JP4974982B2 - Mounting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、実装部材と被実装部材との間に介在する溶融した半田を固化させて、実装部材と被実装部材とを接合する実装装置に関する。 The present invention, the mounting member and with the molten solder intervening solidifying between the mounted member, to implement device you join the mounting member and the mounting member.
近年、一方の主面に配置された複数個のパッド上に半田バンプがそれぞれ形成されたバンプ付ベアICを基板上にフリップチップ実装する技術が進展してきており、その代表的な工法として半田接合工法が知られている。バンプ付ベアICには、代表的なものとして、一方の主面の周辺部にパッド(バンプ)が配置されたものと、一方の主面に格子状にパッド(バンプ)が配置されたものがある。 In recent years, a technology for flip chip mounting a bumped bare IC in which solder bumps are respectively formed on a plurality of pads arranged on one main surface on a substrate has been developed. The construction method is known. As a typical bare IC with bumps, there are one in which pads (bumps) are arranged on the periphery of one main surface, and one in which pads (bumps) are arranged in a lattice pattern on one main surface. is there.
図5は、半田接合工法によりバンプ付ベアICをフリップチップ実装する従来の部品実装装置の要部構成を示しており、実装部材であるバンプ付ベアICを吸着保持し、その吸着保持したバンプ付ベアICの半田バンプを実装ステージ上に保持された被実装部材である基板のランドに接合することにより、バンプ付ベアICを基板に実装する装着ヘッドの構成を示している。 FIG. 5 shows a configuration of a main part of a conventional component mounting apparatus for flip-chip mounting a bumped bare IC by a solder bonding method. The bumped bare IC as a mounting member is sucked and held, and the sucked and held bumped IC is attached. The configuration of a mounting head for mounting the bare IC with bumps on the substrate by bonding the solder bumps of the bare IC to the land of the substrate which is a mounted member held on the mounting stage is shown.
この従来の部品実装装置は、図5に示すように、昇降駆動部201により昇降動作する装着ヘッド202の先端に設けられた吸着ノズル203によりバンプ付ベアIC204を吸着保持し、装着ヘッド202を下降させて、吸着ノズル203の先端面に吸着保持されたバンプ付ベアIC204の半田バンプ204aを基板205のランド(図示せず)に接触させ、吸着ノズル203の背面に設けられたセラミックヒータ206によりバンプ付ベアIC204を加熱して半田バンプ204aを溶融させた後、ブローノズル207から冷却風をバンプ付ベアIC204へ吹き付け、溶融した半田バンプ204aを固化させて基板205のランドに接合させることで、バンプ付ベアIC204を基板205上に実装する。なお、断熱部208は、セラミックヒータ206の熱が装着ヘッド本体側に伝熱しないように熱遮断するものである。
In this conventional component mounting apparatus, as shown in FIG. 5, the bumped
また、吸着ノズル203、セラミックヒータ206、ブローノズル207、断熱部208、および支軸209からなるツールは、セラミックヒータ206の熱により熱膨張し、さらに実装ステージも、バンプ付ベアICを介して伝熱したセラミックヒータ206の熱により熱膨張する一方、ブローノズル207からの冷却風によりバンプ付ベアIC204を冷却させると、熱膨張していたツールおよび実装ステージに収縮が生じる。
In addition, the tool including the
そこで、従来の部品実装装置では、ツールと実装ステージの熱膨張量および収縮量を予測して、半田バンプ204aを溶融させる際には、予測した熱膨張量に合わせてツールを上昇させ、半田バンプ204aを固化させる際には、予測した収縮量に合わせてツールを下降させている(例えば、特許文献1参照。)。
以上のように、従来の部品実装装置では、実装部材であるバンプ付ベアICを吸着保持するツールと被実装部材である基板を保持する実装ステージの熱膨張量と収縮量を予測して、その予測量に合わせてツールを昇降させていた。 As described above, in the conventional component mounting apparatus, the thermal expansion amount and the contraction amount of the mounting stage that holds the substrate that is the mounting member and the tool that holds the bumped bare IC that is the mounting member are predicted. The tool was moved up and down according to the predicted amount.
しかしながら、上記した従来の部品実装装置のように、ツールと実装ステージの熱膨張量および収縮量を予測してツールを昇降させる位置制御を行うのみでは、周辺温度や冷却風の温度の影響により、膨張量、収縮量にバラつきが発生して、半田バンプを固化した後のバンプ付ベアICと基板間の最終的な高さ(隙間)にバラつきが発生する。このバラつきが、歩留まりの向上を妨げていた。 However, as in the conventional component mounting apparatus described above, only by controlling the position of raising and lowering the tool by predicting the thermal expansion amount and contraction amount of the tool and the mounting stage, due to the influence of the ambient temperature and the temperature of the cooling air, Variations occur in the amount of expansion and contraction, resulting in variations in the final height (gap) between the bare IC with bumps after the solder bumps are solidified and the substrate. This variation hindered yield improvement.
本発明は、上記問題点に鑑み、実装部材と被実装部材との間に介在する溶融した半田へ付与される荷重を制御することにより、実装部材と被実装部材との間に溶融した半田が介在する状態において実装部材と被実装部材間の高さを制御して、半田を固化した後の実装部材と被実装部材間の最終的な高さ(隙間)にバラつきが発生するのを抑制することが可能となる実装装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention controls the load applied to the molten solder interposed between the mounting member and the mounted member, so that the molten solder between the mounting member and the mounted member By controlling the height between the mounting member and the mounted member in an intervening state, it is possible to suppress the occurrence of variations in the final height (gap) between the mounting member and the mounted member after the solder is solidified. it is an object of the present invention to provide an implementation system Do that enables.
本発明の請求項1記載の実装装置は、実装部材を保持する可動部と、昇降軸を昇降させて、その昇降軸と同一軸上の前記可動部を昇降動作させる駆動部と、支点を挟んだ一方側においては、前記駆動部の昇降軸と同一軸上で、空気軸受けによってその昇降動作がガイドされる前記可動部を支持し、他方側においては重りを支持し、前記支点が前記可動部に対向して配置されており、少なくとも前記可動部の重量方向の重量を打ち消すように重力補償する天秤機構と、前記可動部と前記駆動部との間に、前記駆動部の昇降軸と同一軸上に配置されて、前記実装部材と被実装部材との間に介在する半田に付与される荷重を検出する荷重検出部と、前記荷重検出部により検出される荷重に基づき前記駆動部による前記可動部の昇降動作を制御する制御部と、を備え、前記可動部が保持する前記実装部材と前記被実装部材とが溶融した前記半田を介して接触している状態で、その溶融した前記半田を冷却して固化させることで、前記被実装部材に前記実装部材を実装する実装装置であって、前記被実装部材と前記実装部材とが溶融した前記半田を介して接触された状態で、前記荷重検出部により検出される荷重が目標荷重となるように、前記駆動部による前記可動部の昇降動作を制御することを特徴とする。 Mounting apparatus according to claim 1 of the present invention includes a movable portion for holding the mounting member, by elevating the elevating shaft, across a drive unit for vertical movement of the movable part on the elevator shaft and coaxially, the fulcrum On the other hand, on the same axis as the raising / lowering shaft of the drive unit, the movable part whose lifting operation is guided by an air bearing is supported, and on the other side, a weight is supported, and the fulcrum is the movable part. And a balance mechanism that compensates for gravity so as to cancel at least the weight in the weight direction of the movable part, and between the movable part and the drive part, the same axis as the lift axis of the drive part is disposed above the load detection unit for detecting a load applied to the solder interposed between the mounting member and the mounting member, said movable by the drive unit based on the load detected by the load detection unit Control to control the lifting and lowering of In the state where the mounting member held by the movable part and the mounted member are in contact with each other via the molten solder, the molten solder is cooled and solidified, wherein a mounting device for mounting the mounting member to be mounted member, said in a state where said mounting member and the mounting member is contacted via solder the melted, the load detected by the load detection unit as the objectives load, and controlling the vertical movement of the movable portion by the drive unit.
