JP2015195249A - 部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子部品の実装体や他の電子部品に対する良好な接合状態を確保する。【解決手段】 電子部品３００を加熱して溶融材料３０２を溶融するヒーター１１ｂと電子部品に押し付けられるツール２１を吸着する吸着部１１ａとを有する複数のボンディングヘッド９と、吸着部に吸着されたツールの水平方向における各位置及び各向きを画像認識するツール認識カメラ２４と、電子部品の水平方向における各位置及び各向きを画像認識する部品認識カメラ１３とを備え、複数の吸着部がそれぞれ上下方向と左右方向と前後方向に各別に移動可能とされると共に上下に延びる軸を支点として各別に回転可能とされ、各ツールの位置及び向きがそれぞれ加熱及び加圧される各電子部品の位置及び向きに一致されるように各吸着部の前後左右における位置及び回転方向における向きが制御される。【選択図】図１９

Description

本発明は、複数のボンディングヘッドを有し各ボンディングヘッドによって電子部品をそれぞれ加熱及び加圧して実装する部品実装装置についての技術分野に関する。

特開２００８−２５１５８９号公報 特開２０１２−１１４３８２号公報

ボンディングヘッドを有し電子部品を基板や半導体ウエハ等の実装体の所定の位置に半田付け等により接合して実装する部品実装装置がある。

このような部品実装装置には、電子部品の種類や大きさに応じた大きさや形状に形成されたツールがボンディングヘッドの吸着部によって吸着され、ツールを介して吸着部によって電子部品に加熱や加圧が行われるものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された部品実装装置にあっては、吸着部の下面側にヒーターが設けられ、ツールが吸着部によって吸着されて保持され、電子部品がツールを介して吸着部によって吸着される。吸着された電子部品にはヒーターによって加熱が行われると共にツールを介して吸着部による加圧が行われる。

電子部品はヒーターによる加熱によって接合端子が溶融され、加圧により接合端子がボンディングステージに載置されている他の電子部品や半導体ウエハ等の実装体の接合端子に押し付けられることにより実装体に接合されて実装される。

また、部品実装装置には、複数のボンディングヘッドが並んで配置され、各ボンディングヘッドに設けられたヒーターによって各電子部品が加熱されて各電子部品が同時に実装体に接合されるように構成されたものがある（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２に記載された部品実装装置にあっては、複数のボンディングヘッドが並んで配置され、その並び方向へ複数のボンディングヘッドが一体になって移動可能にされている。ボンディングステージに保持された実装体には予め複数の電子部品が所定の間隔で載置されており、ボンディングステージの移動により実装体が複数のボンディングヘッドの下方に位置されると、複数のボンディングヘッドが下降されて各ボンディングヘッドが電子部品に押し付けられて電子部品がそれぞれ各吸着部によって吸着される。続いて、電子部品をそれぞれ吸着した各ボンディングヘッドが微少に上下動されて各電子部品の高さ位置が調整されると共にボンディングヘッドにそれぞれ設けられたヒーターによって各電子部品が加熱され電子部品が実装体の接続端子に半田付けによって接合されて実装される。

特許文献２に記載された部品実装装置にあっては、複数のボンディングヘッドによって一度に複数の電子部品の実装体に対する実装作業が行われるため、製品の製造時間の短縮化を図ることができ製造コストの低減を図ることが可能にされている。

ところが、上記のような電子部品の実装工程においては、部品実装装置の各部の位置精度や電子部品の各部に対する位置精度等によって、実装体に対する各電子部品の載置位置やボンディングヘッドに対するツールの保持位置（吸着位置）等が、予め定められた各基準位置に対してずれてしまうおそれがある。

このような基準位置に対するずれが発生すると、ずれの大きさによっては電子部品の実装体に対する接合位置が適正な接合位置に対してずれてしまったり、電子部品に対する吸着部やツールの押付位置が基準位置に対してずれてしまい、電子部品の実装体に対する良好な接合状態が確保されず、接合不良等の不具合を生じるおそれがある。

特に、電子部品上に他の電子部品を積層して複数段の電子部品を構成する所謂チップオンチップにおいては、電子部品の段数が増えるに従って倒れが生じ易くなり、電子部品間の接合不良を生じるおそれが高くなってしまう。

また、複数のボンディングヘッドによって同時に複数の電子部品を実装体に接合するように構成された部品実装装置にあっても、複数の電子部品に対してそれぞれ各ボンディングヘッドやツールが同時に押し付けられるため、基準位置に対するずれが発生し易く、電子部品の実装体に対する接合不良や電子部品間の接合不良を生じるおそれが高くなってしまう。

そこで、本発明部品実装装置は、上記した問題点を克服し、電子部品の実装体や他の電子部品に対する良好な接合状態を確保することを目的とする。

第１に、本発明に係る部品実装装置は、接合材料を介して実装体に予め載置された複数の電子部品を加熱して前記接合材料を溶融するヒーターと前記電子部品の加熱時に前記電子部品に押し付けられるツールを吸着する吸着部とをそれぞれ有し前記ツールを介して前記電子部品を加熱及び加圧する複数のボンディングヘッドと、前記複数の吸着部にそれぞれ吸着された複数の前記ツールの水平方向における各位置及び各向きを画像認識するツール認識カメラと、前記実装体に予め載置された前記複数の電子部品の水平方向における各位置及び各向きを画像認識する部品認識カメラとを備え、前記複数の吸着部がそれぞれ上下方向と左右方向と前後方向に各別に移動可能とされると共に上下に延びる軸を支点として各別に回転可能とされ、前記ツール認識カメラによって認識された前記各ツールの位置及び向きと前記部品認識カメラによって認識された前記各電子部品の位置及び向きとに基づいて前記各ツールの位置及び向きがそれぞれ加熱及び加圧される各電子部品の位置及び向きに一致されるように前記各吸着部の前後左右における位置及び回転方向における向きが制御されるものである。

