DE10163834A1

DE10163834A1 - Kontaktierungseinrichtung

Info

Publication number: DE10163834A1
Application number: DE10163834A
Authority: DE
Inventors: Touru Terada; Yasuhisa Matsumoto
Original assignee: Shibuya Kogyo Co Ltd
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2002-09-05
Also published as: JP2002198398A; US20020079350A1; US20060022019A1; US7337939B2

Abstract

Eine Kontaktierungseinrichtung weist ein Kontaktierungswerkzeug auf, eine Substratstufe, einen Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Kontaktierungswerkzeuges und der Substratstufe, einen Hebe- und Senkmechanismus zum Heben und Senken des Kontaktierungswerkzeuges sowie eine Chiperkennungskamera. Die Kontaktierungseinrichtung ist so ausgebildet, dass mit einem Chip und einem Substrat eine Positionierung auf der Grundlage eines Erkennungsergebnisses der Chiperkennungskamera durchgeführt wird, so dass der Chip auf dem Substrat kontaktiert wird. Die Chiperkennungskamera ist so angeordnet, dass sie sich unterhalb des Niveaus einer Substratmontageoberfläche der Substratstufe befindet. Eine untere Oberfläche des Chips wird in einem Zustand erkannt, in welchem die untere Oberfläche des Chips sich im wesentlichen auf demselben Niveau befindet wie eine Chipkontaktierungsoberfläche des Substrats. Die Positionierung des Chips und des Substrats wird auf der Grundlage des Erkennungsbildes durchgeführt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung einer Kontaktierungseinrichtung zum Kontaktieren eines Chips auf einem Substrat (einschließlich eines Leiterrahmens und eines TAB-Bandes). Die vorliegende Erfindung wurde hauptsächlich zu dem Zweck entwickelt, eine Chiperkennungsvorrichtung in einer Flip-Chip-Kontaktierungseinrichtung zum Einsatz bei der Positionierung eines Chips und eines Substrats zur Verfügung zu stellen.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-397163, die durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen wird.

Bislang war ein Kontaktierungswerkzeug so ausgebildet, daß es nach oben bewegt wird, nachdem es einen Chip angesaugt hat, der sich auf einem Chiptablett oder einem Wafer befindet, relativ und horizontal bewegt wird, um oberhalb eines Substrats angeordnet zu werden, und nach unten bewegt wird, um den Chip auf dem Substrat zu kontaktieren. Für die Bilderkennung des Chips zur Durchführung der Positionierung des Chips und des Substrats wird der Chip an einem erhöhten Niveau angehalten, auf welchem der Chip relativ und horizontal bewegt wird, und der Chip durch eine Chiperkennungskamera von einem Ort unterhalb des Chips erkannt wird, um die Taktzeit zu verkürzen.

Eine Kugelumlaufspindel, eine Führung oder dergleichen, die ein Bauteil eines Kopfhebe- und Absenkmechanismus zum Anheben und Absenken des Kontaktierungswerkzeug darstellt, kann eine geringfügige Schräglage ihrer Hebeachse aufweisen (in Fig. 3A durch eine gestrichelte Linie dargestellt), infolge einer Wärmeausdehnung und dergleichen im Verlauf der Zeit, wie dies in Fig. 3A gezeigt ist.

Andererseits wird das Kontaktierungswerkzeug entlang der verkippten Hebeachse nach oben und unten bewegt. Streng genommen kann daher das Kontaktierungswerkzeug nicht genau in Vertikalrichtung nach oben und unten bewegt werden. Dies führt dazu, dass selbst dann, wenn der Chip in Richtung auf das Substrat nach unten bewegt wird, von einem Ort aus, der etwas höher liegt als das Niveau der Chipkontaktierungsoberfläche des Substrats, die von der Chiperkennungskamera erkannt wird, der Chip in einer geringfügig verschobenen Position kontaktiert wird, wie dies in Fig. 3B dargestellt ist.

