JP6000626B2 - 電子装置の製造方法及び電子部品搭載装置 - Google Patents

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Description

本発明は電子装置の製造方法及び電子部品搭載装置に関する。
近年の電子機器の発達に伴い、電子機器に使用される半導体装置は、小型化及び高性能化などが要求されている。これに対応するため、配線基板などが積層された構造を有する半導体装置が実用化されている。
そのような半導体装置の一例では、半導体チップが実装された下側配線基板の上に、はんだ電極を備えた上側配線基板が配置され、リフロー加熱によって下側配線基板及び上側配線基板がはんだ電極を介して電気的に接続される。
特開２００７−２８８２２８号公報
後述する予備的事項の欄で説明するように、電子装置の製造方法には、一枚の下側基板の平面上に複数の上側基板を順次リフロー加熱してはんだ接合する方法がある。この方法では、２番目の上側基板を下側基板上に接続する際に、実装済の１番目の上側基板のはんだ電極が再リフローしないように、ステージの温度をリフロー温度よりかなり下げて設定する必要がある。
この温度差によって、下側基板と上側基板との間で熱膨張の差によって強い熱応力が発生し、基板に反りが発生しやすく、電気接続の十分な信頼性が得られない問題がある。
一枚の下側電子部品の平面上に複数の上側電子部品を順次接合する方法を含む電子装置の製造方法及び電子部品搭載装置において、電子部品を信頼性よく搭載することを目的とする。
以下の開示の一観点によれば、処理室に配置されたステージと、前記ステージは、前記ステージに画定された複数のステージ部と、前記複数のステージ部の表面にそれぞれ形成された溝部と、前記複数のステージ部の各々の前記溝部に連通する空気供給経路であって、圧縮空気を供給して所要の前記ステージ部上を個別に冷却するための前記空気供給経路と、前記複数のステージ部に個々のヒータとしてそれぞれ設けられた第１パルスヒータであって、前記第１パルスヒータの各々の加熱を独立して制御できる前記第１パルスヒータとを備え、前記ステージの上に配置された伝熱シートと、前記処理室内のステージの上方に配置され、第２パルスヒータを備えた搭載ヘッドと、前記処置室内のステージの上方に配置され、電子部品にフラックスを転写するためのフラックス転写用ヘッドと、前記処理室内に配置され、前記フラックスが入ったフラックステーブルと、前記ステージの上に前記伝熱シートを介して配置される電子部品構造体のアライメントマークを撮像する第１アライメントカメラと、前記搭載ヘッド又は前記フラックス転写ヘッドに固定される前記電子部品のアライメントマークを撮像する第２アライメントカメラとを有する電子部品搭載装置が提供される。
また、その開示の他の観点によれば、電子部品搭載装置を用意する工程と、前記電子部品搭載装置は、処理室に配置されたステージと、前記ステージは、前記ステージに画定された複数のステージ部と、前記ステージ部の表面に形成された溝部と、前記溝部の底部に連通する空気供給経路であって、前記溝部と前記空気供給経路は前記ステージ部に独立してそれぞれ設けられた前記空気供給経路と、前記複数のステージ部に個々のヒータとしてそれぞれ設けられた第１パルスヒータであって、前記第１パルスヒータの各々の加熱を独立して制御できる前記第１パルスヒータとを備え、前記処理室内のステージの上方に配置され、第２パルスヒータを備えた搭載ヘッドと、前記処置室内のステージの上方に配置され、電子部品にフラックスを転写するためのフラックス転写用ヘッドと、前記処理室内に配置され、前記フラックスが入ったフラックステーブルと、前記ステージの上に配置される電子部品構造体のアライメントマークを撮像する第１アライメントカメラと、前記搭載ヘッド又は前記フラックス転写ヘッドに固定される前記電子部品のアライメントマークを撮像する第２アライメントカメラとを備え、前記ステージの上に電子部品構造体を配置する工程と、前記フラックス転写ヘッドに固定された第１電子部品のはんだ電極を前記フラックステーブル内のフラックスに押しつけることにより、前記複数のステージ部の中の第１ステージ部の上に配置された第１電子部品のはんだ電極の上にフラックスを転写する工程と、前記フラックス転写ヘッドに固定された前記第１電子部品のはんだ電極を前記電子部品構造体の電極に押しつけることにより、前記複数のステージ部の中の前記第１ステージ部の上に配置された電子部品構造体の電極の上に前記フラックスを転写する工程と、前記第１電子部品を前記フラックス転写ヘッドから分離し、その後に、前記第１電子部品を前記搭載ヘッドに固定する工程と、第１アライメントカメラ及び第２アライメントカメラによって、前記第１ステージ部の上に配置された前記電子部品構造体のアライメントマークと、前記第１電子部品のアライメントマークとを撮像することにより、前記電子部品構造体と前記第１電子部品との間の位置合わせを行う工程と、前記搭載ヘッドに固定された前記第１電子部品のはんだ電極を、前記第１ステージ部の上に配置された前記電子部品構造体の電極のフラックスに押しつけることにより、前記搭載ヘッドに固定された前記第１電子部品を前記電子部品構造体の電極の上に配置する工程と、第１ステージ部の第１ヒータと前記搭載ヘッドの第２ヒータとにより、はんだのリフロー温度である第１温度で、前記第１ステージ部の上に配置された前記電子部品構造体と前記第１電子部品とを加熱する工程と、前記第１温度よりも低い第２温度に冷却し、前記第１ステージ部の上に配置された前記電子部品構造体の電極と前記第１電子部品のはんだ電極と接続する工程と、前記搭載ヘッドを前記第１電子部品から分離し、その後に、第２電子部品を前記フラックス転写ヘッドに固定し、前記フラックス転写ヘッドに固定された前記第２電子部品