JP2000195907A - 部品実装方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【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、上記のような目的を達成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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。

【０００２】

【従来の技術】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、Ｉ
Ｃ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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するため、本発明の部品実装方法は、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溶融あるいは電子間結合
を伴い接合し部品を実装対象物に実装するのに、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相互
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ことを基本的な特徴とし
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
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、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、上記部品と実装対象物の金
属接合部どうしを摩擦接合して部品を実装対象物に実装
するのに、部品を部品取り扱いツールにて保持し、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摩擦させ超音波接合するが、こ
の接合に際して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
を溶融あるいは電子間結合を伴い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】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
制御すると、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】部品および実装対象物の電気接合部の少な
くとも一方にバンプを用いると、部品と実装対象物との
局部的な金属接合部どうしの相対移動や超音波振動によ
る摩擦接合が、部品および実装対象物間の干渉なく、バ
ンプによる接合のための十分な押し潰し代を持って確実
に達成される。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】上記のような方法を達成する部品実装装置
としては、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れば
足り、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。

【００１７】制御手段は、上記制御に併せ、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
ると、制御手段は上記方法のように、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。

【００１８】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。

【００１９】

【発明の実施の形態】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。

【００２０】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。

【００２１】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Ｉ
Ｃチップ３を回路基板４に実装する。

【００２２】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。

【００２３】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１
４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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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ｔ_s から接合が終了する時点ｔ_e 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Ｈ
１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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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２０００〜１０００
０ｃｐｓ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。

【００３７】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。

【００３８】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１
１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Ｉ
Ｃ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。

【００３９】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。

【００４０】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２
１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４
ａ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。

【００４１】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。

【００４２】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３
３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。

【００４３】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。

【００４４】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３
３ａ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１
１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。

【００４５】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。

【００４６】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３
７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。

【００４７】上記のように、回路基板４をその接合面４
ａ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４
５ａ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４
ａ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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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１
５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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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Ｂ
２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７
５、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。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、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。

【図面の簡単な説明】

【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】

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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金山 真司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 高橋 健治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5F044 PP16 QQ01

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   擦させて溶融あるいは電子間結合を伴い接合し部品を実
   装対象物に実装する部品実装方法であって、 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ことを特徴とする部品
   実装方法。
2. 【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する部品実装方法で
   あって、 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。
3. 【請求項３】 金属接合部どうしの接合面積の大きさに
   対応して摩擦や超音波振動による接合エネルギの大きさ
   を制御する請求項１、２のいずれか一項に記載の部品実
   装方法。
4. 【請求項４】 部品および実装対象物の金属接合部の少
   なくとも一方はバンプである請求項１〜３のいずれか一
   項に記載の部品実装方法。
5. 【請求項５】 近づき量または進出量は、金属接合部に
   応じて設定した一定量である請求項１〜４のいずれか一
   項に記載の部品実装方法。
6. 【請求項６】 部品取り扱いツールの接合作業時の進
   出、加圧動作をそれに連結したボイスコイルモータにて
   行い、金属接合部どうしの圧接は、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請求
   項１〜５のいずれか一項に記載の部品実装方法。
7. 【請求項７】 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
   えたことを特徴とする部品実装装置。
8. 【請求項８】 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
   御する請求項７に記載の部品実装装置。
9. 【請求項９】 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請求項７、８のいずれか一項に
   記載の部品実装装置。
10. 【請求項１０】 進出量は、金属接合部に応じて設定し
    た一定量である請求項７〜９のいずれか一項に記載の部
    品実装装置。