WO2012002211A1 - チップボンダ - Google Patents

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WO2012002211A1
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horn
holding unit
component holding
turret
chip bonder
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一久 百瀬
勇雄 中原
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アキム株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a chip bonder that ultrasonically welds an electronic component piece to an electronic component as a counterpart.
  • an electronic component for example, an IC chip using a Si substrate, a crystal resonator, a SAW filter or a SAW resonator using a material such as crystal, lithium tantalate, or lithium niobate
  • an apparatus for welding for example, a substrate
  • an apparatus for welding using ultrasonic vibration for example, an ultrasonic flip chip bonder
  • an ultrasonic flip chip bonder capable of high-speed operation capable of welding electronic components in a short time has been studied.
  • a plurality of robot arms that carry IC chips to a substrate and perform ultrasonic welding are provided, and transfer and welding of IC chips to the substrate are performed. Are performed alternately.
  • the above-described ultrasonic flip chip bonder capable of operating at high speed tends to increase the size of the mounting head that generates ultrasonic waves, and further needs to include a plurality of robot arms that operate the mounting head at high speed. There is a problem that the structure is complicated and large, and the manufacturing cost of the apparatus increases.
  • the ultrasonic horn provided in the mounting head adsorbs the IC chip and conveys it to the substrate, and applies the ultrasonic wave to weld the IC chip to the substrate. Therefore, since the tip of the horn is easily damaged, it is necessary to replace the tip of the horn regularly or to periodically polish the tip of the horn with a grindstone. Since the robot arm has to be stopped during maintenance, the mounting cycle time is greatly deteriorated.
  • the present invention is intended to provide a chip bonder that can perform ultrasonic welding of an electronic component piece and a counterpart member with a simple structure and at high speed.
  • the present invention that achieves the above object includes a turret that is rotatably supported with a central axis as a rotation axis, a turret drive motor to which the turret is connected to an output shaft, and a plurality of circumferential directions of the turret.
  • a component holding unit that holds the electronic component piece and welds the electronic component piece to the mating member; and is provided between the turret and the component holding unit, and the component holding unit is arranged in a vertical direction with respect to the turret.
  • a component holding unit guide device that guides the component holding unit movably, a component holding unit driving device that is provided above the component holding unit and moves the component holding unit downward by pressing the component holding unit;
  • the component holding unit includes an ultrasonic horn provided with a suction nozzle for sucking the electronic component piece, and the ultrasonic sound And the horn supporting member for supporting the horn ultrasonic oscillatably a Chippubonda, characterized in that it comprises a casing for slidably supporting said horn support member in the vertical direction.
  • the component holding unit driving device of the chip bonder that achieves the above object includes a first pressing device and a second pressing device, and the first pressing device moves the entire component holding unit downward with respect to the turret.
  • the second pressing device presses the suction nozzle downward with respect to the case of the component holding unit.
  • the component holding unit driving device of the chip bonder that achieves the above object is provided in a state independent of the turret, and at least on the position where the electronic component piece is supplied from the electronic component piece supply device and the electronic component piece. It is fixedly arranged on a position where it is welded to the counterpart member.
  • the chip bonder that achieves the above object includes a horn rotation device that rotates the ultrasonic horn, and the horn rotation device engages with an engagement portion provided on the horn support member of the component holding unit.
  • a slider a slider support device that abuts against one surface of the horn rotation slider and slidably supports the horn rotation slider, and a contact with the other surface of the horn rotation slider, And a slider moving device that moves the slider for rotation.
  • the component holding unit of the chip bonder that achieves the above object includes a horn urging device that urges the horn support member upward, and a horn position detection device that detects a vertical position of the horn support member. It is characterized by providing.
  • the horn urging device of the chip bonder that achieves the above object includes a horn side magnet fixedly arranged on the horn support member side, and a case side fixedly arranged on the case side facing the horn side magnet.
  • a magnet, and the horn side magnet and the case side magnet urge the horn support member upward by attracting or repelling each other.
  • the chip bonder which achieves the above object, is characterized in that the component holding unit driving device is configured such that the horn side magnet and the electronic component piece that is suctioned and held by the suction nozzle are brought into contact with the mating member and the horn side magnet. The pressing operation of the first pressing device is stopped when the magnetic force of the case side magnet is detected by the horn position detection device.
  • the horn position detecting device of the chip bonder that achieves the above object includes a Hall element that is fixedly disposed in the case in the vicinity of the horn side magnet or the case side magnet, and the Hall element is on the horn side. A change in magnetic force of the magnet or the case-side magnet is detected, and the detected change in magnetic force is converted into an electrical signal.
  • the component holding unit driving device of the chip bonder that achieves the above object stops the pressing operation of the first pressing device and presses the second pressing device based on the detection signal of the horn position detecting device. And an arbitrary pressing force is applied to the suction nozzle.
  • the slider support device of the chip bonder that achieves the above object includes a bearing that contacts the horn rotation slider and a pressing device that presses the bearing against the horn rotation slider.
  • the pressing device of the chip bonder that achieves the above object includes a leaf spring provided around the rotation shaft of the bearing and biasing the rotation shaft of the bearing toward the slider for rotating the horn. To do.
  • the slider moving device of the chip bonder that achieves the above object includes a piezoelectric element having a convex portion that abuts the slider for rotating the horn, and is deformed by applying a voltage to the piezoelectric element.
  • the horn rotation slider is slid by an arbitrary distance by moving the part in a circular orbit.
  • the horn rotation slider of the chip bonder that achieves the above object includes a sandwiched portion that is sandwiched by the slider support device and a contact portion that contacts the convex portion of the slider moving device.
  • the ultrasonic horn of the chip bonder that achieves the above object is characterized in that the vibration direction of the ultrasonic horn is provided in the radial direction of the turret.
  • the chip bonder that achieves the above object is characterized in that a polishing device for polishing the tip of the ultrasonic horn is arranged on the movement locus of the component holding unit by the turret.
  • the component holding unit driving device of the chip bonder that achieves the above object is arranged in a state offset in the radial direction of the turret with respect to the component holding unit.
  • the present invention it is possible to provide an excellent effect that it is possible to provide a chip bonder that can perform ultrasonic welding of an electronic component piece and a counterpart member with a simple structure and at high speed.
  • FIG. 2 is a front view of the horn rotation device as seen from the direction of arrow II-II in FIG. It is a figure which shows the state which moves the slider for horn rotation with the piezoelectric element of a slider moving apparatus. It is a figure which shows the position detection method of the horn holding member using the magnet in a component holding unit.
  • A)-(d) It is a top view of the chip bonder, electronic component piece supply apparatus, and board
  • FIG 1 and 2A are front views showing the entire structure of the chip bonder 1 according to the embodiment of the present invention.
  • the chip bonder 1 includes a turret 10, a turret drive motor 20, a component holding unit 30, a horn rotating device 40, a component holding unit guide device 50, a component holding unit driving device 80, a component holding unit driving device 80, and a turret.
  • a drive device base 90 on which the drive motor 20 is disposed and a leg portion 95 on which the drive device base 90 is held are configured.
  • the drive device base 90 has a supply position U where the component holding unit drive device 80 arranged on the drive device base 80 sucks the electronic component piece 300 by the suction nozzle 33 of the component holding unit 30, and the sucked electronic component piece 300. It is disposed above the welding position W where it is welded to the substrate 400. It is preferable that the driving device base 90 is disposed at another position (for example, a position where the poorly welded electronic component piece 300 and the substrate 400 are shaken off onto the defective product tray).
  • the electronic component piece 300 placed on the tray 100 is moved in the XY direction (left and right of the paper and the front side of the paper) by the electronic component piece supply device 120 configured by an XY table, and is supplied in a predetermined manner. Supplied to position U.
  • the electronic component piece 300 is supplied to the supply position U by the main control unit (not shown) based on the image data of the electronic component piece 300 taken by the supply position confirmation camera 92 disposed above. This is done by moving the supply device 120 in the XY direction.
  • a tray 200 on which a substrate 400 is placed is disposed on the side substantially opposite to the electronic component piece supply device 120 (a place having a phase difference of 180 degrees along the rotational movement path of the turret 10) with the chip bonder 1 interposed therebetween.
  • a substrate supply device 220 that moves in the XY direction is provided.
  • the substrate supply device 220 supplies the substrate 400 placed on the tray 200 to the welding position W.
  • the supply of the substrate 400 to the welding position W is performed by the main control unit (not shown) using the X-side substrate supply device 220 based on the image data of the substrate 400 taken by the welding position confirmation camera 94 disposed above. This is done by moving in the Y direction.
  • suction is performed to photograph the component holding unit 30 from below.
  • a position confirmation camera 93 is provided.
  • the suction position confirmation camera 93 images the angle of the electronic component piece 300 sucked and held by the suction nozzle 33 and transmits the shot image data to the main control unit.
  • the main control unit operates the horn rotation device 40 based on the image data to control the rotation of the suction nozzle 33 so that the electronic component piece 300 is at a predetermined angle.
  • the position for confirming the suction state (angle) of the electronic component piece 300 sucked and held by the suction nozzle 33 is referred to as a suction state confirmation position V here.
  • a polishing device 98 is provided in the middle of the welding position W and the supply position U on the rotational movement path of the component holding unit 30 (here, a place having a phase difference of 90 degrees from the welding position W).
  • the polishing device 98 automatically polishes the tip when the tip of the suction nozzle 33 abuts. Therefore, the maintenance of the suction nozzles 33 of the other component holding units 30 can be performed while the component holding unit 30 is performing the supply operation or the welding operation at the welding position W or the supply position U.
  • a position where the suction nozzle 33 is polished by the polishing apparatus 98 is referred to as a polishing position T here.
  • the chip bonder 1 conveys the suction nozzle 33 provided in the component holding unit 30 in the order of the supply position U, the suction state confirmation position V, the welding position W, and the polishing position T by rotating the turret 10. Can be done.
  • the supply position U, the suction state confirmation position V, the welding position W, and the polishing position T are shown. Each phase difference is set to 90 degrees. For example, as will be described later with reference to FIG.
  • the supply position U, the suction state confirmation position V, welding position W, and polishing position T also need to be set at a location that is a multiple of the phase difference of 60 degrees.
  • the turret 10 is a disc-shaped member having a disk shape or a polygonal shape such as a pentagon or a hexagon.
  • the turret 10 is supported on the turret drive motor 20 in a coaxial state so as to be rotatable about its own central axis as a rotation axis. As a result, the turret 10 rotates in conjunction with the rotation of the turret drive motor 20.
  • the output shaft of the turret drive motor 20 is directly connected to the turret 10 here, but it is also preferable that it is indirectly connected via a reduction gear or the like.
  • the turret 10 is not limited to the shape described above.
  • the turret 10 is a star or starfish having a plurality of convex portions (arms) formed so as to protrude radially outward from the outer peripheral surface of the cylinder. Even a mold or the like is preferable.
  • the turret drive motor 20 uses a DD motor (direct drive motor), and can position the turret 10 in the rotational direction with high angular accuracy.
  • the turret drive motor 20 is not limited to a DD motor, and may be a DC motor, a stepping motor, or the like.
  • the turret drive motor 20 has a fixed side (stator) and a rotation side (rotor), one of which generates a magnetic field that changes in rotation, and gives a driving force to the rotor by the change in the magnetic field. Any other device may be used as long as it rotates.
  • a rotation angle detection device for example, a rotary encoder
  • detecting the rotation angle of the output shaft is provided to rotate the motor. It is desirable to be able to detect and control the angle with high accuracy.
  • the turret drive motor 20 is fixed to the upper drive device base 90. Accordingly, it can be considered that the turret 10 is held on the drive device base 90 via the turret drive motor 20.
  • the driving device base 90 is further held by a leg portion 95 so as to be swingable. Therefore, when maintaining the turret 10, as shown in FIG. 2B (b), the entire turret 10 is opened upward by swinging the drive device base 90 upward with respect to the leg portion 95. It is possible.
  • a plurality of (four in this case) component holding units 30 are provided at equal intervals in the circumferential direction of the turret 10, and an ultrasonic horn 32 having a suction nozzle 33 on the lower side. It has.
