JP4968488B2 - Mounting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、所謂ICチップ等の電子部品を基板に実装する際に用いられる実装装置に関する。より詳細には、該チップに設けられた電極を基板上の配線に対して接合する際等に用いられ、チップに対して基板方向に向かう荷重を付加して当該接合を行う実装装置、或いは該荷重を付加しつつ熱を加えてボンディングを行う装置、更には該チップに対して当該荷重の付加方向とは異なる方向に沿った超音波振動を更に加える所謂超音波実装装置に関する。 The present invention relates to a mounting apparatus used when mounting an electronic component such as a so-called IC chip on a substrate. More specifically, it is used when an electrode provided on the chip is bonded to a wiring on a substrate, etc., and a mounting device that performs the bonding by applying a load toward the substrate to the chip, or the The present invention relates to an apparatus for bonding by applying heat while applying a load, and further to a so-called ultrasonic mounting apparatus for further applying ultrasonic vibration along a direction different from the direction in which the load is applied to the chip.
例えば、従来の超音波実装装置は、特許文献1において従来の技術として示されるように、荷重の付加軸と連結され且つ該付加軸とは平行であって当該付加軸から離れた軸線上にて超音波ホーンを保持するブラケットを有する。より詳細には、チップに対する荷重は、ボイスコイルモータにより該付加軸と一致した軸線に沿った駆動力として発生される。当該ボイスコイルモータの駆動軸は、当該軸線に沿って駆動力即ち荷重を伝える。前述したブラケットはL字形状を有し、当該駆動軸と直交する方向に延在するL字の一方の直線部の一端で連結され、該軸線と平行な他方の直線部にて超音波ホーンを保持する。即ち、ボイスコイルモータ駆動軸の発する駆動力は、該軸線とは離れた位置に存在するL字ブラケットの直線部を介して、超音波ホーンに対して該軸線と平行な方向に荷重を伝える。超音波ホーンは、該ブラケットから受けた荷重を荷重の付加方向とは直交する方向に伝達し、再度荷重を付加軸に沿って延在するボンディングツールに伝える。該ボンディングツールは、超音波ホーンを介して伝えられた付加荷重を受け、該荷重の付加方向を前述した荷重の付加軸上に戻した上で、これをチップに伝える。従来構成では、前述した経路を経た荷重をチップに付加した状態で超音波ホーンから該ボンディングツールに対して荷重付加軸と異なる方向に超音波振動を加えることによって、チップの電極と基板の電極との接合を得ている。
For example, as shown in
昨今、実装されるチップが複合部品となりチップ形状が複雑になること、或いはチップの要接合電極の数が増加すること、に伴って電極接合の難易度が増し、接合の安定性の向上、接合強度自体の向上等が求められている。当該要求に対応するためには、接合時の付加荷重の増加が最も適当且つ適切な対応となる。しかし、特許文献1(段落[0006]、図12等参照)或いは特許文献2(要約書参照)においても述べられるように、L字ブラケットを使用した従来の所謂片持ちの超音波ホーンを用いた構成で付加荷重を大きくした場合、該ホーンやこれを支持するブラケットが撓んでしまう、或いは撓む方向への応力が発生してしまうといった現象が生じる恐れがある。このような現象が生じることによって、実装時にチップが傾いて実装位置がずれてしまう、実装状態が不安定な接合電極が生じる、等、更に極端な場合にはチップ等の損傷が生じる恐れもあった。また、このようなブラケットの撓み、或いは付加荷重に対して抗力となり得るモーメントの発生は、ボイスコイルモータから発せられる駆動力と実際にチップに対して加えるべき荷重との間に誤差を生じさせ、適正な荷重の制御が困難となるという問題も発生させる恐れがあった。 In recent years, the chip to be mounted becomes a composite part, the chip shape becomes complicated, or the number of electrodes that require bonding of the chip increases, so that the difficulty of electrode bonding increases, and the stability of bonding is improved. There is a demand for improvement in strength itself. In order to meet this requirement, an increase in the applied load at the time of joining is the most appropriate and appropriate response. However, as described in Patent Document 1 (see paragraph [0006], FIG. 12, etc.) or Patent Document 2 (see abstract), a conventional so-called cantilever ultrasonic horn using an L-shaped bracket is used. When the additional load is increased in the configuration, the horn or the bracket that supports the horn may be bent or a stress may be generated in the bending direction. When such a phenomenon occurs, the chip may be tilted during mounting and the mounting position may be shifted, or a bonding electrode with an unstable mounting state may be generated. It was. In addition, such a bending of the bracket or the generation of a moment that can be a resistance against an additional load causes an error between the driving force generated from the voice coil motor and the load to be actually applied to the chip, There is also a possibility of causing a problem that it is difficult to control an appropriate load.
