(57)【要約】【課題】ワークピースの加圧加工の際、加圧開始から終了までサーボモータのトルク制御を行うことによって、オーバシュートを防いでワークピースへのダメージを小さくし、欠陥のない加圧加工製品を生産する加圧装置及び加圧方法を提供することである。【解決手段】トルク制御モードに切り替わると、大きいトルクゲインで所定時間（Ｔ１）加圧され、その後、小さいトルクゲインに切り替えられて所定時間（Ｔ２）加圧される。この間に加圧力は設定加圧力（ＰＲ１）になる。このように、加圧開始から設定加圧力（ＰＲ１）に達する過程でトルクゲインを大きくすることにより、圧力のオーバシュートが防げ、ワークピースへのダメージを小さくすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置フレームに設けられたサーボモータの回転運動を直線運動に変換して昇降する昇降部に、加圧加工用の加圧ヘッドが組み付けられ、前記昇降部の下降にともない前記加圧ヘッドによってワークピースを加圧加工する加圧装置であって、前記ワークピースの加圧加工の際、前記サーボモータの制御モードを第１の位置制御モード、トルク制御モード、第２の位置制御モードの順に切り替えて行うことを特徴とする加圧装置。
【請求項２】
前記トルク制御モードを、前記加圧ヘッドがワークピースへの加圧動作に入ると、所定時間大きいトルクゲインで加圧し、その後、小さいトルクゲインに切り替えて加圧するようにした請求項１に記載の加圧装置。
【請求項３】
装置フレームに設けられたサーボモータの回転運動を直線運動に変換して昇降する昇降部に、加圧加工用の加圧ヘッドが組み付けられ、前記昇降部の下降にともない前記加圧ヘッドによってワークピースを加圧加工する加圧方法であって、前記ワークピースの加圧加工の際、前記サーボモータの制御モードを第１の位置制御モード、トルク制御モード、第２の位置制御モードの順に切り替えて行う加圧方法。
【請求項４】
前記サーボモータのトルク制御モードを、前記加圧ヘッドのワークピースが加圧加工動作に入ると、所定時間大きいトルクゲインで加圧し、その後、小さいトルクゲインに切り替えて加圧する請求項３に記載の加圧方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークピースを加圧加工するサーボモータを用いた加圧装置及び加圧方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ワークピースの加圧加工、例えば、基板にＩＣチップを圧着するボンディング装置の加圧装置などでは、図５に示されるように、装置フレーム１の上部に設置された上下スライド用エアーシリンダー２５に、加圧加工用の加圧ヘッド２７が組み込まれた加圧用エアーシリンダー２６が上下スライド用エアーシリンダー２５の昇降運動に従動するように設けられ、加圧ヘッド２７が上下スライド用エアーシリンダー２５でワークピース２への加圧位置まで降下された後、加圧用エアーシリンダー２６によって加圧加工されている。
【０００３】
この場合、加圧用エアーシリンダー２６にはコントローラ２８からの指令を受ける電空レギュレータ２９が接続されており、コントローラ２８から加圧力がアナログ電圧値３０で電空レギュレータ２９に設定され、電空レギュレータ２９から元圧である使用圧力（工場圧）３１が前記アナログ電圧設定された加圧力３２に圧力制御されて加圧用エアーシリンダー２６に送り込まれることにより加圧加工されるようになっている。
なお、前記した上下スライド用エアーシリンダーをサーボモータに替えて加圧ヘッドを昇降させている場合もある。
【０００４】
このような加圧用エアーシリンダーや電空レギュレータなどを用いた加圧システムでは、それら相互間の作動精度不良などにより設定加圧力値と実際のワークピースへの加圧力に誤差が生じて不良品が出るという問題があった。
【０００５】
そのため、加圧用エアーシリンダーや電空レギュレータを排除したサーボモータを用いた加圧装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
これは、サーボモータの駆動電流値制御によるもので、加圧力を検出し、その圧力検出量をフィードバックしてサーボモータが制御されるようになっているので前記問題が解消される。
【０００７】
さらに、加圧具（前記加圧ヘッド２７に相当）の下端面が部品（前記ワークピース２に相当）の上端面に接触する寸前で高速から低速に切り替わるよう制御され、設定圧力（目標電圧）に到達するまで、部品に加わる加圧力が定圧となるよう制御されている。
【０００８】
この場合、加圧具の下端面が部品の上端面に接触する寸前で高速から低速に切り替わるよう制御されているので、加圧具が部品に接触する時の衝撃力が低減されている。
【特許文献１】
