(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動コイルの通電制御により、動作部材をそれが重力により移動する方向に駆動制御して加重動作を行うボイスコイルモータによる加重方法において、
本体ケースに備えた駆動コイルを通電制御して前記駆動コイルに対向する磁石を有した動作部材を荷重側に駆動制御するときの移動域の少なくとも初期加重域において、前記駆動コイルの通電制御以外によって、前記動作部材の駆動方向側への移動を、動作部材の磁石部と本体ケースの底部との間に備えた緩衝手段により緩衝する緩衝力を働かせて加重動作を行なうことを特徴とするボイスコイルモータによる加重方法。
【請求項２】
緩衝力は、動作部材側にある磁石に対する固定側の反発磁石、逆方向駆動コイル、空気圧、駆動コイルのコイル密度の変化、弾性部材の少なくとも１つによって与える請求項１に記載のボイスコイルモータによる加重方法。
【請求項３】
加重動作は、動作部材に保持した部品およびこれを実装する対象物の金属接合部どうしに対して前記部品の対象物に対する振動的な摩擦動作を伴い行なう請求項１、２のいずれか１項に記載のボイスコイルモータによる加重方法。
【請求項４】
動作部材を直線もしくは上下摺動できるように支持するスライド軸受は、ボールあるいはローラをリテーナで保持したものを用いる請求項１〜３のいずれか１項に記載のボイスコイルモータによる加重方法。
【請求項５】
動作部材を回転できるように支持する転がり軸受につき、その内外輪間のスラストおよびラジアル両方向の遊びをなくし、軸受の内外輪に互いに逆向きの締結力が働くように締め込みを行なっておく請求項１〜４のいずれか１項に記載のボイスコイルモータによる加重方法。
【請求項６】
駆動コイルの通電制御により、動作部材をそれが重力により移動する方向に駆動制御して加重動作を行うボイスコイルモータによる加重方法において、
駆動コイルを通電制御して前記駆動コイルに対向する磁石を有した動作部材を荷重側に駆動制御するときの移動域の少なくとも初期加重域において、前記駆動コイルの通電制御以外によって、前記動作部材の駆動方向側への移動を緩衝する緩衝力を働かせて加重動作を行ない、動作部材を直線もしくは上下摺動できるように支持するスライド軸受は、ボールあるいはローラをリテーナで保持したものを用いることを特徴とするボイスコイルモータによる加重方法。
【請求項７】
駆動コイルの通電制御により、動作部材をそれが重力により移動する方向に駆動制御して加重動作を行うボイスコイルモータによる加重方法において、
駆動コイルを通電制御して前記駆動コイルに対向する磁石を有した動作部材を荷重側に駆動制御するときの移動域の少なくとも初期加重域において、前記駆動コイルの通電制御以外によって、前記動作部材の駆動方向側への移動を緩衝する緩衝力を働かせて加重動作を行ない、動作部材を回転できるように支持する転がり軸受につき、その内外輪間のスラストおよびラジアル両方向の遊びをなくし、軸受の内外輪に互いに逆向きの締結力が働くように締め込みを行なっておくことを特徴とするボイスコイルモータによる加重方法。
【請求項８】
部品を所定位置に供給する部品供給部と、金属接合により部品を実装する実装対象物を部品実装位置に供給して位置決めし部品実装後に他へ移す実装対象物取り扱い手段と、所定位置に供給される部品をボイスコイルモータの重力により移動する方向に動作する動作部材に設けた部品保持ツールにてピックアップして取り扱い部品実装位置に位置決めされている実装対象物に双方の金属接合部どうしが対向するように位置合わせして実装に供する部品取り扱い手段と、部品保持ツールを通じてこれが保持している部品に超音波振動を与える超音波振動手段と、部品実装位置にて、実装対象物取り扱い手段が取り扱う実装対象物の金属接合部に、部品取り扱い手段が取り扱う部品の金属接合部に対向させるとともに、ボイスコイルモータの本体ケースに備えた駆動コイルを通電制御して前駆駆動コイルに対向する磁石を有した動作部材を駆動制御し金属接合部どうしに加重しながら超音波振動手段を働かせて、金属接合部どうしを接合させ、部品を実装対象物に実装する制御手段とを備え、ボイスコイルモータは動作部材により加重を行う移動域の少なくとも初期加重域において、前記駆動コイルの通電制御以外によって、動作部材の駆動方向側への移動を動作部材の磁石部と本体ケースの底部との間に備えた緩衝手段により緩衝する緩衝力を働かせる緩衝手段を有したことを特徴とする部品実装装置。
【請求項９】
駆動コイルへの通電制御により、動作部材が駆動制御されて往復移動されるボイスコイルモータにおいて、
磁石を有した動作部材と、前記動作部材の磁石に対向する駆動コイルを有した本体ケースとを備え、
動作部材の進出側への移動域の少なくとも初期加重域において、動作部材の駆動方向側への移動を緩衝する緩衝力を、前記駆動コイルの通電制御以外によって働かせる緩衝手段を動作部材の磁石部と本体ケースの底部との間に備えたことを特徴とするボイスコイルモータ。
【請求項１０】
緩衝手段は、動作部材側にある磁石に対する固定側の反発磁石、逆方向駆動コイル、空気圧付与手段、動作部材の移動方向にコイル密度が変化した駆動コイル、弾性部材の少なくとも１つである請求項９に記載のボイスコイルモータ。
【請求項１１】
