JP6323746B2 - 加圧ツール及び電子部品搭載装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子又は薄型半導体素子等の脆弱な電子部品を基板に実装するときに使用する加圧ツール及び当該加圧ツールを有する電子部品搭載装置に関する。

近年、電子機器の小型化及び高機能化の進展に伴い、半導体パッケージは高密度化の要請が高まり、ＭＥＭＳ素子又は半導体素子を３次元に積層する３次元実装技術の確立が求められている。このような中、極薄肉部形成によるＭＥＭＳ素子の高機能化又は、半導体素子の薄型化による高密度化が図られている。

通常、電子部品の実装においては、フリップチップ実装方式又はダイボンド方式によって実装している。フリップチップ実装方式では、ＭＥＭＳ素子又は薄型半導体素子などの電子部品の電極端子上に、突起電極を形成し、その電子部品を、電子部品搭載装置に設けられた加圧ツールに吸着し、フェイスダウンで基板の接続端子に対して加圧して、電極端子同士を接続させている。ダイボンド方式では、基板に、ペースト又はシートから成るダイボンド材を供給し、加圧ツールに電子部品を吸着し、前記ダイボンド材の上に前記電子部品をフェースアップで加圧している。

これらの電子部品を加圧する際、真空吸着により、電子部品である素子を加圧ツールに吸着固定する方式が一般的に用いられる。しかしながら、極薄肉部を有するＭＥＭＳ素子又は極薄半導体素子などの脆弱素子を真空吸着した場合、局所的に極薄肉部の破壊応力を上回る負圧がかかり、極薄肉部が破壊される問題があった。

この問題を解決する方法として、吸着ノズルの吸着面と素子の表面との間に高速の空気流を形成し負圧を発生させ、この負圧により、素子の吸着を行うベルヌーイ法が広く知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような構成の従来の搬送装置の構造を示した模式断面図を図６に示す。

本体１０３の底面の中央部には、素子１０２に向けて拡開するテーパ部１０５を設け、テーパ部１０５の内部に、バルブ形状のスタッド１０４を設けている。

これにより、本体１０３の底面１０３ａには、テーパ部１０５の内周とスタッド１０４の外周との間に隙間１１０が形成されている。テーパ部１０５の上方から、圧縮空気１０１を隙間１１０に供給すると、圧縮空気１０１は、この隙間１１０から素子１０２の外周に向けて噴出することになる。噴出された圧縮空気１０１は、本体１０３の底面１０３ａと素子１０２の表面１０２ａとの間に噴流１０１ａを形成し、ベルヌーイの原理で発生する負圧により、非接触で素子１０２の吸着を実現している。

特開２００８−２８４６７１号公報

しかしながら、ベルヌーイ方式を用いた加圧ツールで脆弱素子を吸着し加圧する工程において、以下の問題があった。非接触で素子１０２を本体１０３に吸着したまま本体１０３を基板（図示しない）に近づけていくと、初めに、素子１０２の最も反りの大きい部位が基板に接触する。さらに、本体１０３を基板に近づけていくと、噴流１０１ａの面内分布が不均衡になり、素子１０２は、基板に対して、平面方向で不規則に位置ずれ又は回転動作を起こし、素子１０２に設けられた電極端子と基板に設けられた電極端子との位置を合わせることができず、接合不良を引き起こす。更に、極薄素子の最大反り位置は、素子製造工程における熱履歴又は厚みなどのばらつきにより変動するため、最大反り位置を予め考慮した加圧ツールを作製することも困難である。

本発明は、従来の加圧ツールの課題を考慮し、薄く反りが大きな脆弱素子を破壊することなく、所定の位置の接合部同士を高精度で搭載及び接合するための加圧ツール及び当該加圧ツールを備える電子部品搭載装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

本発明の１つの態様にかかる電子部品の加圧ツールは、筒状の内部に、底面に向かって拡がるテーパ面を有するケースと、
前記ケースの前記テーパ面との間に隙間を空けて噴流形成用のガス通路を形成するように配置されたテーパ部を有するスタッドと、
前記ケースの前記底面に形成された突起部と、
を備える加圧ツールであって
前記加圧ツールの底面は、
前記ケースの矩形状の前記底面と、
前記ケースの前記底面を環状にくり抜き形成され、かつ前記ケースの前記底面の対角線の交点を中心とする環状の噴射口としてのガス通路底面開口と、
前記ガス通路の前記底面開口の内側に配置され、かつ前記交点を中心とする円形のスタッドの底面とを有し、
前記ケースの前記底面には、少なくとも４個の突起部が形成され、
前記突起部は、前記ケースの外周部と前記ガス通路の前記底面開口の外周部と２本の境界線とによって囲まれた領域を有し、
前記突起部はそれぞれ前記交点を中心とした点対称の関係に配置され、
４個の前記突起部は、前記ケースの前記底面の対角線上に配置されており、
前記境界線は前記交点を通る直線上にあるとともに、前記突起部の両側の壁面は前記境界線上に配置され、前記両側の壁面のなす角の総和が８°以上１４０°以下であり、
前記ガス通路底面開口からのガスの噴流が、前記突起部間の前記底面に沿って前記底面と電子部品との間に外に向かって噴出し、前記電子部品と前記加圧ツールとの間に負圧を生じさせて、前記電子部品を前記加圧ツールで吸着可能とする、
電子部品の加圧ツールを提供する。

