チップ部品接合装置、チップ部品接合方法
【課題】光素子を基板に実装する際に、光素子の厚さ寸法公差の影響や基板の光素子を実装する電極の厚さ寸法公差や基板の反り変形により、基板の実装面と光素子の受発光面との高さ方向の寸法がばらつく事を防止し、光モジュールの特性を安定させる。
【解決手段】光素子の受発光面を搭載ステージの上面に密接するように固定し、基板を搭載加圧するＺステージの下面に固定された基板の基準面または基板に設けた台座の基準面を同じ搭載ステージの上面に接触させた時のＺステージの変位を記憶した後、所望の変位で実装すべくＺステージをＺ駆動機構とコントローラにより制御して光素子と基板とを接合材を介して接合する。
【解決手段】光素子の受発光面を搭載ステージの上面に密接するように固定し、基板を搭載加圧するＺステージの下面に固定された基板の基準面または基板に設けた台座の基準面を同じ搭載ステージの上面に接触させた時のＺステージの変位を記憶した後、所望の変位で実装すべくＺステージをＺ駆動機構とコントローラにより制御して光素子と基板とを接合材を介して接合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップ部品接合装置およびチップ部品接合方法に関し、詳しくは、光モジュールの組立における面発光型レーザ素子などのチップ部品を実装する際に用いる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子回路の細密化および部品の高密度実装化に伴い、回路基板の部品搭載面上に半導体素子等のチップ部品を実装する表面実装技術が発展してきている。従来、この種の表面実装技術に用いられるチップ部品接合装置として、例えば特許文献１に記載されたような、基板を位置決め可能なステージと、このステージ上の基板上に半田片を介してチップ部品を搭載する搭載ヘッドとを備えたものが採用されている。
【０００３】
基板の部品搭載面上にチップ部品を接合するには、予めステージ上に位置決めされた基板上に例えば半田片といった接合材を介してチップ部品を搭載し、次にステージあるいは搭載アームを加熱してチップ部品と基板間の半田片を加熱溶融する事により行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２３３９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来から知られているチップ部品接合装置にはいくつかの課題があった。
即ち、第１の課題として、光モジュールの組立に関して例えば面発光型レーザ素子のような光素子を基板に実装する面と反対側の面から光が出入りするように実装した場合、光素子の光が出入りする面（以下、受発光面と呼ぶ）と基板の光素子の実装面との光軸方向に関する高さ寸法にばらつきを生じるということがある。
その理由は、光素子の受発光面の反対側の面が基板に実装されるため、光素子の個別の厚さ寸法のばらつきが基板に対して光軸方向に関する高さ寸法のばらつきに直接反映するからである。
【０００６】
第２の課題として、光モジュールの組立に関して光素子と例えばアレイレンズ等のその他の光学部品との光軸方向の距離がばらつくということである。
その理由は、基板上の光素子が搭載される部分の電極とアレイレンズ等の光学部品が搭載される部分の電極の厚さ寸法に差異があったり、基板に反りが存在することにより光素子が搭載される電極とアレイレンズ等の光学部品が搭載される電極とが同一の平面上に無く、光素子が搭載される電極の上面を含む平面とアレイレンズ等の光学部品が搭載される電極の上面を含む平面との光軸方向に関する距離に差異があるからである。
【０００７】
上記に鑑み本発明は、光モジュールの組立に関して例えば面発光型レーザ素子のような光素子を基板に実装する面と反対側の面から光が出入りするように実装した場合、光素子の個別の厚さ寸法のばらつきから生じる光素子の受発光面の基板の基準面からの光軸方向に関する高さ寸法のばらつきを抑制可能なチップ部品接合装置、およびチップ部品接合方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また、基板上の光素子が搭載される部分の電極とアレイレンズ等のその他の光学部品が搭載される部分の電極の厚さ寸法に差異があったり、基板に反りが存在したりする事から生じる光素子とその他の光学部品との光軸方向に関する距離のばらつきを抑制可能なチップ部品接合装置、およびチップ部品接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のいくつかの態様は次のようなチップ部品接合装置、およびチップ部品接合方法を提供した。
すなわち、本発明のチップ部品接合装置は、チップ部品を設置する搭載ステージと、前記搭載ステージを水平方向に駆動するＸＹ補正ステージと、接合材を供給された基板を保持した上で垂直方向に駆動して、前記基板に前記チップ部品を搭載可能なＺステージおよびその駆動に用いるＺ駆動機構と、前記Ｚステージの垂直方向の変位を測定する変位計測機構と、前記Ｚステージを駆動する前記Ｚ駆動機構および前記変位計測機構に接続して、前記変位計測機構の計測結果に基づいて前記Ｚ駆動機構を制御可能なコントローラとを備えたチップ部品接合装置であって、
前記基板の前記チップ部品の搭載面上の任意の基準位置を有し、前記チップ部品の前記基板に搭載される面と反対側の面との距離を所定の寸法に制御した上で、前記チップ部品を前記基板に搭載することを特徴とする。
【００１０】
本発明のチップ部品接合方法は、前記チップ部品接合装置を用い、前記チップ部品の前記基板への実装面と反対側の面を前記搭載ステージの上面に密接するように固定し、前記チップ部品に前記基板を搭載加圧する前記Ｚステージの下面に固定された前記基板の基準位置を、前記搭載ステージの上面に接触させた時の前記変位計測機構により計測された前記Ｚステージの変位を記憶し、その後、前記チップ部品の前記基板への実装面と反対側の面と前記基板の基準位置を含む平面との距離を先に記憶した前記Ｚステージの変位の値に基づいて、所望の寸法になるように前記Ｚステージの変位を前記Ｚ駆動機構を制御して補正した上で、前記チップ部品と前記基板とを前記接合材を介して接合することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のチップ部品接合装置は、チップ部品を設置する搭載ステージと、前記搭載ステージを水平方向に駆動するＸＹ補正ステージと、接合材を供給された基板を保持した上で垂直方向に駆動して前記基板に前記チップ部品を搭載可能なＺステージおよびその駆動に用いるＺ駆動機構と、前記Ｚステージの垂直方向の変位を測定する変位計測機構と、前記Ｚステージを駆動する前記Ｚ駆動機構および前記変位計測機構に接続して前記変位計測機構の計測結果に基づいて前記Ｚ駆動機構を制御可能なコントローラとを備えたチップ部品接合装置であって、
