JP2001274199A - チップの圧着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧着荷重を正確に計測しながらチップを基板
に圧着できるチップの圧着装置を提供することを目的と
する。 【解決手段】 昇降動作をする昇降ブロックを２つの独
立した第１の昇降ブロック１０および第２の昇降ブロッ
ク２０に分け、第２の昇降ブロック２０に装着され第１
の昇降ブロック１０に所定の押圧力を加える荷重付与手
段３０と、第２の昇降ブロックによって底面を支持され
た荷重計測手段３３とを備え、荷重付与手段の押圧力が
第１の昇降ブロックを介して荷重計測手段３３の計測荷
重として負荷されるように配置した。また圧着ツール３
に真空吸着されたチップ１をカメラ５１で下方から撮像
し、その位置認識を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チップを基板上に
圧着によって実装するためのチップの圧着装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】フリップチップなどのバンプ付きのチッ
プを基板に実装する方式として、バンプを基板の表面に
形成された回路パターンの電極に押しつけて接合する方
法がある。この方法では各バンプに加えられる荷重値お
よび各バンプ毎の荷重分布を厳密に管理する必要があ
り、従来、チップの圧着に際しては圧着荷重値を計測し
目標荷重値と比較しながら荷重を加えて行く方法が知ら
れている。この荷重測定用としてロードセルなどの荷重
計測手段が用いられ、チップ圧着装置の圧着荷重を伝達
する機構に組み込まれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の方
法では、荷重計測手段は荷重伝達機構中に直列に配置さ
れ、荷重計測手段を介して押圧される圧着ツールをスプ
リング等で保持する方法が採られていたため、微少な荷
重を正確に測定することが困難であるという問題点があ
った。

【０００４】そこで本発明は、圧着荷重を正確に計測し
ながら圧着ができるチップの圧着装置を提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のチップの圧着装
置は、チップを基板に圧着する圧着ヘッドと、基板を位
置決めする基板位置決め手段とを備えたチップの圧着装
置であって、前記圧着ヘッドが、チップを下端部に保持
するチップ保持手段と、このチップ保持手段が装着され
た第１の昇降ブロックと、前記チップ保持手段に所定の
押圧力を加える荷重付与手段と、チップの圧着力を計測
する荷重計測手段と、前記荷重付与手段と前記荷重計測
手段を備えた第２の昇降ブロックと、前記第２の昇降ブ
ロックを昇降させるためのモータと、前記チップ保持手
段に保持されたチップを下方から撮像してチップの位置
認識を行うカメラとを備えた。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の
チップの圧着装置の側面図、図２は本発明の一実施の形
態のチップの圧着装置のチップの吸着部の部分側面図、
図３は本発明の一実施の形態のチップの圧着装置の動作
タイムチャート、図４は本発明の一実施の形態のチップ
の圧着装置の動作タイムチャートの部分拡大図である。

【０００７】まずチップの圧着装置の構造を説明する。
図１において、チップ１は吸着部２の下部に設けられた
圧着ツール３の下面に真空吸着して保持される。チップ
１はその下面にバンプ１ａ（図２参照）を有し、このバ
ンプ１ａが基板の回路面の電極に圧着される。

【０００８】図２はチップ保持手段であるチップの吸着
部２と圧着ツール３の構造を示している。図２におい
て、圧着ツール３は薄いプレート状の部品でチップ１の
上面に密着してチップ１を真空吸着する。吸着部２の中
央には第１の吸着路２ａが設けられている。この第１の
吸着路２ａは圧着ツール３に設けられた吸着口３ａに連
通している。したがってこの吸着路２ａを吸引すること
によりチップ１は圧着ツール３の下面に真空吸着され
る。

【０００９】また吸着部２には第２の吸着路２ｂが設け
られている。この吸着路２ｂを真空吸引することによ
り、圧着ツール３は吸着部２の下面に着脱自在に真空吸
着され、またこの真空吸引を解除することにより、圧着
ツール３は吸着部２から取りはずされる。図１に示すよ
うに吸着路２ａには真空配管４が接続され、真空配管４
はオンオフ弁５を介して真空源６に接続されている。

【００１０】図１において、吸着部２の直上にはヒート
ブロック７が設けられている。ヒートブロック７は制御
部６０により電気的に制御され、吸着部２と圧着ツール
３を介してチップ１を加熱する。ヒートブロック７はシ
ャフト８に取り付けられ、更にシャフト８は第１の昇降
ブロック１０に装着されている。

【００１１】第１の昇降ブロック１０の背面にはスライ
ダ１１が設けられており、スライダ１１は第１のフレー
ム１２の前面に設けられた垂直なガイドレール１１ａに
スライド自在に嵌合している。したがって第１の昇降ブ
ロック１０はガイドレール１１ａに沿って昇降する。ま
た第１の昇降ブロック１０の上部には逆Ｌ形状の第１の
張り出し部１３が設けられ、後に説明するようにこの第
１の張り出し部１３の下面１４が後述の荷重計測手段と
しての荷重センサー３３と接触し荷重を伝えるようにな
っている。