  • the component unit 30 is arranged on the outer periphery of the turret 10 so as to protrude outward in the radial direction. By doing so, the space S can be secured between the circumferential directions of the plurality of component holding units 30.
  • the supply position confirmation camera 92 disposed above the supply position U captures the electronic component piece supply device 120 from above through the space S at the timing when the component holding unit 30 does not exist, and the electronic component The piece 300 is positioned.
  • the welding position confirmation camera 94 disposed above the welding position W measures the timing when the component holding unit 30 does not exist, images the substrate 400 through the space S, and welds the electronic component piece 300 to a predetermined place. It is like that.
  • the chip bonder 1 rotates the turret 10 by an arbitrary angle to move the suction nozzle 33 of the predetermined component holding unit 30 to an arbitrary position. Further, the component holding unit 30 sucks and holds the electronic component piece 300 by the suction nozzle 33 of the ultrasonic horn 32 at an arbitrary position (for example, the supply position U or the welding position W) of the movement destination, or the ultrasonic horn 32. The electronic component piece 300 adsorbed and held can be ultrasonically welded to the substrate 400 by the ultrasonic vibration.
  • the suction nozzle 33 has a suction passage 33A formed therein, and is connected to a vacuum pump (not shown). The vacuum pump generates a negative pressure at the tip of the suction nozzle 33 via the suction path 33A. Thereby, the suction nozzle 33 sucks the electronic component piece 33A.
  • the component holding unit 30 includes a case 31, an ultrasonic horn 32, a horn support member 34, a horn urging device 36, and a horn position detection device 38.
  • the ultrasonic horn 32 is supplied with an electric signal having a frequency of 60 kHz, specifically about 63 kHz by an ultrasonic oscillator (not shown), and can convert it into mechanical vibration energy.
  • the frequency of the electric signal generated from the ultrasonic oscillator varies depending on the electronic component piece to be welded, and is not limited to the above frequency range.
  • the housing space 31A inside the case 31 accommodates a shaft portion 34C of a horn support member 34, a horn urging device 36, and a horn position detection device 38 which will be described later. Furthermore, a sliding passage 31B is formed in the case 31, and the shaft portion 34C of the horn support member 34 is slidably inserted.
  • the housing space 31A and the sliding passage 31B are formed in communication with each other, and the sliding passage 31 is provided with a support member 35 that supports the shaft portion 34C to be slidable in the vertical direction and to be rotatable about the shaft. ing.
  • a ball bearing is used as the support member 35.
  • the support members 35 are provided at two locations on the sliding passage 31B.
  • the horn support member 34 is movable with respect to the case 31 both in the vertical direction and in the rotational direction.
  • a case-side magnet fixing portion 31D for fixing the case-side magnet 36B to the case 31 is provided below the accommodation space 31A.
  • the horn main body 32X of the ultrasonic horn 32 has a substantially rectangular parallelepiped shape as viewed from the direction of arrow I (vertical direction) in FIG. The neighborhood is in a tight shape.
  • the ultrasonic horn 32 has a suction nozzle 33 projecting downward from the end surface at the approximate center of the constricted portion.
  • the horn body 32X is formed with thin plate-like connecting portions 32B at four locations in the longitudinal direction and the width direction, and further, a fixing portion 32A is formed on the connecting portion 32B.
  • the fixing portion 32A is fixed to the horn mounting portion 34A of the horn support member 34. Therefore, the ultrasonic horn 32 is connected to the horn mounting portion 34A of the horn support member 34 only by the fixing portion 32A, and is not in contact with other portions.
  • the horn main body 32X is held by the thin plate-like connecting portion 32B, there is almost no vibration attenuation due to fixing to the horn support member 34, and ultrasonic vibration based on the input electric signal can be reliably performed.
  • the horn main body 32X is connected to the connecting portion 32B as shown in FIG. Due to elastic deformation, it vibrates continuously in the left-right direction (arrow B, C direction) in the figure and in a plane perpendicular to the suction direction.
  • the position where the connection part 32B in the horn main-body part 32X is formed is set to the point where the vibration (amplitude) is the smallest in the vibration mode.
  • the ultrasonic horn 32 has a shape in which the vicinity of the suction nozzle 33 is constricted, and is further arranged to vibrate ultrasonically in a direction perpendicular to the circumferential direction of the turret 10. That is, the ultrasonic horn 32 is arranged so that the longitudinal direction thereof faces the radial direction of the turret 10. As a result, a marginal space is formed before and after the turret 10 in the circumferential direction of the suction nozzle 33. For example, more component holding units 30 can be disposed along the circumferential direction of the turret 10. .
  • the ultrasonic horn 32 extends in the radial direction so that it does not become an obstacle. That is, while the ultrasonic horn 32 (component holding unit 30) that moves in the circumferential direction by the supply position confirmation camera 92, the welding position confirmation camera 94, and the turret 10 does not exist, the electronic component pieces 300 on the tray 100, The substrate 400 is image-recognized.
  • the horn support member 34 is a rod-shaped member having a substantially T-shaped cross section in the vertical direction.
  • a horn mounting portion 34A formed continuously with the above-described shaft portion 34C is provided, and the upper end side (second pressing device 70 side) of the horn support member 34 is provided.
  • an extension plate 34 ⁇ / b> D extending radially inward of the turret 10.
  • the upper surface of the expansion plate 34 ⁇ / b> D serves as a pressure receiving portion 34 ⁇ / b> B that is pressed by the second pressing device 70.
  • the component holding unit driving device 80 can be arranged offset in the radial direction.
  • a horn side magnet fixing portion 34D is provided below the pressure receiving portion 34B (expansion plate 34D), and the horn side magnet 36A of the horn biasing device 36 is fixed.
  • On the outer surface of the horn attachment portion 34A a substantially L-shaped engagement portion 34E that engages with the horn rotation device 40 is provided.
  • the horn urging device 36 includes a horn side magnet 36A and a case side magnet 36B disposed below the horn side magnet 36A.
  • the horn side magnet 36A is formed in an annular shape, is inserted through the shaft portion 34C of the horn support member 34, and is fixed to the horn side magnet fixing portion 34D.
  • the case-side magnet 36B is formed in an annular shape and is inserted in a state having play with respect to the shaft portion 34C of the horn support member 34, and at the case-side magnet fixing portion 31C formed in the housing space 31A of the case 31. It is fixed.
  • the horn side magnet 36A and the case side magnet 36B are arranged so that the same magnetic poles face each other (for example, the S pole and the S pole or the N pole and the N pole face each other).
  • the horn side magnet 36A and the case side magnet 36B repel each other. Due to this repulsive force, the horn support member 34 is biased upward with respect to the case 31 and magnetically levitated.
  • the horn side magnet 36A and the case side magnet 36B are arranged so that the different polarities face each other so as to attract each other.
  • an upper biasing member such as a tension spring that biases the horn side magnet 36A upward with a force substantially equal to the magnet's attractive force so that the horn side magnet 36A does not attract the case side magnet 36B. (Not shown) is preferably provided.
  • one end of the upper urging member formed of a tension spring or the like is fixed to a part of the horn support member 34 (for example, the horn side magnet fixing portion 34D), and the other end of the upper urging member is the accommodation space of the case 31.
  • the horn side magnet 36A is attracted to the case side magnet 36B side (downward) by the magnetic force of the magnet and is separated from the case side magnet 36B by the substantially equal force by the upper urging member (upward direction). ).
  • the horn support member 34 is supported at a height at which the attractive force by the horn side magnet 36A and the case side magnet 36B and the tensile force by the upper urging member are balanced. In this case, the vertical position of the horn support member 34 can be easily adjusted by simply changing the urging force (the pulling force by the spring) of the upper urging device, and the magnet fixed to the horn support member 34 and the case 31. The effort to replace the can be reduced.
  • the horn position detection device 38 is a device that can detect a magnetic field change of the horn side magnet 36A or the case side magnet 36B and convert it into an electric signal.
  • a hall element is used as the horn position detection device 38.
  • the horn position detection device 38 is provided on the side wall of the housing space 31A of the case 31 so as to be close to the horn side magnet 36A.
  • the S pole and the N pole are polarized in the vertical direction, and the magnetic field B acts on the horn position detection device 38 side.
  • the horn position detector (Hall element) 38 detects a change in the intensity of the magnetic field X in the horizontal direction. Therefore, as shown in FIG.
  • the horn position detection device 38 detects a magnetic field fluctuation based on a change in the distance from the horn side magnet 36A, and converts the change into an electrical signal.
  • the horn position detection device 38 transmits an electrical signal to a main control unit (not shown). Based on the electrical signal received from the horn position detector 38, the main control unit can detect the vertical fluctuation of the horn support member 34 with respect to the case 31. As a result, at the time of welding, the entire component holding unit 30 is lowered, and the moment when the electronic component piece 300 contacts the substrate 400 can be detected very accurately.
  • FIG. 3A is a plan view of the horn rotating device 40 viewed from the direction of arrow I in FIG. 3, and FIG. 3B is a right side view of the horn rotating device 40, and FIG. These are the front views of the horn rotation apparatus 40 seen from the arrow II-II direction in Fig.5 (a).
  • the horn rotation device 40 slides the horn rotation slider 42 that engages with the engagement portion 34E of the horn support member 34 to the left and right (in the direction of arrow D or E in FIG. 5A), thereby moving the horn support member 34. Rotate. As a result, the suction nozzle 33 can be rotated in the plane perpendicular to the suction direction (in the direction of arrow F or G in FIG. 5A).
  • the horn rotation device 40 sucks the horn rotation slider 42 in conjunction with the horn rotation slider 42, the slider support device 44 that slidably supports the horn rotation slider 42 from one side, and the slider support device 44.
  • a slider moving device 46 that slides in a plane perpendicular to the direction and a slider position detecting device 48 that detects the sliding amount of the horn rotating slider 42 are configured.
  • the horn rotation slider 42 is a substantially C-ring shaped plate member.
  • the horn rotation slider 42 has a support surface 42A and a driven surface 42B.
  • the support surface 42 ⁇ / b> A is a part that contacts the bearing 44 ⁇ / b> A in the slider support device 44.
  • the driven surface 42B of the horn rotation slider 42 abuts on a convex portion 47A formed on the piezoelectric element 47 of the slider moving device 46. Accordingly, the horn rotation slider 42 is sandwiched between the bearing 44A and the convex portion 47A. The driven surface 42B is subjected to graining to increase the frictional resistance with the convex portion 47A. Although details will be described later, the convex portion 47A of the piezoelectric element 47 slides the driven surface 42B of the horn rotation slider 42 by the frictional resistance therebetween.
  • the slider support device 44 includes a bearing 44A such as a ball bearing, a leaf spring 44B, a presser screw 44C, a leaf spring fixing base 44D, a shaft base 44E, a holding shaft 44F, and a base 41. .
  • a bearing 44A such as a ball bearing
  • a leaf spring 44B a presser screw 44C
  • a leaf spring fixing base 44D a shaft base 44E
  • a holding shaft 44F a base 41.
  • the pedestal 41 is configured in a rectangular tube shape, and the piezoelectric element 47 of the slider moving device 46 is accommodated therein.
  • the pedestal 41 is provided with two shafts 44E and 44E.
  • the shafts 44E and 44E have a structure in which a holding shaft 44F is held in a detachable state.
  • a bearing 44A is provided on the holding shaft 44F.
  • the leaf spring fixing base 44D is provided substantially at the center of the base 41.
  • the leaf spring 44B is fixed to the leaf spring fixing base 44D by two holding screws 44C and 44C.
  • the holding shaft 44F is pressed against the shaft base 44E by the elastic force of the leaf spring 44B.
  • the holding shaft 44F is provided so as to be movable in the vertical direction of FIG.
  • the bearing 44A is urged toward the horn rotation slider 42 by pressing the holding shaft 44F toward the shaft 44E with the leaf spring 44B.
  • the horn rotation slider 42 is sandwiched between the convex portion 47A of the slider moving device 46 and the bearing 44A.
  • the leaf spring 44B, the holding screw 44C, and the leaf spring fixing base 44D constitute the pressing device of the present invention.
  • the bearing 44A is pressed against the horn rotation slider 42 side by the leaf spring 44B to restrict the slide of the horn rotation slider 42.
