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JP2005217435A - 部品の実装方法と装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 簡単な設備で短時間に熱の消費すくなく、しかも部品と実装対象物との十分な電気的接合を図って実装できるようにする。
【解決手段】 部品３あるいは実装対象物４の一方または双方の接合面の全域に封止材１１を予め供与して、部品３の電気接合部５を実装対象物４の電気接合部６に圧接させるのに併せ、吸引した部品の電気接合部５と吸引した実装対象物４の電気接合部６とを、部品３および実装対象物４の電気接合部６を相対移動させて摩擦させることにより、両電気接合部５、６どうしを金属接合し、部品３を実装対象物４に実装するようにして、上記のような目的を達成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、部品の実装方法およびその装置、より詳しくは、部品を金属部分の電気的な接合を伴って実装対象物に実装する部品の実装方法およびその装置に関し、例えば、パッケージを施されない状態でプリント配線板などの回路基板に実装して電子回路基板を製造するようなベアＩＣチップなどの電子部品の実装に用いて好適なものである。
ベアＩＣチップは、例えば、半導体ウエハの上に回路パターンが薄膜技術を駆使して形成されたもので、プリント基板に実装して電子回路基板を製造するのに用いられる。図１１に示すようにベアＩＣチップａは、回路基板ｂにプリント配線などして形成された導体ランドｃに電気接合するための電極ｄが回路パターンとともに形成され、パッケージが施されないまま電極ｄを持った接合面ｅを回路基板ｂの導体ランドｃを持った接合面ｆに対向させて、導体ランドｃおよび電極ｄ間の電気接合を図った状態で固定するいわゆる面実装が行われ、双方の接合面ｅ、ｆ間に図１２に示すように樹脂製の封止材ｇを充満させて、電気接合部分を含むベアＩＣチップａの接合面ｅに形成されている回路パターンなどをまわりから封止するようにしている。
近時、このような実装を行うのに、ベアＩＣチップａの電極ｄの上に図１１に示すような金属製のバンプｈをワイヤボンディングなどによって形成し、このベアＩＣチップａを吸着ノズルｎによって吸着して保持して、位置決めされた回路基板ｂの上の所定位置に対向させて、前記バンプｈを回路基板ｂの導体ランドｃに押し当てて電気的な接合を図るとともに、バンプｈや導体ランドｃに予め施すなどした接着材ｊや前記電気的な接合の補助となる半田ペーストなどで双方を固定して、ベアＩＣチップａを回路基板ｂに装着し、次いで、図１２に示すように回路基板ｂを斜めに保持しておき、ディスペンサｋなどを用いてベアＩＣチップａと回路基板ｂとの接合面ｅ、ｆ間に封止材ｇを仮想線で示すように流し込んで、例えば実線で示すように充満させて封止処理するようにしている。
しかし、このような従来の方式であると、ベアＩＣチップａを回路基板ｂに装着する工程と、回路基板ｂとこれに装着したベアＩＣチップａとの接合面ｅ、ｆ間に封止材ｇを流し込む工程とは、回路基板の取り扱いや作業に大きな違いがあってそれぞれ別な装置で作業するので、設備費が高くつく。また、接合面ｅ、ｆ間に封止材ｇを流し込むのには長い時間が掛かるので生産性が低い。例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさのベアＩＣチップａであると、ディスペンサｋをベアＩＣチップａの上辺に沿って往復移動させてその全幅に封止材ｇを供与しながら、封止材ｇが接合面ｅ、ｆ間の全域に流れ込んで、ベアＩＣチップａの外回りに図１２に示すようなぬれ広がり部ｍができる程度にまで充満するのを待って作業を終える。このような実装では１つのベアＩＣチップａにつき１０秒程度掛かる。また、接合面ｅ、ｆの間隔は例えば５０μｍ程度とごく狭いので、前記のような長い時間を掛けて封止材ｇを流し込むにも、用いる封止材ｇの粘度範囲が２０００〜３０００ｃｐｓと狭く選択自由度が低い。また、この粘度範囲の封止材ｇを硬化させるには４０℃〜６０℃と比較的高温に加熱する必要があるので、この面でも作業時間が長くなっているし、熱消費が大きく省エネルギー上不利である。
しかも、接合面ｅ、ｆ間に流し込んだ封止材ｇのフィラー材が縞状に分布するむらができ、封止不良を招きかねない。また、ベアＩＣチップａのバンプｈと回路基板ｂの導体ランドｃとの電気的な接合は接触だけであるため、接着材ｊおよび封止材ｇによる固定では接触不良がときとして発生し、製品の歩留りが低下する。これを半田ペーストで固定することにより対応するのでは、半田ペーストを加熱して硬化させるのにさらに熱と時間を消費することになる。
本発明の目的は、簡単な設備で短時間に熱の消費すくなく、しかも部品と実装対象物との十分な電気的接合を図って実装できる、部品の実装方法および装置を提供することにある。
上記のような目的を達成するため、本発明の部品の実装方法は、部品を金属部分の電気的な接合を伴って実装対象物に実装するのに、部品あるいは実装対象物の一方または双方の接合面の全域に封止材を予め供与して、部品の電気接合部を実装対象物の電気接合部に圧接させるのに併せ、吸引した部品の電気接合部と吸引した実装対象物の電気接合部とを、部品および実装対象を相対移動させて摩擦させることにより、両電気接合部どうしを金属接合し、部品を実装対象物に実装することを基本的な特徴とするものである。
