JP6530234B2 - Electronic component mounting apparatus and electronic component mounting method - Google Patents
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Description
電子部品搭載装置及び電子部品の搭載方法に関する。 The present invention relates to an electronic component mounting apparatus and a method of mounting an electronic component.
半導体装置は、配線基板と、その配線基板に実装された半導体チップを含む。従来、半導体チップは、たとえばフリップチップ実装により配線基板に実装される。半導体チップには、はんだや金等のバンプが形成される。配線基板の接続パッドには、はんだバンプが形成される。真空吸着によりヘッドに吸着した半導体チップと配線基板とを互いに位置合せし、配線基板上に半導体チップを搭載する。そして、一括リフロー(マスリフロー:Mass Reflow)や個別リフロー(ローカルリフロー:Local Reflow)によって配線基板上のはんだを溶融し、配線基板に半導体チップを実装する(たとえば、特許文献1〜3参照)。 The semiconductor device includes a wiring board and a semiconductor chip mounted on the wiring board. Conventionally, a semiconductor chip is mounted on a wiring substrate by flip chip mounting, for example. Bumps of solder, gold or the like are formed on the semiconductor chip. Solder bumps are formed on the connection pads of the wiring substrate. The semiconductor chip and the wiring substrate adsorbed to the head by vacuum suction are aligned with each other, and the semiconductor chip is mounted on the wiring substrate. Then, the solder on the wiring substrate is melted by collective reflow (mass reflow) or individual reflow (local reflow), and the semiconductor chip is mounted on the wiring substrate (for example, see Patent Documents 1 to 3).
ところで、一括リフローによる部品搭載の場合、半導体チップのサイズ等によって、接続不良が発生する虞がある。個別リフローによる部品搭載の場合、アライメント精度が搭載精度に影響し、位置ずれが生じる虞がある。これらは、半導体装置の信頼性の低下を招く。 By the way, in the case of component mounting by collective reflow, connection failure may occur depending on the size of the semiconductor chip and the like. In the case of component mounting by individual reflow, the alignment accuracy affects the mounting accuracy, and there is a possibility that positional deviation may occur. These lead to a reduction in the reliability of the semiconductor device.
本発明の一観点によれば、電子部品を配線基板に実装する電子部品搭載装置であって、ヒータと、前記配線基板を保持するステージと、前記電子部品を保持する保持ツールを含み、前記ステージの上方に配設され、前記保持ツールを上下方向に移動するヘッド部と、前記ヒータと前記ヘッド部を制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、前記保持ツールの流路から気体を吸引して吸着保持した前記電子部品の接続端子を前記配線基板のはんだバンプに押圧し、前記ヒータにより前記はんだバンプを加熱し、前記はんだバンプの溶融後に前記電子部品の保持を、前記保持ツールの前記流路から前記保持ツールと前記電子部品との間に気体を吐出することで前記保持ツールの下面中央部と前記電子部品との間に真空域を生じさせて前記電子部品を非接触にて保持する非接触保持へと切り替え、前記電子部品を非接触保持した状態で、溶融した前記はんだバンプの表面張力により前記電子部品をセルフアライメントさせるようにした。
According to one aspect of the present invention, there is provided an electronic component mounting apparatus for mounting an electronic component on a wiring board, the apparatus including a heater, a stage for holding the wiring board, and a holding tool for holding the electronic component. And a control unit for controlling the heater and the head unit, and the control unit is configured to move the gas from the flow path of the holding tool. The connection terminals of the electronic component suctioned and held by suction are pressed against the solder bumps of the wiring substrate, the solder bumps are heated by the heater, and the holding of the electronic components is performed after the solder bumps are melted. By discharging a gas between the holding tool and the electronic component from the flow path, a vacuum region is generated between the lower surface central portion of the holding tool and the electronic component, and the electronic unit Switching to the non-contact holding which holds in a non-contact, while the non-contact holding said electronic component, and to so that is self-aligning the electronic component by the surface tension of the solder bumps melt.
本発明の一観点によれば、信頼性の低下を抑制することができる。 According to one aspect of the present invention, the decrease in reliability can be suppressed.
以下、一実施形態を説明する。
なお、添付図面は、理解を容易にするために構成要素を拡大して示している場合がある。構成要素の寸法比率は実際のものと、または別の図面中のものと異なる場合がある。また、断面図では、理解を容易にするために、一部の構成要素のハッチングを省略している場合がある。
Hereinafter, one embodiment will be described.
The attached drawings may show components in an enlarged manner for easy understanding. The dimensional proportions of the components may differ from the actual ones or from one in another drawing. In addition, in the cross-sectional view, hatching of some components may be omitted to facilitate understanding.
図1(a)に示すように、電子部品搭載装置10は、略直方体状に形成されたベース11を有している。図1(b)に示すように、ベース11の下面には、複数の脚部12が取着されている。ベース11の上面には、X−Yステージ13が固定されている。 As shown in FIG. 1A, the electronic component mounting apparatus 10 has a base 11 formed in a substantially rectangular parallelepiped shape. As shown in FIG. 1 (b), a plurality of legs 12 are attached to the lower surface of the base 11. An XY stage 13 is fixed to the upper surface of the base 11.
X−Yステージ13は、テーブル13aと、そのテーブル13aを移動する駆動機構13bを有している。テーブル13aの上面には配線基板60が載置される。テーブル13aは、配線基板60を保持する。テーブル13aは、ヒータ機能を有し、上面に載置された配線基板60を加熱する。 The XY stage 13 has a table 13a and a drive mechanism 13b for moving the table 13a. The wiring substrate 60 is placed on the top surface of the table 13a. The table 13 a holds the wiring board 60. The table 13a has a heater function and heats the wiring substrate 60 placed on the upper surface.
駆動機構13bは、テーブル13aをX軸方向(図1(a)の上下方向)とY軸方向(図1(a)の左右方向)に移動する。また、駆動機構13bは、テーブル13aをθ軸方向に移動(水平回転)する。たとえば、駆動機構13bは、各軸(X軸,Y軸,θ軸)のガイドレールとモータとを有している。モータは、たとえばサーボモータやステッピングモータである。駆動機構13bは、X軸,Y軸のモータ(出力軸)に連結されたボールねじを有している。テーブル13aは、ボールねじの正逆回転により、X軸方向、Y軸方向に沿って移動する。また、テーブル13aは、θ軸のモータにより正逆回転する。 The drive mechanism 13 b moves the table 13 a in the X axis direction (vertical direction in FIG. 1A) and in the Y axis direction (horizontal direction in FIG. 1A). Further, the drive mechanism 13b moves (horizontally rotates) the table 13a in the θ axis direction. For example, the drive mechanism 13 b has a guide rail of each axis (X axis, Y axis, θ axis) and a motor. The motor is, for example, a servomotor or a stepping motor. The drive mechanism 13 b has a ball screw connected to a motor (output shaft) of the X axis and the Y axis. The table 13a moves along the X-axis direction and the Y-axis direction by the forward and reverse rotation of the ball screw. In addition, the table 13a rotates in the forward and reverse directions by the θ-axis motor.
また、ベース11の上面には、門形のフレーム14が架設されている。このフレーム14の側面(図1(b)において前面)14aには、ヘッド部15が取着されている。ヘッド部15は、保持ツール29を有している。 In addition, a gate-shaped frame 14 is installed on the upper surface of the base 11. A head portion 15 is attached to a side surface (a front surface in FIG. 1B) 14 a of the frame 14. The head unit 15 has a holding tool 29.
また、ベース11の上面には、チップテーブル16と、チップ搬送用ロボット17が固定されている。なお、図1(b)ではチップ搬送用ロボット17は省略されている。チップテーブル16の上面には半導体チップ50が載置される。半導体チップ50は、配線基板60に搭載する電子部品の一例である。チップ搬送用ロボット17は、チップテーブル16上のチップを、ヘッド部15に搬送する。そして、電子部品搭載装置10は、保持ツール29にて半導体チップ50を保持し、その半導体チップ50を配線基板60に実装する。 Further, a chip table 16 and a chip transfer robot 17 are fixed to the upper surface of the base 11. In FIG. 1 (b), the chip transfer robot 17 is omitted. The semiconductor chip 50 is mounted on the top surface of the chip table 16. The semiconductor chip 50 is an example of an electronic component mounted on the wiring substrate 60. The chip transfer robot 17 transfers the chip on the chip table 16 to the head unit 15. Then, the electronic component mounting apparatus 10 holds the semiconductor chip 50 by the holding tool 29 and mounts the semiconductor chip 50 on the wiring substrate 60.
ここで、対象となる電子部品(半導体チップ)と配線基板を説明する。
図4は、半導体チップ50と、その半導体チップ50が実装される配線基板60の一部を示している。半導体チップ50は、配線基板60に実装される電子部品の一例である。
Here, the target electronic component (semiconductor chip) and the wiring board will be described.
FIG. 4 shows a semiconductor chip 50 and a part of a wiring board 60 on which the semiconductor chip 50 is mounted. The semiconductor chip 50 is an example of an electronic component mounted on the wiring substrate 60.