  • the present invention is not limited to this. Other techniques can also be used.
  • the slider moving device 46 includes a piezoelectric element 47 supported on the pedestal 41 side so as to vibrate.
  • the piezoelectric element 47 includes a pair of piezoelectric element pieces 47B, and applies periodic voltages that are 90 degrees out of phase with each other.
  • the piezoelectric element 47 is provided with a convex portion 47A protruding in the direction of the horn rotation slider 42.
  • a voltage having a phase difference of 90 degrees is applied to the two piezoelectric element pieces 47B described above, as shown in FIG. 6, the convex portion 47A rotates at high speed along an elliptical orbit. This direction of rotation can be reversed as appropriate. If the elliptical orbit of the convex portion 47A is used, the horn rotation slider 42 can be moved in both the left and right directions in FIG.
  • the suction nozzle 33 can be rotated by a predetermined angle by sliding the horn rotation slider 42. .
  • the horn rotation device 40 includes a slider position detection device 48 configured to include a magnet 48A and a Hall element 48B.
  • the magnet 48A is provided on the horn rotation slider 42 side, and the Hall element 48B is provided on the pedestal 41 side.
  • the magnet 48A and the hall element 48B are opposed to each other.
  • the Hall element 48B detects this magnetic field fluctuation, converts it into an electrical signal, and transmits it to a main control unit (not shown).
  • the main control unit detects the slide position of the horn rotation slider 42 based on the electrical signal received from the Hall element 48B.
  • the main control unit controls the horn rotation slider 42 to move in the left-right direction based on the detected position information.
  • a power source, a circuit, and the like for operating the Hall element 49B and the piezoelectric element 47 are housed in a substrate box 49 fixed to the pedestal 41.
  • the component holding unit guide device 50 is provided between the turret 10 and the component holding unit 30.
  • the component holding unit guide device 50 includes a rail 52 arranged in the vertical direction on the outer periphery of the turret 10, a slide main body 54 slidably engaged with the rail 52, and a table 56 fixed to the slide main body 54. And a linear motion device having a component holding unit upper biasing device 58 that constantly biases the table 56 upward.
  • the table 56 is an L-shaped plate member, and the case 31 of the component holding unit 30 is fixed to one surface of the L-shape, and the pressure receiving portion 56A that is pushed down by the first pressing device 60 on the other surface. Is formed. Therefore, when the pressing member 68 of the first pressing device 60 pushes down the pressure receiving portion 56 ⁇ / b> A of the table 56, the entire component holding unit 30 is guided downward together with the table 56.
  • the component holding unit upward biasing device 58 is a device that constantly biases the table 56 upward with respect to the turret 10.
  • the component holding unit upper biasing device 58 includes an outer cylinder 58A fixed to the upper surface of the turret 10, a compression spring 58C disposed between the turret 10 and the table 56, and a shaft that holds the compression spring 58C. It has a member 58B. The upper end of the shaft member 58B is fixed to the table 56 side, and the lower end is slidably inserted into the outer cylinder 58A.
  • the compression spring 58 ⁇ / b> C is in contact with the turret 10 at one end and is in contact with the table 56 at the other end, and is disposed in a compressed state. Therefore, the compression spring 58C biases the table 56 upward. As a result, the component holding unit 30 is always stationary at the upper side unless an external force from the component holding unit driving device 80 is applied.
  • the component holding unit driving device 80 includes a first pressing device 60 and a second pressing device 70.
  • the component holding unit driving device 80 is mounted on the driving device base 90.
  • the component holding unit driving device 80 is disposed in the radially offset state above the suction position U and the welding position W, respectively.
  • the component holding unit driving device 80 is offset inward in the radial direction, so that a space directly above the component holding unit 30 is opened. As a result, for example, the component holding unit driving device 80 can be prevented from interfering with the imaging direction of the supply position confirmation camera 92.
  • the first pressing device 60 includes a motor 62, a cam 64, a second pressing device guide mechanism 66, and a pressing member 68.
  • the second pressing device guide mechanism 66 is a linear motion device that includes a rail 66A, a slide body 66B, a table 66C, and a cam receiving member 66D.
  • the rail 66A is provided on the rail mounting portion 90A of the drive device base 90 in the vertical direction.
  • the slide body 66B is slidably engaged with the rail 66A.
  • a table 66C is fixed to the slide body 66B.
  • a second pressing device 70, a cam receiving member 66D, and a pressing member 68 are fixed to the table 66C.
  • the cam 64 is a flat cam fixed to the output shaft 62A of the motor 62, contacts the cam receiving member 66D at an arbitrary position of one rotation, and pushes down the cam receiving member 66D. Accordingly, the first push-down device 60 pushes down the table 66C by pushing down the cam receiving member 66D.
  • the pressing member 68 is a rod-like member provided so as to protrude below the table 66C.
  • the pressing member 68 pushes down the pressure receiving portion 56 ⁇ / b> A formed on the table 56 of the component holding unit guide device 50. Therefore, the pressing member 68 can push down the entire component holding unit 30 together with the table 56.
  • the second pressing device 70 includes a base 76 fixed to the table 66C of the first pressing device 60 and a voice coil motor 74 fixed to the base 76.
  • the voice coil motor 74 can move the output shaft 72 provided on the tip side with a preset pressure (biasing force) according to the input voltage.
  • the output shaft 72 of the voice coil motor 74 is disposed on the pressure receiving portion 34 ⁇ / b> B of the horn support member 34 provided in the component holding unit 30. Therefore, the voice coil motor 74 can press the expansion plate 34 ⁇ / b> D (pressure receiving portion 34 ⁇ / b> B) of the horn support member 34 with an arbitrary force by lowering the output shaft 72.
  • the expansion plate 34D is expanded radially inward, and as a result, the voice coil motor 74 can be offset and disposed radially inward.
  • the component holding unit driving device 80 pushes down the entire component holding unit 30 by the first pressing device 60. Then, at the moment when the electronic component 300 contacts the substrate 400, the horn holding member 34 moves upward relative to the case 31.
  • the horn position detection device 38 detects the movement very quickly and transmits an electric signal to the main control unit (not shown), and the first pressing device. 60 is stopped.
  • the horn holding member 34 is magnetically levitated by the magnetic force (repulsive force of the horn side magnet 36A and the case side magnet 36B), an extremely small external force is applied to the horn holding member 34. Even in the case, the relative movement with respect to the case 31 can be performed quickly. Therefore, the magnetic levitation by the magnet and the position detection using the magnet make it possible to perform highly accurate detection while making the configuration extremely compact.
  • the output shaft 72 of the voice coil motor 74 of the second pressing device 70 is lowered.
  • a predetermined pressing force is applied to the pressure receiving portion 34 ⁇ / b> B of the horn support member 34 by the output shaft 72 of the voice coil motor 74.
  • this pressing force for example, the force is linearly increased starting from 0 at first, and finally applied to 4 Newton [N].
  • a predetermined pressing force is applied to the suction nozzle 33 fixed to the horn support member 34, and the electronic component piece 300 and the substrate 400 can be pressurized with a predetermined pressure.
  • the amplitude of the ultrasonic vibration is also increased linearly from 0, so that the electronic component piece 300 and the substrate 400 can be stably welded.
  • the pressing force of the horn support member 34 by the voice coil motor 74 can be arbitrarily set by the voltage input to the voice coil motor 74.
  • FIG. 8 is a plan view of the chip bonder 1, the electronic component piece supply device 120, and the board supply device 220 according to the present embodiment provided with six component holding units 30.
  • the chip bonder 1 has six component holding units 30 provided at intervals of about 60 ° in the circumferential direction of the turret 10.
  • the component holding unit at the supply position U is defined as a component holding unit 30A, and the component holding units 30B to 30F are defined clockwise based on this.
  • the number of component holding units and the arrangement interval are not limited to the above. For example, four component holding units are provided at intervals of about 90 °, or eight component holding units are provided at intervals of about 45 °. Even so, it is preferable.
  • the position advanced 60 degrees with respect to the supply position U is the suction state confirmation position V, and the position further advanced 120 degrees is the welding position W.
  • the position advanced by 60 degrees is the polishing position T.
  • the electronic component piece supply device 120 moves the electronic component piece 300 to a predetermined supply position U.
  • the main control unit (not shown) images the position of the electronic component piece 300 supplied by the electronic component piece supply device 120 with the supply position confirmation camera 92, and based on the imaged image data, It is determined whether 300 is supplied to a predetermined position.
  • the main control unit controls the electronic component piece supply device 120 to move the electronic component piece 300 to the predetermined supply position U.
  • the imaging of the electronic component piece 300 by the supply position confirmation camera 92 is executed at a timing when the component holding units 30B to 30F do not exist above.
  • the chip bonder 1 sucks and holds the electronic component piece 300 supplied to the supply position U by the suction nozzle 33 of the component holding unit 30A.
  • the turret 10 is further rotated by 60 degrees, and the electronic component piece 300 of the component holding unit 30A is transported to the suction state confirmation position V (see FIG. 4B).
  • the main control unit photographs the suction angle of the electronic component piece 300 conveyed to the suction state confirmation position V from below with the suction position confirmation camera 93.
  • the main control unit determines whether the electronic component piece 300 is deviated from a predetermined angle based on the captured image data.
  • the main control unit 300 drives the horn rotating device 40 and rotates the suction nozzle 33 to adjust the angle of the electronic component piece 300. .
  • the chip bonder 1 sucks and holds the electronic component piece 300 supplied to the supply position U by the electronic component piece supply device 120 by the suction nozzle 33 of the component holding unit 30B.
  • the chip bonder 1 further rotates the turret 10 by 120 degrees, and the electronic component piece 300 sucked and held by the suction nozzle 33 of the component holding unit 30A is directly above the substrate 400 supplied to the welding position W by the substrate supply device 220. (Refer to FIG. 2C).
  • the main control unit photographs the position of the substrate 400 supplied by the substrate supply device 220 with the welding position confirmation camera 94, and whether or not the substrate 400 is disposed at the predetermined welding position W based on the photographed image data. Determine whether.
  • the main control unit determines that the substrate 400 is shifted from the predetermined welding position W, the main control unit controls the substrate supply device 220 to place the substrate 400 at the predetermined welding position W.
  • imaging of the substrate 400 by the welding position confirmation camera 94 is executed at a timing when the component holding units 30B to 30F do not exist above. In this state, the electronic component piece 300 of the component holding unit 30A is mounted on the substrate 400 and ultrasonic welding is performed.
  • the main control unit at the suction state confirmation position V the electronic component piece 300 sucked and held by the suction nozzle 33 on the suction nozzle 33 of the component holding unit 30C by the suction position confirmation camera 93.
  • the angle of the electronic component piece 300 is inspected and adjusted. Further, the electronic component piece 300 supplied to the supply position U by the electronic component piece supply device 120 is sucked by the suction nozzle 33 of the component holding unit 30D.
  • the main control unit is sucked and held by the suction nozzle 33 of the component holding unit 30B by the suction position confirmation camera 93 before the chip bonder 1 transports the component holding unit 30A to the welding position W.
  • the angle of the electronic component piece 300 is imaged, and the angle of the electronic component piece 300 is adjusted to a predetermined angle by driving the horn rotation device 40 based on the captured image data and rotating the suction nozzle 33.
  • the chip bonder 1 further rotates the turret 10 by 60 degrees, and conveys the component holding unit 30 ⁇ / b> A that has undergone the ultrasonic welding operation to the polishing position T.
  • the tip of the suction nozzle 33 is polished as necessary. Since the tip of the suction nozzle 33 tends to be biased and worn by ultrasonic welding, smoothness deteriorates when a predetermined number of welding operations are performed. Therefore, by periodically polishing in this way, the tip is always kept horizontal.
  • the polishing operation may be performed every time, but is preferably performed at a preset cycle.
  • the component holding unit 30B can ultrasonically weld the electronic component piece 300 to the substrate 400 at the welding position W while the suction nozzle 33 of the component holding unit 30A is being polished.
  • the chip bonder 1 repeats the same operation as described above for the component holding units 30B to 30F, and ultrasonically welds the electronic component piece 300 to the substrate 400.
  • a plurality of component holding units 30 are provided at predetermined intervals in the circumferential direction of the turret 10.