Je größer die Entfernung zwischen der oberen Oberfläche des Substrats und dem Niveau ist, an welchem der Chip durch die Chiperkennungskamera erkannt wird, desto größer wird das Ausmaß dieser Abweichung. Eine derartige, sehr kleine Abweichung ist irrelevant, wenn die Kontaktierungshöckergröße und die zulässige Abweichungsbreite groß sind, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist. Wenn jedoch der Kontaktierungshöcker klein ausgebildet wird, so dass die zulässige Abweichungsbreite eine Genauigkeit in der Größenordnung von 1 µm oder 0,5 µm erfordert, ist eine derartige, kleine Abweichung nicht mehr vernachlässigbar.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Lösung des voranstehend geschilderten Problems, und in der Bereitstellung einer Kontaktierungseinrichtung, bei welcher die Erkennung eines Chips zur Durchführung der Positionierung des Chips und eines Substrats in einer Position durchgeführt wird, an welcher sich die Chipkontaktierungsoberfläche des Substrats im wesentlichen in derselben Ebene befindet wie die untere Oberfläche des Chips, und die Positionierung des Chips und des Substrats entsprechend einem Erkennungsbild auf einem Niveau durchgeführt wird, auf welchem der Chip mit dem Substrat kontaktiert werden soll. Daher ist kein Einfluß einer Verschlechterung (beispielsweise einer Verformung infolge Wärmeeinwirkung) im Verlauf der Zeit vorhanden, so dass der Chip mit hoher Genauigkeit auf dem Substrat positioniert werden kann.

Um die voranstehend geschilderten Vorteile zu erreichen setzt die vorliegende Erfindung die folgende Einrichtung ein.

Eine Kontaktierungseinrichtung weist ein Kontaktierungswerkzeug zum Haltern eines Chips auf, eine Substratstufe zur Anbringung eines Substrats auf dieser, einen Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Kontaktierungswerkzeugs und der Substratstufe relativ zueinander in der Horizontalebene, einen Hebe- und Absenkmechanismus zum Anheben und Absenken des Kontaktierungswerkzeugs, und eine Chiperkennungskamera zum Erkennen des Chips, der von dem Kontaktierungswerkzeug gehaltert wird, von einer Position unterhalb des Chips aus.

Die Kontaktierungseinrichtung ist so ausgebildet, dass mit dem Chip und dem Substrat eine Positionierung auf der Grundlage eines Erkennungsergebnisses der Chiperkennungskamera durchgeführt wird, und das Kontaktierungswerkzeug nach unten bewegt wird, um den Chip auf dem Substrat zu kontaktieren.

Die Chiperkennungskamera ist so angeordnet, dass sie sich weiter unten befindet als das Niveau eines Substrats, das auf der Oberfläche der Substratstufe angeordnet ist.

Eine untere Oberfläche des Chips wird von der Chiperkennungskamera in einem Zustand erkannt, in welchem sich die untere Oberfläche des Chips im wesentlichen auf demselben Niveau befindet wie eine Chipkontaktierungsoberfläche des Substrats.

Die Positionierung des Chips und des Substrats wird durch das Erkennungsbild durchgeführt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen sich weitere Vorteile und Merkmale ergeben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Kontaktierungseinrichtung, bei welcher die vorliegende Erfindung eingesetzt wird;

Fig. 2A und 2B erläuternde Darstellungen für die Beziehung zwischen einem Kontaktierungswerkzeug und einer Substraterkennungskamera, wobei Fig. 2A den Zustand zeigt, in welchem die untere Oberfläche eines Chips von der Chiperkennungskamera erkannt wird, und Fig. 2B jenen Zustand zeigt, in welchem der Chip auf einem Substrat kontaktiert wird; und

Fig. 3A und 3B erläuternde Darstellungen zur Verdeutlichung des Prinzips, nach welchem eine Positionsabweichung erzeugt wird, wobei Fig. 3A den Zustand zeigt, in welchem die untere Oberfläche des Chips von der Chiperkennungskamera erkennt wird, und Fig. 3B den Zustand zeigt, in welchem eine Abweichung hervorgerufen wird.

