JP2008288460A - 部品実装用治具、部品実装装置、および部品実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来、基板を嵌装可能な下部孔および半導体素子を嵌装可能な上部孔を備えた治具を用いて半導体装置を基板に実装する場合、高精度に位置決めするために半導体素子と上部孔との隙間を狭くする必要があるため、半導体素子の治具の上部孔への嵌装時に生じる実装誤差により、実装ミスが発生する場合がある。
【解決手段】半導体素子２を基板１に実装する際に半導体素子２の基板１に対する位置決めを行う部品実装用治具２０であって、基板１に対して所定の位置精度で設置されるベース台２１と、前記ベース台２１に取り付けられ、前記半導体素子２の基板１に対する位置決めを行うための孔部２０ｂを形成するパーツ部２２とを備え、前記ベース台２１とパーツ部２２とは、互いに線膨張率が異なる部材にて構成され、低温時における前記パーツ部２２と半導体素子２との隙間に対して、高温時における前記前記パーツ部２２と半導体素子２との隙間が小さくなる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、半導体素子等の部品を、はんだ接合により基板等の基材に実装するための部品実装用治具、部品実装装置、および部品実装方法に関する。

従来から、パワー素子等の半導体素子を、はんだ接合により基板に実装する場合は、半導体素子の基板に対する実装位置に高い精度が求められるため、基板に対する半導体素子の位置決めを行うための治具を用いて、該半導体素子の基板への実装が行われている（特許文献１等を参照）。
基板に対する半導体素子の位置決めを行うための治具としては、例えば図１２に示す治具１２０のように、基板１０１の外形寸法に合わせて形成され、該基板１０１を嵌装可能な下部孔１２０ａ、および半導体素子１０２外形寸法に合わせて形成され、該半導体素子１０２を嵌装可能な上部孔１２０ｂを備えたものが用いられている。

前記下部孔１２０ａの内径は、前記基板１０１の外径と略同じに形成されており、該下部孔１２０ａと基板１０１との間には、該基板１０１を下部孔１２０ａに嵌装するのに必要となる最小限の隙間が設けられている。
また、前記上部孔１２０ｂの内径は、前記半導体素子１０２の外径と略同じに形成されており、該上部孔１２０ｂと半導体素子１０２との間には、該半導体素子１０２を上部孔１２０ｂに嵌装するのに必要となる最小限の隙間が設けられている。

さらに、前記上部孔１２０ｂと下部孔１２０ａとは連通しており、前記下部孔１２０ａに基板１０１を嵌装するとともに、前記上部孔１２０ｂにはんだ箔１０４を介して前記半導体素子１０２を嵌装させ、該基板１０１および半導体素子１０２を嵌装した状態の治具１２０を加熱することで前記はんだ箔１０４を溶融させて、半導体素子１０２を基板１０１に対して位置決めしつつ実装するようにしている。

このように、前記治具１２０を用いて、半導体素子１０２を基板１０１に対して位置決めしつつ実装する際の手順を、次に説明する。
図１３（ａ）に示すように、まず、基板１０１に治具１２０の下部孔１２０ａを嵌装し、該基板１０１にセットした治具１２０の位置をカメラ１３１にて認識する。
また、図１３（ｂ）に示すように、基板１０１の載置場所とは別の場所にある素子置き場に載置されている半導体素子１０２を、移載ロボットに設けられた吸着コレット１３６によりチャックして取り出し、図１３（ｃ）に示すように、吸着コレット１３６にてチャックした半導体素子１０２のチャック位置をカメラ１３２により認識する。
次に、図１３（ｄ）に示すように、前記移載ロボットにより、カメラ１３１にて認識した治具１２０の位置、およびカメラ１３２にて認識した半導体素子１０２のチャック位置に基づいて半導体素子１０２の位置を補正しながら、該半導体素子１０２を治具１２０の位置まで移動させ、半導体素子１０２の位置と治具１２０の上部孔１２０ｂとの位置を合わせて、該半導体素子１０２を上部孔１２０ｂに嵌装する。なお、厳密には、前記上部孔１２０ｂに半導体素子１０２を嵌装するより前に、該上部孔１２０ｂにはんだ箔１０４を嵌装しておく。

以上のような手順により、半導体素子１０２を基板１０１に対して位置決めしながら実装している。
特開２００５−２６６２８号公報

前述のごとく、前記治具１２０を用いて、半導体素子１０２を基板１０１に対して実装する場合、図１３（ａ）に示すように基板１０１にセットした治具１２０の位置をカメラ１３１にて認識する際に認識誤差Ｅｘが発生し、図１３（ｃ）に示すように半導体素子１０２のチャック位置をカメラ１３２により認識する際に認識誤差Ｅｙが発生し、図１３（ｄ）に示すように半導体素子１０２を治具１２０の上部孔１２０ｂに嵌装する際に実装誤差Ｅｚが発生する。

一方、半導体素子１０２を基板１０１に対して位置決めしつつ実装する場合、半導体素子１０２の該基板１０１に対する位置決め精度を高くするためには、前記治具１２０の上部孔１２０ｂと半導体素子１０２との間の隙間ｄ（図１２参照）を小さくする方が好ましい。
特に近年においては、半導体素子１０２の基板１０１に対する位置精度の要求値が高精度化しており、前記隙間ｄを小さくする必要がある。

