WO2017187721A1 - 加圧装置および加圧方法 - Google Patents

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lower mold
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隆博 森
聡 井出迫
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日機装株式会社
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    • H01L2224/83101—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector the layer connector being supplied to the parts to be connected in the bonding apparatus as prepeg comprising a layer connector, e.g. provided in an insulating plate member

Definitions

  • the present invention relates to a pressurizing apparatus and a pressurizing method for pressurizing and heating a workpiece with a plurality of pressurizing dies.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose an apparatus that sandwiches and pressurizes a workpiece between a lower mold and an upper mold and heats the workpiece with a heater built in the mold.
  • a pressure device After pressurization and heating of the workpiece are completed, the workpiece is cooled while maintaining the pressurized state.
  • the mold is separated from the workpiece and the workpiece is taken out.
  • JP 2004-296746 A Japanese Patent Laid-Open No. 2007-896
  • a heater and a refrigerant flow path are provided inside the mold, and the mold is heated or cooled according to the progress of processing. It was. However, in such a configuration, it takes time to raise the mold once cooled to a predetermined temperature, or to lower the mold once heated to a predetermined temperature, leading to an increase in the processing time of the workpiece. It was. In addition, when trying to quickly heat the mold using a heater, the mold temperature is likely to overshoot that temporarily exceeds the set temperature, and there is a risk that unexpected high heat will be added to the workpiece. .
  • an object of the present invention is to provide a pressurizing apparatus and a pressurizing method that can more appropriately control the temperature of the workpiece in a shorter time.
  • the pressurizing apparatus of the present invention includes a mounting table on which a workpiece is mounted, an upper mold that pressurizes the workpiece mounted on the mounting table from above, and a lower mold that is heated in advance by a heating unit. And a lower mold for heating that pressurizes the workpiece while sandwiching the mounting table together with the upper mold, and a lower mold that is cooled in advance by a cooling means, the upper mold And a cooling lower mold that cools the work piece while pressurizing it by sandwiching the mounting table, and a control device that controls the driving of the mold, and the progress of the pressure treatment of the work piece And a control device that switches a lower mold that contributes to pressurization of the workpiece to a lower mold for heating or a lower mold for cooling.
  • the intermediate pad further includes an interposition pad interposed between the upper mold and the workpiece, and the interposition pad is flexibly deformed according to the shape of the workpiece, and the flexible A heat insulating layer interposed between the layer and the workpiece to insulate between the workpiece and the flexible layer.
  • the lower mold for heating heats the workpiece to a temperature higher than the heat resistant temperature of the flexible layer.
  • control device causes the intermediate pad to contact the workpiece, holds the workpiece with the intermediate pad, and then heats and pressurizes the workpiece with the lower heating mold. It is desirable to let
  • the side mold is further disposed around the upper mold and is in close contact with the mounting table, thereby forming a sealed space around the workpiece together with the upper mold and the mounting table, A suction device that sucks air in a sealed space and places a vacuum around the workpiece, and the control device sets the side mold to the mounting table prior to pressurization of the workpiece. It is preferable that the sealed space is formed by contacting the closed space and the suction device is driven to bring the sealed space into a vacuum state.
  • a pressurizing method for pressurizing and heating a workpiece mounted on a mounting table wherein an upper mold and a heating lower mold heated in advance by a heating means are provided.
  • the present invention in order to switch the lower mold that contributes to pressurization of the workpiece to the pre-heated lower mold or the pre-cooled cooling lower mold according to the progress of the pressurizing process, the time required for heating and cooling can be greatly reduced, and the temperature of the workpiece can be controlled appropriately.
  • the workpiece 100 in this embodiment includes a plurality of electronic components 112 that are bonded using a thermosetting adhesive.
  • the workpiece 100 includes a substrate 110, an electronic component 112 such as a circuit element disposed on the substrate 110, and a sheet-like sheet interposed between the substrate 110 and the electronic component 112.
  • Wiring 111 is formed in a predetermined pattern on the surface of the substrate 110.
  • the adhesive 114 is made of a thermosetting adhesive and is disposed between the electronic component 112 and the substrate 110.
  • the adhesive 114 is in the form of a sheet having a predetermined shape in the initial stage before the start of pressing and heating.
  • the adhesive 114 softens and has fluidity when it exceeds a predetermined glass transition temperature Tg, and then irreversibly cures when the temperature further rises and exceeds a predetermined curing temperature Tc.
  • the workpiece 100 When joining the electronic component 112 to the substrate 110, the workpiece 100 is sandwiched between the upper mold and the lower mold and pressurized and heated. By heating, the adhesive 114 exceeds the glass transition temperature Tg and softens. Further, when the heating is continued, the adhesive 114 reaches the curing temperature Tc and is cured. By continuing to pressurize the workpiece 100 during the period from when the adhesive 114 is softened until it hardens, the portion of the adhesive 114 sandwiched between the wiring 111 and the bump 113 is compressed, and the bump 113 and the wiring 111 are compressed. Is in a conductive state.
