(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に電子部品を実装する電子部品の実装装置であって、
駆動源によって上下方向に駆動される駆動体と、
この駆動体に上下方向に変位可能に設けられ、その上部には上記駆動体の上端面に当たる鍔を有し、先端面に上記電子部品を保持する実装ツールと、
上記駆動体に対する上記実装ツールの相対移動を検出することで上記実装ツールが保持する上記電子部品が上記基板に接触したことを検出する高さ検出手段と、
上記実装ツールが上記駆動体に対して上下方向に変位するのを阻止する荷重を付与する荷重設定手段と、
上記実装ツールに対し上記鍔が上記駆動体の上記上端面に当たる状態下で、かつ上記実装ツールが上記駆動体に対して上昇方向に対して抵抗を有する状態で保持されるように、上記駆動体を上記駆動源によって第１の高さから第２の高さに第１の速度で下降させるときに第１の荷重を付与し、上記駆動体を上記第２の高さから第３の高さまで上記第１の速度よりも遅い第２の速度で下降させるときに上記第１の荷重からこの第１の荷重よりも小さい第２の荷重となるまで徐々に減少するように荷重を付与するとともに、上記実装ツールが保持する上記電子部品が上記基板に接触するときには上記第２の荷重が付与されているように上記荷重設定手段を制御する制御手段と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装装置。
【請求項２】
上記制御手段は、上記荷重設定手段が上記実装ツールに付与する荷重を上記第２の荷重に維持して上記駆動体を上記第３の高さ位置まで下降させてから、上記実装ツールに付与する荷重を上記第２の荷重よりも大きく、上記第１の荷重よりも小さい第３の荷重に変更す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は基板に半導体チップなどの電子部品を実装する実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば電子部品としての半導体チップをリードフレームなどの基板に実装する場合、実装ツールの下端に上記半導体チップを吸着保持し、この半導体チップを上記基板に押圧することで実装するようにしている。
【０００３】
実装時に、実装ツールが半導体チップを基板に押圧する押圧力（実装荷重）が小さいと実装不良となり、大き過ぎると半導体チップにダメージを与え、割れや欠けを生じるということがある。したがって、上記押圧力は半導体チップや基板の厚さなどに応じて最適値に設定する必要がある。
【０００４】
このような実装を行う一般的な実装装置は、駆動源によって上下方向に駆動される駆動体を有する。この駆動体には上記実装ツールが上下方向に変位可能に設けられている。この実装ツールは、上記駆動体にボイスコイルモータによって上下方向の変位の抵抗となる荷重（保持力）が付与されるようになっているとともに、上記駆動体に対して相対的に上昇したときにそのことがギャップセンサによって検出されるようになっている。
【０００５】
上記実装ツールは、上記駆動体によって上昇待機位置から所定の高さ位置まで高速度で下降させられる。この間の下降を第１のサーチ下降とする。駆動体が高速度で第１のサーチ下降をすると、上記実装ツールには上記駆動体の下降に伴う加速度が加わるから、その加速度によって上下方向に振れる。
【０００６】
したがって、上記実装ツールを上記駆動体とともに高速度で第１のサーチ下降させる時には、上記駆動体に対して上下方向に振れることがないよう上記ボイスコイルモータに最大荷重を発生させ、その最大荷重によって実装ツールを保持するようにしている。このとき、ボイスコイルモータが実装ツールに加える荷重を第１の荷重とする。
【０００７】
上記実装ツールが所定の位置まで、つまり第１のサーチ下降の終了高さに到達すると、実装ツールは下降速度を減速して第２のサーチ下降が開始される。このとき、上記ボイスコイルモータが上記実装ツールに付与する荷重は、第１のサーチ下降時の最大荷重に比べて十分に低い第２の荷重に一挙に変更される。
