JP2004266299A - 半導体装置の製造方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】
導電性粒体を高速かつ確実に半導体装置に移載する半導体装置の製造方法及び装置を提供する。
【解決手段】
導電性粒体を収納した容器と、前記容器内の導電性粒体を空気又は不活性ガス流で撹拌する撹拌手段と、前記導電性粒体を装着治具により構成する。
この構成により、導電性粒体を空気又は不活性ガス流を用いて供給するため、高速で行うことができる。また導電性粒体に機械的力を加えないため、導電性粒体への損傷を防止できる。
【選択図】図1
導電性粒体を高速かつ確実に半導体装置に移載する半導体装置の製造方法及び装置を提供する。
【解決手段】
導電性粒体を収納した容器と、前記容器内の導電性粒体を空気又は不活性ガス流で撹拌する撹拌手段と、前記導電性粒体を装着治具により構成する。
この構成により、導電性粒体を空気又は不活性ガス流を用いて供給するため、高速で行うことができる。また導電性粒体に機械的力を加えないため、導電性粒体への損傷を防止できる。
【選択図】図1
Description
本発明は、微小球体の装着装置に関し、特に、半導体素子の接続パットにはんだボールを接合するときにおいて、パットと同配列ではんだボールが入るべき穴があいている治具に、はんだボールを供給装着する半導体装置の製造方法及び製造装置に関する。
従来、はんだボールを所定の位置に供給・整列させる方法として、特許文献1(特開昭60-52045号公報)に記載のものがある。
それを図39に示す。この方法は、(a)基板9001の電極パット9002と対応する位置に、はんだ等の粒体9000を入れる挿入穴9003を有する位置決め9004を、前記電極パット9002の真上に、前記挿入穴9003と合致させて位置決めする。その後、(b)位置決め板9004に粒体9000を供給し、振動を加える、(c)その振動により挿入穴9003に粒体9000を入れる、(d)余った粒体9000は、位置決め板9004と基板9001を同時に傾け排除するようにしたものある。
特開昭60-52045号公報
上記従来技術は、まず位置決め板に粒体が入っても、粒体を保持するものがないため、位置決め板の振動、傾けた時に粒体が穴から飛び出すため装着成功率が低い点、次に粒体及び位置決め板に静電気が滞電することがあり、粒体が互いに付着し合ったり、位置決め板に付着してしまうことがあり、所望の量及び位置に装着することが困難であるという点、更に位置決め板を傾けるため機構的に複雑となるという点、、最後に余った粒体がバラバラに流れてくるためにそれを集めて回収することが困難であるという課題があった。
本発明の目的は、はんだボール等の導電性粒体を高速かつ確実に半導体装置に移載する半導体装置の製造方法及び装置を提供するものである。
本発明の他の目的は、粒体に損傷を与えることなく自動的にはんだボールの装着及び回収を行なえる半導体装置の製造方法及び装置を提供するものである。
上記目的を達成するために本発明は、導電性粒体を収納した容器と、前記容器内の導電性粒体を空気又は不活性ガス流で撹拌する撹拌手段と、前記導電性粒体を装着する装着治具とを具備したことを特徴とする。
また前記装着治具に装着された導電性粒体の有無を又は位置を検査する手段を備えたことを特徴とする。
また導電性粒体を収納した容器と、前記容器内の導電性粒体を空気又は不活性ガス流で撹拌する撹拌手段と、前記導電性粒体を装着する装着治具と、半導体装置のパッドの位置を検出する手段と、前記導電性粒体を半導体装置のパッド上に移載する手段とを具備することを特徴とする。
また、容器内の余剰の導電性粒体を回収する回収手段を有することを特徴とする。
また導電性粒体を収納した容器と装着治具と導電性粒体に静電気を除去する静電気除去装置を通した空気又は不活性ガス流を供給することを特徴とする。
このように、本発明は、流体を利用し、多数の微小粒体をこの流体の乱流により撹乱することにより保持具に保持させるため、粒体同士の強い接触による静電気の発生が防止され所望の量及び位置に粒体を装着させることができるものである。
また、保持具に保持されなかった残りの微小粒体を、再び前記閉空間内に流体を送り込むようにしたことにより、高速かつ粒体に損傷を与えることなく自動で回収できるものである。
また、一回の装着に必要な粒体は、粒体を多数貯蔵してある貯蔵庫の内部で先端に凹部を有するボール押し上げ軸を上下させることにより取り出され、流体と共に閉空間へ送り込まれるために長時間自動で供給動作を行うことができる。
本発明の装置によれば、(1)治具への穴への装着時、圧縮エアの乱流ではんだボールを撹乱させ、装着させたい方へはんだボールの供給(振り込み)を短時間に繰返し行うために極めて装着成功率が高い、(2)はんだボールの供給及び回収が圧縮エアと吸引手段とによる気体の流れで行うため、極めて高速に行うことができる。又、はんだボールに機械的力を加えないために、はんだボールへの損傷もない。(3)数時間分をストッカーに入れて、それを1回に必要な数量に分けて、供給するため、長時間連続運転ができる。
