JP2001358455A - 電子部品の熱圧着装置及び熱圧着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 良好な断熱性能を備え、降温時の応答性に優
れサイクルタイムを短縮することができる電子部品の熱
圧着装置及び熱圧着方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 電子部品１０をワークに熱圧着する電子
部品の熱圧着装置において、電子部品１０をワークに熱
圧着する熱圧着ツール１４をセラミックヒータ１３に接
触させて取付け、セラミックヒータ１３を昇降ブロック
７に通気性を有する多孔質部材１２を介して装着する。
熱圧着後の降温時には、多孔質部材１２に設けられた貫
通孔１２ｃを介してエア供給源２３から冷却用のエアを
セラミックヒータ１３の上面に送給して直接冷却する。
これにより、良好な断熱性能を確保しながら降温時の温
度応答性を改善してサイクルタイムを短縮することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品や基板な
どのワークを熱圧着する電子部品の熱圧着装置及び熱圧
着方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子部品を基板などのワークに接合する
方法として、熱圧着による方法が知られている。この方
法は、電子部品をワークの被接合面に対して所定の荷重
で押圧しながら電子部品を加熱することにより、電子部
品を半田付けもしくは熱硬化性接着剤により接合するも
のである。電子部品の加熱は電子部品に当接して加圧す
る熱圧着ツールをセラミックヒータなどの発熱手段によ
って加熱して行われるが、熱圧着装置の機構部が発熱手
段から伝達される熱によって昇温すると機構部の熱変形
により圧着位置精度に悪影響を及ぼすため、熱圧着装置
には発熱手段と機構部との間に断熱材を介在させるなど
の方法による断熱手段が設けられている。

【０００３】また熱圧着過程では、接合品質を確保する
ため接合部の加熱温度を所定の温度パターン、すなわち
加熱プロファイルに従って精度良く制御することが求め
られる。このため熱圧着装置は、従来より発熱手段を制
御する温調機能を備えている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年は、実装技術の高
度化・多様化により、急激な昇温・降温を伴う加熱パタ
ーンで行う場合が増加しており、熱圧着装置には昇温・
降温時の良好な応答性が求められる。しかしながら、昇
温時には温調機能によって発熱手段を制御することによ
って短時間の昇温が達成されるが、前述のように発熱手
段は機構部などの他の部分から断熱されていることか
ら、温調機能のみでは急速な降温は困難であった。この
ように従来の熱圧着装置は、断熱性能を満足しつつ良好
な温度応答性を確保することが困難で、高品質の接合を
短いサイクルタイムで効率よく行うことが困難であると
いう問題点があった。

【０００５】そこで本発明は、良好な断熱性能を備え、
降温時の応答性に優れサイクルタイムを短縮することが
できる電子部品の熱圧着装置及び熱圧着方法を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の電子部品
の熱圧着装置は、電子部品をワークに対して押圧しなが
ら加熱することにより電子部品を前記ワークに熱圧着す
る電子部品の熱圧着装置であって、ワークに対して昇降
する昇降ブロックと、この昇降ブロックに通気性を有す
る多孔質部材を介して装着された発熱手段と、この発熱
手段に接触して取付けられ前記電子部品に当接してこの
電子部品を前記ワークに熱圧着する熱圧着ツールと、前
記多孔質部材を貫通して形成された通気孔を介して気体
を送給することにより発熱手段を気体により冷却する空
冷手段とを備えた。

【０００７】請求項２記載の電子部品の熱圧着方法は、
電子部品をワークに対して押圧しながら加熱することに
より電子部品を前記ワークに熱圧着する電子部品の熱圧
着方法であって、ワークに対して昇降する昇降ブロック
に通気性を有する多孔質部材を介して装着された発熱手
段によって前記電子部品に当接する熱圧着ツールを加熱
する工程と、前記多孔質部材を貫通して形成された通気
孔を介して気体を送給することにより発熱手段を気体に
より冷却する工程とを含む。

【０００８】本発明によれば、昇降ブロックに通気性を
有する多孔質部材を介して装着された発熱手段を、多孔
質部材を貫通して形成された通気孔を介して気体を送給
して冷却することにより、良好な断熱性能を確保しなが
ら降温時の温度応答性を改善してサイクルタイムを短縮
することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子
部品の熱圧着装置の正面図、図２、図３は本発明の一実
施の形態の電子部品の熱圧着装置の熱圧着ヘッドの断面
図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品の熱圧着装
置の熱圧着ヘッドの分解斜視図である。