これにより、部品の電気接合部と実装対象物の電気接合部との圧接状態で摩擦させ電気接合部どうしを溶融を伴い超音波接合するのと同時に、電気接合部どうしを圧接する際に部品および実装対象物の接合面の少なくとも一方の全域に予め供与されている封止材を互いの近づきによって圧迫し、特別な作業および時間なしに相互間の必要な範囲に強制的に一瞬に充満させられるので、電気接合部どうしの電気的な接合と、封止材を必要範囲に充満させること、を１つの作業のうちに短時間で達成することができるし、用いる封止材も流し込みの場合のような粘度の制限はなく高い粘度のものを用いて低い温度で前記作業とともに短時間に硬化させられるので、部品の実装が簡単な作業および装置で短時間に少ない熱消費で達成される。しかも、電気接合部どうしの電気的な接合は金属接合を伴うもので確実であり、接触不良による不良品の発生がなく歩留りが向上する。従って、製品コストの低減が図れる。
特に、部品の電気接合部と実装対象物の電気接合部とを前記圧接状態で摩擦させてそれら電気接合部どうしを接合させるのに、部品に超音波振動を与えて両電気接合部どうしを摩擦させて超音波接合するさらなる特徴では、部品と実装対象物との電気接合部どうしの溶融を伴う金属接合を短時間に確実に達成することができる。
封止材は、前記金属接合と並行した加熱により硬化させるようにすることができる。
また、封止材は部品および実装対象物の接合面の少なくとも一方に一塊に供与しておけばよく空気が混入しにくいし、ディスペンサで塗布して、あるいは印刷によって、あるいは、転写によって適時に供与すればよく、前記部品実装のための部品および実装対象物の取り扱い作業中やこの取り扱い作業に関連して、簡単かつ短時間に供与できる。
また、本発明の部品の実装方法は、部品を金属部分の電気的な接合を伴って実装対象物に実装するのに、部品の接合面に予め封止材を供与して、部品の電気接合部を実装対象物の電気接合部に圧接させ、部品に超音波振動を与えて部品の電気接合部と実装対象物の電気接合部とを前記圧接状態で摩擦させることにより、両電気接合部どうしを金属接合し、部品を実装対象物に実装することをも別の特徴としている。
上記のような基本的特徴の方法を達成する部品の実装装置としては、部品を所定位置に供給する部品供給部と、電気接合部により部品を実装する実装対象物を部品実装位置に供給して部品の実装に供した後、これを他へ移す実装対象物取り扱い手段と、部品供給部で供給される部品を部品取り扱いツールで保持して取り扱い、部品の電気接合部を有した接合面を実装対象物の電気接合部を有した接合面に対向させて、双方の電気接合部どうしが対向するように位置合わせして圧接させ実装に供する部品取り扱い手段と、部品取り扱いツールを通じてこれが保持している部品に超音波振動を与える超音波振動手段と、部品実装位置にて、実装対象物取り扱い手段が取り扱う実装対象物の金属製の電気接合部に、部品取り扱い手段が取り扱う部品の金属製の電気接合部を対向させてから、それら電気接合部どうしを、それぞれの接合面の一方または双方の全域または一部に予め供与されている封止材を介して、一部に供与されている封止材については全域への供与を伴って圧接させるとともに超音波振動手段を働かせて前記部品と実装対象物との電気接合部どうしを超音波接合させる制御手段とを備えれば足り、所定のプログラムに従った制御手段による制御で自動的に安定して高速度で達成することができる。
実装対象物取り扱い手段が取り扱う実装対象物と、部品取り扱い手段が取り扱う部品との少なくとも一方の接合面に、それらが前記位置合わせされるまでの段階で制御手段により働かされて封止材を供与する封止材供与手段を備えれば、部品および実装対象物の少なくとも一方への封止材の供与も含めて、１つの装置で部品の実装を自動的に達成することができる。
制御手段は、実装する部品の種類に応じて封止材供与手段による封止材の供与条件を変更するようにすると、接合面の大きさなどが違う複数種類の部品を取り扱うのに、それぞれに適した供与の量や状態で封止材を供与するなどして、部品の種類によって異なることがある封止条件の違いに自動的に対応することができる。そのときどきに実装する部品の種類は、手入力される部品情報、実装プログラムによる部品情報、供給される部品やこれの支持部材から読み取った部品情報などで得られる。
部品が実装対象物に実装されたときの、封止材の充満状態を画像認識した情報から封止材の供与量の過不足を検出する検出手段を備え、検出される封止材の過不足に応じて、制御手段は封止材供与手段による封止材の供与量を補正するようにすると、設定された条件での封止材の供与量に何らかの理由で過不足が生じてもこれに対応して、常に適正な封止状態が得られるようにすることができる。
