JP2000353725A - チップ実装方法及びその装置 - Google Patents

チップ実装方法及びその装置

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JP2000353725A JP2000103857A JP2000103857A JP2000353725A JP 2000353725 A JP2000353725 A JP 2000353725A JP 2000103857 A JP2000103857 A JP 2000103857A JP 2000103857 A JP2000103857 A JP 2000103857A JP 2000353725 A JP2000353725 A JP 2000353725A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ツールを降下させてステージに支持されてい
る基板にチップを実装する際、Ｚ軸送り装置の送り機構
の熱膨張等に影響されずに良好に実装することができる
と共にチップのバンプ形状を矯正できるようにする。 【解決手段】 Ｚ軸送り装置３で昇降され得るホルダー
支持手段１５に静圧空気軸受１８を介してツールホルダ
ー１７が装着されていると共にツールホルダー１７に、
チップ１を保持し得るツール２が装着され、更に、ホル
ダー支持手段１５に、ツールホルダー１７の高さ位置を
検出してＺ軸送り装置３の駆動制御手段２２にフィード
バックする高さ検出手段２３が装着されている。なお、
ホルダー支持手段１５は、加圧ポート１９及びバランス
圧ポート２０を有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶基板等の基板
にチップを実装するチップ実装方法及びその装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、周知のように、チップ実装は、チ
ップを保持しているツールを、基板保持ステージに支持
されている基板（例えば、液晶基板等）の上方から降下
させて行うが、その際、基板に対するチップの加圧力
（押付け圧力）を一定に保たなければならない。
【０００３】その為、チップ実装装置は、ツールの高さ
位置を制御する為のＺ軸送り装置と、基板に対するチッ
プの加圧力を検出してＺ軸送り装置にフィードバックす
る加圧力検出手段とを備えている。
【０００４】なお、Ｚ軸送り装置は、一般には、図１５
において示されているように、ネジ軸送り型に設けられ
ているが、同図において、チップ実装装置は、チップ１
を保持しているツール２を、Ｚ軸送り装置３によって降
下させて、基板保持ステージ４に支持されている基板５
に実装するものであって、Ｚ軸送り装置３は、装置フレ
ーム９に装着のサーボモータ６で送り機構７（例えば、
ボールネジ）を回転させ、これに螺着せしめられている
スライダー８を、装置フレーム９に装着のガイドレール
１０で案内して昇降せしめる。
【０００５】従って、スライダー８に装着されているブ
ラケット１１に、加圧力検出手段のロードセル１２を介
在させて装着されているツール２も一緒に昇降せしめら
れるが、その際、エンコーダ１３で高さ位置が検出され
てサーボモータ６にフィードバックされる。よって、ツ
ール２は、上方の待機位置から降下せしめられて所定高
さに位置決めされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、送り機構７が
環境温度の影響を受けて熱膨張していると、ツール２が
所定高さ位置と異なる位置に位置決めされてしまう為
に、目標とする接地後のチップ高さ位置（チップが基板
に接触せしめられた後のチップ高さ位置）が得られず、
これではバンプの形状を所定に保つことができない。
【０００７】また、加圧力の制御に関し、ロードセル１
２で実際の加圧力を検出してサーボモータ６のトルク制
御にフィードバックしているが、フィードバック時間が
遅く、しかも、サーボトルク制御の精度が悪いこと等の
為に、微小な加圧力の制御が難しかった。なお、送り機
構７の熱膨張は、ヒートツールを装着している場合にお
いて顕著である。本発明は、このような欠点に鑑み、そ
れらを解消すべく鋭意検討の結果得られたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明に係る
チップ実装装置は、請求項１に記載するように、ホルダ
ー支持手段を上下動せしめるＺ軸送り装置と、前記ホル
