(57)【要約】【課題】プラズマ洗浄を利用する電子部品装着装置の構造を簡素化する。【解決手段】電子部品装着装置１において基板９１および電子部品９２にプラズマ洗浄を施すチャンバ２、電子部品９２を基板９１に装着する装着機構３、および、基板９１および電子部品９２をチャンバ２から装着機構３へと搬送する搬送ロボット４を設ける。プラズマ洗浄された基板９１および電子部品９２は搬送ロボット４により速やかに装着機構３へと搬送され、装着機構３にて電子部品９２が基板９１に装着された後、パルスヒートが与えられる。これにより、大気に曝された状態にて電子部品９２を基板９１に適切に装着することができ、装着のための機構を簡素化することができる。【選択図】　図１
2004071611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を基板に装着する電子部品装着装置であって、
電子部品および基板に対してプラズマ洗浄が行われるチャンバと、
前記チャンバから電子部品および基板を大気中へと搬出する搬送機構と、
前記搬送機構から電子部品および基板を受け取って大気に曝された状態で前記電子部品を前記基板に装着する装着機構と、
を備えることを特徴とする電子部品装着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子部品装着装置であって、
前記装着機構が、
電子部品を保持する部品保持部と、
基板を保持する基板保持部と、
前記部品保持部を前記基板保持部に対して相対的に移動させる移動機構と、
を有し、
前記部品保持部および前記基板保持部の少なくとも一方が、基板に電子部品が装着された後に保持対象に対して熱を与える加熱部を有することを特徴とする電子部品装着装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電子部品装着装置であって、
前記加熱部による加熱が、保持対象の昇温途上において停止することを特徴とする電子部品装着装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の電子部品装着装置であって、
前記部品保持部および前記基板保持部のそれぞれが、前記加熱部を有することを特徴とする電子部品装着装置。
【請求項５】
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、
前記部品保持部に超音波振動を与える超音波振動源をさらに備えることを特徴とする電子部品装着装置。
【請求項６】
電子部品を基板に装着する電子部品装着方法であって、
電子部品および基板に対してプラズマ洗浄を行う洗浄工程と、
大気に曝された状態で前記電子部品を前記基板に装着する装着工程と、
を有することを特徴とする電子部品装着方法。
【請求項７】
請求項６に記載の電子部品装着方法であって、
前記洗浄工程の後、前記電子部品および前記基板の周囲が大気環境とされてから１０分以内に前記装着工程が実行されることを特徴とする電子部品装着方法。
【請求項８】
請求項６に記載の電子部品装着方法であって、
前記洗浄工程の後、前記電子部品および前記基板の周囲が大気環境とされてから５分以内に前記装着工程が実行されることを特徴とする電子部品装着方法。
【請求項９】
請求項６に記載の電子部品装着方法であって、
前記洗浄工程の後、前記電子部品および前記基板の周囲が大気環境とされてから３分以内に前記装着工程が実行されることを特徴とする電子部品装着方法。
【請求項１０】
請求項６ないし９のいずれかに記載の電子部品装着方法であって、
前記装着工程の後に、前記電子部品および前記基板の少なくとも一方に熱を与える加熱工程をさらに有することを特徴とする電子部品装着方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を基板に装着する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子部品や基板等の被接合物の表面にプラズマを用いて吸着物質の除去、表面の活性化等の洗浄を施した上で被接合物同士を接合する技術が知られている。