特開２００１−７１１９６号公報（第６頁、段落００４９〜００５５）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、設定圧力（目標電圧）に到達するまでは低速とはいえ一定速度での駆動電流制御のため、部品に過大な加圧力、所謂、オーバシュートが生じてクラックなどの欠陥が発生することがあり、部品へのダメージが大きいという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、ワークピースの加圧加工の際、加圧開始から終了までトルクゲインを切り替えながら設定した加圧力に追従してサーボモータのトルク制御を行うことによって、オーバシュートを防いでワークピースへのダメージを小さくし、欠陥のない加圧加工製品を生産する加圧装置及び加圧方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
ワークピースの加圧加工の際、サーボモータの制御モードを第１の位置制御モード、トルク制御モード、第２の位置制御モードの順に切り替えて行うようにした加圧装置であり、前記トルク制御モードが、加圧加工動作に入ると所定時間大きいトルクゲインで加圧し、その後小さいトルクゲインに切り替わるようになっている。
【００１２】
また、ワークピースの加圧加工の際、サーボモータの制御モードを第１の位置制御モード、トルク制御モード、第２の位置制御モードの順に切り替えて行う加圧方法であり、前記トルク制御モードを、加圧加工動作に入ると所定時間大きいトルクゲインで加圧し、その後小さいトルクゲインに切り替えるようにする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は加圧装置の一実施の形態を示した概略構成図であり、加圧ヘッド６の加圧待機位置を示している。また、図２は加圧ヘッド６が図１の待機位置から加圧開始位置まで下降した状態を示したものである。
【００１４】
この実施例の加圧装置は、例えば、基板にＩＣチップを圧着するボンディング装置などに用いられるものであり、サーボモータ３がサーボモータ３の回転運動を直線運動に変換して昇降運動する昇降部４に連結され、その昇降部４が門型の装置フレーム１の上部に取り付けられている。昇降部４の下方には保持具２０が取り付けられており、その保持具２０に弾性体合金２１を具備した圧力検出器５が挟持され、圧力検出器５には加圧加工用の加圧ヘッド６が垂設されている。
【００１５】
そして、図２に示されるようにサーボモータ３の回転による昇降部４の下降に伴って加圧ヘッド６が降下し、装置フレーム１の下部に載置されたワークピース２が加圧加工されるようになっている。
【００１６】
昇降部４は、ナットと鋼球を介して昇降するネジ軸からなるボールネジ機構（図示なし）が内設されたものであり、また、圧力検出器５は、弾性体合金２１が荷重（加圧ヘッド６の反力）が加わることにより変形する際の微小変位を出力電圧として出力することでワークピース２に加わる加圧力を計測する歪みゲージ式のものであり、何れも慣用のものである。
【００１７】
サーボモータ３には、指令系である上位コントローラ７に接続されサーボモータの制御を総括的に行うサーボモータコントローラ８が接続されており、圧力検出器５からはワークピース２への加圧力信号が圧力検出器用増幅器９を介してサーボモータコントローラ８にフィードバックされるようになっている。
【００１８】
サーボモータコントローラ８は、後述の加圧制御テーブル１１を作成し、それに応じた加圧力値と圧力検出器からの圧力検出値とが付き合わされる信号突き合わせ部１４と、信号突き合わせ部１４での差分の圧力値をトルク制御する圧力制御コントローラ１５を有している。
【００１９】
次に、本発明の加圧装置における加圧方法を制御系が示された図３のブロック図、及び、加圧力と時間の関係が示された図４のタイムチャートに基づいて説明する。
【００２０】
まず、上位コントローラ７からワークピース２への加圧制御プログラムが設定された加圧設定パラメータ１０が発信されてサーボモータコントローラ８に入力され、サーボモータコントローラ８ではそのパラメータ１０に基づいて加圧制御テーブル１１が作成される。従って、以下に説明する加圧加工動作（第１の位置制御モード、トルク制御モード、第２の位置制御モード）は、この加圧制御テーブル１１に従って行われる。
【００２１】
（第１の位置制御モード）
上位コントローラ７から加圧ヘッド６を加圧待機位置から加圧開始位置まで降下させる指令パルス１２が出力され、サーボモータコントローラ８はサーボモータ３回転させて加圧ヘッド６を降下させ、加圧開始位置に達したら上位コントローラ７から加圧開始指令１３がサーボモータコントローラ８に発せられる。（図２及び図４の線図ａ参照）。
【００２２】
すると、サーボモータコントローラ８から加圧動作中信号１９が上位コントローラ７に出力されて加圧動作中であることが認識される。同時にサーボモータ３が低速で回転して加圧ヘッド６が加圧開始位置からワークピース２に接近する。（図４の線図ｂ参照）。
【００２３】
そして、加圧ヘッド６がワークピース２に当接して圧力検出器５が加圧力（ＰＲ０）を検知するとその圧力信号によってサーボモータコントローラ８は第１の位置制御モードからトルク制御モードに切り替える。
【００２４】
