JP2007329306A - 熱圧着装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱圧着ツールを効率的に冷却する熱圧着装置および熱圧着方法を提供する。
【解決手段】熱圧着ツール2の下部に設けられた押圧面2aを加熱するヒータ5の上部に接触するように伝熱部20を設けた。伝熱部20は、ヒータ5の発熱が上方に伝達するのを遮断する遮熱部21より高い熱伝導率を有し、ヒータ5から奪熱効果が高いので、熱圧着ツール2を効率的に冷却することが可能となり冷却時間を短縮することができる。
【選択図】図2
【解決手段】熱圧着ツール2の下部に設けられた押圧面2aを加熱するヒータ5の上部に接触するように伝熱部20を設けた。伝熱部20は、ヒータ5の発熱が上方に伝達するのを遮断する遮熱部21より高い熱伝導率を有し、ヒータ5から奪熱効果が高いので、熱圧着ツール2を効率的に冷却することが可能となり冷却時間を短縮することができる。
【選択図】図2
Description
本発明は、電子部品等の第1のワークを基板等の第2のワークに加熱押圧して熱圧着する熱圧着装置関するものである。
電子部品の実装分野においては、電子部品等の第1のワークと基板等の第2のワークを熱圧着により接合する熱圧着装置が用いられている。熱圧着装置には熱圧着ツールが備えられ、熱圧着ツールに形成された押圧面で電子部品を基板に対して押圧する。電子部品と基板の間には半田や導電性ペースト、熱硬化性樹脂等が介在し、電子部品を押圧する際に加熱することで溶融、硬化し、電子部品と基板が接合される。このような熱圧着装置として、従来、熱圧着ツールの上部側に発熱部を設け、下部に設けられた押圧面を加熱して半田等を溶融、硬化させる装置が知られており、先の電子部品を熱圧着した後、次の電子部品を熱圧着するまでに押圧面を所定温度に冷却するため、発熱部に冷却用の気体を送気する機能を備えている(特許文献1参照)。
特許第3399367号公報
近年、電子部品の実装分野においては生産効率の更なる向上が要請されており、タクト短縮を実現するために様々な手段が講じられている。熱圧着においては、タクト短縮のために押圧面の冷却に要する時間を短縮することが有効であるが、発熱部に多孔質部材を接触させた従来の装置ではタクト短縮に限界があった。
そこで本発明は、熱圧着ツールを効率的に冷却する熱圧着装置および熱圧着方法を提供することを目的とする。
そこで本発明は、熱圧着ツールを効率的に冷却する熱圧着装置および熱圧着方法を提供することを目的とする。
請求項1記載の熱圧着装置は、第1のワークを第2のワークに対して押圧する押圧面を下部に有する熱圧着ツールと、前記熱圧着ツールの上部側に設けられ、発熱して前記押圧面を加熱する発熱部と、前記発熱部から上方に伝達する熱を遮断する遮熱部と、前記発熱部と前記遮熱部の間に前記発熱部の上部に接して設けられ、前記遮熱部より高い熱伝導率を有する伝熱部と、を備えた。
請求項2記載の熱圧着装置は、請求項1記載の熱圧着装置において、前記伝熱部に前記発熱部の上部に沿って気体を導き外方に発散する導流路を設け、前記導流路に気体を送る送気手段をさらに備えた。
本発明によれば、発熱部に接する伝熱部により発熱部の熱が奪熱され、発熱部により加熱された熱圧着ツールの押圧面が効率的に冷却されるので、冷却時間の短縮が可能となりタクト短縮が実現できる。
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の実施の形態の熱圧着装置の構成図、図2は本発明の実施の形態の熱圧着装置における送気経路の構成図、図3は本発明の実施の形態の熱圧着装置における送気経路の構成図、図4は本発明の実施の形態の熱圧着装置の部分拡大図、図5は本発明の他の実施の形態の熱圧着装置の部分拡大図、図6は本発明の実施の形態の熱圧着装置の動作説明図、図7は本発明の他の実施の
