JP3844061B2 - Electronic component placement method and apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基体に設けた凹部内に電子部品を装入する電子部品の配置方法及びその装置に関し、詳しくは、セルフアライメント(自己整列)を利用した電子部品の配置方法及び配置装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の電子部品の実装方法には、吸着機構を持ったヘッドを用いて部品の1つ1つを実装する方法や、基板ごと転写する方法などがある。
【0003】
電子部品の配置を機械で行う機械的アライメント工程は、多大な労力と時間とコストを必要とし、アライメントの精度を確保し維持するのに大きな負担がかかるため、その簡略化、特に、自己整列プロセス化が強く望まれている。
【0004】
多数のサブミリクラスの電子部品をばらばらの状態から、所望の位置にそれぞれ実装する方法はいくつかの案があるが、実際には実用化されていない。その理由は、このような微小な部品を取り扱うことが非常に難しいこと、ミクロンオーダーの位置決めを機構的に行うことが難しいこと、微小領域での濡れ性、空気の粘性、摩擦などの物理現象が境界領域と呼ばれる中間域にあり、現在の物理シミュレーションではうまく取り扱えない面が多いこと等の困難があるためである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
図11は自己整列プロセスによる実装例を示すものであり、電子部品21を基板11上の所望の位置に配置することが目標である。電子部品21を目的の位置に位置決めするには、その形状が電子部品21と対応した形状の凹部13を基板の目的の位置に予め形成しておき、図11(a)の状態から図11(b)のように、電子部品21を凹部13に落とし込むという方法をとる。この場合、電子部品21を挿入した時、電子部品21と凹部13との間に僅かなクリアランス(間隙)を存在させておく。
【0006】
電子部品21を凹部13に導き、落とし込む方法は研究段階では考えられているものの、実用化には様々な問題があり、決定的な方法は確立されていない。ただ、電子部品を凹部に落とし込む工程を自己整列プロセスとする方法は、特開平5−114800号公報に開示されている。
【0007】
この公知技術では、矩形形状に加工された半導体チップを、この半導体チップに対してわずかなクリアランスを持たせて基体上に形成した矩形の凹部に実装する。この際、吸着ヘッド等の機械的な移送手段によって電子部品を凹部内に挿入しながら、又は、挿入した後、少なくとも実装基体と電子部品の一方に超音波による微小振動を印加する。基体に振動を加えることによって、電子部品が凹部の壁などに引っ掛かるのを防ぎ、電子部品をわずかなクリアランスしかもたない凹部の決められた位置に確実にセットできる。この結果、実質的に電子部品の位置決めが自己整列プロセス化される。
【0008】
しかしながら、微小振動の利用は凹部内で電子部品をセットする工程に限られ、電子部品を凹部の位置まで移送する工程は、従来通り手間のかかる機械的な移送機構で行っている。
【0009】
本発明の目的は、基体上に載置された電子部品を基体上の所望の位置に設けられた凹部に効率良く落とし込む電子部品の配置方法とその装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、基体に設けた凹部内に電子部品を装入するに際し、前記基体上に前記電子部品を載置し、前記基体に少なくともその面方向と交差する方向(特に垂直方向)に振動を印加して、前記電子部品を前記凹部に落とし込む、電子部品の配置方法とその装置に係るものである。
【0011】
本発明によれば、前記基体を少なくともその面方向と交差する方向に振動させているので、前記電子部品に運動のエネルギーを付与することにより、前記基体上で前記電子部品が跳ね上り等の挙動を呈し、前記凹部内に落とし込まれる確率が向上し、所望の位置に配置され易くなる。
【0012】
しかも、前記電子部品は前記基体上に載置するだけでよいから、多大な労力と時間とコストを費やして行われてきた吸着ヘッド等による機械的な配置と比べて量産性及び効率が良く、低コストで簡略な自己整列プロセスとすることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明においては、前記基体上に前記電子部品を無作為に載置し、前記基体の一辺側に、前記振動を印加するための発振子を設け、前記基体に50Hz〜500kHzの振動を、前記基体の面に垂直な方向に印加し、また前記振動の振幅を前記凹部の深さ以下とするのがよい。但し、この振動の周波数は前記基体の固有振動数に応じて選択するのがよい。
【0014】
また、前記振動により前記電子部品を浮き上がらせて、前記電子部品を移動させるのがよい。
【0015】
