JP2008078462A

JP2008078462A - 圧着装置、圧着方法及び圧着物の製造方法

Info

Publication number: JP2008078462A
Application number: JP2006257234A
Authority: JP
Inventors: Norio Kawatani; 典夫川谷; Akihiko Watanabe; 昭彦渡辺; Yoshimichi Yoshida; 義道吉田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【課題】小型化または軽量化された圧着装置、圧着方法及び圧着物の製造方法を提供すること。
【解決手段】加圧機構４を保持する弾性保持機構５は、支持台６上に立設されたコラムプレート９、コラムプレート９及び上記下部アーム２１の間に接続されたバネ２３、コラムプレート９及び支持アーム２９の間に取り付けられ、上記支持アーム２９の上下方向（Ｚ方向）の移動をガイドするリニアガイド２５（図１、図３参照）を備えている。コラムプレート９の側面には、バネの上端が接続される接続部材２２が取り付けられている。リニアガイド２５は、支持アーム２９に固定され、コラムプレート９の裏面側に形成されたガイド溝３５に沿って移動可能となっている。このように、弾性保持機構５は、加圧機構４を、バネ２３により上部からつるすように構成されているので、加圧機構４による加圧力が支持台６に伝わらない。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えばＩＣ（Integrated Circuit）等の回路素子と基板とを圧着する等、被加工物に圧力を加えて接合させる圧着装置、圧着方法及び圧着物の製造方法に関する。

ＩＣ等の回路素子を基板上に実装する技術において、例えば、複数の回路素子を同時に実装する技術がある（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１の装置では、基板（１０）とこれに載置された回路素子（１６）とが、介在パッド（３８）により加圧される。この介在パッド（３８）は、流動性柔軟層（４８）と多孔質柔軟層（５０）の２層からなる柔軟層（４６）を含む。このような構成によれば、流動性柔軟層（４８）が、凹凸のある被加工物（回路素子（１６）及び基板（１０））の全体に均等な圧力をかけることができる。

特開２００４−２９６７４６号公報（段落[００２１]等、図２）

ところで、上記特許文献１の装置のように、複数の回路素子をまとめて基板上に実装する場合、被加工物を支持する台（特許文献１では「下型（３０）」）の全体に係る加圧力が大きくなる。単純計算で、回路素子の個数がｎ倍になれば、必要な加圧力はｎ倍になる。したがって、その加圧力に耐え得る台の設計が必要となり、その場合、装置が大型化、大重量化するという問題がある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、小型化または軽量化された圧着装置、圧着方法及び圧着物の製造方法を提供することにある。

本発明の別の目的は、加圧面内で均一な加圧力を発生させることができる技術を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る圧着装置は、被処理物を載置させる載置台と、前記載置台に対面して配置された加圧体と、接続軸を有し、前記載置台を支持する支持体と、前記加圧体を押圧する押圧部を有し、前記支持体に前記接続軸を介して接続されたリンクアームと、前記接続軸に対して前記リンクアームの前記押圧部とは反対側に接続され、前記載置台と前記加圧体とで前記被処理物を挟んで加圧するために、前記接続軸を中心に前記リンクアームを回動させる駆動機構と、前記支持体を弾性的に保持する弾性保持機構とを具備する。

本発明では、支持体とリンクアームとにより載置台及び加圧体が挟まれて加圧され、かつ、支持体が弾性保持機構により弾性的に保持される。これにより、従来のように被処理物を載置する台等に大きな加圧力がかかることを防止することができる。その結果、圧着装置の小型化または軽量化を実現することができる。

特に、被処理物が載置台に複数配置される物体を含む場合には、大きな加圧力を発生させる必要があるので、この場合に本発明は有効である。

本発明では、リンクアームのてこの作用を利用することにより、駆動機構の駆動力を抑えることができる。また、その結果、省エネルギー化を実現することができる。

「被処理物」は、例えば少なくとも２つの物体を含む。本圧着装置は、これら２つの構造体同士を圧着させる装置である。

本発明の一の形態によれば、前記支持体は、前記載置台を下方から押圧する第１の部材と、前記接続軸が設けられた上端部を有し、前記第１の部材に取り付けられた第２の部材とを有し、前記弾性保持機構は、支柱と、前記支柱に沿って前記第２の部材を移動可能に保持するバネとを有する。

