(57)【要約】【課題】電子部品の好適な装着を容易に実現するとともに保持ツールの保持面の摩耗、および、保持面への異物の付着を抑制する。【解決手段】電子部品装着装置において電子部品を保持する保持ツール３３１は、略円筒状のツール本体３３４、および、ツール本体３３４の下端部から突出する細い略円筒状のツール先端部３３５を備える。保持ツール３３１では、ツール先端部３３５の保持面３３５１および側面のうちの保持面３３５１側の部位にのみに硬化層が形成され、ツール本体３３４とツール先端部３３５との間の段差部３３６には硬化層が形成されない。これにより、ツール本体３３４に付与された超音波振動が適切に減衰することにより、電子部品の高品質な装着を容易に実現することができ、かつ、電子部品の装着による保持面３３５１の摩耗、剥離、異物の付着を抑制することができる。【選択図】図５
2006278399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を回路基板に装着する電子部品装着装置であって、
電子部品を保持する保持ツールと、
前記保持ツールを介して前記電子部品を回路基板に対して押圧する押圧機構と、
前記保持ツールを介して前記電子部品に超音波振動を付与する超音波振動子と、
を備え、
前記保持ツールが、
ツール本体と、
前記ツール本体よりも細い柱状であって前記ツール本体の一端から突出するとともに先端面が前記電子部品を吸着保持する保持面とされた先端部と、
を備え、
前記保持ツールにおいて、前記保持面および前記先端部の側面の前記保持面側の部位に表面改質処理により硬化層が形成されており、前記先端部と前記ツール本体との間の段差部が前記表面改質処理が施されていない非処理状態とされることを特徴とする電子部品装着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子部品装着装置であって、
前記表面改質処理が、窒化処理であることを特徴とする電子部品装着装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電子部品装着装置であって、
前記窒化処理が、精密低温窒化処理であることを特徴とする電子部品装着装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の電子部品装着装置であって、
前記表面改質処理の後に前記保持面上の脆弱層が除去されていることを特徴とする電子部品装着装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電子部品装着装置であって、
前記硬化層の前記保持面における厚さが、１０μｍ以上３０μｍ以下であることを特徴とする電子部品装着装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の電子部品装着装置であって、
前記保持ツールが、ステンレス鋼により形成されることを特徴とする電子部品装着装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の電子部品装着装置であって、
前記電子部品が、半導体発光素子であることを特徴とする電子部品装着装置。
【請求項８】
電子部品を回路基板に装着する電子部品装着方法であって、
電子部品を保持する工程と、
前記電子部品を保持する保持ツールを介して前記電子部品に超音波振動を付与しつつ回路基板に対して押圧する工程と、
を備え、
前記保持ツールが、
ツール本体と、
前記ツール本体よりも細い柱状であって前記ツール本体の一端から突出するとともに先端面が前記電子部品を吸着保持する保持面とされた先端部と、
を備え、
前記保持ツールにおいて、前記保持面および前記先端部の側面の前記保持面側の部位に表面改質処理により硬化層が形成されており、前記先端部と前記ツール本体との間の段差部が前記表面改質処理が施されていない非処理状態とされることを特徴とする電子部品装着方法。
【請求項９】
電子部品を回路基板に装着する電子部品装着装置において電子部品を吸着保持する保持ツールの製造方法であって、
ａ）ツール本体と、前記ツール本体よりも細い柱状であって前記ツール本体の一端から突出する先端部とを有する元部材を準備する工程と、
ｂ）前記元部材において、前記先端部と前記ツール本体との間の段差部を含むとともに前記先端部の電子部品保持用の先端面である保持面および前記先端部の側面の前記保持面側の部位を除く領域を表面改質処理を防止する改質防止剤により被覆する工程と、
ｃ）前記元部材に対して前記表面改質処理を施すことにより、非被覆領域を硬化させる工程と、
ｄ）前記改質防止剤を前記元部材から剥離する工程と、
を備えることを特徴とする保持ツールの製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の保持ツールの製造方法であって、
前記表面改質処理が、窒化処理であることを特徴とする保持ツールの製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の保持ツールの製造方法であって、
