に位置
決めすることができる。これによって、微小部品や高密
度な実装に対応することができる。

【００４６】図６〜図１０に他の緩衝手段２０を持った
ボイスコイルモータ１０の例を示してある。図６に示す
例は動作部材２に設けた磁石１１に対して反発する反発
磁石６１を本体ケース１２の底部に設けてある。動作部
材２が下動されて磁石１１が反発磁石６１との反発作用
距離にまで近づいて以降、反発磁石６１の反発力が作用
し始めて距離の二乗に反比例する法則に従い反発力が強
まる。従って、反発磁石６１を設ける位置と磁力の強さ
とにより所定の緩衝力Ｆを得て初期加重がオーバーシュ
ートするのを防止することができる。

【００４７】図７に示す例では、ボイスコイルモータ１
０の動作力がフレミングの左手の法則により、磁界と電
流の双方に垂直な方向に働くことから、駆動コイル１の
下に逆巻コイル６２を設けて、駆動コイル１と反対の方
向に磁石１１を移動させる力を作用させて緩衝力Ｆとす
るようにしてある。逆巻コイル６２は駆動コイル１と同
時通電してもよいし、個別に通電することもできる。個
別に通電すると独自な通電制御ができる。また、通電電
流を多くしたり、高密度巻にすると少ないスペースで大
きな緩衝力Ｆが得られる。

【００４８】図８に示す例は駆動コイル１にその巻線密
度を下方側で少なくする傾斜密度方式を採用して、下部
に低密度部１ａを設けて緩衝手段２０とし、動作部材２
が下動するほど、あるいは所定位置以降に下動すると駆
動コイル１による駆動磁力が弱くなり、見掛け上の自己
緩衝力Ｆを持つようにしてある。これによると、特別な
通電制御が要らない。つまり、駆動コイル１の通電制御
以外によって緩衝力Ｆを働かせたことになる。

【００４９】図９に示す例はポンプ６３などによって本
体ケース１２の底部から空気圧を供給して磁石１１が下
降しにくくすることで緩衝力Ｆが得られるようにしてい
る。これに代えて本体ケース１２の底部にオリフィスを
設けて磁石１１の下降による空気の逃げを制限して磁石
１１が下降しにくくする緩衝力Ｆを得ることもできる。
もっとも、これらによるときは磁石１１と本体ケース１
２との間の空気の漏れを一定以下に抑える必要がある。

【００５０】図１０に示す例は本体ケース１２の底部に
ゴムや樹脂などの弾性パッド６４を設けてあり、磁石１
１が所定の位置まで下降した時点以降当接して緩衝力Ｆ
を働かせるようにしてあり、当接して以降磁石１１が下
降するほど緩衝力Ｆは大きくなる。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、動作部材をその重力に
よる移動にディテント力により抗して保持している状態
から重力による移動方向への駆動状態に通電制御を切り
換えて加重を行なう際に、ディテント力の反動によりオ
ーバーシュートの原因となる加重力が働いても、動作部
材の移動域の少なくとも初期加重域で動作部材に緩衝力
が駆動コイルの通電制御以外により確実に働いてそれを
軽減ないしは相殺するので、初期加重がオーバーシュー
トするのを軽減ないしは解消することができる。従っ
て、このような加重動作で、半導体チップと回路基板と
の金属接合部どうしを加重しながら摩擦接合して実装す
るような場合も、金属接合部が潰れたり、半導体チップ
が割れたり欠けたりするようなことを防止することがで
き、作業対象物の安全および歩留まりの向上が図れる。

【００５２】動作部材を摺動できるように支持する転が
り軸受に、ボールあるいはローラをリテーナで保持した
ものを用いる、さらなる構成によれば、転がり軸受によ
って動作部材の摺動案内を行うのにボールあるいはロー
ラがリテーナで個々に保持されていることにより、互い
にこじれたり詰まったりしてその時々に摺動抵抗を大き
くするようなことがなく、そのような大きな摺動抵抗に
対抗するために移動部材の駆動制御において加重がオー
バーシュートするような働きが生じないので、作業対象
物の破損を防止するのに好適である。

