JP4367740B2

JP4367740B2 - 電子部品圧着装置

Info

Publication number: JP4367740B2
Application number: JP2000226002A
Authority: JP
Inventors: 裕一平田; 泰雄岩城
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2000-07-26
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2020-07-26
Also published as: JP2002043336A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子部品圧着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ペレット等の電子部品をリードフレーム等の基板にボンディングするフリップチップボンディング装置等のボンディング装置では、圧着装置としてのボンディングヘッドを用いて、基板に接続部材を介して電子部品を圧着している。そして、このときの圧着荷重は、接続部材の材質に応じて決定される。接続部材がペースト状の接着剤の場合、圧着荷重は数十グラムから数百グラムの比較的低い圧着荷重（低荷重）である。接続部材が異方性導電シートやはんだバンプ等の場合、数キログラムから数十キログラムと比較的高い圧着荷重（高荷重）である。このように、圧着の際の荷重としては、広い範囲（数十グラムから数十キログラム）のものが求められる。単一のボンディングヘッド（押圧力付与手段）でこのような広範囲の荷重に対応しようとした場合、特に低荷重付与時における荷重制御を充分な精度で行なうことが困難であることから、低荷重用のボンディングヘッド、高荷重用のボンディングヘッドを用意しておき、接続部材に応じてボンディングヘッドを交換していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電子部品や基板の品種変更に伴い接続部材の材質が変更され、圧着に必要な荷重が低荷重から高荷重、或いは高荷重から低荷重に切換わる度に、ボンディングヘッドを交換する必要が生じ、品種切換えに多大な手間と時間を要する。
【０００４】
本発明の課題は、電子部品圧着装置において、圧着荷重を簡易な構成により切換え可能とすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、電子部品を圧着する圧着ツールと、圧着ツールを昇降自在に支持する圧着ブロックと、圧着ブロックに押圧力を付与する第１押圧力付与手段と、圧着ブロックと圧着ツールの間に介在され、圧着ツールに押圧力を付与する第２押圧力付与手段と、圧着ブロックに対して圧着ツールを相対的に固定する固定手段とを有し、前記圧着ツールに第１の圧着荷重を付与するときには、固定手段により圧着ブロックに対して圧着ツールを相対的に固定した状態で、第１押圧力付与手段の押圧力を圧着ブロック及び圧着ツールに付与し、前記圧着ツールに第２の圧着荷重を付与するときには、圧着ブロックと圧着ツールを固定しない状態で、第２押圧力付与手段の押圧力を圧着ツールに付与する電子部品圧着装置であって、前記固定手段が、圧着ブロックにガイドされる固定ピンを、駆動部により圧着ツールに係脱するものであるようにしたものである。
【０００８】
【作用】
(a)第１押圧力付与手段と、第２押圧力付与手段を併せ備え、これらを切換え使用することにより、圧着荷重を容易に切換えできる。
【０００９】
(b)固定手段を駆動部により係脱される固定ピンにて構成することにより、圧着ブロックに対して圧着ツールを電気的操作により固定でき、簡便である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明実施形態の電子部品圧着装置を示す側面図、図２は図１の要部拡大図、図３は参考形態の要部拡大図である。
【００１２】
（本発明実施形態）（図１、図２）
電子部品圧着装置としてのボンディングヘッド１０は、図１に示す如く、ＸＹテーブル１１に載置された支持フレーム１２に固定のホルダ１３にモータ１４が固定され、モータ１４の出力軸にカップリング１５を介して結合されたねじ軸１６を該ホルダ１３に回転自在に備える。
【００１３】
