JP4077681B2

JP4077681B2 - 保持方法および電子部品装着方法

Info

Publication number: JP4077681B2
Application number: JP2002223506A
Authority: JP
Inventors: 唯知須賀; 寿浩伊藤; 和司東; 隆弘米沢; 信三江口; 良久大井戸; 和之富田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2022-07-31
Also published as: JP2004064001A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象物を保持する技術に関し、特に、基板に装着される電子部品を保持する技術に関する。
【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】
いずれの手法においても、電子部品の基板への装着は大気圧下にて行われることから、通常、装着の際に吸引吸着という最も簡単な手法により電子部品が保持される。すなわち、吸引口を有する装着ノズルが所定位置の電子部品を吸引吸着により保持した後に電子部品を基板に装着し、吸引口からブローを行って電子部品の保持を解除する。
【０００４】
【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電子部品を吸引吸着にて保持することが困難または不可能となってしまう。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、電子部品等の保持対象を保持する際の新たな手法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、対象物を保持する保持方法であって、
対象物を吸引吸着する工程と、
吸引吸着された前記対象物を機械的に保持する工程とを有するとともに、
前記機械的に保持する工程の後に、前記対象物の周囲を減圧する工程をさらに有する。
【００１５】
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方法であって、
所定の位置から電子部品を吸引吸着する工程と、
吸引吸着された前記電子部品を機械的に保持する工程と、
前記電子部品を基板に装着する工程と、
を有するとともに、
前記機械的に保持する工程の後に、前記電子部品の周囲を減圧する工程をさらに有する。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電子部品装着方法であって、前記減圧する工程と前記装着する工程との間に、前記電子部品をプラズマ洗浄する工程をさらに有する。
【００１７】
【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。
【００１８】
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を貫通するシャフト１４１を介してヘッド回動機構１４３に接続される。シャフト１４１はチャンバ１１外においてベローズ１４２に覆われ、シャフト１４１が貫通するチャンバ１１の開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。
【００１９】
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に覆われる。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。
【００２０】
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。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透光窓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窓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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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の上方に位置し、電子部品９２は装着ヘッド１４の下方に位置する。
【００２４】
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）。
【００２５】
ここで、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）。なお、装着ヘッド１４の構造および保持切替手法の詳細については後述する。
【００２６】
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）。
【００２７】
