专利名称：元器件安装方法及元器件安装装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用倒装芯片安装方法，将电子元器件作为安装对象安装在基板上的安装方法及装置，特别是涉及能够将薄型IC芯片或以窄间距形成多个电极的IC芯片等电子元器件，高精度地安装在基板上的元器件安装方法及元器件安装装置。
背景技术：
作为支撑笔记本电脑及手机等便携式信息设备的轻量化、薄型化、高性能化的显著进步的技术之一，可以举出有高密度安装技术。IC芯片随着高密度集成化的进展，成为外部连接端的电极的数量增加，并以微细的排列间距形成，为了安装该IC芯片，而且对于基板上形成的电极不产生短路及连接不良，高密度安装技术是不可缺少的，作为其代表性的方法，已知有倒装芯片安装方法，其中，焊锡接合方法多用于IC芯片接合。
已知有一种以往技术是，通过使用该焊锡接合方法的电子元器件的元器件安装方法及其装置，将电极排列间距形成为窄间距的IC芯片安装在基板上(参照专利文献1)。
上述以往技术有关的元器件安装装置如图8所示那样构成，即在利用升降驱动单元121进行升降动作的安装头103的前端设置吸嘴111，利用该吸嘴111吸附保持IC芯片101，使安装头103下降，将IC芯片装在基板上，利用设置在吸嘴111的背面的陶瓷加热器112将IC芯片101进行加热，熔融IC芯片上形成作为焊锡凸点的突起电极，与基板上形成的基板电极熔融接合后，从吹风口119吹出冷却风，使接合的突起电极固化，解除利用吸嘴111进行的吸附动作，使安装头103上升，通过这样将IC芯片安装在基板上。另外，113是不使来自陶瓷加热器112的热量向装置本体部分传递而进行隔离的冷却水套。
图9A～图9E是按照次序表示利用上述构成的元器件安装装置将IC芯片101安装在基板104上的顺序。如图9A所示，利用吸嘴111吸附保持在多个电极101a分别形成焊锡凸点101b的IC芯片101，使安装头103移动到基板104上，进行定位，使得IC芯片101位于基板104上的规定位置。接着，如图9B所示，使安装头103进行下降动作，使IC芯片101上形成的各焊锡凸点101b与基板104上形成的各焊盘(基板电极)104a上预先供给的预焊锡102接触。然后，如图9C所示，利用陶瓷加热器112通过吸嘴111将IC芯片101进行加热至形成焊锡凸点101b及预焊锡102的焊锡的熔点以上的温度，使焊锡凸点101b及预焊锡102熔融。然后，如图9D所示，停止利用陶瓷加热器112的加热，对熔融状态的焊锡从吹风口119吹出冷却风，进行强制冷却，使焊锡固化，通过这样将IC芯片101的电极101a与基板104的焊盘104a接合。在这之后，解除利用吸嘴111对IC芯片101的吸附动作，使安装头103上升，通过这样如图9E所示，将IC芯片101安装在基板104上。
在以前实施的采用焊锡凸点的接合方法中，通过在焊锡熔融中解除利用吸嘴111对IC芯片101的吸附动作，利用熔融的焊锡的表面张力产生的自调整作用，使芯片电极与基板电极的接合位置一致，采用这样的方法，存在解除吸附保持时因真空破坏吹风而引起接合位置偏移的问题那样的、在以要求位置精度的窄间距排列电极的情况下不能应对的问题，而上述安装方法解决了上述问题。芯片电极与基板电极之间的接合位置的一致是利用安装头103的定位来实施的，由于不是在焊锡熔融中、而是在使焊锡固化后解除吸附，因此不会因真空破坏吹风而使接合位置发生位置偏移，不会发生以窄间距排列形成的电极间的短路或连接不良，能够将以窄间距排列电极的IC芯片101稳定地进行安装。
专利文献1特开2003-008196号公报但是，IC芯片存在薄型化的趋势，在从晶片进行切割到加工成IC芯片为止的加工阶段中，IC芯片中容易残留有加工应变，容易发生有损IC芯片的平面性的状态。另外，若利用吸嘴吸附保持薄型化的IC芯片，则由于吸附保持的负压集中在IC芯片的中心部分，因此容易中心部分向上提起，产生翘曲。
即使想要利用上述以往技术有关的安装方法，将这样容易因加工应变而呈波纹状或因吸附保持而产生翘曲的薄型化的IC芯片安装在基板上，但存在的问题是，IC芯片上形成的多个突起电极分别与基板上形成的多个基板电极触的状态也因部位而异，不能将突起电极与基板电极之间进行高精度地接合。
另外，由于加热器进行的加热要向安装了吸嘴及加热器的安装头传热，使其产生热膨胀，导致突起电极对基板电极的接触压力产生变化，因此随着加热，要相应使安装头上升，进行补偿热膨胀的控制。但是存在的问题是，加热器进行的加热也通过吸嘴及IC芯片向保持基板的平台一侧传热，没有考虑到平台一侧产生热膨胀。而且，由于平台一侧的热膨胀比安装头一侧的热膨胀要迟发生，因此没有进行补偿它的控制。
同样地，若停止加热，进行冷却，则存在的问题是，虽然由于在安装头一侧产生收缩，因此为了对它进行补偿，进行了使安装头下降动作的控制，但没有考虑到安装平台一侧的收缩。
另外，若在冷却时进行补偿收缩的下降动作后，因从冷却迟发生的平台一侧的传热而在安装头一侧产生膨胀，则存在的问题是，对于处在固化中的熔融部分将作用剥离方向的力，在接合部分产生界面或裂纹形成的开口，产生电阳增加及导通不良等接合不良。
