JP2003282645A - 部品実装方法及び装置 - Google Patents
部品実装方法及び装置Info
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- JP2003282645A JP2003282645A JP2002087596A JP2002087596A JP2003282645A JP 2003282645 A JP2003282645 A JP 2003282645A JP 2002087596 A JP2002087596 A JP 2002087596A JP 2002087596 A JP2002087596 A JP 2002087596A JP 2003282645 A JP2003282645 A JP 2003282645A
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Abstract
も確実に高い信頼性をもって超音波接合することができ
る部品実装方法及び装置を提供する。 【解決手段】 部品供給手段と、供給された部品を保持
して実装対象物に実装する実装ヘッドと、実装対象物を
固定支持する支持台と、実装ヘッドと支持台を相対移動
させて部品と実装対象物の位置合わせを行う手段とを備
え、その実装ヘッド5を、超音波振動発生手段26と、
一端面が超音波振動発生手段26と結合され、他端面が
作用面30となり、一端面に入力された振動が作用面3
0でその面と略平行な振動となるとともに作用面30に
対して垂直な軸芯上に共振モードの節31が形成される
ように構成された共振体27と、共振体27の節31部
分に押圧荷重を負荷する荷重負荷手段とを備えたものと
した。
Description
に超音波振動にて実装する部品実装方法及び装置に関す
るものである。
しては、例えば特開2000−68327号公報に開示
されているように、ボイスコイルモータ等の移動手段に
て昇降可能に支持された支持ブラケットに水平姿勢で固
定支持された超音波振動発生手段の出力端にホーンを結
合するとともにそのホーンの先端に部品を吸着保持する
吸着ノズルを装着して成る実装ヘッドと、実装ヘッドに
部品を供給する手段と、基板などの実装対象物を固定支
持する支持台と、実装ヘッドと支持台を水平方向に相対
移動させて部品と実装対象物の位置合わせを行う位置決
め手段とを備えたものが知られている。
設された複数の突起電極を実装対象物に形成された電極
に超音波接合して実装する場合に好適に適用され、部品
供給手段にて突起電極を下向きにして供給された部品の
上面を実装ヘッドの吸着ノズルにて吸着保持し、支持台
上に実装対象物を供給して固定支持し、部品が実装対象
物の実装位置の上方に位置するように実装ヘッドと支持
台を相対移動させて位置決めし、実装ヘッドの移動手段
にて部品の突起電極を実装対象物の電極に当接させ、さ
らに所定の押圧力を作用させた状態で超音波振動発生手
段を作動させてホーンを介して吸着ノズルを水平方向に
超音波振動させることで、部品と実装対象物の接合面に
超音波振動エネルギーを付与して拡散及び溶融によって
接合している。
回路の小型化を図るために、電子回路を構成する電子部
品(チップ)の数を少なくすることが求められ、それに
伴って各電子部品の高機能化・高集積化が進められる結
果、単一の電子部品は逆に大型化・多電極化が進行しつ
つある。
実装装置で実装する場合には、多数の突起電極を実装対
象物の電極に一度に超音波接合する必要があるため、吸
着ノズルに負荷する押圧荷重を大きくする必要があると
ともに、吸着ノズル下面の部品保持面と実装対象物の接
合面との平行度を極めて高く保たないと接合面の全体を
確実に接合することができない。
ラケットから超音波振動発生手段とホーンの結合箇所近
傍に大きな押圧荷重を負荷すると、ホーンの先端に吸着
ノズルが固定されているので、吸着ノズル下面の位置と
押圧荷重の負荷位置との間に距離があるためホーンに曲
げモーメントが作用し、ホーンの押圧荷重による撓みに
よって吸着ノズル下面の部品保持面が傾斜し、精度の高
い平行度を得ることはできず、信頼性の高い接合が確保
