JP4035716B2 - 電子部品の製造装置および電子部品の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、電子素子を実装基板にバンプを介して実装してなる電子部品の製造装置および電子部品の製造方法に関し、特にフリップチップ等の電子素子をプリント回路基板等の実装基板上にバンプを介して実装してなる電子部品の製造装置および電子部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばフリップチップ等の電子部品を実装基板に実装する際、電子部品と実装基板との熱膨張係数の差によって、接合バンプ部に歪みが生じて断線などが発生し、接合信頼性に悪影響を与えている。この問題の対策として、バンプのつぶれ量を抑えてバンプの高さを高くすることで、バンプと実装基板の接合面への応力を緩和して、接合信頼性を高める手法がとられてきた。
【０００３】
上述したように、半田バンプのつぶれ量を抑制するための接続方法が種々開示されているが、例えば従来の半田バンプの接続方法では、回路部品と回路基板との間に弾性隆起体を介在させて、この弾性隆起体の復元力で回路部品を押し上げることによって、半田バンプのつぶれ量を抑制している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
この従来の接続方法について、図面を参照して簡単に説明する。図３（ａ）に示すように、ポリイミド等からなる絶縁ベース材１１１の一方の面には、所望の回路配線パターン１１２が設けられており、この回路配線パターン１１２の表面に、接着剤１１４によってポリイミドフィルム等の表面保護フィルム１１５が貼着され、これらによって表面保護層が形成される。なお、この表面保護層は、ワニス状ポリイミドや絶縁性カバーコートインク等を印刷塗布することによって形成することも可能である。また、絶縁ベース材１１１には、接続用半田バンプ１１３が設けられた主面上に、例えばテフロン（登録商標）ゴムやシリコーンゴム等の弾性材からなる弾性隆起体１１７が設けられている。この弾性隆起体１１７は、絶縁ベース材１１１の主面からの高さが、接続用半田バンプ１１３のその高さよりも高くされて形成されている。
【０００５】
図３（ｂ）に示すように、まず、弾性隆起体１１７が設けられた回路配線基板上の接続用半田バンプ１１３と、ＩＣ（Integrated Circuit）チップ１１８の端子１１９とを対向させるように位置決めする。次に、接続用半田バンプ１１３を加熱溶融させながら押圧力を加えてＩＣチップ１１８を押し下げ、ＩＣチップ１１８の端子１１９を、溶融したその半田に浸すとともに、弾性隆起体１１７を圧縮させて弾性変形させる。そして、押圧力を解除したとき、弾性隆起体１１７の復元力によってＩＣチップ１１８が押し上げられる。このため、溶融した接続用半田バンプ１１３は、ＩＣチップ１１８の端子１１９と回路配線基板とに跨って引き伸ばされることで鼓状に形成される。
【０００６】
以上の工程を経て、図３（ｃ）に示すように、回路配線基板の配線パターン１１２は、鼓状の半田バンプ１２０を介してＩＣチップ１１８の端子１１９と電気的に接続される。
【０００７】
【特許文献１】
特開平０４−２９９８４０号公報（第３欄１１行―２５行、図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の接続方法には、以下のような問題点がある。
【０００９】
従来の接続方法では、圧縮された弾性隆起体の弾性変形量が一定にならないため、半田バンプの押しつぶされる量を規定することが困難であり、特に、狭ピットバンプの場合に、隣接するバンプが接触してしまうことがある。また、回路配線基板上に形成された半田バンプは、形状にばらつきがあり、安定していないため、歪み応力を緩和しきれないことがある。したがって、従来の接続方法で接続された電子部品は、隣接するバンプとのショートや、剪断歪みの応力集中によって断線が生じるという問題がある。
【００１０】
また、従来の接続方法は、回路配線基板上の、全てのＩＣチップの搭載箇所に弾性隆起体をあらかじめ設置する必要があり、それに要する製造コストが嵩み、電子部品の製造コストが嵩んでしまうという問題がある。
【００１１】
さらに、従来の接続方法は、弾性隆起体の復元力によって半田バンプのつぶれを押し戻させるため、押し戻り量が一定にならず、半田バンプの高さを一定にすることが困難である。したがって、製造される電子部品の品質のばらつきが大きくなり、品質が安定しないという問題もある。
【００１２】
そこで、本発明は、電子部品の信頼性を向上させるとともに、製造コストを削減し、生産性の向上を図ることができる電子部品の製造装置および電子部品の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明に係る電子部品の製造装置は、電子素子を実装基板にバンプを介して実装してなる電子部品の製造装置であって、電子素子の接合面を実装基板の実装面に対向させて電子素子を保持する素子保持部と、実装基板の実装面を電子素子の接合面に対向させて実装基板を保持する基板保持部と、電子素子を実装基板に対して近接離間させる方向に素子保持部および基板保持部のいずれか一方を、固定されている他方に対して移動する移動手段と、素子保持部と基板保持部との相対距離を検出する距離検出手段と、実装基板に対して押圧される電子素子の押圧荷重があらかじめ設定された設定荷重になるように制御するとともに距離検出手段からの信号に基づいて移動手段を制御する制御手段と、バンプを加熱するための加熱手段と、を備える。そして、本発明に係る電子部品の製造装置は、加熱手段でバンプを加熱している状態で制御手段によって押圧荷重の制御を行いながら、素子保持部と基板保持部とを離間させる方向に移動し、加熱手段によってバンプが加熱されているときに素子保持部と基板保持部とが最も離間された最大離間距離を距離検出手段が検出し、この最大離間距離から、あらかじめ設定されたバンプ押しつぶし距離だけ素子保持部と基板保持部とが近接されたときに、制御手段が、素子保持部および基板保持部のいずれか一方の移動を、固定されている他方に対して停止させる。
【００１４】
以上のように構成された本発明に係る電子部品の製造装置によれば、電子素子を実装基板にバンプを介して加熱接合する際におけるバンプの押しつぶし量が確実に制御される。
