电子元器件安装装置及电子元器件安装方法

专利名称：电子元器件安装装置及电子元器件安装方法
技术领域：
本发明涉及将电子元器件安装在电路基板等上的电子元器件安装 装置、及电子元器件安装方法。
背景技术：
现已知有各种用于将电子元器件的凸点电极和电路基板的电极接 合的方法。例如，超声波接合法就是能在短时间内将电子元器件和电 路基板接合的上述接合方法中的一种。
这里所谓的超声波接合法是如下所述的方法，即， 一面将电子元 器件按压在电路基板上， 一面用超声波振动使该电子元器件振动，利 用在电路基板和电子元器件之间接合面上的局部滑动引发的表面皮膜 的破坏及飞散，在原子水平上使电子元器件的电极和电路基板的电极 电气接合。
现主要参照图14，说明利用上述超声波接合方法的现有电子元器 件安装装置的结构及动作。
此外，图14为现有电子元器件安装装置的简要的侧视图。
现有电子元器件安装装置为用于使电子元器件8对电路基板9进 行凸点焊接的装置(例如参照专利文献1)。
此外，通过原封不动地引用(参照)上述文献所有的揭示，在此作 为一个整体加以引用。
现有电子元器件安装装置具有安装头100，该安装头100具有一 端固定超声波振子92、且另一端夹住杆状的保持工具93并沿焊头(曰 文本一y;英文horn)轴线I延伸的焊头91。
由超声波振子92提供的超声波振动将焊头轴线I的方向作为行进 方向，将介质的振动作为与行进方向平行的纵波， 一直传递到保持工具93。
而且，这种电子元器件安装装置一面利用按压单元(图中未示出) 通过保持工具93将电子元器件8按压在电路基板9上， 一面利用超声 波振子92通过保持工具93使电子元器件8振动，将电子元器件8的 电极和电路基板9的电极电气接合。
这里，参照图15更详细地说明现有电子元器件安装装置的安装头
100。
此外，图15为现有电子元器件安装装置的安装头100的简要的立 体图。
在焊头91的前端部，保持工具93从与超声波振子92提供的超声 波振动的振动方向垂直的方向，被两个断开部911及912夹持。
更具体为在焊头91的前端部设置所谓断开止动结构，焊头91 利用以相同转矩止动由狭缝的分割形成的两个断开部911及912的固 定用螺钉94，夹住插入贯通孔913的保持工具93。
而且，两个断开部911及912相对于焊头91的焊头轴线I对称地 设置，使得由超声波振子92提供的超声波振动无偏向地传递给保持工 具93。
专利文献1:日本国专利特开2004—134563号公报。
然而，上述现有电子元器件安装装置中，有时难以稳定地进行超
声波接合。
若更具体地说明，则由于有时利用吸附来保持电子元器件8的保 持工具93的保持面上因和电子元器件8之间的摩擦而产生摩损或粘附 异物，所以被吸附的电子元器件8有时会相对于电路基板9倾斜。
在这种情况下虽对保持面进行研磨，但若保持工具93的长度为预 定值以下时，则需要更换保持工具93。
此外，有时在改变安装到电路基板9上的电子元器件8的种类时 也要更换保持工具93。
然而，保持工具93以在线L,及L2上线接触的状态、或最坏的情 况下在点P,及P2上点接触的状态中的任一种状态被两个断开部911及912夹住。
因此，经常是每更换一次保持工具93，保持工具93和焊头91的 接触状态便发生一些变化，复现性不高。
其结果是，对于保持工具93的前端部而言，每进行一次该调换， 提供超声波振动时的振幅及轨迹便发生变动，难以进行稳定的超声波接合。

发明内容
本发明考虑到上述现有的问题，其目的在于提供一种能进行更稳 定的超声波接合的电子元器件安装装置、及电子元器件安装方法。
本发明的第1方面为一种电子元器件安装装置，具有
保持电子元器件的元器件保持部；
通过所述元器件保持部对所述被保持的电子元器件施加压力的按
压单元；以及
通过所述元器件保持部对所述被保持的电子元器件提供超声波振 动的超声波振子，
所述元器件保持部具有 一端固定所述超声波振子的焊头；以及 利用止动单元固定于所述焊头的另一端、并保持所述电子元器件的保 持工具，
所述焊头在所述另一端具有第一焊头面、和第二焊头面， 所述保持工具具有与所述第一焊头面紧贴的第一工具面、和与所 述第二焊头面紧贴的第二工具面。
本发明的第2方面是一种本发明的第1方面的电子元器件安装装
置，
所述第一焊头面和第一工具面至少为传递所述施加的压力的面， 所述第二焊头面和第二工具面至少为传递所述提供的超声波振动 的面。
本发明的第3方面是一种本发明的第1方面的电子元器件安装装
置，所述止动单元具有多个止动构件，
所述多个止动构件相对于通过所述焊头的截面中心、在传递所述 提供的超声波振动的方向上延伸的焊头轴线对称地配置。
本发明的第4方面是一种本发明的第2方面的电子元器件安装装
置，
通过所述焊头的截面中心、在传递所述提供的超声波振动的方向 上延伸的焊头轴线与所述第一焊头面不平行。
