JP2016219552A - 電子部品搭載装置及び電子部品の搭載方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の低下を抑制すること。【解決手段】電子部品搭載装置は、配線基板を保持するステージと、ヘッド部１５と制御装置とを有している。ヘッド部１５は、半導体チップを保持する保持ツール２９と、保持ツール２９を加熱するヒータとを含み、ステージの上方に配設され、保持ツール２９を上下方向に移動する。制御装置は、保持ツール２９のチップ保持孔２９ａから気体を吸引して半導体チップを吸着保持し、その半導体チップの接続端子を配線基板のはんだバンプに押圧する。そして、ヒータにより保持ツール２９と半導体チップを介してはんだバンプを加熱する。そして、制御装置は、はんだバンプの溶融後に半導体チップの保持を、保持ツール２９のチップ保持孔２９ａから保持ツール２９と半導体チップとの間に気体を吐出して保持ツール２９に半導体チップを非接触にて保持する非接触保持へと切り替える。【選択図】図２

Description

電子部品搭載装置及び電子部品の搭載方法に関する。

半導体装置は、配線基板と、その配線基板に実装された半導体チップを含む。従来、半導体チップは、たとえばフリップチップ実装により配線基板に実装される。半導体チップには、はんだや金等のバンプが形成される。配線基板の接続パッドには、はんだバンプが形成される。真空吸着によりヘッドに吸着した半導体チップと配線基板とを互いに位置合せし、配線基板上に半導体チップを搭載する。そして、一括リフロー（マスリフロー：Mass Reflow）や個別リフロー（ローカルリフロー：Local Reflow）によって配線基板上のはんだを溶融し、配線基板に半導体チップを実装する（たとえば、特許文献１〜３参照）。

特開２００３−３１９９３号公報 特開２０１２−９４７２５号公報 国際公開第２０１２／０７３２８２号

ところで、一括リフローによる部品搭載の場合、半導体チップのサイズ等によって、接続不良が発生する虞がある。個別リフローによる部品搭載の場合、アライメント精度が搭載精度に影響し、位置ずれが生じる虞がある。これらは、半導体装置の信頼性の低下を招く。

本発明の一観点によれば、電子部品を配線基板に実装する電子部品搭載装置であって、ヒータと、前記配線基板を保持するステージと、前記電子部品を保持する保持ツールを含み、前記ステージの上方に配設され、前記保持ツールを上下方向に移動するヘッド部と、前記ヒータと前記ヘッド部を制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、前記保持ツールの流路から気体を吸引して吸着保持した前記電子部品の接続端子を前記配線基板のはんだバンプに押圧し、前記ヒータにより前記はんだバンプを加熱し、前記はんだバンプの溶融後に前記電子部品の保持を、前記保持ツールの前記流路から前記保持ツールと前記電子部品との間に気体を吐出して前記保持ツールに前記電子部品を非接触にて保持する非接触保持へと切り替えるようにした。

本発明の一観点によれば、信頼性の低下を抑制することができる。

（ａ）は電子部品搭載装置の平面図、（ｂ）は電子部品搭載装置の正面図。 ヘッド部の概略側面図。 電子部品搭載装置の電気的構成を示すブロック図。 半導体チップ及び配線基板の説明図。 カメラによる位置合せを説明する概略図。 部品搭載の工程を示す説明図。 部品搭載の工程を示す概略断面図。 部品搭載の工程を示す概略断面図。 部品搭載の工程を示す概略断面図。 部品搭載の工程を示す概略断面図。 比較例の工程を示す説明図。 （ａ）〜（ｄ）はマスリフロー工程を示す概略断面図。 （ａ），（ｂ）はローカルリフロー工程を示す概略断面図。

以下、一実施形態を説明する。
なお、添付図面は、理解を容易にするために構成要素を拡大して示している場合がある。構成要素の寸法比率は実際のものと、または別の図面中のものと異なる場合がある。また、断面図では、理解を容易にするために、一部の構成要素のハッチングを省略している場合がある。

図１（ａ）に示すように、電子部品搭載装置１０は、略直方体状に形成されたベース１１を有している。図１（ｂ）に示すように、ベース１１の下面には、複数の脚部１２が取着されている。ベース１１の上面には、Ｘ−Ｙステージ１３が固定されている。

Ｘ−Ｙステージ１３は、テーブル１３ａと、そのテーブル１３ａを移動する駆動機構１３ｂを有している。テーブル１３ａの上面には配線基板６０が載置される。テーブル１３ａは、配線基板６０を保持する。テーブル１３ａは、ヒータ機能を有し、上面に載置された配線基板６０を加熱する。

駆動機構１３ｂは、テーブル１３ａをＸ軸方向（図１（ａ）の上下方向）とＹ軸方向（図１（ａ）の左右方向）に移動する。また、駆動機構１３ｂは、テーブル１３ａをθ軸方向に移動（水平回転）する。たとえば、駆動機構１３ｂは、各軸（Ｘ軸，Ｙ軸，θ軸）のガイドレールとモータとを有している。モータは、たとえばサーボモータやステッピングモータである。駆動機構１３ｂは、Ｘ軸，Ｙ軸のモータ（出力軸）に連結されたボールねじを有している。テーブル１３ａは、ボールねじの正逆回転により、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に沿って移動する。また、テーブル１３ａは、θ軸のモータにより正逆回転する。