【００１５】
また、本発明に係る電子部品の製造装置が備える制御手段は、バンプが押しつぶされた状態から、素子保持部と基板保持部とを離間させる方向に、あらかじめ設定されたバンプ引き伸ばし距離だけ、素子保持部および基板保持部のいずれか一方を、固定されている他方に対して移動させるように移動手段を制御することが好ましい。これによって、実装基板と電子素子とが確実に所定量だけ離間されるため、バンプが、実装基板の実装面に直交する方向に引き伸ばされて、一定の高さを有する鼓状に確実に形成される。
【００１６】
また、本発明に係る電子部品の製造装置は、実装基板に対する電子素子の押圧荷重を検出する荷重測定部材を備え、制御手段は、荷重測定部材が検出した押圧荷重が、設定荷重よりも小さい場合に素子保持部と基板保持部とを近接させる方向に、設定荷重よりも大きい場合に素子保持部と基板保持部とを離間させる方向に、素子保持部および基板保持部の少なくとも一方を移動させるように移動手段を制御することが好ましい。これによって、バンプの高さが確実に制御される。
【００１７】
また、本発明に係る電子部品の製造方法は、電子素子を実装基板にバンプを介して実装してなる電子部品の製造方法であって、電子素子の接合面を実装基板の実装面に対向させて前記電子素子を保持する素子保持工程と、実装基板の実装面を電子素子の接合面に対向させて実装基板を保持する基板保持工程と、電子素子と実装基板がバンプを介して接触させる位置に電子素子および実装基板のいずれか一方を、固定されている他方に対して移動する移動工程と、実装基板に対して押圧される電子素子の押圧荷重が、あらかじめ設定された設定荷重になるように制御する荷重制御工程と、電子素子と実装基板との相対距離を検出する距離検出工程とを有する。そして、本発明に係る電子部品の製造方法は、バンプを加熱している状態で押圧荷重の制御を行いながら、電子素子と実装基板とを離間させる方向に移動し、バンプが加熱されているときに電子素子と実装基板とが最も離間された最大離間距離を検出し、この最大離間距離から、あらかじめ設定されたバンプ押しつぶし距離だけ電子素子と実装基板とが近接されたときに、電子素子および実装基板のいずれか一方の移動を、固定されている他方に対して停止させる。
【００１８】
なお、本発明において、バンプとは、いわゆるバンプ接点をなす例えば半田や導電性樹脂等の接合材を指している。
【００１９】
また、本発明において、バンプ引き伸ばし距離とは、バンプを、実装基板の実装面に直交する高さ方向に引き伸ばすために、素子保持部または基板保持部を移動させる移動距離を指しており、制御手段にあらかじめ設定されている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態では、特にバンプとして半田バンプを用いてフリップチップ等の電子素子を実装基板上に実装してなる電子部品の製造装置および電子部品の製造方法について説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る電子部品の製造装置を示す模式図、図２は、本発明に係る電子部品の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【００２２】
図１に示すように、電子部品の製造装置１は、例えばＩＣチップ等の電子素子２を実装基板３上に搭載するための搭載するための搭載ノズル５と、実装基板３が載置されて保持されるヒータテーブル６と、ヒータテーブル６に対して搭載ノズル５を近接離間させる図１中矢印ａ1およびａ2方向に移動するためのアクチュエータ７と、電子素子２に対して実装基板３を実装面３ａに平行な方向の位置を位置決めするための位置決めステージ８とを備えている。
【００２３】
また、電子部品の製造装置１は、ヒータテーブル６に対する搭載ノズル５の距離を検出するための距離検出部材１１と、実装基板３に対して加圧された電子素子２の加圧荷重を検出するための荷重測定部材１２と、荷重測定部材１２および距離検出部材１１からの信号に基づいてアクチュエータ７および位置決めステージ８を駆動制御する制御部１３とを備えている。
【００２４】
搭載ノズル５は、あらかじめ端子（不図示）に半田バンプ４が設けられた電子素子２を吸着保持する。この搭載ノズル５は、電子素子２を吸着保持して実装基板３上に搭載した後、ヒータテーブル６上の実装基板３に対して電子素子２を加圧して電子素子２を加熱する。
【００２５】
ヒータテーブル６は、電気加熱素子（不図示）を有しており、位置決めステージ８上に固定されている。ヒータテーブル６は、搭載ノズル５に対向する載置面６ａ上に載置された実装基板３を保持し、この実装基板３を電気加熱素子によって加熱する。
【００２６】
アクチュエータ７には、例えばリニアモータ等が用いられている。アクチュエータ７は、位置決めステージ８によって電子素子２に対して実装基板３が位置決めされた後、搭載ノズル５を実装基板３の実装面３ａに直交する矢印ａ1方向に下降させ、電子素子２の半田バンプ４を実装基板３上の電極に接触させる。
【００２７】
位置決めステージ８は、実装基板３の実装面３ａに平行な互いに直交する二軸方向に移動可能に設けられている。位置決めステージ８は、ヒータテーブル６上に保持された実装基板３を、搭載ノズル５に保持された電子素子２に対向する直下に移動させて、電子素子２の端子に設けられた半田バンプ４と、実装基板３の電極（不図示）とを対向させるように位置決めする。
【００２８】
距離検出部材１１は、例えばリニアエンコーダ等によって構成されており、アクチュエータ７の位置を検出することによって、ヒータテーブル６に対する搭載ノズル５の距離（相対位置）を検出する。なお、本実施形態では、アクチュータ７によって、ヒータテーブル６に対して搭載ノズル５が移動（下降）されるように構成されるが、搭載ノズル５に対してヒータテーブル６が移動（上昇）されるように構成されてもよい。このように構成された場合、距離検出部材１１は、搭載ノズル５に対するヒータテーブル６の距離を検出する。また、搭載ノズル５およびヒータテーブル６がそれぞれ移動されるように構成されてもよいことは勿論である。
【００２９】
荷重測定部材１２は、ロードセル等の測定器やオブザーバ等の測定機器によって構成されており、実装基板３に対して押圧された電子素子２の押圧荷重を検出する。また、荷重測定部材１２としては、例えば光学式の検出素子や、機械式の検出機構が用いられてもよいことは勿論である。
