(57)【要約】【課題】  比較的少ない押圧加重で基板を固定でき、押圧固定後の位置決めを可能とする部品搭載装置等の提供。【解決手段】  基板Ａを載置する移動自在なステージ１０６と基板をステージに押しつけて固定する固定手段１０２とを備える部品搭載装置において、前記固定手段１０２は、基板をステージに押圧した状態で、ステージの移動に追随して移動自在な基板当接手段２０１と、ステージ１０６外から基板Ａをステージに押圧する力を基板当接手段２０１に付与する押圧手段２０２とを備える。【選択図】      図３
2006040971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置する移動自在なステージと基板をステージに押しつけて固定する固定手段とを備え、ステージに載置された基板に部品を取り付ける部品搭載装置において、
前記固定手段は、
基板をステージに押圧した状態で、ステージの移動に追随して移動自在な基板当接手段と、
ステージ外から基板をステージに押圧する力を基板当接手段に付与する押圧手段と
を備えることを特徴とする部品搭載装置。
【請求項２】
前記固定手段はさらに、
基板当接手段と押圧手段とを連結し、基板当接手段の押圧方向の剛性がステージの移動方向の剛性よりも高い連結手段
を備えることを特徴とする請求項１に記載の部品搭載装置。
【請求項３】
前記連結手段はさらに、
板バネで構成され、
連結手段の厚さ方向がステージの移動方向に沿って配置されることを特徴とする請求項２に記載の部品搭載装置。
【請求項４】
前記固定手段はさらに、
連結手段を複数備え、
これら連結手段が回転対称に配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の部品搭載装置。
【請求項５】
前記固定手段はさらに、
基板当接手段と押圧手段とを連結し、嵌合溝とこれに対応した嵌合突部を備え、押圧手段に対して基板当接手段がステージの移動方向にスライド自在である連結手段
を備えることを特徴とする請求項１に記載の部品搭載装置。
【請求項６】
前記固定手段はさらに、
基板当接手段が基板を押圧していない状態において、基板当接手段が押圧手段に対して所定の位置関係となるように付勢する弾性体
を備えることを特徴とする請求項５に記載の部品搭載装置。
【請求項７】
前記基板当接手段はさらに、
部品が挿通される貫通孔を備え、
挿通された部品の周縁部近傍の基板の部分を押圧すること
を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の部品搭載装置。
【請求項８】
基板を載置する移動自在なステージと基板をステージに押しつけて固定する固定手段とを備え、ステージに載置された基板に部品を取り付ける部品搭載装置に適用される部品搭載方法であって、
固定手段がステージに載置された基板を押圧固定する押圧固定ステップと、
固定された基板の位置を認識する位置認識ステップと、
固定手段が基板を押圧固定した状態でステージを移動させ、認識された位置情報に基づき位置合わせをする位置合わせステップと、
位置合わせを終了した状態で基板に部品を取り付ける搭載ステップとを
含むことを特徴とする部品搭載方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はステージに載置された基板に部品を取り付ける部品搭載装置などに関する。特に、ステージ外からの力によりステージに基板が押圧固定された状態で部品を搭載する部品搭載装置などに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上部が開口した箱状の基板に半導体素子を接着状態で搭載する部品搭載装置においては、ステージに載置された複数の基板を一括してステージに押圧して固定し、ステージは移動させずに加圧ヘッドを用いて搭載部品である半導体を搭載位置に移動させ、基板に半導体を取り付けている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特許第２７５１５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、基板を一括してステージに押圧固定する場合、半導体搭載時の力に抗して基板を固定し続けるには非常に大きな押圧加重が必要となる。これは、スループットを向上させるために、ステージ上に載置する基板の数を増加させた場合により顕著となる。この結果搭載装置は大型化せざるを得ず、高コストになっている。
