部品実装方法と装置
【課題】 金属接合部どうしの超音波振動などによる摩擦接合を図って部品を実装対象物に実装するのに、金属接合部を所定の高さにできるようにする。
【解決手段】 部品取り扱いツール１４で部品３を保持し、この部品３の金属接合部５を実装対象物４の金属接合部５に対向させて加圧し、部品取り扱いツール１４に超音波振動を与えて、電気接合部５、６どうしを加圧状態で摩擦させ超音波接合し部品３を実装対象物４に実装するのに、部品取り扱いツール１４が電気接合部５、６どうしを圧接させたときの位置Ｈｓから、電気接合部５、６どうしの超音波接合が終了するまでの部品取り扱いツール１４の進出量Ｈを制御して、接合後の電気接合部５、６の高さを揃え、かつ、金属接合部５、６どうしの接合面積の大きさに対応して超音波振動による接合エネルギの大きさを制御する。
【解決手段】 部品取り扱いツール１４で部品３を保持し、この部品３の金属接合部５を実装対象物４の金属接合部５に対向させて加圧し、部品取り扱いツール１４に超音波振動を与えて、電気接合部５、６どうしを加圧状態で摩擦させ超音波接合し部品３を実装対象物４に実装するのに、部品取り扱いツール１４が電気接合部５、６どうしを圧接させたときの位置Ｈｓから、電気接合部５、６どうしの超音波接合が終了するまでの部品取り扱いツール１４の進出量Ｈを制御して、接合後の電気接合部５、６の高さを揃え、かつ、金属接合部５、６どうしの接合面積の大きさに対応して超音波振動による接合エネルギの大きさを制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品実装方法と装置、より詳しくは、部品を金属接合部どうしの摩擦接合により実装対象物に実装する部品実装方法と装置に関し、例えば、プリント配線板などの回路基板に実装して電子回路基板を製造するようなＩＣチップなどの電子部品の実装に用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
ベアＩＣチップなどのＩＣチップは、回路基板にプリント配線などして形成された導体ランド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の導体ランドを持った接合面に対向させて、導体ランド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】
このような実装を行うのに本出願人は、ＩＣチップの電極の上に金属製のバンプをワイヤボンディングなどによって形成し、このＩＣチップを吸着ノズルによって吸着、保持して取り扱い、位置決めされた回路基板の上の所定位置に対向させて、前記バンプを回路基板の導体ランドに押し当てた状態で、吸着ノズル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超音波振動を与えてＩＣチップを振動させることにより、バンプおよび導体ランドどうしを摩擦溶融させて超音波接合し、ＩＣチップを回路基板に実装する方法を先に提案している。
【０００４】
これにより、ＩＣチップなどの部品を金属の溶融を伴う接合により、確実な電気接合と高い実装強度を満足して、しかも迅速に回路基板に実装することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のような部品実装において、部品を実装した後のバンプの高さにバラツキが生じ、これが原因してＩＣチップの電極にダメージを受けたり、ＩＣチップの特性のバラツキがあったりする。これは、金属接合部どうしを超音波接合するのに部品にボンディング荷重を掛け続けることが原因していると思われる。これは、超音波接合する場合にかかわらず、部品および実装対象物の相対移動によって双方の金属接合部どうしを加圧しながら摩擦溶融させて接合するあらゆる場合に共通する。
【０００６】
また、ワイヤボンディングで形成したバンプは、電極面に所定の大きさおよび厚みを持って溶融固着される基部に対し、先端部がボンディング終了時のボンディングワイヤの引きちぎりによって形成される先細り形状を有し、先端部を所定高さまで押し潰すいわゆるレベリング処理をするにしても先細り形状は残る。従って、金属接合部どうしを加圧しながら接合するとき接合が進むにつれて接合面積が徐々に増大する。このとき、接合の安定のために接合面積が増大するにつれて相対移動による摩擦あるいは超音波振動による摩擦での接合エネルギを大きくしていくことが考えられるが、一定の加圧を掛け続ける上でバンプの高さにバラツキが生じやすい。
【０００７】
本発明の目的は、金属接合部どうしの超音波振動などによる摩擦接合を図って部品を実装対象物に実装するのに、金属接合部を所定の高さに揃えられる、部品実装方法と装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段と発明の効果】
【０００８】
上記のような目的を達成するため、本発明の部品実装方法は、部品の金属接合部を実装対象物の金属接合部に対向させて加圧しながら、部品と実装対象物との相対移動により、金属接合部どうしを前記加圧状態で摩擦させて接合し部品を実装対象物に実装し、部品と実装対象物との金属接合部どうしが圧接したときの位置から、金属接合部どうしの接合が終了するまでの部品と実装対象物との近づき量を制御して、前記接合を行い部品を実装対象物に実装する部品実装方法であって、金属接合部どうしの接合面積の大きさに対応して摩擦による接合エネルギの大きさを制御することを特徴としている。
【０００９】
これにより、部品の金属接合部と実装対象物の金属接合部とを対向させて加圧しながら、部品と実装対象物との相対移動によりそれら金属接合部どうしを接合するのに併せ、金属接合部どうしが圧接した時点の位置からの部品と実装対象物との間の近づき量を制御することにより、金属接合部どうしの摩擦接合が終了する時点の部品と実装対象物との近接位置を規制して、接合した金属接合部を所定高さに揃えることができ、接合した金属接合部の高さのバラツキやこれによる影響を防止することができる。
【００１０】
本発明はまた、部品取り扱いツールにて部品を保持し、この部品の金属接合部を実装対象物の金属接合部に対向させて加圧しながら部品取り扱いツールに超音波振動を与えて、金属接合部どうしを前記加圧状態で摩擦させ超音波接合し部品を実装対象物に実装し、部品取り扱いツールが金属接合部どうしを圧接させたときの位置から、金属接合部どうしの超音波接合が終了するまでの部品取り扱いツールの進出量を制御して、前記超音波接合を行い部品を実装対象物に実装することを特徴とする部品実装方法であって、金属接合部どうしの接合面積の大きさに対応して超音波振動による接合エネルギの大きさを制御することも１つの特徴としている。
【００１１】
これによると、部品の金属接合部と実装対象物の金属接合部とを部品を保持している部品取り扱いツールにより加圧しながら、部品取り扱いツールを通じて部品に超音波振動を与えて摩擦させ金属接合部どうしを超音波接合するのに併せ、金属接合部どうしが圧接した時点からの部品取り扱いツールの進出量を制御することにより、部品の実装対象物への金属接合部どうしの摩擦溶融あるいは電子間結合による接合を超音波振動にて短時間で確実に達成しながら、金属接合部どうしの超音波接合が終了する時点の部品の実装対象物に対する近接位置を規制して、上記の場合と同様に接合した金属接合部を所定高さに揃えることが、部品取り扱いツール側の制御だけで達成し、超音波接合した金属接合部の高さのバラツキやこれによる影響を防止することができる。
【００１２】
しかも上記各発明においては、金属接合部どうしの接合面積の大きさに対応して相対移動や超音波振動による摩擦の接合エネルギの大きさを超音波振動の周波数やその大きさなどにより制御しているので、金属接合部を所定の高さに規制しながら、接合面の大きさおよびその変化に合わせた大きさの接合エネルギで、摩擦接合や超音波接合を安定して達成することができる。
【００１３】
上記発明において、部品と実装対象物とを相対移動させるツール、例えば部品取り扱いツールの進出、加圧動作をそれに連結したボイスコイルモータの駆動制御で行って、金属接合部どうしを超音波接合して部品を実装対象物に実装するのに併せ、金属接合部どうしが圧接したときの部品取り扱いツールの位置をボイスコイルモータの駆動電流の変化から検出すれば、この検出位置を制御基点としてそれ以降のボイスコイルモータによる部品取り扱いツールの進出量を制御することができ、ボイスコイルモータとその制御手段だけで超音波接合のための金属接合部どうしの加圧と部品取り扱いツールの進出量の制御が達成される。
【００１４】
これら制御する近づき量や、進出量が、金属接合部に応じて設定した一定量であると、相対移動や超音波振動による摩擦接合のための押し潰し代を、バンプなど金属接合部の種類や大きさに合った所定量に設定して摩擦接合を首尾よく達成しながら、接合後の金属接合部の高さにバラツキが生じるのを防止することができる。
【００１５】
上記のような方法を達成する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部品取り扱い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圧接させ実装に供する部品取り扱い手段と、部品取り扱い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て加圧しながら超音波振動手段を働かせ、部品取り扱いツールが金属接合部どうしを圧接させたときの位置から、金属接合部どうしの超音波接合が終了するまでの部品取り扱いツールの進出量を制御して金属接合部どうしを超音波接合させ、部品を実装対象物に実装する制御手段とを備えた部品実装装置であって、制御手段は、金属接合部どうしの接合面積の大きさに対応して超音波振動の周波数や大きさを制御することを特徴とする。これによれば上記部品実装方法を所定のプログラムに従った制御手段による制御で自動的に安定して高速度で達成することができる。
【００１６】
特に制御手段は、上記方法のように金属接合部どうしの接合面積の大きさに対応して超音波振動による接合エネルギの大きさを超音波振動の周波数や大きさなどにより制御することができる。また、部品取り扱い手段に部品取り扱いツールに連結してそれを進出、加圧動作させるボイスコイルモータを備えることにより、ボイスコイルモータによる部品取り扱いツールの進出、加圧動作を制御して金属接合部どうしの超音波接合をするのに、金属接合部どうしの圧接をボイスコイルモータの駆動電流の変化によって検出し、その検出時点から部品取り扱いツールの進出量を制御することができる。このときの進出量は、上記方法のように金属接合部に応じて設定した一定量であるのが好適である。
【００１７】
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用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の部品の実装方法およびその装置の実施の形態について、実施例とともに図１〜図７を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
【００１９】
