(57)【要約】【課題】この発明は基板に対して半導体チップを所定の隙間を確保して実装することができる実装装置を提供することにある。【解決手段】基板が載置される実装ステージ１８と、下端面に半導体チップ７を保持するとともに、半導体チップを加熱するヒータ６が設けられた実装ツール４と、実装ツールのヒータによって加熱された半導体チップを基板に実装するとき、実装ツール或いは実装ステージのどちらかを上下方向に駆動する駆動源と、半導体チップを基板に実装する前に測定された半導体チップをヒータによって加熱する加熱温度条件と実装ツールの熱変形との関係と逆位相となる条件で駆動源による実装ツール或いは実装ステージの駆動を制御して、半導体チップと基板との間に介在するバンプと端子とによって半導体チップを基板との間に所定の隙間を有する状態で実装させる制御装置１１を具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を加熱しながら、この電子部品に設けられたバンプを基板に設けられた端子に接触させて実装する実装装置であって、
上記基板が載置される実装ステージと、
下端面に上記電子部品を保持するとともに、この電子部品を加熱するヒータが設けられた実装ツールと、
この実装ツールのヒータによって加熱された上記電子部品を上記基板に実装するとき、上記実装ツール或いは上記実装ステージのどちらかを上下方向に駆動する駆動手段と、
上記電子部品を上記基板に実装する前に測定された上記電子部品を上記ヒータによって加熱する加熱温度条件と上記実装ツールの熱変形との関係と逆位相となる条件で上記駆動手段による上記実装ツール或いは上記実装ステージの駆動を制御して、上記電子部品と上記基板との間に介在する上記バンプと端子とによって上記電子部品を上記基板との間に所定の隙間を有する状態で実装させる制御手段と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装装置。
【請求項２】
上記実装ステージの側方には、上記ヒータによって上記実装ツールに上記電子部品を加熱実装するときの加熱温度条件を与えたときに、この加熱温度条件と上記実装ツールの熱変形との関係を測定する測定手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装装置。
【請求項３】
上記制御手段には記憶部と、この記憶部に記憶されたデータに基づいて上記実装ツールを駆動する駆動部が設けられ、上記記憶部には複数の異なる加熱温度条件と上記実装ツールの熱変形との関係が記憶されていることを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装装置。
【請求項４】
電子部品を加熱しながら、この電子部品に設けられたバンプを基板に設けられた端子に接触させて実装する実装方法であって、
上記電子部品を加熱するヒータが設けられた実装ツールによって上記電子部品を保持する工程と、
上記実装ツールを或いは上記基板を載置した実装ステージのどちらかを上下方向に駆動して上記ヒータによって加熱された上記電子部品を上記基板に実装する工程と、
上記電子部品を上記基板に実装する前に、上記電子部品を上記ヒータによって加熱する加熱温度条件と上記実装ツールの熱変形との関係を測定する工程と、
測定された上記実装ツールの加熱温度条件に対する熱変形と逆位相となる条件で上記実装ツールの駆動を制御して上記電子部品と上記基板との間に介在する上記バンプと端子とによって上記電子部品を上記基板との間に所定の隙間を有する状態で実装する工程と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は実装ツールに設けられたヒータによって電子部品を加熱しながら基板に実装する電子部品の実装装置及び実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品を基板に実装する場合、基板上に複数の電子部品を仮接続しておき、一括してはんだをリフローして電子部品を基板に実装する方法、及び実装ツールに保持した電子部品を基板に加圧しながら加熱してはんだを個別にリフローして実装する方法が知られている。一般に、前者は一括リフローと呼ばれ、後者はローカルリフローと呼ばれている。
【０００３】
一括リフローの場合、はんだをリフローしたときに電子部品が基板上でずれ動くことがある。そのため、電子部品の回路パターンが微細化され、それに伴って基板に形成される端子が狭ピッチ化された場合、電子部品のわずかなずれによって実装不良を招くということがある。
