(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の付加軸に沿って荷重を付加した状態で実装部品の電極を基板上の配線電極に対して押圧すると共に前記付加軸とは異なる方向の成分を有する超音波振動を前記電極に加えることによって、前記電極と前記配線電極との接合を為す超音波実装装置であって、
前記所定の付加軸に沿って配置されて前記所定の付加軸に沿った下端部にて前記電子部品を保持するボンディングツールと、
前記超音波振動を発生する振動子と、
前記所定の付加軸とは異なる方向に延在して前記ボンディングツールを一方の端部に保持し且つ他方の端部において前記振動子と接続されて、前記超音波を前記ボンディングツールに伝達する超音波ホーンと、
前記超音波ホーンを支持するホーン支持部材と、
前記ホーン支持部材、前記超音波ホーン、前記振動子、及び前記ボンディングツールが前記所定の付加軸における下方端部に接続されて前記所定の付加軸を軸として延在する円筒状の回動部材と、
前記ホーン支持部材と共に、前記ホーン支持部材、前記超音波ホーン、前記振動子、前記ボンディングツール、及び前記回動部材を含む構成を一体の構成物として支持する軸受手段と、
前記所定の付加軸に沿った駆動力を発生する駆動手段と、
前記駆動手段を支持し、前記軸受手段を介して前記構成物を支持するスライドブロックと、
前記回動部材と同軸で、前記回動部材の内部を前記所定の付加軸に沿って延在して一方の端部が前記駆動手段に接続され、前記構成物とは独立して、他方の端部を前記ボンディングツールの上方端部に当接させ且つ前記ボンディングツールを押圧することで前記駆動手段が生じさせた駆動力を前記ボンディングツールに伝達する押圧シャフトと、を有し、
前記構成物の前記所定の付加軸に沿った、前記スライドブロックに対する相対的な移動を可能とするように、前記軸受手段は前記回動部材を支持し、
前記駆動手段は前記押圧シャフトを前記所定の付加軸に沿って駆動し、
前記ボンディングツールの上方端部と前記押圧シャフトとの接点は、前記ボンディングツールに伝達された超音波振動から生じる定在波の節に位置することを特徴とする超音波実装装置。
【請求項２】
前記スライドブロック、前記所定の付加軸の方向における前記軸受手段の下端部、及び前記押圧シャフトにおける前記構成物と係合可能となる位置、の何れかに配置されて、前記構成物に作用する重力を相殺するように抗力を発生させる付勢手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の超音波実装装置。
【請求項３】
前記スライドブロック及び軸受手段の少なくとも何れかに固定されて、前記構成物の前記所定の付加軸方向の移動を一時的に規制可能なロック手段を更に有することを特徴とする請求項１或いは２何れかに記載の超音波実装装置。
【請求項４】
前記ホーン支持部材は前記所定の付加軸を中心として前記所定の付加軸方向に延在する円筒領域を更に有し、
前記軸受手段は前記円筒領域を外周面から支持する直動軸受けであることを特徴とする請求項１乃至３何れかに記載の超音波実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所謂ICチップ等の電子部品を基板に実装する際に用いられる実装装置に関する。より詳細には、該チップに設けられた電極を基板上の配線に対して接合する際等に用いられ、チップに対して基板方向に向かう荷重を付加しつつ該チップに対して当該荷重の付加方向とは異なる方向に沿った超音波振動を更に加える、所謂フリップチップボンディングを行う超音波実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波実装装置は、例えば特許文献１において従来の技術として示されるように、荷重の付加軸と連結され且つ該付加軸とは平行であって当該付加軸から離れた軸線上にて超音波ホーンを保持するブラケットを有する。より詳細には、チップに対する荷重は、ボイスコイルモータにより該付加軸と一致した軸線に沿った駆動力として発生される。当該ボイスコイルモータの駆動軸は、当該軸線に沿って駆動力即ち荷重を伝える。前述したブラケットはＬ字形状を有し、当該駆動軸と直交する方向に延在するＬ字の一方の直線部の一端で連結され、該軸線と平行な他方の直線部にて超音波ホーンを保持する。即ち、ボイスコイルモータ駆動軸の発する駆動力は、該軸線とは離れた位置に存在するＬ字ブラケットの直線部を介して、超音波ホーンに対して該軸線と平行な方向に荷重を伝える。超音波ホーンは、該ブラケットから受けた荷重を荷重の付加方向とは直交する方向に伝達し、再度荷重を付加軸に沿ったものとしてボンディングツールに伝える。該ボンディングツールは、超音波ホーンを介して伝えられた付加荷重を受け、該荷重の付加方向を前述した荷重の付加軸上に戻した上で、これをチップに伝える。従来構成では、前述した経路を経た荷重をチップに付加した状態で超音波ホーンから該ボンディングツールに対して荷重付加軸と異なる方向に超音波振動を加えることによって、チップの電極と基板の電極との接合を得ている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１１０８５０号公報