ダー支持手段に上下動し得るように装着されたツールホ
ルダーと、前記ツールホルダーに装着されたツールとを
備えたチップ実装装置において、前記ツールホルダーの
高さ位置を検出して前記Ｚ軸送り装置の駆動制御手段に
フィードバックする高さ検出手段を前記ホルダー支持手
段に装着したことを特徴とするものである。
【０００９】また、本発明に係るチップ実装方法は、請
求項６に記載するように、基板保持ステージに支持され
ている基板の上方からチップを保持しているツールを降
下させて前記チップを熱圧着するチップ実装方法におい
て、前記基板に接地せしめられた前記チップの接地高さ
位置を検出すると共にそれに基づく前記ツールの上昇制
御によって前記基板のハンダバンプの形状矯正を行うこ
とを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１において、Ｚ軸送り装置３
は、上述の従来のそれと略同一に設けられている（図１
５参照）。従って、これの詳述は省略するが、ホルダー
支持手段１５は、スライダー８に装着されているホルダ
ーブラッケット１６に装着されている。また、ツールホ
ルダー１７は、上下動し得るようにホルダー支持手段１
５に装着されている。また、ツール２は、ツールホルダ
ー１７の下端に装着されている。
【００１１】なお、ホルダー支持手段１５は、エアーシ
リンダーのシリンダーチューブで構成されていると共に
ツールホルダー１７は、前記エアーシリンダーのピスト
ンで構成されているが、かかるツールホルダー１７は、
一般にエアーベアリングと呼ばれている静圧空気軸受１
８を介してホルダー支持手段１５に装着されている。
【００１２】その為、ホルダー支持手段１５に開口せし
められている加圧ポート１９及びバランス圧ポート２０
から供給される加圧エアー同士の差圧をもってツールホ
ルダー１７の上下動を所定に制御することができてツー
ル２を所定レベルに位置決めせしめることができ、か
つ、その際、微小圧で制御することができる。
【００１３】すなわち、静圧空気軸受１８は、ホルダー
支持手段１５に設けられている孔２１から供給される加
圧エアーを多孔質体で均一に分散させてツールホルダー
１７の下部を非接触状態に支持し得るので、その支持箇
所の摩擦抵抗が無視することができる程度に極めて小さ
く、しかも、ツールホルダー１７のヘッド部分もホルダ
ー支持手段１５に対して遊嵌せしめられているので、同
様にその箇所の摩擦抵抗も無視することができる程度に
極めて小さい為に、微小圧で制御することができる。
【００１４】なお、静圧空気軸受１８は、ツールホルダ
ー１７の上下動を許容するが回転させないように非接触
状態に支持し得る為に静圧空気直進軸受とも呼ばれてい
ると共に上述のようにエアーシリンダー型に設けること
は従来、公知である（例えば、特開平１０−３４０９３
１号公報において開示されている）。
【００１５】しかし、本発明においては、ホルダー支持
手段１５に対して、ツールホルダー１７の上端位置を検
出してＺ軸送り装置３の駆動制御手段２２（例えば、サ
ーボモータ）にフィードバックする高さ検出手段２３
（例えば、渦電流式センサ等）を装着している。
【００１６】その為、Ｚ軸送り装置３の送り機構７の熱
膨張に影響されずにツール２の高さ位置制御を常時、高
精度に行うことができ、しかも、基板保持ステージ４に
保持されている基板５に対するチップ１の接地時に、ホ
ルダー支持手段１５に対してツール２が浮上（相対的に
上方へ移動）せしめられたストローク分を高さ検出手段
２３で測定し、それに基づく制御信号をＺ軸送り装置３
の駆動制御手段２２にフィードバックして所定に駆動制
御することができ、従って、送り機構７が熱膨張してい
ても接地高さ位置を正確に検出することができる。
【００１７】また、加熱時、チップ１と基板５が熱膨張
するが、ツールホルダー１７はその分、浮上されている
為、チップ１のバンプ潰れよるショートが発生しない。
更に、その浮上分を高さ検出手段２３で測定してＺ軸送
りにフィードバックする為、冷却させてハンダを固着さ
せるときに正確な高さ位置制御を行うことができ、従っ
て、良好なバンプ形状に実装することができる。
【００１８】すなわち、周知のように、バンプの実装に
おいては、チップ１を基板５に接地せしめた後、ツール
２を加熱し、かつ、冷却してハンダを固着させるが、そ
の時、熱膨張によってバンプが押し潰される為、バンプ
形状の矯正（チップ１を引き上げての矯正）が余儀なく
されている。