ねじ軸１６には昇降ブロック１７に形成された不図示の雌ねじ部が噛合っていて、更に、昇降ブロック１７にはスライドガイド１８を介して圧着ブロック１９が昇降自在に配置される。圧着ブロック１９の上部にはロードセル２０が固定され、昇降ブロック１７と圧着ブロック１９の間に掛け渡されたばね２１の付勢力により、このロードセル２０を昇降ブロック１７の当接面に当接させている。ここで、モータ１４、ねじ軸１６及び不図示の雌ねじ部によって第１押圧力付与手段が構成される。
【００１４】
圧着ブロック１９の下部にはスライドガイド２２を介して圧着ツール２３が昇降自在に支持される。圧着ブロック１９に対する圧着ツール２３の下降限位置は圧着ブロック１９の下部に設けた不図示の下限ストッパにて設定される。圧着ツール２３は、不図示の供給部からペレット等の電子部品１を吸着して取り出し可能とされるとともに、位置決めテーブル２４に供給された基板２にこの電子部品１を各種接続部材により圧着可能とされる。
【００１５】
圧着ブロック１９と圧着ツール２３の間には、第２押圧力付与手段としてのリニアモータ２５が介在される。リニアモータ２５は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）等を採用でき、所定の電圧を印加された状態で所定の推力（圧着荷重）を圧着ツール２３に付与できる。
【００１６】
圧着ブロック１９には変位センサ２６が固定され、変位センサ２６は圧着ツール２３に設けたターゲット２７までの距離を測定し、この変位センサ２６の出力値により、圧着ブロック１９に対する圧着ツール２３の相対移動を検出する。そして、圧着ブロック１９と圧着ツール２３との間に相対移動が生じたことに基づいて、圧着ツール２３が位置決めテーブル２４上に当接（電子部品１を介して）したタイミングを知ることができる。
【００１７】
ボンディングヘッド１０は、圧着ブロック１９に対して圧着ツール２３を相対的に固定する固定装置２８を有する。固定装置２８は、圧着ツール２３の圧着ブロック１９に対する下降限位置で、圧着ブロック１９に設けたガイド孔２９Ａと圧着ツール２３の係入孔２９Ｂとを合致させ、このガイド孔２９Ａにガイドされる固定ピン３０を、エアシリンダからなる駆動部３１により、圧着ツール２３の係入孔２９Ｂに係脱可能とすることにて構成される。
【００１８】
ボンディングヘッド１０は、電子部品１や基板２の品種変更に伴い、接続部材の材質が変更される結果、圧着荷重を高荷重にするときには、固定装置２８により圧着ブロック１９に対して圧着ツール２３を相対的に固定した状態で、第１押圧力付与手段としてのモータ１４による押圧力を圧着ブロック１９、ひいては圧着ツール２３に付与する。他方、圧着荷重を低荷重にするときには、固定装置２８による圧着ブロック１９と圧着ツール２３の固定を解除した状態で、第２押圧力付与手段としてのリニアモータ２５の押圧力を圧着ツール２３に付与する。
【００１９】
即ち、ボンディングヘッド１０は以下の如く動作する。
(1)圧着ツール２３に数キログラムから数十キログラムの比較的高い圧着荷重（高荷重）を印加するとき。
【００２０】
圧着ツール２３を自重、或いはリニアモータ２５の推力にて不図示のストッパに当接させた状態で、固定装置２８の駆動部３１を作動させて固定ピン３０を圧着ツール２３の係入孔２９Ｂに係入する。これにより、圧着ブロック１９に対して圧着ツール２３を相対的に固定する。
【００２１】
モータ１４を回転させて昇降ブロック１７、並びにこの昇降ブロック１７にロードセル２０を介して一体化されている圧着ブロック１９及び圧着ツール２３を基板２上に下降させる。このとき、圧着ツール２３の押圧面には、不図示の供給部から供給された電子部品１が、押圧面に設けられた吸着孔に作用する吸引力により吸着保持されている。
【００２２】
圧着ツール２３に保持された電子部品１が接続部材を介して基板２に当接すると、ロードセル２０の出力値が変化する。この後は、このロードセル２０の出力値に基づいてモータ１４の回転を制御する。即ち、ロードセル２０の出力値に基づいて検出される荷重が圧着に必要な荷重となるようにモータ１４の回転を制御する。
【００２３】
所定の押圧時間が経過した後、圧着ツール２３の吸着孔に作用させていた吸引力を解除するとともに、モータ１４を逆転させて圧着ツール２３（昇降ブロック１７）を待機位置まで上昇させる。
【００２４】
(2)圧着ツール２３に数十グラムから数百グラム程度の比較的低い圧着荷重（低荷重）を印加するとき。
【００２５】
