JP3723761B2 - 電子部品の実装装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子回路用プリント基板などの回路基板に、電子部品例えばＩＣチップや表面弾性波（ＳＡＷ）デバイス、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）、ＭＣＭモジュール（マルチチップモジュール）、高周波モジュールなどを個別（ＩＣチップの場合にはベアＩＣ）状態で実装する回路基板への電子部品の実装装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、電子回路基板は、あらゆる製品に使用されるようになり、日増しにその性能が向上し、回路基板上で用いられる周波数も高くなっており、インピーダンスが低くなるフリップチップ実装は高周波を使用する電子機器に適した実装方法となっている。また、携帯機器の増加から、回路基板にＩＣチップをパッケージではなく裸のまま搭載するフリップチップ実装が求められている。このため、ＩＣチップそのまま単体で回路基板に搭載したときのＩＣチップや、電子機器及びフラットパネルディスプレイへ実装したＩＣチップには、一定数の不良品が混在している。また、上記フリップチップ以外にもＣＳＰ（Chip Size Package）、ＢＧＡ（Ball Grid Array）、ＭＣＭ（Multi Chip Module）実装等が用いられるようになってきている。
【０００３】
従来の電子機器の回路基板へＩＣチップを接合する方法（従来例１）としては特公平０６−６６３５５号公報等により開示されたものがある。これを図１７に示す。図１７に示すように、バンプ７３を形成したＩＣチップ７１にＡgペースト７４を転写して回路基板７６の電極７５に接続した後、Ａgペースト７４を硬化し、その後、封止材７８をＩＣチップ７１と回路基板７６の間に流し込む方法が一般的に知られている。
【０００４】
また、液晶ディスプレイにＩＣチップを接合する方法（従来例２）として、図１８及び図１９に示される特公昭６２−６６５２号公報のように、異方性導電フィルム８０を使用するものであって、絶縁性樹脂８３中に導電性微片８２を加えて構成する異方性導電接着剤層８１をセパレータ８５から剥がして基板や液晶ディスプレイ８４のガラスに塗布し、ＩＣチップ８６を熱圧着することによって、Ａuバンプ８７の下以外のＩＣチップ８６の下面と基板８４の間に上記異方性導電接着剤層８１が介在している半導体チップの接続構造が、一般に知られている。
【０００５】
このように、ＩＣチップを接合するには、フラットパッケージのようなＩＣチップをリードフレーム上にダイボンディングし、ＩＣチップの電極とリードフレームをワイヤボンドしてつなぎ、樹脂成形してパッケージを形成した後に、クリームハンダを回路基板に印刷し、その上にフラットパッケージＩＣを搭載し、リフローするという工程を行うことにより、上記接合が行われていた。これらのＳＭＴ（Surface Mount Technology）といわれる工法では、ＩＣをパッケージにする工程が長く、ＩＣチップの生産に時間を要し、また、回路基板を小型化するのが困難であった。例えばＩＣチップは、フラットパックに封止された状態では、ＩＣチップの約４〜１０倍程度の面積を必要とするため、小型化を妨げる要因となっていた。
【０００６】
これに対し、工程の短縮と小型軽量化のためにＩＣチップを裸の状態でダイレクトに基板に搭載するフリップチップ工法が最近では用いられるようになってきた。このフリップチップ工法は、ＩＣチップへのバンプ形成、バンプレベリング、Ａg・Ｐdペースト転写、実装、検査、封止樹脂による封止、検査とを行うスタッド・バンプ・ボンディング（ＳＢＢ）工法や、ＩＣチップに高さの均等なバンプ形成と基板へのＵＶ硬化樹脂塗布とを並行して行い、その後、バンプ形成されたＩＣチップのＵＶ硬化樹脂が塗布された基板への実装、ＵＶ硬化樹脂へのＵＶ照射によるＵＶ硬化、検査とを行うＵＶ樹脂接合工法のような多くの工法が開発されている（従来例３）。
【０００７】
特に、従来例２のようにＡＣＦ（異方性導電膜）を用いる方法や従来例３のようなＭＢＢ（マイクロバンプボンディング）などにおいては、ＩＣチップを圧着する工程がＩＣチップと回路基板の接合信頼性に重大な影響を与えることになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この問題点を整理すると下記のようになる。
【０００９】
与えられる影響としては、
（１） ヒートショック試験などの各種加速試験において寿命が低下する。すなわち、信頼性が低下する。
【００１０】
（２） ＩＣチップのバンプ（突起電極）と基板の電極の相対位置が圧着によりずれる。
【００１１】
（３） ＩＣチップのバンプと基板電極のアライメントが機械精度以上にズレを生ずる。
【００１２】
これらの問題点の原因としては、圧着時の平行度が狂っている。すなわち、圧着ツールと基板ステージとの平行度調整が行われていても、実際には平行度を完全に調整することが困難であると考えられる。
【００１３】
従って、本発明の目的は、上記従来の問題点に鑑みて、回路基板と電子部品例えばＩＣチップを接合する際に、基板ステージと圧着ツールの平行を保つことができる電子部品の実装装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
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。
【００１５】
本発明の第１態様によれば、基板に電子部品を載置し圧着する電子部品の実装装置において、筒状の支持枠と、上記筒状の支持枠の上部の内部に配置され、上記基板を載置する基板載置面を有する支持部材と、上記筒状の支持枠の内部側に配置され、上記支持部材を加圧支持する流体と、上記支持部材の周囲に配置され、上記支持部材と上記筒状の支持枠との間を密閉する弾性体と、上記支持部材の上方に配置され、上記支持部材の上記基板載置面と対向する先端面に電子部品を保持する圧着部材と、を備える電子部品の実装装置を提供する。
【００１６】
本発明の第２態様によれば、上記支持部材の上記流体と対向する面と反対側の面が上記基板載置面であることを特徴とする第１態様に記載の電子部品の実装装置を提供する。
【００１７】
本発明の第３態様によれば、上記弾性体は上記筒状の支持枠の内壁と上記支持部材の外周部とを連結することを特徴とする第１態様又は第２態様に記載の電子部品の実装装置を提供する。
【００１８】
本発明の第４態様によれば、上記支持部材は上記流体で加圧支持されて、上記基板を保持することを特徴とする第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装置を提供する。
【００１９】
本発明の第５態様によれば、上記支持部材は上記基板を吸着するための吸引穴を有することを特徴とする第１態様から第４態様のいずれか１つに記載の電子部品の実装装置を提供する。
【００２０】
本発明の第６態様によれば、上記弾性体はゴムであることを特徴とする第１態様から第５態様のいずれか１つに記載の電子部品の実装装置を提供する。
【００２１】
本発明の第７態様によれば、筒状の支持枠と、上記筒状の支持枠の上部の内部に配置され、電子部品が圧着される基板を載置する基板載置面を有する支持部材と、上記筒状の支持枠の内部側に配置され、上記支持部材を加圧支持する流体と、上記支持部材の周囲に配置され、上記支持部材と上記筒状の支持枠との間を密閉する弾性体と、を備える基板保持装置を提供する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
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。
【００２３】
（第１実施態様）
本発明の第１実施形態にかかる電子部品の実装方法は、図１に示すように、基板４を流体圧を利用して支持することにより基板４で自動的に傾き調整可能として、電子部品例えばＩＣチップ１の回路基板４への熱圧着作業時に、ＩＣチップ１と基板４の平行度が常にある一定範囲に維持されるようにするものである。
【００２４】
ＩＣチップ１を搭載及び熱圧着される基板４は基板保持装置５上に載置される。
【００２５】
上記基板保持装置５は、図１に示すように、支持部材一例であるステージ６と剛性の支持枠７とゴム状の弾性体８とを備えている。上記剛性の支持枠７は、剛性材料より例えば四角筒状に構成され、その上部の内部にステージ６が配置されている。上記ステージ６は、比較的硬度のある（ＩＣチップなどの電子部品１の基板４への熱圧着作業に耐え得る程度の硬度を有する）金属、ガラスなどより構成されて、上面である基板載置面に基板４を載置する。上記ステージ６の周囲に配置されて上記ステージ６と支持枠７との間を密閉して上記支持枠７に上記ステージ６を支持するゴム状の弾性体８が配置され、かつ、支持枠内部側から空気などの気体又は液体などの流体を加圧作用させて、ステージ６を流体圧力で支持するようにしている。必要に応じて、ステージ６に吸引穴６ａを形成して吸引穴６ａに吸引管を接続して吸引動作により基板４をステージ６に吸着保持できるようにしてもよい。
【００２６】
一方、上記ステージ６の上方には、ステージ６に対して駆動シリンダなどの駆動装置１０により昇降可能な熱圧着ツール９が配置されている。熱圧着ツール９はその下端部が筒状に形成され、図示しない吸引装置により筒内の吸引穴９ａを吸引することにより、下端部の下端面にＩＣチップ１を吸着保持可能としている。
【００２７】
上記基板保持装置５としては、図１の構造の代わりに、任意の形状の筒状の剛性部材例えば金属管の片側であって流体注入口の反対面に、変形可能な膜を貼付けて構成するようにしてもよい。このような装置では、上記膜の上又は上記膜の中心部に配置された比較的硬度のある金属、ガラスなどより構成されるステージ６の上に基板４が搭載され、この筒の内部に流体注入口から気体又は液体を満たして、ステージ６を図１の装置と同様に加圧支持するようにすることもできる。
【００２８】
上記図１の構成にかかる上記基板保持装置５において、まず、ステージ６の基板載置面に基板４を載置する。一方、熱圧着ツール９の下端面にＩＣチップ１を吸着保持する。
【００２９】
次いで、ステージ６の基板載置面に載置された基板４に対して、熱圧着ツール９の下端面に吸着保持されたＩＣチップ１を押圧して、熱圧着ツール９とステージ６との間でＩＣチップ１と回路基板４とを熱圧着することにより、熱圧着ツール９の下端面と基板ステージであるステージ６の基板載置面とは自動的に平行度が調整される。すなわち、通常は、例えば、基準面に対して、熱圧着ツール９の下端面と基板ステージであるステージ６の基板載置面とをそれぞれ平行に合わせるが、熱圧着作業の繰り返しや熱などによる膨張などにより、図２０に示すように熱圧着ツール９の下端面（延長面Ｈ１）と基板ステージであるステージ６の基板載置面（延長面Ｈ２）との平行が狂った場合（延長面Ｈ３のように狂った場合）、熱圧着ツール９とステージ６との間でＩＣチップ１と回路基板４とを熱圧着することにより、熱圧着ツール９の下端面側から基板ステージであるステージ６の基板載置面に不均一に圧力が作用することになり、この不均一な圧力を均一にするように、流体圧力で支持されているステージ６が自動的に傾き修正を行い、図１に示すように熱圧着ツール９の下端面とステージ６の基板載置面とが大略平行な状態になるように傾き調整が自動的に行われる。この結果、ＩＣチップ１と基板４の平行度は、ある一定範囲に、常に維持されるようになっている。
