(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品供給テーブル上に載置された電子部品を取り出しノズルにて取り出し、前記電子部品を保持した前記取り出しノズルから前記電子部品を実装ユニットに付随する搭載ノズルに反転移載し、前記搭載ノズルに保持された前記電子部品と基板ステージ上のＸＹ平面に延在する回路基板における前記電子部品の実装位置との比較により前記搭載ノズルによる実装位置が補正され、前記搭載ノズルにより前記電子部品を実装テーブル上の前記回路基板に対して実装する電子部品の実装装置であって、
前記実装ユニットは、前記ＸＹ平面に垂直なＺ軸方向の移動及び前記Ｚ軸を中心とする回動が自在なシャフトと、
前記シャフトを前記Ｚ軸方向に駆動するボイスコイルモータと、
前記シャフトの前記Ｚ軸方向の運動を規制するソレノイドと、
前記搭載ノズルに超音波振動を付与する超音波ホーンと、
前記超音波ホーンを介して前記搭載ノズルを保持する固定手段と、を有し、
前記固定手段は、前記シャフトと前記超音波ホーンとの相対的な傾きを調整する調整手段を介して前記シャフトに保持されていることを特徴とする電子部品の実装装置。
【請求項２】
前記調整手段は、
前記シャフトの下端に固定される第一の調整板と、
前記第一の調整板の下面に配置され、且つ前記固定手段が下面の側に配置される第二の調整板と、を有し、
前記第一の調整板は、
三角形配置の３点の穴の１つに配置されて前記第一の調整板の下面側に露出する球面受けと、
前記３点の穴の他の２つの穴に配されて前記第一の調整板に対して前記第二の調整板を下方へ押す２つの押しボルトと、
前記第一の調整板の前記三角形配置の前記３点の穴よりも中心側に配置され、前記第一の調整板を貫通する貫通孔を介して前記第二の調整板に埋設されたネジ穴に累合する３つの固定ボルト、を有し、
前記固定ボルトにより、前記第一の調整板に対して前記第二の調整板を上方に引き上げることで前記第一の調整板と前記第二の調整板との相対的な傾きを調整することを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装装置。
【請求項３】
部品供給テーブル上に載置された電子部品を取り出しノズルにて取り出し、前記電子部品を保持した前記取り出しノズルから前記電子部品を実装ユニットに付随する搭載ノズルに反転移載し、前記搭載ノズルに保持された前記電子部品と基板ステージ上のＸＹ平面に延在する回路基板における前記電子部品の実装位置との比較により前記搭載ノズルによる実装位置が補正され、前記搭載ノズルにより前記電子部品を実装テーブル上の前記回路基板に対して実装する電子部品の実装装置であって、
前記実装ユニットは、前記ＸＹ平面に垂直なＺ軸方向の移動及び前記Ｚ軸を中心とする回動が自在なシャフトと、
前記シャフトを前記Ｚ軸方向に駆動するボイスコイルモータと、
前記シャフトの前記Ｚ軸方向の運動を規制するソレノイドと、
前記搭載ノズルに超音波振動を付与する超音波ホーンと、
前記超音波ホーンを介して前記搭載ノズルを保持する固定手段と、を有し、
前記固定手段は前記超音波ホーンの取付方向がＸ或いはＹ軸方向に沿うように調整可能であることを特徴とする、電子部品の実装装置。
【請求項４】
前記固定手段はねじの螺合で固定され、厚さの異なるワッシャを挟み込むことにより厚さ調整を行うことで前記取付方向を規定することを特徴とする請求項３に記載の電子部品の実装装置。
【請求項５】
前記固定手段は前記Ｚ軸方向において前記基板ステージに近い側の下端に取り付けられ、
前記シャフトは、前記ソレノイドよりも前記固定手段の近傍に装着されたスプライン及びベアリングによって支持されていることを特徴とする、請求項１乃至４の何れか一項に記載の電子部品の実装装置。
【請求項６】
前記スプラインは、潤滑剤に圧縮空気を用いた滑り軸受けからなることを特徴とする、請求項５に記載の電子部品の実装装置。
【請求項７】
前記実装ユニットは前記回路基板に設けられた基板マークを認識する基板マーク認識用カメラをさらに有し、
前記基板マーク認識用カメラは、前記回路基板と前記電子部品との実装不良を判別することを特徴とする、請求項１乃至６の何れか一項に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】
本発明は、電子部品を回路基板に装着する、いわゆる電子部品の実装を行う装置および方法に関する。より詳細には、バンプ（凸部電極）を備えたフリップチップと呼ばれるＩＣチップを回路基板に装着する際に好適に用いられる実装装置および実装方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子装置の小型化に伴って、回路基板上に、より高密度に電子部品を実装することが求められている。こういった要望に応えるために、実装時における位置精度の高精度化と同時に、部品間隔の挟矮化（挟ピッチ化）が進められている。また、新たな形態として、多層化された基板に設けられたキャビティに電子部品を実装する例も増えてきている。
【０００３】
このような電子部品の実装工程においては、従来、回路基板上に電子部品を実装する際の位置精度を高める方法として、画像処理技術が用いられていた。特許文献１或いは２には画像処理用の構成を付加した実装装置が開示されている。具体的には、予め回路基板をカメラ等で撮像して得られた映像を画像処理することによって電子部品の実装位置を確定し、同時に供給位置に配置された電子部品についても同様の処理を通じてその配置を確定し、相互に比較して相対的な位置ずれを求めている。供給位置に配置された電子部品は、取り出しノズルによってここに取り出され、中間ステージ上に一旦載置された後に搭載ノズルによって把持され、先に求められた位置ずれを勘案した上で搭載ノズルによる実装処理が為されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１０３９２３号公報
