(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品の加熱圧着に用いるボンディングヘッドであって、
下面に電子部品を保持するアタッチメントツールと、
前記アタッチメントツールの上部に配置され、板状で、両面を貫通した減圧流路を形成する孔が形成され、上面の前記孔と重複しない領域に冷却空気を流すための複数の溝が形成されたヒータと、
前記ヒータの上部に配置される板状の伝熱部材と、
前記伝熱部材の上部に配置される断熱ブロックとを備えたボンディングヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載のボンディングヘッドであって、
前記伝熱部材の熱伝導率が前記ヒータの熱伝導率以上であることを特徴とするボンディングヘッド。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれかに記載のボンディングヘッドを備えていることを特徴とする実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップ等の電子部品を配線基板等に加熱圧着する際に用いるボンディングヘッドおよびこれを備えた実装装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップ等の電子部品を配線基板等の基板に実装する方法として、フリップチップ工法が知られている。フリップチップ工法では、図７に示すような実装装置１を用いて、電子部品の電極と基板の電極を熱圧着して接合させている。
【０００３】
図７の実装装置１では、まず、図示しない電子部品受け渡し機構により電子部品Ｃがボンディングヘッド２の先端部に配置され、ボンディングヘッド２に保持される。その後、基板ステージ４上に保持された基板Ｂに設けられたアライメントマークと電子部品Ｃに設けられたアライメントマークを画像認識手段５で認識し、位置合わせを行う。位置合わせに際しては、ボンディングヘッド２と基板ステージ４の少なくとも一方を、基板Ｂと平行な面内方向（ＸＹ方向およびθ方向）に移動させて行う。位置合わせ後は、ボンディングユニット３によりボンディングヘッド２を下降し、電子部品Ｃを昇温加熱しながら、基板Ｂに圧着して、電子部品Ｃの電極と基板Ｂの電極を接合する。接合が完了すると、ボンディングヘッド２は電子部品Ｃの保持を解除し、ボンディングユニット３によって上昇し、次に実装すべき電子部品Ｃを先端部に保持し、前述の一連の動作が行われる。
【０００４】
ここで、ボンディングヘッド２は、図８に示すような構成となっている。すなわち、ボンディングヘッド２は、電子部品Ｃを下面で吸着保持するアタッチメントツール２０、アタッチメントツール２０の上方に配置されるヒータ２１、ヒータ２１の上方に配置される断熱ブロック２２を備えている。ヒータ２１を加熱することで電子部品Ｃが加熱されるが、ヒータ２１の熱を電子部品Ｃに効率的に供給するために、ヒータ２１上方への伝熱を抑制するため断熱ブロック２２が配置されている。更に、断熱ブロック２２はホルダ２３を介してヘッド本体２４に連結されている。
【０００５】
フリップチップ工法では、はんだバンプを電子部品の電極として用いることが多く、基板に加熱圧着された電子部品は、はんだが固相状態になるまで冷却される必要がある。また、近年では、電子部品の電極側の面に熱硬化性接着剤層を予め設けておいて、熱圧着時に熱硬化性接着剤層を硬化させる工法の採用も進んでいるが、このような工法において、電子部品を保持する段階においてアタッチメントツールの温度は熱硬化性接着剤層の硬化開始温度よりも低くなければならない。このため、一連のタクトタイムにおいて、加熱したアタッチメントツール（およびヒータ）を冷却する時間の割合が増しており、タクトタイム短縮の観点から効果的な冷却手段が求められている。
【０００６】
たとえば、特許文献１では、アタッチメントツールとヒータを周囲に設けた冷却ブロー用ノズルを用いて空冷する方法が紹介されている。ところが、この方法では、空冷されている面と内部に温度差を生じ、内部まで冷却する時間としては大きな短縮が望めない。
【０００７】
そこで、ヒータに複数の溝を設け、ヒータと断熱ブロックの重ね合わせによって形成される流路に、ヒータ内側から冷却空気を流してヒータを冷却する方法も提案されている（例えば特許文献２）。
【０００８】
