実装装置および実装方法
【課題】 微細な半田バンプが形成されたチップであっても、基板に良好に熱圧着することができる実装装置および実装方法を提供すること。
【解決手段】 チップに設けられた半田バンプを、基板に設けられた電極に、押圧しながら加熱し熱圧着する実装装置および実装方法であって、チップを保持して基板に押圧する熱圧着ツールと、基板を保持する基板ステージと、熱圧着ツールを加熱する加熱手段と、熱圧着ツールの高さ位置の制御を行う制御部とを備え、制御部が、チップを保持した熱圧着ツールを下降し、チップの基板側に設けられている半田バンプが基板に設けられている電極に接触した後、所定量だけ熱圧着ツールを用いてチップを基板の電極に押し込み、半田バンプの温度が半田溶融温度に到達する前に、熱圧着ツールの高さ位置を熱圧着ツールの伸びに応じて上昇させる機能を有している実装装置および実装方法を提供する。
【解決手段】 チップに設けられた半田バンプを、基板に設けられた電極に、押圧しながら加熱し熱圧着する実装装置および実装方法であって、チップを保持して基板に押圧する熱圧着ツールと、基板を保持する基板ステージと、熱圧着ツールを加熱する加熱手段と、熱圧着ツールの高さ位置の制御を行う制御部とを備え、制御部が、チップを保持した熱圧着ツールを下降し、チップの基板側に設けられている半田バンプが基板に設けられている電極に接触した後、所定量だけ熱圧着ツールを用いてチップを基板の電極に押し込み、半田バンプの温度が半田溶融温度に到達する前に、熱圧着ツールの高さ位置を熱圧着ツールの伸びに応じて上昇させる機能を有している実装装置および実装方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フリップチップなどの半田バンプ付きのチップを基板に熱圧着する実装装置および実装方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半田バンプ付きのチップを基板に熱圧着する実装装置として、特許文献１に示す実装装置が知られている。特許文献１には、チップを基板に熱圧着する熱圧着ツールが、荷重検出手段を備えている。チップを基板に熱圧着する際に、荷重検出手段で、押圧力を検出しながら熱圧着し、検出された圧力が、所定値以下となった場合に、半田バンプが溶融したと判断している。半田バンプが溶融したと判断すると、チップを保持している熱圧着ツールを所定高さ引き上げ、加熱を停止し、所定高さを保持したまま、溶融した半田を冷却させる実装方法が行われている。
【０００３】
また、特許文献２に示す実装装置では、チップを保持する熱圧着ツールに荷重検出手段と、熱圧着ツールの変位を検出する変位検出手段が備えられている。チップを基板に熱圧着する際に、半田バンプが溶融を開始するまでは熱圧着ツールの荷重制御を行い、半田バンプの溶融により変位検出手段が検出する熱圧着ツールの高さの変位が発生すると、半田バンプが溶融したと判断している。半田が溶融した後は、熱圧着ツールの位置制御を行い、実装高さを一定にしている。
【０００４】
近年、高密度実装の要求から半田バンプも電極間隔を狭め、バンプの構造も丸みをおびたものから、柱状の形状のものが用いられるようになっている。特許文献３には、バンプピッチを超微細にした柱状のピラーバンプが、開示されている。ピラーバンプは、狭ピッチで立設したＣｕ等のピラー（円柱状）の先端に半球状の半田を形成している。先端の半田は、半球状の場合もあるし、先端部を楕円状に平坦化させたものもある。そのため、バンプピッチを従来の半田ボールタイプの半田バンプに比べて微細にすることができる。また高密度実装に対応することができる。これらの半田部分は、ピラー（円柱）の底面の面積が微小面積であるため、従来の半田ボールタイプの半田バンプに比べて、極めて少ない量の半田で半田接合部分が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１４５１９７号公報
【特許文献２】特開２００８−１１７９９３号公報
【特許文献３】特開２００６−２４５２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようなピラーバンプが形成されたチップを、基板に熱圧着しようとすると次のような問題がある。
【０００７】
ピラーバンプに形成された半田が微量であるため、半田の溶融にともなう熱圧着ツールの押圧力や高さの変化でチップを引き上げるようにすると、溶融した半田がピラーと電極間で潰れてしまい、基板の電極とピラーとの間にはみ出した状態で接合されてしまう。はみ出した半田は隣接するピラーバンプや電極に接触し接触不良を起こす問題がある。
【０００８】
また、チップと基板の間隙を封止するために、基板には予め非導電性の樹脂が塗布されている場合がある。この樹脂を、チップの半田と基板の電極が接触する過程で押し出しながら接合する時に、チップと基板の間隙が狭くなりすぎると樹脂のはみ出し量が多くなり、チップの側面を樹脂が這い上がって、チップやチップ吸着ツールを汚してしまうと言う問題がある。
【０００９】
また、これらの実装に用いられる基板の電極は、超微細に形成した柱状のピラーバンプに対応するため幅の狭い電極が配置されている。このような電極とピラーバンプとの接合には高精度な位置合わせが求められる。そのため、ピラーバンプと電極の位置が微妙にずれている場合、ピラーバンプの押し込みに応じてピラーバンプが電極から横滑りしてまう問題がある。つまり、位置ずれに対する許容度が少ないため、ピラーバンプが電極からズレ落ちやすい。
【００１０】
そこで、本発明の課題は、微細な半田バンプが形成されたチップであっても、基板に良好に熱圧着することができる実装装置および実装方法を提供することとする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
チップに設けられた半田バンプを、基板に設けられた電極に、押圧しながら加熱し熱圧着する実装装置であって、
チップを保持して基板に押圧する熱圧着ツールと、
基板を保持する基板ステージと、
熱圧着ツールを加熱する加熱手段と、
熱圧着ツールの高さ位置の制御を行う制御部とを備え、
制御部が、チップを保持した熱圧着ツールを下降し、チップの基板側に設けられている半田バンプが基板に設けられている電極に接触した後、所定量だけ熱圧着ツールを用いてチップを基板の電極に押し込み、半田バンプの温度が半田溶融温度に到達する前に、熱圧着ツールの高さ位置を熱圧着ツールの伸びに応じて上昇させる機能を有している実装装置である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記熱圧着ツールには熱圧着ツールの高さ位置を検出する高さ検出手段と、熱圧着ツールの押圧力を検出する圧力検出手段と、が備えられ、
前記制御部が、チップに設けられている半田バンプが基板に設けられている電極に接触した後、半田バンプの温度が半田溶融温度に到達する前まで、圧力検出手段により検出された圧力に基づき熱圧着ツールの押圧力を制御する荷重制御を行う機能を有し、