また、ベース１１の上面には、門形のフレーム１４が架設されている。このフレーム１４の側面（図１（ｂ）において前面）１４ａには、ヘッド部１５が取着されている。ヘッド部１５は、保持ツール２９を有している。

また、ベース１１の上面には、チップテーブル１６と、チップ搬送用ロボット１７が固定されている。なお、図１（ｂ）ではチップ搬送用ロボット１７は省略されている。チップテーブル１６の上面には半導体チップ５０が載置される。半導体チップ５０は、配線基板６０に搭載する電子部品の一例である。チップ搬送用ロボット１７は、チップテーブル１６上のチップを、ヘッド部１５に搬送する。そして、電子部品搭載装置１０は、保持ツール２９にて半導体チップ５０を保持し、その半導体チップ５０を配線基板６０に実装する。

ここで、対象となる電子部品(半導体チップ)と配線基板を説明する。
図４は、半導体チップ５０と、その半導体チップ５０が実装される配線基板６０の一部を示している。半導体チップ５０は、配線基板６０に実装される電子部品の一例である。

半導体チップ５０は、チップ本体５１と、チップ本体５１の１つの面(図４において下面)に配設された複数のバンプ５２とを有している。チップ本体５１は、たとえば、シリコン基板やサファイア基板上に形成された素子及び配線を有している。これらの素子及び配線が形成された面を素子形成面とする。複数のバンプ５２は、チップ本体５１の素子形成面に形成されている。

チップ本体５１としては、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）チップやＧＰＵ（Graphics Processing Unit）チップなどのロジックチップを用いることができる。また、チップ本体５１としては、たとえばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）チップ、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）チップやフラッシュメモリチップなどのメモリチップを用いることもできる。

バンプ５２の形状は、たとえば円柱などの柱状である。バンプ５２の材料としては、たとえば銅（Ｃｕ）や金（Ａｕ）などの金属である。なお、バンプ５２をはんだバンプとしてもよい。はんだバンプの材料としては、たとえば、すず（Ｓｎ）と金（Ａｕ）の合金、Ｓｎと銅（Ｃｕ）の合金、Ｓｎと銀（Ａｇ）の合金、ＳｎとＡｇとＣｕの合金等を用いることができる。

配線基板６０は、基板本体６１を有している。基板本体６１は、たとえば、コア基板６１ａと、コア基板６１ａの上面の配線層６１ｂとを含むコア付きビルドアップ基板である。コア基板６１ａは、たとえば銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の基板、基板の表面に形成された絶縁膜、基板を貫通する貫通電極、等を有している。なお、コア基板６１ａの基板としてセラミック等の絶縁基板を用いることもでき、その場合には基板表面の絶縁膜を有していなくてもよい。

配線層６１ｂは、たとえば絶縁層と配線層とを交互に積層した多層構造であり、配線層は絶縁層に形成されたビアによって接続される。配線層やビアの材料としては、たとえば銅や銅合金を用いることができる。絶縁層の材料としては、たとえばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの絶縁性樹脂、又はこれら樹脂にシリカやアルミナ等のフィラーを混入した樹脂材を用いることができる。

基板本体６１の上面には配線層６２とソルダレジスト層６３が形成されている。基板本体６１の下面には配線層６４とソルダレジスト層６５が形成されている。配線層６２，６４の材料としては、たとえば銅（Ｃｕ）を用いることができる。

なお、基板本体６１は、配線層６２と配線層６４とを相互に電気的に接続する構造を有していれば十分である。このため、基板本体６１の内部には配線層が形成されていてもよく、配線層が形成されていなくてもよい。また、基板本体６１に、コア基板を有さないコアレス基板等を用いることができる。

ソルダレジスト層６３は、基板本体６１の上面を覆うように設けられている。ソルダレジスト層６３は、配線層６２の一部を露出する開口部６３ａを有している。ソルダレジスト層６３の材料としては、たとえばエポキシ樹脂やアクリル樹脂などの絶縁性樹脂を用いることができる。

開口部６３ａにより露出する配線層６２の表面には表面処理層６６が形成されている。この表面処理層６６は、開口部６３ａにより露出して電子部品を接続するパッドとして機能する。なお、表面処理層６６を形成しない場合、開口部６３ａから露出する配線層６２がこのパッドとして機能する。

ソルダレジスト層６５は、基板本体６１の下面を覆うように設けられている。ソルダレジスト層６５は、配線層６４の一部を露出する開口部６５ａを有している。ソルダレジスト層６５の材料としては、たとえばエポキシ樹脂やアクリル樹脂などの絶縁性樹脂を用いることができる。

開口部６５ａにより露出する配線層６４上には表面処理層６７が形成されている。この表面処理層６７は、この配線基板６０を他の基板（たとえばマザーボード）に接続するパッドとして機能する。なお、表面処理層６７を形成しない場合、開口部６５ａから露出する配線層６４がこのパッドとして機能する。

