(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交換自在なツールを電子部品に押しつけてこのツールを超音波振動させながら電子部品をワークに圧着する電子部品の超音波圧着装置であって、前記ツールを超音波振動させる振動子と、前記ツールを振動させる周波数を含む駆動指令に基づいて前記振動子の駆動を制御する超音波制御部と、この超音波制御部に前記周波数を変化させる駆動指令を出力する第１の超音波指令部と、この第１の超音波指令部の指令により前記周波数を変化させながら前記振動子に流れる電流及び電圧を計測する計測部と、この計測部で計測された計測データから前記ツールの共振周波数を検出する共振状態検出部と、この共振状態検出部で検出された共振周波数を登録する共振データ記憶部と、この共振データ記憶部に登録された共振周波数の中から使用するツールの共振周波数を呼び出して前記超音波制御部に駆動指令を出力する第２の超音波指令部と、前記周波数を補正して前記ツールを共振させる共振周波数追尾手段と、前記第１の超音波指令部からの駆動指令に基づいて前記振動子を駆動してツールの共振周波数を検出し登録する計測モードと前記第２の超音波指令部からの駆動指令に含まれる共振周波数を前記共振周波数追尾手段により補正して前記振動子を駆動する自動追尾モードのいずれか１つのモードを設定可能なモード設定部とを備えたことを特徴とする電子部品の超音波圧着装置。
【請求項２】
ボンディングユニットに交換自在に装着されたツールを振動させる振動子に、前記ツールに出力する周波数を補正して前記ツールを共振させる共振周波数自動追尾機能をオフにした状態で超音波指令部から駆動指令を出力してツールの振動周波数を変化させながら振動子に流れる電流及び電圧を計測部により計測し、計測された計測データからツールの共振周波数を共振状態検出部で検出して当該ツールの共振周波数を共振データ記憶部に登録する登録動作を行い、電子部品をワークに圧着するときは、使用するツールの共振周波数を前記共振データ記憶部から呼び出して、前記共振周波数自動追尾機能をオンにした状態で前記共振周波数を補正して前記振動子を駆動することを特徴とする電子部品の超音波圧着方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品に超音波振動を付与してワークに圧着する電子部品の超音波圧着装置および超音波圧着方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばフリップチップなどの電子部品を基板などのワークに実装する方法として、超音波圧着装置を用いる方法が知られている。超音波圧着装置は圧着用のツールを電子部品に押しつけ、ツールを超音波振動させることにより、電子部品に超音波振動を付与してワークに圧着するようになっている。ツールはその寸法・形状などにより固有の共振周波数を有しており、ツールを電子部品に押しつけて電子部品をワークに圧着するときには、ツールを共振周波数及び所定のパワーでで強く振動させる必要がある。
【０００３】
電子部品の品種に応じて、ツールは交換される。したがってツール交換が行われたときには、新たなツールについてその固有の共振周波数とそのときのインピーダンスを計測し、計測結果に基づいて超音波圧着装置を運転するようになっている。そこで従来は、新たなツールを超音波圧着装置にセットして用いるときは、このセットに先立ってこのツールの共振周波数とインピーダンスを計測装置で計測し、この計測結果にしたがって超音波圧着装置を運転して電子部品をワークに圧着していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来は、超音波圧着装置の他に共振周波数やインピーダンスを計測する計測装置が必要なため設備コストがかかり、またオペレータは計測装置で共振周波数やインピーダンスの計測を行わねばならないためオペレータの作業負担も大きいものであった。
【０００５】
したがって本発明は、超音波圧着用ツールの共振周波数の計測機能を有する電子部品の超音波圧着装置および超音波圧着方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、交換自在なツールを電子部品に押しつけてこのツールを超音波振動させながら電子部品をワークに圧着する電子部品の超音波圧着装置であって、前記ツールを超音波振動させる振動子と、前記ツールを振動させる周波数を含む駆動指令に基づいて前記振動子の駆動を制御する超音波制御部と、この超音波制御部に前記周波数を変化させる駆動指令を出力する第１の超音波指令部と、この第１の超音波指令部の指令により前記周波数を変化させながら前記振動子に流れる電流及び電圧を計測する計測部と、この計測部で計測された計測データから前記ツールの共振周波数を検出する共振状態検出部と、この共振状態検出部で検出された共振周波数を登録する共振データ記憶部と、この共振データ記憶部に登録された共振周波数の中から使用するツールの共振周波数を呼び出して前記超音波制御部に駆動指令を出力する第２の超音波指令部と、前記周波数を補正して前記ツールを共振させる共振周波数追尾手段と、前記第１の超音波指令部からの駆動指令に基づいて前記振動子を駆動してツールの共振周波数を検出し登録する計測モードと前記第２の超音波指令部からの駆動指令に含まれる共振周波数を前記共振周波数追尾手段により補正して前記振動子を駆動する自動追尾モードのいずれか１つのモードを設定可能なモード設定部とを備えたことを特徴とする電子部品の超音波圧着装置である。
