JP2009060147A - 部品実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速で部品を実装できる部品実装方法を提供する。
【解決手段】 実装ヘッド１１を部品供給位置Ｂに移動させて供給された部品２を保持し、その間に部品認識手段２４と基板認識手段２５を有する認識ヘッド２１を基板１５上に移動させて基板認識手段２５にて基板１５の部品実装位置を認識し、次に部品供給位置Ｂと基板１５との間に設定された部品認識位置Ｄに実装ヘッド１１と認識ヘッド２１を移動させて部品認識手段２４にて部品２を認識し、次に認識ヘッド２１を退避移動させるとともに実装ヘッド１１を基板１５上に移動させて部品２を基板１５に実装するようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば携帯電話に用いられるＳＡＷフィルタなどの製造過程において、ＩＣチップなどの部品を基板に超音波接合にて実装する部品実装方法に関するものである。

近年、携帯電話などの小型情報端末を始めとする電気製品の高周波化、小型軽量化に対応すべく、その中に組み込まれるＳＡＷフィルタなどの電子部品の高周波化、小型軽量化が望まれている。

それを実現するためには、基板上の電極と部品側の電極を直接接続するフリップチップという部品実装方法が有力であり、その中でも装着後の回路の高周波対応、装着工程削減によるコスト削減の観点から、基板上の金等の電極に対して部品側の金等の電極を位置決めして接触させた上で超音波振動を加えることにより、電極同士を原子間結合させる超音波接合が有力である。

従来の上記フリップチップによる部品実装方法においては、図５、図６に示すように、まず工程（ａ）で部品（ＩＣチップ）４１を所定位置に供給する部品供給部４２の上方に実装ヘッド４３が移動するとともに、上下視野光学認識装置４４が基板４５上に移動して基板４５上の２点を認識して基板４５の位置を認識する基板位置認識を開始し、次に工程（ｂ）で実装ヘッド４３に部品４１を受け渡し、基板４５の位置認識の完了を待ち、次に工程（ｃ）で実装ヘッド４３が基板４５上の装着位置の上方に移動し、上下視野光学認識装置４４にて実装ヘッド４３にて保持された部品４１の２点を認識して部品４１の位置認識を行い、次に工程（ｄ）で上下視野光学認識装置４４を待避移動させた後実装ヘッド４３を下降させて部品４１の電極と基板４５の電極を位置決めして接触させ、実装ヘッド４３に超音波（ＵＳ）を印加して基板４５に部品４１を接合していた。

以上の実装工程のサイクルタイムは、例えば図６に示すように、工程（ａ）〜（ｃ）に２．４ｓｅｃを要し、工程（ｄ）の部品装着に０．９ｓｅｃ（その内、超音波接合に０．５ｓｅｃ）を要するため、全体で３．３ｓｅｃに１個の割合で基板４５に部品４１を実装するものであった。

ところが、上記実装方法では、実装ヘッド４３が実装位置に移動した後部品４１を光学認識し、その後上下視野光学認識装置４４の待避移動が完了した後でないと、実装ヘッド４３が実装動作に移れないため、動作上の時間ロスが大きく、１つの部品４１を実装するのにかなりの時間を要することになるため、高速化することが望まれている。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、高速で部品を実装できる部品実装方法を提供することを目的とする。

本発明の部品実装方法は、実装ヘッドを部品供給位置に移動させて供給された部品を保持する部品保持工程と、この部品保持工程の間に部品認識手段と基板認識手段を有する認識ヘッドを基板上に移動させて基板認識手段にて基板の部品実装位置を認識する工程と、部品供給位置と基板との間に設定された部品認識位置又は部品認識移動領域に実装ヘッドと認識ヘッドを移動させて部品認識手段にて停止又は移動しながら部品位置を認識する工
程と、認識ヘッドを退避移動させるとともに実装ヘッドを基板上に移動させて部品を基板に実装する工程とを有するものであり、部品供給位置で部品を保持した後、基板上へ移動する間に部品認識手段にて部品のパターン面を認識することにより、その後実装ヘッドが実装位置まで移動する間に認識ヘッドを待避移動させることができるともに、その間に部品認識データの処理を行うことができ、そのまま実装ヘッドにて部品を基板上に位置決めして超音波接合することができ、１つの部品の実装のサイクルタイムを短縮して部品の高速実装を実現することができる。