のはんだ電極を前記フラックステーブル内のフラックスに押しつけることにより、前記第２電子部品のはんだ電極に前記フラックスを転写する工程と、前記フラックス転写ヘッドに固定された前記第２電子部品のはんだ電極のフラックスを前記電子部品構造体の電極に押しつけることにより、前記複数のステージ部の中の第２ステージ部の上に配置された前記電子部品構造体の電極の上に前記フラックスを転写する工程と、前記第２電子部品を前記フラックス転写ヘッドから分離し、その後に、前記第２電子部品を前記搭載ヘッドに固定する工程と、前記第１アライメントカメラと前記第２アライメントカメラとにより、前記第２ステージ部の上に配置された前記電子部品構造体のアライメントマークと、前記第２電子部品のアライメントマークとを撮像することにより、前記電子部品構造体と前記第２電子部品との間の位置合わせを行う工程と、前記搭載ヘッドに固定された前記第２電子部品を、前記第２ステージ部の上に配置された前記電子部品構造体の電極の前記フラックスに押しつけることにより、前記搭載ヘッドに固定された前記第２電子部品を前記電子部品構造体の電極の上に配置する工程と、前記第１ステージ部の温度を前記はんだのリフロー温度である前記第１温度よりも低い第２温度に設定した状態で、前記第２ステージ部の上に配置された前記電子部品構造体と前記第２電子部品とを、前記第２ステージ部の前記第１パルスヒータと前記搭載ヘッドの前記第２パルスヒータによって前記第１温度で加熱する工程と、前記第１温度で加熱する工程の後に、前記第１温度よりも低い前記第２温度に冷却し、前記第２ステージ部の上に配置された前記電子部品構造体の電極と、前記第２電子部品のはんだ電極とを接続する工程とを有する電子装置の製造方法が提供される。
以下の開示によれば、電子部品搭載装置は、ステージに画定された複数のステージ部に独立して制御できるヒータがそれぞれ設けられている。
電子装置の製造方法には、一枚の下側電子部品の平面上に複数の上側電子部品をリフロー加熱して順次接続する方法がある。この電子部品搭載装置を使用することにより、第１ステージ部上の実装済みの第１上側電子部品をその電極がリフローしない温度に下げた状態で、第２ステージ部上の下側電子部品及び第２上側電子部品を同一温度でリフロー加熱することができる。
これにより、下側電子部品と上側電子部品との間で実装時の温度差がなくなるため、熱膨張の差による熱応力が発生しにくくなり、基板に反りが発生することが防止され、電気接続の信頼性が向上する。
図１（ａ）〜（ｃ）は予備的事項に係る電子装置の製造方法を示す断面図（その１）である。 図２（ａ）〜（ｃ）は予備的事項に係る電子装置の製造方法を示す断面図（その２）である。 図３（ａ）は実施形態の電子部品搭載装置を示す断面図、図３（ｂ）は実施形態の電子部品搭載装置を示す平面図である。 図４（ａ）は図３（ａ）の電子部品搭載装置のステージの様子を示す断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のステージに設けられたパルスヒータを示す断面図である。 図５は図３（ａ）の電子部品搭載装置の搭載ヘッドの様子を示す断面図である。 図６は実施形態の電子装置の製造方法を示す断面図（その１）である。 図７は実施形態の電子装置の製造方法を示す断面図（その２）である。 図８は実施形態の電子装置の製造方法を示す断面図（その３）である。 図９（ａ）及び（ｂ）は実施形態の電子装置の製造方法を示す断面図（その４）である。 図１０は実施形態の電子装置の製造方法を示す断面図（その５）である。 図１１は実施形態の電子装置の製造方法を示す断面図（その６）である。 図１２は実施形態の電子装置の製造方法を示す断面図（その７）である。 図１３は実施形態の電子装置の製造方法を示す断面図（その８）である。 図１４は実施形態の電子装置の製造方法を示す断面図（その９）である。 図１５は実施形態の電子装置の製造方法を示す断面図（その１０）である。 図１６は実施形態の電子装置の製造方法を示す断面図（その１１）である。 図１７（ａ）〜（ｃ）は実施形態の電子装置の製造方法を示す断面図（その１２）である。
以下、実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
実施形態を説明する前に、基礎となる予備的事項について説明する。予備的事項では、一枚の下側基板の平面上に複数の上側基板をはんだ接合で順次接続する場合の問題点について説明する。
予備的事項に係る電子部品搭載装置は、図１（ａ）に示すように、ステージ１００と搭載ヘッド２００とを備えている。ステージ１００には、鉄―クロムーアルミニウム系又はニッケルークロム系などの電熱線１２０が巻かれて配置されており、電熱線１２０に電流を流すことにより抵抗加熱によって発熱する。これにより、ステージ１００の全体が一体的に加熱されて、その上に配置されるワークを所要の温度で加熱することができる。
また、搭載ヘッド２００にも同様な電熱線２２０が設けられており、搭載ヘッド２００に吸着されるワークを所要の温度で加熱することができる。
そして、図１（ｂ）に示すように、ステージ１００の上に下側基板３００を配置し、電熱線１２０に電流を流して下側基板３００を加熱する。このとき、下側基板３００の加熱温度は、はんだがリフローしない程度の２００℃以下に設定される。
後述するように、下側基板３００の平面上に複数の上側基板がリフローはんだ付けによって順次接続されるため、実装済の最初の上側基板のはんだ電極が再リフローしないようにするためである。
次いで、図１（ｃ）に示すように、一方の面にはんだ電極４２０を備えた第１上側基板４００の他方の面を搭載ヘッド２００に吸着させる。さらに、下側基板３００の上にフラックス（不図示）を塗布すると共に、第１上側基板４００のはんだ電極４２０にフラックス（不図示）を付着させる。
