WO2015199045A1 - 実装装置および実装方法 - Google Patents
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- H01L2224/83191—Arrangement of the layer connectors prior to mounting wherein the layer connectors are disposed only on the semiconductor or solid-state body
Definitions
- the present invention relates to a mounting apparatus and a mounting method. Specifically, the present invention relates to a mounting apparatus and method for mounting a chip component or the like on a circuit board.
- the mounting apparatus described in Patent Document 1 includes a temporary press-bonding apparatus and a main press-bonding apparatus that include a height detection unit that detects the mounting height of a chip component.
- the mounting device mounts the chip component on the wiring board in the temporary pressure bonding device, and detects the mounting height of the chip component mounted in the temporary pressure bonding process by the height detection means.
- the mounting device can suppress the defect rate by bonding the bump and pad of the chip component in the present crimping device after repairing the chip component. .
- the mounting height of the chip component is detected when the bump of the chip component contacts the pad.
- An object of the present invention is to provide a mounting apparatus capable of suppressing the occurrence of misalignment and poor bonding between a pad of a circuit board and a solder of a chip component at the time of final press bonding.
- the present invention provides a mounting apparatus including a temporary crimping head that temporarily fixes a chip component to a predetermined position of the circuit board with an adhesive, and the adhesive disposed between the circuit board and the chip component has a predetermined viscosity. And the temporary crimping head moves the chip component toward the circuit board with a predetermined temporary crimping load so that the gap between the circuit board pad and the solder of the chip component is within a predetermined range larger than zero. Pressurize.
- the present invention further includes a main pressure bonding head in which the adhesive is made of a thermosetting resin, pressurizes the chip component temporarily fixed to the circuit board, and fixes the chip component to the circuit board.
- the soldering head and the chip component solder are heated to a temperature above the curing temperature of the adhesive and above the melting point of the solder, and the main crimping head holds the chip component in a predetermined book so that the solder on the chip component and the pad on the circuit board come into contact with each other.
- the pressure is applied toward the circuit board with a pressure load.
- the average temperature at the time of pressurization of the main press-bonding head is maintained within a certain range at a temperature equal to or higher than the curing temperature of the adhesive and equal to or higher than the melting point of the solder.
- the present invention includes a distance measuring means for measuring a distance in a pressing direction from an arbitrary reference position to the temporary pressing head after pressing with the temporary pressing load, and the chip component temporarily fixed to the circuit board is provided.
- a distance measuring means for measuring a distance in a pressing direction from an arbitrary reference position to the temporary pressing head after pressing with the temporary pressing load, and the chip component temporarily fixed to the circuit board is provided.
- the chip component is composed of a chip component having a through electrode, and the chip components are laminated so that the through electrodes overlap each other and temporarily fixed by the temporary crimping head. Pressure is simultaneously applied by the main pressure bonding head.
- the adhesive is composed of a non-conductive film.
- the present invention heats an adhesive disposed between a circuit board and a chip component so as to have a predetermined viscosity, and has a predetermined range in which the gap between the circuit board pad and the chip component solder is greater than zero.
- a temporary crimping process in which the chip component is pressed toward the circuit board with a predetermined temporary crimping load so as to fit in the inside, and the adhesive and the solder of the chip component are heated above the curing temperature of the adhesive and above the melting point of the solder.
- a final crimping step of pressing the chip component toward the circuit board with a predetermined final crimp load so that the solder of the chip component contacts the pad of the circuit board.
- the gap between the solder of the chip component and the pad of the circuit board is reduced to prevent the filler from being included in the solder and the time until the solder and the pad come into contact with each other is prevented.
- the load is increased by the adhesive whose viscosity is increased by thermosetting.
- the increase of is shared. Thereby, the position shift between the solder of the chip component and the pad at the time of the main press-bonding and the occurrence of poor bonding can be suppressed.
- the variation in the temporarily fixed position of the temporarily press-bonded chip parts is suppressed within an allowable range. Thereby, the position shift between the pad of the circuit board and the solder of the chip component and the occurrence of poor bonding during the main press bonding can be suppressed.
- FIG. 1 Schematic which shows the whole structure of the mounting apparatus which concerns on one Embodiment of this invention.
- A Schematic which shows the structure of the head for temporary crimping
- B The schematic which shows the structure of the head for final crimping
- B The schematic diagram which shows the aspect of fixation of the chip component in a final crimping process.
- A Schematic diagram showing an aspect in which the chip component is brought close to the circuit board in the temporary crimping process of the mounting apparatus according to the first embodiment of the present invention.
- B Similarly, the chip component is pressed against the circuit board in the temporary crimping process.
- C The schematic which shows the aspect which a chip component presses on a circuit board in a temporary press-bonding process, and the position of a Z-axis direction is decided similarly.
- FIG. 1 Schematic diagram showing an aspect in which the chip component is pressed against the circuit board in the final crimping step of the mounting apparatus according to the first embodiment of the present invention.
- B Similarly, the load on the chip component is cured in the final crimping step.
- the direction in which the circuit board C is conveyed from the temporary crimping apparatus 2 to the final crimping apparatus 12 is the X-axis direction, the Y-axis direction orthogonal thereto, and the circuit boards of the temporary crimping head 7 and the final crimping head 17 described later.
- the direction of movement perpendicular to C is the Z-axis direction
- the direction of rotation about the Z-axis is the ⁇ direction.
- compression-bonding apparatus 12 are each comprised as one Embodiment of the mounting apparatus 1, it is not limited to this.
- a non-conductive film (hereinafter simply referred to as “NCF”) made of a thermosetting resin, which is an adhesive for bonding the circuit board C and the chip component D, is preliminarily soldered to the chip component D.
- NCF non-conductive film
- the present invention is not limited to this, and may be attached to the circuit board C side.
- the mounting apparatus 1 mounts a chip component D on a circuit board C.
- the mounting apparatus 1 includes a provisional pressure bonding device 2, a main pressure bonding device 12, a conveying device 21 (see FIG. 3), and a control device 22 (see FIG. 3).
- the temporary crimping apparatus 2 temporarily fixes the chip component D to the circuit board C with NCF which is an adhesive.
- the temporary pressure bonding apparatus 2 includes a temporary pressure bonding base 3, a temporary pressure bonding stage 4, a temporary pressure bonding support frame 5, a temporary pressure bonding unit 6, a temporary pressure bonding head 7, a temporary pressure bonding heater 8 (see FIG. 2), An attachment 9 for pressure bonding, a displacement sensor 10 as a distance measuring means, and an image recognition device 11 for temporary pressure bonding (see FIG. 3) are provided.
- the temporary press-bonding base 3 is a main structure constituting the temporary press-bonding device 2.
- the temporary press-bonding base 3 is configured by combining pipe materials and the like so as to have sufficient rigidity.
- the temporary pressure bonding base 3 supports a temporary pressure bonding stage 4 and a temporary pressure bonding support frame 5.
- the temporary pressure-bonding support frame 5 supports the temporary pressure-bonding unit 6.
- the temporary press-bonding support frame 5 is formed in a plate shape and is configured to extend from the vicinity of the temporary press-bonding stage 4 of the temporary press-bonding base 3 toward the Z-axis direction.
- the temporary pressure bonding unit 6 which is a pressure unit moves the temporary pressure bonding head 7.
- the temporary crimping unit 6 includes a servo motor and a ball screw (not shown).
- the temporary crimping unit 6 is configured to generate a driving force in the axial direction of the ball screw by rotating the ball screw by a servo motor.
- the temporary pressure bonding unit 6 is attached to the temporary pressure bonding support frame 5 so that the moving direction of the temporary pressure bonding head 7 is in the Z-axis direction perpendicular to the circuit board C. That is, the temporary crimping unit 6 is configured to generate a driving force (pressing force) in the Z-axis direction.
- the temporary crimping unit 6 is configured such that a temporary crimping load Ft, which is a pressure applied in the Z-axis direction, can be arbitrarily set by controlling the output of the servo motor.
- the provisional pressure bonding unit 6 is composed of a servo motor and a ball screw, but is not limited to this, and may be composed of a pneumatic actuator or a hydraulic actuator.
- the temporary crimping heater 8 is for heating the chip component D.
- the temporary pressure bonding heater 8 is constituted by a cartridge heater, and is incorporated in a hole or the like formed in the temporary pressure bonding head 7.
- the provisional pressure bonding heater 8 is composed of a cartridge heater, but is not limited to this, and may be any material that can heat the chip component D, such as a rubber heater.
- the provisional pressure bonding heater 8 is incorporated in the provisional pressure bonding head 7, but is not limited thereto.
- the provisional pressure bonding heater 8 is incorporated in the provisional pressure bonding stage 4, and the circuit board C is interposed from the provisional pressure bonding stage 4 side.
- the NCF may be heated.
- the temporary crimping attachment 9 holds the chip part D.
- the temporary crimping attachment 9 is provided on the temporary crimping head 7 so as to face the temporary crimping stage 4.
- the temporary crimping attachment 9 is configured so that the chip component D can be sucked and held while being positioned.
- the temporary crimping attachment 9 is configured to be heated by the temporary crimping heater 8. That is, the temporary crimping attachment 9 is configured to position and hold the chip component D and to heat the NCF attached to the chip component D by heat transfer from the temporary crimping heater 8.