被接合物の洗浄は高真空状態のチャンバ内で行われ、洗浄後の表面の酸化や汚染を防止するために接合もチャンバ内にて行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、チャンバ内の減圧環境にて被接合物を取り扱うためには、被接合物の保持部やチャンバ内の各種駆動機構に様々な工夫が必要となり、装置が高価となる。例えば、減圧環境下では被接合物である電子部品や基板を通常の吸引吸着では保持することができないために静電吸着により保持する必要が生じたり、チャンバ内のガイド機構等も真空に対応した高価なものを使用する必要が生じ、外部からチャンバ内の構造を駆動する機構にも封止等の対策が必要となる。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、装置構造の簡素化によりプラズマ洗浄を利用しつつ安価に電子部品を基板に装着する技術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、電子部品および基板に対してプラズマ洗浄が行われるチャンバと、前記チャンバから電子部品および基板を大気中へと搬出する搬送機構と、前記搬送機構から電子部品および基板を受け取って大気に曝された状態で前記電子部品を前記基板に装着する装着機構とを備える。
【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、前記装着機構が、電子部品を保持する部品保持部と、基板を保持する基板保持部と、前記部品保持部を前記基板保持部に対して相対的に移動させる移動機構とを有し、前記部品保持部および前記基板保持部の少なくとも一方が、基板に電子部品が装着された後に保持対象に対して熱を与える加熱部を有する。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電子部品装着装置であって、前記加熱部による加熱が、保持対象の昇温途上において停止する。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の電子部品装着装置であって、前記部品保持部および前記基板保持部のそれぞれが、前記加熱部を有する。
【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、前記部品保持部に超音波振動を与える超音波振動源をさらに備える。
【００１０】
請求項６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方法であって、電子部品および基板に対してプラズマ洗浄を行う洗浄工程と、大気に曝された状態で前記電子部品を前記基板に装着する装着工程とを有する。
【００１１】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の電子部品装着方法であって、前記洗浄工程の後、前記電子部品および前記基板の周囲が大気環境とされてから１０分以内に前記装着工程が実行される。
【００１２】
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の電子部品装着方法であって、前記洗浄工程の後、前記電子部品および前記基板の周囲が大気環境とされてから５分以内に前記装着工程が実行される。
【００１３】
請求項９に記載の発明は、請求項６に記載の電子部品装着方法であって、前記洗浄工程の後、前記電子部品および前記基板の周囲が大気環境とされてから３分以内に前記装着工程が実行される。
【００１４】
請求項１０に記載の発明は、請求項６ないし９のいずれかに記載の電子部品装着方法であって、前記装着工程の後に、前記電子部品および前記基板の少なくとも一方に熱を与える加熱工程をさらに有する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一の実施の形態に係る電子部品装着装置１の構造を示す平面図であり、図２および図３は側面図である。図１に示すように、電子部品装着装置１は基台１０上にチャンバ２、装着機構３および搬送ロボット４を有する。図２はチャンバ２および搬送ロボット４を側方から見た様子を示しており、図３は装着機構３および搬送ロボット４を側方から見た様子を示している。
【００１６】
