JP3632621B2 - 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】
ところで、このようなチルト機構を備えた圧着ヘッドを多種類の電子部品のボンディングに用いる場合において、必ずしも常にならい動作が求められるとは限らず、チルト機構を停止させて固定的に使用したい場合がある。例えば、ボンディング対象の基板の平面精度が安定しているような場合には、ならい動作はボンディングステージと圧着ヘッドとの間の相対的な平面度調整の際にのみ必要とされ、一旦平面度調整を完了した後には圧着ヘッドにおける圧着ツールの位置を固定する方が望ましい。このため従来のチルト機構を備えた圧着ヘッドには、ならい動作を固定するためにマグネットの印磁力による固定手段が設けられたものが用いられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、固定手段としてマグネットを用いた従来の圧着ヘッドでは、十分な固定力が得られないことから、基板の傾斜にばらつきがある場合にはその都度固定位置がずれてしまう。そして圧着ツールの傾斜角度が適正に保たれない結果、ボンディング品質にばらつきを生じるという問題点があった。
【0006】
そこで本発明は、チルト機構を備えた圧着ヘッドにおいて十分な固定力で位置固定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。
【0007】
【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、圧着ヘッドにより電子部品を基板に押圧して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、前記圧着ヘッドが、その下面が円弧面である固定ブロックと、その上面がこの円弧面に当接してこの円弧面に沿って回動する可動ブロックと、この可動ブロックの下方にあって電子部品に当接して押圧する圧着ツールと、前記固定ブロックの前記円弧面の曲率中心軸と直交する仮想平面に面する側の側面と前記可動ブロックの前記円弧面の曲率中心軸と直交する仮想平面に面する側の側面とを連結することにより固定ブロックに対する可動ブロックの回動を禁止して相対位置を固定する位置固定手段とを備えた。
【0008】
本発明によれば、固定ブロックの円弧面に沿って可動ブロックを回動させることによるチルト機構を備えた圧着ヘッドにおいて、固定ブロックの円弧面の曲率中心軸と直交する仮想平面に面する側の側面と前記可動ブロックの円弧面の曲率中心軸と直交する仮想平面に面する側の側面とを連結することにより、固定ブロックに対する可動ブロックの相対位置を十分な固定力で固定することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。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側面図、図2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圧着ヘッドの部分正面図、図3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圧着ヘッドの部分側面図、図4、図5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圧着ヘッドの部分斜視図、図6は本発明の一実施の形態のボンディング装置における圧着ヘッド固定作業手順のフロー図である。
【0010】
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、位置決め部1は、基台1a上に移動テーブル2を配設し、さらに移動テーブル2上にボンディングステージとしての基板保持部3を装着して構成されている。基板保持部3は、バンプ6aが形成されたバンプ付電子部品6(以下、単に「チップ6」と略称する。)が実装される基板4を保持している。また移動テーブル2上にはフラットニングステージ5が配設されている。移動テーブル2はテーブル駆動部27によって駆動され、テーブル駆動部27を制御部24によって制御することにより、基板4やフラットニングステージ5を以下に説明するボンディング部10に対して位置決めすることができる。
【0011】