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
まず、本発明の主要部の概要を説明する。
図1は本発明の一実施例の概要を示すものである。図2から図15及び図18により、本発明のはんだボール供給・整列方法について説明する。図18に示すようにガラス治具は、はんだボール3が入る穴と、はんだボール3を吸引するために設けた小さい穴を重ねもち、これらの各穴は、半導体素子1の接続パッドの配列と合うように設けられている。図1に示すように数時間分のはんだボールが入るストッカー5301から、上記ガラス治具のはんだボールが入る全穴に入るために必要な数量分だけに分ける分離部と、ガラス治具の上部(はんだボールが入る面)面に密着を可能にする機構と一定の容積をもつホッパー(A)5001を有する振り込みヘッド部500と、上記ガラス治具の穴に入り余ったはんだボールを回収するために吸引手段と接続している容器5100を有する回収部560と、各部に使用される圧縮エア圧をコントロールする手段と、各部の各動作を電気的にコントロールする制御系で構成している。
以上によって、ガラス治具4をはんだボールを吸引出来る様に固定し、(はんだボールが入る)穴を上面に(2)、ガラス治具4の上面から前記振込みヘッド500のホッパー(A)5001をのせ、ホッパー(A)5001へ前記分離部によって、必要数だけ分けられたはんだボールを圧縮エア(A)で送る。この時圧縮エア(A)の空気はホッパー(A)5001の下部とガラス治具とに設けている隙間から排除されるため、はんだボールは、ホッパー5001に設けられているホース(B)5021や5019には行かずホッパー5001内にためられる。次に、圧縮エア(A)をとめ、ホース5019から圧縮エア(B)を所定圧力送り、はんだボールをホッパー(A)5001内で撹乱させる。この撹乱によりガラス治具の穴(はんだボールの入る)へ圧縮エアの流速ではんだボールが送り込まれる。そのため非常に短時間で繰返し送りこまれるため、穴への挿入率は極めて高い。又、この撹乱を圧縮エア(B)を送ったり停止させたり、つまり撹乱と撹乱をやめてはんだボールを一旦静止状態を繰返しても同様な効果が得られ全ての穴に装着される時間が短縮される。次に、ガラス治具に入れられ穴に入ったはんだボールは上記した吸引手段によりガラス治具に吸着され、余ったものはガラス治具の上面(但し、ホッパー5001内)に残っている。
この残ったはんだボールはホッパー5001に圧縮エア(B)でホース5019を通り回収容器5100へ回収する。
次に本発明の主要部を含む装置全体の概要を図16について説明する。基台10の上面にパレット(図19)を段積みしているマガジン21を固定し、このマガジン21を上下動かして、パレットを1枚ずつ送り出すパレット供給部22、送り出されたパレット20を位置決め固定し、X及びY方向に移動するXYテーブル部23、上記パレット20に入っている半導体素子1を1ヶずつ取り出し、ターンテーブル部(A)26に供給する半導体素子供給部24、空になったパレット20を収納するパレット排出部25、半導体素子1を吸着するためのヘッドをもつと供に所定角度ずつ間欠回転するターンテーブル部(A)26、と、はんだボールの入っているガラス治具4を吸引と反転を可能としたヘッドをもつと供に、所定角度ずつ間欠回転するターンテーブル部(B)38、前記ガラス治具4を段積み収納するガラスマガジン308を固定し、上下と間欠回転するテーブルと、前記ガラスマガジン308からガラス治具4を1ヶずつ取り出し、と、取り出されたガラス治具4を前記ターンテーブル部(B)へ供給と排出を行う。ガラス治具供給・排出部30、前記ガラス治具4へはんだボールを供給するはんだボール供給部50、このガラス治具4に入ったはんだボールと、上述した半導体素子1のパットと、後述する方法により相対位置を合せた後、レーザによりはんだボールを溶融して、パット面に接合する位置合せ部60、はんだボールの接合された半導体素子1を前記ターンテーブル部(B)から取り出し、パレット21へ入れる半導体排出部80を載置している。
また本発明の対象ワークである半導体素子1は、半導体素子本体2a(半導体モジュール)とはんだボールを接合させるパッド2bをピッチ0.3〜0.5mmで数百個配列して構成している。本発明の装置は図17(b)は前記パットに接続される直径0.1〜0.5mmのはんだボール3を対象とし、本発明で使用されるガラス治具4は図18(a)(b)に示すように、透明なガラス本体5に、図17(b)に示した前記はんだボール3が入る大きな装着穴5aと、前記はんだボール3を吸引するための小さな吸引穴5bを同心に重ね貫通穴としたものである。かつ前記パット2と同配列に設けたガラス治具4である。なお、前記装着穴5aの深さは前記はんだボール3が入った時に、ガラス本体5より所定量(接合の条件により決められる)とびだす様にしている。
