JP2010028041A

JP2010028041A - 電子部品の実装装置及び実装方法

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Publication number: JP2010028041A
Application number: JP2008191142A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Ito; 健一伊藤
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2028-07-24
Also published as: JP5078787B2

Abstract

【課題】この発明はキヤリアテープに大きな熱影響を与えずに電子部品を実装できるようにした実装装置を提供することにある。
【解決手段】キヤリアテープ１に電子部品１６を実装するとき、第２のヒータ３６によって加熱された実装ツール１８をその下端面がキヤリアテープの上面に近接する高さまで下降させて待機させてから第１のヒータ３５によって上記実装ツールよりも高い温度に加熱された実装ステージ１７を実装位置まで上昇させた後、実装ツールをさらに下降させてロードセル３７が検出する荷重に基いて実装荷重を制御装置２５によって制御してキヤリアテープに電子部品を実装する。
【選択図】図１

Description

この発明は実装ステージの上面に設けられた電子部品を、加圧ツールによって搬送位置決めされるキヤリアテープに実装する実装装置及び実装方法に関する。

たとえば、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）やＣＯＦ（Chip On Film）などの実装ではテープ状部品である、フィルム状のキヤリアテープに形成された端子部に半導体チップなどの電子部品を実装するようにしている。

一般に、上記キヤリアテープに電子部品を実装するための実装装置は、キヤリアテープが巻回された供給リールを有する。キヤリアテープには、デバイスホール及びこのデバイスホールに複数のリードが一端部を突出させて設けられた、上記端子部が構成されている。

上記供給リールから繰り出されたキヤリアテープは搬送レールに導かれる。搬送レールの中途部にはキヤリアテープの下方に対向して実装ステージが配置され、この実装ステージの上方には実装ツールが対向して配置されている。そして、上記実装ステージが上昇方向に駆動され、上記実装ツールが下降方向に駆動されることで、上記キヤリアテープのデバイスホールに突出して設けられたリードに電子部品が実装されるようになっている。

上記キヤリアテープに上記電子部品を実装する場合、この電子部品を単に加圧するだけでなく、上記実装ステージと上記実装ツールに設けられたヒータによって電子部品のバンプと上記リードを加熱し、上記バンプを溶融して上記キヤリアテープに形成されたリードに溶着させるようにしている。

従来、上記電子部品の実装は特許文献１に示されているように、まず、実装ステージの上面に電子部品が供給される。電子部品が供給された実装ステージは上昇方向に駆動されて実装高さ（実装位置）に位置決めされて待機する。ついで、実装ツールが下降方向に駆動され、キヤリアテープの端子部のリードが実装位置に位置決めされた上記電子部品のバンプに加圧される。それによって、上記リードが電子部品のバンプに溶着されることになる。
特開２００８−６６３３７号公報

このようにして、キヤリアテープに電子部品を実装するようにすると、加圧ツールによってキヤリアテープのリードを電子部品のバンプに加圧する前から、上記リードが加圧されて電子部品の実装が終了するまでの長い間、実装ステージは実装位置に位置決めされた状態で維持されることになる。

そのため、キヤリアテープの上記実装ツールの上方に位置する電子部品が実装される被実装部位は、実装の開始から終了までの長い時間にわたりヒータによって加熱された実装ステージによって熱影響を受けることになるから、キヤリアテープの被実装部位に伸びが生じ、実装精度の低下を招くということがあるばかりか、キヤリアテープが熱影響を受けることで品質が低下するということもある。

しかも、最近ではキヤリアテープが薄肉化する傾向にある。キヤリアテープが薄肉化すると耐熱性が低下する。そのため、薄肉化したキヤリアテープが熱影響を受けると、伸びの影響や品質低下が顕著になるということがあり、好ましくない。