表面処理層６６，６７は、金属層やＯＳＰ（Organic Solderability Preservative）膜などの導電性を有する膜である。金属層としては、金（Ａｕ）層や、ニッケル（Ｎｉ）層／Ａｕ層（配線層６２上にＮｉ層とＡｕ層をこの順番で積層した金属層）や、Ｎｉ層／パラジウム（Ｐｄ）層／Ａｕ層（配線層６２上にＮｉ層とＰｄ層とＡｕ層をこの順番で積層した金属層）などを挙げることができる。これらＮｉ層、Ａｕ層、Ｐｄ層としては、例えば無電解めっき法により形成された金属層（無電解めっき金属層）を用いることができる。また、上記Ａｕ層はＡｕ又はＡｕ合金からなる金属層、上記Ｎｉ層はＮｉ又はＮｉ合金からなる金属層、上記Ｐｄ層はＰｄ又はＰｄ合金からなる金属層である。ＯＳＰ膜は、開口部６３ａ，６５ａから露出する配線層６２，６４上にＯＳＰ処理などの酸化防止処理を施して形成した膜である。

表面処理層６６上には、はんだバンプ６８が形成されている。はんだバンプ６８の材料としては、たとえば、すず（Ｓｎ）と金（Ａｕ）の合金、Ｓｎと銅（Ｃｕ）の合金、Ｓｎと銀（Ａｇ）の合金、ＳｎとＡｇとＣｕの合金等の導線性材料を用いることができる。はんだバンプ６８は、たとえば、表面処理層６６上に載置したはんだボールや塗布したはんだペーストをリフロー処理することにより形成される。はんだボールとしては、樹脂や金属の核の表面を導電性材料により被覆した球状体を用いることができる。

はんだボールを用いた場合、複数のはんだバンプ６８の高さ、ボリューム（はんだの量）を均一にすることができる。このことは、はんだバンプ６８を用いた半導体チップ５０の実装における歩留まりや信頼性の向上を可能とする。

表面処理層６７には、この配線基板６０をマザーボード等の実装基板に実装する際に使用される外部接続端子としてはんだバンプ（図示略）が設けられる。なお、外部接続端子として、はんだボール、リードピン、スタッドバンプ、等を用いることもできる。

半導体チップ５０の素子形成面（図では、下面）に配設されたバンプ５２と、配線基板６０に形成されたはんだバンプ６８とを互いに接合することにより、半導体チップ５０は、配線基板６０の配線層６２と電気的に接続される。つまり、半導体チップ５０は、配線基板６０にフリップチップ実装される。なお、以下の説明において、半導体チップ５０と配線基板６０に含まれる一部の部材について符号を省略することがある。

次に、上記の半導体チップ５０を保持するヘッド部１５を説明する。
図２に示すように、ヘッド部１５のベース２１は、フレーム１４の側面１４ａ（図１（ｂ）において前面）に固定されている。ベース２１の下面２１ａには、Ｚ軸モータ２２が取着されている。Ｚ軸モータ２２は、たとえばサーボモータである。Ｚ軸モータ２２（出力軸）はボールねじ２３に連結されている。このボールねじ２３は、昇降ベース２４に螺入されている。

昇降ベース２４は、フレーム１４の側面に固定されたガイド２５により支持されている。ガイド２５は、昇降ベース２４を上下動可能かつ回動不能に支持する。Ｚ軸モータ２２の駆動によりボールねじ２３が正逆回転する。たとえば、ボールねじ２３の正回転によりガイド２５に支持された昇降ベース２４が上方向に移動し、ボールねじ２３の逆回転により昇降ベース２４が下方向に移動する。

昇降ベース２４の下端には、ロードセル２６が取着されている。ロードセル２６は、Ｚ軸方向（上下方向）の伸縮に応じた値（レベル）の信号を出力する。たとえば、図４に示す半導体チップ５０（電子部品）を配線基板６０のはんだバンプ６８に押圧するとき、半導体チップ５０が配線基板６０（はんだバンプ６８）から受ける反力により縮む。ロードセル２６は、この圧縮力（反力）に応じた値の信号を出力する。つまり、ロードセル２６は、電子部品（半導体チップ５０）の実装における荷重に応じた信号を出力する。

ロードセル２６の下面には、断熱部材２７が取着されている。断熱部材２７の下面には、ツール吸着部２８が取着されている。
ツール吸着部２８には、チップ保持孔２８ａとツール吸着孔２８ｂが形成されている。チップ保持孔２８ａとツール吸着孔２８ｂは、流路の一例である。チップ保持孔２８ａとツール吸着孔２８ｂは、たとえばツール吸着部２８を上下方向に貫通して形成されている。

ツール吸着部２８の下には、保持ツール２９が配設されている。ツール吸着部２８のツール吸着孔２８ｂは、後述する真空ポンプ３３により気体が吸引される。したがって、ツール吸着孔２８ｂ内は負圧となり、この負圧により、ツール吸着部２８は、保持ツール２９を吸着保持する。

また、ツール吸着部２８は、ヒータ機能を有している。ツール吸着部２８は、たとえばセラミックヒータを含む。断熱部材２７は、ツール吸着部２８からロードセル２６への熱伝導を遮断する。

保持ツール２９は、たとえばベルヌーイチャックである。保持ツール２９には、チップ保持孔２９ａが形成されている。チップ保持孔２９ａは流路の一例である。チップ保持孔２９ａは、後述する真空ポンプ３４により負圧に設定される。この負圧により、保持ツール２９は、電子部品（図４に示す半導体チップ５０）を吸着保持する。