- the displacement sensor 10 measures the distance in the Z-axis direction of the temporary press-bonding head 7 from an arbitrary reference position.
- the displacement sensor 10 includes a displacement sensor 10 that uses various laser beams.
- the displacement sensor 10 is configured to measure a distance L (see FIG. 4) from an arbitrary reference position in the Z-axis direction of the pre-bonding head 7 when the pre-bonding is completed.
- the displacement sensor 10 is configured by using a laser beam, but is not limited to this.
- the displacement sensor 10 is calculated by using an ultrasonic wave, a linear scale, or a servo motor encoder. You may be comprised from things.
- the temporary pressure bonding image recognition apparatus 11 acquires position information of the chip component D and the circuit board C from the image.
- the temporary pressure bonding image recognition device 11 recognizes an image of the alignment mark of the circuit board C held by suction and holding on the temporary pressure bonding stage 4 and the alignment mark of the chip component D held on the temporary pressure bonding attachment 9. Thus, the positional information between the circuit board C and the chip component D is acquired.
- the present crimping device 12 fixes the chip component D to the circuit board C by welding the chip component D solder.
- the main pressure bonding device 12 includes a main pressure bonding base 13, a main pressure bonding stage 14, a main pressure bonding support frame 15, a main pressure bonding unit 16, a main pressure bonding head 17, a main pressure bonding heater 18, a main pressure bonding attachment 19, and
- the image recognition apparatus 20 for the press bonding (see FIG. 3) is provided.
- the main press bonding base 13 is a main structure constituting the main press bonding device 12.
- the main base 13 for pressure bonding is configured by combining pipe materials or the like so as to have sufficient rigidity.
- the main pressure bonding base 13 supports a main pressure bonding stage 14 and a main pressure bonding support frame 15.
- the main crimping stage 14 moves the circuit board C to an arbitrary position while holding the circuit board C.
- the main crimping stage 14 is configured by attaching a suction table 14b capable of sucking and holding a circuit board to a drive unit 14a.
- the main press-bonding stage 14 is attached to the main press-bonding base 13 and is configured so that the suction table 14b can be moved in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the ⁇ -direction by the drive unit 14a.
- the main press-bonding stage 14 is configured to be able to move the circuit board C sucked by the suction table 14b on the main press-bonding base 13 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the ⁇ -direction.
- the final press-bonding stage 14 holds the circuit board C by suction, but is not limited thereto.
- the main pressing support frame 15 supports the main pressing unit 16.
- the main pressure bonding support frame 15 is formed in a substantially plate shape, and is configured to extend from the vicinity of the main pressure bonding stage 14 of the main pressure bonding base 13 toward the Z-axis direction.
- the main pressure bonding unit 16 which is a pressure unit moves the main pressure bonding head 17.
- the main crimping unit 16 includes a servo motor and a ball screw (not shown).
- the main crimping unit 16 is configured to generate a driving force in the axial direction of the ball screw by rotating the ball screw by a servo motor.
- the main pressure bonding unit 16 is attached to the main pressure bonding support frame 15 so that the movement direction of the main pressure bonding head 17 is in the Z-axis direction perpendicular to the circuit board C. That is, the main crimping unit 16 is configured to generate a driving force (pressing force) in the Z-axis direction.
- the main press-bonding unit 16 is configured such that a main press-fit load Fp, which is a pressure applied in the Z-axis direction, can be arbitrarily set by controlling the output of the servo motor.
- the main crimping unit 16 is composed of a servo motor and a ball screw, but is not limited thereto, and may be composed of a pneumatic actuator or a hydraulic actuator.
- the main crimping head 17 transmits the driving force of the main crimping unit 16 to the chip component D.
- the main pressure bonding head 17 is attached to a ball screw nut (not shown) constituting the main pressure bonding unit 16. Further, the main pressure bonding head 17 is disposed so as to face the main pressure bonding stage 14. That is, the main press-bonding head 17 is configured to be close to the main press-bonding stage 14 by being moved in the Z-axis direction by the main press-bonding unit 16.
- the main pressure bonding head 17 is provided with a main pressure bonding heater 18 and a plurality of main pressure bonding attachments 19.
- the main crimping heater 18 is for heating the chip component D.
- the main crimping heater 18 is composed of a cartridge heater and is incorporated in a hole or the like formed in the main crimping head 17.
- the main crimping heater 18 is composed of a cartridge heater, but is not limited to this, and may be any one that can heat the chip component D, such as a rubber heater.
- the main attachment 19 for pressure bonding presses the chip part D.
- a plurality of main pressure bonding attachments 19 are provided on the main pressure bonding head 17 so as to face the main pressure bonding stage 14.
- the main pressure bonding attachment 19 is attached to the main pressure bonding head 17 via a rubber member 19a which is an elastic member for absorbing variations in the Z-axis direction of the temporarily pressed chip part D.
- the main crimping attachment 19 is configured to be heated by the main crimping heater 18. That is, the main crimping attachment 19 absorbs the variation in the Z-axis direction of the plurality of chip components D by the rubber member 19a, and can simultaneously heat the plurality of chip components D by heat transfer from the main crimping heater 18. It is configured.
- the press-bonding image recognition apparatus 20 acquires position information on the chip component D and the circuit board C from the image.
- the image recognition device 20 for main press bonding recognizes an image of the alignment mark of the circuit board C and the alignment mark of the chip component D temporarily fixed to the circuit board C sucked and held by the main press bonding stage 14.
- the position information of the circuit board C and the chip component D is acquired.
- the transport device 21 delivers the circuit board C between the temporary crimping device 2 and the final crimping device 12.
- the transport device 21 is configured to be able to transport the circuit board C on which the plurality of chip components D have been temporarily crimped by the temporary crimping stage 4 of the temporary crimping device 2 to the final crimping stage 14 of the final crimping device 12.
- the control device 22 controls the temporary pressure bonding device 2, the main pressure bonding device 12, the transport device 21, and the like.
- the control device 22 may actually be configured such that a CPU, a ROM, a RAM, an HDD, and the like are connected by a bus, or may be configured by a one-chip LSI or the like.
- the control device 22 stores various programs and data for controlling the temporary pressure bonding device 2, the main pressure bonding device 12, the conveying device 21, and the like.
- the control device 22 is connected to the temporary crimping stage 4 and the final crimping stage 14 and controls the movement amounts of the temporary crimping stage 4 and the final crimping stage 14 in the X, Y, and ⁇ directions, respectively. can do.
- the control device 22 is connected to the temporary pressure bonding heater 8 and the main pressure bonding heater 18, and can control the temperatures of the temporary pressure bonding heater 8 and the main pressure bonding heater 18, respectively.
- the control device 22 can maintain the average temperature at the time of pressurization of the main pressure bonding head 17 within a certain range including a temperature equal to or higher than the NCF curing temperature (reference temperature Ts described later) and the melting point of the solder. .
- the control device 22 is connected to the temporary pressure bonding unit 6 and the main pressure bonding unit 16 and can control the applied pressure in the Z-axis direction between the temporary pressure bonding unit 6 and the main pressure bonding unit 16.
- the control device 22 is connected to the temporary crimping attachment 9 and can control the suction state of the temporary crimping attachment 9.
- the control device 22 is connected to the temporary pressure-bonding image recognition device 11 and the main pressure-bonding image recognition device 20, and controls the temporary pressure-bonding image recognition device 11 and the main pressure-bonding image recognition device 20, respectively. Position information with the circuit board C can be acquired.
- the control device 22 is connected to the transport device 21 and can control the transport device 21.
- the control device 22 is connected to the displacement sensor 10 and can acquire the distance in the Z-axis direction when the provisional pressure bonding is completed from the displacement sensor 10. In particular, the control device 22 can determine whether or not the variation in the Z-axis direction of the chip component D at the time of temporary fixing is outside a predetermined range (a reference range Ls described later).
- the mounting apparatus 1 places the circuit board C on the main press-bonding stage 14 of the main press-bonding apparatus 12 as a main press-bonding step in the mounting method for fixing the chip component D to the circuit board C.
- the plurality of chip parts D are fixed to the circuit board C by being sucked and held and simultaneously pressed by the main press bonding unit 16 while being heated to the main press bonding temperature Tp (see FIG. 5).
- the mounting apparatus 1 temporarily fixes the chip components D to the circuit board C continuously with the temporary crimping apparatus 2, and then simultaneously attaches a plurality of chip components D to the circuit board C with the final crimping apparatus 12. Can be fixed. For this reason, as shown in FIG. 5, the mounting apparatus 1 maintains the temperature of the temporary crimping head 7 at the time of the temporary crimping of the temporary crimping apparatus 2 at the temporary crimping temperature Tt, It is only necessary to maintain the temperature of the pressure bonding head 17 at the main pressure bonding temperature Tp.
- the mounting apparatus 1 does not need to cool the temporary press-bonding head 7 and the main press-bonding head 17 every mounting cycle, and the temperature management becomes easy, and the occurrence of bonding failure between the temporary press-bonding and the main press-bonding is suppressed. can do.