実装対象物取り扱い手段は実装対象物をその接合面が上向きとなるようにして部品の実装に供し、部品供給部は、電気接合部が形成された接合面を上にした部品を供給し、部品取り扱い手段は、接合面が上向きとなったこの部品を上方から保持してピックアップした後、部品取り扱いツールを旋回させて接合面を下向きに反転させるように部品を取り扱う部品反転手段と、超音波振動手段を装備し、部品反転手段により接合面を下にされた部品を上方から保持してピックアップした後、実装対象物取り扱い手段によって部品実装位置にて接合面が上向きにされている実装対象物との超音波接合に供するように部品を取り扱う接合手段とを備えていると、部品が、例えば半導体ウエハをダイシングシート上でダイシングして形成され接合面が上に向いたベアＩＣチップなどで、所定位置にてエキスパンド手段によるダイシングシートのエキスパンドした荷姿状態で供給されて、それを専用して、あるいは多数用いて、繰り返し実装するようなときに、ダイシングシート上のベアＩＣチップなどを反転手段によって上方からピックアップして接合面が下向きとなるように反転させた後、これを接合手段により上方からピックアップして、実装対象物取り扱い手段によって取り扱われ部品実装位置で接合面が上向きにされている実装対象物に上方から圧接させて双方の電気接合部どうしを超音波接合するというように、反転手段と接合手段とが協働した部品の取り扱いによって、ベアＩＣチップなどの上向きで供給される部品を上向きで取り扱われる実装対象に順次混乱なく実装することができる。
なお、封止材は自然乾燥によっても硬化させられるが、少なくとも部品実装位置に封止材を直接または間接に加熱して硬化させる加熱手段を有していると、部品の接合作業と同時に強制的に短時間で、確実に硬化させられて実装を終えることができ好適である。加熱はヒータによってもよいが紫外線などの光を用いて硬化させることもできる。
本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の詳細な説明および図面の記載によって明らかになる。また、本発明の各特徴は、可能な限りそれ単独で、あるいは種々な組み合わせで複合して用いることができる。
本発明によれば、電気接合部どうしの電気的な接合と、封止材を必要範囲に充満させること、を１つの作業のうちに短時間で達成することができるし、用いる封止材も流し込みの場合のような粘度の制限はなく高い粘度のものを用いて低い温度で前記作業とともに短時間に硬化させられるので、部品の実装が簡単な作業および装置で短時間に少ない熱消費で達成される。しかも、電気接合部どうしの電気的な接合は金属接合を伴うもので確実であり、接触不良による不良品の発生がなく歩留りが向上する。従って、製品コストの低減が図れる。
また、封止材は部品および実装対象物の接合面の少なくとも一方に一塊に供与しておけばよく、ディスペンサで塗布して、あるいは印刷によって、あるいは、転写によって適時に供与すればよく、前記部品実装のための部品および実装対象物の取り扱い作業中やこの取り扱い作業に関連して、簡単かつ短時間に供与できるので、上記特徴は特に損なわれない。
以下、本発明の部品の実装方法およびその装置の実施の形態について、実施例とともに図１〜図１０を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
本実施の形態は、図５、図１０に示すように半導体ウエハ１がダイシングシート２上で個々のベアＩＣチップ３にダイシングされたものを部品として取り扱い、図１に示すようにプリント配線板などの回路基板４を実装対象物とし、双方の相対移動による電気接合部５、６どうしの超音波振動を利用した摩擦によって超音波接合する金属接合、つまり電気接合を伴ってベアＩＣチップ３を回路基板４に実装する場合の一例であり、１つの実施例としてベアＩＣチップ３の電気接合部５は半導体ウエハ１の上に薄膜技術によって形成された電極７にワイヤボンディング技術で形成した金属製のバンプ８とし、回路基板４の電気接合部６はその表面に形成された導体ランド９としてある。もっとも、本発明はこれに限られることはなく、他の電子部品や電子部品以外の種々な部品を、回路基板以外の板状物や他の形態のものを含む種々な実装対象物に、それらの超音波振動よる場合を含む各種の相対移動による電気接合部どうしを圧接状態で摩擦させて溶融、接合し、各種に実装する全ての場合に適用できる。
本実施の形態の部品の実装方法は、図１に示すように、ベアＩＣチップ３のバンプ８を回路基板４の導体ランド９に圧接させるときのベアＩＣチップ３と回路基板４との近づきによって、それらの一方または双方に予め供与してある例えばシリカと樹脂バインダなどからなる図１に仮想線で示すような封止材１１を双方で圧迫しながらそれらの間の必要範囲、例えば図１、図１０に示すように双方の対向し合う接合面３ａおよび４ａの間の周囲から外回りに適度なぬれ広がり部１３を持つような範囲に充満させるのに併せ、ベアＩＣチップ３に超音波振動を与えてベアＩＣチップ３のバンプ８と回路基板４の導体ランド９とを前記圧接状態で摩擦させることにより、バンプ８、導体ランド９どうしを溶融を伴って超音波接合し、溶接接合部１０を持った電気的な接合を図ってベアＩＣチップ３を回路基板４に実装する。
