(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧着ヘッドに保持された電子部品のバンプの高さを均一にした後、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であって、
前記バンプの高さを均一にするために設けられたステージが、上面が高平面度に仕上げられ下面に球面を有する可動ブロックとしての球面ステージと、この球面ステージの下面の球面が当接する凹球面を上面に有する固定ブロックと、この固定ブロックに対する前記可動ブロックの回動を許容・禁止するためのバルブと、前記球面へ圧縮空気を吐出することにより前記回動が許容された状態で可動ブロックの固定ブロックに対する相対位置を設定位置に自動復帰させる位置復帰手段とを備え、前記球面ステージの前記上面に前記圧着ヘッドに保持された電子部品のバンプを押圧してバンプの高さを均一にするようにしたことを特徴とする電子部品のボンディング装置。
【請求項２】
前記位置復帰手段は、前記固定ブロックおよびまたは可動ブロックに設けられた磁性体であることを特徴とする請求項１記載の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、バンプ付き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】
バンプ付き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き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】
【発明が解決しようとする課題】
チルト機構ではスムーズな回動を得るため、回動面にはエアが圧入される。このエアにより、回動面にはエア膜が形成され２つの当接面は直接接触せずに浮いた状態で相対運動をする。そしてこの状態で圧着ヘッドに上述のならい動作を行わせる。ところが、ならい動作を行わせるために回動面にエアの圧入を開始した状態では、一般に可動ブロックの固定ブロックに対する相対位置は一定しておらず、エア圧入前に可動ブロックが固定ブロックに対して既に回動面での位置ずれがある場合には、この位置ずれはエア圧入後においてもそのまま保たれる。
【０００５】
このような状態からならい動作を開始して圧着ツールに電子部品を吸着させ基板に押圧すると、電子部品は傾いた状態で基板に対して当接する。このため当接時に電子部品の端面が片当たりし、この端面付近のバンプが先につぶされてしまうというボンディング品質上の不具合が発生していた。
【０００６】
そこで本発明は、ならい動作時に電子部品の片当たりが発生せず、ボンディング品質を確保すること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。
【０００９】
【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、圧着ヘッドに保持された電子部品のバンプの高さを均一にした後、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であって、前記バンプの高さを均一にするために設けられたステージが、上面が高平面度に仕上げられ下面に球面を有する可動ブロックとしての球面ステージと、この球面ステージの下面の球面が当接する凹球面を上面に有する固定ブロックと、この固定ブロックに対する前記可動ブロックの回動を許容・禁止する前記回動が許容された状態で可動ブロックの固定ブロックに対する相対位置を設定位置に自動復帰させる位置復帰手段とを備え、前記球面ステージの前記上面に前記圧着ヘッドに保持された電子部品のバンプを押圧してバンプの高さを均一にするようにした。
【００１０】
請求項２記載の電子部品のボンディング装置は、請求項１記載の電子部品のボンディング装置であって、前記設定位置復帰手段は、前記固定ブロックおよびまたは可動ブロックに設けられた磁性体である。
【００１１】
本発明によれば、圧着ヘッドに保持した電子部品のバンプを球面ステージの上面に押圧すれば、その調心・ならい機構により球面ステージは回動し、バンプの高さを均一にできる。そしてその後で、このバンプ付きの電子部品を基板にしっかりボンディングすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。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斜視図、図２は同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は同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は同電子部品のボンディング装置のフラットニングステージの断面図、図５は同電子部品のボンディング装置のチルト機構に用いられた調心機構の動作説明図、図６は同電子部品のボンディング装置の動作説明図である。
【００１３】
