JP4232752B2 - 電子部品装着装置、電子部品装着方法 - Google Patents

Description

本発明は、回路基板に電子部品を装着する技術に関連する。

従来より、プリント基板等の回路基板に電子部品を装着する装置では、電子部品の電極と回路基板の電極とを接合する様々な方法が利用されており、電子部品を短時間で、かつ、比較的低温にて接合することができる方法の１つとして超音波を利用する接合方法（以下、「超音波接合」という。）が知られている。超音波接合では、超音波振動により回路基板に押圧された電子部品を振動させ、電子部品の電極（例えば、バンプが形成されている。）と回路基板の電極とを電気的に接合する。

このような超音波接合を行う電子部品の装着装置では、電子部品を吸着保持する保持ツールの保持面が電子部品との摩擦により摩耗したり、保持面に異物が付着することにより、保持面の特性が理想的な状態から変化したり、保持面に吸着された電子部品が回路基板に対して傾いてしまうことがある。このような場合、保持面を研磨することにより保持面の再生や異物の除去が行われているが、研磨作業により装着装置の稼働率が低下してしまう。また、保持面の研磨を繰り返すことにより保持ツールが短くなった場合には、保持ツールを交換する必要があり、電子部品の装着に係るコストが増大してしまう。

そこで、保持ツールの保持面の摩耗や保持面への異物の付着を抑制する様々な技術が提案されている。例えば、特許文献１では、超音波接合によりベアＩＣチップを回路基板に実装（装着）する部品実装装置において、ステンレス鋼により形成された吸着ノズル（保持ツール）の吸着面（保持面）にコーティング処理や表面改質処理により形成された硬化処理層を設けることにより、振動特性を低下させることなく吸着ノズルの吸着面の耐摩耗性を向上させる技術が開示されている。

また、特許文献２では、ツール（保持ツール）の電子部品素子を吸着する先端面（保持面）に、硬質耐酸化性部材を耐熱性接着剤を介して接着固定することにより、ツールと電子部品素子との摩擦熱等によるツールの先端面における酸化物の生成を防止する技術が開示されている。
特開２０００−９１３８５号公報 特開２００２−５０６５６号公報

ところで、このような超音波接合を行う電子部品の装着装置では、保持ツールが超音波振動する際、保持面上の各位置が垂直方向および水平方向に様々に変位する。そして、保持面のうち変位が大きい領域では、保持面と電子部品とが他の領域よりも強い力で擦り合わされたり、激しく衝突し、これにより、電子部品が削られ、切削屑が保持面に擦り付けられて凝着してしまったり、保持面の摩耗が促進されてしまう。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、保持ツールの保持面の摩耗、および、保持面への異物の凝着を抑制することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、電子部品を回路基板に装着する電子部品装着装置であって、円筒状の先端部で電子部品を吸着保持する保持ツールと、前記保持ツールを介して前記電子部品を回路基板に対して押圧する押圧機構と、前記保持ツールを介して前記電子部品に超音波振動を付与する超音波振動子と、を備え、前記保持ツールの前記円筒状の先端部を、前記電子部品を吸着する吸引口と、前記吸引口の周囲に配置し前記電子部品と接触して前記電子部品を保持する保持面と、前記保持面の周囲に配置し前記円筒状の先端部の外周縁の輪郭が外側に凸となる曲線形状であるＲ部と、で構成し、前記超音波振動子により前記保持ツールが超音波振動する時の、前記保持面と垂直な方向の前記保持ツールの先端面の変位の値と、前記保持面と水平な方向の前記保持ツールの先端面の変位の値とが、前記吸引口から離れるに従って漸次増加する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電子部品装着装置であって、前記円筒状の先端部の中心軸に垂直な幅方向の前記Ｒ部の幅が、前記円筒状の先端部の外形と内径との差の１／６以上１／３以下である。

請求項３に記載の発明は、請求項１ないし２のいずれかに記載の電子部品装着装置であって、前記円筒状の先端部の前記保持面と前記Ｒ部に表面改質処理により硬化層が形成されている。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の電子部品装着装置であって、前記表面改質処理が、窒化処理である。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の電子部品装着装置であって、前記窒化処理が、精密低温窒化処理である。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の電子部品装着装置であって、前記電子部品が、半導体発光素子である。