【特許文献２】特開２０００−０７７４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
昨今、実装されるチップが複合部品となりチップ形状が複雑になること、或いはチップの要接合電極の数が増加すること、に伴って電極接合の難易度が増し、接合の安定性の向上、接合強度自体の向上等が求められている。当該要求に対応するためには、接合時の付加荷重の増加が最も適当且つ適切な対応となる。しかし、特許文献１（段落［０００６］、図１２等参照。）においても述べられるように、Ｌ字ブラケットを使用した従来の所謂片持ちの超音波ホーンを用いた構成で付加荷重を大きくした場合、該ホーンやこれを支持するブラケットが撓んでしまう、或いは撓む方向への応力が発生してしまうといった現象が生じる恐れがある。このような現象が生じることによって、実装時にチップが傾いて実装位置がずれてしまう、実装状態が不安定な接合電極が生じる、等、更に極端な場合にはチップ等の損傷が生じる恐れもあった。また、このようなブラケットの撓み、或いは付加荷重に対して抗力となり得るモーメントの発生は、ボイスコイルモータから発せられる駆動力と実際にチップに対して加えるべき荷重との間に誤差を生じさせ、適正な荷重の制御が困難となるという問題も発生させる恐れがあった。
【０００５】
引用文献１においては、このように超音波ホーンの固定端を中心とした回転モーメントが加味された状態でチップに対して荷重が付加されることを防止する技術を開示している。具体的には、ボイスコイルモータから得られる駆動力の付加軸を変えることなく、該モータの駆動軸の先端に配置された加圧部材及び所謂ボンディングツールを介してチップを直接的に加圧することとしている。また、ブラケットから加えられるモーメントを実際の付加荷重から分離すべく、ホーンを支持する部材をブラケットから分離し且つ所謂付勢手段によって該支持部材を懸架することとしている。このような超音波ホーンのブラケットによる懸架を為すことにより前述したモーメントの発生はある程度抑えることが可能となると考えられる。しかしながら、当該構成の場合、荷重付加軸に付随する構成が増加することから、駆動力を加える対象の総重量がチップの実装に要する荷重に対して大きくなり、本来必要となる荷重の制御が困難となってしまうという難点がある。また、駆動力を加える対象物の内部に当該駆動量に対する抗力を発生させ得る構成が存在することにより、実装部品に対して実際に作用させるべき荷重が駆動力と一対一の関係で得られない恐れがある。即ち、前述したモーメントは懸架により減少するが大きさや方向性は逆に不安定となってしまい、更なる不確定要因として実際に必要となる荷重に影響を及ぼす恐れも存在する。
【０００６】
また、引用文献２においても、ボイスコイルモータから発せられる駆動力を荷重ベースで一旦受けることとし、該荷重ベースから直接的にボンディングツールに荷重を付加する構成が用いられている。当該構成によれば、荷重ベースを介してブラケットとボンディングツールに等しく駆動力の付加が為されることから前述したモーメント自体の発生が防止される。しかしながら、当該構成においても、駆動力を加える対象物の内部に当該駆動量に対する抗力を発生させ得る構成が存在することにより、実装部品に対して実際に作用させるべき荷重が駆動力と一対一の関係で得られない恐れがある。即ち、ボイスコイルモータから発せられた荷重を受ける対象物の増加が生じ、実際に必要となる対チップ向けの荷重が発生された駆動力に対して小さくなりすぎ、本来必要となる荷重の制御が困難となってしまうという難点がある。
【０００７】
本発明は、以上の状況に鑑みて為されたものであり、所謂ボンディングツールに加えられ得るモーメントの発生を抑制し、且つ荷重発生手段であるボイスコイルモータから直接荷重を受ける構成を削減することによってチップに対して加える荷重の調整を細かく行うことを可能とする所謂超音波実装装置を提供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】