これにより、ツール認識カメラによって認識された各ツールの位置及び向きと部品認識カメラによって認識された各電子部品の位置及び向きとに基づいて各ツールの水平方向における位置及び回転方向における向きがそれぞれ各電子部品の水平方向における位置及び回転方向における向きに応じて是正されて各ツールが各電子部品に押し付けられる。

第２に、上記した本発明に係る部品実装装置においては、複数の前記電子部品が上下方向において積層された状態で前記実装体に予め載置され、前記部品認識カメラによって最上段の前記電子部品の水平方向における各位置及び各向きが認識されることが望ましい。

これにより、部品認識カメラによって最上段の電子部品の水平方向における位置及び向きが認識されることにより、積層された電子部品の傾きが大きくなった場合においても各ツールの位置及び向きがそれぞれ加熱及び加圧される各電子部品の位置及び向きに一致されるように各吸着部の前後左右における位置及び回転方向における向きが制御される。

第３に、上記した本発明に係る部品実装装置においては、前記部品認識カメラが一つの前記ボンディングヘッドに取り付けられることが望ましい。

これにより、部品認識カメラを移動させるための専用の機構が不要になる。

第４に、上記した本発明に係る部品実装装置においては、前記実装体が載置され前記ボンディングヘッドの下方において水平方向へ移動される移動ステージが設けられることが望ましい。

これにより、複数の吸着部による複数の電子部品に対する接合動作が連続的に行われる。

第５に、上記した本発明に係る部品実装装置においては、前記ツール認識カメラが前記移動ステージに取り付けられることが望ましい。

これにより、ツール認識カメラを移動させるための専用の機構が不要になる。

第６に、上記した本発明に係る部品実装装置においては、複数の前記ツールを保持するツールホルダーが設けられ、前記ツールホルダーが前記移動ステージに取り付けられることが望ましい。

これにより、ツールホルダーを移動させるための専用の機構が不要になる。

本発明によれば、ツール認識カメラによって認識された各ツールの位置及び向きと部品認識カメラによって認識された各電子部品の位置及び向きとに基づいて各ツールの水平方向における位置及び回転方向における向きがそれぞれ各電子部品の水平方向における位置及び回転方向における向きに応じて是正されて各ツールが各電子部品に押し付けられるため、電子部品の実装体や他の電子部品に対する良好な接合状態を確保することができる。

図２乃至図２０と共に本発明部品実装装置の実施の形態を示すものであり、本図は、部品実装装置の概略斜視図である。 図１とは異なる方向から見た状態で示す部品実装装置の概略斜視図である。 部品実装装置を一部を省略して示す概略正面図である。 部品実装装置を一部を省略して示す概略側面図である。 部品実装装置の概略平面図である。 吸着部にツールが吸着されて保持された状態を示す拡大斜視図である。 ボンディングヘッドの一部とツールとツールホルダーの一部とを示す分解斜視図である。 部品実装装置とその周辺の各装置とを示す概略図である。 半導体ウエハに積層体が仮置き状態で載置された状態を示す概略正面図である。 半導体ウエハに積層体が仮置き状態で載置された状態を示す概略斜視図である。 図１２乃至図２０と共に部品実装装置の動作を示すものであり、本図は、各部の初期状態を一部を断面にして示す概略側面図である。 図１１に引き続き、移動部が後方へ移動されて所定のツールがボンディングヘッドの真下に位置された状態を示す概略拡大側面図である。 図１２に引き続き、ツールが吸着部によって吸着された状態を示す概略拡大側面図である。 図１３に引き続き、移動部が前方へ移動されて吸着部に保持されたツールの真下にツール認識カメラが位置された状態を示す概略拡大側面図である。 図１４に引き続き、ツール認識カメラによって順にツールが撮影されている状態を示す概略拡大正面図である。 図１５に引き続き、半導体ウエハを保持した移動部が後方へ移動され、部品認識カメラの真下に最も後側に位置された積層体が位置され部品認識カメラによって電子部品が撮影されている状態を示す概略拡大側面図である。 図１６に引き続き、積層体がツールの真下に位置された状態を示す概略拡大正面図である。 図１７に引き続き、ボンディングヘッドの左右方向及び前後方向への調整と吸着部の回転方向における調整とが行われ吸着部に保持されているツールが電子部品の真上に位置された状態を一部を断面にして示す概略拡大正面図である。 図１８に引き続き、吸着部が下方へ移動され、ツールが積層体に上方から押し付けられた状態を一部を断面にして示す概略拡大正面図である。 図１９に引き続き、ヒーターによってツールを介して半田と機能性材料が加熱され、半田と機能性材料が溶融された状態を一部を断面にして示す概略拡大正面図である。

以下に、本発明部品実装装置を実施するための形態について添付図面を参照して説明する。

部品実装装置には複数のボンディングヘッドが並んで配置されている。以下には、ボンディングヘッドが並ぶ方向を左右方向として説明する。尚、以下に示す上下前後左右の方向は説明の便宜上のものであり、本技術の実施に関しては、これらの方向に限定されることはない。

＜部品実装装置の構成＞
先ず、部品実装装置１の構成について説明する。

部品実装装置１は床面等に設置される基台２と基台２の上側に配置された支持フレーム３、３とを有している（図１乃至図５参照）。

基台２の内側には図示しない各種の制御部が配置されている。

支持フレーム３、３は基台２の上面における後端寄りの位置に左右に離隔して取り付けられている。

支持フレーム３、３間には連結板４が取り付けられている。連結板４の上面側には左右に延び上方に突出されたガイド突部４ａ、４ａが前後に離隔して設けられている。連結板４上には左右に離隔して第１の駆動モーター５、５、・・・が取り付けられている。第１の駆動モーター５、５、・・・は、例えば、左右にそれぞれ三つずつが配置されている。