  • the interposer pad 24 is provided in the upper mold 20 in this embodiment.
  • the intervening pad 24 has the flexibility to be deformed according to the shape of the workpiece 100.
  • the intervening pad 24 wraps around the electronic component 112 and the adhesive 114 as shown in FIG. Then, the pressing force from the upper mold 20 is transmitted not only above the electronic component 112 and the adhesive 114 but also to the side via the interposing pad 24.
  • the workpiece 100 is cooled while maintaining the pressurized state of the workpiece 100 in order to prevent the workpiece 100 from warping due to the difference in thermal expansion between the front and back surfaces. And if the temperature of the to-be-processed object 100 falls to the temperature which can be taken out, pressurization will be cancelled
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the pressurizing apparatus 10 according to the present embodiment.
  • the pressurizing device 10 includes a mounting table 12 on which the workpiece 100 is mounted, an upper unit 14 disposed on the upper side of the mounting table 12, and a lower unit 16 disposed on the lower side of the mounting table 12. And a control unit 18 that controls these drivings.
  • the mounting table 12 is a table on which the workpiece 100 is mounted.
  • the configuration of the mounting table 12 is not particularly limited as long as it can withstand the pressure applied from the upper unit 14 and the lower unit 16 and the heat applied from the heating lower mold 50 described later.
  • the mounting table 12 be made of a highly heat-conductive material through which heat from the heating lower mold 50 can be quickly transmitted.
  • the highly heat conductive material include copper (400 W / mK) and an alloy containing copper, such as STC (registered trademark, 630 W / mK) manufactured by Moriya Knife Laboratory Co., Ltd., and Thermographics Co., Ltd. Comporoid (trade name, 1700 W / mK) or the like can be used.
  • the workpiece 100 is in a vacuum state.
  • the mounting table 12 desirably has a strength sufficient to withstand the thrust by the vacuum, and desirably has a thickness of 5 mm or more, more desirably 8 mm or more, and more desirably 10 mm or more.
  • the thickness is excessively large, the volume of the mounting table 12 and thus the heat capacity increases, so the amount of heat required for heating and the amount of cooling heat required for cooling increase, and the time required for heating and cooling increases. Therefore, it is desirable that the mounting table 12 has a thickness that can provide a strength sufficient to withstand thrust by vacuum while suppressing the heat capacity, for example, about 10 mm to 20 mm.
  • the upper unit 14 is arranged on the upper side of the mounting table 12, and includes a base member 22, an upper mold 20 that pressurizes the workpiece 100, and an interposition pad 24 that is interposed between the upper mold 20 and the workpiece 100.
  • a frame body 26 that supports the intervening pad 24 and a side mold 28 that forms a sealed space by being in close contact with the mounting table 12 are provided.
  • the base member 22 can be moved up and down by a lifting mechanism (not shown), and the upper mold 20, the side mold 28, and the frame body 26 are moved up and down as the base member 22 moves up and down.
  • the elevation of the base member 22 is controlled by the control unit 18.
  • the upper mold 20 is a mold for pressurizing the workpiece 100 from above, and is disposed immediately above the workpiece 100.
  • the upper mold 20 is fixed to the base member 22 and moves up and down in conjunction with the base member 22.
  • a cooling device (not shown) circulates the refrigerant so as to pass through the refrigerant flow path 30a.
  • the cooling device supplies the refrigerant to the refrigerant flow path 30a.
  • the refrigerant absorbs heat from the upper mold 20 and rises in temperature.
  • the cooling device collects and cools the refrigerant released from the refrigerant flow path 30a, and then sends the cooled refrigerant to the refrigerant flow path 30a again.
  • the upper die 20 is not provided with a heating means, and the upper die 20 is only heated and not cooled.
  • a frame body 26 that supports the intervening pad 24 is provided around the upper mold 20.
  • the frame body 26 is attached to the base member 22 via a spring member 32 so that it can move up and down slightly with respect to the upper mold 20.
  • the interposition pad 24 is an elastic body interposed between the workpiece 100 and the upper mold 20, and a flexible layer 34 that flexibly deforms according to the shape of the workpiece 100, and the flexible layer 34 and the workpiece 100. And a heat insulating layer 36 interposed therebetween.
  • the flexible layer 34 is for uniformly transmitting the pressure of the upper mold 20 and is made of a flexible material such as rubber.
  • the flexible layer 34 may have a single layer structure or a plurality of structures.
  • the flexible layer 34 includes a fluid flexible layer made of a material having high fluidity and a low rebound resilience, and a porous flexible layer made of a porous material such as silicon sponge or fluorine sponge.
