JP2018129552A - チップ実装装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 生産タクトタイムを短縮することができ、高い信頼性で集積回路素子などのチップをプリント基板等の基板に実装するチップ実装装置を提供すること。
【解決手段】 チップを吸着保持するチップ保持手段と、前記チップ保持手段を上下動し得るよう装着しつつ、前記チップ保持手段の加熱及び冷却による伸び縮みにかかわらず、所定の値に制御した加圧力を前記チップ保持手段に付与する機能を有した加圧付与手段と、前記加圧付与手段を装置高さ方向に昇降させるＺ軸送り装置と、前記加圧付与手段が前記チップ保持手段に付与する加圧力と、前記Ｚ軸送り機構が前記加圧付与手段を昇降させる高さ位置を制御する駆動制御手段とを備え、
前記チップ保持手段の加熱から前記チップのバンプの溶融までの間の前記チップ保持手段の伸び量を予測し、前記チップ保持手段の伸びの予測値に基づいて前記駆動制御手段に補正指令を入力して、前記Ｚ軸送り機構を駆動して前記加圧付与手段の高さ位置を制御する予測制御手段を更に備えたチップ実装装置を提供する。
【選択図】 図１
【解決手段】 チップを吸着保持するチップ保持手段と、前記チップ保持手段を上下動し得るよう装着しつつ、前記チップ保持手段の加熱及び冷却による伸び縮みにかかわらず、所定の値に制御した加圧力を前記チップ保持手段に付与する機能を有した加圧付与手段と、前記加圧付与手段を装置高さ方向に昇降させるＺ軸送り装置と、前記加圧付与手段が前記チップ保持手段に付与する加圧力と、前記Ｚ軸送り機構が前記加圧付与手段を昇降させる高さ位置を制御する駆動制御手段とを備え、
前記チップ保持手段の加熱から前記チップのバンプの溶融までの間の前記チップ保持手段の伸び量を予測し、前記チップ保持手段の伸びの予測値に基づいて前記駆動制御手段に補正指令を入力して、前記Ｚ軸送り機構を駆動して前記加圧付与手段の高さ位置を制御する予測制御手段を更に備えたチップ実装装置を提供する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、プリント基板等の基板に集積回路素子などのチップを実装するチップ実装装置に関するものである。
プリント基板等の基板に集積回路素子などのチップを実装する装置として、先に本出願人により特許文献１のようなチップ実装装置が提案されている。
特許文献１のチップ実装装置は図５に示すように、チップ１を保持して加圧力を与えるチップ保持手段１７と、チップ保持手段１７を上下に移動可能に支持し加圧力を付与する加圧付与手段１５と、加圧付与手段１５を昇降させるＺ軸送り装置３と、加圧付与手段１５の内部を移動しているチップ保持手段１７の位置を検出する位置検出手段２３と、位置検出手段２３の検出信号に応じてＺ軸送り装置３を制御する駆動制御手段２２とを備えている。なお、加圧付与手段１５はシリンダチューブの形状で、内部をチップ保持手段１７のピストン部分が移動できるように構成され、ピストンに加わるシリンダ内の圧力がチップ保持手段１７を介してチップ１に作用するようにしている。
このようなチップ実装装置を用いて基板５にチップ１をハンダ接合する動作を図６のタイムチャートを用いて説明する。まず、チップ保持手段１７にチップ１を吸着保持して、Ｚ軸送り装置３を駆動して加圧付与手段１５を基板５側に下降させる（ｔ０からｔ１）。基板５とチップ１が接触し、設定された押し込み量ｄ１だけ加圧付与手段１５が基板５側に下降しＺ軸送り装置３が停止する。このとき位置検出手段２３がチップ保持手段１７のピストン部分までの距離ｘ１を検出する（ｔ１からｔ２）。続いてチップ保持手段１７に内蔵されているヒータ１１がＯＮし、加熱によりチップ保持手段１７が伸びて位置検出手段２３がチップ保持手段１７のピストン部分までの距離ｘ２を検出する。その後、チップ１のバンプ１ａのハンダが溶融開始し、ハンダの溶融によりチップ保持手段１７が加圧付与手段１５の内部で下降する。位置検出手段２３の検出しているチップ保持手段１７のピストン部分までの距離がｘ３（設定値）になるとバンプ１ａのハンダが溶融したと判断する（ｔ２からｔ４）。