【００３０】
上記第１実施形態によれば、ステージ６と支持枠７との間にゴム状の弾性体８を介在させてステージ６に支持枠内部側から空気などの気体又は液体などの流体を均一に加圧させて支持枠７に流体圧力でステージ６を支持することができる。この結果、ステージ６の基板載置面に基板４を載置した状態で、熱圧着ツール９に吸着保持されたＩＣチップ１を押圧して熱圧着することにより、 ステージ６の基板載置面と熱圧着ツール９の下端面、言い替えれば、基板４の上面とＩＣチップ１の下面とが大略平行状態を自動的に維持させることができて、ＩＣチップ１と基板４の平行度を常にある一定範囲に維持することができる。
【００３１】
また、圧着ツール９に吸引穴９ａを設け、圧着ツール９がＩＣチップ１に当接する際にＩＣチップ１を吸着しながら、ＩＣチップ１と基板４を圧着ツール９，１９により熱圧着するようにしているので、圧着ツール９とＩＣチップ１との間での位置ズレを確実に防止することができる。
【００３２】
さらに、基板４にＩＣチップ１を搭載及び熱圧着する場合において、基板ステージ６に吸引穴６ａを設け、基板４を吸着しながら、ＩＣチップ１と基板４を圧着ツール９により熱圧着するようにしているので、基板ステージ６と基板４との間での位置ズレを確実に防止することができる。
【００３３】
（第２実施態様）
本発明の第２実施形態にかかる電子部品の実装方法は、第１実施形態とは異なり、図２及び図３に示すように、熱圧着ツール１９側で傾き調整可能に構成するものである。なお、図２は概念図、図３は一例としての実際の装置の斜視図である。
【００３４】
基板４を載置する基板保持装置１５は、剛性のあるステージ支持体１７上にゴムなどの弾性体１８を載置し、さらにその上に剛性のある、支持部材一例である、ステージ１６を配置し、ステージ１６上に基板４を載置している。必要に応じて、ステージ１６に吸引穴を形成して吸引穴に吸引管を接続して吸引動作により基板４をステージ１６に吸着保持できるようにしてもよい。剛性のあるステージ支持体１７と剛性のあるステージ１６との間に弾性体１８を挟み込むことにより、ステージ１６の上面である基板載置面を、上記熱圧着ツール１９による熱圧着に対して少し傾き調整可能としている。
【００３５】
一方、熱圧着ツール１９は、吸引穴を有してＩＣチップ１を下端面に吸着保持する圧着部１９Ａと、圧着部１９Ａの上方に配置された推力を発生しかつ伝達して圧着部１９Ａを基板４に向けて押圧する推力伝達部１９Ｂとを備えている。
【００３６】
上記圧着部１９Ａは、ヒータ１１を内蔵して、下端面に吸着保持したＩＣチップ１を加熱するようにしている。
【００３７】
上記推力伝達部１９Ｂは、上下方向沿いに延びて下端が圧着部１９Ａの上面に固定されかつ基台側に固定された案内筒１４内を大略上下方向に移動案内されるＴ字状の一対の案内ロッド１３と、一対の案内ロッド１３の中間に上下方向沿いに配置されて下端の半球面部１２ａが圧着部１９Ａの上面に当接され上端部分が駆動シリンダなどの駆動装置２０に連結されている駆動ロッド１２とを備えて、圧着部１９Ａと推力伝達部１９Ｂとは、熱圧着ツール１９の押圧方向に切り離されており、一対の案内ロッド１３の案内でスライドする機構となっている。よって、圧着部１９Ａの半球面部１２ａが圧着部１９Ａの上面に点接触により当接するとともに、各案内筒１４内に各案内ロッド１３が若干傾き可能に嵌合されているため、推力伝達部１９Ｂの駆動軸である上下方向に対して圧着部１９Ａが若干傾くことができ、圧着部１９Ａの下端面とステージ１６の基板載置面との平行が狂っていても、ＩＣチップ１と基板４を熱圧着ツール１９とステージ１６とにより熱圧着することにより、ステージ１６の基板載置面と熱圧着ツール１９の下端面、言い替えれば、基板４の上面とＩＣチップ１の下面とが大略平行状態を自動的に維持させることができて、ＩＣチップ１と基板４の平行度を常にある一定範囲に維持することができる。
【００３８】
なお、図２においては、基板４とＩＣチップ１との間に、熱圧着接合後の基板４とＩＣチップ１との間を耐湿性などを高めるために密封する封止材より構成される封止材シート２が挟み込まれる状態を示している。このような封止材シート２を基板４とＩＣチップ１との間に挟み込む場合には、上記基板４とＩＣチップ１との平行度が狂いやすいため、上記第２実施態様は特に有効である。
【００３９】
上記第２実施態様によれば、熱圧着ツール１９を、ＩＣチップ１を下端面に吸着保持する圧着部１９Ａと、圧着部１９Ａの上方に配置された推力を発生しかつ伝達して熱圧着ツールを押圧する推力伝達部１９Ｂとより構成して、圧着部１９Ａを推力伝達部１９Ｂに対して点接触させることにより、推力伝達部１９Ｂに対して圧着部１９Ａを上下方向に対して若干傾き可能とするとともに、弾性体１８上に配置されたステージ１６も上下方向に対して若干傾き可能として、ステージ１６上の基板４と熱圧着ツール１９の下端面のＩＣチップ１との平行が狂った場合、熱圧着ツール１９とステージ１６との間でＩＣチップ１と回路基板４とを熱圧着することにより、熱圧着ツール１９の下端面側からステージ１６の基板載置面に不均一に圧力が作用することになり、この不均一な圧力を均一にするように、推力伝達部１９Ｂに対して圧着部１９Ａを傾斜させるか、弾性体１８によりステージ１６を傾斜させるか、又は、その両者を傾斜させるかして自動的に傾き修正を行い、熱圧着ツール１９の下端面とステージ１６の基板載置面とが大略平行な状態になるように傾き調整が自動的に行うことができる。
