JP3882710B2

JP3882710B2 - Electronic component mounting device

Info

Publication number: JP3882710B2
Application number: JP2002228858A
Authority: JP
Inventors: 和司東; 隆弘米沢; 信三江口; 良久大井戸; 和之冨田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2022-08-06
Also published as: JP2004071813A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、減圧環境下にて電子部品を基板に装着する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、プリント配線基板に電子部品を実装する際には、基板にペースト状のはんだが塗布されて電子部品が装着され、その後、基板を加熱および冷却することにより電子部品が基板に固着される。近年では、電子部品の電極ピッチの微細化に伴い、電子部品を基板に接着するために導電性の樹脂を利用する手法も実施されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、携帯型の情報端末に代表されるように情報機器のさらなる小型化が進むと、従来の実装手法では電子部品や基板の電極のピッチの微細化に対応することが困難となり、新たな実装手法が必要となる。新たな実装手法には減圧環境（あるいは高真空環境）下にて行われるものも想定され、このような手法では常圧下における実装とは異なる装置構造が必要となる。
【０００４】
特に、減圧環境下では電子部品や基板の取り扱いが煩雑となるため、実装済み基板を量産するには様々な対策を行うことが必要となる。本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、電子部品を多数の基板に装着する場合に適した電子部品装着装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、電子部品を基板に装着する電子部品装着装置であって、内部空間が減圧される装着チャンバと、前記装着チャンバ内で電子部品を基板に装着する装着機構と、それぞれが前記装着チャンバに接続され、外部から少なくとも１つの基板および複数の電子部品が搬入される第１および第２のロードロック部と、前記第１および第２のロードロック部のそれぞれから、少なくとも１つの基板および複数の電子部品を前記装着チャンバへと搬入する搬送機構とを備え、前記第１および第２のロードロック部のそれぞれが、基板にプラズマ洗浄を施す洗浄機構を有する。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電子部品装着装置であって、前記洗浄機構が、複数の電子部品に対してもプラズマ洗浄を行う。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の電子部品装着装置であって、前記洗浄機構が、高速原子ビームを出射する。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の電子部品装着装置であって、前記第１および第２のロードロック部のそれぞれが、光の照射により基板を加熱する光源部を有する。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の電子部品装着装置であって、前記第１および第２のロードロック部から前記装着チャンバへと搬入される複数の電子部品を一括して反転する反転機構をさらに備える。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は電子部品装着装置１の構成を示す平面図であり、一部を断面にて図示している。電子部品装着装置１は、減圧下にてセラミックの基板９１にＩＣベアチップである電子部品９２を装着する装置であり、基台１０上に装着チャンバ１１および２つのロードロック室２１ａ，２１ｂを有する。２つのロードロック室２１ａ，２１ｂは装着チャンバ１１を挟むように配置されて装着チャンバ１１に接続される。装着チャンバ１１とロードロック室２１ａ，２１ｂとの間には、基板９１および電子部品９２が搬送される開閉自在なゲート２０１が設けられ、各ロードロック室２１ａ，２１ｂには外部から基板９１および電子部品９２が基板用トレイ９１１および電子部品用トレイ９２１に載置された状態でアーム８１により搬入されるゲート２０２が設けられる。
【００１４】
図２は装着チャンバ１１およびロードロック室２１ａ，２１ｂとロータリーポンプ３１およびターボ分子ポンプ３２との接続関係を示すブロック図である。装着チャンバ１１およびロードロック室２１ａ，２１ｂのそれぞれの内部空間は、弁３３の開閉が制御されることにより個別に減圧可能とされ、減圧が行われる際には、ロータリーポンプ３１にて急速排気を行った後にターボ分子ポンプ３２により高真空の状態とされる。なお、電子部品装着装置１が稼働する際には、装着チャンバ１１内は常に真空とされ、ロードロック室２１ａ，２１ｂ内は必要に応じて大気圧と真空との間で切替が行われる。
【００１５】
図３は図１中の矢印Ａ−Ａの位置における装着チャンバ１１の断面図である（ただし、部分的に切断を省略している。以下同様）。図１および図３に示すように、装着チャンバ１１内の下部には装着動作時に基板用トレイ９１１が載置されるステージ１２ａ、および、電子部品用トレイ９２１が載置されるステージ１２ｂが配置され、ステージ１２ａ，１２ｂは、ステージ移動機構１３により水平面内で移動可能とされる。
【００１６】
ステージ移動機構１３は、図３に示すように２つの移動テーブル１３１，１３２を有し、下側の移動テーブル１３１はモータ１３１１（図１参照）、ガイドレールおよびボールネジ機構により両ロードロック室２１ａ，２１ｂ側へと移動する。上側の移動テーブル１３２はモータ１３２１、ガイドレールおよびボールネジ機構により移動テーブル１３１の移動方向に対して垂直な水平方向に移動する。
【００１７】
装着チャンバ１１内の上部には電子部品を保持する装着ヘッド１４が配置され、装着ヘッド１４は装着チャンバ１１の挿入口に挿入されるシャフト１４１に取り付けられ、シャフト１４１はヘッド回動機構１４３に接続される。シャフト１４１は装着チャンバ１１外において、一端がシャフト１４１側に、他端が装着チャンバ１１側に取り付けられたベローズ１４２に覆われ、シャフト１４１が挿入される挿入口が外部から隔離される。ヘッド回動機構１４３はヘッド昇降機構１４４により昇降し、ヘッド回動機構１４３およびヘッド昇降機構１４４により、装着ヘッド１４はシャフト１４１を中心とする回動および昇降を行う。
