JP2004128384A

JP2004128384A - 部品実装装置および部品実装方法

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Publication number: JP2004128384A
Application number: JP2002293500A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Watanabe; 渡辺　昭彦; Masahisa Hosoi; 細井　正久; Shinji Iwahashi; 岩橋　真司
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2002-10-07
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-10-07
Also published as: JP3937162B2

Abstract

【課題】高性能ステージを用いることなく、しかも透明でない基板や半導体ウエハにベアチップを高精度にボンディングする。
【解決手段】部品認識カメラ５１によってテンプレート４８を位置調整して吸着ヘッド３３に保持されているチップ６０に対して位置合わせをし、このときのテンプレート４８の外部マーク６８を記憶しておく。そして基板４７をＸ−Ｙステージ４４の移動によって吸着ヘッド３３の下へ移動し、ワーク認識カメラ５２によって基板４７の外部マーク６６を認識し、先に記憶していたテンプレート４８の外部マーク６８と一致するように基板４７の位置補正を行ない、その状態で吸着ヘッド３３を下降させて実装を行なう。
【選択図】　図８

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は部品実装装置および部品実装方法に係り、とくにマウントヘッドによってワーク上の所定の位置に部品を実装するようにした部品実装装置および部品実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ベアチップ６０等の部品を図２０に示すように透明なガラス基板４７上にボンディングして実装する場合には、図２１〜図２３に示すように位置合わせのための専用のマークを利用することによって高精度にボンディングすることができる。すなわちマークを利用することによってボンディング精度を±１μｍ以内にすることが可能になっている。
【０００３】
これは図２１に示すようにツール３３に吸着固定されているベアチップ６０とガラス基板４７の隙間が数十μｍになる位置で、ガラス基板４７を通してこのガラス基板４７上のマークとベアチップ６０のパターン面のマークとを同時に下側に配された一対の部品認識カメラ５１によって認識する。そして図２２に示すベアチップ６０のマーク６５がガラス基板４７のマーク６６の中心になるようにガ１４基板４７の位置調整する。すなわち図２３に示すように、部品認識カメラ５１によって画像認識を行なうと、ガラス基板４７のマーク６６とベアチップ６０のマーク６５とが同時に部品認識カメラ５１によって画像認識される。
【０００４】
ここでガラス基板４７のマーク６６の中心にベアチップ６０のマーク６５が位置していない。そこで図２３に示すように、ガラス基板４７をＸ軸方向およびＹ軸方向に位置調整し、ツール回転軸３１をθ軸方向に位置調整する。そして半導体ベアチップ６０のマーク６５がガラス基板４７のマークの中心になるように高精度に位置合わせを行なう。そして位置合わせを行なった状態でツール３３を下降させてガラス基板４７上にベアチップ６０をボンディングする。このときに位置合わせ後はツール３０を十数μｍ下降するだけなので、ツール３３の垂直方向の移動によるＸ軸方向およびＹ軸方向の位置ずれは極めて少なく、高精度にボンディングすることが可能になる。
【０００５】
ところが図２４に示すように透明でないガラスエポキシ樹脂の基板４７上に半導体ベアチップ６０を高精度にボンディングする場合には、不透明なガラスエポキシ樹脂基板４７を通して基板４７上のマークと半導体ベアチップ６０のマークとを同時に画像認識することができない。従って図２１〜図２３に示すような方法によって高密度実装を行なうことができない。なお赤外線やＸ線で透視することも考察されるが、装置全体のコストや解像力等の点で欠点がある。
【０００６】
そこで例えば特開２００２−９１１３号公報に開示されている方法で行なう。この方法は図２５に示すようにツール３３に固定されているベアチップ６０と不透明なガラスエポキシ基板４７との間に、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能で上方と下方の双方を認識可能なカメラユニット４０を配置して行なう。
【０００７】
上記カメラ取付けアーム３７には図２７〜図２９に示す部品認識カメラ５１およびワーク認識カメラ５２が並置して取付けられている。これらのカメラ５１、５２の先端側にはそれぞれミラー５３、５４が斜めに配されている。またミラー５３、５４の中間位置には両面ミラー５５が配されている。両面ミラー５５の上方には上方透明窓５６が、ミラー５５の下方には下方透明窓５７がそれぞれ形成されている。
【０００８】
部品認識カメラ５１とワーク認識カメラ５２とは図２７に示すように、同一の方向を向くように平行に並べて取付けられる。部品認識カメラ５１はミラー５３によってその光軸が９０度反射され、さらに両面ミラー５５によって９０度反射されることによって、上方透明窓５６を通して上方のチップ６０のマークを見るようになっている。これに対してワーク認識カメラ５２はミラー５４によって９０度反射され、さらに両面ミラー５５によって９０度反射されることによって、下方透明窓５７を通して下方の基板４７のマークを見るようになっている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−９１１３号公報
【特許文献２】特許第３２５４９５６号公報
【特許文献３】特開２００２−９３８５８号公報
【発明が解決しようとする課題】