本発明の好ましい形態によれば、実装部材と被実装部材との間に介在する溶融した半田の高さを制御して、半田を固化した後の実装部材と被実装部材間の最終的な高さ(隙間)にバラつきが発生するのを抑制することが可能となり、歩留まりを向上させることができる。 According to a preferred embodiment of the present invention, the height of the molten solder interposed between the mounting member and the mounted member is controlled, and the final height between the mounting member and the mounted member after the solder is solidified. It is possible to suppress the occurrence of variation in the length (gap), and the yield can be improved.
以下、本発明の実装装置の実施の形態について、図面を交えて説明する。ここでは、実装部材であるバンプ付ベアICを被実装部材である基板に実装する部品実装装置を例に説明する。なお、この例に限らず、本発明の実装装置は、実装部材と被実装部材との間に介在する溶融した半田を固化させて、実装部材を被実装部材に接合する装置に適用することができる。例えば、ICのサブストレート上にバンプ付ベアICを実装するような場合にも適用することができる。 Hereinafter, embodiments of the implementation apparatus according to the present invention will be described sprinkled with drawings. Here, a component mounting apparatus for mounting a bumped bare IC as a mounting member on a substrate as a mounted member will be described as an example. The invention is not limited to this example, implementation device of the present invention, the mounting member and with the molten solder intervening solidifying between the mounted member, applying a mounting member that equipment be joined to the mounted member can do. For example, the present invention can be applied to a case where a bumped bare IC is mounted on an IC substrate.
図1は本発明の実施の形態における部品実装装置の要部構成を示しており、バンプ付ベアICを吸着保持し、その吸着保持したバンプ付ベアICの半田バンプを実装ステージ上に保持された基板のランド(電極)に接合することにより、バンプ付ベアICを基板に実装する装着ヘッドの構成を示している。 FIG. 1 shows a configuration of a main part of a component mounting apparatus according to an embodiment of the present invention, in which a bare IC with bumps is held by suction, and solder bumps of the bare IC with bumps held by suction are held on a mounting stage. A configuration of a mounting head for mounting a bare IC with bumps on a substrate by bonding to a land (electrode) of the substrate is shown.
なお、無論、本発明の実装装置は、この部品実装装置の構成に限定されるものではない。また、本発明の実装装置は、バンプ付ベアICを実装する部品実装装置に限定されるものではない。 Of course, the mounting apparatus of the present invention is not limited to the configuration of the component mounting apparatus. Also, mounting device of the present invention is not limited to the component mounting apparatus for mounting a bare IC with bus amplifier.
図1において、移動体1は、装着ヘッドベース2により上下動自在に支持される。例えば、移動体1は、装着ヘッドベース2によりリニアガイドを介して支持されるようにしてもよい。
In FIG. 1, the moving body 1 is supported by a mounting
また移動体1は、図示しない駆動手段により上下方向に駆動される。その駆動手段は、例えば装着ヘッドベース2に設けたモータと、そのモータの出力軸に設けたボールねじと、そのボールねじに螺合する、移動体1に固定したナット等により構成してもよい。このように構成すれば、モータの回転角度量に応じて装着ヘッドの上下方向の位置決めを行うことができる。なお、この装着ヘッドの昇降動作は、部品実装装置の制御部3により制御される。
The moving body 1 is driven in the vertical direction by a driving means (not shown). The driving means may be constituted by, for example, a motor provided on the
一方、装着ヘッドベース2は、図示しないX−Y移動機構により水平方向に移動自在に支持される。このX−Y移動機構により、装着ヘッドは、X−Y平面(水平面)に沿って、図示しない部品供給部から供給されるバンプ付ベアICの受け取り位置の上方と、図示しない実装ステージにより保持された基板18上の実装位置の上方との間で搬送される。この装着ヘッドの平行移動は、部品実装装置の制御部3により制御される。
On the other hand, the
以上の構成により、装着ヘッドは、バンプ付ベアICの受け取り位置の上方へ移動して、昇降動作によりバンプ付ベアIC17を吸着保持した後、実装ステージにより保持された基板18上の実装位置の上方へ移動して、昇降動作により基板18上の実装位置にバンプ付ベアIC17を実装することができる。
With the above configuration, the mounting head moves above the receiving position of the bumped bare IC, holds the bumped
移動体1の下部はケーシング4となっている。ケーシング4の内側には、ベアリング5a、5bを介して回転部材6が取り付けられている。回転部材6の上面には、歯車7が、その中心が回転部材6の中心に一致した状態で取り付けられている。この歯車7は、ケーシング4の天井部に取り付けられたモータ8の出力軸に取り付けられた歯車9に噛合している。このような構成とすることで、モータ8の駆動によってケーシング4(移動体1)に対して回転部材6がベアリング5a、5bによってガイドされながら回動する。
The lower part of the moving body 1 is a casing 4. A rotating
回転部材6は下方に開口する凹部6aを有し、その凹部(回転部材6の内部空間)6aに吸着ビット部10が挿入されている。吸着ビット部10の下端には第1の支持軸11aが装着されており、その第1の支持軸11aの先端(下端)側が、ケーシング4の下部に形成されている孔12aから外側に突出している。
The
ケーシング4の下部から突出する第1の支持軸11aの先端側には、加熱ヘッド13、断熱部14、およびブローノズル15が設けられている。また、加熱ヘッド13にはノズル16が装着されており、そのノズル16の先端に、バンプ付ベアIC17の上面が吸着される。バンプ付ベアIC17の下面には図示しない複数のパッド(電極)が形成されており、それらのパッド上に半田バンプ17aがそれぞれ形成されている。
A
バンプ付ベアIC17の半田バンプ17aと基板18のランド(図示せず)とを接合するには、まず、加熱ヘッド13が発生する熱により、ノズル16に吸着保持されたバンプ付ベアIC17を加熱して半田バンプ17aを溶融させる。その後、加熱されたバンプ付ベアIC17にブローノズル15から冷却風を吹き付けることにより、バンプ付ベアIC17を冷却して、溶融した半田バンプ17aを固化させる。断熱部14は、加熱ヘッド13の熱が第1の支持軸11a側へ伝熱しないようにしている。加熱ヘッド13の加熱動作およびブローノズル15からの冷却風の吹き付け動作は、部品実装装置の制御部3により制御される。
In order to join the
なお、本実施の形態では、孔12aの周囲のケーシング4の内壁面に、移動体1(ケーシング4)に対して昇降動作する吸着ビット部10の下端の外周部が当接するように、孔12aが形成されており、孔12aの周囲のケーシング4の内壁面をストッパーとして用いる。
In the present embodiment, the
ケーシング4の内周には、環状の空気供給室19が形成されており、空気供給室19は、ケーシング4の外面に開口する空気供給孔20に接続している。環状の空気供給室19に対応して回転部材6には、その凹部(内部空間)6aに連通する複数本の空気供給孔21が形成されている。ケーシング4の内周面と回転部材6の外周面との間には、環状の空気供給室19から回転部材6の空気供給孔21へ空気を気密状態で送れるように、シール手段としてのエアシール22a、22bが、上下方向に互いに離れて配置されている。ここではOリングをエアシール22a、22bとして使用するが、Yパッキンで構成することもできる。
An annular
