JP2010067649A - 半田接合方法、および実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実装部材と被実装部材との間に介在する溶融した半田の高さを制御して、半田を固化した後の実装部材と被実装部材間の最終的な高さにバラつきが発生するのを抑制する半田接合方法を提供する。
【解決手段】実装部材であるバンプ付ベアＩＣ１７と被実装部材である基板１８との間に介在する溶融した半田（バンプ付ベアＩＣ１７の半田バンプ１７ａ）を固化させることで、バンプ付ベアＩＣ１７と基板１８とを接合する半田接合方法であって、バンプ付ベアＩＣ１７と基板１８との間に介在する溶融した半田バンプ１７ａに付与される荷重を、バンプ付ベアＩＣ１７と基板１８間の所望高さと半田バンプ１７ａの体積とから予め求めた目標荷重に制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、実装部材と被実装部材との間に介在する溶融した半田を固化させて、実装部材と被実装部材とを接合する半田接合方法、および実装装置に関する。

近年、一方の主面に配置された複数個のパッド上に半田バンプがそれぞれ形成されたバンプ付ベアＩＣを基板上にフリップチップ実装する技術が進展してきており、その代表的な工法として半田接合工法が知られている。バンプ付ベアＩＣには、代表的なものとして、一方の主面の周辺部にパッド（バンプ）が配置されたものと、一方の主面に格子状にパッド（バンプ）が配置されたものがある。

図５は、半田接合工法によりバンプ付ベアＩＣをフリップチップ実装する従来の部品実装装置の要部構成を示しており、実装部材であるバンプ付ベアＩＣを吸着保持し、その吸着保持したバンプ付ベアＩＣの半田バンプを実装ステージ上に保持された被実装部材である基板のランドに接合することにより、バンプ付ベアＩＣを基板に実装する装着ヘッドの構成を示している。

この従来の部品実装装置は、図５に示すように、昇降駆動部２０１により昇降動作する装着ヘッド２０２の先端に設けられた吸着ノズル２０３によりバンプ付ベアＩＣ２０４を吸着保持し、装着ヘッド２０２を下降させて、吸着ノズル２０３の先端面に吸着保持されたバンプ付ベアＩＣ２０４の半田バンプ２０４ａを基板２０５のランド（図示せず）に接触させ、吸着ノズル２０３の背面に設けられたセラミックヒータ２０６によりバンプ付ベアＩＣ２０４を加熱して半田バンプ２０４ａを溶融させた後、ブローノズル２０７から冷却風をバンプ付ベアＩＣ２０４へ吹き付け、溶融した半田バンプ２０４ａを固化させて基板２０５のランドに接合させることで、バンプ付ベアＩＣ２０４を基板２０５上に実装する。なお、断熱部２０８は、セラミックヒータ２０６の熱が装着ヘッド本体側に伝熱しないように熱遮断するものである。

また、吸着ノズル２０３、セラミックヒータ２０６、ブローノズル２０７、断熱部２０８、および支軸２０９からなるツールは、セラミックヒータ２０６の熱により熱膨張し、さらに実装ステージも、バンプ付ベアＩＣを介して伝熱したセラミックヒータ２０６の熱により熱膨張する一方、ブローノズル２０７からの冷却風によりバンプ付ベアＩＣ２０４を冷却させると、熱膨張していたツールおよび実装ステージに収縮が生じる。

そこで、従来の部品実装装置では、ツールと実装ステージの熱膨張量および収縮量を予測して、半田バンプ２０４ａを溶融させる際には、予測した熱膨張量に合わせてツールを上昇させ、半田バンプ２０４ａを固化させる際には、予測した収縮量に合わせてツールを下降させている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−３５３６９６号公報

以上のように、従来の部品実装装置では、実装部材であるバンプ付ベアＩＣを吸着保持するツールと被実装部材である基板を保持する実装ステージの熱膨張量と収縮量を予測して、その予測量に合わせてツールを昇降させていた。

しかしながら、上記した従来の部品実装装置のように、ツールと実装ステージの熱膨張量および収縮量を予測してツールを昇降させる位置制御を行うのみでは、周辺温度や冷却風の温度の影響により、膨張量、収縮量にバラつきが発生して、半田バンプを固化した後のバンプ付ベアＩＣと基板間の最終的な高さ（隙間）にバラつきが発生する。このバラつきが、歩留まりの向上を妨げていた。

本発明は、上記問題点に鑑み、実装部材と被実装部材との間に介在する溶融した半田へ付与される荷重を制御することにより、実装部材と被実装部材との間に溶融した半田が介在する状態において実装部材と被実装部材間の高さを制御して、半田を固化した後の実装部材と被実装部材間の最終的な高さ（隙間）にバラつきが発生するのを抑制することが可能となる半田接合方法、および実装装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の半田接合方法は、実装部材と被実装部材との間に介在する溶融した半田を冷却して固化させることで、前記実装部材と前記被実装部材とを接合する半田接合方法であって、冷却前の溶融した前記半田に付与される荷重を、前記実装部材と前記被実装部材間の所望高さと前記半田の体積とから予め求めた目標荷重に制御することを特徴とする。

また、本発明の請求項２記載の半田接合方法は、請求項１記載の半田接合方法であって、前記実装部材と前記被実装部材とを固相状態の半田を介して接触させる工程と、加熱により半田を溶融させる工程と、半田を冷却して固化させる工程と、を具備することを特徴とする。

また、本発明の請求項３記載の半田接合方法は、請求項２記載の半田接合方法であって、半田を溶融させる工程において、半田に付与される荷重を前記目標荷重に制御することを特徴とする。

また、本発明の請求項４記載の半田接合方法は、請求項２または３のいずれかに記載の半田接合方法であって、前記実装部材を前記被実装部材へ近づけて、前記実装部材と前記被実装部材とを固相状態の半田を介して接触させ、前記実装部材にかかる荷重が所定値になった後に、半田を溶融させる工程へ移ることを特徴とする。

また、本発明の請求項５記載の半田接合方法は、請求項１記載の半田接合方法であって、前記実装部材と前記被実装部材とを予め溶融させた半田を介して接触させる工程と、半田を冷却して固化させる工程と、を具備することを特徴とする。

また、本発明の請求項６記載の半田接合方法は、請求項１ないし５のいずれかに記載の半田接合方法であって、半田を冷却して固化させる工程において、半田に付与される荷重を前記目標荷重に制御することを特徴とする。

また、本発明の請求項７記載の半田接合方法は、請求項１ないし６のいずれかに記載の半田接合方法であって、前記目標荷重は、前記被実装部材へ前記実装部材を押し付ける方向、または前記被実装部材から前記実装部材を離す方向の荷重であることを特徴とする。

また、本発明の請求項８記載の実装装置は、実装部材を保持する可動部と、前記可動部を昇降動作させる駆動部と、前記実装部材と被実装部材との間に介在する半田に付与される荷重を検出する荷重検出部と、前記荷重検出部により検出される荷重に基づき前記駆動部による前記可動部の昇降動作を制御する制御部と、を備え、前記可動部が保持する前記実装部材と前記被実装部材とが溶融した前記半田を介して接触している状態で、その溶融した前記半田を冷却して固化させることで、前記被実装部材に前記実装部材を実装する実装装置であって、前記被実装部材と前記実装部材とが溶融した前記半田を介して接触された状態で、前記荷重検出部により検出される荷重が前記実装部材と前記被実装部材間の所望高さと前記半田の体積とから予め求めた目標荷重となるように、前記駆動部による前記可動部の昇降動作を制御することを特徴とする。

また、本発明の請求項９記載の実装装置は、請求項８記載の実装装置であって、前記可動部の重量方向の重量を打ち消すように重力補償する重力補償機構を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項１０記載の実装装置は、請求項９記載の実装装置であって、前記重力補償機構は、支点を挟んだ一方側において前記可動部を支持し、他方側において重りを支持するバランス機構であることを特徴とする。

