JP5068571B2

JP5068571B2 - 電子部品の実装装置

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Publication number: JP5068571B2
Application number: JP2007089635A
Authority: JP
Inventors: 之宏池谷; 正規橋本; 裕一佐藤
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2008251727A; WO2008120528A1; CN101611485A; CN101611485B; KR101027739B1; KR20090119787A

Description

この発明は基板に電子部品を異なる圧着荷重で実装することができる電子部品の実装装置に関する。

基板に電子部品としての半導体チップを実装するフリップチップ方式の実装装置においては、チップ供給部からピックアップツールによってピックアップされた上記半導体チップを受け渡しツールで受け、この受け渡しツールによって上記実装装置の実装ツールに受け渡す。半導体チップを受けた実装ツールは基板の実装位置の上方に位置するようＸ，Ｙ方向に位置決めされた後、Ｚ方向下方に駆動されて上記半導体チップを基板に実装するようになっている。

半導体チップは上記基板にペースト状の接着剤或いは異方性導電部材や半田バンプなどの接続部材を介して上記基板に実装される。そのため、半導体チップを基板に実装するときの圧着荷重は接続部材の種類や半導体チップの大きさなどに応じて変えるようにしている。

具体的には、半導体チップの圧着は数十グラムから数百グラムの比較的低い荷重から、数キログラムから数十キログラムの高荷重で行われる。

したがって、実装装置には半導体チップを基板に実装するときに用いられる接続部材の種類によって実装時の圧着荷重を低荷重或いは高荷重に変えることができるようにするため、特許文献１に示される実装装置が開発されている。

特許文献１に示された実装装置は、第１の押圧力付与手段によって上下駆動される昇降ブロックを有し、この昇降ブロックには圧着ブロックが上下方向にスライド可能に設けられ、ばねによって弾性的に保持されている。

上記圧着ブロックには圧着ツール（実装ツール）が上下方向にスライド可能に設けられ、この圧着ツールは第２の押圧力付与手段によって下降方向に駆動可能となっている。上記圧着ブロックにはシリンダなどの駆動部が設けられ、このシリンダは固定ピンを上記圧着ブロックに対して進退駆動するようになっている。固定ピンを前進方向に駆動すると、この固定ピンは上記圧着ツールに形成された係合孔に係合する。

それによって、圧着ツールは圧着ブロックと一体的に結合されるから、この圧着ツールに保持された半導体チップを、上記昇降ブロックを駆動する上記第１の押圧力付与手段による第１の圧着力（高荷重）で基板に実装することができる。

上記駆動部によって上記固定ピンを後退方向に駆動して圧着ツールとの係合を外せば、この圧着ツールを上記第１の圧着力よりも小さい、上記第２の押圧力付与手段による第２の圧着力（低荷重）で基板に実装することができるというものである。
特開２００２−４３３３６

上記構成の実装装置によれば、確かに基板に対する半導体チップの実装を、接続部材の種類に応じて異なる圧着荷重で実装することが可能である。しかしながら、半導体チップの圧着荷重を変更するためには、固定ピンを駆動部によって進退駆動させ、圧着ツールを圧着ブロックに一体的に固定しなければならないということがあった。すなわち、圧着ツールが設けられた先端部分に駆動部を設けなければならないから、部品点数の増大やそれによる構成の複雑化を招くということがあった。

この発明は基板に電子部品を実装するときの圧着荷重の変更を、簡単な構成で容易に行うことができるようにした電子部品の実装装置を提供することにある。

この発明は、圧着荷重を変えて基板に電子部品を実装する実装装置であって、
第１の圧着荷重付与手段と、
この第１の圧着荷重付与手段によって上下方向に駆動される支持体と、
この支持体に上下方向に変位可能に支持され下端に上記電子部品を保持する実装ツールが設けられた可動体と、
この可動体を上記支持体に所定の位置で下降不能に係合保持する保持手段と、
上記可動体に設けられこの可動体が上記支持体に対して相対的に上昇方向に所定量以上変位したときに、上記支持体に圧接して上記可動体の上昇を制限する圧接部と、
上記可動体を上昇方向及び下降方向に選択的に駆動する第２の圧着荷重付与手段と、
を具備し、
上記第２の圧着荷重付与手段によって上記可動体を上昇方向に付勢して上記圧接部が上記支持体に当接した状態で上記第１の圧着荷重付与手段によって上記支持体を下降させることで、上記電子部品を上記基板に第１の圧着力で実装し、
上記保持手段による上記可動体の上記支持体に対する係合保持状態が解除された状態で、上記第２の圧着荷重付与手段によって上記可動体に下降方向の付勢力を付与することで、上記電子部品を上記基板に上記第１の圧着力よりも小さな第２の圧着力で実装すること
を特徴とする電子部品の実装装置にある。