上記課題を解決するために、本発明に係る超音波実装装置は、所定の付加軸に沿って荷重を付加した状態で実装部品の電極を基板上の配線電極に対して押圧すると共に該付加軸とは異なる方向の成分を有する超音波振動を電極に加えることによって、電極と配線電極との接合を為す超音波実装装置であって、該付加軸に沿って配置されて付加軸に沿った下端部にて電子部品を保持するボンディングツールと、超音波振動を発生する振動子と、付加軸とは異なる方向に延在してボンディングツールを一方の端部に保持し且つ他方の端部において振動子と接続されて、超音波を前記ボンディングツールに伝達する超音波ホーンと、超音波ホーンを支持するホーン支持部材と、ホーン支持部材と共に、ホーン支持部材、超音波ホーン、振動子、及びボンディングツールを含む構成を一体の構成物として支持し且つ該構成物の所定の付加軸に沿った方向への移動のみを許容する軸受手段と、所定の付加軸に沿った駆動力を発生する駆動手段と、所定の付加軸に沿って延在して一方の端部が駆動手段に接続され、構成物とは独立して、他方の端部をボンディングツールの上方端部に当接させ且つボンディングツールを押圧することで駆動手段が生じさせた駆動力を害ボンディングツールに伝達する押圧シャフトと、を有し、ボンディングツールの上方端部と押圧シャフトとの接点は、ボンディングツールに伝達された超音波振動から生じる定在波の節に位置することを特徴としている。
【０００９】
なお、上述した超音波実装装置においては、該構成物に作用する重力を相殺するように抗力を発生させる付勢手段を更に有することが好ましい。或いは、該構成物の所定の付加軸方向の移動を一時的に規制可能なロック手段を更に有することが好ましい。また、上記超音波実装装置において、ホンーン支持部材は所定の軸を中心として所定の軸方向に延在する円筒領域を更に有し、軸受手段は該円筒領域を外周面から支持する直動軸受けであることがより好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、チップに加えられる荷重が増加した場合であっても、超音波ホーン或いはブラケット等のたわみを抑制し、且つ前述したモーメントも抑制した状態にて、ボンディングツールの軸線に沿って直接チップへの荷重付加を行うことが可能となる。また、本発明によれば、超音波ホーンを支持する部材等の重量を相殺した状態で、荷重発生手段であるボイスコイルモータの駆動力を直接的に実装部品たるチップに加えることが可能となる。従って、前述したモーメントの影響を排除した効果と相まって、チップに加えるべき荷重を細かく調整することが可能となる。更に、荷重が付加される対象物の内に実際上当該荷重に対して抗力を発生させ得る構成を含まなくすることによって、チップに加えるべき荷重の制御を簡単且つ正確に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施形態について、以下に図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る超音波実装装置の部分断面を含んだ主要部の側面概略図である。本実施形態に係る超音波実装装置１００は、実装ヘッド本体１０、Ｚ軸本体駆動手段５０、及びＸ軸駆動手段６０を有する。Ｚ軸本体駆動手段５０は、本体駆動用モータ５１、ボールネジ５３、Ｚ軸ガイドレール５５、及びＺ軸スライダ５７を有する。実装ヘッド本体１０はＺ軸スライダ５７に固定され、該Ｚ軸スライダ５７はＺ軸ガイドレール５５によりＺ軸方向に摺動自在に支持されると共に、ボールネジ５３と係合している。本体駆動用モータ５１はボールネジ５３を軸中心に回転させ、Ｚ軸スライダ５７はボールネジ５３の回転に伴ってＺ軸ガイドレール５５上を摺動する。Ｚ軸ガイドレール５５はＸ軸駆動手段６０におけるＸ軸スライダ６１によって支持される。Ｘ軸スライダ６１（Ｘ軸駆動手段６０）は公知のボールネジ等からなる一軸の駆動機構によって構成される。
【００１２】
実装ヘッド本体１０は、ボンディングツール１１、超音波ホーン１３、振動子１５、前述したＬ字ブラケットであるホーン支持部材１７、回動部材１９、一対の回転軸受２１、駆動軸である押圧シャフト２３、ボイスコイルモータに例示される駆動手段２５、ロック手段２７、ホーン支持部材を懸架する付勢手段２９、スライドブロック３１、及び直動軸受３３を有する。スライドブロック３１は、前述したＺ軸スライダ５７により直接支持される部材となり、上下方向（駆動手段の駆動方向であるＺ軸方向）に貫通孔を有する筐体或いは枠状の構造を有する。スライドブロック３１の上部には駆動手段２５が配置され、該駆動手段２５と上方端部が連結された押圧シャフト２３は、前述したスライドブロック３１の上下の貫通孔を介してスライドブロック３１の内部から外部下方に向けてＺ軸方向に延在する。