また、複数の前記凹部内に前記電子部品を装入する際、前記振動の波長を前記複数の凹部間のピッチに対応させ、更に位相制御子により前記振動の位相を変化させ、前記凹部の中心に振動波のノードを一致させるのがよい。
【0016】
また、前記振動の発生手段を2つ用いて、それぞれを前記基体の一辺側とその隣接辺側に配し、それぞれの前記振動の波長を、前記基体の面内における複数の前記凹部間の縦方向ピッチ及び横方向ピッチに対応させるのがよい。
【0017】
また、前記基体の表面を傾斜させ、特に前記凹部に向かって傾斜又は段差を設けておき、前記基体の表面を傾斜させて保持するのがよい。
【0018】
また、前記凹部の底面に剥離性の粘着材を塗布し、或いは、前記凹部の底面に熱可塑性樹脂を塗布しておき、加熱しながら、前記電子部品を装入するのがよい。
【0019】
また、前記基体の中央を固定し、前記基体の端部に、前記基体の表面に対し垂直な方向に大きな振幅を持つ周期の長い振動を重ねて加えるのがよい。
【0020】
また、前記振動に、前記基体の面方向の振動を重ねて加えるのがよい。
【0021】
また、前記凹部の平面形状又は/及び断面形状を前記電子部品に対応して、回転対称性を持たない形状とするのがよい。
【0022】
更に、前記基体を実装基板とし、この実装基板に前記電子部品を実装することができる。
【0023】
本発明では、前記電子部品を所望の位置まで移動させることと、所望の位置にセットすることとは、場合によって両立しないこともあるから、上記のような適切な条件設定と様々な工夫によって、両者を同時に満足させることができる。
【0024】
この結果、従来多大な労力と時間とコストを費やして行われてきた機械によるアライメント工程を自己整列プロセス化し、大幅な簡略化、低コスト化が可能になる。この方法は、LED(Light Emitting Diode)やLCD(Liquid Crystal Display)ディスプレイ等のAM(アクティブマトリックス)素子の実装のような、多数の電子部品を等間隔に配置する必要がある場合等に特に有効である。
【0025】
配置する物品は、チップ状のAM素子や受動素子等の電子部品とするが、マイクロレンズ、マイクロプリズム、光ファイバ、マイクロモータ、マイクロギア等を含めてもよい。また、凹部を形成する前記基体も特に限定されるものではなく、シリコン基板、金属基板、セラミック基板、プラスチック基板等、用途に応じて選定すればよい。
【0026】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、物品の例として電子部品を用い、基体の例としてシリコン基板を用いて説明する。
【0027】
図1(a)は、本発明に基づく電子部品21の配置装置の1例を示す概略構成図である。
【0028】
この例では、振動を基板11の上面から加えるようにしているが、振動を基板11の下面から加えてもよい。発振子41によって発生させた振動を、基板ホルダ42を介して基板11に伝え、基板11の表面上に、基板面に垂直な方向に振動して基板11上を伝搬して行く振動波を生じさせる。発振子41は、例えば電磁石及び鉄片による振動発生器、又は、圧電トランスデューサやフェライト振動子等の電気音響変換器と、それを駆動するための電源回路で構成されている。発振子41を周波数可変タイプにすることで、ホルダ42と基板11の固有振動数を厳密に設計する必要はない。
【0029】
図1(b)は、本発明に基づく電子部品の配置装置の他の例を示す概略構成図であり、図1(a)の装置にピエゾ素子からなる位相制御子43を付加したものである。
【0030】
位相制御子43は、基板11上の振動波の位相を制御することができ、振動波のノードの位置を変化させることができる。このため、基板ホルダ42に基板11を位置決めする時に、厳密に位置決めする必要もないし、あらかじめ計算してホルダ設計をする必要もない。
【0031】
図2に、自己整列プロセスに適する電子部品21の形状を示す。誤った向きで電子部品21が凹部13にはまり込まないように、電子部品21の底面の形状は、90度の回転対称、180度の回転対称などの回転対称を持たないようにすることが必要である。例えば、正方形は90度誤った向き、長方形は180度誤った向き(逆向き)でも凹部にはまり込んでしまうので、不適当である。電子部品31の底面の形状は、図2(a)に示した台形などの形状になるようにする。
【0032】
電子部品21は、支持体上のウエハ(いずれも図示せず)をダイシングで個々の個片に切断して得られるが、この時、各個片は、断面の形状がテーパ形状になるように切断される。これを利用して、電子部品21の断面形状が上向きに広がるテーパをもつように切断し、基板12上のガイド層12に形成した凹部13の大きさを電子部品21の底面の寸法に対しわずかなクリアランスを持つ大きさとすると、自動的に凹部13の大きさは部品上面の寸法より小さくなるので、電子部品21が上下逆に入るのを防ぎ、正規の姿勢で凹部13内に装入することができる(図2(b)断面拡大図)。
【0033】
