JP4046109B2 - 部品搭載装置および基板載置ステージ - Google Patents

Description

本発明は、部品を部品搭載ヘッドによって加熱しながら基板に搭載する部品搭載装置および部品搭載装置において基板が載置される基板載置ステージに関するものである。

基板に電子部品を熱圧着により実装する熱圧着作業に用いられる部品搭載装置では、電子部品を基板に接合する際に電子部品の加熱を必要とする。この部品搭載装置では部品搭載ヘッドを電子部品の上面に当接させ、部品搭載ヘッドに内蔵された加熱手段によって電子部品を加熱しながら基板に対して押圧することによって熱圧着が行われる。

この熱圧着過程においては、基板は下受け部によって下面を支持され、部品搭載ヘッドによって加熱された電子部品の熱は、基板を透して電子部品の直下の下受け部に伝達される。そしてこの熱が下受け部内の熱伝達によって外部に拡散すると、電子部品を所定の熱圧着温度に昇温させるのに時間を要し、熱圧着のタクトタイムが遅延するため、従来より下受け部に熱の外部への拡散を防ぐ遮熱対策を施したものが知られている（たとえば特許文献１参照）。ここに示す例では、部品下受け範囲の周囲に格子状のスリットを設けることにより、下受け部内での熱の伝達を抑制するようにしている。
特開２００３−１２４６１４号公報

近年電子機器製造業界においては更なる生産性向上が要請されており、部品を基板に実装する部品実装分野においては実装タクトタイムを従来よりさらに短縮することが求められている。しかしながら部品の熱圧着工程においては、上述の特許文献例に示す技術によってもなお下受け部から外部へ放散する熱の遮断が不十分な場合があり、部品加熱時の加熱効率の改善が求められていた。

そこで本発明は、部品の加熱が効率よく行えタクトタイムを短縮することができる部品搭載装置および基板載置ステージを提供することを目的とする。

本発明の部品搭載装置は、加熱手段を有する部品搭載ヘッドによって部品を保持して基板に搭載する部品搭載装置であって、上面に前記基板を載置する載置面が設けられたベース部と、前記載置面に設けられた凹部内に配置され前記載置面に載置された基板の下面に当接して下受けする下受け部と、前記凹部の内面と前記下受け部との間に形成され前記載置面に開口した隙間空間と、前記隙間空間に開孔した吸引孔から真空吸引することにより前記載置面に載置された基板を前記隙間空間を介して吸着する吸引手段とを備えた。

本発明の基板載置ステージは、加熱手段を有する部品搭載ヘッドによって部品を保持して基板に搭載する部品搭載装置において基板を載置して保持する基板載置ステージであって、上面に前記基板を載置する載置面が設けられたベース部と、前記載置面に設けられた凹部内に配置され前記載置面に載置された基板の下面に当接して下受けする下受け部と、前記凹部の内面と前記下受け部との間に形成され前記載置面に開口した隙間空間と、前記隙間空間に開孔した吸引孔から真空吸引することにより前記載置面に載置された基板を前記隙間空間を介して吸着する吸引手段とを備えた。

本発明によれば、基板を載置する載置面に設けられた凹部内に基板の下面に当接して下受けする下受け部を凹部の内面との間に隙間空間を保って配置する構成を採用することにより、下受け部から外部へ放散する熱を隙間空間によって遮断することができ、部品加熱時の加熱効率を改善してタクトタイムを短縮することができる。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の部品搭載装置の正面図、図２、図３（ａ）、図５は本発明の実施の形態１の部品搭載装置の基板載置ステージの斜視図、図３（ｂ）は本発明の実施の形態１の部品搭載装置の基板載置ステージの断面図、図４は本発明の実施の形態１の基板載置ステージにおける熱伝導状態の説明図である。

まず図１を参照して、部品搭載装置の構成を説明する。図１において、基板位置決め部１はＸＹテーブル２上に基板載置ステージ３を配設して構成されており、基板載置ステージ３は部品搭載対象の基板４を載置して保持する。ＸＹテーブル２を駆動することにより、基板載置ステージ３に保持された基板４はＸＹ方向に移動し、基板位置決め部１の上方に配設されたボンディング機構５に対して位置決めされる。

ボンディング機構５はヘッドホルダ１１に装着された部品搭載ヘッドとしてのボンディングヘッド１０を昇降機構１２によって昇降させる構成となっている。ボンディングヘッド１０はヘッドホルダ１１の下面に固着される昇降ブロック９を備えており、昇降ブロック９の下端部には加熱手段であるヒータ８を介してボンディングツール７が装着されている。