Nachstehend erfolgt eine Beschreibung einer Art und Weise zur Ausführung der vorliegenden Erfindung zusammen mit einer in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform. Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Kontaktierungseinrichtung, bei welcher die vorliegende Erfindung eingesetzt wird. Die in Fig. 1 dargestellte Kontaktierungseinrichtung ist eine Flip-Chip-Kontaktierungseinrichtung.

Die Flip-Chip-Kontaktierungseinrichtung weist ein Kontaktierungswerkzeug 2 zum Haltern eines Chips 1 auf, sowie eine Substratstufe 4, auf welcher ein Substrat 3 angebracht werden kann. Der Chip 1 und das Substrat 3, die bei der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt werden, weisen eine Dicke von jeweils etwa 0,3 bis 0,5 mm auf. Weiterhin ist ein Leiterrahmen, ein TAB-Band und dergleichen in dem Substrat 3 vorhanden.

Das Kontaktierungswerkzeug 2 ist an einem unteren Endabschnitt eines Kontaktierungskopfes 5 angebracht, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Hierbei ist ein (nicht dargestelltes) Chipsaugloch in dem Kontaktierungswerkzeug 2 vorgesehen, so dass der Chip an das Kontaktierungswerkzeug 2 angesaugt wird, mit Hilfe einer Verbindungsöffnung zu einer Vakuumerzeugungseinrichtung.

Das Kontaktierungswerkzeug 2 ist so ausgebildet, dass es sich frei zusammen mit dem Kontaktierungskopf 5 nach oben und unten bewegen kann, mit Hilfe eines Z-Achsen-Antriebsmotors 6 und eines Kopfhebe- und Absenkmechanismus 7. Obwohl dies in der Zeichnung nicht im einzelnen dargestellt ist, weist der Kopfhebe- und Absenkmechanismus 7 eine Kugelumlaufspindel, eine Führung und dergleichen auf, um die Drehung des Z- Achsen-Antriebsmotors 6 zu übertragen. Der Kontaktierungskopf 5 wird auf einem Halterungsteil 8 so gehaltert, dass sich der Kontaktierungskopf frei nach oben und unten bewegen kann. Weiterhin ist eine Substraterkennungskamera 14, die nach unten gerichtet ist, auf dem Halterungsteil 8 angebracht.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Kontaktierungskopf 5 nicht mit einem Horizontalantriebsmechanismus (Richtung nach vorn/hinten und Richtung nach links/rechts in den Zeichnungen) versehen. Selbstverständlich muß, wenn die Substratstufe 4 nicht mit irgendeinem Bewegungsmechanismus wie beispielsweise einem XY-Tisch 10 versehen ist, der Kontaktierungskopf einen Horizontalantriebsmechanismus aufweisen. Weiterhin bezeichnet das Bezugszeichen 9 in Fig. 1 einen θ-Achsen-Antriebsmotor zur Erzeugung einer Drehbewegung des Kontaktierungswerkzeugs 2.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der XY-Tisch 10 als Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Kontaktierungswerkzeugs 2 und der Substratstufe 4 relativ zueinander in der Horizontalebene vorgesehen. Der XY-Tisch 10 wird horizontal in derselben Ebene durch nicht dargestellte X- und Y-Achsenantriebsmotoren bewegt. Die Substratstufe 4 ist auf dem XY-Tisch 10 angebracht.

Zusammen mit der Substratstufe 4 und einem Chiptablett 12, in welchem ein anderer Chip 1 aufgenommen ist, ist eine Chiperkennungskamera 11 zur Erkennung des Chips 1, der von dem Kontaktierungswerkzeug 2 gehaltert wird, an einer Position unterhalb des Chips aus, auf dem XY-Tisch 10 gehaltert. Die Einstellung wird so vorgenommen, dass die Position, auf welche die Chiperkennungskamera 11 fokussiert ist, eine Position ist, die im wesentlichen auf einem Niveau mit der Chipkontaktierungsoberfläche (der oberen Oberfläche in Fig. 1) des Substrats 3 liegt.

