JP5313751B2 - 電子部品装着装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を回路基板などに装着する電子部品装着装置に関するものである。

電子部品のバンプ電極をプリント基板の電極と接合するための様々な接合方法が、知られている。たとえば、超音波接合方法は、電子部品を回路基板と短時間で接合することができるそのような接合方法の１つである。

ここに、超音波接合方法とは、電子部品を回路基板に押圧しながら、その電子部品を超音波振動により振動させて、回路基板と電子部品との間の接合面における局部的スリップにより発生する表面皮膜の破壊および飛散を利用して、原子レベルで電子部品の電極を回路基板の電極と電気的に接合する接合方法である。

そこで、図１４を主として参照しながら、上述した超音波接合方法を利用する従来の電子部品装着装置の構成および動作について説明する。

なお、図１４は、従来の電子部品装着装置の概略的な側面図である。

従来の電子部品装着装置は、回路基板９に対して電子部品８のバンプボンディングを行うための装置である（たとえば、特許文献１参照）。

従来の電子部品装着装置は、一端に超音波振動子９２を固定し、他端にスティック状の保持ツール９３を挟持する、ホーン軸線Ｉに沿って延びるホーン９１を有する装着ヘッド１００を備えている。

超音波振動子９２によって付与された超音波振動は、ホーン軸線Ｉの方向を進行方向とする、媒質の振動が進行方向に対して平行な縦波として、保持ツール９３まで伝達する。

そして、このような電子部品装着装置は、押圧手段（図示省略）により保持ツール９３を介して電子部品８を回路基板９に押圧しながら、超音波振動子９２により保持ツール９３を介して電子部品８を振動させて、電子部品８の電極を回路基板９の電極と電気的に接合する。

ここで、図１５を参照しながら、従来の電子部品装着装置の装着ヘッド１００についてより詳しく説明する。

なお、図１５は、従来の電子部品装着装置の装着ヘッド１００の概略的な斜視図である。

ホーン９１の先端部には、保持ツール９３が、超音波振動子９２によって付与される超音波振動の振動方向に垂直な方向から、二つの割れ部９１１および９１２によって挟持されている。

より具体的には、ホーン９１の先端部にはいわゆる割締め構造が設けられており、ホーン９１は、スリットによる分割によって形成された二つの割れ部９１１および９１２を同じトルクで締めつける固定用のネジ９４を利用して、貫通孔９１３に挿入された保持ツール９３を挟持している。

そして、二つの割れ部９１１および９１２は、超音波振動子９２によって付与される超音波振動を保持ツール９３に偏りなく伝達できるように、ホーン９１のホーン軸線Ｉに関して対称的に設けられている。

特開２００４−１３４５６３号公報

しかしながら、上述した従来の電子部品装着装置では、安定した超音波接合を行うことが困難である場合がある。

より具体的に説明すると、電子部品８を吸着によって保持する保持ツール９３の保持面には電子部品８との摩擦により摩耗が発生したり異物が付着したりすることがあるので、吸着された電子部品８が回路基板９に対して傾いてしまうことがある。

そのような場合には保持面に対して研磨を行うのであるが、保持ツール９３の長さが研磨により所定の値以下となると、保持ツール９３の交換を行う必要がある。

なお、保持ツール９３の交換は、回路基板９へ装着される電子部品８の種類が変更される場合にも行われることがある。

しかしながら、保持ツール９３は、線Ｌ_１およびＬ_２において線接触する状態か、または最悪の場合には点Ｐ_１およびＰ_２において点接触する状態か、の何れかの状態で、二つの割れ部９１１および９１２によって挟持されている。

そのため、保持ツール９３とホーン９１との接触状態は、保持ツール９３の交換が行われるたびに少しずつ変化してしまうことが多く、再現性が高くない。

結果的に、保持ツール９３の先端部に関してはその交換が行われるたびに超音波振動が付与される際の振幅および軌跡が変動してしまい、安定した超音波接合を行うことが困難であった。

本発明は、上述した従来の課題を考慮し、より安定した超音波接合を行うことが可能な、電子部品装着装置を提供することを目的とする。

第１の本発明は、
電子部品を保持する部品保持部と、
前記部品保持部を介して前記保持された電子部品に圧力を印加する押圧手段と、
前記部品保持部を介して前記保持された電子部品に超音波振動を付与する超音波振動子と、を備え、
前記部品保持部は、一端に前記超音波振動子が固定されるホーンと、締結手段により前記ホーンの他端に固定され、前記電子部品を保持する保持ツールと、を有し、
前記ホーンは、平面である第１のホーン面と、平面である第２のホーン面と、を前記他端に有し、
前記保持ツールは、前記第１のホーン面に密着する平面である第１のツール面と、前記第２のホーン面に密着する平面である第２のツール面と、を有し、
前記第１のホーン面と前記第１のツール面とは、おもに前記印加された圧力を伝達する面であり、
前記第２のホーン面と前記第２のツール面とは、おもに前記付与された超音波振動を伝達する面であり、
前記締結手段は、複数個の締結部材を有し、
前記複数個の締結部材は、前記ホーンの断面の中心を通って、前記付与された超音波振動が伝達される方向に延びるホーン軸線に関して対称に配置され、前記第２のホーン面と前記第２のツール面との連結部に対して、前記付与された超音波振動が伝達される方向に、面圧を加え、
前記ホーンは、前記保持ツールに熱を印加する加熱部を有し、
前記締結手段の締結保持力は、前記熱が印加されたときには増加することを特徴とする、電子部品装着装置である。
第２の本発明は、
前記第１のホーン面と前記第２のホーン面とは、直交していることを特徴とする、第１の本発明の電子部品装着装置である。
第３の本発明は、
前記保持ツールは、直方体の形状を有することを特徴とする、第２の本発明の電子部品装着装置である。
第４の本発明は、
前記締結手段は、ボルトと雌ネジ部とであり、
前記雌ネジ部は、前記第２のホーン面に設けられており、
前記ボルトは、前記保持ツールに設けられた貫通孔を貫通して前記雌ネジ部に螺合することを特徴とする、第１から第３の何れかの本発明の電子部品装着装置である。