以上の構成により、ケーシング4の外面に配置された空気供給孔20の開口端から供給された空気は、エアシール22a、22bで挟まれた空気供給室19の気密エリアに供給され、空気供給室19の気密エリアから回転部材6の空気供給孔21を介して、回転部材6の内周面と吸着ビット部10の外周面との間の隙間に放出されて、回転部材6と吸着ビット部10の間に空気軸受けが構成される。この空気軸受けにより、吸着ビット部10を移動体1に対して上下動自在に支持することが可能となる。
With the above configuration, the air supplied from the open end of the
なお、図1に示すように、空気供給孔21の途中に、回転部材6の全周囲にわたる空気保持室21aを設けてもよい。空気保持室21aは、空気供給孔21の内側(吸着ビット部10側)の開口端よりも大きな断面積を有しており、回転部材6と吸着ビット部10との間に安定した圧力を確保できる。
As shown in FIG. 1, an
吸着ビット部10の上端には第2の支持軸11bが接続しており、第2の支持軸11bは、回転部材6の上部に形成された孔12bと、歯車7に形成された孔12cと、ケーシング4の天井部に形成された孔12dとを通してケーシング4の外部に延設されて、ホルダ部23の下方に開放する凹部(ホルダ部23の内部空間)23aに挿入される。ホルダ部23は、ベアリング24を介して、第2の支持軸11bを回転可能に支持している。
A
以上の構成において、回転部材6の凹部6aの水平断面形状を四角形とし、この凹部6aに空気軸受け用の隙間をあけて係合する吸着ビット部10の水平断面形状も四角形とすることで、回転部材6の回動と一体に、吸着ビット部10、支持軸11a、11b、加熱ヘッド13、断熱部14、ブローノズル15、およびノズル16を回動させることが可能となる。よって、モータ8の出力軸の回転角度を検出するエンコーダ(図示せず)の出力に基づいて、部品実装装置の制御部3が、モータ8の出力軸に所定の角度量の回転が生じるように、モータ8の回転駆動制御を行うことで、ノズル16の先端に吸着保持されたバンプ付ベアIC17の向きを調節することが可能となる。
In the above configuration, the
なお、回転部材6の凹部6aと吸着ビット部10の水平断面形状は四角形に限定されるものではなく、回転部材6の凹部6aと吸着ビット部10の水平断面形状は共に多角形状であればよい。また、回転部6の凹部6aと吸着ビット部10の水平断面形状が共に円形で、回転部材6と吸着ビット部10の一方に他方に設けた溝に係合する突起を形成してもよい。
In addition, the horizontal cross-sectional shape of the recessed
また、回転部材6と吸着ビット部10との間に空気軸受けを構成したが、回転部材6と吸着ビット部10との間に例えばボールスプライン軸受け等のリニアガイドを配置して、回転部材6がリニアガイドを介して吸着ビット部10を上下動可能に支持する構成としてもよい。図2に、回転部材6と吸着ビット部10との間にボールスプライン軸受け41を配置した場合の構成を示す。
In addition, although an air bearing is configured between the rotating
吸着ビット部10、支持軸11a、11b、加熱ヘッド13、断熱部14、ブローノズル15、およびノズル16には空気吸引孔25が形成されている。この空気吸引孔25はノズル16の先端と第2の支持軸11bの上端に開口しており、ホルダ部23の凹部23aに連通している。また、ホルダ部23には、その内部空間(凹部23a)に連通する空気吸引孔26が形成されており、その空気吸引孔26の外側の開口端には図示しない真空発生器が接続している。また、第2の支持軸11bの外周面とホルダ部23の内周面との間には、ホルダ部23の内部空間を気密状態にするシール手段としてのエアシール27が配置されている。このように構成したため、真空発生器によりノズル16の先端を真空にして、ノズル16の先端にバンプ付ベアIC17を吸着することができる。
Air suction holes 25 are formed in the
なお、ここではOリングをエアシール27として使用するが、Yパッキンで構成することもできる。また、空気吸引孔25のホルダ部23側の開口端の位置は、第2の支持軸11bの上端に限定されるものではない。空気吸引孔25のホルダ部23側の開口端は、ノズル16の先端とホルダ部23の内部空間を連通することができる位置に設ければよく、第2の支持軸11bの外周面に設けてもよい。また、第2の支持軸11bに形成した空気吸引孔25の開口端から空気を吸引する構成に限定されるものではなく、例えば、移動体1(ケーシング4)の外面から空気を吸引して、移動体1(ケーシング4)の内面と回転部材6の外面との間の隙間、並びに回転部材6の内面と吸着ビット部10の外面との間の隙間を経由して、ノズル先端に真空を発生させる構成としてもよい。この場合、吸引する空気の流量は、空気軸受けを構成するために供給する空気の流量よりも大きくする。
In addition, although an O-ring is used as the
ホルダ部23の上面には第3の支持軸11cが接続している。このように、第2の支持軸11bを回動自在に支持するホルダ部23の上面に第3の支持軸11cを接続したので、第3の支持軸11cは、回転部材6の回転に応じて吸着ビット部10等が回転しても回転しない。
A
第3の支持軸11cの上端は圧縮ばね28を介してロードセル29の感圧部に接続している。ロードセル29は、吸着ビット部10が移動体1(ケーシング4)の前記ストッパーに当接しているときには、後述するボイスコイルモータを駆動することにより前記ストッパーへ付与される荷重を検出し、吸着ビット部10が前記ストッパーから離れて、ノズル16の先端に吸着されたバンプ付ベアIC17の半田バンプ17aが基板18のランドに接触しているときには、後述するボイスコイルモータを駆動することによりバンプ付ベアIC17へ付与される荷重を検出する。
The upper end of the
本実施の形態では、後述するように、ボイスコイルモータを駆動することによりバンプ付ベアIC17へ付与される荷重を半田バンプ17aの数で割った値の荷重が、各半田バンプ17aへ付与される荷重となる。つまり、本実施の形態では、半田バンプ17aへ付与される荷重を検出する荷重検出部を、ロードセル29で実現している。
In the present embodiment, as will be described later, a load obtained by dividing the load applied to the
なお、圧縮ばね28はロードセル29を保護するためのものである。ここでは圧縮ばねをロードセルの保護手段として使用するが、ロードセルに高負荷がかかったときに保護できる機構を備えていればよく、ロードセルを保護する手段は圧縮ばねに限定されるものではない。
The
移動体1には、ロードセル29を移動体1に対して上下方向に駆動させるボイスコイルモータ(以下、VCMと称す)30が設けられている。VCM30は、ロッド31と、ロッド31に取り付けられた磁石32と、磁石32の周囲側に設けられたコイル33を備える。VCM30のケーシングは移動体1に設けた第1の保持部34aに固定されている。第1の保持部34aは、ロッド31をその軸方向に摺動可能に支持する。このような構成において、コイル33に流す電流を制御することで、ロッド31を上下方向に駆動させることができる。
The moving body 1 is provided with a voice coil motor (hereinafter referred to as VCM) 30 that drives the
ロッド31はロードセル29の感圧部とは反対側の面に接続しており、ロッド31の昇降動作に応じてロードセル29も昇降動作する。したがって、ロッド31の昇降動作に応じて、吸着ビット部10や、支持軸11a〜11c、加熱ヘッド13、断熱部14、ブローノズル15、ノズル16、ホルダ部23等からなる可動部も昇降動作する。このように、本実施の形態では、実装部材であるバンプ付ベアIC17を吸着保持する前記可動部を昇降動作させる駆動部としてVCM30を備える。
The
このVCM30の動作は、部品実装装置の制御部3により制御される。詳しくは、制御部3は、ロードセル29の検出値と後述する設定荷重との偏差に基づく電流をVCM30のコイル33に流して、ロードセル29の検出値が設定荷重になるように、ロッド31を介してロードセル29を昇降動作させる。
The operation of the
なお、VCMの動作を制御する構成は、これに限るものではなく、例えば、VCMのロッドの位置を検出する位置検出器をVCM本体に搭載して、ロードセルの検出値と設定荷重との偏差をロッドの目標位置に変換し、位置検出器の検出値が目標位置になるようにロッドを動作させる構成としてもよい。また、ここでは、ロードセルを昇降動作させるのにVCMを用いる場合について説明するが、これに限らず、例えば、VCMに代えてリニアモータを用いもよいし、シリンダを用いてもよい。 The configuration for controlling the operation of the VCM is not limited to this. For example, a position detector that detects the position of the rod of the VCM is mounted on the VCM main body, and the deviation between the detected value of the load cell and the set load is calculated. It is good also as a structure which converts into the target position of a rod and operates a rod so that the detected value of a position detector may become a target position. In addition, here, a case where a VCM is used to move the load cell up and down will be described. However, the present invention is not limited to this. For example, a linear motor or a cylinder may be used instead of the VCM.