することができないという問題がある。
保持面と実装対象物の接合面の平行度をある程度確保し
つつ大きな押圧荷重を負荷して超音波振動を付与して
も、その超音波振動によって付与できる接合エネルギー
が不足し易く、十分に信頼性の高い接合状態を得るのが
困難な場合があるという問題がある。
填して硬化させて封止する必要があるが、従来は電子部
品を実装した後別工程で封止材の硬化工程を行う必要が
あり、工数が多く、コスト高になるという問題もあっ
た。
と実装対象物間の接合面積が広い場合にも確実に高い信
頼性をもって超音波接合することができる部品実装方法
及び装置を提供することを目的とする。
は、一端面に入力された振動が作用面でその面と略平行
な振動となるとともに作用面に対して垂直な軸芯上に共
振モードの節が形成されるように構成された共振体の作
用面にて部品を保持する工程と、支持台上に実装対象物
を配置固定する工程と、部品と実装対象物の位置合わせ
を行って部品を実装対象物に接触させる工程と、共振体
の節の位置から押圧荷重を負荷するとともに共振体の一
端面から超音波振動を入力させる工程とを有するもので
ある。
から超音波振動を印加すると作用面がその面に略平行に
超音波振動するとともに、荷重負荷部から押圧荷重を負
荷すると作用面に対して垂直方向にその押圧荷重が作用
するため、作用面と接合面の平行度を高精度に保持しつ
つ大きな押圧荷重を作用させた状態で超音波振動を印加
して大きな超音波エネルギーを付与できるので、接合面
における接合面積が広い場合にも接合面の全面を確実に
高い信頼性をもって接合することができる。
もに超音波振動を入力する工程時に共振体の作用面近傍
を加熱すると、接合面に超音波エネルギーと同時に熱エ
ネルギーを付与できるので、接合面における接合面積が
広い場合にも接合面の全面を確実に高い信頼性をもって
接合することができる。なお、加熱は接合時のみ加熱し
てもよいが、接合前後を含めて連続的に加熱してもよい
ことは言うまでもなく、また共振体側からの加熱に限定
されるものでもない。
手段と、供給された部品を保持して実装対象物に実装す
る実装ヘッドと、実装対象物を固定支持する支持台と、
実装ヘッドと支持台を相対移動させて部品と実装対象物
の位置合わせを行う位置決め手段とを備え、実装ヘッド
は、超音波振動発生手段と、一端面が超音波振動発生手
段と結合され、他端面が作用面となり、一端面に入力さ
れた振動が作用面でその面と略平行な振動となるととも
に作用面に対して垂直な軸芯上に共振モードの節が形成
されるように構成された共振体と、共振体の節部分に押
圧荷重を負荷する荷重負荷手段とを有するものであり、
上記部品実装方法を実施してその作用・効果を奏するこ
とができる。
手段を設けると、上記のように作用面近傍を加熱するこ
とによる効果を奏することができる。
する支持ブラケットの共振体の両側に対向する部分に配
設したヒータにて構成し、ヒータの熱を共振体に輻射さ
せて加熱するようにすると、加熱手段が共振体と離間し
て配設されるので、超音波振動系に影響を与えずに所望
の熱エネルギーを付与することができる。
振体に対向する面の少なくとも一方に伝熱用フィンを設
けると、さらに伝熱効率が高くなり、熱効率良く急速均
一加熱することができる。
媒通路と、熱媒通路に熱媒を供給する手段にて構成する
と、共振体を内部から直接加熱するので、所要箇所の全
面をさらに効率的に急速均一加熱することができる。
保温部を設けると、加熱手段にて接合面の加熱を行いな
がら超音波振動発生手段が加熱されて所定の特性が得ら
れなくなって接合不良を生じるのを防止することができ
る。
傍に温度監視部を設けると、超音波振動発生手段若しく
はその近傍がどの程度の温度であるかを知って未然に対
策を講じることができ、超音波振動特性の低下による接
合不良の発生を一層確実に防止することができる。
装置の一実施形態について、図1〜図6を参照して説明
する。
従来例と共通の全体構成について、図1、図2を参照し
て説明する。1は、ベアICチップからなる部品2を実
装対象物の基板3(図6参照)に実装する部品実装装置
で、部品2はその一面に複数の突起電極2aが配列され
ており、基板3の部品実装位置には各突起電極2aを接