内外輪間のスラストおよびラジアル両方向の遊びをなくし、軸受の内外輪に互いに逆向きの締結力が働くように締め込みがなされて動作部材を回転できるように軸受する軸受を備えた請求項９、１０のいずれか１項に記載のボイスコイルモータ。
【請求項１２】
リテーナで保持したボールあるいはローラを有して動作部材を直線もしくは上下摺動できるように支持するスライド軸受を備えた請求項９〜１１のいずれか１項に記載のボイスコイルモータ。
【請求項１３】
磁石を有した動作部材と、この動作部材の磁石に対向する駆動コイルを有し動作部材を回転および摺動できるように装備した本体ケースとを備え、動作部材の径を本体ケースの幅ないし奥行き寸法のほぼ１．１％以上に設定した請求項９〜１２のいずれか１項に記載のボイスコイルモータ。
【請求項１４】
駆動コイルへの通電制御により、動作部材が駆動制御されて往復移動されるボイスコイルモータにおいて、
動作部材の進出側への移動域の少なくとも初期加重域において、動作部材の駆動方向側への移動を緩衝する緩衝力を、前記駆動コイルの通電制御以外によって働かせる緩衝手段を備え、
リテーナで保持したボールあるいはローラを有して動作部材を直線もしくは上下摺動できるように支持するスライド軸受を備えたことを特徴とするボイスコイルモータ。
【請求項１５】
駆動コイルへの通電制御により、動作部材が駆動制御されて往復移動されるボイスコイルモータにおいて、
動作部材の進出側への移動域の少なくとも初期加重域において、動作部材の駆動方向側への移動を緩衝する緩衝力を、前記駆動コイルの通電制御以外によって働かせる緩衝手段を備え、
磁石を有した動作部材と、この動作部材の磁石に対向する駆動コイルを有し動作部材を回転および摺動できるように装備した本体ケースとを備え、動作部材の径を本体ケースの幅ないし奥行き寸法のほぼ１．１％以上に設定したことを特徴とするボイスコイルモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイスコイルモータによる加重方法とそれによる部品実装装置、それらに用いるボイスコイルモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１（ａ）に示すようなベア半導体チップなどの半導体チップａは、回路基板ｂにプリント配線などして形成された導体ランドｄに電気接合するための電極が接合面に形成され、この接合面を回路基板ｂの導体ランドを持った接合面に対向させて、導体ランドｄおよび電極間の電気接合を図った状態で固定するいわゆる面実装が行われる。
【０００３】
従来、このような実装を行うのに、例えば、図１１（ａ）、図１２を参照して半導体チップａの電極の上に金属製のバンプｃをワイヤボンディング法などによって形成し、この半導体チップａを吸着ノズルｅによって吸着、保持して取り扱い、位置決めされた回路基板ｂの上の所定位置に対向させて、前記バンプｃを回路基板ｂの導体ランドｄに押し当てた状態で、吸着ノズルｅの揺動できるように支持された支持点と吸着面との間にホーンｆにて超音波振動を与えて半導体チップａを振動させることにより、バンプｃおよび導体ランドｄどうしを摩擦させて溶融ないしは拡散により接合し、半導体チップａを回路基板ｂに実装する部品実装方法を既に行なっている。
【０００４】
また、この際、吸着ノズルｅをボイスコイルモータｇの動作部材ｈに支持し、この動作部材ｈを駆動コイルｊの通電制御により駆動制御して進退させ、実装する半導体チップａのピックアップや、半導体チップａと回路基板ｂとの金属接合部どうしを加重しての接合を行なっている。このようなボイスコイルモータｇによる吸着ノズルｅの進退制御は機構が簡単でしかも進出量、加重量などを電気的に簡単に制御することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近の電子部品の微小化や薄型化に伴い、１ｍｍ角の半導体チップや脆いＧａＺｎ、ＧａＡｓ製の化合物半導体チップ、厚さ０．２〜０．４ｍｍ程度といった超薄型の半導体チップなども前記のような金属接合により実装をするようになっている。しかし、半導体チップａのバンプｃが潰れたり、半導体チップａが割れたり欠けたりするトラブルが生じることがある。
【０００６】
例えば、超音波振動は１３μ程度の振動幅で周波数が５ＫＨｚ程度に設定し、加重はバンプ１つにつき５０ｇ前後に設定するなど、半導体チップａの種類や大きさに合わせた接合条件によっているものの、前記のようなトラブルが解消し切れない。
【０００７】
本発明者等がこれらにつき種々に実験をし検討を重ねたところ、図１１（ｂ）に示すように目標加重に対して初期加重がオーバーシュートし、半導体チップａに衝撃を与えることが判明した。ソーフィルタなどの半導体チップａが３つのバンプｃを持っているなどで、１００ｇ程度の低加重で金属接合し実装する場合につき、加重を実測したところ、図１３に示すように目標加重の平均値Ｎ0 に対して初期加重はほぼ倍程度に達している。
【０００８】
これは、ボイスコイルモータｇを縦向きに用いる場合、動作部材ｈが磁石ｋを伴い自重で下動しようとするのを受け止めるディテント力を駆動コイルｊの通電制御によって与えておき、この状態から加重制御に通電を切り換えて接合を行なう際に、前記ディテント力に打ち勝つために初期通電が過剰になるのが主原因であると思われる。そこで、ディテント力を低減していくと初期加重のオーバーシュートを軽減できることが判明した。
【０００９】
