JP2005347621A - 電子部品実装ツール - Google Patents

Abstract

【課題】 ヒータの加熱により吸着保持した電子部品を加熱する吸着ノズルによる加熱温度分布を均等化することを可能とした電子部品実装ツールを提供する。
【解決手段】 電子部品を吸着保持する吸着ノズル３の吸着面３４に、吸気口３１に連通した吸気溝３２及び凹部３２ａを所要領域に所要密度で列設形成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ＬＳＩチップ等の電子部品を真空吸着により保持して電子部品に形成された複数の突起電極を基板上に形成された複数の基板電極に位置決め当接させ、加圧及び加熱により電極間を接合する用に供する電子部品実装ツールに関するものである。

高密度実装の代表的工法としてフリップチップ実装が知られており、多種多様な実装工法が提案されている。その代表的な実装工法は、電子部品に形成された突起電極（バンプ）を実装面とする基板表面に形成された基板電極に当接させ、所定圧力で加圧した状態で加熱することにより突起電極を基板電極に接合する加熱接合工法が広く用いられている。この加熱接合工法により電子部品を実装する用に供される電子部品実装ツールは、図７に示すように構成されている（特許文献１参照）。

図７において、電子部品５３を吸着保持する吸着ノズル５０は、吸着面５１の中央部に吸気口５２が形成され、背面には温度調整可能なヒータ５５が取り付けられている。前記吸気口５２に開口する吸気路５４は吸着ノズル５０及びヒータ５５を貫通して図示しない真空排気手段に接続されている。この電子部品実装ツールは水平方向及び垂直方向に移動自在に構成された装着ヘッドの先端に搭載され、部品供給位置において供給された電子部品５３に吸着ノズル５０の吸着面５２を当接させ、吸気口５２から真空排気することにより電子部品５３を真空吸着する。吸着ノズル５０に電子部品５３を吸着保持した装着ヘッドは基板５６上に移動し、基板５６上に形成された基板電極５８の位置に電子部品５３に形成された突起電極５７の位置が一致するように位置決めされ、装着ヘッドの下降動作により突起電極５７が基板電極５８に加圧された状態にすると共に、ヒータ５５に通電して吸着ノズル５０を介して電子部品５３を加熱する。前記突起電極５７が半田バンプである場合、加熱により溶融して基板電極に溶融接合するので、ヒータ５５による加熱を停止して溶融した半田を固化させ、吸着ノズル５０による真空吸着を解除して装着ヘッドを上昇させることにより電子部品５３は基板５６に実装される。
特開２００３−２９７８７８号公報（第６〜８頁、図２）

上記のごとき加熱接合工法において、電子部品５３に形成された複数の突起電極５７には均等な加圧と加熱とが与えられる必要があり、それが不均等になると複数の突起電極５７の複数の基板電極５８それぞれに対する接合状態が不均一となり、接合不良を発生させることになる。電子部品５３が比較的小型である場合には、その電子部品５３に対応させる吸着ノズル５０は、その吸着面５１の面積が小さく、電子部品５３に形成された突起電極５７の数も少ないので、加圧及び加熱の不均等は生じ難い。しかし、電子部品５３が比較的大型のもの（例えば、４０×４０ｍｍ角のＬＳＩチップ）である場合、それを吸着し加熱する吸着ノズル５０の吸着面５１の面積も大きくなるため、均等加熱及び均等加圧が困難になる。温度分布に不均一が生じると、比較的大型の電子部品５３に多数形成されている突起電極５７に対する加熱温度にばらつきが生じるばかりでなく、電子部品５３の実装面に歪が生じる結果、突起電極５７が基板電極５８に当接する当接加圧にもばらつきが発生して接合不良を生じさせる要因となる。

