JP2008282986A - 電子部品の実装装置及び実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は半導体チップに曲げ応力を与えず、しかもボイドが発生しないよう基板に実装することができる実装装置を提供することにある。
【解決手段】半導体チップ４を基板Ｗに実装する実装装置であって、
基板Ｗ上面に半導体チップを供給保持する供給ツール１と、半導体チップを供給ツールによって保持した状態で、基板の下面に外周面を圧接させながら転動して半導体チップを基板の上面に実装する加圧ローラ１８を具備する。
【選択図】 図１

Description

この発明は半導体チップのように薄くて変形可能な電子部品を基板に実装するための実装装置及び実装方法に関する。

半導体ウエハをさいの目状に切断して形成された半導体チップは粘着シートに貼られており、この半導体チップを基板に実装する場合、上記粘着シートから半導体チップを１つずつ吸着してピックアップした後、基板に押圧して実装するようにしている。

粘着シートからピックアップした半導体チップを基板に実装する場合、半導体チップをピックアップツールによってピックアップして反転ツールに受け渡し、この反転ツールで上下の向きを反転させてから実装ツールに受け渡して基板に実装するフリップチップ方式や半導体チップを粘着シートからピックアップしたならば、その半導体チップをそのまま基板に実装するダイボンディングが知られている。

ピックアップした半導体チップをそのまま基板に実装するダイボンディングの場合、半導体チップのピックアップと実装が同一のツールで行われることになる。つまり、実装ツールがピックアップツールを兼ねることになる。

ところで、最近では半導体チップの厚さが５０μｍ以下と非常に薄い場合がある。そのように薄い半導体チップはわずかな衝撃によって欠けが生じたり、破断するということがある。

とくに、半導体チップを突き上げて粘着シートからピックアップしたり、ダイボンディングするとき、半導体チップには衝撃が加わり易いため、ダイボンディングに用いられるピックアップツールを兼ねる実装ツールは、少なくとも半導体チップと接触する部分を弾性部材によって形成し、半導体チップにできるだけ衝撃を与えないようにしている。

実装ツールの半導体チップと接触する部分を弾性部材によって形成し、この弾性部材の中心部に吸引孔を形成し、この吸引孔に発生する吸引力によって半導体チップを吸着してピックアップすると、非常に薄い半導体チップの場合、その吸引力によって中心部が弾性部材を弾性変形させながら上方に凸状に湾曲変形するということがある。

半導体チップは中心部だけでなく、周辺部も弾性部材によって保持されている。そのため、半導体チップは中心部だけが湾曲変形し、周辺部は変形しないため、全体として上方に凸状に湾曲変形することになるから、その状態で半導体チップを基板に実装すると、基板と半導体チップとの間に気泡が残留するボイドが発生し、実装不良を招くということがある。

特許文献１には薄くて湾曲し易い半導体チップを基板に実装する際、ボイドが発生するのを防止する実装ツール（ダイボンダー用コレット）が示されている。すなわち、特許文献１に示された実装ツールは、半導体チップを吸着保持する弾性吸着部材の下面の吸着面の中央部を除く周辺部だけに真空式の吸引孔を形成して半導体チップを吸着することで、吸着面の中央部と半導体チップの中央部を下方に凸球面状に突出変形させた状態で、上記半導体チップを吸着保持して基板に実装するようにしている。
特開２００６−１６５１８８

特許文献１に示された実装ツールを用いれば、半導体チップが下方に凸球面状に変形した状態で実装される。つまり、実装ツールを下降させてゆくと、半導体チップは中央部が基板に接触して弾性吸着部材によって押し付けられるから、その反力で弾性吸着部材の突出した中央部が圧縮される。それによって、半導体チップと基板との接触部分が中央部分から周辺部分へと順に拡がるから、ボイドの発生を招くことなく、半導体チップを基板に実装することができるというものである。

しかしながら、特許文献１に示された発明は、予め基板を下方に凸球面状になるよう湾曲変形させて実装ツールの弾性吸着部材に吸着保持するようにしている。そのため、非常に薄い半導体チップを予め曲げ応力を加えた状態で吸着保持することになるから、その曲げ応力によって半導体チップが損傷する虞がある。

この発明は、曲げ応力を与えることなく電子部品を基板にボイドの発生や損傷を招くことなく実装することができるようにした電子部品の実装装置及び実装方法を提供することにある。