合する電極が形成されている。
品2を保持して基板3に実装する実装ヘッド5をX軸方
向に移動可能に支持するX方向テーブル6が配設されて
いる。X方向テーブル6の所定箇所の下部とその前部の
間にわたってY軸方向に移動可能なY方向テーブル7が
配設され、このY方向テーブル7上に基板3を載置固定
する支持台8が設けられている。X方向テーブル6の前
部には基板3を基台4の一側からY方向テーブル7まで
搬入するローダ9と、Y方向テーブル7から基台4の他
側に搬出するアンローダ10が配設されている。ローダ
9やアンローダ10は基板3の両側を支持する一対のレ
ールを有し、支持台8の前後両側にはこれら一対のレー
ルに接続可能にかつ昇降可能に部分レール11が設けら
れて基板3をこの部分レール11上に受けた後、支持台
8上に載置固定するように構成されている。
位置に、多数の部品2を形成されエキスパンドシート上
でダイシングされた半導体ウエハ12を収容した部品マ
ガジン13を設置されて、所望の半導体ウエハ12を所
定の供給高さ位置に位置決めするマガジンリフタ14が
配設され、マカジンリフタ14とY方向テーブル7との
間に、マガジンリフタ14から導入された半導体ウエハ
12のエキスパンドシートを拡張させ、各部品2を間隔
をあけて分離させるエキスパンド台15が、任意の部品
2を所定の第1の部品供給位置に位置決めするXYテー
ブル16上に設置して配設されている。17は第1の部
品供給位置の部品2を認識する認識カメラである。
着し、X方向に移動して第2の部品供給位置まで移載す
るとともに吸着した部品2を180度上向きに旋回させ
る部品反転手段で、X方向テーブル6と平行な別のX方
向テーブル(図示せず)にて移動可能に構成されてい
る。半導体ウエハ12の状態では、各部品2の突起電極
2aは上面に形成されており、部品反転手段18にて各
部品2の突起電極2aが形成された面を吸着した後上向
きに180度旋回することによって、部品2の突起電極
2aが形成された面が下向き、反対側の面が上向きとな
り、その状態で第2の部品供給位置で実装ヘッド5に受
け渡すように構成されている。以上のマガジンリフタ1
4、エキスパンド台15、反転手段18にて部品2を実
装ヘッド5に供給する部品供給手段20が構成されてい
る。なお、19は基板3の部品2の実装位置又は部品2
に封止材を塗布するディスペンサである。
ルモータなどの移動手段22にて軸芯方向に昇降駆動可
能なスプライン軸23(図3参照)の下部に超音波ヘッ
ド21が取付けられている。超音波ヘッド21は、超音
波振動発生手段26と共振体27を支持ブラケット28
に取付けて構成され、その共振体27又はそれに取付固
定された吸着ノズルにて部品2を保持するように構成さ
れている。
明すると、部品供給手段20にて部品2をその突起電極
2aを下向きにした状態で第2の部品供給位置に供給し
た後、実装ヘッド5の共振体27又はそれに取付固定さ
れた吸着ノズルにて部品2を保持し、次いで実装ヘッド
5がX方向テーブル6にて基板3における部品2の実装
位置のX方向位置まで移動する。一方、ローダ9にて供
給された基板3はY方向テーブル7に設けられた部分レ
ール11上に受け渡された後、部分レール11が所定高
さ位置まで下降してこの基板3が支持台8上に載置固定
され、次いでY方向テーブル7が基板3における部品2
の実装位置のY方向位置が実装ヘッド5のY方向位置に
一致するように移動する。次に、必要に応じてディスペ
ンサ19にて実装位置に封止材を塗布した後、実装ヘッ
ド5の移動手段22を作動させて部品2を下降させ、そ
の突起電極2aを基板3の実装位置の電極に当接させる
とともに、移動手段22にて所定の押圧荷重を負荷しな
がら超音波振動発生手段26を作動させることで、突起
電極2aと基板3の電極の接合面に超音波エネルギーを
供給して拡散及び溶融によって接合し、また上記のよう
にディスペンサ19にて塗布した封止材を基板3と部品
2の隙間に充填させ、部品2の基板3に対する実装が終
了する。部品2の実装が終了すると、部分レール11が
上昇して基板3が部分レール11上に受け渡されるとと