本実施の形態は、図３に示すように半導体ウエハ１がダイシングシート２上で個々のベアＩＣチップ３にダイシングされたものを部品として取り扱い、図１に示すようにプリント配線板などの回路基板４を実装対象物とし、双方の金属接合部である電気接合部５、６の超音波接合、つまり電気接合を伴ってベアＩＣチップ３を回路基板４に実装する場合の一例であり、１つの実施例としてベアＩＣチップ３の電気接合部５は半導体ウエハ１の上に薄膜技術によって形成された電極７にワイヤボンディング技術で形成した金属製のバンプ８とし、回路基板４の電気接合部６はその表面に形成された導体ランド９としてある。もっとも、本発明はこれに限られることはなく、部品と実装対象物との相対移動や少なくとも一方に超音波振動を与えることにより金属接合部どうしを摩擦させて溶融あるいは電子間結合を伴い接合するあらゆる場合、および、他のＩＣチップなど各種の電子部品や電子部品以外の種々な部品を種々な金属接合部の摩擦接合を伴って、回路基板以外の板状物や他の形態のものを含む種々な実装対象物に各種に実装する全ての場合に適用できる。
【００２０】
本実施の形態の部品実装方法は、図１の（ａ）に示すように、ベアＩＣチップ３の金属接合部５を回路基板４の金属接合部６に対向させて加圧しながら、ベアＩＣチップ３と回路基板４との相対移動により、電気接合部５、６どうしを加圧状態で摩擦させて溶融あるいは電子間結合を伴い接合するのに、ベアＩＣチップ３と回路基板４との電気接合部５、６どうしが圧接したときの図１の（ｂ）に示す位置関係から、電気接合部５、６どうしの接合が終了する図１の（ｂ）に仮想線で示す時点までのベアＩＣチップ３と回路基板４との近づき量（進出量Ｈ）を制御して、前記接合を行いベアＩＣチップ３を回路基板４に実装する。
【００２１】
これにより、ベアＩＣチップ３の金属接合部５と回路基板４の金属接合部６とを対向させて加圧しながら、ベアＩＣチップ３と回路基板４との相対移動によりそれら電気接合部５、６どうしを摩擦させて溶融あるいは電子間結合を伴い接合するのに併せ、電気接合部５、６どうしが圧接した時点からのベアＩＣチップ３と回路基板４との間の図１の（ａ）、（ｂ）に示す近づき量Ｈを制御することにより、電気接合部５、６どうしの摩擦接合が終了する時点のベアＩＣチップ３と回路基板４との近接位置を規制して、接合した電気接合部５、６の総高さを所定高さＨｈに揃えることができ、接合した電気接合部５、６の高さＨｈにバラツキが生じるようなことを防止し、そのようなバラツキによりＩＣチップの電極にダメージを受けたり、ＩＣチップの特性にバラツキがあったりするような影響を回避することができる。
【００２２】
さらに具体的には、部品取り扱いツールである例えば吸着ノズル１４にてベアＩＣチップ３を保持し、このベアＩＣチップ３の電気接合部５を回路基板４の電気接合部６に対向させて加圧しながら吸着ノズル１４に超音波振動手段２４により超音波振動を与えて、電気接合部５、６どうしを摩擦させ超音波接合しベアＩＣチップ３を回路基板４に実装するようにしていて、電気接合部５、６どうしの接合を超音波振動による振動的摩擦を部品取り扱いツールである吸着ノズル１４を利用して巧みに与えて、１／１０秒単位という極く短時間に確実に達成しながら、吸着ノズル１４が電気接合部５、６どうしを圧接させたときの図１の（ａ）に示す位置Ｈｓから、電気接合部５、６どうしの超音波接合が終了する時点までの吸着ノズル１４の進出量Ｈを制御して、前記超音波接合を行いベアＩＣチップ３を回路基板４に実装することにより、金属製の電気接合部５、６どうしの超音波接合が終了する時点の最終進出位置Ｈｅを規制できるようにし、接合後の電気接合部５、６の高さＨｈのバラツキやそれによる影響を防止するとができ、部品取り扱いツール側の位置制御だけで達成される。
【００２３】
なお、ベアＩＣチップ３を取り扱う本実施の形態では、ベアＩＣチップ３がパッケージを施されていないものであるのに対応して、電気接合部５、６を金属の溶融あるいは電子間結合を伴った溶接接合部１０を持って超音波接合するのに併せ、バンプ８を回路基板４の導体ランド９に圧接させるときのベアＩＣチップ３と回路基板４との近づきによって、それらの一方または双方に予め供与してある例えばシリカと樹脂バインダなどからなる図１に仮想線で示すような封止材１１を双方で圧迫しながらそれらの間の必要範囲、例えば図１に示すように双方の対向し合う接合面３ａおよび４ａの間の周囲から外回りに適度なぬれ広がり部１３を持つような範囲に充満させることにより、電気接合部５、６およびベアＩＣチップ３の接合面３ａなどをまわりから封止する封止処理をするようにしている。
しかし、ベアＩＣチップ３などのようにパッケージを施されない電子部品以外では、電気接合部５、６の接合部を回りから封止するだけでもよいし、そのような封止処理を省略することもできるなど、封止処理は電子部品の種類に応じて必ずしも必須ではない。
【００２４】
また、本実施の形態では、上記摩擦接合において、電気接合部５、６どうしの接合面積の大きさに対応して相対移動や超音波振動による接合エネルギの大きさを制御する。接合エネルギの大きさを変えるファクタは、相対移動や超音波振動の速度、周波数、強さ、加圧力などがあり、超音波振動では振動数を大きくするのが簡単で安定した制御ができる。これにより、電気接合部５、６を所定の高さＨｈに規制しながら、摩擦接合時の相対移動や超音波振動による接合エネルギを接合面の大きさおよびその変化に合わせたものとして、摩擦接合を安定して達成することができる。
【００２５】
このような操作で、電気接合部５、６の接合面積がそれぞれにおいて固有の大きさがある場合の違いにも対応することができるが、図１の（ｂ）に示すワイヤボンディング技術で形成されたバンプ８のように、電極７に溶融固着される所定の大きさおよび高さＨ２を持った基部８ａに対し、ボンディング終了時点でワイヤの引きちぎりにより生じる高さＨ２の先細り部８ｂを有したような形状の電気接合部５などでは、接合の進行による近づき量Ｈの増大とともにバンプ８の押し潰され量が増大し、接合面積および摩擦抵抗が徐々に増大するので、この接合面積が増大するのに従って、図２に示す１つの実施例して超音波振動の振動数を大きくする。
【００２６】
以上のように、ベアＩＣチップ３および回路基板４の電気接合部５、６の少なくとも一方にバンプ８を用いると、ベアＩＣチップ３と回路基板４との局部的な電気接合部５、６どうしの摩擦接合が、ベアＩＣチップ３および回路基板４間の干渉なく、バンプ８による十分な押し潰し代Ｈ２を持って確実に達成される。
【００２７】
また、本実施の形態では、部品取り扱いツールである吸着ノズル１４の進出、加圧動作をそれに連結した図３、図６、図７に示すボイスコイルモータ１５の駆動制御で行って、電気接合部５、６どうしを超音波接合してベアＩＣチップ３を回路基板４に実装するのに併せ、電気接合部５、６どうしが圧接したときの吸着ノズル１４の位置Ｈｓをボイスコイルモータ１５の駆動電流の変化から検出し、この検出位置Ｈｓを制御基点としてそれ以降のボイスコイルモータ１５による吸着ノズル１４の進出量を制御する。これにより、ボイスコイルモータ１５とその図３、図７に示すような制御手段２５だけで超音波接合のための電気接合部５、６どうしの加圧と吸着ノズル１４の進出量の制御を達成することができる。
【００２８】
この制御する進出量ＨないしはベアＩＣチップ３などの部品と回路基板４などの実装対象物との近づき位置が、電気接合部５、６に応じて設定した一定量であると、摩擦接合のための電気接合部５、６の押し潰し代を、バンプ８など電気接合部５、６の種類や大きさに合った所定量、例えばＨ２に設定して超音波接合を首尾よく達成しながら、超音波接合後の電気接合部５、６の高さＨｈのバラツキやその影響を防止することができる。
【００２９】
１つの実施例データを示すと、ベアＩＣチップ３のバンプ８を回路基板４の導体ランド９に圧接させながら超音波を与える吸着ノズル１４は、図３に示す部品実装装置のように、吸着ノズル１４を昇降させるボイスコイルモータ１５による下方への進出量の制御とその際の荷重制御とで荷重５００ｇ〜５Ｋｇ程度の磁気加圧力で前記圧接と加圧を行い、吸着ノズル１４に圧電素子１６からの振動を受けるホーン１７を接続して、吸着ノズル１４に、振動数６０ＫＨｚ、振幅１〜２μｍ程度の超音波振動を与えて、前記圧接されているバンプ８と導体ランド９とに摩擦を生じさせて、双方の溶融あるいは電子間結合を伴い超音波接合するようにしている。また、バンプ８の基部８ａの高さＨ１は３５μｍ前後、先細り部８ｂの高さＨ２は４０μｍ前後で、全高さＨ０は７５μｍ前後である。
【００３０】
押し潰し代は前記のように先細り部８ｂの高さＨ２に設定してあり、その押し潰しは、その開始時点ｔs から接合が終了する時点ｔe まで約０．３秒で達成され、その間超音波振動の振動数を前記６０ＫＨｚから数％徐々に高めて接合面積が増大するのに対応している。前記押し潰し代Ｈ２の設定によって、接合後の電気接合部５、６の高さＨｈはバンプ８の基部８ａの高さＨ１に電極７や導体ランド９の高さを加えた寸法となり、バンプ８は電極７と導体ランド９との間で図１の（ｂ）に仮想線で示すように整った一塊の形状になる。もっとも、電極７や導体ランド９が接合面３ａや４ａと面一に設けられる場合はそれら接合面３ａ、４ａと面一にされるものの高さは当然入らない。
【００３１】
なお、部品の種類によってはチャックタイプや接着、ねじなどにより保持するものなど各種の部品取り扱いツールを用いることができ、超音波接合する場合はそれら部品取り扱いツールを介して取り扱う部品に超音波振動を与えればよい。
吸着ノズル１４は図７に示すように上記超音波振動が与えられたときに折損しないように、これの支持軸８１に弾性チューブ８２を介して接続され、弾性チューブ８２を通じて支持軸８１側からの吸引作用も吸着ノズル１４に及ぶようにしている。しかし、そのための具体的な構成は特に問うものではなく種々に設計することができる。
【００３２】
以上のように本実施の形態では、ベアＩＣチップ３のバンプ８と回路基板４の導体ランド９との圧接状態で、ベアＩＣチップ３に超音波振動を与えてバンプ８と導体ランド９とを摩擦させ、それら電気接合部５、６どうしを溶融あるいは電子間結合を伴い超音波接合して電気的にも接合するのと同時に、バンプ８および導体ランド９どうしを圧接する際にベアＩＣチップ３および回路基板４の接合面３ａ、４ａの少なくとも一方に予め供与されている封止材１１を互いの近づきによって圧迫し、特別な作業および時間なしに相互間の必要な範囲に強制的に一瞬に充満させられるので、バンプ８および導体ランド９どうしの電気的な接合と、封止材１１を必要範囲に充満させること、を１つの作業のうちに短時間で達成することができ、用いる装置も１つで足りる。
【００３３】
また、用いる封止材１１は流し込みの場合のような粘度の制限はなく、例えば２０００〜１００００ｃｐｓと云った広範囲な粘度設定ができ、高い粘度のものを用いて例えば２５℃程度の低い温度で前記作業とともに短時間に硬化させられる。封止材１１の種類としては、エポキシ系、アクリル系、ポリイミド系などがあり、これに硬化材として酸無水物系やフェノール系が混合された接着剤をシリカなどのフィラー材のバインダとしたものを用いた。しかし、これらに限られることはなく、これから開発されるものを含め種々なものを採用することができる。
