JPH0923098A - 部品装着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ツール軸の案内手段を小型化し、作動の際のガ
タを防止するためのプリロードの調整を不要として、チ
ップ部品と対象物との最低接触圧を極小化し得る部品装
着装置を提供すること。 【構成】ヘッド部３９は基板３２の位置するＺ軸方向下
方に移動し、ボールスプライン軸５５の先端に取り付け
られた吸着ツール４０に吸着されたベアチップ３１を基
板３２に実装する。ボールスプライン軸５５はロータリ
ーボールスプライン５４とボールスプライン軸５５に固
定されたクランパー８２との間に介装された圧縮コイル
バネ８６によりその重量がキャンセルされている。ロー
タリーボールスプライン５４は軸回り方向の移動をガイ
ドするボールベアリング５７内に、軸方向の移動をガイ
ドするボールスプライン５６が一体に組み込まれた構成
となっており、ロータリーボールスプライン５４の機能
によりベアチップ３１が基板３２に接触した際の最低接
触圧を極小化している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、部品装着装置に係
り、特に、ベアチップ等の部品を基板等の対象物上に実
装する部品装着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のベアチップ等を基板上に実装する
部品装着装置としては、例えば、図１１〜図１３に示す
ようなものが知られている。図１１は、従来の部品装着
装置の側面図、図１２は、図１１の部品装着装置の正面
図、図１３は、図１１に示す部品装着装置の底面図であ
る。

【０００３】図１１において、従来の部品装着装置（ベ
アチップボンダ）１は、Ｚ軸方向（図１１中矢印Ｚで表
示する方向）に延びたＺ軸テーブル２に、モータ３で駆
動されることにより、当該Ｚ軸テーブル２によってガイ
ドされつつ矢印Ｚで示す方向に下降又はこれとは逆方向
に上昇移動する移動台４が設けられている。

【０００４】移動台４は、ボールベアリング５を介して
ボールスプライン軸６を回転自在に枢支している。ボー
ルスプライン軸６の上部は、図１２に示すように、移動
台４に固定されたストッパ７内をその軸方向に移動可能
に貫通し、ボールスプライン軸６の上端部には、クラン
パー８が固定されている。クランパー８が、ストッパ７
の上端部に当接することにより、ボールスプライン軸６
の矢印Ｚ方向下方への移動が規制される。

【０００５】ボールスプライン軸６の下端部には、フラ
ンジ９ａが形成されており、当該フランジ９ａには、吸
着ツール１０が固定されている。吸着ツール１０は、ベ
アチップ１１を吸着保持し、移動台４が矢印Ｚ方向に下
降することにより、当該ベアチップ１１を基板１２上に
当接させる。

【０００６】また、ボールスプライン軸６の上端部に
は、バネ座１３が当接しており、バネ座１３は、圧縮コ
イルバネ１４の下端部を保持している。圧縮コイルバネ
１４の上端部は、ロードセルブロック１５のロードセル
１６に固定されている。

【０００７】ロードセルブロック１５及び上記ボールベ
アリング５のハウジングは、移動台４に設けられた直線
ガイド１７に沿って矢印Ｚで示す方向に下降又は上昇移
動し、当該ロードセルブロック１５はマイクロメータヘ
ッド１８により上下方向に微調整可能となっている。

【０００８】したがって、マイクロメータヘッド１８に
よりロードセルブロック１５を上下方向に微動すること
により、ロードセル１６に固定された圧縮コイルバネ１
４を所定量伸縮させ、圧縮コイルバネ１４によりロード
セル１６に加わる接触圧を調整することができる。この
とき、圧縮コイルバネ１４によってロードセル１６に対
して加わる接触圧は、ロードセル１６の出力表示（図示
せず）により検出することができる。

【０００９】この状態で移動台４を矢印Ｚ方向に下降さ
せて、吸着ツール１０に吸着保持されたベアチップ１１
を基板１２上に当接させ、さらに、移動台４を下降する
と、ベアチップ１１と基板１２とに接触圧力が発生し
て、ボールスプライン軸６が、移動台４に対して相対的
に矢印Ｚ方向上方に上昇移動し、圧縮コイルバネ１４を
圧縮する。

【００１０】そして、この圧縮コイルバネ１４の付勢力
によって、吸着ツール１０に吸着されたベアチップ１１
の基板１２に対する押圧力が生じ、マイクロメータヘッ
ド１８によって圧縮コイルバネ１４の伸縮量を調整して
おくことにより、ベアチップ１１の基板１２に対する押
圧力を当該圧縮コイルバネ１４の伸縮量に応じた値とす
ることができる。また、当該押圧力は、ロードセル１６
の出力表示によって測定することができ、移動台４の移
動量は、Ｚ軸テーブル２及び移動台４間に設けられたリ
ニアスケール２２によって測定される。

【００１１】また、ボールスプライン軸６の一部には、
図１３に示すように、回動レバー１９が固定されてお
り、回動レバー１９の一部に突出形成された当接部１９
ａには、マイクロメータヘッド２０の出力端が当接して
いる。また、回動レバー１９の一部に突出形成された係
合部１９ｂには、一端を移動台４に係合されたコイルバ
ネ２１の他端部が係合されている。