ここで図２５に示すようにツール３３に保持されているベアチップ６０とガラスエポキシ基板４７との間にカメラユニット４０を挿入して基板４７とベアチップ６０のそれぞれの２個所合計４個所を図２６に示すように画像認識する。そしてこのような画像認識に基いてガラスエポキシ基板４７の位置合わせを行なう。位置合わせのときに行なう補正では、図２６に示すマーク６５、６６の位置の正確な計算をしなければならない。このためにカメラユニット４０のレンズの歪や基板４７を支持するステージの真直ぐ度を補正するためにキャリブレーションを行なう必要がある。また図２６のマーク６５、６６を取込んだときのカメラユニット４０の位置をスケール等によって測定することが必要になる。なおキャリブレーションの計算誤差やスケールの測定誤差がボンディング精度に影響を与える。
【００１０】
また図２５に示すようにカメラユニット４０で画像認識して位置合わせを行なった後に、ツール３３を下降して基板４７上に半導体ベアチップ６０をボンディングする。そして位置合わせのときには上述の如く基板４７とツール３３との間にカメラユニット４０が挿入されるために、カメラユニット４０の高さ方向の寸法とカメラユニット４０のワーキングディスタンスの和に相当する距離、ツール３３を下降しなければならない。
【００１１】
ツールが下降しなければならない上記の距離は通常数十ｍｍに達する。カメラユニット４０の配置を工夫してツール３３と基板４７との間の隙間を小さくすることができるが、その場合には位置合わせの後に基板４７を支持するステージ等の他のユニットの移動が必要になる。何れにしても位置合わせの後の移動を伴うために搭載精度が悪化する。この方法によるボンディング精度は±３〜５μｍ程度が限界であって、高精度の実装を行なうことができない欠点がある。
【００１２】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、透明でない基板やウエハ等のワークに対する半導体ベアチップ等の部品の高精度なボンディングを高性能ステージを用いることなく実現するようにした部品実装装置および部品実装方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願の主要な発明は、
実装すべき部品を保持するマウントヘッドと、
前記部品がマウントされるワークとほぼ透明なテンプレートとを並べて保持し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能なＸ−Ｙステージと、
前記Ｘ−Ｙステージに対して前記マウントヘッドとは反対側に配され、前記テンプレートのマークと前記部品のマークとを認識する部品認識カメラと、
前記Ｘ−Ｙステージに対して前記マウントヘッドと同じ側に配され、前記テンプレートのマークと前記ワークのマークとを認識するワーク認識カメラと、
前記ワーク認識カメラが認識したマークの位置を記憶する記憶手段と、
前記Ｘ−ＹステージをＸ軸方向およびＹ軸方向に移動調整する制御手段と、
を具備し、前記Ｘ−Ｙステージによって前記テンプレートを前記マウントヘッドと対応する位置に移動させて前記部品認識カメラによって前記テンプレートのマークと前記部品のマークとを認識するとともに、前記テンプレートのマークが前記部品のマークに対して相対的に正しい位置になるように前記Ｘ−Ｙステージによって前記テンプレートの位置調整を行ない、
前記ワーク認識カメラで位置調整された前記テンプレートのマークを認識し、しかも認識した該マークの位置を前記記憶手段によって記憶し、
前記Ｘ−Ｙステージによって前記ワークを前記マウントヘッドと対応する位置へ移動させて前記ワーク認識カメラによって前記ワークのマークを認識するとともに、認識されたワークのマークが前記記憶手段によって記憶されている前記テンプレートのマークに対して相対的に正しい位置になるように前記Ｘ−Ｙステージによって前記ワークの位置調整を行ない、位置調整されたワーク上に前記マウントヘッドによって前記部品を実装することを特徴とする部品実装装置に関するものである。
【００１４】
ここで一対のワーク認識カメラを具備し、前記マウントヘッドに対してその両側に配されるとともに、前記一対のワーク認識カメラが前記マウントヘッドに対して近接および離間可能に配されるようにしてよい。また前記マウントヘッドが部品に応じたアダプタを介して前記部品を保持することが可能である。この場合に前記アダプタが部品とほぼ同じ大きさかそれより大きいことが好ましい。また前記アダプタに部品とほぼ整合する突部が形成され、該突部上に部品が保持されることが好ましい。また前記Ｘ−Ｙステージに対して前記マウントヘッドとは反対側に受台が設けられ、前記マウントヘッドによって前記ワーク上に部品を実装する際に前記受台によって該ワークの対応する部位を受けることが可能である。また前記Ｘ−Ｙステージの前記ワークを載置する位置に開口が形成され、該開口を通して前記受台が前記ワークを直接受けることが好ましい。また複数の部品認識カメラを具備し、該複数の部品認識カメラがそれぞれ別々に対応する前記テンプレートのマークおよび前記部品のマークを認識することが好適である。また前記複数の部品認識カメラが固定配置されることが好ましい。
【００１５】
本願の別の主要な発明は、
半導体のベアチップを保持して基板または半導体ウエハの所定の位置にマウントするマウントヘッドと、
認識マークを有する透明なテンプレートと前記基板または半導体ウエハとを並べて載置するテーブルと、
前記テーブルに対して前記マウントヘッドとは反対側に配され、前記テンプレートを通して前記マウントヘッドに保持されているベアチップ上のマークと前記テンプレート上に形成されたマークとを認識する部品認識カメラと、
前記テーブルに対して前記マウントヘッドと同じ側に配され、前記テンプレートのマークと前記基板または半導体ウエハのマークとを認識するワーク認識カメラと、
前記マウントヘッドと前記テーブルと前記部品認識カメラと前記基板認識カメラとを制御する制御手段と、
を具備する部品実装装置に関するものである。
【００１６】
