JP2003078299A - ステージ装置、実装装置ならびに電気部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 すばやい段取り工程を実現すること。平面度
の高いステージ部を提供すること。 【解決手段】 ステージブロック２３に設けられるステ
ージ部Ｓの中央部分には、ヒータブロック２２の連通吸
着口と連通接続される基板吸着口２８が設けられる。ヒ
ータブロック２２に対向する面には、位置決めピン２６
が嵌合する穴部が設けられている。また、ヒータブロッ
ク２２が有するステージ吸着溝２７と対向する面は平面
に形成されている。基板吸着口２８から連通する開口部
が連通吸着口と連通するように設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気部品を製作す
る際に用いる各種部品の実装機において、被実装部材側
の背面を支持するステージ機構とこのステージ機構を具
備する実装機を用いた電気部品の製法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】多品種少量生産が生産形態の主流となる
なか、実装機においては、異なる部品を扱うたびに装置
構成の組換え、いわゆる段取りが発生する。この段取り
に要する時間が生産を円滑に進める上でのネックとな
る。このうち、実装機により部品が搭載される部材(一
般的には配線基板など)の側には、部品が搭載される主
面とは反対側にこの部材を支持するためのステージが設
けられる。図５に、従来のステージ機構の模式図を示
す。ステージ機構は、断熱ブロック１０１とこの断熱ブ
ロック１０１上に載置されるヒータブロック１０２と、
このヒータブロック１０２上に載置されるステージブロ
ック１０３とから構成されている。ステージブロック１
０３とヒータブロック１０２とは、ねじ１０４による締
結により結合されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た構成によれば、段取りのたびにねじの締め付けを解除
し、新規のステージに取り替え、再度ねじ締めを行うと
いう作業が生じる。ねじ締めを行うときには軸力を管理
する必要もあり、品種が多い場合には無視できない労力
を要する。また、一転に応力が集中することからステー
ジが歪む場合があり、変形しやすい部材を載置する場合
などには、この微小な歪みによってボンディング精度が
低下するなどの問題があった。本発明は上記した課題を
解決するために、段取りが容易で高精度なボンディング
の実施を可能とするステージを提供することを主たる目
的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために本発明は、被支持部材に当接して支持する面を有
し前記面にて支持された被支持部材を吸着するための吸
着口を有するステージが脱着可能に設けられているステ
ージ機構であって、このステージを吸着固定可能に設け
られていることを特徴とするステージ装置を提供する。
また本発明は、被保持部材を吸着保持する部材吸着口を
有するステージブロックと、前記部材吸着口と連通し前
記部材吸着口に吸着力を付与するための吸引口および前
記ステージブロックを吸着保持するステージ吸着口が設
けられたステージブロック固定部とを具備することを特
徴とするステージ装置を提供する。また本発明は、上記
いずれかのステージ機構と、前記ステージ機構にて保持
された前記被接合部材に対して接合部材を当接させるボ
ンディングツールと、前記被接合部材および前記接合部
材をそれぞれ前記加工点に搬送する搬送手段と、を具備
することを特徴とする実装装置を提供する。また本発明
は、所定の被接合部材と所定の接合部材とを接合して複
数の所定の電気部品を構成する接合工程と、前記接合工
程を複数回繰り返したのち、少なくとも前記被接合部材
または前記接合部材のいずれか一方を別種に切り替える
段取り工程と、を有する電気部品の製造方法において、
前記段取り工程は、前記被接合部材を吸着保持するステ
ージを交換する工程を含み、前記ステージの交換におい
ては、吸引装置による前記ステージを固定するための吸
着作用を解除させた後に行うことを特徴とする電気部品
の製造方法を提供する。

【０００５】

【発明の実施の形態】ステージ機構は、回路基板装置，
半導体装置，ＳＡＷデバイスなど、種々の部品から構成
されている電気部品を製造する際に、複数の部品を一体
化する工程において、組み合わせられる一方の部材を支
持するために用いられる機構であり、このような使われ
方をする装置であれば須らく用いられる機構である。た
とえば、半導体装置の製造工程においては、インターポ
ーザ基板にベアチップをフリップチップ接続する際にイ
ンターポーザ基板の背面を支持する場面で用いられる。
本実施の形態においては、半導体装置に対してエラスト
マを貼着するボンディング装置であるフィルム貼付装置
を例として、図面を参照しながら説明する。フィルム貼
付装置は、フィルムを搬送し台紙を回収するフィルム搬
送系と、搬送されてきたフィルムを被接合部材表面に貼
り付けるフィルム貼付系との２系統で構成される。一般
的には、フィルム貼付系の加工点に被接合部材を搬送す
るとともに、フィルムが貼り付けられた被接合部材を搬
出する被接合部材搬送系を備える。図１に、フィルム貼
付装置のフィルム搬送系とフィルム貼付系との関係を表
す模式図を示す。