連結板４には左右方向において並ぶ、例えば、六つの移動ベース６、６、・・・が左右方向へ移動自在に支持されている。移動ベース６、６、・・・の下面側にはそれぞれ左右に延び下方に突出された被ガイド突部６ａ、６ａが前後に離隔して設けられている。移動ベース６、６、・・・は被ガイド突部６ａ、６ａ、・・・がガイド突部４ａ、４ａに案内されそれぞれ第１の駆動モーター５、５、・・・によって各別に左右方向へ移動可能とされている。

移動ベース６、６、・・・の上面側にはそれぞれ前後に延び上方に突出された案内突部６ｂ、６ｂ、・・・が設けられている。移動ベース６、６、・・・上にはそれぞれ第２の駆動モーター７、７、・・・が取り付けられている。

移動ベース６、６、・・・にはそれぞれ移動部材８、８、・・・が前後方向へ移動自在に支持されている。移動部材８、８、・・・の下面側にはそれぞれ下方に突出された被案内突部８ａ、８ａ、・・・が前後に離隔して設けられている。移動部材８、８、・・・は被案内突部８ａ、８ａ、・・・が案内突部６ｂ、６ｂ、・・・に案内されそれぞれ第２の駆動モーター７、７、・・・によって各別に前後方向へ移動可能とされている。

移動部材８、８、・・・の前面にはそれぞれボンディングヘッド９、９、・・・が取り付けられている。ボンディングヘッド９は、図６に示すように、上下方向に延びる被取付ベース１０と被取付ベース１０に対して上下方向へ移動可能かつ上下方向に延びる軸Ｓを支点として回転可能とされた駆動体１１とを有し、駆動体１１の下端部が吸着部１１ａとして設けられ被取付ベース１０から下方に突出されている。駆動体１１には吸着部１１ａの内側に配置されたヒーター１１ｂが設けられ（図７参照）、ヒーター１１ｂとしては、例えば、パルスヒーターが用いられている。ヒーター１１ｂの下面は吸着部１１ａの下面と上下方向における位置が略一致されている。

このように部品実装装置１にあっては、ヒーター１１ｂとしてパルスヒーターが用いられているため、温度の昇降速度が速いと共に温度の均一性に優れ、加熱時及び冷却時における動作時間の短縮化及び製造物の品質に関するばらつきの抑制を図ることができる。

被取付ベース１０、１０、・・・の内部にはそれぞれ図示しない第３の駆動モーターが配置されている。駆動体１１、１１、・・・は第３の駆動モーターによってそれぞれ被取付ベース１０、１０、・・・に対して各別に上下方向へ移動可能とされている。

被取付ベース１０、１０、・・・の前面にはそれぞれ回転用モーター１２、１２、・・・が取り付けられている（図１乃至図５参照）。駆動体１１、１１、・・・は回転用モーター１２、１２、・・・によってそれぞれ被取付ベース１０、１０、・・・に対して軸Ｓ、Ｓ、・・・を支点として各別に回転可能とされている。

ボンディングヘッド９、９、・・・は左右方向へ各別に移動可能とされている。ボンディングヘッド９の左右方向への移動は、第１の駆動モーター５によって移動ベース６及び移動部材８が連結板４に対して左右方向へ移動されることにより移動ベース６及び移動部材８の移動に伴って行われる。

また、ボンディングヘッド９、９、・・・は前後方向へも各別に移動可能とされている。ボンディングヘッド９の前後方向への移動は、第２の駆動モーター７によって移動部材８が移動ベース６に対して前後方向へ移動されることにより移動部材８の移動に伴って行われる。

被取付ベース１０、１０、・・・のうち所定の被取付ベース１０の前面には部品認識カメラ１３が取り付けられている。部品認識カメラ１３は被取付ベース１０に取り付けられているため、被取付ベース１０の左右方向及び前後方向への移動に伴って左右方向及び前後方向へ移動される。部品認識カメラ１３は部品認識カメラ１３より下方に存在する対象物を画像認識する機能を有し、後述する電子部品の水平方向における位置及び水平方向における回転方向の向きを認識する。

このように部品認識カメラ１３は左右方向及び前後方向へ移動可能なボンディングヘッド９の被取付ベース１０に取り付けられているため、部品認識カメラ１３を移動させるための専用の機構が不要になり、部品実装装置１の構造の簡素化及び製造コストの削減を図ることができる。

基台２の上面には案内部１４が設けられている。案内部１４は上下方向を向くベース台１４ａとベース台１４ａから上方に突出された一対のガイドレール１４ｂ、１４ｂとを有している。ガイドレール１４ｂ、１４ｂは前後方向に延び左右に離隔して設けられている。

案内部１４には移動部１５が前後方向へ移動自在に支持されている。移動部１５はベース体１６と移動ステージ１７とツールホルダー１８を有している。移動部１５は前方の移動端である準備位置と後方の移動端との間で移動される。

ベース体１６は上下方向を向く板状に形成されたベース板部１６ａとベース板部１６ａの下面に左右に離隔して取り付けられた被ガイド部１６ｂ、１６ｂとを有している。ベース体１６は被ガイド部１６ｂ、１６ｂがそれぞれ案内部１４のガイドレール１４ｂ、１４ｂに前後方向へ摺動自在に支持されている。

移動ステージ１７は上下方向を向く平板状のステージ部１７ａとステージ部１７ａの下面から下方へ突出された被取付突部１７ｂ、１７ｂとを有し、被取付突部１７ｂ、１７ｂがベース体１６におけるベース板部１６ａの上面に取り付けられている。

移動ステージ１７のステージ部１７ａには上方に開口された図示しない複数の吸引孔が形成され、ステージ部１７ａが実装体である後述する半導体ウエハを吸引して保持する機能を有している。ステージ部１７ａには図示しない加熱器が組み込まれており、ステージ部１７ａに載置される半導体ウエハが加熱器によって加熱されて一定温度に保温されるように構成されている。

