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。
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の上方(図1中に示す(+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部品装着部5が設けられ、基板保持部2の(−X)側には、部品装着部5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により部品装着部5に供給された電子部品を撮像する撮像部60が設けられ、回路基板9の(+X)側には、部品装着部5の装着機構53において電子部品に当接する先端部を研磨する研磨部7が設けられる。電子部品装着装置1では、これらの機構が図1に示す制御部31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。制御部31には記憶部310が設けられ、記憶部310には電子部品の装着時に電子部品に付与されるべき振動の振幅の時間的変化を示すプロファイルデータ311が予め記憶されている。
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。
部品装着部5は、装着ヘッド51および装着ヘッド51をX方向に移動する装着ヘッド移動機構52を備え、装着ヘッド51は、電子部品を保持しつつ回路基板9に装着する装着機構53を有する。図1に示すように装着ヘッド51には、装着機構53をZ方向に移動する(昇降する)とともにエンコーダを有する昇降機構54が設けられ、装着機構53のZ方向の位置が検出可能とされる。なお、装着ヘッド51ではエンコーダ以外にレーザ干渉式の測長器等が設けられて装着機構53の位置が検出されてもよい。
図3は、装着機構53近傍を拡大して示す図である。装着機構53はX方向におよそ沿って伸びる保持部本体532を有し、保持部本体532の一端には超音波振動子531が取り付けられる。超音波振動子531は専用の電源に接続されており、この電源には制御部31から設定パラメータが入力される。これにより、超音波振動子531は設定パラメータの値に従って保持部本体532に超音波振動を付与する。本実施の形態では、設定パラメータは超音波振動子531に供給される電力を決定するものとされ、設定パラメータの値が変更されることにより超音波振動子531の振幅が変化する。保持部本体532の他端側には保持ツール533が着脱可能に取り付けられ、保持ツール533の(−Z)側の端部には、後述する先端部を支持する先端ベース部534が突出して設けられる。保持部本体532は保持ツール533が超音波振動子531よりも(−Z)側に位置するように所定の傾斜角にてブロック536に取り付けられ、ブロック536はシャフト537に固定される。昇降機構54(図1参照)によりシャフト537がZ方向に移動することにより、装着機構53が回路基板9や研磨面711に対して相対的に昇降する。
図4は、先端ベース部534近傍をさらに拡大して示す図である。図4に示すように、円柱状の先端ベース部534の先端には、同心の円柱状の先端部535が形成され、先端部535にて電子部品が吸着保持される。例えば、先端ベース部534の直径は2.0ミリメートル(mm)とされ、先端部535の直径は約0.3mmとされる。また、図4では先端部535の長さをLにて示している。図3に示すように保持部本体532が傾斜した状態において、図4の先端部535は先端ベース部534から下方へと突出する。
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、および、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51の装着機構53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、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に接合されるバンプ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。
撮像部60は、装着ヘッド移動機構52による装着ヘッド51(特に、装着機構53)の移動経路上であって装着ヘッド51の移動と干渉しない位置(具体的には、移動経路の真下)に設けられ、装着機構53に保持された電子部品を(−Z)側から撮像する。
図5は、電子部品装着装置1が回路基板9に電子部品を装着する処理の流れを示す図である。回路基板9に電子部品が装着される際には、予め複数の校正用データ312が準備され、記憶部310に記憶される(ステップS11)。複数の校正用データ312は電子部品に付与される振動の複数通りの振幅にそれぞれ対応するものとなっている。
図6は、1つの校正用データ312の内容を示す図である。図6に示すように、各校正用データ312は、装着途上の電子部品の振動が実質的に所望の振幅となる場合における先端部の長さ(以下、本実施の形態において校正用データ312における先端部の長さを「先端長さ」という。)と超音波振動子531に入力される設定パラメータの値との関係を示す。なお、本実施の形態では設定パラメータの値「256」が超音波振動子531に入力される電力4ワット(W)に相当するため、図6中の設定パラメータの単位を(W/64)としている(以下同様)。
