JP2011009357A - 実装装置 - Google Patents

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Kimiyasu Nakamura
公保 中村
Yoshiyuki Sato
由行 佐藤
Kenji Koyae
健二 小八重
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

【課題】各種の電子部品チップに対応して簡単に製造されるブロックを有する実装装置を提供する。
【解決手段】ブロック２１の接触面２２は電子部品チップ３４に押し付けられる。ブロック２１は弾性体１９に貼り付けられる。ブロック２１の押し付けに基づき弾性体は弾性変形する。弾性体の弾性変形は電子部品チップ３４の姿勢のばらつきを吸収する。ブロック２１は均等な押し付け力で電子部品チップ３４を押し付ける。こうしたブロック２１の形成にあたって、弾性体１９に例えば１枚の板片が貼り付けられる。板片は、例えばダイシングブレードで形成される切れ込みに基づき個片に分断される。こうして１枚の板片から複数のブロック２１が簡単に形成される。切れ込みの幅や数が制御されれば、ブロック２１同士の間隔や接触面２２の輪郭の大きさは簡単に調整される。ブロック２１は様々な電子部品チップに対応することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えばパッケージ基板に電子部品チップをフリップチップ実装する実装装置に関する。
ＬＳＩ（大規模集積回路）チップパッケージでは、ＬＳＩチップはパッケージ基板の表面に例えばフリップチップ実装される。フリップチップ実装にあたって、大型のパッケージ基板の表面に樹脂製のアンダーフィル材が塗布される。ＬＳＩチップの裏面の導電バンプはパッケージ基板の表面の導電パッド上に配置される。このとき、複数のＬＳＩチップが同時にパッケージ基板上に配置される。ＬＳＩチップがパッケージ基板の表面に押し付けられると同時にアンダーフィル材は加熱される。アンダーフィル材の硬化に基づきＬＳＩチップはパッケージ基板に実装される。その後、パッケージ基板からＬＳＩチップパッケージの大きさに応じた小型のパッケージ基板が切り出される。
特開２００２−３２４８２１号公報 特開２００２−１１０７４４号公報 特開２００４−１１９５９４号公報
パッケージ基板へのＬＳＩチップの熱圧着にあたって、ＬＳＩチップの表面には圧着ブロックの下端が押し付けられる。押し付けにあたって個々の圧着ブロックは、ＬＳＩチップの表面に直交する上下方向に変位自在に例えば台座に支持される。圧着ブロックの上端には弾性体が受け止められる。台座の下降に基づき圧着ブロックの下端がＬＳＩチップ上に受け止められると、個々の圧着ブロックはＬＳＩチップに向かって所定の押し付け力を作用させることができる。こうした圧着ブロックのサイズや数はＬＳＩチップのサイズやＬＳＩチップ同士の間隔に応じて適宜変更されることが好ましい。
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、各種の電子部品チップに対応して簡単に製造されるブロックを有する実装装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、実装装置の一具体例は、弾性体と、上面で前記弾性体の下面に貼り付けられて前記弾性体の下面に沿って配列され、電子部品チップの上面に接触する平坦な接触面を下面に規定する複数の剛体のブロックとを備える。
以上のように開示の実装装置によれば、各種の電子部品チップに対応して簡単に製造されるブロックを有する。
本発明の第１実施形態に係る実装装置の構造を概略的に示す垂直断面図である。 図１の２−２線に沿った加圧ツールの下面図である。 支持ステージ上にパッケージ基板を配置する工程を概略的に示す断面図である。 パッケージ基板上に複数の電子部品チップを配置する工程を概略的に示す断面図である。 パッケージ基板の表面に向かって電子部品チップを押し付ける工程を概略的に示す断面図である。 弾性体上で板片に切り込みを形成する工程を概略的に示す断面図である。 弾性体上で板片に切り込みを形成する工程を概略的に示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る実装装置の一変形例の構造を概略的に示す垂直断面図である。 本発明の第１実施形態に係る実装装置の他の変形例の構造を概略的に示す垂直断面図である。 本発明の第１実施形態に係る実装装置の他の変形例の構造を概略的に示す垂直断面図である。 本発明の第２実施形態に係る実装装置の構造を概略的に示す垂直断面図である。 図１１の１２−１２線に沿った断面図である。 パッケージ基板の表面に向かって電子部品チップを押し付ける工程を概略的に示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る実装装置の一変形例の構造を概略的に示す水平断面図である。 図１４の１５−１５線に沿った垂直断面図である。
