WO2007129700A1

WO2007129700A1 - 電子部品装着ヘッド、電子部品装着装置および電子部品装着方法

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Publication number: WO2007129700A1
Application number: PCT/JP2007/059494
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Ebihara; Hiroshi Nasu; Katsuhiko Watanabe; Hiroyuki Kobayashi
Original assignee: Panasonic Corporation
Priority date: 2006-05-09
Filing date: 2007-05-08
Publication date: 2007-11-15
Also published as: TW200805535A; US7980444B2; CN101310580A; US20090265924A1; CN101310580B; JPWO2007129700A1; JP4700060B2; TWI440105B

Abstract

　電子部品装着装置において、電子部品を保持する電子部品装着ヘッド、および、電子部品を回路基板に対して押圧する昇降機構を備え、電子部品装着ヘッドの超音波振動子から部品保持部を介して電子部品に超音波振動を付与しつつ電子部品が回路基板に対して押圧されることにより、電子部品が回路基板に対して装着される。電子部品装着装置では、部品保持部に対して非接触状態にて固定されるヒータからの輻射熱により、電子部品が部品保持部を介して加熱されるため、電熱式のヒータを交換可能に装備した状態においても、電子部品に付与される超音波振動の特性を一定に維持することができる。

Description

明細書

電子部品装着ヘッド、電子部品装着装置および電子部品装着方法技術分野

[0001] 本発明は、超音波を利用して電子部品を回路基板に装着する技術に関する。

背景技術

[0002] 従来、プリント基板等の回路基板に電子部品を装着する装置では、電子部品の電極と回路基板の電極とを接合する様々な方法が利用されており、電子部品を短時間で、かつ、比較的低温にて実装することができる方法の 1つとして超音波を利用する接合方法（以下、「超音波接合」という。）が知られている。超音波接合では、超音波振動により回路基板に押圧された電子部品を振動させ、電子部品の電極 (例えば、バンプが形成されている。 )と回路基板の電極とを電気的に接合する。

[0003] このような超音波接合を行う電子部品の装着装置では、電子部品に対する超音波振動の付与と並行して電子部品または回路基板の電極を加熱することにより、接合強度を高めて実装の質を向上することが行われている。このような加熱は、通常、電子部品が装着される側とは反対側から回路基板を加熱することにより行われる。

[0004] 一方、回路基板全体を高温に加熱することは好ましくないため、例えば、特許文献 1では、半導体チップを実装時に加熱して接合強度を高める技術が開示されている。特許文献 1では、接合ヘッドに設けられたレーザ吸収体にレーザ光を照射することにより発熱させ、当該レーザ吸収体からの熱が接合ヘッドに吸着された半導体チップに熱伝導プレートを介して伝達される。

[0005] 特許文献 1 :特開 2003— 258037号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] ところで、特許文献 1の装置では、接合ヘッドの外部にレーザ発振器やレーザ光を接合ヘッドへと導く光ファイバが設けられ、接合ヘッドの内部には、レーザ光を導くミラーやレーザ吸収体、熱伝導プレート等、様々な部品が設けられるため、接合ヘッドや装置の構造が複雑化して装置コストが上昇してしまう。 [0007] 装置の構造を簡素化するという観点からは、電子部品を保持する部品保持部に加熱部として、例えば電熱式のヒータを設け、熱伝導により部品保持部および電子部品を加熱することが好ましいと考えられる。し力ながら、ヒータに代表されるような加熱部の寿命は比較的短いため、ヒータを部品保持部に交換不能に固定すると、部品保持部を長期間使用することができなくなってしまう。逆に、ヒータを交換可能に取り付けた場合、ヒータの交換時に取付位置の僅かなずれやヒータの僅かな質量差等により、部品保持部を介して電子部品に付与される超音波振動の特性が変化してしまい、所望の接合強度を得ることができなくなってしまう恐れがある。

[0008] 従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、電子部品を加熱しつつ回路基板に対して超音波接合する場合において、電熱式のヒータを交換しても電子部品に付与される超音波振動の特性を一定に維持して電子部品の装着を行うことができる電子部品装着装置および方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0009] 上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

[0010] 本発明の第 1態様によれば、超音波を利用して電子部品を回路基板に装着する電子部品装着装置において、

電子部品を保持する部品保持部と、

上記部品保持部が取り付けられる支持部と、

上記部品保持部に対して非接触の状態にて上記支持部に固定され、輻射熱を付与することにより、上記部品保持部により保持された状態の電子部品を加熱する加熱部と、

上記部品保持部を介して上記電子部品に超音波振動を付与する超音波振動子と上記支持部および上記部品保持部を介して上記電子部品を上記回路基板に向けて押圧する押圧機構とを備える、電子部品装着装置を提供する。