本发明的第5方面是一种本发明的第4方面的电子元器件安装装
置，
所述焊头轴线与所述第一焊头面的夹角为45度以下。 本发明的第6方面是一种本发明的第2方面的电子元器件安装装
置，
通过所述焊头的截面中心、在传递所述提供的超声波振动的方向 上延伸的焊头轴线与所述第二焊头面不垂直。
本发明的第7方面是一种本发明的第6方面的电子元器件安装装
置，
所述焊头轴线与所述第二焊头面的夹角的余角为45度以下。 本发明的第8方面是一种本发明的第1方面的电子元器件安装装
置，
所述止动单元为螺栓和内螺纹部， 所述内螺纹部设于所述第二焊头面，
所述螺栓穿过设于所述保持工具上的贯通孔并与所述内螺纹部螺 合，通过该螺合，对所述第二焊头面和所述第二工具面之间的连接部， 在传递所述提供的超声波振动的方向上施加面压。
本发明的第9方面是一种本发明的第1方面的电子元器件安装装
置，
所述焊头具有将热量施加于所述保持工具的加热部， 所述止动单元的止动保持力在施加所述热量时增加。 本发明的第IO方面是一种本发明的第1方面的电子元器件安装装置，
所述按压单元通过固定于所述焊头的支持部将压力施加于所述被
保持的电子元器件。
本发明的第11方面是一种电子元器件安装方法。包括 使用元器件保持部、保持电子元器件的电子元器件保持步骤； 使用按压单元、通过所述元器件保持部对所述被保持的电子元器
件施加压力的压力施加步骤；以及
使用超声波振子、通过所述元器件保持部对所述被保持的电子元
器件提供超声波振动的超声波振动提供步骤，
所述元器件保持部具有 一端固定所述超声波振子的焊头；以及
利用止动单元固定于所述焊头的另一端、并保持所述电子元器件的保
持工具，
所述焊头在所述另一端具有第一焊头面、和第二焊头面， 所述保持工具具有与所述第一焊头面紧贴的第一工具面、和与所
述第二焊头面紧贴的第二工具面。
根据本发明的结构，能提供一种可更稳定地进行超声波接合的电
子元器件安装装置及电子元器件安装方法。


图1为本发明的实施方式中的电子元器件安装装置的简要的正视图。
图2为本发明的实施方式中的电子元器件安装装置的简要的俯视图。
图3为本发明的实施方式中的安装头的简要的正视图。
图4为本发明的实施方式中的元器件保持部的简要的分解立体图。
图5为本发明的实施方式中的元器件保持部的简要的分解正视图。
图6(A)为本发明的实施方式中的利用螺栓将保持工具固定于焊头之前的元器件保持部的简要的侧视图，图6(B)为本发明的实施方式中
的利用螺栓将保持工具固定于焊头之后的元器件保持部的简要的侧视图。
图7(A)为用于说明本发明的实施方式中的焊头轴线和面A,间的 关系的简要的分解立体图，图7(B)为用于说明本发明的实施方式中的
焊头轴线和面A2间的关系的简要的分解立体图。
图8(A)为用于说明本发明的实施方式中的面A,和面A2不正交的 结构的简要的剖视图(之一)，图8(B)为用于说明本发明的实施方式中 的面A,和面A2不正交的结构的简要的剖视图(之二)。
图9为本发明的实施方式中将加热器插入焊头的结构的电子元器 件安装装置的简要的剖视图。
图IO为用于说明本发明的实施方式中的电子元器件安装装置的 动作的流程图。
图11为用于说明本发明的实施方式中的电子元器件安装装置的 元器件保持部的简要的分解立体图(之一)。
图12为用于说明本发明的实施方式中的电子元器件安装装置的 元器件保持部的简要的分解立体图(之二)。
图13为用于说明本发明的实施方式中的电子元器件安装装置的 元器件保持部的简要的分解立体图(之三)。
图14为现有电子元器件安装装置的简要的侧视图。
图15为现有电子元器件安装装置的安装头的简要的立体图。
图16(A)为现有电子元器件安装装置的安装头在无负载时的振动 模式的说明图，图16(B)为现有电子元器件安装装置的安装头在有负 载时的振动模式的说明图。
标号说明
50元器件保持部 51焊头 53保持工具 511 销512、 513 内螺纹部 533 沟
534、 535 贯通孔 541、 542. 螺栓 A,、 A2、 B,、 B2面 J焊头轴线 K 螺栓轴线
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。
首先，主要参照图1及图2，说明本发明的实施方式中的电子元
器件安装装置的结构。
图1为表示本发明的实施方式中的电子元器件安装装置1的简要
的正视图。
又，图2为表示本发明的实施方式中的电子元器件安装装置1的 简要的俯视图。
电子元器件安装装置1是一种将LED(Light Emitting Diode:发光
二极管)芯片等微小的电子元器件倒置、并将该倒置的电子元器件安装 在印刷基板等电路基板9上并同时进行电极的接合的、所谓倒装芯片
安装装置。
电子元器件安装装置1包括基板保持部2、元器件安装单元3、元 器件供给部4、及摄像部60。