【００１０】まず図１を参照してワークの熱圧着装置の
構造を説明する。図１において、可動テーブル１上には
ステージ２が設けられている。ステージ２には第１のワ
ークである基板４の保持部３が載置されている。可動テ
ーブル１を駆動することにより、保持部３に保持された
基板４は水平移動する。

【００１１】可動テーブル１の上方には、Ｚ軸テーブル
６が配設されており、Ｚ軸テーブル６には昇降ブロック
７が結合されている。昇降ブロック７の下端部には熱圧
着ヘッド８が装着されており、熱圧着ヘッド８の下面に
は電子部品１０が真空吸着されている。Ｚ軸テーブル６
を駆動することにより、昇降ブロック７は基板４に対し
昇降し、熱圧着ヘッド８に真空吸着された電子部品１０
は、保持部３上の基板４に対して下降する。そして電子
部品１０を基板４に対して所定の荷重で押圧しながら電
子部品１０を加熱することにより、電子部品１０の半田
バンプ１０ａは基板４の電極４ａに熱圧着により半田接
合される。

【００１２】次に図２、図３および図４を参照して熱圧
着ヘッド８の構造を説明する。図２は、熱圧着ヘッド８
の中心を幅方向（図４に示すＸ方向）に横断する垂直断
面を示しており、また図３は図２に示す断面に直交する
方向（図４に示すＹ方向）の熱圧着ヘッド８の垂直断面
を示すものである。図２において、昇降ブロック７の下
面には、断熱材よりなるスペーサ１１を介して、多孔質
部材１２および発熱手段であるセラミックヒータ１３
が、重ね合わされた状態でボルト１５により固着されて
いる（図４も参照）。ボルト１５はスペーサ１１、多孔
質部材１２およびセラミックヒータ１３のそれぞれに設
けられた取り付け孔１１ｃ，１２ｅ，１３ｃを挿通して
昇降ブロック７のボルト孔７ｃに螺合する。

【００１３】昇降ブロック７の下面（転置状態を示す図
４において上面）には、吸引孔７ａ，７ｂが開口してお
り、吸引孔７ａは、昇降ブロック７の内部に設けられた
内孔２５に、吸引孔７ｂは内孔２６にそれぞれ連通して
いる。内孔２５，２６は図２、図３に示すようにそれぞ
れバルブ２１ａ，２１ｂを介して真空吸引部２１と接続
されている。

【００１４】昇降ブロック７の下面に当接するスペーサ
１１には、開口部１１ａおよび貫通孔１１ｂが設けられ
ている。開口部１１ａは、昇降ブロック７と多孔質部材
１２に挟まれた状態で内部空間Ｓを形成する。貫通孔１
１ｂは、昇降ブロック７の吸引孔７ｂと連通する。

【００１５】多孔質部材１２は、セラミック焼結体など
微細な気孔を含み通気性を有する材質よりなり、３種類
の貫通孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃが上下方向に設けられ
ている。中心に位置する貫通孔１２ａ、貫通孔１２ａの
Ｙ方向の両側に位置する貫通孔１２ｂ内には、それぞれ
管部材１６，１７が挿通している。管部材１６，１７は
それぞれ昇降ブロック７の吸引孔７ａ，７ｂと連通す
る。貫通孔１２ｃは貫通孔１２ａのＸ方向の両側に位置
し、多孔質部材１２のセラミックヒータ１３との接触面
には、貫通孔１２ｃから多孔質部材１２の側端面に開口
する溝部１２ｄが形成されている。

【００１６】セラミックヒータ１３は、供給される電力
にほぼ比例した熱を発生し、制御手段（図示せず）によ
り設定された加熱パターンに従って給電することによ
り、昇温・降温を繰り返す。セラミックヒータ１３の下
面（図４において上面）には、吸引孔１３ａおよび吸引
溝１３ｂが設けられており、吸引孔１３ａは多孔質部材
１２の貫通孔１２ａ内を挿通する管部材１６と連通す
る。また吸引溝１３ｂは管通孔１２ｂ内を挿通する管部
材１７と連通する。