チャンバ２は、図１および図２に示すように内部にステージ２１を有し、ステージ２１は基板９１および電子部品９２（例えば、フィルム基板および半導体ＩＣベアチップ）を静電気力により吸着する静電チャックとなっている。さらに、図２に示すようにステージ２１内にはプラズマを発生するための電極２１１が設けられており、電極が高周波電源２１２に接続される。チャンバ２の搬送ロボット４側の側面には開閉自在なゲート２２が設けられるとともにチャンバ２には減圧ポンプ２３およびガス供給部２４が接続される。
【００１７】
装着機構３は、図１および図３に示すように、基板９１を吸引吸着により保持するステージ３１および電子部品９２を吸引吸着により保持する装着ヘッド３５を有する。ステージ３１はＸＹテーブル３２により水平面内にて移動可能とされ、装着ヘッド３５はヘッド昇降機構３６により昇降移動するとともにヘッド回動機構３７により上下方向を向く軸を中心に回転する。
【００１８】
搬送ロボット４は、図１に示すように、ボールネジ機構およびモータによりガイドレール４１上を移動ブロック４２が移動する構造を有する。移動ブロック４２には２つのアーム４３１，４３２が取り付けられ、アーム４３１，４３２は移動ブロック４２内の機構によりチャンバ２（および装着機構３）側に対して進退可能とされる。アーム４３１の先端には、基板９１を吸引吸着により下面に保持する保持プレート４４１が固定され、もう一方のアーム４３２の先端には電子部品９２を吸引吸着により保持する保持プレート４４２が回動部４４３を介して取り付けられる。保持プレート４４２はアーム４３２を中心として回動部４４３を中心に上下反転可能とされる。
【００１９】
図４は、装着機構３のステージ３１および装着ヘッド３５を拡大して示す断面図である。ステージ３１は下側からベースプレート３１１、セラミックヒータ３１２、および、基板９１を保持する吸着プレート３１３を順に積層した構造となっており、ステージ３１を貫通するように複数の吸引口３１４が形成されている。セラミックヒータ３１２は電源３１２ａに接続され、電源３１２ａは電子部品装着装置１の全体動作を司る全体制御部１１により制御される。また、吸引口３１４は図示を省略するエジェクタに接続され、吸引口３１４からの吸引のＯＮ／ＯＦＦも全体制御部１１により制御される。
【００２０】
装着ヘッド３５は、上側から順に、本体ブロック３５１、セラミックヒータ３５２、および、電子部品９２を保持する吸着ツール３５３を重ねた構造となっており、これらを貫通するように吸着ツール３５３に吸引口３５４が形成されている。セラミックヒータ３５２も電源３１２ａに接続され、全体制御部１１により制御される。また、吸引口３５４からの吸引のＯＮ／ＯＦＦも全体制御部１１により制御される。
【００２１】
図５は、電子部品装着装置１の動作（および、装置に対する動作）の流れを示す図である。
【００２２】
電子部品装着装置１の装着動作が行われる前に、まず、装置外の搬送装置により、基板９１および電子部品９２がチャンバ２内へと搬入され、ステージ２１上に載置される（ステップＳ１１）。チャンバ２では吸引吸着によりステージ２１が基板９１および電子部品９２を保持する。
【００２３】
その後、ゲート２２が閉じられて図２に示す減圧ポンプ２３によりチャンバ２内が排気されて減圧され、さらに、ガス供給部２４からアルゴンガス等の所定のガスが供給されてチャンバ２の内部空間が所定の雰囲気とされる。ステージ２１の電極２１１には高周波電源２１２から高周波の電力が与えられ、チャンバ２の内壁とステージ２１との間においてプラズマが発生する。プラズマにより基板９１および電子部品９２の電極（例えば、Ａｕ（金）電極）上に吸着されている水、有機物等の不要物質が除去され、さらに、電極表面のエッチング、励起等の改質が行われ、電極にいわゆるプラズマ洗浄が施される（ステップＳ１２）。
【００２４】
プラズマ洗浄が完了すると、チャンバ２内が大気圧へと戻されてゲート２２が開き、図６に示すように搬送ロボット４により保持プレート４４１，４４２がチャンバ２内に挿入される。このとき、保持プレート４４２は吸着面が下方を向く姿勢とされる。保持プレート４４１，４４２は移動ブロック４２内の機構により僅かに下降し、基板９１および電子部品９２にそれぞれ当接する。なお、保持プレート４４１，４４２の吸引口は吸着側の面に形成された台状の突出部に形成されており、基板９１および電子部品９２の電極以外の部位にて保持プレート４４１，４４２が当接する。