このように、近年では前記隙間ｄが小さくなっているため、半導体素子１０２の実装時に生じる前記認識誤差Ｅｘ・Ｅｙおよび実装誤差Ｅｚの累計が、隙間ｄよりも大きくなってしまい（つまり、（Ｅｘ＋Ｅｙ＋Ｅｚ）＞ｄとなる）、チャックした半導体素子１０２を移載ロボットにより基板１２０に実装する際に、半導体素子１０２と治具１２０の上部孔１２０ｂとの位置ずれにより、該半導体素子１０２の端部が上部孔１２０ｂの周縁部に接触して、実装ミスが発生する恐れがある。
半導体素子１０２の実装ミスが発生すると、該半導体素子１０２を基板１０１に適正に実装することができないばかりか、半導体素子１０２が破損する恐れもある。
しかし、半導体素子１０２の実装ミス発生を防止するために、該半導体素子１０２と前記上部孔１２０ｂとの間の隙間ｄを大きくすると、半導体素子１０２の基板１０１に対する高い位置精度を確保することができない。

そこで、本発明においては、半導体素子１０２等といった部品の基板１０１等といった基材に対する実装位置精度を高精度に維持しながら、前記部品の前記基材に対する実装ミスの発生を防止することができる、部品実装用治具、部品実装装置、および部品実装方法を提供するものである。

上記課題を解決する部品実装用治具、部品実装装置、および部品実装方法は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、部品を基材に実装する際に、該部品の基材に対する位置決めを行うための部品実装用治具であって、基材に対して所定の位置精度で設置されるベース台と、前記ベース台に取り付けられ、前記部品の基材に対する位置決めを行うための孔部を形成するパーツ部とを備え、前記ベース台とパーツ部とは、互いに線膨張率が異なる部材にて構成され、低温時における前記パーツ部と部品との隙間に対して、高温時における前記前記パーツ部と部品との隙間が小さくなる。

また、請求項２記載の如く、前記パーツ部は、前記ベース台よりも線膨張率が大きな部材にて構成され、前記ベース台には、前記基材が嵌装される孔部が形成され、前記パーツ部は、前記孔部内周面から内側に突出する部材にて構成される。

また、請求項３記載の如く、請求項１または請求項２に記載の部品実装用治具と、前記部品が載置される部品置き場と、前記基材が載置され、載置された基材に対して所定の位置精度で前記部品実装用治具がセットされる実装部と、前記部品置き場に載置される部品をチャックして前記実装部まで移載する移載装置と、前記実装部にセットされた部品実装用治具のセット位置を認識する第１の認識手段と、前記移載装置によりチャックされた部品のチャック位置を認識する第２の認識手段とを備える。

また、請求項４記載の如く、基材が嵌装される孔部が形成され、基材に対して所定の位置精度で設置されるベース台と、前記基材に実装される部品の該基材に対する位置決めを行うための部材であり、前記ベース台の孔部内周面から内側に突出するパーツ部とを備え、前記パーツ部が、前記ベース台よりも線膨張率が大きな部材にて構成される部品実装用治具を用いて、前記基材に対する部品の実装を行う部品実装方法であって、前記ベース台の孔部に基材を嵌装して、該基材に対して所定の位置精度で前記部品実装用治具を設置する工程と、前記パーツ部が突出する部分の前記孔部の位置を認識する工程と、前記基材に実装する部品を取り出す工程と、前記取り出した部品の取り出し位置を認識する工程と、認識した前記孔部の位置および前記部品の取り出し位置に基づき、前記取り出した部品を移動させて、前記パーツ部が突出する前記孔部に載置する工程と、前記部品実装用治具を加熱する工程とを含む。

以上のような構成により、常温時には、前記パーツ部と該パーツ部により形成される前記孔内に載置される部品との間の隙間を大きく設定して、部品を孔内に載置する際の実装ミスを防止することができるとともに、前記部品を基材に接合する際には、加熱により前記パーツ部を内側に伸長させて孔と部品との間の隙間を減少させ、部品の基材に対する実装位置精度を高くすることが可能となる。

また、請求項５記載の如く、部品を基材に実装する部品実装装置であって、基材が嵌装される下部孔、および前記下部孔の上方に配置され前記部品が嵌装される上部孔が形成され、前記基材に対する部品の位置決めを行う部品実装用治具と、前記部品が載置される部品置き場と、前記部品実装用治具を所定の位置精度で設置する治具位置決め部と、前記基材が載置される実装部と、前記部品置き場に載置される部品をチャックして前記治具位置決め部まで移載し、前記治具位置決め部に設置される部品実装用治具の上部孔に嵌装する移載装置と、前記上部孔に部品が嵌装された状態の部品実装用治具を前記部品とともに把持して、前記実装部まで移動し、該部品実装用治具の下部孔に前記基材を嵌装する実装用把持具と、前記移載装置によりチャックされた部品のチャック位置を認識する認識手段とを備えている。

また、請求項６記載の如く、基材が嵌装される下部孔、および前記下部孔の上方に配置され部品が嵌装される上部孔が形成され、前記基材に対する部品の位置決めを行う部品実装用治具と、前記上部孔に部品が嵌装された状態の部品実装用治具を前記部品とともに把持可能な実装用把持具とを備えた部品実装装置を用いて、前記基材に対して部品の実装を行う部品実装方法であって、前記部品実装用治具を基準位置に設置する工程と、前記基材に実装する部品を取り出す工程と、前記取り出した部品の取り出し位置を認識する工程と、認識した前記部品の取り出し位置に基づき、前記取り出した部品を移動させて、前記基準位置に設置された部品実装用治具の上部孔に載置する工程と、前記実装用把持具により部品実装用治具および上部孔に嵌装された部品を把持する工程と、前記部品実装用治具および部品を把持した実装用把持具を、前記基材が載置される場所まで移動させて、前記部品実装用治具の下部孔に前記基材を嵌装する工程とを含む。

