JPH0682957B2 - 電子部品ボンディング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は電子部品（半導体ペレットを含む）を基板に押
しつけて結合するボンディング装置に関する。

（ロ）従来の技術 電子部品を基板にボンディングする装置は、以前より種
々の形式のものが提案され、広く実用化されている。一
例として特公昭51-9141号公報に記載された装置を挙げ
る。この例では基板面の半田コーティング部とペレット
の半田バンプとをその場でホットガスにより加熱、溶融
しているが、半田クリームや銀ペースト等で双方を仮結
合しておき、後工程でリフローソルダリングする手法も
ある。

（ハ）発明が解決しようとする課題 結合態様がどうであるにせよ、電子部品をコレットで真
空吸着し、基板に所定圧力で押し付けるという点では各
ボンディング装置の動作は共通である。さて所定圧力で
基板に押し付けるという点であるが、ボンディング対象
となる電子部品には脆いものが多いため、圧力を過大に
して部品を破損することのないよう、力のかけ方には十
分な注意が必要である。かと言って、単に圧力を小さ
く、動作を遅くしたのでは作業能率が上がらない。本発
明はこの矛盾を解決しようとするものである。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明においては、ボンディング動作の際、真空吸着コ
レットを、最初の区間はばね定数の大きなばねの作用の
下に、高速で加圧して移動させ、それ以後の区間はばね
定数の小さなばねの作用の下に、低速で加圧して移動さ
せるものとした。第２の発明においては、真空吸着コレ
ットの支持スピンドルにフランジを形設し、このフラン
ジを挟みつける接近抑制レバーと加圧レバーを設け、ボ
ンディング動作の最初の区間は、ばね定数の大きいばね
により、前記接近抑制レバーと加圧レバーでフランジを
挟みつけた状態で、両者を共に高速で動かし、それ以後
の区間では、接近抑制レバーの動きを止め、ばね定数の
大きなばねによる加圧もキャンセルした状態で、ばね定
数の小さなばねにより、低速で加圧レバーの加圧を続行
するものとした。

（ホ）作用 第１の発明においては、真空吸着コレットを当初はばね
定数の大きなばねの作用の下の基板に接近させて行くか
ら、真空吸着コレットの慣性や、真空吸着コレットを基
板から離れた位置に維持しておくためのばねの力にうち
勝って、コレットを高速で移動させることができる。こ
うして動作時間を縮めた後、ばね定数の小さなばねの作
用の下、柔らかに加圧することになる。第２の発明にお
いては、ばね定数の大きなばねの作用とばね定数の小さ
なばねの作用を途中から切り替える点は第１の発明と同
様であるが、接近抑制レバーの動きを止めることによ
り、真空吸着コレットが一定距離以上基板に接近しない
ようにする。このようにすると、仮に吸着ミスにより電
子部品を吸着しないままコレットが基板に接近しても、
コレットの先端が基板上の半田クリーム等に触れる前に
コレットを止めることができ、異物の吸い込みによるコ
レットつまりを防止できる。

（ヘ）実施例 図に基き一実施例を説明する。ボンディング装置（１）
は、XYテーブル（10）と、これに支持されたベース（2
0）を有する。XYテーブル（10）のＸ軸部（11）は第１
図において紙面と直交する方向に移動し、Ｙ軸部（12）
は紙面の左右方向に移動する。ベース（20）はＹ軸方向
に延びる細長い部材であって、先端に真空吸着コレット
（21）を有している。第６図に見られるように、真空吸
着コレット（21）は同じものが対称的に２個並んでい
る。便宜上、同図において右側にあるものには（21′）
の符号を付しておく。昇降の仕組は真空吸着コレット
（21）も真空吸着コレット（21′）も同じなので、真空
吸着コレット（21）のみ例にとって昇降機構の説明を進
める。

