JP4252666B2 - Electronic component joining method and apparatus using the same - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばフリップチップ実装や液晶パネルの駆動用ＩＣ実装において、ＩＣなどの電子部品に熱を加えて直接回路基板上に接合する電子部品接合方法及びそれを用いた装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化・軽量化を実現するために、ＩＣなどの電子部品を直接に回路基板上に実装するフリップチップ実装が用いられてきている。かかる工法としては、電子部品の電極部分にバンプを形成し、熱又は圧力を加えてバンプを基板電極上に接合する工法が多く用いられている。また、別の例では、液晶パネルに駆動用ＩＣを実装する工法としても、異方性導電フィルムを予め貼り付けた液晶パネルに電子部品を実装した後、熱及び圧力を加えることにより異方性導電フィルムの導電粒子を介して液晶パネルと電子部品との電気的接続を行い、同時に、異方性導電フィルムを硬化させて、電子部品を固定する工法が広く用いられている。
【０００３】
従来知られた電子部品接合装置について簡単に説明する。従来の電子部品接合装置は、一般に、電子部品を移載してステージ上の回路基板に実装する実装ヘッドを有している。この実装ヘッドには、発熱素子であるヒータと熱検出センサである熱電対とが備えられており、この電子部品接合装置では、電子部品の実装に際して、ヒータの発熱及び熱電対による温度検出が行われる。上記電子部品の電極には、回路基板との接合材としてのバンプが半田又は金などの材質で形成されている。
【０００４】
上記実装ヘッドは、バンプ面を下方にして電子部品を保持し、それを回路基板上の所定位置に接合する。この接合作業では、上記電子部品を回路基板上で位置合わせした状態で、実装ヘッドにおけるヒータの出力を制御し、電子部品に熱を加えることにより、バンプが溶融されて電子部品が回路基板上に接合される。上記ヒータの発熱に伴ない、上記実装ヘッドの熱電対により検出された温度が温度制御手段に入力されて、上記ヒータへの出力が、実装ヘッドが所定の設定温度になるように制御される。
【０００５】
通常、熱電対の検出位置と接合箇所との間には、熱伝導・熱消費の状態に差があり、熱電対の検出温度と接合箇所の温度とは一致しない場合がある。このため、熱電対の検出温度と接合箇所の温度との相関を予め設定しておくことで、接合箇所の温度を設定温度とする。一般に、複数の電子部品を接合する装置では、電子部品の制御データとして、設定温度・設定圧力が予め記憶されるようになっている。電子部品を接合する場合には、電子部品接合装置は、一連の動作において、それら設定温度・設定圧力を制御手段に自動的に設定して接合動作を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
電子部品及びその工法・材料が多様化するにつれ、電子部品と回路基板との接合に要する接合時間を各種類毎に設定する必要が生じてきた。従来の接合方法では、接合箇所の温度を制御データとして扱うが、接合箇所の温度と設定温度との相関が予め設定された接合時間と大きく異なるような電子部品を接合する場合には、バンプの接合特性に基づく接合温度を制御データとする従来の接合方法を用いて実装すると、接合箇所の設定温度が実際の接合温度との間にずれを生じることがある。このずれを補うためには、試験的な接合作業を行いながら設定温度を調整して入力する必要があり、接合時間が異なる電子部品の制御データ作成に際して、それぞれに設定温度を求める必要があるため、制御データの作成に相当な労力を要するという問題があった。
【０００７】
本発明は、接合時間が異なる電子部品を接合する設定温度をそれぞれに求めるに際して、試験的な接合を行わず、接合時間に依存しない電子部品の制御データを容易に作成することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に係る発明（以下、第１の発明という）は、発熱体及び温度検出手段を用いて温度制御を行いながら熱を加えて電子部品を回路基板上に接合する電子部品接合方法において、所定の接合基準時間における上記電子部品と回路基板との接合箇所の基準温度と、上記温度検出手段の検出基準温度との間にある基準温度相関を予め測定する基準温度相関測定ステップと、所定の接合基準設定温度における上記接合箇所の温度と接合時間との間にある時間相関を予め測定する時間相関測定ステップと、上記基準温度相関と接合基準時間とを初期設定する基準温度相関設定ステップと、上記時間相関と接合基準設定温度とを初期設定する時間相関設定ステップと、上記電子部品の工法条件に応じた接合温度及び接合時間を入力する制御データ入力ステップと、上記時間相関設定ステップにおいて初期設定された時間相関と上記制御データ入力ステップにおいて入力された接合温度及び接合時間とに基づき、上記接合箇所の接合時間における接合基準温度を求め、該接合基準温度と上記基準温度相関設定ステップにおいて初期設定された基準温度相関とに基づき、上記接合箇所が制御データ入力ステップにおいて入力された接合時間後に接合温度になるように、上記発熱体の制御温度を計算する制御温度計算ステップと、上記発熱体が制御温度計算ステップにおいて計算された制御温度になるように温度制御を行う温度制御ステップとを有していることを特徴としたものである。
【０００９】
また、本願の請求項２に係る発明（以下、第２の発明という）は、上記基準温度相関設定ステップが、基準温度相関測定ステップにおいて測定された基準温度相関を一次関数式で近似して求まる傾き及び切片を初期設定するステップであるとともに、上記時間相関設定ステップが、時間相関測定ステップにおいて測定された時間相関を一次関数式で近似して求まる傾き及び切片を初期設定するステップであることを特徴としたものである。
【００１０】
更に、本願の請求項３に係る発明（以下、第３の発明という）は、発熱体及び温度検出手段を用いて温度制御を行いながら熱を加えて電子部品を回路基板上に接合する電子部品接合装置において、上記発熱体及び温度検出手段を備えた電子部品接合手段と、上記発熱体の温度制御を行う温度制御手段と、上記電子部品の工法条件に応じた接合温度及び接合時間が入力されるとともに、接合箇所が接合時間後に接合温度になるように、上記発熱体の制御温度を計算する主制御手段とを有しており、所定の接合基準時間における上記電子部品と回路基板との接合箇所の基準温度と、上記温度検出手段の検出基準温度との間にある基準温度相関を予め測定するとともに、所定の接合基準設定温度における上記接合箇所の温度と接合時間との間にある時間相関を予め測定し、上記基準温度相関と接合基準時間とを初期設定するとともに、上記時間相関と接合基準設定温度とを初期設定し、上記接合箇所の所望の接合温度及び接合時間を入力し、該接合温度及び接合時間と初期設定された時間相関とに基づき、上記接合箇所の接合時間における接合基準温度を求め、該接合基準温度と初期設定された基準温度相関とに基づき、上記発熱体が入力された接合時間後に接合温度になるように、上記発熱体の制御温度を計算し、上記発熱体が計算された制御温度になるように温度制御を行うことを特徴としたものである。