【００１９】ところが、その引き上げ制御に数μmの精
度が要求される為、上述のような従来技術では、送り機
構７の熱膨張の影響を受けて、そのような精度が得られ
なかったが、本発明によると、高精度にチップ高さを制
御することができるので、チップ１のバンプを過度に押
し潰すことなく良好に実装することができる。
【００２０】図２から図１３において、バンプの実装に
おけるホルダー支持手段１５及びツールホルダー１７の
一連の昇降（上下動）制御態様が示されているが、図２
においては、実装を開始しようとする状態が示されてい
ると共に図３においては、その時のバンプ１ａの形状が
示されている。
【００２１】次いで、図４においては、チップ１のハン
ダバンプ１ａが基板５のパッドに接地された状態が示さ
れていると共に図５においては、その時のバンプ姿（点
接触された姿）が示されている。
【００２２】次いで、図示矢印方向への送り機構による
送りが続行されてツールホルダー１７が浮上、すなわ
ち、ホルダー支持手段１５に対してツールホルダー１７
が離別され始めた状態が示されている。
【００２３】次いで、図７においては、高さ検出手段２
３が設定高さを検出し、ツールホルダー１７がホルダー
支持手段１５と図示Ｘだけ離別せしめられて送り機構に
よる送りが停止された状態が示されている。なお、この
状態においては、バンプ高さのバラツキや基板の反り等
の為に、基板５のパッドに対して全てのバンプ１ａが接
触しておらず、その一部が接触しているにすぎない。
【００２４】次いで、図８においては、バランス圧ポー
ト２０からのエアー供給が停止される一方において加圧
ポート１９からのエアー供給が行われてツールホルダー
１７が下方へ移動せしめられた状態が示されている。な
お、その際、少し高めに加圧することにより、全てのバ
ンプ１ａを図９において示されているように基板５のパ
ッドに対して面接触せしめることができ、そして、その
後、バンプ１aがツール２で加熱されて溶融し始める。
【００２５】そこで、図１０において示されているよう
に、加圧ポート１９からのエアー供給が停止される一方
においてバランス圧ポート２０からのエアー供給が行わ
れるが、その際において、ツールホルダー２の自重を打
ち消して数ｇの微小な加圧力で制御される為にバンプ形
状を損わない。
【００２６】次いで、図１１においては、図示矢印方向
への送り機構による送りが開始されて高さ検出手段２３
が高さゼロを検出、すなわち、ツールホルダー１７に対
してホルダー支持手段１５が最大に上昇せしめられた状
態が示されている。
【００２７】更に、図１２においては、図示矢印方向へ
の送り機構による送りが続行され、従って、チップ１が
上方へ移動せしめられて（引き上げられて）バンプ１ａ
の形状が矯正される姿が示されているが、かかる引き上
げストロークは必要に応じて適宜に選択され、かつ、そ
の後、送り機構による送りが停止された状態においてバ
ンプ１ａが冷却せしめられる。図１３においては、その
時のバンプ１ａの形状が示されている。
【００２８】以上、一実施形態について述べたが、本発
明においては、図１４において示されているように設け
てもよい。このチップ実装装置においては、ツール２が
装着されているツールホルダー１７を、ホルダー支持手
段１５に装着されている直進軸受２５で上下動し得るよ
うに支持していると共にホルダー支持手段１５を、スラ
イダー８に装着されているホルダーブラッケット１６に
装着している。
【００２９】なお、直進軸受２５は、ツールホルダー１
７のスライド（上下動）を許容するが回転させないよう
に支持している。
【００３０】また、ツールホルダー１７の高さ位置を検
出してＺ軸送り装置３の駆動制御手段２２（例えば、サ
ーボモータ）にフィードバックする高さ検出手段２３
（例えば、渦電流式センサ等）をホルダー支持手段１５
に装着していると共にツールホルダー１７の上端にロー
ドセル１２を装着している。
【００３１】更に、エアーシリンダー２６及び反力受け
２７を装着しているが、エアーシリンダー２６はブラケ
ット２８に装着され、かつ、このブラケット２８の図示
されていない左端は、装置フレーム（図示されていな
い）に装着されているガイドレールにスライド自在に係
合せしめられている。
【００３２】なお、反力受け２７は、図示されていない
左端が前記装置フレームに固着せしめられていると共に
図示のように、両者に弾性体（引っ張りコイルバネ）２
９が係止されている。
【００３３】その為、このチップ実装装置においては、
エアーシリンダー２６のピストンロッド２６aによって
