(57)【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、
所定の方向に伸びる本体部の一端側に電子部品を保持する保持ツールが取り付けられ、前記本体部の他端側に前記本体部および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圧電素子が固定された装着ヘッドと、
前記装着ヘッドを介して前記電子部品を回路基板に向けて押圧する押圧機構と、
前記保持ツールを加熱する加熱部と、
前記装着ヘッドにおいて前記加熱部により加熱される部位と前記圧電素子との間の前記本体部の空冷部位にガスを供給して前記空冷部位を冷却するガス供給部と、
を備え、
前記本体部の前記空冷部位に複数の開口に連絡する孔が形成されており、前記空冷部位が、前記本体部の前記所定の方向を向く中心軸を中心としてｎ回回転対称性（ｎは３以上の整数）を有す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、
前記孔が、前記空冷部位の前記中心軸に垂直な断面の中心から外周に向かって放射状に伸びる複数の冷却孔を含むことを特徴とする電子部品装着装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電子部品装着装置であって、
前記複数の開口のそれぞれが前記所定の方向に伸びる形状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１ないし３のいずれかに記載の電子部品装着装置であって、
前記空冷部位の前記電子部品が装着される回路基板側を非接触にて覆うとともに、前記複数の開口から前記回路基板へと向かうガスを遮蔽するカバー部をさらに備えることを特徴とする電子部品装着装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の電子部品装着装置であって、
前記本体部の前記空冷部位を含む前記圧電素子側の部位および前記圧電素子が、前記本体部の他の部位から分離可能な超音波振動デバイスの一部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５に記載の電子部品装着装置であって、
前記超音波振動デバイスの前記圧電素子が、複数の圧電板と複数の電極板とを接着用の樹脂を介して交互に積層したものであ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、
前記空冷部位の前記中心軸に垂直な断面の外形が円形であることを特徴とする電子部品装着装置。
【請求項８】
請求項５または６に記載の電子部品装着装置であって、
前記空冷部位の前記中心軸に垂直な断面の外形が正六角形または正八角形であることを特徴とする電子部品装着装置。
【請求項９】
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、
ａ）装着ヘッドの所定の方向に伸びる本体部の一端側に取り付けられた保持ツールにて電子部品を保持する工程と、
ｂ）前記本体部の他端側に固定された圧電素子により前記本体部および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工程と、
ｃ）前記ｂ）工程に並行して、前記装着ヘッドを介して前記電子部品を回路基板に向けて押圧する工程と、
ｄ）前記ａ）ないしｃ）工程に並行して、前記保持ツールを加熱部により加熱する工程と、
ｅ）前記ｄ）工程に並行して、前記装着ヘッドにおいて前記加熱部により加熱される部位と前記圧電素子との間の前記本体部の空冷部位にガスを供給して前記空冷部位を冷却する工程と、
を備え、
前記本体部の前記空冷部位に複数の開口に連絡する孔が形成されており、前記空冷部位が、前記本体部の前記所定の方向を向く中心軸を中心としてｎ回回転対称性（ｎは３以上の整数）を有することを特徴とする電子部品装着方法。
【請求項１０】
対象物に超音波振動を付与する超音波振動デバイスであって、
所定の中心軸に沿う方向の一端側に加熱される対象物が取り付けられるとともに除熱用のガスが付与される補助部材と、
前記補助部材の他端側に固定される圧電素子と、
を備え、
前記補助部材に複数の開口に連絡する孔が形成されており、前記補助部材が、前記中心軸を中心としてｎ回回転対称性（ｎは３以上の整数）を有することを特徴とする超音波振動デバイス。
【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技術、および、対象物に超音波振動を付与する超音波振動デバイスに関する。