この発明は、キヤリアテープが実装ステージから受ける熱影響を低減す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、キヤリアテープに電子部品を実装する実装装置であって、
上記キヤリアテープを搬送位置決めする搬送手段と、
上記キヤリアテープの下方に配置されステージ駆動手段によって上下方向に駆動されるとともに、上面に上記電子部品が供給される実装ステージと、
この実装ステージを加熱する第１のヒータと、
上記キヤリアテープの上方に配置されツール駆動手段によって上下方向に駆動されるとともに、下降方向に駆動されたときに上記キヤリアテープの上記実装ステージに対向する部分を加圧してその部分に上記電子部品を実装する実装ツールと、
この実装ツールを上記実装ステージよりも低い温度で加熱する第２のヒータと、
上記実装ツールによって上記電子部品が上記キヤリアテープに実装されるときにその実装荷重を検出する荷重検出手段と、
上記キヤリアテープに上記電子部品を実装するときに上記実装ステージと上記実装ツールの駆動を制御する制御手段を具備し、
上記制御手段は、上記実装ツールをその下端面が上記キヤリアテープの上面に近接する高さまで下降させて待機させてから上記実装ステージを実装位置まで上昇させた後、上記実装ツールをさらに下降させて上記荷重検出手段が検出する荷重に基いて上記キヤリアテープに上記電子部品を実装させることを特徴とする電子部品の実装装置にある。

上記制御手段は、実装ツールをキヤリアテープの上面に近接する待機位置までの下降を高速度で行い、待機位置から実装位置までの下降を待機位置までの下降に比べて低速度で行うことが好ましい。

この発明は、実装ステージの上面に載置された電子部品を実装ツールによってキヤリアテープに実装する実装方法であって、
上記実装ツールを所定温度に加熱してその下端面がキヤリアテープの上面に近接する位置まで下降させて待機させる工程と、
上記実装ステージを上記実装ツールよりも高い温度に加熱してその上面が実装位置となる高さまで上昇させる工程と、
上記実装ツールを待機した下降位置からさらに下降させて上記キヤリアテープに上記電子部品を実装する工程と
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。

上記キヤリアテープに上記電子部品を実装するときにこの電子部品に加わる荷重を検出する工程と、
検出された荷重に基いて上記実装ツールによる上記電子部品の実装を制御する工程と
をさらに備えていることが好ましい。

この発明によれば、実装ステージよりも低い温度に加熱された実装ツールをキヤリアテープに接近する高さに下降させて待機させてから実装ツールよりも高い温度に加熱された実装ステージを実装位置の高さまで上昇させた後、実装ステージを下降させてキヤリアテープに電子部品を実装する。

そのため、実装ステージを予め実装位置の高さまで上昇させて待機させる場合に比べ、キヤリアテープが実装ステージから熱影響を受ける時間を短縮できる。実装ツールはキヤリアテープに熱影響を与える時間が長くなるが、実装ステージよりも低い温度であるため、キヤリアテープに与える熱影響が少ないから、キヤリアテープに与える熱影響を低減させることができる。

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１はキヤリアテープ１に電子部品を実装するための実装装置を示す。この実装装置は装置本体２を有し、この装置本体２の一端部にはローダ部３、他端部にはアンローダ部４、中央部には実装部５が設けられている。

上記ローダ部３は、上記キヤリアテープ１が巻回された供給リール７を有する。キヤリアテープ１には、図２に示すようにデバイスホール８ａ及びデバイスホール８ａに一端部を突出させて設けられたリード８ｂを有する端子部８が所定間隔で形成されている。そして、キヤリアテープ１は端子部８のリード８ｂを保護するスペーサテープ９ａと重ねて上記供給リール７に巻回されている。

上記キヤリアテープ１の幅方向両端部には長手方向に対して所定のピッチＧで矩形状のパーフォレーション１１が形成されている。上記デバイスホール８ａはパーフォレーション１１のピッチＧの２倍の間隔で形成されている。そして、上記端子部８に対して図２に鎖線で示す電子部品１６が後述するように位置決めされて実装される。

上記供給リール７から繰り出されたキヤリアテープ１は搬送レール１３に導かれ、この搬送レール１３から後述する巻き取りリール２３に巻き取られる。搬送レール１３は上記ローダ部３から上記アンローダ部４にわたって設けられている。なお、上記供給リール７と巻き取りリール２３によってキヤリアテープ１を搬送レール１３に沿って搬送位置決めする搬送手段を構成している。

上記キヤリアテープ１は上記供給リール７と搬送レール１３の一端との間でたるみが生じるよう上記供給リール７から繰り出されている。このキヤリアテープ１のたるみ量は第１の下部センサ１５ａと第１の上部センサ１５ｂとで検知されて制御される。