前記窒化処理が、精密低温窒化処理であることを特徴とする保持ツールの製造方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の保持ツールの製造方法であって、
前記ｃ）工程の後に、
ｅ）前記保持面上の脆弱層を除去する工程をさらに備えることを特徴とする保持ツールの製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の保持ツールの製造方法であって、
前記端面硬化層の厚さが、１０μｍ以上３０μｍ以下であることを特徴とする保持ツールの製造方法。
【請求項１４】
請求項９ないし１３のいずれかに記載の保持ツールの製造方法であって、
前記元部材が、ステンレス鋼により形成されることを特徴とする保持ツールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板に電子部品を装着する技術に関連する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、プリント基板等の回路基板に電子部品を装着する装置では、電子部品の電極と回路基板の電極とを接合する様々な方法が利用されており、電子部品を短時間で、かつ、比較的低温にて接合することができる方法の１つとして超音波を利用する接合方法（以下、「超音波接合」という。）が知られている。超音波接合では、超音波振動により回路基板に押圧された電子部品を振動させ、電子部品の電極（例えば、バンプが形成されている。）と回路基板の電極とを電気的に接合する。
【０００３】
このような超音波接合を行う電子部品の装着装置では、電子部品を吸着保持する保持ツールの保持面が電子部品との摩擦により摩耗したり、保持面に異物が付着することにより、保持面が理想的な状態から変化したり、保持面に吸着された電子部品が回路基板に対して傾いてしまうことがある。このような場合、保持面を研磨することにより保持面の再生や異物の除去が行われているが、研磨作業を頻繁に行うと装着装置の稼働率が低下してしまう。また、保持面の研磨を繰り返すことにより保持ツールの先端部が短くなった場合には、保持ツールを交換する必要があり、電子部品の装着に係るコストが増大してしまう。
【０００４】
そこで、保持ツールの保持面の摩耗や保持面への異物の付着を抑制する様々な技術が提案されている。例えば、特許文献１では、超音波接合によりベアＩＣチップを回路基板に実装する部品実装装置において、ステンレス鋼により形成された吸着ノズルの吸着面にコーティング処理や表面改質処理により形成された硬化処理層を設けることにより、振動特性を低下させることなく吸着ノズルの吸着面の耐摩耗性を向上させる技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２では、ツールの電子部品素子を吸着する先端面に、硬質耐酸化性部材を耐熱性接着剤を介して接着固定することにより、ツールと電子部品素子との摩擦熱等によるツールの先端面における酸化物の生成を防止する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−９１３８５号公報
【特許文献２】特開２００２−５０６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に開示されているように、超音波接合を利用する電子部品の装着装置では、保持ツールへの表面処理による振動特性への影響を防止するという観点からは表面処理は保持面に行われるのみでよいが、処理層の剥離等の損傷を防止するためには保持面を超えてツールの先端部に表面処理が行われることが好ましい。しかしながら、先端部の形状や大きさによっては、特に先端部として捉えられる部位が微小な場合には、単に先端部に表面処理を施すという方針では所望の振動伝達特性を得ることができない場合がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、電子部品の好適な装着を容易に実現するとともに保持ツールの保持面の摩耗、および、保持面への異物の付着を抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、電子部品を回路基板に装着する電子部品装着装置であって、電子部品を保持する保持ツールと、前記保持ツールを介して前記電子部品を回路基板に対して押圧する押圧機構と、前記保持ツールを介して前記電子部品に超音波振動を付与する超音波振動子とを備え、前記保持ツールが、ツール本体と、前記ツール本体よりも細い柱状であって前記ツール本体の一端から突出するとともに先端面が前記電子部品を吸着保持する保持面とされた先端部とを備え、前記保持ツールにおいて、前記保持面および前記先端部の側面の前記保持面側の部位に表面改質処理により硬化層が形成されており、前記先端部と前記ツール本体との間の段差部が前記表面改質処理が施されていない非処理状態とされる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電子部品装着装置であって、前記表面改質処理が、窒化処理である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電子部品装着装置であって、前記窒化処理が、精密低温窒化処理である。