【０００４】
一方、ローカルリフローは電子部品を実装ツールで保持し、その電子部品を基板に加圧しながら加熱してはんだをリフローするため、実装時に電子部品が基板に対してずれることなく実装することができる。そのため、回路パターンが微細化された電子部品を精度よく実装するためには、一括リフローよりもローカルリフローが用いられている。
【０００５】
電子部品をローカルリフローによって基板に実装する場合、上記電子部品を実装ツールに保持した状態で電子部品に設けられたはんだのバンプを基板に設けられた端子に接触させたならば、上記電子部品を上記基板に対して所定の隙間を有する状態で位置決めし、上記電子部品を上記実装ツールに設けられたヒータで加熱する。
【０００６】
それによって、電子部品に設けられたバンプが溶融して基板に設けられた端子に接続されるから、その状態で上記バンプを冷却固化すれば、基板に電子部品が実装されることになる。
【０００７】
このようにして電子部品を基板に実装したならば、基板と電子部品との間に確保された隙間にアンダーフィル材と呼ばれる樹脂を注入する。それによって、基板に対して実装された電子部品の実装強度が補強され、基板から電子部品が剥離したり、脱落するのが防止される。  
特許文献１には電子部品を基板にローカルリフローによって実装することが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−６０３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、実装ツールに設けられたヒータによってこの実装ツールに保持された電子部品を加熱してバンプを溶融する際、上記ヒータによって電子部品とともに実装ツールも加熱されることになる。
【００１０】
実装ツールが加熱されて膨張すると、その膨張によって実装ツールの下端面に保持された電子部品が下方へ変位する。そのため、電子部品を実装する際、上述したように実装後に樹脂を注入するための隙間が確保できるよう、上記電子部品を上記実装ツールによって上記基板の板面に対して所定の間隔となるよう位置決めしても、実装ツールが加熱されて膨張したり、加熱後にはんだバンプを固化するために実装ツールが冷却されて膨張状態から収縮すると、実装ツールに保持された電子部品の上記基板の板面に対する位置、つまり間隔が変化してしまう。
【００１１】
そのため、実装ツールの熱変形によって基板と電子部品との隙間が初期の設定通りに維持できずに小さくなり、電子部品を基板に実装した後、基板と電子部品との間に樹脂を確実に注入できなくなるということがあった。
【００１２】
この発明は、実装ツールが熱変形しても、基板に対して電子部品を、基板との間隔が予め設定された所定の値となるよう実装することができるようにした実装装置及び実装方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、電子部品を加熱しながら、この電子部品に設けられたバンプを上記基板に設けられた端子に接触させて実装する実装装置であって、
上記基板が載置される実装ステージと、
下端面に上記電子部品を保持するとともに、この電子部品を加熱するヒータが設けられた実装ツールと、
この実装ツールのヒータによって加熱された上記電子部品を上記基板に実装するとき、上記実装ツール或いは上記実装ステージのどちらかを上下方向に駆動する駆動手段と、
上記電子部品を上記基板に実装する前に測定された上記電子部品を上記ヒータによって加熱する加熱温度条件と上記実装ツールの熱変形との関係と逆位相となる条件で上記駆動手段による上記実装ツール或いは上記実装ステージの駆動を制御して、上記電子部品と上記基板との間に介在する上記バンプと端子とによって上記電子部品を上記基板との間に所定の隙間を有する状態で実装させる制御手段と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装装置にある。
【００１４】
上記実装ステージの側方には、上記ヒータによって上記実装ツールに上記電子部品を加熱実装するときの加熱温度条件を与えたときに、この加熱温度条件と上記実装ツールの熱変形との関係を測定する測定手段が設けられていることが好ましい。
【００１５】
上記制御手段には記憶部と、この記憶部に記憶されたデータに基づいて上記実装ツールを駆動する駆動部が設けられ、上記記憶部には複数の異なる加熱温度条件と上記実装ツールの熱変形との関係が記憶されていることが好ましい。
