DE19951053B4

DE19951053B4 - Kontaktierungsvorrichtung

Info

Publication number: DE19951053B4
Application number: DE19951053A
Authority: DE
Inventors: Yasuhisa Kanazawa Matsumoto; Shoichi Kanazawa Sakai; Hiroyuki Kanazawa Takagi
Original assignee: Shibuya Kogyo Co Ltd
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 1998-10-26
Filing date: 1999-10-22
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2019-10-23
Also published as: US6337489B1; JP2000133684A; DE19951053A1; SG105452A1; JP3328878B2

Abstract

Kontaktierungsvorrichtung mit:
einem Kontaktierungswerkzeug zum Halten eines auf einer Montieroberfläche befestigen Chips;
einem Hebemechanismus zum Anheben des Kontaktierungswerkzeugs;
einer Chiperkennungskamera zum Aufnehmen eines Bildes des gehaltenen Chips von einer unteren Seite des Chips;
einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Kontakts zwischen dem Chip auf der Montieroberfläche und dem Kontaktierungswerkzeug; und
einer Steuereinrichtung zum Verschieben des Kontaktierungswerkzeugs in einer Höhenrichtung von einer Position, in der die Erfassungseinrichtung den Kontakt zwischen dem Chip und dem Kontaktierungswerkzeug erfaßt hat, um eine Größe, die gleich einer Differenz in der Höhenrichtung zwischen der Montieroberfläche und einer Fokusposition der Chiperkennungskamera ist, um damit das Kontaktierungswerkzeug über der Chiperkennungskamera anzuordnen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fokussierfunktion einer Bilderkennungskamera für die Anwendung beim Positionieren eines Chips und eines Substrats mit hoher Genauigkeit in einer Kontaktierungsvorrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung einer Fokussiervorrichtung einer Chiperkennungskamera insbesondere in Bilderkennungsgeraten zur automatischen Bildverarbeitung ohne Unschärfe.
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr.10-321279 , auf die hiermit verwiesen sei und die als JP 2000133684 A veröffentlicht ist.
Beschreibung des Standes der Technik
Als nächstliegender Stand der Technik wird die JP 09064106 A angesehen. Dort wird eine Bilderkennungsvorrichtung für einen Chip offenbart.
Um ein Bilderkennungsgerät in einer Kontaktierungsvorrichtung zu fokussieren, gibt es im Stand der Technik ein Verfahren, in dem automatisches Fokussieren mittels einer optischen Einheit mit einem eingebauten Laserverschiebungsmesser durchgeführt wird, und ein Verfahren, in dem das Fokussieren auf der Basis der Dicke eines Substrats und der Dicke eines Chips, die zuvor festgelegt werden, durchgeführt wird.
Bei dem Verfahren, in dem automatisches Fokussieren mittels einer optischen Einheit mit einem eingebauten Laserverschiebungsmesser durchgeführt wird, ergibt sich der Nachteil, daß die Kontaktierungsvorrichtung teuer ist, da jeweils eine optische Einheit auf der Chipseite und auf der Substratseite erforderlich ist. Andererseits tritt bei dem Verfahren, in dem das Fokussieren auf der Basis der Dicke eines Substrats und der Dicke eines Chips, die zuvor festgelegt sind, in der heutigen Zeit, in der das Positionieren mit hoher Genauigkeit aufgrund der reduzierten Chipgröße erforderlich ist, ein Problem auf, in dem daß die Position der Chiperkennungskamera erneut manuell festgelegt werden muß, wenn die Größe der Streuung in der Länge des Kontaktierungswerkzeugs und die Dicke des Chips die Schärfentiefe einer Linse übersteigt.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gerät bereitzustellen, mit dem das automatische Fokussieren einer Bilderkennungskamera für einen Chip in einer Kontaktierungsvorrichtung mit vergleichsweise geringen Kosten erreicht werden kann, und demzufolge, eine Kontaktierungsvorrichtung bereitzustellen, in der die Bildverarbeitung auf der Basis eines scharfen Bildes ohne Unschärfe ausgeführt werden kann, so daß ein Chip mit hoher Genauigkeit auf einem Substrat positioniert werden kann.
