JP6681241B2 - 電子部品実装装置および電子部品製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品実装装置および電子部品製造方法に関する。

電子部品の複数の電極を基板の複数の電極に接合材を介して接触させ、接合材を溶融、固化させて、電子部品を基板に接合する電子部品実装装置およびその実装方法を利用した製造方法が知られている（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。特許文献２に開示されている電子部品実装装置は、電子部品が保持された電子部品昇降機構をＸ軸方向に移動し、ステージに保持された基板をＸ軸方向およびＹ軸方向に平面移動させ、電子部品の複数の電極位置を基板の複数の電極位置に位置合わせした後、電子部品昇降機構を降下させて電子部品の各電極を基板の各電極に接合している。

特開２０１１−２５４０３２号公報 特開２００３−３１９９３号公報

電子部品実装装置は、年々、電子部品の高密度化が進み、電子部品の電極サイズや電極間ピッチが小さくなってきていることに対応することが求められている。このような電子部品を基板に実装する際、電子部品側の電極と基板側の電極との位置合わせは、従来に増して高精度に管理されなければならないという課題が生まれてきている。また、電子部品実装装置には、ボンディングステージ、電子部品トレイおよびキャリブレーションユニットなどが備えられるが、これらを各々独立して配置すると、個々のユニットを駆動させるための駆動機構が必要になり、装置および制御が複雑になるという課題がある。また、たとえば、サイズが複数種類の電子部品を１台の電子部品実装装置で実装したい場合に、作業者が電子部品のサイズに合わせてボンディングツールを都度交換しなければならないことから、装置停止時間ができてしまい、生産性が低下してしまうという課題がある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上述の解題の少なくとも一つを解決した電子部品実装装置および電子部品製造方法を実現しようとするものである。

上記課題を解決するために、本発明の電子部品実装装置は、電子部品の複数の電極と基板の複数の電極との間に溶融可能な接合材を介在させ、該接合材を加熱溶融、固化させて、電子部品の複数の電極と基板の複数の電極とを接合する電子部品実装装置であって、電子部品を保持するボンディングツールを有し、ボンディングツールを基板に向けて昇降移動させる電子部品昇降機構と、基板を保持するボンディングステージと、電子部品を待機位置に配置する電子部品トレイユニットと、電子部品昇降機構のボンディングステージ側の先端部に取り付けられるボンディングツールを待機位置に配置するボンディングツールユニットと、ボンディングツールおよび各ユニットの基準位置を規定するキャリブレーションユニットと、水平面に対して垂直なＺ軸方向の上方および下方の撮像が可能な上下２視野カメラユニットと、テーブルとを有し、ボンディングステージ、ボンディングツールユニット、電子部品トレイユニットおよびキャリブレーションユニットが、テーブルの同一平面上に配置されている、こととする。

また、上記発明に加えて、電子部品トレイユニットには、複数の電子部品が整列された電子部品トレイが２個以上配置される、ことが好ましい。

また、上記発明に加えて、ボンディングツールユニットには、電子部品の複数種類のサイズ各々に対応するボンディングツールが１個または２種類以上配置され、選択されたボンディングツールの一つが電子部品昇降機構に設けられるボンディングツールホルダー部の下方に移動され、ボンディングツールホルダー部に吸着される、ことが好ましい。

また、上記発明に加えて、ボンディングツールは、ボンディングツールホルダー部に装着されるホルダー部を、ボンディングツールホルダー部側に向けてボンディングツールユニットに配置されている、ことが好ましい。

また、上記発明に加えて、ボンディングツールは、電子部品吸着用孔を有するセラミックヒーターで構成されている、ことが好ましい。

また、上記発明に加えて、キャリブレーションユニットは、Ｚ軸方向に対して直交するＹ軸方向に移動可能で基準マークを有する光透過性のターゲットガラスと、ターゲットガラスを照明する照明装置と、テーブルに固定され、基準マークを直下から撮像するキャリブレーションカメラと、を有する、ことが好ましい。

また、上記発明に加えて、上下２視野カメラユニットは、電子部品と基板との接合時にはテーブルからＹ軸方向に離れた待機位置に配置され、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動可能であり、Ｚ軸方向において上方側のボンディングツールまたはボンディングツールに保持された電子部品の電極と、下方側のターゲットガラスの基準マークまたは基板の電極と、を同時に撮像することが可能である、ことが好ましい。

また、上記発明に加えて、ターゲットガラスに設けられた基準マークは、ターゲットガラスの電子部品昇降機構側の上面または上面に対して反対側の下面に設けられた十文字マークである、ことが好ましい。

また、上記発明に加えて、ターゲットガラスに設けられた基準マークが設けられた上面または下面は、ボンディングステージの電子部品昇降機構側上面の高さとほぼ同じ高さ位置になるように配置されている、ことが好ましい。

また、上記発明に加えて、ターゲットガラスの基準マークおよび上下２視野カメラユニットの撮像部が同一軸上に配置された状態で、キャリブレーションカメラユニットおよび上下２視野カメラユニットによる同時撮像が可能である、ことが好ましい。

上記課題を解決するために、本発明の電子部品製造方法は、上記電子部品実装装置を用いた電子部品実装方法であって、ボンディングツールをボンディングツールホルダー部に装着する工程と、電子部品をボンディングツールに吸着する工程と、上下２視野カメラユニットで、電子部品の電極および基板の電極を認識し、電子部品の電極と基板の電極との位置ずれの有無を判定する工程と、電子部品と基板とを接合する接合工程と、電子部品が接合された前記基板を除材する工程と、を含むこととする。

また、上記発明に加えて、キャリブレーションユニットに設けられたターゲットガラスの基準マークを、固定されたキャリブレーションカメラで撮像して電子部品実装装置の平面方向の基準位置と規定し、上下２視野カメラユニットおよびキャリブレーションユニットによって、基準位置に対してボンディングツールの位置を規定するキャリブレーション工程を有し、電子部品実装装置の稼働途中において、定期的または随時にキャリブレーション工程を実行する、ことが好ましい。

本発明の実施の形態に係る電子部品実装装置をオペレーターの立ち位置から見た全体構成の概略を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電子部品実装装置を上方から見た平面構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係るボンディングツールを示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態に係るボンディングツールをボンディングツールホルダー部で吸着する状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る電子部品がボンディンングツールに吸着される様子を説明する斜視図である。 本発明の実施の形態に係る電子部品と基板との接合時の位置関係を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係るキャリブレーションユニットを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）の切断線Ａ−Ａで切断した断面図である。 本発明の実施の形態に係る電子部品実装装置のキャリブレーションについて示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る電子部品実装装置の制御系について概略的に示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る電子部品実装装置を用いた電子部品実装方法および電子部品製造方法を示すフローチャートである。

（電子部品実装装置１の全体構成）
以下、本発明の実施の形態に係る電子部品実装装置１の全体構成について、図面を参照しながら説明する。

図１は、電子部品実装装置１をオペレーターの立ち位置から見た全体構成の概略を示す図である。なお、図示右方をＸ１方向、左方をＸ２方向、上方をＺ１方向、下方をＺ２方向として説明する。また、紙面の手間側をＹ１方向、奥側をＹ２方向として説明する。なお、Ｘ１−Ｘ２をＸ軸、Ｙ１−Ｙ２をＹ軸、Ｚ１−Ｚ２をＺ軸と記載する。図１に示すように、電子部品実装装置１は、基板載置部２と、電子部品昇降機構３とを有している。基板載置部２には基板Ｐが載置され、電子部品昇降機構３には基板Ｐに接合される電子部品Ｍが吸着保持される。基板Ｐは、たとえば回路基板であり、電子部品Ｍは、たとえば半導体チップ、トランジスタあるいはダイオードなどであり、いわゆるベアチップである。

基板載置部２には、ベース４上にＹ軸第１駆動部５が配置され、Ｙ軸第１駆動部５上にＸ軸第１駆動部６が配置されている。そして、Ｘ軸第１駆動部６上にテーブル７が配置されている。テーブル７は、Ｙ軸第１駆動部５によってＹ軸方向に往復移動可能であり、Ｘ軸第１駆動部６によってＸ軸方向に往復移動可能である。図示は省略するが、Ｙ軸第１駆動部５はＹ軸駆動機構を有し、Ｘ軸第１駆動部６はＸ軸駆動機構を有している。Ｙ軸駆動機構およびＸ軸駆動機構は、たとえば、ボールねじやリニアモーターなどである。テーブル７の電子部品昇降機構３側の上面８には、ボンディングステージ１０、電子部品トレイユニット１１と、ボンディングツールユニット１２およびキャリブレーションユニット１３が、それぞれＸ軸方向の所定位置に配列されている。