- the viscosity of NCF varies depending on its temperature. Specifically, NCF composed of a thermosetting resin does not cure in a temperature range lower than the reference temperature Ts determined from the characteristics of NCF, and exhibits a property that the viscosity decreases reversibly as the temperature rises. . On the other hand, NCF is hardened in a temperature range equal to or higher than the reference temperature Ts, and irreversibly shows a property that its viscosity increases as the temperature rises.
- the mounting apparatus 1 uses the temporary crimping heater 8 to bring the chip part D sucked and held by the temporary crimping attachment of the temporary crimping apparatus 2 to a predetermined temporary crimping temperature Tt in the temporary crimping process.
- Heat Along with this, the NCF (see FIG. 7) that is pasted so as to cover the solder Da of the chip component D is transmitted to the heat of the heated chip component D, so that the temperature of the TCF is substantially the same as that of the chip component D. Heated.
- the temporary pressure bonding temperature Tt is set lower than the reference temperature Ts. That is, the mounting apparatus 1 controls the temperature of the provisional pressure bonding heater 8 so that the NCF has a predetermined viscosity in a temperature range where the NCF is not cured.
- the mounting apparatus 1 moves the chip component D heated to the temporary pressure bonding temperature Tt toward the circuit board C by the temporary pressure bonding unit 6 in the Z-axis direction.
- the NCF attached so as to cover the solder Da contacts the pads Ca on the circuit board C.
- a temporary pressure bonding load Ft is applied in the Z-axis direction from the temporary pressure bonding unit 6 because the NCF has contacted the pad Ca.
- the chip component D is heated by the temporary crimping heater 8 so that the NCF sandwiched between the solder Da of the chip component D has a predetermined viscosity and is applied toward the circuit board C by the temporary crimping unit 6.
- the NCF is deformed by the temporary pressure bonding load Ft.
- a reaction force due to the viscous resistance of the NCF is generated with respect to the provisional pressure bonding load Ft.
- the reaction force due to the viscous resistance of the NCF generated in the chip component D increases according to the deformation amount of the NCF sandwiched between the circuit board C and the chip component D.
- the mounting apparatus 1 uses the provisional pressure bonding apparatus 2 according to the provisional pressure bonding load Ft by the provisional pressure bonding unit 6 and the temperature of the temporary pressure bonding heater 8 for setting the viscosity of the NCF, and the pad Ca and the chip component of the circuit board C.
- a gap G between D and the solder Da can be set within an arbitrary predetermined range Gt.
- the mounting apparatus 1 causes the final crimping unit 16 to abut on the temporarily fixed chip component D in the final crimping step.
- the chip component D is heated to a predetermined final press-bonding temperature Tp by a main press-bonding heater 18 through a main press-attachment attachment 19.
- the NCF and the solder Da attached to the chip component D are heated to the main press bonding temperature Tp substantially the same as that of the chip component D because the heat of the heated chip component D is transmitted.
- the main pressure bonding temperature Tp is set within a certain range that is equal to or higher than the reference temperature Ts and equal to or higher than the melting point of the solder (see FIG. 6). That is, the mounting apparatus 1 controls the temperature of the main crimping heater 18 so that the NCF has a predetermined main pressure viscosity (hardness) in a temperature range where the NCF is cured and the solder is melted.
- the mounting apparatus 1 pressurizes the chip component D heated to the main press bonding temperature Tp with the main pressure load Fp in the Z-axis direction by the main press bonding unit 16.
- the chip component D is brought close to the gap G between the solder and the pad of the circuit board C by being pressed toward the circuit board C by the main crimping unit 16. At this time, since the NCF of the chip part D is heated to the reference temperature Ts or higher, curing starts.
- the chip component D is temporarily fixed so that the gap G between the pad Ca of the circuit board C and the solder Da of the chip component D is within a predetermined range Gt in the temporary press-bonding step (FIG. 7C). reference).
- the mounting apparatus 1 can contact the pad Ca of the circuit board C and the solder Da of the chip component D until the NCF of the chip component D is completely cured in the main crimping process. That is, the mounting apparatus 1 can suppress the bonding failure between the circuit board C and the chip component D due to the hardening of the NCF.
- the mounting apparatus 1 sets the gap G between the pad Ca and the solder Da within a sufficiently small predetermined range Gt in the temporary press-bonding process, thereby causing a shift between the circuit board C and the chip component D in the main press-bonding process. Occurrence of poor bonding can be suppressed.
- the mounting apparatus 1 absorbs the variation in the position in the Z-axis direction of the plurality of chip parts D temporarily fixed to the circuit board C by the rubber member 19a of the main pressure attachment in the main pressure bonding process. For this reason, among the plurality of chip components D that are simultaneously pressed by the main crimping head 17, the chip component D in which the gap G between the pad Ca of the circuit board C and the solder Da is larger than that of the other chip components D is The pressure is applied with a load Fp2 larger than the load Fp1 applied to the other chip component D. However, as shown in FIG. 8 (b), since one chip component D receives the load Fp2 dispersed by the solder Da and the NCF that has started to cure when the NCF is cured, the solder Da is applied by pressurization. It won't be crushed too much.
- the temporary crimping heater 8 is maintained in advance at a temperature necessary for heating the chip component D to the temporary crimping temperature Tt, and the final crimping heater 18 is configured to maintain the chip component D at the final crimping temperature. It is assumed that the temperature necessary for heating to Tp is maintained in advance.
- step S ⁇ b> 100 the control device 22 starts the temporary crimping process control A, and shifts the step to step 110 (see FIG. 10). Then, when the temporary crimping process control A is completed, the step is shifted to step S200.
- step S200 the control device 22 determines the maximum distance Lmax from the distances L (1) to L (n) when the obtained n chip components to be simultaneously press-bonded are temporarily fixed to the circuit board C. It is determined whether or not the difference from the minimum Lmin (the variation in the Z-axis direction of the chip part D at the time of temporary fixing) is equal to or less than the reference range Ls. As a result, when it is determined that the Z-axis direction variation of the temporarily fixed n chip parts D is equal to or less than the reference range Ls, the control device 22 shifts the step to step S300. On the other hand, when it is determined that the variation in the Z-axis direction of the n chip parts D temporarily fixed is not less than or equal to the reference range Ls, that is, when it is determined that the temporary fixing is defective, the control device 22 ends the step.
- the minimum Lmin the variation in the Z-axis direction of the chip part D at the time of temporary fixing
- step S300 the control device 22 starts the main crimping process control B, and shifts the step to step S310 (see FIG. 11). And a step will be complete
- step S110 the control device 22 sucks and holds the circuit board C transported from the upstream process (not shown) by the transport device 21 by the suction table 4b of the temporary crimping stage 4, and the step is performed in step S120. To migrate.
- step S120 the control device 22 sucks and holds the chip component D by the temporary crimping attachment 9 of the temporary crimping head 7, and moves the step to step S130.
- step S ⁇ b> 130 the control device 22 sucks and holds the alignment mark of the chip component D held by the temporary pressure bonding head 9 and the temporary pressure bonding stage 4 by the temporary pressure bonding image recognition device 11 and the temporary pressure bonding stage 4.
- the image information with the alignment mark of the circuit board C that has been acquired is acquired, and the process proceeds to step S140.
- step S ⁇ b> 140 the control device 22 determines, based on the acquired image information of the circuit board C and the chip component D, the X-axis direction of the temporary crimping stage 4 for positioning the circuit board C and the chip component D, While calculating the coordinate positions in the Y-axis direction and the ⁇ -direction, the suction table 4b of the temporary press-bonding stage 4 is moved by the drive unit 4a, and the process proceeds to step S150.
- step S150 the control device 22 applies the temporary crimping load Ft by the temporary crimping unit 6 to the circuit board C sucked and held by the temporary crimping stage 4 with the chip component D sucked and held by the temporary crimping attachment 9.
- the pressure is applied for a predetermined time and temporarily fixed, and the process proceeds to step S160.
- step S160 the control device 22 obtains the distance L (n) in the Z-axis direction of the chip component D (temporary pressure bonding head 7) temporarily fixed to the circuit board C by the displacement sensor 10, and the step proceeds to step S170. Transition.
- step S170 the control device 22 determines whether or not all the temporary fixing of the chip component D to the circuit board C by the temporary crimping unit 6 has been completed. As a result, when it is determined that the temporary fixing of the chip component D to the circuit board C by the temporary crimping unit 6 has been completed, the control device 22 ends the temporary crimping process control A and shifts the step to step S200 ( (See FIG. 9). On the other hand, if it is determined that the temporary fixing of the chip component D to the circuit board C by the temporary crimping unit 6 has not been completed, the control device 22 shifts the step to step S120.
- step S ⁇ b> 310 the control device 22 sucks and holds the circuit board C transported from the temporary press-bonding stage 4 by the transport device 21 by the suction table of the main press-bonding stage 14. To migrate.
- step S320 the control device 22 acquires the image information of the alignment mark of the circuit board C sucked and held on the main press-bonding stage 14 by the main press-bonding image recognition device 20, and shifts the step to step S330.
- step S330 the control device 22 calculates the coordinate positions in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the ⁇ -direction of the main press-bonding stage 14 for positioning the circuit board C based on the image information of the circuit board C.
