説明

電子部品実装装置及び電子部品実装方法

【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。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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)。
【0003】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平11−330791号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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。
【0006】
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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【発明の効果】
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】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。
【図2】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。
【図3】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。
【図4】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。
【図5】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。
【図6】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。
【発明を実施するための形態】
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【符号の説明】
【0042】
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

【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2010−267771(P2010−267771A)
【公開日】平成22年11月25日(2010.11.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−117414(P2009−117414)
【出願日】平成21年5月14日(2009.5.14)
【出願人】(000110859)キヤノンマシナリー株式会社 (179)
【Fターム(参考)】