ここで半導体のベアチップがチップトレイ上にフェイスアップの状態で供給され、反転手段によって反転されて前記マウントヘッドに受渡されることが好ましい。また前記テーブルの前記テンプレートの載置位置に開口が形成され、該開口によって前記マウントヘッドとは反対側から前記部品認識カメラで前記ベアチップのマークと前記テンプレートのマークとを同時に認識するようにしてよい。
【００１７】
部品実装方法に関する主要な発明は、
不透明なワーク上に部品を実装する実装方法において、
前記ワークとほぼ透明なテンプレートとをＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能なＸ−Ｙステージ上に並べて配置し、
前記Ｘ−Ｙステージに対して前記部品を保持するマウントヘッドとは反対側に配された部品認識カメラで前記テンプレートのマークと前記部品のマークとを認識して前記テンプレートが前記部品に対して相対的に正しい位置になるように前記Ｘ−Ｙステージによって前記テンプレートの位置調整を行ない、
前記Ｘ−Ｙステージに対して前記部品を保持するマウントヘッドと同じ側に配されたワーク認識カメラで位置調整された前記テンプレートのマークを認識して記憶し、
前記Ｘ−Ｙステージによって前記ワークを前記マウントヘッドと対応する位置へ移動し、前記ワーク認識カメラで前記ワークのマークを認識するとともに、該マークが記憶されている前記テンプレートのマークに対して相対的に正しい位置になるように前記Ｘ−Ｙステージによって前記ワークの位置調整を行ない、位置調整されたワーク上に前記マウントヘッドによって前記部品を実装することを特徴とする部品実装方法に関するものである。なおここでマウントする部品以外の部品と対応する前記テンプレートのマークおよび前記ワークのマークを認識することも可能である。
【００１８】
本願に含まれる発明の好ましい態様は、ベアチップを半導体ウエハや基板等に位置合わせし、接着材料を介して固定するためのボンディング装置である。とくに透明でないウエハや基板等にベアチップを高精度にボンディングするためのボンディング装置に適用して好適なものである。
【００１９】
すなわち本願に含まれる発明の好ましい態様は、ベアチップを吸着する機構を備え、ボンディングを行なうためのツール機構と、画像認識マークを有したテンプレートと、上記テンプレートと基板とを固定するテーブルと、上記テーブルの下に配され、テンプレートを通してツール機構に吸着されているベアチップ上のマークとテンプレート上のマークとを同時に認識する部品認識カメラと、ツール側に配され、テンプレートと基板のマークを認識するワーク認識カメラと、ツール装置とテーブル装置と上記一対のカメラとを制御する制御手段とを備えるボンディング装置に関する。
【００２０】
ここでベアチップとは、半導体ウエハから分割されたパッケージを行なわない集積回路のチップを言う。またボンディング装置とはウエハや基板等に接着材料を介してチップをボンディングする装置であって、一般にチップの位置合わせ機構と、加熱および加圧機構とを備える。またテンプレートとはガラス等に画像認識マークを描いた基板を言う。
【００２１】
上記のような態様によれば、透明でない基板やウエハにベアチップを高精度にボンディングすることが可能になる。また高性能ステージ等の高価なものを使用しないで高精度ボンディングを実現できるために、装置の製作費用を安価に抑えることが可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
フリップチップボンダの構成
図１〜図３は本発明の一実施の形態に係るフリップチップボンダを示している。この装置は架台１０を備えるとともに、架台１０の上面にベース１１が配されている。そしてベース１１の上面であってその右側にはＹ軸ステージ１２が配されており、このＹ軸ステージ１２をＹ軸モータ１３によってＹ軸方向に移動調整するようにしている。Ｙ軸ステージ１２上には半導体ベアチップを収納したチップ収納トレイ１４が搭載される。
【００２３】
上記チップ収納トレイ１４を備えるＹ軸ステージ１２の左方にはガイド１８が横方向、すなわちＸ軸方向に延びるように配されており、このガイド１８上にＸ軸ステージ１９が載置される。Ｘ軸ステージ１９はＸ軸モータ２０によってＸ軸方向に移動可能になっている。そしてＸ軸ステージ１９上にチップ反転シリンダ２１が取付けられている。チップ反転シリンダ２１はアーム２２を備えるとともに、アーム２２の先端部に吸着ヘッド２３が取付けられている。
【００２４】
上記Ｘ軸ステージ１９の左側であって背面側において、ベース１１上にはフレーム２７が直立して取付けられている。フレーム２７の前面側には一対のＺ軸リニアガイド２８が配されており、これら一対のＺ軸リニアガイド２８によってツール制御ユニット２９が昇降自在に支持されている。そしてツール制御ユニット２９はＺ軸モータ３０によってＺ軸リニアガイド２８に沿って上下方向に移動可能になっている。ツール制御ユニット２９の下端側には下方に突出するようにツール回転軸３１が突設されており、このツール回転軸３１にあおり機構３２が取付けられている。そしてあおり機構３２の先端側に吸着ヘッド３３が取付けられている。
【００２５】
フレーム２７の前方にはＸ−Ｙステージ４４が配されている。Ｘ−Ｙステージ４４はＸ軸モータ４５とＹ軸モータ４６とによってＸ軸方向およぴＹ軸方向にそれぞれ移動調整自在になっている。そしてＸ−Ｙステージ上にはワークを構成する基板４７とテンプレート４８とが並べて搭載されるようになっている。なおテンプレート４８が搭載される位置には、ステージ４７に開口が形成されている（図８参照）。
【００２６】
上記Ｘ−Ｙステージ４４の下側には部品認識カメラ５１が上方に向けて取付けられており、この部品認識カメラ５１によって吸着ヘッド３３の先端に取付けられた半導体チップ６０のマークとＸ−Ｙステージ４４上に搭載されるテンプレート４８のマークとを画像認識するようになっている。これに対して上記ツール制御ユニット２９の吸着ヘッド３３の両側にはワーク認識カメラ５２が下方に向けて取付けられている。これら一対のワーク認識カメラ５２はＸ−Ｙステージ４４上の基板４７のマークとテンプレート４８のマークとを画像認識する。