【００１２】第１の昇降ブロック１０の上方には第２の
昇降ブロック２０が設けられている。第２の昇降ブロッ
ク２０の背面にはスライダ２１が設けられており、スラ
イダ２１は第２のフレームの２２の前面に設けられた垂
直なガイドレール２１ａにスライド自在に嵌合してい
る。したがって第２の昇降ブロック２０はガイドレール
２１ａに沿って昇降する。

【００１３】第２のフレーム２２の上部には断面コの字
型のブラケット２６が装着されている。ブラケット２６
上にはモータ２５が配設されている。モータ２５に駆動
される垂直な送りネジ２４は第２の昇降ブロック２０に
内蔵されたナット２３に挿入されている。したがってモ
ータ２５が正逆回転すると、送りネジ２４は正逆回転し
てナット２３は送りネジ２４に沿って上下動し、第２の
昇降ブロック２０及び第１の昇降ブロック１０は昇降す
る。すなわち第１の昇降ブロック１０、第２の昇降ブロ
ック２０、モータ２５、送りネジ２４、ナット２３など
はチップ１を押し下げる下降手段を構成する。

【００１４】モータ２５には、モータ駆動部２９が接続
されている。モータ駆動部２９は制御部６０からの指令
を受けモータ２５の回転速度を制御するとともに、エン
コーダ２８の発するモータ２５の回転数信号を制御部６
０へ伝達する。

【００１５】次に圧着ツール３を介してチップ１に押圧
力を与える荷重付与手段及び荷重計測手段について説明
する。荷重付与手段であるシリンダ３０は第２の昇降ブ
ロック２０の下面に装着されている。シリンダ３０のロ
ッド３０ａの下端部は第１の張り出し部１３に結合され
ており、したがってこのシリンダ３０はロッド３０ａが
突出することにより所定の押圧力を第１の昇降ブロック
１０の第１の張り出し部１３の上面１５に加える。シリ
ンダ３０にはレギュレータ３２が接続されており、エア
供給源３１のエア圧力を調節することで所定の押圧力に
設定できる。また荷重計測手段はロードセルなどの荷重
センサ３３であり、第２の昇降ブロック２０の下部の第
２の張り出し部３５上に配設されている。第１の張り出
し部１３は第２の張り出し部３５の上方に位置してお
り、荷重センサ３３は第１の張り出し部１３と第２の張
り出し部３５の間に設けられている。

【００１６】荷重センサ３３の荷重検出端３４は第１の
昇降ブロック１０の張り出し部１３の下面１４に接触
し、この張り出し部１３の下面１４を介して計測荷重を
受け、荷重を計測するように配置されている。このよう
な配置とすることにより、荷重センサ３３にはシリンダ
３０の押しつけ力と吸着部２やシャフト８などを含めた
第１昇降ブロック１０の自重との和が予圧として作用す
る。チップ１の圧着時には実装面から反力を受けた分だ
け荷重センサ３３の計測値が減少することになり、結局
この減少分が圧着力に相当するから、この荷重センサ３
３の減少値を監視しながら圧着を行えばよいことにな
る。

【００１７】圧着ツール３の下方には可動テーブル４２
が設けられている。可動テーブル４２上には基板ホルダ
４１が設けられており、基板４０は基板ホルダ４１上に
設けられている。可動テーブル４２は可動テーブル駆動
部４３を介して制御部６０に接続されている。可動テー
ブル４２が駆動することにより基板４０はＸ方向、Ｙ方
向、θ方向に水平移動しその位置調整がなされる。

【００１８】次にこのチップの圧着装置へのチップ１の
供給手段について説明する。図１において第１のフレー
ム１２の下方にはチップ１の供給テーブル７０が備えら
れている。この供給テーブル７０は図示しない駆動手段
に駆動されて前進後退し、図１の鎖線位置にて圧着ツー
ル３へチップ１の受け渡しを行う。

【００１９】第１のフレーム１２の下方にはカメラ５１
が設けられている。このカメラ５１はＣＣＤカメラであ
る。カメラ５１は前方へ突出する鏡筒５２を備えてい
る。鏡筒５２の先端部の上面と下面にはレンズ５３及び
レンズ５４が設けられている。鏡筒５２は駆動手段（図
示せず）に駆動されて前進後退自在となっており、圧着
ツール３に真空吸着されたチップ１と基板４０の間に前
進し（鎖線で示す鏡筒５２を参照）、レンズ５３を通し
て圧着ツール３に真空吸着されたチップ１を下方から撮
像してチップ１の位置認識を行い、レンズ５４を通して
基板４０の位置認識を行う。

