WO2015199045A1 - 実装装置および実装方法 - Google Patents

Abstract

　本圧着時における回路基板ＣのパッドＣａとチップ部品ＤのはんだＤａとの間の位置ずれおよび接合不良の発生を抑制することができる実装装置１の提供を目的とする。具体的には、チップ部品Ｄを接着剤であるＮＣＦによって回路基板Ｃの所定位置に仮固定する仮圧着用ヘッド７を備える実装装置１において、回路基板Ｃとチップ部品Ｄとの間に配置されたＮＣＦを所定の粘度になるように加熱するとともに、回路基板ＣのパッドＣａとチップ部品ＤのはんだＤａとの間隙Ｇがゼロよりも大きい所定範囲Ｇｔ内に収まるように仮圧着用ヘッド７がチップ部品Ｄを所定の仮圧着荷重Ｆｔで回路基板Ｃに向かって加圧する。

Description

実装装置および実装方法

　本発明は、実装装置および実装方法に関する。詳しくは、チップ部品等を回路基板に実装する実装装置およびその方法に関する。

　従来、銅配線等の導電体からなる回路を有する基板のパターンの高精度化、微細化に対応するため、半導体素子からなるチップ部品を回路基板に形成されたパッドに接着剤によって仮固定する仮圧着工程と、パッドに仮固定されたチップ部品のバンプとパッドとを接合させる本圧着工程とから構成される実装装置が知られている。例えば特許文献１の如くである。

　特許文献１に記載の実装装置は、チップ部品の実装高さを検出する高さ検出手段を具備する仮圧着装置と本圧着装置とから構成されている。実装装置は、仮圧着装置においてチップ部品を配線基板に実装するとともに、高さ検出手段によって仮圧着工程において実装されたチップ部品の実装高さを検出する。実装装置は、実装高さが所定範囲内にないチップ部品がある場合、そのチップ部品をリペアした後に本圧着装置においてチップ部品のバンプとパッドとを接合させることで不良率を抑制することができる。
　特許文献１に記載の技術では、チップ部品のバンプがパッドに接触した段階でチップ部品の実装高さを検出している。

特開２０１０－２３２２３４号公報

　ところが、チップ部品のバンプとしてはんだを用いる場合、従来の方法では仮圧着時にバンプが変形したり、接着剤の樹脂やフィラーが噛み込んだりすることがあった。そのため仮圧着時の押し込み量を小さくした場合には、本圧着時に位置ずれが生じることがあった。
　本発明の目的は、本圧着時における回路基板のパッドとチップ部品のはんだとの間の位置ずれおよび接合不良の発生を抑制することができる実装装置の提供を目的とする。

　本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

　即ち、本発明は、チップ部品を接着剤によって回路基板の所定位置に仮固定する仮圧着用ヘッドを備える実装装置において、回路基板とチップ部品との間に配置された接着剤を所定の粘度になるように加熱するとともに、回路基板のパッドとチップ部品のはんだとの間隙がゼロよりも大きい所定範囲内に収まるように仮圧着用ヘッドがチップ部品を所定の仮圧着荷重で回路基板に向かって加圧するものである。

　本発明は、前記接着剤が熱硬化性樹脂から構成され、前記回路基板に仮固定された前記チップ部品を加圧して回路基板に固定する本圧着用ヘッドを更に備え、本圧着用ヘッドが接着剤とチップ部品のはんだとを接着剤の硬化温度以上かつはんだの融点以上に加熱するとともに、チップ部品のはんだと回路基板のパッドとが接触するように本圧着用ヘッドがチップ部品を所定の本圧着荷重で回路基板に向かって加圧するものである。

　本発明は、前記本圧着用ヘッドの加圧時における平均温度が、前記接着剤の硬化温度以上かつはんだの融点以上の温度を一定範囲内で維持されるものである。

　本発明は、前記仮圧着荷重で加圧後に任意の基準位置から前記仮圧着用ヘッドまでの加圧方向における距離を測定する距離測定手段を備え、前記回路基板に仮固定された前記チップ部品を加圧して回路基板に固定する本圧着用ヘッドによって同時に加圧されるチップ部品において測定した距離のばらつきが所定範囲外である場合、仮固定不良であると判定するものである。

　本発明は、前記チップ部品が貫通電極を有するチップ部品から構成され、チップ部品同士を貫通電極が重複するように積層させて前記仮圧着用ヘッドで仮固定し、複数の積層されたチップ部品を前記本圧着用ヘッドで同時に加圧するものである。

　本発明は、前記接着剤が非導電性フィルムから構成されるものである。

　本発明は、回路基板とチップ部品との間に配置された接着剤が所定の粘度になるように加熱するとともに、回路基板のパッドとチップ部品のはんだとの間隙がゼロよりも大きい所定の範囲内に収まるようにチップ部品を所定の仮圧着荷重で回路基板に向かって加圧する仮圧着工程と、接着剤とチップ部品のはんだとを接着剤の硬化温度以上かつはんだの融点以上に加熱するとともに、回路基板のパッドにチップ部品のはんだが接触するようにチップ部品を所定の本圧着荷重で回路基板に向かって加圧する本圧着工程と、を含むものである。

　本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

　本発明においては、チップ部品のはんだと回路基板のパッドとの間隙を小さくすることではんだに接着剤に含まれるフィラー等の食い込みが防止されるとともに、はんだとパッドとが接触するまでの時間を短縮することではんだとパッドとが接触する前の接着剤の硬化が防止される。これにより、本圧着時における回路基板のパッドとチップ部品のはんだとの間の位置ずれおよび接合不良の発生を抑制することができる。