【００１８】
装着チャンバ１１内の側方には、カメラユニット１５１が配置され、カメラユニット１５１は装着チャンバ１１の側壁の開口に挿入されるハウジング１５２に収納される。カメラユニット１５１およびハウジング１５２は装着チャンバ１１の外部にてカメラ移動機構１５３に接続され、装着チャンバ１１の中央へ向かう方向に対して進退可能とされる。ハウジング１５２は装着チャンバ１１外においてベローズ１５４に覆われ、装着チャンバ１１の側壁の開口が外部から隔離される。
【００１９】
図４は図１中に示す矢印Ｂ−Ｂの位置におけるロードロック室２１ａの断面を示す図である。ロードロック室２１ａの上部には、内部に向かってアルゴンの高速原子ビーム（Fast Atom Beam、以下「ＦＡＢ」という。）を出射するＦＡＢ照射装置２２が取り付けられ、さらに、ＦＡＢ照射装置２２に隣接してロードロック室２１ａの外部にレーザユニット２３が配置される。レーザユニット２３の光源としてはＣＯ₂レーザ、エキシマレーザ等が用いられ、複数のレーザ光のビームを出射する。ロードロック室２１ａの上面には石英の透光部材２３１が取り付けられ、レーザユニット２３からのレーザ光は透光部材２３１を透過して後述するようにロードロック室２１ａ内の基板９１へと照射される。
【００２０】
ロードロック室２１ａには、図１に示すように装着チャンバ１１に対して基板９１および電子部品９２を搬出入する搬送機構２５が設けられる。搬送機構２５は基板用トレイ９１１を機械的に保持するアーム２５１、および、電子部品用トレイ９２１を機械的に保持するアーム２５２を有し、アーム２５１，２５２はベローズに覆われたシャフト２５１１，２５２１を介して移動ブロック２５３に取り付けられる。移動ブロック２５３はモータ２５４およびボールネジ機構により装着チャンバ１１側へと移動し、これにより、両アーム２５１，２５２が装着チャンバ１１に対して進退する。また、シャフト２５２１はロータ２５３１により回動し、電子部品用トレイ９２１を保持するアーム２５２の上下が反転可能とされる。
【００２１】
もう１つのロードロック室２１ｂは、装着チャンバ１１を中心にロードロック室２１ａと対称な構造となっており、ＦＡＢ照射装置２２、レーザユニット２３および搬送機構２５がロードロック室２１ａと同様に設けられる。
【００２２】
図５は電子部品装着装置１の動作の流れを示す図である。図５では、左側の流れと右側の流れとが並行して実行される様子を示しており、左側の動作がロードロック室２１ａに対して実行され、右側の動作がロードロック室２１ｂに対して実行された場合、次の段階では左側の動作がロードロック室２１ｂに対して実行され、右側の動作がロードロック室２１ａに対して実行される。すなわち、１つのロードロック室に注目した場合、左側の動作と右側の動作とが交互に実行される。以下に、ロードロック室２１ａに注目して電子部品装着装置１の動作を図５中のステップＳ１３から順に説明し、その後、全体動作について言及する。
【００２３】
まず、図６に示すようにロードロック室２１ａの開放されているゲート２０２を介してアーム８１により複数の基板９１および複数の電子部品９２が基板用トレイ９１１および電子部品用トレイ９２１に載置された状態で搬入される（ステップＳ１３）。アーム８１は基板用トレイ９１１および電子部品用トレイ９２１を上側から機械的に保持しており、ロードロック室２１ａ内のアーム２５１，２５２が基板用トレイ９１１および電子部品用トレイ９２１を下側から受け取り、機械的に保持する。その後、アーム８１が待避してゲート２０２が閉じられ、図７に示す状態となる。
【００２４】
ロードロック室２１ａはゲート２０１およびゲート２０２により密閉状態となっており、ロータリーポンプ３１およびターボ分子ポンプ３２（図２参照）により減圧され、基板９１および電子部品９２の周囲が高真空状態とされる（ステップＳ１４）。図４に示すように、基板用トレイ９１１および電子部品用トレイ９２１はロードロック室２１ａ内においておよそＦＡＢ照射装置２２の下方にてアーム２５１，２５２に保持され、さらに、基板用トレイ９１１はレーザユニット２３からのレーザ光の照射位置に位置している。
【００２５】
減圧後、ＦＡＢ照射装置２２から基板９１および電子部品９２にＦＡＢの照射が行われる。基板９１および電子部品９２は電極が上方を向く状態で基板用トレイ９１１および電子部品用トレイ９２１に載置されており、ＦＡＢの照射により基板９１および電子部品９２の電極の表面が洗浄される（すなわち、表面の不要な物質の除去および表面の活性化が行われる）。
【００２６】
ＦＡＢの照射と並行してレーザユニット２３からのレーザ光が透光部材２３１を介して基板９１に照射される。レーザユニット２３は各基板９１上の電子部品９２が装着される領域にレーザ光のスポットを照射し、１５０〜２００℃まで加熱を行う（ステップＳ１５）。レーザ光の照射により減圧環境下であっても基板９１の加熱を適切に（すなわち、十分かつ速やかに）行うことが実現される。
【００２７】
なお、レーザ光の照射は基板９１へのＦＡＢの照射と並行して行われるため、レーザ光を照射するために基板９１を別途移動する必要がなく、レーザ光を照射するために電子部品装着装置１の生産能力が低下することもない。
【００２８】
ＦＡＢおよびレーザ光の照射が完了すると、図５に示す右側の動作へと移行し、装着チャンバ１１とロードロック室２１ａとの間のゲート２０１が開かれて図８に示すように両アーム２５１，２５２が搬送機構２５により装着チャンバ１１内へと進入する（ステップＳ２１）。ここで、電子部品用トレイ９２１はアーム２５２と電気的に接続されており、電子部品９２を静電気力により保持する静電チャックとしての構造を有している。そして、アーム２５２が装着チャンバ１１内に進入すると電子部品用トレイ９２１が電子部品９２を吸着保持するとともにアーム２５２の上下がロータ２５３１により反転する。これにより、複数の電子部品９２の反転が一括して行われる（ステップＳ２２）。
【００２９】
図９は電子部品９２が反転された直後のステージ移動機構１３近傍の様子を拡大して示す図である。装着チャンバ１１の下部には、２つの突上機構１６１，１６２が取り付けられており、突上機構１６１，１６２はそれぞれステージ１２ａ，１２ｂの真下に位置する。ステージ移動機構１３の２つの移動テーブル１３１，１３２には突上機構１６１、１６２のピン１６１１，１６２１が通り抜ける開口が形成されており、さらに、ステージ１２ａ，１２ｂの下面にはピン１６１１，１６２１の先端が嵌合する凹部が形成されている。
