超音波ホーン及びチップボンダ装置
【課題】吸着ノズルの交換が容易でありながらも、吸着ノズルの位置ずれを防止する。
【解決手段】超音波振動を、吸着ノズルを介して電子部品片に伝達して、電子部品片を相手側部材に超音波接合する超音波ホーンにおいて、長手方向が水平方向に沿うように配置され、長手方向の中心部が振動モードにおける腹となると共に、該中心部の両側の第１及び第２の位置が振動モードにおける節となる形状を呈するホーン本体と、第１及び第２の位置を介してホーン本体に連続形成されて、該ホーン本体を所定の箇所に固定する固定部と、を備え、吸着ノズルを着脱可能に保持する保持部は、ホーン本体の長手方向の中心部を垂直に貫通し、吸着ノズルが挿脱される保持孔と、ホーン本体の長手方向における該保持孔の両脇において、該長手方向に沿って垂直に貫通するスリットと、スリットを貫通するようにホーン本体を水平方向に貫通するボルト孔と、を備える。
【解決手段】超音波振動を、吸着ノズルを介して電子部品片に伝達して、電子部品片を相手側部材に超音波接合する超音波ホーンにおいて、長手方向が水平方向に沿うように配置され、長手方向の中心部が振動モードにおける腹となると共に、該中心部の両側の第１及び第２の位置が振動モードにおける節となる形状を呈するホーン本体と、第１及び第２の位置を介してホーン本体に連続形成されて、該ホーン本体を所定の箇所に固定する固定部と、を備え、吸着ノズルを着脱可能に保持する保持部は、ホーン本体の長手方向の中心部を垂直に貫通し、吸着ノズルが挿脱される保持孔と、ホーン本体の長手方向における該保持孔の両脇において、該長手方向に沿って垂直に貫通するスリットと、スリットを貫通するようにホーン本体を水平方向に貫通するボルト孔と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スタッドバンプ等の接合材を利用して電子部品を組み立てる際に利用される超音波ホーン及びチップボンダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子部品を組み立てる際において、電子部品片を基板等の相手側部材に超音波接合するチップボンダ装置が広く利用されている。このチップボンダ装置は、電子部品片および相手側部材の間に金属製のスタッドバンプや鉛半田等の接合材を介在させておき、電子部品片を超音波振動させて接合材を溶かすことで、電子部品片を相手側部材に溶着させるものである。
【０００３】
このチップボンダ装置は、電子部品片を超音波振動させる手段として、電子部品片を吸着する吸着ノズルが設けられる超音波ホーンと、この超音波ホーンに超音波振動を入力する超音波振動子と、を備えている。このようなチップボンダ装置では、超音波ホーンに入力された超音波振動が、吸着ノズルを介して電子部品片に伝達される。
【０００４】
一般的に、吸着ノズルは、強度が弱く劣化が速いので、適宜交換できるように超音波ホーンに対して着脱可能に構成されている（特許文献１参照）。具体的に、吸着ノズルは、基端に外テーパ部を有しており、その外テーパ部が、超音波ホーンに形成されている貫通孔下部の内テーパ部に嵌め込まれる。そして、貫通孔上部からネジが挿入され、そのネジが、吸着ノズルの基端面に形成されているネジ孔にねじ込まれる。このように、外テーパ部が内テーパ部に嵌め込まれる構造を有しているので、吸着ノズルを超音波ホーンに対して強固に固定できる。また、吸着ノズルをネジで固定する構造を有しているので、ネジを緩めて外すことで、容易に吸着ノズルを交換できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１４１３７４号公報（段落［００３３］〜［００３５］および図７参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されているチップボンダ装置では、外テーパ部が内テーパ部に嵌め込まれる構造を有しているので、超音波ホーンの超音波振動等によってネジが少しでも緩むと、吸着ノズルがガタついて位置ずれが発生するという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、吸着ノズルの交換が容易でありながらも、吸着ノズルの位置ずれ防止を可能とする超音波ホーン及びチップボンダ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】
本発明者の鋭意研究により、上記目的は以下の手段によって達成される。
【０００９】
上記目的を達成する本手段は、電子部品片を吸着する吸着ノズルを着脱可能に保持する保持部と、超音波振動が入力される入力部と、を有し、前記入力部から入力された超音波振動を、前記保持部で保持する前記吸着ノズルを介して前記電子部品片に伝達して、前記電子部品片を、該電子部品片との間に金属製の接合材を介在させた相手側部材に超音波接合する超音波ホーンであって、長手方向が水平方向に沿うように配置され、長手方向の中心部が振動モードにおける腹となると共に、該中心部の両側の第１及び第２の位置が振動モードにおける節となる形状を呈するホーン本体部と、前記第１及び第２の位置を介して前記ホーン本体部に連続形成されて、該ホーン本体を所定の位置に固定する固定部と、を備え、前記保持部は、前記ホーン本体部における長手方向の中心部を垂直に貫通し、前記吸着ノズルが挿脱される保持孔と、前記ホーン本体部の長手方向における該保持孔の両脇において、該長手方向に沿って垂直に貫通するスリットと、前記スリットを通過するように前記ホーン本体部を水平方向に貫通し、ボルトの締付け又は緩めによって前記吸着ノズルを固定し又は該吸着ノズルの固定を解除するボルト孔と、を備えることを特徴とする超音波ホーンである。
【００１０】
上記手段の超音波ホーンにおいて、ホーン本体は、長手方向の中心部が水平方向に括れた形状を呈することを特徴とすることが好ましい。
【００１１】
上記手段の超音波ホーンは、前記保持孔に挿入された前記吸着ノズルの先端又は後端を当接させる当接部と、前記当接部及び前記ホーン本体部の間隔を一定に保つ間隔保持部と、を備える治具によって、前記吸着ノズルの垂直方向の位置決めがされることを特徴とすることが好ましい。
【００１２】
上記手段の超音波ホーンは、前記吸着ノズルと比較して密度の高い材料からなることを特徴とすることが好ましい。
【００１３】
上記手段の超音波ホーンは、前記スリットの両脇において垂直に貫通し、該スリットの幅と比較して大きい径を有する二つの貫通孔を備えることを特徴とすることが好ましい。
【００１４】
上記目的を達成する本手段は、中心軸を回転軸として回転可能に支持されるターレットと、出力軸に前記ターレットが接続されるターレット駆動モータと、前記ターレットの周方向に複数設けられて、電子部品片を保持し、該電子部品片を相手側部材に超音波接合する部品保持ユニットと、前記ターレットと前記部品保持ユニットの間に設けられて、前記部品保持ユニットを前記ターレットに対して上下方向に移動自在に案内する部品保持ユニット案内装置と、前記部品保持ユニットの上側に設けられ、前記部品保持ユニットを押圧することによって、該部品保持ユニットを下方向に移動させる部品保持ユニット駆動装置と、を備え、前記部品保持ユニットは、上記超音波ホーンと、前記超音波ホーンを超音波振動可能に支持するホーン支持部材と、前記ホーン支持部材を上下方向に摺動可能に支持するケースと、を備えることを特徴とするチップボンダ装置である。
【００１５】
上記手段のチップボンダ装置において、前記部品保持ユニット駆動装置は、第１押下装置及び第２押下装置を備え、前記第１押下装置は、前記部品保持ユニット全体を、前記ターレットに対して下方向に押し下げるようにし、前記第２押下装置は、前記吸着ノズルを、前記部品保持ユニットの前記ケースに対して下方向に相対的に押し下げることを特徴とすることが好ましい。
【００１６】
上記手段のチップボンダ装置において、前記部品保持ユニット駆動装置は、前記ターレットから独立した状態で設けられ、少なくとも電子部品片供給装置から前記電子部品片が供給される位置上、及び前記電子部品片を前記相手側部材に超音波接合する位置上に固定配置されることを特徴とすることが好ましい。
【００１７】
上記手段のチップボンダ装置は、前記超音波ホーンを回転させるホーン回転装置を備えることを特徴とすることが好ましい。
【００１８】
上記手段のチップボンダ装置において、前記部品保持ユニットは、前記ホーン支持部材を上方に付勢するホーン付勢装置と、前記ホーン支持部材の上下方向の位置を検出するホーン位置検出装置と、を備えることを特徴とすることが好ましい。
【００１９】
上記手段のチップボンダ装置において、前記部品保持ユニットにおける前記ホーン付勢装置は、前記ホーン支持部材側に固定配置されるホーン側マグネットと、前記ホーン側マグネットと対向して、前記ケース側に固定配置されるケース側マグネットと、を備え、前記ホーン側マグネット及び前記ケース側マグネットは、相互に吸着又は反発することで、前記ホーン支持部材を上方に付勢することを特徴とすることが好ましい。
【００２０】
上記手段のチップボンダ装置において、前記超音波ホーンは、該超音波ホーンの振動方向が前記ターレットの径方向となるように設けられていることを特徴とすることが好ましい。
【００２１】
上記手段のチップボンダ装置において、前記部品保持ユニット駆動装置は、前記部品保持ユニットの真上に対して前記ターレットの半径方向にオフセットされた状態で配置されることを特徴とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、吸着ノズルの交換が容易でありながらも、吸着ノズルの位置ずれ防止が可能となるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係るチップボンダ装置の全体構造を示す平面図である。
【図２】同チップボンダ装置の全体構造を示す正面図である。
【図３Ａ】同チップボンダ装置の全体構造を示す側面図である。
【図３Ｂ】同チップボンダ装置の（ａ）平面図、及び（ｂ）ターレットの開放状態を示す図である。
【図４】（ａ）（ｂ）同チップボンダ装置の部品保持ユニットを側面から見た断面図、及び部品保持ユニット駆動装置並びに部品保持ユニット案内装置の側面図である。
【図５Ａ】（ａ）超音波ホーンの側面図であり、（ｂ）超音波ホーンの下面図である。
【図５Ｂ】（ａ）超音波ホーンの振動系を示す下面図であり、（ｂ）及び（ｃ）超音波ホーンの振動状態を示す要部拡大下面図である。
【図６】超音波ホーンの外観斜視図である。
【図７】図５Ａ（ａ）における矢視II方向から視た超音波ホーンの断面図である。
【図８Ａ】（ａ）〜（ｄ）は超音波ホーンの側面図である。
【図８Ｂ】図５（ｂ）における矢視III方向から視た超音波ホーンの断面図であり、別の形態に係る吸着ノズルが取り付けられている場合を示す。
【図９】（ａ）は、図４（ａ）における矢印I方向から見たチップボンダ装置のホーン回転装置の平面図であり、（ｂ）同ホーン回転装置の右側面図であり、（ｃ）は、図９（ａ）における矢視IV−IV方向から見た同ホーン回転装置の正面図である。
【図１０】同チップボンダ装置のスライダ移動装置の圧電素子によってホーン回転用スライダを移動させる状態を示す図である。
【図１１】同チップボンダ装置の部品保持ユニットにおける、マグネットを利用したホーン保持部材の位置検出方法を示す図である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は同チップボンダ装置の電子部品片供給装置及び基板供給装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
【００２５】
図１、図２及び図３Ａは本発明の実施の形態に係るチップボンダ装置１００の全体構成が示されている。
【００２６】
チップボンダ装置１００は、ターレット１０と、ターレット駆動モータ２０と、部品保持ユニット３０と、ホーン回転装置４０と、部品保持ユニット案内装置５０と、部品保持ユニット駆動装置８０と、部品保持ユニット駆動装置８０及びターレット駆動モータ２０が配置される駆動装置基台９０と、この駆動装置基台９０が保持される脚部９５を備えて構成される。なお、ここでは、部品保持ユニット３０の吸着ノズル３３により電子部品片９８を吸着する位置を供給位置Ｕと呼び、吸着された電子部品片９８をウエハ基板６１０に溶着する位置を溶着位置Ｗと呼ぶことにする。
【００２７】
トレイ９６に載置された電子部品片９８は、Ｘ−Ｙテーブルから構成される電子部品片供給装置８９によりＸ−Ｙ方向に移動されて供給位置Ｕに供給される。電子部品片９８の供給位置Ｕでの位置決めは、上方に配置される供給位置確認カメラ９２で撮影した電子部品片９８の画像データに基づいて、主制御部（図示省略）が電子部品片供給装置８９をＸ−Ｙ方向に移動することにより行われる。
【００２８】
溶着位置Ｗは、チップボンダ装置１００の主軸を挟んで、電子部品片供給装置８９と略反対側（ターレット１０の回転移動経路に沿って１８０度の位相差を有する場所）に位置している。そこには、ウエハ基板６１０が載置される加熱プレート９７と、この加熱プレート９７をＸ−Ｙ方向に移動させる基板供給装置８８が設けられており、基板搬送装置（図示省略）によって、ウエハ基板６１０が搬送される。基板供給装置８８は、加熱プレート９７に載置されたウエハ基板６１０を位置決めする。この位置決めは、上方に配置される溶着位置確認カメラ９４で撮影したウエハ基板６１０の画像データに基づいて、主制御部（図示省略）が基板供給装置８８をＸ−Ｙ方向に移動することにより行われる。
【００２９】