ボンディングステージ１０は、基板Ｐが載置されると共に、電子部品Ｍとの接合を行う基台となる。電子部品トレイユニット１１には、所定待機位置に複数の電子部品Ｍを整列した電子部品トレイ１４が配置されている。ボンディングツールユニット１２には、所定待機位置に、電子部品Ｍを電子部品昇降機構３に保持するためのボンディングツール１５が配置されている。ボンディングツール１５は、電子部品Ｍを保持し、基板Ｐに電子部品Ｍを接合する機能を有する。上記各ユニットは、ボンディングステージ１０からＸ２方向の所定位置に電子部品トレイユニット１１、ボンディンングツールユニット１２、キャリブレーションユニット１３の順に各ユニットが配置されている。

なお、上記待機位置とは、電子部品Ｍと基板Ｐとの接合時、電子部品Ｍのボンディングツール１５への吸着時、ボンディングツールのボンディングツールホルダー部１６への装着時など以外に配置支えておく位置のことである。電子部品トレイユニット１１、ボンディンングツールユニット１２およびキャリブレーションユニット１３は、各ユニットの位置を、図１に示す軸Ｚｐの延長線上と待機位置とに、第１テーブル７をＸ軸およびＹ軸方向に移動させることで配置可能である。軸Ｚｐは、電子部品昇降機構３の中心位置である。ボンディングステージ１０は、この軸Ｚｐの延長線上にくるようにテーブル７の位置が管理される。また、ボンディングステージ１０とボンディングツール１５との間には、上下２視野カメラユニット１７の撮像部１８（図２参照）が浸入できるようになっている。ただし、撮像部１８は、待機時にはボンディングステージ１０からＹ２方向に退避した位置にある。

電子部品昇降機構３は、ベースフレーム２０に非可動部が固定されている。ベースフレーム２０は、ベース４に対して垂直な１対の支柱２１によって支持されている。電子部品実装装置１は、ベース４が水平となるように床面に設置され、テーブル７およびベースフレーム２０は、ベース４に対して平行、すなわち水平である。電子部品昇降機構３の軸Ｚｐは、テーブル７に対して垂直である。図１に示すように、Ｘ軸第１駆動部６は、１対の支柱２１の間に配置されている。また、電子部品昇降機構３は、１対の支柱に挟まれた空間のＸ軸のほぼ中央に配置される。

電子部品昇降機構３は、高速移動機構２５と、低速移動機構であるピエゾ駆動機構２６と、電子部品Ｍを保持するボンディングツール１５とを有している。図１に示すように高速移動機構２５は、モーター２７と、ボールねじ２８と、ボールねじナット２９とを有している。ボールねじ２８は、連結部３０を介してモーター２７の出力軸３１に結合されている。ボールねじナット２９は、第１移動部３２に固定されている。また、ボールねじナット２９は、ボールねじ２８にねじ結合している。第１移動部３２は、ベースフレーム２０に固定された第１ガイド部３３を介してベースフレーム２０に取り付けられている。第１ガイド部３３は、第１移動部３２を上下方向に移動可能にガイドする。つまり、上述の構成を有する高速移動機構２５は、モーター２７の駆動により第１移動部３２を上下方向に移動させることができる。

高速移動機構２５は、変位センサー３４を有し、第１移動部３２の上下方向の移動量、すなわち、高速移動機構２５によるボンディングツール１５の上下方向の移動量を検出することができる。変位センサー３４は、たとえば、リニアエンコーダーにより構成することができる。

第１移動部３２は、ロードセル３５を介して第２移動部３６を支持している。また、第１移動部３２と第２移動部３６との間には付勢手段としてのバネ３７が備えられている。バネ３７は、第１移動部３２を受部として第２移動部３６を下方に付勢している。第２移動部３６は、第１移動部３２に固定される第２ガイド部３８を介して第１移動部３２に取り付けられている。第２ガイド部３８は、第２移動部３６を上下方向に移動可能にガイドする。つまり、第２移動部３６は、第２ガイド部３８を介して第１移動部３２に対して上下方向に移動可能に支持されている。第２ガイド部３８は、たとえば、クロスローラーガイドを用いる構成とすることができる。このような構成にすることにより、第２移動部３６を第１移動部３２に対して高い剛性を有して保持することができる。第２ガイド部３８は、エアスライドガイドを用いることもできる。この構成とした場合には、クロスローラーガイドを用いた場合に比べて、高精度かつ低い摺動抵抗で第２移動部３６を第１移動部３２に対して上下方向に移動可能に支持することができる。

第２移動部３６に下方から押し上げ力が作用すると、第２移動部３６は第１移動部３２に対して相対的に上方に変位し、ロードセル３５により、第２移動部３６に作用する押し上げ力を測定することができる。

第２移動部３６には、上方（第１移動部３２側）から順に、ノイズ検出センサー３９と、荷重センサー４０と、変位センサー４１と、ピエゾ駆動機構２６と、ボンディングツールホルダー部１６と、ボンディングツール１５とが取り付けられている。また、ノイズ検出センサー３９と、荷重センサー４０と、ピエゾ駆動部２６とは、軸Ｚｐの延長線上に配置されている。すなわちボンディングツール１５の移動方向に沿って上下に配列されている。

ピエゾ駆動部２６は、図示を省略するピエゾ素子を有し、このピエゾ素子に印加されるピエゾ印加信号に応じてボンディングツール１５を下方（Ｚ２方向）に向けて移動させる。ピエゾ駆動部１５は、ピエゾ素子の変形量をそのままボンディングツール１５に伝える構成であってもよいし、ピエゾ素子の変形量を変位量拡大機構などで拡大してボンディングツール１５に伝える構成であってもよい。

変位センサー３４は、ボンディングツール１５の変位量（移動量）を検出するセンサーである。検出精度は概ね０．０１μｍレベルであり、たとえば、静電容量式変位センサーを用いることができる。静電容量式変位センサーは、第２移動部３６に対して変位しない図示外の固定電極と、ピエゾ駆動部２６により変位するボンディングツール１５の変位量に対応して変位する不図示の変位電極とが対向して備えられ、この２つの電極の相対的な動きに起因する静電容量の変化を利用してボンディングツール１５の移動量を計測するセンサーである。

荷重センサー４０は、ボンディングツール１５に対して下方から加えられる荷重を検出するセンーである。検出精度は概ね０．０１Ｎ〜５Ｎレベルであり、たとえば、ピエゾ素子を用いることができる。ノイズ検出センサー３９は、荷重センサー４０に作用するノイズを検出するセンサーであり、検出精度は荷重センサー４０と同等であり、荷重センサー４０と同等のセンサーを用いることが好ましい。

第２移動部３６には、モーター４２が備えられている。ノイズ検出センサー３９から下方のボンディングツール１５までの部材は一体的に移動される構成であり、モーター４２の駆動により、ボンディングツール１５は軸Ｚｐを回転中心として水平面内で回転させることができる。

基板Ｐが載置されるボンディングステージ１０の下方には、ボンディングステージ１０を介して基板Ｐの電極Ｐｅ（以下、基板電極Ｐｅと記載する、図６参照）を加熱するヒーター４３を有する。ボンディングステージ１０は、ヒーター４３およびその下方の台座４４を介してテーブル７に固定されていて、Ｙ軸第１駆動部５およびＸ軸第１駆動部６によってＸ１−Ｘ２方向（Ｘ軸方向）およびＹ１−Ｙ２方向（Ｙ軸方向）に移動させることができるようになっている。続いて、電子部品実装装置１の各ユニットの平面方向の配置及び構成について図２を参照説明する。

図２は、電子部品実装装置１を図１の上方側（Ｚ１方向）から見た平面構成を示す平面図である。なお、図２では、電子部品昇降機構３およびベースフレーム２０の図示を省略している。テーブル７の上面８には、ボンディングステージ１０からＸ２方向に順に電子部品トレイユニット１１、ボンディングツールユニット１２およびキャリブレーションユニット１３がそれぞれ所定の間隔を有してＸ軸上に配列されている。テーブル７は、Ｘ軸第１駆動部６によってＸ１−Ｘ２方向に移動可能で、Ｙ軸第１駆動部５によってＹ１−Ｙ２方向に移動可能となっている。図２は、テーブル７をＸ１−Ｘ２方向およびＹ１−Ｙ２方向に移動させて、ボンディングステージ１０が、電子部品昇降機構３の中心軸である軸Ｚｐと一致した状態を表している。したがって、に電子部品トレイユニット１１、ボンディングツールユニット１２およびキャリブレーションユニット１３のＹ方向の中心位置は、軸Ｚｐを通るＸ軸上に配置されていることになる。