【０００８】
上記実装ツールの保持力を第１の荷重に比べて低い第２の荷重に変更すれば、第２のサーチ下降の間に実装ツールの先端面に保持された半導体チップが基板に当たったとき、実装ツールが駆動体に対して相対的に上昇可能となるから、半導体チップに加わる衝撃が軽減され、損傷や欠けが生じるのが防止される。
【０００９】
上記半導体チップが基板に当たって実装ツールが駆動体に対して相対的に上昇すると、そのことがギャップセンサによって検出される。ギャップセンサによって半導体チップが基板に当たったことが検出されると、上記ボイスコイルモータが上記加圧ツールに加える荷重が、上記半導体チップを基板に実装するのに適した実装荷重になるよう変更される。この実装荷重は上記第２の荷重よりも大きく、第１の荷重よりも小さい値である。それによって、上記半導体チップは最適な実装荷重で上記基板に実装されることになる。
【００１０】
特許文献１には、ペレットをフレームに実装する際、その実装荷重をボイスコイルモータを用いて制御することが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平５−１３１３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、従来は、上述したように実装ツールが第１のサーチ下降から下降速度を減速して第２のサーチ下降に移行するとき、ボイスコイルモータが上記実装ツールに付与する荷重を、ボイスコイルモータの最大荷重である第１の荷重から、この第１の荷重に比べて十分に低い第２の荷重に一挙に低減するようにしていた。
【００１３】
上記実装ツールに付与された荷重を第１の荷重から一挙に第２の荷重に低減すると、実装ツールの下降速度が第１のサーチ下降の下降速度から第２のサーチ下降の下降速度に減速されて実装ツールにマイナスの加速度が生じたときに、その加速度によって上記実装ツールが上記駆動体に対して上下方向に振動を繰り返すということになる。
【００１４】
上記実装ツールが上記駆動体に対して上下方向に振動すると、上記ギャップセンサによる検出が正確に行えなくなるということがある。つまり、半導体チップが実装される基板の上面の高さ位置の検出である、面検出がギャップセンサによって正確に行えなくなるということがある。
【００１５】
したがって、そのような場合、上記面検出に基づく実装ツールの下降制御を精密にフィードバック制御することができなくなるということがあったり、上記駆動体に対する実装ツールの振動が収まるまでギャップセンサによる検出を待たなければならないから、その分、タクトタイムが長くなり、生産性の低下を招くということになる。
【００１６】
この発明は、実装ツールを第１のサーチ下降速度から第２のサーチ下降速度に減速する際、実装ツールが駆動体に対して上下方向に振れるのを防止した電子部品の実装装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明は、基板に電子部品を実装する電子部品の実装装置であって、
駆動源によって上下方向に駆動される駆動体と、
この駆動体に上下方向に変位可能に設けられ、その上部には上記駆動体の上端面に当たる鍔を有し、先端面に上記電子部品を保持する実装ツールと、
上記駆動体に対する上記実装ツールの相対移動を検出することで上記実装ツールが保持する上記電子部品が上記基板に接触したことを検出する高さ検出手段と、
上記実装ツールが上記駆動体に対して上下方向に変位するのを阻止する荷重を付与する荷重設定手段と、
上記実装ツールに対し上記鍔が上記駆動体の上記上端面に当たる状態下で、かつ上記実装ツールが上記駆動体に対して上昇方向に対して抵抗を有する状態で保持されるように、上記駆動体を上記駆動源によって第１の高さから第２の高さに第１の速度で下降させるときに第１の荷重を付与し、上記駆動体を上記第２の高さから第３の高さまで上記第１の速度よりも遅い第２の速度で下降させるときに上記第１の荷重からこの第１の荷重よりも小さい第２の荷重となるまで徐々に減少するように荷重を付与するとともに、上記実装ツールが保持する上記電子部品が上記基板に接触するときには上記第２の荷重が付与されているように上記荷重設定手段を制御する制御手段と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装装置にある。