また、本発明の請求項１１記載の実装装置は、請求項８ないし１０のいずれかに記載の実装装置であって、前記実装部材を前記被実装部材へ近づけて前記実装部材と前記被実装部材とを固相状態の半田を介して接触させ、加熱により半田を溶融させた後、半田を冷却して固化させることを特徴とする。

また、本発明の請求項１２記載の実装装置は、請求項１１記載の実装装置であって、前記実装部材と前記被実装部材とを固相状態の半田を介して接触させ、前記実装部材にかかる荷重が所定値になった後に、半田を溶融させることを特徴とする。

また、本発明の請求項１３記載の実装装置は、請求項１１または１２のいずれかに記載の実装装置であって、加熱により半田を溶融させる間、前記荷重検出部により検出される荷重が前記目標荷重となるように、前記駆動部による前記可動部の昇降動作を制御することを特徴とする。

また、本発明の請求項１４記載の実装装置は、請求項８ないし１０のいずれかに記載の実装装置であって、前記実装部材を前記被実装部材へ近づけて前記実装部材と前記被実装部材とを予め溶融させた半田を介して接触させた後、半田を冷却して固化させることを特徴とする。

また、本発明の請求項１５記載の実装装置は、請求項８ないし１４のいずれかに記載の実装装置であって、半田を冷却して固化させる間、前記荷重検出部により検出される荷重が前記目標荷重となるように、前記駆動部による前記可動部の昇降動作を制御することを特徴とする。

また、本発明の請求項１６記載の実装装置は、請求項８ないし１４のいずれかに記載の実装装置であって、半田を冷却して固化させる際に、前記可動部による前記被実装部材の保持を解除することを特徴とする。

また、本発明の請求項１７記載の実装装置は、請求項８ないし１６のいずれかに記載の実装装置であって、前記目標荷重は、前記被実装部材へ前記実装部材を押し付ける方向、または前記被実装部材から前記実装部材を離す方向の荷重であることを特徴とする。

また、本発明の請求項１８記載の実装装置は、請求項８ないし１７のいずれかに記載の実装装置であって、前記制御部は、前記実装部材と前記被実装部材間の所望高さや、固相状態の半田の形状データを基に自動的に前記目標荷重を算出することを特徴とする。

本発明の好ましい形態によれば、実装部材と被実装部材との間に介在する溶融した半田の高さを制御して、半田を固化した後の実装部材と被実装部材間の最終的な高さ（隙間）にバラつきが発生するのを抑制することが可能となり、歩留まりを向上させることができる。

以下、本発明の半田接合方法および実装装置の実施の形態について、図面を交えて説明する。ここでは、実装部材であるバンプ付ベアＩＣを被実装部材である基板に実装する部品実装装置を例に説明する。なお、この例に限らず、本発明の半田接合方法および実装装置は、実装部材と被実装部材との間に介在する溶融した半田を固化させて、実装部材を被実装部材に接合する方法および装置に適用することができる。例えば、ＩＣのサブストレート上にバンプ付ベアＩＣを実装するような場合にも適用することができる。

図１は本発明の実施の形態における部品実装装置の要部構成を示しており、バンプ付ベアＩＣを吸着保持し、その吸着保持したバンプ付ベアＩＣの半田バンプを実装ステージ上に保持された基板のランド（電極）に接合することにより、バンプ付ベアＩＣを基板に実装する装着ヘッドの構成を示している。

なお、無論、本発明の実装装置は、この部品実装装置の構成に限定されるものではない。また、本発明の半田接合方法は、この部品実装装置を用いたバンプ付ベアＩＣの実装方法に限定されるものではない。

図１において、移動体１は、装着ヘッドベース２により上下動自在に支持される。例えば、移動体１は、装着ヘッドベース２によりリニアガイドを介して支持されるようにしてもよい。

また移動体１は、図示しない駆動手段により上下方向に駆動される。その駆動手段は、例えば装着ヘッドベース２に設けたモータと、そのモータの出力軸に設けたボールねじと、そのボールねじに螺合する、移動体１に固定したナット等により構成してもよい。このように構成すれば、モータの回転角度量に応じて装着ヘッドの上下方向の位置決めを行うことができる。なお、この装着ヘッドの昇降動作は、部品実装装置の制御部３により制御される。

一方、装着ヘッドベース２は、図示しないＸ−Ｙ移動機構により水平方向に移動自在に支持される。このＸ−Ｙ移動機構により、装着ヘッドは、Ｘ−Ｙ平面（水平面）に沿って、図示しない部品供給部から供給されるバンプ付ベアＩＣの受け取り位置の上方と、図示しない実装ステージにより保持された基板１８上の実装位置の上方との間で搬送される。この装着ヘッドの平行移動は、部品実装装置の制御部３により制御される。

以上の構成により、装着ヘッドは、バンプ付ベアＩＣの受け取り位置の上方へ移動して、昇降動作によりバンプ付ベアＩＣ１７を吸着保持した後、実装ステージにより保持された基板１８上の実装位置の上方へ移動して、昇降動作により基板１８上の実装位置にバンプ付ベアＩＣ１７を実装することができる。

移動体１の下部はケーシング４となっている。ケーシング４の内側には、ベアリング５ａ、５ｂを介して回転部材６が取り付けられている。回転部材６の上面には、歯車７が、その中心が回転部材６の中心に一致した状態で取り付けられている。この歯車７は、ケーシング４の天井部に取り付けられたモータ８の出力軸に取り付けられた歯車９に噛合している。このような構成とすることで、モータ８の駆動によってケーシング４（移動体１）に対して回転部材６がベアリング５ａ、５ｂによってガイドされながら回動する。

回転部材６は下方に開口する凹部６ａを有し、その凹部（回転部材６の内部空間）６ａに吸着ビット部１０が挿入されている。吸着ビット部１０の下端には第１の支持軸１１ａが装着されており、その第１の支持軸１１ａの先端（下端）側が、ケーシング４の下部に形成されている孔１２ａから外側に突出している。

ケーシング４の下部から突出する第１の支持軸１１ａの先端側には、加熱ヘッド１３、断熱部１４、およびブローノズル１５が設けられている。また、加熱ヘッド１３にはノズル１６が装着されており、そのノズル１６の先端に、バンプ付ベアＩＣ１７の上面が吸着される。バンプ付ベアＩＣ１７の下面には図示しない複数のパッド（電極）が形成されており、それらのパッド上に半田バンプ１７ａがそれぞれ形成されている。

バンプ付ベアＩＣ１７の半田バンプ１７ａと基板１８のランド（図示せず）とを接合するには、まず、加熱ヘッド１３が発生する熱により、ノズル１６に吸着保持されたバンプ付ベアＩＣ１７を加熱して半田バンプ１７ａを溶融させる。その後、加熱されたバンプ付ベアＩＣ１７にブローノズル１５から冷却風を吹き付けることにより、バンプ付ベアＩＣ１７を冷却して、溶融した半田バンプ１７ａを固化させる。断熱部１４は、加熱ヘッド１３の熱が第１の支持軸１１ａ側へ伝熱しないようにしている。加熱ヘッド１３の加熱動作およびブローノズル１５からの冷却風の吹き付け動作は、部品実装装置の制御部３により制御される。

なお、本実施の形態では、孔１２ａの周囲のケーシング４の内壁面に、移動体１（ケーシング４）に対して昇降動作する吸着ビット部１０の下端の外周部が当接するように、孔１２ａが形成されており、孔１２ａの周囲のケーシング４の内壁面をストッパーとして用いる。