[0011] 本発明の第 2態様によれば、上記部品保持部に、上記加熱部が挿入される穴部が形成され、

上記穴部の内側表面に接触しないように上記穴部に挿入された状態の上記加熱部が上記支持部により保持されている、第 1態様に記載の電子部品装着装置を提供する。

[0012] 本発明の第 3態様によれば、上記穴部が、上記超音波振動子による上記部品保持部の振動方向に垂直な方向に形成された貫通穴であり、

上記加熱部が、上記貫通穴の両側から上記支持部により保持される、第 2態様に記載の電子部品装着装置を提供する。

[0013] 本発明の第 4態様によれば、上記部品保持部は、

上記穴部が形成され、上記超音波振動子による上記部品保持部の振動方向に平行に延在する振動伝達部材と、

上記振動伝達部材の一端に取り付けられ、上記電子部品を保持する保持ツールとを備え、

上記振動伝達部材において、上記振動伝達部材の中心軸に対して上記穴部の中心軸が垂直に交わるとともに、上記穴部が、上記穴部の上記中心軸および上記振動伝達部材の上記中心軸を含む面に対して面対称である、第 2態様に記載の電子部品装着装置を提供する。

[0014] 本発明の第 5態様によれば、上記加熱部は電熱式のヒータであり、

上記ヒータの表面と上記穴部の内側表面との間に、 7. 5 μ ΐη以上 100 μ ΐη以下の間隙が設けられている、第 2態様に記載の電子部品装着装置を提供する。

[0015] 本発明の第 6態様によれば、上記部品保持部は、

上記加熱部が挿入される上記穴部が形成されるとともに、その一方の端部に上記超音波振動子が取り付けられ、上記超音波振動子による上記部品保持部の振動方向に平行に延在する振動伝達部材と、

上記振動伝達部材の他端に取り付けられ、上記電子部品を保持する保持ツールとを備え、

上記振動伝達部材におレ、て上記穴部が上記他方の端部近傍に配置され、上記加熱部が上記他方の端部近傍に配置されている、第 2態様に記載の電子部品装着装置を提供する。

[0016] 本発明の第 7態様によれば、上記支持部が、上記超音波振動子による上記部品保持部の振動のノーダル部のみにて上記部品保持部を支持する、第 1態様に記載の電子部品装着装置を提供する。

[0017] 本発明の第 8態様によれば、上記部品保持部の温度、または、上記部品保持部に保持された電子部品の温度を上記部品保持部に非接触の状態にて測定する温度計をさらに備える、第 1態様に記載の電子部品装着装置を提供する。

[0018] 本発明の第 9態様によれば、上記部品保持部に形成された穴部に挿入され、上記部品保持部の温度を上記部品保持部に非接触の状態にて測定する熱電対をさらに備える、第 1態様に記載の電子部品装着装置を提供する。

[0019] 本発明の第 10態様によれば、超音波を利用して電子部品を回路基板に装着する電子部品装着装置にて使用される電子部品装着ヘッドであって、

電子部品を保持する部品保持部と、

上記部品保持部が取り付けられる支持部と、

上記部品保持部に対して非接触の状態にて上記支持部に固定され、輻射熱を付与することにより、上記部品保持部により保持された状態の上記電子部品を加熱する加熱部と、

上記部品保持部を介して上記電子部品に超音波振動を付与する超音波振動子とを備える、電子部品装着ヘッドを提供する。

[0020] 本発明の第 11態様によれば、超音波を利用して電子部品を回路基板に装着する電子部品装着方法において、

上記部品保持部に対して非接触の状態にて上記支持部に固定された加熱部から輻射熱を付与して、上記部品保持部を介して上記電子部品を加熱し、

それとともに、上記部品保持部を介して上記電子部品に超音波振動を付与しながら、上記電子部品を上記回路基板に向けて押圧して、上記電子部品を上記回路基板に装着する、電子部品装着方法を提供する。

発明の効果

[0021] 本発明によれば、電子部品を加熱しつつ回路基板に対して超音波接合する場合において、加熱部（例えば電熱式のヒータ等）を交換しても電子部品に付与される超音波振動の特性を一定に維持することができる。すなわち、本発明においては、輻射熱を付与することで、電子部品を加熱する加熱部が、超音波振動子から伝達される超音波振動を電子部品に伝達する部品保持部と非接触の状態にて、支持部により支持されるとレ、う構成が採用されてレ、る。このような構成が採用されてレ、ることにより、加熱部の支持部への支持 (すなわち交換可能な支持)と、部品保持部による超音波振動の伝達とを、非接触の関係でもって互いに影響を与えることがないようにすることができる。従って、電子部品に付与される超音波振動の特性を安定化することができ、超音波接合により電子部品の回路基板への装着を確実に行うことができる。

図面の簡単な説明

[0022] 本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、

[図 1]図 1は、本発明の第 1実施形態に力かる電子部品装着装置の正面図であり、 [図 2]図 2は、電子部品装着装置の平面図であり、

[図 3]図 3は、電子部品装着ヘッドを拡大して示す正面図であり、

[図 4]図 4は、電子部品装着ヘッドを拡大して示す左側面図であり、

[図 5A]図 5Aは、電子部品の装着の流れを示すフローチャートであり、

[図 5B]図 5Bは、電子部品の装着の流れを示すフローチャートであり、

[図 6]図 6は、本発明の第 2実施形態にかかる電子部品装着ヘッドを拡大して示す正面図であり、

[図 7]図 7は、電子部品の装着の流れの一部を示すフローチャートであり、

[図 8]図 8は、電子部品装着ヘッドの他の例を示す正面図であり、

[図 9]図 9は、電子部品装着ヘッドのさらに他の例を示す左側面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0023] 本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。以下に、本発明に力かる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