本実施の形態では、揺動体35が、支点を挟んだ一方において第3の支持軸11cに係合し、他方においてバランスウエイト(重り)36に係合している。支点には、移動体1に固定された支持台37に支持されたベアリング38が配置されており、ベアリング38は、揺動体35を揺動可能に支持する。
In the present embodiment, the
これらの揺動体35、バランスウエイト36、ベアリング38からなる天秤機構は、前記可動部に係合して、前記可動部と前記可動部に吸着保持されたバンプ付ベアIC17との合計重量が補償されるように該合計重量に相当する力を発生するバランス機構を構成する。
The balance mechanism composed of the
このようなバランス機構を設けることで、前記可動部と前記可動部に吸着保持されたバンプ付ベアIC17との合計重量が補償されるので、VCM30を駆動することによりバンプ付ベアIC17へ付与される荷重を半田バンプ17aの数で割った値の荷重が、各半田バンプ17aへ付与される荷重となる。
By providing such a balance mechanism, the total weight of the movable part and the bumped
また、バランス機構を設けることで、バンプ付ベアICを基板に接触させる際にロードセルの感圧部にかかる衝撃力を小さくできる。よって、微小な力を検出できる分解能の高いロードセルを使用することができ、VCMを駆動することによりバンプ付ベアICへ付与する荷重が低い値であっても、その荷重を精度よく検出することが可能となるので、低荷重でバンプ付ベアICを基板に実装することが可能となる。例えば、バンプ付ベアICへ付与する荷重を1gf程度に維持することが可能となる。 Further, by providing the balance mechanism, it is possible to reduce the impact force applied to the pressure sensitive part of the load cell when the bumped bare IC is brought into contact with the substrate. Therefore, a load cell with high resolution capable of detecting a minute force can be used, and even when the load applied to the bare IC with bumps is low by driving the VCM, the load can be accurately detected. Thus, it becomes possible to mount the bare IC with bumps on the substrate with a low load. For example, the load applied to the bare IC with bumps can be maintained at about 1 gf.
なお、揺動体35が第3の支持軸11cに係合する構成は、第3の支持軸11cの上下動の障害とならない構成であればよい。またここでは、前記可動部と前記可動部に吸着保持されたバンプ付ベアIC17との合計重量を補償するのにバランスウエイト(重り)を用いたが、任意に設定可能な一定の力を発生させることができればよく、重りに限定されるものではない。つまり、前記可動部と前記可動部に吸着保持されたバンプ付ベアIC17との合計重量に相当する力を発生して、合計重量を補償することができればよい。
In addition, the structure which the rocking |
また、バンプ付ベアIC17を基板18に接触させる際にロードセル29の感圧部にかかる衝撃力に対してバンプ付ベアIC17の重量が与える影響が小さいときには、前記可動部の重量のみを補償するようにしてもよい。この場合、VCM30を駆動することによりバンプ付ベアIC17へ付与される荷重にバンプ付ベアIC17の重量を加算した荷重を半田バンプ17aの数で割った値の荷重が、各半田バンプ17aへ付与される荷重となる。
Further, when the influence of the weight of the
このように、当該部品実装装置には、前記可動部の重力方向の重量を打ち消すように重力補償する重力補償機構として、支点を挟んだ一方側において前記可動部を支持し、他方側においてバランスウエイト(重り)36を支持するバランス機構が設けられている。 As described above, the component mounting apparatus supports the movable portion on one side across the fulcrum and the balance weight on the other side as a gravity compensation mechanism for compensating for gravity so as to cancel the weight of the movable portion in the gravity direction. A balance mechanism for supporting the (weight) 36 is provided.
また、本実施の形態では、VCM30にかかる負荷を増加させる付勢手段として引っ張りばね39が設けられている。引っ張りばね39は、一端が移動体1に設けた第2の保持部34bに係止し、他端がロードセル29を保持する保持部材40に係止している。
In the present embodiment, a
したがって、ロードセル29により検出される荷重は、VCM30がロッド31へ付与する荷重と引っ張りばね39の引っ張り荷重との差となる。そのため、例えば引っ張りばね39の引っ張り荷重が200gfの場合に、バンプ付ベアIC17へ付与する荷重を2gf程度に制御するときには、VCM30はロッド31に下方向の202gfの荷重を付与する。このようにすれば、ロードセル29により検出される荷重が2gfとなり、バンプ付ベアIC17へ付与する荷重を2gfとすることができる。
Therefore, the load detected by the
このように、VCM30において、引っ張りばね39による引っ張り荷重を打ち消す力を発生させる必要があるので、バンプ付ベアIC17へ付与する荷重が小さい場合でも、VCM30のコイル33に流す電流量を増加させることができる。したがって、VCM30の応答性を向上させることができ、より微小な荷重を精度よく制御することが可能となる。
As described above, in the
以上説明した構成により、移動体1が前記可動部を上下動自在に支持することが可能となる。また、VCM30のコイル33に流す電流を制御することで、ロードセル29の感圧部とは反対側の面(上面)に接続するロッド31を上下方向に駆動して、前記ストッパーや、ノズル16に吸着保持されたバンプ付ベアIC17へ付与される荷重を制御することができる。
With the configuration described above, the movable body 1 can support the movable portion so as to be movable up and down. Further, by controlling the current flowing through the
VCM30の動作は、部品実装装置の制御部3がロードセル29により検出される荷重に基づき制御する。具体的には、制御部3は、ロードセル29により検出される荷重が予め求められた設定荷重になるように、VCM30による前記可動部の昇降動作を制御する。つまり、力制御を行う。
The operation of the
上述したように、本実施の形態では、バランス機構を設けることにより、バンプ付ベアICへ付与する荷重を低い値に制御することができる。したがって、半田バンプ17aが溶融した状態においても力制御を行うことができるので、後述するように、力制御により、溶融した半田バンプの高さを制御することが可能となる。
As described above, in the present embodiment, by providing the balance mechanism, the load applied to the bare IC with bumps can be controlled to a low value. Therefore, since the force control can be performed even when the
上記した設定荷重は、バンプ付ベアIC17と基板18間の所望高さ、半田バンプ17aの体積、半田バンプ17aの数、および基板18のランド面積(半田バンプ搭載領域の面積)から予め求める。
The set load described above is obtained in advance from the desired height between the
具体的には、実装部材と被実装部材との間に介在する半田の体積(半田量)と、被実装部材上の半田が搭載される領域(半田搭載領域)の面積との組み合わせごとに、実装部材と被実装部材との間に介在する溶融した半田の高さと、その溶融した半田へ付与される荷重との関係をシミュレーションした結果を図示しない記憶領域に予め格納しておき、制御部3が、バンプ付ベアIC17と基板18間の所望高さ、半田バンプ17aの体積、および基板18のランド面積をパラメータとして、上記したシミュレーションの結果を用いて、半田バンプ1個当たりに付与すべき荷重(目標荷重)を求め、その目標荷重に半田バンプ17aの数を乗算して、上記した設定荷重を求める。
Specifically, for each combination of the volume of solder (solder amount) interposed between the mounting member and the mounted member and the area of the region on which the solder is mounted (solder mounting region), A result of simulating the relationship between the height of the melted solder interposed between the mounting member and the mounted member and the load applied to the melted solder is stored in advance in a storage area (not shown), and the
本実施の形態では、上述したように、バランス機構により、前記可動部と前記可動部に吸着保持されたバンプ付ベアICとの合計重量を補償するので、半田バンプ1個当たりに付与すべき目標荷重に半田バンプ数を乗算した値を設定荷重として設定する。 In the present embodiment, as described above, the balance mechanism compensates for the total weight of the movable part and the bare IC with bump held by the movable part, so that the target to be given per solder bump A value obtained by multiplying the load by the number of solder bumps is set as the set load.
