JP2017011137A - 加圧加熱冷却装置及びフリップチップ実装装置並びにフリップチップ実装方法及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却の際の熱収縮による接合への影響を最小限とした加圧加熱冷却装置及びフリップチップ実装方法及び半導体装置の提供。【解決手段】第１位置決め移動手段１０と、上下方向に位置決め移動される移動部２０と、第２固定部３１及び第２可動部３２を備える第２位置決め移動手段３０と、上下方向に位置決め移動されるヘッド部４０と、ヘッド部の下端位置の基準となる下死点規定部材２１と、第３固定部５１及び第３可動部５２を備える第３位置決め移動手段５０と、部品を下面に保持するツール４２と、ツールを支持する支持部４１と、ツールを冷却する冷却手段４４と、ツールを加熱する加熱部４３と、を具備する。第３位置決め移動手段５０の第３固定部５１は、第３位置決め移動手段５０によりツール４２に当接又は離間するように移動自在であり、第２位置決め移動手段３０は、ヘッド部４０を下死点規定部材２１に対して所定加重で下方向に向かって当接する。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、フリップチップ実装を行うためのフリップチップ実装装置のヘッド部に適用して好適な加圧加熱冷却装置及びフリップチップ実装装置並びにフリップチップ実装方法及び該実装方法により製造された半導体装置に関する。

半導体の組み立てには ＬＳＩ端子配列がＰｅｒｉｐｈｅｒａｌ配置の場合 主に金線を用いたワイヤーボンディング（以下、ＷＢ実装），Ａｒｅａ配置においてはＣ４（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｏｌｌａｐｓｅ Ｃｈｉｐ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）に代表されるフリップチップ実装（以下、ＦＣ実装）が用いられている。

しかし、近年の高速信号化で信号波形の乱れやすいＷＢ実装ではＬＳＩの性能に支障をきたす場合もあり、ＦＣ実装化の要求が高まっている。

Ｃ４実装では、Ａｒｅａ端子配置でピッチが１３０μｍ以上でないと適用できないことからピッチ１００μｍ以下の端子を持つＬＳＩの実装にはカメラによる位置合わせ・加圧・加熱・冷却機能を併せ持つフリップチップ実装機（以下、ＦＣ−Ｂｏｎｄｅｒ）を用いた半田、金−Ｓｎなどの接合を行うＦＣ実装が行われている（特許文献１、図６参照）。

しかしながら、Ｃ４で用いるマウンター及びリフロー炉の機能を併せ持つＦＣ−Ｂｏｎｄｅｒは高価であることから、高い生産性が求められている。従って、急速な加熱・冷却による所要時間の短縮が必要である。

上記の対策として、加圧前においては ヒーターのホルダーに凹部を設け、ホルダーへの熱の逃げを防ぎ加熱時間の短縮を図る提案がされている（特許文献１、図１〜４参照）。

また、Ｈｉｇｈ−Ｋ材，Ｌｏｗ−Ｋ材など複合素材化しつつあるＬＳＩにダメージを与えないことの重要性が高まりつつある。

特開平１１−１３５５７３号公報

しかしながら、従来のＦＣ−Ｂｏｎｄｅｒのヘッド構造（ヒーター＋ツール一体型：特許文献１、図６参照）では 冷却時にヒーターとツールを冷却することで ＬＳＩを介して接合部の半田や接着剤を冷却することから、冷却時間が長くなると同時に、次回の加熱時にはヒーターは冷却状態から加熱をする必要があり、処理時間の短縮が難しい状況であった。

また、加熱後、冷却する際に、ツールやセラミックブロック体が熱収縮することにより接合ギャップが大きくなり、接合部に引張り応力がかかり、場合によっては、はんだ接合部が破壊されるという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑み、加熱・冷却サイクルを短縮でき、冷却の際の熱収縮による接合品質への影響を最小限とした加圧加熱冷却装置及びフリップチップ実装装置並びにフリップチップ実装方法及び該実装方法により製造された半導体装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、第１固定部及び第１可動部を備える第１位置決め移動手段と、前記第１位置決め移動手段の前記第１可動部に設けられて上下方向に位置決め移動される移動部と、前記移動部に設けられ、第２固定部及び第２可動部を備える第２位置決め移動手段と、前記第２位置決め移動手段の前記第２可動部に設けられ、上下方向に位置決め移動されるヘッド部と、前記第２位置決め移動手段の前記第２固定部に設けられ、前記ヘッド部の下端位置の基準となる下死点規定部材と、前記ヘッド部に設けられ、第３固定部及び第３可動部を備える第３位置決め移動手段と、前記ヘッド部に設けられ、部品を下面に保持するツールと、前記ヘッド部に設けられ、前記ツールを支持する支持部と、前記ヘッド部に設けられ、前記ツールを冷却する冷却手段と、前記ヘッド部に設けられ、前記ツールを加熱する加熱部と、を具備し、前記第３位置決め移動手段の前記第３固定部は、前記支持部に固定され、前記加熱部は、前記第３可動部に固定され、前記第３位置決め移動手段により前記ツールに当接又は離間するように移動自在であり、前記第２位置決め移動手段は、前記ヘッド部を前記下死点規定部材に対して所定加重で下方向に向かって当接するように設定可能である、ことを特徴とする加圧加熱冷却装置にある。

