JP2007142332A - 電子部品の実装装置及び実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は半導体チップを基板に実装する際、リニアモータを大型化せずに大きな加圧力を得られるようにした実装装置を提供することにある。
【解決手段】基板１に半導体チップ２を加圧して実装する実装装置であって、
本体１６と、本体に軸方向に沿って上下動可能に設けられ先端部に半導体チップを保持する保持部３１が設けられた可動軸２８と、可動軸を上下駆動するリニアモータ４５と、保持部に保持された半導体チップを基板に圧接させて実装するときに半導体チップに加圧力を与える方向に可動軸を弾性的に付勢するばね３７とを具備する。
【選択図】 図１

Description

この発明は可動軸の先端に吸着保持された電子部品を基板に加圧して実装する電子部品の実装装置及び実装方法に関する。

一般に、実装装置には、電子部品である半導体チップをリードフレームなどの基板に対して実装する実装ヘッド部が設けられている。この実装ヘッド部は水平方向及び高さ方向に位置決め可能であるとともに、上記半導体チップを回転方向に位置決めする回転機構及び実装時に上記基板への加圧力を調整する加圧調整機構が設けられている。

すなわち、上記実装ヘッド部の本体には可動軸が回転可能かつ軸方向に移動可能に設けられていて、この可動軸の先端に上記半導体チップが吸着保持される。可動軸は上記回転機構を構成する回転モータによって回転されるとともに、上記加圧調整機構を構成するリニアモータによって軸方向に駆動可能となっている。

上記可動軸が半導体チップを吸着保持すると、実装ヘッド部の本体は水平方向に駆動されて、上記可動軸に保持された半導体チップが上記基板の上記半導体チップの実装位置の上方に位置決めされる。

ついで、上記リニアモータによって上記可動軸を下降方向に低速度で下降させ、上記半導体チップを上記基板に接触させる。半導体チップが基板に接触したならば、この半導体チップを基板に加圧する。半導体チップの基板への加圧は、その加圧力に比例する電流をリニアモータに供給する。半導体チップを所定時間加圧することで、その半導体チップが上記基板に加圧実装されることになる。
特許文献１には可動軸をリニアモータによって付勢して基板に実装される半導体チップに加圧力を与えることが示されている。
特許第３４１７７０５号公報

しかしながら、半導体チップを基板に加圧するためにリニアモータを用いた従来技術によると、半導体チップに与える加圧力が大きくなればなる程、リニアモータを大型化しなければならない。リニアモータが大型化すれば、実装ヘッド部の大型化や高重量化を招くということがあり、好ましくない。

この発明は、リニアモータを大型化することなく、電子部品を基板に実装する際の加圧力を増大させることができるようにした電子部品の実装装置及び実装方法を提供することにある。

この発明は、基板に電子部品を加圧して実装する実装装置であって、
本体と、
この本体に軸方向に沿って上下動可能に設けられ先端部に上記電子部品を保持する保持部が設けられた可動軸と、
この可動軸を上下駆動するリニアモータと、
上記保持部に保持された電子部品を上記基板に圧接させて実装するときにこの電子部品に加圧力を与える方向に上記可動軸を弾性的に付勢するばねと
を具備したことを特徴とする電子部品の実装装置にある。

上記リニアモータは、上記可動軸に設けられたマグネットと、上記本体の上記マグネットと対向する部位に設けられたコイルとによって構成されていて、
上記可動軸の少なくとも上記マグネットが取付けられる部分は非磁性材料によって形成されていることが好ましい。

上記可動軸は、非磁性材料によって形成され上記マグネットが設けられる上軸部と、上記保持部が設けられた下軸部とに分割されていて、この下軸部はスプライン軸に形成され、このスプライン軸は上記本体に設けられたスプラインボス部に軸方向に移動可能に保持されていることが好ましい。

上記本体には、上記可動軸を軸方向に移動可能で、周方向に回転不能に保持したホルダが回転可能に設けられているとともに、このホルダを周方向に回転させる回転モータが設けられていることが好ましい。

