JPH09283990A - マウントヘッド及びボンディング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】電子部品の下面とプリント基板上面とを低加圧
で電子部品の全てのリードをプリント基板に接触させる
ことのできるマウントヘッドを提供すること。 【解決手段】ヘッド本体２１と、電子部品を吸着する吸
着面６２を有し、ヘッド本体２１に揺動自在に設けられ
たコレット６０と、コレット６０をスライド自在かつ揺
動自在にスライド方向に駆動する駆動部４０と、駆動部
４０によるコレット６０のスライド方向の駆動を制御す
る制御部４４とを備え、駆動部４０は、ヘッド本体２１
に固定された固定部４１ａ，４２ａと、固定部４１ａ，
４２ａにスライド移動自在に支持されるとともに、その
移動方向がコレット６０の吸着面に対して垂直をなし、
かつその先端が吸着面６２の反対側に当接する可動部４
１ｂ，４２ｂを有するボイスコイルモータ４１，４２と
を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品をプリン
ト基板上に精度良く搭載するマウントヘッド及びこのマ
ウントヘッドによりプリント基板上に電子部品を搭載す
るとともに、この電子部品のリードをプリント基板上に
形成されたパッドにはんだ付け接続するボンディング装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からプリント基板のパッド上にテー
プキャリアパッケージ（以下、「ＴＣＰ」と称する。）
等の電子部品のリードをはんだ付け接続する場合にボン
ディング装置が用いられている。また、ボンディング装
置は、ＴＣＰを吸着保持し、プリント基板上に搭載する
とともに加圧して仮固定するマウントヘッドを備えてい
る。

【０００３】なお、ＴＣＰの下面と実装されるプリント
基板の上面とが平行になっていないと、最近の狭ピッチ
のＴＣＰではリードの一部が先にプリント基板のパッド
に当接することとなり、他のリードは加圧することがで
きなかったり、視覚認識で得られた位置からずれてリー
ドが所定のパッドと接合されない虞がある。

【０００４】したがって、ＴＣＰをプリント基板の所定
位置に正確に搭載するためには、ＴＣＰの下面とプリン
ト基板の上面とを可能な限り平行に保つ必要がある。図
４の（ａ），（ｂ）は、マウントヘッドの従来例を示す
図である。すなわち、図４の（ａ）に示すマウントヘッ
ド１は、マウントヘッド本体２に固定されたシャフト３
と、このシャフト先端に装着されたコレット４を備えて
いる。シャフト３は内部に吸気路３ａが設けられてお
り、この吸気路３ａは吸引力発生装置（不図示）に接続
されている。コレット４内部には吸気路４ａが設けられ
ており、この吸気路４ａはコレット４の図中下端に設け
られた吸着面４ｂにおいて露出し、電子部品であるＴＣ
Ｐ５を吸着している。ＴＣＰ５は複数のリード５ａを有
している。図中６はプリント基板、６ａはプリント基板
６上に設けられリード５ａとの接合に供されるパッド、
７はプリント基板６を載置する載置台を示している。

【０００５】このように構成されたマウントヘッド１
は、シャフト３とコレット４とは固定されている。した
がって、コレット４に吸着されたＴＣＰ５の下面５ａと
実装されるプリント基板６の上面６ａとを平行に保つた
めに、あらかじめボンディング装置自体の組み立て精度
を高くしていた。

【０００６】また、プリント基板６をバックアップによ
って支持し、バックアップの上面とコレット４の吸着面
４ｂをあらかじめ機械的に調整することにより、ＴＣＰ
５の下面５ｂと実装されるプリント基板６の上面６ａと
を平行に保つようにしたものもある。