【０００４】
さらに、取り付けるべき半導体の部品は移動せず、基板が載置されたステージを移動させて基板を搭載位置に運搬する場合、基板の位置を決定した後、基板を押圧固定することになるが、この固定の際に基板がずれて搭載不良になる等の問題も生じている。
【０００５】
この発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、装置の大型化を回避して低コスト化を図ることができ、また、基板に対する部品の搭載不良を極力回避しうる部品搭載装置等の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明にかかる部品搭載装置は、基板を載置する移動自在なステージと基板をステージに押しつけて固定する固定手段とを備える部品搭載装置において、前記固定手段は、基板をステージに押圧した状態で、ステージの移動に追随して移動自在な基板当接手段と、ステージ外から基板をステージに押圧する力を基板当接手段に付与する押圧手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明にかかる部品搭載方法は、基板を載置する移動自在なステージと基板をステージに押しつけて固定する固定手段とを備える部品搭載装置に適用される部品搭載方法であって、固定手段がステージに載置された基板を押圧固定する押圧固定ステップと、固定された基板の位置を認識する位置認識ステップと、固定手段が基板を押圧固定した状態でステージを移動させ、認識された位置情報に基づき位置合わせをする位置合わせステップと、位置合わせを終了した状態で基板に部品を取り付ける搭載ステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
ステージと基板とを相対的に押し付け固定した状態でステージを移動させて基板の位置決めをすることができ、基板を固定する際のステージとの相対的位置ずれを補うことが可能となり、基板に対する部品の搭載不良を極力回避することが可能となる。
【０００９】
さらに、ステージ外部から基板をステージに押し付けることができ、ステージの構造を比較的簡単にすることができ、装置の大型化を回避して低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態にかかる部品搭載装置の概略構成を示す側面図である。
同図において部品搭載装置１００は、ステージ１０１上に載置された基板Ａに電子部品Ｂを押しつけて超音波振動等により基板Ａと電子部品Ｂを接合する装置であり、固定手段１０２と、電子部品Ｂを基板Ａに押し付ける昇降押圧機構１０３と、電子部品Ｂを基板にボンディングするボンディングツール１０４と、昇降押圧機構１０３とボンディングツール１０４とを着脱自在に固定する保持ツール１０５と、水平方向（ｘｙ方向）に移動自在でステージ１０１の位置決めを行う位置決め手段としてのｘｙテーブル１０６と、ｘｙテーブル１０６や固定手段１０２等の基礎となる支持フレーム１０７と、基板Ａと電子部品Ｂとの相対的位置関係を認識するカメラ１０８と、当該カメラ１０８を水平方向（ｘｙ方向）に移動させる移動機構１０９とを備えている。なお、認識手段としてのカメラ１０８は基板Ａを認識できれば足り、電子部品Ｂ間でも認識できる必要はない。
【００１１】
また、部品搭載装置１００は、昇降押圧機構１０３や、ボンディングツール１０４、ｘｙテーブル１０６、固定手段１０２を統括制御する制御部１１０を備えている。
基板Ａは、本実施形態の場合、上面が開口した箱形状のセラミクス製の部品であり、底部には部品内外を電気的に連通させる電極が設けられている。また、この基板Ａは基板キャリアＣに載置された状態で移送配置される。電子部品Ｂには、複数のバンプが設けられている。
【００１２】
