JP4622460B2 - 電子部品実装方法及び装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の突起電極を有する薄型の電子部品を実装ヘッドにて保持して実装ステージ上に保持された基板にフリップチップ実装する電子部品実装方法及び装置に関するものである。
ノートパソコンや携帯電話機などの携帯情報機器の軽量化、薄型化、高機能化の著しい進展は高密度集積化技術によって支えられている。高密度集積化の進展は、電子部品(ICチップなど)の大型化と薄型化、外部接続端子である突起電極の微小化と数の増加と配列間隔の微細化を進展させている。このような電子部品を基板上に形成された基板電極に短絡や接続不良を発生させることなく実装する代表的工法としてはフリップチップ実装工法が知られている。
従来のフリップチップ実装工法の一例を、図6を参照して説明する。先ず、図6(a)に示すように、部品供給部31において、電子部品32がその突起電極33を設けた面を上向きにして供給されており、この電子部品32を移載ツール34にて上方から吸着保持する。次に、図6(b)に示すように、所定の移載位置に移載ツール34を移動させて位置決めするとともに上下反転する。次に、図6(c)に示すように、実装ツール35を移載位置に移動させて突起電極33が下向きの電子部品32の上面上に対向させ、次いで、図6(d)に示すように、実装ツール35を下降させて電子部品32の上面に当接させる。次に、その状態で移載ツール34による吸引を停止した後僅かにブローすることで電子部品32の吸着を解除するとともに、実装ツール35にて強く吸引して電子部品32を吸着し、その後、図6(e)に示すように、電子部品32を吸着した実装ツール35を上昇させて実装位置に移動させる。次に、図6(f)に示すように、実装ステージ36上に保持された基板37の基板電極38上に電子部品32の突起電極33が当接するように実装ツール35を位置決めし、実装ツール35にて電子部品32を吸着保持した状態で電子部品32を介して突起電極33と基板電極38の接合面に熱エネルギーや超音波振動エネルギーなどの接合エネルギーを付与し、突起電極33を基板電極38に接合させる。その後、実装ツール35による電子部品32の吸着を解除して実装ツール35を上昇させることにより、基板37に対して電子部品32が実装される。
なお、大型の電子部品の中央部を実装ツールにて保持した状態で電子部品に荷重を負荷して電子部品を基板に仮固定し、その後突起電極をリフローさせることで電子部品を基板に実装するフリップチップ実装において、電子部品の中央部に突起電極が配設されている場合には、仮固定時に電子部品の中央部が下方に反ってその分中央部の突起電極が潰れ変形し、その後荷重を解除するとその突起電極と基板との間に隙間が生じ、その状態でリフローを行うと接合不良を生じる恐れがあるため、中央部の突起電極を高い形状とする技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
また、電子部品のプリント基板への実装時に、基板の反りを矯正した状態で電子部品を実装するため、実装ヘッド側にスプリングにて突出付勢された押圧具を設け、実装動作時に実装ヘッドを下降させると押圧具にて基板が押圧され、基板が実装ステージの表面によって平面矯正されるようにした技術が知られている(例えば、特許文献2参照。)。
特開平2−105420号公報 特開平6−326499号公報
ところで、近年は、電子部品の薄型化が一層進展しており、従来は5×7mm、10mm角、15mm角などの大きさの電子部品において、薄いものでも厚さが100〜200μmであったのに対して、厚さが40〜150μmのものが出現してきている。このような電子部品32を、移載ツール34で吸着保持して上下反転した後、実装ツール35に受け渡し、実装ツール35で吸着保持して基板37に実装した場合、実装ツール35で電子部品32を吸着した状態で、図7(a)、(b)に示すように、実装ツール35の吸着穴や吸着溝の部分での吸着力の作用で電子部品32に反りが発生し、その状態で基板37に実装すると、電子部品32の反りのために複数の突起電極33と基板電極38の間で接触状態にばらつきが発生し、そのまま突起電極33と基板電極38を接合した場合、接合状態にばらつきが発生し、接合信頼性が確保できないという問題があった。