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の電子部品装着装置であって、前記表面改質処理の後に前記保持面上の脆弱層が除去されている。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の電子部品装着装置であって、前記硬化層の前記保持面における厚さが、１０μｍ以上３０μｍ以下である。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の電子部品装着装置であって、前記保持ツールが、ステンレス鋼により形成される。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の電子部品装着装置であって、前記電子部品が、半導体発光素子である。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、電子部品を回路基板に装着する電子部品装着方法であって、電子部品を保持する工程と、前記電子部品を保持する保持ツールを介して前記電子部品に超音波振動を付与しつつ回路基板に対して押圧する工程とを備え、前記保持ツールが、ツール本体と、前記ツール本体よりも細い柱状であって前記ツール本体の一端から突出するとともに先端面が前記電子部品を吸着保持する保持面とされた先端部とを備え、前記保持ツールにおいて、前記保持面および前記先端部の側面の前記保持面側の部位に表面改質処理により硬化層が形成されており、前記先端部と前記ツール本体との間の段差部が前記表面改質処理が施されていない非処理状態とされる。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、電子部品を回路基板に装着する電子部品装着装置において電子部品を吸着保持する保持ツールの製造方法であって、ａ）ツール本体と、前記ツール本体よりも細い柱状であって前記ツール本体の一端から突出する先端部とを有する元部材を準備する工程と、ｂ）前記元部材において、前記先端部と前記ツール本体との間の段差部を含むとともに前記先端部の電子部品保持用の先端面である保持面および前記先端部の側面の前記保持面側の部位を除く領域を表面改質処理を防止する改質防止剤により被覆する工程と、ｃ）前記元部材に対して前記表面改質処理を施すことにより、非被覆領域を硬化させる工程と、ｄ）前記改質防止剤を前記元部材から剥離する工程とを備える。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の保持ツールの製造方法であって、前記表面改質処理が、窒化処理である。
【００１８】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の保持ツールの製造方法であって、前記窒化処理が、精密低温窒化処理である。
【００１９】
請求項１２に記載の発明は、請求項１０または１１に記載の保持ツールの製造方法であって、前記ｃ）工程の後に、ｅ）前記保持面上の脆弱層を除去する工程をさらに備える。
【００２０】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の保持ツールの製造方法であって、前記端面硬化層の厚さが、１０μｍ以上３０μｍ以下である。
【００２１】
請求項１４に記載の発明は、請求項９ないし１３のいずれかに記載の保持ツールの製造方法であって、前記元部材が、ステンレス鋼により形成される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、電子部品の好適な装着を容易に実現するとともに保持ツールの保持面の摩耗、および、保持面への異物の付着を抑制することができる。請求項２の発明では、保持ツールの保持面への異物の付着をより一層抑制することができる。請求項９の発明では、保持ツールを容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明の一の実施の形態に係る電子部品装着装置１の構成を示す正面図であり、図２は電子部品装着装置１の平面図である。電子部品装着装置１は、微細な電子部品を反転した後に、プリント基板等の回路基板９上への電子部品の装着と電極の接合（すなわち、実装）とを同時に行う、いわゆる、フリップチップ実装装置である。
【００２４】
図１および図２に示すように、電子部品装着装置１は、回路基板９を保持する基板保持部２を備え、基板保持部２の（＋Ｚ）側には、基板保持部２に保持された回路基板９に電子部品を装着する装着機構３が設けられ、基板保持部２の（−Ｘ）側には、装着機構３に電子部品を供給する部品供給部４が設けられる。また、基板保持部２と部品供給部４との間には、部品供給部４により装着機構３に供給された電子部品を撮像する撮像部５、並びに、電子部品を回収する部品回収機構６１および６２が設けられ、回路基板９の（＋Ｘ）側には、電子部品を保持する装着機構３の部品保持部３３（図１参照）の先端を研磨する研磨部７が設けられる。電子部品装着装置１では、これらの機構が制御部８により制御されることにより、回路基板９に対する電子部品の装着が行われる。