【０００６】フィルム搬送系は、フィルム１と台紙２と
が互いに組み合わされて構成されるひとつづきの長大な
テープ３が巻き取られている繰出しリール４と、フィル
ム貼付系の加工点上をテープ３が通過可能なようにガイ
ドするガイドローラ５，６，７，８と、テープ３の台紙
２のみを巻き取る巻取りリール９と、を具備している。
なお、テープ３は、表面に剥離剤が塗布されているひと
つづきの台紙２に対して両面に粘着性を有するひとつづ
きのフィルム１が貼り合わされて構成されている。ガイ
ドローラ６,７は相対位置が固定されたままで加工点側
に進退駆動可能に設けられている剥離機構１０を構成し
ている。この進退駆動により、台紙２をフィルム１から
剥離する。このため、ガイドローラ７は、テープ３の搬
送方向から見たとき、テープ３が台紙２側に屈曲した軌
跡を取るようガイドするように配置されている。

【０００７】フィルム貼付系は、ガイドローラ５とガイ
ドローラ６との間に配置されている。テープ３の搬送方
向手前側には、搬送されてきたテープ３のフィルム１に
切込みを入れるためのカッター１１と受け板１２とが、
テープ３を挟むように対向配置されている。テープ３は
受け板１２上を滑走するよう送られている。カッター１
１は、テープ３に対して接離する方向に進退可能に設け
られている。カッター１１のテープ搬送方向順方向に
は、フィルム１が貼着される対象物となる被接合部材１
３が被接合部材搬送系５０により搬入されて載置される
基板ステージ部１４が設けられている。この基板ステー
ジ部１４の被接合部材が支持される面は、搬送されるテ
ープ３のフィルム１と対面配置されている。基板ステー
ジ部１４は上下駆動機構１５上に設置される上下駆動機
構１５はテープ３に対して接離する方向に基板ステージ
部１４を上下駆動する。基板ステージ部１４に対して接
離方向に駆動可能に設けられるボンディングヘッド１６
は、テープ３を挟むように基板ステージ部１４と対面配
置される。ボンディングヘッド１６の先端にはボンディ
ングツール１７が取り付けられている。ボンディングツ
ール１７は台紙２を介してフィルム１を被接合部材１３
に対して押圧する。ボンディングツール１７は、ＳＵＳ
などの金属を材料として構成されており、台紙２に当接
する部分は平面に加工されている。この平面部分は、凸
部の突端に形成されており、その形状・面積は、被接合
部材の表面に形成される凸部分と同じ程度に設定され
る。

【０００８】図２に、基板ステージ部１４の詳細な構成
を表す透視図を示す。基板ステージ部１４は、最下層の
断熱ブロック２１と、この断熱ブロック２１上に設けら
れるヒータブロック２２と、このヒータブロック２２上
に設けられるステージブロック２３とを具備している。
断熱ブロック２１はセラミックスから構成されており、
ヒータブロック２２にて発する熱を上下駆動機構１５に
伝熱させないよう設けられている。ヒータブロック２２
はＳＵＳで構成されており、電熱線が巻回されて構成さ
れるコンスタントヒータ２４および熱電対２５が内蔵さ
れている。熱電対２５からの信号を用いて、図示せぬサ
ーモスタットによりコンスタントヒータ２４への電流を
制御している。これによって、ステージブロック２３の
温度を所定温度に維持している。この温度は、被接合部
材１３に対して貼着されるフィルム１の粘性を高め、被
接合部材１３への転写性を高めることが出来る温度に設
定されている。ヒータブロック２２のテープ３に対向す
る面には、この面に載置されるステージブロック２３と
嵌合する位置決めピン２６が複数本(本実施形態では２
本)設けられている。また、ステージブロック２３を吸
着保持するためのステージ吸着溝２７と、ステージブロ
ック２３の吸着口と連通する被接合部材１３を吸着保持
するための連通吸着口が設けられている。ステージ吸着
溝２７は、連通吸着口を囲むように設けられている。