　本発明においては、複数のチップ部品を同時に加圧する際にチップ部品と回路基板との距離のばらつきによって一部のチップ部品への荷重が増加しても熱硬化により粘度が増大した接着剤によって荷重の増加分が分担される。これにより、本圧着時におけるチップ部品のはんだとパッドとの間の位置ずれおよび接合不良の発生を抑制することができる。

　本発明においては、本圧着用ヘッドの温度変動による接着剤の熱硬化不良やはんだの溶融不良が抑制される。これにより、本圧着時における回路基板のパッドとチップ部品のはんだとの間の位置ずれおよび接合不良の発生を抑制することができる。

　本発明においては、仮圧着されたチップ部品の仮固定位置のばらつきが許容範囲内に抑えられる。これにより、本圧着時における回路基板のパッドとチップ部品のはんだとの間の位置ずれおよび接合不良の発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る実装装置の全体構成を示す概略図。 （ａ）本発明の一実施形態に係る実装装置の仮圧着用ヘッドの構成を示す概略図（ｂ）本発明の一実施形態に係る実装装置の本圧着用ヘッドの構成を示す概略図。 本発明の一実施形態に係る実装装置の制御構成を表すブロック図。 （ａ）本発明の第一実施形態に係る実装装置の仮圧着工程におけるチップ部品の仮固定の態様を示す概略図（ｂ）同じく本圧着工程におけるチップ部品の固定の態様を示す概略図。 本発明の一実施形態に係る実装装置の加圧時の温度状態を表すグラフを示す図。 本発明の一実施形態に係る実装装置に用いられるＮＣＦの温度と粘度との関係を表すグラフを示す図。 （ａ）本発明の第一実施形態に係る実装装置の仮圧着工程においてチップ部品が回路基板に近接される態様を示す概略図（ｂ）同じく仮圧着工程においてチップ部品が回路基板に加圧される態様を示す概略図（ｃ）同じく仮圧着工程においてチップ部品が回路基板に加圧されてＺ軸方向の位置が定まる態様を示す概略図。 （ａ）本発明の第一実施形態に係る実装装置の本圧着工程においてチップ部品が回路基板に加圧される態様を示す概略図（ｂ）同じく本圧着工程においてチップ部品への荷重が硬化したＮＣＦによって分散される態様を示す概略図。 本発明の一実施形態に係る実装装置の制御態様を表すフローチャートを示す図。 本発明の一実施形態に係る実装装置の仮圧着工程における制御態様を表すフローチャートを示す図。 本発明の一実施形態に係る実装装置の本圧着工程における制御態様を表すフローチャートを示す図。 （ａ）本発明の第一実施形態に係る実装装置の仮圧着工程においてチップ部品を積層して仮固定する態様を示す概略図（ｂ）同じく本圧着工程においてチップ部品を積層して固定する態様を示す概略図。

　まず、図１から図３を用いて、本発明に係る実装装置１における一実施形態である実装装置１について説明する。以下の説明では仮圧着装置２から本圧着装置１２へ回路基板Ｃを搬送する方向をＸ軸方向、これに直交するＹ軸方向、後述の仮圧着用ヘッド７および本圧着用ヘッド１７の回路基板Ｃに垂直な移動方向をＺ軸方向、Ｚ軸を中心として回転する方向をθ方向として説明する。なお、本実施形態においては、実装装置１の一実施形態として仮圧着装置２と本圧着装置１２とがそれぞれ構成されているが、これに限定されるものではない。また、本実施形態において、回路基板Ｃとチップ部品Ｄとを接着する接着剤である熱硬化性樹脂からなる非導電性フィルム（以下、単に「ＮＣＦ」と記す）は、予めチップ部品Ｄのはんだを覆うように貼り付けられているものとするがこれに限定されるものではなく、回路基板Ｃ側に貼り付けられていてもよい。

　図１に示すように、実装装置１は、回路基板Ｃにチップ部品Ｄを実装するものである。実装装置１は、仮圧着装置２、本圧着装置１２、搬送装置２１（図３参照）および制御装置２２（図３参照）を具備している。

　仮圧着装置２は、接着剤であるＮＣＦによって回路基板Ｃにチップ部品Ｄを仮固定するものである。仮圧着装置２は、仮圧着用基台３、仮圧着用ステージ４、仮圧着用支持フレーム５、仮圧着用ユニット６、仮圧着用ヘッド７、仮圧着用ヒーター８（図２参照）、仮圧着用アタッチメント９および距離測定手段である変位センサ１０、仮圧着用画像認識装置１１（図３参照）を具備している。

　仮圧着用基台３は、仮圧着装置２を構成する主な構造体である。仮圧着用基台３は、十分な剛性を有するようにパイプ材等を組み合わせて構成されている。仮圧着用基台３は、仮圧着用ステージ４と仮圧着用支持フレーム５とを支持している。

　仮圧着用ステージ４は、回路基板Ｃを保持しつつ、任意の位置に移動させるものである。仮圧着用ステージ４は、駆動ユニット４ａに回路基板を吸着保持できる吸着テーブル４ｂが取り付けられて構成されている。仮圧着用ステージ４は、仮圧着用基台３に取り付けられ、駆動ユニット４ａによって吸着テーブル４ｂをＸ軸方向、Ｙ軸方向およびθ方向に移動できるように構成されている。すなわち、仮圧着用ステージ４は、仮圧着用基台３上において吸着テーブル４ｂに吸着された回路基板ＣをＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向に移動できるように構成されている。なお、本実施形態において仮圧着用ステージ４は、吸着により回路基板Ｃを保持しているがこれに限定されるものではない。

　仮圧着用支持フレーム５は、仮圧着用ユニット６を支持するものである。仮圧着用支持フレーム５は、板状に形成され、仮圧着用基台３の仮圧着用ステージ４の近傍からＺ軸方向にむかって延びるように構成されている。