Um die obige Aufgabe zu lösen, wird erfindungsgemäß eine Kontaktierungsvorrichtung bereitgestellt. Die Kontaktierungsvorrichtung umfaßt ein Kontaktierungswerkzeug zum Halten eines auf einer Montieroberfläche befestigen Chips, einen Hebemechanismus zum Anheben des Kontaktierungswerkzeugs, eine Chiperkennungskamera zum Aufnehmen eines Bildes des gehaltenen Chips von einer Unterseite des Chips, eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Kontakts zwischen dem Chip auf der Montieroberfläche und dem Kontaktierungswerkzeug, und eine Steuereinrichtung zum Verschieben des Kontaktierungswerkzeugs in einer Höhenrichtung von einer Position, in der die Erfassungseinrichtung den Kontakt zwischen dem Chip und dem Kontaktierungswerkzeug erfaßt hat, um eine Größe, die gleich einer Differenz in der Höhenrichtung zwischen der Montieroberfläche und einer Fokusposition der Chiperkennungskamera ist, um damit das Kontaktierungswerkzeug über der Chiperkennungskamera anzuordnen. Alternativ zu dem Begriff „Montieroberfläche" wird im Folgenden auch der Begriff „Chipmontieroberfläche" verwendet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen deutlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Kontaktierungsvorrichtung, auf welche die vorliegende Erfindung angewendet wird;
2 eine erläuternde Darstellung, die einen Beladungskontrollmechanismus zur Positionserfassung zeigt;
3 eine erläuternde Darstellung, wenn ein Kontaktierungswerkzeug mit einem Chip in Berührung ist; und
4 eine erläuternde Darstellung, wenn der Chip erkannt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine schematische Ansicht einer Kontaktierungsvorrichtung, in der die vorliegende Erfindung verwendet wird. Die in der 1 gezeigte Kontaktierungsvorrichtung ist eine Kopfüber-Kontaktierungsvorrichtung bzw. eine Flip-Chipkontaktierungsvorrichtung.
Die Flip-Chipkontaktierungsvorrichtung hat ein Kontaktierungswerkzeug 3 und eine X-Achsenhalterung 4 und eine Y-Achsenhalterung 5. Das Kontaktierungswerkzeug 3 nimmt einen Chip 23 auf und hält diesen fest. Das Kontaktierungswerkzeug 3 bewegt sich weiterhin vertikal entsprechend einer Z-Achsenantriebseinheit 1 und dreht sich in Übereinstimmung mit einer θ-Achsenantriebseinheit 2. Die X-Achsenhalterung 4 kann sich in der X-Achsenrichtung mittels eines X-Achsenantriebsmotor 14 bewegen. Die Y-Achsenhalterung 5 kann sich in der Y-Achsenrichtung mittels eines Y-Achsenantriebsmotors 15 bewegen.
Auf der Y-Achsenhalterung 5 ist eine Substrathalterung 6, Chipträger 16, eine Chipwechselhalterung 21 mit einer darauf ausgebildeten horizontalen Chipmontieroberfläche 31, und eine Chiperkennungskamera 8 zur Aufnahme eines Bildes des von dem Kontaktierungswerkzeug 3 aufgenommenen und gehaltenen Chips 23 von der Unterseite des Chips 23 angeordnet. Die verwendete Chiperkennungskamera 8 besitzt eine fixierte Fokusposition. Andererseits werden eine Substraterkennungskamera 7 und ein Laserverschiebungsmesser 20 für die Substraterkennungskamera vertikal mittels der Z-Achsenantriebseinheit 1 zusammen mit dem Kontaktierungswerkzeug 3 bewegt.
Somit wird das Kontaktierungswerkzeug 3 durch die Z-Achsenantriebseinheit 1 nach oben und unten bewegt. Als ein Z-Achsenantriebsmotor 11 der Z-Achsenantriebseinheit 1 wird ein Servomotor verwendet; der Z-Achsenantriebsmotor 11 ist mit einem Motorkontroller 19 verbunden.