【０００７】
また本発明は、ボンディングユニットに交換自在に装着されたツールを振動させる振動子に、前記ツールに出力する周波数を補正して前記ツールを共振させる共振周波数自動追尾機能をオフにした状態で超音波指令部から駆動指令を出力してツールの振動周波数を変化させながら振動子に流れる電流及び電圧を計測部により計測し、計測された計測データからツールの共振周波数を共振状態検出部で検出して当該ツールの共振周波数を共振データ記憶部に登録する登録動作を行い、電子部品をワークに圧着するときは、使用するツールの共振周波数を前記共振データ記憶部から呼び出して、前記共振周波数自動追尾機能をオンにした状態で前記共振周波数を補正して前記振動子を駆動することを特徴とする電子部品の超音波圧着方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子部品の超音波圧着装置の構成図、図２は同超音波制御部のブロック図、図３は同機能ブロック図、図４、図５、図６、図７は同モニターの画面図、図８、図９、図１０は同動作のフローチャートである。
【０００９】
まず、図１を参照して電子部品の超音波圧着装置の全体構成を説明する。図１において、１はボンディングユニットであり、その下部には超音波圧着用のツール２が交換自在に装着されている。ツール２の側部にはツール２を超音波振動させる振動子３が装着されている。ツール２には突部２ａが突設されている。この突部２ａをフリップチップ４の上面に押しつけて超音波振動させながら、フリップチップ４のバンプ５を基板６の電極に圧着する。７は基板６を位置決めするテーブルである。なお超音波圧着の対象となるワークとしては、フリップチップに限らず、例えば電子部品のアウターリードなども対象となる。
【００１０】
次にツール２を超音波振動させるための制御系について説明する。１０はバスであり、超音波制御部１１、計測部１２、ＣＰＵから成る制御部１３、記憶部１４、表示部１５、キーボードやマウスなどの操作・入力部１６、入出力部１７が接続されている。
【００１１】
超音波制御部１１と計測部１２は振動子３に接続されており、超音波制御部１１は振動子３の駆動を制御する。振動子３の電流Ｉと電流Ｖは超音波制御部１１と計測部１２にフィードバックされる。計測部１２は、振動子３に流れる電流Ｉを計測し、計測した電流および電圧のデータを計測データとして出力する。
【００１２】
制御部１３は、プログラム（超音波圧着、インピーダンスの検出、共振点検出、ツール設定などのプログラム）の実行に必要な制御を行う。記憶部１４は計測部１２で計測した計測データより算出したツール毎の共振周波数やインピーダンスのデータなどを記憶する。入出力部１７は、モータやシリンダ等のアクチュエータを作動させる信号、データの出力、各種センサから送られてくる信号やデータの入力などを行う。なおアクチュエータや各種センサなどは超音波圧着装置に組み込まれたものであり、これらは周知要素であるからその詳細な説明は省略する。
【００１３】
図２は、超音波制御部１１の詳細な構成を示している。図２において、周波数設定部２１には制御部１３から周波数のデータが送られてくる。そしてこの周波数のデータを記憶するとともに、周波数に比例する信号（電圧）を出力する。超音波発振部２２は、入力される電圧に応じた周波数の超音波信号を出力する。また超音波発振部２２には制御部１３から発振指令信号が送られてくる。超音波発振部２２は、この発振指令信号で指示されたタイミングで超音波信号をアンプ２３に入力する。アンプ２３は制御部１３から送られてくるゲイン信号に応じた増幅率で超音波信号を増幅し、トランス２５で昇圧して振動子３に入力する。
【００１４】
振動子３の電流Ｉと電圧Ｖは位相比較部２６に入力される。位相比較部２６は、電流Ｉと電圧Ｖの位相差に比例する信号（電圧）を出力する。ここで、圧着作業等で共振点がずれると、電流Ｉと電圧Ｖの位相もずれる。そこで位相比較部２６はこの位相のずれを比較し、比較結果に応じた電圧を加算部（後述）２８にフィードバックする。
【００１５】
位相比較部２６にはモード設定部２７が接続されている。モード設定部２７は切替スイッチ２７ａから成っている。通常運転時（ツール２を超音波振動させてフリップチップ４を基板６に圧着する時）には切替スイッチ２７ａは閉じる（共振周波数自動追尾機能ＯＮ）。また計測部１２で電流Ｉや電圧Ｖを計測するときは切替スイッチ２７ａを開き（共振周波数自動追尾機能ＯＦＦ）、制御部１３の指令により周波数ｆをｆｓ→ｆｅへ増大させる。なおこの点については、後に図７を参照して説明する。
【００１６】