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。さらに、ＦＡＢの照射と同時にレーザユニット１６２からのレーザ光が透光窓１６３を介して基板９１に照射され、基板９１が加熱される（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いる。
【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】
次に、装着ヘッド１４の構造および装着ヘッド１４による電子部品９２の受け取り動作について詳述する。図１０は装着ヘッド１４の正面図であり、図１１は底面図である。装着ヘッド１４は中央に吸引口２１１が形成された吸着ノズル２１を有し、吸着ノズル２１の周囲に電子部品９２の４辺を機械的に保持するメカニカルチャック２２が設けられる（図１１参照）。メカニカルチャック２２は４つのチャック部材２２１を電子部品９２の４辺にそれぞれ当接させることにより保持する。なお、図１０では、手前側のチャック部材２２１（およびチャック部材２２１に付随する構成）の図示を省略するとともに吸着ノズル２１を断面にて示している。
【００３４】
各チャック部材２２１は、下方および外側（すなわち、吸着ノズル２１から離れる方向）に突出する略Ｌ字形状をしており、折れ曲がった位置にて回動軸２３１を中心に回動可能とされる。回動軸２３１は吸着ノズル２１側に固定されたブラケット２３に取り付けられ、各チャック部材２２１の外側に突出する部位にはローラ２２２が回転自在に取り付けられる。図１０および図１１では、想像線にて示す電子部品９２が保持される際のメカニカルチャック２２の状態を示しており、メカニカルチャック２２に電子部品９２が保持される位置と吸着ノズル２１に電子部品９２が吸着保持される位置とは一致している。すなわち、吸着ノズル２１はメカニカルチャック２２が保持可能な位置に電子部品９２を吸引吸着する。
【００３５】
図１０に示すように、メカニカルチャック２２の上方には上下方向を向くシャフト２４１およびシャフト２４１に沿って上下移動するスリーブ２４２が位置する。シャフト２４１の下端は吸着ノズル２１に接続され、上端はシャフト１４１（図１参照）に取り付けられたベース部材２５に取り付けられる。スリーブ２４２の下部は外側へと広がるプレート２４２１となっており、プレート２４２１の上面とベース部材２５の下面との間には圧縮コイルバネ２６が介在する。プレート２４２１は圧縮コイルバネ２６により常に下側に付勢され、ローラ２２２に下側に向かう力を作用させる。これにより、４つのチャック部材２２１の下端に内側へと向かう力が作用し、電子部品９２の４辺が機械的に保持される。
【００３６】
吸着ノズル２１の吸引口２１１はシャフト２４１およびベース部材２５の内部を通ってベース部材２５の下面の接続口２５１へと連絡している。吸着ノズル２１による吸引吸着は接続口２５１からの吸引により制御される。
【００３７】
図１２は装着ヘッド１４がアーム９５２から電子部品９２を受け取る途上の様子を示す図であり、図１３は電子部品９２を受け取る際の電子部品装着装置１の動作の流れを示す図である。なお、図１３におけるステップＳ３１およびＳ３２は図４のステップＳ１１における電子部品９２の保持動作に対応し、ステップＳ３３およびＳ３４はステップＳ１２に対応する。
【００３８】
装着ヘッド１４が電子部品９２を受け取る際には、既述のようにアーム９５２が装着ヘッド１４に近接する状態から装着ヘッド１４が下降する。アーム９５２の電子部品９２が保持される位置の近傍には、図１２に示すように各チャック部材２２１に対応する４つのピン３１が固定されており、装着ヘッド１４が下降すると各ピン３１がローラ２２２に当接する。これにより、圧縮コイルバネ２６が圧縮されつつプレート２４２１がシャフト２４１およびベース部材２５に対して相対的に上昇する。各チャック部材２２１は回動軸２３１を中心に回動し、メカニカルチャック２２が開放状態となる。やがて、吸着ノズル２１は電子部品９２の上面に当接する（ステップＳ３１）。このように装着ヘッド１４では、ピン３１に当接したローラ２２２の変位が伝達されることにより、チャック部材２２１が電子部品９２を保持する際の状態（閉じた状態）から保持を解除する状態（開いた状態）へと移行する。
【００３９】
アーム９５２上には吸引管３２も取り付けられており、装着ヘッド１４が下降してアーム９５２にさらに近接すると、吸引管３２の先端が下方に向かって開口する（すなわち、電子部品９２が保持されるアーム９５２側に向かって開口する）接続口２５１に挿入される。吸引管３２はアーム９５２の内部の通路とともに排気路を形成し、排気路は別途設けられた排気機構に接続される。吸着ノズル２１が電子部品９２に当接した段階で吸引管３２からの吸引が開始され、電子部品９２が吸着ノズル２１に吸引吸着される（ステップＳ３２）。このとき、アーム９５２内の別の吸引経路（図示省略）による電子部品９２の吸引吸着が解除される。
【００４０】
