電子部品実装方法
【課題】電子部品の一面に多数の突起電極が設けられていても確実に高い信頼性をもって超音波接合できる電子部品実装方法を提供する。
【解決手段】一面に複数の突起電極２ａを有する電子部品２の突起電極配設面とは反対側の背面を超音波振動伝達手段にて保持し、支持台８上に配置固定した基板３と位置合わせを行い、電子部品２の各突起電極２ａを基板３の各電極に接触させる工程と、超音波振動伝達手段を介して電子部品２の背面に押圧荷重を負荷しつつ超音波振動発生手段２４にて超音波振動伝達手段を介して電子部品２の表面と略平行な振動方向の超音波振動を付与する工程と、加熱手段３９にて超音波振動伝達手段に対して非接触方式で電子部品２をその背面から加熱して電子部品２と基板３の接合部に熱エネルギーを付与する工程とを有している。
【解決手段】一面に複数の突起電極２ａを有する電子部品２の突起電極配設面とは反対側の背面を超音波振動伝達手段にて保持し、支持台８上に配置固定した基板３と位置合わせを行い、電子部品２の各突起電極２ａを基板３の各電極に接触させる工程と、超音波振動伝達手段を介して電子部品２の背面に押圧荷重を負荷しつつ超音波振動発生手段２４にて超音波振動伝達手段を介して電子部品２の表面と略平行な振動方向の超音波振動を付与する工程と、加熱手段３９にて超音波振動伝達手段に対して非接触方式で電子部品２をその背面から加熱して電子部品２と基板３の接合部に熱エネルギーを付与する工程とを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一面に複数の突起電極を有する電子部品を基板などの実装対象物に超音波振動にて実装する電子部品実装方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波振動による電子部品実装装置としては、ボイスコイルモータ等の移動手段にて昇降可能に支持された支持ブラケットに水平姿勢で固定支持された超音波振動発生手段の出力端にホーンを結合するとともにそのホーンの先端に電子部品を吸着保持する吸着ノズルを装着して成る実装ヘッドと、実装ヘッドに電子部品を供給する手段と、基板などの実装対象物を固定支持する支持台と、実装ヘッドと支持台を水平方向に相対移動させて電子部品と実装対象物の位置合わせを行う位置決め手段とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種の電子部品実装装置は、電子部品の一面に突設された複数の突起電極を実装対象物に形成された電極に超音波接合して実装する場合に好適に適用され、部品供給手段にて突起電極を下向きにして供給された電子部品の上面を実装ヘッドの吸着ノズルにて吸着保持し、支持台上に実装対象物を供給して固定支持し、電子部品が実装対象物の実装位置の上方に位置するように実装ヘッドと支持台を相対移動させて位置決めし、実装ヘッドの移動手段にて電子部品の突起電極を実装対象物の電極に当接させ、さらに所定の押圧力を作用させた状態で超音波振動発生手段を作動させてホーンを介して吸着ノズルを水平方向に超音波振動させることで、電子部品と実装対象物の接合面に超音波振動エネルギーを付与して拡散溶融接合している。
【特許文献１】特開２０００−６８３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、近年は電子回路の小型化を図るために、電子回路を構成する電子部品（チップ）の数を少なくすることが求められ、それに伴って各電子部品の高機能化・高集積化が進められる結果、単一の電子部品は逆に大型化・多電極化が進行しつつある。例えば、従来は電子部品（ベアＩＣチップ）の大きさは、０．３ｍｍ角〜５ｍｍ角程度で、突起電極の数は２〜３０個程度であったが、近い将来に１０ｍｍ角から２０ｍｍ角の大きさで、突起電極の数が５０個〜１００個から１０００以上のものまでが実用されることが予想されるに至っている。
【０００５】
このような電子部品を上記した従来の電子部品実装装置で実装する場合、多数の突起電極を実装対象物の電極に一度に超音波接合する必要があるため、吸着ノズルに負荷する押圧荷重を大きくする必要があるとともに、吸着ノズル下面の部品保持面と実装対象物の接合面との平行度を極めて高く保たないと、全ての突起電極を実装対象物の電極に確実に接合することができない。例えば、上記のような大型のベアＩＣチップを実装する場合には、吸着ノズルの部品保持面と実装対象物の接合面の超音波振動の振動方向に対する平行度を全体にわたって５μｍ以内に納める必要がある。
【０００６】
しかるに、上記のような構成では、支持ブラケットから超音波振動発生手段とホーンの結合箇所近傍に大きな押圧荷重を負荷すると、ホーンの先端に吸着ノズルが固定されているので、吸着ノズル下面の位置と押圧荷重の負荷位置との間に距離があるためホーンに曲げモーメントが作用し、ホーンの押圧荷重による撓みによって吸着ノズル下面の部品保持面が傾斜し、精度の高い平行度を得ることはできず、信頼性の高い接合が確保することが できないという問題がある。これに対して、ホーンと吸着ノズルの部品保持面との間に可撓部を設けて平行度を確保することも考えられるが、そうすると超音波振動の伝播効率が一挙に低下し、接合効率が低下して信頼性の高い接合ができないという問題が発生する。
【０００７】
また、突起電極の数が多い場合には、部品保持面と実装対象物の接合面の平行度をある程度確保しつつ大きな押圧荷重を負荷して超音波振動を付与しても、その超音波振動によって付与できる接合エネルギーが不足し易く、十分に信頼性の高い接合状態を得るのが困難な場合があるという問題がある。
【０００８】
また、従来は電子部品の接合を行った後、実装対象物の間に封止材を充填し、封止材を加熱硬化させて封止する工程を後工程として別途に行っていたので、工程数が多く、コスト高となるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、電子部品の一面に設けられた突起電極の数が多くても確実に高い信頼性をもって超音波接合することができる電子部品実装方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電子部品実装方法は、一面に複数の突起電極を有する電子部品を実装対象物の電極に接合して実装する電子部品の実装方法であって、電子部品の突起電極配設面とは反対側の背面を超音波振動伝達手段にて保持し、支持台上に配置固定した実装対象物と位置合わせを行い、電子部品の各突起電極を実装対象物の各電極に接触させる工程と、超音波振動伝達手段を介して電子部品の背面に押圧荷重を負荷しつつその表面と略平行な振動方向の超音波振動を付与する工程と、超音波振動伝達手段に対して非接触方式で電子部品をその背面から加熱して電子部品と実装対象物の接合部に熱エネルギーを付与する工程とを有するものである。
【００１１】
このような構成によると、電子部品の背面に押圧荷重を負荷しつつその表面と略平行な振動方向の超音波振動を付与するとともに電子部品と実装対象物の接合部に熱エネルギーを付与するので、電子部品の突起電極の数が多い場合にも全ての突起電極を確実に生産効率良く接合することができる。また、熱エネルギーを付与する工程で、電子部品をその背面から加熱しているので、電子部品の各突起電極に対して効率的に熱エネルギーを付与できて、電子部品の突起電極の数が多い場合にも全ての突起電極を確実に生産効率良く接合することができる。さらに、超音波振動伝達手段に対して非接触方式で加熱するので、振動系に影響を与えずに加熱でき、信頼性の高い超音波接合を容易に確保することができる。また、実装対象物の実装位置に予め封止材を塗布しておくと、電子部品を接合する工程で封止材が電子部品と実装対象物の隙間に充填されるとともに、接合時に熱を付与されて封止材が硬化されて封止工程も完了するので、別途の封止工程を削減できてコスト低下を図ることができる。