【００１８】
上記制御手段は、上記荷重設定手段が上記実装ツールに付与する荷重を上記第２の荷重に維持して上記駆動体を上記第３の高さ位置まで下降させてから、上記実装ツールに付与する荷重を上記第２の荷重よりも大きく、上記第１の荷重よりも小さい第３の荷重に変更することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、実装ツールを第１のサーチ下降速度から第２のサーチ下降速度に減速する際、実装ツールが駆動体に対して上下方向に振れるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の一実施の形態を示す実装装置の概略的構成図。
【図２】駆動体の高さ、実装ツールに付与する荷重及びギャップセンサが検出する検出信号の関係を示す図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、この発明の一実施の形態を図面を参照しながら説明する。 
図１はこの発明の実装装置の概略的構成を示し、この実装装置は側面形状が逆Ｌ字状の架台１を有する。この架台１の垂直面１ａにはリニアガイド２が上下方向に沿って設けられている。このリニアガイド２には駆動体３が受け部３ａを移動可能に係合させて支持されている。
【００２２】
上記駆動体３には軸線を垂直にしたねじ軸４が螺合されている。このねじ軸４は上記架台１の水平面１ｂの上面に設けられた駆動源５によって回転駆動される。それによって、上記駆動体３は上記リニアガイド２に沿って上下方向に駆動されるようになっている。
【００２３】
上記駆動体３にはブラケット６の一端が固着されている。このブラケット６の他端には筒状のホルダ７が取り付けられている。このホルダ７には実装ツール８が上下方向に移動可能に挿通支持されている。この実装ツール８は上下端部を上記ホルダ７の上下端から突出させていて、上端部の外周面には電磁コイル９が装着されている。
【００２４】
上記電磁コイル９は筒状のヨーク１０内に収容されている。このヨーク１０は一端を上記ブラケット６に連結した連結部材１１の他端に取り付けられている。上記電磁コイル９とヨーク１０とで荷重設定手段としてのボイスコイルモータ１２を構成している。
【００２５】
それによって、上記電磁コイル９に印加する電圧（電流）を制御すれば、上記実装ツール８を下降方向に付勢する荷重が付与されるようになっている。つまり、上記実装ツール８はその上部に設けられた鍔８ａが上記ホルダ７の上端面に当たる下降限の高さ位置で、上記電磁コイル９に印加する電圧に応じた荷重、つまり上昇方向に対して所定の抵抗を有する状態で保持されるようになっている。なお、図１は上記実装ツール８が上記ホルダ７に対して上昇限の位置にある状態を示している。
【００２６】
上記実装ツール８の先端面には吸引孔１４の一端が開口している。この吸引孔１４の他端は実装ツール８の先端部の外周面に開口していて、この他端には図示しない吸引ポンプに連通するチューブ１５が接続されている。
【００２７】
それによって、上記実装ツール８の先端面に開口した吸引孔１４に吸引力を生じさせることができるから、その吸引力によって上記実装ツール８の先端面に電子部品としての半導体チップ１６を吸着保持することができるようになっている。
【００２８】
上記電磁コイル９に電圧を印加して上記実装ツール８を所定の荷重で上記駆動体３のホルダ７に対して下降限の高さで保持した状態から、上記実装ツールが駆動体３に対して相対的に上昇すると、その上昇は高さ検出手段としてのギャップセンサ１７によって検出されるようになっている。
【００２９】