形態の熱圧着装置の動作説明図である。
形態の熱圧着装置の動作説明図である。
まず、本発明の実施の形態の熱圧着装置について説明する。図1において、熱圧着装置は、熱圧着ヘッド1の下部に装着された熱圧着ツール2により第1のワークであるチップ3を第2のワークである基板4に熱圧着する機能を備える。熱圧着ツール2の下部は、平型のチップ3の上面に対応する平面状に形成された押圧面2aとなっている。熱圧着ツール2の上部側には、熱圧着ツール2の上部に接触するヒータ5が備えられ、ヒータ5からの発熱が熱圧着ツール2に伝達して押圧面2aを加熱する。チップ3および基板4は、それぞれチップ保持部6および基板保持部7の上部に規則配置され、チップ保持部6および基板保持部7は可動テーブル8上に配設される。可動テーブル8は、熱圧着装置のベースである基台9上に積層されたXテーブル10およびYテーブル11の駆動により熱圧着ヘッド1の下方で水平移動可能に構成される。熱圧着ヘッド1は基台9に固定されたフレーム12に装着され、昇降機構13により鉛直方向に昇降してチップ3または基板4に対して接離可能に構成される。フレーム12にはカメラ14が装着され、チップ3を保持した熱圧着ヘッド1と基板保持部7の間でチップ3と基板4の両方を撮像する撮像手段として機能する。撮像されたチップ3と基板4の画像は画像処理され両者の位置関係が認識される。カメラ14はカメラ移動機構15により水平移動可能に構成され、撮像の際には熱圧着ヘッド1と基板保持部7の間に位置し、熱圧着の際には熱圧着ヘッド1の下降動作を妨げないように両者の間から退避する。
以上のように構成される熱圧着装置における熱圧着動作は次のように行われる。まず、熱圧着ツール2の押圧面2aの鉛直下方に最初に熱圧着するチップ3を位置決めする。次に、熱圧着ヘッド1をチップ3に対して下降させ、押圧面2aにチップ3を吸着する。チップ3の吸着後に熱圧着ヘッド1を上昇させ、基板4のチップ搭載箇所を熱圧着ヘッド1の下方に位置決めする。次に、チップ3と基板4の間にカメラ14を移動させて両者を撮像し、両者の位置認識結果に基づいてチップ3と基板4上のチップ搭載箇所の位置合わせ補正を行う。その後、熱圧着ヘッド1を下降させ、熱圧着ツール2に保持したチップ3を基板4に加熱押圧する。チップ3に形成された半田バンプ3aは、ヒータ5により加熱された押圧面2aから伝わる熱により熱融解して基板4の電極4aと融着する。なお、チップ3と基板4を熱圧着する媒体は半田バンプ3aに限らず、ACFテープや半田粒を含有した熱硬化性樹脂等を基板4の電極4aに予め施しておいてもよい。チップ3と基板4の熱圧着が終了すると、熱圧着ヘッド1を上昇させ、押圧面2aの鉛直下方に次に熱圧着するチップ3を位置決めする。このとき、熱圧着ツール2の押圧面2aは先の熱圧着の際に加熱されて高温になっているので、所定の温度まで降温させた後にチップ3の吸着を行う。以上の一連の動作を繰り返し、全てのチップ3を基板4のチップ搭載箇所に熱圧着する。
図2において、熱圧着ヘッド1は、熱圧着ツール2とヒータ5と伝熱部20と遮熱部21を積層して形成される。ヒータ5は電源22から供給される電気を熱に変換して発熱する発熱部である。熱圧着ツール2は窒化アルミ等の高熱伝導性材で形成され、ヒータ5の発熱を押圧面2aに効率的に伝達する。遮熱部21は多孔質材または断熱材で形成され、ヒータ5から上方に伝達する熱を遮断し、熱による悪影響が昇降機構13等の熱圧着装置自体に及ばないようになっている。
熱圧着ヘッド1には押圧面2aに開口する通気孔2bが形成される。通気孔2bは、熱圧着ツール2とヒータ5、伝熱部20、遮熱部21を貫通して真空源23と連通し、通気孔2b内を減圧することで押圧面2aにチップ3が吸着される。また、通気孔2bはエア源24と連通し、押圧面2aからチップ3をリリースする際に通気孔2bに大気中のエアを送気して真空破壊を行う。真空源23とエア源24は第1ソレノイドバルブ25を介して通気孔2bと連通し、第1ソレノイドバルブ25の切り替えにより真空源23またはエ