【００１２】
また、本発明の電子部品実装方法は、一面に複数の突起電極を有する電子部品を実装対象物の電極に接合して実装する電子部品の実装方法であって、電子部品の突起電極配設面とは反対側の背面を超音波振動伝達手段にて保持し、支持台上に配置固定した実装対象物と位置合わせを行い、電子部品の各突起電極を実装対象物の各電極に接触させる工程と、超音波振動伝達手段を介して電子部品の背面に押圧荷重を負荷しつつ、超音波振動伝達手段に連結された超音波振動発生手段にて電子部品の表面と略平行な振動方向の超音波振動を付与する工程と、加熱手段にて超音波振動伝達手段を介して電子部品をその背面から加熱して電子部品と実装対象物の接合部に熱エネルギーを付与する工程と、加熱手段にて加熱された超音波振動伝達手段の熱が超音波振動発生手段に伝わるのを超音波振動発生手段と超音波振動伝達手段の間で冷却する工程とを有するものである。
【００１３】
このような構成によると、超音波振動伝達手段を介して電子部品の背面に押圧荷重を負荷しつつ、超音波振動伝達手段に連結された超音波振動発生手段にて電子部品の表面と略平行な振動方向の超音波振動を付与するとともに、加熱手段にて超音波振動伝達手段を介して電子部品と実装対象物の接合部に熱エネルギーを付与するので、電子部品の突起電極の数が多い場合にも全ての突起電極を確実に生産効率良く接合することができる。また、熱エネルギーを付与する工程で、電子部品をその背面から加熱しているので、電子部品の各突起電極に対して効率的に熱エネルギーを付与できて、電子部品の突起電極の数が多い場合にも全ての突起電極を確実に生産効率良く接合することができる。さらに、超音波振動発生手段と超音波振動伝達手段の間で冷却しているので、超音波振動伝達手段を介して超音波振動発生手段に熱が伝達され、超音波振動発生手段の温度が上昇してその性能が低下したり、損傷したりするのを確実に防止することができる。
【００１４】
なお、電子部品の背面に対する押圧荷重を、背面の垂直方向の直上位置から負荷すると、上記のように大きな押圧荷重を作用させても電子部品の突起電極端面と実装対象物の接合面の平行度を高精度に維持することができ、従って大きな押圧荷重を負荷することによって電子部品の突起電極の数が多い場合にも各突起電極に均等に所要の押圧荷重を負荷した状態で超音波振動を印加することができ、全ての突起電極を確実に高い信頼性をもって接合することができる。
【００１５】
また、超音波振動の電子部品の背面と平行な方向の成分に対して垂直な方向の成分は１０％未満、より好適には５％未満、さらに好適には３％未満にするのが好ましく、そうすることで大きな押圧荷重を負荷しながら超音波接合する過程で突起電極が破損したり、大きく変形したりするのを防止して、適正な接合状態を確保することができる。
【００１６】
また、電子部品の１つの突起電極当たり３０〜２００ｇとしてそれに突起電極の数を掛けた荷重を押圧荷重として負荷することにより、各突起電極に過大な荷重を作用せず、突起電極を大きく変形したりすることなく、効率的に超音波接合することができる。
【００１７】
また、電子部品が、その一面に５０個以上の突起電極を有する場合に、以上の構成を適用することでその効果が顕著に発揮される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の電子部品実装方法によれば、電子部品の背面に押圧荷重を負荷しつつその表面と略平行な振動方向の超音波振動を付与するとともに、電子部品の背面側から各突起電極に対して効率的に熱エネルギーを付与して電子部品と実装対象物の接合部に熱エネルギーを付与でき、電子部品の突起電極の数が多い場合にも全ての突起電極を確実に生産効率良く接合することができ、さらに振動系に影響を与えずに加熱でき、信頼性の高い超音波接合を容易に確保することができる。
【００１９】
また、超音波振動伝達手段を介して電子部品の背面に押圧荷重を負荷しつつ、超音波振動伝達手段に連結された超音波振動発生手段にて電子部品の表面と略平行な振動方向の超音波振動を付与するとともに、加熱手段にて超音波振動伝達手段を介して電子部品の背面側から各突起電極に対して効率的に熱エネルギーを付与して電子部品と実装対象物の接合部に効率的に熱エネルギーを付与でき、電子部品の電子部品の突起電極の数が多い場合にも全ての突起電極を確実に生産効率良く接合することができ、さらに超音波振動発生手段の温度が上昇してその性能が低下したり、損傷したりするのを確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の電子部品実装方法を適用した電子部品実装装置の実施形態について、図 １〜図５を参照して説明する。
【００２１】
まず、本実施形態の電子部品実装装置における従来例と共通の全体構成について、図１、図２を参照して説明する。１は、ベアＩＣチップからなる電子部品２を実装対象物の基板３（図３参照）に実装する電子部品実装装置で、電子部品２はその一面に複数の突起電極２ａが配列されており、基板３の部品実装位置には各突起電極２ａを接合する電極が形成されている。電子部品２は、例えば１０ｍｍ角〜２０ｍｍ角の大きさで、突起電極２ａは５０〜１００個以上、特に大型の電子部品２においては１０００個以上設けられている。
【００２２】
電子部品実装装置１の基台４上の後部には、電子部品２を保持して基板３に実装する実装ヘッド５をＸ軸方向に移動可能に支持するＸ方向テーブル６が配設されている。Ｘ方向テーブル６の所定箇所の下部とその前部の間にわたってＹ軸方向に移動可能なＹ方向テーブル７が配設され、このＹ方向テーブル７上に基板３を載置固定する支持台８が設けられている。Ｘ方向テーブル６の前部には基板３を基台４の一側からＹ方向テーブル７まで搬入するローダ９と、Ｙ方向テーブル７から基台４の他側に搬出するアンローダ１０が配設されている。ローダ９やアンローダ１０は基板３の両側を支持する一対のレールを有し、支持台８の前後両側にはこれら一対のレールに接続可能でかつ昇降可能な部分レール１１が設けられて基板３をこの部分レール１１上に受けた後、支持台８上に載置固定するように構成されている。
【００２３】
基台４の他側のＸ方向テーブル６より前方位置に、多数の電子部品２を形成され、エキスパンドシート上でダイシングされた半導体ウエハ１２を収容した部品マガジン１３を設置されて、所望の半導体ウエハ１２を所定の供給高さ位置に位置決めするマガジンリフタ１４が配設され、マカジンリフタ１４とＹ方向テーブル７との間に、マガジンリフタ１４から導入された半導体ウエハ１２のエキスパンドシートを拡張させ、各部品２を間隔をあけて分離させるエキスパンド台１５が、任意の部品２を所定の第１の部品供給位置に位置決めするＸＹテーブル１６上に設置して配設されている。１７は第１の部品供給位置の部品２を認識する認識カメラである。
【００２４】
