JP6336510B2 - 加圧方法および加圧装置 - Google Patents

Description

本発明は、被加工物を複数の加圧型で加圧するとともに加熱する加圧方法および加圧装置に関する。

従来から、被加工物を複数の加圧型で挟持・加圧しつつ加熱する加圧装置が知られている。例えば、特許文献１，２には、下型と上型で被加工物を挟持して加圧するとともに、型に内蔵されたヒータで被加工物を加熱する装置が開示されている。より具体的に説明すると特許文献１には、被加工物が載置される下型と、被加工物を上側から加圧する上型と、上型の周囲に配されるサイド型と、上型と被加工物との間に介在する介在パッドと、を備えた装置が開示されている。被加工物を加圧・加熱する際には、まず、被加工物の表面にカバーシートを配したうえで、サイド型を下型に密着させて被加工物の周囲を密閉し、その状態で、被加工物の周囲の空気を吸引することでカバーシートを被加工物に密着させる。その後、上型を被加工物に向かって下降させ、柔軟性を有した介在パッドを介して被加工物を加圧する。この加圧期間中は、下型に設けられたヒータにより被加工物を加熱する。

特許文献２に開示の加工装置においては、カバーシートを配することなく、被加工物の周囲を真空状態にした後、上型および下型で、被加工物を挟持して加圧する。また、加圧期間中は、下型および上型に設けられたヒータにより被加工物を加熱する。

特開２００４−２９６７４６号公報 特開２００７−８９６号公報

特許文献１，２において、上型と被加工物との間に介在パッドを設けることで、当該介在パッドが、被加工物表面の凹凸の隙間に入り込み、下型からの圧力を均等に付与することができる。しかしながら、従来の加圧装置では、被加工物の周囲を真空吸引した後、即座に、被加工物を規定のプレス荷重で加圧している。この場合、介在パッドが被加工物の表面形状に追従して変形する前に、被加工物に圧力が加わり、被加工物の部品の位置ズレ等の問題が招くおそれがあった。

そこで、本実施形態では、被加工物の部品の位置ズレをより確実に防止できる加圧方法および加圧装置を提供することを目的とする。

本発明の加圧方法は、載置台を上型および下型で挟持することで、前記載置台に載置された被加工物を規定のプレス荷重で加圧する加圧方法であって、前記上型の周囲に配されたサイド型を前記載置台に密着させることで、前記被加工物の周囲に、少なくとも一部が、前記載置台、サイド型、上型で囲まれた密閉空間を形成する密閉ステップと、前記密閉空間内の空気を吸引することで前記被加工物の周囲を真空状態にする吸引ステップと、前記密閉空間の内外の圧力差により、前記上型を前記載置台に向かって相対的に移動させて、前記被加工物を、前記プレス荷重よりも小さい予備荷重で加圧する予備加圧ステップと、前記予備加圧ステップの後に、前記下型で前記載置台を押圧することで、前記被加工物を前記プレス荷重で加圧する本加圧ステップと、を備えることを特徴とする。

好適な態様では、前記被加工物を前記上型との間には、柔軟な材料からなる介在パッドが設けられており、前記予備加圧ステップにおいて、前記介在パッドは、前記被加工物の表面形状に追従して変形し、前記本加圧ステップにおいて、前記被加工物は、前記変形した介在パッドを介して加圧される。

他の好適な態様では、前記上型は、ベース部材に取り付けられており、前記サイド型は、空気圧または油圧が付与されることで伸長し、前記空気圧または油圧が解除されることで収縮可能となるシリンダを介して前記ベース部材に取り付けられており、前記上型は、前記予備加圧ステップにおいて、前記シリンダの収縮を許容することで前記載置台に向かって相対的に移動する。

他の好適な態様では、前記下型は、予め、加熱手段により加熱された加熱用下型を含み、前記被加工物は、本加圧ステップにおいて、前記加熱用下型により加熱されつつ加圧される一方で、本加圧開始前においては加熱されない。

この場合、前記下型は、さらに、冷却手段により冷却された冷却用下型を含み、さらに、前記本加圧ステップの後に、前記載置台を前記冷却用下型および前記上型で挟持することで前記被加工物を加圧しつつ冷却する冷却ステップを備える。

他の本発明である加圧装置は、被加工物を規定のプレス荷重で加圧する加圧装置であって、前記被加工物が載置される載置台と、前記被加工物を上側から加圧する上型と、前記上型の周囲に配され、前記載置台に密着することで、前記上型、載置台とともに前記被加工物の周囲に密閉空間を形成するサイド型と、前記密閉空間の空気を吸引して前記被加工物の周囲を真空状態にする吸引装置と、前記上型と協働して前記載置台を挟持することで、前記被加工物を加圧する下型と、を備え、前記被加工物を前記プレス荷重で加圧する本加圧に先だって、前記吸引装置により前記密閉空間を真空状態にした後に、前記密閉空間の内外の圧力差により前記上型を前記載置台に向かって相対移動させることで前記被加工物を前記プレス荷重より小さい予備荷重で加圧する予備加圧を行う、ことを特徴とする。