【００１２】このように、回動レバー１９は、コイルバ
ネ２１により、図１３中矢印Ｒで示す方向に対して逆に
回動付勢され、当接部１９ａがマイクロメータヘッド２
０に当接した状態において、コイルバネ２１による回動
が規制されている。

【００１３】したがって、マイクロメータヘッド２０を
手動で回転させることにより、当該マイクロメータヘッ
ド２０の回転量及び回転方向に応じて回動レバー１９を
矢印Ｒ方向又はこれとは逆方向に回動させることがで
き、これにより、ボールスプライン軸６に固定された吸
着ツール１０を矢印Ｒ方向又はこれとは逆方向に回動す
ることができる。

【００１４】その結果、吸着ツール１０に吸着保持され
たベアチップ１１を基板１２の回路パターンに合わせて
矢印Ｒ方向又はこれとは逆方向に回転させることがで
き、ベアチップ１１の基板１２に対する装着精度を高め
ることができる。

【００１５】また、部品装着装置１には、図１２及び図
１３に示すように、ボールスプライン軸６（すなわち吸
着ツール１０）の移動量を表示するリニアスケール２２
が取り付けられており、リニアスケール２２は、Ｚ軸テ
ーブル２に対して固定関係にあるスケール部２２ａ及び
移動台４上を上下動し得るプレート２３に固定されたス
ケール部２２ｂの相対的な移動量を測定する。

【００１６】さらに、部品装着装置１には、図１２に示
すように、ボールベアリング５のハウジングとストッパ
ー７との間に引っ張りバネ２４が介装されており、ツー
ル軸６に連結されている種々の部品類は、この引っ張り
バネ２４により保持されることとなる。したがって、引
っ張りバネ２４は、ボールベアリング５を介してツール
軸６に連結されている種々の部品類の重量バランスを調
整しており、ベアチップ１１を基板１２にボンディング
する際の最低接触圧は、この引っ張りバネ２４のバネ力
とツール軸６に連結されている種々の部品類の重量との
力のバランスの差及び直線ガイド１７の走行抵抗と関係
で決定される。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の部品装着装置１にあっては、ベアチップ１１
を基板１２にボンディングする際の最低接触圧が、引っ
張りバネ２４のバネ力とツール軸６に連結されている種
々の部品類の重量との力のバランスの差及び直線ガイド
の走行抵抗との関係で決定される構成となっていたた
め、この最低接触圧を、１００ｇ以下にすることが困難
であるという問題があった。特に、ボールスプライン軸
６の直線方向の走行抵抗が大きく、最低接触圧を低減化
することが困難であった。

【００１８】また、従来の部品装着装置１にあっては、
ツール軸６をＺ軸方向に直線移動可能にガイドし、か
つ、軸回りの自由回転を確保するために、ボールベアリ
ング５と直線ガイド１７を組み合わせることにより行う
構成となっていた。そして、ボールスプライン軸６にボ
ールスプラインを設け、その外側にボールベアリング５
を設けていることから、装置が大型化して、上記ベアチ
ップ１１を基板１２にボンディングする際の最低接触圧
を軽減する際の障害となっていた。また、ツール軸６を
Ｚ軸方向に移動させる際に、ガタをなくすためのプリロ
ードの調整が必要であった。

【００１９】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであって、ツール軸の案内手段を小型化し、作動の際
のガタを防止するためのプリロードの調整を不要とし
て、チップ部品と対象物との最低接触圧を極小化し得る
部品装着装置を提供することを目的としている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
れば、対象物に部品を押圧することにより、この部品を
対象物に装着する部品装着装置において、前記対象物の
搭載される基台と、前記基台に近接する方向及び離隔す
る方向に移動可能なヘッド部と、を備え、前記ヘッド部
は、前記部品を着脱自在に保持し、前記ヘッド部が前記
基台方向に移動することにより、前記保持した部品を前
記基台に搭載された前記対象物に装着する保持手段と、
前記保持手段に係る前記基台方向の重量を軽減する重量
軽減手段と、前記保持手段を前記基台方向に案内すると
ともに、前記保持手段を前記部品とともに前記対象物に
対して回転方向に案内し、かつ前記部品が前記対象物に
当接した際の前記部品と前記対象物との接触圧力を軽減
する接触圧力軽減手段と、を備え、前記保持手段は、前
記基台方向に延在するボールスプライン軸を備え、前記
接触圧力軽減手段は、前記ボールスプライン軸を前記基
台方向に案内するボールスプラインと、このボールスプ
ラインと一体に構成され、前記ボールスプライン軸を前
記回転方向に案内するボールベアリングと、を備えた、
部品装着装置により、達成される。

【００２１】上記構成によれば、基台に搭載された対象
物に、部品を保持したヘッド部をこの基台に近接する方
向及び離隔する方向に移動させて、ヘッド部に保持され
た部品を対象物に装着するが、ヘッド部は、その保持手
段により、部品を着脱自在に保持し、保持手段に係る基
台方向の重量を、重量軽減手段により軽減する。

【００２２】そして、接触圧力軽減手段により、保持手
段を基台方向に案内するとともに、保持手段を部品とと
もに対象物に対して回転方向に案内し、かつ、部品が対
象物に当接した際の部品と対象物との接触圧力を軽減す
る。

