JP4033145B2 - 電子部品搭載装置および電子部品搭載方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を基板に搭載する電子部品搭載装置および電子部品搭載方法に関するものである。

フリップチップなど接合用電極としてのバンプが形成された電子部品を基板に実装する方法として、電子部品を基板に対して押圧してバンプを基板の電極に接合するボンディングが知られている。このボンディングにおいては、電子部品を搭載ツールによって所定のボンディング荷重で押圧することが求められるため、ボンディング装置には、搭載ツールの昇降位置を制御する位置制御とともに押圧荷重を制御する荷重制御のいずれもが可能な制御機能を備え、２つの制御方式を適宜切換えてボンディング動作を実行できるようにしたものが用いられる（例えば特許文献１参照）。

この先行技術例は、ワイヤ先端のボールをボンディングパッドに接合するワイヤボンディング装置において、位置制御と荷重制御とを切り換えるようにした例を示しており、搭載ツールの昇降動作時には高さ位置を制御する位置制御を、ボールの押圧時には荷重値を制御する荷重制御によって搭載ツールを制御するようにしている。
特開平９−１７８２０号公報

しかしながら、上述の先行技術例に用いられているような位置制御と荷重制御との制御切換方式を、フリップチップなどの電子部品をボンディングするボンディング装置に適用した場合には、ボンディング動作終了時に以下に説明するような不具合が生じていた。

ボンディング動作において搭載ツールによって電子部品を基板に押圧するボンディング時間がタイムアップした後、搭載ツールを電子部品から離して上昇させる際には、搭載ツールの制御方式は荷重制御から位置制御へ切り換えられる。この制御切換は、荷重制御において搭載ツールが所定の押圧荷重を保持するために微小振幅の上下動を反復している状態で行われるため、制御切換指令のタイミングにおける搭載ツールの高さ位置によっては、搭載ツールの動作が位置制御に切換えられた瞬間に過大な押圧荷重で電子部品を押し込む現象が発生する場合がある。

すなわち位置制御に復帰するに際しては、搭載ツールの現在高さ位置を検出して記憶させる必要があるが、この高さ位置に記憶は前述のように搭載ツールが上下動している状態で行われる。そしてこの高さ位置検出のタイミングにおいて搭載ツールの高さ位置が上下動の振幅の下限近傍であった場合には、この位置が位置制御へ復帰する際の基準高さとなり、搭載ツールはこの高さ位置まで一旦押し込まれた状態から上昇を開始する。このため、電子部品はボンディング時間の終期において過大な押圧荷重が衝撃的に負荷され、電子部品に対して損傷を与える場合があった。

そこで本発明は、荷重制御から位置制御への切換に際しての過大負荷に起因して電子部品に生じる損傷を防止することができる電子部品搭載装置および電子部品搭載方法を提供することを目的とする。

本発明の電子部品搭載装置は、電子部品を搭載ツールによって基板に押圧して搭載する電子部品搭載装置であって、前記搭載ツールを基板に対して昇降させるとともに電子部品を基板に対して押圧する昇降押圧機構と、前記昇降押圧機構を制御して搭載動作を実行さ
せる搭載制御手段とを備え、前記搭載制御手段は、前記搭載ツールの昇降位置の制御を行う位置制御部と、前記搭載ツールの押圧荷重の制御を行う荷重制御部と、前記位置制御部による位置制御と前記荷重制御部による荷重制御とを切り換える制御切換手段とを含み、前記制御切換手段による荷重制御から位置制御への切換に際し、前記制御切換手段による制御切換指令タイミングから、指令された押圧荷重に前記搭載ツールが応答して安定した微小上下動を行うようになるのに必要な所定の遡及時間だけ遡及したタイミングにおいて前記押圧荷重を減少させる。

本発明の電子部品搭載方法は、搭載ツールを基板に対して昇降させるとともに電子部品を基板に対して押圧する昇降押圧機構と、前記搭載ツールの昇降位置の制御を行う位置制御部と前記搭載ツールの押圧荷重の制御を行う荷重制御部と前記位置制御と荷重制御とを切り換える制御切換手段とを含んだ搭載制御手段を備えた電子部品搭載装置によって電子部品を基板に押圧して搭載する電子部品搭載方法であって、前記制御切換手段による荷重制御から位置制御への切換に際し、前記制御切換手段による制御切換指令タイミングから、指令された押圧荷重に前記搭載ツールが応答して安定した微小上下動を行うようになるのに必要な所定の遡及時間だけ遡及したタイミングにおいて前記押圧荷重を減少させる。