バンプ付ベアIC17の半田バンプ17aの体積は、半田バンプ17aの形状データから求めることができる。例えばバンプ付ベアIC17のメーカーが公開する半田バンプの高さおよび半径から計算により求めることができる。あるいは、半田バンプ17aの高さおよび半径を測定して、その測定値から計算により求めてもよい。あるいは、半田バンプ17aの形成方法から半田バンプ17aの高さおよび半径、または半田バンプ17aの体積を求めてもよい。例えばめっき法により半田バンプ17aを形成する場合には、フォトレジストの厚みやフォトレジストから露出するパッドの径等から、パッド上に析出される半田バンプ17aの高さおよび半径、または半田バンプ17aの体積を求めることができる。
The volume of the
したがって、例えば、図示しないキーボード等の入力部から入力された半田バンプ17aの高さおよび半径等の半田バンプの形状データを基に制御部3が半田バンプ17aの体積を算出し、その算出結果を図示しない記憶領域に格納する構成としてもよいし、図示しないキーボード等の入力部から入力された半田バンプ17aの体積を制御部3が図示しない記憶領域に格納する構成としてもよい。
Therefore, for example, the
また、基板18のランド面積は、例えば基板18のメーカーが公開するランド半径から計算により求めることができる。あるいは、基板18のランドの半径を測定して、その測定値から計算により求めてもよいし、基板18のランドの面積を測定してもよい。
Moreover, the land area of the board |
したがって、例えば、図示しないキーボード等の入力部から入力されたランド半径を基に制御部3がランド面積を算出し、その算出結果を図示しない記憶領域に格納する構成としてもよいし、図示しないキーボード等の入力部から入力されたランド面積を制御部3が図示しない記憶領域に格納する構成としてもよい。
Therefore, for example, the
また、バンプ付ベアIC17の半田バンプ17aの数は、例えばバンプ付ベアIC17のメーカーが公開する半田バンプ数を用いてよいし、半田バンプ17aの数を測定してもよい。
The number of
なお、バランス機構により前記可動部の重量のみを補償する場合には、半田バンプ1個あたりに付与すべき目標荷重に半田バンプ数を乗算した値からバンプ付ベアICの重量を減算した値を設定荷重として設定してもよいし、溶融した半田バンプの高さ制御に対してバンプ付ベアICの重量が与える影響が小さいときには、半田バンプ1個あたりに付与すべき目標荷重に半田バンプ数を乗算した値を設定荷重として設定してもよい。 When only the weight of the movable part is compensated by the balance mechanism, a value obtained by subtracting the weight of the bumped bare IC from the value obtained by multiplying the target load per solder bump by the number of solder bumps is set. It may be set as a load, or when the influence of the weight of the bumped bare IC on the control of the height of the melted solder bump is small, the target load to be applied per solder bump is multiplied by the number of solder bumps The value obtained may be set as the set load.
以上のように、制御部3は、入力部から入力されたバンプ付ベアIC17と基板18間の所望高さや、半田バンプ17aの形状データや、半田バンプ17aの数等を基に自動的に目標荷重および設定荷重を算出する。この算出された設定荷重をバンプ付ベアIC17へ付与することで、半田バンプ17aに前記目標荷重を付与することができる。
As described above, the
続いて、上記したシミュレーションの一例について説明する。このシミュレーションでは、パッド(実装部材側の半田搭載領域)とランド(被実装部材側の半田搭載領域)との間に介在する溶融した半田をモデルとする。 Next, an example of the above simulation will be described. In this simulation, the model is melted solder interposed between a pad (solder mounting area on the mounting member side) and a land (solder mounting area on the mounted member side).
図3に、このシミュレーションで用いる半田モデルの一例の縦断面図を示す。図3に示すように、このシミュレーションでは、円形状のパッド101と円形状のランド102との間に介在する溶融した半田103の側面103aの縦断面形状が円弧状となり、半田103への荷重が‘0’の初期状態のときには、その円弧の中心点が半田103の中心に位置し、半田103への荷重が初期状態から正側へ増加するにつれて、その円弧の中心点が‘b’だけ当該円弧側にずれて、円弧の半径Rが小さくなり、かつ半田103の高さ(パッド101とランド102間の高さ)hが小さくなり、一方、半田103への荷重が初期状態から負側へ増加するにつれて、その円弧の中心点が‘b’だけ当該円弧側から遠ざかって、円弧の半径Rが大きくなり、かつ半田103の高さ(パッド101とランド102間の高さ)hが大きくなるモデルを想定する。
FIG. 3 shows a longitudinal sectional view of an example of a solder model used in this simulation. As shown in FIG. 3, in this simulation, the longitudinal sectional shape of the
また、図3において、「a」は半田103の中心とパッド101またはランド102との間の距離であり、半田103の高さhの半分となる。また、「ro」はランド102の半径である。このシミュレーションでは、パッド101とランド102の半径が等しいものとする。つまり、パッド面積(実装部材側の半田搭載領域の面積)とランド面積(被実装部材側の半田搭載領域の面積)が等しいものとする。
In FIG. 3, “a” is the distance between the center of the
以上のように、荷重が正側へ増加するにつれて、半田103の側面103aの円弧の半径Rが小さくなり、かつ半田103の高さ(パッド101とランド102間の高さ)hが小さくなる半田モデルを想定した場合、半田103の側面103aの円弧の半径Rと半田103の体積Vを、(ro、a、b)を変数とする式で計算することができる。
As described above, as the load increases to the positive side, the radius R of the arc of the
また、このシミュレーションでは、ヤング・ラプラスの式に基づき、パッドとランドとの間に介在する溶融した半田へ付与される荷重を求める。具体的には、上述したように、溶融した半田103の側面103aの縦断面形状は半径Rの円弧状であるので、側面103aへの外圧と内圧の圧力差ΔPを、半径Rを変数とするヤング・ラプラスの式から求める。また、上述したように、半田103への荷重が正側へ増加するにつれて半径Rが小さくなるので、半田103への荷重が‘0’の初期状態のときの外圧と内圧の圧力差をΔPoとすると、半田103への荷重が初期状態から正側へ増加するにつれて、側面103aへの外圧と内圧の圧力差ΔPはΔPoから増加し、半田103への荷重が初期状態から負側へ増加するにつれて、側面103aへの外圧と内圧の圧力差ΔPはΔPoから減少する。そこで、初期状態の圧力差ΔPoからの増減値「ΔP−ΔPo」を算出し、その算出結果に半田103の上面の面積すなわちパッド面積(ここでは、半径roを変数とするランド面積と等しい)を乗算することで、溶融した半田へ付与される荷重を求める。
In this simulation, the load applied to the molten solder interposed between the pad and the land is obtained based on the Young Laplace equation. Specifically, as described above, the longitudinal cross-sectional shape of the
上述したように、圧力差ΔPは半径Rを変数とする式で計算することができ、半径Rは(ro、a、b)を変数とする式で計算することができるので、半田103へ付与される荷重も(ro、a、b)を変数とする式で計算することができる。 As described above, the pressure difference ΔP can be calculated by an expression using the radius R as a variable, and the radius R can be calculated by an expression using (ro, a, b) as a variable. The applied load can also be calculated by an expression having (ro, a, b) as variables.
以上のように、パッドとランドとの間に介在する溶融した半田の体積Vと、その溶融した半田へ付与される荷重は、(ro、a、b)を変数とする式で計算することができるので、条件としてランド半径roと半田の体積Vを与えることで、その組み合わせごとに、溶融した半田の高さと、溶融した半田へ付与される荷重との関係をシミュレーションすることができる。本発明者は、このシミュレーション結果と、バンプ付ベアICの上方から低加重(バンプ付ベアICを基板へ押し付ける方向の荷重)を付与した状態でリフローした実験結果とがほぼ等しいことを確認した。 As described above, the volume V of the melted solder interposed between the pad and the land and the load applied to the melted solder can be calculated by an expression having (ro, a, b) as variables. Therefore, by giving the land radius ro and the volume V of the solder as conditions, the relationship between the height of the molten solder and the load applied to the molten solder can be simulated for each combination. The present inventor confirmed that the simulation result and the experimental result of reflowing in a state where a low load (a load in a direction of pressing the bumped bare IC against the substrate) was applied from above the bumped bare IC were almost equal.
したがって、バンプ付ベアICと基板間の所望高さ、半田バンプの体積、半田バンプ数、およびランド面積をパラメータとして、上記したシミュレーションの結果を用いて設定荷重を求め、バンプ付ベアICへ付与される荷重が設定荷重になるようにVCMによる前記可動部の昇降動作を制御することにより、すなわち力制御することにより、溶融した半田バンプの高さを上記した所望高さに制御することができる。 Therefore, the desired load between the bumped bare IC and the substrate, the volume of the solder bumps, the number of solder bumps, and the land area is used as a parameter to determine the set load using the simulation results described above and applied to the bare IC with bumps. The height of the melted solder bumps can be controlled to the above-described desired height by controlling the lifting and lowering operation of the movable part by the VCM, that is, by controlling the force so that the load to be set becomes the set load.
