WO2006082744A1 - 電気部品の実装装置 - Google Patents

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Shiyuki Kanisawa
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Abstract

　本発明は、接着剤を用いて複数の電気部品を高信頼性で実装が可能な実装装置を提供するものである。 　本発明は、ヘッド本体５に所定のエラストマーからなる圧着部材６を有する熱圧着ヘッド４を備え、配線基板１０上に配置されたＩＣチップ２０に対して圧着部材６を所定の圧力で押圧するように構成された実装装置であって、圧着部材６の圧着面６ａの領域に応じて押圧力を調整する押圧力調整機構が設けられているものである。押圧力調整機構としては、ヘッド本体５に押圧力調整枠５ａを複数設け、これら押圧力調整枠５ａの内側に圧着部材６を配置したものを用いることができる。

Description

明 細 書
電気部品の実装装置
技術分野
[0001] 本発明は、例えば半導体チップ等の電気部品を配線基板上に実装する技術に関 し、特に接着剤を用いて電気部品を実装する技術に関する。
背景技術
[0002] 従来、プリント配線板等の配線基板上にベアチップを直接実装する方法として、バ インダ中に導電粒子を分散させた異方導電性接着フィルムを用いる方法が知られて いる。
[0003] 異方導電性接着フィルムを用いた実装方法では、異方導電性接着フィルムを貼り 付けた基板上に ICチップを搭載した後に、セラミックや金属製等の平坦な圧着ヘッド で ICチップを加圧，加熱して異方導電性接着フィルムを硬化させて熱圧着実装を行
[0004] このような金属等の圧着ヘッドを用いて加圧'加熱を行う方法の場合、熱圧着の際 に ICチップの周囲の接着剤のフィレット部に対して加熱が不足し、接続信頼性の低 下の原因になっており、また複数の ICチップの実装が困難であるという問題もある。
[0005] そこで、近年、これらの問題を解決するため、シリコーンゴム等の弾性体力もなる熱 圧着ヘッドを用いて ICチップの熱圧着を行う技術が提案されて ヽる (例えば、特許文 献 1、 2参照)。
[0006] し力しながら、このような従来技術にお!、ては、 ICチップと基板の接続部分であるバ ンプとパターン間の加圧力が不足するため十分な接続を行うことができず、初期導通 抵抗及びエージング後の接続信頼性を十分に確保することができな 、と 、う問題が ある。
[0007] また、弾性体力もなる熱圧着ヘッドを用いて加圧'加熱を行う方法では、圧着の際 に ICチップと基板がずれるという問題がある。
そして、このようなずれは、特に複数の ICチップを一括して実装する場合に大きくな る傾向がある。 特許文献 1 :特開 2000— 79611号公報
特許文献 2：特開 2002— 359264号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] 本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、接着剤 を用いて複数の電気部品を高信頼性で実装が可能な実装装置を提供することを目 的とする。
課題を解決するための手段
[0009] 上記目的を達成するためになされた本発明は、電気部品の実装装置であって、へ ッド本体に所定のエラストマ一からなる圧着部材を有する熱圧着ヘッドと、前記圧着 部材の圧着面の領域に応じて押圧力を調整する押圧力調整機構とを有し、配線基 板上に配置された電気部品に対して前記圧着部材を所定の圧力で押圧するように 構成されているものである。
本発明は、前記発明において、前記押圧力調整機構として前記ヘッド本体に枠状 の押圧力調整部が複数設けられ、当該押圧力調整部の内側に前記圧着部材が配 置されているものである。
本発明は、前記発明において、前記押圧力調整機構として前記ヘッド本体に突起 状の押圧力調整部が設けられて!/、るものである。
本発明は、前記発明において、前記押圧力調整部の高さが異なるように構成され ているものである。
本発明は、前記発明において、前記押圧力調整機構が前記圧着部材内に埋没す るように構成されて 、るものである。