  • a layer structure may be used.
  • the material of the fluid flexible layer include, for example, Geltech Co., Ltd., high damping heat conductive gel sheet “ ⁇ GEL (trademark)”, Riken Technos Co., Ltd., thermoplastic elastomer, Kinugawa Rubber Industrial Co., Ltd. “French (trade name)” or the like can be used.
  • the heat insulating layer 36 is a layer interposed between the workpiece 100 and the flexible layer 34 and inhibits heat from the workpiece 100 from being transferred to the flexible layer 34.
  • the heat insulating layer 36 is made of a fiber material made of a material having low thermal conductivity such as glass wool, ceramic wool, heat resistant felt, or the like.
  • the heat insulation layer 36 is desirably thick in order to ensure heat insulation.
  • the thickness of the heat insulating layer 36 is a thickness that can achieve both appropriate heat insulating properties and flexibility, for example, about 2 mm to 10 mm, preferably about 3 mm to 6 mm.
  • the intermediate sheet 38 is a thin sheet-like member having flexibility, and is made of, for example, a fluorine resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyimide, or the like. In principle, the intermediate sheet 38 is discarded and replaced every time it is used once to several times.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the side mold 28 is arranged around the upper mold 20 and is attached to the base member 22 via the air cylinder 40.
  • the side mold 28 is in close contact with the upper surface of the mounting table 12, thereby forming a sealed space surrounded by the side mold 28, the mounting table 12, the upper mold 20, and the frame body 26.
  • a seal member 28 a is provided on the bottom surface of the side mold 28.
  • the side mold 28 can be moved up and down with respect to the upper mold 20 by driving the air cylinder 40.
  • a refrigerant flow path 30b through which a refrigerant flows is also formed inside the side mold 28, and the side mold 28 is cooled by circulating the refrigerant so that the cooling device passes through the refrigerant flow path 30b.
  • the side mold 28 is further formed with a suction hole 42 penetrating in the horizontal direction.
  • the suction hole 42 communicates with the suction pump 44.
  • the suction pump 44 When the suction pump 44 is driven in a state where the side mold 28 is in close contact with the mounting table 12 to form a sealed space, the air in the sealed space is sucked and the sealed space is in a vacuum state.
  • the driving of the suction pump 44 and the air cylinder 40 is controlled by the control unit 18.
  • the side mold 28 is attached to the base member 22 via the air cylinder 40, but other configurations may be used as long as the elevation of the side mold 28 relative to the upper mold 20 can be prohibited or permitted.
  • a hydraulic cylinder or an electric cylinder may be used instead of the air cylinder 40.
  • the lower unit 16 includes a lower mold 50 for heating, a lower mold 52 for cooling, and a switching mechanism (not shown).
  • the switching mechanism is a mechanism for selectively using the lower heating mold 50 and the lower cooling mold 52 by inserting the lower cooling mold 52 above the lower heating mold 50.
  • the lower heating mold 50 is a mold for heating and pressurizing the workpiece 100, and a heater 54 functioning as a heating means is provided therein.
  • the heater 54 is not particularly limited as long as it can heat the lower mold 50 for heating to a predetermined processing temperature Tp and can withstand a prescribed press load Pp.
  • the heater 54 a cartridge heater is used in which a heating wire (nichrome wire) wound around a rod-shaped ceramic is inserted into a heat-resistant pipe to form a cartridge.
  • the control unit 18 controls driving of the heater 54 to maintain the lower heating mold 50 at a predetermined processing temperature Tp.
  • the processing temperature Tp is a temperature at which the workpiece 100, in particular, the thermosetting adhesive 114 constituting a part of the workpiece 100 can be heated to a temperature higher than the curing temperature Tc of the adhesive 114. It is.
  • the curing temperature Tc is 150 to 200 degrees
  • the processing temperature Tp is set to a temperature sufficiently higher than the curing temperature Tc, for example, 300 degrees.
  • a first heat insulating member 56 is provided around the lower die 50 for heating, and the heat of the heater 54 is prevented from leaking to the side. Moreover, the 2nd heat insulation member 58 is provided in the lower part of the heater 54, and it is prevented that the heat of the heater 54 leaks below.
  • the lower die 50 for heating is partitioned up and down by the second heat insulating member 58, and a refrigerant flow path 30 d through which a refrigerant flows is formed below the second heat insulating member 58. The refrigerant is circulated by the cooling device so as to pass through the refrigerant flow path 30d.
  • the cooling lower mold 52 is a mold for pressurizing while cooling the workpiece 100, and a refrigerant flow path 30e through which a refrigerant flows is formed therein.
  • the refrigerant is circulated by the cooling device so as to pass through the refrigerant flow path 30e.