ケーシング４の内周には、環状の空気供給室１９が形成されており、空気供給室１９は、ケーシング４の外面に開口する空気供給孔２０に接続している。環状の空気供給室１９に対応して回転部材６には、その凹部（内部空間）６ａに連通する複数本の空気供給孔２１が形成されている。ケーシング４の内周面と回転部材６の外周面との間には、環状の空気供給室１９から回転部材６の空気供給孔２１へ空気を気密状態で送れるように、シール手段としてのエアシール２２ａ、２２ｂが、上下方向に互いに離れて配置されている。ここではＯリングをエアシール２２ａ、２２ｂとして使用するが、Ｙパッキンで構成することもできる。

以上の構成により、ケーシング４の外面に配置された空気供給孔２０の開口端から供給された空気は、エアシール２２ａ、２２ｂで挟まれた空気供給室１９の気密エリアに供給され、空気供給室１９の気密エリアから回転部材６の空気供給孔２１を介して、回転部材６の内周面と吸着ビット部１０の外周面との間の隙間に放出されて、回転部材６と吸着ビット部１０の間に空気軸受けが構成される。この空気軸受けにより、吸着ビット部１０を移動体１に対して上下動自在に支持することが可能となる。

なお、図１に示すように、空気供給孔２１の途中に、回転部材６の全周囲にわたる空気保持室２１ａを設けてもよい。空気保持室２１ａは、空気供給孔２１の内側（吸着ビット部１０側）の開口端よりも大きな断面積を有しており、回転部材６と吸着ビット部１０との間に安定した圧力を確保できる。

吸着ビット部１０の上端には第２の支持軸１１ｂが接続しており、第２の支持軸１１ｂは、回転部材６の上部に形成された孔１２ｂと、歯車７に形成された孔１２ｃと、ケーシング４の天井部に形成された孔１２ｄとを通してケーシング４の外部に延設されて、ホルダ部２３の下方に開放する凹部（ホルダ部２３の内部空間）２３ａに挿入される。ホルダ部２３は、ベアリング２４を介して、第２の支持軸１１ｂを回転可能に支持している。

以上の構成において、回転部材６の凹部６ａの水平断面形状を四角形とし、この凹部６ａに空気軸受け用の隙間をあけて係合する吸着ビット部１０の水平断面形状も四角形とすることで、回転部材６の回動と一体に、吸着ビット部１０、支持軸１１ａ、１１ｂ、加熱ヘッド１３、断熱部１４、ブローノズル１５、およびノズル１６を回動させることが可能となる。よって、モータ８の出力軸の回転角度を検出するエンコーダ（図示せず）の出力に基づいて、部品実装装置の制御部３が、モータ８の出力軸に所定の角度量の回転が生じるように、モータ８の回転駆動制御を行うことで、ノズル１６の先端に吸着保持されたバンプ付ベアＩＣ１７の向きを調節することが可能となる。

なお、回転部材６の凹部６ａと吸着ビット部１０の水平断面形状は四角形に限定されるものではなく、回転部材６の凹部６ａと吸着ビット部１０の水平断面形状は共に多角形状であればよい。また、回転部６の凹部６ａと吸着ビット部１０の水平断面形状が共に円形で、回転部材６と吸着ビット部１０の一方に他方に設けた溝に係合する突起を形成してもよい。

また、回転部材６と吸着ビット部１０との間に空気軸受けを構成したが、回転部材６と吸着ビット部１０との間に例えばボールスプライン軸受け等のリニアガイドを配置して、回転部材６がリニアガイドを介して吸着ビット部１０を上下動可能に支持する構成としてもよい。図２に、回転部材６と吸着ビット部１０との間にボールスプライン軸受け４１を配置した場合の構成を示す。

吸着ビット部１０、支持軸１１ａ、１１ｂ、加熱ヘッド１３、断熱部１４、ブローノズル１５、およびノズル１６には空気吸引孔２５が形成されている。この空気吸引孔２５はノズル１６の先端と第２の支持軸１１ｂの上端に開口しており、ホルダ部２３の凹部２３ａに連通している。また、ホルダ部２３には、その内部空間（凹部２３ａ）に連通する空気吸引孔２６が形成されており、その空気吸引孔２６の外側の開口端には図示しない真空発生器が接続している。また、第２の支持軸１１ｂの外周面とホルダ部２３の内周面との間には、ホルダ部２３の内部空間を気密状態にするシール手段としてのエアシール２７が配置されている。このように構成したため、真空発生器によりノズル１６の先端を真空にして、ノズル１６の先端にバンプ付ベアＩＣ１７を吸着することができる。

なお、ここではＯリングをエアシール２７として使用するが、Ｙパッキンで構成することもできる。また、空気吸引孔２５のホルダ部２３側の開口端の位置は、第２の支持軸１１ｂの上端に限定されるものではない。空気吸引孔２５のホルダ部２３側の開口端は、ノズル１６の先端とホルダ部２３の内部空間を連通することができる位置に設ければよく、第２の支持軸１１ｂの外周面に設けてもよい。また、第２の支持軸１１ｂに形成した空気吸引孔２５の開口端から空気を吸引する構成に限定されるものではなく、例えば、移動体１（ケーシング４）の外面から空気を吸引して、移動体１（ケーシング４）の内面と回転部材６の外面との間の隙間、並びに回転部材６の内面と吸着ビット部１０の外面との間の隙間を経由して、ノズル先端に真空を発生させる構成としてもよい。この場合、吸引する空気の流量は、空気軸受けを構成するために供給する空気の流量よりも大きくする。

ホルダ部２３の上面には第３の支持軸１１ｃが接続している。このように、第２の支持軸１１ｂを回動自在に支持するホルダ部２３の上面に第３の支持軸１１ｃを接続したので、第３の支持軸１１ｃは、回転部材６の回転に応じて吸着ビット部１０等が回転しても回転しない。

第３の支持軸１１ｃの上端は圧縮ばね２８を介してロードセル２９の感圧部に接続している。ロードセル２９は、吸着ビット部１０が移動体１（ケーシング４）の前記ストッパーに当接しているときには、後述するボイスコイルモータを駆動することにより前記ストッパーへ付与される荷重を検出し、吸着ビット部１０が前記ストッパーから離れて、ノズル１６の先端に吸着されたバンプ付ベアＩＣ１７の半田バンプ１７ａが基板１８のランドに接触しているときには、後述するボイスコイルモータを駆動することによりバンプ付ベアＩＣ１７へ付与される荷重を検出する。

本実施の形態では、後述するように、ボイスコイルモータを駆動することによりバンプ付ベアＩＣ１７へ付与される荷重を半田バンプ１７ａの数で割った値の荷重が、各半田バンプ１７ａへ付与される荷重となる。つまり、本実施の形態では、半田バンプ１７ａへ付与される荷重を検出する荷重検出部を、ロードセル２９で実現している。

なお、圧縮ばね２８はロードセル２９を保護するためのものである。ここでは圧縮ばねをロードセルの保護手段として使用するが、ロードセルに高負荷がかかったときに保護できる機構を備えていればよく、ロードセルを保護する手段は圧縮ばねに限定されるものではない。

移動体１には、ロードセル２９を移動体１に対して上下方向に駆動させるボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭと称す）３０が設けられている。ＶＣＭ３０は、ロッド３１と、ロッド３１に取り付けられた磁石３２と、磁石３２の周囲側に設けられたコイル３３を備える。ＶＣＭ３０のケーシングは移動体１に設けた第１の保持部３４ａに固定されている。第１の保持部３４ａは、ロッド３１をその軸方向に摺動可能に支持する。このような構成において、コイル３３に流す電流を制御することで、ロッド３１を上下方向に駆動させることができる。

ロッド３１はロードセル２９の感圧部とは反対側の面に接続しており、ロッド３１の昇降動作に応じてロードセル２９も昇降動作する。したがって、ロッド３１の昇降動作に応じて、吸着ビット部１０や、支持軸１１ａ〜１１ｃ、加熱ヘッド１３、断熱部１４、ブローノズル１５、ノズル１６、ホルダ部２３等からなる可動部も昇降動作する。このように、本実施の形態では、実装部材であるバンプ付ベアＩＣ１７を吸着保持する前記可動部を昇降動作させる駆動部としてＶＣＭ３０を備える。

