(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品をワークに対して押圧しながら加熱することにより電子部品を前記ワークに熱圧着する電子部品の熱圧着装置であって、ワークに対して昇降する昇降ブロックと、この昇降ブロックに通気性を有する多孔質部材を介して装着された発熱手段と、この発熱手段に接触して取付けられ前記電子部品に当接してこの電子部品を前記ワークに熱圧着する熱圧着ツールと、前記多孔質部材を貫通して形成された通気孔を介して気体を送給することにより発熱手段を気体により冷却する空冷手段と、前記多孔質部材の貫通孔に挿通されて真空吸引部により真空吸引されて電子部品を前記熱圧着ツールの下面に真空吸着して保持するための管部材とを備えたことを特徴とする電子部品の熱圧着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品や基板などのワークを熱圧着する電子部品の熱圧着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を基板などのワークに接合する方法として、熱圧着による方法が知られている。この方法は、電子部品をワークの被接合面に対して所定の荷重で押圧しながら電子部品を加熱することにより、電子部品を半田付けもしくは熱硬化性接着剤により接合するものである。電子部品の加熱は電子部品に当接して加圧する熱圧着ツールをセラミックヒータなどの発熱手段によって加熱して行われるが、熱圧着装置の機構部が発熱手段から伝達される熱によって昇温すると機構部の熱変形により圧着位置精度に悪影響を及ぼすため、熱圧着装置には発熱手段と機構部との間に断熱材を介在させるなどの方法による断熱手段が設けられている。
【０００３】
また熱圧着過程では、接合品質を確保するため接合部の加熱温度を所定の温度パターン、すなわち加熱プロファイルに従って精度良く制御することが求められる。このため熱圧着装置は、従来より発熱手段を制御する温調機能を備えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年は、実装技術の高度化・多様化により、急激な昇温・降温を伴う加熱パターンで行う場合が増加しており、熱圧着装置には昇温・降温時の良好な応答性が求められる。しかしながら、昇温時には温調機能によって発熱手段を制御することによって短時間の昇温が達成されるが、前述のように発熱手段は機構部などの他の部分から断熱されていることから、温調機能のみでは急速な降温は困難であった。このように従来の熱圧着装置は、断熱性能を満足しつつ良好な温度応答性を確保することが困難で、高品質の接合を短いサイクルタイムで効率よく行うことが困難であるという問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、良好な断熱性能を備え、降温時の応答性に優れサイクルタイムを短縮
することができる電子部品の熱圧着装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電子部品の熱圧着装置は、電子部品をワークに対して押圧しながら加熱することにより電子部品を前記ワークに熱圧着する電子部品の熱圧着装置であって、ワークに対して昇降する昇降ブロックと、この昇降ブロックに通気性を有する多孔質部材を介して装着された発熱手段と、この発熱手段に接触して取付けられ前記電子部品に当接してこの電子部品を前記ワークに熱圧着する熱圧着ツールと、前記多孔質部材を貫通して形成された通気孔を介して気体を送給することにより発熱手段を気体により冷却する空冷手段と、前記多孔質部材の貫通孔に挿通されて真空吸引部により真空吸引されて電子部品を前記熱圧着ツールの下面に真空吸着して保持するための管部材とを備えた。
【０００８】
本発明によれば、昇降ブロックに通気性を有する多孔質部材を介して装着された発熱手段を、多孔質部材を貫通して形成された通気孔を介して気体を送給して冷却することにより、良好な断熱性能を確保しながら降温時の温度応答性を改善してサイクルタイムを短縮することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子部品の熱圧着装置の正面図、図２、図３は本発明の一実施の形態の電子部品の熱圧着装置の熱圧着ヘッドの断面図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品の熱圧着装置の熱圧着ヘッドの分解斜視図である。
【００１０】
まず図１を参照してワークの熱圧着装置の構造を説明する。図１において、可動テーブル１上にはステージ２が設けられている。ステージ２には第１のワークである基板４の保持部３が載置されている。可動テーブル１を駆動することにより、保持部３に保持された基板４は水平移動する。
【００１１】