上記第１の圧着荷重付与手段は上記支持体を駆動する駆動軸を有し、この駆動軸と上記実装ツールは軸線を一致させて上下方向に設けられていることが好ましい。

上記可動体の上端には上記圧接部を構成する軸部材が上記実装ツールと軸芯を一致させて設けられ、
上記保持手段は、上記支持体に設けられ上記軸部材が挿通される通孔が形成された支持片と、上記軸部材に軸線を中心にして対称に設けられ上記支持片に係合して上記可動体の下降位置を制限する係合片とによって構成されていることが好ましい。

上記保持手段は、上記支持体に設けられ上記可動体が所定の位置まで下降したときにその下端面に当接して下降を制限するストッパ部材であることが好ましい。

上記圧接部は上記可動体の上面に設けられた軸部材であって、
上記第２の圧着荷重付与手段は上記支持体に設けられ上記軸部材が挿通される環状のコイル又は磁石のどちらか一方と、上記軸部材に設けられた環状のコイル又は磁石のどちらか他方とによって構成されていることが好ましい。

この発明によれば、電子部品を第２の荷重よりも大きな第１の荷重で実装するとき、実装ツールが設けられた可動体を第２の圧着荷重付与手段によって駆動して支持体に一体的に保持するようにしたから、簡単な構成で確実に電子部品に第１の圧着力を付与することが可能となる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１と図２（ａ）、（ｂ）はこの発明の第１の実施の形態を示し、図１は実装装置の概略的構成を示している。上記実装装置はフレーム１を備えている。このフレーム１の上面には第１の圧着荷重付与手段としての駆動源２が出力軸３を上記フレーム１の下面に突出させて設けられている。

上記出力軸３には駆動軸としてのねじ軸４の上端が連結されている。このねじ軸４の下端は、上記フレーム１の下面に垂設されたＬ字状のブラケット５の水平片の上面に設けられた軸受６に回転可能に支持されている。

上記ねじ軸４はブロック８に形成されためねじ部（図示せず）に螺合されている。このブロック８は接続部材９の上端部に連結固定されている。この接続部材９の下端部の一側面は上記ブラケット５の水平片の先端面にスライド可能に接触し、下端は逆Ｌ字状の支持体１１の水平片１１ａの上面に連結固定されている。

上記支持体１１の垂直片１１ｂの内面の中途部には支持片１２が水平に設けられ、この支持片１２には通孔１３が中心を上記ねじ軸４の軸線Ｏ１と一致させて形成されている。この通孔１３の周辺部には凹状の段部１４が形成されている。

上記支持体１１の垂直片１１ｂの上記支持片１２よりも下側の内面にはリニアガイド１５が上下方向に沿って設けられている。このリニアガイド１５には可動体１６が側面に設けられた受け部材１７をスライド可能に係合させ、その軸線Ｏ２を上記ねじ軸４の軸線Ｏ１と上下方向に一致させて設けられている。

上記可動体１６の下端面には実装ツール１８が設けられ、上端面には圧接部を構成する軸部材１９が設けられている。上記可動体１６の軸線Ｏ２に対し、上記実装ツール１８と軸部材１９は軸線一致させて設けられている。上記軸部材１９は上記通孔１３に挿通され、上記支持片１２の上面側に突出した部分には上記段部１４に係合する係合片としてのフランジ２１が設けられている。つまり、フランジ２１は軸部材１９の軸線を中心にして対称に形成されている。そして、上記フランジ２１と上記段部１４は、これらの係合によって上記可動体１６を下降位置に保持する保持手段を構成している。

上記可動体１６は、第２の圧着荷重付与手段を構成するボイスコイルモータ２２によって上昇方向及び下降方向に駆動されるようになっている。上記ボイスコイルモータ２２は上記支持片１２の上面に設けられた環状のコイル２２ａと、上記軸部材１９に設けられた同じく環状の磁石２２ｂとによって構成されていて、上記コイル２２ａに流す電流を制御することで、上記可動体１６を上下方向に駆動するようになっている。