　加圧ユニットである仮圧着用ユニット６は、仮圧着用ヘッド７を移動させるものである。仮圧着用ユニット６は、図示しないサーボモータとボールねじとから構成される。仮圧着用ユニット６は、サーボモータによってボールねじを回転させることによりボールねじの軸方向の駆動力を発生するように構成されている。仮圧着用ユニット６は、仮圧着用ヘッド７の移動方向が回路基板Ｃに対して垂直なＺ軸方向になるように仮圧着用支持フレーム５に取り付けられている。つまり、仮圧着用ユニット６は、Ｚ軸方向の駆動力（加圧力）を発生するように構成されている。仮圧着用ユニット６は、サーボモータの出力を制御することによりＺ軸方向の加圧力である仮圧着荷重Ｆｔを任意に設定できるように構成されている。なお、本実施形態において、仮圧着用ユニット６は、サーボモータとボールねじとの構成としたがこれに限定されるものではなく、空圧アクチュエータや油圧アクチュエータから構成してもよい。

　仮圧着用ヘッド７は、仮圧着用ユニット６の駆動力をチップ部品Ｄに伝達するものである。仮圧着用ヘッド７は、仮圧着用ユニット６を構成している図示しないボールねじナットに取り付けられている。また、仮圧着用ユニット６は、仮圧着用ステージ４と対向するように配置されている。つまり、仮圧着用ヘッド７は、仮圧着用ユニット６によってＺ軸方向に移動されることで仮圧着用ステージ４に近接できるように構成されている。図２に示すように、仮圧着用ヘッド７には、仮圧着用ヒーター８、仮圧着用アタッチメント９および変位センサ１０が設けられている。

　図２（ａ）に示すように、仮圧着用ヒーター８は、チップ部品Ｄを加熱するためのものである。仮圧着用ヒーター８は、カートリッジヒータから構成され、仮圧着用ヘッド７に形成された孔等に組み込まれている。本実施形態において、仮圧着用ヒーター８は、カートリッジヒータから構成されているがこれに限定されるものではなく、ラバーヒーター等、チップ部品Ｄを加熱することができるものであればよい。また、仮圧着用ヒーター８は、仮圧着用ヘッド７に組み込まれているがこれに限定されるものではなく、仮圧着用ステージ４に組み込んで、仮圧着用ステージ４側から回路基板Ｃを介してＮＣＦを加熱する構成でもよい。

　仮圧着用アタッチメント９は、チップ部品Ｄを保持するものである。仮圧着用アタッチメント９は、仮圧着用ヘッド７に仮圧着用ステージ４と対向するように設けられている。仮圧着用アタッチメント９は、チップ部品Ｄを位置決めしながら吸着保持できるように構成されている。また、仮圧着用アタッチメント９は、仮圧着用ヒーター８によって加熱されるように構成されている。つまり、仮圧着用アタッチメント９は、チップ部品Ｄを位置決め保持するとともに、仮圧着用ヒーター８からの伝熱によってチップ部品Ｄに貼り付けられているＮＣＦを加熱できるように構成されている。

　変位センサ１０は、任意の基準位置からの仮圧着用ヘッド７のＺ軸方向の距離を測定するものである。変位センサ１０は、各種レーザー光を利用した変位センサ１０から構成される。変位センサ１０は仮圧着完了時の仮圧着用ヘッド７のＺ軸方向の任意の基準位置からの距離Ｌ（図４参照）を測定できるように構成されている。なお、本実施形態において、変位センサ１０はレーザー光を利用したものから構成されているがこれに限定されるものではなく、超音波を利用したものや、リニアスケール、サーボモータのエンコーダから算出するものから構成されていてもよい。

　図３に示すように、仮圧着用画像認識装置１１は、画像によってチップ部品Ｄと回路基板Ｃとの位置情報を取得するものである。仮圧着用画像認識装置１１は、仮圧着用ステージ４に吸着保持されている回路基板Ｃの位置合わせマークと仮圧着用アタッチメント９に保持されているチップ部品Ｄの位置合わせマークとを画像認識して、回路基板Ｃとチップ部品Ｄとの位置情報を取得するように構成されている。

　図１に示すように、本圧着装置１２は、チップ部品Ｄのはんだの溶着によってチップ部品Ｄを回路基板Ｃに固定するものである。本圧着装置１２は、本圧着用基台１３、本圧着用ステージ１４、本圧着用支持フレーム１５、本圧着用ユニット１６、本圧着用ヘッド１７、本圧着用ヒーター１８、本圧着用アタッチメント１９および本圧着用画像認識装置２０（図３参照）を具備している。

　本圧着用基台１３は、本圧着装置１２を構成する主な構造体である。本圧着用基台１３は、十分な剛性を有するようにパイプ材等を組み合わせて構成されている。本圧着用基台１３は、本圧着用ステージ１４と本圧着用支持フレーム１５とを支持している。

　本圧着用ステージ１４は、回路基板Ｃを保持しつつ、任意の位置に移動させるものである。本圧着用ステージ１４は、駆動ユニット１４ａに回路基板を吸着保持できる吸着テーブル１４ｂが取り付けられて構成されている。本圧着用ステージ１４は、本圧着用基台１３に取り付けられ、駆動ユニット１４ａによって吸着テーブル１４ｂをＸ軸方向、Ｙ軸方向およびθ方向に移動できるように構成されている。すなわち、本圧着用ステージ１４は、本圧着用基台１３上において吸着テーブル１４ｂに吸着された回路基板ＣをＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向に移動できるように構成されている。なお、本実施形態において本圧着用ステージ１４は、吸着により回路基板Ｃを保持しているがこれに限定されるものではない。

　本圧着用支持フレーム１５は、本圧着用ユニット１６を支持するものである。本圧着用支持フレーム１５は、略板状に形成され、本圧着用基台１３の本圧着用ステージ１４の近傍からＺ軸方向にむかって延びるように構成されている。

