CN106797712B - 电子零件的安装装置 - Google Patents

Abstract

安装装置包括：安装工具(14)；支撑机构，可沿垂直方向移动且连结着安装工具，由移动体(24)等所构成；第一加压机构，通过使安装工具连同支撑机构一起沿垂直方向移动，而对电子零件赋予第一载荷，将Z轴马达(18)作为驱动源；第二加压机构，设置于支撑机构与安装工具之间，使安装工具相对于支撑机构沿垂直方向移动，而对电子零件赋予第二载荷，将音圈马达(30)作为驱动源；荷重元(38)，直接地或间接地连接于安装工具；以及控制部，对第一加压机构、第二加压机构的驱动进行控制，且在利用第一加压机构赋予第一载荷时，预先对第二加压机构进行驱动，使荷重元抵接于支撑机构而产生预负载。由此，对电子零件高精度地赋予低载荷及高载荷。

Description

电子零件的安装装置

技术领域

本发明涉及一种将半导体芯片等电子零件安装于基板上的电子零件的安装装置。

背景技术

自以前以来，将半导体芯片等电子零件安装于基板上的电子零件的安装装置已广为人知。在所述安装装置中，是经由连接构件将电子零件压接于基板。此时赋予至电子零件的载荷是根据连接构件的材质或半导体芯片的种类等来确定。例如，当连接构件为糊膏状的粘合剂时，所赋予的载荷为0.1N～50N左右的比较低的压接载荷(低载荷)。当连接构件为各向异性导电片或焊料凸块(solder bump)等时，所赋予的载荷为10N～500N左右的比较高的压接载荷(高载荷)。并且，压接载荷有时因安装步骤的进程而不同，例如，当将电子零件压接于基板时，也存在如下情况：在压接的初始阶段，对电子零件赋予低载荷而进行临时安装，然后，对电子零件赋予高载荷而进行正式安装。如上所述，压接时所需要的载荷范围(range)非常宽广。

因此，自以前以来已提出有可对压接载荷进行切换的接合(bonding)装置。例如，在专利文献1中揭示有如下装置：包括对用以附加高载荷的压接块进行按压的第1按压力赋予单元、以及用以赋予低载荷的第2按压力赋予单元，且在赋予高载荷时使压接工具固定于压接块上，在赋予低载荷时使压接工具不固定于压接块上。

又，在专利文献2中揭示有如下装置：设置有赋予低载荷的第1加压单元、以及赋予高载荷的第2加压单元，且第1加压单元构成为与接合头一并进行移动，第2加压单元与接合头分离，而位于接合平台的上方。又，在专利文献2的装置中，进而还设置有加压源切换单元，所述加压源切换单元在低载荷控制时，使由第1加压单元赋予的加压力传递至接合工具，在高载荷控制时使由第1加压单元赋予的加压力不传递至接合工具。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本专利第4367740号公报

专利文献2日本专利特开200927105号公报

发明内容

发明要解决的课题

根据如上所述的现有技术，可利用单个安装头来赋予低载荷及高载荷。然而，在专利文献1的技术中，为了使压接工具固定于压接块或者从压接块解除固定，需要复杂的机构，从而导致装置整体的复杂化、成本增加等问题。又，在专利文献2的技术中，由于将赋予高载荷的第2加压单元与接合头分离而设置，因此存在可赋予高载荷的位置受限的问题。又，在专利文献2中，也需要对加压力的传递路径进行切换的机构，从而仍然会导致装置整体的复杂化、成本增加等问题。

因此，本发明的目的在于提供一种可利用更简单的构成，对电子零件高精度地赋予低载荷及高载荷的电子零件的安装装置。

解决问题的技术手段

本发明的电子零件的安装装置是将电子零件安装于基板上的电子零件的安装装置，包括：安装工具，在其前端保持电子零件；支撑机构，可沿垂直方向移动，且连结着安装工具；第一加压机构，通过使安装工具连同支撑机构一起沿垂直方向移动，而对电子零件赋予第一载荷；第二加压机构，设置于支撑机构与安装工具之间，使安装工具相对于支撑机构沿垂直方向移动，而对电子零件赋予第二载荷；载荷检测器，直接地或间接地连接于安装工具；以及控制部，对第一加压机构、第二加压机构的驱动进行控制，且在利用第一加压机构赋予第一载荷时，预先对第二加压机构进行驱动，使载荷检测器抵接于支撑机构而产生预负载。

