JP2010267771A - 電子部品実装装置及び電子部品実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高速かつ高精度で電子部品を実装することができる電子部品実装装置を提供する。
【解決手段】ピックアップポジションにて吸着した電子部品Ｔを、ボンディングポジションまで搬送して電子部品Ｔを基板５の実装部位に実装する電子部品実装装置である。電子部品Ｔを吸着してピックアップポジションからボンディングポジションに搬送し、ボンディングポジションにおける基板５の実装部位６での電子部品Ｔに対する押さえが可能な吸着体１を備えるとともに、吸着体１にて電子部品Ｔを押さえた状態で、電子部品Ｔに対する加熱を行う加熱体３を、ボンディングポジション上に配設した。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品実装装置及び電子部品実装方法に関するものである。

半導体チップ（以下、チップという）等の電子部品を基板に対して実装する技術として、チップの裏側にはんだバンプを設け、このバンプを加熱溶融させることにより、基板の電極部に熱接合する実装方式が提案されている。このような実装方式により電子部品を基板に実装するための電子部品実装装置が知られている（特許文献１）。

特許文献１の電子部品実装装置は、電子部品をピックアップポジションからボンディングポジションにまで搬送するボンディングヘッドを備えている。このボンディングヘッドには、ヒータ、ウォータジャケット、チップ吸着用吸気路等が設けられている。チップのボンディング方法としては、まずボンディングヘッドが、チップ吸着用吸気路にてチップを真空吸着することによりピックアップポジションのチップを吸着保持する。その後、ボンディングヘッドはチップを基板上のボンディングポジション上にまで搬送し、ボンディングヘッドが下降してチップに設けられたバンプを回路基板に形成された電極部に当接させる。そして、ボンディングヘッドに備えられたヒータによりチップを例えば３００℃程度にまで加熱して、はんだを溶融させることによりバンプを電極部に熱接合する。その後、加熱されたボンディングヘッドを、ウォータジャケットにて室温にまで急冷することにより、はんだが冷却されてチップを基板に固定することができる。

特開平１１−３３０７９１号公報

特許文献１に記載された装置は、ボンディングヘッドに加熱機構、及び冷却機構を備えている。このため、ボンディングヘッド自体を加熱冷却することになるため、ボンディングヘッドの熱量の変化量が大きく、また、一度加熱したボンディングヘッドを急冷する際、室温まで下がるのに時間がかかるという問題がある。さらに、チップを吸着した状態で加熱位置決めを行うので、ボンディングヘッドの熱膨張に起因するチップの精度誤差が大となり、高精度なマウントが困難となるという問題がある。加えて、加熱機構及び冷却機構を組み込んだボンディングヘッドにてチップをピックアップし、ボンディングポジションまで搬送するので、重量物であるボンディングヘッドの駆動に大きな駆動力を要することになり、ボンディングヘッドの駆動装置が大掛かりになる、ボンディングヘッドの動きを高速化できない、等の問題がある。

本発明は上記課題に鑑みて、高速かつ高精度で電子部品を実装することができる電子部品実装装置を提供する。

本発明の電子部品実装装置は、ピックアップポジションにて吸着した電子部品を、ボンディングポジションまで搬送して電子部品を基板の実装部位に実装する電子部品実装装置において、電子部品を吸着してピックアップポジションからボンディングポジションに搬送し、ボンディングポジションにおける基板の実装部位での電子部品に対する押さえが可能な吸着体を備えるとともに、前記吸着体にて電子部品を押さえた状態で、電子部品に対する加熱を行う加熱体を、ボンディングポジション上に配設したものである。

本発明の電子部品実装装置によれば、吸着体と加熱体とを独立して設けることができ、加熱体の熱が吸着体に伝達され、吸着体の熱が電子部品に伝達されることにより、吸着体に加熱機構を設ける必要がない。これにより、加熱体を一旦加熱した後は、加熱体を高温状態に保つことができ、ボンディング作業毎に加熱体を再加熱する必要がなくなる。また、吸着体を軽量化することができる。さらに、電子部品を搬送した後は、吸着体で電子部品を押さえた後に電子部品を加熱する。これにより、吸着体は加熱時における電子部品の位置ずれ防止機能を兼用することになり、吸着体の熱膨張により生じる電子部品の位置ずれを抑えることができる。