　加圧ユニットである本圧着用ユニット１６は、本圧着用ヘッド１７を移動させるものである。本圧着用ユニット１６は、図示しないサーボモータとボールねじとから構成される。本圧着用ユニット１６は、サーボモータによってボールねじを回転させることによりボールねじの軸方向の駆動力を発生するように構成されている。本圧着用ユニット１６は、本圧着用ヘッド１７の移動方向が回路基板Ｃに対して垂直なＺ軸方向になるように本圧着用支持フレーム１５に取り付けられている。つまり、本圧着用ユニット１６は、Ｚ軸方向の駆動力（加圧力）を発生できるように構成されている。本圧着用ユニット１６は、サーボモータの出力を制御することによりＺ軸方向の加圧力である本圧着荷重Ｆｐを任意に設定できるように構成されている。なお、本実施形態において、本圧着用ユニット１６は、サーボモータとボールねじとの構成としたがこれに限定されるものではなく、空圧アクチュエータや油圧アクチュエータから構成してもよい。

　本圧着用ヘッド１７は、本圧着用ユニット１６の駆動力をチップ部品Ｄに伝達するものである。本圧着用ヘッド１７は、本圧着用ユニット１６を構成している図示しないボールねじナットに取り付けられている。また、本圧着用ヘッド１７は、本圧着用ステージ１４と対向するように配置されている。つまり、本圧着用ヘッド１７は、本圧着用ユニット１６によってＺ軸方向に移動されることで本圧着用ステージ１４に近接できるように構成されている。本圧着用ヘッド１７には、本圧着用ヒーター１８および複数の本圧着用アタッチメント１９が設けられている。

　図２（ｂ）に示すように、本圧着用ヒーター１８は、チップ部品Ｄを加熱するためのものである。本圧着用ヒーター１８は、カートリッジヒータから構成され、本圧着用ヘッド１７に形成された孔等に組み込まれている。本実施形態において、本圧着用ヒーター１８は、カートリッジヒータから構成されているがこれに限定されるものではなく、ラバーヒーター等、チップ部品Ｄを加熱することができるものであればよい。

　本圧着用アタッチメント１９は、チップ部品Ｄを加圧するものである。本圧着用アタッチメント１９は、本圧着用ヘッド１７に本圧着用ステージ１４と対向するように複数設けられている。この際、本圧着用アタッチメント１９は、仮圧着されたチップ部品ＤのＺ軸方向のばらつきを吸収するための弾性部材であるゴム部材１９ａを介して本圧着用ヘッド１７に取り付けられている。さらに、本圧着用アタッチメント１９は、本圧着用ヒーター１８によって加熱されるように構成されている。つまり、本圧着用アタッチメント１９は、複数のチップ部品ＤのＺ軸方向のばらつきをゴム部材１９ａで吸収するとともに、複数のチップ部品Ｄを同時に本圧着用ヒーター１８からの伝熱によって加熱できるように構成されている。

　図３に示すように、本圧着用画像認識装置２０は、画像によってチップ部品Ｄと回路基板Ｃとの位置情報を取得するものである。本圧着用画像認識装置２０は、回路基板Ｃの位置合わせマークと本圧着用ステージ１４に吸着保持されている回路基板Ｃに仮固定されたチップ部品Ｄの位置合わせマークとを画像認識して、回路基板Ｃとチップ部品Ｄとの位置情報を取得するように構成されている。

　搬送装置２１は、仮圧着装置２と本圧着装置１２との間で回路基板Ｃの受け渡しを行うものである。搬送装置２１は、仮圧着装置２の仮圧着用ステージ４で複数のチップ部品Ｄが仮圧着された回路基板Ｃを本圧着装置１２の本圧着用ステージ１４に搬送できるように構成されている。

　制御装置２２は、仮圧着装置２、本圧着装置１２および搬送装置２１等を制御するものである。制御装置２２は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。制御装置２２は、仮圧着装置２、本圧着装置１２および搬送装置２１等を制御するために種々のプログラムやデータが格納されている。

　制御装置２２は、仮圧着用ステージ４と本圧着用ステージ１４とに接続され、仮圧着用ステージ４と本圧着用ステージ１４とのＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向の移動量をそれぞれ制御することができる。

　制御装置２２は、仮圧着用ヒーター８と本圧着用ヒーター１８とに接続され、仮圧着用ヒーター８と本圧着用ヒーター１８との温度をそれぞれ制御することができる。特に、制御装置２２は、本圧着用ヘッド１７の加圧時における平均温度をＮＣＦの硬化温度（後述の基準温度Ｔｓ）以上かつはんだの融点以上の温度からなる一定範囲内に維持することができる。

　制御装置２２は、仮圧着用ユニット６と本圧着用ユニット１６とに接続され、仮圧着用ユニット６と本圧着用ユニット１６とのＺ軸方向の加圧力をそれぞれ制御することができる。

　制御装置２２は、仮圧着用アタッチメント９に接続され、仮圧着用アタッチメント９の吸着状態を制御することができる。

　制御装置２２は、仮圧着用画像認識装置１１と本圧着用画像認識装置２０とに接続され、仮圧着用画像認識装置１１と本圧着用画像認識装置２０とをそれぞれ制御し、チップ部品Ｄと回路基板Ｃとの位置情報を取得することができる。

　制御装置２２は、搬送装置２１に接続され、搬送装置２１を制御することができる。

　制御装置２２は、変位センサ１０に接続され、変位センサ１０から仮圧着完了時のＺ軸方向の距離を取得することができる。特に、制御装置２２は、仮固定時のチップ部品ＤのＺ軸方向ばらつきが所定範囲（後述の基準範囲Ｌｓ）外か否か判定することができる。