本発明の構成により、より安定した超音波接合を行うことが可能な、電子部品装着装置を提供することができる。

本発明にかかる実施の形態における電子部品装着装置の概略的な正面図 本発明にかかる実施の形態における電子部品装着装置の概略的な平面図 本発明にかかる実施の形態における装着ヘッドの概略的な正面図 本発明にかかる実施の形態における部品保持部の概略的な分解斜視図 本発明にかかる実施の形態における部品保持部の概略的な分解正面図 （Ａ）本発明にかかる実施の形態における、ボルトを利用して保持ツールがホーンに固定される前の、部品保持部の概略的な側面図、（Ｂ）本発明にかかる実施の形態における、ボルトを利用して保持ツールがホーンに固定された後の、部品保持部の概略的な側面図 （Ａ）本発明にかかる実施の形態におけるホーン軸線と面Ａ_１との関係を説明するための概略的な分解斜視図、（Ｂ）本発明にかかる実施の形態におけるホーン軸線と面Ａ_２との関係を説明するための概略的な分解斜視図 （Ａ）本発明にかかる実施の形態における面Ａ_１と面Ａ_２とが直交しない構成を説明するための概略的な断面図（その１）、（Ｂ）本発明にかかる実施の形態における面Ａ_１と面Ａ_２とが直交しない構成を説明するための概略的な断面図（その２） 本発明にかかる実施の形態における、ヒータがホーンに挿入された構成の電子部品装着装置の概略的な断面図 本発明にかかる実施の形態における電子部品装着装置の動作を説明するための流れ図 本発明にかかる実施の形態における電子部品装着装置の部品保持部の概略的な分解斜視図（その１） 本発明にかかる実施の形態における電子部品装着装置の部品保持部の概略的な分解斜視図（その２） 本発明にかかる実施の形態における電子部品装着装置の部品保持部の概略的な分解斜視図（その３） 従来の電子部品装着装置の概略的な側面図 従来の電子部品装着装置の装着ヘッドの概略的な斜視図 （Ａ）従来の電子部品装着装置の装着ヘッドの無負荷時における振動モードの説明図、（Ｂ）従来の電子部品装着装置の装着ヘッドの負荷時における振動モードの説明図

以下、図面を参照しながら本発明にかかる実施の形態について詳細に説明する。

はじめに、図１および２を主として参照しながら、本実施の形態における電子部品装着装置の構成について説明する。

なお、図１は、本発明にかかる実施の形態における電子部品装着装置１の概略的な正面図である。

また、図２は、本発明にかかる実施の形態における電子部品装着装置１の概略的な平面図である。

電子部品装着装置１は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）チップなどの微細な電子部品を反転し、プリント基板などの回路基板９に対するその反転した電子部品の装着と、電極の接合と、を同時に行う、いわゆるフリップチップ実装装置である。

電子部品装着装置１は、基板保持部２、部品装着ユニット３、部品供給部４、および撮像部６０を備えている。

基板保持部２の（＋Ｚ）側、すなわち上方側には、基板保持部２に保持された回路基板９に電子部品８（図３参照、以下同様）を装着する部品装着ユニット３が設けられている。

基板保持部２の（−Ｘ）側には、部品装着ユニット３に電子部品８を供給する部品供給部４が設けられている。

基板保持部２と部品供給部４との間には、部品供給部４により部品装着ユニット３に供給された電子部品８を撮像する撮像部６０が設けられている。

なお、回路基板９の（＋Ｘ）側には、電子部品８を保持するための先端部５３１（図３参照、以下同様）を研磨する研磨部７が設けられている。

これらの機構が制御部１０により制御され、回路基板９に対する電子部品８の装着が行われる。

ここで、基板保持部２、部品装着ユニット３、部品供給部４、および撮像部６０の構成について順により詳しく説明する。

まず、基板保持部２は、回路基板９を保持するステージ２１と、ステージ２１をＹ方向に移動するステージ移動機構２２と、を備えている。

なお、研磨部７は、ステージ２１の（＋Ｘ）側に取り付けられており、ステージ移動機構２２によりステージ２１と一体的にＹ方向に移動される。

また、研磨部７は、平らで水平な研磨面７１１を有するシート状の研磨部材７１と、研磨部材７１を保持する研磨部材保持部７２と、を備えている。

つぎに、部品装着ユニット３は、押圧手段３３、ヘッド支持部３４（図３参照、以下同様）、シャフト３５（図３参照、以下同様）、部品保持部５０（図３参照、以下同様）、および超音波振動子５２（図３参照、以下同様）を有する部品装着部３１と、部品装着部３１をＸ方向に移動させる装着部移動機構３２と、を備えている。

押圧手段３３は、モータ（図示省略）を備えた昇降機構を利用してシャフト３５をＺ方向に移動させ、シャフト３５にヘッド支持部３４を介して取り付けられたホーン５１（図３参照、以下同様）を押圧する手段である。