前記加熱体は、前記吸着体に対して加圧力を付与して、電子部品を吸着体にて所定加圧力にて押圧するものとできる。

前記加熱体にて電子部品を加熱した後、この吸着体で電子部品を押さえた状態で、吸着体を冷却することにより吸着体を介して電子部品を冷却する冷却手段を備えることができる。これにより、加熱されて高温になった電子部品を強制的に冷却して、電子部品を基板に固着することができる。この場合、吸着体で電子部品を押さえた状態で電子部品を冷却することにより、吸着体は、冷却時においても電子部品の位置ずれ防止機能を兼用することができる。

本発明の他の電子部品実装装置は、ピックアップポジションにて吸着した電子部品を、ボンディングポジションまで搬送して電子部品を基板の実装部位に実装する電子部品実装装置において、電子部品を吸着してピックアップポジションからボンディングポジションに搬送し、ボンディングポジションにおける基板の実装部位での電子部品に対する押さえが可能な吸着体を備えるとともに、電子部品に対する加熱を行った後、前記吸着体にて電子部品を押さえた状態で、この吸着体を介して電子部品を冷却する冷却手段を、ボンディングポジション近傍に配設したものである。

本発明の他の電子部品実装装置によれば、吸着体と冷却手段とを独立して設けることができ、吸着体に冷却機構を設ける必要がない。これにより、冷却手段は低温状態に保つことができ、ボンディング作業毎に冷却手段を再冷却する必要がなくなる。また、吸着体を軽量化することができる。さらに、電子部品を搬送した後は、吸着体で電子部品を押さえた状態で電子部品を冷却することにより、吸着体は冷却時の電子部品の位置ずれ防止機能を兼用することになり、冷却中の電子部品の位置ずれを抑えることができる。

前記冷却手段は、前記吸着体乃至その近傍に冷却流体を噴出するものとできる。すなわち、吸着体乃至その近傍に空気、二酸化炭素、アルゴン、窒素等の気体や、水、アルコール、液状窒素、液状ヘリウム等の液体を噴出して吸着体を低温雰囲気とすることができる。また、ペルチェ素子を備えたものとすると、冷却手段を直接吸着体に当接させて、吸着体から熱を吸熱することができる。

前記吸着体を、吸着面を有する板状体にて構成し、吸着面を電子部品に対面させることができる。これにより、吸着体の上下方向の寸法を小とすることができ、吸着体の小型化、軽量化を図ることができる。この場合、熱の移動は、吸着体のみにて行なわれることになるため、移動する熱の総量を少なくすることができ、吸着体に付与する熱エネルギーを少なくできるとともに、電子部品に対して素早く熱を伝達することができる。

本発明の電子部品実装方法は、ピックアップポジションの電子部品を、ボンディングポジションの基板上に実装する電子部品実装方法において、吸着体にてピックアップポジションから電子部品をピックアップし、ボンディングポジションまで電子部品を搬送した後、前記吸着体で電子部品を押さえて固定し、前記吸着体を介して電子部品を加熱しながら基板に押し付けるものである。

本発明の他の電子部品実装方法は、ピックアップポジションの電子部品を、ボンディングポジションの基板上に実装する電子部品実装方法において、吸着体にてピックアップポジションから電子部品をピックアップし、ボンディングポジションまで電子部品を搬送した後、電子部品を加熱しながら基板に押し付けて、その後、前記吸着体で電子部品を押さえて固定し、前記吸着体を冷却することにより吸着体を介して電子部品を冷却するものである。

本発明の電子部品実装装置又は他の電子部品実装装置は、ボンディング作業毎に加熱体を再加熱したり、冷却手段を再冷却したりする必要がなくなり、加熱体及び冷却手段を作動させるまでの時間を短時間とすることができる。また、吸着体を軽量化することができるため、吸着体の移動を高速化できる。これらが相俟って、電子部品を高速に実装することができる。さらに、吸着体を軽量化すると、少ない駆動エネルギーで吸着体を駆動させることができ、駆動装置をコンパクトとすることができるという利点もある。電子部品を搬送した後は、吸着体が電子部品の加熱時及び冷却時の位置ずれ防止機能を兼用することができて、電子部品を高精度に実装することができる。