請求項７に記載の発明は、電子部品を回路基板に装着する電子部品装着方法であって、ａ）吸引口より電子部品を吸引して、保持ツール先端の保持面と電子部品を接触させて前記電子部品を保持する工程と、ｂ）前記保持面を介して前記電子部品に超音波振動を付与しつつ回路基板に対して押圧する工程と、を備え、前記ｂ）工程の超音波振動時に、前記保持面と垂直な方向の前記保持ツールの先端面の変位の値と、前記保持面と水平な方向の前記保持ツールの先端面の変位の値とが、前記吸引口から離れるに従って漸次増加する。

本発明では、保持ツールの保持面の摩耗、および、保持面への異物の凝着を抑制することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電子部品装着装置１の構成を示す正面図であり、図２は電子部品装着装置１の平面図である。電子部品装着装置１は、微細な電子部品を反転した後に、プリント基板等の回路基板９上への電子部品の装着と電極の接合（すなわち、実装）とを同時に行う、いわゆる、フリップチップ実装装置である。

図１および図２に示すように、電子部品装着装置１は、回路基板９を保持する基板保持部２を備え、基板保持部２の（＋Ｚ）側には、基板保持部２に保持された回路基板９に電子部品を装着する装着機構３が設けられ、基板保持部２の（−Ｘ）側には、装着機構３に電子部品を供給する部品供給部４が設けられる。また、基板保持部２と部品供給部４との間には、部品供給部４により装着機構３に供給された電子部品を撮像する撮像部５、並びに、電子部品を回収する部品回収機構６１および６２が設けられ、回路基板９の（＋Ｘ）側には、電子部品を保持する装着機構３の部品保持部３３（図１参照）の先端を研磨する研磨部７が設けられる。電子部品装着装置１では、これらの機構が制御部１０により制御されることにより、回路基板９に対する電子部品の装着が行われる。

基板保持部２は、回路基板９を保持するステージ２１、および、ステージ２１を図１中のＹ方向に移動するステージ移動機構２２を備える。研磨部７はステージ２１の（＋Ｘ）側に取り付けられており、ステージ移動機構２２によりステージ２１と一体的にＹ方向に移動する。研磨部７は、平らで水平な研磨面７１１を有するシート状の研磨部材７１、および、研磨部材７１を保持する研磨部材保持部７２を備える。

装着機構３は、装着ヘッド３１および装着ヘッド３１をＸ方向に移動する装着ヘッド移動機構３２を備え、装着ヘッド３１は、吸着により電子部品を保持する部品保持部３３を備える。装着ヘッド３１には、部品保持部３３を昇降する昇降機構３４（図１参照）が設けられる。

図３は、部品保持部３３近傍を拡大して示す図である。図３に示すように、部品保持部３３は、電子部品を吸着保持する保持ツール３３１、および、保持ツール３３１が取り付けられるホーン３３２を備え、ホーン３３２には、超音波振動を付与する発振部である超音波振動子３５が取り付けられる。ホーン３３２はブロック３６１を介してシャフト３６２に取り付けられ、昇降機構３４（図１参照）によりシャフト３６２がＺ方向に移動することにより、部品保持部３３が回路基板９や研磨面７１１（図１参照）に対して相対的に昇降する。保持ツール３３１は、電子部品の装着において好適な振動特性および振動伝達特性を有するステンレス鋼により形成されており、中心部に真空吸引用の吸引路３３３を備える。吸引路３３３は、保持ツール３３１の（＋Ｚ）側の端部（すなわち、上端部）において、チューブ３６３を介してブロック３６１およびシャフト３６２に形成された吸引路３６４に接続され、さらに、バルブ等を介して真空発生装置に接続される。

図４は、保持ツール３３１の（−Ｚ）側の端部（すなわち、下端部）をさらに拡大して示す図である。図４に示すように、保持ツール３３１は、略円筒状であってホーン３３２（図３参照）に取り付けられるツール本体３３４、および、ツール本体３３４よりも細い略円筒状（すなわち、ツール本体３３４よりも小さい外径を有するとともに内部に中心軸３３５０を中心とする吸引路３３３の一部が形成された柱状）の円筒部であるとともにツール本体３３４の下端部から突出するツール突出部３３５を備える。ツール突出部３３５の（−Ｚ）側の先端面は、電子部品を吸着保持する保持面３３５１となる。なお、ツール突出部３３５は、ツール本体３３４に比べて非常に微小であるが、図４では実際よりも大きく描いている（図３についても同様）。保持面３３５１には、吸引路３３３の開口となる吸引口３３５２が形成されており、吸引口３３５２から吸引を行うことにより、保持面３３５１に電子部品が吸着保持される。吸引路３３３は圧縮エアの供給源にも接続されており、吸引口３３５２からエアをブローすることも可能とされる。保持ツール３３１のツール突出部３３５の外径は、例えば、約０．３ｍｍであり、ツール突出部３３５のＺ方向の長さは、約０．５ｍｍである。