つぎに、部品供給部４は、所定の位置に電子部品８を配置する部品配置部４１と、部品配置部４１から電子部品８を取り出して保持する供給ヘッド４２と、供給ヘッド４２をＸ方向に移動する供給ヘッド移動機構４３と、供給ヘッド４２を回動および僅かに昇降する回動機構４４と、を備えている。

部品配置部４１は、多数の電子部品８が載置される部品トレイ４１１と、部品トレイ４１１を保持するステージ４１２と、部品トレイ４１１をステージ４１２とともにＸ方向およびＹ方向に移動するトレイ移動機構４１３と、を備えている。

部品トレイ４１１には、回路基板９に装着される予定の多数の電子部品８が、実装後の状態における下面、すなわち回路基板９に接合される電極部が形成された接合面を上側に向けて、回路基板９に装着される向きとは反対向きで載置されている。

供給ヘッド４２は、先端部に形成された吸引口を利用する吸着により保持した電子部品８を装着ヘッド５に供給する供給コレット４２１を、備えている。

なお、電子部品８は、ＬＥＤチップ、半導体レーザなどの半導体発光素子、パッケージされたＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、抵抗、コンデンサ、微細チップなどの半導体、ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）フィルタ、およびカメラモジュールなどの半導体以外の電子部品、の何れであってもよい。

また、回路基板９は、樹脂により形成された回路基板、およびガラスおよび半導体などの樹脂以外の材料により形成された回路基板、の何れであってもよい。

また、電子部品８の電極部は、電子部品８の電極パターンに金（Ａｕ）で形成された突起バンプであってもよいし、電子部品８によってはメッキバンプなどであってもよいし、電極パターン自体であってもよい。

また、電子部品８の電極パターンに形成される突起バンプの代わりの突起バンプが、回路基板９の電極に設けられていてもよい。

そして、撮像部６０は、装着部移動機構３２によって移動される部品装着部３１、特に装着ヘッド５、の移動経路の真下に設置された、装着ヘッド５に保持された電子部品８を（−Ｚ）側から撮像する手段である。

撮像部６０は、移動される部品装着部３１と干渉しない位置に設けられている、
ここで、図３を参照しながら、部品保持部５０、超音波振動子５２、ヘッド支持部３４、およびシャフト３５などによって構成されている装着ヘッド５の構成について説明する。

なお、図３は、本発明にかかる実施の形態における装着ヘッド５の概略的な正面図である。

部品保持部５０は、超音波振動子５２が一端に固定されたホーン５１と、ホーン５１の他端にボルト５４１および５４２（図４参照、以下同様）で固定されている保持ツール５３と、を有する手段である。

超音波振動子５２は、圧電素子（図示省略）を利用して、保持ツール５３に保持される電子部品８に伝達される超音波振動を付与する手段である。

ヘッド支持部３４は、共振状態において定常波となる超音波振動の節点でホーン５１を支持している。

シャフト３５は、ヘッド支持部３４を介してホーン５１に取り付けられており、上述したように押圧手段３３（図１参照）によってＺ方向に移動される。

部品保持部５０は、このような構成により、回路基板９（図１参照）および研磨面７１１（図１参照）に対して相対的に昇降される。

さて、保持ツール５３は、好適な振動特性および振動伝達特性を有するステンレス鋼により形成されており、直方体の形状を有している。

そして、保持ツール５３は、電子部品８を保持するための、電子部品８のサイズおよび種類に最適な断面形状をもつ柱状の先端部５３１を有している。

先端部５３１は、撓み振動が生じないＺ方向の高さｈ_Ｚを有している。

高さｈ_Ｚが撓み振動が生じないように調節されている点は、つぎに説明するように重要である。

すなわち、ＬＥＤ素子などの半導体フリップチップ実装では電子部品８の種類が多岐にわたっており、電子部品８のサイズが高出力化に伴って大型化しているので、たとえばバンプ数が２０にもおよぶ電子部品８を回路基板９に３０Ｎ程度の高荷重で押圧しながら超音波振動を付与しなければならないこともある。

ところが、上述した従来の電子部品装着装置では、電子部品８を回路基板９に高荷重で押圧すると、保持ツール９３の先端部の振幅が変化し、実装ズレおよび素子のダメージなどにともなう接合不良が発生してしまうことが多い。

すなわち、そもそも、超音波振動が付与されると、スティック状の保持ツール９３には大きく振動する腹とほとんど振動しない節とが撓み振動のために生じる。

そして、このような腹および節は、負荷の変動によって移動する。

たとえば、図１６（Ａ）および（Ｂ）に示されているように、無負荷時における節１０１および１０２が、負荷にともなう回路基板９からの抗力のために負荷時における節１１１および１１２に移動し、無負荷時には損失少なく十分に振動していた保持ツール９３の先端部が十分に振動しなくなってしまうことがある。

なお、図１６（Ａ）は従来の電子部品装着装置の装着ヘッド１００の無負荷時における振動モードの説明図であり、図１６（Ｂ）は従来の電子部品装着装置の装着ヘッド１００の負荷時における振動モードの説明図である。

したがって、従来の電子部品装着装置の構成では保持ツール９３の先端部の振幅に変化が生じやすいので、安定した超音波接合を行うことが困難になりやすかった。

本実施の形態においては、高さｈ_Ｚが大きくなりすぎず上述の通り撓み振動が生じないように調節されているので、振動モードが良好であり、先端部５３１の振幅に変化が生じることはほとんどない。

さて、保持ツール５３の中心部には、電子部品８の吸着に利用される真空吸引用の吸引路５３２が形成されている。

そして、吸引路５３２は、保持ツール５３の（＋Ｚ）側の端部において、チューブ３５２を介してヘッド支持部３４およびシャフト３５に形成された吸引路３５１に接続されている。

