JP2007189100A - 圧着装置及び実装方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】電気部品の位置ずれを防止する。
【解決手段】本発明の圧着装置１はダム部材２４を有しており、押圧ヘッド２０を圧着対象物１０に押し当てて押圧する時には、圧着部２２の周囲はダム部材２４で取り囲まれている。従って、押圧によって圧着部２２の表面が膨らんでも、その膨らんだ部分はダム部材２４で堰き止められ、圧着部２２の表面が水平方向に広がらない。圧着部２２が水平方向に広がらないと、圧着対象物１０の電気部品１６、１８には、水平方向に移動する力が加わらず、電気部品１６、１８が鉛直下方に押し付けられて基板１１の端子１２に接続されるので、接続信頼性の高い電気装置１０ａが得られる。
【選択図】図３

Description

本発明は電気部品を基板に実装させる圧着装置と、その実装方法に関する。
従来より、半導体素子のような電気部品を基板に接続する実装工程には、押圧ヘッドで電気部品を基板に押圧しながら加熱する圧着装置が用いられている。
図１６（ａ）の符号１０１は従来技術の圧着装置を示しており、圧着装置１０１は台座１２６と押圧ヘッド１２０とを有している。
押圧ヘッド１２０は、金属枠に押圧ゴムをはめ込んだもの、金属プレートに押圧ゴムを接着剤で貼り付けたもの、金属枠に液状のゴムを流し込み、ゴムを金属枠内で硬化させたものなどがある。
金属枠からなるヘッド本体１２１に押圧ゴム１２２をはめ込まれたものについて説明すると、押圧ゴム１２２の表面はヘッド本体１２１の表面と面一にされているか、ヘッド本体１２１の表面よりも下方に突き出されており、台座１２６上の圧着対象物１１０に押圧ヘッド１２０を押し付けると、押圧ゴム１２２の表面が圧着対象物１１０に接触する。
圧着対象物１１０は、基板１１１と、基板１１１上に配置された厚みの異なる電気部品１１６、１１８とを有しており、電気部品１１６、１１８の厚みの差によって基板１１１上には段差が形成されている。
押圧ゴム１２２は力が加わると変形する弾性材料で構成されており、押圧ゴム１２２は先ず最も厚い電気部品１１６に接触するが、押圧ゴム１２２は変形して厚い電気部品１１６から薄い電気部品１１８まで順番に接触し、結局全ての電気部品１１６、１１８が押圧ゴム１２２で押圧される。
圧着装置１０１で電気部品１１６、１１８を押圧する前には、電気部品１１６、１１８と基板１１１の位置合わせが行われ、電気部品１１６、１１８の端子が接着剤１１５を挟んで基板１１１の端子の真上に位置している。
台座１２６の表面は略水平にされ、基板１１１はその表面に水平配置されており、押圧ヘッド１２０を鉛直下方に移動させて電気部品１１６、１１８を押圧すれば、電気部品１１６、１１８は接着剤１１５を押し退け真下に移動するので、電気部品１１６、１１８の端子と基板１１１の端子が接触して、電気部品１１６、１１８と基板１１１が電気的に接続される（図１６（ｂ））。このように、従来の圧着装置１０１は、厚みの異なる電気部品を１枚の基板に同時に接続可能である。
ところで、押圧ゴム１２２は、電気部品１１６、１１８を押圧する時に凹むと、その反動でその周囲の部分が膨らむ性質を有しており、押圧ゴム１２２の膨らんだ部分はヘッド本体１２１の枠を乗り越え、押圧ゴム１２２の表面が水平方向に広がってしまう。
図１７は押圧ゴム１２２の表面が水平方向に広がる様子を示す平面図であり、押圧ゴム１２２はその平面形状の中心Ｃを中心として放射方向に流れる。押圧ゴム１２２の中心Ｃ近傍に比べ、端部で移動量が多いので、押圧ゴム１２２の端部が押し付けられた電気部品１１６、１１８は、押圧ゴム１２２の広がりと共に水平方向に移動し、電気部品１１６、１１８の端子が、基板１１１の端子の真上位置からずれてしまう。
電気部品１１６、１１８の位置ずれが起こると、電気部品１１６、１１８端子と基板１１１の端子とが接触しなくなり、電気部品１１６、１１８と基板１１１の接続信頼性が低下する。
特開２００２−３５９２６４号公報 特開２００５−３２９５２号公報
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は電気部品と基板とを確実に接続可能な圧着装置を提供することである。
上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、台座と、押圧ヘッドとを有し、前記押圧ヘッドと前記台座とを相対的に移動させ、前記台座の載置面上に配置された圧着対象物を前記押圧ヘッドで押圧するように構成された圧着装置であって、前記押圧ヘッドは、ヘッド本体と、前記ヘッド本体に配置された押圧ゴムとを有し 、前記押圧ゴムの周囲には、前記押圧ゴムの表面高さよりも高いダム部材が配置され、前記押圧ゴムが変形しながら前記台座上に配置された前記圧着対象物を押圧するように構成された圧着装置である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の圧着装置であって、前記台座は前記ダム部材で囲まれた空間内に挿入されるように構成された圧着装置である。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の圧着装置であって、前記ダム部材は前記ヘッド本体とは分離可能に構成された圧着装置である。