図１および図２に示すように、部品供給部４は、所定の位置に電子部品を配置する部品配置部４１、部品配置部４１から電子部品を取り出して保持する供給ヘッド４２、供給ヘッド４２をＸ方向に移動する供給ヘッド移動機構４３、並びに、供給ヘッド４２を回動および僅かに昇降する回動機構４４を備える。部品配置部４１は、多数の電子部品が載置される部品トレイ４１１、部品トレイ４１１を保持するステージ４１２、並びに、部品トレイ４１１をステージ４１２と共にＸ方向およびＹ方向に移動するトレイ移動機構４１３を備える。

供給ヘッド４２は、吸着により保持した電子部品を装着ヘッド３１の部品保持部３３に供給する供給コレット４２１（図１参照）を備える。供給コレット４２１は、中心部に真空吸引用の吸引路を備え、先端に形成された吸引口から吸引を行うことによって電子部品を吸着して保持する。

部品供給部４では、回路基板９に装着される予定の多数の電子部品が、回路基板９に接合される電極部が形成された側の面（実装後の状態における下面であり、以下、「接合面」という。）を（＋Ｚ）側に向けて（すなわち、回路基板９に装着される向きとは反対向きに）部品トレイ４１１上に載置されている。なお、本実施の形態では電子部品の電極部は、電極パターン上に金（Ａｕ）で形成された突起バンプであるが、実装方法、あるいは、実装される電子部品によっては電極部はメッキバンプ等であってもよく、電極パターン自体であってもよい。また、バンプは、電子部品の電極パターン上に設けられる代わりに、回路基板９の電極上に設けられてもよい。

撮像部５は、装着ヘッド移動機構３２による装着ヘッド３１（特に、部品保持部３３）の移動経路上であって装着ヘッド３１の移動と干渉しない位置（本実施の形態では移動経路の真下）に設けられ、部品保持部３３に保持された電子部品を（−Ｚ）側から撮像する。基板保持部２と撮像部５との間に設けられる部品回収機構６１も、装着ヘッド３１（特に、部品保持部３３）の移動経路上であって装着ヘッド３１の移動と干渉しない位置に配置され、必要に応じて部品保持部３３が保持する電子部品を回収する。また、ステージ４１２の（＋Ｘ）側に取り付けられる部品回収機構６２は、トレイ移動機構４１３によりステージ４１２と一体的にＸ方向およびＹ方向に移動され、必要に応じて供給コレット４２１が保持する電子部品を回収する。

図５は、電子部品装着装置１による電子部品の装着の流れを示す図である。電子部品装着装置１により回路基板９に電子部品が装着される際には、まず、多数の電子部品が接合面を（＋Ｚ）側に向けて載置された部品トレイ４１１が、予め図１中の（−Ｘ）側に位置している供給ヘッド４２の下方にてトレイ移動機構４１３により移動し、電子部品の接合面が供給コレット４２１により吸着保持される（ステップＳ１１）。次に、供給ヘッド４２が反転しつつ供給ヘッド移動機構４３により（＋Ｘ）方向へと移動し、図１中に二点鎖線にて示す受渡位置に位置する（ステップＳ１２）。このとき、供給コレット４２１と、装着ヘッド３１の部品保持部３３とが対向する。

続いて、昇降機構３４により部品保持部３３が僅かに下降し、電子部品の上面が部品保持部３３により吸引吸着されるとともに供給コレット４２１による吸引が停止され、部品保持部３３が供給コレット４２１から電子部品を受け取って保持ツール３３１の保持面３３５１（図４参照）にて吸着保持する（ステップＳ１３）。電子部品の供給が完了すると、昇降機構３４により部品保持部３３が僅かに上昇し、供給ヘッド４２が、元の位置へと退避する。供給ヘッド４２の退避と並行して、装着ヘッド３１が撮像部５の真上へと移動し、撮像部５により部品保持部３３に保持される電子部品が撮像される（ステップＳ１４）。