【００３０】
制御部１３は、図示しないが、ＣＰＵやメモリ等からなるデジタル信号処理回路を有しており、プログラム制御によって、距離検出部材１１からの距離信号に基づいてアクチュエータ７を駆動制御するとともに、ヒータテーブル６および位置決めステージ８をそれぞれ制御する。また、制御部１３には、実装基板３に対して電子素子２の半田バンプ４を押圧する押圧荷重や、半田バンプ４を所定量だけ押しつぶすために実装基板３に対して電子素子２を近接させる方向に移動させるバンプ押しつぶし距離、および半田バンプ４を実装基板３の実装面３ａに直交する高さ（以下、単に半田バンプ４の高さと称する。）方向に半田バンプ４を引き伸ばすために実装基板３に対して電子素子２を離間させる方向に移動させるバンプ引き伸ばし距離等の各種制御条件等が設定されている。
【００３１】
制御部１３は、荷重測定部材１２が、電子素子２の半田バンプ４と実装基板３の電極とが接触した後の押圧荷重を検出した際、荷重測定部材１２から荷重信号を受け、押圧荷重があらかじめ設定された設定荷重になるようアクチュエータ７をフィードバック制御する。あらかじめ設定された設定荷重としては、一定荷重の他、時間とともに変化するプロファイル荷重も含まれる。また、制御部１３は、電子素子２の半田バンプ４と実装基板３の電極とが接触した後の押圧荷重があらかじめ設定された設定荷重になるよう制御している状態において、ヒータテーブル６と搭載ノズル５との距離（相対位置）を距離検出部材１１によって常時検出する。
【００３２】
次に、本実施形態の電子部品の製造装置１について、実装基板３上に電子素子２を実装するための各工程を、図面を参照して説明する。
【００３３】
まず、図２に示すように、ステップ５１から開始して、搭載ノズル５によって電子素子２を吸着保持する（ステップ５２）。一方、実装基板３をヒータテーブル６によって保持する（ステップ５３）。次に、位置決めステージ８を二軸方向に移動させて、実装基板３上の電極の位置を電子素子２の半田バンプ４に対向させるように位置決めする（ステップ５４）。なお、本実施形態では、半田バンプ４が電子素子２の端子にあらかじめ付着されているが、半田バンプ４が実装基板３上の電極にあらかじめ付着させておいてもよい。
【００３４】
実装基板３に対して電子素子２が位置決めされた後、搭載ノズル５を矢印ａ1方向に下降させて、電子素子２の半田バンプ４を実装基板３の電極に接触させる（ステップ５５）。あるいは、位置決め後に、ヒータテーブル６を矢印ａ2方向に上昇させて、電子素子２の半田バンプ４を実装基板の２に接触させるように構成されてもよい。この構成の場合には、距離検出部材１１が、搭載ノズル５に対するヒータテーブル６の距離を検出するように構成される。
【００３５】
距離検出部材１１からの検出信号に基づいて、アクチュエータ７によってヒータテーブル６に対する搭載ノズル５の位置を制御している状態で、電子素子２と実装基板３をそれぞれ加熱する（ステップ５６）。しかし、このときヒータテーブル６および搭載ノズル５の熱膨張に伴って、電子素子２と実装基板３との間隔が狭められるため、実装基板３に押圧される電子素子２の押圧荷重が増大し、その結果、電子素子２と実装基板３が衝突してしまうことも起こりうる。
【００３６】
この問題を回避するために、本発明では、制御部１３が、加熱中の電子素子２が実装基板３に押圧される押圧荷重を計測し、この押圧荷重があらかじめ設定された設定荷重よりも小さい場合には、搭載ノズル５を実装基板３に近接させる矢印ａ1方向に移動させ、あらかじめ設定された設定荷重よりも大きい場合には、搭載ノズル５を実装基板３から離間させる矢印ａ2方向に移動させることによって、押圧荷重があらかじめ設定された一定の設定荷重になるように制御する（ステップ５７）。なお、例えばシリンダやＶＣＭ（Voice Coil Motor）等の加圧機構で電子素子２を実装基板３に押圧することで、押圧荷重があらかじめ設定された設定荷重になるように制御するように構成されてもよい。この構成の場合には、ヒータテーブル６および搭載ノズル５が熱膨張したときに、搭載ノズル５が上昇され、押圧荷重が設定された設定荷重に保たれる。
【００３７】
しかしながら、上述したように、押圧荷重があらかじめ設定された設定荷重になるように制御するだけでは、制御部１３は、半田バンプ４の溶融時に押圧荷重が激減したときにおいても、押圧荷重をあらかじめ設定された設定荷重にさせるために搭載ノズル５を実装基板３に近接させる方向に移動させるが、押圧荷重が設定値まで上昇しないため、最終的に、電子素子２が実装基板３に衝突してしまう。
【００３８】
この問題を回避するために、本発明において、制御部１３は、あらかじめ設定された設定荷重になるように制御されている搭載ノズル５の位置を距離検出部材１１によって検出し、搭載ノズル５がヒータテーブル６から最も離間された最大上昇位置を記憶する（ステップ５９）。そして、制御部１３は、最大上昇位置またはその位置近傍から、あらかじめ設定されたバンプ押しつぶし距離以上に搭載ノズル５が実装基板３に近接する方向に移動されたときに、搭載ノズル５の移動を停止させるように制御する（ステップ６０）。
【００３９】
すなわち、制御部１３は、電子素子２および実装基板３の加熱中、ヒータテーブル６および搭載ノズル５の熱膨張に応じて、押圧荷重があらかじめ設定された設定荷重になるよう制御を行いながら、搭載ノズル５が徐々に上昇され（ステップ５８）、搭載ノズル５が最も上昇された最大上昇位置あるいはその位置近傍を常時更新する（ステップ５９）。
【００４０】
半田バンプ４が融点に達したとき、半田バンプ４は溶融し、押圧荷重が激減する。このとき、制御部１３は、押圧荷重を設定値に戻すために搭載ノズル５を実装基板３に近接させる矢印ａ1方向に移動させるが、制御部１３に記憶されている搭載ノズル５の最大上昇位置またはその位置近傍から、あらかじめ設定されているバンプ押しつぶし距離までしか搭載ノズル５を実装基板３側に移動できない。そして、搭載ノズル５が、最大上昇位置またはその位置近傍からバンプ押しつぶし距離だけ矢印ａ1方向に移動された位置に到達したときに、制御部１３は搭載ノズル５の移動を停止させるようアクチュエータ７を制御する（ステップ６０）。また、押圧荷重の制御中に、すでに半田バンプ４がつぶされていることもあり、すでにつぶれた距離だけバンプ押しつぶし距離を補正するように構成されてもよい。