請求項４記載の発明は、台座と、押圧ヘッドとを有し、前記押圧ヘッドと前記台座とを相対的に移動させ、前記台座の載置面上に配置された圧着対象物を前記押圧ヘッドで押圧するように構成された圧着装置であって、前記押圧ヘッドは、ヘッド本体と、前記ヘッド本体に配置された押圧ゴムとを有し 前記載置面は、前記載置面よりも表面高が高いダム部材で囲まれた圧着装置である。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の圧着装置であって、前記押圧ヘッドは前記ダム部材で囲まれた空間内に挿入されるように構成された圧着装置である。
請求項６記載の発明は、請求項４又は請求項５のいずれか１項記載の圧着装置であって、前記ダム部材は前記台座とは分離可能に構成された圧着装置である。
請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の圧着装置であって、前記押圧ゴムと前記ヘッド本体の間には、圧縮変形可能な圧縮部材が配置され、少なくとも前記圧縮部材が圧縮したときに、前記ダム部材の高さは前記押圧ゴムの表面高さよりも高くなるように構成された圧着装置である。
請求項８記載の発明は、基板上に高さが異なる部品が複数配置された圧着対象物を台座の載置面上に配置し、押圧ヘッドに設けられた押圧ゴムによって前記部品を押圧し、前記部品を基板に固定する部品実装方法であって、前記押圧ゴムが前記部品を押圧する際に前記圧着対象物の周囲をダム部材で囲み、前記押圧ゴムの変形による横流れを、前記ダム部材で堰き止めることを特徴とする実装方法である。
請求項９記載の発明は、請求項８記載の実装方法であって、前記部品と前記基板との間に異方導電性フィルムを配置し、前記部品を前記基板に接着させた後、前記基板を加熱しながら前記押圧ゴムによって押圧する実装方法である。
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の実装方法であって、前記部品を押圧する際に、前記押圧ゴムと前記圧着対象物の間に、前記異方導電性フィルムから剥離可能な保護フィルムを配置する実装方法である。
押圧ゴムが圧着対象物に押し付けられる時には、ダム部材によって横方向の広がりが防止されるので、押圧ゴムの端部であっても電気部品の位置ずれが起こりにくい。また、押圧ゴムが横方向に広がらないと、押圧ゴムが変形する力の殆どが圧着対象物を押圧する力となるので、押圧の時のプレス圧力の無駄が無くなる。
図１の符号１は本発明の圧着装置の第一例を示しており、この圧着装置１は、作業台９と、駆動装置２５と、押圧ヘッド２０と、台座２６とを有している。押圧ヘッド２０は、ヘッド本体２１と、ダム部材２４と、圧着部２２とを有している。
ここでは、ヘッド本体２１は金属製の板状であり、後述する圧着対象物１０を押圧する時に変形しない。圧着部２２は内部が均一な材質の弾性材料（例えばゴム）で構成されており、圧着部２２は鉄等の金属材料とは異なり、力が加わると変形し、力を除去したとき元の形に戻る。
圧着部２２はヘッド本体２１の表面に固定されており、押圧ヘッド２０は圧着部２２を下方に向けて、作業台９の上方位置に配置されている。
押圧ヘッド２０は駆動装置２５に接続されており、駆動装置２５を動作させると、押圧ヘッド２０が圧着部２２の露出面を下側に向けたまま、作業台９上で鉛直方向に上下移動するように構成されている。
ここでは、ヘッド本体２１の平面形状は四角形であり、圧着部２２は四角柱に形成されている。ヘッド本体２１の大きさは圧着部２２よりも大きく、ヘッド本体２１の圧着部２２よりも外側にはみ出た部分には圧着部２２を取り囲むように筒状のダム部材２４が配置されている。
ここでは、ダム部材２４はヘッド本体２１と同じ金属製であり、ここではダム部材２４はヘッド本体２１に固定されている。ダム部材２４の先端部分は、圧着部２２の表面から突き出されており、ダム部材２４の内周側面を側面とし、圧着部２２の表面を底面とする凹部２９が形成されている。
ダム部材２４の内周側面は水平面に対して略垂直にされており、圧着部２２の表面は略水平にされている。また、ダム部材２４の先端の圧着部２２表面からの高さは、均一にされている。従って、ダム部材２４の先端で構成される開口２３は水平面内に位置し、その形状は凹部２９底面の形状と同じ四角形である。ここでは、台座２６は四角柱であり、その一底面を作業台９表面に密着して、作業台９上に立設配置されている。