本発明によれば、本加圧に先だって、被加工物の周囲を真空吸引したうえで、予備加圧している。そのため、被加工物の部品の位置ズレをより確実に防止できる。

本実施形態の加圧装置での被加工物の加圧の原理を説明する図である。 本実施形態の加圧装置の構成を示す図である。 加圧装置での加圧処理の過程を示す図である。 加圧装置での加圧処理の過程を示す図である。 加圧装置での加圧処理の過程を示す図である。 加圧装置での加圧処理の過程を示す図である。 加圧装置での加圧処理の過程を示す図である。 加圧処理期間中における被加工物の周辺環境の圧力、被加工物の温度、被加工物に付与される荷重の変化の一例を示すグラフである。 第二実施形態の加圧装置での加圧処理の過程を示す図である。 第二実施形態の加圧装置での加圧処理の過程を示す図である。 第二実施形態の加圧装置での加圧処理の過程を示す図である。 第二実施形態の加圧装置での加圧処理の過程を示す図である。

以下、本発明の実施形態である加圧装置１０について図面を参照して説明する。はじめに、本実施形態の加圧装置１０での加圧の原理について図１を参照して説明する。本実施形態における被加工物１００は、熱硬化性の接着剤を用いて接着される複数の電子部品１１２を含む。例えば、被加工物１００は、図１に示すように、基板１１０と、当該基板１１０上に配置された回路素子等の電子部品１１２と、基板１１０および電子部品１１２の間に介在するシート状の接着剤１１４と、を含む。基板１１０の表面には所定のパターンで配線１１１が形成されている。電子部品１１２の基板１１０に対向する面（図においては下面）には、電気的な接点となるバンプ１１３と呼ばれる突起が設けられている。接着剤１１４は、熱硬化性の接着剤からなり、電子部品１１２と基板１１０との間に配置されている。接着剤１１４は、加圧・加熱を開始する前の初期段階では、所定の形状を有したシート状である。接着剤１１４は、所定のガラス転移温度Ｔｇを越えると軟化して流動性を有し、その後、更に温度上昇して所定の硬化温度Ｔｃを越えると不可逆的に硬化する。

基板１１０に電子部品１１２を接合する際には、この被加工物１００を上型および下型で挟持して加圧するとともに、加熱する。加熱することで、接着剤１１４は、ガラス転移温度Ｔｇを越えて、軟化する。さらに、加熱を続けると、接着剤１１４は、硬化温度Ｔｃに達して硬化する。この接着剤１１４が軟化した後、硬化するまでの期間中、被加工物１００を加圧し続けることで、配線１１１およびバンプ１１３で挟まれた接着剤１１４の部分が圧縮され、バンプ１１３と配線１１１の間が導通状態となる。

ここで、電子部品１１２および接着剤１１４を、その周囲（図においては上方および側方）から均等に加圧するために、本実施形態では、上型２０に介在パッド２４を設けている。介在パッド２４は、被加工物１００の形状に応じて変形する柔軟性を有している。かかる介在パッド２４を介して被加工物１００を加圧した場合、図１（ｃ）に示すように、介在パッド２４が、電子部品１１２や接着剤１１４の側方へと回り込む。そして、上型２０からの加圧力が、介在パッド２４を介して、電子部品１１２および接着剤１１４の上方だけでなく、側方にも伝達される。

接着剤１１４が硬化した後は、表裏の熱膨張差から生じる被加工物１００の反りを防止するために、被加工物１００を加圧した状態を保ちながら被加工物１００を冷却する。そして、被加工物１００の温度が、取り出し可能な温度まで低下すれば、加圧を解除して、被加工物１００を型から取り出す。

次に、こうした加圧を実現する加圧装置１０について説明する。図２は、本実施形態の加圧装置１０の構成を示す図である。この加圧装置１０は、被加工物１００が載置される載置台１２と、載置台１２の上側に配された上側ユニット１４と、載置台１２の下側に配された下側ユニット１６と、これらの駆動を制御する制御部１８と、を備えている。

載置台１２は、被加工物１００が載置される台である。この載置台１２は、上側ユニット１４および下側ユニット１６から付与される加圧力および後述する加熱用下型５０から付与される熱に耐えられるのであれば、その構成は、特に限定されない。しかし、処理時間を短縮するためには、載置台１２は、加熱用下型５０からの熱が迅速に伝わる高伝熱性材料から成ることが望ましい。高伝熱性材料としては、例えば、銅（４００Ｗ／ｍＫ）や銅を含む合金であり、株式会社守谷刃物研究所社製のＳＴＣ（登録商標、６３０Ｗ／ｍＫ）や、株式会社サーモグラフィティクス社製のコンポロイド（商品名、１７００Ｗ／ｍＫ）等を用いることができる。

また、後に詳説するように、本実施形態では、被加工物１００を真空状態とする。載置台１２は、この真空による推力に耐えられる程度の強度を有することが望ましく、望ましくは５ｍｍ以上、より望ましくは８ｍｍ以上、より望ましくは１０ｍｍ以上の厚みを有する。ただし、厚みが過度に大きいと、載置台１２の体積、ひいては、熱容量が増加するため、加熱時に要する熱量や、冷却時に要する冷却熱量が増加し、加熱・冷却に要する時間が増加する。そこで、載置台１２は、熱容量を押さえつつも、真空による推力に耐えられる強度が得られる厚み、例えば、１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度とすることが望ましい。

上側ユニット１４は、載置台１２の上側に配されており、ベース部材２２と、被加工物１００を加圧する上型２０と、上型２０と被加工物１００の間に介在する介在パッド２４と、介在パッド２４を支持する枠体２６と、載置台１２と密着することで密閉空間を形成するサイド型２８と、を備えている。

