JP2008205068A - 加圧ヘッドおよび部品圧着装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ＩＣチップと表面実装部品を一括して同時に混載実装が可能な加圧ヘッドおよび部品圧着装置を提供する。
【解決手段】配線基板１３に異方導電性接着フィルム１４を貼り付け、ＩＣチップ１５と表面実装部品１６を搭載し、この配線基板１３を固定部１１に弾性体からなる接触部１２を固定した加圧ヘッドで加圧する。この加圧ヘッドに、ＩＣチップ１５を加圧する部分と表面実装部品１６を加圧する部分に分割し、さらに、ＩＣチップ１５と表面実装部品１６との部品厚み差を吸収する段差を設け、また部品の厚みバラツキを弾性体により吸収することで、ＩＣチップ１５または表面実装部品１６への接触部１２の片当たりによる横ズレを押さえ、高精度に実装する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のＩＣチップと表面実装部品を配線基板上に熱圧着により実装するための加圧ヘッドおよび部品圧着装置に関するものである。
従来、樹脂で構成した接着フィルムを介してＩＣチップを実装する方法では、接着フィルムを貼り付けた基板にＩＣチップを搭載した後に、セラミックや金属等の平坦な加圧ヘッドを用いてＩＣチップを加熱・加圧して接着フィルムを硬化させて熱圧着実装を行っている。
このような熱圧着実装において、１個のＩＣチップを単一で加圧する場合は、平坦な加圧ヘッドを用いることにより実装を行うことができる。しかし、複数のＩＣチップを配線基板上に熱圧着によって実装する場合、ＩＣチップの厚みバラツキがあるため、各ＩＣチップを均一に加圧することが難しい。
そこで、図９に示すように、加圧ヘッド１とＩＣチップ５との間に弾性体２を介在させて熱圧着を行い、弾性体２によってＩＣチップ５の厚みバラツキを吸収して均一に加圧ができるようにしている。弾性体２の用い方には、弾性体２のシートを介在させる方法と加圧ヘッド１に弾性体２を固定する方法が提案されている。
特開２００５−１４２３９７号公報
しかしながら、このような平坦な加圧ヘッドの構成では、ＩＣチップと表面実装部品を一括して同時に混載実装するような場合、ＩＣチップと表面実装部品の厚みのギャップが大きいため、平坦な加圧ヘッドに弾性体を用いてもＩＣチップと表面実装部品との間に生じる厚みのギャップを吸収することができない。
そのため、加圧ヘッドの先端が表面実装部品と先に接触した場合、片当たりした状態で傾いて加圧することになり、ＩＣチップには横方向の分力が発生する。これにより、ＩＣチップが基板上で位置決めした箇所から横方向にずれることになって、接続抵抗が大きくなり基準を満たさず、または、ＩＣチップの電極が基板配線上から大きくはずれてしまい、基板配線側との電気的接続が取れずに接続不良が多く発生するという問題があった。
また、ＩＣチップと表面実装部品との間の厚みのギャップを補うため、加圧ヘッドにＩＣチップと表面実装部品との間の厚みのギャップ分の段差をＩＣチップと表面実装部品の設計値より計算して設けた場合、表面実装部品はその規格寸法値に対する厚みバラツキが大きいため、表面実装部品の厚みが基準値よりも小さくなると、表面実装部品側には隙間が生じてしまい、加圧ヘッドはＩＣチップに片当たりする。また表面実装部品の厚みが基準値よりも大きくなると、ＩＣチップ側には隙間が生じてしまい、加圧ヘッドは表面実装部品に片当たりする。
この片当たりによって、加圧ヘッドに傾きが生じた状態で加圧されると、前述と同様にＩＣチップまたは表面実装部品は横方向にずれることになり、接続抵抗が大きくなって基準を満たさず、あるいは、ＩＣチップまたは表面実装部品の電極が基板配線上から大きくはずれてしまい、基板配線側との電気的接続が取れずに接続不良が多く発生するという問題があった。
本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたものであって、ＩＣチップと表面実装部品を一括して同時に混載実装が可能な加圧ヘッドおよび部品圧着装置を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した加圧ヘッドは、樹脂を介して基板上に載置した厚さの異なる第１電子部品と第２電子部品を加圧する加圧ヘッドにおいて、第１電子部品と第２電子部品との厚さの差を吸収する段差を設けた接触部と、接触部を端部に配置した固定部と、により構成したことを特徴とする。