【００３０】
図９に示す状態からピン１６１１，１６２１が上昇すると、図１０に示すようにピン１６１１，１６２１の先端がステージ１２ａ，１２ｂに嵌合してステージ１２ａ，１２ｂが上昇し、ステージ１２ａが基板用トレイ９１１に当接し、ステージ１２ｂが電子部品９２に当接する。なお、ステージ１２ｂは電子部品９２の電極に触れることなく突起部１２１にて電子部品９２に当接する。
【００３１】
ステージ１２ａ，１２ｂは静電チャックとしての機構を有しており、基板用トレイ９１１および電子部品９２に当接した段階で静電吸着が行われる。そして、電子部品用トレイ９２１による電子部品９２の静電吸着が解除されて両アーム２５１，２５２がロードロック室２１ａへと待避し、さらに、ピン１６１１，１６２１が下降して図１１に示すようにステージ１２ａ，１２ｂがステージ移動機構１３の移動テーブル１３２上に載置される。これにより、ステージ１２ａ，１２ｂへの基板９１および電子部品９２の載置作業（基板９１は基板用トレイ９１１に保持された状態で載置される。）が完了する（ステップＳ２３）。
【００３２】
なお、アーム２５１，２５２が昇降してステージ１２ａ，１２ｂに対して相対的に進退することにより、基板９１や電子部品９２がステージ１２ａ，１２ｂに渡される構造が採用されてもよい。
【００３３】
次に、ステージ移動機構１３により装着対象となる電子部品９２が装着ヘッド１４の真下へと移動し、図１２に示すように装着ヘッド１４がヘッド昇降機構１４４により下降して電子部品９２に当接する。装着ヘッド１４は静電チャックとなっており、ステージ１２ｂによる静電吸着が解除されて電子部品９２が装着ヘッド１４に保持される。装着ヘッド１４が上昇すると、図１３に示すようにカメラ移動機構１５３によりカメラユニット１５１がハウジング１５２と共に装着ヘッド１４とステージ１２ａとの間に進入する。
【００３４】
カメラユニット１５１は２つの撮像デバイスと、ハウジング１５２の上方および下方からの光をそれぞれ撮像デバイスへと導く光学系とを有し、図１３に示す状態で上方の電子部品９２の画像および下方の基板９１の画像を同時に取得する。なお、カメラユニット１５１には別途設けられた光源ユニットから照明光が導入される。そして、取得された両画像に基づいて、ヘッド回動機構１４３が電子部品９２の向きを調整し、ステージ移動機構１３が電子部品９２の中心と基板９１上の装着領域の中心とを合わせる。これにより、電子部品９２と基板９１とのアライメント（位置合わせ）が完了する。
【００３５】
アライメントが完了すると図１４に示すようにカメラユニット１５１が装着チャンバ１１の側壁へと待避し、ヘッド昇降機構１４４が装着ヘッド１４を下降させて電子部品９２を基板９１に装着する（ステップＳ２４）。これにより、電子部品９２の電極と基板９１の電極とが原子間の強い結合力により結合し、電子部品９２が基板９１上に固着する。なお、高真空中に基板９１が配置されるため、レーザ光により加熱された基板９１は電子部品９２の装着時においても高温状態が維持される。また、装着ヘッド１４の平行度は装着ヘッド１４の上部に設けられた調整機構１４５により予め調整されており、さらに、電子部品９２が基板９１に装着される際には電子部品９２を基板９１へと付勢する力が制御される。
【００３６】
装着ヘッド１４による電子部品９２の保持、位置合わせおよび装着は各基板９１に対して繰り返され、全ての基板９１に対する装着が完了すると、突上機構１６１によりステージ１２ａおよび基板用トレイ９１１が突き上げられ、図１５に示すようにアーム２５１，２５２が装着チャンバ１１へと進入し（なお、空の電子部品用トレイ９２１がアーム２５２に保持されている。）、搬入時とは逆の動作を行って装着済み基板９１ａを保持する基板用トレイ９１１がアーム２５１に渡される。アーム２５１（および、アーム２５２）はロードロック室２１ａへと待避し、ゲート２０１が閉じられる（ステップＳ２５）。
【００３７】
その後、図５の左側の動作へと移行し、ロードロック室２１ａが大気圧に戻され（ステップＳ１１）、ゲート２０２が開放されて図１６に示すように外部のアーム８２により、装着済み基板９１ａを保持する基板用トレイ９１１および空の電子部品用トレイ９２１がロードロック室２１ａから搬出されてステップＳ１３の直前の状態へと戻る（ステップＳ１２）。
【００３８】
以上、ロードロック室２１ａに注目して説明を行ったが、電子部品装着装置１ではもう一方のロードロック室２１ｂにおいても同様の動作が行われる。このとき、ロードロック室２１ａから装着チャンバ１１への基板９１および電子部品９２の搬入（ステップＳ２１）から装着済み基板９１ａの搬出（ステップＳ２５）までの動作と、ロードロック室２１ｂから装着チャンバ１１への基板９１および電子部品９２の搬入（ステップＳ２１）から装着済み基板９１ａの搬出（ステップＳ２５）までの動作とが交互に行われる。
【００３９】
具体的には、図１６、図６および図７に示すように、装着チャンバ１１にてロードロック室２１ｂからの基板９１に電子部品９２の装着が行われている間に、他方のロードロック室２１ａにて減圧の解除および装着済み基板９１ａの搬出（ステップＳ１１，Ｓ１２）、次の基板９１および電子部品９２の搬入および減圧（ステップＳ１３，Ｓ１４）、並びに、基板９１および電子部品９２へのＦＡＢの照射（ステップＳ１５）が行われる。
【００４０】
逆に、図８および図１５に示すように、装着チャンバ１１にてロードロック室２１ａからの基板９１に電子部品９２の装着が行われている間に、他方のロードロック室２１ｂにて減圧の解除および装着済み基板９１ａの搬出（ステップＳ１１，Ｓ１２）、次の基板９１および電子部品９２の搬入および減圧（ステップＳ１３，Ｓ１４）、並びに、基板９１および電子部品９２へのＦＡＢの照射（ステップＳ１５）が行われる。
【００４１】
以上のように、電子部品装着装置１では高真空中において装着が行われ、接着材料を用いることなく電子部品９２が基板９１に実装される。その結果、微細電極同士の接合の信頼性が高められる。また、電子部品装着装置１では２つのロードロック室２１ａ，２１ｂを設けることにより、複数の電子部品９２を装着する動作とＦＡＢの照射による洗浄とを並行して行うことができ、スループットを向上することができる。
【００４２】
また、装着チャンバ１１内にて複数の電子部品９２を一括して反転することができるため、１つずつ電子部品９２を反転する場合に比べて１つの電子部品９２の装着に要する時間を削減することができる。
【００４３】