ベアＩＣチップ３のバンプ８を回路基板４の導体ランド９に圧接させながら超音波を与えるには、ベアＩＣチップ３を実装するためにそれを自動的に取り扱う部品取り扱いツールとしての例えば吸着ノズル１４を介して行うのが好適であり、図５に示す部品の実装装置では、吸着ノズル１４を昇降させるボイスコイルモータ１５による荷重５００ｇ〜５Ｋｇ程度の磁気加圧力で前記圧接を行い、吸着ノズル１４に圧電素子１６からの振動を受けるホーン１７を接続して、吸着ノズル１４に、振動数６０ＫＨｚ、振幅１〜２μｍ程度の超音波振動を与えて、前記圧接されているバンプ８と導体ランド９とに摩擦を生じさせて、双方の溶融を伴い超音波接合するようにしている。しかし、部品の種類によってはチャックタイプや接着、ねじなどにより保持するものなど各種の部品取り扱いツールを用いることができ、それら部品取り扱いツールを介して取り扱う部品に超音波振動を与えればよい。吸着ノズル１４は図９に示すように上記超音波振動が与えられたときに折損しないように、これの支持軸８１に弾性チューブ８２を介して接続され、弾性チューブ８２を通じて支持軸８１側からの吸引作用も吸着ノズル１４に及ぶようにしている。しかし、そのための具体的な構成は特に問うものではなく種々に設計することができる。
電気接合部５、６どうしの摩擦による溶融を伴う接合を、上記のように部品および実装対象物の少なくとも一方に与える超音波振動によって行うと、所要時間が１／１０秒単位に短くなるが、原理的にはこれに限られることはなく、上記のように部品と実装対象物との相対移動によりそれらの電気接合部５、６どうしを摩擦させて溶融させ、接合させればよい。
以上のようにすると、ベアＩＣチップ３のバンプ８と回路基板４の導体ランド９との圧接状態で、ベアＩＣチップ３に超音波振動を与えてバンプ８と導体ランド９とを摩擦させ、それら電気接合部５、６どうしを溶融を伴い超音波接合して電気的にも接合するのと同時に、バンプ８および導体ランド９どうしを圧接する際にベアＩＣチップ３および回路基板４の接合面３ａ、４ａの少なくとも一方に予め供与されている封止材１１を互いの近づきによって圧迫し、特別な作業および時間なしに相互間の必要な範囲に強制的に一瞬に充満させられるので、バンプ８および導体ランド９どうしの電気的な接合と、封止材１１を必要範囲に充満させること、を１つの作業のうちに短時間で達成することができ、用いる装置も１つで足りる。
また、用いる封止材１１は流し込みの場合のような粘度の制限はなく、例えば２０００〜１００００ｃｐｓと云った広範囲な粘度設定ができ、高い粘度のものを用いて例えば２５℃程度の低い温度で前記作業とともに短時間に硬化させられる。封止材１１の種類としては、エポキシ系、アクリル系、ポリイミド系などがあり、これに硬化材として酸無水物系やフェノール系が混合された接着剤をシリカなどのフィラー材のバインダとしたものを用いた。しかし、これらに限られることはなく、これから開発されるものを含め種々なものを採用することができる。
要するに、ベアＩＣチップ３などの部品の回路基板４などの実装対象物への実装が１つの簡単な作業および装置で短時間に少ない熱消費で達成される。しかも、電気接合部５、６であるバンプ８や導体ランド９などの電気的な接合は金属接合、特に溶接接合を伴うもので確実であり、接触不良による不良品の発生がなく歩留りが向上する。従って、製品コストの低減が図れる。因みに１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさのベアＩＣチップ３を封止処理を伴い超音波接合して回路基板４に実装するのに実装に要した時間は０．４秒程度と短くなった。
また、封止材１１はベアＩＣチップ３や回路基板４の接合面３ａ、４ａの少なくとも一方に、図１に仮想線で示し、図２に破線で示すように、上向き面や下向き面に一塊に供与しておけばよいので空気が混入しにくい。封止材１１の供与は図３、図１０に示すように下方から、あるいは上方からディスペンサで塗布して、あるいは印刷によって、あるいは、転写によって適時に供与すればよい。印刷や転写は下向き面に供与するのに垂れなどがなく好適である。もっとも、図２に示すように山盛り状態にした封止材１１に吸着ノズル１４で吸着保持したベアＩＣチップ３の接合面３ａを近づけて行って付着させ供与するようにもできる。
これらの作業は、前記部品実装のためのベアＩＣチップ３や回路基板４の取り扱い作業中のタイムラグを利用して、簡単かつ短時間に行える。場合によっては取り扱い作業に関連した前作業などで行ってもよい。
図１、図２に示す実施例の電極７上のバンプ８に代えて、あるいは別に回路基板４の導体ランド９にバンプを形成してもよく、ベアＩＣチップ３などの部品や回路基板４などの実装対象物の電気接合部の少なくとも一方にバンプを用いると、ベアＩＣチップ３などの部品と回路基板４などの実装対象物との局部的な電気接合部での超音波接合が、十分な量の金属部分で確実に、また、他の部分での干渉や損傷なしに容易に達成できる。