- the suction table 14b of the final press-bonding stage 14 is moved by the drive unit 14a, and the process proceeds to step S340.
- step S340 the control device 22 presses and fixes the plurality of chip parts D temporarily fixed to the circuit board C by the main press bonding unit 16 with the main press bonding load Fp for a predetermined time, and shifts the step to step S350. .
- step S350 the control device 22 determines whether or not the fixing of the chip component D to the circuit board C by the main crimping unit 16 has been completed. As a result, when it is determined that the fixing of the chip component D to the circuit board C by the main crimping unit 16 has been completed, the control device 22 ends the final crimping process control B and ends the step. On the other hand, if it is determined that the fixing of the chip component D to the circuit board C by the main crimping unit 16 has not been completed, the control device 22 shifts the step to step S320.
- the chip component By mounting the chip component by such a manufacturing method, it is possible to prevent biting of a filler or the like into the solder Da and hardening of the NCF before the pad Ca and the solder Da come into contact in the temporary press-bonding step. Further, in the main press-bonding step, an increase in the load is shared by the NCF whose viscosity has been increased by thermosetting, whereby the margin of the chip component D with respect to the main press-fit load Fp is increased. Further, the measurement by the displacement sensor 10 confirms the variation in the temporarily fixed position of the chip part D in the Z-axis direction. Thereby, the position shift between the pad Ca and the solder Da and the occurrence of poor bonding at the time of the main press bonding can be suppressed.
- the stacked mounting means that a plurality of chip components D are mounted on the circuit board C in a stacked manner.
- the chip component D used for the stacked mounting has a through electrode Db, and a solder Da is provided at one or both ends of the through electrode. Further, NCF is attached so as to cover the solder Da of the chip component D.
- the mounting apparatus 1 temporarily fixes the first chip component D1 on the positioned circuit board C in the temporary crimping process. Further, the mounting apparatus 1 stacks and temporarily fixes the second chip component D2 on the first chip component D1, and stacks and temporarily fixes the third chip component D3 on the second chip component D2. In this manner, the mounting apparatus 1 stacks and temporarily fixes the plurality of chip components D (n) on the circuit board C in the temporary press-bonding step.
- the mounting apparatus 1 is sucked and held by the alignment mark of the (n ⁇ 1) th chip component D (n ⁇ 1) temporarily fixed on the circuit board C and the temporary bonding attachment 9 by the temporary pressure bonding image recognition apparatus 11.
- Image information with the alignment mark of the n-th chip component D (n) is acquired, and the solder Da or the through electrode Db of the (n-1) -th chip component D (n-1) and the n-th chip component D ( Alignment of the circuit board C ((n ⁇ 1) th chip component D (n ⁇ 1)) in the X-axis direction, Y-axis direction, and ⁇ -direction is performed so that the solder Da or the through electrode Db of n) overlaps. .
- the mounting apparatus 1 pressurizes the n-th chip component D (n) with the provisional crimping load Ft by the provisional crimping unit 6. In this manner, the mounting apparatus 1 temporarily fixes the stacking of the first chip component D1 to the nth chip component D (n) on the circuit board C in the temporary pressure bonding apparatus 2.
- the mounting apparatus 1 stacks the first chip component D1 to the n-th chip component D (on the circuit board C positioned and temporarily fixed in the main press-bonding step. n) is fixed.
- the mounting apparatus 1 acquires the image information of the alignment mark of the circuit board C by the image bonding apparatus 20 for final press bonding, and the first chip component D1 to the nth chip stacked with the main press attachment 19 of the main press bonding head 17.
- the circuit board C is aligned in the X axis direction, the Y axis direction, and the ⁇ direction so that the chip component D (n) overlaps.
- the mounting apparatus 1 pressurizes the laminated
- the temporary pressure bonding temperature Tt of the temporary pressure bonding heater 8 in the temporary pressure bonding apparatus 2 is controlled to be a constant value, but the temperature of the temporary pressure bonding heater 8 before pressing the chip component D is controlled. It is good also as a structure which raises and changes the viscosity of NCF.