以上のような構成により、部品と部品実装用治具の上部孔との位置ずれ量とを容易かつ低コストで小さくすることができ、前記上部孔の内周面と部品との間に形成される隙間を小さく構成したとしても、実装ミスを発生させずに前記上部孔に部品を嵌装させることが可能となる。
また、前記隙間が小さくなるように構成された上部孔に嵌装された部品を容易に基材にはんだ接合することが可能となり、部品の基材に対する実装精度を高精度にすることができる。

本発明によれば、部品を孔内に載置する際の実装ミスを防止することができるとともに、部品の基材に対する実装位置精度を高くすることが可能となる。

次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。

[第１の実施形態]
図１には、部品となる半導体素子２を基材となる基板１に実装する際に、該半導体素子２の基板１に対する位置決めを行うための部品実装用治具２０を備えた部品実装装置を示しており、該部品実装装置は、前記部品実装用治具２０と、前記基板１に実装される半導体素子２、および基板１と半導体素子２とをはんだ接合するはんだ箔４をストックしておくための部品置き場４１と、前記半導体素子２およびはんだ箔４を吸着コレット３６によりチャックして移動させるための移載装置である移載ロボット３７と、前記部品実装用治具２０がセットされ、前記基板１に半導体素子２を実装する場所となる実装部４２と、前記実装部４２に配置され、該実装部４２にセットされた部品実装用治具２０の位置を認識するための手段である第１カメラ３１と、前記吸着コレット３６によりチャックされた半導体素子２のチャック位置を認識するための手段である第２カメラ３２とを備えている。

このように構成される部品実装装置においては、まず基板１を前記実装部４２に載置するとともに、載置した基板１に前記部品実装用治具２０をセットし、セットした部品実装用治具２０の位置を第１カメラ３１により認識する。
次に、前記吸着コレット３６により半導体素子２をチャックして取り上げ、該半導体素子２を、前記移載ロボット３７により前記第２カメラ３２が配置される場所まで移動させ、該第２カメラ３２により半導体素子２のチャック位置を認識する。

その後、前記移載ロボット３７は、半導体素子２を前記実装部４２まで移動させて、前記第１カメラ３１にて認識した部品実装用治具２０の位置と、第２カメラ３２にて認識した半導体素子２のチャック位置に基づいて、該半導体素子２の実装位置を決定し、部品実装用治具２０がセットされた基板１上に半導体素子２を載置する。
なお、実際は、基板１に部品実装用治具２０をセットしてから、半導体素子２を基板１上に載置する前に、該半導体素子２を基板１上に載置するのと同様の工程により、該基板１上にはんだ箔が載置される。

図２、図３に示すように、前記部品実装用治具２０は、略四角筒形状に形成されるベース台２１と、該ベース台２１の各内周面から内側方向へ突出するパーツ部２２とを備えている。
前記パーツ部２２はブロック状の部材により形成されており、前記ベース台２１の内周面から内側方向へ突出するガイド部２２ａと、パーツ部２２をベース台２１に取り付けるための嵌合部２２ｂ・２２ｂとを備えている。
また、前記ベース台２１においては、各内周面の上部に嵌合凹部２１ａ・２１ａが形成されている。

そして、前記パーツ部２２の嵌合部２２ｂ・２２ｂを、前記ベース台２１の嵌合凹部２１ａ・２１ａに嵌合させることで、各パーツ部２２をベース台２１に取り付けている。
また、前記ベース台２１は、線膨張率が小さな部材、例えばカーボン等の部材にて構成され、前記パーツ部２２は、ベース台２１よりも線膨張率が大きな部材、例えばアルミニウム等の部材にて構成されている。

このように、各パーツ部２２をベース台２１に取り付けて構成される部品実装用治具２０においては、前記ベース台２１の各内周面下部により囲まれた空間となる下部孔２０ａと、および前記各パーツ部２２におけるガイド部２２ａの内周面により囲まれ、前記下部孔２０ａの上方に連続して形成される空間となる上部孔２０ｂとが構成されている。
前記下部孔２０ａは前記基板１を嵌装するための空間であり、前記上部孔２０ｂは前記半導体素子２および該半導体素子２を基板１に接合するためのはんだ箔４を嵌装するための空間である。

前記下部孔２０ａは基板１の外形形状に合わせた形状に形成され、その内径は基板１の外径と略同じに構成されており、下部孔２０ａの内周面と基板１との間には、該基板１を下部孔２０ａに嵌装するのに必要となる最小限の隙間ｄａが形成されている。
また、ベース台２１の各内周面に取り付けられる複数のパーツ部２２・２２・・・にて構成される前記上部孔２０ｂは、半導体素子２の外形形状に合わせた形状に形成され、上部孔２０ｂの内周面と半導体素子２との間には隙間ｄｂが形成されている。