【特許文献２】特開２００５−２９４７７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＩＣ等のチップを基板に実装する場合、チップを保持する搭載ヘッドがチップを基板上の所定位置に接触させ、搭載ヘッドを介して当該チップに超音波振動を与えることによって、チップと基板との接続が為される。上述の如く挟ピッチ化が進められことに伴い、搭載ノズルについてもチップ実装位置周辺のスペースに対して干渉しないことが求められる。従って、搭載ノズルにおけるチップ保持部の形状は、チップの形状に合わせたものであり且つチップより小型であることが好ましい。
【０００６】
ここで、超音波を用いてチップと基板との接合を行う場合、チップに対する荷重のかかり方に偏り等が生じ、接合状態に対して悪影響をおよぼす恐れもある。特許文献1或いは２に開示される技術において、このような位置ずれは現状のチップサイズあるいは実装状況に於いては許容できるレベルにある。しかし、今後更に挟ピッチ化等を進める上で、高精度の実装向きに、搭載ノズルによるチップの把持精度、均等な押圧荷重の付加等に関しては、改善されることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る実装装置は、部品供給テーブル上に載置された電子部品を取り出しノズルにて取り出し、前記電子部品を保持した前記取り出しノズルから前記電子部品を実装ユニットに付随する搭載ノズルに反転移載し、前記搭載ノズルに保持された前記電子部品と基板ステージ上のＸＹ平面に延在する回路基板における前記電子部品の実装位置との比較により前記搭載ノズルによる実装位置が補正され、前記搭載ノズルにより前記電子部品を実装テーブル上の前記回路基板に対して実装する電子部品の実装装置であって、前記実装ユニットは、前記ＸＹ平面に垂直なＺ軸方向の移動及び前記Ｚ軸を中心とする回動が自在なシャフトと、前記シャフトを前記Ｚ軸方向に駆動するボイスコイルモータと、前記シャフトの前記Ｚ軸方向の運動を規制するソレノイドと、を有することを特徴とする。
【０００８】
なお、前述した実装装置において、前記実装ユニットは、前記Ｚ軸方向において前記基板ステージに近い側の下端に取り付けられたクランプと、前記搭載ノズルに超音波振動を付与する超音波ホーンと、を有し、前記搭載ノズルは、前記超音波ホーン及び前記クランプを介して前記シャフトに保持され、前記シャフトは、前記ソレノイドよりも前記クランプの近傍に装着されたスプライン及びベアリングによって支持されていることが好ましい。
【０００９】
また、上記課題を解決するために、本発明の更なる実施形態に係る実装装置は、部品供給テーブル上に載置された電子部品を取り出しノズルにて取り出し、前記電子部品を保持した前記取り出しノズルから前記電子部品を実装ユニットに付随する搭載ノズルに反転移載し、前記搭載ノズルに保持された前記電子部品と基板ステージ上のＸＹ平面に延在する回路基板における前記電子部品の実装位置の比較により前記搭載ノズルによる実装位置が補正され、前記搭載ノズルにより前記電子部品を実装テーブル上の前記回路基板に対して実装する電子部品の実装装置であって、前記実装ユニットのＹ軸方向の移動を支持するガイドレールに沿って延在するリニアスケールと、
前記リニアスケールで検出される前記実装ユニットの位置情報に基づいて前記実装ユニットの前記Ｙ軸方向の移動を行うＹ軸駆動手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、本発明の更なる実施形態に係る実装装置は、部品供給テーブル上に載置された電子部品を取り出しノズルにて取り出し、前記電子部品を保持した前記取り出しノズルから前記電子部品を実装ユニットに付随する搭載ノズルに反転移載し、前記搭載ノズルに保持された前記電子部品と基板ステージ上のＸＹ平面に延在する回路基板における前記電子部品の実装位置の比較により前記搭載ノズルによる実装位置が補正され、前記搭載ノズルにより前記電子部品を実装テーブル上の前記回路基板に対して実装する電子部品の実装装置であって、前記実装ユニットは、前記ＸＹ平面に垂直なＺ軸方向の移動及び前記Ｚ軸を中心とする回動が自在なシャフトと、前記実装ユニットは前記Ｚ軸方向において前記基板ステージに近い側の下端に取り付けられたクランプと、前記シャフトを支持するスプライン及びベアリングと、前記搭載ノズルに超音波振動を付与する超音波ホーンと、前記シャフトの下端に固定される第一の調整板と、前記第一の調整板の下面に配置される第二の調整板と、前記第二の調整板の下面に配置され且つ前記超音波ホーンを介して前記搭載ノズルを保持する固定手段と、を有し、前記第一の調整板に配された三角形配置の３点の穴の１つに前記第一の調整板の下面側に露出する球面受けを支点として配置し、２つの穴に配された押しボルトで前記第一の調整板に対して前記第二の調整板を下方へ押すと共に、前記第一の調整板の前記三角形配置の前記３点の穴よりも中心側に配置され、前記第一の調整板を貫通する貫通孔を介して前記第二の調整板に埋設されたネジ穴に累合する３つの固定ボルトにより、前記第一の調整板に対して前記第二の調整板を上方に引き上げ、前記第一の調整板と前記第二の調整板との相対的な傾きを調整することを特徴とする。
【００１１】
なお、上述した実装装置にあっては、前記スプラインは、潤滑剤に圧縮空気を用いた滑り軸受けからなることが好ましい。また、前記実装ユニットは前記回路基板に設けられた基板マークを認識する基板マーク認識用カメラをさらに有し、前記基板マーク認識用カメラは、前記回路基板と前記電子部品との実装不良を判別することが好ましい。
【００１２】
