JP7083795B2

JP7083795B2 - 実装装置および実装方法

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Publication number: JP7083795B2
Application number: JP2019184871A
Authority: JP
Inventors: 勝美寺田
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2019-10-08
Filing date: 2019-10-08
Publication date: 2022-06-13
Anticipated expiration: 2035-02-19
Also published as: JP2020074384A

Description

本発明は、フリップチップなどの半導体チップを回路基板に実装する実装装置および実装方法に関する。

フリップチップなどの半導体チップ（以下、チップ部品と呼ぶ）を回路基板に実装する装置として、本出願人は特許文献１の実装装置を出願している。

特許文献１に記載の実装装置は図９に示すように、複数の回路パターン７が形成された回路基板２の各回路パターン７にチップ部品４を接着剤樹脂６を介して仮圧着した後、仮圧着の次の工程で複数のチップ部品４と回路基板２を加圧および加熱してチップ部品４を回路基板２に本圧着して実装している。

回路基板２は、生産性を高めるために複数の回路パターン７をマトリックス状に配置した集合基板となっており、上記の仮圧着工程は一つの回路基板２のすべての回路パターン７にチップ部品４の仮圧着を仮圧着部１００で行ってから、次いで回路基板２を本圧着部２００に移載して本圧着工程を行うバッチ処理による工法となっている。

チップ部品が回路基板２に仮圧着された状態は、接着剤樹脂６は未硬化状態で、位置決めしたチップ部品４が位置ずれしない程度の粘着力で保持されている。

本圧着工程で使用される本圧着部２００の基板ステージは、回路基板２の接着剤樹脂６の流動性を高めるためにステージヒータが内蔵されており、回路基板２が７０℃程度になるように加熱されている。

特開２０１０－２３２２３４号公報

本圧着工程では、チップ部品４に対して加圧および加熱が行われる。加熱は、加圧ヘッド２０７側に設けられたヒータを用いて行われ、チップ部品４から樹脂６へと伝熱される。この際、図１０に示すように、回路基板２の本圧着を行っている箇所から隣接する仮圧着された箇所へヒータの加熱による熱が伝熱してしまう。この熱により、仮圧着された箇所の接着剤樹脂の硬化反応が進行し、本圧着を行う際にチップ部品４のバンプ５と回路基板２の電極３の間に硬化した樹脂を噛み込んでしまい、接合不良を起こしてしまう問題がある。

また、回路基板２に設けられた回路パターンが多い場合には、最初のチップ部品４の本圧着作業から最終のチップ部品４の本圧着作業までに時間を要するため、仮圧着状態の接着剤樹脂６が時間の経過とともに硬化が進行し、最終のチップ部品４を本圧着するときに接合不良を起こしてしまう問題がある。

また、仮圧着状態の接着剤樹脂６は、未硬化状態であり、接着強度も低いため仮圧着部１００のステージから、本圧着部２００のステージへ回路基板２を移載する際に、移載ハンドによる受け渡しや搬送中の振動などによりチップ部品４が位置ずれしてしまう問題がある。

また、本圧着工程で接着剤樹脂６の硬化温度以上に加熱されたヒーターで本圧着すると、接着剤樹脂６の特性によっては、加熱硬化が急速に進行して接着剤樹脂６の流動性を阻害しバンプと電極の間に接着剤樹脂６が噛み込んでしまって導通不良を起こすため、本圧着開始時には接着剤樹脂６の流動性を良くし硬化が進行しない温度で加圧し、次いで硬化する温度まで上昇させて本圧着する場合もある。

その場合に硬化温度まで昇温したヒーターを開始温度まで冷却させる必要があり、タクトタイムが長くなり生産性が悪くなる問題がある。

そこで本発明の課題は、複数の回路パターンが形成された回路基板の各回路パターンにチップ部品を接着剤樹脂を介して仮圧着工程および本圧着工程を行い実装する実装装置において、接合不良や位置ずれを発生させない生産性の高い実装装置および実装方法を提供することとする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
複数の回路パターンが形成された回路基板の各回路パターンに貫通電極を有するチップ部品を接着剤樹脂を介して３次元実装する実装装置であって、
前記チップ部品の外周部より小さな吸着面で保持した前記チップ部品を前記回路基板に設けられた回路パターンと位置合わせを行って、前記チップ部品を前記回路パターン上に仮圧着する仮圧着ヘッドと、
ヒータおよび冷却機構を有し、仮圧着されたチップ部品を加熱および加圧し接着剤樹脂を加熱硬化してチップ部品を回路パターンに本圧着する本圧着ヘッドと、
回路基板を保持する基板保持ステージと、
前記チップ部品を前記仮圧着ヘッドに受け渡すチップ供給手段と、
基板保持ステージを回路基板が保持された状態で、仮圧着ヘッドが設けられた仮圧着部と本圧着ヘッドが設けられた本圧着部との間を交互に移動する機構とを備え、
チップ部品を回路パターン上に所定の積層数まで仮圧着した後、前記基板保持ステージを仮圧着ヘッドの下側から本圧着ヘッドの下側に移動してチップ部品を回路パターンに本圧着を行うとともに、
前記本圧着と並行して前記チップ供給手段が前記仮圧着ヘッドにチップ部品を受け渡す機能と、前記チップ部品を積層して仮圧着するのと並行して前記本圧着ヘッドを前記冷却機構により冷却する機能を有する制御部を備えた実装装置である。