このＶＣＭ３０の動作は、部品実装装置の制御部３により制御される。詳しくは、制御部３は、ロードセル２９の検出値と後述する設定荷重との偏差に基づく電流をＶＣＭ３０のコイル３３に流して、ロードセル２９の検出値が設定荷重になるように、ロッド３１を介してロードセル２９を昇降動作させる。

なお、ＶＣＭの動作を制御する構成は、これに限るものではなく、例えば、ＶＣＭのロッドの位置を検出する位置検出器をＶＣＭ本体に搭載して、ロードセルの検出値と設定荷重との偏差をロッドの目標位置に変換し、位置検出器の検出値が目標位置になるようにロッドを動作させる構成としてもよい。また、ここでは、ロードセルを昇降動作させるのにＶＣＭを用いる場合について説明するが、これに限らず、例えば、ＶＣＭに代えてリニアモータを用いもよいし、シリンダを用いてもよい。

本実施の形態では、揺動体３５が、支点を挟んだ一方において第３の支持軸１１ｃに係合し、他方においてバランスウエイト（重り）３６に係合している。支点には、移動体１に固定された支持台３７に支持されたベアリング３８が配置されており、ベアリング３８は、揺動体３５を揺動可能に支持する。

これらの揺動体３５、バランスウエイト３６、ベアリング３８からなる天秤機構は、前記可動部に係合して、前記可動部と前記可動部に吸着保持されたバンプ付ベアＩＣ１７との合計重量が補償されるように該合計重量に相当する力を発生するバランス機構を構成する。

このようなバランス機構を設けることで、前記可動部と前記可動部に吸着保持されたバンプ付ベアＩＣ１７との合計重量が補償されるので、ＶＣＭ３０を駆動することによりバンプ付ベアＩＣ１７へ付与される荷重を半田バンプ１７ａの数で割った値の荷重が、各半田バンプ１７ａへ付与される荷重となる。

また、バランス機構を設けることで、バンプ付ベアＩＣを基板に接触させる際にロードセルの感圧部にかかる衝撃力を小さくできる。よって、微小な力を検出できる分解能の高いロードセルを使用することができ、ＶＣＭを駆動することによりバンプ付ベアＩＣへ付与する荷重が低い値であっても、その荷重を精度よく検出することが可能となるので、低荷重でバンプ付ベアＩＣを基板に実装することが可能となる。例えば、バンプ付ベアＩＣへ付与する荷重を１ｇｆ程度に維持することが可能となる。

なお、揺動体３５が第３の支持軸１１ｃに係合する構成は、第３の支持軸１１ｃの上下動の障害とならない構成であればよい。またここでは、前記可動部と前記可動部に吸着保持されたバンプ付ベアＩＣ１７との合計重量を補償するのにバランスウエイト（重り）を用いたが、任意に設定可能な一定の力を発生させることができればよく、重りに限定されるものではない。つまり、前記可動部と前記可動部に吸着保持されたバンプ付ベアＩＣ１７との合計重量に相当する力を発生して、合計重量を補償することができればよい。

また、バンプ付ベアＩＣ１７を基板１８に接触させる際にロードセル２９の感圧部にかかる衝撃力に対してバンプ付ベアＩＣ１７の重量が与える影響が小さいときには、前記可動部の重量のみを補償するようにしてもよい。この場合、ＶＣＭ３０を駆動することによりバンプ付ベアＩＣ１７へ付与される荷重にバンプ付ベアＩＣ１７の重量を加算した荷重を半田バンプ１７ａの数で割った値の荷重が、各半田バンプ１７ａへ付与される荷重となる。

このように、当該部品実装装置には、前記可動部の重力方向の重量を打ち消すように重力補償する重力補償機構として、支点を挟んだ一方側において前記可動部を支持し、他方側においてバランスウエイト（重り）３６を支持するバランス機構が設けられている。

また、本実施の形態では、ＶＣＭ３０にかかる負荷を増加させる付勢手段として引っ張りばね３９が設けられている。引っ張りばね３９は、一端が移動体１に設けた第２の保持部３４ｂに係止し、他端がロードセル２９を保持する保持部材４０に係止している。

したがって、ロードセル２９により検出される荷重は、ＶＣＭ３０がロッド３１へ付与する荷重と引っ張りばね３９の引っ張り荷重との差となる。そのため、例えば引っ張りばね３９の引っ張り荷重が２００ｇｆの場合に、バンプ付ベアＩＣ１７へ付与する荷重を２ｇｆ程度に制御するときには、ＶＣＭ３０はロッド３１に下方向の２０２ｇｆの荷重を付与する。このようにすれば、ロードセル２９により検出される荷重が２ｇｆとなり、バンプ付ベアＩＣ１７へ付与する荷重を２ｇｆとすることができる。

このように、ＶＣＭ３０において、引っ張りばね３９による引っ張り荷重を打ち消す力を発生させる必要があるので、バンプ付ベアＩＣ１７へ付与する荷重が小さい場合でも、ＶＣＭ３０のコイル３３に流す電流量を増加させることができる。したがって、ＶＣＭ３０の応答性を向上させることができ、より微小な荷重を精度よく制御することが可能となる。

以上説明した構成により、移動体１が前記可動部を上下動自在に支持することが可能となる。また、ＶＣＭ３０のコイル３３に流す電流を制御することで、ロードセル２９の感圧部とは反対側の面（上面）に接続するロッド３１を上下方向に駆動して、前記ストッパーや、ノズル１６に吸着保持されたバンプ付ベアＩＣ１７へ付与される荷重を制御することができる。

ＶＣＭ３０の動作は、部品実装装置の制御部３がロードセル２９により検出される荷重に基づき制御する。具体的には、制御部３は、ロードセル２９により検出される荷重が予め求められた設定荷重になるように、ＶＣＭ３０による前記可動部の昇降動作を制御する。つまり、力制御を行う。

上述したように、本実施の形態では、バランス機構を設けることにより、バンプ付ベアＩＣへ付与する荷重を低い値に制御することができる。したがって、半田バンプ１７ａが溶融した状態においても力制御を行うことができるので、後述するように、力制御により、溶融した半田バンプの高さを制御することが可能となる。

上記した設定荷重は、バンプ付ベアＩＣ１７と基板１８間の所望高さ、半田バンプ１７ａの体積、半田バンプ１７ａの数、および基板１８のランド面積（半田バンプ搭載領域の面積）から予め求める。

具体的には、実装部材と被実装部材との間に介在する半田の体積（半田量）と、被実装部材上の半田が搭載される領域（半田搭載領域）の面積との組み合わせごとに、実装部材と被実装部材との間に介在する溶融した半田の高さと、その溶融した半田へ付与される荷重との関係をシミュレーションした結果を図示しない記憶領域に予め格納しておき、制御部３が、バンプ付ベアＩＣ１７と基板１８間の所望高さ、半田バンプ１７ａの体積、および基板１８のランド面積をパラメータとして、上記したシミュレーションの結果を用いて、半田バンプ１個当たりに付与すべき荷重（目標荷重）を求め、その目標荷重に半田バンプ１７ａの数を乗算して、上記した設定荷重を求める。

本実施の形態では、上述したように、バランス機構により、前記可動部と前記可動部に吸着保持されたバンプ付ベアＩＣとの合計重量を補償するので、半田バンプ１個当たりに付与すべき目標荷重に半田バンプ数を乗算した値を設定荷重として設定する。

