JP2001284409A - 電子部品素子実装装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、基体を安定して固定でき、しか
も、電子部品素子を安定且つ確実に実装できる電子部品
素子実装装置を提供することにある。 【解決手段】 本発明は、下面にバンプ電極１ａを有す
る電子部品素子１を保持する手段と、前記バンプ電極１
ａを基体２に加熱融着または超音波融着するための融着
発生手段と、加圧手段とを有するツール７と、前記電子
部品素子が実装される基体２を固定するワーク固定部４
とから成る電子部品素子実装装置において、前記ワーク
固定部４の基体固定面に、シリコーン樹脂からなる弾性
体シート３を配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バンプ電極を有す
るＩＣチップなどの電子部品素子を、回路基板又はパッ
ケージ等の基体に熱圧着または超音波圧着にて実装する
電子部品素子実装装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣチップなどの電子部品素子を、高密
度に回路基板等の基体に実装する方法として、フリップ
チップ実装方法が多用されている。一般的に、フリップ
チップ実装方法は、電子部品素子の実装面（下面）の入
出電極にバンプを形成しておき、このバンプ電極を回路
基板の接合電極に当接させ、バンプの一部を融着により
接合していた。バンプの種類として半田、Aｕ、Ｃｕ、
Ａｇ等各種バンプなどが知られている。具体的な接合方
法として、熱硬化性を有する導電性樹脂による接合、熱
硬化性を有する異方性導電樹脂による接合、半田溶融に
よる接合、熱圧着接合、超音波融着による接合等があ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、電子機器の小型
化が益々求められ、電子部品素子を実装する回路基板や
パッケージの基体が小型化し、また、複雑な構造となっ
ている。

【０００４】従来、加熱手段を有するワーク固定部とし
ては、特開平１１−２２０２４９号に例示される。しか
し、ワーク固定部に保持される基体が小型化されると、
基体の表面を固定することができる領域が減少して、基
体を安定的に保持できない。また、固定手段そのもの
が、融着発生手段を有するツールと干渉してしまうと問
題があった。

【０００５】また、小型化された基体を固定する例とし
ては、特開平１１−７４３１５号に記載されているよう
に、基体の横方向でクランプすることも考えられてい
た。

【０００６】しかし、このような固定方法では、基体を
機械的に固定することになり、基体そのものに微小な欠
けなどを発生させてしまう。

【０００７】しかも、この欠けか個片が不純異物とな
り、基体の固定面に入り込むと、基体表面（バンプ電極
との接合面）の平坦度が悪くなり、電子部品素子を安定
的に接合できなくなる。

【０００８】また、上述のように基体が小型化し、ま
た、構造の複雑化により、基体表面と電子部品素子のバ
ンプ電極との間の平行度が悪くなり、接合電極にバンプ
電極を安定した接合できなくなるという問題があった。
例えば、基体の反りなどに起因する。特に、接合方法が
熱圧着や超音波熱圧着を用いる場合、同一の電子部品素
子のバンプ電極のうらち、過度に潰れすぎているバンプ
と、当接不充分なバンプが混在してしまい、安定した接
合ができないという問題があった。

【０００９】本発明は、上述の問題点に鑑みて案出され
たものであり、その目的は、基体の形状、構造に関わら
ず、基体を安定して固定でき、しかも、電子部品素子を
安定且つ確実に実装できる電子部品素子実装装置を提供
することにある。

【００１０】また、別の目的は、量産性に優れた電子部
品素子の実装装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決する為の手段】本発明は、下面にバンプ電
極を有する電子部品素子を保持する保持手段と、前記バ
ンプ電極を基体に加熱融着または超音波融着するための
融着発生手段と、基体に電子部品素子を押圧するための
荷重供給手段とを有するツールと、前記基体を固定する
ワーク固定部とから成り、前記ツールの保持手段に保持
されている電子部品素子を、ワーク固定部に固定されて
いる基体の所定位置に移動させて前記バンプ電極を基体
上面に当接させ、次に前記融着発生手段及び荷重供給手
段により電子部品素子を基体に押圧しながらバンプ電極
を溶融させることによって、前記電子部品素子を前記基
体に実装する電子部品素子実装装置において、前記ワー
ク固定部の基体固定面に、シリコーン樹脂からなる弾性
体シートが配設されている電子部品素子実装装置であ
る。

【００１２】また、前記ワーク固定部の弾性体シート
に、基体を吸着固定するための吸着孔が形成されている
電子部品素子実装装置である。

【００１３】さらに、前記ワーク固定部は、複数の基体
を収容する収容トレー体と、該トレー体を載置するステ
ージとからなり、収容トレー体とステージとが分割可能
である電子部品素子実装装置である。