【００２７】
図６はこのようなフリップチップボンダの制御系を示すブロック図であって、ボンダ本体は制御装置を介して制御される。また制御装置には操作パネルとカメラユニットとモニタとが接続されるようになっている。ここで操作パネルは制御装置に対して動作モード指令と、ベアチップの圧着条件と、各種のデータとを供給する。これに対して制御装置から操作パネルに対してはデータおよび状態表示のための情報が供給される。カメラユニットは制御装置に対して画像情報を供給する。この画像情報は制御装置によって画像処理され、また必要に応じて記憶される。また制御装置から画像処理結果がモニタに供給され、その表示パネルによって表示が行なわれる。
【００２８】
制御装置はボンダ本体に対して動作指令を行なうとともに、ベアチップの加熱電力を供給する。またボンダ本体からはセンサおよびエンコーダの出力信号が位置情報として与えられる。さらに搭載するベアチップの温度および圧力に関するデータが制御装置に供給される。
【００２９】
このように本実施の形態のフリップチップボンダは図１〜図３に示すように、架台１０上のベース１１に、フレーム２７、回路基板用Ｘ−Ｙステージ４４、チップ反転用Ｘ軸ステージ１９、収納トレイ用Ｙ軸ステージ１２をそれぞれ取付けるようにしている。
【００３０】
フレーム２７にはＺ軸リニアガイド２８を介してツール制御ユニット２９と一対のワーク認識カメラ５２と取付けている。ツール制御ユニット２９はツール回転軸３１をベース１１に垂直に取付けるようにし、その先端部にあおり機構３２を連結している。そしてツール制御ユニット２９の下側に位置する基板用Ｘ−Ｙステージ４４上には所定の位置にテンプレート４８と回路基板４７とを保持している。しかも基板用Ｘ−Ｙステージ４７の下側には、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能に部品認識カメラ５１が配されている。
【００３１】
またチップ反転用Ｘ軸ステージ１９上には、チップ反転シリンダ２１を固定している。チップ反転シリンダ２１にはチップ反転アーム２２が取付けられる。収納トレイ用Ｙ軸ステージ１２にはチップ収納トレイ１４を所定の位置に保持するガイド（図示せず）設けるようにしている。さらに本フリップチップボンダにおいては、図６に示すような制御装置および操作パネルを備えている。
【００３２】
上記Ｘ−Ｙステージ４４上に載置されるテンプレート４８は、ガラス等の透明な材料によって製作された矩形の板である。そしてこのテンプレートの上面には図７に示すように内部マーク６７と外部マーク６８とをそれぞれ一対ずつ設ける。外部マーク６８は例えばエポキシ樹脂から成る不透明な基板４７の上面の外部マーク６６と同じである。これに対してテンプレート４８の内部マーク６７はベアチップ６０に設けられているマーク６５と同じ位置に配置し、図２２および図２３と同じようにして位置補正を行なうときにベアチップ６０のマーク６５とテンプレート４８の内部マーク６７とによって両者の間の位置ずれが分るようにしてある。
【００３３】
チップ６０のマーク６５とテンプレート４８の内部マーク６７とを検出する下方カメラ５１は図８に示すように、テンプレート４８と基板４７とを載置するＸ−Ｙステージの下側に配され、しかもＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能に支持されている。ここでこのカメラ５１の最大移動距離は半導体チップ６０のサイズとほぼ同じであって最小移動ピッチは数十μｍ程度である。なおタクトタイムを短縮するためにはカメラ５１の移動速度を速くすればよい。
【００３４】
これに対して上方からテンプレート４８の外部マーク６８と基板４７の外部マーク６６とを検出する上方カメラ５２は吸着ヘッド３３の側方においてその両側に設けられている。ここで吸着ヘッド３３と一対の上方カメラ５２との位置関係は、吸着ヘッド３３の中心がボンディングを行なう半導体チップ６０の中心に一致するように、一対の上方カメラ５２の視野がテンプレート４８の外部マーク６８および基板４７の外部マーク６６の中心と対応するように設定される。部品認識カメラ５１およびワーク認識カメラ５２による認識は次の表によって示される。
【００３５】
【表１】

【００３６】
フェイスダウンボンディングの動作
次にこのようなフリップチップボンダの通常のフェイスダウンボンディングの動作について図５〜図８を参照して説明する。ワークを構成する回路基板４７はテンプレート４８と並置してＸ−Ｙステージ４４の上面に固定され、Ｘ軸モータ４５およびＹ軸モータ４６によってＸ軸方向およびＹ軸方向に移動調整される。一方チップ収納トレイ１４はＹ軸ステージ１２の上面に固定され、Ｙ軸モータ１３によってＹ軸方向に移動可能になっている。
【００３７】
チップ反転用のＸ軸ステージ１９上のチップ反転シリンダ２１に取付けられているアーム２２は反転シリンダ２１によって図５Ａおよび図５Ｂに示すように１８０度反転可能に構成され、しかもＸ軸モータ２０によってＸ軸方向に移動可能になっている。
【００３８】
チップ反転シリンダ２１のアーム２２の先端部に吸着ヘッド２３が取付けられており、この吸着ヘッド２３によって図５Ａに示すようにトレイ１４上のフェイスアップ状態の任意のチップ６０を吸着し、この後に図５Ｂに示すようにチップ反転シリンダ２１が１８０度反転する。従ってチップ６０はフェイスダウン状態になり、このような状態でツール制御ユニット２９の先端の吸着ヘッド３３が下降すると、チップ６０は吸着ヘッド３３に図５Ｃに示すように受渡される。ボンディングツールを構成する吸着ヘッド２３はツール制御ユニット２９によって回路基板４７の垂直軸に対して回転可能に構成されており、Ｚ軸モータ３０によって垂直方向の動作およびチップ加圧動作を行なうようになっている。吸着ヘッド３３によって吸着されるチップ６０はあおり機構３２によって回路基板４７の上面と平行になるようにその姿勢が制御される。
【００３９】