圧着ツール２３を自重、或いはリニアモータ２５の推力にて不図示のストッパに当接させた状態で、固定装置２８の駆動部３１を作動させ、固定ピン３０を圧着ツール２３の係入孔２９Ｂから離脱させる。
【００２６】
リニアモータ２５に所定の電圧を印加することで今回の圧着に必要な荷重を予め作用させた状態で、モータ１４を回転させて昇降ブロック１７、並びにこの昇降ブロック１７にロードセル２０を介して一体化されている圧着ブロック１９及び圧着ツール２３を基板２上に下降させる。このとき、圧着ツール２３の押圧面には、不図示の供給部から供給された電子部品１が、押圧面に設けられた吸着孔に作用する吸引力により吸着保持されている。
【００２７】
圧着ツール２３に保持された電子部品１が接続部材を介して基板２に当接すると、圧着ツール２３と圧着ブロック１９との間に相対移動が生じるので、この相対移動を変位センサ２６の出力値に基づいて検出する。この電子部品１と基板２の当接を検出した位置から所定量下降させたところでモータ１４を停止させる。
【００２８】
所定の押圧時間が経過した後、圧着ツール２３の吸着孔に作用させていた吸引力を解除するとともに、モータ１４を逆転させて圧着ツール２３（昇降ブロック１７）を待機位置まで上昇させる。
【００２９】
従って、本実施形態によれば、以下の作用がある。
▲１▼高荷重用の第１押圧力付与手段としてのモータ１４、ねじ軸１６及び不図示の雌ねじ部と、低荷重用の第２押圧力付与手段としてのリニアモータ２５を併せ備え、これらを切換え使用することにより、圧着荷重を簡易な構成により切換えできる。
【００３０】
▲２▼固定装置２８を駆動部３１により係脱される固定ピン３０にて構成することにより、圧着ブロック１９に対して圧着ツール２３を電気的操作により固定でき、簡便である。
【００３１】
▲３▼第１押圧力付与手段を高荷重用として、第２押圧力付与手段を低荷重用として用いることから、それぞれの荷重をそれぞれの荷重に適した押圧力付与手段にて付与することができることから、単一の押圧力付与手段を用いて低荷重から高荷重までの広範囲の荷重を付与する場合に、低荷重付与時に生じる荷重制御精度の低下が防止でき、低荷重、高荷重いずれにおいても精度良く荷重制御を行なうことができ、適切な荷重を付与することができる。
【００３２】
（参考形態）（図３）
参考形態が本発明実施形態と異なる点は、固定装置２８を新たな固定装置４０に代えたことだけにある。固定装置４０は、圧着ブロック１９の下端に設けたストッパ４１に、圧着ツール２３に設けた当接部４２を当接させることにより、圧着ブロック１９に対して圧着ツール２３を相対的に固定するものである。
【００３３】
従って、圧着ツール２３に高荷重を印加するとき、リニアモータ２５には電圧を印加しない。基板２に電子部品を圧着する際に、モータ１４を回転させて昇降ブロック１７、並びに圧着ブロック１９及び圧着ツール２３を基板２上に下降させ、圧着ツール２３に保持された電子部品１が接続部材を介して基板２に当接すると、圧着ツール２３と圧着ブロック１９の間に相対移動が生じる。やがて圧着ツール２３の当接部４２が圧着ブロック１９のストッパ４１に当接し、相対移動が阻止される。更にモータ１４により圧着ブロック１９を下降させると、圧着ブロック１９のストッパ４１が圧着ツール２３の当接部４２を押し下げることにより、電子部品１と基板２との当接部に荷重が付与される。これによってロードセル２０の出力値が変化し、この後は本発明実施形態と同様に、このロードセル２０の出力値に基づいてモータ１４の回転を制御する。つまり、ロードセル２０の出力値に基づいて検出される荷重が圧着に必要な荷重となるようにモータ１４の回転を制御する。
【００３４】
所定の押圧時間が経過した後、圧着ツール２３の吸着孔に作用させていた吸引力を解除するとともに、モータ１４を逆転させて圧着ツール２３（昇降ブロック１７）を待機位置まで上昇させる。
【００３５】
圧着ツール２３に低荷重を印加するときの動作は、本発明実施形態と同様である。
【００３６】
本参考形態によれば、固定装置４０を圧着ブロック１９に設けたストッパ４１と圧着ツール２３に設けた当接部４２にて構成することにより、圧着ブロック１９に対して圧着ツール２３を手動操作によることなく機械的に固定でき、簡便である。
【００３７】
尚、本発明実施形態と参考形態のボンディングヘッド１０において、ロードセル２０の代わりに昇降ブロック１７と圧着ブロック１９の間にばねを設け、ばねの撓み量に応じた圧着荷重が圧着ツール２３に作用するように構成しても良い。この場合、圧着に必要な荷重相当分の撓みがばねに得られる位置となるまで昇降ブロック１７を待機位置から下降させるようにモータ１４を回転制御すれば良い。