在优选实施方式中，载荷检测器配置于支撑机构与第二加压机构之间。在另一优选实施方式中，还包括对安装工具相对于支撑机构朝向垂直方向的移动进行导引的导引机构，且导引机构由弹性体形成，所述弹性体将安装工具与支撑机构加以连结，对朝向水平方向的位移进行限制，并且容许朝向垂直方向的位移。此时，弹性体理想的是板弹簧(platespring)。

在另一优选实施方式中，控制部在利用第一加压机构进行加压时，根据载荷检测器所检测到的检测载荷对第一加压机构进行反馈(feed back)控制，在利用第二加压机构进行加压时，对第二加压机构进行前馈(feed forward)控制。

发明的效果

根据本发明，可利用简单的构成，对电子零件高精度地赋予低载荷及高载荷。

附图说明

图1是作为本发明的实施方式的电子零件的安装装置的立体图。

图2是电子零件的安装装置的概略构成图。

图3是安装头的正视图。

图4是图3的A-A剖面图。

图5(a)及图5(b)是安装头的概略构成图。

图6是采用由板弹簧构成的导引机构时，以1N的推力扭矩使安装工具往复升降时的位置及误差的曲线图。

图7是采用由板弹簧构成的导引机构时，以0.3N的推力扭矩使安装工具往复升降时的位置及误差的曲线图。

图8是采用导轨时，以1N的推力扭矩使安装工具往复升降时的位置及误差的曲线图。

[符号的说明]

10：安装装置

11：底座

12：安装头

14：安装工具

16：底座构件

17：轴导轨

18：轴马达

20：联轴器

22：导螺杆

24：移动体

26：马达固定器

28：移动块

30：音圈马达

32：固定元件

34：活动元件

36：滑动轴

38：荷重元(load cell)

40：板弹簧

42：线性标尺(linear scale)

44：保护构件

50：基板平台

52：XY平台

54：框架

60：控制部

62：中央处理器

64：存储器

66：数据界面

100：基板

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是作为本发明的实施方式的电子零件的安装装置10的立体图。又，图2是安装装置10的概略构成图，图3是安装头12的正视图，图4是图3的A-A剖面图，图5(a)及图5(b)是安装头12的概略构成图。

安装装置10是将作为电子零件的半导体芯片以正面朝下(face down)的状态安装于基板100上的装置，例如为倒装芯片(flip chip)安装装置10。安装装置10包括具备安装工具14的安装头12、将半导体芯片供给至安装工具14的芯片供给单元(未图示)、载置有基板100的基板平台50、使基板平台50沿XY方向(水平方向)移动的XY平台52等。

半导体芯片是由芯片供给单元而供给至安装工具14。作为芯片供给单元的构成，可想到各种构成，例如可想到如下构成：利用中转臂自载置于晶片(wafer)平台上的晶片拾取半导体芯片而移送至中转平台。此时，XY平台52将中转平台移送至安装工具14的正下方，安装工具14自位于正下方的中转平台拾取半导体芯片。

若利用安装工具14拾取半导体芯片，则接着，利用XY平台52，将基板100移送至安装工具14的正下方。若成为所述状态，则安装工具14朝向基板100下降，将吸引保持于前端的半导体芯片压接并安装于基板100上。

安装头12固着于自安装装置10的底座11立起的框架54上，其水平位置为固定。在与安装头12相对向的位置上，设置有保持基板100的基板平台50。在所述基板平台50上，装载有对基板100进行加热的加热装置等。基板平台50设置于XY平台52上，根据来自控制部60的指令，适当地沿水平方向移动。

在安装头12上，除了对半导体芯片进行吸附保持的安装工具14以外，还包括使所述安装工具14沿垂直方向移动而对半导体芯片赋予载荷的第一加压机构及第二加压机构、对安装工具14以升降自如的方式进行支撑的支撑机构、固着于框架54上的底座构件16等。