この発明は、可動軸の先端に保持された電子部品を基板に加圧して実装する実装方法であって、
上記可動軸をばねの復元力に抗して上昇方向に変位させながら上記可動軸の先端部に保持された上記電子部品を上記基板に圧接させる工程と、
上昇方向に変位した上記可動軸をリニアモータによって上昇方向または下降方向に付勢して上記電子部品を上記ばねの復元力と上記リニアモータとの付勢力で上記基板に加圧する工程と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装方法にある。

この発明によれば、基板に対して電子部品をリニアモータの付勢力と、ばねの復元力とで加圧できるから、リニアモータを大型化することなく、大きな加圧力を得ることが可能となる。

以下、この発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。

図２は基板１に電子部品としての半導体チップ２（図１に示す）を実装する実装装置の実装ヘッド部３の部分を示しており、上記実装ヘッド部３はＺテーブル４にＺ駆動源５によって上下方向である、Ｚ方向に駆動可能に設けられている。

上記Ｚテーブル４はＹテーブル６に取付け体７を介して設けられている。Ｙテーブル６はＸテーブル８上にＸ方向に沿って移動可能に設けられ、このＸテーブル８に設けられたＹ駆動源９によってＹ方向に駆動されるようになっている。

上記Ｘテーブル８は、ベース１１上に上記Ｙ方向と同一水平面上で直交するＸ方向に沿って移動可能に設けられている。上記ベース１１の一端にはＸ駆動源１２が設けられ、このＸ駆動源１２によって上記Ｘテーブル８がＸ方向に沿って駆動されるようになっている。それによって、上記Ｚテーブル４に設けられた実装ヘッド部３はＸ、Ｙ及びＺ方向に駆動されるようになっている。

上記実装ヘッド部３の下方には上記基板１を所定方向に沿って間欠的に搬送する一対の搬送レール１３が設けられている。この搬送レール１３に沿って搬送される上記基板１は、上記半導体チップ２が実装される実装位置で下面が実装ステージ１４によって支持されるようになっている。

上記実装ヘッド部３は図１に鎖線で示す上記Ｚテーブル４に一端が取付け固定される本体１６を有する。この本体１６の他端部には上下方向に貫通する断面円形状の中空部１７が形成されている。この中空部１７には円筒状のホルダ１８の外周面が上下一対の軸受１９によって周方向に回転可能に支持されている。

上記ホルダ１８の軸方向中途部の外周面には従動プーリ２１が設けられている。上記本体１６の一端部の上面には回転モータ２２が回転軸２３を下方に向けて設けられている。この回転軸２３には駆動プーリ２４が嵌着されていて、この駆動プーリ２４と上記従動プーリ２１とにはベルト２５が張設されている。したがって、上記回転モータ２２が作動することで、上記ホルダ１８が周方向に回転駆動されるようになっている。

上記ホルダ１８内の下端部には内周面にスプライン溝２７ａが形成されたボス部材２７が嵌合固定されている。このボス部材２７には可動軸２８を構成するスプライン軸からなる下軸部２９が軸方向に移動可能で、周方向に回転不能に支持されている。

上記下軸部２９の先端部は上記ボス部材２７の下端面から突出し、その先端面は後述するように半導体チップ２を吸着保持する保持部３１となっている。上記下軸部２９の上端部は上記ボス部材２７の上端面から突出し、上記下軸部２９とで上記可動軸２８を構成する上軸部３２の下端に接続固定されている。すなわち、上記上軸部３２の下端部には、その下面に開口する接続孔３３が形成され、この接続孔３３に上記下軸部２９の上端部が嵌合固定されている。

上記下軸部２９はスプライン軸となるため、比較的硬質な金属材料、例えば鋼材によって形成され、上記上軸部３２は非磁性材料、たとえばアルミニウムなどの非磁性金属などによって形成されている。

上記上軸部３２の上記接続孔３３が形成された下端部は他の部分よりも大径な鍔部３５となっている。上記ホルダ１８の上端部にはストッパリング３６が保持されている。このストッパリング３６と上記鍔部３５との間にはばね３７がキャップ３９を介して圧縮されて設けられている。このばね３７は、上記可動軸２８が上記ホルダ１８に対して上昇方向に移動することでさらに圧縮されるようになっている。