【００１１】
また、更に、本願の請求項４に係る発明（以下、第４の発明という）は、発熱体及び温度検出手段を備えた回路基板加熱手段を有しており、該回路基板加熱手段に関して、接合温度と上記温度検出手段の検出温度との間にある温度相関を主制御手段に予め初期設定することを特徴としたものである。
【００１２】
また、更に、本願の請求項５に係る発明（以下、第５の発明という）は、上記接合箇所の制御温度を表示する表示手段を有しており、上記温度制御手段から主制御手段へ検出温度が通知されることにより、上記主制御手段が基準温度相関及び時間相関に基づき上記接合箇所の制御温度を計算して、上記表示手段に表示することを特徴としたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の実施の形態に係る電子部品接合装置を備えた実装システムの構成を概略的に示す。この実装システムは、基本的には、電子部品接合装置１０と、該電子部品接合装置１０の全体的な動作を制御する主制御デバイス６と、該主制御デバイス６及び電子部品接合装置１０の間に設けられた温度制御デバイス５とを有している。これら各構成は、互いに電気接続されており、実装作業に際して、上記主制御デバイス６は、予め設定された温度に関する情報を温度制御デバイス５へ送り、温度制御デバイス５は、それらの情報に基づき、接合温度について制御するための制御信号を、上記電子部品接合装置１０へ送る。また、上記主制御デバイス６には、表示手段である表示モニタ７が接続されており、この表示モニタ７には、主制御デバイス６から温度制御デバイス５へ送られる情報が表示される。
【００１４】
上記電子部品接合装置１０は、電子部品２を回路基板３に実装する実装ヘッド１と、回路基板３が載置されるステージ４とを有している。上記実装ヘッド１は、ステージ４の上方で水平方向に自在に可動であり、電子部品２を吸着保持しつつ回路基板３上で任意に位置合わせすることができる。図２及び３は、それぞれ、電子部品接合装置１０における実装ヘッド１の前方斜視図及び実装ヘッド１の先端部分を拡大して示す後方斜視図である。この実装ヘッド１は、発熱素子であるヒータ８と温度検出センサである熱電対９とを備えており、この実装システムでは、実装作業に際して、ヒータ８による発熱及び熱電対９による温度検出が行われる。
【００１５】
上記電子部品２の裏面側に形成された電極には、回路基板３との接合材としてのバンプ（不図示）が半田又は金などの材質で形成されている。上記実装ヘッド１は、バンプ面を下方にして電子部品２を吸着して保持し、それを回路基板３上の所定位置に接合する。この接合プロセスでは、上記電子部品２を回路基板３上に位置決めした上で、実装ヘッド１におけるヒータ８の出力を制御し、電子部品２のバンプに熱を加えることにより、バンプが溶融されて電子部品２が回路基板３上に接合される。上記電子部品２のバンプの加熱に伴ない、上記実装ヘッド１の熱電対９により検出される温度が温度制御手段５に入力されて、上記ヒータ８への出力が、実装ヘッド１が所定の設定温度になるように制御される。
上記実装ヘッド１は、電子部品２を吸着保持しながら下降して回路基板３上に実装する。上記実装ヘッド１に搭載された熱電対８及びヒータ９は、温度制御デバイス５に接続されており、電子部品２のバンプに熱を加える。すなわち、上記温度制御デバイス５は、閉ループによって温度制御を実行することが可能である。
【００１６】
この実施の形態では、上記実装ヘッド１においてのみ熱電対８及びヒータ９が設けられているが、これに限定されることなく、上記回路基板３を保持するステージ４の内部にも、熱電対及びヒータが設けられてもよい。これらの熱電対及びヒータは、上記実装ヘッド１における熱電対８及びヒータ９と同様に、温度制御デバイス５に接続される。この場合において、接合温度と熱電対の検出温度との温度相関を主制御デバイス６に予め初期設定して、電子部品２側のみならず、回路基板３側からも接合箇所に熱を加えることにより、電子部品２を回路基板３に接触させる際の温度降下を防止し、安定した接合作業を行うことができる。
【００１７】
次に、図３のフローチャートを参照しながら、本発明の実施の形態に係る電子部品接合方法について説明する。この電子部品接合方法は、初期設定（ステップ１〜６）・制御データ作成（ステップ７）・接合（ステップ８〜１３）の三段階で実施される。
まず、ステップＳ１において、上記実装ヘッド１の設定温度と接合箇所の実温度との温度相関を求める。この温度相関は、ある設定温度における所定の接合基準時間後の接合箇所の実温度を温度検出用の熱電対で測定し、これを複数の設定温度について行うことによって求められる。この温度相関を「基準温度相関」とし、ステップＳ２において、所定の接合基準時間とともに主制御デバイス６に初期設定する。
【００１８】
ステップＳ３では、上記ステージ４の設定温度と接合箇所の実温度との温度相関を求める。この温度相関は、ある設定温度における所定の接合基準時間後の接合箇所の実温度を温度検出用の熱電対で測定し、これを複数の温度について行うことによって求められる。ステップＳ４では、この温度相関を主制御デバイス６に初期設定する。
【００１９】
続いて、ステップＳ５において、接合箇所の実温度と接合時間との時間相関を求める。この時間相関は、所定の接合基準設定温度における接合箇所の実温度の時間経過を温度検出用の熱電対で測定することによって求められる。ステップＳ６では、この時間相関及び接合基準設定温度を主制御デバイス６に初期設定する。上記ステージ３は、電子部品２の種類に依存することなく、温度制御を常時行うため、ステップＳ５における時間相関を必要としない。
一般に、ステップＳ１,Ｓ３及びＳ５で求められた温度相関及び時間相関は、熱電対８及びヒータ９の取付け状態のばらつきなどの差によって装置毎に異なるため、前述したような初期設定は、電子部品接合装置１０の初期調整段階に必ず行われる。
【００２０】
次に、ステップＳ７では、電子部品２を接合するための制御データを作成する場合に、電子部品２の接合温度及び接合時間を入力する。電子部品２におけるバンプの材質として半田を用いた場合には、半田が溶融する温度及び時間を基準にして、接合温度及び接合時間を決定する。