１８は、エキスパンド台１５上の第１の部品供給位置で電子部品２を吸着し、Ｘ方向に移動して第２の部品供給位置まで移載するとともに吸着した電子部品２を１８０度上向きに旋回させる部品反転手段で、Ｘ方向テーブル６とは別に設けられたＸ方向テーブルにて移動可能に構成されている。半導体ウエハ１２の状態では、各電子部品２の突起電極２ａは上面に形成されており、部品反転手段１８にて各電子部品２の突起電極２ａが形成された面を吸着した後上向きに１８０度旋回することによって、電子部品２の突起電極２ａが形成された面が下向き、反対側の面が上向きとなり、その状態で第２の部品供給位置で実装ヘッド５に受け渡すように構成されている。以上のマガジンリフタ１４、エキスパンド台１５、部品反転手段１８にて電子部品２を実装ヘッド５に供給する部品供給手段２０が構成されている。尚、１９は基板３の電子部品２の実装位置又は電子部品２に封止材を塗布するディスペンサである。
【００２５】
実装ヘッド５は、ボイスコイルモータなどの移動手段２２にて軸芯方向に昇降駆動可能なスプライン軸（図示せず）の下部に超音波ヘッド２１が取付けられている。超音波ヘッド２１は、支持ブラケット２３に超音波振動発生手段２４と共振体２５を取付けて構成され、その共振体２５又はそれに取付固定された吸着ノズルにて部品２を保持するように構成されている。
【００２６】
以上の全体構成における部品実装動作を説明すると、部品供給手段２０にて電子部品２をその突起電極２ａを下向きにした状態で第２の部品供給位置に供給した後、実装ヘッド ５の共振体２５又はそれに取付固定された吸着ノズルにて電子部品２を保持し、次いで実装ヘッド５がＸ方向テーブル６にて基板３における電子部品２の実装位置のＸ方向位置まで移動する。一方、ローダ９にて供給された基板３はＹ方向テーブル７に設けられた部分レール１１上に受け渡された後、部分レール１１が所定高さ位置まで下降してこの基板３が支持台８上に載置固定され、次いでＹ方向テーブル７が基板３における電子部品２の実装位置のＹ方向位置が実装ヘッド５のＹ方向位置に一致するように移動する。次に、必要に応じてディスペンサ１９にて実装位置に封止材を塗布した後、実装ヘッド５の移動手段２２を作動させて電子部品２を下降させ、その突起電極２ａを基板３の実装位置の電極に当接させるとともに、移動手段２２にて所定の押圧荷重を負荷しながら超音波振動発生手段２４を作動させることで、突起電極２ａと基板３の電極の接合面に超音波エネルギーを供給して拡散及び溶融させて接合し、またディスペンサ１９にて塗布された封止材が基板３と電子部品２の隙間に充填されて、電子部品２の基板３に対する実装が終了する。電子部品２の実装が終了すると、部分レール１１が上昇して基板３が部分レール１１上に受け渡されるとともに、部分レール１１がアンローダ１０に接続され、基板３がアンローダ１０にて搬出される。
【００２７】
次に、本実施形態の参考例における実装ヘッド５の要部である超音波ヘッド２１の構成について、図３を参照して説明する。図３において、支持ブラケット２３に共振体２５を支持する一対の支持ブロック２６ａ、２６ｂがそれらの軸芯を水平にして取付けられ、共振体２５の一端に振幅を拡大するホーン２７の出力端面２７ａが同芯状に結合され、ホーン２７の他端側に超音波振動発生手段２４が結合されている。共振体２５は、共振モードＭの波長をλとして、（１＋３／４）λの長さを有する軸体２８から成り、一端からλ／４の位置と他端の振動モードの節の位置に支持部２９ａ、２９ｂが設けられて支持ブロック２６ａ、２６ｂにて支持され、支持部２９ａ、２９ｂ間の中央の振動モードの腹となる位置に吸着ノズル３０が垂直に貫通させて配設されている。３０ａは吸着ノズル３０の軸芯部に形成された吸引通路である。吸着ノズル３０の下端部には吸着保持すべき電子部品２の大きさに対応する平面形状の作用部３１が形成され、この作用部３１にカートリッジヒータなどの加熱手段３２が埋設されるとともに、下面が電子部品２を保持する作用面３３とされている。共振体２５を構成する軸体２８及び吸着ノズル３０にて、超音波振動発生手段２４にて発生された超音波振動を作用面３３に伝播する超音波振動伝達手段３４を構成している。
【００２８】
なお、実装ヘッド５には、作用面３３と支持台８の上面との平行度が５μｍ以下となるように調整するための調整機構（図示せず）が設けられている。また、超音波振動発生手段２４にて発生され、超音波振動伝達手段３４を介して作用面３３に伝播された超音波振動は、作用面３３においてその面に平行な水平方向の振動成分に対して垂直成分は３％未満となるように設定調整されている。また、ボイスコイルモータやシリンダなどの荷重負荷手段としての移動手段２２により作用面３３に負荷される押圧荷重は、電子部品２に設けられた各突起電極２ａの直径やその数によって調整できるように構成されている。突起電極２ａの径によるが、通常は１個の突起電極２ａ当たり３０〜５０ｇとして、それに突起電極２ａの数を乗じた荷重を負荷するように構成されている。なお、１個の突起電極２ａ当たり３０〜２００ｇとして、それに突起電極２ａの数を乗じた荷重が負荷される場合もある。
【００２９】
以上の構成において、支持台８上に実装対象物の基板３を載置固定し、電子部品２を超音波ヘッド２１の作用面３３にて保持した状態で、移動手段２２にて支持ブラケット２３を下降移動させて吸着ノズル３０を支持台８に向けて下降させ、その作用面３３と支持台８の上面との間で基板３と電子部品２を挟圧し、さらに支持ブラケット２３、一対の支持ブロック２６ａ、２６ｂ、共振体２５を構成する軸体２８、及び吸着ノズル３０を介して作用面３３に上記した所定の押圧荷重を作用させる。この時、押圧荷重は作用面３３に対 して垂直な軸芯の直上位置から負荷されることになる。その状態で、超音波振動発生手段２４から超音波振動を出力し、さらに加熱手段３２を作動させて加熱する。
【００３０】
すると、電子部品２の背面にその垂直方向の直上位置から押圧荷重が負荷されるので、大きな押圧荷重を作用させても電子部品２の多数の突起電極２ａの端面と基板３の接合面との平行度を高精度に維持することができ、従って電子部品２の突起電極２ａの数が多く、負荷する押圧荷重が大きくても各突起電極２ａに均等に所要の押圧荷重を負荷した状態で超音波振動を印加することができ、全ての突起電極２ａを確実に高い信頼性をもって接合することができる。
【００３１】
また、上記のようにして電子部品２の突起電極２ａと基板３の電極の間に超音波エネルギーを付与しながら、さらに加熱手段３２にて電子部品２をその背面から加熱して熱エネルギーを付与することにより、電子部品２の突起電極２ａの数が多い場合にも全ての突起電極２ａを確実に生産効率良く接合することができる。
【００３２】
その際、支持台８側にも加熱手段（図示せず）を配設して基板３側からも熱エネルギーを付与するように構成するのが好適である。しかし、支持台８側には必ずしも加熱手段を設けなくても良く、逆に場合によっては支持台８側にのみ加熱手段を設けて熱エネルギーを付与するようにしてもよい。
【００３３】
また、基板３の実装位置にディスペンサ１９にて塗布され、電子部品２の実装によって電子部品２と基板３の間の隙間に充填された封止材が同時に加熱によって硬化され、電子部品２の接合と同時に封止も完了する。これによって、後続の封止工程が削減され、コスト低下が図られる。
【００３４】
また、上記したように作用面３３における超音波振動のその面と平行な方向の成分に対して垂直な方向の成分が３％未満となるようにしているので、大きな押圧荷重を負荷しながら超音波接合する過程で突起電極２ａが破損したり、大きく変形したりするのを防止して、適正な接合状態を確保することができる。なお、超音波振動エネルギーの水平方向成分に対して垂直方向成分が１０％未満であれば、突起電極２ａの数がかなり多い場合でも適正な接合状態を得ることができるが、垂直方向成分が１０％以上になると、突起電極２ａの数が多く、押圧荷重が大きい場合には突起電極２ａの一部が大きく変形して適正な接合状態が得られない恐れが発生する。
【００３５】