実際には、校正用データ312が示す関係は2次の近似式にて扱われ、設定パラメータの値をP、先端長さをLとして、校正用データ312は(P=aL2+bL+c)を示すデータとなっている。図6では、装着途上の電子部品の振幅(プロファイルデータ311が示す1つの振幅であり、以下、「目標振幅」という。)が1.0マイクロメートル(μm)となる場合の校正用データ312を示しており、この場合、上記式の係数aは570.29、係数bは216.76、係数cは43.242となる。なお、校正用データ312を取得する処理については、全体説明の後に詳述する。
校正用データ312が準備されると、装着ヘッド移動機構52およびステージ移動機構22により、装着ヘッド51が研磨部材保持部72上の研磨部材71が無い所定の位置(あるいは、ステージ21上の回路基板9が無い位置等であってもよい。以下同様。)の上方へと移動し、図4に示す先端部535の(−Z)側の端面が研磨部材保持部72に当接するまで昇降機構54が装着機構53を下降する。そして、昇降機構54により装着機構53のZ方向の位置(高さ)が取得される。
ここで、電子部品装着装置1では、保持ツール533が保持部本体532に取り付けられる際に、外部の測定器により取り付け前における当該保持ツール533の先端部535の長さが予め取得されて制御部31に記憶されている。また、保持ツール533の取り付け直後、上記と同様に、昇降機構54が装着機構53を下降することにより先端部535の端面が研磨部材保持部72に当接する際の装着機構53の高さも取得されている。したがって、電子部品の装着処理時に取得される装着機構53の高さと、ツール取り付け直後の装着機構53の高さとの差を求め、ツール取り付け前の先端部535の長さからこの値を減じることにより、装着処理時における先端部535の実際の長さが取得される(ステップS12)。このように、ツール取り付け前の先端部535の長さを予め取得しておくことにより、昇降機構54により装着処理時における先端部535の長さが実質的に測定される。
先端部535の長さが測定されると、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。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位置に位置する。このとき、供給コレット421と、図1中に二点鎖線にて示す受渡位置に位置する装着ヘッド51の装着機構53とが対向する。
続いて、昇降機構54により装着機構53が僅かに下降し、電子部品の上面が装着機構53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、装着機構53が供給コレット421から電子部品を受け取って先端部535(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54により装着機構53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51が撮像部60の真上へと移動し、撮像部60により装着機構53の先端部535に保持される電子部品が撮像される。撮像部60からの出力である画像データは制御部31に送られ、制御部31では画像データに基づいて装着ヘッド51が制御され、装着機構53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。
装着ヘッド51は、装着ヘッド移動機構52によりさらに(+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に位置する。装着機構53は回路基板9に向けて下降して接合面に形成されたバンプと回路基板9上の電極とが接触し、昇降機構54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(ステップS14)。この状態で、図3に示す超音波振動子531の駆動が制御部31により制御され、保持部本体532および保持ツール533を介して超音波振動が電子部品8に付与される(ステップS15)。これにより、電子部品8のバンプが回路基板9の電極に対して電気的に接合され、電子部品8の装着と同時に接合(すなわち、実装)が行われる。
このとき、制御部31では、電子部品に付与されるべき振動の振幅の時間的変化を示すプロファイルデータ311に従って超音波振動子531の駆動が制御される。具体的には、超音波振動が開始されてからの経過時間に応じてプロファイルデータ311が示す目標振幅が特定され、この目標振幅に対応する校正用データ312が参照対象として決定される。そして、決定された校正用データ312を参照することにより、昇降機構54による測定結果(すなわち、先端部535の実際の長さ)から設定パラメータの値が決定され、設定パラメータの値が切り換えられることにより超音波振動子531に供給される電力が変更される。超音波振動の開始から微小時間が経過する毎に上記処理が繰り返されることにより、実際の電子部品8の振幅の時間的変化がプロファイルデータ311に合致するように、実質的に超音波振動子531の振幅が制御される。これにより、電子部品8の振幅が精度良く制御され、電子部品8が高い接合品質にて回路基板9に装着される。
