JP2012178515A - 電子部品組み立て方法、電子部品組み立て装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組み立て時の熱影響を低減しながらも、スタッドバンプを利用して効率的に電子部品を組み立てる。
【解決手段】常温より高い温度に基板を加熱しながら、スタッドバンプ形成装置によって基板に金属のスタッドバンプを形成し、このスタッドバンプの形成以降、基板を常温まで温度降下させない状態を維持し、チップボンダによって前板の前記スタッドバンプ上に電子部品片を配置して超音波接合するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、スタッドバンプを利用して電子部品を組み立てる際に利用される電子部品組み立て手法に関する。

従来、電子部品を組み立てる際において、電気的な接続を確保する為にスタッドバンプが広く利用されている。このスタッドバンプは、微細な金属バンプを形成する手法の一つである。例えば２５ミクロン径の金ワイヤを用いて、放電加熱により金ボールを一旦形成し、超音波アシストによってこの金ボールを電子部品の電極部分に接合させ、金ワイヤを引きちぎることで、約９０ミクロン径の金製のスタッドバンプを形成することができる。より細い径の金属ワイヤを用いれば、より微小なスタッドバンプを形成できる。一般的に、このスタッドバンプは、半導体チップの電極にそれぞれ形成される（特許文献１参照）。

スタッドバンプが電極に形成された半導体チップを実装基板上に搭載する際は、いわゆるフリップチップ実装装置が用いられる。このフリップチップ実装装置では、半導体チップをハンドリングして電極及びスタッドバンプを下側に向けて、実装基板の所定位置に配置して実装基板と半導体チップが接合される（特許文献２参照）。

特開２００６−２７８４５４号公報 特開２００１−７７５９３号公報

従来の電子部品組み立て手法では、半導体チップの電極にスタッドバンプを形成しておき、その後、この半導体チップをハンドリングしながら、基板に実装していく手法となる。結果、半導体チップ上のスタッドバンプは常温状態（低温状態）となる。スタッドバンプは低温になるほどその剛性が高いため、基板と半導体チップをスタッドバンプを利用して接合する際に、基板及び半導体チップに衝撃が加わりやすいという問題があった。

一方で、半導体チップのスタッドバンプを加熱してから基板に搭載しようとすると、このスタッドバンプに複数回の熱サイクルが作用してスタッドバンプ自体が劣化したり、半導体チップも熱影響を受けたりするという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、組み立て時の熱影響を低減しながらも、スタッドバンプを利用して効率的に電子部品を組み立てることを可能とする電子部品組み立て手法を提供することを目的としている。

本発明者の鋭意研究により、上記目的は以下の手段によって達成される。

上記目的を達成する本手段は、常温より高い温度に基板を加熱しながら、スタッドバンプ形成装置によって前記基板に金属のスタッドバンプを形成するスタッドバンプ形成工程と、前記スタッドバンプの形成以降、前記基板を常温まで温度降下させない状態を維持し、チップボンダによって前記基板の前記スタッドバンプ上に電子部品片を配置して超音波接合する電子部品片搭載工程と、を有することを特徴とする電子部品組み立て方法である。

上記手段の電子部品組み立て方法は、前記スタッドバンプ形成工程の前に、前記基板を予め加熱する基板予熱工程を有することを特徴とすることが好ましい。

上記手段の電子部品組み立て方法は、前記電子部品片搭載工程の後に、自然放冷と比較して緩やかな温度降下速度で前記基板を放熱する基板徐冷工程を有することを特徴とすることが好ましい。

上記手段の電子部品組み立て方法の前記電子部品片搭載工程は、前記スタッドバンプ形成工程の後、前記基板を常温まで降下させない状態を維持できる時間範囲内で、前記スタッドバンプ形成装置から前記チップボンダまで前記基板を搬送する基板搬送工程と、前記基板の搬送後、前記基板を加熱しながら前記電子部品片を超音波接合する超音波接合工程と、を有することを特徴とすることが好ましい。

上記手段の電子部品組み立て方法の前記電子部品搭載工程における前記基板搬送工程では、前記基板の温度変化を２０度以内に抑えた状態で、前記スタッドバンプ形成装置から前記チップボンダまで前記基板を搬送することを特徴とすることが好ましい。

上記手段の電子部品組み立て方法の前記電子部品搭載工程における前記基板搬送工程では、基板搬送装置における前記基板を保持する為の保持部を温度制御しながら前記基板をハンドリングし、前記スタッドバンプ形成装置から前記チップボンダまで前記基板を搬送することを特徴とすることが好ましい。

上記手段の電子部品組み立て方法の前記スタッドバンプ形成工程では、前記基板を８０度以上に加熱し、前記電子部品片搭載工程では、前記スタッドバンプの形成以降、前記基板を６０度以下まで温度降下させない状態を維持した上で、前記スタッドバンプに前記電子部品片を超音波接合することを特徴とすることが好ましい。

上記目的を達成する本手段は、常温より高い温度に基板を加熱する加熱プレートを有し、加熱された前記基板に金属のスタッドバンプを形成するスタッドバンプ形成装置と、前記スタッドバンプの形成以降、前記基板を常温まで温度降下させない状態を維持し、前記基板の前記スタッドバンプ上に電子部品片を配置して超音波接合するチップボンダと、を有することを特徴とする電子部品組み立て装置である。

上記手段の電子部品組み立て装置は、前記基板を予め加熱してから前記スタッドバンプ形成装置に搬入する基板予熱装置を有することを特徴とすることが好ましい。

上記手段の電子部品組み立て装置は、前記チップボンダから搬出される前記基板を、自然放冷と比較して緩やかな温度降下速度で前記基板を放熱する基板徐冷装置を有することを特徴とすることが好ましい。

上記手段の電子部品組み立て装置において、前記チップボンダは、前記基板を常温まで降下させない状態で、前記スタッドバンプ形成装置から前記チップボンダまで前記基板を搬送する基板搬送装置と、前記基板を加熱するボンダ側加熱プレートを有することを特徴とすることが好ましい。

上記手段の電子部品組み立て装置において、前記基板搬送装置は、前記基板を保持する保持部を温度制御する温度制御装置を有することを特徴とすることが好ましい。

上記手段の電子部品組み立て装置において、前記チップボンダは、中心軸を回転軸として回転可能に支持されるターレットと、出力軸に前記ターレットが接続されるターレット駆動モータと、前記ターレットの周方向に複数設けられて、電子部品片を保持し、該電子部品片を相手側部材に溶着する部品保持ユニットと、前記ターレットと前記部品保持ユニットの間に設けられて、前記部品保持ユニットを前記ターレットに対して上下方向に移動自在に案内する部品保持ユニット案内装置と、前記部品保持ユニットの上側に設けられ、前記部品保持ユニットを押圧することによって、該部品保持ユニットを下方向に移動させる部品保持ユニット駆動装置と、を備え、前記部品保持ユニットは、前記電子部品片を吸着する吸着ノズルが設けられる超音波ホーンと、前記超音波ホーンを超音波振動可能に支持するホーン支持部材と、前記ホーン支持部材を上下方向に摺動可能に支持するケースと、を備えることを特徴とすることが好ましい。

上記手段の電子部品組み立て装置において、前記チップボンダの前記部品保持ユニット駆動装置は、第１押下装置及び第２押下装置を備え、前記第１押下装置は、前記部品保持ユニット全体を、前記ターレットに対して下方向に押し下げるようにし、前記第２押下装置は、前記吸着ノズルを、前記部品保持ユニットの前記ケースに対して下方向に相対的に押し下げることを特徴とすることが好ましい。

上記手段の電子部品組み立て装置において、前記チップボンダの前記部品保持ユニット駆動装置は、前記ターレットから独立した状態で設けられ、少なくとも電子部品片供給装置から前記電子部品片が供給される位置上、及び前記電子部品片を前記相手側部材に溶着する位置上に固定配置されることを特徴とすることが好ましい。

上記手段の電子部品組み立て装置において、前記チップボンダは、前記超音波ホーンを回転させるホーン回転装置を備えることを特徴とすることが好ましい。

上記手段の電子部品組み立て装置において、前記チップボンダの前記部品保持ユニットは、前記ホーン支持部材を上方に付勢するホーン付勢装置と、前記ホーン支持部材の上下方向の位置を検出するホーン位置検出装置と、を備えることを特徴とすることが好ましい。