また、請求項２に記載した加圧ヘッドは、樹脂を介して基板上に載置した厚さの異なる第１電子部品と第２電子部品を加圧する加圧ヘッドにおいて、第１電子部品の加圧面と接触する第１接触部と、第１接触部を端部に配置した第１固定部と、からなる第１加圧体と、第２電子部品の加圧面と接触する第２接触部と、第２接触部を端部に配置した第２固定部と、からなる第２加圧体と、第１加圧体と第２加圧体を固定するホルダーと、により構成し、第１接触部の第１電子部品の加圧面と接触する第１接触面と、第２接触部の第２電子部品の加圧面と接触する第２接触面と、の間には段差があることを特徴とする。
また、請求項３〜５に記載した加圧ヘッドは、第１接触部と第２接触部との間には空間が存在し、かつ非接触の状態であること、または、第１電子部品と第２電子部品の基板上での配置において、接触部に第１電子部品と第２電子部品の形状に合わせた凹部を設けたこと、さらに、ホルダーと第１加圧体との間と、ホルダーと第２加圧体との間のそれぞれに、圧電素子を配置したことを特徴とする。
また、請求項６に記載した部品圧着装置は、樹脂を介して基板上に載置した厚さの異なる第１電子部品と第２電子部品を加圧する部品圧着装置において、基板を搬送する基板搬送部と、基板を保持する基板ホルダーと、請求項１〜５のいずれか１項に記載の加圧ヘッドと、加圧ヘッドを移動する加圧ヘッド移動部と、により構成したことを特徴とする。
前記構成によれば、接触部（弾性体）により第１，第２電子部品の厚みバラツキを吸収して、さらに、第１電子部品を加圧する部分と第２電子部品を加圧する部分とに分割した厚さの差を吸収する段差を設けたことにより、一括加圧時に加圧ヘッドの第１電子部品と第２電子部品への片当たりを防ぐことができる。
本発明によれば、複数のＩＣチップと表面実装部品の混載実装を行うに際して、加圧する接触面の片当たりによるＩＣチップおよび表面実装部品の横ズレを抑え、接続不良が発生することを防止できるという効果を奏する。
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における加圧ヘッドおよび圧着工程を示す概略構成図である。本実施の形態１の加圧ヘッドは、金属からなる固定部１１に弾性体からなる接触部１２を固定したもので構成される。固定部１１と接触部１２は、第１電子部品であるＩＣチップ１５、および第１電子部品の厚さよりも厚い第２電子部品である表面実装部品１６の配置に合わせ段差を設ける。当然のことながら、金属より弾性体（例えば、ゴム等）の方が変形しやすいので、固定部１１の縦弾性係数は、接触部１２の縦弾性係数よりも大きい。
本実施の形態１において、ＩＣチップ１５および表面実装部品１６の実装を行うには、図１に示すように、配線基板１３に導電粒子を混入した樹脂である異方導電性接着フィルム（ＡＣＦ）１４を貼り付け、基板電極１７上にバンプ電極１８を有するＩＣチップ１５および表面実装部品１６を位置決めし搭載する。そして、加圧ヘッドの接触面１２ａをＩＣチップ１５に、接触面１２ｂを表面実装部品１６に押し付け、所定の圧着条件で加圧する。
固定部１１と接触部１２に設けた段差の間隔は、異方導電性接着フィルム１４を貼り付けた配線基板１３上にＩＣチップ１５と表面実装部品１６を搭載した後の厚み差をＩＣチップ１５と表面実装部品１６の規格寸法値から求め、厚み差を設定する。
接触部１２の弾性体には、耐熱性，耐圧性の高い弾性体としてシリコンゴム等を使用している。
ＩＣチップ１５と接触する接触面１２ａおよび表面実装部品１６と接触する接触面１２ｂの境界は、加圧時に加圧ヘッドがＩＣチップ１５と表面実装部品１６に押し込まれ、接触部１２が変形する際に、ＩＣチップ１５との接触部が横に押し広げられ変形し表面実装部品１６に干渉しない位置に設定する。