台座２６の他の底面は後述する圧着対象物が載置される載置面２７であり、その載置面２７は作業台９の表面と平行にされ、従って、載置面２７は略水平になっている。載置面２７の形状は凹部２９の開口２３と同じ形状か、凹部２９の開口２３よりもわずかに小さい相似形であり（図２）、凹部２９内に台座２６の載置面２７が位置する部分を挿入可能になっている。
次に、この圧着装置１を用いて半導体素子のような電気部品を基板に接続する工程について説明する。図３（ａ）の符号１０は圧着対象物を示しており、圧着対象物１０は基板１１と、異方導電性フィルム１５と、電気部品１６、１８とを有している。
異方導電性フィルム１５は基板１１の端子１２上に配置されており、電気部品１６、１８は異方導電性フィルム１５の基板１１と反対側の面に配置されている。 電気部品１６、１８はバンプやランド等の端子１７、１９を有しており、各電気部品１６、１８の端子１７、１９は基板１１の端子１２上に位置するよう配置されている。
各電気部品１６、１８は不図示の搭載ヘッドで異方導電性フィルム１５に個別に乗せられた後、予め比較的低温に加熱されながら、搭載ヘッドによって小さい圧力で押圧されており、異方導電性フィルム１５が発現する接着力によって基板１１に仮に接着されている（仮圧着）。しかしながら、仮圧着時の接着力は弱く、電気部品１６、１８は基板１１から脱落しやすく、また、基板１１の端子１２と電気部品１６、１８の端子１７、１９は物理的にも機械的にも接触しておらず、その間には異方導電性フィルム１５がある。
基板１１の電気部品１６、１８が配置されていない面は平坦にされており、圧着対象物１０はその平坦な面を載置面２７に密着して台座２６に載せられるようになっている。
異方導電性フィルム１５は電気部品１６、１８よりも大きく形成され、一部が電気部品１６、１８からはみ出し、電気部品１６、１８間に露出している。また、電気部品１６、１８から異方導電性フィルム１５が露出していない場合であっても、後述する押圧の時には、異方導電性フィルム１５は押圧されて電気部品１６、１８の外周から一部がはみ出る。
圧着部２２はその表面が異方導電性フィルム１５と接着可能な材料で構成されており、そのため、後述する押圧時に圧着部２２と異方導電性フィルム１５が接触しないように、圧着対象物１０の表面に異方導電性フィルム１５に対して接着性の低い保護フィルム５を配置する（図３（ａ））。
ここでは、載置面２７が開口２３よりも小さく形成されており、保護フィルム５が載置面２７よりも大きく、その端部が台座２６の側面に垂れ下がった状態で、保護フィルム５を含む台座２６の外周が開口２３の大きさと略等しくなるようにされている。
従って、保護フィルム５を含む台座２６の外周と、開口２３が一致するように、押圧ヘッド２０と台座２６の向きを位置合わせし、駆動装置２５で押圧ヘッド２０を下降させると、台座２６が保護フィルム５と一緒に凹部２９に挿入される。
保護フィルム５は圧縮変形可能な材料で構成されており、保護フィルム５を含む台座２６の外形が開口２３よりもわずかに大きくても、台座２６を挿入可能に構成されている
電気部品１６、１８は例えば半導体素子や抵抗素子であって、その厚みは部品の種類毎に異り、電気部品１６、１８の厚みの差によって基板１１の表面上には段差が形成されている。
図３（ｂ）は 台座２６の載置面２７が圧着対象物１０と一緒に凹部２９に挿入され、圧着部２２が圧着対象物１０の各電気部品１６、１８を押圧する前であって、圧着部２２が基板１１上の最も厚い電気部品１６に保護フィルム５を介して接触した状態を示しており、この状態では載置面２７は開口２３よりも上方に位置し、台座２６の側面の載置面２７側の先端部分は凹部２９内に挿入され、ダム部材２４の内周側面で囲まれている。
その状態から更に押圧ヘッド２０を降下させ、圧着部２２を基板１１に相対的に近づけると、圧着部２２の電気部品１６に接触した部分が押圧されて凹む。
ここでは、圧着部２２の側面はダム部材２４に固定されておらず、圧着部２２はその中央部分も周囲も凹むようになっており、押圧ヘッド２０を更に下降させて押圧することで、厚みの厚い電気部品１６から厚みの薄い電気部品１８に向かって順次圧着部２２の表面と接触して、押圧される。
圧着部２２の電気部品１６、１８に接触して凹むと、その反動で他の部分が膨らむが、圧着部２２は底面がヘッド本体２１に固定され、側面がダム部材２４で囲まれているので、水平方向には膨らまず、圧着部２２の表面のうち、電気部品１６、１８と対面しない部分が、押圧される前よりも下方に膨らむ。従って、電気部品１６、１８の間の部分と、圧着対象物１０の周囲の部分で圧着部２２表面が下方に膨らむ（図３（ｃ））。
上述したように、異方導電性フィルム１５が電気部品１６、１８の間に露出していたり、また、電気部品１６、１８が押圧されると異方導電性フィルム１５の一部が電気部品１６、１８の外周からはみ出ることがあるが、電気部品１６、１８の間と、電気部品１６、１８は保護フィルム５で覆われているので、圧着部２２が異方導電性フィルム１５と直接接触しない。