図3は、基板11上のガイド層12に形成された凹部13、発振子41、振動波の位置関係を示す概略図である。発振子41から基板ホルダ42を介して基板11に伝えられた振動のエネルギーは、発振子41が置かれた一辺から対向する辺に向かって面上を進む振動波を形成する。振動波の波面は発振子41が置かれた辺に平行になる。図3(a)の下に付した波形は、ある時点での振動波の波形(基板11の表面が示す上下方向への変位の大きさ)とその直後の波形をそれぞれ実線と点線で表したものである。
【0034】
基板11の表面の上下方向への変位の変化につれて、基板11の上に無作為に(ばらばらの状態で)置かれた電子部品(図示せず)は上下に揺り動かされる。この縦振動によって、振動波のエネルギーが大きく、強く揺り動かされる場合には、一周期の間に電子部品が基板11表面から浮き上がる(跳ね上る)期間が生じる。この期間中に、跳ね上った電子部品が凹部13内に入り込む割合が確率論的に大きくなる。しかも、その期間中は、電子部品に働く摩擦力は低減するから、何らかの原因で面方向の力が電子部品に作用すると、電子部品は面上を移動して凹部13まで移動し、ここに落とし込まれる確率が高くなる。
【0035】
このように電子部品が浮き上がるほど振動波のエネルギーが大きくなくても、一周期の間には必ず電子部品と基板11との摩擦力が無振動時より小さくなる期間がある。この期間中に、何らかの原因で面方向の力が電子部品に作用すると、電子部品は無振動時よりも面上を移動しやすい。
【0036】
上記のように、基板11の面に垂直な方向の振動波を発生させることで、電子部品と基板11との摩擦力を減少させ、電子部品が凹部13へ入り込む或いは移動しやすくなる環境を整えることができ、この点が、最も重要なポイントである。
【0037】
図3のように、凹部13が規則正しく整列している基板11では、基板11の弾性係数から振動数に対する波長を計算できる。図3(b)は、振動波の半波長の長さを前記複数の凹部13間のピッチに合わせ、位相制御子43によって、振動の位相を調節し、凹部13の中心に振動波のノードが一致する定在波を形成させるようにした例である。図3(b)の下に付した波形は、2つの異なる時点での振動波の波形(基板11の表面が示す上下方向への変位の大きさ)をそれぞれ実線と点線で表したものである。
【0038】
このように調節すると、ノードの位置では常に変位は0であるから、凹部13にいったん取り込まれた電子部品が、振動波によって揺り動かされて凹部13から飛び出すことがない。従って、既に凹部13に電子部品が実装されていても、これに支障を生じることなしに、上記した方法で次の電子部品を他の凹部13に実装することができる(これは、後述の粘着材を使用する場合には一層確実となる)。
【0039】
上記の例に限らず、振動波の半波長の長さの整数倍が凹部13間のピッチに等しくなるように調節すれば、同様の効果を得ることができる。
【0040】
この例のように、様々な工夫と適切な条件設定とによって、電子部品を所望の位置まで「移動させる」という要求と、所望の位置に「停止させる」という要求とに、同時に実現することができる。
【0041】
図4(a)は、2つの発振子41を用いて、それぞれを基板11の一辺とその隣接辺に配し、それぞれの振動波の波長を基板11上の凹部13間の縦方向ピッチ及び横方向ピッチに対応させ、2つの位相制御子43によって、振動波の位相を調節し、凹部13の中心に振動波のノードを一致させるようにした例である。
【0042】
図4(b)で、31は図の縦方向のノードの位置を示し、32は図の横方向のノードの位置を示す。
【0043】
2つの振動波を利用することで、上記の、電子部品を凹部13の位置まで「移動させる」という要求と、凹部13に「停止させる」という要求とを、より有効に実現できる。
【0044】
図5は、本発明に基づき、電子部品21が自己整列プロセスによって、所望の位置に配置されていく様子を示した概略図である。
【0045】
基体11の表面には電子部品21を配置する所望の位置に、凹部13が設けられている。凹部13の形成方法としては、ガイド層(絶縁層)12をレジスト性のある樹脂を用いてパターニングする方法や、レーザで除去する方法等がある。前者は、樹脂そのものをパターニングするため簡単である反面、凹部の形成が一度のみである。後者の方法は、他の位置に凹部を更に加工して違う種類の部品を次にマウントすることが可能である。
【0046】
ガイド層(絶縁層)12には、凹部13を設けたのと同じ方法で、凹部13に向かって下っていくように、傾斜又は段差を設けておくのがよい。図5(a)には、段差によって凸条部(尾根筋、基板表面の他の位置より一段高い場所)14を形成した例を示す。このようにしておくと、図5(a)、(b)に示すように、初めに電子部品21が凸条部14に載置されたとしても、電子部品21は振動波の助けによって移動しているうちに、次第に凹条部(谷筋、基板表面の他の位置より一段低い場所)15に位置する凹部13に導かれることになる。