このように構成される前記部品実装用治具２０を備えた部品実装装置により、半導体素子２を基板１に対して位置決めしつつ実装する際の手順について説明する。
図４（ａ）に示すように、まず、前記実装部４２に基板１を載置し、載置した基板１に部品実装用治具２０の下部孔２０ａを嵌装し、該基板１に対して所定の位置精度でセットした部品実装用治具２０の上部孔２０ｂの位置を第１カメラ３１にて認識する。
また、図４（ｂ）に示すように、前記部品置き場４１に載置されているはんだ箔４を、前記移載ロボット３７に設けられた吸着コレット３６によりチャックして取り出し、図４（ｃ）に示すように、吸着コレット３６にてチャックしたはんだ箔４のチャック位置を第２カメラ３２により認識する。

次に、図４（ｄ）に示すように、前記移載ロボット３７により、前記第１カメラ３１にて認識した部品実装用治具２０の上部孔２０ｂの位置、および前記第２カメラ３２にて認識したはんだ箔４のチャック位置に基づいて、該はんだ箔４を前記部品実装用治具２０における上部孔２０ｂの上方位置まで移動させるとともに、はんだ箔４の位置を補正して、はんだ箔４の位置と部品実装用治具２０の上部孔２０ｂとの位置を合わせた上で、該はんだ箔４を前記上部孔２０ｂに嵌装する。

また、はんだ箔４を上部孔２０ｂに嵌装した後、前記移載ロボット３７は部品置き場４１まで再度移動し、該部品置き場４１に載置されている半導体素子２を前記吸着コレット３６にてチャックする。
吸着コレット３６によりチャックされた半導体素子２は、前記はんだ箔４を部品実装用治具２０の上部孔２０ｂに嵌装する場合と同様の手順にて、該部品実装用治具２０の上部孔２０ｂに嵌装される。
つまり、基板１に部品実装用治具２０をセットした後に、前記部品置き場４１において吸着コレット３６により部品（はんだ箔４および半導体素子２）をチャックして実装部４２まで移動させ、チャックした部品を部品実装用治具２０の上部孔２０ｂに嵌装するという作業が２回繰り返し行われることとなる。
このように、部品実装用治具２０の上部孔２０ｂ内にはんだ箔４および半導体素子２を順に嵌装することで、該上部孔２０ｂ内にはんだ箔４および半導体素子２が積層状態で載置されることとなる。

さらに、図４（ｅ）に示すように、部品実装用治具２０に基板１がセットされ、セットされた基板１上にはんだ箔４および半導体素子２が順に載置された状態で、部品実装用治具２０は、はんだ箔４が溶融する温度まで加熱される。
加熱によりはんだ箔４が溶融した後、部品実装用治具２０は冷却されてはんだ箔４が凝固することで、半導体装置２が基板１にはんだ接合される。

ここで、前記部品実装装置により、半導体素子２（はんだ箔４）を基板１に対して位置決めしつつ実装する際には、図４（ａ）に示すように基板１にセットした部品実装用治具２０の上部孔２０ｂの位置を第１カメラ３１にて認識する際に認識誤差Ｅａが発生し、図４（ｃ）に示すように半導体素子２の吸着コレット３６によるチャック位置を第２カメラ３２にて認識する際に認識誤差Ｅｂが発生し、図４（ｄ）に示すように半導体素子２を部品実装用治具２０の上部孔２０ｂに嵌装する際に実装誤差Ｅｃが発生する。

このように、半導体素子２を基板１に対して実装するときには、前記認識誤差Ｅａ、認識誤差Ｅｂ、および実装誤差Ｅｃが生じるため、半導体素子２を部品実装用治具２０の上部孔２０ｂに嵌装する際に、前記移載ロボット３７により半導体素子２を上部孔２０ｂの中央位置に位置決めして載置したとしても、実際には図５に示すように、半導体装置２が、前記各誤差（Ｅａ・Ｅｂ・Ｅｃ）を合計した寸法だけ、上部孔２０ｂの中央位置からずれた状態で載置されることがある。

そこで、本部品実装用治具２０においては、上部孔２０ｂの内周面と半導体素子２との間に形成される隙間ｄｂの大きさを、前記各誤差（Ｅａ・Ｅｂ・Ｅｃ）を合計した寸法よりも大きく設定している。つまり、ｄｂ＞（Ｅａ＋Ｅｂ＋Ｅｃ）となるようにしている。
これにより、半導体装置２が、上部孔２０ｂの中央位置から各誤差（Ｅａ・Ｅｂ・Ｅｃ）の合計寸法分だけずれた状態で、該上部孔２０ｂに載置されたとしても、半導体装置２の端部が上部孔２０ｂの周縁部に接触することがなく、実装ミスは生じることなく、適正に載置することが可能となっている。

また、半導体素子２と上部孔２０ｂの内周面との間の隙間ｄｂを、前記各誤差（Ｅａ・Ｅｂ・Ｅｃ）の合計寸法よりも大きく形成すると、該隙間ｄｂは、要求される半導体素子２の基板１に対する位置精度寸法よりも大きくなるため、上部孔２０ｂに嵌装された半導体素子２の基板１に対する位置精度は、そのままでは要求される位置精度寸法を守ることができない。

しかし、前記部品実装用治具２０においては、パーツ部２２がベース台２１よりも線膨張係数が高い部材にて構成されているので、該部品実装用治具２０を常温からはんだ箔４が溶融する温度にまで加熱すると、図６、図７に示すように、各パーツ部２２の膨張度合いがべース台２１の膨張度合いよりも大きくなり、前記パーツ部２２の内周面が内側方向に伸長して、上部孔２０ｂの内径が小さくなる。