バンプ付ベアＩＣ１７の半田バンプ１７ａの体積は、半田バンプ１７ａの形状データから求めることができる。例えばバンプ付ベアＩＣ１７のメーカーが公開する半田バンプの高さおよび半径から計算により求めることができる。あるいは、半田バンプ１７ａの高さおよび半径を測定して、その測定値から計算により求めてもよい。あるいは、半田バンプ１７ａの形成方法から半田バンプ１７ａの高さおよび半径、または半田バンプ１７ａの体積を求めてもよい。例えばめっき法により半田バンプ１７ａを形成する場合には、フォトレジストの厚みやフォトレジストから露出するパッドの径等から、パッド上に析出される半田バンプ１７ａの高さおよび半径、または半田バンプ１７ａの体積を求めることができる。

したがって、例えば、図示しないキーボード等の入力部から入力された半田バンプ１７ａの高さおよび半径等の半田バンプの形状データを基に制御部３が半田バンプ１７ａの体積を算出し、その算出結果を図示しない記憶領域に格納する構成としてもよいし、図示しないキーボード等の入力部から入力された半田バンプ１７ａの体積を制御部３が図示しない記憶領域に格納する構成としてもよい。

また、基板１８のランド面積は、例えば基板１８のメーカーが公開するランド半径から計算により求めることができる。あるいは、基板１８のランドの半径を測定して、その測定値から計算により求めてもよいし、基板１８のランドの面積を測定してもよい。

したがって、例えば、図示しないキーボード等の入力部から入力されたランド半径を基に制御部３がランド面積を算出し、その算出結果を図示しない記憶領域に格納する構成としてもよいし、図示しないキーボード等の入力部から入力されたランド面積を制御部３が図示しない記憶領域に格納する構成としてもよい。

また、バンプ付ベアＩＣ１７の半田バンプ１７ａの数は、例えばバンプ付ベアＩＣ１７のメーカーが公開する半田バンプ数を用いてよいし、半田バンプ１７ａの数を測定してもよい。

なお、バランス機構により前記可動部の重量のみを補償する場合には、半田バンプ１個あたりに付与すべき目標荷重に半田バンプ数を乗算した値からバンプ付ベアＩＣの重量を減算した値を設定荷重として設定してもよいし、溶融した半田バンプの高さ制御に対してバンプ付ベアＩＣの重量が与える影響が小さいときには、半田バンプ１個あたりに付与すべき目標荷重に半田バンプ数を乗算した値を設定荷重として設定してもよい。

以上のように、制御部３は、入力部から入力されたバンプ付ベアＩＣ１７と基板１８間の所望高さや、半田バンプ１７ａの形状データや、半田バンプ１７ａの数等を基に自動的に目標荷重および設定荷重を算出する。この算出された設定荷重をバンプ付ベアＩＣ１７へ付与することで、半田バンプ１７ａに前記目標荷重を付与することができる。

続いて、上記したシミュレーションの一例について説明する。このシミュレーションでは、パッド（実装部材側の半田搭載領域）とランド（被実装部材側の半田搭載領域）との間に介在する溶融した半田をモデルとする。

図３に、このシミュレーションで用いる半田モデルの一例の縦断面図を示す。図３に示すように、このシミュレーションでは、円形状のパッド１０１と円形状のランド１０２との間に介在する溶融した半田１０３の側面１０３ａの縦断面形状が円弧状となり、半田１０３への荷重が‘０’の初期状態のときには、その円弧の中心点が半田１０３の中心に位置し、半田１０３への荷重が初期状態から正側へ増加するにつれて、その円弧の中心点が‘ｂ’だけ当該円弧側にずれて、円弧の半径Ｒが小さくなり、かつ半田１０３の高さ（パッド１０１とランド１０２間の高さ）ｈが小さくなり、一方、半田１０３への荷重が初期状態から負側へ増加するにつれて、その円弧の中心点が‘ｂ’だけ当該円弧側から遠ざかって、円弧の半径Ｒが大きくなり、かつ半田１０３の高さ（パッド１０１とランド１０２間の高さ）ｈが大きくなるモデルを想定する。

また、図３において、「ａ」は半田１０３の中心とパッド１０１またはランド１０２との間の距離であり、半田１０３の高さｈの半分となる。また、「ｒｏ」はランド１０２の半径である。このシミュレーションでは、パッド１０１とランド１０２の半径が等しいものとする。つまり、パッド面積（実装部材側の半田搭載領域の面積）とランド面積（被実装部材側の半田搭載領域の面積）が等しいものとする。

以上のように、荷重が正側へ増加するにつれて、半田１０３の側面１０３ａの円弧の半径Ｒが小さくなり、かつ半田１０３の高さ（パッド１０１とランド１０２間の高さ）ｈが小さくなる半田モデルを想定した場合、半田１０３の側面１０３ａの円弧の半径Ｒと半田１０３の体積Ｖを、（ｒｏ、ａ、ｂ）を変数とする式で計算することができる。

また、このシミュレーションでは、ヤング・ラプラスの式に基づき、パッドとランドとの間に介在する溶融した半田へ付与される荷重を求める。具体的には、上述したように、溶融した半田１０３の側面１０３ａの縦断面形状は半径Ｒの円弧状であるので、側面１０３ａへの外圧と内圧の圧力差ΔＰを、半径Ｒを変数とするヤング・ラプラスの式から求める。また、上述したように、半田１０３への荷重が正側へ増加するにつれて半径Ｒが小さくなるので、半田１０３への荷重が‘０’の初期状態のときの外圧と内圧の圧力差をΔＰｏとすると、半田１０３への荷重が初期状態から正側へ増加するにつれて、側面１０３ａへの外圧と内圧の圧力差ΔＰはΔＰｏから増加し、半田１０３への荷重が初期状態から負側へ増加するにつれて、側面１０３ａへの外圧と内圧の圧力差ΔＰはΔＰｏから減少する。そこで、初期状態の圧力差ΔＰｏからの増減値「ΔＰ−ΔＰｏ」を算出し、その算出結果に半田１０３の上面の面積すなわちパッド面積（ここでは、半径ｒｏを変数とするランド面積と等しい）を乗算することで、溶融した半田へ付与される荷重を求める。

上述したように、圧力差ΔＰは半径Ｒを変数とする式で計算することができ、半径Ｒは（ｒｏ、ａ、ｂ）を変数とする式で計算することができるので、半田１０３へ付与される荷重も（ｒｏ、ａ、ｂ）を変数とする式で計算することができる。

以上のように、パッドとランドとの間に介在する溶融した半田の体積Ｖと、その溶融した半田へ付与される荷重は、（ｒｏ、ａ、ｂ）を変数とする式で計算することができるので、条件としてランド半径ｒｏと半田の体積Ｖを与えることで、その組み合わせごとに、溶融した半田の高さと、溶融した半田へ付与される荷重との関係をシミュレーションすることができる。本発明者は、このシミュレーション結果と、バンプ付ベアＩＣの上方から低加重（バンプ付ベアＩＣを基板へ押し付ける方向の荷重）を付与した状態でリフローした実験結果とがほぼ等しいことを確認した。

したがって、バンプ付ベアＩＣと基板間の所望高さ、半田バンプの体積、半田バンプ数、およびランド面積をパラメータとして、上記したシミュレーションの結果を用いて設定荷重を求め、バンプ付ベアＩＣへ付与される荷重が設定荷重になるようにＶＣＭによる前記可動部の昇降動作を制御することにより、すなわち力制御することにより、溶融した半田バンプの高さを上記した所望高さに制御することができる。

なお、上記した半田モデルは、基板のランドの外周部がレジストで覆われている場合についてのものであり、レジストから露出するランドの一部が半田バンプの搭載領域となる。半田モデルは、上記したシミュレーションの考え方に基づいて、レジスタの状態に応じて適宜想定する。

また、本実施の形態では、シミュレーションの結果を用いて溶融した半田バンプの高さを制御する場合について説明するが、そのシミュレーションで使用する計算式の一部または全部を用いてもよい。