また、上記したように電子部品は、一面に５０個以上の突起電極２ａを有する電子部品２の場合、１つの突起電極２ａ当たり３０〜５０ｇとしてそれに突起電極２ａの数を掛けた荷重を押圧荷重として負荷することにより、各突起電極２ａに過大な荷重を作用せず、突起電極２ａを大きく変形したりすることなく、効率的に超音波接合することができる。
【００３６】
次に、本実施形態の電子部品実装装置の他の参考例について、図４を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明では、同一の構成要素については同一参照符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。
【００３７】
上記参考例では、軸体２８から共振体２５の両側部を支持ブロック２６ａ、２６ｂにて支持した状態で押圧荷重を負荷することにより、押圧荷重を作用面３３の垂直方向直上から負荷するように構成した例を示したが、本参考例では超音波振動発生手段２４が比較的剛性の大きなホーン２７を有しており、このホーン２７の入力端面からλ／２の位置に吸着ノズル３０を垂直に貫通させて配設している。
【００３８】
このように構成しても、作用部３１に内蔵させた加熱手段３２にて熱エネルギーを付与 することで、その分付与すべき超音波エネルギーを小さくできて押圧荷重を低減でき、それによって押圧荷重を負荷した状態で作用面３３と支持台８の平行度を所望の範囲に納め、また作用面３３における超音波振動エネルギーの水平成分に対して垂直成分を１０％未満に納めることが可能であり、全ての突起電極２ａを適正に接合することができる。
【００３９】
次に、本実施形態の電子部品実装装置の実装ヘッドについて、図５を参照して説明する。
【００４０】
上記参考例では、吸着ノズル３０の作用部３１に加熱手段３２を埋設した例を示したが、本実施形態では作用面３３の近傍に配設した部材に加熱手段を配設して、熱輻射にて加熱するようにしている。図５において、細長いブロック状の共振体３５の一端の基端面３６に連結軸３７を介して超音波振動発生手段２４が結合され、共振体３５の他端部一側に作用面３３が斜めに形成されている。共振体３５及び連結軸３７、超音波振動発生手段２４は作用面３３が水平になるように斜め上方に傾斜した姿勢で配設され、かつ共振体３５の共振モードの節の位置に設けられた取付部３５ａを支持ブラケット２３に固定して取付けられている。
【００４１】
支持ブラケット２３には、共振体３５の両側に対向するように対向板部３８が設けられ、この対向板部３８の下部の作用面３３の近傍に対向する部分にカートリッジヒータなどの間接加熱用の加熱手段３９が埋設され、加熱手段３９で対向板部３８の下部を加熱し、その輻射熱で共振体３５の作用面３３近傍を加熱するように構成されている。
【００４２】
また、超音波振動発生手段２４の外周と連結軸３７の外周の少なくとも一部を取り囲むように、冷却部若しくは保温部としての冷却チャンバ４０が配設され、その流入口４０ａから冷却エアを導入し、流出口４０ｂから排出することで、連結軸３７や超音波振動発生手段２４を冷却し、共振体３５の加熱により伝わってくる熱を放熱させて超音波振動発生手段２４の温度上昇を防止するように構成されている。また、連結軸３７に温度監視部としての熱電対４１を埋め込み配置し、その温度を監視できるように構成されている。
【００４３】
本実施形態では、共振体３５を間接加熱するようにしているので、超音波振動接合の振動系に影響を与えずに加熱することができるので、信頼性の高い超音波接合を容易に確保することができる。また、冷却部又は保温部として冷却チャンバ４０を設けたことで、加熱手段３９にて加熱した共振体３５の熱が超音波振動発生手段２４に熱が伝達され、超音波振動発生手段２４の温度が上昇してその性能が低下したり、損傷したりするのを確実に防止することができる。また、超音波振動発生手段２４の近傍に配設した熱電対４１にて温度を監視するようにしているので、知らずに超音波振動発生手段２４の温度が上昇して性能が低下し、接合不良が大量に発生してしまうというような事態の発生を未然に防止することができる。
【００４４】
なお、上記実施形態の説明では、非接触間接加熱として、輻射熱で作用面３３近傍を加熱するようにした例を示したが、熱風を吹き付けて加熱したり、レーザ光などの熱線を照射して加熱したり、電磁誘導加熱したりする手段を配設してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の電子部品実装方法によれば、電子部品の背面に押圧荷重を負荷しつつその表面と略平行な振動方向の超音波振動を付与するとともに、電子部品の背面側から各突起電極に対して効率的に熱エネルギーを付与して電子部品と実装対象物の接合部に熱エネルギーを付与でき、電子部品の突起電極の数が多い場合にも全ての突起電極を確実に生産効率良く接合することができ、さらに振動系に影響を与えずに加熱でき、信頼性の高い超音波接合を容易に確保することができるので、一面に複数の突起電極を有する電子部品を基板に 超音波接合する電子部品実装装置に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態及び従来例に共通する電子部品実装装置における全体概略構成を示す斜視図。
【図２】図１における実装ヘッドの構成を示す斜視図。
【図３】本発明の参考例における実装ヘッドの要部構成を示す部分断面正面図。
【図４】本発明の他の参考例における実装ヘッドの要部構成を示す部分断面正面図。
【図５】本発明の実施形態における実装ヘッドの要部構成を示す部分断面正面図。
【図６】図５のＡ−Ａ矢視図。
【符号の説明】
【００４７】
１ 電子部品実装装置
２ 電子部品
２ａ 突起電極
３ 基板（実装対象物）
５ 実装ヘッド
６ Ｘ方向テーブル（位置決め手段）
７ Ｙ方向テーブル（位置決め手段）
８ 支持台
２０ 部品供給手段
２２ 移動手段（荷重負荷手段）
２４ 超音波振動発生手段
３２ 加熱手段
３３ 作用面
３４ 超音波振動伝達手段
３９ 加熱手段
４０ 冷却チャンバ（冷却部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一面に複数の突起電極を有する電子部品を基板などの実装対象物に超音波振動にて実装する電子部品実装方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波振動による電子部品実装装置としては、ボイスコイルモータ等の移動手段にて昇降可能に支持された支持ブラケットに水平姿勢で固定支持された超音波振動発生手段の出力端にホーンを結合するとともにそのホーンの先端に電子部品を吸着保持する吸着ノズルを装着して成る実装ヘッドと、実装ヘッドに電子部品を供給する手段と、基板などの実装対象物を固定支持する支持台と、実装ヘッドと支持台を水平方向に相対移動させて電子部品と実装対象物の位置合わせを行う位置決め手段とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種の電子部品実装装置は、電子部品の一面に突設された複数の突起電極を実装対象物に形成された電極に超音波接合して実装する場合に好適に適用され、部品供給手段にて突起電極を下向きにして供給された電子部品の上面を実装ヘッドの吸着ノズルにて吸着保持し、支持台上に実装対象物を供給して固定支持し、電子部品が実装対象物の実装位置の上方に位置するように実装ヘッドと支持台を相対移動させて位置決めし、実装ヘッドの移動手段にて電子部品の突起電極を実装対象物の電極に当接させ、さらに所定の押圧力を作用させた状態で超音波振動発生手段を作動させてホーンを介して吸着ノズルを水平方向に超音波振動させることで、電子部品と実装対象物の接合面に超音波振動エネルギーを付与して拡散溶融接合している。