その結果、半導体素子２と上部孔２０ｂの内周面との隙間が、常温時のｄｂよりも小さいｄｃとなる。この隙間ｄｃは、前記各誤差（Ｅａ・Ｅｂ・Ｅｃ）の合計寸法よりも小さくなるように設定されており、常温で上部孔２０ｂ内に載置された半導体素子２は、加熱により内側へ伸長した各パーツ部２２の内周面に当接して、その載置位置が基板１に対する適正な位置に補正されることとなる。
つまり、前記各誤差（Ｅａ・Ｅｂ・Ｅｃ）の合計寸法だけ上部孔２０ｂの中央位置からずれて載置されていた半導体装置２が、内側へ伸長する各パーツ部２２により、上部孔２０ｂの中央位置側へ移動されて、半導体装置２の基板１に対する位置ずれが補正され、該半導体装置２が高精度に位置決めされて基板１に実装されることとなる。

このように、部品実装用治具２０は、基板１の外周を囲むように配置されるベース台２１と、該ベース台２１よりも線膨張係数が大きな部材にて構成され、半導体基板２の外周を囲むように配置されるパーツ部２２とを備えているので、常温時には、該パーツ部２２により形成される上部孔２０ｂと該上部孔２０ｂ内に載置される半導体素子２との間の隙間ｄｂを大きく設定して、半導体素子２やはんだ箔４を上部孔２０ｂ内に載置する際の実装ミスを防止することができるとともに、はんだ箔４を溶融して半導体素子２を基板１にはんだ接合する際には、加熱により前記パーツ部２２を内側に伸長させて上部孔２０ｂと半導体素子２との間の隙間ｄｃを減少させ、半導体素子２の基板１に対する実装位置精度を高くすることが可能となっている。

[第２の実施形態]
また、前記部品実装装置は、次のように構成することもできる。
図８には、部品となる半導体素子２を基材となる基板１に実装する際に、該半導体素子２の基板１に対する位置決めを行うための部品実装用治具２５を備えた部品実装装置を示しており、該部品実装装置は、前記部品実装用治具２５と、前記半導体素子２およびはんだ箔４をストックしておくための部品置き場４１と、複数の基準ピン４３ａ・４３ａを備え、該基準ピン４３ａ・４３ａにより前記部品実装用治具２５を基準位置に所定の位置精度で機械的に位置決めして載置しておく治具位置決め部４３と、前記基板１に半導体素子２を実装する場所となる実装部４２と、前記半導体素子２およびはんだ箔４を吸着コレット３６によりチャックして、前記部品置き場４１から治具位置決め部４３へ移動させるための移載装置である移載ロボット３７と、前記部品実装用治具２５、半導体素子２、およびはんだ箔４を同時にチャックして、前記治具位置決め部４３から実装部４２まで移動させるための実装用把持具である実装ロボットヘッド２６と、前記吸着コレット３６によりチャックされた半導体素子２のチャック位置を認識するための第２カメラ３２を備えている。
なお、本例における部品実装装置に関して、前述の第１の実施形態と共通する部分については、その説明を省略する。

前記部品実装用治具２５は、略四角柱状のブロック部材の下部に前記基板１が嵌装可能な下部孔２５ａを形成し、上部に前記半導体素子２が嵌装可能な上部孔２５ｂを形成して構成されている。
前記下部孔２５ａは基板１の外形寸法に合わせて形成され、該下部孔２５ａの内径は、前記基板１の外径と略同じに形成されており、該下部孔２５ａと基板１との間には、該基板１を下部孔２５ａに嵌装するのに必要となる最小限の隙間が設けられている。
また、前記上部孔２５ｂは半導体素子２外形寸法に合わせて形成され、該上部孔２５ｂの内径は、前記半導体素子２の外径と略同じに形成されており、該上部孔２５ｂと半導体素子２との間には、該半導体素子２を上部孔２５ｂに嵌装するのに必要となる最小限の隙間が設けられている。

さらに、前記上部孔２５ｂと下部孔２５ａとは連通しており、前記下部孔２５ａに基板１を嵌装するとともに、前記上部孔２５ｂにはんだ箔４を介して前記半導体素子２を嵌装させ、該基板１および半導体素子２を嵌装した状態の部品実装用治具２５を加熱することで前記はんだ箔４を溶融させて、半導体素子２を基板１に対して位置決めしつつ実装するようにしている。
このように、部品実装用治具２５においては、前記下部孔２５ａは前記基板１を嵌装するための空間であり、前記上部孔２５ｂは前記半導体素子２およびはんだ箔４を嵌装するための空間に構成されている。

また、実装用治具２５には、前記治具位置決め部４３に立設される基準ピン４３ａ・４３ａが挿入されるピン挿入用孔２５ｃ・２５ｃが形成されており、前記部品実装用治具２５のピン挿入用孔２５ｃ・２５ｃに前記基準ピン４３ａ・４３ａを挿入して、該部品実装用治具２５を治具位置決め部４３に載置することで、部品実装用治具２５を基準位置に位置決めしてセットすることができるように構成されている。