次に、本発明の主要部であるはんだボールの供給部、振込み部、検査部、回収部を図1から図15により詳細に説明する。図1及び図2(a),(b)に示すように、はんだボール供給部50は、前述したターンテーブル部(B)38の四角柱本体3801(ヘッド部380の構成部品)に吸引固定されているガラス治具4の穴5aへ前記はんだボール3を送りこむ、振り込みヘッド部500と、この振り込みヘッド部500へ所定量の前記はんだボール3を送るための供給部530と、前記ガラス治具4の穴5a全部にはんだボール3を入れ余ったものを回収するための回収部560と、前記各部を固定し、水平に往復する水平駆動部580と、前記ガラス治具4の穴5aに全て入っているかを検査する認識部610圧縮エアの圧力をコントロールするエアコントロール部で構成されている。
振り込みヘッド部500は、図2(a),(b)ないし、図2(a)のB−B断面である図3(a)、図3(a)の下面図である図3(b)、A−A矢視図の図4(b),図1(b)の上面図(a)に示す。
図3(a)に示すように、前記ヘッド部380に吸着されているガラス治具4の上面に対向して、ガラス治具4に形成されている穴5a(はんだボール3の入る)全てを充分に囲む大きさの閉空間5009をもつ四角体のホッパー(A)5001を閉空間形成手段としている。前記ホッパー(A)5001の一部に円柱体5008を形成し、その円柱体5008に嵌合い外形を円錐形状とした円錐体5007をネジ5006で固定している。この円錐体5007の傾斜部とは、ホッパー取付台5004と同じ傾斜部をもたせて嵌合せている。なお、前記ホッパー(A)5001に、前記円柱体5007の外周に同半径上で、円周を3等分割した位置に圧縮バネ5003の入る穴5002と、これと対向して前記ホッパー取付台5004に穴5014を設け、この穴5002と5014間に前記圧縮バネ5003を入れる。これにより、前記ホッパー(A)5001は、通常圧縮バネ5003の反発力により前記ホッパー取付台5004の傾斜部と、円錐体5007の傾斜部が一定の力で密着させられている。上記において、ホッパー(A)5001が前記ホッパー取付台5004より持ち上げられると、前記円錐体5007の傾斜部とホッパー取付台5004の傾斜部は離れて、圧縮バネだけで保持されるだけで自在に傾ける。よって、前記ガラス治具4の表面が傾いていても、前記ホッパー(A)5001を持ち上げれば、前記ホッパー(A)5001の底面は、前記ガラス治具の傾斜面にならい全面が密着(一定の押力もある)させることができる。なお、ホッパー(A)5001の下部には、前記ガラス治具4の表面と密着した時に、圧縮エアのみを逃がすため(はんだボールが通らない)の溝5025を4ヶ所(図3(a),(b))と、回転方向を一定量に規制するためピン5005を固定し、前記ホッパー取付台5004に設けた穴(ホッパー(A)5001が所定量傾いても干渉しない大きさ)に入れている。なお、このホッパー取付台5005は、図4(b)及び(a)に示す様に、市販の上下に摺動するスライドユニット5202と、このスライドユニット5202のスライドテーブル5207を上下させるためのエアシリンダ−5205を支示台5201(前記水平駆動部580に固定)に固定している。以上により、前記ホッパー(A)5001は、通常一定の位置で保持(円錐体5007の傾斜部とホッパー取付台5004の傾斜部が嵌合い)している。次に、これを下降させて、ガラス治具4の上面に接触させ、更に下降させると、前記ホッパー(A)5001は自在に傾いて、もしガラス治具4の表面が傾いていても密着させることができる。又、この密着は上記圧縮バネで一定の押力も持っている。
なお、前記ホッパー(A)5001には、前記供給部530からはんだボール3を前記開口部5009に入れるために、ジョイント(A)5010を設け、ホース(A)5018で供給部530と、前記閉空間5009からはんだボールを送り出すためにジョイント(B)5022を設け、ホース(B)5021で圧縮空気源(図10に示す)と、はんだボールを通すために前記閉空間5009と接触しジョイント(C)5011を設けホース(C)5019で前記回収部560とそれぞれ接触している。
以上により、振り込みヘッド部500は、前記ガラス治具4(吸引手段と接続)の上面に前記ホッパー(A)5001をのせ(一定の押力でならわせて)、そのホッパー(A)5001にはんだボール3が供給されると、前記ガラス治具4の穴5aに入る。この時前記ホース(B)5021から所定量の空気圧を送ると、はんだボール3においては、前記穴5aに入ったものは吸着されるが、入らないものは、その空気圧により、前記ホッパー(A)5001内ではね返ったり、又は前後左右に動いたり、お互いに衝突したり(これを撹乱と呼ぶ)して、はんだボールの入っていない穴に何回もはんだボールを送ることができる。又、圧縮エアは入れたり止めたりすることもできる。