また、台座２６とダム部材２４の間の隙間は小さくされており、圧着対象物１０の周囲で圧着部２２の表面が下方に膨らんでも、その隙間から流出することがないから、圧着部２２の下方に膨らんだ部分は、電気部品１６、１８の間の窪みには充填されることがあっても、従来とは異なり圧着部２２が放射方向外側に流動することがない。従って、各電気部品１６、１８に外側に向かう力が加わらず、電気部品１６、１８の位置ずれが起こらない。
台座２６にはヒータ８が内蔵されており、ヒータ８に通電することで圧着対象物１０が所定温度に加熱され、加熱によって異方導電性フィルム１５の流動性が高くなっている。
従って、電気部品１６、１８が押圧されると、異方導電性フィルム１５が電気部品１６、１８によって押し退けられ、電気部品１６、１８の端子１７、１９が異方導電性フィルム１５中の導電性粒子を挟んで基板１１の端子１２に押し付けられ、電気部品１６、１８と基板１１とが電気的に接続される。
異方導電性フィルム１５が熱硬化性樹脂を含有する場合は加熱によって異方導電性フィルム１５が硬化し、また、異方導電性フィルム１５が熱可塑性樹脂を含有する場合は加熱終了後、温度が下がると異方導電性フィルム１５が固化する。従って、電気部品１６、１８は硬化又は固化した異方導電性フィルム１５を介して基板１１に機械的にも接続され、電気部品１６、１８が基板１１に機械的にも電気的にも接続された電気装置１０ａが得られる。
電気部品１６、１８を押圧するときに、電気部品１６、１８の位置ずれが起こらないので、この電気装置１０ａの接続信頼性は高い。
上述したように、電気部品１６、１８を押圧するときに圧着部２２は異方導電性フィルム１５に接触しないので、圧着部２２は異方導電性フィルム１５に接着されておらず、押圧ヘッド２０を上昇させると、圧着部２２の表面が電気装置１０ａから分離し、台座２６上には電気装置１０ａが残る。
圧着部２２は電気装置１０ａから分離すると、圧着部２２に加わっていた力が除去され、圧着部２２は電気部品１６、１８を押圧する前の形状に戻る。
台座２６上に残った電気装置１０ａを取り出し、新たな圧着対象物１０を台座２６上に乗せれば、上述した図３（ａ）〜（ｃ）の工程で電気部品１６、１８の接続を続けて行うことができる。
尚、ダム部材２４の先端の高さは特に限定されないが、圧着部２２が圧着対象物１０を押圧する時に膨らむ量は、その圧着対象物１０の最大膜厚よりも大きくはならないので、押圧前の圧着部２２表面からダム部材２４先端までの高さを、最も厚い電気部品１６（例えば半導体素子）の膜厚と、基板１１の膜厚との合計量と同じかそれよりも大きくすれば、圧着部２２がダム部２４を乗り越えることはない。
以上は、押圧ヘッド２０に予め凹部２９が形成されており、その凹部２９内に圧着対象物１０を収容した後、圧着対象物１０に圧着部２２を接触させる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
図４（ａ）の符号３は本発明の第二例の圧着装置を示しており、この圧着装置３は、押圧ヘッド３０の圧着部３４を下記のように変えた以外は、第一例の圧着装置１と同じ構成を有しており、押圧ヘッド３０と台座２６の配置も第一例の圧着装置１と同じになっている。
第一例の圧着装置１は、圧着部２２がゴムで構成されいるのに対し、この圧着装置３の圧着部３４は、第一例の圧着装置１の圧着部２２と同じゴムで構成された押圧ゴム３２と、可動板３３と、圧縮部材３１を有しており、圧縮部材３１は、例えばスポンジ状のゴムのように、内部に空洞を有し、力が加わると空隙が押しつぶされて体積が減少するもので構成されている。
圧縮部材３１の上端はヘッド本体２１の表面に固定され、可動板３３は表面が圧縮部材３１の下端に取り付けられ、押圧ゴム３２は上端が可動板３３の裏面に取り付けられている。従って、圧縮部材３１と、可動板３３と、押圧ゴム３２は、ヘッド本体２１から台座２６が位置する鉛直下方に向かって、記載した順番に並べられている。
ここでは、圧縮部材３１は水平方向に切断した時の断面形状がダム部材２４で囲まれた領域の断面形状と同じな柱状にされている。従って、圧縮部材３１の側面はダム部材２４の内周側面と接触しているが、その側面はダム部材２４には固定されていない。押圧ゴム３２と可動板３３もダム部材２４に固定されておらず、ダム部材２４で囲まれた領域内で移動可能に構成されている。
図４（ｂ）は圧着対象物１０上の保護フィルム５に押圧ゴム３２を接触させた後、押圧ヘッド３０を更に降下させた状態を示している。
圧縮部材３１を変形させるのに要する力は、押圧ゴム３２を変形させるのに要する力よりも小さく、押圧ヘッド３０を降下させると、圧縮部材３１が押圧ゴム３２によってヘッド本体２１に押し付けられ、押圧ゴム３２が変形する前に圧縮部材３１が圧縮してその厚みが小さくなり、圧縮部材３１が押圧ゴム３２に押されて、押圧ヘッド３０に圧縮される前にはなかった凹部が出現する。
圧縮部材３１の変形量は限度があるので、圧縮部材３１がある程度変形すると、圧縮が止まり、更に押圧ヘッド３０の下降を続けると、押圧ゴム３２が変形する（図４（ｃ））。