かかる態様では、ヘッド部は第２位置決め移動手段により下死点規定部材に対して所定荷重で当接し支持され且つ下死点規定部材への当接位置より下方への移動が規制され、この状態で加熱部でのツールの加熱を行うことができ、部品の下方のギャップを変化させることなく、部品の加圧加熱冷却を行うことができる。また、加熱後、冷却時には加熱部をツールから離間させることができるので、冷却を促進することができ、且つ加熱部は予熱状態で待機させることができる。

本発明の第２の態様は、前記第２位置決め移動手段は、ボイスコイルモーター又はアクチュエータであることを特徴とする第１の態様の加圧加熱冷却装置にある。

かかる態様では、ヘッド部を下死点規定部材に対して所定荷重で当接し支持する状態を比較的容易に実現することができる。

本発明の第３の態様は、前記第３位置決め移動手段は、ボイスコイルモーター又はアクチュエータであることを特徴とする第１又は２の態様の加圧加熱冷却装置にある。

かかる態様では、加熱部のツールへの当接又は離間を省スペースで比較的容易に実現することができる。

本発明の第４の態様は、前記冷却手段は、気体噴射による冷却装置であることを特徴とする第１〜３の何れかの態様の加圧加熱冷却装置にある。

かかる態様では、スペースを取らずにツールの冷却を行うことができる。

本発明の第５の態様は、前記ヘッド部の下端部に前記ツールが固定され、前記ヘッド部の前記下死点規定部材との当接面は前記ツールの下面と略面一であることを特徴とする第１〜４の何れかの態様の加圧加熱冷却装置にある。

かかる態様では、ヘッド部の下方への移動位置を規定する下死点規定部材より下方には部品のみとなるので、ツール及び支持部の熱膨張収縮による部品の下方への移動は可支部規定部材により規制されるので、ツール及び支持部の熱膨張収縮により部品が移動するのを防止することができる。

本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様の加圧加熱冷却装置を具備することを特徴とするフリップチップ実装装置にある。

かかる態様では、ヘッド部は第２位置決め移動手段により下死点規定部材に対して所定荷重で当接されたフロート状態で支持され且つ下死点規定部材への当接位置より下方への移動が規制され、この状態で加熱部でのツールの加熱を行うことができ、部品の下方のギャップを変化させることなく、部品の加圧加熱冷却を行い、フリップチップ実装を行うことができる装置が実現できる。また、加熱後、冷却時には加熱部をツールから離間させることができるので、冷却を促進することができ、且つ加熱部は予熱状態で待機させることができるので、実装サイクルの短縮を図ることができる。

本発明の第７の態様は、第１固定部及び第１可動部を備える第1位置決め移動手段と、前記第１位置決め移動手段の前記第１可動部に設けられて上下方向に位置決め移動される移動部と、前記移動部に設けられ、第２固定部及び第２可動部を備える第２位置決め移動手段と、前記第２位置決め移動手段の前記第２可動部に設けられ、上下方向に位置決め移動されるヘッド部と、前記第２位置決め移動手段の前記第２固定部に設けられ、前記ヘッド部の下端位置の基準となる下死点規定部材と、前記ヘッド部に設けられ、第３固定部及び第３可動部を備える第３位置決め移動手段と、前記ヘッド部に設けられ、部品を下面に保持するツールと、前記ヘッド部に設けられ、前記ツールを支持する支持部と、前記ヘッド部に設けられ、前記ツールを冷却する冷却手段と、前記ヘッド部に設けられ、前記ツールを加熱する加熱部と、を具備し、前記第３位置決め移動手段の前記第３固定部は、前記支持部に固定され、前記加熱部は、前記第３可動部に固定され、前記第３位置決め移動手段により前記ツールに当接又は離間するように移動自在であり、前記第２位置決め移動手段は、前記ヘッド部を前記下死点規定部材に対して所定加重で下方向に向かって当接するように設定可能である、フリップチップ実装装置を用い、実装基板に実装する実装部品を前記ツールに保持する保持工程と、前記第２位置決め移動手段により前記ヘッド部を前記下死点規定部材に所定荷重で下方に向かって当接された状態に設定する当接工程と、前記第１位置決め移動手段で前記移動部を前記下死点規定部材が所定の位置となるまで下降させ、前記実装基板の端子と前記実装部品の端子とをバンプを介して当接させ且つ前記ヘッド部が前記下死点規定部材から上方に所定距離だけ離間して状態とする下降工程と、前記下降工程の後、前記第３位置決め移動手段により前記ツールに当接させた状態の前記加熱部により前記実装部品を加熱する加熱工程と、前記加熱工程により前記実装基板の端子と前記実装部品の端子とをバンプが溶融して前記ヘッド部が前記下死点規定部材に当接した状態となる溶融工程と、前記溶融工程の後、前記第３位置決め移動手段により前記加熱部を前記ツールから離間すると共に前記冷却手段により前記実装部品を冷却する冷却工程と、前記冷却工程の後、前記ツールによる前記実装部品の保持を解除すると共に前記第１位置決め移動手段により前記移動部を上昇させて前記ヘッド部を前記実装部品を実装した実装基板から離間させる上昇工程と、を実施することを特徴とするフリップチップ実装方法にある。