[0024] (第 1実施形態）

図 1は、本発明の第 1の実施形態に係る電子部品装着装置 1の構成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上に超音波を利用して電子部品を装着するとともに電極の接合を同時に行う（すなわち、電子部品を実装する）、いわゆる、フリップチップ実装装置である。

[0025] 図 1および図 2に示すように、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（ + 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装着機構 3が設けられる。また、基板保持部 2の（_X)側には、装着機構 3に電子部品を供給する部品供給部 4が設けられる。基板保持部 2と部品供給部 4との間には、部品供給部 4により装着機構 3に供給された電子部品を撮像する撮像部 5、並びに、電子部品を回収する部品回収機構 61 , 62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 10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。

[0026] 基板保持部 2は、回路基板 9を保持するステージ 21、並びに、ステージ 21を図 1および図 2中の Y方向に移動するステージ移動機構 22を備える。装着機構 3は、電子部品装着ヘッド 31、電子部品装着ヘッド 31を X方向に移動する装着ヘッド移動機構 32、電子部品装着ヘッド 31を Z方向に移動する（すなわち、昇降する）昇降機構 34 ( 図 1参照）を備える。なお、本第 1実施形態において、 X方向と Y方向は、水平面内において互いに直交する方向であり、 Z方向は、 X方向及び Y方向と直交する方向、すなわち鉛直方向である。また、 X、 Y及び Z方向における「十」方向は、図示矢印で示す方向であり、「一」方向は、矢印とは逆向きの方向を表す。

[0027] 図 3および図 4は、電子部品装着ヘッド 31を拡大して示す正面図および左側面図である。図 3および図 4では、電子部品装着ヘッド 31に保持される電子部品 91も併せて図示する（図 6、図 8および図 9についても同様）。図 3に示すように、電子部品装着ヘッド 31は、電子部品 91を保持する部品保持部 33、部品保持部 33の（ + X)側の端部に配置されるとともに部品保持部 33を介して電子部品 91に超音波振動を付与する発振部である超音波振動子 35、部品保持部 33が取り付けられる支持部 36、および、部品保持部 33の（一 X)側の端部近傍に配置される加熱部の一例である電熱式のヒータ 37を備える。

[0028] 電子部品装着ヘッド 31は、また、図 4に示すように、部品保持部 33に保持された電子部品 91の温度を、部品保持部 33に対して非接触にて測定するファイバ型の放射温度計 38を、部品保持部 33の（+Y)側にさらに備える。放射温度計 38は、支持部 36に取り付けられており、部品保持部 33に対して相対的に固定されている。なお、図 3では、図の理解を容易にするため、放射温度計 38の図示を省略している。

[0029] 図 3に示すように、支持部 36は、部品保持部 33を（ + Y)側および（一 Y)側から支持する保持部支持部材 361を備え、保持部支持部材 361は超音波振動子 35による部品保持部 33の振動のノーダル部（すなわち、節部） 335のみにて部品保持部 33 に接続される。

[0030] 部品保持部 33は、大略 X方向に延在する柱状の駆動伝達部材の一例であり、超音波振動子 35が取り付けられるホーン 332、および、ホーン 332の（_X)側の端部に着脱可能に取り付けられるとともに電子部品 91を吸着して保持する保持ツール 33 1を備える。保持ツール 331は、電子部品 91の装着において好適な振動特性および振動伝達特性を有するステンレス鋼により形成されており、中心部に電子部品 91の吸引吸着に利用される真空吸引用の吸引路を備える。

[0031] 略四角柱状の部品保持部 33のホーン 332の中心軸 330は、超音波振動子 35に近づく（すなわち、（+X)側に向かう）に従って僅かに（ + Z)側に上がる方向へと伸びている。超音波振動子 35による部品保持部 33の振動方向、すなわちホーン 332の振動方向は中心軸 330に平行とされる。換言すれば、部品保持部 33のホーン 332 は、超音波振動子 35による振動方向に平行に伸びる略四角柱状となっている。図 1 に示す電子部品装着装置 1では、基板保持部 2に保持される回路基板 9の主面が X Y平面に平行であるため、部品保持部 33の振動方向は回路基板 9の主面に対して僅かに傾いていることとなる。なお、本第 1実施形態では、超音波振動子 35による部品保持部 33の振動の振幅は、約 1 μ mとされる。