前記基板上に設けられ、前記基板の前記チップ部品の搭載面と平行かつ法線の方向が同じ方向である基準面を有する台座の基準面を有し、前記チップ部品の前記基板に搭載される面と反対側の面との距離を所定の寸法に制御した上で前記チップ部品を前記基板に搭載することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のチップ部品接合方法は、前記チップ部品接合装置を用い、前記チップ部品の前記基板への実装面と反対側の面を前記搭載ステージの上面に密接するように固定し、前記チップ部品に前記基板を搭載加圧する前記Ｚステージの下面に固定された前記基板に設けられた前記台座の基準面を前記搭載ステージの上面に接触させた時の前記変位計測機構により計測された前記Ｚステージの変位を記憶し、その後、前記チップ部品の前記基板への実装面と反対側の面と前記台座の基準面との距離を先に記憶した前記Ｚステージの変位の値に基づいて所望の寸法になるように前記Ｚステージの変位を前記Ｚ駆動機構を制御して補正した上で前記チップ部品と前記基板とを前記接合材を介して接合することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のチップ部品接合装置、チップ部品接合方法によれば、チップ部品の個別の厚さ寸法のばらつきから生じるチップ部品の基準面と基板の基準面との搭載高さ寸法のばらつきを抑制可能なチップ部品接合装置および方法を提供することができる。
その理由は、チップ部品の基板への実装面と反対側の面を搭載ステージの上面に密接するように固定し、チップ部品に基板を搭載加圧するＺステージの下面に固定された基板の基準位置を搭載ステージの上面に接触させた時の変位計測機構により計測されたＺステージの変位を記憶し、次にチップ部品の基板への実装面と反対側の面と基板の基準位置を含む平面との距離を先に記憶したＺステージの変位の値に基づいて所望の寸法になるようにＺステージの変位をＺ駆動機構を制御して補正した上でチップ部品と基板とを接合材を介して接合するからである。
【００１４】
また、基板上のチップ部品が搭載される部分の電極の厚さ寸法に差異があったり、基板に反りが存在したりする事から生じるチップ部品の基準面と基板の基準面との搭載高さ寸法のばらつきを抑制可能なチップ部品接合装置および方法を提供することができる。
その理由は、チップ部品の基板への実装面と反対側の面を搭載ステージの上面に密接するように固定し、チップ部品に基板を搭載加圧するＺステージの下面に固定された基板に設けられた台座の基準面を搭載ステージの上面に接触させた時の変位計測機構により計測されたＺステージの変位を記憶し、次にチップ部品の基板への実装面と反対側の面と台座の基準面との距離を先に記憶したＺステージの変位の値に基づいて所望の寸法になるようにＺステージの変位をＺ駆動機構を制御して補正した上でチップ部品と基板とを接合材を介して接合するからである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のチップ部品接合装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明のチップ部品接合方法を示す説明図である。
【図３】本発明のチップ部品接合方法を示す説明図である。
【図４】チップ部品接合方法の搭載工程を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態を説明する説明図である。
【図６】本発明の別な実施形態を説明する説明図である。
【図７】本発明の別な実施形態を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の光モジュールのいくつかの形態について説明する。なお、これら実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１７】
（第一の実施形態）
図１は、本発明のチップ部品接合装置の構成を示す模式図である。
本発明のチップ部品接合装置は、チップ部品１を設置する搭載ステージ４と、搭載ステージ４を水平方向に駆動するXY補正ステージ５と、接合材３を供給された基板２を保持した上で垂直方向に駆動して基板２にチップ部品１を搭載可能なＺステージ７およびその駆動に用いるＺ駆動機構８と、Ｚステージ７に接続されて基板２をＺステージ７ごとＸＹ平面内での回転方向（以下、θ方向とする）に駆動するθ補正ステージ１０と、Ｚステージ７の垂直方向の変位を測定する変位計測機構９と、Ｚステージ７を駆動するＺ駆動機構８および変位計測機構９に接続して変位計測機構９の計測結果に基づいてＺ駆動機構８を制御可能なコントローラ１１と、搭載ステージ４上のチップ部品１を画像認識するためのステージ認識カメラ１２と、基板２を認識するためのヘッド認識カメラ６とを備えている。
【００１８】
チップ部品１は、例えば光インターコネクション用の光モジュールに用いられインジウム等を主成分とする面発光型レーザ素子であってよく、基板２は、例えばセラミックや有機材料からなる板状の基材に配線パターンを形成した配線基板であってよく、接合材３は、例えば金スズ半田といった光素子の接合によく用いられる半田材であってよい。
【００１９】
搭載ステージ４には単数または複数のチップ部品１を例えば外部に連通する真空発生装置による吸着といった方法で固定する機能を備えていてよく、また例えば固定したチップ部品１をヒータにより加熱する機能を備えていてよい。搭載ステージ４はＸＹ補正ステージ５上に設置され、ＸＹ補正ステージ５の動作範囲内の任意の位置に移動可能である。
【００２０】
Ｚステージ７は例えばセラミック材料により構成されたエアスライダであってよく、搭載ステージ４に固定されたチップ部品１に対して基板２を垂直上方から搭載加圧できる機能を有する。またＺステージ７の下面には基板２を例えば外部に連通する真空発生装置による吸着といった方法で固定する機能を備えていてよく、また例えば固定した基板２をヒータにより加熱する機能を備えていてよい。Ｚステージ７には上下方向の駆動のためのＺ駆動機構８が接続されている。
【００２１】
Ｚ駆動機構８は、例えばＶＣＭによるリニアモータやエアにより駆動するシリンダであってよい。また、Ｚステージ７の上下方向の変位を測定するための変位計測機構９が接続されており、例えば光学式レーザエンコーダであってよい。さらにＺ駆動機構８および変位計測機構９はコントローラ１１に接続されており、Ｚステージ７の変位を所定値に移動または維持するような制御や、基板２を加圧する荷重を所定値に変化または維持するような制御を自在に行う事が可能である。また搭載ステージ４上のチップ部品２を認識するためのステージ認識カメラ１２と、Ｚステージ７の下面の基板２を認識するためのヘッド認識カメラ６が設けられており、ＸＹ補正ステージ５と連携して制御する事によりチップ部品１を基板２上の任意の位置に位置決め補正を行う事が可能である。
【００２２】
次に図２を参照して、基板２上の基準位置に対してチップ部品１の基準面の光軸方向に関する距離を制御して搭載するチップ部品接合方法を説明する。
始めに、チップ部品１の基準面と基板２の基準位置が接触する時のＺステージ７の変位を変位計測機構９により検出する。ここで、チップ部品１の基準面は基板２に実装される面と反対側の面であるため、搭載ステージ４の上面と接触する側の面となる。よって、チップ部品１の基準面と搭載ステージ４の上面とは同一平面内にあるとみなす事ができる。一方、基板２の基準位置は基板２の搭載面上の所定の箇所であり、基板基準電極２２とする。ただしチップ部品１を搭載する場所には予め接合材３が供給されているため、チップ部品１の搭載箇所とは異なる所である必要がある。図２の左図は、ＸＹ補正ステージ５を基準高さの検出位置に移動した上で搭載ステージ４の上面と基板基準電極２２とが接触する状態を示している。
【００２３】