上記ギャップセンサ１７は検出面１７ａを垂直方向下方に向けて上記ホルダ７にＬ字状の支持具７ａによって取り付けられている。上記実装ツール８には検出板１８の一端が連結されている。この検出板１８の他端は上記ギャップセンサ１７の検出面１７ａに対向している。
【００３０】
上記実装ツール８が上記駆動体３のホルダ７に対して相対的に上昇して上記ギャップセンサ１７と検出板１８との間隔ｄが予め設定された間隔よりも小さくなると、そのことが上記ギャップセンサ１７によって検出されるようになっている。
【００３１】
上記ギャップセンサ１７の検出信号は制御装置１９に出力される。この制御装置１９はギャップセンサ１７の検出信号に基づいて上記電磁コイル９に印加する電圧の強度を後述するように制御するようになっている。さらに、上記制御装置１９は上記駆動源５による上記駆動体３の下降駆動を予め設定された下降速度と高さに基づいて後述するように制御するようになっている。
【００３２】
つぎに、上記構成の実装装置によって半導体チップ１６を基板Ｓの板面に実装する動作を図２を参照しながら説明する。図２において、折れ線Ａは駆動体３の高さと時間の関係を示し、折れ線Ｂはボイスコイルモータ１２によって実装ツール８に付与される荷重と時間の関係を示す。この荷重は、ボイスコイルモータ１２に印加される電圧値に比例する。
【００３３】
折れ線Ｃはギャップセンサ１７が検出するギャップ（間隔ｄ）の変化、つまり実装ツール８が駆動体３に下降限の位置に保持された状態から、ボイスコイルモータ１２によって付与された荷重に抗して上記駆動体３に対して相対的に上昇する変位と時間の関係を示す。つまり、実装ツール８の上下の振れの状態を示す。
【００３４】
上記駆動体３は、実装動作が開始される前は折れ線ＡのＨ１で示す第１の高さで待機している。このとき、実装ツール８の先端面には図示しない受け渡しツールによって受け渡された半導体チップ１６が吸着保持されている。
【００３５】
時間ｔ１で、制御装置１９によって実装動作が開始されると、実装ツール８は駆動体３とともに第１の速度Ｖ１（第１のサーチ速度）で下降を開始する。このとき、制御装置１９は、実装ツール８を駆動体３に対して相対的に下降限まで下降する電圧をボイスコイルモータ１２に印加する。つまり、実装ツール８は折れ線ＢにＷ１で示す第１の荷重（ボイスコイルモータ１２の最大荷重）で保持される。
【００３６】
時間ｔ２で、上記駆動体３が第１の高さＨ１から予め記憶設定された所定の高さ、つまり実装ツール８が基板Ｗの上記半導体チップ１６が実装される上面に対して所定の距離まで接近する、第２の高さＨ２（折れ線Ａに示す）まで下降すると、制御装置１９は駆動体３の下降速度を第１の速度Ｖ１よりも遅い第２の速度Ｖ２（第２のサーチ速度）に減速して第３の高さＨ３まで下降させる。駆動体３が第３の高さＨ３に到達する時間をｔ４とする。
【００３７】
上記制御装置１９は、時間ｔ２で上記駆動体３の下降速度を第１の速度Ｖ１から第２の速度Ｖ２に変更すると同時に、上記ボイスコイルモータ１２に印加する電圧を徐々に低下させる。
【００３８】
それによって、実装ツール８に加わる荷重は折れ線Ｂで示すように第１の荷重Ｗ１から第２の荷重Ｗ２に向かって徐々に減少することになる。つまり、折れ線Ｂにおいて傾斜して減少する。実装ツール８に加わる荷重は時間ｔ４よりも前の時間ｔ３で第２の荷重Ｗ２になる。この時間ｔ３は後述する。
【００３９】
このように、駆動体３の下降速度が第１の速度Ｖ１から第２の速度Ｖ２に減速されたときに、ボイスコイルモータ１２により実装ツール８に付与する荷重を一気にＷ２に、つまり折れ線Ｂにおいて垂直なるよう低減せず、荷重Ｗ１から荷重Ｗ２になるよう徐々に、つまり折れ線Ｂにおいて傾斜するよう減少させた。
【００４０】
そのため、速度を減速して実装ツール８にマイナスの加速度が発生するときには、実装ツール８は駆動体３に第１の荷重Ｗ１で保持され、第１の荷重Ｗ１から第２の荷重Ｗ２に徐々に減少するから、この実装ツール８が駆動体３に対して上下方向に振動することがない。
【００４１】