Als nächstes wird der Verlauf der Bearbeitung bei der Kontaktierungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform geschildert.

Zuerst wird der XY-Tisch 10 so bewegt, dass das Chiptablett 12, welches den Chip 1 aufnimmt, unter dem Kontaktierungswerkzeug 2 angeordnet ist. Hierbei wird der Z-Achsenmotor 6 so betätigt, dass sich das Kontaktierungswerkzeug 2 nach unten bewegt. Der Chip 1 wird an das Kontaktierungswerkzeug 2 angesaugt, und nach oben bewegt.

Dann wird der XY-Tisch 10 so bewegt, dass sich die Chiperkennungskamera 11 unter dem Kontaktierungswerkzeug 2 befindet. Danach wird, wie in Fig. 2A gezeigt, das Kontaktierungswerkzeug 2 nach unten bewegt, bis die untere Oberfläche des Chips 1, der an das Kontaktierungswerkzeug 2 angesaugt ist, ein Niveau erreicht, auf welches die Chiperkennungskamera 11 fokussiert ist. Daher wird das Kontaktierungswerkzeug 2 so nach unten bewegt, dass die untere Oberfläche des Chips 1 und die Chipkontaktierungsoberfläche des Substrats 3 sich im wesentlichen in derselben Ebene befinden.

In dieser Position wird ein Bild des Chips 1, der an das Kontaktierungswerkzeug 2 angesaugt wird, von der Chiperkennungskamera 11 erkannt. Nachdem die Position des Chips 1 bestätigt wurde, wird das Kontaktierungswerkzeug 2 nach oben bewegt.

Dann wird der XY-Tisch 10 so bewegt, dass sich das Substrat 3 unter der Substraterkennungskamera 14 befindet. Ein Bild des Substrats 3 wird in der Position erkannt, an welcher das Substrat 3 und der Chip 1 miteinander kontaktiert werden sollen. Auf diese Weise wird die Kontaktierungsposition erkannt. Daher befinden sich die Chipkontaktierungsoberfläche des Substrats 3 und die untere Oberfläche des Chips 1 im wesentlichen auf demselben Niveau, und werden dort erkannt.

Dann wird das Ausmaß der Bewegung, um welches der XY-Tisch 10 bewegt werden sollte, um die ordnungsgemäße Positionierung des Chips 1 und des Substrats 3 in Bezug aufeinander zu bewirken, auf der Grundlage der Ergebnisse der Erkennung der Chiperkennungskamera 11 und der Substraterkennungskamera 14 bestimmt. Dann wird der XY-Tisch 10 so bewegt, dass die Positionierung des Chips 1 und des Substrats 3 durchgeführt wird. Hierbei wird der θ-Achsenantriebsmotor 9 je nach Erfordernis so betätigt, dass das Kontaktierungswerkzeug 2 entsprechend gedreht wird.

Dann wird das Kontaktierungswerkzeug 2 nach unten bewegt, um den Chip 1 auf dem Substrat 3 zu kontaktieren, und wird dann das Kontaktierungswerkzeug 2 nach oben bewegt. Zu diesem Zeitpunkt können, selbst wenn eine Abweichung in Bezug auf die Hebeachse des Kontaktierungswerkzeugs 2 vorhanden ist, das Substrat 3 und der Chip 1 exakt und ohne Abweichung kontaktiert werden, da die Positionierung des Substrats 3 und des Chips 1 auf der Grundlage der Bilderkennung in jener Position durchgeführt wird, an welcher das Substrat 3 und der Chip 1 miteinander kontaktiert werden sollen.

Hierbei ist die Abweichung, obwohl sie auch von dem Aufbau des Kopfhebe- und Absenkmechanismus und dem Material einer Führung und dergleichen abhängt, die in dem Kopfhebe- und Absenkmechanismus 7 vorhanden ist, nicht größer als 1 µm, wenn der Fehler in Bezug auf das Niveau der unteren Oberfläche des Chips 1 und das Niveau der Chipkontaktierungsoberfläche des Substrats 3 zum Zeitpunkt der Bilderkennung innerhalb von ± 5 mm liegt.