つまり、磁石２２ｂが設けられた軸部材１９は上記コイル２２ａに挿通されている。それによって、ボイスコイルモータ２２は軸部材１９を介して上記可動体１６を上昇方向或いは下降方向に選択的に駆動することができるようになっている。

上記支持体１１の水平片１１ａの内面の上記軸部材１９の上端面に対応する部位にはロードセル２３が設けられている。上記支持体１１は上記駆動源２によってねじ軸４を介して下降方向に駆動される。支持体１１が下降方向に駆動されて上記実装ツール１８の下端に吸着保持された電子部品としての半導体チップ２５がテーブル２６に載置されたリードフレームなどの基板２７に当接すると、上記可動体１６が相対的に上昇する。

上記ロードセル２３は、図２（ａ）に示すように上記可動体１６が支持体１１に対して相対的に所定量上昇すると、上記可動体１６に設けられた軸部材１９の上端面によって押圧される。ロードセル２３の出力値は軸部材１９によって押圧される強さによって変化する。

上記支持体１１に設けられた支持片１２の先端にはギャップセンサ２８が設けられている。このギャップセンサ２８の先端は上記可動体１６に設けられたターゲット２９に対向している。ギャップセンサ２８はターゲット２９との間隔を測定する。

それによって、支持体１１が下降して実装ツール１８に保持された半導体チップ２５が基板２７に当たり、可動体１６が支持体１１に対して相対的に上昇方向に変位すると、ギャップセンサ２８とターゲット２９の間隔が変化し、ギャップセンサ２８からの出力も変化するから、それによって半導体チップ２５が基板２７に当たったタイミングを検出できるようになっている。

このとき、ボイスコイルモータ２２に流す電流値を制御すれば、実装ツール１８を下降方向に付勢する付勢力が変化するから、半導体チップ２５を基板２７に実装する圧着力を変えることがきる。

つぎに、上記構成の実装装置によって半導体チップ２５を基板２７に実装するときの動作を説明する。図１に示すように半導体チップ２５が実装ツール１８に受け渡されたとき、可動体１６は軸部材１９に設けられたフランジ２１が支持体１１の支持片１２の通孔１３の周辺部に形成された段部１４に係合した状態にある。このときの可動体１６は支持体１１に対して下降限の位置にある。

上記フランジ２１は軸部材１９に対して軸対称、つまり外周の全周にわたって設けられている。そのため、可動体１６は軸線Ｏ２が垂直線に対して傾くことなく支持体１１に保持されている。

実装ツール１８に受け渡された半導体チップ２５を基板２７に実装するには、まず駆動源２を作動させてねじ軸４を回転させ、ブロック８を介して支持体１１を下降させる。可動体１６は支持体１１の下降に連動する。そして、可動体１６の下端の上記実装ツール１８に保持された半導体チップ２５が基板２７に当たると、可動体１６が支持体１１に対して相対的に上昇するから、そのことがギャップセンサ２８によって検出される。

半導体チップ２５を基板２７に高荷重で実装する場合、まず、ボイスコイルモータ２２に軸部材１９を上昇方向に駆動する付勢力が加わるよう、コイル２２ａに加える電流を制御する。そして、図２（ａ）に示すように軸部材１９の上端をロードセル２３に当接させる。このとき、ボイスコイルモータ２２のコイル２２ａには軸部材１９の上端がロードセル２３から離れることのない程度の上昇方向の付勢力を付与しておく。

ついで、駆動源２によりねじ軸４を回転駆動し、支持体１１を下降させる。それによって、実装ツール１８に保持された半導体チップ２５は図２（ａ）に示すように基板２７に当たるから、その状態からさらに支持体１１を下降方向へ駆動する。

軸部材１９の上端がロードセル２３に圧接した状態で支持体１１が下降方向に駆動されると、可動体１６は支持体１１に対して相対的に上昇せず、支持体１１と一体的に下降することになる。つまり、可動体１６は支持体１１に上昇不能に固定された状態で下降するから、半導体チップ２５を駆動源２によって高荷重で基板２７に実装することができる。