在电路基板保持部2的(+ Z)侧，即其上方一侧设置有元器件安装 单元3，该元器件安装单元3将电子元器件8(参照图3，以下相同)安 装在被保持于基板保持部2的电路基板9上。
在基板保持部2的(一X)—侧设置有将电子元器件提供给元器件 安装单元3的元器件供给部4。
在基板保持部2和元器件供给部4之间设置有对利用元器件供给 部4提供给元器件安装单元3的电子元器件8进行摄像的摄像部60。还在电路基板9的(+ X)—侧设有对用于保持电子元器件8的前端
部531(参照图3，以下相同)进行研磨的研磨部7。
这些机构均由控制部IO控制，将电子元器件8安装在电路基板9上。
以下，依次对基板保持部2、元器件安装单元3、元器件供给部4、 及摄像部60的结构详细地进行说明。
首先，基板保持部2包括保持电路基板9的工作台21、及使工 作台21在Y方向上移动的工作台移动机构22。
此外，研磨部7安装于工作台21的(+ X)侧，利用工作台移动机 构22与工作台21 —体地在Y方向上移动。
另外，研磨部7包括具有平整的水平的研磨面711的片状的研 磨构件711;及保持研磨构件711的研磨构件保持部72。
元器件安装单元3包括具有按压单元33、头部支持部34(参照 图3，以下相同)、轴35(参照图3，以下相同)、元器件保持部50(参照 图3，以下相同)、及超声波振子52(参照图3，以下相同)的元器件安 装部31;以及使元器件安装部31在X方向上移动的安装部移动机构 32。
按压单元33是如下单元，即，利用带电动机(图中未示出)的升降 机构使轴35在Z方向上移动，按压通过头部支持部34安装在轴35 上的焊头51(参照图3，以下相同)。
元器件供给部4包括将电子元器件8配置于预定位置的元器件配 置部41、从元器件配置部41取出电子元器件8并保持的供给头42、 使供给头42在X方向上移动的供给头移动机构43、及使供给头42旋 转及稍作升降的转动机构44。
元器件配置部41包括放置多个电子元器件8的元器件盘411、保 持元器件盘的工作台412、及使元器件盘411和工作台412 —起在X 方向和Y方向上移动的盘移动机构413。
在元器件盘411上，放置有安装在电路基板9上的预定的多个电 子元器件8，这些电子元器件8均按照使安装后的状态的下表面、即形成与电路基板9接合的电极部的接合面朝向上侧，以和安装在电路 基板9上的方向相反的方向放置。
供给头42具有供给筒421，该供给筒421将由利用形成于前端部 的吸口的吸附作用而保持的电子元器件8提供给安装头5。
此外，电子元器件8可以为LED芯片、半导体激光器件等半导体 发光元件、封装的IC(Integrated Circuit:集成电路)、电阻、电容器、 微小芯片等的半导体、SAW(Surface Acoustic Wave:表面声波)滤波器、 及摄像组件等的半导体以外的电子元器件中的任何一种。
另外，电路基板9可以为用树脂形成的电路基板、及用玻璃及半 导体等树脂以外的材料形成的电路基板的任何一种。
另外，电子元器件8的电极部可以为用金(Au)形成于电子元器件 8的电极图形的凸起焊点，根据不同的电子元器件8可以为电镀凸点， 也可以为电极图形自身。
另外，可以在电路基板9的电极上设置凸起焊点，以代替形成于 电子元器件8的电极图形上的凸起焊点。
而且，摄像部60设置在利用安装部移动机构32而移动的元器件 安装部31、特别是安装头5的移动路径的正下方，从(一Z)—侧拍摄保 持在安装头5上的电子元器件8。
摄像部60设置于不妨碍移动的元器件安装部31的位置。
现参照图3对由元器件保持部50、超声波振子52、头部支持部 34、及轴35等构成的安装头5的结构进行说明。
此外，图3为本发明的实施方式中的安装头5的简要的正视图。
元器件保持部50具有一端固定超声波振子52的焊头51、和用螺 栓541及542(参照图4，以下相同)固定在焊头51的另一端的保持工 具53。
超声波振子52利用压电元件(图中未示出)，提供传递给保持于保 持工具53上的电子元器件8的超声波振动。
头部支持部34在谐振状态下成为驻波的超声波振动的节点处支 持焊头51。轴35通过头部支持部34安装于焊头51上，如上所述地，利用按 压单元33(参照图l)在Z方向上移动。
元器件保持部50利用上述结构，相对于电路基板9(参照图l)及 研磨面71(参照图l)升降。
保持工具53由具有合适的振动性能及振动传递性能的不锈钢形 成，具有长方体形状。
而且，保持工具53具有用于保持电子元器件8的柱状的前端部， 其截面形状适合于电子元器件8的大小及种类。
前端部531具有不产生挠曲振动的Z方向的高度hz。
高度hz调整成不产生挠曲振动，这一点很重要，将在之后进行说明。
艮P，由于在LED元件等半导体倒装芯片安装中，电子元器件8的 种类分成多种，电子元器件8的尺寸随着输出提高而大型化，所以， 例如，也有如下情况，即，凸点数约为20个且必须用30N左右的高 荷重边将电子元器件8按压在电路基板9上，边提供超声波振动。