押圧ゴム３２が変形するときには上述した凹部が形成され、ダム部材２４の先端が押圧ゴム３２の表面よりも下方に突き出されており、その先端と台座２６との間の隙間は小さくされている。従って、第一例の圧着装置１の場合と同様に、押圧ゴム３２はその隙間から流出せず、電気部品１６、１８の位置ずれが起こらない。
圧縮部材３１は、押圧によって体積が減少するものであれば特に限定されず、図５に示した押圧ヘッド３５のように、圧縮部材をバネ３６で構成し、押圧によってバネ３６を縮ませることで、圧着部２２の表面を押し上げ、ダム部材の先端を圧着部２２よりも下方に突き出させてもよい。
また、押圧ゴム３２に加わる力が圧縮部材３１に伝達可能であれば、特に支持板３３を設ける必要もない。
以上は、ダム部材を押圧ヘッド２０に設ける場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
図６の符号４は本発明の第三例の圧着装置を示しており、この圧着装置４は、押圧ヘッド４０にダム部材が設けられておらず、下記に示すように台座４６の載置面の周囲にダム部材４９が設けられた以外は、上記第一例の圧着装置１と同じ構成を有している。
ここでは、圧着部４２は第一例の圧着装置１と同様に押圧ゴムからなり、ヘッド本体４１の表面に取り付けられ、圧着部４２はダム部材で取り囲まれる代わりに、ここでは薄板からなる摺動板４４で取り囲まれている。
台座４６は第一例の圧着装置１と同様に柱状であって、台座４６には載置面４７の周囲に、載置面４７を取り囲むようにダム部材４９が固定されている。
ダム部材４９の先端は載置面４７から上方に突き出されており、ダム部材４９の内周側面を側面とし、載置面を底面とする凹部４５が形成されている。
図７は台座４６の平面形状と押圧ヘッド４０の平面形状とを比較するための模式的な平面図であり、圧着部４２の摺動板４４を含めた外周の大きさは、凹部４５の開口４８と同じかそれよりも小さくなっている。
圧着部４２の側面は鉛直下方に向けられ、摺動板４４の膜厚は均一であるから、摺動板４４の側面も鉛直下方に向けられている。ダム部材４９の内周側面は鉛直下方に向けられており、従って、押圧ヘッド４０の下端は凹部４５に挿入可能になっている。
次に、この圧着装置４を用いて、上述した圧着対象物１０を接続する場合について説明する。第一例の圧着装置１の場合と同様に載置面４７に圧着対象物１０を配置し、保護フィルム５をダム部材４９の開口４８上に配置し、ダム部材４９の内部に保護フィルム５を押し込むと、圧着対象物１０が保護フィルム５で覆われる（図８（ａ））。
ここでは、凹部４５の開口４８の大きさは押圧ヘッド４０の平面形状の外周よりも大きくされており、保護フィルム５は、その端部が凹部４５の側面とその周囲を覆うように大きくされ、保護フィルム５で覆われた分狭くなった凹部４５の開口４８の大きさが、押圧ヘッド４０の平面形状の外周の大きさと略等しくなっている。
従って、その開口４８と、押圧ヘッド４０の外周が一致するように、押圧ヘッド４０と台座４６の向きを位置合わせし、駆動装置２５で押圧ヘッド４０を下降させると、押圧ヘッド４０の下端が開口４８内に挿入され、ダム部材４９で取り囲まれた状態になる。
図８（ｂ）が押圧ヘッド４０の下端が開口４８内に挿入され、圧着部４２の表面が保護フィルム５を介して最も厚い電気部品１６に接触した状態を示しており、この状態では圧着部４２は押圧されておらず、変形をしていない。
この状態では、摺動板４４が柔軟性を有している場合には圧着部４２の側面は表面から底面までダム部材４９で取り囲まれ、摺動板４４が柔軟性を有していない場合には少なくとも圧着部４２の表面の周囲がダム部材４９で取り囲まれる。
従って、いずれの場合も圧着部４２の側面は硬い部材で取り囲まれており、押圧ヘッド４０を下降させて圧着部４２を圧着対象物１０に押し付けると、圧着部４２は水平方向には膨らまず、その表面が下方に膨らむ（図８（ｃ））。
摺動板４４は薄く、押圧ヘッド４０とダム部材４９との間の隙間も狭くなっているので、圧着部４２の表面の縁からダム部材４９までの距離は短くなっている。圧着部４２は盛り上がって外側に広がってもダム部材４９で堰き止められるので、その広がり量は小さく、従って電気部品１６、１８の位置ずれは起こり難い。
尚、押圧ヘッド４０の平面形状の大きさをダム部材４９の開口４８の大きさの差が大きい場合には、保護フィルム５の膜厚をできるだけ厚くして、ダム部材４９と押圧ヘッド４０の側面との間の隙間を保護フィルム５で埋めればよい。
以上は、圧着部４２の周囲を摺動板４４で囲む場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、図９に示したように、圧着部４２の周囲に摺動板４４を設けず、その側面を露出させてもよい。