【００４０】
（第３実施態様）
本発明の第３実施形態にかかる電子部品の実装方法は、シート状の封止材又は異方性導電膜の貼付け方法に関するものであって、基板にシート状の封止材及び異方性導電膜を信頼性よく、かつ、生産性よく接合することを目的とするものである。
【００４１】
すなわち、図４に示すように、シート状の封止材及び異方性導電膜５１はセパレータと呼ばれるベースフィルム５２の上にコートされて形成されており、それを貼り付けツール５９にて押圧し、熱圧着することにより基板（液晶用基板も含む。）４に貼り付けられる。ところが、シート状の封止材及び異方性導電膜５１は熱圧着された際に温度が上昇しており、基板４への密着が良くなると共にベースフィルム５２へも接着性が向上してしまい、そのベースフィルム５２をも剥離しにくくしてしまうことになり、基板４に貼り付けるのに時間を要したり、ベースフィルム５２をシート状の封止材及び異方性導電膜（ＡＣＦ）５１から剥離する際にまくれあがったりして、その接合信頼性を低下せしめてしまう。
【００４２】
そこで、本発明の第３実施形態は、上記問題点に鑑みて、基板４にシート状の封止材及び異方性導電膜５１を信頼性よく、かつ、生産性よく接合することを目的とするものであって、シート状の封止材又は異方性導電膜５１を基板４に貼り付ける際に、以下の工程より構成するものである。
【００４３】
すなわち、まず、シート状の封止材又は異方性導電膜５１を、ＩＣチップ１の大きさより若干大きな寸法に切断する（図５のステップＳ１参照）。
【００４４】
次いで、図５のステップＳ２において、貼り付け部材の一例としての貼り付けツール５９で上記切断されたシート状の封止材又は異方性導電膜５１を基板４に熱圧着させる。
【００４５】
次いで、図５のステップＳ３において、気体を、断熱膨張させながら（又は、気体が膨張しながら）シート状の封止材又は異方性導電膜５１に吹付けてシート状の封止材又は異方性導電膜５１を冷却する。
【００４６】
次いで、図５のステップＳ４において、シート状の封止材又は異方性導電膜５１からベースフィルム５２を剥離させたのち、先の実施形態に記載したように、上記ＩＣチップ１と基板４との圧着作業を行う。
【００４７】
これを具体的に図６〜図１０に基いて説明する。
【００４８】
図６に示す回路基板４の電極４ａ上に、図７に示すように、シート状の封止材又は異方性導電膜５１の一例として、ＩＣチップ１の大きさより若干大きな寸法にて切れ目５１ａでカットされ、かつ、無機フィラーを配合しかつ導電粒子を含まない封止材としての固体又は半固体の熱硬化性樹脂シート５１を配置する。
【００４９】
次いで、図８に示すように、下面にゴム面５４を有しヒータ５３により例えば８０〜１２０℃に熱せられた貼り付けツール５９により、例えば５〜１０ｋｇｆ／ｃｍ２（４９０．３〜９８０．７ｋＰａ）程度の圧力で熱硬化性樹脂シート５１を基板４の電極４ａ上に貼り付ける。このとき、貼り付けツール５９には、無機フィラーを配合した固体又は半固体の熱硬化性樹脂シート５１のベースフィルム５２が接触しているため、固体又は半固体の熱硬化性樹脂シート５１は貼り付けツール５９に接触しない。なお、このセパレータ５２は、貼り付けツール５９に無機フィラーを配合した固体又は半固体の熱硬化性樹脂シート５１が貼り付くのを防止するためのものである。また、熱硬化性樹脂シート５１は、球状又は破壊シリカ、アルミナ等のセラミクスなどの無機系フィラーを樹脂（例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、若しくは、ポリイミドなど）に分散させて混合し、これをドクターブレード法などにより平坦化し、溶剤成分を気化させ固体化したものが好ましいと共に、後工程のリフロー工程での高温に耐えうる程度の耐熱性（例えば、２４０℃に１０秒間耐えうる程度の耐熱性）を有することが好ましい。この熱硬化性樹脂のガラス転移点は一般に１２０〜２００℃程度である。
【００５０】
次いで、図９に示すように、冷却基体供給管５５から空気などの冷却用気体を、断熱膨張させながら固体又は半固体の熱硬化性樹脂シート５１に吹付けて、固体又は半固体の熱硬化性樹脂シート５１を冷却する。この冷却は、固体又は半固体の熱硬化性樹脂シート５１からベースフィルム５２を剥離させるとき、固体又は半固体の熱硬化性樹脂シート５１からベースフィルム５２が円滑に剥がれる温度まで冷却させる。
【００５１】
次いで、図１０に示すように、固体又は半固体の熱硬化性樹脂シート５１からベースフィルム５２を剥離させる。これにより基板４の圧着工程前の準備工程が終了する。なお、図中、５６は固体又は半固体の熱硬化性樹脂シート５１及びベースフィルム５２を案内する案内ローラである。
【００５２】
