JP5110151B2 - 電子部品実装装置及び実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、所謂超音波振動を用いて回路基板に対して電子部品を実装する実装装置及び実装方法に関する。

電子機器の小型化、高機能化に伴い、該電子機器に用いられる回路基板についても小型化と高集積化が進められている。高集積化の方法としては、回路基板の両面に対して電子部品を実装する形態が採用されている。このような回路基板に対する電子部品の実装にあっては、まず回路基板の一方の面に電子部品を実装する。次に該一方の面に実装された電子部品を収容する凹部が予め形成された平板状の載置台を用い、該載置台によって回路基板を支持した状態で他方の面に対する電子部品の実装が為される。

ここで、実装される電子部品の小型化と高集積化のために、このような載置台の作製も微細加工を要することとなり、載置台の製造コストコストが大きな問題となっている。このため、例えば特許文献１或いは２に開示されるように、適切な載置台を提供し得る、簡易な載置台の製造方法が提案されている。これら製造方法では、可塑性或いは弾性を有する部材を載置台或いはその表面に用い、電子部品による凸部を吸収可能とすることで、凹凸の影響の排除と他の平坦部の支持との両立を図っている。

特開平０２−０１０９００号公報 特許第３８９５８２５号公報

ここで、回路基板に対して所謂ＣＭＯＳ、ＣＣＤ等の撮像素子が実装される場合がある。このような撮像素子実装用回路基板では、素子の実装領域内に回路基板を貫通する撮像用開口部が設けられることがある。この場合、撮像用開口部の近辺に電子部品が配置されている場合、撮像素子の実装時に該撮像用開口部の内縁の支持が不十分でこの内縁が変形し、適切な実装が困難になる場合がある。昨今の回路基板に対する電子部品の実装の高密度化に伴って、このような困難性がより高まると考えられる。

実際の電子部品の実装にあっては、電子部品或いは回路基板の製造誤差、回路基板毎に実装位置のずれ等の影響で、すべての電子部品の回路基板に対する固定位置が誤差なしで一致することはあり得ない。特許文献１に開示する手法にあっては、このような誤差の影響を排除することはできず、一回路基板毎に載置用の治具を作製することを要する。従って、製造工程或いは製造コストの増加は避けられない。また、同一の載置用の治具を用いた場合には、治具と電子部品との接触により電子部品に不要の付加が生じ、それが過剰な場合には適切な回路基板の支持事態が困難となる恐れもある。また、特許文献２に開示する手法においても、電子部品に押圧力が加えられることは避けられず、回路基板を常に適切に支持可能であるかという観点からは改善が求められる。即ち、上記特許文献１及び２に開示される手法では、上述した回路基板の撮像用開口部の内縁の変形に対しては十分な対処を為し得ないと考えられる。

本発明は以上の状況に鑑みて為されたものであって、撮像素子を回路基板に実装するに際して、該回路基板に設けられた撮像用開口部周辺での該回路基板の変形を抑制、防止しつつ該回路基板を支持する電子部品の実装置或いは実装方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る実装装置は、一方の面から他方の面に貫通する貫通孔を有する基板における一方の面に形成された端子電極に対して電子部品の裏面に配置されたバンプを接合することによって、電子部品を基板に対して実装する実装装置であって、電子部品を保持してバンプを端子電極に押圧してバンプと端子電極とを接合する接合力を供する実装ノズルと、実装ノズルが接合力を供する際に基板の他方の面を支持する載置台と、を有し、載置台は基板における他方の面に実装された他の電子部品を収容可能な収容凹部を有し、基板に対して垂直な方向において貫通孔と収容凹部とが少なくとも部分的に整列する領域における貫通孔の内縁に沿った収容凹部の長さＬは、基板の電子部品が実装される領域の厚さをｔとしたときに、０＜Ｌ≦４ｔを満足することを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る実装方法は、一方の面から他方の面に貫通する貫通孔を有する基板における一方の面に形成された端子電極に対して電子部品の裏面に配置されたバンプを接合することによって、電子部品を基板に対して実装する実装方法であって、載置台によって基板を他方の面から支持し、実装ノズルによって電子部品を保持し、載置台に支持された基板上の端子電極に対して、実装ノズルによってバンプを押圧し、バンプと前記端子電極とを接合する接合力を供し、電子部品のバンプと基板の端子電極とを接合する工程を有し、載置台は基板を支持する際に、支持面に設けられた収容凹部によって基板における他方の面に実装された他の電子部品を収容し、基板に対して垂直な方向において貫通孔と収容凹部とが少なくとも部分的に整列する領域における貫通孔の内縁に沿った収容凹部の長さＬは、基板の電子部品が実装される領域の厚さをｔとしたときに、０＜Ｌ≦４ｔを満足する。