上記手段の電子部品組み立て装置において、前記チップボンダの前記部品保持ユニットにおける前記ホーン付勢装置は、前記ホーン支持部材側に固定配置されるホーン側マグネットと、前記ホーン側マグネットと対向して、前記ケース側に固定配置されるケース側マグネットと、を備え、前記ホーン側マグネット及び前記ケース側マグネットは、相互に吸着又は反発することで、前記ホーン支持部材を上方に付勢することを特徴とすることが好ましい。

上記手段の電子部品組み立て装置において、前記チップボンダの前記超音波ホーンは、該超音波ホーンの振動方向が前記ターレットの径方向となるように設けられていることを特徴とすることが好ましい。

上記手段の電子部品組み立て装置において、前記チップボンダの前記部品保持ユニット駆動装置は、前記部品保持ユニットの真上に対して前記ターレットの半径方向にオフセットされた状態で配置されることを特徴とすることが好ましい。

本発明によれば、組み立て時の熱影響を低減しながらも、スタッドバンプを利用して効率的に電子部品を組み立てることが可能となるという優れた効果を奏し得る。

本発明の実施形態に係る電子部品組み立て装置の全体構造を示す平面図である。 同電子部品組み立て装置のスタッドバンプ形成装置を示す側面図である。 同スタッドバンプ形成装置によるスタッドバンプ形成工程を示す拡大図である。 同電子部品組み立て装置のチップボンダの全体構造を示す正面図である。 同チップボンダの全体構造を示す側面図である。 同チップボンダの（ａ）平面図、及び（ｂ）ターレットの開放状態を示す図である。 （ａ）（ｂ）同チップボンダの部品保持ユニットを側面から見た断面図、及び部品保持ユニット駆動装置並びに部品保持ユニット案内装置の側面図である。 （ａ）超音波ホーンの側面図であり、（ｂ）超音波ホーンの下面図であり、（ｃ）超音波ホーンの振動状態を示す下面図である。 （ａ）は、図６（ａ）における矢印I方向から見たチップボンダのホーン回転装置の平面図であり、（ｂ）同ホーン回転装置の右側面図であり、（ｃ）は、図８（ａ）における矢視II−II方向から見た同ホーン回転装置の正面図である。 同チップボンダのスライダ移動装置の圧電素子によってホーン回転用スライダを移動させる状態を示す図である。 同チップボンダの部品保持ユニットにおける、マグネットを利用したホーン保持部材の位置検出方法を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は同チップボンダの電子部品片供給装置及び基板供給装置の平面図である。 同電子部品組み立て装置によるウエハ基板の温度サイクルを示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る電子部品組み立て装置９００の全体構成が示されている。この電子部品組み立て装置９００は、チップボンダ１００、スタッドバンプ形成装置２００、基板予熱装置３００、基板徐冷装置４００、基板搬送装置５００、基板用カセット６００を備える。なお、基板用カセット６００には、電子部品片が搭載されるウエハ基板６１０が複数枚収容されている。

基板搬送装置５００は、ウエハ基板６１０を基板用カセット６００から取り出して、チップボンダ１００、スタッドバンプ形成装置２００、基板予熱装置３００、基板徐冷装置４００の間を図中の矢印の順番で搬送する。具体的に基板搬送装置５００はウエハ搬送用ロボットであり、多段階に伸縮するアーム５１０の先端に保持具５２０が搭載されている。基板搬送装置５００は、保持具５２０によってウエハ基板６１０をクランプし、アーム５１０を自在に伸縮及び回転させて、目標とする場所にウエハ基板６１０を搬送することができる。この保持具５２０には、温度制御ヒーター（温度制御装置）が内蔵されており、クランプする際のウエハ基板６１０の温度に対して、保持具５２０の温度が近似するように温度制御される。なお、本実施形態では、１台の基板搬送装置５００によって、ウエハ基板６１０の全ての搬送を行う構造を示したが、本発明はこれに限定されず、複数の基板搬送装置を利用しても良い。

基板予熱装置３００は、予熱用加熱プレート３１０を備える。この予熱用加熱プレート３１０は、この上に載置されるウエハ基板６１０を例えば８０度〜２００度の範囲内、好ましくは９０度〜１８０度の範囲内で加熱するようになっている。基板予熱装置３００で予熱されたウエハ基板６１０は、基板搬送装置５００によってスタッドバンプ形成装置２００に搬送される。

スタッドバンプ形成装置２００は、図２に拡大して示されるように、キャピラリ２１０、ヘッド２２０、超音波ホーン２３０、Ｚ軸テーブル２４０、Ｘ−Ｙテーブル２５０、ワイヤクランパ２６０、金ワイヤ２７０が巻き付けられるボビン２８０、加熱プレート２９０、放電電極２９５等を備えて構成される。

キャピラリ２１０は、上下方向に開口が貫通する中空針構造となっており、金ワイヤ２７０が挿通される。このキャピラリ２１０は、超音波ホーン２３０の先端に保持されており、このキャピラリ２１０が超音波振動する。超音波ホーン２３０は、Ｚ軸テーブル２４０によって上下方向に移動するヘッド２２０に固定されている。なお、ヘッド２２０内には特に図示しない超音波振動子が内蔵されており、この超音波振動子が超音波ホーン２３０に超音波振動を印加する。ワイヤクランパ２６０は、キャピラリ２１０の上方に配置されており、金ワイヤ２７０をクランプして、金ワイヤ２７０に所定の張力を生じさせる。ボビン２８０は、ワイヤクランパ２６０の上方に配置されており、金ワイヤ２７０を繰り出す構造となっている。放電電極２９５は、その先端がキャピラリ２１０と接近するように配置される。放電電極２９５とキャピラリ２１０の間に高圧電源を印加すると、両者の間で放電が起こり、その熱によってキャピラリ２１０の下端の金ワイヤ２７０が溶融してボール状になる。

Ｘ−Ｙテーブル２５０には加熱プレート２９０が搭載されており、この加熱プレート２９０にウエハ基板６１０が載置される。従って、ウエハ基板６１０は、この加熱プレート２９０によって８０度〜２００度の範囲内における目標温度に維持される。

図３（ａ）に示されるように、スタッドバンプ形成装置２００は、キャピラリ２１０の下端において金ワイヤ２７０を溶融することで金ボール２７０Ａを形成した後、図３（ｂ）のようにキャピラリ２１０を下降させることで、金ボール２７０Ａをウエハ基板６１０に押しつける。この際、キャピラリ２１０を超音波振動させることで、金ボール２７０Ａとウエハ基板６１０が超音波接合する。更に、図３（ｃ）のように、金ワイヤ２７０をワイヤクランパ２６０によってクランプして、ワイヤクランパ２６０を上方に引き上げることで、金ボール２７０Ａと金ワイヤ２７０が引きちぎられて、金のスタッドバンプ２７０Ｂが形成される。この手順によって、スタッドバンプ形成装置２００は、ウエハ基板６１０をＸ−Ｙテーブル２５０で移動させながら、全域に亘って多数のスタッドバンプ２７０Ｂを順番に形成する。この間も、ウエハ基板６１０は、加熱プレート２９０によって常温より高い温度に維持されている。

スタッドバンプ２７０Ｂの形成が完了したウエハ基板６１０は、基板搬送装置５００によってチップボンダ１００に搬送される。この搬送時間は２０秒以内に短く設定されており、搬送中におけるウエハ基板６１０の温度低下は殆ど生じず、温度降下を２０度以内に収めることが出来る。これにより、ウエハ基板６１０が常温になったり、６０度以下になったりすることも回避できる。

チップボンダ１００は、図４及び図５Ａの全体構造に示されるように、ターレット１０と、ターレット駆動モータ２０と、部品保持ユニット３０と、ホーン回転装置４０と、部品保持ユニット案内装置５０と、部品保持ユニット駆動装置８０と、部品保持ユニット駆動装置８０及びターレット駆動モータ２０が配置される駆動装置基台９０と、この駆動装置基台９０が保持される脚部９５を備えて構成される。なお、ここでは、部品保持ユニット３０の吸着ノズル３３により電子部品片９８を吸着する位置を供給位置Ｕと呼び、吸着された電子部品片９８をウエハ基板６１０に溶着する位置を溶着位置Ｗと呼ぶことにする。