ベース部材２２は、図示しない昇降機構により昇降可能となっており、このベース部材２２が昇降することで、上型２０やサイド型２８、枠体２６が昇降する。このベース部材２２の昇降は、制御部１８により制御される。上型２０は、被加工物１００を上側から加圧するための型であり、被加工物１００の真上に配置される。上型２０は、ベース部材２２に固着されており、ベース部材２２と連動して昇降する。この上型２０の内部には、冷媒が流れる冷媒流路３０ａが形成されている。図示しない冷却装置は、冷媒が、当該冷媒流路３０ａを通るように循環させている。すなわち、冷却装置は、冷媒を冷媒流路３０ａに供給する。冷媒は、冷媒流路３０ａを流れる過程で、上型２０から熱を吸収して温度上昇する。冷却装置は、冷媒流路３０ａから放出された冷媒を回収して冷却したうえで、冷却された冷媒を再度、冷媒流路３０ａに送る。なお、図２から明らかな通り、上型２０には、加熱手段は、設けられておらず、上型２０は、加熱されることなく、冷却のみが施される。

上型２０の周囲には、介在パッド２４を支持する枠体２６が設けられている。枠体２６は、バネ部材３２を介してベース部材２２に取り付けられており、上型２０に対して僅かに上下できるようになっている。介在パッド２４は、被加工物１００と上型２０との間に介在する弾性体で、被加工物１００の形状に応じて柔軟に変形する柔軟層３４と、柔軟層３４と被加工物１００との間に介在する断熱層３６と、を備えている。柔軟層３４は、上型２０の圧力を均等に伝達するためのもので、ゴムなど柔軟な材料からなる。この柔軟層３４は、一層構造でもよいが、複数構造でもよい。例えば、柔軟層３４は、流動性が高い一方で、反発弾性率が低い材料からなる流動性柔軟層と、シリコンスポンジ、フッ素スポンジ等の多孔質材料からなる多孔質柔軟層と、を備えた二層構造としてもよい。流動性柔軟層の材料としては、例えば、（株）ジェルテック製、高ダンピング熱伝導ゲルシート「αＧＥＬ（商標）」や、リケンテクノス（株）製、熱可塑性エラストマー、鬼怒川ゴム工業（株）超軟質エラストマー「フレンジェル（商品名）」などを用いることができる。

断熱層３６は、被加工物１００と柔軟層３４との間に介在する層で、被加工物１００からの熱が柔軟層３４に伝達することを阻害するする。この断熱層３６は、例えば、ガラスウールやセラミックウール、耐熱フェルト等の熱伝導率の低い材料からなる繊維素材からなる。断熱層３６は、断熱性を確保するためには、厚いことが望ましい。一方で、断熱層３６は、上型２０からの圧力を被加工物１００に均一に伝達するために、被加工物１００の形状に応じて変形する柔軟性も必要であり、過度に厚くすることは出来ない。そのため、断熱層３６の厚みは、適度な断熱性と柔軟性とを両立できる厚み、例えば、２ｍｍ〜１０ｍｍ、望ましくは３ｍｍ〜６ｍｍ程度である。

なお、断熱層３６を直接、被加工物１００に接触させると、断熱層３６が被加工物１００に貼り付き、両者を離間させることが困難になる。そのため、被加工物１００を加圧する際には、さらに、断熱層３６と被加工物１００との間には、貼り付き防止用の中間シート３８を配置する。中間シート３８は、柔軟性を有した薄いシート状部材で、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂や、ポリイミド等からなる。この中間シート３８は、原則として、１回〜数回の使用の度に廃棄、交換される。

サイド型２８は、上型２０の周囲に配されており、エアシリンダ４０を介してベース部材２２に取り付けられている。サイド型２８は、載置台１２の上面に密着することで、当該サイド型２８、載置台１２、上型２０、枠体２６で囲まれる密閉空間を形成する。この密閉空間を形成するためにサイド型２８の底面には、シール部材２８ａが設けられている。また、サイド型２８は、エアシリンダ４０を駆動することで、上型２０に対して昇降可能となっている。サイド型２８の内部にも、冷媒が流れる冷媒流路３０ｂが形成されており、冷却装置が、当該冷媒流路３０ｂを通るように、冷媒を循環させることでサイド型２８が冷却される。

サイド型２８には、さらに、水平方向に貫通する吸引孔４２も形成されている。この吸引孔４２は、吸引ポンプ４４に連通されている。そして、サイド型２８を載置台１２に密着させて密閉空間を形成した状態で、吸引ポンプ４４を駆動すれば、密閉空間の空気が吸引され、密閉空間が真空状態となる。こうした吸引ポンプ４４やエアシリンダ４０の駆動は、制御部１８により制御される。なお、本実施形態では、サイド型２８を、エアシリンダ４０を介してベース部材２２に取り付けているが、サイド型２８の上型２０に対する昇降を禁止または許容できるのであれば他の構成でもよい。例えば、エアシリンダ４０に替えて、油圧シリンダや電動シリンダを用いてもよい。