部品保持ユニット３０の回転移動経路上の供給位置Ｕと溶着位置Ｗの途中（ここでは供給位置Ｕから９０度の位相差を有する場所）には、下側から部品保持ユニット３０を撮影する吸着位置確認カメラ９３が設けられている。吸着位置確認カメラ９３は、吸着ノズル３３に吸着保持された電子部品片９８の角度を撮影して、撮影した画像データを主制御部に送信する。そして、主制御部は、その画像データに基づいて、ホーン回転装置４０を動作させて、電子部品片９８が所定の角度になるように吸着ノズル３３を回転制御する。吸着ノズル３３により吸着保持された電子部品片９８の吸着状態（角度）を確認する位置を、ここでは吸着状態確認位置Ｖと言う。
【００３０】
また、部品保持ユニット３０の回転移動経路上の溶着位置Ｗと供給位置Ｕの途中（ここでは溶着位置Ｗから９０度の位相差を有する場所）には研磨装置９８が設けられている。研磨装置９８は、吸着ノズル３３の先端が当接することで、この先端を自動的に研磨する。従って、部品保持ユニット３０が、溶着位置Ｗや供給位置Ｕで、供給作業や溶着作業を行っている間に、他の部品保持ユニット３０の吸着ノズル３３を研磨してメンテナンスを行うことが可能となる。なお、この研磨装置９８によって吸着ノズル３３を研磨する位置を、ここでは研磨位置Ｔと言う。
【００３１】
上記のように、チップボンダ装置１００は、ターレット１０を回転することにより、部品保持ユニット３０に設けられた吸着ノズル３３を供給位置Ｕ、吸着状態確認位置Ｖ、溶着位置Ｗ、研磨位置Ｔの順番に搬送することができるようになっている。
【００３２】
ターレット１０は、円盤形状、又は５角形又は６角形等の多角形形状の円板状部材である。ターレット１０は、自身の中心軸を回転軸として、ターレット駆動モータ２０に回転可能に同軸状態で支持される。この結果、ターレット１０は、ターレット駆動モータ２０の回転に連動して回転する。また、ターレット１０は、上述した形状に限定されるものではなく、例えば、円筒の外周面から外側に向かって放射状に突出するように形成された複数の凸部（アーム）を有する星型又はヒトデ型等であっても好ましい。
【００３３】
ターレット駆動モータ２０は、ＤＤモータ（ダイレクト・ドライブ・モータ）を用いており、ターレット１０の回転方向の位置決めを高い角度精度で行う。
【００３４】
図３Ｂ（ａ）に示されるように、このターレット駆動モータ２０は、上方の駆動装置基台９０に固定されている。この駆動装置基台９０は、脚部９５によって揺動自在に保持されている。従って、ターレット１０をメンテナンスする際は、図３Ｂ（ｂ）に示されるように、脚部９５に対して駆動装置基台９０を上方に揺動させることで、ターレット１０の全体を上方に開放する。
【００３５】
部品保持ユニット３０は、ターレット１０の周方向に等間隔で複数（ここでは４個）設けられるとともに、下側には、吸着ノズル３３を有する超音波ホーン３２を備えている。なお、この部品保持ユニット３０は、ターレット１０の外周において、半径方向外側に突出するように配置されている。このようにすることで、複数の部品保持ユニット３０の周方向の間に空間Ｓを確保する。結果、供給位置Ｕの上方に配置される供給位置確認カメラ９２は、部品保持ユニット３０が存在しないタイミングを見計らって、空間Ｓを介して電子部品片供給装置８９を上方から撮像して、電子部品片９８の位置決めを行う。同様に、溶着位置Ｗの上方に配置される溶着位置確認カメラ９４は、部品保持ユニット３０が存在しないタイミングを見計らって、空間Ｓを介してウエハ基板６１０を撮像し、ウエハ基板６１０に形成されているスタッドバンプ２７０Ｂ等を検出して、電子部品片９８を正しい位置に溶着するようになっている。なお、電子部品片９８及びウエハ基板６１０の間に介在させる接合材は、スタッドバンプ２７０Ｂに限定されず、鉛半田等であってもよい。
【００３６】
なお、部品保持ユニット３０をターレット１０半径方向内側に配置する場合は、ターレット１０に開口を形成するなどして、同様な空間Ｓを確保すれば良い。即ち、空間Ｓを確保するためにターレット１０を切り欠けば良い。
【００３７】
部品保持ユニット３０は、吸着ノズル３３で電子部品片９８を吸着保持したり、超音波ホーン３２の超音波振動により、吸着保持した電子部品片９８をウエハ基板６１０に超音波接合したりする。この吸着ノズル３３は、内部に吸入経路３３Ａが形成されており、特に図示しない真空ポンプと接続されている。真空ポンプは、吸入経路３３Ａを介して吸着ノズル３３の先端に負圧を発生させる。これにより、吸着ノズル３３が電子部品片３３Ａを吸着する。
【００３８】
部品保持ユニット３０は、図４に示されるように、ケース３１と、超音波ホーン３２と、ホーン支持部材３４と、ホーン付勢装置３６と、ホーン位置検出装置３８と、超音波振動子（図示省略）を備えて構成される。超音波振動子は、超音波発振器（図示省略）により、６０ｋＨｚ帯、具体的には６３ｋＨｚ程度の周波数を有する電気信号を与えられ、機械的な振動エネルギーに変換する。超音波ホーン３２は、超音波振動子により、超音波振動が入力される。なお、部品保持ユニット３０は、超音波振動子を備えずに構成されても良い。この場合、超音波ホーン３２は、超音波発振器により電気信号を与えられ、機械的な振動エネルギーに変換する。すなわち、超音波ホーン３２には、電気信号の形式で超音波振動が入力される。
【００３９】
ケース３１の内部の収容空間３１Ａには、後述するホーン支持部材３４の軸部３４Ｃ、ホーン付勢装置３６、ホーン位置検出装置３８が収容される。更に、ケース３１には摺動通路３１Ｂが形成されており、ホーン支持部材３４の軸部３４Ｃが、スライド可能に挿通される。なお、収容空間３１Ａと摺動通路３１Ｂは連通して形成され、摺動通路３１には、軸部３４Ｃを上下方向に摺動可能、且つ軸中心に回転可能に支持する支持部材３５が設けられている。本実施形態では支持部材３５としてボールベアリングが用いられている。この支持部材３５は、摺動通路３１Ｂにおける上下２か所に設けられている。これによって、ホーン支持部材３４は、ケース３１に対し、上下方向及び回転方向のどちらにも可動できる。また、収容空間３１Ａの下側には、ケース側マグネット３６Ｂをケース３１に固定するためのケース側マグネット固定部３１Ｄが設けられている。
【００４０】
超音波ホーン３２のホーン本体部３２Ｘは、図５Ａ（ａ）、（ｂ）、図５Ｂ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び図６に示されるように、図４の矢印Ｉ方向（上下方向）から見て、概略直方体形状で、長手方向の中心部近傍が括れた形状になっている。このホーン本体部３２Ｘは、ＳＵＳ３０４等のステンレスで成型されており、８．０［ｇ／ｃｍ３］程度の密度を有する。また、超音波ホーン３２は、括れている部分の略中心に吸着ノズル３３が端面から下方向に突出配置されている。この吸着ノズル３３は、従来の超硬（密度：１４．０［ｇ／ｃｍ３］程度）のものに代えたものであって、ホーン本体部３２と比較して密度の低いジルコニアやアルミナ等の材料で成型されている。従来の吸着ノズルは、ホーン本体部３２Ｘと比較して密度が高く、使用時に保持孔３７Ａの下端部分を破壊する傾向を有しているが、本実施形態の吸着ノズル３３は、ホーン本体部３２Ｘと比較して密度が低く、使用時に保持孔３７Ａの下端部分を破壊することを防止する。
【００４１】
ホーン本体部３２Ｘには、長手方向及び幅方向に対象の４箇所に薄板状の連結部３２Ｂが形成され、更にこの連結部３２Ｂには固定部３２Ａが形成される。この固定部３２Ａは、ホーン支持部材３４のホーン取付部３４Ａにボルト３２ＡＡで固定される。したがって、超音波ホーン３２は、ホーン支持部材３４のホーン取付部３４Ａに対して固定部３２Ａのみで接続されており、その他の部分では接触していない構造となっている。特にホーン本体部３２Ｘは、薄板状の連結部３２Ｂによって保持されるので、ホーン支持部材３４への固定による振動減衰は殆どなく、入力部となる長手方向の端部から超音波振動子（図示省略）によって入力される超音波振動を確実に行うことができる。なお、ホーン本体部３２Ｘにおける連結部３２Ｂが形成される位置は、振動モードにおいて最も振動（振幅）が少ない点が設定されている。また、ホーン本体部３２Ｘにおける長手方向の中心部は、振動モードにおいて最も振動（振幅）が大きい点が設定されている。
【００４２】
また、超音波ホーン３２のホーン本体部３２Ｘには、図５Ａ（ａ）、（ｂ）、図５Ｂ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図６及び図７に示されるように、吸着ノズル３３を着脱可能に保持する保持部３７を有している。ホーン本体部３２Ｘには、保持部３７として、ホーン本体部３２Ｘにおける長手方向の中心部を垂直に貫通し、吸着ノズル３３が下方から挿脱される保持孔３７Ａと、ホーン本体部３２Ｘの長手方向における保持孔３７Ａの両脇において、ホーン本体部３２Ｘの長手方向に沿って垂直に貫通するスリット３７Ｂと、このスリット３７Ｂを通過するようにホーン本体部３２Ｘを側方から水平方向に貫通するボルト孔３７Ｃと、スリット３７Ｂの両脇において垂直に貫通し、該スリット３７Ｂの幅と比較して大きい径を有する二つの貫通孔３７Ｅと、が形成されている。ボルト孔３７Ｃは、ボルト３７Ｄの締付け又は緩めによってスリット３７Ｂの幅を調整し、保持孔３７Ａの径を大小させる。これにより、保持孔３７Ａに吸着ノズル３３を固定すること、及び保持孔３７Ａから吸着ノズル３３を取り外すことが可能となる。
【００４３】
ホーン本体部３２Ｘには、図５Ｂ（ａ）に示されるように、本体部全体の第１振動系と、二つの貫通孔３７Ｅの間を主とする第２振動系と、を備えている。ホーン本体部３２Ｘは、第１振動系及び第２振動系の双方により振動する。第２振動系は、図５Ｂ（ｂ）に示される、一方（図面左側）の貫通孔３７Ｅの径がホーン本体部３２Ｘの長手方向に縮んで短手方向に伸び、他方（図面右側）の貫通孔３７Ｅの径がホーン本体部３２Ｘの長手方向に伸びて短手方向に縮む第１状態と、図５Ｂ（ｃ）に示される、一方（図面左側）の貫通孔３７Ｅの径がホーン本体部３２Ｘの長手方向に伸びて短手方向に縮み、他方（図面右側）の貫通孔３７Ｅの径がホーン本体部３２Ｘの長手方向に縮んで長手方向に伸びる第２状態と、を繰り返すことで水平面方向に振動する。第２の振動系は、貫通孔３７Ｅの径を大きくし、ホーン本体部３２Ｘの長手方向に沿う側面から貫通孔３７Ｅまでの肉厚を減らすことで、水平面方向に大きく振動できる。第２の振動系による振動は、水平面方向の振動であり、吸着ノズル３３の先端が揺動することが防止される。
【００４４】
ここで、図８Ａを参照して、ホーン本体部３２Ｘへの吸着ノズル３３の取付け手順について説明する。なお、ホーン本体部３２Ｘに対する吸着ノズル３３の位置決めは、専用の治具３９を用いて行われる。治具３９は、保持孔３７Ａに挿入された吸着ノズル３３の先端又は後端を当接させる当接部３９Ａと、この当接部３９Ａの両端から延設し、当接部３９Ａ及びホーン本体部３２Ｘの間隔を一定に保つ間隔保持部３９Ｂとを備え、断面コの字形状を呈している。
【００４５】
まず、図８Ａ（ａ）に示されるように、吸着ノズル３３をホーン本体部３２Ｘの下方から保持孔３７Ａに挿入する。そして、治具３９における間隔保持部３９Ｂの端部をホーン本体部３２Ｘの下面に当接させると共に、当接部３９Ａを吸着ノズル３３の先端に当接させる（図８Ａ（ｂ）参照）。これにより、吸着ノズル３３の垂直方向の位置決めがされる。また、図８Ａ（ｂ）に示されるように、ボルト３７Ｄをボルト孔３７Ｃに挿入すると共に締め付ける（図８Ａ（ｃ）参照）。これにより、保持孔３７Ａに吸着ノズル３３が固定される。さらに、図８Ａ（ｃ）に示されるように、ホーン本体部３２Ｘから治具３９を取り外すことで、ホーン本体部３２Ｘへの吸着ノズル３３の取付けが完了する（図８Ａ（ｄ）参照）。
【００４６】
なお、ホーン本体部３２Ｘからの吸着ノズル３３の取外しは、ボルト孔３７Ｃに挿入されているボルト３７Ｄを緩めることで可能となる（図示省略）。
【００４７】
ところで、図８Ｂに示されるように、吸着ノズル３３の中ほど先端寄りに、フランジ３３Ｂを形成するようにしてもよい。フランジ３３Ｂは、吸着ノズル３３がホーン本体部３２Ｘの保持孔３７Ａに挿入された場合に、吸着ノズル３３の後端側の面がホーン本体部３２Ｘの下面に当接する。このように、フランジ３３Ｂが治具３９と同様に機能し、吸着ノズル３３の垂直方向の位置決めがされるので、治具３９を用いなくてよい。
【００４８】
また、本実施形態では、超音波ホーン３２は、吸着ノズル３３の近辺が括れた形状になっており、更に、ターレット１０の周方向と垂直方向に超音波振動するように配設されている。即ち、超音波ホーン３２の長手方向が、ターレット１０の半径方向に向くようにして配置される。この結果、吸着ノズル３３におけるターレット１０の周方向の前後に余裕空間が形成されるので、例えば、ターレット１０の周方向に沿って、より多くの部品保持ユニット３０を配置することも可能になる。また、既に述べたように、このターレット１０の上方に配置される供給位置確認カメラ９２や溶着位置確認カメラ９４が撮像する際、超音波ホーン３２が半径方向に延在すれば邪魔にならないで済む。即ち、供給位置確認カメラ９２や溶着位置確認カメラ９４、ターレット１０によって周方向に移動する超音波ホーン３２（部品保持ユニット３０）が存在していない間に、そのトレイ９６上の電子部品片９８やウエハ基板６１０を画像認識する。
【００４９】
図４に戻って、ホーン支持部材３４は、上述した軸部３４Ｃと、この軸部３４Ｃの下端に連続形成されるホーン取付部３４Ａを有している。ホーン取付部３４Ａは軸部３４Ｃに対して径方向に拡張している。また、ホーン支持部材３４の上端側（第２押下装置７０側）には、ターレット１０の半径方向内側に向かって延在する拡張プレート３４Ｄを備える。この拡張プレート３４Ｄの上面が第２押下装置７０に押下される受圧部３４Ｂとなる。このように、半径方向に延在する拡張プレート３４Ｄを配置することで、部品保持ユニット駆動装置８０を半径方向にオフセットして配置することが可能となっている。また、受圧部３４Ｂ（拡張プレート３４Ｄ）の下側には、ホーン側マグネット固定部３４Ｄが設けられ、ホーン付勢装置３６のホーン側マグネット３６Ａが固定される。ホーン取付部３４Ａの外側面には、ホーン回転装置４０と係合する概略Ｌ形状の係合部３４Ｅが設けられている。