【００３４】
要するに、ベアＩＣチップ３などの部品の回路基板４などの実装対象物への実装が１つの簡単な作業および装置で短時間に少ない熱消費で達成される。例えば１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさのベアＩＣチップ３の場合で、封止処理を含む接合に要した時間は図２に示すように０．４秒程度であった。しかも、電気接合部５、６であるバンプ８や導体ランド９などの電気的な接合は金属接合、特に溶接接合や電子間結合を伴うもので確実であり、接触不良による不良品の発生がなく歩留りが向上する。従って、製品コストの低減が図れる。
【００３５】
また、封止材１１はベアＩＣチップ３や回路基板４の接合面３ａ、４ａの少なくとも一方に一塊に供与しておけばよく空気が混入しにくい利点がある。封止材１１の供与はディスペンサで塗布して、あるいは印刷によって、あるいは、転写によって適時に供与すればよい。印刷や転写は下向き面に供与するのに垂れなどがなく好適である。もっとも、山盛り状態にした封止材１１に吸着ノズル１４で吸着保持したベアＩＣチップ３の接合面３ａを近づけて行って付着させ供与するようにもできる。これらの作業は、前記部品実装のためのベアＩＣチップ３や回路基板４の取り扱い作業中のタイムラグを利用して、簡単かつ短時間に行える。
場合によっては取り扱い作業に関連した前作業などで行ってもよい。
【００３６】
上記のような部品実装方法を達成する部品の実装装置としては、図３に示すように、ベアＩＣチップ３などの部品を所定位置Ａに供給する部品供給部２１と、電気接合部５、６の接合を伴ってベアＩＣチップ３などの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Ｂに供給して部品の実装に供した後、これを他へ移す実装対象物取り扱い手段２２と、部品供給部２１で供給される部品を吸着ノズル１４などの部品取り扱いツールで保持して取り扱い、ベアＩＣチップ３のバンプ８などの電気接合部５を有した接合面３ａを回路基板４の導体ランド９などの電気接合部６を有した接合面４ａに対向させて、双方の電気接合部５、６どうしが対向するように位置合わせして圧接させ実装に供する部品取り扱い手段２３と、吸着ノズル１４などの部品取り扱い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２４と、部品実装位置Ｂにて、実装対象物取り扱い手段２２が取り扱う回路基板４などの実装対象物の金属製の電気接合部である導体ランド９などに、部品取り扱い手段２３が取り扱うベアＩＣチップ３などの部品の金属製の電気接合部であるバンプ８などを対向させて加圧しながら超音波振動手段２４を働かせ、吸着ノズル１４が電気接合部５、６どうしを圧接させたときの位置Ｈｓから、電気接合部５、６どうしの超音波接合が終了するまでの吸着ノズル１４の進出量Ｈを制御して電気接合部５、６どうしを超音波接合させ、ベアＩＣチップ３を回路基板４に実装するようにした制御手段２５とを備えれば足り、図７に示す所定のプログラムデータ２６に従った制御手段２５による制御で、上記のような部品実装方法を自動的に安定して高速度で達成することができる。
【００３７】
制御手段２５にはＣＰＵやマイクロコンピュータを用いるのが好適であるが、これに限られることはなく、種々な構成および制御形式を採用することができる。プログラムデータ２６は制御手段２５の内部または外部のメモリに記憶されたもの、あるいはハード回路で構成されたシーケンス制御によるものなど、どの様な形態および構成のものでもよい。
【００３８】
図３に示す実施例では、基台３１の前部に実装対象物取り扱い手段２２が設けられ、回路基板４をそのベアＩＣチップ３との接合面４ａが上向きとなるように取り扱い、上方から簡易に実装されるようにしている。実装対象物取り扱い手段２２はレール３２に沿って回路基板４を一端のローダ部３３から他端のアンローダ部３４までＸ方向に搬送する搬送手段をなしている。しかし、回路基板４が小さいなど実装対象物の大きさや形状、形態などによっては、これを把持して持ち運ぶタイプの手段とすることもできる。レール３２はローダ部３３の下流側直ぐに設定された部品実装位置Ｂの範囲の部分が、図３、図４に示すように独立したレール３２ａとされ、このレール３２ａと、このレール３２ａに受け入れた回路基板４を下方から吸着保持するボンディングステージ３５とを、前記Ｘ方向と直行するＹ方向に移動させるＹ方向テーブル３６で支持して設け、レール３２と並ぶ回路基板４の受け渡し位置Ｂ１と、これよりも後方の部品の実装作業を行う図３に示す実装作業位置Ｂ２との間で往復移動させる。
【００３９】
これにより、ローダ部３３から部品実装位置Ｂのレール３２ａ上に回路基板４が到達する都度、ボンディングステージ３５ではその回路基板４をストッパ３０ａが所定位置に受止めた後、受け止めた回路基板４を押圧子３０ｂによりレール３２ａの一方に押圧して位置規正する。位置規正後の回路基板４はボンディングステージ３５で吸着保持する。これに併せ、ボンディングステージ３５を前記実装作業位置Ｂ２に移動して位置決めし、吸着保持している回路基板４への部品の実装に供する。実装作業位置Ｂ２で部品の実装が終了する都度ボンディングステージ３５はレール３２と並ぶ受け渡し位置Ｂ１に移動されて、回路基板４の吸着を解除するとともに部品実装後の回路基板４をレール３２ａからレール３２の下流側に送りだしてアンローダ部３４まで搬送し他への搬出を図る。以上で多数の回路基板４を順次にベアＩＣチップ３などの部品の実装に供して電子回路基板を連続的に製造することができる。
【００４０】
一方、ローダ部３３およびボンディングステージ３５にはヒータを埋蔵するなどした予備加熱部３３ａおよび本加熱部３５ａが設けられ、部品の実装に供される回路基板４をそれぞれの位置にある間予備加熱、および本加熱して、回路基板４とベアＩＣチップ３との間に充満される封止材１１を２５℃程度に加熱できるようにする。比較的低温な加熱であるのでベアＩＣチップ３を回路基板４に超音波接合する作業のうちに封止材１１をほぼ硬化させることができ予備加熱を省略することはできる。しかし、予備加熱を行えばより無理なく加熱できる。もっとも、封止材１１を硬化させるのに紫外線など光を用いることもできる。
【００４１】
レール３２の部品実装位置Ｂの下流側でレール３２の後方に部品供給部２１が設けられ、ダイシングシート２上で半導体ウエハ１が個々のベアＩＣチップ３にダイシングされた部品をストックする部品マガジン３８を装着して昇降させるマガジンリフタ４１と、部品マガジン３８にストックされた所定の種類のベアＩＣチップ３が、マガジンリフタ４１による部品マガジン３８の高さ設定によって図示しない出し入れ手段に対向させることで、ダイシングシート２ごと押し出され、または引き出されるのを保持し、ダイシングシート２をエキスパンドして各ベアＩＣチップ３の間隔を広げてピックアップされやすくするエキスパンド台３７とを設置している。
【００４２】
エキスパンド台３７はＸ方向テーブル４２によりＸ方向に、Ｙ方向テーブル４３によりＹ方向に移動されて、ダイシングシート２上のベアＩＣチップ３のうちの供給するものをダイシングシート２の下方から突き上げられる突き上げ棒４４のある部品供給位置Ａに順次に位置決めして、必要なだけ供給できるようにする。ベアＩＣチップ３の供給を終えるか、供給するベアＩＣチップ３の種類を変えるような場合、エキスパンド台３７上のダイシングシート２を必要なものと交換する。これにより、各種のベアＩＣチップ３を必要に応じて順次自動的に供給して実装されるようにすることができる。もっとも、部品供給部２１は実装する部品の種類や形態に応じた構成にすればよいし、各種の構成の部品供給部２１を併設することができる。これに対応して部品取り扱い機構２３を複数備え、あるいは複数種類の部品取り扱いツールを切換え、あるいは交換して選択的に用いるようにすることができる。
【００４３】
上記のように、回路基板４をその接合面４ａが上向きとなるようにしてベアＩＣチップ３などの部品の実装に供し、部品供給部２１が接合面３ａを上にしたベアＩＣチップ３を供給して前記上向きの回路基板４への実装に供するものであるのに対応して、本実施の形態では部品取り扱い手段２３を、接合面３ａが上向きとなったこのベアＩＣチップ３などの部品を部品取り扱いツールの１例である吸着ノズル４５などによって上方から保持してピックアップした後、それを反転さるように、具体的には部品取り扱い側の、部品取り扱い端である吸着面４５ａ上、あるいは図５に示すように吸着面４５ａから離れた位置Ｃを中心に旋回させて接合面３ａを下向きに反転させるようにベアＩＣチップ３などの部品を取り扱う図３、図５に示すような部品反転手段２３ａと、超音波振動手段２４を装備し、部品反転手段２３ａにより接合面３ａを下にされたベアＩＣチップ３などの部品を上方から保持してピックアップした後、実装対象物取り扱い手段２２によって部品実装位置Ｂで接合面４ａが上向きにされている回路基板４などの実装対象物との超音波接合に供するように部品を取り扱う図３、図６、図７に示すような接合手段２３ｂとで構成している。
【００４４】
これにより、半導体ウエハ１が、ダイシングシート２上でダイシングされて接合面３ａが上に向いたベアＩＣチップ３などで、所定位置にてエキスパンド台３７によりダイシングシート２をエキスパンドした荷姿状態で供給され、それを図の実施例のように専用して、あるいは別の荷姿の部品と複合して供給される場合でも多数を繰り返し用いて、繰り返し実装するようなときに、ダイシングシート２上のベアＩＣチップ３などを反転手段２３ａによって上方からピックアップして接合面３ａが下向きとなるように反転させた後、これを接合手段２３ｂにより上方からピックアップして、実装対象物取り扱い手段２２によって取り扱われ部品実装位置Ｂで接合面４ａが上向きにされている回路基板４などの実装対象物に上方から圧接させて双方の電気接合部５、６であるバンプ８および導体ランド９どうしを超音波接合する。このように、反転手段２３ａと接合手段２３ｂとが協働したベアＩＣチップ３などの部品の取り扱いによって、ベアＩＣチップ３などの上向きで供給される部品を上向きで取り扱われる回路基板４などの実装対象に順次混乱なく多数繰り返し実装することができる。
【００４５】
図３に示す実施例では、反転手段２３ａは供給されるベアＩＣチップ３などの部品をピックアップする部品供給位置Ａと、ピックアップしたベアＩＣチップ３の接合面３ａが下向きとなるように反転させた後、接合手段２３ｂによる接合のためのピックアップに供する受け渡し位置Ｄとの間をＸ方向テーブル５６により往復移動される基台５７に、モータ５１およびこれによって回転駆動される横軸５２を設け、この横軸５２のまわりに部品取り扱いツールの一例である吸着ノズル４５が１本、あるいは複数本放射状方向に装備した部品反転ヘッド５４を持ち、吸着ノズル４５は部品反転ヘッド５４上でエアシリンダ５５により軸線方向に進退させられる。
【００４６】
これにより、反転手段２３ａは下向きにされた吸着ノズル４５が部品供給位置Ａにて昇降して、そこに供給されているベアＩＣチップ３を吸着してピックアップした後、吸着ノズル４５を前記位置Ｃの回りに回動させて上向きにすることで、前記ピックアップしたベアＩＣチップ３の接合面３ａを上向きから下向きに反転させて、受け渡し位置Ｄに移動して接合手段２３ｂによるピックアップに供する。