また、部品の認識を一括して行うと、部品の認識時間を短縮でき、一層の高速実装を実現することができる。

また、部品認識後、実装ヘッドを基板上に向けて水平移動させつつ認識ヘッドと干渉しない位置で実装ヘッドを基板に向けて下降させると、実装ヘッドが接合位置に向けて斜めに移動することによって移動経路長が短くなるとともに、加速度変化も緩やかになるため高速移動できてさらに高速実装を実現することができる。

また、上記工程で部品を基板に仮接合した後、基板を次の本接合手段に搬送して本接合し、若しくは基板上に部品を位置決め配置し仮接合し、その後基板上の部品を基板に本接合すると、仮接合時間は例えば０．１ｓｅｃ程度でよく、一度に本接合する場合には０．５〜１．０ｓｅｃ必要とするのに比して接合時間を格段に短くでき、本接合を別途に平行して行うことにより１つの部品の実装のサイクルタイムを大幅に短縮することができる。

本発明よれば、以上のように部品供給位置で部品を保持した後、基板上へ移動する間に部品認識手段にて部品のパターン面を認識することにより、その後実装ヘッドが実装位置まで移動する間に認識ヘッドを待避移動させることができるとともに、その間に部品認識データの処理を行うことができ、そのまま実装ヘッドにて部品を基板上に位置決めして超音波接合することができ、１つの部品の実装のサイクルタイムを短縮して部品の高速実装を実現することができる。

以下、本発明の部品実装方法の一実施形態について図１〜図４を参照しながら説明する。

まず、本実施形態の部品実装装置の要部構成を図１を参照して説明する。１は部品取出部であり、実装すべき部品２である個々のＩＣチップにダイシングされ、エキスパンドされた状態のエキスパンドウエハ３が配置されている。この部品取出部１はＸ方向及びＹ方向に移動可能なＸＹテーブル４上に設置され、エキスパンドウエハ３の任意の部品２を所定の部品取出位置Ａに位置決め可能に構成されている。部品取出位置Ａの下部には部品２を突き上げる突き上げ手段５が配設され、上部には部品２を認識するための認識カメラ６が配設されている。

７は部品取出位置Ａの上部とその側方の部品供給位置Ｂとの間でＸ方向に往復移動可能な部品供給反転手段であり、Ｘ軸方向に移動可能な移動台８に昇降可能に昇降台９が設けられ、この昇降台９に水平軸芯回りに鉛直方向下向きと上向きに１８０°反転回動可能な部品保持ノズル１０が配設されている。この部品供給反転手段７にて、部品取出位置Ａで突き上げられた部品２が部品供給位置Ｂに搬送されるとともに上下に１８０°反転されて電極（金バンプ）を形成したパターン面が下向きにされた状態で供給される。

１１は実装ヘッドであり、Ｘ軸ロボット１２にてＸ軸方向に往復移動可能に構成されて
いる。Ｘ軸ロボット１２の一端部は部品供給位置Ｂの後部に配設され、このＸ軸ロボット１２の他端部の前部にＹ軸ロボット１３が配設されている。Ｙ軸ロボット１３には基板位置決め部１４がＹ軸方向に移動可能に搭載され、部品２を実装する基板１５を保持するように構成されている。基板位置決め部１４は、ヒータを内蔵したヒータブロックを備え、その上に基板１５を吸着固定するとともに、超音波接合に適した温度に加熱するように構成されている。

実装ヘッド１１は、図１及び図２に示すように、Ｘ軸ロボット１２の可動台１６に装着され、送りねじ機構による昇降機構部１７と、吸引機構部１８と、部品２を吸着するボンディングツール２０と、ボンディングツール２０に超音波振動を印加する超音波ホーン１９を備えており、部品供給位置Ｂと部品実装位置Ｃの間でＸ軸方向に移動するとともにＨ軸方向に昇降動作し、部品供給位置Ｂでボンディングツール２０の下面に部品２を吸着保持し、部品実装位置Ｃで基板１５に超音波接合するように構成されている。