（トルク制御モード）
前記トルク制御モードに切り替わると同時にサーボモータコントローラ８の圧力制御コントローラ１５に予め設定されているトルクゲインの大きいトルクゲインで加圧が開始されて所定時間（Ｔ１）加圧される。その後、小さいトルクゲインに切り替えられて所定時間（Ｔ２）加圧される。そして、この間に加圧力は設定加圧力（ＰＲ１）になる。
【００２５】
大きいトルクゲインでの加圧時間（Ｔ１）は、圧力検出器５の検出値が設定加圧力（ＰＲ１）値になるまでの加圧時間（Ｔ０）に対して可変であり、１．１５〜１．３５Ｔ０が好ましいが１．２５Ｔ０が最適である。また、加圧開始時の加圧力（ＰＲ０）は、設定加圧力（ＰＲ１）の０．３〜０．９倍の間から選択するとよい。
【００２６】
なお、前記トルクゲインは、トルクを変化させる割合であり、トルクゲインが大きいと検知される加圧力の微細な変動にも感応するので加圧力の変動への追従性がよく、トルクコントロールも俊敏に行うことができる。従って、本発明の場合、加圧開始から設定加圧力（ＰＲ１）に達する過程でトルクゲインを大きくすることにより、圧力のオーバシュートが防げ、ワークピースへのダメージを小さくすることができる。トルクゲインの数値は、例えば、加圧力１Ｋｇｆに対し、大は２ｒａｄ／ｓｅｃ、小は０．５ｒａｄ／ｓｅｃ程度とするとよい。
【００２７】
ここで、軽加圧ボンディング加工におけるトルク制御モードの一例を図４タイムチャートを参照して説明する。まず、加圧開始の加圧力（ＰＲ０）０．０２５Ｋｇｆから０．５秒（Ｔ０）後に、加圧力（ＰＲ１）０．０５Ｋｇｆに達し、加圧開始から大きいトルクゲインがかけられた状態で０．６２５秒間（Ｔ１）加圧され、その後、小さいトルクゲインに切り替えられてさらに２秒間（Ｔ２）加圧される。その結果、良好なボンディング加工結果が得られている。
【００２８】
以上のトルク制御モードでの動作は、サーボモータコントローラ８に作成された加圧制御テーブル１１に従っており、加圧制御テーブル１１で加圧設定パラメータ１０に応じた圧力指令値１６が決定され、この圧力指令値１６は圧力検出器５で検出された圧力検出値１７と信号突き合わせ部１４で付き合わされて、その差分が圧力制御コントローラ１５に入力され、圧力制御コントローラ１５から圧力検出値１７と圧力指令値１６に限りなく近い加圧力となるトルク指令１８がサーボモータ３に発せられてサーボモータ３がトルク制御されている。
【００２９】
（第２の位置制御モード）
トルク制御モードにおいて、小さいトルクゲインでの加圧（時間Ｔ２）が完了すると、サーボモータコントローラ８はワークピースへの加圧を解くと同時にトルク制御モードから第２の位置制御モードに切り替える。
【００３０】
第２の位置制御モードに切り替わると、サーボモータ３の回転により加圧ヘッド６が加圧開始位置（図２及び図４の線図ｃ）まで上昇し、上昇した時点でサーボモータコントローラ８から上位コントローラ７に出力されていた加圧動作中信号１９が切られ、加圧動作中であるという認識が解かれる。それを確認して上位コントローラ７から発せられていた加圧開始指令１３が切られる。
【００３１】
その後、上位コントローラ７から加圧ヘッド６を加圧開始位置から加圧待機位置まで上昇させる指令パルス１２がサーボモータ３に出力される。すると、サーボモータ３の回転によって加圧ヘッド６が上昇して加圧待機位置（図１及び図４の線図ｄ）に戻る。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の加圧装置及び加圧方法によれば加圧加工に際し、ワークピースへの加圧動作に入ると、サーボモータのトルク制御を所定時間大きいトルクゲインで加圧し、その後、小さいトルクゲインに切り替えて加圧するようにしているので、圧力のオーバシュートを防ぐことができ、ワークピースへのダメージも小さくすることができるので、欠陥のない良質の加圧加工製品を生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による加圧装置の一実施の形態を示した概略構成図であり、加圧ヘッドの加圧待機位置を示している。
【図２】図１の加圧ヘッドが待機位置から加圧開始位置まで下降した状態を示した図面である。
【図３】本発明の制御系が示されたブロック図である。
【図４】加圧力と時間の関係が示されたタイムチャート図である。
【図５】従来の加圧装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１．  装置フレーム
２．  ワークピース
３．  サーボモータ
４．  昇降部
５．  圧力検出器
６．  加圧ヘッド
７．  上位コントローラ
８．  サーボモータコントローラ
１０．  加圧設定パラメータ
１１．  加圧制御テーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004181461.tif 000006
【図５】
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