本実施の形態１の加圧ヘッドにおいて、ＩＣチップ１５と表面実装部品１６との部品間厚みのギャップ分の段差を設けているため、表面実装部品１６に片当たりし、ヘッドが傾いた状態で加圧することを防ぐことができズレは抑えられる。さらに、表面実装部品１６の部品バラツキについては、表面実装部品１６の部品厚みが基準値より小さい場合、ＩＣチップ１５に先に接触面１２ａが接触する。このとき、段差を設けた金属面の場合には、表面実装部品１６と接触面の間に隙間が生じ、表面実装部品１６を押し込むことができないが、本実施の形態１の接触部１２は弾性体であるため、図２（ａ）に示すように接触部１２は変形しながらＩＣチップ１５の側面の一部に食い込むので、ＩＣチップ１５が固定された状態で横ズレを抑えながら加圧ヘッドはさらに押し込められ表面実装部品１６に接触部１２が接触する。さらに押し込むと図２（ｂ）に示すように表面実装部品１６側も接触部１２が変形しながら表面実装部品１６の側面の一部に食い込み、表面実装部品１６が固定された状態になり、ＩＣチップ１５と表面実装部品１６共に横ズレを抑えながら接合できる。
逆に、表面実装部品１６の部品厚みが基準値より大きい場合、表面実装部品１６に先に接触面１２ｂが接触する。前述したと同様に表面実装部品１６の側面の一部が接触部１２に接触し固定された状態で、図２（ｂ）に示すように表面実装部品１６に接触部１２が食い込むため、横ズレを抑えながらＩＣチップ１５に接触面１２ａが接触し、その後図２（ａ）に示すようにＩＣチップ１５側も接触部１２が変形し側面の一部に食い込み、固定された状態となり、ＩＣチップ１５と表面実装部品１６共に横ズレを抑えながら接合できる。
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における加圧ヘッドおよび圧着工程を示す概略構成図である。本実施の形態２について、図３を参照しながら説明する。
本実施の形態２の加圧ヘッドは、ＩＣチップ１５と接触する弾性体（例えば、シリコンゴム等）で構成した第１接触部２２ａを取り付けた金属製の第１固定部２１ａからなる第１加圧体２３ａと、表面実装部品１６と接触する弾性体で構成した第２接触部２２ｂを取り付けた金属製の第２固定部２１ｂからなる第２加圧体２３ｂ、および第１加圧体２３ａと第２加圧体２３ｂを固定するホルダー２６から構成される。当然のことながら、金属より弾性体の方が変形しやすいので、第１固定部２１ａと第２固定部２１ｂの縦弾性係数は、第１接触部２２ａと第２接触部２２ｂの縦弾性係数よりも大きい。
本実施の形態２の加圧ヘッドは、弾性体の接触部を、第１接触部２２ａと第２接触部２２ｂというように独立させている。これにより、ＩＣチップ１５と表面実装部品１６において、特にＩＣチップ１５の電極が狭小なピッチ幅の場合、前述した実施の形態１の加圧ヘッド以上に、電極が配線から横ズレしないで接続される必要がある。前記実施の形態１では、加圧ヘッドがＩＣチップ１５と表面実装部品１６に押し込まれた時に、ＩＣチップ１５側の接触部の変形量が表面実装部品１６側の接触部の変形に影響を及ぼす、または、表面実装部品１６側の接触部の変形量がＩＣチップ１５側の接触部の変形に影響を及ぼすことによって、表面実装部品１６またはＩＣチップ１５を高精度に実装できない。
しかし、本実施の形態２では、第１接触部２２ａと第２接触部２２ｂというように接触部を切り離すことで第１接触部２２ａの変形量が第２接触部２２ｂの変形に、逆に第２接触部２２ｂの変形量が第１接触部２２ａの変形に与える影響を抑えることができる。このことにより、実施の形態１の加圧ヘッドを用いた場合以上に、高精度でＩＣチップ１５と表面実装部品１６を接合することができる。
また、加圧体がＩＣチップ１５を加圧する第１加圧体２３ａ、表面実装部品１６を加圧する第２加圧体２３ｂというように、ブロック化していることにより、ＩＣチップ１５や表面実装部品１６のサイズや配置等品種変更に対しても、加圧体を品種異によって交換することで容易に対応できる。例えば、ＩＣチップ１５の配置とサイズは、そのままで表面実装部品１６だけ品種を変更した場合、加圧ヘッドを取り替える必要はなく、表面実装部品１６を加圧する第２加圧体２３ｂのみ、変更すればよい。また、繰り返し使用する中で接触部の弾性体に磨耗、塑性変形（へたり）、かけ等が生じて交換が必要になった場合も、問題の生じた加圧体のみを交換すればよい。
（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３における加圧ヘッドを示す概略構成図である。本実施の形態３について、図４を参照しながら説明する。