  • the plurality of electronic component pieces 300 can be conveyed to the supply position U and the welding position W substantially simultaneously.
  • Supply and welding of the electronic component piece 300 and the substrate 400 can be performed at high speed.
  • the suction nozzle 33 can be maintained at the polishing position T, and the mounting cycle time can be shortened over a long period of time. I can do it.
  • the component holding unit 30 of the chip bonder 1 includes an ultrasonic horn 32 including a suction nozzle 33.
  • the chip bonder 1 can continuously weld the electronic component piece 300 and the substrate 400 simply by rotating the turret 10 after holding the electronic component piece 300, and can efficiently perform the electronic operation with the minimum man-hour.
  • the component piece 300 can be welded.
  • the component holding unit driving device 80 is fixedly arranged on the upper side of the supply position U and the welding position W independently from the turret 10. Therefore, it is not necessary to provide the component holding unit driving devices 80 one by one so as to correspond to all the component holding units 30, and the weight of the turret 10 can be reduced. As a result, the inertia of the turret 10 can be reduced, so that the degree of rotation of the turret can be improved. Further, for example, even when four or more component holding units 30 are provided, only two component holding unit driving devices 80 are required. When the polishing apparatus is disposed, the component holding unit driving device 80 is also disposed on the polishing position T.
  • the chip bonder 1 can apply the necessary pressure to the horn support member 34 by the second pressing device 70 after moving the entire component holding unit 30 downward at a high speed by the first pressing device 60. Therefore, the working time can be further shortened.
  • the chip bonder 1 since the chip bonder 1 includes the horn rotation device 40, the angle of the electronic component piece 300 sucked by the suction nozzle 33 can be freely adjusted by rotating the horn support member 34 via the horn rotation slider 42. can do.
  • the chip bonder 1 detects the position of the horn support member 34 with respect to the case 31 with high accuracy using a horn position detection device 38 having a Hall element, so that the electronic component piece 300 sucked and held by the suction nozzle 33 is a substrate.
  • the moment of contact with 400 can be detected with high accuracy and speed.
  • the horn support member 34 detects the position of the horn support member 34 by using the magnet that magnetically levitates the horn support member 34 in this way, the component holding unit 30 is made compact and lightweight. it can. As a result, a plurality of component holding units can be mounted on the turret 10.
  • the horn urging member 36 magnetically levitates the horn support member 34 upward by the repulsive force or attractive force of the horn side magnet 36A and the case side magnet 36B.
  • the horn support member 34 it is possible to quickly move the horn support member 34 with a small external force as compared with the case where it is held by a spring or the like. Therefore, when the electronic component piece 300 comes into contact with the substrate 400, it is possible to absorb the impact acting on both, and the quality of the electronic component can be improved.
  • the horn position detection device 38 is a Hall element provided in the vicinity of the horn side magnet 36A or the case side magnet 36B in the housing space 31A of the case 31. Thereby, the horn position detection device 38 can detect the position of the horn support member 34 by detecting a change in the magnetic field of the horn side magnet 36A that moves relative to the case side magnet 36B. As described above, by using the magnet used for magnetic levitation for position detection, it is possible to reduce the size. In addition, when installing a Hall element in the horn support member 34 side, the change of the magnetic field of the case side magnet 36B can also be utilized.
  • the slider support device 44 has a structure in which the horn rotation slider 42 is sandwiched between the bearing 44A and the convex portion 47A of the piezoelectric element 47. Accordingly, the horn rotation slider 42 can be freely slid in a predetermined direction by the piezoelectric element 47.
  • the horn rotation slider 42 has a driven surface 42B formed on the surface in contact with the bearing 44A so as to increase the frictional force with the convex portion 47A.
  • the horn rotation slider 42 is reliably pressed by the clamping force of the convex portion 47A and the bearing 44A when sliding is restricted, while the convex portion 47A slides via the driven surface 42B when moved. By urging the directional force, it can be easily slid.
  • the ultrasonic horn 32 is disposed so as to vibrate ultrasonically in the radial direction of the turret 10. Therefore, the ultrasonic horn 32 can be vibrated without adversely affecting the rotation direction of the turret 10. As a result, accurate positioning of the suction nozzle 33 and high-precision welding work can be performed.
  • chip bonder 1 of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
  • the present invention can be widely used in the field of ultrasonic welding of an electronic component piece and a mating member such as a substrate.

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Abstract

　チップボンダは、回転可能に支持されるターレットと、ターレット駆動モータと、部品保持ユニットを備える。ターレットと部品保持ユニットの間には、部品保持ユニットを上下方向に案内する部品保持ユニット案内装置が設けられ、部品保持ユニットの上側には、この部品保持ユニットを押圧して下方に移動させる部品保持ユニット駆動装置が設けられる。部品保持ユニットは、超音波ホーンと、ホーン支持部材と、ホーン支持部材を上下方向に摺動可能に支持するケースを備える。このようにすると、電子部品片と相手側部材の超音波溶着を、簡単な構造で、且つ高速に行えるチップボンダが得られる。

Description

チップボンダ