[0032] 図 3および図 4に示す部品保持部 33には、ホーン 332を Y方向に貫通する貫通穴（すなわち、超音波振動子 35による部品保持部 33の振動方向に垂直な貫通穴）である穴部 333が形成されており、穴部 333の中心軸 334に垂直な断面は円形とされる。また、穴部 333の中心軸 334は、図 3に示すように、部品保持部 33の中心軸 330に対して垂直に交わる。 [0033] 穴部 333には、略円柱状のヒータ 37が、その中心軸を穴部 333の中心軸 334と一致させつつ挿入される。ヒータ 37は、穴部 333の両側（すなわち、（+Y)側および（ —Y)側））から支持部 36のヒータ支持部材 362により保持されることにより、穴部 333 の内側面に対して非接触の状態にて、支持部 36に対して相対的に固定されている。ヒータ支持部材 362は、断熱部材により形成されている。また、ヒータ支持部材 362 によるヒータ 37の保持を解除することが可能となっており、ヒータ 37は交換可能な構成が採用されている。

[0034] 本第 1実施形態では、ヒータ 37の外径および穴部 333の径は例えばそれぞれ、 3. lmmおよび 3. 3mmとされる。すなわち、穴部 333の中心軸 334を中心とする径方向において、ヒータ 37の表面と穴部 333の内側面との間に間隙が設けられ、この間隙の大きさは 100 z mとされる。図 3および図 4では、図示の都合上、当該距離を実際よりも大きく描いている。

[0035] 図 3および図 4に示す電子部品装着ヘッド 31では、ヒータ 37が通電されることにより、ヒータ 37から部品保持部 33に対して非接触の状態にて輻射熱が付与され、部品保持部 33 (すなわち、ホーン 332および保持ツール 331)を介して、保持ツール 331 に保持された電子部品 91が加熱される。

[0036] 電子部品 91に対して輻射熱を効率良く付与するという観点からは、ヒータ 37と部品保持部 33とは近接していることが好ましぐヒータ 37の表面と穴部 333の内側面との間の距離は 100 /i m以下とされることが好ましい。また、ヒータ 37を穴部 333の内側面に接触させることなく取り付けるという観点からは、ヒータ 37の表面と穴部 333の内側面との間の距離は、 JIS (日本工業規格） B0401「寸法公差及びはめぁレ、」の H7 の上限値（12 μ m)に部品保持部 33の超音波振動の振幅（1 μ m)を加えた値の半分（6. 5 z m)に対して、非接触のための余裕（l x m)をさらに加えた値以上、すなわち、 7. 5 z m以上とされることが好ましい。

[0037] なお、直径が異なるヒータ 37が利用される場合や部品保持部 33の振幅が異なる場合には、穴部 333の径、および、ヒータ 37の表面と穴部 333の内側面との間の距離は適宜変更される。この場合も、ヒータ 37の表面と穴部 333の内側面との間の距離は、 100 a m以下とされることが好ましぐ JIS (B0401)の H7の上限値に部品保持部 33の振動の振幅を加えた値の半分に対して、非接触のための余裕（1 _β m)をさらに加えた値以上とされることが好ましい。

[0038] 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と、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と、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と、供給ヘッド 42を回動および僅かに昇降する回動機構 44とを備える。部品配置部 41は、多数の電子部品が載置される部品トレィ 411と、部品トレィ 411を保持するステージ 412と、部品トレィ 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とを備る。

[0039] 図 1に示すように、供給ヘッド 42は、吸着により保持した電子部品を電子部品装着ヘッド 31の部品保持部 33 (図 3参照）に供給する供給コレット 421を備える。供給コレット 421は、中心部に真空吸引用の吸引路を備え、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。

[0040] 図 1および図 2に示す部品供給部 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に接合される電極部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。なお、本第 1 実施形態では電子部品の電極部は、電極パターン上に金 (Au)で形成された突起バンプであるが、実装方法、あるいは実装される電子部品によっては電極部がメツキバンプ等であってもよぐ電極パターン自体であってもよレ、。また、バンプは、電子部品の電極パターン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

[0041] 撮像部 5は、装着ヘッド移動機構 32による電子部品装着ヘッド 31 (特に、部品保持部 33)の移動経路上であって電子部品装着ヘッド 31の移動と干渉しない位置 (本実施の形態では移動経路の真下）に設けられ、部品保持部 33に保持された電子部品を（一 Z)側から撮像する。基板保持部 2と撮像部 5との間に設けられる部品回収機構 61も、電子部品装着ヘッド 31 (特に、部品保持部 33)の移動経路上であって電子部品装着ヘッド 31の移動と干渉しない位置に配置され、必要に応じて部品保持部 33 が保持する電子部品を回収する。また、ステージ 412の（+X)側に取り付けられる部品回収機構 62は、トレイ移動機構 413によりステージ 412と一体的に X方向および Y 方向に移動され、必要に応じて供給コレット 421が保持する電子部品を回収する。

[0042] 図 5Aおよび図 5Bは、電子部品装着装置 1による電子部品の装着の流れを示すフローチャートである。なお、図 5A及び図 5Bにおいて、 G1及び G2は、それぞれのフローチャート間における図面上の関連先を示す符号である。電子部品装着装置 1により回路基板 9に電子部品が装着される際には、まず、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ィ 411が、予め図 1中の（一 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（ステップ Sl l)。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受渡位置に位置する (ステップ S12)。電子部品装着装置 1では、電子部品装着へッド 31が図 1中に二点鎖線にて示す受渡位置に予め位置しており、供給コレット 421と電子部品装着ヘッド 31の保持ツール 331 (図 3参照）とが対向する。