本発明の一の形態によれば、前記リンクアームは、複数設けられている。リンクアームが１つの場合に、載置台及び加圧体の、リンクアームから受けるそれぞれの押圧領域が、当該押圧領域を含む平面全体に比して面積が小さい場合、被処理物に対する加圧力を均等にすることは難しい。しかし、この場合、リンクアームが複数設けられていれば、押圧領域の配置について適宜バランスが取られることにより、載置台及び加圧体による面全体で均等な加圧を行うことができる。

本発明の一の形態によれば、前記載置台は、中央領域を有し、前記リンクアームにより押圧される押圧面と、前記被処理物を加熱する加熱機構とを有し、前記各リンクアームは、前記押圧面の前記中央領域以外の領域をそれぞれ押圧する。このように中央領域が空いているので、リンクアームにより加圧動作が行われていない時には、加熱機構の熱が逃げやすくなる。これにより、載置台の熱変形が抑えられ、載置台の載置面の平面度を一定に保つことができる。この発明は「載置台」について述べたが、「加圧体」についても同様のことが言える。（請求項６（サマリーには請求項６は要らない））
本発明の一の形態によれば、前記加圧体は、中央領域を有し、前記リンクアームにより押圧される押圧面と、前記被処理物を加熱する加熱機構とを有し、前記各リンクアームは、前記押圧面の前記中央領域の周囲の領域をそれぞれ押圧する。

本発明の他の観点に係る圧着装置は、被処理物を載置させる載置台と、前記載置台に対面して配置された加圧体と、接続軸を有し、前記載置台を支持する支持体と、前記載置台と前記加圧体とで前記被処理物を挟んで加圧するために、てこの作用により前記支持体及び加圧体を押圧する加圧機構と、前記加圧機構を弾性的に保持する弾性保持機構とを具備する。

以上のように、本発明によれば、圧着装置の小型化または軽量化を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る圧着装置の主要部を示す斜視図である。図２は、その圧着装置１０を後方側から見た斜視図である。図３は、その圧着装置１０の主要部の一部を示す正面図である。

圧着装置１０は、加圧処理の対象となる被処理物が載置される載置ブロック１（載置台）、載置ブロック１と対面して配置される加圧ブロック２（加圧体）を備えている。圧着装置１０は、また、載置ブロック１を水平方向（Ｙ方向）に移動させる移動機構３、載置ブロック１に載置された被処理物Ｗを加圧する加圧機構４、加圧機構４を弾性的に保持する弾性保持機構５、これら弾性保持機構５、上記移動機構３等を支持する支持台６を備えている。

被処理物Ｗとしては、例えば、半導体ベアチップ等の回路素子及びその回路素子が搭載される基板が挙げられる。ボンディング法またはパッケージング法で区別すると、例えば、ＣＳＰ（Chip Size Package）、ＣＯＢ（Chip On Board）、ＣＯＧ（Chip On Glass）、ＣＯＦ（Chip On Film、Chip On Flexible printed circuit）等がある。圧着装置１０は、その回路素子を基板に接着剤を介して圧着する装置である。その場合の接着剤としては、例えばＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film）等があるが、これに限られない。ＣＯＧ（Chip On Glass）の場合、後述する加熱機構７による加熱温度の管理に注意が必要となる。本実施の形態では、複数の回路素子が１つの基板上に搭載される形態も想定している。すなわち、この圧着装置１０により複数の回路素子が一度に基板に対して圧着される。あるいは、回路素子が複数で、基板も複数あり、それらが一度に加圧される場合も想定される。

後述する載置ブロック１の載置面１ａには基板（被処理物Ｗ）が載置され、加圧ブロック２の加圧面２ａに回路素子が保持されるような形態であってもよい。

図３に示すように、載置ブロック１は、その上部に基板を載置する載置面１ａを有し、載置ブロック１の上部に加熱機構７を備える。加熱機構としては、例えばセラミクスヒータ、カーボンヒータ、その他のヒータ等（以下、単にヒータという。）が挙げられる。加圧力が載置面１ａ上で極力均等になるように、載置面１ａにゴムやその他柔軟な部材が貼着されていてもよい。