以上は、ダム部材をヘッド本体２１又は台座４６に固定された場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ダム部材を台座やヘッド本体とは分離された別部材で構成しておき、圧着対象物１０を押圧する時に、ダム部材を台座やヘッド本体に密着させてもよい。
図１０（ａ）の符号７は第四例の圧着装置を示しており、この圧着装置７は押圧ヘッド７０のダム部材７４がヘッド本体７１とは別部材で構成された以外は第一例の圧着装置１と同じ構成を有しており、押圧ヘッド７０と台座２６の配置も同じになっている。図１０（ａ）はダム部材７４がヘッド本体７１から分離した状態を示している。
ダム部材７４は、図１１に示したように板状の単位部材７５を複数枚有しており、各単位部材７５は不図示の移動手段によって、表面を鉛直方向に向けた状態で、圧着部７２の側面に沿って並べられてヘッド本体７１に密着され、各単位部材７５がヘッド本体７１に密着された状態では、圧着部７２の側面が単位部材７５で取り囲まれる。
図１０（ｂ）は圧着部７２が最も厚い電気部品１６上で保護フィルム５と接触した状態であって、圧着部７２が押圧されておらず、変形していない状態を示しており、遅くともこの状態の時に単位部材７５を密着させ、圧着部７２を押圧して変形させる時には圧着部７２の側面を単位部材７５で取り囲んでおく。
圧着部７２が押圧ゴムで構成された場合には、各単位部材７５を押圧される前の圧着部７２表面よりも下端が突き出るように取り付ければ、押圧ヘッド７０を更に下降させて圧着部７２を押圧しても、第一例の圧着装置１の場合と同様に、圧着部７２がダム部材７４を乗り越えず、電気部品１６、１８の位置ずれが起こらない（図１０（ｃ））。
尚、圧着部７２に押圧ゴムと圧縮部材を有するものを用い、圧縮部材の圧縮によって、押圧ゴムの表面を底面する凹部が後から形成されるようにしてもよい。この場合、ダム部材７４の先端を押圧される前の圧着部７２表面と面一にしてもよいし、押圧される前の圧着部７２表面をダム部材７４の先端よりも下方に突き出してもよいし、ダム部材７４の先端を押圧される前の圧着部７２の表面よりも下方に突き出してもよい。。
以上は、ダム部材７４が複数の単位部材７５で構成された場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、図１２に示したようにダム部材７８を最初から筒状に成形してもよい。この場合は、圧着対象物１０を押圧して圧着部７２が変形する前に、押圧ヘッド７０をダム部材７８の筒の内側に挿入させ、圧着部７２をダム部材７８の内周側面で覆う。この場合も、圧着部７２の水平方向の広がりはダム部材７８で堰き止められるので、電気部品１６、１８の位置ずれが防止される。
次に、ダム部材が台座から分離可能な場合について説明する。
図１３（ａ）の符号８は本発明第五例の圧着装置を示しており、この圧着装置８はダム部材８９が台座８６から分離可能な別部材とされた以外は、上記第三例の圧着装置４と同じ構成を有しており、台座８６と押圧ヘッド４０の配置も同じになっている。図１３（ａ）はダム部材８９が台座８６から分離された状態を示している。
ダム部材８９は、図１１に示したように複数の単位部材で構成されていても、図１２に示したように１つの筒で構成されてもよい。ダム部材８９が複数の単位部材で構成されているときには、各単位部材を載置面８７の縁に沿って並べて載置面８７を取り囲んだ状態で密着させ、ダム部材８９が筒状の場合には、その筒の下端に台座８６を挿入して、ダム部材８９を台座８６に密着させる。
ダム部材８９を台座８６に密着させた状態では、ダム部材８９の先端は載置面８７より上方に突き出され、ダム部材８９の内周側面を側面とし、載置面８７を底面とする凹部８５が形成される。
その凹部８５の開口と押圧ヘッド４０の大小関係は、図６、７に示した圧着装置４と同じになっており、従って、押圧ヘッド４０の下端を凹部８５内に挿入可能になっている。
図１３（ｂ）は載置面８７上の圧着対象物１０の最も厚い電気部品１６に圧着部４２が保護フィルム５を介して接触した状態を示しており、圧着部４２は押圧されておらず、変形していない。遅くともこの状態の時に、ダム部材８９を台座８６に密着させ、ダム部材８９で載置面８７の周囲を取り囲む。
この圧着装置８においても、圧着部４２の盛り上がった表面はダム部材８９で堰き止められるので（図１３（ｃ））、圧着部４２の水平方向の広がりが小さく、電気部品１６、１８の位置ずれが防止される。
尚、保護フィルム５の平面形状が載置面８７からはみ出るほど広い場合には、ダム部材８９を台座８６に取り付けてから保護フィルム５を被せれば、ダム部材８９と台座８６の間に保護フィルム５が巻き込まれない。
また、図１４に示したように、保護フィルム５を載置面８７上におかずに、押圧ヘッド４０に巻きつけ、圧着部４２の表面を覆った状態で、押圧ヘッド４０を圧着対象物１０に押し付けてもよい。