【００２５】
基板保持部２は、回路基板９を保持するステージ２１、および、ステージ２１を図１中のＹ方向に移動するステージ移動機構２２を備える。研磨部７はステージ２１の（＋Ｘ）側に取り付けられており、ステージ移動機構２２によりステージ２１と一体的にＹ方向に移動する。研磨部７は、平らで水平な研磨面７１１を有するシート状の研磨部材７１、および、研磨部材７１を保持する研磨部材保持部７２を備える。
【００２６】
装着機構３は、装着ヘッド３１および装着ヘッド３１をＸ方向に移動する装着ヘッド移動機構３２を備え、装着ヘッド３１は、吸着により電子部品を保持する部品保持部３３を備える。装着ヘッド３１には、部品保持部３３を昇降する昇降機構３４（図１参照）が設けられる。
【００２７】
図３は、部品保持部３３近傍を拡大して示す図である。図３に示すように、部品保持部３３は、電子部品を吸着保持する保持ツール３３１、および、保持ツール３３１が取り付けられるホーン３３２を備え、ホーン３３２には、超音波振動を付与する発振部である超音波振動子３５が取り付けられる。ホーン３３２はブロック３６１を介してシャフト３６２に取り付けられ、昇降機構３４（図１参照）によりシャフト３６２がＺ方向に移動することにより、部品保持部３３が回路基板９や研磨面７１１（図１参照）に対して相対的に昇降する。保持ツール３３１は、中心部に真空吸引用の吸引路３３３を備え、吸引路３３３は、保持ツール３３１の（＋Ｚ）側の端部（すなわち、上端部）において、チューブ３６３を介してブロック３６１およびシャフト３６２に形成された吸引路３６４に接続され、さらに、バルブ等を介して真空発生装置に接続される。保持ツール３３１の細部の形状等については後述する。
【００２８】
図１および図２に示すように、部品供給部４は、所定の位置に電子部品を配置する部品配置部４１、部品配置部４１から電子部品を取り出して保持する供給ヘッド４２、供給ヘッド４２をＸ方向に移動する供給ヘッド移動機構４３、並びに、供給ヘッド４２を回動および僅かに昇降する回動機構４４を備える。部品配置部４１は、多数の電子部品が載置される部品トレイ４１１、部品トレイ４１１を保持するステージ４１２、並びに、部品トレイ４１１をステージ４１２と共にＸ方向およびＹ方向に移動するトレイ移動機構４１３を備える。
【００２９】
供給ヘッド４２は、吸着により保持した電子部品を装着ヘッド３１の部品保持部３３に供給する供給コレット４２１（図１参照）を備える。供給コレット４２１は、中心部に真空吸引用の吸引路を備え、先端に形成された吸引口から吸引を行うことによって電子部品を吸着して保持する。
【００３０】
部品供給部４では、回路基板９に装着される予定の多数の電子部品が、回路基板９に接合される電極部が形成された側の面（実装後の状態における下面であり、以下、「接合面」という。）を（＋Ｚ）側に向けて（すなわち、回路基板９に装着される向きとは反対向きに）部品トレイ４１１上に載置されている。なお、本実施の形態では電子部品の電極部は、電極パターン上に金（Ａｕ）で形成された突起バンプであるが、実装方法、あるいは、実装される電子部品によっては電極部はメッキバンプ等であってもよく、電極パターン自体であってもよい。また、バンプは、電子部品の電極パターン上に設けられる代わりに、回路基板９の電極上に設けられてもよい。
【００３１】
撮像部５は、装着ヘッド移動機構３２による装着ヘッド３１（特に、部品保持部３３）の移動経路上であって装着ヘッド３１の移動と干渉しない位置（本実施の形態では移動経路の真下）に設けられ、部品保持部３３に保持された電子部品を（−Ｚ）側から撮像する。基板保持部２と撮像部５との間に設けられる部品回収機構６１も、装着ヘッド３１（特に、部品保持部３３）の移動経路上であって装着ヘッド３１の移動と干渉しない位置に配置され、必要に応じて部品保持部３３が保持する電子部品を回収する。また、ステージ４１２の（＋Ｘ）側に取り付けられる部品回収機構６２は、トレイ移動機構４１３によりステージ４１２と一体的にＸ方向およびＹ方向に移動され、必要に応じて供給コレット４２１が保持する電子部品を回収する。
【００３２】
図４は、電子部品装着装置１による電子部品の装着の流れを示す図である。電子部品装着装置１により回路基板９に電子部品が装着される際には、まず、多数の電子部品が接合面を（＋Ｚ）側に向けて載置された部品トレイ４１１が、予め図１中の（−Ｘ）側に位置している供給ヘッド４２の下方にてトレイ移動機構４１３により移動し、電子部品の接合面が供給コレット４２１により吸着保持される（ステップＳ１１）。次に、供給ヘッド４２が反転しつつ供給ヘッド移動機構４３により（＋Ｘ）方向へと移動し、図１中に二点鎖線にて示す受渡位置に位置する（ステップＳ１２）。このとき、供給コレット４２１と、装着ヘッド３１の部品保持部３３とが対向する。
【００３３】