この発明は、電子部品を基板に実装する実装装置であって、
基板の上面に上記電子部品を供給保持する供給ツールと、
上記電子部品を上記供給ツールによって保持した状態で、上記基板の下面に外周面を圧接させながら転動して上記電子部品を上記基板の上面に実装する加圧ローラと
を具備したことを特徴とする電子部品の実装装置にある。

転動する上記加圧ローラが上記基板の下面に対して次第に強く圧接するようガイドするカム体を有することが好ましい。

上記加圧ローラが上記基板の下面を転動するときに、上記供給ツールが上記基板に上記電子部品を加圧する加圧力を次第に増大させる制御手段を有することが好ましい。

この発明は、所定方向に搬送される基板に電子部品を実装する実装装置であって、
上記基板の上面に供給ツールによって上記電子部品を供給する供給手段と、
この供給手段よりも上記基板の搬送方向の下流側に配置され上記供給手段によって供給された上記電子部品を上記基板の上面に保持した状態で、上記基板の下面に外周面を圧接させながら加圧ローラを転動させて上記電子部品を上記基板に実装する実装手段と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装装置にある。

上記基板の下面に上記加圧ローラを転動させるとき、上記基板の上面に供給された上記電子部品を加圧保持専用の加圧治具によって加圧保持することが好ましい。

この発明は、電子部品を基板に実装する実装方法であって、
基板の上面に上記電子部品を供給する工程と、
供給された上記電子部品を保持した状態で、上記基板の下面に加圧ローラを外周面を圧接させながら転動させて上記電子部品を上記基板の上面に実装する工程と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装方法にある。

上記電子部品を上記基板の上面に実装するとき、上記加圧ローラが上記基板の下面に加える加圧力を次第に増大させることが好ましい。

上記電子部品を上記基板の上面に実装するとき、上記電子部品に加える加圧力を次第に増大させながら、上記加圧ローラを外周面を上記基板の下面に圧接させて転動させながら水平に駆動することが好ましい。

この発明によれば、電子部品を基板の上面に供給し、この電子部品を保持した状態で、基板の下面に加圧ローラを圧接させながら転動させて上記電子部品を実装するから、基板と電子部品とがこの電子部品の所定方向の一端から他端に向かって順次圧縮方向に加圧される。それによって、基板と電子部品との間にボイドが生じても、そのボイドは加圧ローラの転動方向の他端から外部に押し出されることになる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図５はこの発明の第１の実施の形態を示し、図１に示す実装装置は供給ツール１を備えている。この供給ツール１はたとえば耐熱性を有し、比較的硬質なゴムなどの弾性材料によって形成されていて、下端面が平坦な保持面２に形成されている。

上記供給ツール１には軸方向に沿って吸引孔３が穿設され、この吸引孔３の一端は上記保持面２に開口している。吸引孔３の他端は図示しない吸引ポンプに連通している。それによって、上記供給ツール１の保持面２には電子部品としての半導体チップ４が吸着保持されるようになっている。

上記保持面２が半導体チップ４を吸着保持したとき、供給ツール１は比較的硬質な弾性材料によって形成されていること、その保持面２が平坦面であること、及び吸引孔３に作用する吸引力を制御することで、上記半導体チップ４が上方に凸状に変形することがないようになっている。つまり、半導体チップ４は上記保持面２に、この保持面２とほぼ同じ平坦度で吸着保持されるようになっている。

上記供給ツール１はＸ・Ｙ・Ｚ駆動源５によって水平方向及び上下方向に駆動されるようになっている。このＸ・Ｙ・Ｚ駆動源５は制御装置６によって後述するように駆動が制御されるようになっている。

上記供給ツール１の下方にはステージユニット９が設けられている。このステージユニット９は上記半導体チップ４が上面に実装されるフィルム状テープやリードフレームなどの基板Ｗの下面を支持するステージ１１を備えている。

なお、上記基板Ｗは図２に示すように一対の搬送レール１２に形成された係合部１３に幅方向両端部を移動可能に係合保持されていて、図示しない駆動源によってピッチ送りされるようになっている。