【0047】
また、図5(c)に示すように、振動波の助けによる電子部品21の自己整列プロセスの間、基板13上で電子部品が緩やかに傾斜するように保持されれば、電子部品21は振動波の助けによって移動しているうちに、次第に最寄りの凹部13に導かれることになる。
【0048】
本実施の形態においては、印加する振動の振動数の違いによる効果の変化は小さいが、低周波〜高周波の音波又は超音波振動が適用可能であり、50Hz〜500kHzの振動が好ましく適用される。凹部13にいったん取り込まれた電子部品31が、再び飛び出すということが起こらないためには、振動波の振幅を凹部の深さ以下とするのが望ましい。
【0049】
以上に述べた本実施の形態によれば、基板11を少なくともその面方向と交差する方向に振動させているので、無作為に載置された電子部品21に運動のエネルギーを付与することにより、基板11上で電子部品21が跳ね上り等の挙動を呈し、凹部13内に落とし込まれる確率が向上し、所望の位置に配置され易くなる。
【0050】
しかも、電子部品21は基板11上に無作為に載置するだけでよいから、多大な労力と時間とコストを費やして行われてきた吸着ヘッド等による機械的な配置と比べて量産性及び効率が良く、低コストで簡略な自己整列プロセスとすることができる。
【0051】
図6には、凹部13の底面に剥離性の粘着材(微粘着性の粘着材)16を塗布しておいて電子部品を配置する場合を示す。
【0052】
粘着材16の塗布方法としては、凹部13の形成前に塗布して、凹部以外の余分な部分を取り除く方法と、あらかじめ全面塗布した上に凹部を形成する方法がある。
【0053】
剥離性の粘着材16の粘着性は弱いので、図の電子部品21aのように、その一部が粘着材16に触れただけでは、粘着材16によって凹部13に捕えられはするものの、その運動が完全に制限されてしまうことはない。したがって、振動波によって揺り動かされているうちに、電子部品21aは、次第に凹部13にきちんとはまり込むことになる。
【0054】
一方、凹部13にきちんとはまり込んでしまった電子部品21bは、その底面全体が粘着材16に密着する。このようになると、電子部品21bの運動は粘着材16によって大きく制限されるので、振動波によって揺り動かされて電子部品21bが凹部13から飛び出すことはない。
【0055】
このような方法によっても、電子部品21を所望の位置まで「移動させる」という要求と、所望の位置に「停止させる」という要求とを同時に実現することができる。
【0056】
また、剥離性の粘着材のかわりに、熱可塑性樹脂を塗布しておき、加熱しながら電子部品を配置するプロセスを行っても同じように、電子部品を粘着力で取り込む効果を得ることができる。
【0057】
図7に、電子部品21の例としてIC(Integrated Circuit)チップ61を、実装基板に実装する場合の凹部13付近の様子を示す。
【0058】
図7(a)は、フェイスダウンで絶縁基板51上に実装した場合で、凹部13に設けられた配線パターン52にICチップ61のはんだバンプ62を接合する。
【0059】
図7(b)は、フェイスアップで実装した場合で、絶縁基板51の上に設けられた配線パターン52とICチップ61の端子63をワイヤボンディング64で接続する。この場合には、実施の形態2で述べた剥離性の粘着材又は熱可塑性樹脂がICチップ61を粘着力で取り込む効果を利用できる。
【0060】
図8は、本発明に基づく電子部品の配置装置の他の例を示す概略構成図である。この装置は、図1(a)の装置に、大振幅長周期振動の発生手段44を付加したものである。図1(b)の装置に、大振幅長周期振動の発生手段44を付加してもよい。振動発生手段44は、例えば電磁石及び鉄片による振動発生器と、それを駆動するための電源回路で構成されている。
【0061】
図8のように、基板11の中央を支持部45で支え、大振幅長周期振動発生手段44の一方の端を壁面等で固定し、他の端を発振子41に連結すると、振動発生手段44から印加される振動につれて、基板11は支持部45を支点とするシ−ソーのような振り子運動を行う。
【0062】
図9に、このようなシーソー運動を重ねて加えた場合の、基板11の面の傾きと電子部品21の動きを示す。ただし、基板11は大振幅振動がない時わずかに傾斜するように保持されており、この傾きよりシーソー運動の振れ角は大きいものとする。
【0063】
大振幅振動がない場合、基板11の面は一定方向に傾いているから、電子部品21は、振動波の助けをかりてこの傾きの方向へ徐々に滑り落ちてくる。その結果、電子部品21が最寄りの凹部13に落ち込めば自己整列プロセスは成功する。しかし、場合によっては勢い余って行き過ぎ、図9(b)に示すように、凹部13の下方側の壁に乗り上げてしまうことも考えられる。
【0064】
大振幅振動がなく基板11の面が一定方向に傾いている場合には、このような行き過ぎを修正するのは難しい。それに対し、大振幅振動がある場合には、図9(c)に示すように、一周期の間に基板11の傾きが逆転する期間が必ずあるので、行き過ぎを修正するのが容易になる。