撮像部５からの出力である画像データは制御部１０に送られ、取得された電子部品の画像データと、予め記憶されている電子部品の画像データとが比較されて電子部品の姿勢（すなわち、電子部品の位置および向き）が検出される。装着機構３では、検出された電子部品の姿勢に基づいて装着ヘッド３１が制御され、部品保持部３３がＺ方向に伸びる軸を中心に回動して電子部品の姿勢が補正される（ステップＳ１５）。なお、制御部１０により、電子部品の姿勢が補正不可能な状態である（すなわち、吸着エラーが生じている）と判断された場合には、電子部品の装着動作が中止されて装着ヘッド３１が部品回収機構６１の上方へと移動し、部品保持部３３からのエアのブロー等により部品保持部３３から分離された電子部品が部品回収機構６１により回収される。

続いて、装着ヘッド３１が、装着ヘッド移動機構３２により（＋Ｘ）方向へと移動し、回路基板９上の電子部品の装着予定位置の上方（以下、「装着位置」と呼ぶ。）に位置する（ステップＳ１６）。そして、部品保持部３３が回路基板９に向けて下降して接合面に形成された電極部と回路基板９上の電極とが接触し、昇降機構３４により電子部品が、基板保持部２に保持される回路基板９に対して押圧される。この状態で、超音波振動子３５により超音波振動が部品保持部３３に付与され、保持ツール３３１に保持された電子部品に保持ツール３３１を介して超音波振動が付与されることにより、電子部品が回路基板９に対して電気的に接合され、電子部品の装着と同時に接合（すなわち、実装）が行われる（ステップＳ１７）。その後、吸引を停止した部品保持部３３が昇降機構３４により電子部品から離れて上昇し、電子部品の装着が完了する。電子部品装着装置１では、昇降機構３４が、保持ツール３３１を介して電子部品を回路基板９に対して押圧する押圧機構の役割を果たす。

電子部品の装着が完了すると、装着ヘッド３１が受渡位置へと戻り、取り出された電子部品を部品保持部３３の保持ツール３３１により吸着保持し、装着位置へと移動した後に超音波振動を付与しつつ回路基板９に対して電子部品を押圧して装着する動作（ステップＳ１１〜Ｓ１７）が繰り返される。そして、電子部品の装着が多数回繰り返されたために保持面３３５１の研磨が必要となった場合には、部品保持部３３が研磨部７の上方へと移動し、保持面３３５１が研磨部材７１に押圧されつつ超音波振動子３５により振動が付与されることにより、保持面３３５１の研磨が行われる。

次に、保持ツール３３１についてさらに詳しく説明する。図６は、ツール突出部３３５の先端部３３５３近傍を拡大して示す断面図であり、ツール突出部３３５の中心軸３３５０を含む面における断面を示す。図６に示すように、ツール突出部３３５では、先端部３３５３の外周縁が、研磨加工（以下、「Ｒ処理」と呼ぶ。）により角部が除去された形状とされ、外周縁の輪郭が外側に凸となる曲線となっている。以下、先端部３３５３の外周縁においてＲ処理により形成された角部が除去された形状である部位を「Ｒ部３３５５」という。

本実施の形態では、保持面３３５１に吸着保持される電子部品９１は、平面視（すなわち、ＸＹ面）において１辺が約０．３ｍｍの正方形である。また、ツール突出部３３５の外径（すなわち、図６中におけるツール突出部３３５の幅であり、正確には、ツール突出部３３５のＲ部３３５５よりも（＋Ｚ）側における幅）は、電子部品９１の幅と等しく約０．３ｍｍとされ、内径（すなわち、ツール突出部３３５における吸引路３３３の幅）は約０．２ｍｍとされる。Ｒ部３３５５のＸ方向の幅（すなわち、中心軸３３５０方向に垂直な幅方向に関して角部が除去された形状の幅）Ｗ、および、Ｒ部３３５５のＹ方向の高さＨはともに、２５μｍとされる。換言すれば、Ｒ部３３５５のＸ方向の幅Ｗは、ツール突出部３３５の外径と内径との差の１／４（すなわち、ツール突出部３３５の肉厚の１／２）とされる。