加熱体は、吸着体に対して加圧力を付与するものとすると、加圧機構が不要となって、装置の軽量化、コンパクト化を図ることができる。

吸着体を介して電子部品を冷却する冷却手段を設けると、高温になった電子部品を強制的に冷却することができ、一層短時間に電子部品を実装することができる。

前記吸着体を板状体とすると、吸着体に付与する熱エネルギーを少なくすることができて、加熱源や冷却源をコンパクトとすることができる。また、電子部品に対して素早く熱を伝達することができるため、電子部品を実装する時間を一層短時間とすることができる。さらには、吸着面にて電子部品に均一に熱を伝達したり、均一に押圧力を付与したりすることもできる。

本発明の電子部品実装方法では、高速かつ高精度に電子部品を実装することができる。

本発明の実施形態を示す電子部品実装装置の要部概略斜視図である。 本発明の実施形態を示す電子部品実装装置の要部概略正面図である。 本発明の実施形態を示す電子部品実装装置の吸着体の平面図である。 本発明の実施形態を示す電子部品実装装置の吸着体及び電子部品の正面図である。 本発明の実施形態を示す電子部品実装方法を示す説明図である。 本発明の別の実施形態を示す電子部品実装装置の要部概略斜視図である。

以下本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。

この電子部品実装装置は、ピックアップポジションにて吸着した半導体チップ（以下、チップＴという）等の電子部品を、吸着体（コレット）１にてボンディングポジションまで搬送して、チップＴを基板５の実装部位６に実装する装置である。チップＴは、裏側にはんだバンプが設けられており、このバンプを加熱溶融させることによりチップＴが基板５に接合される。

電子部品実装装置は、図１及び図２に示すように、コレット１と、搬送機構２と、加熱体３と、冷却手段４とを備えている。

コレット１は、図３及び図４に示すように、例えば３ｍｍ〜５ｍｍの金属、もしくはセラミック、シリコン等からなる板状体にて構成されている。これにより、図４に示すように、コレット１は吸着面７を有するものとなり、吸着面７がチップＴに対して対面するように配設されている。コレット１には、吸着面側に開口し、チップＴを真空吸引して保持するための吸着穴１０が複数（図示例では５個）設けられている。この吸着穴１０は、真空ポンプなどの排気手段（図示省略）にてコレット内に形成された真空排気路１１を介して真空排気される。これにより、コレット１は、前記のようにチップＴを吸着保持することができる。また、後述するように、実装部位６においてチップＴが加熱冷却される際は、コレット１はチップＴを押さえることができる。すなわち、コレット１は、搬送時におけるチップＴの吸着保持機能と、ボンディング時におけるチップＴの位置ずれ防止機能とを兼用する。

搬送機構２は、図１及び図２に示すように、モータ１５により回転する一対のボールねじ１６に連結された一対のレールからなるガイド機構２ａ、２ｂにて構成されている。コレット１は、図示しない駆動機構により上昇、下降、及び回転する一対のアーム１７を介してガイド機構２ａ、２ｂに取付られている。これにより、コレット１は、ガイド機構２ａ、２ｂに沿って、ピックアップポジションからボンディングポジションにまで移動することができる。

加熱体３は、加熱ヒータが内蔵されたブロック状体である。この加熱体３は、ボンディングポジションの上部、かつ一対のガイド機構２ａ、２ｂの間に配設されている。加熱体３は、例えば上下動手段としてのＺ軸モータ（図示省略）の駆動により送りねじが回転することによって昇降する。これにより、加熱体３は、ボンディングポジションを昇降することができる。加熱ヒータは温度調整機能を有しており、加熱体３を高温状態に保つことができる。なお、温度調整に精度を必要としない場合は、温度調整機能を持たなくてもよい。

冷却手段４は、例えば、基板５の両端から基板内部に向かって突出する一対の冷却ブローノズル４ａ、４ｂにて構成されている。冷却ブローノズル４ａ、４ｂには、図示省略の冷却源に連結されており、冷却源から空気（エア）が供給されることにより、コレット１の上面にエアを供給して冷却することができる。

次に、本発明の電子部品実装装置を用いて、基板５の実装部位６にチップＴを実装する方法について説明する。まず、ピックアップポジションにコレット１が降下され、コレット１の吸着面７がチップＴの上面に接する。そして図示省略の排気手段にて真空排気路１１を介してエアを吸引することにより、吸着穴１０にてチップＴを吸着してピックアップし、図５（ａ）の矢印Ａのようにコレット１を上昇させる。