つまり、キヤリアテープ１のたるみ量が大きくなり、そのたるみを第１の下部センサ１５ａが検知すると、上記供給リール７によるキヤリアテープ１の繰り出しが停止される。キヤリアテープ１のたるみが小さくなり、そのたるみが第１の上部センサ１５ｂによって検知されなくなると、上記供給リール７によってキヤリアテープ１が繰り出される。それによって、キヤリアテープ１のたるみ量が所定の範囲になるよう制御される。
なお、上記供給リール７からキヤリアテープ１とともに繰り出されたスペーサテープ９ａはスペーサテープ巻き取りリール２１に巻き取られる。

図３に示すように、上記実装部５ではキヤリアテープ１に半導体チップなどの上記電子部品１６が実装される。実装部５には実装手段５Ａを構成する実装ステージ１７、実装ツール１８及び開閉駆動される上下一対のクランパ１８ａ（図１に示す）を有する。実装ステージ１７はステージ駆動手段１９によってＸ、Ｙ及びθ方向に駆動され、実装ツール１８はツール駆動手段２０によってＸ、Ｙ、θ及びＺ方向に駆動される。

上記実装ステージ１７には、この上面に供給される電子部品１６を加熱する第１のヒータ３５が設けられ、上記実装ツール１８には上記実装部５のリード８ｂに電子部品１６を実装するときにリード８ｂを加熱する第２のヒータ３６が設けられている。

上記キヤリアテープ１の端子部８に上記電子部品１６を実装するとき、上記ステージ駆動手段１９とツール駆動手段２０は制御装置２５によって後述するように駆動が制御される。

上記ツール駆動手段２０には、上記電子部品１６を上記端子部８に実装するときの実装荷重、すなわち上記リード８ｂを上記電子部品１６に加圧するときの荷重を検出す荷重検出手段としてのロードセル３７が設けられている。

上記ロードセル３７が検出する実装荷重は上記制御装置２５に出力され、制御装置２５はロードセル３７が検出する実装荷重に応じて上記ツール駆動手段２０の駆動を制御する。それによって、上記電子部品１６を上記端子部８に上記ツール駆動手段２０によって実装するときの実装荷重曲線が上記制御装置２５に予め設定された設定に基いて制御される。

上記制御装置２５は、上記第１のヒータ３５による上記実装ステージ１７の加熱温度が上記第２のヒータ３６による上記実装ツール１８の加熱温度よりも高くなるよう上記第１、第２のヒータ３５、３６を制御するようになっている。

上記搬送レール１３の上記アンローダ部４側の端部であって、上記キヤリアテープ１の幅方向両端部には一対の駆動ローラ３１が配置されている。一対の駆動ローラ３１はキヤリアテープ１の幅方向両端部を挟持する上側駆動ローラ３１ａと下側駆動ローラ３１ｂとからなる。そして、上側駆動ローラ３１ａと下側駆動ローラ３１ｂはローラ駆動源３２によって回転駆動され、それによって上記キヤリアテープ１がローダ部３側からアンローダ部４側に搬送される。

上記駆動ローラ３１の近くであって、駆動ローラ３１よりもキヤリアテープ１の搬送方向上流側にはキヤリアテープ１のパーフォレーション１１を検出するパーフォレーションセンサ４１が配置されている。このパーフォレーションセンサ４１は投光器４１ａと受光器４１ｂを有し、投光器４１ａと受光器４１ｂはキヤリアテープ１のパーフォレーション１１が形成された幅方向の一端部の上方と下方に対向して配置されている。

キヤリアテープ１が駆動ローラ３１によって搬送されてキヤリアテープ１のパーフォレーション１１が上記パーフォレーションセンサ４１に対向する部位を通過すると、そのパーフォレーションセンサ４１の受光器４１ｂが投光器４１ａからの光を受光する。

パーフォレーションセンサ４１の受光信号は上記制御装置２５に出力される。それによって、制御装置２５は駆動ローラ３１の駆動を制御してキヤリアテープ１をパーフォレーション１１のピッチＧの２倍の距離でピッチ送りするようになっている。