また、上記課題を解決するために、本発明の更なる実施形態に係る実装装置は、部品供給テーブル上に載置された電子部品を取り出しノズルにて取り出し、前記電子部品を保持した前記取り出しノズルから前記電子部品を実装ユニットに付随する搭載ノズルに反転移載し、前記搭載ノズルに保持された前記電子部品と基板ステージ上の回路基板における前記電子部品の実装位置の比較により前記搭載ノズルによる実装位置が補正され、前記搭載ノズルにより前記電子部品を実装テーブル上の前記回路基板に対して実装する電子部品の実装装置であって、前記基板ステージに、前記電子部品を保持するか否かを認識する情報を得る電子部品認識用カメラが取り付けられていることを特徴とする。
【００１３】
なお、前述した実装装置にあっては、前記電子部品認識用カメラが得る情報は、前記電子部品のバンプの有無であることが好ましい。或いは、前記電子部品認識用カメラが得る情報は、前記搭載ノズルの異物の付着有無であることが好ましい。また、前述した実装装置にあっては、前記実装ユニットは前記回路基板に設けられたマークを認識する回路基板マーク認識用カメラを有し、前記電子部品認識用カメラ及び前記回路基板マーク認識用カメラは、位置較正用の部材を前記各々撮像し、得られた映像を画像処理して、各々の相対位置関係を認識して位置較正動作を行い、前記実装装置の運転開始初期には、前記位置較正動作を第一の所定間隔毎で行い、運転開始後所定の運転時間が経過した後は、前記位置較正動作を前記第一の所定間隔よりも長い第二の所定間隔毎で行うことがより好ましい。
【００１４】
また、本発明の更なる実施形態に係る実装装置は、部品供給テーブル上に載置された電子部品を取り出しノズルにて取り出し、前記電子部品を保持した前記取り出しノズルから前記電子部品を実装ユニットに付随する搭載ノズルに反転移載し、前記搭載ノズルに保持された前記電子部品と基板ステージ上の回路基板における前記電子部品の実装位置の比較により前記搭載ノズルによる実装位置が補正され、前記搭載ノズルにより前記電子部品を実装テーブル上の前記回路基板に対して実装する電子部品の実装装置であって、前記基板ステージは、アルミ製のヒートブロックからなる下板と、前記回路基板を支持する面を構成するステンレス製の上板と、を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の更なる実施形態に係る実装装置は、部品供給テーブル上に載置された電子部品を取り出しノズルにて取り出し、前記電子部品を保持した前記取り出しノズルから前記電子部品を実装ユニットに付随する搭載ノズルに反転移載し、前記搭載ノズルに保持された前記電子部品と基板ステージ上の回路基板における前記電子部品の実装位置の比較により前記搭載ノズルによる実装位置が補正され、前記搭載ノズルにより前記電子部品を実装テーブル上の前記回路基板に対して実装する電子部品の実装装置であって、前記取り出しノズルを包含する取り込み部ユニットは箱形状カバーで覆われており、前記箱形状カバーは排気用継手を有し、前記排気用継手に接続された配管を介して前記箱形カバーの内部空間の塵埃および空気を実装装置の外部へ排出することを特徴とする。
【００１６】
或いは、本発明の更なる実施形態に係る実装装置は、部品供給テーブル上に載置された電子部品を取り出しノズルにて取り出し、前記電子部品を保持した前記取り出しノズルから前記電子部品を実装ユニットに付随する搭載ノズルに反転移載し、前記搭載ノズルに保持された前記電子部品と基板ステージ上のＸＹ平面に延在する回路基板における前記電子部品の実装位置の比較により前記搭載ノズルによる実装位置が補正され、前記搭載ノズルにより前記電子部品を実装テーブル上の前記回路基板に対して実装する電子部品の実装装置であって、前記部品供給テーブルは、ダイシングされた複数のウエハを貼着した粘着テープを固定する環状のウエハリングと、前記ウエハリングに対して前記ＸＹ平面に垂直なＺ軸方向に関して下方であって前記環状の内側に配置される環状のエクスパンドリングと、前記ウエハリングの前記Ｚ軸方向に下方であって前記環状の内側に配置されて、前記粘着テープを前記Ｚ軸方向の上方に突上げ可能な突き上げニードルと、前記エクスパンドリングに対して、前記部品供給テーブルと前記ウエハリングとを相対的に前記Ｚ軸方向に下降させるテーブル下降手段と、前記突き上げニードルを前記Ｚ方向に駆動させるニードル駆動手段と、を有し、前記テーブル下降手段はサーボモータによって駆動され、前記ニードル移動手段はサーボモータとカム機構によって駆動される、ことを特徴とする。
【００１７】
なお、前述した実装装置にあっては、前記取り出しノズルを包含する取り込み部ユニットは、前記粘着テープに貼着された前記ウエハを撮像する供給部品認識用カメラと、前記粘着テープ上の張力分布により生じる前記ウエハの前記Ｚ軸を回りの回転方向の位置ズレ量を求め補正する、回転駆動用モータと、を有することが好ましい。更に、前述した実装装置にあっては、前記供給部品認識用カメラは、前記ウエハの不良品検出をあわせて行うことがより好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、上記状況に鑑みて為されたものであり、搭載ノズルに対して位置ずれを生じさせることなく、高い位置精度でチップを保持させることを可能とするチップの実装装置および実装方法を提供することを目的としている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る実装装置における主要部構成を簡略化して示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る実装装置の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態において用いた基板テーブルユニット１０の構造を模式的に示す図である。
【図４】本発明の一実施形態において用いた部品供給テーブル２１の構成を模式的に示す図である。
【図５】図４に示す部品供給テーブル２０において、チップウエハを突き上げる構成を模式的に示す図である。
【図６】本発明の一実施形態において用い、取り込み部ユニット３９に付加した箱形状カバー３９ａを模式的に示す図である。