以上は、圧着対象物１０を押圧する際に、押圧ヘッド２０のダム部材２４や、ダム部材４９で圧着部２２の全周を取り囲む場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、圧着対象物１０を押圧する時の圧着部２２の水平方向の広がりを防止可能であれば、図１５に示したようにダム部材２４に切り込み９９を１個以上設け、圧着部２２の側面の一部を露出させてもよい。
保護フィルム５の形状や大きさも特に限定されるものではなく、異方導電性フィルム１５と圧着部２２、３４、４２、７２との接触を回避できるのであれば、載置面２７、４７、８７からはみ出さない大きさの保護フィルム５を用いてもよいし、圧着対象物１０の一部表面だけを覆う保護フィルム５を用いてもよい。
使用する異方導電性フィルム１５と圧着部２２、３４、４２、７２との接着性が低い場合には、保護フィルム５を用いずに圧着部２２、３４、４２、７２を直接圧着対象物１０に接触させてもよい。圧着部２２、３４、４２、７２と異方導電性フィルム１５との接着性を低くする方法としては、押圧ゴムの構成材料を異方導電性フィルム１５と接着性の低いものに変えたり、押圧ゴムの表面に異方導電性フィルム１５に対して離型性を有する離型層を設ける方法がある。
このように、本願の圧着装置は、保護フィルム５を用いなくても電気部品と基板との接続が可能であるが、ダム部材と押圧ヘッドの間、又はダム部材と台座の間の隙間が大きい場合には、保護フィルム５でダム部材の側面を覆うことで、その隙間を狭くすることができる。
従って、台座やダム部材や押圧ヘッドを、金型等を用いずに安価なコストで製造し、その成形精度の悪い場合であっても、保護フィルム５の膜厚を適宜選択することで、ダム部材と押圧ヘッドの間、又はダム部材と台座の間の隙間を埋めることができる。
本発明に用いる基板１１の種類も特に限定されず、リジッド基板、フレキシブル基板等種々のものを用いることができる。
また、基板１１に接続する電気部品の種類も特に限定されず、電気部品以外にも、基板１１の上に他の基板を接続するときに本願の圧着装置及び接続方法を用いることもできる。
熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂はいずれか一方だけを異方導電性フィルム１５に含有させてもよいし、両方を含有させてもよい。
熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の種類は特に限定されないが、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等を１種類以上用いることができ、熱可塑性樹脂としては例えばフェノキシ樹脂、ポリビニルアルコール等を１種類以上用いることができる。
導電性粒子の種類も特に限定されず、金属粒子の他に、樹脂粒子の表面に金属層を設けたものを用いることができる。
また、異方導電性フィルム１５の代わりに、ペースト状の異方導電性接着剤を基板１１表面に塗布してから、その異方導電性接着剤に電気部品を接着させて圧着対象物１０としてもよい。
保護フィルムの種類は特に限定されないが、上述した異方導電性フィルム１５に対して剥離性を有するものが好ましく、例えば、ポリテトラフルオロエチレンをフィルム状に成形したもの、シリコーンゴムをフィルム状に成形したものを用いることができる。
押圧ゴムを構成する弾性材料は特に限定されないが、一例を述べるとゴム硬度（ＪＩＳ Ｓ ６０５０に準拠）が４０、８０のエラストマーが使用可能であった。
尚、ゴム硬度がそれぞれ４０、６０、８０のエラストマーについて、測定温度３０℃〜２４０℃の範囲で３０℃毎にゴム硬度を測定したところ、ゴム硬度の変化は±２であった。この値は測定誤差範囲と言えるので、ゴム硬度は温度変化による影響を受けない値であることがわかった。
押圧ゴムに用いるエラストマーとしては、天然ゴム、合成ゴムのいずれも用いることができるが、耐熱性、耐圧性の観点からはシリコーンゴムを用いることが好ましい。
以上は駆動装置２５で押圧ヘッド２０を上下方向に移動させる場合について説明したが本発明はこれに限定されるものではなく、押圧ヘッド２０と作業台９とが相対的に移動するのであれば、押圧ヘッド２０を固定し、作業台９を鉛直方向に上下移動させてもよいし、押圧ヘッド２０と作業台９の両方を鉛直方向に上下移動させてもよい。
第一例の圧着装置１の押圧前の圧着部２２表面からダム部材２４の先端までの高さ（先端高さ）を変えて半導体素子１６と基板１１の接続を行い、半導体素子１６の水平方向のずれ量を測定した。
ここでは、凹部２９に押圧ヘッド２０を収容した時の、押圧ヘッド２０側面からダム部材２４の内壁面までの距離（クリアランス）を５０μｍとし、膜厚５０μｍの保護フィルム５を用いて、実質的に、押圧ヘッド２０とダム部材２４の間に隙間が無い状態で押圧を行った。また、半導体素子１６の厚みは０．４ｍｍであり、基板１１の厚みは０．６ｍｍであった。
測定された半導体素子１６のずれ量の最大値を、ダム部材２４の先端高さと共に下記表１に記載する。
Figure 2007189100