【００５０】
ホーン付勢装置３６は、ホーン側マグネット３６Ａと、このホーン側マグネット３６Ａよりも下側に配置されるケース側マグネット３６Ｂを有して構成されている。ホーン側マグネット３６Ａは、環状に形成され、ホーン支持部材３４の軸部３４Ｃに挿通されるとともに、ホーン支持部材３４の途中に形成されている突起に固定される。この突起がホーン側マグネット固定部となる。ケース側マグネット３６Ｂは、環状に形成され、ホーン支持部材３４の軸部３４Ｃに対して遊びを持った状態で挿通されるとともに、ケース３１の収容空間３１Ａに形成されたケース側マグネット固定部３１Ｃに固定されている。ホーン側マグネット３６Ａとケース側マグネット３６Ｂは、同じ磁極が互いに対向（例えば、Ｓ極とＳ極又はＮ極とＮ極が対向）するように配置されている。ホーン側マグネット３６Ａとケース側マグネット３６Ｂは互いに反発する。この反発力により、ホーン支持部材３４は、ケース３１に対して、上側に付勢されて磁気浮上する。
【００５１】
ホーン位置検出装置３８は、ホーン側マグネット３６Ａ又はケース側マグネット３６Ｂの磁界変化を検出して電気信号に変換する。なお、本実施形態ではホーン位置検出装置３８としてホール素子が用いられている。図４において、ホーン位置検出装置３８は、ホーン側マグネット３６Ａに近接するように、ケース３１の収容空間３１Ａの側壁に設けられる。図１１（ａ）に示されるように、ホーン側マグネット３６Ａは、上下方向にＳ極とＮ極が分極しており、磁界Ｂがホーン位置検出装置３８側に作用する。ホーン位置検出装置３８は、水平方向の磁界Ｘの強度変化を検出する。図１１（ｂ）のように、ホーン側マグネット３６Ａが上昇すると、ホーン位置検出装置３８に作用する磁界Ｂの強さが変化するので、その位置変化を極めて素早く検出することができる。このように、ホーン位置検出装置３８は、ホーン側マグネット３６Ａとの距離の変化に基づく磁界変動を検出して、その変化を電気信号に変換する。また、ホーン位置検出装置３８は、電気信号を主制御部（図示省略）に送信する。主制御部は、ホーン位置検出装置３８から受信した電気信号に基づいて、ケース３１に対するホーン支持部材３４の上下方向の高さ変動を検出できる。この結果、溶着時において、部品保持ユニット３０全体を下降させて、電子部品片９８がウエハ基板６１０に接触した瞬間を、極めて正確に検出することができる。
【００５２】
図９を用いてホーン回転装置４０について説明する。図９（ａ）は、図４の矢印Ｉ方向から見たホーン回転装置４０の平面図であり、図９（ｂ）は、同ホーン回転装置４０の右側面図であり、図９（ｃ）は、図９（ａ）における矢視IV−IV方向から見た同ホーン回転装置４０の正面図である。
【００５３】
ホーン回転装置４０は、ホーン支持部材３４の係合部３４Ｅと係合するホーン回転用スライダ４２を左右（図９（ａ）の矢印Ｄ又はＥ方向）にスライドさせることによって、ホーン支持部材３４を回転させる。この結果、吸着ノズル３３を、吸着方向に対して垂直面内で回転（図９（ａ）の矢印Ｆ又はＧ方向）させる。ホーン回転装置４０は、上述したホーン回転用スライダ４２と、ホーン回転用スライダ４２を一方からスライド自在に支持するスライダ支持装置４４と、スライダ支持装置４４と連動して、ホーン回転用スライダ４２を吸着方向と垂直面内でスライドさせるスライダ移動装置４６と、ホーン回転用スライダ４２のスライド量を検出するスライダ位置検出装置４８を有して構成されている。
【００５４】
ホーン回転用スライダ４２は概略Ｃリング形状の板部材である。ホーン回転用スライダ４２は、支持面４２Ａと被駆動面４２Ｂを有している。支持面４２Ａは、スライダ支持装置４４におけるベアリング４４Ａと接触する部位となる。
【００５５】
また、ホーン回転用スライダ４２の被駆動面４２Ｂは、スライダ移動装置４６の圧電素子４７に形成される凸部４７Ａと当接する。従って、ホーン回転用スライダ４２は、ベアリング４４Ａと凸部４７Ａによって挟持されていることになる。圧電素子４７の凸部４７Ａが、ホーン回転用スライダ４２の被駆動面４２Ｂを、両者間の摩擦抵抗によってスライドさせるようになっている。
【００５６】
スライダ支持装置４４は、ボールベアリングなどのベアリング４４Ａと、板ばね４４Ｂと、押えネジ４４Ｃと、板ばね固定台４４Ｄと、軸台４４Ｅと、保持軸４４Ｆと、台座４１を有して構成される。
【００５７】
台座４１は、方形の筒状に構成されており、内部にスライダ移動装置４６の圧電素子４７が収容される。この台座４１には、２個の軸台４４Ｅ、４４Ｅが設けられている。この軸台４４Ｅ、４４Ｅには、保持軸４４Ｆが離反可能な状態で保持される構造となっている。保持軸４４Ｆにはベアリング４４Ａが設けられる。
【００５８】
板ばね固定台４４Ｄは、台座４１の略中央に設けられる。板ばね４４Ｂは、２本の押えネジ４４Ｃ、４４Ｃにより板ばね固定台４４Ｄに固定される。板ばね４４Ｂの弾性力によって、保持軸４４Ｆが、軸台４４Ｅ側に押さえ付けられる。
【００５９】
詳細に、保持軸４４Ｆは、軸台４４Ｅに対して図９（ｃ）の上下方向に移動可能に設けられている。板ばね４４Ｂによって保持軸４４Ｆを軸台４４Ｅ側に押さえ付けることによって、ベアリング４４Ａがホーン回転用スライダ４２側に付勢される。この結果、ホーン回転用スライダ４２は、スライダ移動装置４６の凸部４７Ａとベアリング４４Ａで挟み込まれる。この結果、凸部４７Ａが移動しない限り、ホーン回転用スライダ４２はスライドができない状態となる。なお、板ばね４４Ｂ、押さえネジ４４Ｃ、板ばね固定台４４Ｄによって、いわゆる押圧装置を構成する。
【００６０】
スライダ移動装置４６は、台座４１側に振動可能に支持される圧電素子４７を備える。この圧電素子４７は、詳細には一対の圧電素子片４７Ｂが内蔵されており、各圧電素子片４７Ｂに対して、相互に９０度位相ずらした周期電圧を加えるようになっている。
【００６１】
圧電素子４７には、ホーン回転用スライダ４２方向に突出する凸部４７Ａが設けられている。上述の２つの圧電素子片４７Ｂに対して、９０度の位相差を有する電圧を印加すると、図１０に示されるように、この凸部４７Ａが楕円軌道に沿って高速で回転運動する。この回転方向は、適宜反転させることができる。この凸部４７Ａの楕円軌道を利用すれば、ホーン回転用スライダ４２を図１０の左右両方向に移動させることができる。
【００６２】
以上の結果、周期的に変化するプラス電圧又はマイナス電圧を圧電素子４７に連続的に入力することで、ホーン回転用スライダ４２をスライドさせて、吸着ノズル３３を所定の角度だけ回転させることができる。
【００６３】
なお、図９に示されるように、ホーン回転装置４０は、マグネット４８Ａとホール素子４８Ｂを有して構成されるスライダ位置検出装置４８を備えている。マグネット４８Ａはホーン回転用スライダ４２側に設けられており、ホール素子４８Ｂは台座４１側に設けられている。マグネット４８Ａとホール素子４８Ｂは対向しており、ホーン回転用スライダ４２が左右方向に移動した場合、マグネット４８Ａとホール素子４８Ｂの距離が変化してホール素子４８Ｂ周囲の磁界も変動する。ホール素子４８Ｂでは、この磁界変動を検出して電気信号に変換して主制御部（図示省略）に送信する。主制御部では、ホール素子４８Ｂから受信した電気信号に基づいて、ホーン回転用スライダ４２のスライド位置を検出する。主制御部は、検出した位置情報に基づいて、ホーン回転用スライダ４２を左右方向に移動させるように制御する。なお、ホール素子４９Ｂや圧電素子４７を動作させるための電源や回路などは、台座４１に固定されている基板ボックス４９に内装されている。
【００６４】
図４に戻って、部品保持ユニット案内装置５０は、ターレット１０と部品保持ユニット３０の間に設けられている。この部品保持ユニット案内装置５０は、ターレット１０外周において上下方向に配設されるレール５２と、レール５２に対してスライド可能に係合するスライド本体５４と、このスライド本体５４に固定されるテーブル５６と、このテーブル５６を常に上方に付勢する部品保持ユニット上方付勢装置５８を有して構成される直動装置である。
【００６５】
テーブル５６は、Ｌ型の板状部材であり、Ｌ型の１面には、部品保持ユニット３０のケース３１が固定され、他の面には、第１押下装置６０に押下げられる受圧部５６Ａが形成される。したがって、第１押下装置６０の押圧部材６８がテーブル５６の受圧部５６Ａを押し下げると、テーブル５６とともに部品保持ユニット３０全体が下方向に案内される。
【００６６】
部品保持ユニット上方付勢装置５８は、このテーブル５６をターレット１０に対して、上方向に常に付勢する装置である。詳細に、部品保持ユニット上方付勢装置５８は、ターレット１０の上面に固定される外筒５８Ａと、ターレット１０とテーブル５６の間に配置される圧縮ばね５８Ｃと、この圧縮ばね５８Ｃを保持する軸部材５８Ｂを有して構成されている。軸部材５８Ｂの上端はテーブル５６側に固定されており、同下端は、外筒５８Ａの内部にスライド可能に挿入される。また、圧縮ばね５８Ｃは、一端ターレット１０に当接され、他端はテーブル５６に当接されて、圧縮状態で配設されている。したがって、圧縮ばね５８Ｃは、テーブル５６を上方向に付勢させる。これにより、部品保持ユニット３０は、部品保持ユニット駆動装置８０からの外力が付与されない限り、常に上方側で静止するようになっている。
【００６７】
部品保持ユニット駆動装置８０は、第１押下装置６０、及び第２押下装置７０を有して構成されている。なお、部品保持ユニット駆動装置８０は、駆動装置基台９０に搭載されている。この部品保持ユニット駆動装置８０は、吸着位置Ｕと、溶着位置Ｗの上方において、半径方向にオフレットした状態でそれぞれ配置される。なお、本実施形態では、部品保持ユニット駆動装置８０が半径方向内側にオフセット配置されることで、部品保持ユニット３０の真上の空間が開放される。この結果、例えば、供給位置確認カメラ９２の撮像方向に対して、部品保持ユニット駆動装置８０が干渉することを回避できる。
【００６８】
第１押下装置６０は、モータ６２と、カム６４と、第２押下装置案内機構６６と、押圧部材６８を有して構成されている。
【００６９】
第２押下装置案内機構６６は、レール６６Ａと、スライド本体６６Ｂと、テーブル６６Ｃと、カム受け部材６６Ｄを有して構成される直動装置である。レール６６Ａは、駆動装置基台９０のレール取付部９０Ａに上下方向に設けられる。レール６６Ａには、スライド本体６６Ｂがスライド可能に係合される。スライド本体６６Ｂにはテーブル６６Ｃが固定されている。また、テーブル６６Ｃには、第２押下装置７０、カム受け部材６６Ｄ、及び押圧部材６８が固定されている。
【００７０】
カム６４は、モータ６２の出力軸６２Ａに固定された扁平のカムであり、１回転の任意の位置でカム受け部材６６Ｄに当接して、カム受け部材６６Ｄを押し下げる。したがって、第１押下装置６０は、カム受け部材６６Ｄを押し下げることで、テーブル６６Ｃを押し下げる。
【００７１】
押圧部材６８は、テーブル６６Ｃの下側に突出するように設けられた棒状部材である。この押圧部材６８は、部品保持ユニット案内装置５０のテーブル５６に形成された受圧部５６Ａを押し下げる。したがって、押圧部材６８は、テーブル５６とともに部品保持ユニット３０全体を押し下げることができる。
【００７２】
第２押下装置７０は、第１押下装置６０のテーブル６６Ｃに固定された基台７６と、基台７６に固定されるボイスコイルモータ７４を有して構成される。ボイスコイルモータ７４は、入力された電圧に応じて、予め設定されている圧力（付勢力）で、先端側に設けられた出力軸７２を移動させることが出来る。ボイスコイルモータ７４の出力軸７２は、部品保持ユニット３０に設けられたホーン支持部材３４の受圧部３４Ｂの上に配置されている。したがって、ボイスコイルモータ７４は、出力軸７２を下降することによって、ホーン支持部材３４の拡張プレート３４Ｄ（受圧部３４Ｂ）を任意の力で押圧できるようになっている。なお既に述べたように、拡張プレート３４Ｄは半径方向内側に拡張されているので、この結果、ボイスコイルモータ７４を半径方向内側にオフセット配置することができる。
【００７３】
図４（ａ）に示されるように、部品保持ユニット駆動装置８０は、第１押圧装置６０によって部品保持ユニット３０全体を押し下げる。そして、電子部品片９８がウエハ基板６１０に当接した瞬間、ホーン保持部材３４は、ケース３１に対して上方に相対移動する。ホーン保持部材３４がケース３１に対して上方に相対移動すると、ホーン位置検出装置３８は、その移動を極めて素早く検出して、電気信号を主制御部（図示省略）へ送信し、第１押圧装置６０を停止する。なお、本実施形態では、ホーン保持部材３４が、磁力（ホーン側マグネット３６Ａとケース側マグネット３６Ｂの反発力）によって磁気浮上していることから、ホーン保持部材３４に対して極めて小さい外力が付加される場合でも、ケース３１に対して素早く相対移動できる。従って、マグネットによる磁気浮上と、このマグネットを磁気を利用した位置検出によって、極めてコンパクトな構成としながらも、ウエハ基板６１０及びスタッドバンプ２７０Ｂへの衝撃を緩和することが出来る。
【００７４】
ホーン位置検出装置３８によってホーン保持部材３４の相対移動が検知された後、第２押下装置７０のボイスコイルモータ７４の出力軸７２下降させる。ボイスコイルモータ７４の出力軸７２により、ホーン支持部材３４の受圧部３４Ｂに所定の押圧力を加える。この押圧力としては、例えば、最初は０からスタートして線形的に力を増大して最終的には４ニュートン[Ｎ]になるように印加する。これにより、ホーン支持部材３４に固定された吸着ノズル３３に所定の押圧力が付与され、所定の圧力で電子部品片９８をスタッドバンプ２７０Ｂに押しつけることができる。この押圧力の増大に連動して、超音波振動の振幅も０から線形的に増大させるようにすることで、安定的に電子部品片９８とスタッドバンプ２７０Ｂが溶着する。なお、ボイスコイルモータ７４によるホーン支持部材３４の押圧力は、ボイスコイルモータ７４に入力する電圧により任意に設定することができる。
