KR20200051608A - 압착 헤드 및 실장 장치 - Google Patents

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KR20200051608A
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pressing
elastic member
head
elastic
head body
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KR1020207006392A
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도시유키 진다
고이치 이마이
가츠미 데라다
마사후미 센다
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토레이 엔지니어링 컴퍼니, 리미티드
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Abstract

전자 부품에 적절한 압박을 작용시켜 전자 부품의 높이 변동을 흡수하여 파손을 방지함과 함께, 교환 빈도의 저감에 의한 실장 효율의 향상을 가능하게 하는 압착 헤드 및 실장 장치를 제공한다. 구체적으로는, 실장 장치에 마련되는 압착 헤드(14)는, 헤드 본체(16)와 압박 부재(17) 사이에 개재하는 탄성 부재(19)를 구비한다. 탄성 부재(19)와 헤드 본체(16) 사이에는 판상의 변위 저지 부재(20)를 구비하고, 탄성 부재(19)와 압박 부재(17) 사이에는 판상의 변위 저지 부재(21)를 구비하고 있다. 변위 저지 부재(20 및 21)는 탄성 부재(19)와 강한 밀착성을 갖는 재료로 구성되므로, 탄성 부재(19)와 헤드 본체(16)의 접촉면, 및 탄성 부재(19)와 압박 부재(17)의 접촉면에는 더 강한 마찰력이 발생한다. 따라서, 이들 접촉면을 따라, 압박 방향에 대하여 수직인 방향으로 탄성 부재(19)가 미끄러지도록 변위되는 것을 저지할 수 있다.

Description

압착 헤드 및 실장 장치
본 발명은, 플렉시블 기판, 유리 에폭시 기판, 유리 기판, 세라믹스 기판, 실리콘 인터포저, 실리콘 기판 등의 회로 기판에 IC, LSI 등의 반도체 장치나 기타의 전자 부품을 접착, 직접적으로 전기적 접합 또는 적층 상태 그대로 실장하기 위한 압착 헤드 및 실장 장치에 관한 것이다.
반도체 칩을 비롯한 전자 부품의 소형화와 고밀도화에 수반하여, 전자 부품을 회로 기판에 실장하는 방법으로서 플립 칩 실장, 나아가 전자 부품을 관통하는 관통 전극에 의해 3차원적으로 적층하는 삼차원 적층 실장이 급속하게 확산되고 있다. 그래서, 실장에 있어서의 접합의 신뢰성 확보가 중요해지고 있다.
반도체 칩의 접합 부분의 접속 신뢰성을 확보하기 위한 방법으로서는, 반도체 칩 상에 형성된 범프와 회로 기판의 전극 패드를 접합한 후에, 반도체 칩과 회로 기판의 간극에 액상 밀봉 접착제를 주입하여 경화시키는 것이 일반적인 방법으로서 채용되고 있다. 이와 같은 실장 장치에 있어서, 반도체 칩을 압박 및 가열하면서 기판에 접합시키는 헤드 본체를 구비함으로써, 전기적 접합과 수지 밀봉을 동시에 행하는 구성이 제안되어 있다.
또한, 칩 실장의 생산 효율을 향상시키기 위해 복수개의 반도체 칩을 동시에 기판에 압착시키는 실장 장치가 사용되고 있다. 이와 같은 실장 장치에서는, 기판의 면적에 상당하는 비교적 대면적의 가열 압착 헤드(헤드 본체)에 대하여, 복수개의 반도체 칩을 동시 또한 개별로 압박하는 복수개의 압박용 블록이 형성되어 있다. 기판 상에 배치된 복수개의 반도체 칩에 대하여 당해 헤드 본체를 하강시킴으로써, 복수개의 반도체 칩에 대하여 동시에 전기적 접합과 수지 밀봉을 실행할 수 있다.
근년에는 이와 같은 복수개의 반도체 칩을 동시에 기판에 압착시키는 실장 장치에 있어서, 반도체 칩의 높이의 변동을 흡수하여 모든 반도체 칩에 대하여 균일하게 압박력을 작용시키는 구성이 제안되어 있다. 구체적으로는, 복수개의 압박용 블록이 헤드 본체에 형성되어 있고, 당해 압박용 블록의 각각과 헤드 본체 사이에 탄성체를 삽입하고, 압박용 블록의 각각을 헤드 본체의 하방에서 탄성 지지하고 있다(특허문헌 1, 2를 참조).
일본 특허 공개 제2010-34423호 공보 일본 특허 공개 제2011-9357호 공보
그러나, 상기한 종래 구성에서는 다음과 같은 문제가 있다.
즉, 탄성체를 헤드 본체와 압박용 블록 사이에 구비하는 종래의 실장 장치를 사용하여 반도체 칩을 기판에 실장시키는 경우, 헤드 본체에 의한 반도체 칩의 압박 조작을 반복함으로써, 탄성체의 위치가 당초에 배치된 위치로부터 압박 방향과 수직인 방향으로 어긋난다는 사태가 높은 빈도로 발생하는 것이 판명되었다.
탄성체가 압박 방향과 수직인 방향으로 어긋나게 함으로써, 탄성체와 압박용 블록의 상대적인 위치 관계가 어긋나, 압박용 블록 전체면 중 일부에 있어서 탄성체가 접촉하지 않게 된다.
이 경우, 헤드 본체를 하강시켜 반도체 칩을 기판에 실장시킬 때, 압박용 블록 중 탄성체와 접촉되어 있는 부분이 받는 반발력과 탄성체와 접촉되어 있지 않은 부분이 받는 반발력 사이에 차가 발생한다. 그 결과, 반도체 칩의 전체면에 대하여 균일하게 압박력을 작용시키는 것이 곤란해지므로, 반도체 칩을 기판으로 균일하게 압착시키는 것이 곤란해진다.
또한, 탄성체가 압박 방향과 수직인 방향으로 어긋나게 함으로써, 탄성체의 하방에 마련되어 있는 압박용 블록의 위치도 압박 방향과 수직인 방향으로 어긋나는 경우도 있다. 압박 방향과 수직인 방향으로 위치가 어긋난 압박용 블록은, 반도체 칩에 대하여 균일하게 압박하는 것이 곤란해진다. 그 결과, 압박용 블록의 위치 어긋남에 기인하는 실장 불량(실장 위치의 어긋남 등)이 쉽게 발생한다. 이와 같은 실장 불량의 발생을 회피하기 위해서는, 압박용 블록의 위치 어긋남이 발생하기 전에 압박용 블록을 적어도 헤드 본체마다 교환할 필요가 있다. 따라서, 헤드 본체의 교환 빈도의 상승에 기인하는 실장 효율의 저하라는 문제가 염려된다.
본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 전자 부품에 적절한 압박을 작용시켜 전자 부품의 높이 변동을 흡수하여 파손을 방지함과 함께, 교환 빈도의 저감에 의한 실장 효율의 향상을 가능하게 하는 압착 헤드 및 실장 장치를 제공하는 것을 주된 목적으로 하고 있다.
본 발명은, 이와 같은 목적을 달성하기 위해, 다음과 같은 구성을 취한다.
즉, 전자 부품을 기판에 실장하는 압착 헤드이며,
헤드 본체와,
상기 헤드 본체의 하부에 장착되어 전자 부품을 압박하는 압박 부재와,
상기 헤드 본체와 압박 부재 사이에 개재하는 탄성 부재와,
상기 전자 부품을 압박하는 압박 방향에 대하여 수직인 방향으로 상기 탄성 부재가 변위되는 것을 저지하는 저지 부재
를 구비한 것을 특징으로 한다
(작용·효과) 이 구성에 의하면, 전자 부품을 압박하는 압박 부재와 헤드 본체 사이에 탄성 부재가 개재됨과 함께, 저지 부재를 구비하고 있다. 당해 저지 부재는, 전자 부품을 압박하는 방향에 대하여 수직인 방향으로 상기 탄성 부재가 변위되는 것을 저지한다. 그 때문에, 탄성 부재와 함께 압박 부재가 변위되고, 변위된 압박 부재가 전자 부품을 불균일하게 압박함으로써 전자 부품의 실장 불량이 발생하는 등의 사태를 회피할 수 있다.
또한, 상기 구성에 있어서, 상기 저지 부재는, 상기 헤드 본체와 상기 탄성 부재 사이에 개재되어 있고, 상기 저지 부재와 상기 탄성 부재 사이에 있어서의 밀착력이, 상기 헤드 본체와 상기 탄성 부재 사이에 있어서의 밀착력에 비해 높아지도록 구성되는 것이 바람직하다.
(작용·효과) 이 구성에 의하면, 저지 부재는 헤드 본체와 탄성 부재 사이에 개재되어 있고, 저지 부재와 탄성 부재 사이에 있어서의 밀착력이, 헤드 본체와 탄성 부재 사이에 있어서의 밀착력에 비해 높아지도록 구성된다. 밀착력의 향상에 의해, 접촉면에 있어서의 마찰 계수가 증대되므로, 저지 부재와 탄성 부재 사이에서 발생하는 마찰력은 헤드 본체와 탄성 부재 사이에서 발생하는 마찰력보다 커진다. 따라서, 탄성 부재와 헤드 본체가 직접 접촉되어 있는 경우에 비해, 저지 부재가 개재되는 경우는 마찰력이 증대되므로, 저지 부재는 탄성 부재의 변위를 저지할 수 있다.
즉, 압착 헤드에 의한 가압을 반복해도, 탄성 부재의 변위에 기인하여 전자 부품과 압박 부재가 상대적 위치 관계를 적합하게 유지할 수 있다. 즉, 전자 부품과 압박 부재가 상대적으로 위치 어긋남으로써 압착 헤드를 교환하는 사태를 방지할 수 있다. 따라서, 압착 헤드의 교환 빈도를 저감시켜, 전자 부품의 실장 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 구성에 있어서, 상기 저지 부재는, 상기 압박 부재와 상기 탄성 부재 사이에 개재되어 있고, 상기 저지 부재는, 상기 탄성 부재와의 사이에 있어서의 밀착력이, 상기 압박 부재와 상기 탄성 부재 사이에 있어서의 밀착력에 비해 높아지도록 구성되는 것이 바람직하다.
(작용·효과) 이 구성에 의하면, 저지 부재는 압박 부재와 탄성 부재 사이에 개재되어 있고, 저지 부재와 탄성 부재 사이에 있어서의 밀착력이, 압박 부재와 탄성 부재 사이에 있어서의 밀착력에 비해 높아지도록 구성된다. 밀착력의 향상에 의해, 접촉면에 있어서의 마찰 계수가 증대되므로, 저지 부재와 탄성 부재 사이에서 발생하는 마찰력은 압박 부재와 탄성 부재 사이에서 발생하는 마찰력보다 커진다. 따라서, 탄성 부재와 압박 부재가 직접 접촉되어 있는 경우에 비해, 저지 부재가 개재되는 경우는 마찰력이 증대되므로, 저지 부재는 탄성 부재의 변위를 저지할 수 있다.
또한, 상기 구성에 있어서, 상기 저지 부재는 판상의 금속재로 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 저지 부재는 용이하게 평탄한 구성으로 할 수 있다. 그 때문에, 저지 부재의 하방에 배치되어 있는 압박 부재는 전자 부재에 비해 높은 정밀도의 평행성을 유지할 수 있다. 또한 금속제의 저지 부재는 압박에 적합한 단단함을 가지므로, 압박 방향에 있어서의 두께를 얇게 할 수 있다.
또한, 상기 구성에 있어서, 상기 탄성 부재는 불소 고무로 구성되고, 상기 저지 부재는 판상의 스테인리스강으로 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 탄성 부재와 저지 부재는 높은 밀착성을 가지므로, 탄성 부재 및 저지 부재의 표면을 평탄한 구성으로 하면서, 탄성 부재와 저지 부재를 적합하게 밀착시켜 마찰 계수를 증대시킬 수 있다. 즉, 탄성 부재와 저지 부재 사이의 마찰력을 향상시켜 탄성 부재의 변위를 적합하게 저지할 수 있음과 함께, 탄성 부재의 두께를 고정밀도로 균일하게 할 수 있다. 또한, 전자 부품에 대한 압박 부재의 평행성을 높은 정밀도로 유지할 수 있다. 따라서, 전자 부품을 균일하게 압박할 수 있음과 함께, 균일한 두께를 갖는 탄성 부재에 의해 전자 부품의 높이의 변동을 적합하게 흡수할 수 있다.