吸引路３５１はポンプ（図示省略）に接続されており、電子部品８は吸引により先端部５３１に保持される。

ここで、図４および５を参照しながら、本実施の形態における部品保持部５０の構成についてより詳しく説明する。

なお、図４は、本発明にかかる実施の形態における部品保持部５０の概略的な分解斜視図である。

また、図５は、本発明にかかる実施の形態における部品保持部５０の概略的な分解正面図である。

ホーン５１は、ホーン軸線Ｊに沿ってＸ方向に伸びている。

ホーン５１は、ＸＹ平面に平行な面Ａ_１と、ＹＺ平面に平行な面Ａ_２とを、超音波振動子５２が固定されている一端とは反対側の、他端に有している
保持ツール５３は、面Ａ_１に密着するＸＹ平面に平行な面Ｂ_１と、面Ａ_２に密着するＹＺ平面に平行な面Ｂ_２と、を有している。

そして、保持ツール５３は、ボルト５４１および５４２によりホーン５１に固定されている。

なお、面Ａ_１と面Ｂ_１とは、押圧手段３３によって印加された圧力を伝達するための面である。

また、面Ａ_２と面Ｂ_２とは、超音波振動子５２によって付与された超音波振動を伝達するための面である。

面Ｂ_１が面Ａ_１に密着し面Ｂ_２が面Ａ_２に密着する構成が採用されているので、保持ツール５３を交換する際にも、保持ツール５３を再現性よくしっかりとホーン５１に固定することができる。

そして、圧力の損失なく、超音波振動における振幅の減衰および位相の変動などを軽減させ、電子部品８の振動特性を向上させることができる。

ピン５１１は、ホーン５１に設けられた凸部である。溝５３３は、保持ツール５３に設けられた凹部である。

ＸおよびＹ方向については、ピン５１１が溝５３３に奥まではまり込んだ状態とすることで、保持ツール５３のホーン５１に対する位置を正確に決めることができる。

Ｚ方向については、ホーン５１の面Ａ_１と保持ツール５３の面Ｂ_１とが密着している状態とすることで、同位置を正確に決めることができる。

このようにして、保持ツール５３のホーン５１に対する位置が、Ｘ、ＹおよびＺの全ての方向について正確に決められている。

さらに、保持ツール５３は、図６（Ａ）および（Ｂ）に示されているように、面Ａ_１と面Ｂ_１との間における隙間がボルト５４１および５４２を締結する際に生じてしまうことなく固定されている。

なお、図６（Ａ）は本発明にかかる実施の形態における、ボルト５４１および５４２を利用して保持ツール５３がホーン５１に固定される前の、部品保持部５０の概略的な側面図であり、図６（Ｂ）は本発明にかかる実施の形態における、ボルト５４１および５４２を利用して保持ツール５３がホーン５１に固定された後の、部品保持部５０の概略的な側面図である。

より具体的に説明すると、ボルト５４１および５４２は、保持ツール５３に設けられた貫通孔５３４および５３５を微少なクリアランスを隔てて貫通し、ホーン５１の面Ａ_２に設けられた雌ネジ部５１２および５１３に螺合している。

なお、本発明の締結手段は締結部材を有し、上記ボルト５４１および５４２はそれら締結部材の一例である。また、それらボルト５４１および５４２と、対応する雌ネジ部５１２および５１３とは、本発明の締結手段の一例である。

そして、その螺合の順序は、右側のボルト５４１を締結した後で左側のボルト５４２を締結する。その理由は、これとは反対に、もし仮にボルト５４１がボルト５４２の締結された後で締結されるとすると、ボルト５４１および５４２は矢印Ｒ_１およびＲ_２（図６（Ｂ）参照）の方向に回転されることで締結される右ねじであるので、保持ツール５３はボルト５４２が締結される際に加わるモーメントのために回転しやすいという理由により、面Ａ_２と面Ｂ_２との間における隙間が生じる可能性がある。右側のボルト５４１を締結した後で左側のボルト５４２を締結するという螺合の順序を守ることにより、面Ａ_２と面Ｂ_２との間に隙間が生じることを防止出来る。

もちろん、締結力を十分に確保することができるので、ボルト５４１および５４２はネジの許容トルク付近で強固に締結することが好ましい。

ボルト５４１および５４２はホーン５１の面Ａ_２に設けられた雌ネジ部５１２および５１３に螺合しているので、ボルト５４１および５４２が強固に締結されても、ホーン５１が変形してしまう恐れはない。

なお、上述した従来の電子部品装着装置の構成では、二つの割れ部９１１および９１２を締めつける固定用のネジ９４が利用されるので、ホーン９１が変形してしまうことがある。

もちろん、割締め構造ではなく、ホーンに形成された小さめの貫通孔に保持ツールを強制的に押し込むことでホーンに保持ツールを固定する構成も考えられるが、このような構成でもやはりホーンが変形しやすいし、ホーンと保持ツールとを一体的に形成する構成も考えられるが、このような構成では、ホーンを含む部材の全体が保持ツールの交換が行われるたびに交換されることになるので、コストの増大を招いてしまう。

さらに、ボルト５４１および５４２は、ホーン５１のＹＺ平面に平行な断面の中心を通って、超音波振動が伝達される方向に延びるホーン軸線Ｊに関して回転対称に配置されている。

このようなボルト５４１および５４２の配置に関する対称的な構成は固定を偏りのないものにするので、振動モードの悪化が加圧時においてもほとんどなく、質の高い超音波接合を行うことができる。