【００７５】
＜溶接動作＞
【００７６】
次に、図１２を参照して、チップボンダ装置１００による、電子部品片９８の搭載工程の動作について説明する。なお、この図１２では、チップボンダ装置１００において、部品保持ユニット３０を６個備えるようにした場合を例示する。
【００７７】
なお、図１２（ａ）において、供給位置Ｕにある部品保持ユニットを部品保持ユニット３０Ａと定義し、これを基準に時計回りに部品保持ユニット３０Ｂ〜３０Ｆと定義する。供給位置Ｕに対して６０度進んだ位置が吸着状態確認位置Ｖとなっており、更に１２０度進んだ位置が溶着位置Ｗとなる。更に６０度進んだ位置が研磨位置Ｔとなる。
【００７８】
まず、電子部品片供給装置８９は、電子部品片９８を所定の供給位置Ｕに移動させる。この時、主制御部（図示省略）は、供給位置確認カメラ９２により、電子部品片供給装置８９により供給された電子部品片９８の位置を撮影し、撮影した画像データに基づいて、電子部品片９８が所定の位置に供給されたか否かを判定する。主制御部は、電子部品片９８が所定の供給位置Ｕからずれていると判定した場合、電子部品片供給装置８９を制御し、電子部品片９８を所定の供給位置Ｕに移動させる。なお、供給位置確認カメラ９２による電子部品片９８の撮像は、上方に部品保持ユニット３０Ｂ〜３０Ｆが存在していないタイミングを計って実行される。
【００７９】
図１２（ａ）に示されるように、チップボンダ装置１００は、部品保持ユニット３０Ａの吸着ノズル３３によって、供給位置Ｕに供給される電子部品片９８を吸着保持する。吸着保持完了後、更に、ターレット１０を６０度回転させて、部品保持ユニット３０Ａの電子部品片９８を吸着状態確認位置Ｖに搬送する（図１２（ｂ）参照）。そして、主制御部は、吸着状態確認位置Ｖに搬送された電子部品片９８の吸着角度を吸着位置確認カメラ９３により下側から撮影する。主制御部は、撮影した画像データに基づいて、電子部品片９８が所定の角度とずれているか否かを判定する。主制御部（図示省略）は、電子部品片９８の保持角度が所定の角度からずれていると判定した場合、ホーン回転装置４０を駆動し、吸着ノズル３３を回転させて電子部品片９８の角度を調整する。
【００８０】
なお、この時、チップボンダ装置１００は、電子部品片供給装置８９により供給位置Ｕに供給された次の電子部品片９８を、部品保持ユニット３０Ｂの吸着ノズル３３により吸着保持する。
【００８１】
チップボンダ装置１００は、ターレット１０をさらに１２０度回転させて、部品保持ユニット３０Ａの吸着ノズル３３に吸着保持された電子部品片９８を、基板供給装置８８によって溶着位置Ｗに供給されたウエハ基板６１０の真上に搬送する（図１２（ｃ）参照）。主制御部は、溶着位置確認カメラ９４により、基板供給装置８８により供給されたウエハ基板６１０のスタッドバンプ２７０Ｂの位置を撮影し、撮影した画像データに基づいて、スタッドバンプ２７０Ｂが所定の溶着位置Ｗに配置されているか否かを判定する。主制御部は、スタッドバンプ２７０Ｂが所定の溶着位置Ｗからずれていると判定した場合、基板供給装置８８を制御し、ウエハ基板６１０を移動させる。なお、溶着位置確認カメラ９４によるスタッドバンプ２７０Ｂの撮像は、上方に部品保持ユニット３０Ｂ〜３０Ｆが存在していないタイミングを計って実行される。この状態で、部品保持ユニット３０Ａの電子部品片９８とスタッドバンプ２７０Ｂを超音波接合する。
【００８２】
なお、この時、前述と同様に、主制御部は、吸着状態確認位置Ｖにおいて、吸着位置確認カメラ９３で、部品保持ユニット３０Ｃの電子部品片９８を撮影することにより、電子部品片９８の角度を検査及び調整する。また、部品保持ユニット３０Ｄでは、電子部品片供給装置８９により供給位置Ｕに供給された電子部品片９８を吸着する。
【００８３】
その後チップボンダ装置１００は、図１２（ｄ）に示されるように、ターレット１０をさらに６０度回転させて、超音波接合作業が完了した部品保持ユニット３０Ａを研磨位置Ｔに搬送する。この研磨位置Ｔでは必要に応じて吸着ノズル３３の先端を研磨する。吸着ノズル３３の先端は、超音波接合によって偏って摩耗しやすいため、所定回数の溶着作業を行うと平滑度が悪化する。従って、このように定期的に研磨することで、先端を常に水平に維持する。なお、この研磨作業は、毎回実行しても良いが、予め設定した周期で実行することが好ましい。なお、部品保持ユニット３０Ａの吸着ノズル３３を研磨している最中でも、部品保持ユニット３０Ｂは、溶着位置Ｗにおいて電子部品片９８をウエハ基板６１０に超音波接合することができる。
【００８４】
その後、チップボンダ装置１００は、部品保持ユニット３０Ｂ〜３０Ｆについて、上記と同様の動作を繰り返し行い、電子部品片９８のウエハ基板６１０への超音波接合を行う。
【００８５】
チップボンダ装置１００において、ウエハ基板６１０の全てのスタッドバンプ２７０Ｂに対して電子部品片９８を超音波接合した後、このウエハ基板６１０は、基板搬送装置（図示省略）によって後続する工程の装置に搬送される。
【００８６】
以上、本実施形態のチップボンダ装置１００によれば、ホーン本体部３２Ｘに対して吸着ノズル３３がボルト３７Ｄで固定されているため、吸着ノズル３３の交換が容易でありながらも、吸着ノズル３３の位置ずれを防止できる。
【００８７】
更にこのチップボンダ装置１００はターレット構造になっており、ターレット１０の周方向に複数の超音波ノズル３３が配置された構造となっている。この結果、電子部品片９８の供給や、電子部品片９８をウエハ基板６１０に搭載する作業を極めて高速で行うことができる。結果、先行する工程の装置からチップボンダ装置１００に、ウエハ基板６１０を直接搬送しても、両者の動作サイクルタイムの差が小さくなるので、組み立て作業を効率化することができる。
【００８８】
また、電子部品片９８の吸着作業や溶着作業等を行っている最中に、チップボンダ装置１００の研磨位置Ｔにおいて吸着ノズル３３のメンテナンスを行うことも可能となっている。結果、チップボンダ装置１００の可動停止時間を小さくできるので、先行する工程の装置とチップボンダ装置１００の間で連続作業させても、稼働効率の低下を抑制できる。
【００８９】
また、このチップボンダ装置１００は、供給位置Ｕと溶着位置Ｗの上側に、部品保持ユニット駆動装置８０を、ターレット１０から独立して固定配置している。したがって、部品保持ユニット駆動装置８０を、全ての部品保持ユニット３０に対応させて１つずつ設ける必要はなくなり、ターレット１０の重量を軽くすることができる。この結果、ターレット１０のイナーシャを小さくできるので、ターレットの回転程度を向上させることができる。
【００９０】
更に、チップボンダ装置１００のホーン付勢部材３６は、ホーン側マグネット３６Ａとケース側マグネット３６Ｂの反発力又は吸引力でホーン支持部材３４を上方向に磁気浮上させている。この結果、バネ等で保持する場合と比較して、ホーン支持部材３４を小さい外力で素早く移動させることが可能となる。従って、電子部品片９８をスタッドバンプ２７０Ｂに接触させる際に、ウエハ基板６１０に作用する衝撃を吸収することが可能となる。ウエハ基板６１０側にスタッドバンプ２７０Ｂをまとめて形成しておき、そこに電子部品片９８を連続的に搭載する手法の場合、本実施形態のチップボンダ装置１００の上記磁気浮上構造によって、ウエハ基板６１０に作用する衝撃を極めて小さくすることは、電子部品の品質向上に大きく貢献する。
【００９１】
とりわけこのチップボンダ装置１００は、ホール素子を備えるホーン位置検出装置３８を用いて、ケース３１に対するホーン支持部材３４の位置を高精度で検出する。結果、吸着ノズル３３に吸着保持される電子部品片９８がスタッドバンプ２７０Ｂの先端に接触した瞬間を、高精度且つ素早く検出できる。
【００９２】
また、超音波ホーン３２は、ターレット１０の半径方向に超音波振動するように配置されている。したがって、ターレット１０上において周方向の空間効率が高められるので、超音波ホーン３２の配置数を増やすことが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明の電子部品組み立て方法等は、電子部品を組み立てる様々な工程に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１０ ターレット
２０ ターレット駆動モータ
３０ 部品保持ユニット
３７ 保持部
３７Ａ 保持孔
３７Ｂ スリット
３７Ｃ ボルト孔
３７Ｄ ボルト
３９ 治具
３９Ａ 当接部
３９Ｂ 間隔保持部
４０ ホーン回転装置
５０ 部品保持ユニット案内装置
６０ 第１押下装置
７０ 第２押下装置
８０ 部品保持ユニット駆動装置
９８ 電子部品片
１００ チップボンダ装置
６１０ ウエハ基板
Ｕ 供給位置
Ｖ 吸着状態確認位置
Ｗ 溶着位置
Ｔ 研磨位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スタッドバンプ等の接合材を利用して電子部品を組み立てる際に利用される超音波ホーン及びチップボンダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子部品を組み立てる際において、電子部品片を基板等の相手側部材に超音波接合するチップボンダ装置が広く利用されている。このチップボンダ装置は、電子部品片および相手側部材の間に金属製のスタッドバンプや鉛半田等の接合材を介在させておき、電子部品片を超音波振動させて接合材を溶かすことで、電子部品片を相手側部材に溶着させるものである。
【０００３】
このチップボンダ装置は、電子部品片を超音波振動させる手段として、電子部品片を吸着する吸着ノズルが設けられる超音波ホーンと、この超音波ホーンに超音波振動を入力する超音波振動子と、を備えている。このようなチップボンダ装置では、超音波ホーンに入力された超音波振動が、吸着ノズルを介して電子部品片に伝達される。
【０００４】
一般的に、吸着ノズルは、強度が弱く劣化が速いので、適宜交換できるように超音波ホーンに対して着脱可能に構成されている（特許文献１参照）。具体的に、吸着ノズルは、基端に外テーパ部を有しており、その外テーパ部が、超音波ホーンに形成されている貫通孔下部の内テーパ部に嵌め込まれる。そして、貫通孔上部からネジが挿入され、そのネジが、吸着ノズルの基端面に形成されているネジ孔にねじ込まれる。このように、外テーパ部が内テーパ部に嵌め込まれる構造を有しているので、吸着ノズルを超音波ホーンに対して強固に固定できる。また、吸着ノズルをネジで固定する構造を有しているので、ネジを緩めて外すことで、容易に吸着ノズルを交換できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１４１３７４号公報（段落［００３３］〜［００３５］および図７参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されているチップボンダ装置では、外テーパ部が内テーパ部に嵌め込まれる構造を有しているので、超音波ホーンの超音波振動等によってネジが少しでも緩むと、吸着ノズルがガタついて位置ずれが発生するという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、吸着ノズルの交換が容易でありながらも、吸着ノズルの位置ずれ防止を可能とする超音波ホーン及びチップボンダ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】
本発明者の鋭意研究により、上記目的は以下の手段によって達成される。
【０００９】
上記目的を達成する本手段は、電子部品片を吸着する吸着ノズルを着脱可能に保持する保持部と、超音波振動が入力される入力部と、を有し、前記入力部から入力された超音波振動を、前記保持部で保持する前記吸着ノズルを介して前記電子部品片に伝達して、前記電子部品片を、該電子部品片との間に金属製の接合材を介在させた相手側部材に超音波接合する超音波ホーンであって、長手方向が水平方向に沿うように配置され、長手方向の中心部が振動モードにおける腹となると共に、該中心部の両側の第１及び第２の位置が振動モードにおける節となる形状を呈するホーン本体部と、前記第１及び第２の位置を介して前記ホーン本体部に連続形成されて、該ホーン本体を所定の位置に固定する固定部と、を備え、前記保持部は、前記ホーン本体部における長手方向の中心部を垂直に貫通し、前記吸着ノズルが挿脱される保持孔と、前記ホーン本体部の長手方向における該保持孔の両脇において、該長手方向に沿って垂直に貫通するスリットと、前記スリットを通過するように前記ホーン本体部を水平方向に貫通し、ボルトの締付け又は緩めによって前記吸着ノズルを固定し又は該吸着ノズルの固定を解除するボルト孔と、を備えることを特徴とする超音波ホーンである。
【００１０】
上記手段の超音波ホーンにおいて、ホーン本体は、長手方向の中心部が水平方向に括れた形状を呈することを特徴とすることが好ましい。
【００１１】
上記手段の超音波ホーンは、前記保持孔に挿入された前記吸着ノズルの先端又は後端を当接させる当接部と、前記当接部及び前記ホーン本体部の間隔を一定に保つ間隔保持部と、を備える治具によって、前記吸着ノズルの垂直方向の位置決めがされることを特徴とすることが好ましい。
【００１２】
上記手段の超音波ホーンは、前記吸着ノズルと比較して密度の高い材料からなることを特徴とすることが好ましい。
【００１３】