この問題に対して、上記特許文献1に開示された技術を適用し、電子部品の吸着保持時の反りを推定して突起電極の高さを異ならせて反りを相殺することは、実際上不可能であって実用的でない。
また、上記特許文献2に開示された技術に準じて、実装時に実装ツールを回路基板に向けてより強く押圧することによって電子部品の反りを矯正して実装する方法も考えられるが、電子部品を吸着した状態でその反りを矯正する程の大きな押圧力を作用させると、突起電極が押し潰されてしまい、接合不良や突起電極間や基板電極との間で短絡を生じる恐れがあるなどの問題が発生する。また、回路パターンがナノオーダーまで精細化するのに伴って層間絶縁膜に強度の小さい低誘電率の物質が用いられる場合があるが、その場合には大きな荷重が負荷されると亀裂が発生して電子部品が破損する恐れがあるという問題もある。
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、実装ツールにて電子部品を反りの無い状態で吸着でき、そのままの状態で基板に実装することで、電子部品の突起電極と基板電極を高い信頼性をもって接合することができる電子部品実装方法及び装置を提供することを目的とする。
本発明の電子部品実装方法は、複数の突起電極を有する電子部品の突起電極形成面を移載ツールにて上方から保持する工程と、前記移載ツールを上下反転して移載位置に位置決めする工程と、前記移載位置で前記電子部品を前記移載ツールから実装ツールに受け渡して前記実装ツールで吸着する工程と、前記実装ツールにて前記電子部品を吸着した状態で前記電子部品の突起電極を基板上に形成された基板電極に接合する工程とを備えた電子部品実装方法であって、前記電子部品を前記実装ツールに受け渡す工程において、前記実装ツールを押圧手段にて下方に向けて押圧することにより、前記電子部品を間に挟んだ状態で前記実装ツールと前記移載ツールの間に押圧力を作用させて前記電子部品をフラット化するフラット化工程を有するものである。
実装ツールにて薄型の電子部品を単純に吸着した場合には電子部品に反りを生じるため、その対策として電子部品を基板に実装する際に実装ツールにて電子部品を押圧し、電子部品の反りを矯正しつつ実装することが考えられるが、その場合電子部品はその位置精度を確保するため実装ツールにて吸着されて拘束されているため、大きな押圧力を作用させる必要があり、そのため薄型の電子部品に対応した微小な突起電極に潰れを発生したり、低誘電率物質を用いた電子部品にクラックが発生したりする恐れがあるが、この構成によれば、電子部品を実装ツールに受け渡す工程で実装ツールを押圧手段にて下方に向けて押圧することにより、電子部品を間に挟んだ状態で実装ツールと移載ツールの間に押圧力を作用させて電子部品をフラット化するので、電子部品は実装ツールに反りの無い状態で吸着され、その状態で実装ツールにて電子部品の突起電極を基板電極に接合することができ、電子部品の突起電極と基板電極を高い信頼性をもって接合することができる。
また、フラット化工程においては、移載ツールを電子部品の突起電極形成面における突起電極以外の面に当接させた状態で移載ツールと実装ツールの間に押力を作用させることで、押力が突起電極に加わることがなく、微小な突起電極であっても潰れ変形が生じる恐れを解消することができ、信頼性の高い接合を確保することができる。
また、押力を電子部品の種類に応じて変化させることで、電子部品の種類に応じた適切な押力を作用させ、電子部品にダメージを与えることなく、確実にその平面度を規制して信頼性の高い接合を確保することができる。
また、押圧力を、所定の押圧力に向けて漸次増加する制御を行って作用させると、電子部品に衝撃的に押付力が作用することで電子部品を損傷する恐れを確実に防止することができる。