次に、供給部530は、図2(b)及び図2(a)のC−C断面図を図5に、図2(a)のD−D矢視図を図6(b)、図6(b)上面図図6(a)に示す。
はんだボール3が数十万入るストッカー5501(この容積は、はんだボールの大きさ、1回の補給でどれ位の時間を持たせるかで決められる。)において、はんだボール3を入れる所を円錐状とし、その中央には、先端部に円錐を形成し上下動するボール押し上げ軸5306と、外周の1ヶ所にバイブレータ5302を備え、前記水平駆動部580に固定している。
前記ボール押し上げ軸5306は、図6(a)ないし(b)に示す様に、支持台5300に市販のスライドユニット5402と、このスライドユニット5402の上下に動く側であるスライドテーブル5403を上下動させるためのエアシリンダー5406を固定している。このエアシリンダー5406のロッド5405を前記スライドテーブル5403と固定し、上下軸5306を上下動させる。
以上により、ストッカー5501に入っているはんだボール3は、上述した様にボール押し上げ軸が最下降した位置から、上昇させると、ボール押し上げ5306軸の先端の円錐の中へはんだボールが乗せられ(これがはんだボールの1個分の供給量)て持ち上げられる。このボール押し上げ軸の上下動が前記エアシリンダー5406への動作指令(図示せず)により繰返し行なわれる。なお、ボール押し上げ軸が最下端に下った時に前記バイブレータ5302を働かせ、ストッカー5501内のはんだボール3に振動を加え、はんだボール上面がストッカーの中でほぼ平らになるようにしている。
次に、前記ボール押し上げ軸5306が上昇した時に、先端部を包みこむホッパー(B)5507を前記支持台5300に固定している。ホッパー(B)5507は、前記ボール押し上げ軸5306の入る開口部5503と、この開口部5503と接続(穴5508)しているジョイント(D)5507と、前記振り込みヘッド部500からのホース(D)5018を接続して、はんだボールを前記開口部5503から、前記振り込みヘッド部500へ送れる様にしている。一方、前記上下軸5306の先端に乗せられたはんだボールを、前記振り込みヘッド部500へ送るための圧縮エアを供給するためのホース(E)5510と接続しているジョイント(E)5009を取付けている。以上により、上下軸5306に乗せられた1回に必要な量のはんだボールは、ホッパー(b)内5507に入り、圧縮エアで振り込みヘッドへ送られる。上述した動作は全て図示しない指令により連続的に行うようにしている。
次に、回収部560は、図16及び詳細図図7に示す。一方の口をふさぎ、一方の口にはネジを切った円筒形状で形成している容器5100を、前記水平駆動部580に固定し、この容器5100の一方のネジとかみ合う5106をねじこんである。このフタ5106には、図示しない吸引手段とホース(F)5126で接続しているジョイント(F)5101と、前記振り込みヘッド部500のジョイント(C)5011とホース(C)5019で接続しているジョイント(G)5102で構成している。前記ジョイント(F)5101の前記容器5100内に入っている所には、網5104が巻きつけられており、はんだボール3が前記ジョイント(F)5101を通り吸引手段に流れないようにしている。
以上により、前記振り込みヘッド部500から、上述した様に、圧縮エアによりはんだボールを送ると同時に、前記図示しない吸引手段と接続しているジョイント(G)5102から真空吸引を行い、はんだボール3を前記容器5100内に回収する。なお、回収したはんだボール3は、前記フタ5106をはずして、再び前記ストッカー5501へ戻され再び使用する。
この回収されたボール3を前記容器5100内から前記ストッカー5501内への搬送を、前記ホッパー5001(b)から、前記容器5100から回収する場合のように圧縮エアによって行なわせることもできる。
水平駆動部580は、図2(a),(b)及び図2(b)のE−E矢視図である図8(b)の平面図である図8(a)で示す。図2(a)の前記供給部530のストッカー5501と、ホッパー(B)5507を固定している支持台5300と、その支持台5300を固定している固定台5301と、この固定台5301を支え、台板5611に固定している防振ゴム5610(4ヶ所)と、前記台板5611を水平に摺動させるために、取付台5615(基台10に固定)にガイドレール5612を固定し、このガイドレール5612に摺動可能にかみ合っている、スライド台5616を2ヶ取付けている。この台板5611の摺動は、前記取付台5615に固定している。エアシリンダー5613のロット5614と前記台板5611を固定し、エアシリング−5613への動作指令でロッド5614を動かして、前記台板5611を摺動させる。
以上により、上述した水平駆動部580は前記振り込みヘッド部500と供給部530と回収部560を固定し、水平に移動し、上述したターンテーブル部(B)38が回転する時に、干渉しない様にしている。