かかる態様では、ヘッド部を第２位置決め移動手段により下死点規定部材に対して所定荷重で当接された状態で支持し且つ下死点規定部材への当接位置より下方への移動を規制した状態で、実装基板の端子と実装部品の端子とをバンプを介して当接させ、ヘッド部は下死点規定部材から上方に所定距離だけ離間した状態とし、第３位置決め移動手段によりツールに当接させた状態の加熱部により実装部品を加熱することにより、実装基板の端子と実装部品の端子との間のバンプが溶融し、ヘッド部が下降するが、下死点規定部材に当接した位置で停止し、所定のギャップが維持されて実装することができる。また、加熱後、加熱部を離間した状態で冷却できるので、実装サイクルの冷却時間を短縮することができ、また、加熱部は予熱状態で待機させることができる。

本発明の第８の態様は、前記下降工程が、前記実装基板の端子と前記実装部品の端子とが前記バンプを介して当接するまで前記移動部を下降させる第１下降工程と、前記第１下降工程の後、前記ヘッド部が前記下死点規定部材に当接した状態において、前記実装基板の端子と前記実装部品の端子とのギャップが所定の大きさになるように前記下死点規定部材の位置が所定位置になるまで前記移動部を下降させる第２下降工程と、からなることを特徴とする第７の態様のフリップチップ実装方法にある。

かかる態様では、実装基板の端子と実装部品の端子とがバンプを介して当接するまで移動部を下降させた後、精密に移動させてギャップの調整を行うことにより、下降工程の時間を短縮することができる。

本発明の第９の態様は、前記加熱工程より前に、前記第３位置決め移動手段により前記加熱部を前記ツールに当接させて予備加熱する予備加熱工程を実施する、ことを特徴とする第７又は８の態様のフリップチップ実装方法にある。

かかる態様では、予備加熱工程を実行することにより、実装サイクルの短縮を行うことができる。

本発明の第１０の態様は、前記バンプは、前記実装基板の端子に設けられたはんだバンプであることを特徴とする第７〜９の何れかの態様のフリップチップ実装方法にある。

かかる態様では、はんだバンプを有する実装基板に実装部品を実装することができる。

本発明の第１１の態様は、第７〜１０の何れかの態様のフリップチップ実装方法により製造されたことを特徴とする半導体装置にある。

一実施形態の加圧加熱冷却装置を備えたフリップチップ実装装置を模式的に示す図。 フリップチップ実装装置の動作を示す要部拡大図。 フリップチップ実装装置の動作を示す要部拡大図。 フリップチップ実装装置の動作を示す要部拡大図。 フリップチップ実装装置の動作を示す要部拡大図。 ツール温度、ツール位置、及び荷重の状態を示すタイミングチャート。

図１は、一実施形態の加圧加熱冷却装置を備えたフリップチップ実装装置を模式的に示す図である。図１に示すように、例えば、ボールネジ移動機構を用いた第１位置決め移動手段１０を具備し、第１位置決め移動手段１０は、第１固定部１１と第１可動部１２とを具備し、モーター１３によりボールネジである第1固定部１１を回転駆動することにより、ナット部である第１可動部１２が、第１固定部１１に対して上下方向に位置決め移動自在となっている。