また、前記実装ロボットヘッド２６は、盤状部材にて構成されるヘッド本体２６ａと該ヘッド本体２６ａから下方に延出し、前記部品実装用治具２をチャック可能なチャック爪２６ｂ・２６ｂを備えており、該チャック爪２６ｂとチャック爪２６ｂとの間における前記ヘッド本体２６ａの下面には電磁石２７が設けられている。
電磁石２７は、該電磁石２７に通電すると磁力を発生し、該電磁石２７への通電を停止すると磁力が消失するように構成されている。

このように構成される前記部品実装用治具２５を備えた部品実装装置により、半導体素子２を基板１に対して位置決めしつつ実装する際の手順について説明する。
図９（ａ）に示すように、まず、前記治具位置決め部４３において、前記部品実装用治具２５のピン挿入用孔２５ｃ・２５ｃに基準ピン４３ａ・４３ａを挿入して、該部品実装用治具２５を基準位置にセットする。
また、図９（ｂ）に示すように、前記部品置き場４１に載置されているはんだ箔４を、前記移載ロボット３７に設けられた吸着コレット３６によりチャックして取り出し、図９（ｃ）に示すように、吸着コレット３６にてチャックしたはんだ箔４のチャック位置を前記第２カメラ３２により認識する。

次に、図１０（ａ）に示すように、前記移載ロボット３７により、前記第２カメラ３２にて認識したはんだ箔４のチャック位置に基づいて、該はんだ箔４を基準位置にセットされた前記部品実装用治具２５における上部孔２５ｂの上方位置まで移動させるとともに、半導体素子２の位置を補正して、はんだ箔４の位置と前記上部孔２５ｂとの位置を合わせた上で、該はんだ箔４を前記上部孔２５ｂに嵌装する。

また、はんだ箔４を上部孔２５ｂに嵌装した後、前記移載ロボット３７は部品置き場４１まで再度移動し、該部品置き場４１に載置されている半導体素子２を前記吸着コレット３６にてチャックする。
吸着コレット３６によりチャックされた半導体素子２は、前記はんだ箔４を部品実装用治具２５の上部孔２５ｂに嵌装する場合と同様の手順にて、該部品実装用治具２５の上部孔２５ｂに嵌装される。
このように、部品実装用治具２５の上部孔２５ｂ内にはんだ箔４および半導体素子２を順に嵌装することで、該上部孔２５ｂ内にはんだ箔４および半導体素子２が積層状態で載置されることとなる。

上部孔２５ｂ内にはんだ箔４および半導体素子２を載置した後、前記実装ロボットヘッド２６を部品実装用治具２５のセット位置まで移動させ、該実装ロボットヘッド２６のチャック爪２６ｂ・２６ｂにより、該部品実装用治具２５をチャックする。
チャック爪２６ｂ・２６ｂにて部品実装用治具２５をチャックすると、実装ロボットヘッド２６のヘッド本体２６ａの下面に設けられる電磁石２７に電流が流れるように構成されており、図１０（ｂ）に示すように、該部品実装用治具２５をチャックした状態においては、前記ヘッド本体２６ａの下面と部品実装用治具２５の上面とが近接するため、磁性体を含むはんだ箔４が前記電磁石２７により吸着される。
この場合、上部孔２５ｂ内においては、下層にはんだ箔４が載置され、上層に半導体素子２が載置されているため、電磁石２７とはんだ箔４との間に介装されることとなる半導体素子２も、はんだ箔４とともに電磁石２７に吸着される。

このように、部品実装用治具２５をチャックするとともに、はんだ箔４および半導体素子２を吸着した実装ロボットヘッド２６は、図１０（ｃ）に示すように、前記実装部４２に移動して、チャックしている部品実装用治具２５の下部孔２５ａに、該実装部４２に載置してある基板１を嵌装する。
部品実装用治具２５の下部孔２５ａに基板１を嵌装した後は、実装ロボットヘッド２６における電磁石２７への通電を停止して、該電磁石２７の磁力を消失させるとともに、該実装ロボットヘッド２６による部品実装用治具２５のチャック状態を解除する。

前記電磁石２７の磁力が消失すると、はんだ箔４の電磁石２７に対する吸着状態が解除され、はんだ箔４および半導体素子２は、上部孔２５ｂ内を落下し、下部孔２５ａに嵌装された基板１上に載置される。
このように、基板１が部品実装用治具２５の下部孔２５ａに嵌装され、上部孔２５ｂにはんだ箔４および半導体素子２が嵌装されることで、該部品実装用治具２５により半導体素子２およびはんだ箔４の基板１に対する位置決めがなされる。
この位置決めがなされた状態において、部品実装用治具２５を加熱してはんだ箔４を溶融させ、その後部品実装用治具２５を冷却してはんだ箔４を凝固させることで、半導体素子２と基板１とのはんだ接合が行われる。

ここで、前記部品実装装置により、半導体素子２を基板１に対して位置決めしつつ実装する際には、図９（ａ）に示すように、前記部品実装用治具２５のピン挿入用孔２５ｃ・２５ｃに、治具位置決め部４３の基準ピン４３ａ・４３ａを挿入して、該部品実装用治具２５を基準位置にセットする際にセット位置誤差Ｅｄが発生し、図９（ｃ）に示すように半導体素子２（はんだ箔４）の吸着コレット３６によるチャック位置を第２カメラ３２にて認識する際に前記認識誤差Ｅｂが発生し、図１０（ａ）に示すように半導体素子２（はんだ箔４）を部品実装用治具２５の上部孔２５ｂに嵌装する際に実装誤差Ｅｅが発生する。

