JP2013191669A - 電子部品実装ツール - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構成で、電子部品実装ツール表面を電子部品の実装に適した状態に維持する。
【解決手段】基体部１１と、半導体チップ３０を吸着するツール本体１２と、ツール本体１２の周囲を囲み、ツール本体１２が半導体チップ３０を吸着した際に、基体部１１の表面１１ａと半導体チップ３０との間に挟まれる着脱可能なスペーサ２０と、を含み、ツール本体１２の外形は、半導体チップ３０の外形よりも小さく、スペーサ２０の外形は半導体チップ３０の外形よりも大きく、スペーサ２０の半導体チップ３０に接する面は撥水性のテフロン（登録商標）膜２４ａで覆われていること、を特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品実装ツールの構造に関する。

キャリアテープやリードフレームなどの被実装部材にチップなどの電子部品を実装する実装方式には、この電子部品に形成されたバンプを下向きにして被実装部材の上面から実装するフリップチップ実装や被実装部材に形成されたインナリードに被実装部材の下面から電子部品を実装するインナリード実装などが知られている。

どちらの実装方式を行う実装装置であっても、被実装部材の一方の面を支持するステージと、被実装部材の他方の面に実装される電子部品を加圧する実装ツールを備えている。そして、被実装部材に電子部品を実装する際、被実装部材はステージツールに設けられたヒータによって加熱され、電子部品は実装ツールに設けられたヒータによって加熱され、電子部品は被実装部材に熱圧着されることになる。最近では、フリップチップ実装と、インナリード実装との両方を選択的に行うことができる実装装置も開発されている。

実装ツールとステージツールとで被実装部材にチップを熱圧着する実装装置では、実装を行うことで被実装部材に使用されている接着剤や被実装部材に付着した汚れが実装ツールの端面に付着する場合がある。実装ツールの端面に付着した汚れは、実装ツールが高温度に加熱されるため、早期に硬化するばかりか、実装を繰り返すことで堆積するということがある。そして、実装ツールの端面に硬化した汚れが堆積すると、実装ツールによって電子部品を被実装部材に実装する際、実装ツールによって電子部品を均一に押圧することができなくなるため、実装不良を招く場合がある。

そこで、被実装部材に対する電子部品の実装を所定回数、たとえば２００回程度行ったならば、実装ツールに堆積した汚れを研磨砥石によって研磨除去する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。また、熱圧着の際にツール表面に付着した溶融金属の除去を容易にするために、ツール表面にフッ素化合物を含有しためっき膜を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

更に、圧着ツールの表面にフッ素樹脂コーティングを施すと共に、圧着面の平面度を上げてはんだや樹脂が圧着ツールの表面に溶着することを抑制する方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００８−１４０９３１号公報 特開平５−２９１３６５号公報 特開２００４−３３５６２７号公報

特許文献３に記載された従来技術は、電子部品を実装する際に圧着ツールの表面に接着剤や溶融金属が付着することを抑制するものであるが、このような構成の圧着ツールを用いた場合でも、長時間連続して電子部品の実装を行った場合には、接着剤や溶融金属が圧着ツールの表面に付着してしまうため、特許文献１，２に記載された従来技術のように、圧着ツールの先端の研磨等を行って付着物を除去するクリーニングを行うことが必要となってくる。圧着ツールを電子部品実装装置から取り外してクリーニングを行う場合には、メンテナンスに時間がかかってしまい生産効率が低下してしまうという問題があった。

本発明は、簡便な構成で、電子部品実装ツール表面を電子部品の実装に適した状態に維持することを目的とする。

本発明の電子部品実装ツールは、電子部品を加熱押圧して被実装部材に実装する電子部品実装ツールであって、基体部と、基体部の被実装部材側表面から段状に突出し、その先端に電子部品を吸着するツール本体と、基体部のツール本体の周囲を囲み、ツール本体が電子部品を吸着した際に、その一部が基体部の被実装部材側表面と電子部品の表面との間に挟まれる着脱可能なスペーサと、を含み、ツール本体の外形は、電子部品の外形よりも小さく、スペーサの外形は電子部品の外形よりも大きく、スペーサの電子部品に接する面は撥水性材料で覆われていること、を特徴とする。