また、本発明の電子部品実装装置は、複数の突起電極を有する電子部品の突起電極形成面を移載ツールにて上方から保持し、前記移載ツールを上下反転して移載位置に位置決めする移載手段と、前記移載位置で前記移載ツールから実装ツールにて前記電子部品を受け取って吸着し、前記実装ツールにて前記電子部品を吸着した状態で前記電子部品の突起電極を基板上に形成された基板電極に接合する実装手段とを備えた電子部品実装装置において、前記実装手段は、前記実装ツールにて前記電子部品を吸着して保持する吸着手段と前記実装ツールを下方に押し付ける押圧手段とを有し、かつ前記吸着手段にて前記電子部品を吸着する前に、前記押圧手段にて前記実装ツールを前記移載ツールに向けて押し付けるようにしたものであり、電子部品を吸着手段にて吸着する前に、押圧手段にて実装ツールを移載ツールに向けて押し付けることにより、移載ツールと実装ツールの間で電子部品を挟圧して平面度を規制した後その状態で吸着するため、吸着状態での電子部品の平面度を確実に維持することができ、その状態で実装ツールにて電子部品の突起電極を基板電極に接合するので、電子部品の突起電極と基板電極を高い信頼性をもって接合することができる。
また、移載手段は、電子部品の突起電極形成面における突起電極以外の面を吸着して保持する移載ツールを有し、実装手段は、実装ツールにて電子部品を吸着して保持する吸着手段と実装ツールを下方に押し付ける押圧手段とを有し、かつ吸着手段にて電子部品を吸着する前に、押圧手段にて実装ツールを移載ツールに向けて押し付ける構成とすると、押付力が突起電極に加わらないように移載ツールと実装ツールの間に押付力を作用させることで、微小な突起電極であっても潰れ変形が生じる恐れなく移載ツールと実装ツールの間で電子部品を挟圧して平面度を規制でき、その後吸着することで吸着状態での電子部品の平面度を確実に維持することができ、その状態で実装ツールにて電子部品の突起電極を基板電極に接合するので、電子部品の突起電極と基板電極を高い信頼性をもって接合することができる。
また、実装手段が実装ツールの押付力を制御する荷重制御手段を備えていると、電子部品の損傷を防止しつつ平面度を確実に規制できるように、電子部品に作用させる押付力を適切に調整することができる。
また、荷重制御手段が、電子部品の種類に応じて押付力を変化させると、電子部品の種類に応じた適切な押付力を作用させ、電子部品にダメージを与えることなく、確実にその平面度を規制して信頼性の高い接合を確保することができる。
また、荷重制御手段が、所定の押圧力に向けて押圧力を漸次増加する制御を行うと、電子部品に衝撃的に押付力が作用することで電子部品を損傷する恐れを確実に防止することができる。
また、押圧手段が、実装ツールにて電子部品を吸着した後に、再び移載ツールと実装ツールの間に押圧力を作用させる、吸着後に再度押付力を作用させることでより確実に平面度を高めることができ、一層信頼性の高い接合を確保することができる。
本発明の電子部品実装方法及び装置によれば、電子部品を実装ツールに受け渡す工程で実装ツールを押圧手段にて下方に向けて押圧することにより、電子部品を間に挟んだ状態で実装ツールと移載ツールの間に押圧力を作用させて電子部品をフラット化するので、電子部品は実装ツールに反りの無い状態で吸着され、その状態で実装ツールにて電子部品の突起電極を基板電極に接合することができ、電子部品の突起電極と基板電極を高い信頼性をもって接合することができる。
以下、本発明の電子部品実装方法及び装置の一実施形態について、図1〜図3を参照しながら説明する。尚、電子部品を実装する対象物を基板としているが、それは回路基板だけでなく、ICチップ上にICチップを実装するチップオンチップの場合では実装対象となるICチップを基板とする。
本実施形態の電子部品実装装置1は、ベアICチップなどの電子部品2を基板3に実装するものである。電子部品2は基板3に対する接続面である突起電極形成面2aに複数の突起電極4が設けられている。電子部品実装装置1は、本体部5とその前側に配設された部品供給装置6を備えており、部品供給装置6は本体部5に交換可能に結合されるユニットとして構成されている。部品供給装置6は、多数の電子部品2が配列して形成されるとともに個片にダイシングされた状態でエキスパンドシート上に支持されている半導体ウエハ7を本体部5内の部品供給部8に供給する。半導体ウエハ7の各電子部品2は、その突起電極形成面2aが上向きとなっており、その状態で部品供給部8に供給される。