- the main press bonding device 12 has a main press bonding image recognition device 20 for acquiring position information. However, by using a main press attachment 19 larger than the chip size on the circuit board C, the main press bonding image is used. A configuration that does not require alignment using the recognition device 20 can also be adopted.
- the present embodiment has a moving mechanism by the main pressure bonding stage 14, it is not limited to this.
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Abstract
本圧着時における回路基板CのパッドCaとチップ部品DのはんだDaとの間の位置ずれおよび接合不良の発生を抑制することができる実装装置1の提供を目的とする。具体的には、チップ部品Dを接着剤であるNCFによって回路基板Cの所定位置に仮固定する仮圧着用ヘッド7を備える実装装置1において、回路基板Cとチップ部品Dとの間に配置されたNCFを所定の粘度になるように加熱するとともに、回路基板CのパッドCaとチップ部品DのはんだDaとの間隙Gがゼロよりも大きい所定範囲Gt内に収まるように仮圧着用ヘッド7がチップ部品Dを所定の仮圧着荷重Ftで回路基板Cに向かって加圧する。
Description
本発明は、実装装置および実装方法に関する。詳しくは、チップ部品等を回路基板に実装する実装装置およびその方法に関する。
従来、銅配線等の導電体からなる回路を有する基板のパターンの高精度化、微細化に対応するため、半導体素子からなるチップ部品を回路基板に形成されたパッドに接着剤によって仮固定する仮圧着工程と、パッドに仮固定されたチップ部品のバンプとパッドとを接合させる本圧着工程とから構成される実装装置が知られている。例えば特許文献1の如くである。
特許文献1に記載の実装装置は、チップ部品の実装高さを検出する高さ検出手段を具備する仮圧着装置と本圧着装置とから構成されている。実装装置は、仮圧着装置においてチップ部品を配線基板に実装するとともに、高さ検出手段によって仮圧着工程において実装されたチップ部品の実装高さを検出する。実装装置は、実装高さが所定範囲内にないチップ部品がある場合、そのチップ部品をリペアした後に本圧着装置においてチップ部品のバンプとパッドとを接合させることで不良率を抑制することができる。
特許文献1に記載の技術では、チップ部品のバンプがパッドに接触した段階でチップ部品の実装高さを検出している。
特許文献1に記載の技術では、チップ部品のバンプがパッドに接触した段階でチップ部品の実装高さを検出している。
ところが、チップ部品のバンプとしてはんだを用いる場合、従来の方法では仮圧着時にバンプが変形したり、接着剤の樹脂やフィラーが噛み込んだりすることがあった。そのため仮圧着時の押し込み量を小さくした場合には、本圧着時に位置ずれが生じることがあった。
本発明の目的は、本圧着時における回路基板のパッドとチップ部品のはんだとの間の位置ずれおよび接合不良の発生を抑制することができる実装装置の提供を目的とする。
本発明の目的は、本圧着時における回路基板のパッドとチップ部品のはんだとの間の位置ずれおよび接合不良の発生を抑制することができる実装装置の提供を目的とする。
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
即ち、本発明は、チップ部品を接着剤によって回路基板の所定位置に仮固定する仮圧着用ヘッドを備える実装装置において、回路基板とチップ部品との間に配置された接着剤を所定の粘度になるように加熱するとともに、回路基板のパッドとチップ部品のはんだとの間隙がゼロよりも大きい所定範囲内に収まるように仮圧着用ヘッドがチップ部品を所定の仮圧着荷重で回路基板に向かって加圧するものである。
本発明は、前記接着剤が熱硬化性樹脂から構成され、前記回路基板に仮固定された前記チップ部品を加圧して回路基板に固定する本圧着用ヘッドを更に備え、本圧着用ヘッドが接着剤とチップ部品のはんだとを接着剤の硬化温度以上かつはんだの融点以上に加熱するとともに、チップ部品のはんだと回路基板のパッドとが接触するように本圧着用ヘッドがチップ部品を所定の本圧着荷重で回路基板に向かって加圧するものである。
本発明は、前記本圧着用ヘッドの加圧時における平均温度が、前記接着剤の硬化温度以上かつはんだの融点以上の温度を一定範囲内で維持されるものである。
本発明は、前記仮圧着荷重で加圧後に任意の基準位置から前記仮圧着用ヘッドまでの加圧方向における距離を測定する距離測定手段を備え、前記回路基板に仮固定された前記チップ部品を加圧して回路基板に固定する本圧着用ヘッドによって同時に加圧されるチップ部品において測定した距離のばらつきが所定範囲外である場合、仮固定不良であると判定するものである。
本発明は、前記チップ部品が貫通電極を有するチップ部品から構成され、チップ部品同士を貫通電極が重複するように積層させて前記仮圧着用ヘッドで仮固定し、複数の積層されたチップ部品を前記本圧着用ヘッドで同時に加圧するものである。
本発明は、前記接着剤が非導電性フィルムから構成されるものである。
本発明は、回路基板とチップ部品との間に配置された接着剤が所定の粘度になるように加熱するとともに、回路基板のパッドとチップ部品のはんだとの間隙がゼロよりも大きい所定の範囲内に収まるようにチップ部品を所定の仮圧着荷重で回路基板に向かって加圧する仮圧着工程と、接着剤とチップ部品のはんだとを接着剤の硬化温度以上かつはんだの融点以上に加熱するとともに、回路基板のパッドにチップ部品のはんだが接触するようにチップ部品を所定の本圧着荷重で回路基板に向かって加圧する本圧着工程と、を含むものである。
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
本発明においては、チップ部品のはんだと回路基板のパッドとの間隙を小さくすることではんだに接着剤に含まれるフィラー等の食い込みが防止されるとともに、はんだとパッドとが接触するまでの時間を短縮することではんだとパッドとが接触する前の接着剤の硬化が防止される。これにより、本圧着時における回路基板のパッドとチップ部品のはんだとの間の位置ずれおよび接合不良の発生を抑制することができる。
本発明においては、複数のチップ部品を同時に加圧する際にチップ部品と回路基板との距離のばらつきによって一部のチップ部品への荷重が増加しても熱硬化により粘度が増大した接着剤によって荷重の増加分が分担される。これにより、本圧着時におけるチップ部品のはんだとパッドとの間の位置ずれおよび接合不良の発生を抑制することができる。
本発明においては、本圧着用ヘッドの温度変動による接着剤の熱硬化不良やはんだの溶融不良が抑制される。これにより、本圧着時における回路基板のパッドとチップ部品のはんだとの間の位置ずれおよび接合不良の発生を抑制することができる。
本発明においては、仮圧着されたチップ部品の仮固定位置のばらつきが許容範囲内に抑えられる。これにより、本圧着時における回路基板のパッドとチップ部品のはんだとの間の位置ずれおよび接合不良の発生を抑制することができる。
まず、図1から図3を用いて、本発明に係る実装装置1における一実施形態である実装装置1について説明する。以下の説明では仮圧着装置2から本圧着装置12へ回路基板Cを搬送する方向をX軸方向、これに直交するY軸方向、後述の仮圧着用ヘッド7および本圧着用ヘッド17の回路基板Cに垂直な移動方向をZ軸方向、Z軸を中心として回転する方向をθ方向として説明する。なお、本実施形態においては、実装装置1の一実施形態として仮圧着装置2と本圧着装置12とがそれぞれ構成されているが、これに限定されるものではない。また、本実施形態において、回路基板Cとチップ部品Dとを接着する接着剤である熱硬化性樹脂からなる非導電性フィルム(以下、単に「NCF」と記す)は、予めチップ部品Dのはんだを覆うように貼り付けられているものとするがこれに限定されるものではなく、回路基板C側に貼り付けられていてもよい。
図1に示すように、実装装置1は、回路基板Cにチップ部品Dを実装するものである。実装装置1は、仮圧着装置2、本圧着装置12、搬送装置21(図3参照)および制御装置22(図3参照)を具備している。
仮圧着装置2は、接着剤であるNCFによって回路基板Cにチップ部品Dを仮固定するものである。仮圧着装置2は、仮圧着用基台3、仮圧着用ステージ4、仮圧着用支持フレーム5、仮圧着用ユニット6、仮圧着用ヘッド7、仮圧着用ヒーター8(図2参照)、仮圧着用アタッチメント9および距離測定手段である変位センサ10、仮圧着用画像認識装置11(図3参照)を具備している。
仮圧着用基台3は、仮圧着装置2を構成する主な構造体である。仮圧着用基台3は、十分な剛性を有するようにパイプ材等を組み合わせて構成されている。仮圧着用基台3は、仮圧着用ステージ4と仮圧着用支持フレーム5とを支持している。
仮圧着用ステージ4は、回路基板Cを保持しつつ、任意の位置に移動させるものである。仮圧着用ステージ4は、駆動ユニット4aに回路基板を吸着保持できる吸着テーブル4bが取り付けられて構成されている。仮圧着用ステージ4は、仮圧着用基台3に取り付けられ、駆動ユニット4aによって吸着テーブル4bをX軸方向、Y軸方向およびθ方向に移動できるように構成されている。すなわち、仮圧着用ステージ4は、仮圧着用基台3上において吸着テーブル4bに吸着された回路基板CをX軸方向、Y軸方向、θ方向に移動できるように構成されている。なお、本実施形態において仮圧着用ステージ4は、吸着により回路基板Cを保持しているがこれに限定されるものではない。
仮圧着用支持フレーム5は、仮圧着用ユニット6を支持するものである。仮圧着用支持フレーム5は、板状に形成され、仮圧着用基台3の仮圧着用ステージ4の近傍からZ軸方向にむかって延びるように構成されている。