【0065】
図10は、本発明に基づく電子部品の配置装置の他の例を示す概略構成図であり、図1(a)の装置に、面方向の振動発生手段46を付加したものである。図1(b)の装置に、面方向の振動発生手段46を付加してもよい。面方向振動発生手段46は、発振子41と同種のものでよい。
【0066】
面方向の振動は、垂直方向の振動と異なり、電子部品(図示せず)と基板11との摩擦力を減少させる働きは小さいが、電子部品を回転させ、向きを変化させる働きが大きい。図5(a)に示したような凸条部14から凹条部15へ向かう傾斜を持たせた基板11を用い、面方向振動の方向を変化させる作用を適用すると、電子部品21をスムーズに凹部13のある凹条部15へ導くことができる。
【0067】
以上に説明した実施の形態は、本発明の技術的思想に基づいて更に変形が可能であることは言うまでもない。
【0068】
例えば、上述の基板に与える振動は少なくとも基板面に垂直方向とする以外にも、基板面に交差する斜め方向であってもよい。また、配置される物品の底面形状として台形を例として説明してきたが、形状はこれに限るものではなく、例えば五角形でもよい。基板との関係で五角形にした方が凹部に導かれやすいということがあれば、物品の本来の形が台形であっても、意図的に頂点の数を1つ加えて五角形の物品として、自己整列プロセスに最適化するということも考えられる。
【0069】
また、物品の重心は低い方が安定し、基板表面が傾斜するよう保持されている場合には、重心が先端部に偏っている方が、物品の基板上の動きがスムーズになる。物品にわざと重しを付け加え、物品の重心を自己整列プロセスに最適化するということも考えられる。
【0070】
本発明の自己整列プロセスの成否は、配置される物品と基板との最適な関係を作りうるかどうかにかかっているから、ケースバイケースで様々な工夫が考えられる。
【0071】
【発明の作用効果】
本発明によれば、前記基体を少なくともその面方向と交差する方向に振動させているので、基体上に載置された前記電子部品に運動のエネルギーを付与することにより、前記基体上で前記電子部品が跳ね上り等の挙動を呈し、前記凹部内に落とし込まれる確率が向上し、所望の位置に配置され易くなる。
【0072】
しかも、前記電子部品は前記基体上に載置するだけでよいから、多大な労力と時間とコストを費やして行われてきた吸着ヘッド等による機械的な配置と比べて量産性及び効率が良く、低コストで簡略な自己整列プロセスとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による電子部品の配置装置の二例を示す概略断面図である。
【図2】同、自己整列プロセスに適した電子部品の形状と基板の凹部形状、更には凹部内に電子部品が実装された状態を示す概略上面図、側面図、平面図、断面図である。
【図3】同、図1の装置における発振子、凹部、振動波の位置関係の二例を示す概略平面図である。
【図4】同、2つの発振子を用いる電子部品の配置装置の1例を示す概略平面図である。
【図5】同、電子部品が自己整列プロセスによって所望の位置に配置されていく様子を示した概略平面及び断面図である。
【図6】同、凹部に剥離性粘着材を塗布した場合を示す概略断面図である。
【図7】同、絶縁基板にICチップを実装した様子を示す概略断面図である。
【図8】同、電子部品の配置装置の他の例を示す概略断面図である。
【図9】同、大振幅振動を重ねて加えた場合の、基板面の傾きと電子部品の動きを示す概略断面図である。
【図10】同、電子部品の配置装置の他の例を示す概略平面図である。
【図11】従来の自己整列プロセスを示す概略断面図である。
【符号の説明】
11…基板、12…ガイド層(絶縁層)、13…凹部、14…凸条部、
15…凹条部、16…剥離性粘着材、21、21a、21b…電子部品、
31…ノードの位置(横方向)、32…ノードの位置(縦方向)、
41…発振子、42…基板ホルダ、43…位相制御子、
44…大振幅長周期振動の発生手段、45…支持部、
46…面方向振動発生手段、51…絶縁基板、52…配線パターン、
61…ICチップ、62…はんだバンプ、63…端子、
64…ワイヤボンディング[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a arrangement method and apparatus for electronic components for charging the electronic component in the recess provided in the substrate, particularly, the self-alignment (self-aligned) electronic components using the arrangement method and arrangement apparatus It is about.