然而，上述现有电子元器件安装装置中，以高荷重将电子元器件 8按压于电路基板9上时，保持工具93的前端部的振幅发生变化，常 会发生随着安装错位及元件损坏等的接合不佳。
艮口，当施加超声波振动时，由于挠曲振动在杆状的保持工具93 上产生振动较大的波腹和不振动的波节。
而且，这种波腹与波节因负载的变化而移动。
例如如图16(A)及(B)所示，无负载时的波节101及102因伴随负 载存在的来自电路基板9的抵抗力而在有负载时移动到波节111及波 节112，在无负载时损失小且能充分振动的保持工具93的前端部往往 变得不能充分地振动。
此外，图16(A)为现有电子元器件安装装置的安装头100在无负 载时的振动模式的说明图、(B)为现有电子元器件安装装置的安装头 IOO在有负载时的振动模式的说明图。
因此，由于现有电子元器件安装装置的结构中保持工具93前端部的振幅容易发生变化，所以难以稳定地进行超声波接合。
在本实施方式中，因为调节成高度hz不会过大且不会产生上述那 样的挠曲振动，所以振动模式良好，前端部531的振幅几乎不发生变化。
而且，在保持工具53的中心部形成用于吸附电子元器件8的真空 吸引用的吸引通路532。
吸引通路532在保持工具53的(+Z)侧的端部，通过管子352与 形成于头部支持部34及轴35的吸引通路351连接。
吸引通路351与泵(图中未示出)连接，电子元器件8由于吸引作 用而保持于前端部531。
这里，参照图4及5详细说明本实施方式中的元器件保持部50 的结构。
此外，图4为本发明的实施方式中的元器件保持部50的简要的分 解立体图。
另外，图5为本发明的实施方式中的元器件保持部50的简要的分 解正视图。
焊头51沿焊头轴线J在X方向上延伸。
焊头51在和固定超声波振子53的一端相反一侧的另一端上，具 有与XY平面平行的面A,、和与YZ平面平行的面A2。
保持工具53具有和面A,紧贴的与XY平面平行的面B,及和面 八2紧贴的与YZ平面平行的面B2。
而且，保持工具53利用螺栓541及542固定在焊头51上。
此外，所谓的面A,和面B,为用于传递按压单元33所施加的压力 的面。
所谓的面A2和面B2为用于传递超声波振子52所提供的超声波振 动的面。
因为采用面B，与面A,紧贴，面B2与面A2紧贴的结构，所以在 更换保持工具53时，能复现性良好且牢固地将保持工具53固定于焊 头51。而且，能够无压力损失地减轻超声波振动中振幅衰减及相位变化 等，能够提高电子元器件8的振动特性。
销511为设在焊头51上的凸部。沟533为设在保持工具53上的 凹部。
关于X及Y方向，由于销511为一直嵌入到沟533的底部的状态， 从而能正确地决定保持工具53相对于焊头51的位置。
关于Z方向，由于焊头51的面A,和保持工具53的面B,为紧贴 的状态，所以能正确地决定保持工具53相对于焊头51的位置。
通过这样，保持工具53相对于焊头51的位置在X、 Y、及Z的
所有的方向上都能正确地定位。
再有，如图6(A)及(B)所示，在拧紧螺栓541及542时面A,和面 B,之间不会产生间隙，可以此来固定保持工具53。
此外，图6(A)为本发明的实施方式中的利用螺栓541及542将保 持工具53固定在焊头51之前的元器件保持部50的简要的侧视图，图 6(B)为本发明的实施方式中的利用螺栓541及542将保持工具53固定 在焊头51之后的元器件保持部50的简要的侧视图。
现更具体地进行说明，螺栓541及542隔开微小的间隙穿过设于 保持工具53上的贯通孔534及535，与设置于焊头51的面八2上的内 螺纹部512及513螺合。
此外，本发明的止动单元具有止动构件，上述螺栓541及542为 这些止动构件的一个例子。另外，这些螺栓541及542和对应的内螺 纹部512及513为本发明的止动单元的一个例子、
并且，该螺合的次序为在拧紧右侧的螺栓541后再拧紧左侧的螺 栓542。其理由是，若与上述动作相反，若假设在螺栓542拧紧后再 拧紧螺栓541，则因为螺栓541及542都是按照朝箭头R,及&(参照 图6(B))的方向旋转而拧紧的右螺纹，所以根据保持工具53因在拧紧 螺栓542时所加的力矩而容易旋转的理由，面A2及面B2之间会产生 间隙。通过遵守在右侧的螺栓541拧紧后再拧紧左侧的螺栓542的次
序，能防止面A2和面B2之间产生间隙。当然，因为能充分地确保拧紧力，所以螺栓541及542最好用螺 纹大致允许的转矩牢固地柠紧。
由于螺栓541及542与设置于焊头51的面A2的内螺纹部512及 513螺合，所以即使螺栓541及542牢固地拧紧，也无需担心焊头51 变形。
此外，上述现有电子元器件安装装置的结构中，由于利用止动两 个断开部911及912的固定用的螺钉94，因此焊头51会变形。