本発明によれば、上述した撮影用開口部の内縁の変形を抑制し、該変形に影響されること無く回路基板に対する撮像素子の実装を行うことが可能となる。

本発明の一実施形態に係る実装装置における主要部である載置台の上面図である。 図１に示す載置台及び該載置台に載置された回路基板に関して、図１における線２−２に沿った断面図を示す。 収容凹部におけるＬｎと実装歩留まりについての関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係る実装装置の概略構成を示す図である。 収容凹部におけるＬsamと実装歩留まりについての関係を示す図である。

以下に、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る実装装置における主要部である載置台を上面から見た状態を示す。なお、同図中において撮像素子及び該撮像素子に設けられたバンプと総称される電極は点線にて、又回路基板に設けられる撮像用開口部は実線の枠にて示す。図２は図１における線２−２に沿った断面を側方から見た場合の構成の概略であって、回路基板と載置台とを示している。本実施形態において載置対象とする回路基板１は、撮像素子３が収容可能な回路基板上凹部１ａ、及び該回路基板上凹部１ａ内に設けられて回路基板の上面１ｂから下面１ｃに貫通する貫通孔からなる撮像用開口部１ｄ、を有している。これら回路基板上凹部１ａは回路基板の一方の面に配置され、撮像用開口部１ｄは該一方の面から他方の面に貫通する様式で形成される。また、撮像素子３も該一方の面に実装される。

撮像素子３は本実施形態では矩形状であり、裏面３ａ上であって対向する一対の側辺の各々に沿った位置に複数のバンプ３ｂが配置されている。回路基板上凹部１ａは撮像素子３を収容可能な内部広さ及び深さを有し、バンプ３ｂに対応する位置に端子電極５が配置される。バンプ３ｂは、端子電極５と電気的に接合され、これにより撮像素子３の回路基板１への実装が為される。回路基板１の下面１ｃに対しては、既に電子部品７が実装されている。

本発明の一実施形態である実装装置において、本発明では該回路基板１を支持する載置台１１にその特徴を有する。載置台１１には、該回路基板１に対して実装済みの電子部品７を収容可能な大きさを有する収容凹部が設けられる。該載置台１１は該回路基板１の他方の面をその表面において支持する。本実施形態では、１２の収容凹部１１-１〜１１-１２が設けられている場合を例示する。ここで、本発明では、該収容凹部は、上面から見た場合（図１参照）その一部が撮像用開口部１ｃから観察可能な第一の収容凹部と、観察不可能な第二の収容凹部とに大別される。即ち、回路基板１に対して垂直な方向に関して撮像用開口部１ｃと重なる領域を有する第一の収容凹部には、収容凹部１１-１〜１１-９が対応する。また、該重なる領域を有しない第二の収容凹部には、収容凹部１１-１０〜１１-１２が対応する。第二の収容凹部については、載置台１１の回路基板支持面１１ａによってその周囲を支持可能であることから、回路基板の変形については特に影響を与えない。しかし、第一の収容凹部については、回路基板１における撮像用開口部１ｃの内縁を支持しない部分が存在するために、該内縁の変形を招く恐れがある。