【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、部品保持部に保持された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、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。また、近年、超音波接合を行う際に部品保持部を加熱することにより、電子部品の装着性能を向上させることも提案されている。
【０００３】
ところで、超音波振動を発生する一般的な超音波振動デバイスの圧電素子では、圧電板と電極板との間の接着に耐熱性が低い樹脂が用いられるため、圧電素子の温度が過度に上昇すると、超音波振動を発生することができなくなってしまう。そこで、特許文献１では、超音波振動デバイスに取り付けられるホーンに対して、ホーンの中心軸に垂直な一方向に伸びる複数の貫通孔を形成し、これらの貫通孔に除熱用のエアを付与することにより、圧電素子の温度の過度の上昇を防止する手法が開示されている。
【特許文献１】特許第３６６４１５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、超音波接合において電子部品を効率よく回路基板に装着するには、電子部品の振動特性が重要となる。しかしながら、特許文献１のようにホーンに一方向に伸びる複数の貫通孔を形成した場合には、設計上、電子部品の振動特性の低下を抑制することが容易ではない。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、加熱および超音波振動を併用した電子部品の装着において、圧電素子の温度の過度の上昇を防止しつつ電子部品の振動特性の低下を抑制して、電子部品を安定してかつ効率よく回路基板上に装着することを目的とし、加熱される対象物に超音波振動を付与する超音波振動デバイスにおいて、圧電素子の温度の過度の上昇を防止しつつ対象物の振動特性の低下を抑制することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、所定の方向に伸びる本体部の一端側に電子部品を保持する保持ツールが取り付けられ、前記本体部の他端側に前記本体部および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圧電素子が固定された装着ヘッドと、前記装着ヘッドを介して前記電子部品を回路基板に向けて押圧する押圧機構と、前記保持ツールを加熱する加熱部と、前記装着ヘッドにおいて前記加熱部により加熱される部位と前記圧電素子との間の前記本体部の空冷部位にガスを供給して前記空冷部位を冷却するガス供給部とを備え、前記本体部の前記空冷部位に複数の開口に連絡する孔が形成されており、前記空冷部位が、前記本体部の前記所定の方向を向く中心軸を中心としてｎ回回転対称性（ｎは３以上の整数）を有する。
【０００７】
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、前記孔が、前記空冷部位の前記中心軸に垂直な断面の中心から外周に向かって放射状に伸びる複数の冷却孔を含む。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の電子部品装着装置であって、前記複数の開口のそれぞれが前記所定の方向に伸びる形状である。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の電子部品装着装置であって、前記空冷部位の前記電子部品が装着される回路基板側を非接触にて覆うとともに、前記複数の開口から前記回路基板へと向かうガスを遮蔽するカバー部をさらに備える。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の電子部品装着装置であって、前記本体部の前記空冷部位を含む前記圧電素子側の部位および前記圧電素子が、前記本体部の他の部位から分離可能な超音波振動デバイスの一部である。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の電子部品装着装置であって、前記超音波振動デバイスの前記圧電素子が、複数の圧電板と複数の電極板とを接着用の樹脂を介して交互に積層したものである。
【００１２】
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、前記空冷部位の前記中心軸に垂直な断面の外形が円形である。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項５または６に記載の電子部品装着装置であって、前記空冷部位の前記中心軸に垂直な断面の外形が正六角形または正八角形である。