半田バンプの温度が半田溶融温度に到達した後は、高さ検出手段により検出された熱圧着ツールの高さ位置に基づき、熱圧着ツールの高さ位置を制御する位置制御を行う機能を有している実装装置である。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、
前記加熱手段には、加熱手段の温度を検出する温度検出手段が備えられ、
前記制御部が、チップに設けられている半田バンプが基板に設けられている電極に接触した後、温度検出手段により検出された温度が所定の温度に到達するまで、圧力検出手段により検出された圧力に基づき熱圧着ツールの押圧力を制御する荷重制御を行う機能を有している実装装置である。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、
チップに設けられた半田バンプを基板に設けられた電極に、押圧ながら加熱し熱圧着する実装方法であって、
チップを熱圧着ツールで保持して基板側に下降させる工程と、
チップの半田バンプが基板の電極に接触した後、熱圧着ツールに設けられた圧力検出手段により検出された押圧力に基づき、所定量だけ熱圧着ツールを押し込む荷重制御を行う工程と、
熱圧着ツールの温度を半田溶融温度に加熱する工程と、
半田バンプの温度が半田溶融温度に到達する前に、熱圧着ツールの押し込み量が所定値を維持するように熱圧着ツールに設けられた高さ検出手段の検出値に基づき、熱圧着ツールの高さ位置を制御する位置制御に切り換える工程と、
熱圧着ツールの加熱にともなう熱圧着ツールの伸びに応じて、予め設定されている伸び量だけ熱圧着ツールを引き上げる工程と、
熱圧着ツールによるチップの保持を解除し、熱圧着ツールを上昇させ半田バンプを冷却し固化する工程とを含む実装方法である。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、チップの基板側に設けられている半田バンプが基板に設けられている電極に接触した後、所定量だけ熱圧着ツールを用いてチップを基板の電極に押し込み、半田バンプの温度が半田溶融温度に到達する前に、熱圧着ツールの高さ位置を熱圧着ツールの伸びに応じて上昇させる機能を有しているので、微細な半田バンプが形成されたチップであっても、溶融した半田が潰れたり、基板の電極とピラーとの間にはみ出した状態で接合することがない。従って、基板に良好に熱圧着することができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、熱圧着ツールに保持されたチップのバンプが基板の電極に接触した後、所定の加圧力で押し込まれる。押し込まれた位置を維持しながら、熱圧着ツールの制御を荷重制御から位置制御に切り換える。その後、半田バンプの温度を半田溶融温度に加熱する。熱圧着ツールが加熱により熱膨張するが、チップと電極との間隔（もしくはバンプのピラーと電極との間隔）を一定になるように熱圧着ツールの位置制御を行う。その後、半田を溶融させた後、熱圧着ツールからチップを吸着解除し、ヒータの加熱も停止し、半田の冷却固化を行う。半田の加熱および溶融に際して、チップと電極との間隔が一定に保たれているので、半田が熱圧着ツールの押圧によりピラーからはみ出し、隣り合う半田に接触することがない。しかもチップと電極の間に充填された樹脂も一定間隔を保つことで、チップ外側にはみ出す樹脂の量を安定させることが出来、チップ側面へ樹脂が這い上がることがない。また、熱圧着ツールの押圧により、バンプが電極から横滑りすることがない。従って、チップのバンプと電極の良好な接合を達成することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、前記制御部が、チップに設けられている半田バンプが基板に設けられている電極に接触した後、温度検出手段により検出された温度が所定の温度に到達するまで、圧力検出手段により検出された圧力に基づき熱圧着ツールの押圧力を制御する荷重制御を行うようにしている。そのため、半田バンプの溶融到達時間にバラツキがあっても、荷重制御から位置制御に切り替わるタイミングを半田の状態に合わせて行うことができる。また、半田溶融温度に到達するまで熱圧着ツールの荷重制御を行うことになり、バンプと電極間に充填された樹脂をバンプと電極から押し出し、樹脂による接触不良を防止することができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、チップの半田バンプが基板の電極に接触した後、熱圧着ツールに設けられた圧力検出手段により検出された押圧力に基づき、所定量だけ熱圧着ツールを押し込む荷重制御を行う工程と、半田バンプの温度が半田溶融温度に到達する前に、熱圧着ツールの押し込み量が所定値を維持するように熱圧着ツールに設けられた高さ検出手段の検出値に基づき、熱圧着ツールの高さ位置を制御する位置制御に切り換える工程を備えているので、微細な半田バンプが形成されたチップであっても、溶融した半田が潰れたり、基板の電極とピラーとの間にはみ出した状態で接合することがない。従って、基板に良好に熱圧着することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る実装装置の概略側面図である。
【図２】チップと基板の関係を示す概略側面図である。
【図３】本発明に係る実装方法を説明するフローチャートである。
【図４】Ｚ軸ヘッド高さとヒータ設定温度と検出荷重を示すチャートである。
【図５】図４におけるタイミングｔ３のチップと基板の関係を示す概略側面図である。
【図６】図４におけるタイミングｔ５のチップと基板の関係を示す概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の実装装置の側面図、図２は実装装置で使用するチップ２と基板６の側面図である。図１において、実装装置１に向かって左右方向をＸ軸、前後方向をＹ軸、Ｘ軸とＹ軸で構成されるＸＹ平面に直交する軸をＺ軸、Ｚ軸周りをθ軸とする。
【００２１】
実装装置１は、チップ２を吸着保持するヘッド８と、基板６を吸着保持する基板ステージ１１と、チップ２と基板６に設けられた位置合わせマークを認識する２視野カメラ１３と、実装装置１全体を制御する制御部２０とから構成されている。
【００２２】
ヘッド８には、チップ２に付与されている押圧力を検出する圧力検出手段としてロードセル１０が内蔵されている。ヘッド８の下側にはチップ２を吸着保持するツール９が装着されている。ツール９には加熱手段としてヒータ１６が内蔵されており、制御部２０からの指令に基づいてチップ２を加熱できるように構成されている（図１でヒータ１６は点線で表記した）。ヒータ１６には、温度検出手段として熱電対１８が取り付けられている。ヘッド８はサーボモータ１４とサーボモータ１４に連結されたボールねじ１５を駆動制御することによりＺ方向上下に昇降し、制御部２０からの指令に基づいて、ヘッド８の押圧力を制御する荷重制御と、ヘッド８のＺ軸高さ位置を制御する位置制御との制御ができるように構成されている。本発明の熱圧着ツールは、ヘッド８とツール９で構成されている。
