特開 2023-60534 電子部品接合装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023060534

(43)【公開日】2023-04-28

(54)【発明の名称】電子部品接合装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20230421BHJP

   H05K 13/04 20060101ALI20230421BHJP

   H05K 13/08 20060101ALI20230421BHJP

【ＦＩ】

H01L21/60 311T

H05K13/04 B

H05K13/08 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021170185

(22)【出願日】2021-10-18

(71)【出願人】

【識別番号】592141488

【氏名又は名称】アスリートＦＡ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002697

【氏名又は名称】めぶき弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100104709

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 誠剛

(72)【発明者】

【氏名】小竹 利幸

(72)【発明者】

【氏名】上島 直人

【テーマコード（参考）】

5E353

5F044

【Ｆターム（参考）】

5E353EE88

5E353GG21

5E353JJ13

5E353JJ21

5E353JJ48

5E353KK02

5E353MM04

5E353MM08

5E353QQ12

5F044PP15

5F044PP16

5F044PP17

(57)【要約】

【課題】電子部品と基板の平行度合わせを簡単な構造で実現し、電子部品の電極と基板の電極との位置合わせ及び接合を高精度で行うことが可能な電子部品接合装置を実現する。
【解決手段】電子部品接合装置１は、ステージ１３に対してボンディングツール３３を昇降移動させる電子部品昇降機構１１を有している。電子部品昇降機構１１は、電子部品Ｍの電極７０と基板Ｐの電極７１との間の距離が所定の距離Ｄ１になるまでボンディングツール３３を移動させる高速移動機構２０と、高速移動機構２０より低い速度でボンディングツール３３を移動させる低速移動機構２１とを有している。低速移動機構２１は、ステージ１３のステージ面１３ａに対しボンディングツール３３の電子部品保持面３３ａの平行度合わせが可能な平行度調整機構４４を有している。平行度調整機構４４は、凸状球面部材６５の半球面６５ａと凹状球面部材６６の半球面６６ａとで接続されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を吸着保持するステージに対して電子部品を吸着保持するボンディングツールを昇降移動させる電子部品昇降機構を有し、前記基板の電極と前記電子部品の電極とを熱溶融可能な接合材を介して接合することが可能な電子部品接合装置であって、
前記電子部品昇降機構は、
前記電子部品の前記電極と前記基板の前記電極との間の距離が所定の距離になるまで前記ボンディングツールを移動させる高速移動機構と、
前記高速移動機構より低い速度で前記ボンディングツールを移動させる低速移動機構と、
前記低速移動機構に備えられ、前記ステージのステージ面に対し前記ボンディングツールの電子部品保持面の平行度合わせが可能な平行度調整機構と、を有し、
前記平行度調整機構は、凸状球面部材の半球面と凹状球面部材の半球面とで接続されている、
ことを特徴とする電子部品接合装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電子部品接合装置において、
前記低速移動機構は、ピエゾ素子を駆動源とするピエゾ駆動機構を有し、
前記平行度調整機構は、前記ピエゾ駆動機構の直上部に取り付けられている、
ことを特徴とする電子部品接合装置。

【請求項3】

請求項１に記載の電子部品接合装置において、
前記高速移動機構と前記低速移動機構とを連結する移動部と、
前記凸状球面部材の側面と前記移動部との間に懸架され、前記凹状球面部材の前記半球面に前記凸状球面部材の前記半球面を付勢するための複数のバネと、
をさらに有している、
ことを特徴とする電子部品接合装置。

【請求項4】

請求項１記載の電子部品接合装置において、
前記ステージ面と前記電子部品保持面との平行度合わせの際には、前記高速移動機構によって前記ステージ面と前記電子部品保持面とを密着させ、前記凹状球面部材の前記半球面に前記凸状球面部材の前記半球面を付勢する際の荷重を制御することが可能な高荷重センサをさらに有している、
ことを特徴とする電子部品接合装置。

【請求項5】

請求項１に記載の電子部品接合装置において、
前記凸状球面部材及び前記凹状球面部材の前記半球面の曲率半径の中心は、前記ステージ面と前記電子部品保持面の密着面の中心にある、
ことを特徴とする電子部品接合装置。

【請求項6】

請求項１に記載の電子部品接合装置において、
前記ステージに配置され、前記接合材を熱溶融するためのヒータと、
前記ステージと前記ボンディングツールとの間を進退可能に配置される上下２視野カメラユニットと、
前記ステージと前記上下２視野カメラユニットとの間に配置され、かつ、前記ステージの上方を覆う位置と前記ステージから退避する位置とに移動可能な断熱板と、
をさらに有している、
ことを特徴とする電子部品接合装置。

【請求項7】

請求項６に記載の電子部品接合装置において、
前記上下２視野カメラユニットは、Ｘ軸駆動部、Ｙ軸駆動部及びＺ軸駆動部を介して前記電子部品昇降機構及び前記ステージを支持する下部ベースから独立したベースプレートに取り付けられている、
ことを特徴とする電子部品接合装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子部品接合装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電子部品の電極を基板の電極に接合材を介して押圧し、接合材を溶融して電子部品を基板に接合する電子部品接合装置が知られている。このような電子部品接合装置においては、電子部品と基板との平行に圧接すること、電子部品の電極位置と基板の電極位置とを高精度に位置合わせすることが要求される。電子部品と基板との平行度合わせが可能な電子部品接合装置としては、基板を保持するステージ側に平行度調整機構を有し、電子部品を吸着保持するボンディングツールの電子部品保持部面に対してステージの基板保持面の平行度合わせが可能な電子部品接合装置がある（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

