JP3601401B2 - 電子部品のボンディング装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、バンプ付き電子部品などの電子部品を基板にボンディングする電子部品のボンディング装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
バンプ付き電子部品は下面に多数のバンプを有しており、これらのバンプのすべてが基板の回路パターンの電極に均等に圧着されることにより、正しく基板に実装される。しかし実際にはバンプの高さにはばらつきがあり実装点ごとに基板表面の傾きがわずかに異なっているため、吸着ツールの下面と各実装点における基板の上面の平行度もばらついている。このため、吸着ツールでバンプ付き電子部品を基板に押しつける際に、一部のバンプに力が偏るなどして圧着むらが生じやすい。
【0003】
この圧着むらを少なくするために、チルト機構を供えた圧着ヘッドを用い平行度のばらつきを吸収する方法が用いられている。このチルト機構は、円弧面状の回動面を介して当接する固定ブロックと可動ブロックとで圧着ヘッドを構成し、可動ブロックに圧着ツールを設けるものである。これにより、圧着ツールによって電子部品を押圧する際の平行度にばらつきがあっても、可動ブロックの固定ブロックに対する相対変位が許容されることによりこのばらつきは吸収される。すなわち、可動ブロックは基板の平行度に応じて変位するならい動作を行う。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
チルト機構ではスムーズな回動を得るため、回動面にはエアが圧入される。このエアにより、回動面にはエア膜が形成され2つの当接面は直接接触せずに浮いた状態で相対運動をする。そしてこの状態で圧着ヘッドに上述のならい動作を行わせる。ところが、ならい動作を行わせるために回動面にエアの圧入を開始した状態では、一般に可動ブロックの固定ブロックに対する相対位置は一定しておらず、エア圧入前に可動ブロックが固定ブロックに対して既に回動面での位置ずれがある場合には、この位置ずれはエア圧入後においてもそのまま保たれる。
【0005】
このような状態からならい動作を開始して圧着ツールに電子部品を吸着させ基板に押圧すると、電子部品は傾いた状態で基板に対して当接する。このため当接時に電子部品の端面が片当たりし、この端面付近のバンプが先につぶされてしまうというボンディング品質上の不具合が発生していた。
【0006】
そこで本発明は、ならい動作時に電子部品の片当たりが発生せず、ボンディング品質を確保することができる電子部品のボンディング装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の電子部品のボンディング装置は、圧着ヘッドに保持された電子部品のバンプの高さを均一にした後、電子部品を基板にボンディングする電子部品のボンディング装置であって、前記バンプの高さを均一にするために設けられたステージが、上面が高平面度に仕上げられ下面に球面を有する可動ブロックとしての球面ステージと、この球面ステージの下面の球面が当接する凹球面を上面に有する固定ブロックと、この固定ブロックに対する前記可動ブロックの回動を許容・禁止する前記回動が許容された状態で可動ブロックの固定ブロックに対する相対位置を設定位置に自動復帰させる位置復帰手段とを備え、前記球面ステージの前記上面に前記圧着ヘッドに保持された電子部品のバンプを押圧してバンプの高さを均一にするようにした。
【0010】
請求項2記載の電子部品のボンディング装置は、請求項1記載の電子部品のボンディング装置であって、前記設定位置復帰手段は、前記固定ブロックおよびまたは可動ブロックに設けられた磁性体である。
【0011】
本発明によれば、圧着ヘッドに保持した電子部品のバンプを球面ステージの上面に押圧すれば、その調心・ならい機構により球面ステージは回動し、バンプの高さを均一にできる。そしてその後で、このバンプ付きの電子部品を基板にしっかりボンディングすることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の斜視図、図2は同電子部品のボンディング装置の圧着ヘッドの部分正面図、図3は同電子部品のボンディング装置の圧着ヘッドの部分側面図、図4は同電子部品のボンディング装置のフラットニングステージの断面図、図5は同電子部品のボンディング装置のチルト機構に用いられた調心機構の動作説明図、図6は同電子部品のボンディング装置の動作説明図である。
