JP2004103923A - 電子部品の実装装置および実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高密度実装、挟ピッチ実装、キャビティ内実装等に対応可能な実装方法を提供する。
【解決手段】ウエハから取り出しノズルによって取り出され、これに保持されたチップについて基準姿勢とのズレ量を求め、実際に基板に対してチップを実装する搭載ノズルにこのチップを受け渡す際に、当該ズレ量を勘案してこれを補正し、搭載ノズルが常に一定の姿勢でチップを保持することとする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、電子部品を回路基板に装着する、いわゆる電子部品の実装を行う装置および方法に関する。より詳細には、バンプ（凸部電極）を備えたフリップチップと呼ばれるＩＣチップを回路基板に装着する際に好適に用いられる実装装置および実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、電子装置の小型化に伴って、回路基板上に、より高密度に電子部品を実装することが求められている。こういった要望に応えるために、実装時における位置精度の高精度化と同時に、部品間隔の挟矮化（挟ピッチ化）が進められている。また、新たな形態として、多層化された基板に設けられたキャビティに電子部品を実装する例も増えてきている。
【０００３】
このような電子部品の実装工程においては、従来、回路基板上に電子部品を実装する際の位置精度を高める方法として、画像処理技術が用いられていた。具体的には、予め回路基板をカメラ等で撮像して得られた映像を画像処理することによって電子部品の実装位置を確定し、同時に供給位置に配置された電子部品についても同様の処理を通じてその配置を確定し、相互に比較して相対的な位置ずれを求めている。供給位置に配置された電子部品は、取り出しノズルによってここに取り出され、中間ステージ上に一旦載置された後に搭載ノズルによって把持され、先に求められた位置ずれを勘案した上で搭載ノズルによる実装処理が為されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＩＣ等のチップを基板に実装する場合、チップを保持する搭載ヘッドがチップを基板上の所定位置に接触させ、搭載ヘッドを介して当該チップに超音波振動を与えることによって、チップと基板との接続が為される。上述の如く挟ピッチ化が進められことに伴い、搭載ノズルがについてもチップ実装位置周辺のスペースに対して干渉しないことが求められる。従って、搭載ノズルにおけるチップ保持部の形状は、チップの形状に合わせたものであり且つチップより小型であることが好ましい。
【０００５】
しかしながら、このようにチップ保持部が小型且つチップ形状に適合した形状から成るものであっても、取り出しノズルが供給位置からチップを正しく受け取れない場合も考えられる。例えば、取り出しノズルが図＊Ａに示す様な、中心位置の位置ずれΔＸ、ΔＹと共にノズルとチップとの中心軸が角度Δθずれた状態でチップを保持する場合が想定される。従来のようにチップと基板との位置関係のみに注目した場合、この位置ずれは、チップが搭載ノズル（実装用の吸着ノズル）に移された場合においても保たれる可能性が高い。
【０００６】
この状態にて、チップの実装を行おうとする、実装予定のチップと隣接する電子部品との間隔が狭い場合には、搭載ノズル端部がこれら電子部品と干渉、接触する恐れがある。さらに近年の実装において行われる形式として、基板内のキャビティにチップをはめ込むように実装する場合があるがこの場合、ノズル端部がチップ端部から突出することで、はめ込み作業自体ができなくなる恐れがある。また、超音波を用いてチップと基板との接合を行う場合、チップに対する荷重の係り方に偏り等が生じ、接合状態に対して悪影響をおよぼす恐れもあった。このような位置ずれは、現状のチップサイズあるいは実装状況に於いては許容できるレベルにあるが、挟ピッチ化等を進める上で、改善されることが望まれる。