【０００７】一方、図４の（ｂ）に示すマウントヘッド
８においては、上述したようにシャフト３とコレット４
を備えるとともに、コレット４の吸着面４ｂにゴム等の
弾性体９が設けられている。このようなマウントヘッド
８では、ＴＣＰ５の下面５ｂとプリント基板６の上面６
ａとが平行になっていない場合であっても、弾性体９の
変形によりある程度のＴＣＰ５を傾かせて、全てのリー
ドを加圧できるようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなマウント
ヘッドを備えたボンディング装置にあっては次のような
問題があった。すなわち、図４の（ａ）に示したマウン
トヘッドでは、シャフト３、コレット４、バックアップ
などの加工を高精度に行わなければならないという問題
があった。また、バックアップを用いたものにあって
は、バックアップが接触するプリント基板の裏面に他の
電子部品を配置できなくなるため製品の設計に制約が生
じることとなる。

【０００９】さらに、上述したような方法で平行に保持
しても、プリント基板毎の表面の加工精度やリフロー加
熱によるプリント基板の反りにより必ずしも装着時にＴ
ＣＰの下面とプリント基板の上面とが平行になっている
とは限らない。

【００１０】一方、図４の（ｂ）に示したマウントヘッ
ドでは、弾性体９の劣化により吸着力が低下したり、弾
性体９の交換などの付随する作業が増える等の問題があ
った。

【００１１】そこで本発明は、マウントヘッドに吸着保
持された電子部品の下面とプリント基板上面とを平行に
保持されていない場合や、突発的に平行保持がずれた場
合であっても、低加圧で電子部品の全てのリードをプリ
ント基板に接触させることのできるマウントヘッド及び
ボンディング装置を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、請求項１に記載された発明は、プリン
ト基板に装着するための電子部品を吸着保持するマウン
トヘッドにおいて、ヘッド本体と、前記電子部品を吸着
する吸着面を有し、前記ヘッド本体に揺動自在に設けら
れた吸着部と、前記ヘッド本体に設けられ、前記吸着部
をスライド自在かつ揺動自在にスライド方向に駆動する
駆動手段と、この駆動手段による前記吸着部のスライド
方向の駆動を制御する制御部とを備え、前記駆動手段
は、前記ヘッド本体に固定された固定部と、この固定部
にスライド移動自在に支持されるとともに、その移動方
向が前記吸着部の吸着面に対して垂直をなし、かつその
先端が前記吸着部の吸着面の反対側に当接する可動部を
有する少なくとも３個のボイスコイルモータと、一端部
が前記吸着部に接続されるとともに他端部が前記固定部
に接続され上記一端部と上記他端部とに所定の引張力を
与える弾性部材とを備えるようにした。

【００１３】請求項２に記載された発明は、プリント基
板に電子部品を接続するボンディング装置において、前
記電子部品を吸着保持するマウントヘッドと、このマウ
ントヘッドと前記プリント基板との相対的な位置決めを
行う位置決め手段とを具備し、前記マウントヘッドは、
ヘッド本体と、前記電子部品を吸着する吸着面を有し、
前記ヘッド本体に揺動自在に設けられた吸着部と、前記
ヘッド本体に設けられ、前記吸着部をスライド自在かつ
揺動自在に保持するとともにスライド方向に駆動する手
段と、この駆動手段による前記吸着部のスライド方向の
駆動を制御する制御部とを備え、前記駆動手段は、前記
ヘッド本体に固定された固定部と、この固定部にスライ
ド移動自在に支持されるとともに、その移動方向が前記
吸着部の吸着面に対して垂直をなし、かつその先端が前
記吸着部の吸着面の反対側に当接する可動部を有する少
なくとも３個のボイスコイルモータと、一端部が前記吸
着部に接続されるとともに他端部が前記固定部に接続さ
れ上記一端部と上記他端部とに所定の引張力を与える弾
性部材とを備えるようにした。

【００１４】上記手段を講じた結果、次のような作用が
生じる。すなわち、請求項１に記載された発明では、電
子部品の下面とプリント基板の上面とが平行に保持され
ていない場合において、マウントヘッドの下降に伴い、
電子部品の一部がプリント基板に当接すると、電子部品
はプリント基板と平行になるような方向に力を受ける。
このため、支持部にスライド自在かつ揺動自在に保持さ
れた吸着部は電子部品の下面とプリント基板の上面とが
最終的に平行となる。この状態を制御部により制御され
た駆動手段により保持したままマウントヘッドを下降さ
せることにより、電子部品をプリント基板に均一に接触
させることができる。