引用文献1においては、このように超音波ホーンの固定端を中心とした回転モーメントが加味された状態でチップに対して荷重が付加されることを防止する技術を開示している。具体的には、ボイスコイルモータから得られる駆動力の付加軸を変えることなく、該モータの駆動軸の先端に配置された加圧部材及び所謂ボンディングツールを介してチップを直接的に加圧することとしている。また、ブラケットから加えられるモーメントを実際の付加荷重から分離すべく、ホーンを支持する部材をブラケットから分離し且つ所謂付勢手段によって該支持部材を懸架することとしている。このような超音波ホーンのブラケットによる懸架を為すことにより前述したモーメントの発生はある程度抑えることが可能となると考えられる。
Cited
しかしながら、前述した回転モーメントの影響は、単に所謂ボンディングツール及びその近傍の構成に対してのみ及ぶのではなく、ボイスコイルモータを支持し且つこれを駆動する各種スライダに対しても及ぶと考えられる。また、各種スライダには片持ち梁的な付加が加えられることから、通常のボンディング操作においても前述した回転モーメントが生じている。これらモーメント等の各種スライダへの影響は単純にこれらの構成の剛性を向上させることによって対処可能であるが、この場合可動部分を構成する各趣向性の重量が大きくなり、装置の動作速度を維持することが困難となる。従って、大型チップ等の実装に際して、実装ヘッド本体が撓み、回転等を生じさせること無く、且つ現状の動作速度を維持可能な実装装置、特に接合点での付加荷重の均一性が求められる超音波実装装置の提供が求められる。 However, the influence of the rotational moment described above is not limited to the so-called bonding tool and the configuration in the vicinity thereof, but is considered to extend to various sliders that support and drive the voice coil motor. Further, since the various sliders are added in a cantilever manner, the above-described rotational moment is generated even in a normal bonding operation. The effects of these moments on various sliders can be dealt with simply by improving the rigidity of these components. In this case, however, the weight of each component that makes up the moving part increases, and the operating speed of the device is maintained. Difficult to do. Therefore, when mounting a large-sized chip or the like, a mounting apparatus that can maintain the current operation speed without causing the mounting head body to bend and rotate, and in particular, an ultrasonic wave that is required to have a uniform applied load at the junction. It is required to provide a mounting device.
本発明は、以上の状況に鑑みて為されたものであり、所謂ボンディングツールに加えられ得るモーメントによる各種可能部材への影響を抑制する実装装置、特に所謂超音波実装装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above situation, and an object thereof is to provide a mounting device, particularly a so-called ultrasonic mounting device, which suppresses the influence on various possible members due to a moment that can be applied to a so-called bonding tool. It is said.
上記課題を解決するために、本発明に係る超音波実装装置は、所定の付加軸に沿って荷重を付加した状態で実装部品の電極を基板上の配線電極に対して押圧し、電極と配線電極との接合を為す実装装置であって、付加軸に沿って配置されて付加軸に沿った下端部にて実装部品を保持するボンディングツールと、所定の付加軸に沿った駆動力を発生する加圧手段と、所定の付加軸に沿って延在して一方の端部が加圧手段に接続されると共に他方の端部を介して駆動力を所定の付加軸に沿った荷重としてボンディングツールに伝達する押圧シャフトと、を有する実装ヘッド本体と、実装ヘッド本体を所定の付加軸に沿って駆動可能に支持するZ軸本体駆動手段と、Z軸本体駆動手段と共に実装ヘッド本体を所定の付加軸と垂直なY軸方向に駆動可能に支持するY軸スライダを有するY軸駆動手段と、電極と配線電極とを接合する際に電極と配線電極との間に付加される荷重の反力として実装ヘッド本体、Z軸本体駆動手段及びY軸駆動手段のY軸スライダに与えられる回転モーメントの作用方向に対して対向する方向おいて、Y軸駆動手段のY軸スライダに対して回転モーメントに対する抗力となる予圧を付与する実装位置支持手段と、を有することを特徴としている。 In order to solve the above problems, an ultrasonic mounting apparatus according to the present invention presses an electrode of a mounting component against a wiring electrode on a substrate in a state where a load is applied along a predetermined additional axis, and the electrode and the wiring A mounting apparatus for joining with an electrode, which is arranged along an additional axis and generates a driving force along a predetermined additional axis, and a bonding tool that holds a mounting component at a lower end portion along the additional axis Pressurizing means and a bonding tool extending along a predetermined additional axis and having one end connected to the pressurizing means and a driving force as a load along the predetermined additional axis via the other end A mounting head main body having a pressing shaft that transmits the mounting head, a Z-axis main body driving means that supports the mounting head main body so as to be driven along a predetermined additional axis, and the mounting head main body together with the Z-axis main body driving means. Can be driven in the Y-axis direction perpendicular to the axis A mounting head body, a Z-axis body driving means, a reaction force of a load applied between the electrode and the wiring electrode when the electrode and the wiring electrode are joined, Mounting position support means for applying a preload to the Y-axis slider of the Y-axis driving means as a drag force against the Y-axis slider in a direction opposite to the acting direction of the rotational moment applied to the Y-axis slider of the Y-axis driving means. It is characterized by having.