上記手段の超音波ホーンは、前記スリットの両脇において垂直に貫通し、該スリットの幅と比較して大きい径を有する二つの貫通孔を備えることを特徴とすることが好ましい。
【００１４】
上記目的を達成する本手段は、中心軸を回転軸として回転可能に支持されるターレットと、出力軸に前記ターレットが接続されるターレット駆動モータと、前記ターレットの周方向に複数設けられて、電子部品片を保持し、該電子部品片を相手側部材に超音波接合する部品保持ユニットと、前記ターレットと前記部品保持ユニットの間に設けられて、前記部品保持ユニットを前記ターレットに対して上下方向に移動自在に案内する部品保持ユニット案内装置と、前記部品保持ユニットの上側に設けられ、前記部品保持ユニットを押圧することによって、該部品保持ユニットを下方向に移動させる部品保持ユニット駆動装置と、を備え、前記部品保持ユニットは、上記超音波ホーンと、前記超音波ホーンを超音波振動可能に支持するホーン支持部材と、前記ホーン支持部材を上下方向に摺動可能に支持するケースと、を備えることを特徴とするチップボンダ装置である。
【００１５】
上記手段のチップボンダ装置において、前記部品保持ユニット駆動装置は、第１押下装置及び第２押下装置を備え、前記第１押下装置は、前記部品保持ユニット全体を、前記ターレットに対して下方向に押し下げるようにし、前記第２押下装置は、前記吸着ノズルを、前記部品保持ユニットの前記ケースに対して下方向に相対的に押し下げることを特徴とすることが好ましい。
【００１６】
上記手段のチップボンダ装置において、前記部品保持ユニット駆動装置は、前記ターレットから独立した状態で設けられ、少なくとも電子部品片供給装置から前記電子部品片が供給される位置上、及び前記電子部品片を前記相手側部材に超音波接合する位置上に固定配置されることを特徴とすることが好ましい。
【００１７】
上記手段のチップボンダ装置は、前記超音波ホーンを回転させるホーン回転装置を備えることを特徴とすることが好ましい。
【００１８】
上記手段のチップボンダ装置において、前記部品保持ユニットは、前記ホーン支持部材を上方に付勢するホーン付勢装置と、前記ホーン支持部材の上下方向の位置を検出するホーン位置検出装置と、を備えることを特徴とすることが好ましい。
【００１９】
上記手段のチップボンダ装置において、前記部品保持ユニットにおける前記ホーン付勢装置は、前記ホーン支持部材側に固定配置されるホーン側マグネットと、前記ホーン側マグネットと対向して、前記ケース側に固定配置されるケース側マグネットと、を備え、前記ホーン側マグネット及び前記ケース側マグネットは、相互に吸着又は反発することで、前記ホーン支持部材を上方に付勢することを特徴とすることが好ましい。
【００２０】
上記手段のチップボンダ装置において、前記超音波ホーンは、該超音波ホーンの振動方向が前記ターレットの径方向となるように設けられていることを特徴とすることが好ましい。
【００２１】
上記手段のチップボンダ装置において、前記部品保持ユニット駆動装置は、前記部品保持ユニットの真上に対して前記ターレットの半径方向にオフセットされた状態で配置されることを特徴とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、吸着ノズルの交換が容易でありながらも、吸着ノズルの位置ずれ防止が可能となるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係るチップボンダ装置の全体構造を示す平面図である。
【図２】同チップボンダ装置の全体構造を示す正面図である。
【図３Ａ】同チップボンダ装置の全体構造を示す側面図である。
【図３Ｂ】同チップボンダ装置の（ａ）平面図、及び（ｂ）ターレットの開放状態を示す図である。
【図４】（ａ）（ｂ）同チップボンダ装置の部品保持ユニットを側面から見た断面図、及び部品保持ユニット駆動装置並びに部品保持ユニット案内装置の側面図である。
【図５Ａ】（ａ）超音波ホーンの側面図であり、（ｂ）超音波ホーンの下面図である。
【図５Ｂ】（ａ）超音波ホーンの振動系を示す下面図であり、（ｂ）及び（ｃ）超音波ホーンの振動状態を示す要部拡大下面図である。
【図６】超音波ホーンの外観斜視図である。
【図７】図５Ａ（ａ）における矢視II方向から視た超音波ホーンの断面図である。
【図８Ａ】（ａ）〜（ｄ）は超音波ホーンの側面図である。
【図８Ｂ】図５（ｂ）における矢視III方向から視た超音波ホーンの断面図であり、別の形態に係る吸着ノズルが取り付けられている場合を示す。
【図９】（ａ）は、図４（ａ）における矢印I方向から見たチップボンダ装置のホーン回転装置の平面図であり、（ｂ）同ホーン回転装置の右側面図であり、（ｃ）は、図９（ａ）における矢視IV−IV方向から見た同ホーン回転装置の正面図である。
【図１０】同チップボンダ装置のスライダ移動装置の圧電素子によってホーン回転用スライダを移動させる状態を示す図である。
【図１１】同チップボンダ装置の部品保持ユニットにおける、マグネットを利用したホーン保持部材の位置検出方法を示す図である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は同チップボンダ装置の電子部品片供給装置及び基板供給装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
【００２５】
図１、図２及び図３Ａは本発明の実施の形態に係るチップボンダ装置１００の全体構成が示されている。
【００２６】
チップボンダ装置１００は、ターレット１０と、ターレット駆動モータ２０と、部品保持ユニット３０と、ホーン回転装置４０と、部品保持ユニット案内装置５０と、部品保持ユニット駆動装置８０と、部品保持ユニット駆動装置８０及びターレット駆動モータ２０が配置される駆動装置基台９０と、この駆動装置基台９０が保持される脚部９５を備えて構成される。なお、ここでは、部品保持ユニット３０の吸着ノズル３３により電子部品片９８を吸着する位置を供給位置Ｕと呼び、吸着された電子部品片９８をウエハ基板６１０に溶着する位置を溶着位置Ｗと呼ぶことにする。
【００２７】
トレイ９６に載置された電子部品片９８は、Ｘ−Ｙテーブルから構成される電子部品片供給装置８９によりＸ−Ｙ方向に移動されて供給位置Ｕに供給される。電子部品片９８の供給位置Ｕでの位置決めは、上方に配置される供給位置確認カメラ９２で撮影した電子部品片９８の画像データに基づいて、主制御部（図示省略）が電子部品片供給装置８９をＸ−Ｙ方向に移動することにより行われる。
【００２８】
溶着位置Ｗは、チップボンダ装置１００の主軸を挟んで、電子部品片供給装置８９と略反対側（ターレット１０の回転移動経路に沿って１８０度の位相差を有する場所）に位置している。そこには、ウエハ基板６１０が載置される加熱プレート９７と、この加熱プレート９７をＸ−Ｙ方向に移動させる基板供給装置８８が設けられており、基板搬送装置（図示省略）によって、ウエハ基板６１０が搬送される。基板供給装置８８は、加熱プレート９７に載置されたウエハ基板６１０を位置決めする。この位置決めは、上方に配置される溶着位置確認カメラ９４で撮影したウエハ基板６１０の画像データに基づいて、主制御部（図示省略）が基板供給装置８８をＸ−Ｙ方向に移動することにより行われる。
【００２９】
部品保持ユニット３０の回転移動経路上の供給位置Ｕと溶着位置Ｗの途中（ここでは供給位置Ｕから９０度の位相差を有する場所）には、下側から部品保持ユニット３０を撮影する吸着位置確認カメラ９３が設けられている。吸着位置確認カメラ９３は、吸着ノズル３３に吸着保持された電子部品片９８の角度を撮影して、撮影した画像データを主制御部に送信する。そして、主制御部は、その画像データに基づいて、ホーン回転装置４０を動作させて、電子部品片９８が所定の角度になるように吸着ノズル３３を回転制御する。吸着ノズル３３により吸着保持された電子部品片９８の吸着状態（角度）を確認する位置を、ここでは吸着状態確認位置Ｖと言う。
【００３０】
また、部品保持ユニット３０の回転移動経路上の溶着位置Ｗと供給位置Ｕの途中（ここでは溶着位置Ｗから９０度の位相差を有する場所）には研磨装置９８が設けられている。研磨装置９８は、吸着ノズル３３の先端が当接することで、この先端を自動的に研磨する。従って、部品保持ユニット３０が、溶着位置Ｗや供給位置Ｕで、供給作業や溶着作業を行っている間に、他の部品保持ユニット３０の吸着ノズル３３を研磨してメンテナンスを行うことが可能となる。なお、この研磨装置９８によって吸着ノズル３３を研磨する位置を、ここでは研磨位置Ｔと言う。
【００３１】
上記のように、チップボンダ装置１００は、ターレット１０を回転することにより、部品保持ユニット３０に設けられた吸着ノズル３３を供給位置Ｕ、吸着状態確認位置Ｖ、溶着位置Ｗ、研磨位置Ｔの順番に搬送することができるようになっている。
【００３２】
ターレット１０は、円盤形状、又は５角形又は６角形等の多角形形状の円板状部材である。ターレット１０は、自身の中心軸を回転軸として、ターレット駆動モータ２０に回転可能に同軸状態で支持される。この結果、ターレット１０は、ターレット駆動モータ２０の回転に連動して回転する。また、ターレット１０は、上述した形状に限定されるものではなく、例えば、円筒の外周面から外側に向かって放射状に突出するように形成された複数の凸部（アーム）を有する星型又はヒトデ型等であっても好ましい。
【００３３】
ターレット駆動モータ２０は、ＤＤモータ（ダイレクト・ドライブ・モータ）を用いており、ターレット１０の回転方向の位置決めを高い角度精度で行う。
【００３４】
図３Ｂ（ａ）に示されるように、このターレット駆動モータ２０は、上方の駆動装置基台９０に固定されている。この駆動装置基台９０は、脚部９５によって揺動自在に保持されている。従って、ターレット１０をメンテナンスする際は、図３Ｂ（ｂ）に示されるように、脚部９５に対して駆動装置基台９０を上方に揺動させることで、ターレット１０の全体を上方に開放する。
【００３５】
部品保持ユニット３０は、ターレット１０の周方向に等間隔で複数（ここでは４個）設けられるとともに、下側には、吸着ノズル３３を有する超音波ホーン３２を備えている。なお、この部品保持ユニット３０は、ターレット１０の外周において、半径方向外側に突出するように配置されている。このようにすることで、複数の部品保持ユニット３０の周方向の間に空間Ｓを確保する。結果、供給位置Ｕの上方に配置される供給位置確認カメラ９２は、部品保持ユニット３０が存在しないタイミングを見計らって、空間Ｓを介して電子部品片供給装置８９を上方から撮像して、電子部品片９８の位置決めを行う。同様に、溶着位置Ｗの上方に配置される溶着位置確認カメラ９４は、部品保持ユニット３０が存在しないタイミングを見計らって、空間Ｓを介してウエハ基板６１０を撮像し、ウエハ基板６１０に形成されているスタッドバンプ２７０Ｂ等を検出して、電子部品片９８を正しい位置に溶着するようになっている。なお、電子部品片９８及びウエハ基板６１０の間に介在させる接合材は、スタッドバンプ２７０Ｂに限定されず、鉛半田等であってもよい。
【００３６】
なお、部品保持ユニット３０をターレット１０半径方向内側に配置する場合は、ターレット１０に開口を形成するなどして、同様な空間Ｓを確保すれば良い。即ち、空間Ｓを確保するためにターレット１０を切り欠けば良い。
【００３７】
部品保持ユニット３０は、吸着ノズル３３で電子部品片９８を吸着保持したり、超音波ホーン３２の超音波振動により、吸着保持した電子部品片９８をウエハ基板６１０に超音波接合したりする。この吸着ノズル３３は、内部に吸入経路３３Ａが形成されており、特に図示しない真空ポンプと接続されている。真空ポンプは、吸入経路３３Ａを介して吸着ノズル３３の先端に負圧を発生させる。これにより、吸着ノズル３３が電子部品片３３Ａを吸着する。
【００３８】
部品保持ユニット３０は、図４に示されるように、ケース３１と、超音波ホーン３２と、ホーン支持部材３４と、ホーン付勢装置３６と、ホーン位置検出装置３８と、超音波振動子（図示省略）を備えて構成される。超音波振動子は、超音波発振器（図示省略）により、６０ｋＨｚ帯、具体的には６３ｋＨｚ程度の周波数を有する電気信号を与えられ、機械的な振動エネルギーに変換する。超音波ホーン３２は、超音波振動子により、超音波振動が入力される。なお、部品保持ユニット３０は、超音波振動子を備えずに構成されても良い。この場合、超音波ホーン３２は、超音波発振器により電気信号を与えられ、機械的な振動エネルギーに変換する。すなわち、超音波ホーン３２には、電気信号の形式で超音波振動が入力される。
【００３９】
ケース３１の内部の収容空間３１Ａには、後述するホーン支持部材３４の軸部３４Ｃ、ホーン付勢装置３６、ホーン位置検出装置３８が収容される。更に、ケース３１には摺動通路３１Ｂが形成されており、ホーン支持部材３４の軸部３４Ｃが、スライド可能に挿通される。なお、収容空間３１Ａと摺動通路３１Ｂは連通して形成され、摺動通路３１には、軸部３４Ｃを上下方向に摺動可能、且つ軸中心に回転可能に支持する支持部材３５が設けられている。本実施形態では支持部材３５としてボールベアリングが用いられている。この支持部材３５は、摺動通路３１Ｂにおける上下２か所に設けられている。これによって、ホーン支持部材３４は、ケース３１に対し、上下方向及び回転方向のどちらにも可動できる。また、収容空間３１Ａの下側には、ケース側マグネット３６Ｂをケース３１に固定するためのケース側マグネット固定部３１Ｄが設けられている。
【００４０】