　本発明は、電子部品片を相手側となる電子部品に超音波溶着するチップボンダに関する。
　従来、電子部品片（例えば、Ｓｉ基板を利用したＩＣチップ、水晶振動子、水晶・リチウムタンタレート・ニオブ酸リチウムなどの素材を利用したＳＡＷフィルターやＳＡＷ振動子など）を相手側となる電子部品（例えば、基板）に溶着する装置として、超音波振動を用いて溶着する装置（例えば、超音波フリップチップボンダ）が一般的に用いられている。近年、電子部品の大量生産によるコストダウンを図るため、短時間で電子部品を溶着できる高速動作可能な超音波フリップチップボンダが検討されている。一般的に、超音波フリップチップボンダにおいて高速動作を実現する為に、例えば、ＩＣチップを基板まで搬送して超音波溶着するロボットアームを複数台備えるようにし、ＩＣチップの基板への搬送と溶着を交互に行うようにしている。
　しかしながら、上述した高速動作可能な超音波フリップチップボンダは、超音波を発生させる搭載ヘッドが大型化しやすく、更に、この搭載ヘッドを高速で動作するロボットアームを複数台備える必要があり、装置自体の構造が複雑で大型化してしまうとともに、装置の製造コストが増大するという問題があった。
　また、複数台のロボットアームを高速、且つ高精度に制御しなければならないため、複雑な制御プログラムが必要になるとともに、その制御プログラムを高速で処理するための高性能な制御装置が必要になるという問題があった。
　また、搭載ヘッドに設けられる超音波ホーンは、ＩＣチップを吸着して基板に搬送し、超音波を印加してＩＣチップを基板に溶着させる。従って、ホーンの先端が傷みやすいので、定期的に交換したり、砥石によってホーン先端を定期的に研磨する必要があった。メンテナンスを行っている間は、ロボットアームを停止させなければならないため、搭載のサイクルタイムが大幅に悪化するという問題があった。
　本発明は、斯かる実情に鑑み、電子部品片と相手側部材の超音波溶着を、簡単な構造で、且つ高速に行えるチップボンダを提供しようとするものである。
　本発明者の鋭意研究により、上記目的は以下の手段によって達成される。
　即ち、上記目的を達成する本発明は、中心軸を回転軸として回転可能に支持されるターレットと、出力軸に前記ターレットが接続されるターレット駆動モータと、前記ターレットの周方向に複数設けられて、電子部品片を保持し、該電子部品片を相手側部材に溶着する部品保持ユニットと、前記ターレットと前記部品保持ユニットの間に設けられて、前記部品保持ユニットを前記ターレットに対して上下方向に移動自在に案内する部品保持ユニット案内装置と、前記部品保持ユニットの上側に設けられ、前記部品保持ユニットを押圧することによって、該部品保持ユニットを下方向に移動させる部品保持ユニット駆動装置と、を備え、前記部品保持ユニットは、前記電子部品片を吸着する吸着ノズルが設けられる超音波ホーンと、前記超音波ホーンを超音波振動可能に支持するホーン支持部材と、前記ホーン支持部材を上下方向に摺動可能に支持するケースと、を備えることを特徴とするチップボンダである。
　また、上記目的を達成するチップボンダの前記部品保持ユニット駆動装置は、第１押下装置及び第２押下装置を備え、前記第１押下装置は、前記部品保持ユニット全体を、前記ターレットに対して下方向に押し下げるようにし、前記第２押下装置は、前記吸着ノズルを、前記部品保持ユニットの前記ケースに対して下方向に押し下げることを特徴とする。
　また、上記目的を達成するチップボンダの前記部品保持ユニット駆動装置は、前記ターレットから独立した状態で設けられ、少なくとも電子部品片供給装置から前記電子部品片が供給される位置上及び前記電子部品片を前記相手側部材に溶着する位置上に固定配置されることを特徴とする。
　また、上記目的を達成するチップボンダは、前記超音波ホーンを回転させるホーン回転装置を備え、前記ホーン回転装置は、前記部品保持ユニットの前記ホーン支持部材に設けられる係合部と係合するホーン回転用スライダと、前記ホーン回転用スライダの一方の面に当接して、該ホーン回転用スライダのスライド自在に支持するスライダ支持装置と、該ホーン回転用スライダの他方の面に当接して、該ホーン回転用スライダを移動させるスライダ移動装置と、を備えることを特徴とする。
　また、上記目的を達成するチップボンダの前記部品保持ユニットは、前記ホーン支持部材を上方に付勢するホーン付勢装置と、前記ホーン支持部材の上下方向の位置を検出するホーン位置検出装置と、を備えることを特徴とする。
　また、上記目的を達成するチップボンダの前記ホーン付勢装置は、前記ホーン支持部材側に固定配置されるホーン側マグネットと、前記ホーン側マグネットと対向して、前記ケース側に固定配置されるケース側マグネットと、を備え、前記ホーン側マグネット及び前記ケース側マグネットは、相互に吸着又は反発することで、前記ホーン支持部材を上方に付勢することを特徴とする。
　また、上記目的を達成する、チップボンダは、前記部品保持ユニット駆動装置は、前記吸着ノズルに吸着保持されている前記電子部品片が前記相手側部材に当接することよって変化した前記ホーン側マグネットと前記ケース側マグネットの磁力を、前記ホーン位置検出装置が検出したことを契機として、前記第１押下装置の押下動作を停止させることを特徴とする。
　また、上記目的を達成するチップボンダの前記ホーン位置検出装置は、前記ホーン側マグネット又は前記ケース側マグネットに近接して、前記ケースに固定配置されるホール素子を備え、前記ホール素子は、該ホーン側マグネット又は前記ケース側マグネットの磁力の変化量を検出し、該検出した磁力の変化量を電気信号に変換することを特徴とする。
　また、上記目的を達成するチップボンダの前記部品保持ユニット駆動装置は、前記ホーン位置検出装置の検出信号に基づいて、前記第１押圧装置の押下動作を停止すると共に、前記第２押下装置の押下動作を開始して、前記吸着ノズルに任意の押圧力を与えることを特徴とする。
　また、上記目的を達成するチップボンダの前記スライダ支持装置は、前記ホーン回転用スライダに当接するベアリングと、前記ベアリングを前記ホーン回転用スライダに押しつける押圧装置と、を備えることを特徴とする。
　また、上記目的を達成するチップボンダの前記押圧装置は、前記ベアリングの回転軸の周囲に設けられ、前記ベアリングの前記回転軸を前記ホーン回転用スライダ方向に付勢する板ばねを備えることを特徴とする。
　また、上記目的を達成するチップボンダの前記スライダ移動装置は、前記ホーン回転用スライダに当接する凸部を有する圧電素子を備えて構成され、前記圧電素子に電圧を加えることで変形させて、前記凸部を円軌道で移動させることで、前記ホーン回転用スライダを任意の距離だけスライドさせることを特徴とする。
　なお、上記目的を達成するチップボンダの前記ホーン回転用スライダは、前記スライダ支持装置に挟持される被挟持部と、前記スライダ移動装置の前記凸部と当接する当接部を有することが好ましい。
　また、上記目的を達成するチップボンダの前記超音波ホーンは、該超音波ホーンの振動方向が前記ターレットの径方向となるように設けられていることを特徴とする。
　また、上記目的を達成するチップボンダは、前記ターレットによる前記部品保持ユニットの移動軌跡上に、前記超音波ホーンの先端を研磨する研磨装置が配置されることを特徴とする。
　また、上記目的を達成するチップボンダの前記部品保持ユニット駆動装置は、前記部品保持ユニットの真上に対して前記ターレットの半径方向にオフセットされた状態で配置されることを特徴とする。
　本発明によれば、電子部品片と相手側部材の超音波溶着を、簡単な構造で、且つ高速に行えるチップボンダを提供できるという優れた効果を奏し得る。
本発明の実施形態に係るチップボンダの全体構造を示す正面図である。 同チップボンダの全体構造を示す側面図である。 同チップボンダの（ａ）平面図、及び（ｂ）ターレットの開放状態を示す図である。 （ａ）（ｂ）同チップボンダの部品保持ユニットを側面から見た断面図、及び部品保持ユニット駆動装置並びに部品保持ユニット案内装置の側面図である。 （ａ）超音波ホーンの側面図であり、（ｂ）超音波ホーンの下面図であり、（ｃ）超音波ホーンの振動状態を示す下面図である。 （ａ）は、図３（ａ）における矢印I方向から見たホーン回転装置の平面図であり、（ｂ）同ホーン回転装置の右側面図であり、（ｃ）は、図５（ａ）における矢視II－II方向から見た同ホーン回転装置の正面図である。 スライダ移動装置の圧電素子によってホーン回転用スライダを移動させる状態を示す図である。 部品保持ユニットにおける、マグネットを利用したホーン保持部材の位置検出方法を示す図である。 （ａ）～（ｄ）本実施形態に係るチップボンダ、電子部品片供給装置及び基板供給装置の平面図である。
　以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
　図１及び図２Ａは、本発明の実施形態に係るチップボンダ１の全体構造を示す正面図である。
　チップボンダ１は、ターレット１０と、ターレット駆動モータ２０と、部品保持ユニット３０と、ホーン回転装置４０と、部品保持ユニット案内装置５０と、部品保持ユニット駆動装置８０と、部品保持ユニット駆動装置８０及びターレット駆動モータ２０が配置される駆動装置基台９０と、この駆動装置基台９０が保持される脚部９５を備えて構成される。なお、駆動装置基台９０は、自身に配置される部品保持ユニット駆動装置８０が、部品保持ユニット３０の吸着ノズル３３により電子部品片３００を吸着する供給位置Ｕ、吸着された電子部品片３００を基板４００に溶着する溶着位置Ｗの上側に配設される。駆動装置基台９０は、その他の位置（例えば、溶着不良の電子部品片３００と基板４００を不良品トレイに振り落とす位置）に配設されていても好ましい。
　また、トレイ１００に載置された電子部品片３００は、ＸーＹテーブルから構成される電子部品片供給装置１２０によりＸーＹ方向（紙面の左右及び手前奥方向）に移動され、所定の供給位置Ｕに供給される。また、電子部品片３００の供給位置Ｕへの供給は、上方に配置される供給位置確認カメラ９２で撮影した電子部品片３００の画像データに基づいて、主制御部（図示省略）が電子部品片供給装置１２０をＸーＹ方向に移動することにより行われる。
　また、チップボンダ１を挟んで、電子部品片供給装置１２０と略反対側（ターレット１０の回転移動経路に沿って１８０度の位相差を有する場所）には、基板４００が載置されたトレイ２００をＸーＹ方向に移動させる基板供給装置２２０が設けられている。基板供給装置２２０は、トレイ２００の載置された基板４００を溶着位置Ｗに供給する。また、基板４００の溶着位置Ｗへの供給は、上方に配置される溶着位置確認カメラ９４で撮影した基板４００の画像データに基づいて、主制御部（図示省略）が基板供給装置２２０をＸーＹ方向に移動することにより行われる。
　また、部品保持ユニット３０の回転移動経路上の供給位置Ｕと溶着位置Ｗの途中（ここでは供給位置Ｕから９０度の位相差を有する場所）に、下側から部品保持ユニット３０を撮影する吸着位置確認カメラ９３が設けられている。吸着位置確認カメラ９３は、吸着ノズル３３に吸着保持された電子部品片３００の角度を撮影して、撮影した画像データを主制御部に送信する。そして、主制御部は、その画像データに基づいて、ホーン回転装置４０を動作させて、電子部品片３００が所定の角度になるように吸着ノズル３３を回転制御する。吸着ノズル３３により吸着保持された電子部品片３００の吸着状態（角度）を確認する位置を、ここでは吸着状態確認位置Ｖと言う
　また更に、部品保持ユニット３０の回転移動経路上の溶着位置Ｗと供給位置Ｕの途中（ここでは溶着位置Ｗから９０度の位相差を有する場所）に、研磨装置９８が設けられている。研磨装置９８は、吸着ノズル３３の先端が当接することで、この先端を自動的に研磨する。従って、部品保持ユニット３０が、溶着位置Ｗや供給位置Ｕで、供給作業や溶着作業を行っている間に、他の部品保持ユニット３０の吸着ノズル３３のメンテナンスを行うことが可能となる。なお、この研磨装置９８によって吸着ノズル３３を研磨する位置を、ここでは研磨位置Ｔと言う。
　上記のように、チップボンダ１は、ターレット１０を回転することにより、部品保持ユニット３０に設けられた吸着ノズル３３を供給位置Ｕ、吸着状態確認位置Ｖ、溶着位置Ｗ、研磨位置Ｔの順番に搬送することができるようになっている。なお、ここでは部品保持ユニット３０がターレット１０の周囲に９０度間隔で４箇所に配置される場合を示しているので、この供給位置Ｕ、吸着状態確認位置Ｖ、溶着位置Ｗ、研磨位置Ｔの各位相差が９０度に設定されるが、例えば図８で後述するように部品保持ユニット３０がターレット１０の周囲に６０度間隔で６箇所に配置される場合は、供給位置Ｕ、吸着状態確認位置Ｖ、溶着位置Ｗ、研磨位置Ｔについても、６０度の位相差の倍数となる場所に設定する必要がある。
　ターレット１０は、円盤形状、又は５角形又は６角形等の多角形形状の円板状部材である。ターレット１０は、自身の中心軸を回転軸として、ターレット駆動モーター２０に回転可能に同軸状態で支持されている。この結果、ターレット１０は、ターレット駆動モータ２０の回転に連動して回転するようになっている。なお、ターレット駆動モータ２０の出力軸は、ここではターレット１０に直接接続されているが、減速ギアなどを介して間接接続されていても好ましい。また、ターレット１０は、上述した形状に限定されるものではなく、例えば、円筒の外周面から外側に向かって放射状に突出するように形成された複数の凸部（アーム）を有する星型又はヒトデ型等であっても好ましい。