本発明は、前記発明において、前記押圧力調整機構として前記圧着部材に切り込 み部が設けられて!/、るものである。
本発明は、前記発明において、前記押圧力調整機構が、前記圧着部材を複数組 み合わせて一体的に構成されているものである。
本発明は、前記発明において、前記配線基板を支持する基台を有し、前記基台に ヒーターが設けられて 、るものである。 [0010] 本発明にあっては、熱圧着の際、所定のエラストマ一からなる圧着部材によって電 気部品を押圧すると、電気部品の押圧側の領域 (例えば圧着部材と対向する頂部領 域)が配線基板に対して所定の圧力で押圧される一方で、この電気部品の側部側の 領域は押圧側の領域に対する圧力より小さい圧力で押圧される。
[0011] その結果、電気部品と配線基板の接続部分に対して十分な圧力を加えることがで きる一方で、電気部品の周囲のフィレット部に対してもボイドの生じないように加圧す ることができ、これにより例えば異方導電性接着フィルムを用いて高信頼性の ICチッ プ等の接続を行うことができる。
[0012] し力も、本発明においては、圧着部材の圧着面の領域に応じて押圧力を調整する 押圧力調整機構が設けられていることから、複数の電気部品を各圧着部によって一 括して押圧する際に、各電気部品の押圧側及び側部側領域に対してそれぞれ最適 の力で押圧することができ、これにより圧着の際に各電気部品と基板のずれを防止し て信頼性の高い実装を行うことが可能になる。
[0013] 具体的には、本発明において、押圧力調整機構としてヘッド本体に枠状の押圧力 調整部が複数設けられ、これら押圧力調整枠部の内側に圧着部材が配置されてい る場合には、対応する電気部品に対し、押圧側領域より側部側領域の方を小さい圧 力で押圧するという関係を確実に実行することが可能になる。また、押圧力調整枠部 内の圧着部材を材質'硬度等の観点力 微調整することが可能になるため、多数の 電気部品を一括実装する際にずれを確実に防止することができる。
[0014] また、本発明において、押圧力調整機構として当該ヘッド本体に突起状の押圧力 調整部を設けたり、又は押圧力調整部の高さが異なるように構成すれば、圧着部材 の圧着面の各領域における押圧力を最適のものとすることができ、複数の電気部品 の位置ずれをより確実に防止しつつ同時に熱圧着することが可能になる。
[0015] さらに、本発明において、押圧力調整機構が圧着部材内に埋没するように構成す れば、電気部品が押圧力調整機構の直下に位置する場合であっても圧着を行うこと ができるので、圧着面の各領域において円滑な押圧を行うことができ、その結果、電 気部品の数、配置、大きさ等に対応する熱圧着ヘッドを準備する必要がなぐ種々の 電気部品を位置ずれを防止しつつ複数同時に熱圧着することが可能になる。 [0016] さらにまた、本発明において、押圧力調整機構として圧着部材に切り込み部が設け られている場合には、切り込み部を挟んで隣接部位に押圧力を伝播させずに電気部 品に対応した部分のみを圧縮させることができるため、枠部を設けることなく簡易な手 段で電気部品の位置ずれを防止することが可能になる。
[0017] カロえて、本発明にお 、て、押圧力調整機構が圧着部材を複数組み合わせて一体 的に構成されている場合には、圧着部材に上記切り込み部を設けた場合と同様の隙 間を形成することができるため、枠部を設ける必要がなく簡易な手段で電気部品の位 置ずれを防止することが可能になる。
発明の効果
[0018] 本発明によれば、接着剤を用いて複数の電気部品を高信頼性で実装することがで きる。
図面の簡単な説明
[0019] [図 1] (a)：本実施の形態の実装装置の要部を示す概略構成図、（b)：同実装装置の 熱圧着ヘッドと ICチップの位置関係を示す説明図である。
[図 2] (a) (b)：本実施の形態の実装装置を用いた実装方法の一例を示す工程図で ある。
[図 3]本発明の他の実施の形態を示す概略構成図である。
[図 4]本発明の他の実施の形態を示す概略構成図である。
[図 5]本発明の他の実施の形態を示す概略構成図である。
[図 6]本発明の他の実施の形態を示す概略構成図である。
[図 7] (a)：本発明の他の実施の形態のヘッド本体を示す平面図、（b)：図 7 (a)の A— A線断面図である。
符号の説明
[0020] 1……実装装置
2……基台
3……ヒーター
4……熱圧着ヘッド
5 ヘッド本体 5a- ··押圧力調整枠 (枠状の押圧力調整部、押圧力調整機構）