【００１５】また、駆動手段は、可動部先端が吸着部に
当接するボイスコイルモータと、これらボイスコイルモ
ータと吸着部とに引張力を与える弾性部材を備え、ボイ
スコイルの推力と弾性部材の引張力とを均衡させること
で、電子部品がプリント基板から受ける力により、容易
に吸着部を傾けることができる。また、吸着部はボイス
コイルモータの可動部先端が当接しているので、ボイス
コイルモータに印加する電流を制御することで吸着部の
角度を全方向に制御することができる。

【００１６】このため、マウントヘッドによる加圧力を
低いものとすることができる。したがって、ボンディン
グ装置の組み立てを高精度に行う必要がないとともに、
バックアップが不要となり、プリント基板の裏面にも部
品を配置することが可能となる。

【００１７】請求項２に記載された発明では、電子部品
の下面とプリント基板の上面とが平行に保持されていな
い場合において、マウントヘッドの下降に伴い、電子部
品の一部がプリント基板に当接すると、電子部品はプリ
ント基板と平行になるような方向に力を受ける。このた
め、支持部にスライド自在かつ揺動自在に保持された吸
着部は電子部品の下面とプリント基板の上面とが最終的
に平行となる。この状態を制御部により制御された駆動
手段により保持したままマウントヘッドを下降させるこ
とにより、電子部品をプリント基板に均一に接触させる
ことができる。

【００１８】また、駆動手段は、可動部先端が吸着部に
当接するボイスコイルモータと、これらボイスコイルモ
ータと吸着部とに引張力を与える弾性部材を備え、ボイ
スコイルの推力と弾性部材の引張力とを均衡させること
で、電子部品がプリント基板から受ける力により、容易
に吸着部を傾けることができる。また、吸着部はボイス
コイルモータの可動部先端が当接しているので、ボイス
コイルモータに印加する電流を制御することで吸着部の
角度を全方向に制御することができる。

【００１９】このため、マウントヘッドによる加圧力を
低いものとすることができる。したがって、ボンディン
グ装置の組み立てを高精度に行う必要がないとともに、
バックアップが不要となり、プリント基板の裏面にも部
品を配置することが可能となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施の形態に係
るボンディング装置の概略を一部切欠して示す側面図で
あり、図２はこのボンディング装置に組み込まれたマウ
ントヘッドを示す断面図である。これらの図において、
図４と同一機能部分には同一符号が付されている。

【００２１】図１中１０はボンディング装置を示してい
る。ボンディング装置１０は、架台１１上に立設された
フレーム１２の一方の側面に取り付けられた保持体１３
によってＸ方向（紙面に対して垂直方向）及びＺ方向に
移動自在に保持されている。フレーム１２上部には、後
述するマウントヘッド２０を上下駆動する上下駆動機構
１４が設けられている。この上下駆動機構１４はカムレ
バー１５を介して上下駆動シリンダ１６に接続されてい
る。なお、図中１７はマウントヘッド２０による装着動
作の際に実装部位を認識するＣＣＤカメラを示してお
り、１８はマウントヘッドにより載置されたＴＣＰ５の
リード５ｂを熱圧着によりはんだ付け接続するボンディ
ングツール、１９はプリント基板を搬送・載置するとと
もに図中Ｘ，Ｙ方向の位置決めを行う載置台を示してい
る。

【００２２】マウントヘッド２０は、上下駆動機構１４
の図中下端に支持されたマウントヘッド本体２１を備え
ている。マウントヘッド本体２１には中空状のシャフト
３０（支持部）が設けられている。シャフト３０内部に
は吸気路３１が設けられており、この吸気路３１の一端
は吸気装置３２に接続されている。また、シャフト３０
の図中下端にはボールジョイント３３を介して後述する
コレット６０（吸着部）が揺動自在に支持されている。