【図７】本発明の一実施形態において用いた実装ユニット５７の軸方向断面での構造の概略を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態において用いた傾き調整機構６００の概略構成を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態であって平板形状の超音波ホーン６９を用いた場合の装置構成の概略を示す図である。
【図１０】図９に示す超音波ホーン６９を用いた場合の搭載ノズル５１の構造を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係るチップ実装方法をフローチャートにて示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［実施例］
以下に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る実装装置における主要部の概略構成について、また図２は、当該装置の概略構成を簡略化して示している。図２に示すように、本装置は、回路基板等を支持する基板テーブルユニット１０、電子部品を支持する部品供給テーブル２０、取り出しノズルを支持する部品取り込み部３０、搭載ノズルを支持する実装部５０とから構成される。
【００２１】
基板テーブルユニット１０は、真空吸着等によって実際に基板を支持する基板ステージ１１、図中矢印で示すＸ方向に基板ステージ１１を駆動するＸ軸駆動モータ１３、Ｙ方向に基板ステージ１１を駆動するＹ軸駆動モータ１５、および後述する搭載ノズルに保持された電子部品（チップ）の姿勢等を認識するための部品認識カメラ１７を有している。部品認識カメラ１７は、基板ステージ１１に対して固定されており、基板ステージ１１と常に一定の位置関係を有している。ここで、部品認識カメラ１７で得られた画像から、後述する搭載ノズルに異物が付着しているか否かを認識している。もし異物の付着がありその除去が必要と判断された場合は、搭載ノズルのクリーニングが行われる。更に、部品認識カメラ１７で得られた画像からは、チップの表面にバンプが適切に存在しているか否かが認識される。バンプが欠落しているチップは基板への実装が行われないように動作が制御される。なお、本実施例では部品認識カメラ１７が基板ステージ１１に対して固定されて、基板ステージ１１と共に移動する構成となっている。しかし、部品認識カメラ１７を独立して移動させる駆動手段を更に配し、基板ステージ１１と部品認識カメラ１７とが別々に移動する構成としても良い。
【００２２】
ここで、実際に電子部品を基板に実装する際に、好適な実装を行うために基板の加熱を行う場合がある。その際に基板加熱が適当でなく、基板における温度分布が適当でない場合には、基板の微小な変形或いは接合の程度の部分的な不均一が生じる場合が考えられる。本実施形態では、このような事態を考慮して、基板を均等に加熱しつつ実装工程が行えるように基板ステージ１１に加熱機構を配している。具体的な構造について基板ステージ１１の断面構造を模式的に示す図３を参照して説明する。基板ステージ１１は、基板と直接接触して支持するステンレス製の上板（基板支持板）１１ａと、上面に上板１１ａが固定されて内部に発熱体が組み込まれるアルミ製の下板（ヒートブロック）１１ｂと、が上下に組み合わされた構造になっている。アルミ製の下板１１ｂは平面視でステンレス製の上板よりも広い形状を有しており、上板１１ａによる基板ステージ１１の耐食性、耐摩耗性の向上と、下板１１ｂによる基板ステージ１１の温度分布の均一化と、が両立して実現される。
【００２３】
部品供給テーブル２０は、部品が載置されるテーブル２１、テーブル２１をＸＹ方向に駆動する不図示の駆動モータ、テーブル２１をＸＹ平面上にて回転駆動する回転駆動用モータ２３、およびテーブル２１をＺ軸方向に昇降する不図示のテーブル昇降駆動機構を有している。ここで部品載置用のテーブル２１について詳述する。図４及び５は、テーブル２１及び付随する構成の軸方向断面を模式的に示している。環状（リング）形状を有するテーブル２１は、半導体素子等が作り込まれた後に必要なサイズのチップ形状にダイシングされたウエハ２０１ａを貼着した粘着テープ２０１ｂを固定したウエハリング２０２を支持する。ウエハリング２０２は該粘着テープ２０１ｂを固定する。粘着テープ２０１ｂ及びウエハリング２０２の下方（Ｚ軸方向下方）であって、環状の内側には、同様に環状のエクスパンドリング２０３と突き上げニードル２０４とが配置されている。
【００２４】
不図示のテーブル昇降駆動装置によってテーブル２１と共にウエハリング２０２を矢印Ａ（Ｚ軸方向）に沿って下降させることにより、テーブル２１の開口２１ａを介してエクスパンドリング２０３が粘着テープ２０１ｂを相対的に押し上げ、ウエハ２０１ａが貼着された領域の粘着テープ２０１ｂを引き延ばす張力を発生させる。本発明では、ウエハリング２０２をエクスパンドリング２０３に向かって下降させる動作を不図示のテーブル昇降駆動装置、即ちテーブル下降手段であるサーボモータで駆動することとしている。これにより、ウエハリング２０２の粘着テープ２０１ｂの引き延ばし量を容易に精度良く調整することができる。
【００２５】
次に、テーブル２１に関して、ウエハリング２０２を下降させた際に粘着テープ２０１ｂからウエハ２０１ａを好適に取り出す機構について詳述する。当該機構及びこれに付随する機構の概略構成は前述した図４及び図５に示される。同図に示すように、粘着テープ２０１ｂに貼着されたウエハのチップ２０１ａは、突き上げニードル２０４によりテーブル２１の開口を介して下方から、即ちＺ軸方向上方に突き上げられる。この突上げ操作によって、ウエハ２０１ａは当該粘着テープ２０１ｂ上から容易に取り出すことが可能である。突き上げニードル２０４は下端にカムフォロア２０１ａを有し、サーボモータで回転駆動される楕円形状のカム２０５がカムフォロア２０４ａに接触しながらカムフォロア２０４ａを鉛直方向に変位させることによって、突き上げニードル２０４の昇降動作が高精度に位置制御される。これらカム２０５及びカムフォロア２０４ａは本発明におけるカム機構を構成し、更にサーボモータを含めてニードル移動手段を構成する。