次に、図１１（Ｅ）及び図１２（Ｆ）に示すように、熱せられた圧着ツール９，１９により、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示すように前工程でバンプ３が電極１ａ上に形成されたＩＣチップ１を、図１１（Ｃ）及び図１１（Ｄ）に示すように上記前工程で準備されて固体又は半固体の熱硬化性樹脂シート５１が貼り付けられた基板４のＩＣチップ１の電極１ａに対応する電極４ａ上に位置合わせしたのち押圧して圧着する。このとき、バンプ３は、その頭部３ａが、基板４の電極４ａ上で図１３（Ａ）から図１３（Ｂ）に示すように変形されながら押し付けられていく、このとき、固体又は半固体の熱硬化性樹脂シート５１の熱硬化性樹脂中の無機フィラーは当初尖っているバンプ３によりバンプ３の外側方向へ押し出される。また、この変形作用によりバンプ３と基板電極４ａの間に無機フィラーが入り込まないことにより、接続抵抗値を低下させる効果を発揮する。このとき、ＩＣチップ１を介してバンプ３側に印加する荷重は、バンプ３の径により異なるが、折れ曲がって重なり合うようになっているバンプ３の頭部３ａが、必ず図１３（Ｃ）のように変形する程度の荷重を加えることが必要である。この荷重は最低で５０ｇｆ（４９０．５ｍＮ）を必要とする。荷重の上限は、ＩＣチップ１、バンプ３、回路基板４などが損傷しない程度とする。場合によって、その最大荷重は１５０ｇｆ／（バンプ１個当り）（１４７１．５ｍＮ／バンプ１個当り）を越えることもある。なお、図１２（Ｇ）の５１ｓは固体又は半固体の熱硬化性樹脂シート５１が圧着ツール９，１９の熱により溶融した溶融中の熱硬化性樹脂及び溶融後に熱硬化された樹脂である。
【００５３】
なお、図１１（Ａ）から図１２（Ｇ）までは、固体又は半固体の熱硬化性樹脂シート５１を回路基板４側に形成することについて説明したが、これに限定されるものではなく、図１４（Ｉ）又は図１４（Ｊ）に示すように、ＩＣチップ１側に形成するようにしたもよい。この場合、特に、固体又は半固体の熱硬化性樹脂シート５１は、固体又は半固体の熱硬化性樹脂シート５１の回路基板側に取り外し可能に配置されたベースフィルム５２とともにゴムなどの弾性体１１７にＩＣチップ１を押し付けて、バンプ３の形状に沿ってシート状の封止材又は固体又は半固体の熱硬化性樹脂シート５１がＩＣチップ１に貼り付けられるようにしてもよい。
【００５４】
なお、シート状の封止材又は異方性導電膜５１が異方性導電膜５１Ｂの場合について図１５及び図１６に示す。
【００５５】
図１５（Ｃ）の回路基板４の電極４ａ上に、図１５（Ｄ）に示すように、ＩＣチップ１の大きさより若干大きな寸法にカットした無機フィラー及び電電粒子５１ｃが配合された異方性導電膜シート５１を配置し、例えば８０〜１２０℃に熱せられた貼り付けツール５９により、例えば５〜１０ｋｇｆ／ｃｍ２（４９０．３〜９８０．７ｋＰａ）程度の圧力で基板４に貼付ける。この後、異方性導電膜シート５１の貼り付けツール側のベースフィルム５２を剥がすことにより基板４の準備工程が完了する。
【００５６】
次に、図１５（Ｅ）に示されるように、熱せられた圧着ツール９，１９により、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）の工程でバンプ３が形成されたＩＣチップ１を図１５（Ｃ）及び図１５（Ｄ）の上記工程で準備された基板４のＩＣチップ１に対応する電極４ａ上に位置合わせして異方性導電膜の熱硬化性樹脂シート５１Ａを介して押圧する。
【００５７】
また、このとき、図１６に示すように、異方性導電膜の熱硬化性樹脂シート５１Ａ中の導電粒子５１ｃが樹脂ボール球に金属メッキを施されている場合には、導電粒子５１ｃが変形することが必要である。また、異方性導電膜の熱硬化性樹脂シート５１Ｂの導電粒子５１ｃがニッケルなど金属粒子の場合には、バンプ３や基板側の電極４ａにめり込むような荷重を加えることが必要である。この荷重は最低でも３０ｇｆ（２９４．２ｍＮ）を必要とする。最大では１０ｇｆ（９８．１ｍＮ）を越えることもある。このとき、回路基板４としては、多層セラミック基板、ガラス布積層エポキシ基板（ガラエポ基板）、アラミド不織布基板、ガラス布積層ポリイミド樹脂基板、ＦＰＣ（フレキシブル・プリンテッド・サーキット）又は、アラミド不織布エポキシ基板（ＡＬＩＶＨ（登録商標））などが用いられる。これらの基板４は、熱履歴や、裁断、加工により反りやうねりを生じており、必ずしも完全な平面ではない。そこで、先の実施形態にかかる基板押さえを利用して回路基板４の反りが減少させられ矯正される。
【００５８】
こうして、回路基板４の反りが矯正された状態で、例えば１４０〜２３０℃の熱がＩＣチップ１と回路基板４との間の異方性導電膜の熱硬化性樹脂シート５１Ａに例えば数秒〜２０秒程度印加され、この異方性導電膜の熱硬化性樹脂シート５１Ａが硬化される。このとき、最初は熱硬化性樹脂シート５１Ａを構成する熱硬化性樹脂が流れてＩＣチップ１のエッヂまで封止する。また、樹脂であるため、加熱されたとき、当初は自然に軟化するためこのようにエッヂまで流れるような流動性が生じる。熱硬化性樹脂シート５１Ａの熱硬化性樹脂の体積はＩＣチップ１と回路基板４との間の空間の体積より大きくすることにより、この空間からはみ出すように流れ出て、封止効果を奏することができる。この後、加熱された圧着ツール９，１９が上昇することにより、加熱源がなくなるためＩＣチップ１と異方性導電膜の熱硬化性樹脂シート５１Ａの温度は急激に低下して、異方性導電膜の熱硬化性樹脂シート５１Ａは流動性を失い、図１５（Ｆ）に示されるように、ＩＣチップ１は、異方性導電膜の熱硬化性樹脂シート５１Ａを構成していた熱硬化性樹脂により、回路基板４上に固定される。また、回路基板４側を加熱しておくと、圧着ツール９，１９の温度をより低くすることができる。
【００５９】