当然，也可以考虑如下结构即，不是断开止动结构，而是通过 强制地将保持工具按入形成于焊头的稍小贯通孔中来将保持工具固定 于焊头的结构，但这种结构中焊头仍容易变形，虽然也曾考虑将焊头 和保持工具形成为一体的结构，但这种结构中，由于每当更换保持工 具时包括焊头在内的全部构件也要更换一次，因此会导致成本增加。
再有，螺栓541及542相对于通过与焊头51的YZ平面平行的截 面的中心、在传递超声波振动的方向上延伸的焊头轴线J旋转对称地 配置。
由于与这种螺栓541及542的配置相关的对称的结构使得固定无 偏向地进行，所以在加压时振动模式几乎无恶化，能高质量地进行超 声波接合。
这样，由于采用如下结构，即利用螺栓541及542，对焊头51的 面A2和保持工具53的面B2之间的连接部施加充分的面压，所以能充 分确保用于传递超声波振动的面A2和面B2之间的紧贴力，超声波振 动的衰减极小。
此外，上述现有电子元器件安装装置的结构中，由于保持工具93 只是靠两个断开部911及912简单地夹住，所以超声波振动有时不能 充分地传递给保持工具93。
而且，利用上述螺栓541及542的结构极其简易，所以根据电子 元器件8的种类更换保持工具53时的工作能方便地进行。
关于焊头51的面A,和保持工具53的面B"最好其表面粗糙度 低。这是为了使焊头51的面A，和保持工具53的面B,之间的紧贴面积增大，使压力均匀地施加。
关于焊头51的面A2和保持工具53的面B2，也最好其表面粗糙 度低。这是为了使焊头51的面A2和保持工具53的面B2之间的紧贴 强度提高，使振动良好地传递。
更具体为，最好面A,、 A2、 B,及B2的算术平均粗糙度Ra为3.2 以下。
而且，最好面A^ A2、 B,及B2是平坦的。
这样，通过利用表面粗糙度小的平坦的面A,、 A2、 B!及B2，从 而在悍头51和保持工具53之间起随动作用，能作稳定的超声波接合。
通过方便地对面A,、 A2、 B,及B2进行研磨加工，从而能容易地 实现表面粗糙度小的平坦的结构。
这里，参照图5、图7(A)及(B)，对最好焊头轴线J和面A,不平行，
焊头轴线J和面A2不垂直的情形分别作具体的说明。
图7(A)为用于说明本发明的实施方式中的焊头轴线J和面AJ司的 关系的简要的分解立体图，图7(B)为用于说明本发明的实施方式中的 焊头轴线J和面A2间的关系的简要的分解立体图。
在开始该说明之前，请注意以下的事项。
(1) 所谓焊头轴线J和面A！不平行是指作为焊头轴线J的方向矢 量m和面A,的法线矢量n,之间的角度on(不妨考虑为角度on为0度
以上卯度以下)的余角而定义的角度e,不是o度。
(2) 所谓焊头轴线J和面A2不垂直是指作为焊头轴线J的方向矢 量m和面A2的法线矢量ri2之间的角度(X2(不妨考虑为角度(x2为0度 以上90度以下)的余角而定义的角度02不是0度。
(3) 但在本实施方式的结构中，面A,和面A2正交，再有，由于 焊头轴线J与面A,和面A2之间的交叉线正交，所以角度0,和02相同。
若利用水平的面即面A,和面A2正交的上述结构，则由于直角为 标准的角度，所以容易高精度地制作保持工具53。此外，在面A,和 面A2之间的角度为锐角的结构中，要高精度地制作保持工具53多少 有些困难。更具体为，如上所述，最好设计成保持工具53具有长方体形状。 这一设计如下，即，用于将保持工具53固定于焊头51的螺栓541的 螺栓轴线K的方向和面A,的方向平行且和面八2垂直，最好两个条件
同时成立。
例如如图8(A)及(B)所示，在面A,和面A2之间的角度为钝角的结 构中，上述两个条件不同时成立。
此外，图8(A)为用于说明本发明的实施方式中的面A,和面A2间 不正交的结构的简要的剖视图(之一)，图8(B)为用于说明本发明的实 施方式中的面A,和面A2间不正交的结构的简要的剖视图(之二)。
如图8(A)所示，若螺栓轴线K的方向与面A2垂直但和面A,不平 行，螺栓541的头部稍大些时，容易向(一Z)侧凸出。于是，在倒装芯 片安装时，往往由于螺栓541的头部与电子元器件相撞造成安装在电 路基板9上的电子元器件损坏。
如图8(B)所示，若螺栓轴线K的方向与面A,平行但和面八2不垂 直，这在面A，和面A2之间的角度为锐角时也会产生，则在螺栓541 的头部和保持工具53之间易产生间隙。于是往往由于螺栓541的原因 而使止动松弛。
首先对最好焊头轴线J和面A,不平行的情形进行说明。
首先，若假定焊头轴线J和面A,平行，则超声波振动的和面A！
垂直方向的分量就完全没有。
这里，和面A,垂直的方向与按压单元33施加的压力传递到由于 吸引而保持于前端部531的电子元器件8的方向一致。
因此，若假定焊头轴线J和面A,平行，则超声波振动通过前端部 531将横向振动加在电子元器件8上时，纵向振动就完全没有施加。 但是，实际的超声波接合方法中，若在纵向上有某种程度的振动存在 的话，则不易产生接合不良，所以较为理想。因而，最好焊头轴线J 和面A,不平行。