上記実装ツール１８の近くには撮像カメラ４３が配置されている。この撮像カメラ４３は、キヤリアテープ１がパーフォレーションセンサ４１からの検出信号に基いてピッチ送りされて位置決めされると、キヤリアテープ１の端子部８の近くに、この端子部８に対して予め設定された位置関係で設けられた認識パターンＰ（図２に示す）を撮像する。

上記撮像カメラ４３からの撮像信号は上記制御装置２５に入力されて画像処理される。そして、その画像処理に基いて上記実装ステージ１７と実装ツール１８はＸ、Ｙ及びθ方向に駆動されて上記端子部８に対して位置決めされるようになっている。

つまり、キヤリアテープ１は、パーフォレーションセンサ４１が検出するパーフォレーション１１のピッチＧに基いてその端子部８が所定の精度で位置決めされる。ついで、撮像カメラ４３からの撮像信号に基いて上記実装ステージ１７と実装ツール１８がＸ、Ｙ方向に駆動され、上記端子部８に対して上記実装ステージ１７と実装ツール１８がさらに高い精度で位置決めされる。

電子部品１６が実装されて駆動ローラ３１によってピッチ送りされたキヤリアテープ１は、スペーサテープ供給リール２２から供給される上記スペーサテープ９ｂと重ねられて上記巻き取りリール２３に巻き取られる。それによって、キヤリアテープ１に実装された電子部品１６は上記スペーサテープ９ｂによって保護されるようになっている。

電子部品１６が実装されて駆動ローラ３１によってピッチ送りされたキヤリアテープ１は、アンローダ部４側において巻き取りリール２３に巻き取られる前にたるみ量が第２の下部センサ２４ａと第２の上部センサ２４ｂとによって検知される。

そして、キヤリアテープ１のたるみ量が所定以上になったことが第２の下部センサ２４ａによって検知されると、その検知信号で巻き取りリール２３が駆動されてキヤリアテープ１とスペーサテープ９ｂとの巻き取りが開始される。巻き取りが開始されてアンローダ部４側におけるキヤリアテープ１のたるみ量が減少し、第２の上部センサ２４ｂがキヤリアテープ１を検知しなくなると、その巻き取りが停止される。

図１に鎖線で示すように、上記供給リール７は第１の駆動モータ２６によって回転駆動され、上記スペーサテープ巻き取りリール２１は第２の駆動モータ２７によって回転駆動される。

上記巻き取りリール２３は第３の駆動モータ２８によって回転駆動され、上記スペーサテープ供給リール２２は第４の駆動モータ２９によって回転駆動されるようになっている。

つぎに、上記構成の実装装置によってキヤリアテープ１の端子部８に電子部品１６を実装する手順を図４（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
まず、図４（ａ）に示すように実装ステージ１７と実装ツール１８がそれぞれキヤリアテープ１の下面と上面から所定の高さの待機位置Ｈ１、Ｈ２にあるとき、実装ステージ１７の上面に電子部品１６が供給される。それと同時に、実装ツール１８は図４（ｂ）に示すように待機位置Ｈ２から、その下端面がキヤリアテープ１の上面に近接する下降位置Ｈｄまで高速度で下降させられて待機する。

ついで、図４（ｃ）に示すように実装ステージ１７が待機位置Ｈ１から上昇方向に高速度で駆動され、その上面に設けられた電子部品１６がキヤリアテープ１の下面からＨｂで示す距離となる実装位置に位置決めされる。実装ステージ１７が上昇方向に駆動されて実装位置Ｈｂに位置決めされると、図４（ｄ）に示すように下降位置Ｈｄで待機していた実装ツール１８がさらに下降方向に下降位置Ｈｄまで下降させた速度よりも低速度で駆動される。

それによって、キヤリアテープ１の上記電子部品１６に対応する端子部８の部分が実装ツール１８によって加圧されて下方へ変形し、図３に示すようにその端子部８のリード８ｂの一端部が電子部品１６のバンプ１６ａに加圧される。

それと同時に、第１のヒータ３５により加熱された実装ステージ１７によって電子部品１６が加熱され、第２のヒータ３６により加熱された実装ツール１８によってリード８ｂが加熱されるから、上記バンプ１６ａが溶融し、その部分に上記リード８ｂが溶着されることになる。