トレイ９６に載置された電子部品片９８は、Ｘ−Ｙテーブルから構成される電子部品片供給装置８９によりＸ−Ｙ方向に移動されて供給位置Ｕに供給される。電子部品片９８の供給位置Ｕでの位置決めは、上方に配置される供給位置確認カメラ９２で撮影した電子部品片９８の画像データに基づいて、主制御部（図示省略）が電子部品片供給装置８９をＸ−Ｙ方向に移動することにより行われる。

溶着位置Ｗは、チップボンダ１００の主軸を挟んで、電子部品片供給装置８９と略反対側（ターレット１０の回転移動経路に沿って１８０度の位相差を有する場所）に位置している。そこには、ウエハ基板６１０が載置される加熱プレート９７と、この加熱プレート９７をＸ−Ｙ方向に移動させる基板供給装置８８が設けられている。基板供給装置８８は、加熱プレート９７に載置されたウエハ基板６１０を位置決めする。この位置決めは、上方に配置される溶着位置確認カメラ９４で撮影したウエハ基板６１０の画像データに基づいて、主制御部（図示省略）が基板供給装置８８をＸ−Ｙ方向に移動することにより行われる。

部品保持ユニット３０の回転移動経路上の供給位置Ｕと溶着位置Ｗの途中（ここでは供給位置Ｕから９０度の位相差を有する場所）には、下側から部品保持ユニット３０を撮影する吸着位置確認カメラ９３が設けられている。吸着位置確認カメラ９３は、吸着ノズル３３に吸着保持された電子部品片９８の角度を撮影して、撮影した画像データを主制御部に送信する。そして、主制御部は、その画像データに基づいて、ホーン回転装置４０を動作させて、電子部品片９８が所定の角度になるように吸着ノズル３３を回転制御する。吸着ノズル３３により吸着保持された電子部品片９８の吸着状態（角度）を確認する位置を、ここでは吸着状態確認位置Ｖと言う。

また、部品保持ユニット３０の回転移動経路上の溶着位置Ｗと供給位置Ｕの途中（ここでは溶着位置Ｗから９０度の位相差を有する場所）にはクリーニング装置９８が設けられている。クリーニング装置９８は、吸着ノズル３３の先端が当接することで、この先端を自動的にクリーニングする。従って、部品保持ユニット３０が、溶着位置Ｗや供給位置Ｕで、供給作業や溶着作業を行っている間に、他の部品保持ユニット３０の吸着ノズル３３をクリーニングしてメンテナンスを行うことが可能となる。なお、このクリーニング装置９８によって吸着ノズル３３をクリーニングする位置を、ここではクリーニング位置Ｔと言う。

上記のように、チップボンダ１００は、ターレット１０を回転することにより、部品保持ユニット３０に設けられた吸着ノズル３３を供給位置Ｕ、吸着状態確認位置Ｖ、溶着位置Ｗ、クリーニング位置Ｔの順番に搬送することができるようになっている。

ターレット１０は、円盤形状、又は５角形又は６角形等の多角形形状の円板状部材である。ターレット１０は、自身の中心軸を回転軸として、ターレット駆動モーター２０に回転可能に同軸状態で支持される。この結果、ターレット１０は、ターレット駆動モータ２０の回転に連動して回転する。また、ターレット１０は、上述した形状に限定されるものではなく、例えば、円筒の外周面から外側に向かって放射状に突出するように形成された複数の凸部（アーム）を有する星型又はヒトデ型等であっても好ましい。

ターレット駆動モータ２０は、ＤＤモータ（ダイレクト・ドライブ・モータ）を用いており、ターレット１０の回転方向の位置決めを高い角度精度で行う。

図５Ｂ（ａ）に示されるように、このターレット駆動モータ２０は、上方の駆動装置基台９０に固定されている。この駆動装置基台９０は、脚部９５によって揺動自在に保持されている。従って、ターレット１０をメンテナンスする際は、図５Ｂ（ｂ）に示されるように、脚部９５に対して駆動装置基台９０を上方に揺動させることで、ターレット１０の全体を上方に開放する。

部品保持ユニット３０は、ターレット１０の周方向に等間隔で複数（ここでは４個）設けられるとともに、下側には、吸着ノズル３３を有する超音波ホーン３２を備えている。なお、この部品保持ユニット３０は、ターレット１０の外周において、半径方向外側に突出するように配置されている。このようにすることで、複数の部品保持ユニット３０の周方向の間に空間Ｓを確保する。結果、供給位置Ｕの上方に配置される供給位置確認カメラ９２は、部品保持ユニット３０が存在しないタイミングを見計らって、空間Ｓを介して電子部品片供給装置８９を上方から撮像して、電子部品片９８の位置決めを行う。同様に、溶着位置Ｗの上方に配置される溶着位置確認カメラ９４は、部品保持ユニット３０が存在しないタイミングを見計らって、空間Ｓを介してウエハ基板６１０を撮像し、ウエハ基板６１０に形成されているスタッドバンプ２７０Ｂ等を検出して、電子部品片９８を正しい位置に溶着するようになっている。

なお、部品保持ユニット３０をターレット１０半径方向内側に配置する場合は、ターレット１０に開口を形成するなどして、同様な空間Ｓを確保すれば良い。即ち、空間Ｓを確保するためにターレット１０を切り欠けば良い。

部品保持ユニット３０は、吸着ノズル３３で電子部品片９８を吸着保持したり、超音波ホーン３２の超音波振動により、吸着保持した電子部品片９８をウエハ基板６１０に超音波溶着（超音波接合）したりする。この吸着ノズル３３は、内部に吸入経路３３Ａが形成されており、特に図示しない真空ポンプと接続されている。真空ポンプは、吸入経路３３Ａを介して吸着ノズル３３の先端に負圧を発生させる。これにより、吸着ノズル３３が電子部品片３３Ａを吸着する。

部品保持ユニット３０は、図６に示されるように、ケース３１と、超音波ホーン３２と、ホーン支持部材３４と、ホーン付勢装置３６と、ホーン位置検出装置３８を備えて構成される。超音波ホーン３２は、超音波発振器（図示省略）により、例えば６０ｋＨｚ帯の周波数を有する電気信号を与えられ、機械的な振動エネルギーに変換する。

ケース３１の内部の収容空間３１Ａには、後述するホーン支持部材３４の軸部３４Ｃ、ホーン付勢装置３６、ホーン位置検出装置３８が収容される。更に、ケース３１には摺動通路３１Ｂが形成されており、ホーン支持部材３４の軸部３４Ｃが、スライド可能に挿通される。なお、収容空間３１Ａと摺動通路３１Ｂは連通して形成され、摺動通路３１には、軸部３４Ｃを上下方向に摺動可能、且つ軸中心に回転可能に支持する支持部材３５が設けられている。本実施形態では支持部材３５としてボールベアリングが用いられている。この支持部材３５は、摺動通路３１Ｂにおける上下２か所に設けられている。これによって、ホーン支持部材３４は、ケース３１に対し、上下方向及び回転方向のどちらにも可動できる。また、収容空間３１Ａの下側には、ケース側マグネット３６Ｂをケース３１に固定するためのケース側マグネット固定部３１Ｄが設けられている。

超音波ホーン３２のホーン本体部３２Ｘは、図７（ａ）及び（ｂ）に示されるように、図６の矢印Ｉ方向（上下方向）から見て、概略直方体形状で、長手方向の中心部近傍が括れた形状になっている。また、超音波ホーン３２は、括れている部分の略中心に吸着ノズル３３が端面から下方向に突出形成されている。ホーン本体部３２Ｘには、長手方向及び幅方向に対象の４箇所に薄板状の連結部３２Ｂが形成され、更にこの連結部３２Ｂには固定部３２Ａが形成される。この固定部３２Ａは、ホーン支持部材３４のホーン取付部３４Ａに固定される。したがって、超音波ホーン３２は、ホーン支持部材３４のホーン取付部３４Ａに対して固定部３２Ａのみで接続されており、その他の部分では接触していない構造となっている。特にホーン本体部３２Ｘは、超音波振動におけるノード（節）となる部分において、薄板状の連結部３２Ｂによって保持されるので、連結部３２Ｂによる振動減衰は殆どなく、入力される電気信号に基づく超音波振動を確実に行うことができる。例えば、超音波発振器から所定の周波数の電気信号が超音波ホーン３２に入力されると、ホーン本体部３２Ｘは、図７（ｃ）に示されるように、連結部３２Ｂの弾性変形により同図の左右方向（矢印Ｂ、Ｃ方向）で、且つ吸着方向と垂直面内で連続的に振動する。なお、ホーン本体部３２Ｘにおける連結部３２Ｂが形成される位置は、振動モードにおいて最も振動（振幅）が少ない点が設定されている。