コレット（21）は垂直な支持スピンドル（22）の下端に
装着されている。支持スピンドル（22）はスプライン軸
（23）を有し、このスプライン軸（23）はベース（20）
の先端の軸受部（24）と歯車（25）を上下可能に貫通す
る。スプライン軸（23）は軸受部（24）内では回転する
が歯車（25）に対しては回転しない。すなわち歯車（2
5）が回転すればスプライン軸（23）も回転する。スプ
ライン軸（23）は中空であって、その中心孔はコレット
（21）に通じる真空吸引路となっている。スプライン軸
（23）の上端には接続管（26）が固定され、この接続管
（26）には図示しない真空源に通じる真空ホース（27）
がロータリージョイント（28）を介して接続される。歯
車（25）と接続管（26）の間には圧縮コイルばね（29）
を挿入し、支持スピンドル（22）を常時上昇位置に維持
する。

歯車（25）には歯車（30）がかみ合う。歯車（30）に
は、ベース（20）の中央付近に設置した電動機（パルス
モータ）（31）から、タイミングプーリ（32）、タイミ
ングベルト（33）、タイミングプーリ（34）を介して回
転を伝える。歯車（30）の回転によりスプライン軸（2
3）も回転し、真空吸着コレット（21）に吸着した電子
部品が所定の方位に向けられることになる。

接続管（26）はフランジ（40）を有し、このフランジ
（40）を、接近抑制レバー（41）と加圧レバー（42）と
が、それぞれ先端のローラ（43）（44）を介して上下か
ら挟みつける。接近抑制レバー（41）はベルクランク形
状をしており、ベース（20）に固定したブラケット（4
5）に、軸（46）をもって垂直面内で回動できるよう取
り付けられている。接近抑制レバー（41）のローラ（4
3）はフランジ（40）を下から支える。加圧レバー（4
2）は、接近抑制レバー（41）の、上方に延び出した腕
部分に軸（47）で枢支されている。加圧レバー（42）の
ローラ（44）はフランジ（40）を上から押す形になる。
なお加圧レバー（42）もベルクランク形状をしている。
（48）はローラ（43）（44）を接近させる引き寄せレバ
ーである。引き寄せレバー（48）はシーソー形状であ
り、接近抑制レバー（41）の上向き腕部に、加圧レバー
（42）より上方に位置して、軸（49）で枢支されてい
る。接近抑制レバー（41）の前方突出腕部と引き寄せレ
バー（48）の間には引張コイルばね（50）を張り渡す。
引張りコイルばね（50）の力により、引き寄せレバー
（48）の前端が加圧レバー（42）の側面のローラ（51）
を押し、これをもって加圧レバー（42）と接近抑制レバ
ー（41）との間にフランジ（40）を挟みつける力が生じ
る。なおブラケット（45）に並んでブラケット（52）を
固定し、その上端に、引き寄せレバー（48）の後端に向
かい合う形で、ストッパボルト（53）をねじ込む。

接近抑制レバー（41）は、カム駆動装置（60）から動き
を得る。カム駆動装置（60）の構造は次のようである。
まず、ベース（20）の両側面に対をなす垂直支持板（6
2）（62）を固定し、その間にカム軸（63）を水平に支
持する。カム軸（63）の一端は、垂直支持板（61）に取
り付けた電動機（64）に連結する。カム軸（63）には板
状のカム（65）を固定する。（66）は垂直面内で揺動で
きるようベース（20）に軸（67）で取り付けたカムフォ
ロワレバーである。カムフォロワレバー（66）は、カム
（65）に接触するローラ（68）を中間部に有すると共
に、その揺動端を接近抑制レバー（41）の上向き腕部の
端に連結ロッド（69）で連結している。カムフォロワレ
バー（66）の揺動端にはまた、エアシリンダ（70）のロ
ッド（71）を連結する。エアシリンダ（70）の基端はベ
ース（20）に枢支されている。