Ｚステージ７が上方に上がっている位置をＺステージ下面原点高さとし、Ｚステージ７が下方に下がる方向をＺステージ７の変位の＋方向として、搭載ステージ４の上面と基板基準電極２２とが接触する時のＺステージ７の変位ｈをｈ＝ｈｔとする。
【００２４】
次に、図２の中ほどを参照して、チップ部品１を基板２への搭載位置にＸＹ補正ステージ５を移動した上でチップ部品１と基板２とが接合材３を介して搭載加圧されている。ここで、チップ部品１の基準面と基板基準電極２２との搭載高さの設計寸法をｄとすると、チップ部品１の厚さ寸法および公差をｔｃ±ｄｔｃ、接合材３の厚さ寸法および公差をｔｓ±ｄｔｓとした場合、良好な搭載加圧の状態を得るための制約条件として（ｔｃ＋ｄｔｃ）＜ｄ＜（ｔｃ−ｄｔｃ＋ｔｓ−ｄｔｓ）を満たす必要がある。
【００２５】
次に図２の右側を参照して、搭載ステージ４またはＺステージ７の加熱機構を作動させて接合材３を溶融させる。この加熱によって搭載ステージ４の上面の高さがδｓ、基板基準電極２２部分の基板２の厚さがδｔｂ変動する場合、チップ部品１の基準面と基板基準電極２２との間の所望の搭載高さ寸法ｄを実現するためには、Ｚステージ７の変位ｈをｈ＝ｈｔ−δｓ−ｄ−δｔｂと設定するとよい。またＺステージ７の変位計測機構９の原点とＺステージ７の下面の高さ方向の寸法をＬとし、その寸法が加熱によって（Ｌ＋δＬ）に変動する場合は、δＬの値を補正に加えてＺステージ７の変位ｈをｈ＝ｈｔ−δｓ−ｄ−δｔｂ−δＬと設定するとよい。
【００２６】
次に図３を参照して、基板２上に基準面を有する台座２３が予め設けられ、その基準面に対してチップ部品１の基準面の光軸方向に関する距離を制御して搭載するチップ部品接合方法を説明する。
始めに、チップ部品１の基準面と基板２に設けられた台座２３の基準面が接触する時のＺステージ７の変位を変位計測機構９により検出する。チップ部品１の基準面は図２に示された場合と同様に、搭載ステージ４の上面と同一平面内にあるとみなす事ができる。一方、基板２の基準位置は基板２に設けられた台座２３の基準面である。
【００２７】
図３の左側は、搭載ステージ４の上面と台座２３の基準面とが接触する状態を示している。Ｚステージ７が上方に上がっている位置をＺステージ下面原点高さとして、搭載ステージ４の上面と台座２３の基準面とが接触する時のＺステージ７の変位ｈをｈ＝ｈｔとする。
【００２８】
次に図３の中ほどは、チップ部品１を基板２への搭載位置にＸＹ補正ステージ５を移動した上でチップ部品１と基板２とが接合材３を介して搭載加圧されている状態を示している。この時、台座２３と搭載ステージ４とが衝突しないように台座逃げ用切欠き４１が設けられている。またここで、チップ部品１の基準面と台座２３の基準面との搭載高さの設計寸法をｄとすると、チップ部品１の厚さ寸法および公差をｔｃ±ｄｔｃ、接合材３の厚さ寸法および公差をｔｓ±ｄｔｓとした場合、良好な搭載加圧の状態を得るための制約条件として（ｔｃ＋ｄｔｃ）＜（ｔｓｐ−ｄ）＜（ｔｃ−ｄｔｃ＋ｔｓ−ｄｔｓ）を満たす必要がある。ｔｓｐは台座２３の厚さ寸法である。
【００２９】
次に図３の右側は、搭載ステージ４またはＺステージ７の加熱機構を作動させて接合材３を溶融させた状態を示している。図２に示す場合と同様、チップ部品１の基準面と台座２３の基準面との間の所望の搭載高さ寸法ｄを実現するためには、Ｚステージ７の変位ｈをｈ＝ｈｔ−δｓ−ｄ−δｔｂと設定するとよい。またＺステージ７の変位計測機構９の原点とＺステージ７の下面の高さ方向の寸法をＬとし、その寸法が加熱によって（Ｌ＋δＬ）に変動する場合は、δＬの値を補正に加えてＺステージ７の変位ｈをｈ＝ｈｔ−δｓ−ｄ−δｔｂ−δＬと設定するとよい。ここで、ｄ寸法はチップ部品１の基準面が台座２３の基準面に対して基板２から見て出っ張る方向の寸法を正の値とする。
【００３０】
次に、図４を参照して、チップ部品接合方法の搭載工程を説明する。
始めに、チップ部品１を搭載ステージ４の上面に固定する。ここで、チップ部品１の基準面は搭載ステージ４の上面と接触する側の面であり、例えばチップ部品１が光素子である場合はその受発光面に相当し、基板２に対する実装面はその受発光面の反対側の面という事になる。次に、基板２をＺステージ７の下面に固定する。ここで、基板２の基準面は搭載ステージ４の上面に固定されたチップ部品１に対向する側の面であり、その基準面と反対側の面をＺステージ７に固定するという事になる。
【００３１】
次に、ＸＹ補正ステージ５をチップ部品１および基板２の互いの基準面の高さを検出する位置に移動する。ここで、基板２の基準面は図２に示す構造では基板基準電極２２、図３に示す構造では台座２３の基準面という事になる。次に、Ｚステージ７を搭載ステージ４に向けて下降させ、搭載ステージ４の上面と基板２の基準面とが接触する高さを検出して（図４において、タッチ検出と呼ぶ）、その時点での変位計測機構９の変位の値を記憶する（前出の、ｈｔ値である）。
【００３２】
次に、Ｚステージ７を上昇させた上で、チップ部品１を基板２に搭載する位置にＸＹ補正ステージ５を移動する。この位置は、チップ部品１を画像認識するためのステージ認識カメラ１２および基板２を認識するためのヘッド認識カメラ６による計測結果に基づいて正確に補正された位置である。
【００３３】
次に、Ｚステージ７を搭載ステージ４に向けて下降させ、Ｚステージ７の変位が前出のｈ＝ｈｔ−δｓ−ｄ−δｔｂ−δＬで与えられる変位となるように制御する。ここで、Ｚステージ７が下降動作を完了した時点で、変位ｈ＜ｈｍであるかの確認を行う。この時ｈ＜ｈｍでない場合、例えば接合材３が脱落していたり、チップ部品１や基板２のチップ部品搭載部電極２１や接合材３の厚さ寸法の公差が小さい方向に累積していたりといった理由でチップ部品１が基板２とが接合材３を介して十分に密着していない可能性を示しており、搭載不良の原因となる。よって、ｈ＜ｈｍでない場合は搭載加圧不良としてＺステージ７を上昇させた上で異常終了とする。
【００３４】
変位ｈ＜ｈｍを満たす場合、搭載ステージ４およびＺステージ７に組み込まれた加熱機構を作動させ、接合材３を加熱溶融させる。この加熱が完了した時点（図４において、加熱完了と呼ぶ）で、変位ｈ＝ｈｍであるかの確認を行う。この時ｈ＝ｈｍでない場合、おそらくｈ＜ｈｍのままであるが、例えばチップ部品１や基板２のチップ部品搭載部電極２１の厚さ寸法の公差が大きい方向に累積していたりといった理由でチップ部品１が基板２と完全に密着している可能性を示しており、所望のチップ部品１の基準面と基板２の基準面との搭載高さ寸法ｄを実現できていない可能性がある。よって、ｈ＝ｈｍでない場合は加熱機構の冷却完了を待って、過加圧不良としてＺステージ７を上昇させた上で異常終了とする。変位ｈ＝ｈｍを満たす場合、加熱機構の冷却完了を待ってＺステージ７を上昇させた上で正常終了として一連の搭載工程が終了する。
【実施例１】
【００３５】
次に、図５を参照して、第１の実施例について説明する。
図５の上部は、本発明のチップ部品接合装置により単数のチップ部品１が基板２に接合材３を介して搭載されている状態を示す図である。チップ部品１は例えばインジウム等を主成分とする面発光型レーザ素子である。基板２は例えばセラミックや有機材料からなる配線基板である。接合材３は、例えば金スズといった半田材である。また基板２のチップ部品１の搭載側の面には台座２３が設けられている。
【００３６】