また、電子部品の電極位置と基板の電極位置とを上下２視野カメラユニットによって同時に撮像し、高精度に両者の位置合わせを行うことが可能な電子部品接合装置がある（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２－８４７４０号公報

【特許文献2】特開２０１７－１８３４５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の平行度調整機構は、基板保持面を有する凸状球面部材と凸状球面部材に嵌合する凹状球面部材とから構成されている。平行度合わせは、電子部品保持面の高さ位置を高さ検出手段で検出し、ボンディングツールの電子部品保持面を基板保持面に押し付けた状態で駆動手段によって基板保持面の傾斜を変化させ、電子部品保持面の高さ位置が最下点となる位置で制御手段によって基板保持面の傾斜位置を保持するというものである。平行度合わせには、基板保持面の傾斜を変化させるための駆動手段を複数備え、傾斜位置を保持するための制御手段をさらに有しているために平行度調整機構が大型化し複雑になってしまうという課題がある。

【0006】

また、特許文献２に記載の電子部品接合装置においては、上下２視野カメラユニットで電子部品の電極と基板の電極との位置合わせを高精度に行うことが可能である。しかし、ステージ及びボンディングツールが接合材を溶融する際の熱の影響によって、上下２視野ユニットの光軸がずれてしまうことが考えられ、安定した位置合わせができなくなる虞がある。また、上下２視野カメラユニットは、ステージ及びボンディングツールが固定されるベース板に移動可能に固定されている。このことによって、上下２視野カメラユニットが検出位置と退避位置とに移動する際や接合に関わるボンディングツールの動作などによって、ステージ、ボンディングツール及び上下２視野カメラユニットが動作時の振動を総合に影響を与えることがあり、電子部品の電極と基板の電極との高精度な位置合わせ及び接合の高速化は難しくなることが考えられる。

【0007】

そこで、本発明は、このような課題の少なくとも一つを解決するためになされたものであり、電子部品と基板との接合において、電子部品と基板との平行度調整機構を小型、かつ簡単な構造によって実現し、電子部品の電極と基板の電極との高精度な位置合わせをすることが可能な電子部品接合装置を実現しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

［１］本発明の電子部品接合装置は、基板を吸着保持するステージに対して電子部品を吸着保持するボンディングツールを昇降移動させる電子部品昇降機構を有し、前記基板の電極と前記電子部品の電極とを熱溶融可能な接合材を介して接合することが可能な電子部品接合装置であって、前記電子部品昇降機構は、前記電子部品の前記電極と前記基板の前記電極との間の距離が所定の距離になるまで前記ボンディングツールを移動させる高速移動機構と、前記高速移動機構より低い速度で前記ボンディングツールを移動させる低速移動機構と、前記低速移動機構に備えられ、前記ステージのステージ面に対し前記ボンディングツールの電子部品保持面の平行度合わせが可能な平行度調整機構と、を有し、前記平行度調整機構は、凸状球面部材も半球面と凹状球面部材の半球面とで接続されていることを特徴とする。

【0009】

［２］本発明の電子部品接合装置においては、前記低速移動機構は、ピエゾ素子を駆動源とするピエゾ駆動機構を有し、前記平行度調整機構は、前記ピエゾ駆動機構の直上部に取り付けられていることが好ましい。

【0010】

［３］本発明の電子部品接合装置においては、前記高速移動機構と前記低速移動機構とを連結する移動部と、前記凸状球面部材の側面と前記移動部との間に懸架され、前記凹状球面部材の前記半球面に前記凸状球面部材の前記半球面を付勢するための複数のバネと、をさらに有していることが好ましい。

【0011】

［４］本発明の電子部品接合装置においては、前記ステージ面と前記電子部品保持面との平行度合わせの際には、前記高速移動機構によって前記ステージ面と前記電子部品保持面とを密着させ、前記凹状球面部材の前記半球面に前記凸状球面部材の前記半球面を付勢する際の荷重を制御することが可能な高荷重センサをさらに有していることが好ましい。

【0012】

［５］本発明の電子部品接合装置においては、前記凸状球面部材及び前記凹状球面部材の前記半球面の曲率半径の中心は、前記ステージ面と前記電子部品保持面の密着面の中心にあることが好ましい。

【0013】

［６］本発明の電子部品接合装置においては、前記ステージに配置され、前記接合材を熱溶融するためのヒータと、前記ステージと前記ボンディングツールとの間を進退可能に配置される上下２視野カメラユニットと、前記ステージと前記上下２視野カメラユニットとの間に配置され、かつ、前記ステージの上方を覆う位置と前記ステージから退避する位置とに移動可能な断熱板と、をさらに有していることが好ましい。

【0014】

［７］本発明の電子部品接合装置においては、前記上下２視野カメラユニットは、Ｘ軸駆動部、Ｙ軸駆動部及びＺ軸駆動部を介して前記電子部品昇降機構及び前記ステージを支持する下部ベースから独立したベースプレートに取り付けられていることが好ましい。