【００２６】
部品取り込み部３０は、上下反転用の回転軸３１によって回動可能に支持された取り出しノズル３３および回転軸３１および取り出しノズル３３を昇降駆動させる取り出しノズル昇降用モータ３５を有している。これらは、取り込み部ユニット３９として一体化されており、不図示の駆動モータによってＸ軸方向に駆動可能となるように、取り込み部基台３７により支持されている。ここで、種々の構成より成り立つ取り込み部ユニット３９は、不図示の箱形状カバーで覆われており、この箱形状のカバーの一面には不図示の排気用継手が取り付けられている。当該態様について、取り込み部ユニット３９を箱形状カバー３９ａにて覆った状態を図６に示す。図６は該箱形状カバー３９ａに覆われた状態を模式的に示している。本形態では箱形状カバー３９ａの内部の雰囲気を排気用継手３９ｂから吸引し、排気用継手３９ｂに接続された不図示の配管を介して実装装置の外部へ排出している。この排気機構を設けることにより、取り込み部ユニット３９で発生する塵埃の実装装置内部へ拡散が防止される。
【００２７】
また、部品取り込み部３０は、さらに供給部品認識用のカメラ４１およびプリアラインメントカメラ４３を有しており、これらは取り出しノズル３３等からなる取り込み部ユニット３９とは独立して取り込み部基台３７に固定、支持されている。ここで、供給部品認識用カメラ４１は、ウエハリング２０２の粘着テープ２０１ｂに貼着されているチップ形状にダイシングされたウエハ２０１ａを撮像する。得られた映像を画像処理して、粘着テープ２０１ｂをウエハリング２０２へ取り付ける際の張力分布により生じるウエハのθ方向（Ｚ軸を中心とする回転方向）の位置ズレ量を求め、回転駆動用モータ２３でテーブル２１を位置ズレ量に基づいて回転させてウエハのθ方向位置を基準位置とする。
【００２８】
また、供給部品認識用のカメラ４１で得られた画像から、各々のウエハ２０１ａの表面にバンプが適切に存在しているか否かを認識して、バンプが欠落している等の不良品と判断されたウエハ２０１ａは取り出さないように取り出しノズル３３の動作が制御される。更に、供給部品認識用カメラ４１で得られた画像からは、前工程での検査、試験により不良と判断されたチップに対して人手により付けられた不良マークが認識される。不良マークの付いたウエハ２０１ａは取り出さないように取り出しノズル３３の動作が制御される。即ち、供給部品認識用カメラ４１は、本発明において電子部品たるウエハ２０１ａを保持するか否かを判断するための情報を得る、電子部品認識用カメラとしても機能する。
【００２９】
プリアラインメントカメラ４３は、取り出しノズル３３に保持されたチップを撮像する。これにより得られた映像に対しては、画像処理が施され、チップを保持した際の基準位置あるいは基準姿勢からのズレ量が求められる。ズレは、Ｘ方向、Ｙ方向、および角度θとして求められる。これらズレ量の算出は不図示の制御装置において為され、当該制御装置はプリアラインメントカメラ４３と共にズレ量検出手段を構成する。また、該制御装置は、前述した供給部品認識用カメラ４１により得られた画像から、チップ上のバンプの適否、不良マークの有無等を検出してチップの使用の可否を判定する断定手段としての機能も有する。
【００３０】
実装部５０は、例えば超音波を用いて電子部品を回路基板に対して実装可能な機能を有する搭載ノズル５１、ＸＹ平面に対して垂直な軸を中心として搭載ノズル５１を回転駆動するためのθ回転モータ５３、および搭載ノズル５１とθ回転モータ５３とを昇降させる搭載ノズル昇降用モータ５５を有している。また、本明細書では、実装部５０の一部であって、搭載ノズル５１に対して超音波振動を付与する構成及び付随する構成を実装ユニット５７として定義する。
【００３１】
ここで、実装ユニット５７について図７を用いて詳細を説明する。実装ユニット５７は超音波発振機６７とこれに固定される超音波ホーン６９を有する。搭載ノズル５１は、超音波ホーン６９の振動の腹（最大振幅部分）の部分に空けられた穴６９ａに挿入固定されている。当該穴６９ａは、超音波ホーン６９における搭載ノズル用締結穴として機能する。搭載ノズル５１先端に吸着される不図示の電子部品には、超音波ホーン６９を介して超音波振動付与され、この超音波の振動エネルギによって電子部品と基板の各々の電極が接合される。超音波ホーン６９は振動の節（最小振動部分）をクランプ５０１で機械的に保持されており、さらにクランプ５０１はＺ方向に軸を有するシャフト５０３と機械的に締結されている。この時、クランプ５０１のシャフト締結用穴５０１ａと超音波ホーン６９の搭載ノズル締結用穴６９ａとは同一軸上に存在し、シャフト５０３の回転θと搭載ノズル５１の回転θは一致する。
【００３２】
シャフト５０３は、Ｚ方向をスプライン５０５によって支持される断面多角形である第一のシャフト部５０３ａと、θ方向をスライドロータリーブッシュ５０７によって支持される断面円形である第二のシャフト部５０３ｂとに区分される。スプライン５０５は、その外筒をベアリング５０９によって支持されている。従って、シャフト５０５はＺ軸方向の移動及びＺ軸を中心とする回動が自在となる。このスプライン５０５とベアリング５０９とは、シャフト５０３のＺ軸方向下端にあるクランプ５０１の近傍に位置する。より詳細には、スプライン５０５及びベアリング５０９は、ソレノイド５１３から見てボイスコイルモータ５１１よりもクランプ５０１近傍に配置される。当該配置を満たすことにより、搭載ノズル５１を高い剛性で保持することができる。シャフト５０３のＺ方向動作はボイスコイルモータ５１１で与えられ、このボイスコイル５１１でノズル５１先端の電子部品に押圧力を与える。従って、シャフト５０３は該ボイスコイルモータ５１１によりＺ軸方向に駆動される。さらにシャフト５０３のＺ軸上方に設置されたソレノイド５１３に連結されたベアリングケース５１５を、ブロック５１７に当接させることで、シャフト５０３がＺ方向に自由移動させることを防ぐ。即ち、該ソレノイド５１３によりシャフト５０３のＺ軸方向の運動が規制される。