ハンダの溶融の判断とともにハンダ冷却後のチップ１と基板５のギャップが所定値ｄ３になるように、Ｚ軸送り装置３を駆動し加圧付与手段１５を引き上げている。そして、ヒータ１１をＯＦＦしチップ１の吸着を解除しハンダを冷却している（ｔ４からｔ６）。従って、加圧付与手段１５の内部を、ヒータ１１の加熱およびハンダの溶融によりチップ保持手段１７のピストン部分が上下に移動し、チップ保持手段１７のピストン部分の位置を位置検出手段２３が検出し、検出結果に基づいて駆動手段２２がＺ軸送り装置３を制御している。
しかしながら、位置検出手段２３でチップ保持手段１７のピストン部分の位置を検出しながらＺ軸送り装置３を駆動し加圧付与手段１５の位置を制御していると、検出結果が所定値に達するまで次の動作に移れなくなり、動作時間を短縮することが困難になる。そのため、生産タクトタイムが短縮できず生産性を上げることができないという問題が発生する。
本発明は、上記問題点に鑑み、生産タクトタイムを短縮することができ、高い信頼性で集積回路素子などのチップをプリント基板等の基板に実装するチップ実装装置を提供しようとするものである。
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
チップに対向した位置に配した基板の電極にチップのバンプをハンダ接合させるチップ実装装置であって、
チップを吸着保持するチップ保持手段と、前記チップ保持手段を上下動し得るよう装着しつつ、前記チップ保持手段の加熱及び冷却による伸び縮みにかかわらず、所定の値に制御した加圧力を前記チップ保持手段に付与する機能を有した加圧付与手段と、前記加圧付与手段を装置高さ方向に昇降させるＺ軸送り装置と、前記加圧付与手段が前記チップ保持手段に付与する加圧力と、前記Ｚ軸送り機構が前記加圧付与手段を昇降させる高さ位置を制御する駆動制御手段とを備え、
前記チップ保持手段の加熱から前記チップのバンプの溶融までの間の前記チップ保持手段の伸び量を予測し、前記チップ保持手段の伸びの予測値に基づいて前記駆動制御手段に補正指令を入力して、前記Ｚ軸送り機構を駆動して前記加圧付与手段の高さ位置を制御する予測制御手段を更に備えたチップ実装装置である。
チップに対向した位置に配した基板の電極にチップのバンプをハンダ接合させるチップ実装装置であって、
チップを吸着保持するチップ保持手段と、前記チップ保持手段を上下動し得るよう装着しつつ、前記チップ保持手段の加熱及び冷却による伸び縮みにかかわらず、所定の値に制御した加圧力を前記チップ保持手段に付与する機能を有した加圧付与手段と、前記加圧付与手段を装置高さ方向に昇降させるＺ軸送り装置と、前記加圧付与手段が前記チップ保持手段に付与する加圧力と、前記Ｚ軸送り機構が前記加圧付与手段を昇降させる高さ位置を制御する駆動制御手段とを備え、
前記チップ保持手段の加熱から前記チップのバンプの溶融までの間の前記チップ保持手段の伸び量を予測し、前記チップ保持手段の伸びの予測値に基づいて前記駆動制御手段に補正指令を入力して、前記Ｚ軸送り機構を駆動して前記加圧付与手段の高さ位置を制御する予測制御手段を更に備えたチップ実装装置である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記予測制御手段が、さらに前記チップ保持手段の加熱を停止したときに前記チップ保持手段の縮み量を予測し、前記チップ保持手段の縮みの予測値に基づいて前記駆動制御手段に補正指令を入力して、
前記チップと前記基板の冷却後のギャップ高さを所定の高さに維持できるよう前記Ｚ軸送り機構を駆動して前記加圧付与手段の高さ位置を制御する予測制御手段であるチップ実装装置である。
前記予測制御手段が、さらに前記チップ保持手段の加熱を停止したときに前記チップ保持手段の縮み量を予測し、前記チップ保持手段の縮みの予測値に基づいて前記駆動制御手段に補正指令を入力して、
前記チップと前記基板の冷却後のギャップ高さを所定の高さに維持できるよう前記Ｚ軸送り機構を駆動して前記加圧付与手段の高さ位置を制御する予測制御手段であるチップ実装装置である。