上記ステージ１１には上記基板Ｗの下面を支持する支持面１１ａが形成されていて、この支持面１１ａが形成された部分には一対のヒータ１１ｂが幅方向に沿って内蔵されている。このヒータ１１ｂは、基板Ｗの下面が上記支持面１１ａに支持されることで、その上面に設けられた上記半導体チップ４を上記基板Ｗに接着するための熱硬化性樹脂１４を加熱して溶融硬化させるようになっている。

図２と図３に示すように、上記ステージ１１の上記基板Ｗの搬送方向に沿う一端部の幅方向両端からは一対のアーム１６が延出されている。一対のアーム１６にはそれぞれ一対の保持溝１７が上端面に開口して形成されている。対向する各一対の保持溝１７にはそれぞれ加圧ローラ１８の軸方向両端面から突出した支軸１９が回転可能に係合支持されている。

上記加圧ローラ１８は耐熱性を有する比較的硬質な合成樹脂やゴムなどの弾性材料によって形成されていて、上記アーム１６に支軸１９を介して保持された状態において、その径方向の上端が上記ステージ１１の支持面１１ａと同じ高さ或いはわずかに上方に位置する高さになるよう設定されている。それによって、加圧ローラ１８の外周面は基板Ｗの下面に接触或いは圧接するようになっている。

図１と図２に示すように、上記ステージ１１の下面の幅方向一端部と他端部にはそれぞれ一対の受け部材２１が設けられている。各一対の受け部材２１はベース２０上に上記基板Ｗの搬送方向と平行に敷設された一対のガイドレール２２に移動可能に係合している。

上記ステージ１１の幅方向中央部には長手方向全長にわたる凹部２６が形成されていて、この凹部２６にはナット体２３が設けられている。このナット体２３にはねじ軸２４が螺合している。このねじ軸２４は上記制御装置６によって駆動が制御されるステージ駆動源２５によって回転駆動される。それによって、上記ステージ１１は上記ガイドレール２２に沿って駆動されるようになっている。

図１と図２に示すように、上記ベース２０には上記ステージ１１の幅方向両側に対向する位置に上端面が基板Ｗの搬送方向に沿って傾斜した傾斜面２７に形成された一対のカム体２８が立設されている。

上記ステージ１１がステージ駆動源２５によって図１に矢印Ｘで示す方向に駆動されると、上記保持溝１７から突出させた加圧ローラ１８の支軸１９が上記傾斜面２７に係合してガイドされる。それによって、上記加圧ローラ１８は傾斜面２７の傾斜角度に応じて次第に上昇方向に変位する。

このとき、上記搬送レール１２に保持された基板Ｗの上面が半導体チップ４を基板Ｗに実装するための供給ツール１によって加圧保持されていれば、上記加圧ローラ１８は外周面を上記基板Ｗの下面に圧接させながら転動することになる。

つまり、上記供給ツール１によって基板Ｗの上面に供給保持された半導体チップ４は、加圧ローラ１８によって加圧が開始されると、その加圧が開始される所定方向の一端から他端に向かって上記加圧ローラ１８と供給ツール１とから圧縮荷重を受けるとともに、その圧縮荷重は加圧ローラ１８の移動に伴って次第に増大するようになっている。

つぎに、上記構成の実装装置によって基板Ｗに半導体チップ４を実装するときの動作を図４と図５を参照しながら説明する。

供給ツール１の保持面２に、たとえば図示しない反転ピックアップツールなどから半導体チップ４が受け渡されて吸着保持されると、この供給ツール１はＸ・Ｙ・Ｚ駆動源５によってＸ、Ｙ方向に駆動され、搬送レール１２上で位置決めされた基板Ｗの上方の、上記半導体チップ４が実装される実装装置の上方に位置決めされる。

このとき、基板Ｗの下面はステージ１１の支持面１１ａによって支持されるとともに、このステージ１１に設けられたヒータ１１ｂによって加熱される。ついで、図４に示すように供給ツール１がＺ方向下方に駆動され、その保持面２に吸着保持された半導体チップ４を基板Ｗの上面に供給し、その下降位置で上記半導体チップ４を加圧保持し続ける。

供給ツール１によって半導体チップ４が基板Ｗに供給保持されると、ステージ駆動源２５が駆動されてステージ１１が図５に矢印Ｘで示す方向に駆動される。ステージ１１が矢印Ｘ方向に駆動されると、加圧ローラ１８の両端から突出した支軸１９がカム体２８の傾斜面２７にガイドされる。