【００１７】セラミックヒータ１３の下面に接触して、
熱圧着ツール１４が着脱自在に装着されている。熱圧着
ツール１４には吸着孔１４ａが設けられており、熱圧着
ツール１４をセラミックヒータ１３に装着した状態で
は、吸着孔１４ａは吸引孔１３ａと連通する。

【００１８】図３に示すバルブ２１ｂを開にして真空吸
引部２１を駆動することにより、内孔２６、管部材１７
を介して吸引溝１３ｂから真空吸引し、熱圧着ツール１
４をセラミックヒータ１３の下面に吸着保持することが
できる。このとき熱圧着ツール１４は、位置決めピンな
どの図示しない位置合わせ手段によってセラミックヒー
タに対して位置合わせされる。

【００１９】また図２に示すバルブ２１ａを開にして真
空吸引部２１を駆動して真空吸引を行うことにより、内
孔２５、管部材１６、吸引孔１３ａを介して吸着孔１４
ａから真空吸引し、電子部品１０を真空吸着して熱圧着
ツール１４の下面に保持する。なお、本実施の形態では
熱圧着ツール１４をセラミックヒータ１３と別個に設け
ているが、セラミックヒータ１３に熱圧着ツール１４を
兼務させ、一体物として製作してもよい。

【００２０】図２において、昇降ブロック７に設けられ
た給気孔２０の下端は、昇降ブロック７の下面の、スペ
ーサ１１の開口部１１ａと多孔質部材１２との間の空間
Ｓに開口している。給気孔２０にはバルブ２２を介して
エア供給源２３が接続されている。バルブ２２を介して
エアを給気孔２０に供給すると、エアは空間Ｓ内に充満
した後に、多孔質部材１２に設けられた貫通孔１２ｃを
介してセラミックヒータ１３の上面に到達し、溝部１２
ｄを介して多孔質部材１２の側端部から放出される。ま
た空間Ｓ内に到達したエアの一部は多孔質部材１２の微
細孔内に入り込み、多孔質部材１２内を横方向に透過し
て放散される。

【００２１】このとき、溝部１２ｄから外部に放出され
るエアはセラミックヒータ１３の上面から直接熱を奪
い、セラミックヒータ１３を冷却する。また多孔質部材
１２内を透過するエアは多孔質部材１２から熱を奪い、
多孔質部材１２と接触状態にあるセラミックヒータ１３
を冷却する。したがってエア供給源２３および溝部１２
ｄは、多孔質部材１２を貫通して形成された通気孔であ
る貫通孔１２ｂを介して気体を送給することによりセラ
ミックヒータ１３を気体により冷却する空冷手段となっ
ている。なお、冷却用の気体としては、窒素などのエア
以外の気体を用いてもよい。

【００２２】このように、多孔質部材１２内を貫通して
供給されるエアによってセラミックヒータ１３が冷却さ
れることにより、セラミックヒータ１３の通電を停止ま
たは給電量を少なくすると、セラミックヒータ１３の温
度は応答性よく降温する。すなわち、多孔質部材１２に
セラミックヒータ１３を取り付け、多孔質部材１２を貫
通して冷却用のエアを直接セラミックヒータ１３に供給
する構造を採用することにより、従来では困難であった
降温時の応答性向上を実現することができる。

【００２３】また、多孔質部材１２は内部を透過するエ
アによって冷却されると共に、溝部１２ｄの存在により
セラミックヒータ１３との接触面積が小さくなっている
ことから、セラミックヒータ１３から昇降ブロック７に
伝達される熱量はわずかで断熱性に優れており、昇降ブ
ロック７を介して熱が伝達されることによる機構部の昇
温を防止することができる。これにより、機構部の熱変
形による実装位置精度の低下を防止して、高精度の実装
が行える。

【００２４】このワークの熱圧着装置は上記のように構
成され、以下動作について説明する。まず図１におい
て、熱圧着ヘッド８により図外の電子部品の供給部から
電子部品１０をピックアップするとともに、基板４を保
持部３に載置する。このとき、真空吸引部２１を駆動す
ることにより、電子部品１０は熱圧着ツール１４に真空
吸着されている。次に可動テーブル１を駆動して基板４
を水平移動させ、基板４と電子部品１０とを位置合せす
る。