電子部品8の装着が終了すると、吸引を停止した装着機構53が昇降機構54により電子部品8から離れて上昇し、続いて、回路基板9への電子部品8の装着を継続するか否かが判断され、継続する場合には(ステップS16)、先端部535(正確には、先端部535の電子部品8に当接する端面)の研磨が必要か否かが確認される。先端部535の研磨は、先端部535に凝着した電子部品8の基板の成分を除去するために行われる。研磨が必要であると判断された場合には(ステップS17)、装着機構53が研磨部7の上方へと移動し、先端部535が研磨部材71に押圧されつつ超音波振動子531により振動が付与されることにより、先端部535の研磨が行われる(ステップS18)。
先端部535の研磨が終了すると、装着機構53が僅かに上昇し、装着ヘッド51が研磨部材保持部72上の研磨部材71が無い所定の位置へと移動して、昇降機構54により研磨後の先端部535の長さが取得される(ステップS12)。その後、装着ヘッド51が受渡位置へと移動し、取り出された電子部品8が装着機構53の先端部535にて吸着保持され、新たな測定結果(研磨後の先端部535の長さ)に基づいて回路基板9に電子部品8を装着する動作が繰り返される(ステップS13〜S15)。このように、電子部品装着装置1では研磨により先端部535が摩耗する場合であっても、超音波振動子531の設定パラメータの値が修正され(キャリブレーションが行われ)、電子部品8の振幅を精度良く制御することが可能とされる。
ステップS17にて、研磨が不要であると判断された場合には、直前の先端部535の長さに基づいてステップS13〜S15の処理が繰り返される。そして、回路基板9上に必要な数量の電子部品8が装着されると、電子部品装着装置1における電子部品装着処理が終了する(ステップS16)。
なお、研磨による摩耗がごく僅かである場合には先端部535の長さの測定は研磨が所定回数行われる毎に行われてもよい。また、電子部品の基板の材料によっては研磨が不要な場合もあり、このような場合は電子部品の装着による先端部535の摩耗の影響を防止するために、電子部品の装着が所定回数行われる毎に研磨工程を経ることなく先端部535の長さの測定が行われる。
次に、図5のステップS11における校正用データ312を取得する処理について説明する。校正用データ312を取得する際には、先端部の長さがそれぞれ異なる複数の保持ツールが準備され(ただし、先端部の長さは外部の測定器により予め測定されている。)、1つの保持ツールが保持部本体532に取り付けられる。そして、先端部が電子部品を保持した上で所定の押圧力にて電子部品がデータ取得用の回路基板(いわゆる、ダミー基板)に押圧される。一方、外部のレーザ振動計により、先端部の側面において端面近傍の微小領域(図4中にて符号811を付す矢印にて示す位置)にレーザ光が照射され、この状態で超音波振動子531が駆動される。レーザ振動計では、先端部からのレーザ光の反射光を取得しつつドップラー効果を利用して先端部のX方向の速度を検出することにより、先端部のX方向の振幅が取得可能となっている。レーザ光が照射される位置は電子部品8が保持される位置の極近傍であるため、レーザ振動計により取得される先端部の振幅は電子部品8が実際に保持されて装着される場合の電子部品8のX方向の振幅にほぼ等しい。
電子部品に超音波振動が与えられている間において、超音波振動子531への電力を決定する設定パラメータの値が順次変更されつつ、レーザ振動計により先端部の振幅が取得される。なお、電子部品の回路基板への接合完了の際に振動特性が大きく変わってしまう場合は、1つの電子部品の接合の際に、先端部の1つの振幅と1つの設定パラメータの値との関係が取得され、設定パラメータの値を変更しつつ電子部品の回路基板への接合を複数回行うことにより、先端部の振幅と設定パラメータの値との関係が取得されてもよい。他の保持ツールに対しても上記処理が繰り返され、先端部の長さが互いに異なる複数の保持ツールのそれぞれにおいて、先端部の振幅と超音波振動子531の設定パラメータの値との関係が取得される。なお、先端部の振幅が取得可能であるならば、レーザ振動計以外の測定装置が利用されてもよい。また、可能であるならばレーザ振動計により電子部品8の振幅が直接測られてもよい。
図7は各保持ツールにおける先端部の振幅と超音波振動子531の設定パラメータの値との関係を示す図である。図7の縦軸は先端部の振幅を示し、横軸は超音波振動子531の設定パラメータの値を示している。また、図7中において、線821,822,823,824はそれぞれ先端部の長さが0.23mm、0.299mm、0.358mm、0.447mmとなる保持ツールに対応している。
続いて、図7中の線821〜824において、先端部の振幅がプロファイルデータ311に含まれる各目標振幅と同じとなる際の設定パラメータの値が読み取られる。例えば、目標振幅が1.0μmの場合には、点821a〜824aの設定パラメータの値が読み取られる。そして、各目標振幅において先端部の長さと設定パラメータの値との関係をプロットすることにより(さらには、2次曲線にて近似することにより)、図6に示すように、この目標振幅における先端長さと超音波振動子531の設定パラメータの値との関係を示す校正用データ312が取得される。