続いて、以上説明した装着ヘッドを用いてバンプ付ベアＩＣ１７を基板１８に実装する実装方法の一例について、図４に示すフローチャートを参照して説明する。以下で説明する制御動作は、部品実装装置に設けられた制御部３によって実行される。図４は、１枚の基板１８に１個のバンプ付ベアＩＣ１７をフリップチップ実装する場合の制御部３による制御手順の一例を示している。また、基板１８にバンプ付ベアＩＣ１７を実装する際に、バンプ付ベアＩＣ１７を上方から加圧する（バンプ付ベアＩＣ１７を基板１８へ押し付ける方向の荷重、すなわち正の荷重を付与する）場合の一例について示している。

まず、ステップＳ１において、制御部３は、図示しないキーボード等の入力部から入力された半田バンプ１７ａの高さおよび半径を基に半田バンプ１７ａの体積を求め、その求めた半田バンプ１７ａの体積を図示しない記憶領域に格納する。また、制御部３は、図示しないキーボード等の入力部から入力された基板１８のランド半径からランド面積を求め、その求めたランド面積を図示しない記憶領域に格納する。また、制御部３は、図示しないキーボード等の入力部から入力された半田バンプ１７ａの個数、およびバンプ付ベアＩＣ１７と基板１８間の所望高さを、図示しない記憶領域に格納する。

次に、ステップＳ２において、制御部３は、ステップＳ１で記憶領域に格納した半田バンプ１７ａの体積等をパラメータとして、図示しない記憶領域に予め格納されたシミュレーション結果を用いて、設定荷重として力指令値Ｆａを算出し、その算出した力指令値Ｆａを図示しない記憶領域に格納して、ロードセル２９の検出値が力指令値Ｆａに一致するようにＶＣＭ３０を駆動する。これにより、吸着ビット部１０が移動体１の前記ストッパーに力指令値Ｆａの荷重（設定荷重）で当接する状態となる。

次に、ステップＳ３において、制御部３は、図示しないＸ−Ｙ移動機構により、装着ヘッドを、部品供給部から供給されるバンプ付ベアＩＣ１７の受け取り位置の上方へと移動させ、図示しない駆動手段により装着ヘッド（移動体１）を昇降動作させて、バンプ付ベアＩＣ１７をノズル１６の先端に吸着保持させた後、前記Ｘ−Ｙ移動機構により、装着ヘッドを、実装ステージにより保持された基板上の実装位置の上方へと移動させる。

次に、ステップＳ４において、制御部３は、前記駆動手段により、装着ヘッド（移動体１）を下降させ、ステップＳ５において、装着ヘッド（移動体１）が所定量だけ下降したことを検出すると、装着ヘッド（移動体１）の下降動作を停止させる。このとき、装着ヘッド（移動体１）は、吸着保持されたバンプ付ベアＩＣ１７の半田バンプ１７ａと基板１８のランドとが接触する位置からさらに下降して停止する。

これにより、吸着ビット部１０が前記ストッパーから離れて、バンプ付ベアＩＣ１７を自在に昇降動作させることができるようになる。また、バンプ付ベアＩＣ１７へ付与される荷重をロードセル２９で検出できるようになる。

なお、装着ヘッドを下降させるときには、部品実装の高速化を図るために、装着ヘッドの下降速度を加速させ、半田バンプ１７ａと基板１８のランドとが接触する前に減速させるのが好適である。

次に、ステップＳ６において、制御部３は、加熱ヘッド１３の加熱温度を上昇させる。なお、加熱ヘッド１３には、少なくともバンプ付ベアＩＣ１７の半田バンプ１７ａと基板１８のランドとが接触する前から通電して、半田バンプ１７ａが溶融しない所定温度となるように予備加熱しておくのが好適である。

次に、ステップＳ７において、制御部３は、加熱温度が、半田バンプ１７ａを溶融させることが可能な所定温度まで上昇したことを検出すると、所定の待機時間が経過した後にステップＳ８に移り、加熱を停止して、ステップＳ９において冷却ブローを開始する。冷却ブローは、ブローノズル１５からバンプ付ベアＩＣ１７に冷却風が吹き付けることによってなされる。冷却はブローノズルからの冷却風によらず、自然冷却であってもよい。

次に、ステップＳ１０において、制御部３は、冷却ブローを開始してから所定時間が経過したことを検出すると、ステップＳ１１において、ノズル１６によるバンプ付ベアＩＣ１７の吸着を解除し、ステップＳ１２において、装着ヘッド（移動体１）を上昇させ、バンプ付ベアＩＣ１７の基板１８への実装を完了する。

ここで、所定時間は、冷却ブローを開始してから、半田バンプ１７ａが完全に固化して半田バンプ１７ａと基板１８のランドとの接合が確実になされるまでの時間に設定する。なお、冷却ブローを開始してからの経過時間のみを検出する代わりに、ノズル１６またはバンプ付ベアＩＣ１７または半田バンプ１７ａの温度を監視して、半田バンプ１７ａの温度が凝固点以下の温度となったことを検出したときから所定の待機時間を経過させた後に、次のステップへ移ってもよい。

以上のように、本実施の形態では、冷却ブロー開始前の半田バンプ１７ａが溶融している状態において、制御部３が、ロードセル２９の検出値と力指令値Ｆａとの偏差に基づく電流をＶＣＭ３０のコイル３３に流して、ロードセル２９の検出値が力指令値（設定荷重）Ｆａに一致するように、ロッド３１を介してロードセル２９を昇降動作させる。つまり、バンプ付ベアＩＣ１７へ付与される荷重が力指令値Ｆａの荷重（設定荷重）で維持されるように力制御を実行している。このように、冷却ブロー開始前の溶融した半田バンプ１７ａに対して力制御を行うことで、溶融した半田バンプ１７ａの高さを制御することができ、周辺温度や冷却風の影響により、バンプ付ベアＩＣを吸着保持する前記可動部と基板を保持する実装ステージの半田バンプ溶融時（加熱ヘッドの温度上昇開始から半田バンプの溶融完了までの間）における熱膨張量および半田バンプ固化時（半田バンプの冷却開始から半田バンプの固化完了までの間）における収縮量にバラつきが発生しても、半田バンプ１７ａを固化した後のバンプ付ベアＩＣ１７と基板１８間の最終的な高さ（隙間）にバラつきが発生するのを抑制することが可能となり、歩留まりを向上させることができる。

なお、本実施の形態では、加熱ヘッドの温度上昇開始から半田バンプの固化完了までの間、力制御を実行したが、冷却ブロー開始前の溶融した半田バンプに対して力制御を実行できればよいので、例えば、加熱ヘッドの温度上昇開始から半田バンプの溶融完了までの間、予め予測した前記可動部と実装ステージの熱膨張量に合わせて前記可動部を上昇させる位置制御を実行して、半田バンプの溶融完了後に力制御に切り替えてもよい。但し、周囲温度の影響により、前記可動部の上昇量が不足して溶融した半田バンプが押し潰され、ブリッジが発生する場合には、本実施の形態のように、加熱ヘッドの温度上昇開始から力制御を実行するのが好適である。また、例えば、冷却ブロー開始時（半田バンプの冷却開始時）から、予め予測した前記可動部と実装ステージの収縮量に合わせて前記可動部を下降させる位置制御を実行してもよい。但し、周辺温度や冷却風の影響により、収縮速度に対して前記可動部の下降速度が遅れ、半田バンプを引きちぎろうとする力が発生して、オープン不良が発生する場合や、逆に、収縮速度に対して前記可動部の下降速度が速くなり、半田バンプを潰そうとする力が働き、クラックが発生する場合には、本実施の形態のように、半田バンプの冷却時においても力制御を実行するのが好適である。本実施の形態において、前記可動部を位置制御する場合には、移動体１に前記可動部を固定支持させる機構を設けて、移動体１の昇降動作により前記可動部の高さ方向の位置を制御する。移動体１に前記可動部を固定支持させる機構としては、例えば、回転部材６の内面と吸着ビット部１０の外面との間の隙間に負圧を発生させる構成等を設ければよい。また、加熱ヘッドの温度上昇開始から半田バンプの溶融完了までの間、前記可動部を位置制御する場合には、半田バンプ１７ａと基板１８のランドとが接触した時点での前記可動部の高さ方向の位置を原点として位置制御を行う。同様に、半田バンプ１７ａの冷却開始時から前記可動部を位置制御する場合には、半田バンプ１７ａの溶融が完了した時点での前記可動部の高さ方向の位置を原点として位置制御を行う。