【００２５】次いでＺ軸テーブル６を駆動して熱圧着ヘ
ッド８を下降させて電子部品１０を基板４に当接させ、
電子部品１０を所定荷重にて基板４に押圧する。この押
圧動作とともに、セラミックヒータ１３に通電し発熱さ
せて熱圧着ツール１４を介して電子部品１０を加熱す
る。これにより、電子部品１０と基板４の電極４ａの接
合部は加熱パターンに従って昇温し、所定温度に到達す
ることにより半田バンプ１０ａが溶融して熱圧着による
半田接合が行われる。その後所定の温度プロファイルに
従って冷却され、電子部品１０の基板４への熱圧着が完
了する。

【００２６】この冷却過程においては、バルブ２２を開
状態にしエア供給源２３を駆動して内孔２０より空間Ｓ
内にエアが送給される。これによりエアが多孔質部材１
２に設けられた貫通孔１２ｂを介してセラミックヒータ
１３の上面に到達し、溝部１２ｄから外部へ放出され
る。これにより、セラミックヒータ１３はエアの空冷効
果により冷却される。

【００２７】また熱圧着動作を反復する過程において、
セラミックヒータ１３から発生する熱によって多孔質部
材１２の温度は次第に上昇するが、上述の空間Ｓへのエ
アの送給によりエアが多孔質部材１２の気孔内へ進入し
外部へ透過することにより、多孔質部材１２を冷却す
る。これにより多孔質部材１２の温度上昇が防止され、
この熱が昇降ブロック７に伝わることによる機構部の熱
変形が発生しない。

【００２８】上記説明したように、多孔質部材１２にセ
ラミックヒータ１３を取り付け、多孔質部材１２を貫通
して冷却用のエアを直接セラミックヒータ１３に供給す
る構造を採用することにより、セラミックヒータ１３か
ら昇降ブロック７への熱伝達を遮断することができると
ともに、従来では困難であった降温時の温度応答性向上
を実現することができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、昇降ブロックに通気性
を有する多孔質部材を介して装着された発熱手段を、多
孔質部材を貫通して形成された通気孔を介して気体を送
給して冷却するようにしたので、良好な断熱性能を確保
しながら降温時の温度応答性を改善してサイクルタイム
を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の電子部品の熱圧着装置
の正面図

【図２】本発明の一実施の形態の電子部品の熱圧着装置
の熱圧着ヘッドの断面図

【図３】本発明の一実施の形態の電子部品の熱圧着装置
の熱圧着ヘッドの断面図

【図４】本発明の一実施の形態の電子部品の熱圧着装置
の熱圧着ヘッドの分解斜視図

【符号の説明】

３ 保持部 ４ 基板 ７ 昇降ブロック ８ 熱圧着ヘッド １０ 電子部品 １１ スペーサ １２ 多孔質部材 １２ｂ 貫通孔 １２ｄ 溝部 １３ セラミックヒータ １４ 熱圧着ツール ２２ バルブ ２３ エア供給源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子部品をワークに対して押圧しながら加
   熱することにより電子部品を前記ワークに熱圧着する電
   子部品の熱圧着装置であって、ワークに対して昇降する
   昇降ブロックと、この昇降ブロックに通気性を有する多
   孔質部材を介して装着された発熱手段と、この発熱手段
   に接触して取付けられ前記電子部品に当接してこの電子
   部品を前記ワークに熱圧着する熱圧着ツールと、前記多
   孔質部材を貫通して形成された通気孔を介して気体を送
   給することにより発熱手段を気体により冷却する空冷手
   段とを備えたことを特徴とする電子部品の熱圧着装置。
2. 【請求項２】電子部品をワークに対して押圧しながら加
   熱することにより電子部品を前記ワークに熱圧着する電
   子部品の熱圧着方法であって、ワークに対して昇降する
   昇降ブロックに通気性を有する多孔質部材を介して装着
   された発熱手段によって前記電子部品に当接する熱圧着
   ツールを加熱する工程と、前記多孔質部材を貫通して形
   成された通気孔を介して気体を送給することにより発熱
   手段を気体により冷却する工程とを含むことを特徴とす
   る電子部品の熱圧着方法。