JP4048087B2 - 電子部品装着装置および電子部品装着方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、減圧環境下にて電子部品を基板に装着する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、プリント配線基板に電子部品を実装する際には、基板にペースト状のはんだが塗布されて電子部品が装着され、その後、基板を加熱および冷却することにより電子部品が基板に固着される。近年では、電子部品の電極ピッチの微細化に伴い、電子部品を基板に接着するために導電性の樹脂を利用する手法も提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、携帯型の情報端末に代表されるように情報機器のさらなる小型化が進むと、従来の実装手法では電子部品や基板の電極のピッチの微細化に対応することが困難となり、新たな実装手法が必要となる。新たな実装手法には減圧環境あるいは高真空環境下にて行われるものも想定され、このような手法では常圧下における実装とは異なる装置構造が必要となる。
【0004】
例えば、装着前に基板や電子部品を減圧環境下にて加熱しようとした場合、従来のように基板や電子部品を加熱された部材に当接させるのみでは十分な加熱を行うことができない。なぜならば、加熱された部材と加熱対象とが実際に当接する面積は微小であり、両者の間には熱を伝達する空気も存在しないからである。
【0005】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、減圧環境下にて電子部品を基板に装着する際に基板または電子部品を適切に加熱する手法を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、電子部品を基板に装着する電子部品装着装置であって、
基板が載置される内部空間が減圧可能なチャンバと、
前記チャンバ内にて電子部品を保持するとともに前記電子部品を前記基板に装着する装着部と、
前記チャンバ内の前記基板または前記電子部品に向けて光を照射する光照射部と、
前記チャンバ内の前記基板または前記電子部品に対してプラズマ洗浄を行う洗浄部とを備えて、
前記洗浄部により洗浄が行われる際の前記基板または前記電子部品の配置位置と前記光が照射される位置とが一致することを特徴とする電子部品装着装置である。
【0007】
請求項2に記載の発明は、電子部品を基板に装着する電子部品装着装置であって、
基板が載置される内部空間が減圧可能なチャンバと、
前記チャンバ内にて電子部品を保持するとともに前記電子部品を前記基板に装着する装着部と、
前記チャンバ内の前記基板または前記電子部品に向けて光を照射する光照射部と、
前記チャンバ内の前記基板または前記電子部品に対してプラズマ洗浄を行う洗浄部を備えて、
前記洗浄部が前記基板および前記電子部品を洗浄する2つの洗浄ユニットを有し、前記光照射部が前記基板に光を照射することを特徴とする電子部品装着装置である。
【0008】
請求項3に記載の発明は、電子部品を基板に装着する電子部品装着方法であって、
チャンバに基板および電子部品を搬入する工程と、
前記チャンバの内部空間を減圧する工程と、
前記チャンバ内の前記基板または前記電子部品に向けて光を照射する工程と、
前記光を照射する工程と並行して前記チャンバ内の前記基板または前記電子部品にプラズマ洗浄を行う工程と、
前記チャンバ内にて前記基板に前記電子部品を装着する工程と、
を有し、
前記洗浄工程が行われるときの前記基板または前記電子部品の配置位置と前記光が照射される位置とが一致することを特徴とする電子部品装着方法である。
【0009】
請求項4に記載の発明は、電子部品を基板に装着する電子部品装着方法であって、
チャンバに基板および電子部品を搬入する工程と、
前記チャンバの内部空間を減圧する工程と、
前記チャンバ内の前記基板に向けて光を照射する工程と、
前記光を照射する工程と並行して前記チャンバ内の前記基板または前記電子部品にプラズマ洗浄を行う工程と、
前記チャンバ内にて前記基板に前記電子部品を装着する工程と、
を有し、
前記プラズマ洗浄工程では、前記基板および前記電子部品は2つの洗浄ユニットで洗浄されることを特徴とする電子部品装着方法である。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は電子部品装着装置1の構成を示す正面図であり、図2は図1中の矢印A−Aにおける横断面図である。図1では構成の一部を断面にて図示している。電子部品装着装置1は、減圧下にてセラミックの基板にICベアチップである電子部品を装着する装置であり、中央にチャンバ11を有する。チャンバ11は図1に示す排気管111を介してロータリーポンプ112およびターボ分子ポンプ113に接続され、ロータリーポンプ112にて急速排気を行った後にターボ分子ポンプ113によりチャンバ11の内部空間を高真空の状態とすることが可能となっている。