半導体チップ50は、チップ本体51と、チップ本体51の1つの面(図4において下面)に配設された複数のバンプ52とを有している。チップ本体51は、たとえば、シリコン基板やサファイア基板上に形成された素子及び配線を有している。これらの素子及び配線が形成された面を素子形成面とする。複数のバンプ52は、チップ本体51の素子形成面に形成されている。 The semiconductor chip 50 has a chip body 51 and a plurality of bumps 52 disposed on one surface (the lower surface in FIG. 4) of the chip body 51. The chip body 51 includes, for example, elements and wirings formed on a silicon substrate or a sapphire substrate. The surface on which these elements and wirings are formed is referred to as an element formation surface. The plurality of bumps 52 are formed on the element forming surface of the chip body 51.
チップ本体51としては、たとえばCPU(Central Processing Unit)チップやGPU(Graphics Processing Unit)チップなどのロジックチップを用いることができる。また、チップ本体51としては、たとえばDRAM(Dynamic Random Access Memory)チップ、SRAM(Static Random Access Memory)チップやフラッシュメモリチップなどのメモリチップを用いることもできる。 As the chip main body 51, for example, a logic chip such as a central processing unit (CPU) chip or a graphics processing unit (GPU) chip can be used. In addition, as the chip main body 51, for example, a memory chip such as a dynamic random access memory (DRAM) chip, a static random access memory (SRAM) chip, or a flash memory chip can be used.
バンプ52の形状は、たとえば円柱などの柱状である。バンプ52の材料としては、たとえば銅(Cu)や金(Au)などの金属である。なお、バンプ52をはんだバンプとしてもよい。はんだバンプの材料としては、たとえば、すず(Sn)と金(Au)の合金、Snと銅(Cu)の合金、Snと銀(Ag)の合金、SnとAgとCuの合金等を用いることができる。 The shape of the bumps 52 is, for example, a column such as a cylinder. The material of the bumps 52 is, for example, a metal such as copper (Cu) or gold (Au). The bumps 52 may be solder bumps. As a material of the solder bumps, for example, an alloy of tin (Sn) and gold (Au), an alloy of Sn and copper (Cu), an alloy of Sn and silver (Ag), an alloy of Sn, Ag and Cu, etc. Can.
配線基板60は、基板本体61を有している。基板本体61は、たとえば、コア基板61aと、コア基板61aの上面の配線層61bとを含むコア付きビルドアップ基板である。コア基板61aは、たとえば銅(Cu)やアルミニウム(Al)等の基板、基板の表面に形成された絶縁膜、基板を貫通する貫通電極、等を有している。なお、コア基板61aの基板としてセラミック等の絶縁基板を用いることもでき、その場合には基板表面の絶縁膜を有していなくてもよい。 The wiring substrate 60 has a substrate body 61. The substrate body 61 is, for example, a buildup substrate with a core including the core substrate 61a and the wiring layer 61b on the upper surface of the core substrate 61a. The core substrate 61a includes, for example, a substrate such as copper (Cu) or aluminum (Al), an insulating film formed on the surface of the substrate, a through electrode penetrating the substrate, and the like. An insulating substrate such as ceramic may be used as the substrate of the core substrate 61a, and in this case, the insulating film on the surface of the substrate may not be provided.
配線層61bは、たとえば絶縁層と配線層とを交互に積層した多層構造であり、配線層は絶縁層に形成されたビアによって接続される。配線層やビアの材料としては、たとえば銅や銅合金を用いることができる。絶縁層の材料としては、たとえばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの絶縁性樹脂、又はこれら樹脂にシリカやアルミナ等のフィラーを混入した樹脂材を用いることができる。 The wiring layer 61 b has, for example, a multilayer structure in which insulating layers and wiring layers are alternately stacked, and the wiring layers are connected by vias formed in the insulating layers. For example, copper or a copper alloy can be used as the material of the wiring layer or the via. As a material of the insulating layer, for example, an insulating resin such as an epoxy resin or a polyimide resin, or a resin material in which a filler such as silica or alumina is mixed with the resin can be used.
基板本体61の上面には配線層62とソルダレジスト層63が形成されている。基板本体61の下面には配線層64とソルダレジスト層65が形成されている。配線層62,64の材料としては、たとえば銅(Cu)を用いることができる。 A wiring layer 62 and a solder resist layer 63 are formed on the upper surface of the substrate body 61. A wiring layer 64 and a solder resist layer 65 are formed on the lower surface of the substrate body 61. As a material of the wiring layers 62 and 64, copper (Cu) can be used, for example.
なお、基板本体61は、配線層62と配線層64とを相互に電気的に接続する構造を有していれば十分である。このため、基板本体61の内部には配線層が形成されていてもよく、配線層が形成されていなくてもよい。また、基板本体61に、コア基板を有さないコアレス基板等を用いることができる。 It is sufficient that the substrate body 61 have a structure for electrically connecting the wiring layer 62 and the wiring layer 64 to each other. For this reason, a wiring layer may be formed inside the substrate main body 61, and the wiring layer may not be formed. Further, a coreless substrate or the like having no core substrate can be used as the substrate body 61.
ソルダレジスト層63は、基板本体61の上面を覆うように設けられている。ソルダレジスト層63は、配線層62の一部を露出する開口部63aを有している。ソルダレジスト層63の材料としては、たとえばエポキシ樹脂やアクリル樹脂などの絶縁性樹脂を用いることができる。 The solder resist layer 63 is provided to cover the upper surface of the substrate body 61. The solder resist layer 63 has an opening 63 a that exposes part of the wiring layer 62. As a material of the solder resist layer 63, for example, an insulating resin such as an epoxy resin or an acrylic resin can be used.
開口部63aにより露出する配線層62の表面には表面処理層66が形成されている。この表面処理層66は、開口部63aにより露出して電子部品を接続するパッドとして機能する。なお、表面処理層66を形成しない場合、開口部63aから露出する配線層62がこのパッドとして機能する。 A surface treatment layer 66 is formed on the surface of the wiring layer 62 exposed by the opening 63 a. The surface treatment layer 66 is exposed by the opening 63 a and functions as a pad for connecting an electronic component. When the surface treatment layer 66 is not formed, the wiring layer 62 exposed from the opening 63 a functions as the pad.
ソルダレジスト層65は、基板本体61の下面を覆うように設けられている。ソルダレジスト層65は、配線層64の一部を露出する開口部65aを有している。ソルダレジスト層65の材料としては、たとえばエポキシ樹脂やアクリル樹脂などの絶縁性樹脂を用いることができる。 The solder resist layer 65 is provided to cover the lower surface of the substrate body 61. The solder resist layer 65 has an opening 65 a that exposes part of the wiring layer 64. As a material of the solder resist layer 65, for example, an insulating resin such as an epoxy resin or an acrylic resin can be used.
開口部65aにより露出する配線層64上には表面処理層67が形成されている。この表面処理層67は、この配線基板60を他の基板(たとえばマザーボード)に接続するパッドとして機能する。なお、表面処理層67を形成しない場合、開口部65aから露出する配線層64がこのパッドとして機能する。 A surface treatment layer 67 is formed on the wiring layer 64 exposed by the opening 65 a. The surface treatment layer 67 functions as a pad for connecting the wiring substrate 60 to another substrate (for example, a mother board). When the surface treatment layer 67 is not formed, the wiring layer 64 exposed from the opening 65 a functions as the pad.
表面処理層66,67は、金属層やOSP(Organic Solderability Preservative)膜などの導電性を有する膜である。金属層としては、金(Au)層や、ニッケル(Ni)層/Au層(配線層62上にNi層とAu層をこの順番で積層した金属層)や、Ni層/パラジウム(Pd)層/Au層(配線層62上にNi層とPd層とAu層をこの順番で積層した金属層)などを挙げることができる。これらNi層、Au層、Pd層としては、例えば無電解めっき法により形成された金属層(無電解めっき金属層)を用いることができる。また、上記Au層はAu又はAu合金からなる金属層、上記Ni層はNi又はNi合金からなる金属層、上記Pd層はPd又はPd合金からなる金属層である。OSP膜は、開口部63a,65aから露出する配線層62,64上にOSP処理などの酸化防止処理を施して形成した膜である。 The surface treatment layers 66 and 67 are films having conductivity, such as a metal layer and an OSP (Organic Solderability Preservative) film. As a metal layer, a gold (Au) layer, a nickel (Ni) layer / Au layer (a metal layer in which a Ni layer and an Au layer are laminated in this order on the wiring layer 62), a Ni layer / palladium (Pd) layer And an Au layer (a metal layer in which a Ni layer, a Pd layer, and an Au layer are stacked in this order on the wiring layer 62) and the like can be mentioned. As the Ni layer, the Au layer, and the Pd layer, for example, a metal layer (electroless plating metal layer) formed by electroless plating can be used. The Au layer is a metal layer made of Au or an Au alloy, the Ni layer is a metal layer made of Ni or a Ni alloy, and the Pd layer is a metal layer made of Pd or a Pd alloy. The OSP film is a film formed by performing an oxidation preventing process such as an OSP process on the wiring layers 62 and 64 exposed from the openings 63 a and 65 a.