【００２３】
押圧力はサーボモータ１４のトルクによって制御されるのが好ましいが、ボイスコイルモータや空圧シリンダーなど押し付け力を発生するものであればどのような手段であっても良い。
【００２４】
荷重制御中に圧力一定に保つためにＺ方向に上下に変動した移動量は、サーボモータ１４のエンコーダー１９による位置検出手段により位置情報を取得できるように構成されている。位置検出手段はＺ方向に位置を測定出来るものであれば、外部にリニアスケールなどを用いても良い。
【００２５】
基板ステージ１１は、図示していない駆動機構によりＸ，Ｙ、θ方向に移動可能で、吸着保持された基板６を所定の位置に位置決めできるように構成されている。
【００２６】
２視野カメラ１３は、ツール９に吸着保持されたチップ２と、基板ステージ１１に吸着保持された回路基板６との間に挿入され、チップ２および基板６に付された位置合わせマークを画像認識することができる。通常は、待機位置（図１の点線表記部分）で待機しており画像認識の際に画像認識位置に移動できるようになっている。
【００２７】
図２に示すように、チップ２は、チップ裏面２ｂにＣｕ製のピラー４が設けられている。ピラー４の先端には半田５が形成されている。ピラー４と半田５でバンプ３を形成している。基板６には電極７が設けられ、電極７の表面は半田メッキ７ａが施されている。基板６の電極７の周囲には非導電性熱硬化樹脂である接着剤１７が充填されている。
【００２８】
このような、実装装置１を用いてチップ２を基板６に実装する実装方法について、図３のフローチャートと、図４の実装状態を説明するグラフと、図５、６のバンプ３と電極７の拡大図と、を用いて説明する。図４は、横軸に時間を表記し、縦軸にヘッド８のＺ軸方向の高さ、ヒータ１６の設定温度、およびロードセル１０の検出荷重を表記している。
【００２９】
まず、ヘッド８のツール９にチップ２が吸着保持されており、基板ステージ１１に基板６が吸着保持されている状態から説明を始める（ステップＳＴ０１）。この状態で、ツール９のヒータ１６は半田が柔らかくなる温度である予熱温度Ｔ１に加熱されている。
【００３０】
２視野カメラ１３がチップ２と基板６の間に挿入され、チップ２および基板６に付されているアライメントマークを画像認識する（ステップＳＴ０２）。取得した画像認識データに基づいて、基板ステージ１１を位置合わせし、２視野カメラ１３を待機位置に退避する（ステップＳＴ０３）。この状態は、図４のｔ０のタイミングとなる。
【００３１】
次に、ヘッド８を高速で所定高さだけ下降させる（ステップＳＴ０４）。この状態は、図４のｔ１のタイミングとなる。チップ２のバンプ３は基板６の電極７に接触していない。ヘッド８の駆動制御は、位置制御状態である。
【００３２】
次に、ヘッド８を低速で所定高さだけ下降させる（ステップＳＴ０５）。電極７の周囲の接着剤１７を押しのけながら、バンプ３が下降する。この状態は、図４のｔ２のタイミングとなる。バンプ３が電極７の近傍まで近づいた状態となる。
【００３３】
次に、ヘッド８の駆動制御を位置制御から荷重制御に切り換える（ステップＳＴ０６）。図４に示すｔ２のタイミングより荷重制御を始める。ヘッド８が徐々に下降し、バンプ３の先端の半田５が電極７に接触するタイミングを検出するサーチ動作を行う（ステップＳＴ０７）。電極７に接触するタイミングまではロードセル１０に荷重Ｐ０が検出される。図４のタイミングｔ３が接触したタイミングである。ロードセル１０で荷重Ｐ１が検出される。図５に接触した状態を示す。ｔ３のタイミングでは検出する荷重に変化が現れるので接触したことを検出することができる。ヘッド８が荷重制御されている最中でも、エンコーダー１９によるヘッド８の検出位置は制御部２０で監視され、ヘッド８位置の異常に対応できるようになっている。
【００３４】
バンプ３の半田５が電極７に接触すると、予熱温度Ｔ１に暖められているツール９の温度が基板６側に伝わるようになる。
【００３５】
また、基板６に予め充填されている接着剤１７は、チップ２が基板６にサーチ荷重Ｐ１で押し付けられると、バンプ３と電極７の接触した部分から押し出される（ステップＳＴ０８）。この工程は、接着剤１７が残留していると、後の工程で製品不具合となるため行われている。
【００３６】
次に、ヘッド８の荷重制御の設定荷重をＰ２に変更する（ステップＳＴ０９）。予熱状態（例えば、１６０℃程度の状態）では、バンプ３の先端に形成された半田５は溶融しない。半田５は、固相状態から液相状態に移る段階で、軟化した状態となる。そのため、ヘッド８が荷重設定Ｐ２で荷重制御されることにより、軟化した半田５が電極７に押し込まれ、形状が変形する。この際、基板６に予め充填されている接着剤１７は、チップ裏面２ｂに押されてバンプ３の間に隙間無く充填させる。
【００３７】
次に、図４のタイミングｔ４からｔ５までの所定時間、ヘッド８を荷重設定Ｐ２で荷重制御する（ステップＳＴ１０）。ツール９が予熱温度に到達しているので、バンプ３の先端部の半田５が変形しながら電極７に接触する。この状態を図６に示す。ｔ５のタイミングにおいては、ピラー４と電極７に所定の間隔が保たれた状態となる（半田５が押し潰されてピラー４と電極７の間から、はみ出した状態ではない）。
【００３８】
なお、荷重設定Ｐ２は、予め、半田５を予熱温度Ｔ１に加熱し軟化した状態で潰れることのない荷重を測定し制御部２０に記憶させ、実際の実装工程で用いている。そのため、半田５が荷重Ｐ２に耐えきれずに潰れてしまうことがない。
【００３９】
次に、ヒータ１６の設定温度をバンプ３の先端部の半田５が半田溶融温度（例えば、２４０〜２８０℃）になる温度Ｔ２に変更する（ステップＳＴ１１）。次に、ヘッド８の駆動制御を荷重制御から位置制御に切り換える（ステップＳＴ１２）。これにより、ピラー４と電極７の間隔が一定に保たれるように位置制御が行われる。図４では、ヒータ１６の設定温度が温度Ｔ２に変更するタイミングと、ヘッド８の駆動制御が荷重制御から位置制御に切り替わるタイミングは、ｔ５となっているが、半田５の状態に応じて適宜、タイミングを変更することができる。例えば、ヒータ１６の設定温度の切り換えをｔ４からｔ５の間に行い、その後、ヘッド８の駆動制御を位置制御に切り換えても良い。
【００４０】
ヒータ１６の昇温にともない、ヘッド８が上下方向に熱膨張する。そのため、昇温に追従してヘッド８をＺ軸方向上側に高さｈ１だけ引き上げる（ステップＳＴ１３）。高さｈ１は、ヘッド８が半田溶融温度Ｔ２に到達した際のヘッド８の伸び量となる。これにより、ヘッド８の熱膨張の影響を受けることなく、ピラー４と電極７の間隔が一定に保たれる。また、チップ２と基板６の間に充填されている接着剤１７の硬化も開始する（ステップＳＴ１４）。ヘッド８が位置制御されている最中でも、ロードセル１０によるヘッド８の押圧力は制御部２０で監視され、ヘッド８の異常に対応できるようになっている。
【００４１】