【００１３】
ボンディングツール１１は略パイプ構造を有する部材であって、押圧シャフト２３と同軸となるようにＺ軸方向に延在するように配置される。ボンディングツール１１は上端部において不図示の真空排気系と連通する排気ポート１１ａを有し、下端部の開口においてICチップ等の実装部品１を吸着保持する。超音波ホーン１３はＺ軸に直交するＹ軸方向に軸心が延在するように配置される略円錐状の形状を有する部材であり、先端の細くなった部分において前述したボンディングツール１１と連結されこれを保持する。該超音波ホーン１３は、後端において超音波振動を発する振動子１５と連結される。該振動子１５の発した超音波振動は超音波ホーン１３に与えられ、先端に伝わってゆくにつれて形状効果によって増幅されてボンディングツール１１まで伝達される。伝達される超音波振動はＺ軸に対して直交するＹ軸方向の振動であり、当該振動がボンディングツール１１を介して実装部品１の下部電極１ａに伝達される。実装対象である基板３上の電極３ａに対して下部電極１ａが所定の付加荷重を伴って押圧された状態で当該超音波振動が与えられることによって、これら電極の接合が為される。
【００１４】
ホーン支持部材１７は、前述したようにＹＺ平面（図の紙面に平行な面）に延在するように配置されるＬ字形状を有する。ホーン支持部材１７は、Ｚ軸方向に延在するように配置された該Ｌ字の一方の直線部の端部（Ｚ軸下方端部）において超音波ホーン１３の後端近傍を支持する。ホーン支持部材１７のＹ軸方向に延在する他方の直線部の端部は回動部材１９のＺ軸下方端部と連結される。該回動部材１９はＺ軸方向に延在し、且つ押圧シャフト２３と同軸となるように配置される円筒状の部材である。該回動部材１９は、同じく同軸にてＺ軸方向に延在する直動軸受３３によって、Ｚ軸方向に摺動可能に支持される。また、直動軸受３３はＺ軸に延在した状態での上端部及び下端部において、回転軸受２１を介して、スライドブロック３１によりＺ軸（押圧シャフト２３の軸心を中心として）周りに回転可能に支持される。また、回動部材１９は、付勢手段２９を介してスライドブロック３１によって支持されている。付勢手段２９は、例えばバネ等回動部材１９に作用する重力に抗する方向の付勢力を該回動部材１９に与える構成であって、回動部材１９、ホーン支持部材１７、振動子１５、超音波ホーン１３及びボンディングツール１１に作用する重力を相殺することを目的とする。なお、本発明において、ホーン支持部材１７、振動子１５、超音波ホーン１３及びボンディングツール１１を含む構成は、付勢手段２９により一体として後述する重力を相殺する抗力が付与される構成物として機能する。
【００１５】
実装ヘッド本体１０は、Ｘ軸駆動手段及びＺ軸駆動手段により実装部品１を吸着保持した状態にてＸ軸及びＺ軸各々の方向に駆動される。ここで、上述したように回動部材１９からボンディングツール１１に至る構成が重力に対して凡そフリーといえる状態に維持された場合、当該駆動操作時において個々の構成の慣性により該構成が不測の動作を行う可能性がある。このような不測の動作の発生を防止する観点から、本実施形態においてはロック手段２７を配することとしている。該ロック手段２７は、エアシリンダ２７ａと、該エアシリンダ２７ａと連結して伸縮可能なシリンダピン２７ｂとから構成される。シリンダピン２７ａは、回動部材１９の上部に配された外方に拡径してなるフランジ部１９ａに当接可能であり、上方側の回転軸受２１と協働して該フランジ部１９ａを挟持することで、スライダブロック３１に対する回動部材１９の固定を為している。尚、エアシリンダ２７ａにはエアの供給及び排出を為す構成が付随するが、図面の簡略化のために図示を省略する。
【００１６】