また、チップ保持孔２９ａは、後述する給気ポンプ３５により供給されるエアーにより正圧に設定される。チップ保持孔２９ａは、給気ポンプ３５により供給されるエアーを、保持ツール２９の下面にそって放射状に吐出するように形成されている。この吐出するエアーにより生じるベルヌーイ効果によって、保持ツール２９は電子部品（図４に示す半導体チップ５０）を非接触保持する。なお、保持ツール２９の下面２９ｂの中央部には、給気ポンプ３５により供給されるエアーにより真空域が生じる。これにより、電子部品を保持する。このような電子部品の保持はベルヌーイ吸着と呼ばれることがある。

次に、電子部品搭載装置１０の電気的構成を説明する。
図３に示すように、電子部品搭載装置１０は制御装置３１を有している。
制御装置３１には、チップ搬送用ロボット１７、Ｘ−Ｙステージ１３、Ｚ軸モータ２２、ロードセル２６、カメラ３２、真空ポンプ３３、真空ポンプ３４、給気ポンプ３５、切替バルブ３６、ヒータ３７が接続されている。

制御装置３１は、チップ搬送用ロボット１７を制御し、図１（ａ）に示すチップテーブル１６上の半導体チップ５０をヘッド部１５へ搬送する。そして、制御装置３１は、真空ポンプ３４によるエアー吸引にて、半導体チップ５０を図２に示す保持ツール２９に吸着保持する。

制御装置３１は、カメラ３２により図４に示す半導体チップ５０と配線基板６０を撮影した画像データに基づいてＸ−Ｙステージ１３を制御し、半導体チップ５０に対して配線基板６０を位置合せする。

図５に示すように、カメラ３２は、たとえば２視野カメラ（矢印にて視野方向を示す）であり、水平方向（図５において左右方向）に移動する。制御装置３１は、カメラ３２を、保持ツール２９に保持された半導体チップ５０と、Ｘ−Ｙステージ１３に保持された配線基板６０との間に対して挿入及び抜出する。

制御装置３１は、カメラ３２を半導体チップ５０と配線基板６０との間に挿入する。カメラ３２は、上方の半導体チップ５０を撮影した画像データと、下方の配線基板６０を撮影した画像データとを制御装置３１に出力する。制御装置３１は、２つの画像データに基づいて、Ｘ−Ｙステージ１３を制御し、半導体チップ５０に対して配線基板６０を位置合せする。たとえば、制御装置３１は、２つの画像データを画像処理し、半導体チップ５０と配線基板６０の相対的な位置ずれ（Ｘ軸，Ｙ軸，θ軸のずれ量）を検出し、その検出結果に基づいて位置ずれを少なくするようにＸ−Ｙステージ１３を制御する。そして、制御装置３１は、半導体チップ５０と配線基板６０の間からカメラ３２を抜出する。

図３に示す制御装置３１は、Ｚ軸モータ２２を制御し、図４に示す半導体チップ５０のバンプ５２を配線基板６０のはんだバンプ６８に押圧する。
ロードセル２６は、Ｚ軸方向、つまり配線基板６０に対する電子部品の押圧方向に沿った荷重に応じた信号を出力する。制御装置３１は、ロードセル２６の出力信号に基づいて、電子部品（図４に示す半導体チップ５０）における荷重（押圧力）を検出する。制御装置３１は、検出した荷重に基づいて、電子部品（半導体チップ５０）における押圧状態、はんだバンプ６８の状態（溶融）を判定する。そして、制御装置３１は、判定結果に基づいて、Ｘ−Ｙステージ１３，Ｚ軸モータ２２，切替バルブ３６等を制御する。この制御の詳細については後述する。

真空ポンプ３３は、図２に示すツール吸着部２８のツール吸着孔２８ｂに接続されている。制御装置３１は、真空ポンプ３３を駆動し、ツール吸着部２８に保持ツール２９を真空吸着により保持する。制御装置３１は、保持ツール２９の交換時に真空ポンプ３３を停止する。

真空ポンプ３４は、切替バルブ３６を介して図２に示すツール吸着部２８のチップ保持孔２８ａに接続されている。チップ保持孔２８ａは、図３に示す切替バルブ３６を介して給気ポンプ３５に接続されている。

図２に示すように、ツール吸着部２８のチップ保持孔２８ａは、保持ツール２９のチップ保持孔２９ａと連通している。したがって、保持ツール２９のチップ保持孔２９ａは、図３に示す切替バルブ３６を介して真空ポンプ３４または給気ポンプ３５に接続される。

制御装置３１は、切替バルブ３６を制御し、図２に示す保持ツール２９に対して、真空ポンプ３４によるエアー吸引と、給気ポンプ３５によるエアーの供給とを制御する。給気ポンプ３５は、たとえばヒータ機能を有し、供給するエアーの温度を調整する。たとえば、給気ポンプ３５は、熱風（ホットエアー）を図２に示す保持ツール２９に供給する。

制御装置３１は、エアー吸引により、保持ツール２９に電子部品（図４に示す半導体チップ５０）を吸着保持する。たとえば、制御装置３１は、チップ搬送用ロボット１７により搬送した半導体チップ５０を、保持ツール２９にて保持する。また、制御装置３１は、エアー供給により、保持ツール２９に半導体チップ５０を非接触保持する。つまり、半導体チップ５０は、保持ツール２９の下面２９ｂから離間し、その下面２９ｂから所定の間隔にて保持される。したがって、半導体チップ５０は、保持ツール２９の上下動に応じて上下方向に移動する。また、半導体チップ５０は、保持ツール２９の下面２９ｂに沿って水平方向の自由な移動が可能になる。