表面処理層66上には、はんだバンプ68が形成されている。はんだバンプ68の材料としては、たとえば、すず(Sn)と金(Au)の合金、Snと銅(Cu)の合金、Snと銀(Ag)の合金、SnとAgとCuの合金等の導線性材料を用いることができる。はんだバンプ68は、たとえば、表面処理層66上に載置したはんだボールや塗布したはんだペーストをリフロー処理することにより形成される。はんだボールとしては、樹脂や金属の核の表面を導電性材料により被覆した球状体を用いることができる。 Solder bumps 68 are formed on the surface treatment layer 66. As a material of the solder bumps 68, for example, a lead such as an alloy of tin (Sn) and gold (Au), an alloy of Sn and copper (Cu), an alloy of Sn and silver (Ag), an alloy of Sn, Ag and Cu, etc. Material can be used. The solder bumps 68 are formed, for example, by reflow processing of solder balls placed on the surface treatment layer 66 or applied solder paste. As the solder ball, it is possible to use a spherical body in which the surface of a resin or metal core is covered with a conductive material.
はんだボールを用いた場合、複数のはんだバンプ68の高さ、ボリューム(はんだの量)を均一にすることができる。このことは、はんだバンプ68を用いた半導体チップ50の実装における歩留まりや信頼性の向上を可能とする。 When solder balls are used, the height and volume (amount of solder) of the plurality of solder bumps 68 can be made uniform. This makes it possible to improve the yield and reliability in the mounting of the semiconductor chip 50 using the solder bumps 68.
表面処理層67には、この配線基板60をマザーボード等の実装基板に実装する際に使用される外部接続端子としてはんだバンプ(図示略)が設けられる。なお、外部接続端子として、はんだボール、リードピン、スタッドバンプ、等を用いることもできる。 The surface treatment layer 67 is provided with solder bumps (not shown) as external connection terminals used when mounting the wiring substrate 60 on a mounting substrate such as a mother board. In addition, a solder ball, a lead pin, a stud bump, etc. can also be used as an external connection terminal.
半導体チップ50の素子形成面(図では、下面)に配設されたバンプ52と、配線基板60に形成されたはんだバンプ68とを互いに接合することにより、半導体チップ50は、配線基板60の配線層62と電気的に接続される。つまり、半導体チップ50は、配線基板60にフリップチップ実装される。なお、以下の説明において、半導体チップ50と配線基板60に含まれる一部の部材について符号を省略することがある。 The semiconductor chip 50 is connected to the wiring substrate 60 by bonding the bumps 52 disposed on the element forming surface (lower surface in the drawing) of the semiconductor chip 50 and the solder bumps 68 formed on the wiring substrate 60 to each other. Electrically connected to layer 62. That is, the semiconductor chip 50 is flip-chip mounted on the wiring substrate 60. In the following description, reference numerals may be omitted for some members included in the semiconductor chip 50 and the wiring substrate 60.
次に、上記の半導体チップ50を保持するヘッド部15を説明する。
図2に示すように、ヘッド部15のベース21は、フレーム14の側面14a(図1(b)において前面)に固定されている。ベース21の下面21aには、Z軸モータ22が取着されている。Z軸モータ22は、たとえばサーボモータである。Z軸モータ22(出力軸)はボールねじ23に連結されている。このボールねじ23は、昇降ベース24に螺入されている。
Next, the head unit 15 for holding the above-described semiconductor chip 50 will be described.
As shown in FIG. 2, the base 21 of the head unit 15 is fixed to the side surface 14 a (the front surface in FIG. 1 (b)) of the frame 14. The Z-axis motor 22 is attached to the lower surface 21 a of the base 21. Z-axis motor 22 is, for example, a servomotor. The Z-axis motor 22 (output shaft) is connected to the ball screw 23. The ball screw 23 is screwed into the elevating base 24.
昇降ベース24は、フレーム14の側面に固定されたガイド25により支持されている。ガイド25は、昇降ベース24を上下動可能かつ回動不能に支持する。Z軸モータ22の駆動によりボールねじ23が正逆回転する。たとえば、ボールねじ23の正回転によりガイド25に支持された昇降ベース24が上方向に移動し、ボールねじ23の逆回転により昇降ベース24が下方向に移動する。 The lift base 24 is supported by a guide 25 fixed to the side of the frame 14. The guide 25 supports the elevating base 24 so as to be vertically movable and non-rotatable. By driving the Z-axis motor 22, the ball screw 23 rotates forward and reverse. For example, the lift base 24 supported by the guide 25 is moved upward by the forward rotation of the ball screw 23, and the lift base 24 is moved downward by the reverse rotation of the ball screw 23.
昇降ベース24の下端には、ロードセル26が取着されている。ロードセル26は、Z軸方向(上下方向)の伸縮に応じた値(レベル)の信号を出力する。たとえば、図4に示す半導体チップ50(電子部品)を配線基板60のはんだバンプ68に押圧するとき、半導体チップ50が配線基板60(はんだバンプ68)から受ける反力により縮む。ロードセル26は、この圧縮力(反力)に応じた値の信号を出力する。つまり、ロードセル26は、電子部品(半導体チップ50)の実装における荷重に応じた信号を出力する。 A load cell 26 is attached to the lower end of the lifting base 24. The load cell 26 outputs a signal of a value (level) according to the expansion and contraction in the Z-axis direction (vertical direction). For example, when the semiconductor chip 50 (electronic component) shown in FIG. 4 is pressed against the solder bump 68 of the wiring substrate 60, the semiconductor chip 50 is shrunk by the reaction force received from the wiring substrate 60 (solder bump 68). The load cell 26 outputs a signal having a value corresponding to the compression force (reaction force). That is, the load cell 26 outputs a signal according to the load in mounting of the electronic component (semiconductor chip 50).
ロードセル26の下面には、断熱部材27が取着されている。断熱部材27の下面には、ツール吸着部28が取着されている。
ツール吸着部28には、チップ保持孔28aとツール吸着孔28bが形成されている。チップ保持孔28aとツール吸着孔28bは、流路の一例である。チップ保持孔28aとツール吸着孔28bは、たとえばツール吸着部28を上下方向に貫通して形成されている。
A heat insulating member 27 is attached to the lower surface of the load cell 26. The tool suction portion 28 is attached to the lower surface of the heat insulating member 27.
In the tool suction portion 28, a tip holding hole 28a and a tool suction hole 28b are formed. The chip holding hole 28 a and the tool suction hole 28 b are an example of a flow path. The tip holding hole 28 a and the tool suction hole 28 b are formed, for example, by vertically penetrating the tool suction portion 28.
ツール吸着部28の下には、保持ツール29が配設されている。ツール吸着部28のツール吸着孔28bは、後述する真空ポンプ33により気体が吸引される。したがって、ツール吸着孔28b内は負圧となり、この負圧により、ツール吸着部28は、保持ツール29を吸着保持する。 A holding tool 29 is disposed below the tool suction unit 28. A gas is sucked from a tool suction hole 28b of the tool suction portion 28 by a vacuum pump 33 described later. Therefore, the inside of the tool suction hole 28 b is under negative pressure, and the negative pressure causes the tool suction unit 28 to hold the holding tool 29 by suction.
また、ツール吸着部28は、ヒータ機能を有している。ツール吸着部28は、たとえばセラミックヒータを含む。断熱部材27は、ツール吸着部28からロードセル26への熱伝導を遮断する。 In addition, the tool suction unit 28 has a heater function. Tool adsorption portion 28 includes, for example, a ceramic heater. The heat insulating member 27 blocks the heat conduction from the tool suction unit 28 to the load cell 26.
保持ツール29は、たとえばベルヌーイチャックである。保持ツール29には、チップ保持孔29aが形成されている。チップ保持孔29aは流路の一例である。チップ保持孔29aは、後述する真空ポンプ34により負圧に設定される。この負圧により、保持ツール29は、電子部品(図4に示す半導体チップ50)を吸着保持する。 The holding tool 29 is, for example, Bernoulli chuck. In the holding tool 29, a chip holding hole 29a is formed. The chip holding hole 29a is an example of a flow path. The tip holding hole 29a is set to a negative pressure by a vacuum pump 34 described later. The holding tool 29 sucks and holds the electronic component (the semiconductor chip 50 shown in FIG. 4) by the negative pressure.
また、チップ保持孔29aは、後述する給気ポンプ35により供給されるエアーにより正圧に設定される。チップ保持孔29aは、給気ポンプ35により供給されるエアーを、保持ツール29の下面にそって放射状に吐出するように形成されている。この吐出するエアーにより生じるベルヌーイ効果によって、保持ツール29は電子部品(図4に示す半導体チップ50)を非接触保持する。なお、保持ツール29の下面29bの中央部には、給気ポンプ35により供給されるエアーにより真空域が生じる。これにより、電子部品を保持する。このような電子部品の保持はベルヌーイ吸着と呼ばれることがある。 Further, the chip holding hole 29a is set to a positive pressure by air supplied by an air supply pump 35 described later. The tip holding hole 29 a is formed to radially discharge the air supplied by the air supply pump 35 along the lower surface of the holding tool 29. The holding tool 29 holds the electronic component (the semiconductor chip 50 shown in FIG. 4) in a noncontact manner by the Bernoulli effect generated by the discharged air. In the center of the lower surface 29 b of the holding tool 29, a vacuum region is generated by the air supplied by the air supply pump 35. This holds the electronic component. Such holding of electronic components is sometimes called Bernoulli adsorption.