垂直支持板（61）（62）は、カム軸（63）に並んでプー
リ軸（80）を支持している。プーリ軸（80）の一端は、
垂直支持板（61）に取り付けた電動機（81）に連結す
る。電動機（81）はパルスモータであり、所望の回転角
に停止可能である。プーリ軸（80）には、スチール製コ
ード（82）を巻き取るプーリ（83）が固定されている。
コード（82）の先端は、引張コイルばね（84）を介して
加圧レバー（42）の後端に連結する。ここでばね定数の
比較をすると、引張コイルばね（50）は、接近抑制レバ
ー（41）を第１図において反時計方向に回動させて行っ
た場合、圧縮コイルばね（29）をたやすく圧縮して支持
スピンドル（22）を降下させられる程度にばね定数が大
きい。他方引張コイルばね（84）のばね定数は、引張コ
イルばね（50）のそれよりも小さい。ただこれでも圧縮
コイルばね（29）を圧縮することは可能である。

（90）はXYテーブル（10）の前方に配置された基板搬送
部である。基板搬送部（90）は、電子部品（91）がボン
ディングされるべき基板（92）を、第１図において紙面
と直交する方向に誘導するものである。基板（92）は、
ボンディング装置（１）の前では、図示しない位置決め
手段により所定位置に保持される。電子部品（91）をコ
レット（21）に引き渡すのは、第７図に示すロータリー
インデックステーブル（93）である。ロータリーインデ
ックステーブル（93）は、基板搬送部（90）を間に置い
てボンディング装置（１）の前方に位置する。ロータリ
ーインデックステーブル（93）の上面には、その割り出
し角（90°）に合わせて、４個の吸着座（94）が配置さ
れている。各吸着材座（94）の中心には真空吸引孔（9
5）が開口しており、ロータリーインデックステーブル
（93）はこれに電子部品（91）を吸着して基板搬送部
（90）に最も近づく位置に設定された部品引き渡しステ
ーションまで運ぶ。コレット（21）が電子部品（91）を
吸着する時点では、真空吸引孔（95）の吸引は遮断され
る。部品引き渡しステーション以外の割り出し位置に部
品受け取りステーションが設定され、ここでは、図示し
ないハンドリングアームが図示しない備品トレイから電
子部品（91）を取り上げ、吸着座（94）の中央に置くも
のである。

ボンディング装置（１）は次のように動作する。第１図
は、ボンディング装置（１）がロータリーインデックス
テーブル（93）から電子部品（91）を取り上げ、真空吸
着コレット（21）を基板（92）の上に静止させた状態を
示す。カム（65）が図の角度にあることにより、支持ス
ピンドル（22）は上昇位置を維持している。基板（92）
表面の、これから電子部品（91）をボンディングしよう
とする個所には、予め半田クリームを塗布してある。な
おカムフォロワレバー（66）のローラ（68）がカム（6
5）と接触を保っているのは、エアシリンダ（70）の力
によってである。カム（65）が第２図のように角度を変
えると、カムフォロワレバー（66）が前方に傾き、接近
抑制レバー（41）は一定角度回動する。この時の動きは
速い。接近抑制レバー（41）に引かれて加圧レバー（4
2）も回動し、支持スピンドル（22）は高速で降下す
る。支持スピンドル（22）がある高さまで降下したとこ
ろで、引き寄せレバー（48）の後端がストッパボルト
（53）に当たり、引張コイルばね（50）による支持スピ
ンドル（22）の加圧はその時点でキャンセルされる。こ
れは、電子部品（91）が基板（92）の上の半田クリーム
に接するか接しないかの高さで起きる。接近抑制レバー
（41）のローラ（43）は、カム（65）のカム曲線に従っ
て、その時の高さよりも少し低い位置まで沈められ、以
後しばらくの間その高さを維持する。ここで、第３図の
ようにプーリ軸（80）が回転を始めてコード（82）を比
較的ゆっくりと巻き取って行く。コード（82）は引張コ
イルばね（84）を介して加圧レバー（42）を引き、これ
により支持スピンドル（22）は、以前との比較において
低速・軽荷重の押圧を受けて電子部品（91）を基板（9
2）に押し付けて行く。コード（82）の巻き取り量を加
減することにより、電子部品（91）にかかる荷重を調整
できる。引張コイルばね（84）ないしコード（82）に生
じる応力、あるいは電動機（81）に流れる電流値をモニ
ターして、適当な値のところで電動機（81）を停止させ
るようにしても良い。このようにして軽加圧をしばらく
続けた後、真空吸着コレット（21）の吸引を遮断する。
これに続きカム（65）も支持スピンドル（22）を上昇さ
せる局面に入る。プーリ軸（80）も逆回転して旧位置に
復する。