　ターレット駆動モータ２０は、ＤＤモータ（ダイレクト・ドライブ・モータ）を用いており、ターレット１０の回転方向の位置決めを高い角度精度で行えるようになっている。なお、ターレット駆動モータ２０は、ＤＤモータに限定されるものではなく、ＤＣモータやステッピングモータ等であっても好ましい。つまり、ターレット駆動モータ２０は、固定側（ステータ）と回転側（ロータ）を有し、どちらか１方が回転変化する磁界を発生し、その磁界変化によってロータに駆動力を与えることによって、ロータが回転するものであれば、その他の装置でも良い。なお、自身で出力軸の回転量を検出できないモータ（例えば、ＤＣモータ）を用いる場合、出力軸の回転角度を検出するための回転角度検出装置（例えば、ロータリーエンコーダ等）を設け、モータの回転角度を高精度に検出して制御できるようにすることが望ましい。
　図２Ｂ（ａ）に示されるように、このターレット駆動モータ２０は、上方の駆動装置基台９０に固定されている。従って、ターレット１０は、ターレット駆動モータ２０を介して駆動装置基台９０に保持されていると考えることも出来る。この駆動装置基台９０は、更に脚部９５によって揺動自在に保持されている。従って、ターレット１０をメンテナンスする際は、図２Ｂ（ｂ）に示されるように、脚部９５に対して駆動装置基台９０を上方に揺動させることで、ターレット１０の全体を上方に開放することが可能となっている。
　図２Ｂ（ａ）に示されるように、部品保持ユニット３０は、ターレッ１０の周方向に等間隔で複数（ここでは４個）設けられるとともに、下側には吸着ノズル３３を有する超音波ホーン３２を備えている。なお、この部品ユニット３０は、ターレット１０の外周において、半径方向外側に突出するように配置されている。このようにすることで、複数の部品保持ユニット３０の周方向の間に空間Ｓを確保できる。従って、供給位置Ｕの上方に配置される供給位置確認カメラ９２は、部品保持ユニット３０が存在しないタイミングを見計らって、空間Ｓを介して電子部品片供給装置１２０を上方から撮像して、電子部品片３００の位置決めを行うようにしている。同様に。溶着位置Ｗの上方に配置される溶着位置確認カメラ９４は、部品保持ユニット３０が存在しないタイミングを見計らって、空間Ｓを介して基板４００を撮像し、所定の場所に電子部品片３００を溶着するようになっている。
　このチップボンダ１は、ターレット１０を任意の角度だけ回転させることで、所定の部品保持ユニット３０の吸着ノズル３３を任意の位置に移動させる。また、部品保持ユニット３０は、移動先の任意の位置（例えば、供給位置Ｕ又は溶着位置Ｗ）で、超音波ホーン３２の吸着ノズル３３で電子部品片３００を吸着保持したり、超音波ホーン３２の超音波振動により、吸着保持した電子部品片３００を基板４００を超音波溶着したりできる。吸着ノズル３３は、内部に吸入経路３３Ａが形成されており、特に図示しない真空ポンプと接続されている。真空ポンプは、吸入経路３３Ａを介して吸着ノズル３３の先端に負圧を発生させる。これにより、吸着ノズル３３が電子部品片３３Ａを吸着する。
　詳細に、部品保持ユニット３０は、図３に示されるように、ケース３１と、超音波ホーン３２と、ホーン支持部材３４と、ホーン付勢装置３６と、ホーン位置検出装置３８を備えて構成される。超音波ホーン３２は、超音波発振器（図示省略）により、６０ｋＨｚ帯、具体的には６３ｋＨｚ程度の周波数を有する電気信号を与えられ、機械的な振動エネルギーに変換できるようになっている。なお、超音波発振器から発生する電気信号の周波数は、溶着する電子部品片によって異なり、上記の周波数範囲に限定されるものではない。
　ケース３１の内部の収容空間３１Ａには、後述するホーン支持部材３４の軸部３４Ｃ、ホーン付勢装置３６、ホーン位置検出装置３８が収容される。更に、ケース３１には摺動通路３１Ｂが形成されており、ホーン支持部材３４の軸部３４Ｃが、スライド可能に挿通される。なお、収容空間３１Ａと摺動通路３１Ｂは連通して形成され、摺動通路３１には、軸部３４Ｃを上下方向に摺動可能、且つ軸中心に回転可能に支持する支持部材３５が設けられている。本実施形態では支持部材３５としてボールベアリングが用いられている。この支持部材３５は、摺動通路３１Ｂにおける上下２か所に設けられている。これによって、ホーン支持部材３４は、ケース３１に対し、上下方向及び回転方向のどちらにも可動できるようになっている。また、収容空間３１Ａの下側には、ケース側マグネット３６Ｂをケース３１に固定するためのケース側マグネット固定部３１Ｄが設けられている。
　超音波ホーン３２のホーン本体部３２Ｘは、図４（ａ）及び（ｂ）に示されるように、図３の矢印Ｉ方向（上下方向）から見て、概略直方体形状で、長手方向の中心部近傍が括れた形状になっている。また、超音波ホーン３２は、括れている部分の略中心に吸着ノズル３３が端面から下方向に突出形成されている。ホーン本体部３２Ｘには、長手方向及び幅方向に対象の４箇所に薄板状の連結部３２Ｂが形成され、更にこの連結部３２Ｂには固定部３２Ａが形成される。この固定部３２Ａは、ホーン支持部材３４のホーン取付部３４Ａに固定される。したがって、超音波ホーン３２は、ホーン支持部材３４のホーン取付部３４Ａに対して固定部３２Ａのみで接続されており、その他の部分では接触していない構造となっている。
　特にホーン本体部３２Ｘは、薄板状の連結部３２Ｂによって保持されるので、ホーン支持部材３４への固定による振動減衰は殆どなく、入力される電気信号に基づく超音波振動を確実に行うことができる。例えば、超音波発生器から所定の周波数（例えば６３ｋＨｚ程度）の電気信号が超音波ホーン３２に入力されると、ホーン本体部３２Ｘは、図４（ｃ）に示されるように、連結部３２Ｂの弾性変形により同図の左右方向（矢印Ｂ、Ｃ方向）で、且つ吸着方向と垂直面内で連続的に振動する。なお、ホーン本体部３２Ｘにおける連結部３２Ｂが形成される位置は、振動モードにおいて最も振動（振幅）が少ない点が設定されている。
　また、本実施形態では、超音波ホーン３２は、吸着ノズル３３の近辺がくびれた形状になっており、更に、ターレット１０の周方向と垂直方向に超音波振動するように配設されている。即ち、超音波ホーン３２の長手方向が、ターレット１０の半径方向に向くようにして配置される。このこの結果、吸着ノズル３３におけるターレット１０の周方向の前後に余裕空間が形成されるので、例えば、ターレット１０の周方向に沿って、より多くの部品保持ユニット３０を配置することも可能になる。また、既に述べたように、このターレット１０の上方に配置される供給位置確認カメラ９２や溶着位置確認カメラ９４が撮像する際、超音波ホーン３２が半径方向に延在すれば邪魔にならないで済む。即ち、供給位置確認カメラ９２や溶着位置確認カメラ９４、ターレット１０によって周方向に移動する超音波ホーン３２（部品保持ユニット３０）が存在していない間に、そのトレイ１００上の電子部品片３００や基板４００を画像認識する。
　図３に戻って、ホーン支持部材３４は、上下方向断面が概略Ｔ字形状の棒状部材である。ホーン支持部材３４の下端側（超音波ホーン側）には、上述した軸部３４Ｃと連続して形成されるホーン取付部３４Ａが設けられ、ホーン支持部材３４の上端側（第２押下装置７０側）には、ターレット１０の半径方向内側に向かって延在する拡張プレート３４Ｄを備える。この拡張プレート３４Ｄの上面が第２押下装置７０に押下される受圧部３４Ｂとなる。このように、半径方向に延在する拡張プレート３４Ｄを配置することで、部品保持ユニット駆動装置８０を半径方向にオフセットして配置することが可能となっている。また、受圧部３４Ｂ（拡張プレート３４Ｄ）の下側には、ホーン側マグネット固定部３４Ｄが設けられ、ホーン付勢装置３６のホーン側マグネット３６Ａが固定される。ホーン取付部３４Ａの外側面には、ホーン回転装置４０と係合する概略Ｌ形状の係合部３４Ｅが設けられている。
　ホーン付勢装置３６は、ホーン側マグネット３６Ａと、このホーン側マグネット３６Ａよりも下側に配置されるケース側マグネット３６Ｂを有して構成されている。ホーン側マグネット３６Ａは、環状に形成され、ホーン支持部材３４の軸部３４Ｃに挿通されるとともに、ホーン側マグネット固定部３４Ｄに固定されている。ケース側マグネット３６Ｂは、環状に形成され、ホーン支持部材３４の軸部３４Ｃに対して遊びを持った状態で挿通されるとともに、ケース３１の収容空間３１Ａに形成されたケース側マグネット固定部３１Ｃに固定されている。ホーン側マグネット３６Ａとケース側マグネット３６Ｂは、同じ磁極が互いに対向（例えば、Ｓ極とＳ極又はＮ極とＮ極が対向）するように配置されている。ホーン側マグネット３６Ａとケース側マグネット３６Ｂは互いに反発する。この反発力により、ホーン支持部材３４は、ケース３１に対して、上側に付勢されて磁気浮上する。
　なお、ホーン側マグネット３６Ａとケース側マグネット３６Ｂが、互いに吸引するように異極同士が対向するように配置しても好ましい。この場合、ホーン側マグネット３６Ａがケース側マグネット３６Ｂと吸着してしまわないように、マグネットの吸引力と略同等な力で、ホーン側マグネット３６Ａを上側に付勢する引っ張りバネ等の上側付勢部材（図示省略）を設けることが好ましい。例えば、引っ張りバネ等で構成された上側付勢部材の一端をホーン支持部材３４の一部（例えば、ホーン側マグネット固定部３４Ｄ）に固定し、上側付勢部材の他端をケース３１の収容空間３１Ａの上側（収容空間３１Ａの天井部）に固定する。これにより、ホーン側マグネット３６Ａは、マグネットの磁力によりケース側マグネット３６Ｂ側（下方向）に吸引されるとともに、上側付勢部材により略同等の力で、ケース側マグネット３６Ｂから離反する方向（上方向）に引っ張られる。ホーン側マグネット３６Ａ及びケース側マグネット３６Ｂによる吸引力と、上側付勢部材による引張り力が均衡する高さでホーン支持部材３４が支持される。この場合、ホーン支持部材３４の上下方向の位置は、上側付勢装置の付勢力（バネによる引張り力）を変えるだけで簡単に調整することができ、ホーン支持部材３４とケース３１に固定したマグネットを交換する労力を軽減することができる。
　次に、ホーン位置検出装置３８は、ホーン側マグネット３６Ａ又はケース側マグネット３６Ｂの磁界変化を検出して電気信号に変換することができる装置である。なお、本実施形態ではホーン位置検出装置３８としてホール素子が用いられている。図３において、ホーン位置検出装置３８は、ホーン側マグネット３６Ａに近接するように、ケース３１の収容空間３１Ａの側壁に設けられている。図７に示されるように、ホーン側マグネット３６Ａは、上下方向にＳ極とＮ極が分極しており、磁界Ｂがホーン位置検出装置３８側に作用するようになっている。ホーン位置検出装置（ホール素子）３８は、水平方向の磁界Ｘの強度変化を検出する。従って、図７（ｂ）のように、ホーン側マグネット３６Ａが上昇すると、ホーン位置検出装置３８に作用する磁界Ｂの強さが変化するので、その位置変化を極めて素早く検出することができる。このように、ホーン位置検出装置３８は、ホーン側マグネット３６Ａとの距離の変化に基づく磁界変動を検出して、その変化を電気信号に変換する。また、ホーン位置検出装置３８は、電気信号を主制御部（図示省略）に送信する。主制御部は、ホーン位置検出装置３８から受信した電気信号に基づいて、ケース３１に対するホーン支持部材３４の上下方向の高さ変動を検出できる。この結果、溶着時において、部品保持ユニット３０全体を下降させて、電子部品片３００が基板４００に接触した瞬間を、極めて正確に検出することができる。
　次に、図５を用いてホーン回転装置４０について説明する。同図（ａ）は、図３の矢印Ｉ方向から見たホーン回転装置４０の平面図であり、同図（ｂ）は、同ホーン回転装置４０の右側面図であり、同図（ｃ）は、図５（ａ）における矢視II－II方向から見た同ホーン回転装置４０の正面図である。
　ホーン回転装置４０は、ホーン支持部材３４の係合部３４Ｅと係合するホーン回転用スライダ４２を左右（同図（ａ）の矢印Ｄ又はＥ方向）にスライドさせることによって、ホーン支持部材３４を回転させる。この結果、吸着ノズル３３を、吸着方向に対して垂直面内で回転（同図（ａ）の矢印Ｆ又はＧ方向）させることができる。ホーン回転装置４０は、上述したホーン回転用スライダ４２と、ホーン回転用スライダ４２を一方からスライド自在に支持するスライダ支持装置４４と、スライダ支持装置４４と連動して、ホーン回転用スライダ４２を吸着方向と垂直面内でスライドさせるスライダ移動装置４６と、ホーン回転用スライダ４２のスライド量を検出するスライダ位置検出装置４８を有して構成されている。
　ホーン回転用スライダ４２は概略Ｃリング形状の板部材である。ホーン回転用スライダ４２は、支持面４２Ａと被駆動面４２Ｂを有している。支持面４２Ａは、スライダ支持装置４４におけるベアリング４４Ａと接触する部位となる。
　また、ホーン回転用スライダ４２の被駆動面４２Ｂは、スライダ移動装置４６の圧電素子４７に形成される凸部４７Ａと当接する。従って、ホーン回転用スライダ４２は、ベアリング４４Ａと凸部４７Ａによって挟持されていることになる。この被駆動面４２Ｂには砂目のシボ加工が施されており、凸部４７Ａとの摩擦抵抗が大きくしている。詳細は後述するが、圧電素子４７の凸部４７Ａが、ホーン回転用スライダ４２の被駆動面４２Ｂを、両者間の摩擦抵抗によってスライドさせるようになっている。