下側ユニット１６は、加熱用下型５０と、冷却用下型５２と、切り替え機構（図示せず）と、を備えている。切り替え機構は、加熱用下型５０の上部に、冷却用下型５２を挿入することで、加熱用下型５０と、冷却用下型５２とを使い分ける機構である。加熱用下型５０は、被加工物１００を加熱しつつ加圧するための型で、その内部には、加熱手段として機能するヒータ５４が設けられている。ヒータ５４は、加熱用下型５０を所定の処理温度Ｔｐまで加熱でき、また、規定のプレス荷重Ｐｐに耐えられるものであれば、特に、限定されない。本実施形態では、ヒータ５４として、発熱線（ニクロム線）を棒状のセラミックに巻き付けたものを耐熱性パイプの中に挿入してカートリッジ化したカートリッジヒータを用いている。制御部１８は、ヒータ５４の駆動を制御して、加熱用下型５０を所定の処理温度Ｔｐに維持する。ここで、処理温度Ｔｐは、被加工物１００、特に、被加工物１００の一部を構成する熱硬化性の接着剤１１４を、当該接着剤１１４の硬化温度Ｔｃよりも高い温度まで加熱できる温度である。例えば、硬化温度Ｔｃが１５０〜２００度の場合、処理温度Ｔｐは、硬化温度Ｔｃよりも十分に高い温度、例えば、３００度に設定される。

加熱用下型５０の周囲には、第一断熱部材５６が設けられており、ヒータ５４の熱が側方に漏れることが防止されている。また、ヒータ５４の下部には、第二断熱部材５８が設けられており、ヒータ５４の熱が下方に漏れることが防止されている。加熱用下型５０は、この第二断熱部材５８により上下に仕切られており、第二断熱部材５８より下側には、冷媒が流れる冷媒流路３０ｄが形成されている。冷媒は、当該冷媒流路３０ｄを通るように、冷却装置により循環される。

冷却用下型５２は、被加工物１００を冷却しつつ加圧するための型で、その内部には、冷媒が流れる冷媒流路３０ｅが形成されている。冷媒は、当該冷媒流路３０ｅを通るように冷却装置により循環される。また、冷却用下型５２の底面には断熱部材６０が設けられている。かかる断熱部材６０を設けることで、冷却用下型５２を加熱用下型５０の真上に配した際に、加熱用下型５０からの伝熱が防止される。

切り替え機構は、処理の進行状況に応じて、冷却用下型５２を移動させる。具体的には、切り替え機構は、冷却用下型５２を水平移動させる水平移動機構を有している。水平移動機構は、冷却用下型５２を、加熱用下型５０の真上位置と、加熱用下型５０から水平方向にずれた位置との間で移動させる。また、この加圧装置１０には、上側ユニット１４を昇降させる昇降機構が設けられおり、上側ユニット１４を、下側ユニット１６に向かって下降させ、載置台１２を加熱用下型５０または加熱用下型５０の上に位置する冷却用下型５２に押し当てて、被加工物１００を加圧する。つまり本実施形態では、加熱用下型５０の上に冷却用下型５２が位置する状態で、上側ユニット１４を下降させることで、被加工物１００を冷却しつつ加圧でき、加熱用下型５０の上に冷却用下型５２が存在しない状態で、上側ユニット１４を下降させることで、被加工物１００を加熱しつつ加圧できる。別の見方をすれば、本実施形態では、昇降機構で上側ユニット１４を昇降させることで、加圧の実行・解除が制御され、水平機構で冷却用下型５２を水平移動させることで、加圧に寄与する下型を加熱用下型５０または冷却用下型５２に切り替えることができる。かかる昇降機構および水平機構の駆動は、制御部１８により制御される。

次に、こうした加圧装置１０での被加工物１００の加圧処理について図３〜図７を参照して説明する。被加工物１００を加圧する際には、予め、加熱用下型５０をヒータ５４で加熱し、所定の処理温度Ｔｐまで加熱しておく。また、上型２０や、サイド型２８、冷却用下型５２は、冷媒を用いて冷却しておき、被加工物１００に設けられた接着剤１１４のガラス転移温度Ｔｇよりも十分に低い温度、例えば常温にしておく。

被加工物１００が載置された載置台１２が、上型２０の真下に搬送されれば、制御部１８は、まず、図３に示すように、上側ユニット１４を下降、または、載置台１２を上昇させて、サイド型２８の底面を載置台１２に密着させる。このとき、上型２０や介在パッド２４が被加工物１００に当接しないように、制御部１８は、エアシリンダ４０に空気圧を付与して伸長させ、サイド型２８を上型２０等よりも下方に突出した状態にしておく。また、このとき、加熱用下型５０および冷却用下型５２は、いずれも、載置台１２から離間している。したがって、この状態において、被加工物１００には、加圧力は付与されていない。

サイド型２８の底面を載置台１２に密着させることで、サイド型２８、上型２０、枠体２６、載置台１２で囲まれる密閉空間が形成される。この状態になれば、制御部１８は、吸引ポンプ４４を駆動して、密閉空間の内部の空気を吸引し、密閉空間を真空状態とする。これにより、被加工物１００の周囲の空気が除去される。接着剤１１４が軟化する前に接着剤１１４の周囲の空気が除去されることで、軟化後の接着剤１１４の内部に空気が入り込むエア噛みが効果的に防止される。

密閉空間の真空吸引が完了すれば、制御部１８は、エアシリンダ４０の圧力を解除し、エアシリンダ４０を収縮可能にする。エアシリンダ４０が収縮可能になると、上型２０およびサイド型２８は、真空圧により（密閉空間と外部空間との圧力差により）、被加工物１００が載置台１２に向かって相対移動する。そして、最終的に、介在パッド２４が被加工物１００に接触し、被加工物１００は、真空圧に応じた荷重Ｐｂで予備加圧されることになる。この予備加圧の荷重Ｐｂは、後述する本加圧で付与されるプレス荷重Ｐｐよりも十分に低い。また、これまでの説明や図４から明らかな通り、この予備加圧は、載置台１２と加熱用下型５０とが離間した状態で行われる。換言すれば、予備加圧は、被加工物１００が加熱されず、接着剤１１４が軟化する前の状態で行われる。かかる予備加圧を行うことで、介在パッド２４は、被加工物１００の表面形状に応じて変形し、被加工物１００の周囲、特に、軟化前の接着剤１１４の周囲に回り込んで、被加工物１００をホールドする。