この後図８Ａに示すように、半導体チップ６０とテンプレート４８との高さ方向の間隔が数十μｍになるように吸着ヘッド３３をＺ軸モータ３０によって下降させる。そして下方に配されている部品認識カメラ５１をチップ６０の１個所目の内部マーク６５およびテンプレート４８の１個所目の内部マーク６７の位置へ移動する。そしてこの下方カメラ５１によってチップ６０のマーク６５とテンプレート４８のマーク６７とを同時に画像認識する。次いで部品認識カメラ５１はチップ６０の２個所目の内部マーク６５とテンプレート４８の２個所目の内部マーク６７の位置へ移動し、これらのマークを同時に画像認識する。
【００４０】
この後に図２３に示すようにチップ６０の内部マーク６５とテンプレート４８の内部マーク６７とが重合うようにテンプレート４８の位置調整を行なう。この位置調整はＸ、Ｙ、θの３軸方向について行なう。Ｘ軸およびＹ軸についてはＸ−Ｙステージ４４をＸ軸モータ４５およびＹ軸モータ４６によってＸ軸方向およびＹ軸方向に移動調整して行なう。θ軸方向については、ツール回転軸３１を回転調整して行なう。高精度のボンディングを行なうためには、位置補正量が０に近づくまで２個所のチップ６０のマーク６５とテンプレート４８のマーク６７とが一致するように位置補正を繰返す。
【００４１】
このようにしてテンプレート４８の位置を吸着ヘッド３３によって保持されている半導体チップ６０の位置に対して正しく調整したならば、この後上方に配されている一対のワーク認識カメラ５２によってテンプレート４８上の外部マーク６８を認識する。そしてワーク認識カメラによって認識されたテンプレート４８の外部マーク６８の位置を図４に示す制御装置の記憶手段によって記憶しておく。
【００４２】
この後に図８Ｂに示すように、Ｘ軸モータ４５およびＹ軸モータ４６によってＸ−Ｙステージ４４を駆動し、基板４７のチップ６０をマウントすべき位置が吸着ヘッド３３によって保持されているチップ６０の下側に来るように移動する。そしてこの状態において上方の一対のワーク認識カメラ５２によって基板４７上の外部マーク６６を画像認識する。そして認識した基板４７のマーク６６が先に記憶していたテンプレート４８の外部マーク６８の位置と一致するように位置補正を行なう。この位置補正はＸ−Ｙステージ４４をＸ軸モータ４５とＹ軸モータ４６とによってＸ軸方向およびＹ軸方向に移動調整するとともに、ツール回転軸３１をθ軸方向に回転調整することによって行なう。なおここでも高精度なボンディングを行なうためには、位置補正量が０に近づくまで位置補正を繰返して行なう。
【００４３】
このようにして基板４７のマウント位置が吸着ヘッド３３によって吸着されている半導体チップ６０の位置と一致したならば、この後Ｚ軸モータ３０によって吸着ヘッド３３を下降させ、その先端に保持されている半導体チップ６０を基板４７上の所定の位置にボンディングして実装を完了する。
【００４４】
図８に示すような上述の方法による半導体ベアチップ６０の実装によると、透明でない基板４７や他のワーク、例えば半導体ウエハ上にベアチップ６０等の部品を高精度にボンディングできるようになる。しかもここではＸ−Ｙステージ４４としては高性能ステージのような高価なものを使用することなくしかも高精度のボンディングが実現できるために、装置の製作費を安価に抑えることが可能になる。
【００４５】
変形例１（図９、図１０）
半導体チップ６０をボンディングする際に、吸着ヘッド３３の先端側の部分でチップ６０を押すために、吸着ヘッド３３の先端側の面はチップ６０の大きさよりもやや大きくなっている。このためにチップ６０のボンディング位置や外部マーク６８、６６の位置の関係によって、吸着ヘッド３３とワーク認識カメラ５２の配置が相互に不可能になる場合がある。このようなときには図１０に示すように隣のチップ６０に対応する外部マーク６８、６６を利用すればよい。このような変形例によって、吸着ヘッド３３の制約を受けずに一対のワーク認識カメラ５２を配置できるようになる。
【００４６】
なお例えば１つ手前側のチップ６０に対応する外部マーク６８、６６を使用する場合に、基板４７の１番手前側の個所にはボンディングできないことがある。このように１番手前側の個所にボンディングできないときには、逆方向であって１つ奥側のチップ６０と対応する外部マーク６８、６６を使用するか、基板４７を１８０°回転して配置することによって対応できる。
【００４７】
変形例２（図１１）
チップ６０をボンディングするときに、吸着ヘッド３３の全面でチップ６０の上面を押すために、吸着ヘッド３３の先端端面はチップサイズよりも大きくなっている。このためにチップボンディング位置や外部マーク位置６８、６６の関係によって、吸着ヘッド３３と一対のワーク認識カメラ５２の相互の配置が不可能になるときがある。
【００４８】
そこでこの変形例においては、上方の一対のワーク認識カメラ５２を開閉式にしている。このような構成によれば、吸着ヘッド３３の制約を受けずに２つの上方カメラ５２を配置できるようになる。ここで吸着ヘッド３３と開閉式の上方カメラ５２とが干渉する場合には、そのときに吸着ヘッド３３を上昇させればよい。
【００４９】
開閉式の上方カメラ５２を用いた動作を順を追って説明すると、図１１Ａに示すように一対の上方カメラ５２を開いて吸着ヘッド３３を下降し、チップ６０に対応するテンプレート４８の相対的な位置調整を行なう。
【００５０】
この後図１１Ｂに示すように吸着ヘッド３３を上昇させ、一対の上方カメラ５２を閉じてテンプレート４８の外部マーク６８の認識を行なうとともに、このマーク６８の位置を記憶する。
【００５１】
そして図１１Ｃに示すように吸着ヘッド３３の下に基板４７のボンディング個所が来るようにステージ４４を移動し、上方カメラ５２で基板４７の外部マーク６６を認識し、この後基板４７の外部マーク６６が記憶されているテンプレート４８の外部マーク６８の位置に一致するように基板４７の位置調整を行なう。
【００５２】
そしてこの後に図１１Ｄに示すように、一対のワーク認識カメラ５２を開き、吸着ヘッド３３を下降してチップ６０を基板４７上にボンディングする。
【００５３】
変形例３（図１２〜図１４）
