JP2007335894A - 電子部品の押圧装置および押圧方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧着荷重の制御の精度を向上させることができる電子部品の押圧装置および押圧方法を提供することを目的とする。
【解決手段】電子部品を圧着ヘッド１７により基板３に押圧してボンディングする電子部品の圧着装置において、圧着ヘッド１７を上下動自在に支持する昇降部７と圧着ヘッド１７の間に介在して圧着ヘッド１７に作用する荷重を検出する荷重検出手段として、ロードセル１５と線形な荷重・変位特性を有するスプリング１６を直列に組合せて用いるようにした。これにより、荷重検出手段の変位量を大きくして単位昇降動作あたりの押圧荷重の変化量を小さくし、すなわち押圧荷重の分解能を改善することができ、したがって押圧荷重制御の精度を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品を基板に押圧する電子部品の押圧装置および押圧方法に関するものである。

電子部品を基板にボンディングする方法として、熱圧着による方法が知られている。この方法は圧着ヘッドにより電子部品を基板に押圧するとともに電子部品をヒータにより加熱して基板に半田付けや樹脂接着剤などにより接着するものである。ここで、良好な熱圧着品質を得るためには、熱圧着過程での圧着荷重を所定の制御目標値にしたがって制御する必要がある。このため熱圧着装置には、圧着ヘッドが電子部品を押圧する荷重値を所定荷重に制御する機構が設けられている。

この荷重制御は、電子部品を基板に押圧する圧着ヘッドを上下動自在に保持する昇降部の昇降動作を、圧着ヘッドと昇降部との間に介装された荷重検出手段によって検出された荷重値に基づいて制御することにより行われる。したがって、圧着荷重の制御精度（分解能）は、昇降動作の分解能に依存しており、単位昇降動作の変位量あたりの押圧荷重の変化量が小さいほど、高精度の荷重制御が実現される。

しかしながら従来の電子部品の熱圧着装置において荷重検出手段として用いられるロードセルは、荷重点の変位量の絶対値が小さいため、わずかな昇降動作の変位によって荷重値が大きく変動する。すなわち圧着荷重の制御精度（分解能）はロードセルの変位量の絶対値によって制約され非常に低いものとなっており、圧着荷重の制御精度を向上させることが困難であるという問題点があった。

そこで本発明は、圧着荷重の制御精度を向上させることができる電子部品の押圧装置および押圧方法を提供することを目的とする。

本発明の電子部品の押圧装置は、電子部品を供給する供給部と、前記電子部品を基板に押圧する圧着ヘッドと、前記圧着ヘッドに作用する荷重を検出する荷重検出手段と、前記圧着ヘッドを上下動させる昇降部と、張り出し部を有し前記圧着ヘッドを下部に固着した圧着ブロックと、前記昇降部に設けられ圧着ブロックの張り出し部を前記荷重検出手段に対して一定の押圧力にて下方に押圧するシリンダとを備え、この荷重検出手段が、荷重センサと、線形な荷重・変位特性を有するスプリングとから成り、前記昇降部に設けられ、かつ、前記昇降部と前記圧着ヘッドの間に介在する配置となっており、前記スプリングにより荷重負荷時における荷重検出手段の変位量を増幅するようにした。

本発明の電子部品の押圧方法は、供給部から供給された電子部品を基板に押圧する電子部品の押圧方法であって、張り出し部を有する圧着ブロックの下部に固着された圧着ヘッドとこの圧着ヘッドを上下動させる昇降部の間に、荷重センサと、線形な荷重・変位特性を有するスプリングとから成る荷重検出手段を備え、前記昇降部に設けられた荷重検出手段に対して前記圧着ブロックの張り出し部を前記昇降部に設けられたシリンダで一定の押圧力にて下方に押圧し、前記スプリングにより荷重負荷時における荷重検出手段の変位量を増幅するようにした荷重検出装置を用いて前記圧着ヘッドに作用する荷重を検出して前記電子部品を前記圧着ヘッドで前記基板に押圧する。

本発明によれば、圧着ヘッドの荷重検出手段として、荷重センサと、線形な荷重・変位特性を有し荷重負荷時における荷重センサの変位量を増幅するスプリングを用いるので、荷重検出手段の変位量を大きくして単位昇降動作あたりの押圧荷重の変化量を小さくし、圧着荷重の制御精度を向上させることができる。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態における電子部品の熱圧着装置の側面図、図２（ａ），（ｂ）は本発明の一実施の形態における電子部品の熱圧着装置の部分側面図、図３は本発明の一実施の形態における電子部品の熱圧着装置の荷重と昇降動作変位量との関係を表すグラフである。