上記可動軸２８の下軸部２９と上軸部３２とには、それぞれ軸方向全長にわたる吸引孔３８が形成されている。下軸部２９と上軸部３２との吸引孔３８は、これらの接続部分の接続孔３３を介して気密に連通している。

上記吸引孔３８の一端は上軸部３２の上端面に開口し、他端は下軸部２９の下端面に開口している。上記吸引孔３８の一端には図示しない吸引ポンプが接続される。それによって、上記下軸部２９の下端部の上記保持部３１の下端面に吸引力が生じるから、その吸引力によって保持部３１に供給された半導体チップ２を吸着保持できるようになっている。

上記可動軸２８の上軸部３２は上記本体１６の上面から上方に突出し、その突出部分には円筒状のマグネット４１が取付けられている。このマグネット４１の外周面には、リング状のコイル４２が設けられている。

上記コイル４２は上記本体１６の上面に設けられたケース４４内に保持されている。図示しない電源によって上記コイル４２には負電圧或いは正電圧が選択的に印加されるようになっている。コイル４２に負電圧を印加すると、マグネット４１を介して上記可動軸２８が上昇方向に付勢され、コイル４２に正電圧を印加すると、可動軸２８が下降方向に付勢されるようになっている。すなわち、上記マグネット４１とコイル４２とで可動軸２８を上下駆動するリニアモータ４５を構成している。

上記コイル４２に負電圧を印加したときに可動軸２８を上昇方向に付勢する付勢力を−１Ｎ（ニュートン）、上記コイル４２に正電圧を印加して上記可動軸２８を下降方向に付勢する付勢力を＋１Ｎ、上記ばね３７が与える付勢力を＋１Ｎとすれば、可動軸２８の下端の保持部３１に吸着保持された半導体チップ２を基板１に実装するときに、この半導体チップ２に０〜２Ｎの範囲で加圧力を与えることが可能となる。

つぎに、上記構成の実装装置によって半導体チップ２を基板１に実装する場合の動作について説明する。

まず、実装ヘッド部３はＹテーブル６とＸテーブル８とでＸ、Ｙ方向に駆動され、図示しないピックアップ装置からピックアップされた半導体チップ２の受け渡し位置に位置決めされる。その位置で、可動軸２８の下端面、つまり保持部３１に半導体チップ２が受け渡される。

保持部３１に保持された半導体チップ２は図示せぬカメラで撮像され、その撮像信号に基いてＸ、Ｙ及びθ方向に位置決めされる。つまり、半導体チップ２を受けた実装ヘッド部３は、Ｙテーブル６とＸテーブル８とでＸ、Ｙ方向に位置決めされ、回転モータ２２によってθ方向に位置決めされる。それによって、半導体チップ２は、基板１の上方の実装位置に位置決めされる。

位置決め後、実装ヘッド部３はＺ駆動源５によってＺテーブル４が下降方向に駆動される。つまり、実装ヘッド部３は所定の高さまで高速度で下降させられ、その所定の高さから半導体チップ２が基板１に接触するまでは減速されて低速で下降させられる。そして、上記保持部３１に保持された半導体チップ２が基板１に接触すると、その高さが図示しない高さ検出センサによって０点として検出される。

上記実装ヘッド部３は半導体チップ２が基板１に接触した０点から下降方向に所定距離駆動される。それによって、可動軸２８がホルダ１８に対して相対的に上昇するから、その上昇によってばね３７の復元力が上記可動軸２８を介して半導体チップ２を基板１に加圧する加圧力として作用する。

上記ばね３７の復元力を１Ｎとし、半導体チップ２に２Ｎの加圧力を加えたい場合には、コイル４２に所定の値の電圧を印加する。それによって、ばね３７の復元力と、コイル４２によってリニアモータ４５に発生する推力とが半導体チップ２を基板１に加圧する加圧力として作用するから、コイル４２によってリニアモータ４５に生じる推力が１Ｎであれば、上記半導体チップ２に２Ｎの加圧力を加えることができる。つまり、半導体チップ２は、ばね３７の復元力と、リニアモータ４５によって可動軸２８を下降方向に付勢する力とで基板１に加圧される。したがって、上記コイル４２に印加する電圧を負電圧或いは正電圧のいずれかに制御すれば、半導体チップ２に与える加圧力を０〜２Ｎの範囲で調整することができる。