チップ６０のボンディング個所と基板４７の一対の外部マーク６６およびテンプレート４８の一対の外部マーク６８の位置関係は、基板４７毎に、あるいはボンディング個所毎に異なる。そのために図１２に示すように段取替えまたはモータによる自動設定が必要になる。そこで吸着ヘッド３３の先端側の部分にそれぞれ図３に示すようなアダプタを取付け、このアダプタを介してチップ６０を保持する。ここでアダプタ７１として複数のものを用意し、交換することによって吸着ヘッド３３の中心と上方の一対のワーク認識カメラ５２との位置関係が一定になる。なおここでも上記変形例１のような隣の外部マーク６８、６６の利用や変形例２のようなワーク認識カメラ５２の開閉を併用できるようになる。
【００５４】
より具体的に説明すると、一対のチップ６０をボンディングするときに第１のチップ６０をボンディングするときのカメラ５２の位置と第２のチップ６０をボンディングするときのカメラ５２のツール（吸着ヘッド）３３に対する位置関係は図１２Ｂおよび図１２Ｃに示すように互いに位置関係が異なる。
【００５５】
そこで図１３に示すように、吸着ヘッド３３の底面にチップ６０のサイズよりもやや大きいアダプタ７１を取付けることによって、必要な個所のみを圧着可能にできる。またこれによって何れのチップ６０をボンディングするときでも、吸着ヘッド３３と一対のワーク認識カメラ５２の位置関係が図１４に示すように同じくなる。
【００５６】
変形例４（図１５〜図１７）
チップ６０のボンディング精度に影響を与える要因の１つに、Ｘ−Ｙステージ４４と吸着ヘッド３３の吸着面との間の平行度がある。もしもチップ６０が基板４７と接触するときに図１６に示すように平行でなかったならば、接触開始時に線または点で接触することになり、このために位置ずれの原因になるからである。
【００５７】
吸着ヘッド３３の傾きはＸ−Ｙステージ４４のあおり調整、あるいは吸着ヘッド３３をツール回転軸３１を介して支持するツール制御ユニット２９のあおり調整機構によって解消できる。しかるにステージ４４の全体の平行度を出すことはコスト増につながる。そこでここでは図１７に示すように受け台７５を利用する。すなわちＸ−Ｙステージ４４の全面の平行度を出すのではなく、チップサイズ６０よりも一回り大きなボンディングエリアのみの平行度を受け台７５によって出すようにしている。ボンディング毎にＸ−Ｙステージ４４を受け台７５の上に置き直すことによって、常に受け台７５の中心でボンディングを行なうことが可能になる。すなわちチップサイズより一回り大きな範囲のみの平行度を受け台７５によって出すだけで位置ずれに伴うマウント精度の劣化を効果的に防止できるようになる。
【００５８】
変形例５（図１８、図１９）
各種の半導体チップ６０を基板４７上にボンディングすることを考えると、半導体チップ６０のマーク６５の位置が特定されない。このために単一の部品認識カメラ５１をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させることによってチップ６０の内部マーク６５を交互に認識する必要がある。このためにカメラ５１の移動によりタクトタイムが長くなる欠点がある。
【００５９】
そこで図１９に示すように、一対の下方カメラ５１を利用する。チップ６０の一対の内部マーク６５間のピッチが広くなれば、図１９に示すように２つの部品認識カメラ５１によって認識を行なう。このような構成によって、部品認識カメラ５１を移動する必要がなくなって、チップ６０の一対の内部マーク６５を２つの部品認識カメラ５１によって同時に認識することが可能になり、タクトタイムが短縮される。
【００６０】
違う種類のチップ６０をボンディングするときには、チップ６０の内部マーク６５が異なるために段取り替えが必要になる。従ってモータを利用して自動設定を行なえばよい。なお通常の量産時においては特定のチップ６０しかボンディングしないために、とくに量産の枚数が多い場合にはこの変形例は大きな効果を発揮することになる。
【００６１】
なお図１８は単一の部品認識カメラ５１をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させてチップ６０の一対の内部マーク６５を認識する動作を示している。これに対して図１９は２つの固定配置された部品認識カメラ５１で半導体チップ６０の一対の内部マーク６５を同時認識する状態を示している。
【００６２】
以上本願に含まれる発明を図示の実施の形態および変形例によって説明したが、本願発明は上記実施の形態や変形例によって限定されることなく、本願に含まれる発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態は、半導体のベアチップ６０を不透明なガラスエポキシ基板４７上にマウントするためのフリップチップボンダに関するものであるが、本願発明はその他各種の部品の実装に広く適用可能である。とくに本願発明は、不透明なワーク上に部品を高精度に位置決めしてマウントする多種の実装装置に広汎に利用される。
【００６３】
【発明の効果】
本願の主要な発明は、実装すべき部品を保持するマウントヘッドと、部品がマウントされるワークとほぼ透明なテンプレートとを並べて保持し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能なＸ−Ｙステージと、Ｘ−Ｙステージに対してマウントヘッドとは反対側に配され、テンプレートのマークと部品のマークとを認識する部品認識カメラと、Ｘ−Ｙステージに対してマウントヘッドと同じ側に配され、テンプレートのマークとワークのマークとを認識するワーク認識カメラと、ワーク認識カメラが認識したマークの位置を記憶する記憶手段と、Ｘ−ＹステージをＸ軸方向およびＹ軸方向に移動調整する制御手段と、を具備し、Ｘ−Ｙステージによってテンプレートをマウントヘッドと対応する位置に移動させて部品認識カメラによってテンプレートのマークと部品のマークとを画像認識するとともに、テンプレートのマークが部品のマークに対して相対的に正しい位置になるようにＸ−Ｙステージによってテンプレートの位置調整を行ない、ワーク認識カメラで位置調整されたテンプレートのマークを認識し、しかも認識した該マークの位置を記憶手段によって記憶し、Ｘ−Ｙステージによってワークをマウントヘッドと対応する位置へ移動させてワーク認識カメラによってワークのマークを認識するとともに、認識されたワークのマークが記憶手段によって記憶されているテンプレートのマークに対して相対的に正しい位置になるようにＸ−Ｙステージによってワークの位置調整を行ない、位置調整されたワーク上にマウントヘッドによって部品を実装するようにしたものである。