ボンディングツール７は搭載対象のチップ６を吸着して保持し、ボンディングヘッド１０を昇降機構１２によって下降させることにより、チップ６は基板４に搭載される。このときチップ６はヒータ８によってボンディングツール７を介して加熱される。すなわちこの部品搭載装置は、加熱手段を有する部品搭載ヘッド１０によって部品であるチップ６を保持して基板４に搭載する。

次に図２，図３を参照して、基板載置ステージ３の構造を説明する。図２において、ステンレス鋼などの金属で製作された下部プレート２０には、同様の材質で製作された上部プレート２１がボルト２２によって締結されている。上部プレート２１の上面は、図３（ａ）に示すように、基板４を載置する載置面２１ａとなっており、下部プレート２０および上部プレート２１をボルト２２によって締結した一体部材は、上面に載置面２１ａが設けられたベース部となっている。

上部プレート２１には、開口部２１ｂが上部プレート２１の厚みを貫通して設けられており、開口部２１ｂのコーナ部には円形の真空導入孔２１ｃが加工されている。下部プレート２０と上部プレート２１を積層して一体とした状態では、開口部２１ｂ、真空導入孔２１ｃは、載置面２１ａに設けられた凹部を形成する。下部プレート２０の上面には内部に設けられた吸引孔２０ｂが開孔しており、吸引孔２０ｂは真空吸引配管２４に連通している。さらに真空吸引配管２４は図３（ａ）に示すように、真空吸引源２５に接続されている。

開口部２１ｂ内には、ガラスやセラミックなどの断熱材質で製作され下部プレート２０や上部プレート２１よりも熱伝導率が低い下受けブロック２３が配置される。下受けブロック２３は矩形ブロック形状であり、下受け面２３ａの各辺には縁部を切除した面取り部２３ｂが形成されている。また下受けブロック２３の下面には、各コーナ部から下方に突出した当接部２３ｃが設けられている。

図４に示すように、下受けブロック２３を開口部２１ｂ内に配置した状態では、下受けブロック２３の下受け面２３ａは載置面２１ａと同一レベルにあり、載置面２１ａに載置された基板４の下面は下受け面２３ａに当接する。したがって、下受けブロック２３は、載置面２１ａに設けられた凹部内に配置され、載置面２１ａに載置された基板４の下面に当接して下受けする下受け部となっている。

またこの状態では、当接部２３ｃが下部プレートの上面２０ａに当接し、当接部２３ｃ以外の下受けブロック２３の底面は下部プレートの上面２０ａとの間に底面隙間２６を形成する。また下受けブロック２３の側面は、開口部２１ｂの内側面に当接するが、下受けブロック２３の上面には面取り部２３ｂが設けられていることから、図４（ｂ）に示すように、下受けブロック２３の周囲には、載置面２１ａに開口した側面隙間２７が形成される。底面隙間２６、側面隙間２７は、凹部の内面と前記下受け部との間に形成され載置面２１ａに開口した隙間空間となっている。そして前述の吸引孔２０ｂは、この隙間空間に開孔している。

開口部２１ｂ内に下受けブロック２３を配置した状態で、基板４を載置面２１ａに載置し、真空吸引源２５を駆動して吸引孔２０ｂから真空吸引することにより、側面空間２７，底面空間２６および真空導入孔２１ｃを含めた隙間空間内が真空吸引され、これにより載置面２１ａに載置された基板４は隙間空間を介して真空吸着により保持される。したがって、真空吸引源２５は吸引孔２０ｂから真空吸引することにより載置面２１ａに載置された基板４を隙間空間を介して吸着する吸引手段となっている。

ボンディングヘッド１０によってチップ６を基板４に搭載して熱圧着する際には、図４に示すように、ボンディングツール７に保持したチップ６をあらかじめ塗布された樹脂接着剤１４を介して基板４に押圧するとともに、ヒータ８によって発生する熱をボンディングツール７およびチップ６を介して基板４に伝達して、樹脂接着剤１４を熱硬化させる。

この熱は基板４の下面に当接する下受けブロック２３を介して他部材へ伝わり外部に放散される。このとき、下受けブロック２３から他部材へ伝達される熱量が大きいほど、樹脂接着剤１４の熱硬化が遅れ、熱圧着に要する時間が遅延する。このた熱圧着に用いられる基板載置ステージ３においては、下受けブロック２３から他部材へ伝達される熱量を極力少なくすることが望ましい。