本発明の電子部品実装ツールにおいて、ツール本体及びスペーサを加熱するヒータを含み、スペーサは、ツール本体に取り付けられた状態でツール本体と共にボンディング温度まで加熱された際にスペーサの電子部品に接する面とツール本体の先端面とが略同一面となっていること、としても好適であるし、スペーサは、ツール本体と線膨張係数が略等しい部材で構成され、その厚さがツール本体の基体部の被実装部材側表面からの突出し高さと同一で有ること、としても好適である。

本発明の電子部品実装ツールにおいて、スペーサは、その内部に押圧方向に圧縮可能な弾性部材を有すること、としても好適であるし、スペーサは、一方の表面に撥水性材料をコーティングした２枚の板をコーティングした面が外側となるように押圧方向に圧縮可能な弾性部材と積層したこと、としても好適であるし、スペーサは、一方の表面に撥水性材料をコーティングした２枚の板をコーティングした面が外側となるようにばねによって押圧方向に接続したこと、としても好適である。

本発明は、簡便な構成で、電子部品実装ツール表面を電子部品の実装に適した状態に維持するができるという効果を奏する。

本発明の実施形態における電子部品実装ツールを示す断面図である。 図１に示す矢印Ａ−Ａから見た本発明の実施形態における電子部品実装ツールの平面図である 本発明の実施形態における電子部品実装ツールの動作を示す説明図である。 本発明の実施形態における電子部品実装ツールの動作を示す説明図である。 本発明の実施形態における電子部品実装ツールの動作を示す説明図である。 本発明の実施形態における電子部品実装ツールの動作を示す説明図である。 本発明の実施形態における電子部品実装ツールに用いられる他のスペーサを示す断面図である。 本発明の実施形態における電子部品実装ツールに用いられる他のスペーサを示す断面図である。 本発明の実施形態における電子部品実装ツールに用いられる更に別のスペーサを示す断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。以下、本発明の電子部品実装ツールをフリップチップボンディング装置に適用した場合について説明する。図１、図２に示すように、本実施形態の電子部品実装ツールは、電子部品である半導体チップ３０を加熱して被実装部材である基板４０の表面に接着剤あるいは充填材を介して押圧して接合するボンディングツール１０であって、四角形断面の基体部１１と、半導体チップ３０を吸着するツール本体１２と、基体部１１の半導体チップ側の表面１１ａと半導体チップ３０との間に挟みこまれるスペーサ２０とを備えている。

図２に示すように、基体部１１は、四角形断面であり、ツール本体１２は、基体部１１よりも小さい四角断面で、基体部１１の半導体チップ３０の側の表面１１ａから半導体チップ３０の方に向かって段状に突出している。基体部１１とツール本体１２とは窒化アルミやセラミック等の材料により一体に形成されている。ツール本体１２は一辺の長さがＤ_１の四角形であり、一辺の長さがＤ_１よりも大きい長さＤ_０の四角形の半導体チップ３０を吸着する。このため、ツール本体１２が半導体チップ３０を吸着すると、半導体チップ３０の外周面はツール本体１２の外側から長さｒ_１だけはみ出る。また、ツール本体１２の中心には、半導体チップ３０を真空吸着する吸着孔１４が設けられ、ツール本体１２の外周側の基体部１１には、スペーサ２０を真空吸着する吸着孔１３が設けられている。