本発明によれば、荷重制御から位置制御への制御切換に際し、制御切換指令タイミングから切換動作に伴って生じる応答遅れに応じて設定される遡及タイミングにおいて押圧荷重を減少させることにより、制御切換に際しての過大負荷に起因して電子部品に生じる損傷を防止することができる。

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搭載装置の構成を示すブロック図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品搭載方法を示すフロー図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置による搭載動作におけるツール高さおよび押圧荷重を示すグラフ、図４は本発明の一実施の形態の電子部品搭載方法における制御切換時のツール高さの変化を示すグラフである。

まず図１を参照して、電子部品搭載装置の構成を説明する。この電子部品搭載装置は、電子部品を搭載ツールによって基板に押圧して搭載する機能を有するものである。図１において、基板載置部１上には基板２が載置されている。基板載置部１の上方には、ボンディング部３が配設されている。ボンディング部３はＶＣＭ（ボイスコイルモータ）によって駆動される昇降押圧機構４を備えている。昇降押圧機構４は下面に電子部品６を保持して基板２に搭載する搭載ツール５を備えており、ＶＣＭを駆動することにより、搭載ツール５を基板２に対して昇降させるとともに、搭載ツール５によって保持された電子部品６を基板２に対して押圧する。

制御系について説明する。搭載ツール５によって電子部品６を基板２に搭載する部品搭載動作においては、制御部８が記憶部１５に記憶された制御プログラムやデータに基づいて昇降押圧機構４のＶＣＭを制御することにより、搭載ツール５に保持した電子部品６を基板２に対して下降させ、押圧して搭載する搭載動作が実行される。したがって制御部８は、昇降押圧機構４を制御して搭載動作を実行させる搭載制御手段となっている。

制御部８は位置読取部９、荷重制御部１０、位置制御部１１および荷重／位置制御切換部１２より構成される。位置読取部９は、エンコーダ７によって検出された昇降押圧機構４の位置検出信号に基づき、搭載ツール５の高さ方向の位置を読み取る。荷重制御部１０は、搭載ツール５によって電子部品６を基板２に押圧する際の押圧荷重の制御を行う。

位置制御部１１は、位置読取部９による搭載ツール５の高さ位置検出結果に基づき、搭載ツール５の昇降位置の制御を行う。荷重／位置制御切換部１２は、位置制御部１１による位置制御と荷重制御部１０による荷重制御とを切り換える制御切換手段となっている。そして搭載動作において荷重制御から位置制御への制御切換に際しては、後述するように荷重制御部１０によって押圧荷重を減少させる操作が実行される。入力部１３はキーボードなどの入力手段であり、操作コマンドや数値データなどの制御部８への入力を行う。表示部１４は液晶パネルなどのディスプレイ装置であり、入力部１３による入力時の案内画面を表示する。

記憶部１５は位置記憶部１６、データ記憶部１７および制御プログラム記憶部１８より構成される。位置記憶部１６は位置読取部９によって読み取られた搭載ツール５の高さ位置を記憶する。位置制御部１１による位置制御においては、位置記憶部１６に記憶された位置データが参照される。データ記憶部１７は、昇降押圧機構４による押圧時の荷重値などのデータを記憶する。制御プログラム記憶部１８は搭載動作を実行するために必要な制御プログラムを記憶する。

次に図２、図３を参照して、図１に示す電子部品搭載装置によって電子部品を基板に押圧して搭載する電子部品搭載方法について説明する。図３は、この電子部品搭載動作における搭載ツール５の高さ（ツール高さ）と昇降押圧機構４による押圧荷重の関係を経時的に示しており、ツール高さのグラフに表れたｈは、搭載ツール５に保持された電子部品６が基板２に着地した状態におけるツール高さを示している。

図３に示すように、この搭載動作においては、搭載ツール５が下降してツール高さｈに到達するまでは昇降押圧機構４を位置制御し、搭載ツール５によって電子部品６を基板２に押圧する間は昇降押圧機構４の制御を荷重制御に切換え、そして搭載完了後に搭載ツール５がツール高さｈから上昇する際には、再び位置制御に切り換えるようにしている。