台座２３は例えば金属材料からなっており、基板２のチップ部品１の搭載面と平行かつ法線の方向が同じ方向である基準面を有しており、基準面は平坦面となっている。チップ部品１の厚さ寸法および公差を例えば２００±１０μｍ、接合材３の厚さ寸法および公差を３０±２μｍとして、チップ部品１の基準面であるところの受発光面と台座２３の基準面との間の搭載高さ寸法ｄを１００μｍと設計したい場合は台座２３の厚さ寸法を３１５μｍと設定して、チップ部品１の厚さが公差±１０μｍの範囲で変動したとしても接合材３の溶融後の厚さが１５±１０μｍの範囲となって、接合材３の溶融前の厚さ寸法である３０μｍ以下となるように寸法を設定するのが好適である。
【００３７】
また、図５の下部は、チップ部品１の搭載後の基板２を示す図である。台座２３の基準面上には透明カバー１３が搭載され、透明カバー１３は例えば反射防止用のコーティングが施されたガラス板やアレイレンズであってよい。また透明カバー１３は台座２３の基準面上に例えば接着剤により密着して固定されていてよい。また透明カバー１３の他にも同じ台座２３の基準面上に他の光学部品を固定する事も可能である。
【実施例２】
【００３８】
次に、図６を参照して、第２の実施例について説明する。
図６の上部は、複数のチップ部品１が基板２に接合材３を介して搭載されている状態を示す図である。第２の実施例では例えば３個のチップ部品１が搭載ステージ（左）４２、搭載ステージ（中）４３および搭載ステージ（右）４４とそれぞれ別のステージ上に固定されている。ここで、搭載ステージ（左）４２、搭載ステージ（中）４３および搭載ステージ（右）４４の各上面は同じ平面内にあるため、各チップ部品１の基準面も全て同じ平面内に固定されている。また、搭載ステージ（左）４２、搭載ステージ（中）４３および搭載ステージ（右）４４には各チップ部品１の位置を基準面に平行な平面方向に微調整する機能が備わっていてよい。
【００３９】
第１の実施例と同様に、チップ部品１の厚さ寸法および公差が例えば２００±１０μｍである場合、３個の各チップ部品１についてそれぞれ厚さが±１０μｍの範囲内で異なる場合が考えられる。第１の実施例と同様に、接合材３の厚さ寸法および公差が３０±２μｍ、台座２３の厚さ寸法が３１５μｍ（チップ部品１の基準面と台座２３の基準面との間の搭載高さ寸法ｄが１００μｍ）であれば、接合材３の溶融後の厚さが３個の各チップ部品１において全て１５±１０μｍの範囲となるため、３個の各チップ部品１の厚さにばらつきがあった場合でもそれらの基準面を同じ平面内に揃えた上で基板２に固定する事ができる。
【００４０】
また、図６の下部は、３個のチップ部品１の搭載後の基板２を示す図である。第１の実施例と同様に、台座２３の基準面上には透明カバー１３が搭載されている。また台座２３の基準面上には透明カバー１３の他にも光学部品が固定されていてよい。
【実施例３】
【００４１】
次に、図７を参照して、第３の実施例について説明する。
図７の上部は、基板２に反りがある場合にチップ部品１が接合材３を介して搭載されている状態を示す図である。ここで、チップ部品１は単数または複数であってよい。基板２に反りがある場合、基板２のチップ部品１を搭載する箇所において、チップ部品１の搭載側の面と基板２との距離が部分的に異なるという事が考えられる。
【００４２】
例えばチップ部品１の搭載側の面と基板２との距離が±２．５μｍの範囲内で基板２の反りにより変動している場合、接合材３の溶融後の厚さが１５±１２．５μｍとなるように台座２３の厚さ寸法を設定する事で、基板２の反りの影響を吸収しつつ所望のチップ部品１の基準面と台座２３の基準面との間の搭載高さ寸法を得る事が可能である。また、図７の下図に示すように第１および第２の実施例と同様に台座２３の基準面上には透明カバー１３または他の光学部品が固定されていてよい。
【符号の説明】
【００４３】
１：チップ部品 、２：基板、３：接合材、４：搭載ステージ、５：ＸＹ補正ステージ、６：ヘッド認識カメラ、７：Ｚステージ、８：Ｚ駆動機構、９：変位計測機構、１０：θ補正ステージ、１１：コントローラ、１２：ステージ認識カメラ、１３：透明カバー、２１：チップ部品搭載部電極、２２：基板基準電極、２３：台座、４１：台座逃げ用切欠き、４２：搭載ステージ（左）、４３：搭載ステージ（中）、４４：搭載ステージ（右）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップ部品接合装置およびチップ部品接合方法に関し、詳しくは、光モジュールの組立における面発光型レーザ素子などのチップ部品を実装する際に用いる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子回路の細密化および部品の高密度実装化に伴い、回路基板の部品搭載面上に半導体素子等のチップ部品を実装する表面実装技術が発展してきている。従来、この種の表面実装技術に用いられるチップ部品接合装置として、例えば特許文献１に記載されたような、基板を位置決め可能なステージと、このステージ上の基板上に半田片を介してチップ部品を搭載する搭載ヘッドとを備えたものが採用されている。
【０００３】
基板の部品搭載面上にチップ部品を接合するには、予めステージ上に位置決めされた基板上に例えば半田片といった接合材を介してチップ部品を搭載し、次にステージあるいは搭載アームを加熱してチップ部品と基板間の半田片を加熱溶融する事により行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２３３９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来から知られているチップ部品接合装置にはいくつかの課題があった。
即ち、第１の課題として、光モジュールの組立に関して例えば面発光型レーザ素子のような光素子を基板に実装する面と反対側の面から光が出入りするように実装した場合、光素子の光が出入りする面（以下、受発光面と呼ぶ）と基板の光素子の実装面との光軸方向に関する高さ寸法にばらつきを生じるということがある。
その理由は、光素子の受発光面の反対側の面が基板に実装されるため、光素子の個別の厚さ寸法のばらつきが基板に対して光軸方向に関する高さ寸法のばらつきに直接反映するからである。
【０００６】
第２の課題として、光モジュールの組立に関して光素子と例えばアレイレンズ等のその他の光学部品との光軸方向の距離がばらつくということである。
その理由は、基板上の光素子が搭載される部分の電極とアレイレンズ等の光学部品が搭載される部分の電極の厚さ寸法に差異があったり、基板に反りが存在することにより光素子が搭載される電極とアレイレンズ等の光学部品が搭載される電極とが同一の平面上に無く、光素子が搭載される電極の上面を含む平面とアレイレンズ等の光学部品が搭載される電極の上面を含む平面との光軸方向に関する距離に差異があるからである。
【０００７】
上記に鑑み本発明は、光モジュールの組立に関して例えば面発光型レーザ素子のような光素子を基板に実装する面と反対側の面から光が出入りするように実装した場合、光素子の個別の厚さ寸法のばらつきから生じる光素子の受発光面の基板の基準面からの光軸方向に関する高さ寸法のばらつきを抑制可能なチップ部品接合装置、およびチップ部品接合方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また、基板上の光素子が搭載される部分の電極とアレイレンズ等のその他の光学部品が搭載される部分の電極の厚さ寸法に差異があったり、基板に反りが存在したりする事から生じる光素子とその他の光学部品との光軸方向に関する距離のばらつきを抑制可能なチップ部品接合装置、およびチップ部品接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のいくつかの態様は次のようなチップ部品接合装置、およびチップ部品接合方法を提供した。