【００２３】したがって、部品が対象物に当接した際の
部品と対象物との最低接触圧力を極小化することがで
き、部品と対象物の双方に係る負担を軽減しつつ、部品
を対象物に装着することができる。

【００２４】この場合、保持手段が、基台方向に延在す
るボールスプライン軸を備え、接触圧力軽減手段が、こ
のボールスプライン軸を基台方向に案内するボールベア
リングと、このボールベアリングと一体に構成され、ボ
ールベアリングを回転方向に案内して、ボールスプライ
ン軸を回転方向に案内するボールスプラインと、を備え
たものとすると、接触圧力軽減手段を小型化することが
できるとともに、部品と対象物との最低接触圧力を適切
に極小化することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、
技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明
の範囲は、以下の説明において、特に本発明を限定する
旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものでは
ない。

【００２６】図１〜図８は、本発明の部品装着装置の好
ましい一形態を示す図であり、先ずこれらの図面を説明
する。図１は、当該部品装着装置の斜視図、図２は、図
１のヘッド部の正面図、図３は、図１のヘッド部の側面
図、図４は、図２のロータリーボールスプラインのベア
リング部の部分分解斜視図、図５は、図４のロータリー
ボールスプラインの部分分解斜視図、図６は、図１のヘ
ッド部の底面図、図７は、図１の吸着ツールの正面断面
図、図８は、図１のヘッド部の平面図である。

【００２７】図１において、部品装着装置３０は、部品
としてのベアチップ３１を対象物である基板３２に実装
するためのベアチップボンダーであり、ベース（基台）
３３の上に、チップ供給台３４、チップ認識カメラ３
５、Ｘ軸テーブル３６、Ｙ軸テーブル３７、操作部３８
を有している。

【００２８】Ｘ軸テーブル３６には、ヘッド部３９が固
定されており、ヘッド部３９は、基板３２を真空吸着す
る吸着ツール（保持手段）４０を備えている。Ｘ軸テー
ブル３６には、基板３２の配線パターンの位置認識に利
用される基板認識カメラ４１が取り付けられており、Ｘ
軸テーブル３６は、図示しないモータにより図１中矢印
Ｘで示す方向に移動して、任意の位置に位置決めされ
る。

【００２９】前記基板３２は、Ｙ軸テーブル３７上に固
定されて保持され、Ｙ軸テーブル３７は、図示しないモ
ータにより図１中矢印Ｙで示す方向に移動して、任意の
位置に位置決めされる。

【００３０】チップ供給台３４上には、ベアチップ３１
が供給され、チップ供給台３４上に供給されたベアチッ
プ３１をヘッド部３９の吸着ツール４０で吸着して、Ｙ
軸テーブル３７上に保持された基板３２に実装する。そ
して、吸着ツール４０に真空吸着されたベアチップ３１
の位置をチップ認識カメラ３５で認識し、基板３２の配
線パターンの位置を基板認識カメラ４１で認識する。操
作部３８には、部品装着装置１を起動させるための起動
釦４２及びその他の操作釦４３が設けられている。

【００３１】上記ヘッド部３９は、図２及び図３に示す
ように、Ｘ軸テーブル３６に取り付けられたＺ軸テーブ
ル５１の移動台５２上に取り付けられており、Ｚ軸テー
ブル５１の移動台５２は、Ｚ軸テーブル５１に対して、
図２及び図３に矢印Ｚで示すＺ軸方向（図２及び図３中
上下方向）に移動可能に取り付けられている。

【００３２】したがって、ヘッド部３９は、移動台５２
とともにＺ軸方向に移動可能であり、モータ５３により
移動台５２がＺ軸方向に移動される伴って、Ｚ軸方向に
移動する。

【００３３】移動台５２には、ロータリーボールスプラ
イン５４が取り付けられており、ロータリーボールスプ
ライン５４は、Ｚ軸方向に延びたボールスプライン軸
（保持手段）５５を保持している。

【００３４】ロータリーボールスプライン５４は、ボー
ルスプライン５６とボールベアリング５７により構成さ
れており、図４に示すように、ボールベアリング５７内
に、図５に示すボールスプライン５６が組み込まれた構
成となっている。

【００３５】ボールベアリング５７は、ボールスプライ
ン軸５５の外側にスプライン外筒５８が配されており、
スプライン外筒５８の外側にリテーナ５９で保持された
ボール６０を介して外輪６１及びフランジ外輪６２が配
されている。外輪６１とフランジ外輪６２とは、間座６
３により保持されており、スプライン外筒５８とフラン
ジ外輪６２との間には、シール６４が介装されている。

【００３６】ボールスプライン５６は、ボールスプライ
ン軸５５の軸方向に形成された溝５５ａ内を転動するボ
ール６５がリテーナ６６で保持されており、ボール６５
の外側には、外筒６７が配されている。上記リテーナ６
６は、止め輪６８により軸方向に保持されており、ボー
ルスプライン５６内へのごみ等の混入がシール６９によ
り防止されている。上記ボール６５は、後述するよう
に、所定量圧縮変形されており、コロガリ抵抗の極小化
が図られている。