6……圧着部材
7……異方導電性接着フィルム
7c…フィレット咅
10……配線基板
20…… ICチップ（電気部品）
20a…頂部
発明を実施するための最良の形態
[0021] 以下、本発明に係る電気部品の実装装置の実施の形態を図面を参照して詳細に 説明する。
図 1 (a)は、本実施の形態の実装装置の要部を示す概略構成図、図 1 (b)は、同実 装装置の熱圧着ヘッドと ICチップの位置関係を示す説明図である。
[0022] 図 1 (a) (b)に示すように、本実施の形態の実装装置 1は、配線パターン 10aが形成 された配線基板 10を載置する基台 2と、バンプ 20bが設けられた ICチップ (電気部品 ) 20を加圧及び加熱する熱圧着ヘッド 4を備えて 、る。
ここで、基台 2は所定の金属からなり、その内部には、加熱用のヒーター 3が設けら れている。
[0023] 一方、熱圧着ヘッド 4は、所定の金属からなるヘッド本体 5を有し、その内部には、 図示しな!、加熱用のヒーターが設けられて 、る。
[0024] また、ヘッド本体 5の基台 2と対向する部分に複数の ICチップ 20に対応するように 複数の押圧力調整枠 (押圧力調整機構) 5aが設けられ、これにより複数区域に分割 された凹部 5bが設けられて 、る。
[0025] 本発明にお 、ては、プレート状のエラストマ一力もなる圧着部材 6が各凹部 5bの内 壁に密着するように取り付けられて 、る。
[0026] 本実施の形態の圧着部材 6は、平面状の圧着面 6aが水平となるように配置される。
そして、圧着部材 6の圧着面 6aは、 ICチップ 20の頂部 20aに対して均一な力を加え るため、頂部 20aの面積より大きくなるように構成されている。 [0027] また、圧着部材 6の厚さは、 ICチップ 20の頂部 20aと後述する側部のフィレット部 7 cに対して最適の圧力で加圧する観点から、 ICチップ 20の厚さと同等以上となるよう に設定することが好ましい。
[0028] 一方、本発明の場合、圧着部材 6のエラストマ一の種類は特に限定されることはな いが、接続信頼性を向上させる観点からは、ゴム硬度が 40以上 80以下のものを用い ることが好ましい。
[0029] ゴム硬度力 0未満のエラストマ一は、 ICチップ 20に対する圧力が不十分で初期抵 抗及び接続信頼性が劣るという不都合があり、ゴム硬度が 80より大きいエラストマ一 は、フィレット部分に対する圧力が不十分で接着剤の結着樹脂にボイドが発生して接 続信頼性が劣るという不都合がある。
[0030] なお、本明細書では、ゴム硬度として、 JIS S 6050に準拠する規格を適用するもの とする（温度条件は室温： 5〜35°C)。
ここで、 JIS S 6050には、ゴム硬度の測定方法として、次のように記載されている。 すなわち、押針形状が直径 5. 08±0. 02mmの半球状のスプリング硬さ試験機を 用い、水平に保持した試験片の表面に、試験機の押針が鉛直になるようにして加圧 面を接触させ、直ちに目盛を正数で読み取る。
なお、試験片の測定箇所は表面の全体を 3等分しそれぞれの中央部分を 1か所ず つ測定して、その中央値を試験片の硬さとする。
備考 1 :押針の高さは、 目盛力 のときに 2. 54±0. 02mm, 100のとき Ommである 備考 2 :目盛とば、ねの力（N)との関係は、 目盛り力 ^0のとき 0. 54、 10のとき 1. 32、 2 0のとさ 2. 11、 25のとさ 2. 50、 30のとさ 2. 89、 40のとさ 3. 68、 50のとさ 4. 46、 6 0のとさ 5. 25、 70のとさ 6. 03、 75のとさ 6. 42、 80のとさ 6. 82、 90のとさ 7. 60、 1 00のとき 8. 39である。
なお、本発明者等の実験によれば、圧着部材 6を室温から 240°Cまで加熱した場 合に、そのエラストマ一のゴム硬度は殆ど変化しないことが確認されている（± 2程度
) o
[0031] このようなエラストマ一としては、天然ゴム、合成ゴムのいずれも用いることができる iS 耐熱性、耐圧性の観点からは、シリコーンゴムを用いることが好ましい。
[0032] 図 2 (a) (b)は、本実施の形態の実装装置を用いた実装方法の一例を示す工程図 である。