ツールホルダー１８は上下方向を向く平板状の保持面部１９と保持面部１９の後端部から下方に突出された連結突部２０とを有し、連結突部２０がステージ部１７ａの前端部に連結されている。保持面部１９には上方に開口された配置凹部１９ａ、１９ａ、・・・が前後左右に等間隔に離隔して形成されている。保持面部１９の上面はステージ部１７ａの上面と略同じ高さに位置されている。

尚、上記には、ツールホルダー１８がステージ部１７ａの前端部に連結された例を示したが、逆に、ツールホルダー１８はステージ部１７ａの後端部に連結されていてもよい。

ツールホルダー１８にはツール２１、２１、・・・が保持される（図７参照）。ツール２１は、例えば、高熱伝導材料によって形成され、矩形の平板状に形成された上下方向を向く被吸着面部２２と被吸着面部２２の下面に連続された押付部２３とが一体に形成されて成り、押付部２３は直方体状に形成されている。

押付部２３は外形が被吸着面部２２の外形より一回り小さくされ、被吸着面部２２の外周部を除く部分に連続されている。

ツール２１、２１、・・・はそれぞれ押付部２３、２３、・・・が配置凹部１９ａ、１９ａ、・・・に挿入されてツールホルダー１８に保持される。

移動ステージ１７におけるステージ部１７ａの後端部にはツール認識カメラ２４が取り付けられている。ツール認識カメラ２４は移動ステージ１７に取り付けられているため、移動ステージ１７の前後方向への移動に伴って前後方向へ移動される。ツール認識カメラ２４はツール認識カメラ２４より上方に存在する対象物を画像認識する機能を有し、ツール２１の水平方向における位置及び水平方向における回転方向の向きを認識する。

このようにツール認識カメラ２４は前後方向へ移動可能な移動ステージ１７に取り付けられているため、ツール認識カメラ２４を移動させるための専用の機構が不要になり、部品実装装置１の構造の簡素化及び製造コストの削減を図ることができる。

尚、上記には、ツール認識カメラ２４がステージ部１７ａの後端部に取り付けられた例を示したが、逆に、ツール認識カメラ２４はステージ部１７ａの前端部に取り付けられていてもよい。

案内部１４のベース台１４ａには駆動機構２５が配置されている。駆動機構２５には駆動モーター２５ａと駆動モーター２５ａの駆動力によって回転されるリードスクリュー２５ｂとが設けられ、駆動モーター２５ａがベース台１４ａの後端部に配置されている。駆動モーター２５ａの駆動力によってリードスクリュー２５ｂが回転されると、被ガイド部１６ｂ、１６ｂがガイドレール１４ｂ、１４ｂに案内されて移動部１５がリードスクリュー２５ｂの回転方向に応じて前後方向へ移動される。

＜周辺装置の構成＞
部品実装装置１の周辺には部品装着装置５００と実装体搬入装置６００と実装体搬出装置７００が配置されている（図８参照）。尚、実装体搬入装置６００と実装体搬出装置７００は、例えば、それぞれ実装体搬入部と実装体搬出部として部品実装装置１の構造の各一部として設けられていてもよい。

部品装着装置５００は、図９に示すように、実装体として用いられる半導体ウエハ１００上に機能性材料２００、２００、・・・を介して電子部品３００、３００、・・・が複数段積層されて構成された積層体４００を仮置き状態で載置する装置である。尚、機能性材料２００は電子部品３００の下面に貼り付けられ、図９には、バンプ３０１、３０１、・・・を誇張して示したため機能性材料２００が大きく波打った状態にされているが、実際には、バンプ３０１、３０１、・・・は小突起であるため、機能性材料２００は略平面状の状態で電子部品３００の下面に貼り付けられる。半導体ウエハ１００には部品装着装置５００によって縦横に等間隔に離隔した状態で多数の積層体４００、４００、・・・が仮置き状態で載置される（図１０参照）。

尚、機能性材料２００としては、例えば、接着材料や封止材料や補強材料としての機能を有するペースト状又はフィルム状の材料等が用いられ、具体的には、アンダーフィル材やノンコンタクトフィルムやノンコンタクトペースト等と称される各種の材料が用いられる。

実装体搬入装置６００は部品装着装置５００と部品実装装置１の間に位置され、搬入用コンベア６０１と保温ヒーター６０２を有している（図８参照）。搬入用コンベア６０１は左右に離隔して位置された送りローラー６０１ａ、６０１ａと送りローラー６０１ａ、６０１ａによって送られる搬送ベルト６０１ｂとを有している。保温ヒーター６０２は送りローラー６０１ａ、６０１ａ間に配置されている。

実装体搬出装置７００は部品実装装置１を挟んで実装体搬入装置６００の反対側に位置され、搬出用コンベア７０１を有している。搬出用コンベア７０１は左右に離隔して位置された送りローラー７０１ａ、７０１ａと送りローラー７０１ａ、７０１ａによって送られる搬送ベルト７０１ｂとを有している。

尚、実装体搬出装置７００においても、急激な冷却による半導体ウエハ１００の反り等を防止するために保温する図示しない保温ヒーターが設けられていてもよい。

実装体搬入装置６００は半導体ウエハ１００を部品装着装置５００から移動部１５における移動ステージ１７のステージ部１７ａに搬入する機能を有し、実装体搬出装置７００は半導体ウエハ１００をステージ部１７ａから搬出して所定の位置まで搬送する機能を有している。