図７は、ツール突出部３３５の底面図である。図８は、図７中のＡ−Ａの位置における保持面３３５１の垂直方向（すなわち、Ｚ方向）の変位および応力の水平方向（すなわち、Ｘ方向）における分布を示す図であり、図９は、図７中のＡ−Ａの位置における保持面３３５１の水平方向の変位および応力の水平方向における分布を示す図である。図８中の横軸は、中心軸３３５０を原点とするＸ方向の位置を示し、原点から１００μｍおよび１５０μｍの位置がそれぞれ、ツール突出部３３５の内側面および外側面に対応し、１２５μｍの位置が保持面３３５１とＲ部３３５５との間の境界３３５６（図７参照）に対応する。また、線９０１および線９０２はそれぞれ、超音波振動が付与されてＸ方向に振動する保持ツール３３１において、ツール突出部３３５の先端部３３５３（図６参照）が最も（＋Ｘ）側に振れた状態において、シミュレーションにより求められた変位分布および応力分布を示す（図９中の横軸および線９０３，９０４についても同様）。図８では、超音波振動が付与されていない状態における保持面３３５１の位置から電子部品側（すなわち、（−Ｚ）側）への変位を負としており、図９では、中心軸３３５０から離れる側（すなわち、（＋Ｘ）側）への変位を正としている（後述の図１２および図１３についても同様）。図１０は、図７中のＡ−Ａの位置におけるツール突出部３３５の先端部３３５３（すなわち、保持面３３５１およびＲ部３３５５）の表面高さの計測結果を示す図であり、先端部３３５３の断面を上下反対に描いたものに対応する。図１０では、２０００個の電子部品を回路基板９に装着した後の保持面３３５１の状態を示す（後述の図１４についても同様）。

図１１は、ツール突出部の先端部の外周縁にＲ処理が施されていない（すなわち、角部が除去されていない）比較例の保持ツールのツール突出部８３５の底面図である。図１２は、比較例の保持ツールについて、図１１中のＢ−Ｂの位置における保持面８３５１の垂直方向の変位分布および応力分布を示す図であり、図１３は、水平方向の変位分布および応力分布を示す図である。図１２および図１３中の線９０５〜９０８は、図８および図９中の線９０１〜９０４に対応しており、それぞれ垂直方向の変位分布および応力分布、並びに、水平方向の変位分布および応力分布を示す。図１４は、比較例の保持ツールについて、図１１中のＢ−Ｂの位置におけるツール突出部８３５の先端部８３５３（すなわち、保持面８３５１）の表面高さの計測結果を示す図である。

比較例の保持ツールでは、図１２および図１３に示すように、図１１中のＢ−Ｂの位置における保持面８３５１の幅のおよそ中央に、垂直方向および水平方向の変位の変曲点９１１および変曲点９２１が存在する。そして、保持面８３５１のうちの電子部品側への変位が大きい領域（例えば、図１２中の変曲点９１２に対応する位置の近傍の領域）において、保持面８３５１と電子部品とが強い力で擦り合わされたり、激しく衝突することにより、電子部品が削られる。削り取られた電子部品の成分は、保持面８３５１の変位等により保持面８３５１上の変曲点９１１および変曲点９２１に対応する位置（すなわち、中心軸８３５０（図１１参照）から（＋Ｘ）方向に１２５μｍ離れた位置）の近傍に集められ、保持面８３５１に擦り付けられて凝着してしまう。これにより、図１１に示すように、比較例の保持ツールの振動方向（すなわち、Ｘ方向）に垂直な方向および平行な方向に伸びる凝着物８０が保持面８３５１上に形成される。また、保持面８３５１上の変曲点９１１および変曲点９２１に対応する位置よりも（＋Ｘ）側（すなわち、外周側）の領域では、保持面８３５１と電子部品との間の摩擦や衝突により、図１４に示すように、保持面８３５１が他の領域よりも急速に摩耗してしまう。

これに対して、本実施の形態に係る保持ツール３３１では、ツール突出部３３５の先端部３３５３の外周縁が角部のない形状とされることにより、図８および図９に示すように、保持面３３５１の垂直方向の変位分布９０１および水平方向の変位分布９０３が、中心軸３３５０（図７参照）から離れるに従って漸次増加する。このように、保持ツール３３１では、保持面３３５１の変位分布に変曲点が存在しないため、保持面３３５１と電子部品との間の部分的な摩擦や衝突が緩和され、図１０に示すように保持面３３５１の摩耗が抑制され、保持面３３５１への異物（すなわち、削り取られた電子部品の基板の成分等）の凝着も抑制することができる。