図２のフローにおいて、まず昇降押圧機構４を位置制御部１１によって位置制御してツール５を下降させる（ＳＴ１）。これにより電子部品６を保持した搭載ツール５は電子部品６とともに下降し、途中で下降速度が低速に切り換えられた後、ｈまで下降して停止する。次いで、昇降押圧機構４の制御を位置制御から荷重制御に切換え（ＳＴ２）、第１の荷重Ｆ１にてツール５を介して電子部品６を押圧する（ＳＴ３）。すなわち電子部品６が着地するタイミングｔ１から、昇降押圧機構４は荷重制御部１０によって荷重制御され、電子部品６は所定の圧着荷重である第１の荷重Ｆ１にて基板２に押圧される。

そして所定の圧着時間がタイムアップするタイミングｔ３まで押圧が継続されるが、タイミングｔ３から遡及したタイミングｔ２にて、荷重制御部１０によって押圧荷重を制御して、第１の荷重Ｆ１よりも小さい第２の荷重Ｆ２に減少させる（ＳＴ４）。この押圧荷重の制御は、後述するように、制御切換に伴って発生する可能性のある不具合、すなわち電子部品６への衝撃的な過大荷重の負荷を予防するために行われるものである。

位置制御から荷重制御への制御切換指令が荷重／位置制御切換部１２によって出されると（図４参照）、位置読取部９によって位置制御初期ツール高さ（ｈ０）を読み取って位置記憶部１６に記憶する（ＳＴ６）。このツール高さの検出は、昇降押圧機構４の制御を位置制御に復帰させる際の基準高さを決定する目的で行われる。すなわち、位置制御に復帰した後は、搭載ツール５は位置制御初期ツール高さ（ｈ０）まで一旦移動し、その後、昇降押圧機構４を位置制御して、位置制御初期ツール高さ（ｈ０）より搭載ツール５を上昇させて搭載動作を終了する。

図４は、上述の搭載動作において荷重制御から位置制御に切り換える際（図３に示すＡ部参照）の動作詳細を示している。図４に示すように、荷重制御によって昇降押圧機構４が搭載ツール５を介して電子部品６を押圧する際には、搭載ツール５は指令された荷重値に応じた振幅で微小上下動を反復している。このため制御切換指令に応じて位置読取部９がツール高さを読み取る際には、制御切換指令タイミング（図４に示すタイミングｔａ）と搭載ツール５の上下動の位相との関係によって読み取り結果が異なる。

そして、制御切換指令タイミングが上下動の下限近傍に合致した場合には、上下振幅における下端近くの位置が位置制御へ復帰する際の基準高さとなり、搭載ツール５はこの高さ位置まで一旦押し込まれた状態から上昇を開始する。このため、電子部品６には基板２に対して押圧されるボンディング時間の終期において過大な押圧荷重が衝撃的に負荷され、電子部品６が損傷する場合があった。

これに対し本実施の形態においては、荷重制御から位置制御への制御切換に際して、押圧荷重を切換前の圧着荷重である第１の荷重Ｆ１から第１の荷重Ｆ１よりも小さい第２の荷重Ｆ２に切換え、図４に示すように、搭載ツール５の上下動の振幅を減少させるようにしている。これにより、制御切換指令を受けて行われるツール高さ検出において、検出タイミングが上下動の下限近傍に一致した場合においても、検出されるツール高さは第２の荷重Ｆ２への荷重切換を行わない場合と比較して高くなる。

したがって、ツール高さ検出によって定められる位置制御初期ツール高さ（ｈ０）は、荷重切換を行わない従来方法と比較して高い位置となり、搭載ツール５の動作が位置制御に切換えられた際に過大な押圧荷重で電子部品を押し込む現象が発生せず、過大荷重に起因して生じる電子部品の損傷を防止することができる。

そして本実施の形態においては、第１の荷重Ｆ１から第２の荷重Ｆ２への荷重切換のタイミングを、以下のようにして設定する。図４において、タイミングｔａは、荷重／位置制御切換部１２から切換指令が出されるタイミングを示しており、前述のツール高さの検出は、このタイミングにおいて行われる。ここで、切換指令によって搭載ツール５が直ちに上昇を開始するのではなく、昇降押圧機構４が位置制御に応答して搭載ツール５が実際に上昇を開始するタイミングｔ３までには、時間Ｔ２の動作遅れが存在する。ここで、時間Ｔ２は実際の動作記録データから求めることができる。

第１の荷重Ｆ１から第２の荷重Ｆ２への荷重切換タイミングであるタイミングｔ２は、制御シーケンスにおいてはタイミングｔａから所定の遡及時間Ｔ１だけ遡及したタイミングとして設定される。この遡及時間Ｔ１は、荷重切換タイミングであるタイミングｔ２において指令された第２の荷重Ｆ２に搭載ツール５が応答して、安定した微小上下動を行うようになるのに必要な時間であり、時間Ｔ２と同様に実際の動作記録データから求めることが可能である。