次に、電子部品搭載装置10の電気的構成を説明する。
図3に示すように、電子部品搭載装置10は制御装置31を有している。
制御装置31には、チップ搬送用ロボット17、X−Yステージ13、Z軸モータ22、ロードセル26、カメラ32、真空ポンプ33、真空ポンプ34、給気ポンプ35、切替バルブ36、ヒータ37が接続されている。
Next, the electrical configuration of the electronic component mounting apparatus 10 will be described.
As shown in FIG. 3, the electronic component mounting apparatus 10 has a control device 31.
Connected to the control device 31 are a chip transfer robot 17, an XY stage 13, a Z-axis motor 22, a load cell 26, a camera 32, a vacuum pump 33, a vacuum pump 34, an air supply pump 35, a switching valve 36 and a heater 37. It is done.
制御装置31は、チップ搬送用ロボット17を制御し、図1(a)に示すチップテーブル16上の半導体チップ50をヘッド部15へ搬送する。そして、制御装置31は、真空ポンプ34によるエアー吸引にて、半導体チップ50を図2に示す保持ツール29に吸着保持する。 The control device 31 controls the chip transfer robot 17 to transfer the semiconductor chip 50 on the chip table 16 shown in FIG. 1A to the head unit 15. Then, the control device 31 sucks and holds the semiconductor chip 50 on the holding tool 29 shown in FIG. 2 by air suction by the vacuum pump 34.
制御装置31は、カメラ32により図4に示す半導体チップ50と配線基板60を撮影した画像データに基づいてX−Yステージ13を制御し、半導体チップ50に対して配線基板60を位置合せする。 The control device 31 controls the XY stage 13 based on the image data obtained by photographing the semiconductor chip 50 and the wiring substrate 60 shown in FIG. 4 by the camera 32, and aligns the wiring substrate 60 with the semiconductor chip 50.
図5に示すように、カメラ32は、たとえば2視野カメラ(矢印にて視野方向を示す)であり、水平方向(図5において左右方向)に移動する。制御装置31は、カメラ32を、保持ツール29に保持された半導体チップ50と、X−Yステージ13に保持された配線基板60との間に対して挿入及び抜出する。 As shown in FIG. 5, the camera 32 is, for example, a two-view camera (indicated by an arrow in the direction of the field of view), and moves in the horizontal direction (horizontal direction in FIG. 5). The control device 31 inserts and extracts the camera 32 between the semiconductor chip 50 held by the holding tool 29 and the wiring substrate 60 held by the XY stage 13.
制御装置31は、カメラ32を半導体チップ50と配線基板60との間に挿入する。カメラ32は、上方の半導体チップ50を撮影した画像データと、下方の配線基板60を撮影した画像データとを制御装置31に出力する。制御装置31は、2つの画像データに基づいて、X−Yステージ13を制御し、半導体チップ50に対して配線基板60を位置合せする。たとえば、制御装置31は、2つの画像データを画像処理し、半導体チップ50と配線基板60の相対的な位置ずれ(X軸,Y軸,θ軸のずれ量)を検出し、その検出結果に基づいて位置ずれを少なくするようにX−Yステージ13を制御する。そして、制御装置31は、半導体チップ50と配線基板60の間からカメラ32を抜出する。 The controller 31 inserts the camera 32 between the semiconductor chip 50 and the wiring substrate 60. The camera 32 outputs, to the control device 31, image data obtained by shooting the upper semiconductor chip 50 and image data obtained by shooting the lower wiring board 60. The control device 31 controls the XY stage 13 based on the two image data to align the wiring substrate 60 with the semiconductor chip 50. For example, the control device 31 performs image processing on two image data, detects relative positional deviation between the semiconductor chip 50 and the wiring substrate 60 (displacement amount of X axis, Y axis, θ axis), and detects the detection result The X-Y stage 13 is controlled to reduce positional deviation based on that. Then, the control device 31 extracts the camera 32 from between the semiconductor chip 50 and the wiring substrate 60.
図3に示す制御装置31は、Z軸モータ22を制御し、図4に示す半導体チップ50のバンプ52を配線基板60のはんだバンプ68に押圧する。
ロードセル26は、Z軸方向、つまり配線基板60に対する電子部品の押圧方向に沿った荷重に応じた信号を出力する。制御装置31は、ロードセル26の出力信号に基づいて、電子部品(図4に示す半導体チップ50)における荷重(押圧力)を検出する。制御装置31は、検出した荷重に基づいて、電子部品(半導体チップ50)における押圧状態、はんだバンプ68の状態(溶融)を判定する。そして、制御装置31は、判定結果に基づいて、X−Yステージ13,Z軸モータ22,切替バルブ36等を制御する。この制御の詳細については後述する。
The control device 31 shown in FIG. 3 controls the Z-axis motor 22 to press the bumps 52 of the semiconductor chip 50 shown in FIG. 4 against the solder bumps 68 of the wiring substrate 60.
The load cell 26 outputs a signal according to the load in the Z-axis direction, that is, the pressing direction of the electronic component on the wiring substrate 60. The control device 31 detects a load (pressing force) on the electronic component (semiconductor chip 50 shown in FIG. 4) based on the output signal of the load cell 26. The control device 31 determines the pressed state of the electronic component (semiconductor chip 50) and the state (melting) of the solder bumps 68 based on the detected load. Then, the control device 31 controls the XY stage 13, the Z-axis motor 22, the switching valve 36, and the like based on the determination result. Details of this control will be described later.
真空ポンプ33は、図2に示すツール吸着部28のツール吸着孔28bに接続されている。制御装置31は、真空ポンプ33を駆動し、ツール吸着部28に保持ツール29を真空吸着により保持する。制御装置31は、保持ツール29の交換時に真空ポンプ33を停止する。 The vacuum pump 33 is connected to the tool suction hole 28b of the tool suction unit 28 shown in FIG. The controller 31 drives the vacuum pump 33 to hold the holding tool 29 in the tool suction unit 28 by vacuum suction. The controller 31 stops the vacuum pump 33 when the holding tool 29 is replaced.
真空ポンプ34は、切替バルブ36を介して図2に示すツール吸着部28のチップ保持孔28aに接続されている。チップ保持孔28aは、図3に示す切替バルブ36を介して給気ポンプ35に接続されている。 The vacuum pump 34 is connected to the tip holding hole 28 a of the tool suction unit 28 shown in FIG. 2 via the switching valve 36. The tip holding hole 28a is connected to the air supply pump 35 via the switching valve 36 shown in FIG.
図2に示すように、ツール吸着部28のチップ保持孔28aは、保持ツール29のチップ保持孔29aと連通している。したがって、保持ツール29のチップ保持孔29aは、図3に示す切替バルブ36を介して真空ポンプ34または給気ポンプ35に接続される。 As shown in FIG. 2, the tip holding hole 28 a of the tool suction portion 28 communicates with the tip holding hole 29 a of the holding tool 29. Therefore, the tip holding hole 29a of the holding tool 29 is connected to the vacuum pump 34 or the air supply pump 35 via the switching valve 36 shown in FIG.
制御装置31は、切替バルブ36を制御し、図2に示す保持ツール29に対して、真空ポンプ34によるエアー吸引と、給気ポンプ35によるエアーの供給とを制御する。給気ポンプ35は、たとえばヒータ機能を有し、供給するエアーの温度を調整する。たとえば、給気ポンプ35は、熱風(ホットエアー)を図2に示す保持ツール29に供給する。 The control device 31 controls the switching valve 36 to control air suction by the vacuum pump 34 and supply of air by the air supply pump 35 to the holding tool 29 shown in FIG. 2. The air supply pump 35 has, for example, a heater function to adjust the temperature of the supplied air. For example, the air supply pump 35 supplies hot air (hot air) to the holding tool 29 shown in FIG.
制御装置31は、エアー吸引により、保持ツール29に電子部品(図4に示す半導体チップ50)を吸着保持する。たとえば、制御装置31は、チップ搬送用ロボット17により搬送した半導体チップ50を、保持ツール29にて保持する。また、制御装置31は、エアー供給により、保持ツール29に半導体チップ50を非接触保持する。つまり、半導体チップ50は、保持ツール29の下面29bから離間し、その下面29bから所定の間隔にて保持される。したがって、半導体チップ50は、保持ツール29の上下動に応じて上下方向に移動する。また、半導体チップ50は、保持ツール29の下面29bに沿って水平方向の自由な移動が可能になる。 The controller 31 sucks and holds the electronic component (the semiconductor chip 50 shown in FIG. 4) on the holding tool 29 by air suction. For example, the control device 31 holds the semiconductor chip 50 transferred by the chip transfer robot 17 with the holding tool 29. Further, the control device 31 holds the semiconductor chip 50 in a non-contact manner on the holding tool 29 by air supply. That is, the semiconductor chip 50 is separated from the lower surface 29 b of the holding tool 29 and is held at a predetermined distance from the lower surface 29 b. Therefore, the semiconductor chip 50 moves in the vertical direction according to the vertical movement of the holding tool 29. Also, the semiconductor chip 50 can freely move horizontally along the lower surface 29 b of the holding tool 29.