【００４７】
接合手段２３ｂは上記吸着ノズル１４を持ったもので、Ｘ方向テーブル５８により受け渡し位置Ｄと実装位置Ｂとの間を往復移動して、受け渡し位置Ｄで接合面３ａが下向きにされたベアＩＣチップ３を吸着してピックアップし、これを実装位置Ｂの実装位置Ｂ１へ移動されて、そこに位置決めされている回路基板４の所定位置に圧接させ、上記のように超音波接合を行うことを繰り返す。従って、反転手段２３ａと接合手段２３ｂの協働により、部品供給部２１で接合面３ａが上向きで供給されるベアＩＣチップ３を回路基板４の上に必要なだけ実装することができる。もっともこれには、反転手段２３ａの側はＸ方向に移動せず部品供給位置Ａに定置されていても、接合手段２３ｂが部品供給位置Ａと実装位置Ｂとの間を往復移動できればよい。また、逆であってもよい。
【００４８】
接合手段２３ｂのＸ方向の移動と、前記ボンディングステージ３５のＹ方向の移動との複合で、回路基板４のどの位置にもベアＩＣチップ３などの部品を実装できる。しかし、そのための移動方式も必要に応じて種々に変更することができる。
【００４９】
もっとも、これら反転手段２３ａや接合手段２３ｂは、直線往復移動されるものに限らず、非直線移動を含む各種の移動を複合した動きをするものとすることができるし、多関節ロボットによれば１つの動作手段によって達成することもできる。
【００５０】
本実施の形態の部品実装装置は、さらに、図７に示すように接合手段２３ｂでの部品実装のための接合を行う部品取り扱いツールとしての吸着ノズル１４の進出、加圧動作をそれに連結したボイスコイルモータ１５の制御手段２５による駆動制御で行い、電気接合部５、６どうしを超音波接合して部品を実装対象物に実装するのに併せ、制御手段２５により電気接合部どうしが圧接したときの吸着ノズル１４の位置Ｈｓをボイスコイルモータ１５の駆動電流の変化を電流計８１を通じるなどして負荷の増大によりボイスコイルモータ１５のコイルの電流が増大する変化を検出し、このときの検出位置Ｈｓを制御基点としてそれ以降のボイスコイルモータ１５による吸着ノズル１４の進出量Ｈを制御するようにしている。
【００５１】
これにより、ボイスコイルモータ１５とそれを制御する制御手段２５だけで超音波接合のための電気接合部５、６どうしの加圧と吸着ノズル１４の進出量の制御が達成される。制御手段２５はまた超音波振動手段２４を駆動制御するのに、電気接合部５、６どうしの接合の進行に伴い前記接合面積が増大するのに合わせ、接合エネルギを大きくする制御、例えば振動数を徐々に増大させる制御も行うが、部品ごとの電気接合部５、６の接合面積の大きさの違いには、プログラムデータ２６によるそのときどきに実装する部品のデータ、あるいは部品供給部２１で供給される部品のデータ、供給された部品に関する認識データ、制御手段２５の内部や外部のメモリ２５ａに記憶された実装部品のデータなどによって、現時点で実装している部品の種類を知ることにより対応することができる。
【００５２】
もっとも、摩擦接合時の接合面積の大きさに応じた接合エネルギの設定は、超音波振動手段２４によって吸着ノズル１４などに超音波振動を与えて接合動作しているときに、接合面積の大きさによって摩擦抵抗が異なることによって生じる、吸着ノズル１４の実際の振動状態と設定値とのずれを検出し、この検出したずれに応じて接合エネルギを調整するようにしても、上記の場合同様に対応できる。
【００５３】
なお、本実施の形態の装置は、図３に示すように実装対象物取り扱い手段２２が取り扱う回路基板４などの実装対象物と、部品取り扱い手段２３が取り扱うベアＩＣチップ３などの部品との接合面３ａ、４ａの少なくとも一方に、それらが前記位置合わせされるまでの段階で制御手段２５により働かされて封止材１１を供与する封止材供与手段６１を備えている。これにより、ベアＩＣチップ３などの部品および回路基板４などの実装対象物の少なくとも一方への封止材１１の供与も含めて、１つの装置でベアＩＣチップ３などの部品の実装を自動的に達成することができる。
【００５４】
図に示す実施例では、Ｘ方向テーブル５８により、接合手段２３ｂとともにＸ方向に移動されるように封止材供与手段６１を装備し、例えば実装位置Ｂに移動してディスペンサ６２をシリンダ６３で下降させて回路基板４の接合面４ａの側に図１に仮想線で示すように封止材１１を供与し、供与が終了すればディスペンサ６２を上動させて封止材供与手段６１を側方に退避させるのと同時に、接合手段２３ｂを部品実装位置Ｂに移動させて吸着ノズル１４が保持しているベアＩＣチップ３などの部品を供与された封止材１１の上から回路基板４に圧接させて超音波接合する。
【００５５】
また、図３に示す装置は、部品供給位置Ａに設けられるベアＩＣチップ３などの種類を画像認識するための認識カメラ７３、部品実装位置Ｂの実装位置Ｂ２に設けられて吸着ノズル１４に保持された部品の回転補正のための吸着向きや、回路基板４の接合面の状態などを画像認識するために、上向きおよび下向きに切換え働かされる認識カメラ７４を有している。さらに、制御状態またはそれに関する情報を表示するディスプレイ７５、認識カメラ７３、７４などによる認識画像をモニタするモニタ７６なども設けられている。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、部品の金属接合部と実装対象物の金属接合部とを対向させて加圧しながら、部品と実装対象物との相対移動や、超音波振動によりそれら金属接合部どうしを摩擦させて溶融あるいは電子間結合を伴い接合するのに、金属接合部どうしの摩擦接合が終了する時点の部品の実装対象物に対する近接位置、ないしは、前記接合を行う部品取り扱いツールの金属接合部どうしが圧接した時点からの進出量を規制して、接合した金属接合部を所定高さに揃えることができ、接合した金属接合部の高さのバラツキやこれによる影響を防止することができる部品実装方法や部品実装装置に適用すると好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の部品実装方法および装置の実施の形態を示し、その（ａ）は超音波接合動作状態での要部の断面図、その（ｂ）は接合のために電気接合部どうしを圧接させたときの側面図である。
【図２】図１の（ａ）の部品実装状態での部品取り扱いツールの進出量ないしは部品と実装対象物の近づき量の制御状態、および超音波振動の制御状態を示すグラフである。
【図３】図１の装置の全体の概略構成を示す斜視図である。
【図４】図３の装置の部品実装位置にあるボンディングステージの斜視図である。
【図５】図３の装置の部品取り扱い手段における反転手段を示す斜視図である。
【図６】図３の装置の部品取り扱い手段における接合手段を示す斜視図である。
【図７】図６の接合手段の断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
３ ベアＩＣチップ
４ 回路基板
３ａ、４ａ 接合面
５、６ 電気接合部
７ 電極
８ バンプ
９ 導体ランド
１０ 溶接接合部
１４ 吸着ノズル
１５ ボイスコイルモータ
２１ 部品供給部
２２ 実装対象物取り扱い手段
２３ 部品取り扱い手段
２３ａ 反転手段
２３ｂ 接合手段
２４ 超音波振動手段
２５ 制御手段
２６ プログラムデータ
３３ ローダ部
３４ アンローダ部
３５ ボンディングステージ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品実装方法と装置、より詳しくは、部品を金属接合部どうしの摩擦接合により実装対象物に実装する部品実装方法と装置に関し、例えば、プリント配線板などの回路基板に実装して電子回路基板を製造するようなＩＣチップなどの電子部品の実装に用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
ベアＩＣチップなどのＩＣチップは、回路基板にプリント配線などして形成された導体ランド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の導体ランドを持った接合面に対向させて、導体ランド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】
このような実装を行うのに本出願人は、ＩＣチップの電極の上に金属製のバンプをワイヤボンディングなどによって形成し、このＩＣチップを吸着ノズルによって吸着、保持して取り扱い、位置決めされた回路基板の上の所定位置に対向させて、前記バンプを回路基板の導体ランドに押し当てた状態で、吸着ノズル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超音波振動を与えてＩＣチップを振動させることにより、バンプおよび導体ランドどうしを摩擦溶融させて超音波接合し、ＩＣチップを回路基板に実装する方法を先に提案している。
【０００４】
これにより、ＩＣチップなどの部品を金属の溶融を伴う接合により、確実な電気接合と高い実装強度を満足して、しかも迅速に回路基板に実装することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のような部品実装において、部品を実装した後のバンプの高さにバラツキが生じ、これが原因してＩＣチップの電極にダメージを受けたり、ＩＣチップの特性のバラツキがあったりする。これは、金属接合部どうしを超音波接合するのに部品にボンディング荷重を掛け続けることが原因していると思われる。これは、超音波接合する場合にかかわらず、部品および実装対象物の相対移動によって双方の金属接合部どうしを加圧しながら摩擦溶融させて接合するあらゆる場合に共通する。
【０００６】
また、ワイヤボンディングで形成したバンプは、電極面に所定の大きさおよび厚みを持って溶融固着される基部に対し、先端部がボンディング終了時のボンディングワイヤの引きちぎりによって形成される先細り形状を有し、先端部を所定高さまで押し潰すいわゆるレベリング処理をするにしても先細り形状は残る。従って、金属接合部どうしを加圧しながら接合するとき接合が進むにつれて接合面積が徐々に増大する。このとき、接合の安定のために接合面積が増大するにつれて相対移動による摩擦あるいは超音波振動による摩擦での接合エネルギを大きくしていくことが考えられるが、一定の加圧を掛け続ける上でバンプの高さにバラツキが生じやすい。
【０００７】
本発明の目的は、金属接合部どうしの超音波振動などによる摩擦接合を図って部品を実装対象物に実装するのに、金属接合部を所定の高さに揃えられる、部品実装方法と装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段と発明の効果】
【０００８】
上記のような目的を達成するため、本発明の部品実装方法は、部品の金属接合部を実装対象物の金属接合部に対向させて加圧しながら、部品と実装対象物との相対移動により、金属接合部どうしを前記加圧状態で摩擦させて接合し部品を実装対象物に実装し、部品と実装対象物との金属接合部どうしが圧接したときの位置から、金属接合部どうしの接合が終了するまでの部品と実装対象物との近づき量を制御して、前記接合を行い部品を実装対象物に実装する部品実装方法であって、金属接合部どうしの接合面積の大きさに対応して摩擦による接合エネルギの大きさを制御することを特徴としている。