ボンディングステージ１０には、基板Ｐが載置される。基板Ｐは、基板電極Ｐｅ（図６参照）を上方（Ｚ１方向）に向けて載置される。電子部品トレイユニット１１には、電子部品トレイ１４がＹ方向に２個配置され、電子部品トレイ１４の中には複数の電子部品Ｍが格子状に配列されている。なお、電子部品トレイ１４の数は、２個に限らず１個でもよく、３個など２個以上にしてもよい。また、電子部品トレイ１４内に配置される電子部品Ｍは、電極Ｍｅ（以下、電子部品電極Ｍｅと記載する。図５、図６参照）が下方側（電子部品トレイ１４の底部側）になるように配置されている。図２に示す例では、２個ある電子部品トレイ１４は、Ｙ２方向を電子部品トレイ１４Ａとし、Ｙ１方向を電子部品トレイ１４Ｂとする。

ボンディングツールユニット１２には、ボンディングツール１５が載置されている。ボンディングツール１５としては、たとえば、電子部品Ｍが大中小など複数種類のサイズに対応した複数種類が準備される。図２では、ボンディングツール１５がＹ方向に２個載置されている例を示していて、たとえば、一方がサイズ大の電子部品Ｍに対応するボンディングツール１５Ａ、他方がサイズ小の電子部品Ｍに対応するボンディングツール１５Ｂとする。ボンディングツール１５および電子部品昇降機構３に取り付けられるボンディングツールホルダー部１６の関係は、図３および図４を参照して後述する。

キャリブレーションユニット１３は、テーブル７に固定されるキャリブレーションカメラ５０と、ターゲットガラス５１と照明装置５２とを有する。ターゲットガラス５１は、ターゲットガラス駆動機構５３によってＹ１−Ｙ２方向に移動可能である。照明装置５２は、テーブル７に固定されている。キャリブレーションユニット１３の構成は、図７を参照して後述する。

上下２視野カメラユニット１７は、Ｙ軸第１駆動部５の軸Ｚｐを通るＹ２方向の延長線上でテーブル７から離れた位置に配置されている。上下２視野カメラユニット１７は、撮像部１８と、撮像部１８をＺ１−Ｚ２方向に移動するＺ軸駆動部５５と、撮像部１８をＹ１−Ｙ２方向に移動するＹ軸第２駆動部５６を有する。

上下２視野カメラユニット１７の撮像部１８のＹ２方向先端部には、２つの撮像カメラ１９Ａ，１９ＢがＸ１−Ｘ２方向に並んで配置されている。撮像カメラ１９Ａ，１９Ｂは、たとえばＣＣＤカメラなどである。撮像カメラ１９Ａ，１９Ｂは、画像取り込み部である貫通孔５８から取り込んだ上下２方向の画像をプリズム５９（図８参照）でＸ１方向、Ｘ２方向の２方向に分岐し、さらにＸ１方向に進んだ画像をミラー６０Ａで反射させて撮像カメラ１９Ａに入射させ、Ｘ２方向に進んだ画像をミラー６０Ｂで反射させて撮像カメラ１９Ｂに入射させるようになっている。たとえば、撮像カメラ１９Ａでは下方側の画像を取り込み、撮像カメラ１９Ｂでは上方側の画像を取り込む（図８参照）。図２は、画像取り込み部である貫通孔５８を、軸ＺｐからＹ軸上に離れる方向に移動させた場合を表している。したがって、撮像部１８をＹ２方向に移動すれば、貫通孔５８と軸Ｚｐとを一致させることができる。

続いて、ボンディングツールユニット１２、ボンディングツール１５およびボンディングツールホルダー部１６について図３および図４を参照して説明する。

図３は、ボンディングツール１５の概略を示す斜視図である。ボンディングツール１５は、電子部品Ｍを吸着する機能と、接合材を加熱して溶融させる機能とを有する。図３に示すように、ボンディングツール１５は、四角柱を２段重ねたような形状を有し、図示上段側は、ホルダー部６５であり、図示下段側はボンディング部６６である。ホルダー部６５は、電子部品昇降機構３のボンディングツールホルダー部１６（図１参照）に吸着固定される部分である（図４参照）。ボンディングツール１５の上面６７の中央部には、電子部品Ｍを吸着するための貫通孔６８が設けられている。

ボンディングツール１５は、セラミックヒーターで形成されている。セラミックヒーターは、セラミックスと発熱体とが交互に積層されて構成され、上面６７には発熱体に接続される電極６９（いわゆるランド電極）が配置されている。また、図３の４隅に配置される二点鎖線のランド７０は、ボンディングツールホルダー部１６がボンディングツール１５を吸着する際のボンディングツールホルダー部１６に設けられる吸着孔７１（図４参照）の位置を表している。なお、貫通孔６８は、１個に限らず２個または３個設けてよく限定されない。また、図３の例では、電極６９の位置は、貫通孔６８を挟んで対角に配置されているが、セラミックヒーターの電極構成に合わせて配置される。ボンディング部６６の図示下方は、ボンディング面７２である。

図４は、ボンディングツールホルダー部１６ボンディングツール１５を吸着する状態を示す断面図である。ボンディングツール１５は、ボンディングツールユニット１２に設けられた凹部７３内に配置される。図２に示すように、ボンディングツール１５は、ボンディングツールユニット１２にＹ軸方向に２個配置されている。２個あるうちのＹ２方向のボンディングツール１５ＡとＹ１方向のボンディングツール１５Ｂは、ボンディング部６６のサイズが異なるが構成は同じなので、図３、図４では、ボンディングツール１５と記載して説明する。

図４に示すように、ボンディングツール１５は、ボンディングツールユニット１２の凹部７３内にホルダー部６５を上方（ボンディングホルダー部１６方向）に向けて配置される。つまり、ボンディング部６６の上面６７が上方に向くようにボンディングツールユニット１２載置される。ボンディングツールホルダー部１６は、図３に示す４個のランド７０の配置位置に対応する位置に４個の吸着孔７１を有する。また、図３に示す２個の電極６９に対応する位置に貫通孔７４が設けられ、この貫通孔７４にはボンディングツールホルダー部１６とは絶縁された端子７５が挿通されている。端子７５は、たとえばスプリングピンコネクタであって、図４に示すように、ボンディングツールホルダー部１６が、ボンディングツール１５を吸着したときには、先端部７５Ａが電極６９に接触し、ボンディングツールホルダー部１６がボンディングツール１５から離れたときに電極６９から離れるようになっている。なお、セラミックヒーターであるボンディングツール１５には、電極６９を設けずに発熱体に接触導通が可能なものも有り、このようなセラミックヒーターには、電極６９を設けなくてもよい。ボンディングツールホルダー部１６には、ボンディングツール１５に設けられた貫通孔６８に連通する貫通孔７６が設けられている。貫通孔６８，７６は、電子部品Ｍを吸着するための吸着孔である。

なお、ボンディングツール１５は、接合工程以外では図２に示す待機位置に配置されている。テーブル７を移動させ、ボンディングツールユニット１５が軸Ｚｐ位置に達したときに、ボンディングツールホルダー部１６をボンディングツール１５に向かって降下させて、下面７７がボンディングツール１５の上面６７に当接したところでボンディンングホルダー部１６にボンディングツール１５が吸着される。

また、電子部品実装装置１は、たとえば、ボンディングツールホルダー部１６に吸着されているボンディングツール１５Ａをボンディングツール１５Ｂに切り替えることが可能である。このことについて説明する。まず、テーブル７を移動させ、ボンディングツールユニット１２のボンディングツール１５Ａの待機位置が軸Ｚｐ位置に達したときに、ボンディングツール１５Ａを降下させて吸着を解除し、ボンディングツール１５Ａをボンディングツールユニット１２の凹部７３内に載置する。そして、テーブル７をＹ２方向に移動させ、ボンディングツール１５Ｂの待機位置が軸Ｚｐ位置に達したときに、ボンディングツール１５を降下させて下面７７がボンディングツール１５Ｂの上面６７に当接したところで吸着する。ボンディングツール１５Ｂをボンディングツール１５Ａに切り替えることも、ボンディングツール１５Ａをボンディングツール１５Ｂに切り替える場合と同じような手順で行うことが可能である。

なおボンディングツールホルダー部１６は、図３、図４の例では四角柱のホルダー部６５とボンディング部６６とで構成されているが、どちらか一方または両方を円柱形状としてもよい。