可動テーブル１の上方には、Ｚ軸テーブル６が配設されており、Ｚ軸テーブル６には昇降ブロック７が結合されている。昇降ブロック７の下端部には熱圧着ヘッド８が装着されており、熱圧着ヘッド８の下面には電子部品１０が真空吸着されている。Ｚ軸テーブル６を駆動することにより、昇降ブロック７は基板４に対し昇降し、熱圧着ヘッド８に真空吸着された電子部品１０は、保持部３上の基板４に対して下降する。そして電子部品１０を基板４に対して所定の荷重で押圧しながら電子部品１０を加熱することにより、電子部品１０の半田バンプ１０ａは基板４の電極４ａに熱圧着により半田接合される。
【００１２】
次に図２、図３および図４を参照して熱圧着ヘッド８の構造を説明する。図２は、熱圧着ヘッド８の中心を幅方向（図４に示すＸ方向）に横断する垂直断面を示しており、また図３は図２に示す断面に直交する方向（図４に示すＹ方向）の熱圧着ヘッド８の垂直断面を示すものである。図２において、昇降ブロック７の下面には、断熱材よりなるスペーサ１１を介して、多孔質部材１２および発熱手段であるセラミックヒータ１３が、重ね合わされた状態でボルト１５により固着されている（図４も参照）。ボルト１５はスペーサ１１、多孔質部材１２およびセラミックヒータ１３のそれぞれに設けられた取り付け孔１１ｃ，１２ｅ，１３ｃを挿通して昇降ブロック７のボルト孔７ｃに螺合する。
【００１３】
昇降ブロック７の下面（転置状態を示す図４において上面）には、吸引孔７ａ，７ｂが開口しており、吸引孔７ａは、昇降ブロック７の内部に設けられた内孔２５に、吸引孔７ｂは内孔２６にそれぞれ連通している。内孔２５，２６は図２、図３に示すようにそれぞれバルブ２１ａ，２１ｂを介して真空吸引部２１と接続されている。
【００１４】
昇降ブロック７の下面に当接するスペーサ１１には、開口部１１ａおよび貫通孔１１ｂが設けられている。開口部１１ａは、昇降ブロック７と多孔質部材１２に挟まれた状態で内部空間Ｓを形成する。貫通孔１１ｂは、昇降ブロック７の吸引孔７ｂと連通する。
【００１５】
多孔質部材１２は、セラミック焼結体など微細な気孔を含み通気性を有する材質よりなり、３種類の貫通孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃが上下方向に設けられている。中心に位置する貫通孔１２ａ、貫通孔１２ａのＹ方向の両側に位置する貫通孔１２ｂ内には、それぞれ管部材１６，１７が挿通している。管部材１６，１７はそれぞれ昇降ブロック７の吸引孔７ａ，７ｂと連通する。貫通孔１２ｃは貫通孔１２ａのＸ方向の両側に位置し、多孔質部材１２のセラミックヒータ１３との接触面には、貫通孔１２ｃから多孔質部材１２の側端面に開口する溝部１２ｄが形成されている。
【００１６】
セラミックヒータ１３は、供給される電力にほぼ比例した熱を発生し、制御手段（図示せず）により設定された加熱パターンに従って給電することにより、昇温・降温を繰り返す。セラミックヒータ１３の下面（図４において上面）には、吸引孔１３ａおよび吸引溝１３ｂが設けられており、吸引孔１３ａは多孔質部材１２の貫通孔１２ａ内を挿通する管部材１６と連通する。また吸引溝１３ｂは管通孔１２ｂ内を挿通する管部材１７と連通する。
【００１７】
セラミックヒータ１３の下面に接触して、熱圧着ツール１４が着脱自在に装着されている。熱圧着ツール１４には吸着孔１４ａが設けられており、熱圧着ツール１４をセラミックヒータ１３に装着した状態では、吸着孔１４ａは吸引孔１３ａと連通する。
【００１８】
図３に示すバルブ２１ｂを開にして真空吸引部２１を駆動することにより、内孔２６、管部材１７を介して吸引溝１３ｂから真空吸引し、熱圧着ツール１４をセラミックヒータ１３の下面に吸着保持することができる。このとき熱圧着ツール１４は、位置決めピンなどの図示しない位置合わせ手段によってセラミックヒータに対して位置合わせされる。
【００１９】
また図２に示すバルブ２１ａを開にして真空吸引部２１を駆動して真空吸引を行うことにより、内孔２５、管部材１６、吸引孔１３ａを介して吸着孔１４ａから真空吸引し、電子部品１０を真空吸着して熱圧着ツール１４の下面に保持する。なお、本実施の形態では熱圧着ツール１４をセラミックヒータ１３と別個に設けているが、セラミックヒータ１３に熱圧着ツール１４を兼務させ、一体物として製作してもよい。
【００２０】
図２において、昇降ブロック７に設けられた給気孔２０の下端は、昇降ブロック７の下面の、スペーサ１１の開口部１１ａと多孔質部材１２との間の空間Ｓに開口している。給気孔２０にはバルブ２２を介してエア供給源２３が接続されている。バルブ２２を介してエアを給気孔２０に供給すると、エアは空間Ｓ内に充満した後に、多孔質部材１２に設けられた貫通孔１２ｃを介してセラミックヒータ１３の上面に到達し、溝部１２ｄを介して多孔質部材１２の側端部から放出される。また空間Ｓ内に到達したエアの一部は多孔質部材１２の微細孔内に入り込み、多孔質部材１２内を横方向に透過して放散される。
【００２１】