ここで、第一の収容凹部における個々の収容凹部１１-１〜１１-９について、撮像用開口部１ｃの内縁に沿った部分の長さをＬとする。即ち、本発明では、回路基板１に対して垂直な方向において、該撮像用開口部１ｃと収容凹部１１-１〜１１-９との各々について、少なくとも部分的に整列する領域において該撮像用開口部１ｃの内縁に沿った領域の長さをＬとする。本形態では、収容凹部１１-１〜１１-９は、各々凹部長さＬ１〜Ｌ９を有すると仮定する。本出願人が検討したところ、これらＬｎ（ｎ＝１〜９）の各々が０＜Ｌｎ≦４ｔを満足すれば、内縁での回路基板の変形を抑制し、好適な状態で回路基板１に撮像素子３を実装できることが確認された。なお、ここでｔは図２に示すように回路基板上の凹部１ａでの回路基板１の厚さ、即ち回路基板における撮像素子３の実装領域での回路基板厚さを示す。なお、当該４ｔの標記は４×ｔを表し、以下類似の標記も同様の計算式を表す。

ここで、収容凹部１１については、撮像用開口部に対してはみ出す量ｄ（図１参照）によってもその影響が変化する可能性がある。図３はＬｎと内縁の変形との相関をｄの値を考慮して示している。同図において、横軸はＬｎの値を示し、縦軸は得られる撮像装置の実装時の歩留まりを示す。また、ｄ小は収容凹部の撮像用開口部に対するはみ出し幅が小さい場合を、ｄ中ははみ出し幅が中程度の場合を、ｄ大ははみ出し幅が大きい場合を模式的に示している。はみ出し幅が小さくなるに従って該収容凹部の影響は小さくなるが、Ｌｎ＝４ｔを臨界値として歩留まりの低下が顕在化することが理解される。なお、同図より、歩留まりをより確実に高く維持する上ではＬｎの上限を３ｔとすることがより好ましい。

次に、撮像用開口部の内縁各辺におけるこれら収容凹部の長さの総和Ｌsamの影響について述べる。内縁四辺の内一つの辺の長さをＲ（図１参照）とする場合、図５に示すように、０＜Ｌsam≦0.5Ｒを満足すれば、内縁での変形を抑制し、好適な状態で回路基板１に撮像素子３を実装できることも確認された。なお、このＬsamと内縁の変形との関係についての相関を図５に示す。同図において、横軸はＬsamの値を示し、縦軸は得られる撮像装置の実装時の歩留まりを示す。また、sam＝１は内縁のある辺において大きな収容凹部１個によって電子部品を収容する場合を、sam＝３は３個の場合を、sam＝９は上述したように個々の電子部品に対応した収容凹部９個を用いた場合を示している。収容凹部の増加に伴って該収容凹部の分布が分散することから該収容凹部の影響は小さくなるが、Ｌsam＝0.5Ｒを臨界値として歩留まりの低下が顕在化することが理解される。なお、同図より、歩留まりをより確実に高く維持する上ではＬsamの上限を0.3Ｒとすることがより好ましい。

次に、上述した載置台１１を用いた本発明の一実施形態である実装装置について説明する。図４は該実装装置１００の要部の概略構成を示す図である。実装装置１００は、回路基板１を支持する基板支持ユニット１０、撮像素子３或いは電子部品７を支持する部品供給テーブル２０、電子部品７等を部品供給テーブル２０から取り出す取り出しノズルを支持する部品取り込み部３０、及び電子部品７等を回路基板１に実装する実装ノズルを支持する実装部５０、を有する。基板支持ユニット１０は、真空吸着等によって実際に回路基板１を支持する先述した載置台１１、図中矢印で示すＸ方向に該載置台１１を駆動するＸ軸駆動モータ１３、矢印Ｙ方向に該載置台１１を駆動するＹ軸駆動モータ１５、及び実装ノズルに保持された撮像素子３等の姿勢等を認識するための部品認識カメラ１７、を有している。該部品認識カメラ１７は、載置台１１に固定されており、載置台１１と常に一定の位置関係を保っている。