また、本発明の別の態様にかかる電子部品の加圧ツールは、前記ケースの前記底面の縦横寸法比が３以上であって、前記突起部が少なくとも６個以上設けられていてもよい。

また、本発明の別の態様にかかる電子部品搭載装置は、前記いずれか１つの態様に記載の電子部品の加圧ツールと、
前記電子部品の加圧ツールを部品供給部と基板接合部との間で移動させる移動機構とを備える。

本発明の前記態様によれば、薄く反りが大きな素子を破壊することなく、高精度で実装する加圧ツール及び当該加圧ツールを備える電子部品搭載装置を提供することが可能になる。

本発明の第１実施形態における加圧ツールを概念的に示す底面図 図１Ａの断面Ａにおける、本発明の第１実施形態における加圧ツールを概念的に示す断面図 図１Ａの断面Ｂにおける、本発明の第１実施形態における加圧ツールを概念的に示す断面図 本発明の第１実施形態における加圧ツールにより電子部品を実装する工程を示す説明図 本発明の第１実施形態における加圧ツールにより電子部品を実装する工程を示す説明図 本発明の第１実施形態における加圧ツールにより電子部品を実装する工程を示す説明図 本発明の第１実施形態における加圧ツールにより電子部品を実装する工程を示す説明図 本発明の第１実施形態における加圧ツールを備えた電子部品搭載装置を示す断面図 本発明の第２実施形態における加圧ツールを概念的に示す底面図 本発明の第２実施形態における素子を概念的に示す底面図 本発明の第２実施形態における素子を概念的に示す断面図 本発明の第３実施形態における加圧ツールを概念的に示す底面図 本発明の第３実施形態における加圧ツールを概念的に示す断面図 本発明の第３実施形態における素子を概念的に示す底面図 本発明の第３実施形態における素子を概念的に示す断面図 従来の搬送装置の構造を示す模式断面図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１Ａは本発明の第１実施形態における加圧ツールを概念的に示す底面図である。図１Ｂは、図１Ａの断面Ａを概念的に示す断面図である。図１Ｃは、図１Ａの断面Ｂを概念的に示す断面図である。

加圧ツール１は、ケース１ａと、ケース１ａ内に配置されたバルブ形状のスタッド１ｂとを備えている。ケース１ａは四角形筒状である。ケース１ａの筒状の内部の中央部には、図１Ａの上下方向に沿った円筒状の導入部１ｈと、導入部１ｈから底面１ｄに向けて（図１Ｃの上から下向きに）テーパ状に拡がるテーパ面１ｇとを有している。これらの導入部１ｈとテーパ面１ｇとは、下記するように、スタッド１ｂとの間に隙間を形成し、この隙間によりガス通路８を形成している。ガス通路８の上端部、すなわち、導入部１ｈの上端部と接続されるように、ガス注入口９がケース１ａの上部に横方向から設けられている。

ケース１ａの内部の中央部内には、スタッド１ｂが、導入部１ｈと同心軸上に固定されて、ケース１ａとスタッド１ｂとの間の隙間により、ガス通路８を形成している。すなわち、スタッド１ｂは、ケース１ａの導入部１ｈに対して隙間をあけて配置される円筒状スタッド本体部１ｂ−１と、ケース１ａのテーパ面１ｇに隙間をあけて配置されかつ円筒状スタッド本体部１ｂ−１の下部に下端に向けて拡開する円錐形状のテーパ部１ｂ−２とが一体的に形成されて構成されている。円筒状スタッド本体部１ｂ−１は、上端でケース１ａの上部に固定されている。

図１Ａを用いて、加圧ツール１の底面は、ケース１ａの矩形状の底面１ｄと、ガス通路底面開口８ａと、スタッド１ｂの底面１ｂａとを備えるように構成されている。

まず、ケース１ａの底面１ｄの構造について説明する。一例として、図１Ａに示すように、ケース１ａの底面１ｄは、頂点Ａと、頂点Ｂと、頂点Ｃと、頂点Ｄとを有する長方形である。対角線ＡＣと対角線ＢＤの交点、すなわち、長方形ＡＢＣＤの重心Ｏを中心として、スタッド１ｂ及びガス通路８が設けられている。

また、ガス通路底面開口８ａは、ガス通路８の底面の環状形状の開口（噴射口）である。すなわち、ガス通路８の底面の開口（噴射口）は、矩形状のケース１ａの底面１ｄを環状にくり抜き形成され、かつケース１ａの底面１ｄの対角線の交点Ｏを中心とする環状のガス通路底面開口８ａとなっている。

また、スタッド１ｂの底面１ｂａは、ガス通路８の底面開口８ａの内側に配置され、かつ交点Ｏを中心とする円形のスタッド１ｂの底面１ｂａである。

ケース１ａの底面１ｄには、底面１ｄのガス通路８の底面開口８ａの外周部からケース１ａの外周部に向かって突起部１ｃが、一例として重心Ｏの周りに９０度毎に、少なくとも４個設けられている。

