(57)【要約】【課題】接合材が未凝固の状態で基板や電子部品等に外力が作用しても、接合材層の厚みにばらつきが発生することを抑制することができる技術を提供する。【解決手段】コレット１０は、基板当接部１６に設けられた基板吸引孔１２によって基板３４を吸引保持し、ベアチップ当接部２４に設けられたベアチップ吸引孔１４によってベアチップ３０を吸引保持して、基板３４とベアチップ３０を接合するために用いられる。基板当接部１６とベアチップ当接部２４との距離は、ハンダ３２の厚みの設計値とベアチップ１０の厚さ方向の寸法とを足し合わせた値となっている。また、基板当接部１６とベアチップ当接部２４は、基板当接部１６に吸引された基板３４とベアチップ当接部２４に吸引されたベアチップ３０の両対向面が平行となるように調整されている。【選択図】  図１
2004179256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部品上に第２の部品を接合するためのコレットであって、第１の部品に当接する第１の当接部と、第２の部品に当接する第２の当接部とを有し、第１の当接部と第２の当接部にはそれぞれ吸引孔が設けられていることを特徴とするコレット。
【請求項２】
第１の当接部が第１の部品に当接した状態では、第２の当接部に吸引された第２の部品の接合面と第１の部品の接合面とが平行となるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のコレット。
【請求項３】
第１の部品上に接合材を介して第２の部品が載せられた部品ユニットを搬送する方法であって、
請求項１又は２に記載のコレットの第１の当接部に第１の部品を吸引すると共に第２の当接部に第２の部品を吸引し、第１の部品と第２の部品をコレットごと搬送することを特徴とする部品ユニットの搬送方法。
【請求項４】
第１の部品と、第１の部品上に接合された第２の部品とを備える部品ユニットを製造する方法であって、
請求項１又は２に記載のコレットの第２の当接部に第２の部品を吸引する工程と、
第１の部品にコレットの第１の当接部を当てて第２の当接部に吸引した第２の部品を第１の部品上に搬送する工程と、
第１の部品と第２の部品の間に溶融状態の接合材を供給する工程と、
第１の当接部に第１の部品を吸引し、かつ、第２の当接部に第２の部品を吸引した状態で、溶融状態の接合材を凝固させる工程と、
を有する部品ユニットの製造方法。
【請求項５】
第１の部品と、第１の部品上に接合された第２の部品とを備える部品ユニットを製造する方法であって、
コレットに第２の部品を吸引する工程と、
吸引した第２の部品を第１の部品上に搬送する工程と、
第１の部品と第２の部品の間に溶融状態の接合材を供給する工程と、
第２の部品をコレットに吸引し、かつ、第１の部品と第２の部品の位置関係を規制した状態で、溶融状態の接合材を凝固させる工程と、
を有する部品ユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、第１の部品（例えば、基板等）上に第２の部品（例えば、ベアチップ，チップ部品等の電子部品）を接合するためのコレットに関し、該コレットを用いた部品ユニットの搬送方法ならびに製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】基板等にベアチップ等の電子部品を接合するための冶具としてコレットが用いられている（例えば、特許文献１〜３）。従来のコレットは、電子部品と当接する当接部を備え、当接部には吸引孔が設けられている。電子部品は、吸引孔に吸引されることでコレットに保持される。電子部品を保持したコレットは、基板上の所定の位置に移動する。電子部品が基板上の所定の位置に移動すると、電子部品と基板間に溶融状態の接合材（例えば、ハンダ等）が供給される。溶融状態の接合材が供給されると、コレットは電子部品の吸引を解除する。このため、電子部品とコレットが離間し、基板上には接合材を介して電子部品が搭載される。溶融状態の接合材は、その後冷却されて凝固する。接合材が溶融状態から凝固することで、基板と電子部品が接合される。このようにして、基板と電子部品から成る部品ユニットが製造される。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−８８２３９号公報
【特許文献２】
特開平１１−２９７７１６号公報
【特許文献３】