【０００９】
これにより、部品の金属接合部と実装対象物の金属接合部とを対向させて加圧しながら、部品と実装対象物との相対移動によりそれら金属接合部どうしを接合するのに併せ、金属接合部どうしが圧接した時点の位置からの部品と実装対象物との間の近づき量を制御することにより、金属接合部どうしの摩擦接合が終了する時点の部品と実装対象物との近接位置を規制して、接合した金属接合部を所定高さに揃えることができ、接合した金属接合部の高さのバラツキやこれによる影響を防止することができる。
【００１０】
本発明はまた、部品取り扱いツールにて部品を保持し、この部品の金属接合部を実装対象物の金属接合部に対向させて加圧しながら部品取り扱いツールに超音波振動を与えて、金属接合部どうしを前記加圧状態で摩擦させ超音波接合し部品を実装対象物に実装し、部品取り扱いツールが金属接合部どうしを圧接させたときの位置から、金属接合部どうしの超音波接合が終了するまでの部品取り扱いツールの進出量を制御して、前記超音波接合を行い部品を実装対象物に実装することを特徴とする部品実装方法であって、金属接合部どうしの接合面積の大きさに対応して超音波振動による接合エネルギの大きさを制御することも１つの特徴としている。
【００１１】
これによると、部品の金属接合部と実装対象物の金属接合部とを部品を保持している部品取り扱いツールにより加圧しながら、部品取り扱いツールを通じて部品に超音波振動を与えて摩擦させ金属接合部どうしを超音波接合するのに併せ、金属接合部どうしが圧接した時点からの部品取り扱いツールの進出量を制御することにより、部品の実装対象物への金属接合部どうしの摩擦溶融あるいは電子間結合による接合を超音波振動にて短時間で確実に達成しながら、金属接合部どうしの超音波接合が終了する時点の部品の実装対象物に対する近接位置を規制して、上記の場合と同様に接合した金属接合部を所定高さに揃えることが、部品取り扱いツール側の制御だけで達成し、超音波接合した金属接合部の高さのバラツキやこれによる影響を防止することができる。
【００１２】
しかも上記各発明においては、金属接合部どうしの接合面積の大きさに対応して相対移動や超音波振動による摩擦の接合エネルギの大きさを超音波振動の周波数やその大きさなどにより制御しているので、金属接合部を所定の高さに規制しながら、接合面の大きさおよびその変化に合わせた大きさの接合エネルギで、摩擦接合や超音波接合を安定して達成することができる。
【００１３】
上記発明において、部品と実装対象物とを相対移動させるツール、例えば部品取り扱いツールの進出、加圧動作をそれに連結したボイスコイルモータの駆動制御で行って、金属接合部どうしを超音波接合して部品を実装対象物に実装するのに併せ、金属接合部どうしが圧接したときの部品取り扱いツールの位置をボイスコイルモータの駆動電流の変化から検出すれば、この検出位置を制御基点としてそれ以降のボイスコイルモータによる部品取り扱いツールの進出量を制御することができ、ボイスコイルモータとその制御手段だけで超音波接合のための金属接合部どうしの加圧と部品取り扱いツールの進出量の制御が達成される。
【００１４】
これら制御する近づき量や、進出量が、金属接合部に応じて設定した一定量であると、相対移動や超音波振動による摩擦接合のための押し潰し代を、バンプなど金属接合部の種類や大きさに合った所定量に設定して摩擦接合を首尾よく達成しながら、接合後の金属接合部の高さにバラツキが生じるのを防止することができる。
【００１５】
上記のような方法を達成する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部品取り扱い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圧接させ実装に供する部品取り扱い手段と、部品取り扱い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て加圧しながら超音波振動手段を働かせ、部品取り扱いツールが金属接合部どうしを圧接させたときの位置から、金属接合部どうしの超音波接合が終了するまでの部品取り扱いツールの進出量を制御して金属接合部どうしを超音波接合させ、部品を実装対象物に実装する制御手段とを備えた部品実装装置であって、制御手段は、金属接合部どうしの接合面積の大きさに対応して超音波振動の周波数や大きさを制御することを特徴とする。これによれば上記部品実装方法を所定のプログラムに従った制御手段による制御で自動的に安定して高速度で達成することができる。
【００１６】
特に制御手段は、上記方法のように金属接合部どうしの接合面積の大きさに対応して超音波振動による接合エネルギの大きさを超音波振動の周波数や大きさなどにより制御することができる。また、部品取り扱い手段に部品取り扱いツールに連結してそれを進出、加圧動作させるボイスコイルモータを備えることにより、ボイスコイルモータによる部品取り扱いツールの進出、加圧動作を制御して金属接合部どうしの超音波接合をするのに、金属接合部どうしの圧接をボイスコイルモータの駆動電流の変化によって検出し、その検出時点から部品取り扱いツールの進出量を制御することができる。このときの進出量は、上記方法のように金属接合部に応じて設定した一定量であるのが好適である。
【００１７】
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用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の部品の実装方法およびその装置の実施の形態について、実施例とともに図１〜図７を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
【００１９】
本実施の形態は、図３に示すように半導体ウエハ１がダイシングシート２上で個々のベアＩＣチップ３にダイシングされたものを部品として取り扱い、図１に示すようにプリント配線板などの回路基板４を実装対象物とし、双方の金属接合部である電気接合部５、６の超音波接合、つまり電気接合を伴ってベアＩＣチップ３を回路基板４に実装する場合の一例であり、１つの実施例としてベアＩＣチップ３の電気接合部５は半導体ウエハ１の上に薄膜技術によって形成された電極７にワイヤボンディング技術で形成した金属製のバンプ８とし、回路基板４の電気接合部６はその表面に形成された導体ランド９としてある。もっとも、本発明はこれに限られることはなく、部品と実装対象物との相対移動や少なくとも一方に超音波振動を与えることにより金属接合部どうしを摩擦させて溶融あるいは電子間結合を伴い接合するあらゆる場合、および、他のＩＣチップなど各種の電子部品や電子部品以外の種々な部品を種々な金属接合部の摩擦接合を伴って、回路基板以外の板状物や他の形態のものを含む種々な実装対象物に各種に実装する全ての場合に適用できる。
【００２０】
本実施の形態の部品実装方法は、図１の（ａ）に示すように、ベアＩＣチップ３の金属接合部５を回路基板４の金属接合部６に対向させて加圧しながら、ベアＩＣチップ３と回路基板４との相対移動により、電気接合部５、６どうしを加圧状態で摩擦させて溶融あるいは電子間結合を伴い接合するのに、ベアＩＣチップ３と回路基板４との電気接合部５、６どうしが圧接したときの図１の（ｂ）に示す位置関係から、電気接合部５、６どうしの接合が終了する図１の（ｂ）に仮想線で示す時点までのベアＩＣチップ３と回路基板４との近づき量（進出量Ｈ）を制御して、前記接合を行いベアＩＣチップ３を回路基板４に実装する。
【００２１】
これにより、ベアＩＣチップ３の金属接合部５と回路基板４の金属接合部６とを対向させて加圧しながら、ベアＩＣチップ３と回路基板４との相対移動によりそれら電気接合部５、６どうしを摩擦させて溶融あるいは電子間結合を伴い接合するのに併せ、電気接合部５、６どうしが圧接した時点からのベアＩＣチップ３と回路基板４との間の図１の（ａ）、（ｂ）に示す近づき量Ｈを制御することにより、電気接合部５、６どうしの摩擦接合が終了する時点のベアＩＣチップ３と回路基板４との近接位置を規制して、接合した電気接合部５、６の総高さを所定高さＨｈに揃えることができ、接合した電気接合部５、６の高さＨｈにバラツキが生じるようなことを防止し、そのようなバラツキによりＩＣチップの電極にダメージを受けたり、ＩＣチップの特性にバラツキがあったりするような影響を回避することができる。
【００２２】
さらに具体的には、部品取り扱いツールである例えば吸着ノズル１４にてベアＩＣチップ３を保持し、このベアＩＣチップ３の電気接合部５を回路基板４の電気接合部６に対向させて加圧しながら吸着ノズル１４に超音波振動手段２４により超音波振動を与えて、電気接合部５、６どうしを摩擦させ超音波接合しベアＩＣチップ３を回路基板４に実装するようにしていて、電気接合部５、６どうしの接合を超音波振動による振動的摩擦を部品取り扱いツールである吸着ノズル１４を利用して巧みに与えて、１／１０秒単位という極く短時間に確実に達成しながら、吸着ノズル１４が電気接合部５、６どうしを圧接させたときの図１の（ａ）に示す位置Ｈｓから、電気接合部５、６どうしの超音波接合が終了する時点までの吸着ノズル１４の進出量Ｈを制御して、前記超音波接合を行いベアＩＣチップ３を回路基板４に実装することにより、金属製の電気接合部５、６どうしの超音波接合が終了する時点の最終進出位置Ｈｅを規制できるようにし、接合後の電気接合部５、６の高さＨｈのバラツキやそれによる影響を防止するとができ、部品取り扱いツール側の位置制御だけで達成される。
【００２３】
なお、ベアＩＣチップ３を取り扱う本実施の形態では、ベアＩＣチップ３がパッケージを施されていないものであるのに対応して、電気接合部５、６を金属の溶融あるいは電子間結合を伴った溶接接合部１０を持って超音波接合するのに併せ、バンプ８を回路基板４の導体ランド９に圧接させるときのベアＩＣチップ３と回路基板４との近づきによって、それらの一方または双方に予め供与してある例えばシリカと樹脂バインダなどからなる図１に仮想線で示すような封止材１１を双方で圧迫しながらそれらの間の必要範囲、例えば図１に示すように双方の対向し合う接合面３ａおよび４ａの間の周囲から外回りに適度なぬれ広がり部１３を持つような範囲に充満させることにより、電気接合部５、６およびベアＩＣチップ３の接合面３ａなどをまわりから封止する封止処理をするようにしている。
しかし、ベアＩＣチップ３などのようにパッケージを施されない電子部品以外では、電気接合部５、６の接合部を回りから封止するだけでもよいし、そのような封止処理を省略することもできるなど、封止処理は電子部品の種類に応じて必ずしも必須ではない。
【００２４】
また、本実施の形態では、上記摩擦接合において、電気接合部５、６どうしの接合面積の大きさに対応して相対移動や超音波振動による接合エネルギの大きさを制御する。接合エネルギの大きさを変えるファクタは、相対移動や超音波振動の速度、周波数、強さ、加圧力などがあり、超音波振動では振動数を大きくするのが簡単で安定した制御ができる。これにより、電気接合部５、６を所定の高さＨｈに規制しながら、摩擦接合時の相対移動や超音波振動による接合エネルギを接合面の大きさおよびその変化に合わせたものとして、摩擦接合を安定して達成することができる。