超音波ホーン３２のホーン本体部３２Ｘは、図５Ａ（ａ）、（ｂ）、図５Ｂ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び図６に示されるように、図４の矢印Ｉ方向（上下方向）から見て、概略直方体形状で、長手方向の中心部近傍が括れた形状になっている。このホーン本体部３２Ｘは、ＳＵＳ３０４等のステンレスで成型されており、８．０［ｇ／ｃｍ３］程度の密度を有する。また、超音波ホーン３２は、括れている部分の略中心に吸着ノズル３３が端面から下方向に突出配置されている。この吸着ノズル３３は、従来の超硬（密度：１４．０［ｇ／ｃｍ３］程度）のものに代えたものであって、ホーン本体部３２と比較して密度の低いジルコニアやアルミナ等の材料で成型されている。従来の吸着ノズルは、ホーン本体部３２Ｘと比較して密度が高く、使用時に保持孔３７Ａの下端部分を破壊する傾向を有しているが、本実施形態の吸着ノズル３３は、ホーン本体部３２Ｘと比較して密度が低く、使用時に保持孔３７Ａの下端部分を破壊することを防止する。
【００４１】
ホーン本体部３２Ｘには、長手方向及び幅方向に対象の４箇所に薄板状の連結部３２Ｂが形成され、更にこの連結部３２Ｂには固定部３２Ａが形成される。この固定部３２Ａは、ホーン支持部材３４のホーン取付部３４Ａにボルト３２ＡＡで固定される。したがって、超音波ホーン３２は、ホーン支持部材３４のホーン取付部３４Ａに対して固定部３２Ａのみで接続されており、その他の部分では接触していない構造となっている。特にホーン本体部３２Ｘは、薄板状の連結部３２Ｂによって保持されるので、ホーン支持部材３４への固定による振動減衰は殆どなく、入力部となる長手方向の端部から超音波振動子（図示省略）によって入力される超音波振動を確実に行うことができる。なお、ホーン本体部３２Ｘにおける連結部３２Ｂが形成される位置は、振動モードにおいて最も振動（振幅）が少ない点が設定されている。また、ホーン本体部３２Ｘにおける長手方向の中心部は、振動モードにおいて最も振動（振幅）が大きい点が設定されている。
【００４２】
また、超音波ホーン３２のホーン本体部３２Ｘには、図５Ａ（ａ）、（ｂ）、図５Ｂ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図６及び図７に示されるように、吸着ノズル３３を着脱可能に保持する保持部３７を有している。ホーン本体部３２Ｘには、保持部３７として、ホーン本体部３２Ｘにおける長手方向の中心部を垂直に貫通し、吸着ノズル３３が下方から挿脱される保持孔３７Ａと、ホーン本体部３２Ｘの長手方向における保持孔３７Ａの両脇において、ホーン本体部３２Ｘの長手方向に沿って垂直に貫通するスリット３７Ｂと、このスリット３７Ｂを通過するようにホーン本体部３２Ｘを側方から水平方向に貫通するボルト孔３７Ｃと、スリット３７Ｂの両脇において垂直に貫通し、該スリット３７Ｂの幅と比較して大きい径を有する二つの貫通孔３７Ｅと、が形成されている。ボルト孔３７Ｃは、ボルト３７Ｄの締付け又は緩めによってスリット３７Ｂの幅を調整し、保持孔３７Ａの径を大小させる。これにより、保持孔３７Ａに吸着ノズル３３を固定すること、及び保持孔３７Ａから吸着ノズル３３を取り外すことが可能となる。
【００４３】
ホーン本体部３２Ｘには、図５Ｂ（ａ）に示されるように、本体部全体の第１振動系と、二つの貫通孔３７Ｅの間を主とする第２振動系と、を備えている。ホーン本体部３２Ｘは、第１振動系及び第２振動系の双方により振動する。第２振動系は、図５Ｂ（ｂ）に示される、一方（図面左側）の貫通孔３７Ｅの径がホーン本体部３２Ｘの長手方向に縮んで短手方向に伸び、他方（図面右側）の貫通孔３７Ｅの径がホーン本体部３２Ｘの長手方向に伸びて短手方向に縮む第１状態と、図５Ｂ（ｃ）に示される、一方（図面左側）の貫通孔３７Ｅの径がホーン本体部３２Ｘの長手方向に伸びて短手方向に縮み、他方（図面右側）の貫通孔３７Ｅの径がホーン本体部３２Ｘの長手方向に縮んで長手方向に伸びる第２状態と、を繰り返すことで水平面方向に振動する。第２の振動系は、貫通孔３７Ｅの径を大きくし、ホーン本体部３２Ｘの長手方向に沿う側面から貫通孔３７Ｅまでの肉厚を減らすことで、水平面方向に大きく振動できる。第２の振動系による振動は、水平面方向の振動であり、吸着ノズル３３の先端が揺動することが防止される。
【００４４】
ここで、図８Ａを参照して、ホーン本体部３２Ｘへの吸着ノズル３３の取付け手順について説明する。なお、ホーン本体部３２Ｘに対する吸着ノズル３３の位置決めは、専用の治具３９を用いて行われる。治具３９は、保持孔３７Ａに挿入された吸着ノズル３３の先端又は後端を当接させる当接部３９Ａと、この当接部３９Ａの両端から延設し、当接部３９Ａ及びホーン本体部３２Ｘの間隔を一定に保つ間隔保持部３９Ｂとを備え、断面コの字形状を呈している。
【００４５】
まず、図８Ａ（ａ）に示されるように、吸着ノズル３３をホーン本体部３２Ｘの下方から保持孔３７Ａに挿入する。そして、治具３９における間隔保持部３９Ｂの端部をホーン本体部３２Ｘの下面に当接させると共に、当接部３９Ａを吸着ノズル３３の先端に当接させる（図８Ａ（ｂ）参照）。これにより、吸着ノズル３３の垂直方向の位置決めがされる。また、図８Ａ（ｂ）に示されるように、ボルト３７Ｄをボルト孔３７Ｃに挿入すると共に締め付ける（図８Ａ（ｃ）参照）。これにより、保持孔３７Ａに吸着ノズル３３が固定される。さらに、図８Ａ（ｃ）に示されるように、ホーン本体部３２Ｘから治具３９を取り外すことで、ホーン本体部３２Ｘへの吸着ノズル３３の取付けが完了する（図８Ａ（ｄ）参照）。
【００４６】
なお、ホーン本体部３２Ｘからの吸着ノズル３３の取外しは、ボルト孔３７Ｃに挿入されているボルト３７Ｄを緩めることで可能となる（図示省略）。
【００４７】
ところで、図８Ｂに示されるように、吸着ノズル３３の中ほど先端寄りに、フランジ３３Ｂを形成するようにしてもよい。フランジ３３Ｂは、吸着ノズル３３がホーン本体部３２Ｘの保持孔３７Ａに挿入された場合に、吸着ノズル３３の後端側の面がホーン本体部３２Ｘの下面に当接する。このように、フランジ３３Ｂが治具３９と同様に機能し、吸着ノズル３３の垂直方向の位置決めがされるので、治具３９を用いなくてよい。
【００４８】
また、本実施形態では、超音波ホーン３２は、吸着ノズル３３の近辺が括れた形状になっており、更に、ターレット１０の周方向と垂直方向に超音波振動するように配設されている。即ち、超音波ホーン３２の長手方向が、ターレット１０の半径方向に向くようにして配置される。この結果、吸着ノズル３３におけるターレット１０の周方向の前後に余裕空間が形成されるので、例えば、ターレット１０の周方向に沿って、より多くの部品保持ユニット３０を配置することも可能になる。また、既に述べたように、このターレット１０の上方に配置される供給位置確認カメラ９２や溶着位置確認カメラ９４が撮像する際、超音波ホーン３２が半径方向に延在すれば邪魔にならないで済む。即ち、供給位置確認カメラ９２や溶着位置確認カメラ９４、ターレット１０によって周方向に移動する超音波ホーン３２（部品保持ユニット３０）が存在していない間に、そのトレイ９６上の電子部品片９８やウエハ基板６１０を画像認識する。
【００４９】
図４に戻って、ホーン支持部材３４は、上述した軸部３４Ｃと、この軸部３４Ｃの下端に連続形成されるホーン取付部３４Ａを有している。ホーン取付部３４Ａは軸部３４Ｃに対して径方向に拡張している。また、ホーン支持部材３４の上端側（第２押下装置７０側）には、ターレット１０の半径方向内側に向かって延在する拡張プレート３４Ｄを備える。この拡張プレート３４Ｄの上面が第２押下装置７０に押下される受圧部３４Ｂとなる。このように、半径方向に延在する拡張プレート３４Ｄを配置することで、部品保持ユニット駆動装置８０を半径方向にオフセットして配置することが可能となっている。また、受圧部３４Ｂ（拡張プレート３４Ｄ）の下側には、ホーン側マグネット固定部３４Ｄが設けられ、ホーン付勢装置３６のホーン側マグネット３６Ａが固定される。ホーン取付部３４Ａの外側面には、ホーン回転装置４０と係合する概略Ｌ形状の係合部３４Ｅが設けられている。
【００５０】
ホーン付勢装置３６は、ホーン側マグネット３６Ａと、このホーン側マグネット３６Ａよりも下側に配置されるケース側マグネット３６Ｂを有して構成されている。ホーン側マグネット３６Ａは、環状に形成され、ホーン支持部材３４の軸部３４Ｃに挿通されるとともに、ホーン支持部材３４の途中に形成されている突起に固定される。この突起がホーン側マグネット固定部となる。ケース側マグネット３６Ｂは、環状に形成され、ホーン支持部材３４の軸部３４Ｃに対して遊びを持った状態で挿通されるとともに、ケース３１の収容空間３１Ａに形成されたケース側マグネット固定部３１Ｃに固定されている。ホーン側マグネット３６Ａとケース側マグネット３６Ｂは、同じ磁極が互いに対向（例えば、Ｓ極とＳ極又はＮ極とＮ極が対向）するように配置されている。ホーン側マグネット３６Ａとケース側マグネット３６Ｂは互いに反発する。この反発力により、ホーン支持部材３４は、ケース３１に対して、上側に付勢されて磁気浮上する。
【００５１】
ホーン位置検出装置３８は、ホーン側マグネット３６Ａ又はケース側マグネット３６Ｂの磁界変化を検出して電気信号に変換する。なお、本実施形態ではホーン位置検出装置３８としてホール素子が用いられている。図４において、ホーン位置検出装置３８は、ホーン側マグネット３６Ａに近接するように、ケース３１の収容空間３１Ａの側壁に設けられる。図１１（ａ）に示されるように、ホーン側マグネット３６Ａは、上下方向にＳ極とＮ極が分極しており、磁界Ｂがホーン位置検出装置３８側に作用する。ホーン位置検出装置３８は、水平方向の磁界Ｘの強度変化を検出する。図１１（ｂ）のように、ホーン側マグネット３６Ａが上昇すると、ホーン位置検出装置３８に作用する磁界Ｂの強さが変化するので、その位置変化を極めて素早く検出することができる。このように、ホーン位置検出装置３８は、ホーン側マグネット３６Ａとの距離の変化に基づく磁界変動を検出して、その変化を電気信号に変換する。また、ホーン位置検出装置３８は、電気信号を主制御部（図示省略）に送信する。主制御部は、ホーン位置検出装置３８から受信した電気信号に基づいて、ケース３１に対するホーン支持部材３４の上下方向の高さ変動を検出できる。この結果、溶着時において、部品保持ユニット３０全体を下降させて、電子部品片９８がウエハ基板６１０に接触した瞬間を、極めて正確に検出することができる。
【００５２】
図９を用いてホーン回転装置４０について説明する。図９（ａ）は、図４の矢印Ｉ方向から見たホーン回転装置４０の平面図であり、図９（ｂ）は、同ホーン回転装置４０の右側面図であり、図９（ｃ）は、図９（ａ）における矢視IV−IV方向から見た同ホーン回転装置４０の正面図である。
【００５３】
ホーン回転装置４０は、ホーン支持部材３４の係合部３４Ｅと係合するホーン回転用スライダ４２を左右（図９（ａ）の矢印Ｄ又はＥ方向）にスライドさせることによって、ホーン支持部材３４を回転させる。この結果、吸着ノズル３３を、吸着方向に対して垂直面内で回転（図９（ａ）の矢印Ｆ又はＧ方向）させる。ホーン回転装置４０は、上述したホーン回転用スライダ４２と、ホーン回転用スライダ４２を一方からスライド自在に支持するスライダ支持装置４４と、スライダ支持装置４４と連動して、ホーン回転用スライダ４２を吸着方向と垂直面内でスライドさせるスライダ移動装置４６と、ホーン回転用スライダ４２のスライド量を検出するスライダ位置検出装置４８を有して構成されている。
【００５４】
ホーン回転用スライダ４２は概略Ｃリング形状の板部材である。ホーン回転用スライダ４２は、支持面４２Ａと被駆動面４２Ｂを有している。支持面４２Ａは、スライダ支持装置４４におけるベアリング４４Ａと接触する部位となる。
【００５５】
また、ホーン回転用スライダ４２の被駆動面４２Ｂは、スライダ移動装置４６の圧電素子４７に形成される凸部４７Ａと当接する。従って、ホーン回転用スライダ４２は、ベアリング４４Ａと凸部４７Ａによって挟持されていることになる。圧電素子４７の凸部４７Ａが、ホーン回転用スライダ４２の被駆動面４２Ｂを、両者間の摩擦抵抗によってスライドさせるようになっている。
【００５６】
スライダ支持装置４４は、ボールベアリングなどのベアリング４４Ａと、板ばね４４Ｂと、押えネジ４４Ｃと、板ばね固定台４４Ｄと、軸台４４Ｅと、保持軸４４Ｆと、台座４１を有して構成される。
【００５７】
台座４１は、方形の筒状に構成されており、内部にスライダ移動装置４６の圧電素子４７が収容される。この台座４１には、２個の軸台４４Ｅ、４４Ｅが設けられている。この軸台４４Ｅ、４４Ｅには、保持軸４４Ｆが離反可能な状態で保持される構造となっている。保持軸４４Ｆにはベアリング４４Ａが設けられる。
【００５８】
板ばね固定台４４Ｄは、台座４１の略中央に設けられる。板ばね４４Ｂは、２本の押えネジ４４Ｃ、４４Ｃにより板ばね固定台４４Ｄに固定される。板ばね４４Ｂの弾性力によって、保持軸４４Ｆが、軸台４４Ｅ側に押さえ付けられる。
【００５９】
詳細に、保持軸４４Ｆは、軸台４４Ｅに対して図９（ｃ）の上下方向に移動可能に設けられている。板ばね４４Ｂによって保持軸４４Ｆを軸台４４Ｅ側に押さえ付けることによって、ベアリング４４Ａがホーン回転用スライダ４２側に付勢される。この結果、ホーン回転用スライダ４２は、スライダ移動装置４６の凸部４７Ａとベアリング４４Ａで挟み込まれる。この結果、凸部４７Ａが移動しない限り、ホーン回転用スライダ４２はスライドができない状態となる。なお、板ばね４４Ｂ、押さえネジ４４Ｃ、板ばね固定台４４Ｄによって、いわゆる押圧装置を構成する。
【００６０】
スライダ移動装置４６は、台座４１側に振動可能に支持される圧電素子４７を備える。この圧電素子４７は、詳細には一対の圧電素子片４７Ｂが内蔵されており、各圧電素子片４７Ｂに対して、相互に９０度位相ずらした周期電圧を加えるようになっている。
【００６１】
圧電素子４７には、ホーン回転用スライダ４２方向に突出する凸部４７Ａが設けられている。上述の２つの圧電素子片４７Ｂに対して、９０度の位相差を有する電圧を印加すると、図１０に示されるように、この凸部４７Ａが楕円軌道に沿って高速で回転運動する。この回転方向は、適宜反転させることができる。この凸部４７Ａの楕円軌道を利用すれば、ホーン回転用スライダ４２を図１０の左右両方向に移動させることができる。