[0002]
[Prior art]
Conventional electronic component mounting methods include a method of mounting each component using a head having a suction mechanism, and a method of transferring the entire substrate.
[0003]
The mechanical alignment process of placing electronic components on a machine requires a lot of labor, time and cost, and it takes a great burden to secure and maintain the alignment accuracy. There is a strong demand for it.
[0004]
There are several methods for mounting a large number of sub-millimeter class electronic components in a desired position from various states, but they have not been put into practical use. The reason is that it is very difficult to handle such minute parts, it is difficult to mechanically perform micron-order positioning, physical phenomena such as wettability in the micro area, air viscosity, friction, etc. This is because it is in an intermediate area called a boundary area, and there are many problems that cannot be handled well by current physical simulation.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 11 shows an example of mounting by the self-alignment process, and the goal is to arrange the
[0006]
Although a method of guiding and dropping the
[0007]
In this known technique, a semiconductor chip processed into a rectangular shape is mounted in a rectangular recess formed on a substrate with a slight clearance from the semiconductor chip. At this time, an electronic component is inserted into the recess by a mechanical transfer means such as a suction head, or after the insertion, a micro vibration by ultrasonic waves is applied to at least one of the mounting substrate and the electronic component. By applying vibration to the base body, the electronic component can be prevented from being caught on the wall of the concave portion, and the electronic component can be reliably set at a predetermined position of the concave portion having a slight clearance. As a result, the positioning of the electronic component is substantially a self-alignment process.
[0008]
However, the use of minute vibration is limited to the process of setting the electronic component in the recess, and the process of transferring the electronic component to the position of the recess is performed by a mechanical transfer mechanism that is troublesome as before.
[0009]
An object of the present invention is to provide a a recess provided the electronic components placed on the substrate at a desired position on the substrate efficiently dropping method for arranging electronic components and apparatus.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention, when charged electronic components in a recess provided in the substrate, and placing the electronic components on the substrate in a direction intersecting at least the surface direction to the substrate (in particular vertical) by applying a vibration to, dropped the electronic components in the recess, it relates to a method for arranging electronic components and apparatus.
[0011]
According to the present invention, the since is vibrated in a direction intersecting at least a plane direction thereof The substrate, by applying energy of motion to the electronic components, the uplink like the electronic components is splashed on said substrate The probability of being dropped into the recess is improved, and it is easy to be placed at a desired position.
[0012]
Moreover, the electronic components is because it is only placed on the substrate, good productivity and efficiency compared with mechanical arrangement by the suction head or the like that has been done spending a great deal of labor and time and cost It can be a low cost and simple self-alignment process.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, by placing the electronic components randomly on the substrate, on one side of the substrate, provided an oscillator for applying said vibration, the vibration of 50Hz~500kHz to the substrate, It is preferable to apply in a direction perpendicular to the surface of the substrate and to make the amplitude of the vibration equal to or less than the depth of the recess. However, the frequency of this vibration is preferably selected according to the natural frequency of the substrate.
[0014]
The electronic component may be moved by lifting the electronic component by the vibration.
[0015]
Further, when inserting the electronic component into the plurality of recesses, the wavelength of the vibration is made to correspond to the pitch between the plurality of recesses, and the phase of the vibration is changed by a phase controller, and the center of the recess It is better to match the node of the vibration wave.
[0016]
Further, two vibration generating means are used, and each of them is arranged on one side of the base and the adjacent side thereof, and the wavelength of the vibration is set in the vertical direction between the plurality of recesses in the plane of the base. It is preferable to correspond to the directional pitch and the lateral pitch.
[0017]
In addition, it is preferable that the surface of the substrate is inclined, and in particular, an inclination or a step is provided toward the recess, and the surface of the substrate is inclined and held.