또한, 상기 구성에 있어서, 상기 저지 부재는, 상기 탄성 부재로 외력을 가하여 상기 압박 방향으로 압축하여 상기 압박 방향에 대한 반발력을 상기 탄성 부재에 발생시켜서, 상기 압착 헤드가 상기 전자 부품을 압박하지 않는 경우라도 상기 반발력을 유지한 상태에서 상기 탄성 부재를 상기 헤드 본체와 상기 압박 부재 사이에 개재시키는 수직 항력 유지 수단인 것이 바람직하다.
(작용·효과) 이 구성에 의하면, 저지 부재는 수직 항력 유지 수단이고, 탄성 부재로 외력을 가하여 압박 방향으로 압축하고, 압박 방향에 대한 반발력을 탄성 부재에 발생시켜, 압착 헤드가 전자 부품을 압박하지 않는 경우라도 반발력을 유지한 상태에서 탄성 부재를 헤드 본체와 압박 부재 사이에 개재시킨다. 이 경우, 압착 헤드가 전자 부품을 압박하지 않는 경우라도, 반발력에 따른 크기의 수직 항력이 탄성 부재에 있어서 발생하고 있다. 그 때문에, 압착 헤드에 의한 압박이 행해질 때에, 당해 수직 항력의 크기에 따라, 탄성 부재의 표면에 발생하는 마찰력이 증대된다. 따라서, 압박 방향과 수직인 방향에 있어서의 탄성 부재의 변위는 저지 부재에 의해 저지된다.
또한, 상기 저지 부재는 상기 탄성 부재를 80％ 이상 99％ 이하의 두께로 압축시킨 상태를 유지하는 것이 바람직하다. 이 경우, 탄성 부재를 미리 적절하게 압축시켜 반발력을 발생시킨 상태로 할 수 있다. 그 때문에, 압착 헤드에 의한 압박이 행해질 때에, 탄성 부재의 표면에 발생하는 마찰력을 적절한 크기로 증대시킬 수 있으므로, 압박 방향과 수직인 방향에 있어서의 탄성 부재의 변위를 더 확실하게 저지할 수 있다.
또한, 본 발명은, 이와 같은 목적을 달성하기 위해, 다음과 같은 구성을 취한다.
즉, 전자 부품을 기판에 실장하는 압착 헤드이며,
헤드 본체와,
상기 헤드 본체의 하부에 장착되어 전자 부품을 압박하는 압박 부재와,
상기 헤드 본체와 압박 부재 사이에 개재하는 탄성 부재와,
상기 전자 부품을 압박하는 압박 방향에 대하여 수직인 방향으로 상기 탄성 부재가 변위되는 것을 저지하는 저지 부재
를 구비하고,
상기 헤드 본체와 상기 탄성 부재의 접촉면 및 상기 압박 부재와 상기 탄성 부재의 접촉면에 있어서, 각각 동일한 요철 패턴을 갖는 요철부가 형성되어 있는
것을 특징으로 한다.
(작용·효과) 이 구성에 의하면, 헤드 본체와 탄성 부재의 접촉면 및 압박 부재와 탄성 부재의 접촉면에 있어서, 각각 동일 패턴의 요철면이 형성되어 있다. 요철면의 요철 패턴에 의해, 헤드 본체와 탄성 부재의 접촉면 및 압박 부재와 탄성 부재의 접촉면에 있어서의 마찰력이 증대된다. 따라서, 압박 방향과 수직인 방향으로 탄성 부재가 변위되는 것을 더 확실하게 저지할 수 있다. 또한, 각 요철부의 요철 패턴이 동일하므로, 탄성 부재의 두께는 전체면에 걸쳐서 균일해진다. 따라서, 전자 부품의 높이의 변동을 흡수하는 힘은, 탄성 부재의 전체면에 걸쳐서 균일해지므로, 탄성 부재의 변동 흡수의 불균일화에 기인하는 실장 에러의 발생을 회피할 수 있다.
또한, 본 발명은, 이와 같은 목적을 달성하기 위해, 다음과 같은 구성을 취한다.
즉, 전자 부품을 기판에 실장하는 실장 장치이며,
상기 기재된 어느 하나의 압착 헤드와,
상기 압착 헤드를 승강시키는 승강 기구와,
상기 기판을 적재 보유 지지하는 보유 지지 스테이지
를 구비한 것을 특징으로 한다.
(작용·효과) 이 구성에 의하면, 보유 지지 스테이지 위에 적재 보유 지지된 기판에 전자 부품을 실장할 때에 과도한 압박에 의한 파손을 방지함과 함께, 기판과 전자 부품의 계면을 단시간에 확실하게 승온시킬 수 있다.
또한, 상기 구성에서, 전자 부품이 범프를 갖는 반도체 장치이며, 열경화성 수지를 개재하여 기판에 실장하는 것이어도 된다. 이 경우, 반도체 장치의 범프와 기판의 전극을 접속함과 함께, 반도체 장치와 기판 사이에 개재하는 열경화성 수지를 단시간에 열경화시킬 수 있다.
본 발명의 압착 헤드 및 실장 장치에 의하면, 전자 부품에 적절한 압박을 작용시켜 전자 부품의 높이 변동을 흡수하여 파손을 방지함과 함께, 압착 헤드의 교환 빈도를 저감시킴으로써 전자 부품의 실장 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예 1에 관한 실장 장치의 개략 전체 구성을 도시하는 사시도이다.
도 2는 실시예 1에 관한 반송 기구의 평면도이다.
도 3은 실시예 1에 관한 반송 기구의 정면도이다.
도 4는 실시예 1에 관한 압착 헤드의 종단면도이다.
도 5는 실시예 1에 관한 실장 장치의 일순의 동작을 도시하는 흐름도이다.
도 6은 플레이트 및 기판의 반송 동작을 도시하는 정면도이다.
도 7은 기판에 반도체 장치를 본압착하는 동작을 도시하는 도면이다.
도 8은 기판에 반도체 장치를 본압착하는 동작을 도시하는 도면이다.
도 9는 종래의 장치에 있어서의 문제점을 설명하는 도면이다. (a)는 반도체 장치를 압박하기 전의 상태를 도시하는 도면이고, (b)는 반도체 장치를 압박할 때에 탄성체와 헤드 본체 사이에서 퍼짐이 발생하는 상태를 도시하는 도면이고, (c)는 압박 해제 시에 있어서 탄성체의 변위가 발생하는 상태를 도시하는 도면이고, (d)는 탄성체의 변위에 의해 실장 불량이 발생하는 상태를 도시하는 도면이다.
도 10은 종래의 장치에 있어서의 문제점을 설명하는 도면이다. (a)는 탄성체 및 압박용 블록이 회전 변위되는 상태를 도시하는 압착 헤드의 사시도이고, (b)는 탄성체의 회전 변위가 발생하기 전의 상태에 있어서의, 반도체 장치와 압박용 블록의 위치 관계를 도시하는 평면도이고, (c)는 탄성체의 회전 변위가 발생한 후의 상태에 있어서의, 반도체 장치와 압박용 블록의 위치 관계를 도시하는 평면도이다.
도 11은 종래의 장치에 있어서의 문제점을 설명하는 도면이다. (a)는 반도체 장치를 압박하기 전의 상태를 도시하는 도면이고, (b)는 반도체 장치를 압박할 때에 탄성체와 압박용 블록 사이에서 퍼짐이 발생하는 상태를 도시하는 도면이고, (c)는 압박 해제 시에 있어서 압박용 블록이 탄성체에 대하여 상대적으로 변위되는 상태를 도시하는 도면이고, (d)는 압박용 블록과 탄성체의 위치 어긋남에 의해 실장 불량이 발생하는 상태를 도시하는 도면이다.
도 12는 종래의 장치에 있어서의 문제점을 설명하는 도면이다. (a)는 반도체 장치를 압박할 때에 탄성체와 압박용 블록 사이에서 퍼짐이 발생하는 상태를 도시하는 도면이고, (b)는 압박 해제 시에 있어서, 압박용 블록 및 헤드 본체의 각각에 대하여 탄성체가 상대적으로 변위되는 상태를 도시하는 도면이고, (c)는 압박 해제 시에 있어서 탄성체가 수평 방향으로 변위되어 인접하는 탄성체에 접촉하는 상태를 도시하는 도면이고, (d)는 통상의 상태에 있어서 압박 시에 탄성체의 일부가 수평 방향으로 방사상으로 돌출되는 상태를 도시하는 도면이고, (e)는 인접하는 탄성체에 접촉함으로써, 탄성체의 돌출이 저해되어 불균일한 압박이 발생하는 상태를 도시하는 도면이다.
도 13은 실시예 1에 관한 장치에 있어서의 효과를 설명하는 도면이다. (a)는 반도체 장치를 압박하기 전의 상태를 도시하는 도면이고, (b)는 반도체 장치를 압박할 때에 탄성체와 헤드 본체 사이에서 퍼짐이 저지되는 상태를 도시하는 도면이고, (c)는 반도체 장치를 압박할 때에 탄성체와 압박 부재 사이에서 퍼짐이 저지되는 상태를 도시하는 도면이고, (d)는 압박 해제 시에 있어서 탄성체의 변위가 저지되는 상태를 도시하는 도면이다.
도 14는 실시예 2에 관한 압착 헤드의 구성을 도시하는 도면이다. (a)는 실시예 2에 관한 압착 헤드의 초기 상태에 있어서의 종단면도이고, (b)는 볼트의 구성을 도시하는 사시도이고, (c)는 돌출부 및 절결부의 구성을 설명하는, 압박 부재의 사시도이다.
도 15는 탄성 부재의 각 상태를 설명하는 도면이다. (a)는 비압축 상태를 도시하는 도면이고, (b)는 준압축 상태를 도시하는 도면이고, (c)는 압축 한계 상태를 도시하는 도면이다.
도 16은 실시예 2에 있어서의 압착 헤드에 있어서, 탄성 부재를 배치하는 과정을 도시하는 도면이다. (a)는 볼트의 체결 전에 있어서, 탄성 부재가 비압축 상태인 구성을 도시하는 종단면도이고, (b)는 볼트를 체결하여, 탄성 부재를 준압축 상태로 고정시킴으로써, 도 14의 (a)에 도시하는 초기 상태로 한 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 17은 실시예 2에 관한 구성의 효과를 도시하는 도면이다.
도 18은 실시예 3에 관한 압착 헤드의 구성을 도시하는 도면이다. (a)는 압착 헤드의 개략 구성을 설명하는 종단면도이고, (b)는 압착 헤드, 탄성 부재 및 압박 부재의 각각을 분리하여 도시하는 종단면도이고, (c)는 탄성 부재에 형성되어 있는 요철면의 요철 패턴의 특징을 도시하는 종단면도이다.
도 19는 변형예에 관한 압착 헤드의 구성을 설명하는 종단면도이다.
도 20은 변형예에 관한 압착 헤드의 구성을 설명하는 종단면도이다.
도 21은 변형예에 있어서의 압착 헤드에 있어서, 탄성 부재를 배치하는 과정을 도시하는 도면이다. (a)는 지지 홀더의 체결 전에 있어서, 탄성 부재가 비압축 상태인 구성을 도시하는 종단면도이고, (b)는 지지 홀더를 체결하여, 탄성 부재를 준압축 상태로 고정시키는 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 22는 변형예에 관한 압착 헤드의 구성을 설명하는 도면이다. (a)는 변위 저지 부재가 복수매의 판상 부재로 구성되는 상태를 도시하는 사시도이고, (b)는 복수매의 판상 부재로 구성되는 변위 저지 부재에 의해, 탄성 부재나 압박 부재 등의 높이의 변동을 해소하는 상태를 도시하는 종단면도이다.