【作用】本発明では、電子部品素子が実装される基体を
保持するワーク固定部の固定面、即ち、基体を収容する
凹部の底面に、シリコーン樹脂から成る弾性体シートが
設けられている。従って、基体が小型化し、また構造が
複雑化し、基体に反りなどが発生したり、ワーク固定部
への収容がばらつき、基体の表面（実装面）が電子部品
素子の接合面と平行でなくとも、実際の接合にあたっ
て、電子部品素子から基体に荷重が供給されたとき、過
度に荷重がかかる部位の弾性体シートが、その過度の荷
重を吸収することになる。これにより、電子部品素子の
接合面に形成したバンプ電極と基体の所定位置での接合
が安定かつ確実に行えることになる。

【００１４】また、弾性体シートを含め、ワーク固定部
の底面に、基体の下面を吸着するチック用の貫通孔が形
成されている。即ち、ワーク固定部内に固定された基体
が、安定した固定されることになる。しかも、基体が小
型化して、基体の下面側から吸引するだけなので、従来
のように、ツールを交錯したり、基体を破損したりする
ことが一切なくなる。

【００１５】さらに、ワーク固定部は、複数の基体を収
容する収容トレー体と、ステージとからなり、収容トレ
ー体が分割可能、即ち、着脱自在となっている。従っ
て、電子部品素子を基体に実装するにあたり、複数の基
体が収容されたトレー体毎で実装処理を行えるため、量
産性が向上する。

【００１６】尚、収容トレー体の底面には、弾性体シー
トが設けられ、しかも、それぞれの基体を吸着できる吸
着孔が形成されている。そして、ツールをＸ−Ｙ方向ま
たはステージをＸ−Ｙ方向に移動させることにより、非
常に量産性高く実装処理が可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電子部品素子実装
装置を図面に用いて説明する。

【００１８】図１は、本発明の電子部品素子実装装置の
説明する一部断面を示す側面図であり、図２はワーク固
定部主要部分の上面図である。図３はワーク固定部主要
部分の断面図であり、図４はワーク固定部内基体を装着
した状態の断面図である。

【００１９】図において、１はバンプ電極が形成された
ＩＣチップなどの電子部品素子である。この電子部品素
子の下面には、例えばアルミ入出力電極が形成されてお
り、その電極の表面にＡｕワイヤのボンディング方式に
によるＡｕバンプが形成される。即ち、アルミ入出力電
極上、Ａｕワイヤをボンディング接合し、先端のボール
部分を残して、ワイヤを切断することによりバンプ電極
1ａが形成される。

【００２０】このような電子部品素子１は、その上面側
が吸着によって、ツール７に保持される。即ち、このツ
ール７には、電子部品素子１の保持手段が形成されてい
る。図では、ツール７を貫通する吸着管８が形成されて
おり、ツール７の下面がノズルとなっている。そして、
吸着管８の上端側は、図示していないが、真空ポンプに
接続されていいる。また、ツール７の下面は、実質的に
電子部品素子１の上面面積と実質的に同一となってい
る。これにより、ツール７に保持された電子部品素子１
は、図１に示すように下面側にバンプ電極１ａが位置さ
れる。

【００２１】また、このツール７は融着発生手段及び加
圧手段を備えている。即ち、ツール７は、トランスデュ
サ９を介して超音波発生素子１０、ボンディングヘッド
１５と一体化している。また、ボンディングヘッド１５
は、θ回転軸１１、Ｚ軸駆動部１２、Ｘ−Ｙ駆動部１３
と一体化している。これにより、ツール７の先端位置を
任意に位置制御が可能となるとともに、ツール７の先端
を、Ｚ軸駆動部１２の動作により下向きに所定荷重を与
えることができる。

【００２２】即ち、ツール７は、その先端に吸着手段に
より、電子部品素子１を吸着保持した状態で、Ｘ−Ｙ及
びＺ方向に自在に稼働でき、しかも、融着発生手段によ
り、例えば、ツール７の先端に超音波振動を供給するこ
とができる。

【００２３】２はＩＣチップなどの電子部品素子１を実
装するセラミックパッケージなどの基体である。この基
体２の上面側には、上述の電子部品素子１のバンプ電極
１ａが接続される接合電極（図では省略）が形成されて
いる。

【００２４】このような基体２は、ワーク固定部４に固
定される。ワーク固定部４は、基体２を保持する凹部５
１から成る収容トレー体５とステージ６とから構成され
ている。