支軸１９がカム体２８の傾斜面２７にガイドされると、加圧ローラ１８は上記傾斜面２７によって次第に上昇方向へと変位する。それによって、加圧ローラ１８は基板Ｗの下面を弾性的に押圧しながら転動し、供給ツール１の保持面２とによって基板Ｗと半導体チップ４を圧縮方向に加圧する。

基板Ｗと半導体チップ４が圧縮方向に加圧されると、基板Ｗに供給ツール１によって加圧保持された半導体チップ４にさらに荷重が加わることになるから、上記半導体チップ４は基板Ｗに実装されることになる。つまり、熱硬化性樹脂１４が加圧力とヒータ１１ｂの熱とで溶融硬化して半導体チップ４が基板Ｗに実装されることになる。

このとき、半導体チップ４には上記加圧ローラ１８の移動方向一端から他端に向かって順次実装荷重（圧縮荷重）が加わることになる。つまり、半導体チップ４は、加圧ローラ１８の移動方向一端から他端に向かってこの加圧ローラ１８と上記供給ツール１とによって次第に大きくなる圧縮荷重によって順次圧縮されることになる。

それによって、基板Ｗと半導体チップ４との間にボイドが生じていても、そのボイドは加圧ローラ１８の移動に伴って上記半導体チップ４の一端から他端へと順次移動し、ついには半導体チップ４の他端から外部に押し出されることになるから、半導体チップ４を基板Ｗとの間にボイドが存在することのない状態で実装することができる。

しかも、基板Ｗと半導体チップ４との間にボイドが残留するのを防止するため、半導体チップ４を従来のように予め下方に凸球面状に湾曲変形させることなく、供給ツール１の平坦な保持面２に平坦な状態で保持して行なうことができる。そのため、半導体チップ４に曲げ応力を加えずに実装することができるから、曲げ応力によって半導体チップ４を損傷させるということもない。

図６はこの発明の第２の実施の形態を示す。なお、第１の実施の形態と同一部分には同一記号を付して説明を省略する。すなわち、この実施の形態は基板Ｗに半導体チップ４を基板Ｗの上面に供給する供給手段としての供給部３１と、この供給部３１よりも基板Ｗの搬送方向下流側に設けられた上記半導体チップ４を基板Ｗに実装する、実装手段としての実装部３２を有する。

上記供給部３１は、ヒータ３３が内蔵され、上面で基板Ｗの下面を保持する保持用ステージ３４と、この保持用ステージ３４の上方に配置され第１のＸ・Ｙ・Ｚ駆動源５Ａによって水平方向及び上下方向に駆動される供給ツール１Ａを有する。この供給ツール１Ａは半導体チップ４を基板Ｗの上面の実装位置に供給する。

上記実装部３２は第１の実施の形態のステージユニット９と同様、ステージ駆動源２５によってねじ軸２４を介して駆動されるステージ１１、このステージ１１が駆動されると、カム体２８の傾斜面２７によって上昇方向に変位される加圧ローラ１８を有する。

上記ステージ１１の上方には第２のＸ・Ｙ・Ｚ駆動源５Ｂによって水平方向及び上下方向に駆動される加圧治具３５が設けられている。この加圧治具３５にはヒータ３６が内蔵されている。

このような構成の実装装置において、供給部３１で半導体チップ４が供給ツール１Ａによって熱硬化性樹脂１４が設けられた基板Ｗの上面に供給されると、基板Ｗが搬送レール１２に沿って図６に矢印Ｂで示す方向にピッチ送りされ、基板Ｗに供給された半導体チップ４が加圧治具３５の下方に位置決めされる。

ついで、上記加圧治具３５が下方へ駆動されて半導体チップ４を基板Ｗに実装するに要する加圧力よりも低い荷重で加圧保持する。その状態で、ステージ駆動源２５が作動してステージユニット９のステージ１１が矢印Ｘで示す方向へ駆動される。

ステージ１１が駆動されると、加圧ローラ１８の支軸１９がカム体２８の傾斜面２７にガイドされて上昇方向へ変位するから、加圧ローラ１８は基板Ｗの下面に外周面を圧接させるとともに、その圧接力を次第に増加させながら転動する。