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、基台１上には可動テーブル２が配設されている。可動テーブル２はＹ軸モータ３ａを備えたＹ軸テーブル３上にＸ軸モータ４ａを備えたＸ軸テーブル４を載置して構成されている。Ｘ軸テーブル４上には基板５および電子部品６の供給部７が配設されている。Ｙ軸テーブル３上のＸ軸テーブル４の手前側にはフラットニングステージ７０が配設されている。
【００１４】
基台１上には、フレーム８が立設されている。フレーム８の上部には、モータ１０を備えたヘッド昇降テーブル９が装着されている。ヘッド昇降テーブル９の下端部には圧着ヘッド１１が装着されている。モータ１０が駆動することにより圧着ヘッド１１は上下動し、圧着ヘッド１１の先端部に装着された吸着ツールによりバンプ付きの電子部品６を真空吸着する。圧着ヘッド１１の上下動と、可動テーブル２の水平移動を組み合わせることにより、圧着ヘッド１１は供給部７より電子部品６を真空吸着してピックアップし、電子部品６のバンプ６ａを基板５の電極５ａ上に圧着する（図２、図３参照）。この圧着動作に先だって、必要に応じ圧着ヘッド１１に保持した電子部品６をフラットニングステージ７０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】
図１において、フレーム８の側面には、認識装置１２が設けられている。認識装置１２は水平方向にスライド可能なスライドアーム１３を備えており、スライドアーム１３の先端部にはカメラ１４が装着されている。カメラ１４は上下両方向が認識可能となっており、スライドアーム１３が前進して圧着ヘッド１１の直下に位置することにより、圧着ヘッド１１に保持された電子部品６の下面および基板５のパターン面を認識する。
【００１６】
次に、図２、図３を参照して、圧着ヘッド１１の構造を説明する。図２において、ヘッド昇降テーブル９の下端部には、第１の固定ブロック２０が結合されている。第１の固定ブロック２０の下面はＸ方向に上凹状に湾曲するＸ円弧面２３となっている。第１の固定ブロック２０のＸ円弧面２３には、第１の可動ブロック２１の円弧状の上凸面が当接しており、第１の可動ブロック２１はＸ円弧面２３に沿って第１の固定ブロック２０に対して回動する（図２の矢印ａを参照）。
【００１７】
第１の固定ブロック２０のＸ円弧面２３の中心位置には、磁性体であるマグネット２９Ａが埋設されており、第１の可動ブロック２１の上凸面の中心位置には、同じく磁性体であるマグネット２９Ｂが埋設されている。マグネット２９Ａとマグネット２９Ｂは同一幅を有する形状で設けられており、これらのマグネット２９Ａ，２９Ｂは相異なる極がＸ円弧面２３上で対向するように（図５参照）、すなわち相互に引磁力が作用するように配置されている。この引磁力により、第１の可動ブロック２１は第１の固定ブロック２２に保持される。
【００１８】
図３において、第１の可動ブロック２１の下部には、第２の固定ブロック４０が固定されている。第２の固定ブロック４０の下面は、Ｙ方向に上凹状に湾曲するＹ円弧面４３になっている。Ｙ円弧面４３には、第２の可動ブロック４１の円弧状の上凸面が当接しており、第２の可動ブロック４１はＹ円弧面４３に沿って第２の固定ブロック４０に対して回動する（図３の矢印ｂを参照）。
【００１９】
第２の固定ブロック４０の下面のＹ円弧面４３の中心位置には、マグネット４９Ａが、また第２の可動ブロック４１の上凸面の中心位置にはそれぞれマグネット４９Ｂが埋設されている。これらのマグネット４９Ａ，４９Ｂは、マグネット２９Ａ，２９Ｂと同様に相互に引磁力が作用するように配置されており、第２の可動ブロック４１は第２の固定ブロック４０に保持される。
【００２０】
第２の可動ブロック４１の下面には、ブロック６０が固定されている。ブロック６０の下面には、電子部品６を真空吸着する吸着ツール６５が装着されている。６ａは電子部品６のバンプである。吸着ツール６５に真空吸着された電子部品６がＸ円弧面２３およびＹ円弧面４３の中心０１（図２参照）、０２（図３参照）、に位置するように、Ｘ円弧面２３とＹ円弧面４３の曲率は決定される。これにより、ａ方向やｂ方向のチルト動作を行っても、電子部品６の位置が変動しないようにして、電子部品６を基板５の正しい位置に圧着できるようにしている。
【００２１】
ここで、第１の可動ブロック２１はＹ案内板２２によって第１の固定ブロック２０に対してＹ方向にずれないように規制され、第２の可動ブロック４１はＸ案内板４２によって第２の固定ブロック４０に対してＸ方向にずれないように規制される。したがって第１の可動ブロック２１はＸＺ平面に沿って回動し、第２の可動ブロック４１はＹＺ平面に沿って回動する。これによりチルト動作のときに第１の可動ブロック２１および第２の可動ブロック４１が不要にＸ，Ｙ方向にずれることを防止し、チルト動作によるバンプ付き電子部品６の位置ずれが発生しないようにしている。
【００２２】
図２において、第１の固定ブロック２０には管路２４が、また第１の可動ブロック２１には管路２５が設けられている。管路２４はＸ円弧面２３と連通しており、管路２５は第２の固定ブロック４０に設けられた管路２５ａを介してＹ円弧面４３と連通している。管路２４，２５は配管２６により第１のバルブ２７に接続されており、第１のバルブ２７はエア供給路２８に接続されている。