加圧ユニットである仮圧着用ユニット6は、仮圧着用ヘッド7を移動させるものである。仮圧着用ユニット6は、図示しないサーボモータとボールねじとから構成される。仮圧着用ユニット6は、サーボモータによってボールねじを回転させることによりボールねじの軸方向の駆動力を発生するように構成されている。仮圧着用ユニット6は、仮圧着用ヘッド7の移動方向が回路基板Cに対して垂直なZ軸方向になるように仮圧着用支持フレーム5に取り付けられている。つまり、仮圧着用ユニット6は、Z軸方向の駆動力(加圧力)を発生するように構成されている。仮圧着用ユニット6は、サーボモータの出力を制御することによりZ軸方向の加圧力である仮圧着荷重Ftを任意に設定できるように構成されている。なお、本実施形態において、仮圧着用ユニット6は、サーボモータとボールねじとの構成としたがこれに限定されるものではなく、空圧アクチュエータや油圧アクチュエータから構成してもよい。
仮圧着用ヘッド7は、仮圧着用ユニット6の駆動力をチップ部品Dに伝達するものである。仮圧着用ヘッド7は、仮圧着用ユニット6を構成している図示しないボールねじナットに取り付けられている。また、仮圧着用ユニット6は、仮圧着用ステージ4と対向するように配置されている。つまり、仮圧着用ヘッド7は、仮圧着用ユニット6によってZ軸方向に移動されることで仮圧着用ステージ4に近接できるように構成されている。図2に示すように、仮圧着用ヘッド7には、仮圧着用ヒーター8、仮圧着用アタッチメント9および変位センサ10が設けられている。
図2(a)に示すように、仮圧着用ヒーター8は、チップ部品Dを加熱するためのものである。仮圧着用ヒーター8は、カートリッジヒータから構成され、仮圧着用ヘッド7に形成された孔等に組み込まれている。本実施形態において、仮圧着用ヒーター8は、カートリッジヒータから構成されているがこれに限定されるものではなく、ラバーヒーター等、チップ部品Dを加熱することができるものであればよい。また、仮圧着用ヒーター8は、仮圧着用ヘッド7に組み込まれているがこれに限定されるものではなく、仮圧着用ステージ4に組み込んで、仮圧着用ステージ4側から回路基板Cを介してNCFを加熱する構成でもよい。
仮圧着用アタッチメント9は、チップ部品Dを保持するものである。仮圧着用アタッチメント9は、仮圧着用ヘッド7に仮圧着用ステージ4と対向するように設けられている。仮圧着用アタッチメント9は、チップ部品Dを位置決めしながら吸着保持できるように構成されている。また、仮圧着用アタッチメント9は、仮圧着用ヒーター8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9は、チップ部品Dを位置決め保持するとともに、仮圧着用ヒーター8からの伝熱によってチップ部品Dに貼り付けられているNCFを加熱できるように構成されている。
変位センサ10は、任意の基準位置からの仮圧着用ヘッド7のZ軸方向の距離を測定するものである。変位センサ10は、各種レーザー光を利用した変位センサ10から構成される。変位センサ10は仮圧着完了時の仮圧着用ヘッド7のZ軸方向の任意の基準位置からの距離L(図4参照)を測定できるように構成されている。なお、本実施形態において、変位センサ10はレーザー光を利用したものから構成されているがこれに限定されるものではなく、超音波を利用したものや、リニアスケール、サーボモータのエンコーダから算出するものから構成されていてもよい。
図3に示すように、仮圧着用画像認識装置11は、画像によってチップ部品Dと回路基板Cとの位置情報を取得するものである。仮圧着用画像認識装置11は、仮圧着用ステージ4に吸着保持されている回路基板Cの位置合わせマークと仮圧着用アタッチメント9に保持されているチップ部品Dの位置合わせマークとを画像認識して、回路基板Cとチップ部品Dとの位置情報を取得するように構成されている。
図1に示すように、本圧着装置12は、チップ部品Dのはんだの溶着によってチップ部品Dを回路基板Cに固定するものである。本圧着装置12は、本圧着用基台13、本圧着用ステージ14、本圧着用支持フレーム15、本圧着用ユニット16、本圧着用ヘッド17、本圧着用ヒーター18、本圧着用アタッチメント19および本圧着用画像認識装置20(図3参照)を具備している。
本圧着用基台13は、本圧着装置12を構成する主な構造体である。本圧着用基台13は、十分な剛性を有するようにパイプ材等を組み合わせて構成されている。本圧着用基台13は、本圧着用ステージ14と本圧着用支持フレーム15とを支持している。
本圧着用ステージ14は、回路基板Cを保持しつつ、任意の位置に移動させるものである。本圧着用ステージ14は、駆動ユニット14aに回路基板を吸着保持できる吸着テーブル14bが取り付けられて構成されている。本圧着用ステージ14は、本圧着用基台13に取り付けられ、駆動ユニット14aによって吸着テーブル14bをX軸方向、Y軸方向およびθ方向に移動できるように構成されている。すなわち、本圧着用ステージ14は、本圧着用基台13上において吸着テーブル14bに吸着された回路基板CをX軸方向、Y軸方向、θ方向に移動できるように構成されている。なお、本実施形態において本圧着用ステージ14は、吸着により回路基板Cを保持しているがこれに限定されるものではない。
本圧着用支持フレーム15は、本圧着用ユニット16を支持するものである。本圧着用支持フレーム15は、略板状に形成され、本圧着用基台13の本圧着用ステージ14の近傍からZ軸方向にむかって延びるように構成されている。
加圧ユニットである本圧着用ユニット16は、本圧着用ヘッド17を移動させるものである。本圧着用ユニット16は、図示しないサーボモータとボールねじとから構成される。本圧着用ユニット16は、サーボモータによってボールねじを回転させることによりボールねじの軸方向の駆動力を発生するように構成されている。本圧着用ユニット16は、本圧着用ヘッド17の移動方向が回路基板Cに対して垂直なZ軸方向になるように本圧着用支持フレーム15に取り付けられている。つまり、本圧着用ユニット16は、Z軸方向の駆動力(加圧力)を発生できるように構成されている。本圧着用ユニット16は、サーボモータの出力を制御することによりZ軸方向の加圧力である本圧着荷重Fpを任意に設定できるように構成されている。なお、本実施形態において、本圧着用ユニット16は、サーボモータとボールねじとの構成としたがこれに限定されるものではなく、空圧アクチュエータや油圧アクチュエータから構成してもよい。
本圧着用ヘッド17は、本圧着用ユニット16の駆動力をチップ部品Dに伝達するものである。本圧着用ヘッド17は、本圧着用ユニット16を構成している図示しないボールねじナットに取り付けられている。また、本圧着用ヘッド17は、本圧着用ステージ14と対向するように配置されている。つまり、本圧着用ヘッド17は、本圧着用ユニット16によってZ軸方向に移動されることで本圧着用ステージ14に近接できるように構成されている。本圧着用ヘッド17には、本圧着用ヒーター18および複数の本圧着用アタッチメント19が設けられている。
図2(b)に示すように、本圧着用ヒーター18は、チップ部品Dを加熱するためのものである。本圧着用ヒーター18は、カートリッジヒータから構成され、本圧着用ヘッド17に形成された孔等に組み込まれている。本実施形態において、本圧着用ヒーター18は、カートリッジヒータから構成されているがこれに限定されるものではなく、ラバーヒーター等、チップ部品Dを加熱することができるものであればよい。
本圧着用アタッチメント19は、チップ部品Dを加圧するものである。本圧着用アタッチメント19は、本圧着用ヘッド17に本圧着用ステージ14と対向するように複数設けられている。この際、本圧着用アタッチメント19は、仮圧着されたチップ部品DのZ軸方向のばらつきを吸収するための弾性部材であるゴム部材19aを介して本圧着用ヘッド17に取り付けられている。さらに、本圧着用アタッチメント19は、本圧着用ヒーター18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19は、複数のチップ部品DのZ軸方向のばらつきをゴム部材19aで吸収するとともに、複数のチップ部品Dを同時に本圧着用ヒーター18からの伝熱によって加熱できるように構成されている。
図3に示すように、本圧着用画像認識装置20は、画像によってチップ部品Dと回路基板Cとの位置情報を取得するものである。本圧着用画像認識装置20は、回路基板Cの位置合わせマークと本圧着用ステージ14に吸着保持されている回路基板Cに仮固定されたチップ部品Dの位置合わせマークとを画像認識して、回路基板Cとチップ部品Dとの位置情報を取得するように構成されている。
搬送装置21は、仮圧着装置2と本圧着装置12との間で回路基板Cの受け渡しを行うものである。搬送装置21は、仮圧着装置2の仮圧着用ステージ4で複数のチップ部品Dが仮圧着された回路基板Cを本圧着装置12の本圧着用ステージ14に搬送できるように構成されている。
制御装置22は、仮圧着装置2、本圧着装置12および搬送装置21等を制御するものである。制御装置22は、実体的には、CPU、ROM、RAM、HDD等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのLSI等からなる構成であってもよい。制御装置22は、仮圧着装置2、本圧着装置12および搬送装置21等を制御するために種々のプログラムやデータが格納されている。
制御装置22は、仮圧着用ステージ4と本圧着用ステージ14とに接続され、仮圧着用ステージ4と本圧着用ステージ14とのX軸方向、Y軸方向、θ方向の移動量をそれぞれ制御することができる。
制御装置22は、仮圧着用ヒーター8と本圧着用ヒーター18とに接続され、仮圧着用ヒーター8と本圧着用ヒーター18との温度をそれぞれ制御することができる。特に、制御装置22は、本圧着用ヘッド17の加圧時における平均温度をNCFの硬化温度(後述の基準温度Ts)以上かつはんだの融点以上の温度からなる一定範囲内に維持することができる。
制御装置22は、仮圧着用ユニット6と本圧着用ユニット16とに接続され、仮圧着用ユニット6と本圧着用ユニット16とのZ軸方向の加圧力をそれぞれ制御することができる。
制御装置22は、仮圧着用アタッチメント9に接続され、仮圧着用アタッチメント9の吸着状態を制御することができる。
制御装置22は、仮圧着用画像認識装置11と本圧着用画像認識装置20とに接続され、仮圧着用画像認識装置11と本圧着用画像認識装置20とをそれぞれ制御し、チップ部品Dと回路基板Cとの位置情報を取得することができる。
制御装置22は、搬送装置21に接続され、搬送装置21を制御することができる。