【００３７】このように、ロータリーボールスプライン
５４は、図４に示したボールベアリング５７内に図５に
示したボールスプライン５６が組み込まれた構成となっ
ており、特に、本例のロータリーボールスプライン５４
は、図５に示したボールスプライン５６の外筒６７を図
４に示したボールベアリング５７のスプライン外筒５８
に置き換えて、すなわち、ボールスプライン５６の外筒
６７をボールベアリング５７のスプライン外筒５８とし
て共有して、ボールベアリング５７内にボールスプライ
ン５６を組み込んだ構成となっている。

【００３８】そして、ロータリーボールスプライン５４
は、ボールベアリング５７により、ボールスプライン軸
５５をその軸回りの回転を規制しつつ、軸方向の移動を
ガイド（案内）し、ボールスプライン５６により、その
軸方向の移動を規制しつつ、その軸回りの回転をガイド
している。

【００３９】したがって、ボールスプライン軸５５をそ
の軸方向及びその軸回りの方向にガイドするロータリー
ボールスプライン５４を小型で、かつ、高精度なものと
することができる。

【００４０】そして、ボールスプライン軸５５には、図
６に示すように、上記ロータリーボールスプライン５４
よりも下方部分に回転レバー７０が固定されており、回
転レバー７０は、当接部７０ａと係合部７０ｂを有して
いる。回転レバー７０の当接部７０ａには、マイクロメ
ータヘッド７１の出力端が当接し、回転レバー７０の係
合部７０ｂには、一端を移動台５２に固定されたコイル
バネ７２の他端が係合されている。これにより、回転レ
バー７０は、矢印Ｒで示す方向に回動付勢され、当該Ｒ
方向への回動がマイクロメータヘッド７１により規制さ
れている。

【００４１】したがって、マイクロメータヘッド７１を
手動で回転させることにより、回転レバー７０を矢印Ｒ
で示す方向又はこれとは逆方向に回動することができ、
これに応じて回転レバー７０と一体化されたボールスプ
ライン軸５５を回動させることができる。

【００４２】再び、図２及び図３において、ボールスプ
ライン軸５５の下端部には、フランジ部５５ａにより、
吸着ツール４０が連結されており、吸着ツール４０は、
図１及び図２に示すベアチップ３１を真空吸着する。

【００４３】吸着ツール４０は、図７に示すように、加
熱型のツールであり、フランジ部７４に形成された固定
ネジ穴７４ａにネジを通して前記ボールスプライン軸５
５のフランジ部５５ａに連結固定される。

【００４４】吸着ツール４０には、その下端のチップ吸
着面７５と側面に開口するバキューム口７６が形成され
ており、バキューム口７６のバキュームのオン／オフ
は、装置全体のコントローラ（図示略）により、真空発
生装置（図示略）につながっている真空回路の途中に設
けられている電磁バルブ（図示略）をオン／オフするこ
とにより操作される。

【００４５】チップ吸着面７５に吸着されたベアチップ
３１は、ヒーター７６１により加熱され、また、この吸
着されたベアチップ３１を急速冷却するには、ヒーター
７６１の発熱を停止した後、冷却エアー回路７７に冷却
気体（例えば、常温のドライエアー、あるいは、窒素
（Ｎ2 ）ガス等）を流すことにより行う。

【００４６】吸着ツール４０には、上記冷却エアー回路
７７の上側にさらに別の冷却エアー回路７８が形成され
ており、また、断熱材７９が装着されている。冷却エア
ー回路７８は、ヒーター７６の発熱による余熱が吸着ツ
ール４０の上部に伝達されるのを防止する機能を有して
おり、断熱材７９は、吸着ツール４０への熱の伝達を防
止するとともに、上記冷却気体の冷却能力を増強するた
めの機能を有している。なお、上記ヒーター７６は、吸
着ツール４０内に収納された圧縮バネ８０により、チッ
プ吸着面７５方向に押し付けられている。

【００４７】再び、図２及び図３を参照すると、上記ボ
ールスプライン軸５５は、その上部が、上記ロータリー
ボールスプライン５４の上方に配されたストッパー８１
を貫通して、ストッパー８１の上方に配されたクランパ
ー８２に固定されており、ボールスプライン軸５５の上
端は、バネ座８３に当接している。ストッパー８１は、
直線ガイド８４上に載ったプレート８５に固定されてお
り、クランパー８２の下端には、その内部をボールスプ
ライン軸５５が貫通する圧縮コイルバネ８６の上端が当
接している。圧縮コイルバネ８６の下端は、ボールスプ
ライン５４のハウジング上に設けられたバネ受け８７に
保持されている。

【００４８】クランパー８２の下端がストッパー８１の
上端に当接することにより、クランパー８２、ひいては
ボールスプライン軸５５の下方への移動が規制され、圧
縮コイルバネ８６は、ボールスプライン軸５５とボール
スプライン軸５５にぶら下がっている機械部品類、すな
わち、吸着ツール４０、ベアチップ３１及びクランパー
８２の重量をキャンセルする機能を有している。

【００４９】ストッパー８１は、ボールネジ８８のナッ
ト８９に固定されており、ボールネジ８８の上端部に
は、回転レバー９０（図８参照）が固定されている。回
転レバー９０には、図８に示すように、回転レバー９０
から突出した当接部９０ａと係合部９０ｂが形成されて
おり、係合部９０ｂには、その一端が移動台５４に係合
されたコイルバネ９１の他端が係合している。また、回
転レバー９０の当接部９０ａには、マイクロメータヘッ
ド９２が当接しており、回転レバー９０は、コイルバネ
９１により図７に矢印Ｌで示される方向に回動されると
ともに、当該方向の回動がマイクロメータヘッド９２に
より規制される。