In den Motorkontroller 19 werden im voraus Daten über die Dicke eines Referenzsubstrats und Daten über die Dicke eines Referenzchips eingespeist. Der Betrieb der Z-Achsenantriebseinheit 1 bei der Chipzuführung ist so gestaltet, daß sich das Kontaktierungswerkzeug 3 nach unten bewegt und einmal genau vor dem Chip 23 gemäß einem festgelegten Wert, der in Übereinstimmung mit der Dicke des Referenzchips bestimmt ist, angehalten wird. Anschließend bewegt sich das Kontaktierungswerkzeug 3 kontinuierlich nach unten.
Die Z-Achsenantriebseinheit 1 ist mit einem Ladekontrollmechanismus 9 zur Positionserfassung ausgestattet. 2 ist eine erläuternde Ansicht, die den Ladekontrollmechanismus 9 zur Positionserfassung zeigt.
Der Ladekontrollmechanismus 9 zur Positionserfassung setzt sich zusammen aus dem Z-Achsenantriebsmotor 11; einer Z-Achsen-Kugelumlaufspindel 12, die vom Z-Achsenantriebsmotor 11 gedreht wird; einem Werkzeug-Z-Achsenstift 10, der an der Z-Achsen-Kugelumlaufspindel 12 angebracht ist, so daß er sich vertikal in Übereinstimmung mit der Drehung der Z-Achsen-Kugelumlaufspindel 12 bewegt; einem Luftgleitelement 13 und einer Lademeßzelle 18, die an dem Werkzeug Z-Achsenstift 10 befestigt sind, wobei das Kontaktierungswerkzeug 3 gleitend an dem Luftgleitelement 13 befestigt und so aufgehängt ist, um auf der Ladezelle 18 durch eine Kontaktplatte 30 befestigt zu sein; einer CPU 17, der die Ladeinformation aus der Ladezelle 18 eingespeist wird; und dem Motorkontroller 19 zum Ausführung der Steuerung des Drehmoments der Z-Achsen-Kugelumlaufspindel 12, der Geschwindigkeit des Kontaktierungswerkzeugs 3, etc. Der Motorkontroller 19 erkennt die Position des Kontakts zwischen dem Kontaktie rungswerkzeug 3 und dem Chip 23 auf der Grundlage der Ladeinformation aus der CPU 17 und der Rückmeldung eines Winkelgebers vom Z-Achsenantriebsmotor 11.
Der Kontakt zwischen dem Kontaktierungswerkzeug 3 und dem Chip 23 wird durch den Ladekontrollmechanismus 9 zur Positionserfassung folgendermaßen nachgewiesen. Wie in 2 gezeigt ist, wird der Z-Achsenantriebsmotor 11 so betrieben, daß die Z-Achsen-Kugelumlaufspindel 12, die am Z-Achsenantriebsmotor 11 befestigt ist, gedreht wird. Entsprechend der Drehung der Z-Achsen-Kugelumlaufspindel 12 bewegt sich der Werkzeug-Z-Achsenstift 10 nach unten; das Kontaktierungswerkzeug 3 bewegt sich ebenfalls entsprechend nach unten. Das Kontaktierungswerkzeug 3 hält bei der Abwärtsbewegung einmal so an, daß das Kontaktierungswerkzeug 3 nicht in Kontakt mit dem Chip 23 auf der Chipmontieroberfläche 31 der Chipwechselhalterung 21 ist.