上記のような方法を達成する部品の実装装置としては、図５に示すように、ベアＩＣチップ３などの部品を所定位置Ａに供給する部品供給部２１と、部品を電気接合を伴って実装する回路基板４などの実装対象物を部品実装位置Ｂに供給して部品の実装に供した後、これを他へ移す実装対象物取り扱い手段２２と、部品供給部２１で供給される部品を吸着ノズル１４などの部品取り扱いツールで保持して取り扱い、ベアＩＣチップ３などの部品のバンプ８などの電気接合部５を有した接合面３ａを回路基板４などの実装対象物の導体ランド９などの電気接合部６を有した接合面４ａに対向させて、双方の電気接合部５、６どうしが対向するように位置合わせして圧接させ実装に供する部品取り扱い手段２３と、吸着ノズル１４などの部品取り扱いツールを通じてこれが保持している部品に超音波振動を与える超音波振動手段２４と、部品実装位置Ｂにて、実装対象物取り扱い手段２２が取り扱う回路基板４などの実装対象物の金属製の電気接合部である導体ランド９などに、部品取り扱い手段２３が取り扱うベアＩＣチップ３などの部品の金属製の電気接合部であるバンプ８などを対向させてから、双方を圧接させることによりそれぞれの接合面３ａ、４ａの一方に予め供与されている封止材１１を圧迫してそれら接合面３ａ、４ａ間の必要な範囲に充満させるとともに超音波振動手段２４を働かせて、バンプ８および導体ランド９などの電気接合部どうしを超音波接合させる制御手段２５とを備えれば足り、図１０に示す所定のプログラムデータ２６に従った制御手段２５による動作制御で、上記のような方法を自動的に安定して高速度で達成することができる。
制御手段２５にはマイクロコンピュータを用いるのが好適であるが、これに限られることはなく、種々な構成および制御形式を採用することができる。プログラムデータ２６は制御手段２５の内部または外部のメモリに記憶されたもの、あるいはハード回路で構成されたシーケンス制御によるものなど、どの様な形態および構成のものでもよい。
図５に示す実施例では、基台３１の前部に実装対象物取り扱い手段２２が設けられ、回路基板４をそのベアＩＣチップ３との接合面４ａが上向きとなるように取り扱い、上方から簡易に実装されるようにしている。実装対象物取り扱い手段２２はレール３２に沿って回路基板４を一端のローダ部３３から他端のアンローダ部３４までＸ方向に搬送する搬送手段をなしている。しかし、回路基板４が小さいなど実装対象物の大きさや形状、形態などによっては、これを持ち運ぶタイプの手段とすることもできる。レール３２はローダ部３３の下流側直ぐに設定された部品実装位置Ｂの範囲の部分が、図５、図６に示すように独立したレール３２ａとされ、このレール３２ａと、このレール３２ａに受け入れた回路基板４を下方から吸着保持するボンディングステージ３５とを、前記Ｘ方向と直行するＹ方向に移動させるＹ方向テーブル３６で支持して設け、レール３２と並ぶ回路基板４の受け渡し位置Ｂ１と、これよりも後方の部品の実装作業を行う図５に示す実装作業位置Ｂ２との間で往復移動させる。
これにより、ローダ部３３から部品実装位置Ｂのレール３２ａ上に回路基板４が到達する都度、ボンディングステージ３５ではその回路基板４をストッパ３０ａが所定位置に受止めた後、受け止めた回路基板４を押圧子３０ｂによりレール３２ａの一方に押圧して位置規正する。位置規正後の回路基板４はボンディングステージ３５で吸着保持する。これに併せ、ボンディングステージ３５を前記実装作業位置Ｂ２に移動して位置決めし、吸着保持している回路基板４への部品の実装に供する。実装作業位置Ｂ２で部品の実装が終了する都度ボンディングステージ３５はレール３２と並ぶ受け渡し位置Ｂ１に移動されて、回路基板４の吸着を解除するとともに部品実装後の回路基板４をレール３２ａからレール３２の下流側に送りだしてアンローダ部３４まで搬送し他への搬出を図る。以上で多数の回路基板４を順次にベアＩＣチップ３などの部品の実装に供して電子回路基板を連続的に製造することができる。
一方、ローダ部３３およびボンディングステージ３５にはヒータを埋蔵するなどした予備加熱部３３ａおよび本加熱部３５ａが設けられ、部品の実装に供される回路基板４をそれぞれの位置にある間予備加熱、および本加熱して、回路基板４とベアＩＣチップ３との間に充満される封止材１１を２５℃程度に加熱できるようにする。比較的低温な加熱であるのでベアＩＣチップ３を回路基板４に超音波接合する作業のうちに封止材１１をほぼ硬化させることができ予備加熱を省略することはできる。しかし、予備加熱を行えばより無理なく加熱できる。もっとも、封止材１１を硬化させるのに紫外線など光を用いることもできる。
レール３２の部品実装位置Ｂの下流側でレール３２の後方に部品供給部２１が設けられ、ダイシングシート２上で半導体ウエハ１が個々のベアＩＣチップ３にダイシングされた部品をストックする部品マガジン３８を装着して昇降させるマガジンリフタ４１と、部品マガジン３８にストックされた所定の種類のベアＩＣチップ３が、マガジンリフタ４１による部品マガジン３８の高さ設定によって図示しない出し入れ手段に対向させることで、ダイシングシート２ごと押し出され、または引き出されるのを保持し、ダイシングシート２をエキスパンドして各ベアＩＣチップ３の間隔を広げてピックアップされやすくするエキスパンド台３７とを設置している。
エキスパンド台３７はＸ方向テーブル４２によりＸ方向に、Ｙ方向テーブル４３によりＹ方向に移動されて、ダイシングシート２上のベアＩＣチップ３のうちの供給するものをダイシングシート２の下方から突き上げられる突き上げ棒４４のある部品供給位置Ａに順次に位置決めして、必要なだけ供給できるようにする。ベアＩＣチップ３の供給を終えるか、供給するベアＩＣチップ３の種類を変えるような場合、エキスパンド台３７上のダイシングシート２を必要なものと交換する。これにより、各種のベアＩＣチップ３を必要に応じて順次自動的に供給して実装されるようにすることができる。もっとも、部品供給部２１は実装する部品の種類や形態に応じた構成にすればよいし、各種の構成の部品供給部２１を併設することができる。