続いて、昇降機構３４により部品保持部３３が僅かに下降し、電子部品の上面が部品保持部３３により吸引吸着されるとともに供給コレット４２１による吸引が停止され、部品保持部３３が供給コレット４２１から電子部品を受け取って保持ツール３３１により吸着保持する（ステップＳ１３）。電子部品の供給が完了すると、昇降機構３４により部品保持部３３が僅かに上昇し、供給ヘッド４２が、元の位置へと退避する。供給ヘッド４２の退避と並行して、装着ヘッド３１が撮像部５の真上へと移動し、撮像部５により部品保持部３３に保持される電子部品が撮像される（ステップＳ１４）。
【００３４】
撮像部５からの出力である画像データは制御部８に送られ、取得された電子部品の画像データと、予め記憶されている電子部品の画像データとが比較されて電子部品の姿勢（すなわち、電子部品の位置および向き）が検出される。装着機構３では、検出された電子部品の姿勢に基づいて装着ヘッド３１が制御され、部品保持部３３がＺ方向に伸びる軸を中心に回動して電子部品の姿勢が補正される（ステップＳ１５）。なお、制御部８により、電子部品の姿勢が補正不可能な状態である（すなわち、吸着エラーが生じている）と判断された場合には、電子部品の装着動作が中止されて装着ヘッド３１が部品回収機構６１の上方へと移動し、部品保持部３３からのエアのブロー等により部品保持部３３から分離された電子部品が部品回収機構６１により回収される。
【００３５】
続いて、装着ヘッド３１が、装着ヘッド移動機構３２により（＋Ｘ）方向へと移動し、回路基板９上の電子部品の装着予定位置の上方（以下、「装着位置」と呼ぶ。）に位置する（ステップＳ１６）。そして、部品保持部３３が回路基板９に向けて下降して接合面に形成された電極部と回路基板９上の電極とが接触し、昇降機構３４により電子部品が、基板保持部２に保持される回路基板９に対して押圧される。この状態で、超音波振動子３５により超音波振動が部品保持部３３に付与され、保持ツール３３１に保持された電子部品に保持ツール３３１を介して超音波振動が付与されることにより、電子部品が回路基板９に対して電気的に接合され、電子部品の装着と同時に接合（すなわち、実装）が行われる（ステップＳ１７）。その後、吸引を停止した部品保持部３３が昇降機構３４により電子部品から離れて上昇し、電子部品の装着が完了する。電子部品装着装置１では、昇降機構３４が、保持ツール３３１を介して電子部品を回路基板９に対して押圧する押圧機構の役割を果たす。
【００３６】
電子部品の装着が完了すると、装着ヘッド３１が受渡位置へと戻り、取り出された電子部品を部品保持部３３の保持ツール３３１により吸着保持し、装着位置へと移動した後に超音波振動を付与しつつ回路基板９に対して電子部品を押圧して装着する動作（ステップＳ１１〜Ｓ１７）が繰り返される。そして、電子部品の装着が多数回繰り返されたために保持面３３５１の研磨が必要となった場合には、部品保持部３３が研磨部７の上方へと移動し、保持面３３５１が研磨部材７１に押圧されつつ超音波振動子３５により振動が付与されることにより、保持面３３５１の研磨が行われる。
【００３７】
次に、保持ツール３３１について説明する。図５は、保持ツール３３１の（−Ｚ）側の端部（すなわち、下端部）を拡大して示す図である。図５に示すように、保持ツール３３１は、略円筒状であってホーン３３２（図３参照）に取り付けられるツール本体３３４、および、ツール本体３３４の下端部から突出するツール先端部３３５を備える。ツール先端部３３５は、ツール本体３３４よりも細い略円筒状（すなわち、ツール本体３３４よりも小さい外径を有するとともに内部に吸引路３３３の一部が形成された柱状）であり、（−Ｚ）側の先端面は電子部品を吸着保持する保持面３３５１となる。保持面３３５１には、吸引路３３３の開口となる吸引口３３５２が形成されており、吸引口３３５２から吸引を行うことにより、保持面３３５１に電子部品が吸着保持される。吸引路３３３は圧縮エアの供給源にも接続されており、吸引口３３５２からエアをブローすることも可能とされる。なお、ツール先端部３３５は、ツール本体３３４に比べて非常に微小であるが、図５では実際よりも大きく描いている（図３および図７についても同様）。
【００３８】
電子部品装着装置１では、保持ツール３３１が、電子部品の装着において好適な振動特性および振動伝達特性を有するステンレス鋼により形成されているため、電子部品の迅速かつ高品質な装着を実現することができる。保持ツール３３１のツール先端部３３５の外径は、例えば、約０．３ｍｍであり、ツール先端部３３５のＺ方向の長さは、約０．５ｍｍである。ツール先端部３３５では、保持面３３５１およびツール先端部３３５の側面のうち保持面３３５１から（＋Ｚ）側に約０．２５ｍｍの範囲に亘る部位（すなわち、側面の保持面３３５１側の部位）に対して表面改質処理が施されており、表面に硬化層３３５４が形成されている。以下、ツール先端部３３５のうち、表面に硬化層３３５４が形成されている部位を「硬化処理部３３５３」と呼び、硬化層３３５４のうち、保持面３３５１上に形成された部位を「端面硬化層３３５５」と呼ぶ。また、ツール先端部３３５とツール本体３３４との間において、ツール本体３３４側に近づくに従って外径が漸次増加している部位、および、当該部位の上下における極近傍の部位（すなわち、ツール本体３３４およびツール先端部３３５の一部）を合わせて「段差部３３６」と呼ぶ。段差部３３６は、表面改質処理が施されていない非処理状態となっている。
【００３９】