また、保持ツール３３１では、ツール突出部３３５の先端部３３５３の外周縁にＲ処理が施され、外周縁の輪郭が外側に凸となる曲線とされているため、保持面３３５１とＲ部３３５５との間の境界３３５６（図７参照）近傍における応力集中を緩和することができる。その結果、保持面３３５１の摩耗をより一層抑制することができる。

電子部品装着装置１では、保持ツール３３１の保持面３３５１の摩耗、および、保持面３３５１への異物の凝着が抑制されるため、保持面３３５１の再生や異物の除去のための保持面３３５１の研磨作業の頻度を低減することができ、電子部品装着装置１の稼働率を向上することができる。また、保持ツール３３１を長寿命化する（すなわち、１つの保持ツール３３１により装着できる電子部品の個数を増加させる）ことができるため、電子部品の装着に係るコストを低減することができる。このように、電子部品装着装置１は、装置稼働率の向上によるサイクルタイム（１個の電子部品の装着に要する平均時間であり、「タクト」ともいう。）の短縮が求められている発光ダイオードのベアチップ（いわゆる、ＬＥＤチップ）や半導体レーザ等の半導体発光素子の装着に特に適している。

本実施の形態では、Ｒ部３３５５の幅Ｗが、ツール突出部３３５の外径と内径との差の１／４とされるが、幅Ｗは様々に変更されてよい。ただし、Ｒ部の幅を１０μｍとした実験用の保持ツールにおいて、保持面への異物の凝着、および、保持面の外周側の領域における摩耗の促進が生じるという実験結果が得られているため、保持面３３５１の摩耗、および、保持面３３５１への異物の凝着を抑制するという観点からは、幅Ｗは、ツール突出部３３５の外径と内径との差の１／６以上とされることが好ましいと推測される。

また、幅Ｗを必要以上に大きくすると、電子部品に当接する保持面３３５１の面積が過剰に小さくなってしまい、保持ツール３３１の電子部品を吸着保持する力が不足した結果、回路基板９への装着時に電子部品がずれてしまう等の装着不良が発生する可能性がある。したがって、電子部品を回路基板９に好適に装着するという観点からは、幅Ｗは、ツール突出部３３５の外径と内径との差の１／３以下とされることが好ましいといえる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る電子部品装着装置ついて説明する。図１５は、第２の実施の形態に係る電子部品装着装置の保持ツール３３１ａのツール突出部３３５の先端部３３５３近傍を拡大して示す断面図である。保持ツール３３１ａでは、ツール突出部３３５の保持面３３５１を含む先端部３３５３、および、先端部３３５３の（＋Ｚ）側であって保持面３３５１から（＋Ｚ）側に約０．２５ｍｍの範囲に亘る部位に対して表面改質処理が施され、表面に硬化層３３５４が形成されている。保持ツール３３１ａの他の部位には、表面改質処理は施されていない。

第２の実施の形態では、先端部３３５３等に対して施される表面改質処理は、処理温度が４５０℃以上５２０℃以下の環境下にて行われる精密低温窒化処理（いわゆる、ＰＳＮ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｓｕｐｅｒ Ｎｉｔｒｉｄｉｎｇ）処理）である。また、保持面３３５１における硬化層３３５４のＺ方向の厚さは、好ましくは１０μｍ以上３０μｍ以下とされ、本実施の形態では３０μｍとされる。

保持ツール３３１ａでは、第１の実施の形態と同様に、ツール突出部３３５の先端部３３５３の外周縁が、研磨によるＲ処理により角部が除去された形状とされ、中心軸３３５０を含む面における断面において輪郭が外側に凸となる曲線であるＲ部３３５５が形成されている。また、ツール突出部３３５の外径および内径はそれぞれ、約０．３ｍｍおよび約０．２ｍｍとされ、Ｒ部３３５５の幅Ｗおよび高さＨはともに２５μｍとされる。このように、保持ツール３３１ａにおいても、Ｒ部３３５５の幅Ｗはツール突出部３３５の外径と内径との差の１／４とされるが、第１の実施の形態と同様に、様々に（好ましくは、ツール突出部３３５の外径と内径との差の１／６以上１／３以下の範囲内において）変更されてよい。