図１、図２に示すように、移動機構３は、例えば図示しないモータに接続されたタイミングベルト１１、タイミングベルト１１に接続され、載置ブロック１を支持する支持部１２、この支持部１２のＹ方向の移動をガイドするガイドレール１３を有する。なお、支持台６上には、タイミングベルト１１等、移動機構３の一部を覆うカバー１４が被せられている。

図４は、加圧ブロック２を保持する構造を説明するための図である。図４（Ａ）はその正面図、図４（Ｂ）はその側面図である。支持台６には、コラム１７が立設されている。コラム１７の上端にバネ１６が接続され、バネ１６の下端は、加圧ブロック２に接続されている。また、加圧ブロック２は、コラム１７に設けられた上下方向のガイド部１９に移動可能に接続されている。例えば図４（Ｂ）に示すような圧着装置１０の非動作時において、加圧ブロック２の重力と、加圧ブロック２とガイド部１９との間の摩擦力との合成力が、バネ１６のネ力とつり合っている。圧着装置１０の動作時（加圧時）には、加圧機構４により、加圧ブロック２は、バネ１６のバネ力に抗して下方向に押し下げられる。

加圧ブロック２は、回路素子に接触する加圧面２ａを下部に有している。その加圧面１５は、載置ブロック１の構造と同様であり、加圧面２ａはヒータ２７（図３参照）により加熱される。なお、ヒータ２７は、上記載置ブロック１及び加圧ブロック２のうちいずれか一方に設けられる形態であってもよい。加圧力が加圧面２ａ上で極力均等になるように、加圧面２ａにゴムやその他柔軟な部材が貼着されていてもよい。

加圧機構４は、例えば４つ設けられ、これらは実質的に同じ構造となっている。これら４つの加圧機構４は、水平面（Ｘ−Ｙ平面）で対称的に配置されている。各加圧機構４の構造は、実質的に同じであるので、以下、１つの加圧機構４についてその構造を説明する。

加圧機構４は、載置ブロック１を支持する支持体として、下部アーム２１及び支持アーム２９を備えている。下部アーム２１は、支持アーム２９の下端に固定されている。下部アーム２１の一端部には、載置ブロック１の下面を押圧する下部押圧ピン３４が装着されている。支持アーム２９の上部には接続軸２８が設けられ、この接続軸２８を介して支持アーム２９にリンクアーム２６が接続されている。リンクアーム２６の一端部には、加圧ブロック２の上面（押圧面）２ｂに接触して加圧ブロック２を押圧する上部押圧ピン３３が設けられている。接続軸２８に対して、その上部押圧ピン３３が配置される押圧部とは反対側の他端部には、駆動機構２４が接続されている。駆動機構２４は、リンクアーム２６を接続軸２８を中心に回動させる機能を有する。つまり、加圧機構４は、下部アーム２１、支持アーム２９、リンクアーム２６及び駆動機構２４により構成される。駆動機構２４としては、ガス圧や液体圧を利用した流体圧シリンダが用いられる。しかし、これに限られず、電磁駆動や静電駆動のモータ（リニアモータも含む。）が用いられてもよい。

典型的には、駆動機構２４は、図６（Ｃ）に示すように進退可能なロッド２４ａを有している。リンクアームの他端部は回動軸を介して当該ロッドに回動可能に接続されている。駆動機構２４の下部の固定部３１は、下部アーム２１に固定されている。しかし、駆動機構２４が多少動くことができるように、下部アーム２１に回動可能に接続されていてもよい。

弾性保持機構５は、支持台６上に立設されたコラムプレート９、コラムプレート９及び上記下部アーム２１の間に接続されたバネ２３、コラムプレート９及び支持アーム２９の間に取り付けられ、上記支持アーム２９の上下方向（Ｚ方向）の移動をガイドするリニアガイド２５（図１、図３参照）を備えている。コラムプレート９の側面には、バネの上端が接続される接続部材２２が取り付けられている。リニアガイド２５は、支持アーム２９に固定され、コラムプレート９の裏面側に形成されたガイド溝３５に沿って移動可能となっている。コラムプレート９には、貫通穴９ａが形成され、この貫通穴９ａには、下部アーム２１が挿通されている。貫通穴９ａは、下部アーム２１のある程度の動きの自由度を確保するように、その大きさが設計されている。したがって、加圧時に下部アーム２１にかかる力がコラムプレート９に伝わらない。このように、弾性保持機構５は、加圧機構４を、バネ２３により上部からつるすように構成されている。