各突起部１ｃは平坦な底面１ｃａを有している。また、加圧ツール１の上部側から底面の方向に向かって、突起部１ｃの底面１ｃａは、スタッド１ｂの底面１ｂａと同じ高さ、あるいは、スタッド１ｂの底面１ｂａより高く設けられている（言い換えれば、図１Ｃにおいて、スタッド１ｂの底面１ｂａより下方に突出して設けられている）。また、スタッド１ｂの底面１ｂａは、底面１ｄより高く設けられている（言い換えれば、図１Ｃに示すように、スタッド１ｂの底面１ｂａより下方に突出して設けられている）。よって、加圧ツール１の上部側から底面の方向に向かって、ケース１ａの底面１ｄ、スタッド１ｂの底面１ｂａ、突起部１ｃの底面１ｃａの順に、又は、ケース１ａの底面１ｄ、スタッド１ｂの底面１ｂａ及び突起部１ｃの底面１ｃａの順に、図１Ｃにおいて、下方に突出するようにして設けられている。

次に、このような構造の加圧ツール１の原理について説明する。

図１Ｃのように、加圧ツール１には、ガス注入口９よりガスを注入する。

注入されたガスは、環状のガス通路８を通り、底面１ｄに向かって環状噴流として流れる。

その後、加圧ツール１の底面１ｄに沿って流れたのち、ケース１ａの側壁面１ｅに向かって噴出する。

ここで、底面１ｄに対向して電子部品の一例としての素子があると、該素子と加圧ツール１との間に、外に向かって噴出する高速気流が生じる。すると、ベルヌーイ効果により、素子と加圧ツール１との間に負圧が生じ、該素子を加圧ツール１で吸着することができる。このとき、該素子は４個のうちの複数の突起部１ｃの底面１ｃａと接触し、それらの突起部１ｃの底面１ｃａの平坦な形状にならうことで、素子の反りが緩和されて平坦になり、加圧動作まで、常に、素子の平坦状態を保持可能となる。さらに、加圧時には、底面１ｄの４隅に設けられた突起部１ｃの底面１ｃａを介して素子全体に加圧力を加えることができる。

以上のことから、本加圧ツール１を用いることにより、薄い素子を壊すことなく、高精度に接合することが可能になる。

なお、ガスには、例えば、空気、窒素、若しくは、アルゴンなどの不活性ガス、又は、窒素―水素混合ガスなどの還元ガスが用いられる。特に、加圧ツール１を加熱しながら不活性ガス又は還元ガスを用いると、素子の吸着及び加圧だけでなく、素子と基板との間の接合部において、導通を妨げる酸化反応も防ぐことができ、より確実に高精度に接合することが可能となる。

ここで、図１Ａのように、それぞれの突起部１ｃは、対角線ＡＣ又は対角線ＢＤのいずれかを通るように設けている。これにより、素子が矩形の場合の素子の反りの局大点である４頂点が加圧ツール１に固定された状態で、素子全体が反りを緩和する方向に加圧ツール１に吸着されるので、素子が平坦化される。さらに、各突起部１ｃの両側の壁面１ｃｂのそれぞれは、重心Ｏを通る直線上に形成され、かつ、突起部１ｃは重心Ｏに対して点対称で設けられている。すなわち、頂点Ａと、頂点Ｂと、頂点Ｃと、頂点Ｄとを有する４つの突起部１ｃにおいて、重心Ｏを通るそれぞれの突起部１ｃの両側の壁面１ｃｂは、それぞれθｃ１、θｃ２、θｃ３、θｃ４の角度で交わるとすると、
θｃ１＝θｃ３＝θｃ２＝θｃ４
となる。

このような各突起部１ｃは、言い換えれば、各突起部１ｃは、ケース１ａの外周部とガス通路８の底面開口８ａの外周部と２本の境界線３０とによって囲まれた領域を有しているとも言える。各境界線３０上には、壁面１ｃｂが配置され、各境界線３０は、交点Ｏを通る直線上にある。よって、４個の突起部１ｃは、それぞれ、交点Ｏを中心とした点対称の関係に配置されており、かつ、ケース１ａの底面１ｄの対角線上に配置されていることになる。

これにより、加圧ツール１の底面１ｄのガス通路８の噴射口から環状に噴出したガスを阻害することなく、高効率で噴出させることにより、素子を吸着するのに十分な負圧を素子と加圧ツール１の底面１ｄとの間に発生することができる。さらに、点対称に噴出した噴流が、加圧ツール１の底面１ｄに対して素子を回転させること無く、所定の位置に均衡を保ちながら保持することが可能になる。さらに、

であることが望ましい。θｃｉは、ｉ＝１，２，３，４ならば、それぞれ、角度θｃ１、θｃ２、θｃ３、θｃ４を意味する。θの総和（θｃ１＋θｃ２＋θｃ３＋θｃ４）が８°より小さいと、素子に接触する突起部１ｃの面積が少なく素子全体への加圧が不均一になり、反りを緩和することが困難になる。一方、θの総和が１４０°より大きいと、加圧ツール１の外部に噴出する噴射口の経路が狭いために、十分な負圧が発生せず、吸着圧を上げるために流速を上げると素子を引き剥がす方向に噴流が噴き出すといった問題が生じ、素子を吸着することが困難になる。

図２Ａ〜図２Ｄは、本発明の第１実施形態における加圧ツール１により電子部品を実装する工程を示す説明図である。加圧ツール１を用い、素子２を吸着したのち、素子２を基板３に実装する事例について説明する。素子２は、複数個の電極端子２ａを有する半導体素子であり、例えばシリコン、ガリウムナイトライド、又は、シリコンカーバイト等から成る。素子２の寸法は例えば縦１０ｍｍ×横８ｍｍ×厚さ３０μｍであり、この素子２は電極端子２ａを上面にしたとき、上向きに凸形状に反り、その反り量は３０〜６０μｍである。電極端子２ａは、ペリフェラル状に一定の間隔で複数個設けられており、例えば、電極端子２ａ間のピッチは１２０〜２００μｍであり、例えばＡｕ−Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、又は、Ａｇはんだ、などから成る。基板３は、例えばシリコン、ガラスエポキシ、又は、ポリイミドなどから成り、素子２の電極端子２ａと対になるように電極端子３ａが設けられており、電極端子３ａは例えば、Ａｕ−Ｎｉ、Ａｕ−Ｐｄ−Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、又は、はんだ、などから成る。