請求項３に記載の発明は、請求項１もしくは２に記載の発明において、
前記加圧付与手段がシリンダーチューブで、前記チップ保持手段が前記シリンダーチューブの内部を移動するピストンとロッドから構成され前記シリンダーチューブの上下に設けられたエアー供給ポートから供給されるエアーにより前記ピストンに作用する微弱な圧力を調整できる構成であるチップ実装装置である。
前記加圧付与手段がシリンダーチューブで、前記チップ保持手段が前記シリンダーチューブの内部を移動するピストンとロッドから構成され前記シリンダーチューブの上下に設けられたエアー供給ポートから供給されるエアーにより前記ピストンに作用する微弱な圧力を調整できる構成であるチップ実装装置である。
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の発明において、
事前に前記チップ保持手段を単体で加熱および加熱を停止し、前記加圧付与手段の内部を移動する前記チップ保持手段の移動量を伸縮量として計測し、前記伸縮量が伸縮量記憶手段に記憶されており、前記伸縮量記憶手段に記憶されている伸縮量に基づいて前記予測制御手段から前記駆動制御手段に入力する補正指令が演算される構成を備えたチップ実装装置である。
事前に前記チップ保持手段を単体で加熱および加熱を停止し、前記加圧付与手段の内部を移動する前記チップ保持手段の移動量を伸縮量として計測し、前記伸縮量が伸縮量記憶手段に記憶されており、前記伸縮量記憶手段に記憶されている伸縮量に基づいて前記予測制御手段から前記駆動制御手段に入力する補正指令が演算される構成を備えたチップ実装装置である。
請求項１に記載の発明によれば、予測制御手段がチップ保持手段の加熱からチップのバンプの溶融までの間のチップ保持手段の伸び量を予測し、チップ保持手段の伸びの予測値に基づいて駆動制御手段に補正指令を入力して加圧付与手段の高さ位置を制御しているので、チップ保持手段の位置を検出しながら検出結果に基づいて次の動作を行う従来のチップ実装方法の、加圧付与手段の高さ位置を一定にしている時間が短縮され、生産タクトタイムを短縮することができる。
請求項２に記載の発明によれば、チップ保持手段の加熱の停止とともに、時間的に徐々に変化するチップ保持手段の縮みの予測値に基づいて加圧付与手段の位置を制御しているのでチップに加わる加圧力を一定に保ちながらハンダバンプの冷却を進めることができる。また、ハンダバンプの冷却によりチップと基板間に収縮力が発生するが、チップ保持手段の縮みの予測値に基づいて加圧付与手段の位置を制御しているので、チップと基板間の収縮力が緩和されハンダバンプの破損を防止することができる。さらに、ハンダバンプの形状を均一にして高品質なハンダ接合をすることができる。
請求項３に記載の発明によれば、シリンダーチューブの上下に設けられたエアー供給ポートから供給されるエアーによりチップ保持手段のピストンに作用する圧力を微弱にすることができる。そのため、ハンダバンプの溶融の際もハンダバンプが破損しない圧力をチップ保持手段に付与することができる。
請求項４に記載の発明によれば、事前にチップ保持手段の伸縮特性を伸縮量記憶手段に記憶しているので、実際のチップ実装の際にはチップ保持手段の位置を検出し、検出結果に基づいて加圧付与手段を動作させなくてもよい。そのため、生産タクトタイムを短縮することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、背景技術で用いた部材の符号はそのまま使用する。
図１は、本実施の形態に係るチップ実装装置の正面図である。チップ実装装置に備えられたＺ軸送り装置３は、装置フレーム９に装着されたサーボモータ６で送り機構７（例えば、ボールネジ）を回転させ、これを螺合させたスライダー８を、装置フレーム９に装着されたガイドレール１０で案内して昇降させている。加圧付与手段１５は、スライダー８に連結されたブラケット１６に装着されている。サーボモータ６にはエンコーダ１３がマウントされており位置制御ができるようになっている。サーボモータ６の位置制御を行うことにより加圧付与手段１５の装置高さに対する高さ位置を調整できるようになっている。高さ位置の測定は、サーボモータ６にマウントされているエンコーダ１３で行ってもよいし、ガイドレール１０に別途リニアセンサを設けて行ってもよい。