次に、モータ１５を駆動させて、図５（ａ）の矢印Ｂのようにコレット１をボンディングポジションである基板の実装部位の上部に搬送し、図５（ａ）の矢印Ｃのようにコレット１を降下させる。これにより、チップＴは基板５の実装部位６に搭載される。

その後、図５（ｂ）に示すようにコレット１でチップＴを押さえて、チップＴの固定状態を維持したまま、図５（ｂ）の矢印Ｄのように加熱体３を下降させてコレット１の上面を押圧する。すなわち、加熱体３はコレット１に対して加圧力を付与することにより、コレット１を介してチップＴを所定加圧力で押圧する。これにより、加熱体３の熱がコレット１に伝達され、このコレット１の熱がチップＴに伝達されて、チップＴの裏側に設けられたバンプは加熱溶融する。この際、コレット１はチップＴの全面を押さえて固定しているので、チップＴが位置ずれすることがない。このように、コレット１は加熱時におけるチップＴの位置ずれ防止機能を兼用する。

次に、図５（ｃ）の矢印Ｅに示すように加熱体３を上昇させる。このとき、コレット１でチップＴを押さえた状態を維持してコレット１を冷却することにより、コレット１を介してチップＴを冷却する。すなわち、冷却ブローノズル４ａ、４ｂから、コレット１の上面に対してエアを噴射する。これにより、加熱体３により加熱されて高温になったチップＴを冷却して、溶融したはんだを凝固させることによりチップＴを基板５に固着することができる。この場合も、コレット１はチップＴの全面を押さえて固定しているので、チップＴが位置ずれすることがない。このように、コレット１は冷却時におけるチップＴの位置ずれ防止機能を兼用する。

チップＴを基板５に固着すると、図５（ｄ）の矢印Ｆに示すようにコレット１を上昇させて、以下同様の作業を繰り返して基板５にチップＴを実装する。

本発明では、コレット１と加熱体３と冷却手段４とを独立して設けているため、コレット１に加熱機構や冷却機構を設ける必要がない。これにより、加熱体３及び冷却手段４を一定の温度に保つことができ、ボンディング作業毎に加熱体３を再加熱したり、冷却手段４を再冷却したりする必要がなくなり、加熱体３及び冷却手段４を作動させるまでの時間を短時間とすることができる。また、コレット１を軽量化することができるため、コレット１の移動を高速化できる。これらが相俟って、チップＴを高速に実装することができる。コレット１を軽量化すると、少ない駆動エネルギーでコレット１を駆動させることができ、駆動装置をコンパクトとすることができるという利点もある。

さらに、チップＴを搬送した後は、コレット１でチップＴを押さえた後にチップＴを加熱することにより、コレット１の熱膨張により生じるチップＴの位置ずれを抑えることができる。また、加熱後、コレット１でチップＴを押さえた状態でチップＴを冷却することにより、冷却中のチップＴの位置ずれを抑えることができる。このように、チップＴを搬送した後は、コレット１はチップＴの加熱時及び冷却時の位置ずれ防止機能を兼用することができて、チップＴを高精度に実装することができる。

加熱体３は、コレット１に対して加圧力を付与して、チップＴをコレット１にて所定加圧力にて押圧するものとしているので、加圧機構が不要となって、装置の軽量化、コンパクト化を図ることができる。

コレット１を、吸着面７を有する板状体にて構成し、吸着面７をチップＴに対面させているので、コレットの上下方向の寸法を小とすることができ、コレット１の小型化、軽量化を図ることができる。この場合、熱の移動は、コレット１のみにて行なわれることになるため、移動する熱の総量を少なくすることができ、コレット１に付与する熱エネルギーを少なくできて、加熱源や冷却源をコンパクトとすることができる。また、チップＴに対して素早く熱を伝達することができるため、チップＴを実装する時間を一層短時間とすることができる。さらには、吸着面７にてチップＴに均一に熱を伝達したり、均一に押圧力を付与したりすることもできる。

