JP2006228780A - Method for packaging electronic component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子部品を基板に実装する方法に関するものであり、特にステージ上に載置された基板上における部品実装位置に、微小化されたバンプを有するICチップのような電子部品を実装する電子部品の実装方法に関する。 The present invention relates to a method for mounting an electronic component on a substrate, and in particular, mounts an electronic component such as an IC chip having micronized bumps at a component mounting position on a substrate placed on a stage. The present invention relates to an electronic component mounting method.
従来、この種の電子部品の実装方法は種々の方法のものが知られている。例えば、ステージ上に載置された基板に対して、バンプを有するICチップのような電子部品を実装するような電子部品に実装方法がある(例えば、特許文献1、2参照)。
Conventionally, various kinds of electronic component mounting methods are known. For example, there is a mounting method for an electronic component that mounts an electronic component such as an IC chip having bumps on a substrate placed on a stage (see, for example,
具体的には、ステージ上に載置された基板における部品実装位置に形成された複数のパッド(基板電極)上に、クリーム半田を印刷等の手段により供給して、それぞれの半田部の形成を行う。次に、その実装側表面に配置されている複数の電極上にバンプが形成されている電子部品を、上記実装側表面とは反対側の表面にてヘッドツールにより吸着保持し、上記基板における部品実装位置と電子部品との位置合わせを行う。その後、ヘッドツールを下降させて、吸着保持されている電子部品のそれぞれのバンプと半田部を介して基板のパッドに当接させる。その後、ヘッドツール及びステージよりの加熱でもってそれぞれのバンプ及び半田部を加熱溶融させて、さらにその後、冷却固化させることで、電子部品のそれぞれの電極と基板のそれぞれのパッドとを、それぞれのバンプ及び半田部を介して接合することができ、その結果として、基板の部品実装位置に電子部品が実装されることとなる。 Specifically, cream solder is supplied by means of printing or the like onto a plurality of pads (substrate electrodes) formed at the component mounting position on the substrate placed on the stage, and the formation of each solder portion is performed. Do. Next, an electronic component in which bumps are formed on a plurality of electrodes arranged on the mounting side surface is sucked and held by a head tool on the surface opposite to the mounting side surface, and the component on the substrate The mounting position and the electronic component are aligned. Thereafter, the head tool is lowered and brought into contact with the pads of the substrate through the bumps and solder portions of the electronic components held by suction. After that, the bumps and solder parts are heated and melted by heating from the head tool and the stage, and then cooled and solidified, so that the respective electrodes of the electronic component and the respective pads of the substrate are respectively bumped. In addition, the electronic parts can be mounted at the component mounting positions on the board.
また、上記電子部品のバンプと上記基板の半田部との当接から、上記それぞれのバンプ及び半田部が冷却固化されるまで、ヘッドツールにより電子部品は吸着保持されたままの状態とされているため、上記当接から冷却固化まで基板に対する電子部品の相対的な位置を確実かつ高精度に保持することができ、そのバンプピッチが狭小化されているような電子部品の実装を行うような場合であっても、確実に対応することができる。 In addition, the electronic component remains held by the head tool from the contact between the bump of the electronic component and the solder portion of the substrate until the respective bump and solder portion are cooled and solidified. Therefore, when mounting electronic components that can hold the relative position of the electronic component with respect to the substrate from contact to cooling and solidification reliably and with high accuracy and the bump pitch is narrowed Even so, it can be dealt with reliably.
さらに、ヘッドツールにロードセルを備えさせて、上記当接の際における荷重を所定の値に保つように荷重一定制御を行うことで、加熱の際におけるヘッドツールの伸び量を実質的に除去するような制御(伸び量のキャンセル制御)を行うことができ、当該ヘッドツールの熱による伸びが発生することで、バンプつぶれ等が発生することを抑制することができる。 Furthermore, by providing the head tool with a load cell and performing a constant load control so as to keep the load at the time of the contact at a predetermined value, the extension amount of the head tool at the time of heating is substantially removed. Control (cancellation control of elongation amount) can be performed, and occurrence of bump crushing or the like can be suppressed by the elongation of the head tool caused by heat.
近年、電子部品におけるバンプピッチの狭小化が益々進行し、それに伴って、形成されるバンプ自体の微小化も進行しており、このように微小化されたバンプを有する電子部品に実装に対応することが望まれている。 In recent years, the bump pitch in electronic parts has been increasingly narrowed, and along with this, the formed bumps themselves have been miniaturized, and thus the electronic parts having such miniaturized bumps can be mounted. It is hoped that.
このようにバンプピッチの狭小化及びバンプの微小化が進行すると、上記当接から冷却固化まで、電子部品の実装側表面と基板の表面と間の距離を、所定の距離に確実に保持する必要がある。すなわち、このように当該距離を保持することで、微小化されたバンプのつぶれや引き剥がれを確実に防止する必要がある。 As the bump pitch narrows and bumps become smaller in this way, the distance between the mounting surface of the electronic component and the surface of the substrate must be securely held at a predetermined distance from the contact to cooling solidification. There is. In other words, it is necessary to reliably prevent the miniaturized bumps from being crushed and peeled off by maintaining the distance in this way.
しかしながら、上述の従来の実装方法では、バンプや半田部が溶融を開始してその後固化されるまでの間は、バンプや半田部が溶融状態となることにより荷重抜けが発生するため、熱によるヘッドツールの伸び量等を除去するための荷重一定制御を行うことができないという問題がある。このような場合にあっては、熱によるヘッドツールの伸びや縮みの除去を行うことができず、電子部品の実装側表面と基板の表面との間の距離(あるいはヘッドツールの先端面とステージの基板保持面との間の距離)を保つことができないこととなり、バンプつぶれや引き剥がれが生じる可能性がある。 However, in the above-described conventional mounting method, since the bumps and the solder portions start to melt and then solidify, the bumps and the solder portions are melted to cause load loss. There is a problem in that it is impossible to perform constant load control for removing the amount of tool elongation and the like. In such a case, the extension or shrinkage of the head tool due to heat cannot be removed, and the distance between the mounting surface of the electronic component and the surface of the substrate (or the tip surface of the head tool and the stage) The distance between the substrate holding surface and the substrate holding surface cannot be maintained, and bump crushing or peeling may occur.
一方、このようにバンプや半田部が溶融状態にある間に、特別な測定器を用いてヘッドツールの伸び量や縮み量の測定を行い、当該測定結果に基づいて、伸び量/縮み量を除去するような制御を行うことが考えられる。しかしながら、上記加熱や冷却の際には、ヘッドツールだけでなく、ステージや電子部品自体にも伸びや縮みが生じることとなり、これら全ての状態を測定することは困難であり、例え測定が可能となっても測定器の構成の複雑化や設備コストの高騰化を招くこととなり、現実的には困難であるという問題もある。 On the other hand, while the bumps and solder parts are in a molten state as described above, the extension amount and shrinkage amount of the head tool are measured using a special measuring instrument, and the elongation amount / shrinkage amount is calculated based on the measurement result. It is conceivable to perform such control as to eliminate. However, during the above heating and cooling, not only the head tool, but also the stage and the electronic component itself are stretched and shrunk, and it is difficult to measure all these states, and it is possible to measure, for example. Even so, the configuration of the measuring instrument becomes complicated and the equipment cost increases, and there is a problem that it is difficult in practice.
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、微小化されたバンプ(接合部材)を有するICチップのような電子部品の基板への実装において、熱的な影響を除去しながら確実かつ高精度な実装を可能とする電子部品の実装方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problem, and to remove a thermal influence in mounting an electronic component such as an IC chip having a miniaturized bump (joining member) on a substrate. An object of the present invention is to provide an electronic component mounting method that enables reliable and highly accurate mounting.
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
本発明の第1態様によれば、部品保持部材にて保持された電子部品における複数の電極を、基板保持部材にて保持された基板における複数の電極に接合部材を介在させて当接させながら、上記それぞれの接合部材を加熱して溶融させ、当該溶融されたそれぞれの接合部材を冷却して固化させた後、上記部品保持部材による上記電子部品の保持を解除して、上記電子部品を上記基板に実装する電子部品の実装方法において、
上記それぞれの接合部材の加熱及び冷却の際に生じ得る上記部品保持部材及び上記基板保持部材の伸び又は縮みに伴って生じる当該部品保持部材と基板保持部材との間の距離の変位量のデータを取得して、
上記それぞれの接合部材の加熱及び冷却の際に、当該取得された上記距離の変位量のデータに基づいて、当該変位量を除去するように上記基板保持部材に対する上記部品保持部材の相対的な位置制御を行い、上記電子部品を上記基板に実装することを特徴とする電子部品の実装方法を提供する。
According to the first aspect of the present invention, the plurality of electrodes in the electronic component held by the component holding member are brought into contact with the plurality of electrodes in the substrate held by the substrate holding member with the joining member interposed therebetween. Then, each of the joining members is heated and melted, and each of the melted joining members is cooled and solidified, and then the holding of the electronic component by the component holding member is released, and the electronic component is In the mounting method of electronic components to be mounted on a substrate,
Data on the amount of displacement of the distance between the component holding member and the substrate holding member, which is generated when the component holding member and the substrate holding member are expanded or contracted, which can be generated when the respective bonding members are heated and cooled. Get
The relative position of the component holding member with respect to the substrate holding member so as to remove the displacement amount based on the acquired displacement amount data of the distance when the respective bonding members are heated and cooled. An electronic component mounting method is provided, wherein the electronic component is mounted on the substrate by performing control.