因此，本发明为了解决上述问题，其目的在于提供一种即使是因薄型化而容易有损平面性的IC芯片或以窄间距形成多个电极的IC芯片等电子元器件、也能够以高精度安装在基板上的元器件安装方法及元器件安装装置。
发明内容
为了达到上述目的的本发明的第1元器件安装方法，利用设置在进行升降动作控制的安装头上的吸嘴，吸附保持形成多个突起电极的电子元器件，在安装平台上保持形成多个基板电极的基板，利用安装头的下降动作，使突起电极与基板电极接触，利用加热，使突起电极熔融，将两电极间接合，将电子元器件安装在基板上，在这种元器件安装方法中，检测使前述安装头进行下降动作、突起电极与基板电极接触时的载荷，使吸嘴下降直到检测出规定的接触载荷值的下降位置之后，利用加热，使突起电极熔融，与基板电极接合，再停止加热，利用冷却使熔融部分固化后，对吸嘴解除吸附，使安装头进行上升动作。
根据上述第1元器件安装方法，由于使安装头进行下降动作，将电子元器件按压在基板上直到检测出规定的接触载荷值，因此即使电子元器件产生波纹状变形或因吸附而产生翘曲变形，有损平面性时，也由于利用吸嘴的平坦吸附面加压而矫正为能够得到规定的平面度的状态，所以能够防止因变形而产生的接合不良。作为电子元器件的一个例子的IC芯片，由于有薄型化的趋势，通过高集成化以窄间距排列多个电极，因此若处于有损平面性的状态，则成为全部电极不能与基板均匀接合的状态，但利用本元器件安装方法，即使是因薄型化而容易有损平面性的电子元器件，也能够得到良好的接合状态。
另外，本发明的第2元器件安装方法，利用设置在进行升降动作控制的安装头上的吸嘴，吸附保持形成多个突起电极的电子元器件，在安装平台上保持形成多个基板电极的基板，利用安装头的下降动作，使突起电极与基板电极接触，利用加热，使突起电极熔融，将两电极间接合，将电子元器件安装在基板上，在这种元器件安装方法中，使前述安装头进行下降动作，使突起电极与基板电极接触，以补偿随着加热而在安装头一侧及安装平台一侧产生的热膨胀量的上升量，使安装头进行上升动作，利用规定温度的加热，使突起电极熔融，与基板电极接合，再停止加热，利用冷却使熔融部分固化后，解除利用吸嘴对电子元器件的吸附，使安装头进行上升动作。
根据上述第2元器件安装方法，由于能够利用安装头的上升动作控制，来补偿因随着加热而在安装头一侧及安装平台一侧产生的热膨胀使得安装头的下降位置处于降低的状态，因此能够防止对熔融的突起电极加上过大的载荷而使熔融部分沿横向胀出、从而在相邻的电极间产生短路的情况。特别是对于以窄间距排列多个电极的IC芯片，容易因熔融部分的胀出而产生短路，但通过控制安装头的上升动作，能够防止因熔融部分的胀出而引起的短路。
另外，本发明的第3元器件安装方法，利用设置在进行升降动作控制的安装头上的吸嘴，吸附保持形成多个突起电极的电子元器件，在安装平台上保持形成多个基板电极的基板，利用安装头的下降动作，使突起电极与基板电极接触，利用加热，使突起电极熔融，将两电极间接合，将电子元器件安装在基板上，在这种元器件安装方法中，使前述安装头进行下降动作，使突起电极与基板电极接触，利用规定温度的加热，使突起电极熔融，与基板电极接合，再停止加热，以补偿随着冷却而在安装头一侧及安装平台一侧产生的收缩的下降量，使安装头进行下降动作，使熔融部分固化后，解除利用吸嘴对电子元器件的吸附，使安装头进行上升动作。
根据上述第3元器件安装方法，由于在突起电极熔融、并与基板电极熔融接合后，停止加热，进行冷却，通过这样进行控制，使得随着已热膨胀的安装头一侧及安装平台一侧收缩而相应安装头进行下降动作，因此随着收缩在接合面上沿剥离方向不发生作用力，能够防止因剥离作用而在接合面上产生界面及开口，能够防止接合电阻的增加及接合不良的状态。
另外，本发明的第4元器件安装方法，利用设置在进行升降动作控制的安装头上的吸嘴，吸附保持形成多个突起电极的电子元器件，在安装平台上保持形成多个基板电极的基板，利用安装头的下降动作，使突起电极与基板电极接触，利用加热，使突起电极熔融，将两电极间接合，将电子元器件安装在基板上，在这种元器件安装方法中，检测使前述安装头进行下降动作、突起电极与基板电极接触时的载荷，使吸嘴下降直到检测出规定的接触载荷值的下降位置，以补偿随着加热而在安装头一侧及安装平台一侧产生的热膨胀量的上升量，使安装头进行上升动作，利用规定温度的加热，使突起电极熔融，与基板电极接合，再停止加热，利用冷却使熔融部分固化后，解除利用吸嘴对电子元器件的吸附，使安装头进行上升动作。
根据上述第4元器件安装方法，由于进行控制使安装头进行下降动作，将电子元器件按压在基板上直到检测出规定的接触载荷值，因此即使电子元器件产生波纹状变形或因吸附而产生翘曲变形，有损平面性时，也由于利用吸嘴的平坦吸附面加压而矫正为能够得到规定的平面度的状态，所以能够防止因变形而产生的接合不良。再有，由于能够利用安装头的上升动作控制，来补偿因随着加热而在安装头一侧及安装平台一侧产生的热膨胀使得安装头的下降位置处于降低的状态，因此能够防止对熔融的突起电极加上过大的载荷而使熔融部分沿横向胀出、从而在相邻的电极间产生短路的情况。