半導体ウエハ１００上には所定の回路パターンが形成され、回路パターンの各端部に接続端子１０１、１０１、・・・が形成されている（図９参照）。半導体ウエハ１００上には接続端子１０１、１０１、・・・を覆う状態で予め機能性材料２００、２００、・・・と電子部品３００、３００、・・・によって構成された積層体４００、４００、・・・が部品装着装置５００によってそれぞれ仮置き状態で載置されている（図９及び図１０参照）。電子部品３００、３００、・・・の上下両面にはそれぞれバンプ３０１、３０１、・・・が縦横に離隔して設けられている。パンプ３０１、３０１、・・・の先端部にはそれぞれ接合材料として用いられた半田３０２、３０２、・・・が塗布されている。尚、接合材料は半田３０２に限られることはなく、溶融可能な他の金属材料であってもよい。

積層体４００は最下段において半田３０２、３０２、・・・が機能性材料２００を介して接続端子１０１、１０１、・・・の真上に位置されると共に最下段より上段において下側の電子部品３００の上面側に位置された半田３０２、３０２、・・・がそれぞれ機能性材料２００を介して上側の電子部品３００の下面側に位置された半田３０２、３０２、・・・の真下に位置されている。

上記のように部品装着装置５００によって半導体ウエハ１００に積層体４００、４００、・・・が載置された状態においては、機能性材料２００、２００、・・・及び半田３０２、３０２、・・・が溶融されない程度の所定の温度状態に加熱されている。

上記したように、実装体搬入装置６００には保温ヒーター６０２が設けられており、機能性材料２００、２００、・・・と電子部品３００、３００、・・・がそれぞれ仮置き状態で載置された半導体ウエハ１００が搬入用コンベア６０１によって搬入されるときに、保温ヒーター６０２によって機能性材料２００、２００、・・・と半田３０２、３０２、・・・が保温される。

また、実装体搬出装置７００に保温ヒーターが設けられている場合には、積層体４００、４００、・・・が接合された半導体ウエハ１００が搬出用コンベア７０１によって搬出されるときに、保温ヒーターによって機能性材料２００、２００、・・・と半田３０２、３０２、・・・が保温される。

＜部品実装装置の動作＞
次に、電子部品３００、３００、・・・が互いに接合されると共に最下段の電子部品３００が半導体ウエハ１００に接合されるときの部品実装装置１の実装動作について説明する。

先ず、実装体搬入装置６００によって半導体ウエハ１００が部品実装装置１に搬入される前の各部の初期状態について説明する。

移動部１５は、初期状態において、前方の移動端である準備位置にあり、ツールホルダー１８が前方の移動端に位置されている（図１１参照）。

ボンディングヘッド９、９、・・・は、初期状態において、駆動体１１、１１、・・・が上方の移動端に位置され、左右方向における間隔であるピッチが最も狭くされた状態にされている（図１乃至図３参照）。

実装動作に際しては、先ず、実装体搬入装置６００による半導体ウエハ１００の部品実装装置１への搬入前の事前動作が行われる。

事前動作として、先ず、移動部１５が駆動機構２５によって後方へ移動される（図１２参照）。移動部１５が後方へ移動されることにより、所定のツール２１、２１、・・・がボンディングヘッド９、９、・・・の真下に位置される。この所定のツール２１、２１、・・・は、この後に搬入される半導体ウエハ１００に仮置きされた積層体４００、４００、・・・に応じた大きさのものである。

続いて、ボンディングヘッド９、９、・・・において駆動体１１、１１、・・・が下方へ移動される。このとき吸着部１１ａ、１１ａ、・・・に負圧が付与されており、吸着部１１ａ、１１ａ、・・・によってそれぞれツール２１、２１、・・・が吸着されてツールホルダー１８から取り出され、駆動体１１、１１、・・・が上方へ移動されて吸着部１１ａ、１１ａ、・・・によってそれぞれツール２１、２１、・・・が保持される（図１３参照）。

続いて、事前動作として、移動部１５が前方へ移動され、吸着部１１ａ、１１ａ、・・・に保持されたツール２１、２１、・・・の真下にツール認識カメラ２４が位置される（図１４参照）。ツール２１、２１、・・・の真下にツール認識カメラ２４が位置されると、ボンディングヘッド９、９、・・・が左右方向へ移動されて、順次、ツール２１、２１、・・・がツール認識カメラ２４の真上を通過され、ツール認識カメラ２４によって順にツール２１、２１、・・・が撮影される（図１５参照）。ツール認識カメラ２４による吸着部１１ａ、１１ａ、・・・に吸着されている全てのツール２１、２１、・・・の撮影が終了すると、ボンディングヘッド９、９、・・・は左右方向へ移動されピッチが最も狭くされた初期状態に戻り、移動部１５は前方の移動端まで移動されて初期状態の位置である準備位置に戻る。

ツール認識カメラ２４によってツール２１が撮影されると、撮影された画像データに基づいて撮影されたツール２１の水平方向における位置及び向きが認識される。水平方向における位置は前後方向における位置（座標）と左右方向における位置（座標）であり、水平方向における向きは上下方向に延びる軸を支点とした回転方向における基準位置に対する向き（回転角度）である。

上記した事前動作が終了すると、実装体搬入装置６００によって積層体４００、４００、・・・が仮置き状態で載置された半導体ウエハ１００が移動部１５における移動ステージ１７のステージ部１７ａに搬入される。ステージ部１７ａに搬入された半導体ウエハ１００はステージ部１７ａにおいて吸引されて保持される。

このとき半導体ウエハ１００は保温ヒーター６０２によって保温されており、機能性材料２００、２００、・・・が溶融温度近くの高温状態に保持されて溶融し易い状態にされている。また、半導体ウエハ１００がステージ部１７ａに搬入された状態においても、ステージ部１７ａに組み込まれた加熱器によって半導体ウエハ１００及び積層体４００、４００、・・・が保温され、機能性材料２００、２００、・・・と半田３０２、３０２、・・・の保温状態が保持される。

移動ステージ１７のステージ部１７ａによって半導体ウエハ１００が保持されると、移動部１５が後方へ移動され、最も後側に位置された積層体４００又は最も前側に位置された積層体４００が部品認識カメラ１３の真下に位置される（図１６参照）。