【００４１】
最後に、ステップ６１で、搭載ノズル５をあらかじめ設定されたバンプ引き伸ばし距離だけ矢印ａ2方向に移動させることによって、半田バンプ４を高さ方向に所定量だけ引き伸ばし、引き伸ばされた半田バンプ４を放熱させて、ステップ６２で終了する。
【００４２】
このように半田バンプ４を高さ方向に所定量だけ引き伸ばされることで、半田バンプ４は、高さ方向の略中央部がくびれた鼓状に形成されて、低歪構造とされる。したがって、ステップ６１の動作により、半田バンプ４が溶融した後に、半田バンプ４が押しつぶされて、高さ方向の略中央が膨張した太鼓状に形成されることが確実に防止される。したがって、常に一定の高さの鼓状に形成された半田バンプ４を介して、電子素子２の端子と実装基板３の電極とが接合される。
【００４３】
上述したように、本実施形態の電子部品の製造装置１および電子部品の製造方法によれば、電子素子２を実装基板３に半田バンプ４を介して加熱接合する際における半田バンプ４の押しつぶし量を確実に制御することができる。したがって、電子部品の製造装置１および電子部品の製造方法によれば、製造された電子部品に、電子部品における隣接する半田バンプ４でのショートや、応力集中による断線が生じることが確実に防止され、電子部品における半田バンプ４の高さのばらつきが低減されるため、電子部品の品質を安定させることができる。
【００４５】
また、本発明に係る実装基板としては、例えばプリント回路基板や、セラミック基板、ガラス基板等に適用されて好適である。
【００４６】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、電子素子を実装基板にバンプを介して加熱接合する際におけるバンプの押しつぶし量が確実に制御されるため、バンプを押しつぶし過ぎることを確実に防止することができる。したがって、本発明によれば、製造された電子部品に、隣接するバンプとのショートや、応力集中による断線が生じることを確実に防止することができる。
【００４７】
また、本発明によれば、実装基板と電子素子とが確実に所定の距離だけ離間されるため、一定の高さを有する鼓状のバンプを確実に形成することができる。
【００４８】
また、本発明によれば、製造装置が備える制御手段によって距離検出手段からの信号に基づいて移動手段が制御されることで、バンプの高さが確実に制御されるので、従来のように全てのＩＣチップ搭載箇所に弾性隆起体を設置するためのコストが不要になり、生産性が向上される。したがって、本発明によれば、電子部品の製造コストを大幅に削減することができる。
【００４９】
また、本発明によれば、バンプを押しつぶした後の引き伸ばし量が規定値に保たれるため、バンプの高さを一定にすることができる。したがって、本発明によれば、製造された電子部品におけるバンプの高さのばらつきを少なくすることが可能になり、電子部品の品質を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子部品の製造装置を示す模式図である。
【図２】本発明に係る電子部品の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】従来の接続方法による電子素子と実装基板の要部を示し、（ａ）は加圧前の状態、（ｂ）は加圧状態、（ｃ）は接続完了後を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 電子部品の製造装置
２ 電子素子
３ 実装基板
３ａ 実装面
４ 半田バンプ
５ 搭載ノズル
６ ヒータテーブル
７ アクチュエータ
８ 位置決めステージ
１１ 距離検出部材
１２ 荷重測定部材
１３ 制御部
１１１ 絶縁ベース材
１１２ 回路配線パターン
１１３ 接続用半田バンプ
１１４ 接着剤
１１５ 表面保護フィルム
１１７ 弾性隆起体
１１８ ＩＣチップ
１１９ 端子
１２０ 鼓状の半田バンプ
【発明が属する技術分野】
本発明は、電子素子を実装基板にバンプを介して実装してなる電子部品の製造装置および電子部品の製造方法に関し、特にフリップチップ等の電子素子をプリント回路基板等の実装基板上にバンプを介して実装してなる電子部品の製造装置および電子部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばフリップチップ等の電子部品を実装基板に実装する際、電子部品と実装基板との熱膨張係数の差によって、接合バンプ部に歪みが生じて断線などが発生し、接合信頼性に悪影響を与えている。この問題の対策として、バンプのつぶれ量を抑えてバンプの高さを高くすることで、バンプと実装基板の接合面への応力を緩和して、接合信頼性を高める手法がとられてきた。
【０００３】
上述したように、半田バンプのつぶれ量を抑制するための接続方法が種々開示されているが、例えば従来の半田バンプの接続方法では、回路部品と回路基板との間に弾性隆起体を介在させて、この弾性隆起体の復元力で回路部品を押し上げることによって、半田バンプのつぶれ量を抑制している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
この従来の接続方法について、図面を参照して簡単に説明する。図３（ａ）に示すように、ポリイミド等からなる絶縁ベース材１１１の一方の面には、所望の回路配線パターン１１２が設けられており、この回路配線パターン１１２の表面に、接着剤１１４によってポリイミドフィルム等の表面保護フィルム１１５が貼着され、これらによって表面保護層が形成される。なお、この表面保護層は、ワニス状ポリイミドや絶縁性カバーコートインク等を印刷塗布することによって形成することも可能である。また、絶縁ベース材１１１には、接続用半田バンプ１１３が設けられた主面上に、例えばテフロン（登録商標）ゴムやシリコーンゴム等の弾性材からなる弾性隆起体１１７が設けられている。この弾性隆起体１１７は、絶縁ベース材１１１の主面からの高さが、接続用半田バンプ１１３のその高さよりも高くされて形成されている。
【０００５】