　以上より、図４（ａ）に示すように、実装装置１は、回路基板Ｃにチップ部品Ｄを固定する実装方法における仮圧着工程として、仮圧着装置２の仮圧着用ステージ４に回路基板Ｃを吸着保持し、チップ部品Ｄを仮圧着用ユニット６によって仮圧着温度Ｔｔ（図５参照）に加熱しつつ仮圧着荷重Ｆｔで回路基板Ｃに加圧することで回路基板Ｃに仮固定する。次に、実装装置１は、搬送装置２１で回路基板Ｃを仮圧着装置２の仮圧着用ステージ４から本圧着装置１２の本圧着用ステージ１４に搬送する。そして、実装装置１は、図４（ｂ）に示すように、回路基板Ｃにチップ部品Ｄを固定する実装方法における本圧着工程として、本圧着装置１２の本圧着用ステージ１４に回路基板Ｃを吸着保持し、複数のチップ部品Ｄを同時に本圧着用ユニット１６によって本圧着温度Ｔｐ（図５参照）に加熱しつつ本圧着荷重Ｆｐで加圧することで回路基板Ｃに固定する。

　このように構成することで、実装装置１は、仮圧着装置２で連続的にチップ部品Ｄを回路基板Ｃに仮固定した後に、本圧着装置１２で同時に複数のチップ部品Ｄを回路基板Ｃに固定することができる。このため、図５に示すように、実装装置１は、仮圧着装置２の仮圧着時における仮圧着用ヘッド７の温度を仮圧着温度Ｔｔに維持し、本圧着装置１２の本圧着時における本圧着用ヘッド１７の温度を本圧着温度Ｔｐに維持するだけでよい。従って、実装装置１は、一実装サイクル毎に仮圧着用ヘッド７と本圧着用ヘッド１７との冷却を行う必要がなく温度管理が容易になり、仮圧着および本圧着の接合不良の発生を抑制することができる。

　以下では、図５から図７を用いて、本発明に係る実装装置１の仮圧着時におけるＮＣＦを用いたチップ部品Ｄのはんだと回路基板Ｃのパッドとの間隙Ｇの制御について説明する。

　図６に示すように、ＮＣＦは、その温度に応じて粘度が変動する。具体的には、熱硬化性樹脂から構成されるＮＣＦは、ＮＣＦの特性から定まる基準温度Ｔｓ未満の温度域においては硬化することなく、可逆的に温度上昇に伴って粘度が低くなる性質を示す。一方、ＮＣＦは、基準温度Ｔｓ以上の温度域においては硬化し、不可逆的に温度上昇に伴って粘度が高くなる性質を示す。

　図５と図６とに示すように、実装装置１は、仮圧着工程において、仮圧着装置２の仮圧着アタッチメントに吸着保持したチップ部品Ｄを仮圧着用ヒーター８によって所定の仮圧着温度Ｔｔまで加熱する。これに伴って、チップ部品ＤのはんだＤａを覆うように貼り付けられているＮＣＦ（図７参照）は、加熱されたチップ部品Ｄの熱が伝わりチップ部品Ｄと略同一の仮圧着温度Ｔｔに加熱される。ここで、仮圧着温度Ｔｔは、基準温度Ｔｓよりも低く設定されている。すなわち、実装装置１は、ＮＣＦが硬化しない温度域においてＮＣＦが所定の粘度になるように仮圧着用ヒーター８の温度を制御している。

　図７（ａ）に示すように、実装装置１は、仮圧着温度Ｔｔに加熱されたチップ部品Ｄを仮圧着用ユニット６によって回路基板Ｃに向かってＺ軸方向に移動させる。図７（ｂ）に示すように、回路基板Ｃに向かって移動されたチップ部品Ｄは、はんだＤａを覆うように貼り付けられているＮＣＦが回路基板Ｃ上のパッドＣａに接触する。チップ部品Ｄは、ＮＣＦがパッドＣａに接触したことで仮圧着用ユニット６から仮圧着荷重ＦｔがＺ軸方向に加わる。

　チップ部品Ｄは、仮圧着用ヒーター８によって加熱されることでチップ部品ＤのはんだＤａとの間に挟まれたＮＣＦが所定の粘度になり、仮圧着用ユニット６によって回路基板Ｃに向かって加圧されることでＮＣＦが仮圧着荷重Ｆｔにより変形していく。この際、チップ部品Ｄには、仮圧着荷重Ｆｔに対してＮＣＦの粘性抵抗による反力が生じる。チップ部品Ｄに生じるＮＣＦの粘性抵抗による反力は、回路基板Ｃとチップ部品Ｄとにはさみ込まれたＮＣＦの変形量に応じて増加する。このため、仮圧着荷重Ｆｔで加圧されているチップ部品Ｄは、仮圧着荷重Ｆｔにつり合う粘性抵抗による反力が生じるＮＣＦの変形量に到達するとＺ軸方向の位置が定まる。

　すなわち、仮圧着工程におけるチップ部品ＤのＺ軸方向の位置は、仮圧着荷重ＦｔとＮＣＦの粘度とによって定まる。従って、実装装置１は、仮圧着装置２において、仮圧着用ユニット６による仮圧着荷重ＦｔとＮＣＦの粘度を設定するための仮圧着用ヒーター８の温度とによって回路基板ＣのパッドＣａとチップ部品ＤのはんだＤａとの間隙Ｇを任意の所定範囲Ｇｔ内に設定することができる。