本実施の形態では、硬化処理部３３５３に対して施される表面改質処理は、処理温度が４５０℃以上５２０℃以下の環境下にて行われる精密低温窒化処理（いわゆる、ＰＳＮ（Precision Super Nitriding）処理）である。また、端面硬化層３３５５のＺ方向の厚さは、好ましくは１０μｍ以上３０μｍ以下とされ、本実施の形態では３０μｍとされる。
【００４０】
図６は、保持ツール３３１の製造の流れを示す図である。図７は、保持ツール３３１の製造途上の様子を示す図である。保持ツール３３１が製造される際には、まず、ステンレス鋼により形成された元部材８３１が準備される（ステップＳ２１）。図７に示すように、元部材８３１は、図３および図４に示す保持ツール３３１とほぼ同じ形状を有し、保持ツール３３１のツール本体３３４となる部位（以下、単に「ツール本体３３４」という。）、および、ツール先端部３３５となる部位（以下、単に「ツール先端部３３５」という。）を備える。既述のように、ツール先端部３３５は、略円筒状のツール本体３３４よりも細い柱状であってツール本体３３４の下端部から突出する。
【００４１】
続いて、図７に示すように、先端面８３５１およびツール先端部３３５の側面の先端面８３５１側の部位（先端面８３５１から（＋Ｚ）側に約０．２５ｍｍの範囲に亘る部位）を除き、元部材８３１の表面に精密低温窒化処理を防止する窒化防止剤８００が塗布され、ツール先端部３３５とツール本体３３４との間の段差部３３６を含む元部材８３１の表面の大部分が窒化防止剤８００により被覆される（ステップＳ２２）。以下、窒化防止剤８００に被覆されていない非被覆領域を「先端領域」と呼ぶ。
【００４２】
窒化防止剤８００の塗布が終了すると、元部材８３１に対して精密低温窒化処理が施され、窒化防止剤８００に被覆されていない先端領域の表面を窒化させて硬化させることにより、表面に硬化層３３５４を有する硬化処理部３３５３が形成される。このとき、元部材８３１の先端面８３５１も窒化により硬化され、図５に示すように、電子部品を吸着保持する保持面３３５１とされる（ステップＳ２３）。
【００４３】
図８は、元部材８３１に精密低温窒化処理を施した場合の深さ方向の硬さの分布を示す図である。図８中の横軸は表面からの深さを示し、縦軸は各深さにおけるビッカース硬さを示す。図８に示すように、表面からの深さが４０μｍ以上になると、精密低温窒化処理を施しても元部材８３１の硬さは処理前に比べてほとんど変化しない。このため、本実施の形態では、保持面３３５１の表面から４０μｍの深さまでが窒化されるように精密低温窒化処理のプロセスが調整される。また、精密低温窒化処理では、他の多くの窒化処理と同様に、保持面３３５１の表面に、厚さが５μｍ程度の白層と呼ばれる脆弱層が形成される。
【００４４】
精密低温窒化処理が終了すると、元部材８３１の表面から窒化防止剤８００（図７参照）がマイクロショットピーニングにより剥離される（ステップＳ２４）。その後、精密低温窒化処理が施された保持面３３５１が研磨されることにより、保持面３３５１の表面の一部が白層と共に除去され、図５に示すように、保持面３３５１に端面硬化層３３５５を露出させて保持ツール３３１の製造が完了する（ステップＳ２５）。研磨により除去される部位の厚さは、白層を確実に除去するという観点からは５μｍ以上とされることが好ましく、また、端面硬化層３３５５の厚さをできるだけ確保するという観点からは１０μｍ以下とされることが好ましい。本実施の形態では、保持面３３５１の表面から１０μｍの厚さに亘って保持ツール３３１が研磨されることにより白層が除去され、３０μｍの厚さの端面硬化層３３５５が形成される。
【００４５】
電子部品装着装置１では、保持ツール３３１のツール先端部３３５がツール本体３３４よりも細くされることにより、ツール本体３３４に付与された超音波振動がツール先端部３３５に伝達される間に適度に減衰し、ツール先端部３３５の保持面３３５１における振幅が、超音波振動子３５からツール本体３３４に付与される超音波振動の振幅に比べて小さくされる。このため、ツール先端部３３５の保持面３３５１に保持された電子部品は、ツール本体３３４に付与される超音波振動が直接的に電子部品に伝達されて接合される場合に比べて、小さい接合強度にて回路基板９に接合される。本実施の形態では、保持面３３５１における振幅は、ツール本体３３４における振幅の約３０％程度となるようにツール本体３３４およびツール先端部３３５の外径等が決定されている。
【００４６】
図９は、超音波振動子の出力と電子部品の回路基板に対する接合強度との関係を示す図である。図９中の線９１は、電子部品装着装置１における超音波振動子３５の出力と、超音波振動により回路基板９に接合された電子部品の接合強度との関係を示す。また、線９２は、ツール先端部の小径化が省略されている保持ツール（すなわち、保持面に至るまで等しい外径を有する円筒状の保持ツール）により電子部品を保持して回路基板に装着した場合の超音波振動子の出力と電子部品の接合強度との関係を比較例として示す。図９中に平行斜線を付して示す領域９３は、電子部品が好適に接合された場合の接合強度の範囲（以下、「接合強度許容範囲」という。）を示す。
【００４７】