すなわち、上記構成の実装ヘッド部３によれば、半導体チップ２を基板１に実装するとき、ばね３７が可動軸２８に与える復元力と、コイル４２が可動軸２８に与える付勢力とによって半導体チップ２に加圧力を与えることができる。

そのため、ばね３７とコイル４２とによって与えられる加圧力が同じ１Ｎであると仮定すれば、２Ｎの加圧力を得るためには、リニアモータ４５の推力はその半分の１Ｎでよいから、小型化で軽量化なリニアモータ４５を用いて、半導体チップ２に大きな加圧力を与えることができる。
この実施の形態では加圧力を得るために実装ヘッド部３にばね３７を用いているが、ばね３７は軽量であり、しかもわずかな空間部に設けることが可能である。そのため、ばね３７を用いた場合、推力の大きなリニアモータ４５を用いる場合に比べ、実装ヘッド部３を大型化及び高重量化するということがほとんどない。

リニアモータ４５を構成するマグネット４１が設けられる上軸部３２を非磁性材料によって形成するようにした。そのため、マグネット４１の磁力は上軸部３２によって遮断されるため、下軸部２０を通じてその下端面の保持部３１に吸着保持された半導体チップ２に作用するということがない。

半導体チップ２に磁力が作用すると、その磁力の影響で半導体チップ２に形成された微細な回路配線が損傷する虞がある。しかしながら、この実施の形態では、上軸部３２を非磁性材料で形成したため、マグネット４１の磁力が保持部３１に保持された半導体チップ２に作用して微細な回路配線を損傷させるのを防止することができる。

上記リニアモータ４５のマグネット４１を可動軸２８に設け、コイル４２を本体１６側に設けるようにした。そのため、上記可動軸２８は回転モータ２２によって回転させられるが、上記コイル４２は回転することがないから、コイル４２に接続される図示しない給電用のリード線がねじられるのを防止することができる。つまり、上記リード線の引き回しが容易となる。

この発明の一実施の形態を示す実装ヘッド部の断面図。 上記実装ヘッド部が設けられた実装装置の一部の構成を示す概略図。

符号の説明

１…基板、２…半導体チップ（電子部品）、１６…本体、２８…回転軸、２９…下軸部、３１…保持部、３２…上軸部、３７…ばね、４１…マグネット、４２…コイル、４５…リニアモータ。

Claims (5)

1. 基板に電子部品を加圧して実装する実装装置であって、
   本体と、
   この本体に軸方向に沿って上下動可能に設けられ先端部に上記電子部品を保持する保持部が設けられた可動軸と、
   この可動軸を上下駆動するリニアモータと、
   上記保持部に保持された電子部品を上記基板に圧接させて実装するときにこの電子部品に加圧力を与える方向に上記可動軸を弾性的に付勢するばねと
   を具備したことを特徴とする電子部品の実装装置。
2. 上記リニアモータは、上記可動軸に設けられたマグネットと、上記本体の上記マグネットと対向する部位に設けられたコイルとによって構成されていて、
   上記可動軸の少なくとも上記マグネットが取付けられる部分は非磁性材料によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装装置。
3. 上記可動軸は、非磁性材料によって形成され上記マグネットが設けられる上軸部と、上記保持部が設けられた下軸部とに分割されていて、この下軸部はスプライン軸に形成され、このスプライン軸は上記本体に設けられたスプラインボス部に軸方向に移動可能に保持されていることを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装装置。
4. 上記本体には、上記可動軸を軸方向に移動可能で、周方向に回転不能に保持したホルダが回転可能に設けられているとともに、このホルダを周方向に回転させる回転モータが設けられていることを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装装置。
5. 可動軸の先端に保持された電子部品を基板に加圧して実装する実装方法であって、
   上記可動軸をばねの復元力に抗して上昇方向に変位させながら上記可動軸の先端部に保持された上記電子部品を上記基板に圧接させる工程と、
   上昇方向に変位した上記可動軸をリニアモータによって上昇方向または下降方向に付勢して上記電子部品を上記ばねの復元力と上記リニアモータとの付勢力で上記基板に加圧する工程と
   を具備したことを特徴とする電子部品の実装方法。

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