【００１４】
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方法であって、ａ）装着ヘッドの所定の方向に伸びる本体部の一端側に取り付けられた保持ツールにて電子部品を保持する工程と、ｂ）前記本体部の他端側に固定された圧電素子により前記本体部および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工程と、ｃ）前記ｂ）工程に並行して、前記装着ヘッドを介して前記電子部品を回路基板に向けて押圧する工程と、ｄ）前記ａ）ないしｃ）工程に並行して、前記保持ツールを加熱部により加熱する工程と、ｅ）前記ｄ）工程に並行して、前記装着ヘッドにおいて前記加熱部により加熱される部位と前記圧電素子との間の前記本体部の空冷部位にガスを供給して前記空冷部位を冷却する工程とを備え、前記本体部の前記空冷部位に複数の開口に連絡する孔が形成されており、前記空冷部位が、前記本体部の前記所定の方向を向く中心軸を中心としてｎ回回転対称性（ｎは３以上の整数）を有する。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、対象物に超音波振動を付与する超音波振動デバイスであって、所定の中心軸に沿う方向の一端側に加熱される対象物が取り付けられるとともに除熱用のガスが付与される補助部材と、前記補助部材の他端側に固定される圧電素子とを備え、前記補助部材に複数の開口に連絡する孔が形成されており、前記補助部材が、前記中心軸を中心としてｎ回回転対称性（ｎは３以上の整数）を有する。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１ないし９の発明では、加熱および超音波振動を併用した電子部品の装着において、圧電素子の温度の過度の上昇を防止しつつ電子部品の振動特性の低下を抑制して、電子部品を安定してかつ効率よく回路基板上に装着することができる。
【００１７】
また、請求項３の発明では、圧電素子の温度の過度の上昇をさらに防止することができ、請求項４の発明では、開口からのガスにより装着途上の電子部品が冷却されて装着性能が低下してしまうことを防止することができ、請求項５の発明では、超音波振動デバイスの一部に複数の開口に連絡する孔を形成することにより、空冷部位以外の本体部の形状を変更することなく圧電素子の温度上昇を抑制することができる。
【００１８】
また、請求項７の発明では、電子部品の振動特性を向上することができ、請求項８の発明では、電子部品の振動特性を向上しつつ、超音波振動デバイスを容易に組み立てることができる。
【００１９】
請求項１０の発明では、加熱される対象物に超音波振動を付与する超音波振動デバイスにおいて、圧電素子の温度の過度の上昇を防止しつつ対象物の振動特性の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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、発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ等の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。
【００２１】
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（−Ｘ）側には、部品装着ユニット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により部品装着ユニット３に供給された電子部品を撮像する撮像部６０が設けられ、回路基板９の（＋Ｘ）側には、部品装着ユニット３の装着ヘッド５において電子部品に当接する先端部を研磨する研磨部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に対する電子部品の装着が行われる。
【００２２】
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。
【００２３】
部品装着ユニット３は、部品装着部３１および部品装着部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、電子部品を保持しつつ回路基板９に装着する装着ヘッド５を有する。部品装着部３１には、装着ヘッド５を昇降する昇降機構３３が設けられる。
【００２４】