また、図１２に示す動作部材ｈは自身のスプライン溝ｍとスライドボール軸受ｎとの間に働かせるボールｎ１が循環路のコーナ部でこじれや詰まりを起こして、これが動作部材ｈの大きな摺動抵抗になり、動作部材を所定の進出位置とするのに一時大きな通電が行なわれて、その時々に加重のオーバーシュートが生じることも判明した。この摺動抵抗につき実測したところ図１３（ｂ）に示す通りであり、平均的な摺動抵抗に対して最大３０ｇ程度高くなっている。
【００１０】
また、動作部材ｈのラジアルボール軸受ｐには深溝タイプが採用されているが、スラスト方向およびラジアル方向にガタツキがあり、このガタツキや動作部材ｈのたわみによって加重状態が変動し、接合を不安定にしたりするので、これを補うのに加重を高めに設定していることもバンプｃの潰れや半導体チップａの割れ、欠けの原因になることも判明した。また、動作部材のたわみはこじれの問題も生じる。
【００１１】
本発明の目的は、上記のような新たな知見に基づき、精度よい低加重制御が安定して行なえるボイスコイルモータによる加重方法とそれによる部品実装装置、それらに用いるボイスコイルモータを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するため、本発明のボイスコイルによる加重方法は、駆動コイルの通電制御により、動作部材をそれが重力により移動する方向に駆動制御して加重動作を行うのに、本体ケースに備えた駆動コイルを通電制御して前記駆動コイルに対向する磁石を有した動作部材を荷重側に駆動制御するときの移動域の少なくとも初期加重域において、前記駆動コイルの通電制御以外によって、前記動作部材の駆動方向側への移動を、動作部材の磁石部と本体ケースの底部との間に備えた緩衝手段により緩衝する緩衝力を働かせて加重動作を行なうことを主たる特徴とするものである。
【００１３】
このような構成では、本体ケースに備えた動作部材をその重力による移動にディテント力により抗して保持している状態から重力による移動方向への駆動状態に通電制御を切り換えて加重を行なう際に、ディテント力の反動によりオーバーシュートの原因となる加重力が働いても、動作部材の移動域の少なくとも初期加重域で動作部材に緩衝力が、動作部材の磁石部と本体ケースの底部との間に備えた緩衝手段により、駆動コイルの通電制御以外により確実に働いてそれを軽減ないしは相殺するので、初期加重がオーバーシュートするのを軽減ないしは解消することができる。従って、このような加重動作で、半導体チップと回路基板との金属接合部どうしを加重しながら摩擦接合して実装するような場合も、金属接合部が潰れたり、半導体チップが割れたり欠けたりするようなことを防止することができ、作業対象物の安全および歩留まりの向上が図れる。
【００１４】
このような緩衝力は、動作部材側にある磁石に対する固定側の反発磁石、逆方向駆動コイル、空気圧、駆動コイルのコイル密度の変化、弾性部材の少なくとも１つによって与えることができる。しかし、これらに限られない。
【００１５】
動作部材を直線もしくは上下摺動できるように支持するスライド軸受は、ボールをリテーナで保持したものを用いる、さらなる構成では、スライド軸受によって動作部材の摺動案内を行うのにボールまたはローラがリテーナで個々に保持されていることにより、互いにこじれたり詰まったりしてその時々に摺動抵抗を大きくするようなことがなく、そのような大きな摺動抵抗に対抗するために移動部材の駆動制御において加重がオーバーシュートするような働きが生じないので、作業対象物の破損を防止するのに好適である。
【００１６】
また、動作部材を回転できるように支持する転がり軸受につき、その内外輪間のスラストおよびラジアル両方向の遊びをなくすアンギュラ締め込みを行なっておく、さらなる構成では、転がり軸受のスラスト方向およびラジアル方向の遊びをなくし、軸受けの内外輪に互いに逆向きの締結力が働くように締め込みを行って動作部材を安定に支持しておけるので、動作部材のガタツキによる加重の変動を補う必要がなく加重を低目に設定しておくことができ、作業対象物の破損を防止するのに好適である。
もっとも、駆動コイルの通電制御により、動作部材をそれが重力により移動する方向に駆動制御して加重動作を行うのに、駆動コイルを通電制御して前記駆動コイルに対向する磁石を有した動作部材を荷重側に駆動制御するときの移動域の少なくとも初期加重域において、前記駆動コイルの通電制御以外によって、前記動作部材の駆動方向側への移動を緩衝する緩衝力を働かせて加重動作を行ない、動作部材を直線もしくは上下摺動できるように支持するスライド軸受は、ボールあるいはローラをリテーナで保持したものを用いることを特徴とするボイスコイルモータによる加重方法として提供することができる。
また、駆動コイルの通電制御により、動作部材をそれが重力により移動する方向に駆動制御して加重動作を行うのに、駆動コイルを通電制御して前記駆動コイルに対向する磁石を有した動作部材を荷重側に駆動制御するときの移動域の少なくとも初期加重域において、前記駆動コイルの通電制御以外によって、前記動作部材の駆動方向側への移動を緩衝する緩衝力を働かせて加重動作を行ない、動作部材を回転できるように支持する転がり軸受につき、その内外輪間のスラストおよびラジアル両方向の遊びをなくし、軸受の内外輪に互いに逆向きの締結力が働くように締め込みを行なっておくことを特徴とするボイスコイルモータによる加重方法として提供することもできる。