【００５０】したがって、マイクロメータヘッド９２を
回転することにより、回転レバー９０を微小量回転させ
て、この回転レバー９０に固定されているボールネジ８
８を同量だけ回転させることができ、図３に示すナット
８９にとともにストッパー８１を上下動させることがで
きる。

【００５１】その結果、マイクロメータヘッド９２を回
転することにより、ストッパー８１を上下動させて、ス
トッパー８１の上下位置を調整することができる。そし
て、ストッパー８１は、直線ガイド８４上に載ったプレ
ート８５に固定されているので、この直線ガイド８４の
作用により、高精度な直進動作を行う。

【００５２】このように、ボールスプライン軸５５は、
それにぶら下がっている機械部品類の重量が圧縮コイル
バネ８６によりキャンセルされながら、その下方への移
動がストッパー８１により規制され、かつ、ストッパー
８１の上下位置がマイクロメータヘッド９２により微小
調整されることにより、ボールスプライン軸５５の下方
への移動の規制位置が微調整される。

【００５３】したがって、上記ストッパー８１、クラン
パー８２、圧縮コイルバネ８６、ボールネジ８８、マイ
クロメータヘッド９２は、全体として、保持手段である
ボールスプライン軸５５とボールスプライン軸５５にぶ
ら下がる機械部品類に係るベース３３方向の重量を軽減
する重量軽減手段を構成している。

【００５４】上記ボールスプライン軸５５の上端の当接
しているバネ座８３は、圧縮コイルバネ９３を保持して
おり、圧縮コイルバネ９３の上端は、ロードセル（圧力
検出器）９４に保持されている。ロードセル９４は、ロ
ードセルブロック９５に保持されており、ロードセルブ
ロック９５は、直線ガイド９６上に載っている。

【００５５】そして、ロードセルブロック９５の上端に
は、マイクロメータヘッド９７が当接しており、マイク
ロメータヘッド９７を回転させることにより、ロードセ
ルブロック９５を上下方向に微動させることができる。

【００５６】したがって、マイクロメータヘッド９７を
回転させることにより、ロードセルブロック９５、ロー
ドセル９４を微小量上下方向に移動させて、圧縮コイル
バネ９３を設定量だけ高精度にたわませ、圧縮コイルバ
ネ９３の反発力を高精度に調整することができる。この
圧縮コイルバネ９３の反発力が、後述するように、基板
３２に対する吸着ツール４０の押圧力となる。

【００５７】なお、本例において、吸着ツール４０の押
し付けに、ロードセル９４だけでなく、圧縮コイルバネ
９３を使用しているのは、吸着ツール４０のＺ軸方向の
変位が接触圧力の誤差に与える影響を小さくするためで
ある（ロードセル９４を直接使用するよりも圧縮コイル
バネ９３を介した方がバネ定数が小さい）。

【００５８】そして、この圧縮コイルバネ９３の反発力
により、バネ座８３を介してボールスプライン軸５５が
Ｚ軸下方に付勢されて、ボールスプライン軸５５に固定
されているクランパー８２がストッパー８１に密着し、
ヘッド部３９が上下方向に移動する際、ボールスプライ
ン軸５５とストッパー８１が一緒に上下動作する。

【００５９】但し、後述するように、ボールスプライン
軸５５の先端に取り付けられた吸着ツール４０が何かに
接触すると、ストッパー８１とクランパー８２との間に
間隙が生じ、ロードセル９４の検出圧力が変化する。

【００６０】次に、本実施の形態における動作を説明す
る。本例の部品装着装置１は、図１に示したように、基
板３２がＹ軸テーブル３７上に保持されて、Ｙ軸上の設
定位置に位置決めされ、Ｘ軸テーブル３６がＸ軸方向に
移動して、Ｘ軸テーブル３６に取り付けられたヘッド部
３９の吸着ツール４０によりチップ供給台３４上に供給
されたベアチップ３１を真空吸着して、Ｙ軸テーブル３
７上の基板３２に実装する。

【００６１】このとき、吸着ツール４０に吸着されベア
チップ３１の位置をチップ認識カメラ３５により認識
し、また、Ｙ軸テーブル３７上の基板３２の配線パター
ンの位置を基板認識カメラ４１で認識して、吸着ツール
４０のＸＹ方向の位置と回転角度を調整する。

【００６２】その後、吸着ツール４０をＺ軸方向に移動
して、吸着ツール４０に吸着されたベアチップ３１を基
板３２上に実装する。上記吸着ツール４０は、図２及び
図３に示したように、ボールスプライン軸５５に取り付
けられており、ボールスプライン軸５５は、基台として
のＺ軸テーブル５１の移動台５２に取り付けられたロー
タリーボールスプライン５４にＺ軸方向に移動可能に保
持され、かつ、軸回り方向に回転可能に保持されてい
る。