固定手段１０２はさらに、基板Ａの上端縁と当接し、基板Ａをステージ１０１方向に押圧して基板Ａとステージ１０１とを相対的に固定する基板当接手段２０１と、支持フレーム１０７に固定された支柱１１１と、当該支柱１１１から基板Ａをステージ１０１方向に押圧する力を基板当接手段２０１に付与する押圧手段２０２とを備えている。
【００１３】
そして、押圧手段２０２は、基板当接手段２０１に対して水平方向（ステージ１０１の移動方向）へ相対移動可能に連結されている。
なお、基板Ａの上端縁は基板キャリアＣの上面から突出しており、基板当接手段２０１を含む固定手段１０２は前記押圧操作によって基板キャリアＣと干渉することはない。
【００１４】
また、押圧手段２０２は支柱１１１に対し上下方向（ｚ方向）の動きのみ許容する直動ガイド１１２に連結され、押圧力は支柱１１１の上端部に固定された基板押圧機構１１３によって付与される。基板押圧機構１１３歯、空圧シリンダ等からなっている。
【００１５】
ステージ１０１は、ｘｙテーブル１０６に固定されており、基板キャリアＣを挟み込んで固定するためのクランプ爪１１４を備えている。
ボンディングツール１０４は、高周波の振動を発生する振動子１１５と、この振動子１１５の振動を受けて内部に振動の定在波を発生させるボンディングホーン１１６と、このボンディングホーン１１６の振動を電子部品Ｂに伝達するボンディングノズル１１７とを備えている。
【００１６】
また、このボンディングノズル１１７の中心部にはボンディングホーン１１６の裏面まで達する貫通孔（図示せず）が設けられており、この貫通孔を真空にすることで電子部品Ｂを保持している。
【００１７】
図２は、固定手段１０２の基板当接手段２０１が設けられている先端部分を示す平面図である。
【００１８】
図３は、固定手段１０２の基板当接手段２０１が設けられている先端部分と基板Ａや電子部品Ｂの位置関係を示す分解斜視図である。
【００１９】
これらの図に示すように、本実施形態にかかる基板当接手段２０１は、中央部に電子部品Ｂを挿通させるための矩形の挿通孔２０５を有する矩形の枠体であり、上端部が開口した箱形状の基板Ａの上端縁全周に当接して基板Ａを押圧することができる形状が採用されている。
【００２０】
一方、押圧手段２０２の先端部分には矩形の貫通孔２０３が設けられており、当該貫通孔２０３の中央部に押圧手段２０２と直接接触することなく面を同じくして基板当接手段２０１が配置されている。そして押圧手段２０２と基板当接手段２０１とは、押圧方向の剛性がステージの移動方向の剛性よりも高い連結手段２０４によって連結されている。
【００２１】
本実施形態にかかる連結手段２０４は、板バネで構成されており、板バネの厚さ方向がステージの移動方向（図２中上下左右方向）に沿って配置されている。また、押圧手段２０２と基板当接手段２０１とは、二つの連結手段２０４で連結されており、この二つの連結手段２０４は、回転対称に配置されている。
【００２２】
このように、押圧方向の剛性がステージの移動方向の剛性よりも高い連結手段２０４によって連結されているため、基板当接手段２０１が基板Ａをステージ１０１方向に押圧して基板Ａをステージ１０１に対して相対的に固定した状態においても、ｘｙテーブル１０６を移動させて微少位置決めを行うことが可能となる。
【００２３】
つまり、押圧手段２０２が部品搭載装置１００の支持フレーム１０７に固定されたまま、基板当接手段２０１だけがｘｙテーブル１０６に追随してｘｙ方向に移動する。
言い換えると、微少位置決めの際には、基板当接手段２０１が基板Aをステージ１０１に対して相対的に固定した状態で、基板当接手段２０１が押圧手段２０２に対して相対的に移動する。これにより、基板固定後の基板の位置補正が可能となる。
【００２４】
特に、連結手段２０４が板バネであれば、当該剛性関係を容易かつ安価に実現することができる。
【００２５】
また、複数の連結手段２０４を回転対称に配置すれば、連結手段２０４が歪んで基板Ａを偏って押圧する現象を抑えて、基板Ａを均等に押圧することが可能となる。
【００２６】