また、本実施形態では、超音波ホーン３２は、吸着ノズル３３の近辺がくびれた形状になっており、更に、ターレット１０の周方向と垂直方向に超音波振動するように配設されている。即ち、超音波ホーン３２の長手方向が、ターレット１０の半径方向に向くようにして配置される。この結果、吸着ノズル３３におけるターレット１０の周方向の前後に余裕空間が形成されるので、例えば、ターレット１０の周方向に沿って、より多くの部品保持ユニット３０を配置することも可能になる。また、既に述べたように、このターレット１０の上方に配置される供給位置確認カメラ９２や溶着位置確認カメラ９４が撮像する際、超音波ホーン３２が半径方向に延在すれば邪魔にならないで済む。即ち、供給位置確認カメラ９２や溶着位置確認カメラ９４、ターレット１０によって周方向に移動する超音波ホーン３２（部品保持ユニット３０）が存在していない間に、そのトレイ９６上の電子部品片９８やウエハ基板６１０を画像認識する。

図６に戻って、ホーン支持部材３４は、上述した軸部３４Ｃと、この軸部３４Ｃの下端に連続形成されるホーン取付部３４Ａを有している。ホーン取付部３４Ａは軸部３４Ｃに対して径方向に拡張している。また、ホーン支持部材３４の上端側（第２押下装置７０側）には、ターレット１０の半径方向内側に向かって延在する拡張プレート３４Ｄを備える。この拡張プレート３４Ｄの上面が第２押下装置７０に押下される受圧部３４Ｂとなる。このように、半径方向に延在する拡張プレート３４Ｄを配置することで、部品保持ユニット駆動装置８０を半径方向にオフセットして配置することが可能となっている。また、受圧部３４Ｂ（拡張プレート３４Ｄ）の下側には、ホーン側マグネット固定部３４Ｄが設けられ、ホーン付勢装置３６のホーン側マグネット３６Ａが固定される。ホーン取付部３４Ａの外側面には、ホーン回転装置４０と係合する概略Ｌ形状の係合部３４Ｅが設けられている。

ホーン付勢装置３６は、ホーン側マグネット３６Ａと、このホーン側マグネット３６Ａよりも下側に配置されるケース側マグネット３６Ｂを有して構成されている。ホーン側マグネット３６Ａは、環状に形成され、ホーン支持部材３４の軸部３４Ｃに挿通されるとともに、ホーン支持部材３４の途中に形成されている突起に固定される。この突起がホーン側マグネット固定部となる。ケース側マグネット３６Ｂは、環状に形成され、ホーン支持部材３４の軸部３４Ｃに対して遊びを持った状態で挿通されるとともに、ケース３１の収容空間３１Ａに形成されたケース側マグネット固定部３１Ｃに固定されている。ホーン側マグネット３６Ａとケース側マグネット３６Ｂは、同じ磁極が互いに対向（例えば、Ｓ極とＳ極又はＮ極とＮ極が対向）するように配置されている。ホーン側マグネット３６Ａとケース側マグネット３６Ｂは互いに反発する。この反発力により、ホーン支持部材３４は、ケース３１に対して、上側に付勢されて磁気浮上する。

ホーン位置検出装置３８は、ホーン側マグネット３６Ａ又はケース側マグネット３６Ｂの磁界変化を検出して電気信号に変換する。なお、本実施形態ではホーン位置検出装置３８としてホール素子が用いられている。図６において、ホーン位置検出装置３８は、ホーン側マグネット３６Ａに近接するように、ケース３１の収容空間３１Ａの側壁に設けられる。図１０（ａ）に示されるように、ホーン側マグネット３６Ａは、上下方向にＳ極とＮ極が分極しており、磁界Ｂがホーン位置検出装置３８側に作用する。ホーン位置検出装置３８は、水平方向の磁界Ｘの強度変化を検出する。図１０（ｂ）のように、ホーン側マグネット３６Ａが上昇すると、ホーン位置検出装置３８に作用する磁界Ｂの強さが変化するので、その位置変化を極めて素早く検出することができる。このように、ホーン位置検出装置３８は、ホーン側マグネット３６Ａとの距離の変化に基づく磁界変動を検出して、その変化を電気信号に変換する。また、ホーン位置検出装置３８は、電気信号を主制御部（図示省略）に送信する。主制御部は、ホーン位置検出装置３８から受信した電気信号に基づいて、ケース３１に対するホーン支持部材３４の上下方向の高さ変動を検出できる。この結果、溶着時において、部品保持ユニット３０全体を下降させて、電子部品片９８がウエハ基板６１０に接触した瞬間を、極めて正確に検出することができる。

図８を用いてホーン回転装置４０について説明する。図８（ａ）は、図６の矢印Ｉ方向から見たホーン回転装置４０の平面図であり、図８（ｂ）は、同ホーン回転装置４０の右側面図であり、図８（ｃ）は、図８（ａ）における矢視II−II方向から見た同ホーン回転装置４０の正面図である。

ホーン回転装置４０は、ホーン支持部材３４の係合部３４Ｅと係合するホーン回転用スライダ４２を左右（図８（ａ）の矢印Ｄ又はＥ方向）にスライドさせることによって、ホーン支持部材３４を回転させる。この結果、吸着ノズル３３を、吸着方向に対して垂直面内で回転（図８（ａ）の矢印Ｆ又はＧ方向）させる。ホーン回転装置４０は、上述したホーン回転用スライダ４２と、ホーン回転用スライダ４２を一方からスライド自在に支持するスライダ支持装置４４と、スライダ支持装置４４と連動して、ホーン回転用スライダ４２を吸着方向と垂直面内でスライドさせるスライダ移動装置４６と、ホーン回転用スライダ４２のスライド量を検出するスライダ位置検出装置４８を有して構成されている。

ホーン回転用スライダ４２は概略Ｃリング形状の板部材である。ホーン回転用スライダ４２は、支持面４２Ａと被駆動面４２Ｂを有している。支持面４２Ａは、スライダ支持装置４４におけるベアリング４４Ａと接触する部位となる。

また、ホーン回転用スライダ４２の被駆動面４２Ｂは、スライダ移動装置４６の圧電素子４７に形成される凸部４７Ａと当接する。従って、ホーン回転用スライダ４２は、ベアリング４４Ａと凸部４７Ａによって挟持されていることになる。圧電素子４７の凸部４７Ａが、ホーン回転用スライダ４２の被駆動面４２Ｂを、両者間の摩擦抵抗によってスライドさせるようになっている。

スライダ支持装置４４は、ボールベアリングなどのベアリング４４Ａと、板ばね４４Ｂと、押えネジ４４Ｃと、板ばね固定台４４Ｄと、軸台４４Ｅと、保持軸４４Ｆと、台座４１を有して構成される。

台座４１は、方形の筒状に構成されており、内部にスライダ移動装置４６の圧電素子４７が収容される。この台座４１には、２個の軸台４４Ｅ、４４Ｅが設けられている。この軸台４４Ｅ、４４Ｅには、保持軸４４Ｆが離反可能な状態で保持される構造となっている。保持軸４４Ｆにはベアリング４４Ａが設けられる。

板ばね固定台４４Ｄは、台座４１の略中央に設けられる。板ばね４４Ｂは、２本の押えネジ４４Ｃ、４４Ｃにより板ばね固定台４４Ｄに固定される。板ばね４４Ｂの弾性力によって、保持軸４４Ｆが、軸台４４Ｅ側に押さえ付けられる。

詳細に、保持軸４４Ｆは、軸台４４Ｅに対して図８（ｃ）の上下方向に移動可能に設けられている。板ばね４４Ｂによって保持軸４４Ｆを軸台４４Ｅ側に押さえ付けることによって、ベアリング４４Ａがホーン回転用スライダ４２側に付勢される。この結果、ホーン回転用スライダ４２は、スライダ移動装置４６の凸部４７Ａとベアリング４４Ａで挟み込まれる。この結果、凸部４７Ａが移動しない限り、ホーン回転用スライダ４２はスライドができない状態となる。なお、板ばね４４Ｂ、押さえネジ４４Ｃ、板ばね固定台４４Ｄによって、いわゆる押圧装置を構成する。