このように、半導体素子２を基板１に対して実装するときには、前記セット位置誤差Ｅｄ、認識誤差Ｅｂ、および実装誤差Ｅｅが生じるため、半導体素子２を部品実装用治具２５の上部孔２５ｂに嵌装する際に、前記移載ロボット３７により半導体素子２を上部孔２５ｂの中央位置に位置決めして載置したとしても、半導体装置２が、前記各誤差（Ｅａ・Ｅｂ・Ｅｃ）を合計した寸法だけ、上部孔２５ｂの中央位置からずれた状態で載置されることがある。

そこで、本部品実装用治具２５においては、図１１に示すように、上部孔２５ｂの内周面と半導体素子２との間に形成される隙間ｄｅの大きさを、前記各誤差（Ｅｄ・Ｅｂ・Ｅｅ）を合計した寸法よりも大きく設定している。つまり、ｄｅ＞（Ｅｄ＋Ｅｂ＋Ｅｅ）となるようにしている。
これにより、半導体装置２が、上部孔２５ｂの中央位置から各誤差（Ｅｄ・Ｅｂ・Ｅｅ）の合計寸法分だけずれた状態で、該上部孔２５ｂに載置されたとしても、半導体装置２の端部が上部孔２５ｂの周縁部に接触することがなく、実装ミスは生じることなく、適正に載置することが可能となっている。

この場合、前記セット位置誤差Ｅｄは、前記治具位置決め部４３における基準ピン４３ａ・４３ａ、および後部品実装用治具２５におけるピン挿入用孔２５ｃ・２５ｃの機械加工精度に依存している。
一方、前述の従来技術において、基板１０１にセットした治具１２０の位置をカメラ１３１にて認識する際に生じる認識誤差Ｅｘは、該カメラ１３１の解像度に依存するところが大きい。

前記認識誤差Ｅｘを小さくするためには、前記カメラ１３１の画素数を増加させること等により、認識誤差Ｅｘに大きな影響を与えるカメラ１３１の解像度高くればよいが、部品実装装置に用いるカメラ１３１の解像度を高くすればするほど、装置が高価になってしまう。
これに対し、前記セット位置誤差Ｅｄを小さくするためには、前記基準ピン４３ａ・４３ａおよびピン挿入用孔２５ｃ・２５ｃの機械加工精度を高くすればよく、前記認識誤差Ｅｘと同等の大きさのセット位置誤差Ｅｄを得るために必要な機械加工精度を実現するための費用は、前記カメラ１３１の高解像度化に要する費用よりも少なくてすむ。

従って、本例のように、部品実装用治具２５を基準ピン４３ａ・４３ａに挿入して該部品実装用治具２５の位置決めを行う構成の方が、従来技術のように、カメラ１３１により治具１２０の位置を認識する構成よりも、発生する誤差を低コストで容易に小さくすることが可能である。
つまり、容易かつ低コストで、認識誤差Ｅｘ＞セット位置誤差Ｅｄとすることができ、さらには、本例における半導体装置２の上部孔２５ｂへの実装時に発生する、該半導体装置２と上部孔２５ｂとの位置ずれ量（Ｅｄ＋Ｅｂ＋Ｅｅ）を、従来の半導体装置１０２の上部孔１２０ｂへの実装時に発生する、該半導体装置１０２と上部孔１２０ｂとの位置ずれ量（Ｅｘ＋Ｅｙ＋Ｅｚ）よりも小さくすることが可能となる。

このように、本例では、半導体装置２と上部孔２５ｂとの位置ずれ量（Ｅｄ＋Ｅｂ＋Ｅｅ）を小さくすることができるので、上部孔２５ｂの内周面と半導体素子２との間に形成される前記隙間ｄｅを小さく構成したとしても、実装ミスを発生させずに前記上部孔２５ｂに半導体素子２を嵌装させることが可能となっている。

また、前記実装ロボットヘッド２６においては、ヘッド本体２６ａの下面に電磁石２７を設けているので、該電磁石２７により、磁性体を含むはんだ箔４、および該はんだ箔４と電磁石２７との間に介装される半導体素子２を吸着して、チャック爪２６ｂ・２６ｂにてチャックした部品実装用治具２５とともに移動させることが可能となっている。
従って、前記部品実装用治具２５における下部孔２５ａを、上部孔２５ｂに半導体素子２およびはんだ箔４を嵌装した状態のままで、実装部４に載置してある基板１に嵌装させることができる。
これにより、前記隙間ｄｅが小さくなるように構成された上部孔２５ｂに嵌装された半導体素子２を容易に基板１にはんだ接合することが可能となり、半導体素子２の基板１に対する実装精度を高精度にすることができる。

第１の実施形態における部品実装用治具を備えた部品実装装置を示す斜視図である。 第１の実施形態における部品実装用治具を示す平面図である。 第１の実施形態における部品実装用治具を示す側面断面図である。 第１の実施形態における部品実装方法の手順を示す図である。 半導体素子を部品実装用治具の上部孔に嵌装する際の上部孔と半導体素子との位置ずれを示す側面断面図である。 第１の実施形態における高温時の部品実装用治具を示す平面図である。 第１の実施形態における高温時の部品実装用治具を示す側面断面である。 第２の実施形態における部品実装装置を示す側面断面図である。 第２の実施形態における部品実装方法の手順の、部品実装用治具を治具位置決め部にセットする工程から、吸着コレットによりチャックしたはんだ箔のチャック位置を認識する工程までを示す図である。 第２の実施形態における部品実装方法の手順の、治具位置決め部にセットした部品実装用治具にはんだ箔を嵌装する工程から、はんだ箔および半導体素子を嵌装した状態の部品実装治具を基板に嵌装する工程までを示す図である。 第２の実施形態における部品実装治具の上部孔と半導体素子との間の隙間を示す側面断面図である。 従来の部品実装治具を示す側面断面図である。 従来の部品実装方法の手順を示す図である。