【００２５】
このような操作で、電気接合部５、６の接合面積がそれぞれにおいて固有の大きさがある場合の違いにも対応することができるが、図１の（ｂ）に示すワイヤボンディング技術で形成されたバンプ８のように、電極７に溶融固着される所定の大きさおよび高さＨ２を持った基部８ａに対し、ボンディング終了時点でワイヤの引きちぎりにより生じる高さＨ２の先細り部８ｂを有したような形状の電気接合部５などでは、接合の進行による近づき量Ｈの増大とともにバンプ８の押し潰され量が増大し、接合面積および摩擦抵抗が徐々に増大するので、この接合面積が増大するのに従って、図２に示す１つの実施例して超音波振動の振動数を大きくする。
【００２６】
以上のように、ベアＩＣチップ３および回路基板４の電気接合部５、６の少なくとも一方にバンプ８を用いると、ベアＩＣチップ３と回路基板４との局部的な電気接合部５、６どうしの摩擦接合が、ベアＩＣチップ３および回路基板４間の干渉なく、バンプ８による十分な押し潰し代Ｈ２を持って確実に達成される。
【００２７】
また、本実施の形態では、部品取り扱いツールである吸着ノズル１４の進出、加圧動作をそれに連結した図３、図６、図７に示すボイスコイルモータ１５の駆動制御で行って、電気接合部５、６どうしを超音波接合してベアＩＣチップ３を回路基板４に実装するのに併せ、電気接合部５、６どうしが圧接したときの吸着ノズル１４の位置Ｈｓをボイスコイルモータ１５の駆動電流の変化から検出し、この検出位置Ｈｓを制御基点としてそれ以降のボイスコイルモータ１５による吸着ノズル１４の進出量を制御する。これにより、ボイスコイルモータ１５とその図３、図７に示すような制御手段２５だけで超音波接合のための電気接合部５、６どうしの加圧と吸着ノズル１４の進出量の制御を達成することができる。
【００２８】
この制御する進出量ＨないしはベアＩＣチップ３などの部品と回路基板４などの実装対象物との近づき位置が、電気接合部５、６に応じて設定した一定量であると、摩擦接合のための電気接合部５、６の押し潰し代を、バンプ８など電気接合部５、６の種類や大きさに合った所定量、例えばＨ２に設定して超音波接合を首尾よく達成しながら、超音波接合後の電気接合部５、６の高さＨｈのバラツキやその影響を防止することができる。
【００２９】
１つの実施例データを示すと、ベアＩＣチップ３のバンプ８を回路基板４の導体ランド９に圧接させながら超音波を与える吸着ノズル１４は、図３に示す部品実装装置のように、吸着ノズル１４を昇降させるボイスコイルモータ１５による下方への進出量の制御とその際の荷重制御とで荷重５００ｇ〜５Ｋｇ程度の磁気加圧力で前記圧接と加圧を行い、吸着ノズル１４に圧電素子１６からの振動を受けるホーン１７を接続して、吸着ノズル１４に、振動数６０ＫＨｚ、振幅１〜２μｍ程度の超音波振動を与えて、前記圧接されているバンプ８と導体ランド９とに摩擦を生じさせて、双方の溶融あるいは電子間結合を伴い超音波接合するようにしている。また、バンプ８の基部８ａの高さＨ１は３５μｍ前後、先細り部８ｂの高さＨ２は４０μｍ前後で、全高さＨ０は７５μｍ前後である。
【００３０】
押し潰し代は前記のように先細り部８ｂの高さＨ２に設定してあり、その押し潰しは、その開始時点ｔs から接合が終了する時点ｔe まで約０．３秒で達成され、その間超音波振動の振動数を前記６０ＫＨｚから数％徐々に高めて接合面積が増大するのに対応している。前記押し潰し代Ｈ２の設定によって、接合後の電気接合部５、６の高さＨｈはバンプ８の基部８ａの高さＨ１に電極７や導体ランド９の高さを加えた寸法となり、バンプ８は電極７と導体ランド９との間で図１の（ｂ）に仮想線で示すように整った一塊の形状になる。もっとも、電極７や導体ランド９が接合面３ａや４ａと面一に設けられる場合はそれら接合面３ａ、４ａと面一にされるものの高さは当然入らない。
【００３１】
なお、部品の種類によってはチャックタイプや接着、ねじなどにより保持するものなど各種の部品取り扱いツールを用いることができ、超音波接合する場合はそれら部品取り扱いツールを介して取り扱う部品に超音波振動を与えればよい。
吸着ノズル１４は図７に示すように上記超音波振動が与えられたときに折損しないように、これの支持軸８１に弾性チューブ８２を介して接続され、弾性チューブ８２を通じて支持軸８１側からの吸引作用も吸着ノズル１４に及ぶようにしている。しかし、そのための具体的な構成は特に問うものではなく種々に設計することができる。
【００３２】
以上のように本実施の形態では、ベアＩＣチップ３のバンプ８と回路基板４の導体ランド９との圧接状態で、ベアＩＣチップ３に超音波振動を与えてバンプ８と導体ランド９とを摩擦させ、それら電気接合部５、６どうしを溶融あるいは電子間結合を伴い超音波接合して電気的にも接合するのと同時に、バンプ８および導体ランド９どうしを圧接する際にベアＩＣチップ３および回路基板４の接合面３ａ、４ａの少なくとも一方に予め供与されている封止材１１を互いの近づきによって圧迫し、特別な作業および時間なしに相互間の必要な範囲に強制的に一瞬に充満させられるので、バンプ８および導体ランド９どうしの電気的な接合と、封止材１１を必要範囲に充満させること、を１つの作業のうちに短時間で達成することができ、用いる装置も１つで足りる。
【００３３】
また、用いる封止材１１は流し込みの場合のような粘度の制限はなく、例えば２０００〜１００００ｃｐｓと云った広範囲な粘度設定ができ、高い粘度のものを用いて例えば２５℃程度の低い温度で前記作業とともに短時間に硬化させられる。封止材１１の種類としては、エポキシ系、アクリル系、ポリイミド系などがあり、これに硬化材として酸無水物系やフェノール系が混合された接着剤をシリカなどのフィラー材のバインダとしたものを用いた。しかし、これらに限られることはなく、これから開発されるものを含め種々なものを採用することができる。
【００３４】
要するに、ベアＩＣチップ３などの部品の回路基板４などの実装対象物への実装が１つの簡単な作業および装置で短時間に少ない熱消費で達成される。例えば１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさのベアＩＣチップ３の場合で、封止処理を含む接合に要した時間は図２に示すように０．４秒程度であった。しかも、電気接合部５、６であるバンプ８や導体ランド９などの電気的な接合は金属接合、特に溶接接合や電子間結合を伴うもので確実であり、接触不良による不良品の発生がなく歩留りが向上する。従って、製品コストの低減が図れる。
【００３５】
また、封止材１１はベアＩＣチップ３や回路基板４の接合面３ａ、４ａの少なくとも一方に一塊に供与しておけばよく空気が混入しにくい利点がある。封止材１１の供与はディスペンサで塗布して、あるいは印刷によって、あるいは、転写によって適時に供与すればよい。印刷や転写は下向き面に供与するのに垂れなどがなく好適である。もっとも、山盛り状態にした封止材１１に吸着ノズル１４で吸着保持したベアＩＣチップ３の接合面３ａを近づけて行って付着させ供与するようにもできる。これらの作業は、前記部品実装のためのベアＩＣチップ３や回路基板４の取り扱い作業中のタイムラグを利用して、簡単かつ短時間に行える。
場合によっては取り扱い作業に関連した前作業などで行ってもよい。
【００３６】
上記のような部品実装方法を達成する部品の実装装置としては、図３に示すように、ベアＩＣチップ３などの部品を所定位置Ａに供給する部品供給部２１と、電気接合部５、６の接合を伴ってベアＩＣチップ３などの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Ｂに供給して部品の実装に供した後、これを他へ移す実装対象物取り扱い手段２２と、部品供給部２１で供給される部品を吸着ノズル１４などの部品取り扱いツールで保持して取り扱い、ベアＩＣチップ３のバンプ８などの電気接合部５を有した接合面３ａを回路基板４の導体ランド９などの電気接合部６を有した接合面４ａに対向させて、双方の電気接合部５、６どうしが対向するように位置合わせして圧接させ実装に供する部品取り扱い手段２３と、吸着ノズル１４などの部品取り扱い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２４と、部品実装位置Ｂにて、実装対象物取り扱い手段２２が取り扱う回路基板４などの実装対象物の金属製の電気接合部である導体ランド９などに、部品取り扱い手段２３が取り扱うベアＩＣチップ３などの部品の金属製の電気接合部であるバンプ８などを対向させて加圧しながら超音波振動手段２４を働かせ、吸着ノズル１４が電気接合部５、６どうしを圧接させたときの位置Ｈｓから、電気接合部５、６どうしの超音波接合が終了するまでの吸着ノズル１４の進出量Ｈを制御して電気接合部５、６どうしを超音波接合させ、ベアＩＣチップ３を回路基板４に実装するようにした制御手段２５とを備えれば足り、図７に示す所定のプログラムデータ２６に従った制御手段２５による制御で、上記のような部品実装方法を自動的に安定して高速度で達成することができる。
【００３７】
制御手段２５にはＣＰＵやマイクロコンピュータを用いるのが好適であるが、これに限られることはなく、種々な構成および制御形式を採用することができる。プログラムデータ２６は制御手段２５の内部または外部のメモリに記憶されたもの、あるいはハード回路で構成されたシーケンス制御によるものなど、どの様な形態および構成のものでもよい。
【００３８】
図３に示す実施例では、基台３１の前部に実装対象物取り扱い手段２２が設けられ、回路基板４をそのベアＩＣチップ３との接合面４ａが上向きとなるように取り扱い、上方から簡易に実装されるようにしている。実装対象物取り扱い手段２２はレール３２に沿って回路基板４を一端のローダ部３３から他端のアンローダ部３４までＸ方向に搬送する搬送手段をなしている。しかし、回路基板４が小さいなど実装対象物の大きさや形状、形態などによっては、これを把持して持ち運ぶタイプの手段とすることもできる。レール３２はローダ部３３の下流側直ぐに設定された部品実装位置Ｂの範囲の部分が、図３、図４に示すように独立したレール３２ａとされ、このレール３２ａと、このレール３２ａに受け入れた回路基板４を下方から吸着保持するボンディングステージ３５とを、前記Ｘ方向と直行するＹ方向に移動させるＹ方向テーブル３６で支持して設け、レール３２と並ぶ回路基板４の受け渡し位置Ｂ１と、これよりも後方の部品の実装作業を行う図３に示す実装作業位置Ｂ２との間で往復移動させる。
【００３９】
これにより、ローダ部３３から部品実装位置Ｂのレール３２ａ上に回路基板４が到達する都度、ボンディングステージ３５ではその回路基板４をストッパ３０ａが所定位置に受止めた後、受け止めた回路基板４を押圧子３０ｂによりレール３２ａの一方に押圧して位置規正する。位置規正後の回路基板４はボンディングステージ３５で吸着保持する。これに併せ、ボンディングステージ３５を前記実装作業位置Ｂ２に移動して位置決めし、吸着保持している回路基板４への部品の実装に供する。実装作業位置Ｂ２で部品の実装が終了する都度ボンディングステージ３５はレール３２と並ぶ受け渡し位置Ｂ１に移動されて、回路基板４の吸着を解除するとともに部品実装後の回路基板４をレール３２ａからレール３２の下流側に送りだしてアンローダ部３４まで搬送し他への搬出を図る。以上で多数の回路基板４を順次にベアＩＣチップ３などの部品の実装に供して電子回路基板を連続的に製造することができる。