另外，本发明的第5元器件安装方法，利用设置在进行升降动作控制的安装头上的吸嘴，吸附保持形成多个突起电极的电子元器件，在安装平台上保持形成多个基板电极的基板，利用安装头的下降动作，使突起电极与基板电极接触，利用加热，使突起电极熔融，将两电极间接合，将电子元器件安装在基板上，在这种元器件安装方法中，检测使前述安装头进行下降动作、突起电极与基板电极接触时的载荷，使吸嘴下降直到检测出规定的接触载荷值的下降位置，利用规定温度的加热，使突起电极熔融，与基板电极接合，再停止加热，以补偿随着冷却而在安装头一侧及安装平台一侧产生的收缩的下降量，使安装头进行下降动作，使熔融部分固化后，解除利用吸嘴对电子元器件的吸附，使安装头进行上升动作。
根据上述第5元器件安装方法，由于进行控制使安装头进行下降动作，将电子元器件按压在基板上直到检测出规定的接触载荷值，因此即使电子元器件产生波纹状变形或因吸附而产生翘曲变形，有损平面性时，也由于利用吸嘴的平坦吸附面加压而矫正为能够得到规定的平面度的状态，所以能够防止因变形而产生的接合不良。再有，由于在突起电极熔融、并与基板电极熔融接合后，停止加热，进行冷却，通过这样进行控制，使得随着已热膨胀的安装头一侧及安装平台一侧收缩而相应安装头进行下降动作，因此随着收缩在接合面上沿剥离方向不发生作用力，能够防止因剥离作用而在接合面上产生界面及开口，能够防止接合电阻的增加及接合不良的状态。
另外，本发明的第6元器件安装方法，利用设置在进行升降动作控制的安装头上的吸嘴，吸附保持形成多个突起电极的电子元器件，在安装平台上保持形成多个基板电极的基板，利用安装头的下降动作，使突起电极与基板电极接触，利用加热，使突起电极熔融，将两电极间接合，将电子元器件安装在基板上，在这种元器件安装方法中，检测使前述安装头进行下降动作、突起电极与基板电极接触时的载荷，使吸嘴下降直到检测出规定的接触载荷值的下降位置，以补偿随着加热而在安装头一侧及安装平台一侧产生的热膨胀量的上升量，使安装头进行上升动作，利用规定温度的加热，使突起电极熔融，与基板电极接合，再停止加热，以补偿随着冷却而在安装头一侧及安装平台一侧产生的收缩的下降量，使安装头进行下降动作，使熔融部分固化后，解除利用吸嘴对电子元器件的吸附，使安装头进行上升动作。
根据上述第6元器件安装方法，由于进行控制使安装头进行下降动作，将电子元器件按压在基板上直到检测出规定的接触载荷值，因此即使电子元器件产生波纹状变形或因吸附而产生翘曲变形，有损平面性时，也由于利用吸嘴的平坦吸附面加压而矫正为能够得到规定的平面度的状态，所以能够防止因变形而产生的接合不良。另外，由于能够利用安装头的上升动作控制，来补偿因随着加热而在安装头一侧及安装平台一侧产生的热膨胀使得安装头的下降位置处于降低的状态，因此能够防止对熔融的突起电极加上过大的载荷而使熔融部分沿横向胀出、从而在相邻的电极间产生短路的情况。再有，由于在突起电极熔融、并与基板电极熔融接合后，停止加热，进行冷却，通过这样进行控制，使得随着已热膨胀的安装头一侧及安装平台一侧收缩而相应安装头进行下降动作，因此随着收缩在接合面上沿剥离方向不发生作用力，能够防止因剥离作用而在接合面上产生界面及开口，能够防止接合电阻的增加及接合不良的状态。
在上述第1至第6元器件安装方法中，由于通过控制，使得在熔融部分固化时，维持规定时间的凝固点以下的温度后，解除利用吸嘴对电子元器件的吸附，从而在突起电极与基板电极之间的熔融部分完全固化、两电极间正常接合之后，解除吸嘴的吸附，使电子元器件分离，因此不会因分离时的振动而在接合部分产生异常。
另外，在熔融部分固化时、维持规定时间的凝固点以下的温度的过程中，检测对电子元器件施加的载荷方向，并根据载荷方向，相应进行使安装头上升动作或下降动作的控制，通过这样能够防止因来自保持基板的安装平台的热传导而在吸嘴一侧再次产生热膨胀，导致电子元器件与基板的相对间隔缩短，在固化过程中熔融部分胀出而产生短路，或者能够防止因电子元器件的变形恢复力而使电子元器件与基板的相对间隔增加，对固化过程中的熔融部分产生剥离作用。
另外，在熔融部分固化时、维持规定时间的凝固点以下的温度后，在检测出规定的固化判定载荷时，进行控制，使得解除利用吸嘴对电子元器件的吸附，通过这样在因来自保持基板的安装平台的热传导而在吸嘴一侧再次产生热膨胀、导致电子元器件与基板的相对间隔缩短时，由于若熔融部分固化，则检测出固化判定载荷，因此在检测出固化判定载荷时，作为固化结束，能够解除利用吸嘴对电子元器件的吸附，能够力图缩短安装时间。
另外，本发明的元器件安装装置，利用设置在安装头上的吸嘴，吸附保持形成多个突起电极的电子元器件，在安装平台上保持形成多个基板电极的基板，对安装头进行升降控制，利用安装头的下降动作，使突起电极与基板电极接触，利用加热，使突起电极熔融，将两电极间接合，将电子元器件安装在基板上，在这种元器件安装装置中，设置检测使前述安装头进行下降动作、突起电极与基板电极接触时的接触载荷的载荷检测单元，并设置控制安装头的升降动作的控制部，使得利用该载荷检测单元检测的接触载荷成为规定值。
根据上述元器件安装装置，由于控制部进行控制，使安装头进行下降动作，将电子元器件按压在基板上直到检测出规定的接触载荷值，因此即使电子元器件产生波纹状变形或因吸附而产生翘曲变形，有损平面性时，也由于利用吸嘴的平坦吸附面加压而矫正为能够得到规定的平面度的状态，所以能够防止因变形而产生的接合不良。作为电子元器件的一个例子的IC芯片，由于有薄型化的趋势，通过高集成化以窄间距排列多个电极，因此若处于有损平面性的状态，则成为全部电极不能与基板均匀接合的状态，但利用上述控制动作，即使是因薄型化而容易有损平面性的电子元器件，也能够得到良好的接合状态。