続いて、図２（ａ）に示すように、第１上側基板４００のはんだ電極４２０が下側基板３００の接続電極（不図示）上に配置されるように位置合わせを行い、搭載ヘッド２００を下側基板３００上に押圧して配置する。
次いで、搭載ヘッド２００の電熱線２２０に電流を流して第１上側基板４００を２８０℃程度で加熱することにより、第１上側基板４００のはんだ電極４２０をリフローさせる。
その後に、搭載ヘッド２００の電熱線２２０に流していた電流を切り、第１上側基板４００を搭載ヘッド２００で押圧した状態で、自然放熱によって第１上側基板４００を２００℃以下の温度になるまで冷却する。
これにより、第１上側基板４００がはんだ電極４２０を介して下側基板３００の接続電極（不図示）に電気的に接続される。
その後に、図２（ｂ）に示すように、搭載ヘッド２００を上側に持ち上げて第１上側基板４００から分離する。次いで、図２（ｃ）に示すように、同様な方法で、搭載ヘッド２００に吸着させた第２上側基板４００ａを下側基板３００の上に配置し、搭載ヘッド２００の電熱線２２０に電流を流して２８０℃程度の温度でリフロー加熱を行う。これにより、第２上側基板４００ａがはんだ電極４２０を介して下側基板３００の接続電極（不図示）に接続される。
このとき、実装済の第１上側基板４００のはんだ電極４２０が再リフローしないように、ステージ１００の温度は２００℃以下に設定されている。実装済の第１上側基板４００のはんだ電極４２０が再リフローすると、接合部で剥離が発生することがあり、電気接続の十分な信頼性が得られなくなるからである。
以上のように、第１、第２上側基板４００，４００ａを下側基板３００に接続する際に、下側基板３００の温度が２００℃以下に設定され、上側基板４００の温度が２８０℃程度に設定される。
このように、リフロー加熱する際には、下側基板３００と第１、第２上側基板４００，４００ａとの間でかなりの温度差が発生した状態となる。このため、下側基板３００と第１、第２上側基板４００，４００ａとの間で熱膨張の差によって強い熱応力が発生し、基板に反りが発生しやすく、電気接続の十分な信頼性が得られない問題がある。
また、搭載ヘッド２００は、電熱線２２０に連続して電流を流して加熱を行うため、所定の加熱温度まで昇温し、温度を制御する際に時間がかかる。また、第１、第２上側基板４００，４００ａを自然放熱で冷却するため、はんだを硬化させる際にも時間がかかる。このため、製造に係るタクト時間が長くかかり、生産効率が低いという課題がある。
以下に説明する実施形態の電子部品搭載装置を使用することにより、前述した不具合を解消することができる。
（実施形態）
図３〜図５は実施形態の電子部品搭載装置を説明するための図、図６〜図１７は実施形態の電子装置の製造方法を示す断面図である。
図３（ａ）の断面図に示すように、実施形態の電子部品搭載装置１は、底部筐体１０ａ、側壁筐体１０ｂ及び天井筐体１０ｃを有する筐体１０を備え、これによって処理室ＣＨが形成されている。
図３（ｂ）の平面図を同時に参照すると、処理室ＣＨの底部筐体１０ａの上に支持部材１２が配置されており、支持部材１２の上にステージ２０が設けられている。ステージ２０は、第１ステージ部２０ａ、第２ステージ部２０ｂ及び第３ステージ部２０ｃを備えている。
第１〜第３ステージ部２０ａ〜２０ｃは分割された状態で接合されていてもよいし、繋がっていてもよく、ステージ２０に複数のステージ部が画定されていればよい。また、複数のステージ部の個数は任意に設定することができる。ステージ２０は駆動装置（不図示）に接続されており、支持部材１２上で水平方向に移動することができる。
さらに、電子部品搭載装置１は、天井筐体１０ｃにフラックス転写用ヘッド３０と搭載ヘッド４０とを備えている。フラックス転写用ヘッド３０及び搭載ヘッド４０の各先端面にはワークを真空吸着で固定するための多数の吸引口（不図示）がそれぞれ形成されている。フラックス転写用ヘッド３０及び搭載ヘッド４０は、駆動装置（不図示）にそれぞれ接続されており、垂直方向に移動することができる。
また、電子部品搭載装置１は、ステージ２０の横方向の支持部材１２の上にはフラックス３２ａが入ったフラックステーブル３２を備えている。フラックステーブル３２は、駆動装置（不図示）に接続されており、支持部材１２上で水平方向に移動することができる。
さらに、電子部品搭載装置１は、天井筐体１０ｃに第１アライメントカメラ３４を備え、支持部材１２の上に第２アライメントカメラ３６を備えている。第１アライメントカメラ３４によって、ステージ２０の上に配置されるワークの第１位置合わせマークが撮像される。
また、第２アライメントカメラ３６によって、フラックス転写用ヘッド３０及び搭載ヘッド４０に固定されるワークの第２位置合わせマークが撮像される。第２アライメントカメラ３６は、駆動装置（不図示）に接続されており、支持部材１２上で水平方向に移動することができる。
このようにして、ステージ２０上のワークの第１位置合わせマークとフラックス転写用ヘッド３０又は搭載ヘッド４０に固定されるワークの第２位置合わせマークとを撮像することに基づいて、位置合わせを行ってステージ２０の座標を決定する。
次に、図３（ａ）及び（ｂ）の電子部品搭載装置１のステージ２０及び搭載ヘッド４０についてさらに詳しく説明する。図４（ａ）には、図３（ａ）のステージ２０が拡大されて描かれている。図４（ａ）に示すように、ステージ２０の第１ステージ部２０ａには、第１パルスヒータ２２ａが設けられており、第１パルスヒータ２２ａは第１配線経路Ｗ１によってパルス電源２５に接続されている。
また、同様に、ステージ２０の第２ステージ部２０ｂには、第２パルスヒータ２２ｂが設けられており、第２パルスヒータ２２ｂは第２配線経路Ｗ２によってパルス電源２５に接続されている。さらに、同様に、ステージ２０の第３ステージ部２０ｃには、第３パルスヒータ２２ｃが設けられており、第３パルスヒータ２２ｃは第３配線経路Ｗ３によってパルス電源２５に接続されている。
図４（ｂ）に示すように、第１パルスヒータ２２ａは、平板状の電熱板２４が熱伝導度の高いセラミックス部２６で被覆された構造を有し、電熱板２４に第１配線経路Ｗ１が接続されている。
第１パルスヒータ２２ａの電熱板２４は、抵抗値が高く発熱しやすいタングステン又はモリブデンなどの金属から形成される。第２、第３ステージ部２０ｂ，２０ｃの第２、第３パルスヒータ２２ｂ，２２ｃにおいても、第１ステージ部２０ａの第１パルスヒータ２２ａと同一の構造を有する。
第１〜第３ステージ部２０ａ〜２０ｃに設けられた第１〜第３パルスヒータ２２ａ〜２２ｃは、独立して制御することが可能である。これにより、第１〜第３ステージ部２０ａ〜２０ｃのうち、いずれかを部分的に加熱することができる。あるいは、第１〜第３ステージ部２０ａ〜２０ｃのうちの２つ以上を同時に加熱できることはもちろんである。
パルス電源２５から電熱板２４にパルス電流を供給することにより、すばやく設定温度に昇温できると共に、精密な温度制御が可能になる。
図４（ａ）の例では、第１ステージ部２０ａに一つの第１パルスヒータ２２ａが設けられているが、第１ステージ部２０ａの領域内に複数のパルスヒータを分割して配置してもよい。
これにより、第１ステージ部２０ａの平面領域内において、所望の領域を部分的に加熱することも可能になる。第２、第３ステージ部２０ｂ，２０ｃにおいても、同様に、その平面領域でパルスヒータを分割して配置してもよい。
また、第１ステージ部２０ａの表面には複数の溝部２３ａが形成されており、その底部に空気供給経路２３ｂが連通して形成されている。第１ステージ部２０ａの下面には空気供給経路２３ｂの入口Ｅが設けられている。空気供給経路２３ｂは一つの入口Ｅから分岐されて配置されている。
第２、第３ステージ部２０ｂ，２０ｃにおいても、第１ステージ部２０ａと同様に、溝部２３ａ及びその底部に連通する空気供給経路２３ｂが形成されている。
また、第１〜第３ステージ部２０ａ〜２０ｃの上には伝熱シート２８が形成されている。伝熱シート２８としては、高い熱伝導率を有する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などが使用される。
そして、第１ステージ部２０ａの下面の空気供給経路２３ｂの入口Ｅから空気供給経路２３ｂを通って溝部２３ａに冷却用の圧縮空気が供給される。溝部２３ａに供給された圧縮空気によって伝熱シート２８を介してワークが冷却される。冷却用の圧縮空気は、第１ステージ部２０ａの表面と伝熱シート２８との隙間から外部に放出される。
このように、実施形態の電子部品搭載装置１は、第１〜第３ステージ部２０ａ〜２０ｃは第１〜第３パルスヒータ２２ａ〜２２ｃをそれぞれ独立して備えており、ワークに対して高速昇温を行うことができる。
また、ステージ２０の第１〜第３ステージ部２０ａ〜２０ｃは、圧縮空気を供給して冷却するための空気供給経路２３ｂ及びそれに連通する溝部２３ａをそれぞれ独立して備えており、ワークに対して高速冷却を行うことができる。
例えば、第１ステージ部２０ａを１００℃に設定しておき、２５０℃に昇温する場合は１０秒程度で行うことができる。また、逆に、第１ステージ部２０ａを２５０℃から１００℃まで降温する場合は２０秒程度で行うことができる。
図５には、図３（ａ）の搭載ヘッド４０が拡大されて描かれている。図５に示すように、搭載ヘッド４０にも同様なパルスヒータ２２ｘが備えられており、パルスヒータ２２ｘは配線経路Ｗによってパルス電源２５に接続されている。また、搭載ヘッド４０の先端面には、ＡｌＮなどから形成される伝熱シート２８ａが形成されている。
なお、前述したフラックス転写用ヘッド３０については、フラックスを転写する際には加熱を行わないため、パルスヒータを設ける必要はない。
次に、本実施形態の電子部品搭載装置１を使用して下側電子部品に複数の上側電子部品をはんだ接合によって順次接続する方法について説明する。
図６に示すように、まず、下側電子部品２を用意する。下側電子部品２は配線基板５０の上に半導体チップ６０が実装された構造を有する。配線基板５０では、絶縁基板５２にその厚み方向に貫通する貫通電極ＴＥが形成されている。絶縁基板５２は、ポリイミドフィルムなどから形成されるフレキシブル基板であってもよいし、ガラスエポキシ樹脂などからなるリジッド基板であってもよい。
絶縁基板５２の両面側には貫通電極ＴＥを介して相互接続される配線層がそれぞれ形成されており、配線層の接続電極ＣＥが図示されている。接続電極ＣＥの一例としては、図６の部分拡大断面図に示すように、金（Ａｕ）層５４の上にめっきによってはんだ層５６が形成された積層構造が採用される。
そして、配線基板５０の上面側の接続電極ＣＥに半導体チップ６０のバンプ電極６２がフリップチップ接続されている。さらに、半導体チップ６０の下側の隙間にアンダーフィル樹脂６４が充填されている。
次いで、図７に示すように、前述した電子部品搭載装置１のステージ２０上の伝熱シート２８の上に、図６の下側電子部品２を配置する。下側電子部品２は第１〜第３ステージ部２０ａ〜２０ｃを跨いで配置される、このとき、第１〜第３ステージ部２０ａ〜２０ｃのパルスヒータ２２ａ〜２２ｃは、はんだがリフローしない温度、例えば１００℃程度に設定されている。
続いて、図８に示すように、図３（ａ）の電子部品搭載装置１のフラックス転写用ヘッド３０に第１上側電子部品３ａを真空吸着によって固定する。第１上側電子部品３ａでは、絶縁基板７０の両面側に形成された配線層７２が貫通電極ＴＥを介して相互接続されている。そして、絶縁基板７０の下面側の配線層７２の接続部にバンプ状のはんだ電極ＳＥが形成されている。