[0043] 続いて、昇降機構 34により電子部品装着ヘッド 31が僅かに下降し、電子部品の上面が部品保持部 33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、部品保持部 33が供給コレット 421から電子部品を受け取って保持ツール 331 の先端に吸着保持する。図 3に示す電子部品装着ヘッド 31では、ヒータ 37に対する通電が予め行われて部品保持部 33が加熱されており、部品保持部 33による電子部品 91の保持と同時に、部品保持部 33を介して電子部品 91に対する加熱が開始される（ステップ S 13)。

[0044] 電子部品 91の供給が完了すると、図 1に示す昇降機構 34により電子部品装着へッド 31が僅かに上昇し、供給ヘッド 42は元の位置へと退避する。供給ヘッド 42の退避と並行して、電子部品装着ヘッド 31が撮像部 5の真上へと移動し、撮像部 5により部品保持部 33に保持される電子部品 91 (図 3参照）が撮像される (ステップ S 14)。

[0045] 撮像部 5からの出力である画像データは制御部 10に送られ、取得された電子部品 91の画像データと、予め記憶されている電子部品 91の画像データとが比較されて電子部品 91の姿勢 (すなわち、電子部品 91の位置および向き）が検出される。そして、検出結果に基づいて電子部品 91の姿勢が補正される（ステップ S15)。なお、制御部 10により、電子部品 91の姿勢が補正不可能な状態である（すなわち、吸着エラーが生じている）と判断された場合には、電子部品 91の装着動作が中止されて電子部品装着ヘッド 31が部品回収機構 61の上方へと移動し、部品保持部 33からのエアのブロー等により部品保持部 33から分離された電子部品 91が部品回収機構 61により回収される。

[0046] 続いて、電子部品装着ヘッド 31が、装着ヘッド移動機構 32により（ + X)方向へと移動し、回路基板 9上の電子部品 91の装着予定位置の上方 (以下、「装着位置」と呼ぶ。）に位置する（ステップ S16)。電子部品装着ヘッド 31では、ステップ S13における電子部品 91の保持から電子部品 91の加熱が継続して行われており、電子部品装着ヘッド 31が装着位置に位置すると、図 4に示す放射温度計 38により電子部品 9 1の温度が測定される（ステップ S17)。放射温度計 38からの出力は制御部 10 (図 1 参照）に送られ、制御部 10において電子部品 91の温度が所定の温度（本実施の形態では約 200°Cであり、以下、「設定温度」という。）に等しくなつているか否かが確認される（ステップ S 18)。

[0047] 電子部品 91の温度が設定温度に等しい場合は、図 1に示す昇降機構 34により電子部品装着ヘッド 31が回路基板 9に向けて下降し、電子部品 91の接合面に形成された電極部を回路基板 9上の電極へと接触させる。そして、図 3に示す超音波振動子 35から部品保持部 33、すなわちホーン 332及び保持ツール 331を介して電子部品 91に超音波振動を付与しつつ、昇降機構 34により電子部品 91が回路基板 9に対して押圧される。これにより、電子部品 91が回路基板 9に対して電気的に接合され、電子部品 91の装着と同時に電気的接合 (すなわち、実装）が行われる (ステップ S19 )。その後、電子部品 91に対する吸引を停止した電子部品装着ヘッド 31が昇降機構 34により電子部品 91から離れて上昇し、電子部品 91の装着が完了する。電子部品装着装置 1では、昇降機構 34が、電子部品装着ヘッド 31 (すなわち、支持部 36および部品保持部 33)を介して電子部品 91を回路基板 9に対して押圧する押圧機構の役割を果たす。

[0048] 一方、外乱の影響等により電子部品 91の温度が設定温度と異なっている場合（正確には、設定温度を基準とする許容範囲に含まれない温度となっている場合）には、電子部品 91の装着が中断されるとともに警報ランプの点滅等により温度異常が作業者に通知され (ステップ S181)、放射温度計 38からの出力に基づいてヒータ 37の出力（すなわち、ヒータ 37の温度）が制御部 10により調整される (ステップ S182)。そして、ステップ S17に戻って放射温度計 38により電子部品 91の温度が再度測定されて設定温度に等しいか否かが確認され、電子部品 91の温度が設定温度に等しくなると、電子部品 91の装着が再開される（ステップ S17〜S19)。なお、ヒータ 37の出力の調整は、放射温度計 38の測定結果に基づいて手動により行われてもよい。