另外，本发明的其它元器件安装装置，利用设置在安装头上的吸嘴，吸附保持形成多个突起电极的电子元器件，在安装平台上保持形成多个基板电极的基板，对安装头进行升降控制，利用安装头的下降动作，使突起电极与基板电极接触，利用加热，使突起电极熔融，将两电极间接合，将电子元器件安装在基板上，在这种元器件安装装置中，设置控制部，所述控制部根据随着加热而在前述安装头一侧及安装平台一侧产生的热膨胀量，对处于下降位置的安装头向上升方向相应进行移动控制，在停止加热后，以补偿随着冷却而在安装头一侧及安装平台一侧产生的收缩的下降量，对安装头向下降方向进行移动控制。
根据上述元器件安装装置，由于进行控制动作，该控制动作利用安装头的上升动作控制，来补偿因随着加热而在安装头一侧及安装平台一侧产生的热膨胀使得安装头的下降停止位置处于降低的状态，因此能够防止对熔融的突起电极加上过大的载荷而使熔融部分沿横向胀出、从而在相邻的电极间产生短路的情况。特别是对于以窄间距排列多个电极的IC芯片，容易因熔融部分胀出而产生短路，但通过控制安装头的上升动作，能够防止因熔融部分的胀出而引起的短路。再有，由于在突起电极熔融、并与基板电极熔融接合后，停止加热，进行冷却，从而进行控制，使得随着已热膨胀的安装头一侧及安装平台一侧收缩而相应安装头进行下降动作，因此随着收缩在接合面上沿剥离方向不发生作用力，能够防止因剥离作用而在接合面上产生界面及开口，能够防止接合电阻的增加及接合不良的状态。
另外，本发明的再有的其它元器件安装装置，利用设置在安装头上的吸嘴，吸附保持形成多个突起电极的电子元器件，在安装平台上保持形成多个基板电极的基板，对安装头进行升降控制，利用安装头的下降动作，使突起电极与基板电极接触，利用加热，使突起电极熔融，将两电极间接合，将电子元器件安装在基板上，在这种元器件安装装置中，设置检测使前述安装头进行下降动作、突起电极与基板电极接触时的接触载荷的载荷检测单元，设置控制部，所述控制部控制安装头的升降动作，使得利用该载荷检测单元检测的接触载荷成为规定值，并根据随着加热而在前述安装头一侧及安装平台一侧产生的热膨胀量，对处于下降位置的安装头向上升方向相应进行移动控制，在停止加热后，以补偿随着冷却而在安装头一侧及安装平台一侧产生的收缩的下降量，对安装头向下降方向进行移动控制。
根据上述元器件安装装置，由于控制部进行控制，使安装头进行下降动作，将电子元器件按压在基板上直到检测出规定的接触载荷值，因此即使电子元器件产生波纹状变形或因吸附而产生翘曲变形，有损平面性时，也由于利用吸嘴的平坦吸附面加压而矫正为能够得到规定的平面度的状态，所以能够防止因变形而产生的接合不良。另外，由于能够利用安装头的上升动作控制，来补偿因随着加热而在安装头一侧及安装平台一侧产生的热膨胀使得安装头的下降位置处于降低的状态，因此能够防止对熔融的突起电极加上过大的载荷而使熔融部分沿横向胀出、从而在相邻的电极间产生短路的情况。再有，由于在突起电极熔融、并与基板电极熔融接合后，停止加热，进行冷却，从而进行控制，使得随着已热膨胀的安装头一侧及安装平台一侧收缩而相应安装头进行下降动作，因此随着收缩在接合面上沿剥离方向不发生作用力，能够防止因剥离作用而在接合面上产生界面及开口，能够防止接合电阻的增加及接合不良的状态。
在上述各构成中，最好在吸嘴与安装头本体之间设置的加热单元、以及在前述安装头本体之间设置热膨胀系数为1×10-6以下的隔热构件，能够抑制加热单元的热量向安装头本体侧传热，减少热膨胀产生的影响。
另外，由于在吸嘴的吸附保持电子元器件的吸附面上，在与电子元器件的面积相对应的区域，以规定密度排列设置形成与吸气口连通的吸气槽，通过这样不仅利用吸气口，而且利用从吸气槽的吸气，来吸附电子元器件，因此吸附部位不是集中在一个地方，而是用整个表面均匀吸附。对于薄型化的电子元器件，若吸附部位集中在一个地方，则容易因吸引力而产生变形，但通过用整个表面均匀吸附，即在是容易变形的电子元器件，也能够吸附保持而不发生变形。
图1所示为实施形态有关的安装装置的主要构成剖视图。
图2A～图2E所示为IC芯片按照次序利用上述该装置对基板的安装工序的示意图。
图3所示为利用上述该装置的安装动作的控制顺序流程图。
图4所示为上述该控制顺序各部分的动作时序的时序图。
图5所示为控制顺序的变形例的流程图。
图6所示为控制顺序的另对的变形例的流程图。
图7所示为实施形态有关的吸嘴的构成例子平面图。
图8所示为以往技术有关的元器伴安装装置的主要构成剖视图。
图9A～图9E所示为按照次序说明以往技术有关的安装顺序的示意图。
具体实施例方式
本实施形态所示为关于通过将电子元器件一个例子的IC芯片的电极形成作为突起电极的焊锡凸点、与基板的电极形成作为基板电极的焊盘进行熔融接合，从而将IC芯片安装在基板上的元器件安装方法及元器件安装装置。特别是，即使是因薄型化而容易有损平面性的IC芯片或以窄间距排列设置形成多个电极的IC芯片，也能够以高精度进行安装的安装控制方法及其装置。另外，是将安装IC芯片的对象设定为基板，但它不仅是电路基板，在IC芯片上安装IC芯片的芯片上芯片的情况下，将成为安装对象的IC芯片设定为基板。