図２Ａに示すように、まず、加圧ツール１を素子２に近づけていくと、素子２と加圧ツール１との間に負圧が生じ、ベルヌーイ効果により、素子２が加圧ツール１に吸着される（図２Ｂ）。その吸着された素子２の反りは、突起部１ｃの底面１ｃａの平坦な形状にならい、平坦になる。

次に、図２Ｃに示すように、素子２の電極端子２ａと基板３の電極端子３ａと相対するように対向させ、平面方向の位置合わせをした後、加圧ツール１の突起部１ｃと基板３とは一定の平行度を保ちながら、加圧ツール１を基板３に近づけていく。ここで、素子２は、加圧ツール１の突起部１ｃに対して平坦に吸着されているため、素子２の電極端子２ａと基板３の電極端子３ａとは一定の平行度を確保することができる。さらに、加圧ツール１を基板３に近づけていくと、電極端子２ａと基板３の電極端子３ａとは接触する。このとき、加圧ツール１に設けられた底面１ｄと素子２との間には空気層が形成され、環状のガス通路８から加圧ツール１の外部へ噴流が噴出され続けているため、素子２は、加圧ツール１に平坦度を保ちながら吸着される。さらに、最も反りの大きな素子の４隅においても、突起部１ｃを介して素子２全体に一定の加圧力が与えられる。そのため、オープン不良又は位置ずれを起こすことなく、一定の接合ギャップを保ちながら、電極端子同士に一定の加圧力を与え接合することが可能となる。なお、電極端子３ａ上には、導電性接着剤、はんだペースト、封止樹脂、又は、封止シートなどを予め供給していても構わない。また、加圧ツール１及び基板３のいずれか又は両方を加熱していても構わない。

上述の具体的な実例として、底面１ｄの外形寸法１０．５×８．５ｍｍ、θ１＝θ２＝θ３＝θ４＝１５°の加圧ツール１を用いた場合、吸着時の素子２の反り量は０．３〜１μｍに抑えられ、位置ずれ量±１０μｍ以内で、全電極端子の導通を確保することができた。また、赤外線顕微鏡で素子２のクラック発生有無を確認した結果、クラックを生じることなく接合されていることが確認できた。

図３は、本発明の第１実施形態における加圧ツール１を備えた電子部品搭載装置５０を示す断面図である。該電子部品搭載装置５０は、部品供給部の一例として機能する素子供給部５と、基板接合部の一例として機能する加圧ステージ部４と、加圧ツール１を有する加圧ヘッド部５１と、素子供給部５と加圧ヘッド部５１との間で加圧ツール１を移動させる移動機構５２とを備えて構成されている。素子供給部５には、搬送トレイ又はダイシングテープに、複数の素子２が裏面を上方にし等間隔で搭載されている。加圧ステージ部４には、電極端子３ａを上方に向けた基板３が吸着固定されている。加圧ヘッド部５１は、荷重制御機構５１ａと、加圧ツール１とを備えて構成され、加圧ツール１は、ガス供給源５３に接続されている。

吸着加圧動作について説明する。

まず、加圧ツール１を、素子供給部５の素子２の上方に移動機構５２で移動させた後、素子供給部５の素子２を加圧ツール１に相対的に近づける。ガス供給を開始すると、ベルヌーイ効果により、素子２は加圧ツール１に吸着固定される。

次に、加圧ツール１に素子２を吸着したまま、加圧ステージ部４の基板３の電極端子３ａと素子２の電極端子２ａが対向する位置まで、加圧ツール１を移動機構５２で平面方向に移動する。

最後に、荷重制御機構５１ａによる荷重制御の下に、加圧ツール１を加圧ステージ部４に近づけ、所定の加圧力を印加する。一定時間保持後、加圧ツール１に対するガス供給を止め、加圧ツール１と素子２との間で離間させて、吸着を停止する。

以上の機構及び方法によれば、薄型素子を壊すことなく、高精度に実装することが可能になる。

なお、素子供給部５では、素子２の裏面を上方向きにして搭載する例について説明したが、これに限られるものではない。素子２の電極端子面を上方向きに搭載した後、反転機構（図示しない）に受け渡した後、電極端子裏面を上方に向けて加圧ツール１に受け渡しても構わない。また、加圧ツール１には、加熱機構を備えていても構わない。

以上のように、本発明の第１実施形態によれば、薄型素子を壊すことなく、高精度に接合することが可能になる。すなわち、第１実施形態によれば、薄く反りが大きな脆弱素子２を破壊することなく、所定の位置の接合部同士を高精度で搭載及び接合することができる。

（第２実施形態）
図４Ａは、本発明の第２実施形態における加圧ツール１１を概念的に示す底面図である。図４Ｂは、第２実施形態における素子１２を示す底面図である。図４Ｃは、第２実施形態における素子１２を示す断面図である。