以上のように、第1の実施の形態における電子部品装着装置1では、電子部品8が所望の振幅となる場合における先端長さと超音波振動子531の設定パラメータの値との関係を示す校正用データ312が準備され、昇降機構54により取得される先端部535の長さおよび校正用データ312に基づいて超音波振動子531の駆動が制御される。これにより、柱状の先端部535にて電子部品8を保持する電子部品装着装置において、研磨や電子部品装着により先端部535が摩耗する場合や、保持ツール533が交換されて交換前後の先端部535の長さが異なる場合等であっても、電子部品8の振幅を精度良く制御することが実現される。また、プロファイルデータ311に従って超音波振動子531が制御されることにより、電子部品8の回路基板9に対する接合品質を向上することができる。なお、電子部品装着装置1では装置の製造コストが極端に増大することもない。
図8は、本発明の第2の実施の形態に係る電子部品装着装置1の装着機構53a近傍を制御部31aの構成と共に示す図である。図8の装着機構53aは、先端ベース部534の変位を検出する静電容量式の近接センサ55をさらに有する。また、図8に示す制御部31aは、近接センサ55からの出力および昇降機構54(図1参照)による先端部535(図4参照)の測定結果に基づいて電子部品8の振幅を実質的に取得する演算部32を有し、制御部31aの記憶部310にはプロファイルデータ311が予め記憶される。他の構成は第1の実施の形態と同様であり、同符号を付している。
近接センサ55は先端ベース部534の(−X)側に近接して設けられるプローブ551、および、先端ベース部534とプローブ551との間の静電容量を検出してこの静電容量をプローブ551に対する先端ベース部534の変位へと変換する変換部552を有する。プローブ551は図示省略のプローブ支持部を介してブロック536に固定される。また、保持ツール533(先端ベース部534および先端部535を含む。)はステンレス鋼等の導体にて形成され、保持部本体532を介して電気的に接地される。
図9は、先端ベース部534近傍を拡大して示す図である。本実施の形態では、先端ベース部534の直径は2.0ミリメートル(mm)、先端部535の直径は約0.3mm、プローブ551の先端の直径は1.5mm、プローブ551の先端と先端ベース部534との間の距離は0.05mmとされ、近接センサ55では通常0.01〜50マイクロメートルの変位が検出可能であり、レーザ振動計により先端ベース部534の振幅を測定する場合と同等の精度での測定が可能であることが確認されている。
次に、装着機構53aを有する電子部品装着装置1が電子部品8を回路基板9に装着する処理の流れを図5に準じて説明する。回路基板9に電子部品8が装着される際には、超音波振動子531の駆動制御に利用されるベース振幅データ313および減衰率データ314が予め取得されて準備され、記憶部310に記憶される。ここで、ベース振幅データ313は本処理例にて用いられる電子部品装着装置1にて取得されるが、減衰率データ314は電子部品装着装置1と同様の他の電子部品装着装置(電子部品装着装置1であってもよい。)にて取得される。
ベース振幅データ313を取得する際には、電子部品装着装置1において、図9の先端部535が電子部品8を保持した状態で所定の押圧力にてデータ取得用の回路基板(ダミー基板)に電子部品8を押圧しつつ超音波振動子531が駆動される。このとき、先端ベース部534とプローブ551との間に生じる静電容量が変換部552にて検出され(実際には、静電容量は電圧として間接的に検出される。)、振動する先端ベース部534と固定されたプローブ551との間の距離に変換される。すなわち、近接センサ55により非接触にて先端ベース部534のX方向の変位が検出され、先端ベース部534のX方向の変位から先端ベース部534のX方向の振幅が導かれる。そして、超音波振動子531の設定パラメータの値を順次変更しつつ近接センサ55により先端ベース部534の振幅が取得され、設定パラメータの値と先端ベース部534の振幅との関係がベース振幅データ313として記憶部310にて記憶される。なお、データとしての精度が許容されるのであれば、ベース振幅データ313は、先端部535が電子部品8を保持することなく取得されてもよい。
一方で、他の電子部品装着装置において減衰率データ314を取得する際には、第1の実施の形態における校正用データ312を取得する場合と同様に、先端部の長さがそれぞれ異なる複数の保持ツールが準備され(ただし、先端部の長さは外部の測定器により予め測定されている。以下、本実施の形態において他の電子部品装着装置における先端部の長さを「先端長さ」という。)、1つの保持ツールが保持部本体に取り付けられる。また、外部の測定装置により先端部の側面において端面近傍の位置(図9中にて符号812を付す矢印にて示す位置に相当する位置)におけるX方向の振幅が取得可能とされる。
続いて、所定の押圧力にて電子部品をデータ取得用の回路基板に押圧しつつ超音波振動子を駆動させる。このとき、近接センサにより先端ベース部のX方向の変位が検出されてX方向の振幅(以下、他の電子部品装着装置における先端ベース部の振幅を「参照ベース振幅」という。)が導かれ、外部の装置により先端部の振幅(以下、他の電子部品装着装置における先端部の振幅を「参照先端振幅」という。)が取得される。先端部の符号812を付す位置は電子部品が保持される位置の極近傍であるため、外部の測定装置により取得される振幅は電子部品が実際に保持されて装着される場合の電子部品のX方向の振幅にほぼ等しい。