フラックス転写用ヘッド３０に第１上側電子部品３ａのはんだ電極ＳＥが設けられた面と反対面が固定される。
次いで、第１上側電子部品３ａのはんだ電極ＳＥから下側電子部品２の接続電極ＣＥにフラックスを転写するための位置合わせを行う。まず、図３（ａ）の第１アライメントカメラ３４により、第１ステージ部２０ａ上の下側電子部品２の位置合わせマークを撮像する。また、図３（ａ）の第２アライメントカメラ３６により、フラックス転写用ヘッド３０に固定された第１上側電子部品３ａの位置合わせマークを撮像する。
これに基づいて、下側電子部品２と第１上側電子部品３ａとの位置合わせされた座標が求められてステージ２０がその位置に配置される。
次いで、図９（ａ）に示すように、図３（ａ）のフラックステーブル３２を水平方向に移動させ、フラックス転写用ヘッド３０に固定された第１上側電子部品３ａのはんだ電極ＳＥをフラックステーブル３２内のフラックス３２ａに押しつける。これにより、図９（ｂ）に示すように、フラックス転写用ヘッド３０を引き上げると、第１上側電子部品３ａのはんだ電極ＳＥにフラックス３２ａが転写される。
続いて、図１０に示すように、フラックス転写用ヘッド３０に固定された第１上側電子部品３ａのはんだ電極ＳＥを第１ステージ部２０ａ上の下側電子部品２の接続電極ＣＥに押圧して配置する。
その後に、図１１に示すように、フラックス転写用ヘッド３０を引き上げると、第１上側電子部品３ａのはんだ電極ＳＥに付着したフラックス３２ａが下側電子部品２の接続電極ＣＥに転写される。
このようにして、第１上側電子部品３ａのはんだ電極ＳＥ及び下側電子部品２の接続電極ＣＥにフラックス３２ａを付着させる。
フラックス３２ａは、１２０℃〜１５０℃程度の温度で加熱されると蒸発する特性を有する。このため、本実施形態では、加熱手段をもたないフラックス転写用ヘッド３０を使用することにより、フラックス３２が蒸発することなく、第１上側電子部品３ａのはんだ電極ＳＥ及び下側電子部品２の接続電極ＣＥに安定してフラックス３２ａを付着させることができる。
なお、電子部品搭載装置１は、必ずしもフラックス転写ヘッド３０を備えている必要はなく、スプレー塗布などの他の方法でフラックスを形成することも可能である。
次いで、図１２に示すように、第１上側電子部品３ａからフラックス転写用ヘッド３０を分離し、搭載ヘッド４０の伝熱シート２８ａ上に第１上側電子部品３ａを真空吸着によって固定する。この時点では、第１上側電子部品３ａのはんだ電極ＳＥに付着したフラックス３２ａが蒸発しないように、搭載ヘッド４０のパルスヒータ２２ｘの温度を１００℃程度に設定しておく。
さらに、下側電子部品２と第１上側電子部品３ａとを接合するための位置合わせを行う。図３（ａ）の第１アライメントカメラ３４により第１ステージ部２０ａ上の下側電子部品２の位置合わせマークを撮像する。また、図３（ａ）の第２アライメントカメラ３６により第１上側電子部品３ａの位置合わせマークを撮像する。これに基づいて、ステージ２０が位置合わされた座標の位置に配置される。
次いで、図１３に示すように、搭載ヘッド４０に固定された第１上側電子部品３ａを第１ステージ部２０ａ上の下側電子部品２に押圧して配置する。これにより、第１上側電子部品３ａのはんだ電極ＳＥが下側電子部品２の接続電極ＣＥに配置される。さらに、搭載ヘッド４０のパルスヒータ２２ｘの温度を２５０℃程度まで上昇させる。
これと同時に、第１ステージ部２０ａの第１パルスヒータ２２ａの温度を１００℃から２５０℃程度まで上昇させる。パルスヒータを使用することにより、１０秒程度で１００℃から２５０℃に高速昇温することができる。
このようにして、第１ステージ部２０ａ上の下側電子部品２と第１上側電子部品３ａとが同じリフロー温度で加熱される。はんだをリフローさせる際に上昇させる温度、例えば２５０℃程度を便宜上、第１の温度とする。
ここで、本実施形態のリフロー温度が前述した予備的事項の方法のリフロー温度よりも低く設定できる理由について説明する。例えば、予備的事項の方法のリフロー温度は２８０℃であり、本実施形態のリフロー温度はそれより低い２５０℃に設定されている。
前述した予備的事項の図２（ａ）の工程では、搭載ヘッド２００に固定された第１上側基板４００をリフロー加熱によって下側基板３００に接続する際に、ステージ１００の温度は、はんだが再リフローしない低い温度、例えば２００℃以下に設定されている。つまり、ステージ１００の温度は、第１上側基板４００のはんだ電極４２０の溶融温度よりも低く設定される。
このため、搭載ヘッド２００の電熱線２２０から発生する熱がステージ１００側に吸収されてしまうため、搭載ヘッド２００の設定温度をはんだ電極４２０の溶融温度に対して余分に高い温度、例えば２８０℃に設定する必要がある。
これに対して、本実施形態の図４の電子部品搭載装置１では、搭載ヘッド４０のパルスヒータ２２ｘと第１ステージ部２０ａの第１パルスヒータ２２ａとによって上下側から同じ加熱温度で加熱することができる。
従って、搭載ヘッド４０に固定された第１上側電子部品３ａをリフロー加熱によって下側電子部品２に接続する際に、搭載ヘッド４０と第１ステージ部２０ａとの間で熱の吸収が発生しない。このため、予備的事項と違って、リフロー温度をはんだの溶融温度に対して余分に高い温度に設定する必要がない。これより、第１上側電子部品３ａ及び下側電子部品２を、はんだ電極ＳＥの溶融温度付近、例えば２５０℃の加熱温度に設定することで接合することができる。
その結果、予備的事項の方法よりも電子部品への熱負荷が少なくなり、電子部品の信頼性を向上させることができる。また、予備的事項の方法よりも設定温度を低くできるので、昇温降温時間を短縮することができ、生産能力を向上させることができる。