請求項２に記載の発明は、
複数の回路パターンが形成された回路基板の各回路パターンに貫通電極を有するチップ部品を接着剤樹脂を介して３次元実装する実装装置であって、
前記チップ部品の外周部より小さな吸着面で保持した前記チップ部品を前記回路基板に設けられた回路パターンと位置合わせを行って、前記チップ部品を前記回路パターン上に仮圧着する仮圧着ヘッドと、
ヒータおよび冷却機構を有し、仮圧着されたチップ部品を加熱および加圧し接着剤樹脂を加熱硬化してチップ部品を回路パターンに本圧着する本圧着ヘッドと、
回路基板を保持する基板保持ステージと、
前記チップ部品を前記仮圧着ヘッドに受け渡すチップ供給手段と、
仮圧着ヘッドと本圧着ヘッドを基板保持ステージ上に交互に移動させる機構とを備え、
基板保持ステージ上に仮圧着ヘッドを移動し、チップ部品を回路パターン上に所定の積層数まで仮圧着を行った後、基板保持ステージ上に本圧着ヘッドを移動し本圧着を行うとともに、
前記本圧着と並行して前記チップ供給手段が前記仮圧着ヘッドにチップ部品を受け渡す機能と、前記チップ部品を積層して仮圧着するのと並行して前記本圧着ヘッドを前記冷却機構により冷却する機能を有する制御部を備えた実装装置である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２の発明において、
前記チップ部品と前記本圧着ヘッドの間に樹脂シートを供給する樹脂シート供給機構を更に備え、
前記本圧着ヘッドの先端部に、圧着面の外周サイズが前記チップ部品よりも大きい本圧着用アタッチメントを有し、
前記本圧着用アタッチメントが前記樹脂シートを介して前記チップ部品を加圧する実装装置である。

請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２の発明において、
前記本圧着ヘッドが複数のチップ部品を一括で加熱および加圧する本圧着用アタッチメントを備えた実装装置である。

請求項５に記載の発明は、請求項４の発明において、
前記本圧着ヘッドの加圧力を制御する前記制御部が加圧される複数のチップ部品の数量に応じて加圧力を可変する機能を有した実装装置である。

請求項６に記載の発明は、
複数の回路パターンが形成された回路基板の各回路パターンに貫通電極を有するチップ部品を接着剤樹脂を介して３次元実装する実装方法であって、
前記チップ部品の外周部より小さな吸着面の仮圧着ヘッドで保持した前記チップ部品と前記回路基板に設けられた回路パターンの位置合わせを行って、前記チップ部品を前記回路パターンに所定の積層数まで仮圧着する仮圧着工程と、
仮圧着されたチップ部品を加熱および加圧し接着剤樹脂を加熱硬化してチップ部品を回路パターンに本圧着ヘッドを用いて本圧着工程とを有し、
回路基板を保持する基板保持ステージを、仮圧着ヘッドの下側に配置する仮圧着工程と、本圧着ヘッドの下側に配置する本圧着工程とを交互に行い、前記回路基板のすべての回路パターンにチップ部品を仮圧着および本圧着してから回路基板の取り出しを行うものであり、前記本圧着工程と並行して前記仮圧着ヘッドにチップ部品が受け渡され、前記チップ部品を積層して仮圧着する前記仮圧着工程と並行して前記本圧着ヘッドを冷却することを特徴とする実装方法である。

請求項７に記載の発明は、
複数の回路パターンが形成された回路基板の各回路パターンに貫通電極を有するチップ部品を接着剤樹脂を介して３次元実装する実装方法であって、
前記チップ部品の外周部より小さな吸着面の仮圧着ヘッドで保持した前記チップ部品と前記回路基板に設けられた回路パターンの位置合わせを行って、前記チップ部品を前記回路パターンに所定の積層数まで仮圧着する仮圧着工程と、
仮圧着されたチップ部品を加熱および加圧し接着剤樹脂を加熱硬化してチップ部品を回路パターンに本圧着ヘッドを用いて本圧着工程とを有し、
回路基板を保持する基板保持ステージ上に、仮圧着ヘッドを配置する仮圧着工程と、本圧着ヘッドを配置する本圧着工程とを交互に行い、回路基板のすべての回路パターンにチップ部品を仮圧着および本圧着してから回路基板の取り出しを行うものであり、前記本圧着工程と並行して前記仮圧着ヘッドにチップ部品が受け渡され、前記チップ部品を積層して仮圧着する仮圧着工程と並行して前記本圧着ヘッドを冷却することを特徴とする実装方法である。

請求項１に記載の発明によれば、基板保持ステージに回路基板を保持した状態で、仮圧着部で回路基板の回路パターンにチップ部品を仮圧着して、次いで、基板保持ステージを本圧着部に移動して、仮圧着したチップ部品を本圧着ヘッドで本圧着を行う。チップ部品の仮圧着毎に本圧着を行い接着剤樹脂の硬化が行われるので、他の回路パターンにチップ部品を本圧着している時に基板からの伝熱があっても、すでに接着剤樹脂の硬化が完了しているので硬化反応が繰り返されることがない。そのため本圧着された回路パターンのチップ部品に位置ずれや接合不良を発生させることがない。また、基板保持ステージ上の基板は、吸着保持したまま、仮圧着部、本圧着部を往復して最終のチップ部品まで本圧着してから回路基板を移送するので、移送による仮圧着後の位置ずれの問題はなくなる。しかも、本圧着中に仮圧着ヘッドは次のチップ部品の受け渡しを行うことができるので、タクトタイム短縮が図れる。

請求項２に記載の発明によれば、基板保持ステージに回路基板を保持した状態で、基板保持ステージ上に仮圧着ヘッドを移動し仮圧着を行った後、基板保持ステージ上に本圧着ヘッドを移動し本圧着を行う。チップ部品の仮圧着毎に本圧着を行い接着剤樹脂の硬化が行われるので、他の回路パターンにチップ部品を本圧着している時に基板からの伝熱があっても、すでに接着剤樹脂の硬化が完了しているので硬化反応が繰り返されることがない。そのため本圧着された回路パターンのチップ部品に位置ずれや接合不良を発生させることがない。しかも、本圧着中に仮圧着ヘッドは次のチップ部品の受け渡しを行うことができるので、タクトタイム短縮が図れる。