本発明の第2態様によれば、上記距離の変位量のデータは、上記加熱又は冷却により上記部品保持部材及び上記基板保持部材に伝達される熱量変化により生じる上記伸び又は縮みに伴う上記部品保持部材の部品保持面と上記基板保持部材の基板保持面との間の上記距離の変位量を除去するように、上記基板保持面に対して上記部品保持面を近接又は離間させるための当該部品保持部材の移動位置の位置データである第1態様に記載の電子部品の実装方法を提供する。 According to the second aspect of the present invention, the displacement data of the distance is obtained by the component holding accompanying the expansion or contraction caused by the heat amount change transmitted to the component holding member and the substrate holding member by the heating or cooling. The component holding for moving the component holding surface close to or away from the substrate holding surface so as to remove the displacement amount of the distance between the component holding surface of the member and the substrate holding surface of the substrate holding member. An electronic component mounting method according to a first aspect, which is position data of a movement position of a member, is provided.
本発明の第3態様によれば、上記距離の変位量データには、上記それぞれの接合部材の加熱又は冷却の際に、上記部品保持面に直交する方向において上記基板及び上記電子部品に生じる伸び又は縮みに伴う上記距離の変位量のデータが含まれ、
上記基板及び上記電子部品の伸び及び縮みをさらに除去するように上記部品保持部材の移動を行う第2態様に記載の電子部品の実装方法を提供する。
According to the third aspect of the present invention, the displacement data of the distance includes the elongation generated in the substrate and the electronic component in a direction orthogonal to the component holding surface when the respective joining members are heated or cooled. Or data on the amount of displacement of the distance due to shrinkage,
The electronic component mounting method according to the second aspect, wherein the component holding member is moved so as to further remove the expansion and contraction of the substrate and the electronic component.
本発明の第4態様によれば、上記電子部品と略同じ材質にて形成されたデータ取得用電子部品を上記部品保持部材にて保持して、上記基板保持部材により保持された上記基板の表面に、当該データ取得用電子部品を直接的に当接させながら、上記それぞれの接合部材に対する加熱及び冷却における温度プロファイルと同じ温度プロファイルに基づいて、上記データ取得用電子部品に対して上記加熱及び冷却を行うとともに、当該加熱及び冷却の際における上記部品保持部材と上記基板保持部材との間の上記距離の変位量のデータとして、上記加熱及び冷却の際において、上記部品保持部材に保持された上記データ取得用電子部品に付加される荷重が略一定となるように、上記部品保持部材の位置制御を行った場合における当該部品保持部材の位置データを取得し、
上記それぞれの接合部材を用いて上記電子部品を上記基板に実装する際に、当該取得された部品保持部材の位置データに基づいて、上記部品保持部材の位置制御を行うことで、上記基板保持部材と上記部品保持部材との間の距離の上記変位量を除去する第1態様から第3態様のいずれか1つに記載の電子部品の実装方法を提供する。
According to the fourth aspect of the present invention, the data acquisition electronic component formed of substantially the same material as the electronic component is held by the component holding member, and the surface of the substrate held by the substrate holding member In addition, the heating and cooling of the data acquisition electronic component is performed based on the same temperature profile as the temperature profile in the heating and cooling of the respective joining members while directly contacting the data acquisition electronic component. As the data of the displacement amount of the distance between the component holding member and the substrate holding member during the heating and cooling, the data held by the component holding member during the heating and cooling. The position of the component holding member when the position control of the component holding member is performed so that the load applied to the electronic component for data acquisition is substantially constant. To get the location data,
When the electronic component is mounted on the substrate using the bonding members, the substrate holding member is controlled by controlling the position of the component holding member based on the acquired position data of the component holding member. The electronic component mounting method according to any one of the first aspect to the third aspect, in which the amount of displacement of the distance between the electronic component and the component holding member is removed.
本発明の第5態様によれば、上記荷重が略一定となるような上記部品保持部材の位置制御において、上記基板保持部材と上記部品保持部材との間の距離の上記変位量の発生から、当該変位量の発生により生じる上記荷重の変化量の除去が完了するまでに要する制御時間差データを取得し、
上記それぞれの接合部材を用いて上記電子部品を上記基板に実装する際に、当該取得された位置データと上記制御時間差データとに基づいて、上記基板保持部材と上記部品保持部材との間の距離の上記変位量を除去するように、上記部品保持部材の位置制御を行う第4態様に記載の電子部品の実装方法を提供する。
According to the fifth aspect of the present invention, in the position control of the component holding member such that the load is substantially constant, from the generation of the displacement amount of the distance between the substrate holding member and the component holding member, Obtain control time difference data required to complete the removal of the load change caused by the generation of the displacement,
When the electronic component is mounted on the substrate using each of the bonding members, a distance between the substrate holding member and the component holding member based on the acquired position data and the control time difference data. The electronic component mounting method according to the fourth aspect, wherein the position control of the component holding member is performed so as to remove the displacement amount.
本発明の第6態様によれば、上記それぞれの接合部材を用いて上記電子部品を上記基板に実装する際において、
上記溶融された接合部材が冷却固化される過程において、上記電子部品に付加される荷重の変化量の検出を行い、
当該検出される荷重の変化量に応じて、当該荷重の変化量が除去されるように、上記部品保持部材の位置データを補正し、
当該補正された位置データに基づいて上記部品保持部材の位置制御を行う第4態様に記載の電子部品の実装方法を提供する。
According to the sixth aspect of the present invention, when mounting the electronic component on the substrate using the respective joining members,
In the process of cooling and solidifying the melted joining member, the amount of change in load applied to the electronic component is detected,
In accordance with the detected change amount of the load, the position data of the component holding member is corrected so that the change amount of the load is removed,
The electronic component mounting method according to the fourth aspect, in which the position control of the component holding member is performed based on the corrected position data.
本発明の第7態様によれば、上記電子部品の上記基板への当接から、上記それぞれの接合部材の固化までの間において、上記部品保持部材より上記電子部品に付加される荷重を観察し、
当該観察された荷重が荷重プロファイルに対して超過又は不足していることを検出した場合に、当該超過又は不足の発生を抑制するように上記部品保持部材の位置データの補正を行い、
当該補正された位置データに基づいて、上記部品保持部材の位置制御を行う第4態様に記載の電子部品の実装方法を提供する。
According to the seventh aspect of the present invention, the load applied to the electronic component from the component holding member is observed during the period from the contact of the electronic component to the substrate to the solidification of the respective joining members. ,
When it is detected that the observed load exceeds or is insufficient with respect to the load profile, the position data of the component holding member is corrected so as to suppress the occurrence of the excess or deficiency,
The electronic component mounting method according to the fourth aspect, in which the position control of the component holding member is performed based on the corrected position data.
本発明の第8態様によれば、上記接合部材は、上記電子部品の上記それぞれの電極上に形成されたバンプであって、
上記データ取得用電子部品は、上記それぞれのバンプが形成されていない状態の電子部品である第4態様から第7態様のいずれか1つに記載の電子部品の実装方法を提供する。
According to an eighth aspect of the present invention, the joining member is a bump formed on each of the electrodes of the electronic component,
The electronic component for data acquisition provides the electronic component mounting method according to any one of the fourth aspect to the seventh aspect, in which the respective bumps are not formed.
本発明によれば、電子部品を基板に実装する際に、部品保持部材や基板保持部材、そして上記電子部品自体や上記基板自体に熱による伸び/縮みが生じることにより発生する上記部品保持部材の部品保持面と上記基板保持部材の基板保持面との間の距離の変位量を、当該変位量のデータに基づいて上記基板保持部材に対する上記部品保持部材の相対的な位置制御を行うことで、確実に除去することができる。 According to the present invention, when an electronic component is mounted on a board, the component holding member, the board holding member, and the electronic component itself or the board itself are caused by the expansion / contraction caused by heat. By performing relative position control of the component holding member with respect to the substrate holding member, based on the displacement amount data, the displacement amount of the distance between the component holding surface and the substrate holding surface of the substrate holding member, It can be removed reliably.
特に、このようなそれぞれの部材の伸び/縮みにより複合的あるいは総合的に生じる上記変位量は、実際の実装過程では、上記部品保持面と上記基板保持面との間に上記電子部品が配置されていることにより、例えば変位量測定器を用いて測定することが困難であることや、接合部材の加熱溶融によりロードセル等にて検出される荷重に荷重抜けが生じることにより測定することが困難であるものの、本発明のようにデータ取得用電子部品を用いることで、予め実装準備工程として当該変位量を測定し、当該変位量のデータを作成することができる。 In particular, the amount of displacement generated in a composite or comprehensive manner due to such expansion / contraction of each member is such that the electronic component is disposed between the component holding surface and the substrate holding surface in an actual mounting process. Therefore, for example, it is difficult to measure using a displacement measuring device, or it is difficult to measure due to load loss in a load detected by a load cell or the like due to heating and melting of the joining member. However, by using the data acquisition electronic component as in the present invention, the displacement amount can be measured in advance as a mounting preparation step, and the displacement amount data can be created.