【０００７】
本発明は、上記状況に鑑みて為されたものであり、搭載ノズルに対して位置ずれを生じさせることなくチップを保持させることを可能とするチップの実装装置および実装方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る電子部品の実装方法は、テーブル上に載置された電子部品を取り出しノズルにて取り出し、電子部品を保持した取り出しノズルから電子部品を搭載ノズルに移載し、搭載ノズルに保持された電子部品と回路基板上における電子部品の実装位置の比較により搭載ノズルによる実装位置が補正され、搭載ノズルにより電子部品を回路基板に対して実装する電子部品の実装方法であって、取り出しノズルに保持された電子部品について、基準位置に対して、直交するＸおよびＹの２方向のズレおよび回転角θとして求められるズレを検出し、電子部品を搭載ノズルに移載する際に、Ｘ方向、Ｙ方向、角度θ各々のズレを補正することにより、電子部品が搭載ノズルに対して所定の姿勢となるよう制御されて搭載ノズルに移載されることを特徴としている。
【０００９】
なお、上記方法においては、Ｘ方向およびＹ方向の何れか一方のズレは、取り出しノズルの移動によって補正され、他方のズレおよび角度θのズレは搭載ノズルの稼動によって補正されることが好ましい。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る実装装置は、電子部品を回路基板に対して実装する実装装置であって、電子部品が載置されてこれらを保持し、且つ直交する２つのＸ、Ｙ各々の方向に移動可能なテーブルと、テーブル上の電子部品を取り出し且つＸ方向に移動可能な取り出しノズルと、取り出しノズルに保持された電子部品を撮像し、電子部品の、基準姿勢に対してのＸおよびＹ方向のズレおよび角度θとして求められるズレを検出するズレ量検出手段と、取り出しノズルより電子部品が移載され且つＹ方向への移動およびＸＹ方向各々に垂直な軸を中心として回転運動が可能であり、電子部品を基板に対して実装する搭載ノズルと、回路基板を保持する基板ステージとを有し、電子部品が取り出しノズルから搭載ノズルに移載される際に、Ｘ方向、Ｙ方向、角度θ各々のズレを補正することにより、電子部品が搭載ノズルに対して所定の姿勢となるよう制御されすることを特徴としている。
【００１１】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る実装装置における主要部の概略構成について、また図２は、当該装置の概略構成を簡略化して示している。図２に示すように、本装置は、回路基板等を支持する基盤テーブル１０、電子部品を支持する部品供給テーブル２０、取り出しノズルを支持する部品取り込み部３０、搭載ノズルを支持する実装部５０とから構成される。
【００１２】
基板テーブル１０は、真空吸着等によって実際に基板を支持する基板ステージ１１、図中矢印で示すＸ方向に基板ステージ１１を駆動するＸ軸駆動モータ１３、Ｙ方向に基板ステージ１１を駆動するＹ軸駆動モータ１５、および後述する搭載ノズルに保持された電子部品の姿勢等を認識するための部品認識カメラ１７を有している。部品認識カメラ１７は、基板ステージ１１に対して固定されており、基板ステージ１１と常に一定の位置関係を有している。
【００１３】
部品供給テーブル２０は、部品が載置されるテーブル２１、テーブル２１をＸＹ方向に駆動する不図示の駆動モータ、およびテーブル２１をＸＹ平面上にて回転駆動する回転駆動用モータ２３を有している。テーブル２１上には、例えばフリップチップ等の電子部品が敷き詰められたウェハの形状と略等しい形状を有する部品載置用の基板が、真空吸着等によって固定される。これら電子部品は、部品載置用の基板上に単に載せられているだけであり、当該基板上から容易に取り出すことが可能である。
【００１４】
