JPWO2015190496A1 - 実装装置 - Google Patents

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Abstract

新たに位置検出手段を設けずに、低加圧力領域から高加圧力領域まで精度良く所望の加圧力を制御することが可能な実装装置を提供すること。具体的には、一方の被接合物を保持する手段と、該保持手段を被接合物の接合方向に低下圧力をもって加圧可能な第１の加圧手段と、第１の接合手段と接合方向に連結された高加圧力をもって加圧可能な第２の加圧手段と、第１の加圧手段と、第２の加圧手段との間に前記保持手段を介して伝達される加圧力を検出する圧力検出手段からなる実装装置であって、圧力検出手段が水晶圧電素子からなる圧力検出器である実装装置を提供する。

Description

本発明は、被接合物同士を接合する実装装置に関し、とくに、低加圧力領域から高加圧力領域まで精度良く所望の加圧力を制御することが可能な実装装置に関する。
被接合物同士を接合する実装装置で、低加圧力領域から高加圧領域まで精度良く所望の加圧力を制御できることが可能な実装装置が提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載の実装装置の縦断面図を図５に示す。
この実装装置は、低加圧領域ではエアベアリングシリンダ７とピストン８を用い加圧ポート９とバランス圧ポート１０の圧力を制御することにより加圧力を制御している。一方、高加圧領域では加圧力を検出する圧力センサ１７としてロードセルが用いられており、ピストン８に当接した状態で圧力を検出し、加圧力のフィードバック制御や、被接合物同士の接触位置の検出ができるようになっている。
また、被接合物同士の接触位置やハンダの溶融タイミングを検出する検出手段として、リニアセンサを用いる方法が提案されている（例えば、特許文献２）。ロードセルを用いると、ロードセルの荷重による変形ひずみが発生し、ハンダの溶融時に残留ひずみが開放されるので、これによりハンダバンプが押しつぶされると言う問題から、ロードセルを用いないで、外部にリニアセンサを設け、リニアセンサの検出信号からバンプの接触位置やハンダの溶融位置を検出するようにしている。
特開２００３−２２９４４２号公報 特開２０１１−２５４０３２号公報
加圧力の検出手段にロードセルを用いると、ロードセルに設けられたロードボタン（圧力検出する際に接触させる部分）が圧力に比例してたわむ現象が発生する。このたわみ量の影響で、被接合物同士の接地後、被接合物の変形や加熱による伸びにともなうＺ軸方向（加圧方向）の変位が生じ、これに起因した問題が発生している。
例えば、加重５０Ｎ以上の高加圧の状態から、加重５Ｎ以下の低加圧の状態に切り換える場合において、高加圧状態では図６（ａ）のように圧力センサ１７がピストン８に当接しているが、低加圧状態では図６（ｂ）のように圧力センサ１７とピストン８を離れた状態にして加圧ポート９とバランス圧ポート１０の圧力で加圧力を制御するようにする。ところが、切り換え直後は圧力センサ１７がロードセルであれば加重により６μｍ程度たわんだ状態であるため、低加圧時に図６（ｂ）の状態にしようとしても、たわんだ分がのびるため、図６（ｃ）（圧力センサ１７のたわみが１７ｂだけ戻る）のようになる。このため、加圧ポート９とバランス圧ポートの圧力により設定した圧力に加えて、ロードセルののびに伴う加圧力がピストン８に加わってしまう。
また、被接合物同士の高さ位置制御において高精度が求められる用途において、ロードセルのたわみ（及びのび）が無視出来ないレベルになっている。特に、昨今では、従来のはんだボールバンプに代わり、柱状のＣｕピラーバンプの盗聴にはんだを形成したバンプを用いた接合が多くなって来ているが、高さ方向の接合精度として１〜３μｍが必要とされている。このため、加重５０Ｎで生じる６μｍ程度のたわみは接合精度において大きな問題となる。これらの問題を解決するためにはたわみ量を検出するリニアスケールなどの、位置検出手段を新たに設ける必要があり、構造が複雑となる。
そこで本発明の課題は、新たに位置検出手段を設けずに、低加圧力領域から高加圧力領域まで精度良く所望の加圧力を制御することが可能な実装装置を提供することとする。