上記実装ツール１８による実装荷重はツール駆動手段２０に設けられたロードセル３７によって検出される。そして、ロードセル３７が検出する実装荷重に基いて実装時の荷重曲線が制御装置２５によって制御されることで、キヤリアテープ１のリード８ｂが電子部品１６のバンプ１６ａに確実に接合されることになる。

上記制御装置２５は、第２のヒータ３６による実装ツール１８の加熱温度を、第１のヒータ３５による実装ステージ１７の加熱温度よりも低くなるよう制御している。そして、実装ツール１８を待機位置Ｈ２から予めキヤリアテープ１に近接する下降位置Ｈｄまで高速度で下降させてから、実装ステージ１７を実装位置Ｈｂに高速度で上昇させた後、上記実装ツール１８を下降位置Ｈｄから、Ｈ２からＨｄまでの下降速度に比べて低速度でさらに下降させて電子部品１６をキヤリアテープ１に実装するようにしている。

そのため、実装ツール１８は下降位置Ｈｄに位置決めされた実装の開始時から終了時までキヤリアテープ１に熱影響を与える。しかしながら、実装ツール１８は実装ステージ１７に比べて温度が低くなるよう制御されているから、キヤリアテープ１に大きな熱影響を及ぼすことがない。つまり、実装ツール１８の熱影響によってキヤリアテープ１の伸びが大きくなり、実装精度の低下を招くということがない。

実装ステージ１７は実装ツール１８に比べて温度が高いが、実装ツール１８が下降位置Ｈｄまで下降した後、上昇して電子部品１６を実装位置Ｈｂに位置決めするから、実装ツール１８に比べてキヤリアテープ１に熱影響を与える時間が短い。

しかも、実装ステージ１７が実装位置Ｈｂに上昇した後、実装ツール１８は下降位置Ｈｄで待機している状態から実装位置Ｈｂまで下降する。そのため、実装ステージ１７が実装位置Ｈｂに位置決めされた後、実装ツール１８が実装位置Ｈｂまで下降して実装を終了するまでの時間も短くなる。

つまり、実装ツール１８が待機位置Ｈ１から実装位置Ｈｂまで下降する距離は、下降位置Ｈｄから実装位置Ｈｂへ下降する距離よりも短いから、その距離の差に応じて実装ツール１８が下降に要する時間も短くなる。実装ツール１８の下降に要するための時間が短縮されれば、それに応じて実装ステージ１７が実装位置Ｈｂに位置決めされてから実装が終了するまで実装位置Ｈｂに留まる時間も短縮されるから、実装ステージ１７がキヤリアテープ１に熱影響を与える時間も短くなる。

以上のことにより、実装ツール１８に比べて高い温度に加熱された実装ステージ１７が実装位置Ｈｂでキヤリアテープ１に熱影響を与える時間が大きく短縮されるから、高い温度に加熱された実装ステージ１７の熱影響によってキヤリアテープ１の伸びが大きくなって実装精度が低下したり、キヤリアテープ１の端子部８の部分が熱影響を大きく受けて品質が低下するのを防止することができる。

また、実装ステージ１７を実装位置Ｈｂに位置決めした状態で、実装ツール１８を下降させて電子部品１６をキヤリアテープ１に実装するようにした。実装ツール１８は、詳細は図示しないが、通常はモータの回転軸に一端が連結されたアームの他端によって上下方向、つまりＺ方向に駆動される。つまり、アームの回転角度に応じて電子部品１６に実装荷重を与える構成となっている。それに対して実装ステージ１７はリニア駆動機構を用いてＸ、Ｙ及びＺ方向は板カムによって駆動される構成となっているため、実装ツール１８に比べて実装ステージ１７の方が上下方向に対する支持剛性が高い。

そのため、実装ステージ１７を実装位置Ｈｂに位置決めした状態で、実装ツール１８を下降させて実装を行うようにしたことで、実装ステージ１７が実装ツール１８からの実装荷重を受けても、実装ステージ１７が下方へ動いて上記実装位置Ｈｂがずれるのを防止することができる。それによって、リード８ｂの変形が一定となるばかりか、バンプ１６ａの押し潰し量も一定となるから、実装品質を安定させることができる。