第１可動部１２には、移動部２０が固定され、移動部２０は第１可動部１２と共に上下方向に位置決め移動自在となっている。

移動部２０は、例えば、ボイスコイルモーター（以下、ＶＣＭという）を用いた第２位置決め移動手段３０を具備し、第２位置決め移動手段３０は、第１可動部１２に固定された第２固定部３１と、第２固定部３１に対して上下方向に位置決め移動自在となる第２可動部３２とを具備する。ここで、第２固定部３１には、詳細は後述するが、第２可動部３２の最下端移動位置を規定する下死点規定部材２１が設けられている。

第２可動部３２の下端には、ヘッド部４０が設けられている。ヘッド部４０は、第２可動部３２に固定された支持部４１と、支持部４１の下端部に支持されるツール４２と、支持部４１に設けられた第３位置決め移動手段５０と、ツール４２を加熱する加熱部４３と、ツール４２を空気や窒素などを噴射する気体噴射による冷却装置である冷却手段４４とを具備する。

ここで、支持部４１は、第３位置決め移動手段５０及び加熱部４３を囲むように設けられ、下端部にツール４２が固定されている。支持部４１の内部に設けられた第３位置決め移動手段５０は、例えば、ボイスコイルモーター（以下、ＶＣＭという）であり、第３固定部５１と第３可動部５２とからなり、第３固定部５１が支持部４１に固定され、第３可動部５２は、第３固定部５１に対して位置決め移動自在となっている。また、第３可動部５２には加熱部４３が固定され、加熱部４３は、支持部４１に固定された第３固定部５１に対して位置決め移動自在となっている。この結果、加熱部４３は、支持部４１に設けられたツール４２に当接又は離間するように移動自在となっている。

ツール４２は、実装部品６０を保持する機構を備え、本実施形態では、真空吸着により実装部品６０を吸着保持できるようになっており、真空引きのための通路４２ａは、図示しない真空ポンプなどの吸引手段に接続されている。なお、実装部品６０の保持機構はこれに限定されず、静電吸着などを採用してもよい。

ツール４２は、支持部４１の下端部に設けられ、支持部４１の下面とツール４２の下面とは略同位置になるようになっている。実際には、支持部４１の下面よりツール４２の下面の方が若干下方に突出するように構成しているが、これは実装部品６０を確実に吸着保持するためのクリアランスを確保するためである。よって、このような目的でツール４２の下面が支持部４１の下面より若干突出している場合も含め、両者の下面が略同位置であるという。勿論、詳細は後述するが、ツール４２の熱膨張収縮による実装への影響が許容されるようであれば、支持部４１の下面にツール４２を設け、ツール４２全体が支持部４１の下面より下側に突出するようにしてもよい。

また、下死点規定部材２１の下死点規定面２１ａには、本実施形態では、支持部４１の下面が当接するようになっている。これにより、第２可動部３２に固定されたヘッド部４０は、支持部４１の下面が下死点規定面２１ａに当接した位置より下方には移動できないようになっている。下死点規定面２１ａと当接するのは、後述する熱膨張収縮による実装への影響を最低限とするためには、ツール４２の下面と同一位置となるのがよいが、略同位置となる支持部４１の下面と当接するようにしている。

ここで、第１位置決め移動手段１０は、第１可動部１２と共に移動部２０を上下方向に位置決め移動できるようになっているが、第１位置決め移動手段１０は、第１固定部１１に対する第１可動部１２の位置を検知する図示しない位置センサを具備すると共に、第１可動部１２の下方への移動に対して下方から作用する力を検知する図示しないロードセルを具備する。具体的には、第１位置決め移動手段１０は、第１可動部１２を下方に位置決め移動する際には、移動部２０の下端である実装部品６０が下方の実装基板等に当接して所定荷重以上の作用を検出するまで移動させる高速制御を行うことができる。また、下死点規定部材２１の下死点規定面２１ａの位置が所定位置となるように精密に位置決め移動する精密制御を行うことができる。

なお、第１位置決め移動手段１０は、ボールネジ機構によるものを例示したが、これに限定されず、エアシリンダー、オイルシリンダーなど空気などの気体やオイルなどの液体によって駆動されるアクチュエータ機構によるもの、又はボイスコイルモーターなどを採用してもよく、特に限定されるものではない。ボイスコイルモーターを用いるのが、小型化、精度等の面で好ましい。

また、第２位置決め移動手段３０及び第３位置決め移動手段５０を構成するボイスコイルモーターは、例えば、第２固定部３１及び第３固定部５１が、磁石を内蔵するヨークから構成され、第２可動部３２及び第３可動部５２が、コイルから構成され、磁石により形成される磁場の中に存在するコイルへの通電電流を制御することにより、コイルを位置決め移動できるように構成されている。なお、ボイスコイルモーターには、ヨークとコイルが作る磁場の中で可動部となる磁石が移動するタイプもあり、その構成は特に限定されない。