【0013】
まず、図1を参照して電子部品のボンディング装置の全体構造を説明する。図1において、基台1上には可動テーブル2が配設されている。可動テーブル2はY軸モータ3aを備えたY軸テーブル3上にX軸モータ4aを備えたX軸テーブル4を載置して構成されている。X軸テーブル4上には基板5および電子部品6の供給部7が配設されている。Y軸テーブル3上のX軸テーブル4の手前側にはフラットニングステージ70が配設されている。
【0014】
基台1上には、フレーム8が立設されている。フレーム8の上部には、モータ10を備えたヘッド昇降テーブル9が装着されている。ヘッド昇降テーブル9の下端部には圧着ヘッド11が装着されている。モータ10が駆動することにより圧着ヘッド11は上下動し、圧着ヘッド11の先端部に装着された吸着ツールによりバンプ付きの電子部品6を真空吸着する。圧着ヘッド11の上下動と、可動テーブル2の水平移動を組み合わせることにより、圧着ヘッド11は供給部7より電子部品6を真空吸着してピックアップし、電子部品6のバンプ6aを基板5の電極5a上に圧着する(図2、図3参照)。この圧着動作に先だって、必要に応じ圧着ヘッド11に保持した電子部品6をフラットニングステージ70に対して押圧し、バンプ6aの高さを均一にするフラットニング動作が行われる。
【0015】
図1において、フレーム8の側面には、認識装置12が設けられている。認識装置12は水平方向にスライド可能なスライドアーム13を備えており、スライドアーム13の先端部にはカメラ14が装着されている。カメラ14は上下両方向が認識可能となっており、スライドアーム13が前進して圧着ヘッド11の直下に位置することにより、圧着ヘッド11に保持された電子部品6の下面および基板5のパターン面を認識する。
【0016】
次に、図2、図3を参照して、圧着ヘッド11の構造を説明する。図2において、ヘッド昇降テーブル9の下端部には、第1の固定ブロック20が結合されている。第1の固定ブロック20の下面はX方向に上凹状に湾曲するX円弧面23となっている。第1の固定ブロック20のX円弧面23には、第1の可動ブロック21の円弧状の上凸面が当接しており、第1の可動ブロック21はX円弧面23に沿って第1の固定ブロック20に対して回動する(図2の矢印aを参照)。
【0017】
第1の固定ブロック20のX円弧面23の中心位置には、磁性体であるマグネット29Aが埋設されており、第1の可動ブロック21の上凸面の中心位置には、同じく磁性体であるマグネット29Bが埋設されている。マグネット29Aとマグネット29Bは同一幅を有する形状で設けられており、これらのマグネット29A,29Bは相異なる極がX円弧面23上で対向するように(図5参照)、すなわち相互に引磁力が作用するように配置されている。この引磁力により、第1の可動ブロック21は第1の固定ブロック22に保持される。
【0018】
図3において、第1の可動ブロック21の下部には、第2の固定ブロック40が固定されている。第2の固定ブロック40の下面は、Y方向に上凹状に湾曲するY円弧面43になっている。Y円弧面43には、第2の可動ブロック41の円弧状の上凸面が当接しており、第2の可動ブロック41はY円弧面43に沿って第2の固定ブロック40に対して回動する(図3の矢印bを参照)。
【0019】
第2の固定ブロック40の下面のY円弧面43の中心位置には、マグネット49Aが、また第2の可動ブロック41の上凸面の中心位置にはそれぞれマグネット49Bが埋設されている。これらのマグネット49A,49Bは、マグネット29A,29Bと同様に相互に引磁力が作用するように配置されており、第2の可動ブロック41は第2の固定ブロック40に保持される。
【0020】