図１、図２に示すように、スペーサ２０は一辺の長さがＤ_２の四角形で中央にツール本体１２と同様の一辺の長さがＤ_１の四角形の孔が設けられた四角環形状であり、その内周面がツール本体１２の外周面に嵌るように基体部１１の表面１１ａに真空吸着により着脱可能に取り付けられている。その外形寸法Ｄ_２は、半導体チップ３０の外形寸法Ｄ_０よりも大きくなっているので、ツール本体１２が半導体チップ３０を吸着すると、スペーサ２０の内周部分は、基体部１１の表面１１ａと半導体チップ３０との間に挟みこまれ、スペーサ２０の外周部分は、半導体チップ３０よりも長さｒ_０だけ外側にはみ出る。

図１に示すように、スペーサ２０は、２枚の金属板２１、２２の間に弾性部材である複数の金属製のコイルスプリング２５を溶接あるいはロウ付け等固定して積層したもので、各金属板２１，２２のばねの取り付けられない外面側には、例えば、テフロン（登録商標）膜２３ａ，２４ａなどの撥水性材料の膜がコーティングにより形成され、その表面が撥水性材料によって覆われるよう構成されている。コイルスプリング２５はスペーサ２０が押圧されると、その厚さが圧縮されるような弾性を有している。スペーサ２０に押圧荷重が加わらずスペーサ２０のコイルスプリング２５が伸びた状態（自由長さｈ_０の状態）では、全体の厚みは、ツール本体１２の基体部１１の表面１１ａからの段差よりも大きい。従って、図３に示すように、スペーサ２０を基体部１１の表面１１ａに吸着固定したのみの状態では、スペーサ２０の半導体チップ側の金属板２２、テフロン（登録商標）膜２４ａはツール本体１２の半導体チップ３０側の表面１２ａよりも半導体チップ３０側に向かって突出するようになる。

以上のように構成されたボンディングツール１０を用いて半導体チップ３０を基板４０の上にボンディングする動作について説明する。図３に示すように、初期状態では、ボンディングツール１０は基体部１１の表面１１ａにスペーサ２０が真空吸着され、スペーサ２０のコイルスプリング２５が自由長さｈ_０となっており、その半導体チップ側の端面は、ツール本体１２の表面１２ａから高さｄ_０だけ突出している。

図４に示すように、ツール本体１２の表面１２ａに半導体チップ３０を吸着すると、スペーサ２０のコイルスプリング２５は長さｈ_１に圧縮され、スペーサ２０の厚さは、ツール本体１２の基体部１１の表面１１ａからの段差と同一の厚さとなる。このため、ツール本体１２の表面１２ａとスペーサ２０の半導体チップ３０側のテフロン（登録商標）膜２４ａの表面とは同一面となる。半導体チップ３０の基板側の面の電極には、基板４０に形成されたバンプ４１と接合するバンプ３１が形成され、基板４０の表面には、半導体チップ３０を接着する接着剤４２あるいは、半導体チップ３０と基板４０との間の隙間を埋める充填材４３が塗布されている。

図５に示すように、ボンディングツール１０を降下させて半導体チップ３０の各バンプ３１を基板４０の各バンプ４１に押し付けて加熱押圧し、バンプ３１，４１を接合する。この際、接着剤４２、充填材４３は半導体チップ３０の表面と基板４０の表面との間に広がっていく。そして、図５に示すように、その一部は半導体チップ３０の外周面からはみ出してスペーサ２０の半導体チップ側のテフロン（登録商標）膜２４ａにも付着する。テフロン（登録商標）膜２４ａには半導体チップ３０の外周面からｗの幅で付着する。

