(57)【要約】【課題】回路基板自体および回路基板の載置作業に影響を与えず、回路基板のステージに対する相対振動を良好に低減する。【解決手段】超音波振動子５２より伝達された振動は、保持ツールの先端部５３１を介して摩擦力により、電子部品８を回路基板９に対して相対的に振動させる。同時に回路基板９にも振動が伝達し、回路基板９をステージ２１に対して相対的に振動させてしまうが、回路基板９とステージ２１との間に、ステージ２１の材質より軟質の材料からなる基板保持シート２３を介在させることにより、基板保持シート２３にて振動を吸収して振動を低減させる。【選択図】図４
2008294241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板を載置するステージに対して電子部品を押圧し、超音波を加えて前記電子部品を前記回路基板に装着する電子部品装着方法であって、
前記回路基板と前記ステージとの間に、前記ステージの材質よりも軟質の基板保持シートを設置する工程と、
前記電子部品を保持する部品保持部材を介して、前記電子部品に超音波振動を付与しつつ前記電子部品を前記回路基板に向けて押圧する工程と、
を備えることを特徴とする電子部品装着方法。
【請求項２】
前記基板保持シートとして厚みが１０μｍ以上５００μｍ以下のものを用いることを特徴とする請求項１記載の電子部品装着方法。
【請求項３】
前記基板保持シートとしてポリイミド樹脂製のシートを用いることを特徴とする請求項１または２記載の電子部品装着方法。
【請求項４】
回路基板を載置するステージに対して電子部品を押圧し、超音波を加えて前記電子部品を前記回路基板に装着する電子部品装着装置であって、
前記電子部品を保持する部品保持部材と、
前記回路基板と前記ステージとの間に設置され、前記ステージよりも軟質の基板保持シートと、
前記部品保持部材を介して前記電子部品に超音波振動子からの超音波振動を付与しつつ前記電子部品を前記回路基板に向けて押圧する部品装着部と、
を備えたことを特徴とする電子部品装着装置。
【請求項５】
前記基板保持シートの厚みが１０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする請求項４記載の電子部品装着装置。
【請求項６】
前記基板保持シートをポリイミド樹脂製シートとしたことを特徴とする請求項４または５記載の電子部品装着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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電子部品装着方法および電子部品装着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリント基板などの回路基板に電子部品を装着する電子部品装着装置では、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。この超音波接合では、回路基板に押圧された電子部品に超音波振動を付与することにより、電子部品の電極と回路基板の電極とを接合する。
【０００３】
ところで、超音波接合において、電子部品に付与された超音波振動は回路基板にも伝達し、回路基板は、回路基板を載置するステージに対して相対的に振動していることが知られているが、特に、回路基板の質量が小さい場合や裏面に凹凸がある場合は、回路基板とステージとの相対振動が大きくなり、電子部品と回路基板との相対振動が小さくなるため、高い接合性能を安定して行うことが困難となってしまう。
【０００４】
基板振動を低減するための構成として、特許文献１に記載されているような回路基板を押える治具を用いるものがある。図７に特許文献１に記載された従来の基板押え構造の概略を示す。
【０００５】
図７において、超音波振動子５２から伝達された振動は、電子部品８を保持する部材の先端部５３１を介して摩擦力により、電子部品８を回路基板９に対して相対的に振動させる。同時に回路基板９にも振動が伝達し、回路基板９が回路基板９を載置しているステージ２１に対して相対的に振動する。しかし、この基板振動は基板押え治具２４の押圧により低減される。
【特許文献１】特開２００６−１２８４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の構成では、回路基板上に基板押え治具のスペースが必要になるし、回路基板が壊れ易い材料の場合は、前記基板押え治具を用いることが困難であり、生産性も低下する。
【０００７】
本発明は、前記従来技術の課題に対し、回路基板自体および回路基板の載置作業に影響を与えず、回路基板のステージに対する相対振動を良好に低減することが可能な電子部品装着方法および電子部品装着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明に係る電子部品装着方法は、回路基板を載置するステージに対して電子部品を押圧し、超音波を加えて前記電子部品を前記回路基板に装着する電子部品装着方法であって、前記回路基板と前記ステージとの間に、前記ステージの材質よりも軟質の基板保持シートを設置する工程と、前記電子部品を保持する部品保持部材を介して、前記電子部品に超音波振動を付与しつつ前記電子部品を前記回路基板に向けて押圧する工程とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る電子部品装着装置は、回路基板を載置するステージに対して電子部品を押圧し、超音波を加えて前記電子部品を前記回路基板に装着する電子部品装着装置であって、前記電子部品を保持する部品保持部材と、前記回路基板と前記ステージとの間に設置され、前記ステージよりも軟質の基板保持シートと、前記部品保持部材を介して前記電子部品に超音波振動子からの超音波振動を付与しつつ前記電子部品を前記回路基板に向けて押圧する部品装着部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