まず図１を参照して電子部品の熱圧着装置の構造を説明する。図１において基台１上には位置決めテーブル２が配設されている。位置決めテーブル２上には基板３が載置されている。位置決めテーブル２を駆動することにより、基板３は水平方向に移動し基板３を位置決めする。また基台１上にはフレーム４が立設されている。フレーム４の前面にはガイドレール５が垂直に配設されており、ガイドレール５にはスライダ６が上下動自在に装着されている。

スライダ６には昇降部７が固着されている。フレーム４上にはモータ８が配設されており、モータ８の回転軸は垂直な送りネジ９と連結されている。送りネジ９は昇降部７と結合されたナット１０に螺入しており、したがってモータ８が正逆回転することにより昇降部７は昇降する。すなわち、モータ８、送りネジ９およびナット１０は、昇降部７を昇降させる昇降手段となっている。図１に示すように、昇降部７はコ字状の断面形状となっており、上部の突出部７ａ、凹部７ｂおよび下部の突出部７ｃより構成される。

突出部７ｃにはガイドレール１２が垂直に配設されている。ガイドレール１２にはスライダ１３が上下動自在に嵌合しており、スライダ１３には圧着ブロック１１が固着されている。圧着ブロック１１は逆Ｌ字形状となっており、上部の張り出し部１１ａは昇降部７の凹部７ｂ内に位置している。昇降部７の突出部７ａの下面にはシリンダ１４が垂設されており、シリンダ１４のロッド１４ａは張り出し部１１ａの上面に当接している。

昇降部７の突出部７ｃの上面には、線形な荷重・変位特性を有するスプリング１６に弾性支持された荷重センサであるロードセル１５が装着されており、ロードセル１５の荷重点は圧着ブロック１１の張り出し部１１ａの下面に当接している。圧着ブロック１１の下部には圧着ヘッド１７が固着されている。したがって圧着ヘッド１７は昇降部７に上下動自在に支持されており、また荷重検出手段であるロードセル１５およびスプリング１６は、昇降部７と圧着ヘッド１７の間に介在する配置となっている。ロードセル１５の荷重点には、圧着ブロック１１の自重による荷重およびシリンダ１４の押圧力が作用する。ロードセル１５によって検出された荷重信号は制御部３０に送られ、制御部３０はこの荷重信号に基づき昇降手段であるモータ８を制御する。

圧着ヘッド１７の下端部には熱圧着ツール１８が装着されている。熱圧着ツール１８は電子部品１９を保持し、電子部品１９を加熱するとともに基板３に対して所定荷重で押圧することにより基板３に熱圧着する。

ここでシリンダ１４、ロードセル１５の機能について図２（ａ），（ｂ）を参照して説明する。図２（ａ）は、昇降部７が上昇した状態での、また図２（ｂ）は昇降部７が下降して電子部品１９を基板３に熱圧着している状態での各部の力のつり合いを示している。
シリンダ１４にはエアー源およびレギュレータより所定圧力の空気圧が与えられており、したがってシリンダ１４は圧着ブロック１１を所定の押圧力Ｆｏにて下方に押圧する。図２（ａ）に示す状態では、この押圧力Ｆｏと、圧着ブロック１１などの自重に相当する荷重Ｗの和Ｆｏ＋Ｗが、ロードセル１５に負荷される荷重ｆとつり合っている。すなわち昇降部７が上昇位置にある状態では、ロードセル１５の検出荷重値はシリンダ１４の押圧力Ｆｏと圧着ブロック１１などの自重Ｗの和に等しい。

これに対して図２（ｂ）に示す状態では、圧着ヘッド１７は電子部品１９より圧着荷重に等しい反力Ｆを受けており、前述の力の和Ｆｏ＋Ｗは、圧着荷重の反力Ｆとロードセル１５に負荷される荷重ｆの和Ｆ＋ｆとつり合っている。すなわち圧着荷重の反力Ｆは、Ｆｏ＋Ｗ−ｆで表わされる。したがって、圧着荷重Ｆを制御するには、Ｆｏ＋Ｗが一定値であることから、ロードセル１５の検出荷重値ｆを制御部３０によって監視しながら、モータ８の駆動を制御して昇降部７の昇降動作を制御すればよい。