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る実装装置１１の構造を概略的に示す。この実装装置１１は、表面に平坦面１２を規定する支持ステージ１３を備える。平坦面１２は例えば水平面に平行に規定される。支持ステージ１３は例えば高熱伝導性を有する剛体の金属材料から形成される。支持ステージ１３内には例えば直管状のヒータ１４といった発熱体が組み込まれる。ヒータ１４は例えば平坦面１２に平行に延びる。ヒータ１４は発熱に基づき支持ステージ１３を加熱することができる。
実装装置１１は、支持ステージ１３の上方に配置される加圧ツール１５を備える。加圧ツール１５は加圧ヘッド１６を備える。加圧ヘッド１６は例えば高熱伝導性を有する剛体の金属材料から形成される。加圧ヘッド１６は、平坦面１２に直交する垂直方向に上下移動することができる。加圧ヘッド１６内には例えば直管状のヒータ１７といった発熱体が組み込まれる。ヒータ１７は例えば加圧ヘッド１６の下面に平行に延びる。ヒータ１７は発熱に基づき加圧ヘッド１６を加熱することができる。加圧ヘッド１６の下面は支持ステージ１３の平坦面１２に平行な平坦面で規定される。
加圧ツール１５は、加圧ヘッド１６の下面の輪郭から下方に突き出る支持爪１８で支持される弾性体１９を備える。弾性体１９は例えば平たい直方体形状に形成される。支持爪１８は、相互に平行に延びる弾性体１９の１対の側端に沿って延びる。支持爪１８の先端は弾性体１９の下面を受け止める。こうして弾性体１９の平坦な上面は加圧ヘッド１６の下面に密着する。弾性体１９は、例えばシリコーンゴムやフッ素ゴムといった耐熱性を有するゴムから形成される。こうした弾性体１９は加圧ツール１５の下方から目視で確認される。したがって、弾性体１９の変形や亀裂といった劣化の確認に基づき実装装置１１の管理者は弾性体１９の交換の適正なタイミングを確認することができる。
弾性体１９には平坦な下面に沿って配列される複数の加圧ブロック２１が固定される。加圧ブロック２１は例えば平たい直方体形状に形成される。加圧ブロック２１は、ステンレス鋼を含む金属材料やセラミックといった剛体から形成される。加圧ブロック２１は上面で弾性体１９の下面に貼り付けられる。貼り付けにあたって、例えば加圧および加熱に基づく溶着を利用した焼き付けや、例えばトリアジンチオール溶液に基づく結合を利用した化学的な結合が実現されればよい。
各加圧ブロック２１の平坦な下面には例えば矩形の接触面２２が規定される。接触面２２は共通の平面２３内に配置される。平面２３は平坦面１２に平行に規定される。接触面２２の輪郭は電子部品チップすなわち半導体チップの上面の輪郭に応じて設定される。図２を併せて参照し、加圧ブロック２１は等間隔で例えば３行６列に配列される。相互に隣接する加圧ブロック２１、２１同士の間隙の幅はすべて等しく設定される。加圧ブロック２１、２１同士の間隙の幅は半導体チップ同士の間隙に応じて設定される。
いま、実装装置１１でフリップチップ実装が実施される場面を想定する。図３に示されるように、支持ステージ１３の平坦面１２には大判のパッケージ基板３１が配置される。パッケージ基板３１の表面には予め所定の位置に導電パッド３２が形成される。導電パッド３２は例えば銅といった導電材料から形成される。銅の表面には金めっき膜やニッケルめっき膜が形成される。パッケージ基板３１の表面には、半導体チップの配置領域ごとに液状のアンダーフィル材３３が塗布される。アンダーフィル材３３には熱硬化性樹脂材料が用いられる。