加圧機構４の動作時、４つの加圧機構の４つの上部押圧ピン３３は、図５に示すような加圧ブロック２の上面（押圧面）２ｂのうち、中央の領域２ｃ以外の領域（押圧領域）２ｄを押圧する。この押圧領域２ｄは、この図５に示した領域に限られず、例えば中央領域２ｃ以外ならどこでもよい。例えば、中央領域２ｃ付近にヒータ２７が配置される場合、このように中央領域２ｃを空けることにより、加圧機構４の非動作時にはヒータ２７の熱が逃げやすくなる。これにより、加圧ブロック２の熱変形が抑えられ、加圧面２ａの平面度を一定に保つことができる。

また、４つの押圧領域２ｄは、押圧面２ｂの中心Ｃに対して２次元的に対称位置に配置される。これにより、加圧面２ａ全体で均一な加圧力を発生させることができる。

下部押圧ピン３４（図３参照）も、上記上部押圧ピン３３の場合と同様のことが言える。つまり、下部押圧ピン３４は、載置ブロック１の下面（押圧面）１ｂのうち、中央の領域以外の押圧領域を押圧する。

以上のように構成された圧着装置１０の動作を説明する。

図６（Ａ）に示すように、移動機構３により載置ブロック１が前方に移動させられて、当該前方側に位置した状態で、被処理物Ｗが載置ブロック１上に載置される。この動作は、図示しないロボットにより自動で行われる場合や、人の手により行われる場合等がある。図６（Ｂ）に示すように、載置ブロック１に被処理物Ｗが載置されると、移動機構３が後方側の所定の処理位置まで載置ブロック１を移動させる。そうすると、図６（Ｃ）に示すように、駆動機構２４の駆動により、ロッド２４ａが上方に突き上げられ、リンクアーム２６が回動して上部押圧ピン３３により加圧ブロック２が押圧される。これにより、加圧ブロック２が押し下げられ、加圧ブロック２と載置ブロック１との間で被処理物Ｗを挟んで所定の圧力で加圧する。また、被処理物Ｗはヒータ７及び２７により加熱される。４つの加圧機構４は、実質的に同じタイミングで同じように動作すればよい。

ここで、圧着装置１０が上記のように所定圧で被処理物Ｗを加圧している時、リンクアーム２６と下部アーム２１とがほぼ平行になるように、リンクアーム２６（または下部アーム２１）の長さや、加圧ブロック２等のＺ方向の厚さ、あるいは初期状態での加圧ブロック２と載置ブロック１との距離ｄ１（図４（Ｂ）参照）等が設定されている。つまり、被処理物Ｗに所定の圧力がかけられた時に、上部押圧ピン３３及び下部押圧ピン３４の押圧力の方向がほぼＺ方向で一致するように、各部材が設計されている。

本実施の形態では、弾性保持機構５のバネ２３により加圧機構４が弾性的に保持されているので、加圧が行われても、その加圧力はリンクアーム２６、支持アーム２９及び下部アーム２１に加わる。すなわち、支持台６には加圧力は伝わらない。これにより、支持台６を小型化または軽量化することができ、ひいては圧着装置１０の小型化または軽量化を実現することができる。

また、特に、上記したように複数の回路素子を一度に基板に圧着する場合は、１つの回路素子を扱う場合に比べ、大きな加圧力を発生させる必要がある。したがって、この場合本実施の形態に係る圧着装置は有効である。典型的なＡＣＦによる圧着の条件は、回路素子が１つで約２００℃、２０ｋｇｆ／ｃｍ^２（約２００Ｎ／ｃｍ^２）である。上述したように、複数の回路素子が一度に圧着される場合、回路素子の数に比例して必要な加圧力が大きくなる。つまり、回路素子の総面積に必要な加圧力が変わる。例えば１ｃｍ^２の回路素子が１０個の場合、必要な加圧力は２００ｋｇｆ／ｃｍ^２である。したがって、従来の装置では、駆動源となるシリンダの推力として２００ｋｇｆ／ｃｍ^２必要であった。しかし、本実施の形態では、リンクアームのてこの作用を利用することにより、駆動機構２４の駆動力を抑えることができる。また、その結果、省エネルギー化を図ることができる。