底座构件16是固着于框架54上，且其水平位置及垂直位置为固定的构件。在所述底座构件16上，安装有构成第一加压机构的Z轴马达18、对支撑机构的升降进行导引的Z轴导轨17等。

支撑机构是对安装工具14及第二加压机构以可沿垂直方向滑动的方式进行支撑的机构。支撑机构包括组装于Z轴导轨17上的移动体24、马达固定器(motor holder)26、移动块28等。所述移动体24、马达固定器26、移动块28相互连结，且一并沿垂直方向滑行移动。马达固定器26是对构成第二加压机构的音圈马达(voice coil motor)(以下称为“VCM”)30进行保持的构件。在所述马达固定器26的上侧设置有移动块28，所述移动块28螺合着构成第一加压机构的导螺杆(lead screw)22。伴随着导螺杆22的旋转，所述移动块28进行升降，进而，与移动块28连结的马达固定器26、移动体24、VCM 30、安装工具14进行升降。

第一加压机构是使安装工具14连同支撑机构一起沿垂直方向移动的移动机构，是对半导体芯片赋予比较大的第一载荷的机构。利用第一加压机构，安装工具14朝向基板100下降，将吸引保持于所述安装工具14的前端的半导体芯片推按至基板100上。此时，赋予至半导体芯片的载荷为比较大的值，例如为10N～500N。

第一加压机构包括与底座构件16连结的Z轴马达18、及经由联轴器(coupling)20连结于所述Z轴马达18的输出轴的导螺杆22。伴随着Z轴马达18的驱动，导螺杆22进行旋转，由此移动块28进行升降，进而第二加压机构及安装工具14进行升降。控制部60根据下述荷重元(load cell)38所检测到的检测压力，对Z轴马达18的驱动进行反馈控制。再者，此处所说明的第一加压机构的构成为一个示例，第一加压机构只要可使安装工具14、第二加压机构、支撑机构一并沿垂直方向移动，则其构成并无限定。例如，作为加压机构的驱动源，也可并非为马达，而采用空气气缸(air cylinder)或油压气缸等。

第二加压机构是介于支撑机构与安装工具14之间，使安装工具14相对于支撑机构进行移动的移动机构。第二加压机构与第一加压机构相比，将比较小的第二载荷赋予至半导体芯片。利用第二加压机构，安装工具14朝向基板100下降，将吸引保持于所述安装工具14的前端的半导体芯片推按至基板100上。此时，赋予至半导体芯片的载荷为比较小的值，例如为0.1N～50N。

第二加压机构将VCM 30作为驱动源。VCM 30的构成包括：固定元件32，在其内周面上配置有永久磁铁且大致为圆筒形；以及活动元件34，与所述固定元件32同心地配置于所述固定元件32的内侧。固定元件32被保持于马达固定器26上。活动元件34是在其周围缠绕有线圈的大致圆筒形构件，通过对线圈进行通电而相对于固定元件32在轴方向上进行进退。控制部60对所述线圈的电流或电压进行前馈控制，以获得所需的推力(压接载荷)。再者，此处所说明的第二加压机构的构成为一个示例，第二加压机构只要可使安装工具14相对于支撑机构沿垂直方向移动，则其构成并无限定。但是，第二加压机构理想的是可利用前馈控制而高精度地进行控制的机构。

在VCM 30的活动元件34上连结有滑动轴36。所述滑动轴36是介于活动元件34与安装工具14之间的构件，且与活动元件34一并沿垂直方向移动。在支撑机构上，固着有覆盖所述滑动轴36的周围的保护构件44。在保护构件44上，形成有直径稍大于滑动轴36的贯通孔，滑动轴36在所述贯通孔内进退。在滑动轴36的前端，安装有对半导体芯片进行吸引保持的安装工具14。所述安装工具14的构成可使用公知的构成，因而此处的说明予以省略。