【００２３】シャフト３０の周囲には駆動部４０（駆動
手段）が設けられている。駆動部４０は３つのボイスコ
イルモータ４１，４２，４３（４３は不図示）を備えて
いる。各ボイスコイルモータ４１，４２，４３は、シャ
フト３０に固定され筒状に形成された固定部４１ａ，４
２ａ，４３ａ（４３ａは不図示）と、固定部４１ａ，４
２ａ，４３ａ内部に配置され図中矢印Ａ方向にスライド
移動可能な可動部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ（４３ｂは不
図示）をそれぞれ備えている。固定部４１ａ，４２ａ，
４３ａは内部にコイル（不図示）を備えており、このコ
イルは制御部４４に接続され、この制御に基づいて電流
が印加される。また、固定部４１ａ，４２ａ，４３ａに
は可動部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂの位置を検知するホー
ル素子等の位置センサ（不図示）が取り付けられてい
る。なお、ボイスコイルモータ４１〜４３の推力は５０
〜３００ｇｆ程度に制御されている。

【００２４】コレット６０は内部にシャフト３０の吸気
路３１と連通する吸気路６１が設けられており、図中下
面の吸着面６２において吸着孔６１ａとして露出してい
る。吸着孔６１ａは吸気路６１，３１を介して吸気装置
３２からの吸気力によりＴＣＰ等の電子部品を吸着保持
できる。吸着孔６１ａはコレット６０の吸着面６２と電
子部品上面が充分に面で接触するように複数配置されて
いる。なお、この吸着孔６１ａの位置は電子部品の形状
などによって容易に変更できるようにコレット６０は脱
着可能である。

【００２５】コレット６０の図中上面はボイスコイルモ
ータ４１〜４３の固定部４１ａ，４２ａ，４３ａ（４３
ａは不図示）とは、引張ばね７１，７２，７３（７３は
不図示）によってそれぞれ連結されている。引張ばね７
１〜７３は比較的弱い力（５０〜２００ｇｆ）でコレッ
ト６０を引っ張り上げており、後述する電子部品を吸着
してもボイスコイルモータ４１〜４３の可動部４１ｂ〜
４３ｂにコレット６０が軽く押し付けられる程度のばね
定数の引張ばねが選択されている。また、ボイスコイル
モータ４１〜４３の可動部４１ｂ〜４３ｂの図中下端は
コレット６０の上面に当接している。

【００２６】このように構成されたボンディング装置を
用いてＴＣＰ５をプリント基板６に装着する工程は次の
ように行われる。図１の載置台１９により位置決めされ
たプリント基板６上に保持装置１３によりマウントヘッ
ド２０を移動させる。所定の位置に位置決めされたこと
をＣＣＤカメラ１７によって認識して、位置決めを完了
する。

【００２７】次に、上下駆動機構１４を駆動してマウン
トヘッド２０を図中下方向に移動させる。このとき、制
御部４４によりボイスコイルモータ４１〜４３に電流を
印加して、可動部４１ａ〜４３ａに図中下方向に所定の
推力を発生させる。このときの推力は引張ばね７１〜７
３の引張力と同等とする。

【００２８】マウントヘッド２０の下降方向がプリント
基板６の面に対して垂直になっていない場合において
は、マウントヘッド２０を下降させると、図３の（ａ）
に示すようにＴＣＰ５の一部のリード５ｂがプリント基
板６のパッド６ｂと接触する。そのまま下降を続ける
と、リード５ｂがプリント基板６のパッド６ｂから力を
受けて変形する。リード５ｂは弾性を有しているのでリ
ード５ｂには反発力が生じる。変形量が所定にまで達す
ると、反発力によりＴＣＰ５及びコレット６０が図中上
方に押し返され、ボイスコイルモータ４１の可動部４１
ｂが図中上方に移動する。このとき、コレット６０が最
適な平行度に近付く方向へ傾く。コレット６０の角度変
位はそのままボイスコイルモータ４１の可動部４１ｂの
位置変化となる。変位量が所定の量まで達した時点でマ
ウントヘッド２０の下降を停止する。このとき、図３の
（ｂ）に示すようにＴＣＰ５の下面５ａとプリント基板
６の上面６ａとは平行となっている。