素子１２は、一例として、縦横アスペクト比（縦横寸法比）が３以上の矩形状のシリコンから成る半導体素子である。その最表面には、ペリフェラル配置で電極端子１２ａが一定の間隔で全縁部に設けられている。例えば、素子１２の外形寸法は３ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ５０μｍであり、電極端子ピッチは２００μｍである。素子１２は電極端子２ａを上面にしたとき、下に凸形状に反り、その反り量は６０〜１００μｍである。

加圧ツール１１は、第１実施形態とは、底面の突起部の配置において異なる以外は、同様である。加圧ツール１１は、第１実施形態のケース１ａに相当するケース１１ａと、第１実施形態のスタッド１ｂに相当しかつケース１１ａ内に配置されたバルブ形状のスタッド１１ｂとを備えている。ケース１１ａの内部の中央部には、ケース１ａと同様に、円筒状の導入部１ｈに相当する円筒状の導入部と、テーパ面１ｇに相当するテーパ面とを有して、ガス通路８と同様に、底面１１ｄに向けてテーパ状に拡がるガス通路１８を備えている。ガス通路１８は、第１実施形態のガス通路８に相当する。ケース１１ａ内には、スタッド１１ｂが、ガス通路１８と同心軸上に固定されている。スタッド１１ｂは、円筒状スタッド本体部（第１実施形態の円筒状スタッド本体部１ｂ−１に相当する。）と、円筒状スタッド本体部の下部に下端に向けて拡開する円錐形状のテーパ部（第１実施形態のテーパ部１ｂ−２に相当する。）とが一体的に形成されて構成され、ケース１１ａに固定している。

加圧ツール１１の底面は、加圧ツール１と同様に、ケース１１ａの矩形状の底面１１ｄと、ガス通路底面開口１８ａと、スタッド１１ｂの底面１１ｂａとを備えるように構成されている。

ケース１１ａの底面１１ｄは、長方形であり、２本の対角線の交点Ｏを中心として、スタッド１１ｂ及びガス通路１８が設けられている。

また、ガス通路底面開口１８ａは、ガス通路１８の底面の環状形状の開口（噴射口）である。すなわち、ガス通路１８の底面の開口（噴射口）は、長方形のケース１１ａの底面１１ｄを環状にくり抜き形成され、かつケース１１ａの底面１１ｄの対角線の交点Ｏを中心とする環状のガス通路底面開口１８ａとなっている。

また、スタッド１１ｂの底面１１ｂａは、ガス通路１８の底面開口１８ａの内側に配置され、かつ交点Ｏを中心とする円形のスタッド１１ｂの底面１１ｂａである。

ケース１１ａの底面１１ｄには、底面１１ｄのガス通路１８の底面開口１８ａの外周部からケース１１ａの外周部に向かって突起部１１ｃが８個設けられている。各突起部１１ｃは平坦な底面１１ｃａを有している。また、加圧ツール１１の上部側から底面の方向に向かって、突起部１１ｃの底面１１ｃａは、スタッド１１ｂの底面１１ｂａと同じ高さ、あるいは、スタッド１１ｂの底面１１ｂａより高く設けられている（言い換えれば、図４Ａにおいて、スタッド１１ｂの底面１１ｂａより手前に突出して設けられている）。また、スタッド１１ｂの底面１１ｂａは、底面１１ｄより高く設けられている（言い換えれば、図４Ａにおいて、スタッド１１ｂの底面１１ｂａより手前に突出して設けられている）。よって、加圧ツール１１の上部側から底面の方向に向かって、ケース１１ａの底面１１ｄ、スタッド１１ｂの底面１１ｂａ、突起部１１ｃの底面１１ｃａの順に、又は、ケース１１ａの底面１１ｄ、スタッド１１ｂの底面１１ｂａ及び突起部１１ｃの底面１ｃａの順に、下方に突出するように（図４Ａにおいては手前に突出するように）設けられている。

加圧ツール１１の底面１１ｄに設けられた各突起部１１ｃの各壁面１１ｃｂは、いずれも交点Ｏを通る直線上にある。加圧ツール１１の底面１１ｄの頂点を通る突起部１１ｃを４個配置し、それぞれの突起部１１ｃの２つの壁面１１ｃｂがなす角が等しくなるように、すなわち、θｃ１=θｃ２＝θｃ３＝θｃ４となるように配置する。

さらに、加圧ツール１１の底面１１ｄの長方形の辺の中点と交点Ｏとを通る突起部１１ｃを、線対称に４個配置する。すなわち、長方形の短辺側の突起部１１ｃの壁面１１ｃｂのなす角θｃ１１及びθｃ１３は互いに等しくなるように配置し、かつ、長方形の長辺側の突起部１１ｃの壁面１１ｃｂのなす角θｃ１２及びθｃ１４は互いに等しくなるように配置する。加圧ツール１１の長辺及び短辺の中点と対角線の交点とを通る４個の突起部１１ｃを設けることによって、アスペクト比が３以上大きな素子においても、吸着による反り変形を押さえることが可能になり、吸着及び加圧時の平坦度を保つことが可能になる。

このような各突起部１１ｃは、言い換えれば、各突起部１１ｃは、ケース１１ａの外周部とガス通路１８の底面開口１８ａの外周部と２本の境界線３１とによって囲まれた領域を有しているとも言える。各境界線３１上には、壁面１１ｃｂが配置され、各境界線３１は、交点Ｏを通る直線上にある。よって、合計８個の突起部１１ｃは、それぞれ、交点Ｏを中心とした点対称の関係に配置されており、かつ、そのうちの角部を含む４個の突起部１１ｃは、ケース１１ａの底面１１ｄの対角線上に配置され、それ以外の４個の突起部１１ｃは、ケース１１ａの底面１１ｄの長方形の各辺の中点を通る線上に配置されていることになる。