【発明の効果】

【0015】

以上説明した電子部品接合装置は、凸状球面部材と凹状球面部材とを有し、凸状球面部材と凹状球面部材の相互の半球面との間をバネで付勢する平行度調整機構を有している。平行度調整機構は、ボンディングツールの上部側に配置されている。ボンディングツール交換後において、ステージ面に電子部品保持面をと当接させ所定の荷重を加えると、凹状球面部材に対して凸状球面部材が相互の半球面に倣って揺動し、固定されているステージ面に対してボンディングツール側の電子部品保持面が密着する。このことによって、ステージ面と電子部品保持面とが平行となる。このように構成される電子部品接合装置は、平行度合わせのための制御手段や駆動手段を設けなくても、電子部品と基板との平行度合わせを簡単な構造で行うことが可能となる。

【0016】

また、電子部品接合装置は、ステージと上下２視野カメラユニットとの間に断熱板を有している。断熱板を設けることによって、ステージに配置されるヒータからの熱が上下２視野ユニットに伝達し、この熱の影響で上下２視野ユニットの光軸のずれが発生することを防止している。また、上下２視野カメラユニットは、電子部品昇降機構及びステージを支持する下部ベースから独立したベースプレートに配置されている。このために、電子部品昇降機構の動作による振動が上下２視野カメラユニットに伝わったり、逆に、上下２視野カメラユニットの動作による振動が電子部品昇降機構に伝わったりすることによる影響を抑制することが可能となる。

【0017】

以上のように構成される本発明の電子部品接合装置によれば、電子部品と基板との接合において、電子部品と基板との平行度調整機構を小型、かつ簡単な構造によって実現し、電子部品の電極と基板の電極との高精度な位置合わせをすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】電子部品接合装置１の全体構成を示す断面図である。

【図2】電子部品接合装置１をＹ軸方向から見た正面図である。

【図3】平行度調整機構４４によるステージ面１３ａに対して電子部品保持面３３ａを平行に調整する状況を示す説明図である。

【図4】電子部品Ｍの１例を示す図である。

【図5】基板Ｐの１例を示す図である。

【図6】電子部品Ｍと基板Ｐとの接合後の状態を示す図である。

【図7】電子部品接合の主工程を示す工程フロー図である。

【図8】電子部品Ｍと基板Ｐとの位置合わせの状況を示す断面図である。

【図9】電子部品接合装置１の接合動作を説明する模式図である。

【図10】電子部品接合装置１が電子部品Ｍと基板Ｐとを接合しているときの状況を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

（電子部品接合装置１の構成）
以下、本発明の実施の形態に係る電子部品接合装置１について、図１～図１０を参照して説明する。

【0020】

図１は、電子部品接合装置１の全体構成を示す断面図である。図２は、電子部品接合装置１をＹ軸方向から見た正面図である。なお、図１は、稼働直前の電子部品接合装置１を示し、図２は、断熱板５７と上下２視野カメラユニット１２の位置関係を簡略化して示す説明図である。図１において、図面の横方向をＹ軸、紙面に垂直方向をＸ軸、Ｘ－Ｙ平面に垂直方向をＺ軸又は上下方向とする。電子部品接合装置１は、ステージ機構１０、電子部品昇降機構１１、及び上下２視野カメラユニット１２を有している。ステージ機構１０は、被接合材である基板Ｐを吸着保持するステージ１３、ステージ１３をＸ軸方向に移動するＸ軸駆動テーブル１４、ステージ１３をＹ軸方向に移動するＹ軸駆動テーブル１５を有している。

【0021】

ステージ１３は、電子部品Ｍを基板Ｐに接合する際に、主として基板Ｐ側の接合材としての半田層Ｈ２（図５参照）を熱溶融させるためのヒータ１６を有している。ステージ１３は、Ｘ軸駆動テーブル１４及びＹ軸駆動テーブル１５を介して下部ベース１７に固定されている。ステージ１３のステージ面１３ａは、真空吸引穴（図示は省略）を有し、基板Ｐを真空吸着することが可能である。Ｘ軸駆動テーブル１４及びＹ軸駆動テーブル１５は、基板ＰのＸ－Ｙ方向の位置を微調整することが可能な構成である。

【0022】

電子部品昇降機構１１は、高速移動機構２０及び低速移動機構２１で構成される。高速移動機構２０は、モータ２２、ボールねじ２３、ボールねじナット２４を有している。ボールねじナット２４は、連結部２５を介してモータ２２の出力軸２６に結合されている。ボールねじナット２４は、連結移動部２７に固定されている。また、ボールねじナット２４は、ボールねじ２３にねじ結合している。連結移動部２７は、第１ガイド部２９、第２ガイド部３０及び側板３１を介して電子部品昇降機構１１の上部に配置される上部ベース２８に取り付けられている。第１ガイド部２９及び第２ガイド部３０は、上部ベース２８に対して連結移動部２７を上下方向に移動可能にガイドする。つまり、高速移動機構２０は、モータ２２の駆動により連結移動部２７を上下方向に移動させることが可能な構成である。