制御装置31は、ヒータ37をオンオフ制御する。ヒータ37は、図2に示すツール吸着部28に含まれる。オンされたヒータ37は発熱する。ヒータ37の熱は、図2に示すツール吸着部28に吸着保持された半導体チップ50(図4参照)へと伝達する。さらに、その半導体チップ50のバンプ52が押圧されたはんだバンプ68へと伝わり、はんだバンプ68が溶融する。 The controller 31 controls the heater 37 to turn on and off. The heater 37 is included in the tool suction unit 28 shown in FIG. The heater 37 turned on generates heat. The heat of the heater 37 is transferred to the semiconductor chip 50 (see FIG. 4) adsorbed and held by the tool suction unit 28 shown in FIG. Further, the bumps 52 of the semiconductor chip 50 are transferred to the pressed solder bumps 68, and the solder bumps 68 are melted.
図6は、部品搭載において制御装置31(図3参照)が実施する処理の流れを示す。
図6において、横軸は時間である。なお、図6は、半導体チップ50を配線基板60(はんだバンプ68)に対して押圧した後を示している。なお、図6では、電子部品搭載装置等の部材について示していないが、各部材について、関連する図に示す符号を用いて説明する。
FIG. 6 shows the flow of processing carried out by the control device 31 (see FIG. 3) in component mounting.
In FIG. 6, the horizontal axis is time. FIG. 6 shows a state after the semiconductor chip 50 is pressed against the wiring substrate 60 (solder bump 68). In addition, in FIG. 6, although it does not show about members, such as an electronic component mounting apparatus, each member is demonstrated using the code | symbol shown to a related figure.
すなわち、制御装置31は、半導体チップ50を真空吸着にて保持ツール29に吸着保持する。したがって、半導体チップ50は、水平方向に固定され、移動しない。
また、制御装置31は、半導体チップ50を所定の押圧力にて配線基板60のはんだバンプ68に押圧するよう、Z軸モータ22を制御する。したがって、制御装置31は、検出圧力として、半導体チップ50を配線基板60に押圧した圧力(圧力大)を検出する。
That is, the control device 31 sucks and holds the semiconductor chip 50 on the holding tool 29 by vacuum suction. Therefore, the semiconductor chip 50 is fixed horizontally and does not move.
Further, the control device 31 controls the Z-axis motor 22 so as to press the semiconductor chip 50 against the solder bumps 68 of the wiring substrate 60 with a predetermined pressing force. Therefore, the control device 31 detects the pressure (high pressure) at which the semiconductor chip 50 is pressed against the wiring substrate 60 as the detection pressure.
制御装置31は、時刻t1において、ヒータ37をオンする。オンしたヒータ37の発熱により、配線基板60のはんだバンプ68が加熱される。なお、ヒータ37をオンするタイミングは、この時刻t1に限定されない。たとえば、半導体チップ50を降下させるとき、アライメント直後またはアライメント中にヒータ37をオンしてもよい。 The controller 31 turns on the heater 37 at time t1. The heat generation of the turned-on heater 37 heats the solder bumps 68 of the wiring substrate 60. The timing at which the heater 37 is turned on is not limited to this time t1. For example, when lowering the semiconductor chip 50, the heater 37 may be turned on immediately after or during the alignment.
固体(固相状態)のはんだバンプ68が液体(液相状態)に変化する、つまりはんだバンプ68が溶融するとき、半導体チップ50の押圧力に対するはんだバンプ68の反力が低下する。したがって、検出圧力が低下する(圧力小)。制御装置31は、この検出圧力の低下により、はんだバンプ68の溶融を判定する(時刻t2)。たとえば、制御装置31は、ロードセル26の出力信号に基づく検出圧力、または検出圧力と設定値との比較結果に基づいて、はんだバンプ68の溶融を判定する。 When the solid (solid phase) solder bump 68 changes to a liquid (liquid phase state), that is, the solder bump 68 melts, the reaction force of the solder bump 68 to the pressing force of the semiconductor chip 50 decreases. Therefore, the detected pressure is reduced (pressure is low). The controller 31 determines the melting of the solder bump 68 based on the decrease in the detected pressure (time t2). For example, the controller 31 determines melting of the solder bump 68 based on the detected pressure based on the output signal of the load cell 26 or the comparison result of the detected pressure and the set value.
たとえば、ロードセル26の出力信号の値は、荷重に基づきロードセル26における圧縮方向の変化に応じて大きくなり、伸張方向の変化に応じて小さくなる。制御装置31は、ロードセル26の出力信号の値に基づいて荷重の大きさを検出する。そして、制御装置31は、検出した荷重の大きさとメモリ等に記憶した設定値とを比較し、所望の荷重にて電子部品を配線基板60のはんだバンプ68(図8参照)に押圧する。また、制御装置31は、検出した荷重が所定の値まで減少したとき(またはしきい値より検出荷重が小さくなったとき)にはんだバンプ68が溶融したと判定する。 For example, the value of the output signal of the load cell 26 increases with the change in the compression direction of the load cell 26 based on the load, and decreases with the change in the extension direction. The controller 31 detects the size of the load based on the value of the output signal of the load cell 26. Then, the control device 31 compares the magnitude of the detected load with the setting value stored in the memory or the like, and presses the electronic component onto the solder bumps 68 (see FIG. 8) of the wiring substrate 60 with a desired load. Further, the control device 31 determines that the solder bump 68 is melted when the detected load decreases to a predetermined value (or when the detected load becomes smaller than the threshold value).
たとえば、制御装置31は、1つの電子部品の搭載開始時(図3に示すチップ搬送用ロボット17から受け取った電子部品を搭載するとき)において検出した荷重を初期値とし、その初期値からの変化量(差分値)を検出荷重とする。 For example, the control device 31 sets a load detected at the start of mounting of one electronic component (when mounting the electronic component received from the chip transfer robot 17 shown in FIG. 3) as an initial value, and changes from the initial value Let the amount (difference value) be the detected load.
そして、制御装置31は、はんだバンプ68が溶融(はんだが液体状態となる)すると、半導体チップ50の保持方法を、吸着保持(真空吸着)から非接触保持(ベルヌーイ吸着)に変更する。制御装置31は、図3に示す切替バルブ36を制御し、給気ポンプ35によりエアーを図2に示す保持ツール29に供給する。 Then, when the solder bumps 68 are melted (the solder is in a liquid state), the control device 31 changes the method of holding the semiconductor chip 50 from adsorption holding (vacuum adsorption) to non-contact holding (Bernoulli adsorption). The control device 31 controls the switching valve 36 shown in FIG. 3 and supplies air to the holding tool 29 shown in FIG.
また、制御装置31は、Z軸モータ22を制御し、保持ツール29の高さを制御する。保持ツール29は、非接触保持にて半導体チップ50を保持する。したがって、制御装置31は、半導体チップ50の高さを制御する。たとえば、制御装置31は、ロードセル26の出力信号に基づいて、検出圧力が所定値となるように、Z軸モータ22を駆動制御する。 Further, the control device 31 controls the Z-axis motor 22 to control the height of the holding tool 29. The holding tool 29 holds the semiconductor chip 50 by noncontact holding. Therefore, the control device 31 controls the height of the semiconductor chip 50. For example, the control device 31 drives and controls the Z-axis motor 22 based on the output signal of the load cell 26 so that the detected pressure becomes a predetermined value.
そして、制御装置31は、保持状態を切り替えてから所定時間(たとえば、3秒)経過後の時刻t3において、ヒータ37をオフする。
そして、制御装置31は、はんだバンプ68が固体(固相状態)になると、処理を終了する(時刻t4)。
Then, the control device 31 turns off the heater 37 at time t3 after a predetermined time (for example, 3 seconds) has elapsed after switching the holding state.
Then, when the solder bumps 68 become solid (solid phase state), the control device 31 ends the process (time t4).
次に、上記の電子部品搭載装置10の作用を説明する。
図7に示すように、保持ツール29のチップ保持孔29aから図3に示す真空ポンプ34によりエアー吸引することにより、保持ツール29に半導体チップ50を吸着保持する。この状態において、図5に示すようにカメラ32を用いて半導体チップ50に対して配線基板60を位置合わせする。
Next, the operation of the electronic component mounting apparatus 10 described above will be described.
As shown in FIG. 7, the semiconductor chip 50 is held by suction on the holding tool 29 by air suction from the chip holding hole 29a of the holding tool 29 by the vacuum pump 34 shown in FIG. In this state, as shown in FIG. 5, the wiring substrate 60 is aligned with the semiconductor chip 50 using the camera 32.
図8に示すように、保持ツール29に吸着保持した半導体チップ50を下降させ、半導体チップ50のバンプ52により、配線基板60のはんだバンプ68を押圧する。この押圧力は、図3に示すロードセル26により荷重として検出される。検出した荷重により、バンプ52とはんだバンプ68との接触、押圧が検出される。したがって、過大な押圧力によりはんだバンプ68を押しつぶすことはない。 As shown in FIG. 8, the semiconductor chip 50 adsorbed and held by the holding tool 29 is lowered, and the bumps 52 of the semiconductor chip 50 press the solder bumps 68 of the wiring substrate 60. The pressing force is detected as a load by the load cell 26 shown in FIG. The detected load causes contact between the bumps 52 and the solder bumps 68 to be detected. Therefore, the solder bumps 68 are not crushed by an excessive pressing force.