このときの実装荷重はロードセル２３によって検出されるから、ロードセル２３が所定の荷重を検出した時点で上記駆動源２による支持体１１の下降方向への駆動を停止すれば、半導体チップ２５を基板２７に数キログラムから数十キログラムの高荷重で実装することができる。

一方、半導体チップ２５を基板２７に低荷重で実装する場合、ギャップセンサ２８が支持体１１に対する可動体１６の相対的上昇を検出したならば、その時点から支持体１１を軸部材１９の上端とロードセル２３との間隔Ｇ（図１に示す）よりも小さな距離だけ下降させる。

それによって、可動体１６は図２（ｂ）に示すように支持片１２に対して浮いた状態になるから、その時点若しくは可動体１６が支持片１２から浮く前にボイスコイルモータ２２への通電を制御すれば、実装ツール１８に保持された半導体チップ２５を基板２７に押圧する圧接力が数十グラムから数百グラム程度の比較的低い圧着荷重によって実装することができる。

すなわち、半導体チップ２５を数キログラムから数十キログラムの高荷重或いは数十グラムから数百グラム程度の比較的低い圧着荷重のいずれかによって選択的に行うことができる。

上記構成の実装装置によれば、半導体チップ２５を高荷重で基板２７に実装する場合、可動体１６をボイスコイルモータ２２によって支持体１１に対して上昇させ、軸部材１９の上端面がロードセル２３に当接したならば、その状態を維持して支持体１１を下降させるようにした。

そのため、軸部材１９と支持体１１との圧接によって、上記可動体１６の上昇を制限して支持体１１と一体的に下降させ、半導体チップ２５を基板２７に駆動源２による駆動力によって高荷重で実装することができる。つまり、従来のように可動体１６を支持体１１に一体的に結合させるために固定ピンを駆動部によって駆動するということをせずにすむから、その分、部品点数が少なくなって構成の簡略化を図ることができる。

上記可動体１６は支持体１１に対して軸部材１９の外周全長にわたって設けられたフランジ２１が支持片１２の段部１４に係合している。そのため、可動体１６はその軸線Ｏ２が垂直線に対して傾くことがないから、半導体チップ２５を基板２７に実装するため、支持体１１を下降させてゆくと、実装ツール１８の先端に設けられた半導体チップ２５は基板２７に対して水平な状態で均一に当接する。それによって、半導体チップ２５に不均一な押圧力が加わることがないから、エッジが欠けるなど半導体チップ２５の損傷を招くことがない。

とくに、半導体チップ２５が数十μｍの厚さの薄型である場合、基板２７に傾いた状態で当たると欠けが生じ易いが、水平な状態で均一に当てることができるため、欠けの発生を確実に防止することができる。

さらに、ねじ軸４の軸線Ｏ１と軸部材１９、可動体１６及び実装ツール１８の軸線Ｏ２が上下方向に対して一致している。そのため、実装ツール１８の先端に吸着保持されたが半導体チップ２５を基板２７に押圧して実装するとき、上記半導体チップ２５にねじ軸４の軸線Ｏ１と可動体１６の軸線Ｏ２とのずれによるモーメントが加わることがない。

それによって、駆動源２の荷重を実装ツール１８に保持された半導体チップ２５に垂直に加えることができるから、半導体チップ２５を基板２７に均一に、しかも割れなどの損傷を招くことなく実装することができる。

ボイスコイルモータ２２を環状のコイル２２ａと、このコイル２２ａに挿通された軸部材１９に設けられた磁石２２ｂとで構成した。そのため、ボイスコイルモータ２２は、上記軸部材１９を介して可動体１６を上昇方向及び下降方向に選択的に駆動することができる。

それによって、上述したように上記軸部材１９を上昇方向に駆動して上記可動体１６を支持体１１に対して下降不能に保持すれば、半導体チップ２５を高荷重で実装することができる。しかも、可動体１６が支持体に対して下降限から上昇した状態、つまり軸部材１９に設けられたフランジ２１が支持片１２の段部１４から外れた状態で可動体１６を下降方向へ駆動すれば、半導体チップ２５を低荷重で実装することができる。

さらに、低荷重用のボイスコイルモータ２２によって駆動される実装ツール１８と、高荷重用の駆動源２によって駆動されるねじ軸４を上下方向において同じ軸線上に配置し、実装ツール１８を介して半導体チップ２５に垂直な荷重を加えることができるから、そのことによって半導体チップ２５を破損させることなく基板２７に実装することができる。

