(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧着ヘッドにより電子部品を基板に押圧してボンディングする電子部品のボンディング装置であって、前記圧着ヘッドが、その下面が円弧面である固定ブロックと、その上面がこの円弧面に当接してこの円弧面に沿って回動する可動ブロックと、この可動ブロックの下方にあって電子部品に当接して押圧する圧着ツールと、前記固定ブロックの前記円弧面の曲率中心軸と直交する仮想平面に面する側の側面と前記可動ブロックの前記円弧面の曲率中心軸と直交する仮想平面に面する側の側面とを連結することにより固定ブロックに対する可動ブロックの回動を禁止して相対位置を固定する位置固定手段とを備えたことを特徴とする電子部品のボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バンプ付電子部品などの電子部品を基板にボンディングする電子部品のボンディング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バンプ付電子部品は下面に多数のバンプを有しており、これらのバンプのすべてが基板の回路パターンの電極に均等に圧着されることにより、正しく基板に実装される。しかし実際にはバンプの高さにはばらつきがあり実装点ごとに基板表面の傾きがわずかに異なっているため、吸着ツールの下面と各実装点における基板の上面の平行度もばらついている。このため、吸着ツールでバンプ付電子部品を基板に押しつける際に、一部のバンプに力が偏るなどして圧着むらが生じやすい。
【０００３】
この圧着むらを少なくするために、チルト機構を供えた圧着ヘッドを用い平行度のばらつきを吸収する方法が用いられている。このチルト機構は、円弧面状の回動面を介して当接する固定ブロックと可動ブロックとで圧着ヘッドを構成し、可動ブロックに圧着ツールを設けるものである。これにより、圧着ツールによって電子部品を押圧する際の平行度にばらつきがあっても、可動ブロックの固定ブロックに対する相対変位が許容されることによりこのばらつきは吸収される。すなわち、可動ブロックは基板の平行度に応じて変位するならい動作を行う。
【０００４】
ところで、このようなチルト機構を備えた圧着ヘッドを多種類の電子部品のボンディングに用いる場合において、必ずしも常にならい動作が求められるとは限らず、チルト機構を停止させて固定的に使用したい場合がある。例えば、ボンディング対象の基板の平面精度が安定しているような場合には、ならい動作はボンディングステージと圧着ヘッドとの間の相対的な平面度調整の際にのみ必要とされ、一旦平面度調整を完了した後には圧着ヘッドにおける圧着ツールの位置を固定する方が望ましい。このため従来のチルト機構を備えた圧着ヘッドには、ならい動作を固定するためにマグネットの印磁力による固定手段が設けられたものが用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、固定手段としてマグネットを用いた従来の圧着ヘッドでは、十分な固定力が得られないことから、基板の傾斜にばらつきがある場合にはその都度固定位置がずれてしまう。そして圧着ツールの傾斜角度が適正に保たれない結果、ボンディング品質にばらつきを生じるという問題点があった。
【０００６】
そこで本発明は、チルト機構を備えた圧着ヘッドにおいて十分な固定力で位置固定ができる電子部品のボンディング装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電子部品のボンディング装置は、圧着ヘッドにより電子部品を基板に押圧してボンディングする電子部品のボンディング装置であって、前記圧着ヘッドが、その下面が円弧面である固定ブロックと、その上面がこの円弧面に当接してこの円弧面に沿って回動する可動ブロックと、この可動ブロックの下方にあって電子部品に当接して押圧する圧着ツールと、前記固定ブロックの前記円弧面の曲率中心軸と直交する仮想平面に面する側の側面と前記可動ブロックの前記円弧面の曲率中心軸と直交する仮想平面に面する側の側面とを連結することにより固定ブロックに対する可動ブロックの回動を禁止して相対位置を固定する位置固定手段とを備えた。
【０００８】