ツールホルダー１７をホルダー支持手段１５の上端面に
押し付けた状態のまま両者を一緒に上下動させることが
できる。
【００３４】以上、代表的な二実施形態について述べた
が、本発明おいていうチップ１とは、例えば、ＩＣチッ
プ、半導体チップ、光素子、表面実装部品、ウエハな
ど、その種類や大きさに関係なく、基板５に対して接合
せしめる方の対象物をいうと共に基板５とは、例えば、
樹脂基板、ガラス基板、フィルム基板、ウエハ、チップ
など、その種類や大きさに関係なく、チップ１が接合せ
しめられる方の対象物をいう。
【００３５】また、基板保持ステージ４の上面に基板５
を保持（又は支持）する手段は、吸気孔による吸着保持
手段、静電気による静電保持手段、磁石や磁気などによ
る磁気保持手段、複数の可動爪によって基板を掴む機械
的手段、単数又は複数の可動爪によって基板を押さえる
機械的手段など、いかなる形態の保持手段であってもよ
い。
【００３６】また、ツール２の先端の加圧面（又はツー
ル２の先端にアタッチメントを装着した場合において、
かかるアタッチメントの加圧面）にチップ１を保持する
手段についても、吸気孔による吸着保持手段だけでな
く、静電気による静電保持手段、磁石や磁気などによる
磁気保持手段、複数の可動爪によってチップ１を掴む機
械的手段、一つの可動爪によってチップ１を押さえる機
械的手段など、いかなる形態の保持手段であってもよ
い。
【００３７】また、基板保持ステージ４についても、必
要に応じて、固定型、可動型のいずれに設けてもよく、
かつ、可動型に設ける場合においては、平行移動制御、
回転制御、昇降制御、平行移動制御と回転制御、平行移
動制御と昇降制御、回転制御と昇降制御、平行移動と回
転制御と昇降制御、等のように各種態様に制御し得るよ
うに設けてもよい。
【００３８】また、チップ１に設けられたバンプ１ａと
は、例えば、ハンダバンプ、スタッドバンプなど、基板
５に設けられたパッド（例えば、電極、ダミー電極な
ど）と接合せしめられる方の対象物であると共に基板に
設けられたパッドとは、例えば、配線を伴った電極、配
線につながっていないダミー電極など、チップ１に設け
られているバンプ１ａ（例えば、ハンダバンプ、スタッ
ドバンプなど）と接合せしめられる方の対象物をいう。
【００３９】また、送り機構７及びＺ軸送り装置３につ
いても、例えば、ボールネジ型やリニアモータ型等、ス
ライダー８を移動させ得る限りにおいては、いかなる型
式のものであってもよい。
【００４０】また、本発明においていうチップ実装装置
とは、チップを搭載するマウント装置やチップを接合す
るボンディング装置に加えて、例えば、基板とチップ、
基板と接着材（ＡＣＦ、ＮＣＦなど）等、予め対象物同
士が接触（搭載又は仮圧着など）されたものを加圧、加
熱及び／又は振動手段（超音波、ピエゾ素子、磁歪素
子、ボイスコイルなど）によって固着又は転写させる装
置を包含する広い概念の装置をいう。
【００４１】また、ツール２は、チップ１を保持し得る
ものに限定されず、保持し得ないものであってもよい。
また、ヒータを備えた所謂、ヒートツールに限定され
ず、ヒータを備えていないものであってもよく、かつ、
チップ１を保持し得るものにおけるその保持手段は、真
空吸着保持する為の吸気孔を加圧面（ツール先端面）に
開口せしめたもの、或いは、他の形態の保持手段であっ
てもよい。
【００４２】また、ツールホルダー１７の下端に直接、
ツール２を装着することに限定されず、必要ならば、ロ
ードセルを介在させて装着してもよい。また、図１４に
おいて示されているチップ実装装置においては、ツール
ホルダー１７の上端にロードセル１２（加圧検出手段）
を装着しているが、これに代えて、ブラケット２８の上
面に装着、すなわち、アタッチメント３０の装着に代え
て、そこにロードセル１２を装着する一方において、ツ
ールホルダー１７の上端にアタッチメント３０を装着し
てもよい。
【００４３】また、高さ検出手段は、渦電流式センサの
みに限定されず、他のセンサー（レーザや光センサー
等）であってもよく、また、Ｚ軸送り装置は、ネジ軸送
り型に限定されず、他の型式、例えば、リニアモータ型
等であってもよいと共にその駆動制御手段についても、
サーボモータ或いはその他の手段であってもよい。
【００４４】更に、加圧力が高い場合には、バランス圧
ポートを使用しないで、加圧ポートのみで制御してもよ
いと共に高さ検出手段は、ツールホルダーの高さ位置を
検出することによってツールの高さ位置を測定（間接的