図３（ｂ）に示すように、まず、弾性隆起体１１７が設けられた回路配線基板上の接続用半田バンプ１１３と、ＩＣ（Integrated Circuit）チップ１１８の端子１１９とを対向させるように位置決めする。次に、接続用半田バンプ１１３を加熱溶融させながら押圧力を加えてＩＣチップ１１８を押し下げ、ＩＣチップ１１８の端子１１９を、溶融したその半田に浸すとともに、弾性隆起体１１７を圧縮させて弾性変形させる。そして、押圧力を解除したとき、弾性隆起体１１７の復元力によってＩＣチップ１１８が押し上げられる。このため、溶融した接続用半田バンプ１１３は、ＩＣチップ１１８の端子１１９と回路配線基板とに跨って引き伸ばされることで鼓状に形成される。
【０００６】
以上の工程を経て、図３（ｃ）に示すように、回路配線基板の配線パターン１１２は、鼓状の半田バンプ１２０を介してＩＣチップ１１８の端子１１９と電気的に接続される。
【０００７】
【特許文献１】
特開平０４−２９９８４０号公報（第３欄１１行―２５行、図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の接続方法には、以下のような問題点がある。
【０００９】
従来の接続方法では、圧縮された弾性隆起体の弾性変形量が一定にならないため、半田バンプの押しつぶされる量を規定することが困難であり、特に、狭ピットバンプの場合に、隣接するバンプが接触してしまうことがある。また、回路配線基板上に形成された半田バンプは、形状にばらつきがあり、安定していないため、歪み応力を緩和しきれないことがある。したがって、従来の接続方法で接続された電子部品は、隣接するバンプとのショートや、剪断歪みの応力集中によって断線が生じるという問題がある。
【００１０】
また、従来の接続方法は、回路配線基板上の、全てのＩＣチップの搭載箇所に弾性隆起体をあらかじめ設置する必要があり、それに要する製造コストが嵩み、電子部品の製造コストが嵩んでしまうという問題がある。
【００１１】
さらに、従来の接続方法は、弾性隆起体の復元力によって半田バンプのつぶれを押し戻させるため、押し戻り量が一定にならず、半田バンプの高さを一定にすることが困難である。したがって、製造される電子部品の品質のばらつきが大きくなり、品質が安定しないという問題もある。
【００１２】
そこで、本発明は、電子部品の信頼性を向上させるとともに、製造コストを削減し、生産性の向上を図ることができる電子部品の製造装置および電子部品の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明に係る電子部品の製造装置は、電子素子を実装基板にバンプを介して実装してなる電子部品の製造装置であって、電子素子の接合面を実装基板の実装面に対向させて電子素子を保持する素子保持部と、実装基板の実装面を電子素子の接合面に対向させて実装基板を保持する基板保持部と、電子素子を実装基板に対して近接離間させる方向に素子保持部および基板保持部のいずれか一方を、固定されている他方に対して移動する移動手段と、素子保持部と基板保持部との相対距離を検出する距離検出手段と、実装基板に対して押圧される電子素子の押圧荷重があらかじめ設定された設定荷重になるように制御するとともに距離検出手段からの信号に基づいて移動手段を制御する制御手段と、バンプを加熱するための加熱手段と、を備える。そして、本発明に係る電子部品の製造装置は、加熱手段でバンプを加熱している状態で制御手段によって押圧荷重の制御を行いながら、素子保持部と基板保持部とを離間させる方向に移動し、加熱手段によってバンプが加熱されているときに素子保持部と基板保持部とが最も離間された最大離間距離を距離検出手段が検出し、この最大離間距離から、あらかじめ設定されたバンプ押しつぶし距離だけ素子保持部と基板保持部とが近接されたときに、制御手段が、素子保持部および基板保持部のいずれか一方の移動を、固定されている他方に対して停止させる。
【００１４】
以上のように構成された本発明に係る電子部品の製造装置によれば、電子素子を実装基板にバンプを介して加熱接合する際におけるバンプの押しつぶし量が確実に制御される。
【００１５】
また、本発明に係る電子部品の製造装置が備える制御手段は、バンプが押しつぶされた状態から、素子保持部と基板保持部とを離間させる方向に、あらかじめ設定されたバンプ引き伸ばし距離だけ、素子保持部および基板保持部のいずれか一方を、固定されている他方に対して移動させるように移動手段を制御することが好ましい。これによって、実装基板と電子素子とが確実に所定量だけ離間されるため、バンプが、実装基板の実装面に直交する方向に引き伸ばされて、一定の高さを有する鼓状に確実に形成される。
【００１６】
また、本発明に係る電子部品の製造装置は、実装基板に対する電子素子の押圧荷重を検出する荷重測定部材を備え、制御手段は、荷重測定部材が検出した押圧荷重が、設定荷重よりも小さい場合に素子保持部と基板保持部とを近接させる方向に、設定荷重よりも大きい場合に素子保持部と基板保持部とを離間させる方向に、素子保持部および基板保持部の少なくとも一方を移動させるように移動手段を制御することが好ましい。これによって、バンプの高さが確実に制御される。
【００１７】
また、本発明に係る電子部品の製造方法は、電子素子を実装基板にバンプを介して実装してなる電子部品の製造方法であって、電子素子の接合面を実装基板の実装面に対向させて前記電子素子を保持する素子保持工程と、実装基板の実装面を電子素子の接合面に対向させて実装基板を保持する基板保持工程と、電子素子と実装基板がバンプを介して接触させる位置に電子素子および実装基板のいずれか一方を、固定されている他方に対して移動する移動工程と、実装基板に対して押圧される電子素子の押圧荷重が、あらかじめ設定された設定荷重になるように制御する荷重制御工程と、電子素子と実装基板との相対距離を検出する距離検出工程とを有する。そして、本発明に係る電子部品の製造方法は、バンプを加熱している状態で押圧荷重の制御を行いながら、電子素子と実装基板とを離間させる方向に移動し、バンプが加熱されているときに電子素子と実装基板とが最も離間された最大離間距離を検出し、この最大離間距離から、あらかじめ設定されたバンプ押しつぶし距離だけ電子素子と実装基板とが近接されたときに、電子素子および実装基板のいずれか一方の移動を、固定されている他方に対して停止させる。
【００１８】
なお、本発明において、バンプとは、いわゆるバンプ接点をなす例えば半田や導電性樹脂等の接合材を指している。
【００１９】