【００２９】この状態を保持するためにボイスコイルモ
ータ４１〜４３の推力を上昇させ、コレット６０の傾き
を維持したまま、マウントヘッド２０を再び下降させ
る。ＴＣＰ５の全てのリード５ｂが図３の（ｃ）に示す
ように所定の変形量に達した時点でマウントヘッド２０
の下降を停止する。

【００３０】上述したように、本実施の形態に係るボン
ディング装置に組み込まれたマウントヘッド２０では、
ＴＣＰ５の下面５ｂとプリント基板６の上面６ａとが平
行になるまでコレット６０を傾けるとともに、コレット
６０の傾きを維持できるので、ＴＣＰ５の全てのリード
５ｂはプリント基板６の所定のパッド６ｂ上に均一に低
加圧により接触させることができる。

【００３１】なお、本発明は上述した実施の形態に限定
されるものではない。すなわち上記実施の形態では、ボ
イスコイルモータを３個としたが、１個だけ用いるよう
にしてもよい。この場合は、コレットがボイスコイルモ
ータ可動部分に固定されていて、全リードを変形させる
のと同等の推力にしておき、ヘッドを下降させる。この
とき、ボイスコイルモータが変位する直前の位置で停止
すれば低加圧でＴＣＰの全リードを接触させることがで
きる。また、全てのリードを弾性変形させるのに等しい
推力まで上昇させてリードを撓ませる程度まで下降でき
れば低加圧で全リードを基板に接触させることもでき
る。さらに、ボイスコイルモータの個数は限定せず、加
圧力に合わせて個数を変えることもできる。このほか本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である
のは勿論である。

【００３２】

【発明の効果】請求項１に記載された発明によれば、電
子部品の下面とプリント基板の上面とが平行に保持され
ていない場合において、マウントヘッドの下降に伴い、
電子部品の一部がプリント基板に当接すると、電子部品
はプリント基板と平行になるような方向に力を受ける。
このため、支持部にスライド自在かつ揺動自在に保持さ
れた吸着部は電子部品の下面とプリント基板の上面とが
最終的に平行となる。この状態を制御部により制御され
た駆動手段により保持したままマウントヘッドを下降さ
せることにより、電子部品をプリント基板に均一に接触
させることができる。

【００３３】また、駆動手段は、可動部先端が吸着部に
当接するボイスコイルモータと、これらボイスコイルモ
ータと吸着部とに引張力を与える弾性部材を備え、ボイ
スコイルの推力と弾性部材の引張力とを均衡させること
で、電子部品がプリント基板から受ける力により、容易
に吸着部を傾けることができる。また、吸着部はボイス
コイルモータの可動部先端が当接しているので、ボイス
コイルモータに印加する電流を制御することで吸着部の
角度を全方向に制御することができる。

【００３４】このため、マウントヘッドによる加圧力を
低いものとすることができる。したがって、ボンディン
グ装置の組み立てを高精度に行う必要がないとともに、
バックアップが不要となり、プリント基板の裏面にも部
品を配置することが可能となる。

【００３５】請求項２に記載された発明によれば、電子
部品の下面とプリント基板の上面とが平行に保持されて
いない場合において、マウントヘッドの下降に伴い、電
子部品の一部がプリント基板に当接すると、電子部品は
プリント基板と平行になるような方向に力を受ける。こ
のため、支持部にスライド自在かつ揺動自在に保持され
た吸着部は電子部品の下面とプリント基板の上面とが最
終的に平行となる。この状態を制御部により制御された
駆動手段により保持したままマウントヘッドを下降させ
ることにより、電子部品をプリント基板に均一に接触さ
せることができる。