本発明によれば、固定ブロックの円弧面に沿って可動ブロックを回動させることによるチルト機構を備えた圧着ヘッドにおいて、固定ブロックの円弧面の曲率中心軸と直交する仮想平面に面する側の側面と前記可動ブロックの円弧面の曲率中心軸と直交する仮想平面に面する側の側面とを連結することにより、固定ブロックに対する可動ブロックの相対位置を十分な固定力で固定することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の側面図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の圧着ヘッドの部分正面図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の圧着ヘッドの部分側面図、図４、図５は本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の圧着ヘッドの部分斜視図、図６は本発明の一実施の形態のボンディング装置における圧着ヘッド固定作業手順のフロー図である。
【００１０】
まず、図１を参照して電子部品のボンディング装置の全体構造を説明する。図１において、位置決め部１は、基台１ａ上に移動テーブル２を配設し、さらに移動テーブル２上にボンディングステージとしての基板保持部３を装着して構成されている。基板保持部３は、バンプ６ａが形成されたバンプ付電子部品６（以下、単に「チップ６」と略称する。）が実装される基板４を保持している。また移動テーブル２上にはフラットニングステージ５が配設されている。移動テーブル２はテーブル駆動部２７によって駆動され、テーブル駆動部２７を制御部２４によって制御することにより、基板４やフラットニングステージ５を以下に説明するボンディング部１０に対して位置決めすることができる。
【００１１】
位置決め部１の上方には、ボンディング部１０が配設されている。ボンディング部１０に固設された逆Ｌ字状のフレーム１１には、垂直方向にガイドレール１２が配設されている。ガイドレール１２に対して垂直方向にスライド自在に嵌着されたスライダ１３は、昇降ブロック１４に固着されている。またフレーム１１上部の水平部にはモータ１５が垂直に配設されており、モータ１５は送りねじ１６と結合されている。送りねじ１６は昇降ブロック１４に結合されたナット部材１７に螺合しており、Ｚ軸モータ駆動部２６によってモータ１５を正逆駆動することにより、昇降ブロック１４は上下動する。この上下動の制御は、制御部２４によってＺ軸モータ駆動部２６を制御することにより行われる。
【００１２】
昇降ブロック１４の下端部には、圧着ヘッド１８が着脱自在に装着されている。圧着ヘッド１８の下端部には、圧着ツール１９が装着されている。圧着ツール１９は下面に吸着孔１９ａ（図２，図３参照）を備えており、吸着孔１９ａは内部孔（図３参照）を介して第２のバルブ２１に接続されている。第２のバルブ２１は真空源２２に接続されており、第２のバルブ２１の開閉を制御部２４によって制御することにより、吸着孔１９ａから真空吸引し、これにより圧着ツール１９の下面にチップ６を真空吸着により保持することができるようになっている。
【００１３】
圧着ヘッド１８は後述するように、可動ブロックと固定ブロックを組み合わせたチルト機構を備えており、可動ブロックが固定ブロックに対して回動する回動面に圧空を送給することにより回動が許可され（フローティング状態）、圧空の送給を停止することにより回動が禁止されるようになっている（フローティング解除状態）。このフローティング用の圧空は、第１のバルブ２０を介して圧空源２３から供給され、制御部２４によって第１のバルブ２０の開閉を制御することにより、チルト機構のフローティング制御が行えるようになっており、操作部２５によって制御部２４への操作入力を行うことにより、フローティング状態、フローティング解除状態を任意に設定できる。
【００１４】
モータ１５が駆動することにより圧着ヘッド１８は上下動し、圧着ヘッド１８の先端部に装着された圧着ツール１９によりチップ６を真空吸着する。圧着ヘッド１８の上下動と、移動テーブル２の水平移動を組み合わせることにより、圧着ヘッド１８は移動テーブル２上に設けた部品供給部（図示省略）よりチップ６を真空吸着してピックアップし、チップ６のバンプ６ａを基板４上に圧着する。この圧着動作に先立って、必要に応じ圧着ヘッド１８に保持したチップ６をフラットニングステージ５に対して押圧し、バンプ６ａの高さを均一にするフラットニング動作が行われる。
【００１５】
次に、図２、図３、図４を参照して、圧着ヘッド１８の構造を説明する。図２、図３において、圧着ヘッド１８の上部は、テーパシャンク２９が形成された装着部２８となっており、テーパシャンク２９を昇降ブロック１４に設けられた装着孔に嵌着することにより、圧着ヘッド１８が着脱自在に装着される。
【００１６】
装着部２８の下面には、第１の固定部３０が固着されている。第１の固定部３０は、図３に示すように第１の固定ブロック３１を２枚の側板３２によって挟み込んで構成されており、第１の固定ブロック３１の下面はＹ方向に上凹状に湾曲するＹ円弧面４３となっている。Ｙ円弧面４３には、第１の可動ブロック４１の円弧状の上凸面が当接しており、第１の可動ブロック４１はＹ円弧面４３に沿って第１の固定ブロック３１に対して回動する（図２の矢印ａを参照）。
【００１７】
図４に示すように上記回動において、第１の可動ブロック４１はＹ円弧面４３の曲率中心軸Ａ（Ｙ）廻りの回転変位を行う。したがって第１の可動ブロック４１の下面に結合される構成要素も同様に曲率中心軸Ａ（Ｙ）廻りに回転変位し、この回転変位において曲率中心軸Ａ（Ｙ）に相当する回転中心点は、ＹＺ平面内で変位しない。
【００１８】
本実施の形態においては、図２に示すようにＹ円弧面４３の曲率中心軸Ａ（Ｙ）の位置が、圧着ツール１９に保持されたチップ６と一致するよう、Ｙ円弧面４３の曲率半径Ｒが設定される。これにより、矢印ａ方向のチルト動作を行っても、チップ６のＹ方向の変位が発生しない。またこの回動において、第１の可動ブロック４１は側板３２に固定されたガイドローラ３３によって両側からガイドされ、これにより第１の可動ブロック４１のＸ方向の位置が第１の固定ブロック３１に対してずれないように規制される。
【００１９】
図３において第１の可動ブロック４１の上凸面の中心位置には、マグネット４２が埋設されており、マグネット４２の引磁力により、第１の可動ブロック４１は第１の固定ブロック３１に保持される。第１の可動ブロック４１の下部には、第２の固定部５０が固定されている。第２の固定部５０は図２に示すように第２の固定ブロック５１を２枚の側板５２によって挟み込んで構成されており、第２の固定ブロック５１の下面は、Ｘ方向に上凹状に湾曲するＸ円弧面６３になっている。Ｘ円弧面６３には、第２の可動ブロック６１の円弧状の上凸面が当接しており、第２の可動ブロック６１はＸ円弧面６３に沿って第２の固定ブロック５１に対して回動する（図３の矢印ｂを参照）。
【００２０】
上記回動において、図４において第１の可動ブロック４１について示す例と同様に、第２の可動ブロック６１はＸ円弧面６３の曲率中心軸Ａ（Ｘ）廻りの回転変位を行い、したがって第２の可動ブロック６１の下方に設けられた構成要素も同様に曲率中心軸Ａ（Ｘ）廻りに回転変位し、この回転変位において曲率中心軸Ａ（Ｘ）に相当する回転中心点は、ＸＺ平面内で変位しない。
【００２１】
本実施の形態においては、図３に示すようにＸ円弧面６３の曲率中心軸Ａ（Ｘ）の位置が、圧着ツール１９に保持されたチップ６と一致するよう、Ｘ円弧面６３の曲率半径が設定される。これにより、矢印ｂ方向のチルト動作を行っても、チップ６のＸ方向の変位が発生しない。この回動において、第２の可動ブロック６１は側板５２に固定されたガイドローラ５３によって両側からガイドされ、第２の可動ブロック６１のＹ方向の位置が第２の固定ブロック５１に対してずれないように規制される。また第２の可動ブロック６１の上凸面の中心位置には、マグネット６２が埋設されている。マグネット６２の引磁力により、第２の可動ブロック６１は第２の固定ブロック５１に保持される。
【００２２】
第２の可動ブロック６１の下面には、ヒートブロック６４が固定されている。ヒートブロック６４の下面には、チップ６を真空吸着する圧着ツール１９が装着されている。圧着ツール１９には吸着孔１９ａが形成されており、吸着孔１９ａはヒートブロック６４の内部に形成された吸引孔６４ａを介して、図１に示す第２のバルブ２１に接続されている。
【００２３】
図２、図３において、第１の固定ブロック３１、第２の固定ブロック５１にはそれぞれ圧空吹き出し口３１ａ，５１ａが設けられている。圧空吹き出し口３１ａ，５１ａは、それぞれＹ円弧面４３、Ｘ円弧面６３と連通しており、図示しない内部孔や配管を介して図１に示す第１のバルブ２０と接続されている。第１のバルブ２０を開放することにより、圧空吹き出し口３１ａ，５１ａから圧空が吹き出される。
【００２４】
圧空がＹ円弧面４３とＸ円弧面６３に吹き出されると、Ｙ円弧面４３とＸ円弧面６３にわずかな隙間が形成される。これにより、第１の可動ブロック４１は第１の固定ブロック３１に対して矢印ａ方向のチルト（回動）が許容され、第２の可動ブロック６１は第２の固定ブロック５１に対して矢印ｂ方向のチルトが許容される。これに対し、圧空の吹き出しを停止した状態では、Ｙ円弧面４３、Ｘ円弧面６３では、それぞれ円弧当接面がマグネット４２，６２の作用によって密接状態となり、上述の２方向のチルトが禁止される。したがって、Ｙ円弧面４３、Ｘ円弧面６３に圧空の吹き出しを制御する第１のバルブ２０は、チルトの禁止・許容を切り替える回動制御手段となっている。
【００２５】
次に中立位置保持機構について説明する。中立位置保持機構は、第１の可動ブロック４１の第１の固定ブロック３１に対する回動方向の相対位置、第２の可動ブロック６１の第２の固定ブロック５１に対する回動方向の相対位置を、中立位置に復帰させるものである。
【００２６】
図２、図３において、側板３２には中央に開口３４ａが設けられたプレート３４が固定されている。第１の可動ブロック４１には、ピン３５が立設されており、ピン３５は開口３４ａから外側に突出している。プレート３４には、第１の可動ブロック４１が第１の固定ブロック３１に対して中立位置にある状態でピン３５を両側から挟み込む位置に、２枚の板バネ部材３６が固定されている。第１の可動ブロック４１が第１の固定ブロック３１に対して回動すると、いずれかの板バネ部材３６に撓みが生じる。そしてこの状態で、Ｙ円弧面４３、Ｘ円弧面６３に圧空を吹き出してフローティング状態にすると、板バネ部材３６の弾発力によって第１の可動ブロック４１は中立位置に復帰する。
【００２７】
また、側板５２には、プレート３４と同様の板バネ部材５６を備えたプレート５４が固定されており、第２の可動ブロック６１に立設されたピン５５を２枚の板バネ部材５６が挟みこむことにより、上記の例と同様にして第２の可動ブロック６１の第２の固定ブロック５１に対する中立位置が保持される。
【００２８】
次に位置固定に用いられる固定具について説明する。位置固定は、第１の可動ブロック４１の第１の固定ブロック３１に対する回動方向の相対位置、第２の可動ブロック６１の第２の固定ブロック５１に対する回動方向の相対位置を固定するものであり、チルトを完全に禁止して圧着ヘッド１８を固定的に使用する場合に固定具を装着することによって行われる。
【００２９】
図５（ａ）において、中立位置保持機構と反対側の側板３２には、開口３７ａが設けられた固定プレート３７が固定されている。第１の可動ブロック４１にはピン３９が立設されており、ピン３９はピン径よりも大きな開口径の開口３７ａから外側に突出している。図５に示すように、固定プレート３７のみを取り付けた状態では、ピン３９は開口３７ａ内で隙間分だけ移動可能であることから、この移動範囲内で第１の可動ブロック４１のチルトが許容される。
【００３０】
チルトを禁止して第１の可動ブロック４１の位置を固定するために用いられるピンプレート３８について説明する。図５に示すように、ピンプレート３８には、ピン３９が嵌合するピン孔３８ａ及びピンプレート３８を固定プレート３７にボルト６５によって固定するためのボルト孔３８ｂが設けられている。ボルト孔３８ｂは、ボルト６５の径に対して十分な遊びを持った孔径となっている。
【００３１】
第１の可動ブロック４１の位置を固定する際には、ピン孔３８ａをピン３９に位置合わせして嵌合させることによりピンプレート３８を固定プレート３７に密着させる。そしてこの状態で、ボルト６５をボルト孔３８ｂ内に挿入して固定プレート３７のねじ孔に締結する。これにより、ピン３９の固定プレート３７に対するＹＺ平面内での位置がピンプレート３８を介して固定され、第１の可動ブロック４１の第１の固定ブロック３１に対する回動が禁止される。
【００３２】
上記位置固定において、ピン３９は図４に示す第１の可動ブロック４１の側面４１ｂに立設され、固定プレート３７は側板３２を介して図４に示す第１の固定ブロック３１の側面３１ｂに固定される。したがって、ピン３９、固定プレート３７、ピンプレート３８は、第１の固定ブロック３１のＹ円弧面４３の曲率中心軸Ａ（Ｙ）と直交する仮想平面Ｐに面する側の側面３１ｂと、第１の可動ブロック４１の曲率中心軸Ａ（Ｙ）と直交する仮想平面Ｐに面する側の側面４１ｂとを連結することにより、第１の固定ブロック３１に対する第１の可動ブロック４１の回動を禁止して相対位置を固定する位置固定手段となっている。
【００３３】
この位置固定において、固定プレート３７やピンプレート３８の締結に際しては、曲率中心軸Ａ（Ｙ）方向の力しか発生せず、しかもピン３９はピン孔３８ａにガタがない程度のはめ合いで曲率中心軸Ａ（Ｙ）方向に摺動自在に挿入されるため、第１の可動ブロック４１には締結により力は全く作用しない。したがって、位置固定時に、第１の可動ブロック４１の第１の固定ブロック３１に対する相対位置が正しく保持され、固定動作時の位置ずれを防止することができる。ここで固定プレート３７、ピン３９は常に取り付けた状態にしておいて差し支えなく、位置固定が必要とされる場合は、ピンプレート３８のみを取り付ければよい。
【００３４】
また、中立位置保持機構と反対側の側板５２には、上記と同様の位置固定機構が設けられており、固定プレート５７、ピンプレート５８，ピン５９によって、上記の例と同様に、第２の可動ブロック６１の第２の固定ブロック５１に対する相対位置が固定される。
【００３５】
なお、上記例では、固定具として、固定プレート３７、ピンプレート３８の２部材と、ピン３９を用いる例を示しているが、図５（ｂ）に示すように固定プレート、ピンプレートを一体化した固定プレート３７’を用いてもよい。この場合には、ピンプレート３８を省略して、開口３７’ａをピン３９が隙間なく嵌合するピン孔とし、固定プレート３７’を側板３２にボルト６５によって固定するボルト孔３７’ｂに十分な遊びを持たせた形状とする。これにより、前述と同様に位置固定を行うことができる。
【００３６】
この電子部品のボンディング装置は上記の様に構成されており、以下圧着ヘッド固定作業手順について図６のフローに沿って説明する。この作業は、ボンディングに際して圧着ヘッド１８の位置を固定することが求められる場合、例えばフラットニングステージ５の押圧平面に圧着ヘッドの基準平面を合わせるレベル調整を行った後に、圧着ヘッド１８のチルトを禁止して位置を完全に固定する場合に行われるものである。
【００３７】
図６において、第１のバルブ２０を開状態にし、Ｙ円弧面４３、Ｘ円弧面６３に圧空を吹き出して圧着ヘッド１８をフローティング状態にする（ＳＴ１）。次いで移動テーブル２を駆動して、フラットニングステージ５を圧着ヘッド１８の下方へ移動させる（ＳＴ２）。この後、昇降ブロック１４を下降させて、圧着ヘッド１８の下端（圧着ツール１９）をフラットニングステージ５に当接させる（ＳＴ３）。これにより、フローティング状態にあってチルトを許容された第１の可動ブロック４１、第２の可動ブロック６１は、圧着ツール１９の圧着面がフラットニングステージ５の上面にならう状態までそれぞれＹ円弧面４３、Ｘ円弧面６３に沿って回動する。
【００３８】
この後、第１のバルブ２０を閉状態にする。これにより、Ｙ円弧面４３、Ｘ円弧面６３において、第１の可動ブロック４１、第２の可動ブロック６１はそれぞれマグネット４２，６２によって位置が仮固定される（ＳＴ４）。そしてこの状態で圧着ヘッド１８を上昇させ（ＳＴ５）、上昇位置にて固定具による固定作業を行う（ＳＴ６）。すなわち、第１の可動ブロック４１、第２の可動ブロック６１の位置が仮固定された状態で、ピンプレート３８，５８を固定プレート３７、５７に締結する。これにより、第１の可動ブロック４１、第２の可動ブロック６１の位置が固定され、これ以降の圧着動作においては、圧着ツール１９の下面は常にフラットニングステージ５の上面に応じた平面度に保たれる。
【００３９】
これにより、チルト機構を備えた圧着ヘッド１８において、チルトを許容しながら圧着を行う用途と、レベル調整時にはチルトを許容し圧着作業時にはチルトを完全に禁止することにより正しいレベルを維持しながら圧着作業を行う用途とに使い分けることができるとともに、十分な固定力で位置固定ができ圧着品質を確保することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、固定ブロックの円弧面に沿って可動ブロックを回動させることによるチルト機構を備えた圧着ヘッドにおいて、固定ブロックの円弧面の曲率中心軸と直交する仮想平面に面する側の側面と前記可動ブロックの円弧面の曲率中心軸と直交する仮想平面に面する側の側面とを固定的に連結するようにしたので、固定ブロックに対する可動ブロックの相対位置を十分な固定力で固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の側面図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の圧着ヘッドの部分正面図
【図３】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の圧着ヘッドの部分側面図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の圧着ヘッドの部分斜視図
【図５】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の圧着ヘッドの部分斜視図
【図６】本発明の一実施の形態のボンディング装置における圧着ヘッド固定作業手順のフロー図
【符号の説明】
４  基板
５  フラットニングステージ
６  バンプ付電子部品
１０  ボンディング部
１８  圧着ヘッド
１９  圧着ツール
３１  第１の固定ブロック
３７，５７  固定プレート
３８，５８  ピンプレート
３９，５９  ピン
４１  第１の可動ブロック
４３  Ｙ円弧面
５１  第２の固定ブロック
６１  第２の可動ブロック
６３  Ｘ円弧面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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