また、本実施の形態のように、加熱により固相状態の半田バンプ１７ａを溶融させる間、および溶融した半田バンプ１７ａを冷却して固化させる間においても力制御を実行すれば、前記可動部と実装ステージの熱膨張量および収縮量を予測する必要がなくなる。

また、加熱により固相状態の半田バンプ１７ａを溶融させる際に、予測した前記可動部と実装ステージの熱膨張量に合わせて前記可動部を上昇させる位置制御を行う場合には、予測した半田バンプの溶融開始タイミングで前記可動部の上昇を開始する必要があるが、実際の溶融開始タイミングに対して上昇開始タイミングが遅いと半田の飛び散りが発生し、早いと未溶融の状態で半田バンプが引き上げられてオープン不良が発生する。

これに対して、本実施の形態のように、加熱により固相状態の半田バンプ１７ａを溶融させる間に力制御を実行すれば、半田バンプの溶融開始タイミングを予測する必要がなく、予測した溶融開始タイミングと実際の溶融開始タイミングとのずれに起因する半田の飛び散りやオープン不良を回避することができる。

また、本実施の形態では、バランス機構を設けたので、装着ヘッドを下降させる際に加減速させても、バランス機構により補償された重量に基づく力、例えば、前記可動部とバンプ付ベアＩＣの合計重量を補償している場合には、その合計重量に基づく力（Ｆ＝ｍａ）がロードセルにかからないので、力制御の精度が向上する。また、装着ヘッドを下降する際の加速度を上げることができ、部品実装の高速化を図ることができる。

なお、本実施の形態では、バンプ付ベアＩＣ１７の半田バンプ１７ａと基板１８のランドとを接合する場合について説明したが、基板１８のランド上にも半田を供給しておき、その基板１８側の半田とバンプ付ベアＩＣ１７の半田バンプ１７ａとを接合する場合も同様に実施することができる。

また、本実施の形態では、引っ張りばね３９を設けたので、ＶＣＭ３０に、引っ張りばね３９の引っ張り荷重を打ち消す力を常に発生させておく必要がある。引っ張りばね３９を設けない構成の場合には、吸着ビット部１０を力指令値Ｆａの荷重（設定荷重）で移動体１の前記ストッパーに当接させるときに力制御をＯＮすればよい。

また、本実施の形態では、バンプ付ベアＩＣ１７の半田バンプ１７ａと基板１８のランドとを力指令値Ｆａの荷重（設定荷重）で接触させたが、吸着ビット部１０を移動体１の前記ストッパーに‘Ｆａ’とは異なる力指令値の荷重で当接させ、半田バンプ１７ａと基板１８のランドとを接触させた後に、ロードセル２９で検出される荷重が力指令値ＦａとなるようにＶＣＭ３０を駆動させてもよい。また、吸着ビット部１０を移動体１の前記ストッパーに荷重‘０’で当接させておいてもよい。

また、本実施の形態では、装着ヘッド（移動体１）を所定量だけ下降させたが、吸着ビット部１０を移動体１の前記ストッパーに‘Ｆａ’よりも大きな力指令値の荷重（コンタクト荷重）で当接させておき、半田バンプ１７ａと基板１８のランドとの接触時にロードセル２９によりコンタクト荷重を検出することで、半田バンプ１７ａと基板１８のランドとの接触を検出し、その接触を検出したときの位置から所定の押し込み量だけさらに装着ヘッドを下降させるようにしてもよい。

また、本実施の形態では、半田バンプ１７ａの冷却時に力制御を実行したが、例えば、半田バンプ１７ａの冷却開始時に、力制御をＯＦＦするか、またはバンプ付ベアＩＣ１７への荷重を‘０’もしくはその近傍値に設定するとともに、バンプ付ベアＩＣ１７の吸着を解除し、装着ヘッド（移動体１）を上昇させてもよい。このようにすれば、周辺温度や冷却風の影響によるオープン不良の発生やクラックの発生を回避することができる。

また、本実施の形態では、半田バンプ１７ａが溶融してから、半田バンプ１７ａの冷却を開始するまでの間、力指令値Ｆａによる力制御を実行する場合について説明したが、例えば、半田バンプ１７ａが溶融した後に、力指令値Ｆａとは異なる力指令値Ｆｂによる力制御を開始して、当該力制御中に、力指令値をＦｂからＦａへ変化させてから、半田バンプ１７ａの冷却を開始してもよい。

また、本実施の形態では、基板１８にバンプ付ベアＩＣ１７を実装する際に、バンプ付ベアＩＣ１７を上方から加圧する（バンプ付ベアＩＣ１７を基板１８へ押し付ける方向の荷重（正の荷重）を付与する）場合について説明したが、半田バンプ１７ａが溶融した後に、バンプ付ベアＩＣ１７へ負の設定荷重（基板１８からバンプ付ベアＩＣ１７を離す方向の荷重（負の荷重））を付与して、バンプ付ベアＩＣ１７を上方へ引っ張り、半田バンプ１７ａの形状を縦長形状に変形させてもよい。但し、半田バンプ１７ａを上方へ引っ張った後に力制御を実行する場合には、その負の設定荷重を維持する。このように、半田バンプ１７ａを縦長形状にすることにより、バンプ付ベアＩＣ１７を実装した基板１８が設置された電子機器の使用中に、基板１８等が熱変形しても、半田バンプ１７ａのエッジへの応力集中を緩和することができる。

また、本実施の形態では、バランス機構により、前記可動部と前記可動部に吸着したバンプ付ベアＩＣ１７との合計重量を補償する場合について説明したが、その合計重量に相当する力よりも大きい力を発生させて、前記可動部に上方向の力がかかるようにしてもよい。この場合、ステップＳ２で算出した力指令値（設定荷重）Ｆａに対して、バランス機構によりロードセル２９の感圧部へ付与される荷重を加算する補正を行えばよい。

また、本実施の形態では、固相状態の半田バンプ１７ａを基板１８のランドに接触させ、その後半田バンプ１７ａを溶融させる場合について説明したが、半田バンプ１７ａを溶融させてから基板１８のランドに接触させてもよい。この場合、半田の飛び散りが発生しないように、半田バンプ１７ａが基板１８のランドに接触する際の装着ヘッドの下降速度を十分低速にする。

このように、溶融した半田バンプ１７ａを基板１８のランドに接触させることにより、バンプ付ベアＩＣ１７上の半田バンプ１７ａに高さ（半田量）のばらつきがあっても、半田バンプ１７ａが基板１８のランドに接触した時点で自然に濡れ広がる。固相状態の半田バンプ１７ａを基板１８のランドに接触させる場合、半田バンプ１７ａに高さのばらつきがあると、高さが低い半田バンプに濡れ不足が発生する可能性があるが、溶融した半田バンプ１７ａを基板１８のランドに接触させることにより、このような不具合の発生を回避することができる。

また、この場合、吸着ビット部１０を力指令値Ｆａとは異なる力指令値Ｆｂの荷重で移動体１の前記ストッパーに当接させておき、溶融した半田バンプ１７ａが基板１８のランドに接触したときには、力指令値Ｆｂにより力制御を行い、当該力制御中に、力指令値をＦｂからＦａへ変化させてから、半田バンプ１７ａの冷却を開始してもよいが、吸着ビット部１０を力指令値Ｆａの荷重（設定荷重）で移動体１の前記ストッパーに当接させておけば、半田バンプ１７ａが基板１８のランドに接触した時点で、溶融した半田バンプ１７ａの高さが所望の高さとなる。