【００５３】また、動作部材を回転できるように支持す
る転がり軸受につき、その内外輪間のスラストおよびラ
ジアル両方向の遊びをなくすアンギュラ締め込みを行な
っておく、さらなる構成によれば、転がり軸受のスラス
ト方向およびラジアル方向の遊びをなくして動作部材を
安定に支持しておけるので、動作部材のガタツキによる
加重の変動を補う必要がなく加重を低目に設定しておく
ことができ、作業対象物の破損を防止するのに好適であ
る。

【００５４】ボイスコイルモータが磁石を有した動作部
材と、この動作部材の磁石に対向する駆動コイルを有し
動作部材を回転および摺動できるように装備した本体ケ
ースとを備え、動作部材の径を本体ケースの幅ないし奥
行き寸法のほぼ１．１％以上に設定した、さらなる構成
によれば、動作部材のたわみによる加重状態のバラツキ
やこじれの問題が解消する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るボイスコイルモータ
による加重方法とその装置を示し、その（ａ）は模式的
な断面図、その（ｂ）は加重状態を示すグラフである。

【図２】図１の装置の主要部を断面して上動状態と下動
状態とを併せ示した斜視図である。

【図３】図１の装置の動作部材の軸受部を示し、その
（ａ）はスライドボール軸受の一部断面図、その（ｂ）
はラジアルボール軸受の一部断面図である。

【図４】図１の装置を有した部品実装装置を示す斜視図
である。

【図５】図２の装置での動作部材の摺動抵抗と加重状態
の実測グラフである。

【図６】他の例のボイスコイルモータによる加重装置を
模式的に示す断面図である。

【図７】別の例のボイスコイルモータによる加重装置を
模式的に示す断面図である。

【図８】今１つの例のボイスコイルモータによる加重装
置を模式的に示す断面図である。

【図９】さらに他の例のボイスコイルモータによる加重
装置を模式的に示す断面図である。

【図１０】さらに別の例のボイスコイルモータによる加
重装置を模式的に示す断面図である。

【図１１】従来のボイスコイルモータによる加重方法と
装置を示し、その（ａ）は模式的な断面図、その（ｂ）
は加重状態を示すグラフである。

【図１２】従来のボイスコイルモータによる加重方法と
装置を軸受部の拡大図とともに示す主要部を断面して見
た斜視図である。

【図１３】図１２の装置での動作部材の摺動抵抗と加重
状態の実測グラフである。

【符号の説明】

１ 駆動コイル １ａ 低密度部 ２ 動作部材 ３ 半導体チップ ４ 回路基板 ５ コイルスプリング ６ バンプ ７ 導体ランド １０ ボイスコイルモータ １１ 磁石 １２ 本体ケース １４、１５ ラジアルボール軸受 １７ スライドボール軸受 １７ｃ リテーナ ２０ 緩衝手段 ２１ 吸着ノズル ２３ ホーン ３０ 部品実装装置 ３１ 部品供給部 ３２ 実装対象物取り扱い手段 ３３ 部品取り扱い手段 ３４ 超音波手段 ３５ 制御手段 ６１ 反発磁石 ６２ 逆駆動コイル ６３ ポンプ ６４ 弾性パッド

フロントページの続き (72)発明者 南谷 昌三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 前 貴晴 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 原田 省二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5E319 AA03 CC70 GG20 5F044 KK01 LL04 PP15