もに、部分レール11がアンローダ10に接続されてア
ンローダ10にて搬出される。
要部構成について、図3〜図6を参照して説明する。図
3において、21は超音波ヘッドで、実装ヘッド本体5
aに上下摺動自在に配設され、ボイスコイルモータやシ
リンダ等の移動手段22にて昇降駆動されるスプライン
軸23の下端部に固定手段24及び平行度調整機構25
を介して取付けられている。平行度調整機構25は、上
部板25aと下部板25bを中央の連結軸25cを介し
て連結するとともに上部板25aを貫通させて螺合した
3本の調整ねじ25dの下端を下部板25bの上面に当
接させ、調整ねじ25dのねじ込み調整によって下部板
25bの傾きを調整できるように構成されている。
26と共振体27と支持ブラケット28にて構成され、
支持ブラケット28の上端面28aが平行度調整機構2
5の下面に取付けられている。共振体27は、図6に示
すように、基幹部27aと一対の枝部27bを有するY
字状でかつその基幹部27aの両側に一対の突出部27
cを有する全体形状であり、この共振体27の基幹部2
7aの基端面29に超音波振動発生手段26が結合され
ている。そして、一方の枝部27bの先端面が水平状態
となって作用面30として機能するように、共振体27
及び超音波振動発生手段26は斜め上方に傾斜した姿勢
で支持ブラケット28に取付けられている。
すように、超音波振動発生手段26にて基端面29に対
して矢印aで示すような縦振動の所定周波数の超音波振
動を印加することにより、作用面30が矢印bで示すよ
うに水平方向に超音波振動し、さらに作用面30に対し
て垂直な軸線上の上部位置に共振モードの節31が生じ
るように設計されている。また、この共振体27には、
節31の位置で両側面に短い角軸状の荷重負荷部32が
突設され、この荷重負荷部32が支持ブラケット28に
連結されている。
ように、上端部の中央にスプライン軸と同芯の位置決め
穴33が形成され、下部には共振体27が挿入配置され
る溝34とその両側の一対の支持板部35が形成されて
いる。両支持板部35の下端中央に矩形状の切欠38が
形成されて荷重負荷部32が下方から挿入配置され、両
支持板部35の下端面に固定された蓋36にて固定支持
されている。蓋36には、加熱手段としてのカートリッ
ジヒータ39が埋設され、支持板部35の下部を加熱
し、その輻射熱にて共振体27の作用面30の近傍を加
熱するように構成されている。
支持台8上に互いに接合すべき基板3を載置固定し、部
品2を超音波ヘッド21の共振体27に設けた吸着手段
(図示せず)にて保持した状態で、スプライン軸23を
下降移動させて超音波ヘッド21を支持台8に向けて下
降させ、共振体27の下端の作用面30と支持台8の上
面との間で基板3と部品2を挟圧し、さらにスプライン
軸23を介して支持ブラケット28に所定の押圧荷重を
作用させる。その状態で、超音波振動発生手段26にて
共振体27の基端面29に超音波振動を入力し、さらに
カートリッジヒータ39を作動させて加熱する。
に略平行に超音波振動するとともに、支持ブラケット2
8から共振体27の共振モードの節31に設けた荷重負
荷部32に白抜き矢印の如く垂直に押圧荷重40が負荷
され、荷重負荷部32が作用面30の垂直上方に位置し
ているため、その押圧荷重が作用面30に対して100
%垂直方向に作用し、さらにカートリッジヒータ39に
て支持板部35の下端部が加熱され、その輻射熱で共振
体27の下端部の作用面30の近傍が加熱され、その熱
が破線矢印で示すように、部品2に伝熱されて部品2が
加熱され、部品2の突起電極2aと基板3の電極の接合
面に熱エネルギーが供給される。
部品2と基板3の接合面の平行度を高精度に保持しつつ
大きな押圧荷重を作用させた状態で超音波振動を印加し
て大きな超音波エネルギーを付与でき、かつそれと同時
に熱エネルギーを付与できるので、部品2の突起電極2
aの数が多く、そのため総接合面積が大きくても、全て
の突起電極2aと基板3の電極を確実に高い信頼性をも
って接合することができる。また、それと同時に基板3
の部品2の実装位置に塗布され、部品2の実装に伴って
部品2と基板3の間の隙間に充填された封止材が熱エネ