したがって部品搭載動作の制御シーケンスデータの作成に際しては、実際に搭載ツール５が位置制御による動作を開始するタイミングｔ３から前述の時間Ｔ２だけ遡及したタイミングｔａが、荷重／位置制御切換部１２による制御切換指令タイミングとして設定され、さらにタイミングｔａから前述の遡及時間Ｔ１だけ遡及したタイミングｔ２が、第１の荷重Ｆ１から第２の荷重Ｆ２への荷重切換タイミングとして設定される。

すなわち、上述の部品搭載動作においては、荷重／位置制御切換部１２による荷重制御から位置制御への切換に際し、搭載ツール５の制御切換動作に伴って生じる応答遅れに応じて、荷重／位置制御切換部１２による制御切換指令タイミング（タイミングｔａ）から前述の遡及時間Ｔ１だけ遡って設定される遡及タイミングであるタイミングｔ２において、昇降押圧機構４による押圧荷重を減少させるようにしている。

なお、荷重制御から位置制御への切換に際して過大負荷が発生する要因としては、荷重制御時における搭載ツールの微小振幅上下動の他、次のようなことも考えられる。

まず、荷重制御において基板に荷重が負荷されているときは基板等がある程度圧縮された状態にある。そしてこの状態において搭載ツールの制御を位置制御に切り換えると、制御の応答遅れ等のため搭載ツールが基板等の復元力により一旦押し上げられる。すると位置制御の機能により、搭載ツールは元の高さに復帰しようとして急激に下降動作を開始し、これにより電子部品等への過大負荷が発生することが考えられる。

このような場合にあっても、搭載ツールの制御を荷重制御から位置制御に切り換える直前に押圧荷重を減少させるという本発明を適用することにより、荷重制御から位置制御への切換に際しての過大負荷に起因して電子部品に生じる損傷を防止することができる。

本発明の電子部品搭載装置は、荷重制御から位置制御への切換に際しての過大負荷に起因して電子部品に生じる損傷を防止することができるという効果を有し、フリップチップなどの電子部品を基板に実装する分野に利用可能である。

本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態の電子部品搭載方法を示すフロー図 本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置による搭載動作におけるツール高さおよび押圧荷重を示すグラフ 本発明の一実施の形態の電子部品搭載方法における制御切換時のツール高さの変化を示すグラフ

符号の説明

１ 基板載置部
２ 基板
３ ボンディング部
４ 昇降押圧機構
５ 搭載ツール
６ 電子部品

Claims (2)

1. 電子部品を搭載ツールによって基板に押圧して搭載する電子部品搭載装置であって、前記搭載ツールを基板に対して昇降させるとともに電子部品を基板に対して押圧する昇降押圧機構と、前記昇降押圧機構を制御して搭載動作を実行させる搭載制御手段とを備え、前記搭載制御手段は、前記搭載ツールの昇降位置の制御を行う位置制御部と、前記搭載ツールの押圧荷重の制御を行う荷重制御部と、前記位置制御部による位置制御と前記荷重制御部による荷重制御とを切り換える制御切換手段とを含み、前記制御切換手段による荷重制御から位置制御への切換に際し、前記制御切換手段による制御切換指令タイミングから、指令された押圧荷重に前記搭載ツールが応答して安定した微小上下動を行うようになるのに必要な所定の遡及時間だけ遡及したタイミングにおいて前記押圧荷重を減少させることを特徴とする電子部品搭載装置。
2. 搭載ツールを基板に対して昇降させるとともに電子部品を基板に対して押圧する昇降押圧機構と、前記搭載ツールの昇降位置の制御を行う位置制御部と前記搭載ツールの押圧荷重の制御を行う荷重制御部と前記位置制御と荷重制御とを切り換える制御切換手段とを含んだ搭載制御手段を備えた電子部品搭載装置によって電子部品を基板に押圧して搭載する電子部品搭載方法であって、前記制御切換手段による荷重制御から位置制御への切換に際し、前記制御切換手段による制御切換指令タイミングから、指令された押圧荷重に前記搭載ツールが応答して安定した微小上下動を行うようになるのに必要な所定の遡及時間だけ遡及したタイミングにおいて前記押圧荷重を減少させることを特徴とする電子部品搭載方法。

Images