また、この場合、溶融した半田バンプ１７ａが基板１８のランドに接触したときの接触荷重を検出することは困難であるので、装着ヘッド（移動体１）を所定量だけ下降させて、溶融した半田バンプ１７ａを基板１８のランドに接触させる。

また、バンプ付ベアＩＣ１７へ負の設定荷重（基板１８からバンプ付ベアＩＣ１７を離す方向の荷重）を付与して、半田バンプ１７ａの形状を縦長形状に変形させる場合には、溶融した半田バンプ１７ａが基板１８のランドに接触した後に力指令値Ｆａで力制御を実行すればよい。

本発明の半田接合方法、および実装装置は、実装部材と被実装部材との間に介在する溶融した半田の高さを制御して、半田を固化した後の実装部材と被実装部材間の最終的な高さ（隙間）にバラつきが発生するのを抑制し、歩留まりを向上させることができ、実装部材と被実装部材との間に介在する溶融した半田を固化させて実装部材と被実装部材とを接合する技術に有用であり、バンプ付ベアＩＣをフリップチップ実装する技術や、パッケージオンパッケージ型のＩＣを製造する技術等に有用である。

本発明の実施の形態における部品実装装置が具備する装着ヘッドの構成の概要を示す図 本発明の実施の形態における部品実装装置が具備する装着ヘッドの他例の構成の概要を示す図 本発明の実施の形態におけるシミュレーションに用いる半田モデルの一例を示す図 本発明の実施の形態における部品実装装置の動作の一例を示すフローチャート図 従来の部品実装装置が具備する装着ヘッドの構成の概要を示す図

符号の説明

１ 移動体
２ 装着ヘッドベース
３ 制御部
４ ケーシング
５ａ ベアリング
５ｂ ベアリング
６ 回転部材
６ａ 凹部
７、９ 歯車
８ モータ
１０ 吸着ビット部
１１ａ〜１１ｃ 支持軸
１２ａ〜１２ｄ 孔
１３ 加熱ヘッド
１４ 断熱部
１５ ブローノズル
１６ ノズル
１７ バンプ付ベアＩＣ
１７ａ 半田バンプ
１８ 基板
１９ 空気供給室
２０、２１ 空気供給孔
２１ａ 空気保持室
２２ａ、２２ｂ エアシール
２３ ホルダ部
２３ａ 凹部
２４ ベアリング
２５、２６ 空気吸引孔
２７ エアシール
２８ 圧縮ばね
２９ ロードセル
３０ ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
３１ ロッド
３２ 磁石
３３ コイル
３４ａ、３４ｂ 保持部
３５ 揺動体
３６ バランスウエイト
３７ 支持台
３８ ベアリング
３９ 引っ張りばね
４０ 保持部材
４１ ボールスプライン軸受け
１０１ パッド
１０２ ランド
１０３ 溶融した半田
１０３ａ 側面
２０１ 昇降駆動部
２０２ 装着ヘッド
２０３ 吸着ノズル
２０４ バンプ付ベアＩＣ
２０４ａ 半田バンプ
２０５ 基板
２０６ セラミックヒータ
２０７ ブローノズル
２０８ 断熱部
２０９ 支軸

Claims (18)

1. 実装部材と被実装部材との間に介在する溶融した半田を冷却して固化させることで、前記実装部材と前記被実装部材とを接合する半田接合方法であって、
   冷却前の溶融した前記半田に付与される荷重を、前記実装部材と前記被実装部材間の所望高さと前記半田の体積とから予め求めた目標荷重に制御することを特徴とする半田接合方法。
2. 前記実装部材と前記被実装部材とを固相状態の半田を介して接触させる工程と、加熱により半田を溶融させる工程と、半田を冷却して固化させる工程と、を具備することを特徴とする請求項１記載の半田接合方法。
3. 半田を溶融させる工程において、半田に付与される荷重を前記目標荷重に制御することを特徴とする請求項２記載の半田接合方法。
4. 前記実装部材を前記被実装部材へ近づけて、前記実装部材と前記被実装部材とを固相状態の半田を介して接触させ、前記実装部材にかかる荷重が所定値になった後に、半田を溶融させる工程へ移ることを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の半田接合方法。
5. 前記実装部材と前記被実装部材とを予め溶融させた半田を介して接触させる工程と、半田を冷却して固化させる工程と、を具備することを特徴とする請求項１記載の半田接合方法。
6. 半田を冷却して固化させる工程において、半田に付与される荷重を前記目標荷重に制御することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の半田接合方法。
7. 前記目標荷重は、前記被実装部材へ前記実装部材を押し付ける方向、または前記被実装部材から前記実装部材を離す方向の荷重であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の半田接合方法。
8. 実装部材を保持する可動部と、
   前記可動部を昇降動作させる駆動部と、
   前記実装部材と被実装部材との間に介在する半田に付与される荷重を検出する荷重検出部と、
   前記荷重検出部により検出される荷重に基づき前記駆動部による前記可動部の昇降動作を制御する制御部と、
   を備え、前記可動部が保持する前記実装部材と前記被実装部材とが溶融した前記半田を介して接触している状態で、その溶融した前記半田を冷却して固化させることで、前記被実装部材に前記実装部材を実装する実装装置であって、
   前記被実装部材と前記実装部材とが溶融した前記半田を介して接触された状態で、前記荷重検出部により検出される荷重が前記実装部材と前記被実装部材間の所望高さと前記半田の体積とから予め求めた目標荷重となるように、前記駆動部による前記可動部の昇降動作を制御することを特徴とする実装装置。
9. 前記可動部の重量方向の重量を打ち消すように重力補償する重力補償機構を備えることを特徴とする請求項８記載の実装装置。
10. 前記重力補償機構は、支点を挟んだ一方側において前記可動部を支持し、他方側において重りを支持するバランス機構であることを特徴とする請求項９記載の実装装置。
11. 前記実装部材を前記被実装部材へ近づけて前記実装部材と前記被実装部材とを固相状態の半田を介して接触させ、加熱により半田を溶融させた後、半田を冷却して固化させることを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかに記載の実装装置。
12. 前記実装部材と前記被実装部材とを固相状態の半田を介して接触させ、前記実装部材にかかる荷重が所定値になった後に、半田を溶融させることを特徴とする請求項１１記載の実装装置。
13. 加熱により半田を溶融させる間、前記荷重検出部により検出される荷重が前記目標荷重となるように、前記駆動部による前記可動部の昇降動作を制御することを特徴とする請求項１１または１２のいずれかに記載の実装装置。
14. 前記実装部材を前記被実装部材へ近づけて前記実装部材と前記被実装部材とを予め溶融させた半田を介して接触させた後、半田を冷却して固化させることを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかに記載の実装装置。
15. 半田を冷却して固化させる間、前記荷重検出部により検出される荷重が前記目標荷重となるように、前記駆動部による前記可動部の昇降動作を制御することを特徴とする請求項８ないし１４のいずれかに記載の実装装置。
16. 半田を冷却して固化させる際に、前記可動部による前記被実装部材の保持を解除することを特徴とする請求項８ないし１４のいずれかに記載の実装装置。
17. 前記目標荷重は、前記被実装部材へ前記実装部材を押し付ける方向、または前記被実装部材から前記実装部材を離す方向の荷重であることを特徴とする請求項８ないし１６のいずれかに記載の実装装置。
18. 前記制御部は、前記実装部材と前記被実装部材間の所望高さや、固相状態の半田の形状データを基に自動的に前記目標荷重を算出することを特徴とする請求項８ないし１７のいずれかに記載の実装装置。

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