図３は、装着ヘッド５近傍を拡大して示す図である。装着ヘッド５は図３中のＺＸ平面に平行かつＸ軸に対して僅かに傾斜した中心軸Ｊ１に沿って伸びる本体部５１を有し、本体部５１の一端には圧電素子５２が固定される。本体部５１の他端側には保持ツール５３が着脱可能に取り付けられ、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。本体部５１は保持ツール５３が圧電素子５２よりも（−Ｚ）側に位置するように所定の傾斜角にてヘッド支持部３４に取り付けられており、ヘッド支持部３４はシャフト３５に固定される。図３に示す状態において、先端部５３１は本体部５１から下方へと柱状に突出する。保持ツール５３（先端部５３１を含む。）はステンレス鋼等にて形成される。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や研磨面７１１に対して相対的に昇降する。なお、正確には、装着ヘッド５は、圧電素子５２からの超音波振動に対するいわゆるノーダルポイントにてヘッド支持部３４により支持されている。
【００２５】
本体部５１は、保持ツール５３側の部材であるホーン５１１、および、圧電素子５２側の部材である補助部材５１２を有し、ホーン５１１の中心軸Ｊ１に垂直な断面の外形は矩形とされ、補助部材５１２の中心軸Ｊ１に垂直な断面の外形は円形とされている（後述する図４参照）。保持ツール５３、および、ホーン５１１の保持ツール５３側の部位には、加熱部３６の棒状のヒータ３６１が中心軸Ｊ１に沿って設けられる。内部に電熱線を有するヒータ３６１は電流供給部３６２に接続され、ヒータ３６１により保持ツール５３が所定の温度に加熱される。
【００２６】
図４は、図３中の矢印Ａ−Ａの位置における補助部材５１２の断面図である。補助部材５１２には、図４中の断面が中心軸Ｊ１を中心とする円形の中心孔５１３が中心軸Ｊ１に沿って形成されており、中心孔５１３の内部には後述するボルト５４１が挿入されている。補助部材５１２には、中心孔５１３の側面から外周に向かって放射状に伸びる複数の冷却孔５１４（図４の断面における冷却孔５１４の幅は、例えば０．５ｍｍとされる。）が形成されており、複数の冷却孔５１４は中心孔５１３の側面とボルト５４１の外周面との間の間隙を介して互いに連通している。正確には、複数の冷却孔５１４は、中心軸Ｊ１を中心として周方向に４５度だけ回転した位置に順次形成されており、補助部材５１２は中心軸Ｊ１を中心として８回回転対称性を有している。また、図３に示すように、各冷却孔５１４の開口は中心軸Ｊ１に沿う側面において中心軸Ｊ１に沿う方向に伸びる形状となっている。実際には、図４の補助部材５１２の作製時に各冷却孔５１４は中心軸Ｊ１を挟んで対向する他の冷却孔５１４と共にワイヤ加工等の手法にて貫通孔として一度に形成される。以上のように、補助部材５１２には複数の開口を有する孔が形成されており、この孔は補助部材５１２の断面の中心から外周に向かって放射状に伸びる複数の冷却孔５１４を含む構造となっている。
【００２７】
図３に示すように、補助部材５１２の上方にはガス供給部３７に接続されたパイプ３７１が設けられ、補助部材５１２に除熱用のガス（例えば、エア）が供給される。図４の補助部材５１２において、ガス供給部３７から供給されるガスは上部の冷却孔５１４を介して内部へと導かれ、他の冷却孔５１４から外部へと排出される。補助部材５１２の下方には、補助部材５１２を非接触にて覆うとともに、下部の冷却孔５１４から補助部材５１２の下方へと排出されるガスを遮蔽するカバー部３８が設けられる。
【００２８】
図３の圧電素子５２は、複数の圧電板５２１（例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）にて形成される圧電板）および複数の電極板５２２を有し、複数の圧電板５２１および複数の電極板５２２は接着用の樹脂５２３を介して交互に積層される。なお、図３では、１つの圧電板５２１および１つの電極板５２２並びにこれらの間に介在する樹脂５２３のみに符号を付している。圧電素子５２の本体部５１とは反対側には、ベース部材５４が取り付けられる。実際には、固定用のボルト５４１により、補助部材５１２とベース部材５４とが圧電素子５２を挟んで固定されており、圧電素子５２に対して中心軸Ｊ１に沿う圧縮応力（いわゆる、予圧）が付与されている。このように、装着ヘッド５では本体部５１の補助部材５１２、圧電素子５２およびベース部材５４が、本体部５１のホーン５１１から分離可能な超音波振動デバイス５５（例えば、ランジュバン振動子型の超音波振動デバイス）となっている。なお、圧電板５２１は、ＰＺＴ以外の他の圧電材料にて形成されてもよい。
【００２９】