図４に示されるように、パッケージ基板３１の各配置領域には半導体チップ３４が個別に配置される。半導体チップ３４の裏面には導電パッド３５が配列される。導電パッド３５は例えばパッケージ基板３１上の導電パッド３２に１対１で対応する。導電パッド３５は例えば銅といった導電材料から形成される。導電パッド３５上には導電バンプ３６が予め接合される。導電バンプ３６は例えば金といった導電材料から形成される。導電バンプ３６は導電パッド３２上に受け止められる。こうしてパッケージ基板３１の表面および半導体チップ３４の裏面の間にはアンダーフィル材３３が挟み込まれる。
その後、パッケージ基板３１上で加圧ツール１５が所定の位置に位置決めされる。加圧ツール１５は支持ステージ１３に向かって下降する。加圧ツール１５の下降は平坦面１２から所定の高さで停止する。図５に示されるように、半導体チップ３４の上面には加圧ブロック２１の接触面２２が受け止められる。加圧ブロック２１は半導体チップ３４に１対１で対応する。接触面２２の輪郭は半導体チップ３４の上面の輪郭よりひとまわり大きく規定される。こうして接触面２２は半導体チップ３４の上面の全面に受け止められる。加圧ツール１５の下降に基づき加圧ブロック２１は平坦面１２に向かって半導体チップ３４を押し付ける。
このとき、半導体チップ３４の導電バンプ３６は導電パッド３２に押し付けられる。押し付けに基づき導電パッド３２は例えばパッケージ基板３１内に向かって押し込まれる。こうして導電パッド３２は変形する。同時に、導電パッド３２への押し付けに基づき加圧ブロック２１は押し上げられる。押し上げに基づき弾性体１９は弾性変形する。弾性体１９は加圧ヘッド１６の下面との間で押し潰される。弾性体１９の弾性変形は、パッケージ基板３１の表面に対する半導体チップ３４の姿勢のばらつきを吸収する。こうして加圧ツール１５はパッケージ基板３１に向かって均等な押し付け力で半導体チップ３４を押し付けることができる。
このとき、ヒータ１４、１７は発熱する。ヒータ１４の熱は支持ステージ１３およびパッケージ基板３１からアンダーフィル材３３に伝達される。同時に、ヒータ１７の熱は弾性体１９、加圧ブロック２１および半導体チップ３４からアンダーフィル材３３に伝達される。その結果、アンダーフィル材３３の温度は上昇する。アンダーフィル材３３は硬化する。こうしてアンダーフィル材３３はパッケージ基板３１の表面に半導体チップ３４を固定する。固定後、加圧ツール１５は平坦面１２に直交する垂直方向に上昇する。その後、パッケージ基板３１から半導体チップごとに所定の大きさの半導体チップパッケージが切り出される。こうして半導体チップパッケージが製造される。
次に加圧ツール１５の製造方法を説明する。図６に示されるように、弾性体１９の下面に所定のサイズを規定する１枚の板片３７が貼り合わせられる。板片３７は加圧ブロック２１の材質から形成される。図７に示されるように、板片３７は、例えばダイシングブレード３８で形成される切れ込み４１に基づき個片に分断される。切れ込み４１は例えば格子状に形成される。こうして１枚の板片３７から複数の加圧ブロック２１が簡単に形成される。切れ込み４１の幅や数が制御されれば、加圧ブロック２１、２１同士の間隔や接触面２２の輪郭の大きさは簡単に調整される。様々な半導体チップ３４に対応した加圧ブロック２１が簡単に製造される。なお、ダイシングブレード３８の加工に代えてレーザ加工が実施されてもよい。
図８に示されるように、実装装置１１では、弾性体１９の下面に、相互に隣接する加圧ブロック２１、２１同士の間隙の幅を反映する幅を有する溝４２が形成されてもよい。こうした溝４２は、加圧ブロック２１の形成時、ダイシングブレード３８やレーザが弾性体１９まで食い込めばよい。食い込みに基づき弾性体１９には簡単に溝４２が形成される。こうした溝４２に基づき弾性体１９には加圧ブロック２１に個別に対応する弾性片１９ａが区画される。溝４２の働きで弾性片１９ａの弾性変形は個別に許容される。こうした弾性片１９ａは半導体チップ３４の姿勢変化を個別に吸収することができる。
図９に示されるように、加圧ツール１５では複数の加圧ブロック２１が１つの半導体チップ３４に対応してもよい。図１０に示されるように、各半導体チップ３４の上面に例えば７×７すなわち４９個の加圧ブロック２１が受け止められる。こうして複数の加圧ブロック２１が支持ステージ１３に向かって１つの半導体チップ３４を押し付けることができる。したがって、半導体チップ３４上面の輪郭の大きさが増減しても、半導体チップ３４の上面には複数の加圧ブロック２１が確実に受け止められる。こうした加圧ツール１５は各種の半導体チップ３４のフリップチップ実装に対応することができる。なお、弾性体１９の下面には前述の溝４２が形成されてもよい。