前記基板保持シートとしては、厚みが１０μｍ以上５００μｍ以下のものが好ましく、またポリイミド樹脂製のシートが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、超音波を利用して電子部品を回路基板に装着する場合において、ステージの材質よりも軟質の基板保持シートを介在させることで、容易かつ簡単にステージに対する回路基板の振動を抑制することができ、特に回路基板の質量が小さい場合や裏面に凹凸がある場合でも、ステージに対する回路基板の振動を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施形態１に係る電子部品装着装置１の概略構成を示す正面図、図２は実施形態１の電子部品装着装置の平面図である。
【００１４】
本実施形態の電子部品装着装置１は、微細な電子部品８を反転した後に、プリント基板などの回路基板９上に超音波を利用して電子部品８の装着と電極の接合とを同時に行う、いわゆるフリップチップ実装装置である。
【００１５】
本電子部品装着装置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の上方（図１中に示す（＋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８を装着する部品装着ユニット３が設けられ、基板保持部２の左方（−Ｘ）側には、部品装着ユニット３に電子部品８を供給する部品供給部４が設けられている。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により部品装着ユニット３に供給された電子部品８を撮像する撮像部６０が設けられている。電子部品装着装置１では、これらの各部が制御部１０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８の装着が行われる。
【００１６】
基板保持部２は、回路基板９を保持するステージ２１と、該ステージ２１をＹ方向に移動するステージ移動機構２２を備えている。
【００１７】
部品装着ユニット３は、部品装着部３１と、該部品装着部３１をＸ方向に移動する装着部移動機構３２を備え、部品装着部３１は、電子部品８を保持しつつ回路基板９に装着する装着ヘッド５と、該装着ヘッド５を昇降する昇降機構３３が設けられている。なお、装着ヘッド５の詳細については後述する。
【００１８】
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８を配置する部品配置部４１と、該部品配置部４１から電子部品８を取り出して保持する供給ヘッド４２と、該供給ヘッド４２をＸ方向に移動する供給ヘッド移動機構４３と、供給ヘッド４２を回動および僅かに昇降する回動機構４４を備えている。部品配置部４１は、多数の電子部品８が載置される部品トレイ４１１と、該部品トレイ４１１を保持するステージ４１２と、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を備えている。
【００１９】
供給ヘッド４２は、吸着により保持した電子部品８を部品装着部３１の装着ヘッド５に供給する供給コレット４２１を備えている。供給コレット４２１は、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８を吸着して保持する。
【００２０】
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８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。
【００２１】
なお、本実施形態において、電子部品８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、実装される電子部品８によって電極部は、メッキバンプなどであってもよく、電極パターン自体でもよい。また、バンプは、電子部品８の電極パターン上に設ける代わりに、回路基板９の電極上に設けるようにしてもよい。
【００２２】
撮像部６０は、装着部移動機構３２による部品装着部３１（特に、装着ヘッド５）の移動経路上であって部品装着部３１の移動と干渉しない位置（本実施形態では移動経路の真下）に設けられ、装着ヘッド５に保持された電子部品８を（−Ｚ）側から撮像する。
【００２３】
図３は本実施形態における装着ヘッド近傍の拡大図である。
【００２４】
装着ヘッド５は、図３中のＸ軸に対して僅かにＺ方向に傾斜した中心軸Ｊ１に沿って延出するホーン５１を有し、ホーン５１の一端には超音波振動子５２が固定される。また、ホーン５１の他端側には、部品保持部材である保持ツール５３が取り付けられ、保持ツール５３は、電子部品８を吸着保持する先端部５３１を有する。
【００２５】
ホーン５１は、保持ツール５３が超音波振動子５２よりも（−Ｚ）側に位置するように、所定の傾斜角によってヘッド支持部３４に取り付けられており、ヘッド支持部３４はシャフト３５に取り付けられている。保持ツール５３の先端部５３１はホーン５１から下方へと柱状に突出する。保持ツール５３はステンレス鋼などにて形成される。
【００２６】