また、これに限定されることなく、異方性導電フィルムを介して接合する場合には、上記導電フィルムの硬化温度及び硬化時間を基準にして、接合温度及び接合時間を決定するようにしてもよい。
すなわち、接合温度及び接合時間は、電子部品２による工法条件によって決定することが可能である。
【００２１】
続いて、Ｓ１〜Ｓ７において設定された制御データに基づき、接合動作を行う。接合動作が開始されると、まず、ステップＳ８において、上記主制御デバイス６が、温度制御デバイス５の制御温度を計算する。この計算では、ステップＳ６で初期設定された時間相関と、ステップＳ７で入力された接合温度及び接合時間とに基づき、接合箇所の接合時間における接合基準温度が求められる。そして、接合基準温度とステップＳ２において初期設定された基準温度相関とに基づき、接合箇所が、接合時間後に接合温度になるような制御温度を求める。ステップＳ９では、主制御デバイス６から温度制御デバイス５へ制御温度を通知する。
【００２２】
上記温度制御デバイス５は、ステップＳ１０において、主制御デバイス６から通知された制御温度で温度制御を実行する。この温度制御は、熱電対８の検出温度に対してヒータ９の出力を制御し、これを周期的に行って制御温度を所定の温度に維持するようにする。ステップＳ１１では、熱電対８の検出温度を主制御デバイス６へ通知する。続いて、ステップＳ１２では、主制御デバイス６が、通知された検出温度及び基準温度相関に基づき、接合基準検出温度を求める。そして、接合基準検出温度及び時間相関に基づき、接合検出温度を推算する。ステップＳ１３では、推算された接合検出温度を表示モニタ７に表示する。
【００２３】
このようにして、本実施の形態に係る電子部品接合方法によれば、作業者は制御データに接合温度及び接合時間を入力して接合動作を行うだけで、接合箇所が、接合時間後に接合温度になる制御温度を自動的に計算し制御すると同時に、推算される接合温度をモニタして接合状態を把握することができる。
【００２４】
次に、図４及び５を参照して、本実施の形態における温度相関及び時間相関の導出方法について説明する。
図４は、接合基準時間を１０秒とした場合における、実装ヘッド１の設定温度と接合箇所の温度との関係を表すグラフである。このグラフを用いて、実装ヘッド１の設定温度と接合箇所の温度との温度相関を求める（図３のステップＳ１）。上記実装ヘッド１の設定温度は、６０℃，８０℃，１００℃，１２０℃，１４０℃である。各プロットは、それぞれの温度に設定されたヒータ９で接合箇所を１０秒間加熱した後、接合箇所の温度を熱電対８で測定することにより得られる。この温度範囲においては、グラフを直線近似することができ、この接合基準時間における接合箇所の温度Ｙと実装ヘッド１の設定温度Ｘとの関係は、次式で表される。
Ｙ ＝ ０．６５Ｘ ＋ ３．０ （１）
この数式（１）の傾き「０．６５」及び切片「３．０」、並びに、接合基準時間「１０秒」を上記主制御デバイス６に入力して初期設定を行う（図３のステップＳ２）。
【００２５】
また、図５は、実装ヘッド１の設定温度（つまり接合基準設定温度）を１００℃とした場合における、接合時間と接合箇所の温度との関係を表すグラフである。このグラフを用いて、接合時間と接合個所の温度との時間相関を求める（図３のステップＳ５）。各プロットは、接合開始後の５秒，１０秒，１５秒，２０秒，２５秒の時点で、各接合箇所の温度を測定することにより得られる。この時間範囲においては、グラフを直線近似することができ、この接合基準設定温度における接合箇所の温度Ｙと接合時間Ｚとの関係は、次式で表される。
Ｙ ＝ ４．８Ｚ ＋ ２０．０ （２）
この数式（２）の傾き「４．８」及び切片「２０．０」、並びに、接合基準設定時間１００℃を上記主制御デバイス６に入力して初期設定を行う（図３のステップＳ６）。
【００２６】
制御データの作成（図３のステップＳ７）に際して、主制御デバイス６に接合温度８０℃および接合時間１５秒を入力すると、上記温度制御デバイス５の制御温度は、以下のように求まる。
まず、数式(２）に、接合時間１５秒を代入すると、
Ｙ ＝ ４．８×１５．０ ＋ ２０．０ ＝ ９２．０ (３)
が得られる。つまり、接合基準設定温度１００℃において接合時間が１５秒の場合、接合箇所の温度は、９２℃である。
【００２７】
また、数式(１)より、
Ｙ ＝ ０．６５×１００．０ ＋ ３．０ ＝ ６８．０ (４)
が得られ、接合基準設定温度１００℃における接合箇所の温度は、６８℃である。数式（１）においては、接合基準時間が１０秒と設定されており、従って、接合時間を１０秒から１５秒にすることで、接合箇所の温度は、
９２．０ − ６８．０ ＝ ２４．０ (５)
から２４．０℃上昇することが分かる。これに基づいて、接合温度を８０℃とするために、数式 (１)より、
８０．０ − ２４．０ ＝ ０．６５Ｘ＋３．０ (６)
が得られ、その結果、
Ｘ＝８１．５ (７)
が求まる。すなわち、接合箇所は、８１．５℃で温度制御されると、接合時間１５秒後に８０℃となることが分かる。
このようにして得られた８１．５℃は、制御温度として温度制御デバイス５へ通知され（図３のステップＳ９）、温度制御デバイス５は、８１．５℃で上記実装ヘッド１のヒータ８について温度制御を行うことにより、接合温度８０℃を実現する（図３のステップＳ１０）。
【００２８】
更に、この接合作業に伴ない、温度制御を行っている状態にある熱電対９の検出温度が１００．０℃であるとすると、接合検出温度を推算する手順は、以下の通りである。
上記温度制御デバイス５は、検出温度１００．０℃を主制御デバイス６へ通知する（図３のステップＳ１１）。主制御デバイス６は、数式（１)に基づき、接合箇所の接合基準検出温度Ｙを推算する。
Ｙ＝０．６５×１００．０＋３．０
Ｙ＝６８．０ (８)
数式(８)の６８．０℃は、１０秒後の接続温度であり、数式（６）より、２４．０℃の温度上昇分を考慮すると、
６８．０＋２４．０＝９２．０ (９)
となる。これより、接合時の温度は、９２．０℃と推算される。上記表示モニタ７は、(９)式で得られた接合温度９２．０℃を表示する（図３のステップＳ１２）。
【００２９】
なお、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
本願の第１の発明によれば、初期設定された時間相関および基準温度相関に基づき、また、入力された電子部品と回路基板との接合箇所に関する接合温度及び接合時間に基づき、上記接合箇所が入力された接合時間後に接合温度になるように、上記発熱体の制御温度を計算し、上記発熱体がその制御温度になるように温度制御を行うので、作業者は所望の接合温度及び接合時間を入力するのみで、電子部品又は回路基板の種類に応じた制御データを容易に作成して、上記接合箇所に関する実際の接合温度および接合時間を実現することができる。また、異なる機種で同一の制御データを使用することができ、制御データの作成に要する時間が短縮する。更に、上記接合箇所に関する接合時間および接合温度を互いに依存することなく設定することができるので、工法に則した制御データを直接扱うことができる。