それによって、上記半導体チップ４は基板Ｗに実装されるとともに、第１の実施の形態と同様、基板Ｗと半導体チップ４との間にボイドがあっても、そのボイドは上記加圧ローラ１８の移動に伴って半導体チップ４の端部から外部へ押し出されるから、基板Ｗと半導体チップ４との間からボイドが消失することになる。

しかも、基板Ｗに対する半導体チップ４の供給と実装を、それぞれ供給部３１と実装部３２とで並行して行なうことができるから、その分、タクトタイムを短縮して生産性の向上を図ることもできる。

上記各実施の形態では基板に半導体チップを実装するための実装荷重を得るために、加圧ローラをカム体によって上昇方向に変位させるようにしたが、加圧ローラはカム体を用いずに水平に走行させ、その加圧ローラの走行に応じて制御装置によってＸ・Ｙ・Ｚ駆動源のＺ方向の駆動を制御し、第１の実施の形態に示された供給ツールや第２の実施の形態に示された加圧治具を次第にＺ方向下方へ駆動する。

それによって、供給ツールや加圧治具によって半導体チップに加える加圧力を次第に増大させ、基板と半導体チップとの間に存在するボイドを半導体チップの端部から押し出すようにしてもよい。

また、ステージユニットのステージに２つの加圧ローラを設けるようにしたが、加圧ローラの数は２つに限らず、１つ或いは３つ以上であってもよい。

この発明の第１の実施の形態を示す実装装置の概略的構成図。 図１のｍ−ｍ線に沿う断面図。 ステージユニットのステージの平面図。 供給ツールによって半導体チップを基板に供給するときの説明図。 供給ツールによって基板に供給された半導体チップをステージを駆動して実装するときの説明図。 この発明の第２の実施の形態の実装装置を示す概略的構成図。

符号の説明

１…供給ツール、４…半導体チップ（電子部品）、６…制御装置、９…ステージユニット、１８…加圧ローラ、２５…ステージ駆動源、２７…傾斜面、２８…カム体、３１…供給部、３２…実装部、３４…保持用ステージ、３５…加圧治具。

Claims (8)

1. 電子部品を基板に実装する実装装置であって、
   基板の上面に上記電子部品を供給保持する供給ツールと、
   上記電子部品を上記供給ツールによって保持した状態で、上記基板の下面に外周面を圧接させながら転動して上記電子部品を上記基板の上面に実装する加圧ローラと
   を具備したことを特徴とする電子部品の実装装置。
2. 転動する上記加圧ローラが上記基板の下面に対して次第に強く圧接するようガイドするカム体を有することを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装装置。
3. 上記加圧ローラが上記基板の下面を転動するときに、上記供給ツールが上記基板に上記電子部品を加圧する加圧力を次第に増大させる制御手段を有することを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装装置。
4. 所定方向に搬送される基板に電子部品を実装する実装装置であって、
   上記基板の上面に供給ツールによって上記電子部品を供給する供給手段と、
   この供給手段よりも上記基板の搬送方向の下流側に配置され上記供給手段によって供給された上記電子部品を上記基板の上面に保持した状態で、上記基板の下面に外周面を圧接させながら加圧ローラを転動させて上記電子部品を上記基板に実装する実装手段と
   を具備したことを特徴とする電子部品の実装装置。
5. 上記基板の下面に上記加圧ローラを転動させるとき、上記基板の上面に供給された上記電子部品を加圧保持専用の加圧治具によって加圧保持すること特徴とする請求項４記載の電子部品の実装装置。
6. 電子部品を基板に実装する実装方法であって、
   基板の上面に上記電子部品を供給する工程と、
   供給された上記電子部品を保持した状態で、上記基板の下面に加圧ローラを外周面を圧接させながら転動させて上記電子部品を上記基板の上面に実装する工程と
   を具備したことを特徴とする電子部品の実装方法。
7. 上記電子部品を上記基板の上面に実装するとき、上記加圧ローラが上記基板の下面に加える加圧力を次第に増大させることを特徴とする請求項６記載の電子部品の実装方法。
8. 上記電子部品を上記基板の上面に実装するとき、上記電子部品に加える加圧力を次第に増大させながら、上記加圧ローラを外周面を上記基板の下面に圧接させて転動させながら水平に駆動することを特徴とする請求項６記載の電子部品の実装方法。

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