第２の実施の形態に係る電子部品装着装置の保持ツール３３１ａでは、第１の実施の形態と同様に、ツール突出部３３５の先端部３３５３の外周縁が角部のない形状とされることにより、保持面３３５１と電子部品との間の部分的な摩擦や衝突が緩和され、保持面３３５１の摩耗、および、保持面３３５１への異物の凝着を抑制することができる。また、先端部３３５３の外周縁の輪郭が外側に凸となる曲線とされているため、保持面３３５１とＲ部３３５５との間の境界３３５６（図７参照）近傍における応力集中を緩和することができ、保持面３３５１の摩耗をより一層抑制することができる。

保持ツール３３１ａでは、特に、保持面３３５１に精密低温窒化処理により硬化処理された硬化層３３５４を有するため、保持面３３５１の摩耗、および、保持面３３５１への異物の凝着をさらに確実に抑制することができる。また、保持面３３５１に付着する異物には、電子部品の基板の成分が、電子部品を装着する際の保持面３３５１と電子部品との間の摩擦熱等によって酸化されることにより生成される酸化物も含まれている。保持ツール３３１ａでは、窒化処理により硬化層３３５４が形成されるため、酸化処理による硬化処理が行われる場合に比べて、硬化層３３５４に含有される酸素の量が少なくなる。このため、電子部品の装着時において、電子部品の基板の成分等が酸化されることを抑制し、保持ツール３３１の保持面３３５１への異物の凝着をより一層抑制することができる。さらには、ツール突出部３３５に施される窒化処理が、通常の窒化処理よりも低温にて行われる精密低温窒化処理であることにより、窒化処理時の保持ツール３３１の熱変形を抑制することができる。

ツール突出部の先端部の外周縁が角部が除去されていない形状である保持ツールでは、先端部に窒化処理が施されると、外周縁の角部近傍が周囲の部位より深く窒化され、電子部品の装着時に角部が欠損することが考えられる。これに対して、保持ツール３３１ａでは、ツール突出部３３５の先端部３３５３の外周縁がＲ処理されているため、Ｒ部３３５５における窒化処理の深さが周囲の部位における窒化処理の深さとおよそ等しくなる。その結果、電子部品の装着時における先端部３３５３の外周縁の欠損を防止することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

例えば、ツール突出部３３５の先端部３３５３におけるＲ部３３５５は、必ずしも研磨により角部を除去することにより形成される必要はなく、保持ツール３３１の形成時に元から角部が除去された形状として形成されてもよい。Ｒ部３３５５と保持面３３５１との間の境界３３５６における応力集中を緩和するという観点からは、図６に示すように中心軸３３５０を含む断面におけるＲ部３３５５の輪郭が外側に凸となる曲線であることが好ましいが、先端部３３５３の外周縁は、必要に応じて、角部が除去された面取り形状（断面が傾斜した直線となる形状）とされてもよい。

上記実施の形態にて例示した保持ツールの形状は、発光ダイオードのベアチップ等の微小な電子部品の実装が行われる際のものであり、より大きな電子部品や他の電子部品が実装される場合にはツール突出部３３５の外径や長さは適宜変更される（例えば、両方とも１ｍｍ以上とされる。）。また、ツール突出部３３５は、必ずしも円筒状とされる必要はなく、例えば、内部に中心軸３３５０を中心とする吸引路３３３が形成された四角柱状の柱状部であってもよい。

上記実施の形態に係る電子部品装着装置では、保持ツールによりツール突出部３３５の外径よりも大きい幅を有する電子部品が保持されてもよい。また、ツール突出部３３５の外径よりも小さい幅を有する電子部品が保持されて回路基板９に装着されてもよい。ツール突出部３３５の外径が電子部品の幅よりも大きい場合には、ツール突出部３３５の先端部３３５３では、Ｒ部３３５５と保持面３３５１との間の境界３３５６が電子部品上に位置するようにＲ部３３５５が設けられる。

第２の実施の形態では、保持ツール３３１ａの先端部３３５３に対する表面改質処理は、精密低温窒化処理に限定されるわけではなく、保持ツール３３１ａや電子部品の材質、保持ツール３３１ａに要求される特性等に応じて、他の窒化処理（例えば、カナック処理）や酸化処理等の他の表面改質処理が行われてもよい。保持ツール３３１ａでは、保持面３３５１の摩耗、および、保持面３３５１への異物の凝着を抑制するという観点からは、表面改質処理による硬化層３３５４は保持面３３５１上にのみ形成されていればよい。