【0023】

高速移動機構２０は変位センサ３２を有し、変位センサ３２は連結移動部２７の上下方向の移動量、すなわち、高速移動機構２０によるボンディングツール３３の上下方向の移動量を検出する。変位センサ３２は、例えば、リニアエンコーダによって構成することができる。

【0024】

連結移動部２７には、高荷重センサ４０を介して移動部４１が支持されている。連結移動部２７と移動部４１との間には、付勢手段としての大荷重バネ４２が備えられている。大荷重バネ４２は、連結移動部２７に対して反力を発生し移動部４１を下方側に付勢している。第１ガイド部２９及び第２ガイド部３０は、例えば、クロスローラーガイドやエアスライドガイドを用いることが可能である。高速移動機構２０は、移動部４１を介して低速移動機構２１を昇降させる。

【0025】

移動部４１に下方側（ボンディングツール３３側）から押し上げ力が作用すると、移動部４１は連結移動部２７に対し相対的に上方に偏倚しボンディングツール３３を介して移動部４１に作用する押し上げ力を高荷重センサ４０によって測定することができる。

【0026】

低速移動機構２１は、高速移動機構２０の中心軸Ｃｐに沿って高速移動機構２０側から順に、モータ４３、平行度調整機構４４、ピエゾ駆動機構４５、低荷重センサ４６、変位センサ４７、及び、ボンディングツール３３が連結されている。平行度調整機構４４は、ピエゾ駆動機構４５の直上部に取り付けられている。ボンディングツール３３は、電子部品Ｍを基板Ｐに接合する際に、主として電子部品Ｍ側の接合材としての半田層Ｈ１（図４参照）を熱溶融させるためのヒータ４８を有している。低速移動機構２１は、中心軸Ｃｐ上を上下方向に移動する。平行度調整機構４４の構成は、図３を参照して説明する。

【0027】

ピエゾ駆動機構４５は、駆動源としてピエゾ素子（図示は省略）を有し、ピエゾ素子に印加される電圧信号に応じてボンディングツール３３を下方側に移動させる。なお、ピエゾ駆動機構４５は、ピエゾ素子の変形量をそのままボンディングツール３３に伝える構成にしてもよく、変位拡大機構を用いて変位量を拡大してボンディングツール３３に伝える構成にすることも可能である。

【0028】

変位センサ４７は、ボンディングツール３３の変位量を検出する。検出精度は約０．０１μｍであり、例えば、静電容量式変位センサを用いることができる。低荷重センサ４６は、ボンディングツール３３に対して下方側から加えられる荷重を検出する。すなわち、電子部品Ｍと基板Ｐとの接合時に加えられる荷重を検出することができる。ボンディングツール３３は電子部品保持面３３ａに真空吸引孔（図示は省略）を有し、電子部品Ｍをステージ面１３ａに真空吸着することが可能である。

【0029】

モータ４３は、平行度調整機構４４に連結され、平行度調整機構４４を介してボンディングツール３３を水平面内で回転させる。すなわち、モータ４３は、中心軸Ｃｐを回転軸として電子部品Ｍを回転し、基板Ｐに対する電子部品Ｍの回転方向の位置の微調整を行う。以上説明したように構成される電子部品昇降機構１１は上部ベース２８に垂下されるように固定され、上部ベース２８は剛性を有する柱状フレーム４９を介して下部ベース１７に固定される。

【0030】

上下２視野カメラユニット１２は、公知のものを採用することが可能であるため、詳細な説明は省略する。上下２視野カメラユニット１２は、本体である撮像部５０、撮像部５０に設けられる電子部品Ｍの電極７０（図４参照）からの反射光を入力する上開口部５１、基板Ｐの電極７１（図５参照）からの反射光を入力する下開口部５２を有している。撮像部５０は内部に、入力された反射光の光軸を切換えるプリズム（図示は省略）、電極７０を撮像する撮像カメラ及び電極７１を撮像する撮像カメラ（図示は省略）によって構成されている。上下２視野カメラユニット１２は、Ｚ軸駆動部５３、Ｘ軸駆動部５４及びＹ軸駆動部５５を介してベースプレート５６側に垂下された姿勢で固定されている。

【0031】

ベースプレート５６は、電子部品昇降機構１１とは独立した剛性を有する柱状フレーム４９によって下部ベース１７に固定されている。このことによって、電子部品昇降機構１１やステージ機構１０を動作する際の振動が、上下２視野カメラユニット１２に伝わりにくくしている。逆に、上下２視野カメラユニット１２が動作する際の振動が電子部品昇降機構１１やステージ機構１０に伝わりにくくしている。

【0032】

図１及び図２に示すように、ステージ１３と上下２視野カメラユニット１２との間には、断熱板５７が配置されている。図１は、電子部品接合装置１が稼働直前の状態であり、上下２視野カメラユニット１２が、Ｙ軸方向にボンディングツール３３から退避している状況を表している。断熱板５７は、支持フレーム５８及びリニア駆動部５９を介してＹ軸駆動テーブル１５に取り付けられている。すなわち、断熱板５７は、上下２視野カメラユニット１２の移動方向（Ｙ軸方向）にＹ軸駆動テーブル１５に対して移動可能であって、上下２視野カメラユニット１２とステージ１３と間を遮るようにステージ１３の上方を覆う位置とボンディングツール３３から平面方向に離間する位置との間を移動することが可能に構成されている。電子部品Ｍと基板Ｐとの位置合わせの際には、上下２視野カメラユニット１２の上開口部５１及び下開口部５２の中心位置が、中心軸Ｃｐまで移動する。上下２視野カメラユニット１２が電子部品Ｍ及び基板Ｐの電極７０，７１（図４、図５参照）を撮像可能な位置に移動する際には、断熱板５７は少なくともボンディングツール３３の動作を妨げない位置までＹ軸方向に退避する。