請求項３に記載の発明によれば、本圧着時にチップ部品から接着剤樹脂がはみ出しても本圧着用アタッチメントに付着することがないので、チップ部品の外周にはみ出した接着剤樹脂のフィレット形状を安定させ、接合強度を高めることができる。

請求項４に記載の発明によれば、本圧着ヘッドが複数のチップ部品を一括で加熱および加圧する本圧着用アタッチメントを備えている。そのため、複数箇所の仮圧着されたチップ部品を一括して本圧着でき、タクトタイムを短縮することができる。

請求項５に記載の発明によれば、本圧着ヘッドの加圧力を制御する制御部が加圧される複数のチップ部品の数量に応じて加圧力を可変する機能を有している。そのため、回路パターンの不良により仮圧着されなかった回路パターンが本圧着の圧着箇所に含まれていても、個々のチップ部品には適正な加圧を行うことができる。また、回路基板がウエハなど円形の形状の場合、外周部の複数の回路パターンを本圧着する際に、チップ部品の数に応じて加圧力を可変しているので加圧不良を発生させない。

請求項６に記載の発明によれば、回路基板を保持する基板保持ステージを、仮圧着ヘッドの下側に移動させて仮圧着する工程と、本圧着ヘッドの下側に移動させて本圧着する工程とを交互に行い、回路基板のすべての回路パターンにチップ部品を仮圧着および本圧着してから回路基板の取り出しを行う工程を有している。チップ部品の仮圧着毎に本圧着を行い接着剤樹脂の硬化が行われるので、他の回路パターンにチップ部品を本圧着している時に回路基板からの伝熱があっても、すでに接着剤樹脂の硬化が完了しているので硬化反応が繰り返されることがない。そのため本圧着された回路パターンのチップ部品に位置ずれや接合不良を発生させることがない。しかも、本圧着中に仮圧着ヘッドは次のチップ部品の受け渡しを行うことができるので、タクトタイム短縮が図れる。

請求項７に記載の発明によれば、回路基板を保持する基板保持ステージ上に、仮圧着ヘッドを移動させて仮圧着する工程と、本圧着ヘッドを移動させて本圧着する工程とを交互に行い、回路基板のすべての回路パターンにチップ部品を仮圧着および本圧着してから回路基板の取り出しを行う工程を有している。チップ部品の仮圧着毎に本圧着を行い接着剤樹脂の硬化が行われるので、他の回路パターンにチップ部品を本圧着している時に回路基板からの伝熱があっても、すでに接着剤樹脂の硬化が完了しているので硬化反応が繰り返されることがない。そのため本圧着された回路パターンのチップ部品に位置ずれや接合不良を発生させることがない。しかも、本圧着中に仮圧着ヘッドは次のチップ部品の受け渡しを行うことができるので、タクトタイム短縮が図れる。

本発明の実施の形態１に係る実装装置の概略側面図である。回路基板の一例を示した概略平面図である。実施の形態１に係る実装装置の動作フローチャートである。本圧着時の加圧と加熱の状況をグラフ化した図である。本発明の実施の形態２に係る実装装置の概略側面図である。実施の形態２に係る実装装置の動作フローチャートである。本発明の実施の形態３に係る実装装置の要部の概略側面図である。本発明の実施の形態４に係る実装装置の要部の概略側面図である。従来の実装装置の概略側面図である。回路基板の本圧着を行っている箇所から隣接する仮圧着された箇所へヒータの加熱による熱が伝熱する様子を示した図である。

以下に、本発明の実施の形態１について図面を参照しながら説明する。図１において、実装装置１に向かって左右方向をＸ軸、手前方向をＹ軸、Ｘ軸とＹ軸とで構成されるＸＹ平面に直交する軸をＺ軸、Ｚ軸を中心として回転する方向をθ方向とする。実装装置１は、回路基板２にチップ部品４を仮圧着する仮圧着部１００と、回路基板２にチップ部品４を本圧着する本圧着部２００と、実装装置１の全体を制御する制御部１５０とから構成されている。

仮圧着部１００は、基台１０１上に載置された基板保持ステージ１０２と、基台１０１のＹ方向後方に設けられた支持フレーム１０３と、支持フレーム１０３に設けられた回路基板２にチップ部品４を仮圧着する加圧手段１０４と、加圧手段１０４に設けられた仮圧着ヘッド１０７にチップ部品４を供給するチップスライダ１１０と、回路基板２に設けられた位置合わせマークとチップ部品４に設けられた位置合わせマークを画像認識する２視野カメラ１３０とから構成されている。

基板保持ステージ１０２には、図示していない搬送手段により回路基板２が供給される。基板保持ステージ１０２は、ＸＹ方向に移動可能な位置調整手段１０６が設けられている。位置調整手段１０６は、サーボモータに連結されたボールねじなどの機構により基板保持ステージ１０２をＸＹ方向に駆動するように構成されている。基板保持ステージ１０２には、回路基板２の樹脂６の流動性を高めるためにステージヒータ１０５が内蔵されている。

基板保持ステージ１０２の位置調整手段１０６は、仮圧着部１００から本圧着部２００に伸びるスライドレール１２０上に備えられている。スライドレール１２０と位置調整手段１０６の下部に設けられたリニアガイド１２１が嵌合し、基板保持ステージ１０２を仮圧着部１００と本圧着部２００との間を往復できるように構成されている。図１では、本圧着部２００に移動した基板保持ステージ１０２を点線で示した。