なお、前述した実装装置において、Z軸本体駆動手段は実装ヘッド本体を所定の付加軸の延在方向とは異なる方向から支持して付加軸と平行に移動することによって実装ヘッド本体を所定の付加軸に沿って駆動し、Y軸駆動手段のY軸スライダは所定の付加軸の延在方向とは異なる方向からZ軸本体駆動手段を支持してZ軸本体駆動手段の移動軸線と交錯しないY軸方向に移動してZ軸本体駆動手段及び実装ヘッド本体をY軸方向に駆動することが好ましい。また、実装ヘッド本体は、超音波振動を発生する振動子と、付加軸とは異なる方向に延在してボンディングツールを保持し且つ振動子と接続されて、超音波をボンディングツールに伝達する超音波ホーンと、を有することが好ましい。 In the mounting apparatus described above, the Z-axis main body driving means supports the mounting head main body from a direction different from the extending direction of the predetermined additional shaft and moves the mounting head main body in a predetermined manner by moving in parallel with the additional shaft. Driven along the axis, the Y-axis slider of the Y-axis driving means supports the Z-axis main body driving means from a direction different from the extending direction of the predetermined additional axis and does not intersect with the moving axis of the Z-axis main body driving means. It is preferable to move in the axial direction to drive the Z-axis main body driving means and the mounting head main body in the Y-axis direction. In addition, the mounting head body includes a vibrator that generates ultrasonic vibrations and an ultrasonic wave that extends in a direction different from the additional axis, holds the bonding tool, and is connected to the vibrator to transmit ultrasonic waves to the bonding tool. And a sonic horn.
また、実装位置支持手段は、実装ヘッド本体が実装部品を基板に対して実装する位置においてY軸駆動手段に予圧を付与し、Y軸駆動手段と独立して予圧の付与を為す位置に固定されていることがより好ましい。更に、実装位置支持手段は、Y軸駆動手段の所定部位に当接する支持部材と、支持部材を所定方向に伸縮させて支持部材を介して所定部位に対して予圧を与える支持部材加圧手段と、を有することが好ましく、支持部材における所定部位に当接する部分は、球面の一部によって構成されることがより好ましい。更に、前述した実装位置支持手段は、加圧手段の発生する駆動力に応じて予圧の大きさを調整可能な与圧調整手段を有することがより好ましい。 The mounting position support means applies a preload to the Y-axis driving means at a position where the mounting head body mounts the mounting component on the substrate, and is fixed to a position where the preload is applied independently of the Y-axis driving means. More preferably. Further, the mounting position support means includes a support member that abuts a predetermined part of the Y-axis driving means, and a support member pressurizing means that extends and contracts the support member in a predetermined direction and applies a preload to the predetermined part via the support member. It is preferable that the portion of the support member that contacts the predetermined portion is more preferably constituted by a part of a spherical surface. Furthermore, it is more preferable that the mounting position support means described above has a pressurization adjusting means capable of adjusting the magnitude of the preload according to the driving force generated by the pressurizing means.
本発明によれば、実装動作を実際に行う位置での実装スライダ本体(水平スライダたるY軸スライダからボンディングツールまでの構造体)の剛性を実質的に向上させることができる。また、本発明によれば、この剛性の向上を必要とする構造部材全てを実装ヘッドとともに移動させる必要が無く、実装ヘッドの移動範囲、特に実装ヘッドがチップに対し荷重を付加する際にのみ剛性を向上させることとなる。従って、この剛性の付与に寄与する部材の実装ヘッドの動作速度への影響を及ぼす範囲を極力抑制し、実装速度の低下を無くすることも可能となる。また、超音波振動による所謂拡散接合を主に利用することで高荷重の付与を要しない超音波実装装置において、既存の装置構成を極力変更することなく、実装位置での各種スライダの剛性を向上することが可能となる。チップに加えられる荷重が増加した場合であっても、超音波ホーン或いはブラケット等のたわみを抑制し、且つ前述したモーメントも抑制した状態にて、ボンディングツールの軸線に正しく沿って直接チップへの荷重付加を行うことが可能となる。 According to the present invention, the rigidity of the mounting slider body (the structure from the Y-axis slider as a horizontal slider to the bonding tool) at the position where the mounting operation is actually performed can be substantially improved. In addition, according to the present invention, it is not necessary to move all the structural members that require this rigidity improvement together with the mounting head, and the rigidity of the mounting head is limited only when the mounting head applies a load to the chip. Will be improved. Therefore, it is possible to suppress as much as possible the range that affects the operation speed of the mounting head of the member that contributes to the provision of rigidity, and to eliminate the decrease in the mounting speed. In addition, by using so-called diffusion bonding by ultrasonic vibration, the rigidity of various sliders at the mounting position is improved without changing the existing device configuration as much as possible in an ultrasonic mounting device that does not require high loads. It becomes possible to do. Even when the load applied to the chip increases, the load applied to the chip directly along the axis of the bonding tool while suppressing the deflection of the ultrasonic horn or bracket, etc. and also suppressing the moment described above It becomes possible to perform addition.