ここで、突起部１１ｃの壁面１１ｃｂのなす角の総和は、
８°≦θｃ１＋θｃ２＋θｃ３＋θｃ４＋θｃ１１＋θｃ１２＋θｃ１３＋θｃ１４≦１４０°
であることが望ましい。θの総和（θｃ１＋θｃ２＋θｃ３＋θｃ４＋θｃ１１＋θｃ１２＋θｃ１３＋θｃ１４）が８°より小さいと、素子１２に接触する突起部１１ｃの面積が少なく、素子１２全体への加圧が不均一になり、反りを緩和することが困難になる。一方、θの総和が１４０°より大きいと、加圧ツール１１の外部に噴出する噴出口の経路が狭いために、十分な負圧が発生せず、吸着圧を上げるために流速を上げると素子を引き剥がす方向に噴流が噴き出すといった問題が生じ、素子１２を吸着することが困難になる。

さらに、加圧ツール１１の底面１１ｄの頂点を通る４つの突起部１１ｃの壁面１１ｃｂのなす角度θｃ１＝θｃ２＝θｃ３＝θｃ４は、１°以上２５°以下であるとなお良い。突起部１１ｃの壁面１１ｃｂのなす角度θｃ１=θｃ２＝θｃ３＝θｃ４は１°より小さいと、素子１２の反りが大きいため、吸着時に素子１２の頂点及びその近傍にて加圧ツール１１の突起部１１ｃから最も距離が離れるので、突起部１ｃとの接触面積が少なくなり、反りを緩和することが困難になる。一方、突起部１ｃの壁面１１ｃｂのなす角度θｃ１=θｃ２＝θｃ３＝θｃ４が２５°より大きいと、加圧ツール１１の外部に噴出する短辺側の噴出口の経路が狭いために、十分な負圧が発生せず、吸着圧を上げるために流速を上げると素子を引き剥がす方向に噴流が噴き出すといった問題が生じる。

本発明の第２実施形態に基づき、上述の素子１２を吸着し加圧した事例について説明する。例えば、ケース１１ａの底面１１ｄの外形寸法を４ｍｍ×１１ｍｍ、突起部１１ｃの壁面１１ｃｂのなす角度θｃ１=θｃ２＝θｃ３＝θｃ４＝１０°、θｃ１１＝θｃ１３＝１°、θｃ１２＝θｃ１４＝１０°とした場合、加圧ツール１１で素子１２を吸着することができる。また、第１実施形態と同様の方法で、基板に実装した結果、短辺側及び長辺側ともにオープン不良を起こすことなく、一定の接合ギャップを保ち、導通を確保することができる。

なお、突起部１１ｃは８個形成した場合について述べたが、本発明はこれに限られるものではなく、突起部１１ｃは少なくとも６個、すなわち、６個以上形成されていればよい。この場合、突起部１１ｃの各壁面１１ｃｂのなす角の総和が８°以上１４０°以下であることが望ましく、加圧ツール１１の底面１１ｄの頂点を通る４つの突起部１１ｃの壁面１１ｃｂのなす角度θｃ１=θｃ２＝θｃ３＝θｃ４は、１°以上２５°以下であるとなお良い。

以上のように、第２実施形態の構成によれば、第１実施形態の作用効果に加えて、高アスペクトの縦横比の矩形素子であっても、薄型素子の吸着固定と素子全体の加圧とを両立することが可能になり、高精度の接合が可能になる。

（第３実施形態）
図５Ａは、本発明の第３実施形態における加圧ツール２１を概念的に示す底面図である。図５Ｂは、第３実施形態における素子６を吸着した加圧ツール２１を示す断面図である。図５Ｃは、第３実施形態における素子６を示す底面図である。図５Ｄは、第３実施形態における素子６を示す断面図である。

第３実施形態における加圧ツール２１は、第１実施形態の加圧ツール１とは、スタッド２１ｂと突起部２１ｃとの高さ関係において異なる以外は、同様である。

加圧ツール２１は、第１実施形態のケース１ａに相当するケース２１ａと、第１実施形態のスタッド１ｂに相当しかつケース２１ａ内に配置されたバルブ形状のスタッド２１ｂとを備えている。ケース２１ａの内部の中央部には、ケース１ａと同様に、円筒状の導入部１ｈに相当する円筒状の導入部と、テーパ面１ｇに相当するテーパ面とを有して、ガス通路８と同様に、底面２１ｄに向けてテーパ状に拡がるガス通路２８を備えている。ガス通路２８は、第１実施形態のガス通路８に相当する。ケース２１ａ内には、スタッド２１ｂが、ガス通路２８と同心軸上に固定されている。スタッド２１ｂは、円筒状スタッド本体部（第１実施形態の円筒状スタッド本体部１ｂ−１に相当する。）と、円筒状スタッド本体部の下部に下端に向けて拡開する円錐形状のテーパ部（第１実施形態のテーパ部１ｂ−２に相当する。）とが一体的に形成されて構成され、ケース２１ａに固定している。