すなわち、実装時の加熱により溶融される材料が含まれていないバンプ無しの電子部品を上記データ取得用電子部品として、当該データ取得用電子部品に対して、実装時の温度プロファイルを用いて加熱/冷却制御を施しながら、荷重一定制御を行った場合における上記部品保持部材の高さ位置の移動軌跡をプロファイルデータ(位置データ)として取得し、当該取得されたプロファイルデータに基づいて上記部品保持部材の移動制御を行いながら、実際の上記電子部品を上記基板に実装させることで、上記熱による各部材の伸び/縮みに伴う影響を除去することができる。 That is, an electronic component without bumps that does not contain a material that is melted by heating at the time of mounting is used as the data acquisition electronic component, and the data acquisition electronic component is heated / heated using a temperature profile at mounting. A movement trajectory of the height position of the component holding member when constant load control is performed while performing cooling control is acquired as profile data (position data), and based on the acquired profile data, the component holding member By mounting the actual electronic component on the substrate while performing movement control, it is possible to remove the influence of the heat caused by the expansion / contraction of each member.
従って、特に、そのバンプピッチが狭小化され、さらにその径が微小化されたバンプを有するような上記電子部品を、熱による各部材の伸び/縮みの影響を排除しながら、確実かつ高精度に実装することができる。特に、このような実装方法は、当該電子部品を上記基板に実装するような場合のみに限られず、上記電子部品に形成されたそれぞれのバンプと、他の電子部品に形成されたそれぞれのバンプとを接合するようなチップ・オン・チップという実装方法にも効果的に適用することができる。 Therefore, in particular, the above electronic components having bumps whose bump pitch is narrowed and whose diameter is miniaturized are reliably and highly accurate while eliminating the influence of expansion / contraction of each member due to heat. Can be implemented. In particular, such a mounting method is not limited to the case where the electronic component is mounted on the substrate, and each bump formed on the electronic component, and each bump formed on another electronic component, The present invention can also be effectively applied to a chip-on-chip mounting method that joins the two.
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
本発明にかかる電子部品の実装方法は、電子部品の複数の電極を基板の複数の電極上に接合部材を介在させて当接させ、各接合部材を溶融し固化させて、各接合部材を介在させて電子部品を基板に接合する電子部品の実装方法に関しており、本発明の一の実施形態にかかる電子部品の実装方法について、図面を用いて詳細に説明する。 In the electronic component mounting method according to the present invention, a plurality of electrodes of an electronic component are brought into contact with a plurality of electrodes of a substrate with a joining member interposed therebetween, and each joining member is melted and solidified to interpose each joining member. The electronic component mounting method according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
まず、本実施形態の電子部品の実装方法において用いられる電子部品実装装置の構成を示す模式斜視図を図1に示す。図1に示すように、電子部品実装装置201において、電子部品の実装を行う部品保持部材の一例であるヘッドツール3は、X方向移動装置22のナット部に固定されており、X方向移動装置22はモータによりボールねじ軸を回転させることにより、ボールねじ軸に螺合したナット部に固定されたヘッドツール3を図示X方向右向きのX1方向又は左向きのX2方向に移動させる。
First, a schematic perspective view showing a configuration of an electronic component mounting apparatus used in the electronic component mounting method of the present embodiment is shown in FIG. As shown in FIG. 1, in an electronic
また、ヘッドツール3の模式断面図(断面図を用いた模式構成図)である図2に示すように、電子部品実装装置201は、ヘッドツール3を下降又は上昇させる昇降機構の一例である昇降部21を備えて構成されている。さらに、ヘッドツール3は、その先端部に電子部品を吸着保持させる吸着保持機構の一例である吸着ノズル11と、この吸着ノズル11を加熱させて吸着ノズル11に吸着保持された電子部品を加熱する加熱装置の一例であるセラミックヒータ12、及び、セラミックヒータ12により加熱された電子部品を冷却する冷却装置の一例である冷却ブローノズル19を備えている。ここで、上記加熱装置は、一例として、ヘッドツール3に備えられたセラミックヒータ12である場合としたが、セラミックヒータ12に代えて、電子部品及び基板に熱風を吹き付けることにより加熱を行うような加熱部を電子部品実装装置が備える場合であってもよい。なお、ヘッドツール3の構造の詳細な説明については後述する。
Moreover, as shown in FIG. 2 which is a schematic cross-sectional view of the head tool 3 (schematic configuration diagram using a cross-sectional view), the electronic
図1において、スライドベース6はY方向移動装置23のナット部に固定されており、Y方向移動装置23はモータによりボールねじ軸を回転させることにより、ボールねじ軸に螺合したナット部に固定されたスライドベース6を図示Y方向右向きのY1方向又は左向きのY2方向に移動させる。スライドベース6上に固定されたパーツトレー5に、複数の電子部品1が供給されており、基板4はスライドベース6上に固定された基板保持部材の一例であるステージ7に位置決めされて固定されている。なお、図1におけるX方向とY方向は直交している。また、上述の説明においては、電子部品実装装置201における加熱装置として、ヘッドツール3にセラミックヒータ12が備えられているような場合について説明しているが、このような場合に代えて、ステージ7にも加熱装置が内蔵されているような場合であってもよい。
In FIG. 1, the
さらに、電子部品実装装置201は、電子部品実装装置201における各構成部の制御を行う制御装置である制御装置9を備えており、昇降部21の移動動作、X方向移動装置22の移動動作、Y方向移動装置23の移動動作、ヘッドツール3の吸着ノズル11の吸着保持動作、及びヘッドツール3のセラミックヒータ12の加熱動作は、制御装置9により動作制御される。
Furthermore, the electronic
図3は、本実施形態の電子部品の実装方法について、電子部品1及び基板4の模式断面図を用いて説明するための図である。図3(B)に示すように、四角形プレート状の電子部品1は接合面に多数の電極1aを有しており、その各電極1aには接合部材の一例であるバンプ1bが金属材料、例えば半田材料により予め形成されている。また、図3(A)に示すように、四角形プレート状の基板4は上面に多数の電極であるパッド4aを有しており、その各パッド4a上に接合部材の一例である半田部2が、例えば印刷等の手段を用いてクリーム半田が予め供給されることで形成されている。また、電子部品1の各電極1aと基板4の各パッド4aが接合可能なように、電子部品1の各電極1aに対応した位置に基板4の各パッド4aが配置されている。ここで、電子部品1は、例えば、その各電極1aに形成された各バンプ1bの間隔ピッチであるバンプピッチが例えば70μm以下であるとともに、そのバンプ径が30μm、形成高さが20μmであるような狭小化かつ微小化されたバンプを有するハイエンドICチップのように高い接合位置精度が要求されるような電子部品である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the electronic component mounting method according to the present embodiment, using schematic cross-sectional views of the
次に、電子部品実装装置201を用いて電子部品1を基板4上に実装する方法についてその手順の概略を説明する。なお、詳細な実装手順については後述するものとする。
Next, an outline of the procedure of a method for mounting the
まず、図1において、複数の電子部品1が供給され配置されているパーツトレー5が固定されているスライドベース6をY方向移動装置23により、Y1又はY2方向に移動させるとともに、X方向移動装置22により、ヘッドツール3をX1又はX2方向に移動させ、パーツトレー5の中に配置されている1つの電子部品1が、ヘッドツール3の先端部の吸着ノズル11により吸着可能なように、ヘッドツール3をその電子部品1に対し位置合わせを行う。その後、昇降部21によりヘッドツール3を下降させ、ヘッドツール3の吸着ノズル11により電子部品1の各電極1aを有さない面である背面を吸着保持し、昇降部21によりヘッドツール3を上昇させ、パーツトレー5より電子部品1を取り出す。ここで、電子部品1はパーツトレー5に背面を上にして配置されている場合について説明したが、電子部品1が背面を下にして配置されている場合であっても、電子部品1のヘッドツール3の吸着ノズル11への吸着保持の前に、電子部品1を反転させるような反転機構を設けることにより、吸着ノズル11による電子部品1の背面の吸着保持は可能である。なお、パーツトレー5よりの各電子部品1の供給に代えて、ウェハ供給部を設けることにより、ウェハより各電子部品1を供給する場合であってもよい。
First, in FIG. 1, a
次に、図1において、基板4が固定されているステージ7を固定しているスライドベース6を、Y方向移動装置23によりY1又はY2方向に移動させるとともに、電子部品1を吸着保持しているヘッドツール3をX方向移動装置22によりX1又はX2方向に移動させ、図3(B)に示すように、電子部品1の各電極1aに形成されている各バンプ1bが基板4の各パッド4a上の各半田部2に接合可能なように、電子部品1と基板4の位置合わせを行う。