また、本発明によれば、支持手段による実装ヘッド本体に対する剛性の付与が常に同一位置にて行われることから、所謂回転モーメントによる歪みを再現性良く、且つ高い精度にて抑制することが可能となる。また、該支持手段は構造部材の所謂変形しろを考慮した上での予圧を与えることによって変形を相殺するため、実装ヘッドの支持を常に所望位置にて行うことが可能となる。また、支持手段が実装ヘッドを点接触にて支持する構造となる場合には、接触毎における接触状態のバラツキが抑制されることとなり、歪みの抑制を精度良く為すことが可能となる。また、各種可動部材の重量を抑えられることから、駆動される構造部際に対する付加荷重の大きさを相対的に高い状態で確認することが可能となり、前述したモーメントの影響を排除した効果と相まって、チップに加えるべき荷重を細かく調整すること、及びチップに加えるべき荷重の制御を簡単且つ正確に行うことが可能となる。 Further, according to the present invention, since the rigidity of the mounting head main body by the support means is always performed at the same position, it is possible to suppress distortion due to so-called rotational moment with high reproducibility and high accuracy. Become. Further, since the support means cancels the deformation by applying a preload after taking into account the so-called deformation margin of the structural member, the mounting head can always be supported at a desired position. Further, when the support means has a structure that supports the mounting head by point contact, variation in the contact state at each contact is suppressed, and distortion can be suppressed with high accuracy. In addition, since the weight of various movable members can be suppressed, it is possible to confirm the magnitude of the additional load on the driven structural portion in a relatively high state, coupled with the effect of eliminating the influence of the moment described above. It is possible to finely adjust the load to be applied to the chip and to easily and accurately control the load to be applied to the chip.
本発明の実施形態について、以下に図面を参照して説明する。図1Aは本発明の一実施形態に係る超音波実装装置における主要部の正面概略図であり、図1Bは同主要部の側面概略図である。なお、これら図は、当該主要部がチップの実装位置に存在する状態を示している。本実施形態に係る超音波実装装置100は、実装ヘッド本体10、Z軸本体駆動手段50、Y軸駆動手段60、及び実装位置支持手段70を有する。Z軸本体駆動手段50は、Z軸スライドガイド55、Z軸スライダ57、及び該Z軸スライダ57に対してZ軸に沿った駆動力を与えるZ軸駆動力供給ユニット51を有する。実装ヘッド本体10はZ軸スライダ57に固定され、該Z軸スライダ57はZ軸スライドガイド55によりZ軸方向に摺動自在に支持される。Z軸スライダガイド55は、Y軸駆動手段60におけるY軸スライダ61によって支持される。Y軸スライダ61(Y軸駆動手段60)は公知のボールネジ等からなる一軸の駆動機構63によって構成される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1A is a schematic front view of a main part of an ultrasonic mounting apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a schematic side view of the main part. These drawings show a state in which the main part is present at the chip mounting position. The
実装ヘッド本体10は、ボンディングツール11、超音波ホーン13、振動子15、前述したL字ブラケットであるホーン支持部材17、回動部材19、回転駆動源たるDDモータ21、駆動軸である押圧シャフト23、ボイスコイルモータに例示される加圧手段25、ロック手段27、及びスライドブロック31を有する。スライドブロック31は、前述したZ軸スライダ57により直接支持される部材となり、上下方向(加圧手段の駆動方向であるZ軸方向)に貫通孔を有する筐体或いは枠状の構造を有する。スライドブロック31の上部には加圧手段25が配置され、該加圧手段25と上方端部が連結された押圧シャフト23は、前述したスライドブロック31の上下の貫通孔を介してスライドブロック31の内部から外部下方に向けてZ軸方向に延在する。ボンディングツール11は略パイプ構造を有する部材であって、押圧シャフト23と同軸となるようにZ軸方向に延在するように配置される。ボンディングツール11は上端部において不図示の真空排気系と連通する排気ポートを有し、下端部の開口においてICチップ等の実装部品を吸着保持する。