部品供給テーブル２０は、撮像素子３等が載置されるテーブル２１、該テーブル２１をＸＹ方向に駆動する不図示の駆動モータ、及び該テーブル２１をＸＹ平面内において回転駆動する回転駆動用モータ２３を、有している。テーブル２１上には、撮像素子３或いは電子部品７が敷き詰められた所謂ウエハの形状と略等しい形状を有した素子載置用の基板が、真空吸着等によって固定される。これら撮像素子３等は、部品載置用の基板上に単に載せられているだけであり、該基板上から容易に取り出すことが可能である。部品取り込み部３０は、上下反転用の回転軸３１によって回動可能に支持された取り出しノズル３３、及びこれら回転軸３１等を昇降駆動させる取り出しノズル昇降用モータ３５、を有している。これら構成は、取り込み部ユニット３９として一体化されており、不図示の駆動用モータによってＸ軸方向に駆動可能となるように、取り込み部基台３７により支持されている。また、部品取り込み部３０は、更に撮像素子３等の認識用のカメラ４１及びプリアラインメントカメラ４３を有しており、これらは取り出しノズル３３等からなる取り込み部ユニット３９とは独立して基台３７に固定、支持されている。

プリアラインメントカメラ４３は、取り出しノズル３３に保持された撮像素子３等を撮像する。該プリアラインメントカメラ４３により得られた映像に対しては画像処理が施され、撮像素子３を保持した際の基準位置及び基準姿勢からのズレ量が求められる。なお、これらズレ量は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及び回転角度θの各々について求められる。これらズレ量の算出は不図示の制御装置において為され、該制御装置はプリアラインメントカメラ４３と共に、ズレ量検出手段を構成する。実装部５０は、実装ノズル５１、θ回転モータ５３、及び実装ノズル昇降用モータ５５を有している。実装ノズル５１は、例えば超音波振動を用いて撮像素子３等を回路基板１に対して実装可能な機能を有する。θ回転モータ５３は、ＸＹ平面に対して垂直な軸を中心として該実装ノズル５１を回転駆動する。実装ノズル昇降用モータ５５は、実装ノズル５５及びθ回転モータ５３を昇降駆動させる。これら構成は実装ユニット５７として一体化されており、不図示の駆動用モータによってＹ軸方向に駆動可能となるように、実装部基台５９により支持されている。なお、実装ユニット５７には、実装ノズル５１、θ回転モータ５３、及び実装ノズル昇降用モータ５５とは独立して、基板マーク認識用カメラ６１が固定されている。

なお、上述したＸ軸方向及びＹ軸方向に対する各構成の駆動は、各々駆動用モータに直結したボールネジ軸とガイドレール等からなる組み合わせによって実行される。これら構成に関しては、実装装置の種々構成は本発明の主たる特徴を構成するものではないことからここでの説明は省略する。また、これら駆動操作に用いられる構成は公知であって、要求される停止精度及び駆動速度に応じて他の公知構成と適宜変更されることが好ましい。また、本実施形態では取り出しノズルがＸ軸方向に、実装ノズルがＹ軸方向に、各々移動することとしているが、取り出しノズルがＹ軸方向に移動し且つ実装ノズルがＸ軸方向に移動する構成としても良い。

次に、当該実装装置１００を用いた、実装工程について説明する。本発明の一実施形態に係る実装工程では、載置台１１による回路基板１の支持、実装ノズル５１による撮像素子３の保持、実装ノズル５１からの押圧力及び接合力の付与による撮像素子３のバンプ３ｂと端子電極５との接合の工程を有する。これら工程を有した上で、本発明では、撮像素子３以外の他の電子部品７を載置台１１の支持面１１ａに設けられた収容凹部により収容しつつ、該支持面１１ａにて回路基板１１を支持している。その際、上述したように、回路基板１に対して垂直な方向において、該撮像用開口部１ｃと収容凹部１１-１〜１１-９との各々について、少なくとも部分的に整列する領域において該撮像用開口部１ｃの内縁に沿った領域の長さをＬとする。本形態では、更に収容凹部１１-１〜１１-９は、各々凹部長さＬ１〜Ｌ９を有すると仮定した場合に、これらＬｎ（ｎ＝１〜９）の各々が０＜Ｌｎ≦４ｔを満たすことを特徴としている。