【００３８】
また、リニアモータ２５をばねに置き換えることも可能であるが下記を考慮する必要がある。
即ち、ばねで荷重を印加しようとする場合、待機位置からの昇降ブロック１７の下降量を制御することでばねに所定量の撓みを生じさせ、必要な荷重を得ることとなる。ところが、電子部品１が当接する基板２には反り等により高さ方向のばらつきが生じることがあるので、待機位置からの昇降ブロック１７の下降量を正確に制御したとしても、圧着ツール２３に印加される荷重には基板２の高さのばらつき分の変動が生じてしまう。圧着ツール２３に印加される荷重が数キログラムから数十キログラムの高荷重の場合、基板高さのばらつきに起因して生じる荷重変動は、圧着ツール２３に印加される荷重の大きさに対して無視できる程度の大きさであると考えられる。ところが、圧着ツール２３に印加される荷重が数十グラムから数百グラムの低荷重の場合、この荷重変動は、電子部品１と基板２との接合性に影響を及ぼす可能性を有する無視できないものとなることがある。このようなことから、リニアモータ２５をばねに置き換える場合には、生じ得る荷重のばらつきと、電子部品１と基板２との接合に必要な圧着荷重の許容値とを考慮する必要がある。
【００３９】
一方、リニアモータ２５は印加電圧が一定であれば、圧着ツール２３と圧着ブロック１９との相対移動にかかわらず印加荷重を一定に保つことができるので、基板２の高さのばらつきにより印加される荷重が変動することが防止できる。
【００４０】
また、不図示の供給部の電子部品１を圧着ツール２３で吸着保持して取出すときと、吸着保持した電子部品１を基板２に圧着するときとで荷重を切換えるようにしても良い。具体的には、電子部品１を取出すときには低荷重で取出し、電子部品１を基板２に圧着するときには高荷重とする。本発明実施形態の機構を用いた場合、ボンディングヘッド１０が取出位置と圧着位置との間を移動する間に、固定装置２８を構成する圧着ツール２３の固定ピン係入孔２９Ｂに対する固定ピン３０の係脱動作を行なう。
【００４１】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
【００４２】
例えば、上記実施形態において、第１押圧力付与手段を高荷重用として、第２押圧力付与手段を低荷重用として用いた例を説明したが、第１押圧力付与手段を低荷重用として、第２押圧力付与手段を高荷重用として用い、低荷重を付与するときには、圧着ブロック１９と圧着ツール２３とを相対的に固定した状態で第１押圧力付与手段を用いて荷重を付与するようにし、高荷重を付与するときには、圧着ブロック１９と圧着ツール２３とを相対移動可能とした状態にて第２押圧力付与手段を用いて荷重を付与するようにしても良い。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電子部品圧着装置において、圧着荷重を容易に切換えできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明実施形態の電子部品圧着装置を示す側面図である。
【図２】図２は図１の要部拡大図である。
【図３】図３は参考形態の要部拡大図である。
【符号の説明】
１０ボンディングヘッド（電子部品圧着装置）
１４モータ（第１押圧力付与手段）
１９圧着ブロック
２３圧着ツール
２５リニアモータ（第２押圧力付与手段）
２８固定装置（固定手段）
３０固定ピン
３１駆動部

Claims

電子部品を圧着する圧着ツールと、
圧着ツールを昇降自在に支持する圧着ブロックと、
圧着ブロックに押圧力を付与する第１押圧力付与手段と、
圧着ブロックと圧着ツールの間に介在され、圧着ツールに押圧力を付与する第２押圧力付与手段と、
圧着ブロックに対して圧着ツールを相対的に固定する固定手段とを有し、
前記圧着ツールに第１の圧着荷重を付与するときには、固定手段により圧着ブロックに対して圧着ツールを相対的に固定した状態で、第１押圧力付与手段の押圧力を圧着ブロック及び圧着ツールに付与し、前記圧着ツールに第２の圧着荷重を付与するときには、圧着ブロックと圧着ツールを固定しない状態で、第２押圧力付与手段の押圧力を圧着ツールに付与する電子部品圧着装置であって、
前記固定手段が、圧着ブロックにガイドされる固定ピンを、駆動部により圧着ツールに係脱するものである電子部品圧着装置。