図６に示すように、ボンディングツール１０を上昇させると、スペーサ２０のコイルスプリング２５は、再び自由長さｈ_０に戻り、その半導体チップ側の端面は、ツール本体１２の表面１２ａから突出する。スペーサ２０のテフロン（登録商標）膜２４ａの表面に付着した接着剤４２、充填材４３は、液体の状態であるので、テフロン（登録商標）膜２４ａの撥水性により、表面張力で球形の液滴４４となる。この液滴は、表面張力によって球形になる際にその中心が図５に示す半導体チップ３０の外周面からの幅ｗの中心位置、つまり、半導体チップ３０の外周面からの距離がｗ／２となる位置、を中心とした球形となる。このため、図６に示すように液滴４４の外表面は半導体チップ３０の外周面よりも長さＳ_０だけ外周側に寄った位置となる。この長さＳ_０は、ボンディングツール１０によって半導体チップ３０をボンディングする際の位置の誤差よりも大きいので、テフロン（登録商標）膜２４ａの表面に接着剤４２あるいは充填材４３の液滴４４が付着した状態で次の半導体チップ３０を吸着した場合でも、液滴４４の表面が半導体チップ３０の表面に触れることが無く、接着剤４２あるいは充填材４３がツール本体１２の表面１２ａあるいはテフロン（登録商標）膜２４ａと半導体チップ３０の表面３０ａとの間に回り込んでしまうことがない。このため、ボンディングツール１０の端面に硬化した汚れが堆積し、実装の際に半導体チップ３０を均一に押圧することができずボンディング不良を招くことを抑制することができる。

更に、スペーサ２０の表面に接着剤４２あるいは充填材４３などが回り込んで体積した場合には、スペーサ２０を真空吸着している吸着孔１４の真空を破壊することによって容易にスペーサ２０を取り外して汚れのないスペーサ２０に交換することができる。このため、本実施形態のボンディングツール１０は、容易にその表面を電子部品の実装に適した状態に維持することができる。

また、以上説明した実施形態では、ツール本体１２は四角形、スペーサ２０は四角環形状として説明したが、より具体的には、ツール本体１２は正方形で、スペーサ２０は正方角環状形状としてもよいし、ツール本体１２は長方形で、スペーサ２０は長方角環状形状としてもよい。また、ツール本体１２を多角形、スペーサ２０を多角環形状としてもよい。

先に図１から図６を参照して説明した実施形態では、スペーサ２０の金属板２１，２２の間に弾性部材である複数のコイルスプリング２５を取り付けて、その厚さが圧縮されるような弾性を有するように構成することとして説明したが、図７に示すように、複数の板ばね２６，２７をそれぞれ金属板２１，２２にねじなどの締結部材２９で固定し、板ばね２６，２７同士を別のねじ等の締結部材２８によって接合し、板ばね２６，２７を介して金属板２１，２２を積層するよう構成することとしてもよい。

また、図８に示すようにコイルスプリング２５の代わりに、耐高温性のゴムや樹脂などの弾性部材５０を金属板２１，２２の間に挟んで金属板２１，２２のコーティングした面が外側となるように耐高温性のゴムや樹脂などの弾性部材を積層するように構成してもよい。また、金属板２１，２２の表面を覆う撥水性材料は、テフロン（登録商標）膜に限られず、フッ素系の撥水材料を用いてもよい。更に、以上説明した実施形態では、本発明をフリップチップボンディング装置のボンディングツールに適用する場合について説明したが、インナリード実装を行う電子部品実装装置のボンディングツールにも適用できる。