第2の可動ブロック41の下面には、ブロック60が固定されている。ブロック60の下面には、電子部品6を真空吸着する吸着ツール65が装着されている。6aは電子部品6のバンプである。吸着ツール65に真空吸着された電子部品6がX円弧面23およびY円弧面43の中心01(図2参照)、02(図3参照)、に位置するように、X円弧面23とY円弧面43の曲率は決定される。これにより、a方向やb方向のチルト動作を行っても、電子部品6の位置が変動しないようにして、電子部品6を基板5の正しい位置に圧着できるようにしている。
【0021】
ここで、第1の可動ブロック21はY案内板22によって第1の固定ブロック20に対してY方向にずれないように規制され、第2の可動ブロック41はX案内板42によって第2の固定ブロック40に対してX方向にずれないように規制される。したがって第1の可動ブロック21はXZ平面に沿って回動し、第2の可動ブロック41はYZ平面に沿って回動する。これによりチルト動作のときに第1の可動ブロック21および第2の可動ブロック41が不要にX,Y方向にずれることを防止し、チルト動作によるバンプ付き電子部品6の位置ずれが発生しないようにしている。
【0022】
図2において、第1の固定ブロック20には管路24が、また第1の可動ブロック21には管路25が設けられている。管路24はX円弧面23と連通しており、管路25は第2の固定ブロック40に設けられた管路25aを介してY円弧面43と連通している。管路24,25は配管26により第1のバルブ27に接続されており、第1のバルブ27はエア供給路28に接続されている。
【0023】
ここで配管26から供給される圧縮空気がX円弧面23とY円弧面43に吐出されると、X円弧面23とY円弧面43にわずかな隙間が形成される。これにより、第1の可動ブロック21は第1の固定ブロック20に対して矢印の方向のチルト(回動)が許容され、第2の可動ブロック41は第2の固定ブロック40に対して矢印b方向のチルトが許容される。
【0024】
これに対し、圧縮空気の吐出を停止した状態では、X円弧面23、Y円弧面43では、それぞれ円弧当接面が密接状態となり、上述の2方向のチルトが禁止される。したがって、X円弧面23、Y円弧面43に圧縮空気を吐出を制御する第1のバルブ27はチルトの禁止・許容を切り替える回動制御手段となっている。
【0025】
次に図4を参照して、フラットニングステージ70について説明する。フラットニングステージ70は上面が高平面度に仕上げられた球面ステージ71を備えている。図4に示すように、可動ブロックとしての球面ステージ71は、球面73を介して凹球面が設けられた固定ブロックとしての基部72に当接している。球面73には管路74が連通しており、管路74はレギュレータ75、制御バルブ76を介して配管によってエア供給路77と接続されている。管路74から球面73に圧縮空気を吐出することにより、球面73にはわずかな隙間が生じ、この状態では球面ステージ71の基部72に対するX方向、Y方向のチルトが許容される。
【0026】
球面ステージ71及び基部72には、球面73に面してそれぞれの中心位置にマグネット79A,79Bが埋設されている。これらのマグネット79A,79Bは、マグネット29A,29Bと同様に相互に引磁力が作用するように配置されており、球面ステージ71は基部72に対して引磁力によって保持されている。
【0027】
ここで、図5を参照してこのボンディング装置に用いられている上述のチルト機構の調心動作について、X円弧面23を回動面とする第1の固定ブロック20に対する第1の可動ブロック21のチルト動作を例にして説明する。図5(a)では、X円弧面23には圧縮空気が吐出されておらずこの面での回動が禁止され、かつ第1の可動ブロック21が第1の固定ブロック20に対して位置ずれを生じた状態でマグネット29A,29B相互の引磁力によって保持されている。
【0028】
図5(b)は、上記状態からX円弧面23に圧縮空気を吐出し、この面での回動を許容した状態を示している。回動が許容されたことから、マグネット29A,29Bの相互の引磁力の回動方向成分Fcによって、第1の可動ブロック21は第1の固定ブロック20に対して回動する。そして、第1の可動ブロック21および第1の固定ブロック20それぞれの中心位置が一致する状態で第1の可動ブロック21は停止する。
【0029】