Next, in FIG. 1, the
その後、図3(C)に示すように、ヘッドツール3を昇降部21により下降させ、吸着ノズル11に吸着保持されている電子部品1の各バンプ1bを、ステージ7に固定されている基板4の各半田部2に当接させる。
Thereafter, as shown in FIG. 3C, the
この当接の後、図3(D)に示すように、ヘッドツール3のセラミックヒータ12により吸着ノズル11への加熱が行われ、吸着ノズル11に吸着保持されている電子部品1の各バンプ1bとこの各バンプ1bに当接されている基板4の各半田部2が加熱される。さらに、セラミックヒータ12による吸着ノズル11への加熱温度が、各バンプ1bを形成している半田の融点以上かつ各半田部2を形成している半田の融点以上の温度に昇温され、各バンプ1bと各半田部2が溶融される。
After this contact, as shown in FIG. 3D, the
その後、図3(E)に示すように、セラミックヒータ12による加熱を停止した後、溶融状態の半田に冷却ブローノズル19からのブローによる冷却を施すことにより、半田が固化され、電子部品1の各電極1aと基板4の各パッド4aが半田を介在して状態で接合される。なお、溶融状態の半田への冷却ブローノズル19による強制的な冷却に代えて、溶融された半田を自然冷却することにより半田を固化させてもよい。
Thereafter, as shown in FIG. 3E, after the heating by the
その後、図3(F)に示すように、ヘッドツール3の先端部の吸着ノズル11による電子部品1への吸着保持を解除し、ヘッドツール3を昇降部21により上昇させる。なお、複数の電子部品1を基板4に実装する場合には、各々の電子部品1毎にこれらの作業を繰り返して行い、各電子部品1を基板4に個別に実装を行う。
Thereafter, as shown in FIG. 3F, the suction holding of the
なお、上記においては、接合部材が電子部品1の各電極1aに予め形成された各バンプ1b、及び基板4の各パッド4a上に予め形成された各半田部2である場合について説明したが、接合部材が電子部品1の各電極1aに予め形成された各バンプ1bのみであってもよい。
In the above description, the case where the bonding members are the
さらに、電子部品1の各電極1a上、又は基板4の各パッド4a上、又は接合部材である各バンプ1b若しくは各半田部2に、各接合部分における表面の酸化膜を除去し、溶融半田の濡れ性を良好とさせることができるフラックスを予め塗布により、供給してもよい。なお、塗布供給されたフラックスの種類により、電子部品1を基板4に実装後、塗布供給されたフラックスを洗浄による除去を行う場合もある。
Furthermore, the oxide film on the surface of each joint portion is removed on each electrode 1a of the
次に、電子部品実装装置201におけるヘッドツール3の構造について、ヘッドツール3の構造を模式的に示す断面図である図2を用いて詳細に説明する。
Next, the structure of the
図2において、ヘッドツール3は、電子部品1への吸着保持、加熱等の動作を施すヘッドツール先端部3aと、ヘッドツール先端部3aを支持し、ヘッドツール3に対する昇降動作が施されるヘッドツール本体部3bにより構成されている。
In FIG. 2, the
ヘッドツール先端部3aは、その先端側より、電子部品1を吸着保持可能な吸着ノズル11と、この吸着ノズル11に吸着保持された電子部品1を加熱するセラミックヒータ12と、このセラミックヒータ12よりの熱がヘッドツール本体部3bへ伝わらない様に熱遮断を行う冷却部であるウォータージャケット13、及びこのウォータージャケット13の上部に取り付けられた軸部の一例である軸17により構成され、さらに、セラミックヒータ12により加熱された電子部品1をブローにより冷却する冷却ブローノズル19が軸17の下部周囲に取り付けられている。
From the tip side, the head tool tip portion 3 a is provided with a
また、ヘッドツール本体部3bは、ヘッドツール先端部3aを支える支持部の一例であるフレーム16と、フレーム16に取り付けられた荷重検出部の一例であるロードセル14により構成されている。
The head tool main body 3b includes a
フレーム16は剛体により形成された概略コ字状の形状となっており、ロードセル14を支える上部フレーム16aと、ヘッドツール先端部3aの軸17を、その軸17の側部に設けられた円環突起状のスプリング受部18の下部に軸17の外周を巻くように取りつけられた弾性体の一例である自重相殺スプリング15を介して支え、かつ軸17の上下動を案内する下部フレーム16bと、上部フレーム16a及び下部フレーム16bを支える円筒形状の中間フレーム16cにより構成されている。
The
軸17は、その軸方向における中間付近に段部17cを有しており、この段部17cを境として、軸17の軸下部17bは軸上部17aよりも小径の軸となっている。さらに、この軸下部17bは、軸17を自重相殺スプリング15を介して支えている下部フレーム16bに形成された孔16dを貫通しており、この下部フレーム16bの孔16dが、軸17の上下動を案内可能に、かつ軸17の軸上部17aの径よりも小径となるように形成されている。これにより、軸17は、自重相殺スプリング15を介して下部フレーム16bに支えられながら、下部フレーム16bの孔16dに案内されて上下動が可能であり、また、自重相殺スプリング15が破損等により軸17を支持することができなくなったような場合においても、下部フレーム16bの孔16dの周囲部が軸17の段部17cで軸17を支えることができ、軸17が落下しないようになっている。
The
さらに、軸下部17bがボールスプラインの外輪と軸を備え、下部フレーム16bが孔16dの内側にベアリングを備え、上記ベアリングの内側に上記ボールスプラインの外輪が取り付けられることにより、軸17は、下部フレーム16bに支持されながら軸を中心として回転可能であり、かつ軸方向に上下動可能とすることもできる。
Further, the shaft
また、中間フレーム16cは、その円筒形状の両端を昇降部21のナット部21bに固定されており、昇降部21においてナット部21bに螺合したボールねじ軸21aをモータ21mにより回転させることにより、中間フレーム16cが昇降動作され、これによりフレーム16が昇降動作され、ヘッドツール3全体が昇降動作されるように構成されている。
Moreover, the both ends of the cylindrical shape of the
また、吸着ノズル11、セラミックヒータ12、ウォータージャケット13、軸17、及びロードセル14の各中心は同軸上に配置されており、この軸は昇降部21の昇降動作軸と平行となるように配置されているため、昇降部21による昇降動作により、吸着ノズル11、セラミックヒータ12、ウォータージャケット13、軸17、及びロードセル14は、上記同軸上において、昇降動作可能となっている。
The centers of the
さらに、ロードセル14の荷重検出面である下面に、ヘッドツール先端部3aにおける軸17の上端が、下部フレーム16bに取り付けられ軸17を、スプリング受部18を介して支えている自重相殺スプリング15により、押圧されて接しており、ロードセル14によりヘッドツール先端部3aの軸17の上方向に働く荷重が検出可能となっている。
Further, an upper end of the
また、軸17の下部周囲である軸下部17bの周囲に取り付けられている冷却ブローノズル19は、軸17の下に位置するウォータージャケット13及びセラミックヒータ12の両側を回り込むように形成され、さらに、冷却ブローノズル19の先端は吸着ノズル11の下面である電子部品吸着保持面に向けられており、冷却ブローノズル19よりのブローが吸着ノズル11に吸着保持された電子部品1を冷却可能となっている。
Moreover, the
また、制御装置9は、吸着ノズル11の吸着動作、セラミックヒータ12の加熱動作、及び昇降部21の移動動作を制御し、ロードセル14にて検出された荷重が制御装置9に出力されるように構成されている。
Further, the
ここで、電子部品実装装置201に備えられている制御装置9の構成を示すブロック図を図4に示す。図4に示すように、制御装置9は、電子部品実装装置201における駆動系である昇降部21、X方向移動装置22、及びY方向移動装置23の動作制御(すなわちモータの制御)を行うモータ制御部94と、ロードセル14による荷重検出の動作制御を行う荷重制御部95と、セラミックヒータ12による加熱動作の制御を行う温度制御部96とを備えている。なお、セラミックヒータ12の近傍には温度検出部である熱電対12aが備えられており、この熱電対12aによる温度検出結果が、温度制御部96に入力されるように構成されている。なお、ここで説明するのは、制御装置9が備える主な制御部についてだけであり、これら以外にも、例えば、冷却ブローノズル19の動作制御を行う制御部や、吸着ノズル11による吸着保持動作の制御を行う制御部などが備えられている。
Here, a block diagram showing a configuration of the
また、図4に示すように、制御装置9には、これらの複数の制御部94、95、及び96における制御動作を互いに関連付けながら統括的に制御する処理部91が備えられている。さらに、制御装置9には、これらの制御動作の基本となる制御プログラムや制御データ、あるいは検出・測定されたデータを読み出し可能に保管する記憶部の一例であるメモリ部93と、制御動作に必要な操作や運転情報などを表示するための操作・表示部92が備えられている。
As shown in FIG. 4, the
また、制御装置9におけるメモリ部93には、例えば、それぞれの駆動装置の駆動量やタイミングを決定する実装プログラムや、後述する予め設定された当接荷重データや、加熱又は冷却温度の温度プロファイル等が読み出し可能に保持されている。また、モータ制御部94により昇降部21が制御されて、ヘッドツール先端部3aの装備されている吸着ノズル11が上昇又は下降された場合における当該吸着ノズル11の先端部の高さ位置のデータを取得されて、メモリ部93に記憶させることが可能となっている。
The
次に、制御装置9の荷重制御部95によりロードセル14が制御されて、電子部品1と基板4の当接時に発生する当接荷重を検出する制御方法について説明する。
Next, a control method in which the
電子部品1と基板4の位置合わせの後、電子部品1を吸着ノズル11により吸着保持したままヘッドツール3が昇降部21により下降され、電子部品1の各バンプ1bが基板4の各半田部2に当接する。このとき、電子部品1の各バンプ1bと基板4の各半田部2の間に当接荷重が発生し、この当接荷重により、ヘッドツール3のロードセル14の荷重検出面に接した状態にあるヘッドツール先端部3aの軸17の上端が、ロードセル14の荷重検出面を押し上げ、この当接荷重がロードセル14にて検出される。
After alignment of the
このように検出された荷重データは、制御装置9の荷重制御部95に入力されるとともに、メモリ部93に保持されている予め設定された当接荷重データが処理部91により読み出されて荷重制御部95に入力され、荷重制御部95において、検出された荷重データと予め設定された当接荷重データとの比較が行われる。この比較結果に基づいて、処理部91を介してモータ制御部94により昇降部21が制御されて、予め設定された当接荷重となるように、昇降部21によりヘッドツール3を微小量だけ下降又は上昇させる。これにより、ロードセル14により検出される当接荷重を予め設定された当接荷重とすることができる。なお、このような検出される荷重の制御方法は、荷重一定制御方法ということができる。
The load data detected in this way is input to the
次に、このような構成の電子部品実装装置201を用いて、熱によるヘッドツール3やステージ7等の伸び量及び縮み量を考慮しながら、微小化されたバンプ1bを有する電子部品1を基板4に高い実装位置精度でもって実装する実装方法について以下に具体的に説明する。
Next, using the electronic