도 23은 변형예에 관한 실장 장치의 전체 구성을 도시하는 사시도이다
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
실시예 1
실시예 1에서는, 열경화성 수지로서 NCP(Non-Conductive Paste), NCF(Non-Conductive Film) 등을 사용하여, 전자 부품으로서의 반도체 장치를 기판에 실장하는 경우를 예로 들어 설명한다. 또한 본 발명의 실장 방법에 있어서는, 열경화성 수지는, NCF(비도전성 접착제 필름)인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서의 「반도체 장치」로서는, 예를 들어 IC 칩, 반도체 칩, 광소자, 표면 실장 부품, 칩, 웨이퍼, TCP(Tape Carrier Package), FPC(Flexible Printed Circuit) 등 범프를 갖는 것이다. 또한, 이들 반도체 장치는, 종류나 크기에 관계없이, 기판과 접합시키는 측의 모든 형태를 나타내고, 예를 들어 플랫 표시 패널로의 칩 본딩인 COG(Chip On Glass), TCP 및 FPC의 본딩인 OLB(Outer Lead Bonding) 등이 사용된다.
또한, 본 발명에 있어서의 「기판」이란, 예를 들어 플렉시블 기판, 유리 에폭시 기판, 유리 기판, 세라믹스 기판, 실리콘 인터포저, 실리콘 기판 등이 사용된다.
우선, 실시예 1에 사용하는 장치에 대하여 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다. 도 1은 실시예 1에 관한 실장 장치를 구성하는 본압착 장치의 개략 구성을 도시한 사시도, 도 2는 반송 기구의 주요부 구성을 도시한 평면도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 실시예 1에 있어서의 실장 장치는, 반송 기구(1) 및 본압착 장치(2)로 구성되어 있다. 이하, 각 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
반송 기구(1)는, 가동대(3) 및 반송 암(4)을 구비하고 있다. 가동대(3)는, 가이드 레일(5)을 따라 수평축 방향으로 이동하도록 구성되어 있다.
반송 암(4)은, 기단측이 가동대(3)의 승강 구동 기구에 연결되어 있고, 상하 방향(z방향) 및 z축 주위 방향(θ방향)으로, 각각 이동 가능하게 구성되어 있다. 또한, 반송 암(4)은, 선단에 보유 지지 프레임(6)을 구비하고 있다. 보유 지지 프레임(6)은, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 말굽형을 이루고 있고, 열전도 지연용 플레이트 및 기판(W)을 걸림 지지하는 복수개의 걸림 지지 갈고리(7)를 코너부에 구비하고 있다.
본 압착 장치(2)는, 가동 테이블(8) 및 압박 기구(9)를 구비하고 있다.
가동 테이블(8)은, 기판(W)을 흡착 유지하는 보유 지지 스테이지(10)를 구비하고 있다. 보유 지지 스테이지(10)는, 수평 2축 방향(x방향 및 y방향), z방향 및 θ방향으로, 각각 이동 가능하게 구성되어 있다. 또한, 보유 지지 스테이지(10)의 외형은, 보유 지지 프레임(6)의 내측에 들어가는 사이즈로 설정되어 있다. 또한, 보유 지지 스테이지(10)는, 내부에 히터(11)가 매설되어 있다.
압박 기구(9)는, 실린더(13) 및 압착 헤드(14)를 구비하고 있다. 압착 헤드(14)의 상방에 실린더(13)가 연결되어 있고, 압착 헤드(14)가 상하 방향인 z방향으로 이동하도록 구성되어 있다. 즉 실시예 1에 있어서, 압착 헤드(14)의 압박 방향은 z방향으로 되도록 구성되어 있다. 실린더(13)는 승강하는 기구의 일례이고, 압착 헤드(14)를 압박 방향으로 이동시키는 구성이라면, 적절히 다른 구동 기구를 사용해도 된다.
압착 헤드(14)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 히터(15)가 매설된 헤드 본체(16)와, 당해 헤트 본체(16)의 하부에 복수개의 압박 부재(17)를 수납한 지지 홀더(18)를 구비하고 있다. 또한, 히터(15)는, 본 발명의 가열기에 상당한다. 헤드 본체(16)의 재료로서는, 열전도율이 높은 재료인 것이 바람직하고, 바람직한 재료의 일례로서는 알루미늄이나 구리 등을 들 수 있다. 헤드 본체(16)의 열전도성을 높임으로써, 히터(15)에 의한 열을 효율적으로 압박 부재(17)로 전도할 수 있으므로, 더 적합한 가열 압박을 실현할 수 있다.
압박 부재(17)는, 하향 볼록 형상을 이루고 있다. 그 선단은, 반도체 장치(C)와 대략 동일한 사이즈의 맞닿음면을 갖고 있고, 기판(W)에 배치된 복수개의 반도체 장치(C)를 개별적으로 압박하도록 위치 정렬되어 있다. 또한, 압박 부재(17)는, 지지 홀더(18)에 형성된 당해 볼록부보다 약간 큰 관통 구멍에 선단을 통과시킴으로써, 기단측이 지지 홀더(18)에 의해 지지되도록 구성되어 있다. 지지 홀더(18)를 나사 체결함으로써, 압박 부재(17)의 기단부(17S)가, 지지 홀더(18)와 헤드 본체(16)에 의해 파지된다.
압박 부재(17)의 재료로서는, 열전도율이 높은 재료인 것이 바람직하고, 바람직한 재료의 일례로서는 알루미늄이나 구리 등을 들 수 있다. 압박 부재(17)의 열전도성을 높임으로써, 히터(15)의 열은 압박 부재(17)의 선단부(17T)를 통해, 후술하는 열경화성 수지(G)로 효율적으로 전도되므로, 더 적합하게 반도체 장치(C)를 기판(W)으로 실장할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 반도체 장치(C)의 범프(B)에 대하여 땜납이 사용되어 있다.
압착 헤드(14)는 도 4에 도시한 바와 같이, 헤드 본체(16)와 압박 부재(17) 사이에 탄성 부재(19)를 구비하고 있다. 압박 방향에 있어서의 탄성 부재(19)의 두께는 일정하게 되어 있고, 높은 평행도를 갖도록 구성되어 있다. 탄성 부재(19)의 재료로서는, 일반적인 고무를 사용할 수 있지만, 히터(11) 및 히터(15)에 의한 가열이 행해진다는 관점에서 내열성의 불소 고무를 사용하는 것이 바람직하다. 특히 반도체 장치(C)의 범프(B)에 땜납을 사용하는 실시예의 구성에서는, 내열성을 갖는 불소 고무를 사용함으로써, 땜납이 용융되는 온도로 가열하는 경우라도 적합하게 반도체 장치(C)를 실장할 수 있다. 압박 방향에 있어서의 탄성 부재(19)의 두께는, 일례로서 500㎛ 내지 1000㎛이다.
또한, 압착 헤드(14)는 도 4에 도시한 바와 같이, 변위 저지 부재(20)를 구비하고 있다. 변위 저지 부재(20)는, 헤드 본체(16)의 압박면(16a)과 탄성 부재(19) 사이에 마련되어 있다. 변위 저지 부재(20)는 탄성 부재(19)를 구성하는 탄성체와의 밀착성이 높은 재료로 구성된다. 즉 탄성 부재(19)의 구성 재료와 헤드 본체(16)의 구성 재료 사이의 마찰 계수보다, 탄성 부재(19)의 구성 재료와 변위 저지 부재(20)의 구성 재료 사이의 마찰 계수가 커지도록 구성된다. 그 때문에, 탄성 부재(19)와 헤드 본체(16) 사이에서 발생하는 마찰력 V1에 비해, 탄성 부재(19)와 변위 저지 부재(20) 사이에서 발생하는 마찰력 V2의 쪽이 커지도록 구성된다.
변위 저지 부재(20)를 구성하는 재료의 구체적인 예로서, 플레이트상의 스테인리스강(SUS) 등, 판상의 금속재를 들 수 있다. 압박 방향에 있어서의 변위 저지 부재(20)의 두께는, 일례로서 10㎛ 내지 100㎛이다. 탄성 부재(19)나 헤드 본체(16) 등에 비해 변위 저지 부재(20)의 두께는 매우 얇으므로, 히터(15)의 열은 변위 저지 부재(20)에 의해 방해되는 일 없이 적합하게 압박 부재(17)로 전도된다.
헤드 본체(16)를 구성하는 재료와 탄성 부재(19)의 밀착성에 비해, 변위 저지 부재(20)와 탄성 부재(19)의 밀착성이 더 높다. 그 때문에, 탄성 부재(19) 및 변위 저지 부재(20)의 표면이 각각 평탄한 구성이라도, 마찰 계수의 증대에 의해, 헤드 본체(16)와 탄성 부재(19) 사이에서 발생하는 마찰력에 비해, 탄성 부재(19)와 변위 저지 부재(20) 사이에서 발생하는 마찰력을 크게 할 수 있다.
그 결과, 변위 저지 부재(20)를 헤드 본체(16)의 압박면(16a)과 탄성 부재(19) 사이에 마련함으로써, 탄성 부재(19)가 헤드 본체(16)에 대하여 압박 방향과 수직인 방향(x방향, y방향 및 θ방향)으로 상대적으로 변위되는 것을 저지할 수 있다. 실시예 1에 있어서, 변위 저지 부재(20)는 본 발명에 있어서의 저지 수단에 상당한다.
또한 압착 헤드(14)는 도 4에 도시한 바와 같이, 탄성 부재(19)와 압박 부재(17)의 기단부(17S) 사이에 변위 저지 부재(21)를 구비하고 있다. 변위 저지 부재(21)는 변위 저지 부재(20)와 마찬가지로, 탄성 부재(19)를 구성하는 탄성체와 밀착성이 높은 재료로 구성되어 있다. 즉, 탄성 부재(19) 및 변위 저지 부재(21)의 표면이 각각 평탄한 구성이라도, 탄성 부재(19)와 압박 부재(17) 사이에 있어서의 마찰 계수보다, 탄성 부재(19)와 변위 저지 부재(21) 사이에 있어서의 마찰 계수가 커지도록 구성된다.
따라서, 마찰 계수의 증대에 의해, 탄성 부재(19)의 구성 재료와 압박 부재(17)의 구성 재료 사이에서 발생하는 마찰력 V3에 비해, 탄성 부재(19)의 구성 재료와 변위 저지 부재(21)의 구성 재료 사이에서 발생하는 마찰력 V4의 쪽이 커진다. 마찰력이 증대됨으로써, 탄성 부재(19)와 변위 저지 부재(21)가 접촉면에 있어서 상대적으로 위치 어긋나는 것을 회피할 수 있다.
변위 저지 부재(21)와 압박 부재(17)의 상대적인 위치 관계는 변위되지 않으므로, 변위 저지 부재(21)를 탄성 부재(19)와 압박 부재(17) 사이에 마련함으로써, 탄성 부재(19)가 압박 부재(17)에 대하여 압박 방향과 수직인 방향(x방향, y방향 및 θ방향)으로 상대적으로 변위되는 것을 저지할 수 있다. 변위 저지 부재(21)를 구성하는 재료의 구체적인 예로서, 플레이트상의 스테인리스강(SUS) 등을 들 수 있다. 압박 방향에 있어서의 변위 저지 부재(21)의 두께는, 일례로서 10㎛ 내지 100㎛이다.
또한, 압착 헤드(14)에 의한 압박을 행할 때에, 각 반도체 장치(C)의 전체에 걸쳐서 균일하게 압박력이 작용하도록, 헤드 본체(16), 압박 부재(17), 탄성 부재(19), 변위 저지 부재(20), 변위 저지 부재(21)의 각각은 반도체 장치(C)의 표면(xy 평면)에 평행한 구조로 되어 있다.
제어부(23)는, 압착 헤드(14)의 히터(15) 및 보유 지지 스테이지(10)의 히터(11)의 온도가, 열경화성 수지(G)를 경화시키는 온도와 동등하거나 또는 그 이상의 온도로 되도록 제어하고 있다.
<동작의 설명>
이어서 상술한 실시예 1에 관한 실장 장치를 사용하여 반도체 장치(C)를 당해 기판(W)에 본압착하는 일순의 동작에 대하여, 도 5에 도시하는 흐름도 및 도 6 내지 도 8을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 실시예에서는, 전공정의 가압착 공정에서 NCF에 의해 복수개의 반도체 장치(C)가 기판(W)에 미리 가압착된 상태로 반송된 것에 비해, 열경화성 수지를 완전히 경화시켜 본압착하는 경우를 예로 들어 설명한다.