昇降機構３３（図１参照）によりシャフト３５がＺ方向に移動することにより、装着ヘッド５が回路基板９に対して相対的に昇降する。ホーン５１は、超音波振動子５２からの超音波振動の節となる部分であるノーダル部５１５にて、ヘッド支持部３４に取り付けられている。
【００２７】
図４は本実施形態の要部を簡略化して示す説明図である。
【００２８】
図４において、超音波振動子５２より伝達された振動は、前記保持ツール５３の先端部５３１を介して摩擦力により、電子部品８を回路基板９に対して相対的に振動させる。同時に回路基板９にも振動が伝達し、回路基板９はステージ２１に対して相対的に振動する。しかし、本実施形態では、回路基板９とステージ２１との間に、ステージ２１の材質より軟質の材料からなる基板保持シート２３を介在させることにより、基板保持シート２３にて振動を吸収させ、振動を低減するようにしている。
【００２９】
図５は前記基板保持シート２３を介在させたときの回路基板９の基板保持部２１への固定方法の実施形態１を説明するための一部断面図であって、基板保持シート２３に接着層２５を設け、基板保持シート２３を回路基板９に接着し、基板保持シート２３をステージ２１の基板吸着孔２６による吸着により保持することにより、回路基板９をステージ２１に固定している。
【００３０】
前記固定方法では、回路基板９に基板保持シート２３を貼る工程と剥がす工程が必要になるが、一つの基板保持シート２３上に複数の回路基板９を固定して搬送するような使い方には適している。
【００３１】
図６は基板保持シート２３を介在させたときの回路基板９の基板保持部２１への固定方法の実施形態２を説明するための一部断面図であって、基板保持シート２３に形成された吸着孔２３ａをステージ２１の基板吸着孔２６に合せて、接着層２５にて基板保持シート２３をステージ２１に接着しており、ステージ２１に回路基板９を吸着保持している。
【００３２】
実施形態２では、吸着孔２３ａ，２６が小さい場合は、ステージ２１の基板吸着孔２６と、基板保持シート２３の吸着孔２３ａとを合せることが困難であるため、回路基板９が比較的大きい場合に適している。また、図５に示す実施形態１の固定方法のように、回路基板９に接着層２５を付着しないので、接着剤などの汚れを気にしなくてよいし、基板保持シート２３を貼る工程／剥がす工程が少なくてすむ。
【００３３】
この種の電子部品装着装置において、通常、ステージ２１はヤング率２００ＧＰａ程度のＳＵＳ材料からなり、振動伝達の観点から共振周波数が１／２以下の基板保持シート２３で振動抑制効果があると考えられ、よって、基板保持シート２３のヤング率は５０ＧＰａ以下が望ましい。
【００３４】
また、回路基板９における基板保持シート２３側の裏面電極の厚みは、通常、１μｍ以上であり、その厚みを吸収するには基板保持シート２３の厚みとして１０μｍ以上の厚みが望ましい。
【００３５】
また、通常、回路基板９の厚みは１ｍｍ以下であり、基板保持シート２３の厚みが５００μｍ以上では別の振動モードが発生するおそれがあるため、基板保持シート２３の厚みは５００μｍ以下が望ましい。
【００３６】
このように回路基板９の凹凸を吸収できる基板保持シート２３の厚みにすることで、超音波振動の特性上、僅かに発生する基板の縦振動やチルト振動の吸収も期待でき、電子部品８と回路基板９との接合の信頼性を向上できる。
【００３７】
さらに、超音波接合においては、ステージ２１を加熱する場合が多く、温度依存性が少ないポリイミド樹脂を基材とした基板保持シート２３が望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
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可能であり、特にステージに対する回路基板の振動抑制に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態１に係る電子部品装着装置１の概略構成を示す正面図
【図２】本実施形態の電子部品装着装置の平面図
【図３】本実施形態における装着ヘッド近傍の拡大図
【図４】本実施形態の要部を簡略化して示す説明図
【図５】実施形態１において基板保持シートを介在させたときの回路基板の基板保持部への固定方法を説明するための一部断面図
【図６】本発明の実施形態２における基板保持シートを介在させたときの回路基板の基板保持部への固定方法を説明するための一部断面図
【図７】従来の電子部品装着装置における基板押え構造の概略を示す図
【符号の説明】
【００４０】
１  電子部品装着装置
２  基板保持部
３  部品装着ユニット
４  部品供給部
５  装着ヘッド
８  電子部品
９  回路基板
１０  制御部
２１  ステージ
２２  ステージ移動機構
２３  基板保持シート
２３ａ  吸着孔
２５  接着層
２６  基板吸着孔
３１  部品装着部
３２  装着部移動機構
３３  昇降機構
３４  ヘッド支持部
３５  シャフト
４１  部品配置部
４２  供給ヘッド
４３  供給ヘッド移動機構
４４  回転機構
５０  部品保持部
５１  ホーン
５２  超音波振動子
５３  
６０  撮像部
４１１  部品トレイ
４１２  ステージ
４１３  トレイ移動機構
４２１  供給コレット
５１５ノーダル部
５３１  保持ツールの先端部
【図１】
2008294241.tif 000003
【図２】
2008294241.tif 000004
【図３】
2008294241.tif 000005
【図４】
2008294241.tif 000006
【図５】
2008294241.tif 000007
【図６】
2008294241.tif 000008
【図７】
2008294241.tif 000009