上記第３実施態様によれば、シート状の封止材又は異方性導電膜５１を加熱しながら基板４に貼り付けたのち、シート状の封止材又は異方性導電膜５１に冷却用気体を吹き付けて冷却させたのち、シート状の封止材又は異方性導電膜５１からベースフィルム５２を剥離させるようにしたので、ベースフィルム５２を剥離させるときシート状の封止材又は異方性導電膜５１の一部がベースフィルム５２とともに基板４から剥離することがなくなり、シート状の封止材又は異方性導電膜５１を確実に基板４に貼り付けることができて、回路基板４とＩＣチップ１との接合の信頼性を高めることができる。
【００６０】
また、シート状の封止材又は異方性導電膜５１を用いてＩＣチップ１を基板４に接合する場合において、基板４を吸着しながら貼り付けツール５９によりＩＣチップ側からシート状の封止材又は異方性導電膜５１を押圧して貼り付けるようにしているので、シート状の封止材又は異方性導電膜５１と基板４との間での位置ズレを確実に防止することができる。
【００６１】
また、図２１〜図２６に示すように、板状の上側治具プレート３０Ａと板状の下側治具プレート３０Ｂとの間に基板４を挟み込むことにより、実装工程の最初から最後まで治具に支持させて基板４の反りを矯正した上で接合を行うようにしてもよい。具体的には、図２２〜図２５に示すように、上側治具プレート３０Ａ（図２３（Ａ）参照）と基板４（図２３（Ｂ）参照）を下側治具プレート３０Ｂ（図２３（Ｃ）参照）とで挟んで固定する。図２４（Ａ）では、一例として、一対のネジ３０ｋ，３０ｋで、下側治具プレート３０Ｂに上側治具プレート３０Ａを固定しているが、ネジに限らず、磁石などでも可能である。なお、４ｎは一対のネジ３０ｋ，３０ｋが貫通する穴、３０ｍ，３０ｎは一対のネジ３０ｋ，３０ｋが螺合するネジ穴である。
【００６２】
次いで、図２４（Ｂ）に示すように、上側治具プレート３０Ａの各穴３０ｄ内のＩＣチップ装着位置に、封止材シート２又はフィルム状の接合材料又はペースト状の接合材料などの接合材料を供給したのち、図２５に示すようにＩＣチップ１を載置する。
【００６３】
次いで、図２５に示すように、ＩＣチップ１をツール９，１９によりＩＣチップ１を基板４に熱圧着する。
【００６４】
また、この変形例として、図２６のように下側治具プレート３０Ｃに穴３０ｐ，…，３０ｐがあいており（図２３（Ｄ）参照）、ステージ５Ｇが、穴３０ｐ内に出入可能でかつ図２６のように凸状に形成された凸部５ｇを上面に備えているものを使用して、穴３０ｐ内に入り込んだ凸部５ｇで基板４を下面から支持しながらＩＣチップ１の上記熱圧着作業を行うことができる。ステージ５Ｇを、石英やガラスなど金属に比べて熱伝導率の悪いものにしておくことでＩＣチップ１へ充分な熱の供給が可能となり、圧着温度を充分に上げることができる。
【００６５】
この結果、反った基板４では、フィルム状の接合材料の貼り付けが困難であったのが、上側治具プレート３０Ａと板状の下側治具プレート３０Ｂとの間に基板４を挟み込むことにより基板４の反りを矯正させることができて、反りが無くなった基板４に対するフィルム状の接合材料の貼り付け作業を安定して行うことができる。また、反った基板４ではＩＣチップ１を装着する際に認識マークの反射率が変わり、認識できなかったが、このような不具合も、上記したように基板４の反りを矯正させることにより、解消することができる。また、反った基板４では寸法が変わりズレが発生していたが、上記したように基板４の反りを矯正させることにより、上記寸法の変わりが防止できて、ズレが発生することを防ぐことができる。また、薄板の基板を用いた場合に、基板４の反りによりステージ上で基板４が十分に吸着できないようなものでも、基板４の反りを矯正させることにより、ズレや圧着不良の無い接合が可能となる。さらに、反ったままの基板４に対してＩＣチップ１を熱圧着すると、斜めのベクトル力がかかり、ＩＣチップ１をずらせる要因となるが、これらの不具合を防止することができて、高信頼性、高歩留りの接合が可能となる。
【００６６】
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。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、流体で加圧支持された支持部材の基板載置面上に上記基板を載置するとともに、上記支持部材の上方に配置された圧着部材の先端面に上記電子部品を保持したのち、加熱しながら、上記電子部品を保持した圧着部材を上記支持部材に向けて移動させて、上記支持部材上の上記基板に、上記圧着部材に保持された上記電子部品を圧着させるとともに、上記流体による加圧により上記支持部材の上記基板載置面と上記圧着部材の上記先端面とが大略平行な状態に維持されるようにしている。従って、流体圧力で支持部材を支持することができるため、支持部材の基板載置面に基板を載置した状態で、圧着部材に吸着保持された電子部品を押圧して熱圧着することにより、支持部材の基板載置面と熱圧着部材の下端面、言い替えれば、基板の上面と電子部品の下面とが大略平行状態を自動的に維持させることができて、電子部品と基板の平行度を常にある一定範囲に維持することができる。
【００６８】
特に、本発明によれば、支持部材例えばステージと支持枠との間に弾性体を介在させてステージに支持枠内部側から空気などの気体又は液体などの流体を均一に加圧させるようにする場合には、支持枠に流体圧力でステージを支持することができる。この結果、ステージの基板載置面に基板を載置した状態で、圧着部材に吸着保持された電子部品例えばＩＣチップを押圧して熱圧着することにより、ステージの基板載置面と圧着部材例えば熱圧着ツールの下端面、言い替えれば、基板の上面とＩＣチップの下面とが大略平行状態を自動的に維持させることができて、ＩＣチップと基板の平行度を常にある一定範囲に維持することができる。