【００２５】
そして、ステージ２１の吸引吸着が解除され、保持プレート４４１，４４２の吸引吸着が開始されて基板９１および電子部品９２が保持プレート４４１，４４２にそれぞれ保持される。保持プレート４４１，４４２は僅かに上昇してチャンバ２外へと待避し、基板９１および電子部品９２をチャンバ２から搬出する（ステップＳ１３）。これにより、基板９１および電子部品９２が大気に曝された状態とされる。また、保持プレート４４２は上下が反転し、図７に示すように電子部品９２が上面に保持された状態となる（ステップＳ１４）。
【００２６】
図８中に二点差線にて示すように、まず、保持プレート４４２が装着機構３の装着ヘッド３５の真下へ移動し、装着ヘッド３５が下降して保持プレート４４２上の電子部品９２に当接する。装着ヘッド３５による吸引吸着が開始されるとともに保持プレート４４２の吸着保持が解除され、電子部品９２が電極を下方に向けた状態で装着ヘッド３５に保持される。装着ヘッド３５は僅かに上昇し、移動ブロック４２側へと待避する。
【００２７】
次に、保持プレート４４１が装着機構３のステージ３１の真上へ移動し、図８に示すように保持プレート４４１が僅かに下降して基板９１をステージ３１に当接させる。ステージ３１による吸引吸着が開始されるとともに保持プレート４４１の吸着保持が解除され、基板９１がステージ３１に保持される。その後、保持プレート４４１が僅かに上昇し、移動ブロック４２側へと待避する（ステップＳ１５）。
【００２８】
基板９１および電子部品９２が装着機構３に渡されると、図示を省略するカメラがステージ３１および装着ヘッド３５の間に進入して基板９１の装着領域および電子部品９２の電極側の面を撮像し、画像処理回路により基板９１上の装着領域の中心と電子部品９２の中心との間の水平方向のずれ量、および、上下方向を向く軸を中心とする回転のずれ量が求められる。求められたずれ量に基づいてＸＹテーブル３２がステージ３１を移動して基板９１上の装着領域の中心と電子部品９２の中心とを一致させ、さらにヘッド回動機構３７が電子部品９２の向きを調整する。その後、図９に示すように装着ヘッド３５がヘッド昇降機構３６により下降し、大気に曝された状態で電子部品９２が基板９１に装着される（ステップＳ１６）。
【００２９】
装着に際して、装着ヘッド３５が電子部品９２を押圧する力が制御されるとともに、全体制御部１１の制御によりステージ３１および装着ヘッド３５内のセラミックヒータ３１２，３５２（図４参照）に短時間だけ電流が供給される。すなわち、ステージ３１および装着ヘッド３５の保持対象である基板９１および電子部品９２の昇温途上において加熱が停止され、パルス状に温度が変化する加熱（いわゆる、「パルスヒート」）が保持対象に与えられる（ステップＳ１７）。パルスヒートは、例えば、ピーク近傍の時間が０．５秒程度とされる。これにより、プラズマ洗浄を利用した基板９１および電子部品９２の電極同士の接合、すなわち、金属原子同士の原子間力による接合が確実に行われ、電子部品９２が基板９１に強く固定される。
【００３０】
装着が完了すると、装着ヘッド３５が保持を解除して上昇し、ステージ３１も保持を解除する。装着済みの基板９１は電子部品装着装置１外のアームにより搬出され（ステップＳ１８）、後工程にて樹脂による封止（いわゆる、アンダーフィルやサイドフィル等）が行われる。
【００３１】
以上のように、電子部品装着装置１ではチャンバ２内で基板９１および電子部品９２にプラズマ洗浄が施された後、基板９１および電子部品９２が大気中にて搬送され、さらに、大気に曝された状態で電子部品９２が基板９１に装着される。次に、基板９１および電子部品９２が大気に曝された状態で装着が行われても適切な装着が実現される条件について説明する。
【００３２】
図１０は、基板９１および電子部品９２が装着までに大気中に露出される時間と、装着後に電子部品９２を基板９１から外す（剥がす）際に必要な力との関係を示す図である。なお、縦軸の剪断荷重は、装着後に基板９１の主面に平行な方向に電子部品９２に荷重を加え、電子部品９２が外れる時点での荷重を電極であるバンプの数で割った値である。また、装着時の荷重（すなわち、電子部品９２への押圧力）は、予め適切な装着が可能であると想定される一定値に設定されている。
【００３３】