次に、ボンディングツール１５による電子部品Ｍの吸着（ピックアップ）について図５を参照しながら説明する。

図５は、電子部品Ｍがボンディンングツール１５に吸着される様子を説明する斜視図である。図２に示すように、電子部品トレイユニット１１には、Ｙ軸方向に２個の電子部品トレイ１４が配置されている。２個の電子部品トレイ１４のうちＹ２方向に配置されるものを電子部品トレイ１４Ａ、Ｙ１方向に配置されるものを電子部品トレイ１４Ｂとする。電子部品トレイ１４Ａ，１４Ｂの中には複数の電子部品Ｍが格子状に配列されている。図５に示すように、電子部品Ｍの能動面Ｍａ側（ボンディングツールホルダー部１６の下面７７に対し反対側の面）には電子部品電極Ｍｅが形成されている。つまり、電子部品Ｍは、電子部品電極Ｍｅが下方側（電子部品トレイ１４の底部側）になるように配置される。ボンディングツール１５には、電子部品吸着用の貫通孔６８が設けられていて電子部品Ｍを真空吸着することが可能となっている。なお、図示は省略するが、ボンディングツール１５の電子部品吸着面である下面７７には、電子部品Ｍの吸着が強力に行え、かつ真空吸着による電子部品Ｍの変形を少なくするように、貫通孔６８を中心とする十文字の溝や、複数の浅い矩形の吸着溝などを形成するようにしてもよい。

図２に示すように、電子部品トレイ１４Ａ、１４Ｂは、電子部品トレイユニット１１のＹ軸方向に並列されている。電子部品Ｍは、電子部品トレイ１４Ａ，１４Ｂ内に複数個が配列されている。ここで、ボンディングツール１５が電子部品トレイ１４Ａ内の電子部品Ｍを吸着させることについて説明する。まず、テーブル７をＸ−Ｙ方向に移動し、電子部品トレイ１４Ａを軸Ｚｐ位置まで移動し、ボンディングツール１５を電子部品トレイ１４Ａに向かって降下させ、複数の電子部品Ｍのうちの一つを吸着する。つまり、電子部品Ｍの電子部品電極Ｍｅが配置されていない吸着面Ｍｂが、ボンディンングツール１５によって吸着される。そして、テーブル７を電子部品Ｍの配置、ピッチに対応してＸ−Ｙ方向に移動し、電子部品トレイ１４Ａ内の電子部品Ｍを所定の順番で吸着し、電子部品Ｍと基板Ｐとの接合を実行する。電子部品トレイ１４Ａ内に電子部品Ｍがなくなったところで、テーブル７をＸ−Ｙ方向に移動させて、電子部品トレイ１４Ｂを軸Ｚｐ位置まで移動し、電子部品トレイ１４Ａのときと同じような手順で電子部品Ｍを吸着する。

図６は、電子部品Ｍと基板Ｐとの接合時の位置関係を示す説明図である。なお、図６は、電子部品Ｍと基板Ｐとの接合前の様子を表している。図６に示すように、基板Ｐは、ボンディングステージ１０の上面１０Ａに載置されたうえで吸着固定されている。一方、電子部品Ｍは、ボンディングツール１５の下面７７に吸着されている。なお、基板電極Ｐｅと電子部品電極Ｍｅとの一つひとつが、正確に対向するように位置合わせされている。すなわち、図６に示す例では、基板電極Ｐｅおよび電子部品電極Ｍｅの中心は、電子部品昇降機構３の軸Ｚｐの延長線上に配置されている。基板電極Ｐｅの表面には、半田層Ｐｓが設けられている。また、電子部品電極Ｍｅの表面には、半田層Ｍｓが設けられている。電子部品電極Ｍｅと基板電極Ｐｅとは、一対一で接続可能な位置に配置される。電子部品電極Ｍｅの半田層Ｍｓの層厚および基板電極Ｐｅの半田層Ｐｓの層厚は共に数十μｍ程度でごく薄いので、図示を省略している。電子部品電極Ｍｅを基板電極Ｐｅに当接させ、加熱して各々の半田層Ｍｓ，Ｐｓを溶融し、所定の加圧力で押圧した後に固化すれば、電子部品Ｍを基板Ｐに接合できる。

電子部品電極Ｍｅおよび基板電極Ｐｅは、年々、電子部品の高密度化が進み、電子部品電極Ｍｅの電極サイズや電極間ピッチが小さくなってきている。したがって、電子部品電極Ｍｅと基板電極Ｐｅとを電気的に接合する際に、位置ずれによって各電極に傷をつけたり、電極間で短絡させないように、電子部品電極Ｍｅと基板電極Ｐｅとの平面方向の位置とを高い精度で管理する必要がある。そのために、電子部品実装装置１では、電子部品電極Ｍｅの位置および基板電極Ｐｅの位置の高精度なキャリブレーション行う。このことについて図７、図８を参照しながら説明する。

図７は、キャリブレーションユニット１３を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は図７（Ａ）の切断線Ａ−Ａで切断した断面図である。なお、図１、図２も参照しながら説明する。図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、キャリブレーションユニット１３は、テーブル７に固定されたキャリブレーションカメラ５０および照明装置５２と、ターゲットガラス５１を保持するターゲットガラス保持部６１と、ターゲットガラス保持部６１をＹ１−Ｙ２方向に移動させるターゲットガラス駆動機構５３とを有している。キャリブレーションカメラ５０は、ＣＣＤカメラなどのカメラ本体部６２とプリズム５９とを有している。カメラ本体部６２とプリズム５９とは、鏡筒部６３で接続されている。照明装置５２は、複数のＬＥＤランプ６４がドーナツ状に配置されたもので、主としてターゲットガラス５１を照らすようにＬＥＤランプ６４が配置されている。なお、ターゲットガラス５１の基準マーク８０が設けられた上面５１Ａまたは下面５１Ｂは、ボンディングステージ１０の電子部品昇降機構３側の上面１０Ａ（図６参照）の高さとほぼ同じ高さ位置になるように配置されている、

図７（Ａ）に示すように、ターゲットガラス５１には、基準マーク８０が設けられている。本例では、基準マーク８０は十文字マークである。なお、基準マーク８０は、十文字マークに限らず円や四角形などでもよい。図７（Ｂ）に示すように、基準マーク８０は、ターゲットガラス５１のＺ１側の上面５１Ａに形成されている。ターゲットガラス５１が光透過性を有し、かつ照明装置５２を有していれば、基準マーク８０をターゲットガラス５１の直下に配置されるプリズム５９を介してカメラ本体部６２で撮像することが可能である。ターゲットガラス５１が光透過性を有しているので、基準マーク８０を、ターゲットガラス５１の下面５１Ｂ側に設けても上面５１Ａ側に配置される上下２視野カメラユニット１７の撮像カメラ１９Ａ（図２参照）で基準マーク８０を撮像することが可能となる。続いて、電子部品実装装置１のキャリブレーションについて図８を参照しながら説明する。

図８は、電子部品実装装置１のキャリブレーションについて示す説明図である。キャリブレーションユニット１３は、テーブル７をＸ−Ｙ方向に移動させて電子部品昇降機構３の軸Ｚｐの延長線上にプリズム５９が配置される。図８に示すように、キャリブレーションユニット１３のターゲットガラス５１と電子部品昇降機構３との間には、上下２視野カメラユニット１７の撮像部１８が配置されている。撮像部１８は、Ｚ軸駆動部５５によってＺ軸方向の高さを調整し、Ｙ軸第２駆動部５６（共に図２参照）によってＹ軸方向に移動し、ターゲットガラス５１とボンディングツール１５の間に挿入されている。この際、上下２視野カメラユニット１７の画像取り込み孔である貫通孔５８は、ターゲットガラス５１の上方にある。そして上下２視野カメラユニット１７で下方側（Ｚ２側）のターゲットガラス５１の基準マーク８０を撮像し、上方側（Ｚ１側）のボンディングツール１５を撮像する。

上下２視野カメラユニット１７は、図２に示すように２個の撮像カメラ１９Ａ，１９Ｂを有しており、図８に示すように、貫通孔５８の内部にはプリズム８１が配置されている。撮像カメラ１９Ａは、プリズム８１を介してターゲットガラス５１の基準マーク８０の画像を取り込む。撮像カメラ１９Ｂでは、プリズム８１を介してボンディングツール１５の画像を取り込む。ボンディングツール１５の基準マークとしては、電子部品吸着用の貫通孔６８とすることができる（図５参照）。ただし貫通孔６８以外に、ボンディング面７２に刻印や固定的な傷なども基準マークとすることができる。同時に取り込まれたボンディングツール１５側の基準マーク（貫通孔６８）とターゲットガラス５１の基準マーク８０の位置がずれている場合には、電子部品昇降機構３は、平面方向の位置が固定されているので、Ｙ軸方向に移動可能なターゲットガラス５１の位置を補正し、基準マーク８０の中心を基準位置Ｂ（図７参照）と規定する。なお、図８に記載の撮像カメラ１９Ｂは、図示の都合上Ｙ１方向に展開して表し、図２に示すミラー６０Ａ，６０Ｂの図示を省略している。