さらに、ロードロック室内では基板９１および電子部品９２の電極が同じ方向を向き、ＦＡＢの照射が一括して行われることから、ロードロック室へのＦＡＢ照射装置２２の取り付け、および、ＦＡＢ照射装置２２のメンテナンスも容易に行うことができる。なお、ＦＡＢ照射装置２２は基板用と電子部品用とに分けて設けられてもよい。
【００４４】
以上、本発明の一の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【００４５】
上記実施の形態では、基板９１はセラミック基板であるが、半導体基板やフィルム基板等の他の基板に電子部品９２を装着する際にも上記電子部品装着装置１を利用することができる。また、電子部品９２はＩＣベアチップには限定されず、微細電極を有する他の電子部品であってもよい。
【００４６】
１つの基板９１に装着される電子部品９２は複数であってもよく、一度にロードロック室に搬入される基板９１は１つであってもよい。例えば、１つの基板９１と複数の電子部品９２とが一方のロードロック室から装着チャンバ１１に搬入されて基板９１に複数の電子部品９２の装着が行われる間に、他方のロードロック室にて基板９１および複数の電子部品９２にＦＡＢを照射することにより、効率のよい装着を行うことが実現される。
【００４７】
ロードロック室は３以上でもよく、基板９１と電子部品９２とが個別のロードロック室に搬入されてもよい。また、搬送機構の構造も適宜変更されてよく、例えば、装着チャンバ１１からロードロック室２１ａ，２１ｂへとアームが伸縮する１つのロボットが設けられてもよい。
【００４８】
上記実施の形態では基板９１にレーザ光が照射されるが、基板９１を加熱するために用いられる光はレーザ光には限定されず、例えば、ハロゲンランプからの光が基板９１に照射されてもよく、さらに、基板９１全体に光が照射されてもよい。また、上記実施の形態のように基板９１を加熱する場合は加熱温度を正確に制御する必要はないが、耐熱性に優れた電子部品９２の場合には、電子部品９２（または、基板９１および電子部品９２）に光を照射して加熱が行われてもよい。装着チャンバ１１内にレーザユニット２３が配置され、透光部材２３１が省かれてもよい。
【００４９】
上記実施の形態におけるＦＡＢには水素、窒素、酸素等の原子が用いられてよい。ＦＡＢによる洗浄はプラズマ洗浄の一種であり、他の種類のプラズマ洗浄を電子部品装着装置１に利用することもできる。また、洗浄は基板９１および電子部品９２のいずれか一方のみに行われてもよい。
【００５０】
減圧環境下における基板９１や電子部品９２の保持は静電吸着以外の手法により行われてもよく、例えば、メカニカルチャックや粘着部材を用いて保持が行われてもよい。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、減圧環境下における基板への電子部品の装着を効率よく行うことが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子部品装着装置の平面図
【図２】装着チャンバおよびロードロック室とロータリーポンプおよびターボ分子ポンプとの接続関係を示すブロック図
【図３】装着チャンバの断面図
【図４】ロードロック室の断面図
【図５】電子部品装着装置の動作の流れを示す図
【図６】電子部品装着装置の平面図
【図７】電子部品装着装置の平面図
【図８】電子部品装着装置の平面図
【図９】ステージ移動機構を示す断面図
【図１０】ステージ移動機構を示す断面図
【図１１】ステージ移動機構を示す断面図
【図１２】装着チャンバの断面図
【図１３】装着チャンバの断面図
【図１４】装着チャンバの断面図
【図１５】電子部品装着装置の平面図
【図１６】電子部品装着装置の平面図
【符号の説明】
１電子部品装着装置
１１装着チャンバ
１２ｂステージ
１４装着ヘッド
２１ａ，２１ｂロードロック室
２２ＦＡＢ照射装置
２３レーザユニット
２５搬送機構
９１基板
９２電子部品
１４４ヘッド昇降機構
１６２突上機構
２５２アーム
２５３１ロータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for mounting an electronic component on a substrate under a reduced pressure environment.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when an electronic component is mounted on a printed wiring board, paste-like solder is applied to the substrate to mount the electronic component, and then the electronic component is fixed to the substrate by heating and cooling the substrate. . In recent years, with the miniaturization of the electrode pitch of an electronic component, a technique using a conductive resin for bonding the electronic component to a substrate has also been implemented.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, as information devices are further miniaturized as represented by portable information terminals, it becomes difficult to cope with the finer pitches of electronic components and substrate electrodes with conventional mounting methods, and new mounting A technique is required. A new mounting method is assumed to be performed under a reduced pressure environment (or a high vacuum environment), and such a method requires a device structure different from the mounting under normal pressure.