スライダ移動装置４６は、台座４１側に振動可能に支持される圧電素子４７を備える。この圧電素子４７は、詳細には一対の圧電素子片４７Ｂが内蔵されており、各圧電素子片４７Ｂに対して、相互に９０度位相ずらした周期電圧を加えるようになっている。

圧電素子４７には、ホーン回転用スライダ４２方向に突出する凸部４７Ａが設けられている。上述の２つの圧電素子片４７Ｂに対して、９０度の位相差を有する電圧を印加すると、図９に示されるように、この凸部４７Ａが楕円軌道に沿って高速で回転運動する。この回転方向は、適宜反転させることができる。この凸部４７Ａの楕円軌道を利用すれば、ホーン回転用スライダ４２を図９の左右両方向に移動させることができる。

以上の結果、周期的に変化するプラス電圧又はマイナス電圧を圧電素子４７に連続的に入力することで、ホーン回転用スライダ４２をスライドさせて、吸着ノズル３３を所定の角度だけ回転させることができる。

なお、図８に示されるように、ホーン回転装置４０は、マグネット４８Ａとホール素子４８Ｂを有して構成されるスライダ位置検出装置４８を備えている。マグネット４８Ａはホーン回転用スライダ４２側に設けられており、ホール素子４８Ｂは台座４１側に設けられている。マグネット４８Ａとホール素子４８Ｂは対向しており、ホーン回転用スライダ４２が左右方向に移動した場合、マグネット４８Ａとホール素子４８Ｂの距離が変化してホール素子４８Ｂ周囲の磁界も変動する。ホール素子４８Ｂでは、この磁界変動を検出して電気信号に変換して主制御部（図示省略）に送信する。主制御部では、ホール素子４８Ｂから受信した電気信号に基づいて、ホーン回転用スライダ４２のスライド位置を検出する。主制御部は、検出した位置情報に基づいて、ホーン回転用スライダ４２を左右方向に移動させるように制御する。なお、ホール素子４９Ｂや圧電素子４７を動作させるための電源や回路などは、台座４１に固定されている基板ボックス４９に内装されている。

図６に戻って、部品保持ユニット案内装置５０は、ターレット１０と部品保持ユニット３０の間に設けられている。この部品保持ユニット案内装置５０は、ターレット１０外周において上下方向に配設されるレール５２と、レール５２に対してスライド可能に係合するスライド本体５４と、このスライド本体５４に固定されるテーブル５６と、このテーブル５６を常に上方に付勢する部品保持ユニット上方付勢装置５８を有して構成される直動装置である。

テーブル５６は、Ｌ型の板状部材であり、Ｌ型の１面には、部品保持ユニット３０のケース３１が固定され、他の面には、第１押下装置６０に押下げられる受圧部５６Ａが形成される。したがって、第１押下装置６０の押圧部材６８がテーブル５６の受圧部５６Ａを押し下げると、テーブル５６とともに部品保持ユニット３０全体が下方向に案内される。

部品保持ユニット上方付勢装置５８は、このテーブル５６をターレット１０に対して、上方向に常に付勢する装置である。詳細に、部品保持ユニット上方付勢装置５８は、ターレット１０の上面に固定される外筒５８Ａと、ターレット１０とテーブル５６の間に配置される圧縮ばね５８Ｃと、この圧縮ばね５８Ｃを保持する軸部材５８Ｂを有して構成されている。軸部材５８Ｂの上端はテーブル５６側に固定されており、同下端は、外筒５８Ａの内部にスライド可能に挿入される。また、圧縮ばね５８Ｃは、一端ターレット１０に当接され、他端はテーブル５６に当接されて、圧縮状態で配設されている。したがって、圧縮ばね５８Ｃは、テーブル５６を上方向に付勢させる。これにより、部品保持ユニット３０は、部品保持ユニット駆動装置８０からの外力が付与されない限り、常に上方側で静止するようになっている。

部品保持ユニット駆動装置８０は、第１押下装置６０、及び第２押下装置７０を有して構成されている。なお、部品保持ユニット駆動装置８０は、駆動装置基台９０に搭載されている。この部品保持ユニット駆動装置８０は、吸着位置Ｕと、溶着位置Ｗの上方において、半径方向にオフレットした状態でそれぞれ配置される。なお、本実施形態では、部品保持ユニット駆動装置８０が半径方向内側にオフセット配置されることで、部品保持ユニット３０の真上の空間が開放される。この結果、例えば、供給位置確認カメラ９２の撮像方向に対して、部品保持ユニット駆動装置８０が干渉することを回避できる。

第１押下装置６０は、モータ６２と、カム６４と、第２押下装置案内機構６６と、押圧部材６８を有して構成されている。

第２押下装置案内機構６６は、レール６６Ａと、スライド本体６６Ｂと、テーブル６６Ｃと、カム受け部材６６Ｄを有して構成される直動装置である。レール６６Ａは、駆動装置基台９０のレール取付部９０Ａに上下方向に設けられる。レール６６Ａには、スライド本体６６Ｂがスライド可能に係合される。スライド本体６６Ｂにはテーブル６６Ｃが固定されている。また、テーブル６６Ｃには、第２押下装置７０、カム受け部材６６Ｄ、及び押圧部材６８が固定されている。

カム６４は、モータ６２の出力軸６２Ａに固定された扁平のカムであり、１回転の任意の位置でカム受け部材６６Ｄに当接して、カム受け部材６６Ｄを押し下げる。したがって、第１押下装置６０は、カム受け部材６６Ｄを押し下げることで、テーブル６６Ｃを押し下げる。

押圧部材６８は、テーブル６６Ｃの下側に突出するように設けられた棒状部材である。この押圧部材６８は、部品保持ユニット案内装置５０のテーブル５６に形成された受圧部５６Ａを押し下げる。したがって、押圧部材６８は、テーブル５６とともに部品保持ユニット３０全体を押し下げることができる。

第２押下装置７０は、第１押下装置６０のテーブル６６Ｃに固定された基台７６と、基台７６に固定されるボイスコイルモータ７４を有して構成される。ボイスコイルモータ７４は、入力された電圧に応じて、予め設定されている圧力（付勢力）で、先端側に設けられた出力軸７２を移動させることが出来る。ボイスコイルモータ７４の出力軸７２は、部品保持ユニット３０に設けられたホーン支持部材３４の受圧部３４Ｂの上に配置されている。したがって、ボイスコイルモータ７４は、出力軸７２を下降することによって、ホーン支持部材３４の拡張プレート３４Ｄ（受圧部３４Ｂ）を任意の力で押圧できるようになっている。なお既に述べたように、拡張プレート３４Ｄは半径方向内側に拡張されているので、この結果、ボイスコイルモータ７４を半径方向内側にオフセット配置することができる。

図６（ａ）に示されるように、部品保持ユニット駆動装置８０は、第１押圧装置６０によって部品保持ユニット３０全体を押し下げる。そして、電子部品片９８がウエハ基板６１０に当接した瞬間、ホーン保持部材３４は、ケース３１に対して上方に相対移動する。ホーン保持部材３４がケース３１に対して上方に相対移動すると、ホーン位置検出装置３８は、その移動を極めて素早く検出して、電気信号を主制御部（図示省略）へ送信し、第１押圧装置６０を停止する。なお、本実施形態では、ホーン保持部材３４が、磁力（ホーン側マグネット３６Ａとケース側マグネット３６Ｂの反発力）によって磁気浮上していることから、ホーン保持部材３４に対して極めて小さい外力が付加される場合でも、ケース３１に対して素早く相対移動できる。従って、マグネットによる磁気浮上と、このマグネットを磁気を利用した位置検出によって、極めてコンパクトな構成としながらも、ウエハ基板６１０及びスタッドバンプ２７０Ｂへの衝撃を緩和することが出来る。

ホーン位置検出装置３８によってホーン保持部材３４の相対移動が検知された後、第２押下装置７０のボイスコイルモータ７４の出力軸７２下降させる。ボイスコイルモータ７４の出力軸７２により、ホーン支持部材３４の受圧部３４Ｂに所定の押圧力を加える。この押圧力としては、例えば、最初は０からスタートして線形的に力を増大して最終的には４ニュートン[Ｎ]になるように印加する。これにより、ホーン支持部材３４に固定された吸着ノズル３３に所定の押圧力が付与され、所定の圧力で電子部品片９８をスタッドバンプ２７０Ｂに押しつけることができる。この押圧力の増大に連動して、超音波振動の振幅も０から線形的に増大させるようにすることで、安定的に電子部品片９８とスタッドバンプ２７０Ｂが溶着する。なお、ボイスコイルモータ７４によるホーン支持部材３４の押圧力は、ボイスコイルモータ７４に入力する電圧により任意に設定することができる。

