(57)【要約】【課題】長時間押圧する場合においても押圧荷重は安定し続け、高い実装品質を確保する。【解決手段】ＶＣＭ３を電流制御にて押圧状態にし、サーボモータ６を位置制御してノズル１を装着位置方向に下降して、電子部品Ｐが回路基板Ｓに当接したことを確認する。さらに、所定の押し込み量だけ電子部品Ｐを下降させ、ＶＣＭ３を電流制御から荷重フィードバック制御に切り替え、任意時間Ｔ０で初期到達荷重Ｐ１まで立ち上げて、この荷重Ｐ１が安定する任意時間Ｔ１の経過後、電流制御に切り替えて所定の時間だけ押圧荷重する。この荷重Ｐ１が安定した任意時間Ｔ１経過後は、荷重フィードバック制御は行わずに電流制御に切り替えることで、押圧荷重の経時的な不安定さの影響は受けずドリフトを抑制することができる。この荷重安定化によって接合不良の発生率を低減することが可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を基板に当接させ、さらに前記基板に押圧して実装する電子部品実装方法において、
前記基板に当接した後の電子部品を押圧する加圧手段の荷重制御は、荷重検出手段の検出値に基づいた荷重フィードバック制御を行って初期到達荷重Ｐ１まで立ち上げ、以降の任意時間Ｔ１が経過した後は、電流または空気圧力制御に切り替えて荷重制御することを特徴とする電子部品実装方法。
【請求項２】
前記初期到達荷重Ｐ１まで立ち上げた後の加圧手段の荷重制御は、任意時間Ｔ１が経過するまでは荷重検出手段の検出値に基づいた荷重フィードバック制御を行い、以降は前記荷重フィードバック制御中に、前記加圧手段に供給していた電流または空気圧力に基づいて定めた供給量により電流または空気圧力制御を行うことを特徴とする請求項１記載の電子部品実装方法。
【請求項３】
前記任意時間Ｔ１が経過した後の加圧手段に供給する電流または空気圧力は、荷重フィードバック制御中の供給量の平均値であることを特徴とする請求項２記載の電子部品実装方法。
【請求項４】
前記初期到達荷重Ｐ１まで立ち上げた後の加圧手段の荷重制御は、基板に当接した電子部品の押圧開始から押圧完了するまでの時間に応じて、荷重フィードバック制御と電流または空気圧力制御とを切り替えることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装方法。
【請求項５】
前記初期到達荷重Ｐ１まで立ち上げた後の加圧手段の荷重制御は、基板に当接した電子部品の押圧期間中の最大設定荷重の値によって、荷重フィードバック制御と電流または空気圧力制御とを切り替えることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装方法。
【請求項６】
前記電子部品が基板に当接したことの検出は、前記電子部品の実装位置方向へ移動する変位を検出する変位検出手段によって行うことを特徴とする請求項１記載の電子部品実装方法。
【請求項７】
前記電流または空気圧力制御によって加圧手段が行う荷重制御は、前記加圧手段に供給する電流または空気圧力を多段階に変化させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子部品実装方法。
【請求項８】
前記初期到達荷重Ｐ１まで立ち上げた時点において、加圧手段に供給した電流または空気圧力の値に係数をかけて荷重に変換した値と、荷重検出手段により検出した値とを比較し、差分が所定値を超えたことを検出したとき、警告報知または実装動作を停止することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子部品実装方法。
【請求項９】
前記加圧手段の押圧荷重が終了した時点において、前記加圧手段に供給していた電流または空気圧力の値に係数をかけて荷重に変換した値と、荷重検出手段により検出した値とを比較し、差分が所定値を超えたことを検出したとき、警告報知または実装動作を停止することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子部品実装方法。
【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実装する電子部品実装方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子部品実装方法として、荷重検出手段を用いて荷重をフィードバックしながら電子部品を実装する方法がある（例えば、特許文献１参照）。以下、図１２および図１３を参照して、従来の電子部品実装方法を説明する。なお、図１２は、特許文献１に記載された電子部品実装装置の部品装着ヘッドを示す概略図であり、図１３は部品装着ヘッドの動作を制御する具体例を説明する図である。