【００３１】
また、本願の第２の発明によれば、基準温度相関設定ステップが、温度相関測定ステップにおいて測定された基準温度相関を一次関数式で近似して求まる傾き及び切片を初期設定するように構成されるとともに、上記時間相関設定ステップが、時間相関測定ステップにおいて測定された時間相関を一次関数式で近似して求まる傾き及び切片を初期設定するように構成されるので、基準温度相関測定ステップで求まる３つの数値を入力するだけで、容易に基準温度相関を設定することができ、また、時間相関測定ステップで求まる３つの数値を入力するだけで、容易に時間相関を設定することができる。この結果、初期設定に要する時間を短縮することができる。
【００３２】
更に、本願の第３の発明によれば、初期設定された時間相関および基準温度相関に基づき、また、入力された電子部品と回路基板との接合箇所に関する接合温度及び接合時間に基づき、上記接合箇所が入力された接合時間後に接合温度になるように、上記発熱体の制御温度を計算し、上記発熱体がその制御温度になるように温度制御を行うので、作業者は所望の接合温度及び接合時間を入力するのみで、電子部品又は回路基板の種類に応じた制御データを容易に作成して、上記接合箇所に関する実際の接合温度および接合時間を実現することができる。また、異なる機種で同一の制御データを使用することができ、制御データの作成に要する時間が短縮する。更に、上記接合箇所に関する接合時間および接合温度を互いに依存することなく設定することができるので、工法に則した制御データを直接扱うことができる。
【００３３】
また、更に、本願の第４の発明によれば、発熱体及び温度検出手段を備えた回路基板加熱手段を有しており、該回路基板加熱手段に関して、接合温度と上記温度検出手段の検出温度との間にある温度相関を主制御手段に予め初期設定するので、電子部品と回路基板との接合温度を入力し、電子部品側と回路基板側の双方から接合箇所に熱を加えることにより、電子部品を回路基板に接触する際の温度降下を防止し、安定した接合作業を行うことができる。
【００３４】
また、更に、本願の第５の発明によれば、上記接合箇所の制御温度を表示する表示手段を有しており、上記温度制御手段から主制御手段へ検出温度が通知されることにより、上記主制御手段が基準温度相関及び時間相関に基づき上記接合箇所の制御温度を計算して、上記表示手段に表示するので、接合箇所の温度状態を作業者が把握することができ、接合条件に対する異常を検知して接合異常を未然に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る電子部品接合装置を備えた実装システムの構成を概略的に示す説明図である。
【図２】 （ａ）上記実施の形態に係る実装ヘッドの前方斜視図である。
（ｂ）上記実施の形態に係る実装ヘッドの先端部分を拡大して示す後方斜視図である。
【図３】 上記実施の形態に係る電子部品接合装置において用いられる電子部品接合方法のフローチャートである。
【図４】 接合基準時間を１０秒とした場合における、実装ヘッドの設定温度と接合箇所の温度との関係を表すグラフである。
【図５】 上記実装ヘッドの設定温度を１００℃とした場合における、接合時間と接合箇所の温度との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
１…実装ヘッド
２…電子部品
３…回路基板
４…ステージ
５…温度制御デバイス
６…主制御デバイス
７…表示モニタ
８…ヒータ
９…熱電対[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic component bonding method for applying heat to an electronic component such as an IC directly on a circuit board and an apparatus using the same in, for example, flip chip mounting or liquid crystal panel driving IC mounting.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, flip chip mounting in which electronic components such as ICs are directly mounted on a circuit board has been used to reduce the size and weight of electronic devices. As such a construction method, a construction method is often used in which bumps are formed on electrode portions of an electronic component and the bumps are bonded onto the substrate electrodes by applying heat or pressure. In another example, as a method of mounting a driving IC on a liquid crystal panel, after mounting an electronic component on a liquid crystal panel on which an anisotropic conductive film has been attached in advance, anisotropy is applied by applying heat and pressure. A method of fixing an electronic component by electrically connecting a liquid crystal panel and an electronic component via conductive particles of the conductive film and simultaneously curing the anisotropic conductive film is widely used.