[0033] 本実施の形態において ICチップ 20の実装を行うには、図 2 (a)に示すように、配線 基板 10を基台 2上に配置し、この配線基板 10上に異方導電性接着フィルム 7を載置 する。この異方導電性接着フィルム 7は、結着榭脂 7a中に導電粒子 7bが分散された ものである。
[0034] なお、結着榭脂 7a中に分散させる導電粒子 7bの量は少量であれば、本発明で扱 う接着剤としての溶融粘度は、導電粒子 7bの分散の有無によって影響を及ぼすこと はない。
[0035] そして、このような異方導電性接着フィルム 7上に ICチップ 20を載置し、図示しない 保護フィルムを介して ICチップ 20の頂部 20aに熱圧着ヘッド 4の圧着面 6aを押し付 けて所定の条件で仮圧着を行い、さらに以下の条件で本圧着を行う。
[0036] 本発明の場合、 ICチップ 20の周囲のフィレット部 7cに対して十分に加熱してボイド の発生を確実に防止する観点力 は、本圧着の際に、 ICチップ 20側を所定温度で 加熱するとともに、配線基板 10側を上述の所定温度より高い温度で加熱することが 好ましい。
[0037] 具体的には、圧着部材 6の温度が 100°C程度となるように熱圧着ヘッド 4のヒーター を制御し、異方導電性接着フィルム 7の結着榭脂 7a温度が 200°C程度になるように 基台 2のヒーター 3を制御する。
[0038] これにより、当該熱圧着の際、接着剤異方導電性接着フィルム 7を、溶融粘度が 1.
O X 102mPa' s以上 1. O X 105mPa' s以下となるように加熱する。
[0039] ここで、熱圧着の際の異方導電性接着フィルム 7の溶融粘度が 1. O X 102mPa- s 未満の場合は、熱圧着時の結着榭脂 7aの流動性が大きぐボイドが発生して初期抵 抗及び接続信頼性が劣るという不都合があり、溶融粘度が 1. O X 105mPa' sより大き い場合は、熱圧着時に接続部分において結着榭脂 7aが排除しきれず、ボイドが発 生して初期抵抗及び接続信頼性が劣るという不都合がある。
[0040] なお、本圧着時の圧力は、 ICチップ 20について、 1個当たり 100N程度で 15秒程 度とする。
[0041] 図 2 (b)に示すように、本実施の形態にぉ 、ては、上述したエラストマ一力もなる圧 着部材 6によって加圧を行うことによって、 ICチップ 20の頂部 20aを配線基板 10に 対して所定の圧力で押圧する一方、 ICチップ 20の側部のフィレット部 7cを頂部 20a に対する圧力より小さい圧力で押圧することができ、これにより、 ICチップ 20と配線基 板 10の接続部分に対して十分な圧力を加えることができる一方で、 ICチップ 20の周 囲のフィレット部 7cに対してもボイドの生じないように加圧することができる。
[0042] その結果、本実施の形態によれば、異方導電性接着フィルム 7を用いて高信頼性 の ICチップ 20等の接続を行うことができる。
[0043] し力も、本実施の形態においては、押圧力調整枠 5aによって各圧着部材 6の押圧 力を調整するようにしたことから、複数の ICチップ 20を各圧着部材 6によって一括し て押圧する際に、各 ICチップの頂部 20a及び側部側に対してそれぞれ最適の力（特 に ICチップ 20の側部に対して均一な力）で押圧することができ、これにより圧着の際 に各 ICチップ 20と基板 10のずれを防止して信頼性の高い実装を行うことができる。
[0044] 図 3〜図 6は、本発明の他の実施の形態を示す概略構成図であり、以下、上記実 施の形態と対応する部分については同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
[0045] 図 3に示す実装装置 1Aは、上記実施の形態のヘッド本体 5と同様に、ヘッド本体 5 に設けられた凹部 5bに、複数の押圧力調整枠 5aが設けられているが、本実施の形 態の場合は、これら押圧力調整枠 5aが、凹部 5b内に配置された一体的な圧着部材 6内に埋没するように構成されて!、る。
[0046] さらに、ここでは、押圧力調整枠 5aの間に、押圧力調整枠 5aより高さの低い異なる 高さの押圧力調整枠 50が設けられて ヽる。