テーブル７に固定されているボンディングステージ１０、電子部品トレイユニット１１およびボンディングツールユニット１２のそれぞれのＸ−Ｙ方向の相対位置は変わらない。したがって、ターゲットガラス５１の基準位置Ｂ（言い換えれば、電子部品昇降機構３の位置）に対して各ユニットの位置が規定されることになり、これをキャリブレーションと定義する。しかし、電子部品Ｍと基板Ｐとは、所定位置への供給時などに位置ずれが発生することがあるので、接合前に電子部品電極Ｍｅと基板電極Ｐｅとの位置合わせを行う。なお、複数の電子部品Ｍと基板Ｐとの接合を継続する過程で、温度変化の影響や繰り返し精度の変化などによって、各基準マークや各ユニットなどに位置ずれが発生することがあるので、接合工程を所定の接合サイクル実行後に上述したキャリブレーションを行うことが好ましい。

次に、電子部品電極Ｍｅと基板電極Ｐｅとの位置合わせについて、図６を参照しながら説明する。基板Ｐは、ボンディングステージ１０の所定位置に載置され、電子部品Ｍは、ボンディングツール１５に吸着されている状態で、不図示の上下２視野カメラユニット１７の撮像部１８を電子部品Ｍと基板Ｐの間に挿入し、基板電極Ｐｅと電子部品電極Ｍｅを同時に撮像する。そして、画像処理によって、基板電極Ｐｅと電子部品電極Ｍｅの位置ずれを検出し、そのずれ量を補正する。ずれ量の補正は、主としてテーブル７をＸ−Ｙ方向に移動させて行う。ただし、位置ずれが水平面内の回転方向にある場合には、モーター４２を駆動して回転位置補正をすることができる。なお、電子部品実装装置１は、基板電極Ｐｅと電子部品電極Ｍｅの位置ずれ補正をした後、初期のキャリブレーション位置に戻して次の接合工程に移行してもよく、位置ずれ補正量を記憶して、その補正量を用いて各ユニットの位置データを補正し次の接合工程に移行してもよい。なお、上記位置合わせ時の電子部品電極Ｍｅおよび基板電極Ｐｅの基準マークとしては、各々の電極配置パターン、複数の基準電極または付加した基準マークパターン、または固定的で変化がない表面傷や汚れなどでも特定すれば代替が可能である。

（電子部品実装装置１の動作）
以上説明した電子部品実装装置１は、図９に示すように、制御部９０を有している。次に、電子部品実装装置１の制御系および動作について図９を参照しながら説明する。

図９は、電子部品実装装置１の制御系について概略的に示すブロック図である。制御部９０は、信号処理を行うＣＰＵおよびメモリ等を有するコンピュータである。メモリには、電子部品実装装置１の制御を行うためのプログラムおよび制御データが記憶されている。制御部９０は、前述した各センサーや各カメラから入力された情報に基づき各モーターや各駆動機構の動作を制御する。このことについて図９を中心に図１〜図８を参照しながら説明する。

まず、電子部品昇降機構３に係る制御系および動作を説明する。図１は、電子部品Ｍがボンディングツール１５に吸着され、基板Ｐがボンディングステージ１０に載置された接合工程開始前の状態を表している。つまり、電子部品電極Ｍｅと基板電極Ｐｅとが正確に位置決め（位置合わせ）されている状態である。まず、制御部９０は、モーター２７を駆動しボンディングツール１５をボンディングステージ１０に向けて高速で下降させる高速下降動作を実行する。制御部９０は、変位センサー３４によってボンディングツール１５の下降位置を検出して、ボンディングツール１５を所定位置まで下降させ停止させる。この所定位置とは、電子部品電極Ｍｅ（電子部品半田層Ｍｓを含む）が、基板電極Ｐｅ（基板半田層Ｐｓを含む）に接触しない程度の近い距離である（たとえば１００μｍ離れた位置）。なお、制御部９０は、ＰＩＤ制御にてボンディングツール１５を所定位置に高精度で移動させることができる。

制御部９０は、ピエゾ駆動部２６を駆動し、電子部品電極Ｍｅが基板電極Ｐｅに接触する位置を検出するサーチ動作を実行する。ボンディングツール１５は、ピエゾ駆動部２６に印加される駆動信号に応じて変位（移動）し、この変位量は変位センサー４１によって変位センサー信号として検出される。制御部９０は、電子部品電極Ｍｅが基板電極Ｐｅに接触したか否かを荷重センサー４０の荷重補正信号によって判断する。そして、制御部９０は、電子部品電極Ｍｅが基板電極Ｐｅに接触したことをロードセル３５の出力信号に基づき検出し、接触したときの位置を変位センサー３４によって検出する。荷重補正信号は、ノイズ検出センサー３９により検出された振動などで発生するノイズ信号をキャンセルした電圧信号である。つまり、荷重補正信号は、ボンディングツール１５に下方側から作用する荷重を示す信号である。ピエゾ駆動部２６は、制御部９０からの駆動信号に基づく変位量でボンディングツール１５をボンディングステージ１０側に下降させる。電子部品半田層Ｍｓが基板側半田層Ｐｓに接触すると、ボンディングツール１５にボンディングステージ１０側から荷重が作用する。制御部９０は、荷重補正信号が所定の電圧となったときに、電子部品半田層Ｐｓが基板半田層Ｐｓに接触したと判断する。なお、制御部９０は、荷重補正信号が所定の電圧となるようにピエゾ駆動部２６を駆動し、ＰＩＤ制御にてボンディングツール１５を変位（移動）させる。

制御部９０は、電子部品電極Ｍｅ（電子部品半田層Ｍｓ）と基板電極Ｐｅ（基板半田層Ｐｓ）との接触に併せて、セラミックヒーターであるボンディングツール１５およびボンディングステージ１０側のヒーター４３の加熱を開始する。制御部９０は、電子部品電極Ｍｅを基板電極Ｐｅに接触させた状態で、ピエゾ駆動部２６に電圧印加し、電子部品電極Ｍｅから基板電極Ｐｅに対して所定の荷重（たとえば、０．５Ｎ）を付加する。電子部品電極Ｍｅから基板電極Ｐｅに対して所定の荷重が付加されたか否かは、前述した荷重補正信号に基づいて判断する。なお、この所定の荷重は、電子部品半田層Ｍｓおよび基板半田層Ｐｓが溶融したときに、この溶融をボンディングツール１５のボンディングステージ１０側への変位として変位センサー４１により検出することができる。制御部９０は、所定の荷重となったと判断されたときのボンディングツール１５の位置における変位センサー信号の値を所定荷重時電圧としてメモリに記憶する。

ボンディングツール１５（セラミックヒーター）およびヒーター４３の発熱により、電子部品側半田層Ｍｓおよび基板側半田層Ｐｓが加熱され溶融が開始する。制御部９０は、荷重補正信号に基づき、ボンディングツール１５の所定荷重時位置からの移動距離（ボンディングツール１５の沈み込み量）を変位センサー信号の変化量に基づき測定する。この移動距離（ボンディングツールユニット１５の沈み込み量）が所定距離（たとえば、１μｍ）に到達したか否かを判断する。このときの沈み込み量に相当する電位差は、メモリに記憶される。部品側半田層Ｍｓおよび基板側半田層Ｐｓが溶融したと判断された場合には、制御部９０は、ボンディングツール１５の下降を停止しその位置を保持する。つまり、部品側半田層Ｍｓおよび基板側半田層Ｐｓが溶融と判断されたた場合にはピエゾ駆動部２６に印加される電圧を保持する。

制御部９０は、ボンディングツール１５の下降を停止し、その位置を保持した状態で、溶融した電子部品半田層Ｍｓおよび基板半田層Ｐｓの冷却動作を開始する。この冷却動作は、ボンディングツール１５（セラミックヒーター）およびヒーター４３への通電をオフとするとともに、ボンディングステージ１０に備えられる冷却パイプ４５（図１参照）に空気を流し電子部品Ｍおよび基板Ｐを冷却する。これにより、溶融した部品側半田層Ｍｓおよび基板側半田層Ｐｓが冷却され固化を開始する。制御部９０は、冷却する半田の熱収縮に追随してボンディングツール１５が下降するようにピエゾ駆動部２６を駆動する熱収縮追従動作を行う。また、制御部９０は、ボンディングツール１５を熱収縮追従動作させながら電子部品半田層Ｍｓおよび基板半田層Ｐｓの温度を不図示の温度センサーによって検出する。制御部９０は、半田が十分に固まる温度になったことが検出されたら、ボンディングツール１５の電子部品Ｍの吸引を解除し、モーター２７を駆動しボンディングツール１５を上方（Ｚ１側）に移動、接合動作を終了する。