[0003]
A conventionally known electronic component joining apparatus will be briefly described. Conventional electronic component joining apparatuses generally have a mounting head for transferring electronic components and mounting them on a circuit board on a stage. This mounting head is provided with a heater as a heating element and a thermocouple as a heat detection sensor. In this electronic component joining apparatus, when the electronic component is mounted, the heater generates heat and the temperature is detected by the thermocouple. Is called. A bump as a bonding material to the circuit board is formed of a material such as solder or gold on the electrode of the electronic component.
[0004]
The mounting head holds the electronic component with the bump surface facing downward, and bonds it to a predetermined position on the circuit board. In this joining operation, with the electronic component positioned on the circuit board, the output of the heater in the mounting head is controlled and heat is applied to the electronic component, so that the bumps are melted and the electronic component is placed on the circuit board. Be joined. As the heater generates heat, the temperature detected by the thermocouple of the mounting head is input to the temperature control means, and the output to the heater is controlled so that the mounting head has a predetermined set temperature.
[0005]
Usually, there is a difference in the state of heat conduction and heat consumption between the detection position of the thermocouple and the joint location, and the detected temperature of the thermocouple may not match the temperature of the joint location. For this reason, by setting in advance a correlation between the temperature detected by the thermocouple and the temperature at the junction, the temperature at the junction is set as the set temperature. Generally, in an apparatus for joining a plurality of electronic components, a set temperature and a set pressure are stored in advance as control data for the electronic components. When joining electronic components, the electronic component joining device performs the joining operation by automatically setting the set temperature and the set pressure in the control means in a series of operations.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As electronic parts and their construction methods and materials are diversified, it has become necessary to set the joining time required for joining electronic parts and circuit boards for each type. In the conventional bonding method, the temperature of the bonding point is handled as control data. However, when bonding an electronic component in which the correlation between the temperature of the bonding point and the set temperature is significantly different from the preset bonding time, When mounting is performed using a conventional bonding method in which the bonding temperature based on the bonding characteristics is used as control data, there is a case where the set temperature of the bonding portion is deviated from the actual bonding temperature. In order to compensate for this deviation, it is necessary to adjust and input the set temperature while performing a trial joining operation, and it is necessary to obtain the set temperature for each control data creation for electronic parts with different joining times. There has been a problem that considerable effort is required to create the control data.
[0007]
An object of the present invention is to easily create control data for an electronic component that does not depend on the bonding time without performing experimental bonding when each of the set temperatures for bonding electronic components having different bonding times is obtained.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 of the present application (hereinafter referred to as the first invention) is an electronic component joining method for joining an electronic component on a circuit board by applying heat while performing temperature control using a heating element and temperature detecting means. A reference temperature correlation measuring step for measuring in advance a reference temperature correlation between a reference temperature of a joint portion between the electronic component and the circuit board at a predetermined joining reference time and a detection reference temperature of the temperature detecting means; A time correlation measurement step for measuring in advance a time correlation between the temperature of the joining point and a joining time at a predetermined joining reference setting temperature; and a reference temperature correlation setting step for initially setting the reference temperature correlation and the joining reference time. When the control de inputting the time correlation setting step of initializing said time correlation and the junction reference set temperature, the bonding temperature and bonding time according to the method conditions of the electronic component A junction reference temperature at the joining time of the joint location is determined based on the initial correlation in the time input step, the time correlation initially set in the time correlation setting step, and the joining temperature and joining time input in the control data input step, Based on the joining reference temperature and the reference temperature correlation initially set in the reference temperature correlation setting step, the control temperature of the heating element is set so that the joining point becomes the joining temperature after the joining time input in the control data input step. And a temperature control step for performing temperature control so that the heating element has the control temperature calculated in the control temperature calculation step.