【００６２】
以上の結果、周期的に変化するプラス電圧又はマイナス電圧を圧電素子４７に連続的に入力することで、ホーン回転用スライダ４２をスライドさせて、吸着ノズル３３を所定の角度だけ回転させることができる。
【００６３】
なお、図９に示されるように、ホーン回転装置４０は、マグネット４８Ａとホール素子４８Ｂを有して構成されるスライダ位置検出装置４８を備えている。マグネット４８Ａはホーン回転用スライダ４２側に設けられており、ホール素子４８Ｂは台座４１側に設けられている。マグネット４８Ａとホール素子４８Ｂは対向しており、ホーン回転用スライダ４２が左右方向に移動した場合、マグネット４８Ａとホール素子４８Ｂの距離が変化してホール素子４８Ｂ周囲の磁界も変動する。ホール素子４８Ｂでは、この磁界変動を検出して電気信号に変換して主制御部（図示省略）に送信する。主制御部では、ホール素子４８Ｂから受信した電気信号に基づいて、ホーン回転用スライダ４２のスライド位置を検出する。主制御部は、検出した位置情報に基づいて、ホーン回転用スライダ４２を左右方向に移動させるように制御する。なお、ホール素子４９Ｂや圧電素子４７を動作させるための電源や回路などは、台座４１に固定されている基板ボックス４９に内装されている。
【００６４】
図４に戻って、部品保持ユニット案内装置５０は、ターレット１０と部品保持ユニット３０の間に設けられている。この部品保持ユニット案内装置５０は、ターレット１０外周において上下方向に配設されるレール５２と、レール５２に対してスライド可能に係合するスライド本体５４と、このスライド本体５４に固定されるテーブル５６と、このテーブル５６を常に上方に付勢する部品保持ユニット上方付勢装置５８を有して構成される直動装置である。
【００６５】
テーブル５６は、Ｌ型の板状部材であり、Ｌ型の１面には、部品保持ユニット３０のケース３１が固定され、他の面には、第１押下装置６０に押下げられる受圧部５６Ａが形成される。したがって、第１押下装置６０の押圧部材６８がテーブル５６の受圧部５６Ａを押し下げると、テーブル５６とともに部品保持ユニット３０全体が下方向に案内される。
【００６６】
部品保持ユニット上方付勢装置５８は、このテーブル５６をターレット１０に対して、上方向に常に付勢する装置である。詳細に、部品保持ユニット上方付勢装置５８は、ターレット１０の上面に固定される外筒５８Ａと、ターレット１０とテーブル５６の間に配置される圧縮ばね５８Ｃと、この圧縮ばね５８Ｃを保持する軸部材５８Ｂを有して構成されている。軸部材５８Ｂの上端はテーブル５６側に固定されており、同下端は、外筒５８Ａの内部にスライド可能に挿入される。また、圧縮ばね５８Ｃは、一端ターレット１０に当接され、他端はテーブル５６に当接されて、圧縮状態で配設されている。したがって、圧縮ばね５８Ｃは、テーブル５６を上方向に付勢させる。これにより、部品保持ユニット３０は、部品保持ユニット駆動装置８０からの外力が付与されない限り、常に上方側で静止するようになっている。
【００６７】
部品保持ユニット駆動装置８０は、第１押下装置６０、及び第２押下装置７０を有して構成されている。なお、部品保持ユニット駆動装置８０は、駆動装置基台９０に搭載されている。この部品保持ユニット駆動装置８０は、吸着位置Ｕと、溶着位置Ｗの上方において、半径方向にオフレットした状態でそれぞれ配置される。なお、本実施形態では、部品保持ユニット駆動装置８０が半径方向内側にオフセット配置されることで、部品保持ユニット３０の真上の空間が開放される。この結果、例えば、供給位置確認カメラ９２の撮像方向に対して、部品保持ユニット駆動装置８０が干渉することを回避できる。
【００６８】
第１押下装置６０は、モータ６２と、カム６４と、第２押下装置案内機構６６と、押圧部材６８を有して構成されている。
【００６９】
第２押下装置案内機構６６は、レール６６Ａと、スライド本体６６Ｂと、テーブル６６Ｃと、カム受け部材６６Ｄを有して構成される直動装置である。レール６６Ａは、駆動装置基台９０のレール取付部９０Ａに上下方向に設けられる。レール６６Ａには、スライド本体６６Ｂがスライド可能に係合される。スライド本体６６Ｂにはテーブル６６Ｃが固定されている。また、テーブル６６Ｃには、第２押下装置７０、カム受け部材６６Ｄ、及び押圧部材６８が固定されている。
【００７０】
カム６４は、モータ６２の出力軸６２Ａに固定された扁平のカムであり、１回転の任意の位置でカム受け部材６６Ｄに当接して、カム受け部材６６Ｄを押し下げる。したがって、第１押下装置６０は、カム受け部材６６Ｄを押し下げることで、テーブル６６Ｃを押し下げる。
【００７１】
押圧部材６８は、テーブル６６Ｃの下側に突出するように設けられた棒状部材である。この押圧部材６８は、部品保持ユニット案内装置５０のテーブル５６に形成された受圧部５６Ａを押し下げる。したがって、押圧部材６８は、テーブル５６とともに部品保持ユニット３０全体を押し下げることができる。
【００７２】
第２押下装置７０は、第１押下装置６０のテーブル６６Ｃに固定された基台７６と、基台７６に固定されるボイスコイルモータ７４を有して構成される。ボイスコイルモータ７４は、入力された電圧に応じて、予め設定されている圧力（付勢力）で、先端側に設けられた出力軸７２を移動させることが出来る。ボイスコイルモータ７４の出力軸７２は、部品保持ユニット３０に設けられたホーン支持部材３４の受圧部３４Ｂの上に配置されている。したがって、ボイスコイルモータ７４は、出力軸７２を下降することによって、ホーン支持部材３４の拡張プレート３４Ｄ（受圧部３４Ｂ）を任意の力で押圧できるようになっている。なお既に述べたように、拡張プレート３４Ｄは半径方向内側に拡張されているので、この結果、ボイスコイルモータ７４を半径方向内側にオフセット配置することができる。
【００７３】
図４（ａ）に示されるように、部品保持ユニット駆動装置８０は、第１押圧装置６０によって部品保持ユニット３０全体を押し下げる。そして、電子部品片９８がウエハ基板６１０に当接した瞬間、ホーン保持部材３４は、ケース３１に対して上方に相対移動する。ホーン保持部材３４がケース３１に対して上方に相対移動すると、ホーン位置検出装置３８は、その移動を極めて素早く検出して、電気信号を主制御部（図示省略）へ送信し、第１押圧装置６０を停止する。なお、本実施形態では、ホーン保持部材３４が、磁力（ホーン側マグネット３６Ａとケース側マグネット３６Ｂの反発力）によって磁気浮上していることから、ホーン保持部材３４に対して極めて小さい外力が付加される場合でも、ケース３１に対して素早く相対移動できる。従って、マグネットによる磁気浮上と、このマグネットを磁気を利用した位置検出によって、極めてコンパクトな構成としながらも、ウエハ基板６１０及びスタッドバンプ２７０Ｂへの衝撃を緩和することが出来る。
【００７４】
ホーン位置検出装置３８によってホーン保持部材３４の相対移動が検知された後、第２押下装置７０のボイスコイルモータ７４の出力軸７２下降させる。ボイスコイルモータ７４の出力軸７２により、ホーン支持部材３４の受圧部３４Ｂに所定の押圧力を加える。この押圧力としては、例えば、最初は０からスタートして線形的に力を増大して最終的には４ニュートン[Ｎ]になるように印加する。これにより、ホーン支持部材３４に固定された吸着ノズル３３に所定の押圧力が付与され、所定の圧力で電子部品片９８をスタッドバンプ２７０Ｂに押しつけることができる。この押圧力の増大に連動して、超音波振動の振幅も０から線形的に増大させるようにすることで、安定的に電子部品片９８とスタッドバンプ２７０Ｂが溶着する。なお、ボイスコイルモータ７４によるホーン支持部材３４の押圧力は、ボイスコイルモータ７４に入力する電圧により任意に設定することができる。
【００７５】
＜溶接動作＞
【００７６】
次に、図１２を参照して、チップボンダ装置１００による、電子部品片９８の搭載工程の動作について説明する。なお、この図１２では、チップボンダ装置１００において、部品保持ユニット３０を６個備えるようにした場合を例示する。
【００７７】
なお、図１２（ａ）において、供給位置Ｕにある部品保持ユニットを部品保持ユニット３０Ａと定義し、これを基準に時計回りに部品保持ユニット３０Ｂ〜３０Ｆと定義する。供給位置Ｕに対して６０度進んだ位置が吸着状態確認位置Ｖとなっており、更に１２０度進んだ位置が溶着位置Ｗとなる。更に６０度進んだ位置が研磨位置Ｔとなる。
【００７８】
まず、電子部品片供給装置８９は、電子部品片９８を所定の供給位置Ｕに移動させる。この時、主制御部（図示省略）は、供給位置確認カメラ９２により、電子部品片供給装置８９により供給された電子部品片９８の位置を撮影し、撮影した画像データに基づいて、電子部品片９８が所定の位置に供給されたか否かを判定する。主制御部は、電子部品片９８が所定の供給位置Ｕからずれていると判定した場合、電子部品片供給装置８９を制御し、電子部品片９８を所定の供給位置Ｕに移動させる。なお、供給位置確認カメラ９２による電子部品片９８の撮像は、上方に部品保持ユニット３０Ｂ〜３０Ｆが存在していないタイミングを計って実行される。
【００７９】
図１２（ａ）に示されるように、チップボンダ装置１００は、部品保持ユニット３０Ａの吸着ノズル３３によって、供給位置Ｕに供給される電子部品片９８を吸着保持する。吸着保持完了後、更に、ターレット１０を６０度回転させて、部品保持ユニット３０Ａの電子部品片９８を吸着状態確認位置Ｖに搬送する（図１２（ｂ）参照）。そして、主制御部は、吸着状態確認位置Ｖに搬送された電子部品片９８の吸着角度を吸着位置確認カメラ９３により下側から撮影する。主制御部は、撮影した画像データに基づいて、電子部品片９８が所定の角度とずれているか否かを判定する。主制御部（図示省略）は、電子部品片９８の保持角度が所定の角度からずれていると判定した場合、ホーン回転装置４０を駆動し、吸着ノズル３３を回転させて電子部品片９８の角度を調整する。
【００８０】
なお、この時、チップボンダ装置１００は、電子部品片供給装置８９により供給位置Ｕに供給された次の電子部品片９８を、部品保持ユニット３０Ｂの吸着ノズル３３により吸着保持する。
【００８１】
チップボンダ装置１００は、ターレット１０をさらに１２０度回転させて、部品保持ユニット３０Ａの吸着ノズル３３に吸着保持された電子部品片９８を、基板供給装置８８によって溶着位置Ｗに供給されたウエハ基板６１０の真上に搬送する（図１２（ｃ）参照）。主制御部は、溶着位置確認カメラ９４により、基板供給装置８８により供給されたウエハ基板６１０のスタッドバンプ２７０Ｂの位置を撮影し、撮影した画像データに基づいて、スタッドバンプ２７０Ｂが所定の溶着位置Ｗに配置されているか否かを判定する。主制御部は、スタッドバンプ２７０Ｂが所定の溶着位置Ｗからずれていると判定した場合、基板供給装置８８を制御し、ウエハ基板６１０を移動させる。なお、溶着位置確認カメラ９４によるスタッドバンプ２７０Ｂの撮像は、上方に部品保持ユニット３０Ｂ〜３０Ｆが存在していないタイミングを計って実行される。この状態で、部品保持ユニット３０Ａの電子部品片９８とスタッドバンプ２７０Ｂを超音波接合する。
【００８２】
なお、この時、前述と同様に、主制御部は、吸着状態確認位置Ｖにおいて、吸着位置確認カメラ９３で、部品保持ユニット３０Ｃの電子部品片９８を撮影することにより、電子部品片９８の角度を検査及び調整する。また、部品保持ユニット３０Ｄでは、電子部品片供給装置８９により供給位置Ｕに供給された電子部品片９８を吸着する。
【００８３】
その後チップボンダ装置１００は、図１２（ｄ）に示されるように、ターレット１０をさらに６０度回転させて、超音波接合作業が完了した部品保持ユニット３０Ａを研磨位置Ｔに搬送する。この研磨位置Ｔでは必要に応じて吸着ノズル３３の先端を研磨する。吸着ノズル３３の先端は、超音波接合によって偏って摩耗しやすいため、所定回数の溶着作業を行うと平滑度が悪化する。従って、このように定期的に研磨することで、先端を常に水平に維持する。なお、この研磨作業は、毎回実行しても良いが、予め設定した周期で実行することが好ましい。なお、部品保持ユニット３０Ａの吸着ノズル３３を研磨している最中でも、部品保持ユニット３０Ｂは、溶着位置Ｗにおいて電子部品片９８をウエハ基板６１０に超音波接合することができる。
【００８４】
その後、チップボンダ装置１００は、部品保持ユニット３０Ｂ〜３０Ｆについて、上記と同様の動作を繰り返し行い、電子部品片９８のウエハ基板６１０への超音波接合を行う。
【００８５】
チップボンダ装置１００において、ウエハ基板６１０の全てのスタッドバンプ２７０Ｂに対して電子部品片９８を超音波接合した後、このウエハ基板６１０は、基板搬送装置（図示省略）によって後続する工程の装置に搬送される。
【００８６】
以上、本実施形態のチップボンダ装置１００によれば、ホーン本体部３２Ｘに対して吸着ノズル３３がボルト３７Ｄで固定されているため、吸着ノズル３３の交換が容易でありながらも、吸着ノズル３３の位置ずれを防止できる。
【００８７】
更にこのチップボンダ装置１００はターレット構造になっており、ターレット１０の周方向に複数の超音波ノズル３３が配置された構造となっている。この結果、電子部品片９８の供給や、電子部品片９８をウエハ基板６１０に搭載する作業を極めて高速で行うことができる。結果、先行する工程の装置からチップボンダ装置１００に、ウエハ基板６１０を直接搬送しても、両者の動作サイクルタイムの差が小さくなるので、組み立て作業を効率化することができる。
【００８８】
また、電子部品片９８の吸着作業や溶着作業等を行っている最中に、チップボンダ装置１００の研磨位置Ｔにおいて吸着ノズル３３のメンテナンスを行うことも可能となっている。結果、チップボンダ装置１００の可動停止時間を小さくできるので、先行する工程の装置とチップボンダ装置１００の間で連続作業させても、稼働効率の低下を抑制できる。