加圧手段１０４は、Ｚ方向に駆動される仮圧着ヘッド１０７と、仮圧着ヘッド１０７を駆動する昇降手段１０８と、θ方向に駆動する回転手段１０９から構成されている。昇降手段１０８は、サーボモータとボールねじの機構により仮圧着ヘッド１０７をＺ方向に駆動するように構成されている。サーボモータとボールねじの構成に限らず、圧空シリンダとピストン又はボイスコイルモータの構成にしても良い。

仮圧着ヘッド１０７には、仮圧着ヒータ１２５、仮圧着用アタッチメント１２６が設けられている。仮圧着ヒータ１２５は、チップ部品４を加熱するためのものであり、カートリッジヒータから構成されている。ただし、カートリッジヒータに限定されるものではなく、ラバーヒータ等、チップ部品４を加熱することができるものであればよい。

仮圧着用アタッチメント１２６は、チップ部品４を保持するものである。仮圧着用アタッチメント１２６は、仮圧着ヒータ１２５に吸着により保持されている。また、仮圧着用アタッチメント１２６は、仮圧着ヒータ１２５によって加熱されるように構成されている。つまり、仮圧着用アタッチメント１２６は、チップ部品４を位置決め保持するとともに、仮圧着ヒータ１２５からの伝熱によってチップ部品４を加熱できるように構成されている。

仮圧着用アタッチメント１２６のチップ部品４を吸着する面の外周サイズは、チップ部品４のサイズよりも小さくすることで、チップ部品４と回路基板２の間から接着剤樹脂６（例えばＮＣＦ）がはみ出したとしても仮圧着用アタッチメント１２６に付着するという問題は生じない。仮圧着用アタッチメント１２６の各辺は、チップ部品４の各辺に対して０．１ｍｍから０．５ｍｍ程度小さくすることが望ましい。

チップスライダ１１０は、チップ部品４を図示いていないチップ供給部から仮圧着ヘッド１０７の下方まで水平搬送する。チップスライダ１１０は、チップ供給部から仮圧着ヘッド１０７まで伸びるスライドレール１１１とチップ部品４を搬送するチップ搬送部１１２とから構成されている。チップ搬送部１１２は、チップ部品４を吸着保持しながらチップ供給部と仮圧着ヘッド１０７の下方を水平移動するように構成されている。

２視野カメラ１３０は、上下に視野を持つカメラで、仮圧着ヘッド１０７と基板保持ステージ１０２の間に挿入され、回路基板２に設けられた位置合わせマークとチップ部品４に設けられた位置合わせマークを画像認識することが出来るように構成されている。図１では挿入した状態を点線で示した。

本圧着部２００は、基台１０１のＹ方向後方に設けられた支持フレーム２０３と、支持フレーム２０３に設けられた回路基板２にチップ部品４を本圧着する加圧手段２０４と、樹脂シート供給機構２１０とから構成されている。スライドレール１２０上に設けられた基板保持ステージ１０２が仮圧着部１００から本圧着部２００に移動可能に構成されている。

加圧手段２０４は、Ｚ方向に駆動される本圧着ヘッド２０７と、本圧着ヘッド２０７を駆動する昇降手段２０８と、θ方向に駆動する回転手段２０９から構成されている。昇降手段２０８は、サーボモータとボールねじの機構により本圧着ヘッド２０７をＺ方向に駆動するように構成されている。サーボモータとボールねじの構成に限らず、圧空シリンダとピストン又はボイスコイルモータの構成にしても良い。本圧着ヘッド２０７には本圧着ヒータ２２０が組み付けされており、回路基板２に充填された接着剤樹脂６を加熱硬化させることができるようになっている。加圧手段２０４の加圧力は、チップ部品４の電極の数や、回路基板２との電極同士の接触面積に応じて可変できるよう制御される。

樹脂シート供給機構２１０は、樹脂シート巻出部２１１および樹脂シート巻取部２１２を構成要素として、樹脂シート巻出部２１１に巻かれたテープ状の樹脂シート２１３を本圧着用アタッチメント２２１とチップ部品４の間に供給した後に樹脂シート巻取部２１２で巻取るものである。樹脂シート供給機構２１０には、樹脂シート巻出部２１１と樹脂シート巻取部２１２以外に、樹脂シート２１３を安定に搬送するためのガイドロール等があってもよい。ここで、樹脂シート２１３としては、柔軟性を有しつつ、耐熱性に優れ、半導体チップに対する防着性にも優れている材料が好ましく、この特性を備えた材料として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂が好適である。また、厚みとしては、機械的強度を保持しつつもチップ部品４（例えば半導体チップ）への熱伝導性も考慮して２０～５０μｍ程度が好ましい。

本圧着ヒータ２２０は、チップ部品４を加熱するためのものである。本圧着ヒータ２２０は、カートリッジヒータ２０５から構成され、本圧着ヘッド２０７に組み込まれている。本実施形態において、本圧着ヒータ２２０はカートリッジヒータ２０５から構成されているが、これに限定されるものではなく、セラミックヒータ、ラバーヒータ等、チップ部品４を所定の温度まで加熱することができるものであればよい。

また、接着剤樹脂６の特性によっては、加熱硬化が急速に進行して接着剤樹脂６の流動性を阻害しバンプと電極の間に接着剤樹脂６が噛み込んでしまって導通不良を起こすため、本圧着開始時には接着剤樹脂６の流動性を良くし硬化が進行しない温度で加圧し、次いで硬化する温度まで上昇させて本圧着する必要があるので、本圧着ヒーター２２０には硬化温度まで昇温したヒーターを開始温度まで冷却させるための、冷却機構が内蔵されている。冷却手段には、空気や窒素、水など、熱を奪うものであればよい。

本圧着用アタッチメント２２１は、樹脂シート２１３を介してチップ部品４を加圧するものである。本圧着用アタッチメント２２１は、本圧着ヒータ２２０によって加熱されるように構成されている。つまり、本圧着用アタッチメント２２１は、チップ部品４を加圧すると同時に、本圧着ヒータ２２０からの伝熱によって加熱できるように構成されている。なお、仮圧着用アタッチメント１２６と異なり、本圧着用アタッチメント２２１はチップ部品４を吸着保持する必要がないので、吸着穴はなくてもよい。