ア源24の何れかを通気孔2bと連通させることでチップ3の吸着または真空破壊を行う。なお、エア源24から通気孔2bに送気されるエアは低圧レギュレータ26により真空破壊に適した圧力に調整される。
ア源24の何れかを通気孔2bと連通させることでチップ3の吸着または真空破壊を行う。なお、エア源24から通気孔2bに送気されるエアは低圧レギュレータ26により真空破壊に適した圧力に調整される。
伝熱部20はヒータ5の上部に接触して設けられ、ヒータ5の上部に対向して複数の導流路20aが形成されている。導流路20aは、伝熱部20および遮熱部21を貫通して形成された送気孔20bによりエア源24と連通し、エア源24から送気されるエアが導流路20aに導気される。導流路20aに導気されたエアはヒータ5の上部に沿って導かれ、ヒータ5に接触して熱を奪いながら伝熱部20の外方に発散される。このように、ヒータ5の上部にエアを導気してヒータ5から奪熱することで、ヒータ5に接触する熱圧着ツール2を降温させて押圧面2aを冷却する。
導流路20aに気体を送る送気手段として機能するエア源24から送気されるエアは、低圧レギュレータ27および高圧レギュレータ28により圧力が調整され、第2ソレノイドバルブ29を切り替えることで低圧または高圧の何れかのエアが、送気孔20bまたは遮熱部21を介して導流路20aに導気される。熱圧着時には低圧エアを導流路20aに導気し、ヒータ5から上方に伝達する熱を奪熱して外方に放熱する。これにより、ヒータ5の上方に備えられた昇降機構13等に熱による悪影響が及ばないようにしている。冷却時には高圧エアを導流路20aに導気し、ヒータ5からの奪熱量を増加させることで押圧面2aの冷却効率を向上させる。
図2において、伝熱部20は、導流路20aが形成されている以外の部分(以下、当接部20cという)でヒータ5の上部と当接している。奪熱効率を向上させるには、エアがヒータ5の上部と直接接触する部分20dの面積を大きくすればよいが、その結果、当接部20cが小さくなり、チップ3を基板4に押圧する際に当接部20cにかかる押圧荷重が増大してヒータ5が破損する等の不具合が生じることがある。そこで、伝熱部20を窒化アルミ等の高熱伝導性材で形成し、遮熱部21より高い熱伝導性を備えさせると、ヒータ5の熱は伝熱部20に伝達しやすくなり、伝熱部20に伝達された熱は導流路20aと放熱フィン20eにより放熱されるので、当接部20cを比較的大きく維持した状態でも高い奪熱効果が得られる。
図3において、導流板30は、熱圧着ツール2の下部の形状に対応した形状に形成され、熱圧着ツール2の下方に配置されている。通気孔2bにエアを送気すると、エアは押圧面2aと導流板30の間で押圧面2aに沿って導かれて外方に発散される(矢印A参照)。このとき、押圧面2aに接触したエアは、ヒータ5により加熱された押圧面2aから直接奪熱するので、押圧面2aを効率的に冷却することができる。通気孔2bに送気するエアは、エア源24から送気されるエアを低圧レギュレータ26により調整した低圧エアを使用してもよいが、高圧レギュレータ32をさらに設け、第1ソレノイドバルブ25の切り替えにより高圧エアを通気孔2bに送気することで、より効率的に押圧面2aを冷却することができる。