また、本発明において、バンプ引き伸ばし距離とは、バンプを、実装基板の実装面に直交する高さ方向に引き伸ばすために、素子保持部または基板保持部を移動させる移動距離を指しており、制御手段にあらかじめ設定されている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態では、特にバンプとして半田バンプを用いてフリップチップ等の電子素子を実装基板上に実装してなる電子部品の製造装置および電子部品の製造方法について説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る電子部品の製造装置を示す模式図、図２は、本発明に係る電子部品の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【００２２】
図１に示すように、電子部品の製造装置１は、例えばＩＣチップ等の電子素子２を実装基板３上に搭載するための搭載するための搭載ノズル５と、実装基板３が載置されて保持されるヒータテーブル６と、ヒータテーブル６に対して搭載ノズル５を近接離間させる図１中矢印ａ1およびａ2方向に移動するためのアクチュエータ７と、電子素子２に対して実装基板３を実装面３ａに平行な方向の位置を位置決めするための位置決めステージ８とを備えている。
【００２３】
また、電子部品の製造装置１は、ヒータテーブル６に対する搭載ノズル５の距離を検出するための距離検出部材１１と、実装基板３に対して加圧された電子素子２の加圧荷重を検出するための荷重測定部材１２と、荷重測定部材１２および距離検出部材１１からの信号に基づいてアクチュエータ７および位置決めステージ８を駆動制御する制御部１３とを備えている。
【００２４】
搭載ノズル５は、あらかじめ端子（不図示）に半田バンプ４が設けられた電子素子２を吸着保持する。この搭載ノズル５は、電子素子２を吸着保持して実装基板３上に搭載した後、ヒータテーブル６上の実装基板３に対して電子素子２を加圧して電子素子２を加熱する。
【００２５】
ヒータテーブル６は、電気加熱素子（不図示）を有しており、位置決めステージ８上に固定されている。ヒータテーブル６は、搭載ノズル５に対向する載置面６ａ上に載置された実装基板３を保持し、この実装基板３を電気加熱素子によって加熱する。
【００２６】
アクチュエータ７には、例えばリニアモータ等が用いられている。アクチュエータ７は、位置決めステージ８によって電子素子２に対して実装基板３が位置決めされた後、搭載ノズル５を実装基板３の実装面３ａに直交する矢印ａ1方向に下降させ、電子素子２の半田バンプ４を実装基板３上の電極に接触させる。
【００２７】
位置決めステージ８は、実装基板３の実装面３ａに平行な互いに直交する二軸方向に移動可能に設けられている。位置決めステージ８は、ヒータテーブル６上に保持された実装基板３を、搭載ノズル５に保持された電子素子２に対向する直下に移動させて、電子素子２の端子に設けられた半田バンプ４と、実装基板３の電極（不図示）とを対向させるように位置決めする。
【００２８】
距離検出部材１１は、例えばリニアエンコーダ等によって構成されており、アクチュエータ７の位置を検出することによって、ヒータテーブル６に対する搭載ノズル５の距離（相対位置）を検出する。なお、本実施形態では、アクチュータ７によって、ヒータテーブル６に対して搭載ノズル５が移動（下降）されるように構成されるが、搭載ノズル５に対してヒータテーブル６が移動（上昇）されるように構成されてもよい。このように構成された場合、距離検出部材１１は、搭載ノズル５に対するヒータテーブル６の距離を検出する。また、搭載ノズル５およびヒータテーブル６がそれぞれ移動されるように構成されてもよいことは勿論である。
【００２９】
荷重測定部材１２は、ロードセル等の測定器やオブザーバ等の測定機器によって構成されており、実装基板３に対して押圧された電子素子２の押圧荷重を検出する。また、荷重測定部材１２としては、例えば光学式の検出素子や、機械式の検出機構が用いられてもよいことは勿論である。
【００３０】
制御部１３は、図示しないが、ＣＰＵやメモリ等からなるデジタル信号処理回路を有しており、プログラム制御によって、距離検出部材１１からの距離信号に基づいてアクチュエータ７を駆動制御するとともに、ヒータテーブル６および位置決めステージ８をそれぞれ制御する。また、制御部１３には、実装基板３に対して電子素子２の半田バンプ４を押圧する押圧荷重や、半田バンプ４を所定量だけ押しつぶすために実装基板３に対して電子素子２を近接させる方向に移動させるバンプ押しつぶし距離、および半田バンプ４を実装基板３の実装面３ａに直交する高さ（以下、単に半田バンプ４の高さと称する。）方向に半田バンプ４を引き伸ばすために実装基板３に対して電子素子２を離間させる方向に移動させるバンプ引き伸ばし距離等の各種制御条件等が設定されている。
【００３１】
制御部１３は、荷重測定部材１２が、電子素子２の半田バンプ４と実装基板３の電極とが接触した後の押圧荷重を検出した際、荷重測定部材１２から荷重信号を受け、押圧荷重があらかじめ設定された設定荷重になるようアクチュエータ７をフィードバック制御する。あらかじめ設定された設定荷重としては、一定荷重の他、時間とともに変化するプロファイル荷重も含まれる。また、制御部１３は、電子素子２の半田バンプ４と実装基板３の電極とが接触した後の押圧荷重があらかじめ設定された設定荷重になるよう制御している状態において、ヒータテーブル６と搭載ノズル５との距離（相対位置）を距離検出部材１１によって常時検出する。
【００３２】
次に、本実施形態の電子部品の製造装置１について、実装基板３上に電子素子２を実装するための各工程を、図面を参照して説明する。
【００３３】
まず、図２に示すように、ステップ５１から開始して、搭載ノズル５によって電子素子２を吸着保持する（ステップ５２）。一方、実装基板３をヒータテーブル６によって保持する（ステップ５３）。次に、位置決めステージ８を二軸方向に移動させて、実装基板３上の電極の位置を電子素子２の半田バンプ４に対向させるように位置決めする（ステップ５４）。なお、本実施形態では、半田バンプ４が電子素子２の端子にあらかじめ付着されているが、半田バンプ４が実装基板３上の電極にあらかじめ付着させておいてもよい。
【００３４】