【００２０】カメラ５１には画像認識部５０が接続され
ており、画像認識部５０は制御部６０に接続されてい
る。カメラ５１に取り込まれた画像データは画像認識部
５０に送られる。画像認識部５０は画像データを認識
し、必要なデータを制御部６０へ送る。

【００２１】次に制御部６０について説明する。制御部
６０は昇降モータ駆動部２９からモータ２５の回転数信
号、荷重センサ３３からの計測値および画像認識部５０
から基板４０の位置データおよびチップ１の位置データ
を入手し、制御シーケンスにしたがって昇降モータ２５
の駆動、チップ吸着用バルブ５のオンオフ、ヒートブロ
ック７の加熱電流の制御などの制御を行う。さらに圧着
初期の計測データに基づき、剛性値（後述）の計算を行
う剛性値演算手段６１を備えている。

【００２２】このチップの圧着装置は上記のような構成
より成り、以下その動作を各図を参照して説明する。図
１においてチップ１は第１のフレーム１２の下方に位置
する供給テーブル７０により供給される。次に待機レベ
ル（イ）にあった圧着ツール３が下降し、チップ１を真
空吸着する。次いで圧着ツール３はチップ１を吸着して
待機レベル（イ）へ上昇し、チップ１を渡して空になっ
た供給テーブル７０は図１において示す実線の位置へ復
帰する。この状態では、前述のように荷重センサ３３に
はシリンダ３０の押圧力Ａとチップ吸着部２やノズル８
などを含んだ第１の昇降ブロック１０の自重Ｂの和が予
圧Ｆ０＝Ａ＋Ｂとして負荷されている。

【００２３】以下、図１および図３のタイムチャートに
よりチップの圧着装置の動作を説明する。図３のタイム
チャートでは、横軸は時間を、縦軸は圧着ツール３に保
持されたチップ１のバンプ１ａの高さを表す。実線ａは
圧着ツール３が昇降駆動されることによるチップ１の動
きを表したものである。ただし圧着完了後の上昇時には
チップ１は圧着ツール３の先端には存在しない。また実
線ｂは同時に計測されている荷重センサ３３の計測値を
表す。（イ）は待機レベル、（ロ）は１次停止レベル、
（ハ）はチップ１が実装面（基板４０の上面）に当接す
る手前の２次停止レベル、（ニ）は実装面のレベル、
（ホ）は第１の目標下降レベル、（ヘ）は最終の目標下
降レベルを表す。この最終の目標下降レベル（へ）は、
目標圧着荷重値に対応する下降レベルである。

【００２４】図３のタイミングｔ０において、チップ１
を吸着した圧着ツール３は待機レベル（イ）にある。圧
着動作開始の指令を受けると圧着ツール３は高速で下降
を開始しタイミングｔ１において１次停止レベル（ロ）
で一旦停止する。この停止時間Ｔ１中に鏡筒５２が前進
し、そのレンズ５３、５４がチップ１の直下に位置する
と撮像が開始され、チップ１のバンプ１ａ面および下に
ある基板４０の実装面の画像データを取り込む。この画
像データは画像認識部５０に送られ、画像認識部５０は
この画像データに基づきチップ１と基板４０の位置認識
を行いその結果を制御部６０に伝達する。制御部６０は
その位置情報により必要な位置補正指令を可動テーブル
駆動部４３に伝達する。可動テーブル駆動部４３はその
指令に基づき可動テーブル４２を駆動し、バンプ１ａと
基板４０の電極の位置合わせがなされる。

【００２５】その後カメラ５１が後退し元の位置に戻る
と、タイミングｔ２にて圧着ツール３は再び高速下降を
開始し、タイミングｔ３にて実装面のレベル（ニ）の少
し上方の２次停止レベル（ハ）で停止する。タイミング
ｔ４にて遅延時間Ｔ２がタイムアップすると圧着ツール
３は予め設定された低速度の接触点サーチクリープ速度
で下降を再開する。この下降の途中でチップ１のバンプ
１ａは基板４０の実装面（ニ）に当接し、その後はバン
プ１ａを実装面に押しつけながら下降する。

【００２６】この押し付ける圧着力Ｗの反力が圧着ツー
ル３、チップ吸着部２およびノズル８を介して第１の昇
降ブロック１０に伝えられる。この反力は第２の昇降ブ
ロック２０の下降に従って増大し、この増大分が荷重セ
ンサ３３の計測値の減少分として表れることになる。従
って荷重測定値をＦとすれば圧着力Ｗは、Ｗ＝Ｆ０−Ｆ
で表される。すなわちこのＷの値が目標圧着荷重値とな
るようＦの値を制御部６０にて監視しながら下降動作の
制御を行う。