積層体４００が部品認識カメラ１３の真下に位置されると、ボンディングヘッド９、９、・・・が左右方向へ移動され、又は、移動部１５が前後方向へ移動されて、順次、積層体４００、４００、・・・が部品認識カメラ１３の真下を通過され、部品認識カメラ１３によって順に積層体４００、４００、・・・における最上段の電子部品３００、３００、・・・が撮影される。部品認識カメラ１３による最上段の全ての電子部品３００、３００、・・・の撮影が終了すると、ボンディングヘッド９、９、・・・は左右方向へ移動されピッチが最も狭くされた初期状態に戻り、移動部１５は前方の移動端まで移動されて初期状態の位置である準備位置に戻る。

部品認識カメラ１３によって最上段の電子部品３００が撮影されると、撮影された画像データに基づいて撮影された電子部品３００の水平方向における位置及び向きが認識される。水平方向における位置は前後方向における位置（座標）と左右方向における位置（座標）であり、水平方向における向きは上下方向に延びる軸を支点とした回転方向における基準位置に対する向き（回転角度）である。

続いて、ボンディングヘッド９、９、・・・による積層体４００、４００、・・・に対する接合動作が開始される。接合動作が開始されるときには、移動部１５が後方へ移動され、積層体４００、４００、・・・がそれぞれツール２１、２１、・・・の真下に位置される（図１７参照）。このとき、例えば、積層体４００、４００、・・・は複数個置きにツール２１、２１、・・・の真下に位置される。

積層体４００、４００、・・・がそれぞれツール２１、２１、・・・の真下に位置されると、真上に位置された各ツール２１、２１、・・・のツール認識カメラ２４による認識結果と真下に位置された最上段の各電子部品３００、３００、・・・の部品認識カメラ１３による認識結果とに基づいて、各ツール２１、２１、・・・の位置及び向きが真下に位置する最上段の各電子部品３００、３００、・・・の位置及び向きに一致される。即ち、各ツール２１、２１、・・・の位置及び向きが真下に位置する最上段の各電子部品３００、３００、・・・の位置及び向きに一致されるように、ボンディングヘッド９、９、・・・が第１の駆動モーター５、５、・・・によって各別に左右方向へ微少に移動されて調整されると共に第２の駆動モーター７、７、・・・によって各別に前後方向へ微少に移動されて調整され、吸着部１１ａ、１１ａ、・・・が回転用モーター１２、１２、・・・によって各別に微少に回転されて調整される。

このようなボンディングヘッド９の左右方向及び前後方向への調整と吸着部１１ａの回転方向における調整とが行われることにより、吸着部１１ａに保持されているツール２１の中央部と真下に位置されている電子部品３００の中央部とが上下方向において一致されると共にツール２１の水平方向における向きと電子部品３００の水平方向における向きとが一致される（図１８参照）。

続いて、吸着部１１ａ、１１ａ、・・・がそれぞれ下方へ移動され、ツール２１、２１、・・・がそれぞれ積層体４００、４００、・・・に上方から押し付けられる（図１９参照）。

尚、最上段に位置する電子部品３００の上面にもバンプ３０１、３０１、・・・が設けられている場合もあるが、この場合にはツール２１における押付部２３の下面側に下方に開口された挿入凹部が形成されていることが望ましい。ツール２１に形成される挿入凹部は前後左右に離隔して形成されていてもよく、前後方向又は左右方向に延びる直線状に形成されていてもよい。ツール２１に挿入凹部が形成されている場合には、ツール２１が積層体４００に上方から押し付けられたときに、各バンプがそれぞれ挿入凹部に挿入される。

このように最上段に位置する電子部品３００の上面に形成された各バンプがそれぞれ挿入凹部に挿入されることにより、バンプ３０１、３０１、・・・の先端部に塗布された半田３０２、３０２、・・・にツール２１、２１、・・・が接触されず、半田３０２、３０２、・・・のバンプ３０１、３０１、・・・からの脱落や半田３０２、３０２、・・・の意図しない溶融を防止することができる。

尚、最上段の電子部品３００の上側にはバンプ３０１、３０１、・・・を介して接合される別の電子部品３００や他の構造体が搭載される場合があるが、上記のように、半田３０２、３０２、・・・のバンプ３０１、３０１、・・・からの脱落や半田３０２、３０２、・・・の意図しない溶融が防止されることにより、これらの別の電子部品３００や他の構造体を電子部品３００の上側に適正に搭載することが可能になる。

ツール２１が積層体４００に上方から押し付けられると、駆動体１１に設けられたヒーター１１ｂによってツール２１を介して電子部品３００、３００、・・・が加熱される。従って、半田３０２、３０２、・・・と機能性材料２００、２００、・・・がヒーター１１ｂによって加熱される。加熱された半田３０２、３０２、・・・と機能性材料２００、２００、・・・は溶融され、半田３０２、３０２、・・・が機能性材料２００、２００、・・・を押し破るようにしてそれぞれ接続端子１０１、１０１、・・・又は半田３０２、３０２、・・・同士が接触される（図２０参照）。

このときヒーター１１ｂとしてパルスヒーターが用いられているため、積層体４００は吸着部１１ａに押さえられた状態で急速に加熱と冷却による半田３０２、３０２、・・・と機能性材料２００、２００、・・・の溶融及び溶融後の固化が行われる。従って、半田３０２、３０２、・・・と機能性材料２００、２００、・・・に対する温度の急速な昇降状態を確保することができると共に接合部分の浮き上がりを防止し信頼性の高い接合状態を確保して製造物の品質のばらつきを抑制することができる。