さらに、基板当接手段２０１は、その中央部分に接合すべき電子部品Ｂが挿通され、挿通された電子部品Ｂ近傍の基板Ａの上端縁のみを固定するため、比較的少ない押圧力で基板Ａを固定しても十分に接合に供することができる。従って、固定手段１０２全体の構造を小さくすることができ、ひいては部品搭載装置１００の大きさを小さくすることができ、装置のコストばかりでなく、装置の設置コストや維持コストを低減させることができる。
【００２７】
図４は、本実施形態にかかる部品搭載装置に適用される部品搭載方法を示すフローチャートである。
まず、電子部品Ｂをボンディングツール１０４に保持させ（Ｓ４０１）、ボンディング位置に移動させる。保持はボンディングノズル１１７の中央部に設けられた貫通孔を真空にすることにより、電子部品Ｂを真空吸着することにより保持する。
【００２８】
一方、基板Ａはステージ１０１に保持された基板キャリアＣごとｘｙテーブル１０６により所定のボンディング位置に移動される（Ｓ４０２）。
次に、固定手段１０２が基板キャリアＣを介して載置されたステージ１０１に基板Ａを押圧固定する押圧固定ステップ（Ｓ４０３）を実行する。この押圧固定ステップは、支柱１１１に直動ガイド１１２を介して上下方向にスライド自在に取り付けられた押圧手段２０２を基板押圧機構１１３が押し下げることにより、押圧手段２０２の先端部に設けられる基板当接手段２０１が基板Ａの上端縁をステージ１０１方向に押圧することにより実行される。
【００２９】
次にカメラ１０８を移動機構１０９によって基板Ａと電子部品Ｂの中間部近傍に移動させて、基板Ａの位置と電子部品Ｂの位置とを認識させる位置認識ステップを実行する（Ｓ４０４、Ｓ４０５）。
【００３０】
この認識結果を解析し、電子部品Ｂの位置に対して基板Ａの位置がずれている場合、基板Ａの位置をｘｙテーブル１０６を微少に移動させて補正を行う位置合わせステップを実行する（Ｓ４０６）。
【００３１】
基板Ａは、固定手段１０２によってｘｙテーブル１０６に固定された状態で前記位置補正が行われる。これは、固定手段１０２に備えられる基板当接手段２０１は基板Ａをｘｙテーブル１０６の方向に押圧して固定した状態でも基板Ａの位置変化に追随してその位置を移動させることが可能だからである。
【００３２】
前記位置合わせステップの後、押圧昇降機構１０３は電子部品Ｂを降下させ、基板当接手段２０１の貫通孔２０３に挿通して箱形状の基板Ａの底部に押し付ける。そして振動子１１５を駆動させることにより、ボンディングホーン１１６内部に振動の定在波を発生させ、この振動をボンディングノズル１１７を介して電子部品Ｂに伝えることで基板Ａと電子部品Ｂとをボンディングする搭載ステップ（Ｓ４０７）を実行する。なお、超音波振動によって基板Ａと電子部品Ｂとの接合を行う超音波接合の際には、超音波振動の伝達を効率良く行うため、基板を確実に固定することが、特に重要である。
【００３３】
以上によって、電子部品Ｂの基板Ａへの搭載が終了するため、ｘｙテーブルは空の基板Ａを搭載位置に移動させるとともに、昇降押圧機構１０３は新たな電子部品Ｂを保持して次のボンディングに備える。
【００３４】
以上のように、基板Ａをステージ１０１に固定したまま基板Ａの位置の補正を行うため、基板Ａの確実な固定と正確な位置決めを両立することができる。そしてこれは、多数の個片状の基板に対して電子部品を超音波接合する際に、特に有効である。
【００３５】
図５は、固定手段１０２の他の実施形態を示す斜視図であり、押圧手段２０２の先端部分のみを示す斜視図である。
同図において、押圧手段２０２と基板当接手段２０１とは連結枠体２０６を介して連結されており、基板当接手段２０１と連結枠体２０６とは押圧手段２０２の幅方向にスライド自在に連結されており、連結枠体２０６と押圧手段２０２とは押圧手段２０２の長さ方向にスライド自在に連結されている。以上の連結構造によって、基板当接手段２０１は押圧手段２０２に対し幅方向及び長さ方向ともに移動自在となる。
【００３６】
また、押圧手段２０２と基板当接手段２０１と連結枠体２０６との間には、無負荷状態でそれぞれのスライド方向の中間位置を保持するように弾性体２０７が取り付けられている。本実施形態の場合、弾性体２０７は伸張圧縮自在なつるまきバネであり、例えば基板当接手段２０１が押圧手段２０２に対してスライドした場合には一方の弾性体２０７が伸張し他方の弾性体２０７が圧縮することで、スライドした方向とは逆の方向に力を発生させ、常に中間位置に戻ろうとする働きをしている。