本実施の形態に示す基板載置ステージ３では、下受けブロック２３と他部材との接触状態は、下部プレート２０とは当接部２３ｃを介して接触しているのみで、下受けブロック２３の底面の大半部分と下部プレート２０の上面２０ａとの間には底面隙間２６が介在している。また下受けブロック２３の側面は側面隙間２７の存在により、上部プレート２１とは部分的に極力少ない面積で接触している。したがって、ヒータ８から伝達される熱が下受けブロック２３から他部材へ逃げる熱量が少なく、基板から下受け部材に直接熱が伝達する従来装置と比較して、外部へ散逸する無駄な熱量を減少させて、加熱効率を向上させることが可能となっている。

図５は、本実施の形態における基板載置ステージのバリエーションを示している。図５（ａ）に示す基板載置ステージ３Ａは、図２に示す基板載置ステージ３において、下受けブロック２３の外形形状を変更した例を示している。すなわち、上部プレート２１の凹部（図２参照）に配置された下受けブロック２３Ａは、４側辺を削り込むことにより４箇所のコーナ部２８を外側へ突出させた平面形状となっている。さらに各コーナ部２８の下端部２８ａは、下受けブロック２３Ａ本体の底面よりも下方に突出して設けられている。

このような形状の下受けブロック２３Ａを上部プレート２１の凹部（図２参照）に装着することにより、コーナ部２８のみが上部プレート２１と接触することから、上部プレート２１の内側面との間には側面隙間２９が確保され、また下部プレート２０の下部プレートの上面２０ａとの間には底面隙間２６Ａが確保される。側面隙間２９、底面隙間２６Ａは、前述の凹部の内面と下受け部である下受けブロック２３Ａとの間に形成され載置面２１ａに開口した隙間空間となっている。

図５（ｂ）に示す基板載置ステージ３Ｂは、図２に示す基板載置ステージ３において、下受けブロック２３の外形形状を変更するとともに、上部プレート２１の形状を変更して真空導入孔２１ｃを除去して載置面２１ａとした例を示している。すなわち、載置面２１ａに形成された凹部には、下受けブロック２３Ｂが配置されている。下受けブロック２３Ｂは、４側辺を中央部３０のみを残して削り込むことにより各辺の中央部３０を外側へ突出させた平面形状となっている。さらに各コーナ部の下端部３１は、下受けブロック２３Ｂ本体の底面よりも下方に突出して設けられている。

このような形状の下受けブロック２３Ｂを上部プレート２１Ａの凹部に装着することにより、凹部の内側面との間には側面隙間３２が確保され、また下部プレート２０の下部プレートの上面２０ａとの間には底面隙間２６Ｂが確保される。側面隙間３２、底面隙間２６Ｂは、前述の凹部の内面と下受け部である下受けブロック２３Ｂとの間に形成され載置面２１ａに開口した隙間空間となっている。そして図５（ａ）、図５（ｂ）に示すいずれの例においても、凹部の内面と下受け部との間に形成された隙間空間の存在により、基板載置ステージ３と同様の効果を得る。

（実施の形態２）
図６（ａ）は本発明の実施の形態２の基板載置ステージの斜視図、図７（ｂ）は本発明の実施の形態２の基板載置ステージの断面図である。本実施の形態２は、下受け部をベース部の凹部に装着する形態において、凹部の内側面を全く接触させないように構成したものである。

図６（ａ）において、下部プレート１２０は実施の形態１における下部プレート２０と同様にステンレス鋼などの金属で製作されており、下部プレート１２０には、同様の材質で製作された上部プレート１２１がボルト１２２によって締結されている。上部プレート１２１の上面は同様に基板４を載置する載置面１２１ａとなっており、下部プレート１２０および上部プレート１２１をボルト１２２によって締結した一体部材は、上面に載置面１２１ａが設けられたベース部となっている。

上部プレート１２１には、開口部１２１ｂが上部プレート１２１の厚みを貫通して設けられており、開口部１２１ｂのコーナ部には円形の真空導入孔１２１ｃが加工されている。下部プレート１２０と上部プレート１２１を積層して一体とした状態では、開口部１２１ｂ、真空導入孔１２１ｃは、載置面１２１ａに設けられた凹部を形成する。下部プレート１２０の上面には内部に設けられた吸引孔１２０ｂが開孔しており、吸引孔１２０ｂは真空吸引配管１２４に連通している。さらに真空吸引配管１２４は、図６（ａ）に示すように、真空吸引源１２５に接続されている。下部プレート１２０の上面１２０ａには、後述する下受けブロック１２３の位置を固定するための位置決めピン１２８が立設されている。