本願発明者らによる検証によれば、電子部品５３が比較的大型で、その実装面寸法が大きくなるほどに、それに対応する吸着ノズル５０の吸着面５１の温度分布に不均一が発生しやすくなり、電子部品５３に与えられる加熱温度の分布には更に大きな不均一が発生することが見出された。特筆すべきは、吸着ノズル５０の吸着面５１において凹部となっている吸気口５２部分での温度が他の面より高くなる予想外の現象が見出されたことである。比較的大型の電子部品５３を吸着保持する吸着ノズル５０では、吸着保持を安定させるために、図７（ｂ）に示すように、吸気口５２につながる吸気溝６０を吸着面５１に形成した場合においても、吸気口５２及び吸気溝６０の温度が吸着面５１の温度より高くなり、吸気部分での温度分布がほぼ均等化されている状態になることが検証された。この現象が生じる原因を正確に究明するには至っていないが、吸気溝６０の形状にかかわらず吸気部分で温度が高く、且つほぼ均等になることは明白であることが確認されており、更には吸気口５２に連通しない凹部であっても同様に温度が高く、ほぼ均等な温度になることが確認されている。また、この吸気に関与する凹部及び吸気に関与しない凹部の温度が高くなる温度分布状態が吸着保持した電子部品５３にも反映されることが検証された。

そこで、本願発明者らは温度分布が安定している凹部の温度を基準として電子部品５３を加熱することにより、電子部品５３に対する加熱温度の分布を均等化させることが可能になるとの考えから本発明に係る電子部品実装ツールを創案するに至ったのである。

即ち、本発明が目的とするところは、電子部品を加熱を伴う接合工法により基板に実装するときの接合対象面積内の温度分布を均等化することを可能とする電子部品実装ツールを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明は、基板上に形成された複数の基板電極それぞれに対応する複数の突起電極が形成された電子部品を真空吸着する吸着ノズルと、この吸着ノズルに吸着保持された電子部品を所定温度に加熱するヒータとを備え、ヒータによる加熱を伴う接合工法により前記突起電極を基板電極に接合して電子部品を基板に実装する電子部品実装ツールにおいて、前記吸着ノズルは、その一方面に吸着保持する電子部品に対応する形状寸法に吸着面が形成され、他方面に前記ヒータの加熱面に当接する当接面が形成され、前記吸着面の所要領域に凹部が所要密度で形成されてなることを特徴とするものである。

上記構成は前述したように本願発明者らによって見出された現象、即ち、吸着ノズルが吸着保持した電子部品の突起電極を加熱するためにヒータにより吸着ノズルが加熱されると、吸着面に形成された吸気口や吸気溝などの真空吸着に関与する凹部を含む凹部の温度が他の部位より高くなり、温度分布も他の部位より均等化された状態になることを利用したものである。突起電極の形成位置に対応する吸着面上に凹部を所要密度で列設形成することにより、複数に形成された突起電極を均等な温度で加熱することができ、吸着面の温度分布が均等になるように凹部を形成することによって電子部品に歪みが発生することを抑制することができるので、複数の突起電極を均等な接合状態で基板電極に接合させることができる。

上記構成において、凹部は、吸着面に開口する吸気口及び／又は吸気口に連通する吸気溝として構成することができ、吸気口のみで構成する場合には、それを所要領域に所要密度で開口させればよく、吸気口とそれに連通する吸気溝とにより構成する場合には、所要位置に開口させた吸気口に連通させて吸気溝を吸気面の所要領域に形成することにより、所要領域の温度を均等化させることができる。

また、凹部は、吸気口に連通しない任意形状の窪みとして形成することも可能であり、真空吸着に関与する吸気口や吸気溝と近似の温度にすべき部位に窪みを形成することによって吸着面の温度分布を所望の温度分布に構成することができる。

また、凹部が形成される所要領域は、電子部品に形成された突起電極の形成位置に対応する領域とすることが好適であり、電子部品に形成された突起電極の形成位置に応じて凹部をその形成密度を調整して形成することにより突起電極を加熱する温度の均等化を図ることができる。

また、凹部が形成される所要領域は、吸着面の電子部品に当接する全面とすることが好適で、電子部品の全面が均等温度に加熱されるため、温度が不均等になることに伴う歪みの発生が抑制され、歪みにより複数の突起電極が複数の基板電極に当接する圧力差から接合不良が生じることを防止することができる。更に、電子部品はその全面にわたって均等な吸引力で真空吸着されるので、電子部品が薄く変形しやすいものであっても吸着による歪みの発生が抑制され、歪みにより複数の突起電極の高さ位置に不揃いがなることがなく、基板電極に対する複数の突起電極の当接圧力が一定になるため、微細な電極が微小な並列ピッチで形成されている場合であっても接合不良の発生を抑制することが可能となる。