【００３７】
このように押圧手段２０２に対して基板当接手段２０１が無負荷状態のとき所定の位置を保持することができるため、基板Ａを押圧する際に、基板Ａに対する押圧手段２０２の位置合わせを容易にすることができる。また、基板Ａの同じ位置に基板当接手段２０１を当接させることができるため、押圧の際に基板Ａがずれることを防止することができる。
【００３８】
なお、弾性体２０７はつるまきバネに限定されるわけではなく、板バネなどでも良く、ゴム弾性を備えた樹脂や流体バネなどでもかまわない。
図６は、固定手段１０２の先端部の断面図であり、（ａ）は図５におけるＩ−Ｉ線断面、（ｂ）は図５におけるＩＩ−ＩＩ線断面である。
【００３９】
図６（ａ）（ｂ）に示すように押圧手段２０２、連結枠体２０６、及び、連結枠体２０６、基板当接手段２０１はそれぞれに設けられた嵌合突部としてのレール２０８と嵌合溝としてのスライダ２０９とで連結されている。
【００４０】
前記レール２０８とスライダ２０９とはスライド方向以外には移動が規制されている。従って、押圧手段２０２に対し基板当接手段２０１は、ｘｙテーブル１０６の移動するｘｙ方向には移動自在であるが回転方向には移動しない。なお、レール２０８とスライダ２０９の位置関係を逆にしても良い。
【００４１】
さらに本実施形態では押圧手段２０２と基板当接手段２０１とが剛体により連結されているため、押圧方向に歪むことが無くより正確に基板Ａを押圧固定することが可能となる。
【００４２】
なお、レール２０８とスライダ２０９との間に隙間（遊び）を設け、ある程度回転方向のスライドも許容しうるものとしてもかまわない。また、この際には無負荷状態において回転方向の所定位置を維持するように弾性体を適所に配置しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、基板に部品を搭載する部品搭載装置等に適用でき、特に基板と部品との相対的位置合わせを正確に行う部品搭載装置等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本実施形態にかかる部品搭載装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】固定手段の基板当接手段が設けられている先端部分を示す平面図である。
【図３】固定手段の先端部分と基板や電子部品の位置関係を示す分解斜視図である。
【図４】本実施形態にかかる部品搭載装置に適用される部品搭載方法を示すフローチャートである。
【図５】固定手段の他の実施形態を示す平面図であり、押圧手段の先端部分のみを示す斜視図である。
【図６】固定手段の先端部の断面図であり、（ａ）は図５におけるＩ−Ｉ線断面、（ｂ）は図５におけるＩＩ−ＩＩ線断面である。
【符号の説明】
【００４５】
１００  部品搭載装置
１０１  ステージ
１０２  固定手段
１０３  昇降押圧機構
１０４  ボンディングツール
１０５  保持ツール
１０６  ｘｙテーブル
１０７  支持フレーム
１０８  カメラ
１０９  移動機構
１１０  制御部
１１１  支柱
１１２  直動ガイド
１１３  基板押圧機構
１１４  クランプ爪
１１５  振動子
１１６  ボンディングホーン
１１７  ボンディングノズル
２０１  基板当接手段
２０２  押圧手段
２０３  貫通孔
２０４  連結手段
２０５  挿通孔
２０６  連結枠体
２０７  弾性体
２０８  レール
２０９  スライダ
Ａ      基板
Ｂ      電子部品
Ｃ      基板キャリア
【図１】
2006040971.tif 000003
【図２】
2006040971.tif 000004
【図３】
2006040971.tif 000005
【図４】
2006040971.tif 000006
【図５】
2006040971.tif 000007
【図６】
2006040971.tif 000008