【００１７】
ボイスコイルモータが磁石を有した動作部材と、この動作部材の磁石に対向する駆動コイルを有し動作部材を回転および摺動できるように装備した本体ケースとを備え、動作部材の径を本体ケースの幅ないし奥行き寸法のほぼ１．１％以上に設定した、さらなる構成では、動作部材のたわみによる加重状態のバラツキやこじれの問題が解消する。
【００１８】
本発明の部品実装装置は、部品を所定位置に供給する部品供給部と、金属接合により部品を実装する実装対象物を部品実装位置に供給して位置決めし部品実装後に他へ移す実装対象物取り扱い手段と、所定位置に供給される部品をボイスコイルモータの重力により移動する方向に動作する動作部材に設けた部品保持ツールにてピックアップして取り扱い部品実装位置に位置決めされている実装対象物に双方の金属接合部どうしが対向するように位置合わせして実装に供する部品取り扱い手段と、部品保持ツールを通じてこれが保持している部品に超音波振動を与える超音波振動手段と、部品実装位置にて、実装対象物取り扱い手段が取り扱う実装対象物の金属接合部に、部品取り扱い手段が取り扱う部品の金属接合部に対向させるとともに、ボイスコイルモータの本体ケースに備えた駆動コイルを通電制御して前記駆動コイルに対向する磁石を有した動作部材を駆動制御し金属接合部どうしに加重しながら超音波振動手段を働かせて、金属接合部どうしを接合させ、部品を実装対象物に実装する制御手段とを備え、ボイスコイルモータは動作部材により加重を行う移動域の少なくとも初期加重域において、前記駆動コイルの通電制御以外によって、動作部材の駆動方向側への移動を緩衝する緩衝力を働かせる緩衝手段を有したことを主たる特徴とするものである。
【００１９】
このような構成では、部品供給部によって所定位置に供給される部品を、部品取り扱い手段がそれの部品保持ツールによってボイスコイルモータの制御手段による本体ケースに備えた駆動コイルの通電制御による駆動コイルに対向する磁石を有した動作部材の駆動制御を伴いピックアップして持ち運び、実装対象物によって実装位置に供給され位置決めされている実装対象物との金属接合部どうしを対向させ、制御手段により超音波振動手段およびボイスコイルモータの駆動制御によって金属接合部どうしを前記ボイスコイルモータに設けた緩衝手段の緩衝を伴う安定した加重状態を得て部品の安全を図りながら摩擦接合させて部品を実装対象物に自動的に実装することを繰り返し安定して高速に行なうことができる。
もっとも、駆動コイルへの通電制御により、動作部材が駆動制御されて往復移動されるボイスコイルモータにおいて、動作部材の進出側への移動域の少なくとも初期加重域において、動作部材の駆動方向側への移動を緩衝する緩衝力を、前記駆動コイルの通電制御以外によって働かせる緩衝手段を備え、リテーナで保持したボールあるいはローラを有して動作部材を直線もしくは上下摺動できるように支持するスライド軸受を備えたことを特徴とするボイスコイルモータとして提供することができる。
また、駆動コイルへの通電制御により、動作部材が駆動制御されて往復移動されるボイスコイルモータにおいて、動作部材の進出側への移動域の少なくとも初期加重域において、動作部材の駆動方向側への移動を緩衝する緩衝力を、前記駆動コイルの通電制御以外によって働かせる緩衝手段を備え、磁石を有した動作部材と、この動作部材の磁石に対向する駆動コイルを有し動作部材を回転および摺動できるように装備した本体ケースとを備え、動作部材の径を本体ケースの幅ないし奥行き寸法のほぼ１．１％以上に設定したことを特徴とするボイスコイルモータとして提供することもできる。
【００２０】
本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の詳細な説明および図面の記載によって明らかになる。また、本発明の各特徴は、可能な限りそれ単独で、あるいは種々な組み合わせで複合して採用することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るボイスコイルモータによる加重方法とそれによる部品実装装置、それらに用いるボイスコイルモータの実施の形態について、図１〜図１０を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。以下の説明は本発明の具体例であって、特許請求の範囲を限定するものではない。
【００２２】
本実施の形態は半導体チップと回路基板との金属接合部どうしの摩擦接合に適用するボイスコイルモータによる加重方法とそれによる部品実装装置、それらに用いるボイスコイルモータの場合の一例であり、これに限られることはない。
【００２３】
本実施の形態のボイスコイルモータ１０による加重方法は、図１（ａ）を参照して駆動コイル１の通電制御により、動作部材２をそれが重力により移動する方向に駆動制御して、実装部品の１例である半導体チップ３を実装対象物の１例である回路基板４に押し付けるといった加重動作を行うのに、駆動コイル１を通電制御して動作部材２を加重側に駆動制御するときに移動域の少なくとも初期加重域において、前記駆動コイル１の通電制御以外によって、前記動作部材２の駆動方向側への移動を緩衝する緩衝力Ｆを働かせて加重動作を行なう。
【００２４】