図１、図２に示すように、基板載置部２は、Ｙ軸第１駆動部５とＸ軸第１駆動部６とテーブル７を有している。制御部９０は、Ｙ軸第１駆動部５およびＸ軸第１駆動部６を駆動し、テーブル７をＸ‐Ｙ方向に移動させる。テーブル７には、ボンディングステージ１０、電子部品トレイユニット１１、ボンディングツールユニット１２およびキャリブレーションユニット１３が固定されている。したがって、ボンディングステージ１０、電子部品トレイユニット１１、ボンディングツールユニット１２およびキャリブレーションユニット１３は、テーブル７のＸ−Ｙ方向の移動に追従する。制御部９０は、上下２視野カメラユニット１７およびキャリブレーションカメラ５０で撮像した画像に基づき、テーブル７を所定の平面位置に移動する。ここでの所定の平面位置とは、電子部品Ｍと基板Ｐとの接合位置、電子部品Ｍをボンディングツール１５で吸着する位置、ボンディングツール１５（ボンディングツール１５Ａ，１５Ｂ）をボンディングツールホルダー部１６で吸着する位置、キャリブレーション時のターゲットガラス５１の基準マーク８０の位置などである。

制御部９０は、ボンディングツール１５に吸着された電子部品Ｍの電子部品電極Ｍｅとボンディングステージ１０に吸着された基板Ｐの基板電極Ｐｅとの位置ずれ補正を行う。制御部９０は、上下２視野カメラユニット１７で電子部品電極Ｍｅと基板電極Ｐｅの同時撮像を行い、取り込んだ画像に基づき電子部品電極Ｍｅと基板電極Ｐｅの位置ずれ分だけＹ軸第１駆動部５とＸ軸第１駆動部６によって基板電極Ｐｅの位置を補正する。また、制御部９０は、電子部品電極Ｍｅと基板電極Ｐｅとの回転位置ずれがある場合には、モーター４２を駆動して電子部品電極Ｍｅの回転位置を補正する。

次に、上下２視野カメラユニット１７の制御について説明する。図２に示す上下２視野カメラユニット１７は、待機位置に配置されている。制御部９０は、Ｙ軸第２駆動部５６を駆動し、撮像部１８を所定位置に移動する。所定位置とは、前述したキャリブレーション位置、電子部品電極Ｍｅと基板電極Ｐｅとを撮像する位置である。撮像部１８は、キャリブレーション時と電子部品電極Ｍｅと基板電極Ｐｅとを撮像する位置での高さ位置（Ｚ方向位置）が異なる。制御部９０は、Ｚ軸駆動部５５を駆動し、撮像部１８をキャリブレーション時および電子部品電極Ｍｅと基板電極Ｐｅの撮像時各々の適切な高さ位置に移動させる。

次に、キャリブレーションユニット１３の制御について説明する。図２に示すキャリブレーションユニット１３は、待機位置に配置されている。制御部９０は、ターゲットガラス移動機構５３を駆動し、ターゲットガラス５１の基準マーク８０をキャリブレーションカメラ５０で撮像可能な位置までＹ軸方向に移動する。そして、制御部９０は、基準マーク８０をキャリブレーションカメラ５０で撮像し、基準位置Ｂ（図７（Ａ）参照）を規定する。なお、制御部９０は、撮像前および撮像時に照明装置５２を点灯させ、撮像終了後に消灯する。

（電子部品実装方法および電子部品製造方法）
図１０は、電子部品実装装置１を用いた電子部品実装方法および電子部品製造方法を示すフローチャートである。電子部品実装装置１は、図７および図８で説明したキャリブレーションを実施してあるものとする。実装工程をスタートする前の準備工程として、オペレーターは、基板Ｐをボンディングステージ１０の所定位置に所定の姿勢で載置する。基板Ｐは、ボンディングステージ１０に吸着固定される。続いて、オペレーターは、複数の電子部品Ｍが搭載された電子部品トレイ１４Ａ，１４Ｂを電子部品トレイユニット１１にセットする。次に、オペレーターは、ボンディングツール１５Ａ、１５Ｂをボンディングツールユニット１２の所定位置にセットする。なお、ボンディングツール１５Ａ、１５Ｂは、そのうちの一つをセットする場合と、同じ種類のものを二つセットする場合がある。

電子部品実装装置１は、上記準備作業が終了したところでスタートする。まず、ボンディングツール１５Ａ，１５Ｂをボンディングツールホルダー部１６に装着する（ステップＳ１０）。ボンディングツール１５Ａ，１５Ｂの選択およびボンディングツールホルダー１６への装着は、制御部９０に記憶されているプログラムによって制御される。ここでは、ボンディングツール１５Ａを選択するものとする。具体的には、テーブル７を移動し、ボンディングツールホルダー部１６直下の所定位置にボンディングツール１５Ａを移動させる。そして、ボンディングツールホルダー部１６をボンディングツール１５Ａに向かって降下させ、ボンディングツール１５Ａを吸着する。その後、ボンディングツール１５を所定の高さ位置まで上昇させて停止する。

次に、ボンディングツール１５が、電子部品Ｍを吸着する（ステップＳ２０）。具体的には、テーブル７を移動し、電子部品トレイ１４Ａ（または電子部品トレイ１４Ｂ）に複数個搭載されている電子部品Ｍのうちの一つをボンディングツール１５の直下の所定位置に移動させる。そして、ボンディングツール１５を電子部品Ｍに向かって降下させ、電子部品Ｍを吸着する。複数の電子部品Ｍのうちから一つの電子部品Ｍを選択する順番およびボンディングツールによる吸着は、制御部９０に記憶されているプログラムによって制御される。電子部品Ｍを吸着したボンディングツール１５は、所定の高さ位置まで上昇されて停止する。

次に、上下２視野カメラユニット１７によって、下方側の基板電極Ｐｅと上方側の電子部品電極Ｍｅとを同時に撮像し、各々の電極位置を認識する（ステップＳ３０）。撮像された電子部品電極Ｍｅの位置と基板電極Ｐｅの位置に基づき、制御部９０は、画像処理プログラムによって両者の位置ずれの有無を判定する（ステップＳ４０）。位置ずれがないと判定した場合（ＮＯ）には、ボンディングツール１５を基板Ｐに向かって下降させ、電子部品Ｍと基板Ｐとを接合する（ステップＳ５０）。この接合工程では、電子部品Ｍが基板Ｐに接触したところで、セラミックヒーターであるボンディンングツール１５とボンディングステージ１０側のヒーター４３によって電子部品半田層Ｍｓと基板半田層Ｐｓとを溶融し、溶融による変位量および変位荷重が所定の値になったところで、冷却固化させる。そして、制御部９０は、ボンディングツール１５を所定の高さ位置まで上昇させて停止する。その後、オペレーターまたは自動機は、電子部品Ｍが接合された基板Ｐをステージ１０上から除材する（ステップＳ６０）。ステップＳ６０が終了すると、電子部品Ｍと基板Ｐとが接合された接合部材が製造されることになる。

ステップＳ４０において位置ずれが有り（ＹＥＳ）と判定された場合には、位置ずれ補正工程（ステップＳ４５）に移行する。制御部９０は、位置ずれ方向と位置ずれ量を算出する。そして、位置ずれ方向および位置ずれ量に応じてテーブル７を移動して基板電極Ｐｅの位置を補正する（ステップＳ４５）。電子部品電極Ｍｅの位置と基板電極Ｐｅの位置とに、回転位置ずれがある場合には、ボンディングツール１５を回転させて電子部品電極Ｍｅと基板電極Ｐｅの位置合わせを行い、ステップＳ５０の接合工程に移行する。なお、位置ずれ補正（ステップＳ４５）の後に、再度位置ずれの有無を判定する工程ステップ４０を入れるようにしてもよい。

なお、電子部品実装装置１は、稼働中に温度変化や振動などの影響で初期のキャリブレーションに微妙なずれが発生することがある。そこで、稼働中にキャリブレーションを実施することが好ましい。たとえば、図１０に示すステップＳ１０〜ステップＳ６０を１サイクルとしたときにｎサイクルを繰り返したときに、再キャリブレーションを実行することで、高精度な接合を継続することが可能となる。