図１１は本発明の第２実施形態に係る実装装置１１ａの構造を概略的に示す。この実装装置１１ａでは、加圧ヘッド１６は、直方体形状のヘッド本体４５と、ヘッド本体４５の下面に取り付けられるベース板４６とを備える。ヘッド本体４５およびベース板４６は例えば高熱伝導性を有する剛体の金属材料から形成される。ヒータ１７はヘッド本体４５に組み込まれる。加圧ヘッド１６にはベース板４６の下面に沿って配列される複数の加圧ブロック４７が支持される。加圧ブロック４７は例えば直方体形状のブロック本体４８を備える。ブロック本体４８は前述の加圧ブロック２１と同様の材料で形成される。相互に隣接するブロック本体４８、４８同士の間隙の幅はすべて等しく設定される。ブロック本体４８、４８同士の間隙の幅は半導体チップ３４、３４同士の間隙に応じて設定される。
加圧ブロック４７は、各ブロック本体４８の上面に連結されるボルト４９を備える。ボルト４９の頭４９ａは、ヘッド本体４５の下面に形成される窪み５１内に個別に配置される。図１２を併せて参照し、頭４９ａの輪郭および窪み５１の輪郭は例えば共通の矩形に形成される。こうしてボルト４９の軸４９ｂの軸心回りにボルト４９の回転は規制される。軸４９ｂは、ベース板４６に形成される貫通孔５２内に配置される。頭４９ａは貫通孔５２の外側でベース板４６の上面に受け止められる。その結果、加圧ヘッド１６からボルト４９の脱落は規制される。軸４９ｂはブロック本体４８の上面のねじ孔５３にねじ込まれる。頭４９ａの上端と窪み５１の底面との間には所定の距離が確保される。その結果、ベース板４６の下面に直交する垂直方向に加圧ブロック４７の変位は許容される。
軸４９ｂの外周周りでブロック本体４８の上面およびベース板４６の下面の間には弾性体５４が個別に配置される。弾性体５４は前述の弾性体１９と同様の材料で形成される。ベース板４６の下面に直交する垂直方向に規定される弾性体５４の厚みは均一に設定される。隣接する弾性体５４、５４同士の間に所定の間隔が確保される。こうした間隔は、ベース板４６の下面に直交する垂直方向のブロック本体４８の変位に基づき最大限に弾性体５４が押し潰されても、隣接する弾性体５４、５４同士が相互に接触しない程度に設定される。こうした弾性体５４は加圧ツール１５の下方から目視で確認される。したがって、弾性体５４の変形や亀裂といった劣化の確認に基づき実装装置１１ａの管理者は弾性体５４の交換の適正なタイミングを確認することができる。
ブロック本体４８の平坦な下面には例えば矩形の接触面５５が規定される。接触面５５は共通の平面５６内に配置される。平面５６は平坦面１２に平行に規定される。接触面５５の輪郭は半導体チップ３４の上面の輪郭に応じて設定される。ブロック本体４８は半導体チップ３４に１対１で対応する。接触面５５の輪郭は半導体チップ３４の上面の輪郭よりひとまわり大きく規定される。こうして接触面５５は半導体チップ３４の上面の全面に受け止められる。その他、前述の実装装置１１と均等な構成や構造には同一の参照符号が付される。
いま、実装装置１１ａでフリップチップ実装が実施される場面を想定する。図１３に示されるように、半導体チップ３４の上面にはブロック本体４８の接触面５５が受け止められる。接触面５５は半導体チップ３４の上面の全面に受け止められる。加圧ツール１５の下降に基づきブロック本体４８は平坦面１２に向かって半導体チップ３４を押し付ける。ボルト４９の変位に基づきブロック本体４８は押し上げられる。ベース板４６の下面との間で弾性体５４は押し潰される。導電バンプ３６は所定の押し付け力で導電パッド３５に押し付けられる。その後、前述と同様に、アンダーフィル材３３の硬化に基づきパッケージ基板３１の表面に半導体チップ３４が固定される。
図１４に示されるように、実装装置１１ａでは、ベース板４６に例えば列方向に加圧ブロック４７の移動を案内する複数筋の案内溝６１が形成されてもよい。案内溝６１は相互に平行に延びる。案内溝６１は軸４９ｂを受け入れる。ここでは、１筋の案内溝６１に３つの加圧ブロック４７が配置される。図１５を併せて参照し、ヘッド本体４５の下面には頭４９ａの移動を許容する長溝６２が形成される。その他、前述の実装装置１１ａと均等な構成や構造には同一の参照符号が付される。