その一例を図９に示す。図９では、図８に示したボンディングヘッド２におけるヒータ２１と断熱ブロック２２の部分を示している。また。図１０および図１１は、図９に示した部分を構成するヒータ２１と断熱ブロック２２の形状を示す三面図である。図１０に示すようにヒータ２１の上面には複数の溝２１Ｕが設けられており、図１１に示す断熱ブロック２２とヒータ２１を重ね合わせることにより、複数の管状流路２１Ｐが形成される。  一方、断熱ブロック２２にはヒータ２１の全ての溝２１Ｕに跨る範囲の窪み２２Ｄを形成され、この窪み２２Ｄに繋がる通気孔２２Ｖが設けられている。このため、通気孔２２Ｖに冷却空気を送りこむことで、冷却空気は、ヒータ２１中央付近から両側面（図９の前方向および後方向）に流れ、ヒータ２１は内部から冷却される。なお、図９および図１０において、溝２１Ｕおよび管状流路２１Ｐは説明のために大きめに描いているが、実際は各片が１mm未満の溝２１Ｕ（管状流路２１Ｐ）が多数形成されている。
【０００９】
このように、ヒータ２１の上面に溝２１Ｕを形成し、断熱ブロック２２の下面２２Ｓと重ねて流路を形成する方式は、ヒータ２１を内部から冷却できることから、外部から冷却空気を吹きかける場合に比べて有利な冷却方式である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−３４０９１５号公報
【特許文献２】特開２０１４−２２６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１０において、ヒータ２１の中央付近には溝２１Ｕが形成されていないが、これは、アタッチメントツール中央付近で電子部品Ｃを吸着保持することに起因している。すなわち、図８に示すように、アタッチメントツール２０の中央付近で電子部品Ｃを吸着保持するための減圧流路２Ｖを形成する必要があり、減圧流路２Ｖを形成するために、ヒータ２１および断熱ブロック２２には、孔２１ＶＣ（図１０）および孔２２ＶＣ（図１１）が設けられている。このため、外部に通じる溝２１Ｕと減圧状態を確保する必要がある孔２１ＶＣを同じ位置に設けることが出来ず、孔２１ＶＣが存在するヒータ２１の中央付近には溝２１Ｕを設けることが出来ない。図１０（図１１）では、孔２１ＶＣ（孔２２ＶＣ）とは別に孔２１ＶＡ（孔２２ＶＡ）を設けてあるが、孔２１ＶＡ（孔２２ＶＡ）はアタッチメントツール２０を吸着保持する方式で減圧流路を形成するために設けるものであり、溝２１Ｕを孔２１ＶＡの位置に設けることが出来ないことは、孔２１ＶＣの場合と同様である。なお、アタッチメントツール２０は、電子部品Ｃの形状に応じて最適なものに交換する必要があるため、交換の容易化のために、アタッチメントツール２０を吸着保持する方式がよく用いられている。
【００１２】
このように図１０のヒータ２１には溝２１Ｕが形成されていない領域２１Ｆが存在し、ヒータ２１を用いた場合、内部から冷却することはできるものの、領域２１Ｆには冷却空気を送り込めなくなる。また、図１２に示すように、領域２１Ｆは断熱部材２２と面接触しているため、熱ＨＴは上部に伝導することが出来ず冷め難い状態となっている。また、図１２の横方向（左右方向）に伝熱したとしても、熱ＨＴは溝２１Ｕに達すると（空気の伝熱性がヒータ部材の伝熱性に比べて小さいため）放熱量は僅かで、冷却され難い。ここで、領域２１Ｆ内に減圧流路２Ｖが形成されることから、減圧流路２Ｖ周辺の温度が他の部分に比べて下がり難い。すなわち、ヒータ２１の冷却に際して、減圧流路２Ｖの直下にある電子部品Ｃの冷却効率が良くないことが判る。
【００１３】
本発明は、上記問題に鑑みて成されたものであり、ボンディングヘッドのヒータ冷却に際して、ヒータ位置による冷却ムラを低減し、ボンディングヘッドが吸着保持する電子部品を効率的に冷却するボンディングヘッドおよびこれを用いた実装装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
電子部品の加熱圧着に用いるボンディングヘッドであって、
下面に電子部品を保持するアタッチメントツールと、
前記アタッチメントツールの上部に配置され、板状で、両面を貫通した減圧流路を形成する孔が形成され、上面の前記孔と重複しない領域に冷却空気を流すための複数の溝が形成されたヒータと、
前記ヒータの上部に配置される板状の伝熱部材と、
前記伝熱部材の上部に配置される断熱ブロックとを備えたボンディングヘッドである。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のボンディングヘッドであって、