本実施の形態３の加圧ヘッドは図４に示すように、第１接触部２２ａと第２接触部２２ｂとの間に空間３０を設けており、第１接触部２２ａと第２接触部２２ｂの相対抗する面は非接触状態である。
このことにより、加圧ヘッドの押し込みがさらに必要で、弾性体の変形量が大きい時に、第１接触部２２ａと第２接触部２２ｂとが干渉しあわないようになる。本実施の形態３によって、前述の実施の形態２と比べ、横ズレに対してさらに精度が必要な場合に、より高精度で実装することが可能となる。
なお、第１接触部２２ａと第２接触部２２ｂとの空間３０は、予測される変形量に合わせてその寸法を決める。
また、図５（ａ），（ｂ）は本実施の形態３の加圧ヘッドの底面図である。図５（ａ）に示す空間３０のように完全でなくてもよく、図５（ｂ）に示すように、加圧時の接触部の変形する量の予測に合わせて一部分に空間を設けてもよい。
この弾性体は、接触部への使用に限らず、接触部と固定部の材料は逆になってもかまわない。なお、図示はしていないが、第１固定部２１ａと第２固定部２１ｂとの間に空間を設けてもよい。
（実施の形態４）
図６は本発明の実施の形態４の加圧ヘッドおよび圧着工程を示す概略構成図である。本実施の形態４について、図６を参照しながら説明する。
本実施の形態４の加圧ヘッドは、金属からなる固定部４１に弾性体からなる接触部４２を固定したもので構成される。接触部４２は、対象となるＩＣチップ１５および表面実装部品１６の個数、配置および形状に合わせて凹部を成型している（例えば、ＩＣチップ１５に対応し第１成型溝４２ａ、表面実装部品１６に対応して第２成型溝４２ｂ）。加圧ヘッドの押し込み時にＩＣチップ１５および表面実装部品１６の側面全体と接触部（弾性体）４２が接触し、ＩＣチップ１５および表面実装部品１６が固定された状態になるため、前述した各実施の形態よりもさらに横ズレを抑え、より高精度に実装ができる。
本実施の形態４は、加圧する形状が一定の時、部品種が変更のない時に用いて、特に有効である。
（実施の形態５）
図７は本発明の実施の形態５の加圧ヘッドを示す概略構成図である。本実施の形態５について、図７を参照しながら説明する。
本実施の形態５の加圧ヘッドは、第１加圧体２３ａと第２加圧体２３ｂとホルダー２６との間に電気信号によりその体積を変更する圧電素子であるピエゾ４６を設けている。
加圧ヘッドで加圧する前に、レーザ変位計を用いてＩＣチップおよび表面実装部品の高さを計測する。そして、第１加圧体２３ａと第２加圧体２３ｂの段差をピエゾ４６により微調整を行うことで、表面実装部品の厚みバラツキに対応することができ、ＩＣチップと表面実装部品を同時に接触面に接して押し込めることが可能となるので、前述した各実施の形態以上に片当たりを抑え、高精度な実装ができる。
なお、実施の形態３の図４に示すように、第１接触部２２ａと第２接触部２２ｂとの間に空間３０を設け、第１加圧体２３ａと第２加圧体２３ｂの第１接触部２２ａと第２接触部２２ｂの相対抗する面を非接触状態とすると、第１接触部２２ａと第２接触部２２ｂのいずれかの弾性変形量が大きい場合に、第１接触部２２ａと第２接触部２２ｂの変形が互いに影響しないようにすることができる。
（実施の形態６）
図８は本発明の実施の形態６に関わるボンディング装置である部品圧着装置の概略構成図である。本実施の形態６について、図８を用いて説明する。
図８の部品圧着装置には、前工程において配線基板上に接着フィルムを貼り付け、ＩＣチップおよび表面実装部品を搭載された配線基板が、基板搬送部５３により送られて基板ホルダー５４に固定される。加圧ヘッド５１が配置された加圧ヘッド移動部５２が降下し、ＩＣチップと表面実装部品が１ヘッドで一括同時に混載実装される。
本実施の形態６における部品圧着装置は、前述した実施の形態１〜５の加圧ヘッドを搭載している。
なお、本発明は、前述の各実施の形態に限定されることはない。例えば、前述の各実施の形態における接着フィルムは、異方導電性接着フィルム（ＡＣＦ）を用いてＩＣチップおよび表面実装部品を配線基板上に実装する場合を説明したが、本発明では、ＡＣＦに限らずＡＣＰ（異方導電性接着ペースト）、ＮＣＰ（絶縁樹脂ペースト）、ＮＣＦ（絶縁樹脂フィルム）などの樹脂を用いて、本発明の加圧ヘッドを使用することも可能である。