加圧付与手段１５は、エアーシリンダーのシリンダーチューブ３３で構成されている。チップ保持手段１７の上部は、前記エアーシリンダーのピストン３４とロッド３５とで構成されており加圧付与手段１５の内部を上下動し得るように装着されている。チップ保持手段１７は、一般にエアーベアリングと呼ばれている静圧空気軸受１８を介して加圧付与手段１５に装着されている。チップ保持手段１７の下端には、加熱手段としてのヒータ１１とチップ１を吸着保持するツール２が備えられている。ツール２にはチップ吸着孔２４が備えられており、チップ１を吸着保持している。ツール２は吸着保持するチップ１のサイズに合わせて交換できるようになっている。基板５は、基板吸着孔２５を備えた基板保持ステージ４に保持されている。
加圧付与手段１５には、上下に２つのエアー供給ポートがある。上側のエアー供給ポートが加圧ポート１９であり、下側のエアー供給ポートがバランス圧ポート２０である。加圧ポート１９にはポンプ３０からのエアーが圧力調整手段２７ａを介して接続されている。圧力調整手段２７ａは加圧ポート圧力制御手段２８の信号に基づいて、加圧ポート１９の圧力を制御する。また、バランス圧ポート２０にはポンプ３０からのエアーが圧力調整手段２７ｂを介して接続されている。圧力調整手段２７ｂはバランス圧ポート圧力制御手段２９の信号に基づいて、バランス圧ポート２０の圧力を制御する。これら加圧ポート１９及びバランス圧ポート２０からそれぞれ圧力制御可能な圧力調整手段２７ａ、２７ｂによって調整された圧力Ｐ１、圧力Ｐ２が供給され加圧エアー同士の差圧でチップ保持手段１７のピストン３４に付与される圧力を制御することができる。そのため、チップ保持手段１７に吸着保持されるチップ１に対して微弱な加圧制御ができるようになっている。例えば、チップ１のハンダバンプが加熱され溶融する際でもハンダバンプを破損することがない微弱な圧力を付与することができる。チップ１へ加圧力の変化や、チップ１の高さの変化でハンダの溶融を検知する場合、チップ１にかかる圧力がハンダバンプに集中するので加圧力の状態によってはハンダバンプを破損（バンプクラッシュ）してしまうおそれがある。そのため、本発明では微弱な圧力を付与しながらハンダの溶融を検知できるようになっている。なお、圧力調整手段２７ａ，２７ｂとしては、電空レギュレータなどが用いられる。
加圧付与手段１７の上端位置には位置検出手段２３（例えば、渦電流式センサ等）が備えられチップ保持手段１７のピストン３４の位置を検出している。
駆動制御手段２２には、加圧ポート圧力制御手段２８およびバランス圧ポート制御手段２９が接続され、設定された加圧力がチップ１に加わるように加圧付与手段１５の圧力制御を行っている。また、駆動制御手段２２には、後述する伸縮量記憶手段３１と予測制御手段３２と位置検出手段２３が接続され、Ｚ軸送り装置３のサーボモータ６の位置制御を行っている。また、伸縮量記憶手段３１と予測制御手段３２は接続され、伸縮量記憶手段３１に記憶されているデータを予測制御手段３２に転送できるようになっている。
次に、伸縮量記憶手段３１へ記憶されるデータについて説明する。
チップ１の基板５へのハンダ接合の前に、位置検出手段２３を用いて、予めチップ保持手段１７の熱膨張による位置の変化を測定する。まず、チップ１と基板５がない状態（吸着保持していない状態）でチップ保持手段１７が所定の加圧力になるように加圧ポート１９とバランス圧ポート２０の圧力を調整する。次に、チップ保持手段１７の下端に装着されているツール２が基板保持ステージ４に接触するように、加圧付与手段１５をＺ軸送り装置３を用いて下降させる。