次いで、ヒータ37(図3参照)をオンし、保持ツール29及び半導体チップ50を介してはんだバンプ68を加熱する。そして、図3に示すロードセル26による検出荷重に基づいて、はんだバンプ68の溶融を判定し、半導体チップ50の保持状態を、吸着保持(真空吸着)から非接触保持(ベルヌーイ吸着)へと切り替える。 Then, the heater 37 (see FIG. 3) is turned on to heat the solder bumps 68 through the holding tool 29 and the semiconductor chip 50. Then, the melting of the solder bumps 68 is determined based on the load detected by the load cell 26 shown in FIG. 3, and the holding state of the semiconductor chip 50 is switched from suction holding (vacuum suction) to noncontact holding (Bernoulli suction).
図9に示すように、非接触保持において、保持ツール29に供給されるエアーは、矢印にて示すように、保持ツール29の下面に沿って放射状に噴出される。半導体チップ50の上面が保持ツール29の下面から僅かに離間する。この離間により、半導体チップ50と保持ツール29との間の摩擦抵抗は無い。したがって、半導体チップ50は、水平方向(図9において左右方向及び表裏方向)において自由に移動する。そして、半導体チップ50のバンプは、溶融したはんだバンプ68の表面張力によりはんだバンプ68(表面処理層66)に対応する位置に引き込まれる、所謂セルフアライメントされる。したがって、図7,図8に示すように、半導体チップ50のバンプ52に対して配線基板60のはんだバンプ68の位置がずれていても、セルフアライメントによりはんだバンプ68(表面処理層66)の位置にバンプ52が引き込まれる。このため、半導体チップ50に対する配線基板60の位置合わせにおいて、高精度な位置合せを行う必要がない。言い換えれば、図3に示すX−Yステージ13に精度が低い安価なステージを用いることができる。 As shown in FIG. 9, in non-contact holding, air supplied to the holding tool 29 is jetted radially along the lower surface of the holding tool 29 as indicated by the arrow. The upper surface of the semiconductor chip 50 is slightly separated from the lower surface of the holding tool 29. Due to this separation, there is no frictional resistance between the semiconductor chip 50 and the holding tool 29. Therefore, the semiconductor chip 50 freely moves in the horizontal direction (left and right direction and front and back direction in FIG. 9). Then, the bumps of the semiconductor chip 50 are so-called self-aligned in which they are drawn to a position corresponding to the solder bumps 68 (surface treatment layer 66) by the surface tension of the melted solder bumps 68. Therefore, as shown in FIGS. 7 and 8, even if the position of the solder bump 68 of the wiring substrate 60 is shifted with respect to the bump 52 of the semiconductor chip 50, the position of the solder bump 68 (surface treatment layer 66) by self alignment. The bumps 52 are drawn into. Therefore, in the alignment of the wiring substrate 60 with the semiconductor chip 50, it is not necessary to perform the alignment with high accuracy. In other words, an inexpensive stage with low accuracy can be used as the X-Y stage 13 shown in FIG.
ヒータ37をオフしてはんだバンプ68を硬化させる。配線基板60は、図1(a)に示すX−Yステージ13に吸着保持されている。これにより、リフローによる配線基板60の反り等の変形が抑制される。このはんだバンプ68が硬化するまで、保持ツール29により半導体チップ50を非接触保持する。したがって、半導体チップ50は、配線基板60と平行に保持される。したがって、半導体チップ50の浮き上がり等によって配線基板60に対して半導体チップ50が傾いて固定されることがない。これにより、バンプ52とはんだバンプ68との接触不良の発生が抑制される。 The heater 37 is turned off to harden the solder bumps 68. The wiring substrate 60 is held by suction on the XY stage 13 shown in FIG. Thereby, deformation such as warpage of the wiring board 60 due to reflow is suppressed. The holding tool 29 holds the semiconductor chip 50 in a noncontact manner until the solder bumps 68 are cured. Therefore, the semiconductor chip 50 is held in parallel to the wiring substrate 60. Therefore, the semiconductor chip 50 is not inclined and fixed to the wiring substrate 60 due to the floating of the semiconductor chip 50 or the like. Thereby, the occurrence of contact failure between the bumps 52 and the solder bumps 68 is suppressed.
また、制御装置31は、非接触保持にて保持ツール29に半導体チップ50を保持するとともに、Z軸モータ22を制御して半導体チップ50の高さを制御する。たとえば、制御装置31は、ロードセル26の出力信号に基づいて、半導体チップ50の荷重を所定値とするように、Z軸モータ22を制御する。これにより、半導体チップ50の高さを制御することで、はんだバンプ68の形状(フィレット等)を制御し、良好な接続状態が得られる。また、半導体チップ50が降下してはんだバンプ68が潰れた状態で硬化するのを防ぐ。 Further, the control device 31 holds the semiconductor chip 50 on the holding tool 29 in a noncontact holding manner, and controls the Z-axis motor 22 to control the height of the semiconductor chip 50. For example, the control device 31 controls the Z-axis motor 22 so as to set the load of the semiconductor chip 50 to a predetermined value based on the output signal of the load cell 26. Thereby, by controlling the height of the semiconductor chip 50, the shape (fillet etc.) of the solder bump 68 is controlled, and a good connection state can be obtained. In addition, the semiconductor chip 50 is lowered to prevent the solder bumps 68 from being hardened in a crushed state.
図10に示すように、硬化したはんだバンプ68によって配線基板60上に半導体チップ50が実装される。このように、上記の処理により、配線基板60に半導体チップ50を実装した半導体装置が得られる。 As shown in FIG. 10, the semiconductor chip 50 is mounted on the wiring substrate 60 by the cured solder bumps 68. Thus, a semiconductor device in which the semiconductor chip 50 is mounted on the wiring substrate 60 can be obtained by the above-described process.
次に、比較例を説明する。なお、比較例の説明において、上記実施形態と同じ符号を用いて説明する。
図12(a)〜(d)は、一括リフロー(マスリフロー)の処理の概略を示す。
Next, a comparative example will be described. In addition, in description of a comparative example, it demonstrates using the same code | symbol as the said embodiment.
FIGS. 12 (a) to 12 (d) show the outline of the batch reflow (mass reflow) process.
先ず、図12(a)に示すように、吸着ツール100により、半導体チップ50を吸着保持(真空吸着)する。次いで、図12(b)に示すように、半導体チップ50を配線基板60上に載置する。この半導体チップ50及び配線基板60をリフロー炉に搬入し、一括してはんだバンプ68を溶融する。その後、図12(c)に示すように、リフロー炉より取り出された配線基板60は、溶融されたはんだバンプ68が冷却され固体化することにより、半導体チップ50が配線基板60上に実装される。 First, as shown in FIG. 12A, the semiconductor chip 50 is held by suction (vacuum suction) by the suction tool 100. Next, as shown in FIG. 12B, the semiconductor chip 50 is placed on the wiring substrate 60. The semiconductor chip 50 and the wiring substrate 60 are carried into a reflow furnace, and the solder bumps 68 are melted collectively. Thereafter, as shown in FIG. 12C, the semiconductor chip 50 is mounted on the wiring substrate 60 by the molten solder bumps 68 being cooled and solidified as the wiring substrate 60 taken out from the reflow furnace is cooled. .
しかし、このリフロー方法では、リフロー炉に搬送する際に半導体チップ50の位置ずれや半導体チップ50が配線基板60上から落下するおそれがある。また、図12(d)に示すように、半導体チップ50が配線基板60に対して傾いた状態ではんだバンプ68が固化する場合がる。この場合、一部のバンプ52がはんだバンプ68から離間する、つまり接続不良となる。なお、リフロー炉において、配線基板60に反り等の変形が発生する場合がある。この場合も図12(d)に示す状態と同様に、接続不良が発生する場合がある。 However, in this reflow method, there is a possibility that the positional displacement of the semiconductor chip 50 or the semiconductor chip 50 may drop from above the wiring substrate 60 when being transferred to the reflow furnace. Further, as shown in FIG. 12D, the solder bumps 68 may be solidified in a state where the semiconductor chip 50 is inclined with respect to the wiring substrate 60. In this case, some of the bumps 52 are separated from the solder bumps 68, that is, connection failure occurs. In the reflow furnace, the wiring substrate 60 may be deformed such as warpage. Also in this case, a connection failure may occur as in the state shown in FIG.
図13(a),(b)は、個別リフロー(ローカルリフロー)の処理の概略を示す。
先ず、図13(a)に示すように、吸着ツール100により、半導体チップ50を吸着保持(真空吸着)する。次いで、図13(b)に示すように、半導体チップ50のバンプ52を配線基板60のはんだバンプ68に押圧し、はんだバンプ68を加熱溶融した後、吸着を解除する。すると、配線基板60の伸びや半導体チップ50に生じる反り等によって、はんだバンプ68が潰れて固化する場合がある。この場合、配線基板60に対する半導体チップ50の実装強度が得られない場合がある。また、はんだバンプ68がつぶれによって側方に突出し、隣のはんだバンプ68と接触する短絡不良が発生する場合がある。
13 (a) and 13 (b) show an outline of the process of individual reflow (local reflow).
First, as shown in FIG. 13A, the semiconductor chip 50 is held by suction (vacuum suction) by the suction tool 100. Next, as shown in FIG. 13B, the bumps 52 of the semiconductor chip 50 are pressed against the solder bumps 68 of the wiring substrate 60 to heat and melt the solder bumps 68, and then the suction is released. Then, the solder bumps 68 may be crushed and solidified due to the expansion of the wiring substrate 60, the warpage generated in the semiconductor chip 50, and the like. In this case, the mounting strength of the semiconductor chip 50 on the wiring substrate 60 may not be obtained. In addition, the solder bumps 68 may protrude to the side due to the crushing, and a short circuit failure may occur in contact with the adjacent solder bumps 68.