[0049] 以上に説明したように、電子部品装着装置 1では、部品保持部 33に対して非接触状態にて固定されるヒータ 37からの輻射熱により、電子部品 91が部品保持部 33を介して加熱される。したがって、部品保持部 33を介して電子部品 91に付与される超音波振動の特性を変化させることなぐヒータ 37を部品保持部 33に対して容易に着脱すること力できる。換言すれば、電熱式のヒータ 37を交換しても電子部品 91に付与される超音波振動の特性を一定に維持することができる。その結果、電子部品装着ヘッド 31の他の構成に比べて寿命が短いヒータ 37を交換することにより、回路基板 9に対する電子部品 91の高い接合信頼性 (すなわち、実装の質)を維持しつつ、電子部品装着ヘッド 31を長期間に亘つて使用することができる。また、電子部品 91 の加熱に電熱式のヒータ 37を利用することにより、電子部品装着ヘッド 31および電子部品装着装置 1の構造が複雑化することを防止し、装置コストの上昇を抑制することができる。

[0050] 電子部品装着装置 1の電子部品装着ヘッド 31では、部品保持部 33の穴部 333にヒータ 37が揷入されることにより、ヒータ 37の周囲が部品保持部 33により囲まれる。このため、ヒータ 37からの輻射熱が部品保持部 33に効率良く付与され、部品保持部 3 3および電子部品 91を効率良く加熱することができる。

[0051] 電子部品装着ヘッド 31では、穴部 333が部品保持部 33の振動方向に垂直な貫通穴とされることにより、中心軸 330方向に関する電子部品装着ヘッド 31の長さを長くすることなくヒータ 37を部品保持部 33に対して相対的に固定することができるため、電子部品装着ヘッド 31を小型化することができる。また、保持ツール 331に穴部を形成することなぐヒータ 37を電子部品 91の近傍に配置することができるため、部品保持部 33の構造を複雑化することなぐ電子部品 91をより効率良く加熱することができる。さらには、穴部 333の両側からヒータ 37が保持されることにより、ヒータ 37を部品保持部 33に対して非接触状態にて確実に支持することができるため、ヒータ 37の表面と穴部 333の内側面との間の距離をより小さくすることができる。

[0052] 電子部品装着ヘッド 31では、断面が円形の穴部 333が、その中心軸 334を部品保持部 33の中心軸 330に対して垂直に交差させて部品保持部 33に形成されることにより、部品保持部 33の質量が穴部 333の影響によって Z方向において中心軸 330から上下に偏ることを防止し、部品保持部 33を介して電子部品 91に付与される超音波振動の特性に対する穴部 333の影響を低減することができる。

[0053] また、ヒータ 37を支持する支持部 36が、超音波振動子 35による部品保持部 33の振動のノーダル部 335のみにて部品保持部 33を支持することにより、ヒータ 37を部品保持部 33と共に容易に移動することができるとともに電子部品 91に付与される超音波振動の特性に対する支持部 36の影響を低減することができる。その結果、支持部 36に対する部品保持部 33の着脱が必要な場合であっても、取り付け時の僅かな差異による振動特性への影響に対して過度に配慮する必要なぐ支持部 36に対する部品保持部 33の取り付けを容易とすることができる。

[0054] 電子部品装着ヘッド 31では、超音波振動子 35が、部品保持部 33のヒータ 37が配置される側の端部とは反対側の端部に配置されることにより、すなわち、超音波振動子 35をヒータ 37から可能な限り離して配置することにより、電子部品 91に比べて比較的耐熱温度が低い超音波振動子 35に、ヒータ 37からの熱が伝わることを抑制すること力 Sできる。その結果、超音波振動子 35の温度を耐熱温度（本第 1実施形態では、約 60°C)以下としつつ、電子部品 91を設定温度まで加熱することができる。

[0055] 電子部品装着装置 1では、放射温度計 38により電子部品 91の温度を部品保持部 33に対して非接触の状態にて測定することにより、電子部品 91に付与される超音波振動の特性に影響を与えることなぐ電子部品 91の温度を正確に取得することができる。また、放射温度計 38による測定結果に基づいて制御部 10によりヒータ 37の出力を自動的に調整することにより、電子部品 91の温度を設定温度に維持することができるため、電子部品 91の実装の質をより向上することができる。

[0056] (第 2実施形態）

次に、本発明の第 2の実施形態に係る電子部品装着装置について説明する。図 6 は、本第 2実施形態に係る電子部品装着装置の電子部品装着ヘッド 31aを拡大して示す正面図である。図 6に示すように、電子部品装着ヘッド 31aでは、放射温度計 38 に代えて、部品保持部 33の温度を測定する温度計である熱電対 38aを備える。熱電対 38aは、部品保持部 33のホーン 332の（一 X)側の端部に形成された穴部である凹部 336に揷入され、部品保持部 33の温度を部品保持部 33に対して非接触にて測定する。その他の構成は図 1ないし図 4と同様であり、以下の説明において同符号を付す。

[0057] 本第 2実施形態に係る電子部品装着装置における電子部品 91の実装の流れは、電子部品 91に代えて部品保持部 33の温度が測定される点を除き、上記第 1実施形態とほぼ同様である。図 7は、本第 2実施形態に係る電子部品装着装置における電子部品 91の実装の流れの一部を示すフローチャートであり、図 7に示すステップ S27 , S271の前後の工程はそれぞれ、図 5Aおよび図 5Bに示すステップ S11〜S16および S18, S19, S181 , S182と同様である。