制御装置22は、変位センサ10に接続され、変位センサ10から仮圧着完了時のZ軸方向の距離を取得することができる。特に、制御装置22は、仮固定時のチップ部品DのZ軸方向ばらつきが所定範囲(後述の基準範囲Ls)外か否か判定することができる。
以上より、図4(a)に示すように、実装装置1は、回路基板Cにチップ部品Dを固定する実装方法における仮圧着工程として、仮圧着装置2の仮圧着用ステージ4に回路基板Cを吸着保持し、チップ部品Dを仮圧着用ユニット6によって仮圧着温度Tt(図5参照)に加熱しつつ仮圧着荷重Ftで回路基板Cに加圧することで回路基板Cに仮固定する。次に、実装装置1は、搬送装置21で回路基板Cを仮圧着装置2の仮圧着用ステージ4から本圧着装置12の本圧着用ステージ14に搬送する。そして、実装装置1は、図4(b)に示すように、回路基板Cにチップ部品Dを固定する実装方法における本圧着工程として、本圧着装置12の本圧着用ステージ14に回路基板Cを吸着保持し、複数のチップ部品Dを同時に本圧着用ユニット16によって本圧着温度Tp(図5参照)に加熱しつつ本圧着荷重Fpで加圧することで回路基板Cに固定する。
このように構成することで、実装装置1は、仮圧着装置2で連続的にチップ部品Dを回路基板Cに仮固定した後に、本圧着装置12で同時に複数のチップ部品Dを回路基板Cに固定することができる。このため、図5に示すように、実装装置1は、仮圧着装置2の仮圧着時における仮圧着用ヘッド7の温度を仮圧着温度Ttに維持し、本圧着装置12の本圧着時における本圧着用ヘッド17の温度を本圧着温度Tpに維持するだけでよい。従って、実装装置1は、一実装サイクル毎に仮圧着用ヘッド7と本圧着用ヘッド17との冷却を行う必要がなく温度管理が容易になり、仮圧着および本圧着の接合不良の発生を抑制することができる。
以下では、図5から図7を用いて、本発明に係る実装装置1の仮圧着時におけるNCFを用いたチップ部品Dのはんだと回路基板Cのパッドとの間隙Gの制御について説明する。
図6に示すように、NCFは、その温度に応じて粘度が変動する。具体的には、熱硬化性樹脂から構成されるNCFは、NCFの特性から定まる基準温度Ts未満の温度域においては硬化することなく、可逆的に温度上昇に伴って粘度が低くなる性質を示す。一方、NCFは、基準温度Ts以上の温度域においては硬化し、不可逆的に温度上昇に伴って粘度が高くなる性質を示す。
図5と図6とに示すように、実装装置1は、仮圧着工程において、仮圧着装置2の仮圧着アタッチメントに吸着保持したチップ部品Dを仮圧着用ヒーター8によって所定の仮圧着温度Ttまで加熱する。これに伴って、チップ部品DのはんだDaを覆うように貼り付けられているNCF(図7参照)は、加熱されたチップ部品Dの熱が伝わりチップ部品Dと略同一の仮圧着温度Ttに加熱される。ここで、仮圧着温度Ttは、基準温度Tsよりも低く設定されている。すなわち、実装装置1は、NCFが硬化しない温度域においてNCFが所定の粘度になるように仮圧着用ヒーター8の温度を制御している。
図7(a)に示すように、実装装置1は、仮圧着温度Ttに加熱されたチップ部品Dを仮圧着用ユニット6によって回路基板Cに向かってZ軸方向に移動させる。図7(b)に示すように、回路基板Cに向かって移動されたチップ部品Dは、はんだDaを覆うように貼り付けられているNCFが回路基板C上のパッドCaに接触する。チップ部品Dは、NCFがパッドCaに接触したことで仮圧着用ユニット6から仮圧着荷重FtがZ軸方向に加わる。
チップ部品Dは、仮圧着用ヒーター8によって加熱されることでチップ部品DのはんだDaとの間に挟まれたNCFが所定の粘度になり、仮圧着用ユニット6によって回路基板Cに向かって加圧されることでNCFが仮圧着荷重Ftにより変形していく。この際、チップ部品Dには、仮圧着荷重Ftに対してNCFの粘性抵抗による反力が生じる。チップ部品Dに生じるNCFの粘性抵抗による反力は、回路基板Cとチップ部品Dとにはさみ込まれたNCFの変形量に応じて増加する。このため、仮圧着荷重Ftで加圧されているチップ部品Dは、仮圧着荷重Ftにつり合う粘性抵抗による反力が生じるNCFの変形量に到達するとZ軸方向の位置が定まる。
すなわち、仮圧着工程におけるチップ部品DのZ軸方向の位置は、仮圧着荷重FtとNCFの粘度とによって定まる。従って、実装装置1は、仮圧着装置2において、仮圧着用ユニット6による仮圧着荷重FtとNCFの粘度を設定するための仮圧着用ヒーター8の温度とによって回路基板CのパッドCaとチップ部品DのはんだDaとの間隙Gを任意の所定範囲Gt内に設定することができる。
以下では、図8を用いて、本発明に係る実装装置1の本圧着時におけるNCFを用いたチップ部品DのZ軸方向の位置のばらつきを吸収する構成について説明する。
図8(a)に示すように、実装装置1は、本圧着工程において、仮固定されたチップ部品Dに本圧着用ユニット16によって本圧着用アタッチメント19を当接させる。チップ部品Dは、本圧着用ヒーター18によって本圧着用アタッチメント19を介して所定の本圧着温度Tpまで加熱される。これに伴って、チップ部品Dに貼り付けられているNCFとはんだDaとは、加熱されたチップ部品Dの熱が伝わりチップ部品Dと略同一の本圧着温度Tpに加熱される。ここで、本圧着温度Tpは、基準温度Ts以上かつはんだの融点以上の一定範囲内に設定されている(図6参照)。すなわち、実装装置1は、NCFが硬化する温度域であってNCFが所定の本圧粘度(硬度)になるとともに、はんだが溶融するように本圧着用ヒーター18の温度を制御している。
実装装置1は、本圧着温度Tpに加熱されたチップ部品Dを本圧着用ユニット16によってZ軸方向に本圧加重Fpで加圧する。チップ部品Dは、本圧着用ユニット16によって回路基板Cに向かって加圧されることで、はんだと回路基板Cのパッドとの間隙Gをなくすように近接する。この際、チップ部品DのNCFは、基準温度Ts以上に加熱されているため硬化が始まる。
実装装置1は、仮圧着工程において回路基板CのパッドCaとチップ部品DのはんだDaとの間隙Gが所定範囲Gt内収まるようにしてチップ部品Dが仮固定されている(図7(c)参照)。これにより、実装装置1は、本圧着工程においてチップ部品DのNCFが完全に硬化するまでに回路基板CのパッドCaとチップ部品DのはんだDaとを接触させることができる。つまり、実装装置1は、NCFの硬化による回路基板Cとチップ部品Dとの接合不良を抑制することができる。また、実装装置1は、仮圧着工程においてパッドCaとはんだDaとの間隙Gを十分に小さい所定範囲Gt内に設定することで、本圧着工程での回路基板Cとチップ部品Dとのずれによる接合不良の発生を抑制することができる。
さらに、実装装置1は、本圧着工程において、回路基板Cに仮固定された複数のチップ部品DのZ軸方向の位置のばらつきが本圧着アタッチメントのゴム部材19aで吸収する。このため、本圧着用ヘッド17に同時に加圧される複数のチップ部品Dのうち、回路基板CのパッドCaとはんだDaとの間隙Gが他のチップ部品Dのそれと比べて大きいチップ部品Dは、他のチップ部品Dに加わる荷重Fp1よりも大きい荷重Fp2で加圧される。しかし、図8(b)に示すように、一のチップ部品Dは、NCFが硬化することにより荷重Fp2をはんだDaと硬化を開始したNCFとで分散して受けとめるため、加圧によりはんだDaが潰れ過ぎることがない。
以下では、図9から図11を用いて、本発明に係る実装装置1の制御態様について具体的に説明する。なお、以下の制御態様において、仮圧着用ヒーター8は、チップ部品Dを仮圧着温度Ttに加熱するために必要な温度に予め維持され、本圧着用ヒーター18は、チップ部品Dを本圧着温度Tpに加熱するために必要な温度に予め維持されているものとする。
図9に示すように、ステップS100において、制御装置22は、仮圧着工程制御Aを開始し、ステップをステップ110に移行させる(図10参照)。そして、仮圧着工程制御Aが終了するとステップをステップS200に移行させる。
ステップS200において、制御装置22は、取得した同時に本圧着されるn個のチップ部品を回路基板Cに仮固定した際の距離L(1)からL(n)のうち、最大である距離Lmaxと最小であるLminとの差(仮固定時のチップ部品DのZ軸方向ばらつき)が基準範囲Ls以下か否か判断する。
その結果、仮固定されたn個のチップ部品DのZ軸方向ばらつきが基準範囲Ls以下であると判定した場合、制御装置22はステップをステップS300に移行させる。
一方、仮固定されたn個のチップ部品DのZ軸方向ばらつきが基準範囲Ls以下でないと判定した場合、すなわち、仮固定不良と判定した場合、制御装置22はステップを終了する。
その結果、仮固定されたn個のチップ部品DのZ軸方向ばらつきが基準範囲Ls以下であると判定した場合、制御装置22はステップをステップS300に移行させる。
一方、仮固定されたn個のチップ部品DのZ軸方向ばらつきが基準範囲Ls以下でないと判定した場合、すなわち、仮固定不良と判定した場合、制御装置22はステップを終了する。
ステップS300において、制御装置22は、本圧着工程制御Bを開始し、ステップをステップS310に移行させる(図11参照)。そして、本圧着工程制御Bが終了するとステップを終了する。
図10に示すように、ステップS110において、制御装置22は、搬送装置21によって図示しない上流工程から搬送された回路基板Cを仮圧着用ステージ4の吸着テーブル4bによって吸着保持し、ステップをステップS120に移行させる。
ステップS120において、制御装置22は、チップ部品Dを仮圧着用ヘッド7の仮圧着用アタッチメント9によって吸着保持し、ステップをステップS130に移行させる。
ステップS130において、制御装置22は、仮圧着用画像認識装置11によって仮圧着用ヘッド7の仮圧着用アタッチメント9に吸着保持されているチップ部品Dの位置合わせマークと仮圧着用ステージ4に吸着保持されている回路基板Cの位置合わせマークとの画像情報を取得し、ステップをステップS140に移行させる。
ステップS140において、制御装置22は、取得した回路基板Cとチップ部品Dとの画像情報に基づいて、回路基板Cとチップ部品Dとの位置合わせのための仮圧着用ステージ4のX軸方向、Y軸方向、θ方向の座標位置を算出するとともに、仮圧着用ステージ4の吸着テーブル4bを駆動ユニット4aによって移動させ、ステップをステップS150に移行させる。
ステップS150において、制御装置22は、仮圧着用アタッチメント9に吸着保持させているチップ部品Dを仮圧着用ステージ4に吸着保持されている回路基板Cに仮圧着用ユニット6によって仮圧着荷重Ftで所定時間加圧して仮固定し、ステップをステップS160に移行させる。