【００２５】ここで、本発明の電子部品素子実装装置で
は、この凹部５１の底面である基体固定面に、シリコー
ン樹脂などからなる弾性体シート３が配置されている。
収容トレー体５の凹部５１の平面寸法は、基体２のサイ
ズより、長辺、短辺ともに０．１ｍｍづつ大きくした寸
法であり、弾性体シート３は、例えばゴム硬さ５０（Ｊ
ＩＳ Ｋ６３０１による測定法）で、０．３ｍｍ厚のシ
リコーン樹脂シート等が用いられ、凹部５１の底面に貼
着されている。

【００２６】また、凹部５１内で弾性体シート３上に載
置された基体２は、固定する手段、即ち、収容トレー体
５及び弾性体シート３の厚み方向に形成された吸引孔３
１、５２を介して、減圧して吸着されて固定される。

【００２７】この吸引孔３１、５２の弾性体シート側開
口は、基体２の形状、構造によって相違して、即ち、基
体２を弾性体シート３上に載置した時に、安定して吸着
ができる径及び位置に形成されている。通常、開口位置
は、弾性体シート３の中央部分である。

【００２８】さらに、凹部５１の平面視した時の４つの
角部には、基体２が安定して凹部５１内に収容できるよ
うに、概略１／４円形状の窪み部５１ａが形成されてい
る。

【００２９】このような収容トレー体５の凹部５１内
に、基体２（所定構造のセラミックパッケージ）を配置
した状態が図４である。また、ワーク固定部４は、上述
の収容トレー体５の他に、加熱手段及び真空吸着手段を
具したステージ６とからなっている。ここで、収容トレ
ー体５はステージ６と着脱自在構造となっている。即
ち、異なる形状の基体２であっても、凹部５１の形状が
相違する収容トレー体５を用意すれば、どのような形状
の基体２であっても、電子部品素子１の実装が可能とな
る。

【００３０】さらに、ワーク固定部４は、Ｘ−Ｙテーブ
ル１４上に固定されている。これより、上述のツール７
だけでなく、ワーク固定部４側でも、平面方向での位置
制御が可能となる。

【００３１】このような電子部品素子実装装置におい
て、まず、収容トレー体５の凹部５１内に、基体２を供
給する。そして、基体２の底面より減圧吸着して、凹部
５１内で基体２を固定する。

【００３２】また、予めバンプ電極１ａが形成されたＩ
Ｃチップなどの電子部品素子１は、ツール７の先端であ
るボンディングヘッドで、Ｘ−Ｙ軸駆動部１３及びＺ軸
駆動部１２の動作により、電子部品素子１を真空吸着し
てピックアップする。

【００３３】その後、Ｚ軸駆動部１２、Ｘ−Ｙ軸駆動部
１３の所定駆動により、ツール７に保持された電子部品
素子１を基体２の実装位置に移動する。

【００３４】そして、画像認識処理にて、ＸＹテーブル
１４及びθ回転軸１１の動作により、所定の位置補正を
行い、電子部品素子１のバンプ電極１ａと、基体２の接
合用電極とを当接させて、例えば、超音波熱圧着方式に
て接合する。

【００３５】この接合方法は、電子部品素子１側から基
体２側に、ツール７を介して荷重をあたえ、その後、超
音波振動を与える。この間、ワーク固定部４の加熱手段
により、基体２を予備加熱しておく。これにより、短時
間で且つ少ないエネルギーの超音波振動により安定した
実装が達成される。

【００３６】ここで、ワーク固定部４のステージ６内の
加熱手段により、基体２を約２００℃に予備加熱をして
おく。また、荷重は接合処理とともに漸次増加するよう
に制御し、最大４６ｇｆ／バンプを与える。

【００３７】本発明では、基体２を収容する凹部５１の
底面に弾性体シート３を介在させている。従って、基体
２に反りなどが発生していたり、バンプ電極１ａの高さ
にバラツキがあっても、この弾性力によりこのバラツキ
を吸収し、電子部品素子１と基体２との接触状態を、実
質的に両者の平行関係にすることができる。即ち、弾性
体シート３は、３〜３０μｍ程度のバラツキは、簡単に
吸収して、実質的に基体２の上面の平坦度を向上させる
ことができる。

【００３８】これにより、複数のバンプ電極１ａが形成
された電子部品素子１であっても、電子部品素子１から
基体２に、各バンプ電極１ａを介して均一に超音波を与
えることができ、安定的且つ確実な実装ができる。

【００３９】また、基体２は、凹部５１内で、基体２の
下面（基体の固定面）で、吸着固定されている。しか
も、弾性体シート３を介して吸着されている。即ち、従
来のように、クラックアップ等で機械的に固定すること
がないため、基体２に損傷を与えることがない。また、
弾性体シート３を介して吸着固定されることになるた
め、基体２の固定面の形状により若干凹凸があっても、
安定して吸着することができる。