＜溶接動作＞

次に、図１１を参照して、チップボンダ１００による、電子部品片９８の搭載工程の動作について説明する。なお、この図１１では、チップボンダ１００において、部品保持ユニット３０を６個備えるようにした場合を例示する。

なお、図１１（ａ）において、供給位置Ｕにある部品保持ユニットを部品保持ユニット３０Ａと定義し、これを基準に時計回りに部品保持ユニット３０Ｂ〜３０Ｆと定義する。供給位置Ｕに対して６０度進んだ位置が吸着状態確認位置Ｖとなっており、更に１２０度進んだ位置が溶着位置Ｗとなる。更に６０度進んだ位置がクリーニング位置Ｔとなる。

まず、電子部品片供給装置８９は、電子部品片９８を所定の供給位置Ｕに移動させる。この時、主制御部（図示省略）は、供給位置確認カメラ９２により、電子部品片供給装置８９により供給された電子部品片９８の位置を撮影し、撮影した画像データに基づいて、電子部品片９８が所定の位置に供給されたか否かを判定する。主制御部は、電子部品片９８が所定の供給位置Ｕからずれていると判定した場合、電子部品片供給装置８９を制御し、電子部品片９８を所定の供給位置Ｕに移動させる。なお、供給位置確認カメラ９２による電子部品片９８の撮像は、上方に部品保持ユニット３０Ｂ〜３０Ｆが存在していないタイミングを計って実行される。

図１１（ａ）に示されるように、チップボンダ１００は、部品保持ユニット３０Ａの吸着ノズル３３によって、供給位置Ｕに供給される電子部品片９８を吸着保持する。吸着保持完了後、更に、ターレット１０を６０度回転させて、部品保持ユニット３０Ａの電子部品片９８を吸着状態確認位置Ｖに搬送する（図１１（ｂ）参照）。そして、主制御部は、吸着状態確認位置Ｖに搬送された電子部品片９８の吸着角度を吸着位置確認カメラ９３により下側から撮影する。主制御部は、撮影した画像データに基づいて、電子部品片９８が所定の角度とずれているか否かを判定する。主制御部（図示省略）は、電子部品片９８の保持角度が所定の角度からずれていると判定した場合、ホーン回転装置４０を駆動し、吸着ノズル３３を回転させて電子部品片９８の角度を調整する。

なお、この時、チップボンダ１００は、電子部品片供給装置８９により供給位置Ｕに供給された次の電子部品片９８を、部品保持ユニット３０Ｂの吸着ノズル３３により吸着保持する。

チップボンダ１００は、ターレット１０をさらに１２０度回転させて、部品保持ユニット３０Ａの吸着ノズル３３に吸着保持された電子部品片９８を、基板供給装置８８によって溶着位置Ｗに供給されたウエハ基板６１０の真上に搬送する（図１１（ｃ）参照）。主制御部は、溶着位置確認カメラ９４により、基板供給装置８８により供給されたウエハ基板６１０のスタッドバンプ２７０Ｂの位置を撮影し、撮影した画像データに基づいて、スタッドバンプ２７０Ｂが所定の溶着位置Ｗに配置されているか否かを判定する。主制御部は、スタッドバンプ２７０Ｂが所定の溶着位置Ｗからずれていると判定した場合、基板供給装置８８を制御し、ウエハ基板６１０を移動させる。なお、溶着位置確認カメラ９４によるスタッドバンプ２７０Ｂの撮像は、上方に部品保持ユニット３０Ｂ〜３０Ｆが存在していないタイミングを計って実行される。この状態で、部品保持ユニット３０Ａの電子部品片９８とスタッドバンプ２７０Ｂを超音波接合する。

なお、この時、前述と同様に、主制御部は、吸着状態確認位置Ｖにおいて、吸着位置確認カメラ９３で、部品保持ユニット３０Ｃの電子部品片９８を撮影することにより、電子部品片９８の角度を検査及び調整する。また、部品保持ユニット３０Ｄでは、電子部品片供給装置８９により供給位置Ｕに供給された電子部品片９８を吸着する。

その後チップボンダ１００は、図１１（ｄ）に示されるように、ターレット１０をさらに６０度回転させて、超音波溶着作業が完了した部品保持ユニット３０Ａをクリーニング位置Ｔに搬送する。このクリーニング位置Ｔでは必要に応じて吸着ノズル３３の先端を研磨等によってクリーニングする。吸着ノズル３３の先端は、超音波溶着によって偏って摩耗しやすいため、所定回数の溶着作業を行うと平滑度が悪化する。従って、このように定期的にクリーニングすることで、先端を常に水平に維持する。なお、このクリーニング作業は、毎回実行しても良いが、予め設定した周期で実行することが好ましい。なお、部品保持ユニット３０Ａの吸着ノズル３３をクリーニングしている最中でも、部品保持ユニット３０Ｂは、溶着位置Ｗにおいて電子部品片９８をウエハ基板６１０に超音波溶着することができる。

その後、チップボンダ１００は、部品保持ユニット３０Ｂ〜３０Ｆについて、上記と同様の動作を繰り返し行い、電子部品片９８のウエハ基板６１０への超音波溶着を行う。

チップボンダ１００において、ウエハ基板６１０の全てのスタッドバンプ２７０Ｂに対して電子部品片９８を超音波接合した後、このウエハ基板６１０は、基板搬送装置５００によって基板徐冷装置４００に搬送される。この基板徐冷装置４００は、徐冷用加熱プレート４１０を備える。この徐冷用加熱プレート４１０は、この上に載置されるウエハ基板６１０に熱を加えながら、自然放冷と比較して遅い冷却速度で温度を下げる。これによりウエハ基板６１０を冷ます際の急激な温度低下を抑制する。基板徐冷装置４００で徐冷されて常温になったウエハ基板６１０は、基板搬送装置５００によって、基板用カセット６００に回収される。

次に、この電子部品組み立て装置９００による電子部品の組み立て方法について、図１２のウエハ基板６１０の温度サイクルを参照して説明する。

まず、基板予熱工程として、基板予熱装置３００によってウエハ基板６１０を予め加熱して、常温から温度を上昇させる。この結果、図１２の温度サイクルＡ−Ｂに示されるように、ウエハ基板６１０の目標とする温度まで加熱される。予熱を行っている間は、このウエハ基板６１０よりも先行する他のウエハ基板６１０が、スタッドバンプ形成工程（後述）に存在しているので、組み立てのサイクルタイムを短くしながらも、比較的ゆっくりとした温度上昇速度で予熱することができる。温度変化を穏やかにすることで、ウエハ基板６１０の全体の温度分布を常に均一にすることが可能となる。例えばリチウムタンタレート素材などの焦電体材料のウエハ基板は、温度分布が不均一になったり、全体の温度変化速度が大きかったり、部分的に大きな温度差が生じたりすると、その熱膨張の違いや、焦電効果による表面電荷変動によって割れてしまう。ガラス基板でも同様である。そこで本実施形態のようにゆっくりと予熱することで、ウエハ基板６１０の破損を抑制する。結果、例えばウエハ基板を１ｍｍ以下、更には０．４ｍｍ以下の厚さとすることも可能になる。従って、この基板予熱工程によってゆっくりと加熱すれば、組み立て工程の歩留まりを高めることができる。なお、ウエハ基板６１０の目標温度は８０度以上であることが好ましい。

予熱が完了したら、スタッドバンプ形成工程として、ウエハ基板６１０をスタッドバンプ形成装置２００に移動させて、目標温度（常温より高い温度）にウエハ基板６１０を加熱維持しながら、複数のスタッドバンプ２７０Ｂを全域に亘って順次形成する。従って、図１２の温度サイクルＢ−Ｃに示されるように、スタッドバンプ形成工程の間、ウエハ基板６１０は目標温度に維持される。スタッドバンプ形成工程が完了したら、電子部品片搭載工程に移行する。

電子部品片搭載工程は、詳細には基板搬送工程と超音波接合工程を有する。基板搬送工程では、スタッドバンプ形成工程の後、このウエハ基板６１０を常温まで降下させない状態を維持できる時間範囲内で、スタッドバンプ形成装置２００からチップボンダ１００までウエハ基板６１０を搬送する。この際、温度降下量を最小限に維持することが好ましい事から、出来る限り素早く搬送することが大切になる。望ましくはウエハ基板６１０が６０度以下にならないように、より好ましくは８０度以下にならないように搬送する。特に図示しないが、搬送中の温度低下を高精度に抑制する為には、基板搬送装置５００にも加熱プレートを設置しておくことも可能である。超音波接合工程では、ウエハ基板６１０の搬送完了後、ウエハ基板６１０を加熱しながら、スタッドバンプ２７０Ｂと電子部品片９８の電極を位置決めして両者を超音波接合する。

即ち、この電子部品片搭載工程では、スタッドバンプ形成装置２００のウエハ基板６１０を、温度降下を２０度以内に抑制した状態で素早く、チップボンダ１００に搬送し、このウエハ基板６１０の加熱を継続することで常温まで温度降下させない状態を維持し、チップボンダ１００で電子部品片９８を搭載する。従って、図１２の温度サイクルＣ−Ｄに示されるように、電子部品片搭載工程においてもウエハ基板６１０が目標温度に維持されていることから、スタッドバンプ２７０Ｂに温度変化によるストレスが発生しない状態のまま、電子部品片９８を超音波接合できる。結果、超音波接合時において、ウエハ基板６１０に加わる外力を緩和できる。また、

電子部品片搭載工程の完了後は、基板徐冷工程に移行し、基板徐冷装置４００によって自然放冷と比較して緩やかな温度降下速度でウエハ基板６１０を放熱させる。結果、図１２の温度サイクルＤ−Ｅに示されるように、ウエハ基板６１０の温度が低下する。既に述べたように、ウエハ基板６１０の温度変化を穏やかにすることで、ウエハ基板６１０の全体の温度分布を常に均一にすることが可能となり、ウエハ基板６１０の破損を抑制する。

以上、本実施形態の電子部品組み立て装置９００によれば、スタッドバンプ形成工程から電子部品片搭載工程の間まで、ウエハ基板６１０が常温になることを抑制することで、ウエハ基板６１０及びスタッドバンプ２７０Ｂに対して、複数回の熱サイクルが付与されることを防止する。結果、ウエハ基板６１０及びスタッドバンプ２７０Ｂにかかる熱ストレスを小さくできるので、電子部品の品質を向上させることが可能になる。更に、ウエハ基板６１０を搬送する基板搬送装置５００は、ウエハ基板６１０を保持する保持具５２０に温度制御ヒーター（温度制御装置）が搭載されており、保持具５２０とウエハ基板６１０が接触する際に両者の温度差を小さくすることで、ウエハ基板６１０が局所的に冷却されて破損することを抑制することができる。

例えば、常温状態を含む複数回の熱サイクルをウエハ基板６１０に印加すると、ウエハ基板６１０の表面に形成されている金属配線（スタッドバンプ２７０Ｂを形成するためのベース電極）などが劣化しやすくなったり、温度変化によってウエハ基板６１０が破損する確率が上がってしまう。また、スタッドバンプ形成工程が完了したウエハ基板６１０をしばらく常温で放置すると、スタッドバンプ２７０Ｂの表面に酸化被膜が形成されてしまい、その後の超音波接合の品質が低下しやすい。品質を高めようとすると、電子部品片搭載工程の前に、酸化したスタッドバンプ２７０Ｂをプラズマ処理して、この酸化被膜を除去するという酸化被膜除去工程が要求される可能性もある。

一方、本実施形態の電子部品組み立て装置９００では、スタッドバンプ２７０Ｂの表面に酸化被膜が形成される前に、直接、電子部品片９８を超音波接合するので、酸化被膜除去工程を省略することが出来、生産性を飛躍的に高めることが可能となる。

更にこの電子部品組み立て装置９００では、チップボンダ１００がターレット構造になっており、ターレット１０の周方向に複数の超音波ノズル３３が配置された構造となっている。この結果、電子部品片９８の供給や、電子部品片９８をウエハ基板６１０に搭載する作業を極めて高速で行うことができる。結果、スタッドバンプ形成装置２００からチップボンダ１００に、ウエハ基板６１０を直接搬送しても、両者の動作サイクルタイムの差が小さくなるので、組み立て作業を効率化することができる。

また、電子部品片９８の吸着作業や溶着作業等を行っている最中に、チップボンダ１００のクリーニング位置Ｔにおいて吸着ノズル３３のメンテナンスを行うことも可能となっている。結果、チップボンダ１００の可動停止時間を小さくできるので、スタッドバンプ形成装置２００とチップボンダ１００の間で連続作業させても、稼働効率の低下を抑制できる。

また、このチップボンダ１００は、供給位置Ｕと溶着位置Ｗの上側に、部品保持ユニット駆動装置８０を、ターレット１０から独立して固定配置している。したがって、部品保持ユニット駆動装置８０を、全ての部品保持ユニット３０に対応させて１つずつ設ける必要はなくなり、ターレット１０の重量を軽くすることができる。この結果、ターレット１０のイナーシャを小さくできるので、ターレットの回転程度を向上させることができる。

更に、チップボンダ１００のホーン付勢部材３６は、ホーン側マグネット３６Ａとケース側マグネット３６Ｂの反発力又は吸引力でホーン支持部材３４を上方向に磁気浮上させている。この結果、バネ等で保持する場合と比較して、ホーン支持部材３４を小さい外力で素早く移動させることが可能となる。従って、電子部品片９８をスタッドバンプ２７０Ｂに接触させる際に、ウエハ基板６１０に作用する衝撃を吸収することが可能となる。ウエハ基板６１０側にスタッドバンプ２７０Ｂをまとめて形成しておき、そこに電子部品片９８を連続的に搭載する手法の場合、本実施形態のチップボンダ１００の上記磁気浮上構造によって、ウエハ基板６１０に作用する衝撃を極めて小さくすることは、電子部品の品質向上に大きく貢献する。

とりわけこのチップボンダ１００は、ホール素子を備えるホーン位置検出装置３８を用いて、ケース３１に対するホーン支持部材３４の位置を高精度で検出する。結果、吸着ノズル３３に吸着保持される電子部品片９８がスタッドバンプ２７０Ｂの先端に接触した瞬間を、高精度且つ素早く検出できる。

また、超音波ホーン３２は、ターレット１０の半径方向に超音波振動するように配置されている。したがって、ターレット１０上において周方向の空間効率が高められるので、超音波ホーン３２の配置数を増やすことが出来る。

本発明の電子部品組み立て方法等は、電子部品を組み立てる様々な工程に適用することが可能である。

１０ ターレット
２０ ターレット駆動モータ
３０ 部品保持ユニット
４０ ホーン回転装置
５０ 部品保持ユニット案内装置
６０ 第１押下装置
７０ 第２押下装置
８０ 部品保持ユニット駆動装置
９８ 電子部品片
１００ チップボンダ
２００ スタッドバンプ形成装置
２１０ キャピラリ
２２０ ヘッド
２３０ 超音波ホーン
２４０ Ｚ軸テーブル
２５０ Ｘ−Ｙテーブル
２６０ ワイヤクランパ
２７０ 金ワイヤ
３００ 基板予熱装置
４００ 基板徐冷装置
５００ 基板搬送装置
６００ 基板用カセット
６１０ ウエハ基板
Ｕ 供給位置
Ｖ 吸着状態確認位置
Ｗ 溶着位置
Ｔ クリーニング位置

上記目的を達成する本手段は、８０度以上に基板を加熱しながら、スタッドバンプ形成装置によって前記基板に金属のスタッドバンプを形成するスタッドバンプ形成工程と、前記スタッドバンプの形成以降、少なくとも前記スタッドバンプ上に電子部品片が配置されるまでの間、前記基板を６０度以下まで温度降下させない状態を維持し、チップボンダによって前記基板の前記スタッドバンプ上に前記電子部品片を配置して超音波接合する電子部品片搭載工程と、を有することを特徴とする電子部品組み立て方法である。

上記手段の電子部品組み立て方法の前記電子部品片搭載工程は、前記スタッドバンプ形成工程の後、前記基板を６０度以下まで降下させない状態を維持できる時間範囲内で、前記スタッドバンプ形成装置から前記チップボンダまで前記基板を搬送する基板搬送工程と、前記基板の搬送後、前記基板を加熱しながら前記電子部品片を超音波接合する超音波接合工程と、を有することを特徴とすることが好ましい。