次に、ツール２に備えられたヒータ１１を通電し設定温度まで昇温し、チップ保持手段１７の単体の伸び量を昇温時間の経過とともに位置検出手段２３で測定する。測定した値は、伸縮量記憶手段３１に、伸び量と経過時間のセットで複数ポイント記憶される。例えば図２の（ａ）に示すように、（伸び量Ｌｕｐ１，経過時間Ｔｕｐ１）、（伸び量Ｌｕｐ２，経過時間Ｔｕｐ２）、・・・、（伸び量Ｌｕｐｎ，経過時間Ｔｕｐｎ）、のように複数のデータが記憶される。
次に、ヒータ１１をＯＦＦしチップ保持手段１７の冷却に伴う縮み量を冷却時間の経過とともに位置検出手段２３で測定する。伸び量の測定と同様に、伸縮量記憶手段３１に縮み量と経過時間のセットで複数ポイント記憶される。例えば図２の（ｂ）に示すように、（縮み量Ｌｄｗ１，経過時間Ｔｄｗ１）、（縮み量Ｌｄｗ２，経過時間Ｔｄｗ２）、・・・、（縮み量Ｌｄｗｎ，経過時間Ｔｄｗｎ）、のように複数のデータが記憶される。
このように、チップ保持手段１７の伸び縮み量の特性を予め測定し伸縮量記憶手段に記憶しているので、ヒータ１１のＯＮおよびＯＦＦのタイミングに合わせてチップ保持手段１７の伸び縮み量を精度良く推測することができる。そのため、チップ１の基板５へのハンダ接合時に、位置検出手段２３で加圧付与手段１５の内部を移動するチップ保持手段１７の位置を検出しながら、検出結果に基づいて次の動作を判断しなくてもよい。
なお、伸縮量記憶手段３１に記憶されるデータは、予めチップ保持手段１７を加熱および冷却して測定結果を記憶させてもよいが、操作者の知見などから補正しても良いし、任意のデータを個別に入力しても良い。
次に、図３に示すタイムチャートを用いてチップ実装装置の動作について説明する。図３において（Ａ）に示すタイムチャートはチップ１の実装における加圧付与手段１５の装置高さに対する高さ位置を示したものであり、チップ１のバンプ１ａの下端部が基板５の電極５ａに当接した位置を基準高さ（図３のｈ０）としている。図３において（Ｂ）に示すタイムチャートは、加圧付与手段１５の内部のチップ保持手段１７のピストン３４の位置を示したものであり、チップ保持手段１７のピストン３４の下端が加圧付与手段１５と接触した位置を図中の下端位置として表記している。図３において（Ｃ）に示すタイムチャートは、ツール２のヒータ１１の通電のＯＮ−ＯＦＦのタイミングを示している。図３において（Ｄ）に示すタイムチャートは、チップ１のバンプ１ａおよび基板５の電極５ａにかかる加圧力（荷重）を示している。
チップ１と基板５のハンダ接合を開始しようとする初期状態において、加圧付与手段１５は上昇位置にある（図３のｔ０のタイミングにおける高さｈ１）。
次に、加圧ポート圧力制御手段２８とバランス圧ポート圧力制御手段２９に、駆動制御手段２２より設定圧力の指令を行う。指令にもとづき加圧ポート圧力制御手段２８が圧力調整手段２７ａを圧力制御し、バランス圧ポート圧力制御手段２９が圧力調整手段２７ｂを圧力制御し、設定圧力が加圧付与手段１５の内部を移動するチップ保持手段１７のピストン３４に作用する。ピストン３４に作用する圧力は、ハンダバンプの溶融の際もバンプが破損しない微弱な圧力を設定する。
次に、駆動制御手段２２の指令にもとづきＺ軸送り装置３が作動することにより、加圧付与手段１５が、チップ１を吸着保持したツール２と一体となって下降する。下降の途中でチップ１のバンプ１ａが基板５の電極５ａに接触する（図３のｔ１）。
さらに、Ｚ軸送り装置３による加圧付与手段１５の送りが続行され、チップ保持手段１７のピストン３４が加圧付与手段１５に対して相対的に上昇する（図３のｔ１からｔ２）。
次に、Ｚ軸送り装置３の送り量が予め設定した値ｄ１（バンプ押し込み量）になると加圧付与手段１５の下降を停止する（図３のｔ２）。
次に、ツール２のヒータ１１に通電してチップ１のバンプ１ａをハンダ溶融点以上の温度に加熱する。加熱にあわせてＺ軸送り装置３を駆動制御し、加圧付与手段１５を上昇させる。Ｚ軸送り装置３の駆動制御は、次のように行う。まず、伸縮量記憶手段３１に記憶されているチップ保持手段１７の伸び量と経過時間のデータを予測制御手段３２に転送する。次に、予測制御手段３２でヒータ１１の通電タイミングに合わせてＺ軸送り装置３の駆動量が計算される。次に、予測制御手段３２から駆動制御手段２２に計算結果が入力され駆動制御手段２２からの指令に基づきＺ軸送り装置３が駆動されるようになっている。