当然，相反，若角度e,过大，则在超声波接合方法中原本需要的 用于在电路基板9和电子元器件8之间的接合面上产生局部的滑动的和面A,平行的分量变得过小，这也是不希望的。
因而，最好角度e,的大小为45度以下，也就是焊头轴线J和面 A,的夹角为45度以下，使得超声波振动具有某种程度的大小的、和 面A,平行的分量。
以下说明最好焊头轴线J和面A2不垂直的情形。 首先假定若焊头轴线J和面A2垂直，则超声波振动就只有和面
A2垂直方向的分量。
这里，和面A2垂直的方向与用于将保持工具53固定于焊头51的 螺栓541的螺栓轴线K的方向一致。
因此，若假定焊头轴线J和面A2垂直，则由于可能成为螺栓541 的止动变松的原因的螺栓轴线K方向的荷重容易增大，所以这种情况 并不理想。
此外，若螺栓541变松，则在焊头51和保持工具53之间，往往 超声波振动的相位会发生差异，或根据将电子元器件8按压在电路基 板9上的荷重水平，随动作用就不起作用。
另外，若螺栓541变松，则由于会无法保持超声波振动的谐振状 态，超声波振子52的振荡器无法正常地进行动作，因此可能会有因接 合不良或芯片破裂所致的不良影响。
由此，最好焊头轴线J和面A2不垂直。
当然，相反若角度92过大，则成为螺栓541对螺合的内螺纹部512 的侧壁部分的荷重的、和面A2平行的分量变得过大，这也不太理想。
因而，最好角度02的大小为45度以下，即焊头轴线J和面A2的 夹角的余角为45度以下，使得没有超声波振动过大的和面A2平行的
最终，在本实施方式的结构中，因为角度0t和上述的角度92相同， 所以若将角e做成不是o度，则(l)焊头轴线J和面A,就不平行，不会 发生接合不良、(2)焊头轴线J和面A2就不垂直，螺栓541也不会松弛。 因而若将角度e2即螺栓轴线K和焊头轴线J之间的角度e(参照图5) 做成不是0度但为45度以下，就能对电子元器件8均匀地施加压力，并且稳定地提供超声波振动。
这里，参照图9，具体说明在为了利用对电子元器件8的加热使 超声波接合的可靠性提高而安装加热器361的情况下，也能利用这种
加热来增加螺栓541及542的止动保持力的情形。
此外，图9为本发明的实施方式中的将加热器361插入焊头51 的结构的电子元器件安装装置1的简要的剖视图。
用于将热量施加于保持工具53的加热器361被插入焊头51的内部。
加热器361与电流供给部362连接，通过加热保持工具53从而对 电子元器件8加热。
通过测量保持工具53附近的温度从而高精度地监视温度用的热 电偶363被插入焊头51的前端部。
加热器361及热电偶363对于利用热辐射或热对流的加热或温度 测量没有妨碍，但为了不影响超声波振动，都要隔开0.1mm左右的微 小的间隙插入焊头51。
在保持工具53的材料的热膨胀率cit和螺栓541及542的材料的 热膨胀率(Jb之间存在Ob《cJt的关系时，能实现由螺栓541及542产生 的较大的止动保持力。
实际上在满足cib《cjt的关系时，因为螺栓541及542的主体部向 长度方向的膨胀相比保持工具53向相同方向的膨胀要小，所以带有头 部的螺栓541及542的头部和保持工具53之间的抵抗力增加。
此外，在具有相反的ab〉cjt的关系时，因为螺栓541及542主体 部向长度方向的膨胀相比保持工具53向相同方向的膨胀要大，所以带 有头部的螺栓541及542的头部和保持工具53之间容易产生间隙，止 动保持力因加热而减小。
然而，通过以适当的组合选择两种不锈钢等以作为两种材料，能
满足上述的CJb《CJt的关系。
更具体为，例如作为保持工具53的材料可利用SUS4的未经处理 的材料，而作为螺栓541及542的材料可利用SUS系列的淬火构件。因而，通过加热止动保持力增加，即使在出于与超声波振动的谐 振频率等有关的振动特性变化的原因而担心由加热造成的不良影响的 情况下，也能补偿这种不良影响。
当然，若能推测这样加热时的止动保持力的增加，则由于能利用 较小的转矩以作为与非加热时的止动保持力相当的管理转矩，所以更 换保持工具53时的作业也能更容易地进行。
以下，主要参照图1及10，说明本实施方式中的电子元器件安装 装置的动作。此外，说明本实施方式的电子元器件安装装置的动作的 同时，也对本发明的电子元器件安装方法的实施方式之一进行说明。
图10为用于说明本发明的实施方式中的电子元器件安装装置1
的动作用的流程图。
为了更换保持工具53，即做卸下安装着的保持工具53后将新的 保持工具53固定于焊头51的工作，保持工具53可从焊头51拔下(步 骤S21)。
此外，这种保持工具53的更换可在保持工具53摩损预定量以上 的情况下，及改变电子元器件8的种类等情况下进行。
然后，将新的保持工具53用螺栓541及542固定于焊头51(步骤 S22)。