【００１６】
この発明は、電子部品を加熱しながら、この電子部品に設けられたバンプを上記基板に設けられた端子に接触させて実装する実装方法であって、
上記電子部品を加熱するヒータが設けられた実装ツールによって上記電子部品を保持する工程と、
上記実装ツールを或いは上記基板を載置下実装ステージのどちらかを上下方向に駆動して上記ヒータによって加熱された上記電子部品を上記基板に実装する工程と、
上記電子部品を上記基板に実装する前に、上記電子部品を上記ヒータによって加熱する加熱温度条件と上記実装ツールの熱変形との関係を測定する工程と、
測定された上記実装ツールの加熱温度条件に対する熱変形と逆位相となる条件で上記実装ツールの駆動を制御して上記電子部品と上記基板との間に介在する上記バンプと端子とによって上記電子部品を上記基板との間に所定の隙間を有する状態で実装する工程と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装方法にある。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、実装ツールの加熱温度条件と熱変形の関係を測定しておき、電子部品を基板に実装するとき、実装ツールの加熱温度条件に対する熱変形と逆位相となる条件で電子部品を保持した実装ツールの駆動を制御する。そのため、実装ツールの温度変化に対する変形を相殺することができるから、電子部品を基板に対して予め設定された隙間を確保した状態で実装することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の一実施の形態を示す実装装置の概略的構成図。
【図２】実装装置の制御系統のブロック図。
【図３】基板に半導体チップを実装するときの加熱温度条件を示すグラフ。
【図４】曲線Ａは図２に示す加熱温度条件で半導体チップを基板に実装するときの実装ツールの時間と熱変形の関係を示すグラフ、曲線Ｂは曲線Ａと逆位相となる実装ツールの時間と熱変形の関係を示すグラフ。
【図５】（ａ）は基板上に半導体チップが予め設定された隙間ｇで実装された状態を示す側面図、（ｂ）は上記隙間ｇに樹脂を注入した状態を示す側面図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の一実施の形態を図面を参照しながら説明する。  
図１はこの発明の実装装置の概略的構成を示し、この実装装置は実装ヘッド１を備えている。この実装ヘッド１は第１の駆動源２によってＸ、Ｙ及びＺ方向に駆動される可動体３を有し、この可動体３には実装ツール４が設けられている。
【００２０】
上記実装ツール４は、上記可動体３の下面に設けられた取付け部５に、セラミックヒータなどのヒータ６と、電子部品としての半導体チップ７を吸着保持する吸着部８とが順次設けられて構成されている。
【００２１】
上記吸着部８の下端面には吸引孔９の一端が複数に分岐されて開口している。この吸引孔９の他端は上記取付け部５の側面に開口し、この他端には吸引ポンプ１０が連通している。
【００２２】
上記第１の駆動源２、上記ヒータ６及び上記吸引ポンプ１０は制御装置１１によって駆動が制御されるようになっている。上記制御装置１１には図２に示すように記憶部１２、演算処理部１３及びと駆動出力部１４が設けられていて、上記記憶部１２には設定部１５が接続されている。
【００２３】
上記記憶部１２には、上記設定部１５によって上記半導体チップ７を上記ヒータ６によって加熱するための加熱温度条件（ヒートプロファイル）が設定される。この加熱温度条件は、図３に示すように上記ヒータ６の温度と時間との関係であって、上記半導体チップ７の大きさや厚さなどに応じて複数の加熱温度条件が上記記憶部１２に予め記憶設定されている。
【００２４】
図３に示す加熱温度条件では、上記半導体チップ７はヒータ６によって時間０ｓで温度ｔ１の状態から、時間ｓ１で温度ｔ２に加熱され、時間ｓ１から時間ｓ２までは温度ｔ２に維持される。時間ｓ２から時間ｓ３で温度がｔ２からｔ３に加熱され、時間ｔ３から時間ｓ４まで温度ｔ３が所定時間維持された後、冷却されるようになっている。
【００２５】
上記半導体チップ７の冷却は、図１に示すように先端を上記ヒータ６に向けて上記可動体３に設けられた複数の冷却ノズル１６からエアーを噴射することで行われる。なお、冷却ノズル１６はエアーの送風ポンプ１７に接続されていて、この送風ポンプ１７の駆動及び上記ヒータ６の温度は上記制御装置１１によって制御されるようになっている。