そのため、加圧付与手段１５がチップ保持手段１７の伸びの予測値に基づいて上昇するので、図３の（Ｂ）ｔ２からｔ２’に示されるヒータ１１の昇温によるチップ保持手段１７の伸びが発生する区間では、チップ保持手段１７の加圧付与手段１５の内部における位置が変化しない。続いて、チップ１と基板５がハンダ冷却後に所定のギャップ高さになるようにＺ軸送り装置３を駆動制御して加圧付与手段１５を所定高さ（ｄ３）まで上昇させる（図３の（Ｂ）のｔ２’からｔ３の区間）。
このように、ヒータ１１の通電開始からＺ軸送り装置を駆動制御して加圧付与手段１５を上昇させ、ハンダの溶融開始を監視する段階でハンダ冷却後のチップ１と基板５のギャップ高さに加圧付与手段１５を位置決めしているので、ハンダの溶融を検出してから加圧付与手段１５をチップ１と基板５のギャップ高さに移動している従来のチップ実装装置に比べて加圧付与手段１５の移動時間を短縮することができる。これは、加圧付与手段１５の内部のチップ保持手段１７の位置を位置検出手段２３で検出しなくても、伸縮量記憶手段３１のデータに基づき予測制御手段３２がチップ保持手段１７の伸び量を予測して、予測値に基づいてＺ軸送り装置３を駆動しているためである。
その後、チップ１のバンプ１ａの溶融が開始し、溶融に伴いチップ保持手段１７が下降する（図３のｔ４）。位置検出手段２３がチップ保持手段１７の下降を検出すると所定時間が経過した後、ヒータ１１の通電がＯＦＦする（図３のｔ５）。ヒータ１１の通電のＯＦＦにともない、チップ保持手段１７の冷却が開始され縮み始める。
次に、チップ保持手段１７の縮みの予測値に基づいてＺ軸送り装置３を駆動し、加圧付与手段１５を下降させる。Ｚ軸送り装置３の駆動制御は、伸縮量記憶手段３１に記憶されているチップ保持手段１７の伸び量と経過時間のデータを予測制御手段３２に転送し、予測制御手段３２でヒータ１１の通電ＯＦＦのタイミングに合わせてＺ軸送り装置３の駆動量が計算された後、予測制御手段３２から駆動制御手段２２に計算結果が入力され、駆動制御手段２２の指令に基づきＺ軸送り装置３が駆動されるようになっている。
チップ１がツール２に吸着保持された状態で、チップ保持手段１７の冷却が開始すると、チップ保持手段１７の縮みによる応力がチップ１のバンプ１ａに作用してしまい、バンプ１ａが破断してしまう可能性がある。そのため、図４に示すように、チップ保持手段１７の縮みの予測値に基づいてＺ軸送り装置３を駆動制御して加圧付与手段１５を下降させる。このようにＺ軸送り装置３を制御することによりバンプ１ａの破断を防止し、チップ１と基板５の冷却後のギャップを所定値ｄ３に維持できるようにしている。
次に、ヒータ１１の通電ＯＦＦから所定時間後に、チップ１の吸着保持を解除してＺ軸送り装置３を動作させ加圧付与手段１５を上昇させる（図３のｔ６）。吸着保持を解除するタイミングは、伸縮量記憶手段３１に記憶されているチップ保持手段１７の縮み量と経過時間のデータに基づいて行われる。チップ保持手段１７が周囲温度まで冷却される時間までチップ１を吸着保持してると生産タクトタイムが伸びてしまう。また、ヒータ１１の通電ＯＦＦのタイミングでチップ１の吸着保持を解除すると、バンプ１ａの形状が不安定となる。そのため、伸縮量記憶手段３１に記憶されているチップ保持手段１７の縮み量と経過時間のデータから、最適なタイミング（バンプ１ａの形状が良好で、破断が発生しないタイミング）を選択しチップ保持手段１７によるチップ１の吸着保持の解除を行う。
以上の動作でチップ１と基板５の一連のハンダ接合が完了する。
このように、予めチップ保持手段１７の伸び量と縮み量を伸縮量記憶手段３１に記憶し、この記憶された値をもとに実際のチップ１と基板５のハンダ接合の際、チップ保持手段１７の伸び縮みを予測制御手段３２で予測して駆動制御手段２２に補正指令を入力して加圧付与手段１５の高さ位置を制御している。そのため、加圧付与手段１５の内部のチップ保持手段１７の位置を位置検出信号の検出し、検出結果に基づいて加圧付与手段１５を動作させるよりも生産タクトタイムを短くすることができる。