制御装置３１は、ヒータ３７をオンオフ制御する。ヒータ３７は、図２に示すツール吸着部２８に含まれる。オンされたヒータ３７は発熱する。ヒータ３７の熱は、図２に示すツール吸着部２８に吸着保持された半導体チップ５０（図４参照）へと伝達する。さらに、その半導体チップ５０のバンプ５２が押圧されたはんだバンプ６８へと伝わり、はんだバンプ６８が溶融する。

図６は、部品搭載において制御装置３１（図３参照）が実施する処理の流れを示す。
図６において、横軸は時間である。なお、図６は、半導体チップ５０を配線基板６０（はんだバンプ６８）に対して押圧した後を示している。なお、図６では、電子部品搭載装置等の部材について示していないが、各部材について、関連する図に示す符号を用いて説明する。

すなわち、制御装置３１は、半導体チップ５０を真空吸着にて保持ツール２９に吸着保持する。したがって、半導体チップ５０は、水平方向に固定され、移動しない。
また、制御装置３１は、半導体チップ５０を所定の押圧力にて配線基板６０のはんだバンプ６８に押圧するよう、Ｚ軸モータ２２を制御する。したがって、制御装置３１は、検出圧力として、半導体チップ５０を配線基板６０に押圧した圧力（圧力大）を検出する。

制御装置３１は、時刻ｔ１において、ヒータ３７をオンする。オンしたヒータ３７の発熱により、配線基板６０のはんだバンプ６８が加熱される。なお、ヒータ３７をオンするタイミングは、この時刻ｔ１に限定されない。たとえば、半導体チップ５０を降下させるとき、アライメント直後またはアライメント中にヒータ３７をオンしてもよい。

固体（固相状態）のはんだバンプ６８が液体（液相状態）に変化する、つまりはんだバンプ６８が溶融するとき、半導体チップ５０の押圧力に対するはんだバンプ６８の反力が低下する。したがって、検出圧力が低下する（圧力小）。制御装置３１は、この検出圧力の低下により、はんだバンプ６８の溶融を判定する（時刻ｔ２）。たとえば、制御装置３１は、ロードセル２６の出力信号に基づく検出圧力、または検出圧力と設定値との比較結果に基づいて、はんだバンプ６８の溶融を判定する。

たとえば、ロードセル２６の出力信号の値は、荷重に基づきロードセル２６における圧縮方向の変化に応じて大きくなり、伸張方向の変化に応じて小さくなる。制御装置３１は、ロードセル２６の出力信号の値に基づいて荷重の大きさを検出する。そして、制御装置３１は、検出した荷重の大きさとメモリ等に記憶した設定値とを比較し、所望の荷重にて電子部品を配線基板６０のはんだバンプ６８（図８参照）に押圧する。また、制御装置３１は、検出した荷重が所定の値まで減少したとき（またはしきい値より検出荷重が小さくなったとき）にはんだバンプ６８が溶融したと判定する。

たとえば、制御装置３１は、１つの電子部品の搭載開始時（図３に示すチップ搬送用ロボット１７から受け取った電子部品を搭載するとき）において検出した荷重を初期値とし、その初期値からの変化量（差分値）を検出荷重とする。

そして、制御装置３１は、はんだバンプ６８が溶融（はんだが液体状態となる）すると、半導体チップ５０の保持方法を、吸着保持（真空吸着）から非接触保持（ベルヌーイ吸着）に変更する。制御装置３１は、図３に示す切替バルブ３６を制御し、給気ポンプ３５によりエアーを図２に示す保持ツール２９に供給する。

また、制御装置３１は、Ｚ軸モータ２２を制御し、保持ツール２９の高さを制御する。保持ツール２９は、非接触保持にて半導体チップ５０を保持する。したがって、制御装置３１は、半導体チップ５０の高さを制御する。たとえば、制御装置３１は、ロードセル２６の出力信号に基づいて、検出圧力が所定値となるように、Ｚ軸モータ２２を駆動制御する。

そして、制御装置３１は、保持状態を切り替えてから所定時間（たとえば、３秒）経過後の時刻ｔ３において、ヒータ３７をオフする。
そして、制御装置３１は、はんだバンプ６８が固体（固相状態）になると、処理を終了する（時刻ｔ４）。

次に、上記の電子部品搭載装置１０の作用を説明する。
図７に示すように、保持ツール２９のチップ保持孔２９ａから図３に示す真空ポンプ３４によりエアー吸引することにより、保持ツール２９に半導体チップ５０を吸着保持する。この状態において、図５に示すようにカメラ３２を用いて半導体チップ５０に対して配線基板６０を位置合わせする。

図８に示すように、保持ツール２９に吸着保持した半導体チップ５０を下降させ、半導体チップ５０のバンプ５２により、配線基板６０のはんだバンプ６８を押圧する。この押圧力は、図３に示すロードセル２６により荷重として検出される。検出した荷重により、バンプ５２とはんだバンプ６８との接触、押圧が検出される。したがって、過大な押圧力によりはんだバンプ６８を押しつぶすことはない。