【０００３】
図１２において、部品装着ヘッドはノズル１と、加圧シャフト２と、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）３と、ボールネジ４と、ナット５と、サーボモータ６と、エンコーダ７と、回転軸用サーボモータ８と、回転軸用エンコーダ９と、ヘッドユニット１０と、断熱ブロック１１と、ベアリング１２、１３および１４と、回転シャフト１５と、力センサ１６とを備えている。
【０００４】
ノズル１は、例えば空気圧力（負圧）によってその先端に電子部品Ｐを保持する。加圧シャフト２は、断熱ブロック１１を介してノズル１の中心軸上の上方に配置され、ノズル１、断熱ブロック１１および力センサ１６を支持する。ＶＣＭ３は加圧シャフト２の中心軸上に配置され、部品の厚み方向（中心軸方向）に可動子３ａを駆動し加圧シャフト２を昇降させる。ボールネジ４は上下方向を軸方向として配置され、サーボモータ６の回転軸と連結される。回転軸用サーボモータ８は回転シャフト１５を介して加圧シャフト２の中心軸を回転中心として加圧シャフト２を回転させ、ノズル１に保持された部品Ｐを当該回転方向に位置決めする。
【０００５】
ヘッドユニット１０は、ボールネジ４と螺合するナット５が配置されており、サーボモータ６の駆動によりボールネジ４が回転すると昇降する。加圧シャフト２と断熱ブロック１１の間には力センサ１６が配置され、ＶＣＭ３の推力によって電子部品Ｐを回路基板Ｓに押圧するときの荷重を検出する。
【０００６】
次に、図１２を参照しながら図１３を用いて従来の部品装着ヘッドの動作を制御する具体例を説明する。まず、ＶＣＭ３を電流制御にてストローク下限で所定の推力を保持しながら押圧状態にする。サーボモータ６を位置制御してヘッドユニット１０を装着位置方向に高速度で下降させ、電子部品Ｐが被装着物の回路基板Ｓに当接し、さらに回路基板Ｓに対して所定の押し込み量だけ下がった位置まで電子部品Ｐを下降させる。さらに、ＶＣＭ３を力センサ１６による荷重フィードバック制御に切り替え、目標荷重を出力させる。
【０００７】
この目標の所定時間が経過するまで荷重フィードバック制御にて目標荷重での押圧を行う。その後、ＶＣＭ３を電流制御に切り替え、サーボモータ６の位置制御によってヘッドユニット１０を所定の位置まで上昇させる。
【特許文献１】特開２００６−１４７６４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の電子部品実装方法では押圧荷重の動作中、力センサ１６の荷重値を確認しながら荷重フィードバック制御を続けるため、長時間押圧する場合、力センサ１６の経時的な不安定さより生じる検出誤差の拡大により押圧荷重のドリフトが生じる。これによって、電子部品の浮き上がり、部品ダメージ、回路の短絡といった品質上の問題が生じていた。
【０００９】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、長時間押圧する場合においても押圧荷重は安定し続け、高い実装品質を確保する電子部品実装方法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】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した電子部品実装方法は、電子部品を基板に当接させ、さらに基板に押圧して実装する電子部品実装方法において、基板に当接した後の電子部品を押圧する加圧手段の荷重制御は、荷重検出手段の検出値に基づいた荷重フィードバック制御を行って初期到達荷重Ｐ１まで立ち上げ、以降の任意時間Ｔ１が経過した後は、電流または空気圧力制御に切り替えて荷重制御することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２〜６に記載した発明は、請求項１の電子部品実装方法において、初期到達荷重Ｐ１まで立ち上げた後の加圧手段の荷重制御は、任意時間Ｔ１が経過するまでは荷重検出手段の検出値に基づいた荷重フィードバック制御を行い、以降は荷重フィードバック制御中に、加圧手段に供給していた電流または空気圧力に基づいて定めた供給量により電流または空気圧力制御を行うこと、さらに、任意時間Ｔ１が経過した後の加圧手段に供給する電流または空気圧力は、荷重フィードバック制御中の供給量の平均値であること、また、初期到達荷重Ｐ１まで立ち上げた後の加圧手段の荷重制御は、基板に当接した電子部品の押圧開始から押圧完了するまでの時間に応じて、荷重フィードバック制御と電流または空気圧力制御とを切り替えること、または、基板に当接した電子部品の押圧期間中の最大設定荷重の値によって、荷重フィードバック制御と電流または空気圧力制御とを切