逆に、実装ツール１８を実装位置Ｈｂに位置決めした状態で、実装ステージ１７を上昇させて実装を行うようにすると、剛性の低い実装ツール１８が実装ステージ１７によって押圧されることで、実装ツール１８が上方へずれ動き、実装位置Ｈｂがずれてしまうということがある。

実装時に、実装位置Ｈｂがずれ動くと、実装荷重がリード８ｂや電子部品１６に確実に伝達されずに、リード８ｂの変形量やバンプ１６ａの押し潰し量が一定とならないから、実装不良を招く虞がある。

しかしながら、この実施の形態では上述したように実装ツール１８を実装位置Ｈｂに位置決めし、実装ツール１８を下降させて実装するようにしたから、実装位置Ｈｂがずれずに実装荷重が電子部品１６やリード８ｂに確実に伝達されるから、実装不良を招くということもない。

上記一実施の形態ではいわゆるインナーリードボンダに相当する構成の実装装置を例に挙げて説明したが、アウターリードボンダやフリップチップボンダなどの構成の実装装置であっても、この発明を適用することが可能である。

この発明の一実施の形態を示す実装装置の概略的構成図。キヤリアテープの一部分を示す平面図。実装ツールによってキヤリアテープに電子部品を実装するときの説明図。（ａ）〜（ｄ）はキヤリアテープの端子部に電子部品を実装する手順を順次示した説明図。

符号の説明

１…キヤリアテープ、７…供給リール（搬送手段）、８…端子部（実装位置）、１３…搬送レール（搬送手段）、１６…電子部品、１７…実装ステージ、１８…実装ツール、２３…巻き取りリール（搬送手段）、２５…制御装置、３５…第１のヒータ、３６…第２のヒータ、３７…ロードセル。

Claims

キヤリアテープに電子部品を実装する実装装置であって、
上記キヤリアテープを搬送位置決めする搬送手段と、
上記キヤリアテープの下方に配置されステージ駆動手段によって上下方向に駆動されるとともに、上面に上記電子部品が供給される実装ステージと、
この実装ステージを加熱する第１のヒータと、
上記キヤリアテープの上方に配置されツール駆動手段によって上下方向に駆動されるとともに、下降方向に駆動されたときに上記キヤリアテープの上記実装ステージに対向する部分を加圧してその部分に上記電子部品を実装する実装ツールと、
この実装ツールを上記実装ステージよりも低い温度で加熱する第２のヒータと、
上記実装ツールによって上記電子部品が上記キヤリアテープに実装されるときにその実装荷重を検出する荷重検出手段と、
上記キヤリアテープに上記電子部品を実装するときに上記実装ステージと上記実装ツールの駆動を制御する制御手段を具備し、
上記制御手段は、上記実装ツールをその下端面が上記キヤリアテープの上面に近接する高さまで下降させて待機させてから上記実装ステージを実装位置まで上昇させた後、上記実装ツールをさらに下降させて上記荷重検出手段が検出する荷重に基いて上記キヤリアテープに上記電子部品を実装させることを特徴とする電子部品の実装装置。
上記制御手段は、実装ツールをキヤリアテープの上面に近接する待機位置までの下降を高速度で行い、待機位置から実装位置までの下降を待機位置までの下降に比べて低速度で行うことを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装装置。
実装ステージの上面に載置された電子部品を実装ツールによってキヤリアテープに実装する実装方法であって、
上記実装ツールを所定温度に加熱してその下端面がキヤリアテープの上面に近接する位置まで下降させて待機させる工程と、
上記実装ステージを上記実装ツールよりも高い温度に加熱してその上面が実装位置となる高さまで上昇させる工程と、
上記実装ツールを待機した下降位置からさらに下降させて上記キヤリアテープに上記電子部品を実装する工程と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装方法。
上記キヤリアテープに上記電子部品を実装するときにこの電子部品に加わる荷重を検出する工程と、
検出された荷重に基いて上記実装ツールによる上記電子部品の実装を制御する工程と
をさらに備えていることを特徴とする請求項３記載の電子部品の実装方法。