このように、ボルト５４１および５４２を利用して、ホーン５１の面Ａ_２と保持ツール５３の面Ｂ_２との連結部に対して十分な面圧を加える構成が採用されているので、超音波振動を伝達するための面Ａ_２と面Ｂ_２との間の密着力が十分に確保されており、超音波振動の減衰が極めて少ない。

なお、上述した従来の電子部品装着装置の構成では、保持ツール９３は二つの割れ部９１１および９１２によって単に挟持されているだけであるため、超音波振動が保持ツール９３に十分に伝達されないことがあった。

そして、このようなボルト５４１および５４２を利用する構造は極めて簡易であるので、電子部品８の種類に応じて保持ツール５３を交換する際の作業を容易に行うことが可能である。

ホーン５１の面Ａ_１と保持ツール５３の面Ｂ_１とについては、表面粗度が少ない方が好ましい。これは、ホーン５１の面Ａ_１と保持ツール５３の面Ｂ_１との密着面積を大きくし、圧力が均一に加わるようにするためである。

ホーン５１の面Ａ_２と保持ツール５３の面Ｂ_２とについても、表面粗度が少ない方が好ましい。これは、ホーン５１の面Ａ_２と保持ツール５３の面Ｂ_２との密着強度を上げ、振動伝達を良好にするためである。

より具体的には、面Ａ_１、Ａ_２、Ｂ_１、およびＢ_２の算術平均粗さＲａは、３．２以下であることが好ましい。

そして、面Ａ_１、Ａ_２、Ｂ_１、およびＢ_２は、平坦である方が好ましい。

このように、表面粗度が少なく平坦な面Ａ_１、Ａ_２、Ｂ_１、およびＢ_２を利用することで、ホーン５１と保持ツール５３との間における追従作用が働くようになり、安定した超音波接合が可能になる。

表面粗度が少なく平坦な構成は、面Ａ_１、Ａ_２、Ｂ_１、およびＢ_２の研磨加工が容易にできるようにしておくことにより容易に実現することができる。

ここで、図５、図７（Ａ）および（Ｂ）を参照しながら、ホーン軸線Ｊは面Ａ_１と非平行であることが好ましく、ホーン軸線Ｊは面Ａ_２と非垂直であることが好ましい点についてそれぞれ具体的に説明をする。

なお、図７（Ａ）は本発明にかかる実施の形態におけるホーン軸線Ｊと面Ａ_１との関係を説明するための概略的な分解斜視図であり、図７（Ｂ）は本発明にかかる実施の形態におけるホーン軸線Ｊと面Ａ_２との関係を説明するための概略的な分解斜視図である。

その説明を始めるに先だって、つぎの事項に注意する。

（１）ホーン軸線Ｊが面Ａ_１と非平行であるとは、ホーン軸線Ｊの方向ベクトルｍと面Ａ_１の法線ベクトルｎ_１との間の角度α_１（角度α_１は０度以上９０度以下であると考えて差し支えない）の余角として定義される角度θ_１が０度ではないことを意味する。

（２）ホーン軸線Ｊが面Ａ_２と非垂直であるとは、ホーン軸線Ｊの方向ベクトルｍと面Ａ_２の法線ベクトルｎ_２との間の角度α_２（角度α_２は０度以上９０度以下であると考えて差し支えない）として定義される角度θ_２が０度ではないことを意味する。

（３）ただし、本実施の形態の構成においては、面Ａ_１と面Ａ_２とが直交しており、さらにホーン軸線Ｊが面Ａ_１と面Ａ_２との交叉線に直交しているので、角度θ_１は角度θ_２と同一である。

水平な面である面Ａ_１と面Ａ_２とが直交する上記の構成を利用すると、直角は標準的な角度であるので、保持ツール５３を精度よく製作することが容易である。なお、面Ａ_１と面Ａ_２との間の角度が鋭角である構成では、保持ツール５３を精度よく製作することが多少困難である。

より具体的には、前述したように、保持ツール５３が直方体の形状を有するように設計するのが好ましい。この設計は、保持ツール５３をホーン５１に固定するためのボルト５４１のボルト軸線Ｋの方向が面Ａ_１と平行であってかつ面Ａ_２と垂直になり、二つの条件が両立するので好ましい。

たとえば、図８（Ａ）および（Ｂ）に示されているような、面Ａ_１と面Ａ_２との間の角度が鈍角である構成においては、上記の二つの条件が両立しない。

なお、図８（Ａ）は本発明にかかる実施の形態における面Ａ_１と面Ａ_２とが直交しない構成を説明するための概略的な断面図（その１）であり、図８（Ｂ）は本発明にかかる実施の形態における面Ａ_１と面Ａ_２とが直交しない構成を説明するための概略的な断面図（その２）である。

図８（Ａ）に示されているように、ボルト軸線Ｋの方向が面Ａ_２と垂直であっても面Ａ_１と非平行であると、ボルト５４１の頭部が、多少大きいときには、（−Ｚ）側に飛び出しやすい。すると、フリップチップ実装の際には、回路基板９に実装されている電子部品のダメージが、ボルト５４１の頭部が電子部品に衝突するために発生することがある。

図８（Ｂ）に示されているように、ボルト軸線Ｋの方向が面Ａ_１と平行であっても面Ａ_２と非垂直であると、これは面Ａ_１と面Ａ_２との間の角度が鋭角であるときにも起こり得るが、ボルト５４１の頭部と保持ツール５３との間における隙間が生じやすい。すると、ボルト５４１による締結が緩んでしまうことがある。