機能性材料２００、２００、・・・は溶融された後に固化されるため、電子部品３００、３００、・・・を周囲から覆い最下段の電子部品３００の下面と半導体ウエハ１００の上面との間に充填されて電子部品３００が機能性材料２００によって半導体ウエハ１００に接着されると共に電子部品３００、３００、・・・間に充填されて電子部品３００、３００、・・・同士が機能性材料２００、２００、・・・によって接着される。

続いて、吸着部１１ａ、１１ａ、・・・によってツール２１、２１、・・・が吸着された状態で駆動体１１、１１、・・・が上方へ向けて移動される。駆動体１１、１１、・・・が上方へ向けて移動されることにより、積層体４００、４００、・・・に対する吸着部１１ａ、１１ａ、・・・による押付状態が解除される。

駆動体１１、１１、・・・は上方の移動端まで移動され、吸着部１１ａ、１１ａ、・・・が上方の移動端まで移動されることにより一度に６個の積層体４００、４００、・・・に対する接合動作が完了する。

駆動体１１、１１、・・・が上方の移動端まで移動されると、ボンディングヘッド９、９、・・・が積層体４００、４００、・・・の１ピッチ分だけ左右方向へ移動され、続いて、上記と同様にしてボンディングヘッド９、９、・・・による別の積層体４００、４００、・・・に対する接合動作が行われる。この実装ヘッド９、９、・・・の１ピッチずつの移動と積層体４００、４００、・・・に対する接合動作は繰り返し行われる。

移動部１５は順次接合が行われていない積層体４００、４００、・・・がそれぞれツール２１、２１、・・・の真下に位置されるように左右方向又は前後方向へ移動され、ボンディングヘッド９、９、・・・による全ての積層体４００、４００、・・・に対する接合動作が行われる。

半導体ウエハ１００に載置されていた全ての積層体４００、４００、・・・に対する接合動作が終了されると、移動部１５が前方の移動端である準備位置まで前方へ移動される。移動部１５が準備位置まで移動されると、移動ステージ１７による半導体ウエハ１００に対する吸引が停止されて半導体ウエハ１００の保持状態が解除される。

尚、引き続いて新たな半導体ウエハ１００に載置された積層体４００、４００、・・・に対する接合動作が行われない場合には、吸着部１１ａ、１１ａ、・・・によってそれぞれ保持されているツール２１、２１、・・・がツールホルダー１８の配置凹部１９ａ、１９ａ、・・・に挿入される動作が行われる。

移動ステージ１７による半導体ウエハ１００の保持状態が解除されると、半導体ウエハ１００は実装体搬出装置７００に保持され、実装体搬出装置７００によって所定の位置まで搬出される。

尚、上記には、半導体ウエハ１００が移動ステージ１７に搬入される前の事前準備としてツール認識カメラ２４によるツール２１、２１、・・・の撮影が行われる例を示したが、半導体ウエハ１００が移動ステージ１７に搬入された状態において移動ステージ１７が後方へ移動されて吸着部１１ａ、１１ａ、・・・によってツール２１、２１、・・・が吸着されツール認識カメラ２４によるツール２１、２１、・・・の撮影が行われるようにしてもよい。

＜まとめ＞
以上に記載した通り、部品実装装置１にあっては、ツール認識カメラ２４によって認識された各ツール２１、２１、・・・の位置及び向きと部品認識カメラ１３によって認識された各電子部品３００、３００、・・・の位置及び向きとに基づいて各ツール２１、２１、・・・の位置及び向きがそれぞれ各電子部品３００、３００、・・・の位置及び向きに一致されるように各ツール２１、２１、・・・の前後左右における位置及び回転方向における向きが制御される。

従って、ツール認識カメラ２４によって認識された各ツール２１、２１、・・・の位置及び向きと部品認識カメラ１３によって認識された各電子部品３００、３００、・・・の位置及び向きとに基づいて各ツール２１、２１、・・・の水平方向における位置及び回転方向における向きがそれぞれ各電子部品３００、３００、・・・の水平方向における位置及び回転方向における向きに応じて是正されて各ツール２１、２１、・・・が各電子部品３００、３００、・・・に押し付けられるため、電子部品３００、３００、・・・の半導体ウエハ１００や他の電子部品３００、３００、・・・に対する良好な接合状態を確保することができる。

また、部品実装装置１にあっては、複数の電子部品３００、３００、・・・が上下方向において積層された状態で半導体ウエハ１００に予め載置され、部品認識カメラ１３によって最上段の電子部品３００の水平方向における位置及び向きが認識される。

このように複数の電子部品３００、３００、・・・が上下方向において積層された所謂チップオンチップにおいては、電子部品３００、３００、・・・の段数が増えるに従って積層体４００が傾むいて倒れが発生するおそれが大きくなるが、上記のように、部品認識カメラ１３によって最上段の電子部品３００の水平方向における位置及び向きが認識されることにより、積層体４００の傾きが大きくなった場合においても電子部品３００、３００、・・・の半導体ウエハ１００や他の電子部品３００、３００、・・・に対する良好な接合状態を確保することができる。

さらに、半導体ウエハ１００が載置され吸着部１１ａ、１１ａ、・・・の下方において水平方向へ移動される移動ステージ１７が設けられているため、複数の吸着部１１ａ、１１ａ、・・・による複数の積層体４００、４００、・・・に対する接合動作が連続的に行われ、製造効率の向上を図ることができる。

さらにまた、部品実装装置１には複数のツール２１、２１、・・・を保持するツールホルダー１８が設けられ、ツールホルダー１８が移動ステージ１７に取り付けられているため、ツールホルダー１８を移動させるための専用の機構が不要になり、一層の構造の簡素化及び製造コストの削減を図ることができる。