開口部１２１ｂ内には、実施の形態１に示す下受けブロック２３と同様材質の下受けブロック１２３が配置される。図６（ｂ）に示すように、下受けブロック１２３を開口部１２１ｂ内に配置した状態では、下受けブロック１２３の下受け面１２３ａは載置面１２１ａと同一レベルにあり、載置面１２１ａに載置された基板４の下面は下受け面１２３ａに
当接する。したがって、下受けブロック１２３は、載置面１２１ａに設けられた凹部内に配置され載置面１２１ａに載置された基板４の下面に当接して下受けする下受け部となっている。

下受けブロック１２３は矩形ブロック形状であり、下受けブロック１２３の下面には、各コーナ部から下方に突出した当接部１２３ｃおよび位置決め孔１２３ｄが設けられている。下受けブロック１２３を前述の凹部に配置する際には、位置決めピン１２８を位置決め孔１２３ｄに嵌合させて、当接部１２３ｃを下部プレート１２０の上面１２０ａに当接させる。

これにより、当接部１２３ｃ以外の下受けブロック１２３の底面は、下部プレート１２０の上面１２０ａとの間に底面隙間１２６を形成する。また図６（ｂ）に示すように、下受けブロック１２３の側面は凹部の内側面には当接せず、下受けブロック１２３の周囲には側面隙間１２７が形成される。底面隙間１２６、側面隙間１２７は、凹部の内面と下受け部である下受けブロック１２３との間に形成され載置面１２１ａに開口した隙間空間となっており、前述の吸引孔１２０ｂはこの隙間空間に開孔している。

開口部１２１ｂ内に下受けブロック１２３を配置した状態で、基板４を載置面１２１ａに載置し、真空吸引源１２５を駆動して吸引孔１２０ｂから真空吸引することにより隙間空間内が真空吸引され、これにより載置面１２１ａに載置された基板４は隙間空間を介して真空吸着により保持される。したがって、真空吸引源１２５は、吸引孔１２０ｂから真空吸引することにより載置面１２１ａに載置された基板４を隙間空間を介して吸着する吸引手段となっている。

（実施の形態３）
図７（ａ）は本発明の実施の形態３の基板載置ステージの斜視図、図７（ｂ）は本発明の実施の形態３の基板載置ステージの断面図である。本実施の形態３も実施の形態２と同様に、下受け部をベース部の凹部に装着する形態において、凹部の内側面を全く接触させないように構成したものである。

図７（ａ）において、下部プレート２２０は実施の形態１における下部プレート２０と同様の材質で製作されており、下部プレート２２０には上部プレート１２１がボルト１２２によって締結されている。上部プレート１２１の上面は同様に基板４を載置する載置面１２１ａとなっており、下部プレート２２０および上部プレート１２１をボルト１２２によって締結した一体部材は、上面に載置面１２１ａが設けられたベース部となっている。

上部プレート１２１には、開口部１２１ｂが上部プレート１２１の厚みを貫通して設けられており、開口部１２１ｂのコーナ部には円形の真空導入孔１２１ｃが加工されている。下部プレート２２０と上部プレート１２１を積層して一体とした状態では、開口部１２１ｂ、真空導入孔１２１ｃは、載置面１２１ａに設けられた凹部を形成する。

下部プレート２２０の上面２２０ａには、開口部１２１ｂに対応する範囲においてコーナ部以外の部分を削り込んで凹部２２０ｃが設けられている。凹部２２０ｃ内には下部プレート２２０の内部に設けられた吸引孔２２０ｂが開孔しており、吸引孔２２０ｂは真空吸引配管２２４に連通している。さらに真空吸引配管２２４は、真空吸引源２２５に接続されている。また凹部２２０ｃ内には、後述する下受けブロック２２３の位置を固定するための位置決めピン２２８が立設されている。

開口部１２１ｂ内には、実施の形態１に示す下受けブロック２３と同様材質の下受けブロック２２３が配置される。図７（ｂ）に示すように、下受けブロック２２３を開口部１
２１ｂ内に配置した状態では、下受けブロック２２３の下受け面２２３ａは載置面１２１ａと同一レベルにあり、載置面１２１ａに載置された基板４の下面は下受け面２２３ａに当接する。したがって、下受けブロック２２３は、載置面１２１ａに設けられた凹部内に配置され載置面１２１ａに載置された基板４の下面に当接して下受けする下受け部となっている。