第2の認識部590は、図16ないし図9(m)に示す様に、前記ヘッド部380のガラス治具4の真上に、認識用カメラ5900を支持台5903で(前記基台10に固定)固定し、前記ヘッド部380の下部には、照明用ランプ5901をホルダー5904で、前記基台10(図示せず)に固定している。以上の構成で、前記ヘッド部380に吸着されたガラス治具4の穴に、上述したはんだボール供給部50により、はんだボール3を入れた後に、前記照明用ランプ5901で証明する。この時、前記ヘッド部380の前記四角柱体3801に設けた貫通している。前記角穴(A)3802をはさんで、一方(カメラ5900側)は前記はんだボール3が入った透明なガラス治具4で、片側(照明光5901側)は、前記平板3820に設けた前記角穴(C)3827をを設け、その角穴(c)3827をふさぐように接着している透明なガラス3829であるため照明光は、ヘッド部380を通りカメラ5900へ届けられる。
以上により、前記ガラス治具4に振り込まれたはんだボールを透過光を用い、カメラ5900ではんだボール3のシルエットを検出し、はんだボール3の有無を判定し、もし、1ヶでも欠けている時は、自動で再トライするようにしている。
前記振り込みヘッド部500図3でのはんだボールの撹乱及び、供給部530でのはんだボール送りの圧縮エアの圧力コントロールのための回路図を図10に示す。図10で、コンプレッサー等からの圧縮エア供給源6001と、圧縮エアのゴミ等の除去のための市販のエアフィルター6002と、圧縮エアの圧力を任意に変えることが可能な圧力コントロール6003と、圧力のコントロールされた圧縮エアを、必要な時に供給又は停止するためのソレノイドバルブ6004で
、このソレノイドバルブ6004から前記ヘッド部500及び供給部530へ供給する。
、このソレノイドバルブ6004から前記ヘッド部500及び供給部530へ供給する。
以上により、ヘッド部500及び供給部530への圧縮エアの供給は、所定の一定圧力を必要な時(図示しない制御からの指令による)に得ることができる。
上述したはんだボール供給部50の動作を主要な構成で図13乃至図14の(t)(ア)〜(カ)に、はんだボールがガラス治具の穴より余ったものが回収するまでを略図を図11乃至図12の(u)(あ)〜(き)に示した、以下に各々について工程順に説明する。
第1工程を図13(t)(ア)に示す様に、前記ヘッド部380が前記ガラス治具4を吸着してはんだボール供給部50へ送られてきた所であり、この時水平駆動部580で前記ヘッド380とは干渉しない位置に後退している。又、ボール押し上げ5306は上昇し、前記ホッパー(B)5507にその先端を入れている状態である。一方、この時はんだボール3は(図11(u)(あ)に示す様に)多数個入っているストッカー5501から、1回に必要な供給量に分けられた状態である。今回においては、1回に必要な供給量は、前記ガラス治具4の穴全てにはんだボールが入るのに必要量の2〜2.5倍が適量であった。
第2工程を図13(t)(イ)に示す様に、水平駆動580で各部が前進させられ、振り込みヘッド部500が、前記ヘッド部380に吸着されているガラス治具4の真上に移動し、振り込みヘッド部500は下降させられ、ヘッド部530のホッパー(A)5001は、前記取付台5004とはなれ、前記圧縮バネ5003のみで押し付けられている。よって、ホッパー(A)5001の下面は前記ガラス治具4の上面に密着し、かつ押し付けられている。上記の状態で、はんだボール3は、供給部530のホッパー(B)5507へホース(D)5510から圧縮エア(a)が供給されて、ホース(E)5018を通り前記振り込みヘッド部500へ送られ(図11(u)(い)から(う))る。この時の圧縮エア(a)は、はんだボールが送られる最低限の圧力(本発明においては0.1〜0.4kgf/cm2の圧力)でよく、この圧縮エア(a)の流れは、図11(u)(う)に(a)で示したように、前記ホッパー(A)5001の下部に流路として、形成した溝5002(四方向)から逃げるようにし、はんだボール3が、前記ホース(C)5019及びホース(B)5021の方向へ流れないようにしている。1回の供給量である全てのはんだボールが送られると、ホース(E)5510からの圧縮エア(a)は止められる。
第3工程では、図13(t)(ウ)に示す様に前記ボール押し上げ軸5306が下げられた状態でその他は上記第2工程と同じである。この状態で、ホース(B)5021から圧縮エア(b)をホッパー(A)5001内に送る。この時のエアの圧力ははんだボール3は、ホッパー(A)5001内で、ガラス治具4から浮き上がる程度とし、はんだボールが互いに干渉し、ホッパー(A)5001の側壁に当たり落る。つまりはんだボールが、ホッパー(A)5001内で撹乱され、前記ガラス治具4の穴5aへ次々に入れられる。(図12(u)(お))。このはんだボール3の撹乱は、圧縮エアとほぼ同じ流速で行なわれるため、ガラス治具4の穴へは短時間に何回も繰返しはんだボール3が送りこまれることになる。よって、はんだボール3の装着成功率は極めて高い。なお、上記、圧縮エアの供給と停止を繰返し、はんだボール3の撹乱状態を変えることと、はんだボール3を前記治具4の穴5aへ入れるのに、上述したように、はんだボール3を撹乱し続けて装着させるよりも、一停止状態を作り装着させた方が(図12(u)(お)と図14(t)(カ)の繰返し)、装着完了時間が短いことが判った。又、これを繰返して行うと更に短時間の装着が終了した。