本実施形態の電子部品の実装方法においては、実際に電子部品の基板への実装を行う前に実装準備工程として、ヘッドツール3、ステージ7、そして電子部品1自体の熱による伸び量及び縮み量のデータの取得を行う。しかしながら、このような熱による伸び量及び縮み量のデータを、各々の構成部材毎に個別に測定することは現実的には困難を伴うものであるため、これらの伸び量及び縮み量が集約されたデータとして、当該伸び又は縮みに伴う吸着ノズル11における部品保持面とステージ7における基板保持面との間の距離の変位量のデータの取得を行うものである。
In the electronic component mounting method of this embodiment, the amount of expansion and contraction due to heat of the
さらに具体的に説明すると、電子部品1と略同じ材質にて形成されたデータ取得用電子部品20として、それぞれの電極20a上にバンプ1bが形成されていない電子部品を用いて、当該データ取得用電子部品20をヘッドツール3により吸着保持して基板4に対して当接させながら、電子部品1を基板4に実装する場合と同じ温度プロファイルでもって、データ取得用電子部品に対して加熱・冷却の各プロセスを施して、当該それぞれのプロセスの間に、ヘッドツール3のロードセル14により検出される当接荷重が所定の荷重(例えば、一定の当接荷重)となるようにした場合における吸着ノズル11の部品保持面の高さ位置の変位状態(軌跡)を測定することで、上記変位量のデータを取得するものである。また、データ取得用電子部品20として、それぞれのバンプ1bが形成されていない電子部品1を用いるのは、バンプ1bが存在するような場合には、上記加熱によるバンプ1bの溶融により、ロードセル14により検出される荷重の荷重抜けが生じるため、上記荷重一定制御を継続することが困難となるからである。このようなデータ取得用電子部品20を用いた上記変位量データの取得方法について、図5に示す模式説明図及び図6に示すフローチャートを用いて以下に説明する。
More specifically, as the data acquisition
まず、図5(A)の模式説明図に示すように、電子部品実装装置201におけるステージ7の基板保持面7aに基板4を載置して保持させる。なお、基板4としては、実際の電子部品実装において用いられる基板4をそのまま用いることが好ましいが、同様な形状及び同様な材質にて構成されるようなデータ取得用基板が用いられるような場合であってもよい。本実施形態においては、実際の基板4をそのまま用いている。なお、基板4の図示上面には複数のパッド4aが形成されているものの、半田部2が形成されていない基板4が用いられる。
First, as shown in the schematic explanatory view of FIG. 5A, the
次に、図5(B)に示すように、ヘッドツール3の吸着ノズル11によりデータ取得用電子部品20の吸着保持が行われる(図6のステップS1)。その後、電子部品実装装置201において、X軸方向移動装置22によりヘッドツール3が図示X1方向又はX2方向に移動されるとともに、Y軸方向移動装置23によりステージ7が図示Y1方向又はY2方向に移動されて、データ取得用電子部品20の実装側表面に形成されているそれぞれの電極20aと、基板4に形成されているそれぞれのパッド4aとの位置合わせが行われる。
Next, as shown in FIG. 5B, the data acquisition
このような位置合わせが完了すると、図6のステップS2において、昇降部21によりヘッドツール3の下降が開始される。当該下降により、図5(C)に示すように、吸着ノズル11により吸着保持された状態のデータ取得用電子部品20の実装側表面(図示下面)と基板4の表面(図示上面)とが互いに接触する。当該接触が行われると、ヘッドツール3においてロードセル14により荷重が検出される。このように検出された荷重が、制御装置9の荷重制御部95に入力され、荷重制御部95においてメモリ部93より読み出された予め設定されている当接荷重と当該入力された荷重との比較が行われ、検出される荷重が当接荷重に達するまで荷重監視が行われて、ヘッドツール3の下降が継続される(ステップS3)。なお、このステップS3において、検出された荷重が上記予め設定された当接荷重に達したものと判断された場合には、ステップS4において、ヘッドツール3の下降が停止される。この状態がデータ取得用電子部品20と基板4との当接状態である。
When such alignment is completed, the
その後、このような当接状態をより確実なものとするために、さらにヘッドツール3を微小に下降させて、部品押さえ込みを行う(ステップS5)。この部品押さえ込みのためのヘッドツール3の下降は、上記当接荷重よりも大きな荷重である予め設定されている部品押さえ込みのための所定荷重に、ロードセル14により検出される荷重が到達するまで荷重監視が行われながら継続される(ステップS6)。ステップS6において、検出される荷重が上記所定の荷重に到達したことが確認されると、ヘッドツール3の下降が停止されて、当該状態が保持される(ステップS7)。
Thereafter, in order to make such a contact state more reliable, the
その後、制御装置9のメモリ部93に保持されている電子部品1の基板4への実装のための温度プロファイルデータが読み出されて、温度制御部96により当該温度プロファイルデータに基づく加熱/冷却制御が開始される(ステップS10)。このような温度プロファイルデータは、例えば、時間区分毎の温度変化データとして作成され、当該それぞれの時間区分毎に、第1の加熱/冷却ステップ、第2の加熱/冷却ステップ、第3の加熱/冷却ステップ、・・・、第nの加熱/冷却ステップ(ただし、nは整数)として、細分化されたステップにより構成されている。一例を挙げれば、第2の加熱/冷却ステップにおいて、所要時間8秒、開始温度240℃、終了温度380℃というようなそれぞれのステップにより構成されている。従って、このような温度プロファイルデータに基づく加熱/冷却制御は、第1の加熱/冷却ステップから順次行われ、最終の第nの加熱/冷却ステップが完了するまで行われる。具体的には、当該加熱/冷却ステップが温度上昇(あるいは加温された状態の保持)を要求するものであれば、セラミックヒータ12による加熱が行われ、データ取得用電子部品20及び基板4の加熱が行われる(図5(D)参照)。逆に当該加熱/冷却ステップが温度下降を要求するものであれば、セラミックヒータ12による加熱を停止して、冷却ブローノズル19による冷却が行われる(図5(E)参照)。
Thereafter, temperature profile data for mounting the
また、このようなステップS10における加熱/冷却制御の際に、ヘッドツール3による荷重一定制御が行われる。具体的には、ステップS8において、ヘッドツール3の下降及び上昇が停止された状態において、ロードセル14により検出される荷重が、上記所定の荷重の範囲内にあるかどうかが判断される。所定の荷重の範囲内にあると判断される場合には、ステップS10において実施される全ての加熱/冷却ステップが完了したかどうかが判断され(ステップS12)、全てが完了するまで、ステップS8における所定荷重の確認動作が繰り返される。
In addition, during the heating / cooling control in step S10, a constant load control by the
一方、ヘッドツール3による加熱又は冷却が行われると、これらの熱の出入りに伴ってヘッドツール3やステージ7、そしてデータ取得用電子部品20や基板4自体に、当該熱による伸びや縮みが生じることとなる。このようなそれぞれの伸び及び縮みの発生により、ヘッドツール3の吸着ノズル11の部品保持面11aと、ステージ7の基板保持面7aとの間の距離に変位量が生じることとなるが、現実的には、部品保持面11aと基板保持面7aとの間には、データ取得用電子部品20が配置されているため、当該距離の変位量はロードセル14にて検出される荷重の変化量となって現れることとなる。従って、このような伸びや縮みが生じると、ステップS8において、ロードセル14により検出される荷重が増加又は減少することとなり、その度合いによっては、検出される荷重が上記所定の荷重の範囲内を超過するような場合も生じる。当該超過が生じる場合には、ステップS9において、上記超過した荷重(すなわち過重差分)に応じて、昇降部21によりヘッドツール3の上昇又は下降が行われる。この上昇又は下降によりロードセル14にて検出される荷重が、上記所定の範囲内に保たれる。すなわち、上記伸び又は縮みにより生じた上記変位量がヘッドツール3の移動により除去されることとなる。
On the other hand, when heating or cooling is performed by the
また、このようなステップS10における加熱/冷却制御が行われている間は、ヘッドツール3の昇降高さ位置として、例えば吸着ノズル11の部品保持面11aの高さ位置の位置座標(位置データ)が、昇降部21を通してモータ制御部94に入力され、処理部91によりメモリ部93に記憶される(ステップS11)。すなわち、ヘッドツール3の高さ位置の移動軌跡のデータが記憶されることとなる。このような位置データが、上記変位量データであり、上記熱による伸び量又は縮み量を除去するためのデータとなる。
Further, while the heating / cooling control in step S <b> 10 is performed, for example, the position coordinate (position data) of the height position of the
その後、ステップS12において、全ての加熱/冷却ステップが完了したものと判断されると、図5(F)に示すように、ヘッドツール3の吸着ノズル11によるデータ取得用電子部品20の吸着保持が解除され(ステップS13)、昇降部21によりヘッドツール3の上昇が行われる(ステップS14)。これにより、上記熱による各部材等の伸び量や縮み量を除去するためのデータの取得、すなわち、吸着ノズル11の位置データの取得が完了する。
After that, if it is determined in step S12 that all heating / cooling steps have been completed, as shown in FIG. 5 (F), suction holding of the data acquisition
ここで、本明細書における加熱又は冷却に伴う吸着ノズル11の部品保持面11aとステージ7の基板保持面7aとの間の距離の「変位量」について詳細に説明する。当該説明にあたって、図7〜図9に模式説明図を示す。
Here, the “displacement amount” of the distance between the
まず、図7(A)に示すように、部品保持面11aと基板保持面7aの間の距離がd0に保たれた状態の吸着ノズル11及びステージ7(図示実線にて示す)が加熱されると、両部材に熱による伸びが発生し、当該距離がd1に縮められる(図示2点鎖線にて示す)。従って、当該加熱に伴う距離の変位量は、Δd1=d0−d1となり、当該変位量を除去するためには、図7(B)に示すように、吸着ノズル11をΔd1だけ上昇させればよい。なお、上記変位量は、減少する方向を便宜上、負で表している。また、図7(A)において、両部材の間に、例えばデータ取得用電子部品20が配置されているような場合には、現実的には上記距離の変位量が現れることなく、それに代わって、ロードセル14にて検出される荷重の増加として現れることとなる。なお、上記変位量としては、部品保持面11aと基板保持面7aとの間の距離を対象としているが、このような場合に代えて、電子部品1における実装側表面と基板の表面との間の距離を対象とするような場合であってもよい。
First, as shown in FIG. 7 (A), the
また、図8(A)に示すように、冷却に伴って両部材に縮みが発生した場合には、当該距離が、d0からd2に拡大される(図示2点鎖線にて示す)。この場合、当該冷却に伴う距離の変位量は、Δd2=d0−d2となり、当該変位量を除去するためには、図8(B)に示すように、吸着ノズル11をΔd2だけ下降させればよい。
Further, as shown in FIG. 8 (A), if the shrinkage in both members with the cooling occurs, the distance is, (indicated by illustrated two-dot chain line) enlarged by the d 0 to d 2. In this case, the displacement amount of the distance accompanying the cooling is Δd 2 = d 0 −d 2 , and in order to remove the displacement amount, the