  • a heat insulating member 60 is provided on the bottom surface of the cooling lower mold 52. By providing the heat insulating member 60, heat transfer from the lower heating mold 50 is prevented when the lower cooling mold 52 is disposed directly above the lower heating mold 50.
  • the switching mechanism moves the cooling lower mold 52 according to the progress of processing.
  • the switching mechanism has a horizontal movement mechanism that horizontally moves the cooling lower mold 52.
  • the horizontal movement mechanism moves the cooling lower mold 52 between a position directly above the lower heating mold 50 and a position shifted in the horizontal direction from the lower heating mold 50.
  • the pressurizing device 10 is provided with an elevating mechanism for elevating and lowering the upper unit 14.
  • the upper unit 14 is lowered toward the lower unit 16, and the mounting table 12 is heated by the lower die 50 for heating or for heating.
  • the workpiece 100 is pressed against the lower mold 52 for cooling located on the lower mold 50.
  • the lower unit 52 is lowered while the cooling lower die 52 is positioned on the heating lower die 50, so that the workpiece 100 can be pressurized while being cooled, and the lower heating die
  • the upper unit 14 is moved up and down by the lifting mechanism to control the execution / release of pressurization, and the cooling lower mold 52 is moved horizontally by the horizontal mechanism.
  • the lower mold contributing to the pressure can be switched to the lower mold 50 for heating or the lower mold 52 for cooling.
  • the driving of the elevating mechanism and the horizontal mechanism is controlled by the control unit 18.
  • the heating lower mold 50 is heated in advance by the heater 54 and heated to a predetermined processing temperature Tp. Further, the upper mold 20, the side mold 28, and the cooling lower mold 52 are cooled using a refrigerant, and are sufficiently lower than the glass transition temperature Tg of the adhesive 114 provided on the workpiece 100. For example, it is kept at room temperature.
  • the control unit 18 first lowers the upper unit 14 or places the mounting table 12 as shown in FIG. 3. And the bottom surface of the side mold 28 is brought into close contact with the mounting table 12. At this time, the control unit 18 applies air pressure to the air cylinder 40 and extends it so that the upper mold 20 and the interposition pad 24 do not contact the workpiece 100, and the side mold 28 is positioned below the upper mold 20 and the like. Leave it protruding. At this time, the lower heating mold 50 and the lower cooling mold 52 are both separated from the mounting table 12. Accordingly, in this state, no pressure is applied to the workpiece 100.
  • the control unit 18 releases the pressure of the air cylinder 40 and allows the air cylinder 40 to contract.
  • the air cylinder 40 can be contracted, the upper mold 20 and the side mold 28 are relatively moved toward the mounting table 12 by the vacuum pressure (due to a pressure difference between the sealed space and the external space).
  • the interposing pad 24 comes into contact with the workpiece 100, and the workpiece 100 is pre-pressurized with a load Pb corresponding to the vacuum pressure.
  • the pre-pressurization load Pb is sufficiently lower than the press load Pp applied by the main pressurization described later.
  • this pre-pressurization is performed in a state where the mounting table 12 and the heating lower mold 50 are separated from each other.
  • the pre-pressurization is performed in a state before the workpiece 100 is not heated and the adhesive 114 is softened.
  • the intervening pad 24 is deformed according to the surface shape of the workpiece 100, wraps around the workpiece 100, particularly around the adhesive 114 before softening, and Hold the workpiece 100.
  • the control unit 18 lowers the upper unit 14 on which the mounting table 12 is vacuum-adsorbed as shown in FIG.
  • the main pressurization for pressing the mounting table 12 from the lower side with the lower die 50 for heating is performed.
  • the workpiece 100 is sandwiched between the upper mold 20 and the heating lower mold 50 and is pressed with a prescribed press load Pp.
  • the lower heating mold 50 is heated in advance to a predetermined processing temperature Tp. The heat of the lower mold 50 for heating is transmitted to the workpiece 100 through the mounting table 12 having excellent heat conductivity.
  • the workpiece 100 is heated to a predetermined processing temperature Tp while being pressed with a predetermined press load Pp.
  • the thermosetting adhesive 114 provided on the workpiece 100 reaches the glass transition temperature Tg and softens, and then reaches the curing temperature Tc and is cured. .
  • the electronic component 112 and the substrate 110 are bonded.
  • the heat of the lower heating mold 50 is also transmitted to the interposing pad 24 via the mounting table 12 and the workpiece 100.
  • the heat insulating layer 36 is provided in the lower part of the intervening pad 24, heat is not easily transmitted to the flexible layer 34, and the flexible layer 34 and the upper mold 20 positioned on the flexible layer 34 may become excessively hot. It is prevented.