如自图4、图5(a)及图5(b)所知，虽然滑动轴36的一部分由保护构件44所覆盖，但其余部分为露出至外部的状态。在所述滑动轴36之中露出至外部的部分上，安装有板弹簧40。所述板弹簧40作为对滑动轴36朝向垂直方向的移动进行导引的导引机构而发挥作用。即，板弹簧40包含大致水平地设置的钢板，其一端连结于滑动轴36的圆周面，另一端连结于支撑机构的移动体24。板弹簧40通过沿垂直方向弯曲，而沿垂直方向进行位移。通过将所述板弹簧40的一端连结于滑动轴36，而对第二加压机构所致的滑动轴36朝向水平方向的移动进行限制，进而对第二加压机构所致的安装工具14朝向水平方向的移动进行限制，而仅容许朝向垂直方向的移动。再者，在本实施方式中，是使用板弹簧40，但只要是对朝向水平方向的移动实质上进行限制并且容许朝向垂直方向的移动的弹性体，则并不限于板弹簧40，也可使用其他弹性体，例如螺旋弹簧等。如上所述，通过利用弹性体对安装工具14的移动方向进行导引，可进一步提高安装工具14的位置控制精度，关于此点将在后文详述。

在VCM 30的活动元件34与马达固定器26之间设置有荷重元38。荷重元38是用以对经由安装工具14而赋予至半导体芯片的载荷进行检测的压力检测器。VCM 30的活动范围是以至少可采取第一状态(图5(a)的状态)及第二状态(图5(b)的状态)的方式而设定，所述第一状态是在荷重元38与马达固定器26之间产生间隙的状态，所述第二状态是所述荷重元38与马达固定器26(支撑机构)相接触的状态。如后文所详述，当使用第一加压机构赋予比较高的载荷时，设为第二状态，使荷重元38产生预负载。又，当使用第二加压机构赋予比较低的载荷时，设为第一状态，使荷重元38为无负载状态。再者，在本实施方式中，是将荷重元38经由其他构件(滑动轴36)连接于安装工具14，但荷重元38也可直接连接于安装工具14。

在支撑机构上，进而还固着有线性标尺(linear scale)42。所述线性标尺42对滑动轴36相对于支撑机构的位移量进行测定，进而对安装工具14相对于支撑机构的位移量进行测定。并且，根据所述位移量对安装工具14的Z轴方向上的位置进行检测。

控制部60包括进行各种运算处理的中央处理器(central processing unit，CPU)62、记忆各种数据或程序的存储器64、以及对数据的输入输出进行管理的数据界面(datainterface)66等。存储器64记录用以进行安装控制的程序及各种数据。又，CPU 62根据荷重元38或线性标尺42等传感器所检测到的值执行各种运算，并且根据记忆于存储器64中的程序，经由数据界面66输出用以对加压机构、XY平台52、搭载于基板平台50上的加热器等进行驱动的控制信号。

对利用以上构成的安装工具14将半导体芯片安装于基板100上的情况的流程进行说明。当将半导体芯片安装于基板100上时，当然也可将半导体芯片吸引保持于安装工具14的前端，且在所述状态下，将半导体芯片推按至基板100上。此时，赋予至半导体芯片的载荷因半导体芯片的种类或安装步骤的进程等而不同。例如，半导体芯片是经由连接构件而压接于基板100，当所述连接构件为糊膏状的粘合剂时，压接载荷为0.1N～50N的比较低的值即可。另一方面，当连接构件为各向异性导电片或焊料凸块等时，则需要10N～500N的比较高的压接载荷。又，根据半导体芯片或基板100的种类，也有时在安装的过程中改变载荷。例如，也存在如下情况：首先，利用比较小的载荷将半导体芯片推按至基板100而进行临时安装之后，进行赋予比较大的载荷的正式安装。

如上所述，安装半导体芯片时赋予至半导体芯片的载荷的范围非常宽广(例如0.1N～500N)。当欲以单个加压机构覆盖所述宽广的载荷范围时，需要输出扭矩的范围宽广且可高精度地进行控制的驱动源。然而，所述驱动源通常非常昂贵，且多数情况下尺寸也大，从而难以采用。因此，在以前，当赋予高载荷时及赋予低载荷时，多数情况是更换零件来应对宽广的载荷范围，然而这很费事。因此，在本实施方式中，为了覆盖宽广的载荷范围，设置有用以赋予高载荷的第一加压机构、以及用以赋予低载荷的第二加压机构。