このようにして、第１上側電子部品３ａのはんだ電極ＳＥと下側電子部品２の接続電極ＣＥのはんだ層５６（図６）がリフローする。フラックス転写ヘッド３０を使用することにより、第１上側電子部品３ａのはんだ電極ＳＥ及び下側電子部品２の接続電極ＣＥにフラックス３２ａを安定して付着させることができる。
これにより、接合金属表面に生成された酸化膜を除去して接合しやすくすると共に、はんだの接合金属表面への濡れ性が促進され、安定してはんだ付けを行うことができる。
さらに、搭載ヘッド４０のパルスヒータ２２ｘ及び第１ステージ部２０ａの第１パルスヒータ２２ａに流していた電流を切り、第１上側電子部品３ａを搭載ヘッド４０で押圧した状態とする。
この状態で、第１ステージ部２０ａの空気供給経路２３ｂの入口Ｅから圧縮空気を溝部２３ａに供給し、伝熱シート２８を介して第１ステージ部２０ａ上の下側電子部品２を１００℃以下になるように冷却する。圧縮空気によって冷却するので、２０秒程度で２５０℃から１００℃に高速降温することができる。
第１の温度、例えば２５０℃より低く、はんだがリフローしない温度、例えば１００℃を便宜上、第２の温度とする。リフロー加熱が行われる第１ステージ部２０ａが第１の温度、例えば２５０℃程度に設定されるとき、第２ステージ部２０ｂ及び第３ステージ部２０ｃが第２の温度、例えば１００℃程度に設定される。
これにより、図１４に示すように、下側電子部品２と第１上側電子部品３ａとの間のはんだが硬化し、両者がはんだ電極ＳＥを介して電気的に接続される。
このようにすることにより、下側電子部品２と第１上側電子部品３ａとはリフロー加熱する際に同じ温度で加熱されるため、熱膨張の差による熱応力が発生しにくくなり、下側電子部品２に反りが発生することが防止される。これにより、下側電子部品２と第１上側電子部品３ａとがはんだ電極ＳＥを介して信頼性よく電気的に接続される。
また、下側電子部品２を第１ステージ部２０ａの第１パルスヒータ２２ａで加熱し、第１上側電子部品３ａを搭載ヘッド４０のパルスヒータ２２ｘで加熱しているため、高速で昇温できると共に、高精度で温度制御することができる。
また、下側電子部品２を冷却してはんだを硬化させる際には、圧縮空気によって高速で冷却することができる。
以上のことから、昇温及び降温する際の時間が短縮されるので、製造に係るタクト時間が短くなり、生産効率を向上させることができる。
第１上側電子部品３ａのはんだ電極ＳＥとしては、好適には鉛フリーはんだが使用され、錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）系のはんだ、錫−銀−銅系のはんだ、錫（Ｓｎ）−アンチモン（Ｓｂ）系はんだなどが使用される。例えば、錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）系のはんだから形成される場合は、リフロー温度として、その融点である２２１℃より２０℃〜５０℃ほど高い温度に設定される。
なお、好適な形態として、第１〜第３ステージ部２０ａ〜２０ｃが第１〜第３パルスヒータ２２ａ〜２２ｃを備えているが、生産効率を重視しない場合は、予備的事項で説明した一般的な電熱線を使用するヒータを使用することも可能である。
次いで、図１５に示すように、同様な方法により、搭載ヘッド４０に第２上側電子部品３ｂを固定し、第２ステージ部２０ｂ上の下側電子部品２に対して位置合わせを行う。さらに、搭載ヘッド４０に固定した第２上側電子部品３ｂのはんだ電極ＳＥを第２ステージ部２０ｂ上の下側電子部品２の接続電極ＣＥの上に配置する。
さらに、同様な方法により、第２ステージ部２０ｂの第２パルスヒータ２２ｂを１００℃から２５０℃に昇温する。これと同時に、搭載ヘッド４０のパルスヒータ２２ｘを１００℃から２５０℃に昇温する。これにより、第２上側電子部品３ｂのはんだ電極ＳＥと下側電子部品２の接続電極ＣＥのはんだ層５６（図６）とをリフローさせる。
前述したように、第１〜第３ステージ部２０ａ〜２０ｃの第１〜第３パルスヒータ２２ａ〜２２ｃは独立して制御することができる。このため、第２上側電子部品３ｂを搭載する際に、第２ステージ部２０ｂの第２パルスヒータ２２ｂのみを２５０℃に昇温することができ、第１ステージ部２０ａ及び第３ステージ部２０ｃを１００℃に設定した状態とすることができる。
これにより、第２ステージ部２０ｂ上で、下側電子部品２と第２上側電子部品３ｂとをリフロー加熱する際に、実装済の第１上側電子部品３ａのはんだ電極ＳＥが再リフローすることが回避される。その結果、第１上側電子部品３ａと下側電子部品２との電気接続の信頼性を確保することができる。
さらに、同様な方法で、圧縮空気によって第２ステージ部２０ｂ上の下側電子部品２を１００℃程度になるように冷却する。
これにより、図１６に示すように、下側電子部品２と第２上側電子部品３ｂとの間のはんだが硬化し、両者がはんだ電ＳＥを介して電気的に接続される。
次いで、同じく図１６に示すように、同様な方法により、搭載ヘッド４０に第３上側電子部品３ｃを固定し、位置合わせを行った後に、第３上側電子部品３ｃのはんだ電極ＳＥを第３ステージ部２０ｃ上の下側電子部品２の接続電極ＣＥの上に配置する。
さらに、同様な方法により、第３ステージ部２０ｃの第３パルスヒータ２２ｃを１００℃から２５０℃に昇温する。これと同時に、搭載ヘッド４０のパルスヒータ２２ｘを１００℃から２５０℃に昇温する。
これにより、第３上側電子部品３ｃのはんだ電極ＳＥと下側電子部品２の接続電極ＣＥのはんだ層５６（図６）とをリフローさせる。さらに、同様な方法で、圧縮空気によって第３ステージ部２０ｃ上の下側電子部品２を１００℃以下になるように冷却する。
これにより、下側電子部品２と第３上側電子部品３ｃとの間のはんだが硬化し、両者がはんだ電極ＳＥを介して電気的に接続される。