【０００９】ステージブロック２３はＳＵＳで構成され
ており、テープ３に対向する面にはブロックから突出し
てステージ部Ｓが設けられる。ステージ部Ｓの中央部分
には、ヒータブロック２２の連通吸着口と連通接続され
る基板吸着口２８が設けられる。ヒータブロック２２に
対向する面には、位置決めピン２６が嵌合する穴部が設
けられている。また、ステージ吸着溝２７と対向する面
は平面に形成されている。また、基板吸着口２８から連
通する開口部が連通吸着口と連通するように設けられて
いる。ヒータブロック２２の側面には、ステージ吸着口
２７に連通する開口と基板吸着口２８に連通する開口の
２系統の開口が設けられており、このそれぞれについ
て、電磁弁で吸引状態が制御される吸引装置２９，２
９’が接続されている。制御装置３０は、吸引装置２
９，２９’による吸引動作を任意かつ独立に遮断するた
めに設けられるもので、吸引装置２９，２９’のそれぞ
れが連通接続される吸着口における吸着動作を独立に制
御可能とする。

【００１０】図３に、本実施形態における被接合部材と
なる半導体装置であるＴＣＰ４０(Tape Carrier Pack
age)を示す。このＴＣＰ４０は、フレキシブル基板４１
上の配線に対してフリップチップボンディングされた半
導体チップ４２を備えている。フレキシブル基板４１と
半導体チップ４２との間には非導電性樹脂ペースト(Ｎ
ＣＰ)が充填されているとともに、互いの端子間はボー
ルバンプで電気的に接続されている。ＮＣＰの収縮力に
より、ボールバンプに互いの端子が押圧されている状態
となっている。フレキシブル基板４１には、半導体チッ
プ４２を取り囲むように複数個のスルーホール４３が設
けられている。このスルーホール４３は両面にランドが
形成されているとともに内部に導電性金属が充填されて
いて、ランド上に導電性金属によるバンプが形成された
形となっている。また、フレキシブル基板4１の長手方
向両端辺には、位置決め用の切り欠きが設けられてい
る。

【００１１】図４に、ＴＣＰ４０と被接合部材搬送系５
０との関係を表す要部模式図を示す。図示しないが、通
い箱に収められたＴＣＰをピックアップツールによって
吸着保持し被接合部材搬送系５０の先端部に載置する機
構が別に設けられている。被接合部材搬送系５０は、回
動中心を有しており、その両端部においてＴＣＰ４０が
載置可能であるように構成されている。一方の端部がフ
ィルム貼付装置の加工点上に配置されるとき、他方の端
部は、ピックアップツールによるＴＣＰの排出および供
給を待ち受ける状態となっている。ＴＣＰ４０が載置さ
れる両先端部には、ステージブロック２３のステージ部
Ｓが挿通可能な大きさを有する開口部５１が設けられて
おり、ＴＣＰ４０は、この開口部５１を覆うようにして
載置されている。開口部５１の両端部には、位置決めピ
ン５２が立設されており、この位置決めピン５２が、Ｔ
ＣＰ４０の外縁に設けられた切り欠きと嵌合することに
より、ＴＣＰ４０が保持される。このような構成によ
り、被接合部材搬送系の回動方向へのＴＣＰの脱落を防
止できるとともに、ステージブロック２３による下方か
らの押し上げに関しては拘束しないから、被接合部材の
不用意な変形を防止でき、所定の位置にフィルム１が貼
着され易いようになっている。

【００１２】さて、上記した構成のフィルム貼付装置に
より、フィルム１は半導体チップ４２よりもひとまわり
大きめに成形されるとともに、被接合部材が有する半導
体チップ４２の背面に対して貼着される。この工程につ
いて、以下に詳述する。まず、テープ３を半導体チップ
４２よりもわずかに長い分だけ搬送するとともに、カッ
ター１１をテープ３に対して台紙２をハーフカットする
程度に切り込ませてフィルム１をフルカットする。この
際台紙２を切断しないように、カッター１１の進退を制
御する。テープ３は受け板１２により支持されているの
で、テープ３が撓むことはない。なお、テープ３の送り
量は、貼り付けたいフィルムの大きさにより適宜変更可
能である。次に、このフルカットされたフィルム１をス
テージ部Ｓの直上に来るように搬送する。一方、被接合
部材搬送系により、ＴＣＰ４０は、フィルム１とステー
ジ部Ｓとの間隙に搬送される。ＴＣＰ４０がステージ部
Ｓ上に配置されたら、上下駆動機構１５によって基板ス
テージ１４をテープ３方向に押し上げ、ステージ部Ｓが
ＴＣＰ４０に当接させる。当接したら吸引装置２９を駆
動し、基板吸着口２８によってＴＣＰ４０を吸着保持す
る。このときステージ部Ｓはコンスタントヒータ２４の
作用によって常に１００℃前後となるように加熱されて
いる。