そして、超音波振動子の制御に利用される設定パラメータの値を順次変更しつつ、参照ベース振幅および参照先端振幅が取得される。他の保持ツールに対しても上記処理が繰り返され、先端長さが互いに異なる複数の保持ツールのそれぞれにおいて、参照ベース振幅および参照先端振幅と超音波振動子の設定パラメータの値との関係が取得される。なお、参照ベース振幅および参照先端振幅と超音波振動子の設定パラメータの値との関係は、電子部品の振幅を直接測りつつ取得されてもよい。
図10は、ある先端長さ(保持ツール)における参照ベース振幅および参照先端振幅と超音波振動子の設定パラメータの値との関係を示す図である。図10の縦軸は振幅を示し、横軸は超音波振動子の設定パラメータの値を示している。図10中において、線831が参照ベース振幅に対応し、線832が参照先端振幅に対応しており、参照先端振幅と参照ベース振幅との比を減衰率とすると、減衰率は超音波振動子に入力される設定パラメータの値にほとんど依存せず、およそ一定となる。他の先端長さにおいても同様のことがいえ、減衰率データ314は、図11中に線841にて示すように、減衰率と先端長さとの関係を表すものとして取得され、図8に示す制御部31aに入力されて記憶部310にて記憶される。
ここで、形状が異なる他の保持部本体(ただし、装着される保持ツールにおける先端ベース部および先端部の形状は上記減衰率データ314を取得した際に利用したものと同じとされる。)を用いて同様に減衰率データを取得する処理を行うと、図10中の線831,832に対応する先端長さの場合において、設定パラメータの値と参照ベース振幅との関係は図10中の線833に示すようになり、設定パラメータの値と参照先端振幅との関係は線834に示すようになる。図10に示すように、同じ設定パラメータの値であっても保持部本体の種類によって参照先端振幅や参照ベース振幅は異なるが、減衰率についてみると、他の保持部本体においても設定パラメータの値に依存せずおよそ一定となる。また、この保持部本体における減衰率と先端長さとの関係は、図11中に線842にて示すようになり、保持部本体の形状が異なる場合であっても、減衰率と先端長さとの関係は同じになることが判る。実際には、異なる電子部品装着装置間でも、装着される保持ツールの先端(正確には、先端ベース部および先端部)が同様の形状とされる限り、減衰率と先端長さとの関係はほぼ同じとなる。
ベース振幅データ313および減衰率データ314が準備されると、上記第1の実施の形態と同様に、装着ヘッド51が研磨部材保持部72上の研磨部材71が無い所定の位置へと移動して昇降機構54により装着処理時における先端部535の長さが実質的に測定される(ステップS12)。
また、演算部32では、ステップS12にて取得された先端部535の実際の長さから減衰率データ314を参照することにより対応する減衰率が求められ、プロファイルデータ311が示す複数通りの目標振幅のそれぞれについて、この目標振幅を減衰率にて除算することにより、先端ベース部534の目標となる振幅(以下、「目標ベース振幅」という。)が求められる。そして、各目標振幅に対して、ベース振幅データ313が示す先端ベース部534の振幅が目標ベース振幅となる設定パラメータの値が決定される。
その後、電子部品8が装着機構53aの先端部535にて吸着保持され(ステップS13)、装着ヘッド51が回路基板9上の電子部品8の装着予定位置の上方へと移動し、昇降機構54により電子部品8が回路基板9に向けて押圧される(ステップS14)。続いて、決定された設定パラメータの値に基づいて超音波振動子531の駆動が制御部31aにより制御され、保持部本体532および保持ツール533を介して超音波振動が電子部品8に付与される(ステップS15)。
具体的には、決定された超音波振動子531の設定パラメータの値が時間の経過に伴って切り換えられつつ制御部31aに設定され、実際の電子部品8の振幅の時間的変化がプロファイルデータ311に合致するように、超音波振動子531の振幅が制御される。
電子部品8の装着が終了すると、回路基板9への電子部品8の装着を継続するか否かが判断され、継続する場合には(ステップS16)、先端部535の研磨が必要か否かが確認される。研磨が必要であると判断された場合には(ステップS17)、第1の実施の形態と同様にして研磨部7にて先端部535の研磨が行われ(ステップS18)、昇降機構54により研磨後の先端部535の長さが取得される(ステップS12)。そして、新たな測定結果(研磨後の先端部535の長さ)に基づいて回路基板9に電子部品8を装着する動作が繰り返される(ステップS13〜S15)。これにより、研磨により先端部535が摩耗する場合であっても、電子部品8の振幅が精度良く制御される。
なお、ステップS17にて、研磨が不要であると判断された場合には、直前の先端部535の長さに基づいてステップS13〜S15の処理が繰り返される。そして、回路基板9上に必要な数量の電子部品8が装着されると、電子部品装着装置1における電子部品装着処理が終了する(ステップS16)。
以上のように、第2の実施の形態に係る電子部品装着装置1では、演算部32にて、先端部535の実際の長さから減衰率データ314を参照することにより減衰率が求められ、この減衰率とベース振幅データ313とに基づいて、電子部品8が実質的に目標振幅となるための設定パラメータの値が決定される。そして、決定された設定パラメータの値に基づいて制御部31aにより超音波振動子531の駆動が制御される。
ここで、前述のように、装着される保持ツールの先端が同様の形状とされる限り、異なる電子部品装着装置間でも減衰率と先端長さとの関係はほぼ同じとなるため、ある電子部品装着装置にて減衰率データ314を取得し、他の各電子部品装着装置において個別に取得されるベース振幅データ313とこの減衰率データ314とが準備されることにより、複数の電子部品装着装置が設けられる場合に、装置間での電子部品8の振幅のばらつきを抑制することができる。また、電子部品装着装置1では、研磨により先端部535が摩耗する場合や、保持ツール533が交換されて交換前後の先端部535の長さが異なる場合であっても、電子部品8の振幅が精度良く自動的に制御される。その結果、複数の電子部品装着装置間において電子部品8を一定のかつ高い接合品質にて回路基板9に装着することができる。なお、電子部品装着装置1に設けられる近接センサ55(並びに、後述のセンサ56,56a,58,58a,59)は先端部の振幅が直接的に取得可能な外部の測定装置に比べて安価であるため、電子部品装着装置1の製造コストが極端に増大することはない。
第2の実施の形態では、先端部535の実際の長さから求められる減衰率に基づいて電子部品8の振幅が所望の目標振幅となるように目標ベース振幅が求められ、目標ベース振幅からベース振幅データ313を参照することにより設定パラメータの値が決定される。上記処理では、近接センサ55の出力に基づく先端ベース部534の振幅と設定パラメータの値との関係がベース振幅データ313として予め取得されていることにより設定パラメータの値が予測的に取得可能とされているが、ベース振幅データ313が取得されない場合において、事前準備として、ある設定パラメータの値が超音波振動子531に入力された状態における近接センサ55からの出力と、昇降機構54による測定結果から求められる減衰率とに基づいて演算部32にて電子部品8の振幅を取得し、この電子部品8の振幅が目標振幅となるように設定パラメータの値が制御部31aにより決定されることと、ベース振幅データ313を利用する上記処理とは実質的には等価である。
また、上記処理例では、ベース振幅データ313に基づいて決定された設定パラメータの値に合わせて超音波振動子531の駆動が制御されるが(いわゆる、オープンループ制御)、ベース振幅データ313を準備することなく、電子部品8の装着途上において超音波振動子531の駆動がフィードバック制御されてもよい。例えば、所定の設定パラメータにて超音波振動が開始され、電子部品8の装着途上において先端ベース部534の実際の振幅が近接センサ55により取得され、演算部32により、先端ベース部534の実際の振幅がこの時刻における先端ベース部534の目標ベース振幅と比較される。そして、この比較結果に基づいて、先端ベース部534の実際の振幅が目標ベース振幅に一致するように設定パラメータの値が修正され、超音波振動子531の駆動がフィードバック制御される。これにより、電子部品8の装着途上において超音波振動子531の振幅が精度良く制御されるとともに、電子部品8の振幅も精度良く自動的に制御されて電子部品8が高い接合品質にて回路基板9に適切に装着される。
超音波振動子531の駆動がフィードバック制御される場合であっても、目標ベース振幅が先端部535の実際の長さから求められる減衰率および目標振幅に基づいて求められることを考慮すれば、実質的には減衰率と、先端ベース部534の実際の振幅とから電子部品8の実際の振幅が取得され、目標振幅と比較されているものと捉えることができる。したがって、上記処理は、演算部32にて近接センサ55からの出力および昇降機構54による測定結果に基づいて電子部品8の振幅を取得し、この電子部品8の振幅に基づいて制御部31aにより超音波振動子531の駆動が制御されることと等価である。
図12は、近接センサ55の他の配置例を示す図である。図12では、プローブ551が保持ツール533の(−X)側の面(保持ツール533の先端ベース部534よりも上方の部位)に対向するようにして配置される。この場合、上記説明における先端ベース部534の振幅に代えて、保持ツール533上のプローブ551が対向する位置での振幅が取得される(ベース振幅データ313および減衰率データ314の取得時においても同様。)。そして、電子部品8の回路基板9に対する装着時には、保持ツール533の振動方向(すなわち、超音波振動子531により付与される超音波振動が作用する方向)の変位から保持部本体532の傾斜角を考慮して導かれる保持ツール533のX方向の振幅が取得され、この振幅が、目標ベース振幅に合致するように超音波振動子531の振幅が制御され、電子部品8が回路基板9に装着される。
図13は、装着機構53aの構成の他の例を示し、他の種類のセンサを利用する例について説明するための図である。図13の装着機構53aに設けられるセンサ56は、先端ベース部534に向けてレーザ光を出射する光出射部561、および、照射される光の位置を検出するPSD(Position Sensitive Detector)を有する受光部562を備える。光出射部561および受光部562は図13の紙面に垂直な方向に並んで配置される。先端ベース部534において光出射部561からのレーザ光が照射される部位は鏡面の平面とされ、受光部562がレーザ光の先端部535からの反射光を受光することにより、先端ベース部534のX方向の位置が検出される。