予備加圧により、介在パッド２４が、被加工物１００に密着することに、続いて、制御部１８は、図５に示すように、載置台１２が真空吸着された上側ユニット１４を下降させて、載置台１２を加熱用下型５０で下側から押圧する本加圧を実施する。本加圧において、被加工物１００は、上型２０および加熱用下型５０で挟持され、規定のプレス荷重Ｐｐで加圧される。また、既述した通り、加熱用下型５０は、予め、所定の処理温度Ｔｐまで加熱されている。この加熱用下型５０の熱は、伝熱性に優れた載置台１２を介して被加工物１００に伝達される。つまり、本加圧において、被加工物１００は、規定のプレス荷重Ｐｐで加圧されつつ規定の処理温度Ｔｐまで加熱される。この本加圧を所定の時間実行することで、被加工物１００に設けられた熱硬化性の接着剤１１４は、ガラス転移温度Ｔｇに達して軟化した後、硬化温度Ｔｃに達して、硬化する。そして、これにより、電子部品１１２と基板１１０とが接着される。なお、このとき、加熱用下型５０の熱は、載置台１２、被加工物１００を介して介在パッド２４にも伝達される。ただし、介在パッド２４の下部には断熱層３６が設けられているため、柔軟層３４には、熱は伝わりにくく、柔軟層３４やその上に位置する上型２０が過度に高温になることが防止されている。

十分な時間、本加圧が実行できれば、制御部１８は、図６に示すように、上側ユニット１４を上昇させて、加熱用下型５０を載置台１２から離間させる。加熱用下型５０と載置台１２との間に十分な空間が形成できれば、制御部１８は、図７に示すように、載置台１２と加熱用下型５０の間に冷却用下型５２を配置する。そして、この状態で、載置台１２とともに上側ユニット１４を下降させて、被加工物１００を規定の冷却時荷重Ｐｃで加圧する。このとき、冷却用下型５２は、冷媒により予め冷却されているため、被加工物１００を迅速に冷却することができる。また、冷却期間中、被加工物１００は、冷却用下型５２および上型２０で挟持され、加圧されているため、熱膨張差に起因する反り等が効果的に防止される。なお、冷却時荷重Ｐｃは、被加工物１００の変形を防止できればよいため、プレス荷重Ｐｐよりも小さくてもよい。被加工物１００が、取り出し可能な温度（例えば常温）まで冷却できれば、制御部１８は、載置台１２とともに上側ユニット１４を上昇させて、加圧を解除する。また、制御部１８は、エアシリンダ４０に圧力を付与して当該エアシリンダ４０を伸長させることで、上型２０を上昇させ、介在パッド２４と被加工物１００とを離間させる。また、吸引孔４２を大気解放し、密閉空間を大気圧にする。そして、最後に、上側ユニット１４をさらに上昇させて、上型２０ユニットを載置台１２から離間させれば、載置台１２を、所定の搬出位置（図示せず）へと搬送する。

図８は、加圧処理の実行中における被加工物１００の周辺環境の圧力、被加工物１００の温度、被加工物１００に付与される荷重の変化の一例を示すグラフである。これまでの説明で明らかな通り、加圧処理の開始時（時刻ｔ０）において、被加工物１００の周辺環境の圧力は、大気圧Ｐａである。また、時刻ｔ０において、被加工物１００の加熱や加圧は開始されていないため、被加工物１００の温度は常温Ｔｎであり、加圧力はゼロである。

その後、時刻ｔ１において真空吸引が開始され、真空吸引完了後に、エアシリンダ４０の圧力を解除すると、時刻ｔ２において、被加工物１００には、真空圧Ｐｖに応じた荷重Ｐｂが付与され、予備加圧される。そして、時刻ｔ３において、加熱済みの加熱用下型５０で載置台１２に押圧する本加圧を開始する。本加圧を開始すると、被加工物１００の温度は、急激に上昇し、比較的、短時間で、規定の処理温度Ｔｐに達する。この処理温度Ｔｐは、被加工物１００に設けられた接着剤１１４のガラス転移温度Ｔｇや、接着剤の硬化温度Ｔｃよりも高い。したがって、被加工物１００は、処理温度Ｔｐに達する過程で、ガラス転移温度Ｔｇに達して軟化し、その後、硬化温度Ｔｃに達して、硬化する。

また、加熱用下型５０で押圧することで、時刻ｔ４において、被加工物１００は、所定のプレス荷重Ｐｐで加圧される。このプレス荷重Ｐｐは、電子部品１１２のバンプ１１３と基板１１０の配線との導通を得るのに十分な大きさで、例えば、２０トンである。その後、時刻ｔ５になれば、本加圧を終了する。すなわち、時刻ｔ５において、制御部１８は、上側ユニット１４を上昇させて、被加工物１００の加圧を解除する。