【0033】

図２は、上下２視野カメラユニット１２が、電子部品Ｍ及び基板Ｐを撮像可能な位置に移動した後の状況を示している。このとき、上開口部５１及び下開口部５２の中心位置は、中心軸Ｃｐ上にある。断熱板５７は、紙面の奥方向のステージ１３から離れた位置に退避している。断熱板５７は、２本の支持フレーム５８で支持され、リニア駆動部５９によってＹ軸駆動テーブル１５に対してＹ軸方向に移動可能に構成されている。なお、低速移動機構２１は、側方を側板３１で囲まれている。

【0034】

（平行度調整機構４４の構成）
図３は、平行度調整機構４４によるステージ面１３ａに対して電子部品保持面３３ａが平行になるように調整する状況を示す説明図である。図３（ａ）は、電子部品接合装置１の断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ－Ａ切断面を上方から見た平面図である。図３（ａ）に示すように、平行度調整機構４４は、凸状球面部材６５、凹状球面部材６６及びバネ６７で構成されている。凸状球面部材６５は凸状の半球面６５ａを有している。凹状球面部材６６は凹状の半球面６６ａを有している。凸状の半球面６５ａは、バネ６７によってエアベアリング６８を介して凹状の半球面６６ａに付勢されている。図示は省略するが、平行度調整機構４４には、エアベアリング６８を構成するために圧空を供給する圧空供給装置が接続されている。なお、電子部品Ｍと基板Ｐとの接合動作の際には、エアベアリング６８から空気を吸引し凸状球面部材６５と凹状球面部材６６との接続部を真空密着させる。

【0035】

図３（ａ）に示すように、凹状球面部材６６は、モータ４３に固定され、凸状球面部材６５には、ピエゾ駆動機構４５が固定されている。また、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、凸状球面部材６５の外径は四角形であり、４辺それぞれの側面６５ｂと移動部４１の端面４１ａとの間にはバネ６７が懸架されている。４個のバネ６７は、凹状の半球面６５ａに凸状の半球面６６ａを常に付勢している。すなわち、凸状球面部材６５、ピエゾ駆動機構４５、低荷重センサ４６、変位センサ４７及びボンディングツール３３は一体化された状態でバネ６７によって移動部４１に凹状球面部材６６を介して保持されている。従って、バネ６７は、平行度調整機構４４からボンディングツール３３に至る構成要素を保持しつつ、凸状球面部材６５と凹状球面部材６６とを密着させることが可能な付勢力を有している。

【0036】

続いて、平行度調整機構４４の作用について図３（ａ）を参照して説明する。ボンディングツール３３は、電子部品Ｍを吸着保持するためのものであって、電子部品Ｍの品種ごとに交換される。従って、ボンディングツール３３を交換する際には、ボンディングツール３３の電子部品保持面３３ａとステージ１３のステージ面１３ａとの平行度合わせが重要となる。平行度合わせは、まず、高速移動機構２０を駆動し、ボンディングツール３３の電子部品保持面３３ａとステージ１３のステージ面１３ａとを当接させる。凹状球面部材６６は、移動部４１に支持されている。凸状球面部材６５は、バネ６７によって引張力で凹状球面部材６６に付勢されている。高速移動機構２０によって、凹状球面部材６６は中心軸Ｃｐに沿って凸状球面部材６５を押動する。凹状球面部材６６と凸状球面部材６５との間には、圧空供給装置（図示は省略）から圧空を供給することによってエアベアリング６８が形成されている。エアベアリング６８を設けることによって、凸状球面部材６５が半球面６６ａに倣って自在に揺動し、電子部品保持面３３ａが水平面であるステージ面１３ａに密着する。つまり、電子部品保持面３３ａとステージ面１３ａとが平行になる。

【0037】

なお、凸状球面部材６５及び凹状球面部材６６の曲率半径Ｒの中心Ｒｃは、ボンディングツール３３の電子部品保持面３３ａとステージ１３のステージ面１３ａとの密着面の平面中心となるように設定されている。つまり、中心Ｒｃは中心軸Ｃｐ上にあるため、凸状球面部材６５は、凹状球面部材６６に倣って自在に揺動することが可能となる。なお、電子部品保持面３３ａとステージ面１３ａとの平行度合わせが済んだところで、エアベアリング６８から空気を真空吸引する。すると、凸状の半球面６５ａと凹状の半球面６６ａとが真空吸着されたときと同じ状態となるため、凸状球面部材６５と凹状球面部材６６とが相対的に揺動することがなく、平行姿勢を維持できる。平行姿勢にある状態で電子部品Ｍと基板Ｐとを接合する。なお、４個のバネ６７は、平行度合わせによって付勢力にばらつきが出るが、無視できる程度の差である。