特開２００１−２４６５８８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、基板と電子部品の接合は、溶融状態の接合材が凝固することによって行われる。したがって、接合材が凝固するまでの間は、基板と電子部品間の接合が完了していないこととなる。
しかしながら、接合材が凝固するまでの間に基板や電子部品に外力が作用する場合がある。例えば、接合材が未凝固の状態のまま電子部品と基板を他の場所（例えば、冷却ゾーン）に搬送するような場合には、電子部品と基板を搬送する搬送装置の振動が基板や電子部品に伝達される。
ここで、従来のコレットは、電子部品のみを吸引保持するものであって、電子部品を基板上に搬送した後は電子部品から離間する。このため、接合材が凝固するまでの間は、基板と電子部品と相対的な位置関係は規制されず、基板や電子部品に外力が作用すると基板に対して電子部品が動くこととなる。これによって、部品ユニット間で基板と電子部品との間の接合材層の厚みにばらつきが発生するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、接合材が未凝固の状態で基板や電子部品に外力が作用しても、部品ユニット間で接合材層の厚みにばらつきが発生することを抑制することができる技術を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段と作用と効果】上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、第１の部品上に第２の部品を接合するためのコレットであって、第１の部品に当接する第１の当接部と、第２の部品に当接する第２の当接部とを有し、第１の当接部と第２の当接部にはそれぞれ吸引孔が設けられていることを特徴とする。
上記コレットは、第１の当接部に第１の部品（例えば、基板等）を吸引して保持し、第２の当接部に第２の部品（例えば、電子部品等）を吸引して保持することができる。したがって、接合材が凝固するまでコレットによって第１の部品と第２の部品を保持することで、第１の部品や第２の部品に外力が作用しても両者の位置関係を維持することができる。このため、第１の部品と第２の部品とを接合する接合材層の厚みが部品ユニット間でばらついてしまうのを抑制することができる。
【０００７】
上記コレットにおいては、請求項２に係る発明のように、第１の当接部が第１の部品に当接した状態では、第２の当接部に吸引された第２の部品の接合面と第１の部品の接合面とが平行となるように構成されていることが好ましい。
このような構成によると、接合材が凝固する間、第１の部品の接合面と第２の部品の接合面を平行に保つことができる。このため、接合材層の厚みを均一とすることができる。
【０００８】
なお、上記コレットを用いて第１の部品上に第２の部品を接合する場合、第１の部品と第２の部品を搬送することなくその場で接合材が凝固するまで冷却してもよいし、あるいは、接合材が未凝固の状態のまま第１の部品と第２の部品を他の場所（例えば、冷却装置上）に搬送することもできる。接合材を未凝固の状態で搬送する場合は、次に記載する方法で搬送することが好ましい。
すなわち、請求項３に係る搬送方法は、第１の部品上に接合材を介して第２の部品が載せられた部品ユニットを搬送する方法であって、請求項１又は２に記載のコレットの第１の当接部に第１の部品を吸引すると共に第２の当接部に第２の部品を吸引し、第１の部品と第２の部品をコレットごと搬送することを特徴とする。
この方法によれば、第１の部品と第２の部品がコレットの各当接部に吸引された状態（保持された状態）でコレットごと搬送される。したがって、搬送時に第１の部品や第２の部品に外力が作用しても、両者の相対的な位置関係が維持され、部品ユニット間で接合材層の厚みにばらつきが発生することを抑制することができる。
【０００９】
また、上記コレットを用いることで、第１の部品と、第１の部品上にダイボンドされた第２の部品とを備える部品ユニットを好適に製造することができる。
すなわち、請求項４に係る製造方法は、第１の部品と、第１の部品上に接合された第２の部品とを備える部品ユニットを製造する方法であって、請求項１又は２に記載のコレットの第２の当接部に第２の部品を吸引する工程と、第１の部品にコレットの第１の当接部を当てて第２の当接部に吸引した第２の部品を第１の部品上に搬送する工程と、第１の部品と第２の部品の間に溶融状態の接合材を供給する工程と、第１の当接部に第１の部品を吸引し、かつ、第２の当接部に第２の部品を吸引した状態で、溶融状態の接合材を凝固させる工程とを有する。