上記のように、回路基板４をその接合面４ａが上向きとなるようにしてベアＩＣチップ３などの部品の実装に供し、部品供給部２１が接合面３ａを上にしたベアＩＣチップ３を供給して前記上向きの回路基板４への実装に供するものであるのに対応して、本実施の形態では部品取り扱い手段２３を、接合面３ａが上向きとなったこのベアＩＣチップ３などの部品を部品取り扱いツールの１例である吸着ノズル４５などによって上方から保持してピックアップした後、吸着ノズル４５を旋回させて、具体的には吸着ノズル４５の、部品取り扱い端である吸着面４５ａ上、またはこの吸着面４５ａから離れた位置Ｃを中心に旋回させて、接合面３ａを下向きに反転させるようにベアＩＣチップ３などの部品を取り扱う図７に示すような部品反転手段２３ａと、超音波振動手段２４を装備し、部品反転手段２３ａにより接合面３ａを下にされたベアＩＣチップ３などの部品を上方から保持してピックアップした後、実装対象物取り扱い手段２２によって部品実装位置Ｂで接合面４ａが上向きにされている回路基板４などの実装対象物との超音波接合に供するように部品を取り扱う図８、図９に示すような接合手段２３ｂとで構成している。
これにより、半導体ウエハ１が、ダイシングシート２上でダイシングされて接合面３ａが上に向いたベアＩＣチップ３などで、所定位置にてエキスパンド台３７によりダイシングシート２をエキスパンドした荷姿状態で供給され、それを図の実施例のように専用して、あるいは別の荷姿の部品と複合して供給される場合でも多数を繰り返し用いて、繰り返し実装するようなときに、ダイシングシート２上のベアＩＣチップ３などを反転手段２３ａによって上方からピックアップして接合面３ａが下向きとなるように反転させた後、これを接合手段２３ｂにより上方からピックアップして、実装対象物取り扱い手段２２によって取り扱われ部品実装位置Ｂで接合面４ａが上向きにされている回路基板４などの実装対象物に上方から圧接させて双方の電気接合部５、６であるバンプ８および導体ランド９どうしを超音波接合する。このように、反転手段２３ａと接合手段２３ｂとが協働したベアＩＣチップ３などの部品の取り扱いによって、ベアＩＣチップ３などの上向きで供給される部品を上向きで取り扱われる回路基板４などの実装対象に順次混乱なく多数繰り返し実装することができる。
図に示す実施例では、反転手段２３ａは供給されるベアＩＣチップ３などの部品をピックアップする部品供給位置Ａと、ピックアップしたベアＩＣチップ３の接合面３ａが下向きとなるように反転させた後、接合手段２３ｂによる接合のためのピックアップに供する受け渡し位置Ｄとの間をＸ方向テーブル５６により往復移動される基台５７に、モータ５１およびこれによって回転駆動される横軸５２を設け、この横軸５２のまわりに部品取り扱いツールの一例である吸着ノズル４５が１本、あるいは複数本放射状方向に装備した部品反転ヘッド５４を持ち、吸着ノズル４５は部品反転ヘッド５４上でエアシリンダ５５により軸線方向に進退させられる。
これにより、反転手段２３ａは下向きにされた吸着ノズル４５が部品供給位置Ａにて昇降して、そこに供給されているベアＩＣチップ３を吸着してピックアップした後、吸着ノズル４５を前記位置Ｃの回りに回動させて上向きにすることで、前記ピックアップしたベアＩＣチップ３の接合面３ａを上向きから下向きに反転させて、受け渡し位置Ｄに移動して接合手段２３ｂによるピックアップに供する。
接合手段２３ｂは上記吸着ノズル１４を持ったもので、Ｘ方向テーブル５８により受け渡し位置Ｄと実装位置Ｂとの間を往復移動されて、受け渡し位置Ｄで接合面３ａが下向きにされたベアＩＣチップ３を吸着してピックアップし、これを実装位置Ｂの実装位置Ｂ１へ移動されて、そこに位置決めされている回路基板４の所定位置に圧接させて上記のように超音波接合を行うことを繰り返す。従って、反転手段２３ａと接合手段２３ｂの協働により、部品供給部２１で接合面３ａが上向きで供給されるベアＩＣチップ３を回路基板４の上に必要なだけ実装することができる。もっともこれには、反転手段２３ａの側はＸ方向に移動せず部品供給位置Ａに定置されていても、接合手段２３ｂが部品供給位置Ａと実装位置Ｂとの間を往復移動できればよい。また、逆であってもよい。
接合手段２３ｂのＸ方向の移動と、前記ボンディングステージ３５のＹ方向の移動との複合で、回路基板４のどの位置にもベアＩＣチップ３などの部品を実装できる。しかし、そのための移動方式も必要に応じて種々に変更することができる。
もっとも、これら反転手段２３ａや接合手段２３ｂは、直線往復移動されるものに限らず、非直線移動を含む各種の移動を複合した動きをするものとすることができるし、ベアＩＣチップ３などの各種部品をどのような移動軌跡を持って取り扱うものでもよい。