[0047] そして、本実施の形態では、押圧力調整枠 5a、 50の位置、高さを変更することによ り、圧着部材 6の圧着面 6aの領域に応じて押圧力を調整することができる。
[0048] このような構成を有する本実施の形態によれば、 ICチップ 20及び配線基板 10が押 圧力調整枠 5aの直下に位置する場合であっても圧着を行うことができるので、圧着 面 6aの各領域において円滑な押圧を行うことができ、その結果、 ICチップ 20の数、 配置、大きさ等に対応する熱圧着ヘッド 4を準備する必要がなぐ複数の ICチップ 20 を位置ずれを防止しつつ同時に熱圧着することができる。
その他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同一であるのでその 詳細な説明を省略する。
[0049] 図 4に示す実装装置 1Bは、ヘッド本体 5の凹部 5b内に取り付けられた圧着部材 6 の圧着面 6aに、押圧力調整機構として切り込み部 6bが設けられて ヽるものである。
[0050] この場合、切り込み部 6bは、所定の間隔をおいて複数設けられている。そして、切 り込み部 6bの数、方向、深さを変更することにより、圧着部材 6の圧着面 6aの領域に 応じて押圧力を調整することができる。
[0051] このような構成を有する本実施の形態によれば、例えば切り込み部 6b以外の部分 で ICチップ 20を押圧した場合に、切り込み部 6bを挟んで隣接部位に押圧力を伝播 させずに当該押圧部分のみを圧縮させることができ、その結果、枠部を設けることなく 簡易な手段で ICチップ 20の位置ずれを防止することができる。
[0052] なお、本実施の形態の切り込み部 6bの隙間は小さいので、切り込み部 6bの直下に ICチップ 20が位置する場合であっても、熱圧着の際に ICチップ 20の位置ずれが生 ずることはなぐ圧着面 6aの各領域において円滑な押圧を行うことができる。
[0053] そして、このような構成を有する本実施の形態によっても、 ICチップ 20の数、配置、 大きさ等に対応する熱圧着ヘッド 4を準備する必要がなぐ複数の ICチップ 20を位 置ずれを防止しつつ同時に熱圧着することができる。
[0054] その他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同一であるのでその 詳細な説明を省略する。
[0055] 図 5に示す実装装置 1Cは、図 3に示す実施の形態と図 4に示す実施の形態を組み 合わせたものである。
[0056] すなわち、本実施の形態においては、ヘッド本体 5の凹部 5bの圧着部材 6内に押 圧力調整枠 5a、 50が埋没するように構成されるとともに、この圧着部材 6の圧着面 6a に切り込み部 6bが設けられて!/、るものである。
[0057] そして、このような本実施の形態によっても、 ICチップ 20の数、配置、大きさ等に対 応する熱圧着ヘッド 4を準備する必要がなぐ複数の ICチップ 20を位置ずれを防止 しつつ同時に熱圧着することができる。 [0058] 特に本実施の形態においては、押圧力調整機構としてヘッド本体 5の押圧力調整 枠 5a、 50と圧着部材 6の切り込み部 6bを併用する構成を採用したことから、圧着部 材 6の圧着面 6aの各領域において押圧力を微調整することが可能になる。
[0059] その他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同一であるのでその 詳細な説明を省略する。
[0060] 図 6に示す実装装置 1Dは、上記ヘッド本体 5の凹部 5bの圧着部材 6内に押圧力 調整枠 5aが埋没するように構成するとともに、複数 (本実施の形態の場合は 2種類） の圧着部材 61、 62を組み合わせて一体的に構成したものである。
[0061] 図 6に示すように、本実施の形態においては、ヘッド本体 5の凹部 5bの第 1の圧着 部材 61に例えば長方体形状の凹部を設け、この凹部と同形状の第 2の圧着部材 62 をはめ合わせるように構成し、これにより平面的な圧着面 6aが形成されるようになつ ている。
[0062] この場合、第 2の圧着部材 62は、ヘッド本体 5の押圧力調整枠 5aを貫通させて支 持させ、第 1の圧着部材 61のヘッド本体 5の凹部 5a側の界面 61 aに例えば接着剤を 用いて固定させる。