  • the control unit 18 raises the upper unit 14 and separates the heating lower mold 50 from the mounting table 12 as shown in FIG. If a sufficient space can be formed between the lower heating mold 50 and the mounting table 12, the control unit 18 places the lower cooling mold 52 between the mounting table 12 and the lower heating mold 50 as shown in FIG. 7. Deploy. In this state, the upper unit 14 is lowered together with the mounting table 12, and the workpiece 100 is pressurized with a prescribed cooling load Pc. At this time, since the cooling lower mold 52 is cooled in advance by the refrigerant, the workpiece 100 can be rapidly cooled.
  • the control unit 18 raises the upper unit 14 together with the mounting table 12 to release the pressure. Further, the control unit 18 applies pressure to the air cylinder 40 to extend the air cylinder 40, thereby raising the upper mold 20 and separating the interposition pad 24 and the workpiece 100. Further, the suction hole 42 is released to the atmosphere, and the sealed space is set to atmospheric pressure. Finally, when the upper unit 14 is further raised and the upper mold 20 unit is separated from the mounting table 12, the mounting table 12 is transported to a predetermined unloading position (not shown).
  • FIG. 8 is a graph showing an example of changes in the pressure of the surrounding environment of the workpiece 100, the temperature of the workpiece 100, and the load applied to the workpiece 100 during execution of the pressurizing process.
  • the pressure in the surrounding environment of the workpiece 100 is the atmospheric pressure Pa at the start of the pressurizing process (time t0).
  • the temperature of the workpiece 100 is normal temperature Tn and the pressing force is zero.
  • the workpiece 100 is pressurized with a predetermined press load Pp at time t4.
  • This press load Pp is large enough to obtain conduction between the bump 113 of the electronic component 112 and the wiring of the substrate 110, and is, for example, 20 tons.
  • the main pressurization is terminated. That is, at time t ⁇ b> 5, the control unit 18 raises the upper unit 14 to release the pressurization of the workpiece 100.
  • the control unit 18 presses and cools the workpiece 100 with the cooling lower mold 52 instead of the heating lower mold 50.
  • the cooling lower mold 52 comes into contact with the mounting table 12 at time t6
  • the temperature of the workpiece 100 is rapidly decreased.
  • the pressing force of the workpiece 100 is also increased, and deformation such as warpage of the workpiece 100 is effectively prevented.
  • the cooling load Pc applied at this time is, for example, about 10 tons.
  • control unit 18 raises the upper unit 14 to release the pressurization of the workpiece 100. After that, the atmospheric pressure is released around the workpiece 100. At time t8, when the periphery of the workpiece 100 returns to the atmospheric pressure, the upper unit 14 is separated from the workpiece 100, and the workpiece 100 is transported to the discharge position together with the mounting table 12.
  • the lower mold that contributes to the pressurization of the workpiece 100 is composed of a heating lower mold 50 preheated and a cooling lower mold 52 cooled in advance. Switching. The reason for this configuration will be described in comparison with the prior art.
  • the workpiece 100 is sandwiched between the upper die 20 and the lower die, and the workpiece 100 is heated or cooled as necessary.
  • both the heating means and the cooling means are provided inside the lower mold, and the lower mold is heated and cooled as necessary.
  • a time for heating the cooled lower mold to the predetermined processing temperature Tp and a time for cooling the heated lower mold to the predetermined cooling temperature are required.
  • the processing time is prolonged.
  • the lower mold in order to withstand a high pressure, the lower mold has to have a large thickness and a large heat capacity. It took time to heat and cool the large lower mold.
  • the time required for heating can be shortened by using a heater having a high heating capacity.
  • a heater is expensive and causes an increase in cost.
  • an overshoot easily exceeding the desired processing temperature Tp is likely to occur in the course of the rise. As a result, the workpiece 100 may be excessively heated although it is temporary.
  • the heating lower mold 50 heated in advance and the cooling lower mold 52 cooled in advance are switched according to the progress of the process.
  • time for heating or cooling the lower mold is unnecessary, and the workpiece 100 can be heated and cooled quickly. That is, as described with reference to FIG. 8, in this embodiment, if the lower heating mold 50 comes into contact with the mounting table 12 (see around time t ⁇ b> 3 in FIG. 8), the workpiece 100 is quickly heated. If the lower die 52 for cooling is brought into contact with the mounting table 12 (see around time t6 in FIG. 8), the temperature of the workpiece 100 is quickly lowered. In other words, according to the present embodiment, time for heating or cooling the lower mold to a desired temperature is not required. As a result, the time required for the pressure treatment can be greatly reduced.
  • the workpiece 100 is heated only from the lower side and is not heated from the upper side.
  • the upper mold 20 is not provided with a heating means. Thereby, the workpiece 100 can be heated to a higher temperature than before without increasing the temperature of the interposing pad 24.
  • the intervening pad 24 interposed between the upper mold 20 and the workpiece 100 is also heated.