半導体ウエハ7を支持する部品供給部8は、本体部5の前部に配設され、左右方向のX方向に移動可能にかつ上下移動可能に支持され、かつ部品供給装置6から部品供給部8上に半導体ウエハ7を導入するウエハ引き出し手段(図示せず)が設けられている。部品供給部8は、半導体ウエハ7のエキスパンドシートを拡張させて各電子部品2を間隔をあけて分離させ、さらに所望の電子部品2を所定のX方向位置に位置決めする。9は部品供給部8上でX方向の所定位置に位置決めされた電子部品2の内、Y方向の任意位置の電子部品2を認識する認識カメラであり、Y方向に移動可能に構成されている。
本体部5の前部から中間部の間には反転移載手段10が配設されている。反転移載手段10は、部品供給部8にて所定のX方向位置に位置決めされた半導体ウエハ7のY方向に任意位置の電子部品2の突起電極形成面2aを移載ツール11にて上から吸着し、Y方向後方の移載位置Aまで移動し、上下方向に180度反転し、電子部品2をその突起電極形成面2aを下向きにして移載するように構成されている。
12は実装手段であり、Y方向テーブル13にてY方向に移動及び位置決め可能な実装ヘッド14を備え、この実装ヘッド14の下端に設けられた実装ツール15にて移載位置Aで電子部品2を吸着し、Y方向後方に移動して基板3上の所定の部品実装位置に移動し、電子部品2を基板3に実装する。
本体部5の後部には、基板3を支持してX方向に移動及び位置決めし、基板3における電子部品2を実装すべき位置を実装ツール15によるX方向の実装位置に位置決めする基板位置決め手段16が配設されている。基板3は、基板位置決め手段16に対して図1(b)に白抜き矢印で示すように、X方向に搬入・搬出される。
17は、上側で実装ツール15にて吸着された電子部品2を認識し、下側で基板3の電子部品2を実装すべき位置を認識する同時認識手段であり、実装ヘッド14と基板3との間で、X方向に出退移動及びY方向の実装位置に移動可能に配設されている。
実装ヘッド14は、図2に示すように、昇降押圧手段18にて昇降駆動される上部昇降体19と、上下移動自在に支持されるとともに、引張ばね20にて上方に向けて付勢されて上部昇降体19に当接するように配設された下部昇降体21とを備え、下部昇降体21の下端に電子部品2を加熱して接合エネルギーを供給するセラミックヒータ22を介して実装ツール15が装着されている。
上部昇降体19と下部昇降体21との間にはロードセル23が介装され、昇降押圧手段18にて実装ツール15に押圧力を負荷する際にその荷重を検出するように構成されている。このロードセル23の検出荷重に基づいて制御部(図示せず)にて昇降押圧手段18が駆動制御される。24は、接合後加熱された電子部品2に冷却風を吹き付けるブローノズルである。この制御部(図示せず)による昇降押圧手段18の駆動制御は、電子部品2の種類に応じて押付力を変化させることで、電子部品2の種類毎に適切な押付力が作用するように、また所定の押圧力に向けて押圧力を漸次増加させることで衝撃的な荷重負荷によって電子部品2にダメージを与えないように制御される。
次に、以上の構成の電子部品実装装置1を用いて電子部品2を基板3に実装する実装動作と細部構成について、図3を参照して説明する。
まず、図3(a)に示すように、反転移載手段10の移載ツール11が部品供給部8に移動し、所要の電子部品2の突起電極形成面2aを移載ツール11にて吸着して電子部品2を保持する。移載ツール11は、図示のように、突起電極形成面2aにおける突起電極4以外の面に当接し、突起電極4には接触しないように形成されたものが用いられる。次に、移載ツール11が移載位置Aまで移動するとともに、図3(b)に示すように、移載ツール11が上下方向に180度反転し、電子部品2の突起電極形成面2aが下向きにされる。それとほぼ同時に実装ツール15が移載位置Aの移載ツール11の直上位置で電子部品2に対向するように位置決めされる。この時点では移載ツール11の吸着力aは維持されている。