[0018]
Further, peeling of the adhesive material is applied to the bottom surface of the recess, or in advance by coating a thermoplastic resin on the bottom surface of the recess, with heating, it is preferable to charging the electronic component.
[0019]
Further, it is preferable that the center of the base is fixed, and a long-period vibration having a large amplitude in a direction perpendicular to the surface of the base is superimposed on the end of the base.
[0020]
In addition, it is preferable to add vibration in the surface direction of the base body to the vibration.
[0021]
In correspondence with the planar shape or / and a sectional shape of the recess in the electronic components, it is preferable to shape having no rotational symmetry.
[0022]
Further, the base body can be used as a mounting board, and the electronic component can be mounted on the mounting board.
[0023]
In the present invention, and moving said electronic component to a desired position, it and the setting to the desired position, also because sometimes incompatible optionally by appropriate conditions settings and various measures, such as the Both can be satisfied at the same time.
[0024]
As a result, the alignment process by a machine, which has conventionally been performed with a great deal of labor, time and cost, is converted into a self-alignment process, which can be greatly simplified and reduced in cost. This method is particularly effective when a large number of electronic components need to be arranged at regular intervals, such as mounting of an AM (active matrix) element such as an LED (Light Emitting Diode) or LCD (Liquid Crystal Display) display. It is.
[0025]
Article placement to is an electronic component such as a chip-shaped AM device and a passive element, a microlens, a microprism, optical fiber, micro-motors, may include a micro gears. Further, the base for forming the recess is not particularly limited, and may be selected according to the use such as a silicon substrate, a metal substrate, a ceramic substrate, and a plastic substrate.
[0026]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that an electronic component is used as an example of an article and a silicon substrate is used as an example of a base.
[0027]
Fig.1 (a) is a schematic block diagram which shows an example of the arrangement | positioning apparatus of the
[0028]
In this example, the vibration is applied from the upper surface of the
[0029]
FIG. 1B is a schematic configuration diagram showing another example of an electronic component placement apparatus according to the present invention, in which a
[0030]
The
[0031]
FIG. 2 shows the shape of the
[0032]
The
[0033]
FIG. 3 is a schematic view showing the positional relationship between the
[0034]
As the displacement of the surface of the
[0035]
Thus, even if the energy of the vibration wave is not so large that the electronic component is lifted, there is always a period in which the frictional force between the electronic component and the
[0036]
As described above, by generating a vibration wave in a direction perpendicular to the surface of the
[0037]
As shown in FIG. 3, in the
[0038]
When adjusted in this way, the displacement is always zero at the position of the node, so that the electronic component once taken into the
[0039]
The present invention is not limited to the above example, and the same effect can be obtained by adjusting the integral multiple of the half-wave length of the vibration wave to be equal to the pitch between the
[0040]
As in this example, it is possible to simultaneously realize a request to “move” an electronic component to a desired position and a request to “stop” to a desired position by various devices and appropriate condition settings. it can.
[0041]
In FIG. 4A, two
[0042]
In FIG. 4B, 31 indicates the position of the node in the vertical direction in the figure, and 32 indicates the position of the node in the horizontal direction in the figure.
[0043]
By using the two vibration waves, it is possible to more effectively realize the request for “moving” the electronic component to the position of the
[0044]
FIG. 5 is a schematic view showing how the
[0045]
A
[0046]
The guide layer (insulating layer) 12 is preferably provided with an inclination or a step so as to descend toward the
[0047]
Further, as shown in FIG. 5C, if the electronic component is held on the
[0048]
In this embodiment, the change in the effect due to the difference in the frequency of the applied vibration is small, but low-frequency to high-frequency sound waves or ultrasonic vibrations can be applied, and vibrations of 50 Hz to 500 kHz are preferably applied. In order to prevent the
[0049]
According to the present embodiment described above, since the
[0050]
In addition, since the
[0051]
FIG. 6 shows a case where an electronic component is arranged with a peelable adhesive material (slightly adhesive material) 16 applied to the bottom surface of the
[0052]
As a method of applying the adhesive material 16, there are a method of applying before forming the
[0053]
Since the adhesive of the peelable adhesive material 16 is weak, as the electronic component 21a shown in the figure, only a part of the adhesive material 16 touches the adhesive material 16 but is caught in the
[0054]
On the other hand, the entire bottom surface of the electronic component 21 b that has been properly fitted in the
[0055]
Also by such a method, the request | requirement of "moving" the
[0056]
In addition, it is possible to obtain an effect of taking in an electronic component with adhesive force in the same manner even if a process of placing a thermoplastic resin in place of a peelable adhesive material and placing the electronic component while heating is performed. .