位置決め部1の上方には、ボンディング部10が配設されている。ボンディング部10に固設された逆L字状のフレーム11には、垂直方向にガイドレール12が配設されている。ガイドレール12に対して垂直方向にスライド自在に嵌着されたスライダ13は、昇降ブロック14に固着されている。またフレーム11上部の水平部にはモータ15が垂直に配設されており、モータ15は送りねじ16と結合されている。送りねじ16は昇降ブロック14に結合されたナット部材17に螺合しており、Z軸モータ駆動部26によってモータ15を正逆駆動することにより、昇降ブロック14は上下動する。この上下動の制御は、制御部24によってZ軸モータ駆動部26を制御することにより行われる。
【0012】
昇降ブロック14の下端部には、圧着ヘッド18が着脱自在に装着されている。圧着ヘッド18の下端部には、圧着ツール19が装着されている。圧着ツール19は下面に吸着孔19a(図2,図3参照)を備えており、吸着孔19aは内部孔(図3参照)を介して第2のバルブ21に接続されている。第2のバルブ21は真空源22に接続されており、第2のバルブ21の開閉を制御部24によって制御することにより、吸着孔19aから真空吸引し、これにより圧着ツール19の下面にチップ6を真空吸着により保持することができるようになっている。
【0013】
圧着ヘッド18は後述するように、可動ブロックと固定ブロックを組み合わせたチルト機構を備えており、可動ブロックが固定ブロックに対して回動する回動面に圧空を送給することにより回動が許可され(フローティング状態)、圧空の送給を停止することにより回動が禁止されるようになっている(フローティング解除状態)。このフローティング用の圧空は、第1のバルブ20を介して圧空源23から供給され、制御部24によって第1のバルブ20の開閉を制御することにより、チルト機構のフローティング制御が行えるようになっており、操作部25によって制御部24への操作入力を行うことにより、フローティング状態、フローティング解除状態を任意に設定できる。
【0014】
モータ15が駆動することにより圧着ヘッド18は上下動し、圧着ヘッド18の先端部に装着された圧着ツール19によりチップ6を真空吸着する。圧着ヘッド18の上下動と、移動テーブル2の水平移動を組み合わせることにより、圧着ヘッド18は移動テーブル2上に設けた部品供給部(図示省略)よりチップ6を真空吸着してピックアップし、チップ6のバンプ6aを基板4上に圧着する。この圧着動作に先立って、必要に応じ圧着ヘッド18に保持したチップ6をフラットニングステージ5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】
次に、図2、図3、図4を参照して、圧着ヘッド18の構造を説明する。図2、図3において、圧着ヘッド18の上部は、テーパシャンク29が形成された装着部28となっており、テーパシャンク29を昇降ブロック14に設けられた装着孔に嵌着することにより、圧着ヘッド18が着脱自在に装着される。
【0016】
装着部28の下面には、第1の固定部30が固着されている。第1の固定部30は、図3に示すように第1の固定ブロック31を2枚の側板32によって挟み込んで構成されており、第1の固定ブロック31の下面はY方向に上凹状に湾曲するY円弧面43となっている。Y円弧面43には、第1の可動ブロック41の円弧状の上凸面が当接しており、第1の可動ブロック41はY円弧面43に沿って第1の固定ブロック31に対して回動する(図2の矢印aを参照)。
【0017】
図4に示すように上記回動において、第1の可動ブロック41はY円弧面43の曲率中心軸A(Y)廻りの回転変位を行う。したがって第1の可動ブロック41の下面に結合される構成要素も同様に曲率中心軸A(Y)廻りに回転変位し、この回転変位において曲率中心軸A(Y)に相当する回転中心点は、YZ平面内で変位しない。
【0018】
本実施の形態においては、図2に示すようにY円弧面43の曲率中心軸A(Y)の位置が、圧着ツール19に保持されたチップ6と一致するよう、Y円弧面43の曲率半径Rが設定される。これにより、矢印a方向のチルト動作を行っても、チップ6のY方向の変位が発生しない。またこの回動において、第1の可動ブロック41は側板32に固定されたガイドローラ33によって両側からガイドされ、これにより第1の可動ブロック41のX方向の位置が第1の固定ブロック31に対してずれないように規制される。
【0019】