すなわち、本発明のチップ部品接合装置は、チップ部品を設置する搭載ステージと、前記搭載ステージを水平方向に駆動するＸＹ補正ステージと、接合材を供給された基板を保持した上で垂直方向に駆動して、前記基板に前記チップ部品を搭載可能なＺステージおよびその駆動に用いるＺ駆動機構と、前記Ｚステージの垂直方向の変位を測定する変位計測機構と、前記Ｚステージを駆動する前記Ｚ駆動機構および前記変位計測機構に接続して、前記変位計測機構の計測結果に基づいて前記Ｚ駆動機構を制御可能なコントローラとを備えたチップ部品接合装置であって、
前記基板の前記チップ部品の搭載面上の任意の基準位置を有し、前記チップ部品の前記基板に搭載される面と反対側の面との距離を所定の寸法に制御した上で、前記チップ部品を前記基板に搭載することを特徴とする。
【００１０】
本発明のチップ部品接合方法は、前記チップ部品接合装置を用い、前記チップ部品の前記基板への実装面と反対側の面を前記搭載ステージの上面に密接するように固定し、前記チップ部品に前記基板を搭載加圧する前記Ｚステージの下面に固定された前記基板の基準位置を、前記搭載ステージの上面に接触させた時の前記変位計測機構により計測された前記Ｚステージの変位を記憶し、その後、前記チップ部品の前記基板への実装面と反対側の面と前記基板の基準位置を含む平面との距離を先に記憶した前記Ｚステージの変位の値に基づいて、所望の寸法になるように前記Ｚステージの変位を前記Ｚ駆動機構を制御して補正した上で、前記チップ部品と前記基板とを前記接合材を介して接合することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のチップ部品接合装置は、チップ部品を設置する搭載ステージと、前記搭載ステージを水平方向に駆動するＸＹ補正ステージと、接合材を供給された基板を保持した上で垂直方向に駆動して前記基板に前記チップ部品を搭載可能なＺステージおよびその駆動に用いるＺ駆動機構と、前記Ｚステージの垂直方向の変位を測定する変位計測機構と、前記Ｚステージを駆動する前記Ｚ駆動機構および前記変位計測機構に接続して前記変位計測機構の計測結果に基づいて前記Ｚ駆動機構を制御可能なコントローラとを備えたチップ部品接合装置であって、
前記基板上に設けられ、前記基板の前記チップ部品の搭載面と平行かつ法線の方向が同じ方向である基準面を有する台座の基準面を有し、前記チップ部品の前記基板に搭載される面と反対側の面との距離を所定の寸法に制御した上で前記チップ部品を前記基板に搭載することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のチップ部品接合方法は、前記チップ部品接合装置を用い、前記チップ部品の前記基板への実装面と反対側の面を前記搭載ステージの上面に密接するように固定し、前記チップ部品に前記基板を搭載加圧する前記Ｚステージの下面に固定された前記基板に設けられた前記台座の基準面を前記搭載ステージの上面に接触させた時の前記変位計測機構により計測された前記Ｚステージの変位を記憶し、その後、前記チップ部品の前記基板への実装面と反対側の面と前記台座の基準面との距離を先に記憶した前記Ｚステージの変位の値に基づいて所望の寸法になるように前記Ｚステージの変位を前記Ｚ駆動機構を制御して補正した上で前記チップ部品と前記基板とを前記接合材を介して接合することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のチップ部品接合装置、チップ部品接合方法によれば、チップ部品の個別の厚さ寸法のばらつきから生じるチップ部品の基準面と基板の基準面との搭載高さ寸法のばらつきを抑制可能なチップ部品接合装置および方法を提供することができる。
その理由は、チップ部品の基板への実装面と反対側の面を搭載ステージの上面に密接するように固定し、チップ部品に基板を搭載加圧するＺステージの下面に固定された基板の基準位置を搭載ステージの上面に接触させた時の変位計測機構により計測されたＺステージの変位を記憶し、次にチップ部品の基板への実装面と反対側の面と基板の基準位置を含む平面との距離を先に記憶したＺステージの変位の値に基づいて所望の寸法になるようにＺステージの変位をＺ駆動機構を制御して補正した上でチップ部品と基板とを接合材を介して接合するからである。
【００１４】
また、基板上のチップ部品が搭載される部分の電極の厚さ寸法に差異があったり、基板に反りが存在したりする事から生じるチップ部品の基準面と基板の基準面との搭載高さ寸法のばらつきを抑制可能なチップ部品接合装置および方法を提供することができる。
その理由は、チップ部品の基板への実装面と反対側の面を搭載ステージの上面に密接するように固定し、チップ部品に基板を搭載加圧するＺステージの下面に固定された基板に設けられた台座の基準面を搭載ステージの上面に接触させた時の変位計測機構により計測されたＺステージの変位を記憶し、次にチップ部品の基板への実装面と反対側の面と台座の基準面との距離を先に記憶したＺステージの変位の値に基づいて所望の寸法になるようにＺステージの変位をＺ駆動機構を制御して補正した上でチップ部品と基板とを接合材を介して接合するからである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のチップ部品接合装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明のチップ部品接合方法を示す説明図である。
【図３】本発明のチップ部品接合方法を示す説明図である。
【図４】チップ部品接合方法の搭載工程を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態を説明する説明図である。
【図６】本発明の別な実施形態を説明する説明図である。
【図７】本発明の別な実施形態を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の光モジュールのいくつかの形態について説明する。なお、これら実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１７】
（第一の実施形態）
図１は、本発明のチップ部品接合装置の構成を示す模式図である。
本発明のチップ部品接合装置は、チップ部品１を設置する搭載ステージ４と、搭載ステージ４を水平方向に駆動するXY補正ステージ５と、接合材３を供給された基板２を保持した上で垂直方向に駆動して基板２にチップ部品１を搭載可能なＺステージ７およびその駆動に用いるＺ駆動機構８と、Ｚステージ７に接続されて基板２をＺステージ７ごとＸＹ平面内での回転方向（以下、θ方向とする）に駆動するθ補正ステージ１０と、Ｚステージ７の垂直方向の変位を測定する変位計測機構９と、Ｚステージ７を駆動するＺ駆動機構８および変位計測機構９に接続して変位計測機構９の計測結果に基づいてＺ駆動機構８を制御可能なコントローラ１１と、搭載ステージ４上のチップ部品１を画像認識するためのステージ認識カメラ１２と、基板２を認識するためのヘッド認識カメラ６とを備えている。