【0038】

（電子部品接合方法）
続いて、電子部品Ｍと基板Ｐとの接合方法について図７に示す工程フロー図に従い説明する。まず、接合対象の電子部品Ｍ及び基板Ｐについて説明する。図４は電子部品Ｍの１例を示す図である。図５は基板Ｐの１例を示す図である。図６は電子部品Ｍと基板Ｐとの接合後の状態を示す図である。図４（ａ）はボンディングツール３３側から見た電子部品Ｍの平面図、図４（ｂ）は側面図である。電子部品Ｍは多数の電極７０を有し、電極７０の表面には半田層Ｈ１などの接合材（図示は省略）が形成されている。図５（ａ）は基板Ｐをボンディングツール３３側から見た平面図、図５（ｂ）は側面図である。基板Ｐは、多数の電極７１を有し、電極７１の表面には半田層Ｈ２などの接合材（図示は省略）が形成されている。電子部品Ｍ及び基板Ｐは、それぞれの電極７０，７１の位置を合わせた後に、半田層Ｈ１，Ｈ２を溶融しながら圧接することによって、電子部品Ｍと基板Ｐとが電極７０，７１によって電気的及び機械的に接合される。

【0039】

図７は、電子部品接合の主工程を示す工程フロー図である。図８は、電子部品Ｍと基板Ｐとの位置合わせの状況を示す断面図である。準備工程として、図３に示すように、ボンディングツール３３を電子部品接合装置１に取り付け、ボンディングツール３３の電子部品保持面３３ａと、ステージ１３のステージ面１３ａとの平行度合わせをしておく。平行度合わせの際には、凸状球面部材６５と凹状球面部材６６との間にエアベアリング６８を形成し、平行度合わせ後には、エアベアリング６８から空気を吸引し、凸状球面部材６５と凹状球面部材６６を密着させ、平行度を維持する。電子部品接合装置１は、平行度を維持した状態で接合動作を実行する。まず、断熱板５７をステージ１３上から移動しボンディングツール３３が駆動可能な位置（図８に示す位置）に退避させる（ステップＳ１）。このとき、上下２視野カメラユニット１２は、図１に示すように、初期位置であるボンディングツール３３が駆動可能な位置に退避している。

【0040】

次いで、基板Ｐをステージ１３に搬送し真空吸着し（ステップＳ２）、電子部品Ｍをボンディングツール３３に搬送し真空吸着する（ステップＳ３）。そして、上下２視野カメラユニット１２を電子部品Ｍ及び基板Ｐの両方を認識可能位置に移動させる（Ｓ４）。次いで、図８に示すように、電子部品Ｍと基板Ｐの位置を上下２視野カメラユニット１２によって検出し（ステップＳ５）、電子部品Ｍと基板Ｐとの位置合わせを行う（ステップＳ６）。

【0041】

電子部品Ｍと基板Ｐとの位置合わせは、上下２視野カメラユニット１２によって行う。ボンディングツール３３は、可動範囲の最上部に位置している。上下２視野カメラユニット１２は、上開口部５１が電子部品Ｍの電極７０（又はアライメントマーク）の像を取り込むことが可能なＸ－Ｙ－Ｚ方向のそれぞれの位置を合わせる。基板Ｐは、下開口部５２が基板Ｐの電極７１（又はアライメントマーク）を検出可能な位置になるまでＸ－Ｙ方向の位置を調整する。この際、電子部品Ｍの電極７０の中心Ｃ１と基板Ｐの電極７１の中心Ｃ２は、中心軸Ｃｐ上にある。上撮像カメラと下撮像カメラの検出データから、低速移動機構２１のモータ４３を駆動してボンディングツール３３（電子部品Ｍ）を中心軸Ｃｐ上で回転させ電子部品Ｍの基板Ｐに対する回転方向のずれを合わせる。なお、この回転による調整は微調整であって、回転に伴う平行度調整機構４４のバネ６７の変位は、平行度合わせに影響がでない無視できる程度である。

【0042】

次いで、上下２視野カメラユニット１２を初期位置（図１に示す位置）まで移動し（ステップＳ７）、図８、図９に示すように、電子部品Ｍを基板Ｐに向かって降下させ、電子部品Ｍを基板Ｐに接合する（ステップＳ８）。この際、ボンディングツール３３が有するヒータ４８及びステージ１３が有するヒータ１６は、半田層Ｈ１，Ｓ２などの接合材を熱溶融するのに十分な温度に加熱されている。ヒータ１６，４８はセラミックヒータなどであって、電子部品接合装置１を稼働している間は常時加熱しておくことが望ましい。なお、電子部品Ｍと基板Ｐとの接合動作は２ステップで行われる。まず、接合動作について図９を参照して説明する。

【0043】

図９は、電子部品接合装置１の接合動作を説明する模式図である。図１０は、電子部品接合装置１が電子部品Ｍと基板Ｐとを接合しているときの状況を示す断面図である。電子部品接合装置１は、高速移動機構２０及び低速移動機構２１を有している。高速移動機構２０が有するモータ２２は、高トルク用モータであり、大荷重バネ４２を介して低速移動機構２１を押動する。従って、高速移動機構２０で接合動作を行うと、電子部品Ｍ及び基板Ｐを変形させたり、電極７０，７１を破壊したりする虞がある。そこで、図９に示すように、高速移動機構２０は、電子部品Ｍの電極７０と基板Ｐの電極７１との間の距離が所定の距離Ｄ１になるまでボンディングツール３３を基板Ｐ側に移動させて停止し、その後、低速移動機構２１による駆動に移行する。所定の距離Ｄ１としては、概ね１００μｍ程度とする。