The mounting
超音波ホーン13はZ軸に直交するY軸方向に軸心が延在するように配置される略円錐状の形状を有する部材であり、先端の細くなった部分において前述したボンディングツール11と連結されてこれを保持する。該超音波ホーン13は、後端において超音波振動を発する振動子15と連結される。該振動子15の発した超音波振動は超音波ホーン13に与えられ、先端に伝わってゆくにつれて形状効果によって増幅されてボンディングツール11まで伝達される。伝達される超音波振動はZ軸に対して直交するY軸方向の振動であり、当該振動がボンディングツール11を介して後述する実装部品1の電極に伝達される。実装対象である基板3上の配線電極に対して電極が所定の付加荷重を伴って押圧された状態で当該超音波振動が与えられることによって、これら電極の接合が為される。ホーン支持部材17は、前述したようにYZ平面(図1Aの紙面に平行な面)に延在するように配置されるL字形状を有する。ホーン支持部材17は、Z軸方向に延在するように配置された該L字の一方の直線部の端部(Z軸下方端部)において超音波ホーン13の後端近傍を支持する。
The
ホーン支持部材17のY軸方向に延在する他方の直線部の端部は回動部材19の中心軸を貫通する押圧シャフト23のZ軸下方端部と連結される。即ち、該回動部材19はZ軸方向に延在し、且つ押圧シャフト23と同軸となるように配置される円筒状の部材である。該回動部材19は、同じくその内部に同軸にてZ軸方向に延在する不図示の直動軸受によって、押圧シャフト23をZ軸方向に摺動可能に支持する。また、回動部材19は、スライドブロック31に配置された中空形状のDDモータ21と接続されている。これにより、DDモータ21により回動される回動部材19は、その内部の直動軸受けを介して押圧シャフト23をも一緒に回動させることとなる。実装ヘッド本体10は、Y軸駆動手段及びZ軸駆動手段により実装部品1を吸着保持した状態にてY軸及びZ軸各々の方向に駆動される。ここで、上述したように押圧シャフト23からボンディングツール11に至る構成が重力に対して凡そフリーといえる状態に維持された場合、当該駆動操作時において個々の構成の慣性により該構成が不測の動作を行う可能性がある。このような不測の動作の発生を防止する観点から、本実施形態において押圧シャフト23の移動時の動作を規制するロック手段27を配することとしている。
The end of the other linear portion extending in the Y-axis direction of the
本発明における特長的構成として、実装位置支持手段70が存在する。実装位置支持手段70は、略棒状の支持部材71と、該支持部材71をその延在方向に伸縮動作させる支持部材駆動系73と、を有する。略棒状の支持部材71の一方の端部は支持部材駆動系73と接続され、他方の端部は軸心がその直径と一致するように配置される球面状に加工されている。Y軸駆動手段60においてZ軸スライダ57を保持する面の反対側の面には、当該面から垂直に突出する略板状の接触部材59が配置される。実装位置支持手段70は、実装ヘッド本体10が実装部品1を基板3に対して実装する位置に存在する状態において、接触部材59と支持部材71とが互いの端面同士が向かい合い且つ接触部材59の延在方向に延びる中心線と支持部材71の軸心とが略一致するように配置される。
The mounting position support means 70 exists as a characteristic configuration in the present invention. The mounting position support means 70 includes a substantially rod-shaped
実装時において、実装ヘッド本体10が実装部品1を基板3に対して押圧するが、その押圧力に対する反力は実装ヘッド本体10及びZ軸本体駆動系50を介してY軸スライダ61に対して加えられる。当該反力は、実装部品1と基板3との当接点を中心としてY軸スライダ61を図1Bの紙面における右下方(Y軸に垂直かつZ軸を含む平面において右回り方向)に向かう回転モーメントを生じさせる。当該回転モーメントに略沿った方向に突出する接触部材59が支持部材71に当接し、回動を規制されることにより、当該回転モーメントの影響を相殺することが可能となる。
At the time of mounting, the mounting head
なお、実際にはY軸スライダ61が回動する程の歪が生じた場合には、微細な位置合わせを要する実装部品等の好適な実装は不可能である。このため、本実施形態では、実装時において支持部材駆動系73が支持部材71を軸方向に僅かに伸長させ、実装部品1が基板3に当接した際には支持部材71が接触部材59に対して所謂予圧を加える状態としている。より詳細には、Z軸スライダ57が完全に実装位置まで降下するのとほぼ同時、或いはそれより以前の段階で、支持部材17の接触部材59への当接と予圧の付与とが為される。本形態は、実装ヘッド本体10の軸心に沿った正しい動作を担保し得ることから、超音波実装装置のように実際の荷重自体は小さいが、各電極の当接状態、各電極に対する荷重の付加状態等、が各々の電極の接合に大きく影響する系において、特に好適な効果を呈する。
It should be noted that in practice, when a distortion that causes rotation of the Y-
また、本実施形態の如く、実装位置が所定位置に定められており、且つ実装位置支持手段70に対してY軸スライダ61のみが移動する構成であることから、実装位置支持手段70とY軸スライダ61とを常に一定の位置関係とした上で予圧の付与を行うことが可能となる。従って、微小な予圧制御を確実且つ好適なタイミングで行うことが可能となる。また、支持部材71における接触部材59との当接面71aを球面とし、且つ接触部材59の当接面を延在方向に垂直な平面とすることによって、Y軸スライダ61の停止位置のずれに拘わらずこれら部材の接触状態を一定のものとすることが可能となる。なお、この実装位置支持手段70に対しては、支持部材駆動系73の発生する駆動力に応じて、接触部材59に対して加える予圧の大きさを実装位置支持手段70側にて調整可能となるように、予圧調整手段を更に付随させても良い。予圧調整手段は、支持部材駆動手段73に設けても良い。或いは、例えば支持部材71の駆動軸方向の位置或いは接触部材59側の突き出し量を調整可能とするように、支持部材71を雄ネジと雌ネジ等によって軸方向に結合された二段構造としてこの結合間隔を調整するように構造が考えられる。