電子部品8の回路基板9への装着時は、光出射部561からのレーザ光は常に先端ベース部534へと照射され、レーザ光の反射光の受光部562における受光位置に基づいて先端ベース部534のX方向の変位が非接触にて高速に検出される。そして、先端ベース部534の変位から導かれる先端ベース部534の振幅が、制御部31aに予め記憶されているプロファイルデータ311から導かれる目標ベース振幅に合致するように、超音波振動子531の振幅が制御部31aにより制御され、電子部品8が回路基板9に装着される。
図14は、PSDを有するセンサの他の例を示す図である。図14のセンサ56aでは、光出射部561aが先端ベース部534に近づくに従って光束断面が水平方向に漸次広がるレーザ光(ライン状のレーザ光)を出射し、受光部562は、先端ベース部534の光出射部561aとは反対側に先端ベース部534から僅かに離れて配置される。図14の装着機構53aにおいて、仮に、先端ベース部534が存在しない場合には、光出射部561aからのライン状のレーザ光の全体が、受光部562における一定の受光範囲に照射される。実際には、先端ベース部534によりレーザ光の一部が遮光されるため、センサ56aでは受光部562でのレーザ光の受光範囲における先端ベース部534による遮光位置に基づいて先端ベース部534のX方向の変位が非接触にて検出される。そして、センサ56aの出力に基づいて超音波振動子531の振幅が制御され、電子部品8が回路基板9に装着される。
図15は、装着機構53aの構成のさらに他の例を示し、さらに他の種類のセンサを利用する例について説明するための図である。図15の装着機構53aでは、保持ツール533の(−X)側の面にシャフト571が取り付けられ、シャフト571には、例えば鉄等の強磁性体の金属にて形成されるコア572が設けられる。図15の装着機構53aに設けられるセンサ58は、それぞれがシャフト571を非接触にて囲む3個のコイル581(ただし、中央のコイルに符号581aを付している。)、および、各コイル581に接続された変換部582を有する。センサ58を用いる場合、上記説明における先端ベース部534の振幅に換えて、保持ツール533上のシャフト571が取り付けられる位置での振幅が取得される(ベース振幅データ313および減衰率データ314の取得時においても同様。)。以下の説明において、3個のコイル581のうち中央のコイル581aを一次コイルと呼び、一次コイル581aの両側にそれぞれ位置する2つのコイル581を二次コイルと呼ぶ。なお、超音波振動が付与されていない状態において、コア572は一次コイル581aに対向する位置に配置される。
図15の装着機構53aでは、変換部582から一次コイル581aに交流電流が付与されることにより、極性が周期的に反転するようにコア572が磁化され、2つの二次コイル581に誘導電圧が発生して変換部582へと出力される。超音波振動子531により保持ツール533が振動すると、コア572が変位することにより、2つの二次コイル581に及ぶ磁界の強度に差が生じる。したがって、2つの二次コイル581にて発生する電圧にも差が生じ、変換部582ではこの差に基づいて保持ツール533の振動方向の変位量が検出される。このように、センサ58は磁化されるコア572による磁界の強度に基づいて保持ツール533の変位を非接触にて検出する差動トランス式の磁気変位センサとされる。そして、保持ツール533の振動方向の変位から保持部本体532の傾斜角を考慮して導かれる保持ツール533のX方向の振幅が、目標ベース振幅に合致するように、超音波振動子531の振幅が制御部31aにより制御され、電子部品8が回路基板9に装着される。
図16は、磁気を利用するセンサの他の例を示す図である。図16の装着機構53aでは、保持ツール533の(−X)側の面に磁石(例えば、磁化されたテープ状の部材)573が取り付けられ、センサ58aは、磁石573に対向して配置されるコイル583、および、コイル583に接続された変換部582aを有する。この場合、保持ツール533上の磁石573が取り付けられる位置での振幅が取得される(ベース振幅データ313および減衰率データ314の取得時においても同様。)。
超音波振動により保持ツール533が振動すると、磁石573による磁界のコイル583の位置における強度が変化してコイル583にて誘導電圧が発生する。誘導電圧は時間に対する磁界の強度の変化の割合に対して線形に変化するため、変換部582aにてこの電圧が測定されることにより、磁界の強度の変化の割合が求められる。そして、磁石573とコイル583との間の距離と、コイル583の位置における磁石573による磁界の強度とが線形に変化すると仮定して振動方向に関して保持ツール533の時間に対する位置の変化の割合(すなわち、速度)が検出される。このように、図16のセンサ58aでは、磁石573による磁界の強度の変化に基づいて保持ツール533の速度が非接触にて検出される。そして、センサ58aにより求められた保持ツール533の振動方向の速度から保持部本体532の傾斜角を考慮しつつ保持ツール533のX方向の振幅が求められ、この振幅が目標ベース振幅に合致するように、超音波振動子531の振幅が制御部31aにより制御され、電子部品8が回路基板9に装着される。