【００４０】
一方、ローダ部３３およびボンディングステージ３５にはヒータを埋蔵するなどした予備加熱部３３ａおよび本加熱部３５ａが設けられ、部品の実装に供される回路基板４をそれぞれの位置にある間予備加熱、および本加熱して、回路基板４とベアＩＣチップ３との間に充満される封止材１１を２５℃程度に加熱できるようにする。比較的低温な加熱であるのでベアＩＣチップ３を回路基板４に超音波接合する作業のうちに封止材１１をほぼ硬化させることができ予備加熱を省略することはできる。しかし、予備加熱を行えばより無理なく加熱できる。もっとも、封止材１１を硬化させるのに紫外線など光を用いることもできる。
【００４１】
レール３２の部品実装位置Ｂの下流側でレール３２の後方に部品供給部２１が設けられ、ダイシングシート２上で半導体ウエハ１が個々のベアＩＣチップ３にダイシングされた部品をストックする部品マガジン３８を装着して昇降させるマガジンリフタ４１と、部品マガジン３８にストックされた所定の種類のベアＩＣチップ３が、マガジンリフタ４１による部品マガジン３８の高さ設定によって図示しない出し入れ手段に対向させることで、ダイシングシート２ごと押し出され、または引き出されるのを保持し、ダイシングシート２をエキスパンドして各ベアＩＣチップ３の間隔を広げてピックアップされやすくするエキスパンド台３７とを設置している。
【００４２】
エキスパンド台３７はＸ方向テーブル４２によりＸ方向に、Ｙ方向テーブル４３によりＹ方向に移動されて、ダイシングシート２上のベアＩＣチップ３のうちの供給するものをダイシングシート２の下方から突き上げられる突き上げ棒４４のある部品供給位置Ａに順次に位置決めして、必要なだけ供給できるようにする。ベアＩＣチップ３の供給を終えるか、供給するベアＩＣチップ３の種類を変えるような場合、エキスパンド台３７上のダイシングシート２を必要なものと交換する。これにより、各種のベアＩＣチップ３を必要に応じて順次自動的に供給して実装されるようにすることができる。もっとも、部品供給部２１は実装する部品の種類や形態に応じた構成にすればよいし、各種の構成の部品供給部２１を併設することができる。これに対応して部品取り扱い機構２３を複数備え、あるいは複数種類の部品取り扱いツールを切換え、あるいは交換して選択的に用いるようにすることができる。
【００４３】
上記のように、回路基板４をその接合面４ａが上向きとなるようにしてベアＩＣチップ３などの部品の実装に供し、部品供給部２１が接合面３ａを上にしたベアＩＣチップ３を供給して前記上向きの回路基板４への実装に供するものであるのに対応して、本実施の形態では部品取り扱い手段２３を、接合面３ａが上向きとなったこのベアＩＣチップ３などの部品を部品取り扱いツールの１例である吸着ノズル４５などによって上方から保持してピックアップした後、それを反転さるように、具体的には部品取り扱い側の、部品取り扱い端である吸着面４５ａ上、あるいは図５に示すように吸着面４５ａから離れた位置Ｃを中心に旋回させて接合面３ａを下向きに反転させるようにベアＩＣチップ３などの部品を取り扱う図３、図５に示すような部品反転手段２３ａと、超音波振動手段２４を装備し、部品反転手段２３ａにより接合面３ａを下にされたベアＩＣチップ３などの部品を上方から保持してピックアップした後、実装対象物取り扱い手段２２によって部品実装位置Ｂで接合面４ａが上向きにされている回路基板４などの実装対象物との超音波接合に供するように部品を取り扱う図３、図６、図７に示すような接合手段２３ｂとで構成している。
【００４４】
これにより、半導体ウエハ１が、ダイシングシート２上でダイシングされて接合面３ａが上に向いたベアＩＣチップ３などで、所定位置にてエキスパンド台３７によりダイシングシート２をエキスパンドした荷姿状態で供給され、それを図の実施例のように専用して、あるいは別の荷姿の部品と複合して供給される場合でも多数を繰り返し用いて、繰り返し実装するようなときに、ダイシングシート２上のベアＩＣチップ３などを反転手段２３ａによって上方からピックアップして接合面３ａが下向きとなるように反転させた後、これを接合手段２３ｂにより上方からピックアップして、実装対象物取り扱い手段２２によって取り扱われ部品実装位置Ｂで接合面４ａが上向きにされている回路基板４などの実装対象物に上方から圧接させて双方の電気接合部５、６であるバンプ８および導体ランド９どうしを超音波接合する。このように、反転手段２３ａと接合手段２３ｂとが協働したベアＩＣチップ３などの部品の取り扱いによって、ベアＩＣチップ３などの上向きで供給される部品を上向きで取り扱われる回路基板４などの実装対象に順次混乱なく多数繰り返し実装することができる。
【００４５】
図３に示す実施例では、反転手段２３ａは供給されるベアＩＣチップ３などの部品をピックアップする部品供給位置Ａと、ピックアップしたベアＩＣチップ３の接合面３ａが下向きとなるように反転させた後、接合手段２３ｂによる接合のためのピックアップに供する受け渡し位置Ｄとの間をＸ方向テーブル５６により往復移動される基台５７に、モータ５１およびこれによって回転駆動される横軸５２を設け、この横軸５２のまわりに部品取り扱いツールの一例である吸着ノズル４５が１本、あるいは複数本放射状方向に装備した部品反転ヘッド５４を持ち、吸着ノズル４５は部品反転ヘッド５４上でエアシリンダ５５により軸線方向に進退させられる。
【００４６】
これにより、反転手段２３ａは下向きにされた吸着ノズル４５が部品供給位置Ａにて昇降して、そこに供給されているベアＩＣチップ３を吸着してピックアップした後、吸着ノズル４５を前記位置Ｃの回りに回動させて上向きにすることで、前記ピックアップしたベアＩＣチップ３の接合面３ａを上向きから下向きに反転させて、受け渡し位置Ｄに移動して接合手段２３ｂによるピックアップに供する。
【００４７】
接合手段２３ｂは上記吸着ノズル１４を持ったもので、Ｘ方向テーブル５８により受け渡し位置Ｄと実装位置Ｂとの間を往復移動して、受け渡し位置Ｄで接合面３ａが下向きにされたベアＩＣチップ３を吸着してピックアップし、これを実装位置Ｂの実装位置Ｂ１へ移動されて、そこに位置決めされている回路基板４の所定位置に圧接させ、上記のように超音波接合を行うことを繰り返す。従って、反転手段２３ａと接合手段２３ｂの協働により、部品供給部２１で接合面３ａが上向きで供給されるベアＩＣチップ３を回路基板４の上に必要なだけ実装することができる。もっともこれには、反転手段２３ａの側はＸ方向に移動せず部品供給位置Ａに定置されていても、接合手段２３ｂが部品供給位置Ａと実装位置Ｂとの間を往復移動できればよい。また、逆であってもよい。
【００４８】
接合手段２３ｂのＸ方向の移動と、前記ボンディングステージ３５のＹ方向の移動との複合で、回路基板４のどの位置にもベアＩＣチップ３などの部品を実装できる。しかし、そのための移動方式も必要に応じて種々に変更することができる。
【００４９】
もっとも、これら反転手段２３ａや接合手段２３ｂは、直線往復移動されるものに限らず、非直線移動を含む各種の移動を複合した動きをするものとすることができるし、多関節ロボットによれば１つの動作手段によって達成することもできる。
【００５０】
本実施の形態の部品実装装置は、さらに、図７に示すように接合手段２３ｂでの部品実装のための接合を行う部品取り扱いツールとしての吸着ノズル１４の進出、加圧動作をそれに連結したボイスコイルモータ１５の制御手段２５による駆動制御で行い、電気接合部５、６どうしを超音波接合して部品を実装対象物に実装するのに併せ、制御手段２５により電気接合部どうしが圧接したときの吸着ノズル１４の位置Ｈｓをボイスコイルモータ１５の駆動電流の変化を電流計８１を通じるなどして負荷の増大によりボイスコイルモータ１５のコイルの電流が増大する変化を検出し、このときの検出位置Ｈｓを制御基点としてそれ以降のボイスコイルモータ１５による吸着ノズル１４の進出量Ｈを制御するようにしている。
【００５１】
これにより、ボイスコイルモータ１５とそれを制御する制御手段２５だけで超音波接合のための電気接合部５、６どうしの加圧と吸着ノズル１４の進出量の制御が達成される。制御手段２５はまた超音波振動手段２４を駆動制御するのに、電気接合部５、６どうしの接合の進行に伴い前記接合面積が増大するのに合わせ、接合エネルギを大きくする制御、例えば振動数を徐々に増大させる制御も行うが、部品ごとの電気接合部５、６の接合面積の大きさの違いには、プログラムデータ２６によるそのときどきに実装する部品のデータ、あるいは部品供給部２１で供給される部品のデータ、供給された部品に関する認識データ、制御手段２５の内部や外部のメモリ２５ａに記憶された実装部品のデータなどによって、現時点で実装している部品の種類を知ることにより対応することができる。
【００５２】
もっとも、摩擦接合時の接合面積の大きさに応じた接合エネルギの設定は、超音波振動手段２４によって吸着ノズル１４などに超音波振動を与えて接合動作しているときに、接合面積の大きさによって摩擦抵抗が異なることによって生じる、吸着ノズル１４の実際の振動状態と設定値とのずれを検出し、この検出したずれに応じて接合エネルギを調整するようにしても、上記の場合同様に対応できる。
【００５３】
なお、本実施の形態の装置は、図３に示すように実装対象物取り扱い手段２２が取り扱う回路基板４などの実装対象物と、部品取り扱い手段２３が取り扱うベアＩＣチップ３などの部品との接合面３ａ、４ａの少なくとも一方に、それらが前記位置合わせされるまでの段階で制御手段２５により働かされて封止材１１を供与する封止材供与手段６１を備えている。これにより、ベアＩＣチップ３などの部品および回路基板４などの実装対象物の少なくとも一方への封止材１１の供与も含めて、１つの装置でベアＩＣチップ３などの部品の実装を自動的に達成することができる。
【００５４】
図に示す実施例では、Ｘ方向テーブル５８により、接合手段２３ｂとともにＸ方向に移動されるように封止材供与手段６１を装備し、例えば実装位置Ｂに移動してディスペンサ６２をシリンダ６３で下降させて回路基板４の接合面４ａの側に図１に仮想線で示すように封止材１１を供与し、供与が終了すればディスペンサ６２を上動させて封止材供与手段６１を側方に退避させるのと同時に、接合手段２３ｂを部品実装位置Ｂに移動させて吸着ノズル１４が保持しているベアＩＣチップ３などの部品を供与された封止材１１の上から回路基板４に圧接させて超音波接合する。
【００５５】