り替えること、また、電子部品が基板に当接したことの検出は、電子部品の実装位置方向へ移動する変位を検出する変位検出手段によって行うことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７〜９に記載した発明は、請求項１〜５の電子部品実装方法において、電流または空気圧力制御によって加圧手段が行う荷重制御は、加圧手段に供給する電流または空気圧力を多段階に変化させること、また、初期到達荷重Ｐ１まで立ち上げた時点において、加圧手段に供給した電流または空気圧力の値に係数をかけて荷重に変換した値と、荷重検出手段により検出した値とを比較し、差分が所定値を超えたことを検出したとき、警告報知または実装動作を停止すること、また、加圧手段の押圧荷重が終了した時点において、加圧手段に供給していた電流または空気圧力の値に係数をかけて荷重に変換した値と、荷重検出手段により検出した値とを比較し、差分が所定値を超えたことを検出したとき、警告報知または実装動作を停止することを特徴とする。
【００１３】
前記の実装方法によれば、電子部品が基板に当接した後、荷重検出手段に基づき荷重フィードバック制御を行って初期到達荷重Ｐ１まで立ち上げ、以降の任意時間Ｔ１が経過してからは、電流または空気圧力制御に切り替えるため、荷重検出手段の経時的な不安定さの影響のない安定した部品実装ができ、また、電子部品の当接したときの初期到達荷重Ｐ１の影響を抑え、実装装置の加圧手段や荷重検出手段の異常を検出して、電子部品の実装品質を確保することができる
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、任意時間Ｔ１まで経過した後、荷重フィードバック制御から電流または空気圧力制御に切り替えることによって、電子部品を押圧する荷重のドリフトを抑制して、部品接合部の浮き上がり、部品ダメージ、回路の短絡といった実装に伴う電子部品の品質上の問題を防ぐことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る電子部品装着方法における電子部品実装装置の部品装着ヘッドを示す概略図であり、図２は部品装着ヘッドの動作を制御する具体例を説明する図であり、図３は電子部品Ｐに加わる荷重のプロファイルを示す図である。
【００１７】
ここで、前記従来例を示す図１２において説明した構成部材に対応し同等の機能を有するものには同一の符号を付して示し、以下の各図においても同様とする。
【００１８】
図１において、部品装着ヘッドはノズル１と、加圧シャフト２と、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）３と、ボールネジ４と、ナット５と、サーボモータ６と、エンコーダ７と、回転軸用サーボモータ８と、回転軸用エンコーダ９と、ヘッドユニット１０と、ヒータ２０と、ブロック２１と、断熱ブロック１１と、ベアリング１２、１３および１４と、回転シャフト１５と、力センサ１６と、リニアスケールセンサ２２と、スケール２３と、ブラケット２４を備えている。
【００１９】
ノズル１は、例えば空気圧力（負圧）によってその先端に電子部品Ｐを保持する。ヒータ２０はブロック２１に挿入されノズル１に熱を供給する。断熱ブロック１１はブロック２１の上方に配置され、図には記載されていない供給エアーもしくは供給水によって、上方への熱伝導を低減する。加圧シャフト２は、ブロック２１、断熱ブロック１１、力センサ１６を介してノズル１の中心軸上の上方に配置され、ノズル１、ブロック２１、断熱ブロック１１および力センサ１６を支持する。
【００２０】
加圧手段となるＶＣＭ３は加圧シャフト２の中心軸上に配置され、部品の厚み方向（中心軸方向）に可動子３ａを駆動し加圧シャフト２を昇降させる。ボールネジ４は上下方向を軸方向として配置され、サーボモータ６の回転軸と連結される。回転軸用サーボモータ８は、回転シャフト１５を介して加圧シャフト２の中心軸を回転中心として加圧シャフト２を回転させ、ノズル１に保持された電子部品Ｐを当該回転方向に位置決めする。
【００２１】
ヘッドユニット１０は、ボールネジ４と螺合するナット５が配置されており、サーボモータ６の駆動によりボールネジ４が回転すると昇降する。力センサ１６は、ＶＣＭ３の推力によって電子部品Ｐを回路基板Ｓに押圧するときの荷重を検出する。ＶＣＭ３の可動子３ａにはブラケット２４を介してリニアスケールのスケール２３が配置されており、リニアスケールセンサ２２によって可動子３ａの変位量を確認可能になっている。
【００２２】
次に、図２および図３を用いて本実施形態１の部品装着ヘッドの動作を制御する具体例を説明する。
【００２３】