【００３３】
シャフト５０３の慣性質量は、前述したボイスコイル５１１で保持しきれない。このため、実装ユニット５７全体をＺ軸方向に移動させた時には、シャフト５０３が実装ユニット５７の中で慣性によって移動する。本発明では、これを防ぐために、ソレノイド５１３の力でシャフト５０３を所定の配置で保持することとしている。シャフト５０３のθ方向動作は、減速機を組み込んだθ回転モータ５３によって、フランジを介してスプライン５０５の外筒へ伝導され、スプライン５０５を介して第一のシャフト部５０３ａへと伝達される。なお、本発明において、上記したスプライン５０５としては、転がり軸受けや、潤滑剤に圧縮空気を用いた滑り軸受け（エアスライド）を用いることができる。摩擦等の負荷や機械的なベアリング等経時劣化が存在しないエアスライドを用いることにより、長期間安定した摺動状態が得られ、且つ高い停止制度も維持可能となる。
【００３４】
本発明では、更に、シャフト５０３のＺ軸方向下端にあるクランプ５０１に、ホーン取付け面の傾きを調整する傾き調整機構６００を設けることもできる。図８は、該傾き調整機構６００を模式的に示している。図８（ｂ）は後述する第一の調整板６０１を、図８（ｃ）は第二の調整板６０２を、図８（ｄ）は断熱板６０３を、各々シャフト５０３の配置方向から見た平面図であり、図８（ａ）はこれら構成を組み込んだ状態を図８（ｂ）及び（ｃ）における線８（ａ）−８（ａ）に沿った断面から見た状態を示している。該傾き調整機構６００において、シャフト５０３の下端に固定される三角形状の第一の調整板６０１と、その下面に配置される第二の調整板６０２との傾きは、球面受け６０６により調整する。なお、これら調整板の形状は一例であり、円板形状等、その他の構成との配置を考慮する等により種々の形状とすることが可能である。
【００３５】
より詳細には、第一の調整板６０１の三角形状に配置された３つの穴（２つは後述するネジ穴）の１つの角に当たる穴に球面受け６０６を配置し、これを第一の調整板６０１の下面側に露出させる。更に、調整板各々の取付け時に、この露出部分を支点として、三角形状の残りの２つの角に設けられた２つの貫通ネジ孔に配された押しボルト６０４で第一の調整板６０１に対して第二の調整板６０２を下方へ押す。その際に、更に該三角形状の内側に配置される該三角形状と同じ方向に頂部を有する三角形状の頂部に位置する３つの固定ボルト６０５を、第二の調整板６０２の対応する位置に配置されたネジ穴と螺合させる。第一の調整板６０１において該固定ボルト６０５が配される位置には貫通孔が設けられている。これら固定ボルト６０５によって第一の調整板６０１に対して第二の調整板６０２を上方に引き上げることにより、第一の調整板６０１と第二の調整板６０２との相対的な傾きを調整して固定する。また、第二の調整板６０２の下面には断熱板６０３を配置し、第二の調整板６０２はこの断熱板６０３を介して不図示の固定手段により超音波ホーン６９の上部が固定される。
【００３６】
これらは実装ユニット５７として一体化されており、不図示の駆動用モータによってＹ軸方向に駆動可能となるように、実装部基台５９により支持されている。なお、実装ユニット５７には、搭載ノズル５１、θ回転モータ５３、およびノズル昇降用モータ５５とは独立して基板マーク認識用カメラ６１が固定、支持されている。ここで、本実施形態では、超音波ホーン６９が円錐形状であり、搭載ノズル５１がこの円錐形状の頂部近傍に配置される構造を例示した。しかし、チップ形状或いは大きさによっては例えば図８に例示されるように超音波ホーン６９が板状の形状を有する構造であっても良い。本発明においてこのような構造を配した場合について、以下に図９等を参照して説明する。
【００３７】
図９は、板形状の超音波ホーン６９を用いた実装ユニット５７を側方から見た場合について、主要な構成を模式的に示している。本形態における実装ユニット５７は、図７に示した実装ユニット同様に、ボイスコイルモータ５１１、シャフト５０３、超音波発信機６７、及び超音波ホーン６９を有している。また該実装ユニット５７は、Ｘ、Ｙ及びＺ軸方向に駆動可能な駆動である実装基台５９により支持されている。本形態では、シャフト５０３の軸上に搭載ノズル５１が配置されている。搭載ノズル５１は取出しノズル３３ノズルに保持されたチップ２を保持し、実装基板上までこれを搬送する。搬送状態を図９（ｂ）に示す。実装基板上まで移動した実装ユニット５７は降下を開始し、図９（ｃ）に示す容易に基板に対するチップ２の実装を行う。
【００３８】
ここで、本形態における搭載ノズル５１について説明する。図１０（ａ）は図９（ｂ）において点線にて囲った搭載ノズル５１を拡大して示したものであり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）における矢印１０（ｂ）方向から該搭載ノズル５１を見た状態を示している。本形態において、搭載ノズル５１は軸方向に貫通孔５１ａが形成された雄ネジ形状を有し、頭部分の外径が六角形状とされている。貫通孔５１ａはチップ２を吸着保持する際の吸引穴として用いられる。該搭載ノズル５１を雌ネジが刻まれた超音波ホーン６９のネジ穴にねじ込むことにより、搭載ノズル５１の実装ユニットへの装着が為される。
【００３９】
このねじ込みの操作の際に、ネジ山の形成状態等により、超音波ホーン６９におけるＸ、Ｙの軸方向に対して、例えば図１０（ｂ）に二点鎖線で示されるような向きで固定される場合がある。通常超音波振動子６７と超音波ホーン６９とは、このＸＹの軸方向に沿って配置されることにより実装に際して好適な振動をチップ２に対して付与できるように設計されている。従って、このように二点鎖線で示された配置で固定された場合、チップ２に対する適切な振動の付与が行われない恐れがある。本発明では、搭載ノズル５１の螺合に際して厚さの異なる複数のワッシャ７１を挟み込み、更にこれらを適宜交換等して厚さ調整を行うことにより、適切な方向にて搭載ノズル５１を固定することとしている。