図１０中の実線７０１は装着機構３においてピーク近傍が１５０℃のパルスヒートが与えられた場合の剪断荷重の特性を示し、実線７０２はピーク近傍が１００℃のパルスヒートが与えられた場合の剪断荷重の特性を示す。破線７１１および７１２は参考のために図示するものであり、基板９１が大気に曝される間にそれぞれ１５０℃、１００℃の継続的な加熱（いわゆる、コンスタントヒート）が行われて装着された場合（すなわち、大気中のヒートプレート上に基板９１を放置した場合）の剪断荷重の特性を示している。なお、実線７０１は黒い矩形、実線７０２は黒い菱形、破線７１１は白い矩形、破線７１２は白い菱形にて示す計測結果に基づいて描かれている。
【００３４】
実線７０１と破線７１１、または、実線７０２と破線７１２を比較して分かるように、コンスタントヒートにより基板９１を加熱すると、パルスヒートを用いる場合に比べて大幅に接合強度が低下する。これは、コンスタントヒートを用いると、加熱された状態で基板９１が大気に曝されるため、電極表面の酸化が促進されることが原因と考えられる。
【００３５】
また、実験例では１つのバンプの剪断方向への剥離に２５ｇｆ以上の荷重が必要とされることが好ましく、１５０℃のパルスヒートが用いられる場合にはプラズマ洗浄が行われた後に基板９１および電子部品９２の周囲が大気環境とされてから装着までの時間（以下、「大気中放置時間」という。）が、（実線７０１に基づいて長く見積もったとしても）５分以内とされることが好ましいといえる。同様に、１００℃のパルスヒートが用いられる場合には実線７０２に基づいて大気中放置時間が３分以内とされることが好ましい。
【００３６】
もちろん、大気中放置時間は短いほど好ましく、プラズマ洗浄の後にチャンバ２が開放されてから装着までの間に、電子部品装着装置１の動作に不要な停止が存在しないことが好ましい。なお、パルスヒートの温度は３００℃程度まで想定され、電極形状も様々なものが存在することを考慮すると、少なくとも大気中放置時間は１０分以内とされることが好ましいと考えられる。
【００３７】
以上のように、電子部品装着装置１では基板９１および電子部品９２がプラズマ洗浄された後、大気に曝された状態で電子部品９２が基板９１に速やかに装着される。これにより、電子部品９２の装着を減圧下にて行うための複雑な機構が不要となり、電子部品装着装置１の構造が簡素化され、スループットの向上や装置製作費用の大幅な低減を図ることができる。
【００３８】
また、図１０から導かれる条件を満たすように時間を管理しつつ速やかに装着を行うことにより、例えば、１５０℃ないし１００℃、あるいは、１００℃以下といった低温であっても電子部品９２を基板９１に適切な強度にて接合することができる。その結果、耐熱性の低いまたは熱膨張率の高いフィルム基板に対しても良好なファインピッチ接合が可能となる。
【００３９】
なお、基板９１や電子部品９２の電極にバンプが形成される場合は、従来のようにバンプを大きく潰すことなく適切な接合ができるため、接合部に熱応力等が作用した場合に応力集中を低減することが実現される。また、バンプの変形量が小さいことから、後工程の封止の際にアンダーフィルの濡れ性が良好となり、樹脂封入時間の短縮、気泡残りの抑制、使用樹脂の多様化等も実現される。
【００４０】
図１１は、電子部品装着装置１の装着ヘッド３５の他の例を示す図である。図１１の装着ヘッド３５は、図４に示す装着ヘッド３５からセラミックヒータ３５２が省略され、超音波振動を装着ヘッド３５に与える振動部３５８が取り付けられた構造を有する。また、ステージ３１からも図４に示すセラミックヒータ３１２が省略される。電子部品９２が基板９１に装着される際には、振動部３５８からの振動が本体ブロック３５１および吸着ツール３５３を介して電子部品９２に与えられる。
【００４１】
これにより、常温（例えば、２５℃）にて基板９１および電子部品９２の電極同士を適切に接合することができる。超音波振動を利用する場合もプラズマ洗浄により活性化された電極の酸化や汚染物質の吸着を抑制するために基板９１および電子部品９２の周囲が大気環境とされた後、可能な限り速やかに装着が行われることが好ましい。なお、超音波振動とパルスヒートとが併用されてもよい。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、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。