上側ユニット１４を上昇させると、被加工物１００に付与される加圧力は、急激に低下する。一方で、自然冷却では、被加工物１００の温度は、低下しにくく、被加工物１００は、処理温度Ｔｐのままである。そこで、被加工物１００を冷却するために、制御部１８は、加熱用下型５０に替えて、冷却用下型５２で被加工物１００を押圧し、冷却する。時刻ｔ６において、冷却用下型５２が載置台１２に接触すると、被加工物１００は、急激に温度低下する。また、上側ユニット１４が下降することで、被加工物１００の加圧力も上昇し、被加工物１００の反り等の変形が効果的に防止される。このとき付与される冷却時荷重Ｐｃは、例えば、１０トン程度である。

被加工物１００を常温まで冷却できれば、制御部１８は、上側ユニット１４を上昇させて、被加工物１００の加圧を解除する。その後は、被加工物１００の周囲を大気圧解放する。そして、時刻ｔ８において、被加工物１００の周囲が大気圧に戻れば、上側ユニット１４を被加工物１００から離間して、載置台１２ごと被加工物１００を排出位置に搬送させる。

以上の説明から明らかな通り、本実施形態では、被加工物１００の加圧に寄与する下型を、予め加熱された加熱用下型５０と、予め冷却された冷却用下型５２と、で切り替えている。かかる構成とする理由について、従来技術と比較して説明する。

従来の加圧装置１０でも、上型２０と下型とで被加工物１００を挟持し、必要に応じて、被加工物１００を加熱や冷却していた。従来の加熱装置では、被加工物１００を加熱および冷却するために、下型の内部に、加熱手段と冷却手段の双方を設け、下型を必要に応じて加熱および冷却していた。この場合、冷却された下型を、所定の処理温度Ｔｐまで加熱する時間、および、加熱された下型を所定の冷却温度まで冷却する時間が必要となる。その結果、従来の加圧装置１０では、処理時間の長期化を招いていた。特に、加圧装置１０では、高い圧力に耐えるために、下型は、厚みが大きく、熱容量の大きい形状にならざるを得ない。かかる大型の下型の加熱および冷却には時間がかかっていた。

もちろん、加熱能力の高いヒータを用いることで加熱に要する時間を短縮することはできる。しかし、こうしたヒータは、高価でコストの増加を招く。また、一度冷却した下型を加熱温度まで短時間で上昇させようとすると、上昇の過程で、希望の処理温度Ｔｐを越える、オーバーシュートが生じやすかった。その結果、被加工物１００が、一時的とはいえ、過剰に加熱されるおそれがあった。

本実施形態では、既述した通り、予め加熱した加熱用下型５０と、予め冷却した冷却用下型５２とを、処理の進行状況に応じて切り替えている。その結果、下型を加熱または冷却するための時間が不要であり、被加工物１００を迅速に加熱および冷却できる。すなわち、図８を参照して説明した通り、本実施形態では、加熱用下型５０が載置台１２に接触すれば（図８の時刻ｔ３前後を参照）、被加工物１００は、迅速に温度上昇し、冷却用下型５２が載置台１２に接触すれば（図８の時刻ｔ６前後を参照）、被加工物１００は、迅速に温度低下する。換言すれば、本実施形態によれば、下型を、希望の温度まで加熱したり冷却したりする時間が不要となる。その結果、加圧処理に要する時間を大幅に低減できる。

また、下型を加熱用と冷却用とに分けることにより、エネルギー損失を低減でき、また、蒸気の発生を低減できる。すなわち、一つの下型を加熱および冷却する従来の加圧装置１０では、熱容量の大きな下型を加熱および冷却する必要があり、エネルギーの損失が大きかった。また、下型を加熱した後に、冷媒として水等の液体を流して冷却しようとすると、液体が蒸気になり、冷媒流路内の圧力上昇等を招く。こうした問題を防止するために、液体の供給に先だって冷却用のエアを流したり、液体を供給後に発生した蒸気を一時的に貯留冷却するためのバッファを別途設けたりする必要があり、構成の複雑化を招いていた。本実施形態では、高温部材の内部に冷媒を流す必要はないため、蒸気の発生がなく、構成を簡易化できる。

また、本実施形態では、被加工物１００を、下側からのみ加熱し、上側からは加熱しない。換言すれば、本実施形態では、上型２０には、加熱手段を設けていない。これにより、介在パッド２４の温度を上げることなく、被加工物１００を、従来よりも高温に加熱することが可能となる。

すなわち、従来の加圧装置１０では、迅速な加熱を可能にするために、下型だけでなく、上型２０にも加熱手段を設けることがあった。この場合、被加工物１００を迅速に加熱できる一方で、当該上型２０と被加工物１００の間に介在する介在パッド２４も加熱されることになる。ここで、本実施形態の介在パッド２４は、断熱層３６を有しているが、従来の介在パッド２４は、断熱層３６を有しておらず、シリコーン系の有機物が主成分の柔軟層で主に構成されていた。かかる柔軟層３４の耐熱温度は、２００度未満であることが多い。一方、近年、被加工物１００に設けられている接着剤１１４の硬化温度Ｔｃは、高くなり、１５０度〜３００度であることが多い。つまり、接着剤１１４を硬化させて、電子部品１１２を基板１１０に接着するためには、被加工物１００を１５０度〜３００度まで加熱する必要がある。

上型２０に設けられた加熱手段で、被加工物１００を１５０度〜３００度まで加熱しようとすると、上型２０と被加工物１００の間に設けられた介在パッド２４（柔軟層３４）も、加熱されることになる。この場合、介在パッド２４が、耐熱温度を越えてしまい、破損する恐れがあった。つまり、上型２０に加熱手段を設けた従来の加圧装置１０では、介在パッド２４の破損を招く恐れがあった。そのため、上型２０に加熱手段を設けた従来の加圧装置１０では、被加工物１００を介在パッド２４（柔軟層３４）の耐熱温度よりも高温に加熱することができなかった。