　以下では、図８を用いて、本発明に係る実装装置１の本圧着時におけるＮＣＦを用いたチップ部品ＤのＺ軸方向の位置のばらつきを吸収する構成について説明する。

　図８（ａ）に示すように、実装装置１は、本圧着工程において、仮固定されたチップ部品Ｄに本圧着用ユニット１６によって本圧着用アタッチメント１９を当接させる。チップ部品Ｄは、本圧着用ヒーター１８によって本圧着用アタッチメント１９を介して所定の本圧着温度Ｔｐまで加熱される。これに伴って、チップ部品Ｄに貼り付けられているＮＣＦとはんだＤａとは、加熱されたチップ部品Ｄの熱が伝わりチップ部品Ｄと略同一の本圧着温度Ｔｐに加熱される。ここで、本圧着温度Ｔｐは、基準温度Ｔｓ以上かつはんだの融点以上の一定範囲内に設定されている（図６参照）。すなわち、実装装置１は、ＮＣＦが硬化する温度域であってＮＣＦが所定の本圧粘度（硬度）になるとともに、はんだが溶融するように本圧着用ヒーター１８の温度を制御している。

　実装装置１は、本圧着温度Ｔｐに加熱されたチップ部品Ｄを本圧着用ユニット１６によってＺ軸方向に本圧加重Ｆｐで加圧する。チップ部品Ｄは、本圧着用ユニット１６によって回路基板Ｃに向かって加圧されることで、はんだと回路基板Ｃのパッドとの間隙Ｇをなくすように近接する。この際、チップ部品ＤのＮＣＦは、基準温度Ｔｓ以上に加熱されているため硬化が始まる。

　実装装置１は、仮圧着工程において回路基板ＣのパッドＣａとチップ部品ＤのはんだＤａとの間隙Ｇが所定範囲Ｇｔ内収まるようにしてチップ部品Ｄが仮固定されている（図７（ｃ）参照）。これにより、実装装置１は、本圧着工程においてチップ部品ＤのＮＣＦが完全に硬化するまでに回路基板ＣのパッドＣａとチップ部品ＤのはんだＤａとを接触させることができる。つまり、実装装置１は、ＮＣＦの硬化による回路基板Ｃとチップ部品Ｄとの接合不良を抑制することができる。また、実装装置１は、仮圧着工程においてパッドＣａとはんだＤａとの間隙Ｇを十分に小さい所定範囲Ｇｔ内に設定することで、本圧着工程での回路基板Ｃとチップ部品Ｄとのずれによる接合不良の発生を抑制することができる。

　さらに、実装装置１は、本圧着工程において、回路基板Ｃに仮固定された複数のチップ部品ＤのＺ軸方向の位置のばらつきが本圧着アタッチメントのゴム部材１９ａで吸収する。このため、本圧着用ヘッド１７に同時に加圧される複数のチップ部品Ｄのうち、回路基板ＣのパッドＣａとはんだＤａとの間隙Ｇが他のチップ部品Ｄのそれと比べて大きいチップ部品Ｄは、他のチップ部品Ｄに加わる荷重Ｆｐ１よりも大きい荷重Ｆｐ２で加圧される。しかし、図８（ｂ）に示すように、一のチップ部品Ｄは、ＮＣＦが硬化することにより荷重Ｆｐ２をはんだＤａと硬化を開始したＮＣＦとで分散して受けとめるため、加圧によりはんだＤａが潰れ過ぎることがない。

　以下では、図９から図１１を用いて、本発明に係る実装装置１の制御態様について具体的に説明する。なお、以下の制御態様において、仮圧着用ヒーター８は、チップ部品Ｄを仮圧着温度Ｔｔに加熱するために必要な温度に予め維持され、本圧着用ヒーター１８は、チップ部品Ｄを本圧着温度Ｔｐに加熱するために必要な温度に予め維持されているものとする。

　図９に示すように、ステップＳ１００において、制御装置２２は、仮圧着工程制御Ａを開始し、ステップをステップ１１０に移行させる（図１０参照）。そして、仮圧着工程制御Ａが終了するとステップをステップＳ２００に移行させる。

　ステップＳ２００において、制御装置２２は、取得した同時に本圧着されるｎ個のチップ部品を回路基板Ｃに仮固定した際の距離Ｌ（１）からＬ（ｎ）のうち、最大である距離Ｌｍａｘと最小であるＬｍｉｎとの差（仮固定時のチップ部品ＤのＺ軸方向ばらつき）が基準範囲Ｌｓ以下か否か判断する。
　その結果、仮固定されたｎ個のチップ部品ＤのＺ軸方向ばらつきが基準範囲Ｌｓ以下であると判定した場合、制御装置２２はステップをステップＳ３００に移行させる。
　一方、仮固定されたｎ個のチップ部品ＤのＺ軸方向ばらつきが基準範囲Ｌｓ以下でないと判定した場合、すなわち、仮固定不良と判定した場合、制御装置２２はステップを終了する。

　ステップＳ３００において、制御装置２２は、本圧着工程制御Ｂを開始し、ステップをステップＳ３１０に移行させる（図１１参照）。そして、本圧着工程制御Ｂが終了するとステップを終了する。

　図１０に示すように、ステップＳ１１０において、制御装置２２は、搬送装置２１によって図示しない上流工程から搬送された回路基板Ｃを仮圧着用ステージ４の吸着テーブル４ｂによって吸着保持し、ステップをステップＳ１２０に移行させる。

　ステップＳ１２０において、制御装置２２は、チップ部品Ｄを仮圧着用ヘッド７の仮圧着用アタッチメント９によって吸着保持し、ステップをステップＳ１３０に移行させる。　

　ステップＳ１３０において、制御装置２２は、仮圧着用画像認識装置１１によって仮圧着用ヘッド７の仮圧着用アタッチメント９に吸着保持されているチップ部品Ｄの位置合わせマークと仮圧着用ステージ４に吸着保持されている回路基板Ｃの位置合わせマークとの画像情報を取得し、ステップをステップＳ１４０に移行させる。