はじめに、ホーン軸線Ｊは面Ａ_１と非平行であることが好ましい点について説明をする。

まず、もし仮にホーン軸線Ｊが面Ａ_１と平行であるとすると、超音波振動が面Ａ_１と垂直な方向の成分を全く有しないことになる。

ここに、面Ａ_１と垂直な方向は、押圧手段３３によって印加された圧力が、吸引により先端部５３１に保持される電子部品８に伝達される方向と一致している。

したがって、もし仮にホーン軸線Ｊが面Ａ_１と平行であれば、超音波振動が、先端部５３１を介して電子部品８に横振動を加える際、縦方向の振動が全く加わらないことになる。しかし、実際の超音波接合方法では、ある程度、縦方向に振動があった方が、接合不良が発生しにくいので、望ましい。よって、ホーン軸線Ｊは面Ａ_１と非平行であることが、好ましい。

もちろん、逆に角度θ_１が大きすぎると、超音波接合方法において本来的に必要な、回路基板９と電子部品８との間の接合面における局部的スリップを発生させるための、面Ａ_１と平行な成分が小さくなりすぎてしまい、これも好ましくない。

よって、超音波振動がある程度は大きい面Ａ_１と平行な成分を有するように、角度θ_１の大きさは４５度以下である、すなわちホーン軸線Ｊが面Ａ_１となす角は４５度以下であることが好ましい。

つぎに、ホーン軸線Ｊは面Ａ_２と非垂直であることが好ましい点について説明をする。

まず、もし仮にホーン軸線Ｊが面Ａ_２と垂直であるとすると、超音波振動が面Ａ_２と垂直な方向の成分のみしか有しないことになる。

ここに、面Ａ_２と垂直な方向は、保持ツール５３をホーン５１に固定するためのボルト５４１のボルト軸線Ｋの方向と一致している。

したがって、もし仮にホーン軸線Ｊが面Ａ_２と垂直であれば、ボルト５４１による締結が緩んでしまう原因となり得るボルト軸線Ｋの方向の荷重が増大しやすいので、これは好ましくない。

なお、ボルト５４１が緩んでしまうと、ホーン５１と保持ツール５３との間において、超音波振動における位相の差異が生じたり、電子部品８を回路基板９に押圧する荷重のレベルによっては追従作用が働かなくなったりすることがある。

また、ボルト５４１が緩んでしまうと、超音波振動の共振状態が保たれず、超音波振動子５２の発振器が正常に動作しなくなることがあるので、接合不良やチップクラックによる悪影響が懸念される。

よって、ホーン軸線Ｊは面Ａ_２と非垂直であることが、好ましい。

もちろん、逆に角度θ_２が大きすぎると、ボルト５４１が螺合する雌ネジ部５１２の側壁部に対する荷重となる、面Ａ_２と平行な成分が大きくなりすぎてしまい、これもあまり好ましくない。

よって、超音波振動があまり大きい面Ａ_２と平行な成分を有しないように、角度θ_２の大きさは４５度以下である、すなわちホーン軸線Ｊが面Ａ_２となす角の余角は４５度以下であることが好ましい。

結局のところ、本実施の形態の構成においては、角度θ_１は上述した通り角度θ_２と同一であるので、角度θを０度ではないようにすれば、（１）ホーン軸線Ｊは面Ａ_１と非平行となり、接合不良が発生することがないし、（２）ホーン軸線Ｊは面Ａ_２と非垂直となり、ボルト５４１が緩んでしまうこともない。よって、角度θ_２、すなわちボルト軸線Ｋとホーン軸線Ｊとの間の角度θ（図５参照）を０度ではないが４５度以下であるようにすれば、電子部品８に対して均一に圧力を印加しつつ安定して超音波振動を付与することが可能である。

ここで、図９を参照しながら、電子部品８の加熱による超音波接合の信頼性の向上を図るためにヒータ３６１が実装される場合には、そのような加熱を利用してボルト５４１および５４２による締結保持力を増加させることもできる点について具体的に説明をする。

なお、図９は、本発明にかかる実施の形態における、ヒータ３６１がホーン５１に挿入された構成の電子部品装着装置１の概略的な断面図である。

保持ツール５３に熱を印加するためのヒータ３６１が、ホーン５１の内部に挿入されている。

ヒータ３６１は、電流供給部３６２に接続されており、保持ツール５３を加熱することで電子部品８を加熱する手段である。

保持ツール５３付近の温度を測定することで精度の良い温度の監視を行うため熱電対３６３が、ホーン５１の先端部に挿入されている。

ヒータ３６１および熱電対３６３は、熱輻射や熱対流により加熱や温度の測定には支障がないが、超音波振動に影響しないように、何れも０．１ｍｍ程度の微少なクリアランスを隔ててホーン５１に挿入されている。

さて、保持ツール５３の材料の熱膨張率σ_ｔと、ボルト５４１および５４２の材料の熱膨張率σ_ｂの間にはσ_ｂ≦σ_ｔなる関係がある場合には、ボルト５４１および５４２による大きな締結保持力を実現することが可能である。

実際、σ_ｂ≦σ_ｔなる関係が満足されているときには、ボルト５４１および５４２の本体部の長さ方向への膨張は保持ツール５３の同方向への膨張よりも小さいので、頭付きであるボルト５４１および５４２の頭部と保持ツール５３との間での抗力は増加する。

なお、反対のσ_ｂ＞σ_ｔなる関係がある場合には、ボルト５４１および５４２の本体部の長さ方向への膨張は保持ツール５３の同方向への膨張よりも大きいので、ボルト５４１および５４２の頭部と保持ツール５３との間には隙間が生じやすく、締結保持力は加熱により減少してしまうことがある。