まず、ＶＣＭ３を電流制御にてストローク下限で所定の推力を保持しながら押圧状態にする。サーボモータ６を位置制御してヘッドユニット１０を装着位置方向に下降させる。このとき、電子部品Ｐが被装着物の回路基板Ｓに当接したときにリニアスケールセンサ２２の検出値が変化することから、電子部品Ｐが回路基板Ｓに当接したことを判断する。
【００２４】
さらに、回路基板Ｓに対して所定の押し込み量だけ下がった位置まで電子部品Ｐを下降させる。そして、ＶＣＭ３を電流制御から力センサ１６による荷重フィードバック制御に切り替え、任意時間Ｔ０をかけて初期到達荷重Ｐ１まで立ち上げ、以降の任意時間Ｔ１が経過してからは電流制御に切り替えて所定の時間だけ押圧荷重する。電流制御中は力センサ１６の検出値は参照せず、所定の電流をＶＣＭ３に供給する制御を行う。その後、サーボモータ６の位置制御によってヘッドユニット１０を所定の位置まで上昇させる。
【００２５】
このように、任意時間Ｔ１経過後は、力センサ１６による荷重フィードバック制御は行わず、電流制御に切り替えることで、押圧荷重は力センサ１６の経時的な不安定さの影響は受けずドリフトを抑制することができることとなる。また、図４は電子部品実装方法における従来の荷重プロファイルと、本発明の荷重プロファイルを比較したものである。
【００２６】
次に、本発明による荷重安定化の効果を、半導体実装を事例に説明する。図５はＩＣチップを回路基板に接合する前と接合した後を示す断面図である。図５に示すように、ＩＣチップ３０に電極３１が形成され、この電極３１上に金バンプ３２が形成されている。また、回路基板３３の表面には前述の電極３１に対向して電極３４が形成され、さらに熱硬化性のシート３５が予め回路基板３３の上に貼り付けられている。ＩＣチップ３０は、電極３１と電極３４の位置合わせを行った後に回路基板３３上に搭載し、ＩＣチップ３０の上方より熱と圧力を加え、シート３５を熱収縮させ、接合を完了する。
【００２７】
半導体実装の接合品質を確保するためには、安定した熱と圧力を加えることが必要である。加える圧力（荷重）が高いとＩＣチップ３０に図６に示すようなクラック３６が生じたり、図７に示すような短絡３７が生じたりするが場合がある。逆に加える荷重が低いと図８に示すような金バンプ３２の浮き３８が生じる場合がある。
【００２８】
このため、図５に示す回路基板３３上に当接したＩＣチップ３０の上方より熱と圧力を加え、シート３５を熱収縮させて行った接合完了時に、図６〜図８に示した不具合の生じることない初期到達荷重Ｐ１とする。また、ＩＣチップ３０が回路基板３３に当接し任意時間Ｔ０の経過後に初期到達荷重Ｐ１となり、この荷重Ｐ１が安定する任意時間Ｔ１の経過後に、回路基板３３上にＩＣチップ３０を接合して電子部品の実装を完了させる。このように、本発明の荷重安定化によって前述したような接合不良の発生率を低減することが可能となる。
【００２９】
本実施形態１では電子部品Ｐと被装着物の回路基板Ｓが当接したことをリニアスケールセンサ２２によって確認する構成とすることで押し込み量の変動を抑えている。その結果として品質はより安定化する。
【００３０】
なお、電流制御中にＶＣＭ３に供給する電流は、荷重フィードバック制御中にＶＣＭ３に供給していた電流に基づいて定めても構わない。例えば、初期到達荷重Ｐ１まで荷重を立ち上げた直後に、荷重フィードバック制御から電流制御に切り替え同一荷重を継続して加え続ける場合、初期到達荷重Ｐ１立ち上げ完了時点にＶＣＭ３に供給していた電流を、電流制御中も継続して供給するという方法がある。
【００３１】
また、初期到達荷重Ｐ１まで立ち上げた後に荷重フィードバック制御において、任意時間Ｔ１まで前述の荷重Ｐ１を加え、以降の電流制御においても荷重Ｐ１を加え続ける場合、荷重フィードバック制御において荷重Ｐ１を加えていたときにＶＣＭ３に供給していた電流の平均値を求め、以降の電流制御中にその平均値の電流を供給する方法がある。これらの方法によって電流制御中の荷重の絶対値精度をさらに高めることができ、電子部品の実装品質を確保することができる。
【００３２】
また、初期到達荷重Ｐ１まで立ち上げた後の荷重制御は、押圧開始から押圧完了までの時間によって任意時間Ｔ１の時間幅を切り替え、もしくは押圧期間中で初期到達荷重Ｐ１に収束するまでに変化する最大設定荷重の値によって、任意時間Ｔ１の時間幅を設定し、荷重フィードバック制御と電流制御を切り替えても構わない。この適切な切り替えによって、荷重精度の最も高い荷重制御を選択することができ、電子部品の実装品質を確保できる。
【００３３】
また、電流制御中においてＶＣＭ３に供給する電流は多段階に変化（増加）させてもよい。これにより、初期到達荷重Ｐ１における影響を抑えることになり電子部品Ｐへのダメージをより低減することが可能となり、電子部品の実装品質を確保することができる。