【００１３】ステージ部ＳによってＴＣＰ４０を支持し
た状態で、ボンディングヘッド１６をテープ３に近接す
る方向に駆動させる。ボンディングツール１７の凸部が
台紙２を押し下げるとともに、フィルム１がＴＣＰ４０
上に設けられている半導体チップ４２の背面に当接し押
圧される。半導体チップ４２はステージ部Ｓの熱を受け
て加熱されており、熱硬化性樹脂で構成されているフィ
ルム１の粘性が増して、フィルム１は、半導体チップ４
２に貼着する。

【００１４】その後、ボンディングツール１７が台紙２
から離間するようボンディングヘッド１６を駆動し退避
させる。この際、フィルム１と台紙２とは、未剥離状態
である場合がほとんどである。そこで、ボンディングツ
ール１７が加工点から退避した後、剥離機構１０を加工
点方向に駆動する。剥離機構１０に設けられたガイドロ
ーラ６が半導体チップ４２を通過する程度に駆動する
と、ガイドローラ６とガイドローラ７との相対位置の関
係から、台紙２が基板ステージ１４から遠ざかる方向に
搬送されるように搬送系が構成されるため、台紙２から
フィルム１が剥離する。台紙２がフィルム１から剥離し
たら、剥離機構１０を加工点から退避させて元の位置に
戻す。

【００１５】その上下駆動機構１５を駆動することによ
り基板ステージ１４を下降させ、ＴＣＰ４０からステー
ジ部Ｓを離間させる。支持が解除されたＴＣＰ４０は被
接合部材搬送手段に支持されるから、被接合部材搬送手
段を駆動して、加工点からＴＣＰ４０を排除する。以上
の動作を繰り返すことによって、ＴＣＰ４０に対するフ
ィルム１の貼付工程を実施することが出来る。なお、貼
着動作中は、吸引装置２９’によるステージブロックの
吸引は、休むことなく続けられている。

【００１６】次に、ステージブロックの交換について説
明する。ステージ部Ｓの被接合部材に当接する面は、被
接合部材の性状によって適宜変更しなければならない。
図３に示されたＴＣＰ４０の場合、多少の位置ずれが生
じても半導体チップ４２を十分に支持可能な大きさであ
るとともに、スルーホール４３に当接しない程度の大き
さであることが求められる。ＴＣＰ４０の仕様は、製品
の種類に応じて種々に変化するので、これにあわせてス
テージブロック２３を交換する必要がある。

【００１７】ステージブロックの交換について以下に説
明する。まず、制御装置３０からの指示により、吸引装
置２９，２９’の運転を停止して吸着作用を解除する。
その後ステージブロック２３を他のブロックと交換す
る。この際、ステージブロック２３には位置決め用の穴
部が設けられているので、この穴部をヒータブロックの
位置決めピンに嵌合させるようにして配置する。これに
よりステージブロック２３とヒータブロック２２との相
対位置が位置出しされる。ステージブロック２３の配置
が完了したら、吸引装置２９’の運転を再開して吸引動
作を開始する。これによりヒータステージ２２表面に設
けられたステージ吸着溝２７において吸着作用が発生
し、ステージブロック２３とヒータブロック２２とは、
相対的位置が強固に固定される。ステージブロック２３
を固定する吸引力を発生させている吸引装置２９’は、
フィルム貼付装置が稼動している限り、運転を継続す
る。一方、被接合部材を吸着するための吸引装置２９
は、被接合部材がステージ部Ｓ上に当接するときのみ動
作する。