なお、図16の装着機構53aにおいて、コイル583にて発生する誘導電圧の積分値(エネルギー)を求めることにより、保持ツール533の変位を磁石573による磁界の強度に基づいて検出することも可能である。また、図16のセンサ58aにおいて、磁石573が補助コイルおよび補助コイルにより磁化されるコアを有する電磁石とされてもよい。
以上に説明したように、図9並びに図12ないし図16のいずれの装着機構53aを有する電子部品装着装置1においても、センサが電子部品8の振動特性に影響を与えることもなく、非接触にて保持ツール533(の先端ベース部534)上の先端部535から離れた所定の検出位置における変位または速度が容易に検出される。そして、センサの出力に基づいて超音波振動子531の振幅が制御されることにより、超音波振動の付与による電子部品8の振幅を精度良く制御することができる。
また、第2の実施の形態に係る電子部品装着装置1において、図17に示すように保持ツール533に加速度センサ59が取り付けられて、電子部品装着装置1の小型化が図られてもよい。この場合、保持ツール533上の加速度センサ59が取り付けられる位置での加速度から振幅が導かれ、超音波振動の付与による電子部品8の振幅が精度良く制御される。また、加速度センサ59を設ける場合には、絶対的な加速度が求められ、他のセンサのように固定部に対する振動絶縁を考慮する必要がないため、装着機構53aの設計を容易に行うことができる。なお、加速度センサ59では例えば0.5〜2000km/s2の範囲の加速度が検出可能である。
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、装着時の電子部品8は、上記実施の形態のような吸引による吸着のほか、機械的なチャックや静電チャックにより保持されてもよい。また、保持部本体532は図3に示す形状には限定されず、様々な形状とされてよい。
また、電子部品8を保持する柱状の先端部535の形状は、Z方向に関して断面が一定とされる円筒状以外に、Z方向に断面が変化する形状(例えば、頂点が(−Z)方向を向く略円錐状)とされてもよい。
上記第2の実施の形態における電子部品装着装置1では、先端ベース部534または保持ツール533上の先端部535から離れた所定の位置にて、内部のセンサにより変位、速度または加速度が検出されることが好ましいが、電子部品8の適切な装着が可能であるならば、センサによる変位、速度または加速度の検出位置は保持部本体532上とされてもよい。また、上記センサ以外に超音波帯域において利用可能な他の各種センサが用いられてよい。
先端部535の長さは、必ずしも昇降機構54により装着機構53の移動量に基づいて測定される必要はなく、先端部535の長さを直接的に測定する測定部が別途設けられてもよい。
上記第2の実施の形態において、事前準備として、演算部32にて内部のセンサから導かれる先端ベース部534(または保持ツール533)の振幅と、先端部535の長さから導かれる減衰率とにより電子部品8の実際の振幅が取得され、この振幅が目標振幅となるように作業者により設定パラメータの値が調整されて決定され、超音波振動子531が手動で制御されてもよい。
また、プロファイルデータ311は、電子部品8に付与されるべき振動の振幅の時間的変化を実質的に示していればよく、例えば、電子部品8の理想的な速度または加速度の時間的変化が示されていてもよい。電子部品装着装置1では、電子部品8の振幅や速度、加速度等の振動特性が所望のものとなるように、超音波振動子531の駆動の制御が行われることにより、電子部品の適切な装着が実現される。
上記実施の形態において、超音波振動子531の振幅の制御は様々な方法で行われてよく、電源から超音波振動子531に供給される電力以外に、例えば電流または電圧の最大値等が制御されることにより超音波振動子531の振幅が制御されてよい。また、超音波振動子531では、振幅の制御に加えて周波数を微調整する制御が行われてもよく、この場合、超音波振動子531に電力を供給する電源として、超音波振動子531のインピーダンスを測定し、測定結果に基づいて供給電流の周波数が、超音波振動子531、保持部本体532、保持ツール533および電子部品8等で構成される振動系の共振周波数に等しくなるように制御される周波数自動追尾型の電源が用いられてもよい。さらに、超音波振動子531に供給される電流が一定である場合に、電子部品8の振幅が目標振幅となるように周波数が制御されてもよく、超音波振動子531における制御対象と、プロファイルデータ311が示す電子部品8の振動特性(例えば、振幅)とが相違してもよい。
電子部品装着装置1により装着される電子部品8は、例えば、LEDチップや半導体レーザ等の半導体発光素子、パッケージされたIC、抵抗やコンデンサといった微細チップ等の半導体、あるいは、SAW(Surface Acoustic Wave:表面弾性波)フィルタやカメラモジュール等の半導体以外の電子部品であってもよく、基板は、ガラス、半導体等の樹脂以外の材料により形成されたものであってもよい。また、バンプは、電子部品8の電極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。