一方、本実施形態では、既述した通り、加熱手段は、加熱用下型５０にのみ設けており、上型２０には加熱手段を設けていない。したがって、耐熱性の低い柔軟層３４が、上型２０から加熱されることがない。また、本実施形態では、耐熱性の低い柔軟層３４と、高温に加熱される被加工物１００と、の間に断熱層３６を設けている。また、上型２０は、冷媒流路３０ａに冷媒を流すことで一定の温度に保たれるようになっている。その結果、柔軟層３４への伝熱が効果的に防止され、柔軟層３４の温度上昇、ひいては、熱破損を効果的に防止できる。別の見方をすれば、本実施形態によれば、被加工物１００を、柔軟層３４の耐熱温度よりも高い温度に加熱することができ、取り扱い可能な被加工物１００の範囲が広がる。

また、これまでの説明で明らかな通り、本実施形態では、被加工物１００の加熱に先だって、被過去物の周辺環境を真空吸引している。これにより、加熱・加圧後の接着剤１１４の内部にエアが残存するエア噛みを防止できる。ここで、こうした真空吸引は、接着剤が溶融する前、すなわち、接着剤１１４がガラス転移温度Ｔｇに達する前に行うことが望ましい。上型２０に加熱手段を設けた従来の加圧装置１０の場合、真空吸引に際して、高温の上型２０が被加工物１００に近接するため、接着剤１１４が溶融し、適切にエア抜きができないという問題がある。もちろん、真空吸引の際に、上型２０の加熱を停止していれば、こうした問題は避けられるが、この場合、真空吸引の後に、上型２０を加熱する必要があり、処理に要する時間が長期化する問題があった。

また、本実施形態では、真空吸引後、被加工物１００の加熱の前に、被過去物を上型２０および介在パッド２４で、プレス荷重Ｐｐより低い予備荷重Ｐｂで加圧する予備加圧を行っている。加熱前に予備加圧することで、被加工物１００が、介在パッド２４でホールドされる。その結果、接着剤１１４が溶融しても、電子部品１１２の動きが介在パッド２４で規制され、電子部品１１２のズレが効果的に防止できる。すなわち、従来の加圧装置１０では、予備加圧を行うことなく、被加工物１００の加圧および加熱を行っていた。そのため、被加工物１００が、介在パッド２４で十分にホールドされる前に、接着剤１１４がガラス転移温度Ｔｇに達して軟化する恐れがあった。介在パッド２４でホールドされていない状態で、接着剤１１４が軟化すると、電子部品１１２は、比較的自由に動けるため、電子部品１１２の位置ズレ等を招く。一方、本実施形態では、加熱されていない上型２０および介在パッド２４で、被加工物１００を予備加圧し、被加工物１００を介在パッド２４でホールドしてから、被加工物１００の加熱を行っている。そのため、加熱により接着剤が軟化しても、電子部品１１２の動きが規制され、電子部品１１２の位置ズレが効果的に防止できる。

次に、第二実施形態について図９〜図１２を参照して説明する。図９〜図１２は、第二実施形態における加圧処理の流れを示す図である。第二実施形態は、加熱用下型５０および冷却用下型５２の双方が、水平移動できる点で第一実施形態と相違する。図９は、第二実施形態における加圧処理の開始時を示している。図９に示すように、この場合、冷却用下型５２は、上型２０に対して水平方向にずれた位置に、加熱用下型５０は、上型２０の下方に位置している。この状態において、被加工物１００が載置された載置台１２は、冷却用下型５２の上に搬送される。この場合、冷却用下型５２は、上型２０から水平方向にずれた位置にあるため、冷却用下型５２の上側に広い空間が確保でき、載置台１２の搬送のためのスペース（例えば載置台１２を搬送する機構の設置スペース等）を十分に確保できる。

冷却用下型５２の上に載置台１２が搬送されれば、続いて、制御部１８は、図１０に示すように、加熱用下型５０を上型２０から水平方向にずれた位置に移動させる。同時に、制御部１８は、冷却用下型５２を、上型２０の真下位置に水平移動させる。その後、上側ユニット１４を下降させて、サイド型２８の底面を、載置台１２の上面に密着させる。その後は、第一実施形態と同様に、被加工物１００の周囲の密閉空間を真空吸引した後、当該密閉空間と外部空間との差圧を利用して、被加工物を予備荷重Ｐｂで予備加圧する。予備加圧が完了すれば、制御部１８は、再び、冷却用下型５２を上型２０から水平方向にずれた位置に移動するとともに、加熱用下型５０を上型２０の真下位置に移動させる。そして、図１１に示すように、加熱用下型５０で載置台１２を押圧して、被加工物１００を規定のプレス荷重Ｐｐで加圧しつつ加熱する本加圧を実行する。本加圧が完了すれば、図１２に示すように、加熱用下型５０と冷却用下型５２とを入れ替え、冷却用下型５２で被加工物１００を加圧しつつ冷却させる。そして、被加工物１００の冷却が完了すれば、上側ユニット１４を上昇させて、上側ユニット１４と載置台１２とを離間させた後、載置台１２が載置された冷却用下型５２を水平方向に移動させる。その後、載置台１２を所定の排出位置へと搬送する。