尚、他の部品実装装置（従来の部品実装装置）には、部品保管部から複数の吸着部によってそれぞれ電子部品３００、３００、・・・を吸着して取り出し、部品搬入装置６００によって搬入された半導体ウエハ１００上に吸着した電子部品３００、３００、・・・を移動させて載置し、その状態で続けて電子部品３００、３００、・・・の接合動作を行うようにしたものがある。従って、このような部品実装装置にあっては、半導体ウエハ１００に対する電子部品３００、３００、・・・の載置動作（載置工程）と電子部品３００、３００、・・・の接合動作（接合工程）とが交互に繰り返し行われる。

一方、部品実装装置１にあっては、実装体搬入装置６００によって半導体ウエハ１００が搬入され、搬入された半導体ウエハ１００に予め仮置き状態にされた電子部品３００、３００、・・・に対して接合動作（接合工程）が行われる。従って、載置動作と接合動作を交互に繰り返し行う必要がなく、電子部品３００、３００、・・・に対する接合動作を連続して行うことができ、電子部品３００、３００、・・・の接合動作に関する単位時間当たりの生産能力（ＵＰＨ：Utility Per Hour）が高く、生産性の向上を図ることができる。

＜その他＞
上記には、複数の電子部品３００、３００、・・・が上下方向において積層された所謂チップオンチップの積層体４００に対する接合が行われる例を示したが、部品実装装置１によって接合される対象はチップオンチップの積層体４００に限られることはなく、単一の電子部品３００であってもよい。

また、例えば、一つの電子部品が半導体ウエハ１００に接合される場合には上下両面にバンプが設けられている必要はなく、下面側のみにバンプが設けられていてもよい。

さらに、上記には、積層体４００、４００、・・・が配置される実装体として半導体ウエハ１００を例として示したが、実装体は半導体ウエハ１００に限られることはなく、回路基板や電子部品であってもよい。実装体が電子部品の場合には、電子部品に電子部品３００が接合される所謂チップオンチップとされる。

加えて、上記には、ツール２１によって積層体４００が下方に押し付けられる例を示したが、例えば、ツール２１が設けられず、吸着部１１ａによって積層体４００が下方に押し付けられるように構成することも可能である。

１…部品実装装置
９…ボンディングヘッド
１１ａ…吸着部
１１ｂ…ヒーター
１３…部品認識カメラ
１７…移動ステージ
１８…ツールホルダー
２１…ツール
２３ａ…挿入凹部
２４…ツール認識カメラ
１００…半導体ウエハ（実装体）
３００…電子部品
３０１…バンプ
３０２…半田（溶融材料）

第１に、本発明に係る部品実装装置は、溶融材料を介して実装体に予め載置された複数の電子部品を加熱して前記溶融材料を溶融するヒーターと前記電子部品の加熱時に前記電子部品に押し付けられるツールを吸着する吸着部とをそれぞれ有し前記ツールを介して前記電子部品を加熱及び加圧する複数のボンディングヘッドと、前記複数の吸着部にそれぞれ吸着された複数の前記ツールの水平方向における各位置及び各向きを画像認識するツール認識カメラと、前記実装体に予め載置された前記複数の電子部品の水平方向における各位置及び各向きを画像認識する部品認識カメラとを備え、前記複数の吸着部がそれぞれ上下方向と左右方向と前後方向に各別に移動可能とされると共に上下に延びる軸を支点として各別に回転可能とされ、前記ツール認識カメラによって前記複数のボンディングヘッドにそれぞれ吸着された全ての前記ツールの画像認識が行われると共に前記ツール認識カメラによる前記全てのツールの画像認識後に前記部品認識カメラによって前記実装体に予め載置された全ての前記電子部品の画像認識が行われた状態において、前記ツール認識カメラによって認識された前記各ツールの位置及び向きと前記部品認識カメラによって認識された前記各電子部品の位置及び向きとに基づいて前記各ツールの位置及び向きがそれぞれ加熱及び加圧される各電子部品の位置及び向きに一致されるように前記各吸着部の前後左右における位置及び回転方向における向きが制御されるものである。

Claims (6)

1. 溶融材料を介して実装体に予め載置された複数の電子部品を加熱して前記溶融材料を溶融するヒーターと前記電子部品の加熱時に前記電子部品に押し付けられるツールを吸着する吸着部とをそれぞれ有し前記ツールを介して前記電子部品を加熱及び加圧する複数のボンディングヘッドと、
   前記複数の吸着部にそれぞれ吸着された複数の前記ツールの水平方向における各位置及び各向きを画像認識するツール認識カメラと、
   前記実装体に予め載置された前記複数の電子部品の水平方向における各位置及び各向きを画像認識する部品認識カメラとを備え、
   前記複数の吸着部がそれぞれ上下方向と左右方向と前後方向に各別に移動可能とされると共に上下に延びる軸を支点として各別に回転可能とされ、
   前記ツール認識カメラによって認識された前記各ツールの位置及び向きと前記部品認識カメラによって認識された前記各電子部品の位置及び向きとに基づいて前記各ツールの位置及び向きがそれぞれ加熱及び加圧される各電子部品の位置及び向きに一致されるように前記各吸着部の前後左右における位置及び回転方向における向きが制御される
   部品実装装置。
2. 複数の前記電子部品が上下方向において積層された状態で前記実装体に予め載置され、
   前記部品認識カメラによって最上段の前記電子部品の水平方向における各位置及び各向きが認識される
   請求項１に記載の部品実装装置。
3. 前記部品認識カメラが一つの前記ボンディングヘッドに取り付けられた
   請求項１又は請求項２に記載の部品実装装置。
4. 前記実装体が載置され前記ボンディングヘッドの下方において水平方向へ移動される移動ステージが設けられた
   請求項１、請求項２又は請求項３に記載の部品実装装置。
5. 前記ツール認識カメラが前記移動ステージに取り付けられた
   請求項４に記載の部品実装装置。
6. 複数の前記ツールを保持するツールホルダーが設けられ、
   前記ツールホルダーが前記移動ステージに取り付けられた
   請求項４又は請求項５に記載の部品実装装置。

Images