【００２７】この接触点サーチクリープ速度での下降は
予め設定された第１の目標下降レベル（ホ）までであ
る。この実装面のレベル（ニ）から第１の目標下降レベ
ル（ホ）までの行程間で、すなわちタイミングｔ５から
ｔ６までの間に荷重センサー３３の計測値の取り込みが
行われる。前述のようにこの荷重値の減少分が圧着力に
相当するから、制御部６０では実装面のレベル（ニ）で
の荷重計測値と第１の目標下降レベル（ホ）での荷重計
測値との差ΔＷを計算しこの行程間での下降量Ｈとの比
ΔＷ／Ｈで表される剛性値を計算する。

【００２８】制御部６０はこの剛性値に基づき目標とさ
れる最終圧着荷重に到達するには更にどれだけ下降すれ
ばよいかを計算し、その最終の目標下降レベル（ヘ）の
手前までは荷重計測のために停止することなく連続して
下降するように指令を出す。

【００２９】最終の目標下降レベル（ヘ）から予め設定
された僅か上方のレベルでタイミングｔ７にて圧着ツー
ル３の連続下降は停止する。その後は目標圧着荷重に至
るまで荷重センサー３３による荷重値のサンプリングの
ための停止と下降とを期間Ｔ３の間、交互に繰り返しな
がら小刻みに下降する（図４参照）。そしてタイミング
ｔ８にて計測荷重値が目標圧着荷重値に到達したならば
制御部６０は下降の停止を指令し、その後は所定の加圧
保持時間Ｔ４だけ停止する。

【００３０】加圧保持時間Ｔ４のタイムアップとともに
タイミングｔ９にて圧着ツール３は低速で上昇を開始す
る。その時点では図示しない真空破壊弁はすでに開にさ
れているためチップ１は吸着状態から解放されている。
その後圧着ツール３は低速上昇から高速上昇に切り換え
られて待機レベル（イ）に戻り、圧着の１サイクルが完
了する。

【００３１】本発明は上記実施の形態に限定されない。
例えば上記実施の形態では、期間Ｔ３において、小刻み
な下降を行ってチップを基板４０に徐々に強く押しつけ
ているが、この小刻みな下降動作は必ずしも行わなくて
もよい。ただしこの小刻みな下降動作を若干行った方
が、チップ１に過大な圧着荷重を負荷することなくより
確実にチップ１を所望の力で基板４０へ圧着することが
できる。勿論この場合も、小刻みな下降時間はわずかで
よいので、タクトタイムを大巾に短縮できる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、微少な圧着荷重でも正
確に計測しながらチップを基板に圧着することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態のチップの圧着装置の側
面図

【図２】本発明の一実施の形態のチップの圧着装置のチ
ップの吸着部の部分側面図

【図３】本発明の一実施の形態のチップの圧着装置の動
作タイムチャート

【図４】本発明の一実施の形態のチップの圧着装置の動
作タイムチャートの部分拡大図

【符号の説明】

１ チップ ２ 吸着部 ３ 圧着ツール １０ 第１の昇降ブロック ２０ 第２の昇降ブロック ３０ シリンダー ３３ 荷重センサー ４０ 基板 ４２ 可動テーブル ５１ カメラ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チップを基板に圧着する圧着ヘッドと、基
   板を位置決めする基板位置決め手段とを備えたチップの
   圧着装置であって、前記圧着ヘッドが、チップを下端部
   に保持するチップ保持手段と、このチップ保持手段が装
   着された第１の昇降ブロックと、前記チップ保持手段に
   所定の押圧力を加える荷重付与手段と、チップの圧着力
   を計測する荷重計測手段と、前記荷重付与手段と前記荷
   重計測手段を備えた第２の昇降ブロックと、前記第２の
   昇降ブロックを昇降させるためのモータと、前記チップ
   保持手段に保持されたチップを下方から撮像してチップ
   の位置認識を行うカメラとを備えたことを特徴とするチ
   ップの圧着装置。
2. 【請求項２】前記基板位置決め手段が可動テーブルから
   成り、前記カメラによるチップの位置認識結果により前
   記可動テーブルを駆動し、チップと基板の位置合わせを
   するようにしたことを特徴とする請求項１記載のチップ
   の圧着装置。
3. 【請求項３】前記第１の昇降ブロックに張り出し部があ
   り、前記荷重付与手段はこの張り出し部の上面に加え、
   また前記荷重計測手段は前記張り出し部の下面に接触し
   て荷重を計測することを特徴とする請求項１または２記
   載のチップの圧着装置。
4. 【請求項４】前記第１の昇降ブロックの自重と前記荷重
   付与手段により加えられる押しつけ力の和を与圧とし、
   チップの圧着時に実装面から受ける反力による与圧の減
   少分をチップの圧着力として前記荷重計測手段により計
   測するようにしたことを特徴とする請求項３記載のチッ
   プの圧着装置。