なお、この時も圧縮エアは、前記ホッパー(A)5001に形成した溝5002から逃げているため、他のホースからはんだボールが流れない。流れても極わずかである。以上で、前記ガラス治具4の穴全てにはんだボールが入り、上述したヘッド部380の吸引手段により吸着されている。余ったものはガラス治具4の表面に残されている。
第4工程では、第3工程と同じく図14(t)(エ)の状態ある。一方はんだボール3は、第3工程でガラス治具4の穴に全て入れられると、ホース(B)5021からの圧縮エア(b)は止められる。(この時ホース(E)からの圧縮エア(a)も止められている)。次に、図12(u)(き)に示す様に、吸引手段に接続しているホース(F)5126から吸引し(容器5100内へ)、同時にホース(B)5021から圧縮エア(b)を送る。これにより、圧縮エア(b)は、ホース(C)5019を通った後、容器5100内を通り、ホース(F)5126から吸引手段へと流れる。そのため前記はんだボール3は、この圧縮エア(b)の流れにそって送られ、容器5100に送りこまれる。よって、ガラス治具4の上に余っているはんだボール3は全て容器5100に回収される。上記で、圧縮エア(b)を上述した第3工程での使用圧力と変えてもよいし、又、別の圧縮エア回路を設けて供給しても良い。いずれにしても、上述した圧縮エア(b)の流れを上述した様な回路で流れにする様に、吸引手段の排気流量を決めれば目的は達成される。上記により、全てのはんだボール3が回収されると、前記圧縮エア(b)止められる。
第5工程では、図14(t)(オ)に示す様に、振り込みヘッド部500が持ち上げられ、水平駆動部580により後退し、前記ヘッド部380と干渉しない位置となる。この時、はんだボール3は、ガラス治具4の穴に入ったものは、ガラス治具4に吸着されており、前記ストッカー5501に入っているものはバイブレータ5302で振動を掛けられ、前記ストッカー5501内でほぼ平らに揃えられる。
第6工程では、図14(t)(カ)に示す様に、機構的動作は第5工程と同じで、前記ヘッド部380に、はんだボール3を吸着しているガラス治具4において、前記ガラス治具4のはんだボール3が入るべき穴全てについて、装着されているかを、前記カメラ5900で上方からみて、もし1ヶでも入っていなかったら、図示しない指令により、第1工程から繰返して行う。本発明では繰返しは装着成功率が高いため1回のみとし、それ以上は他の原因(ガラス治具にゴミがある)として処置するようにしている。
上述したように、はんだボール供給部50は、はんだボールを多量にストッカー5501に入れておくと、1回に必要な量にわけ、それを圧縮エアではんだボールを入れるガラス治具の所へ送り込み、そのはんだボールを圧縮エア(a)で撹乱して、ガラス治具の全ての穴へ短時間に装着させることができる。又、このガラス治具4の穴へ入って余ったはんだボール3は、圧縮エア(b)と吸引手段とにより、回収して再度使用するようにしている。もし、ガラス治具の穴5(a)に1ヶでもはんだボールが入っていない時は、検出してそれを補うようになっている。以上の一連の動作は制御用コントロールにより、全て自動で行う。
上述したはんだボール供給方法は、以下の方法でも達成が可能である。
(1)上述した、はんだボール供給部530及び振り込み部500への圧縮エアの供給方法を、図10(b)のように、図10(a)において、圧縮エア供給源6001とエアフィルター6002の間に、ドライエアユニット7002を取付ける(その後の回路は同じ)。これにより、はんだボールの水分を除去するため、接合の信頼性の向上を画ることができる。又、図10(c)に示すように、図10(c)の前記ドライエアユニット7002の後に、ヒーター7004を入れ積極的に乾燥する方法でも同様である。
(2)次に、図10(a),(b),(c)において、圧力コントロール6003の後へ、静電気除去装置7003を入れることにより、はんだボール3への静電気の滞電を防止し、はんだボール3の各部への付着を防止することを達成できる。
(3)その他、上述した、ドライエアー手段、ヒーター手段、静電気除去手段は、上述した箇所でなく各手段の目的が達成出来る所であればよく、又、各手段の組合せも同様であるのは明らかである。
(4)次に、はんだボールの溶融時間を短くするために、上述したヒーターを乾燥手段としてだけでなく、加熱手段として使用し、一定の温度に上昇させる、又、加熱手段をストッカーに設けるか、予め加熱しておいたはんだボールをストッカーに入れ、はんだボールの溶融時間を短縮する方法。