【００４３】
上記実施の形態では、基板９１および電子部品９２が１つのチャンバ２にてプラズマ洗浄されるが、基板９１および電子部品９２は個別のチャンバ２で洗浄されてもよい。また、プラズマ洗浄は典型的なプラズマ処理に限定されず、直流電流、パルス電流、マグネトロン等によるプラズマ処理であってもよい。さらに、高速原子ビーム（ＦＡＢ）やイオンビーム等のように、プラズマを含む処理をプラズマ洗浄の一種として利用することができる。プラズマ洗浄に使用されるガスもアルゴンには限定されず、窒素、酸素、フッ素、水素等でもよい。
【００４４】
上記実施の形態では装着後にパルスヒートが与えられるが、パルスヒートは装着とほぼ同時と捉えることができるタイミングで（すなわち、装着直後に）行われてもよい。また、装着後に加熱されるのであるならばパルスヒートでなくてもよい。例えば、加熱が停止された後に温度が維持されてもよい。加熱は基板９１と電子部品９２との双方に行われることが好ましいが、接合強度が著しく低下しない範囲でいずれか一方のみに加熱が行われてもよい。また、いずれか一方にコンスタントヒートが与えられてもよい。ステージ３１や装着ヘッド３５には他の部位に熱が伝達されないように冷却機構が設けられることが好ましい。
【００４５】
ステージ３１や装着ヘッド３５を加熱するヒータは電熱線等の他のヒータであってもよい。
【００４６】
基板９１や電子部品９２の電極は金には限定されず、例えば、銅、アルミニウム、スズ、あるいは、これらの金属によるメッキが施されたものが想定される。基板９１は、ポリイミド、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等のフィル基板のみならず、例えば、樹脂やセラミックにより形成された板状の基板も利用される。
【００４７】
電子部品装着装置１はＩＣベアチップに代表される微細な電極を有する電子部品９２に特に適しているが、他の電子部品９２の装着が行われてもよい。
【００４８】
装着機構３における基板９１や電子部品９２の保持はメカニカルチャックによる保持であってもよく、電子部品９２が基板９１に向かって相対的に移動されるのであるのであれば、どのような装着機構が採用されてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、電子部品装着装置の構造を簡素化することができ、スループットの向上や装置製作費用の大幅な低減を図ることができる。また、低温にて適切な装着を行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子部品装着装置の構造を示す平面図
【図２】電子部品装着装置の構造を示す側面図
【図３】電子部品装着装置の構造を示す側面図
【図４】ステージおよび装着ヘッドを拡大して示す断面図
【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動作途上の様子を示す図
【図７】電子部品装着装置の動作途上の様子を示す図
【図８】電子部品装着装置の動作途上の様子を示す図
【図９】電子部品装着装置の動作途上の様子を示す図
【図１０】剪断加重の特性を示す図
【図１１】ステージおよび装着ヘッドの他の例を示す図
【符号の説明】
１　電子部品装着装置
２　チャンバ
３　装着機構
４　搬送ロボット
３１　ステージ
３５　装着ヘッド
３６　ヘッド昇降機構
９１　基板
９２　電子部品
３１２，３５２　セラミックヒータ
３５８　振動部
Ｓ１２，Ｓ１６，Ｓ１７　ステップ
【図１】
2004071611.tif 000003
【図２】
2004071611.tif 000004
【図３】
2004071611.tif 000005
【図４】
2004071611.tif 000006
【図５】
2004071611.tif 000007
【図６】
2004071611.tif 000008
【図７】
2004071611.tif 000009
【図８】
2004071611.tif 000010
【図９】
2004071611.tif 000011
【図１０】
2004071611.tif 000012
【図１１】
2004071611.tif 000013