ルギーを受けて硬化され、部品2の実装と封止が完了す
る。
カートリッジヒータ39にて構成し、カートリッジヒー
タ39の熱を共振体27に輻射させて加熱するようにし
ているので、超音波振動系に影響を与えずに所望の熱エ
ネルギーを付与することができるとともに、カートリッ
ジヒータ39を用いているので、加熱手段が安価であ
り、低コストにて構成することができる。
ータ39による共振体27の加熱の影響により超音波振
動発生手段26が高温に晒されるのを防止するため、図
3に仮想線で示すように、超音波振動発生手段26を冷
却する冷却部41又は保温部を設け、また超音波振動発
生手段26若しくはその近傍に温度監視部42を設ける
のが好ましい。冷却部41としては超音波振動発生手段
26の周囲に冷却風を流すように構成したものが振動系
に影響を与え難いので好適であり、温度監視部42も振
動系に影響を与え難い位置に熱電対を取付けるのが好適
である。
手段26の過熱を防止することで、加熱手段にて接合面
の加熱を行いながら超音波振動発生手段26が過熱され
て所定の特性が得られなくなり、接合不良を生じるのを
防止することができ、さらに温度監視部42を設けるこ
とで超音波振動発生手段26若しくはその近傍がどの程
度の温度であるかを知って未然に対策を講じることがで
き、超音波振動特性の低下による接合不良の発生を一層
確実に防止することができる。
ラケット28の支持板部35に固定した蓋36にカート
リッジヒータ39を埋設した例を示したが、これに限定
されるものではなく、例えば図7(a)に示す第1の変
形例のように、支持ブラケット28の本体部に対して少
なくとも一方の支持板部35を着脱可能に装着し、この
支持板部35に設けた支持穴に断熱材46を介して共振
体27の両側に突設された荷重負荷部32を嵌合させて
支持するようにし、この支持板部35にカートリッジヒ
ータ39を埋設してもよい。また、図7(b)に示すよ
うに、共振体27と支持板部35の対向面の少なくとも
一方に伝熱用フィン47を配設することにより、支持板
部35から共振体27への輻射による伝熱効率を高める
ことができる。
うに、カートリッジヒータ39に代えて、面状のセラミ
ックヒータ48を支持板部35の共振体27との対向面
に配設しても良く、そうすると所要箇所の全面を効率的
に均一加熱することができ、さらに図8(b)に示すよ
うに、共振体27とセラミックヒータ48の対向面の少
なくとも一方に伝熱用フィン47を配設すると、セラミ
ックヒータ48から共振体27への輻射による伝熱効率
を高めることができる。
うに、カートリッジヒータ39やセラミックヒータ48
に代えて、熱風吹き出し手段49を支持板部35の共振
体27との対向面に配設しても良く、そうすると熱風が
共振体27に接触して伝熱されるので、急速に均一加熱
することができ、さらに図9(b)に示すように、共振
体27の両側面に伝熱用フィン47を配設すると、吹き
出した熱風との熱交換率が向上して共振体27への伝熱
効率を高めることができる。
の支持板部35に加熱手段を配設して間接加熱するもの
に限らず、図10に示す第4の変形例のように、共振体
27に熱媒通路50を形成し、矢印で示すように熱媒供
給手段51にてこの熱媒通路50に熱風などの熱媒を供
給することで、共振体27を直接加熱するようにするこ
ともでき、そうすると所要箇所の全面をさらに効率的に
急速均一加熱することができる。熱媒供給手段51は、
作用面30に近い部分に主として配設するのが好適であ
る。
に、共振体27の作用面30近傍に向けてレーザ光など
の熱線を照射する熱線照射手段52(白抜き矢印で示
す)を配設しても良く、そうすると共振体27の作用面
30近傍を非接触にてかつ効率的に急速加熱することが
できる。さらに、熱線照射手段52に代えて、共振体2
7の作用面近傍に向けて電磁波を放射する手段を設ける
とともに共振体27を強磁性にて構成し、共振体27の
作用面30の近傍を電磁誘導加熱するようにしてもよ
い。
ば、一端面に入力された振動が作用面でその面と略平行
な振動となるとともに作用面に対して垂直な軸芯上に共
振モードの節が形成されるように構成された共振体の作