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
被接合物同士を接合する実装装置であって、
一方の被接合物を保持する手段と、
該保持手段を被接合物の接合方向に低加圧力をもって加圧可能な第１の加圧手段と、
第１の接合手段と接合方向に連結された高加圧力をもって加圧可能な第２の加圧手段と、
第１の加圧手段と、第２の加圧手段との間に前記保持手段を介して伝達される加圧力を検出する圧力検出手段からなる実装装置であって、
圧力検出手段が水晶圧電素子からなる圧力検出器であることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、
水晶圧電素子からなる圧力検出器を実装装置の加圧軸を中心に等距離で複数個配置したことを特徴とする。
請求項１に記載の発明によれば、圧力検出器に水晶圧電素子を用いているので、圧力による撓みの影響を受けることがほとんど無い。そのため低加圧領域から高加圧領域まで精度良く所望の加圧力を制御することができる。また撓み量を無視出来るので、高価なリニアスケールなどが不要になり構造もシンプルに出来る。
請求項２に記載の発明によれば、モーメント荷重による圧力検出器の変位を極小化でき高精度な荷重制御ができる。また、圧力の分解能も圧力検出器にかかる荷重が分散されるので小さくすることができる。そのため、高精度な荷重制御ができる。
本発明の実施の形態に係る実装装置の概略側面図である。 別の実施の形態の実装装置の概略側面図である。 複数の圧力センサを配置した実装装置の概略側面図である。 複数個の圧力センサを配置した際の平面図である。 従来の実装装置の概略側面図である。 （ａ）従来の実装装置での高加圧状態を示す図である（ｂ）従来の実装装置で低加圧状態を示す図である（ｃ）従来の実装装置で高加圧状態から低加圧状態に切り換えた直後の状態を示す図である。
以下に、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。図１は、本発明の一実施態様に係る実装装置１を示している。図１においては、被接合物として、一方はチップ２で他方は基板３である場合を例示している。チップ２は、被接合物保持手段としての、ヘッド部４の下部に設けられた、ヒータを内蔵したヒートツール５の下面に保持されており、基板３はステージ６上に保持されている。本実施態様では、ステージ６はＸ，Ｙ方向（水平方向）および／または回転方向（θ方向）に位置調整できるようになっており、ヒートツール５はＺ方向（上下方向）および／または回転方向（θ方向）に位置調整できるようになっており、これらの調整により、接合前に両被接合物の平行度等を含む相対位置関係が調整、制御されるようになっている。ヘッド部４またはステージ６には、ヒートツール５に保持されたチップ２とステージ６に保持された基板３との平行度を調整可能な機構が組み込まれていてもよい。
なお、上記において、チップ２とは、たとえば、ＩＣチップ、半導体チップ、光素子、表面実装部品、ウエハーなど、種類や大きさに関係なく、基板３と接合させる側の全てのものをいう。また、基板３とは、たとえば、樹脂基板、ガラス基板、フイルム基板、チップ、ウエハーなど、種類や大きさに関係なく、チップ２と接合される側の全てのものを指す。
また、上記のようなステージ６，ヒートツール５は、一般には、平行移動および／または回転自在に装着されるが、必要に応じて、それらと昇降とを組み合わせた形態に装着してもよい。さらに、チップ２と基板３の位置合わせに関して、チップ２と基板３の位置合わせ後にツール５を下降させる装置形態であってもよい。
ヘッド部４は、エアベアリングシリンダ７のピストン８に連結されている。エアベアリングシリンダ７は、低摺動抵抗シリンダでバランス圧ポート１０からヘッド部４の自重をキャンセルするエアーが供給されている。なお、本発明の第１の加圧手段は、エアベアリングシリンダ７とピストン８による加圧機構に対応する。
