JP4968488B2

JP4968488B2 - 実装装置

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Publication number: JP4968488B2
Application number: JP2010056882A
Authority: JP
Inventors: 亨水野; 伴視浅倉; 昭彦三浦
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-03-15
Also published as: JP2011192763A

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。

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。

特開２００１−１１０８５０号公報特開平１１−０９７４９３号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の第一の実施形態に係る実装装置の主要部に関するものであって、当該装置を側面から見た状態の概略構成を示す図である。図１Ａに示す実施形態に係る実装装置の主要部に関するものであって、当該装置を側面から見た状態の概略構成を示す図である。図１Ａに示す実施形態に係る実装装置の主要部の正面図であって、当該装置が実装部品の供給を受ける位置に存在した状態を示す図である。図１Ａに示す実施形態に係る実装装置の主要部の正面図であって、当該装置が実装部品を保持して移動する途中にある状態を示す図である。図１Ａに示す実施形態に係る実装装置の主要部の正面図であって、当該装置が基板に対する実装部品の実装を行う位置に存在した状態を示す図である。図２Ａに示す状態にある装置主要部について、当該主要部を上面から見た状態を示す図である。図２Ｃに示す状態にある装置主要部について、当該主要部を上面から見た状態を示す図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims

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、前記電極と前記配線電極との接合を為す実装装置であって、
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。
前記Ｚ軸本体駆動手段は前記実装ヘッド本体を前記所定の付加軸の延在方向とは異なる方向から支持して前記付加軸と平行に移動することによって前記実装ヘッド本体を前記所定の付加軸に沿って駆動し、
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。
前記実装ヘッド本体は、前記超音波振動を発生する振動子と、前記付加軸とは異なる方向に延在して前記ボンディングツールを保持し且つ前記振動子と接続されて、前記超音波を前記ボンディングツールに伝達する超音波ホーンと、を有することを特徴とする請求項１或いは２何れかに記載の実装装置。
前記実装位置支持手段は、前記実装ヘッド本体が前記実装部品を前記基板に対して実装する位置において前記Ｙ軸駆動手段に前記予圧を付与し、前記Ｙ軸駆動手段と独立して前記予圧の付与を為す位置に固定されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の実装装置。
前記実装位置支持手段は、前記Ｙ軸駆動手段の所定部位に当接する支持部材と、前記支持部材を所定方向に伸縮させて前記支持部材を介して前記所定部位に対して予圧を与える支持部材加圧手段と、を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の実装装置。
前記支持部材における前記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を特徴とする請求項５に記載の実装装置。
前記実装位置支持手段は、前記加圧手段の発生する前記駆動力に応じて前記予圧の大きさを調整可能な与圧調整手段を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の実装装置。