【００６４】
従ってこのような部品実装装置によれば、ほぼ透明なテンプレートを介在させることによって不透明なワーク上にマウントヘッドによって部品を高精度に実装することが可能になる。
【００６５】
本願の別の発明は、半導体のベアチップを保持して基板または半導体ウエハの所定の位置にマウントするマウントヘッドと、認識マークを有する透明なテンプレートと基板または半導体ウエハとを並べて載置するテーブルと、テーブルに対してマウントヘッドとは反対側に配され、テンプレートを通してマウントヘッドに保持されているベアチップ上のマークとテンプレート上に形成されたマークとを認識する部品認識カメラと、テーブルに対してマウントヘッドと同じ側に配され、テンプレートのマークと基板または半導体ウエハのマークとを認識するワーク認識カメラと、マウントヘッドとテーブルと部品認識カメラと基板認識カメラとを制御する制御手段と、を具備するものである。
【００６６】
従ってこのような部品実装装置によれば、基板または半導体ウエハとともにテーブル上に透明なテンプレートを配するだけで、透明なガラス基板に対するベアチップの実装と同等の精度で半導体のベアチップを不透明な基板または半導体ウエハ上に高精度にマウントできるようになる。
【００６７】
実装方法に関する主要な発明は、不透明なワーク上に部品を実装する実装方法において、ワークとほぼ透明なテンプレートとをＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能なＸ−Ｙステージ上に並べて配置し、Ｘ−Ｙステージに対して部品を保持するマウントヘッドとは反対側に配された部品認識カメラでテンプレートのマークと部品のマークとを認識してテンプレートが部品に対して相対的に正しい位置になるようにＸ−Ｙステージによってテンプレートの位置調整を行ない、Ｘ−Ｙステージに対して部品を保持するマウントヘッドと同じ側に配されたワーク認識カメラで位置調整されたテンプレートのマークを認識して記憶し、Ｘ−Ｙステージによってワークをマウントヘッドと対応する位置へ移動し、ワーク認識カメラでワークのマークを認識するとともに、該マークが記憶されているテンプレートのマークに対して相対的に正しい位置になるようにＸ−Ｙステージによってワークの位置調整を行ない、位置調整されたワーク上にマウントヘッドによって部品を実装するようにしたものである。
【００６８】
従ってこのような部品実装方法によれば、透明でないワークに対して高性能ステージを用いることなく部品を高精度に実装することが可能になり、高精度実装を実現するための低コストの方法を提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】フリップチップボンダの平面図である。
【図２】同フリップチップボンダの正面図である。
【図３】同フリップチップボンダの側面図である。
【図４】同フリップチップボンダの制御系を示すブロック図である。
【図５】フリップチップボンダによるマウント動作を示す要部拡大正面図である。
【図６】フリップチップボンダによるマウントの動作を示すフローチャートである。
【図７】Ｘ−Ｙステージの平面図である。
【図８】画像認識の動作を示す要部縦断面図である。
【図９】変形例１の動作を示すＸ−Ｙステージの平面図である。
【図１０】変形例１の動作を示す要部平面図である。
【図１１】第２の変形例の動作を示す要部縦断面図である。
【図１２】変形例３におけるツールとカメラの位置関係を示す要部平面図である。
【図１３】アダプタの斜視図および正面図である。
【図１４】アダプタを用いたときのツールとカメラの位置関係を示す要部平面図である。
【図１５】変形例４の動作を示す要部縦断面図である。
【図１６】同要部拡大縦断面図である。
【図１７】受け台を配置した構成を示す要部拡大縦断面図である。
【図１８】変形例５の動作を示す要部縦断面図である。
【図１９】一対の部品認識カメラを用いた構成を示す要部縦断面図である。
【図２０】透明なガラス基板に対する半導体チップのマウントを示す要部分解斜視図である。
【図２１】同マウント動作を示す要部正面図である。
【図２２】チップのマークと基板のマークとを合わせる動作を示す要部平面図である。
【図２３】位置調整によるマークの位置合わせの動作を示す要部平面図である。
【図２４】不透明な基板に対する半導体ベアチップのマウントを示す要部平面図である。
【図２５】従来のカメラユニットを用いた画像認識の動作を示す要部正面図である。
【図２６】同合わせマークの配置を示す要部平面図である。
【図２７】従来のカメラユニットの要部平面図である。
【図２８】同要部側面図である。
【図２９】同要部正面図である。
【符号の説明】
１０‥‥架台、１１‥‥ベース、１２‥‥Ｙ軸ステージ、１３‥‥Ｙ軸モータ、１４‥‥チップ収納トレイ、１８‥‥ガイド、１９‥‥Ｘ軸ステージ、２０‥‥Ｘ軸モータ、２１‥‥チップ反転シリンダ、２２‥‥アーム、２３‥‥吸着ヘッド、２７‥‥フレーム、２８‥‥Ｚ軸リニアガイド、２９‥‥ツール制御ユニット、３０‥‥Ｚ軸モータ、３１‥‥ツール回転軸、３２‥‥あおり機構、３３‥‥吸着ヘッド、３７‥‥カメラ取付けアーム、３８‥‥Ｚ軸ステージ、３９‥‥Ｚ軸モータ、４０‥‥カメラユニット、４４‥‥Ｘ−Ｙステージ、４５‥‥Ｘ軸モータ、４６‥‥Ｙ軸モータ、４７‥‥基板（ワーク）、４８‥‥テンプレート、５１‥‥部品認識カメラ、５２‥‥ワーク認識カメラ、５３〜５５‥‥ミラー、５６‥‥上方透明窓、５７‥‥下方透明窓、６０‥‥半導体チップ、６５‥‥内部マーク（チップ側）、６６‥‥外部マーク（基板側）、６７‥‥内部マーク（テンプレート側）、６８‥‥外部マーク（テンプレート側）、７１‥‥アダプタ、７２‥‥突部、７５‥‥受け台、７７‥‥開口