스텝 S1(조건의 설정)
우선, 보유 지지 스테이지(10) 및 압착 헤드(14)에 구비된 양 히터(11, 15)의 온도를, 조작부(24)를 조작하여 설정한다. 여기서, 양 히터(11, 15)의 온도는, 열전도 지연용 플레이트(P)와 기판(W)의 계면 및 압착 헤드(14)와 반도체 장치(C)의 계면의 온도가 열경화성 수지(G)의 경화 온도보다도 높게 설정된다. 즉, 보유 지지 스테이지(10)에 흡착 유지된 기판(W)이, 압착 헤드(14)의 하측의 실장 위치에 도달한 시점에서, 반도체 장치(C) 및 플레이트(P)를 거쳐 열경화성 수지(G)로 전달되는 열이, 경화 온도로 되도록 설정된다.
또한, 본 실시예에서는, 플레이트(P)에 스테인리스강이 사용된다. 또한, 플레이트(P)는, 스테인리스강에 한정되지 않고, 압착 헤드(14)의 압박에 의해 변형되지 않는 재질이면 되고, 금속, 세라믹, 카본 및 다공질재 등이어도 된다.
스텝 S2(장치의 작동 개시)
초기 설정을 완료한 후, 실장 장치에 마련되어 있는 도시하지 않은 입력부(버튼 등)를 적절히 조작하여, 장치의 작동을 개시시킨다. 본압착 장치측에서는, 제어부(23)가 히터(11) 및 히터(15)를 온의 상태로 하여, 초기 설정의 온도를 일정하게 유지하도록 온도 제어를 개시한다.
스텝 S3(기판의 반송)
가압착 공정측에 배치된 도시하지 않은 반송 로봇에 의해, 도 3에 도시한 바와 같이, 반송 기구(1)의 보유 지지 프레임(6)에 플레이트(P)가 적재되고, 그 후에 당해 플레이트(P) 상에 기판(W)이 적재된다.
스텝 S4(기판의 보유 지지)
플레이트(P)와 기판(W)이 중첩된 상태에서, 본압착 장치(2)로 반송된다. 이 플레이트(P)를 아래로 하여 기판(W)은, 도 6의 이점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 보유 지지 스테이지(10)에 이동 탑재된다. 플레이트(P)에는, 복수개의 관통 구멍이 형성되어 있고, 관통 구멍을 통해 보유 지지 스테이지(10)에 흡착 유지된다. 또한, 보유 지지 스테이지(10)는 도시하지 않은 구동 기구에 의해, 압착 헤드(14)의 하방에 있어서의 미리 결정된 실장 위치로 이동한다.
스텝 S5(기판 이면측의 가열)
보유 지지 스테이지(10)에 플레이트(P) 및 기판(W)이 흡착 유지된 시점부터 히터(11)에 의해 가열이 개시된다.
스텝 S6(반도체 장치의 가열 압박)
보유 지지 스테이지(10)가 실장 위치에 도달하면, 도 7에 도시한 바와 같이, 실린더(13)의 작동에 의해 압착 헤드(14)가 하강하고, 복수개의 반도체 장치(C)가 동시에 끼워 넣어진다. 이때, 가열되어 있는 압착 헤드(14)에 의해, 반도체 장치(C)는, 가열되면서 압박된다.
즉, 압착 헤드(14)가 소정의 높이까지 하강했을 때, 열경화성 수지(G)는, 미경화 상태이므로, 도 8에 도시한 바와 같이, 압착 헤드(14)의 가압에 의해 반도체 장치(C)의 범프(B)가 열경화성 수지(G)에 압입된다. 즉, 반도체 장치(C)의 범프(B)가 기판(W)의 전극에 도달한 후에, 열경화성 수지가 경화된다. 또한, 반도체 장치(C)의 범프(B)에 땜납을 사용하는 본 실시예에서는, 접착제가 완전히 경화되기 전에, 땜납을 용융하도록 히터의 온도가 제어된다. 반도체 장치(C)의 범프(B)에 땜납을 사용하지 않는 경우, 땜납의 용융 온도로 하는 히터의 온도 제어를 생략할 수 있다.
또한, 압박 부재(17)에 의해 반도체 장치(C)가 압박되어, 범프(B)가 기판(W)에 도달할 때에 탄성 부재(19)가 압축된다. 이때, 변위 저지 부재(20) 및 변위 저지 부재(21)에 의해, 압박 방향(z방향)에 대하여 수직인 방향으로 탄성 부재(19)가 변위되는 것이 저지된다.
즉, 변위 저지 부재(20)와 탄성 부재(19)는 밀착성이 높으므로, 압착 헤드(14)의 가압에 의해, 탄성 부재(19)는 변위 저지 부재(20)에 대하여 적합하게 밀착하여 접촉면에 있어서의 마찰 계수가 증대된다. 그 때문에, 접촉면에 있어서의 마찰력이 증대되므로, 변위 저지 부재(20)에 대하여 탄성 부재(19)가 압박 방향에 대하여 수직인 방향(x, y, θ의 각 방향)으로 미끄러지는 사태를 회피할 수 있다. 그 결과, 압박 방향에 대하여 수직인 방향에 대하여, 탄성 부재(19)와 변위 저지 부재(20)가 상대적으로 변위되는 사태가 저지된다. 따라서, 반도체 장치(C)에 대한 압박 부재(17)의 위치 어긋남이 발생하는 등의 불이익의 사태를 회피할 수 있다.
또한, 압착 헤드(14)의 가압에 의해, 탄성 부재(19)는 변위 저지 부재(21)에 대해서도 적합하게 밀착된다. 그 때문에, 탄성 부재(19)와 변위 저지 부재(21)의 접촉면에 있어서의 마찰 계수가 증대되므로, 변위 저지 부재(21)에 대하여 탄성 부재(19)가 압박 방향에 대하여 수직인 방향으로 미끄러지는 사태를 회피할 수 있다. 그 결과, 압박 방향에 대하여 수직인 방향에 대하여, 탄성 부재(19)와 변위 저지 부재(21)가 상대적으로 변위되는 사태가 저지된다. 따라서, 압박 부재(17)에 대한 탄성 부재(19)의 상대적 위치가 압박 방향에 대하여 수직인 방향으로 어긋나는 것에 기인하여, 탄성 부재(19)가 불균일하게 압축되는 등의 불이익의 사태를 회피할 수 있다. 스텝 S6에 관한 가열 압박에 의해 본압착이 행해져, 복수의 반도체 장치(C)의 각각은 기판(W)으로 동시에 실장된다.
스텝 S7(기판의 반출)
열경화성 수지(G)가 경화되는 소정 시간(설정 시간)이 경과할 때까지 반도체 장치(C)에 대한 가열 압박을 행한 후, 압착 헤드(14)를 상방의 대기 위치로 복귀시켜 가압을 해제함과 함께, 반송 기구(1)에 의해 플레이트, 및 반도체 장치(C)가 실장된 기판(W)을 반출시킨다. 소정의 위치까지 반송된 플레이트(P) 및 기판(W)은, 다른 반송 로봇 등을 거쳐, 스토커에 수납된다.
이상에서 1매의 기판(W) 상에 반도체 장치(C)를 실장시키는 공정이 종료된다. 이후, 소정 매수의 기판에 대하여 동일한 동작이 반복된다.
<실시예 1의 구성에 의한 효과>
실시예 1에 관한 실장 장치에 있어서, 압착 헤드(14)는 변위 저지 부재(20) 및 변위 저지 부재(21)를 구비하고 있다. 변위 저지 부재(20)는, 압착 헤드(14)의 압박 방향에 대한 수직인 방향에 대하여, 헤드 본체(16)에 대하여 탄성 부재(19)가 상대적으로 변위되는 것을 저지한다. 변위 저지 부재(21)는, 압착 헤드(14)의 압박 방향에 대한 수직인 방향에 대하여, 압박 부재(17)에 대하여 탄성 부재(19)가 상대적으로 변위되는 것을 저지한다.
변위 저지 부재(20) 및 변위 저지 부재(21)의 각각이 탄성 부재(19)의 변위를 저지함으로써, 반도체 장치(C)에 대한 압박 부재(19)의 위치가 어긋나는 등의 불이익의 사태가 발생하는 것을 회피할 수 있다. 이하, 종래의 실장 장치와 실시예 1에 관한 실장 장치를 비교하면서, 실시예 1의 구성에 의한 효과를 설명한다.
복수의 반도체 장치에 있어서의 높이 방향(압박 방향)의 변동을 흡수하기 위해, 탄성체를 가열 압착 헤드(헤드 본체)와 압박용 블록 사이에 구비하는 실장 장치가 종래의 구성으로서 존재하고 있다. 그러나, 이와 같은 탄성체를 구비하는 종래의 실장 장치를 사용하여 반도체 칩을 기판에 실장시키는 경우, 가열 압착 헤드에 의한 반도체 칩의 압박 조작을 반복함으로써, 탄성체의 위치가 당초에 배치된 위치로부터 압박 방향과 수직인 방향으로 점차 어긋난다는 문제가 발생한다.
발명자의 예의 검토에 의해, 이와 같은 종래 장치에 있어서 발생하는 탄성체의 위치 어긋남은, 가열 압착 헤드 및 압박용 블록의 구성 재료 및 가열 압착 헤드와 탄성체와 압박용 블록의 위치 관계의 어긋남에 기인하는 것이 판명되었다. 도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 탄성체를 가열 압착 헤드와 압박용 블록 사이에 구비하는 종래의 실장 장치(M)에 있어서, 탄성체(D)는 가열 압착 헤드(H) 및 압박용 블록(R)의 각각에 대하여, 각각 직접 접촉되어 있다.
반도체 장치에 대하여 가열하면서 압박을 행하는 실장 장치에서는, 가열 압착 헤드에 내장되어 있는 히터의 열과, 가열 압착 헤드에 의한 압박력을 압박 대상인 반도체 장치로 효율적으로 전달할 필요가 있다. 그 때문에, 가열 압착 헤드나 압박용 블록의 재료로서는, 열전도율이 높고 또한 일정 이상의 단단함을 갖는 재료를 사용하는 것이 요구된다. 그래서 가열 압착 헤드나 압박용 블록의 구성 재료로서, 알루미늄이나 구리를 예로 드는 열전도성이 높은 금속이 사용되는 것이 일반적이다.
여기서 발명자의 예의 검토에 의해, 탄성체를 구성하는 재료는, 구리나 알루미늄을 예로 하는 열전도성이 높은 금속에 비해 밀착성이 낮고, 당해 밀착성의 낮음에 기인하여 탄성체의 위치 어긋남이 발생하는 것이 판명되었다. 즉, 종래의 구성에 있어서, 탄성체(D)는 밀착성이 낮은 가열 압착 헤드(H)와 직접 접촉되어 있다. 그리고 밀착성의 낮음에 기인하여, 탄성체(D)와 가열 압착 헤드(H)의 접촉면에 있어서의 마찰 계수는 낮아진다. 따라서, 탄성체(D)와 가열 압착 헤드(H)가 접촉하는 면에 있어서 발생하는 마찰력 V1은 낮아진다.
따라서, 종래의 실장 장치(M)를 사용하여 반도체 장치(C)를 압박한 경우, 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이, 압박 시에 있어서 탄성체(D)가 헤드 본체(H)와의 접촉면을 따라 퍼지려고 하는 힘 J1 및 J2의 각각은 마찰력 V1을 상회한다. 그 결과, 부호 SL로 나타낸 바와 같이, 탄성체(D)는 헤드 본체(H)와의 접촉면을 따라 미끄러지도록 퍼진다. 즉, z방향으로 압축된 탄성체(D)는 두께 방향에 있어서의 중앙 부분뿐만 아니라, 헤드 본체(H)와의 접촉면에 있어서도 압박 방향과 수직인 방향(도면에서는 x방향)으로 돌출되도록 퍼진다. 이때, 탄성체(D)가 x방향에 있어서의 좌우 방향의 각각으로 퍼지려고 하는 힘 J1 및 J2의 크기는 균일한 것만은 아니다.