【００６３】そして、ボールスプライン軸５５及び吸着
ツール４０の軸回り方向の位置決め、すなわち、吸着ツ
ール４０に吸着されたベアチップ３１と基板３２との角
度設定は、ボールスプライン軸５５がロータリーボール
スプライン５４にその軸方向に回転可能に保持されてい
るので、マイクロメータヘッド７１を回転することによ
り、回転レバー７０を介してボールスプライン軸５５を
回転することにより適切に調整することができる。

【００６４】なお、ベアチップ３１と基板３２とのＸＹ
方向の位置合わせは、Ｘ方向については、ヘッド部３９
全体をＸ軸テーブル３６に沿ってＸ方向に移動すること
により、また、Ｙ方向については、Ｙ軸テーブル３７を
Ｙ方向に移動して、基板３２をＹ方向に移動することに
より行う。

【００６５】また、部品装着装置１によりベアチップ３
１を基板３２上に実装するには、Ｚ軸方向の押圧力、す
なわち、ベアチップ３１と基板３２との押圧力をいかに
適切に調整しうるかが重要な問題となる。

【００６６】このベアチップ３１と基板３２との押圧力
を適切に調整するためには、ボールスプライン軸５５と
ボールスプライン軸５５にぶら下がっている機械部品類
の重量を軽減すること、及び、ベアチップ３１と基板３
２とが接触した際の接触圧力を高精度に調整すること、
が必要である。なお、このようにベアチップ３１と基板
３２との圧力、特に、接触圧力を極小化するのは、ベア
チップ３１が変形しやすい部品だからである。

【００６７】そこで、この部品装着装置１では、ロータ
リーボールスプライン５４とクランパー８２との間に圧
縮コイルバネ８６を介装して、ボールスプライン軸５５
とボールスプライン軸５５にぶら下がる機械部品類の重
量をキャンセルし、かつ、ストッパー８１のＺ軸方向の
位置をマイクロメータヘッド９２を回転して、その重量
バランス、すなわち、吸着ツール４０回りの重量バラン
スをとることにより、基板３２に対する吸着ツール４
０、すなわち、ベアチップ３１の接触圧力の軽減化を図
っている。

【００６８】また、ボールスプライン軸５５の上端に当
接しているバネ座８３とロードセルブロック９５との間
に圧縮コイルバネ９３を介装し、ロードセルブロック９
５のＺ軸方向の位置を図３に示すマイクロメータヘッド
９７を回転することにより調整して、ベアチップ３１を
基板３２に押圧する際の押圧力を調整している。

【００６９】すなわち、上述のように、吸着ツール４０
にベアチップ３１を吸着して、基板３２上に正確に移動
すると、次に、モータ５３が駆動して、ヘッド部３９を
Ｚ軸方向下方に移動させる。

【００７０】このとき、ボールスプライン軸５５は、圧
縮コイルバネ９３によりＺ軸下方に付勢されて、ボール
スプライン軸５５に固定されたクランパー８２がストッ
パー８１に密着することにより、ストッパー８１と一緒
に下降し、吸着ツール４０に吸着されたベアチップ３１
が下方で待機している基板３２に接触する。

【００７１】したがって、ボールスプライン軸５５とボ
ールスプライン軸５５にぶら下がっている機械部品類、
すなわち、吸着ツール４０とベアチップ３１の重量を圧
縮コイルバネ８６でキャンセルして、基板３２にベアチ
ップ３１を小さな接触圧力で接触させることができる。

【００７２】その後、ベアチップ３１が基板３２に接触
すると、ボールスプライン軸５５がその軸方向に移動可
能にロータリーボールスプライン５４に保持されている
ので、ヘッド部３９の下方への移動に伴って、ボールス
プライン軸５５はヘッド部３９に対して相対的に上方に
移動することとなり、クランパー８２がストッパー８１
から離れて、マイクロメータヘッド９７で設定された圧
縮コイルバネ９３のたわみ量に応じた押圧力により、ベ
アチップ３１が基板３２に押し付けられる。

【００７３】このベアチップ３１と基板３２との押圧力
の大きさは、ロードセル９４の出力表示により知ること
ができ、マイクロメータヘッド９７を調整することによ
り、微細に設定することができる。上記接触圧力でベア
チップ３１が基板３２に押し付けられることにより、ベ
アチップ３１は、基板３２に実装される。

【００７４】このように部品装着装置３０によりベアチ
ップ３１を基板３２に装着する場合、ベアチップ３１が
変形しやすいことから、ベアチップ３１を基板３２にボ
ンディングする際の接触圧力を極小化することが重要で
あり、そのためには、上述のように、ボールスプライン
軸５５及びボールスプライン軸５５にぶら下がる機械部
品類の重量をキャンセルして、ボールスプライン軸５
５、ひいては、吸着ツール４０のバランスを高精度で取
ることができるようにすることが重要である。

【００７５】特に、ボールスプライン軸５５は、Ｚ軸方
向にガイドされながら、Ｚ軸方向下方に移動するため、
ボールスプライン軸５５をガイドする部材とボールスプ
ライン軸５５との接触抵抗を極小化する必要がある。

【００７６】そこで、本実施の形態においては、ボール
スプライン軸５５をロータリーボルスプライン５４によ
り、その軸方向及び軸回りに移動可能にガイドすること
により、ベアチップ３１を基板３２にボンディングする
際の最低接触圧力を５０ｇ以下に極小化している。