Claims

実装すべき部品を保持するマウントヘッドと、
前記部品がマウントされるワークとほぼ透明なテンプレートとを並べて保持し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能なＸ−Ｙステージと、
前記Ｘ−Ｙステージに対して前記マウントヘッドとは反対側に配され、前記テンプレートのマークと前記部品のマークとを認識する部品認識カメラと、
前記Ｘ−Ｙステージに対して前記マウントヘッドと同じ側に配され、前記テンプレートのマークと前記ワークのマークとを認識するワーク認識カメラと、
前記ワーク認識カメラが認識したマークの位置を記憶する記憶手段と、
前記Ｘ−ＹステージをＸ軸方向およびＹ軸方向に移動調整する制御手段と、
を具備し、前記Ｘ−Ｙステージによって前記テンプレートを前記マウントヘッドと対応する位置に移動させて前記部品認識カメラによって前記テンプレートのマークと前記部品のマークとを認識するとともに、前記テンプレートのマークが前記部品のマークに対して相対的に正しい位置になるように前記Ｘ−Ｙステージによって前記テンプレートの位置調整を行ない、
前記ワーク認識カメラで位置調整された前記テンプレートのマークを認識し、しかも認識した該マークの位置を前記記憶手段によって記憶し、
前記Ｘ−Ｙステージによって前記ワークを前記マウントヘッドと対応する位置へ移動させて前記ワーク認識カメラによって前記ワークのマークを認識するとともに、認識されたワークのマークが前記記憶手段によって記憶されている前記テンプレートのマークに対して相対的に正しい位置になるように前記Ｘ−Ｙステージによって前記ワークの位置調整を行ない、位置調整されたワーク上に前記マウントヘッドによって前記部品を実装することを特徴とする部品実装装置。
一対のワーク認識カメラを具備し、前記マウントヘッドに対してその両側に配されるとともに、前記一対のワーク認識カメラが前記マウントヘッドに対して近接および離間可能に配されることを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置。
前記マウントヘッドが部品に応じたアダプタを介して前記部品を保持することを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置。
前記アダプタが部品とほぼ同じ大きさかそれより大きいことを特徴とする請求項３に記載の部品実装装置。
前記アダプタに部品とほぼ整合する突部が形成され、該突部上に部品が保持されることを特徴とする請求項４に記載の部品実装装置。
前記Ｘ−Ｙステージに対して前記マウントヘッドとは反対側に受台が設けられ、前記マウントヘッドによって前記ワーク上に部品を実装する際に前記受台によって該ワークの対応する部位を受けることを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置。
前記Ｘ−Ｙステージの前記ワークを載置する位置に開口が形成され、該開口を通して前記受台が前記ワークを直接受けることを特徴とする請求項６に記載の部品実装装置。
複数の部品認識カメラを具備し、該複数の部品認識カメラがそれぞれ別々に対応する前記テンプレートのマークおよび前記部品のマークを認識することを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置。
前記複数の部品認識カメラが固定配置されることを特徴とする請求項８に記載の部品実装装置。
半導体のベアチップを保持して基板または半導体ウエハの所定の位置にマウントするマウントヘッドと、
認識マークを有する透明なテンプレートと前記基板または半導体ウエハとを並べて載置するテーブルと、
前記テーブルに対して前記マウントヘッドとは反対側に配され、前記テンプレートを通して前記マウントヘッドに保持されているベアチップ上のマークと前記テンプレート上に形成されたマークとを認識する部品認識カメラと、
前記テーブルに対して前記マウントヘッドと同じ側に配され、前記テンプレートのマークと前記基板または半導体ウエハのマークとを認識するワーク認識カメラと、
前記マウントヘッドと前記テーブルと前記部品認識カメラと前記基板認識カメラとを制御する制御手段と、
を具備する部品実装装置。
半導体のベアチップがチップトレイ上にフェイスアップの状態で供給され、反転手段によって反転されて前記マウントヘッドに受渡されることを特徴とする請求項１０に記載の部品実装装置。
前記テーブルの前記テンプレートの載置位置に開口が形成され、該開口によって前記マウントヘッドとは反対側から前記部品認識カメラで前記ベアチップのマークと前記テンプレートのマークとを同時に認識することを特徴とする請求項１０に記載の部品実装装置。
不透明なワーク上に部品を実装する実装方法において、
前記ワークとほぼ透明なテンプレートとをＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能なＸ−Ｙステージ上に並べて配置し、
前記Ｘ−Ｙステージに対して前記部品を保持するマウントヘッドとは反対側に配された部品認識カメラで前記テンプレートのマークと前記部品のマークとを認識して前記テンプレートが前記部品に対して相対的に正しい位置になるように前記Ｘ−Ｙステージによって前記テンプレートの位置調整を行ない、
前記Ｘ−Ｙステージに対して前記部品を保持するマウントヘッドと同じ側に配されたワーク認識カメラで位置調整された前記テンプレートのマークを認識して記憶し、
前記Ｘ−Ｙステージによって前記ワークを前記マウントヘッドと対応する位置へ移動し、前記ワーク認識カメラで前記ワークのマークを認識するとともに、該マークが記憶されている前記テンプレートのマークに対して相対的に正しい位置になるように前記Ｘ−Ｙステージによって前記ワークの位置調整を行ない、位置調整されたワーク上に前記マウントヘッドによって前記部品を実装することを特徴とする部品実装方法。
マウントする部品以外の部品と対応する前記テンプレートのマークおよび前記ワークのマークを認識することを特徴とする請求項１３に記載の部品実装方法。