にボンディングツールの高さ位置を検出）するように装
着すること以外に、ツールの高さ位置を直接、検出し得
るように装着してもよい。
【００４５】
【発明の効果】上述のように、本発明によると、Ｚ軸送
り装置のボールネジ軸等の送り機構の熱膨張に影響され
ずにツールの高さ位置制御を常時、高精度に行うことが
できる。その為、ツールがチップを保持している場合に
おいては、チップ高さを高精度に制御することができて
チップのバンプを過度に押し潰すことなく良好に実装す
ることができると共にバンプ形状の矯正を行うことがで
きるチップ実装方法及び装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るチップ実装装置の正面図である。
【図２】実装開始時の姿を示す図である。
【図３】実装開始時におけるバンプの形状状態を示す図
である。
【図４】バンプが基板のパッドに接地された状態を示す
図である。
【図５】基板のパッドに対するバンプの接地当初状態
（点接触状態）を示す図である。
【図６】バンプが基板のパッドに接地された後における
ツールホルダーの浮上状態を示す図である。
【図７】エアー供給及びＺ軸送りが共に停止された状態
を示す図である。
【図８】バンプの全てを基板のパッドに接触させる為の
エアー供給状態を示す図である。
【図９】基板のパッドに対してバンプが面接触せしめら
れた状態を示す図である。
【図１０】エアー供給の切り替えによって微小加圧力に
制御する状態を示す図である。
【図１１】バンプの形状矯正を行う為にホルダー支持手
段を図示矢印方向へ移動する姿を示す図である。
【図１２】バンプの形状矯正状態を示す図である。
【図１３】形状矯正時におけるバンプの形状を示す図で
ある。
【図１４】本発明に係る他のチップ実装装置の正面図で
ある。
【図１５】従来のチップ実装装置の正面図である。
【符号の説明】
１：チップ １ａ：バンプ ２：ツール ３：Ｚ軸送り装置 ４：基板保持ステージ ５：基板 ７：送り機構 ８：スライダー １２：ロードセル １５：ホルダー支持手段 １６：ホルダーブラケット １７：ツールホルダー １８：静圧空気軸受 ２２：駆動制御手段 ２３：高さ検出手段

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ホルダー支持手段を上下動せしめるＺ軸
    送り装置と、前記ホルダー支持手段に上下動し得るよう
    に装着されたツールホルダーと、前記ツールホルダーに
    装着されたツールとを備えたチップ実装装置において、
    前記ツールホルダーの高さ位置を検出して前記Ｚ軸送り
    装置の駆動制御手段にフィードバックする高さ検出手段
    を前記ホルダー支持手段に装着したことを特徴とするチ
    ップ実装装置。
  2. 【請求項２】 ホルダー支持手段がエアーシリンダーの
    シリンダーチューブであると共にツールホルダーが前記
    エアーシリンダーのピストンであることを特徴とする請
    求項１に記載のチップ実装装置。
  3. 【請求項３】 ピストンが静圧空気軸受を介してシリン
    ダーチューブに装着されていることを特徴とする請求項
    ２に記載のチップ実装装置。
  4. 【請求項４】 ツールがチップを保持し得るものである
    ことを特徴とする請求項１，２又は３に記載のチップ実
    装装置。
  5. 【請求項５】 ツールがヒータを備えていることを特徴
    とする請求項１，２，３又は４に記載のチップ実装装
    置。
  6. 【請求項６】 基板保持ステージに支持されている基板
    の上方からチップを保持しているツールを降下させて前
    記チップを熱圧着するチップ実装方法において、前記基
    板に接地せしめられた前記チップの接地高さ位置を検出
    すると共にそれに基づく前記ツールの上昇制御によって
    前記基板のバンプの形状矯正を行うことを特徴とするチ
    ップ実装方法。
  7. 【請求項７】 ツールの上昇制御を、チップと基板の熱
    膨張分を吸収し得るように行うことを特徴とする請求項
    ６に記載のチップ実装方法。
  8. 【請求項８】 チップの接地時に一時的に加圧力を高め
    ると共にバンプの加熱溶融後において加圧力を低下せし
    めることを特徴とする請求項６又は７に記載のチップ実
    装方法。
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