若更具体地进行说明，则当欲利用低载荷来安装半导体芯片时，通过将VCM 30作为驱动源的第二加压机构来产生载荷。即，对第二加压机构的VCM30进行驱动，而使安装工具14朝向基板100下降。此时，荷重元38与马达固定器26相离而成为无负载状态，从而无法检测载荷。但是，第二加压机构如上所述，对VCM 30的电流或电压进行前馈控制，以获得所需的推力(载荷)。因此，即使荷重元38成为无负载状态也无妨。

当使安装工具14下降时，控制部60根据线性标尺42所检测到的位移量对安装工具14的Z轴方向上的位置进行监测，并根据所述监测结果，对保持于安装工具14上的半导体芯片接触到基板100的时刻进行检测。若半导体芯片接触到基板100，则控制部60对VCM 30的电流或电压进行驱动控制，以将规定的载荷赋予至半导体芯片。并且，在经过规定的按压时间之后，将安装工具14的吸引力加以解除，并且对VCM 30朝相反方向进行驱动，使安装工具14移动至与基板100相离的待机位置。再者，若利用第二加压机构产生最终的载荷，则也可在载荷产生之前(即，半导体芯片抵接于基板100之前)，对第一加压机构进行驱动而使安装工具14接近于基板100。

另一方面，当欲利用高载荷来安装半导体芯片时，通过将Z轴马达18作为驱动源的第一加压机构来产生载荷。此处，第一加压机构的Z轴马达18根据荷重元38所检测到的检测压力值，受到反馈控制。因此，在利用高载荷来安装半导体芯片时，预先对VCM 30进行驱动，使荷重元38与支撑机构(马达固定器26)相接触，而对荷重元38赋予预负载。即，控制部60对VCM 30朝向Z轴方向上侧进行驱动，若自荷重元38发送的检测压力值达到规定的预负载值，则使VCM 30在所述位置静止。

若在荷重元38中产生预负载，则接着，控制部60对Z轴马达18进行驱动，而使安装工具14连同支撑机构一起下降。当保持于安装工具14上的半导体芯片抵接于基板100时，自荷重元38发送的检测压力值发生变化。控制部60若检测到所述变化，则其后，根据荷重元38的输出值，对Z轴马达18的输出扭矩进行反馈控制，以获得指定的载荷。并且，在经过所需的按压时间之后，将安装工具14的吸引力加以解除，并且对Z轴马达18朝相反方向进行驱动，使安装工具14移动至与基板100相离的待机位置。

如自以上的说明所知，根据本实施方式，即使不进行零件的更换等，也可应对宽广范围的载荷。作为结果，可提高安装装置10的通用性。又，如自以上的说明所知，在本实施方式中，只要对赋予载荷时进行驱动的驱动源(Z轴马达18或VCM 30)进行切换，并且对VCM 30进行驱动而使荷重元38抵接于支撑机构或从支撑机构解除抵接，即可对低载荷及高载荷进行切换。换句话说，在对低载荷及高载荷进行切换时，不需要设置复杂的机构，从而可实现装置整体的小型化及成本的降低。

又，在本实施方式中，当利用第二加压机构使安装工具14移动时，利用板弹簧40对安装工具14的移动方向进行导引。由此，可降低伴随着移动而产生的摩擦，从而可进一步提高安装工具14的位置控制精度。

即，通常，在使安装工具14线性移动时，多数情况是利用内置有滚子(转动体)的滑动导轨(slide guide)等来进行导引。然而，此种利用转动体的导引机构存在滑动阻力因机构的沟槽(gutter)或润滑油的流体阻力等而瞬间增加的情况。滑动阻力的瞬间增加会导致瞬间的位置偏移。此种滑动阻力的瞬间增加特别是在推进扭矩小的情况下容易产生。

因此，在本实施方式中，作为利用输出扭矩小的VCM 30使安装工具14移动时的导引机构，是使用板弹簧40。即，通过利用板弹簧40将滑动轴36与支撑机构加以连结，而将滑动轴36相对于支撑机构的移动方向限定为板弹簧40的位移方向即垂直方向。其结果为，将滑动轴36的移动方向导引为垂直方向，进而将安装工具14的移动方向导引为垂直方向。又，在板弹簧40的情况下，不存在沟槽或润滑油的流体阻力等，因此不会如利用转动体的导引机构般，产生因所述沟槽或润滑油的流体阻力等所引起的滑动阻力的瞬间增加。作为结果，通过采用由板弹簧40构成的导引机构，可利用VCM 30使安装工具14顺滑地移动，而不会产生瞬间的位置偏移。