なお、上述した実施形態では、バンプ３ｂが矩形状の撮像素子３の対向する一対の側辺各々に添って複数配置される態様について説明している。しかしながら、上述した実装時の歩留まりとＬｎ及びＬsamとの関係は当該態様に限定されず、撮像素子の一辺のみに沿う様にバンプが一列に並置される態様、或いは四辺すべてに対してバンプが配置される態様に関しても同様に成立している。また、収容凹部の数が実装された電子部品より多く配置されていた場合であっても、上述したＬｎ及びＬsamとｔ及びＲとの関係が成り立つ範囲であれば回路基板の変形は好適に抑制可能である。従って、異なった回路基板と撮像素子の組み合わせでの実装操作においても、上記関係を満たすことを前提として、同一の載置台を用いることが可能となる。従って、載置台の変更、形成等に要するコストや工程時間の延長を抑制するという効果も得られる。

本発明は、撮像用開口部を有する回路基板に対して撮像素子を実装する装置及び実装方法を対象とする。しかしながら、本発明の概念は当該態様のみならず、上面から下面に貫通する貫通孔或いは強度的にこれに相当する部分を有する回路基板を下面側から支持し、電子部品等を実装する実装装置及びその製造方法に適用可能である。また、電子部品の実装のみならず、例えば回路基板に対してスキージによって電極ペーストを塗布する場合であって、該回路基板に先の貫通穴等が存在する場合に対しても本発明の概念は適用可能である。従って、本発明において、撮像素子は電子部品として、又回路基板は基板として特定し、更に上位の概念として本発明を把握することが好ましい。

１：回路基板、 ３：撮像素子、 ５：端子電極、 ７：電子部品、 １０：基板支持ユニット、 １１：載置台、 １３：Ｘ軸駆動モータ、 １５：Ｙ軸駆動モータ、 １７：部品認識カメラ、 ２０：部品供給テーブル、 ２１：テーブル、 ２３：回転駆動用モータ、 ３０：部品取り込み部、 ３１：回転軸、 ３３：取り出しノズル、 ３５：ノズル昇降用モータ、 ３７：取り込み部基台 ３９：取り込み部ユニット、 ４１：カメラ、 ４３：プリアラインメントカメラ、 ５０：実装部、 ５１：実装ノズル、 ５３：θ回転モータ、 ５５：実装ノズル昇降用モータ、 ５７：実装ユニット、 ６１：基板マーク認識用カメラ

Claims (2)

1. 一方の面から他方の面に貫通する貫通孔を有する基板における前記一方の面に形成された端子電極に対して電子部品の裏面に配置されたバンプを接合することによって、前記電子部品を前記基板に対して実装する実装装置であって、
   前記電子部品を保持して前記バンプを前記端子電極に押圧し、前記バンプと前記端子電極とを接合する接合力を供する実装ノズルと、
   前記実装ノズルが前記接合力を供する際に前記基板の前記他方の面を支持する載置台と、を有し、
   前記載置台は前記基板における前記他方の面に実装された他の電子部品を収容可能な収容凹部を有し、
   前記基板に対して垂直な方向において前記貫通孔と前記収容凹部とが少なくとも部分的に整列する領域における前記貫通孔の内縁に沿った前記収容凹部の長さＬは、前記基板の前記電子部品が実装される領域の厚さをｔとしたときに、０＜Ｌ≦４ｔを満足することを特徴とする実装装置。
2. 一方の面から他方の面に貫通する貫通孔を有する基板における前記一方の面に形成された端子電極に対して電子部品の裏面に配置されたバンプを接合することによって、前記電子部品を前記基板に対して実装する実装方法であって、
   載置台によって前記基板を前記他方の面から支持し
   実装ノズルによって前記電子部品を保持し、
   前記載置台に支持された前記基板上の前記端子電極に対して、前記実装ノズルによって前記バンプを押圧し、前記バンプと前記端子電極とを接合する接合力を供し、
   前記電子部品のバンプと前記基板の端子電極とを接合する工程を有し、
   前記載置台は前記基板を支持する際に、支持面に設けられた収容凹部によって前記基板における前記他方の面に実装された他の電子部品を収容し、
   前記基板に対して垂直な方向において前記貫通孔と前記収容凹部とが少なくとも部分的に整列する領域における前記貫通孔の内縁に沿った前記収容凹部の長さＬは、前記基板の前記電子部品が実装される領域の厚さをｔとしたときに、０＜Ｌ≦４ｔを満足することを特徴とする実装方法。

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