【特許文献１】特開２０００−６８３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、近年は電子回路の小型化を図るために、電子回路を構成する電子部品（チップ）の数を少なくすることが求められ、それに伴って各電子部品の高機能化・高集積化が進められる結果、単一の電子部品は逆に大型化・多電極化が進行しつつある。例えば、従来は電子部品（ベアＩＣチップ）の大きさは、０．３ｍｍ角〜５ｍｍ角程度で、突起電極の数は２〜３０個程度であったが、近い将来に１０ｍｍ角から２０ｍｍ角の大きさで、突起電極の数が５０個〜１００個から１０００以上のものまでが実用されることが予想されるに至っている。
【０００５】
このような電子部品を上記した従来の電子部品実装装置で実装する場合、多数の突起電極を実装対象物の電極に一度に超音波接合する必要があるため、吸着ノズルに負荷する押圧荷重を大きくする必要があるとともに、吸着ノズル下面の部品保持面と実装対象物の接合面との平行度を極めて高く保たないと、全ての突起電極を実装対象物の電極に確実に接合することができない。例えば、上記のような大型のベアＩＣチップを実装する場合には、吸着ノズルの部品保持面と実装対象物の接合面の超音波振動の振動方向に対する平行度を全体にわたって５μｍ以内に納める必要がある。
【０００６】
しかるに、上記のような構成では、支持ブラケットから超音波振動発生手段とホーンの結合箇所近傍に大きな押圧荷重を負荷すると、ホーンの先端に吸着ノズルが固定されているので、吸着ノズル下面の位置と押圧荷重の負荷位置との間に距離があるためホーンに曲げモーメントが作用し、ホーンの押圧荷重による撓みによって吸着ノズル下面の部品保持面が傾斜し、精度の高い平行度を得ることはできず、信頼性の高い接合が確保することが できないという問題がある。これに対して、ホーンと吸着ノズルの部品保持面との間に可撓部を設けて平行度を確保することも考えられるが、そうすると超音波振動の伝播効率が一挙に低下し、接合効率が低下して信頼性の高い接合ができないという問題が発生する。
【０００７】
また、突起電極の数が多い場合には、部品保持面と実装対象物の接合面の平行度をある程度確保しつつ大きな押圧荷重を負荷して超音波振動を付与しても、その超音波振動によって付与できる接合エネルギーが不足し易く、十分に信頼性の高い接合状態を得るのが困難な場合があるという問題がある。
【０００８】
また、従来は電子部品の接合を行った後、実装対象物の間に封止材を充填し、封止材を加熱硬化させて封止する工程を後工程として別途に行っていたので、工程数が多く、コスト高となるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、電子部品の一面に設けられた突起電極の数が多くても確実に高い信頼性をもって超音波接合することができる電子部品実装方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電子部品実装方法は、一面に複数の突起電極を有する電子部品を実装対象物の電極に接合して実装する電子部品の実装方法であって、電子部品の突起電極配設面とは反対側の背面を超音波振動伝達手段にて保持し、支持台上に配置固定した実装対象物と位置合わせを行い、電子部品の各突起電極を実装対象物の各電極に接触させる工程と、超音波振動伝達手段を介して電子部品の背面に押圧荷重を負荷しつつその表面と略平行な振動方向の超音波振動を付与する工程と、超音波振動伝達手段に対して非接触方式で電子部品をその背面から加熱して電子部品と実装対象物の接合部に熱エネルギーを付与する工程とを有するものである。
【００１１】
このような構成によると、電子部品の背面に押圧荷重を負荷しつつその表面と略平行な振動方向の超音波振動を付与するとともに電子部品と実装対象物の接合部に熱エネルギーを付与するので、電子部品の突起電極の数が多い場合にも全ての突起電極を確実に生産効率良く接合することができる。また、熱エネルギーを付与する工程で、電子部品をその背面から加熱しているので、電子部品の各突起電極に対して効率的に熱エネルギーを付与できて、電子部品の突起電極の数が多い場合にも全ての突起電極を確実に生産効率良く接合することができる。さらに、超音波振動伝達手段に対して非接触方式で加熱するので、振動系に影響を与えずに加熱でき、信頼性の高い超音波接合を容易に確保することができる。また、実装対象物の実装位置に予め封止材を塗布しておくと、電子部品を接合する工程で封止材が電子部品と実装対象物の隙間に充填されるとともに、接合時に熱を付与されて封止材が硬化されて封止工程も完了するので、別途の封止工程を削減できてコスト低下を図ることができる。
【００１２】
また、本発明の電子部品実装方法は、一面に複数の突起電極を有する電子部品を実装対象物の電極に接合して実装する電子部品の実装方法であって、電子部品の突起電極配設面とは反対側の背面を超音波振動伝達手段にて保持し、支持台上に配置固定した実装対象物と位置合わせを行い、電子部品の各突起電極を実装対象物の各電極に接触させる工程と、超音波振動伝達手段を介して電子部品の背面に押圧荷重を負荷しつつ、超音波振動伝達手段に連結された超音波振動発生手段にて電子部品の表面と略平行な振動方向の超音波振動を付与する工程と、加熱手段にて超音波振動伝達手段を介して電子部品をその背面から加熱して電子部品と実装対象物の接合部に熱エネルギーを付与する工程と、加熱手段にて加熱された超音波振動伝達手段の熱が超音波振動発生手段に伝わるのを超音波振動発生手段と超音波振動伝達手段の間で冷却する工程とを有するものである。
【００１３】
このような構成によると、超音波振動伝達手段を介して電子部品の背面に押圧荷重を負荷しつつ、超音波振動伝達手段に連結された超音波振動発生手段にて電子部品の表面と略平行な振動方向の超音波振動を付与するとともに、加熱手段にて超音波振動伝達手段を介して電子部品と実装対象物の接合部に熱エネルギーを付与するので、電子部品の突起電極の数が多い場合にも全ての突起電極を確実に生産効率良く接合することができる。また、熱エネルギーを付与する工程で、電子部品をその背面から加熱しているので、電子部品の各突起電極に対して効率的に熱エネルギーを付与できて、電子部品の突起電極の数が多い場合にも全ての突起電極を確実に生産効率良く接合することができる。さらに、超音波振動発生手段と超音波振動伝達手段の間で冷却しているので、超音波振動伝達手段を介して超音波振動発生手段に熱が伝達され、超音波振動発生手段の温度が上昇してその性能が低下したり、損傷したりするのを確実に防止することができる。
【００１４】
なお、電子部品の背面に対する押圧荷重を、背面の垂直方向の直上位置から負荷すると、上記のように大きな押圧荷重を作用させても電子部品の突起電極端面と実装対象物の接合面の平行度を高精度に維持することができ、従って大きな押圧荷重を負荷することによって電子部品の突起電極の数が多い場合にも各突起電極に均等に所要の押圧荷重を負荷した状態で超音波振動を印加することができ、全ての突起電極を確実に高い信頼性をもって接合することができる。
【００１５】
また、超音波振動の電子部品の背面と平行な方向の成分に対して垂直な方向の成分は１０％未満、より好適には５％未満、さらに好適には３％未満にするのが好ましく、そうすることで大きな押圧荷重を負荷しながら超音波接合する過程で突起電極が破損したり、大きく変形したりするのを防止して、適正な接合状態を確保することができる。