加圧ツール２１の底面は、ケース２１ａの矩形状の底面２１ｄと、ガス通路底面開口２８ａと、スタッド２１ｂの底面２１ｂａとを備えるように構成されている。

ケース２１ａの底面２１ｄは、長方形であり、２本の対角線の交点Ｏを中心として、スタッド２１ｂ及びガス通路２８が設けられている。

また、ガス通路底面開口２８ａは、ガス通路２８の底面の環状形状の開口（噴射口）である。すなわち、ガス通路２８の底面の開口（噴射口）は、矩形状のケース２１ａの底面２１ｄを環状にくり抜き形成され、かつケース２１ａの底面２１ｄの対角線の交点Ｏを中心とする環状のガス通路底面開口２８ａとなっている。

また、スタッド２１ｂの底面２１ｂａは、ガス通路２８の底面開口２８ａの内側に配置され、かつ交点Ｏを中心とする円形のスタッド２１ｂの底面２１ｂａである。

このような各突起部２１ｃは、言い換えれば、各突起部２１ｃは、ケース２１ａの外周部とガス通路２８の底面開口２８ａの外周部と２本の境界線３２とによって囲まれた領域を有しているとも言える。各境界線３２上には、壁面２１ｃｂが配置され、各境界線３２は、交点Ｏを通る直線上にある。よって、４個の突起部２１ｃは、それぞれ、交点Ｏを中心とした点対称の関係に配置されており、かつ、ケース２１ａの底面２１ｄの対角線上に配置されていることになる。

素子６は、中央部に薄膜部６ｂを備えたＭＥＭＳ素子であり、電極端子６ａが薄膜部６ｂの周囲に一定の間隔で設けられている。

加圧ツール２１は、ケース２１ａと、ケース２１ａ内に配置されたバルブ形状のスタッド２１ｂとを備えている。ケース２１ａは四角形筒状である。ケース２１ａの筒状の内部の中央部には、図５Ｂの上下方向に沿った円筒状の導入部２１ｈと、導入部２１ｈから底面２１ｄに向けて（図５Ｂの上から下向きに）テーパ状に拡がるテーパ面２１ｇとを有している。これらの導入部２１ｈとテーパ面２１ｇとは、下記するように、スタッド２１ｂとの間に隙間を形成し、この隙間によりガス通路２８を形成している。ガス通路２８の上端部、すなわち、導入部２１ｈの上端部と接続されるように、ガス注入口２９がケース２１ａの上部に横方向から設けられている。ケース２１ａの内部の中央部内には、スタッド２１ｂが、導入部２１ｈと同心軸上に固定されて、ケース２１ａとスタッド２１ｂとの間の隙間により、ガス通路２８を形成している。すなわち、スタッド２１ｂは、ケース２１ａの導入部２１ｈに対して隙間をあけて配置される円筒状スタッド本体部２１ｂ−１と、ケース２１ａのテーパ面２１ｇに隙間をあけて配置されかつ円筒状スタッド本体部１ｂ−１の下部に下端に向けて拡開する円錐形状のテーパ部２１ｂ−２とが一体的に形成されて構成されている。円筒状スタッド本体部２１ｂ−１は、上端でケース２１ａの上部に固定されている。

ケース２１ａの底面２１ｄには、２本の対角線の交点Ｏを中心として、スタッド２１ｂ及びガス通路２８が設けられている。ガス通路２８の底面の開口（噴射口）は環状形状となっている。ケース２１ａの底面２１ｄには、底面２１ｄのガス通路２８の底面開口２８ａの外周部からケース２１ａの外周部に向かって突起部２１ｃが、一例として重心Ｏの周りに９０度毎に、４個設けられている。各突起部２１ｃは平坦な底面２１ｃａを有している。また、加圧ツール２１の上部側から底面の方向に向かって、突起部２１ｃの底面２１ｃａと電極端子６ａとの高さの和が、スタッド２１ｂの底面２１ｂａの高さよりも高い、あるいは、同じであるように（言い換えれば、図５Ｂにおいて、スタッド２１ｂの底面２１ｂａより下方に突出するように）配置されている。

例えば、加圧ツール２１の底面２１ｄは３．４ｍｍ×２．７ｍｍの長方形であり、２本の対角線は交点Ｏで交わる。加圧ツール２１の底面２１ｄには交点Ｏを中心とする外径２．４ｍｍの円でくり抜かれたガス通路２８が設けられ、そのガス通路２８の内側に交点Ｏを中心とする外形２．０ｍｍの円形のスタッド２１ｂが固定されている。突起部２１ｃは底面２１ｄよりも０．１ｍｍ高く、スタッド２１ｂの底面２１ｄは突起部２１ｃの底面２１ｃａと同じ高さに配置されている。一方、素子６の寸法は３．４ｍｍ×２．７ｍｍ、０．１ｍｍ厚であり、薄膜部６ｂは２．４ｍｍ×１．７ｍｍの領域で厚み１〜３μｍで形成されている。また、素子６の外周部には、高さ１μｍの電極端子６ａがペリフェラル状に配置されている。