部品取り込み部３０は、上下反転用の回転軸３１によって回動可能に支持された取り出しノズル３３および回転軸３１および取り出しノズル３３を昇降駆動させる取り出しノズル昇降用モータ３５を有している。これらは、取り込み部ユニット３９として一体化されており、不図示の駆動モータによってＸ軸方向に駆動可能となるように、取り込み部基台３７により支持されている。また、部品取り込み部３０は、さらに供給部品認識用のカメラ４１およびプリアラインメントカメラ４３を有しており、これらは取り出しノズル３３等からなるユニット３９とは独立して基台３７に固定、支持されている。
【００１５】
プリアラインメントカメラ４３は、取り出しノズル３３に保持されたチップを撮像する。これにより得られた映像に対しては、画像処理が施され、チップを保持した際の基準位置あるいは基準姿勢からのズレ量が求められる。ズレは、Ｘ方向、Ｙ方向、および角度θとして求められる。これらズレ量の算出は不図示の制御装置において為され、当該制御装置はプリアラインメントカメラ４３と共にズレ量検出手段を構成する。
【００１６】
実装部５０は、例えば超音波を用いて電子部品を回路基板に対して実装可能な機能を有する搭載ノズル５１、ＸＹ平面に対して垂直な軸を中心として搭載ノズル５１を回転駆動するためのθ回転モータ５３、およびノズル５１とモータ５３とを昇降させる搭載ノズル昇降用モータ５５を有している。これらは実装ユニット５７として一体化されており、不図示の駆動用モータによってＹ軸方向に駆動可能となるように、実装部基台５９により支持されている。なお、実装ユニット５７には、搭載ノズル５１、θ回転モータ５３、および昇降用モータ５５とは独立して基板マーク認識用カメラ６１が固定、支持されている。
【００１７】
なお、上述のＸ軸方向、Ｙ軸方向に対する各構成の駆動は、各々の駆動用モータに直結したボールネジ軸とガイドリール等からなる組み合わせによって為されている。従って、これら構成に関しての説明はここでは省略する。また、これら構成は公知であり、また要求される停止精度および駆動速度に応じて、他の公知構成と適宜変更されることが望ましい。また、本実施例においては取り出しノズルがＸ軸方向、搭載ノズルがＹ軸方向に移動することとしているが、取り出しノズルがＹ軸方向、搭載ノズルがＸ軸方向に移動することとなっていても良い。
【００１８】
次に、図１および実際に電子部品を実装する際の手順について示したフローチャートである図３を用いて、電子部品の搭載工程について述べる。電子部品の実装工程が開始されると、まずステップ１において、供給部品認識用カメラ４１により、基板ステージ１１上に載置された実装すべき例えばチップ等の電子部品の位置確認が為される。続くステップ２において、基板ステージ１１がＸＹ方向に対してそれぞれ駆動され、被実装チップのＸＹ面上での配置が取り出しノズル３３による取り出し位置と一致するように補正される。その後、ステップ３にて取り出しノズル３３が降下し、被実装チップを吸着、保持する。
【００１９】
チップを保持した取り出しノズル３３は、ステップ４において回転軸３１を中心として回転することで上下反転し、チップを上方に向ける。さらにステップ５で、プリアラインメントカメラ４３の下方まで、Ｘ軸方向に取り出しノズル３３を駆動し、この位置にてチップを撮像する。この撮像結果に基づいて、ステップ６において、当該チップの所定の基準姿勢に対するＸ、Ｙ、θの各方向のズレ量が求められる。ズレ量検出後、チップを保持し且つ上下反転した状態の取り出しノズル３３が、チップ受け取り位置に待機する搭載ノズル５１の下方に位置するステップ７に至る。
【００２０】