このような緩衝力Ｆは、動作部材側にある磁石に対する固定側の反発磁石、逆方向駆動コイル、空気圧、駆動コイルのコイル密度の変化、弾性部材の少なくとも１つによって与えることができる。図１（ａ）に示す例では弾性部材の１例であるコイルスプリング５によって緩衝力Ｆを働かせてある。具体的には、ボイスコイルモータ１０は動作部材２が磁石１１と一体で上下動するように設けられ、ボイスコイルモータ１０の本体ケース１２の側に駆動コイル１が固定されているのを利用して、本体ケース１２の底部と磁石１１の下面との間でコイルスプリング５が働くようにしてある。コイルスプリング５はその設定ばね定数に応じ柔軟に伸縮できることから動作部材２の移動域の全範囲で、つまり図１（ａ）に示す上動位置から働くようにしてあり、ディテント力の一部として、あるいはその全体として働かせることができる。
【００２５】
いずれにしても、動作部材２を重力による移動側に駆動制御するための駆動コイル１の通電制御に切り替え、あるいは開始して、ディテント力に抗し、およびコイルスプリング５の緩衝力Ｆに抗して動作部材２を下動させていくとき、コイルスプリング５は動作部材２の下動に伴いチャージされて緩衝力Ｆが増大するだけで、動作部材２による加重動作を邪魔することはなく、そのばね定数の設定によって初期加重域での加重のオーバーシュート分に見合う思い通りの緩衝力Ｆが得られる。
【００２６】
したがって、動作部材２をその重力による移動にディテント力により抗して保持している状態から重力による移動方向への駆動状態に通電制御を切り換え、または開始して加重を行なう際に、ディテント力の反動によりオーバーシュートの原因となる加重力が働いても、動作部材２の移動域の少なくとも初期加重域で動作部材２に緩衝力Ｆが駆動コイル１の通電制御以外により確実に働いてそれを軽減ないしは相殺することになる。
【００２７】
この結果、初期加重がオーバーシュートするのを軽減ないしは解消することができ、図１（ｂ）に示すようにほぼ目標通りの加重が安定して得られる。従って、このような加重動作で、半導体チップ３と回路基板４とのバンプ６および導体ランド７などの金属接合部どうしに加重を掛けながら溶融ないしは拡散を伴い摩擦接合して実装するような場合も、バンプ６が潰れたり、半導体チップ３が割れたり欠けたりするようなことを防止することができ、作業対象物の安全および半導体チップ３や回路基板４の歩留まりの向上が図れる。
【００２８】
もっとも、金属接合部どうしの摩擦接合においてバンプ６は導体ランド７との間で所定の密着面積を確保するために圧縮変形を伴うように動作部材２の進出量が設定されるが、前記問題とするバンプ６の潰れは所定域をはみ出したりすることをいい、回路の短絡や限界を超えた超接近状態の原因となる。動作部材２の進出量は例えば金属接合部どうしが当接し合ったときの駆動コイル１に対する通電電流の変化時点からの駆動制御によって設定することができる。もっとも位置センサや外部情報など他の情報によることもできる。
【００２９】
コイルスプリング５は部分によってばね定数を変えて弱いところから先に圧縮されたり、高さの違う複数のものを用いて動作部材２の進出の段階に応じて順次働くようにもできる。これらにおいて、種類の違う緩衝部材、緩衝手段を組み合わせ採用することもできる。また、動作部材２は上下に移動する以外に、重力によって移動する程度に斜め配置された場合や、円弧移動するようにされたものなど、重力によって移動するためディテント力を付与する必要のあるあらゆる場合に本方法は有効であり、いずれも本発明の範疇に属する。従って、原理的には、動作部材２の側に駆動コイルがあり本体ケース１２の側に磁石があるようなタイプのボイスコイルモータ１０を用いてもよい。
【００３０】
ここに、本実施の形態の加重方法は、駆動コイル１への通電制御により、動作部材２が駆動制御されて往復移動されるボイスコイルモータ１０を用いた加重動作を行なうのに、動作部材２の進出側への移動域の少なくとも初期加重域において、動作部材２の駆動方向側への移動を緩衝する緩衝力Ｆを、前記駆動コイル１の通電制御以外によって働かせるコイルスプリング５などの緩衝手段２０を備えた新規なボイスコイルモータ１０をも提供するものである。
【００３１】
本実施の形態では、このようなボイスコイルモータ１０を金属接合部どうしの摩擦接合により半導体チップ３などの部品を回路基板４に面実装する図４に示すような部品実装装置３０に適用するのに、動作部材２が前記上下方向の移動、つまり軸線方向の移動のほかに、軸線まわりに回転できるようにしてある。回転は動作部材２によって吸着などして保持した半導体チップ３などを実装前に回転させて向きを修正したり変更したりできるので便利である。
【００３２】
そこで、本実施例のボイスコイルモータ１０は従来同様、図２に示すように本体ケース１２内のガイド１３によって上下に案内される磁石１１に対してストレートな動作部材２を２つのラジアルボール軸受１４、１５によって回転できるように支持し、本体ケース１２の底部下面に当てがったハウジング１６にアンギュラコロ軸受１８によって回転できるように保持したスライドボール軸受１７に動作部材２をスプライン嵌合してスライドできるように支持している。スライドボール軸受１７は動作部材２の溝２ａと本体１７ａとの間にボール１７ｂが働く。
【００３３】