[0009]
In the invention according to
[0010]
Further, the invention according to claim 3 of the present application (hereinafter referred to as the third invention) is an electronic component that joins an electronic component on a circuit board by applying heat while performing temperature control using a heating element and temperature detecting means. In the joining apparatus, the electronic component joining means provided with the heating element and the temperature detecting means, the temperature control means for controlling the temperature of the heating element, and the joining temperature and joining time corresponding to the construction method conditions of the electronic component are input. And a main control means for calculating the control temperature of the heating element so that the joining location becomes the joining temperature after the joining time, and joining the electronic component and the circuit board at a predetermined joining reference time. The reference temperature correlation between the reference temperature of the location and the detection reference temperature of the temperature detecting means is measured in advance, and is between the temperature of the joint location and the joining time at a predetermined joining reference set temperature. Measure the inter-correlation in advance, initialize the reference temperature correlation and the bonding reference time, initialize the time correlation and the bonding reference setting temperature, and input the desired bonding temperature and bonding time of the bonding point. Based on the joining temperature and joining time and the initially set time correlation, a joining reference temperature at the joining time of the joining portion is obtained, and based on the joining reference temperature and the initially set reference temperature correlation, the heating element is obtained. The control temperature of the heating element is calculated so as to reach the joining temperature after the joining time is input, and the temperature control is performed so that the heating element becomes the calculated control temperature.
[0011]
Furthermore, the invention according to
[0012]
Further, the invention according to claim 5 of the present application (hereinafter referred to as the fifth invention) has a display means for displaying the control temperature of the joint portion, and is detected from the temperature control means to the main control means. When the temperature is notified, the main control means calculates the control temperature of the joint portion based on the reference temperature correlation and the time correlation, and displays the control temperature on the display means.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 schematically shows a configuration of a mounting system including an electronic component bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. This mounting system basically includes an electronic
[0014]
The electronic
[0015]
A bump (not shown) as a bonding material to the circuit board 3 is formed of a material such as solder or gold on the electrode formed on the back side of the
The mounting head 1 is lowered and mounted on the circuit board 3 while sucking and holding the
[0016]
In this embodiment, the thermocouple 8 and the heater 9 are provided only in the mounting head 1. However, the present invention is not limited to this, and the thermocouple and the heater are also provided inside the
[0017]
Next, an electronic component joining method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. This electronic component joining method is performed in three stages: initial setting (steps 1 to 6), control data creation (step 7), and joining (steps 8 to 13).
First, in step S1, a temperature correlation between the set temperature of the mounting head 1 and the actual temperature of the joining portion is obtained. This temperature correlation is obtained by measuring the actual temperature of the joining portion after a predetermined joining reference time at a certain set temperature with a thermocouple for temperature detection, and performing this for a plurality of set temperatures. This temperature correlation is set as a “reference temperature correlation”, and is initially set in the
[0018]
In step S3, a temperature correlation between the set temperature of the
[0019]
Subsequently, in step S5, a time correlation between the actual temperature of the joining portion and the joining time is obtained. This time correlation is obtained by measuring the time lapse of the actual temperature of the joint at a predetermined joint reference set temperature with a thermocouple for temperature detection. In step S6, the time correlation and the junction reference set temperature are initially set in the
In general, the temperature correlation and time correlation obtained in steps S1, S3, and S5 differ from device to device due to differences in the mounting state of the thermocouple 8 and heater 9, etc., so the initial setting as described above is an electronic component. This is always performed in the initial adjustment stage of the
[0020]
Next, in step S7, when creating control data for joining the
In addition, without being limited thereto, when bonding through an anisotropic conductive film, the bonding temperature and the bonding time may be determined based on the curing temperature and the curing time of the conductive film. Good.
That is, the bonding temperature and the bonding time can be determined according to the construction method conditions by the
[0021]
Subsequently, a joining operation is performed based on the control data set in S1 to S7. When the joining operation is started, first, the
[0022]
The temperature control device 5 executes temperature control at the control temperature notified from the
[0023]
In this way, according to the electronic component bonding method according to the present embodiment, the operator simply inputs the bonding temperature and the bonding time in the control data and performs the bonding operation, and the bonding point is the bonding temperature after the bonding time. The calculated control temperature is automatically calculated and controlled, and at the same time, the estimated joining temperature can be monitored to understand the joining state.
[0024]
Next, a method for deriving a temperature correlation and a time correlation in the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the set temperature of the mounting head 1 and the temperature of the bonding location when the bonding reference time is 10 seconds. Using this graph, a temperature correlation between the set temperature of the mounting head 1 and the temperature of the joint portion is obtained (step S1 in FIG. 3). The set temperatures of the mounting head 1 are 60 ° C., 80 ° C., 100 ° C., 120 ° C., and 140 ° C. Each plot is obtained by heating the joint portion with the heater 9 set to the respective temperature for 10 seconds and then measuring the temperature of the joint portion with the thermocouple 8. In this temperature range, the graph can be linearly approximated, and the relationship between the temperature Y at the joint location and the set temperature X of the mounting head 1 at this joint reference time is expressed by the following equation.
Y = 0.65X + 3.0 (1)
The inclination “0.65” and intercept “3.0” of the equation (1) and the joining reference time “10 seconds” are input to the
[0025]
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the bonding time and the temperature at the bonding location when the set temperature of the mounting head 1 (that is, the bonding reference set temperature) is 100 ° C. Using this graph, the time correlation between the joining time and the temperature at the joining location is obtained (step S5 in FIG. 3). Each plot is obtained by measuring the temperature of each joint at 5 seconds, 10 seconds, 15 seconds, 20 seconds, and 25 seconds after the start of bonding. In this time range, the graph can be linearly approximated, and the relationship between the temperature Y at the joining location and the joining time Z at this joining reference set temperature is expressed by the following equation.
Y = 4.8Z + 20.0 (2)
The slope “4.8” and intercept “20.0” of the equation (2) and the joining
[0026]
When the control data is generated (step S7 in FIG. 3), when the junction temperature of 80 ° C. and the junction time of 15 seconds are input to the
First, substituting the joining time of 15 seconds into Equation (2),
Y = 4.8 × 15.0 + 20.0 = 92.0 (3)
Is obtained. That is, when the joining time is 15 seconds at the joining reference set temperature of 100 ° C., the temperature of the joining portion is 92 ° C.