【００２６】
上記実装ツール４の吸着部８に吸着保持された半導体チップ７は実装ステージ１８の載置テーブル１８ａに載置された基板１９に実装される。上記載置テーブル１８ａは第２の駆動源２１によって上下方向に駆動されるようになっていて、この第２の駆動源２１は上記制御装置１１によって駆動が制御される。
【００２７】
上記半導体チップ７の下面には、はんだによって形成された複数のバンプ７ａが設けられ、上記基板１９の上面には上記バンプ７ａに対応する間隔で複数の端子１９ａが設けられている。
【００２８】
上記実装ステージ１８の側方には上記半導体チップ７を上記基板１９に実装する前に、半導体チップ７をヒータ６によって加熱する加熱温度条件と実装ツール４の熱変形との関係を測定する測定手段としての変位センサ２２が検出面２２ａを上に向けて支持体２３の上面に設けられている。
【００２９】
すなわち、上記変位センサ２２は、上記加熱温度条件に基づいて上記半導体チップ７を加熱するよう上記ヒータ６に通電して上記取付け部５や可動体３などを有する実装ヘッド１が熱膨張したり、加熱された上記半導体チップ７を冷却する際に上記冷却ノズル１６から空気を噴射して上記取付け部５や可動体３が熱収縮したときに、上記ヒータ６に保持された半導体チップ７が下方或いは上方へ変位する変位量を測定するようになっている。
【００３０】
なお、実装ヘッド１の熱変形量は吸着部８に半導体チップ７が保持されていない状態で測定するようにしてもよい。
【００３１】
上記変位センサ２２によって測定された加熱温度条件と実装ツール４の熱変形との関係は上記制御装置１１の記憶部１２に格納される。図４の破線で示す曲線Ａは図３の加熱温度条件に基づいて半導体チップ７を加熱、冷却したときの時間と変位との関係、つまり時間と実装ツール４の熱変形（熱膨張と熱収縮）による変位量との関係を示している。
【００３２】
同図の実線で示す曲線Ｂは、曲線Ａとは全く逆の状態となる時間と実装ツール４の熱変形の関係、つまり逆位相となる時間と実装ツール４の変位量の関係を示している。上記半導体チップ７を図３に示す加熱温度条件で加熱すると、上記変位センサ２２によって曲線Ａで示す時間と実装ツール４の熱変形による変位量の関係が求められ、その測定値は制御装置１１の記憶部１２に出力される。
【００３３】
記憶部１２に曲線Ａの測定値が出力されると、その測定値を基にして演算処理部１３が図４に曲線Ｂで示す曲線Ａとは逆位相となる時間と実装ツール４の熱変形による変位量の関係を算出する。
【００３４】
そして、上記基板１９に上記半導体チップ７を図３に示す加熱温度条件で加熱して実装するとき、上記制御装置１１は実装ツール４（実装ヘッド１）を図４の曲線Ａと逆位相である曲線Ｂで示す変位量となるよう上記第１の駆動源２の駆動を制御するようになっている。
【００３５】
上記構成の実装装置によって基板１９に半導体チップ７を実装する場合、実装に先立って実装ヘッド１の実装ツール４に吸着保持された半導体チップ７が変位センサ２２の上方に位置決めされる。ついで、実装ツール４のヒータ６が図３に示す加熱温度条件に基づいて温度制御されるよう、制御装置１１の駆動出力部１４による上記ヒータ６への通電が制御される。
【００３６】
それによって、上記変位センサ２２によって図４に曲線Ａで示す時間と実装ツール４の熱変形である、実装ツール４に吸着保持された半導体チップ７の変位量との関係が求められ、その測定値が記憶部１２に格納される。
【００３７】
上記変位センサ２２による測定が終了したならば、上記実装ヘッド１は第１の駆動源２によって駆動され、実装ツール４に保持された半導体チップ７が実装ステージ１８の上方に位置決めされる。すなわち、基板１９に設けられた端子１９ａに対して半導体チップ７に設けられたバンプ７ａが一致するよう、上記半導体チップ７が基板１９の上方に位置決めされる。
【００３８】
ついで、上記実装ヘッド１が下降方向に駆動され、実装ツール４に保持された半導体チップ７のバンプ７ａが基板１９の端子１９ａに所定の押圧力で押圧され、かつ基板１９の上面と半導体チップ７の下面との間に図５（ａ）にｇで示す隙間が維持されるよう上記半導体チップ７が上下方向に対して位置決めされる。
【００３９】