　スライダ支持装置４４は、ボールベアリングなどのベアリング４４Ａと、板ばね４４Ｂと、押えネジ４４Ｃと、板ばね固定台４４Ｄと、軸台４４Ｅと、保持軸４４Ｆと、台座４１を有して構成される。
　台座４１は、方形の筒状に構成されており、内部にスライダ移動装置４６の圧電素子４７が収容される。この台座４１には、２個の軸台４４Ｅ、４４Ｅが設けられている。この軸台４４Ｅ、４４Ｅには、保持軸４４Ｆが離反可能な状態で保持される構造となっている。保持軸４４Ｆにはベアリング４４Ａが設けられる。
　板ばね固定台４４Ｄは、台座４１の略中央に設けられる。板ばね４４Ｂは、２本の押えネジ４４Ｃ、４４Ｃにより板ばね固定台４４Ｄに固定される。板ばね４４Ｂの弾性力によって、保持軸４４Ｆが、軸台４４Ｅ側に押さえ付けられる。
　詳細に、保持軸４４Ｆは、軸台４４Ｅに対して図５（ｃ）の上下方向に移動可能に設けられている。板ばね４４Ｂによって保持軸４４Ｆを軸台４４Ｅ側にに押さえ付けることによって、ベアリング４４Ａがホーン回転用スライダ４２側に付勢される。この結果、ホーン回転用スライダ４２は、スライダ移動装置４６の凸部４７Ａとベアリング４４Ａで挟み込まれる。この結果、凸部４７Ａが移動しない限り、ホーン回転用スライダ４２はスライドができない状態となる。なお、板ばね４４Ｂ、押さえネジ４４Ｃ、板ばね固定台４４Ｄは、本発明の押圧装置を構成する。
　なお、本実施形態では、板ばね４４Ｂによりベアリング４４Ａをホーン回転用スライダ４２側に押さえ付けることによって、ホーン回転用スライダ４２のスライドを規制する構造としたが、これに限定されるものではなく、他の手法を用いることも可能である。
　スライダ移動装置４６は、台座４１側に振動可能に支持される圧電素子４７を備える。この圧電素子４７は、詳細には一対の圧電素子片４７Ｂが内蔵されており、各圧電素子片４７Ｂに対して、相互に９０度位相ずらした周期電圧を加えるようになっている。
　圧電素子４７には、ホーン回転用スライダ４２方向に突出する凸部４７Ａが設けられている。上述の２つの圧電素子片４７Ｂに対して、９０度の位相差を有する電圧を印加すると、図６に示されるように、この凸部４７Ａが楕円軌道に沿って高速で回転運動する。この回転方向は、適宜反転させることができる。この凸部４７Ａの楕円軌道を利用すれば、ホーン回転用スライダ４２を図６の左右両方向に移動させることができる。
　なお、この凸部４７Ａの楕円軌道の活用手法は様々である。ここでは一つの凸部４７Ａの楕円軌道を利用して、ホーン回転用スライダ４２を移動させる場合を示したが、２つの凸部の楕円軌道を利用して移動させることもできる。
　以上の結果、周期的に変化するプラス電圧又はマイナス電圧を圧電素子４７に連続的に入力することで、ホーン回転用スライダ４２をスライドさせて、吸着ノズル３３を所定の角度だけ回転させることができる。
　なお、図５に示されるように、ホーン回転装置４０は、マグネット４８Ａとホール素子４８Ｂを有して構成されるスライダ位置検出装置４８を備えている。図マグネット４８Ａはホーン回転用スライダ４２側に設けられており、ホール素子４８Ｂは台座４１側に設けられている。マグネット４８Ａとホール素子４８Ｂは対向しており、ホーン回転用スライダ４２が左右方向に移動した場合、マグネット４８Ａとホール素子４８Ｂの距離が変化してホール素子４８Ｂ周囲の磁界も変動する。ホール素子４８Ｂでは、この磁界変動を検出して電気信号に変換して主制御部（図示省略）に送信する。主制御部では、ホール素子４８Ｂから受信した電気信号に基づいて、ホーン回転用スライダ４２のスライド位置を検出する。主制御部は、検出した位置情報に基づいて、ホーン回転用スライダ４２を左右方向に移動させるように制御する。なお、ホール素子４９Ｂや圧電素子４７を動作させるための電源や回路などは、台座４１に固定されている基板ボックス４９に内装されている。
　次に、図３に戻って、部品保持ユニット案内装置５０は、ターレット１０と部品保持ユニット３０の間に設けられている。この部品保持ユニット案内装置５０は、ターレット１０外周において上下方向に配設されるレール５２と、レール５２に対してスライド可能に係合するスライド本体５４と、このスライド本体５４に固定されるテーブル５６と、このテーブル５６を常に上方に付勢する部品保持ユニット上方付勢装置５８を有して構成される直動装置である。
　テーブル５６は、Ｌ型の板状部材であり、Ｌ型の１面には、部品保持ユニット３０のケース３１が固定され、他の面には、第１押下装置６０に押下げられる受圧部５６Ａが形成される。したがって、第１押下装置６０の押圧部材６８がテーブル５６の受圧部５６Ａを押し下げると、テーブル５６とともに部品保持ユニット３０全体が下方向に案内される。
　部品保持ユニット上方付勢装置５８は、このテーブル５６をターレット１０に対して、上方向に常に付勢する装置である。詳細に、部品保持ユニット上方付勢装置５８は、ターレット１０の上面に固定される外筒５８Ａと、ターレット１０とテーブル５６の間に配置される圧縮ばね５８Ｃと、この圧縮ばね５８Ｃを保持する軸部材５８Ｂを有して構成されている。軸部材５８Ｂの上端はテーブル５６側に固定されており、同下端は、外筒５８Ａの内部にスライド可能に挿入される。また、圧縮ばね５８Ｃは、一端ターレット１０に当接され、他端はテーブル５６に当接されて、圧縮状態で配設されている。したがって、圧縮ばね５８Ｃは、テーブル５６を上方向に付勢させる。これにより、部品保持ユニット３０は、部品保持ユニット駆動装置８０からの外力が付与されない限り、常に上方側で静止するようになっている。
　部品保持ユニット駆動装置８０は、第１押下装置６０、及び第２押下装置７０を有して構成されている。なお、部品保持ユニット駆動装置８０は、駆動装置基台９０に搭載されている。この部品保持ユニット駆動装置８０は、吸着位置Ｕと、溶着位置Ｗの上方において、半径方向にオフレットした状態でそれぞれ配置される。なお、本実施形態では、部品保持ユニット駆動装置８０が半径方向内側にオフセット配置されることで、部品保持ユニット３０の真上の空間が開放される。この結果、例えば、供給位置確認カメラ９２の撮像方向に対して、部品保持ユニット駆動装置８０が干渉することを回避できる。
　第１押下装置６０は、モータ６２と、カム６４と、第２押下装置案内機構６６と、押圧部材６８を有して構成されている。
　第２押下装置案内機構６６は、レール６６Ａと、スライド本体６６Ｂと、テーブル６６Ｃと、カム受け部材６６Ｄを有して構成される直動装置である。レール６６Ａは、駆動装置基台９０のレール取付部９０Ａに上下方向に設けられる。レール６６Ａには、スライド本体６６Ｂがスライド可能に係合される。スライド本体６６Ｂにはテーブル６６Ｃが固定されている。また、テーブル６６Ｃには、第２押下装置７０、カム受け部材６６Ｄ、及び押圧部材６８が固定されている。
　カム６４は、モータ６２の出力軸６２Ａに固定された扁平のカムであり、１回転の任意の位置でカム受け部材６６Ｄに当接して、カム受け部材６６Ｄを押し下げる。したがって、第１押下装置６０は、カム受け部材６６Ｄを押し下げることで、テーブル６６Ｃを押し下げる。
　押圧部材６８は、テーブル６６Ｃの下側に突出するように設けられた棒状部材である。この押圧部材６８は、部品保持ユニット案内装置５０のテーブル５６に形成された受圧部５６Ａを押し下げる。したがって、押圧部材６８は、テーブル５６とともに部品保持ユニット３０全体を押し下げることができる。
　第２押下装置７０は、第１押下装置６０のテーブル６６Ｃに固定された基台７６と、基台７６に固定されるボイスコイルモータ７４を有して構成される。ボイスコイルモータ７４は、入力された電圧に応じて、予め設定されている圧力（付勢力）で、先端側に設けられた出力軸７２を移動させることが出来る。ボイスコイルモータ７４の出力軸７２は、部品保持ユニット３０に設けられたホーン支持部材３４の受圧部３４Ｂの上に配置されている。したがって、ボイスコイルモータ７４は、出力軸７２を下降することによって、ホーン支持部材３４の拡張プレート３４Ｄ（受圧部３４Ｂ）を任意の力で押圧できるようになっている。なお既に述べたように、拡張プレート３４Ｄは半径方向内側に拡張されているので、この結果、ボイスコイルモータ７４を半径方向内側にオフセット配置することができる。
　図３（ａ）に示されるように、部品保持ユニット駆動装置８０は、第１押圧装置６０によって部品保持ユニット３０全体を押し下げる。そして、電子部品３００が基板４００に当接した瞬間、ホーン保持部材３４は、ケース３１に対して上方に相対移動する。ホーン保持部材３４がケース３１に対して上方に相対移動すると、ホーン位置検出装置３８は、その移動を極めて素早く検出して、電気信号を主制御部（図示省略）へ送信し、第１押圧装置６０を停止する。なお、本実施形態では、ホーン保持部材３４が、磁力（ホーン側マグネット３６Ａとケース側マグネット３６Ｂの反発力）によって磁気浮上していることから、ホーン保持部材３４に対して極めて小さい外力が付加される場合でも、ケース３１に対して素早く相対移動できる。従って、マグネットによる磁気浮上と、このマグネットを磁気を利用した位置検出によって、極めてコンパクトな構成としながらも、高精度の検出が可能となっている。
　ホーン位置検出装置３８によってホーン保持部材３４の相対移動が検知された後、第２押下装置７０のボイスコイルモータ７４の出力軸７２下降させる。ボイスコイルモータ７４の出力軸７２により、ホーン支持部材３４の受圧部３４Ｂに所定の押圧力を加える。この押圧力としては、例えば、最初は０からスタートして線形的に力を増大して最終的には４ニュートン[Ｎ]になるように印加する。これにより、ホーン支持部材３４に固定された吸着ノズル３３に所定の押圧力が付与され、所定の圧力で電子部品片３００と基板４００を加圧することができる。この押圧力の増大に連動して、超音波振動の振幅も０から線形的に増大させるようにすることで、安定的に電子部品片３００と基板４００が溶着することができる。なお、ボイスコイルモータ７４によるホーン支持部材３４の押圧力は、ボイスコイルモータ７４に入力する電圧により任意に設定することができる。
　＜溶接動作＞
　次に、チップボンダ１による電子部品片３００と基板４００の超音波溶着の動作について説明する。
　図８は、本実施形態に係るチップボンダ１、電子部品片供給装置１２０及び基板供給装置２２０において、部品保持ユニット３０を６個備えるようにした場合の平面図である。なお、同図においては、チップボンダ１は、６個の部品保持ユニット３０がターレット１０の周方向に約６０°間隔に設けられている。
　なお、図８（ａ）において、供給位置Ｕにある部品保持ユニットを部品保持ユニット３０Ａと定義し、これを基準に時計回りに部品保持ユニット３０Ｂ～３０Ｆと定義する。なお、部品保持ユニットの数や配置間隔は上記に限定されるものではなく、例えば、４個の部品保持ユニットを約９０°間隔で設けたり、８個の部品保持ユニットを約４５°間隔で設けるようにしても好ましい。また、供給位置Ｕに対して６０度進んだ位置が吸着状態確認位置Ｖとなっており、更に１２０度進んだ位置が溶着位置Ｗとなる。更に６０度進んだ位置が研磨位置Ｔとなる。
　まず、電子部品片供給装置１２０は、電子部品片３００を所定の供給位置Ｕに移動させる。この時、主制御部（図示省略）は、供給位置確認カメラ９２により、電子部品片供給装置１２０により供給された電子部品片３００の位置を撮影し、撮影した画像データに基づいて、電子部品片３００が所定の位置に供給されたか否かを判定する。主制御部は、電子部品片３００が所定の供給位置Ｕからずれていると判定した場合、電子部品片供給装置１２０を制御し、電子部品片３００を所定の供給位置Ｕに移動させる。なお、供給位置確認カメラ９２による電子部品片３００の撮像は、上方に部品保持ユニット３０Ｂ～３０Ｆが存在していないタイミングを計って実行される。
　図８（ａ）に示されるように、チップボンダ１は、部品保持ユニット３０Ａの吸着ノズル３３によって、供給位置Ｕに供給される電子部品片３００を吸着保持する。吸着保持完了後、更に、ターレット１０を６０度回転させて、部品保持ユニット３０Ａの電子部品片３００を吸着状態確認位置Ｖに搬送する（同図（ｂ）参照）。そして、主制御部は、吸着状態確認位置Ｖに搬送された電子部品片３００の吸着角度を吸着位置確認カメラ９３により下側から撮影する。主制御部は、撮影した画像データに基づいて、電子部品片３００が所定の角度とずれているか否かを判定する。主制御部３００は、電子部品片３００の保持角度が所定の角度からずれていると判定した場合、ホーン回転装置４０を駆動し、吸着ノズル３３を回転させて電子部品片３００の角度を調整する。
　なお、この時、チップボンダ１は、電子部品片供給装置１２０により供給位置Ｕに供給された電子部品片３００を、部品保持ユニット３０Ｂの吸着ノズル３３により吸着保持する。
　チップボンダ１は、ターレット１０をさらに１２０度回転させて、部品保持ユニット３０Ａの吸着ノズル３３に吸着保持された電子部品片３００を、基板供給装置２２０によって溶着位置Ｗに供給された基板４００の真上に搬送する（同図（ｃ）参照）。主制御部は、溶着位置確認カメラ９４により、基板供給装置２２０により供給された基板４００の位置を撮影し、撮影した画像データに基づいて、基板４００が所定の溶着位置Ｗに配置されているか否かを判定する。主制御部は、基板４００が所定の溶着位置Ｗからずれていると判定した場合、基板供給装置２２０を制御し、基板４００を所定の溶着位置Ｗに配置する。なお、溶着位置確認カメラ９４による基板４００の撮像は、上方に部品保持ユニット３０Ｂ～３０Ｆが存在していないタイミングを計って実行される。この状態で、部品保持ユニット３０Ａの電子部品片３００の基板４００へ搭載して超音波溶着を行う。