前記伝熱部材の熱伝導率が前記ヒータの熱伝導率以上であることを特徴とするボンディングヘッドである。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２のいずれかに記載のボンディングヘッドを備えていることを特徴とする実装装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のボンディングヘッドおよびこれを用いた実装装置により、ボンディングヘッドのヒータ冷却に際して、ヒータ位置による冷却ムラを低減し、ボンディングヘッドが吸着保持する電子部品を効率的に冷却することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るボンディングヘッドを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るボンディングヘッドのヒータ、伝熱部材および断熱ブロックを示す図である。
【図３】本発明の別の実施形態に係るボンディングヘッドに用いる断熱部材の構造を示す三面図である。
【図４】本発明の別の実施形態に係るボンディングヘッドのヒータ中央付近の伝熱状態を説明する図である。
【図５】本発明の別の実施形態に係るボンディングヘッドのヒータ、伝熱部材および断熱ブロックを示す図である。
【図６】本発明の別の実施形態に係るボンディングヘッドに用いる断熱ブロックの構造を示す三面図である。
【図７】実装装置の構成を示す図である。
【図８】ボンディングヘッドの構成を示す図である。
【図９】公知技術のボンディングヘッドのヒータと断熱ブロックを示す図である。
【図１０】公知技術のボンディングヘッドのヒータの構造を示す三面図である。
【図１１】公知技術のボンディングヘッドの断熱ブロックの構造を示す三面図である。
【図１２】公知技術のボンディングヘッドのヒータ中央付近の伝熱状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
本発明の一実施形態では、図７に示す実装装置１において、ボンディングヘッド２が図１の構成となっている。図１のボンディングヘッド２では、図８の公知技術と異なり、ヒータ２１と断熱ブロック２２の間に伝熱部材２５を備えている。ボンディングヘッド２における、ヒータ２１、断熱ブロック２５および伝熱部材の関係を示したのが図２である。図２に示したヒータ２１および断熱ブロック２２の三面図は図１０および図１１に示すとおりであり、伝熱部材２５の三面図を示したのが図３である。
【００２０】
ヒータ２１は、内部に発熱抵抗体を埋め込んだもので、材質はセラミックスであるセラミックスとしては、熱伝導率が高く（５０W／ｍ・K以上）、電気的絶縁性に優れたものが望ましく、窒化アルミニウムなどが好適である。構造は図１０に三面図を示したとおりであり、上面の１側面から対向する側面に向けて、幅がＷＵで深さがＨＵの溝２１Ｕが複数形成してある。溝２１Ｕを複数形成することによって櫛歯状の壁２１Ｗが複数形成される。図１０に示すヒータ２１において、壁２１Ｗの上部２１Ｔはヒータ２１の上面２１Ｓと同じ高さであり、壁２１Ｗの高さはＨＵとなる。なお、壁２１Ｗは幅はＷＴであるが、幅ＷＴは溝２１Ｕの幅ＷＵと形成ピッチによって決まる。また、孔２１ＶＣは半導体Ｃを吸着保持するための減圧流路２Ｖを形成するために設けられたものであり、孔２１ＶＡはアタッチメントツール２０を吸着保持するための減圧流路を形成するために設けられたものである。
【００２１】
断熱ブロック２２は、ヒータ２１で発生した熱がアタッチメントツール２０以外の方向に伝達するのを妨げるものであり、耐熱性や機械的強度も考慮してセラミックスを用いるが、熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以下、望ましくは１．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下が好適である。構造は図１１に三面図を示したとおりであり、ヒータ２１の全ての溝２１Ｕに跨る範囲の窪み２２Ｄが形成され、この窪み２２Ｄに繋がる通気孔２２Ｖが設けられている。孔２２ＶＣは電子部品Ｃを吸着保持するための減圧流路２Ｖを形成するために設けられたものであり、孔２２ＶＡはアタッチメントツール２０を吸着保持するための減圧流路を形成するために設けられたものである。
【００２２】
伝熱部材２５は、ヒータ２１を冷却する際に、図２に示す領域２１Ｆの熱を低温側に伝熱するために設けるものであり、熱伝導率が５０W／ｍ・K以上の材質によって形成されており、ヒータ２１と同等以上の熱伝導率を有した材料を用いることが望ましい。具体的な材料としては、伝熱性と耐熱性を備えたものとして、銀、銅、タングステン、等の金属および窒化アルミニウムやシリコンカーバイド等のセラミックスを用いることが出来る。
【００２３】
伝熱部材２５の材料として金属を用いる場合は、電子部品を実装する際の実装品質に影響を及ぼす金属微粉末に注意が必要である。しかし、金属は展延性を有しているため、何れもセラミックスであるヒータ２１と断熱ブロック２２の間に挟まることで、伝熱部材２５の上面２５Ａは断熱ブロック２２の下面２２Ｓに密着し、伝熱部材２５の下面２５Ａは断熱ブロック２２の上面２１Ｓに密着するので、減圧流路の密閉性を確保する上で有益である。