此外，保持工具53更换后，需要确认恢复重现保持工具53和焊 头51的接触状态，而这种确认可通过测量前端部531的振动直接进行， 也可以通过取得超声波振子52的电气特性而间接地进行。
在保持工具53的更换完成后，如以下所说明地将电子元器件8 安装在电路基板9上。
艮口，在元器件供给部4上，盘移动机构413使接合面朝(+Z)侧放 置多个电子元器件8的元器件盘411移动到位于(一X)侧的供给头42 的下方，供给筒421靠吸引吸附电子元器件8的接合面。
然后，供给头移动机构43使供给头42翻转，并向(+ X)方向移动， 元器件安装部31的安装头5和供给头421在用于作电子元器件8的交 付位置相对。接着，按压单元33使轴35稍作下降，当保持工具53用前端部通 过吸引吸附电子元器件8的上表面时，供给筒421便停止吸引，保持 工具53从供给筒421接受到电子元器件8。
于是，电子元器件8由保持工具53保持(步骤S23)。
当接受到电子元器件8时，按压单元33使轴35稍作上升，供给 头42退向原来的位置。
而且，与供给头42的退回动作并行，元器件安装部31向摄像部 60的正上方移动，摄像部60对在前端部531保持着的电子元器件8 进行摄像。
摄像部60输出的图像数据被送到控制部10，控制部IO根据送来 的图像数据控制元器件安装部31，元器件保持部50以在Z方向上延 伸的轴为中心转动，修正电子元器件8的姿势。
此外，在控制部10判断为电子元器件8的姿势为因吸附错误等而 不能修正的状态的情况下，中止电子元器件8的安装动作，元器件安 装部31向元器件回收机构(图中未示出)的上方移动，回收电子元器件 8。
安装部移动机构32使元器件安装部31向保持于电路基板保持部 2上的电路基板9中的安装电子元器件8的预定位置的上方移动。
元器件保持部50向电路基板9下降，形成于电子元器件8的接合 面上的凸点与电路基板9中的电极接触。
然后，按压单元33使轴35下降，对电路基板9按压电子元器件 8(步骤S24)。
而且，超声波振子52在该电子元器件8被按压住的状态下，通过 元器件保持部50向电子元器件8提供超声波振动(步骤S25)。
于是，形成于电子元器件8的接合面上的凸点与电路基板9中的 电极电气接合，电子元器件8的接合和其安装能同时进行。
当电子元器件8的安装结束时，保持工具53停止对电子元器件8 的吸引，按压单元33使保持工具53离开电子元器件8并上升。
接着，确认前端部531的与电子元器件8抵接的面是否需要研磨(步骤S26)。
此外，这种研磨是例如为了除去凝聚在前端部531上的电子元器 件8的基板的成分而需要进行的。
在判断为需要研磨时，元器件安装部31向研磨部7的上方移动， 前端部531按压在研磨构件71上，由超声波振子52提供用于研磨的 振动(步骤S27)。
在前端部531的研磨结束时，或判断为不需要研磨(步骤S26)时， 确认是否继续安装电子元器件8。
然后，在继续安装电子元器件8的情况下，元器件安装部31再次 向用于和供给筒421作电子元器件8的交付的位置移动，重复用于将 电子元器件8安装在电路基板9上的上述安装动作(步骤S23 S25)。
此外，在重复上述安装动作的期间，加热器361为了将保持工具 53保持在适当的处理温度继续对保持工具53加热。
然后，当所需的全部电子元器件8都安装在电路基板9上时，安 装动作结束(步骤S28)。
此外，可考虑以上详细说明的本实施方式的各种变形例。
以下，主要参照图11 13具体说明这些变形例。
图11为说明本发明的实施方式中的电子元器件安装装置的元器 件保持部1050的简要的分解立体图。
图12为说明本发明的实施方式中的电子元器件安装装置的元器 件保持部2050的简要的分解立体图。
图13为说明本发明的实施方式中的电子元器件安装装置的元器 件保持部3050的简要的分解立体图。
元器件保持部1050、 2050、及3050分别具有焊头1051、 2051、 3051;及保持工具1053、 2053、 3053。
焊头105K 2051、及3051具有和焊头51同样的构成，但是面 A2的面积更大，面A的面积更小。
保持工具1053、 2053、及3053具有和保持工具53同样的结构， 具有在上表面设置凸出部的长方体形状。该保持工具1053、 2053、及3053与平行于焊头1051、 2051、及3051的YZ平面的上端的面A3紧 贴，在该凸出部上还具有与YZ平面平行的面Bp
此外，面A3和面Bp与面A2和面B2—样起到作为用于传递由超
声波振子52提供的超声波振动的面的作用。
而且，保持工具1053用螺栓541及542固定于焊头1051，保持工 具2053用螺栓541、 542及543固定于焊头2051，保持工具3053用螺 栓541、 542、 543、及544固定于焊头3051。