ステップS160において、制御装置22は、変位センサ10によって回路基板Cに仮固定されたチップ部品D(仮圧着用ヘッド7)のZ軸方向の距離L(n)を取得し、ステップをステップS170に移行させる。
ステップS170において、制御装置22は、仮圧着用ユニット6によるチップ部品Dの回路基板Cへの仮固定が全て終了したか否か判断する。
その結果、仮圧着用ユニット6によるチップ部品Dの回路基板Cへの仮固定が全て終了したと判定した場合、制御装置22は仮圧着工程制御Aを終了してステップをステップS200に移行させる(図9参照)。
一方、仮圧着用ユニット6によるチップ部品Dの回路基板Cへの仮固定が全て終了していないと判定した場合、制御装置22はステップをステップS120に移行させる。
その結果、仮圧着用ユニット6によるチップ部品Dの回路基板Cへの仮固定が全て終了したと判定した場合、制御装置22は仮圧着工程制御Aを終了してステップをステップS200に移行させる(図9参照)。
一方、仮圧着用ユニット6によるチップ部品Dの回路基板Cへの仮固定が全て終了していないと判定した場合、制御装置22はステップをステップS120に移行させる。
図11に示すように、ステップS310において、制御装置22は、搬送装置21によって仮圧着用ステージ4から搬送された回路基板Cを本圧着用ステージ14の吸着テーブルによって吸着保持し、ステップをステップS320に移行させる。
ステップS320において、制御装置22は、本圧着用画像認識装置20によって本圧着用ステージ14に吸着保持されている回路基板Cの位置合わせマークの画像情報を取得し、ステップをステップS330に移行させる。
ステップS330において、制御装置22は、回路基板Cの画像情報に基づいて、回路基板Cの位置合わせのための本圧着用ステージ14のX軸方向、Y軸方向、θ方向の座標位置を算出するとともに、本圧着用ステージ14の吸着テーブル14bを駆動ユニット14aによって移動させ、ステップをステップS340に移行させる。
ステップS340において、制御装置22は、回路基板Cに仮固定されている複数のチップ部品Dを本圧着用ユニット16によって本圧着荷重Fpで所定時間加圧して固定し、ステップをステップS350に移行させる。
ステップS350において、制御装置22は、本圧着用ユニット16によるチップ部品Dの回路基板Cへの固定が全て終了したか否か判断する。
その結果、本圧着用ユニット16によるチップ部品Dの回路基板Cへの固定が全て終了したと判定した場合、制御装置22は本圧着工程制御Bを終了してステップを終了する。 一方、本圧着用ユニット16によるチップ部品Dの回路基板Cへの固定が全て終了していないと判定した場合、制御装置22はステップをステップS320に移行させる。
その結果、本圧着用ユニット16によるチップ部品Dの回路基板Cへの固定が全て終了したと判定した場合、制御装置22は本圧着工程制御Bを終了してステップを終了する。 一方、本圧着用ユニット16によるチップ部品Dの回路基板Cへの固定が全て終了していないと判定した場合、制御装置22はステップをステップS320に移行させる。
このような製造方法でチップ部品を実装することで、仮圧着工程において、はんだDaへのフィラー等の食い込み、およびパッドCaとはんだDaとが接触する前のNCFの硬化が防止される。また、本圧着工程において、熱硬化により粘度が増大したNCFによって荷重の増加分が分担されることで本圧着荷重Fpに対するチップ部品Dのマージンが増大する。さらに、変位センサ10によって測定することによりチップ部品DのZ軸方向の仮固定位置のばらつきが確認される。これにより、本圧着時におけるパッドCaとはんだDaとの間の位置ずれおよび接合不良の発生を抑制することができる。
次に、図12を用いて、本発明に係る実装装置1を用いて積層実装を行う実施形態について説明する。なお、以下の実施形態において、既に説明した実施形態と同様の点に関してはその具体的説明を省略し、相違する部分を中心に説明する。
図12(a)に示すように、積層実装とは、回路基板C上にチップ部品Dを複数重ねて実装することを言う。積層実装に用いられるチップ部品Dは、貫通電極Dbが形成され、貫通電極の一方または両方の端部にはんだDaが設けられている。さらに、チップ部品DのはんだDaを覆うようにNCFが貼り付けられている。
実装装置1は、仮圧着工程において、位置決めされた回路基板C上に第1チップ部品D1を仮固定する。さらに、実装装置1は、第1チップ部品D1上に第2チップ部品D2を積層させ仮固定し、第2チップ部品D2上に第3チップ部品D3を積層させて仮固定する。このようにして、実装装置1は、仮圧着工程において、複数のチップ部品D(n)を回路基板C上に積層して仮固定する。
実装装置1は、仮圧着用画像認識装置11によって回路基板C上に仮固定された第(n-1)チップ部品D(n-1)の位置合わせマークと仮圧着用アタッチメント9に吸着保持されている第nチップ部品D(n)の位置合わせマークとの画像情報を取得するとともに第(n-1)チップ部品D(n-1)のはんだDaまたは貫通電極Dbと第nチップ部品D(n)のはんだDaまたは貫通電極Dbとが重複するように回路基板C(第(n-1)チップ部品D(n-1))のX軸方向、Y軸方向、θ方向の位置合わせを行う。そして、実装装置1は、第nチップ部品D(n)を仮圧着用ユニット6によって仮圧着荷重Ftで加圧する。このようにして、実装装置1は、仮圧着装置2において、回路基板C上に第1チップ部品D1から第nチップ部品D(n)を積層させて仮固定する。
次に、図12(b)に示すように、実装装置1は、本圧着工程において、位置決めされた回路基板C上に積層して仮固定された第1チップ部品D1から第nチップ部品D(n)を固定する。
実装装置1は、本圧着用画像認識装置20によって回路基板Cの位置合わせマークの画像情報を取得するとともに本圧着用ヘッド17の本圧着用アタッチメント19と積層された第1チップ部品D1から第nチップ部品D(n)とが重複するように回路基板CのX軸方向、Y軸方向、θ方向の位置合わせを行う。そして、実装装置1は、積層された第1チップ部品D1から第nチップ部品D(n)を同時に本圧着用ユニット16によって本圧着荷重Fpで加圧する。このようにして、実装装置1は、本圧着装置12において、回路基板C上に積層して仮固定されている第1チップ部品D1から第nチップ部品D(n)を同時に固定して積層実装する。
このように回路基板CのパッドCaとチップ部品DのはんだDaとの間隙Gだけでなく、チップ部品D同士のはんだDaと貫通電極Dbとの間隙Gを制御しながら第1チップ部品D1から第nチップ部品D(n)を積層して仮固定することで、積層された第1チップ部品D1から第nチップ部品D(n)を同時に本圧着してもチップ部品D同士のはんだDaと貫通電極Dbとの間の位置ずれおよび接合不良の発生を抑制することができる。
なお、本実施形態においては、仮圧着装置2における仮圧着用ヒーター8の仮圧着温度Ttは一定値となるよう制御されているが、チップ部品Dの加圧前に仮圧着用ヒーター8の温度を上昇させてNCFの粘度を変化させる構成としてもよい。また、本圧着装置12には位置情報取得用の本圧着用画像認識装置20を有しているが、回路基板C上のチップサイズよりも大きな本圧着用アタッチメント19を用いることにより本圧着用画像認識装置20を用いた位置合わせの必要がない構成とすることもできる。本実施形態では本圧着用ステージ14による移動機構を有しているが、これに限定されない。
1 実装装置
2 仮圧着装置
7 仮圧着用ヘッド
C 回路基板
Ca パッド
D チップ部品
Da はんだ
NCF 接着剤
G 間隙
2 仮圧着装置
7 仮圧着用ヘッド
C 回路基板
Ca パッド
D チップ部品
Da はんだ
NCF 接着剤
G 間隙
Claims (7)
- チップ部品を接着剤によって回路基板の所定位置に仮固定する仮圧着用ヘッドを備える実装装置において、
回路基板とチップ部品との間に配置された接着剤を所定の粘度になるように加熱するとともに、回路基板のパッドとチップ部品のはんだとの間隙がゼロよりも大きい所定範囲内に収まるように仮圧着用ヘッドがチップ部品を所定の仮圧着荷重で回路基板に向かって加圧する実装装置。 - 前記接着剤が熱硬化性樹脂から構成され、
前記回路基板に仮固定された前記チップ部品を加圧して回路基板に固定する本圧着用ヘッドを更に備え、
本圧着用ヘッドが接着剤とチップ部品のはんだとを接着剤の硬化温度以上かつはんだの融点以上に加熱するとともに、チップ部品のはんだと回路基板のパッドとが接触するように本圧着用ヘッドがチップ部品を所定の本圧着荷重で回路基板に向かって加圧する請求項1に記載の実装装置。 - 前記本圧着用ヘッドの加圧時における平均温度が、前記接着剤の硬化温度以上かつはんだの融点以上の温度を一定範囲内で維持される請求項2に記載の実装装置。
- 前記仮圧着荷重で加圧後に任意の基準位置から前記仮圧着用ヘッドまでの加圧方向における距離を測定する距離測定手段を備え、前記回路基板に仮固定された前記チップ部品を加圧して回路基板に固定する本圧着用ヘッドによって同時に加圧されるチップ部品において測定した距離のばらつきが所定範囲外である場合、仮固定不良であると判定する請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の実装装置。
- 前記チップ部品が貫通電極を有するチップ部品から構成され、
チップ部品同士を貫通電極が重複するように積層させて前記仮圧着用ヘッドで仮固定し、複数の積層されたチップ部品を前記本圧着用ヘッドで同時に加圧する請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の実装装置。 - 前記接着剤が非導電性フィルムから構成される請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の実装装置。
- 回路基板とチプ部品との間に配置された接着剤が所定の粘度になるように加熱するとともに、回路基板のパッドとチップ部品のはんだとの間隙がゼロよりも大きい所定の範囲内に収まるようにチップ部品を所定の仮圧着荷重で回路基板に向かって加圧する仮圧着工程と、
接着剤とチップ部品のはんだとを接着剤の硬化温度以上かつはんだの融点以上に加熱するとともに、回路基板のパッドにチップ部品のはんだが接触するようにチップ部品を所定の本圧着荷重で回路基板に向かって加圧する本圧着工程と、
を含むチップ部品の実装方法。
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