그리고 압박을 해제하여 가열 압착 헤드(H)를 상승시킴으로써, 힘 J1 및 힘 J2의 크기에 따라, 탄성체(D)에 대하여 압박 방향과 수직인 방향으로 반발력이 작용한다. 따라서, 힘 J1 및 J2의 크기가 균일하지 않은 경우, 도 9의 (c)에 도시한 바와 같이, 힘 J1에 기초하는 반발력과 힘 J2에 기초하는 반발력의 차에 기인하여 탄성체(D)는 압박 방향과 수직인 방향(도면에서는 좌방향)으로 변위된다.
탄성체(D)의 변위에 따라, 탄성체(D)의 하방에 위치하는 압박용 블록(R)의 위치도 변위된다. 그 결과, 당초에는 정면 대향하도록 배치되어 있던 압박용 블록(R)과 반도체 장치(C)의 위치 관계는(도 9의 (a)), 가열 압착 헤드(H)에 의한 압박을 반복함으로써 점차 상대적으로 어긋나게 된다(도 9의 (c)).
압박용 블록(R)과 반도체 장치(C)의 위치 어긋남이 발생하면, 압박용 블록(R)은 반도체 장치(C)를 균일하게 압박할 수 없게 된다. 따라서, 반도체 장치(C)에 대한 압박용 블록(R)의 압박 미스나, 불균일한 압박에 의해 실장된 반도체 장치(C)가 기울어지는 등, 기판에 대한 반도체 장치(C)의 실장 불량이 발생한다(도 9의 (d)). 또한, 반도체 장치(C)에 대한 압박용 블록(R)의 위치 어긋남의 허용 범위는, 일례로서 범프(B)의 직경의 길이의 10％ 이하이고, 압박 실장 시에 있어서의 압박용 블록(R)의 위치에 대해서는 높은 정밀도가 요구된다.
종래의 실장 장치(M)에 있어서, 가열 압착 헤드(H)와 탄성체(D)의 접촉면에 있어서의 미끄럼의 발생에 의해, 탄성체(D)의 위치는 x방향뿐만 아니라 y방향에 있어서도 어긋나게 된다. 또한 도 10의 (a)에 도시한 바와 같이, 탄성체(D)는 z축을 중심으로 하는 θ방향으로 회전하도록 변위되는 경우가 있다. 실장 장치의 평면으로 보아, 점선으로 나타내는 압박용 블록(R)의 각각은, 실선으로 나타내는 반도체 장치(C)의 각각과 정면 대향하도록 배치된다(도 10의 (b)).
그러나 도 10의 (a)에 도시한 바와 같은 회전 방향의 변위가 발생한 경우, 탄성체(D)의 변위에 따라 압박용 블록(R)도 θ방향으로 회전 변위된다. 그 결과, 도 10의 (c)에 도시한 바와 같이, 압박용 블록(R)과 반도체 장치(C)가 정확하게 정면 대향하지 않게 되므로, 압박용 블록(R)은 반도체 장치(C)의 전체면을 균일하게 압박하는 것이 곤란해진다. 따라서, 반도체 장치(C)의 실장 불량이 발생하기 쉬워진다.
또한 종래의 실장 장치(M)에 있어서, 탄성체(D)는 압박용 블록(R)과 직접 접촉되어 있고, 일반적인 탄성체(D)의 구성 재료와 일반적인 압박용 블록(R)의 구성 재료는 밀착성이 낮다. 그 때문에, 탄성체(D)와 압박용 블록(R) 사이에서 발생하는 마찰력 V3은 작아진다. 따라서, 압박 시에 있어서 탄성체(D)가 압박용 블록(R)과의 접촉면을 따라 퍼지려고 하는 힘 J1 및 J2의 각각은 마찰력 V3을 상회하므로, 도 11의 (b)에 있어서 부호 SL로 나타낸 바와 같이, 탄성체(D)는 압박용 블록(R)과의 접촉면을 따라 미끄러지도록 퍼진다. 즉, z방향으로 압축된 탄성체(D)는 두께 방향에 있어서의 중앙 부분뿐만 아니라, 압박용 블록(R)과의 접촉면에 있어서도 압박 방향과 수직인 방향으로 돌출되도록 퍼진다.
그 결과, 압박이 해제되어 헤드 본체(H)가 상승할 때에, 힘 J1 및 J2에 기인하는 반발력의 차 등에 의해, 압박용 블록(R)과 탄성체(D)의 위치는 상대적으로 변위된다. 즉, 당초에는 정면 대향하도록 배치되어 있던 압박용 블록(R)과 탄성체(D)의 위치 관계는(도 11의 (a)), 가열 압착 헤드(H)에 의한 압박을 반복함으로써 점차 상대적으로 어긋나게 된다(도 11의 (c)).
압박용 블록(R)의 위치와 탄성체(D)의 위치가 압박 방향과 수직인 방향으로 상대적으로 어긋나는 경우, 탄성체(D)는 압박용 블록(R)의 전체면에 대하여 균일하게 접촉하지 않게 되는 사태나, 압박용 블록(R)과 반도체 장치(C)의 위치가 어긋나는 등의 사태가 발생한다. 이와 같은 상태에서 가열 압착 헤드(H)에 의한 압박을 행함으로써, 압박용 블록(R)이 xy 평면에 대하여 기울어지는 사태나 반도체 장치(C)의 실장 불량 등의 사태가 발생한다(도 11의 (d)).
또한, 마찰력 V1 및 V3이 작은 것에 기인하여, 탄성체(D)만이 압박 방향과 수직인 방향으로 어긋나게 함으로써, 압박용 블록(R) 및 헤드 본체(H)에 대한, 탄성체(D)의 상대적인 위치 관계가 어긋나는 경우가 있다(도 12의 (a)). 이 경우, 압박용 블록(R)의 전체면 중 일부에 있어서 탄성체(D)가 접촉하지 않게 된다. 그 때문에, 헤드 본체(H)를 하강시켜 반도체 칩을 기판에 실장시킬 때, 압박용 블록(R) 중 탄성체와 접촉되어 있는 부분 Ra이 받는 반발력과 탄성체와 접촉되어 있지 않은 부분 Rb가 받는 반발력 사이에 차가 발생한다(도 12의 (b)). 그 결과, 반도체 칩의 전체면에 대하여 균일하게 압박력을 작용시키는 것이 곤란해지므로, 반도체 칩을 기판으로 균일하게 압착시키는 것이 곤란해진다.
또한 탄성체(D)가 압박 방향과 수직인 방향으로 어긋남으로써, 도 12의 (c)에 도시한 바와 같이 탄성체(D)가 인접하는 탄성체(Ds)와 접촉하는 경우를 생각할 수 있다. 이와 같은 접촉에 의해, 압박력의 변동이 더욱 발생한다. 즉, 탄성체(D)가 인접하는 탄성체(Ds)와 접촉하지 않는 경우, 헤드 본체(H)를 하강시켜 반도체 칩을 압박시키면, 탄성체(D)는 z방향으로 압축되어 두께가 얇아짐과 함께, z방향과 직교하는 수평 방향으로 방사상으로 확대 변위된다. 바꾸어 말하면 도 12의 (d)에 도시한 바와 같이, 탄성체(D)는 적어도 두께 방향의 중앙 부분에 있어서 수평 방향으로 확대되고, 압박 전에 비해 수평 방향으로 확대된 확대부(DL)가 형성된다. 한편, 도 12의 (c)와 같이 탄성체(D)의 어긋남에 의해 탄성체(D)와 탄성체(Ds)가 접촉된 상태로 헤드 본체를 하강시킨 경우, 탄성체(D) 중 탄성체(Ds)와 접촉되어 있지 않은 부분에 있어서는, 탄성체(D)의 일부가 수평 방향으로 확대 변위되어 확대부(DL)를 형성할 수 있다. 그러나, 탄성체(D) 중 탄성체(Ds)와 접촉되어 있는 부분에 있어서는, 탄성체(Ds)에 차단되어 탄성체(D)는 확대 변위될 수 없으므로, 확대부(DL)를 형성할 수 없다(도 12의 (e)). 따라서, 탄성체(Ds)와 접촉되어 있지 않은 부분에 있어서 탄성체(D)는 z방향으로 압축하기 어려워지므로, 압박용 블록(R)에 대하여 반발력의 변동이 발생한다. 그 결과, 압박용 블록(R)에 의한 압박을 균일하게 행하는 것이 곤란해진다.
그래서 실시예 1에 관한 실장 장치에서는 도 13의 (a)에 도시한 바와 같이, 탄성 부재(19)와 헤드 본체(16) 사이에 변위 저지 부재(20)를 구비하고 있다. 변위 저지 부재(20)는 스테인리스강(SUS) 등에 의해 구성되어 있다. 발명자가 예의 검토한 결과, 스테인리스강에 의해 구성되는 변위 저지 부재(20)를 불소 고무에 의해 구성되는 탄성 부재(19)와 헤드 본체(16) 사이에 삽입하여 압착 헤드(14)에 의한 압박을 행한 경우, 평탄한 변위 저지 부재(20)와 평탄한 탄성 부재(19) 사이에 강한 밀착력이 발생하는 것을 알 수 있었다.
즉, 실시예 1에 관한 압착 헤드(14)를 사용하여 압박을 행한 경우, 도 13의 (b)에 도시한 바와 같이, 변위 저지 부재(20)를 갖는 실시예 1의 구성에서는, 변위 저지 부재(20)와 탄성 부재(19)의 접촉면에 있어서 강한 마찰력 V2가 발생한다. 구리나 알루미늄 등의 소재로 이루어지는 헤드 본체(16)와 탄성 부재(19) 사이에서 발생하는 마찰력(마찰력 V1, 도 9의 (b) 참조)에 비해, 변위 저지 부재(20)와 탄성 부재(19) 사이에서 발생하는 마찰력 V2는 크다.
그 때문에, 변위 저지 부재(20)를 구비함으로써, 압박 시에 있어서 탄성 부재(19)가 변위 저지 부재(20)와의 접촉면을 따라, 압박 방향에 수직인 방향으로 미끄러지도록 변위된다는 사태는, 마찰력 V1보다 증대되어 있는 마찰력 V2에 의해 저지된다(도 13의 (b), 부호 ST). 그 결과, 탄성 부재(19)의 변위에 기인하는 압박 부재(17)의 위치 어긋남을 방지할 수 있으므로, 반도체 장치(C)의 각각은, 압박 부재(17)의 각각에 의해 균일하게 압박된다. 따라서, 반도체 장치(C)의 실장을 적합하게 완료할 수 있다.
또한 실시예 1에 관한 실장 장치에서는 도 13의 (a)에 도시한 바와 같이, 탄성 부재(19)와 압박 부재(17) 사이에 변위 저지 부재(21)를 구비하고 있다. 변위 저지 부재(21)는 변위 저지 부재(20)와 마찬가지로, 스테인리스강(SUS) 등에 의해 구성되어 있다. 즉, 실시예 1에 관한 압착 헤드(14)를 사용하여 압박을 행한 경우, 도 13의 (c)에 도시한 바와 같이, 변위 저지 부재(21)와 탄성 부재(19)의 접촉면에 있어서 강한 마찰력 V4가 발생한다. 구리나 알루미늄 등의 소재로 이루어지는 압박 부재(17)와 탄성 부재(19) 사이에서 발생하는 마찰력(마찰력 V3, 도 11의 (b) 참조)에 비해, 변위 저지 부재(21)와 탄성 부재(19) 사이에서 발생하는 마찰력 V4는 크다.
그 때문에, 변위 저지 부재(20)를 구비함으로써, 압박 시에 있어서 탄성 부재(19)가 변위 저지 부재(21)와의 접촉면을 따라, 압박 방향에 수직인 방향으로 미끄러지도록 변위된다는 사태는, 마찰력 V3보다 증대되어 있는 마찰력 V4에 의해 저지된다(도 13의 (c), 부호 ST). 그 결과, 도 11의 (c)에 도시한 바와 같은, 탄성 부재(19)와 압박 부재(17)의 위치 관계가 변화되는 사태를 방지할 수 있다. 이에 의해 도 13의 (d)에 도시한 바와 같이, xy 평면(수평 방향)에 있어서의 반도체 장치(C)의 위치 및 압박 부재(17)의 위치가 상대적으로 변위되는 것을 회피할 수 있으므로, 반도체 장치(C)의 실장을 적합하게 완료할 수 있다.