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、および、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。供給ヘッド４２は、吸着により保持した電子部品を部品装着部３１の装着ヘッド５に供給する供給コレット４２１（図１参照）を備える。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に接合されるバンプ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。
【００３１】
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（本実施の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を（−Ｚ）側から撮像する。
【００３２】
次に、電子部品装着装置１が電子部品を回路基板９上に装着する動作について図５を参照しつつ説明を行う。電子部品装着装置１では、まず、図３の加熱部３６による保持ツール５３の加熱およびガス供給部３７による補助部材５１２へのガスの供給が開始される（ステップＳ１１，Ｓ１２）。これにより、保持ツール５３が、例えば２００℃となるのに対して、圧電素子５２は６０℃以下に保たれる。このとき、図４に示すように、多数の冷却孔５１４が補助部材５１２の中心軸Ｊ１に垂直な断面の中心から外周に向かって放射状に伸びているため、補助部材５１２はほぼ均一に冷却され、補助部材５１２の各部位に温度差が生じて補助部材５１２が歪むことが抑制される。
【００３３】
一方で、図１の部品供給部４では、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。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位置に位置する。このとき、供給コレット４２１と、図１中に二点鎖線にて示す受渡位置に位置する部品装着部３１の装着ヘッド５とが対向する。
【００３４】
続いて、昇降機構３３により装着ヘッド５が僅かに下降し、電子部品の上面が装着ヘッド５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、装着ヘッド５が供給コレット４２１から電子部品を受け取って先端部５３１（図３参照）にて吸着保持する（ステップＳ１３）。電子部品の供給が完了すると、昇降機構３３により装着ヘッド５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、部品装着部３１が撮像部６０の真上へと移動し、撮像部６０により装着ヘッド５の先端部５３１に保持される電子部品が撮像される。撮像部６０からの出力である画像データは制御部１０に送られ、制御部１０では画像データに基づいて部品装着部３１が制御され、装着ヘッド５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。
【００３５】
部品装着部３１は、装着部移動機構３２によりさらに（＋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に位置する。装着ヘッド５は回路基板９に向けて下降して接合面に形成されたバンプと回路基板９上の電極とが接触し、押圧機構である昇降機構３３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（ステップＳ１４）。この状態で（すなわち、電子部品の回路基板９への押圧に並行して）、図３に示す圧電素子５２により本体部５１および保持ツール５３を介して超音波振動が電子部品８に付与されることにより（ステップＳ１５）、電子部品８のバンプが回路基板９の電極に対して電気的に接合され、電子部品８の装着と同時に接合（すなわち、実装）が行われる。このとき、電子部品８が加熱されていることにより、質の高い接合を行うことができる。
【００３６】
電子部品８の装着が終了すると、吸引を停止した装着ヘッド５が昇降機構３３により電子部品８から離れて上昇し、続いて、先端部５３１（正確には、先端部５３１の電子部品８に当接する面）の研磨が必要か否かが確認される。先端部５３１の研磨は、先端部５３１に凝着した電子部品８の基板の成分を除去するために行われる。研磨が必要であると判断された場合には、装着ヘッド５が研磨部７の上方へと移動し、先端部５３１が研磨部材７１に押圧されつつ圧電素子５２により振動が付与されることにより、先端部５３１の研磨が行われる。
【００３７】
先端部５３１の研磨が終了すると、あるいは、研磨が不要であると判断された場合には、部品装着部３１が受渡位置へと移動し、取り出された電子部品が装着ヘッド５の先端部５３１にて吸着保持され、回路基板９に電子部品を装着する動作が繰り返される。