用面にて部品を保持し、支持台上に実装対象物を配置固
定し、部品と実装対象物の位置合わせを行って部品を実
装対象物に接触させ、共振体の節の位置から押圧荷重を
負荷するとともに共振体の一端面から超音波振動を入力
させるようにしたので、共振体の一端面から超音波振動
を印加すると作用面がその面に略平行に超音波振動する
とともに、荷重負荷部から押圧荷重を負荷すると作用面
に対して垂直方向にその押圧荷重が作用するため、作用
面と接合面の平行度を高精度に保持しつつ大きな押圧荷
重を作用させた状態で超音波振動を印加して大きな超音
波エネルギーを付与できるので、接合面における接合面
積が広い場合にも接合面の全面を確実に高い信頼性をも
って接合することができる。
もに超音波振動を入力する工程時に共振体の作用面近傍
を加熱すると、接合面に同時に熱エネルギーを付与でき
るので、接合面における接合面積が広い場合にも接合面
の全面を確実に高い信頼性をもって接合することがで
き、また接合と同時に予め実装位置に封止材を塗布して
おくことによってその封止材の硬化も行うことができ、
部品の実装工程数を削減できてコスト低下を図ることが
できる。
実装装置における全体概略構成を示す斜視図である。
ある。
構成を示す正面図である。
る。
示し、(a)は斜視図、(b)は改良例の側面図であ
る。
示し、(a)は斜視図、(b)は改良例の側面図であ
る。
示し、(a)は側面図、(b)は改良例の側面図であ
る。
を示す共振体の正面図である。
を示す斜視図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 一端面に入力された振動が作用面でその
面と略平行な振動となるとともに作用面に対して垂直な
軸芯上に共振モードの節が形成されるように構成された
共振体の作用面にて部品を保持する工程と、支持台上に
実装対象物を配置固定する工程と、部品と実装対象物の
位置合わせを行って部品を実装対象物に接触させる工程
と、共振体の節の位置から押圧荷重を負荷するとともに
共振体の一端面から超音波振動を入力させる工程とを有
することを特徴とする部品実装方法。 - 【請求項2】 少なくとも押圧荷重を負荷するとともに
超音波振動を入力する工程時に共振体の作用面近傍を加
熱することを特徴とする請求項1記載の部品実装方法。 - 【請求項3】 部品供給手段と、供給された部品を保持
して実装対象物に実装する実装ヘッドと、実装対象物を
固定支持する支持台と、実装ヘッドと支持台を相対移動
させて部品と実装対象物の位置合わせを行う位置決め手
段とを備え、実装ヘッドは、超音波振動発生手段と、一
端面が超音波振動発生手段と結合され、他端面が作用面
となり、一端面に入力された振動が作用面でその面と略
平行な振動となるとともに作用面に対して垂直な軸芯上
に共振モードの節が形成されるように構成された共振体
と、共振体の節部分に押圧荷重を負荷する荷重負荷手段
とを有することを特徴とする部品実装装置。 - 【請求項4】 共振体の作用面近傍を加熱する加熱手段
を設けたことを特徴とする請求項3記載の部品実装装
置。 - 【請求項5】 加熱手段は、共振体の節部分を支持する
支持ブラケットの共振体の両側に対向する部分に配設し
たヒータにて構成し、ヒータの熱を共振体に輻射させて
加熱するようにしたことを特徴とする請求項4記載の部
品実装装置。 - 【請求項6】 共振体の側面と支持ブラケットの共振体
に対向する面の少なくとも一方に、伝熱用フィンを設け
たことを特徴とする請求項5記載の部品実装装置。 - 【請求項7】 加熱手段は、共振体に形成された熱媒通
路と、熱媒通路に熱媒を供給する手段からなることを特
徴とする請求項4記載の部品実装装置。 - 【請求項8】 超音波振動発生手段に、冷却部又は保温
部を設けたことを特徴とすることを特徴とする請求項4
記載の部品実装装置。 - 【請求項9】 超音波振動発生手段若しくはその近傍に
温度監視部を設けたことを特徴とすることを特徴とする
請求項4記載の部品実装装置。
Priority Applications (10)
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