【００１６】
また、電子部品の１つの突起電極当たり３０〜２００ｇとしてそれに突起電極の数を掛けた荷重を押圧荷重として負荷することにより、各突起電極に過大な荷重を作用せず、突起電極を大きく変形したりすることなく、効率的に超音波接合することができる。
【００１７】
また、電子部品が、その一面に５０個以上の突起電極を有する場合に、以上の構成を適用することでその効果が顕著に発揮される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の電子部品実装方法によれば、電子部品の背面に押圧荷重を負荷しつつその表面と略平行な振動方向の超音波振動を付与するとともに、電子部品の背面側から各突起電極に対して効率的に熱エネルギーを付与して電子部品と実装対象物の接合部に熱エネルギーを付与でき、電子部品の突起電極の数が多い場合にも全ての突起電極を確実に生産効率良く接合することができ、さらに振動系に影響を与えずに加熱でき、信頼性の高い超音波接合を容易に確保することができる。
【００１９】
また、超音波振動伝達手段を介して電子部品の背面に押圧荷重を負荷しつつ、超音波振動伝達手段に連結された超音波振動発生手段にて電子部品の表面と略平行な振動方向の超音波振動を付与するとともに、加熱手段にて超音波振動伝達手段を介して電子部品の背面側から各突起電極に対して効率的に熱エネルギーを付与して電子部品と実装対象物の接合部に効率的に熱エネルギーを付与でき、電子部品の電子部品の突起電極の数が多い場合にも全ての突起電極を確実に生産効率良く接合することができ、さらに超音波振動発生手段の温度が上昇してその性能が低下したり、損傷したりするのを確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の電子部品実装方法を適用した電子部品実装装置の実施形態について、図 １〜図５を参照して説明する。
【００２１】
まず、本実施形態の電子部品実装装置における従来例と共通の全体構成について、図１、図２を参照して説明する。１は、ベアＩＣチップからなる電子部品２を実装対象物の基板３（図３参照）に実装する電子部品実装装置で、電子部品２はその一面に複数の突起電極２ａが配列されており、基板３の部品実装位置には各突起電極２ａを接合する電極が形成されている。電子部品２は、例えば１０ｍｍ角〜２０ｍｍ角の大きさで、突起電極２ａは５０〜１００個以上、特に大型の電子部品２においては１０００個以上設けられている。
【００２２】
電子部品実装装置１の基台４上の後部には、電子部品２を保持して基板３に実装する実装ヘッド５をＸ軸方向に移動可能に支持するＸ方向テーブル６が配設されている。Ｘ方向テーブル６の所定箇所の下部とその前部の間にわたってＹ軸方向に移動可能なＹ方向テーブル７が配設され、このＹ方向テーブル７上に基板３を載置固定する支持台８が設けられている。Ｘ方向テーブル６の前部には基板３を基台４の一側からＹ方向テーブル７まで搬入するローダ９と、Ｙ方向テーブル７から基台４の他側に搬出するアンローダ１０が配設されている。ローダ９やアンローダ１０は基板３の両側を支持する一対のレールを有し、支持台８の前後両側にはこれら一対のレールに接続可能でかつ昇降可能な部分レール１１が設けられて基板３をこの部分レール１１上に受けた後、支持台８上に載置固定するように構成されている。
【００２３】
基台４の他側のＸ方向テーブル６より前方位置に、多数の電子部品２を形成され、エキスパンドシート上でダイシングされた半導体ウエハ１２を収容した部品マガジン１３を設置されて、所望の半導体ウエハ１２を所定の供給高さ位置に位置決めするマガジンリフタ１４が配設され、マカジンリフタ１４とＹ方向テーブル７との間に、マガジンリフタ１４から導入された半導体ウエハ１２のエキスパンドシートを拡張させ、各部品２を間隔をあけて分離させるエキスパンド台１５が、任意の部品２を所定の第１の部品供給位置に位置決めするＸＹテーブル１６上に設置して配設されている。１７は第１の部品供給位置の部品２を認識する認識カメラである。
【００２４】
１８は、エキスパンド台１５上の第１の部品供給位置で電子部品２を吸着し、Ｘ方向に移動して第２の部品供給位置まで移載するとともに吸着した電子部品２を１８０度上向きに旋回させる部品反転手段で、Ｘ方向テーブル６とは別に設けられたＸ方向テーブルにて移動可能に構成されている。半導体ウエハ１２の状態では、各電子部品２の突起電極２ａは上面に形成されており、部品反転手段１８にて各電子部品２の突起電極２ａが形成された面を吸着した後上向きに１８０度旋回することによって、電子部品２の突起電極２ａが形成された面が下向き、反対側の面が上向きとなり、その状態で第２の部品供給位置で実装ヘッド５に受け渡すように構成されている。以上のマガジンリフタ１４、エキスパンド台１５、部品反転手段１８にて電子部品２を実装ヘッド５に供給する部品供給手段２０が構成されている。尚、１９は基板３の電子部品２の実装位置又は電子部品２に封止材を塗布するディスペンサである。
【００２５】
実装ヘッド５は、ボイスコイルモータなどの移動手段２２にて軸芯方向に昇降駆動可能なスプライン軸（図示せず）の下部に超音波ヘッド２１が取付けられている。超音波ヘッド２１は、支持ブラケット２３に超音波振動発生手段２４と共振体２５を取付けて構成され、その共振体２５又はそれに取付固定された吸着ノズルにて部品２を保持するように構成されている。
【００２６】
以上の全体構成における部品実装動作を説明すると、部品供給手段２０にて電子部品２をその突起電極２ａを下向きにした状態で第２の部品供給位置に供給した後、実装ヘッド ５の共振体２５又はそれに取付固定された吸着ノズルにて電子部品２を保持し、次いで実装ヘッド５がＸ方向テーブル６にて基板３における電子部品２の実装位置のＸ方向位置まで移動する。一方、ローダ９にて供給された基板３はＹ方向テーブル７に設けられた部分レール１１上に受け渡された後、部分レール１１が所定高さ位置まで下降してこの基板３が支持台８上に載置固定され、次いでＹ方向テーブル７が基板３における電子部品２の実装位置のＹ方向位置が実装ヘッド５のＹ方向位置に一致するように移動する。次に、必要に応じてディスペンサ１９にて実装位置に封止材を塗布した後、実装ヘッド５の移動手段２２を作動させて電子部品２を下降させ、その突起電極２ａを基板３の実装位置の電極に当接させるとともに、移動手段２２にて所定の押圧荷重を負荷しながら超音波振動発生手段２４を作動させることで、突起電極２ａと基板３の電極の接合面に超音波エネルギーを供給して拡散及び溶融させて接合し、またディスペンサ１９にて塗布された封止材が基板３と電子部品２の隙間に充填されて、電子部品２の基板３に対する実装が終了する。電子部品２の実装が終了すると、部分レール１１が上昇して基板３が部分レール１１上に受け渡されるとともに、部分レール１１がアンローダ１０に接続され、基板３がアンローダ１０にて搬出される。
【００２７】