  • the intervening pad 24 of the present embodiment has a heat insulating layer 36, but the conventional intervening pad 24 does not have the heat insulating layer 36, and is a flexible layer mainly composed of silicone-based organic matter. It was mainly composed.
  • the heat resistant temperature of the flexible layer 34 is often less than 200 degrees.
  • the curing temperature Tc of the adhesive 114 provided on the workpiece 100 has increased and is often 150 to 300 degrees. That is, in order to cure the adhesive 114 and bond the electronic component 112 to the substrate 110, the workpiece 100 needs to be heated to 150 to 300 degrees.
  • the interposition pad 24 (flexible layer 34) provided between the upper mold 20 and the workpiece 100 is also used. Will be heated. In this case, the interposing pad 24 may exceed the heat resistance temperature and may be damaged. That is, in the conventional pressurizing apparatus 10 in which the heating means is provided in the upper mold 20, the intervening pad 24 may be damaged. Therefore, in the conventional pressure device 10 in which the upper die 20 is provided with heating means, the workpiece 100 cannot be heated to a temperature higher than the heat resistance temperature of the intervening pad 24 (flexible layer 34).
  • the heating means is provided only in the lower mold 50 for heating, and the upper mold 20 is not provided with the heating means. Therefore, the flexible layer 34 having low heat resistance is not heated from the upper mold 20.
  • the heat insulation layer 36 is provided between the flexible layer 34 with low heat resistance, and the workpiece 100 heated to high temperature.
  • the upper mold 20 is maintained at a constant temperature by flowing a refrigerant through the refrigerant flow path 30a. As a result, heat transfer to the flexible layer 34 is effectively prevented, and the temperature rise of the flexible layer 34 and consequently thermal damage can be effectively prevented.
  • the workpiece 100 can be heated to a temperature higher than the heat-resistant temperature of the flexible layer 34, and the range of the workpiece 100 that can be handled is expanded.
  • the surrounding environment of the workpiece is vacuumed prior to heating the workpiece 100.
  • vacuum suction is preferably performed before the adhesive melts, that is, before the adhesive 114 reaches the glass transition temperature Tg.
  • the adhesive 114 is melted and the air cannot be properly vented because the high temperature upper die 20 is close to the workpiece 100 during vacuum suction.
  • heating of the upper mold 20 is stopped at the time of vacuum suction. In this case, however, the upper mold 20 needs to be heated after the vacuum suction, and the time required for processing is reduced. There was a problem of prolonged.
  • pre-pressurization is performed by pressing the workpiece with the upper mold 20 and the intervening pad 24 with a pre-load Pb lower than the press load Pp. ing.
  • pre-pressurizing before heating, the workpiece 100 is held by the interposing pad 24.
  • the conventional pressurizing apparatus 10 pressurizes and heats the workpiece 100 without performing preliminary pressurization. Therefore, the adhesive 114 may reach the glass transition temperature Tg and soften before the workpiece 100 is sufficiently held by the intervening pad 24.
  • the adhesive 114 is softened in a state where it is not held by the intervening pad 24, the electronic component 112 can move relatively freely.
  • the workpiece 100 is pre-pressurized with the unheated upper mold 20 and the intervening pad 24, the workpiece 100 is held by the intervening pad 24, and then the workpiece 100 is heated. Is going. For this reason, even if the adhesive is softened by heating, the movement of the electronic component 112 is restricted, and displacement of the electronic component 112 can be effectively prevented.
  • FIGS. 9 to 12 are diagrams showing the flow of the pressurizing process in the second embodiment.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that both the lower heating mold 50 and the lower cooling mold 52 can move horizontally.
  • FIG. 9 shows the start of the pressurizing process in the second embodiment.
  • the cooling lower mold 52 is located at a position shifted in the horizontal direction with respect to the upper mold 20, and the heating lower mold 50 is located below the upper mold 20.
  • the mounting table 12 on which the workpiece 100 is mounted is conveyed onto the cooling lower mold 52.
  • cooling lower mold 52 since the cooling lower mold 52 is in a position shifted in the horizontal direction from the upper mold 20, a large space can be secured above the cooling lower mold 52, and a space for transporting the mounting table 12 (for example, mounting) A sufficient installation space for the mechanism for transporting the mounting table 12 can be secured.
  • the control unit 18 then moves the heating lower mold 50 to a position shifted in the horizontal direction from the upper mold 20, as shown in FIG. Let At the same time, the control unit 18 horizontally moves the cooling lower mold 52 to a position directly below the upper mold 20. Thereafter, the upper unit 14 is lowered to bring the bottom surface of the side mold 28 into close contact with the upper surface of the mounting table 12. After that, similarly to the first embodiment, after vacuuming the sealed space around the workpiece 100, the workpiece is preliminarily reserved with the preload Pb using the pressure difference between the sealed space and the external space. Pressurize.