従来のように、半田５が溶融したポイントを圧力検出もしくは位置検出してから、ヘッド８の高さ位置を制御していると、ピラーバンプのような半田５が少量のバンプでは半田が押し潰されてしまうおそれがある。これに対して、半田５の溶融の前からヘッド８の位置制御を開始し、ピラー４と電極７の間隔を一定に保つようにすると、半田５が少量であっても押し潰されることなく良好な接合を行うことができる。
【００４２】
ヘッド８の熱膨張および熱収縮の温度昇降に伴う時間当たりの変動量のデータは、予め、ヘッド８単体で測定され制御部２０に記憶されている。測定は、ヘッド８を基板６に押し当ててヒータ１６の設定温度を可変させて行われる。ヒーター１６を加熱し、ツール９が熱膨張により伸びたらヘッド８への押し圧力が高くなるため、圧力を一定に保つようにヘッド８を上昇させる。ヒーター１６の加熱を停止し、ツール９が熱収縮により縮んだらヘッド８への押し圧力が低くなるため、圧力を一定に保つようにヘッド８を下降させる。この際の、ヘッド８のＺ方向の伸び量および縮み量をサーボモータ１４のエンコーダー１９の位置情報により計測することにより行われる。
【００４３】
次に、図４のタイミングｔ６の状態になると、ヘッド８の温度がバンプ３の先端部の半田５が溶融する半田溶融温度Ｔ２に近づき、ピラー４と電極７の間の半田５の溶融が開始する。
【００４４】
次に、図４のタイミングｔ７で、半田を固相状態にするためにヒータ１６の設定温度を温度Ｔ３に下げる（ステップＳＴ１５）。ピラー４と電極７の間の半田５が固相化開始する。
【００４５】
次に、図４のタイミングｔ８まで、ヒータ１６の設定温度を温度Ｔ３に維持して、電極７周辺の接着剤１７が硬化促進する電極周辺部の温度にする。
【００４６】
次に、チップ２の吸着を解除し、ヘッド８をＺ軸上方向に高速で上昇させる（ステップＳＴ１６）。なお、チップ２の吸着面の吸引による残圧で、チップ２がツール９から剥がれにくいため、タイミングｔ７の直前にチップ２の真空吸引がＯＦＦされている。以上で、チップ２の基板６への実装が完了する。
【００４７】
荷重制御から位置制御へ切り変わるタイミングｔ５は、予め設定された時間による切替を行うが、半田の溶融タイミングでより正確に位置制御するためには、ヘッド８のヒータ１６内に取り付けられた温度測定手段である熱電対１８にて温度を測定し、所定温度に到達したなら荷重制御から位置制御に切り替えるのがより好ましい。
【００４８】
ヒータ１６の温度上昇カーブは、ボンディング毎にばらついており、時間で切り替えた場合には位置制御に切り替わった時の高さの微小なバラツキが出る問題があるが、熱電対１８による測定温度による切替を行うと、温度上昇カーブのばらつきがあっても、常に同じ温度条件で切り替わるために微小なばらつきを発生させない効果がある。
【００４９】
さらに、位置制御に切り替わってから樹脂が硬化する過程で発生する内部応力を一定になるように、予め設定されたヘッド８の伸縮量の測定データの指令値にオフセット量を入力することでヘッド８の昇降軸であるＺ軸の位置制御を行うことも可能である。
【００５０】
このように、本実施の形態の実装装置および実装方法によれば、ヘッド８に保持されたチップ２のバンプ３が基板６の電極７に接触した後、所定の加圧力で押し込まれる。押し込まれた位置を維持しながら、ヘッド８の制御を荷重制御から位置制御に切り換える。その後、半田溶融温度Ｔ２に加熱する。ヘッド８が加熱により熱膨張するが、チップ２と電極７との間隔（もしくはバンプ３のピラー４と電極７との間隔）を一定になるようにヘッド８の位置制御を行う。その後、半田５を溶融させた後、ヘッド８からチップ２を吸着解除し、ヒータ１６の加熱も停止し、半田５の冷却固化を行う。半田５の加熱および溶融に際して、チップ２と電極７との間隔が一定に保たれているので、半田５がヘッド８の押圧によりピラー４からはみ出し、連接するバンプ３に接触することがない。また、ヘッド８の押圧により、バンプ３が電極７から横滑りすることがない。したがい、チップ２のバンプ３と電極７の良好な接合を達成することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１ 実装装置
２ チップ
３ バンプ
４ ピラー
５ 半田
６ 基板
７ 電極
８ ヘッド
９ ツール
１０ ロードセル
１１ 基板ステージ
１３ ２視野カメラ
１４ サーボモータ
１５ ボールねじ
１６ ヒータ
１７ 接着剤
１８ 熱電対
１９ エンコーダー
２０ 制御部
２ｂ チップ裏面
７ａ メッキ
Ｔ１ 予熱温度
Ｔ２ 半田溶融温度
Ｔ３ 半田固相温度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フリップチップなどの半田バンプ付きのチップを基板に熱圧着する実装装置および実装方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半田バンプ付きのチップを基板に熱圧着する実装装置として、特許文献１に示す実装装置が知られている。特許文献１には、チップを基板に熱圧着する熱圧着ツールが、荷重検出手段を備えている。チップを基板に熱圧着する際に、荷重検出手段で、押圧力を検出しながら熱圧着し、検出された圧力が、所定値以下となった場合に、半田バンプが溶融したと判断している。半田バンプが溶融したと判断すると、チップを保持している熱圧着ツールを所定高さ引き上げ、加熱を停止し、所定高さを保持したまま、溶融した半田を冷却させる実装方法が行われている。
【０００３】
また、特許文献２に示す実装装置では、チップを保持する熱圧着ツールに荷重検出手段と、熱圧着ツールの変位を検出する変位検出手段が備えられている。チップを基板に熱圧着する際に、半田バンプが溶融を開始するまでは熱圧着ツールの荷重制御を行い、半田バンプの溶融により変位検出手段が検出する熱圧着ツールの高さの変位が発生すると、半田バンプが溶融したと判断している。半田が溶融した後は、熱圧着ツールの位置制御を行い、実装高さを一定にしている。
【０００４】
近年、高密度実装の要求から半田バンプも電極間隔を狭め、バンプの構造も丸みをおびたものから、柱状の形状のものが用いられるようになっている。特許文献３には、バンプピッチを超微細にした柱状のピラーバンプが、開示されている。ピラーバンプは、狭ピッチで立設したＣｕ等のピラー（円柱状）の先端に半球状の半田を形成している。先端の半田は、半球状の場合もあるし、先端部を楕円状に平坦化させたものもある。そのため、バンプピッチを従来の半田ボールタイプの半田バンプに比べて微細にすることができる。また高密度実装に対応することができる。これらの半田部分は、ピラー（円柱）の底面の面積が微小面積であるため、従来の半田ボールタイプの半田バンプに比べて、極めて少ない量の半田で半田接合部分が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１４５１９７号公報
【特許文献２】特開２００８−１１７９９３号公報