このＭＥＭＳ素子６を基板にダイボンド剤を用いて実装する工程について、説明する。

まず、ＭＥＭＳ素子６の電極端子６ａ及び薄膜部６ｂが相対するように加圧ツール２１を配置する。

その後、加圧ツール２１をＭＥＭＳ素子６に近づけると、加圧ツール２１の底面２１ｄとＭＥＭＳ素子６との間にガス通路が形成され、その通路を伝ってガス通路２８から加圧ツール２１の外部に向かって高速で噴流が生じ、ベルヌーイ効果により、加圧ツール２１の底面２１ｄとＭＥＭＳ素子６との間に負圧が生じて素子６の電極端子６ａが加圧ツール２１に吸着固定される。このとき、素子の薄膜部６ｂの中央部には気流が発生しないために、薄膜部６ｂの膜を変形させるような負圧は発生しない。さらに、薄膜部６ｂの外周部には素子側に引き寄せられる力が働くが、スタッド２１ｂに接触するため、膜の変形量は制御され、膜を破壊することなく、加圧ツール２１に素子６を吸着保持できる。

次に、素子６を加圧ツール２１に吸着したまま基板に実装する際、加圧ツール２１の突起部２１ｃを介して素子６の４隅が基板に対して加圧された後、その加圧力が素子全体に分散されるので、一定の平行度を確保したまま、素子６を基板にダイボンドすることが可能になる。

前記の方法により、素子６を基板に実装した結果、接合ギャップ５０〜５５μｍ、位置ずれ±１０μｍ以内に実装することができた。また、薄膜部６ｂの破壊が起こっていないことが、赤外線顕微鏡による観察で確認できた。

以上のように、第３実施形態によれば、第１実施形態の作用効果に加えて、ＭＥＭＳ素子のように薄膜部を有する脆弱な素子６を破壊することなく高精度で実装することが可能になる。

なお、各実施形態において、各境界線３０，３１，３２は、交点Ｏを通る直線上にあると説明しているが、これは一例であり、各突起部が点対称又は線対称の形状を容易に形成可能とするための例である。従って、各突起部が点対称又は線対称を形成することができるならば、必ずしも、各境界線３０，３１，３２は交点Ｏを通らなくてもよい。 なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明に係る加圧ツール及び電子部品搭載装置は、反りが大きく脆弱な素子に損傷を与えることなく高精度で実装する効果を有し、薄型半導体素子又はＭＥＭＳ素子などを実装する実装分野において特に有用である。

１、１１、２１ 加圧ツール
１ａ、１１ａ、２１ａ ケース
１ｂ、１１ｂ、２１ｂ スタッド
１ｂａ、１１ｂａ、２１ｂａ スタッドの底面
１ｂ−１、２１ｂ−１ 円筒状スタッド本体部
１ｂ−２、２１ｂ−２ 円錐形状のテーパ部
１ｃ、１１ｃ、２１ｃ 突起部
１ｃａ、２１ｃａ、２１ｃａ 突起部の底面
１ｃｂ、１１ｃｂ、２１ｃｂ 突起部の壁面
１ｄ、１１ｄ、２１ｄ 底面
１ｅ 側壁面
１ｇ、２１ｇ テーパ面
１ｈ、２１ｈ 導入部
２ 素子
２ａ 電極端子
３ 基板
３ａ 電極端子
３ｂ 側面
４ 加圧ステージ部
５ 素子供給部
６ ＭＥＭＳ素子
６ａ 電極端子
６ｂ 薄膜部
８、１８、２８ ガス通路
８ａ、１８ａ、２８ａ ガス通路底面開口
９ ガス注入口
３０、３１、３２ 境界線
５０ 電子部品搭載装置
５１ 加圧ヘッド部
５２ 移動機構
５３ ガス供給源
１０１ 圧縮空気
１０２ ワーク
１０３ 本体
１０４ スタッド
１０５ テーパ部
１０６ 吸着面

Claims (3)

1. 筒状の内部に、底面に向かって拡がるテーパ面を有するケースと、
   前記ケースの前記テーパ面との間に隙間を空けて噴流形成用のガス通路を形成するように配置されたテーパ部を有するスタッドと、
   前記ケースの前記底面に形成された突起部と、
   を備える加圧ツールであって、
   前記加圧ツールの底面は、
   前記ケースの矩形状の前記底面と、
   前記ケースの前記底面を環状にくり抜き形成され、かつ前記ケースの前記底面の対角線の交点を中心とする環状の噴射口としてのガス通路底面開口と、
   前記ガス通路の前記底面開口の内側に配置され、かつ前記交点を中心とする円形のスタッドの底面とを有し、
   前記ケースの前記底面には、少なくとも４個の突起部が形成され、
   前記突起部は、前記ケースの外周部と前記ガス通路の前記底面開口の外周部と２本の境界線とによって囲まれた領域を有し、
   前記突起部はそれぞれ前記交点を中心とした点対称の関係に配置され、
   ４個の前記突起部は、前記ケースの前記底面の対角線上に配置されており、
   前記境界線は前記交点を通る直線上にあるとともに、前記突起部の両側の壁面は前記境界線上に配置され、前記両側の壁面のなす角の総和が８°以上１４０°以下であり、
   前記ガス通路底面開口からのガスの噴流が、前記突起部間の前記底面に沿って前記底面と電子部品との間に外に向かって噴出し、前記電子部品と前記加圧ツールとの間に負圧を生じさせて、前記電子部品を前記加圧ツールで吸着可能とする、電子部品の加圧ツール。
2. 前記ケースの前記底面の縦横寸法比が３以上の形状であって、前記突起部が少なくとも６個以上設けられている、請求項１に記載の電子部品の加圧ツール。
3. 請求項１又は２に記載の電子部品の加圧ツールと、
   前記電子部品の加圧ツールを部品供給部と基板接合部との間で移動させる移動機構とを備える電子部品搭載装置。

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