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動コイルの通電制御により、動作部材
   をそれが重力により移動する方向に駆動制御して加重動
   作を行うボイスコイルモータによる加重方法において、 駆動コイルを通電制御して動作部材を荷重側に駆動制御
   するときの移動域の少なくとも初期加重域において、前
   記駆動コイルの通電制御以外によって、前記動作部材の
   駆動方向側への移動を緩衝する緩衝力を働かせて加重動
   作を行なうことを特徴とするボイスコイルモータによる
   加重方法。
2. 【請求項２】 緩衝力は、動作部材側にある磁石に対す
   る固定側の反発磁石、逆方向駆動コイル、空気圧、駆動
   コイルのコイル密度の変化、弾性部材の少なくとも１つ
   によって与える請求項１に記載のボイスコイルモータに
   よる加重方法。
3. 【請求項３】 加重動作は、動作部材に保持した部品お
   よびこれを実装する対象物の金属接合部どうしに対して
   前記部品の対象物に対する振動的な摩擦動作を伴い行な
   う請求項１、２のいずれか１項に記載のボイスコイルモ
   ータによる加重方法。
4. 【請求項４】 動作部材を摺動できるように支持する転
   がり軸受は、ボールあるいはローラをリテーナで保持し
   たものを用いる請求項１〜３のいずれか１項に記載のボ
   イスコイルモータによる加重方法。
5. 【請求項５】 動作部材を回転できるように支持する転
   がり軸受につき、その内外輪間のスラストおよびラジア
   ル両方向の遊びをなくすアンギュラ締め込みを行なって
   おく請求項１〜４のいずれか１項に記載のボイスコイル
   モータによる加重方法。
6. 【請求項６】 部品を所定位置に供給する部品供給部
   と、金属接合により部品を実装する実装対象物を部品実
   装位置に供給して位置決めし部品実装後に他へ移す実装
   対象物取り扱い手段と、所定位置に供給される部品をボ
   イスコイルモータの重力により移動する方向に動作する
   動作部材に設けた部品保持ツールにてピックアップして
   取り扱い部品実装位置に位置決めされている実装対象物
   に双方の金属接合部どうしが対向するように位置合わせ
   して実装に供する部品取り扱い手段と、部品保持ツール
   を通じてこれが保持している部品に超音波振動を与える
   超音波振動手段と、部品実装位置にて、実装対象物取り
   扱い手段が取り扱う実装対象物の金属接合部に、部品取
   り扱い手段が取り扱う部品の金属接合部に対向させると
   ともに、ボイスコイルモータの駆動コイルを通電制御し
   て動作部材を駆動制御し金属接合部どうしに加重しなが
   ら超音波振動手段を働かせて、金属接合部どうしを接合
   させ、部品を実装対象物に実装する制御手段とを備え、
   ボイスコイルモータは動作部材により加重を行う移動域
   の少なくとも初期加重域において、前記駆動コイルの通
   電制御以外によって、動作部材の駆動方向側への移動を
   緩衝する緩衝力を働かせる緩衝手段を有したことを特徴
   とする部品実装装置。
7. 【請求項７】 駆動コイルへの通電制御により、動作部
   材が駆動制御されて往復移動されるボイスコイルモータ
   において、 動作部材の進出側への移動域の少なくとも初期加重域に
   おいて、動作部材の駆動方向側への移動を緩衝する緩衝
   力を、前記駆動コイルの通電制御以外によって働かせる
   緩衝手段を備えたことを特徴とするボイスコイルモー
   タ。
8. 【請求項８】 緩衝手段は、動作部材側にある磁石に対
   する固定側の反発磁石、逆方向駆動コイル、空気圧付与
   手段、動作部材の移動方向にコイル密度が変化した駆動
   コイル、弾性部材の少なくとも１つである請求項７に記
   載のボイスコイルモータ。
9. 【請求項９】 内外輪間のスラストおよびラジアル両方
   向の遊びをなくすアンギュラ締め込みがなされて動作部
   材を回転できるように軸受する軸受を備えた請求項７、
   ８のいずれか１項に記載のボイスコイルモータ。
10. 【請求項１０】 リテーナで保持したボールあるいはロ
    ーラを有して動作部材を摺動できるように支持する軸受
    を備えた請求項７〜９のいずれか１項に記載のボイスコ
    イルモータ。
11. 【請求項１１】 磁石を有した動作部材と、この動作部
    材の磁石に対向する駆動コイルを有し動作部材を回転お
    よび摺動できるように装備した本体ケースとを備え、動
    作部材の径を本体ケースの幅ないし奥行き寸法のほぼ
    １．１％以上に設定した請求項７〜１０のいずれか１項
    に記載のボイスコイルモータ。