　ステップＳ１４０において、制御装置２２は、取得した回路基板Ｃとチップ部品Ｄとの画像情報に基づいて、回路基板Ｃとチップ部品Ｄとの位置合わせのための仮圧着用ステージ４のＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向の座標位置を算出するとともに、仮圧着用ステージ４の吸着テーブル４ｂを駆動ユニット４ａによって移動させ、ステップをステップＳ１５０に移行させる。

　ステップＳ１５０において、制御装置２２は、仮圧着用アタッチメント９に吸着保持させているチップ部品Ｄを仮圧着用ステージ４に吸着保持されている回路基板Ｃに仮圧着用ユニット６によって仮圧着荷重Ｆｔで所定時間加圧して仮固定し、ステップをステップＳ１６０に移行させる。

　ステップＳ１６０において、制御装置２２は、変位センサ１０によって回路基板Ｃに仮固定されたチップ部品Ｄ（仮圧着用ヘッド７）のＺ軸方向の距離Ｌ（ｎ）を取得し、ステップをステップＳ１７０に移行させる。

　ステップＳ１７０において、制御装置２２は、仮圧着用ユニット６によるチップ部品Ｄの回路基板Ｃへの仮固定が全て終了したか否か判断する。
　その結果、仮圧着用ユニット６によるチップ部品Ｄの回路基板Ｃへの仮固定が全て終了したと判定した場合、制御装置２２は仮圧着工程制御Ａを終了してステップをステップＳ２００に移行させる（図９参照）。
　一方、仮圧着用ユニット６によるチップ部品Ｄの回路基板Ｃへの仮固定が全て終了していないと判定した場合、制御装置２２はステップをステップＳ１２０に移行させる。

　図１１に示すように、ステップＳ３１０において、制御装置２２は、搬送装置２１によって仮圧着用ステージ４から搬送された回路基板Ｃを本圧着用ステージ１４の吸着テーブルによって吸着保持し、ステップをステップＳ３２０に移行させる。

　ステップＳ３２０において、制御装置２２は、本圧着用画像認識装置２０によって本圧着用ステージ１４に吸着保持されている回路基板Ｃの位置合わせマークの画像情報を取得し、ステップをステップＳ３３０に移行させる。

　ステップＳ３３０において、制御装置２２は、回路基板Ｃの画像情報に基づいて、回路基板Ｃの位置合わせのための本圧着用ステージ１４のＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向の座標位置を算出するとともに、本圧着用ステージ１４の吸着テーブル１４ｂを駆動ユニット１４ａによって移動させ、ステップをステップＳ３４０に移行させる。

　ステップＳ３４０において、制御装置２２は、回路基板Ｃに仮固定されている複数のチップ部品Ｄを本圧着用ユニット１６によって本圧着荷重Ｆｐで所定時間加圧して固定し、ステップをステップＳ３５０に移行させる。

　ステップＳ３５０において、制御装置２２は、本圧着用ユニット１６によるチップ部品Ｄの回路基板Ｃへの固定が全て終了したか否か判断する。
　その結果、本圧着用ユニット１６によるチップ部品Ｄの回路基板Ｃへの固定が全て終了したと判定した場合、制御装置２２は本圧着工程制御Ｂを終了してステップを終了する。　一方、本圧着用ユニット１６によるチップ部品Ｄの回路基板Ｃへの固定が全て終了していないと判定した場合、制御装置２２はステップをステップＳ３２０に移行させる。

　このような製造方法でチップ部品を実装することで、仮圧着工程において、はんだＤａへのフィラー等の食い込み、およびパッドＣａとはんだＤａとが接触する前のＮＣＦの硬化が防止される。また、本圧着工程において、熱硬化により粘度が増大したＮＣＦによって荷重の増加分が分担されることで本圧着荷重Ｆｐに対するチップ部品Ｄのマージンが増大する。さらに、変位センサ１０によって測定することによりチップ部品ＤのＺ軸方向の仮固定位置のばらつきが確認される。これにより、本圧着時におけるパッドＣａとはんだＤａとの間の位置ずれおよび接合不良の発生を抑制することができる。

　次に、図１２を用いて、本発明に係る実装装置１を用いて積層実装を行う実施形態について説明する。なお、以下の実施形態において、既に説明した実施形態と同様の点に関してはその具体的説明を省略し、相違する部分を中心に説明する。

　図１２（ａ）に示すように、積層実装とは、回路基板Ｃ上にチップ部品Ｄを複数重ねて実装することを言う。積層実装に用いられるチップ部品Ｄは、貫通電極Ｄｂが形成され、貫通電極の一方または両方の端部にはんだＤａが設けられている。さらに、チップ部品ＤのはんだＤａを覆うようにＮＣＦが貼り付けられている。

　実装装置１は、仮圧着工程において、位置決めされた回路基板Ｃ上に第１チップ部品Ｄ１を仮固定する。さらに、実装装置１は、第１チップ部品Ｄ１上に第２チップ部品Ｄ２を積層させ仮固定し、第２チップ部品Ｄ２上に第３チップ部品Ｄ３を積層させて仮固定する。このようにして、実装装置１は、仮圧着工程において、複数のチップ部品Ｄ（ｎ）を回路基板Ｃ上に積層して仮固定する。

　実装装置１は、仮圧着用画像認識装置１１によって回路基板Ｃ上に仮固定された第（ｎ－１）チップ部品Ｄ（ｎ－１）の位置合わせマークと仮圧着用アタッチメント９に吸着保持されている第ｎチップ部品Ｄ（ｎ）の位置合わせマークとの画像情報を取得するとともに第（ｎ－１）チップ部品Ｄ（ｎ－１）のはんだＤａまたは貫通電極Ｄｂと第ｎチップ部品Ｄ（ｎ）のはんだＤａまたは貫通電極Ｄｂとが重複するように回路基板Ｃ（第（ｎ－１）チップ部品Ｄ（ｎ－１））のＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向の位置合わせを行う。そして、実装装置１は、第ｎチップ部品Ｄ（ｎ）を仮圧着用ユニット６によって仮圧着荷重Ｆｔで加圧する。このようにして、実装装置１は、仮圧着装置２において、回路基板Ｃ上に第１チップ部品Ｄ１から第ｎチップ部品Ｄ（ｎ）を積層させて仮固定する。