この方法によれば、接合材が凝固するまでの間、第１の部品と第２の部品の位置関係が維持される。このため、本方法により製造された部品ユニットは、部品ユニット毎に接合材層の厚みのばらついてしまうことが抑制される。
なお、第１の部品と第２の部品の間に溶融状態の接合材を供給する方法としては、種々の方法を採用することができる。例えば、固体状態の接合材を予め第１の部品上に配しておき第２の部品が搬送されてから加熱溶融する方法（例えば、リフローハンダ付け等）や、第２部品上に直接に接合材を塗布する方法（例えば、ダイボンディング等）や、第２の部品が第１の部品上に搬送されてから溶融状態の接合材を供給する方法を用いることができる。
【００１０】
また、請求項５に係る発明は、第１の部品と、第１の部品上に接合された第２の部品とを備える部品ユニットを製造する方法であって、コレットに第２の部品を吸引する工程と、吸引した第２の部品を第１の部品上に搬送する工程と、第１の部品と第２の部品の間に溶融状態の接合材を供給する工程と、第２の部品をコレットに吸引し、かつ、第１の部品と第２の部品の位置関係を規制した状態で、溶融状態の接合材を凝固させる工程とを有する。
この製造方法によっても請求項４と同様の効果が得られ、部品ユニット間の接合材層の厚みのばらつきを抑制することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】上述した各請求項に記載の発明は、下記に示す形態で好適に実施することができる。
（形態１）  コレットは、第１の部品に当接する第１の当接面と、第２の部品に当接する第２の当接面を有する。各当接面には吸引孔が設けられる。
（形態２）  コレットの底面には逆凹部が設けられる。コレット底面の逆凹部が設けられていない部分が第１の部品に当接する。コレット底面の逆凹部には第２の部品に当接する当接面が設けられる。
（形態３）  コレットはロボットアームの先端に取付けられる。コレットに第２の部品が吸引されると、コレットの第１の当接部が第１の部品の所定位置に当接するようロボットアームが駆動される。第１の当接部が第１の部品に当接して第１の部品を吸引する。第１の部品と第２の部品との間には溶融状態の接合材が供給される。第１の当接部に第１の部品を吸引し、かつ、第２の当接部に第２の部品を吸引した状態で、ロボットアームが駆動される。これによって、第１の部品と第２の部品はコレットと共に加熱工程（加熱ゾーン）から冷却工程（冷却ゾーン）に搬送される。冷却工程で接合材が凝固すると、第１の部品と第２の部品のコレットへの吸引を解除する。
（形態４）  第１の部品は基板であり、第２の部品は電子部品である。
（形態５）  第１の部品は放熱板であり、第２の部品は基板である。
【００１２】
【実施例】本発明を具現化した一実施例について図を参照しながら説明する。本実施例のコレットは、電子部品実装装置のロボットアーム（図示略）の先端に取り付けられて使用される。コレットはロボットアームの移動に伴って移動する。ロボットアームが移動することで、第１の部品である基板と第２の部品であるベアチップを加熱工程から冷却工程に搬送する。
【００１３】
＜第１の実施例＞図１は本発明の第１の実施例に係るコレットの断面図である。図１において、１０はコレット、３０はベアチップ、３２はハンダ（接合材）、３４は基板となっている。
図１に示すように、コレット１０には、基板３４と当接する基板当接部１６と、ベアチップ３０と当接するベアチップ当接部２４が設けられている。基板当接部１６は、コレット１０の本体下端の底面（平坦面）に設けられており、その底面で基板３４を吸引し保持する。一方、ベアチップ当接部２４は、コレット本体１０の底面に設けられた逆凹部２０の上部平坦面とされ、この上部平坦面でベアチップ３０を保持する。逆凹部２０の側壁面２２は、図１に示すように、ハンダ３２と干渉しない位置に設けられる。基板当接部１６とベアチップ当接部２４との距離は、ハンダ３２の厚みが設計された厚みとなるように調整されている。すなわち、基板当接部１６とベアチップ当接部２４との距離は、ハンダ３２の厚みの設計値とベアチップ１０の厚さ方向の寸法とを足し合わせた値となっている。また、基板当接部１６とベアチップ当接部２４は、基板当接部１６に吸引された基板３４とベアチップ当接部２４に吸引されたベアチップ３０の両対向面（すなわち、接合面）が平行となるように調整されている。