以上説明した電子部品実装装置１は、電子部品Ｍの複数の電子部品電極Ｍｅと基板Ｐの複数の基板電極Ｐｅとの間に溶融可能な接合材である半田層を介在させ、電子部品半田層Ｍｓおよび基板半田層Ｐｓを加熱溶融、固化させて、電子部品Ｍの複数の電子部品電極Ｍｅと基板Ｐの複数基板電極Ｐｅとを接合する電子部品実装装置である。電子部品実装装置１は、電子部品Ｍを保持するボンディングツール１５を有し、ボンディングツール１５を基板Ｐに向けて昇降移動させる電子部品昇降機構３を有している。また、電子部品実装装置１は、基板Ｐを保持するボンディングステージ１０と、電子部品Ｍを待機位置に配置する電子部品トレイユニット１１と、電子部品昇降機構３のボンディングステージ１０側の先端部に取り付けられるボンディングツール１５を待機位置に配置するボンディングツールユニット１２と、ボンディングツール１５および各ユニットの基準位置を規定するキャリブレーションユニット１３と、平面に対して垂直なＺ軸方向の上方および下方の撮像が可能な上下２視野カメラユニット１７と、を有し、ボンディングステージ１０、ボンディングツールユニット１２、電子部品トレイユニット１１およびキャリブレーションユニット１３が、テーブル７の同一平面上（テーブル上面８）に配置されている。

このように、電子部品実装装置１には、ボンディングステージ１０、電子部品トレイユニット１１、ボンディングツールユニット１２およびキャリブレーションユニット１３が、テーブル７の同一平面上（テーブル上面８）に配置されている。したがって、テーブル７を移動させることで、ボンディングステージ１０および上記各ユニットをＸ−Ｙ方向に移動させることができる。電子部品実装装置１は、ボンディングステージ１０および上記各ユニットそれぞれにＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させる駆動機構を設けなくともよいので、構造が簡素化できると共に、低コスト化が可能となる。また、ボンディングステージ１０、電子部品トレイユニット１１、ボンディングツールユニット１２、およびキャリブレーションユニット１３のテーブル７に対する位置関係が固定されることで、それぞれが高精度に位置決めされ、電子部品Ｍと基板Ｐとの接合精度を高め易い構造を実現できる。

また、電子部品トレイユニット１１には、複数の電子部品Ｍが整列された電子部品トレイ１４が２個以上配置される。電子部品トレイ１４を２個以上配置することによって、たとえば、電子部品トレイ１４Ａに配置される電子部品Ｍの接合が終了した後、連続して電子部品トレイ１４Ｂに配置される電子部品の接合を行うことができる。また、電子部品トレイ１４Ｂの電子部品Ｍを接合している間に、電子部品Ｍが充填された電子部品トレイ１４Ａを電子部品トレイユニット１１に供給することができるので、電子部品Ｍと基板Ｐとの接合を間断なく継続することが可能となる。

また、ボンディングツールユニット１２には、電子部品Ｍの複数種類のサイズ各々に対応するボンディングツール１５が１個または２種類以上配置され、選択されたボンディングツール１５の一つが電子部品昇降機構３に設けられるボンディングツールホルダー部１６の下方に移動され、ボンディングツールホルダー部１６に吸着される。

接合対象の電子部品Ｍのサイズに適合するボンディンングツール１５は、ボンディンングツールホルダー部１６の直下まで移動し吸着される。この動作は、制御部９０によって自動的に行われるので、手動でボンディングツール１５をボンディンングツールホルダー部１６に装着することによって発生する位置ずれなどの誤差を含まない電子部品Ｍと基板Ｐとの接合を行うことができる。また、２種類のボンディングツール１５Ａ、１５Ｂを備える場合には、ボンディンングツール１５Ａからボンディングツール１５Ｂへの切り替え（その逆も有り）が、制御部９０のプログラムによって自動的に行うことができる。なお、ボンディングツール１５は、２種類に限らず３種類などに増加させることが可能である。

また、ボンディングツール１５は、ボンディングツールホルダー部１６に装着されるホルダー部６５と、電子部品Ｍを前記基板Ｐに接合するボンディング部６６とを有し、ホルダー部６５が、ボンディングツールホルダー部１６側に向けて配置されている。このようにすれば、ボンディング部６６６側を上向きにしてボンディングツールユニット１２に装着することに対し、ボンディングツールホルダー部１６にボンディングツール１５を反転して装着しなくてもよいので、反転装置が必要なく、装置の簡素化が図れる。

また、ボンディングツール１５は、電子部品吸着用孔である貫通孔６８を有するセラミックヒーターで構成されている。ボンディンングツール１５の構成としては、たとえば、ホルダー部６５をセラミックヒーターとしたり、ボンディング部６６をセラミックヒーターとしたりすることが可能である。しかし、ボンディングツール１５全体をセラミックヒーターとすることで、構成が簡素化でき、セラミックヒーターの熱容量を高めることが可能で、電子部品Ｍへの熱伝導効率を高めることが可能となる。

また、キャリブレーションユニット１３は、Ｙ軸方向に移動可能で基準マーク８０を有する光透過性のターゲットガラス５１と、ターゲットガラス５１を照明する照明装置５２と、Ｘ軸と該Ｘ軸に直交するＹ軸とで構成される平面の前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向に移動可能なテーブル７に固定され、基準マーク８０の直下から撮像するキャリブレーションカメラ５０とを有している。

このような構成にすれば、テーブル７に固定されたキャリブレーションカメラ５０で基準マーク８０を直下から撮像できるので、基準マーク８０の位置を正確に取り込むことが可能となり、正確な基準位置Ｂを規定することができる。

また、上下２視野カメラユニット１７は、電子部品Ｍと基板Ｐとの接合時にはテーブル７からＹ軸方向に離れた待機位置に配置され、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動可能であり、Ｚ軸方向において上方側のボンディングツール１５またはボンディングツール１５に保持された電子部品の電極である電子部品電極Ｍｓと、下方側のターゲットガラス５１の基準マーク８０または基板の電極である基板電極Ｐｓと、を同時に撮像することが可能である。

上下２視野カメラユニット１７は、その上方側の撮像対象と下方側の撮像対象とを同時に撮像可能であり、Ｙ−Ｚの２方向に移動可能であり、Ｘ軸方向の駆動機構は不要で構成の簡素が可能となる。そして、キャリブレーション時には、上方側のボンディングツール１５と下方側のターゲットガラス５１の基準マーク８０を同時に撮像でき、電子部品Ｍと基板Ｐとの接合時には、上方側の電子部品電極Ｍｅと下方側の基板電極Ｐｅを同時に撮像でき、それぞれの位置ずれ補正や位置合わせを高精度に行うことが可能となる。

また、ターゲットガラス５１に設けられた基準マーク８０は、ターゲットガラス５１の電子部品昇降機構３側の上面５１Ａまたは上面５１Ａに対して反対側の下面５１Ｂに設けられた十文字マークである。基準マーク８０を十文字マークにすることで、中心の交差部の一点を基準位置に設定できる。なお、ターゲットガラス５１は、光透過性を有しているので、ターゲットガラス５１の上面側および下面側の両方から基準マーク８０を撮像できる。

また、ターゲットガラス５１の基準マーク８０が設けられた上面５１Ａまたは下面５１Ｂは、ボンディングステージ１０の電子部品昇降機構３側上面１０Ａの高さとほぼ同じ高さ位置になるように配置されている。ボンディンングステージ１０の上面１０Ａには、基板Ｐが載置される。そこで、ターゲットガラス５１の高さ位置とボンディンングステージ１０の上面１０Ａの高さ位置をほぼ同じにすることで、両者の高さ違いによるキャリブレーション時と接合時の位置合わせの際の誤差を排除することが可能となる。なお、上記考え方において、基板Ｐの厚さは無視できる。

また、電子部品実装装置１は、ターゲットガラス５１に設けられた基準マーク８０および上下２視野カメラユニット１７の撮像部１８（貫通孔５８）が同一軸上に配置された状態で、キャリブレーションユニット１３および上下２視野カメラユニット１７による同時撮像が可能である。このようにすれば、キャリブレーションユニット１３の固定されたキャリブレーションカメラ５０によって規定された基準マーク８０を、上下２視野カメラユニット１７の下方側で撮像し、上方側のボンディングツール１５の位置を規定（基準マーク８０に位置合わせする）できるので、電子部品Ｍと基板Ｐとの高精度な接合を実現できる。

電子部品実装装置１を用いた電子部品実装方法および電子部品製造方法は、ボンディングツール１５をボンディングツールホルダー部１６に装着する工程と、電子部品Ｍをボンディングツール１６に吸着する工程と、上下２視野カメラユニット１７で、電子部品の電極である電子部品電極Ｍｅおよび基板の電極である基板電極Ｐｅを認識する工程と、電子部品電極Ｍｅと基板電極Ｐｅとの位置ずれの有無を判定する工程と、電子部品Ｍと基板Ｐとを接合する接合工程と、電子部品Ｍが接合された基板Ｐを除材する工程とを含む。このような電子部品実装方法および電子部品製造方法によれば、位置精度が高い高品質な電子部品Ｍと基板Ｐとの接合を高効率で実現できる。