次に、図3(c)に示すように、実装ツール15が移載ツール11上の電子部品2の上面に当接する位置まで下降され、移載ツール11の吸着力aが解除され、引き続いて実装ツール15が昇降押圧手段18にて所定の押圧力で下方に向けて押圧され、電子部品2を間に挟んだ状態で実装ツール15と移載ツール11の間に押圧荷重bが負荷される。この押圧荷重(押圧力)bにより電子部品2はフラット化される。その際、移載ツール11は電子部品2の突起電極形成面2aにおける突起電極4以外の面に当接させているので、押圧力が突起電極4に加わることがなく、微小な突起電極4であっても潰れ変形が生じる恐れがない。また、この押圧時には、電子部品2の種類に応じてそれぞれに適切な押圧力を作用させることで、電子部品2に損傷を与える恐れなく電子部品2の平面度を確実に規制し、また所定の押圧力に向けて漸次増加するように制御を行うことによって、電子部品2に衝撃的に押付力(押圧力)が作用することで電子部品2が損傷する恐れを無くしている。
このように電子部品2を移載ツール11から実装ツール15に受け渡す工程で、移載ツール11と実装ツール15の間に押付力(押圧力)を作用させることで電子部品2の平面度を規制することができる。その後、図3(d)に示すように、実装ツール15により電子部品2を吸着し、吸着力cを作用させる。この状態では電子部品2はその平面度が規制され、反りの無い状態に拘束されているので、電子部品2は反りの無い状態のまま実装ツール15に吸着され、さらにその後押圧荷重bを解除してもその状態が維持される。
次に、図3(e)に示すように、実装ツール15にて電子部品2を吸着した状態で実装ツール15を上昇させて移載ツール11から離間させた後、実装ツール15を実装位置に向けて移動させる。そして、実装位置で、図3(f)に示すように、電子部品2の突起電極4を基板3の基板電極3aに接合する。かくして、電子部品2に反りの無い状態で電子部品2の突起電極4と基板電極3aを接合することができ、薄型の電子部品2であっても高い信頼性をもって基板3に実装することができる。
以上の実施形態の説明では、移載ツール11と実装ツール15の間に押圧荷重を作用させて電子部品2をフラット化した後、実装ツール15にて吸着してそのまま実装工程に移行する例を示したが、図4(a)に示すように、押圧荷重を作用させてフラット化し、次に図4(b)に示すように、実装ツール15にて電子部品2を吸着し、さらにその後図4(c)に示すように、移載ツール11と実装ツール15の間に再度1回又は複数回繰り返して押圧荷重を作用させ、吸着時に生じたかもしれない電子部品2の僅かな反りをも解消して実装工程に移行するようにしても良い。そうすることで、薄型の電子部品2であっても一層高い信頼性をもって基板3に実装することができる。
また、上記実施形態では、移載ツール11は、電子部品2の突起電極4以外の面を吸着するように、周縁部に突起電極4が設けられている電子部品2の中央の平面部を吸着するように構成した例を示したが、図5に示すように、移載ツール11の先端面に電子部品2の外周縁に係合して電子部品2を受けるテーパ係合部11aを設け、その内側に電子部品2の一部が嵌合する凹部11bを形成した構成のものを用いることもできる。
また、押圧荷重を付加して電子部品2をフラット化する際には実装ツール15にて電子部品2を吸着せず、フラット化した後実装ツール15にて吸着しているので、比較的小さな押圧力でフラット化することができ、そのため突起電極4がその程度の押圧力に耐えられる場合には、電子部品2の全面を吸着するような移載ツール11を用いることができる。また、逆に電子部品2の耐圧荷重が突起電極4を除いて比較的大きく、かつ移載ツール11が電子部品2の突起電極4以外の面に当接するように構成した場合には、移載ツール11と実装ツール15との間に押圧力を作用させて電子部品2のフラット化を行うと同時に実装ツール15にて電子部品2を吸着するようにすることもできる。
本発明の電子部品実装方法及び装置によれば、電子部品を実装ツールに受け渡す工程で実装ツールを押圧手段にて下方に向けて押圧することにより、電子部品を間に挟んだ状態で実装ツールと移載ツールの間に押圧力を作用させて電子部品をフラット化することで、電子部品を反りの無い状態で実装ツールにて吸着して基板に実装することができるため、各種電子部品の実装、特に実装ツールによる吸着で反りを発生する恐れのある薄型でかつ微小な突起電極を有する電子部品の実装に有効に利用できる。
本発明の電子部品実装装置の一実施形態を示し、(a)は全体斜視図、(b)はその実装動作を説明する斜視図。 同実施形態における実装ヘッドの部分断面側面図。 同実施形態における実装動作工程を示す断面図。 同実施形態における他の移載工程を示す断面図。 同実施形態における他の移載ツールを用いた移載工程を示す断面図。 従来例における実装動作工程を示す断面図。 従来例の実装動作における問題点を示し、(a)は断面図、(b)は斜視図。