図１に示すように、基板当接部１６には基板３４を吸引する基板吸引孔１２が設けられ、ベアチップ当接部２４にはベアチップ３０を吸引するベアチップ吸引孔１４が設けられている。基板吸引孔１２の開口部１２ａは基板３４と密着され、ベアチップ吸引孔１４の開口部１４ａはベアチップ３０と密着される。
【００１４】
以下、上述したコレット１０を用いて基板３４にベアチップ３０を接合し、部品ユニットを製造する手順について説明する。図２は加熱工程のハンダ供給ゾーンでコレットによりベアチップが基板上に載せられる様子を示す断面図であり、図３は基板と、基板上にハンダを介して載せられたベアチップとを同時に冷却工程に搬送する様子を示す断面図である。図中、４０は加熱工程に設けられた加熱・還元ゾーン、５０は加熱工程の最後に設けられたハンダ供給ゾーン、６０は加熱装置、７０は冷却装置である。
基板３４は左側の加熱・還元ゾーン４０から右側のハンダ供給ゾーン５０に搬送用ロッド（図示略）により搬送されてくる。加熱・還元ゾーン４０は還元雰囲気とされ、基板３４は還元雰囲気中で加熱装置６０によって加熱される。ハンダ供給ゾーン５０に基板３４が搬送されると、基板３４上にベアチップ３０が載せられる。
【００１５】
具体的には、図２（ａ）に示すように、基板３４が加熱工程のハンダ供給ゾーン５０まで搬送されると、まず、扉５１（破線で扉が開いた状態を表している）が開く。扉５１が開くと、その開口からロボットアーム（図示略）の先端に取り付けられたコレット１０がハンダ供給ゾーン５０内に下降する。コレット１０のベアチップ当接部２４には、ベアチップ吸引孔１４によってベアチップ３０が吸引保持されている。
【００１６】
コレット１０は、図２（ｂ）に示すように、ベアチップ３０を吸引保持した状態で基板当接部１６が基板３４に当接する位置までハンダ供給ゾーン５０内を下降する。基板当接部１６が基板３４に当接すると、ベアチップ３０が基板３４上の所定の位置（すなわち、ベアチップ搭載位置）に位置決めされる。ベアチップ３０が位置決めされると、コレット１０の前記逆凹部２０に臨んで設けられたハンダ供給口３６からベアチップ搭載位置にハンダ３２が供給される。
【００１７】
ハンダ３２が供給されると、コレット１０のベアチップ当接部２４にベアチップ３０が吸引された状態のまま、コレット１０の基板当接部１６に基板吸引孔１２によって基板３４が吸引される。次に、図３（ａ）に示すように、コレット１０は基板３４とベアチップ３０を吸引保持したまま、水平状態を保ちつつハンダ供給ゾーン５０内を上昇して加熱工程から出る。
【００１８】
加熱工程から出ると、図３（ｂ）に示すように、基板３４とベアチップ３０を吸引保持したコレット１０は、水平状態を保ちつつ冷却装置７０方向へ移動する。コレット１０が冷却装置７０上の所定の位置まで移動すると、水平状態を保ったまま冷却装置７０の表面まで下降する。基板３４が冷却装置７０上に当接する位置まで下降すると、基板３４とベアチップ３０の吸引が解除され、基板３４とベアチップ３０が冷却装置７０上に置かれる。
【００１９】
上述した説明から明らかなように、図３（ａ）と（ｂ）に示す状態（すなわち、加熱装置６０から冷却装置７０に搬送される間）では、ハンダ３２は溶融状態のままである。しかしながら、コレット１０によって基板３４とベアチップ３０が吸引保持されているため、基板３４やベアチップ３０に外力が作用しても両者の位置関係を一定に保つことができる。また、基板３４とベアチップ３０を搬送する間は、コレット１０（すなわち、基板３４とベアチップ３０）が水平状態を保って移動するため、未凝固のハンダが重力によって偏ることが防止される。したがって、基板３４とベアチップ３０の間のハンダ３２の厚みが部品ユニット間でばらついてしまうことを防止することができる。
また、基板当接部１６が基板３４に当接されるため、電子部品実装装置の位置決め精度が低くても、ベアチップ３２と基板３４間の間隔（ハンダ層の厚さ）を精度良く制御することができる。このため、電子部品実装装置の位置決め精度によらずにベアチップの実装精度を向上させることができる。特に、基板当接部１６とベアチップ当接部２４は、互いに平行な平坦面であって、その間隔が精度良く加工されているため、ハンダ層の厚さを均一とすることができる。したがって、ハンダ層が局部的に薄くなることによるクラックの発生や、ハンダ層が局部的に厚くなることによる放熱性の悪化が防止される。
【００２０】
（変形例）図４は上述した第１の実施例の変形例を示すコレットの断面図である。本変形例のコレットは、上述した図１に示したコレットと同様、ハンダを介してベアチップを基板に接合するためのものであって、その基本構造は図１に示したものと同様であるので、ここでは同一部分には同一符号を付すこととする。なお、図４ではハンダ供給口３６を省略しているが、適宜コレット１０に設定すれば第１実施例と同様に基板とベアチップ間にハンダ供給が可能である。
図４に示すように、本変形例では、基板３４に同一のベアチップ３０を２つ搭載することに対応して、コレット１０には同じ大きさ／形状の逆凹部２０が２つ設けられている。逆凹部２０の上部平坦面はベアチップ当接部２４とされ、ベアチップ当接部２４にはベアチップ３０を吸引保持できるようベアチップ吸引孔１４が設けられている。２つのベアチップ吸引孔１４と基板吸引孔１２は、コレット本体の上部に設けられた吸引孔１３と連通している。したがって、ベアチップ吸引孔１４で吸引を開始すると、基板吸引孔１２でも吸引が開始される。このように基板吸引孔１２とベアチップ吸引孔１４を上部の１つの吸引孔１３に連通させることで、コレット１０に連結される真空管が１本だけとなるため、電子部品接合装置の構造が煩雑になることを避けることができる。
【００２１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
・実施例ではベアチップ３０を基板３４に接合する実装プロセスにコレットを用いた例を説明したが、本発明はこれ以外にも、ベアチップをリードフレームに接合したり、ベアチップ等が実装された基板を放熱板に接合するなどの種々の実装プロセスに適用することができる。
・実施例では、ハンダ供給口３６からハンダを供給していたが、本発明はこれ以外にも、固体状態のハンダを予め基板３４上に配しておきベアチップ３０が搬送されてから加熱溶融する方法や、基板３４上に直接ハンダを塗布する方法などを用いることができる。
・実施例では、基板吸引孔１２とベアチップ吸引孔１４の断面が円形とされたが、吸引孔の断面形状は円形に限られるものではなく、真空吸引を行うことができるものであれば形状は問わない。また、その断面積も所望の吸引力が得られるものであれば、どのような面積としてもよい。さらに、基板吸引孔１２の開口部１２ａの位置は、基板３４を吸引できる限り、ベアチップ保持部２０を除くいずれの位置に設けられてもよく、実施例に示された位置に限らない。ベアチップ吸引孔１４の開口部１４ａの位置も、ベアチップ３０を吸引できる限りベアチップ保持部２０のいずれの位置に設けられてもよい。また、基板吸引孔１２とベアチップ吸引孔１４を複数設けてもよい。
・第１の実施例の変形例では同じベアチップを２つ吸引保持する場合を示しているが、異なる大きさ／形状のベアチップを吸引保持する場合は、それぞれのベアチップに対応させてベアチップ当接部２０の幅や深さを変更して設けることができる。また、３つ以上のベアチップを吸引保持するように構成することも可能であり、その場合は吸引保持するベアチップの数だけベアチップ当接部２０を設けることができる。
・第１の実施例および変形例では、基板３４の幅の方がコレット１０の幅よりも広くなっているが、基板の幅は吸引孔１２の開口部が基板３４の平面上に接することができる広さであればよい。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例を示すコレットの断面図である。
【図２】加熱工程のハンダ供給ゾーンでコレットによりベアチップが基板上に搭載されることを示す断面図である。
【図３】基板と、基板上にハンダを介して搭載されたベアチップとを同時に冷却工程に移送する過程の断面図である。
【図４】第１の実施例の変形例を示すコレットの断面図である。
【符号の説明】
１０：コレット、
１２：基板吸引孔、
１４：ベアチップ吸引孔、
１６：基板当接部、
２０：逆凹部、
２２：側壁面、
２４：ベアチップ当接部、
３０：ベアチップ、
３２：ハンダ、
３４：基板
【図１】
2004179256.tif 000003
【図２】
2004179256.tif 000004
【図３】
2004179256.tif 000005
【図４】
2004179256.tif 000006