さらに、図9(A)に示すように、加熱に伴ってデータ取得用電子部品20に伸びが発生した場合には、電子部品20の高さ寸法がd0からd3に拡大される(図示2点鎖線にて示す)。この場合、当該加熱に伴う距離の変位量は、Δd3=d3−d0となり、当該変位量を除去するためnには、図9(B)に示すように、吸着ノズル11をΔd3だけ上昇させればよい。実際には、図9(A)に示すように、吸着ノズル11とステージ7との間の距離が、電子部品20への伸びの発生にも拘わらず、距離d0に保持されているため、上記変位量は、実際の距離の変位量として現れるのではなく、ロードセル14にて検出される荷重の増加として検出されることとなる。図9(B)のように、吸着ノズル11の上昇を行うことで、荷重増加として現れる当該距離の変位量を除去することができる。
Further, as shown in FIG. 9A, when the data acquisition
ここで、上述のデータ取得用電子部品20を用いて取得されたそれぞれの部材の熱による伸び及び縮みに伴う上記距離の変位量を除去するための吸着ノズル11の部品保持面11aの位置データのプロファイル81を、ロードセル14にて検出される荷重プロファイル82と、加熱/冷却制御に用いられる温度プロファイル83との関係で、模式的に示す模式説明図を図10に示す。なお、図10においては、それぞれのプロファイルの関係を分かり易くするために、同じグラフ上にそれぞれのプロファイルをプロットしている。そのため、縦軸座標(ノズル高さ位置、荷重、温度)は、個々のプロファイルにおける相対的な変化量を表しており、これに対して、横軸は、全てのプロファイルに共通の時間を表している。
Here, the position data of the
図10のプロファイル81、82、及び83に示すように、時間T1において、データ取得用電子部品20と基板4との当接が検出され、時間T2において、部品押さえ込みのための所定の荷重に到達される。その後、時間T2からT3にかけて、セラミックヒータ12による加熱が行われる。この加熱に伴って、各部材に熱による伸びが発生することとなるが、吸着ノズル11の高さ位置を上昇させることで、検出される荷重が一定に保たれる。時間T3にて温度上昇は停止され、定温制御が開始されるが、その後しばらくは各部材の伸びが続くため、時間T4にかけて吸着ノズル11の高さ位置をさらに上昇させることで、荷重が一定に保たれる。
As shown in
時間T4からT5にかけては、吸着ノズル11の高さ位置、荷重、及び温度が安定された状態とされる。時間T5に到達すると、冷却が開始され、それに伴って各部材に縮みが発生するが、時間T6にかけて吸着ノズル11の高さ位置を下降させることで、検出される荷重が一定に保たれる。その後、時間T7にて吸着ノズル11による電子部品20の吸着保持が解除される。
From time T4 to T5, the height position, load, and temperature of the
次に、このように取得された熱による各部材の伸び/縮みに伴う吸着ノズル11とステージ7との間の距離の変位量を除去するためのデータである吸着ノズル11の高さ位置データを用いて、実際に電子部品1を基板4に実装する手順について説明する。当該説明にあたって、実装手順を説明するフローチャートを図11に示し、図3(A)〜(F)の模式説明図を参照しながら以下に説明を行う。
Next, the height position data of the
まず、電子部品1の実装動作を開始する前の準備動作として、制御装置9において、メモリ部93に保持されているノズル高さ位置のプロファイルデータが読み出されてモータ制御部94に入力されるとともに、温度プロファイルデータが読み出されて温度制御部96に入力される。また、メモリ部93に保持されている荷重プロファイルデータ(例えば、予め設定された当接荷重のデータや部品押さえ込みのための所定荷重のデータ)が読み出されて荷重制御部95に入力される。これにより、実装前の準備動作が完了する。
First, as a preparatory operation before starting the mounting operation of the
次に、図3(A)に示すように、ステージ7の基板保持面7aに基板4を保持させるとともに、ヘッドツール3の吸着ノズル11の部品保持面11aに電子部品1を吸着保持させる(ステップS21)。なお、基板4のそれぞれのパッド4a上には、半田部2が形成されている。その後、図3(B)に示すように、吸着保持された電子部品1と、基板4との位置合わせが行われる。当該位置合わせの後、昇降部21によるヘッドツール3の下降が開始され(ステップS22)、予め設定された当接荷重が、ロードセル14において検出するまで、当該下降が継続される(ステップS23)。ステップS23において、上記当接荷重が検出されるとヘッドツール3の下降が停止される(ステップS24)。さらにその後、部品押さえ込みのための所定荷重が検出されるまで、ヘッドツール3が下降される(ステップS25、S26)。当該所定の荷重か検出されるとヘッドツール3の下降が停止され(ステップS27)、図3(C)に示すように、電子部品1のそれぞれの電極1a上に形成されたバンプ1bと、基板4のそれぞれの半田部2とが確実に当接された状態とされる。
Next, as shown in FIG. 3A, the
このように電子部品1と基板4とが当接された状態とされると、ステップS29において、温度制御部96によりセラミックヒータ12の加熱が開始され、温度プロファイルデータに基づく、それぞれのバンプ1b及び半田部2の温度制御が開始される(図3(D)参照)。具体的には、温度プロファイルデータに基づく第1の加熱/冷却ステップが実施され、順次第2の加熱/冷却ステップ、第3の加熱/冷却ステップ、・・・、第nの加熱/冷却ステップが実施される。
When the
一方、このような温度プロファイルデータに基づく、加熱/冷却制御の開始とともに、ステップS28において、モータ制御部94により昇降部21の制御が開始され、ノズル高さ位置のプロファイルデータに基づく、吸着ノズル11の部品保持面11aの高さ位置の移動制御が開始される。具体的には、上記当接状態の高さ位置を基点として、上記ノズル高さ位置のプロファイルデータに基づく第1の加熱/冷却ステップに対応する高さ位置への移動制御が実施され、順次第2のステップ、第3のステップ、そして第nのステップに対応する移動制御が行われる。これにより、加熱による各部材の伸び量及び冷却による各部材の縮み量を除去することができる。なお、これらの加熱/冷却制御及びノズル高さ位置制御が行われている間は、温度、ノズル高さ位置、及び荷重の変化状態の監視(プロセスモニタリング)が行われる(ステップS30)。
On the other hand, along with the start of heating / cooling control based on such temperature profile data, in step S28, the control of the elevating
その後、ステップS29において全ての加熱/冷却ステップの実施が完了すると、吸着ノズル11による電子部品1の吸着保持が解除されて(ステップS31)、昇降部21によりヘッドツール3が上昇される(ステップS32)。これにより、図3(F)に示すように、電子部品1のそれぞれの電極1aが、基板4のそれぞれのパッド4aに、溶融されてその後固化されたバンプ1b及び半田部2を介して接合された状態となり、電子部品1が基板4に実装されることとなる。
Thereafter, when all the heating / cooling steps are completed in step S29, the suction holding of the
ここでこのような動作手順に基づいて行われる電子部品1の基板4への実装の際に、プロセスモニタリングにより得られた実際の吸着ノズル11の高さ位置のデータ71、検出された荷重データ72、及び温度データ73の変化状態を図12のグラフに模式的に示す。なお、図12のグラフにおいて、縦軸には、ノズル高さ位置、荷重、及び温度を個々のデータ毎に相対的に示し、横軸には時間を示す。なお、これらの時間T1〜T7は、図10に示す時間と対応している。
Here, when the
図12に示すそれぞれのデータの変化状態は、基本的には、図10に示すそれぞれのプロファイル81〜83と略同じ波形を有している。ただし、図12に示すように、時間T2からT3の間における時間T2’における荷重データ72において、荷重W2からW1へと急激に減少している点において、図10に示すプロファイルデータと異なっている。これは、加熱によりそれぞれのバンプ1bと半田部2とが溶融状態へと移行することにより生じる荷重抜け現象であり、バンプ1bを有さないデータ取得用電子部品20が用いられる場合では生じない現象である。
The change state of each data shown in FIG. 12 basically has substantially the same waveform as each of the profiles 81 to 83 shown in FIG. However, as shown in FIG. 12, the
しかしながら、ノズル高さ位置データに基づく、電子部品1の実装においては、図11のフローチャートに示すように、ステップS27において当接状態とされた後は、荷重制御からノズル高さ位置制御(ステップS28)へと切り換えられるため、このように荷重抜け現象が発生するような場合であっても影響されることなく、熱による各部材の伸びや縮みを確実に除去しながら、実装動作を継続することができる。
However, in the mounting of the
次に、上述のような本実施形態において、応用的に行うことができるいくつかのオプション制御について、本実施形態の変形例とし以下に説明する。 Next, some optional controls that can be applied in the present embodiment as described above will be described below as modified examples of the present embodiment.
まず、第1の変形例にかかる電子部品の実装方法を説明するための図として、図12に対応する図であるノズル高さ位置データ、荷重データ、及び温度データの関係を示す模式的なグラフを図13に示す。図12に示したノズル高さ位置データは、データ取得用電子部品20を用いて取得されたプロファイルデータに基づくものである。ところが、データ取得用電子部品20はそれぞれのバンプ1bを備えていないため、実際の電子部品1とは多少異なる熱的な特性を有している場合がある。このような場合にあっては、上記プロファイルデータに基づいて吸着ノズル11の高さ位置制御を行ったとしても、熱による伸び/縮みのよる影響を完全に排除できない場合も生じ得る。
First, as a diagram for explaining the electronic component mounting method according to the first modified example, a schematic graph showing the relationship among nozzle height position data, load data, and temperature data corresponding to FIG. Is shown in FIG. The nozzle height position data shown in FIG. 12 is based on profile data acquired using the data acquisition
このような場合、例えば、図13の荷重データにおける時間T5’において、本来検出されないはずの荷重W3が検出されるような場合、すなわち、プロファイルデータにおいて想定している場合よりも、各部材の縮み量が大きい(あるいは縮み速度が速い)ような場合にあっては、冷却固化されるそれぞれのバンプ1bや半田部2が電極1aやパッド4aから引き剥がされる恐れがある。このような場合には、図13のノズル高さ位置データに示すように、当該荷重W3をW1に戻すように、吸着ノズル11の高さ位置をΔHだけ下降させて、その後はもとのプロファイルデータにおける軌跡と同じ軌跡を用いて、ノズル高さ位置の制御を行う。すなわち、検出された荷重の変化量に基づいて、ノズル高さ位置を変化させることで、当該荷重の変化量を除去するようなフィードバック制御を行うことができる。