　次に、図１２（ｂ）に示すように、実装装置１は、本圧着工程において、位置決めされた回路基板Ｃ上に積層して仮固定された第１チップ部品Ｄ１から第ｎチップ部品Ｄ（ｎ）を固定する。

　実装装置１は、本圧着用画像認識装置２０によって回路基板Ｃの位置合わせマークの画像情報を取得するとともに本圧着用ヘッド１７の本圧着用アタッチメント１９と積層された第１チップ部品Ｄ１から第ｎチップ部品Ｄ（ｎ）とが重複するように回路基板ＣのＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向の位置合わせを行う。そして、実装装置１は、積層された第１チップ部品Ｄ１から第ｎチップ部品Ｄ（ｎ）を同時に本圧着用ユニット１６によって本圧着荷重Ｆｐで加圧する。このようにして、実装装置１は、本圧着装置１２において、回路基板Ｃ上に積層して仮固定されている第１チップ部品Ｄ１から第ｎチップ部品Ｄ（ｎ）を同時に固定して積層実装する。

　このように回路基板ＣのパッドＣａとチップ部品ＤのはんだＤａとの間隙Ｇだけでなく、チップ部品Ｄ同士のはんだＤａと貫通電極Ｄｂとの間隙Ｇを制御しながら第１チップ部品Ｄ１から第ｎチップ部品Ｄ（ｎ）を積層して仮固定することで、積層された第１チップ部品Ｄ１から第ｎチップ部品Ｄ（ｎ）を同時に本圧着してもチップ部品Ｄ同士のはんだＤａと貫通電極Ｄｂとの間の位置ずれおよび接合不良の発生を抑制することができる。

　なお、本実施形態においては、仮圧着装置２における仮圧着用ヒーター８の仮圧着温度Ｔｔは一定値となるよう制御されているが、チップ部品Ｄの加圧前に仮圧着用ヒーター８の温度を上昇させてＮＣＦの粘度を変化させる構成としてもよい。また、本圧着装置１２には位置情報取得用の本圧着用画像認識装置２０を有しているが、回路基板Ｃ上のチップサイズよりも大きな本圧着用アタッチメント１９を用いることにより本圧着用画像認識装置２０を用いた位置合わせの必要がない構成とすることもできる。本実施形態では本圧着用ステージ１４による移動機構を有しているが、これに限定されない。

　　　１　　実装装置
　　　２　　仮圧着装置
　　　７　　仮圧着用ヘッド
　　　Ｃ　　回路基板
　　　Ｃａ　パッド
　　　Ｄ　　チップ部品
　　　Ｄａ　はんだ
　ＮＣＦ　　接着剤
　　　Ｇ　　間隙

Claims (7)

1. 　チップ部品を接着剤によって回路基板の所定位置に仮固定する仮圧着用ヘッドを備える実装装置において、
   　回路基板とチップ部品との間に配置された接着剤を所定の粘度になるように加熱するとともに、回路基板のパッドとチップ部品のはんだとの間隙がゼロよりも大きい所定範囲内に収まるように仮圧着用ヘッドがチップ部品を所定の仮圧着荷重で回路基板に向かって加圧する実装装置。
2. 　前記接着剤が熱硬化性樹脂から構成され、
   　前記回路基板に仮固定された前記チップ部品を加圧して回路基板に固定する本圧着用ヘッドを更に備え、
   　本圧着用ヘッドが接着剤とチップ部品のはんだとを接着剤の硬化温度以上かつはんだの融点以上に加熱するとともに、チップ部品のはんだと回路基板のパッドとが接触するように本圧着用ヘッドがチップ部品を所定の本圧着荷重で回路基板に向かって加圧する請求項１に記載の実装装置。
3. 　前記本圧着用ヘッドの加圧時における平均温度が、前記接着剤の硬化温度以上かつはんだの融点以上の温度を一定範囲内で維持される請求項２に記載の実装装置。
4. 　前記仮圧着荷重で加圧後に任意の基準位置から前記仮圧着用ヘッドまでの加圧方向における距離を測定する距離測定手段を備え、前記回路基板に仮固定された前記チップ部品を加圧して回路基板に固定する本圧着用ヘッドによって同時に加圧されるチップ部品において測定した距離のばらつきが所定範囲外である場合、仮固定不良であると判定する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の実装装置。
5. 　前記チップ部品が貫通電極を有するチップ部品から構成され、
   　チップ部品同士を貫通電極が重複するように積層させて前記仮圧着用ヘッドで仮固定し、複数の積層されたチップ部品を前記本圧着用ヘッドで同時に加圧する請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の実装装置。
6. 　前記接着剤が非導電性フィルムから構成される請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の実装装置。
7. 　回路基板とチプ部品との間に配置された接着剤が所定の粘度になるように加熱するとともに、回路基板のパッドとチップ部品のはんだとの間隙がゼロよりも大きい所定の範囲内に収まるようにチップ部品を所定の仮圧着荷重で回路基板に向かって加圧する仮圧着工程と、
   　接着剤とチップ部品のはんだとを接着剤の硬化温度以上かつはんだの融点以上に加熱するとともに、回路基板のパッドにチップ部品のはんだが接触するようにチップ部品を所定の本圧着荷重で回路基板に向かって加圧する本圧着工程と、
   　を含むチップ部品の実装方法。

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