또한, 탄성 부재(19)를 압착 헤드(16) 또는 압박 부재(17)로 단순히 밀착시키는 방법으로서는, 수지 등을 예로 하는 접착제를 사용하여 탄성 부재(19)를 압착 헤드(16) 또는 압박 부재(17)에 접착시키는 구성을 예로서 들 수 있다. 그러나 공지의 접착제를 사용하여 접착을 행한 경우, 높은 내열성을 실현하면서, 반도체 장치(C)의 표면에 대한 탄성 부재(19) 및 압박 부재(17)의 평행성을 고정밀도로 유지하는 것이 곤란하다. 즉, 비교적 가소성이 높은 접착제의 층에 있어서 미세한 요철이 쉽게 발생하므로, 반도체 장치(C)의 표면(xy 평면)에 대하여 탄성 부재(19) 및 압박 부재(17)는 경사지게 된다. 그 결과, 접착제를 사용하여 접착을 행하는 구성에서는 압박 부재(17)를 사용하여 반도체 장치(C)의 각각을 동시 또한 균일하게 압박시키는 것이 곤란해진다.
이에 비해 실시예 1에 있어서, 변위 저지 부재(20 및 21)의 각각은, 스테인리스강 등 탄성체와 밀착성이 높은 금속으로 구성되는, 판상의 부재이다. 수지 등의 접착제와 달리, 판상의 금속 부재는 정밀도가 높은 평면상으로 하는 것이 용이하다. 그 때문에, 변위 저지 부재의 각각과 탄성 부재(19)의 밀착력을 높여 마찰 계수를 증대시키면서, 반도체 장치(C)의 표면에 대한 압박 부재(17)의 평행성을 고정밀도로 유지할 수 있다. 그 결과, 고정밀도의 평행성을 갖는 압박 부재(17)에 의해, 반도체 장치(C)를 균일하게 압박할 수 있다.
또한, 탄성 부재(19)의 표면을 평탄하게 함으로써, 탄성 부재(19) 전체에 있어서 탄성체의 두께를 고정밀도로 균일하게 할 수 있다. 따라서, 두께가 균일한 탄성 부재(19)에 의해, 반도체 장치(C)의 각각에 있어서의 높이의 변동을, 보다 적합하게 흡수할 수 있다.
실시예 2
이어서, 본 발명의 실시예 2를 설명한다. 실시예 1에 관한 압착 헤드(14)에서는 탄성 부재(19)와의 밀착성이 큰 재료로 구성되는, 변위 저지 부재(20) 및 변위 저지 부재(21)를 구비한다. 즉, 밀착성의 향상에 기인하여 마찰 계수를 증대시킴으로써, 탄성 부재(19)와 다른 구성과의 접촉면에 있어서의 마찰력을 상승시킨다. 마찰력이 상승함으로써, 압박 방향과 수직인 방향으로 탄성 부재(19)가 미끄러지도록 변위되는 것을 저지시킨다.
한편, 실시예 2에서는 탄성 부재(19)의 수직 항력을 높임으로써, 탄성 부재(19)와 다른 구성의 접촉면에 있어서의 마찰력을 상승시키고, 그 결과, 압박 방향과 수직인 방향으로 탄성 부재(19)가 변위되는 것을 저지시키는 구성으로 되어 있다. 이하, 도면을 사용하여 실시예 2의 구성을 설명한다. 또한 실시예 2에 있어서, 실시예 1과 공통되는 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여 상세한 설명을 생략한다.
실시예 2에 관한 압착 헤드(14A)는 도 14의 (a)에 도시한 바와 같이, 헤드 본체(16)는 판상의 플레이트부(16P)와, 플레이트부(16P)의 하면에 설치되어 있는 블록부(16Q)를 구비하고 있다. 플레이트부(16P)에는 압박 방향으로 관통하는 관통 구멍(25)이 형성되어 있고, 블록부(16Q)에는 압박 방향으로 관통하는 관통 구멍(27)이 형성되어 있다.
관통 구멍(25) 및 관통 구멍(27)의 각각은, 압박 부재(17)가 배치되는 위치에 따라 형성되어 있다. 관통 구멍(25) 및 관통 구멍(27)은 각각 연통 형성되어 있다. 실시예 2에 있어서, 압박 부재(17)는, 상방으로 돌출된 형상의 돌출부(17a)를 갖고 있고, 돌출부(17a)는 관통 구멍(27)의 내부에 끼워 맞춤 배치된다. 관통 구멍(27)의 상부에는, 후술하는 규제부(30)를 끼워 맞추는 오목부(31)가 마련되어 있다.
압착 헤드(14A)는, 변위 저지 부재(20) 및 변위 저지 부재(21) 대신에 볼트(29)를 구비하고 있다. 볼트(29)는, 압박 부재(17)의 각각이 배치되는 수 및 위치에 따라 배치된다. 볼트(29)의 각각은, 헤드부(29a)와 축부(29b)와 링(29c)을 구비하고 있다. 볼트(29)의 헤드부(29a)는, 플레이트부(16P)에 형성되는 관통 구멍(25)의 내부에 각각 개별 배치되어 있다.
볼트(29)의 헤드부(29a)는 링(29c)의 상면에 받쳐져 있고, 링(29c)은 관통 구멍(27)의 외측에서 블록부(16Q)의 상면에 받쳐져 있다. 볼트(29)의 축부(29b)는, 관통 구멍(27)의 내부에 배치됨과 함께, 압박 부재(17)의 돌출부(17a)의 상면에 형성되어 있는 나사 구멍(33)에 나사 삽입된다.
압착 헤드(14A)는 규제부(30)를 더 구비하고 있다. 규제부(30)는 도 14의 (b)에 도시한 바와 같이, 링(29c)의 하면에 있어서 그 일단측에 접하는 위치에 마련되어 있다. 또한, 압박 부재(17)의 돌출부(17a)는 도 14의 (c)에 도시한 바와 같이, 그 상단측면의 일부가 규제부(30)의 형상을 따라 절결됨으로써, 절결부(17b)를 형성하고 있다. 규제부(30)는 오목부(31) 및 절결부(17b)에 끼워 맞추도록 배치되어 있고, 링(29c) 및 압박 부재(17)의 각각에 대하여, θ방향으로의 회전을 규제한다. 또한, 도 14의 (a)에 도시하는 압박 부재(17)는, 도 14의 (c)에 있어서의 A-A 단면의 도면이다.
실시예 2에 관한 압착 헤드(14A)의 특징으로서, 나사 구멍(33)에 대하여 볼트(29)를 나사 삽입함으로써, 압박 방향으로 미리 압축된 상태의 탄성 부재(19A)를, 헤드 본체(16)와 압박 부재(17) 사이에 배치시키는 구성을 갖고 있다. 구체적으로는, 외력이 작용하고 있지 않은 비압축 상태의 탄성 부재(19)(도 15의 (a))에 대하여 외력 T를 작용시키면, 당해 탄성 부재(19)는 비압축 상태로부터, 더 압축이 가능한 상태인 준압축 상태를 거쳐서(도 15의 (b)), 더 이상의 압축이 불가능한 상태인 압축 한계 상태에 도달한다(도 15의 (c)). 비압축 상태의 탄성 부재(19)는 압박 방향으로의 반발력이 발생하지 않는 한편, 준압축 상태의 탄성 부재(19A) 또는 압축 한계 상태의 탄성 부재(19B)의 내부에서는, 외력 T의 크기에 따른 반발력 F가 발생한다.
실시예 2에 관한 압착 헤드(14A)에 있어서, 반도체 장치(C)에 대한 압박을 행하지 않는 상태, 즉 초기 상태의 시점에서, 미리 준압축 상태로 되어 있는 탄성 부재(19A)가 헤드 본체(16)와 압박 부재(17) 사이에 배치되어 있다. 즉, 비압축 상태의 탄성 부재(19)를 볼트(29)가 나사 고정되어 있는 상태(도 16의 (a))로부터 볼트(29)를 더욱 강하게 체결함으로써 두께 h1을 갖고 있던 탄성 부재(19)는 z방향으로 압축되고, 두께 h2를 갖는 준압축 상태의 탄성 부재(19A)가 초기 상태의 압착 헤드(14A)에 배치된 구성으로 된다(도 16의 (b), 도 14의 (a)). 준압축 상태에서 압착 헤드(14)에 고정되어 있는 탄성 부재(19A)의 내부에서는, 볼트(29)의 체결력의 크기에 따른 반발력 F가 항상 발생한다.
따라서, 반발력 F의 크기에 따라, 탄성 부재(19A)와 헤드 본체(16)의 접촉면, 및 탄성 부재(19A)와 압박 부재(17)의 접촉면의 각각에 대한 탄성 부재(19)의 수직 항력은 항상 증대되게 된다. 또한 실시예 2에 있어서, 탄성 부재(19A)는 1％ 이상 20％ 이하의 감쇠율로 압축된 준압축 상태로 압착 헤드(14A)에 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 도 16의 (b)에 도시한 바와 같은, 준압축 상태에 있어서의 탄성 부재(19A)의 두께 h2는, 도 16의 (a)에 도시한 바와 같은 비압축 상태에 있어서의 두께 h1에 비해 80％ 이상 99％ 이하의 두께로 되는 것이 바람직하다. 실시예 2에 있어서, 볼트(29)는 본 발명에 있어서의 저지 부재 및 수직 항력 유지 수단에 상당한다.
실시예 2에 관한 실장 장치를 사용하여 반도체 장치(C)를 당해 기판(W)에 본압착하는 일순의 동작은, 실시예 1에 있어서의 동작과 공통이다. 단, 반도체 장치(C)에 대한 압박을 행하기 전의 공정, 예를 들어 스텝 S1부터 스텝 S5까지의 공정에 있어서, 실시예 1에 관한 실장 장치에서는 탄성 부재(19)가 비압축 상태인 한편, 실시예 2에 관한 실장 장치에서는 탄성 부재(19A)가 준압축 상태인 점에서 상이하다.
즉, 실시예 2에 있어서 탄성 부재(19A)는 미리 압박 방향에 외력이 가해진 준압축 상태이므로, 반도체 장치(C)에 대한 압박을 행하기 전의 초기 상태라도, 소정값 N1의 크기의 반발력 F가, 압박 부재(17)의 접촉면 및 헤드 본체(16)의 접촉면에 작용하고 있다.
실시예 2에 관한 스텝 S6이 개시되면, 실린더(13)의 작동에 의해 압착 헤드(14A)가 하강하고, 가열되어 있는 압착 헤드(14A)에 의해, 복수개의 반도체 장치(C)는 동시에 가열되면서 압박된다. 이때, 압착 헤드(14A)에 매설되어 있는 히터(15)의 열은, 탄성 부재(19A)를 거쳐 압박 부재(17)로 전도됨과 함께, 관통 구멍(27)에 끼워 맞추어져 있는 돌출부(17a)를 거쳐 압박 부재(17)로 전도된다. 돌출부(17a)는 압박 부재(17)의 일부이고, 특히 열전도성이 높은 재료로 구성되어 있다. 그 때문에, 히터(15)의 열은 돌출부(17a)를 거쳐 더 효율적으로 압박 부재(17)로 전달되므로, 반도체 장치(C)나 열경화성 수지(G)를 더 효율적으로 가열할 수 있다.
도 17에 도시한 바와 같이 압착 헤드(14A)의 헤드 본체(16)를 하강시킴으로써 반도체 장치(C)가 압박되면, 두께 h2를 갖고 준압축 상태로 되어 있는 탄성 부재(19A)는 더욱 z방향으로 압축되어, 그 두께는 h3으로 된다. 이때, 탄성 부재(19A)는 미리 준압축 상태로 되어 있으므로, 압착 헤드(14A)에 의한 압박이 실행될 때에, 탄성 부재(19A)는 압박 방향에 대하여 더욱 얇아질 여지가 남겨져 있다. 그 때문에, 복수개의 반도체 장치(C)의 각각이 압박 방향에 있어서의 높이에 변동이 있어도 당해 변동은 탄성 부재(19A)에 의해 흡수된다.