Nach dem zwischenzeitlichen Stop führt das Kontaktierungswerkzeug 3 eine sanfte Berührung auf dem Chip 23 mit einer festgelegten Breite bzw. einem "Sanftbereichsabstand" in einem Bereich von 100 Mikrometer bis 200 Mikrometer aus. Somit wird das Kontaktierungswerkzeug 3 auf der Grundlage seiner Höhe an der ersten Halterung gesteuert und anschließend wird die Abwärtsgeschwindigkeit des Kontaktierungswerkzeugs 3 verringert und das Kontaktierungswerkzeug 3 wird auf der Grundlage der Belastung auf die Ladezelle 18 gesteuert. In dieser Zeit wird der Berührungsdruck auf den Chip 23 durch die Ladezelle 18 erfaßt. In dieser Ausführungsform ist die Ladezelle 18 so angeordnet, daß die Ladezelle 18 einen gegebenen Wert von 5 Gramm anzeigt, wenn der Berührdruck auf den Chip 23 einen festgesetzten Wert von 5 Gramm annimmt. Die Abwärtsbewegung des Kontaktierungswerkzeugs 3 wird kurz vor der Berührung mit dem Chip 23 angehalten. Das Kontaktierungswerkzeug 3 bewegt sich in einem Bereich von 100 Mikrometer bis 200 Mikrometer weiter nach unten; die Höhe des Kontaktierungswerkzeugs 3 wird erfaßt, wenn die Ladezelle 18 den Wert von 5 Gramm anzeigt.
Genauer gesagt, die Kontaktplatte 30 zur Kontaktierung der Ladezelle 18 ist an einem oberen Bereich des Kontaktierungswerkzeugs 3 vorgesehen, so daß das gesamte Gewicht des Kontaktierungswerkzeugs 3 über die Kontaktplatte 30 auf die Ladezelle 18 während der Abwärtsbewegung des Kontaktierungswerkzeugs 3 übertragen wird. Wenn das Kontaktierungswerkzeugs 3 den Chip 23 berührt, empfängt der Chip 23 zunehmend das Gewicht des Kontaktierungswerkzeugs 3 und die Belastung auf die Ladezelle 18 wird verringert.
Das Kontaktierungswerkzeug 3 kontaktiert den Chip 23 genau in dem Zeitpunkt, wenn die durch die Ladezelle 18 nachgewiesene Belastung den vorgegebenen Wert anzeigt (Belastung von 5 Gramm). Gleichzeitig wird die Positionsinformation mittels eines Werts des Gebers des Z-Achsenantriebsmotors 11 erhalten. Diese Position ändert sich in Abhängigkeit mit einer Längenänderung des Kontaktierungswerkzeugs oder einer Änderung der Chipdicke aufgrund thermischer Ausdehnung oder Reibung. Diese Positionsänderung wird mit Bezug zu den erläuternden Ansichten in 3, die den Zustand zeigen, in dem ein Chip 23, 24 oder 25 mit einem Kontaktierungswerkzeug 3 oder 33 in Kontakt ist, erläutert.
Das Rechteck an der äußersten linken Seite in 3 zeigt den Zustand, in dem das Referenzkontaktierungswerkzeug 3 in Kontakt mit dem Referenzchip 23 ist, der auf der Chipmontieroberfläche 31 liegt. Das zweite Rechteck von links in 3 zeigt den Fall, daß das Kontaktierungswerkzeug 3 keinen Fehler im Vergleich zu seiner Referenz aufweist, während der Chip 24 aufgrund eines Herstellungsfehlers dicker als seine Referenz ist. Die Positionsinformation in diesem Zustand, in dem das Kontaktierungswerkzeug 3 und der Chip 24 in Kontakt sind, zeigt eine höhere Position als die Referenzposition an.
Das dritte Rechteck von links in 3 zeigt den Fall, in dem das Kontaktierungswerkzeug 3 keinen Fehler im Vergleich zu seiner Referenz aufweist, während der Chip 25 aufgrund eines Herstellungsfehlers dünner als dessen Referenz ist. Die Positionsinformation in diesem Falle, in dem das Kontaktierungswerkzeug 3 und der Chip 25 in Kontakt sind, zeigt eine tiefere Lage im Vergleich zur Referenzposition an.
Das Rechteck auf der äußersten rechten Seite in 3 zeigt den Fall, in dem der Chip 23 keinen Fehler im Vergleich zu seiner Referenz aufweist, während das Kontaktierungswerkzeug 33 sich verlängert hat. Die Positionsinformation in diesem Zustand, in dem das Kontaktierungswerkzeug 33 und der Chip 23 in Kontakt sind, zeigt eine höhere Lage im Vergleich zur Referenzposition an.