(5)上述した圧縮エア供給源6001を圧縮エアでなく、N2ガス等の不活性ガスを用いて(他は同様)はんだボールの酸化を防止したもので、上述した(ハ)〜(4)に用いた方法。
(6)前記ヘッド部380は、ガラス治具4をはんだボールが入る穴を上向きにして、前記穴の上からはんだボールを装着させる方法について述べた。しかし、この装着方法について、図15に示す様に、前記ヘッド部380を180度反転、つまり、ガラス治具4をヘッド部380の下面に吸着し、はんだボールの入べき穴を下向きとして、はんだボールを下から、ガラス治具に吹きつけ装着させる方法も可能である。以下にその一実施例を示す。
その方法は、前述した振り込みヘッド部500、図2(a)のB−B断面である図3(a)、図3(a)の下面図である図3(b)、A−A矢視図の図4(b)、図4(b)の上面図を図4(a)に示すものと同構成で、動作についてもほぼ同じで、以下の点が相異している。
(イ)前記ヘッド部380及び振り込みヘッド部500を合せて、前記ヘッド部380の回転軸3830を180度回転し、ヘッド部380を位置決め固定した状態である。
(ロ)前記供給部530からのはんだボールが、ホッパー(B)5001に入ってくる入口が、図12でaで示す様に、ガラス治具4に近い所(はんだボール3が落下する様に)としていること。
(ハ)撹乱用と回収用の圧縮エアの入口が反対である。つまり、撹乱用の圧縮エアの入口が、従来のbが撹乱用で(d)が回収用である。但し、撹乱用の圧縮エア(dで示す)の前記ホッパー(B)5001の入口は、はんだボール3がホース(C)5019に入らない様に、図1(Z)に示す様に、網5001bをリング5001aで固定している。
(二)はんだボールの回収時に使用する圧縮エア((b)で示す)の入口を前記回収用(cで示す)の前記ジョイント(B)5021と対向した位置としている。よって、はんだボールを回収する時には、(b)から所定の液体を送り、同時に、(c)から前記回収容器5100に回収する。
(ホ)前記撹乱用の圧縮エア(d)は、前記ホース(c)5019から、はんだボールが前記ガラス治具4に充分に衝突する圧力としている。
(イ)前記ヘッド部380及び振り込みヘッド部500を合せて、前記ヘッド部380の回転軸3830を180度回転し、ヘッド部380を位置決め固定した状態である。
(ロ)前記供給部530からのはんだボールが、ホッパー(B)5001に入ってくる入口が、図12でaで示す様に、ガラス治具4に近い所(はんだボール3が落下する様に)としていること。
(ハ)撹乱用と回収用の圧縮エアの入口が反対である。つまり、撹乱用の圧縮エアの入口が、従来のbが撹乱用で(d)が回収用である。但し、撹乱用の圧縮エア(dで示す)の前記ホッパー(B)5001の入口は、はんだボール3がホース(C)5019に入らない様に、図1(Z)に示す様に、網5001bをリング5001aで固定している。
(二)はんだボールの回収時に使用する圧縮エア((b)で示す)の入口を前記回収用(cで示す)の前記ジョイント(B)5021と対向した位置としている。よって、はんだボールを回収する時には、(b)から所定の液体を送り、同時に、(c)から前記回収容器5100に回収する。
(ホ)前記撹乱用の圧縮エア(d)は、前記ホース(c)5019から、はんだボールが前記ガラス治具4に充分に衝突する圧力としている。
以上で説明した様に、前記供給部530から送られてきたはんだボール(1回に必要量)を、前記撹乱用エア(d)で、前記ガラス治具に吹き上げ、ガラス治具へはんだボールを吸着し、全ての穴に装着させる方法である。その他においてはんだボールを送る手段、回収する手段、認識手段とは今まで説明した方法と全く同じ方法である。
以下、本発明の主要部による半導体素子上にバンプが自動かつ連続で行なえるようにした装置の説明を図19(a)(b)から図37により説明する。
図19(a)(b)は前記半導体素子1を所定のピッチで収納できる様に、半導体素子1が入る角溝202を、所定のピッチで、かつ半導体素子1を入れた時に半導体素子をつかんで着脱できる深さで、平板201に形成したパレット20である。
図20は、前記パレット20の両端を出し入れ出来る溝2102を等ピッチで、多段に設けている。又、両端の溝2102a,2102b間は開口部を設け、前記パレット20に収納された半導体素子1が干渉しないように開口部をもつとともに、外形を立方体としたケース2101で構成したマガジン21である。