[0004]
In particular, since handling of electronic components and substrates becomes complicated under a reduced pressure environment, various measures must be taken to mass-produce mounted substrates. The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an electronic component mounting apparatus suitable for mounting electronic components on a large number of substrates.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is an electronic component mounting apparatus for mounting an electronic component on a substrate, wherein a mounting chamber in which an internal space is decompressed, a mounting mechanism for mounting the electronic component on the substrate in the mounting chamber, At least from each of the first and second load lock portions, each of which is connected to the mounting chamber and into which at least one substrate and a plurality of electronic components are carried from the outside, and each of the first and second load lock portions. Each of the first and second load lock units has a cleaning mechanism for performing plasma cleaning on the substrate. The transport mechanism is configured to carry one substrate and a plurality of electronic components into the mounting chamber.
[0006]
A second aspect of the present invention is the electronic component mounting apparatus according to the first aspect, wherein the cleaning mechanism also performs plasma cleaning for a plurality of electronic components.
[0007]
A third aspect of the present invention is the electronic component mounting apparatus according to the first or second aspect, wherein the cleaning mechanism emits a fast atom beam.
[0008]
A fourth aspect of the present invention is the electronic component mounting apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein each of the first and second load lock portions heats the substrate by light irradiation. It has a light source part.
[0009]
A fifth aspect of the present invention is the electronic component mounting apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein a plurality of electrons are carried into the mounting chamber from the first and second load lock portions. A reversing mechanism for reversing the parts all at once is further provided.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a plan view showing the configuration of the electronic component mounting apparatus 1, and a part thereof is shown in cross section. The electronic component mounting apparatus 1 is a device for mounting an electronic component 92, which is an IC bare chip, on a ceramic substrate 91 under reduced pressure, and has a mounting chamber 11 and two load lock chambers 21a and 21b on a base 10. The two load lock chambers 21 a and 21 b are arranged so as to sandwich the mounting chamber 11 and are connected to the mounting chamber 11. An openable and closable gate 201 is provided between the mounting chamber 11 and the load lock chambers 21a and 21b, and the substrate 91 and the electronic component 92 are conveyed. The load lock chambers 21a and 21b are externally provided with the substrate 91 and the electronic components. A gate 202 that is carried in by the arm 81 in a state where the component 92 is placed on the substrate tray 911 and the electronic component tray 921 is provided.
[0014]
FIG. 2 is a block diagram showing a connection relationship between the mounting chamber 11 and the load lock chambers 21a and 21b, the rotary pump 31, and the turbo molecular pump 32. The internal spaces of the mounting chamber 11 and the load lock chambers 21a and 21b can be individually depressurized by controlling the opening and closing of the valve 33. When the depressurization is performed, the rotary pump 31 performs rapid exhaust. After that, a high vacuum state is set by the turbo molecular pump 32. When the electronic component mounting apparatus 1 operates, the interior of the mounting chamber 11 is always evacuated, and the load lock chambers 21a and 21b are switched between atmospheric pressure and vacuum as necessary.
[0015]
FIG. 3 is a cross-sectional view of the mounting chamber 11 at the position indicated by the arrow AA in FIG. 1 (however, cutting is partially omitted. The same applies hereinafter). As shown in FIGS. 1 and 3, a stage 12a on which a substrate tray 911 is placed during a mounting operation and a stage 12b on which an electronic component tray 921 is placed are disposed in the lower portion of the mounting chamber 11. The stages 12 a and 12 b can be moved in a horizontal plane by the stage moving mechanism 13.
[0016]
As shown in FIG. 3, the stage moving mechanism 13 includes two moving tables 131 and 132. The lower moving table 131 includes both a load lock chamber 21a, a motor 1311 (see FIG. 1), a guide rail and a ball screw mechanism. Move to the 21b side. The upper moving table 132 is moved in the horizontal direction perpendicular to the moving direction of the moving table 131 by the motor 1321, the guide rail and the ball screw mechanism.
[0017]
A mounting head 14 that holds an electronic component is disposed in the upper portion of the mounting chamber 11. The mounting head 14 is attached to a shaft 141 that is inserted into an insertion port of the mounting chamber 11, and the shaft 141 is connected to the head rotation mechanism 143. Is done. Outside the mounting chamber 11, the shaft 141 is covered with a bellows 142 having one end attached to the shaft 141 side and the other end attached to the mounting chamber 11 side, and the insertion port into which the shaft 141 is inserted is isolated from the outside. The head rotating mechanism 143 is moved up and down by a head lifting mechanism 144, and the mounting head 14 is rotated and lifted around the shaft 141 by the head rotating mechanism 143 and the head lifting mechanism 144.
[0018]
A camera unit 151 is disposed on the side of the mounting chamber 11, and the camera unit 151 is accommodated in a housing 152 that is inserted into an opening on the side wall of the mounting chamber 11. The camera unit 151 and the housing 152 are connected to the camera moving mechanism 153 outside the mounting chamber 11 so that the camera unit 151 and the housing 152 can advance and retreat in the direction toward the center of the mounting chamber 11. The housing 152 is covered with a bellows 154 outside the mounting chamber 11, and the opening of the side wall of the mounting chamber 11 is isolated from the outside.
[0019]
FIG. 4 is a view showing a cross section of the load lock chamber 21a at the position of the arrow BB shown in FIG. A FAB irradiation device 22 that emits a fast atom beam (hereinafter referred to as “FAB”) of argon toward the inside is attached to the upper portion of the load lock chamber 21 a, and is further adjacent to the FAB irradiation device 22. Thus, the laser unit 23 is disposed outside the load lock chamber 21a. As a light source of the laser unit 23, a CO ₂ laser, an excimer laser, or the like is used, and a plurality of laser light beams are emitted. A quartz translucent member 231 is attached to the upper surface of the load lock chamber 21a, and laser light from the laser unit 23 passes through the translucent member 231 and is irradiated onto the substrate 91 in the load lock chamber 21a as described later. The
[0020]
As shown in FIG. 1, the load lock chamber 21 a is provided with a transport mechanism 25 that carries the substrate 91 and the electronic component 92 into and out of the mounting chamber 11. The transport mechanism 25 includes an arm 251 that mechanically holds the substrate tray 911 and an arm 252 that mechanically holds the electronic component tray 921. The arms 251 and 252 are shafts 2511 and 2521 covered with bellows. It is attached to the moving block 253 via The moving block 253 is moved toward the mounting chamber 11 by the motor 254 and the ball screw mechanism, whereby both arms 251 and 252 are moved forward and backward with respect to the mounting chamber 11. The shaft 2521 is rotated by the rotor 2531 so that the arm 252 holding the electronic component tray 921 can be turned upside down.