なお、上記した半田モデルは、基板のランドの外周部がレジストで覆われている場合についてのものであり、レジストから露出するランドの一部が半田バンプの搭載領域となる。半田モデルは、上記したシミュレーションの考え方に基づいて、レジスタの状態に応じて適宜想定する。 The solder model described above is for a case where the outer peripheral portion of the land of the substrate is covered with a resist, and a part of the land exposed from the resist is a solder bump mounting region. The solder model is appropriately assumed according to the state of the register based on the above-described simulation concept.
また、本実施の形態では、シミュレーションの結果を用いて溶融した半田バンプの高さを制御する場合について説明するが、そのシミュレーションで使用する計算式の一部または全部を用いてもよい。 In this embodiment, the case where the height of the melted solder bump is controlled using the result of the simulation will be described. However, a part or all of the calculation formulas used in the simulation may be used.
続いて、以上説明した装着ヘッドを用いてバンプ付ベアIC17を基板18に実装する実装方法の一例について、図4に示すフローチャートを参照して説明する。以下で説明する制御動作は、部品実装装置に設けられた制御部3によって実行される。図4は、1枚の基板18に1個のバンプ付ベアIC17をフリップチップ実装する場合の制御部3による制御手順の一例を示している。また、基板18にバンプ付ベアIC17を実装する際に、バンプ付ベアIC17を上方から加圧する(バンプ付ベアIC17を基板18へ押し付ける方向の荷重、すなわち正の荷重を付与する)場合の一例について示している。
Next, an example of a mounting method for mounting the bumped
まず、ステップS1において、制御部3は、図示しないキーボード等の入力部から入力された半田バンプ17aの高さおよび半径を基に半田バンプ17aの体積を求め、その求めた半田バンプ17aの体積を図示しない記憶領域に格納する。また、制御部3は、図示しないキーボード等の入力部から入力された基板18のランド半径からランド面積を求め、その求めたランド面積を図示しない記憶領域に格納する。また、制御部3は、図示しないキーボード等の入力部から入力された半田バンプ17aの個数、およびバンプ付ベアIC17と基板18間の所望高さを、図示しない記憶領域に格納する。
First, in step S1, the
次に、ステップS2において、制御部3は、ステップS1で記憶領域に格納した半田バンプ17aの体積等をパラメータとして、図示しない記憶領域に予め格納されたシミュレーション結果を用いて、設定荷重として力指令値Faを算出し、その算出した力指令値Faを図示しない記憶領域に格納して、ロードセル29の検出値が力指令値Faに一致するようにVCM30を駆動する。これにより、吸着ビット部10が移動体1の前記ストッパーに力指令値Faの荷重(設定荷重)で当接する状態となる。
Next, in step S2, the
次に、ステップS3において、制御部3は、図示しないX−Y移動機構により、装着ヘッドを、部品供給部から供給されるバンプ付ベアIC17の受け取り位置の上方へと移動させ、図示しない駆動手段により装着ヘッド(移動体1)を昇降動作させて、バンプ付ベアIC17をノズル16の先端に吸着保持させた後、前記X−Y移動機構により、装着ヘッドを、実装ステージにより保持された基板上の実装位置の上方へと移動させる。
Next, in step S3, the
次に、ステップS4において、制御部3は、前記駆動手段により、装着ヘッド(移動体1)を下降させ、ステップS5において、装着ヘッド(移動体1)が所定量だけ下降したことを検出すると、装着ヘッド(移動体1)の下降動作を停止させる。このとき、装着ヘッド(移動体1)は、吸着保持されたバンプ付ベアIC17の半田バンプ17aと基板18のランドとが接触する位置からさらに下降して停止する。
Next, in step S4, the
これにより、吸着ビット部10が前記ストッパーから離れて、バンプ付ベアIC17を自在に昇降動作させることができるようになる。また、バンプ付ベアIC17へ付与される荷重をロードセル29で検出できるようになる。
As a result, the
なお、装着ヘッドを下降させるときには、部品実装の高速化を図るために、装着ヘッドの下降速度を加速させ、半田バンプ17aと基板18のランドとが接触する前に減速させるのが好適である。
When the mounting head is lowered, it is preferable to accelerate the lowering speed of the mounting head and decelerate the
次に、ステップS6において、制御部3は、加熱ヘッド13の加熱温度を上昇させる。なお、加熱ヘッド13には、少なくともバンプ付ベアIC17の半田バンプ17aと基板18のランドとが接触する前から通電して、半田バンプ17aが溶融しない所定温度となるように予備加熱しておくのが好適である。
Next, in step S <b> 6, the
次に、ステップS7において、制御部3は、加熱温度が、半田バンプ17aを溶融させることが可能な所定温度まで上昇したことを検出すると、所定の待機時間が経過した後にステップS8に移り、加熱を停止して、ステップS9において冷却ブローを開始する。冷却ブローは、ブローノズル15からバンプ付ベアIC17に冷却風が吹き付けることによってなされる。冷却はブローノズルからの冷却風によらず、自然冷却であってもよい。
Next, in step S7, when the
次に、ステップS10において、制御部3は、冷却ブローを開始してから所定時間が経過したことを検出すると、ステップS11において、ノズル16によるバンプ付ベアIC17の吸着を解除し、ステップS12において、装着ヘッド(移動体1)を上昇させ、バンプ付ベアIC17の基板18への実装を完了する。
Next, in step S10, when the
ここで、所定時間は、冷却ブローを開始してから、半田バンプ17aが完全に固化して半田バンプ17aと基板18のランドとの接合が確実になされるまでの時間に設定する。なお、冷却ブローを開始してからの経過時間のみを検出する代わりに、ノズル16またはバンプ付ベアIC17または半田バンプ17aの温度を監視して、半田バンプ17aの温度が凝固点以下の温度となったことを検出したときから所定の待機時間を経過させた後に、次のステップへ移ってもよい。
Here, the predetermined time is set to a time from when the cooling blow is started until the
以上のように、本実施の形態では、冷却ブロー開始前の半田バンプ17aが溶融している状態において、制御部3が、ロードセル29の検出値と力指令値Faとの偏差に基づく電流をVCM30のコイル33に流して、ロードセル29の検出値が力指令値(設定荷重)Faに一致するように、ロッド31を介してロードセル29を昇降動作させる。つまり、バンプ付ベアIC17へ付与される荷重が力指令値Faの荷重(設定荷重)で維持されるように力制御を実行している。このように、冷却ブロー開始前の溶融した半田バンプ17aに対して力制御を行うことで、溶融した半田バンプ17aの高さを制御することができ、周辺温度や冷却風の影響により、バンプ付ベアICを吸着保持する前記可動部と基板を保持する実装ステージの半田バンプ溶融時(加熱ヘッドの温度上昇開始から半田バンプの溶融完了までの間)における熱膨張量および半田バンプ固化時(半田バンプの冷却開始から半田バンプの固化完了までの間)における収縮量にバラつきが発生しても、半田バンプ17aを固化した後のバンプ付ベアIC17と基板18間の最終的な高さ(隙間)にバラつきが発生するのを抑制することが可能となり、歩留まりを向上させることができる。
As described above, in the present embodiment, in a state where the solder bumps 17a before the start of the cooling blow are melted, the
なお、本実施の形態では、加熱ヘッドの温度上昇開始から半田バンプの固化完了までの間、力制御を実行したが、冷却ブロー開始前の溶融した半田バンプに対して力制御を実行できればよいので、例えば、加熱ヘッドの温度上昇開始から半田バンプの溶融完了までの間、予め予測した前記可動部と実装ステージの熱膨張量に合わせて前記可動部を上昇させる位置制御を実行して、半田バンプの溶融完了後に力制御に切り替えてもよい。但し、周囲温度の影響により、前記可動部の上昇量が不足して溶融した半田バンプが押し潰され、ブリッジが発生する場合には、本実施の形態のように、加熱ヘッドの温度上昇開始から力制御を実行するのが好適である。また、例えば、冷却ブロー開始時(半田バンプの冷却開始時)から、予め予測した前記可動部と実装ステージの収縮量に合わせて前記可動部を下降させる位置制御を実行してもよい。但し、周辺温度や冷却風の影響により、収縮速度に対して前記可動部の下降速度が遅れ、半田バンプを引きちぎろうとする力が発生して、オープン不良が発生する場合や、逆に、収縮速度に対して前記可動部の下降速度が速くなり、半田バンプを潰そうとする力が働き、クラックが発生する場合には、本実施の形態のように、半田バンプの冷却時においても力制御を実行するのが好適である。本実施の形態において、前記可動部を位置制御する場合には、移動体1に前記可動部を固定支持させる機構を設けて、移動体1の昇降動作により前記可動部の高さ方向の位置を制御する。移動体1に前記可動部を固定支持させる機構としては、例えば、回転部材6の内面と吸着ビット部10の外面との間の隙間に負圧を発生させる構成等を設ければよい。また、加熱ヘッドの温度上昇開始から半田バンプの溶融完了までの間、前記可動部を位置制御する場合には、半田バンプ17aと基板18のランドとが接触した時点での前記可動部の高さ方向の位置を原点として位置制御を行う。同様に、半田バンプ17aの冷却開始時から前記可動部を位置制御する場合には、半田バンプ17aの溶融が完了した時点での前記可動部の高さ方向の位置を原点として位置制御を行う。