次に、本実施形態の参考例における実装ヘッド５の要部である超音波ヘッド２１の構成について、図３を参照して説明する。図３において、支持ブラケット２３に共振体２５を支持する一対の支持ブロック２６ａ、２６ｂがそれらの軸芯を水平にして取付けられ、共振体２５の一端に振幅を拡大するホーン２７の出力端面２７ａが同芯状に結合され、ホーン２７の他端側に超音波振動発生手段２４が結合されている。共振体２５は、共振モードＭの波長をλとして、（１＋３／４）λの長さを有する軸体２８から成り、一端からλ／４の位置と他端の振動モードの節の位置に支持部２９ａ、２９ｂが設けられて支持ブロック２６ａ、２６ｂにて支持され、支持部２９ａ、２９ｂ間の中央の振動モードの腹となる位置に吸着ノズル３０が垂直に貫通させて配設されている。３０ａは吸着ノズル３０の軸芯部に形成された吸引通路である。吸着ノズル３０の下端部には吸着保持すべき電子部品２の大きさに対応する平面形状の作用部３１が形成され、この作用部３１にカートリッジヒータなどの加熱手段３２が埋設されるとともに、下面が電子部品２を保持する作用面３３とされている。共振体２５を構成する軸体２８及び吸着ノズル３０にて、超音波振動発生手段２４にて発生された超音波振動を作用面３３に伝播する超音波振動伝達手段３４を構成している。
【００２８】
なお、実装ヘッド５には、作用面３３と支持台８の上面との平行度が５μｍ以下となるように調整するための調整機構（図示せず）が設けられている。また、超音波振動発生手段２４にて発生され、超音波振動伝達手段３４を介して作用面３３に伝播された超音波振動は、作用面３３においてその面に平行な水平方向の振動成分に対して垂直成分は３％未満となるように設定調整されている。また、ボイスコイルモータやシリンダなどの荷重負荷手段としての移動手段２２により作用面３３に負荷される押圧荷重は、電子部品２に設けられた各突起電極２ａの直径やその数によって調整できるように構成されている。突起電極２ａの径によるが、通常は１個の突起電極２ａ当たり３０〜５０ｇとして、それに突起電極２ａの数を乗じた荷重を負荷するように構成されている。なお、１個の突起電極２ａ当たり３０〜２００ｇとして、それに突起電極２ａの数を乗じた荷重が負荷される場合もある。
【００２９】
以上の構成において、支持台８上に実装対象物の基板３を載置固定し、電子部品２を超音波ヘッド２１の作用面３３にて保持した状態で、移動手段２２にて支持ブラケット２３を下降移動させて吸着ノズル３０を支持台８に向けて下降させ、その作用面３３と支持台８の上面との間で基板３と電子部品２を挟圧し、さらに支持ブラケット２３、一対の支持ブロック２６ａ、２６ｂ、共振体２５を構成する軸体２８、及び吸着ノズル３０を介して作用面３３に上記した所定の押圧荷重を作用させる。この時、押圧荷重は作用面３３に対 して垂直な軸芯の直上位置から負荷されることになる。その状態で、超音波振動発生手段２４から超音波振動を出力し、さらに加熱手段３２を作動させて加熱する。
【００３０】
すると、電子部品２の背面にその垂直方向の直上位置から押圧荷重が負荷されるので、大きな押圧荷重を作用させても電子部品２の多数の突起電極２ａの端面と基板３の接合面との平行度を高精度に維持することができ、従って電子部品２の突起電極２ａの数が多く、負荷する押圧荷重が大きくても各突起電極２ａに均等に所要の押圧荷重を負荷した状態で超音波振動を印加することができ、全ての突起電極２ａを確実に高い信頼性をもって接合することができる。
【００３１】
また、上記のようにして電子部品２の突起電極２ａと基板３の電極の間に超音波エネルギーを付与しながら、さらに加熱手段３２にて電子部品２をその背面から加熱して熱エネルギーを付与することにより、電子部品２の突起電極２ａの数が多い場合にも全ての突起電極２ａを確実に生産効率良く接合することができる。
【００３２】
その際、支持台８側にも加熱手段（図示せず）を配設して基板３側からも熱エネルギーを付与するように構成するのが好適である。しかし、支持台８側には必ずしも加熱手段を設けなくても良く、逆に場合によっては支持台８側にのみ加熱手段を設けて熱エネルギーを付与するようにしてもよい。
【００３３】
また、基板３の実装位置にディスペンサ１９にて塗布され、電子部品２の実装によって電子部品２と基板３の間の隙間に充填された封止材が同時に加熱によって硬化され、電子部品２の接合と同時に封止も完了する。これによって、後続の封止工程が削減され、コスト低下が図られる。
【００３４】
また、上記したように作用面３３における超音波振動のその面と平行な方向の成分に対して垂直な方向の成分が３％未満となるようにしているので、大きな押圧荷重を負荷しながら超音波接合する過程で突起電極２ａが破損したり、大きく変形したりするのを防止して、適正な接合状態を確保することができる。なお、超音波振動エネルギーの水平方向成分に対して垂直方向成分が１０％未満であれば、突起電極２ａの数がかなり多い場合でも適正な接合状態を得ることができるが、垂直方向成分が１０％以上になると、突起電極２ａの数が多く、押圧荷重が大きい場合には突起電極２ａの一部が大きく変形して適正な接合状態が得られない恐れが発生する。
【００３５】
また、上記したように電子部品は、一面に５０個以上の突起電極２ａを有する電子部品２の場合、１つの突起電極２ａ当たり３０〜５０ｇとしてそれに突起電極２ａの数を掛けた荷重を押圧荷重として負荷することにより、各突起電極２ａに過大な荷重を作用せず、突起電極２ａを大きく変形したりすることなく、効率的に超音波接合することができる。
【００３６】
次に、本実施形態の電子部品実装装置の他の参考例について、図４を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明では、同一の構成要素については同一参照符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。
【００３７】
上記参考例では、軸体２８から共振体２５の両側部を支持ブロック２６ａ、２６ｂにて支持した状態で押圧荷重を負荷することにより、押圧荷重を作用面３３の垂直方向直上から負荷するように構成した例を示したが、本参考例では超音波振動発生手段２４が比較的剛性の大きなホーン２７を有しており、このホーン２７の入力端面からλ／２の位置に吸着ノズル３０を垂直に貫通させて配設している。
【００３８】
このように構成しても、作用部３１に内蔵させた加熱手段３２にて熱エネルギーを付与 することで、その分付与すべき超音波エネルギーを小さくできて押圧荷重を低減でき、それによって押圧荷重を負荷した状態で作用面３３と支持台８の平行度を所望の範囲に納め、また作用面３３における超音波振動エネルギーの水平成分に対して垂直成分を１０％未満に納めることが可能であり、全ての突起電極２ａを適正に接合することができる。
【００３９】
次に、本実施形態の電子部品実装装置の実装ヘッドについて、図５を参照して説明する。
【００４０】
上記参考例では、吸着ノズル３０の作用部３１に加熱手段３２を埋設した例を示したが、本実施形態では作用面３３の近傍に配設した部材に加熱手段を配設して、熱輻射にて加熱するようにしている。図５において、細長いブロック状の共振体３５の一端の基端面３６に連結軸３７を介して超音波振動発生手段２４が結合され、共振体３５の他端部一側に作用面３３が斜めに形成されている。共振体３５及び連結軸３７、超音波振動発生手段２４は作用面３３が水平になるように斜め上方に傾斜した姿勢で配設され、かつ共振体３５の共振モードの節の位置に設けられた取付部３５ａを支持ブラケット２３に固定して取付けられている。
【００４１】
支持ブラケット２３には、共振体３５の両側に対向するように対向板部３８が設けられ、この対向板部３８の下部の作用面３３の近傍に対向する部分にカートリッジヒータなどの間接加熱用の加熱手段３９が埋設され、加熱手段３９で対向板部３８の下部を加熱し、その輻射熱で共振体３５の作用面３３近傍を加熱するように構成されている。
【００４２】