また、第２位置決め移動手段３０及び第３位置決め移動手段５０は、第２固定部３１又は第３固定部５１に対する第２可動部３２又は第３可動部５２の位置を検出する図示しない位置検出センサを具備しており、第２可動部３２又は第３可動部５２が位置決め移動可能となっている。

さらに、第２位置決め移動手段３０は、第２可動部３２に作用する力を検出するロードセル３３を具備し、第２可動部３２に対して下方から上方に向かって作用する力が所定値以内となるように、すなわち、第２可動部３２に固定されたヘッド部４０が下死点規定部材２１を下方に押圧する荷重が所定値以内となるように、第２可動部３２を位置決め移動できるようになっている。

また、第３位置決め移動手段５０も、第３可動部５２に作用する力を検出するロードセル５３を具備し、第３可動部５２に対して下方から上方に向かって作用する力が所定値以内となるように、すなわち、第３可動部５２に固定された加熱部４３がツール４２を下方に押圧する荷重が所定値以内となるように、加熱部４３をツール４２に当接するようになっている。なお、かかる機構は必ずしも具備する必要はない。

なお、第２位置決め移動手段３０及び第３位置決め移動手段５０は、ボイスコイルモーターに限定されるものではなく、ボールネジ機構によるもの、空気などの気体又はオイルなどの液体によって駆動されるアクチュエータ機構によるものなどを採用してもよいが、ボールネジ機構によるものを例示したが、これに限定されず、エアシリンダー、オイルシリンダーなど空気などの気体やオイルなどの液体によって駆動されるアクチュエータ機構によるもの、又はボイスコイルモーターなどを採用してもよく、特に限定されるものではない。しかしながら、第３位置決め移動手段５０は、小型軽量、精度確保などの理由からボイスコイルモーターを採用するのが好ましい。

また、加熱部４３は、電気ヒーターを採用すればよいが、これに限定されず、電磁誘導によるヒーター、セラミックヒーター、赤外線ヒーターなど特に限定されるものではない。

また、冷却手段４４は、気体噴射によるものに限定されず、スペース的に許容されるものであれば、ペルチェ素子や水冷機構などを採用してもよい。

なお、第１位置決め移動手段１０、第２位置決め移動手段３０、第３位置決め移動手段５０、加熱部４３、冷却手段４４は、制御部７０により制御されるようになっている。

以下、上述したフリップチップ実装装置を用いたフリップチップ実装方法の一例を図２〜図６を参照して説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、ツール４２を真空引きしてツール４２の下面に、端子６１を具備する実装部品６０を吸着保持する保持工程を実施する。また、実装部品６０の下方に、実装基板８０を載置する。なお、実装基板８０は端子８１を具備し、端子８１にははんだバンプ８２が設けられている。

次に、図２（ｂ）に示すように、第２位置決め移動手段３０によりヘッド部４０を前記下死点規定部材２１の下死点規定面２１ａに対して所定荷重（以下、第１所定荷重という）、例えば、５ｇ〜１５ｇの荷重で下方に向かって当接された状態、すなわち、第２可動部３２及びヘッド部４０は、下方から上方に向かって５ｇ〜１５ｇの所定荷重を超える荷重を受けると、下死点規定面２１ａに対して上方に移動するフロート状態になるように設定する。このように第２位置決め移動手段３０により第２可動部３２及びヘッド部４０をフロート状態に設定する工程を当接工程という。すなわち、この当接工程の後、第２可動部３２及びヘッド部４０は、第２位置決め移動手段３０により上方への荷重である浮力が付与されており、（自重−浮力）＝第１所定荷重となっている。ここで、第１所定荷重は、後述する第１下降工程を実施する際に、端子６１がはんだバンプ８２に大きな荷重を負荷してはんだバンプ８２に連結しているＬＳＩなどへのダメージを最低限に抑えるため、５〜１５ｇ程度の小さな値としている。なお、この工程は、図３（ｂ）で示す下降工程の途中、又は下降工程の後に実施してもよい。

次いで、図３（ａ）に示すように、第３位置決め移動手段５０により、加熱部４３を下方に移動し、所定荷重（第２所定荷重という）でツール４２に対して加熱部４３を当接させる。また、加熱部４３を予備加熱状態、例えば、５０〜１８０℃に予備加熱し、上述する加熱に備える。なお、この加熱部４３のツール４２への当接及び予備加熱工程は、後述する加熱工程の前までに実行すればよい。また、第２所定荷重は、加熱部４３の熱がツール４２に伝達されるものであればよい。