また、本発明の加圧ヘッドは、バンプ電極を有するＩＣチップに限らず、バンプ電極を有してないＩＣチップにも使用することが可能である。
また、接触部の弾性体は、耐熱性，耐圧性に優れるものであればシリコンゴムに限らず、第１加圧体と第２加圧体で同材、同硬度の弾性体を使用する必要はなく、ＩＣチップ，表面実装部品に合わせて、異種の弾性体を組み合わせてもよい。
本発明に係る加圧ヘッドおよび部品圧着装置は、複数のＩＣチップと表面実装部品の混載実装を行うに際して、加圧する接触面の片当たりによるＩＣチップおよび表面実装部品の横ズレを抑え、接続不良が発生することを防止でき、ＩＣチップ、表面実装部品等の複数を配線基板上に熱圧着する実装処理に有用である。
本発明の実施の形態１における加圧ヘッドおよび圧着工程を示す概略構成図 本実施の形態１の接触部における（ａ）はＩＣチップ、（ｂ）は表面実装部品の加圧状態を示す図 本発明の実施の形態２における加圧ヘッドおよび圧着工程を示す概略構成図 本発明の実施の形態３における加圧ヘッドを示す概略構成図 本実施の形態３の（ａ），（ｂ）は加圧ヘッドの底面図 本発明の実施の形態４における加圧ヘッドおよび圧着工程を示す概略構成図 本発明の実施の形態５における加圧ヘッドを示す概略構成図 本発明の実施の形態６における部品圧着装置の概略構成図 従来の加圧ヘッドおよび圧着工程を示す概略構成図
符号の説明
１，５１ 加圧ヘッド
２ 弾性体
３，１３ 配線基板
４，１４ 異方導電性接着フィルム
５，１５ ＩＣチップ
１１，４１ 固定部
１２，４２ 接触部
１６ 表面実装部品
１７ 基板電極
１８ バンプ電極
２１ａ 第１固定部
２１ｂ 第２固定部
２２ａ，２７ａ 第１接触部
２２ｂ，２７ｂ 第２接触部
２３ａ 第１加圧体
２３ｂ 第２加圧体
２６ ホルダー
３０ 空間
４２ａ 第１成型溝
４２ｂ 第２成型溝
４６ ピエゾ
５２ 加圧ヘッド移動部
５３ 基板搬送部
５４ 基板ホルダー

Claims (6)

  1. 樹脂を介して基板上に載置した厚さの異なる第１電子部品と第２電子部品を加圧する加圧ヘッドにおいて、
    前記第１電子部品と前記第２電子部品との厚さの差を吸収する段差を設けた接触部と、前記接触部を端部に配置した固定部と、により構成したことを特徴とする加圧ヘッド。
  2. 樹脂を介して基板上に載置した厚さの異なる第１電子部品と第２電子部品を加圧する加圧ヘッドにおいて、
    前記第１電子部品の加圧面と接触する第１接触部と、前記第１接触部を端部に配置した第１固定部と、からなる第１加圧体と、
    前記第２電子部品の加圧面と接触する第２接触部と、前記第２接触部を端部に配置した第２固定部と、からなる第２加圧体と、
    前記第１加圧体と前記第２加圧体を固定するホルダーと、により構成し、
    前記第１接触部の前記第１電子部品の加圧面と接触する第１接触面と、
    前記第２接触部の前記第２電子部品の加圧面と接触する第２接触面と、の間には段差があることを特徴とする加圧ヘッド。
  3. 前記第１接触部と前記第２接触部との間には空間が存在し、かつ非接触の状態であることを特徴とする請求項２に記載の加圧ヘッド。
  4. 前記第１電子部品と前記第２電子部品の前記基板上での配置において、
    前記接触部に前記第１電子部品と前記第２電子部品の形状に合わせた凹部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の加圧ヘッド。
  5. 前記ホルダーと前記第１加圧体との間と、前記ホルダーと前記第２加圧体との間のそれぞれに、圧電素子を配置したことを特徴とする請求項２または３に記載の加圧ヘッド。
  6. 樹脂を介して基板上に載置した厚さの異なる第１電子部品と第２電子部品を加圧する部品圧着装置において、
    前記基板を搬送する基板搬送部と、前記基板を保持する基板ホルダーと、請求項１〜５のいずれか１項に記載の加圧ヘッドと、前記加圧ヘッドを移動する加圧ヘッド移動部と、により構成したことを特徴とする部品圧着装置。
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