【００４０】尚、上述の接合方式は、超音波融着を行っ
た例であり、超音波振動を与える手段であるトランスジ
ュサー９、超音波振動子１０に替えて、ツール７の先端
にヒータチップを用いることにより、加熱融着も可能で
ある。さらに、バンプ電極１ａを構成する金属の一部を
融着した接合以外に、熱硬化性接着材を介して接合する
場合にも、加熱融着手段をそのまま用いても構わない。

【００４１】また、上述したように、凹部５１を具備す
る収容トレー体５を着脱自在にして、しかも、収容トレ
ー体５に複数の凹部５１を設けても構わない。

【００４２】図５は、複数の凹部５３を設けた収容トレ
ー体２０である。夫々仕切られた凹部５３は、底面に、
弾性体シート３が貼着されており、しかも、その中央部
分に、基体２を吸着固定するための吸着孔５４の開口が
形成されている。

【００４３】尚、この収容トレー体２０が載置されるス
テージ６側にも、複数の吸着孔５４に対応しする吸着手
段を設けてもよい。また、収容トレー体２０の底面肉厚
部位で複数の吸引管４２を１つまたは少なくまとめられ
た吸引孔を設け、ステージ６の吸着手段を結合するよう
にしてもよい。

【００４４】このような複数の凹部５３を有する収容ト
レー体２０を用いることにより、トレー自身で基体２を
供給することができ、また、別の収容トレー体を用意す
ることもでき、電子部品素子１の実装を効率的に行うこ
とができ、実装効率、実装タクトが飛躍的に向上する。

【００４５】また、ステージ６の加熱手段を、この収容
トレー体２０の底面肉厚部内に配置して、ステージ６側
には、給電用の電極パッドを設けるだけであっても構わ
ない。これにより、基体２に対する加熱効率が向上し、
予備加熱時間を短縮することもできる。

【００４６】尚、上述の実施例としは、電子部品素子１
は、ＩＣチップを用いて説明しているが、裏面にバンプ
が形成された小型な回路基板であっても構わない。

【００４７】

【発明の効果】以上のように、ワーク固定部の収容凹部
の底面に、弾性体シートを設けている。従って、基体に
凹凸や反り、バンプ電極の高さにバラツキがあっても、
接合の荷重時に、シートの弾性で、これを吸収できるた
め安定した実装が可能な電子部品素子の実装装置とな
る。

【００４８】また、凹部内で基体が真空吸着によって、
確実に保持されているため、バンプ電極を有する電子部
品素子を基体に位置精度よく、良好に接合できる。

【００４９】また、ワーク固定部の収容トレー体が着脱
自在の構造であり、且つ収容トレー体に複数の凹部を形
成したため、連続的に実装が可能となり、生産効率を高
めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる電子部品素子の実装装置を示す
一部断面状態の側面図である。

【図２】本発明に係るワーク固定部の主要部分の上面図
である。

【図３】本発明に係るワーク固定部の主要部分の断面図
である。

【図４】本発明に係るワーク固定部に基体を収容した状
態の断面図である。

【図５】本発明に用いる収容トレー体の上面図である。

【符号の説明】

１・・電子部品素子 ２・・基体 ３・・弾性体シート ４・・ワーク固定部 ６・・ステージ ７・・ツール

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下面にバンプ電極を有する電子部品素子
   を保持する保持手段と、前記バンプ電極を基体に加熱融
   着または超音波融着するための融着発生手段と、基体に
   電子部品素子を押圧するための荷重供給手段とを有する
   ツールと、 前記基体を固定するワーク固定部とから成り、 前記ツールの保持手段に保持されている電子部品素子
   を、ワーク固定部に固定されている基体の所定位置に移
   動させて前記バンプ電極を基体上面に当接させ、次に前
   記融着発生手段及び荷重供給手段により電子部品素子を
   基体に押圧しながらバンプ電極を溶融させることによっ
   て、前記電子部品素子を前記基体に実装する電子部品素
   子実装装置において、 前記ワーク固定部の基体固定面に、シリコーン樹脂から
   なる弾性体シートが配設されていることを特徴とする電
   子部品素子実装装置。
2. 【請求項２】前記ワーク固定部の弾性体シートに、基体
   を吸着固定するための吸着孔が形成されていること特徴
   とする請求項１記載の電子部品素子実装装置。
3. 【請求項３】前記ワーク固定部は、複数の基体を収容す
   る収容トレー体と、該トレー体を載置するステージとか
   らなり、収容トレー体とステージとが分割可能であるこ
   とを特徴する請求項２記載の電子部品素子実装装置。