【００１８】このように、基板ステージに独立に吸着動
作が制御可能な２系統の吸着機構を設け、一方の吸着機
構でステージ部を吸着保持し、他方の吸着機構で被接合
部材を吸着保持するようにしたので、簡便な構成で迅速
な段取り工程を実現可能としている。また、吸着力をヒ
ータステージ表面に２次元的な広がりを有する凹部(本
実施形態においては溝)によって発生させているため、
固定に係る応力を特定の一点に集中させることを回避す
ることが出来るようになるため、平面度の高い支持部を
提供することが出来るようになり、被接合部材を形状精
度よく支持することを可能にしている。また、部品を吸
着する吸引力を発生させるために接続される吸引装置の
接続をヒータブロック経由とし、ステージブロックと吸
引装置を直接には接続していない構成とすることによ
り、ステージ交換における吸引装置の脱着工程を省くこ
とが出来ている。このように、本実施形態のステージ機
構を用いた実装装置においては、品質の良好な部品を製
造できる製造工程を提供可能とするとともに、段取り時
間を大幅に短縮することを可能とした。なお、上記実施
形態においては、ステージブロックを吸着保持するステ
ージブロック固定部として、ステージブロックをヒータ
ブロックで固定する構成について示しているが、加熱を
要しないステージ機構の場合は、ヒータブロックや断熱
ブロックに代えて、固定のための単機能のブロックを用
いても良い。この場合、必要に応じてヒータや熱電対な
どの機能要素を脱着可能なように加工されたブロックが
用いられていても良い。

【００１９】また、上記実施形態においては、吸引装置
を２台使用しているが、部材吸着口に連通する経路に電
磁弁などを配置しステージ吸着口に対しては直接連通す
る構成とすることなどによって、１台の吸引装置で機能
させることも可能である。

【００２０】

【発明の効果】 本発明を用いることにより、迅速な段
取り作業を、製品の品質を損なうことなく実現すること
が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態のフィルム貼付装置を示す
模式図。

【図２】 本発明の実施形態の基板ステージ機構を示す
模式図。

【図３】 被接合部材であるＴＣＰを示す模式図。

【図４】 被接合部材搬送系の一部を示す模式図。

【図５】 従来のステージ機構を示す模式図。

【符号の説明】

１…フィルム、２…台紙、３…テープ、４…繰出しリー
ル、５，６，７，８…ガイドローラ、９…巻取りリー
ル、１０…剥離機構、１１…カッター、１２…受け板、
１３…非接合部材、１４…基板ステージ、１５…上下駆
動機構、１６…ボンディングヘッド、１７…ボンディン
グツール、２１…断熱ブロック、２２…ヒータブロッ
ク、２３…ステージブロック、２４…コンスタントヒー
タ、２５…熱電対、２６…位置決めピン、２７…ステー
ジ吸着溝、２８…基板吸引口、２９，２９’…吸引装
置、３０…制御装置、４０…ＴＣＰ、４１…フレキシブ
ル基板、４２…半導体チップ、４３…スルーホール、１
０１…断熱ブロック、１０２…ヒータブロック、１０３
…ステージブロック、１０４…ねじ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E313 AA02 AA12 AA15 AA31 CC03 CC05 DD17 DD33 DD35 EE02 EE05 EE18 EE22 EE24 EE34 EE50 FF12 FF14 5F044 PP02 PP04 PP12 5F047 FA01 FA08 FA21 FA54

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被支持部材に当接して支持する面を有し前
   記面にて支持された被支持部材を吸着するための吸着口
   を有するステージが脱着可能に設けられているステージ
   機構であって、 このステージを吸着固定可能に設けられていることを特
   徴とするステージ装置。
2. 【請求項２】被保持部材を吸着保持する部材吸着口を有
   するステージブロックと、前記部材吸着口と連通し前記
   部材吸着口に吸着力を付与するための吸引口および前記
   ステージブロックを吸着保持するステージ吸着口が設け
   られたステージブロック固定部とを具備することを特徴
   とするステージ装置。
3. 【請求項３】加工点にて被接合部材を保持する請求項１
   または２に記載のステージ機構と、 前記ステージ機構にて保持された前記被接合部材に対し
   て接合部材を当接させるボンディングツールと、 前記被接合部材および前記接合部材をそれぞれ前記加工
   点に搬送する搬送手段と、を具備することを特徴とする
   実装装置。
4. 【請求項４】所定の被接合部材と所定の接合部材とを接
   合して複数の所定の電気部品を構成する接合工程と、 前記接合工程を複数回繰り返したのち、少なくとも前記
   被接合部材または前記接合部材のいずれか一方を別種に
   切り替える段取り工程と、を有する電気部品の製造方法
   において、 前記段取り工程は、前記被接合部材を吸着保持するステ
   ージを交換する工程を含み、前記ステージの交換におい
   ては、吸引装置による前記ステージを固定するための吸
   着作用を解除させた後に行うことを特徴とする電気部品
   の製造方法。