  • the control unit 18 again moves the lower cooling mold 52 to a position shifted in the horizontal direction from the upper mold 20 and moves the lower heating mold 50 to a position directly below the upper mold 20.
  • the main pressurization is performed in which the mounting table 12 is pressed by the lower heating mold 50 to heat the workpiece 100 while pressing the workpiece 100 with a predetermined press load Pp.
  • the lower mold 50 for heating and the lower mold 52 for cooling are exchanged, and the workpiece 100 is cooled while being pressurized with the lower mold 52 for cooling.
  • the upper unit 14 When the cooling of the workpiece 100 is completed, the upper unit 14 is raised, the upper unit 14 and the mounting table 12 are separated from each other, and then the cooling lower mold 52 on which the mounting table 12 is mounted is horizontally disposed. Move in the direction. Thereafter, the mounting table 12 is transported to a predetermined discharge position.
  • the lower mold 50 for heating and the lower mold 52 for cooling do not line up and down. , 52 is prevented from transferring heat. As a result, it becomes easy to keep the lower dies 50 and 52 at a specified temperature.
  • the time required for heating and cooling, and hence the time for the pressure treatment can be greatly shortened. Further, since vacuum suction and pre-pressurization are performed before the adhesive 114 is softened, it is possible to more reliably prevent air biting and component displacement.
  • the configuration described so far is an example, and other configurations can be appropriately changed as long as the lower die contributing to pressurization can be switched between the lower die 50 for heating and the lower die 52 for cooling. May be.
  • vacuum suction or preliminary pressurization is performed before the main pressurization, but these may be omitted depending on circumstances.
  • the flexible layer 34 and the heat insulating layer 36 are provided on the intervening pad 24.
  • the heat insulating layer 36 may be omitted as long as the flexible layer 34 can be kept at a heat resistant temperature or lower. Good.
  • the upper unit 14 is moved up and down to switch the execution / release of pressurization.
  • the lower unit 16 is moved up and down to pressurize. Execution / cancellation may be switched. Moreover, you may replace the structure of various drive mechanisms, a cooling means, and a heating means with another well-known structure.

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Abstract

被加工物１００が載置される載置台１２と、前記載置台１２に載置された被加工物１００を上側から加圧する上型２０と、予め加熱手段により加熱されている下型であって、前記上型２０とともに前記載置台１２を挟持することで、前記被加工物１００を加圧しつつ加熱する加熱用下型５０と、予め冷却手段により冷却されている下型であって、前記上型２０とともに前記載置台１２を挟持することで、前記被加工物１００を加圧しつつ冷却する冷却用下型５２と、前記型の駆動を制御する制御装置であって、前記被加工物１００の加圧処理の進行状況に応じて、前記被加工物１００の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に切り替える制御装置１２と、を備える。

Description

加圧装置および加圧方法
　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装置および加圧方法に関する。