すなわち回動が禁止された状態で、第1の可動ブロック21が第1の固定ブロック20に対して回動方向に相対的に位置がずれていても、圧縮空気をX円弧面23に吐出して回動を許容することにより、図5(c)に示すように第1の可動ブロック21は設計上の設定位置、すなわち第1の可動ブロック21および第1の固定ブロック20相互の中心位置が合致した状態に復帰する。したがって、マグネット29A,29Bは第1の可動ブロック20の第1の固定ブロック21に対する相対位置を設定位置に自動復帰させる位置復帰手段となっている。この調心動作の後には、第1の可動ブロック21は水平方向の姿勢が正しく保たれた状態となる。
【0030】
従来のボンディング装置においては、この位置復帰にはスプリングなどを用いた弾性力による調心機構が一般的であった、本実施の形態に示す方法によれば、マグネットを埋設するのみで他には機構部品を必要としないことから機構が簡便であり、しかもスプリングなどの弾性力を用いる場合と比較してより信頼性に優れた調心機構となっている。
【0031】
同様に、Y円弧面43におけるマグネット49A,49Bは第2の可動ブロック40の第2の固定ブロック41に対する相対位置を設定位置に自動復帰させる位置復帰手段となっている。さらに、フラットニングステージ70におけるマグネット79A,79Bは、球面ステージ71の基部72に対する相対位置を設定位置に動復帰させる位置復帰手段となっている。なお、マグネット79A,79Bは圧着ヘッド11におけるマグネット29A,29Bなどとは異なり、下方に配置された部材の重量を重力に抗して保持する役割は有しておらず、上記の位置復帰手段としてのみ機能している。
【0032】
なお本実施の形態では、上記位置復帰手段としてそれぞれ磁性体としての2つのマグネットを相異なる極を対向させて配置して用いた例を示しているが、磁性体の配置例としてはこれに限定されず、例えば可動ブロックまたは固定ブロックのいずれかのみにマグネットを埋設するようにしてもよい。この場合には、相手側のブロックの本体をアルミなどの非磁性体とし、本実施の形態においてマグネットが埋設された部位に、鋼などマグネットによる引磁力が作用するような材質の引磁体を埋設する。
【0033】
この電子部品のボンディング装置は上記の様に構成されており、以下動作について説明する。まず図1において、可動テーブル2を駆動して電子部品供給部7を圧着ヘッド11の下方に位置させる。このとき、圧着ヘッド11のX円弧面23、Y円弧面43にエアを吐出してチルトを許容し、マグネット29A,29B、マグネット49A,49Bによって第1の可動ブロック21、第2の可動ブロック41の中心位置を第1の固定ブロック20、第2の固定ブロック40の中心位置に合わせる調心動作を行わせる。これにより、圧着ツール65の下面はほぼ水平状態となる。そしてこの状態で、圧着ヘッド11を下降させて電子部品供給部7から電子部品6を吸着してピックアップする。
【0034】
次いで可動テーブル2を駆動して、フラットニングステージ70を圧着ヘッド11の下方に位置させる。ここでも、球面73には予めエアが吐出され、球面ステージ71の中心位置を基部72に合わせる調心動作を行わせている。これにより、球面ステージ71の上面は正しく水平が保たれている。この後、圧着ヘッド11をフラットニングステージ70に対して下降させ、圧着ツール65に吸着して保持した電子部品6を正しく水平が保たれた球面ステージ71の上面に当接させ押圧する。そして所定荷重で所定高さ位置まで押圧することにより、電子部品6のバンプ6aは球面ステージ71に押圧され、当初バンプ6aに高さのばらつきがある場合においても、押圧によりすべてのバンプ6aについて均一なバンプ高さが得られる。
【0035】
このフラットニング処理において、図6(a)に示すように何らかの原因により圧着ヘッド11に傾きが生じた状態においても、電子部品6を押圧する際に球面ステージ71はマグネット79A,79B相互の引磁力に抗して電子部品6の傾きにならって回動する。そして電子部品6をさらに強く押圧することにより、押圧力が球面73内のエア圧力にうち勝って球面ステージ71は基部72に密接し、この状態でバンプ6aのフラットニングが行われる。すなわち、本実施の形態に示す調心機構を用いたフラットニングステージ70によれば、従来必要とされたフラットニング面と圧着ヘッド11との高精度の面合わせ作業を行うことなくバンプのフラットニングを行うことができる。