電子部品９２が吸着ノズル２１に吸着されると、装着ヘッド１４の上昇が開始される。装着ヘッド１４の上昇に従って圧縮コイルバネ２６が伸長し、プレート２４２１がベース部材２５に対して下降することによりメカニカルチャック２２が漸次閉じられる。やがて、メカニカルチャック２２が電子部品９２を機械的に保持すると（ステップＳ３３）、ローラ２２２がピン３１から離間する。この段階で吸引管３２からの吸引が停止され、吸着ノズル２１による電子部品９２の吸着保持が解除される（ステップＳ３４）。これにより、図１０に示すように電子部品９２が装着ヘッド１４により機械的に保持された状態となる。
【００４１】
以上のように、装着ヘッド１４は、吸引吸着により電子部品９２の姿勢の平行度を高く維持した状態で保持し、その後、機械的な保持へと移行することから、電子部品９２を適正な姿勢にて機械的に保持することができる。また、機械的保持により、減圧環境へと移行する場合であっても電子部品９２を保持することが実現される。
【００４２】
一方、装着ヘッド１４では、ピン３１に対して当接および離間することにより、すなわち、装着ヘッド１４がチャンバ１１外のヘッド昇降機構１４４により昇降することでメカニカルチャック２２の開放および保持が行われることから、メカニカルチャック２２を開閉するための独立した駆動系が不要とされており、装着ヘッド１４の構造の簡素化および真空中での駆動が容易に実現される。
【００４３】
さらに、装着ヘッド１４の吸引動作がアーム９５２側から行われ、吸引に係る経路も装着ヘッド１４の上昇および下降により接続および分離されることから、装着ヘッド１４の構造の一層の簡素化が実現される。
【００４４】
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。
【００４５】
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。さらに、吸引吸着およびメカニカルチャックによる保持の対象は基板以外であってもよく（すなわち、装着ヘッド１４の機構を他の保持装置に利用することができ）、減圧環境下での保持にも限定されない。
【００４６】
メカニカルチャック２２は機械的に対象物を保持するのであるならば上記形態には限定されない。装着ヘッド１４とステージ１２との移動は相対的なものでよく、例えば、ステージ１２上の基板９１に向かって装着ヘッド１４が（水平方向に）移動してもよい。
【００４７】
上記実施の形態ではＦＡＢとしてアルゴンが使用されるが、窒素、水素等の他の原子もＦＡＢとして利用可能である。なお、ＦＡＢによる洗浄はプラズマ洗浄の一態様であり、ＦＡＢ照射装置は他の様々なプラズマ洗浄装置に置き換えられてよい。
【００４８】
上記実施の形態では装着ヘッド１４が基板９１に電子部品９２を装着した後の動作について言及していないが、電子部品９２は基板９１に強固に固定され、かつ、装着ヘッド１４は電子部品９２を弱い力で保持することから、装着ヘッド１４を上昇するのみで装着ヘッド１４から電子部品９２を離すことができる。もちろん、ステージ１２にメカニカルチャック２２のローラ２２２を突き上げる突上機構を設けてメカニカルチャック２２が開かれてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、電子部品等の対象物を吸引吸着により保持した後に機械的な保持へと移行することができる。特に、対象物を保持した後に対象物の周囲が減圧される場合であっても、適切に対象物を保持することができる。
【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。
【図１０】装着ヘッドの正面図。
【図１１】装着ヘッドの底面図。
【図１２】装着ヘッドがアームから電子部品を受け取る途上の様子を示す図。
【図１３】電子部品を受け取る際の電子部品装着装置の動作の流れを示す図。
【符号の説明】
１電子部品装着装置
１１チャンバ
１３ステージ移動機構
１４装着ヘッド
２１吸着ノズル
２２メカニカルチャック
３１ピン
３２吸引管
９１基板
９２電子部品
１６４ＦＡＢ照射装置
２１１吸引口
２２１チャック部材
２２２ローラ
２５１接続口
Ｓ１３，Ｓ１５，Ｓ１９，Ｓ３３，Ｓ３４ステップ。

Claims

対象物を保持する保持方法であって、
対象物を吸引吸着する工程と、
吸引吸着された前記対象物を機械的に保持する工程とを有するとともに、
前記機械的に保持する工程の後に、前記対象物の周囲を減圧する工程をさらに有することを特徴とする保持方法。
電子部品を基板に装着する電子部品装着方法であって、
所定の位置から電子部品を吸引吸着する工程と、
吸引吸着された前記電子部品を機械的に保持する工程と、
前記電子部品を基板に装着する工程と、
を有するとともに、
前記機械的に保持する工程の後に、前記電子部品の周囲を減圧する工程をさらに有することを特徴とする電子部品装着方法。
請求項２に記載の電子部品装着方法であって、
前記減圧する工程と前記装着する工程との間に、前記電子部品をプラズマ洗浄する工程をさらに有することを特徴とする電子部品装着方法。