【００１８】
チップ部品１は、例えば光インターコネクション用の光モジュールに用いられインジウム等を主成分とする面発光型レーザ素子であってよく、基板２は、例えばセラミックや有機材料からなる板状の基材に配線パターンを形成した配線基板であってよく、接合材３は、例えば金スズ半田といった光素子の接合によく用いられる半田材であってよい。
【００１９】
搭載ステージ４には単数または複数のチップ部品１を例えば外部に連通する真空発生装置による吸着といった方法で固定する機能を備えていてよく、また例えば固定したチップ部品１をヒータにより加熱する機能を備えていてよい。搭載ステージ４はＸＹ補正ステージ５上に設置され、ＸＹ補正ステージ５の動作範囲内の任意の位置に移動可能である。
【００２０】
Ｚステージ７は例えばセラミック材料により構成されたエアスライダであってよく、搭載ステージ４に固定されたチップ部品１に対して基板２を垂直上方から搭載加圧できる機能を有する。またＺステージ７の下面には基板２を例えば外部に連通する真空発生装置による吸着といった方法で固定する機能を備えていてよく、また例えば固定した基板２をヒータにより加熱する機能を備えていてよい。Ｚステージ７には上下方向の駆動のためのＺ駆動機構８が接続されている。
【００２１】
Ｚ駆動機構８は、例えばＶＣＭによるリニアモータやエアにより駆動するシリンダであってよい。また、Ｚステージ７の上下方向の変位を測定するための変位計測機構９が接続されており、例えば光学式レーザエンコーダであってよい。さらにＺ駆動機構８および変位計測機構９はコントローラ１１に接続されており、Ｚステージ７の変位を所定値に移動または維持するような制御や、基板２を加圧する荷重を所定値に変化または維持するような制御を自在に行う事が可能である。また搭載ステージ４上のチップ部品２を認識するためのステージ認識カメラ１２と、Ｚステージ７の下面の基板２を認識するためのヘッド認識カメラ６が設けられており、ＸＹ補正ステージ５と連携して制御する事によりチップ部品１を基板２上の任意の位置に位置決め補正を行う事が可能である。
【００２２】
次に図２を参照して、基板２上の基準位置に対してチップ部品１の基準面の光軸方向に関する距離を制御して搭載するチップ部品接合方法を説明する。
始めに、チップ部品１の基準面と基板２の基準位置が接触する時のＺステージ７の変位を変位計測機構９により検出する。ここで、チップ部品１の基準面は基板２に実装される面と反対側の面であるため、搭載ステージ４の上面と接触する側の面となる。よって、チップ部品１の基準面と搭載ステージ４の上面とは同一平面内にあるとみなす事ができる。一方、基板２の基準位置は基板２の搭載面上の所定の箇所であり、基板基準電極２２とする。ただしチップ部品１を搭載する場所には予め接合材３が供給されているため、チップ部品１の搭載箇所とは異なる所である必要がある。図２の左図は、ＸＹ補正ステージ５を基準高さの検出位置に移動した上で搭載ステージ４の上面と基板基準電極２２とが接触する状態を示している。
【００２３】
Ｚステージ７が上方に上がっている位置をＺステージ下面原点高さとし、Ｚステージ７が下方に下がる方向をＺステージ７の変位の＋方向として、搭載ステージ４の上面と基板基準電極２２とが接触する時のＺステージ７の変位ｈをｈ＝ｈｔとする。
【００２４】
次に、図２の中ほどを参照して、チップ部品１を基板２への搭載位置にＸＹ補正ステージ５を移動した上でチップ部品１と基板２とが接合材３を介して搭載加圧されている。ここで、チップ部品１の基準面と基板基準電極２２との搭載高さの設計寸法をｄとすると、チップ部品１の厚さ寸法および公差をｔｃ±ｄｔｃ、接合材３の厚さ寸法および公差をｔｓ±ｄｔｓとした場合、良好な搭載加圧の状態を得るための制約条件として（ｔｃ＋ｄｔｃ）＜ｄ＜（ｔｃ−ｄｔｃ＋ｔｓ−ｄｔｓ）を満たす必要がある。
【００２５】
次に図２の右側を参照して、搭載ステージ４またはＺステージ７の加熱機構を作動させて接合材３を溶融させる。この加熱によって搭載ステージ４の上面の高さがδｓ、基板基準電極２２部分の基板２の厚さがδｔｂ変動する場合、チップ部品１の基準面と基板基準電極２２との間の所望の搭載高さ寸法ｄを実現するためには、Ｚステージ７の変位ｈをｈ＝ｈｔ−δｓ−ｄ−δｔｂと設定するとよい。またＺステージ７の変位計測機構９の原点とＺステージ７の下面の高さ方向の寸法をＬとし、その寸法が加熱によって（Ｌ＋δＬ）に変動する場合は、δＬの値を補正に加えてＺステージ７の変位ｈをｈ＝ｈｔ−δｓ−ｄ−δｔｂ−δＬと設定するとよい。
【００２６】
次に図３を参照して、基板２上に基準面を有する台座２３が予め設けられ、その基準面に対してチップ部品１の基準面の光軸方向に関する距離を制御して搭載するチップ部品接合方法を説明する。
始めに、チップ部品１の基準面と基板２に設けられた台座２３の基準面が接触する時のＺステージ７の変位を変位計測機構９により検出する。チップ部品１の基準面は図２に示された場合と同様に、搭載ステージ４の上面と同一平面内にあるとみなす事ができる。一方、基板２の基準位置は基板２に設けられた台座２３の基準面である。
【００２７】
図３の左側は、搭載ステージ４の上面と台座２３の基準面とが接触する状態を示している。Ｚステージ７が上方に上がっている位置をＺステージ下面原点高さとして、搭載ステージ４の上面と台座２３の基準面とが接触する時のＺステージ７の変位ｈをｈ＝ｈｔとする。
【００２８】
次に図３の中ほどは、チップ部品１を基板２への搭載位置にＸＹ補正ステージ５を移動した上でチップ部品１と基板２とが接合材３を介して搭載加圧されている状態を示している。この時、台座２３と搭載ステージ４とが衝突しないように台座逃げ用切欠き４１が設けられている。またここで、チップ部品１の基準面と台座２３の基準面との搭載高さの設計寸法をｄとすると、チップ部品１の厚さ寸法および公差をｔｃ±ｄｔｃ、接合材３の厚さ寸法および公差をｔｓ±ｄｔｓとした場合、良好な搭載加圧の状態を得るための制約条件として（ｔｃ＋ｄｔｃ）＜（ｔｓｐ−ｄ）＜（ｔｃ−ｄｔｃ＋ｔｓ−ｄｔｓ）を満たす必要がある。ｔｓｐは台座２３の厚さ寸法である。
【００２９】
次に図３の右側は、搭載ステージ４またはＺステージ７の加熱機構を作動させて接合材３を溶融させた状態を示している。図２に示す場合と同様、チップ部品１の基準面と台座２３の基準面との間の所望の搭載高さ寸法ｄを実現するためには、Ｚステージ７の変位ｈをｈ＝ｈｔ−δｓ−ｄ−δｔｂと設定するとよい。またＺステージ７の変位計測機構９の原点とＺステージ７の下面の高さ方向の寸法をＬとし、その寸法が加熱によって（Ｌ＋δＬ）に変動する場合は、δＬの値を補正に加えてＺステージ７の変位ｈをｈ＝ｈｔ−δｓ−ｄ−δｔｂ−δＬと設定するとよい。ここで、ｄ寸法はチップ部品１の基準面が台座２３の基準面に対して基板２から見て出っ張る方向の寸法を正の値とする。
【００３０】
次に、図４を参照して、チップ部品接合方法の搭載工程を説明する。
始めに、チップ部品１を搭載ステージ４の上面に固定する。ここで、チップ部品１の基準面は搭載ステージ４の上面と接触する側の面であり、例えばチップ部品１が光素子である場合はその受発光面に相当し、基板２に対する実装面はその受発光面の反対側の面という事になる。次に、基板２をＺステージ７の下面に固定する。ここで、基板２の基準面は搭載ステージ４の上面に固定されたチップ部品１に対向する側の面であり、その基準面と反対側の面をＺステージ７に固定するという事になる。