樹脂シート２１３により、本圧着時にチップ部品４から接着剤樹脂６がはみ出しても本圧着用アタッチメント２２１に付着することがないので、本圧着用アタッチメント２２１は圧着面の外周サイズをチップ部品４よりも大きくすることができる。そのため、チップ部品４の周辺部まで全面に熱を伝えることができ、チップ部品４の外周にはみだした接着剤樹脂６のフィレット形状を安定させ、接合強度を高めることができる。また、チップ部品４を圧着する面の外周サイズを、実装のピッチサイズよりも小さくすることで、隣接チップ部品４間での干渉を抑えて本圧着を行うことができる。なお、本圧着用アタッチメント２２１には、効率よく熱を伝えるために５０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する材料を用いることが好ましい。

本圧着アタッチメント２２１は、本圧着ヒータ２２０と分離されていて脱着できる構成であれば、安価であり、交換することで複数品種に対応できて好ましいが、一体型の構造であってもよい。

制御部１５０は、タッチパネル等の入出力装置、メモリチップやマイクロプロセッサなどを主体とした適当なハードウエア、このハードウエアを動作させるためのプログラムを組み込んだハードディスク装置、及び各構成部とデータ通信を行う適当なインターフェイス回路から構成され、実装装置１の全体制御を行っている。

回路基板２は、図２に示すように、複数の回路パターン７が設けられ、各回路パターン７には図示しない接着剤樹脂供給手段により、接着剤樹脂６が充填される。接着剤樹脂６を充填する代わりにシート状の熱硬化性シートを回路基板２上に貼り付けても良い。

また、チップ部品４の回路面にシート状の熱硬化性シートを貼り付けても良い。チップ部品４の回路面にシート状の熱硬化性シートを予め貼り付けておくことで、接着剤樹脂供給手段及び、接着剤樹脂充填工程が不要になるので望ましい。

このような構成の実装装置１を用いて、チップ部品４を回路基板２に実装する実装方法を図３の動作フローチャートを参照しながら以下に説明する。

まず、回路基板２を基板保持ステージ１０２に吸着保持する（ステップＳＴ０１）。この際、基板保持ステージ１０２は、仮圧着部１００に移動している。２視野カメラ１３０の回路基板２用のカメラで、基板保持ステージ１０２に保持された回路基板２の姿勢補正用マークを認識して、実装ポイント位置を計算する。次いで、図示しない樹脂供給手段の位置に、計算された最初の実装ポイントに接着剤樹脂６を供給するために、基板保持ステージ１０２を移動させる。

次に、回路基板２の回路パターン７に、チップ部品４が実装される場所の１箇所の回路パターンに接着剤樹脂６を充填する（ステップＳＴ０２）。予めチップ部品４の回路面にシート状の熱硬化性シートが貼り付けられたチップ部品４を使用した場合は、この工程は不要となる。

次に、チップスライダ１１０がチップ部品４をチップ供給部から仮圧着ヘッド１０７の下側に搬送する（ステップＳＴ０３）。

次に、仮圧着ヘッド１０７が下降し、チップスライダ１１０からチップ部品４を受け取る（ステップＳＴ０４）。

次に、チップスライダ１１０がチップ供給部に退避し、チップ部品４と回路基板２の間に２視野カメラ１３０を挿入する。２視野カメラ１３０は、チップ部品４に設けられた位置合わせマークと、所定の回路パターン７に設けられた位置合わせマークとを画像認識する。制御部１５０は、画像認識されたデータに基づき、基板保持ステージ１０２をＸＹ方向、仮圧着ヘッド１０７をθ方向に位置合わせする（ステップＳＴ０５）。

次に、２視野カメラ１３０が退避位置に移動し、仮圧着ヘッド１０７が回路基板２側に下降し、チップ部品４が所定の回路パターン７に仮圧着される（ステップＳＴ０６）。仮圧着ヘッド１０７は所定時間、チップ部品４を回路パターン７に加圧した後、上昇する。チップ部品４は樹脂６を介して回路パターン７に仮止めされる。

次に、本圧着部２００の本圧着ヘッド２０７の下部に仮圧着されたチップ部品４が来るように、仮圧着部１００で計算された実装ポイント情報に基づき、基板保持ステージ１０２を移動させる（ステップＳＴ０７）。基板保持ステージ１０２に保持された回路基板２の姿勢で、傾きが大きすぎた場合には、本圧着ヘッド２０７を回路基板２の傾きに応じて、回転させるのが望ましい。

次に、本圧着ヘッド２０７がチップ部品４が仮圧着されている箇所に下降し、所定の加圧力で加圧および所定の温度で加熱し本圧着を行う（ステップＳＴ０８）。加圧と加熱は、図３に示すように、本圧着ヘッド２０７がチップ部品４に接触すると所定加圧が開始され、所定時間の遅れ（図４のｔ）の後、接着剤樹脂６を熱硬化させる温度までの加熱が行われる。こうすることにより、チップ部品４のバンプ５が回路パターン７に設けられた電極３に所定圧力で加圧された後、バンプ５の周辺の接着剤樹脂６が硬化反応するようになる。そのため、バンプ５と電極３が良好に接合される。接着剤樹脂６の特性によっては、加熱を接着剤樹脂６の硬化温度に加熱された状態で実施すると、バンプ５が所定加圧される前に接着剤樹脂６の硬化反応が開始されるため接触不良を招く問題がある。