【００３４】
また、初期到達荷重Ｐ１までの立ち上げ時において、ＶＣＭ３に供給した電流値に係数をかけて荷重に変換した値と、力センサ１６により検出した値とを比較し、差分が所定の値を超えたときに、警告報知または実装動作を停止するように制御する。これによって、力センサ１６またはＶＣＭ３への電流供給手段の異常を発見することが可能となり、電子部品実装装置の正常な動作が確認維持できるため電子部品の実装品質を確保できる。
【００３５】
また、押圧荷重の終了した時点において、ＶＣＭ３に供給していた電流値に係数をかけて荷重に変換した値と、力センサ１６により検出した値とを比較し、差分が所定値を超えたことを検出したときに、警告報知または実装動作を停止するように制御する。これによって、力センサ１６またはＶＣＭ３への電流供給手段の異常を発見することが可能となり、電子部品実装装置の正常な動作が確認維持できるため電子部品の実装品質を確保することができる。
【００３６】
（実施形態２）
図９は本発明の実施形態２に係る電子部品装着方法における電子部品実装装置の部品装着ヘッドを示す概略図であり、図１０は部品装着ヘッドの動作を制御する具体例を説明する図であり、図１１は電子部品Ｐに加わる荷重のプロファイルを示す図である。また、本実施形態２は、前述した実施形態１の図１に示した構成における電流制御に代えて空気圧力制御としたものである。
【００３７】
図９に示すように、２５は加圧シリンダであり、２５ａは加圧シリンダ２５のピストンロッドである。この加圧シリンダ２５に所定の圧力の空気を供給することで、ピストンロッド２５ａに所定の推力が発生する。本実施形態２の加圧手段は加圧シリンダ２５、ピストンロッド２５ａであり、実施形態１の図１に示す加圧手段がＶＣＭ３、可動子３ａであった点と異なるが、他の構成においては実施形態１に同じであるので、その説明は省略する。
【００３８】
また、図１０および図１１に示す本実施形態２の部品装着ヘッドの動作を制御する具体例についても同様であり、図１０および図１１に示すように、実施形態１とは加圧手段が異なるために、実施形態１では電流制御としていた部分が、空気圧力制御となる点を除き動作は同じであるので、その説明は省略する。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明に係る電子部品実装方法は、任意時間Ｔ１まで経過した後、荷重フィードバック制御から電流または空気圧力制御に切り替えることによって、電子部品を押圧する荷重のドリフトを抑制して、部品接合部の浮き上がり、部品ダメージ、回路の短絡といった実装に伴う電子部品の品質上の問題を防ぐことができ、電子部品を回路基板に実装する方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態１における電子部品実装装置の部品装着ヘッドを示す概略図
【図２】本実施形態１の部品装着ヘッドの動作を制御する具体例を説明する図
【図３】本実施形態１の電子部品Ｐに加わる荷重のプロファイルを示す図
【図４】従来と本発明の荷重プロファイルの比較を示す図
【図５】ＩＣチップを回路基板に接合する前後を示す断面図
【図６】接合によりＩＣチップに生じたクラックを示す図
【図７】接合によりＩＣチップに生じた短絡を示す図
【図８】接合によりＩＣチップに生じた浮きを示す図
【図９】本発明の実施形態２における電子部品実装装置の部品装着ヘッドを示す概略図
【図１０】本実施形態２の部品装着ヘッドの動作を制御する具体例を説明する図
【図１１】本実施形態２の電子部品Ｐに加わる荷重のプロファイルを示す図
【図１２】従来の電子部品実装装置の部品装着ヘッドを示す概略図
【図１３】従来の部品装着ヘッドの動作を制御する具体例を説明する図
【符号の説明】
【００４１】
１  ノズル
２  加圧シャフト
３  ＶＣＭ
３ａ  可動子
４  ボールネジ
５  ナット
６  サーボモータ
７  エンコーダ
８  回転軸用サーボモータ
９  回転軸用エンコーダ
１０  ヘッドユニット
１１  断熱ブロック
１２，１３，１４  ベアリング
１５  回転シャフト
１６  力センサ
２０  ヒータ
２１  ブロック
２２  リニアスケールセンサ
２３  スケール
２４  ブラケット
２５  加圧シリンダ
２５ａ  ピストンロッド
３０  ＩＣチップ
３１，３４  電極
３２  金バンプ
３３  回路基板
３５  シート
３６  クラック
３７  短絡
３８  浮き
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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