前記実施形態では、冷却手段４を一対の冷却ブローノズルにて構成したが、冷却ブローノズルに替えて、図６のようなペルチェ素子（図示省略）を備えたブロック状のものとできる。すなわち、加熱体３にてチップＴを加熱した後、コレット１でチップＴを押さえた状態で加熱体３のみが元の待機位置に戻る。その後、図６に示すように、ペルチェ素子を備えたブロック状の冷却手段４を、矢印Ｇに示すように直接コレット１の上面に押し当てる。これにより、コレット１の上面から直接吸熱することができ、急冷が可能となって、短時間にチップＴを冷却することができる。

また、冷却手段４を、コレット１に設けられた吸着穴１０にて構成することができる。すなわち、加熱体３にてチップＴを加熱した後、コレット１でチップＴを押さえた状態で、吸着穴１０からコレット１の上面に対してエアを噴射することにより、コレット１を冷却してコレット１を介してチップＴを冷却することもできる。この場合、冷却ヘッドを別途設けることがなくなり、装置のコンパクト化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、コレット１の材質としては、銅やアルミ等でもよく、熱伝導性が良く圧力に耐えることのできるものであればよい。コレット１の平面形状や大きさは任意である。コレット１に設けられる吸着穴１０の数や配置位置も任意である。冷却流体としては、エアの他に二酸化炭素、アルゴン、窒素等の他の気体としたり、水、アルコール、液状窒素、液状ヘリウム等の液体としたりすることができる。この場合、冷却流体を直接コレット１の上面に対して噴出しなくてもよく、コレット１近傍に噴出することによりコレット１近傍を低温雰囲気としてもよい。

１ コレット
３ 加熱体
４ 冷却手段
５ 基板
６ 実装部位
７ 吸着面
Ｔ チップ

Claims (9)

1. ピックアップポジションにて吸着した電子部品を、ボンディングポジションまで搬送して電子部品を基板の実装部位に実装する電子部品実装装置において、
   電子部品を吸着してピックアップポジションからボンディングポジションに搬送し、ボンディングポジションにおける基板の実装部位での電子部品に対する押さえが可能な吸着体を備えるとともに、
   前記吸着体にて電子部品を押さえた状態で、電子部品に対する加熱を行う加熱体を、ボンディングポジション上に配設したことを特徴とする電子部品実装装置。
2. 前記加熱体は、前記吸着体に対して加圧力を付与して、電子部品を吸着体にて所定加圧力にて押圧するものとしたことを特徴とする請求項１の電子部品実装装置。
3. 前記加熱体にて電子部品を加熱した後、この吸着体で電子部品を押さえた状態で、吸着体を冷却することにより吸着体を介して電子部品を冷却する冷却手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２の電子部品実装装置。
4. ピックアップポジションにて吸着した電子部品を、ボンディングポジションまで搬送して電子部品を基板の実装部位に実装する電子部品実装装置において、
   電子部品を吸着してピックアップポジションからボンディングポジションに搬送し、ボンディングポジションにおける基板の実装部位での電子部品に対する押さえが可能な吸着体を備えるとともに、
   電子部品に対する加熱を行った後、前記吸着体にて電子部品を押さえた状態で、この吸着体を介して電子部品を冷却する冷却手段を、ボンディングポジション近傍に配設したことを特徴とする電子部品実装装置。
5. 前記冷却手段は、前記吸着体乃至その近傍に冷却流体を噴出するものであることを特徴とする請求項３又は請求項４の電子部品実装装置。
6. 前記冷却手段は、ペルチェ素子を備えたことを特徴とする請求項３又は請求項４の電子部品実装装置。
7. 前記吸着体を、吸着面を有する板状体にて構成し、吸着面を電子部品に対面させたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項の電子部品実装装置。
8. ピックアップポジションの電子部品を、ボンディングポジションの基板上に実装する電子部品実装方法において、
   吸着体にてピックアップポジションから電子部品をピックアップし、ボンディングポジションまで電子部品を搬送した後、
   前記吸着体で電子部品を押さえて固定し、
   前記吸着体を介して電子部品を加熱しながら基板に押し付けることを特徴とする電子部品実装方法。
9. ピックアップポジションの電子部品を、ボンディングポジションの基板上に実装する電子部品実装方法において、
   吸着体にてピックアップポジションから電子部品をピックアップし、ボンディングポジションまで電子部品を搬送した後、
   電子部品を加熱しながら基板に押し付けて、
   その後、前記吸着体で電子部品を押さえて固定し、
   前記吸着体を冷却することにより吸着体を介して電子部品を冷却することを特徴とする電子部品実装方法。

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