下受けブロック２２３は矩形ブロック形状であり、下受けブロック２２３の下面には位置決め孔２２３ｃが設けられている。下受けブロック２２３を開口部１２１ｂに配置する際には、位置決めピン２２８を位置決め孔２２３ｃに嵌合させて、下面をコーナ部分のみ下部プレート２２０の上面２２０ａに当接させる。この状態において、下受けブロック２２３の底面は凹部２２０ｃの範囲では下部プレート２２０に当接せず底面隙間２２６を形成する。

また図７（ｂ）に示すように、下受けブロック２２３の側面は凹部の内側面には当接せず、下受けブロック２２３の周囲には側面隙間２２７が形成される。底面隙間２２６、側面隙間２２７は、凹部の内面と下受け部である下受けブロック２２３との間に形成され載置面１２１ａに開口した隙間空間となっており、前述の吸引孔２２０ｂはこの隙間空間に開孔している。

開口部１２１ｂ内に下受けブロック２２３を配置した状態で、基板４を載置面１２１ａに載置し、真空吸引源２２５を駆動して吸引孔２２０ｂから真空吸引することにより隙間空間内が真空吸引され、これにより載置面１２１ａに載置された基板４は隙間空間を介して真空吸着により保持される。したがって、真空吸引源２２５は、吸引孔２２０ｂから真空吸引することにより載置面１２１ａに載置された基板４を隙間空間を介して吸着する吸引手段となっている。

本発明の部品搭載装置および基板載置ステージは、部品加熱時の加熱効率を改善してタクトタイムを短縮することができるという効果を有し、部品搭載ヘッドによって部品を加熱しながら基板に熱圧着する分野に利用可能である。

本発明の実施の形態１の部品搭載装置の正面図 本発明の実施の形態１の部品搭載装置の基板載置ステージの斜視図 （ａ）本発明の実施の形態１の部品搭載装置の基板載置ステージの斜視図（ｂ）本発明の実施の形態１の部品搭載装置の基板載置ステージの断面図 本発明の実施の形態１の基板載置ステージにおける熱伝導状態の説明図 本発明の実施の形態１の基板載置ステージの斜視図 （ａ）本発明の実施の形態２の部品搭載装置の基板載置ステージの斜視図（ｂ）本発明の実施の形態２の部品搭載装置の基板載置ステージの断面図 （ａ）本発明の実施の形態３の部品搭載装置の基板載置ステージの斜視図（ｂ）本発明の実施の形態３の部品搭載装置の基板載置ステージの断面図

符号の説明

１ 基板位置決め部
３，３Ａ，３Ｂ 基板載置ステージ
４ 基板
５ ボンディング機構
６ チップ
１０ ボンディングヘッド
２０、１２０、２２０ 下部プレート
２０ｂ、１２０ｂ、２２０ｂ 真空吸引開口
２１、１２１ 上部プレート
２１ａ、１２１ａ 載置面
２１ｂ、１２１ｂ 開口部
２１ｃ、１２１ｃ 真空導入孔
２３、１２３，２２３ 下受けブロック

Claims (2)

1. 加熱手段を有する部品搭載ヘッドによって部品を保持して基板に搭載する部品搭載装置であって、上面に前記基板を載置する載置面が設けられたベース部と、前記載置面に設けられた凹部内に配置され前記載置面に載置された基板の下面に当接して下受けする下受け部と、前記凹部の内面と前記下受け部との間に形成され前記載置面に開口した隙間空間と、前記隙間空間に開孔した吸引孔から真空吸引することにより前記載置面に載置された基板を前記隙間空間を介して吸着する吸引手段とを備えたことを特徴とする部品搭載装置。
2. 加熱手段を有する部品搭載ヘッドによって部品を保持して基板に搭載する部品搭載装置において基板を載置して保持する基板載置ステージであって、上面に前記基板を載置する載置面が設けられたベース部と、前記載置面に設けられた凹部内に配置され前記載置面に載置された基板の下面に当接して下受けする下受け部と、前記凹部の内面と前記下受け部との間に形成され前記載置面に開口した隙間空間と、前記隙間空間に開孔した吸引孔から真空吸引することにより前記載置面に載置された基板を前記隙間空間を介して吸着する吸引手段とを備えたことを特徴とする基板載置ステージ。
   

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