【００３８】
以上に説明したように、電子部品装着装置１では、装着ヘッド５において加熱部３６により加熱される保持ツール５３と圧電素子５２との間の本体部５１の部位である補助部材５１２に複数の開口に連絡する孔（すなわち、中心孔５１３から放射状に伸びる複数の冷却孔５１４を含む孔）が形成される。そして、これらの開口から除熱用のガスが供給されて補助部材５１２が冷却されることにより、圧電素子５２の温度の過度の上昇が防止され、電子部品を安定して回路基板９に装着することが実現される。
【００３９】
ここで、電子部品装着装置１では、電子部品に効率よく超音波振動を付与するために、圧電素子５２にて発生させる振動の周波数を変化させて装着ヘッド５の共振周波数を検出する動作がキャリブレーションとして行われる。この場合において、仮に、中心軸に垂直な一方向に伸びる複数の貫通孔を補助部材に設けたときには、経験上、副共振が現れ易くなる。その結果、この副共振が発生する周波数を共振周波数と誤って検出してしまい、超音波接合時の電子部品の振幅が小さくなってしまう場合がある。これに対し、図１の電子部品装着装置１では、補助部材５１２が中心軸Ｊ１を中心として８回回転対称性を有することにより、補助部材５１２において、それぞれが外周に沿って互いに隣接する２つの冷却孔５１４により挟まれる複数の部位（すなわち、中心軸Ｊ１に垂直な断面が同じ扇形となる複数の部位）において圧電素子５２からの振動が同様に伝播されて副共振の発生が抑制され（万一、発生した場合でも、そのピークが小さくなり）、共振周波数を精度よく検出することが可能となる。このようにして、電子部品の振動特性が低下すること（すなわち、電子部品の振幅の減少、あるいは、振動スペクトルのピークの低下や分散等）が抑制され、その結果、加熱および超音波振動を併用した電子部品の装着において、良好な接合品質にて電子部品を効率よく回路基板上に装着することができる。
【００４０】
また、複数の開口（およびその内部）のそれぞれが中心軸Ｊ１方向に伸びる形状とされることにより、圧電素子５２の温度の過度の上昇がより防止される。さらに、補助部材５１２の回路基板９側に設けられるカバー部３８により複数の開口を有する孔から回路基板９へと向かうガスが遮蔽されるため、開口からのガスにより装着途上の電子部品が冷却されて装着性能が低下することが防止される。
【００４１】
なお、上記電子部品の装着動作では、保持ツール５３の加熱および補助部材５１２の冷却（ステップＳ１１，Ｓ１２）は、電子部品の保持、電子部品の回路基板９に対する押圧および電子部品への超音波振動の付与（ステップＳ１３〜Ｓ１５）に先行して行われているが、保持ツール５３の加熱および補助部材５１２の冷却は電子部品の装着動作中、継続して行われるため、図５中のステップＳ１１，Ｓ１２は実際にはステップＳ１３〜Ｓ１５に並行して行われている。
【００４２】
図６は、装着ヘッドの他の例を示す図である。図６の装着ヘッド５ａは、図６中のＸ方向に平行な中心軸Ｊ２に沿って伸びる本体部５１ａを有し、本体部５１ａの一端には圧電素子５２が取り付けられる。また、本体部５１ａの他端側（実際には、他端側の端部から僅かに内側の部分）には図６中のＺ方向に沿う棒状の保持ツール５３ａが設けられる。保持ツール５３ａは、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おり、中心部に電子部品の吸引吸着に利用される真空吸引用の吸引路５３２を有する。吸引路５３２は図示省略のポンプに接続されており、図３の装着ヘッド５と同様に柱状に突出する先端部５３１にて電子部品が保持される。
【００４３】
本体部５１ａは、保持ツール５３ａ側の部材であるホーン５１１ａ、および、圧電素子５２側の部材である補助部材５１２を有する。図６の補助部材５１２は、図４の補助部材５１２と同様に中心軸Ｊ２に垂直な断面の外形は円形とされ、その断面において中央部から外周に向かって放射状に伸びる複数の冷却孔５１４が形成されている。圧電素子５２の構造は上記と同様であり、装着ヘッド５ａにおいても、本体部５１ａの補助部材５１２、圧電素子５２およびベース部材５４が、本体部５１ａのホーン５１１ａから分離可能な超音波振動デバイス５５となっている。
【００４４】
図６の本体部５１ａはヘッド支持部３４を介してシャフト３５に取り付けられる。本体部５１ａのホーン５１１ａの内部には、中心軸Ｊ２に沿って加熱部の棒状のヒータ３６１が設けられ、ヒータ３６１によりホーン５１１ａを介して保持ツール５３ａが加熱される。
【００４５】