図3において第1の可動ブロック41の上凸面の中心位置には、マグネット42が埋設されており、マグネット42の引磁力により、第1の可動ブロック41は第1の固定ブロック31に保持される。第1の可動ブロック41の下部には、第2の固定部50が固定されている。第2の固定部50は図2に示すように第2の固定ブロック51を2枚の側板52によって挟み込んで構成されており、第2の固定ブロック51の下面は、X方向に上凹状に湾曲するX円弧面63になっている。X円弧面63には、第2の可動ブロック61の円弧状の上凸面が当接しており、第2の可動ブロック61はX円弧面63に沿って第2の固定ブロック51に対して回動する(図3の矢印bを参照)。
【0020】
上記回動において、図4において第1の可動ブロック41について示す例と同様に、第2の可動ブロック61はX円弧面63の曲率中心軸A(X)廻りの回転変位を行い、したがって第2の可動ブロック61の下方に設けられた構成要素も同様に曲率中心軸A(X)廻りに回転変位し、この回転変位において曲率中心軸A(X)に相当する回転中心点は、XZ平面内で変位しない。
【0021】
本実施の形態においては、図3に示すようにX円弧面63の曲率中心軸A(X)の位置が、圧着ツール19に保持されたチップ6と一致するよう、X円弧面63の曲率半径が設定される。これにより、矢印b方向のチルト動作を行っても、チップ6のX方向の変位が発生しない。この回動において、第2の可動ブロック61は側板52に固定されたガイドローラ53によって両側からガイドされ、第2の可動ブロック61のY方向の位置が第2の固定ブロック51に対してずれないように規制される。また第2の可動ブロック61の上凸面の中心位置には、マグネット62が埋設されている。マグネット62の引磁力により、第2の可動ブロック61は第2の固定ブロック51に保持される。
【0022】
第2の可動ブロック61の下面には、ヒートブロック64が固定されている。ヒートブロック64の下面には、チップ6を真空吸着する圧着ツール19が装着されている。圧着ツール19には吸着孔19aが形成されており、吸着孔19aはヒートブロック64の内部に形成された吸引孔64aを介して、図1に示す第2のバルブ21に接続されている。
【0023】
図2、図3において、第1の固定ブロック31、第2の固定ブロック51にはそれぞれ圧空吹き出し口31a,51aが設けられている。圧空吹き出し口31a,51aは、それぞれY円弧面43、X円弧面63と連通しており、図示しない内部孔や配管を介して図1に示す第1のバルブ20と接続されている。第1のバルブ20を開放することにより、圧空吹き出し口31a,51aから圧空が吹き出される。
【0024】
圧空がY円弧面43とX円弧面63に吹き出されると、Y円弧面43とX円弧面63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41は第1の固定ブロック31に対して矢印a方向のチルト(回動)が許容され、第2の可動ブロック61は第2の固定ブロック51に対して矢印b方向のチルトが許容される。これに対し、圧空の吹き出しを停止した状態では、Y円弧面43、X円弧面63では、それぞれ円弧当接面がマグネット42,62の作用によって密接状態となり、上述の2方向のチルトが禁止される。したがって、Y円弧面43、X円弧面63に圧空の吹き出しを制御する第1のバルブ20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】
次に中立位置保持機構について説明する。中立位置保持機構は、第1の可動ブロック41の第1の固定ブロック31に対する回動方向の相対位置、第2の可動ブロック61の第2の固定ブロック51に対する回動方向の相対位置を、中立位置に復帰させるものである。
【0026】
図2、図3において、側板32には中央に開口34aが設けられたプレート34が固定されている。第1の可動ブロック41には、ピン35が立設されており、ピン35は開口34aから外側に突出している。プレート34には、第1の可動ブロック41が第1の固定ブロック31に対して中立位置にある状態でピン35を両側から挟み込む位置に、2枚の板バネ部材36が固定されている。第1の可動ブロック41が第1の固定ブロック31に対して回動すると、いずれかの板バネ部材36に撓みが生じる。そしてこの状態で、Y円弧面43、X円弧面63に圧空を吹き出してフローティング状態にすると、板バネ部材36の弾発力によって第1の可動ブロック41は中立位置に復帰する。
【0027】