次いで、ヒータ３７（図３参照）をオンし、保持ツール２９及び半導体チップ５０を介してはんだバンプ６８を加熱する。そして、図３に示すロードセル２６による検出荷重に基づいて、はんだバンプ６８の溶融を判定し、半導体チップ５０の保持状態を、吸着保持（真空吸着）から非接触保持（ベルヌーイ吸着）へと切り替える。

図９に示すように、非接触保持において、保持ツール２９に供給されるエアーは、矢印にて示すように、保持ツール２９の下面に沿って放射状に噴出される。半導体チップ５０の上面が保持ツール２９の下面から僅かに離間する。この離間により、半導体チップ５０と保持ツール２９との間の摩擦抵抗は無い。したがって、半導体チップ５０は、水平方向（図９において左右方向及び表裏方向）において自由に移動する。そして、半導体チップ５０のバンプは、溶融したはんだバンプ６８の表面張力によりはんだバンプ６８（表面処理層６６）に対応する位置に引き込まれる、所謂セルフアライメントされる。したがって、図７，図８に示すように、半導体チップ５０のバンプ５２に対して配線基板６０のはんだバンプ６８の位置がずれていても、セルフアライメントによりはんだバンプ６８（表面処理層６６）の位置にバンプ５２が引き込まれる。このため、半導体チップ５０に対する配線基板６０の位置合わせにおいて、高精度な位置合せを行う必要がない。言い換えれば、図３に示すＸ−Ｙステージ１３に精度が低い安価なステージを用いることができる。

ヒータ３７をオフしてはんだバンプ６８を硬化させる。配線基板６０は、図１（ａ）に示すＸ−Ｙステージ１３に吸着保持されている。これにより、リフローによる配線基板６０の反り等の変形が抑制される。このはんだバンプ６８が硬化するまで、保持ツール２９により半導体チップ５０を非接触保持する。したがって、半導体チップ５０は、配線基板６０と平行に保持される。したがって、半導体チップ５０の浮き上がり等によって配線基板６０に対して半導体チップ５０が傾いて固定されることがない。これにより、バンプ５２とはんだバンプ６８との接触不良の発生が抑制される。

また、制御装置３１は、非接触保持にて保持ツール２９に半導体チップ５０を保持するとともに、Ｚ軸モータ２２を制御して半導体チップ５０の高さを制御する。たとえば、制御装置３１は、ロードセル２６の出力信号に基づいて、半導体チップ５０の荷重を所定値とするように、Ｚ軸モータ２２を制御する。これにより、半導体チップ５０の高さを制御することで、はんだバンプ６８の形状（フィレット等）を制御し、良好な接続状態が得られる。また、半導体チップ５０が降下してはんだバンプ６８が潰れた状態で硬化するのを防ぐ。

図１０に示すように、硬化したはんだバンプ６８によって配線基板６０上に半導体チップ５０が実装される。このように、上記の処理により、配線基板６０に半導体チップ５０を実装した半導体装置が得られる。

次に、比較例を説明する。なお、比較例の説明において、上記実施形態と同じ符号を用いて説明する。
図１２（ａ）〜（ｄ）は、一括リフロー（マスリフロー）の処理の概略を示す。

先ず、図１２（ａ）に示すように、吸着ツール１００により、半導体チップ５０を吸着保持（真空吸着）する。次いで、図１２（ｂ）に示すように、半導体チップ５０を配線基板６０上に載置する。この半導体チップ５０及び配線基板６０をリフロー炉に搬入し、一括してはんだバンプ６８を溶融する。その後、図１２（ｃ）に示すように、リフロー炉より取り出された配線基板６０は、溶融されたはんだバンプ６８が冷却され固体化することにより、半導体チップ５０が配線基板６０上に実装される。

しかし、このリフロー方法では、リフロー炉に搬送する際に半導体チップ５０の位置ずれや半導体チップ５０が配線基板６０上から落下するおそれがある。また、図１２（ｄ）に示すように、半導体チップ５０が配線基板６０に対して傾いた状態ではんだバンプ６８が固化する場合がる。この場合、一部のバンプ５２がはんだバンプ６８から離間する、つまり接続不良となる。なお、リフロー炉において、配線基板６０に反り等の変形が発生する場合がある。この場合も図１２（ｄ）に示す状態と同様に、接続不良が発生する場合がある。

図１３（ａ），（ｂ）は、個別リフロー（ローカルリフロー）の処理の概略を示す。
先ず、図１３（ａ）に示すように、吸着ツール１００により、半導体チップ５０を吸着保持（真空吸着）する。次いで、図１３（ｂ）に示すように、半導体チップ５０のバンプ５２を配線基板６０のはんだバンプ６８に押圧し、はんだバンプ６８を加熱溶融した後、吸着を解除する。すると、配線基板６０の伸びや半導体チップ５０に生じる反り等によって、はんだバンプ６８が潰れて固化する場合がある。この場合、配線基板６０に対する半導体チップ５０の実装強度が得られない場合がある。また、はんだバンプ６８がつぶれによって側方に突出し、隣のはんだバンプ６８と接触する短絡不良が発生する場合がある。