２１は認識ヘッドであり、Ｘ軸ロボット１２の下部に配設されたＸ軸ガイド２２に沿って部品供給位置とＹ軸ロボット１３の間に設定された原点位置とＹ軸ロボット１３上との間で往復移動可能な可動ブロック２３に、実装ヘッド１１に保持された部品２を下方から光学的に認識する部品認識手段２４と基板１５の部品実装位置を上方から光学的に認識する基板認識手段２５とがＸ軸方向に適当間隔あけて並列して配設されている。

以上の構成において、基板１５に部品２を超音波接合する際には、部品取出部１においてＸＹテーブル４にてエキスパンドウエハ３の各部品２を順次認識カメラ６で認識しつつ部品取出位置Ａに位置決めし、突き上げ手段５にて突き上げ、部品供給反転手段７の部品保持ノズル１０にて吸着保持して取り出し、部品供給位置Ｂに搬送するとともに部品保持ノズル１０を１８０°反転させて部品２をその電極形成面を下向きにして部品供給位置Ｂに順次供給する。一方、基板位置決め部１４上には図示しない搬送手段にて順次基板１５が供給され、部品２を実装後に排出される。

これらの工程の間において、部品供給位置Ｂに供給された部品２を実装位置Ｃで基板１５に実装する動作の詳細を、図３の工程（ａ）〜（ｅ）及び図４のタイミングチャートを参照して説明する。

まず、工程（ａ）で実装ヘッド１１が部品供給位置Ｂに向けて移動して位置決めされ、部品２の受け渡しのために下降する。その間に、認識ヘッド２１が原点位置からその基板認識手段２５が基板１５上の第１の認識位置に対向するように移動し、基板１５の第１の認識位置の認識を行う。次に、工程（ｂ）で実装ヘッド１１によって部品供給反転手段７にて部品供給位置Ｂに供給された部品２を保持した後上昇する。この間に、認識ヘッド２１がその基板認識手段２５が基板１５上の第２の認識位置に対向するように移動するとともに、第１の認識位置の認識データの処理を行い、基板１５の第２の認識位置の認識を行う。次に、工程（ｃ）で実装ヘッド１１が部品供給位置Ｂと部品実装位置Ｃとの間に設定された部品認識位置Ｄに移動させて位置決めされ、それと同時に第２の認識位置の認識データの処理を行うとともに、認識ヘッド２１がその部品認識手段２４が部品認識位置Ｄに位置するように移動して位置決めされ、部品２が部品認識手段２４にて一括して認識される。次に、工程（ｄ）で部品２の認識データの処理を行うとともに認識ヘッド２１を原点位置に向けて待避移動させ、それと同時に実装ヘッド１１を部品実装位置Ｃに向けて移動させる。その際に、実装ヘッド１１と認識ヘッド２１が相互に干渉しない位置まで移動すると、実装ヘッド１１を基板１５に向けて下降移動を開始させる。次に、工程（ｅ）で実装ヘッド１１にて部品２を基板１５に圧接させた状態で超音波ホーン１９にて超音波振動を０．５ｓｅｃ印加することにより部品２を基板１５に超音波接合する。

以上のように本実施形態によれば、部品供給位置Ｂで部品２を保持した後、基板１５上へ移動する間に部品認識位置Ｄで部品認識手段２５にて部品２のパターン面を認識することにより、その後実装ヘッド１１が部品実装位置Ｃまで移動する間に認識ヘッド２１を待避移動させることができるとともに、その間に部品認識データの処理を行うことができ、そのまま実装ヘッド１１にて部品２を基板１５上に位置決めして超音波接合することができ、１つの部品２の実装のサイクルタイムを短縮して部品の高速実装を実現することができる。また、部品２を一括認識しているので、部品の認識動作時間を短縮でき、一層の高速実装を実現することができる。