また、側板52には、プレート34と同様の板バネ部材56を備えたプレート54が固定されており、第2の可動ブロック61に立設されたピン55を2枚の板バネ部材56が挟みこむことにより、上記の例と同様にして第2の可動ブロック61の第2の固定ブロック51に対する中立位置が保持される。
【0028】
次に位置固定に用いられる固定具について説明する。位置固定は、第1の可動ブロック41の第1の固定ブロック31に対する回動方向の相対位置、第2の可動ブロック61の第2の固定ブロック51に対する回動方向の相対位置を固定するものであり、チルトを完全に禁止して圧着ヘッド18を固定的に使用する場合に固定具を装着することによって行われる。
【0029】
図5(a)において、中立位置保持機構と反対側の側板32には、開口37aが設けられた固定プレート37が固定されている。第1の可動ブロック41にはピン39が立設されており、ピン39はピン径よりも大きな開口径の開口37aから外側に突出している。図5に示すように、固定プレート37のみを取り付けた状態では、ピン39は開口37a内で隙間分だけ移動可能であることから、この移動範囲内で第1の可動ブロック41のチルトが許容される。
【0030】
チルトを禁止して第1の可動ブロック41の位置を固定するために用いられるピンプレート38について説明する。図5に示すように、ピンプレート38には、ピン39が嵌合するピン孔38a及びピンプレート38を固定プレート37にボルト65によって固定するためのボルト孔38bが設けられている。ボルト孔38bは、ボルト65の径に対して十分な遊びを持った孔径となっている。
【0031】
第1の可動ブロック41の位置を固定する際には、ピン孔38aをピン39に位置合わせして嵌合させることによりピンプレート38を固定プレート37に密着させる。そしてこの状態で、ボルト65をボルト孔38b内に挿入して固定プレート37のねじ孔に締結する。これにより、ピン39の固定プレート37に対するYZ平面内での位置がピンプレート38を介して固定され、第1の可動ブロック41の第1の固定ブロック31に対する回動が禁止される。
【0032】
上記位置固定において、ピン39は図4に示す第1の可動ブロック41の側面41bに立設され、固定プレート37は側板32を介して図4に示す第1の固定ブロック31の側面31bに固定される。したがって、ピン39、固定プレート37、ピンプレート38は、第1の固定ブロック31のY円弧面43の曲率中心軸A(Y)と直交する仮想平面Pに面する側の側面31bと、第1の可動ブロック41の曲率中心軸A(Y)と直交する仮想平面Pに面する側の側面41bとを連結することにより、第1の固定ブロック31に対する第1の可動ブロック41の回動を禁止して相対位置を固定する位置固定手段となっている。
【0033】
この位置固定において、固定プレート37やピンプレート38の締結に際しては、曲率中心軸A(Y)方向の力しか発生せず、しかもピン39はピン孔38aにガタがない程度のはめ合いで曲率中心軸A(Y)方向に摺動自在に挿入されるため、第1の可動ブロック41には締結により力は全く作用しない。したがって、位置固定時に、第1の可動ブロック41の第1の固定ブロック31に対する相対位置が正しく保持され、固定動作時の位置ずれを防止することができる。ここで固定プレート37、ピン39は常に取り付けた状態にしておいて差し支えなく、位置固定が必要とされる場合は、ピンプレート38のみを取り付ければよい。
【0034】
また、中立位置保持機構と反対側の側板52には、上記と同様の位置固定機構が設けられており、固定プレート57、ピンプレート58,ピン59によって、上記の例と同様に、第2の可動ブロック61の第2の固定ブロック51に対する相対位置が固定される。
【0035】
なお、上記例では、固定具として、固定プレート37、ピンプレート38の2部材と、ピン39を用いる例を示しているが、図5(b)に示すように固定プレート、ピンプレートを一体化した固定プレート37’を用いてもよい。この場合には、ピンプレート38を省略して、開口37’aをピン39が隙間なく嵌合するピン孔とし、固定プレート37’を側板32にボルト65によって固定するボルト孔37’bに十分な遊びを持たせた形状とする。これにより、前述と同様に位置固定を行うことができる。
【0036】