　従来から、被加工物を加熱加圧するために、当該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。かかる加圧装置では、被加工物の加圧および加熱が完了した後は、加圧状態を維持したまま被加工物を冷却する。そして、被加工物が所定の温度まで冷却されれば、型を被加工物から離して、被加工物を取り出す。
特開２００４－２９６７４６号公報 特開２００７－８９６号公報
　従来の加圧装置は、被加工物の加熱と冷却を行うために、型の内部にヒータおよび冷媒用流路を設け、加工の進行状況に応じて、型を加熱したり冷却したりしていた。しかし、かかる構成の場合、一度冷却した型を所定の温度まで上昇、または、一度加熱した型を所定の温度まで下降させるための時間が必要であり、被加工物の加工時間の長期化を招いていた。また、ヒータを用いて型を迅速に加熱しようとすると、型の温度が、設定温度を一時的に超過するオーバーシュートが生じやすく、被加工物に想定外の高熱が付加される恐れがあった。
　そこで、本発明では、被加工物の温度をより短時間でより適切にコントロールできる加圧装置および加圧方法を提供することを目的とする。
　本発明の加圧装置は、被加工物が載置される載置台と、前記載置台に載置された被加工物を上側から加圧する上型と、予め加熱手段により加熱されている下型であって、前記上型とともに前記載置台を挟持することで、前記被加工物を加圧しつつ加熱する加熱用下型と、予め冷却手段により冷却されている下型であって、前記上型とともに前記載置台を挟持することで、前記被加工物を加圧しつつ冷却する冷却用下型と、前記型の駆動を制御する制御装置であって、前記被加工物の加圧処理の進行状況に応じて、前記被加工物の加圧に寄与する下型を、加熱用下型または冷却用下型に切り替える制御装置と、を備える、ことを特徴とする。
　好適な態様では、さらに、前記上型と前記被加工物との間に介在する介在パッドを備え、前記介在パッドは、前記被加工物の形状に応じて柔軟に変形する柔軟層と、前記柔軟層と前記被加工物の間に介在して、前記被加工物と前記柔軟層との間を断熱する断熱層と、を含む。
　この場合、前記加熱用下型は、前記被加工物を、前記柔軟層の耐熱温度よりも高い温度に加熱する、ことが望ましい。
　また、この場合、前記制御装置は、前記介在パッドを前記被加工物に接触させて前記介在パッドで前記被加工物をホールドした後に、前記加熱用下型による前記被加工物の加熱および加圧を行わせる、ことが望ましい。
　他の好適な態様では、さらに、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、前記密閉空間内の空気を吸引して、前記被加工物の周囲を真空状態にする吸引装置と、を備え、前記制御装置は、前記被加工物の加圧に先だって、前記サイド型を前記載置台に接触させて前記密閉空間を形成するとともに、前記吸引装置を駆動して前記密閉空間を真空状態にする、ことが望ましい。
　他の本発明である加圧方法では、載置台に載置された被加工物を加圧および加熱する加圧方法であって、上型と、予め加熱手段により加熱された加熱用下型と、で前記被加工物が載置された載置台を挟持して前記被加工物を加圧するとともに、前記加熱用下型からの熱で前記被加工物を加熱する加熱ステップと、上型と、予め冷却手段により冷却された冷却用下型と、で前記載置台を挟持して前記被加工物を加圧するとともに、前記被加工物を冷却する冷却ステップと、を含むことを特徴とする。
　本発明によれば、加圧処理の進行状況に応じて、被加工物の加圧に寄与する下型を、予め加熱された加熱用下型または予め冷却された冷却用下型に切り替えるため、加熱や冷却に要する時間を大幅に低減でき、また、被加工物の温度を適切にコントロールできる。
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、加圧に寄与する下型を、加熱用下型５０と冷却用下型５２とで切り替えられるのであれば、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、本加圧の前に、真空吸引や予備加圧を行っているが、場合によっては、これらは、省略されてもよい。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. 　被加工物が載置される載置台と、
    　前記載置台に載置された被加工物を上側から加圧する上型と、
    　予め加熱手段により加熱されている下型であって、前記上型とともに前記載置台を挟持することで、前記被加工物を加圧しつつ加熱する加熱用下型と、
    　予め冷却手段により冷却されている下型であって、前記上型とともに前記載置台を挟持することで、前記被加工物を加圧しつつ冷却する冷却用下型と、
    　前記型の駆動を制御する制御装置であって、前記被加工物の加圧処理の進行状況に応じて、前記被加工物の加圧に寄与する下型を、加熱用下型または冷却用下型に切り替える制御装置と、
    　を備える、ことを特徴とする加圧装置。
  2. 　請求項１に記載の加圧装置であって、さらに、
    　前記上型と前記被加工物との間に介在する介在パッドを備え、
    　前記介在パッドは、
    　前記被加工物の形状に応じて柔軟に変形する柔軟層と、
    　前記柔軟層と前記被加工物の間に介在して、前記被加工物と前記柔軟層との間を断熱する断熱層と、
    　を含む、ことを特徴とする加圧装置。
  3. 　請求項２に記載の加圧装置であって、
    　前記加熱用下型は、前記被加工物を、前記柔軟層の耐熱温度よりも高い温度に加熱する、ことを特徴とする加圧装置。
  4. 　請求項２または３に記載の加圧装置であって、
    　前記制御装置は、前記介在パッドを前記被加工物に接触させて前記介在パッドで前記被加工物をホールドした後に、前記加熱用下型による前記被加工物の加熱および加圧を行わせる、ことを特徴とする加圧装置。
  5. 　請求項１から４のいずれか１項に記載の加圧装置であって、さらに、
    　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、
    　前記密閉空間内の空気を吸引して、前記被加工物の周囲を真空状態にする吸引装置と、
    　を備え、
    　前記制御装置は、前記被加工物の加圧に先だって、前記サイド型を前記載置台に接触させて前記密閉空間を形成するとともに、前記吸引装置を駆動して前記密閉空間を真空状態にする、
    　ことを特徴とする加圧装置。
  6. 　載置台に載置された被加工物を加圧および加熱する加圧方法であって、
    　上型と、予め加熱手段により加熱された加熱用下型と、で前記被加工物が載置された載置台を挟持して前記被加工物を加圧するとともに、前記加熱用下型からの熱で前記被加工物を加熱する加熱ステップと、
    　前記上型と、予め冷却手段により冷却された冷却用下型と、で前記載置台を挟持して前記被加工物を加圧するとともに、前記被加工物を冷却する冷却ステップと、
    　を含むことを特徴とする加圧方法。
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