【００７７】すなわち、ロータリーボールスプライン５
４は、図４及び図５に示したように、図５に示したボー
ルスプライン５６の外筒６７を図５に示したボールベア
リング５７のスプライン外筒５８に置き換えて、ボール
ベアリング５７内にボールスプライン５６を組み込んだ
構成となっている。

【００７８】そして、ロータリーボールスプライン５４
は、ボールベアリング５７により、ボールスプライン軸
５５をその軸回りの回転を規制しつつ、軸方向の移動を
ガイドし、ボールスプライン５６により、その軸方向の
移動を規制しつつ、その軸回りの回転をガイドしてい
る。

【００７９】ここで、ボールスプライン５６を構成して
いるボールスプライン軸５５と外筒６７の軸方向の相対
運動時の摺動（コロガリ）抵抗は、ボールスプライン軸
５５の溝５５ａの深さと外筒６７の溝の深さに対するボ
ール６５の外形寸法との大きさに関係する。上記ボール
スプライン軸５５の溝５５ａと外筒６７の溝の深さを一
定にした場合、その溝の間を転動するボール６５の径が
小さくなるほど、コロガリ抵抗は減少し、ボール６５の
径が大きくなるほど、コロガリ抵抗は増大するという関
係にある。但し、このような機械要素として使用する場
合、隙間は、大きくても数ミクロンｍｍ以下であること
が必要であり、ボール６５の径の変動幅は、数ミクロン
ｍｍ程度である。

【００８０】ここで、ボール６５を若干圧縮変形させな
がら、すなわち、プリロードをかけた状態で使用する
と、隙間をゼロにすることができ、かつ、ボール６５の
圧縮変形量の大きさに応じて、コロガリ抵抗が変化す
る。

【００８１】そこで、本実施の形態では、ボール６５を
隙間をゼロに保持しつつ、コロガリ抵抗を最小にするボ
ール６５の径の大きさをサブミクロンｍｍ単位で調整す
ることにより、ボールスプライン軸５５の軸方向の抵抗
を極力低減化している。

【００８２】したがって、吸着ツール４０に吸着された
ベアチップ３１を基板３２にボンディングする際の最低
接触圧を５０ｇ以下にすることができ、ボールスプライ
ン軸５５がＺ軸方向に移動する際の抵抗を大幅に低減す
ることができる。その結果、適切な部品装着を行うこと
ができる。

【００８３】このように、本実施の形態の部品装着装置
３０によれば、基台であるベース３３、具体的には、ベ
ース３３上のＹ軸テーブル３７に搭載された対象物であ
る基板３２に、チップ部品であるベアチップ３１を保持
したヘッド部３９を、このベース３３に近接する方向及
び離隔する方向に移動させて、ヘッド部３９に保持され
たベアチップ３１を基板３２に装着するが、ヘッド部３
９は、その保持手段であるボールスプライン軸５５及び
吸着ツール４０、特に、吸着ツール４０により、ベアチ
ップ３１を着脱自在に保持し、ボールスプライン軸５５
及び吸着ツール４０に係るベース３３方向の重量を、圧
縮コイルバネ８６を主構成要素とする重量軽減手段によ
り軽減している。

【００８４】そして、接触圧力軽減手段であるロータリ
ーボールスプライン５４により、ボールスプライン軸５
５をベース３３方向（Ｚ軸方向）に案内するとともに、
ボールスプライン軸５５をベアチップ３１とともに基板
３２に対して回転方向に案内し、かつ、ベアチップ３１
が基板３２に当接した際のベアチップ３１と基板３２と
の接触圧力を軽減している。

【００８５】したがって、ベアチップ３１が基板３２に
当接した際のベアチップ３１と基板３２との接触圧力を
極小化することができ、ベアチップ３１と基板３２の双
方に係る負担を軽減しつつ、ベアチップ３１を基板３２
に装着することができる。

【００８６】また、本実施の形態によれば、ベアチップ
３１を保持する吸着ツール４０をボールスプライン軸５
５に取り付け、このボールスプライン軸５５をベース３
３方向に案内するボールベアリング５６と、ボールベア
リング５６の外方に位置し、ボールベアリング５６を回
転方向に案内して、ボールスプライン軸５５を回転方向
に案内するボールスプライン５７と、で構成されるロー
タリーボールスプライン５４によりボールスプライン軸
５５を軸方向及び回転方向に案内しているので、小型化
することができるとともに、ベアチップ３１と基板３２
との接触圧力を適切に極小化することができる。

【００８７】また、本実施の形態によれば、ボールスプ
ライン５６に使用するボール６５を、所定量圧縮変形さ
れたものを使用しているので、コロガリ抵抗をより一層
小さくすることができ、ベアチップ３１と基板３２との
接触圧力をより一層小さくすることができる。さらに、
本実施の形態によれば、ロータリーボールスプライン５
４が、ボールベアリング５７の外筒５８と、ボールスプ
ライン５６のスプライン外筒６７と、を共有する状態で
形成されているので、ロータリーボールスプライン５４
をより一層小型化することができ、ひいては、部品装着
装置３０を一層小型化することができる。