本発明においてチップ１とは、例えば、ＩＣチップ、半導体チップ、光素子、表面実装部品、ウエハなど、その種類や大きさに関係なく、基板５に対して接合される対象物をいう。また、基板５とは、その種類や大きさに関係なく、チップ１に接合させる相手方の対象物をいう。
また、基板保持ステージ４の上面に基板５を保持（又は支持）する手段は、基板吸着孔２５による吸着保持手段、静電気による静電保持手段、磁石や磁気などによる磁気保持手段、複数の可動爪によって基板を掴む機械的手段、単数又は複数の可動爪によって基板を押さえる機械的手段など、いかなる形態の保持手段であってもよい。
また、基板保持ステージ４についても、必要に応じて、固定型、可動型のいずれに設けてもよく、かつ、可動型に設ける場合においては、平行移動制御、回転制御、昇降制御、平行移動制御と回転制御、平行移動制御と昇降制御、回転制御と昇降制御、平行移動制御と回転制御と昇降制御、等のように各種態様に制御し得るように設けても良い。
また、チップ１に設けられたバンプ１ａとは、例えば、ハンダバンプ、スタッドバンプなど、基板５に設けられた電極５ａ（例えば、電極、ダミー電極など）と接合される対象物である。また、基板５に設けられた電極５ａとは、例えば、配線を伴った電極、配線につながっていないダミー電極など、チップ１に設けられているバンプ１ａ（例えば、ハンダバンプ、スタッドバンプなど）と接合される相手方の対象物をいう。
また、送り機構７及びＺ軸送り装置３についても、例えば、ボールネジ型やリニアモータ型等、スライダー８を移動させ得る限りにおいては、いかなる型式のものであってもよい。
また、本発明においていうチップ実装装置とは、チップを搭載するマウント装置やチップを接合するボンディング装置に加えて、例えば、基板とチップ、基板と接着材（ＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film）、ＮＣＦ（Non Conductive Film）など）等、予め対象物同士が接触（搭載または仮圧着など）されたものを加圧、加熱及び／又は振動手段（超音波、ピエゾ素子、磁歪素子、ボイスコイルなど）によって固着又は転写させる装置を包含する広い概念の装置をいう。
また、上述した実施例では、ツール２にチップ１を保持させた状態でツール２を下降させて、チップ１を基板５に加圧するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、チップを接着材などを使って基板上に予め搭載しておき、チップを保持してないツールを下降させて、基板上のチップを加圧するようにしてもよい。この場合、基板上に予め搭載されたチップにツールが接触することにより、ツールとチップが重なって基板に接触することになる。
また、チップ保持手段１７の下端に直接、ツール２を装着することに限定されず、必要ならば、ロードセルを介在させてもよい。
また、位置検出手段２３は、渦電流式センサのみに限定されず、他のセンサー（レーザや光センサー等）であってもよい。
また、加圧力が高い場合には、バランス圧ポートを使用しないで、加圧ポートのみで加圧力を制御してもよい。また、位置検出手段２３は、チップ保持手段１７のピストン３４の高さ位置を検出することによってチップ保持手段１７の高さ位置を測定するものに限らず、ツール２の高さ位置を直接、検出し得るように装着してもよい。
また、実施の形態では、チップ保持手段１７の下端に加熱手段としてのヒータ１１が備えられているが、ヒータ１１を基板保持ステージ４に備えてもよい。チップ１と基板５を効率よく加熱できる構成であればよく、加熱に伴うツール２の熱膨張によるＺ軸方向の伸びは位置検出手段２３で検出することができる。さらに、ツール２側および基板保持ステージ４側の両方にヒータを備えてもよい。これにより、チップ１と基板５の加温を短時間にでき、更にセラミックヒータを用いたパルスヒータで加熱を行うと応答性のよい昇温が可能となる。
１ チップ
１ａ バンプ
２ ツール