図１１は、真空吸着にてはんだバンプ６８が固化するまで半導体チップ５０を吸着保持した場合の処理を示す。
この場合、半導体チップ５０は、真空吸着により吸着ツール１００（図１３（ａ）参照）に保持される。そして、この保持状態のまま、はんだバンプ６８が固化する。このため、半導体チップ５０と配線基板６０とを高い精度にて位置合せする必要がある。このように高い精度にて位置合せを行うステージは高価である。また、位置合せに時間が掛かるため、製造工程におけるスループットの低下を招き、製造コストがかかる。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）電子部品搭載装置１０は、配線基板６０を保持するＸ−Ｙステージ１３と、ヘッド部１５と制御装置３１とを有している。ヘッド部１５は、半導体チップ５０を保持する保持ツール２９と、保持ツール２９を加熱するヒータ３７とを含み、Ｘ−Ｙステージ１３の上方に配設され、保持ツール２９を上下方向に移動する。

制御装置３１は、保持ツール２９の流路から気体を吸引して吸着保持した半導体チップ５０のバンプ５２を配線基板６０のはんだバンプ６８に押圧し、ヒータ３７により保持ツール２９と半導体チップ５０を介してはんだバンプ６８を加熱する。そして、制御装置３１は、はんだバンプ６８の溶融後に半導体チップ５０の保持を、保持ツール２９の流路から保持ツール２９と半導体チップ５０との間に気体を吐出して保持ツール２９に半導体チップ５０を非接触にて保持する非接触保持へと切り替える。

非接触保持にて保持ツール２９に保持された半導体チップ５０は、保持ツール２９によって配線基板６０と平行に保持される。したがって、半導体チップ５０の浮き上がり等によって配線基板６０に対して半導体チップ５０が傾いて固定されることがない。これにより、バンプ５２とはんだバンプ６８との接触不良の発生が抑制され、信頼性の低下を抑制することができる。

（２）非接触保持にて保持ツール２９に保持された半導体チップ５０は、保持ツール２９の下面２９ｂに沿って、つまり水平方向に自由な移動が可能である。このため、半導体チップ５０のバンプは、溶融したはんだバンプ６８の表面張力によりはんだバンプ６８（表面処理層６６）に対応する位置に引き込まれる、所謂セルフアライメントされる。このため、半導体チップ５０に対する配線基板６０の位置合わせにおいて、高精度な位置合せを行う必要がない。言い換えれば、図３に示すＸ−Ｙステージ１３に精度が低い安価なステージを用いることができる。

（３）ヘッド部１５はロードセル２６を有している。制御装置３１は、ロードセル２６の出力信号に基づいて、半導体チップ５０に加わる荷重を検出する。制御装置３１は、検出した荷重に基づいて、半導体チップ５０のバンプ５２を配線基板６０のはんだバンプ６８に押圧する。これにより、半導体チップ５０のバンプ５２を、配線基板６０のはんだバンプ６８に対して確実に押圧することができる。

（４）制御装置３１は、ロードセル２６の出力信号に基づいて、はんだバンプ６８の溶融を判定し、はんだバンプ６８の溶融後に電子部品の保持を吸着保持から非接触保持へと切り替えるようにした。非接触保持では、保持ツール２９から気体（ホットエアー）を吐出するため、余分な力が半導体チップ５０に付与されたり、吐出する気体により半導体チップ５０の位置ずれが生じたりする虞がある。これに対し、本実施形態では、はんだバンプ６８の溶融後に吸着保持から非接触保持へと切り替えることで、半導体チップ５０に対する余分な負荷等が加わることや位置ずれを抑制することができる。

（５）制御装置３１は、半導体チップ５０の保持を非接触保持に切り替えた後、ロードセル２６の出力信号に基づいて保持ツールの高さを制御する。これにより、半導体チップ５０の高さを制御することで、はんだバンプ６８の形状（フィレット等）を制御し、良好な接続状態が得られる。また、半導体チップ５０が降下してはんだバンプ６８が潰れた状態で硬化するのを防ぎ、短絡等の発生を抑制することができる。

（６）ヘッド部１５は、真空ポンプ３３に接続されたツール吸着孔２８ｂを有するツール吸着部２８を含む。ツール吸着部２８は、保持ツール２９を真空吸着により吸着保持する。したがって、電子部品に応じてその電子部品を保持する保持ツール２９を容易に交換することができる。

尚、上記各実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記実施形態では、ロードセル２６の出力信号に基づいてはんだバンプ６８の溶融を判定して半導体チップ５０の保持状態を吸着保持から非接触保持に切り替えるようにした。これに対し、はんだバンプ６８の溶融を判定して所定時間（たとえば１秒）経過した後に半導体チップ５０の保持状態を切り替えるようにしてもよい。また、制御装置３１にタイマ機能を含め、ヒータ３７をオンしてからの経過時間を計測し、所定時間経過後に半導体チップ５０の保持状態を切り替えるようにしてもよい。予め加熱の開始からはんだバンプ６８が溶融するまでの時間を計測して所定時間として制御装置３１に記憶する。このようにしても、上記実施形態と同様の効果が得られる。

・上記実施形態では、給気ポンプ３５から熱風を保持ツール２９に供給したが、温度を調整可能としてもよい。たとえば、ヒータ３７をオフした後に冷風を供給することで、はんだバンプ６８を短時間で固化することができる。