尚、上記表１中の「先端高さ」では、ダム部材２４の先端が圧着部２２表面と面一な場合を「０ｍｍ」、ダム部材２４の先端が圧着部２２表面よりも下方に突き出た場合を「＋」とし、圧着部２２表面がダム部材２４の先端よりも下方に突き出た場合を「−」とした。
上記表１から明らかなように、ダム部材２４の先端が押圧される前の圧着部２２の表面から突き出された場合には、最大ずれ量が小さくなっているのに対し、圧着部２２の表面がダム部材２４の先端と面一、又はダム部材２４の先端よりも突き出された場合には、半導体素子１６のずれ量が大きかった。
以上のことから、ダム部材２４を、先端が圧着部２２の表面から突き出るように設けることで、電気部品の位置ずれを防止し、信頼性の高い電気装置を製造可能なことが確認された。
第一例の圧着装置を説明する断面図 押圧ヘッドと台座の形状を説明する平面図 （ａ）〜（ｃ）：電気部品を基板に実装する工程を説明する断面図 （ａ）〜（ｃ）：第二例の圧着装置を用いて電気部品を実装する工程を説明する断面図 押圧ヘッドの他の例を説明する断面図 第三例の圧着装置を説明する断面図 押圧ヘッドと台座の形状を説明する平面図 （ａ）〜（ｃ）：電気部品を基板に実装する工程を説明する断面図 押圧ヘッドの他の例を説明する断面図 （ａ）〜（ｃ）：第四例の圧着装置を用いて電気部品を基板に実装する工程を説明する断面図 ダム部材の一例を説明する平面図 ダム部材の他の例を説明する平面図 （ａ）〜（ｃ）：第五例の圧着装置を用いて電気部品を基板に実装する工程を説明する断面図 保護フィルムの配置方法の他の例を説明する断面図 ダム部材の他の例を説明する側面図 （ａ）、（ｂ）：従来技術の実装方法を説明する断面図 押圧ゴムの広がりを説明する平面図
符号の説明
１、３、４……圧着装置 ５……保護フィルム １０……圧着対象物 １１……基板 １５……異方導電性フィルム １６、１８……電気部品 ２０、３０、３５、４０、７０……押圧ヘッド ２１……ヘッド本体 ２２……圧着部（押圧ゴム） ３１……圧縮部材 ３２……押圧ゴム ２４、４９、７４、７８、８９……ダム部材 ２６、４６、８６……台座

Claims (10)

  1. 台座と、押圧ヘッドとを有し、
    前記押圧ヘッドと前記台座とを相対的に移動させ、前記台座の載置面上に配置された圧着対象物を前記押圧ヘッドで押圧するように構成された圧着装置であって、
    前記押圧ヘッドは、ヘッド本体と、前記ヘッド本体に配置された押圧ゴムとを有し 、
    前記押圧ゴムの周囲には、前記押圧ゴムの表面高さよりも高いダム部材が配置され、
    前記押圧ゴムが変形しながら前記台座上に配置された前記圧着対象物を押圧するように構成された圧着装置。
  2. 前記台座は前記ダム部材で囲まれた空間内に挿入されるように構成された請求項１記載の圧着装置。
  3. 前記ダム部材は前記ヘッド本体とは分離可能に構成された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の圧着装置。
  4. 台座と、押圧ヘッドとを有し、
    前記押圧ヘッドと前記台座とを相対的に移動させ、前記台座の載置面上に配置された圧着対象物を前記押圧ヘッドで押圧するように構成された圧着装置であって、
    前記押圧ヘッドは、ヘッド本体と、前記ヘッド本体に配置された押圧ゴムとを有し 、
    前記載置面は、前記載置面よりも表面高が高いダム部材で囲まれた圧着装置。
  5. 前記押圧ヘッドは前記ダム部材で囲まれた空間内に挿入されるように構成された請求項４記載の圧着装置。
  6. 前記ダム部材は前記台座とは分離可能に構成された請求項４又は請求項５のいずれか１項記載の圧着装置。
  7. 前記押圧ゴムと前記ヘッド本体の間には、圧縮変形可能な圧縮部材が配置され、
    少なくとも前記圧縮部材が圧縮したときに、前記ダム部材の高さは前記押圧ゴムの表面高さよりも高くなるように構成された請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の圧着装置。
  8. 基板上に高さが異なる部品が複数配置された圧着対象物を台座の載置面上に配置し、押圧ヘッドに設けられた押圧ゴムによって前記部品を押圧し、前記部品を基板に固定する部品実装方法であって、
    前記押圧ゴムが前記部品を押圧する際に前記圧着対象物の周囲をダム部材で囲み、前記押圧ゴムの変形による横流れを、前記ダム部材で堰き止めることを特徴とする実装方法。
  9. 前記部品と前記基板との間に異方導電性フィルムを配置し、前記部品を前記基板に接着させた後、前記基板を加熱しながら前記押圧ゴムによって押圧する請求項８記載の実装方法。
  10. 前記部品を押圧する際に、前記押圧ゴムと前記圧着対象物の間に、前記異方導電性フィルムから剥離可能な保護フィルムを配置する請求項９記載の実装方法。
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