上記駆動体３が第２の高さＨ２から第３の高さＨ３に向かって下降する間に、上記実装ツール８の先端面に吸着保持された半導体チップ１６は基板Ｓ（図１に示す）の上面に当たる。このときの時間は上述したｔ３で、駆動体３の高さは第２の高さＨ２と第３の高さＨ３の間の高さｈとする。
【００４２】
そして、高さｈで実装ツール８に保持された半導体チップ１６が基板Ｓの上面に当たると、実装ツール８が駆動体３に対して相対的に上昇する。それによって、ギャップセンサ１７が検出するギャップが変化するから、その変化によって基板Ｓの上面に実装ツール８が振れることなく接触したことが判る。
【００４３】
上記ギャップセンサ１７の検出信号は制御装置１９に出力される。このとき、上記実装ツール８は上述したように駆動体３に対して上下方向に振れていないから、実装ツール８の変位点が正確に判別されるため、ギャップセンサ１７による基板Ｓ上面の高さ検出が精度よく行われる。
【００４４】
上記半導体チップ１６が基板Ｓの上面に当たったとき、ボイスコイルモータ１２によって実装ツール８に付与される荷重は第１の荷重Ｗ１から、この第１の荷重Ｗ１よりも小さい第２の荷重Ｗ２に減少している。
【００４５】
そして、ギャップセンサ１７からの検出信号を受けた制御装置１９は、ボイスコイルモータ１２が実装ツール８に付与する荷重を第２の荷重Ｗ２に維持した状態で、上記駆動体３を上述した高さｈから第３の高さＨ３まで下降させる。
【００４６】
上記駆動体３を（ｈ−Ｈ３）の距離だけ沈み込ませてこの駆動体３を第３の高さＨ３まで下降させたならば、制御装置１９はボイスコイルモータ１２に付与する電圧を増加させて実装ツール８に付与する荷重を、折れ線ＢにＷ３で示す荷重、つまり第２の荷重Ｗ２よりも大きく、第１の荷重Ｗ１よりも小さい第３の荷重Ｗ３に変更し、その状態で所定時間維持する。この第３の荷重Ｗ３は半導体チップ１６を基板Ｓに実装するに適した荷重である。それによって、半導体チップ１６は基板Ｓに接着剤などによって実装されることになる。
【００４７】
このようにして、半導体チップ１６が基板Ｓに実装されたならば、制御装置１９はボイスコイルモータ１２に印加する電圧を０にするとともに、駆動体３を第１の高さＨ１まで上昇させて待機させる。そして、実装ツール８の下端面につぎに実装される半導体チップ１６が供給されたならば、上述した工程が繰り返して行われる。
【００４８】
以上のように、駆動体３が第１の高さＨ１から第２の高さＨ２まで下降してその下降速度を第１の速度Ｖ１から第２の速度Ｖ２に減速するとき、ボイスコイルモータ１２によって実装ツール８に付与する荷重を第１の荷重Ｗ１から急激に低減させずに、第２の荷重Ｗ２になるよう徐々に減少させるようにした。
【００４９】
そのため、駆動体３の下降速度の切り換え時に実装ツール８が駆動体３に対して上下方向に振れるのを防止できるから、ギャップセンサ１７による半導体チップ１６の高さ検出、つまり基板Ｓに当たったか否かの検出を高精度に行うことが可能になる。
【００５０】
しかも、駆動体３の下降速度の切り換え時に実装ツール８が駆動体３に対して上下方向に振れるのを防止できることで、その振れが収束されるまで実装ツール８を基板Ｓの上面に接触させるのを待つ必要がない。それによって、実装に要するタクトタイムを短縮することができるということもある。
【００５１】
また、荷重をＷ１からＷ２に徐々（傾斜させて）に減少させるようにしたから、実装ツール８が振れるのが防止され、ギャップセンサ１７の距離が一定に維持される。そのため、半導体チップ１６が基板Ｓの上面に接触する時間ｔ３において、半導体チップ１６に割れや欠けが生じすることが防止される。
【符号の説明】
【００５２】
３…駆動体、５…駆動源、８…実装ツール、９…電磁コイル、１０…ヨーク、１２…ボイスコイルモータ（荷重設定手段）、１６…半導体チップ（電子部品）、１７…ギャップセンサ（高さ検出手段）、１８…アクチュエータ、１９…制御装置（制御手段）。
【図１】
0005416483.tif 000002
【図２】
0005416483.tif 000003