ところで、上記のσ_ｂ≦σ_ｔなる関係は、二つの材料として二種類のステンレス鋼などを適切な組み合わせで選択することで満足させることができる。

より具体的には、たとえば、保持ツール５３の材料としてＳＵＳ４の生材を利用し、ボルト５４１および５４２の材料としてＳＵＳ系の焼入れ部材を利用すればよい。

したがって、締結保持力は加熱により増加することになり、超音波振動の共振周波数などに関する振動特性の変動に起因した加熱による悪影響が懸念される場合においても、そのような悪影響を補償することができる。

もちろん、このような加熱時における締結保持力の増加を見越せば、非加熱時における締結保持力に相当する管理トルクとしては小さめのものを利用できるので、保持ツール５３を交換する際の作業をより容易にすることも可能である。

つぎに、図１および１０を主として参照しながら、本実施の形態における電子部品装着装置の動作について説明する。なお、本実施の形態における電子部品装着装置の動作について説明しながら、電子部品装着方法の一実施の形態についても説明する。

なお、図１０は、本発明にかかる実施の形態における電子部品装着装置１の動作を説明するための流れ図である。

保持ツール５３が、保持ツール５３の交換、つまり取り付けられている保持ツール５３を取り外した後に新たな保持ツール５３をホーン５１に固定する作業のために、ホーン５１から抜き取られる（ステップＳ２１）。

なお、このような保持ツール５３の交換は、保持ツール５３が所定量以上に摩耗した場合、および電子部品８の種類が変更される場合などに行われる。

そして、新しい保持ツール５３が、ボルト５４１および５４２でホーン５１に固定される（ステップＳ２２）。

なお、保持ツール５３の交換後における、保持ツール５３とホーン５１との接触状態が再現されていることの確認が必要であるが、そのような確認は、先端部５３１の振動を測定することで直接的に行ってもよいし、超音波振動子５２の電気的特性を取得することで間接的に行ってもよい。

保持ツール５３の交換が完了した後には、電子部品８の回路基板９への実装がつぎに説明するように行われる。

すなわち、部品供給部４においては、トレイ移動機構４１３が、多数の電子部品８が接合面を（＋Ｚ）側に向けて載置された部品トレイ４１１を（−Ｘ）側に位置している供給ヘッド４２の下方へ移動させ、供給コレット４２１は電子部品８の接合面を吸引によって吸着する。

そして、供給ヘッド移動機構４３は供給ヘッド４２を反転させながら（＋Ｘ）方向へ移動させ、部品装着部３１の装着ヘッド５は供給コレット４２１と電子部品８の受渡をするための位置で対向する。

続いて、押圧手段３３はシャフト３５を僅かに下降させ、保持ツール５３が先端部５３１で電子部品８の上面を吸引によって吸着すると、供給コレット４２１は吸引を停止し、保持ツール５３が供給コレット４２１から電子部品８を受け取る。

かくして、電子部品８が、保持ツール５３によって保持される（ステップＳ２３）。

電子部品８が受け取られると、押圧手段３３はシャフト３５を僅かに上昇させ、供給ヘッド４２が元の位置へと退避する。

そして、供給ヘッド４２の退避と並行して、部品装着部３１が撮像部６０の真上へと移動し、撮像部６０は、先端部５３１で保持されている電子部品８を撮像する。

撮像部６０が出力した画像データは制御部１０に送られ、制御部１０は送られてきた画像データに基づいて部品装着部３１を制御し、部品保持部５０がＺ方向に伸びる軸を中心に回動して、電子部品８の姿勢が補正される。

なお、制御部１０が電子部品８の姿勢が吸着エラーなどのために補正不可能な状態であると判断した場合には、電子部品８の装着動作が中止され、部品装着部３１が部品回収機構（図示省略）の上方へ移動し、電子部品８が回収される。

装着部移動機構３２は、部品装着部３１を、基板保持部２に保持される回路基板９における、電子部品８が装着される予定の位置の上方へ移動させる。

部品保持部５０が回路基板９に向けて下降し、電子部品８の接合面に形成されたバンプと回路基板９における電極とが接触する。

続いて、押圧手段３３は、シャフト３５を下降させ、電子部品８を回路基板９に対して押圧する（ステップＳ２４）。

そして、超音波振動子５２は、この電子部品８が押圧された状態で部品保持部５０を介して超音波振動を電子部品８に付与する（ステップＳ２５）。

かくして、電子部品８の接合面に形成されたバンプが回路基板９における電極と電気的に接合され、電子部品８の接合がその装着と同時に行われる。

電子部品８の装着が終了すると、保持ツール５３は電子部品８の吸引を停止し、押圧手段３３は保持ツール５３を電子部品８から離れて上昇させる。

続いて、先端部５３１の電子部品８に当接する面の研磨が必要であるか否かが、確認される（ステップＳ２６）。

なお、そのような研磨は、たとえば先端部５３１に凝着した電子部品８の基板の成分を除去するために必要である。

研磨が必要であると判断された場合には、部品装着部３１は研磨部７の上方へ移動し、先端部５３１が研磨部材７１に押圧され、超音波振動子５２により研磨のための振動が付与される（ステップＳ２７）。

先端部５３１の研磨が終了した場合、または研磨が不要であると判断された（ステップＳ２６）場合には、電子部品８の装着を継続するか否かが確認される。

そして、電子部品８の装着を継続する場合には、部品装着部３１は供給コレット４２１と電子部品８の受渡をするための位置へ再び移動し、回路基板９に電子部品８を装着するための上記の装着動作が繰り返される（ステップＳ２３〜Ｓ２５）。