真空吸着コレット（21）が吸着ミスにより電子部品（9
1）を吸着していなかった場合、真空吸着コレット（2
1）は、電子部品（91）によって得られる筈だった間隔
以上に基板（92）に近づいて行くが、この接近は途中で
接近抑制レバー（41）によって止められ、真空吸着コレ
ット（21）が半田クリームに接触するには至らない。

前述の通り、ボンディング装置（１）は２個の真空吸着
コレット（21）（21′）を有するが、これらを同時に基
板（92）に向かって降ろすことはまずない。ところがカ
ム軸（63）は共通であるため、一方のコレットのみ降ろ
したい時は、他方はカムの作用を受けないようにしてお
かなければならない。ここでエアシリンダ（70）が役割
を果たす。即ち第４図のように、エアシリンダ（70）の
ロッド（71）を引っ込めたままにしておけば、カム（6
5）がどのような角度に回転しようともカムフォロワレ
バー（66）は一定の角度を保ち、従って支持スピンドル
（22）は上昇位置を維持することになる。

（ト）発明の効果 本発明において、ばね定数の大きなばねと小さなばねの
使い分けにより、本格的な加圧にかかるまでは真空吸着
コレットを高速で移動させ、加圧段階では真空吸着コレ
ットを電子部品の強度に応じた軽荷重で、ゆっくりと進
めるようにしたから、動作速度の短縮と、安全確実なボ
ンディングという要請を二つながらに満足させることが
できる。また第２発明においては、接近抑制レバーによ
り、加圧段階にあっても真空吸着コレットの動きを一定
位置で止めるようにしたから、吸着ミスで電子部品を吸
着していなかったとしても、真空吸着コレットの先端が
基板に触れて異物を吸い込むといった事態を防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示し、第１図乃至第４図は異な
る動作状態の断面図、第５図は上面図、第６図は正面
図、第７図は電子部品供給部の概略構成を示す側面図で
ある。 （91）…電子部品、（92）…基板、（21）（21′）…真
空吸着コレット、（50）…引張コイルばね（ばね定数の
大きなばね）、（84）…引張コイルばね（ばね定数の小
さなばね）、（22）…支持スピンドル、（40）…フラン
ジ、（41）…接近抑制レバー、（42）…加圧レバー。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子部品を真空吸着コレットで吸い上げて
   基板表面に押しつけ、ボンディングするものにおいて、 ボンディング動作の際、真空吸着コレットを、最初の区
   間はばね定数の大きなばねの作用の下に、高速で加圧し
   て移動させ、それ以後の区間はばね定数の小さなばねの
   作用の下に、低速で加圧して移動させることを特徴とす
   る電子部品ボンディング装置。
2. 【請求項２】電子部品を真空吸着コレットで吸い上げて
   基板表面に押しつけ、ボンディングするものにおいて、
   真空吸着コレットの支持スピンドルにフランジを形設
   し、前記フランジを挟みつける接近抑制レバーと加圧レ
   バーを設け、ボンディング動作の最初の区間は、ばね定
   数の大きいばねにより、前記接近抑制レバーと加圧レバ
   ーでフランジを挟みつけた状態で、両者を共に高速で動
   かし、それ以後の区間では、接近抑制レバーの動きを止
   め、ばね定数の大きなばねによる加圧もキャンセルした
   状態で、ばね定数の小さなばねにより、低速で加圧レバ
   ーの加圧を続行することを特徴とする電子部品ボンディ
   ング装置。