図９に示すように、電子部品装着装置１では、ツール先端部が省略された比較例の保持ツールを用いて電子部品を装着する場合に比べて、接合強度許容範囲における超音波振動子３５の出力の変化量に対する電子部品の接合強度の変化量が小さくなるため、接合強度許容範囲に対応する超音波振動子３５の出力の範囲が比較例よりも大きくなる。その結果、超音波振動子３５の実際の出力が設定出力からずれた場合であっても、電子部品の接合強度を接合強度許容範囲内に確実に収めることができ、電子部品の高品質な装着を容易に実現することができる。換言すれば、電子部品装着装置１は、比較例の保持ツールを用いて電子部品を装着する装置に比べて、超音波振動子３５の実際の出力の設定出力からのずれに対する許容範囲（いわゆる、「超音波設定マージン」）が大きい。
【００４８】
電子部品装着装置１では、保持ツール３３１の保持面３３５１に精密低温窒化処理により硬化処理された端面硬化層３３５５を有するため、端面硬化層を有さない保持ツールに比べて、電子部品の装着による保持面３３５１の摩耗を抑制することができ、電子部品の装着を繰り返した後の保持面３３５１の状態を、端面硬化層を有さない保持ツールよりも良好に維持することができる（すなわち、保持面の形状くずれが少なく、表面粗さも小さい状態とすることができる。）。
【００４９】
また、保持ツール３３１では、保持面３３５１に端面硬化層３３５５が設けられることにより、端面硬化層を有さない保持ツールに比べて、保持面３３５１に異物が付着することを抑制することもできる。保持面３３５１に付着する異物には、電子部品の基板の成分が、電子部品を装着する際の保持面３３５１と電子部品との間の摩擦熱等によって酸化されることにより生成される酸化物も含まれている。保持ツール３３１では、硬化処理部３３５３に施される表面改質処理が窒化処理であるため、酸化処理による硬化処理が行われる場合に比べて、端面硬化層３３５５に含有される酸素の量が少なくなる。このため、電子部品の装着時において、電子部品の基板の成分が酸化されることを抑制し、保持ツール３３１の保持面３３５１への異物の付着をより一層抑制することができる。さらには、硬化処理部３３５３に施される窒化処理が、通常の窒化処理よりも低温にて行われる精密低温窒化処理であることにより、窒化処理時の保持ツール３３１の熱変形をより一層抑制することができる。
【００５０】
電子部品装着装置１では、保持ツール３３１の保持面３３５１の摩耗、および、保持面３３５１への異物の付着が抑制されるため、保持面３３５１の再生や異物の除去のための保持面３３５１の研磨作業の頻度を低減することができ、電子部品装着装置１の稼働率を向上することができる。また、保持ツール３３１を長寿命化する（すなわち、１つの保持ツール３３１により装着できる電子部品の個数を増加させる）ことができるため、電子部品の装着に係るコストを低減することができる。
【００５１】
ところで、仮に、保持ツールにおいて、ツール先端部とツール本体との間の段差部まで硬化処理を行うと、ツール本体に付与された超音波振動がツール先端部に伝達される間に生じる超音波振動の減衰が、本実施の形態に係る保持ツール３３１に比べて小さくなる。その結果、図９の比較例の場合と同様に、超音波設定マージンも小さくなってしまう。これに対して、電子部品装着装置１の保持ツール３３１では、ツール先端部３３５の先端領域（すなわち、硬化処理部３３５３）にのみ精密低温窒化処理による硬化処理が施され、ツール先端部３３５とツール本体３３４との間の段差部３３６を含む他の部位には硬化処理が施されていないため、超音波設定マージンを大きく維持して電子部品の高品質な装着を容易に実現するとともに保持ツール３３１の保持面３３５１の摩耗、および、保持面３３５１への異物の付着を抑制することができる。
【００５２】
特に、柱状に突出する微小なツール先端部３３５において、保持面３３５１のみならずツール先端部３３５の側面の保持面３３５１側の部位に硬化処理が施されるため、微小な保持面３３５１から硬化層が剥離したり欠損したりすることをより確実に防止することができる。このように、電子部品装着装置１は、ツール先端部３３５が微小となる、好ましくは、保持面３３５１が３ｍｍ四方以下とされ、ツール先端部３３５の長さが３ｍｍ以下とする必要がある電子部品の装着に適しており、また、高品質な装着、および、装置稼働率の向上によるサイクルタイム（１個の電子部品の装着に要する平均時間であり、「タクト」ともいう。）の短縮が求められている発光ダイオードのベアチップ（いわゆる、ＬＥＤチップ）や半導体レーザ等の半導体発光素子の装着に特に適している。
【００５３】
硬化処理部３３５３にのみ硬化処理が施された本実施の形態に係る保持ツール３３１は、上述の製造方法（ステップＳ２１〜Ｓ２５）により容易に形成される。保持ツール３３１の製造においては、精密低温窒化処理により保持面３３５１の表面に形成される脆弱層である白層を除去して端面硬化層３３５５を露出させることにより、電子部品の装着時における保持面３３５１の一部の欠けや剥離を一層防止することができる。既述のように、白層の厚さが５μｍ程度であることを考慮すると、白層を確実に除去するとともに端面硬化層３３５５の厚さをできるだけ確保するという観点から、保持ツール３３１の研磨により厚さ５μｍ以上１０μｍ以下の部位が保持面３３５１の表面から除去されることが好ましい。