続くステップ９にて、搭載ノズル５１が降下し、チップと接触し、真空吸着等によりチップを吸着し、その後取り出しノズル３３によるチップの真空吸着等が解除され、チップの搭載ノズル５１への移載が終了する。なお、搭載ノズル５１がチップと接触する前に、ステップ８にて、ステップ５において求められたズレ量に従って、予めチップに対する搭載ノズルの配置（姿勢）が補正される。具体的には、Ｘ軸方向のズレΔＸの補正が取り出しノズル３３のＸ軸方向の駆動により為され、Ｙ軸方向のズレΔＹ補正およびチップ回転のズレΔθの補正が搭載ノズル５１のＹ軸方向およびθ方向の駆動によってそれぞれ為される。これにより、搭載ノズル５１は、常にチップを所定の姿勢にて保持することが可能となる。
【００２１】
この状態における、搭載ノズル５１、チップ２、取り出しノズル３３の位置関係について、その具体例の概略を拡大して図５に示す。同図において、チップ２は略直方体形状を有しており、その上面が搭載ノズル５１に設けられた真空吸着用のポート５１ａにより吸着保持されている。また、チップ２はその下面に回路基板と接合されるバンプを有すると同時に、当該下面が取り出しノズル３１に設けられた真空級着用のポート３１ａにより吸着保持されている。図４Ａおよび４Ｂを用いて後述するように、搭載ノズル５１のチップ吸着面はチップ２の上面に対して略等しいあるいは僅かに小さい相似する形状を有している。本発明の実施によって、搭載ノズル５１におけるチップ吸着面を図示の形状とすることが可能となる。
【００２２】
搭載ノズル５１へのチップの移載が終了した後、ステップ１０において、搭載ノズル５１は回路基板に向けてＹ軸方向に駆動される。なお、当該駆動時において、ステップ１１における部品認識カメラ１７によるチップの姿勢確認が為される。なお、ここまでの処理が為される間に、基板マーク認識用カメラ６１によって回路基板の撮像および撮像結果に基づくチップ搭載位置の検出が為されている。ステップ１１においては、チップの保持姿勢の確認と共に、チップ搭載位置とチップの保持姿勢との位置関係を求め、ここで再度、基板搭載位置に対してのチップの保持状態の位置ズレが求められる。
【００２３】
続くステップ１２にて、基板ステージ１１のＸＹ方向の駆動が為され、ステップ１１において求められたＸ軸、Ｙ軸それぞれの方向における回路基板の位置ズレが補正される。なお、θ方向のズレ補正は、ステップ８における補正によって許容範囲となっている可能性が高いと思われるが、必要に応じてこれを再度行っても良い。その後、ステップ１３において、搭載ヘッド５１が回路基板に対して降下し、チップの回路基板に対する圧接、取付の工程が為され、一つの実装工程が終了する。
【００２４】
以上のフローを要約すると、以下に述べる前半および後半の２つの工程に大別される。前半の工程は、供給部品認識用カメラにて確認された配置に存在するチップを取り出しノズルにて取り出し、プリアラインメントカメラにて取り出しノズルに保持されたチップの姿勢を検出し、この検出結果に応じて搭載ノズルが所定の姿勢でチップを保持する工程である。図４Ａおよび図４Ｂを用いて当該工程における効果を説明する。図４ＡおよびＢは、チップ２を取り出しノズル３３の先端３３ａにて保持した状態をチップ２側から見た図と、当該チップ２を搭載ノズル５５の先端５５ａにて保持した状態をチップ２側から見た図とをそれぞれ示している。また、図４Ａはプリアラインメントを行わない従来の場合、４Ｂは本発明におけるプリアラインメントを行った状態をそれぞれ示している。
【００２５】
各図中、各々のノズル先端３３ａ、５１ａは、それぞれ真空吸着を行う際に用いられる吸着用のポート３３ｂ、５１ｂを有している。搭載ノズルは、チップ２を不図示の回路基板に圧接することから、チップの吸着面と略等しく且つこれより僅かに小さい形状であることが望ましい。しかしながら、従来の工程によれば、チップ２の側部から搭載ノズル５１の側部がはみ出す、図示のような状況が生じる可能性がある。プリアラインメントを行うこの前半の工程を経ることにより、図４Ｂに示すように、搭載ノズルはチップに対してＸ軸、Ｙ軸および回転角θが全て一致した状態で保持される。従って、従来より極めて狭いピッチで回路基板上にチップが配置された場合、あるいはキャビティ内にチップを実装する場合であっても、搭載ノズルが他のチップに干渉することなく、且つ安定したチップと基板との接合状態を提供することが可能となる。