【００８８】なお、上記実施の形態においては、ストッ
パー８１の位置調整をボールネジ８８とマイクロメータ
ヘッド９２を利用して行っているが、これに限るもので
はなく、例えば、図９に他の実施の形態の部品装着装置
１００として示すように、ストッパー８１とロータリー
ボールスプライン５４のハウジングに連結固定された枠
体１０１とを引張コイルバネ１０２で連結し、枠体メモ
リ１０１に取り付けたマイクロメータヘッド１０３によ
りストッパー８１の位置調整を行うようにしてもよい。

【００８９】また、上記実施の形態のボールネジ８８と
マイクロメータヘッド９２を利用したストッパー８１の
位置調整機構を、例えば、図１０にさらに他の実施の形
態の部品装着装置１１０として示すように、ストッパー
８１に連結されたシャフト１１１と移動台５２に連結さ
れたアーム１１２とを引張コイルバネ１１３で連結し、
アーム１１２に取り付けたマイクロメータヘッド１１４
によりシャフト１１１の先端位置を調整することによ
り、ストッパー８１の位置調整を行うようにしてもよ
い。なお、本実施の形態の場合には、ロードセルブロッ
ク９５の位置調整を行うマイクロメータヘッド９７が、
上記アーム１１２に取り付けられている。

【００９０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ツ
ール軸の案内手段を小型化し、作動の際のガタを防止す
るためのプリロードの調整を不要として、チップ部品と
対象物との最低接触圧を極小化し得る部品装着装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の部品装着装置の一実施の形態の全体斜
視図。

【図２】図１のヘッド部の正面図。

【図３】図１のヘッド部の側面図。

【図４】図２のロータリーボールスプラインの部分分解
斜視図。

【図５】図４のロータリーボールスプラインのボールベ
アリングの部分分解斜視図。

【図６】図１のヘッド部の底面図。

【図７】図１の吸着ツールの正面断面図。

【図８】図１のヘッド部の平面図。

【図９】本発明の部品装着装置の他の実施の形態のヘッ
ド部の側面図。

【図１０】本発明の部品装着装置のさらに他の実施の形
態のヘッド部の側面図。

【図１１】従来の部品装着装置の一例のヘッド部の側面
図。

【図１２】図１１のヘッド部の正面図。

【図１３】図１１のヘッド部の底面図。

【符号の説明】

３０ 部品装着装置 ３１ ベアチップ（チップ部品） ３２ 基板（対象物） ３３ ベース（基台） ３４ チップ供給台 ３５ チップ認識カメラ ３６ Ｘ軸テーブル ３７ Ｙ軸テーブル ３８ 操作部 ３９ ヘッド部 ４０ 吸着ツール（保持手段） ４１ 基板認識カメラ ５１ Ｚ軸テーブル ５２ 移動台 ５３ モータ ５４ ロータリーボールスプライン（接触圧力軽減手
段） ５５ ボールスプライン軸（保持手段） ５６ ボールスプライン（接触圧力軽減手段） ５７ ボールベアリング（接触圧力軽減手段） ５８ スプライン外筒 ６５ ボール ６７ 外筒 ７０ 回転レバー ７１ マイクロメータヘッド ８１ ストッパー（重量軽減手段） ８２ クランパー（重量軽減手段） ８３ バネ座 ８４ 直線ガイド ８６ 圧縮コイルバネ（重量軽減手段） ８８ ボールネジ（重量軽減手段） ９０ 回転レバー（重量軽減手段） ９２ マイクロメータヘッド（重量軽減手段） ９３ 圧縮コイルバネ ９４ ロードセル ９５ ロードセルブロック ９７ マイクロメータヘッド

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物に部品を押圧することにより、こ
   の部品を対象物に装着する部品装着装置において、 前記対象物の搭載される基台と、 前記基台に近接する方向及び離隔する方向に移動可能な
   ヘッド部と、 を備え、 前記ヘッド部は、 前記部品を着脱自在に保持し、前記ヘッド部が前記基台
   方向に移動することにより、前記保持した部品を前記基
   台に搭載された前記対象物に装着する保持手段と、 前記保持手段に係る前記基台方向の重量を軽減する重量
   軽減手段と、 前記保持手段を前記基台方向に案内するとともに、前記
   保持手段を前記部品とともに前記対象物に対して回転方
   向に案内し、かつ前記部品が前記対象物に当接した際の
   前記部品と前記対象物との接触圧力を軽減する接触圧力
   軽減手段と、 を備え、 前記保持手段は、 前記基台方向に延在するボールスプライン軸を備え、 前記接触圧力軽減手段は、 前記ボールスプライン軸を前記基台方向に案内するボー
   ルスプラインと、 このボールスプラインと一体に構成され、前記ボールス
   プライン軸を前記回転方向に案内するボールベアリング
   と、 を備えたことを特徴とする部品装着装置。
2. 【請求項２】前記接触圧力軽減手段の前記ボールベアリ
   ングは、 そのボールが所定量圧縮変形されていることを特徴とす
   る請求項１記載の部品装着装置。
3. 【請求項３】前記接触圧力軽減手段は、 前記ボールベアリングの外筒と、前記ボールスプライン
   のスプライン外筒とを共有する状態で形成されたことを
   特徴とする請求項１に記載の部品装着装置。