図11は、真空吸着にてはんだバンプ68が固化するまで半導体チップ50を吸着保持した場合の処理を示す。
この場合、半導体チップ50は、真空吸着により吸着ツール100(図13(a)参照)に保持される。そして、この保持状態のまま、はんだバンプ68が固化する。このため、半導体チップ50と配線基板60とを高い精度にて位置合せする必要がある。このように高い精度にて位置合せを行うステージは高価である。また、位置合せに時間が掛かるため、製造工程におけるスループットの低下を招き、製造コストがかかる。
FIG. 11 shows a process in the case where the semiconductor chip 50 is held by suction until the solder bumps 68 are solidified by vacuum suction.
In this case, the semiconductor chip 50 is held by the suction tool 100 (see FIG. 13A) by vacuum suction. Then, the solder bumps 68 solidify in this held state. Therefore, it is necessary to align the semiconductor chip 50 and the wiring substrate 60 with high accuracy. A stage that performs alignment with such high accuracy is expensive. In addition, since the alignment takes time, the throughput in the manufacturing process is reduced and the manufacturing cost is increased.
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)電子部品搭載装置10は、配線基板60を保持するX−Yステージ13と、ヘッド部15と制御装置31とを有している。ヘッド部15は、半導体チップ50を保持する保持ツール29と、保持ツール29を加熱するヒータ37とを含み、X−Yステージ13の上方に配設され、保持ツール29を上下方向に移動する。
As described above, according to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The electronic component mounting apparatus 10 has an XY stage 13 for holding the wiring substrate 60, a head unit 15, and a control device 31. The head unit 15 includes a holding tool 29 for holding the semiconductor chip 50 and a heater 37 for heating the holding tool 29. The head unit 15 is disposed above the XY stage 13 and moves the holding tool 29 in the vertical direction.
制御装置31は、保持ツール29の流路から気体を吸引して吸着保持した半導体チップ50のバンプ52を配線基板60のはんだバンプ68に押圧し、ヒータ37により保持ツール29と半導体チップ50を介してはんだバンプ68を加熱する。そして、制御装置31は、はんだバンプ68の溶融後に半導体チップ50の保持を、保持ツール29の流路から保持ツール29と半導体チップ50との間に気体を吐出して保持ツール29に半導体チップ50を非接触にて保持する非接触保持へと切り替える。 The control device 31 sucks gas from the flow path of the holding tool 29 and presses the bumps 52 of the semiconductor chip 50 adsorbed and held against the solder bumps 68 of the wiring substrate 60, and the heater 37 causes the holding tool 29 and the semiconductor chip 50 to intervene. The solder bumps 68 are heated. Then, the control device 31 holds the semiconductor chip 50 after melting the solder bumps 68 and discharges a gas between the holding tool 29 and the semiconductor chip 50 from the flow path of the holding tool 29 and sends the gas to the holding tool 29. Switch to non-contact holding.
非接触保持にて保持ツール29に保持された半導体チップ50は、保持ツール29によって配線基板60と平行に保持される。したがって、半導体チップ50の浮き上がり等によって配線基板60に対して半導体チップ50が傾いて固定されることがない。これにより、バンプ52とはんだバンプ68との接触不良の発生が抑制され、信頼性の低下を抑制することができる。 The semiconductor chip 50 held by the holding tool 29 in a noncontact holding manner is held parallel to the wiring substrate 60 by the holding tool 29. Therefore, the semiconductor chip 50 is not inclined and fixed to the wiring substrate 60 due to the floating of the semiconductor chip 50 or the like. As a result, the occurrence of contact failure between the bumps 52 and the solder bumps 68 can be suppressed, and a decrease in reliability can be suppressed.
(2)非接触保持にて保持ツール29に保持された半導体チップ50は、保持ツール29の下面29bに沿って、つまり水平方向に自由な移動が可能である。このため、半導体チップ50のバンプは、溶融したはんだバンプ68の表面張力によりはんだバンプ68(表面処理層66)に対応する位置に引き込まれる、所謂セルフアライメントされる。このため、半導体チップ50に対する配線基板60の位置合わせにおいて、高精度な位置合せを行う必要がない。言い換えれば、図3に示すX−Yステージ13に精度が低い安価なステージを用いることができる。 (2) The semiconductor chip 50 held by the holding tool 29 in non-contact holding can freely move along the lower surface 29 b of the holding tool 29, that is, in the horizontal direction. For this reason, the bumps of the semiconductor chip 50 are so-called self-aligned in which the surface tension of the melted solder bumps 68 is drawn to a position corresponding to the solder bumps 68 (surface treatment layer 66). Therefore, in the alignment of the wiring substrate 60 with the semiconductor chip 50, it is not necessary to perform the alignment with high accuracy. In other words, an inexpensive stage with low accuracy can be used as the X-Y stage 13 shown in FIG.
(3)ヘッド部15はロードセル26を有している。制御装置31は、ロードセル26の出力信号に基づいて、半導体チップ50に加わる荷重を検出する。制御装置31は、検出した荷重に基づいて、半導体チップ50のバンプ52を配線基板60のはんだバンプ68に押圧する。これにより、半導体チップ50のバンプ52を、配線基板60のはんだバンプ68に対して確実に押圧することができる。 (3) The head unit 15 has a load cell 26. The controller 31 detects the load applied to the semiconductor chip 50 based on the output signal of the load cell 26. The controller 31 presses the bumps 52 of the semiconductor chip 50 against the solder bumps 68 of the wiring substrate 60 based on the detected load. Thus, the bumps 52 of the semiconductor chip 50 can be reliably pressed against the solder bumps 68 of the wiring substrate 60.
(4)制御装置31は、ロードセル26の出力信号に基づいて、はんだバンプ68の溶融を判定し、はんだバンプ68の溶融後に電子部品の保持を吸着保持から非接触保持へと切り替えるようにした。非接触保持では、保持ツール29から気体(ホットエアー)を吐出するため、余分な力が半導体チップ50に付与されたり、吐出する気体により半導体チップ50の位置ずれが生じたりする虞がある。これに対し、本実施形態では、はんだバンプ68の溶融後に吸着保持から非接触保持へと切り替えることで、半導体チップ50に対する余分な負荷等が加わることや位置ずれを抑制することができる。 (4) The controller 31 determines the melting of the solder bumps 68 based on the output signal of the load cell 26, and switches the holding of the electronic components from suction holding to noncontact holding after the solder bumps 68 are melted. In the non-contact holding, since the gas (hot air) is discharged from the holding tool 29, there is a possibility that an extra force is applied to the semiconductor chip 50, or positional deviation of the semiconductor chip 50 may occur due to the discharged gas. On the other hand, in the present embodiment, by switching from suction holding to non-contact holding after melting the solder bumps 68, it is possible to suppress the application of an extra load or the like to the semiconductor chip 50 and the positional deviation.
(5)制御装置31は、半導体チップ50の保持を非接触保持に切り替えた後、ロードセル26の出力信号に基づいて保持ツールの高さを制御する。これにより、半導体チップ50の高さを制御することで、はんだバンプ68の形状(フィレット等)を制御し、良好な接続状態が得られる。また、半導体チップ50が降下してはんだバンプ68が潰れた状態で硬化するのを防ぎ、短絡等の発生を抑制することができる。 (5) The control device 31 controls the height of the holding tool based on the output signal of the load cell 26 after switching the holding of the semiconductor chip 50 to the non-contact holding. Thereby, by controlling the height of the semiconductor chip 50, the shape (fillet etc.) of the solder bump 68 is controlled, and a good connection state can be obtained. In addition, it is possible to prevent the semiconductor chip 50 from falling and hardening in a state where the solder bumps 68 are crushed, and to suppress the occurrence of a short circuit or the like.
(6)ヘッド部15は、真空ポンプ33に接続されたツール吸着孔28bを有するツール吸着部28を含む。ツール吸着部28は、保持ツール29を真空吸着により吸着保持する。したがって、電子部品に応じてその電子部品を保持する保持ツール29を容易に交換することができる。 (6) The head unit 15 includes a tool suction unit 28 having a tool suction hole 28 b connected to the vacuum pump 33. The tool suction unit 28 sucks and holds the holding tool 29 by vacuum suction. Therefore, the holding tool 29 for holding the electronic component can be easily replaced according to the electronic component.
尚、上記各実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記実施形態では、ロードセル26の出力信号に基づいてはんだバンプ68の溶融を判定して半導体チップ50の保持状態を吸着保持から非接触保持に切り替えるようにした。これに対し、はんだバンプ68の溶融を判定して所定時間(たとえば1秒)経過した後に半導体チップ50の保持状態を切り替えるようにしてもよい。また、制御装置31にタイマ機能を含め、ヒータ37をオンしてからの経過時間を計測し、所定時間経過後に半導体チップ50の保持状態を切り替えるようにしてもよい。予め加熱の開始からはんだバンプ68が溶融するまでの時間を計測して所定時間として制御装置31に記憶する。このようにしても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
The above embodiments may be implemented in the following manner.