・上記実施形態に対し、Ｘ−Ｙステージ１３とヘッド部１５の移動を適宜変更してもよい。たとえば、ステージをＸ軸とＹ軸とに移動し、ヘッド部１５においてＺ軸の移動とθ軸の移動（回転）を行うようにしてもよい。また、図１（ａ）において、ヘッド部１５をフレーム１４に沿って水平方向（図１（ａ）の左右方向）に移動し、ステージをフレーム１４と直交する方向（図１（ａ）の上下方向）とθ軸とに移動する。

・配線基板６０と半導体チップ５０との間に封止樹脂（アンダーフィル樹脂）が充填されるものがある。封止樹脂は、たとえば、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂である。封止樹脂は、バンプ５２とはんだバンプ６８との接続部分の接続強度を向上させる。また、封止樹脂は、配線基板６０の配線パターンの腐食やエレクトロマイグレーションの発生を抑制し、信頼性の低下を防ぐ。このため、上面に封止樹脂が塗布された配線基板を用いて、その配線基板に半導体チップ５０を実装するようにしてもよい。

・上記実施形態において、給気ポンプ３５により保持ツール２９に供給する気体を、たとえば不活性ガスとしてもよい。
・上記実施形態において、ヒータ３７を含むヘッド部１５としたが、ヒータ３７は、配線基板６０のバンプ６８を加熱できればよく、ヘッド部１５に含まれなくてもよい。たとえば、熱風を吐出するヒータを用いて、はんだバンプ６８を直接加熱するようにしてもよい。なお、ヒータにより、配線基板６０のはんだバンプ６８と半導体チップ５０のバンプ５２を加熱するようにしてもよい。

１０ 電子部品搭載装置
１３ ステージ
１５ ヘッド部
２８ ツール吸着部
２９ 保持ツール
３１ 制御装置
３７ ヒータ
５０ 半導体チップ（電子部品）
５２ バンプ（接続端子）
６０ 配線基板
６８ はんだバンプ

Claims (9)

1. 電子部品を配線基板に実装する電子部品搭載装置であって、
   ヒータと、
   前記配線基板を保持するステージと、
   前記電子部品を保持する保持ツールを含み、前記ステージの上方に配設され、前記保持ツールを上下方向に移動するヘッド部と、
   前記ヒータと前記ヘッド部を制御する制御装置と、
   を有し、
   前記制御装置は、前記保持ツールの流路から気体を吸引して吸着保持した前記電子部品の接続端子を前記配線基板のはんだバンプに押圧し、前記ヒータにより前記はんだバンプを加熱し、前記はんだバンプの溶融後に前記電子部品の保持を、前記保持ツールの前記流路から前記保持ツールと前記電子部品との間に気体を吐出して前記保持ツールに前記電子部品を非接触にて保持する非接触保持へと切り替えるようにしたこと、
   を特徴とする電子部品搭載装置。
2. 前記保持ツールは、該保持ツールの下面に沿って前記気体を放射状に吐出し、前記下面の中央部に真空域を生じさせて前記電子部品を非接触にて保持するものであること、を特徴とする請求項１に記載の電子部品搭載装置。
3. 前記ヘッド部は、前記電子部品に加わる荷重を検出する荷重検出センサを有し、
   前記制御装置は、前記荷重検出センサの出力信号に基づいて、前記電子部品の接続端子を前記配線基板のはんだバンプに押圧するようにしたこと、
   を特徴とする請求項１または２に記載の電子部品搭載装置。
4. 前記制御装置は、前記荷重検出センサの出力信号に基づいて、前記はんだバンプの溶融を判定し、前記はんだバンプの溶融後に前記電子部品の保持を前記吸着保持から前記非接触保持へと切り替えるようにしたこと、
   を特徴とする請求項３に記載の電子部品搭載装置。
5. 前記制御装置は、タイマ機能を有し、前記ヒータをオンしてからの経過時間を計測し、その計測結果に基づいて、設定時間経過後に前記電子部品の保持を前記吸着保持から前記非接触保持へと切り替えるようにしたこと、
   を特徴とする請求項３に記載の電子部品搭載装置。
6. 前記制御装置は、前記電子部品の保持を非接触保持に切り替えた後、前記荷重検出センサの出力信号に基づいて前記保持ツールの高さを制御すること、
   を特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の電子部品搭載装置。
7. 前記ヘッド部は、前記保持ツールを吸着保持するツール吸着部を有すること、を特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子部品搭載装置。
8. 前記ヒータは前記ヘッド部に含まれ、
   前記ヒータにより前記保持ツールと前記電子部品を介して前記はんだバンプを加熱すること、
   を特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電子部品搭載装置。
9. 電子部品を配線基板に実装する電子部品の搭載方法であって、
   前記配線基板を保持するステージの上方に配置されたヘッド部の保持ツールに、前記保持ツールの流路から気体を吸引して前記電子部品を吸着保持し、
   前記ステージに保持した前記配線基板のはんだバンプに前記電子部品の接続端子を押圧し、
   ヒータにより前記はんだバンプを加熱し、
   前記はんだバンプの溶融後に前記電子部品の保持を、前記保持ツールの前記流路から前記保持ツールと前記電子部品との間に気体を吐出して前記保持ツールに前記電子部品を非接触にて保持する非接触保持へと切り替えるようにしたこと、
   を特徴とする電子部品の搭載方法。