【特許文献３】特開２００６−２４５２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようなピラーバンプが形成されたチップを、基板に熱圧着しようとすると次のような問題がある。
【０００７】
ピラーバンプに形成された半田が微量であるため、半田の溶融にともなう熱圧着ツールの押圧力や高さの変化でチップを引き上げるようにすると、溶融した半田がピラーと電極間で潰れてしまい、基板の電極とピラーとの間にはみ出した状態で接合されてしまう。はみ出した半田は隣接するピラーバンプや電極に接触し接触不良を起こす問題がある。
【０００８】
また、チップと基板の間隙を封止するために、基板には予め非導電性の樹脂が塗布されている場合がある。この樹脂を、チップの半田と基板の電極が接触する過程で押し出しながら接合する時に、チップと基板の間隙が狭くなりすぎると樹脂のはみ出し量が多くなり、チップの側面を樹脂が這い上がって、チップやチップ吸着ツールを汚してしまうと言う問題がある。
【０００９】
また、これらの実装に用いられる基板の電極は、超微細に形成した柱状のピラーバンプに対応するため幅の狭い電極が配置されている。このような電極とピラーバンプとの接合には高精度な位置合わせが求められる。そのため、ピラーバンプと電極の位置が微妙にずれている場合、ピラーバンプの押し込みに応じてピラーバンプが電極から横滑りしてまう問題がある。つまり、位置ずれに対する許容度が少ないため、ピラーバンプが電極からズレ落ちやすい。
【００１０】
そこで、本発明の課題は、微細な半田バンプが形成されたチップであっても、基板に良好に熱圧着することができる実装装置および実装方法を提供することとする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
チップに設けられた半田バンプを、基板に設けられた電極に、押圧しながら加熱し熱圧着する実装装置であって、
チップを保持して基板に押圧する熱圧着ツールと、
基板を保持する基板ステージと、
熱圧着ツールを加熱する加熱手段と、
熱圧着ツールの高さ位置の制御を行う制御部とを備え、
制御部が、チップを保持した熱圧着ツールを下降し、チップの基板側に設けられている半田バンプが基板に設けられている電極に接触した後、所定量だけ熱圧着ツールを用いてチップを基板の電極に押し込み、半田バンプの温度が半田溶融温度に到達する前に、熱圧着ツールの高さ位置を熱圧着ツールの伸びに応じて上昇させる機能を有している実装装置である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記熱圧着ツールには熱圧着ツールの高さ位置を検出する高さ検出手段と、熱圧着ツールの押圧力を検出する圧力検出手段と、が備えられ、
前記制御部が、チップに設けられている半田バンプが基板に設けられている電極に接触した後、半田バンプの温度が半田溶融温度に到達する前まで、圧力検出手段により検出された圧力に基づき熱圧着ツールの押圧力を制御する荷重制御を行う機能を有し、
半田バンプの温度が半田溶融温度に到達した後は、高さ検出手段により検出された熱圧着ツールの高さ位置に基づき、熱圧着ツールの高さ位置を制御する位置制御を行う機能を有している実装装置である。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、
前記加熱手段には、加熱手段の温度を検出する温度検出手段が備えられ、
前記制御部が、チップに設けられている半田バンプが基板に設けられている電極に接触した後、温度検出手段により検出された温度が所定の温度に到達するまで、圧力検出手段により検出された圧力に基づき熱圧着ツールの押圧力を制御する荷重制御を行う機能を有している実装装置である。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、
チップに設けられた半田バンプを基板に設けられた電極に、押圧ながら加熱し熱圧着する実装方法であって、
チップを熱圧着ツールで保持して基板側に下降させる工程と、
チップの半田バンプが基板の電極に接触した後、熱圧着ツールに設けられた圧力検出手段により検出された押圧力に基づき、所定量だけ熱圧着ツールを押し込む荷重制御を行う工程と、
熱圧着ツールの温度を半田溶融温度に加熱する工程と、
半田バンプの温度が半田溶融温度に到達する前に、熱圧着ツールの押し込み量が所定値を維持するように熱圧着ツールに設けられた高さ検出手段の検出値に基づき、熱圧着ツールの高さ位置を制御する位置制御に切り換える工程と、
熱圧着ツールの加熱にともなう熱圧着ツールの伸びに応じて、予め設定されている伸び量だけ熱圧着ツールを引き上げる工程と、
熱圧着ツールによるチップの保持を解除し、熱圧着ツールを上昇させ半田バンプを冷却し固化する工程とを含む実装方法である。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、チップの基板側に設けられている半田バンプが基板に設けられている電極に接触した後、所定量だけ熱圧着ツールを用いてチップを基板の電極に押し込み、半田バンプの温度が半田溶融温度に到達する前に、熱圧着ツールの高さ位置を熱圧着ツールの伸びに応じて上昇させる機能を有しているので、微細な半田バンプが形成されたチップであっても、溶融した半田が潰れたり、基板の電極とピラーとの間にはみ出した状態で接合することがない。従って、基板に良好に熱圧着することができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、熱圧着ツールに保持されたチップのバンプが基板の電極に接触した後、所定の加圧力で押し込まれる。押し込まれた位置を維持しながら、熱圧着ツールの制御を荷重制御から位置制御に切り換える。その後、半田バンプの温度を半田溶融温度に加熱する。熱圧着ツールが加熱により熱膨張するが、チップと電極との間隔（もしくはバンプのピラーと電極との間隔）を一定になるように熱圧着ツールの位置制御を行う。その後、半田を溶融させた後、熱圧着ツールからチップを吸着解除し、ヒータの加熱も停止し、半田の冷却固化を行う。半田の加熱および溶融に際して、チップと電極との間隔が一定に保たれているので、半田が熱圧着ツールの押圧によりピラーからはみ出し、隣り合う半田に接触することがない。しかもチップと電極の間に充填された樹脂も一定間隔を保つことで、チップ外側にはみ出す樹脂の量を安定させることが出来、チップ側面へ樹脂が這い上がることがない。また、熱圧着ツールの押圧により、バンプが電極から横滑りすることがない。従って、チップのバンプと電極の良好な接合を達成することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、前記制御部が、チップに設けられている半田バンプが基板に設けられている電極に接触した後、温度検出手段により検出された温度が所定の温度に到達するまで、圧力検出手段により検出された圧力に基づき熱圧着ツールの押圧力を制御する荷重制御を行うようにしている。そのため、半田バンプの溶融到達時間にバラツキがあっても、荷重制御から位置制御に切り替わるタイミングを半田の状態に合わせて行うことができる。