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、以下圧着ヘッド固定作業手順について図6のフローに沿って説明する。この作業は、ボンディングに際して圧着ヘッド18の位置を固定することが求められる場合、例えばフラットニングステージ5の押圧平面に圧着ヘッドの基準平面を合わせるレベル調整を行った後に、圧着ヘッド18のチルトを禁止して位置を完全に固定する場合に行われるものである。
【0037】
図6において、第1のバルブ20を開状態にし、Y円弧面43、X円弧面63に圧空を吹き出して圧着ヘッド18をフローティング状態にする(ST1)。次いで移動テーブル2を駆動して、フラットニングステージ5を圧着ヘッド18の下方へ移動させる(ST2)。この後、昇降ブロック14を下降させて、圧着ヘッド18の下端(圧着ツール19)をフラットニングステージ5に当接させる(ST3)。これにより、フローティング状態にあってチルトを許容された第1の可動ブロック41、第2の可動ブロック61は、圧着ツール19の圧着面がフラットニングステージ5の上面にならう状態までそれぞれY円弧面43、X円弧面63に沿って回動する。
【0038】
この後、第1のバルブ20を閉状態にする。これにより、Y円弧面43、X円弧面63において、第1の可動ブロック41、第2の可動ブロック61はそれぞれマグネット42,62によって位置が仮固定される(ST4)。そしてこの状態で圧着ヘッド18を上昇させ(ST5)、上昇位置にて固定具による固定作業を行う(ST6)。すなわち、第1の可動ブロック41、第2の可動ブロック61の位置が仮固定された状態で、ピンプレート38,58を固定プレート37、57に締結する。これにより、第1の可動ブロック41、第2の可動ブロック61の位置が固定され、これ以降の圧着動作においては、圧着ツール19の下面は常にフラットニングステージ5の上面に応じた平面度に保たれる。
【0039】
これにより、チルト機構を備えた圧着ヘッド18において、チルトを許容しながら圧着を行う用途と、レベル調整時にはチルトを許容し圧着作業時にはチルトを完全に禁止することにより正しいレベルを維持しながら圧着作業を行う用途とに使い分けることができるとともに、十分な固定力で位置固定ができ圧着品質を確保することができる。
【0040】
【発明の効果】
本発明によれば、固定ブロックの円弧面に沿って可動ブロックを回動させることによるチルト機構を備えた圧着ヘッドにおいて、固定ブロックの円弧面の曲率中心軸と直交する仮想平面に面する側の側面と前記可動ブロックの円弧面の曲率中心軸と直交する仮想平面に面する側の側面とを固定的に連結するようにしたので、固定ブロックに対する可動ブロックの相対位置を十分な固定力で固定することができる。
【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側面図
【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圧着ヘッドの部分斜視図
【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圧着ヘッドの部分斜視図
【図6】本発明の一実施の形態のボンディング装置における圧着ヘッド固定作業手順のフロー図
【符号の説明】
4 基板
5 フラットニングステージ
6 バンプ付電子部品
10 ボンディング部
18 圧着ヘッド
19 圧着ツール
31 第1の固定ブロック
37,57 固定プレート
38,58 ピンプレート
39,59 ピン
41 第1の可動ブロック
43 Y円弧面
51 第2の固定ブロック
61 第2の可動ブロック
63 X円弧面
Claims (1)
- 圧着ヘッドにより電子部品を基板に押圧して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、前記圧着ヘッドが、その下面が円弧面である固定ブロックと、その上面がこの円弧面に当接してこの円弧面に沿って回動する可動ブロックと、この可動ブロックの下方にあって電子部品に当接して押圧する圧着ツールと、前記固定ブロックの前記円弧面の曲率中心軸と直交する仮想平面に面する側の側面と前記可動ブロックの前記円弧面の曲率中心軸と直交する仮想平面に面する側の側面とを連結することにより固定ブロックに対する可動ブロックの回動を禁止して相対位置を固定する位置固定手段とを備えたことを特徴とする電子部品のボンディング装置。
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