螺栓541、 542、 543、及544在元器件保持部1050、 2050、及3050 的任一个上，都分别相对于焊头1051、 2051、及3051的焊头轴线J
旋转对称地配置。
这种与螺栓541、 542、 543、及544的配置相关的对称的结构使得
固定无偏向地进行，所以在加压时振动模式几乎没有恶化，能进行高
质量的超声波接合。
根据元器件保持部1050、 2050、及3050的结构，能将保持工具 1053、 2053、及3053复现性更好、更牢固地固定于焊头1051 、 2051、 及3051，并且能进一步减轻超声波振动的振幅衰减及相位的变化等。
当然，这种结构可根据电子元器件8的种类等适当选择。
工业上的实用性
本发明的电子元器件安装装置及电子元器件安装方法能进行更稳 定的超声波接合，作为一种将电子元器件安装在电路基板等上的电子 元器件安装装置及电子元器件安装方法是有用的。
权利要求
1.一种电子元器件安装装置，其特征在于，包括保持电子元器件的元器件保持部；通过所述元器件保持部对所述被保持的电子元器件施加压力的按压单元；以及通过所述元器件保持部对所述被保持的电子元器件提供超声波振动的超声波振子，所述元器件保持部具有一端固定所述超声波振子的焊头；以及利用止动单元固定于所述焊头的另一端并保持所述电子元器件的保持工具，所述焊头在所述另一端具有第一焊头面和第二焊头面，所述保持工具具有与所述第一焊头面紧贴的第一工具面和与所述第二焊头面紧贴的第二工具面。
2. 如权利要求1所述的电子元器件安装装置，其特征在于， 所述第一焊头面和第一工具面为至少传递所述施加的压力的面， 所述第二焊头面和第二工具面为至少传递所述提供的超声波振动的面。
3. 如权利要求l所述的电子元器件安装装置，其特征在于， 所述止动单元具有多个止动构件，所述多个止动构件相对于通过所述焊头的截面中心，关于在传递 所述提供的超声波振动的方向上延伸的焊头轴线被对称地配置。
4. 如权利要求2所述的电子元器件安装装置，其特征在于， 通过所述焊头的截面中心、在传递所述提供的超声波振动的方向上延伸的焊头轴线与所述第一焊头面不平行。
5. 如权利要求4所述的电子元器件安装装置，其特征在于， 所述焊头轴线与所述第一焊头面的夹角为45度以下。
6. 如权利要求2所述的电子元器件安装装置，其特征在于，通过所述焊头的截面中心、在传递所述提供的超声波振动的方向 上延伸的焊头轴线与所述第二焊头面不垂直。
7. 如权利要求6所述的电子元器件安装装置，其特征在于， 所述焊头轴线与所述第二焊头面的夹角的余角为45度以下。
8. 如权利要求l所述的电子元器件安装装置，其特征在于， 所述止动单元为螺栓和内螺纹部， 所述内螺纹部设于所述第二焊头面，所述螺栓贯通设于所述保持工具上的贯通孔并与所述内螺纹部螺 合，通过该螺合，对所述第二焊头面和所述第二工具面之间的连接部 在传递所述提供的超声波振动的方向上施加面压。
9. 如权利要求l所述的电子元器件安装装置，其特征在于， 所述焊头具有将热量施加于所述保持工具的加热部， 所述止动单元的止动保持力在施加所述热量时增加。
10. 如权利要求1所述的电子元器件安装装置，其特征在于， 所述按压单元通过固定于所述焊头的支持部将压力施加于所述被保持的电子元器件。
11. 一种电子元器件安装方法。其特征在于，包括-使用元器件保持部保持电子元器件的电子元器件保持步骤； 使用按压单元通过所述元器件保持部对所述被保持的电子元器件施加压力的压力施加步骤；以及使用超声波振子通过所述元器件保持部对所述被保持的电子元器 件提供超声波振动的超声波振动提供步骤，.所述元器件保持部具有一端固定所述超声波振子的焊头；以及利用止动单元固定于所述焊头的另一端并保持所述电子元器件的 保持工具，所述焊头在所述另一端具有第一焊头面和第二焊头面， 所述保持工具具有与所述第一焊头面紧贴的第一工具面和与所述 第二焊头面紧贴的第二工具面。
全文摘要
本发明涉及一种电子元器件安装装置及电子元器件安装方法。现有电子元器件安装装置有时难以进行稳定的超声波接合。而本发明的电子元器件安装装置包括保持电子元器件8的元器件保持部50；通过元器件保持部50对所保持的电子元器件8施加压力的按压单元；以及通过元器件保持部50对所保持的电子元器件8提供超声波振动的超声波振子52，元器件保持部50具有一端固定超声波振子52的焊头51；及利用螺栓541及542固定于焊头51的另一端、并保持电子元器件8的保持工具53，焊头51在另一端具有面A₁和面A₂，保持工具53具有与面A₁紧贴的面B₁和与面A₂紧贴的面B₂。
文档编号H01L21/00GK101577218SQ20091013717
公开日2009年11月11日 申请日期2009年5月6日 优先权日2008年5月7日
发明者小林弘幸, 渡边胜彦, 蛯原裕, 那须博 申请人:松下电器产业株式会社