[0021]
The other load lock chamber 21b has a structure symmetrical to the load lock chamber 21a with the mounting chamber 11 as the center, and the FAB irradiation device 22, the laser unit 23, and the transport mechanism 25 are provided in the same manner as the load lock chamber 21a. .
[0022]
FIG. 5 is a diagram showing a flow of operations of the electronic component mounting apparatus 1. FIG. 5 shows a state in which the flow on the left side and the flow on the right side are executed in parallel. The operation on the left side is executed on the load lock chamber 21a, and the operation on the right side is executed on the load lock chamber 21b. When executed, in the next stage, the left side operation is executed for the load lock chamber 21b, and the right side operation is executed for the load lock chamber 21a. That is, when attention is paid to one load lock chamber, the operation on the left side and the operation on the right side are executed alternately. Hereinafter, the operation of the electronic component mounting apparatus 1 will be described in order starting from step S13 in FIG. 5 while paying attention to the load lock chamber 21a, and then the entire operation will be mentioned.
[0023]
First, as shown in FIG. 6, a plurality of substrates 91 and a plurality of electronic components 92 are placed on the substrate tray 911 and the electronic component tray 921 by the arm 81 through the gate 202 opened in the load lock chamber 21a. It is carried in the state (step S13). The arm 81 mechanically holds the substrate tray 911 and the electronic component tray 921 from above, and the arms 251 and 252 in the load lock chamber 21a receive the substrate tray 911 and the electronic component tray 921 from below. Hold mechanically. Thereafter, the arm 81 is retracted, the gate 202 is closed, and the state shown in FIG. 7 is obtained.
[0024]
The load lock chamber 21a is hermetically sealed by the gate 201 and the gate 202, and is decompressed by the rotary pump 31 and the turbo molecular pump 32 (see FIG. 2), so that the periphery of the substrate 91 and the electronic component 92 is in a high vacuum state. (Step S14). As shown in FIG. 4, the substrate tray 911 and the electronic component tray 921 are held by the arms 251 and 252 approximately below the FAB irradiation device 22 in the load lock chamber 21a, and the substrate tray 911 is a laser unit. 23 is positioned at the irradiation position of the laser beam from 23.
[0025]
After the decompression, the FAB irradiation device 22 irradiates the substrate 91 and the electronic component 92 with FAB. The substrate 91 and the electronic component 92 are placed on the substrate tray 911 and the electronic component tray 921 with the electrodes facing upward, and the surfaces of the electrodes of the substrate 91 and the electronic component 92 are cleaned by irradiation with FAB ( In other words, unnecessary substances on the surface are removed and the surface is activated).
[0026]
In parallel with the FAB irradiation, the substrate 91 is irradiated with laser light from the laser unit 23 via the translucent member 231. The laser unit 23 irradiates a region where the electronic component 92 on each substrate 91 is mounted with a laser beam spot and heats the region to 150 to 200 ° C. (step S15). It is possible to appropriately (i.e., sufficiently and quickly) heat the substrate 91 even under a reduced pressure environment by irradiation with laser light.
[0027]
In addition, since the irradiation of the laser light is performed in parallel with the irradiation of the FAB to the substrate 91, it is not necessary to move the substrate 91 separately in order to irradiate the laser light. The production capacity of 1 is not reduced.
[0028]
When the irradiation of the FAB and the laser beam is completed, the operation shifts to the operation on the right side shown in FIG. 5, the gate 201 between the mounting chamber 11 and the load lock chamber 21a is opened, and both arms 251, as shown in FIG. 252 enters the mounting chamber 11 by the transport mechanism 25 (step S21). Here, the electronic component tray 921 is electrically connected to the arm 252 and has a structure as an electrostatic chuck that holds the electronic component 92 by electrostatic force. When the arm 252 enters the mounting chamber 11, the electronic component tray 921 sucks and holds the electronic component 92 and the upper and lower sides of the arm 252 are reversed by the rotor 2531. Thereby, the reversal of the plurality of electronic components 92 is performed collectively (step S22).
[0029]
FIG. 9 is an enlarged view showing the vicinity of the stage moving mechanism 13 immediately after the electronic component 92 is reversed. Two raising mechanisms 161 and 162 are attached to the lower portion of the mounting chamber 11, and the raising mechanisms 161 and 162 are positioned directly below the stages 12a and 12b, respectively. The two moving tables 131 and 132 of the stage moving mechanism 13 are formed with openings through which the pins 1611 and 1621 of the raising mechanisms 161 and 162 pass, and the tips of the pins 1611 and 1621 are formed on the lower surfaces of the stages 12a and 12b. A recess into which the is fitted is formed.
[0030]
When the pins 1611 and 1621 are lifted from the state shown in FIG. 9, the tips of the pins 1611 and 1621 are fitted into the stages 12a and 12b as shown in FIG. 10, the stages 12a and 12b are lifted, and the stage 12a is the substrate tray. The stage 12 b comes into contact with the electronic component 92. The stage 12b contacts the electronic component 92 at the protrusion 121 without touching the electrode of the electronic component 92.
[0031]
The stages 12 a and 12 b have a mechanism as an electrostatic chuck, and electrostatic adsorption is performed when the stages 12 a and 12 b come into contact with the substrate tray 911 and the electronic component 92. Then, the electrostatic adsorption of the electronic component 92 by the electronic component tray 921 is released, the both arms 251 and 252 are retracted to the load lock chamber 21a, and the pins 1611 and 1621 are further lowered as shown in FIG. The stages 12 a and 12 b are placed on the moving table 132 of the stage moving mechanism 13. Thereby, the placement work of the substrate 91 and the electronic component 92 on the stages 12a and 12b (the substrate 91 is placed while being held by the substrate tray 911) is completed (step S23).