【００２６】
後半の工程は、搭載ノズルに保持されたチップの位置および姿勢を再度確認し、これらと回路基板上のチップ搭載位置との位置関係を求め、これらを勘案した上でチップの基板に対する接合を行う工程である。搭載ノズル５１に正しく保持されたチップ２に対し、再度接合位置についての補正処理を施すことにより、回路基板に対してより精度良くチップを実装することが可能となる。
【００２７】
なお、従来の実装装置においては、実装タクトタイムの短縮を目的として、取り出しノズルから搭載ノズルにチップを受け渡す際に、一旦中間ステージを介在させてこの受け渡しを行う構成も用いられている。本発明においても、このような中間ステージを設け、当該ステージ上でチップの姿勢等を検出する構成とすることで装用の効果が得られる。
【００２８】
しかしながら、このためには中間ステージに対してＸＹ方向の駆動機能を付与する必要があり、装置構成が複雑化してしまう。また、中間ステージを介在させることによって、チップの受け渡し回数が増加し、これに伴ってチップの姿勢等が取り出し時と比較してよりそのズレ量を大きくさせる可能性もある。このような補正量あるいは補正パラメータの増加、更には中間ステージのＸＹ方向の移動を考慮すると、搭載ノズルとチップとの位置関係を常に一定に保とうとした場合、タクトタイム短縮の効果はそれほど得られない場合も考えられる。
【００２９】
以上のことを勘案し、本発明においては、中間ステージを設けず、より簡略な構成による実装装置の構築を行っている。従って、搭載ノズルがチップを保持する際の位置補正と、搭載ノズルがチップを基板に対して実装する際の位置補正とが、最小回数の軸数の補正で行われる。このため、実装装置としての信頼性が高く、また稼動初期時の調整等が容易であり、利便性の高い装置を提供することが可能となる。
【００３０】
さらに、本発明によれば、プリアラインメントカメラによるΔθの検出と、搭載ノズルによるチップ受け取り時のΔθの補正工程が増加する以外は、これまでの実装工程と大きな相違がない。従って、従来より用いられていた装置に対し当該検出および補正の工程を付加するだけで、種々の搬送系からなる実装装置についても同様の効果が得られることとなる。すなわち、従来装置を流用して本発明を実施する場合であっても、大きなコストを要することなく、挟ピッチ実装、キャビティ内実装等を行うことが可能となる。
【００３１】
また、本実施例は、比較的小型のチップを高密度に実装する場合等を想定したものであるが、本発明はこれに限定されない。具体的には、例えば、比較的大型の電子部品を実装する際に、この電子部品とほぼ同じ且つ僅かに小さい形状からなる端面を有する搭載のノズルを用い、当該電子部品を所望の状態で確実に保持することが可能となる。従って、電子部品の端面全域に均一な荷重を付加して実装することが可能となり、チップと基板間において良好な接合状態を得ることが可能となる。
【００３２】
【本発明の効果】
本発明の実施により、チップ形状より僅かに小さく且つ略一致する形状からなる吸着端部を有する搭載ノズルを用いた場合であっても、搭載ノズルがチップを保持した際に、チップ外形から搭載ノズル端部がはみ出すことなく、且つ常に一定の姿勢にてチップを保持することが可能となる。従って、高密度実装、挟ピッチ実装、キャビティ内実装を行う場合であって、搭載ノズルが他のチップ、基板等と干渉することなく精度の良い実装を行うことが可能となる。
【００３３】
また、本発明の実施により、搭載ノズルによってチップに荷重が付加されて基板に対するチップの実装が行われる際に、搭載ノズル吸着端部の中心とチップの中心とが常に一致することとなる。従って、搭載ノズルからチップに付加される荷重は常に接合面全域にて均一となり、確実且つ精度良い接合状態が安定して得られることとなる。
【００３４】