また、凹部は、吸着面の周縁に沿う外周枠と、その内側の格子状とに形成すると電子部品の外周に沿って突起電極が形成されていることが多い電子部品に対応する加熱状態が外周枠から得られ、その内側の格子状の凹部は電子部品を均等加熱するのに有効となる。前記外周枠は形成密度を密にして複数の外周枠に形成すると、電子部品の外周に沿って形成されている突起電極の加熱に有効となる。

また、凹部は、吸着面内に格子状、放射状、同心円弧状、吸着面の周辺と平行な複数の枠、吸着面の周辺と平行な渦巻き状、吸着面内で折り返す折り返し線に形成すると共に、それらを適宜組み合わせ、形成密度を調整することにより所要領域における温度分布の均等化を図ることができる。

また、凹部は、突起電極に対応する領域で他の領域より高密度に形成することにより、突起電極に対する加熱が効率化され、温度分布の均等化を図ることができる。

本発明によれば、複数に形成された突起電極を均等な温度で加熱することができ、加熱温度分布が不均等になることによって電子部品に歪みが発生することを抑制することができるので、複数の突起電極を均等な接合状態で基板電極に接合する電子部品実装ツールを構成することができる。また、電子部品は全面にわたって均等な吸引力で吸着されるので、吸着により平面性が損なわれることがなく、薄型化された電子部品であっても平面性を保って複数の突起電極を基板電極に均等加圧させることができる。

以下に示す実施形態は、電極形成面に半田による突起電極が形成されたＬＳＩチップを真空吸着により吸着保持し、加熱により突起電極を溶融させて基板の所定位置に実装する電子部品実装ツールの例について示すものである。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図１は、実施形態に係る電子部品実装ツール１を取り付けた装着ヘッドの構成を示すもので、昇降動作及び回動動作を行う装着ヘッド１０の先端に取り付けられ、パルスセラミックヒータとして構成された面ヒータ４と、この面ヒータ４に着脱可能に装着された吸着ノズル３とを備えて構成されている。前記吸着ノズル３は、吸着保持する電子部品の種類や形状寸法に応じて最適の構造に形成されたものに交換することができる。

図３は、比較的大型（４０×４０ｍｍ）のＬＳＩチップ２に対応できるように形成された吸着ノズル３の構成を示すもので、吸着面３４には複数の吸気口３１を開口させると共に、吸気口３１に連通する吸気溝３２が格子状に形成されている。複数の吸気口３１を開口させた複数の吸気路３３は吸着ノズル３をその厚さ方向に貫通し、面ヒータ４に密着当接する当接面３６に十字形状に形成された集合溝３５によって１本の流路に統合され、図２に示すように、吸着ノズル３が面ヒータ４に装着されることにより面ヒータ４を貫通して形成された排気路４１が集合溝３５の中央上に開口し、排気路４１につながる図示しない真空排気手段に空気流路が接続される。従って、真空排気手段により真空排気がなされると、吸着ノズル３の吸着面３４に形成された吸気口３１及び吸気溝３２に負圧が発生し、吸着面３４に当接させたＬＳＩチップ（電子部品）２は真空吸着されるので、真空排気手段による真空排気動作を制御することにより吸着ノズル３によるＬＳＩチップ２の吸着保持と吸着解除とを切り替えることができる。

また、前記面ヒータ４は、通電により１〜２ｓｅｃで所定温度に急上昇し、密着する吸着ノズル３を加熱するので、吸着ノズル３が吸着保持したＬＳＩチップ２を加熱することができ、通電の停止により加熱温度が急低下する機能を有している。従って、加熱によりＬＳＩチップ２に形成された突起電極２１を溶融させた後、加熱停止により溶融状態の突起電極２１を固化させることができ、突起電極２１を基板６上に形成された基板電極６１に接合することができる。