[0058] 本第 2実施形態に係る電子部品装着装置により回路基板 9 (図 1参照）に電子部品

91が装着される際には、まず、上述のステップ S11〜S16が行われて電子部品 91を保持する電子部品装着ヘッド 31aが装着位置に位置する。続いて、熱電対 38aにより部品保持部 33の温度が測定されて制御部 10 (図 1参照）に送られる（図 7：ステップ S27)。制御部 10には、予め求められた部品保持部 33の温度と電子部品 91の温度との関係を示す情報が記憶されており、当該情報と熱電対 38aからの出力に基づいて電子部品 91の温度が制御部 10により算出される（ステップ S 271)。

[0059] その後、上記第 1実施形態と同様に、電子部品 91の温度が設定温度に等しくなつていることが確認された後に、電子部品 91が回路基板 9に対して実装される（ステツプ S18， S19)。また、電子部品 91の温度が設定温度と異なっている場合には、作業者への通知、および、ヒータ 37の出力調整（ステップ S181 , S182)が行われた後にステップ S27に戻って部品保持部 33の温度が再度測定される。 [0060] 以上に説明したように、本第 2実施形態に係る電子部品装着装置では、上記第 1実施形態と同様に、部品保持部 33に対して非接触状態にて固定されるヒータ 37からの輻射熱により、電子部品 91が部品保持部 33を介して加熱される。これにより、電子部品 91を加熱しつつ回路基板 9に超音波接合する場合において、電熱式のヒータ 3 7を交換しても電子部品 91に付与される超音波振動の特性を一定に維持することができる。また、熱電対 38aにより部品保持部 33の温度を部品保持部 33に対して非接触の状態にて測定して電子部品 91の温度を求めることにより、電子部品 91に付与される超音波振動の特性に影響を与えることなぐ電子部品 91の温度を正確に取得すること力 Sできる。

[0061] 本第 2実施形態に係る電子部品装着装置では、熱電対 38aとして柔軟な素線型熱電対ゃシース熱電対等が利用される場合には、熱電対 38aは、凹部 336の内側面に接触した状態で部品保持部 33に固定されてもよい。これにより、電子部品 91に付与される超音波振動の特性にほとんど影響を与えることなぐ熱電対 38aによる非接触式の測定に比べて部品保持部 33の温度をより正確に取得することができ、電子部品 91の温度をより正確に求めることができる。また、熱電対 38aは、ヒータ 37が挿入される部品保持部 33の穴部 333の内側面に形成された溝部に挿入されてもよい。

[0062] 以上、本発明のそれぞれの実施形態について説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなぐ様々な変更が可能である。

[0063] 上記実施形態に係る電子部品装着装置の電子部品装着ヘッドでは、ヒータ 37が挿入される穴部 333の断面は必ずしも円形には限定されなレ、。電子部品 91に付与される超音波振動の特性に対する穴部 333の影響を低減するという観点からは、穴部 333の中心軸 334が部品保持部 33の中心軸 330に対して垂直に交わり、穴部 333 が両中心軸 330， 334を含む面（すなわち、図 3において、中心軸 330の全体を含んで図に垂直に広がる面）に対して面対称とされていればよレ、。そのため、穴部 333の断面は、例えば、部品保持部 33の振動方向に長い長円とされてもよい。この場合、ヒータ 37の表面と穴部 333との距離が部品保持部 33の振動方向において大きくされるため、ヒータ 37と穴部 333の内側面との接触がより確実に防止される。穴部 333は、また、図 3中の中心軸 330を含む XZ平面に平行な面（すなわち、中心軸 330を含むとともに回路基板 9 (図 1参照）に垂直な面）に対しても面対称とされることが好ましレ、。

[0064] ヒータ 37を部品保持部 33に非接触の状態において確実に支持するという観点からは、ヒータ 37は穴部 333の両側から保持されることが好ましいが、装置の構造上の制約等がある場合等、必要に応じて穴部 333の（ + Y)側または（一 Y)側の一方のみにおいて保持されてもよい。

[0065] 電子部品装着ヘッドでは、ヒータ 37が揷入される穴部 333は部品保持部 33の振動方向に垂直な貫通穴とされる力例えば、図 8の正面図に示すように、部品保持部 3 3のホーン 332の（一 X)側の端部に、超音波振動子 35による部品保持部 33の振動方向（すなわち、部品保持部 33の中心軸 330方向）に平行な中心軸を有する凹部が穴部 333aとして形成されてもよい。この場合も、断面が円形の穴部 333aに揷入された略円柱状のヒータ 37から、部品保持部 33に対して非接触の状態にて輻射熱が付与されることにより、電子部品 91に付与される超音波振動の特性を変化させることなぐ部品保持部 33を介して電子部品 91を加熱しつつ回路基板に対して超音波接合すること力 Sできる。

[0066] また、ヒータ 37は、必ずしも部品保持部 33に形成された穴部 333に挿入される必要はなぐ電子部品装着ヘッドでは、例えば、図 9の左側面図に示すように、部品保持部 33の（一 X)側の端部近傍 (すなわち、保持ツール 331の近傍）において、部品保持部 33の（ + Y)側、（—Y)側および（ + Z)側を囲むいわゆる門型のヒータ 37aが設けられてもよい。