加圧ブロック４７が列方向に移動すると、列方向に相互に隣接する加圧ブロック４７、４７すなわちブロック本体４８、４８同士の間隔は変化する。こうした間隔の変化は、相互に隣接する半導体チップ３４、３４同士の間隔の変化に応じて調整されればよい。その結果、実装装置１１ａは半導体チップ３４、３４同士の間隔の変化に対応することができる。なお、加圧ブロック４７の移動時、ボルト４９は弛められればよい。こうして弾性体５４およびベース板４６の間には所定の隙間が確保されればよい。
以上の実施形態に関し出願人はさらに以下の付記を開示する。
（付記１） 弾性体と、
上面で前記弾性体の下面に貼り付けられて前記弾性体の下面に沿って配列され、電子部品チップの上面に接触する平坦な接触面を下面に規定する複数の剛体のブロックとを備えることを特徴とする実装装置。
（付記２） 付記１に記載の実装装置において、複数の前記ブロックの各接触面は共通の平面内に配置されることを特徴とする実装装置。
（付記３） 付記１または２に記載の実装装置において、前記弾性体の下面に形成されて、前記ブロック同士の間に規定される間隙の幅を反映する幅を有する溝を備えることを特徴とする実装装置。
（付記４） 付記１〜３のいずれか１項に記載の実装装置において、前記接触面に向き合う平坦面を規定する支持ステージを備えることを特徴とする実装装置。
（付記５） 付記４に記載の実装装置において、前記支持ステージに組み込まれて熱を発生させる発熱体を備えることを特徴とする実装装置。
（付記６） 付記１〜５のいずれか１項に記載の実装装置において、
下面で前記弾性体の上面に受け止められるヘッドと、
前記ヘッドに組み込まれて熱を発生させる発熱体とを備えることを特徴とする実装装置。
（付記７） ヘッドと、
前記ヘッドの下面に沿って配列されて前記ヘッドの下面に直交する垂直方向に変位自在に前記ヘッドに支持され、電子部品チップの上面に接触する平坦な接触面を下面に規定する複数の剛体のブロックと、
前記ヘッドおよび前記ブロックの間に個別に配置される弾性体とを備えることを特徴とする実装装置。
（付記８） 付記７に記載の実装装置において、複数の前記ブロックの各接触面は共通の平面内に配置されることを特徴とする実装装置。
（付記９） 付記７または８に記載の実装装置において、前記ヘッドに形成されて、前記ヘッドの下面に沿って１方向に前記ブロックの移動を案内する案内溝を備えることを特徴とする実装装置。
（付記１０） 付記７〜９のいずれか１項に記載の実装装置において、前記接触面に向き合う平坦面を規定する支持ステージを備えることを特徴とする実装装置。
（付記１１） 付記１０に記載の実装装置において、前記支持ステージに組み込まれて熱を発生させる発熱体を備えることを特徴とする実装装置。
（付記１２） 付記７〜１１のいずれか１項に記載の実装装置において、前記ヘッドに組み込まれて熱を発生させる発熱体を備えることを特徴とする実装装置。
１１、１１ａ 実装装置、１２ 平坦面、１３ 支持ステージ、１４ 発熱体、１６ ヘッド、１７ 発熱体、１９ 弾性体、２２ 接触面、２１ ブロック（加圧ブロック）、２３ 平面、３４ 電子部品チップ（半導体チップ）、４２ 溝、４８ ブロック（ブロック本体）、５４ 弾性体、５６ 平面、６１ 案内溝。

Claims (6)

  1. 弾性体と、
    上面で前記弾性体の下面に貼り付けられて前記弾性体の下面に沿って配列され、電子部品チップの上面に接触する平坦な接触面を下面に規定する複数の剛体のブロックとを備えることを特徴とする実装装置。
  2. 請求項１に記載の実装装置において、複数の前記ブロックの各接触面は共通の平面内に配置されることを特徴とする実装装置。
  3. 請求項１または２に記載の実装装置において、前記弾性体の下面に形成されて、前記ブロック同士の間に規定される間隙の幅を反映する幅を有する溝を備えることを特徴とする実装装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の実装装置において、前記接触面に向き合う平坦面を規定する支持ステージを備えることを特徴とする実装装置。
  5. 請求項４に記載の実装装置において、前記支持ステージに組み込まれて熱を発生させる発熱体を備えることを特徴とする実装装置。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の実装装置において、
    下面で前記弾性体の上面に受け止められるヘッドと、
    前記ヘッドに組み込まれて熱を発生させる発熱体とを備えることを特徴とする実装装置。
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