[0057]
FIG. 7 shows a state in the vicinity of the
[0058]
FIG. 7A shows a case where the solder bumps 62 of the
[0059]
FIG. 7B shows a case where mounting is performed face up, and the
[0060]
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing another example of an electronic component arranging device according to the present invention. This apparatus is obtained by adding a large-amplitude long-period vibration generating means 44 to the apparatus shown in FIG. A large-amplitude long-period vibration generating means 44 may be added to the apparatus of FIG. The vibration generating means 44 includes a vibration generator made of, for example, an electromagnet and an iron piece, and a power supply circuit for driving the vibration generator.
[0061]
As shown in FIG. 8, when the center of the
[0062]
FIG. 9 shows the inclination of the surface of the
[0063]
When there is no large-amplitude vibration, the surface of the
[0064]
When there is no large amplitude vibration and the surface of the
[0065]
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing another example of an electronic component placement apparatus according to the present invention, in which a vibration generator 46 in the plane direction is added to the apparatus of FIG. A vibration generator 46 in the plane direction may be added to the apparatus of FIG. The plane direction vibration generating means 46 may be the same type as the
[0066]
Unlike the vibration in the vertical direction, the vibration in the surface direction has a small function of reducing the frictional force between the electronic component (not shown) and the
[0067]
It goes without saying that the embodiment described above can be further modified based on the technical idea of the present invention.
[0068]
For example, the vibration applied to the substrate described above may be in an oblique direction intersecting the substrate surface, in addition to being at least perpendicular to the substrate surface. Moreover, although the trapezoid has been described as an example of the bottom shape of the article to be arranged, the shape is not limited to this, and may be, for example, a pentagon. If the pentagonal shape is easier to be guided to the recess in relation to the substrate, even if the original shape of the article is trapezoidal, the number of vertices is deliberately added as a pentagonal article. It may be possible to optimize the alignment process.
[0069]
In addition, when the center of gravity of the article is lower, the article is more stable, and when the substrate surface is held so as to be inclined, the movement of the article on the substrate becomes smoother when the center of gravity is biased toward the tip. It is also conceivable to add weight to the article on purpose and optimize the center of gravity of the article for the self-alignment process.
[0070]
Since the success or failure of the self-alignment process of the present invention depends on whether or not an optimum relationship between the article to be placed and the substrate can be created, various ideas can be considered on a case-by-case basis.
[0071]
[Effects of the invention]
According to the present invention, since by vibrating the substrate in a direction intersecting at least a plane direction thereof, by applying energy of motion to the electronic components placed on a substrate, wherein on said substrate exhibits the behavior of the uplink such as electronic components is splashing improved probability of dropped into the recess, it is easily disposed in a desired position.
[0072]
Moreover, the electronic components is because it is only placed on the substrate, good productivity and efficiency compared with mechanical arrangement by the suction head or the like that has been done spending a great deal of labor and time and cost It can be a low cost and simple self-alignment process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing two examples of an electronic component placement device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic top view, side view, plan view, and cross-sectional view showing the shape of an electronic component suitable for the self-alignment process, the shape of a concave portion of a substrate, and a state in which the electronic component is mounted in the concave portion. .
3 is a schematic plan view showing two examples of the positional relationship between an oscillator, a recess, and a vibration wave in the apparatus of FIG.
FIG. 4 is a schematic plan view showing an example of an electronic component arranging apparatus using two oscillators.
FIGS. 5A and 5B are a schematic plan view and a cross-sectional view showing how electronic components are arranged at desired positions by a self-alignment process. FIGS.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a case where a peelable adhesive material is applied to the recesses.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a state where an IC chip is mounted on an insulating substrate.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing another example of the electronic component arranging apparatus.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the inclination of the substrate surface and the movement of the electronic component when large amplitude vibration is applied in an overlapping manner.
FIG. 10 is a schematic plan view showing another example of the electronic component arranging apparatus.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a conventional self-alignment process.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
15 ... concave part, 16 ... peelable adhesive, 21, 21a, 21b ... electronic component,
31 ... Node position (horizontal direction), 32 ... Node position (vertical direction),
41 ... Oscillator, 42 ... Substrate holder, 43 ... Phase controller,
44 ... Means for generating large amplitude long-period vibrations, 45 ... Supporting part
46 ... plane direction vibration generating means, 51 ... insulating substrate, 52 ... wiring pattern,
61 ... IC chip, 62 ... solder bump, 63 ... terminal,
64 ... Wire bonding
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