그리고 탄성 부재(19A)를 준압축 상태로부터 더 압축하기 위해, 탄성 부재(19A)에 대하여 더욱 압박 방향으로 외력이 가해진다. 이때에, 이미 소정값 N1의 크기 반발력 F가 압박 부재(17)의 접촉면 및 헤드 본체(16)의 접촉면에 작용하고 있다. 그 때문에, 이들 접촉면에 대한 수직 항력은 반발력 F의 크기 N1에 따라 크게 되어 있다.
접촉면에 작용하는 마찰력은 접촉면에 있어서의 수직 항력과 마찰 계수의 각각에 비례한다. 그 때문에, 비압축 상태의 탄성 부재(19)를 압축시키는 경우에 비해, 준압축 상태의 탄성 부재(19A)를 더 압축시키는 경우는, 압박 부재(17)의 접촉면 및 헤드 본체(16)의 접촉면에 작용하는 마찰력 V2 및 V4가 커진다(도 17).
따라서, 탄성 부재(19A)가 헤드 본체(16)와의 접촉면을 따라 미끄러지도록 퍼지는 것은, 종래 장치에 있어서의 마찰력 V1에 비해 증대되어 있는 마찰력 V2에 의해 저지된다. 또한, 탄성 부재(19A)가 압박 부재(17)와의 접촉면을 따라 미끄러지도록 퍼지는 것은, 종래 장치에 있어서의 마찰력 V3에 비해 증대되어 있는 마찰력 V4에 의해 저지된다.
바꿔 말하면, 볼트(29)에 의해 탄성 부재(19A)를 미리 준압축 상태로 함으로써 탄성 부재(19A)의 수직 항력이 증대되므로, 탄성 부재(19A)가 압박 방향에 대하여 수직인 방향으로 변위되는 것을 저지할 수 있다. 볼트(29)는 실시예 2에 있어서의 저지 부재에 상당한다.
종래예 및 실시예 1에 관한 압착 헤드에서는, 반도체 장치의 상방에서 대기하고 있는 상태인 초기 상태에 있어서, 헤드 본체와 압박 부재 사이에 배치되는 탄성 부재는 비압축 상태로 되도록 구성되어 있다. 한편, 실시예 2에 관한 압착 헤드(14A)에서는, 초기 상태의 시점에서, 헤드 본체(16)와 압박 부재(17) 사이에 배치되는 탄성 부재(19A)가 준압축 상태로 되도록 구성되어 있다.
이와 같이, 실시예 2에서는 탄성 부재(19A)의 수직 항력을 증대시킴으로써, 탄성 부재(19A)와 다른 부재의 접촉면에 있어서 발생하는 마찰력을 증대시킨다. 따라서, 헤드 본체(16) 및 압박 부재(17)를, 열전도성이 높은 한편, 탄성 부재(19A)의 구성 재료와의 마찰 계수가 비교적 작은 재료(알루미늄이나 구리 등)로 구성해도, 탄성 부재(19A)가 압박 방향에 대하여 수직인 방향으로 미끄러지도록 변위되는 것을 회피할 수 있다.
즉, 실시예 2에서는, 변위 저지 부재(20)나 변위 저지 부재(21)를 탄성 부재(19A)의 상면 또는 하면에 구비하지 않아도, 탄성 부재(19A)의 변위를 회피할 수 있으므로, 반도체 장치(C)의 위치 어긋남이나 기울기가 발생하는 일 없이, 적합하게 반도체 장치(C)의 각각을 기판(W)에 실장할 수 있다. 또한, 압박 부재(17)의 하면 높이가 개별적으로 변동되어 있어도, 변동이 수㎛ 정도라면, 볼트(29)의 체결 상태를 조정함으로써, 동일면 내에 정렬시키는 것도 가능하다.
또한, 헤드 본체와 압박 부재(16) 사이에 개재한 볼트(29)(및 링(29c))는 열전도성이 높은 금속성이기 때문에, 히터(15)의 열은 압박 부재(17)로 더 효율적으로 전도된다. 탄성 부재(19A)는 열전도성이 높은 재료로 구성되는 헤드 본체(16) 및 압박 부재(17)의 각각과 직접 접촉되어 있고, 탄성 부재(19A)는 준압축 상태이므로, 비압축 상태의 탄성 부재(19)보다 두께가 얇게 되어 있다. 그 때문에, 탄성 부재(19A)에 있어서의 히터(15)의 열의 전도 효율을 더 향상시킬 수 있다.
그런데, 탄성 부재(19A)에 압박 외력이 가해짐으로써 탄성 부재(19A)가 횡방향으로 팽창된다. 이 때문에, 설계 시에는, 사양상 최대의 압박 외력에 있어서도, 탄성 부재(19A)가 압박 부재(17)의 돌출부(17a)에 접촉하지 않도록 치수를 배려할 필요가 있다. 가령, 탄성 부재(19A)가 압박 부재(17)의 돌출부(17a)에 접촉하면, 돌출부(17a)에 수평 방향으로 불균일한 힘이 가해져, 문제가 발생한다.
실시예 3
이어서, 본 발명의 실시예 3을 설명한다. 도 18의 (a)는, 실시예 3에 관한 압착 헤드(14B)의 개략 구성을 도시하고 있다. 압착 헤드(14B)에 있어서, 탄성 부재(19)는 헤드 본체(16)와 압박 부재(17) 사이에 마련되어 있고, 탄성 부재(19)는 실시예 2와 마찬가지로 헤드 본체(16) 및 압박 부재(17)의 각각과 직접 접촉되어 있다. 단, 탄성 부재(19)와 헤드 본체(16)의 접촉면에 있어서 요철부(41)가 형성되어 있고, 탄성 부재(19)와 압박 부재(17)의 접촉면에 있어서 요철부(43)가 형성되어 있다는 점에 있어서 다른 실시예와 상이하다.
요철부(41) 및 요철부(43)의 구성에 대하여, 도 18의 (b)를 사용하여 설명한다. 헤드 본체(16)의 하면, 즉 헤드 본체(16)에 있어서 탄성 부재(19)와 접촉하는 면에는 요철면(16j)이 형성되어 있다. 탄성 부재(19)의 상면, 즉 탄성 부재(19)에 있어서 헤드 본체(16)와 접촉하는 면에는 요철면(19h)이 형성되어 있다. 요철면(16j)과 요철면(19h)은 서로 끼워 맞추어지도록 요철 패턴이 형성되어 있고, 요철면(16j)과 요철면(19h)이 끼워 맞추어짐으로써 요철부(41)가 형성된다.
탄성 부재(19)의 하면, 즉 탄성 부재(19)에 있어서 압박 부재(17)와 접촉하는 면에는 요철면(19j)이 형성되어 있다. 압박 부재(17)의 상면, 즉 압박 부재(17)에 있어서 탄성 부재(19)와 접촉하는 면에는 요철면(17h)이 형성되어 있다. 요철면(19j)과 요철면(17h)은 서로 끼워 맞추어지도록 요철 패턴이 형성되어 있고, 요철면(19j)과 요철면(17h)이 끼워 맞추어짐으로써 요철부(43)가 형성된다. 또한, 요철부(41) 및 요철부(43)는, 요철 형상에 한정되지 않고, 탄성 부재(19)의 표면에 있어서의 마찰 계수를 향상시키는 형상이라면, 적절히 형상을 변경해도 된다.
요철부(41)를 구성하는 요철 패턴에 의해, 탄성 부재(19)와 헤드 본체(16)의 접촉면에 있어서의 마찰 계수가 상승한다. 또한, 요철부(43)를 구성하는 요철 패턴에 의해, 탄성 부재(19)와 압박 부재(17)의 접촉면에 있어서의 마찰 계수가 상승한다. 따라서, 요철부(41) 및 요철부(43)를 형성시킴으로써, 탄성 부재(19)의 각 접촉면에 있어서의 마찰력이 향상되므로, 탄성 부재(19)가 압박 방향과 직교하는 수평 방향으로 미끄러지도록 변위되는 것을 더 확실하게 회피할 수 있다.
또한 실시예 3의 특징으로서, 압박 방향에 있어서 요철부(41)의 요철 패턴과 요철부(43)의 요철 패턴은 일치하도록 구성된다(도 18의 (c)의 점선을 참조). 그 때문에 도 18의 (c)에 도시한 바와 같이, 탄성 부재(19)는 수평 방향에 있어서의 전체면에 걸쳐서, z방향에 있어서의 두께는 일정한 값 ha로 된다. 탄성 부재(19)의 전체면에 걸쳐서 그 두께가 균일하므로, 반도체 장치(C)의 높이의 변동을 탄성 부재(19)가 흡수하는 힘은, 탄성 부재(19)의 수평 방향 전체면에 걸쳐서 동일해진다. 따라서, 요철부(41 및 43)에 의해 수평 방향에 있어서의 탄성 부재(19)의 변위를 억제할 수 있음과 함께, 헤드 본체(16)를 하강시켜 반도체 장치(C)의 압박을 행할 때에 압박 부재(17)가 수평면에 대하여 기울어지는 등의 사태의 발생을 확실하게 회피할 수 있다.
실시예 3에 관한 압착 헤드에서는, 헤드 본체(16), 탄성 부재(19) 및 압박 부재(17)의 각각에 요철면이 형성되어 있다. 헤드 본체(16)의 요철면(16j)과 탄성 부재(19)의 요철면(19h)을 끼워 맞추어 형성되는 요철부(41)에 의해, 탄성 부재(19)와 헤드 본체(16)의 접촉면에 있어서의 마찰 계수는, 평탄한 헤드 본체(H)와 탄성체(D)를 접촉시키는 종래의 구성에 비해 크게 향상된다. 또한, 요철부(43)에 의해, 탄성 부재(19)와 압박 부재(17)의 접촉면에 있어서의 마찰 계수가 크게 향상된다.
마찰 계수의 향상에 의해 마찰력이 커지므로, 압박 방향에 대하여 수직인 방향으로 탄성 부재(19)가 변위되는 것을 회피할 수 있다. 이와 같이, 실시예 3에서는 탄성 부재(19)가 헤드 본체(16) 및 압박 부재(17)와 직접 접촉하는 구성임에도, 요철부(41 및 43)를 형성시킴으로써, 실시예 1과 마찬가지로 마찰 계수의 향상에 기인하는 탄성 부재(19)의 마찰력 상승을 실현할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예의 것에 한정되지 않고, 다음과 같이 변형 실시할 수도 있다.
(1) 상기한 본 발명에 있어서, 실시예 1 및 실시예 2의 구성을 조합해도 된다. 즉, 도 19에 도시한 바와 같이, 당해 변형예에 관한 압착 헤드(14C)는 실시예 2와 같이, 준압축 상태로 되어 있는 탄성 부재(19A)를 헤드 본체(16)와 압박 부재(17) 사이에 구비하고 있다. 또한 당해 변형예에서는 실시예 1과 같이, 변위 저지 부재(20)가 탄성 부재(19A)와 헤드 본체(16) 사이에 마련되고, 변위 저지 부재(21)가 탄성 부재(19A)와 압박 부재(17) 사이에 마련되어 있다.
이와 같은 변형예에서는, 탄성 부재(19A)를 미리 준압축 상태로 하여 반발력 F를 발생시킴과 함께, 탄성 부재(19A)의 구성 재료와의 마찰 계수가 높은 재료(스테인리스강 등)로 구성되는 변위 저지 부재(20 및 21)를 구비하고 있다. 즉, 본 변형예에서는 탄성 부재(19A)와의 접촉면에 있어서의 수직 항력 및 마찰 계수의 양쪽을 높이는 구성으로 되어 있다.
그 때문에, 탄성 부재(19A)와 변위 저지 부재(20)의 접촉면, 및 탄성 부재(19A)와 변위 저지 부재(21)의 접촉면에 있어서 발생하는 마찰력은, 수직 항력 및 마찰 계수의 향상에 의해 비약적으로 높아진다. 그 결과, 압박 방향에 수직인 방향으로 탄성 부재(19A)가 변위되는 사태를 더 확실하게 저지할 수 있다. 따라서, xy 평면에 있어서의 탄성 부재(19A) 및 압박 부재(17)의 위치 및 자세가 고정되므로, 반도체 장치(C)의 위치 어긋남이나 기울기가 발생하는 일 없이, 압박 부재(17)에 의한 반도체 장치(C)의 가열 압박 실장을 완료할 수 있다.