【0016】
図1および図2に示すように、チャンバ11内の下部には基板が載置されるステージ12が配置され、ステージ12は、ステージ移動機構13により水平面内で移動可能とされる。チャンバ11内の上部には図1に示すように電子部品を保持する装着ヘッド14が配置され、装着ヘッド14はチャンバ11の挿入口に挿入されるシャフト141に取り付けられ、シャフト141はヘッド回動機構143に接続される。シャフト141はチャンバ11外において、一端がシャフト141側に、他端がチャンバ11側に取り付けられたベローズ142に覆われ、シャフト141が挿入される挿入口が外部から隔離される。ヘッド回動機構143はヘッド昇降機構144により昇降し、ヘッド回動機構143およびヘッド昇降機構144により、装着ヘッド14はシャフト141を中心とする回動および昇降を行う。
【0017】
チャンバ11内の側方には、カメラユニット151が配置され、カメラユニット151はチャンバ11の側壁の開口に挿入されるハウジング152に収納される。カメラユニット151およびハウジング152はチャンバ11の外部にてカメラ移動機構153に接続され、チャンバ11の中央へ向かう方向に対して進退可能とされる。ハウジング152はチャンバ11外においてベローズ154に覆われ、チャンバ11の側壁の開口が外部から隔離される。
【0018】
チャンバ11の上部には、チャンバ11内へとアルゴンの高速原子ビーム(Fast Atom Beam、以下「FAB」という。)を基板に向けて照射するFAB照射装置161が取り付けられ、チャンバ11の外部にはFAB照射装置161に隣接してレーザユニット162が配置される。レーザユニット162の光源としては、CO2レーザ、エキシマレーザ等が用いられる。
【0019】
チャンバ11の上面にはレーザユニット162からのレーザ光を透過する石英の透光部材163が取り付けられ、レーザユニット162からのレーザ光は透光部材163を透過してチャンバ11内の基板へと照射される。チャンバ11の下部にも装着ヘッド14に保持された電子部品に向けてFABを照射するFAB照射装置164が設けられる。
【0020】
図2に示すようにチャンバ11の側面には開閉自在なゲート115が設けられており、基板91および電子部品92はそれぞれアーム951,952により保持されてチャンバ11内へと搬入される。基板91はアーム951の下面に吸引吸着され、電子部品92はアーム952の上面に吸引吸着される。
【0021】
図3はチャンバ11の内部を拡大して示す図である。ステージ移動機構13は、2つの移動テーブル1311,1312を有し、両移動テーブル1311,1312はモータ1321(図2参照)、ガイドレールおよびボールネジ機構により図3において紙面に垂直な方向に移動する。また、上側の移動テーブル1312は、モータ1322、ガイドレールおよびボールネジ機構により左右方向に移動する。ステージ移動機構13によりステージ12が水平面内にて自在に移動可能とされる。なお、上側の移動テーブル1312には開口133が形成されており、図3に示す状態において装着ヘッド14とFAB照射装置164とが開口133を介して対向する。
【0022】
図4は電子部品装着装置1の動作の流れを示す図である。電子部品装着装置1では、まず、図5に示すようにチャンバ11のゲート115から開かれ、アーム951,952により基板91および電子部品92がチャンバ11内へと搬入される。このとき、図3に示すように、基板91はステージ12と対向するように上方に位置し、電子部品92は装着ヘッド14と対向するように下方に位置する。
【0023】
その後、図6に示すようにアーム951が下降して基板91をステージ12に当接させる。ステージ12は静電チャックとなっており、ステージ12が基板91を静電吸着により保持するとアーム951が吸引吸着を解除してチャンバ11外へと待避する。一方、アーム952は上昇して電子部品92を装着ヘッド14近傍まで移動し、装着ヘッド14がヘッド昇降機構144により下降するとともに電子部品92を吸引吸着する(ステップS11)。
【0024】
ここで、装着ヘッド14は吸着保持およびメカニカルチャックによる保持が可能とされており、アーム952が電子部品92の吸着を解除してチャンバ11外へと待避する際に、装着ヘッド14では電子部品92の保持が吸引吸着からメカニカルチャックによる保持へと切り替えられる(ステップS12)。
【0025】