In the above embodiment, the melting state of the solder bump 68 is determined based on the output signal of the load cell 26, and the holding state of the semiconductor chip 50 is switched from adsorption holding to non-contact holding. On the other hand, the holding state of the semiconductor chip 50 may be switched after a predetermined time (for example, one second) elapses after determining the melting of the solder bumps 68. Alternatively, the control device 31 may include a timer function to measure the elapsed time since the heater 37 is turned on, and switch the holding state of the semiconductor chip 50 after a predetermined time has elapsed. The time from the start of heating to the melting of the solder bump 68 is measured in advance and stored in the control device 31 as a predetermined time. Even in this case, the same effect as the above embodiment can be obtained.
・上記実施形態では、給気ポンプ35から熱風を保持ツール29に供給したが、温度を調整可能としてもよい。たとえば、ヒータ37をオフした後に冷風を供給することで、はんだバンプ68を短時間で固化することができる。 In the above embodiment, the hot air is supplied to the holding tool 29 from the air supply pump 35, but the temperature may be adjustable. For example, by supplying cold air after the heater 37 is turned off, the solder bumps 68 can be solidified in a short time.
・上記実施形態に対し、X−Yステージ13とヘッド部15の移動を適宜変更してもよい。たとえば、ステージをX軸とY軸とに移動し、ヘッド部15においてZ軸の移動とθ軸の移動(回転)を行うようにしてもよい。また、図1(a)において、ヘッド部15をフレーム14に沿って水平方向(図1(a)の左右方向)に移動し、ステージをフレーム14と直交する方向(図1(a)の上下方向)とθ軸とに移動する。 The movement of the XY stage 13 and the head unit 15 may be changed as appropriate in the above embodiment. For example, the stage may be moved to the X axis and the Y axis, and the head unit 15 may move the Z axis and move (rotate) the θ axis. 1A, the head unit 15 is moved along the frame 14 in the horizontal direction (left and right direction in FIG. 1A), and the stage is vertically moved in the direction orthogonal to the frame 14 (FIG. 1A). Direction) and the θ axis.
・配線基板60と半導体チップ50との間に封止樹脂(アンダーフィル樹脂)が充填されるものがある。封止樹脂は、たとえば、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂である。封止樹脂は、バンプ52とはんだバンプ68との接続部分の接続強度を向上させる。また、封止樹脂は、配線基板60の配線パターンの腐食やエレクトロマイグレーションの発生を抑制し、信頼性の低下を防ぐ。このため、上面に封止樹脂が塗布された配線基板を用いて、その配線基板に半導体チップ50を実装するようにしてもよい。 A sealing resin (underfill resin) may be filled between the wiring substrate 60 and the semiconductor chip 50. The sealing resin is, for example, an insulating resin such as an epoxy resin. The sealing resin improves the connection strength of the connection portion between the bump 52 and the solder bump 68. Further, the sealing resin suppresses the occurrence of corrosion and electromigration of the wiring pattern of the wiring substrate 60, and prevents the reduction in reliability. Therefore, the semiconductor chip 50 may be mounted on the wiring substrate using the wiring substrate on which the sealing resin is applied on the upper surface.
・上記実施形態において、給気ポンプ35により保持ツール29に供給する気体を、たとえば不活性ガスとしてもよい。
・上記実施形態において、ヒータ37を含むヘッド部15としたが、ヒータ37は、配線基板60のバンプ68を加熱できればよく、ヘッド部15に含まれなくてもよい。たとえば、熱風を吐出するヒータを用いて、はんだバンプ68を直接加熱するようにしてもよい。なお、ヒータにより、配線基板60のはんだバンプ68と半導体チップ50のバンプ52を加熱するようにしてもよい。
In the above embodiment, the gas supplied to the holding tool 29 by the air supply pump 35 may be, for example, an inert gas.
In the above embodiment, the head unit 15 including the heater 37 is used. However, the heater 37 may not be included in the head unit 15 as long as it can heat the bumps 68 of the wiring substrate 60. For example, the solder bumps 68 may be directly heated using a heater that discharges hot air. The solder bumps 68 of the wiring substrate 60 and the bumps 52 of the semiconductor chip 50 may be heated by a heater.
10 電子部品搭載装置
13 ステージ
15 ヘッド部
28 ツール吸着部
29 保持ツール
31 制御装置
37 ヒータ
50 半導体チップ(電子部品)
52 バンプ(接続端子)
60 配線基板
68 はんだバンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 electronic component mounting apparatus 13 stage 15 head part 28 tool adsorption | suction part 29 holding tool 31 control apparatus 37 heater 50 semiconductor chip (electronic component)
52 Bump (connection terminal)
60 wiring board 68 solder bump
Claims (9)
ヒータと、
前記配線基板を保持するステージと、
前記電子部品を保持する保持ツールを含み、前記ステージの上方に配設され、前記保持ツールを上下方向に移動するヘッド部と、
前記ヒータと前記ヘッド部を制御する制御装置と、
を有し、
前記制御装置は、前記保持ツールの流路から気体を吸引して吸着保持した前記電子部品の接続端子を前記配線基板のはんだバンプに押圧し、前記ヒータにより前記はんだバンプを加熱し、前記はんだバンプの溶融後に前記電子部品の保持を、前記保持ツールの前記流路から前記保持ツールと前記電子部品との間に気体を吐出することで前記保持ツールの下面中央部と前記電子部品との間に真空域を生じさせて前記電子部品を非接触にて保持する非接触保持へと切り替え、前記電子部品を非接触保持した状態で、溶融した前記はんだバンプの表面張力により前記電子部品をセルフアライメントさせるようにしたこと、を特徴とする電子部品搭載装置。 An electronic component mounting apparatus for mounting an electronic component on a wiring board, comprising:
With the heater,
A stage for holding the wiring board;
A head unit including a holding tool for holding the electronic component, disposed above the stage, and moving the holding tool in the vertical direction;
A controller that controls the heater and the head unit;
Have
The control device presses a connection terminal of the electronic component, which sucks and sucks gas from the flow path of the holding tool, onto the solder bump of the wiring substrate, heats the solder bump by the heater, and the solder bump Between the holding tool electronic component and the electronic component by discharging the gas between the holding tool and the electronic component from the flow path of the holding tool after melting of Switch to non-contact holding to create a vacuum region and hold the electronic component in a non-contact manner, and self-align the electronic component by surface tension of the melted solder bump in a non-contact holding state of the electronic component Electronic component mounting apparatus characterized in that
前記制御装置は、前記荷重検出センサの出力信号に基づいて、前記電子部品の接続端子を前記配線基板のはんだバンプに押圧するようにしたこと、
を特徴とする請求項1または2に記載の電子部品搭載装置。 The head unit includes a load detection sensor that detects a load applied to the electronic component,
The control device is configured to press the connection terminal of the electronic component against the solder bump of the wiring substrate based on the output signal of the load detection sensor.
The electronic component mounting apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that
前記制御装置は、前記荷重検出センサの出力信号に基づいて、前記はんだバンプの溶融を判定し、前記はんだバンプの溶融後に前記電子部品の保持を前記吸着保持から前記非接触保持へと切り替えるようにしたこと、を特徴とする請求項1または2に記載の電子部品搭載装置。 The head unit includes a load detection sensor that detects a load applied to the electronic component,
The control device determines melting of the solder bump based on an output signal of the load detection sensor, and switches the holding of the electronic component from the suction holding to the non-contact holding after the melting of the solder bump. The electronic component mounting apparatus according to claim 1 or 2 , characterized in that:
前記ヒータにより前記保持ツールと前記電子部品を介して前記はんだバンプを加熱すること、
を特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の電子部品搭載装置。 The heater is included in the head unit,
Heating the solder bumps via the holding tool and the electronic component by the heater;
The electronic component mounting apparatus as described in any one of the Claims 1-7 characterized by these.
前記配線基板を保持するステージの上方に配置されたヘッド部の保持ツールに、前記保持ツールの流路から気体を吸引して前記電子部品を吸着保持し、
前記ステージに保持した前記配線基板のはんだバンプに前記電子部品の接続端子を押圧し、
ヒータにより前記はんだバンプを加熱し、
前記はんだバンプの溶融後に前記電子部品の保持を、前記保持ツールの前記流路から前記保持ツールと前記電子部品との間に気体を吐出して前記保持ツールに前記電子部品を非接触にて保持する非接触保持へと切り替え、前記電子部品を非接触保持した状態で、溶融した前記はんだバンプの表面張力により前記電子部品をセルフアライメントさせるようにしたこと、を特徴とする電子部品の搭載方法。 An electronic component mounting method for mounting an electronic component on a wiring board, comprising:
The holding tool of the head unit disposed above the stage holding the wiring substrate sucks gas from the flow path of the holding tool to hold the electronic component by suction.
Pressing the connection terminal of the electronic component against the solder bump of the wiring substrate held by the stage;
Heating the solder bumps by a heater;
After melting the solder bumps, the holding of the electronic component is carried out, the gas is discharged between the holding tool and the electronic component from the flow path of the holding tool, and the electronic component is held in a noncontacting manner by the holding tool. of contact with the switch to retain the state in which the electronic component and the non-contact holding, mounting method of electronic components, characterized in that, you so that by self-alignment of the electronic component by the surface tension of the solder bumps melted to .
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