(2) 상기 각 실시예 및 각 변형예에 관한 실장 장치에 있어서, 압박 대상인 반도체 장치(C)는 설명의 편의상, 도 7 등에 도시한 바와 같이 1층의 범프(B)를 갖는 단층 구조로 되어 있다. 압박 실장의 대상은 단층 구조에 한정되지 않고, 도 20에 도시한 바와 같이 다층의 범프(B)가 적층된, 다층 구조의 반도체 장치(C)를 기판(W)으로 실장시키는 경우에도 본 발명에 관한 실장 장치를 이용할 수 있다.
(3) 상기 각 실시예 2 및 각 변형예에 관한 실장 장치에 있어서, 헤드 본체(16)를 관통하는 볼트(29)를 새롭게 마련하여, 당해 볼트(29)의 체결력에 의해 탄성 부재(19A)를 준압축 상태로 고정시키고 있다. 그러나, 탄성 부재(19A)를 준압축 상태로 고정하는 구성은 볼트(29)에 한정되지 않는다. 일례로서 실시예 1에 관한 지지 홀더(18)를 유용하여, 당해 지지 홀더(18)를 실시예 1의 체결력보다도 강한 힘으로 탄성 부재(19)를 체결 고정하는 구성을 들 수 있다.
지지 홀더(18)로 강하게 체결함으로써, 탄성 부재(19)는 비압축 상태(도 21의 (a))로부터 준압축 상태(도 21의 (b))로 되도록 z방향으로 압축되어, 당해 준압축 상태로 고정된다. 준압축 상태로 된 탄성 부재(19A)에는 체결력 N2의 강도에 따른 반발력 F가 발생하고, 당해 반발력에 기인하여 탄성 부재(19)에 있어서의 수직 항력은 증대된다. 이와 같은 변형예에 있어서, 지지 홀더(18)는 본 발명에 있어서의 저지 부재 및 수직 항력 유지 수단에 상당한다.
(4) 상기 각 실시예 1 및 각 변형예에 관한 실장 장치에 있어서, 변위 저지 부재(20 또는 21)로서 1매판의 구성을 예시했지만, 이것에 한정되지 않는다. 즉, 도 22의 (a)에 도시한 바와 같이, 변위 저지 부재(20 및 21)의 각각은 복수매의 판상의 소재(S)를 겹치는 구성이어도 된다. 소재(S)의 구성 재료는, 일례로서 스테인리스강(SUS)이다.
이와 같은 변형예에서는 도 22의 (b)에 도시한 바와 같이, 소재(S)의 매수를 적절히 변경함으로써, 인접하는 압박 부재(17P)와 압박 부재(17Q) 사이에서 z방향의 높이를 독립 선택적으로 적절히 변경할 수 있다. 따라서, 도 22의 (b)에 도시한 바와 같이 인접하는 탄성 부재(19P)와 탄성 부재(19Q)의 두께에 변동이 발생하는 경우라도, 변위 저지 부재를 구성하는 소재(S)의 매수를 조절함으로써, 압박 부재(17P)의 하면의 높이와 압박 부재(17Q)의 하면의 높이를 균일하게 할 수 있다. 그 결과, 탄성 부재(19)의 두께의 변동에 기인하는 실장 에러의 발생을 확실하게 회피할 수 있다.
또한, 인접하는 압박 부재(17P)와 압박 부재(17Q)의 두께에 변동이 발생하는 경우에 대해서도, 탄성 부재(19P)의 상하면에 배치하는 소재(S)의 매수와 탄성 부재(19Q)의 상하면에 배치하는 소재(S)의 매수를 적절히 조정함으로써, 복수개의 압박 부재(17)에 대하여, 각각의 선단부의 높이를 균일화할 수 있다. 따라서, 복수개의 압박 부재(17)의 두께의 변동에 기인하는 실장 에러의 발생을 확실하게 회피할 수 있다.
(5) 상기 실시예 및 각 변형예에 관한 실장 장치에 있어서, 복수개의 압박 부재(17)를 구비한 1개의 압착 헤드(14)를 구비하고, 당해 압착 헤드(14)에 의해 복수의 반도체 장치(C)를 본압착하는 구성에 한정되지 않는다. 즉, 실장 장치는 도 23에 도시한 바와 같이, 압박 부재(17)를 구비한 압착 헤드(14)를 복수개 구비한 구성이어도 된다.
(6) 상기 실시예 및 각 변형예에 관한 실장 장치에 있어서, 압착 헤드(14)의 히터(15)는, 헤드 본체(16)에 매설된 구성으로 되어 있지만, 헤드 본체(16)의 외부로부터 가열하는 구성이어도 된다. 또한, 상기 실시예에 있어서, 히터를 고온으로 가열하는 것으로 했지만, 공정 중에 온도를 변화시키는 펄스 히터를 사용할 수도 있고, 열전도 지연용 플레이트를 개재하지 않고 실장을 행할 수도 있다.
(7) 상기 실시예 및 각 변형예에 관한 실장 장치에 있어서, 변위 저지 부재(20) 및 변위 저지 부재(21)의 한쪽을 생략해도 된다. 변위 저지 부재(20)를 마련함으로써 탄성 부재(19)와 헤드 본체(16)가 상대적으로 위치 어긋나는 사태를 회피할 수 있다. 또한, 당해 위치 어긋남과는 별도로, 변위 저지 부재(21)를 마련함으로써 탄성 부재(19)와 압박 부재(17)가 상대적으로 위치 어긋나는 사태를 회피할 수 있다. 이와 같이, 어느 한쪽의 변위 저지 부재의 배치에 의해서도, 반도체 장치(C)에 대한 압박 부재(17)의 위치 어긋남이 발생하는 것을 방지하는 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 변위 저지 부재(20) 및 변위 저지 부재(21)의 양쪽을 구비하는 경우, 상승 효과에 의해, 반도체 장치(C)에 대한 압박 부재(17)의 위치 어긋남이 발생하는 것을 더 확실하게 회피할 수 있다.
(8) 상기 실시예 및 각 변형예에 관한 실장 장치에 있어서, 열경화성 수지를 개재하여, 범프를 갖는 복수의 반도체 장치를 기판에 실장하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 반도체 장치에 적절한 압박을 작용시켜 높이 변동의 흡수가 필요해지는 실장이라면 유효하게 적용할 수 있다. 예를 들어, 열경화성 수지를 개재시키지 않는 플립 칩 실장이나, 열경화성 수지를 개재하여 반도체 칩의 비전극면을 기판에 실장하는 다이 본딩 등에 사용해도 된다. 또한, 반도체 장치 이외의 전자 부품(저항기, 캐패시터, 압전 소자 등)을 기판에 실장하는 데 있어서, 본 발명을 사용해도 된다.
(9) 상기 실시예 및 각 변형예에 관한 실장 장치에 있어서, 보유 지지 프레임(6)을 구비한 반송 암(4)에 의해 기판(W)을 걸림 보유 지지한 상태에서 보유 지지 스테이지(10) 상에 반송·적재하여, 기판(W)을 보유 지지 스테이지(10)에서 흡착 유지시키는 구성을 예로 들어 설명했다. 그러나, 기판(W)을 적절하게 반송·적재·보유 지지할 수 있는 구성이라면, 반송 암(4) 및 보유 지지 스테이지(10) 등의 구성은 적절히 변경해도 된다. 기판(W)을 반송·적재하는 구성의 다른 예로서는, 반송 암(4)으로 기판을 흡착 유지하여 반송하는 구성이나, 수동으로 기판(W)을 반송하여 보유 지지 스테이지(10) 상에 적재시키는 구성 등을 들 수 있다. 또한, 보유 지지 스테이지(10)는 기판(W)을 흡착하는 구성을 생략해도 된다.
(10) 상기 실시예 및 각 변형예에 관한 실장 장치에 있어서, 히터(15)는 헤드 본체(16)에 내장되어 있는 구성을 예시했지만, 반도체 장치(C)를 가열 압박할 수 있는 구성이라면 이것에 한정되지 않는다. 즉, 헤드 본체(16)의 외부에 히터(15)를 배치하여, 헤드 본체(16)의 외부로부터 헤드 본체(16) 등에 대하여 가열을 행하는 구성이어도 된다.
1: 반송 기구
2: 본압착 장치
4: 반송 암
6: 보유 지지 프레임
9: 압박 기구
10: 보유 지지 스테이지
11: 히터
13: 실린더
14: 압착 헤드
15: 히터
16: 헤드 본체
17: 압박 부재
18: 지지 홀더
19: 탄성 부재
20: 변위 저지 부재
21: 변위 저지 부재
29: 볼트
W : 기판
C : 반도체 장치
G : 열경화성 수지
P: 열전달 지연용 플레이트

Claims (10)

  1. 전자 부품을 기판에 실장하는 압착 헤드이며,
    헤드 본체와,
    상기 헤드 본체의 하부에 장착되어 전자 부품을 압박하는 압박 부재와,
    상기 헤드 본체와 압박 부재 사이에 개재하는 탄성 부재와,
    상기 전자 부품을 압박하는 압박 방향에 대하여 수직인 방향으로 상기 탄성 부재가 변위되는 것을 저지하는 저지 부재
    를 구비한 것을 특징으로 하는 압착 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저지 부재는, 상기 헤드 본체와 상기 탄성 부재 사이에 개재되어 있고,
    상기 저지 부재와 상기 탄성 부재 사이에 있어서의 밀착력이, 상기 헤드 본체와 상기 탄성 부재 사이에 있어서의 밀착력에 비해 높아지도록 구성되는
    것을 특징으로 하는 압착 헤드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 저지 부재는, 상기 압박 부재와 상기 탄성 부재 사이에 개재되어 있고,
    상기 저지 부재는, 상기 탄성 부재와의 사이에 있어서의 밀착력이, 상기 압박 부재와 상기 탄성 부재 사이에 있어서의 밀착력에 비해 높아지도록 구성되는
    것을 특징으로 하는 압착 헤드.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 저지 부재는 판상의 금속재로 구성되는
    것을 특징으로 하는 압착 헤드.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 부재는 불소 고무로 구성되고,
    상기 저지 부재는 판상의 스테인리스강으로 구성되는
    것을 특징으로 하는 압착 헤드.
  6. 제1항에 있어서, 상기 저지 부재는, 상기 탄성 부재로 외력을 가하여 상기 압박 방향으로 압축하여 상기 압박 방향에 대한 반발력을 상기 탄성 부재에 발생시키고, 상기 압착 헤드가 상기 전자 부품을 압박하지 않는 경우라도 상기 반발력을 유지한 상태에서 상기 탄성 부재를 상기 헤드 본체와 상기 압박 부재 사이에 개재시키는 수직 항력 유지 수단인
    것을 특징으로 하는 압착 헤드.
  7. 제6항에 있어서, 상기 저지 부재는 상기 탄성 부재를 80％ 이상 99％ 이하의 두께로 압축시킨 상태를 유지하는
    것을 특징으로 하는 압착 헤드.
  8. 전자 부품을 기판에 실장하는 압착 헤드이며,
    헤드 본체와,
    상기 헤드 본체의 하부에 장착되어 전자 부품을 압박하는 압박 부재와,
    상기 헤드 본체와 압박 부재 사이에 개재하는 탄성 부재와,
    상기 전자 부품을 압박하는 압박 방향에 대하여 수직인 방향으로 상기 탄성 부재가 변위되는 것을 저지하는 저지 부재
    를 구비하고,
    상기 헤드 본체와 상기 탄성 부재의 접촉면 및 상기 압박 부재와 상기 탄성 부재의 접촉면에 있어서, 각각 동일한 요철 패턴을 갖는 요철부가 형성되어 있는
    것을 특징으로 하는 압착 헤드.
  9. 전자 부품을 기판에 실장하는 실장 장치이며,
    제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 압착 헤드와,
    상기 압착 헤드를 승강시키는 승강 기구와,
    상기 기판을 적재 보유 지지하는 보유 지지 스테이지
    를 구비한 것을 특징으로 하는 실장 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 전자 부품이 범프를 갖는 반도체 장치이며, 열경화성 수지를 개재하여 상기 기판에 실장하는 것을 특징으로 하는 실장 장치.
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