次に図３を参照してスプリング１６の機能について説明する。図３は横軸に昇降部７の上下方向の変位量ΔＺ、縦軸にロードセル１５の検出荷重の増減値Δｆをとって両者の関係を示したグラフである。グラフａは従来の方法と同様に、ロードセル１５のみを用いた場合、グラフｂは本実施の形態のようにロードセル１５をスプリング１６で支持した場合を示す。図３に示すように、ある所定の荷重の増減値Δｆ１に対して、ロードセル１５のみを用いる場合にはΔＺ１で示す昇降動作の変位量が対応している。これに対してロードセル１５をスプリング１６で支持する場合には、ロードセル１５のみの変位量ΔＺ１にスプリング１６の変位量がプラスされるため、同様の増減値Δｆ１に対してΔＺ１よりはるかに大きい昇降動作の変位量（ΔＺ２で示す）が対応している。

すなわち、昇降動作の最小単位変位量（分解能）と荷重の増減値との関係でみれば、グラフｂの場合の方が最小単位変位量あたりの荷重の増減値（変化量）が小さく、換言すれば同一分解能の昇降機構を用いて、より精細な荷重検出を行うことができる。特に軽荷重の場合には、ロードセル１５の変位量はごくわずかであり、ロードセル１５のみを用いる従来の荷重検出方法では精度の良い荷重検出は困難である。これに対し本実施の形態では、スプリング１６を付加して荷重負荷時の変位量を増幅することにより、同一分解能の昇降機構を用いて高精度の荷重検出を行うことができる。

この電子部品の熱圧着装置は上記のような構成より成り、次に動作を説明する。まず図１において、基板３が位置決めテーブル２上に載置され、位置決めテーブル２を駆動することにより、基板３は圧着ヘッド１７に対して位置決めされる。次に電子部品１９の供給部（図外）より電子部品１９が供給され、熱圧着ツール１８によって保持される。次いで昇降部７が下降することにより熱圧着ツール１８に保持された電子部品１９は基板３に当接する。

この後熱圧着ツール１８によって電子部品１９を所定温度で加熱するとともに、電子部品１９は所定荷重にて基板３に押圧される。このとき、荷重検出手段としてのロードセル１５は線形な荷重・変位特性を有するスプリング１６によって弾性支持され、押圧荷重に対応する昇降動作の変位量が増幅されているので、精細な押圧荷重の検出を行うことができる。したがって熱圧着時の圧着荷重を精度よく制御することができるため、良好な熱圧着品質を得ることができる。

本発明の電子部品の押圧装置および押圧方法は、圧着荷重の制御精度を向上させることができるという効果を有し、電子部品を基板に押圧してボンディングする分野に利用可能である。

本発明の一実施の形態における電子部品の熱圧着装置の側面図 （ａ）本発明の一実施の形態における電子部品の熱圧着装置の部分側面図（ｂ）本発明の一実施の形態における電子部品の熱圧着装置の部分側面図 本発明の一実施の形態における電子部品の熱圧着装置の荷重と昇降動作変位量との関係を表すグラフ

符号の説明

１ 基台
２ 位置決めテーブル
３ 基板
７ 昇降部
８ モータ
９ 送りネジ
１１ 圧着ブロック
１５ ロードセル
１６ スプリング
１７ 圧着ヘッド
１８ 熱圧着ツール
１９ 電子部品

Claims (2)

1. 電子部品を供給する供給部と、前記電子部品を基板に押圧する圧着ヘッドと、前記圧着ヘッドに作用する荷重を検出する荷重検出手段と、前記圧着ヘッドを上下動させる昇降部と、張り出し部を有し前記圧着ヘッドを下部に固着した圧着ブロックと、前記昇降部に設けられ圧着ブロックの張り出し部を前記荷重検出手段に対して一定の押圧力にて下方に押圧するシリンダとを備え、この荷重検出手段が、荷重センサと、線形な荷重・変位特性を有するスプリングとから成り、前記昇降部に設けられ、かつ、前記昇降部と前記圧着ヘッドの間に介在する配置となっており、前記スプリングにより荷重負荷時における荷重検出手段の変位量を増幅するようにしたことを特徴とする電子部品の押圧装置。
2. 供給部から供給された電子部品を基板に押圧する電子部品の押圧方法であって、張り出し部を有する圧着ブロックの下部に固着された圧着ヘッドとこの圧着ヘッドを上下動させる昇降部の間に、荷重センサと、線形な荷重・変位特性を有するスプリングとから成る荷重検出手段を備え、前記昇降部に設けられた荷重検出手段に対して前記圧着ブロックの張り出し部を前記昇降部に設けられたシリンダで一定の押圧力にて下方に押圧し、前記スプリングにより荷重負荷時における荷重検出手段の変位量を増幅するようにした荷重検出装置を用いて前記圧着ヘッドに作用する荷重を検出して前記電子部品を前記圧着ヘッドで前記基板に押圧することを特徴とする電子部品の押圧方法。

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