なお、超音波ホーン１３を介してボンディングツール１１にＹ軸方向の縦の超音波振動を伝達した場合、該ボンディングツール１１には該超音波ホーンとの接合部分を中心とした所謂定在波（超音波振動の伝達方向から見た場合の横振動）が発生する。超音波振動を効率的に用いて電極間の接合を行おうとした場合、ボンディングツール１１に保持された実装部品１の電極１ａは、当該定在波において最も振幅の大きな所謂振動の腹の位置に配置されることが好ましい。従って、超音波ホーン１３との接合位置からボンディングツール１１が保持する実装部品１の電極１ａまでの距離は、当該定在波の周期上当該条件を満たす長さとなるように設計される。ここで、押圧シャフト２３の下端部と当接するボンディングツール１１の上端部は、仮に当該部分が前述した定在波の腹に対応する場合には、押圧シャフト２３とボンディングツール１１とは安定した当接状態を得ることができなくなる。また、当該定在波によってボンディングツール１１の上端部は微視的には上下動を繰り返すため、荷重に対する抗力まで生じさせることとなる。このため、本発明においては、ボンディングツール１１上端部が定在波の所謂節となるように設定し、押圧シャフト２３とボンディングツール１１との安定した当接状態を得ることとしている。当該構成を付加することによって、ボンディングツール１１側での抗力の発生の可能性を極力低減し、押圧シャフト２３からの荷重伝達をより確実且つ安定的に行うことが可能となる。
【００１７】
次に、上述した実施形態からなる超音波実装装置１００が実際に基板３に対して実装部品１を実装する際の各構成の動作について述べる。実装工程に際し、実装ヘッド本体１０は、Ｚ軸本体駆動手段５０及びＸ軸駆動手段６０によって実装部品１の供給位置まで搬送される。その際、ロック手段２７は、回転軸受２１と共にフランジ部１９ａを挟持することによって、回動部材１９、ホーン支持部材１７、振動子１５、超音波ホーン１３及びボンディングツール１１の不測の移動を規制する。実装ヘッド本体１０がボンディングヘッド１１の先端部にて実装部品１を吸着保持すると、該実装ヘッド本体１０は、Ｙ軸方向についての基板搬送を行う不図示の基板搬送系によって所定位置まで駆動された基板３の上方所定位置まで、Ｚ軸本体駆動手段５０及びＸ軸駆動手段６０によって搬送される。なお、基板３の上方に実装部品１が搬送される間に、不図示の画像処理系等により、基板の配置、所定のＸＹ軸に対するズレの程度、実装部品１の保持姿勢等が求められ、ボンディング時に実装部品１がとるべき姿勢に対するズレの総量が求められる。実装ヘッド本体１０がＺ軸本体駆動手段によって下降する際に、個々の軸方向の駆動手段によるＸＹ平面内での位置補正、及び不図示のθ駆動系により回動部材１９を回動させてなる、所謂θ補正と称呼された保持姿勢の補正操作が為される。
【００１８】
下降が進行して実装部品１の電極１ａが基板３上の電極３ａと当接する直前位置である所定高さまで下降したことが不図示のセンサにより検知されると、ロック手段２７による回動部材１９の固定が解除される。実装部品の下降は更に継続され、実装部品１が基板３に当接すると、該下降操作が停止される。なお、当接時においては付勢手段２９の効果によって実装部品１と基板3との当接による衝撃は大幅に抑制されている。これにより、実装部品１の電極１ａは、ほぼ無負荷の状態で基板上電極３ａと当接した状態となる。ここで、あらためて駆動手段２５が押圧シャフト２３を駆動させ、押圧シャフト２３の下端部をボンディングツール１１の上端部に当接させ、該ボンディングツール１１を介して所定の荷重を実装部品１に加えることとなる。所定の荷重が実装部品１に加えられた状態で、超音波ホーン１３を介して振動子１５が超音波振動をボンディングツール１１に与えることにより、実装部品電極１ａと基板電極３ａとの接合が為される。
【００１９】
以上述べたように、本発明においては、超音波振動を発生させ且つこれをボンディングツール１１に伝える一連の構成及びこれらを支持する構成（回動部材１９、ホーン支持部材１７、振動子１５、超音波ホーン１３及びボンディングツール１１）を、直動軸受３３を介することによって実装ヘッド本体１０と独立して駆動可能な構成とすることで、荷重を付加する構成に対してこれら超音波振動に関連する構成をほぼ独立して作動させることが可能となる。従って、従来技術で問題となる荷重の増加に伴うＬ字状ブラケットの撓みや超音波ホーン作用する回転モーメントを無くすることが可能となる。更に、付勢手段２９を介してスライドブロック３１にこれら超音波振動に関連する構成を懸架することにより、これら超音波振動に関連する構成に作用する重力をほぼ無くした状態にて、駆動手段２５による実装部品１に対する荷重の付加を行うことが可能となる。従って、実際に付加する荷重は駆動力とほぼ同じ値であって、実際の荷重の大きさを把握した状態でこれを微調整することも可能となる。
【００２０】