In such a case, for example, when the load W3 that should not be detected at the time T5 ′ in the load data in FIG. 13 is detected, that is, the contraction of each member than in the case assumed in the profile data. In the case where the amount is large (or the shrinkage speed is high), there is a possibility that the
このようなフィードバック制御は、図13を用いて説明したように、荷重の減少が検出されるような場合の他にも、荷重の増加が検出されるような場合にも適用することができ、加熱の際及び冷却の際の双方において適用することができる。特に、溶融されたバンプ1bや半田部2の冷却固化の際には、加熱の場合と比較して、温度プロファイルに再現性が乏しくなるため(すなわち、冷却ブローによる冷却であるため)、このような荷重の変化が検出される可能性があるが、このようなフィードバック制御を行うことで、バンプつぶれや引き剥がれの発生を確実に防止することができる。
Such feedback control can be applied to a case where an increase in load is detected in addition to a case where a decrease in load is detected, as described with reference to FIG. It can be applied both during heating and during cooling. In particular, when the melted
また、一の電子部品1の実装動作の過程にてこのような荷重変化が検出された場合には、当該荷重変化に基づいて、ノズル高さ位置のプロファイルデータの補正を行い、当該補正されたプロファイルデータに基づいて、次の電子部品1の実装動作を行うような場合であってもよい。
Further, when such a load change is detected in the process of mounting the
次に本実施形態の第2の変形例にかかる電子部品の実装方法について以下に説明する。本第2の変形例の実装方法は、データ取得用電子部品20を用いて、各部材の熱による伸び量等を除去するための吸着ノズル11の高さ位置データを取得する際に、当該取得されたデータに含まれる制御時間差データ(タイムラグ)の除去を行うものである。このような制御時間差データについて、図14に示す模式説明図を用いて説明する。
Next, an electronic component mounting method according to a second modification of the present embodiment will be described below. The mounting method according to the second modified example uses the data acquisition
図14においては、ヘッドツール3の高さ方向における昇降位置の座標データ、吸着ノズル11の先端である部品保持面11aの実際の高さ位置、ロードセル14により検出される荷重、そして、温度変化の関係を、微小な時間にて見た場合の相対的な関係を示している。なお、縦軸には、それぞれのデータの時間による変化を示し、横軸には時間を示す。
In FIG. 14, the coordinate data of the elevation position in the height direction of the
図14に示すように、時間Taにおいて温度T1だけ温度上昇が開始されると、それより僅かに遅れて、時間Tbにおいて吸着ノズル11の熱による伸びが発生して、時間Tdにかけて伸び量H1だけ部品保持面11aの高さ位置が下がることとなる。
As shown in FIG. 14, when the temperature starts to be increased by the temperature T1 at the time Ta, the heat nozzle generates an elongation at the time Tb slightly later than the temperature T1. The height position of the
これに対して、時間Tbよりも僅かに遅れて時間Tcにて荷重の増加が開始するとともに、荷重W0の増加が時間Teにおいてロードセル14にて検出される。このように荷重の増加が検出されると、荷重を一定に保つべく、昇降部21によるヘッドツール3の上昇が時間Tfにおいて開始される。ヘッドツール3がH1だけ上昇されると、吸着ノズル11の部品保持面11aもH1だけ上昇され、吸着ノズル11の伸び量が除去される(時間Tg)。また、それとともに、ロードセル14にて検出される荷重も減少されて、時間Thにおいて荷重の増加分が除去される。
On the other hand, an increase in load starts at time Tc slightly later than time Tb, and an increase in load W0 is detected by
このような荷重一定制御においては、時間Tbにて吸着ノズル11の伸びが発生してから、時間Tfにてヘッドツール3の上昇のより当該伸びの除去が開始されるまで、制御的な時間差(制御時間差)ΔTが生じることとなる。このような制御時間差データを、ノズル高さ位置のプロファイルデータとともに取得して、実際の電子部品の実装を行う場合に、上記制御時間差データ分だけ早くノズル高さ位置の制御を行うようにプロファイルデータを補正することで、より高精度かつ確実な制御を行うことができる。
In such constant load control, a control time difference (from the occurrence of the extension of the
なお、上述において説明した場合の他にも、データ取得用電子部品20を用いて取得されたノズル高さ位置のプロファイルデータを、さらに加工することで、様々な実装方法にも対応することができる。例えば、吸着ノズル11によるそれぞれのバンプ1bの押し込み量を増加させることで、バンプ押し込み制御を行うことができ、また、バンプ1bの溶融中に吸着ノズル11の高さ位置を微小に上昇させることで、バンプの引き延ばし制御を行うことができる。
In addition to the case described above, various mounting methods can be handled by further processing the profile data of the nozzle height position acquired using the data acquisition
また、上述においては、バンプ1bが形成されていない電子部品1であるデータ取得用電子部品20を用いて、上記プロファイルデータを取得するような場合について説明したが、このような場合に代えて、電子部品1と同じ形状を有するような専用のジグ部品を用いるような場合であってもよい。
In the above description, the case where the profile data is acquired using the data acquisition
上記実施形態によれば、電子部品1を基板4に実装する際に、ヘッドツール3やステージ7、そして電子部品1自体や基板4自体に熱による伸び/縮みが生じることにより発生する吸着ノズル11の部品保持面11aとステージ7の基板保持面7aとの間の距離の変位量を、確実に除去することができる。
According to the above-described embodiment, when the
特に、このようなそれぞれの部材の伸び/縮みにより複合的に生じる変位量は、実際の実装過程では、部品保持面11aと基板保持面7aとの間に電子部品1が配置されていることにより変位量測定器を用いて測定することが困難であることや、バンプ1bの加熱溶融によりロードセル14にて検出される荷重に荷重抜けが生じることにより測定することが困難であるものの、上記実施形態のようにデータ取得用電子部品20を用いることで、当該変位量を測定することができる。
In particular, the amount of displacement generated in a composite manner due to the expansion / contraction of each member is due to the fact that the
すなわち、実装時の加熱により溶融される材料が含まれていないバンプ1b無しの電子部品1をデータ取得用電子部品20として、当該電子部品20に対して、実装時の温度プロファイルを用いて加熱/冷却制御を施しながら、荷重一定制御を行った場合におけるヘッドツール3の高さ位置の移動軌跡をプロファイルデータとして取得し、当該取得されたプロファイルデータに基づいてヘッドツール3の移動制御を行いながら、実際の電子部品1を基板4に実装させることで、上記熱による各部材の伸び/縮みに伴う影響を除去することができる。
That is, the
従って、特に、そのバンプピッチが狭小化され、さらにその径が微小化されたバンプ1bを有する電子部品1を、熱による各部材の伸び/縮みの影響を排除しながら、確実かつ高精度に実装することができる。特に、このような実装方法は、電子部品1を基板4に実装するような場合のみに限られず、電子部品1に形成されたそれぞれのバンプ1bと、他の電子部品に形成されたそれぞれのバンプとを接合するようなチップ・オン・チップという実装方法にも効果的に適用することができる。
Therefore, in particular, the
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。 It is to be noted that, by appropriately combining arbitrary embodiments of the various embodiments described above, the effects possessed by them can be produced.
1 電子部品
1a 電極
1b バンプ
2 半田部
3 ヘッドツール
4 基板
4a パッド
7 ステージ
7a 基板保持面
9 制御装置
11 吸着ノズル
11a 部品保持面
12 セラミックヒータ
14 ロードセル
20 データ取得用電子部品
21 昇降部
91 処理部
92 操作・表示部
93 メモリ部
94 モータ制御部
95 荷重制御部
96 温度制御部
201 電子部品実装装置
DESCRIPTION OF
Claims (8)
上記それぞれの接合部材の加熱及び冷却の際に生じ得る上記部品保持部材及び上記基板保持部材の伸び又は縮みに伴って生じる当該部品保持部材と基板保持部材との間の距離の変位量のデータを取得して、
上記それぞれの接合部材の加熱及び冷却の際に、当該取得された上記距離の変位量のデータに基づいて、当該変位量を除去するように上記基板保持部材に対する上記部品保持部材の相対的な位置制御を行い、上記電子部品を上記基板に実装することを特徴とする電子部品の実装方法。 While each of the plurality of electrodes in the electronic component held by the component holding member is brought into contact with the plurality of electrodes in the substrate held by the substrate holding member with the bonding member interposed therebetween, the respective bonding members are heated. In the method of mounting an electronic component, after melting, cooling and solidifying each of the melted joining members, releasing the holding of the electronic component by the component holding member and mounting the electronic component on the substrate ,