上記実施の形態に係る電子部品装着装置では、保持ツールによる電子部品の保持は、吸引吸着には限定されず、電気的あるいは磁気的な吸着により保持されてもよい。

電子部品装着装置は、発光ダイオードや半導体レーザ等の半導体発光素子以外の様々な種類の電子部品、例えば、半導体のベアチップ部品やＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ：表面弾性波）フィルタ等の装着にも適している。

本発明は、超音波を利用して電子部品を回路基板に装着する様々な技術に利用することができる。

第１の実施の形態に係る電子部品装着装置の正面図 電子部品装着装置の平面図 部品保持部近傍の拡大図 保持ツールの下端部の拡大図 電子部品の装着の流れを示す図 ツール突出部の先端部近傍の断面図 ツール突出部の底面図 保持面の垂直方向の変位分布および応力分布を示す図 保持面の水平方向の変位分布および応力分布を示す図 ツール突出部の先端部の表面高さの計測結果を示す図 比較例の保持ツールのツール突出部の底面図 保持面の垂直方向の変位分布および応力分布を示す図 保持面の水平方向の変位分布および応力分布を示す図 ツール突出部の先端部の表面高さの計測結果を示す図 第２の実施の形態に係るツール突出部の先端部近傍の断面図

符号の説明

１ 電子部品装着装置
９ 回路基板
３４ 昇降機構
３５ 超音波振動子
９１ 電子部品
３３１，３３１ａ 保持ツール
３３４ ツール本体
３３５ ツール突出部
３３５０ 中心軸
３３５１ 保持面
３３５３ 先端部
３３５４ 硬化層
３３５５ Ｒ部

Claims (7)

1. 電子部品を回路基板に装着する電子部品装着装置であって、
   円筒状の先端部で電子部品を吸着保持する保持ツールと、
   前記保持ツールを介して前記電子部品を回路基板に対して押圧する押圧機構と、
   前記保持ツールを介して前記電子部品に超音波振動を付与する超音波振動子と、
   を備え、
   前記保持ツールの前記円筒状の先端部を、
   前記電子部品を吸着する吸引口と、前記吸引口の周囲に配置し前記電子部品と接触して前記電子部品を保持する保持面と、前記保持面の周囲に配置し前記円筒状の先端部の外周縁の輪郭が外側に凸となる曲線形状であるＲ部と、で構成し、
   前記超音波振動子により前記保持ツールが超音波振動する時の、前記保持面と垂直な方向の前記保持ツールの先端面の変位の値と、前記保持面と水平な方向の前記保持ツールの先端面の変位の値とが、前記吸引口から離れるに従って漸次増加することを特徴とする電子部品装着装置。
2. 請求項１に記載の電子部品装着装置であって、
   前記円筒状の先端部の中心軸に垂直な幅方向の前記Ｒ部の幅が、前記円筒状の先端部の外形と内径との差の１／６以上１／３以下であることを特徴とする電子部品装着装置。
3. 請求項１ないし２のいずれかに記載の電子部品装着装置であって、
   前記円筒状の先端部の前記保持面と前記Ｒ部に表面改質処理により硬化層が形成されていることを特徴とする電子部品装着装置。
4. 請求項３に記載の電子部品装着装置であって、
   前記表面改質処理が、窒化処理であることを特徴とする電子部品装着装置。
5. 請求項４に記載の電子部品装着装置であって、
   前記窒化処理が、精密低温窒化処理であることを特徴とする電子部品装着装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の電子部品装着装置であって、
   前記電子部品が、半導体発光素子であることを特徴とする電子部品装着装置。
7. 電子部品を回路基板に装着する電子部品装着方法であって、
   ａ）吸引口より電子部品を吸引して、保持ツール先端の保持面と電子部品を接触させて前記電子部品を保持する工程と、
   ｂ）前記保持面を介して前記電子部品に超音波振動を付与しつつ回路基板に対して押圧する工程と、
   を備え、
   前記ｂ）工程の超音波振動時に、
   前記保持面と垂直な方向の前記保持ツールの先端面の変位の値と、前記保持面と水平な方向の前記保持ツールの先端面の変位の値とが、前記吸引口から離れるに従って漸次増加することを特徴とする電子部品装着方法。

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