さらに、本実施の形態の装置は、実装対象物取り扱い手段２２が取り扱う回路基板４などの実装対象物と、部品取り扱い手段２３が取り扱うベアＩＣチップ３などの部品との接合面３ａ、４ａの少なくとも一方に、それらが前記位置合わせされるまでの段階で制御手段２５により働かされて封止材１１を供与する封止材供与手段６１を備えている。これにより、ベアＩＣチップ３などの部品および回路基板４などの実装対象物の少なくとも一方への封止材１１の供与も含めて、１つの装置でベアＩＣチップ３などの部品の実装を自動的に達成することができる。
図に示す実施例では、図５に示すようにＸ方向テーブル５８により、接合手段２３ｂとともにＸ方向に移動されるように封止材供与手段６１を装備し、例えば実装位置Ｂに移動してディスペンサ６２をシリンダ６３で下降させて回路基板４の接合面４ａの側に図１に仮想線で示すように封止材１１を供与し、供与が終了すればディスペンサ６２を上動させて封止材供与手段６１を側方に退避させるのと同時に、接合手段２３ｂを部品実装位置Ｂに移動させて吸着ノズル１４が保持しているベアＩＣチップ３などの部品を供与された封止材１１の上から回路基板４に圧接させて超音波接合を行うようにしてある。
ここで制御手段２５が、実装する部品の種類に応じて封止材供与手段６１による封止材１１の供与条件を変更するようにする。これにより、接合面の大きさなどが違う複数種類の部品を取り扱うのに、それぞれに適した供与の量や状態で封止材１１を供与するなどして、部品の種類によって異なることがある封止条件の違いに自動的に対応することができる。封止材１１の供与量は図１０に示すように供与時に電磁弁６４などを開いてディスペンサ６２に吹き込み封止材１１を加圧して一定量吐出させるエアを、調圧弁６５で調圧することによりにより調整できる。供与状態は封止材供与手段６１を複数種類備えて使い分けると云ったことで行える。例えば一塊に盛り上げる形態と、接合面４ａの全域に供与する形態の違い、あるいは、接合面３ａ、４ａの封止材１１を供与する側を切り換えたり、双方に供与したりする違いなどがある。もっとも、多点供与に切り換えることもできるが空気の混入がないように工夫する必要がある。
そのときどきに実装する部品の種類は、手入力される部品情報７１、部品を実装するプログラムデータ２６や内部または外部のメモリ７０による部品情報、供給されるベアＩＣチップ３などの部品の種類や、部品の支持部材であるダイシングシート２や図示しないトレーなどに付されたバーコード７２などの品種表示などから読み取った部品情報などで得られる。これらの読み取りには部品供給位置Ａに設けられるベアＩＣチップ３などの種類を画像認識するための認識カメラ７３、あるいは部品実装位置Ｂの実装位置Ｂ２に設けられて吸着ノズル１４に保持された部品の回転補正のための吸着向きや、回路基板４の接合面の状態などを画像認識するために、上向きおよび下向きに切換え働かされる認識カメラ７４などを用いればよく、画像認識もそれら認識カメラ７４の撮像データを処理する画像処理回路７５も共用できる。従って、部品情報を画像認識するのに特別な装置は不要である。
また、ベアＩＣチップ３などの部品が回路基板４などの実装対象物に実装されたときの、封止材１１の充満状態を図１０に示すように認識カメラ７４によって撮像して画像処理回路７５にてぬれ広がり部１３の有無や大きさなどを画像認識した情報から、封止材１１の供与量の過不足を検出する、制御手段２５の内部機能などによる検出手段２５ａを備え、検出される封止材１１の過不足に応じて、制御手段２５は封止材供与手段６１による封止材１１の供与量を補正するようにしている。これにより、所定の条件での封止材１１の供与量に何らかの理由で過不足が生じてもこれに対応して、常に適正な封止状態が得られるようにすることができる。
これら画像認識の状態をモニタできるように画像処理回路７５にはモニタ７６が接続されている。
本発明は、電子部品の基板などへの実装に実用でき、生産性、歩留まりが向上する。
本発明の実装方法および装置の実施の形態を示す要部の断面図である。 部品の接合面への封止材の供与状態の一例を示す説明図である。 部品の接合面への封止材の供与状態の別の例を示す説明図である。 部品の接合面への封止材の供与状態の今１つの例を示す説明図である。 図１の装置の全体の概略構成を示す斜視図である。 図５の装置の部品実装位置にあるボンディングステージの斜視図である。 図５の装置の部品取り扱い手段における反転手段を示す斜視図である。 図５の装置の部品取り扱い手段における接合手段を示す斜視図である。 図８の接合手段の断面図である。 図５の装置の制御手段による主な制御系統を示すブロック図である。 従来の部品の実装方法における部品の仮装着状態を示す断面図である。 従来の仮装着した部品の封止処理をした実装状態を示す断面図である。
符号の説明
１ 半導体ウエハ
２ ダイシングシート
３ ベアＩＣチップ
４ 回路基板
３ａ、４ａ 接合面
５、６ 電気接合部
７ 電極
８ バンプ
９ 導体ランド
１０ 溶接接合部
１１ 封止材
１３ ぬれ広がり部
１４、４５ 吸着ノズル
１５ ボイスコイルモータ
２１ 部品供給部
２２ 実装対象物取り扱い手段
２３ 部品取り扱い手段
２３ａ 反転手段
２３ｂ 接合手段
２４ 超音波振動手段
２５ 制御手段
２５ａ 検出手段
２６ プログラムデータ
３３ ローダ部
３５ ボンディングステージ
３３ａ 予備加熱部
３５ａ 本加熱部
３７ エキスパンド台
６１ 封止材供与手段
６２ ディスペンサ
７０ メモリ
７２ バーコード