[0067] 第 1および第 2実施形態に係る電子部品装着ヘッドでは、部品保持部 33は、必ずしも保持ツール 331がホーン 332に対して着脱可能に取り付けられる構造とされる必要はなぐ保持ツールとホーンとがー体物として形成された部品保持部が支持部 36 に取り付けられてもよい。

[0068] 電子部品装着装置では、保持ツールによる電子部品の保持は、吸引吸着には限定されず、電気的あるいは磁気的な吸着により保持されてもよい。

[0069] また、加熱部の一例として電熱式のヒータが用いられるような場合について説明した力加熱部はこのようなヒータのみに限定されるものではなレ、。加熱部としては、非接触方式による加熱を行う機能を有するものであればよぐ例えば、ランプヒータ、電磁誘導 (IH)加熱装置、熱風ヒータ、などを適用することができる。このように加熱部として、電熱式のヒータ以外のものが採用されるような場合にあっては、加熱部の取り付け位置およびホーン 332に形成された穴部 333の形状や配置などを、その加熱部の形状や機能に応じて適正化することが好ましい。

[0070] 電子部品装着装置は、発光ダイオードや半導体レーザ等の半導体発光素子の装着に適しており、また、半導体発光素子以外の様々な種類の電子部品、例えば、半導体のベアチップ部品や SAW (Surface Acoustic Wave :表面弾性波）フィルタ等の装着にも適している。

[0071] なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより

、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

[0072] 本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとつては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおレ、て、その中に含まれると理解されるべきである。

[0073] 2006年 5月 9曰に出願された曰本国特許出願 No. 2006— 129991号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容は、全体として参照されて本明細書の中に取り入れられるものである。

産業上の利用可能性

[0074] 本発明は、超音波を利用して電子部品を回路基板に装着する様々な技術に利用すること力 Sできる。

Claims

請求の範囲

[1] 超音波を利用して電子部品を回路基板に装着する電子部品装着装置において、電子部品を保持する部品保持部と、

上記部品保持部が取り付けられる支持部と、

上記部品保持部を介して上記電子部品に超音波振動を付与する超音波振動子と上記支持部および上記部品保持部を介して上記電子部品を上記回路基板に向けて押圧する押圧機構とを備える、電子部品装着装置。

[2] 上記部品保持部に、上記加熱部が挿入される穴部が形成され、

上記穴部の内側表面に接触しないように上記穴部に挿入された状態の上記加熱部が上記支持部により保持されている、請求項 1に記載の電子部品装着装置。

[3] 上記穴部が、上記超音波振動子による上記部品保持部の振動方向に垂直な方向に形成された貫通穴であり、

上記加熱部が、上記貫通穴の両側から上記支持部により保持される、請求項 2に記載の電子部品装着装置。

[4] 上記部品保持部は、

上記振動伝達部材において、上記振動伝達部材の中心軸に対して上記穴部の中心軸が垂直に交わるとともに、上記穴部が、上記穴部の上記中心軸および上記振動伝達部材の上記中心軸を含む面に対して面対称である、請求項 2に記載の電子部品装着装置。

[5] 上記加熱部は電熱式のヒータであり、上記ヒータの表面と上記穴部の内側表面との間に、 7. 5 μ ΐη以上 100 μ ΐη以下の間隙が設けられている、請求項 2に記載の電子部品装着装置。

[6] 上記部品保持部は、

上記振動伝達部材におレ、て上記穴部が上記他方の端部近傍に配置され、上記加熱部が上記他方の端部近傍に配置されている、請求項 2に記載の電子部品装着装置。

[7] 上記支持部が、上記超音波振動子による上記部品保持部の振動のノーダル部のみにて上記部品保持部を支持する、請求項 1に記載の電子部品装着装置。

[8] 上記部品保持部の温度、または、上記部品保持部に保持された電子部品の温度を上記部品保持部に非接触の状態にて測定する温度計をさらに備える、請求項 1に記載の電子部品装着装置。

[9] 上記部品保持部に形成された穴部に挿入され、上記部品保持部の温度を上記部品保持部に非接触の状態にて測定する熱電対をさらに備える、請求項 1に記載の電子部品装着装置。

[10] 超音波を利用して電子部品を回路基板に装着する電子部品装着装置にて使用される電子部品装着ヘッドであって、

電子部品を保持する部品保持部と、

上記部品保持部が取り付けられる支持部と、

上記部品保持部を介して上記電子部品に超音波振動を付与する超音波振動子とを備える、電子部品装着ヘッド。超音波を利用して電子部品を回路基板に装着する電子部品装着方法において、上記部品保持部に対して非接触の状態にて上記支持部に固定された加熱部から輻射熱を付与して、上記部品保持部を介して上記電子部品を加熱し、

それとともに、上記部品保持部を介して上記電子部品に超音波振動を付与しながら、上記電子部品を上記回路基板に向けて押圧して、上記電子部品を上記回路基板に装着する、電子部品装着方法。