本圧着部２００で本圧着が行われている間に、仮圧着部１００では、チップスライダ１１０がチップ供給部から次に実装するチップ部品４を仮圧着ヘッド１０７の下側に搬送し、仮圧着ヘッド１０７にチップ部品４が受け渡されている（ステップＳＴ０９）。

次に、本圧着ヘッド２０７が上昇し、基板保持ステージ１０２が本圧着部２００から仮圧着部１００に移動する（ステップＳＴ１０）。

次に、回路基板２の回路パターン７に次の実装ポイントの回路パターン７に接着剤樹脂６を充填する。貫通電極を用いた３次元実装の場合には、前回実装したチップ部品の上面側の接合される面に接着剤樹脂６を充填する（ステップＳＴ１１）。

次に、仮圧着ヘッド１０７と基板保持ステージ１０２の間に２視野カメラ１３０を挿入し、次に実装する回路パターン７に設けられた位置合わせマークと仮圧着ヘッド１０７に吸着保持されたチップ部品の位置合わせマークとを画像認識する。制御部１５０は、画像認識されたデータに基づき、基板保持ステージ１０２をＸＹ方向に仮圧着ヘッド１０７をθ方向に位置合わせする（ステップＳＴ１２）。

次に、２視野カメラ１３０が退避位置に移動し、仮圧着ヘッド１０７が回路基板２側に下降し、チップ部品４が所定の回路パターン７に仮圧着される（ステップＳＴ１３）。仮圧着ヘッド１０７は所定時間、チップ部品４を回路パターン７に加圧した後、上昇する。チップ部品４は接着剤樹脂６を介して回路パターン７に仮止めされる。

仮圧着部１００で仮圧着が行われている間、本圧着部２００の本圧着ヘッド２０７の冷却が行われる（ステップＳＴ１４）。

次に、ステップＳＴ０７以降の動作が繰り返され、回路基板２のすべての回路パターン７にチップ部品４が仮圧着および本圧着されると回路基板２が実装装置１から排出される（ステップＳＴ１５）。

このように、仮圧着が行われる毎に、基板保持ステージ１０２を仮圧着部１００から本圧着部２００に移動し本圧着を行っているので、個々の回路パターン７の接着剤樹脂６は加熱による硬化反応が完了してるので、隣接する回路パターン７で本圧着が行われても、熱の伝導による硬化反応はなくなる。

また、仮圧着中に本圧着部２００の本圧着ヒータ２２０の冷却が行われ、本圧着中に仮圧着部１００のチップ部品４の搬送が行われているので、タクトタイムを短縮し効率よい生産を行うことができる。

また、一旦、基板保持ステージ１０２に吸着保持した回路基板２はすべての工程が完了するまで取り外されることがないので、回路基板２の搬送にともなう置き換えなどによるチップ部品４の位置ずれを防止することができる。

次に、本発明の実施の形態２について図５を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同様の機能を有する部材は符号を同一にして説明する。図５に示す実装装置５００は、基板保持ステージ１０２が、位置調整手段１０６を介して基台１０１に固定されている。基台１０１には門方フレーム３００が立設している。門方フレーム３００には、仮圧着用の加圧手段１０４が水平移動するスライドレール３０１と、本圧着用の加圧手段２０４が水平移動するスライドレール３０２が設けられている。基板保持ステージ１０２上を作業位置とし、加圧手段１０４および加圧手段２０４は、サーボモータとボールねじの機構により作業位置と退避位置とを移動できるようになっている。チップ部品４をチップ供給部から搬送してきたチップスライダ１１０は、加圧手段１０４の退避位置でチップ部品４の仮圧着ヘッド１０７への受け渡しを行うようになっている。２視野カメラ１３０は、基板保持ステージ１０２上に挿入可能に構成されている。樹脂シート供給機構２１０は図示しないが、基板保持ステージ１０２上に挿入可能に構成されている。

このような実装装置５００を用いて、チップ部品４を回路基板２に実装する実装方法を図６の動作フローチャートを参照しながら以下に説明する。

まず、回路基板２を基板保持ステージ１０２に吸着保持する（ステップＳＴ５１）。

次に、回路基板２の回路パターン７にチップ部品４が実装される場所の１箇所の回路パターン７に接着剤樹脂６を充填する（ステップＳＴ５２）。予めチップ部品４の回路面にシート状の熱硬化性シートが貼り付けられたチップ部品４を使用した場合は、この工程は不要となる。

次に、チップスライダ１１０がチップ部品４をチップ供給部から退避位置に移動した仮圧着ヘッド１０７の下側に搬送する（ステップＳＴ５３）。

次に、仮圧着ヘッド１０７が下降し、チップスライダ１１０からチップ部品４を受け取る（ステップＳＴ５４）。

次に、仮圧着ヘッド１０７が基板保持ステージ１０２上に移動する（ステップＳＴ５５）。

次に、チップ部品４と回路基板２の間に２視野カメラ１３０を挿入する。２視野カメラ１３０は、チップ部品４に設けられた位置合わせマークと、所定の回路パターン７に設けられた位置合わせマークとを画像認識する。制御部１５０は、画像認識されたデータに基づき、基板保持ステージ１０２をＸＹ方向に仮圧着ヘッド１０７をθ方向に位置合わせする（ステップＳＴ５６）。

次に、２視野カメラ１３０が退避位置に移動し、仮圧着ヘッド１０７が回路基板２側に下降し、チップ部品４が所定の回路パターン７に仮圧着される（ステップＳＴ５７）。仮圧着ヘッド１０７は所定時間、チップ部品４を回路パターン７に加圧した後、上昇する。チップ部品４は接着剤樹脂６を介して回路パターン７に仮止めされる。