半導体チップ７が位置決めされると、ヒータ６に通電され半導体チップ７が図３に示す加熱温度条件に基づいて加熱される。半導体チップ７を図３に基づく加熱温度条件で加熱すると、半導体チップ７を吸着保持した実装ツール４が図４に曲線Ａで示すように熱変形するため、加熱開始前に最初に設定された基板１９と半導体チップ７の隙間ｇが維持されなくなる虞がある。
【００４０】
しかしながら、図３に示す加熱条件で半導体チップ７を加熱すると同時に、制御装置１１は実装ツール４を図４に曲線Ｂで示す、曲線Ａと時間と変位量の関係が逆位相となる条件で駆動制御する。
【００４１】
したがって、ヒータ６に通電して発熱することで、その熱によって実装ツール４が変形しても、図５（ａ）に示すように基板１９と半導体チップ７との隙間ｇが一定に維持されながら、半導体チップ７が基板１９に実装されることになる。
【００４２】
すなわち、半導体チップ７を加熱してバンプ７ａを溶融させ、そのバンプ７ａを基板１９の端子１９ａに接続した後、冷却ノズル１６からの空気によってバンプ７ａを冷却凝固させて実装が終了すると、基板１９と半導体チップ７の隙間ｇは実装開始前に設定された隙間ｇと同じに維持される。
【００４３】
そのため、半導体チップ７を基板１９に実装した後、基板１９と半導体チップ７との間に図５（ｂ）に示すように樹脂２５を注入することができる隙間ｇを確保することができるから、注入された樹脂２３によって半導体チップ７の実装強度の補強も確実に行なうことができる。
【００４４】
以後、実装条件である半導体チップ７の厚さや大きさ、或いは加熱温度条件などの実装条件が同じ条件で半導体チップ７を基板１９に実装する場合には、実装時に同じ逆位相の条件で実装ツール４の駆動を制御して実装すればよい。
【００４５】
半導体チップ７の実装条件が変更になったときには、変位センサ２２によって加熱温度条件と実装ツール４の熱変形の関係を測定し、その測定に基づいて実装ツール４の駆動を逆位相の条件で制御すればよい。
【００４６】
そして、制御装置１１の記憶部１２に種々の条件において変位センサ２２によって測定された加熱温度条件と実装ツール４の熱変形の関係を格納しておく。それによって、記憶部１２に格納された条件と同じ条件で半導体チップ７を実装する場合には、変位センサ２２による測定を行なわずに、半導体チップ７の駆動を実装ツール４の熱変形と逆位相の条件で制御して実装することが可能となる。
【００４７】
上記一実施の形態では、半導体チップの実装時に、加熱温度条件と熱変形との関係と逆位相となるよう実装ツールを駆動するようにしたが、基板が載置された実装ステージを上下方向に駆動可能な構成とし、実装ツールに代わって基板を実装ツールの熱変形と逆位相となるよう駆動するようにしてもよい。
【００４８】
変位センサによる実装ツールの温度変化に対する変位量の測定は、実装に先立って行うようにしたが、半導体チップを基板に実装する毎に、毎回測定するようにしてもよく、数十回分の測定データを統計学的に処理し、そのデータをもとに逆位相となる曲線を求め、それに基づいて実装するようにしてもよい。
【００４９】
また、変位センサによって実装ツールの変位量（図４の曲線Ａ）を求め、その曲線Ａの逆位相となる曲線Ｂに基づいて実装ツールの駆動を制御し、そのときの実装ツールの変位量を変位センサによって測定すれば、その測定値は時間に対して０であるから、直線となる。
【００５０】
そして、変位センサによる測定結果をたとえば図示しないモニタに表示すれば、基板と半導体チップの隙間ｇを確実に確認することが可能となるから、上記隙間ｇの管理をさらに精度よく行なうことが可能となる。
【００５１】
上記モニタには変位センサによる測定結果とともに、図３に示す加熱温度の変化及び図４に示す曲線Ａ，Ｂをともに表示するようにしてもよく、そのようにすれば加熱温度条件、この加熱温度条件による実装ツールの時間と変位量の関係を示す曲線Ａ、さらにはその逆位相となる曲線Ｂ及び基板と半導体チップの隙間ｇの全てが同時に把握できるから、半導体チップの実装状態を確実に判断することが可能となる。
【符号の説明】
【００５２】
１…実装ヘッド、２…第１の駆動源、３…可動体、４…実装ツール、６…ヒータ、７…半導体チップ（電子部品）、１１…制御装置（制御手段）、１２…記憶部、１３…演算処理部、１４駆動出力部、１５…設定部、１６…冷却ノズル、１８…実装ステージ、１８ａ…載置テーブル、２２…変位センサ（測定手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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