また、半田溶融温度に到達するまで熱圧着ツールの荷重制御を行うことになり、バンプと電極間に充填された樹脂をバンプと電極から押し出し、樹脂による接触不良を防止することができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、チップの半田バンプが基板の電極に接触した後、熱圧着ツールに設けられた圧力検出手段により検出された押圧力に基づき、所定量だけ熱圧着ツールを押し込む荷重制御を行う工程と、半田バンプの温度が半田溶融温度に到達する前に、熱圧着ツールの押し込み量が所定値を維持するように熱圧着ツールに設けられた高さ検出手段の検出値に基づき、熱圧着ツールの高さ位置を制御する位置制御に切り換える工程を備えているので、微細な半田バンプが形成されたチップであっても、溶融した半田が潰れたり、基板の電極とピラーとの間にはみ出した状態で接合することがない。従って、基板に良好に熱圧着することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る実装装置の概略側面図である。
【図２】チップと基板の関係を示す概略側面図である。
【図３】本発明に係る実装方法を説明するフローチャートである。
【図４】Ｚ軸ヘッド高さとヒータ設定温度と検出荷重を示すチャートである。
【図５】図４におけるタイミングｔ３のチップと基板の関係を示す概略側面図である。
【図６】図４におけるタイミングｔ５のチップと基板の関係を示す概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の実装装置の側面図、図２は実装装置で使用するチップ２と基板６の側面図である。図１において、実装装置１に向かって左右方向をＸ軸、前後方向をＹ軸、Ｘ軸とＹ軸で構成されるＸＹ平面に直交する軸をＺ軸、Ｚ軸周りをθ軸とする。
【００２１】
実装装置１は、チップ２を吸着保持するヘッド８と、基板６を吸着保持する基板ステージ１１と、チップ２と基板６に設けられた位置合わせマークを認識する２視野カメラ１３と、実装装置１全体を制御する制御部２０とから構成されている。
【００２２】
ヘッド８には、チップ２に付与されている押圧力を検出する圧力検出手段としてロードセル１０が内蔵されている。ヘッド８の下側にはチップ２を吸着保持するツール９が装着されている。ツール９には加熱手段としてヒータ１６が内蔵されており、制御部２０からの指令に基づいてチップ２を加熱できるように構成されている（図１でヒータ１６は点線で表記した）。ヒータ１６には、温度検出手段として熱電対１８が取り付けられている。ヘッド８はサーボモータ１４とサーボモータ１４に連結されたボールねじ１５を駆動制御することによりＺ方向上下に昇降し、制御部２０からの指令に基づいて、ヘッド８の押圧力を制御する荷重制御と、ヘッド８のＺ軸高さ位置を制御する位置制御との制御ができるように構成されている。本発明の熱圧着ツールは、ヘッド８とツール９で構成されている。
【００２３】
押圧力はサーボモータ１４のトルクによって制御されるのが好ましいが、ボイスコイルモータや空圧シリンダーなど押し付け力を発生するものであればどのような手段であっても良い。
【００２４】
荷重制御中に圧力一定に保つためにＺ方向に上下に変動した移動量は、サーボモータ１４のエンコーダー１９による位置検出手段により位置情報を取得できるように構成されている。位置検出手段はＺ方向に位置を測定出来るものであれば、外部にリニアスケールなどを用いても良い。
【００２５】
基板ステージ１１は、図示していない駆動機構によりＸ，Ｙ、θ方向に移動可能で、吸着保持された基板６を所定の位置に位置決めできるように構成されている。
【００２６】
２視野カメラ１３は、ツール９に吸着保持されたチップ２と、基板ステージ１１に吸着保持された回路基板６との間に挿入され、チップ２および基板６に付された位置合わせマークを画像認識することができる。通常は、待機位置（図１の点線表記部分）で待機しており画像認識の際に画像認識位置に移動できるようになっている。
【００２７】
図２に示すように、チップ２は、チップ裏面２ｂにＣｕ製のピラー４が設けられている。ピラー４の先端には半田５が形成されている。ピラー４と半田５でバンプ３を形成している。基板６には電極７が設けられ、電極７の表面は半田メッキ７ａが施されている。基板６の電極７の周囲には非導電性熱硬化樹脂である接着剤１７が充填されている。
【００２８】
このような、実装装置１を用いてチップ２を基板６に実装する実装方法について、図３のフローチャートと、図４の実装状態を説明するグラフと、図５、６のバンプ３と電極７の拡大図と、を用いて説明する。図４は、横軸に時間を表記し、縦軸にヘッド８のＺ軸方向の高さ、ヒータ１６の設定温度、およびロードセル１０の検出荷重を表記している。
【００２９】
まず、ヘッド８のツール９にチップ２が吸着保持されており、基板ステージ１１に基板６が吸着保持されている状態から説明を始める（ステップＳＴ０１）。この状態で、ツール９のヒータ１６は半田が柔らかくなる温度である予熱温度Ｔ１に加熱されている。
【００３０】
２視野カメラ１３がチップ２と基板６の間に挿入され、チップ２および基板６に付されているアライメントマークを画像認識する（ステップＳＴ０２）。取得した画像認識データに基づいて、基板ステージ１１を位置合わせし、２視野カメラ１３を待機位置に退避する（ステップＳＴ０３）。この状態は、図４のｔ０のタイミングとなる。
【００３１】
次に、ヘッド８を高速で所定高さだけ下降させる（ステップＳＴ０４）。この状態は、図４のｔ１のタイミングとなる。チップ２のバンプ３は基板６の電極７に接触していない。ヘッド８の駆動制御は、位置制御状態である。
【００３２】
次に、ヘッド８を低速で所定高さだけ下降させる（ステップＳＴ０５）。電極７の周囲の接着剤１７を押しのけながら、バンプ３が下降する。この状態は、図４のｔ２のタイミングとなる。バンプ３が電極７の近傍まで近づいた状態となる。
【００３３】
次に、ヘッド８の駆動制御を位置制御から荷重制御に切り換える（ステップＳＴ０６）。図４に示すｔ２のタイミングより荷重制御を始める。ヘッド８が徐々に下降し、バンプ３の先端の半田５が電極７に接触するタイミングを検出するサーチ動作を行う（ステップＳＴ０７）。電極７に接触するタイミングまではロードセル１０に荷重Ｐ０が検出される。図４のタイミングｔ３が接触したタイミングである。ロードセル１０で荷重Ｐ１が検出される。図５に接触した状態を示す。ｔ３のタイミングでは検出する荷重に変化が現れるので接触したことを検出することができる。ヘッド８が荷重制御されている最中でも、エンコーダー１９によるヘッド８の検出位置は制御部２０で監視され、ヘッド８位置の異常に対応できるようになっている。
【００３４】
バンプ３の半田５が電極７に接触すると、予熱温度Ｔ１に暖められているツール９の温度が基板６側に伝わるようになる。
【００３５】