【００３１】
次に、ＸＹ補正ステージ５をチップ部品１および基板２の互いの基準面の高さを検出する位置に移動する。ここで、基板２の基準面は図２に示す構造では基板基準電極２２、図３に示す構造では台座２３の基準面という事になる。次に、Ｚステージ７を搭載ステージ４に向けて下降させ、搭載ステージ４の上面と基板２の基準面とが接触する高さを検出して（図４において、タッチ検出と呼ぶ）、その時点での変位計測機構９の変位の値を記憶する（前出の、ｈｔ値である）。
【００３２】
次に、Ｚステージ７を上昇させた上で、チップ部品１を基板２に搭載する位置にＸＹ補正ステージ５を移動する。この位置は、チップ部品１を画像認識するためのステージ認識カメラ１２および基板２を認識するためのヘッド認識カメラ６による計測結果に基づいて正確に補正された位置である。
【００３３】
次に、Ｚステージ７を搭載ステージ４に向けて下降させ、Ｚステージ７の変位が前出のｈ＝ｈｔ−δｓ−ｄ−δｔｂ−δＬで与えられる変位となるように制御する。ここで、Ｚステージ７が下降動作を完了した時点で、変位ｈ＜ｈｍであるかの確認を行う。この時ｈ＜ｈｍでない場合、例えば接合材３が脱落していたり、チップ部品１や基板２のチップ部品搭載部電極２１や接合材３の厚さ寸法の公差が小さい方向に累積していたりといった理由でチップ部品１が基板２とが接合材３を介して十分に密着していない可能性を示しており、搭載不良の原因となる。よって、ｈ＜ｈｍでない場合は搭載加圧不良としてＺステージ７を上昇させた上で異常終了とする。
【００３４】
変位ｈ＜ｈｍを満たす場合、搭載ステージ４およびＺステージ７に組み込まれた加熱機構を作動させ、接合材３を加熱溶融させる。この加熱が完了した時点（図４において、加熱完了と呼ぶ）で、変位ｈ＝ｈｍであるかの確認を行う。この時ｈ＝ｈｍでない場合、おそらくｈ＜ｈｍのままであるが、例えばチップ部品１や基板２のチップ部品搭載部電極２１の厚さ寸法の公差が大きい方向に累積していたりといった理由でチップ部品１が基板２と完全に密着している可能性を示しており、所望のチップ部品１の基準面と基板２の基準面との搭載高さ寸法ｄを実現できていない可能性がある。よって、ｈ＝ｈｍでない場合は加熱機構の冷却完了を待って、過加圧不良としてＺステージ７を上昇させた上で異常終了とする。変位ｈ＝ｈｍを満たす場合、加熱機構の冷却完了を待ってＺステージ７を上昇させた上で正常終了として一連の搭載工程が終了する。
【実施例１】
【００３５】
次に、図５を参照して、第１の実施例について説明する。
図５の上部は、本発明のチップ部品接合装置により単数のチップ部品１が基板２に接合材３を介して搭載されている状態を示す図である。チップ部品１は例えばインジウム等を主成分とする面発光型レーザ素子である。基板２は例えばセラミックや有機材料からなる配線基板である。接合材３は、例えば金スズといった半田材である。また基板２のチップ部品１の搭載側の面には台座２３が設けられている。
【００３６】
台座２３は例えば金属材料からなっており、基板２のチップ部品１の搭載面と平行かつ法線の方向が同じ方向である基準面を有しており、基準面は平坦面となっている。チップ部品１の厚さ寸法および公差を例えば２００±１０μｍ、接合材３の厚さ寸法および公差を３０±２μｍとして、チップ部品１の基準面であるところの受発光面と台座２３の基準面との間の搭載高さ寸法ｄを１００μｍと設計したい場合は台座２３の厚さ寸法を３１５μｍと設定して、チップ部品１の厚さが公差±１０μｍの範囲で変動したとしても接合材３の溶融後の厚さが１５±１０μｍの範囲となって、接合材３の溶融前の厚さ寸法である３０μｍ以下となるように寸法を設定するのが好適である。
【００３７】
また、図５の下部は、チップ部品１の搭載後の基板２を示す図である。台座２３の基準面上には透明カバー１３が搭載され、透明カバー１３は例えば反射防止用のコーティングが施されたガラス板やアレイレンズであってよい。また透明カバー１３は台座２３の基準面上に例えば接着剤により密着して固定されていてよい。また透明カバー１３の他にも同じ台座２３の基準面上に他の光学部品を固定する事も可能である。
【実施例２】
【００３８】
次に、図６を参照して、第２の実施例について説明する。
図６の上部は、複数のチップ部品１が基板２に接合材３を介して搭載されている状態を示す図である。第２の実施例では例えば３個のチップ部品１が搭載ステージ（左）４２、搭載ステージ（中）４３および搭載ステージ（右）４４とそれぞれ別のステージ上に固定されている。ここで、搭載ステージ（左）４２、搭載ステージ（中）４３および搭載ステージ（右）４４の各上面は同じ平面内にあるため、各チップ部品１の基準面も全て同じ平面内に固定されている。また、搭載ステージ（左）４２、搭載ステージ（中）４３および搭載ステージ（右）４４には各チップ部品１の位置を基準面に平行な平面方向に微調整する機能が備わっていてよい。
【００３９】
第１の実施例と同様に、チップ部品１の厚さ寸法および公差が例えば２００±１０μｍである場合、３個の各チップ部品１についてそれぞれ厚さが±１０μｍの範囲内で異なる場合が考えられる。第１の実施例と同様に、接合材３の厚さ寸法および公差が３０±２μｍ、台座２３の厚さ寸法が３１５μｍ（チップ部品１の基準面と台座２３の基準面との間の搭載高さ寸法ｄが１００μｍ）であれば、接合材３の溶融後の厚さが３個の各チップ部品１において全て１５±１０μｍの範囲となるため、３個の各チップ部品１の厚さにばらつきがあった場合でもそれらの基準面を同じ平面内に揃えた上で基板２に固定する事ができる。
【００４０】
また、図６の下部は、３個のチップ部品１の搭載後の基板２を示す図である。第１の実施例と同様に、台座２３の基準面上には透明カバー１３が搭載されている。また台座２３の基準面上には透明カバー１３の他にも光学部品が固定されていてよい。
【実施例３】
【００４１】
次に、図７を参照して、第３の実施例について説明する。
図７の上部は、基板２に反りがある場合にチップ部品１が接合材３を介して搭載されている状態を示す図である。ここで、チップ部品１は単数または複数であってよい。基板２に反りがある場合、基板２のチップ部品１を搭載する箇所において、チップ部品１の搭載側の面と基板２との距離が部分的に異なるという事が考えられる。
【００４２】
例えばチップ部品１の搭載側の面と基板２との距離が±２．５μｍの範囲内で基板２の反りにより変動している場合、接合材３の溶融後の厚さが１５±１２．５μｍとなるように台座２３の厚さ寸法を設定する事で、基板２の反りの影響を吸収しつつ所望のチップ部品１の基準面と台座２３の基準面との間の搭載高さ寸法を得る事が可能である。また、図７の下図に示すように第１および第２の実施例と同様に台座２３の基準面上には透明カバー１３または他の光学部品が固定されていてよい。
【符号の説明】
【００４３】
１：チップ部品 、２：基板、３：接合材、４：搭載ステージ、５：ＸＹ補正ステージ、６：ヘッド認識カメラ、７：Ｚステージ、８：Ｚ駆動機構、９：変位計測機構、１０：θ補正ステージ、１１：コントローラ、１２：ステージ認識カメラ、１３：透明カバー、２１：チップ部品搭載部電極、２２：基板基準電極、２３：台座、４１：台座逃げ用切欠き、４２：搭載ステージ（左）、４３：搭載ステージ（中）、４４：搭載ステージ（右）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップ部品を設置する搭載ステージと、前記搭載ステージを水平方向に駆動するＸＹ補正ステージと、