【００４０】
また、本発明では、基板に設けられる基準マークや実装位置パターンを撮像する基板マーク認識用カメラ６１で得られた映像を画像処理して、前工程での検査、試験により不良と判断された基板上の実装位置に対して、人手により付けられた不良マークを認識している。不良マークの付いた実装位置にはチップを実装しないように搭載ノズル５１の動作が制御される。また、基板マーク認識用カメラ６１で得られた画像から、基板上に設けられた基準位置２点間の距離を算出し、その距離の値が予め設定された許容範囲外であれば基板の異常と判断して、実装動作が停止される。更に、基板マーク認識用カメラ６１は、搭載ノズル５１によりチップを実装した後に基板を撮像する。得られた映像を画像処理して、チップ外形と基板の実装位置パターンを対比することにより、実装基準位置と実際に実装された位置とのズレ量や、基板に対するチップの姿勢の傾きを認識する。
【００４１】
基板マーク認識用カメラ６１と前述の部品認識カメラ１７とは、位置較正用の部材を各々撮像し、得られた映像を画像処理して、２つのカメラの相対位置関係を認識して位置の較正を一定の間隔で行っている。ここで、実装装置の運転開始初期には、装置の動作に伴い装置の構成部材が温度上昇して変形するために２つのカメラの位置較正動作を頻繁に行う必要がある。しかし、その後、運転時間が経過して装置の構成部材の温度上昇が飽和すると変形も飽和するので、実装動作の一時停止を伴う位置較正動作の頻度を減少させることが可能となる。本発明では、前述した制御装置により、この較正操作を実装装置の運転開始時では第一の所定間隔で行い、運転開始後予定の時間が経過した後では第一の所定間隔よりも長い第二の所定間隔にて較正操作を行う制御を行い、実装動作の処理能力を向上させている。第一の所定間隔は例えば１〜２回の実装操作のために要する時間であり、第二の所定間隔は例えば１０〜２０回等、実際の処理をスポイルしないレベルの時間に対応する。
【００４２】
なお、上述のＸ軸方向、Ｙ軸方向に対する各構成の駆動は、各々の駆動用モータに直結したボールネジ軸とガイドレール等からなる組み合わせによって為されている。ここで、Y軸方向は駆動ストロークが長いため、ピッチングやヨーイングなどの位置ずれ現象を生じる恐れがあり、将来的に高い位置精度が求められた際にはこの位置ズレが問題となる可能性がある。そこで、本発明に係る実装装置では、実装ユニット５７をＹ軸方向に駆動する駆動機構のガイドレールに沿ってリニアスケール２２２を延在させ、該リニアスケール２２２で検出される実装ユニット５７の位置情報に基づいてボールネジ軸を回転させる駆動用モータ２２１の動作を制御することとしている。リニアスケール２２２は実装ユニット５７のＹ軸方向の移動を支持するガイドレールに沿って配される。また、駆動用モータ２２１は、リニアスケール２２２により検出される実装ユニット５７のＹ軸方向の位置情報に基づいて実際に該実装ユニット５７の移動を行うＹ軸駆動手段として機能する。
【００４３】
これにより、実装動作を行う際に、実装ユニット５７をＹ軸方向の同一位置で繰り返し位置決め精度良く停止させることが可能となる、更に、本発明では、実装時において、実装ユニット５７を常にY軸上の同一位置にて実装操作を行うこととしている。その結果、実装ユニット５７の停止精度の向上と相まって、ボールネジ軸の歪みによる位置ずれの影響を抑制することが可能となり、位置精度の高い実装操作を行うことが可能となる。また、本実施例においては取り出しノズルがＸ軸方向、搭載ノズルがＹ軸方向に移動することとしているが、取り出しノズルがＹ軸方向、搭載ノズルがＸ軸方向に移動することとなっていても良い。
【００４４】
次に、図１および実際に電子部品を実装する際の手順について示したフローチャートである図１１用いて、電子部品の搭載工程について述べる。電子部品の実装工程が開始されると、まずステップ１において、供給部品認識用カメラ４１により、基板ステージ１１上に載置された実装すべき例えばチップ等の電子部品の位置確認が為される。その際に、バンプ等が適正でないと判断されたチップ、或いは品質上問題ありとして認識用のマークが設けられたチップは、当該供給部品認識用カメラ４１より得られる画像から判別され、取出し対象から除外される。続くステップ２において、基板ステージ１１がＸＹ方向に対してそれぞれ駆動され、被実装チップのＸＹ面上での配置が取り出しノズル３３による取り出し位置と一致するように補正される。その後、ステップ３にて取り出しノズル３３が降下し、被実装チップを吸着、保持する。
【００４５】
チップを保持した取り出しノズル３３は、ステップ４において回転軸３１を中心として回転することで上下反転し、チップを上方に向ける。さらにステップ５で、プリアラインメントカメラ４３の下方まで、Ｘ軸方向に取り出しノズル３３を駆動し、この位置にてチップを撮像する。この撮像結果に基づいて、ステップ６において、当該チップの所定の基準姿勢に対するＸ、Ｙ、θの各方向のズレ量が求められる。ズレ量検出後、チップを保持し且つ上下反転した状態の取り出しノズル３３が、チップ受け取り位置に待機する搭載ノズル５１の下方に位置するステップ７に至る。
【００４６】
続くステップ９にて、搭載ノズル５１が降下し、チップと接触し、真空吸着等によりチップを吸着し、その後取り出しノズル３３によるチップの真空吸着等が解除され、チップの搭載ノズル５１への移載が終了する。なお、搭載ノズル５１がチップと接触する前に、ステップ８にて、ステップ５において求められたズレ量に従って、予めチップに対する搭載ノズルの配置（姿勢）が補正される。具体的には、Ｘ軸方向のズレΔＸの補正が取り出しノズル３３のＸ軸方向の駆動により為され、Ｙ軸方向のズレΔＹ補正およびチップ回転のズレΔθの補正が搭載ノズル５１のＹ軸方向およびθ方向の駆動によってそれぞれ為される。これにより、搭載ノズル５１は、常にチップを所定の姿勢にて保持することが可能となる。