また、基板６に予め充填されている接着剤１７は、チップ２が基板６にサーチ荷重Ｐ１で押し付けられると、バンプ３と電極７の接触した部分から押し出される（ステップＳＴ０８）。この工程は、接着剤１７が残留していると、後の工程で製品不具合となるため行われている。
【００３６】
次に、ヘッド８の荷重制御の設定荷重をＰ２に変更する（ステップＳＴ０９）。予熱状態（例えば、１６０℃程度の状態）では、バンプ３の先端に形成された半田５は溶融しない。半田５は、固相状態から液相状態に移る段階で、軟化した状態となる。そのため、ヘッド８が荷重設定Ｐ２で荷重制御されることにより、軟化した半田５が電極７に押し込まれ、形状が変形する。この際、基板６に予め充填されている接着剤１７は、チップ裏面２ｂに押されてバンプ３の間に隙間無く充填させる。
【００３７】
次に、図４のタイミングｔ４からｔ５までの所定時間、ヘッド８を荷重設定Ｐ２で荷重制御する（ステップＳＴ１０）。ツール９が予熱温度に到達しているので、バンプ３の先端部の半田５が変形しながら電極７に接触する。この状態を図６に示す。ｔ５のタイミングにおいては、ピラー４と電極７に所定の間隔が保たれた状態となる（半田５が押し潰されてピラー４と電極７の間から、はみ出した状態ではない）。
【００３８】
なお、荷重設定Ｐ２は、予め、半田５を予熱温度Ｔ１に加熱し軟化した状態で潰れることのない荷重を測定し制御部２０に記憶させ、実際の実装工程で用いている。そのため、半田５が荷重Ｐ２に耐えきれずに潰れてしまうことがない。
【００３９】
次に、ヒータ１６の設定温度をバンプ３の先端部の半田５が半田溶融温度（例えば、２４０〜２８０℃）になる温度Ｔ２に変更する（ステップＳＴ１１）。次に、ヘッド８の駆動制御を荷重制御から位置制御に切り換える（ステップＳＴ１２）。これにより、ピラー４と電極７の間隔が一定に保たれるように位置制御が行われる。図４では、ヒータ１６の設定温度が温度Ｔ２に変更するタイミングと、ヘッド８の駆動制御が荷重制御から位置制御に切り替わるタイミングは、ｔ５となっているが、半田５の状態に応じて適宜、タイミングを変更することができる。例えば、ヒータ１６の設定温度の切り換えをｔ４からｔ５の間に行い、その後、ヘッド８の駆動制御を位置制御に切り換えても良い。
【００４０】
ヒータ１６の昇温にともない、ヘッド８が上下方向に熱膨張する。そのため、昇温に追従してヘッド８をＺ軸方向上側に高さｈ１だけ引き上げる（ステップＳＴ１３）。高さｈ１は、ヘッド８が半田溶融温度Ｔ２に到達した際のヘッド８の伸び量となる。これにより、ヘッド８の熱膨張の影響を受けることなく、ピラー４と電極７の間隔が一定に保たれる。また、チップ２と基板６の間に充填されている接着剤１７の硬化も開始する（ステップＳＴ１４）。ヘッド８が位置制御されている最中でも、ロードセル１０によるヘッド８の押圧力は制御部２０で監視され、ヘッド８の異常に対応できるようになっている。
【００４１】
従来のように、半田５が溶融したポイントを圧力検出もしくは位置検出してから、ヘッド８の高さ位置を制御していると、ピラーバンプのような半田５が少量のバンプでは半田が押し潰されてしまうおそれがある。これに対して、半田５の溶融の前からヘッド８の位置制御を開始し、ピラー４と電極７の間隔を一定に保つようにすると、半田５が少量であっても押し潰されることなく良好な接合を行うことができる。
【００４２】
ヘッド８の熱膨張および熱収縮の温度昇降に伴う時間当たりの変動量のデータは、予め、ヘッド８単体で測定され制御部２０に記憶されている。測定は、ヘッド８を基板６に押し当ててヒータ１６の設定温度を可変させて行われる。ヒーター１６を加熱し、ツール９が熱膨張により伸びたらヘッド８への押し圧力が高くなるため、圧力を一定に保つようにヘッド８を上昇させる。ヒーター１６の加熱を停止し、ツール９が熱収縮により縮んだらヘッド８への押し圧力が低くなるため、圧力を一定に保つようにヘッド８を下降させる。この際の、ヘッド８のＺ方向の伸び量および縮み量をサーボモータ１４のエンコーダー１９の位置情報により計測することにより行われる。
【００４３】
次に、図４のタイミングｔ６の状態になると、ヘッド８の温度がバンプ３の先端部の半田５が溶融する半田溶融温度Ｔ２に近づき、ピラー４と電極７の間の半田５の溶融が開始する。
【００４４】
次に、図４のタイミングｔ７で、半田を固相状態にするためにヒータ１６の設定温度を温度Ｔ３に下げる（ステップＳＴ１５）。ピラー４と電極７の間の半田５が固相化開始する。
【００４５】
次に、図４のタイミングｔ８まで、ヒータ１６の設定温度を温度Ｔ３に維持して、電極７周辺の接着剤１７が硬化促進する電極周辺部の温度にする。
【００４６】
次に、チップ２の吸着を解除し、ヘッド８をＺ軸上方向に高速で上昇させる（ステップＳＴ１６）。なお、チップ２の吸着面の吸引による残圧で、チップ２がツール９から剥がれにくいため、タイミングｔ７の直前にチップ２の真空吸引がＯＦＦされている。以上で、チップ２の基板６への実装が完了する。
【００４７】
荷重制御から位置制御へ切り変わるタイミングｔ５は、予め設定された時間による切替を行うが、半田の溶融タイミングでより正確に位置制御するためには、ヘッド８のヒータ１６内に取り付けられた温度測定手段である熱電対１８にて温度を測定し、所定温度に到達したなら荷重制御から位置制御に切り替えるのがより好ましい。
【００４８】
ヒータ１６の温度上昇カーブは、ボンディング毎にばらついており、時間で切り替えた場合には位置制御に切り替わった時の高さの微小なバラツキが出る問題があるが、熱電対１８による測定温度による切替を行うと、温度上昇カーブのばらつきがあっても、常に同じ温度条件で切り替わるために微小なばらつきを発生させない効果がある。
【００４９】
さらに、位置制御に切り替わってから樹脂が硬化する過程で発生する内部応力を一定になるように、予め設定されたヘッド８の伸縮量の測定データの指令値にオフセット量を入力することでヘッド８の昇降軸であるＺ軸の位置制御を行うことも可能である。
【００５０】
このように、本実施の形態の実装装置および実装方法によれば、ヘッド８に保持されたチップ２のバンプ３が基板６の電極７に接触した後、所定の加圧力で押し込まれる。押し込まれた位置を維持しながら、ヘッド８の制御を荷重制御から位置制御に切り換える。その後、半田溶融温度Ｔ２に加熱する。ヘッド８が加熱により熱膨張するが、チップ２と電極７との間隔（もしくはバンプ３のピラー４と電極７との間隔）を一定になるようにヘッド８の位置制御を行う。その後、半田５を溶融させた後、ヘッド８からチップ２を吸着解除し、ヒータ１６の加熱も停止し、半田５の冷却固化を行う。半田５の加熱および溶融に際して、チップ２と電極７との間隔が一定に保たれているので、半田５がヘッド８の押圧によりピラー４からはみ出し、連接するバンプ３に接触することがない。また、ヘッド８の押圧により、バンプ３が電極７から横滑りすることがない。したがい、チップ２のバンプ３と電極７の良好な接合を達成することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１ 実装装置