【0036】
このようにして、バンプ6aのフラットニングを行った電子部品6は、基板5を圧着ヘッド11の下方に位置させ次いで圧着ヘッド11を下降させることにより基板5に搭載され押圧される。このとき圧着ヘッド11には予め調心動作を行わせているため、吸着ツール65に保持された状態の電子部品6の姿勢に水平面に対する傾きが生じることがない。したがって、電子部品6のボンディング時にバンプ6aが基板5の表面に片当たりすることがなく、良好なボンディングを行うことができる。
【0037】
また、電子部品6のボンディング時に、図6(b)に示すように基板5が水平面に対して傾いた状態にあっても、圧着ヘッド11による押圧動作時に上述のチルト機構により電子部品6aは基板5の傾きにならうため、同様にバンプ6aの片当たりが生じることがない。
【0038】
なお、本実施の形態では、圧着ヘッド11とフラットニングステージ70の双方にマグネットの引磁力による調心機構を用いた例を示しているが、圧着ヘッド11又はフラットニングステージ70のいずれか一方のみにこの調心機構を用いるようにしてもよい。これによっても、電子部品のフラットニング時、ボンディング時のそれぞれについて調心による効果を得ることができる。
【0039】
【発明の効果】
本発明によれば、圧着ヘッドに保持した電子部品のバンプを球面ステージの上面に押圧すれば、その調心・ならい機構により球面ステージは回動し、バンプの高さを均一にできる。そしてその後で、このバンプ付きの電子部品を基板にしっかりボンディングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の斜視図
【図2】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の圧着ヘッドの部分正面図
【図3】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の圧着ヘッドの部分側面図
【図4】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置のフラットニングステージの断面図
【図5】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置のチルト機構に用いられた調心機構の動作説明図
【図6】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の動作説明図
【符号の説明】
1 基台
2 可動テーブル
5 基板
6 電子部品
6a バンプ
11 圧着ヘッド
20 第1の固定ブロック
21 第1の可動ブロック
23 X円弧面
40 第2の固定ブロック
41 第2の可動ブロック
43 Y円弧面
65 吸着ツール
70 フラットニングステージ
71 球面ステージ
72 基部
Claims (2)
- 圧着ヘッドに保持された電子部品のバンプの高さを均一にした後、電子部品を基板にボンディングする電子部品のボンディング装置であって、
前記バンプの高さを均一にするために設けられたステージが、上面が高平面度に仕上げられ下面に球面を有する可動ブロックとしての球面ステージと、この球面ステージの下面の球面が当接する凹球面を上面に有する固定ブロックと、この固定ブロックに対する前記可動ブロックの回動を許容・禁止するためのバルブと、前記球面へ圧縮空気を吐出することにより前記回動が許容された状態で可動ブロックの固定ブロックに対する相対位置を設定位置に自動復帰させる位置復帰手段とを備え、前記球面ステージの前記上面に前記圧着ヘッドに保持された電子部品のバンプを押圧してバンプの高さを均一にするようにしたことを特徴とする電子部品のボンディング装置。 - 前記位置復帰手段は、前記固定ブロックおよびまたは可動ブロックに設けられた磁性体であることを特徴とする請求項1記載の電子部品のボンディング装置。
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