この状態で、次に、図３（ｂ）に示すように、第１位置決め移動手段１０により第１可動部１２と共にヘッド部４０を高速制御で移動して、ヘッド部４０の下端に設けられた実装部品６０の端子６１が実装基板８０のはんだバンプ８２に当接するまで移動する第１下降工程を実行する。この第１下降工程は、端子６１がはんだバンプ８２と当接を第１位置決め移動手段１０が内蔵する荷重検知手段により検出することにより、終了するようになっている。この端子６１のはんだバンプ８２への当接により、第２位置決め移動手段３０のロードセル３３は、第１所定荷重以上の荷重を検知するので、ヘッド部４０は下死点規定部材２１の下死点規定面２１ａから、目視できない程度の微小ではあるが、浮いた状態となる。

この状態において、下死点規定面２１ａの位置はＰ_１であり、端子６１の下面の位置はＱ_１である。

次いで、図４（ａ）に示すように、第１位置決め移動手段１０により第１可動部１２と共に移動部２０を精密制御で移動し、下死点規定部材２１の下死点規定面２１ａの位置を、理想的な実装状態での端子６１と端子８１とのギャップが所定ギャップとなるような位置まで下降する第２下降工程を実行する。この場合、下死点規定面２１ａが、Ｐ_１からＰ_２までＬ_１だけ移動する。

また、このとき、第２可動部３２及びヘッド部４０は移動せず、端子６１とはんだバンプ８２とはＱ_１の位置で当接した状態のままであり、ヘッド部４０の下面はＰ_１の位置であり、端子６１と端子８１との間隔であるギャップはＧ_１である。

ここで、下死点規定部材２１の下死点規定面２１ａの位置Ｐ_２は、ヘッド部４０の下面が下死点規定面２１ａに当接した際の端子６１と端子８１とのギャップが、所定ギャップ（図４（ｂ）のＧ_２）となるように設定される。

なお、第１下降工程は必ずしも実装する必要はなく、第２位置決め移動手段３０の精密制御により、下死点規定部材２１の下死点規定面２１ａの位置を所定位置まで移動すればよい。

次に、図４（ｂ）に示すように、加熱部４３を予備加熱からはんだバンプ８２を溶融する加熱状態、例えば、２４０〜２６０℃に制御する加熱工程を実施する。これにより、はんだバンプ８２は加熱されて溶融し、溶融工程が実行される。

このとき、はんだバンプ８２は実装部品６０の端子６１から上述した第１所定荷重を受けているので、実装部品６０は、ヘッド部４０及び第２可動部３２と共に下方に徐々に移動する。このとき第１所定荷重が５ｇ〜１５ｇ程度と小さいので、はんだバンプ８２の溶融により急激に下降することがないので、溶融後のはんだバンプの形状が理想的な形状となる。また、この移動は、ヘッド部４０の下面が下死点規定面２１ａに当接するまで、すなわち、ヘッド部４０の下面の位置はＰ_１からＰ_２であり、端子６１の下面の位置はＱ_１からＱ_２までであり、移動距離はＬ_１となる。これにより、端子６１と端子８１とのギャップはＧ_１から所定ギャップＧ_２となる。

また、この加熱・溶融工程において、ツール４２や加熱部４３及び支持部４１が熱膨張しても、ヘッド部４０の下面は、下死点規定部材２１の下死点規定面２１ａへの当接により規制されているので、熱膨張の影響は上方へのみ作用するので、端子６１と端子７２との隙間への影響はない。

このように、はんだバンプ８２が溶融する際に、端子６１から受ける荷重が第１所定荷重に設定され、低荷重且つ一定であり、また、下死点規定部材２１により下降下限値は規制され、また、熱膨張の影響もないので、端子８１と端子６１との間の隙間は目標ギャップとなり、はんだバンプ８２は理想的な溶融はんだ８２ａとなる。

なお、第１所定荷重は、５ｇ〜１５ｇとしたが、これに限定されず、もっと大きな荷重としてもよく、また、下降工程の第１所定荷重と、溶融工程での第１所定荷重を異なるようにしてもよい。また、第１所定荷重は、上述したように、自重から第２位置決め移動手段３０から受ける浮力を減算した値としたが、第２位置決め移動手段３０から下方に向けて所定の荷重を受けるようにして、自重に所定荷重を付加した自重より大きな荷重となるようにすることもできる。

次に、図５（ａ）に示すように、加熱部４３を加熱状態から予熱状態とすると共に加熱部４３を第３位置決め移動手段５０により上方に移動し、ツール４２から離間させる。また、冷却手段４４から冷却空気を噴射し、ツール４２及び実装部品６０並びに実装基板８０を冷却する冷却工程を実施する。

このとき、加熱部４３がツール４２から離間しているので、ツール４２や溶融はんだ８２ａの冷却が迅速に行われ、加熱部４３をツール４２に当接させたまま加熱を停止しし、冷却工程を実行するよりも、実装サイクルの著しい短縮を図ることができる。