次に、仮圧着ヘッド１０７が退避位置に移動し、本圧着用の本圧着ヘッド２０７が基板保持ステージ１０２上に移動する（ステップＳＴ５８）。

次に、本圧着ヘッド２０７がチップ部品４が仮圧着されている箇所に下降し、所定の加圧力で加圧および所定の温度で加熱し本圧着を行う（ステップＳＴ５９）。加圧と加熱は、実装装置１と同じように図３に示すプロファイルで行われる。

本圧着ヘッド２０７で本圧着が行われている間に、チップスライダ１１０がチップ供給部から次に実装するチップ部品４を仮圧着ヘッド１０７の下側に搬送し、仮圧着ヘッド１０７にチップ部品４が受け渡されている（ステップＳＴ６０）。

次に、本圧着ヘッド２０７が上昇し、基板保持ステージ１０２上から本圧着ヘッド２０７が退避位置に移動する（ステップＳＴ６１）。

次に、仮圧着ヘッド１０７がチップ部品４を保持した状態で基板保持ステージ１０２上に移動する（ステップＳＴ６２）。

次に、回路基板２の次の実装ポイントの回路パターン７に接着剤樹脂６を充填する。貫通電極を用いた３次元実装の場合には、前回実装したチップ部品の上面側の接合される面に接着剤樹脂６を充填する（ステップＳＴ６３）。

次に、チップ部品４と回路基板２の間に２視野カメラ１３０を挿入する。２視野カメラ１３０は、チップ部品４に設けられた位置合わせマークと、所定の回路パターン７に設けられた位置合わせマークとを画像認識する。制御部１５０は、画像認識されたデータに基づき、基板保持ステージ１０２をＸＹ方向に仮圧着ヘッド１０７をθ方向に位置合わせする（ステップＳＴ６４）。

次に、２視野カメラ１３０が退避位置に移動し、仮圧着ヘッド１０７が回路基板２側に下降し、チップ部品４が所定の回路パターン７に仮圧着される（ステップＳＴ６５）。仮圧着ヘッド１０７は所定時間、チップ部品４を回路パターン７に加圧した後、上昇する。チップ部品４は接着剤樹脂６を介して回路パターン７に仮止めされる。

仮圧着が行われている間、本圧着ヘッド２０７の冷却が行われる（ステップＳＴ６６）。

次に、ステップＳＴ５８以降の動作が繰り返され、回路基板２のすべての回路パターン７にチップ部品４が仮圧着および本圧着されると回路基板２が実装装置５００から排出される（ステップＳＴ６７）。

このように、基板保持ステージ１０２上に仮圧着ヘッド１０７と本圧着ヘッド２０７を交互に移動し仮圧着と本圧着を行っているので、個々の回路パターン７の接着剤樹脂６は加熱による硬化反応が完了してるので、隣接する回路パターン７で本圧着が行われても、熱の伝導による硬化反応はなくなる。

さらに、貫通電極を用いた３次元実装の場合には連続して仮圧着動作を行うことで、本圧着時間と本圧着ヒータ２２０の冷却時間を無駄なく使えるので、効率よい生産を行うことができる。

次に、本発明の実施の形態３について図７を参照しながら説明する。図７は実施の形態１または実施の形態２の実装装置１，５００の本圧着ヘッド２０７の形状を示したものである。本圧着ヘッド２０７は、複数のチップ部品４を一括して本圧着できるようにヘッドの幅を大きくしている。このような本圧着ヘッド２０７を用いることにより、仮圧着作業を複数のチップ部品４に行った後、本圧着を行うことができるので生産効率を大幅に向上することができる。

また、本圧着ヘッド２０７に設けられた本圧着ヒータ２２０の冷却を毎チップ部品４行う場合に比べて、本圧着ヒータ２２０の冷却を複数のチップ部品４の実装毎に１回の冷却動作にできるため確実に冷却することができる。

また、本圧着ヘッド２０７の加圧力を複数のチップ部品４の数量に応じて加圧力を可変するようにすると、回路パターン７の不良により仮圧着されなかった回路パターン７が本圧着の圧着箇所に含まれていても、個々のチップ部品４には適正な加圧を行うことができる。また、回路基板２がウエハなど円形の形状の場合、外周部の複数の回路パターン７を本圧着する際に、チップ部品４の数に応じて加圧力を可変することができるので加圧不良を発生させない。

次に、本発明の実施の形態４について図８を参照しながら説明する。図８は実施の形態１または実施の形態２の実装装置１，５００の基板保持ステージ１０２で回路基板２に複数のチップ部品４を積層した場合を説明する図である。チップ部品４は仮圧着状態で順次積層され、所定の積層数まで仮圧着が完了すると、本圧着工程へと移動し加圧および加熱が行われる。このように、仮圧着状態で積層した後、本圧着することで上記、実施の形態１および実施の形態２の効果と同様の効果が得られる。

１実装装置
２回路基板
３電極
４チップ部品
５バンプ
６接着剤樹脂
７回路パターン
１００仮圧着部
１０１基台
１０２基板保持ステージ
１０３支持フレーム
１０４加圧手段
１０５ステージヒータ
１０６位置調整手段
１０７仮圧着ヘッド
１０８昇降手段
１０９回転手段
１１０チップスライダ
１１１スライドレール
１１２チップ搬送部
１２０スライドレール
１２１リニアガイド
１２５仮圧着ヒータ
１２６仮圧着用アタッチメント
１３０２視野カメラ
１５０制御部
２００本圧着部
２０３支持フレーム
２０４加圧手段
２０５カートリッジヒータ
２０７本圧着ヘッド
２０８昇降手段
２０９回転手段
２１０樹脂シート供給機構
２１１樹脂シート巻出部
２１２樹脂シート巻取部
２１３樹脂シート
２２０本圧着ヒータ
２２１本圧着用アタッチメント
３００門方フレーム
３０１スライドレール
３０２スライドレール
５００実装装置