また、図９に示すようにスペーサ２０は、フェライト系ステンレス製の板６０の両面にそれぞれテフロン（登録商標）膜２３ａ，２４ａをコーティングし、その厚みが基体部１１の表面１１ａとツール本体１２の表面１２ａとの段差と略同一の厚みとし、スペーサ２０が基体部１１の表面１１ａに吸着され、ボンディングツール１０に設けられたヒータによりボンディング可能温度に加熱された際に、スペーサ２０の表面とツール本体１２の表面１２ａとが略同一面となるようにしてもよいし、ツール本体１２と同一の窒化アルミやセラミックによって構成された一枚の板６０の両面にそれぞれテフロン（登録商標）膜２３ａ，２４ａをコーティングし、その厚みが基体部１１の表面１１ａとツール本体１２の表面１２ａとの段差と同一とし、ボンディングツール１０に設けられたヒータによりボンディング可能温度に加熱された際に、スペーサ２０の表面とツール本体１２の表面１２ａとが略同一面となるようにしてもよいし、スペーサ２０は、オーステナイト系ステンレス製の板６０の両面にそれぞれテフロン（登録商標）膜２３ａ，２４ａをコーティングし、その厚みが基体部１１の表面１１ａとツール本体１２の表面１２ａとの段差よりも少し薄くなるように構成し、スペーサ２０が基体部１１の表面１１ａに吸着され、ボンディングツール１０に設けられたヒータによりボンディング可能温度に加熱された際に、スペーサ２０の表面とツール本体１２の表面１２ａとが略同一面となるようにしてもよい。本実施形態では、ボンディング中にツール本体１２の温度が変化してもスペーサ２０の表面とツール本体１２の表面１２ａとが常に同一面となることから、先に説明した実施形態のコイルスプリング２５や、板ばね２６，２７、弾性部材５０などを用いなくとも半導体チップ３０を均一に押圧することができると共に、接着剤４２あるいは充填材４３がツール本体１２の表面１２ａあるいはテフロン（登録商標）膜２４ａと半導体チップ３０の表面３０ａとの間に回り込んでしまうことを抑制することができる。これにより、ボンディング不良を招くことを抑制することができる。

１０ ボンディングツール、１１ 基体部、１１ａ，１２ａ 表面、１２ ツール本体、１３，１４ 吸着孔、２０ スペーサ、２１，２２ 金属板、２３ａ，２４ａ テフロン（登録商標）膜、２５ コイルスプリング、２６，２７ 板ばね、２８，２９ 締結部材、３０ 半導体チップ、３１，４１ バンプ、４０ 基板、４２ 接着剤、４３ 充填材、４４ 液滴、５０ 弾性部材、６０ 板。

Claims (6)

1. 電子部品を加熱押圧して被実装部材に実装する電子部品実装ツールであって、
   基体部と、
   前記基体部の被実装部材側表面から段状に突出し、その先端に前記電子部品を吸着するツール本体と、
   前記基体部の前記ツール本体の周囲を囲み、前記ツール本体が前記電子部品を吸着した際に、その一部が前記基体部の前記被実装部材側表面と前記電子部品の表面との間に挟まれる着脱可能なスペーサと、を含み、
   前記ツール本体の外形は、前記電子部品の外形よりも小さく、
   前記スペーサの外形は前記電子部品の外形よりも大きく、
   前記スペーサの前記電子部品に接する面は撥水性材料で覆われていること、
   を特徴とする電子部品実装ツール。
2. 請求項１に記載の電子部品実装ツールであって、
   前記ツール本体及びスペーサを加熱するヒータを含み、
   前記スペーサは、前記ツール本体に取り付けられた状態で前記ツール本体と共にボンディング温度まで加熱された際に前記スペーサの前記電子部品に接する面と前記ツール本体の先端面とが略同一面となっていること、
   を特徴とする電子部品実装ツール。
3. 請求項１または２に記載の電子部品実装ツールであって、
   前記スペーサは、前記ツール本体と線膨張係数が略等しい部材で構成され、その厚さが前記ツール本体の前記基体部の被実装部材側表面からの突出し高さと同一で有ること、
   を特徴とする電子部品実装ツール。
4. 請求項１に記載の電子部品実装ツールであって、
   前記スペーサは、その内部に押圧方向に圧縮可能な弾性部材を有すること、
   を特徴とする電子部品実装ツール。
5. 請求項４に記載の電子部品実装ツールであって、
   前記スペーサは、一方の表面に撥水性材料をコーティングした２枚の板をコーティングした面が外側となるように押圧方向に圧縮可能な弾性部材と積層したこと、
   を特徴とする電子部品実装ツール。
6. 請求項１，４または５のいずれか１項に記載の電子部品実装ツールであって、
   前記スペーサは、一方の表面に撥水性材料をコーティングした２枚の板をコーティングした面が外側となるようにばねによって押圧方向に接続したこと、
   を特徴とする電子部品実装ツール。
   

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