上記第１の実施の形態では保持手段を支持片１２に形成された段部１４と、軸部材１９にこの軸部材１９が下降限のときに上記段部１４に係合するフランジ２１とで構成したが、上記フランジ２１に代わって軸部材１９の外周に、この軸部材の軸芯を中心にして複数の突起を周方向に所定間隔で設けるようにしてもよい。

また、上記実施の形態では支持体１１の支持片１２にコイル２２ａを設け、軸部材１９に磁石２２ｂを設けるようにしたが、軸部材１９にコイル２２ａを設け、支持片に１２に磁石２２ｂを設けるようにしてもよい。

図３はこの発明の第２の実施の形態を示す。この実施の形態は可動体１６を支持体１１に対して下降限で支持する手段の変形例であって、この実施の形態では支持片１２に段部１４や軸部材１９に上記段部１４に係合するフランジ２１を形成せずに、支持体１１の垂直片１１ｂの下端にストッパ部材３１を設け、このストッパ部材３１によって可動体１６を下降限で上記支持体１１に対して支持するようにした。

このような構成であっても、上述した第１の実施の形態のように、半導体チップ２５を高荷重或いは低荷重のいずれかによって基板２７に実装することができる。
なお、第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同一部分には同一記号を付して説明を省略する。

この発明の第１の実施の形態を示す実装装置の概略的構成図。（ａ）は半導体チップを基板に高荷重で実装するときの説明図、（ｂ）は同じく低荷重で実装するときの説明図。この発明の第２の実施の形態を示す実装装置の概略的構成図。

符号の説明

２…駆動モータ（第１の圧着荷重付与手段）、４…ねじ軸、１１…支持体、１６…可動体、１８…実装ツール、１９…軸部材、２２…ボイスコイルモータ（第２の圧着荷重付与手段）、２３…ロードセル、２５…半導体チップ、２７…基板。

Claims

圧着荷重を変えて基板に電子部品を実装する実装装置であって、
第１の圧着荷重付与手段と、
この第１の圧着荷重付与手段によって上下方向に駆動される支持体と、
この支持体に上下方向に変位可能に支持され下端に上記電子部品を保持する実装ツールが設けられた可動体と、
この可動体を上記支持体に所定の位置で下降不能に係合保持する保持手段と、
上記可動体に設けられこの可動体が上記支持体に対して相対的に上昇方向に所定量以上変位したときに、上記支持体に圧接して上記可動体の上昇を制限する圧接部と、
上記可動体を上昇方向及び下降方向に選択的に駆動する第２の圧着荷重付与手段と、
を具備し、
上記第２の圧着荷重付与手段によって上記可動体を上昇方向に付勢して上記圧接部が上記支持体に当接した状態で上記第１の圧着荷重付与手段によって上記支持体を下降させることで、上記電子部品を上記基板に第１の圧着力で実装し、
上記保持手段による上記可動体の上記支持体に対する係合保持状態が解除された状態で、上記第２の圧着荷重付与手段によって上記可動体に下降方向の付勢力を付与することで、上記電子部品を上記基板に上記第１の圧着力よりも小さな第２の圧着力で実装すること
を特徴とする電子部品の実装装置。
上記第１の圧着荷重付与手段は上記支持体を駆動する駆動軸を有し、この駆動軸と上記実装ツールは軸線を一致させて上下方向に設けられていることを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装装置。
上記可動体の上端には上記圧接部を構成する軸部材が上記実装ツールと軸芯を一致させて設けられ、
上記保持手段は、上記支持体に設けられ上記軸部材が挿通される通孔が形成された支持片と、上記軸部材に軸線を中心にして対称に設けられ上記支持片に係合して上記可動体の下降位置を制限する係合片とによって構成されていることを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装装置。
上記保持手段は、上記支持体に設けられ上記可動体が所定の位置まで下降したときにその下端面に当接して下降を制限するストッパ部材であることを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装装置。
上記圧接部は上記可動体の上面に設けられた軸部材であって、
上記第２の圧着荷重付与手段は上記支持体に設けられ上記軸部材が挿通される環状のコイル又は磁石のどちらか一方と、上記軸部材に設けられた環状のコイル又は磁石のどちらか他方とによって構成されていることを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装装置。