上記手段の電子部品組み立て方法の前記電子部品片搭載工程における前記基板搬送工程では、前記基板の温度変化を２０度以内に抑えた状態で、前記スタッドバンプ形成装置から前記チップボンダまで前記基板を搬送することを特徴とすることが好ましい。

上記手段の電子部品組み立て方法の前記電子部品片搭載工程における前記基板搬送工程では、基板搬送装置における前記基板を保持する為の保持部を温度制御しながら前記基板をハンドリングし、前記スタッドバンプ形成装置から前記チップボンダまで前記基板を搬送することを特徴とすることが好ましい。

上記目的を達成する本手段は、８０度以上に基板を加熱する加熱プレートを有し、加熱された前記基板に金属のスタッドバンプを形成するスタッドバンプ形成装置と、前記スタッドバンプの形成以降、少なくとも前記スタッドバンプ上に電子部品片が配置されるまでの間、前記基板を６０度以下まで温度降下させない状態を維持し、前記基板の前記スタッドバンプ上に電子部品片を配置して超音波接合するチップボンダと、を有することを特徴とする電子部品組み立て装置である。

上記手段の電子部品組み立て装置において、前記チップボンダは、前記基板を６０度以下まで降下させない状態で、前記スタッドバンプ形成装置から前記チップボンダまで前記基板を搬送する基板搬送装置と、前記基板を加熱するボンダ側加熱プレートを有することを特徴とすることが好ましい。

Claims (20)

1. 常温より高い温度に基板を加熱しながら、スタッドバンプ形成装置によって前記基板に金属のスタッドバンプを形成するスタッドバンプ形成工程と、
   前記スタッドバンプの形成以降、前記基板を常温まで温度降下させない状態を維持し、チップボンダによって前記基板の前記スタッドバンプ上に電子部品片を配置して超音波接合する電子部品片搭載工程と、
   を有することを特徴とする電子部品組み立て方法。
2. 前記スタッドバンプ形成工程の前に、前記基板を予め加熱する基板予熱工程を有することを特徴とする、
   請求項１に記載の電子部品組み立て方法。
3. 前記電子部品片搭載工程の後に、自然放冷と比較して緩やかな温度降下速度で前記基板を放熱する基板徐冷工程を有することを特徴とする、
   請求項１又は２に記載の電子部品組み立て方法。
4. 前記電子部品片搭載工程は、
   前記スタッドバンプ形成工程の後、前記基板を常温まで降下させない状態を維持できる時間範囲内で、前記スタッドバンプ形成装置から前記チップボンダまで前記基板を搬送する基板搬送工程と、
   前記基板の搬送後、前記基板を加熱しながら前記電子部品片を超音波接合する超音波接合工程と、を有することを特徴とする、
   請求項１乃至３のいずれかに記載の電子部品組み立て方法。
5. 前記電子部品搭載工程における前記基板搬送工程では、前記基板の温度変化を２０度以内に抑えた状態で、前記スタッドバンプ形成装置から前記チップボンダまで前記基板を搬送することを特徴とする、
   請求項４に記載の部品組み立て方法。
6. 前記電子部品搭載工程における前記基板搬送工程では、基板搬送装置における前記基板を保持する為の保持部を温度制御しながら前記基板をハンドリングし、前記スタッドバンプ形成装置から前記チップボンダまで前記基板を搬送することを特徴とする、
   請求項４又は５に記載の部品組み立て方法。
7. 前記スタッドバンプ形成工程では、前記基板を８０度以上に加熱し、
   前記電子部品片搭載工程では、前記スタッドバンプの形成以降、前記基板を６０度以下まで温度降下させない状態を維持した上で、前記スタッドバンプに前記電子部品片を超音波接合することを特徴とする、
   請求項１乃至６のいずれかに記載の電子部品組み立て方法。
8. 常温より高い温度に基板を加熱する加熱プレートを有し、加熱された前記基板に金属のスタッドバンプを形成するスタッドバンプ形成装置と、
   前記スタッドバンプの形成以降、前記基板を常温まで温度降下させない状態を維持し、前記基板の前記スタッドバンプ上に電子部品片を配置して超音波接合するチップボンダと、
   を有することを特徴とする電子部品組み立て装置。
9. 前記基板を予め加熱してから前記スタッドバンプ形成装置に搬入する基板予熱装置を有することを特徴とする、
   請求項８に記載の電子部品組み立て装置。
10. 前記チップボンダから搬出される前記基板を、自然放冷と比較して緩やかな温度降下速度で前記基板を放熱する基板徐冷装置を有することを特徴とする、
    請求項８又は９に記載の電子部品組み立て装置。
11. 前記チップボンダは、
    前記基板を常温まで降下させない状態で、前記スタッドバンプ形成装置から前記チップボンダまで前記基板を搬送する基板搬送装置と、
    前記基板を加熱するボンダ側加熱プレートを有することを特徴とする、
    請求項８乃至１０のいずれかに記載の電子部品組み立て装置。
12. 前記基板搬送装置は、前記基板を保持する保持部を温度制御する温度制御装置を有することを特徴とする、
    請求項１１に記載の電子部品組み立て装置。
13. 前記チップボンダは、
    中心軸を回転軸として回転可能に支持されるターレットと、
    出力軸に前記ターレットが接続されるターレット駆動モータと、
    前記ターレットの周方向に複数設けられて、電子部品片を保持し、該電子部品片を相手側部材に溶着する部品保持ユニットと、
    前記ターレットと前記部品保持ユニットの間に設けられて、前記部品保持ユニットを前記ターレットに対して上下方向に移動自在に案内する部品保持ユニット案内装置と、
    前記部品保持ユニットの上側に設けられ、前記部品保持ユニットを押圧することによって、該部品保持ユニットを下方向に移動させる部品保持ユニット駆動装置と、
    を備え、
    前記部品保持ユニットは、
    前記電子部品片を吸着する吸着ノズルが設けられる超音波ホーンと、
    前記超音波ホーンを超音波振動可能に支持するホーン支持部材と、
    前記ホーン支持部材を上下方向に摺動可能に支持するケースと、
    を備えることを特徴とする、
    請求項８乃至１２に記載の電子部品組み立て装置。
14. 前記チップボンダの前記部品保持ユニット駆動装置は、第１押下装置及び第２押下装置を備え、
    前記第１押下装置は、前記部品保持ユニット全体を、前記ターレットに対して下方向に押し下げるようにし、
    前記第２押下装置は、前記吸着ノズルを、前記部品保持ユニットの前記ケースに対して下方向に相対的に押し下げることを特徴とする、
    請求項１３に記載の電子部品組み立て装置。
15. 前記チップボンダの前記部品保持ユニット駆動装置は、前記ターレットから独立した状態で設けられ、少なくとも電子部品片供給装置から前記電子部品片が供給される位置上、及び前記電子部品片を前記相手側部材に溶着する位置上に固定配置されることを特徴とする、
    請求項１３又は１４に記載の電子部品組み立て装置。
16. 前記チップボンダは、
    前記超音波ホーンを回転させるホーン回転装置を備えることを特徴とする、
    請求項１３乃至１５のいずれかに記載の電子部品組み立て装置。
17. 前記チップボンダの前記部品保持ユニットは、
    前記ホーン支持部材を上方に付勢するホーン付勢装置と、
    前記ホーン支持部材の上下方向の位置を検出するホーン位置検出装置と、
    を備えることを特徴とする、
    請求項１３乃至１６のいずれか記載の電子部品組み立て装置。
18. 前記チップボンダの前記部品保持ユニットにおける前記ホーン付勢装置は、
    前記ホーン支持部材側に固定配置されるホーン側マグネットと、
    前記ホーン側マグネットと対向して、前記ケース側に固定配置されるケース側マグネットと、を備え、
    前記ホーン側マグネット及び前記ケース側マグネットは、相互に吸着又は反発することで、前記ホーン支持部材を上方に付勢することを特徴とする、
    請求項１７に記載の電子部品組み立て装置。
19. 前記チップボンダの前記超音波ホーンは、該超音波ホーンの振動方向が前記ターレットの径方向となるように設けられていることを特徴とする、
    請求項１３乃至１８のいずれかに記載の電子部品組み立て装置。
20. 前記チップボンダの前記部品保持ユニット駆動装置は、前記部品保持ユニットの真上に対して前記ターレットの半径方向にオフセットされた状態で配置されることを特徴とする、
    請求項１３乃至１９のいずれかに記載の電子部品組み立て装置。

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