上記電子部品実装ツール１は、図１に示すように、ＸＹロボット等の水平方向移動手段１２によって水平方向の任意位置に自在移動できるように構成された装着ヘッド１０の先端に搭載される。装着ヘッド１０は垂直方向への昇降動作及び回転方向への回動動作を制御できるように構成されており、水平方向移動手段１２により装着ヘッド１０を部品供給位置に移動させ、装着ヘッド１０を下降動作させて前記吸着ノズル３によってＬＳＩチップ２を吸着保持する。水平方向移動手段１２によりＬＳＩチップ２を保持した装着ヘッド１０を部品実装位置上に移動させ、部品実装位置において図示するように、実装ステージ１５に設けられた吸着ツール１６により位置決め保持された基板６にＬＳＩチップ２を装着する。ＬＳＩチップ２の実装面には半田による多数の突起電極２１が形成されており、基板６には多数の突起電極２１それぞれに対応する基板電極６１が形成されているので、装着ヘッド１０の水平方向への移動位置の制御及び回動動作により各突起電極２１が各基板電極６１にそれぞれ一致するように位置決めし、装着ヘッド１０を下降動作させることによってＬＳＩチップ２の突起電極２ａそれぞれを基板５上の各基板電極５ａに所定圧力で当接させることができる。

装着ヘッド１０の下降動作に応じて面ヒータ４に通電し、吸着ノズル３を介してＬＳＩチップ２を所定温度に加熱することにより、半田で形成された突起電極２１は溶融して基板電極６１に溶融接合するので、面ヒータ４の通電を停止して溶融した突起電極２１を固化させる。このとき、図１に示すように、電子部品実装ツール１を囲むように取り付けられたブローノズル１３から冷風を吹き付けることにより突起電極２１の固化を促進することができる。

面ヒータ４により吸着ノズル３を介してＬＳＩチップ２を加熱するとき、ＬＳＩチップ２の突起電極２１が形成された実装面が均等な温度分布で加熱されることが必要で、温度分布に差が生じると実装面に微細な歪みが発生し、複数の突起電極２１がそれぞれ基板電極６１に当接する圧力に差が生じて接合状態が一定になされない問題が生じる。また、複数の突起電極２１はそれぞれ均等な温度で加熱される必要があり、吸着ノズル３を介したＬＳＩチップ２の加熱は複数の突起電極２１に均等な加熱を与えることが要求される。特に、実装対象が比較的大型の電子部品である場合に、実装面全体や多数の突起電極２１を均等な温度で加熱することは困難で、この課題を解決することが求められている。中でもＬＳＩチップ２は高密度集積化の向上と共にその外部接続端子となる突起電極２１の数が増加し、それが微小な形成ピッチで並列配置されているため、加熱温度分布の僅かな不均等によっても短絡や接合不可などの接合不良を発生させるので、均等な加熱状態が必須要件となる。

本実施形態に係る吸着ノズル３においては、前述したように本願発明者らによって見出された電子部品を真空吸着するために吸気口３１や吸気溝３２として形成された真空吸着関与する吸気開口部を含む凹部の温度が安定した温度分布を呈することを利用している。図３に示すように、ＬＳＩチップ２を吸着保持する吸着面３４の所要領域にわたって吸気溝３２が格子状に形成され、吸気溝３２に連通させて吸気口３１が設けられている。この凹部の形成構造により、当接面３６に当接した面ヒータ４により吸着ノズル３が加熱されると、吸着面３４の温度分布は格子状に形成された凹部の温度が最も高く、ほぼ均等な温度分布となる。この吸着面３４に吸着保持されたＬＳＩチップ２には前面にわたってほぼ均等な加熱が与えられるので、ＬＳＩチップ２は温度差による歪みの発生が少なく、多数配列された各突起電極２１にも均等な加熱が加えられる。