图1所示为实施形态有关的安装装置的主要构成，示出利用吸嘴11吸附保持IC芯片1、并安装在基板4上的安装头3的构成部分，该基板4保持在安装平台25上的。该安装头3这样构成，它利用未图示的XY机器人、能够自由地从元器件供给位置移动到元器件安装位置，并利用升降驱动部21、能够进行升降动作。
在安装头3的前端部、安装有安装工具3a，安装工具3a的构成为具有形成与吸附保持的IC芯片1相对应的形状尺寸的吸嘴11、加热被该吸嘴11吸附保持的IC芯片1的陶瓷加热器12、为了不使该陶瓷加热器12的热量向安装头本体3b传热而进行隔热的隔热部分13、向加热的IC芯片1吹冷却风的吹风口19、以及支持这些构成物的支持轴17。
前述安装头本体3b具有支持安装工具3a呈下垂状态的支架16、以及检测利用吸嘴11吸附保持的IC芯片1对基板4的接触载荷的测力传感器14，在连接设置在前述支架16上的上部支架16a与对支持轴17的上下运动进行导向的下部支架16b的中间支架16c上，在其上下设置螺母部分21b，并在其中插入与其螺纹啮合的滚珠丝杆轴21a，构成升降驱动部分21，前述滚珠丝杆轴21a利用升降驱动电动机21c进行驱动而旋转，从而能够使安装头3进行升降移动。通过采用滚珠丝杆的升降驱动结构，容易控制安装头3，使其以微量进行升降移动。由于安装工具3a的中心轴与利用升降驱动部分21的升降动作轴平行，因此安装工具3a能够利用升降驱动部分21自由进行升降移动控制。
前述测力传感器14是一种利用电阻丝应变仪的载荷测定器，它是这样构成、即利用安装头3的下降动作，在其前端部安装的吸嘴11吸附保持的IC芯片1的焊锡凸点1a与基板4的基板电极4a接触时，由于构成安装工具3a的支持轴17的上端压紧测力传感器14的载荷测定面，因此作为构成测力传感器14的弹性体的应变对载荷进行检测，将它作为电阻丝应变仪的应变量进行电气变换，从而输出作为电信号的载荷。
上述构成的安装头3由于能够利用未图示的XY机器人沿水平方向自由移动，因此能够移动至元器件供给位置，利用吸嘴11吸附保持通过升降动作供给元器件供给位置的IC芯片1，通过水平移动，移动到元器件安装位置，在元器件安装位置设置安装平台25，将IC芯片1安装在安装平台25上供给的基板4上，这样进行安装动作。在前述安装平台25上，设置吸附保持基板4的基板保持吸嘴25a、以及对基板4进行预加热的加热器25b。
下面，参照图2A～图4说明利用上述构成的安装头3将IC芯片1安装在基板4上安装控制方法。以下所示的控制动作是利用设置在元器件安装装置的控制部6进行的。
图3所示为利用控制部6的控制顺序的流程图，根据该控制顺序对于控制动作进行说明。另外，图中所示的标号S1、S2…是表示控制顺序的步骤标号，与正文中附加的标号一致。
利用未图示的XY机器人移动至元器件供给位置、利用吸嘴11吸附保持了IC芯片1的安装头3利用XY机器人移动至元器件安装位置，进行定位，使得IC芯片1位于对安装平台25上保持的基板4进行安装的安装位置的上方，利用升降驱动部分21的升降驱动动作，开始下降动作(S1)。如前所述，在IC芯片1是薄型化的元器件时，若被吸嘴11吸附，则如图2A所示，与吸气口11a对面的中心部分利用真空负压被吸引，成为容易发生周边部分向下的翘曲的状态。另外，薄型化的IC芯片1在其加工过程中容易产生应变，容易成为波纹状的状态。因此，若使安装头3下降，则被吸嘴11吸附保持的IC芯片1的安装面上形成的多个焊锡凸点(突起电极)1a中，因IC芯片1的变形而位于最下方的焊锡凸点1a与基板4上形成的基板电极4a接触。利用测力传感器14检测焊锡凸点1a的一部分与基板电极4a接触时的接触载荷(S2)，由于检测输出向控制部6输入，因此控制部6在检测出规定的接触载荷值之前，使安装头3进行下降动作，将IC芯片1按压在基板4上(S3)，在从测力传感器14输入规定的接触载荷值时(S4)，使安装头3的下降动作停止，保持按压IC芯片1的位置(S5)。利用按压该IC芯片1的动作，如图2B所示，即使IC芯片1产生变形时，也矫正为沿吸嘴11的吸附面11b的平面度。
为了维持将IC芯片1按压基板4的状态，处于保持安装头3的升降高度位置的状态，利用陶瓷加热器12使加热温度上升(S6)。另外，在吸嘴11上吸附保持了IC芯片11的规定时间后对陶瓷加热器12通电，进行预加热，使得达到IC芯片1上形成的焊锡凸点1a不熔融的规定温度，对于保持在安装平台25上的基板4，也利用基板加热器25b进行预加热，进行预加热，使得基板电极4a的表面上预先供给的焊锡不熔融的规定温度。
图4所示为利用安装头3进行的吸嘴11的高度位置控制、凡利用陶瓷加热器12进行的吸嘴11的加热控制等在(1)～(12)所示的各控制时刻的变化图。若利用陶瓷加热器12使吸嘴11开始温度上升，吸嘴11的温度上升，则由于其热影响，吸嘴11等产生热膨胀，由于热膨胀将导致利用安装头3的吸嘴11的高度位置产生变化，因此使安装头3上升，以补偿预先热膨胀量(S7)。如图4所示，即使利用陶瓷加热器12的加热停止，开始冷却吹风，由于温度也不急剧下降，因此从加热停止到规定时间为止，继续该安装头3的上升。热膨胀不仅在安装工具3a一侧，由于通过IC芯片1及基板4向安装平台25传热而加热，安装平台25也产生热膨胀，由于它比安装工具3a一侧的膨胀要迟发生，为能够预先测定的变化，因此如图4所示，安装头3的上升在比利用陶瓷加热器12开始加热要迟的时刻，被计算安装平台25的热膨胀量的上升量控制。