In this embodiment, force control is executed from the start of the temperature rise of the heating head to the completion of solidification of the solder bump. However, it is sufficient that force control can be executed on the melted solder bump before the start of cooling blow. For example, during the period from the start of the temperature rise of the heating head to the completion of melting of the solder bump, position control is performed to raise the movable portion in accordance with the predicted thermal expansion amount of the movable portion and the mounting stage, and the solder bump You may switch to force control after the completion of melting. However, due to the influence of the ambient temperature, when the solder bump that has melted due to insufficient rise of the movable part is crushed and a bridge is generated, the temperature of the heating head starts from the start as in this embodiment. It is preferred to perform force control. Further, for example, position control for lowering the movable part in accordance with the shrinkage amount of the movable part and the mounting stage predicted in advance from the start of cooling blow (at the start of cooling of the solder bumps) may be executed. However, due to the influence of the ambient temperature and cooling air, when the moving part descends with respect to the contraction speed and a force to tear the solder bumps occurs, an open defect occurs, or conversely When the moving part descends faster than the speed, the force to crush the solder bumps works, and when cracks occur, force control is performed even when the solder bumps are cooled, as in this embodiment. Is preferably performed. In the present embodiment, when the position of the movable part is controlled, a mechanism for fixing and supporting the movable part is provided on the movable body 1, and the position of the movable part in the height direction is determined by the lifting and lowering operation of the movable body 1. Control. As a mechanism for fixing and supporting the movable part on the movable body 1, for example, a structure for generating a negative pressure in a gap between the inner surface of the rotating
また、本実施の形態のように、加熱により固相状態の半田バンプ17aを溶融させる間、および溶融した半田バンプ17aを冷却して固化させる間においても力制御を実行すれば、前記可動部と実装ステージの熱膨張量および収縮量を予測する必要がなくなる。
Further, as in the present embodiment, if force control is executed during the melting of the solid-state solder bumps 17a by heating and during the cooling and solidification of the melted
また、加熱により固相状態の半田バンプ17aを溶融させる際に、予測した前記可動部と実装ステージの熱膨張量に合わせて前記可動部を上昇させる位置制御を行う場合には、予測した半田バンプの溶融開始タイミングで前記可動部の上昇を開始する必要があるが、実際の溶融開始タイミングに対して上昇開始タイミングが遅いと半田の飛び散りが発生し、早いと未溶融の状態で半田バンプが引き上げられてオープン不良が発生する。 In addition, when the solder bumps 17a in the solid state are melted by heating, when the position control for raising the movable part according to the predicted thermal expansion amount of the movable part and the mounting stage is performed, the predicted solder bump is used. It is necessary to start raising the movable part at the melting start timing, but if the rise start timing is late with respect to the actual melting start timing, solder splatters, and if it is early, the solder bumps are pulled up in an unmelted state. Open failure occurs.
これに対して、本実施の形態のように、加熱により固相状態の半田バンプ17aを溶融させる間に力制御を実行すれば、半田バンプの溶融開始タイミングを予測する必要がなく、予測した溶融開始タイミングと実際の溶融開始タイミングとのずれに起因する半田の飛び散りやオープン不良を回避することができる。 On the other hand, if force control is performed while the solid-state solder bumps 17a are melted by heating as in the present embodiment, it is not necessary to predict the melting start timing of the solder bumps, and the predicted melting It is possible to avoid solder splattering and open defects due to a difference between the start timing and the actual melting start timing.
また、本実施の形態では、バランス機構を設けたので、装着ヘッドを下降させる際に加減速させても、バランス機構により補償された重量に基づく力、例えば、前記可動部とバンプ付ベアICの合計重量を補償している場合には、その合計重量に基づく力(F=ma)がロードセルにかからないので、力制御の精度が向上する。また、装着ヘッドを下降する際の加速度を上げることができ、部品実装の高速化を図ることができる。 In the present embodiment, since the balance mechanism is provided, even when the mounting head is lowered, even if acceleration / deceleration is performed, the force based on the weight compensated by the balance mechanism, for example, the movable part and the bumped bear IC When the total weight is compensated, the force based on the total weight (F = ma) is not applied to the load cell, so that the accuracy of force control is improved. Further, the acceleration when the mounting head is lowered can be increased, and the speed of component mounting can be increased.
なお、本実施の形態では、バンプ付ベアIC17の半田バンプ17aと基板18のランドとを接合する場合について説明したが、基板18のランド上にも半田を供給しておき、その基板18側の半田とバンプ付ベアIC17の半田バンプ17aとを接合する場合も同様に実施することができる。
In this embodiment, the solder bumps 17a of the
また、本実施の形態では、引っ張りばね39を設けたので、VCM30に、引っ張りばね39の引っ張り荷重を打ち消す力を常に発生させておく必要がある。引っ張りばね39を設けない構成の場合には、吸着ビット部10を力指令値Faの荷重(設定荷重)で移動体1の前記ストッパーに当接させるときに力制御をONすればよい。
In the present embodiment, since the
また、本実施の形態では、バンプ付ベアIC17の半田バンプ17aと基板18のランドとを力指令値Faの荷重(設定荷重)で接触させたが、吸着ビット部10を移動体1の前記ストッパーに‘Fa’とは異なる力指令値の荷重で当接させ、半田バンプ17aと基板18のランドとを接触させた後に、ロードセル29で検出される荷重が力指令値FaとなるようにVCM30を駆動させてもよい。また、吸着ビット部10を移動体1の前記ストッパーに荷重‘0’で当接させておいてもよい。
In this embodiment, the solder bumps 17a of the bumped
また、本実施の形態では、装着ヘッド(移動体1)を所定量だけ下降させたが、吸着ビット部10を移動体1の前記ストッパーに‘Fa’よりも大きな力指令値の荷重(コンタクト荷重)で当接させておき、半田バンプ17aと基板18のランドとの接触時にロードセル29によりコンタクト荷重を検出することで、半田バンプ17aと基板18のランドとの接触を検出し、その接触を検出したときの位置から所定の押し込み量だけさらに装着ヘッドを下降させるようにしてもよい。
In the present embodiment, the mounting head (moving body 1) is lowered by a predetermined amount. However, the
また、本実施の形態では、半田バンプ17aの冷却時に力制御を実行したが、例えば、半田バンプ17aの冷却開始時に、力制御をOFFするか、またはバンプ付ベアIC17への荷重を‘0’もしくはその近傍値に設定するとともに、バンプ付ベアIC17の吸着を解除し、装着ヘッド(移動体1)を上昇させてもよい。このようにすれば、周辺温度や冷却風の影響によるオープン不良の発生やクラックの発生を回避することができる。
In this embodiment, force control is executed when the
また、本実施の形態では、半田バンプ17aが溶融してから、半田バンプ17aの冷却を開始するまでの間、力指令値Faによる力制御を実行する場合について説明したが、例えば、半田バンプ17aが溶融した後に、力指令値Faとは異なる力指令値Fbによる力制御を開始して、当該力制御中に、力指令値をFbからFaへ変化させてから、半田バンプ17aの冷却を開始してもよい。
In the present embodiment, the case where the force control by the force command value Fa is executed after the