Further, since the mounting position is set to a predetermined position and only the Y-
次に、上述した実施形態からなる超音波実装装置100が実際に基板3に対して実装部品1を実装する際の各構成の動作について述べる。図2Aは前述した実装装置の主要部が実装部品1を供給ユニットより受け渡される配置に存在する状態の正面図、図2Bは実装部品1を保持してY軸方向の移動を行う状態の正面図、及び図2Cは基板3に対して実装部品1の実装を行う状態の正面図、を各々示している。また、図3Aは図2Aに示す状態にある主要部を上方から見た状態を、図3Bは図2Cに示す状態にある主要部を上方から見た状態を各々示している。実装工程に際し、実装ヘッド本体10は、Z軸本体駆動手段50及びY軸駆動手段60によって実装部品1の供給位置まで搬送される。その際、ロック手段27は、DDモータ21と共に、回動部材19、ホーン支持部材17、振動子15、超音波ホーン13及びボンディングツール11の不測の移動を規制する。実装部品1は供給ユニット5により吸着保持され、所定の供給位置に移送され、実装ヘッド本体10による吸着保持を待つ。
Next, the operation of each component when the
実装ヘッド本体10がボンディングヘッド11の先端部にて実装部品1を吸着保持する(図2A及び3A)と、該実装ヘッド本体10は、Y軸方向についての基板搬送を行う不図示の基板搬送系によって所定位置まで駆動された基板3の上方所定位置まで、Z軸本体駆動手段50及びY軸駆動手段60によって搬送される。なお、基板3の上方に実装部品1が搬送される間に、不図示の画像処理系等により、基板の配置、所定のY軸に対するズレの程度、実装部品1の保持姿勢等が求められ、ボンディング時に実装部品1がとるべき姿勢に対するズレの総量が求められる。実装ヘッド本体10がZ軸本体駆動手段によって下降する際に、個々の軸方向の駆動手段によるY軸方向での位置補正、及び不図示のθ駆動系により回動部材19を回動させてなる、所謂θ補正と称呼された保持姿勢の補正操作が為される。また、Y軸及びZ軸に垂直なX軸方向の位置補正については、前述した不図示の基板搬送系によって為されている(図2B参照)。
When the mounting
基板3上の所定位置にて搬送が停止されると同時、或いは搬送の進行に応じて、実装位置支持手段70による支持部材71の伸長が開始される。該搬送が停止した後に、Z軸スライダの下降が開始される。下降が進行して実装部品1の電極が基板3上の電極と当接する直前位置である所定高さまで下降したことが不図示のセンサにより検知されると、ロック手段27による回動部材19の固定が解除される。実装部品の下降は更に継続され、実装部品1が基板3に当接すると、該下降操作が停止される。なお、当接時と同時或いは直前に、接触部材59を介した支持部材71による予圧の付加が開始される(図2C及び3B)。ここで、あらためて加圧手段25が押圧シャフト23を駆動させ、該ボンディングツール11を介して所定の荷重を実装部品1に加えることとなる。所定の荷重が実装部品1に加えられた状態で、超音波ホーン13を介して振動子15が超音波振動をボンディングツール11に与えることにより、実装部品1の電極と基板3の電極との接合が為される。
When the conveyance is stopped at a predetermined position on the
以上述べたように、本発明においては、実装部品1の電極と基板3の電極との間に加重を付加することによってボンディングツール11の支持に関連する構造物に発生し得る回転モーメントに抗するような予圧を予めY軸スライダ61に付与しておくこととしている。従って、従来技術で問題となる荷重の増加に伴うL字状ブラケット、超音波ホーン等作用する回転モーメントによる影響を相殺し無くすることが可能となる。また、実際にボンディングツール等を搬送する機構、これらを支持する機構等を従来と同等の構成によって構築することが可能となり、動作速度等の従来の実装装置の所謂スペックを何ら低下させること無く、基板電極−実装部品電極間に十分な荷重を付与することが可能となる。また、これら構造物の回動が防止されることから、荷重を増大させた場合であっても、基板電極−実装部品電極間での位置精度、平行度等を精密に維持しつつ実装を行うことが可能となる。
As described above, in the present invention, a load is applied between the electrode of the mounting
なお、上述した実施形態では、棒状の支持部材71の先端を球状としている。本実施形態の如くZ軸スライダ55等の構造物がY軸方向にのみ移動する構成の場合、Y軸方向での停止位置精度が高いことから当該構成により接触状態の再現性の維持を図ることが可能である。しかし、例えばZ軸スライダがY軸に合わせてX軸方向にもう駆動される場合には、例えば当接面71aを軸方向に垂直で接触部材59の当接面の延在方向(Y軸方向)に伸びる軸を有する円筒の一部からなる形状としても良い。当該形状とすることにより、Y軸方向における停止位置精度に誤差が生じた場合であっても、当該誤差の影響を排除しつつ前述した予圧の付与を行うことが可能となる。
In the above-described embodiment, the tip of the rod-