特に、本実施の形態では、動作部材２を摺動できるように支持するスライドボール軸受１７は、図３（ａ）に示すようにボール１７ｂをリテーナ１７ｃで保持したものを用いている。これにより、スライドボール軸受１７によって動作部材２の摺動案内を行うのにボール１７ｂがリテーナ１７ｃで個々に保持されていることにより、互いにこじれたり詰まったりしてその時々に摺動抵抗を大きくするようなことがない。従って、そのような大きな摺動抵抗に対抗するために移動部材２の駆動制御において加重がオーバーシュートするような駆動コイル１の働きが生じないので、半導体チップ３や回路基板４などの作業対象物の破損を防止するのに好適である。
【００３４】
また、動作部材２を回転できるように支持するラジアルボール軸受１４、１５につき、その内外輪間のスラストおよびラジアル両方向の遊びをなくすアンギュラ締め込みを行なっておく。これは、アンギュラ軸受を働かせる場合の締め方であって、図３（ｂ）に矢印で示すように内外輪に互いに逆向きな締結力が働くようにするもので、ラジアルボール軸受１４、１５のスラスト方向およびラジアル方向の遊びをなくして動作部材２を安定に支持しておける。従って、動作部材２のガタツキによる加重の変動を補う必要がなく加重を低目に設定しておくことができ、作業対象物の破損を防止するのに好適である。本実施の形態では特に深溝型のラジアルボール軸受１４、１５を採用しており、スラスト、ラジアル両方向のガタツキを防止するのにさらに好適である。
【００３５】
なお、ラジアルボール軸受１４、１５、スライドボール軸受１７のいずれもボールに代えてローラを採用したものでもよく、転がり軸受タイプであればよい。また、動作部材２はこれに連結した吸着ノズル２１に超音波振動を与えて摩擦接合による部品実装を行なうのに、動作部材２の下端に側面形状が鉤型の振動ヘッド２２を取り付け、この振動ヘッド２２の軸線から偏った位置で垂下した垂下壁２２ａに振動ホーン２３の基部を片持ち支持し、この振動ホーン２３の先端部に吸着ノズル２１を保持して超音波振動を与えるようにしている。吸着ノズル２１はこの保持状態で動作部材２と同一軸線上に位置するようにされ、動作部材２の回転によっても位置ずれが起きず、吸着している半導体チップ３などの向きを回転によって修正したり変更したりするのに好適である。
【００３６】
さらに、ボイスコイルモータ１０は以上のように磁石１１を有した動作部材２と、この動作部材２の磁石１１に対向する駆動コイル１を有し動作部材２を回転および摺動できるように装備した本体ケース１２とを備えているが、動作部材２の外径Ｄを本体ケース１２の幅Ｂないし奥行きの寸法、円形であるときはその外径に対しほぼ１．１％以上に設定する。上限は例えば実用上から１．５％程度である。これにより、動作部材２のたわみによる加重状態のバラツキやこじれの問題が解消する。１つの実施例を示すと幅Ｂは８０ｍｍ程度、外径Ｄは１２ｍｍ程度である。
【００３７】
以上のような条件を満足したボイスコイルモータ１０による１００ｇの加重実験において、動作部材２の変位量および応力分布、摺動抵抗および加重状態につき実測したところ、外径Ｄが８ｍｍであった従来の場合、最大応力が１．０８ＭＰａ程度、垂下壁２２ａおよび振動ホーン２３、吸着ノズル２１の部分の変位が８０μ程度であったのが、実施例では３．３３ＭＰａ、２０μ弱と大きく低減し、摺動抵抗および加重状態については従来既述した図１３に示す結果であったのが、実施例では図５に示すような結果が得られた。
【００３８】
実施例では図５から明らかなように、摺動抵抗の変化はほぼ滑らかとなり、大きなピークが全くなくなっている。また加重状態は初期加重時のオーバーシュートが全くなく、目標加重よりもやや低目の加重状態から始まり、目標加重へ極く滑らかに移行し加重の後段で目標加重に達している。これは摩擦接合動作部材２の径を大きくして剛性を高めても摺動抵抗に影響しないし、加重制御に好結果をもたらすことを意味している。
【００３９】
既述した図４に示す本実施の形態の部品実装装置３０は、半導体チップ３などの部品を所定位置に供給する部品供給部３１、金属接合により部品を実装する回路基板４などの実装対象物を部品実装位置に供給して位置決めし部品実装後に他へ移す実装対象物取り扱い手段３２、所定位置に供給される半導体チップ３をボイスコイルモータ１０の重力により移動する方向に動作する動作部材２に設けた部品保持ツールの１例としての吸着ノズル２１にてピックアップして取り扱い部品実装位置に位置決めされている回路基板４に双方の金属接合部どうしが対向するように位置合わせして実装に供する部品取り扱い手段３３、吸着ノズル２１を通じてこれが保持している部品に超音波振動を与える超音波振動手段３４、部品実装位置にて、実装対象物取り扱い手段３２が取り扱う回路基板４の金属接合部に、部品取り扱い手段３３が取り扱う半導体チップ３の金属接合部に対向させるとともに、ボイスコイルモータ１０の駆動コイル１を通電制御して動作部材２を駆動制御し金属接合部どうしに加重しながら超音波振動手段３４を働かせて、金属接合部どうしを接合させ、半導体チップ３を回路基板４に実装する制御手段３５を少なくとも備えている。
【００４０】
これにより、部品供給部３１によって所定位置に供給される半導体チップ３を、部品取り扱い手段３３がそれの吸着ノズル２１によってボイスコイルモータ１０の制御手段３５による駆動コイル１の通電制御を伴いピックアップして持ち運び、実装対象物取り扱い手段３２によって実装位置に供給され位置決めされている回路基板４との金属接合部どうしを対向させ、制御手段３５により超音波振動手段３４およびボイスコイルモータ１０の駆動制御によって金属接合部どうしを前記ボイスコイルモータ１０に設けた緩衝手段２０の緩衝を伴う安定した加重状態を得て半導体チップ３の安全を図りながら摩擦接合させて半導体チップ３を回路基板４に自動的に実装することを繰り返し安定して高速に行なうことができる。