[0027]
Also, from Equation (1)
Y = 0.65 × 100.0 + 3.0 = 68.0 (4)
Is obtained, and the temperature at the joining location at the joining reference set temperature of 100 ° C. is 68 ° C. In Formula (1), the joining reference time is set to 10 seconds. Therefore, by changing the joining time from 10 seconds to 15 seconds, the temperature of the joining portion is
92.0-68.0 = 24.0 (5)
It can be seen that the temperature rises by 24.0 ° C. Based on this, in order to set the bonding temperature to 80 ° C., from Equation (1),
80.0-24.0 = 0.65X + 3.0 (6)
As a result,
X = 81.5 (7)
Is obtained. That is, it can be seen that when the temperature of the joining portion is controlled at 81.5 ° C., the temperature becomes 80 ° C. after 15 seconds of the joining time.
81.5 ° C. obtained in this way is notified to the temperature control device 5 as a control temperature (step S9 in FIG. 3), and the temperature control device 5 detects the heater 8 of the mounting head 1 at 81.5 ° C. By performing the temperature control, a bonding temperature of 80 ° C. is realized (step S10 in FIG. 3).
[0028]
Further, assuming that the detected temperature of the thermocouple 9 in a state where temperature control is performed in accordance with this joining operation is 100.0 ° C., the procedure for estimating the detected junction temperature is as follows.
The temperature control device 5 notifies the detected temperature of 100.0 ° C. to the main control device 6 (step S11 in FIG. 3). The
Y = 0.65 × 100.0 + 3.0
Y = 68.0 (8)
In Equation (8), 68.0 ° C. is the connection temperature after 10 seconds. From Equation (6), considering the temperature increase of 24.0 ° C.,
68.0 + 24.0 = 92.0 (9)
It becomes. From this, the temperature at the time of joining is estimated to be 92.0 ° C. The display monitor 7 displays the junction temperature 92.0 ° C. obtained by the equation (9) (step S12 in FIG. 3).
[0029]
Note that the present invention is not limited to the illustrated embodiments, and it goes without saying that various improvements and design changes are possible without departing from the scope of the present invention.
[0030]
【The invention's effect】
According to 1st invention of this application, based on the time correlation and reference temperature correlation which were set initially, and based on the junction temperature and joining time regarding the junction location of the input electronic component and a circuit board, the said junction location is The control temperature of the heating element is calculated so that the joining temperature is reached after the inputted joining time, and the temperature is controlled so that the heating element becomes the control temperature. By simply inputting the control data, control data corresponding to the type of electronic component or circuit board can be easily created, and the actual bonding temperature and bonding time for the bonding point can be realized. In addition, the same control data can be used in different models, and the time required to create control data is shortened. Furthermore, since it is possible to set the joining time and the joining temperature for the joining location without depending on each other, it is possible to directly handle control data according to the construction method.
[0031]
According to the second invention of the present application, the reference temperature correlation setting step is configured to initially set a slope and an intercept obtained by approximating the reference temperature correlation measured in the temperature correlation measurement step with a linear function equation. In addition, since the time correlation setting step is configured to initially set a slope and an intercept obtained by approximating the time correlation measured in the time correlation measurement step with a linear function equation, the time correlation setting step is obtained in the reference temperature correlation measurement step. The reference temperature correlation can be easily set only by inputting three numerical values, and the time correlation can be easily set only by inputting three numerical values obtained in the time correlation measurement step. As a result, the time required for the initial setting can be shortened.
[0032]
Further, according to the third invention of the present application, based on the initial time correlation and the reference temperature correlation, and on the basis of the junction temperature and the junction time relating to the junction point between the input electronic component and the circuit board, Since the control temperature of the heating element is calculated so as to reach the bonding temperature after the joining time when the location is input, and the temperature control is performed so that the heating element becomes the control temperature, the operator can set the desired bonding temperature and By simply inputting the joining time, it is possible to easily create control data corresponding to the type of electronic component or circuit board, and to realize the actual joining temperature and joining time relating to the joining location. In addition, the same control data can be used in different models, and the time required to create control data is shortened. Furthermore, since it is possible to set the joining time and the joining temperature for the joining location without depending on each other, it is possible to directly handle control data according to the construction method.
[0033]
Further, according to the fourth invention of the present application, the circuit board heating means including a heating element and a temperature detection means is provided, and the junction temperature and the detected temperature of the temperature detection means are related to the circuit board heating means. The temperature correlation between the electronic component and the circuit board is set in advance in the main control means in advance, and by inputting heat from both the electronic component side and the circuit board side to the joint location, A temperature drop when the electronic component is brought into contact with the circuit board can be prevented, and a stable joining operation can be performed.
[0034]
Still further, according to the fifth invention of the present application, it has a display means for displaying the control temperature of the joint location, and the detected temperature is notified from the temperature control means to the main control means, Since the main control means calculates the control temperature of the joint location based on the reference temperature correlation and the time correlation and displays it on the display means, the operator can grasp the temperature state of the joint location, and the abnormality to the joint condition Can be detected to prevent abnormal bonding.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a mounting system including an electronic component bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a front perspective view of the mounting head according to the embodiment.
(B) It is a back perspective view which expands and shows the tip part of the mounting head concerning the above-mentioned embodiment.