実装基板３に対して電子素子２が位置決めされた後、搭載ノズル５を矢印ａ1方向に下降させて、電子素子２の半田バンプ４を実装基板３の電極に接触させる（ステップ５５）。あるいは、位置決め後に、ヒータテーブル６を矢印ａ2方向に上昇させて、電子素子２の半田バンプ４を実装基板の２に接触させるように構成されてもよい。この構成の場合には、距離検出部材１１が、搭載ノズル５に対するヒータテーブル６の距離を検出するように構成される。
【００３５】
距離検出部材１１からの検出信号に基づいて、アクチュエータ７によってヒータテーブル６に対する搭載ノズル５の位置を制御している状態で、電子素子２と実装基板３をそれぞれ加熱する（ステップ５６）。しかし、このときヒータテーブル６および搭載ノズル５の熱膨張に伴って、電子素子２と実装基板３との間隔が狭められるため、実装基板３に押圧される電子素子２の押圧荷重が増大し、その結果、電子素子２と実装基板３が衝突してしまうことも起こりうる。
【００３６】
この問題を回避するために、本発明では、制御部１３が、加熱中の電子素子２が実装基板３に押圧される押圧荷重を計測し、この押圧荷重があらかじめ設定された設定荷重よりも小さい場合には、搭載ノズル５を実装基板３に近接させる矢印ａ1方向に移動させ、あらかじめ設定された設定荷重よりも大きい場合には、搭載ノズル５を実装基板３から離間させる矢印ａ2方向に移動させることによって、押圧荷重があらかじめ設定された一定の設定荷重になるように制御する（ステップ５７）。なお、例えばシリンダやＶＣＭ（Voice Coil Motor）等の加圧機構で電子素子２を実装基板３に押圧することで、押圧荷重があらかじめ設定された設定荷重になるように制御するように構成されてもよい。この構成の場合には、ヒータテーブル６および搭載ノズル５が熱膨張したときに、搭載ノズル５が上昇され、押圧荷重が設定された設定荷重に保たれる。
【００３７】
しかしながら、上述したように、押圧荷重があらかじめ設定された設定荷重になるように制御するだけでは、制御部１３は、半田バンプ４の溶融時に押圧荷重が激減したときにおいても、押圧荷重をあらかじめ設定された設定荷重にさせるために搭載ノズル５を実装基板３に近接させる方向に移動させるが、押圧荷重が設定値まで上昇しないため、最終的に、電子素子２が実装基板３に衝突してしまう。
【００３８】
この問題を回避するために、本発明において、制御部１３は、あらかじめ設定された設定荷重になるように制御されている搭載ノズル５の位置を距離検出部材１１によって検出し、搭載ノズル５がヒータテーブル６から最も離間された最大上昇位置を記憶する（ステップ５９）。そして、制御部１３は、最大上昇位置またはその位置近傍から、あらかじめ設定されたバンプ押しつぶし距離以上に搭載ノズル５が実装基板３に近接する方向に移動されたときに、搭載ノズル５の移動を停止させるように制御する（ステップ６０）。
【００３９】
すなわち、制御部１３は、電子素子２および実装基板３の加熱中、ヒータテーブル６および搭載ノズル５の熱膨張に応じて、押圧荷重があらかじめ設定された設定荷重になるよう制御を行いながら、搭載ノズル５が徐々に上昇され（ステップ５８）、搭載ノズル５が最も上昇された最大上昇位置あるいはその位置近傍を常時更新する（ステップ５９）。
【００４０】
半田バンプ４が融点に達したとき、半田バンプ４は溶融し、押圧荷重が激減する。このとき、制御部１３は、押圧荷重を設定値に戻すために搭載ノズル５を実装基板３に近接させる矢印ａ1方向に移動させるが、制御部１３に記憶されている搭載ノズル５の最大上昇位置またはその位置近傍から、あらかじめ設定されているバンプ押しつぶし距離までしか搭載ノズル５を実装基板３側に移動できない。そして、搭載ノズル５が、最大上昇位置またはその位置近傍からバンプ押しつぶし距離だけ矢印ａ1方向に移動された位置に到達したときに、制御部１３は搭載ノズル５の移動を停止させるようアクチュエータ７を制御する（ステップ６０）。また、押圧荷重の制御中に、すでに半田バンプ４がつぶされていることもあり、すでにつぶれた距離だけバンプ押しつぶし距離を補正するように構成されてもよい。
【００４１】
最後に、ステップ６１で、搭載ノズル５をあらかじめ設定されたバンプ引き伸ばし距離だけ矢印ａ2方向に移動させることによって、半田バンプ４を高さ方向に所定量だけ引き伸ばし、引き伸ばされた半田バンプ４を放熱させて、ステップ６２で終了する。
【００４２】
このように半田バンプ４を高さ方向に所定量だけ引き伸ばされることで、半田バンプ４は、高さ方向の略中央部がくびれた鼓状に形成されて、低歪構造とされる。したがって、ステップ６１の動作により、半田バンプ４が溶融した後に、半田バンプ４が押しつぶされて、高さ方向の略中央が膨張した太鼓状に形成されることが確実に防止される。したがって、常に一定の高さの鼓状に形成された半田バンプ４を介して、電子素子２の端子と実装基板３の電極とが接合される。
【００４３】
上述したように、本実施形態の電子部品の製造装置１および電子部品の製造方法によれば、電子素子２を実装基板３に半田バンプ４を介して加熱接合する際における半田バンプ４の押しつぶし量を確実に制御することができる。したがって、電子部品の製造装置１および電子部品の製造方法によれば、製造された電子部品に、電子部品における隣接する半田バンプ４でのショートや、応力集中による断線が生じることが確実に防止され、電子部品における半田バンプ４の高さのばらつきが低減されるため、電子部品の品質を安定させることができる。
【００４５】
また、本発明に係る実装基板としては、例えばプリント回路基板や、セラミック基板、ガラス基板等に適用されて好適である。
【００４６】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、電子素子を実装基板にバンプを介して加熱接合する際におけるバンプの押しつぶし量が確実に制御されるため、バンプを押しつぶし過ぎることを確実に防止することができる。したがって、本発明によれば、製造された電子部品に、隣接するバンプとのショートや、応力集中による断線が生じることを確実に防止することができる。
【００４７】
また、本発明によれば、実装基板と電子素子とが確実に所定の距離だけ離間されるため、一定の高さを有する鼓状のバンプを確実に形成することができる。
【００４８】