【0044】

低速移動機構２１は、電子部品Ｍの電極７０と基板Ｐの電極７０との間の距離が所定の距離Ｄ１になった後、低速移動機構２１で高速移動機構２０より低速度でボンディングツール３３を移動させる。低速移動機構２１は、電子部品Ｍの電極７０の半田層Ｈ１と基板Ｐの電極７１の半田層Ｈ２を介して接触させる。接触したことは、低荷重センサ４６及び変位センサ４７によって検出することができる。低速移動機構２１の駆動源はピエゾ駆動機構４５であって、電子部品Ｍと基板Ｐとが接触したことを検出した後、さらにピエゾ駆動機構４５によって、低荷重センサ４６及び変位センサ４７の検出データに基づき電子部品Ｍを基板Ｐに所定の荷重を加え接合する。次いで、図１０を参照して、電子部品Ｍと基板Ｐとの接合しているときの電子部品接合装置１の状況を説明する。

【0045】

電子部品接合装置１は、電子部品Ｍと基板Ｐとの接合時においては、上下２視野カメラユニット１２及び断熱板５７は、ボンディングツール３３の動作を妨げない位置に退避している。ボンディングツール３３は、ピエゾ駆動機構４５によって降下され、電子部品Ｍと基板Ｐとを接合する。接合時のボンディングツール３３の移動速度及び電子部品Ｍと基板Ｐとに加えられる荷重は、変位センサ４７及び低荷重センサ４６によって管理される。

【0046】

図７に戻って、電子部品Ｍを基板Ｐに接合した後の動作について説明する。電子部品Ｍを基板Ｐに接合した後、ボンディングツール３３を初期位置（図１に示す位置）に移動させる（ステップＳ９）。この動作をしている間、上下２視野カメラユニット１２及び断熱板５７は、ボンディングツール３３の動作を妨げない位置に退避している。ボンディングツール３３が初期位置まで移動した後、電子部品Ｍが接合された基板Ｐをステージ１３上から搬出する（ステップＳ１０）。搬出後、断熱板５７をステージ１３上に移動させる（ステップＳ１１）。以上説明したように、断熱板５７は、電子部品Ｍと基板Ｐとの接合に関わる動作（ステップＳ２～ステップＳ１０の動作）以外の時間帯は、ステージ１３の上方を覆っている。

【0047】

以上説明した電子部品接合装置１は、凸状球面部材６５と凹状球面部材６６それぞれの半球面６５ａ，６６ａとで接続される平行度調整機構４４を有している。平行度調整機構４４は、ボンディングツール３３の上部側に配置されている。ボンディングツール交換後において、高速移動機構２０によってステージ面１３ａに電子部品保持面３３ａを当接させ所定の荷重を加えると、凹状球面部材６６に対して凹状の半球面６６ａに倣って揺動する。ボンディングツール３３側の電子部品保持面３３ａは、水平に固定されているステージ面１３ａに密着する。このことによって、ステージ面１３ａと電子部品保持面３３ａとが平行となる。このように構成される電子部品接合装置１は、記述した従来技術のように、平行度合わせのための制御手段や駆動手段を設けなくても、小型、かつ簡単な構造で電子部品Ｍと基板Ｐとの高精度な平行度合わせが可能となる。従って、電子部品Ｍと基板Ｐとの良好な接合品質を得ることが可能となる。

【0048】

なお、平行度調整機構４４は、凸状球面部材６５と凹状球面部材６６との間にエアベアリング６８が構成されている。平行度合わせの際にはエアベアリング６８を使用することによって、低負荷で凸状球面部材６５を揺動させることが可能となる。また、平行度合わせ後に、エアベアリング６８の空気を吸引して真空状態にすることによって、凸状球面部材６５と凹状球面部材６６とを真空密着させることができ、平行度を長時間にわたって維持することが可能となる。

【0049】

また、平行度調整機構４４は、ボンディングツール３３側に配置されている。従来技術のように、平行度調整機構４４をステージ１３側に配置することも可能である。しかし、基板Ｐは、チップ状の電子部品Ｍよりも大判サイズになることが一般的であるため、平行度調整機構４４が大型化し、ステージ機構１０は勿論、電子部品接合装置１が大型化してしまう。

【0050】

低速移動機構２１は、ピエゾ素子を駆動源とするピエゾ駆動機構４５を有し、平行度調整機構４４は、ピエゾ駆動機構４５の直上部に取り付けられている。このことによって、ピエゾ駆動機構４５は、平行度調整機構４４の質量の影響を受けることなく、電子部品Ｍと基板Ｐとを低荷重で高精度に接合することが可能となる。