在利用陶瓷加热器12的加热温度达到焊锡凸点1a的熔融温度时(S8)，焊锡凸点1a及基板电极4a上的焊锡熔融，如图2C所示，由于焊锡凸点1a与基板电极4a熔合成一体，因此加热停止(S9)，同时开始冷却吹风(S10)。冷却吹风是通过从设置在安装工具3a上的吹风口19向IC芯片1吹冷风来进行的。冷却也可以不利用来自吹风口19的冷却风，而是自然冷却。
利用该冷却，在已热膨胀的安装头3一侧及安装平台25一侧将产生收缩，由于IC芯片1与基板4之间距离规定间隔，因此为了补偿它，如图4所示，在加热停止及冷却吹风开始后的规定时间后的时刻，将上升移动的安装头3切换为下降移动(S11)，如图2D所示，进行下降的控制动作直到IC芯片1与基板4以规定间隔相对的高度位置。
在进行了安装头3的下降动作后，保持焊锡凸点1a与基板电极4a的焊锡熔融的接合体10固化的凝固点以下的温度达到规定时间(S12)，使其经过规定的等待时间(S13)，通过这样不会在焊锡固化的过程中作用剥离方向的力而在接合部分产生界面、或者产生开口状态，接合体10能够形成合适的形状，能够防止产生电阻增加及导通不良等情况。
在经过了确实进行接合的规定时间之后，解除利用吸嘴11对IC芯片1的吸附(S14)，使安装头3上升(S15)，通过这样如图2E所示，IC芯片1安装在基板4上。
利用上述安装控制方法，通过适当控制在熔融的焊锡固化时的吸嘴11的上下方向位置，虽能够防止因焊锡固化时的收缩而引起的剥离作用而在接合面上产生界面及开口状态，但对于更确实抑制剥离作用发生的控制方法，以下参照图5所示的流程图进行说明。另外，图5是改变图3所示的流程图的步骤S12以后的控制顺序的流程图，步骤S12以前的控制顺序与前述的控制方法相同，其说明及图示省略。
在图5中，在为了使熔融的焊锡固化而以凝固点以下的温度进行保温、并在等待经过该保温的规定时间的过程中(S13)，利用测力传感器14的载荷检测值进行载荷方向的判定(S16)，在载荷方向为剥离接合面的方向，即与已热膨胀的安装头3一侧及安装平台25一侧随着冷却而收缩相对应使安装头3下降，在使安装头3下降的该位置停止的状态下检测出载荷减少的载荷值时，由于可以判断为安装头3的下降停止位置与收缩量不相配，处于对接合面产生剥离作用、而容易发生界面及开口的状态，因此使安装头3下降(S18)。反之，在载荷方向为压缩接合面的方向，即与熔融的焊锡固化时的收缩相对应使安装头3下降，在使安装头3下降的该位置停止的状态下检测出载荷增加的载荷值时，由于安装头3的下降停止位置超过收缩量，有可能压缩焊锡，通过横向胀出的焊锡使相邻的焊锡凸点1a之间短路，因此进行控制，使安装头3上升(S19)。
在步骤S13中经过规定时间结束时，与前述的控制方法的顺序相同，解除利用吸嘴11对IC芯片1的吸附(S14)，使安装头3上升(S15)，通过这样IC芯片1安装在基板4上。
通过进行上述控制动作，由于随着安装工具3a及安装平台25的热膨胀而使IC芯片1与基板4之间的距离变化，从而IC芯片1与基板4之间的隔热距离适当，因此能够防止由于对焊锡作用剥离方向的力而在接合面发生界面及开口的情况，能够防止由于对焊锡作用压缩方向的力而沿横向胀出的焊锡在相邻之间发生短路的情况。
在上述控制方法中，由于在熔融的焊锡固化之前，设置了规定时间的等待时间，因此有时在利用环境温度而焊锡固化之后，仍然耗费等待时间，安装时间白白延长，所以可以进行焊锡的固化判定，以力图缩短安装时间。关于进行该焊锡的固化判定的控制方法，下面参照图6进行说明。另外，图6是改变图3所示的流程图的步骤S12以后的控制顺序的流程图，步骤S12以前的控制顺序与前述的控制方法相同，其说明及图示省略。
在图6中，在步骤S12的为了使熔融的焊锡固化而以凝固点以下的温度进行保温的工序之后，根据测力传感器14的载荷检测值来判定焊锡的固化(S20)。在焊锡固化进行的状态下，由于安装工具3a一侧的温度逐渐降低，但安装平台25一侧的温度降低要迟，因此安装平台25的热量向安装工具3a一侧传热，在安装工具3a再次产生热膨胀时，若焊锡固化，则利用测力传感器14检测出的载荷增加。由于根据该检测值能够判定焊锡的固化状态，因此在检测出固化判定载荷时，判断为接合结束，解除利用吸嘴11对IC芯片1的吸附(S14)，使安装头3上升(S15)，通过这样IC芯片1安装在基板4上。
在以上说明的安装装置的构成及安装方法中，希望安装工具3a的热膨胀要少，对于为了防止陶瓷加热器2的热量向不需要的部分传热而在陶瓷加热器12与支持轴17之间设置的隔热部分13，最好使用热膨胀系数小的材料。以往使用的隔热部分13的构成构件的热膨胀系数为8×10-6左右，本实施形态有关的隔热部分13的构成构件，采用热膨胀系数为1×10-6的材料，通过这样力图减少整个安装工具3a的热膨胀量。