また、本発明によれば、製造装置が備える制御手段によって距離検出手段からの信号に基づいて移動手段が制御されることで、バンプの高さが確実に制御されるので、従来のように全てのＩＣチップ搭載箇所に弾性隆起体を設置するためのコストが不要になり、生産性が向上される。したがって、本発明によれば、電子部品の製造コストを大幅に削減することができる。
【００４９】
また、本発明によれば、バンプを押しつぶした後の引き伸ばし量が規定値に保たれるため、バンプの高さを一定にすることができる。したがって、本発明によれば、製造された電子部品におけるバンプの高さのばらつきを少なくすることが可能になり、電子部品の品質を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子部品の製造装置を示す模式図である。
【図２】本発明に係る電子部品の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】従来の接続方法による電子素子と実装基板の要部を示し、（ａ）は加圧前の状態、（ｂ）は加圧状態、（ｃ）は接続完了後を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 電子部品の製造装置
２ 電子素子
３ 実装基板
３ａ 実装面
４ 半田バンプ
５ 搭載ノズル
６ ヒータテーブル
７ アクチュエータ
８ 位置決めステージ
１１ 距離検出部材
１２ 荷重測定部材
１３ 制御部
１１１ 絶縁ベース材
１１２ 回路配線パターン
１１３ 接続用半田バンプ
１１４ 接着剤
１１５ 表面保護フィルム
１１７ 弾性隆起体
１１８ ＩＣチップ
１１９ 端子
１２０ 鼓状の半田バンプ
Claims (7)
- 電子素子を実装基板にバンプを介して実装してなる電子部品の製造装置であって、
前記電子素子の接合面を前記実装基板の実装面に対向させて前記電子素子を保持する素子保持部と、
前記実装基板の実装面を前記電子素子の接合面に対向させて前記実装基板を保持する基板保持部と、
前記電子素子を前記実装基板に対して近接離間させる方向に、前記素子保持部および前記基板保持部のいずれか一方を、固定されている他方に対して移動する移動手段と、
前記素子保持部と前記基板保持部との相対距離を検出する距離検出手段と、
前記実装基板に対して押圧される前記電子素子の押圧荷重が、あらかじめ設定された設定荷重になるように制御するとともに、前記距離検出手段からの信号に基づいて前記移動手段を制御する制御手段と、
前記バンプを加熱するための加熱手段と、を備え、
前記加熱手段で前記バンプを加熱している状態で前記制御手段によって押圧荷重の制御を行いながら、前記素子保持部と前記基板保持部とを離間させる方向に移動し、前記加熱手段によって前記バンプが加熱されているときに前記素子保持部と前記基板保持部とが最も離間された最大離間距離を前記距離検出手段が検出し、前記最大離間距離から、あらかじめ設定されたバンプ押しつぶし距離だけ前記素子保持部と前記基板保持部とが近接されたときに、前記制御手段が、前記素子保持部および前記基板保持部のいずれか一方の移動を、固定されている他方に対して停止させることを特徴とする電子部品の製造装置。 - 前記制御手段は、前記バンプが押しつぶされた状態から、前記素子保持部と前記基板保持部とを離間させる方向に、あらかじめ設定されたバンプ引き伸ばし距離だけ、前記素子保持部および前記基板保持部のいずれか一方を、固定されている他方に対して移動させるように前記移動手段を制御する請求項１に記載の電子部品の製造装置。
- 前記実装基板に対する前記電子素子の押圧荷重を検出する荷重測定部材を備え、前記制御手段は、前記荷重測定部材が検出した押圧荷重が、前記設定荷重よりも小さい場合に前記素子保持部と前記基板保持部とを近接させる方向に、前記設定荷重よりも大きい場合に前記素子保持部と前記基板保持部とを離間させる方向に、前記素子保持部および前記基板保持部のいずれか一方を、固定されている他方に対して移動させるように前記移動手段を制御する請求項１または２に記載の電子部品の製造装置。
- 前記実装基板に対して前記電子素子を、前記制御部からの制御信号に応じた加圧力で加圧する加圧機構を備え、前記制御手段は、前記設定荷重に相当する加圧力を発生させるように前記加圧機構を制御する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電子部品の製造装置。
- 電子素子を実装基板にバンプを介して実装してなる電子部品の製造方法であって、
前記電子素子の接合面を前記実装基板の実装面に対向させて前記電子素子を保持する素子保持工程と、
前記実装基板の実装面を前記電子素子の接合面に対向させて前記実装基板を保持する基板保持工程と、
前記電子素子と前記実装基板が前記バンプを介して接触させる位置に、前記電子素子および前記実装基板のいずれか一方を、固定されている他方に対して移動する移動工程と、
前記実装基板に対して押圧される前記電子素子の押圧荷重が、あらかじめ設定された設定荷重になるように制御する荷重制御工程と、
前記電子素子と前記実装基板との相対距離を検出する距離検出工程とを有し、
前記バンプを加熱している状態で押圧荷重の制御を行いながら、前記電子素子と前記実装基板とを離間させる方向に移動し、前記バンプが加熱されているときに前記電子素子と前記実装基板とが最も離間された最大離間距離を検出し、前記最大離間距離から、あらかじめ設定されたバンプ押しつぶし距離だけ前記電子素子と前記実装基板とが近接されたときに、前記電子素子および前記実装基板のいずれか一方の移動を、固定されている他方に対して停止させる電子部品の製造方法。 - 前記バンプを押しつぶした状態から、前記電子素子と前記実装基板とを離間させる方向に、あらかじめ設定されたバンプ引き伸ばし距離だけ前記電子素子および前記実装基板のいずれか一方を、固定されている他方に対して移動するように制御する請求項５に記載の電子部品の製造方法。
- 前記荷重制御工程は、前記実装基板に対する前記電子素子の押圧荷重を検出し、検出された前記押圧荷重が、前記設定荷重よりも小さい場合に前記電子素子と前記実装基板とを近接させる方向に、前記設定荷重よりも大きい場合に前記電子素子と前記実装基板とを離間させる方向に、前記電子素子および前記実装基板のいずれか一方を、固定されている他方に対して移動させるように制御する請求項５または６に記載の電子部品の製造方法。
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