符号の説明

１ 基板
２ 半導体素子
４ はんだ箔
２０ 部品実装用治具
２０ａ 下部孔
２０ｂ 上部孔
２１ ベース台
２２ パーツ部
３１ 第１カメラ
３２ 第２カメラ
３６ 吸着コレット
３７ 移載ロボット
４１ 部品置き場
４２ 実装部
４３ 治具位置決め部

Claims (6)

1. 部品を基材に実装する際に、該部品の基材に対する位置決めを行うための部品実装用治具であって、
   基材に対して所定の位置精度で設置されるベース台と、
   前記ベース台に取り付けられ、前記部品の基材に対する位置決めを行うための孔部を形成するパーツ部とを備え、
   前記ベース台とパーツ部とは、互いに線膨張率が異なる部材にて構成され、
   低温時における前記パーツ部と部品との隙間に対して、高温時における前記パーツ部と部品との隙間が小さくなるようにした、
   ことを特徴とする部品実装用治具。
2. 前記パーツ部は、前記ベース台よりも線膨張率が大きな部材にて構成され、
   前記ベース台には、前記基材が嵌装される孔部が形成され、
   前記パーツ部は、前記孔部内周面から内側に突出する部材にて構成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の部品実装用治具。
3. 請求項１または請求項２に記載の部品実装用治具と、
   前記部品が載置される部品置き場と、
   前記基材が載置され、載置された基材に対して所定の位置精度で前記部品実装用治具がセットされる実装部と、
   前記部品置き場に載置される部品をチャックして前記実装部まで移載する移載装置と、
   前記実装部にセットされた部品実装用治具のセット位置を認識する第１の認識手段と、
   前記移載装置によりチャックされた部品のチャック位置を認識する第２の認識手段とを備える、
   ことを特徴とする部品実装装置。
4. 基材が嵌装される孔部が形成され、基材に対して所定の位置精度で設置されるベース台と、前記基材に実装される部品の該基材に対する位置決めを行うための部材であり、前記ベース台の孔部内周面から内側に突出するパーツ部とを備え、前記パーツ部が、前記ベース台よりも線膨張率が大きな部材にて構成される部品実装用治具を用いて、前記基材に対する部品の実装を行う部品実装方法であって、
   前記ベース台の孔部に基材を嵌装して、該基材に対して所定の位置精度で前記部品実装用治具を設置する工程と、
   前記パーツ部が突出する部分の前記孔部の位置を認識する工程と、
   前記基材に実装する部品を取り出す工程と、
   前記取り出した部品の取り出し位置を認識する工程と、
   認識した前記孔部の位置および前記部品の取り出し位置に基づき、前記取り出した部品を移動させて、前記パーツ部が突出する前記孔部に載置する工程と、
   前記部品実装用治具を加熱する工程とを含む、
   ことを特徴とする部品実装方法。
5. 部品を基材に実装する部品実装装置であって、
   基材が嵌装される下部孔、および前記下部孔の上方に配置され前記部品が嵌装される上部孔が形成され、前記基材に対する部品の位置決めを行う部品実装用治具と、
   前記部品が載置される部品置き場と、
   前記部品実装用治具を所定の位置精度で設置する治具位置決め部と、
   前記基材が載置される実装部と、
   前記部品置き場に載置される部品をチャックして前記治具位置決め部まで移載し、前記治具位置決め部に設置される部品実装用治具の上部孔に嵌装する移載装置と、
   前記上部孔に部品が嵌装された状態の部品実装用治具を前記部品とともに把持して、前記実装部まで移動し、該部品実装用治具の下部孔に前記基材を嵌装する実装用把持具と、
   前記移載装置によりチャックされた部品のチャック位置を認識する認識手段とを備えている、
   ことを特徴とする部品実装装置。
6. 基材が嵌装される下部孔、および前記下部孔の上方に配置され部品が嵌装される上部孔が形成され、前記基材に対する部品の位置決めを行う部品実装用治具と、
   前記上部孔に部品が嵌装された状態の部品実装用治具を前記部品とともに把持可能な実装用把持具とを備えた部品実装装置を用いて、前記基材に対して部品の実装を行う部品実装方法であって、
   前記部品実装用治具を基準位置に設置する工程と、
   前記基材に実装する部品を取り出す工程と、
   前記取り出した部品の取り出し位置を認識する工程と、
   認識した前記部品の取り出し位置に基づき、前記取り出した部品を移動させて、前記基準位置に設置された部品実装用治具の上部孔に載置する工程と、
   前記実装用把持具により部品実装用治具および上部孔に嵌装された部品を把持する工程と、
   前記部品実装用治具および部品を把持した実装用把持具を、前記基材が載置される場所まで移動させて、前記部品実装用治具の下部孔に前記基材を嵌装する工程とを含む、
   ことを特徴とする部品実装方法。
   

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