第３上側電子部品３ｃを搭載する際にも、第３ステージ部２０ｃのみが第３パルスヒータ２２ｃで２５０℃に加熱され、第１、第２ステージ部２０ａ，２０ｂを１００℃に設定した状態とすることができる。従って、第３上側電子部品３ｃをリフロー加熱する際に、実装済の第１、第２上側電子部品３ａ，３ｂのはんだ電極ＳＥが再リフローすることが回避される。
その後に、図１７（ａ）に示すように、第３上側電子部品３ｃから搭載ヘッド４０を分離し、下側電子部品２の上に第１〜第３上側電子部品３ａ〜３ｃが積層された積層型電子部材４を電子部品搭載装置１から外部に搬送する。
次いで、図１７（ｂ）に示すように、下側電子部品２と第１〜第３上側電子部品３ａ〜３ｃとの間、及び第１〜第３上側電子部品３ａ〜３ｃの横方向の間に封止樹脂８０を充填する。
その後に、図１７（ｃ）に示すように、図１７（ｂ）の積層型電子部材４の第１〜第３上側電子部品３ａ〜３ｃの間の封止樹脂８０の上面から下側電子部品２まで切断することにより、個々の積層型電子装置５を得る。積層型電子装置５の第１上側電子部品３ａの上にさらに電子部品を積層してもよい。
以上説明したように、本実施形態の電子部品搭載装置１を使用することにより、各ステージ部２０ａ〜２０ｃを独立して温度制御することができる。従って、実装済みの第１上側電子部品３ａをはんだがリフローしない温度に降温した状態で、第２上側電子部品３ｂをリフロー加熱することができる。
従って、搭載ヘッド４０ばかりではなく、第２ステージ部２０ｂもリフロー加熱の温度に設定することができる。これにより、下側電子部品２及び第２上側電子部品３ｂを同一温度でリフロー加熱して接続することが可能になる。
以上のことから、下側電子部品２と第１〜第３上側電子部品３ａ〜３ｃとの間で各実装時に温度差がなくなるため、熱膨張の差による熱応力が発生しにくくなり、基板に反りが発生することが防止される。これにより、下側電子部品２と第１〜第３上側電子部品３ａ〜３ｃとが信頼性よく電気的に接続される。
また、第１〜第３ステージ部２０ａ〜２０ｃ及び搭載ヘッド４０はパルスヒータで加熱するので、高速で昇温できると共に、高精度で温度制御することができる。また、第１〜第３ステージ部２０ａ〜２０ｃを冷却する際には、圧縮空気によって高速で冷却することができる。
これにより、昇温及び降温する際の時間が短縮されるので、製造に係るタクト時間が短くなり、生産効率を向上させることができる。
また、常温のフラックス転写ヘッド３０を使用することにより、第１〜第３上側電子部品３ａ〜３ｃ及び下側電子部品２にフラックスを付着させるので、フラックスの蒸発が防止され、安定してフラックスを形成することができる。
（その他の形態）
前述した実施形態では、下側電子部品２の接続電極ＣＥに第１〜第３上側電子部品３ａ〜３ｃのはんだ電極ＳＥをはんだ接合で順次接続する形態を説明した。この形態以外にも、下側電子部品の電極と上側電子部品の電極のうち、一方が金（Ａｕ）電極から形成され、他方がインジウム（Ｉｎ）電極から形成されるようにしてもよい。
この場合は、４８０℃〜５００℃でインジウム電極をリフローさせることにより、下側電子部品と上側電子部品とがＡｕ−Ｉｎ接合によって接続される。
この場合も同様に、第２ステージ部に第２上側電子部品を搭載する際に、実装済の第１上側電子部品が搭載された第１ステージ部をインジウム電極がリフローしない温度に設定することができる。これにより、実装済の第１上側電子部品のインジウム電極が再リフローすることが回避される。
また、前述した実施形態では、下側電子部品として半導体チップが実装された配線基板を例示し、その上に搭載される上側電子部品として配線基板を例示した。これ以外にも、下側電子部品及び上側電子部品として各種のものを使用することができる。
例えば、下側電子部品として各種素子が形成されたシリコンウェハなどの半導体ウェハを使用し、その上に上側電子部品として半導体チップ又は配線基板を搭載してもよい。この場合は、最終的に半導体ウェハが切断されて積層型半導体装置となる。
１…電子部品搭載装置、２…下側電子部品、３ａ…第１上側電子部品、３ｂ…第２上側電子部品、３ｃ…第３上側電子部品、４…積層型電子部材、５…積層型電子装置、１０…筐体、１０ａ…底部筐体、１０ｂ…側壁筐体、１０ｃ…天井筐体、１２…支持部材、２０…ステージ、２０ａ…第１ステージ部、２０ｂ…第２ステージ部、２０ｃ…第３ステージ部、２２ａ…第１パルスヒータ、２２ｂ…第２パルスヒータ、２２ｃ…第３パルスヒータ、２２ｘ…パルスヒータ、２３ａ…溝部、２３ｂ…空気供給経路、２４…電熱板、２５…パルス電源、２６…セラミックス部、２８，２８ａ…伝熱シート、３０…フラックス転写ヘッド、３２…フラックステーブル、３２ａ…フラックス、３４…第１アライメントカメラ、３６…第２アライメントカメラ、４０…搭載ヘッド、５０…配線基板、５２，７０…絶縁基板、５４…金層、５６…はんだ層、６０…半導体チップ、６２…バンプ電極、６４…アンダーフィル樹脂、７２…配線層、８０…封止樹脂、ＣＥ…接続電極、ＣＨ…処理室、ＳＥ…はんだ電極、ＴＥ…貫通電極。

Claims (3)

  1. 処理室に配置されたステージと、
    前記ステージは、
    前記ステージに画定された複数のステージ部と、
    前記複数のステージ部の表面にそれぞれ形成された溝部と、
    前記複数のステージ部の各々の前記溝部に連通する空気供給経路であって、圧縮空気を供給して所要の前記ステージ部上を個別に冷却するための前記空気供給経路と、
    前記複数のステージ部に個々のヒータとしてそれぞれ設けられた第１パルスヒータであって、前記第１パルスヒータの各々の加熱を独立して制御できる前記第１パルスヒータとを備え、
    前記ステージの上に配置された伝熱シートと、
    前記処理室内のステージの上方に配置され、第２パルスヒータを備えた搭載ヘッドと、
    前記処置室内のステージの上方に配置され、電子部品にフラックスを転写するためのフラックス転写用ヘッドと、