In dieser Ausführungsform wird der Kontakt zwischen dem Chip 23 und dem Kontaktierungswerkzeug 3 auf der Chipmontieroberfläche 31 der Chipwechselhalterung 21 erfaßt. In diesem Falle, in dem der Chip 23 mit der Vorderseite nach oben zugeführt wird, ist es ebenfalls möglich, die Lageerfassung durchzuführen, in dem ein Chipinvertierkopf als die Chipmontieroberfläche 31 verwendet wird. Es ist ebenfalls möglich, den Kontakt zwischen dem Chip 23 und dem Kontaktierungswerkzeug 3 zu detektieren, in dem die Y-Achsenhalterung 5 oder der Chipträger 16 als die Chipmontieroberfläche 31 verwendet werden, wenn eine genaue horizontale Lage erhalten werden kann.
Als nächstes wird das Verfahren der Bildverarbeitung als ganzes beschrieben. Zunächst wird das Substrats 22 in eine gewünschte Position eines nicht gezeigten Laderbereichs gebracht und auf die Substrathalterung 6 transportiert. Das Substrat 22 ist in 1 in diesem Zustand gezeigt. Anschließend werden die X-Achsenhalterung 4 und die Y-Achsenhalterung 5 so bewegt, daß die Substraterkennungskamera 7 genau über dem Substrat 22 angeordnet ist. Der Abstand zum Substrat 22 wird unter Verwendung des Laserverschiebungsmessers 20 der Substraterkennungskamera gemessen, um die Dicke des Substrats zu beurteilen. Anschließend wird eine Differenz zwischen der Referenzdicke des Substrats 22, die im voraus festgelegt wurde, und der Dicke des Substrats 22, dem Zielobjekt für das Kontaktieren, berechnet. Zu dieser Zeit wird die oben erwähnte Differenz in der Dicke auf die Z-Achsenbewegung der Substraterkennungskamera 7 zurückgekoppelt, so daß die Bildverarbeitung ohne Unschärfe ausgeführt wird.
Hinsichtlich des Chips 23 wird anschließend ein Chip in einer gewünschten Position in einem Chipträger 16 durch einen nicht gezeigten Aufnahme- und Positioniermechanismus aufgenommen und auf die Chipmontieroberfläche 31 der Chipwechselhalterung 21 transportiert. In 1 ist dieser Zustand für den Chip 23 gezeigt. Anschließend werden die X-Achsenhalterung 4 und die Y-Achsenhalterung 5 so bewegt, daß der Chip 23 auf der Chipwechselhalterung 21 genau unter dem Kontaktierungswerkzeug 3 angeordnet ist. In dieser Situation bewegt sich das Kontaktierungswerkzeug 3 nach unten und kontaktiert den Chip 23. Wenn die Ladezelle 18 den vorbestimmten Berührungsdruck erfaßt, wird die Abwärtsbewegung des Kontaktierungswerkzeugs 3 angehalten und in die sem Zeitpunkt wird eine Positionsinformation des Z-Achsenantriebsmotors 11 erhalten. Das Kontaktierungswerkzeug 3 nimmt den Chip 23 auf.
Anschließend wird das Kontaktierungswerkzeug 3 in eine Position bewegt, die höher als eine Fokusposition 41 der Chiperkennungskamera 8 ist. Danach werden die X-Achsenhalterung 4 und die Y-Achsenhalterung 5 so bewegt, daß der vom Kontaktierungswerkzeug 3 aufgenommene Chip 23 genau über der Chiperkennungskamera 8 angeordnet ist.
Anschließend wird das Kontaktierungswerkzeug 3 so nach unten bewegt, daß die untere Oberfläche des im Werkzeug aufgenommenen Chips 23 in der gleichen Höhe wie die Fokusposition 41 angeordnet ist. Das heißt, bezüglich der Position, in der der Kontakt zwischen dem Kontaktierungswerkzeug 3 und der oberen Oberfläche des Chips 23 erfaßt worden ist, wird das Kontaktierungswerkzeug 3 in der Höhenrichtung um einen Betrag verschoben, der gleich der Differenz in der Höhenrichtung zwischen der Chipmontieroberfläche 31 und der Fokusposition 41 der Chiperkennungskamera 8 ist.