また、本発明の実施は、プリアラインメントカメラによるΔθの検出と、搭載ノズルによるチップ受け取り時のΔθの補正とを付加することによって可能である。従って、従来より用いられていたシンプルな搬送系からなる実装装置をそのまま流用することも可能であり、低コストにて実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実装装置における主要部構成を簡略化して示す図である。
【図２】本発明に係る実装装置の概略構成を示す図である。
【図３】本発明に係る実装方法をフローチャートにて示す図である。
【図４】（Ａ）従来装置におけるチップと取り出しノズルおよび搭載ノズルとの位置関係を示す図である。
（Ｂ）本発明に係る実装装置におけるチップと取り出しノズルおよび搭載ノズルとの位置関係を示す図である。
【図５】本発明における、取り出しノズルおよび搭載ノズル間での、Ｘ、Ｙ、θ補正後でのチップの受け渡し状態を示す図である。
【符号の説明】
２：　チップ
１０：　基板テーブル
１１：　基板ステージ
１３：　Ｘ軸駆動モータ
１５：　Ｙ軸駆動モータ
１７：　部品認識カメラ
２０：　部品供給テーブル
２１：　テーブル
２３：　回転駆動用モータ
３０：　部品取り込み部
３１：　回転軸
３３：　取り出しノズル
３５：　ノズル昇降用モータ
３７：　取り込み部基台
３９：　取り込み部ユニット
４１：　供給部品認識用カメラ
４３：　プリアラインメントカメラ
５０：　実装部
５１：　搭載ノズル
５３：　θ回転モータ
５５：　ノズル昇降用モータ
５７：　実装用ユニット
６１：　基板マーク認識用カメラ

Claims (3)

1. テーブル上に載置された電子部品を取り出しノズルにて取り出し、前記電子部品を保持した前記取り出しノズルから前記電子部品を搭載ノズルに移載し、前記搭載ノズルに保持された前記電子部品と回路基板上における前記電子部品の実装位置の比較により前記搭載ノズルによる実装位置が補正され、前記搭載ノズルにより前記電子部品を前記回路基板に対して実装する電子部品の実装方法であって、
   前記取り出しノズルに保持された前記電子部品について、基準位置に対して、直交するＸおよびＹの２方向のズレおよび回転角θとして求められるズレを検出し、
   前記電子部品を前記搭載ノズルに移載する際に、前記Ｘ方向、Ｙ方向、角度θ各々のズレを補正することにより、前記電子部品が前記搭載ノズルに対して所定の姿勢となるよう制御されて前記搭載ノズルに移載されることを特徴とする電子部品の実装方法。
2. 前記Ｘ方向およびＹ方向の何れか一方のズレは、前記取り出しノズルの移動によって補正され、他方のズレおよび角度θのズレは前記搭載ノズルの稼動によって補正されることを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装方法。
3. 電子部品を回路基板に対して実装する実装装置であって、
   前記電子部品が載置されてこれらを保持し、且つ直交する２つのＸ、Ｙ各々の方向に移動可能なテーブルと、
   前記テーブル上の前記電子部品を取り出し且つ前記Ｘ方向に移動可能な取り出しノズルと、
   前記取り出しノズルに保持された前記電子部品を撮像し、前記電子部品の、基準姿勢に対しての前記ＸおよびＹ方向のズレおよび角度θとして求められるズレを検出するズレ量検出手段と、
   前記取り出しノズルより前記電子部品が移載され且つ前記Ｙ方向への移動および前記ＸＹ方向各々に垂直な軸を中心として回転運動が可能であり、前記電子部品を前記基板に対して実装する搭載ノズルと、
   前記回路基板を保持する基板ステージとを有し、
   前記電子部品が前記取り出しノズルから前記搭載ノズルに移載される際に、前記Ｘ方向、Ｙ方向、角度θ各々のズレを補正することにより、前記電子部品が前記搭載ノズルに対して所定の姿勢となるよう制御されすることを特徴とする実装装置。

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