周波数設定部２１とモード設定部２７の間には加算部２８が接続されている。加算部２８は周波数設定部２１からの電圧とモード設定部２７を通じて送られてくる位相比較部２６からの電圧を加算し、超音波発振部２２に入力する。圧着作業を行うと、ツール２に作用する荷重の変化により、ツール２の共振周波数が変動するが、この変化を位相比較部２６で検出し、加算部２８にて超音波発振部２２から出力する超音波信号の周波数を補正する。すなわち、位相比較部２６、加算部２８は、共振周波数追尾手段となっている。なおこの共振周波数追尾手段は、周波数設定部２１に設定された周波数を中心に、比較的限られた範囲でしか共振周波数を追尾できないのでツール交換等で共振周波数が大きく変わる場合は、周波数設定部に設定する周波数そのものを変更する必要がある。
【００１７】
次に図３を参照して機能ブロック図を説明する。超音波制御部１１には第１の超音波指令部３１と第２の超音波指令部３２が接続されている。第１の超音波指令部３１は設定モード切替信号と、共振周波数を検出するための周波数信号（周波数を徐々に変化させる信号、本形態では計測開始周波数ｆｓから計測終了周波数ｆｅまで徐々に周波数を増加させる信号）を超音波制御部１１に入力する。また第２の超音波指令部３２は、通常運転（ツール２を共振周波数で超音波振動させてフリップチップ４を基板６に圧着する運転）時の周波数（共振周波数）とアンプ２４による超音波信号の増幅率、すなわち超音波制御部の出力（パワー）を決定するゲイン信号を超音波制御部１１に入力する。
【００１８】
記憶部１４は、インピーダンス波形データ記憶部１４ａと共振データ記憶部１４ｂを有している。計測部１２から送られてくる電流Ｉと電圧Ｖのデータはインピーダンス算出部３４でインピーダンスに変換された後、インピーダンス波形データ記憶部１４ａに登録される。共振状態検出部３３は、インピーダンス波形データ記憶部１４ａに登録されたインピーダンスの波形から共振周波数を検出し、共振データ記憶部１４ｂに入力する。また、これと同時に共振時のインピーダンスを検出してその値を共振データ記憶部１４ｂに入力する。
【００１９】
第２の超音波指令部３２は、共振データ記憶部１４ｂに登録されている複数の共振周波数の中から所定の共振周波数を選択して超音波制御部１１に入力する。また、共振データ記憶部１４ｂのインピーダンスと予め定められているツール２からの超音波出力より超音波制御部１１の超音波出力を決める増幅率を求め、ゲイン信号として超音波制御部１１へ出力する。第１の超音波指令部３１、第２の超音波指令部３２、共振状態検出部３３、インピーダンス算出部３４は制御部１３によって実行されるソフトウエアである。
【００２０】
次に、図４〜図１０を参照して動作を説明する。図４〜図７は表示部１５（図１）の画面を示しており、また図８〜図１０は動作のフローチャートを示している。図４は表示部１５のメニュー画面を示している。メニューは「自動運転」と「ツール設定」である。「自動運転」とはフリップチップ４にツール２を押しつけてフリップチップ４のバンプ５を基板６に超音波圧着する通常の運転動作のことである。このときは図２のモード設定部２７の切替スイッチ２７ａは閉であり、位相比較部２６の信号は加算部２８にフィードバックされ、超音波発振部２２はツール２が所定の共振周波数で振動するように乗算部２３に信号を出力する。また「ツール設定」とは、超音波圧着の対象物であるフリップチップなどの電子部品の品種変更にともない、ツールを交換した場合に、新たなツールの共振周波数を計測して設定する作業である。このとき上記切替スイッチ２７ａは開である。モード設定部２７に対するモード切替信号は制御部１３から出力される。以下、ツール設定作業を説明する。
【００２１】
図４のメニュー画面において、「ツール設定」をクリックして選択するとツール設定画面が表示される（図８のステップ１）。図５はツール設定画面を示している。ツール設定画面には、ツール名称（本形態のツール２の突部２ａの平面形状は矩形であり、本例ではその一辺の長さを１．０ｍｍ，１．５ｍｍ・・・３．０ｍｍとしてツール名称を表示している）、その共振周波数ＫＨｚと、共振時のインピーダンスＺ、並びに作業メニュー（設定、削除、計測、取消）が表示されている。なお各ツールの共振周波数とインピーダンスＺは、共振データ記憶部１４ｂ（図３）に記憶された既存のデータが表示される。
【００２２】
図８のステップ２ａ，２ｂ，２ｃにおいて、「設定」「削除」「計測」の何れかをクリックして選択する。ここで、「設定」を選択すると、選択された共振周波数を、周波数設定部２１（図２）の周波数に設定、インピーダンスより求められた増幅率（ゲイン信号）をアンプ２３に設定する。図５の表示画面は、１．５ｍｍのツールが設定されていることを示している。また「削除」を選択すると、選択された共振周波数とインピーダンスのデータを削除する。また「計測」を選択すると計測処理を実行する。「取消」は操作の取消である。
【００２３】