また、加熱部４３を完全に停止させずに、予熱状態として待機させることができるので、次の実装サイクルまでの時間も短縮できる。なお、加熱部４３は、ツール４２から離間した状態で予熱状態ではなく、停止状態とし、所定のタイミングで次の実装サイクルに備えて予熱状態としてもよいことはいうまでもない。

さらに、冷却工程において、ツール４２や加熱部４３及び支持部４１が収縮しても、ヘッド部４０の下面が下死点規定部材２１の下死点規定面２１ａに当接しているので、収縮の影響は下死点規定部材２１の下死点規定面２１ａの上方のみに作用するので、端子６１と端子８１との隙間への影響はないので、従来のような溶融はんだ８２ａの剥がれや破壊は発生しない。

最後に、図５（ｂ）に示すように、ツール４２から実装部品６０を離間し、第１位置決め移動手段１０により移動部２０を上方に移動させる。

図６には、上述した実装工程において、ツール４２のツール温度、端子６１の位置に相当するツール位置、及び端子６１に作用する荷重の状態を示すタイミングチャートである。図６に示すように、領域（Ａ）は、第１下降工程であり、端子６１がはんだバンプ８２に当接した状態でツール位置が停止する。その後、第２下降工程を実施して下死点規定部材２１を下方に移動させても、端子６１がはんだバンプ８２と当接しているのっで、ツール位置はそのままである。また、この状態では、端子６１に第１所定荷重がかかった状態となる。領域（Ｂ）は加熱工程であり、ツール温度が所定の温度まで上昇すると、所定のタイミングではんだバンプ８２が溶融し、端子６１がヘッド部４０の移動が下死点規定部材２１で規制されるまで下方にＬ_１だけ移動する（ポイント（Ｃ））。また、領域（Ｄ）は冷却工程であり、領域（Ｅ）は上昇工程である。ポイント（Ｃ）でツール位置が下死点規定部材２１で規定された位置まで移動した後は、その後の加熱・溶融工程及び冷却工程でも端子６１の位置は不変である。

上述した実施形態で例示したフリップチップ実装方法では、バンプは実装基板側に設けられていたが、実装部品側に設けられていてもよく、また、バンプははんだに限定されず、錫、錫合金、金などでもよく、特に限定されない。

上述した実施形態のフリップチップ実装装置の加圧加熱冷却装置は、フリップチップ実装装置に限定されず、他の用途に使用できる。例えば、半導体実装、レンズなどの光学部品実装（接着剤でのレンズ固定）などへの適用が考えられる。

Ｇ_２ 所定ギャップ
Ｐ_２ 位置
１０ 第１位置決め移動手段
１１ 第１固定部
１２ 第１可動部
１３ モーター
２０ 移動部
２１ 下死点規定部材
２１ａ 下死点規定面
３０ 第２位置決め移動手段
３１ 第２固定部
３２ 第２可動部
３３ ロードセル
４０ ヘッド部
４１ 支持部
４２ ツール
４２ 加熱部
４２ａ 通路
４３ 加熱部
４４ 冷却手段
５０ 第３位置決め移動手段
５１ 第３固定部
５２ 第３可動部
５３ ロードセル
６０ 実装部品
６１ 端子
７０ 制御部
７２ 端子
８０ 実装基板
８１ 端子
８２ はんだバンプ

Claims (11)