このように、導流板30は、通気孔2bに送られたエアを押圧面2aに沿って導く導流部として機能し、押圧面2aを冷却する際に、送気手段であるエア源24から送気されるエアを導流路20aから外方に導気し(矢印B参照)、ヒータ5の上部から奪熱するとともに、熱圧着ツール2の下方に導流板30を配置した状態で通気孔2bから外方に導気し(矢印A参照)、押圧面2aから直接奪熱することで、より短時間で押圧面2aを冷却することが可能になり、タクト短縮が実現できる。また、導流板30は、熱圧着ツール2の下部の形状に対応した形状とすることで効果的に押圧面2aを冷却することができるが、他の形状、例えば平板であっても押圧面2aを冷却する効果を奏することができる。
導流板30は冷却時にのみ使用し、熱圧着時には、熱圧着ツール2と上下に重ならないようにして熱圧着ツール2の下降を妨げないようにする必要がある。図4において、熱圧着ツール2と導流板30の相対的な姿勢を変位可能に構成し、冷却時には、図4(a)に示すように、熱圧着ツール2と導流板30が上下に重なる姿勢(第1の姿勢)に両者を相対的に変位させる。熱圧着時には、図4(b)、(c)に示すように、熱圧着ツール2と導流板30が上下に重ならない姿勢(第2の姿勢)に両者を相対的に変位させ、熱圧着ツール2の下降を妨げないようにする。導流板30をチップ保持部6と基板保持部7の間に配設し、可動テーブル8と一体となって水平移動するように構成すると、可動テーブル8の水平移動により、熱圧着ツール2の下方に導流板30が位置して両者が上下に重なる姿勢(図4(a)参照)と、熱圧着ツール2の下方にチップ3若しくは基板4が位置して熱圧着ツール2と導流板30が上下に重ならない姿勢(図4(b)、(c)参照)とに熱圧着ツール2と導流板30を相対的に変位させることができる。可動テーブル8は、熱圧着ツール2と導流板30が上下に重なる第1の姿勢と上下に重ならない第2の姿勢とに熱圧着ツール2と導流板30を相対的に変位させる変位手段として機能する。
また、本発明の他の実施の形態として、図5に示すように、導流部である導流板31を熱圧着ツール2の下方となる姿勢(第1の姿勢)と、押圧面2aのレベルより上方となる姿勢(第2の姿勢)とに変位させる導流板移動機構40を熱圧着ヘッド1に設けてもよい。図5(a)において、導流板移動機構40は、導流板31を水平移動(矢印A参照)させる導流板水平移動機構41と、導流板31を昇降(矢印B参照)させる導流板昇降機構42とで構成され、導流板水平移動機構41は、第1ロッド41aを水平方向に伸縮させる第1シリンダ41bと、第1シリンダ41bを支持する支持ブラケット41cとで構成され、導流板昇降機構42は、第2ロッド42aを鉛直方向に伸縮させる第2シリンダ42bと、第2シリンダ42bを熱圧着ヘッド1に固定する固定ブラケット42cとで構成される。第1ロッド41aには導流板31が取り付けられ、第2ロッド42aには支持ブラケット41cが取り付けられる。
冷却時には、図5(a)に示すように、第1ロッド41aおよび第2ロッド42aを伸ばし、導流板31を熱圧着ヘッド1の下方となる位置に移動させる。熱圧着時には、図5(b)に示すように、第1ロッド41aおよび第2ロッド42aを縮め、導流板31の下端のレベルL1が押圧面2aのレベルL2より上方となる位置に導流板31を移動させ、押圧面2aにチップ3を吸着したり、吸着したチップ3を基板4に実装するために下降する熱圧着ツール2の動作を妨げないようにする。導流板移動機構40は、導流板31を熱圧着ツール2の下方に変位させるとともに導流板31を押圧面2aのレベルより上方に変位させることで、熱圧着ツール2と導流板30が上下に重なる第1の姿勢と上下に重ならない第2の姿勢とに熱圧着ツール2と導流板30を相対的に変位させる変位手段として機能する。