FIG. 3 is a flowchart of an electronic component bonding method used in the electronic component bonding apparatus according to the embodiment.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the set temperature of the mounting head and the temperature at the bonding location when the bonding reference time is 10 seconds.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the bonding time and the temperature at the bonding location when the set temperature of the mounting head is 100 ° C.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Mounting
Claims (5)
所定の接合基準時間における上記電子部品と回路基板との接合箇所の基準温度と、上記温度検出手段の検出基準温度との間にある基準温度相関を予め測定する基準温度相関測定ステップと、
所定の接合基準設定温度における上記接合箇所の温度と接合時間との間にある時間相関を予め測定する時間相関測定ステップと、
上記基準温度相関と接合基準時間とを初期設定する基準温度相関設定ステップと、
上記時間相関と接合基準設定温度とを初期設定する時間相関設定ステップと、
上記電子部品の工法条件に応じた接合温度及び接合時間を入力する制御データ入力ステップと、
上記時間相関設定ステップにおいて初期設定された時間相関と上記制御データ入力ステップにおいて入力された接合温度及び接合時間とに基づき、上記接合箇所の接合時間における接合基準温度を求め、該接合基準温度と上記基準温度相関設定ステップにおいて初期設定された基準温度相関とに基づき、上記接合箇所が制御データ入力ステップにおいて入力された接合時間後に接合温度になるように、上記発熱体の制御温度を計算する制御温度計算ステップと、
上記発熱体が制御温度計算ステップにおいて計算された制御温度になるように温度制御を行う温度制御ステップとを有していることを特徴とする電子部品接合方法。In an electronic component joining method for joining an electronic component on a circuit board by applying heat while performing temperature control using a heating element and temperature detection means,
A reference temperature correlation measuring step for measuring in advance a reference temperature correlation between a reference temperature of a joint portion between the electronic component and the circuit board at a predetermined joining reference time and a detection reference temperature of the temperature detecting means;
A time correlation measurement step for measuring in advance a time correlation between the temperature of the above-mentioned joining point and a joining time at a predetermined joining reference set temperature;
A reference temperature correlation setting step for initially setting the reference temperature correlation and the bonding reference time;
A time correlation setting step for initially setting the time correlation and the junction reference set temperature;
A control data input step for inputting the joining temperature and joining time according to the construction method conditions of the electronic component ;
Based on the time correlation initially set in the time correlation setting step and the bonding temperature and the bonding time input in the control data input step, a bonding reference temperature at the bonding time of the bonding portion is obtained, and the bonding reference temperature and the bonding temperature Based on the reference temperature correlation initially set in the reference temperature correlation setting step, the control temperature for calculating the control temperature of the heating element so that the bonding point becomes the bonding temperature after the bonding time input in the control data input step A calculation step;
An electronic component joining method comprising: a temperature control step for performing temperature control so that the heating element has a control temperature calculated in the control temperature calculation step.
上記時間相関設定ステップが、時間相関測定ステップにおいて測定された時間相関を一次関数式で近似して求まる傾き及び切片を初期設定するステップであることを特徴とする請求項１記載の電子部品接合方法。The reference temperature correlation setting step is a step of initially setting a slope and an intercept obtained by approximating the reference temperature correlation measured in the reference temperature correlation measurement step with a linear function equation,
2. The electronic component joining method according to claim 1, wherein the time correlation setting step is a step of initially setting a slope and an intercept obtained by approximating the time correlation measured in the time correlation measurement step by a linear function equation. .
上記発熱体及び温度検出手段を備えた電子部品接合手段と、
上記発熱体の温度制御を行う温度制御手段と、
上記電子部品の工法条件に応じた接合温度及び接合時間が入力されるとともに、接合箇所が接合時間後に接合温度になるように、上記発熱体の制御温度を計算する主制御手段とを有しており、
所定の接合基準時間における上記電子部品と回路基板との接合箇所の基準温度と、上記温度検出手段の検出基準温度との間にある基準温度相関を予め測定するとともに、所定の接合基準設定温度における上記接合箇所の温度と接合時間との間にある時間相関を予め測定し、
上記基準温度相関と接合基準時間とを初期設定するとともに、上記時間相関と接合基準設定温度とを初期設定し、
上記接合箇所の所望の接合温度及び接合時間を入力し、該接合温度及び接合時間と初期設定された時間相関とに基づき、上記接合箇所の接合時間における接合基準温度を求め、該接合基準温度と初期設定された基準温度相関とに基づき、上記発熱体が入力された接合時間後に接合温度になるように、上記発熱体の制御温度を計算し、
上記発熱体が計算された制御温度になるように温度制御を行うことを特徴とする電子部品接合装置。In an electronic component joining apparatus for joining an electronic component on a circuit board by applying heat while performing temperature control using a heating element and temperature detection means,
Electronic component joining means comprising the heating element and temperature detecting means;
Temperature control means for controlling the temperature of the heating element;
A main control means for calculating a control temperature of the heating element so that a joining temperature and a joining time corresponding to a method condition of the electronic component are input and a joining portion becomes a joining temperature after the joining time; And
A reference temperature correlation between a reference temperature at a junction between the electronic component and the circuit board at a predetermined bonding reference time and a detection reference temperature of the temperature detecting means is measured in advance, and at a predetermined bonding reference set temperature. Preliminarily measure the time correlation between the temperature of the joint and the joint time,
While initially setting the reference temperature correlation and the bonding reference time, the time correlation and the bonding reference set temperature are initially set,
Input a desired joining temperature and joining time of the joining location, obtain a joining reference temperature at the joining time of the joining location based on the joining temperature and joining time and an initial time correlation, and determine the joining reference temperature and Based on the initially set reference temperature correlation, the control temperature of the heating element is calculated so that the heating element becomes the bonding temperature after the input joining time,
An electronic component joining apparatus, wherein temperature control is performed so that the heating element has a calculated control temperature.
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