1. 第１固定部及び第１可動部を備える第１位置決め移動手段と、
   前記第１位置決め移動手段の前記第１可動部に設けられて上下方向に位置決め移動される移動部と、
   前記移動部に設けられ、第２固定部及び第２可動部を備える第２位置決め移動手段と、
   前記第２位置決め移動手段の前記第２可動部に設けられ、上下方向に位置決め移動されるヘッド部と、
   前記第２位置決め移動手段の前記第２固定部に設けられ、前記ヘッド部の下端位置の基準となる下死点規定部材と、
   前記ヘッド部に設けられ、第３固定部及び第３可動部を備える第３位置決め移動手段と、
   前記ヘッド部に設けられ、部品を下面に保持するツールと、
   前記ヘッド部に設けられ、前記ツールを支持する支持部と、
   前記ヘッド部に設けられ、前記ツールを冷却する冷却手段と、
   前記ヘッド部に設けられ、前記ツールを加熱する加熱部と、
   を具備し、
   前記第３位置決め移動手段の前記第３固定部は、前記支持部に固定され、
   前記加熱部は、前記第３可動部に固定され、前記第３位置決め移動手段により前記ツールに当接又は離間するように移動自在であり、
   前記第２位置決め移動手段は、前記ヘッド部を前記下死点規定部材に対して所定加重で下方向に向かって当接するように設定可能である、
   ことを特徴とする加圧加熱冷却装置。
2. 前記第２位置決め移動手段は、ボイスコイルモーター又はアクチュエータであることを特徴とする請求項１記載の加圧加熱冷却装置。
3. 前記第３位置決め移動手段は、ボイスコイルモーター又はアクチュエータであることを特徴とする請求項１又は２記載の加圧加熱冷却装置。
4. 前記冷却手段は、気体噴射による冷却装置であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の加圧加熱冷却装置。
5. 前記ヘッド部の下端部に前記ツールが固定され、前記ヘッド部の前記下死点規定部材との当接面は前記ツールの下面と略面一であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項記載の加圧加熱冷却装置。
6. 請求項１〜５の何れか一項記載の加圧加熱冷却装置を具備することを特徴とするフリップチップ実装装置。
7. 第１固定部及び第１可動部を備える第1位置決め移動手段と、
   前記第１位置決め移動手段の前記第１可動部に設けられて上下方向に位置決め移動される移動部と、
   前記移動部に設けられ、第２固定部及び第２可動部を備える第２位置決め移動手段と、
   前記第２位置決め移動手段の前記第２可動部に設けられ、上下方向に位置決め移動されるヘッド部と、
   前記第２位置決め移動手段の前記第２固定部に設けられ、前記ヘッド部の下端位置の基準となる下死点規定部材と、
   前記ヘッド部に設けられ、第３固定部及び第３可動部を備える第３位置決め移動手段と、
   前記ヘッド部に設けられ、部品を下面に保持するツールと、
   前記ヘッド部に設けられ、前記ツールを支持する支持部と、
   前記ヘッド部に設けられ、前記ツールを冷却する冷却手段と、
   前記ヘッド部に設けられ、前記ツールを加熱する加熱部と、
   を具備し、
   前記第３位置決め移動手段の前記第３固定部は、前記支持部に固定され、
   前記加熱部は、前記第３可動部に固定され、前記第３位置決め移動手段により前記ツールに当接又は離間するように移動自在であり、
   前記第２位置決め移動手段は、前記ヘッド部を前記下死点規定部材に対して所定加重で下方向に向かって当接するように設定可能である、フリップチップ実装装置を用い、
   実装基板に実装する実装部品を前記ツールに保持する保持工程と、
   前記第２位置決め移動手段により前記ヘッド部を前記下死点規定部材に所定荷重で下方に向かって当接された状態に設定する当接工程と、
   前記第１位置決め移動手段で前記移動部を前記下死点規定部材が所定の位置となるまで下降させ、前記実装基板の端子と前記実装部品の端子とをバンプを介して当接させ且つ前記ヘッド部が前記下死点規定部材から上方に所定距離だけ離間して状態とする下降工程と、
   前記下降工程の後、前記第３位置決め移動手段により前記ツールに当接させた状態の前記加熱部により前記実装部品を加熱する加熱工程と、
   前記加熱工程により前記実装基板の端子と前記実装部品の端子とをバンプが溶融して前記ヘッド部が前記下死点規定部材に当接した状態となる溶融工程と、
   前記溶融工程の後、前記第３位置決め移動手段により前記加熱部を前記ツールから離間すると共に前記冷却手段により前記実装部品を冷却する冷却工程と、
   前記冷却工程の後、前記ツールによる前記実装部品の保持を解除すると共に前記第１位置決め移動手段により前記移動部を上昇させて前記ヘッド部を前記実装部品を実装した実装基板から離間させる上昇工程と、
   を実施することを特徴とするフリップチップ実装方法。
8. 前記下降工程が、
   前記実装基板の端子と前記実装部品の端子とが前記バンプを介して当接するまで前記移動部を下降させる第１下降工程と、
   前記第１下降工程の後、前記ヘッド部が前記下死点規定部材に当接した状態において、前記実装基板の端子と前記実装部品の端子とのギャップが所定の大きさになるように前記下死点規定部材の位置が所定位置になるまで前記移動部を下降させる第２下降工程と、
   からなることを特徴とする請求項７記載のフリップチップ実装方法。
9. 前記加熱工程より前に、前記第３位置決め移動手段により前記加熱部を前記ツールに当接させて予備加熱する予備加熱工程を実施する、
   ことを特徴とする請求項７又は８記載のフリップチップ実装方法。
10. 前記バンプは、前記実装基板の端子に設けられたはんだバンプであることを特徴とする請求項７〜９の何れか一項記載のフリップチップ実装方法。
11. 請求項７〜１０の何れか一項記載のフリップチップ実装方法により製造されたことを特徴とする半導体装置。