接合材を供給された基板を保持した上で垂直方向に駆動して、前記基板に前記チップ部品を搭載可能なＺステージおよびその駆動に用いるＺ駆動機構と、
前記Ｚステージの垂直方向の変位を測定する変位計測機構と、前記Ｚステージを駆動する前記Ｚ駆動機構および前記変位計測機構に接続して、前記変位計測機構の計測結果に基づいて前記Ｚ駆動機構を制御可能なコントローラとを備えたチップ部品接合装置であって、
前記基板の前記チップ部品の搭載面上の任意の基準位置を有し、前記チップ部品の前記基板に搭載される面と反対側の面との距離を所定の寸法に制御した上で、前記チップ部品を前記基板に搭載することを特徴とするチップ部品接合装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたチップ部品接合装置を用いたチップ部品接合方法であって、
前記チップ部品の前記基板への実装面と反対側の面を前記搭載ステージの上面に密接するように固定し、前記チップ部品に前記基板を搭載加圧する前記Ｚステージの下面に固定された前記基板の基準位置を、前記搭載ステージの上面に接触させた時の前記変位計測機構により計測された前記Ｚステージの変位を記憶し、
その後、前記チップ部品の前記基板への実装面と反対側の面と前記基板の基準位置を含む平面との距離を先に記憶した前記Ｚステージの変位の値に基づいて、所望の寸法になるように前記Ｚステージの変位を前記Ｚ駆動機構を制御して補正した上で、前記チップ部品と前記基板とを前記接合材を介して接合することを特徴とするチップ部品接合方法。
【請求項３】
チップ部品を設置する搭載ステージと、
前記搭載ステージを水平方向に駆動するＸＹ補正ステージと、
接合材を供給された基板を保持した上で垂直方向に駆動して前記基板に前記チップ部品を搭載可能なＺステージおよびその駆動に用いるＺ駆動機構と、
前記Ｚステージの垂直方向の変位を測定する変位計測機構と、
前記Ｚステージを駆動する前記Ｚ駆動機構および前記変位計測機構に接続して前記変位計測機構の計測結果に基づいて前記Ｚ駆動機構を制御可能なコントローラとを備えたチップ部品接合装置であって、
前記基板上に設けられ、前記基板の前記チップ部品の搭載面と平行かつ法線の方向が同じ方向である基準面を有する台座の基準面を有し、前記チップ部品の前記基板に搭載される面と反対側の面との距離を所定の寸法に制御した上で前記チップ部品を前記基板に搭載することを特徴とするチップ部品接合装置。
【請求項４】
請求項３に記載されたチップ部品接合装置を用いたチップ部品接合方法であって、
前記チップ部品の前記基板への実装面と反対側の面を前記搭載ステージの上面に密接するように固定し、前記チップ部品に前記基板を搭載加圧する前記Ｚステージの下面に固定された前記基板に設けられた前記台座の基準面を前記搭載ステージの上面に接触させた時の前記変位計測機構により計測された前記Ｚステージの変位を記憶し、
その後、前記チップ部品の前記基板への実装面と反対側の面と前記台座の基準面との距離を先に記憶した前記Ｚステージの変位の値に基づいて所望の寸法になるように前記Ｚステージの変位を前記Ｚ駆動機構を制御して補正した上で前記チップ部品と前記基板とを前記接合材を介して接合することを特徴とするチップ部品接合方法。
【請求項１】
チップ部品を設置する搭載ステージと、前記搭載ステージを水平方向に駆動するＸＹ補正ステージと、
接合材を供給された基板を保持した上で垂直方向に駆動して、前記基板に前記チップ部品を搭載可能なＺステージおよびその駆動に用いるＺ駆動機構と、
前記Ｚステージの垂直方向の変位を測定する変位計測機構と、前記Ｚステージを駆動する前記Ｚ駆動機構および前記変位計測機構に接続して、前記変位計測機構の計測結果に基づいて前記Ｚ駆動機構を制御可能なコントローラとを備えたチップ部品接合装置であって、
前記基板の前記チップ部品の搭載面上の任意の基準位置を有し、前記チップ部品の前記基板に搭載される面と反対側の面との距離を所定の寸法に制御した上で、前記チップ部品を前記基板に搭載することを特徴とするチップ部品接合装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたチップ部品接合装置を用いたチップ部品接合方法であって、
前記チップ部品の前記基板への実装面と反対側の面を前記搭載ステージの上面に密接するように固定し、前記チップ部品に前記基板を搭載加圧する前記Ｚステージの下面に固定された前記基板の基準位置を、前記搭載ステージの上面に接触させた時の前記変位計測機構により計測された前記Ｚステージの変位を記憶し、
その後、前記チップ部品の前記基板への実装面と反対側の面と前記基板の基準位置を含む平面との距離を先に記憶した前記Ｚステージの変位の値に基づいて、所望の寸法になるように前記Ｚステージの変位を前記Ｚ駆動機構を制御して補正した上で、前記チップ部品と前記基板とを前記接合材を介して接合することを特徴とするチップ部品接合方法。
【請求項３】
チップ部品を設置する搭載ステージと、
前記搭載ステージを水平方向に駆動するＸＹ補正ステージと、
接合材を供給された基板を保持した上で垂直方向に駆動して前記基板に前記チップ部品を搭載可能なＺステージおよびその駆動に用いるＺ駆動機構と、
前記Ｚステージの垂直方向の変位を測定する変位計測機構と、
前記Ｚステージを駆動する前記Ｚ駆動機構および前記変位計測機構に接続して前記変位計測機構の計測結果に基づいて前記Ｚ駆動機構を制御可能なコントローラとを備えたチップ部品接合装置であって、
前記基板上に設けられ、前記基板の前記チップ部品の搭載面と平行かつ法線の方向が同じ方向である基準面を有する台座の基準面を有し、前記チップ部品の前記基板に搭載される面と反対側の面との距離を所定の寸法に制御した上で前記チップ部品を前記基板に搭載することを特徴とするチップ部品接合装置。
【請求項４】
請求項３に記載されたチップ部品接合装置を用いたチップ部品接合方法であって、
前記チップ部品の前記基板への実装面と反対側の面を前記搭載ステージの上面に密接するように固定し、前記チップ部品に前記基板を搭載加圧する前記Ｚステージの下面に固定された前記基板に設けられた前記台座の基準面を前記搭載ステージの上面に接触させた時の前記変位計測機構により計測された前記Ｚステージの変位を記憶し、
その後、前記チップ部品の前記基板への実装面と反対側の面と前記台座の基準面との距離を先に記憶した前記Ｚステージの変位の値に基づいて所望の寸法になるように前記Ｚステージの変位を前記Ｚ駆動機構を制御して補正した上で前記チップ部品と前記基板とを前記接合材を介して接合することを特徴とするチップ部品接合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−３５１０９（Ｐ２０１１−３５１０９Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７８９１５（Ｐ２００９−１７８９１５）
【出願日】平成２１年７月３１日（２００９．７．３１）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月３１日（２００９．７．３１）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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