また、上述した実施形態では、基板電極−実装部品電極間に与えられる付加荷重が比較的小さい超音波実装装置に本発明を適用した場合について述べている。しかし、本発明の適用対象は当該装置に限定されず、基板電極−実装部品電極間に圧力を加えるのみで実装を為す装置、更には当該装置において実装時に熱等の補助を用いる装置等に対しても適用可能である。即ち、本実施形態では、押圧シャフト23は所定の付加軸に沿って加圧手段25たるボイスコイルモータが生じさせる駆動力を一方の端部で受け、他方の端部及び該他方の端部に連結される振動子15等を介してボンディングツールに対して当該駆動力を所定の付加軸に沿った付加荷重として伝達している。しかしながら、他の形態の実装装置の場合には、該押圧シャフトは当該他の端部において直接ボンディングツールに接続される場合も考えられる。従って、当該駆動力は押圧シャフトの他端部を介して所定の付加軸に沿った荷重としてボンディングツールに伝達されると定義されることが好ましい。
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to an ultrasonic mounting apparatus in which an applied load applied between the substrate electrode and the mounting component electrode is relatively small is described. However, the object of application of the present invention is not limited to the device, but for a device that performs mounting only by applying pressure between the substrate electrode and the mounting component electrode, and further for a device that uses heat or other assistance in the device. Is applicable. That is, in this embodiment, the pressing
なお、これら装置においては、上述した実施形態の如く実装ヘッド本体10等はY軸方向及びZ軸方向のみに移動することとし、基板側にてX軸方向の位置補正を行う構成とすることが好ましい。即ち、Z軸本体駆動手段50は実装ヘッド本体10を所定の付加軸(ボンディングツールに対して付加される荷重の付加方向)の延在方向とは異なる方向(当該延在方向に垂直な方向)から支持し、且つ該付加軸と平行な移動軸に移動することによって実装ヘッド本体を所定の付加軸に沿って駆動する構成であることが好ましい。また、Y軸駆動系は該所定の付加軸の延在方向とは異なる方向(当該延在方向に垂直であってZ軸本体駆動手段50が実装ヘッド本体10を支持する方向と同一の方向)からZ軸本体駆動手段50を支持してZ軸本体駆動手段の移動軸線と交錯しないY軸方向に移動してZ軸本体駆動手段50及び実装ヘッド本体10をY軸方向に駆動する構成であることが好ましい。当該構成とすることによって、Z軸スライダに対する予圧の付加を位置精度、再現性等を維持して実施することが可能となり、実際に実装ヘッド10等の駆動に関連する構成を軽量化且つ簡略化することが可能となる。これにより、装置構成の簡素化、実装速度の向上等の効果が得られる。
In these apparatuses, the mounting head
また、実装位置支持手段70は、実装部品の電極と基板の配線電極とを接合する際に電極と配線電極との間に付加される荷重の反力として実装ヘッド本体10、Z軸本体駆動手段50及びY軸駆動系60に与えられる回転モーメントの作用方向に対して対向する方向おいて、Y軸駆動系60に対して回転モーメントに対する抗力となる予圧を付与可能となる位置に配置されれば良い。なお、Y軸駆動系に所謂X軸駆動系が配置される場合には、当該実装位置支持手段70も該X軸方向に駆動可能とすることによって当該形態は本発明の一態様となり得る。また、上述した超音波ホーン13等の配置の場合、本発明は好適な効果を得ることができるが、超音波の発生系、付与系等の構成は例示された構成に限定されない。
The mounting position support means 70 includes mounting head
以上述べたように、本発明はICチップ等の電子部品を基板に実装する際、即ち所謂フリップチップボンディングの工程に用いられる実装装置に対して好適に用いられる。しかしながら、本発明の適用対象は当該フリップチップボンディングの工程のみに限定されず、チップに設けられた電極を基板上の配線に対して接合する際等に用いられ、チップに対して基板方向に向かう荷重を付加しつつ該チップに対して当該荷重の付加方向とは異なる方向に沿った超音波振動を更に加えることによって所謂実装が為される種々の構成の接合工程にも適用可能である。 As described above, the present invention is preferably used for a mounting apparatus used for mounting an electronic component such as an IC chip on a substrate, that is, a so-called flip chip bonding process. However, the application target of the present invention is not limited only to the flip chip bonding process, and is used when an electrode provided on a chip is bonded to a wiring on a substrate, and is directed toward the substrate with respect to the chip. The present invention can also be applied to joining processes of various configurations in which so-called mounting is performed by further applying ultrasonic vibration along a direction different from the direction in which the load is applied to the chip while applying a load.