【００４１】
制御手段３５は部品実装装置３０の動作制御を行うマイクロコンピュータの内部機能を利用したものでよいが、これに限られることはない。部品供給部３１はダイシングシート３６上で個々の半導体チップ３にダイシングされた部品を多段に収容したストッカ３７を載置して昇降させるリフタ３８を部品供給源とし、このリフタ３８によって所定高さに位置決めされた収納段につき、Ｙ方向に移動する出し入れ手段３９によってダイシングシート３６を引出しエキスパンド台４１でのエキスパンドに供して部品のピックアップに備えたり、エキスパンド台４１上の部品ピックアップ後のダイシングシート３６をストッカ３７に収納する。エキスパンド台４１は例えばＹ方向に移動することと、ピックアップ手段４２がＸ方向に移動することとによって、ダイシングシート３６上の所定の半導体チップ３がピックアップ手段４２の吸着ノズル４２ａにより吸着してピックアップされるようにする。
【００４２】
ピックアップ手段４２は下向きの吸着ノズル４２ａによりピックアップした半導体チップ３を上向きに反転させて半導体チップ３のバンプ６を有した接合面が下向きとなるようにして所定の部品供給位置までＸ方向に移動し、部品実装のためのピックアップに供する。
【００４３】
部品実装のためのピックアップは、例えばＸ方向に移動する２つの部品実装ヘッド５１、５２によって種類別に行ない、半導体チップ３の種類にあった摩擦接合による部品実装を行なう。この摩擦接合のために部品実装ヘッド５１、５２は、上記した吸着ノズル２１を支持したボイスコイルモータ１０を備えているが、それぞれが取り扱う種類の半導体チップ３に対応した加重条件に設定される。
【００４４】
実装対象物取り扱い手段３２は、回路基板４のローディング部５３とアンローディング部５４との間に実装ステージ５５を有している。この実装ステージ５５はＹ方向に移動でき、ローディング部５３から搬入した回路基板４を実装位置まで持ち運んで前記部品実装ヘッド５１または５２による実装に供し、半導体チップ３の所定の実装を終えた時点で基の位置に復帰し、部品実装後の回路基板４をアンローディング部５４に搬出し先へ搬送されるようにする。
【００４５】
なお、実装ステージ５５は回路基板４を加熱するヒートステージとされ、実装ヘッド５１、５２による半導体チップ３と回路基板４との金属接合部どうしの摩擦接合を補助するようにしてある。また、ローディング部５３には回路基板４を予備加熱する予備加熱ステージ５６が設けられ、アンローディング部５４には部品実装後の回路基板４が急に冷えて割れなどが発生しないように温度保証を行なう保温加熱ステージ５７が設けられている。また、部品実装位置の近傍には部品実装位置へ進出したり後退したりするカメラ５８が設けられ、部品実装位置に位置決めされた回路基板４および半導体チップ３の間に進入して双方の金属接合部を撮像ないしは撮影して画像による位置や欠陥の認識に供するようにしてある。もっとも、欠陥の認識は回路基板４および半導体チップ３ともにそれ以前の段階で検査し、不良品は部品実装に供さないようにするのが好適である。１つのカメラ５８による回路基板４および半導体チップ３の同時認識は、双方に対する認識の原点位置が共通することになり、相互の位置関係を精度よく認識して高精度に位置決めすることができる。これによって、微小部品や高密度な実装に対応することができる。
【００４６】
図６〜図１０に他の緩衝手段２０を持ったボイスコイルモータ１０の例を示してある。図６に示す例は動作部材２に設けた磁石１１に対して反発する反発磁石６１を本体ケース１２の底部に設けてある。動作部材２が下動されて磁石１１が反発磁石６１との反発作用距離にまで近づいて以降、反発磁石６１の反発力が作用し始めて距離の二乗に反比例する法則に従い反発力が強まる。従って、反発磁石６１を設ける位置と磁力の強さとにより所定の緩衝力Ｆを得て初期加重がオーバーシュートするのを防止することができる。
【００４７】
図７に示す例では、ボイスコイルモータ１０の動作力がフレミングの左手の法則により、磁界と電流の双方に垂直な方向に働くことから、駆動コイル１の下に逆巻コイル６２を設けて、駆動コイル１と反対の方向に磁石１１を移動させる力を作用させて緩衝力Ｆとするようにしてある。逆巻コイル６２は駆動コイル１と同時通電してもよいし、個別に通電することもできる。個別に通電すると独自な通電制御ができる。また、通電電流を多くしたり、高密度巻にすると少ないスペースで大きな緩衝力Ｆが得られる。
【００４８】
図８に示す例は駆動コイル１にその巻線密度を下方側で少なくする傾斜密度方式を採用して、下部に低密度部１ａを設けて緩衝手段２０とし、動作部材２が下動するほど、あるいは所定位置以降に下動すると駆動コイル１による駆動磁力が弱くなり、見掛け上の自己緩衝力Ｆを持つようにしてある。これによると、特別な通電制御が要らない。つまり、駆動コイル１の通電制御以外によって緩衝力Ｆを働かせたことになる。
【００４９】