次に、本発明の実施の形態の熱圧着方法について説明する。図6は本発明の実施の形態の熱圧着装置を用いた熱圧着方法を工程順に示している。図6(a)において、最初に熱圧着するチップ3の上方に熱圧着ツール2の押圧面2aを位置決めした後、熱圧着ツール2を下降させてチップ3を吸着する。チップ3の吸着後に熱圧着ツール2を上昇させ、図6(b)において、チップ3の下方に基板4が位置して熱圧着ツール2と導流板30が上下に重ならない姿勢となった状態で熱圧着ツール2を下降させてチップ3を基板4に加熱押圧する。熱圧着が終了した後、熱圧着ツール2を上昇させ、図6(c)において、熱圧着ツール2の下方に導流板30が位置して両者が上下に重なる姿勢となった状態で押圧面2aを冷却する。導流板30は、熱圧着ツール2の下方で一時停止させて冷却してもよいし、熱圧着ツール2の下方を移動させながら冷却してもよい。押圧面2aを冷却した後、図6(d)において、次に熱圧着するチップ3の上方に熱圧着ツール2の押圧面2aを位置決めする。以上の工程を繰り返すことで全てのチップ3を順次基板4に熱圧着する。
図7は本発明の他の実施の形態の熱圧着装置を用いた熱圧着方法を工程順に示している。図7(a)において、最初に熱圧着するチップ3の上方に熱圧着ツール2の押圧面2aを位置決めし、導流板31を押圧面2aのレベルより上方に変位させた姿勢で熱圧着ツール2を下降させてチップ3を吸着する。チップ3の吸着後に熱圧着ツール2を上昇させ、図7(b)において、チップ3の下方に基板4を位置決めした後、熱圧着ツール2を下降させてチップ3を基板4に加熱押圧する。このとき、導流板31は押圧面2aのレベルより上方に変位させた姿勢となっているので、熱圧着ツール2の下降を妨げることはない。熱圧着が終了した後、熱圧着ツール2を上昇させ、図7(c)において、導流板31を熱圧着ツール2の下方に変位させた姿勢で押圧面2aを冷却する。押圧面2aを冷却した後、図7(d)において、次に熱圧着するチップ3の上方に熱圧着ツール2の押圧面2aを位置決めする。以上の工程を繰り返すことで全てのチップ3を順次基板4に熱圧着する。
このように、熱圧着ツール2の押圧面2aにエアを送気して冷却すると押圧面2aを効率的に冷却することが可能となり冷却時間が短縮される。これにより、次のチップ3を吸着するための待ち時間を無くしたり短縮したりすることが可能となり、複数のチップ3を連続して基板4に熱圧着する生産効率が向上する。
本発明によれば、冷却時間の短縮が可能となりタクト短縮が実現できるので、チップを基板に加熱押圧して熱圧着する分野において有用である。
2 熱圧着ツール
2a 押圧面
3 チップ
4 基板
5 ヒータ
20 伝熱部
20a 導流路
21 遮熱部
24 エア源
2a 押圧面
3 チップ
4 基板
5 ヒータ
20 伝熱部
20a 導流路
21 遮熱部
24 エア源
Claims (2)
- 第1のワークを第2のワークに対して押圧する押圧面を下部に有する熱圧着ツールと、
前記熱圧着ツールの上部側に設けられ、発熱して前記押圧面を加熱する発熱部と、
前記発熱部から上方に伝達する熱を遮断する遮熱部と、
前記発熱部と前記遮熱部の間に前記発熱部の上部に接して設けられ、前記遮熱部より高い熱伝導率を有する伝熱部と、
を備えた熱圧着装置。 - 前記伝熱部に前記発熱部の上部に沿って気体を導き外方に発散する導流路を設け、前記導流路に気体を送る送気手段をさらに備えた請求項1記載の熱圧着装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006159450A JP2007329306A (ja) | 2006-06-08 | 2006-06-08 | 熱圧着装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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2006
- 2006-06-08 JP JP2006159450A patent/JP2007329306A/ja active Pending
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