【００６９】
また、本発明によれば、支持部材が筒状の金属管の片側でかつ上記流体の注入口とは反対側に変形可能に配置された弾性膜に配置される場合には、上記弾性膜に流体圧力で上記支持部材を支持することができる。この結果、上記支持部材の基板載置面に基板を載置した状態で、圧着部材に吸着保持された電子部品例えばＩＣチップを押圧して熱圧着することにより、上記支持部材の基板載置面と圧着部材例えば熱圧着ツールの下端面、言い替えれば、基板の上面とＩＣチップの下面とが大略平行状態を自動的に維持させることができて、ＩＣチップと基板の平行度を常にある一定範囲に維持することができる。
【００７０】
また、本発明によれば、圧着部材例えば熱圧着ツールを、電子部品例えばＩＣチップを下端面に吸着保持する圧着部と、圧着部の上方に配置された推力を発生しかつ伝達して熱圧着ツールを押圧する推力伝達部とより構成して、圧着部を推力伝達部に対して点接触させることにより、推力伝達部に対して圧着部を上下方向に対して若干傾き可能とするとともに、弾性体上に配置された支持部材例えばステージも上下方向に対して若干傾き可能とする場合には、ステージ上の基板と熱圧着ツールの下端面のＩＣチップとの平行が狂った場合、熱圧着ツールとステージとの間でＩＣチップと回路基板とを熱圧着することにより、熱圧着ツールの下端面側からステージの基板載置面に不均一に圧力が作用することになり、この不均一な圧力を均一にするように、推力伝達部に対して圧着部を傾斜させるか、弾性体によりステージを傾斜させるか、又は、その両者を傾斜させるかして自動的に傾き修正を行い、熱圧着ツールの下端面とステージの基板載置面とが大略平行な状態になるように傾き調整が自動的に行うことができる。
【００７１】
また、本発明によれば、シート状の封止材又は異方性導電膜を加熱しながら基板に貼り付けたのち、シート状の封止材又は異方性導電膜に冷却用気体を吹き付けて冷却させたのち、シート状の封止材又は異方性導電膜からベースフィルムを剥離させる場合には、ベースフィルムを剥離させるときシート状の封止材又は異方性導電膜の一部がベースフィルムとともに基板から剥離することがなくなり、シート状の封止材又は異方性導電膜を確実に基板に貼り付けることができて、回路基板と電子部品例えばＩＣチップとの接合の信頼性を高めることができる。
【００７２】
ここで、従来、一般に、異方性導電膜や封止樹脂シートを貼り付ける工程では、フィルムに気泡を含ませずに密着性良く貼り付けるということが困難であった。すなわち、封止樹脂シートの貼り付け時に気泡を巻き込むことにより、気泡（ボイド）がＩＣチップと基板との間に残る。言い替えれば、封止樹脂シート貼り付けが完全でなく、封止樹脂シートの基材であるセパレータ（又はベースフィルム）と呼ばれる樹脂フィルムから剥離が上手くできずにまくれたり、ちぎれたりして、ＩＣチップ下面に封止樹脂シートが介在しない場合が生ずる。ところで、シート封止状の封止材及び、異方性導電膜はセパレータと呼ばれるベースフィルムの上にコートされており、それを圧着ツールにて押圧し、熱圧着することにより基板に貼り付けられる。ところが、シート封止材及び異方性導電膜は熱圧着された際に温度が上昇しており、基板への密着が良くなると共にセパレータへも接着性が向上してしまい、そのセパレータをも剥離しにくくしてしまうことになり、基板に貼り付けるのに時間を要したり、セパレータをシートの封止材及び異方性導電膜から剥離する際にまくれあがったりして、その接合信頼性を低下せしめてしまう。これに対して、本発明によれば、上記したように、貼り付け後にシートの封止材及び異方性導電膜を冷却するので、上記した問題が全て解消することができて、基板にシート状の封止材及び、異方性導電膜を信頼性よく、かつ、生産性よく接合することができる。
【００７３】
また、本発明によれば、シート状の封止材又は異方性導電膜を用いて電子部品例えばＩＣチップを基板に接合する場合において、基板を吸着しながら貼り付け部材例えば貼り付けツールによりＩＣチップ側からシート状の封止材又は異方性導電膜を押圧して貼り付ける場合には、シート状の封止材又は異方性導電膜と基板との間での位置ズレを確実に防止することができる。
【００７４】
従って、本発明によれば、上記したように、上記問題を解決することができて、電子部品を基板に生産性よくかつ高信頼性で圧着接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態にかかる電子部品の実装装置の一部断面正面図である。
【図２】 本発明の第２実施形態にかかる電子部品の実装装置の概念を示す一部断面正面図である。
【図３】 上記第２実施形態にかかる電子部品の実装装置の１つの実例を示す斜視図である。
【図４】 シート状の封止材及び異方性導電膜を基板に貼り付ける状態を示す説明図である。
【図５】 本発明の第３実施形態にかかる電子部品の実装方法のフローチャートである。
【図６】 上記第３実施形態にかかる電子部品の実装方法を実施する、シート状の封止材及び異方性導電膜貼付け装置の斜視図である。
【図７】 図６の貼付け装置の説明図である。
【図８】 上記第３実施形態にかかる電子部品の実装方法の貼り付け工程の説明図である。
【図９】 上記第３実施形態にかかる電子部品の実装方法の冷却工程の説明図である。