なお、上述した実施形態では、付勢手段２９をバネのような構造からなるように図示し、且つスライドブロック３１の内部に保持することとしているが、当該付勢手段２９の態様を図示された形態に限定されない。前述したように、回動部材１９、ホーン支持部材１７、振動子１５、超音波ホーン１３及びボンディングツール１１に作用する重力を相殺することが可能であれば、バネ、ゴム等からなる弾性部材から構成されても良く、流体シリンダやモータ等実際に駆動力をこれら構成に加えるものであっても良い。また、これら付勢手段はスライドブロック３１の外部に配置されても良い。また、本実施形態では、直動軸受３３によって回動部材１９とスライドブロック３１との各々分離独立された動作の実施を可能としている。しかしながら、ＸＹ平面内での回動部材１９の移動を規制し、且つＺ軸方向の動作の分離が可能であれば、所謂軸受手段と定義可能な種々の構成を当該直動軸受３３の代替手段として用いることが可能である。また、ロック手段２７に関しては、回動部材１９、ホーン支持部材１７、振動子１５、超音波ホーン１３及びボンディングツール１１を含めた一連の構成のスライドブロック３１に対する変位を規制可能であれば、当該構成に限定されない。即ち、電気的に駆動する一般的なアクチュエータ、ピエゾ素子等の使用も可能である。
【００２１】
次に、本発明のより具体的な第二の実施形態について説明する。図２は第二の実施形態に係る超音波実装装置１０１を図１に示した形態と同様の様式にて示したものである。なお、本実施形態において第一の実施形態で述べた構成と同様の作用を呈する構成に関しては参照番号のみを図中に付記して詳細な説明は省略することとし、詳細な説明は第一の実施形態と異なる部分に関して行うこととする。また、前述した定在波を考慮したボンディングツールの長さに関連する規定もそのまま適用されることとする。本実施形態では、直動軸受３３のＺ軸下端に外方に拡径してなる軸受フランジ部３３ａを配している。Ｌ字形状のホーン支持部材１７における回動部材１９と連結される他方の直線部端部は延長され、該軸受フランジ部３３ａと正対する領域が該ホーン支持部材１７に形成される。付勢手段２９は、これら軸受フランジ部３３ａとホーン支持部材１７において該軸受フランジ部３３ａと正対する領域との間に配置される。また、回動部材１９の回動を実際に行うために、新たに、回動モータ３５、該モータの回転軸と連結されるプーリー３５ａ、及び該プーリー３５ａと直動軸受３３の外周面に設けられた不図示のプーリーとの間に懸架されるタイミングベルト３７が配される。これらの新たな構成を配することによって、回動部材１９即ち当該回動部材１９等と一体化されたボンディングツール１１の軸周りの回転動作が可能となり、実装部品１の所謂θ補正の実施が可能となる。
【００２２】
本実施形態によれば、付勢手段２９がスライドブロック３１とホーン支持部材１７との間に配置される。このため、スライドブロック３１の下方に存在する構成が複雑化してしまう。しかしながら、当該実施形態では、付勢手段２９が回動部材１９と共に回転可能とされている。従って、第一の実施形態と異なり付勢手段２９に対する所謂ねじれに起因する余計な負荷の影響を除外することが可能となり、接合電極に対するより精密な制御を行うことが可能となる。
【００２３】
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。図３は第三の実施形態に係る超音波実装装置１０３を図１に示した形態と同様の様式にて示したものである。なお、本実施形態において第一の実施形態で述べた構成と同様の作用を呈する構成に関しては参照番号のみを図中に付記して詳細な説明は省略することとし、詳細な説明は第一或いは第二の実施形態と異なる部分に関して行うこととする。また、前述した定在波を考慮したボンディングツールの長さに関連する規定もそのまま適用されることとする。本実施形態では、第二の実施形態と同様に、回動モータ３５、プーリー３５ａ及びタイミングベルト３７が配されている。本実施形態では、直動軸受３３をスライドブロック３１の内部空間に延長させて更に円筒状の補助部材３３ｂを配することとしている。付勢手段２９及びロック手段２７は、当該補助部材３３ｂの内部空間に収容される。付勢手段２９の一端部は当該補助部材３３ｂと連結され、他方端部は回動部材１９と連結される。また、ロック手段２７も当該補助部材３３ｂに固定され、必要に応じて回動部材１９のＺ軸方向に沿った移動を規制するように作用する。
【００２４】
本実施形態によれば、所謂θ補正を行う際に駆動する対象物に補助部材３３ｂ及びロック手段２７が加えられることから、回転モータ３５のトルクをやや増加させる必要がある。また、補助部材３３ｂ等の付加によって構造が複雑化してしまう難点がある。しかしながら、第一の実施形態と比較しロック手段２７が作用すべき対象物の総重量、及び付勢手段２９が懸架すべき対象物の重量を低下させることが可能となり、ロック手段２７及び付勢手段２９を構築する際の構成物の選定の幅が大きくなり、且つ小トルクでの動作によって効果が得られることから、より微細な制御の実施も可能となる。また、ロック手段２７と付勢部材２９とが補助部材３３ｂを介して直動軸受３３、及び当該直動軸受３３と係合する回動部材１９と共に回転することとなるため、第二の実施形態と同様に、付勢手段２９に対する所謂ねじれに起因する余計な負荷の影響を除外することが可能となり、接合電極に対するより精密な制御を行うことが可能となる。