另外，最好使得因吸嘴11的吸附保持而导致IC芯片1产生的变形更小，可以采用在吸嘴11的吸附面11b上如图7所示那样除了吸气口11a以外再形成与吸气口11a连通的吸气槽11c的吸嘴11。若IC芯片1的厚度越薄，真空负压越部分起作用，则有损平面性，IC芯片1的尺寸越大，则变形程度越大，但通过图7所示那样在吸附面11b上形成吸气槽11c，则由于对IC芯片1的整个面平均作用了吸附力，因此能够改善因真空吸附而导致的IC芯片1的变形。前述吸气槽11c的形成不仅是图示那样的格子状，可以自由形成对IC芯片1的整个面平均作用吸附力的图形、或对于周边部分等特定部位重点作用吸附力的图形等。
在以上说明的安装控制方法中，矫正IC芯片1的变形的控制动作、补偿因伴随加热而热膨胀所发生的安装间隔变化的控制动作、以及补偿因伴随熔融的焊锡固化而收缩所发生的安装间隔的控制动作，虽然最好如图3的流程图所示全部包括在内采用，但也可以根据所要求的接合精度及IC芯片1的种类，选择实施某一项。
工业上的实用性根据以上说明的本发明，在将有薄型化趋势的IC芯片等容易有损平面性的电子元器件安装在基板上时，能够矫正变形，以高精度安装在基板上。另外，由于适当地进行与伴随熔融焊锡用的加热而热膨胀相对应的控制，因此能够进行接合，而不会发生多个突起电极与基板电极接合不良的情况。另外，由于适当进行与伴随已热膨胀的部位冷却而收缩相对应的控制，因此对于熔融接合的焊锡不会发生界面及开口，即使是多个电极以窄间距排列的情况下，也不会因胀出的焊锡而在相邻的电极间产生短路，所以能够提供将更进一步薄型化及高集成化的IC芯片正确地安装在基板上的安装方法及安装装置。
权利要求
1.一种元器件安装方法，利用设置在进行升降动作控制的安装头(3)上的吸嘴(11)，吸附保持形成多个突起电极(1a)的电子元器件(1)，在安装平台(25)上保持形成多个基板电极(4a)的基板(4)，利用安装头的下降动作，使突起电极与基板电极接触，利用加热，使突起电极熔融，将两电极间接合，将电子元器件安装在基板上，其特征在于，检测使所述安装头进行下降动作、突起电极与基板电极接触时的载荷，使吸嘴下降直到检测出规定的接触载荷值的下降位置之后，利用加热，使突起电极熔融，与基板电极接合，再停止加热，利用冷却使熔融部分固化后，对吸嘴解除吸附，使安装头进行上升动作。
2.一种元器件安装方法，利用设置在进行升降动作控制的安装头(3)上的吸嘴(11)，吸附保持形成多个突起电极(1a)的电子元器件(1)，在安装平台(25)上保持形成多个基板电极(4a)的基板(4)，利用安装头的下降动作，使突起电极与基板电极接触，利用加热，使突起电极熔融，将两电极间接合，将电子元器件安装在基板上，其特征在于，使所述安装头进行下降动作，使突起电极与基板电极接触，以补偿随着加热而在安装头一侧及安装平台一侧产生的热膨胀量的上升量，使安装头进行上升动作，利用规定温度的加热，使突起电极熔融，与基板电极接合，再停止加热，利用冷却使熔融部分固化后，解除利用吸嘴对电子元器件的吸附，使安装头进行上升动作。
3.一种元器件安装方法，利用设置在进行升降动作控制的安装头(3)上的吸嘴(11)，吸附保持形成多个突起电极(1a)的电子元器件(1)，在安装平台(25)上保持形成多个基板电极(4a)的基板(4)，利用安装头的下降动作，使突起电极与基板电极接触，利用加热，使突起电极熔融，将两电极间接合，将电子元器件安装在基板上，其特征在于，使所述安装头进行下降动作，使突起电极与基板电极接触，利用规定温度的加热，使突起电极熔融，与基板电极接合，再停止加热，以补偿随着冷却而在安装头一侧及安装平台一侧产生的收缩的下降量，使安装头进行下降动作，使熔融部分固化后，解除利用吸嘴对电子元器件的吸附，使安装头进行上升动作。
4.一种元器件安装方法，利用设置在进行升降动作控制的安装头(3)上的吸嘴(11)，吸附保持形成多个突起电极(1a)的电子元器件(1)，在安装平台(25)上保持形成多个基板电极(4a)的基板(4)，利用安装头的下降动作，使突起电极与基板电极接触，利用加热，使突起电极熔融，将两电极间接合，将电子元器件安装在基板上，其特征在于，检测使所述安装头进行下降动作、突起电极与基板电极接触时的载荷，使吸嘴下降直到检测出规定的接触载荷值的下降位置，以补偿随着加热而在安装头一侧及安装平台一侧产生的热膨胀量的上升量，使安装头进行上升动作，利用规定温度的加热，使突起电极熔融，与基板电极接合，再停止加热，利用冷却使熔融部分固化后，解除利用吸嘴对电子元器件的吸附，使安装头进行上升动作。
5.一种元器件安装方法，利用设置在进行升降动作控制的安装头(3)上的吸嘴(11)，吸附保持形成多个突起电极(1a)的电子元器件(1)，在安装平台(25)上保持形成多个基板电极(4a)的基板(4)，利用安装头的下降动作，使突起电极与基板电极接触，利用加热，使突起电极熔融，将两电极间接合，将电子元器件安装在基板上，其特征在于，检测使所述安装头进行下降动作、突起电极与基板电极接触时的载荷，使吸嘴下降直到检测出规定的接触载荷值的下降位置，利用规定温度的加热，使突起电极熔融，与基板电极接合，再停止加热，以补偿随着冷却而在安装头一侧及安装平台一侧产生的收缩的下降量，使安装头进行下降动作，使熔融部分固化后，解除利用吸嘴对电子元器件的吸附，使安装头进行上升动作。