　なお、この時、前述と同様に、主制御部は、吸着状態確認位置Ｖにおいて、吸着位置確認カメラ９３で部品保持ユニット３０Ｃの吸着ノズル３３に吸着ノズル３３に吸着保持されている電子部品片３００を撮影することにより、電子部品片３００の角度を検査及び調整する。また、部品保持ユニット３０Ｄの吸着ノズル３３で、電子部品片供給装置１２０により供給位置Ｕに供給された電子部品片３００を吸着する。なお、主制御部は、前述と同様に、チップボンダ１が部品保持ユニット３０Ａを溶着位置Ｗに搬送する前に、吸着位置確認カメラ９３により、部品保持ユニット３０Ｂの吸着ノズル３３に吸着保持されている電子部品片３００の角度を撮影し、撮影した画像データに基づいてホーン回転装置４０を駆動して、吸着ノズル３３を回転させることによって、電子部品片３００の角度を所定の角度に調整する。
　その後チップボンダ１は、図８（ｄ）に示されるように、ターレット１０をさらに６０度回転させて、超音波溶着作業が完了した部品保持ユニット３０Ａを研磨位置Ｔに搬送する。この研磨位置Ｔでは必要に応じて吸着ノズル３３の先端を研磨する。吸着ノズル３３の先端は、超音波溶着によって偏って摩耗しやすいため、所定回数の溶着作業を行うと平滑度が悪化する。従って、このように定期的に研磨することで、先端を常に水平に維持する。なお、この研磨作業は、毎回実行しても良いが、予め設定した周期で実行することが好ましい。なお、部品保持ユニット３０Ａの吸着ノズル３３を研磨している最中に、部品保持ユニット３０Ｂは、溶着位置Ｗにおいて電子部品片３００を基板４００に超音波溶着することができる。
　その後、チップボンダ１は、部品保持ユニット３０Ｂ～３０Ｆについて、上記と同様の動作を繰り返し行い、電子部品片３００の基板４００への超音波溶着を行う。
　本実施形態のチップボンダ１は、部品保持ユニット３０が、ターレット１０の周方向に所定の間隔で複数設けられている。この結果、複数の部品保持ユニット３０が周設されたターレット１０を回転することで、複数の電子部品片３００を供給位置Ｕ及び溶着位置Ｗに略同時に搬送することができ、電子部品片３００の供給や電子部品片３００と基板４００の溶着を高速で行うことができる。また、電子部品片３００の吸着作業や溶着作業等を行っている最中に、研磨位置Ｔにおいて吸着ノズル３３のメンテナンスを行うことも可能となり、長期間に亘って搭載サイクルタイムを短くすることが出来る。
　また、チップボンダ１の部品保持ユニット３０は、吸着ノズル３３を備えた超音波ホーン３２を備えている。これによって、チップボンダ１は、電子部品片３００を保持した後、ターレット１０を回転させるだけで、電子部品片３００と基板４００との溶着を連続的に行うことができ、最小工数で効率的に電子部品片３００の溶着を行うことができる。
　また、本チップボンダ１は、供給位置Ｕと溶着位置Ｗの上側に、部品保持ユニット駆動装置８０を、ターレット１０から独立して固定配置している。したがって、部品保持ユニット駆動装置８０を、全ての部品保持ユニット３０に対応させて１つずつ設ける必要はなくなり、ターレット１０の重量を軽くすることができる。この結果、ターレット１０のイナーシャを小さくできるので、ターレットの回転程度を向上させることができる。また、例えば、４つ又はそれ以上の部品保持ユニット３０を有する場合でも、部品保持ユニット駆動装置８０は２つで済む。なお、研磨装置を配置する場合は、研磨位置Ｔの上にも部品保持ユニット駆動装置８０を配置しておくようにする。
　更にチップボンダ１は、第１押下装置６０により部品保持ユニット３０全体を速い速度で下方向に移動させた後、第２押下装置７０により、ホーン支持部材３４に対して必要な圧力を付加できる。したがって、作業時間を更に短縮することができる。
　また、チップボンダ１はホーン回転装置４０を備えているので、ホーン回転用スライダ４２を介してホーン支持部材３４を回転させることによって、吸着ノズル３３に吸着される電子部品片３００の角度を自在に調整することができる。
　またチップボンダ１は、ホール素子を備えるホーン位置検出装置３８を用いて、ケース３１に対するホーン支持部材３４の位置を高精度で検出することによって、吸着ノズル３３に吸着保持される電子部品片３００が基板４００と接触した瞬間を、高精度且つ素早く検出できる。また、このようにホーン支持部材３４を磁気浮上させている磁石を利用して、ホーン支持部材３４がホーン支持部材３４の位置を検出するようにしているので、部品保持ユニット３０をコンパクト且つ軽量化できる。この結果、ターレット１０に対して複数の部品保持ユニットを搭載することが可能になる。
　この際、ホーン付勢部材３６は、ホーン側マグネット３６Ａとケース側マグネット３６Ｂの反発力又は吸引力でホーン支持部材３４を上方向に磁気浮上させている。この結果、バネ等で保持する場合と比較して、ホーン支持部材３４を小さい外力で素早く移動させることが可能となる。従って、電子部品片３００が基板４００と接触した際に、両者に作用する衝撃を吸収することが可能となり、電子部品の品質を高めることが出来る。
　また、ホーン位置検出装置３８は、ケース３１の収容空間３１Ａ内で、ホーン側マグネット３６Ａ又はケース側マグネット３６Ｂの近傍に設けられるホール素子としている。これにより、ホーン位置検出装置３８は、ケース側マグネット３６Ｂに対して相対的に移動するホーン側マグネット３６Ａの磁界の変化を検出することによって、ホーン支持部材３４の位置を検出することができる。このように、磁気浮上で利用しているマグネットを位置検出で活用することで、コンパクト化が可能となる。なお、ホーン支持部材３４側にホール素子を設置する場合は、ケース側マグネット３６Ｂの磁界の変化を活用することもできる。
　また、スライダ支持装置４４は、ホーン回転用スライダ４２をベアリング４４Ａと圧電素子４７の凸部４７Ａで挟む構造としている。したがって、ホーン回転用スライダ４２は、この圧電素子４７によって所定の方向に自在にスライドすることができる。
　また、ホーン回転用スライダ４２は、ベアリング４４Ａと当接する面に、凸部４７Ａとの摩擦力が大きくなるように形成された被駆動面４２Ｂが形成されている。これによって、ホーン回転用スライダ４２は、スライド規制時には、凸部４７Ａとベアリング４４Ａの挟持力によって確実に押さえられ、一方で、移動させる際にも、凸部４７Ａが被駆動面４２Ｂを介してスライド方向の力を付勢することで、容易にスライドさせることができる。
　また、超音波ホーン３２は、ターレット１０の半径方向に超音波振動するように配置されている。したがって、ターレット１０の回転方向に悪影響を与えることなく、超音波ホーン３２を振動させることができる。この結果、吸着ノズル３３の正確な位置決め及び高精度な溶着作業を行うことができる。
　尚、本発明のチップボンダ１は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
　本発明は、電子部品片と基板などの相手側部材の超音波溶着の分野において幅広く利用することができる。

Claims (15)

  1. 　中心軸を回転軸として回転可能に支持されるターレットと、
    　出力軸に前記ターレットが接続されるターレット駆動モータと、
    　前記ターレットの周方向に複数設けられて、電子部品片を保持し、該電子部品片を相手側部材に溶着する部品保持ユニットと、
    　前記ターレットと前記部品保持ユニットの間に設けられて、前記部品保持ユニットを前記ターレットに対して上下方向に移動自在に案内する部品保持ユニット案内装置と、
    　前記部品保持ユニットの上側に設けられ、前記部品保持ユニットを押圧することによって、該部品保持ユニットを下方向に移動させる部品保持ユニット駆動装置と、
    　を備え、
    　前記部品保持ユニットは、
    　前記電子部品片を吸着する吸着ノズルが設けられる超音波ホーンと、
    　前記超音波ホーンを超音波振動可能に支持するホーン支持部材と、
    　前記ホーン支持部材を上下方向に摺動可能に支持するケースと、
    　を備えることを特徴とする、チップボンダ。
  2. 　前記部品保持ユニット駆動装置は、第１押下装置及び第２押下装置を備え、
    　前記第１押下装置は、前記部品保持ユニット全体を、前記ターレットに対して下方向に押し下げるようにし、
    　前記第２押下装置は、前記吸着ノズルを、前記部品保持ユニットの前記ケースに対して下方向に相対的に押し下げることを特徴とする、
    　請求の範囲１に記載のチップボンダ。
  3. 　前記部品保持ユニット駆動装置は、前記ターレットから独立した状態で設けられ、少なくとも電子部品片供給装置から前記電子部品片が供給される位置上、及び前記電子部品片を前記相手側部材に溶着する位置上に固定配置されることを特徴とする、
    　請求の範囲１又は２に記載のチップボンダ。
  4. 　前記超音波ホーンを回転させるホーン回転装置を備え、
    　前記ホーン回転装置は、
    　前記部品保持ユニットの前記ホーン支持部材に設けられる係合部と係合するホーン回転用スライダと、
    　前記ホーン回転用スライダの一方の面に当接して、該ホーン回転用スライダのスライド自在に支持するスライダ支持装置と、
    　該ホーン回転用スライダの他方の面に当接して、該ホーン回転用スライダを移動させるスライダ移動装置と、
    　を備えることを特徴とする、
    　請求の範囲１乃至３のいずれか１項に記載のチップボンダ。
  5. 　前記部品保持ユニットは、
    　前記ホーン支持部材を上方に付勢するホーン付勢装置と、
    　前記ホーン支持部材の上下方向の位置を検出するホーン位置検出装置と、
    　を備えることを特徴とする、
    　請求の範囲１乃至４のいずれか１項に記載のチップボンダ。
  6. 　前記ホーン付勢装置は、
    　前記ホーン支持部材側に固定配置されるホーン側マグネットと、
    　前記ホーン側マグネットと対向して、前記ケース側に固定配置されるケース側マグネットと、を備え、
    　前記ホーン側マグネット及び前記ケース側マグネットは、相互に吸着又は反発することで、前記ホーン支持部材を上方に付勢することを特徴とする、
    　請求の範囲５に記載のチップボンダ。
  7. 　前記部品保持ユニット駆動装置は、前記吸着ノズルに吸着保持されている前記電子部品片が前記相手側部材に当接することよって変化した前記ホーン側マグネットと前記ケース側マグネットの磁力を、前記ホーン位置検出装置が検出したことを契機として、前記第１押下装置の押下動作を停止させることを特徴とする、
    　請求の範囲６に記載のチップボンダ。
  8. 　前記ホーン位置検出装置は、前記ホーン側マグネット又は前記ケース側マグネットに近接して、前記ケースに固定配置されるホール素子を備え、
    　前記ホール素子は、該ホーン側マグネット又は前記ケース側マグネットの磁力の変化量を検出し、該検出した磁力の変化量を電気信号に変換することを特徴とする、
    　請求の範囲６又は７記載のチップボンダ。
  9. 　前記部品保持ユニット駆動装置は、
    　前記ホーン位置検出装置の検出信号に基づいて、前記第１押圧装置の押下動作を停止すると共に、前記第２押下装置の押下動作を開始して、前記吸着ノズルに任意の押圧力を与えることを特徴とする、
    　請求の範囲５乃至８のいずれか１項に記載のチップボンダ。
  10. 　前記スライダ支持装置は、
    　前記ホーン回転用スライダに当接するベアリングと、
    　前記ベアリングを前記ホーン回転用スライダに押しつける押圧装置と、を備えることを特徴とする、
    　請求の範囲４に記載のチップボンダ。
  11. 　前記押圧装置は、前記ベアリングの回転軸の周囲に設けられ、前記ベアリングの前記回転軸を前記ホーン回転用スライダ方向に付勢する板ばねを備えることを特徴とする、
    　請求の範囲１０に記載のチップボンダ。
  12. 　前記スライダ移動装置は、前記ホーン回転用スライダに当接する凸部を有する圧電素子を備えて構成され、
    　前記圧電素子に電圧を加えることで変形させて、前記凸部を円軌道で移動させることで、前記ホーン回転用スライダを任意の距離だけスライドさせることを特徴とする、
    　請求の範囲１０又は１１に記載のチップボンダ。
  13. 　前記超音波ホーンは、該超音波ホーンの振動方向が前記ターレットの径方向となるように設けられていることを特徴とする、
    　請求の範囲１乃至１２のいずれかに記載のチップボンダ。
  14. 　前記ターレットによる前記部品保持ユニットの移動軌跡上に、前記超音波ホーンの先端を研磨する研磨装置が配置されることを特徴とする、
    　請求の範囲１乃至１３のいずれかに記載のチップボンダ。
  15. 　前記部品保持ユニット駆動装置は、前記部品保持ユニットの真上に対して前記ターレットの半径方向にオフセットされた状態で配置されることを特徴とする、
    　請求の範囲１乃至１４のいずれかに記載のチップボンダ。
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