【００２４】
伝熱部材２５の材料としてセラミックを用いる場合は、ヒーター２１と線膨張係数が略等しい材料であれば、膨張による材料間の摩擦や歪みの発生を抑制することが出来る。また一体型に接着固定や焼成することも可能であり、一体型にすることでさらに減圧流路の密閉性を確保する上で有益である。
【００２５】
伝熱部材２５の構造は図３に三面図を示したとおりであり、断熱ブロック２２に設けた窪み２２Ｄと連通する開口部２５Ｈが設けられているとともに、電子部品Ｃを吸着保持するための減圧流路２Ｖを形成するための孔２５ＶＣと、アタッチメントツール２０を吸着保持するための減圧流路を形成するための孔２５ＶＡとが設けられている。
【００２６】
伝熱部材２５の厚みＴは、厚すぎると放熱が大となって、ヒータ２１昇温時に悪影響を及ぼすので適切な厚みを選定する必要があり、熱伝導率等を考慮して適性値に定める必要がある。ただし、ヒータ２１昇温時の効率低下により昇温時間が増えたとしても、冷却時間の短縮効果が大きければ、タクトタイム短縮効果を優先して厚みを選定すればよい。具体的には、伝熱部材２５の厚みＴの適正値は０．０５ｍｍから１．０ｍｍの間に存在する。
【００２７】
伝熱部材２５をヒータ２１と断熱ブロック２２の間に設けることにより、図４に示すようにヒータ２１の領域２１Ｆの熱ＨＴは上部の伝熱部材２５に伝わり、伝熱部材２５に伝わった熱ＨＴは、（空冷によって温度の下がっている）横方向に伝わって行く。このため、ヒータ２１の領域２１Ｆの冷却性において、ヒータ２１と断熱部材２２を密着させている場合に比べて大きく改善される。すなわち、ボンディングヘッド２のヒータ２１を冷却するのに際して、ヒータ２１の面内位置による冷却ムラを低減する。
【００２８】
このため、ボンディングヘッド２が吸着保持する電子部品Ｃのはんだが固相状態に冷却される際に、電子部品Ｃ面内のはんだが均一に固まっていくので、はんだ高さも安定して良好な接続を得ることが可能になる。
【００２９】
なお、本発明の別の実施形態として図５に示す構成がある。図５においては、断熱ブロック２２の構造は図６に示とおりであり、図１１に示したような窪み２２Ｄを有していない。すなわち、図３に示した伝熱部材２５に設けた開口部２５Ｈの上に、窪み２２Ｄを有しない断熱ブロック２２を重ねたものであり、開口部２５Ｈおよび断熱ブロック２２の下面２２Ｓによって図１１の窪み２２Ｄと同様な働きをさせるものである。この構成にすることにより、断熱ブロック２２製作時に窪み２２Ｄを空ける手間を省くことが出来る。
【００３０】
さらに本発明はボンディングヘッド２についてだけではなく、基板Ｂ側を保持加熱する基板ステージ４にも用いても良く、ボンディングヘッド２、基板ステージ４の両方に用いて両側から加熱及び冷却を行っても良い。電子部品Ｃが微小で基板Ｂ側の方が体積が大きくヘッド側からの熱量が十分に伝わらない場合には、基板Ｂ側からヒーターで加熱するのが有効で、電子部品Ｃ、基板Ｂともに微小であった場合には両側からヒーターで加熱するのが有効である。
【符号の説明】
【００３１】
１      実装装置
２      ボンディングヘッド
２Ｖ    減圧流路
３      ボンディングユニット
４      基板ステージ
５      画像認識手段
２０      アタッチメントツール
２１      ヒータ
２１Ｐ    管状流路
２１Ｓ    ヒータの上面
２１Ｔ    壁の上部
２１Ｕ    溝
２１Ｗ    溝を形成する壁
２２      断熱ブロック
２２Ｄ    窪み
２２Ｓ    断熱ブロックの下面
２２Ｖ    通気孔
２３      ホルダ
２４      ヘッド本体
２５      伝熱部材
２５Ａ    伝熱部材の上面（断熱ブロック側）    
２５Ｂ    伝熱部材の下面（ヒータ側）
Ｂ      基板
Ｃ      電子部品
ＨＵ      溝の深さ
ＷＴ      壁の幅（厚み）
ＷＵ      溝の幅
【図１】
0006632856.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006632856.tif 000008
【図８】
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【図９】
0006632856.tif 000010
【図１０】
0006632856.tif 000011
【図１１】
0006632856.tif 000012
【図１２】
0006632856.tif 000013