6.一种元器件安装方法，利用设置在进行升降动作控制的安装头(3)上的吸嘴(11)，吸附保持形成多个突起电极(1a)的电子元器件(1)，在安装平台(25)上保持形成多个基板电极(4a)的基板(4)，利用安装头的下降动作，使突起电极与基板电极接触，利用加热，使突起电极熔融，将两电极间接合，将电子元器件安装在基板上，其特征在于，检测使所述安装头进行下降动作、突起电极与基板电极接触时的载荷，使吸嘴下降直到检测出规定的接触载荷值的下降位置，以补偿随着加热而在安装头一侧及安装平台一侧产生的热膨胀量的上升量，使安装头进行上升动作，利用规定温度的加热，使突起电极熔融，与基板电极接合，再停止加热，以补偿随着冷却而在安装头一侧及安装平台一侧产生的收缩的下降量，使安装头进行下降动作，使熔融部分固化后，解除利用吸嘴对电子元器件的吸附，使安装头进行上升动作。
7.如权利要求1至6的任一项所述的元器件安装方法，其特征在于，在熔融部分固化时，维持规定时间的凝固点以下的温度后，解除利用吸嘴(11)对电子元器件(1)的吸附。
8.如权利要求1至6的任一项所述的元器件安装方法，其特征在于，在熔融部分固化时、维持规定时间的凝固点以下的温度的过程中，检测对电子元器件(1)施加的载荷方向，并根据载荷方向，相应使安装头(3)进行上升动作或下降动作。
9.如权利要求1至6的任一项所述的元器件安装方法，其特征在于，在熔融部分固化时，维持规定时间的凝固点以下的温度后，在检测出规定的固化判定载荷时，解除利用吸嘴(11)对电子元器件(1)的吸附。
10.一种元器件安装装置，利用设置在安装头(3)上的吸嘴(11)，吸附保持形成多个突起电极(1a)的电子元器件(1)，在安装平台(25)上保持形成多个基板电极(4a)的基板(4)，对安装头进行升降控制，利用安装头的下降动作，使突起电极与基板电极接触，利用加热，使突起电极熔融，将两电极间接合，将电子元器件安装在基板上，其特征在于，设置检测使所述安装头进行下降动作、突起电极与基板电极接触时的接触载荷的载荷检测单元(14)，并设置控制安装头的升降动作的控制部(6)，使得利用该载荷检测单元检测的接触载荷成为规定值。
11.一种元器件安装装置，利用设置在安装头(3)上的吸嘴(11)，吸附保持形成多个突起电极(1a)的电子元器件(1)，在安装平台(25)上保持形成多个基板电极(4a)的基板(4)，对安装头进行升降控制，利用安装头的下降动作，使突起电极与基板电极接触，利用加热，使突起电极熔融，将两电极间接合，将电子元器件安装在基板上，其特征在于，设置控制部(6)，所述控制部根据随着加热而在所述安装头一侧及安装平台一侧产生的热膨胀量，对处于下降位置的安装头向上升方向相应进行移动控制，在停止加热后，以补偿随着冷却而在安装头一侧及安装平台一侧产生的收缩的下降量，对安装头向下降方向进行移动控制。
12.一种元器件安装装置，利用设置在安装头(3)上的吸嘴(11)，吸附保持形成多个突起电极(1a)的电子元器件(1)，在安装平台(25)上保持形成多个基板电极(4a)的基板(4)，对安装头进行升降控制，利用安装头的下降动作，使突起电极与基板电极接触，利用加热，使突起电极熔融，将两电极间接合，将电子元器件安装在基板上，其特征在于，是设置检测使所述安装头进行下降动作、突起电极与基板电极接触时的接触载荷的载荷检测单元(14)，并设置控制部(6)，所述控制部控制安装头的升降动作，使得利用该载荷检测单元检测的接触载荷成为规定值，并根据随着加热而在所述安装头一侧及安装平台一侧产生的热膨胀量，对处于下降位置的安装头向上升方向相应进行移动控制，在停止加热后，以补偿随着冷却而在安装头一侧及安装平台一侧产生的收缩的下降量，对安装头向下降方向进行移动控制。
13.如权利要求12所述的元器件安装装置，其特征在于，在吸嘴(11)与安装头本体(3)之间设置的加热单元(12)、以及在所述安装头本体之间设置热膨胀系数为1×10-6以下的隔热构件(13)。
14.如权利要求11或12所述的元器件安装装置，其特征在于，在吸嘴(11)的吸附保持电子元器件(1)的吸附面(11b)上，在与电子元器件的面积相对应的区域，以规定密度排列设置形成与吸气口(11a)连通的吸气槽(11c)。
全文摘要
以往，将产生加工应变及被吸嘴吸附时产生变形、可能有损平面性的薄型化的IC芯片，利用吸附面(11b)形成平坦面的吸嘴(11)以规定载荷、与基板(4)按压，通过这样来矫正变形，伴随使电极上形成的焊锡凸点(1a)熔融进行的加热会产生热膨胀，利用吸嘴(11)的上升控制，来补偿因该热膨胀而使IC芯片与基板(4)的规定相对间隔的减少，利用吸嘴(11)的下降控制，来补偿伴随因冷却而使已热膨胀的部位的收缩会产生熔融部分的剥离作用，通过这样，实现即使是容易产生变形的薄型化的IC芯片或以窄间距形成多个电极的IC芯片等电子元器件、也能够正确地安装在基板上的电子元器件的安装方法及安装装置。
文档编号H05K3/34GK1965401SQ20058001827
公开日2007年5月16日 申请日期2005年6月3日 优先权日2004年6月8日
发明者上野康晴, 森川诚, 平田修一, 小林大范, 仕田智 申请人:松下电器产业株式会社