【0051】

電子部品接合装置１においては、複数（図５（ｂ）の例では４個）のバネ６７の付勢力で凹状球面部材６６の半球面６６ａに凸状球面部材６５の半球面６５ａを密着させている。このようにすることによって、半球面６５ａと半球面６６ａとの間に遊びがなく、ステージ面１３ａと電子部品保持面３３ａとの平行度を高精度に調整することが可能となる。但し、平行度合わせ動作の際には、凸状球面部材６５と凹状球面部材６６との間にはエアベアリング６８が構成されているため、半球面６５ａと半球面６６ａとの間に遊びをなくしつつエアベアリング効果を発揮させるためには、バネ６７は、凸状球面部材６５及び下部の構成要素を吊り下げ、凹状球面部材６６に凸状球面部材６５を密着させるのに必要な荷重、及び、凹状球面部材６６に凸状球面部材６５を密着拘束させるのに必要な数Ｎ程度の荷重とを合わせた付勢力を有している。

【0052】

また、電子部品接合装置１は、高荷重センサ４０を有している。高速移動機構２０によってステージ面１３ａと電子部品保持面３３ａと密着させ前記平行度合わせの際には、付勢する荷重を高荷重センサ４０によって管理している。適切な荷重管理をすることによって、高精度な平行度を得ることが可能となるとともに、過荷重が加わることによる他の構成部品が損傷することを防止できる。

【0053】

また、平行度調整機構４４において、凸状球面部材６５及び凹状球面部材６６それぞれの半球面６５ａ，６６ａの曲率半径Ｒの中心Ｒｃは、ステージ面１３ａと電子部品保持面３３ａの密着面の中心になるように設定されている。すなわち、電子部品Ｍの中心Ｃ１（電極７０の配置の中心位置）、基板Ｐの中心Ｃ２（電極７１の配置の中心位置）、及び曲率半径Ｒの中心Ｒｃは、中心軸Ｃｐ上に配置される。このように構成することによって、凹状球面部材６６に対して凸状球面部材６５の正確な倣い動作が可能となる。

【0054】

また、電子部品接合装置１は、ステージ１３に配置されて半田層Ｈ１，Ｈ２などの接合材を熱溶融するためのヒータ１６、及び、ステージ１３とボンディングツール３３との間を進退可能に配置される上下２視野カメラユニット１２を有している。断熱板５７は、ステージ１３と上下２視野カメラユニット１２との間に配置され、かつ、ステージ１３の上方を覆う位置とステージ１３から退避する位置とに移動可能に構成されている。断熱板５７によってステージ１３からの熱を上下２視野カメラユニット１２に伝わりにくくしている。接合材が半田層Ｈ１，Ｈ２の場合、溶融温度は１４０℃～２６０℃になる。断熱板５７を設けることによって、この熱の影響で上下２視野カメラユニット１２自体に影響を与えることや、光軸のずれなどを抑えることができ、電子部品Ｍと基板Ｐとの高精度な位置合わせを行うことが可能となる。

【0055】

また、上下２視野カメラユニット１２は、電子部品昇降機構１１とは独立した剛性を有する柱状フレーム４９によって下部ベース１７に固定されている。このことによって、電子部品昇降機構１１やステージ機構１０を動作する際の振動が、上下２視野カメラユニット１２に伝わりにくくしている。逆に、上下２視野カメラユニット１２が動作する際の振動が電子部品昇降機構１１やステージ機構１０に伝わりにくくしている。このように、互いの振動の影響を抑えることによって高精度で安定した位置合わせ、及び接合を可能にしている。また、相互に振動が伝わることを抑えることによって、電子部品昇降機構１１、ステージ機構１０及び上下２視野カメラユニット１２の各動作の高速化、及び、各機構の動作を図７で示した各工程の一部を同時並行で実行することができ、タクトタイムを短縮することが可能となる。

【0056】

以上説明した電子部品接合装置１は、電子部品Ｍと基板Ｐとの平行度調整機構４４を小型、かつ簡単な構造で実現し、電子部品Ｍの電極７０と基板Ｐの電極７１との高精度な位置合わせをすることが可能となる。

【符号の説明】

【0057】

１…電子部品接合装置、１０…ステージ機構、１１…電子部品昇降機構、１２…上下２視野カメラユニット、１３…ステージ、１３ａ…ステージ面、１４…Ｘ軸駆動テーブル、１５…Ｙ軸駆動テーブル、１６，４８…ヒータ、１７…下部ベース、２０…高速移動機構、２１…低速移動機構、２８…上部ベース、３２，４７…変位センサ、３３…ボンディングツール、３３ａ…電子部品保持面、４０…高荷重センサ、４１…移動部、４２…大荷重バネ、４４…平行度調整機構、４５…ピエゾ駆動機構、４６…低荷重センサ、５３…Ｚ軸駆動部、５４…Ｘ軸駆動部、５５…Ｙ軸駆動部、５６…ベースプレート、５７…断熱板、５９…断熱板駆動機構、６５…凸状球面部材、６５ａ…凸状の半球面、６５ｂ…側面、６６…凹状球面部材、６６ａ…凹状の半球面、６７…バネ、６８…エアベアリング、５９…リニア駆動部、７０、７１…電極、Ｃ１…電子部品Ｍの中心、Ｃ２…基板Ｐの中心、Ｃｐ…中心軸、Ｄ１…所定の距離、Ｈ１，Ｈ２…半田層（接合材）、Ｍ…電子部品、Ｐ…基板、Ｒ…曲率半径、Ｒｃ…曲率半径の中心

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】