Data on the amount of displacement of the distance between the component holding member and the substrate holding member, which is generated when the component holding member and the substrate holding member are expanded or contracted, which can be generated when the respective bonding members are heated and cooled. Get
The relative position of the component holding member with respect to the substrate holding member so as to remove the displacement amount based on the acquired displacement amount data of the distance when the respective bonding members are heated and cooled. A method for mounting an electronic component, comprising: performing control and mounting the electronic component on the substrate.
上記基板及び上記電子部品の伸び及び縮みをさらに除去するように上記部品保持部材の移動を行う請求項2に記載の電子部品の実装方法。 The distance displacement amount data includes the distance displacement amount associated with the expansion or contraction occurring in the substrate and the electronic component in the direction orthogonal to the component holding surface when the respective joining members are heated or cooled. Data included,
The electronic component mounting method according to claim 2, wherein the component holding member is moved so as to further remove expansion and contraction of the substrate and the electronic component.
上記それぞれの接合部材を用いて上記電子部品を上記基板に実装する際に、当該取得された部品保持部材の位置データに基づいて、上記部品保持部材の位置制御を行うことで、上記基板保持部材と上記部品保持部材との間の距離の上記変位量を除去する請求項1から3のいずれか1つに記載の電子部品の実装方法。 The electronic component for data acquisition formed of substantially the same material as the electronic component is held by the component holding member, and the electronic component for data acquisition is directly attached to the surface of the substrate held by the substrate holding member. The electronic components for data acquisition are heated and cooled on the basis of the same temperature profile as the temperature profile for heating and cooling for each of the joining members, and the heating and cooling are performed. As the data of the displacement amount of the distance between the component holding member and the substrate holding member in the above, a load applied to the data acquisition electronic component held by the component holding member during the heating and cooling So that the position data of the component holding member in the case where the position control of the component holding member is performed so that is substantially constant,
When the electronic component is mounted on the substrate using the bonding members, the substrate holding member is controlled by controlling the position of the component holding member based on the acquired position data of the component holding member. The electronic component mounting method according to claim 1, wherein the displacement amount of the distance between the component holding member and the component holding member is removed.
上記それぞれの接合部材を用いて上記電子部品を上記基板に実装する際に、当該取得された位置データと上記制御時間差データとに基づいて、上記基板保持部材と上記部品保持部材との間の距離の上記変位量を除去するように、上記部品保持部材の位置制御を行う請求項4に記載の電子部品の実装方法。 In the position control of the component holding member such that the load is substantially constant, the load generated by the generation of the displacement amount is generated from the generation of the displacement amount of the distance between the substrate holding member and the component holding member. Get the control time difference data required to complete the removal of the change amount,
When the electronic component is mounted on the substrate using each of the bonding members, a distance between the substrate holding member and the component holding member based on the acquired position data and the control time difference data. The electronic component mounting method according to claim 4, wherein position control of the component holding member is performed so as to remove the displacement amount.
上記溶融された接合部材が冷却固化される過程において、上記電子部品に付加される荷重の変化量の検出を行い、
当該検出される荷重の変化量に応じて、当該荷重の変化量が除去されるように、上記部品保持部材の位置データを補正し、
当該補正された位置データに基づいて上記部品保持部材の位置制御を行う請求項4に記載の電子部品の実装方法。 When mounting the electronic component on the substrate using the respective joining members,
In the process of cooling and solidifying the melted joining member, the amount of change in load applied to the electronic component is detected,
In accordance with the detected change amount of the load, the position data of the component holding member is corrected so that the change amount of the load is removed,
The electronic component mounting method according to claim 4, wherein the position control of the component holding member is performed based on the corrected position data.
当該観察された荷重が荷重プロファイルに対して超過又は不足していることを検出した場合に、当該超過又は不足の発生を抑制するように上記部品保持部材の位置データの補正を行い、
当該補正された位置データに基づいて、上記部品保持部材の位置制御を行う請求項4に記載の電子部品の実装方法。 Observe the load applied to the electronic component from the component holding member between the contact of the electronic component to the substrate and the solidification of the respective joining members,
When it is detected that the observed load exceeds or is insufficient with respect to the load profile, the position data of the component holding member is corrected so as to suppress the occurrence of the excess or deficiency,
The electronic component mounting method according to claim 4, wherein the position control of the component holding member is performed based on the corrected position data.
上記データ取得用電子部品は、上記それぞれのバンプが形成されていない状態の電子部品である請求項4から7のいずれか1つに記載の電子部品の実装方法。
The joining member is a bump formed on each of the electrodes of the electronic component,
The electronic component mounting method according to claim 4, wherein the data acquisition electronic component is an electronic component in a state where the bumps are not formed.
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