また、電子部品実装方法および電子部品製造方法は、キャリブレーションユニット１３に設けられたターゲットガラス５１の基準マーク８０を、固定されたキャリブレーションカメラ５０で撮像して電子部品実装装置１の平面方向の基準位置Ｂと規定し、上下２視野カメラユニット１７およびキャリブレーションユニット１３によって、基準位置Ｂに対してボンディングツール１５の位置を規定するキャリブレーション工程を有し、電子部品実装装置１の稼働途中において、定期的または随時にキャリブレーション工程を実行することが好ましい。

電子部品実装装置１は、稼働中に温度変化や振動などの影響で初期のキャリブレーションに微妙なずれが発生することがある。そこで、稼働中にキャリブレーションを実施することが好ましい。たとえば、ボンディングツール装着工程（ステップＳ１０）〜電子部品が接合された基板Ｐの除材工程（ステップＳ６０）を１サイクルとしたときにｎサイクルを繰り返したときに、再キャリブレーションを実行することで、高精度な接合を継続することが可能となる。

なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。たとえば、前述した実施の形態では、電子部品トレイ１４は、オペレーターが電子部品トレイユニット１１にセットしたり除材したりしていたが、電子部品トレイ供給ユニットを設けてセットしたり、除材したりする構成とすることが可能である。また、セットと除材の一方を自動化してもよい。同様に、基板Ｐもオペレーターがボンディングステージ１０に載置しているが、基板供給ユニットを設けてボンディングステージ１０に載置する構成とすることが可能である。

また、前述した実施の形態では、ボンディングステージ１０に対してＸ２方向に電子部品トレイユニット１１、ボンディングツールユニット１２、キャリブレーションユニット１３の順に配置している。この順は、各々の使用頻度および道程の長さで最も効率よく駆動できるように配置しているが、この配置順は限定されず適宜設定することが可能である。

また、前述の実施の形態では、ボンディングツール１５がセラミックヒーターとしたが、ボンディングツールを超音波接合ツールとすることが可能である。超音波接合ツールを用いる場合においても、たとえば、複数種類の超音波接合ツールを超音波接合ツールユニットの配置し、自動的にボンディングツールホルダー部に装着することが可能である。

１…電子部品実装装置
３…電子部品昇降機構
７…テーブル
１０…ボンディングステージ
１０Ａ……上面（ボンディングステージ）
１１…電子部品トレイユニット
１２…ボンディングツールユニット
１３…キャリブレーションユニット
１４（１４Ａ，１４Ｂ）…電子部品トレイ
１５（１５Ａ，１５Ｂ）…ボンディングツール
１６…ボンディングツールホルダー部
１７…上下２視野カメラユニット
１８…撮像部
５０…キャリブレーションカメラ
５１…ターゲットガラス
５１Ａ…上面（ターゲットガラス）
５１Ｂ…下面（ターゲットガラス）
５２…照明装置
６５…ホルダー部
６６…ボンディング部
６８…貫通孔（電子部品吸着用孔）
８０…基準マーク
Ｍ…電子部品
Ｍｅ…電子部品電極（電極）
Ｍｓ…電子部品半田層（接合材）
Ｐ…基板
Ｐｅ…基板電極（電極）
Ｐｓ…基板半田層（接合材）

Claims (12)

1. 電子部品の複数の電極と基板の複数の電極との間に溶融可能な接合材を介在させ、該接合材を加熱溶融、固化させて、前記電子部品の複数の電極と前記基板の複数の電極とを接合する電子部品実装装置であって、
   前記電子部品を保持するボンディングツールを有し、前記ボンディングツールを前記基板に向けて昇降移動させる電子部品昇降機構と、
   前記基板を保持するボンディングステージと、
   前記電子部品を待機位置に配置する電子部品トレイユニットと、
   前記電子部品昇降機構の前記ボンディングステージ側の先端部に取り付けられる前記ボンディングツールを待機位置に配置するボンディングツールユニットと、
   前記ボンディングツールおよび前記各ユニットの基準位置を規定するキャリブレーションユニットと、
   水平面に対して垂直なＺ軸方向の上方および下方の撮像が可能な上下２視野カメラユニットと、
   テーブルと、
   を有し、
   前記ボンディングステージ、前記ボンディングツールユニット、前記電子部品トレイユニットおよび前記キャリブレーションユニットが、前記テーブルの同一平面上に配置されている、
   ことを特徴とする電子部品実装装置。
2. 請求項１に記載の電子部品実装装置において、
   前記電子部品トレイユニットには、複数の前記電子部品が整列された電子部品トレイが２個以上配置される、
   ことを特徴とする電子部品実装装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の電子部品実装装置において、
   前記ボンディングツールユニットには、前記電子部品の複数種類のサイズ各々に対応する前記ボンディングツールが１個または２種類以上配置され、選択された前記ボンディングツールの一つが前記電子部品昇降機構に設けられるボンディングツールホルダー部の下方に移動され、前記ボンディングツールホルダー部に吸着される、
   ことを特徴とする電子部品実装装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電子部品実装装置において、
   前記ボンディングツールは、ボンディングツールホルダー部に装着されるホルダー部と、前記電子部品を前記基板に接合するボンディング部とを有し、前記ホルダー部が、ボンディングツールホルダー部側に向けて配置されている、
   ことを特徴とする電子部品実装装置。
5. 請求項３または請求項４に記載の電子部品実装装置において、
   前記ボンディングツールは、電子部品吸着用孔を有するセラミックヒーターで構成されている、
   ことを特徴とする電子部品実装装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電子部品実装装置において、
   前記キャリブレーションユニットは、前記Ｚ軸方向に対して直交するＹ軸方向に移動可能で基準マークを有する光透過性のターゲットガラスと、
   該ターゲットガラスを照明する照明装置と、
   Ｘ軸と該Ｘ軸に直交するＹ軸とで構成される平面の前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向に移動可能なテーブルに固定され、前記基準マークを直下から撮像するキャリブレーションカメラと、
   を有する、
   ことを特徴とする電子部品実装装置。
7. 請求項６に記載の電子部品実装装置において、
   前記上下２視野カメラユニットは、前記電子部品と前記基板との接合時には前記テーブルから前記Ｙ軸方向に離れた待機位置に配置され、前記Ｙ軸方向および前記Ｚ軸方向に移動可能であり、
   前記Ｚ軸方向において上方側の前記ボンディングツールまたは該ボンディングツールに保持された電子部品の電極と、下方側の前記ターゲットガラスの前記基準マークまたは前記基板の電極と、を同時に撮像することが可能である、
   ことを特徴とする電子部品実装装置。
8. 請求項７に記載の電子部品実装装置において、
   前記ターゲットガラスに設けられた前記基準マークは、前記ターゲットガラスの前記電子部品昇降機構側の上面または該上面に対して反対側の下面に設けられた十文字マークである、
   ことを特徴とする電子部品実装装置。
9. 請求項８に記載の電子部品実装装置において、
   前記ターゲットガラスの前記基準マークが設けられた前記上面または前記下面は、前記ボンディングステージの前記電子部品昇降機構側上面の高さとほぼ同じ高さ位置になるように配置されている、
   ことを特徴とする電子部品実装装置。
10. 請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の電子部品実装装置において、
    前記ターゲットガラスに設けられた前記基準マークおよび前記上下２視野カメラユニットの撮像部が同一軸上に配置された状態で、前記キャリブレーションユニットおよび前記上下２視野カメラユニットによる同時撮像が可能である、
    ことを特徴とする電子部品実装装置。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の電子部品実装装置を用いた電子部品製造方法であって、
    ボンディングツールをボンディングツールホルダー部に装着する工程と、
    前記電子部品を前記ボンディングツールに吸着する工程と、
    上下２視野カメラユニットで、前記電子部品の電極および前記基板の電極を認識する工程と、
    前記電子部品の電極と前記基板の電極との位置ずれの有無を判定する工程と、
    前記電子部品と前記基板とを接合する接合工程と、
    前記電子部品が接合された前記基板を除材する工程と、
    を含む、
    ことを特徴とする電子部品製造方法。
12. 請求項１１に記載の電子部品製造方法において、
    キャリブレーションユニットに設けられたターゲットガラスの基準マークを、固定されたキャリブレーションカメラで撮像して前記電子部品実装装置の平面方向の基準位置と規定し、
    前記上下２視野カメラユニットおよび前記キャリブレーションユニットによって、前記基準位置に対して前記ボンディングツールの位置を規定するキャリブレーション工程を有し、
    前記電子部品実装装置の稼働途中において、定期的または随時に前記キャリブレーション工程を実行する、
    ことを特徴とする電子部品製造方法。

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