３ Ｚ軸送り装置
４ 基板保持ステージ
５ 基板
５ａ 電極
６ サーボモータ
７ 送り機構
８ スライダー
９ 装置フレーム
１０ ガイドレール
１１ ヒータ
１３ エンコーダ
１５ 加圧付与手段
１６ ブラケット
１７ チップ保持手段
１８ 静圧空気軸受
１９ 加圧ポート
２０ バランス圧ポート
２２ 駆動制御手段
２３ 位置検出手段
２４ チップ吸着孔
２５ 基板吸着孔
２８ 加圧ポート圧力制御手段
２９ バランス圧ポート圧力制御手段
３０ ポンプ
３１ 伸縮量記憶手段
３２ 予測制御手段
３３ シリンダーチューブ
３４ ピストン
３５ ロッド
２７ａ，２７ｂ 圧力調整手段
１ａ バンプ
２ ツール
３ Ｚ軸送り装置
４ 基板保持ステージ
５ 基板
５ａ 電極
６ サーボモータ
７ 送り機構
８ スライダー
９ 装置フレーム
１０ ガイドレール
１１ ヒータ
１３ エンコーダ
１５ 加圧付与手段
１６ ブラケット
１７ チップ保持手段
１８ 静圧空気軸受
１９ 加圧ポート
２０ バランス圧ポート
２２ 駆動制御手段
２３ 位置検出手段
２４ チップ吸着孔
２５ 基板吸着孔
２８ 加圧ポート圧力制御手段
２９ バランス圧ポート圧力制御手段
３０ ポンプ
３１ 伸縮量記憶手段
３２ 予測制御手段
３３ シリンダーチューブ
３４ ピストン
３５ ロッド
２７ａ，２７ｂ 圧力調整手段
Claims (4)
- チップに対向した位置に配した基板の電極にチップのバンプをハンダ接合させるチップ実装装置であって、
チップを吸着保持するチップ保持手段と、
前記チップ保持手段を上下動し得るよう装着しつつ、前記チップ保持手段の加熱及び冷却による伸び縮みにかかわらず、所定の値に制御した加圧力を前記チップ保持手段に付与する機能を有した加圧付与手段と、
前記加圧付与手段を装置高さ方向に昇降させるＺ軸送り装置と、
前記加圧付与手段が前記チップ保持手段に付与する加圧力と、前記Ｚ軸送り機構が前記加圧付与手段を昇降させる高さ位置を制御する駆動制御手段とを備え、
前記チップ保持手段の加熱から前記チップのバンプの溶融までの間の前記チップ保持手段の伸び量を予測し、前記チップ保持手段の伸びの予測値に基づいて前記駆動制御手段に補正指令を入力して、前記Ｚ軸送り機構を駆動して前記加圧付与手段の高さ位置を制御する予測制御手段を更に備えたチップ実装装置。 - 請求項１に記載の発明において、
前記予測制御手段が、さらに前記チップ保持手段の加熱を停止したときに前記チップ保持手段の縮み量を予測し、前記チップ保持手段の縮みの予測値に基づいて前記駆動制御手段に補正指令を入力して、
前記チップと前記基板の冷却後のギャップ高さを所定の高さに維持できるよう前記Ｚ軸送り機構を駆動して前記加圧付与手段の高さ位置を制御する予測制御手段であるチップ実装装置。 - 請求項１もしくは２に記載の発明において、
前記加圧付与手段がシリンダーチューブで、前記チップ保持手段が前記シリンダーチューブの内部を移動するピストンとロッドから構成され前記シリンダーチューブの上下に設けられたエアー供給ポートから供給されるエアーにより前記ピストンに作用する微弱な圧力を調整できる構成であるチップ実装装置。 - 請求項１から３のいずれかに記載の発明において、
事前に前記チップ保持手段を単体で加熱および加熱を停止し、前記加圧付与手段の内部を移動する前記チップ保持手段の移動量を伸縮量として計測し、前記伸縮量が伸縮量記憶手段に記憶されており、前記伸縮量記憶手段に記憶されている伸縮量に基づいて前記予測制御手段から前記駆動制御手段に入力する補正指令が演算される構成を備えたチップ実装装置。
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| WO2007066559A1 (ja) * | 2005-12-06 | 2007-06-14 | Toray Engineering Co., Ltd. | チップ実装装置およびチップ実装方法 |
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