エアベアリングシリンダ７の上端は、取り付けベース１１と連結部材１２を介して接続されている。取り付けベース１１には圧力検出手段として水晶圧電素子からなる圧力センサ１７が固定用ボルト１８とボルト受け板１６を用いて固定されている。ボルト受け板１６の下端部はピストン８の上端部と接触し、ヘッド部４の加圧力が圧力センサ１７に伝達されるようになっている。圧力センサ１７は、リング状の形状で、中央部に固定用ボルト１８が貫通できるようになっている。
伝達加圧力の検知に際し、従来の圧力検出手段であるロードセルでは、ロードセル自身の撓みの影響を受け、チップ２が基板３に接地した後のチップ２の変形やヘッド部４のヒートツール５による熱膨張によるＺ方向の変位を正確に測定できない問題があった。圧力センサを水晶圧電素子にすることで、撓みの影響を殆ど受けないため、Ｚ方向の変位を正確に測定できるようになる。水晶圧電素子は、機械的な負荷が作用した際に電荷を発生する圧電材料で、その際の機械的変形がごくわずかな特性を有している。例えば、実装装置等で使用されるロードセルの場合５００Ｎ仕様で０．０６５ｍｍの撓み量が発生する。これに対し水晶圧電素子の場合５００Ｎ仕様で０．１μｍ以下の撓み量となっており撓みの影響を殆ど受けることが無い。
取り付けベース１１は、ボールネジ１４が連結されている。ボールネジ１４はカップリング１９を介して駆動モータ２０に連結されている。駆動モータ２０にはエンコーダ２１がマウントされている。駆動モータ２０はサーボモータから構成されている。なお、本発明の第２の加圧手段は、駆動モータ２０とボールネジ１４，取り付けベース１１から構成される加圧機構に対応する。
制御部３０は、駆動モータ２０の駆動制御、およびステージ６の駆動制御を圧力センサ１７の検出信号およびエンコーダ２１の信号に基づいて行うようになっている。
このような構成の実装装置１は、圧力センサ１７に水晶圧電素子を用いているので、圧力による撓みの影響を受けること無く、低加圧領域から高加圧領域まで精度良く所望の加圧力を制御することができる。
図２に、別の実施態様の実装装置１を示す。図２に示す実装装置１では、エアベアリングシリンダ７の上面にベース板１５を取り付け、圧力センサ１７を介して固定用ボルト１８がベース板１５と取り付けベース１１とを連結している。こうすることで、エアベアリングシリンダ７を固定するガイド機構が不要となり、また剛性も高めることができる。
図３に、別の実施態様の実装装置１を示す。図３に示す実装装置１では、圧力センサ１７を実装装置１の加圧軸を中心に等距離で複数個配置している。図４に圧力センサ１７の配置を平面図で示す。こうすることにより、チップ中心がヘッド中心からオフセットした位置で加圧した場合に発生するモーメント荷重による圧力センサ１７の変位を極小化でき高精度な荷重制御ができる。また、圧力の分解能も圧力センサ１７にかかる荷重が分散されるので小さくすることができる。そのため、高精度な荷重制御ができる。
なお、低加圧のための第１の加圧手段は、エアーベアリングシリンダが望ましい形態だが、圧力を圧力検出器に直接伝わる機構となるように構成すればボイスコイルモーターやリニアモーター、油圧シリンダーなど圧力を発生する手段を備えていればどのような形態であっても良い。
１ 実装装置
２ チップ
３ 基板
４ ヘッド部
５ ヒートツール
６ ステージ
７ エアベアリングシリンダ
８ ピストン
１０ バランス圧ポート
１１ 取り付けベース
１２ 連結部材
１４ ボールネジ
１５ ベース板
１６ ボルト受け板
１７ 圧力センサ
１８ 固定用ボルト
１９ カップリング
２０ 駆動モータ
２１ エンコーダ
３０ 制御部

Claims (2)

  1. 被接合物同士を接合する実装装置であって、
    一方の被接合物を保持する手段と、
    該保持手段を被接合物の接合方向に低加圧力をもって加圧可能な第１の加圧手段と、
    第１の接合手段と接合方向に連結された高加圧力をもって加圧可能な第２の加圧手段と、
    第１の加圧手段と、第２の加圧手段との間に前記保持手段を介して伝達される加圧力を検出する圧力検出手段からなる実装装置であって、
    圧力検出手段が水晶圧電素子からなる圧力検出器である実装装置。
  2. 請求項１の発明において、水晶圧電素子からなる圧力検出器を実装装置の加圧軸を中心に等距離で複数個配置した実装装置。
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