Somit wird, um die Chipmontieroberfläche 31 mit der Fokusposition 41 in Übereinstimmung zu bringen, die Höhe des Kontaktierungswerkzeugs 3 zum Zeitpunkt der Kontaktierung mit dem Chip 23 erfaßt und gespeichert. Weiterhin wird die Differenz in der Höhenrichtung zwischen der Höhe zum Zeitpunkt der Berührung mit dem Chip 23 und der zuvor gespeicherten Standardhöhe berechnet. Wenn sich das Kontaktierungswerkzeug 3 zur Fokusposition 41 bewegt, wird diese Differenz in der Höhenrichtung berücksichtigt, um die Chipmontieroberfläche 31 mit der Fokusposition 41 in Übereinstimmung zu bringen.
Da die Chipmontieroberfläche 31 sich auf derselben Stufe wie die untere Oberfläche des Chips 23, 24 oder 25, die als Beobachtungsoberfläche dient, befindet, ist diese untere Oberfläche des Chips 23, 24 oder 25 immer in der Fokusposition 41 der Chiperkennungskamera 8 angeordnet, wie dies in 4 gezeigt ist, wenn das Kontaktierungswerkzeug 3 in der zuvor erwähnten Verschiebungsposition angeordnet ist. Als Folge kann eine Bildverarbeitung auf den am vorderen Ende des Kontaktierungswerkzeugs 3 aufgenommenen Chips 23, 24 oder 25 ohne Unschärfe ausgeführt werden.
In der zuvor erwähnten Konfiguration weist die vorliegende Erfindung die folgenden Wirkungen auf. Erstens, das Kontaktierungswerkzeug ist von einer Position, in der eine Erfassungseinrichtung den Kontakt zwischen einem Chip und einem Kontaktierungswerkzeug erfaßt hat, in der Höhenrichtung um einen Betrag verschoben, der gleich einer Differenz in der Höhenrichtung zwischen einer Chipmontieroberfläche und einer Fokusposition einer Chiperkennungskamera ist, so daß das Kontaktierungswerkzeug über der Chiperkennungskamera angeordnet ist. Folglich ist die untere Oberfläche des Chips stets in der Fokusposition angeordnet. Es ist daher möglich, Bildverarbeitung auf der Basis eines scharfen Bildes ohne Unschärfe auszuführen, so daß es möglich ist, die Positionierung mit hoher Genauigkeit durchzuführen.
Zweitens, es wird kein Laserverschiebungsmesser sondern eine Einrichtung zur Erfassung des Kontakts zwischen dem Chip und dem Kontaktierungswerkzeug zur Messung einer Abweichung der Dicke des Chips oder der Länge des Kontaktierungswerkzeugs verwendet. Es ist daher möglich, eine automatische Fokussierfunktion bei relativ geringen Kosten zu erhalten.
Als Erfassungseinrichtung wird eine Ladezelle verwendet und ein vorbestimmter Berührdruck wird unter Verwendung der Ladezelle nachgewiesen, so daß der Kontakt zwischen dem Chip und dem Kontaktierungswerkzeug erfaßt wird und die Höhe als Referenz für die Bewegung definiert wird. Folglich ergeben sich keine Streuungen in den Nachweisbedingungen, so daß es aufgrund der Ausführungsform möglich ist, eine Position unter festen Bedingungen zu definieren, sogar wenn eine Längenänderung des Kontaktierungswerkzeugs oder eine Änderung in der Dicke des Chips vorliegt.
Obwohl die Erfindung in ihrer bevorzugten und spezifischen Ausführungsform beschrieben wurde, ist es leicht zu sehen, daß die vorliegende Offenbarung der bevorzugten Ausführungsform in Details des Aufbaus und in der Kombination und Anordnung von Teilen verändert werden kann, ohne vom Grundgedanken und Schutzbereich der anschließend beanspruchten Erfindung abzuweichen.