[0063] これにより、第 2の圧着部材 62の側部側の面と第 1の圧着部材 61の壁面との間に は隙間 60が形成されるようになって ヽる。
[0064] このような構成を有する本実施の形態によれば、第 1及び第 2の圧着部材 61、 62 間に上記実施の形態の切り込み部 6bと同様の隙間 60が形成されていることから、枠 部を設けることなく簡易な手段で ICチップ 20の位置ずれを防止することができる。
[0065] この場合、上記実施の形態の場合と同様に、この隙間 60は微小であることから、そ の直下に ICチップ 20が位置する場合であつても、熱圧着の際に ICチップ 20の位置 ずれが生ずることはない。
[0066] なお、本発明の効果を確実に発揮させ接続信頼性を向上させる観点からは、第 2 の圧着部材 62として、第 1の圧着部材 61よりゴム硬度が小さいものを用いることが効 果的である。
[0067] そして、このような本実施の形態によっても、 ICチップ 20の数、配置、大きさ等に対 応する熱圧着ヘッド 4を準備する必要がなぐ複数の ICチップ 20を位置ずれを防止 しつつ同時に熱圧着することができる。
[0068] その他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同一であるのでその 詳細な説明を省略する。
なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなぐ種々の変更を行うことができ る。
[0069] 例えば、上述の実施の形態においては、押圧力調整機構としてヘッド本体に枠状 の押圧力調整部を設けるようにしたが、本発明はこれに限られず、以下のような突起 状の押圧力調整部を設けることも可能である。
例えば、図 7 (a) (b)に示す実施の形態においては、上述したヘッド本体 5の押圧 力調整枠 5a内側の凹部 5bに、突起状の押圧力調整部 51が複数設けられて構成さ れている。
ここで、押圧力調整枠 51は、周囲の押圧力調整枠 5aより高さが低くなるように設け られ、これにより押圧力調整枠 51が上記圧着部材 6内に埋没するようになっている。 そして、このような本実施の形態によっても、 ICチップ 20の数、配置、大きさ等に対 応する熱圧着ヘッド 4を準備する必要がなぐ複数の ICチップ 20を位置ずれを防止 しつつ同時に熱圧着することができる。
[0070] また、上述の実施の形態にお!、ては、異方導電性接着フィルムを用いて ICチップ を実装する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限られず、導電粒子を含 有しな 、接着剤を用いることも可能である。
[0071] さらに、上述の実施の形態においては、バンプ電極を有する ICチップを実装する 場合を例にとって説明した力 バンプ電極を有しない ICチップにも適用することがで きる。

Claims

請求の範囲
[1] 電気部品の実装装置であって、
ヘッド本体に所定のエラストマ一力 なる圧着部材を有する熱圧着ヘッドと、 前記圧着部材の圧着面の領域に応じて押圧力を調整する押圧力調整機構とを有 し、
配線基板上に配置された電気部品に対して前記圧着部材を所定の圧力で押圧す るように構成されて 、る実装装置。
[2] 請求項 1にお 、て、前記押圧力調整機構として前記ヘッド本体に枠状の押圧力調 整部が複数設けられ、当該押圧力調整部の内側に前記圧着部材が配置されている 実装装置。
[3] 請求項 1にお!、て、前記押圧力調整機構として前記ヘッド本体に突起状の押圧力 調整部が設けられて!/ヽる実装装置。
[4] 請求項 2又は 3において、前記押圧力調整部の高さが異なるように構成されている 実装装置。
[5] 請求項 1にお 、て、前記押圧力調整機構が前記圧着部材内に埋没するように構成 されている実装装置。
[6] 請求項 1にお!、て、前記押圧力調整機構として前記圧着部材に切り込み部が設け られている実装装置。
[7] 請求項 1にお!、て、前記押圧力調整機構が、前記圧着部材を複数組み合わせて 一体的に構成されている実装装置。
[8] 請求項 1において、前記配線基板を支持する基台を有し、前記基台にヒーターが 設けられている実装装置。
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