【００８９】
また、このチップボンダ装置１００は、供給位置Ｕと溶着位置Ｗの上側に、部品保持ユニット駆動装置８０を、ターレット１０から独立して固定配置している。したがって、部品保持ユニット駆動装置８０を、全ての部品保持ユニット３０に対応させて１つずつ設ける必要はなくなり、ターレット１０の重量を軽くすることができる。この結果、ターレット１０のイナーシャを小さくできるので、ターレットの回転程度を向上させることができる。
【００９０】
更に、チップボンダ装置１００のホーン付勢部材３６は、ホーン側マグネット３６Ａとケース側マグネット３６Ｂの反発力又は吸引力でホーン支持部材３４を上方向に磁気浮上させている。この結果、バネ等で保持する場合と比較して、ホーン支持部材３４を小さい外力で素早く移動させることが可能となる。従って、電子部品片９８をスタッドバンプ２７０Ｂに接触させる際に、ウエハ基板６１０に作用する衝撃を吸収することが可能となる。ウエハ基板６１０側にスタッドバンプ２７０Ｂをまとめて形成しておき、そこに電子部品片９８を連続的に搭載する手法の場合、本実施形態のチップボンダ装置１００の上記磁気浮上構造によって、ウエハ基板６１０に作用する衝撃を極めて小さくすることは、電子部品の品質向上に大きく貢献する。
【００９１】
とりわけこのチップボンダ装置１００は、ホール素子を備えるホーン位置検出装置３８を用いて、ケース３１に対するホーン支持部材３４の位置を高精度で検出する。結果、吸着ノズル３３に吸着保持される電子部品片９８がスタッドバンプ２７０Ｂの先端に接触した瞬間を、高精度且つ素早く検出できる。
【００９２】
また、超音波ホーン３２は、ターレット１０の半径方向に超音波振動するように配置されている。したがって、ターレット１０上において周方向の空間効率が高められるので、超音波ホーン３２の配置数を増やすことが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明の電子部品組み立て方法等は、電子部品を組み立てる様々な工程に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１０ ターレット
２０ ターレット駆動モータ
３０ 部品保持ユニット
３７ 保持部
３７Ａ 保持孔
３７Ｂ スリット
３７Ｃ ボルト孔
３７Ｄ ボルト
３９ 治具
３９Ａ 当接部
３９Ｂ 間隔保持部
４０ ホーン回転装置
５０ 部品保持ユニット案内装置
６０ 第１押下装置
７０ 第２押下装置
８０ 部品保持ユニット駆動装置
９８ 電子部品片
１００ チップボンダ装置
６１０ ウエハ基板
Ｕ 供給位置
Ｖ 吸着状態確認位置
Ｗ 溶着位置
Ｔ 研磨位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品片を吸着する吸着ノズルを着脱可能に保持する保持部と、超音波振動が入力される入力部と、を有し、前記入力部から入力された超音波振動を、前記保持部で保持する前記吸着ノズルを介して前記電子部品片に伝達して、前記電子部品片を、該電子部品片との間に金属製の接合材を介在させた相手側部材に超音波接合する超音波ホーンであって、
長手方向が水平方向に沿うように配置され、長手方向の中心部が振動モードにおける腹となると共に、該中心部の両側の第１及び第２の位置が振動モードにおける節となる形状を呈するホーン本体部と、
前記第１及び第２の位置を介して前記ホーン本体部に連続形成されて、該ホーン本体を所定の位置に固定する固定部と、
を備え、
前記保持部は、
前記ホーン本体部における長手方向の中心部を垂直に貫通し、前記吸着ノズルが挿脱される保持孔と、
前記ホーン本体部の長手方向における該保持孔の両脇において、該長手方向に沿って垂直に貫通するスリットと、
前記スリットを通過するように前記ホーン本体部を水平方向に貫通し、ボルトの締付け又は緩めによって前記吸着ノズルを固定し又は該吸着ノズルの固定を解除するボルト孔と、
を備えることを特徴とする超音波ホーン。
【請求項２】
前記ホーン本体部は、長手方向の中心部が水平方向に括れた形状を呈することを特徴とする、
請求項１に記載の超音波ホーン。
【請求項３】
前記保持孔に挿入された前記吸着ノズルの先端又は後端を当接させる当接部と、前記当接部及び前記ホーン本体部の間隔を一定に保つ間隔保持部と、を備える治具によって、前記吸着ノズルの垂直方向の位置決めがされることを特徴とする、
請求項１又は２に記載の超音波ホーン。
【請求項４】
前記吸着ノズルと比較して密度の高い材料からなることを特徴とする、
請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波ホーン。
【請求項５】
前記スリットの両脇において垂直に貫通し、該スリットの幅と比較して大きい径を有する二つの貫通孔を備えることを特徴とする、
請求項１乃至４のいずれかに記載の超音波ホーン。
【請求項６】
中心軸を回転軸として回転可能に支持されるターレットと、
出力軸に前記ターレットが接続されるターレット駆動モータと、
前記ターレットの周方向に複数設けられて、電子部品片を保持し、該電子部品片を相手側部材に超音波接合する部品保持ユニットと、
前記ターレットと前記部品保持ユニットの間に設けられて、前記部品保持ユニットを前記ターレットに対して上下方向に移動自在に案内する部品保持ユニット案内装置と、
前記部品保持ユニットの上側に設けられ、前記部品保持ユニットを押圧することによって、該部品保持ユニットを下方向に移動させる部品保持ユニット駆動装置と、
を備え、
前記部品保持ユニットは、
請求項１乃至５のいずれかに記載の超音波ホーンと、
前記超音波ホーンを超音波振動可能に支持するホーン支持部材と、
前記ホーン支持部材を上下方向に摺動可能に支持するケースと、
を備えることを特徴とするチップボンダ装置。
【請求項７】
前記部品保持ユニット駆動装置は、第１押下装置及び第２押下装置を備え、
前記第１押下装置は、前記部品保持ユニット全体を、前記ターレットに対して下方向に押し下げるようにし、
前記第２押下装置は、前記吸着ノズルを、前記部品保持ユニットの前記ケースに対して下方向に相対的に押し下げることを特徴とする、
請求項６に記載のチップボンダ装置。
【請求項８】
前記部品保持ユニット駆動装置は、前記ターレットから独立した状態で設けられ、少なくとも電子部品片供給装置から前記電子部品片が供給される位置上、及び前記電子部品片を前記相手側部材に超音波接合する位置上に固定配置されることを特徴とする、
請求項６又は７に記載のチップボンダ装置。
【請求項９】
前記超音波ホーンを回転させるホーン回転装置を備えることを特徴とする、
請求項６乃至８のいずれかに記載のチップボンダ装置。
【請求項１０】
前記部品保持ユニットは、
前記ホーン支持部材を上方に付勢するホーン付勢装置と、
前記ホーン支持部材の上下方向の位置を検出するホーン位置検出装置と、
を備えることを特徴とする、
請求項６乃至９のいずれかに記載のチップボンダ装置。
【請求項１１】
前記部品保持ユニットにおける前記ホーン付勢装置は、
前記ホーン支持部材側に固定配置されるホーン側マグネットと、
前記ホーン側マグネットと対向して、前記ケース側に固定配置されるケース側マグネットと、を備え、
前記ホーン側マグネット及び前記ケース側マグネットは、相互に吸着又は反発することで、前記ホーン支持部材を上方に付勢することを特徴とする、
請求項１０に記載のチップボンダ装置。
【請求項１２】
前記超音波ホーンは、該超音波ホーンの振動方向が前記ターレットの径方向となるように設けられていることを特徴とする、
請求項６乃至１１のいずれかに記載のチップボンダ装置。
【請求項１３】
前記部品保持ユニット駆動装置は、前記部品保持ユニットの真上に対して前記ターレットの半径方向にオフセットされた状態で配置されることを特徴とする、
請求項６乃至１２のいずれかに記載のチップボンダ装置。
【請求項１】
電子部品片を吸着する吸着ノズルを着脱可能に保持する保持部と、超音波振動が入力される入力部と、を有し、前記入力部から入力された超音波振動を、前記保持部で保持する前記吸着ノズルを介して前記電子部品片に伝達して、前記電子部品片を、該電子部品片との間に金属製の接合材を介在させた相手側部材に超音波接合する超音波ホーンであって、
長手方向が水平方向に沿うように配置され、長手方向の中心部が振動モードにおける腹となると共に、該中心部の両側の第１及び第２の位置が振動モードにおける節となる形状を呈するホーン本体部と、
前記第１及び第２の位置を介して前記ホーン本体部に連続形成されて、該ホーン本体を所定の位置に固定する固定部と、
を備え、
前記保持部は、
前記ホーン本体部における長手方向の中心部を垂直に貫通し、前記吸着ノズルが挿脱される保持孔と、
前記ホーン本体部の長手方向における該保持孔の両脇において、該長手方向に沿って垂直に貫通するスリットと、
前記スリットを通過するように前記ホーン本体部を水平方向に貫通し、ボルトの締付け又は緩めによって前記吸着ノズルを固定し又は該吸着ノズルの固定を解除するボルト孔と、
を備えることを特徴とする超音波ホーン。
【請求項２】
前記ホーン本体部は、長手方向の中心部が水平方向に括れた形状を呈することを特徴とする、
請求項１に記載の超音波ホーン。
【請求項３】
前記保持孔に挿入された前記吸着ノズルの先端又は後端を当接させる当接部と、前記当接部及び前記ホーン本体部の間隔を一定に保つ間隔保持部と、を備える治具によって、前記吸着ノズルの垂直方向の位置決めがされることを特徴とする、
請求項１又は２に記載の超音波ホーン。
【請求項４】
前記吸着ノズルと比較して密度の高い材料からなることを特徴とする、
請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波ホーン。
【請求項５】
前記スリットの両脇において垂直に貫通し、該スリットの幅と比較して大きい径を有する二つの貫通孔を備えることを特徴とする、
請求項１乃至４のいずれかに記載の超音波ホーン。
【請求項６】
中心軸を回転軸として回転可能に支持されるターレットと、
出力軸に前記ターレットが接続されるターレット駆動モータと、
前記ターレットの周方向に複数設けられて、電子部品片を保持し、該電子部品片を相手側部材に超音波接合する部品保持ユニットと、
前記ターレットと前記部品保持ユニットの間に設けられて、前記部品保持ユニットを前記ターレットに対して上下方向に移動自在に案内する部品保持ユニット案内装置と、
前記部品保持ユニットの上側に設けられ、前記部品保持ユニットを押圧することによって、該部品保持ユニットを下方向に移動させる部品保持ユニット駆動装置と、
を備え、
前記部品保持ユニットは、
請求項１乃至５のいずれかに記載の超音波ホーンと、
前記超音波ホーンを超音波振動可能に支持するホーン支持部材と、
前記ホーン支持部材を上下方向に摺動可能に支持するケースと、
を備えることを特徴とするチップボンダ装置。
【請求項７】
前記部品保持ユニット駆動装置は、第１押下装置及び第２押下装置を備え、
前記第１押下装置は、前記部品保持ユニット全体を、前記ターレットに対して下方向に押し下げるようにし、
前記第２押下装置は、前記吸着ノズルを、前記部品保持ユニットの前記ケースに対して下方向に相対的に押し下げることを特徴とする、
請求項６に記載のチップボンダ装置。
【請求項８】
前記部品保持ユニット駆動装置は、前記ターレットから独立した状態で設けられ、少なくとも電子部品片供給装置から前記電子部品片が供給される位置上、及び前記電子部品片を前記相手側部材に超音波接合する位置上に固定配置されることを特徴とする、
請求項６又は７に記載のチップボンダ装置。
【請求項９】
前記超音波ホーンを回転させるホーン回転装置を備えることを特徴とする、
請求項６乃至８のいずれかに記載のチップボンダ装置。
【請求項１０】
前記部品保持ユニットは、
前記ホーン支持部材を上方に付勢するホーン付勢装置と、
前記ホーン支持部材の上下方向の位置を検出するホーン位置検出装置と、
を備えることを特徴とする、
請求項６乃至９のいずれかに記載のチップボンダ装置。
【請求項１１】
前記部品保持ユニットにおける前記ホーン付勢装置は、
前記ホーン支持部材側に固定配置されるホーン側マグネットと、
前記ホーン側マグネットと対向して、前記ケース側に固定配置されるケース側マグネットと、を備え、
前記ホーン側マグネット及び前記ケース側マグネットは、相互に吸着又は反発することで、前記ホーン支持部材を上方に付勢することを特徴とする、
請求項１０に記載のチップボンダ装置。
【請求項１２】
前記超音波ホーンは、該超音波ホーンの振動方向が前記ターレットの径方向となるように設けられていることを特徴とする、
請求項６乃至１１のいずれかに記載のチップボンダ装置。
【請求項１３】
前記部品保持ユニット駆動装置は、前記部品保持ユニットの真上に対して前記ターレットの半径方向にオフセットされた状態で配置されることを特徴とする、
請求項６乃至１２のいずれかに記載のチップボンダ装置。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２５３２２８（Ｐ２０１２−２５３２２８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２５３３０（Ｐ２０１１−１２５３３０）
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（５０１４１０１３７）アキム株式会社 (49)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（５０１４１０１３７）アキム株式会社 (49)
【Ｆターム（参考）】
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