なお、そのような装着動作を繰り返す間においても、ヒータ３６１は保持ツール５３を適切な処理温度に保つために保持ツール５３の加熱を継続する。

そして、必要な全ての電子部品８が回路基板９に装着されると、装着動作は終了する（ステップＳ２８）。

なお、以上において詳細に説明した本実施の形態の様々な変形例が、考えられる。

そこで、図１１〜１３を主として参照しながら、そのような変形例について具体的に説明する。

なお、図１１は、本発明にかかる実施の形態における電子部品装着装置の部品保持部１０５０の概略的な分解斜視図である。

また、図１２は、本発明にかかる実施の形態における電子部品装着装置の部品保持部２０５０の概略的な分解斜視図である。

また、図１３は、本発明にかかる実施の形態における電子部品装着装置の部品保持部３０５０の概略的な分解斜視図である。

部品保持部１０５０、２０５０、および３０５０は、それぞれ、ホーン１０５１、２０５１、および３０５１と、保持ツール１０５３、２０５３、および３０５３と、を有している。

ホーン１０５１、２０５１、および３０５１は、ホーン５１と同様な構成を有しているが、面Ａ_２の面積がより大きく、面Ａ_１の面積がより小さくなっている。

保持ツール１０５３、２０５３、および３０５３は、保持ツール５３と同様な構成を有しているが、上面に突出部が設けられた直方体の形状を有している。この保持ツール１０５３、２０５３、および３０５３は、ホーン１０５１、２０５１、および３０５１のＹＺ平面に平行な上端の面Ａ_３に密着する、ＹＺ平面に平行な面Ｂ_３をその突出部にさらに有している。

なお、面Ａ_３と面Ｂ_３とは、面Ａ_２と面Ｂ_２と同様に、超音波振動子５２によって付与された超音波振動を伝達するための面として機能する。

そして、保持ツール１０５３はボルト５４１および５４２によりホーン１０５１に固定されており、保持ツール２０５３はボルト５４１、５４２および５４３によりホーン２０５１に固定されており、保持ツール３０５３はボルト５４１、５４２、５４３および５４４によりホーン３０５１に固定されている。

ボルト５４１、５４２、５４３および５４４は、部品保持部１０５０、２０５０、および３０５０の何れにおいても、それぞれホーン１０５１、２０５１、および３０５１のホーン軸線Ｊに関して回転対称に配置されている。

このようなボルト５４１、５４２、５４３および５４４の配置に関する対称的な構成は固定を偏りのないものにするので、振動モードの悪化が加圧時においてもほとんどなく、質の高い超音波接合を行うことができる。

部品保持部１０５０、２０５０、および３０５０の構成によれば、保持ツール１０５３、２０５３、および３０５３をより再現性よくよりしっかりとホーン１０５１、２０５１、および３０５１に固定することができるとともに、超音波振動における振幅の減衰および位相の変動などをより軽減させることができる。

もちろん、このような構成は、電子部品８の種類などに応じて適切に選択すればよい。

本発明にかかる電子部品装着装置は、より安定した超音波接合を行うことができ、電子部品を回路基板などに装着する電子部品装着装置等として有用である。

５０ 部品保持部
５１ ホーン
５３ 保持ツール
５１１ ピン
５１２、５１３ 雌ネジ部
５３３ 溝
５３４、５３５ 貫通孔
５４１、５４２ ボルト
Ａ_１、Ａ_２、Ｂ_１、Ｂ_２ 面
Ｊ ホーン軸線
Ｋ ボルト軸線

Claims (4)

1. 電子部品を保持する部品保持部と、
   前記部品保持部を介して前記保持された電子部品に圧力を印加する押圧手段と、
   前記部品保持部を介して前記保持された電子部品に超音波振動を付与する超音波振動子と、を備え、
   前記部品保持部は、一端に前記超音波振動子が固定されるホーンと、締結手段により前記ホーンの他端に固定され、前記電子部品を保持する保持ツールと、を有し、
   前記ホーンは、平面である第１のホーン面と、平面である第２のホーン面と、を前記他端に有し、
   前記保持ツールは、前記第１のホーン面に密着する平面である第１のツール面と、前記第２のホーン面に密着する平面である第２のツール面と、を有し、
   前記第１のホーン面と前記第１のツール面とは、おもに前記印加された圧力を伝達する面であり、
   前記第２のホーン面と前記第２のツール面とは、おもに前記付与された超音波振動を伝達する面であり、
   前記締結手段は、複数個の締結部材を有し、
   前記複数個の締結部材は、前記ホーンの断面の中心を通って、前記付与された超音波振動が伝達される方向に延びるホーン軸線に関して対称に配置され、前記第２のホーン面と前記第２のツール面との連結部に対して、前記付与された超音波振動が伝達される方向に、面圧を加え、
   前記ホーンは、前記保持ツールに熱を印加する加熱部を有し、
   前記締結手段の締結保持力は、前記熱が印加されたときには増加することを特徴とする、電子部品装着装置。
2. 前記第１のホーン面と前記第２のホーン面とは、直交していることを特徴とする、請求項１記載の電子部品装着装置。
3. 前記保持ツールは、直方体の形状を有することを特徴とする、請求項２記載の電子部品装着装置。
4. 前記締結手段は、ボルトと雌ネジ部とであり、
   前記雌ネジ部は、前記第２のホーン面に設けられており、
   前記ボルトは、前記保持ツールに設けられた貫通孔を貫通して前記雌ネジ部に螺合することを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載の電子部品装着装置。