【００２５】
次に、本発明のより具体的な第四の実施形態について説明する。図４は第四の実施形態に係る超音波実装装置１０３を図１に示した形態と同様の様式にて示したものである。なお、本実施形態において第一の実施形態で述べた構成と同様の作用を呈する構成に関しては参照番号のみを図中に付記して詳細な説明は省略することとし、詳細な説明は第一〜第三の実施形態と異なる部分に関して行うこととする。また、前述した定在波を考慮したボンディングツールの長さに関連する規定もそのまま適用されることとする。本実施形態では、第二の実施形態における付勢手段２９を所謂ボイスコイルモータによって構築することとしている。本実施形態では、ボイスコイルモータを付勢手段２９として用いることによって、回動部材１９、ホーン支持部材１７、振動子１５、超音波ホーン１３及びボンディングツール１１に作用する重力をより正確に相殺することが可能となる。即ち、ボイスコイルモータを付勢手段２９として用いることにより、追随性の点では前述した第二の実施形態にやや劣る反面、制御性の点でより優れた効果が得られる。
【００２６】
次に、本発明の第五の実施形態について説明する。図５は第五の実施形態に係る超音波実装装置１０４を図１に示した形態と同様の様式にて示したものである。なお、本実施形態において第一の実施形態で述べた構成と同様の作用を呈する構成に関しては参照番号のみを図中に付記して詳細な説明は省略することとし、詳細な説明は第一〜第四の実施形態と異なる部分に関して行うこととする。また、前述した定在波を考慮したボンディングツールの長さに関連する規定もそのまま適用されることとする。本実施形態では、押圧シャフト２３の下端部或いはその近傍に、外方に拡径して構成される係合部２３ａを配している。該係合部２３ａはホーン支持部材１７のＹ軸方向に延在するＬ字の他方の直線部の下面に下方から当接し、当該ホーン支持部材１７及びこれと連結されて動作する部材を下方から支持している。即ち、当該係合部２３ａは、回動部材１９、ホーン支持部材１７、振動子１５、超音波ホーン１３及びボンディングツール１１に作用する重力を相殺して、本発明における付勢手段として作用する。これら回動部材１９、ホーン支持部材１７、振動子１５、超音波ホーン１３及びボンディングツール１１は、駆動手段２５の駆動軸である押圧シャフト２３により支持されるが、実質的な駆動手段２５への作用は押圧シャフト２３単体が為す作用と同様となる。
【００２７】
押圧シャフト２３がＺ軸下方に延びてホーン支持部材１７から係合部２３ａが離れ、押圧シャフト２３の下端部がボンディングツール１１の上端部と当接し、ボンディングツール１１に荷重を付加した場合であっても、当該付加荷重は超音波ホーン１３等に対してはなんら荷重を与えない。ボンディングツール１１に付加される荷重に従って超音波ホーン１３は上下動するだけである。また、超音波ホーン１３等に過剰な負荷が加えられないことから当該ホーン１３等からボンディングツール１１を介して実装部品に加えられる荷重についても、単純にこれら構成物の重量のみを考慮すれば良い。また、当該荷重は前述したモーメント等を殆ど含まないものとなる。従って、簡便な構成にも拘らず、駆動手段２５が供する荷重以外の荷重を極力排除してボンディング操作を行うことが可能となる。また、駆動対象物内で、当該荷重（駆動力）に対する抗力を発生させる構成を排除することが可能となり、特許文献等に示された従来構成と比較してより容易且つ精密に実装部品に加える荷重の制御を行うことが可能となる。
【００２８】
次に、本発明の更なる展開例を図６に示す。図６は当該実施形態に係る超音波実装装置１０５を図１に示した形態と同様の様式にて示したものである。なお、本実施形態において第一の実施形態で述べた構成と同様の作用を呈する構成に関しては参照番号のみを図中に付記して詳細な説明は省略することとし、詳細な説明は第一〜第五の実施形態と異なる部分に関して行うこととする。また、前述した定在波を考慮したボンディングツールの長さに関連する規定もそのまま適用されることとする。本実施形態では、付勢手段２９に対応する構成を無くし、回動部材１９、ホーン支持部材１７、振動子１５、超音波ホーン１３及びボンディングツール１１をスライドブロック３１、駆動手段２５及び押圧シャフト２３から独立してＺ軸方向に移動可能な構成としている。図５に示した第五の実施形態における係合部２３ａが存在しないことから、前述した回動部材１９等を重力に抗して支持することはできない。