【００３６】また、駆動手段は、可動部先端が吸着部に
当接するボイスコイルモータと、これらボイスコイルモ
ータと吸着部とに引張力を与える弾性部材を備え、ボイ
スコイルの推力と弾性部材の引張力とを均衡させること
で、電子部品がプリント基板から受ける力により、容易
に吸着部を傾けることができる。また、吸着部はボイス
コイルモータの可動部先端が当接しているので、ボイス
コイルモータに印加する電流を制御することで吸着部の
角度を全方向に制御することができる。

【００３７】このため、マウントヘッドによる加圧力を
低いものとすることができる。したがって、ボンディン
グ装置の組み立てを高精度に行う必要がないとともに、
バックアップが不要となり、プリント基板の裏面にも部
品を配置することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るボンディング装置
の概略を一部切欠して示す側面図。

【図２】同ボンディング装置に組み込まれたマウントヘ
ッドを示す断面図。

【図３】同マウントヘッドによりＴＣＰをプリント基板
に装着する動作を示す側面図。

【図４】従来のマウントヘッドの示す側面図。

【符号の説明】

５…ＴＣＰ ５ｂ…リード ６…プリント基板 ６ｂ…パッド １０…ボンディング装置 １１…架台 １２…フレーム １３…保持体 １４…上下駆動機構 １５…カムレバー １６…上下駆動シリンダ １７…ＣＣＤカメラ １８…ボンディングツール １９…載置台 ２０…マウントヘッド ２１…マウントヘッド本体 ３０…シャフト ３１…吸気路 ３２…吸気装置 ３３…ボールジョイント ４０…駆動部 ４１，４２…ボイスコイルモータ ４１ａ，４２ａ…固定部 ４１ｂ，４２ｂ…可動部 ４４…制御部 ６０…コレット（吸着部） ６１…吸気路 ６１ａ…吸着孔 ６２…吸着面 ７１，７２…引張ばね

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プリント基板に装着するための電子部品を
   吸着保持するマウントヘッドにおいて、 ヘッド本体と、 前記電子部品を吸着する吸着面を有し、前記ヘッド本体
   に揺動自在に設けられた吸着部と、 前記ヘッド本体に設けられ、前記吸着部を所定の揺動角
   度に駆動する駆動手段と、 この駆動手段による前記吸着部の揺動角度を制御する制
   御部とを備え、 前記駆動手段は、前記ヘッド本体に固定された固定部
   と、 この固定部にスライド移動自在に支持されるとともに、
   その移動方向が前記吸着部の吸着面に対して垂直をな
   し、かつその先端が前記吸着部の吸着面の反対側に当接
   する可動部を有するボイスコイルモータとを備えてなる
   ことを特徴とするマウントヘッド。
2. 【請求項２】プリント基板に電子部品を接続するボンデ
   ィング装置において、 前記電子部品を吸着保持するマウントヘッドと、このマ
   ウントヘッドと前記プリント基板との相対的な位置決め
   を行う位置決め手段とを具備し、 前記マウントヘッドは、ヘッド本体と、 前記電子部品を吸着する吸着面を有し、前記ヘッド本体
   に揺動自在に設けられた吸着部と、 前記ヘッド本体に設けられ、前記吸着部をスライド自在
   かつ揺動自在に保持するとともにスライド方向に駆動す
   る手段と、 この駆動手段による前記吸着部のスライド方向の駆動を
   制御する制御部とを備え、 前記駆動手段は、前記ヘッド本体に固定された固定部
   と、 この固定部にスライド移動自在に支持されるとともに、
   その移動方向が前記吸着部の吸着面に対して垂直をな
   し、かつその先端が前記吸着部の吸着面の反対側に当接
   する可動部を有するボイスコイルモータとを備えてなる
   ことを特徴とするマウントヘッド。