本実施の形態では、加圧機構４が複数設けられているので、各加圧機構４を構成する部材（支持アーム２９やリンクアーム２６等）にかかる力を分散することができる。また、加圧機構４が複数設けられることで、加圧ブロック２の加圧面２ａ及び載置ブロック１の載置面１ａの全体で、均一な加圧力を発生させることができる。

本実施の形態では、接続軸２８から、リンクアーム２６の両端部までの長さの比（図３においてａ：ｂ）の違いにより、被処理物Ｗに対する加圧力を変えることができる。例えばａ：ｂ＝２：１とする。その場合、１つの駆動機構の推力１００ｋｇｆで、４つの加圧機構４すべてで、加圧力４×２×１００ｋｇｆを実現することができる。上部押圧ピン３３が接続される位置や、駆動機構２４のロッド２４ａが接続される位置は、典型的には図３に示すようなリンクアーム２６の両端部になる。しかし、当該接続位置は、必ずしもリンクアーム２６の両端部でなくてもよい。

図７は、本発明の他の実施の形態に係る弾性保持機構を示す正面図である。本実施の形態においては、図１等に示した実施の形態に係る圧着装置１０の部材や機能等について同様のものは説明を簡略または省略し、異なる点を中心に説明する。

弾性保持機構４５は、加圧機構４の一部である支持アーム２９に固定された、上下方向（Ｚ方向）に移動可能にするリニアガイド４１と、このリニアガイド４１に接続されたコラムプレート９と、リニアガイド４１を下方から支持するバネ４２とを備える。バネ４２の上部にリニアガイド４１が取り付けられる。リニアガイド４１は、コラムプレート９に設けられたガイド溝３５に沿って移動可能となっている。バネ４２の下部は、コラムプレート９に接続された、あるいはコラムプレート９に一体の取り付け部９ｂに取り付けられる。

このように、バネ４２により加圧機構４を下から支持する構造であっても、上記実施の形態に係る圧着装置１０と同様の作用効果が得られる。

本発明に係る実施の形態は、以上説明した実施の形態に限定されず、他の種々の実施形態が考えられる。

例えば、上記実施の形態では、加圧機構４が４つ設けられていた。しかし、加圧機構４は１つでもよい。加圧機構４が１つの場合、図５で説明したような押圧領域の位置をなるべく中央領域２ｃ近くにする。これにより、均一な加圧力を加圧ブロック及び載置ブロックに発生させればよい。また、その場合、上部押圧ピン３３で押圧される面積（上部押圧ピン３３と押圧面２ｂとの接触面積）をできるだけ大きくすればよい。加圧機構４は、２つ、３つ、あるいは５つ以上設けられていてもよい。

上記各実施の形態に係る弾性保持機構５、４５は、加圧機構４を弾性的に保持するためのバネ２３、４２を備えていた。しかし、バネ２３、４２に代えて、伸縮可能な弾性体、例えばゴム、樹脂でもよい。あるいは、バネ２３、４２に代えてベローズ状の部材であってもよい。あるいは、上記各実施の形態のようなコイルバネ２３、４２に代えて、板バネやその他のバネであってもよい。

載置ブロック１、加圧ブロック２、加圧機構４、弾性保持機構５等を構成する各部材の形状、大きさ、または材料等は、それらの機能を達成する範囲内において、適宜変更可能である。

本発明の一実施の形態に係る圧着装置の主要部を示す斜視図である。図１に示す圧着装置を後方側から見た斜視図である。図１に示す圧着装置の主要部の一部を示す正面図である。加圧ブロックを保持する構造を説明するための図であり、図４（Ａ）はその正面図、図４（Ｂ）はその側面図である。加圧ブロックの上面（押圧面）のうち、中央の領域と押圧領域を示す図である。圧着装置の動作を順に示す図である。本発明の他の実施の形態に係る弾性保持機構を示す正面図である。