ＬＳＩチップ２においては、その実装面の周辺部に突起電極２１が並列配置されているものが多いので、図４に示す吸着ノズル３ａのように、その吸着面３４に形成する格子状の吸気溝３２は、周辺領域で格子の枠となる四角形の形成間隔を小さくして二重に形成すると、突起電極２１に対応する周辺部分での加熱を効率化することができる。四角形の二重枠の内側には格子状に吸気溝３２を形成しているので、全体の温度分布に大きな差が生じず、加熱温度分布の偏りによりＬＳＩチップ２に歪みが発生することを抑制することができる。尚、最外周の四角形枠は、吸着保持するＬＳＩチップ２の外周部との距離が近くなるため吸気に漏れが生じて真空吸着力が低下する恐れがあるので、吸気口３１に連通せず、独立した溝状の凹部３２ａとして形成されている。このような真空吸着に関与しない凹部３２ａであっても、吸気口３１や吸気溝３２と同様に凹部でない部位より高い温度状態となる。

また、ＬＳＩチップ２や基板６は薄型化される傾向にあり、比較的大面積で薄型化されたものになると、その中央部で吸着保持されると、真空吸着の吸引力によって変形歪みが発生しやすく、集積化が進展して微小ピッチで多数配列されている電極高さに不揃いが生じると、接合不良を発生させる恐れがある。実施形態に係る吸着ノズル３のように吸着溝３２が吸着面３４の全面にわたって形成されていることにより、ＪＳＩチップ２は全面に均等な吸引力を加えて吸着保持されるので、薄型化されたＬＳＩチップ２であっても平面性が損なわれることがなく、突起電極２１の高さに不揃いが生じ難いので、接合不良の発生を効果的に抑制することができる。また、基板６側においても実装ステージ１５に設けられる吸着ヘッド１６に同様の構造を形成することにより、基板６の平面性を保って吸着保持すると共に、加熱接合のための予備加熱を各基板電極６１に対して均等に与えることが可能となる。

図５に示す吸着ノズル３ｂは、比較的小型（１１．０×８．７ｍｍ）のＬＳＩチップ２に対応させたもので、ＬＳＩチップ２に対応する形状寸法に形成された吸気面３４に、縦横それぞれ３本の溝を互いにクロスさせた形状に吸気溝３２を形成し、その中央に吸気口３１を開口させている。

上記各実施形態として示した吸着ノズル３，３ａ，３ｂのように、その吸着面３４に形成する吸気口３１及び吸気溝３２や凹部は、吸着保持する電子部品の形状寸法や突起電極２１の配置位置、数などに応じて様々な形態に構成することができる。要は電子部品の実装面が平均的に加熱されるようにして加熱に伴う歪みの発生を抑制すると共に、多数の突起電極２１を均等な温度によって加熱できるように、吸気口３１、吸気溝３２を含む凹部を形成することにある。

図６（ａ）〜（ｅ）は、吸着面３４に形成する凹部のパターンの様々な態様を示すものである。これらのパターンは吸気溝３２として形成しているので、所要位置に吸気口３１を開口させると共に、各吸気溝３２が吸気口３１に連通するように形成する。また、これらのパターン線上に多数の吸気口３１を列設形成してもよい。また、電子部品の形状寸法や突起電極２１の形成位置や数などに応じて、図３〜図６に示す各パターンを適宜組み合わせ、変形することもできる。

以上説明した実施形態は、電子部品を吸着保持する吸着ノズル３の構成について説明したが、基板６を保持するステージ１５側における吸着ヘッド１６にも同様の構成を設けることにより、基板６の平面性を確保して吸着保持し、加熱接合を行うための予備加熱を基板面前面にわたって均等加熱することができる。

また、上記実施形態においては突起電極２１として半田を用いた例を示したが、突起電極を金バンプに形成した場合などであっても加熱温度の設定により同様の加熱接合工法を適用することができる。また、異方性導電シートを用いるＡＣＦ工法や熱硬化性樹脂を用いるＥＳＣ工法など接合に際して加熱を伴う接合工法に対して同様に適用することができる。

以上の説明の通り本発明に係る電子部品実装ツールによれば、電子部品に形成した複数の突起電極を基板に形成した複数の基板電極にそれぞれ接合する際に加熱を伴う接合工法を適用するとき、薄型化されて平面性が損なわれやすい電子部品であっても全面にわたって均等な吸引力で吸着保持することができるので吸引力が一部に集中することがなく、平面性が維持され、複数の突起電極を均等に加熱することができるので接合不良の発生が少なく、電子部品を偏りのない温度分布で加熱することができるので歪みの発生が抑制でき、歪みに伴う接合不良の発生を抑制することができる。特に加熱温度分布に偏りが生じやすい比較的大型の電子部品に対しても加熱温度分布を均等化することができるので、突起電極数の増加や形成ピッチの微小化が著しい半導体部品の実装に好適なツールを得ることができる。