図６の装着ヘッド５ａにおいても、補助部材５１２の上方にはガス供給部３７に接続されたパイプ３７１が設けられ、補助部材５１２の下方にはカバー部３８が設けられる。これにより、電子部品を回路基板９に装着する際に、補助部材５１２に除熱用のガスを供給して圧電素子５２の温度が過度に上昇することを防止しつつ、冷却孔５１４からのガスにより装着途上の電子部品が冷却されて装着性能が低下してしまうことが防止される。また、補助部材５１２が中心軸Ｊ２を中心として８回回転対称性を有することにより、電子部品の振動特性の低下が抑制される。その結果、電子部品を安定して、かつ、効率よく回路基板９上に装着することができる。
【００４６】
図７は、装着ヘッドにおける補助部材の他の例を示す図であり、図４に対応する補助部材の断面図である。図７の補助部材５１２ａでは中心軸Ｊ１に垂直な断面の外形が正六角形とされており、断面の中心から外周に向かって放射状に伸びる複数の冷却孔５１４が形成される。各冷却孔５１４は図７の断面の外形の各辺に対して垂直に伸びている。補助部材５１２ａは中心軸Ｊ１を中心として６回回転対称性を有し、実際には、各冷却孔５１４の開口は中心軸Ｊ１に沿って長くなっている。このような構造により、補助部材５１２ａを有する装着ヘッドでは、圧電素子５２の温度の過度の上昇を防止しつつ、電子部品の振動特性の低下が抑制される。
【００４７】
また、図７の補助部材５１２ａを有する超音波振動デバイスでは、補助部材５１２ａにおいて複数の冷却孔５１４が形成される部位よりも圧電素子５２側に固定用のボルトが挿入されるネジ孔が形成されている。この超音波振動デバイスを組み立てる際には、当該ボルトと補助部材５１２ａとを締結することにより、補助部材５１２ａとベース部材５４との間に挟まれた圧電素子５２に予圧を付与しつつ、補助部材５１２ａおよび圧電素子５２がベース部材５４に固定される。このとき、補助部材５１２ａでは、断面の外形が六角形とされることにより補助部材５１２ａとボルトとをレンチ等を用いて簡単に締結することができ、補助部材５１２ａを有する超音波振動デバイスを容易に組み立てることが可能となる。超音波振動デバイスを容易に組み立てるという観点では、中心軸Ｊ１に垂直な断面の外形が正八角形とされる補助部材が用いられてもよい。
【００４８】
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、様々な変形が可能である。
【００４９】
上記実施の形態では、ガス供給部３７からの除熱用のガスが供給される補助部材５１２は、本体部５１，５１ａの中心軸を中心として８回回転対称性を有するものとされるが、装着ヘッドでは、図８．Ａに示すように、その中心軸Ｊ１に垂直な断面において格子状に形成された複数の冷却孔５１４ａを含む補助部材５１２ｂや（ただし、冷却孔５１４ａは中心孔５１３とは交わらない。）、図８．Ｂに示すように、中心軸Ｊ１に垂直な断面においてそれぞれが外周を３等分した各端部と中心軸Ｊ１の位置とを結ぶ複数の冷却孔５１４を含む孔が形成される補助部材５１２ｃが用いられてもよい。なお、補助部材５１２ｂは４回回転対称性を有し、補助部材５１２ｃは３回回転対称性を有する。
【００５０】
このように、複数の開口を有する孔が形成された補助部材の中心軸に垂直な断面において、中心軸の位置と、その外周を均等に分割した多数の部分のそれぞれの両端とを結ぶ部分領域（すなわち、図８．Ａおよび図８．Ｂにおいて、二点鎖線にて仕切られる各領域）の形状が同一とされ、補助部材において中心軸を中心として外周に沿って同じ断面形状の部位が多数回繰り返されている、すなわち、補助部材が多数回の回転対称性を有することにより、互いに同じ断面形状の複数の部位で圧電素子からの振動が同様に伝播され、電子部品の振動特性の低下が抑制される。ここで、一定の方向に伸びる複数の貫通孔が設けられて２回回転対称性を有する補助部材を、圧電素子からの振動を適切に伝播するように設計することは容易ではないことが経験的に判っている。したがって、装着ヘッドの設計を容易に行うには、装着ヘッドにおいて、ガス供給部からのガスが供給されて冷却される空冷部位は、中心軸を中心としてｎ回回転対称性（ｎは３以上の整数）を有することが重要となる。
【００５１】
また、本体部において除熱用のガスが供給されて冷却される空冷部位は、加熱部により加熱される部位と圧電素子５２との間に設けられるのであれば、ホーンの一部とされてもよい。図９は、ホーン５１１ｂに複数の冷却孔５１４ｂが形成された場合におけるホーン５１１ｂの中心軸Ｊ１に垂直な断面図である。図９のホーン５１１ｂの断面の外形は矩形とされ、複数の冷却孔５１４ｂは断面の中心から放射状に伸びており、ホーン５１１ｂは中心軸Ｊ１を中心として４回転対称性を有する。ただし、電子部品の振動特性に比較的大きな影響を及ぼすホーンの形状を変更することなく圧電素子５２の温度上昇を抑制するには、ホーンから分離可能な超音波振動デバイス５５の一部であって、本体部の空冷部位を含む圧電素子５２側の部位である補助部材に冷却孔を設けることが好ましい。また、電子部品の振動特性をさらに向上するには、空冷部位の中心軸に垂直な断面の外形は円形、または、円形に近似した正六角形もしくは正八角形であることが好ましい。