[0032]
Note that a structure in which the substrate 91 and the electronic component 92 are transferred to the stages 12a and 12b by moving the arms 251 and 252 up and down relative to the stages 12a and 12b may be employed.
[0033]
Next, the stage moving mechanism 13 moves the electronic component 92 to be mounted directly below the mounting head 14, and the mounting head 14 is lowered by the head lifting mechanism 144 and contacts the electronic component 92 as shown in FIG. . The mounting head 14 is an electrostatic chuck, and electrostatic adsorption by the stage 12 b is released, and the electronic component 92 is held by the mounting head 14. When the mounting head 14 is raised, as shown in FIG. 13, the camera unit 151 enters between the mounting head 14 and the stage 12a together with the housing 152 by the camera moving mechanism 153.
[0034]
The camera unit 151 includes two imaging devices and optical systems that guide light from above and below the housing 152 to the imaging devices, respectively. In the state illustrated in FIG. 13, an image of the upper electronic component 92 and a lower substrate 91 images are acquired simultaneously. Illumination light is introduced into the camera unit 151 from a light source unit provided separately. Then, based on both the acquired images, the head rotation mechanism 143 adjusts the orientation of the electronic component 92, and the stage moving mechanism 13 aligns the center of the electronic component 92 with the center of the mounting area on the substrate 91. Thereby, the alignment (positioning) between the electronic component 92 and the substrate 91 is completed.
[0035]
When the alignment is completed, the camera unit 151 is retracted to the side wall of the mounting chamber 11 as shown in FIG. 14, and the head lifting mechanism 144 lowers the mounting head 14 to mount the electronic component 92 on the substrate 91 (step S24). As a result, the electrode of the electronic component 92 and the electrode of the substrate 91 are bonded by a strong bonding force between atoms, and the electronic component 92 is fixed on the substrate 91. Since the substrate 91 is disposed in a high vacuum, the substrate 91 heated by the laser light is maintained at a high temperature even when the electronic component 92 is mounted. Further, the parallelism of the mounting head 14 is adjusted in advance by an adjusting mechanism 145 provided on the upper portion of the mounting head 14. Further, when the electronic component 92 is mounted on the substrate 91, the electronic component 92 is moved to the substrate 91. The energizing force is controlled.
[0036]
The holding, positioning, and mounting of the electronic component 92 by the mounting head 14 are repeated for each substrate 91. When mounting on all the substrates 91 is completed, the stage 12a and the substrate tray 911 are pushed up by the thrust mechanism 161, As shown in FIG. 15, the arms 251 and 252 enter the mounting chamber 11 (note that the empty electronic component tray 921 is held by the arm 252), and the mounting is performed by performing the reverse operation to that during loading. A substrate tray 911 that holds the used substrate 91 a is transferred to the arm 251. The arm 251 (and the arm 252) is retracted to the load lock chamber 21a, and the gate 201 is closed (step S25).
[0037]
Thereafter, the operation shifts to the operation on the left side of FIG. 5, the load lock chamber 21a is returned to atmospheric pressure (step S11), the gate 202 is opened, and the mounted substrate 91a is opened by the external arm 82 as shown in FIG. The substrate tray 911 and the empty electronic component tray 921 are carried out of the load lock chamber 21a and returned to the state immediately before step S13 (step S12).
[0038]
While the description has been given focusing on the load lock chamber 21a, the electronic component mounting apparatus 1 performs the same operation in the other load lock chamber 21b. At this time, the operation from the loading of the substrate 91 and the electronic component 92 from the load lock chamber 21a to the mounting chamber 11 (step S21) to the unloading of the mounted substrate 91a (step S25), and from the load lock chamber 21b to the mounting chamber 11 is performed. The operations from the loading of the substrate 91 and the electronic component 92 (step S21) to the loading of the mounted substrate 91a (step S25) are alternately performed.
[0039]
Specifically, as shown in FIGS. 16, 6, and 7, while the electronic component 92 is mounted on the substrate 91 from the load lock chamber 21 b in the mounting chamber 11, the other load lock chamber is mounted. Release of decompression at 21a and carry-out of mounted substrate 91a (steps S11 and S12), carry-in and decompression of next substrate 91 and electronic component 92 (steps S13 and S14), and FAB to substrate 91 and electronic component 92 (Step S15) is performed.
[0040]
On the contrary, as shown in FIGS. 8 and 15, while the electronic component 92 is mounted on the substrate 91 from the load lock chamber 21a in the mounting chamber 11, the pressure is reduced in the other load lock chamber 21b. Release and unloading of the mounted substrate 91a (steps S11 and S12), loading and decompressing of the next substrate 91 and electronic component 92 (steps S13 and S14), and irradiation of the substrate 91 and electronic component 92 with FAB (step S15) ) Is performed.
[0041]
As described above, the electronic component mounting apparatus 1 is mounted in a high vacuum, and the electronic component 92 is mounted on the substrate 91 without using an adhesive material. As a result, the reliability of bonding between the fine electrodes is improved. In addition, in the electronic component mounting apparatus 1, by providing the two load lock chambers 21a and 21b, the operation of mounting the plurality of electronic components 92 and the cleaning by irradiation with FAB can be performed in parallel, and the throughput is improved. be able to.
[0042]
In addition, since a plurality of electronic components 92 can be reversed in a batch in the mounting chamber 11, the time required for mounting one electronic component 92 is reduced as compared with the case where the electronic components 92 are reversed one by one. be able to.
[0043]
Furthermore, since the electrodes of the substrate 91 and the electronic component 92 face in the same direction in the load lock chamber and the FAB irradiation is performed collectively, the attachment of the FAB irradiation device 22 to the load lock chamber and the FAB irradiation device 22 are performed. Maintenance can be easily performed. The FAB irradiation device 22 may be provided separately for a substrate and for an electronic component.