７３、７４ 認識カメラ
７５ 画像処理回路

Claims (15)

  1. 部品を金属部分の電気的な接合を伴って実装対象物に実装する部品の実装方法において、
    部品あるいは実装対象物の一方または双方の接合面の全域に封止材を予め供与して、部品の電気接合部を実装対象物の電気接合部に圧接させるのに併せ、吸引した部品の電気接合部と吸引した実装対象物の電気接合部とを、部品および実装対象を相対移動させて摩擦させることにより、両電気接合部どうしを金属接合し、部品を実装対象物に実装することを特徴とする部品実装方法。
  2. 部品を金属部分の電気的な接合を伴って実装対象物に実装する部品の実装方法において、
    部品あるいは実装対象物の一方または双方の接合面の全域に封止材を予め供与して、部品の電気接合部を実装対象物の電気接合部に圧接させるのに併せ、部品の電気接合部と実装対象物の電気接合部とを、部品に超音波振動を与えて摩擦させることにより、両電気接合部どうしを金属接合し、部品を実装対象物に実装することを特徴とする部品の実装方法。
  3. 封止材は、前記金属接合と並行した加熱により硬化させる請求項１、２のいずれか一項に記載の部品の実装方法。
  4. 封止材は、ディスペンサで塗布して供与する請求項１〜３のいずれか一項に記載の部品の実装方法。
  5. 封止材は、印刷によって供与する請求項１〜３のいずれか一項に記載の部品の実装方法。
  6. 封止材は、転写によって供与する請求項１〜３のいずれか一項に記載の部品の実装方法。
  7. 部品を金属部分の電気的な接合を伴って実装対象物に実装する部品の実装方法において、
    部品の接合面に予め封止材を供与して、部品の電気接合部を実装対象物の電気接合部に圧接させ、部品に超音波振動を与えて部品の電気接合部と実装対象物の電気接合部とを前記圧接状態で摩擦させることにより、両電気接合部どうしを金属接合し、部品を実装対象物に実装することを特徴とする部品の実装方法。
  8. 部品を所定位置に供給する部品供給部と、電気接合部により部品を実装する実装対象物を部品実装位置に供給して部品の実装に供した後、これを他へ移す実装対象物取り扱い手段と、部品供給部で供給される部品を部品取り扱いツールで保持して取り扱い、部品の電気接合部を有した接合面を実装対象物の電気接合部を有した接合面に対向させて、双方の電気接合部どうしが対向するように位置合わせして圧接させ実装に供する部品取り扱い手段と、部品取り扱いツールを通じてこれが保持している部品に超音波振動を与える超音波振動手段と、部品実装位置にて、実装対象物取り扱い手段が取り扱う実装対象物の金属製の電気接合部に、部品取り扱い手段が取り扱う部品の金属製の電気接合部を対向させてから、それら電気接合部どうしを、それぞれの接合面の一方または双方の全域または一部に予め供与されている封止材を介して、一部に供与されている封止材については全域への供与を伴って圧接させるとともに超音波振動手段を働かせて前記部品と実装対象物との電気接合部どうしを超音波接合させる制御手段とを備えたことを特徴とする部品の実装装置。
  9. 実装対象物取り扱い手段が取り扱う実装対象物と、部品取り扱い手段が取り扱う部品との少なくとも一方の接合面に、それらが前記位置合わせされるまでの段階で制御手段により働かされて封止材を供与する封止材供与手段を備えた請求項８に記載の部品の実装装置。
  10. 制御手段は、実装する部品の種類に応じて封止材供与手段による封止材の供与条件を変更する請求項９に記載の部品の実装装置。
  11. 部品が実装対象物に実装されたときの、封止材の充満状態を画像認識した情報から封止材の供与量の過不足を検出する検出手段を備え、検出される封止材の過不足に応じて、制御手段は封止材供与手段による封止材の供与量を補正する請求項１０に記載の部品の実装装置。
  12. 実装対象物取り扱い手段は実装対象物をその接合面が上向きとなるようにして部品の実装に供し、部品供給部は、電気接合部が形成された接合面を上にした部品を供給し、部品取り扱い手段は、接合面が上向きとなったこの部品を上方から保持してピックアップした後、部品取り扱いツールを旋回させて接合面を下向きに反転させるように部品を取り扱う部品反転手段と、超音波振動手段を装備し、部品反転手段により接合面を下にされた部品を上方から保持してピックアップした後、実装対象物取り扱い手段によって部品実装位置にて接合面が上向きにされている実装対象物との超音波接合に供するように部品を取り扱う接合手段とを備えている請求項８〜１１のいずれか一項に記載の部品の実装装置。
  13. 部品は半導体ウエハで形成されたベアＩＣチップである請求項１２に記載の部品の実装装置。
  14. ベアＩＣチップは半導体ウエハをダイシングシート上でダイシングされたものであり、部品供給部は所定位置にダイシングシートをエキスパンドして部品供給状態とするエキスパンド手段を備えた請求項１３に記載の部品の実装装置。
  15. 少なくとも部品実装位置に封止材を直接または間接に加熱して硬化させる加熱手段が設けられている請求項８〜１４のいずれか一項に記載の部品の実装装置。
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