本発明は、ツールの共振周波数及びインピーダンスの計測・設定に係るものであり、したがって図５の表示画面で「計測」を選択し、計測処理を図９、図１０のステップで実行する。すなわち図９のステップ３で、図６のメッセージ画面が表示される。このメッセージ画面で、ツール２が正しくボンディングユニット１にセットされているかどうかを確認するように作業者に促す。ツールが正しくセットされていることを確認したら、作業者は図６の確認ボタンを押す。ステップ４において確認ボタンが押されると、次の処理へ移る。
【００２４】
ステップ５において、モード設定部２７の切替スイッチ２７ａが開となり、計測モードに切り替える。次にステップ６で計測開始周波数ｆｓを設定する。次にステップ７で、発振指令信号がＯＮとなり、超音波発振部２２（図２）に入力される。次いで、ステップ８〜１０で周波数を計測終了周波数ｆｅまで徐々に増加させながら、計測部１２（図２）で電流Ｉの計測を行う。
【００２５】
計測終了周波数ｆｅに到達したならば発振指令信号（図２も参照）をＯＦＦにし（ステップ１１）、モード設定部２７の切替スイッチ２７ａを閉にして自動追尾モードに切り替え（ステップ１２）、共振周波数検出処理を行い（ステップ１３）、計測画面を表示する（図１０のステップ１４）。図７はこのときの計測画面を示している。
【００２６】
図７の計測画面は、周波数をｆｓからｆｅまで次第に増加させた場合のインピーダンスＺの波形データを示しており、この波形はインピーダンス波形データ記憶部１４ａ（図３）に登録される。インピーダンスＺが最小（ｍｉｎ）のときの周波数が当該ツールの共振周波数ｆａである。この共振周波数ｆａは共振状態検出部３３（図３）で検出される。次いでステップ１５で「保存」をクリックし、当該ツールの固有の共振周波数ｆａとこのときのインピーダンスＺｍｉｎをツール名称とともに保存（共振データ記憶部１４ｂに登録）する（ステップ１６）。以上により計測モードは終了し、図５のツール設定画面に戻る（ステップ１７）。
【００２７】
上述したツールの共振周波数及びインピーダンスの計測は、ツールを交換する毎に、新たなツールについて行われる。そして多品種のツールについて、それぞれの共振周波数とインピーダンスを共振データ記憶部１４ｂに登録していく。そして当該ツールを再使用する場合には、第２の超音波指令部３２は共振データ記憶部１４ｂから当該ツールの名称で登録されている共振周波数を呼び出して超音波制御部１１に共振周波数の駆動指令を出力し、当該ツールを共振周波数で共振させながら、電子部品をワークに超音波圧着する。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電子部品の超音波圧着装置にツールの共振周波数を計測する機能を備えているので、ツール交換時には簡単・迅速にツールの共振周波数を計測できる。また多品種のツールについて、それぞれの共振周波数を共振データ記憶部に登録していくことにより、当該ツールを再使用する場合には、当該ツールの共振周波数を呼び出すことにより、段取りよく電子部品のワークへの超音波圧着を実行できる。
【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超音波圧着装置の構成図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品の超音波圧着装置の超音波制御部のブロック図
【図３】本発明の一実施の形態の電子部品の超音波圧着装置の機能ブロック図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品の超音波圧着装置のモニターの画面図
【図５】本発明の一実施の形態の電子部品の超音波圧着装置のモニターの画面図
【図６】本発明の一実施の形態の電子部品の超音波圧着装置のモニターの画面図
【図７】本発明の一実施の形態の電子部品の超音波圧着装置のモニターの画面図
【図８】本発明の一実施の形態の電子部品の超音波圧着装置の動作のフローチャート
【図９】本発明の一実施の形態の電子部品の超音波圧着装置の動作のフローチャート
【図１０】本発明の一実施の形態の電子部品の超音波圧着装置の動作のフローチャート
【符号の説明】
１  ボンディングツール
２  ツール
３  振動子
４  フリップチップ
６  基板
１１  超音波制御部
１２  計測部
１３  制御部
１４  記憶部
１４ａ  インピーダンス波形データ記憶部
１４ｂ  共振データ記憶部
２１  周波数設定部
２２  超音波発振部
２６  位相比較部
２７  モード設定部
３１  第１の超音波指令部
３２  第２の超音波指令部
３３  共振状態検出部
【図１】
0003565063.tif 000002
【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】
0003565063.tif 000007
【図７】
0003565063.tif 000008
【図８】
0003565063.tif 000009
【図９】
0003565063.tif 000010
【図１０】
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