【００２３】
ここで配管２６から供給される圧縮空気がＸ円弧面２３とＹ円弧面４３に吐出されると、Ｘ円弧面２３とＹ円弧面４３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２１は第１の固定ブロック２０に対して矢印の方向のチルト（回動）が許容され、第２の可動ブロック４１は第２の固定ブロック４０に対して矢印ｂ方向のチルトが許容される。
【００２４】
これに対し、圧縮空気の吐出を停止した状態では、Ｘ円弧面２３、Ｙ円弧面４３では、それぞれ円弧当接面が密接状態となり、上述の２方向のチルトが禁止される。したがって、Ｘ円弧面２３、Ｙ円弧面４３に圧縮空気を吐出を制御する第１のバルブ２７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】
次に図４を参照して、フラットニングステージ７０について説明する。フラットニングステージ７０は上面が高平面度に仕上げられた球面ステージ７１を備えている。図４に示すように、可動ブロックとしての球面ステージ７１は、球面７３を介して凹球面が設けられた固定ブロックとしての基部７２に当接している。球面７３には管路７４が連通しており、管路７４はレギュレータ７５、制御バルブ７６を介して配管によってエア供給路７７と接続されている。管路７４から球面７３に圧縮空気を吐出することにより、球面７３にはわずかな隙間が生じ、この状態では球面ステージ７１の基部７２に対するＸ方向、Ｙ方向のチルトが許容される。
【００２６】
球面ステージ７１及び基部７２には、球面７３に面してそれぞれの中心位置にマグネット７９Ａ，７９Ｂが埋設されている。これらのマグネット７９Ａ，７９Ｂは、マグネット２９Ａ，２９Ｂと同様に相互に引磁力が作用するように配置されており、球面ステージ７１は基部７２に対して引磁力によって保持されている。
【００２７】
ここで、図５を参照してこのボンディング装置に用いられている上述のチルト機構の調心動作について、Ｘ円弧面２３を回動面とする第１の固定ブロック２０に対する第１の可動ブロック２１のチルト動作を例にして説明する。図５（ａ）では、Ｘ円弧面２３には圧縮空気が吐出されておらずこの面での回動が禁止され、かつ第１の可動ブロック２１が第１の固定ブロック２０に対して位置ずれを生じた状態でマグネット２９Ａ，２９Ｂ相互の引磁力によって保持されている。
【００２８】
図５（ｂ）は、上記状態からＸ円弧面２３に圧縮空気を吐出し、この面での回動を許容した状態を示している。回動が許容されたことから、マグネット２９Ａ，２９Ｂの相互の引磁力の回動方向成分Ｆｃによって、第１の可動ブロック２１は第１の固定ブロック２０に対して回動する。そして、第１の可動ブロック２１および第１の固定ブロック２０それぞれの中心位置が一致する状態で第１の可動ブロック２１は停止する。
【００２９】
すなわち回動が禁止された状態で、第１の可動ブロック２１が第１の固定ブロック２０に対して回動方向に相対的に位置がずれていても、圧縮空気をＸ円弧面２３に吐出して回動を許容することにより、図５（ｃ）に示すように第１の可動ブロック２１は設計上の設定位置、すなわち第１の可動ブロック２１および第１の固定ブロック２０相互の中心位置が合致した状態に復帰する。したがって、マグネット２９Ａ，２９Ｂは第１の可動ブロック２０の第１の固定ブロック２１に対する相対位置を設定位置に自動復帰させる位置復帰手段となっている。この調心動作の後には、第１の可動ブロック２１は水平方向の姿勢が正しく保たれた状態となる。
【００３０】
従来のボンディング装置においては、この位置復帰にはスプリングなどを用いた弾性力による調心機構が一般的であった、本実施の形態に示す方法によれば、マグネットを埋設するのみで他には機構部品を必要としないことから機構が簡便であり、しかもスプリングなどの弾性力を用いる場合と比較してより信頼性に優れた調心機構となっている。
【００３１】
同様に、Ｙ円弧面４３におけるマグネット４９Ａ，４９Ｂは第２の可動ブロック４０の第２の固定ブロック４１に対する相対位置を設定位置に自動復帰させる位置復帰手段となっている。さらに、フラットニングステージ７０におけるマグネット７９Ａ，７９Ｂは、球面ステージ７１の基部７２に対する相対位置を設定位置に動復帰させる位置復帰手段となっている。なお、マグネット７９Ａ，７９Ｂは圧着ヘッド１１におけるマグネット２９Ａ，２９Ｂなどとは異なり、下方に配置された部材の重量を重力に抗して保持する役割は有しておらず、上記の位置復帰手段としてのみ機能している。
【００３２】
なお本実施の形態では、上記位置復帰手段としてそれぞれ磁性体としての２つのマグネットを相異なる極を対向させて配置して用いた例を示しているが、磁性体の配置例としてはこれに限定されず、例えば可動ブロックまたは固定ブロックのいずれかのみにマグネットを埋設するようにしてもよい。この場合には、相手側のブロックの本体をアルミなどの非磁性体とし、本実施の形態においてマグネットが埋設された部位に、鋼などマグネットによる引磁力が作用するような材質の引磁体を埋設する。
【００３３】