[0044]
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
[0045]
In the above embodiment, the substrate 91 is a ceramic substrate, but the electronic component mounting apparatus 1 can also be used when mounting the electronic component 92 on another substrate such as a semiconductor substrate or a film substrate. The electronic component 92 is not limited to an IC bare chip, and may be another electronic component having a fine electrode.
[0046]
There may be a plurality of electronic components 92 mounted on one substrate 91, and one substrate 91 may be carried into the load lock chamber at a time. For example, while one substrate 91 and a plurality of electronic components 92 are carried into the mounting chamber 11 from one load lock chamber and a plurality of electronic components 92 are mounted on the substrate 91, in the other load lock chamber. Efficient mounting is realized by irradiating the substrate 91 and the plurality of electronic components 92 with FAB.
[0047]
There may be three or more load lock chambers, and the substrate 91 and the electronic component 92 may be carried into separate load lock chambers. Further, the structure of the transport mechanism may be changed as appropriate, and for example, a single robot whose arms extend and contract from the mounting chamber 11 to the load lock chambers 21a and 21b may be provided.
[0048]
In the above embodiment, the substrate 91 is irradiated with laser light, but the light used to heat the substrate 91 is not limited to laser light. For example, even if light from a halogen lamp is irradiated onto the substrate 91 In addition, the entire substrate 91 may be irradiated with light. Further, when the substrate 91 is heated as in the above embodiment, it is not necessary to accurately control the heating temperature. However, in the case of the electronic component 92 having excellent heat resistance, the electronic component 92 (or the substrate 91 and The electronic component 92) may be heated by irradiating light. The laser unit 23 may be disposed in the mounting chamber 11 and the translucent member 231 may be omitted.
[0049]
For the FAB in the above embodiment, atoms such as hydrogen, nitrogen, oxygen, and the like may be used. Cleaning by FAB is a kind of plasma cleaning, and other types of plasma cleaning can be used for the electronic component mounting apparatus 1. Further, the cleaning may be performed only on one of the substrate 91 and the electronic component 92.
[0050]
The holding of the substrate 91 and the electronic component 92 under a reduced pressure environment may be performed by a technique other than electrostatic adsorption, for example, holding may be performed using a mechanical chuck or an adhesive member.
[0051]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to efficiently mount electronic components on a substrate in a reduced pressure environment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of an electronic component mounting apparatus. FIG. 2 is a block diagram showing a connection relationship between a mounting chamber and a load lock chamber and a rotary pump and a turbo molecular pump. FIG. 3 is a sectional view of the mounting chamber. Sectional view of the lock chamber [FIG. 5] A view showing the flow of operation of the electronic component mounting apparatus [FIG. 6] A plan view of the electronic component mounting apparatus [FIG. 7] A plan view of the electronic component mounting apparatus [FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view showing the stage moving mechanism. FIG. 10 is a cross-sectional view showing the stage moving mechanism. FIG. 11 is a cross-sectional view of the mounting chamber. Cross-sectional view of the chamber [FIG. 14] Cross-sectional view of the mounting chamber [FIG. 15] Plan view of the electronic component mounting device [FIG. 16] Plan view of the electronic component mounting device [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electronic component mounting apparatus 11 Mounting chamber 12b Stage 14 Mounting head 21a, 21b Load lock chamber 22 FAB irradiation apparatus 23 Laser unit 25 Transfer mechanism 91 Substrate 92 Electronic component 144 Head raising / lowering mechanism 162 Raising mechanism 252 Arm 2531 Rotor

Claims

電子部品を基板に装着する電子部品装着装置であって、内部空間が減圧される装着チャンバと、前記装着チャンバ内で電子部品を基板に装着する装着機構と、それぞれが前記装着チャンバに接続され、外部から少なくとも１つの基板および複数の電子部品が搬入される第１および第２のロードロック部と、前記第１および第２のロードロック部のそれぞれから、少なくとも１つの基板および複数の電子部品を前記装着チャンバへと搬入する搬送機構と、
を備え、前記第１および第２のロードロック部のそれぞれが、基板にプラズマ洗浄を施す洗浄機構を有することを特徴とする電子部品装着装置。An electronic component mounting apparatus for mounting an electronic component on a substrate, wherein a mounting chamber in which an internal space is decompressed, a mounting mechanism for mounting an electronic component on a substrate in the mounting chamber, each connected to the mounting chamber, At least one substrate and a plurality of electronic components are respectively taken from the first and second load lock portions into which at least one substrate and a plurality of electronic components are carried from the outside, and the first and second load lock portions. A transport mechanism for carrying into the mounting chamber;
An electronic component mounting apparatus, wherein each of the first and second load lock units has a cleaning mechanism for performing plasma cleaning on the substrate.

請求項１に記載の電子部品装着装置であって、前記洗浄機構が、複数の電子部品に対してもプラズマ洗浄を行うことを特徴とする電子部品装着装置。 The electronic component mounting apparatus according to claim 1, wherein the cleaning mechanism performs plasma cleaning on a plurality of electronic components.

請求項１または２に記載の電子部品装着装置であって、前記洗浄機構が、高速原子ビームを出射することを特徴とする電子部品装着装置。 3. The electronic component mounting apparatus according to claim 1, wherein the cleaning mechanism emits a fast atom beam. 4.

請求項１ないし３のいずれかに記載の電子部品装着装置であって、前記第１および第２のロードロック部のそれぞれが、光の照射により基板を加熱する光源部を有することを特徴とする電子部品装着装置。 4. The electronic component mounting apparatus according to claim 1, wherein each of the first and second load lock units includes a light source unit that heats the substrate by light irradiation. Electronic component mounting device.

請求項１ないし４のいずれかに記載の電子部品装着装置であって、前記第１および第２のロードロック部から前記装着チャンバへと搬入される複数の電子部品を一括して反転する反転機構をさらに備えることを特徴とする電子部品装着装置。 5. The electronic component mounting apparatus according to claim 1, wherein a plurality of electronic components carried into the mounting chamber from the first and second load lock portions are collectively reversed. An electronic component mounting apparatus, further comprising: