(57)【要約】【課題】電子部品実装装置において、電子部品の装着時に回路基板の変形を抑制する。【解決手段】電子部品実装装置のチャンバ内には、基板保持部１２、基板保持部１２に保持される回路基板９１を支持する基板支持部１７、回路基板９１に電子部品９２を押圧して実装するヘッド部が設けられる。基板支持部１７は、複数の支持ピン１７１、複数の支持ピン１７１のそれぞれを個別に昇降する支持ピン昇降機構１７２、各支持ピン１７１にかかる荷重を検出する圧電素子１７３、および、複数の支持ピン１７１を一括して固定するロック機構１７４を備える。基板支持部１７では、複数の支持ピン１７１のそれぞれの先端が裏面９１１の形状に沿って等しい荷重で当接した状態で固定され、電子部品９２の装着時における回路基板９１の変形が抑制される。【選択図】図５
2005235818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板にバンプを有する電子部品を実装する電子部品実装装置であって、
所定位置に配置された回路基板の一の主面に向かって進退可能な複数の支持ピンと、
前記複数の支持ピンのそれぞれを、先端が前記一の主面に当接した状態で固定するロック機構と、
バンプを前記一の主面とは反対側の主面に向けつつ電子部品を前記回路基板に押圧して実装する実装部と、
を備えることを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子部品実装装置であって、
前記複数の支持ピンを個別に進退する支持ピン進退機構と、
前記複数の支持ピンのそれぞれにかかる荷重を検出する荷重検出部と、
前記荷重検出部による検出結果に基づいて前記支持ピン進退機構を制御し、前記複数の支持ピンにかかる荷重を一定とする制御部と、
をさらに備えることを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電子部品実装装置であって、
前記複数の支持ピンのそれぞれの前記先端を前記一の主面に付勢する弾性部材をさらに備えることを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の電子部品実装装置であって、
前記ロック機構が、前記複数の支持ピンを側方から付勢して前記複数の支持ピンの側面を互いに当接させることにより、前記複数の支持ピンを一括して固定することを特徴とする電子部品実装装置。
【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実装装置であって、
前記電子部品が、減圧または不活性ガス環境下にて前記電子部品の前記バンプおよび前記回路基板の電極にエネルギー波を照射した後に前記バンプおよび前記電極を互いに接触させる金属接合により実装されることを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の電子部品実装装置であって、
前記回路基板がセラミックにより形成されることを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の電子部品実装装置であって、
前記電子部品が半導体のベアチップであることを特徴とする電子部品実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板にバンプを有する電子部品を実装する電子部品実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、プリント基板等の回路基板に電子部品を実装する手法として、電子部品の電極上にバンプを形成し、回路基板の電極と電子部品のバンプとを接合して実装するフリップチップ実装が用いられている。このようなフリップチップ実装を行う実装装置では、通常、実装時に回路基板に電子部品が押圧される。例えば、特許文献１では、載置テーブル上に載置された回路基板に仮固定された電子部品を加熱して押圧することにより実装する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２２０２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、従来の実装装置では、平らなステージ面上に回路基板が保持されるようになっており、このような実装装置では、回路基板の反りや凹凸により回路基板がステージ面から浮き上がっていると、装着時の押圧により押し込まれて回路基板が弾性変形してしまう。
【０００４】
弾性変形した状態の回路基板に電子部品が実装されると、実装後に回路基板が元の形状に戻ろうとするため、回路基板とバンプとの接合部に応力が生じ、接合部が裂けてしまう可能性がある。また、接着剤を用いて電子部品を装着する場合には、接着剤により回路基板が元の形状に戻ることが抑制され、回路基板の変形部に残留応力が生じることとなり、経時変化によりバンプと回路基板の電極との接触状態が維持されなくなる可能性がある。特に、半導体のベアチップ等の微細な電子部品では、微小なバンプを介して回路基板に実装されるため、実装済みの回路基板の変形により接合不良あるいは接触不良が生じる可能性が高くなってしまう。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、実装済みの回路基板における電子部品のバンプと回路基板の電極との間の電気的導通をより安定したものとするために、電子部品の装着時に回路基板の変形を抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、回路基板にバンプを有する電子部品を実装する電子部品実装装置であって、所定位置に配置された回路基板の一の主面に向かって進退可能な複数の支持ピンと、前記複数の支持ピンのそれぞれを、先端が前記一の主面に当接した状態で固定するロック機構と、バンプを前記一の主面とは反対側の主面に向けつつ電子部品を前記回路基板に押圧して実装する実装部とを備える。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電子部品実装装置であって、前記複数の支持ピンを個別に進退する支持ピン進退機構と、前記複数の支持ピンのそれぞれにかかる荷重を検出する荷重検出部と、前記荷重検出部による検出結果に基づいて前記支持ピン進退機構を制御し、前記複数の支持ピンにかかる荷重を一定とする制御部とをさらに備える。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の電子部品実装装置であって、前記複数の支持ピンのそれぞれの前記先端を前記一の主面に付勢する弾性部材をさらに備える。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の電子部品実装装置であって、前記ロック機構が、前記複数の支持ピンを側方から付勢して前記複数の支持ピンの側面を互いに当接させることにより、前記複数の支持ピンを一括して固定する。
【００１０】
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実装装置であって、前記電子部品が、減圧または不活性ガス環境下にて前記電子部品の前記バンプおよび前記回路基板の電極にエネルギー波を照射した後に前記バンプおよび前記電極を互いに接触させる金属接合により実装される。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の電子部品実装装置であって、前記回路基板がセラミックにより形成される。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の電子部品実装装置であって、前記電子部品が半導体のベアチップである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、電子部品の装着時に回路基板の変形を抑制することができる。
【００１４】
請求項２の発明では、複数の支持ピンのそれぞれの先端を、適切に回路基板に当接することができる。
【００１５】
請求項３の発明では、複数の支持ピンのそれぞれの先端を、容易に回路基板に当接することができる。
【００１６】
請求項４の発明では、装置の構造を簡素化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電子部品実装装置１の構成を示す正面図であり、図２は図１中の矢印Ａ−Ａにおける横断面図である。図１では構成の一部（平行斜線を付して示す部分）を断面にて図示している。電子部品実装装置１は、減圧下にてプリント基板等の回路基板９１にバンプを有する半導体のベアチップである電子部品９２を実装する装置である。
【００１８】
電子部品実装装置１は、内部において電子部品９２の実装が行われるチャンバ１１を備え、チャンバ１１は、図１に示す排気管１１１を介してロータリーポンプ１１２およびターボ分子ポンプ１１３に接続され、ロータリーポンプ１１２にて急速排気を行った後にターボ分子ポンプ１１３によりチャンバ１１の内部空間を高真空の状態とすることが可能となっている。
【００１９】
図１および図２に示すように、電子部品実装装置１は、チャンバ１１内の下部（（−Ｚ）側）に、セラミックにより形成される回路基板９１を保持する基板保持部１２、基板保持部１２をＸＹ平面内にて移動する保持部移動機構１３、および、基板保持部１２に保持される回路基板９１を（−Ｚ）側から支持する基板支持部１７を備える。また、チャンバ１１の上部には、基板保持部１２に保持される回路基板９１に電子部品９２を押圧して実装するヘッド部１４を備え、チャンバ１１の（＋Ｘ）側には、チャンバ１１内を撮像する撮像部１５を備える。
【００２０】
図３は、チャンバ１１内の構成を拡大して示す正面図であり、図４は、基板保持部１２近傍を拡大して示す平面図である。図３および図４に示すように、基板保持部１２は、回路基板９１を（＋Ｘ）側および（−Ｘ）側から挟み込んで保持する１組の保持部材１２１（回路基板９１を保持していない状態を図示している。）、および、１組の保持部材１２１のＸ方向の間隔を変更する間隔変更機構１２２を備え、保持部材１２１および間隔変更機構１２２は、保持部移動機構１３上に取り付けられる。
【００２１】
保持部移動機構１３は、２つの移動テーブル１３１１，１３１２（図３参照）を有し、両移動テーブル１３１１，１３１２はモータ１３２１（図４参照）、ガイドレールおよびボールねじ機構によりＹ方向に移動する。また、上側（（＋Ｚ）側）の移動テーブル１３１２は、モータ１３２２、ガイドレールおよびボールねじ機構によりＸ方向に移動する。上側の移動テーブル１３１２には矩形の開口１３３が形成されており、基板保持部１２の保持部材１２１は開口１３３の上方にて開口１３３をＹ方向に横切るように取り付けられている。電子部品実装装置１では、移動テーブル１３１２に取り付けられた基板保持部１２が保持部移動機構１３により移動することにより、基板保持部１２に保持される回路基板９１がＸＹ平面内にて移動する。
【００２２】
基板支持部１７は、下側の移動テーブル１３１１の（＋Ｘ）側であって開口１３３を介してヘッド部１４と対向する位置に配置される。図５は、基板支持部１７近傍を拡大して示す正面図であり、図６は、基板支持部１７を拡大して示す平面図である。図５では、基板保持部１２に保持される回路基板９１が、保持部移動機構１３（図１参照）により移動して基板支持部１７の上方に位置している状態を示しており、また、構成の一部を断面にて図示している。なお、回路基板９１の厚さは通常０．４〜１ｍｍであり、回路基板９１の反りや凹凸の高さ（回路基板９１の主面に垂直な方向の高さ）は５〜１０μｍ（マイクロメートル）、大きくても３０μｍ程度である。図５では、回路基板９１の反りを強調して描いている。
【００２３】
図５に示すように、基板支持部１７は、基板支持部１７の上方の所定位置に配置された回路基板９１を（−Ｚ）側から支持する複数の支持ピン１７１、複数の支持ピン１７１のそれぞれを回路基板９１の（−Ｚ）側の主面（電子部品９２が実装される側とは反対側の面であり、以下、「裏面」という。）９１１に向かってＺ方向に個別に進退（すなわち、昇降）可能とする支持ピン昇降機構１７２、複数の支持ピン１７１のそれぞれにかかるＺ方向の荷重を検出する荷重検出部である圧電素子（例えば、ピエゾであり、歪みゲージを利用したロードセルが荷重検出部として利用されてもよい。）１７３、および、複数の支持ピン１７１のそれぞれを固定するロック機構１７４を備える。
【００２４】
各支持ピン１７１は、図５および図６に示すように、上端部（（＋Ｚ）側の端部）が略半球状に丸められた円柱部位の下端部に四角柱状の部位が接続されたピン先端部１７１１、および、ピン先端部１７１１の（−Ｚ）側に位置するピン基部１７１２を備える。ピン先端部１７１１は圧電素子１７３を介してピン基部１７１２に取り付けられており、ピン基部１７１２の下部には支持ピン昇降機構１７２が取り付けられる。隣接する支持ピン１７１の先端の間の距離は２ｍｍとされる（以下の実施の形態でも同様。）。
【００２５】
圧電素子１７３は制御部１８（図１参照）に電気的に接続され、基板支持部１７では、ピン先端部１７１１がピン基部１７１２に対して押圧されることにより、圧電素子１７３がピン先端部１７１１とピン基部１７１２との間で挟まれて歪み、圧電素子１７３の歪が電圧に変換されて制御部１８に送られることにより支持ピン１７１にかかる荷重が検出される。
【００２６】
支持ピン昇降機構１７２は、モータ１７２１、ボールねじ機構１７２２およびガイドレール（図示省略）を備え、モータ１７２１が制御部１８により駆動されることにより支持ピン１７１が滑らかに昇降する。ロック機構１７４は、碁盤状に配列された複数の支持ピン１７１のうち（＋Ｘ）側および（＋Ｙ）側の支持ピン１７１に当接する付勢部材１７４１、並びに、付勢部材１７４１を図６中の斜め左下の方向（（−Ｘ）方向、かつ、（−Ｙ）方向）に押して複数の支持ピン１７１に押圧する押圧シリンダ１７４２を備える。
【００２７】
ロック機構１７４では、押圧シリンダ１７４２により付勢部材１７４１が複数の支持ピン１７１のピン基部１７１２の側面に（＋Ｘ）側および（＋Ｙ）側から押圧されることにより、複数の支持ピン１７１が側方から支持部側壁１７４３に付勢され、隣接する支持ピン１７１の側面が互いに当接することにより、複数の支持ピン１７１が一括して固定される。このように、電子部品実装装置１では、個別に昇降する支持ピン１７１を一括して固定することにより、装置の構造が簡素化されている。なお、非付勢時における各支持ピン１７１間の隙間は非常に微小であり、付勢により各支持ピン１７１は水平方向へはほとんど移動しない。
【００２８】
基板支持部１７では、複数の支持ピン１７１が支持ピン昇降機構１７２により上昇して先端を回路基板９１の裏面９１１に当接し、この状態でロック機構１７４により昇降が固定されて回路基板９１を支持する。換言すれば、回路基板９１の裏面９１１上の複数の点が支持ピン１７１により支持される。なお、支持ピン１７１の先端部は、回路基板９１の裏面９１１に当接する先端の面積が小さく、かつ、回路基板９１を損傷しないように丸められていれば半球状以外の他の形状であってもよい。
【００２９】
図１に示すヘッド部１４は、電子部品９２を保持する装着ヘッド１４０を備え、装着ヘッド１４０はチャンバ１１の上部に形成された挿入口に挿入されるシャフト１４１に取り付けられる。シャフト１４１はヘッド回動機構１４３に接続され、ヘッド回動機構１４３によりシャフト１４１が回動することにより、装着ヘッド１４０がシャフト１４１を中心として回動し、装着ヘッド１４０に保持される電子部品９２の姿勢（ＸＹ平面内における向き）が補正される。シャフト１４１はチャンバ１１の外側において、一端がヘッド回動機構１４３に、他端がチャンバ１１に取り付けられたベローズ１４２に覆われ、シャフト１４１が挿入される挿入口が外部から隔離される。
【００３０】
ヘッド部１４は、ヘッド回動機構１４３が取り付けられるヘッド昇降機構１４４をさらに備え、ヘッド昇降機構１４４によりヘッド回動機構１４３が昇降することにより、装着ヘッド１４０がチャンバ１１内で昇降する。ヘッド部１４では、ヘッド昇降機構１４４により装着ヘッド１４０が基板保持部１２に保持される回路基板９１に対して下降し、図５に示すように、電子部品９２のバンプ９２０を回路基板９１の（＋Ｚ）側の主面（裏面９１１とは反対側の主面であって電子部品９２が実装される面であり、以下、「実装面」という。）９１２上に形成された電極９１０に押圧する。なお、バンプ９２０および電極９１０は金（Ａｕ）により形成される。
【００３１】
図１に示す撮像部１５は、チャンバ１１内を撮像するカメラユニット１５１、カメラユニット１５１を収納するハウジング１５２、並びに、カメラユニット１５１およびハウジング１５２をＸ方向に進退するカメラ移動機構１５３を備える。カメラユニット１５１は、（＋Ｚ）側および（−Ｚ）側を撮像する２つの撮像デバイスを備え、これらの撮像デバイスにより装着ヘッド１４０に保持される電子部品９２、および、基板保持部１２に保持される回路基板９１が撮像される。ハウジング１５２はチャンバ１１の側壁の開口に挿入されており、チャンバ１１外においてベローズ１５４に覆われ、チャンバ１１の側壁の開口が外部から隔離される。
【００３２】
チャンバ１１の上部には、基板保持部１２に保持される回路基板９１上の電極９１０（図５参照）へとアルゴン（Ａｒ）の高速原子ビーム（Fast Atom Beam、以下「ＦＡＢ」という。）を照射するＦＡＢ照射装置１６１が取り付けられ、チャンバ１１の外部にはＦＡＢ照射装置１６１に隣接してレーザユニット１６２が配置される。レーザユニット１６２の光源としては、ＣＯ２レーザ、エキシマレーザ等が用いられる。
【００３３】
チャンバ１１の上面にはレーザユニット１６２からのレーザ光を透過する石英の透光部材１６３が取り付けられ、レーザユニット１６２からのレーザ光は透光部材１６３を透過してチャンバ１１内の回路基板９１へと照射される。図２に示すように、チャンバ１１の下部には装着ヘッド１４０に保持された電子部品９２のバンプ９２０（図５参照）に向けて（−Ｚ）側からＦＡＢを照射するＦＡＢ照射装置１６４が設けられる。
【００３４】
チャンバ１１の（−Ｙ）側の側面には開閉自在なゲート１１５が設けられており、回路基板９１および電子部品９２はそれぞれアーム９５１，９５２により保持されてチャンバ１１内へと搬入される。回路基板９１はアーム９５１の下面に保持され、電子部品９２はアーム９５２の上面に保持される。電子部品実装装置１では、上記の各構成が制御部１８により制御されることにより、回路基板９１に対する電子部品９２の実装が行われる。なお、実装時にはチャンバ１１内は予め減圧されており、ゲート１１５の外側には図示省略のロードロックが設けられる。そして、回路基板９１および電子部品９２は減圧状態のロードロックから搬入される。
【００３５】
図７は、回路基板９１に電子部品９２を実装する際の電子部品実装装置１の動作の流れを示す図である。電子部品実装装置１では、まず、図２に示すチャンバ１１のゲート１１５が開かれ、アーム９５１，９５２により回路基板９１および電子部品９２がチャンバ１１内へと搬入され、図２および図３中に二点鎖線にて示す位置に位置する。このとき、図３に示すように、基板保持部１２は基板支持部１７および装着ヘッド１４０の（−Ｘ）側に予め位置しており、回路基板９１は基板保持部１２と対向するように上方に位置し、電子部品９２は装着ヘッド１４０と対向するように下方に位置する。
【００３６】
続いて、アーム９５１が下降して回路基板９１が基板保持部１２の１組の保持部材１２１の間に位置し、間隔変更機構１２２により保持部材１２１の間隔が調整され、回路基板９１が保持部材１２１により挟み込まれて保持される。基板保持部１２により回路基板９１が保持されると、アーム９５１が保持を解除してチャンバ１１外へと待避する。一方、アーム９５２は上昇して電子部品９２を装着ヘッド１４０近傍まで移動し、装着ヘッド１４０がヘッド昇降機構１４４により下降するとともにバンプ９２０を回路基板９１の実装面９１２（すなわち、（−Ｚ）側）に向けた状態の電子部品９２を保持する（ステップＳ１１）。
【００３７】
回路基板９１および電子部品９２がチャンバ１１内に保持されると、ゲート１１５（図２参照）が閉じられ、減圧環境下にてＦＡＢ照射装置１６１から回路基板９１の電極に向けてＦＡＢが照射され、ＦＡＢ照射装置１６４から電子部品９２のバンプに向けてＦＡＢが照射される。これにより、回路基板９１の電極および電子部品９２のバンプの表面が洗浄される（すなわち、表面の不要な物質の除去および表面の活性化が行われる）。
【００３８】
レーザユニット１６２は洗浄が行われる際の回路基板９１の配置位置とレーザ光の照射位置とが一致するように配置されており、ＦＡＢの照射と並行してレーザユニット１６２からのレーザ光が透光部材１６３を介して回路基板９１に照射され、回路基板９１が１５０〜２００℃まで加熱される（ステップＳ１２）。回路基板９１は高真空中に配置されているため、後述の電子部品９２の装着時においても高温状態が維持される。
【００３９】
ＦＡＢおよびレーザ光の照射が完了すると、保持部移動機構１３により基板保持部１２が（＋Ｘ）方向に移動して、回路基板９１が装着ヘッド１４０と基板支持部１７との間に位置する。基板支持部１７の複数の支持ピン１７１（図５参照）は、回路基板９１に接触しないように支持ピン昇降機構１７２により予め下降している。続いて、カメラ移動機構１５３によりカメラユニット１５１がハウジング１５２と共に装着ヘッド１４０と基板保持部１２との間へと進入し、電子部品９２および回路基板９１を撮像する位置へと移動する。制御部１８からの制御信号を受けたカメラユニット１５１により上方の電子部品９２の画像および下方の回路基板９１の画像が同時に取得され、取得された画像データが制御部１８に送られる。これらの画像データに基づいて、ヘッド回動機構１４３により電子部品９２の姿勢が補正され、保持部移動機構１３により回路基板９１が移動されて電子部品９２と回路基板９１とのアライメント（位置合わせ）が行われる（ステップＳ１３）。
【００４０】
アライメントが完了すると、図５に示す基板支持部１７において、予め下降して回路基板９１の下方に位置する複数の支持ピン１７１が支持ピン昇降機構１７２により個別に上昇し、各支持ピン１７１の先端が回路基板９１の裏面９１１に当接して僅かに（回路基板９１を変形させない程度の力で）付勢される（ステップＳ１４）。各支持ピン１７１にかかる荷重は圧電素子１７３により検出され、この検出結果に基づいて支持ピン昇降機構１７２が制御部１８により制御され、各支持ピン１７１にかかる荷重が等しく一定となるように支持ピン１７１のＺ方向の位置が調整される（ステップＳ１５）。
【００４１】
基板支持部１７では、複数の支持ピン１７１のそれぞれの先端が回路基板９１の裏面９１１に当接した状態で、ロック機構１７４により複数の支持ピン１７１が固定され、回路基板９１が裏面９１１から支持される（ステップＳ１６）。その結果、基板支持部１７では、回路基板９１内に応力をほとんど生じさせることなく、簡単な構造で複数の支持ピン１７１のそれぞれの先端を裏面９１１の形状に合わせて（すなわち、裏面９１１の形状に沿って）適切に回路基板９１に当接させ、各支持ピン１７１にかかる荷重（すなわち、各支持ピン１７１において回路基板９１を支持する力）を等しくして回路基板９１を支持することができる。なお、回路基板９１のＺ方向から見た大きさが基板支持部１７に比べて小さい場合には、回路基板９１の下方に位置する支持ピン１７１のみが昇降する。
【００４２】
支持ピン１７１の固定が完了すると、カメラ移動機構１５３によりカメラユニット１５１が（＋Ｘ）方向に移動し、チャンバ１１の（＋Ｘ）側の側壁の方へ待避する（ステップＳ１７）。その後、ヘッド昇降機構１４４により装着ヘッド１４０が下降して図５に示すように電子部品９２が回路基板９１に押圧され、減圧環境下にてＦＡＢにより洗浄された電子部品９２のバンプ９２０および回路基板９１の電極９１０が互いに接触し、原子間の強い結合力により結合（いわゆる、金属接合）することにより電子部品９２が回路基板９１上に装着される（ステップＳ１８）。このとき、バンプ９２０が電極９１０に対して押圧されて変形する（押圧方向に沿う高さが２／３程度になるまで押し潰される）ため、回路基板９１の反り等による各電極９１０の高低差（押圧方向の位置のずれ）が吸収され、電子部品９２が適切に装着される。なお、バンプ９２０および電極９１０のＦＡＢによる洗浄および接合は不活性ガス環境下において行われてもよく、この場合、チャンバ１１内には予め不活性ガスが充填される。
【００４３】
電子部品９２の回路基板９１への実装が完了すると装着ヘッド１４０が上昇し、支持ピン１７１が下降するとともにゲート１１５が開放されて実装済みの回路基板９１が他のアームによりチャンバ１１外へと搬出される（ステップＳ１９）。
【００４４】
以上のように、電子部品実装装置１では、回路基板９１を挟んで装着ヘッド１４０と対向する基板支持部１７において、裏面９１１の形状に合わせて固定された複数の支持ピン１７１により回路基板９１が支持されるため、電子部品９２の装着時における装着ヘッド１４０の押圧力による回路基板９１の変形を抑制することができる。その結果、回路基板９１に応力が生じることを抑制し、実装後の回路基板９１の変形（押圧時の弾性変形が元の形状へと戻ること）によるバンプ９２０と電極９１０との間の金属接合が裂けること（いわゆる、オープン不良）を防止することができる。なお、装着時のヘッド部１４の押圧により１つのバンプ９２０にかかる力は通常３０〜５０ｇ重程度であるため、支持ピン１７１の先端が当接していない回路基板９１上の部位において回路基板９１の変形はほとんど生じない。
【００４５】
電子部品実装装置１は、電子部品９２の実装時の弾性変形により残留応力が生じやすいセラミック基板に対する電子部品９２の実装に特に適している。また、接着材料を用いることなく高い信頼性にて微小な電極同士（電子部品９２のバンプ９２０および回路基板９１の電極９１０）を接合するため実装後の回路基板９１の変形の影響を受けやすい（変形によりオープン不良が生じやすい）金属接合による電子部品９２の実装、さらには、微小なバンプ９２０により回路基板９１に接合されるため実装後の回路基板９１の変形の影響を受けやすい半導体のベアチップの実装に適している。
【００４６】
図８は、第２の実施の形態に係る電子部品実装装置のチャンバ１１内の構成を拡大して示す正面図であり、一部を断面にて図示している。第２の実施の形態に係る電子部品実装装置では、図１に示す電子部品実装装置１の基板支持部１７に代えて、構造の異なる基板支持部１７ａが設けられる。また、保持部移動機構１３には、移動テーブル１３１２を昇降するテーブル昇降機構１３１３が設けられ、テーブル昇降機構１３１３により基板保持部１２、および、基板保持部１２に保持される回路基板が移動テーブル１３１２と一体的に昇降される。その他の構成は図１と同様であり、以下の説明において同符号を付す。
【００４７】
図９は第２の実施の形態に係る電子部品実装装置の基板支持部１７ａ近傍を拡大して示す正面図であり、回路基板９１の反りを強調して描いている。基板支持部１７ａは、第１の実施の形態と同様に、回路基板９１を（−Ｚ）側から支持する複数の支持ピン１７１、および、複数の支持ピン１７１のそれぞれを固定するロック機構１７４を備える。基板支持部１７ａは、各支持ピン１７１の（−Ｚ）側に取り付けられて支持ピン１７１を支持する弾性部材であるバネ１７５をさらに備え、支持ピン１７１に（−Ｚ）方向の荷重がかけられることによりバネ１７５が収縮し、荷重がなくなることによりバネ１７５が元の状態に戻る。このように、基板支持部１７ａでは、支持ピン１７１がＺ方向に（すなわち、回路基板９１の裏面９１１に向かって）進退可能とされる。バネ１７５のバネ係数は、僅かな荷重（例えば、回路基板９１の自重程度）によってもバネ１７５が収縮する値とされる。
【００４８】
図１０は、回路基板９１に電子部品９２を実装する際の電子部品実装装置の動作の流れの一部を示す図である。第２の実施の形態に係る電子部品実装装置による電子部品９２の実装動作は、基板支持部１７ａによる回路基板９１の支持に係る動作を除いて、第１の実施の形態に係る電子部品実装装置１とほぼ同様である。以下、図７ないし図１０を参照しながら電子部品実装装置の動作について説明する。
【００４９】
電子部品実装装置では、まず、第１の実施の形態と同様に、チャンバ１１のゲート１１５が開かれ、アーム９５１，９５２により回路基板９１および電子部品９２がチャンバ１１内へと搬入され、基板保持部１２および装着ヘッド１４０により保持される（図７：ステップＳ１１）。続いて、ＦＡＢ照射装置１６１，１６４から回路基板９１の電極９１０、および、電子部品９２のバンプ９２０に向けてＦＡＢが照射され、電極９１０およびバンプ９２０の表面が洗浄される。また、レーザユニット１６２から回路基板９１にレーザ光が照射されて回路基板９１が加熱される（ステップＳ１２）。
【００５０】
ＦＡＢおよびレーザ光の照射が完了すると、図８に示す保持部移動機構１３により基板保持部１２が（＋Ｘ）方向に移動して、回路基板９１が装着ヘッド１４０と基板支持部１７ａとの間に位置する。回路基板９１は、基板支持部１７ａの複数の支持ピン１７１に接触しないようにテーブル昇降機構１３１３により予め上昇している。続いて、カメラユニット１５１による撮像および電子部品９２と回路基板９１とのアライメント（位置合わせ）が行われる（ステップＳ１３）。
【００５１】
アライメントが完了すると、テーブル昇降機構１３１３により回路基板９１が下降し、図１０に示すように、回路基板９１の裏面９１１が複数の支持ピン１７１の先端に当接して僅かに（回路基板９１を変形させない程度の力で）付勢される（図１０：ステップＳ３１）。このとき、複数の支持ピン１７１は（−Ｚ）方向に僅かに押し込まれて個別に下降し、収縮したバネ１７５により各支持ピン１７１の先端が回路基板９１の裏面９１１に付勢される。この状態で、ロック機構１７４により複数の支持ピン１７１が固定される（ステップＳ３２）。その結果、基板支持部１７では、回路基板９１内に応力をほとんど生じさせることなく、複数の支持ピン１７１のそれぞれの先端を裏面９１１の形状に合わせて容易に回路基板９１に当接して回路基板９１を支持することができる。
【００５２】
支持ピン１７１の固定が完了すると、カメラ移動機構１５３によりカメラユニット１５１が待避し（図７：ステップＳ１７）、装着ヘッド１４０が下降して電子部品９２が回路基板９１に押圧され、電子部品９２のバンプ９２０および回路基板９１の電極９１０が互いに接触して金属接合することにより電子部品９２が回路基板９１上に装着される（ステップＳ１８）。なお、電子部品９２および電極９１０のＦＡＢによる洗浄および接合は不活性ガス環境下において行われてもよい。その後、装着ヘッド１４０が上昇し、テーブル昇降機構１３１３により回路基板９１が上昇するとともにゲート１１５が開放されて実装済みの回路基板９１がチャンバ１１外へと搬出される（ステップＳ１９）。
【００５３】
以上のように、電子部品実装装置では、基板支持部１７ａにおいて裏面９１１の形状に合わせて固定された複数の支持ピン１７１により回路基板９１が支持されるため、電子部品９２の装着時の回路基板９１の変形を抑制することができる。その結果、実装後に回路基板９１の変形が元に戻ってバンプ９２０と電極９１０との間の金属接合が裂けてしまうことを防止することができる。
【００５４】
図１１は、第３の実施の形態に係る電子部品実装装置の基板支持部１７ｂ近傍を拡大して示す正面図である。第３の実施の形態に係る電子部品実装装置では、図９に示す第２の実施の形態に係る電子部品実装装置の基板支持部１７ａに代えて、基板支持部１７ｂが設けられる。その他の構成は第２の実施の形態と同様であり、以下の説明において同符号を付す。
【００５５】
基板支持部１７ｂは、第２の実施の形態と同様に、回路基板９１を（−Ｚ）側から支持する複数の支持ピン１７１、および、複数の支持ピン１７１のそれぞれを固定するロック機構１７４を備える。基板支持部１７ｂは、さらに、各支持ピン１７１の（−Ｚ）側に取り付けられて支持ピン１７１を支持するシリンダ１７６を備える。油圧で駆動されるシリンダ１７６は個別に配管１７６１およびバルブ１７６２を介して共通の配管１７６３に接続され、配管１７６３は作動油が貯溜されるタンク１７６４に接続される。基板支持部１７ｂでは、シリンダ１７６のロッド１７６０がＺ方向に進退することにより、支持ピン１７１が回路基板９１の裏面９１１に向かって進退（昇降）する。なお、シリンダ１７６の駆動には作動油以外の他の流体が用いられてもよい。
【００５６】
図１２は、回路基板９１に電子部品９２を実装する際の第３の実施の形態に係る電子部品実装装置の動作の流れの一部を示す図である。装置の動作は、基板支持部１７ｂによる回路基板９１の支持に係る動作を除いて、第２の実施の形態に係る電子部品実装装置と同様である。以下、図１１、図１２および他の図面を適宜参照しながら、電子部品実装装置の動作について説明する。なお、第２の実施の形態に係る電子部品実装装置と共通する動作については説明を簡略化する。
【００５７】
第３の実施の形態に係る電子部品実装装置では、まず、第２の実施の形態と同様に、回路基板９１および電子部品９２がチャンバ１１内に搬入されて保持され、チャンバ１１内が減圧された後にＦＡＢが照射されて電極９１０およびバンプ９２０が洗浄される。続いて、回路基板９１が装着ヘッド１４０と基板支持部１７ｂとの間へと移動した後にアライメントが行われる（図７：ステップＳ１１〜Ｓ１３）。
【００５８】
アライメントが完了すると、テーブル昇降機構１３１３により回路基板９１が下降し、回路基板９１の裏面９１１が複数の支持ピン１７１の先端に当接して僅かに（回路基板９１を変形させない程度の力で）付勢される（図１２：ステップＳ４１）。このとき、複数の支持ピン１７１は（−Ｚ）方向に僅かに押し込まれて個別に下降する。基板支持部１７ｂでは、各バルブ１７６２が予め開放されており、複数の支持ピン１７１およびタンク１７６４が接続されているため、各支持ピン１７１にかかる荷重が等しく一定となるように作動油が配管（配管１７６１および配管１７６３）内を移動し、複数の支持ピン１７１が個別に昇降する。
【００５９】
各支持ピン１７１の先端が回路基板９１の裏面９１１に当接した状態で支持ピン１７１の上下位置が安定すると、各バルブ１７６２が閉鎖され（ステップＳ４２）、ロック機構１７４により複数の支持ピン１７１が固定される（ステップＳ４３）。その結果、基板支持部１７ｂでは、簡単な構造で複数の支持ピン１７１のそれぞれの先端を裏面９１１の形状に合わせて適切に回路基板９１に当接させ、各支持ピン１７１にかかる荷重（すなわち、各支持ピン１７１において回路基板９１を支持する力）を等しくして回路基板９１を支持することができる。なお、回路基板９１のＺ方向から見た大きさが基板支持部１７に比べて小さい場合には、回路基板９１の真下から外れる支持ピン１７１のバルブ１７６２は閉じたままとされる。
【００６０】
支持ピン１７１の固定が完了すると、カメラユニット１５１が待避して装着ヘッド１４０が下降して電子部品９２が回路基板９１に押圧され、減圧（または、不活性ガス）環境下におけるバンプ９２０および電極９１０の金属接合により電子部品９２が回路基板９１上に装着される。その後、装着ヘッド１４０が上昇し、テーブル昇降機構１３１３により回路基板９１が上昇するとともにゲート１１５が開放されて実装済みの回路基板９１がチャンバ１１外へと搬出される（図７：ステップＳ１７〜Ｓ１９）。
【００６１】
以上のように、第３の実施の形態に係る電子部品実装装置では、基板支持部１７ｂにおいて裏面９１１の形状に合わせて固定された複数の支持ピン１７１により回路基板９１が支持されるため、電子部品９２の装着時における回路基板９１の変形を抑制することができ、装着後の回路基板９１の変形の戻りにより生じるいわゆるオープン不良を防止することができる。
【００６２】