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、以下動作について説明する。まず図１において、可動テーブル２を駆動して電子部品供給部７を圧着ヘッド１１の下方に位置させる。このとき、圧着ヘッド１１のＸ円弧面２３、Ｙ円弧面４３にエアを吐出してチルトを許容し、マグネット２９Ａ，２９Ｂ、マグネット４９Ａ，４９Ｂによって第１の可動ブロック２１、第２の可動ブロック４１の中心位置を第１の固定ブロック２０、第２の固定ブロック４０の中心位置に合わせる調心動作を行わせる。これにより、圧着ツール６５の下面はほぼ水平状態となる。そしてこの状態で、圧着ヘッド１１を下降させて電子部品供給部７から電子部品６を吸着してピックアップする。
【００３４】
次いで可動テーブル２を駆動して、フラットニングステージ７０を圧着ヘッド１１の下方に位置させる。ここでも、球面７３には予めエアが吐出され、球面ステージ７１の中心位置を基部７２に合わせる調心動作を行わせている。これにより、球面ステージ７１の上面は正しく水平が保たれている。この後、圧着ヘッド１１をフラットニングステージ７０に対して下降させ、圧着ツール６５に吸着して保持した電子部品６を正しく水平が保たれた球面ステージ７１の上面に当接させ押圧する。そして所定荷重で所定高さ位置まで押圧することにより、電子部品６のバンプ６ａは球面ステージ７１に押圧され、当初バンプ６ａに高さのばらつきがある場合においても、押圧によりすべてのバンプ６ａについて均一なバンプ高さが得られる。
【００３５】
このフラットニング処理において、図６（ａ）に示すように何らかの原因により圧着ヘッド１１に傾きが生じた状態においても、電子部品６を押圧する際に球面ステージ７１はマグネット７９Ａ，７９Ｂ相互の引磁力に抗して電子部品６の傾きにならって回動する。そして電子部品６をさらに強く押圧することにより、押圧力が球面７３内のエア圧力にうち勝って球面ステージ７１は基部７２に密接し、この状態でバンプ６ａのフラットニングが行われる。すなわち、本実施の形態に示す調心機構を用いたフラットニングステージ７０によれば、従来必要とされたフラットニング面と圧着ヘッド１１との高精度の面合わせ作業を行うことなくバンプのフラットニングを行うことができる。
【００３６】
このようにして、バンプ６ａのフラットニングを行った電子部品６は、基板５を圧着ヘッド１１の下方に位置させ次いで圧着ヘッド１１を下降させることにより基板５に搭載され押圧される。このとき圧着ヘッド１１には予め調心動作を行わせているため、吸着ツール６５に保持された状態の電子部品６の姿勢に水平面に対する傾きが生じることがない。したがって、電子部品６のボンディング時にバンプ６ａが基板５の表面に片当たりすることがなく、良好なボンディングを行うことができる。
【００３７】
また、電子部品６のボンディング時に、図６（ｂ）に示すように基板５が水平面に対して傾いた状態にあっても、圧着ヘッド１１による押圧動作時に上述のチルト機構により電子部品６ａは基板５の傾きにならうため、同様にバンプ６ａの片当たりが生じることがない。
【００３８】
なお、本実施の形態では、圧着ヘッド１１とフラットニングステージ７０の双方にマグネットの引磁力による調心機構を用いた例を示しているが、圧着ヘッド１１又はフラットニングステージ７０のいずれか一方のみにこの調心機構を用いるようにしてもよい。これによっても、電子部品のフラットニング時、ボンディング時のそれぞれについて調心による効果を得ることができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、圧着ヘッドに保持した電子部品のバンプを球面ステージの上面に押圧すれば、その調心・ならい機構により球面ステージは回動し、バンプの高さを均一にできる。そしてその後で、このバンプ付きの電子部品を基板にしっかりボンディングすることができる。
【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斜視図
【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フラットニングステージの断面図
【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チルト機構に用いられた調心機構の動作説明図
【図６】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動作説明図
【符号の説明】
１  基台
２  可動テーブル
５  基板
６  電子部品
６ａ  バンプ
１１  圧着ヘッド
２０  第１の固定ブロック
２１  第１の可動ブロック
２３  Ｘ円弧面
４０  第２の固定ブロック
４１  第２の可動ブロック
４３  Ｙ円弧面
６５  吸着ツール
７０  フラットニングステージ
７１  球面ステージ
７２  基部
【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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