基板91および電子部品92がチャンバ11内に保持されると、ゲート115が閉じられ、ロータリーポンプ112によりチャンバ11内が減圧され、ターボ分子ポンプ113によりチャンバ11内(すなわち、電子部品92の周囲)が高真空状態とされる(ステップS13、図1参照)。その後、装着ヘッド14が下降し、図7に示すように電子部品92とFAB照射装置164との間の距離が基板91とFAB照射装置161との間の距離におよそ等しくされる(ステップS14)。これにより、構造上の理由によりFAB照射装置164が装着ヘッド14の近くに配置することができない場合であっても、電子部品92にFABを十分照射することができる。
【0026】
図7に示す状態において、FAB照射装置161から基板91に向けてFABが照射され、FAB照射装置164から電子部品92に向けてFABが照射される。これにより、基板91および電子部品92の電極の表面が洗浄される(すなわち、表面の不要な物質の除去および表面の活性化が行われる)。なお、FAB照射装置164からのFABは、図3に示す移動テーブル1312の開口133を介して行われる。
【0027】
レーザユニット162は洗浄が行われる際の基板91の配置位置とレーザ光の照射位置とが一致するように配置されており、FABの照射と並行してレーザユニット162からのレーザ光が透光部材163を介して基板91に照射され、基板91が150〜200℃まで加熱される(ステップS15)。
【0028】
FABおよびレーザ光の照射が完了すると、図8に示すように装着ヘッド14が上昇し、ステージ12が装着ヘッド14の下方へと移動する。さらに、カメラ移動機構153によりカメラユニット151がハウジング152と共に装着ヘッド14とステージ12との間へと進入し、電子部品92および基板91を撮像する位置へと移動する(ステップS16)。
【0029】
カメラユニット151は2つの撮像デバイスと、ハウジング152の上方および下方からの光をそれぞれ撮像デバイスへと導く光学系とを有し、図8に示す状態でカメラユニット151は上方の電子部品92の画像および下方の基板91の画像を同時に取得する。なお、カメラユニット151には別途設けられた光源ユニットから照明光が導入される。そして、取得された両画像に基づいて、ヘッド回動機構143が電子部品92の向きを調整し、ステージ移動機構13が電子部品92の中心と基板91上の装着位置の中心とを合わせる。これにより、電子部品92と基板91とのアライメント(位置合わせ)が完了する(ステップS17)。
【0030】
アライメントが完了すると図9に示すようにカメラユニット151がチャンバ11の側壁へと待避し(ステップS18)、ヘッド昇降機構144が装着ヘッド14を下降させて電子部品92を基板91に装着する(ステップS19)。これにより、電子部品92の電極と基板91の電極とが原子間の強い結合力により結合し、電子部品92が基板91上に固着する。なお、高真空中に基板91が配置されるため、レーザ光により加熱された基板91は電子部品92の装着時においても高温状態が維持される。また、装着ヘッド14の平行度は装着ヘッド14の上方に設けられた調整機構145により予め調整されており、電子部品92が基板91に装着される際には電子部品92を基板91へと付勢する力が制御される。
【0031】
装着が完了すると装着ヘッド14が上昇し、チャンバ11内が大気圧に戻され、ゲート115が開放される。装着済みの基板91は他のアームによりチャンバ11外へと搬出される(ステップS20)。
【0032】
以上のように、電子部品装着装置1では高真空中において装着が行われ、接着材料を用いることなく電子部品92が基板91に実装される。その結果、微細電極同士の接合の信頼性が高められる。
【0033】
また、装着の際にレーザ光により基板91の加熱を行うことにより、減圧環境下であっても基板91の加熱を適切に(すなわち、十分かつ速やかに)行うことが実現される。さらに、基板91のみが加熱されることから、装置に熱歪みがほとんど生じず、電子部品92と基板91との位置合わせ精度も向上される。
【0034】
なお、レーザ光の照射は基板91へのFABの照射と並行して行われるため、レーザ光を照射するために基板91を別途移動する必要がなく、レーザ光を照射するために電子部品装着装置1の生産能力が低下することもない。
【0035】
以上、本発明の一の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【0036】
上記実施の形態では、基板91はセラミック基板であるが、半導体基板やフィルム基板等の他の基板に電子部品92を装着する際にも上記電子部品装着装置1を利用することができる。
【0037】