また、部品２の認識後に実装ヘッド１１を基板１５上に向けて水平移動させつつ認識ヘッド２１と干渉しない位置で基板１５に向けて下降動作させているので、実装ヘッド１１が接合位置に向けて斜めに移動することによって移動経路長が短くなるとともに、加速度変化も緩やかになるため高速移動できてさらに高速実装を実現することができる。

かくして、本実施形態によれば図４に示すように１つの部品２の実装サイクルタイムを２．０ｓｅｃとすることができ、従来の３．３ｓｅｃに比して格段の生産性向上を達成できる。

なお、上記実施形態では、実装ヘッド１１及び認識ヘッド２１を部品認識位置Ｄに停止させて部品２の認識を行うようにしたが、実装ヘッド１１が部品供給位置Ｂから部品実装位置Ｃに向けて移動する間に認識ヘッド２１を同期して移動させて部品２を認識するようにしてもよく、そうすると停止時間がないので一層高速実装を実現することができる。

また、上記実施形態では、基板位置決め部１４上で部品２に実装ヘッド１１にて０．５ｓｅｃ超音波振動を印加して基板１５に一度に本接合する例を示したが、例えば０．１ｓｅｃだけ超音波振動を印加することによって仮接合し、図１に仮想線で示すように、部品実装位置Ｃの側方に本接合手段３０を配設した本接合位置Ｅを配設し、移載手段３１にて部品２を仮接合した基板１５を本接合位置Ｅに移載して、上記実装工程と平行して本接合を行うようにしてもよい。そうすると、上記実装工程における接合時間を格段に短くでき、本接合を別途に平行して行うことにより１つの部品２の実装のサイクルタイムを大幅に短縮できる。

本発明の一実施形態の部品実装装置の要部の構成を示す斜視図である。 同実施形態の実装ヘッドの斜視図である。 同実施形態の部品実装方法の工程図である。 同実施形態の部品実装方法のタイミングチャートである。 従来例の部品実装方法の工程図である。 同従来例の動作時間の説明図である。

符号の説明

２ 部品
１１ 実装ヘッド
１４ 基板位置決め部
１５ 基板
２１ 認識ヘッド
２４ 部品認識手段
２５ 基板認識手段
３０ 本接合手段
３１ 移載手段
Ｂ 部品供給位置
Ｃ 部品実装位置
Ｄ 部品認識位置

Claims (4)

1. 実装ヘッドを部品供給位置に移動させて供給された部品を保持する部品保持工程と、この部品保持工程の間に部品認識手段と基板認識手段を有する認識ヘッドを基板上に移動させて基板認識手段にて基板の部品実装位置を認識する工程と、部品供給位置と基板との間に設定された部品認識位置又は部品認識移動領域に実装ヘッドと認識ヘッドを移動させて部品認識手段にて停止又は移動しながら部品位置を認識する工程と、認識ヘッドを退避移動させるとともに実装ヘッドを基板上に移動させて部品を基板に実装する工程とを有することを特徴とする部品実装方法。
2. 部品の認識を一括して行うことを特徴とする請求項１記載の部品実装方法。
3. 部品認識後、実装ヘッドを基板上に向けて水平移動させつつ認識ヘッドと干渉しない位置で実装ヘッドを基板に向けて下降させることを特徴とする請求項１記載の部品実装方法。
4. 実装ヘッドを部品供給位置に移動させて供給された部品を保持する部品保持工程と、この部品保持工程の間に部品認識手段と基板認識手段を有する認識ヘッドを基板上に移動させて基板認識手段にて基板の部品実装位置を認識する工程と、部品供給位置と基板との間に設定された部品認識位置又は部品認識移動領域に実装ヘッドと認識ヘッドを移動させて部品認識手段にて停止又は移動しながら部品位置を認識する工程と、認識ヘッドを退避移動させるとともに実装ヘッドを基板上に移動させて部品を基板に仮接合する工程と、基板を次の本接合手段に搬送して本接合する工程とを有することを特徴とする部品実装方法。

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