符号の説明

１…載置ブロック
２…加圧ブロック
２ｄ…押圧領域
２ｃ…中央領域
３…移動機構
４…加圧機構
５、４５…弾性保持機構
６…支持台
７、２７…加熱機構（ヒータ）
９…コラムプレート
１０…圧着装置
２１…下部アーム
２３…バネ
２３、４２…バネ
２４…駆動機構
２６…リンクアーム
２８…接続軸
２９…支持アーム

Claims

被処理物を載置させる載置台と、
前記載置台に対面して配置された加圧体と、
接続軸を有し、前記載置台を支持する支持体と、
前記加圧体を押圧する押圧部を有し、前記支持体に前記接続軸を介して接続されたリンクアームと、
前記接続軸に対して前記リンクアームの前記押圧部とは反対側に接続され、前記載置台と前記加圧体とで前記被処理物を挟んで加圧するために、前記接続軸を中心に前記リンクアームを回動させる駆動機構と、
前記支持体を弾性的に保持する弾性保持機構と
を具備することを特徴とする圧着装置。
請求項１に記載の圧着装置であって、
前記支持体は、
前記載置台を下方から押圧する第１の部材と、
前記接続軸が設けられた上端部を有し、前記第１の部材に取り付けられた第２の部材とを有し、
前記弾性保持機構は、
支柱と、
前記支柱に沿って前記第２の部材を移動可能に保持するバネとを有することを特徴とする圧着装置。
請求項１に記載の圧着装置であって、
前記リンクアームは、複数設けられていることを特徴とする圧着装置。
請求項３に記載の圧着装置であって、
前記載置台は、
中央領域を有し、前記リンクアームにより押圧される押圧面と、
前記被処理物を加熱する加熱機構とを有し、
前記各リンクアームは、前記押圧面の前記中央領域以外の領域をそれぞれ押圧することを特徴とする圧着装置。
請求項３に記載の圧着装置であって、
前記加圧体は、
中央領域を有し、前記リンクアームにより押圧される押圧面と、
前記被処理物を加熱する加熱機構とを有し、
前記各リンクアームは、前記押圧面の前記中央領域の周囲の領域をそれぞれ押圧することを特徴とする圧着装置。
被処理物を載置させる載置台と、
前記載置台に対面して配置された加圧体と、
接続軸を有し、前記載置台を支持する支持体と、
前記載置台と前記加圧体とで前記被処理物を挟んで加圧するために、てこの作用により前記支持体及び加圧体を押圧する加圧機構と、
前記加圧機構を弾性的に保持する弾性保持機構と
を具備することを特徴とする圧着装置。
被処理物を載置させる載置台と前記載置台に対面して配置された加圧体とにより前記被処理物を挟んで加圧して圧着する圧着方法であって、
弾性的に保持された支持体に支持された前記載置台に被処理物を載置し、
前記支持体に接続軸を介して接続されたリンクアームの、前記接続軸に対して押圧部とは反対側を作動させて前記接続軸を中心に前記リンクアームを回動させることにより、前記押圧部で前記加圧体を押圧する
ことを特徴とする圧着方法。
被処理物を載置させる載置台と前記載置台に対面して配置された加圧体とにより前記被処理物を挟んで加圧して圧着する圧着物の製造方法であって、
弾性的に保持された支持体に支持された前記載置台に被処理物を載置し、
前記支持体に接続軸を介して接続されたリンクアームの、前記接続軸に対して押圧部とは反対側を作動させて前記接続軸を中心に前記リンクアームを回動させることにより、前記押圧部で前記加圧体を押圧する
ことを特徴とする圧着物の製造方法。
被処理物を載置させる載置台と前記載置台に対面して配置された加圧体とにより前記被処理物を挟んで加圧して圧着する製造方法により製造された圧着物であって、
弾性的に保持された支持体に支持された前記載置台に被処理物を載置し、
前記支持体に接続軸を介して接続されたリンクアームの、前記接続軸に対して押圧部とは反対側を作動させて前記接続軸を中心に前記リンクアームを回動させることにより、前記押圧部で前記加圧体を押圧する
ことにより製造された圧着物。