また、図３に示す装置は、部品供給位置Ａに設けられるベアＩＣチップ３などの種類を画像認識するための認識カメラ７３、部品実装位置Ｂの実装位置Ｂ２に設けられて吸着ノズル１４に保持された部品の回転補正のための吸着向きや、回路基板４の接合面の状態などを画像認識するために、上向きおよび下向きに切換え働かされる認識カメラ７４を有している。さらに、制御状態またはそれに関する情報を表示するディスプレイ７５、認識カメラ７３、７４などによる認識画像をモニタするモニタ７６なども設けられている。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、部品の金属接合部と実装対象物の金属接合部とを対向させて加圧しながら、部品と実装対象物との相対移動や、超音波振動によりそれら金属接合部どうしを摩擦させて溶融あるいは電子間結合を伴い接合するのに、金属接合部どうしの摩擦接合が終了する時点の部品の実装対象物に対する近接位置、ないしは、前記接合を行う部品取り扱いツールの金属接合部どうしが圧接した時点からの進出量を規制して、接合した金属接合部を所定高さに揃えることができ、接合した金属接合部の高さのバラツキやこれによる影響を防止することができる部品実装方法や部品実装装置に適用すると好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の部品実装方法および装置の実施の形態を示し、その（ａ）は超音波接合動作状態での要部の断面図、その（ｂ）は接合のために電気接合部どうしを圧接させたときの側面図である。
【図２】図１の（ａ）の部品実装状態での部品取り扱いツールの進出量ないしは部品と実装対象物の近づき量の制御状態、および超音波振動の制御状態を示すグラフである。
【図３】図１の装置の全体の概略構成を示す斜視図である。
【図４】図３の装置の部品実装位置にあるボンディングステージの斜視図である。
【図５】図３の装置の部品取り扱い手段における反転手段を示す斜視図である。
【図６】図３の装置の部品取り扱い手段における接合手段を示す斜視図である。
【図７】図６の接合手段の断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
３ ベアＩＣチップ
４ 回路基板
３ａ、４ａ 接合面
５、６ 電気接合部
７ 電極
８ バンプ
９ 導体ランド
１０ 溶接接合部
１４ 吸着ノズル
１５ ボイスコイルモータ
２１ 部品供給部
２２ 実装対象物取り扱い手段
２３ 部品取り扱い手段
２３ａ 反転手段
２３ｂ 接合手段
２４ 超音波振動手段
２５ 制御手段
２６ プログラムデータ
３３ ローダ部
３４ アンローダ部
３５ ボンディングステージ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品の金属接合部を実装対象物の金属接合部に対向させて加圧しながら、部品と実装対象物との相対移動により、金属接合部どうしを前記加圧状態で摩擦させて接合し部品を実装対象物に実装し、部品と実装対象物との金属接合部どうしが圧接したときの位置から、金属接合部どうしの接合が終了するまでの部品と実装対象物との近づき量を制御して、前記接合を行い部品を実装対象物に実装する部品実装方法であって、金属接合部どうしの接合面積の大きさに対応して摩擦による接合エネルギの大きさを制御することを特徴とする部品実装方法。
【請求項２】
部品取り扱いツールにて部品を保持し、この部品の金属接合部を実装対象物の金属接合部に対向させて加圧しながら部品取り扱いツールに超音波振動を与えて、金属接合部どうしを前記加圧状態で摩擦させ超音波接合し部品を実装対象物に実装し、部品取り扱いツールが金属接合部どうしを圧接させたときの位置から、金属接合部どうしの超音波接合が終了するまでの部品取り扱いツールの進出量を制御して、前記超音波接合を行い部品を実装対象物に実装することを特徴とする部品実装方法であって、金属接合部どうしの接合面積の大きさに対応して超音波振動による接合エネルギの大きさを制御することを特徴とする部品実装方法。
【請求項３】
部品の金属接合部を実装対象物の金属接合部に対向させて加圧しながら、部品と実装対象物との相対移動により、金属接合部どうしを前記加圧状態で摩擦させて接合し部品を実装対象物に実装し、部品と実装対象物との金属接合部どうしが圧接したときの位置から、金属接合部どうしの接合が終了するまでの部品と実装対象物との近づき量を制御して、前記接合を行い部品を実装対象物に実装する部品実装方法であって、金属接合部どうしの圧接を、部品と実装対象物とを相対移動させるツールに連結して進出、加圧動作させるボイスコイルモータの駆動電流の変化によって検出することを特徴とする部品実装方法。
【請求項４】
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部品取り扱い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圧接させ実装に供する部品取り扱い手段と、部品取り扱い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て加圧しながら超音波振動手段を働かせ、部品取り扱いツールが金属接合部どうしを圧接させたときの位置から、金属接合部どうしの超音波接合が終了するまでの部品取り扱いツールの進出量を制御して金属接合部どうしを超音波接合させ、部品を実装対象物に実装する制御手段とを備えた部品実装装置であって、制御手段は、金属接合部どうしの接合面積の大きさに対応して超音波振動の周波数や大きさを制御することを特徴とする部品実装装置。
【請求項５】
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部品取り扱い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圧接させ実装に供する部品取り扱い手段と、部品取り扱い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て加圧しながら超音波振動手段を働かせ、部品取り扱いツールが金属接合部どうしを圧接させたときの位置から、金属接合部どうしの超音波接合が終了するまでの部品と実装対象物との近づき量を制御して金属接合部どうしを超音波接合させ、部品を実装対象物に実装する制御手段とを備えた部品実装装置であって、部品取り扱い手段は部品取り扱いツールをそれに連結して進出、加圧動作させるボイスコイルモータを備え、制御手段はボイスコイルモータによる部品取り扱いツールの進出、加圧動作を制御して金属接合部どうしの超音波接合をするのに、金属接合部どうしの圧接を、これに対応したボイスコイルモータの駆動電流の変化によって検出することを特徴とする部品実装装置。
【請求項１】
部品の金属接合部を実装対象物の金属接合部に対向させて加圧しながら、部品と実装対象物との相対移動により、金属接合部どうしを前記加圧状態で摩擦させて接合し部品を実装対象物に実装し、部品と実装対象物との金属接合部どうしが圧接したときの位置から、金属接合部どうしの接合が終了するまでの部品と実装対象物との近づき量を制御して、前記接合を行い部品を実装対象物に実装する部品実装方法であって、金属接合部どうしの接合面積の大きさに対応して摩擦による接合エネルギの大きさを制御することを特徴とする部品実装方法。
【請求項２】
部品取り扱いツールにて部品を保持し、この部品の金属接合部を実装対象物の金属接合部に対向させて加圧しながら部品取り扱いツールに超音波振動を与えて、金属接合部どうしを前記加圧状態で摩擦させ超音波接合し部品を実装対象物に実装し、部品取り扱いツールが金属接合部どうしを圧接させたときの位置から、金属接合部どうしの超音波接合が終了するまでの部品取り扱いツールの進出量を制御して、前記超音波接合を行い部品を実装対象物に実装することを特徴とする部品実装方法であって、金属接合部どうしの接合面積の大きさに対応して超音波振動による接合エネルギの大きさを制御することを特徴とする部品実装方法。
【請求項３】
部品の金属接合部を実装対象物の金属接合部に対向させて加圧しながら、部品と実装対象物との相対移動により、金属接合部どうしを前記加圧状態で摩擦させて接合し部品を実装対象物に実装し、部品と実装対象物との金属接合部どうしが圧接したときの位置から、金属接合部どうしの接合が終了するまでの部品と実装対象物との近づき量を制御して、前記接合を行い部品を実装対象物に実装する部品実装方法であって、金属接合部どうしの圧接を、部品と実装対象物とを相対移動させるツールに連結して進出、加圧動作させるボイスコイルモータの駆動電流の変化によって検出することを特徴とする部品実装方法。
【請求項４】
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部品取り扱い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圧接させ実装に供する部品取り扱い手段と、部品取り扱い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て加圧しながら超音波振動手段を働かせ、部品取り扱いツールが金属接合部どうしを圧接させたときの位置から、金属接合部どうしの超音波接合が終了するまでの部品取り扱いツールの進出量を制御して金属接合部どうしを超音波接合させ、部品を実装対象物に実装する制御手段とを備えた部品実装装置であって、制御手段は、金属接合部どうしの接合面積の大きさに対応して超音波振動の周波数や大きさを制御することを特徴とする部品実装装置。
【請求項５】
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部品取り扱い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圧接させ実装に供する部品取り扱い手段と、部品取り扱い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て加圧しながら超音波振動手段を働かせ、部品取り扱いツールが金属接合部どうしを圧接させたときの位置から、金属接合部どうしの超音波接合が終了するまでの部品と実装対象物との近づき量を制御して金属接合部どうしを超音波接合させ、部品を実装対象物に実装する制御手段とを備えた部品実装装置であって、部品取り扱い手段は部品取り扱いツールをそれに連結して進出、加圧動作させるボイスコイルモータを備え、制御手段はボイスコイルモータによる部品取り扱いツールの進出、加圧動作を制御して金属接合部どうしの超音波接合をするのに、金属接合部どうしの圧接を、これに対応したボイスコイルモータの駆動電流の変化によって検出することを特徴とする部品実装装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−１３２１６（Ｐ２００７−１３２１６Ａ）
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２８２２８６（Ｐ２００６−２８２２８６）
【出願日】平成１８年１０月１７日（２００６．１０．１７）
【分割の表示】特願平１０−３７１６１８の分割
【原出願日】平成１０年１２月２５日（１９９８．１２．２５）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月１７日（２００６．１０．１７）
【分割の表示】特願平１０−３７１６１８の分割
【原出願日】平成１０年１２月２５日（１９９８．１２．２５）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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