【００２９】
しかし、押圧シャフト２３と独立していることから、押圧シャフト２３がＺ軸下方に延びて先端部がボンディングツール１１の上端部と当接し、ボンディングツール１１に荷重を付加した場合であっても、当該付加荷重は超音波ホーン１３等に対してはなんら荷重を与えない。また、超音波ホーン１３等に過剰な負荷が加えられないことから当該ホーン１３等からボンディングツール１１を介して実装部品に加えられる荷重についても、単純にこれら構成物の重量のみを考慮すれば良い。また、当該荷重は前述したモーメント等を殆ど含まないものとなる。従って、簡便な構成にも拘らず、駆動手段２５が供する荷重以外の荷重を極力排除してボンディング操作を行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上述べたように、本発明はICチップ等の電子部品を基板に実装する際、即ち所謂フリップチップボンディングの工程に用いられる実装装置に対して好適に用いられる。しかしながら、本発明の適用対象は当該フリップチップボンディングの工程のみに限定されず、チップに設けられた電極を基板上の配線に対して接合する際等に用いられ、チップに対して基板方向に向かう荷重を付加しつつ該チップに対して当該荷重の付加方向とは異なる方向に沿った超音波振動を更に加えることによって所謂実装が為される種々の構成の接合工程にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る実装装置の主要部に関するものであって、当該装置を側面から見た状態の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に係る実装装置の主要部に関するものであって、当該装置を側面から見た状態の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の第三の実施形態に係る実装装置の主要部に関するものであって、当該装置を側面から見た状態の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の第四の実施形態に係る実装装置の主要部に関するものであって、当該装置を側面から見た状態の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の第五の実施形態に係る実装装置の主要部に関するものであって、当該装置を側面から見た状態の概略構成を示す図である。
【図６】本発明を展開した更なる実施形態に係る実装装置の主要部に関するものであって、当該装置を側面から見た状態の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１：実装部品、  ３：基板、  １０：実装ヘッド本体、  １１：ボンディングツール、１３：超音波ホーン、  １５：振動子、  １７：ホーン支持部材、  １９：回動部材、  ２１：回転軸受、  ２３：押圧シャフト、  ２５：駆動手段、  ２７：ロック手段、  ２９：付勢手段、  ３１：スライドブロック、  ３３：直動軸受け、  ３５：回転モータ、  ３７：タイミングベルト、  ５０：Ｚ軸本体駆動手段、  ５１：本体駆動用モータ、  ５３：ボールネジ、  ５５：Ｚ軸ガイドレール、  ５７：Ｚ軸スライダ、  ６０：Ｘ軸駆動系、  ６１：Ｘ軸スライダ、  １０１、１０２、１０３、１０４、１０５：超音波実装装置
【要約】
【課題】実装時に実装部品に対して加える荷重を増加させた場合であっても、実装部品の電極全てで好適な接合が得られる超音波実装装置を提供する。
【解決手段】ボイスコイルモータから連結される実装部品に荷重を加える押圧シャフトを、ボンディングツール、超音波ホーン、振動子、及びホーン支持部材を含む構成物とは独立した構成とし、且つ押圧シャフトの駆動付加軸と同軸で当該構成物が移動可能とする。また、ボンディングツールと押圧シャフトとの当接位置を、ボンディングツール内に生じる定在波の所謂節の部分と一致させる。
【選択図】図１【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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