符号の説明
1 電子部品実装装置
2 電子部品
2a 突起電極形成面
3 基板
3a 基板電極
4 突起電極
10 反転移載手段
11 移載ツール
12 実装手段
14 実装ヘッド
15 実装ツール
18 昇降押圧手段
23 ロードセル

Claims (10)

  1. 複数の突起電極を有する電子部品の突起電極形成面を移載ツールにて上方から保持する工程と、前記移載ツールを上下反転して移載位置に位置決めする工程と、前記移載位置で前記電子部品を前記移載ツールから実装ツールに受け渡して前記実装ツールで吸着する工程と、前記実装ツールにて前記電子部品を吸着した状態で前記電子部品の突起電極を基板上に形成された基板電極に接合する工程とを備えた電子部品実装方法であって、前記電子部品を前記実装ツールに受け渡す工程において、前記実装ツールを押圧手段にて下方に向けて押圧することにより、前記電子部品を間に挟んだ状態で前記実装ツールと前記移載ツールの間に押圧力を作用させて前記電子部品をフラット化するフラット化工程を有することを特徴とする電子部品実装方法。
  2. 前記フラット化工程においては前記移載ツールを前記電子部品の突起電極形成面における突起電極以外の面に当接させた状態で前記移載ツールと前記実装ツールの間に押力を作用させることを特徴とする請求項1記載の電子部品実装方法。
  3. 前記力を前記電子部品の種類に応じて変化させることを特徴とする請求項又は記載の電子部品実装方法。
  4. 前記押圧力は、所定の押圧力に向けて漸次増加する制御を行って作用させることを特徴とする請求項の何れかに記載の電子部品実装方法。
  5. 複数の突起電極を有する電子部品の突起電極形成面を移載ツールにて上方から保持し、前記移載ツールを上下反転して移載位置に位置決めする移載手段と、前記移載位置で前記移載ツールから実装ツールにて前記電子部品を受け取って吸着し、前記実装ツールにて前記電子部品を吸着した状態で前記電子部品の突起電極を基板上に形成された基板電極に接合する実装手段とを備えた電子部品実装装置において、前記実装手段は、前記実装ツールにて前記電子部品を吸着して保持する吸着手段と前記実装ツールを下方に押し付ける押圧手段とを有し、かつ前記吸着手段にて前記電子部品を吸着する前に、前記押圧手段にて前記実装ツールを前記移載ツールに向けて押し付けるようにしたことを特徴とする電子部品実装装置。
  6. 複数の突起電極を有する電子部品の突起電極形成面を移載ツールにて上方から保持し、前記移載ツールを上下反転して移載位置に位置決めする移載手段と、前記移載位置で前記移載ツールから実装ツールにて前記電子部品を受け取って吸着し、前記実装ツールにて前記電子部品を吸着した状態で前記電子部品の突起電極を基板上に形成された基板電極に接合する実装手段とを備えた電子部品実装装置において、前記移載手段は、前記電子部品の突起電極形成面における突起電極以外の面を吸着して保持する移載ツールを有し、前記実装手段は、前記実装ツールにて前記電子部品を吸着して保持する吸着手段と前記実装ツールを下方に押し付ける押圧手段とを有し、かつ前記吸着手段にて前記電子部品を吸着する前に、前記押圧手段にて前記実装ツールを前記移載ツールに向けて押し付けるようにしたことを特徴とする電子部品実装装置。
  7. 前記実装手段は前記実装ツールの押力を制御する荷重制御手段を備えていることを特徴とする請求項5又は6に記載の電子部品実装装置。
  8. 前記荷重制御手段は、電子部品の種類に応じて押力を変化させることを特徴とする請求項記載の電子部品実装装置。
  9. 前記荷重制御手段は、所定の押圧力に向けて押圧力を漸次増加する制御を行うことを特徴とする請求項記載の電子部品実装装置。
  10. 前記押圧手段は、前記実装ツールにて前記電子部品を吸着した後に、再び前記移載ツールと前記実装ツールの間に押圧力を作用させることを特徴とする請求項5又は6に記載の電子部品実装装置。
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