Claims

複数の回路パターンが形成された回路基板の各回路パターンに貫通電極を有するチップ部品を接着剤樹脂を介して３次元実装する実装装置であって、
前記チップ部品の外周部より小さな吸着面で保持した前記チップ部品を前記回路基板に設けられた回路パターンと位置合わせを行って、前記チップ部品を前記回路パターン上に仮圧着する仮圧着ヘッドと、
ヒータおよび冷却機構を有し、仮圧着されたチップ部品を加熱および加圧し接着剤樹脂を加熱硬化してチップ部品を回路パターンに本圧着する本圧着ヘッドと、
回路基板を保持する基板保持ステージと、
前記チップ部品を前記仮圧着ヘッドに受け渡すチップ供給手段と、
基板保持ステージを回路基板が保持された状態で、仮圧着ヘッドが設けられた仮圧着部と本圧着ヘッドが設けられた本圧着部との間を交互に移動する機構とを備え、
チップ部品を回路パターン上に所定の積層数まで仮圧着した後、前記基板保持ステージを仮圧着ヘッドの下側から本圧着ヘッドの下側に移動してチップ部品を回路パターンに本圧着を行うとともに、
前記本圧着と並行して前記チップ供給手段が前記仮圧着ヘッドにチップ部品を受け渡す機能と、前記チップ部品を積層して仮圧着するのと並行して前記本圧着ヘッドを前記冷却機構により冷却する機能を有する制御部を備えた実装装置。
複数の回路パターンが形成された回路基板の各回路パターンに貫通電極を有するチップ部品を接着剤樹脂を介して３次元実装する実装装置であって、
前記チップ部品の外周部より小さな吸着面で保持した前記チップ部品を前記回路基板に設けられた回路パターンと位置合わせを行って、前記チップ部品を前記回路パターン上に仮圧着する仮圧着ヘッドと、
ヒータおよび冷却機構を有し、仮圧着されたチップ部品を加熱および加圧し接着剤樹脂を加熱硬化してチップ部品を回路パターンに本圧着する本圧着ヘッドと、
回路基板を保持する基板保持ステージと、
前記チップ部品を前記仮圧着ヘッドに受け渡すチップ供給手段と、
仮圧着ヘッドと本圧着ヘッドを基板保持ステージ上に交互に移動させる機構とを備え、
基板保持ステージ上に仮圧着ヘッドを移動し、チップ部品を回路パターン上に所定の積層数まで仮圧着を行った後、基板保持ステージ上に本圧着ヘッドを移動し本圧着を行うとともに、
前記本圧着と並行して前記チップ供給手段が前記仮圧着ヘッドにチップ部品を受け渡す機能と、前記チップ部品を積層して仮圧着するのと並行して前記本圧着ヘッドを前記冷却機構により冷却する機能を有する制御部を備えた実装装置。
請求項１または請求項２の発明において、
前記チップ部品と前記本圧着ヘッドの間に樹脂シートを供給する樹脂シート供給機構を更に備え、
前記本圧着ヘッドの先端部に、圧着面の外周サイズが前記チップ部品よりも大きい本圧着用アタッチメントを有し、
前記本圧着用アタッチメントが前記樹脂シートを介して前記チップ部品を加圧する実装装置。
請求項１または請求項２の発明において、
前記本圧着ヘッドが複数のチップ部品を一括で加熱および加圧する本圧着用アタッチメントを備えた実装装置。
請求項４の発明において、
前記本圧着ヘッドの加圧力を制御する前記制御部が加圧される複数のチップ部品の数量に応じて加圧力を可変する機能を有した実装装置。
複数の回路パターンが形成された回路基板の各回路パターンに貫通電極を有するチップ部品を接着剤樹脂を介して３次元実装する実装方法であって、
前記チップ部品の外周部より小さな吸着面の仮圧着ヘッドで保持した前記チップ部品と前記回路基板に設けられた回路パターンの位置合わせを行って、前記チップ部品を前記回路パターンに所定の積層数まで仮圧着する仮圧着工程と、
仮圧着されたチップ部品を加熱および加圧し接着剤樹脂を加熱硬化してチップ部品を回路パターンに本圧着ヘッドを用いて本圧着工程とを有し、
回路基板を保持する基板保持ステージを、仮圧着ヘッドの下側に配置する仮圧着工程と、本圧着ヘッドの下側に配置する本圧着工程とを交互に行い、前記回路基板のすべての回路パターンにチップ部品を仮圧着および本圧着してから回路基板の取り出しを行うものであり、
前記本圧着工程と並行して前記仮圧着ヘッドにチップ部品が受け渡され、前記チップ部品を積層して仮圧着する前記仮圧着工程と並行して前記本圧着ヘッドを冷却することを特徴とする実装方法。
複数の回路パターンが形成された回路基板の各回路パターンに貫通電極を有するチップ部品を接着剤樹脂を介して３次元実装する実装方法であって、
前記チップ部品の外周部より小さな吸着面の仮圧着ヘッドで保持した前記チップ部品と前記回路基板に設けられた回路パターンの位置合わせを行って、前記チップ部品を前記回路パターンに所定の積層数まで仮圧着する仮圧着工程と、
仮圧着されたチップ部品を加熱および加圧し接着剤樹脂を加熱硬化してチップ部品を回路パターンに本圧着ヘッドを用いて本圧着工程とを有し、
回路基板を保持する基板保持ステージ上に、仮圧着ヘッドを配置する仮圧着工程と、本圧着ヘッドを配置する本圧着工程とを交互に行い、回路基板のすべての回路パターンにチップ部品を仮圧着および本圧着してから回路基板の取り出しを行うものであり、
前記本圧着工程と並行して前記仮圧着ヘッドにチップ部品が受け渡され、前記チップ部品を積層して仮圧着する仮圧着工程と並行して前記本圧着ヘッドを冷却することを特徴とする実装方法。