1:実装部品、 3:基板、 5:供給ユニット、 10:実装ヘッド本体、 11:ボンディングツール、13:超音波ホーン、 15:振動子、 17:ホーン支持部材、 19:回動部材、 21:DDモータ、 23:押圧シャフト、 25:加圧手段、 27:ロック手段、 31:スライドブロック、 50:Z軸本体駆動手段、 51:Z軸駆動力供給ユニット、 55:Z軸スライドガイド、 57:Z軸スライダ、 59:接触部材、 60:Y軸駆動手段、 61:Y軸スライダ、 63:一軸駆動機構、 70:実装位置支持手段、 71:支持部材、 73:支持部材駆動系、 100:超音波実装装置 1: mounting component, 3: substrate, 5: supply unit, 10: mounting head main body, 11: bonding tool, 13: ultrasonic horn, 15: vibrator, 17: horn support member, 19: rotating member, 21: DD motor, 23: pressing shaft, 25: pressurizing means, 27: locking means, 31: slide block, 50: Z-axis main body driving means, 51: Z-axis driving force supply unit, 55: Z-axis slide guide, 57: Z axis slider, 59: contact member, 60: Y axis drive means, 61: Y axis slider, 63: uniaxial drive mechanism, 70: mounting position support means, 71: support member, 73: support member drive system, 100: over Sonic mounting equipment
Claims (7)
前記付加軸に沿って配置されて前記付加軸に沿った下端部にて前記実装部品を保持するボンディングツールと、
前記所定の付加軸に沿った駆動力を発生する加圧手段と、
前記所定の付加軸に沿って延在して一方の端部が前記加圧手段に接続されると共に他方の端部を介して前記駆動力を前記所定の付加軸に沿った荷重として前記ボンディングツールに伝達する押圧シャフトと、を有する実装ヘッド本体と、
前記実装ヘッド本体を前記所定の付加軸に沿って駆動可能に支持するZ軸本体駆動手段と、
前記Z軸本体駆動手段と共に前記実装ヘッド本体を前記所定の付加軸と垂直なY軸方向に駆動可能に支持するY軸スライダを有するY軸駆動手段と、
前記電極と前記配線電極とを接合する際に前記電極と前記配線電極との間に付加される前記荷重の反力として前記実装ヘッド本体、前記Z軸本体駆動手段及び前記Y軸駆動手段の前記Y軸スライダに与えられる回転モーメントの作用方向に対して対向する方向おいて、前記Y軸駆動手段の前記Y軸スライダに対して前記回転モーメントに対する抗力となる予圧を付与する実装位置支持手段と、を有することを特徴とする実装装置。 A mounting apparatus that presses an electrode of a mounting component against a wiring electrode on a substrate in a state where a load is applied along a predetermined additional axis, and joins the electrode and the wiring electrode,
A bonding tool arranged along the additional axis and holding the mounting component at the lower end along the additional axis;
Pressurizing means for generating a driving force along the predetermined additional axis;
The bonding tool extends along the predetermined additional axis and has one end connected to the pressurizing means and the driving force as a load along the predetermined additional axis via the other end. A mounting shaft body having a pressing shaft for transmitting to
Z-axis body driving means for supporting the mounting head body so as to be driven along the predetermined additional axis;
Y-axis drive means having a Y-axis slider that supports the mounting head body together with the Z-axis body drive means so as to be drivable in the Y-axis direction perpendicular to the predetermined additional axis;
As the reaction force of the load applied between the electrode and the wiring electrode when the electrode and the wiring electrode are joined, the mounting head main body, the Z-axis main body driving means, and the Y-axis driving means Mounting position support means for applying a preload to the Y-axis slider of the Y-axis drive means as a resistance against the rotational moment in a direction opposite to the direction of action of the rotational moment applied to the Y-axis slider; A mounting apparatus comprising:
前記Y軸駆動手段の前記Y軸スライダは前記所定の付加軸の延在方向とは異なる方向から前記Z軸本体駆動手段を支持して前記Z軸本体駆動手段の移動軸線と交錯しない前記Y軸方向に移動して前記Z軸本体駆動手段及び前記実装ヘッド本体を前記Y軸方向に駆動することを特徴とする請求項1に記載の実装装置。 The Z-axis main body driving means supports the mounting head main body from a direction different from the extending direction of the predetermined additional shaft, and moves the mounting head main body to the predetermined additional shaft by moving in parallel with the additional shaft. Drive along,
The Y-axis slider of the Y-axis driving means supports the Z-axis main body driving means from a direction different from the extending direction of the predetermined additional axis and does not intersect with the moving axis of the Z-axis main body driving means. The mounting apparatus according to claim 1, wherein the mounting apparatus moves in the direction to drive the Z-axis main body driving unit and the mounting head main body in the Y-axis direction.
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