上記実施の形態では基板91にレーザ光が照射されるが、基板91を加熱するために用いられる光はレーザ光には限定されない。例えば、ハロゲンランプからの光が基板91に照射されてもよい。なお、基板91全体に光が照射されてもよく、スポットとして光が照射されてもよい。スポットとして光を照射することにより、電子部品92の装着領域のみを効率よく加熱することができる。
【0038】
また、上記実施の形態のように基板91を加熱する場合は加熱温度を正確に制御する必要はないが、耐熱性に優れた電子部品92の場合には、電子部品92(または、基板91および電子部品92)に光を照射して加熱が行われてもよい。
【0039】
上記実施の形態では、FABにより基板91および電子部品92の洗浄が行われるが、FABによる洗浄はプラズマ洗浄の一種であり、他の種類のプラズマ洗浄が電子部品装着装置1に利用されてもよい。また、洗浄は基板91および電子部品92のいずれか一方のみに行われてもよい。
【0040】
上記実施の形態ではレーザユニット162の取扱を容易とするためにチャンバ11外にレーザユニット162が設けられるが、チャンバ11内にレーザユニット162が配置され、透光部材163が省かれてもよい。
【0041】
【発明の効果】
本発明によれば、減圧環境下にて基板または電子部品を適切に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 電子部品装着装置の構成を示す正面図。
【図2】 電子部品装着装置の構成を示す横断面図。
【図3】 チャンバの内部を拡大して示す図。
【図4】 電子部品装着装置の動作の流れを示す図。
【図5】 動作途上の電子部品装着装置を示す図。
【図6】 動作途上の電子部品装着装置を示す図。
【図7】 動作途上の電子部品装着装置を示す図。
【図8】 動作途上の電子部品装着装置を示す図。
【図9】 動作途上の電子部品装着装置を示す図。
【符号の説明】
1 電子部品装着装置
11 チャンバ
14 装着部
91 基板
92 電子部品
144 ヘッド昇降機構
161,164 FAB照射装置
162 レーザユニット
163 透光部材
S11,S13,S15,S19 ステップ。
Claims (4)
- 電子部品を基板に装着する電子部品装着装置であって、
基板が載置される内部空間が減圧可能なチャンバと、
前記チャンバ内にて電子部品を保持するとともに前記電子部品を前記基板に装着する装着部と、
前記チャンバ内の前記基板または前記電子部品に向けて光を照射する光照射部と、
前記チャンバ内の前記基板または前記電子部品に対してプラズマ洗浄を行う洗浄部とを備えて、
前記洗浄部により洗浄が行われる際の前記基板または前記電子部品の配置位置と前記光が照射される位置とが一致することを特徴とする電子部品装着装置。 - 電子部品を基板に装着する電子部品装着装置であって、
基板が載置される内部空間が減圧可能なチャンバと、
前記チャンバ内にて電子部品を保持するとともに前記電子部品を前記基板に装着する装着部と、
前記チャンバ内の前記基板または前記電子部品に向けて光を照射する光照射部と、
前記チャンバ内の前記基板または前記電子部品に対してプラズマ洗浄を行う洗浄部を備えて、
前記洗浄部が前記基板および前記電子部品を洗浄する2つの洗浄ユニットを有し、前記光照射部が前記基板に光を照射することを特徴とする電子部品装着装置。 - 電子部品を基板に装着する電子部品装着方法であって、
チャンバに基板および電子部品を搬入する工程と、
前記チャンバの内部空間を減圧する工程と、
前記チャンバ内の前記基板または前記電子部品に向けて光を照射する工程と、
前記光を照射する工程と並行して前記チャンバ内の前記基板または前記電子部品にプラズマ洗浄を行う工程と、
前記チャンバ内にて前記基板に前記電子部品を装着する工程と、
を有し、
前記洗浄工程が行われるときの前記基板または前記電子部品の配置位置と前記光が照射される位置とが一致することを特徴とする電子部品装着方法。 - 電子部品を基板に装着する電子部品装着方法であって、
チャンバに基板および電子部品を搬入する工程と、
前記チャンバの内部空間を減圧する工程と、
前記チャンバ内の前記基板に向けて光を照射する工程と、
前記光を照射する工程と並行して前記チャンバ内の前記基板または前記電子部品にプラズマ洗浄を行う工程と、
前記チャンバ内にて前記基板に前記電子部品を装着する工程と、
を有し、
前記プラズマ洗浄工程では、前記基板および前記電子部品は2つの洗浄ユニットで洗浄されることを特徴とする電子部品装着方法。
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JP2004063998A (ja) | 2004-02-26 |
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