また、超音波振動発生手段２４の外周と連結軸３７の外周の少なくとも一部を取り囲むように、冷却部若しくは保温部としての冷却チャンバ４０が配設され、その流入口４０ａから冷却エアを導入し、流出口４０ｂから排出することで、連結軸３７や超音波振動発生手段２４を冷却し、共振体３５の加熱により伝わってくる熱を放熱させて超音波振動発生手段２４の温度上昇を防止するように構成されている。また、連結軸３７に温度監視部としての熱電対４１を埋め込み配置し、その温度を監視できるように構成されている。
【００４３】
本実施形態では、共振体３５を間接加熱するようにしているので、超音波振動接合の振動系に影響を与えずに加熱することができるので、信頼性の高い超音波接合を容易に確保することができる。また、冷却部又は保温部として冷却チャンバ４０を設けたことで、加熱手段３９にて加熱した共振体３５の熱が超音波振動発生手段２４に熱が伝達され、超音波振動発生手段２４の温度が上昇してその性能が低下したり、損傷したりするのを確実に防止することができる。また、超音波振動発生手段２４の近傍に配設した熱電対４１にて温度を監視するようにしているので、知らずに超音波振動発生手段２４の温度が上昇して性能が低下し、接合不良が大量に発生してしまうというような事態の発生を未然に防止することができる。
【００４４】
なお、上記実施形態の説明では、非接触間接加熱として、輻射熱で作用面３３近傍を加熱するようにした例を示したが、熱風を吹き付けて加熱したり、レーザ光などの熱線を照射して加熱したり、電磁誘導加熱したりする手段を配設してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の電子部品実装方法によれば、電子部品の背面に押圧荷重を負荷しつつその表面と略平行な振動方向の超音波振動を付与するとともに、電子部品の背面側から各突起電極に対して効率的に熱エネルギーを付与して電子部品と実装対象物の接合部に熱エネルギーを付与でき、電子部品の突起電極の数が多い場合にも全ての突起電極を確実に生産効率良く接合することができ、さらに振動系に影響を与えずに加熱でき、信頼性の高い超音波接合を容易に確保することができるので、一面に複数の突起電極を有する電子部品を基板に 超音波接合する電子部品実装装置に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態及び従来例に共通する電子部品実装装置における全体概略構成を示す斜視図。
【図２】図１における実装ヘッドの構成を示す斜視図。
【図３】本発明の参考例における実装ヘッドの要部構成を示す部分断面正面図。
【図４】本発明の他の参考例における実装ヘッドの要部構成を示す部分断面正面図。
【図５】本発明の実施形態における実装ヘッドの要部構成を示す部分断面正面図。
【図６】図５のＡ−Ａ矢視図。
【符号の説明】
【００４７】
１ 電子部品実装装置
２ 電子部品
２ａ 突起電極
３ 基板（実装対象物）
５ 実装ヘッド
６ Ｘ方向テーブル（位置決め手段）
７ Ｙ方向テーブル（位置決め手段）
８ 支持台
２０ 部品供給手段
２２ 移動手段（荷重負荷手段）
２４ 超音波振動発生手段
３２ 加熱手段
３３ 作用面
３４ 超音波振動伝達手段
３９ 加熱手段
４０ 冷却チャンバ（冷却部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面に複数の突起電極を有する電子部品を実装対象物の電極に接合して実装する電子部品の実装方法であって、電子部品の突起電極配設面とは反対側の背面を超音波振動伝達手段にて保持し、支持台上に配置固定した実装対象物と位置合わせを行い、電子部品の各突起電極を実装対象物の各電極に接触させる工程と、超音波振動伝達手段を介して電子部品の背面に押圧荷重を負荷しつつその表面と略平行な振動方向の超音波振動を付与する工程と、超音波振動伝達手段に対して非接触方式で電子部品をその背面から加熱して電子部品と実装対象物の接合部に熱エネルギーを付与する工程とを有することを特徴とする電子部品実装方法。
【請求項２】
一面に複数の突起電極を有する電子部品を実装対象物の電極に接合して実装する電子部品の実装方法であって、電子部品の突起電極配設面とは反対側の背面を超音波振動伝達手段にて保持し、支持台上に配置固定した実装対象物と位置合わせを行い、電子部品の各突起電極を実装対象物の各電極に接触させる工程と、超音波振動伝達手段を介して電子部品の背面に押圧荷重を負荷しつつ、超音波振動伝達手段に連結された超音波振動発生手段にて電子部品の表面と略平行な振動方向の超音波振動を付与する工程と、加熱手段にて超音波振動伝達手段を介して電子部品をその背面から加熱して電子部品と実装対象物の接合部に熱エネルギーを付与する工程と、加熱手段にて加熱された超音波振動伝達手段の熱が超音波振動発生手段に伝わるのを超音波振動発生手段と超音波振動伝達手段の間で冷却する工程とを有することを特徴とする電子部品実装方法。
【請求項１】
一面に複数の突起電極を有する電子部品を実装対象物の電極に接合して実装する電子部品の実装方法であって、電子部品の突起電極配設面とは反対側の背面を超音波振動伝達手段にて保持し、支持台上に配置固定した実装対象物と位置合わせを行い、電子部品の各突起電極を実装対象物の各電極に接触させる工程と、超音波振動伝達手段を介して電子部品の背面に押圧荷重を負荷しつつその表面と略平行な振動方向の超音波振動を付与する工程と、超音波振動伝達手段に対して非接触方式で電子部品をその背面から加熱して電子部品と実装対象物の接合部に熱エネルギーを付与する工程とを有することを特徴とする電子部品実装方法。
【請求項２】
一面に複数の突起電極を有する電子部品を実装対象物の電極に接合して実装する電子部品の実装方法であって、電子部品の突起電極配設面とは反対側の背面を超音波振動伝達手段にて保持し、支持台上に配置固定した実装対象物と位置合わせを行い、電子部品の各突起電極を実装対象物の各電極に接触させる工程と、超音波振動伝達手段を介して電子部品の背面に押圧荷重を負荷しつつ、超音波振動伝達手段に連結された超音波振動発生手段にて電子部品の表面と略平行な振動方向の超音波振動を付与する工程と、加熱手段にて超音波振動伝達手段を介して電子部品をその背面から加熱して電子部品と実装対象物の接合部に熱エネルギーを付与する工程と、加熱手段にて加熱された超音波振動伝達手段の熱が超音波振動発生手段に伝わるのを超音波振動発生手段と超音波振動伝達手段の間で冷却する工程とを有することを特徴とする電子部品実装方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−２２７９６４（Ｐ２００７−２２７９６４Ａ）
【公開日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１１５１２７（Ｐ２００７−１１５１２７）
【出願日】平成１９年４月２５日（２００７．４．２５）
【分割の表示】特願２００２−８７５９４（Ｐ２００２−８７５９４）の分割
【原出願日】平成１４年３月２７日（２００２．３．２７）
【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９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月２５日（２００７．４．２５）
【分割の表示】特願２００２−８７５９４（Ｐ２００２−８７５９４）の分割
【原出願日】平成１４年３月２７日（２００２．３．２７）
【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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