以上の説明、および、図１０、図１２等から明らかな通り、第二実施形態によれば、加熱用下型５０と冷却用下型５２とが上下に並ぶことがないため、両下型５０，５２間での伝熱が防止される。結果として、各下型５０，５２を規定の温度に保つことが容易となる。

また、第二実施形態でも、第一実施形態と同様に、加熱や冷却に要する時間、ひいては、加圧処理の時間を大幅に短縮できる。また、接着剤１１４が軟化する前に、真空吸引・予備加圧を行っているため、エア噛みや部品のズレ等をより確実に防止できる。

なお、これまで説明した構成は、一例であり、本加圧に先だって、少なくとも一部が、載置台１２、サイド型２８、上型２０で囲まれた密閉空間を形成した後、当該密閉空間を真空吸引し、この密閉空間の内外の圧力差により被加工物１００を予備荷重Ｐｂで予備加圧するのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、本実施形態では、加熱用および冷却用に二つの下型を設けているが、冷却手段および加熱手段を有した単一の下型を設けてもよい。また、本実施形態では、介在パッド２４に柔軟層３４と断熱層３６とを設けているが、柔軟層３４を耐熱温度以下に保つことができるのであれば、断熱層３６は、省略されてもよい。また、これまでの説明では、上側ユニット１４を昇降させて加圧の実行／解除を切り替えていたが、上側ユニット１４に替えて、または、加えて、下側ユニット１６を昇降させて、加圧の実行／解除を切り替えるようにしてもよい。また、各種駆動機構や、冷却手段、加熱手段の構成は、公知の他の構成に替えてもよい。

１０ 加圧装置、１２ 載置台、１４ 上側ユニット、１６ 下側ユニット、１８ 制御部、２０ 上型、２２ ベース部材、２４ 介在パッド、２６ 枠体、２８ サイド型、３０ 冷媒流路、３２ バネ部材、３４ 柔軟層、３６ 断熱層、３８ 中間シート、４０ エアシリンダ、４２ 吸引孔、４４ 吸引ポンプ、５０ 加熱用下型、５２ 冷却用下型、５４ ヒータ、５６，５８，６０ 断熱部材、１００ 被加工物、１１０ 基板、１１１ 配線、１１２ 電子部品、１１３ バンプ、１１４ 接着剤。

Claims (6)

1. 載置台を上型および下型で挟持することで、前記載置台に載置された被加工物を規定のプレス荷重で加圧する加圧方法であって、
   前記上型の周囲に配されたサイド型を前記載置台に密着させることで、前記被加工物の周囲に、少なくとも一部が、前記載置台、サイド型、上型で囲まれた密閉空間を形成する密閉ステップと、
   前記密閉空間内の空気を吸引することで前記被加工物の周囲を真空状態にする吸引ステップと、
   前記密閉空間の内外の圧力差により、前記上型を前記載置台に向かって相対的に移動させて、前記被加工物を、前記プレス荷重よりも小さい予備荷重で加圧する予備加圧ステップと、
   前記予備加圧ステップの後に、前記下型で前記載置台を押圧することで、前記被加工物を前記プレス荷重で加圧する本加圧ステップと、
   を備えることを特徴とする加圧方法。
2. 請求項１に記載の加圧方法であって、
   前記被加工物を前記上型との間には、柔軟な材料からなる介在パッドが設けられており、
   前記予備加圧ステップにおいて、前記介在パッドは、前記被加工物の表面形状に追従して変形し、
   前記本加圧ステップにおいて、前記被加工物は、前記変形した介在パッドを介して加圧される、
   ことを特徴とする加圧方法。
3. 請求項１または２に記載の加圧方法であって、
   前記上型は、ベース部材に取り付けられており、
   前記サイド型は、空気圧または油圧が付与されることで伸長し、前記空気圧または油圧が解除されることで収縮可能となるシリンダを介して前記ベース部材に取り付けられており、
   前記上型は、前記予備加圧ステップにおいて、前記シリンダの収縮を許容することで前記載置台に向かって相対的に移動する、
   ことを特徴とする加圧方法。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の加圧方法であって、
   前記下型は、予め、加熱手段により加熱された加熱用下型を含み、
   前記被加工物は、本加圧ステップにおいて、前記加熱用下型により加熱されつつ加圧される一方で、本加圧開始前においては加熱されない、
   ことを特徴とする加圧方法。
5. 請求項４に記載の加圧方法であって、
   前記下型は、さらに、冷却手段により冷却された冷却用下型を含み、
   さらに、前記本加圧ステップの後に、前記載置台を前記冷却用下型および前記上型で挟持することで前記被加工物を加圧しつつ冷却する冷却ステップを備える、
   ことを特徴とする加圧方法。
6. 被加工物を規定のプレス荷重で加圧する加圧装置であって、
   前記被加工物が載置される載置台と、
   前記被加工物を上側から加圧する上型と、
   前記上型の周囲に配され、前記載置台に密着することで、前記上型、載置台とともに前記被加工物の周囲に密閉空間を形成するサイド型と、
   前記密閉空間の空気を吸引して前記被加工物の周囲を真空状態にする吸引装置と、
   前記上型と協働して前記載置台を挟持することで、前記被加工物を加圧する下型と、
   を備え、
   前記被加工物を前記プレス荷重で加圧する本加圧に先だって、前記吸引装置により前記密閉空間を真空状態にした後に、前記密閉空間の内外の圧力差により前記上型を前記載置台に向かって相対移動させることで前記被加工物を前記プレス荷重より小さい予備荷重で加圧する予備加圧を行う、
   ことを特徴とする加圧装置。