    前記処理室内に配置され、前記フラックスが入ったフラックステーブルと、
    前記ステージの上に前記伝熱シートを介して配置される電子部品構造体のアライメントマークを撮像する第１アライメントカメラと、
    前記搭載ヘッド又は前記フラックス転写ヘッドに固定される前記電子部品のアライメントマークを撮像する第２アライメントカメラと
    を有することを特徴とする電子部品搭載装置。
  2. 前記複数のステージ部は、一体的に繋がっていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品搭載装置。
  3. 電子部品搭載装置を用意する工程と、
    前記電子部品搭載装置は、
    処理室に配置されたステージと、
    前記ステージは、
    前記ステージに画定された複数のステージ部と、
    前記ステージ部の表面に形成された溝部と、
    前記溝部の底部に連通する空気供給経路であって、前記溝部と前記空気供給経路は前記ステージ部に独立してそれぞれ設けられた前記空気供給経路と、
    前記複数のステージ部に個々のヒータとしてそれぞれ設けられた第１パルスヒータであって、前記第１パルスヒータの各々の加熱を独立して制御できる前記第１パルスヒータとを備え、
    前記処理室内のステージの上方に配置され、第２パルスヒータを備えた搭載ヘッドと、
    前記処置室内のステージの上方に配置され、電子部品にフラックスを転写するためのフラックス転写用ヘッドと、
    前記処理室内に配置され、前記フラックスが入ったフラックステーブルと、
    前記ステージの上に配置される電子部品構造体のアライメントマークを撮像する第１アライメントカメラと、
    前記搭載ヘッド又は前記フラックス転写ヘッドに固定される前記電子部品のアライメントマークを撮像する第２アライメントカメラとを備え、
    前記ステージの上に電子部品構造体を配置する工程と、
    前記フラックス転写ヘッドに固定された第１電子部品のはんだ電極を前記フラックステーブル内のフラックスに押しつけることにより、前記複数のステージ部の中の第１ステージ部の上に配置された第１電子部品のはんだ電極の上にフラックスを転写する工程と、
    前記フラックス転写ヘッドに固定された前記第１電子部品のはんだ電極を前記電子部品構造体の電極に押しつけることにより、前記複数のステージ部の中の前記第１ステージ部の上に配置された電子部品構造体の電極の上に前記フラックスを転写する工程と、
    前記第１電子部品を前記フラックス転写ヘッドから分離し、その後に、前記第１電子部品を前記搭載ヘッドに固定する工程と、
    第１アライメントカメラ及び第２アライメントカメラによって、前記第１ステージ部の上に配置された前記電子部品構造体のアライメントマークと、前記第１電子部品のアライメントマークとを撮像することにより、前記電子部品構造体と前記第１電子部品との間の位置合わせを行う工程と、
    前記搭載ヘッドに固定された前記第１電子部品のはんだ電極を、前記第１ステージ部の上に配置された前記電子部品構造体の電極のフラックスに押しつけることにより、前記搭載ヘッドに固定された前記第１電子部品を前記電子部品構造体の電極の上に配置する工程と、
    第１ステージ部の第１ヒータと前記搭載ヘッドの第２ヒータとにより、はんだのリフロー温度である第１温度で、前記第１ステージ部の上に配置された前記電子部品構造体と前記第１電子部品とを加熱する工程と、
    前記第１温度よりも低い第２温度に冷却し、前記第１ステージ部の上に配置された前記電子部品構造体の電極と前記第１電子部品のはんだ電極と接続する工程と、
    前記搭載ヘッドを前記第１電子部品から分離し、その後に、第２電子部品を前記フラックス転写ヘッドに固定し、前記フラックス転写ヘッドに固定された前記第２電子部品のはんだ電極を前記フラックステーブル内のフラックスに押しつけることにより、前記第２電子部品のはんだ電極に前記フラックスを転写する工程と、
    前記フラックス転写ヘッドに固定された前記第２電子部品のはんだ電極のフラックスを前記電子部品構造体の電極に押しつけることにより、前記複数のステージ部の中の第２ステージ部の上に配置された前記電子部品構造体の電極の上に前記フラックスを転写する工程と、
    前記第２電子部品を前記フラックス転写ヘッドから分離し、その後に、前記第２電子部品を前記搭載ヘッドに固定する工程と、
    前記第１アライメントカメラと前記第２アライメントカメラとにより、前記第２ステージ部の上に配置された前記電子部品構造体のアライメントマークと、前記第２電子部品のアライメントマークとを撮像することにより、前記電子部品構造体と前記第２電子部品との間の位置合わせを行う工程と、
    前記搭載ヘッドに固定された前記第２電子部品を、前記第２ステージ部の上に配置された前記電子部品構造体の電極の前記フラックスに押しつけることにより、前記搭載ヘッドに固定された前記第２電子部品を前記電子部品構造体の電極の上に配置する工程と、
    前記第１ステージ部の温度を前記はんだのリフロー温度である前記第１温度よりも低い第２温度に設定した状態で、前記第２ステージ部の上に配置された前記電子部品構造体と前記第２電子部品とを、前記第２ステージ部の前記第１パルスヒータと前記搭載ヘッドの前記第２パルスヒータによって前記第１温度で加熱する工程と、
    前記第１温度で加熱する工程の後に、前記第１温度よりも低い前記第２温度に冷却し、前記第２ステージ部の上に配置された前記電子部品構造体の電極と、前記第２電子部品のはんだ電極とを接続する工程と
    を有することを特徴とする電子装置の製造方法。
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