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、様々な変更が可能である。例えば、第１の実施の形態に係る電子部品実装装置１の支持ピン昇降機構１７２では、モータ１７２１およびボールねじ機構１７２２に代えて圧電素子（ピエゾ）が設けられ、圧電素子に電圧を与えることにより支持ピン１７１が昇降されてもよい。また、第２の実施の形態に係る電子部品実装装置では、バネ１７５に代えてゴム等の他の様々な弾性部材が用いられてもよい。なお、複数の支持ピン昇降機構１７２の下方に１枚の平板状のゴムが設けられてもよい。
【００６３】
上述の電子部品実装装置では、装置の簡素化の観点からは複数の支持ピン１７１が一括して固定されることが好ましいが、ロック機構１７４に代えて、複数の支持ピン１７１のそれぞれを個別に固定するロック機構が設けられてもよい。また、ロック機構１７４に代えて電磁ロック機構が設けられてもよい。
【００６４】
上記実施の形態では、ＦＡＢとしてアルゴンが使用されるが、窒素、水素等の他の原子もＦＡＢとして利用可能である。また、ＦＡＢに代えて、イオンビーム等の他のエネルギー波によりバンプ９２０や電極９１０の洗浄が行われてもよい。
【００６５】
回路基板９１に対する電子部品９２の実装は上述の金属接合以外の手法により行われてもよく、例えば、はんだにより形成されたバンプ９２０と回路基板９１の電極９１０とが当接した状態で、電子部品９２が加熱されつつ回路基板９１に対して押圧されることによりバンプ９２０と電極９１０とが接合されてもよい。また、電子部品の実装に際して異方導電性樹脂フィルム（ＡＣＦ(Anisotropic Conductive Film)）や非導電性樹脂フィルム（ＮＣＦ(Non-Conductive Film)）、あるいは、これらの樹脂のペースト、さらには、銀（Ａｇ）ペーストや接着剤等が用いられる場合においても、上記実施の形態にて説明した基板支持部が利用されてよい。これにより、従来、実装後に回路基板の変形が元に戻ろうとする作用により樹脂等の接着材料や回路基板内部に応力が残留したが、上記実施の形態に係る電子部品実装装置を利用することによりこのような残留応力が防止される。その結果、残留応力に起因して電子部品のバンプと回路基板の電極との接触不良が発生することが防止される。
【００６６】
電子部品実装装置は、セラミック基板以外の回路基板、例えば、ガラスエポキシ基板等のある程度の硬さを有する樹脂基板等に対する電子部品９２の実装にも利用されてよい。また、回路基板９１に実装される電子部品９２は、半導体のベアチップに限定されるわけではなく、例えば、多数のボール状の電極（はんだで形成された電極）を有するボールグリッドアレイ（ＢＧＡ(Ball Grid Array)）やチップサイズパッケージ（ＣＳＰ(Chip Size Package)）等であってもよい。この場合、ＢＧＡやＣＳＰ等のボール状または平らな電極が上記実施の形態の説明における電子部品９２のバンプ９２０に相当する。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、回路基板にバンプを有する電子部品を実装する様々な電子部品実装装置において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】第１の実施の形態に係る電子部品実装装置の構成を示す正面図
【図２】電子部品実装装置の構成を示す横断面図
【図３】チャンバ内の構成を拡大して示す正面図
【図４】基板保持部近傍を拡大して示す平面図
【図５】基板支持部近傍を拡大して示す正面図
【図６】基板支持部を拡大して示す平面図
【図７】電子部品実装装置の動作の流れを示す図
【図８】第２の実施の形態に係る電子部品実装装置のチャンバ内の構成を拡大して示す正面図
【図９】基板支持部近傍を拡大して示す正面図
【図１０】電子部品実装装置の動作の流れの一部を示す図
【図１１】第３の実施の形態に係る電子部品実装装置の基板支持部近傍を拡大して示す正面図
【図１２】電子部品実装装置の動作の流れの一部を示す図
【符号の説明】
【００６９】
１    電子部品実装装置
１４    ヘッド部
１８    制御部
９１    回路基板
９２    電子部品
１７１    支持ピン
１７２    支持ピン昇降機構
１７３    圧電素子
１７４    ロック機構
１７５    バネ
９１０    電極
９１１    裏面
９１２    実装面
９２０    バンプ
Ｓ１１〜Ｓ１９，Ｓ３１，Ｓ３２，Ｓ４１〜Ｓ４３    ステップ
【図１】
2005235818.tif 000003
【図２】
2005235818.tif 000004
【図３】
2005235818.tif 000005
【図４】
2005235818.tif 000006
【図５】
2005235818.tif 000007
【図６】
2005235818.tif 000008
【図７】
2005235818.tif 000009
【図８】
2005235818.tif 000010
【図９】
2005235818.tif 000011
【図１０】
2005235818.tif 000012
【図１１】
2005235818.tif 000013
【図１２】
2005235818.tif 000014