【００５４】
電子部品の装着時において、保持面３３５１の再生や異物除去のために保持面３３５１が研磨されて端面硬化層３３５５が徐々に薄くなっていくことを考慮すると、製造直後の保持ツール３３１における端面硬化層３３５５の厚さは、少なくとも１０μｍ以上とされることが好ましい。また、精密低温窒化処理によりステンレス鋼の表面から約４０μｍの深さまでが硬化されること、および、精密低温窒化処理により表面に形成された白層の確実な除去という観点からは、端面硬化層３３５５の厚さが３０μｍ以下とされることが好ましい。
【００５５】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００５６】
上記実施の形態にて例示した保持ツール３３１の形状は、発光ダイオードのベアチップ等の微小な電子部品の実装が行われる際のものであり、より大きな電子部品や他の電子部品が実装される場合にはツール先端部３３５の形状、外径、長さ等は適宜変更される。例えば、ツール先端部３３５は、内部に吸引路３３３が設けられた略八角柱状とされてもよい。また、ツール本体３３４が取り付けられるホーン３３２も、図３に示す形状には限定されず、様々な形状とされてよい。例えば、ホーン３３２が図３中のＸ方向に長いブロック状とされ、ホーン３３２の（−Ｘ）側の端部に略直方体のツール本体３３４が取り付けられてもよい。この場合、ツール先端部３３５は、ツール本体３３４の（−Ｚ）側の端面から基板保持部２に保持された回路基板９に向けて突出するように設けられる。
【００５７】
保持ツール３３１では、ツール本体３３４に付与された超音波振動をツール先端部３３５に伝達する間に効率的に減衰させるという観点からは、少なくともツール先端部３３５とツール本体３３４との間の段差部３３６には硬化層が形成されていないことが必要である。保持ツール３３１の製造においては、少なくともツール先端部３３５とツール本体３３４との間の段差部３３６を含むとともに元部材８３１の先端面８３５１およびツール先端部３３５の側面の先端面８３５１側の部位を除く領域が窒化防止剤８００により被覆されることが必要であるといえる。
【００５８】
保持ツール３３１の製造では、硬化処理部３３５３に対する表面改質処理は、精密低温窒化処理に限定されるわけではなく、保持ツール３３１や電子部品の材質、保持ツール３３１に要求される特性等に応じて、他の窒化処理（例えば、カナック処理）や酸化処理等の他の表面改質処理が行われてもよい。また、保持面３３５１の白層の除去（ステップＳ２５）は、硬化処理部３３５３に精密低温窒化処理を施して保持面３３５１を形成する工程（ステップＳ２３）よりも後であればいつ行われてもよく、例えば、元部材８３１の表面から窒化防止剤８００を剥離する工程（ステップＳ２４）の前に行われてもよい。なお、保持ツール３３１に対する表面改質処理により保持面３３５１に白層等の脆弱層が形成されない場合（例えば、カナック処理が施される場合）には、保持面３３５１を研磨して脆弱層を除去する工程は省略される。
【００５９】
電子部品装着装置１では、保持ツール３３１による電子部品の保持は、吸引吸着には限定されず、電気的あるいは磁気的な吸着により保持されてもよい。
【００６０】
電子部品装着装置１は、発光ダイオードや半導体レーザ等の半導体発光素子以外の様々な種類の電子部品、例えば、半導体のベアチップ部品やＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：表面弾性波）フィルタ等の装着にも適している。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、超音波を利用して電子部品を回路基板に装着する様々な技術に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】電子部品装着装置の正面図
【図２】電子部品装着装置の平面図
【図３】部品保持部近傍の拡大図
【図４】電子部品の装着の流れを示す図
【図５】保持ツールの下端部の拡大図
【図６】保持ツールの製造の流れを示す図
【図７】保持ツールの製造途上の様子を示す図
【図８】元部材の深さ方向の硬さの分布を示す図
【図９】超音波振動子の出力と電子部品の接合強度との関係を示す図
【符号の説明】
【００６３】
１    電子部品装着装置
９    回路基板
３４    昇降機構
３５    超音波振動子
３３１    保持ツール
３３４    ツール本体
３３５    ツール先端部
３３６    段差部
８００    窒化防止剤
８３１    元部材
３３５１    保持面
３３５３    硬化処理部
３３５４    硬化層
３３５５    端面硬化層
８３５１    先端面
Ｓ１１〜Ｓ１７，Ｓ２１〜Ｓ２５    ステップ
【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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