图6～图8是表示利用VCM 30使安装工具14往复升降时的安装工具14的实测位置(曲线图上段)及位置误差量(曲线图下段)的曲线图，图6及图7表示采用板弹簧40作为导引机构时的实验结果，图8表示采用导轨作为导引机构时的实验结果。又，在图6、图8中推力扭矩为1N，在图7中推力扭矩为0.3N。

如自图8所知，当采用导轨时，多数情况下位置会瞬间大幅度偏移。另一方面，如图6及图7所示可知，当采用板弹簧40时，不会瞬间产生大幅度的位置偏移，而是稳定地进行往复升降。此情况在推力扭矩小(0.3N)时也相同。

即，如本实施方式般，通过采用如板弹簧40般的弹性构件作为利用第二加压机构进行移动的导引机构，可有效地防止安装工具14的位置偏移。

再者，以上所说明的构成为一个示例，只要包括本申请的权利要求所述的构成，则也可对其他构成进行适当变更。例如，在本实施方式中，是采用板弹簧40作为利用第二加压机构进行移动的导引构件，但是只要可防止如上所述的瞬间的位置偏移，则也可采用其他导引构件。又，在本实施方式中，安装头12是设为不朝水平方向移动的构成，但是当然，也可设为使安装头12水平移动的构成。

本发明并不限定于以上所说明的实施方式，而包含不脱离由权利要求所规定的本发明的技术范围或本质的所有变更及修正。

Claims (2)

1.一种电子零件的安装装置，将电子零件安装于基板上，所述电子零件的安装装置包括：

安装工具，在其前端保持电子零件；

底座构件，安装着导轨，所述导轨引导所述安装工具往垂直方向的升降，所述底座在水平方向与垂直方向的位置被固定；

第二加压机构，可沿所述垂直方向移动，且设置于所述底座构件与所述安装工具之间，所述第二加压机构具备支撑机构，所述支撑机构是由组装在所述导轨的移动体与保持所述第二加压机构的驱动部的马达固定器连结而构成，所述第二加压机构使所述安装工具相对于所述支撑机构沿所述垂直方向移动，而对所述电子零件赋予第二载荷；

第一加压机构，安装于所述底座构件，具备传达轴，所述传达轴使所述安装工具沿所述垂直方向移动，并将第一载荷传达给所述电子零件，所述传达轴通过直接驱动所述马达固定器垂直往下，而对所述电子零件赋予所述第一载荷；

滑动轴，设于所述第二加压机构与所述安装工具之间，所述滑动轴的下端安装着所述安装工具，并往所述垂直方向延伸，经由所述安装工具把载荷传达给所述电子零件；

载荷检测器，配置于所述滑动轴与所述第二加压机构之间，直接地或间接地连接于所述安装工具；以及

控制部，对所述第一加压机构、第二加压机构的驱动进行控制，且在利用所述第一加压机构赋予所述第一载荷时，预先往垂直上方向驱动所述第二加压机构，使所述载荷检测器抵接于所述支撑机构而产生预负载；以及

板弹簧，一端直接连接至所述安装工具附近的所述滑动轴，另端直接连接到所述支撑机构的所述移动体，限制水平方向的位移，并容许所述安装工具相对于所述移动体往所述垂直方向的位移；

所述板弹簧具备含有上板弹簧、下板弹簧的悬臂梁构造，

所述控制部在所述板弹簧在略垂直方向的冲程范围内，使所述第二加压机构往所述垂直方向移动。

2.根据权利要求1所述的电子零件的安装装置，其中

所述控制部在利用所述第一加压机构将所述第一载荷赋予所述电子零件时，是利用所述第二加压机构将所述第二载荷赋予所述电子零件而进行临时安装，之后，利用所述第一加压机构赋予所述第一载荷。