【００４７】
搭載ノズル５１へのチップの移載が終了した後、ステップ１０において、搭載ノズル５１は回路基板に向けてＹ軸方向に駆動される。なお、当該駆動時において、ステップ１１における部品認識カメラ１７によるチップの姿勢確認が為される。また、ここまでの処理が為される間に、基板マーク認識用カメラ６１によって回路基板の撮像および撮像結果に基づくチップ搭載位置の検出が為されている。ステップ１１においては、チップの保持姿勢の確認と共に、チップ搭載位置とチップの保持姿勢との位置関係を求め、ここで再度、基板搭載位置に対してのチップの保持状態の位置ズレが求められる。
【００４８】
続くステップ１２にて、基板ステージ１１のＸＹ方向の駆動が為され、ステップ１１において求められたＸ軸、Ｙ軸それぞれの方向における回路基板の位置ズレが補正される。なお、θ方向のズレ補正は、ステップ８における補正によって許容範囲となっている可能性が高いと思われるが、必要に応じてこれを再度行っても良い。その後、ステップ１３において、搭載ヘッド５１が回路基板に対して降下し、チップの回路基板に対する圧接、取付けの工程が為され、一つの実装工程が終了する。
【００４９】
各図中、各々のノズル先端は、それぞれ真空吸着を行う際に用いられる吸着用のポートを有している。搭載ノズルは、チップ２を不図示の回路基板に圧接することから、チップの吸着面と略等しく且つこれより僅かに小さい形状であることが望ましい。なお、従来の実装装置においては、実装タクトタイムの短縮を目的として、取り出しノズルから搭載ノズルにチップを受け渡す際に、一旦中間ステージを介在させてこの受け渡しを行う構成も用いられている。本発明においても、このような中間ステージを設け、当該ステージ上でチップの姿勢等を検出する構成とすることで装用の効果が得られる。
【００５０】
しかしながら、このためには中間ステージに対してＸＹ方向の駆動機能を付与する必要があり、装置構成が複雑化してしまう。また、中間ステージを介在させることによって、チップの受け渡し回数が増加し、これに伴ってチップの姿勢等が取り出し時と比較してよりそのズレ量を大きくさせる可能性もある。このような補正量あるいは補正パラメータの増加、更には中間ステージのＸＹ方向の移動を考慮すると、搭載ノズルとチップとの位置関係を常に一定に保とうとした場合、タクトタイム短縮の効果はそれほど得られない場合も考えられる。
【００５１】
以上のことを勘案し、本発明においては、中間ステージを設けず、より簡略な構成による実装装置の構築を行っている。従って、搭載ノズルがチップを保持する際の位置補正と、搭載ノズルがチップを基板に対して実装する際の位置補正とが、最小回数の軸数の補正で行われる。このため、実装装置としての信頼性が高く、また稼動初期時の調整等が容易であり、利便性の高い装置を提供することが可能となる。
【００５２】
さらに、本発明によれば、プリアラインメントカメラによるΔθの検出と、搭載ノズルによるチップ受け取り時のΔθの補正工程が増加する以外は、これまでの実装工程と大きな相違がない。従って、従来より用いられていた装置に対し当該検出および補正の工程を付加するだけで、種々の搬送系からなる実装装置についても同様の効果が得られることとなる。すなわち、従来装置を流用して本発明を実施する場合であっても、大きなコストを要することなく、挟ピッチ実装、キャビティ内実装等を行うことが可能となる。
【００５３】
また、本実施例は、比較的小型のチップを高密度に実装する場合等を想定したものであるが、本発明はこれに限定されない。具体的には、例えば、比較的大型の電子部品を実装する際に、この電子部品とほぼ同じ且つ僅かに小さい形状からなる端面を有する搭載のノズルを用い、当該電子部品を所望の状態で確実に保持することが可能となる。従って、電子部品の端面全域に均一な荷重を付加して実装することが可能となり、チップと基板間において良好な接合状態を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００５４】
２：チップ、  １０：基板テーブルユニット、  １１：基板ステージ、１１ａ：上板、  １１ｂ：下板、  １３：Ｘ軸駆動モータ、  １５：Ｙ軸駆動モータ、  １７：部品認識カメラ、  ２０：部品供給テーブル、  ２１：テーブル、  ２１ａ：開口、  ２３：回転駆動用モータ、  ３０：部品取り込み部、  ３１：回転軸、  ３３：取り出しノズル、  ３５：ノズル昇降用モータ、  ３７：取り込み部基台、  ３９：取り込み部ユニット、  ３９ａ：箱状カバー、  ３９ｂ：排気用継手、  ４１：供給部品認識用カメラ、  ４３：プリアラインメントカメラ、  ５０：実装部、  ５１：搭載ノズル、  ５１ａ：貫通孔、  ５３：θ回転モータ、  ５５：ノズル昇降用モータ、  ５７：実装ユニット、  ５９：実装部基台、  ６１：基板マーク認識用カメラ、  ６７：超音波発振機、  ６９：超音波ホーン、  ６９ａ：ノズル締結用穴、  ２０１ａ：ウエハ、  ２０１ｂ：粘着テープ、  ２０２：ウエハリング、  ２０３：エクスパンドリング、  ２０４：突上げニードル、  ２０４ａ：カムフォロア、  ２０５：カム、  ２１１：駆動用モータ、  ２２２：リニアスケール、  ５０１：クランプ、  ５０３：シャフト、  ５０３ａ：第一のシャフト部、  ５０３ｂ：第二のシャフト部、  ５０５：スプライン、  ５１１：ボイスコイルモータ、  ５１３：ソレノイド、  ５１７：ブロック、  ６００：傾斜調整機構、  ６０１：第一の調整板、  ６０２：第二の調整板、  ６０３：断熱板、  ６０４：押しボルト、  ６０５：固定ボルト、  ６０６：球面受け
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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