実施形態に係る電子部品実装ツールを適用した装着ヘッドの構成を示す部分断面図。 実施形態に係る電子部品実装ツールの構成を示す断面図。 第１の実施形態に係る吸着ノズルの構成を示す（ａ）は吸着面側の平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は当接面側の平面図。 第２の実施形態に係る吸着ノズルの構成を示す（ａ）は吸着面側の平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は当接面側の平面図。 第３の実施形態に係る吸着ノズルの構成を示す（ａ）は吸着面側の平面図、（ｂ）は側面図。 吸着ノズルの吸着面に形成される凹部の形成パターンを示すパターン図。 従来技術に係る電子部品実装ツールの構成を示す（ａ）は断面図、（ｂ）は吸着ノズルの平面図。

符号の説明

１ 電子部品実装ツール
２ ＬＳＩチップ（電子部品）
３，３ａ，３ｂ 吸着ノズル
４ 面ヒータ
６ 基板
２１ 突起電極
３１ 吸気口（凹部）
３２ 吸気溝（凹部）
３２ａ 凹部
３４ 吸着面
３６ 当接面

Claims (14)

1. 基板上に形成された複数の基板電極それぞれに対応する複数の突起電極が形成された電子部品を真空吸着する吸着ノズルと、この吸着ノズルに吸着保持された電子部品を所定温度に加熱するヒータとを備え、ヒータによる加熱を伴う接合工法により前記突起電極を基板電極に接合して電子部品を基板に実装する電子部品実装ツールにおいて、
   前記吸着ノズルは、その一方面に吸着保持する電子部品に対応する形状寸法に吸着面が形成され、他方面に前記ヒータの加熱面に当接する当接面が形成され、前記吸着面の所要領域に凹部が所要密度で形成されてなることを特徴とする電子部品実装ツール。
2. 凹部は、吸着面に開口する吸気口及び／又は吸気口に連通する吸気溝である請求項１に記載の電子部品実装ツール。
3. 凹部は、吸気口に連通しない任意形状の窪みである請求項１に記載の電子部品実装ツール。
4. 凹部が形成される所要領域は、電子部品に形成された突起電極の形成位置に対応する領域である請求項１〜３いずれか一項に記載の電子部品実装ツール。
5. 凹部が形成される所要領域は、吸着面の電子部品に当接する全面である請求項１〜３いずれか一項に記載の電子部品実装ツール。
6. 凹部が吸着面の周縁に沿う外周枠と、その内側の格子状とに線状に形成されてなる請求項１〜５いずれか一項に記載の電子部品実装ツール。
7. 凹部が吸着面の周縁に沿う複数の外周枠と、その内側の格子状とに形成されてなる請求項１〜５いずれか一項に記載の電子部品実装ツール。
8. 凹部が吸着面内に格子状に形成されてなる請求項１〜５いずれか一項に記載の電子部品実装ツール。
9. 凹部が吸着面内に放射状に形成されてなる請求項１〜５いずれか一項に記載の電子部品実装ツール。
10. 凹部が吸着面内に同心円弧状に形成されてなる請求項１〜５いずれか一項に記載の電子部品実装ツール。
11. 凹部が吸着面の周辺と平行な複数の枠に形成されてなる請求項１〜５いずれか一項に記載の電子部品実装ツール。
12. 凹部が吸着面の周辺と平行な渦巻き状に形成されてなる請求項１〜５いずれか一項に記載の電子部品実装ツール。
13. 凹部が吸着面内で折り返す折り返し線に形成されてなる請求項１〜５いずれか一項に記載の電子部品実装ツール。
14. 凹部が突起電極に対応する領域で他の領域より高密度に形成されてなる請求項１〜１３いずれか一項に記載の電子部品実装ツール。

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