このとき、溝部１２ｄから外部に放出されるエアはセラミックヒータ１３の上面から直接熱を奪い、セラミックヒータ１３を冷却する。また多孔質部材１２内を透過するエアは多孔質部材１２から熱を奪い、多孔質部材１２と接触状態にあるセラミックヒータ１３を冷却する。したがってエア供給源２３および溝部１２ｄは、多孔質部材１２を貫通して形成された通気孔である貫通孔１２ｂを介して気体を送給することによりセラミックヒータ１３を気体により冷却する空冷手段となっている。なお、冷却用の気体としては、窒素などのエア以外の気体を用いてもよい。
【００２２】
このように、多孔質部材１２内を貫通して供給されるエアによってセラミックヒータ１３が冷却されることにより、セラミックヒータ１３の通電を停止または給電量を少なくすると、セラミックヒータ１３の温度は応答性よく降温する。すなわち、多孔質部材１２にセラミックヒータ１３を取り付け、多孔質部材１２を貫通して冷却用のエアを直接セラミックヒータ１３に供給する構造を採用することにより、従来では困難であった降温時の応答性向上を実現することができる。
【００２３】
また、多孔質部材１２は内部を透過するエアによって冷却されると共に、溝部１２ｄの存在によりセラミックヒータ１３との接触面積が小さくなっていることから、セラミックヒータ１３から昇降ブロック７に伝達される熱量はわずかで断熱性に優れており、昇降ブロック７を介して熱が伝達されることによる機構部の昇温を防止することができる。これにより、機構部の熱変形による実装位置精度の低下を防止して、高精度の実装が行える。
【００２４】
このワークの熱圧着装置は上記のように構成され、以下動作について説明する。まず図１において、熱圧着ヘッド８により図外の電子部品の供給部から電子部品１０をピックアップするとともに、基板４を保持部３に載置する。このとき、真空吸引部２１を駆動することにより、電子部品１０は熱圧着ツール１４に真空吸着されている。次に可動テーブル１を駆動して基板４を水平移動させ、基板４と電子部品１０とを位置合せする。
【００２５】
次いでＺ軸テーブル６を駆動して熱圧着ヘッド８を下降させて電子部品１０を基板４に当接させ、電子部品１０を所定荷重にて基板４に押圧する。この押圧動作とともに、セラミックヒータ１３に通電し発熱させて熱圧着ツール１４を介して電子部品１０を加熱する。これにより、電子部品１０と基板４の電極４ａの接合部は加熱パターンに従って昇温し、所定温度に到達することにより半田バンプ１０ａが溶融して熱圧着による半田接合が行われる。その後所定の温度プロファイルに従って冷却され、電子部品１０の基板４への熱圧着が完了する。
【００２６】
この冷却過程においては、バルブ２２を開状態にしエア供給源２３を駆動して内孔２０より空間Ｓ内にエアが送給される。これによりエアが多孔質部材１２に設けられた貫通孔１２ｂを介してセラミックヒータ１３の上面に到達し、溝部１２ｄから外部へ放出される。これにより、セラミックヒータ１３はエアの空冷効果により冷却される。
【００２７】
また熱圧着動作を反復する過程において、セラミックヒータ１３から発生する熱によって多孔質部材１２の温度は次第に上昇するが、上述の空間Ｓへのエアの送給によりエアが多孔質部材１２の気孔内へ進入し外部へ透過することにより、多孔質部材１２を冷却する。これにより多孔質部材１２の温度上昇が防止され、この熱が昇降ブロック７に伝わることによる機構部の熱変形が発生しない。
【００２８】
上記説明したように、多孔質部材１２にセラミックヒータ１３を取り付け、多孔質部材１２を貫通して冷却用のエアを直接セラミックヒータ１３に供給する構造を採用することにより、セラミックヒータ１３から昇降ブロック７への熱伝達を遮断することができるとともに、従来では困難であった降温時の温度応答性向上を実現することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、昇降ブロックに通気性を有する多孔質部材を介して装着された発熱手段を、多孔質部材を貫通して形成された通気孔を介して気体を送給して冷却するようにしたので、良好な断熱性能を確保しながら降温時の温度応答性を改善してサイクルタイムを短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品の熱圧着装置の正面図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品の熱圧着装置の熱圧着ヘッドの断面図
【図３】本発明の一実施の形態の電子部品の熱圧着装置の熱圧着ヘッドの断面図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品の熱圧着装置の熱圧着ヘッドの分解斜視図
【符号の説明】
３  保持部
４  基板
７  昇降ブロック
８  熱圧着ヘッド
１０  電子部品
１１  スペーサ
１２  多孔質部材
１２ｂ  貫通孔
１２ｄ  溝部
１３  セラミックヒータ
１４  熱圧着ツール
２２  バルブ
２３  エア供給源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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