【図１０】 上記第３実施形態にかかる電子部品の実装方法のベースフィルム剥離工程の説明図である。
【図１１】 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ），及び（Ｅ）はそれぞれ本発明の第３実施形態にかかる電子部品の実装方法を示す説明図である。
【図１２】 （Ｆ）及び（Ｇ）はそれぞれ本発明の第３実施形態にかかる電子部品の実装方法を示す説明図である。
【図１３】 （Ａ），（Ｂ），及び（Ｃ）はそれぞれ本発明の第３実施形態にかかる電子部品の実装方法を示す説明図である。
【図１４】 （Ｉ）及び（Ｊ）はそれぞれ本発明の第３実施形態にかかる電子部品の実装方法を示す説明図である。
【図１５】 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ），及び（Ｆ）はそれぞれ本発明の第３実施形態にかかる電子部品の実装方法を示す説明図である。
【図１６】 本発明の第３実施形態にかかる電子部品の実装方法を示す説明図である。
【図１７】 従来の電子機器の回路基板へＩＣチップを接合する方法の説明図である。
【図１８】 従来の液晶ディスプレイにＩＣチップを接合する方法の説明図である。
【図１９】 従来の液晶ディスプレイにＩＣチップを接合する方法の説明図である。
【図２０】 本発明の第１実施形態にかかる電子部品の実装装置において熱圧着ツールの下端面と基板ステージであるステージの基板載置面との平行が狂った場合の一部断面正面図である。
【図２１】 本発明の他の実施形態にかかる電子部品の実装装置において基板を挟持した状態の斜視図である。
【図２２】 図２１の本発明の上記他の実施形態にかかる電子部品の実装装置において基板を挟持した状態の一部断面図である。
【図２３】 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）はそれぞれ図２１の本発明の上記実施形態にかかる電子部品の実装装置における、上側治具プレート、基板、下側治具プレート、変形例にかかる下側治具プレートの平面図である。
【図２４】 （Ａ），（Ｂ）はそれぞれ図２１の本発明の上記他の実施形態にかかる電子部品の実装装置において、基板を挟持する状態及び基板挟持したのち接合材料を配置する状態の一部断面図である。
【図２５】 図２１の本発明の上記他の実施形態にかかる電子部品の実装装置においてＩＣチップを装着する状態の一部断面図である。
【図２６】 図２１の本発明の上記他の実施形態の変形例にかかる電子部品の実装装置においてＩＣチップを装着する状態の一部断面図である。
【符号の説明】
１…ＩＣチップ、１ａ…電極、２…封止材シート、３…バンプ、４…基板、４ａ…電極、５…基板保持装置、６…ステージ、６ａ…吸引穴、７…支持枠、８…弾性体、９…圧着ツール、９ａ…吸引穴、１０…圧着ツール用駆動装置、１１…ヒータ、１２…駆動ロッド、１２ａ…半球面部、１３…案内ロッド、１４…案内筒、１５…基板保持装置、１６…ステージ、１７…ステージ支持体、１８…弾性体、１９…圧着ツール、１９Ａ…圧着部、１９Ｂ…推力伝達部、２０…駆動装置、５１…シート状の封止材又は異方性導電膜、５１ｓ…熱硬化された樹脂、５２…ベースフィルム、５３…ヒータ、５４…ゴム面、５５…冷却基体供給管、５６…案内ローラ、５９…貼り付けツール、１１７…弾性体。

Claims (7)

  1. 基板に電子部品を載置し圧着する電子部品の実装装置において、
    筒状の支持枠と、
    上記筒状の支持枠の上部の内部に配置され、上記基板を載置する基板載置面を有する支持部材と、
    上記筒状の支持枠の内部側に配置され、上記支持部材を加圧支持する流体と、
    上記支持部材の周囲に配置され、上記支持部材と上記筒状の支持枠との間を密閉する弾性体と、
    上記支持部材の上方に配置され、上記支持部材の上記基板載置面と対向する先端面に電子部品を保持する圧着部材と、
    を備える電子部品の実装装置。
  2. 上記支持部材の上記流体と対向する面と反対側の面が上記基板載置面であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装装置。
  3. 上記弾性体は上記筒状の支持枠の内壁と上記支持部材の外周部とを連結することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子部品の実装装置。
  4. 上記支持部材は上記流体で加圧支持されて、上記基板を保持することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の電子部品の実装装置。
  5. 上記支持部材は上記基板を吸着するための吸引穴を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の電子部品の実装装置。
  6. 上記弾性体はゴムであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の電子部品の実装装置。
  7. 筒状の支持枠と、
    上記筒状の支持枠の上部の内部に配置され、電子部品が圧着される基板を載置する、基板載置面を有する支持部材と、
    上記筒状の支持枠の内部側に配置され、上記支持部材を加圧支持する流体と、
    上記支持部材の周囲に配置され、上記支持部材と上記筒状の支持枠との間を密閉する弾性体と、
    を備える基板保持装置。
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