図９に示す例はポンプ６３などによって本体ケース１２の底部から空気圧を供給して磁石１１が下降しにくくすることで緩衝力Ｆが得られるようにしている。これに代えて本体ケース１２の底部にオリフィスを設けて磁石１１の下降による空気の逃げを制限して磁石１１が下降しにくくする緩衝力Ｆを得ることもできる。もっとも、これらによるときは磁石１１と本体ケース１２との間の空気の漏れを一定以下に抑える必要がある。
【００５０】
図１０に示す例は本体ケース１２の底部にゴムや樹脂などの弾性パッド６４を設けてあり、磁石１１が所定の位置まで下降した時点以降当接して緩衝力Ｆを働かせるようにしてあり、当接して以降磁石１１が下降するほど緩衝力Ｆは大きくなる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、本体ケースに備えた動作部材をその重力による移動にディテント力により抗して保持している状態から重力による移動方向への駆動状態に通電制御を切り換えて加重を行なう際に、ディテント力の反動によりオーバーシュートの原因となる加重力が働いても、動作部材の移動域の少なくとも初期加重域で動作部材に緩衝力が、動作部材の磁石部と本体ケースの底部との間に備えた緩衝手段により、駆動コイルの通電制御以外により確実に働いてそれを軽減ないしは相殺するので、初期加重がオーバーシュートするのを軽減ないしは解消することができる。従って、このような加重動作で、半導体チップと回路基板との金属接合部どうしを加重しながら摩擦接合して実装するような場合も、金属接合部が潰れたり、半導体チップが割れたり欠けたりするようなことを防止することができ、作業対象物の安全および歩留まりの向上が図れる。
【００５２】
動作部材を直線もしくは上下摺動できるように支持するスライド軸受に、ボールあるいはローラをリテーナで保持したものを用いる、さらなる構成によれば、スライド軸受によって動作部材の摺動案内を行うのにボールあるいはローラがリテーナで個々に保持されていることにより、互いにこじれたり詰まったりしてその時々に摺動抵抗を大きくするようなことがなく、そのような大きな摺動抵抗に対抗するために移動部材の駆動制御において加重がオーバーシュートするような働きが生じないので、作業対象物の破損を防止するのに好適である。
【００５３】
また、動作部材を回転できるように支持する転がり軸受につき、その内外輪間のスラストおよびラジアル両方向の遊びをなくし、軸受の内外輪に互いに逆向きの締結力が働くように締め込みを行なっておく、さらなる構成によれば、転がり軸受のスラスト方向およびラジアル方向の遊びをなくして動作部材を安定に支持しておけるので、動作部材のガタツキによる加重の変動を補う必要がなく加重を低目に設定しておくことができ、作業対象物の破損を防止するのに好適である。
【００５４】
ボイスコイルモータが磁石を有した動作部材と、この動作部材の磁石に対向する駆動コイルを有し動作部材を回転および摺動できるように装備した本体ケースとを備え、動作部材の径を本体ケースの幅ないし奥行き寸法のほぼ１．１％以上に設定した、さらなる構成によれば、動作部材のたわみによる加重状態のバラツキやこじれの問題が解消する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るボイスコイルモータによる加重方法とその装置を示し、その（ａ）は模式的な断面図、その（ｂ）は加重状態を示すグラフである。
【図２】図１の装置の主要部を断面して上動状態と下動状態とを併せ示した斜視図である。
【図３】図１の装置の動作部材の軸受部を示し、その（ａ）はスライドボール軸受の一部断面図、その（ｂ）はラジアルボール軸受の一部断面図である。
【図４】図１の装置を有した部品実装装置を示す斜視図である。
【図５】図２の装置での動作部材の摺動抵抗と加重状態の実測グラフである。
【図６】他の例のボイスコイルモータによる加重装置を模式的に示す断面図である。
【図７】別の例のボイスコイルモータによる加重装置を模式的に示す断面図である。
【図８】今１つの例のボイスコイルモータによる加重装置を模式的に示す断面図である。
【図９】さらに他の例のボイスコイルモータによる加重装置を模式的に示す断面図である。
【図１０】さらに別の例のボイスコイルモータによる加重装置を模式的に示す断面図である。
【図１１】従来のボイスコイルモータによる加重方法と装置を示し、その（ａ）は模式的な断面図、その（ｂ）は加重状態を示すグラフである。
【図１２】従来のボイスコイルモータによる加重方法と装置を軸受部の拡大図とともに示す主要部を断面して見た斜視図である。
【図１３】図１２の装置での動作部材の摺動抵抗と加重状態の実測グラフである。
【符号の説明】
１  駆動コイル
１ａ  低密度部
２  動作部材
３  半導体チップ
４  回路基板
５  コイルスプリング
６  バンプ
７  導体ランド
１０  ボイスコイルモータ
１１  磁石
１２  本体ケース
１４、１５  ラジアルボール軸受
１７  スライドボール軸受
１７ｃ  リテーナ
２０  緩衝手段
２１  吸着ノズル
２３  ホーン
３０  部品実装装置
３１  部品供給部
３２  実装対象物取り扱い手段
３３  部品取り扱い手段
３４  超音波手段
３５  制御手段
６１  反発磁石
６２  逆駆動コイル
６３  ポンプ
６４  弾性パッド
【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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