【００５２】
保持ツールを加熱する加熱部は、棒状のヒータを有するもの以外に、例えばシート状の発熱体を有するものであってもよい。また、ガス供給部はパイプ３７１を介して補助部材にガスを供給するもの以外に、例えば、周囲のエアを補助部材に向けて送出するファンであってもよい。
【００５３】
例えば、装着時の電子部品は、上記実施の形態のような吸引による吸着のほか、機械的なチャックや静電チャックにより保持されてもよい。また、本体部のホーンは図３および図６に示す形状には限定されず、様々な形状とされてよい。
【００５４】
上記実施の形態では、サファイア基板やＧａＮ（ガリウムナイトライド）基板上に形成されたＬＥＤチップが回路基板上への装着対象とされるが、電子部品装着装置１では加熱を伴う超音波接合を適切に行うことが可能であるため、超音波振動のみでは接合が容易ではない脆弱なＧａＮ基板上に形成されたＬＥＤチップ（例えば、赤色ＬＥＤチップ）のフリップチップ実装に特に適している。また、電子部品装着装置１による回路基板上への装着対象は、加熱による影響が生じない他の電子部品（例えば半導体基板上に形成されるチップ）であってもよく、回路基板は、ガラス、半導体等の樹脂以外の材料により形成されたものであってもよい。また、バンプは、電子部品の電極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。
【００５５】
また、上記実施の形態において、補助部材および圧電素子を有する超音波振動デバイスは、電子部品に超音波振動を付与する以外の他の用途に用いられてもよい。例えば、超音波振動デバイスにおいて補助部材の圧電素子とは反対側が、回路基板を保持するとともに加熱されるステージに接続される。そして、電子部品が回路基板に向けて押圧された状態で、補助部材に除熱用のガスが付与されつつステージに超音波振動が付与されることにより、加熱を伴う超音波接合が行われてもよい。このように、超音波振動デバイスでは、加熱される対象物に超音波振動を付与する際に、圧電素子の温度の過度の上昇を防止しつつ対象物の振動特性の低下を抑制することができる。また、複数の開口に連絡する冷却用の孔が形成される超音波振動デバイスは、超音波接合以外の他の用途に用いることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、半導体発光素子、他の半導体ベアチップ、さらには他の種類の電子部品を、超音波を利用して回路基板に装着する電子部品装着装置に利用可能であり、さらに、超音波振動デバイスは加熱および超音波振動を併用した様々な用途に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】電子部品装着装置を示す正面図
【図２】電子部品装着装置を示す平面図
【図３】装着ヘッド近傍を拡大して示す図
【図４】補助部材を示す断面図
【図５】電子部品装着装置が電子部品を回路基板上に装着する動作の流れを示す図
【図６】装着ヘッドの他の例を示す図
【図７】補助部材の他の例を示す断面図
【図８．Ａ】補助部材のさらに他の例を示す断面図
【図８．Ｂ】補助部材のさらに他の例を示す断面図
【図９】ホーンの他の例を示す断面図
【符号の説明】
【００５８】
１    電子部品装着装置
５，５ａ    装着ヘッド
８    電子部品
９    回路基板
３３    昇降機構
３６    加熱部
３７    ガス供給部
３８    カバー部
５１，５１ａ    本体部
５２    圧電素子
５３，５３ａ    保持ツール
５５    超音波振動デバイス
５１１，５１１ａ，５１１ｂ    ホーン
５１２，５１２ａ〜５１２ｃ    補助部材
５１４，５１４ａ，５１４ｂ    冷却孔
５２１    圧電板
５２２    電極板
５２３    樹脂
Ｊ１，Ｊ２    中心軸
Ｓ１１〜Ｓ１５    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．Ａ】
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【図８．Ｂ】
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【図９】
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