Weiterhin kann, wenn das Chiptablett 12 niedriger angeordnet ist als jenes Niveau, auf welches die Chiperkennungskamera 11 fokussiert ist, also wenn das Chiptablett 12 niedriger angeordnet ist als das Niveau der Chipkontaktierungsoberfläche des Substrats 3, das Kontaktierungswerkzeug 2 bis zu dem Niveau heraufbewegt werden, auf welches die Chiperkennungskamera fokussiert ist (das Niveau der Chipkontaktierungsoberfläche des Substrats 3), nachdem das Chipkontaktierungswerkzeug 2 den Chip 1 von dem Chiptablett 12 angesaugt hat. In diesem Fall kann der Vorgang der Bewegung des Kontaktierungswerkzeugs 2 nach unten in dem voranstehend geschilderten zweiten Schritt weggelassen werden.

Die vorliegende Erfindung stellt die folgenden Auswirkungen infolge ihres voranstehend geschilderten Aufbaus zur Verfügung.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Chiperkennungskamera so angeordnet, dass sie sich weiter unten befindet als das Niveau einer Substratmontageoberfläche Chips so angeordnet ist, dass sie annähernd auf einem Niveau mit der Chipkontaktierungsoberfläche eines Substrats liegt. In diesem Zustand wird die untere Oberfläche des Chips durch eine Chiperkennungskamera erkannt, und wird die Positionierung des Chips und des Substrats vorgenommen. Daher ist es möglich, eine Kontaktierungseinrichtung zur Verfügung zu stellen, bei welcher der Einfluß einer Verschlechterung im Verlauf der Zeit (beispielsweise Verformung durch Wärmeeinwirkung) ausgeschaltet werden kann, so dass die Positionierung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.

Zwar wurde die vorliegende Erfindung in ihrer bevorzugten Ausführungsform mit gewissen speziellen Einzelheiten beschrieben, jedoch wird darauf hingewiesen, dass bei der bevorzugten Ausführungsform Änderungen in Bezug auf Einzelheiten der Konstruktion und die Kombination und Anordnung von Teilen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen, die sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen ergeben und von den beigefügten Patentansprüchen umfaßt sein sollen.

Claims

1. Kontaktierungseinrichtung, welche aufweist:
ein Kontaktierungswerkzeug zum Haltern eines Chips;
eine Substratstufe zur Anbringung eines Substrats auf dieser;
einen Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Kontaktierungswerkzeuges und der Substratstufe relativ zueinander in der Horizontalebene;
einen Hebe- und Absenkmechanismus zum Anheben und Absenken des Kontaktierungswerkzeuges;
eine Chiperkennungskamera, die niedriger angeordnet ist als das Niveau einer Substratmontageoberfläche der Substratstufe, um hierdurch den Chip zu erkennen, der durch das Kontaktierungswerkzeug gehaltert wird, von einer Position unterhalb des Chips aus, so dass der Chip und das Substrat auf der Grundlage eines Erkennungsergebnisses der Chiperkennungskamera positioniert werden, und das Kontaktierungswerkzeug herunterbewegt wird, um den Chip auf dem Substrat zu kontaktieren;
wobei eine untere Oberfläche des Chips durch die Chiperkennungskamera erkannt wird, wenn sich die untere Oberfläche des Chips im wesentlichen auf demselben Niveau wie die Chipkontaktierungsoberfläche des Substrats befindet.

2. Kontaktierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Position, auf welche die Chiperkennungskamera fokussiert ist, auf eine Position eingestellt ist, die im wesentlichen auf demselben Niveau liegt wie die Chipkontaktierungsoberfläche des Substrats.

3. Kontaktierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Chiptablett zur Aufnahme des Chips vorhanden ist, wobei das Chiptablett niedriger angeordnet ist als das Niveau der Chipkontaktierungsoberfläche des Substrats.