また、本実施の形態では、基板18にバンプ付ベアIC17を実装する際に、バンプ付ベアIC17を上方から加圧する(バンプ付ベアIC17を基板18へ押し付ける方向の荷重(正の荷重)を付与する)場合について説明したが、半田バンプ17aが溶融した後に、バンプ付ベアIC17へ負の設定荷重(基板18からバンプ付ベアIC17を離す方向の荷重(負の荷重))を付与して、バンプ付ベアIC17を上方へ引っ張り、半田バンプ17aの形状を縦長形状に変形させてもよい。但し、半田バンプ17aを上方へ引っ張った後に力制御を実行する場合には、その負の設定荷重を維持する。このように、半田バンプ17aを縦長形状にすることにより、バンプ付ベアIC17を実装した基板18が設置された電子機器の使用中に、基板18等が熱変形しても、半田バンプ17aのエッジへの応力集中を緩和することができる。
Further, in the present embodiment, when mounting the bumped
また、本実施の形態では、バランス機構により、前記可動部と前記可動部に吸着したバンプ付ベアIC17との合計重量を補償する場合について説明したが、その合計重量に相当する力よりも大きい力を発生させて、前記可動部に上方向の力がかかるようにしてもよい。この場合、ステップS2で算出した力指令値(設定荷重)Faに対して、バランス機構によりロードセル29の感圧部へ付与される荷重を加算する補正を行えばよい。
In the present embodiment, the case where the total weight of the movable portion and the
また、本実施の形態では、固相状態の半田バンプ17aを基板18のランドに接触させ、その後半田バンプ17aを溶融させる場合について説明したが、半田バンプ17aを溶融させてから基板18のランドに接触させてもよい。この場合、半田の飛び散りが発生しないように、半田バンプ17aが基板18のランドに接触する際の装着ヘッドの下降速度を十分低速にする。
In this embodiment, the
このように、溶融した半田バンプ17aを基板18のランドに接触させることにより、バンプ付ベアIC17上の半田バンプ17aに高さ(半田量)のばらつきがあっても、半田バンプ17aが基板18のランドに接触した時点で自然に濡れ広がる。固相状態の半田バンプ17aを基板18のランドに接触させる場合、半田バンプ17aに高さのばらつきがあると、高さが低い半田バンプに濡れ不足が発生する可能性があるが、溶融した半田バンプ17aを基板18のランドに接触させることにより、このような不具合の発生を回避することができる。
As described above, by bringing the melted solder bumps 17 a into contact with the lands of the
また、この場合、吸着ビット部10を力指令値Faとは異なる力指令値Fbの荷重で移動体1の前記ストッパーに当接させておき、溶融した半田バンプ17aが基板18のランドに接触したときには、力指令値Fbにより力制御を行い、当該力制御中に、力指令値をFbからFaへ変化させてから、半田バンプ17aの冷却を開始してもよいが、吸着ビット部10を力指令値Faの荷重(設定荷重)で移動体1の前記ストッパーに当接させておけば、半田バンプ17aが基板18のランドに接触した時点で、溶融した半田バンプ17aの高さが所望の高さとなる。
Further, in this case, the
また、この場合、溶融した半田バンプ17aが基板18のランドに接触したときの接触荷重を検出することは困難であるので、装着ヘッド(移動体1)を所定量だけ下降させて、溶融した半田バンプ17aを基板18のランドに接触させる。
In this case, since it is difficult to detect the contact load when the
また、バンプ付ベアIC17へ負の設定荷重(基板18からバンプ付ベアIC17を離す方向の荷重)を付与して、半田バンプ17aの形状を縦長形状に変形させる場合には、溶融した半田バンプ17aが基板18のランドに接触した後に力指令値Faで力制御を実行すればよい。
Further, when a negative set load (a load in the direction of separating the bumped
本発明の実装装置は、実装部材と被実装部材との間に介在する溶融した半田の高さを制御して、半田を固化した後の実装部材と被実装部材間の最終的な高さ(隙間)にバラつきが発生するのを抑制し、歩留まりを向上させることができ、実装部材と被実装部材との間に介在する溶融した半田を固化させて実装部材と被実装部材とを接合する技術に有用であり、バンプ付ベアICをフリップチップ実装する技術や、パッケージオンパッケージ型のICを製造する技術等に有用である。 Implementation device, final height between the mounting member and by controlling the solder height melted interposed between the mounted member, the mounting member after solidifying the solder and the mounted members of the present invention It is possible to suppress the occurrence of variation in (gap), improve the yield, and solidify the melted solder interposed between the mounting member and the mounted member to join the mounting member and the mounted member. It is useful for technology, and is useful for technology for flip-chip mounting of bare ICs with bumps, technology for manufacturing package-on-package ICs, and the like.
1 移動体
2 装着ヘッドベース
3 制御部
4 ケーシング
5a ベアリング
5b ベアリング
6 回転部材
6a 凹部
7、9 歯車
8 モータ
10 吸着ビット部
11a〜11c 支持軸
12a〜12d 孔
13 加熱ヘッド
14 断熱部
15 ブローノズル
16 ノズル
17 バンプ付ベアIC
17a 半田バンプ
18 基板
19 空気供給室
20、21 空気供給孔
21a 空気保持室
22a、22b エアシール
23 ホルダ部
23a 凹部
24 ベアリング
25、26 空気吸引孔
27 エアシール
28 圧縮ばね
29 ロードセル
30 ボイスコイルモータ(VCM)
31 ロッド
32 磁石
33 コイル
34a、34b 保持部
35 揺動体
36 バランスウエイト
37 支持台
38 ベアリング
39 引っ張りばね
40 保持部材
41 ボールスプライン軸受け
101 パッド
102 ランド
103 溶融した半田
103a 側面
201 昇降駆動部
202 装着ヘッド
203 吸着ノズル
204 バンプ付ベアIC
204a 半田バンプ
205 基板
206 セラミックヒータ
207 ブローノズル
208 断熱部
209 支軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
DESCRIPTION OF
Claims (1)
昇降軸を昇降させて、その昇降軸と同一軸上の前記可動部を昇降動作させる駆動部と、
支点を挟んだ一方側においては、前記駆動部の昇降軸と同一軸上で、空気軸受けによってその昇降動作がガイドされる前記可動部を支持し、他方側においては重りを支持し、前記支点が前記可動部に対向して配置されており、少なくとも前記可動部の重量方向の重量を打ち消すように重力補償する天秤機構と、
前記可動部と前記駆動部との間に、前記駆動部の昇降軸と同一軸上に配置されて、前記実装部材と被実装部材との間に介在する半田に付与される荷重を検出する荷重検出部と、
前記荷重検出部により検出される荷重に基づき前記駆動部による前記可動部の昇降動作を制御する制御部と、
を備え、前記可動部が保持する前記実装部材と前記被実装部材とが溶融した前記半田を介して接触している状態で、その溶融した前記半田を冷却して固化させることで、前記被実装部材に前記実装部材を実装する実装装置であって、
前記被実装部材と前記実装部材とが溶融した前記半田を介して接触された状態で、前記荷重検出部により検出される荷重が目標荷重となるように、前記駆動部による前記可動部の昇降動作を制御することを特徴とする実装装置。 A movable part for holding the mounting member;
A drive unit that raises and lowers the lifting shaft and moves the movable portion on the same axis as the lifting shaft; and
On one side across the fulcrum, on the same axis as the elevating shaft of the drive unit, the movable unit that supports the elevating operation is supported by an air bearing, and on the other side, a weight is supported. A balance mechanism that is arranged facing the movable part and compensates for gravity so as to cancel at least the weight in the weight direction of the movable part;
A load that is disposed between the movable part and the drive part on the same axis as the lift axis of the drive part, and detects a load applied to the solder interposed between the mounting member and the mounted member. A detection unit;
A control unit that controls the lifting and lowering operation of the movable unit by the drive unit based on the load detected by the load detection unit;
The mounted member held by the movable part and the mounted member are in contact with each other via the molten solder, and the molten solder is cooled and solidified, thereby A mounting device for mounting the mounting member on a member,
Wherein in a state where said mounting member and the mounting member is contacted via solder the melted, as load detected by the load detection unit is goals load, lifting of the movable portion by the drive unit A mounting apparatus for controlling operation.
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