２ チップ
３ バンプ
４ ピラー
５ 半田
６ 基板
７ 電極
８ ヘッド
９ ツール
１０ ロードセル
１１ 基板ステージ
１３ ２視野カメラ
１４ サーボモータ
１５ ボールねじ
１６ ヒータ
１７ 接着剤
１８ 熱電対
１９ エンコーダー
２０ 制御部
２ｂ チップ裏面
７ａ メッキ
Ｔ１ 予熱温度
Ｔ２ 半田溶融温度
Ｔ３ 半田固相温度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップに設けられた半田バンプを、基板に設けられた電極に、押圧しながら加熱し熱圧着する実装装置であって、
チップを保持して基板に押圧する熱圧着ツールと、
基板を保持する基板ステージと、
熱圧着ツールを加熱する加熱手段と、
熱圧着ツールの高さ位置の制御を行う制御部とを備え、
制御部が、チップを保持した熱圧着ツールを下降し、チップの基板側に設けられている半田バンプが基板に設けられている電極に接触した後、所定量だけ熱圧着ツールを用いてチップを基板の電極に押し込み、半田バンプの温度が半田溶融温度に到達する前に、熱圧着ツールの高さ位置を熱圧着ツールの伸びに応じて上昇させる機能を有している実装装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、
前記熱圧着ツールには熱圧着ツールの高さ位置を検出する高さ検出手段と、熱圧着ツールの押圧力を検出する圧力検出手段と、が備えられ、
前記制御部が、チップに設けられている半田バンプが基板に設けられている電極に接触した後、半田バンプの温度が半田溶融温度に到達する前まで、圧力検出手段により検出された圧力に基づき熱圧着ツールの押圧力を制御する荷重制御を行う機能を有し、
半田バンプの温度が半田溶融温度に到達した後は、高さ検出手段により検出された熱圧着ツールの高さ位置に基づき、熱圧着ツールの高さ位置を制御する位置制御を行う機能を有している実装装置。
【請求項３】
請求項２に記載の発明において、
前記加熱手段には、加熱手段の温度を検出する温度検出手段が備えられ、
前記制御部が、チップに設けられている半田バンプが基板に設けられている電極に接触した後、温度検出手段により検出された温度が所定の温度に到達するまで、圧力検出手段により検出された圧力に基づき熱圧着ツールの押圧力を制御する荷重制御を行う機能を有している実装装置。
【請求項４】
チップに設けられた半田バンプを基板に設けられた電極に、押圧ながら加熱し熱圧着する実装方法であって、
チップを熱圧着ツールで保持して基板側に下降させる工程と、
チップの半田バンプが基板の電極に接触した後、熱圧着ツールに設けられた圧力検出手段により検出された押圧力に基づき、所定量だけ熱圧着ツールを押し込む荷重制御を行う工程と、
熱圧着ツールの温度を半田溶融温度に加熱する工程と、
半田バンプの温度が半田溶融温度に到達する前に、熱圧着ツールの押し込み量が所定値を維持するように熱圧着ツールに設けられた高さ検出手段の検出値に基づき、熱圧着ツールの高さ位置を制御する位置制御に切り換える工程と、
熱圧着ツールの加熱にともなう熱圧着ツールの伸びに応じて、予め設定されている伸び量だけ熱圧着ツールを引き上げる工程と、
熱圧着ツールによるチップの保持を解除し、熱圧着ツールを上昇させ半田バンプを冷却し固化する工程とを含む実装方法。
【請求項１】
チップに設けられた半田バンプを、基板に設けられた電極に、押圧しながら加熱し熱圧着する実装装置であって、
チップを保持して基板に押圧する熱圧着ツールと、
基板を保持する基板ステージと、
熱圧着ツールを加熱する加熱手段と、
熱圧着ツールの高さ位置の制御を行う制御部とを備え、
制御部が、チップを保持した熱圧着ツールを下降し、チップの基板側に設けられている半田バンプが基板に設けられている電極に接触した後、所定量だけ熱圧着ツールを用いてチップを基板の電極に押し込み、半田バンプの温度が半田溶融温度に到達する前に、熱圧着ツールの高さ位置を熱圧着ツールの伸びに応じて上昇させる機能を有している実装装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、
前記熱圧着ツールには熱圧着ツールの高さ位置を検出する高さ検出手段と、熱圧着ツールの押圧力を検出する圧力検出手段と、が備えられ、
前記制御部が、チップに設けられている半田バンプが基板に設けられている電極に接触した後、半田バンプの温度が半田溶融温度に到達する前まで、圧力検出手段により検出された圧力に基づき熱圧着ツールの押圧力を制御する荷重制御を行う機能を有し、
半田バンプの温度が半田溶融温度に到達した後は、高さ検出手段により検出された熱圧着ツールの高さ位置に基づき、熱圧着ツールの高さ位置を制御する位置制御を行う機能を有している実装装置。
【請求項３】
請求項２に記載の発明において、
前記加熱手段には、加熱手段の温度を検出する温度検出手段が備えられ、
前記制御部が、チップに設けられている半田バンプが基板に設けられている電極に接触した後、温度検出手段により検出された温度が所定の温度に到達するまで、圧力検出手段により検出された圧力に基づき熱圧着ツールの押圧力を制御する荷重制御を行う機能を有している実装装置。
【請求項４】
チップに設けられた半田バンプを基板に設けられた電極に、押圧ながら加熱し熱圧着する実装方法であって、
チップを熱圧着ツールで保持して基板側に下降させる工程と、
チップの半田バンプが基板の電極に接触した後、熱圧着ツールに設けられた圧力検出手段により検出された押圧力に基づき、所定量だけ熱圧着ツールを押し込む荷重制御を行う工程と、
熱圧着ツールの温度を半田溶融温度に加熱する工程と、
半田バンプの温度が半田溶融温度に到達する前に、熱圧着ツールの押し込み量が所定値を維持するように熱圧着ツールに設けられた高さ検出手段の検出値に基づき、熱圧着ツールの高さ位置を制御する位置制御に切り換える工程と、
熱圧着ツールの加熱にともなう熱圧着ツールの伸びに応じて、予め設定されている伸び量だけ熱圧着ツールを引き上げる工程と、
熱圧着ツールによるチップの保持を解除し、熱圧着ツールを上昇させ半田バンプを冷却し固化する工程とを含む実装方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−９４７２５（Ｐ２０１２−９４７２５Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４１６０６（Ｐ２０１０−２４１６０６）
【出願日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【出願人】（０００２１９３１４）東レエンジニアリング株式会社 (505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【出願人】（０００２１９３１４）東レエンジニアリング株式会社 (505)
【Ｆターム（参考）】
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