次に、パレット供給部22は、図21に示す様に前記基台10に固定している固定台2210に、市販の上下動するスライドユニット2200を取付け、このスライドユニット2200のスライドテーブル2204に、前記マガジン21を所定の位置に案内するガイド2206と着脱可能に保持するマガジンホルダー2205を固定している。なお、前記スライドテーブル2204は、パルスモータ2201で、ボールネジを回転して、上下動(パルスモータへの回転指令で)するものである。以上により、前記スライドテーブル2204に前記パルスモータ2201に所定回転を与え上下動させると、前記マガジン21を所定量上下動を行うことが出来る。この上下動は、前記マガジン21の中に収納されているパレット20を取り出すのに必要な量(前記マガジン21の溝2102(a),2102(b)のピッチ)である。
前記マガジン21内のパレット20の取り出しは、前記基台10に固定している支持台2224に、ガイドレール2325とエアシリンダ2222を固定し、このエアシリンダ2222で、前記ガイドレール2325と摺動可能にかみ合っているスライダ2321を水平移動するようにしている。このスライダ2321には前記パレット20を押し出すための押出し板2220を固定している。
以上により、前記マガジン21に収納されているパレット20は、前記パルスモータ2201に回転指令を与えることで上下動し、前記押し出板2220と同じ高さにして、パレット20(半導体素子1)がXYテーブル部23で必要な時に、エアシリンダ2222で前記押し出板2220を前進させ(点線で示す)て供給する。次のパレット20が必要な時は、前記パルスモータ2201でマガジン21をパレット20がある位置まで上下に移動(前記押し出板2220の位置と合せ)し、前記エアシリンダ2222で押し出して前記XYテーブル部23へ供給する。したがって、半導体1が多数個入っているパレット20はマガジン21に多段階に積まれており、これを上述した方法で、パレット20が必要な時(XYテーブル部23内のパッレト内に半導体素子が全部なくなった時)順次自動で供給する様にしているため、長時間連続的に半導体素子を供給することができる。
XYテーブル部23は、図22(a)から(c)に示す様に、前記基台10に固定している台数2300に、パルスモータでボールネジを回転させて、X方向及びY方向にそれぞれ水平に所定量移動できる市販のX・Yテーブル230を固定している。このX・Yテーブル230の一方のYテーブル231の移動テーブル2301に、前記パレット20が摺動可能に入る溝2316をもつパレット受け台2315と、2本のガイド軸をもって水平動するエアシリンダユニット2330を固定している。このエアシリンダユニット2330の水平動するスライダー2310には、水平板2305を固定してあり、この水平板2305と上下動可能に嵌合っている軸2336と、中央にエアシリンダ2334(水平板2305に固定)のロッド2335と接続している当板2337を設けている。以上より当板2337は上下とY方向はそれぞれのエアシリンダーを動かして行なわれる。この時上下動する量は、上昇した時に前記パレット受け台2315の上面2338に前記パレット20が上述したパレット供給部22より送られてきた時に、前記当板2337にパレット20が干渉しない位置で、下がった時は、前記パレット受け台2315の上面2338と水平動する時に干渉しない高さとし、水平動は前記当板2335が前記エアシリンダユニット2330でY方向動し、パレット排出部25へ受渡すことができる距離である。
なお、前記パレット20は、前記パッレト供給部22から送られパレット受け台2315に乗せられた時に図示しない方法で一定の位置で固定される。
以上により、パレット20は、前記パレット供給部22から送られ、前記X・Yテーブル部23のパレット受け台2315の溝2316に入り位置決め固定される。次に上述したX・Yテーブル230でX方向及びY方向に所定量(パレット20に入っている半導体素子の位置)送られる。これはXYテーブル部23上にあるパレット20の半導体素子を1個ずつ取り出しタンーンテーブル部(A)26に供給する半導体素子供給部24を一定位置に固定し、XYテーブル部23でパレット20を動かして、パレット内の半導体素子を取り出せる様にするためである。これにより、パレット20の半導体素子1は前記半導体素子供給部24により1ヶずつ取り出される。
このパレット20内の半導体素子1が全部なくなると、エアシリンダユニット2330を作動させ、当板2335(下降して)でパレット排出部25へ送り出され、新しいパレット20(半導体素子の入った)が前記パレット供給部から送りこまれる。
なお、前記パレット排出部25は、図16に示す様に機構的には、図21に示したパレット供給部22とほぼ同じ(パレット20を送り出す機構がない)ものである。つまり、前記パレット20の入るマガジン21を着脱可能に保持し、上下動する前記スライドユニット2200をパルモータで上下させ、前記XYテーブル部23から送られてきたパレット20を、前記マガジン21の溝2101(a)(b)に1段ずつ入れるようにしたものである。
これにより、XYテーブル部23で空(半導体素子供給部24により、半導体素子が取り出されて)になったパレット20をマガジン21に自動で(図示しない指令により)上下動し収納される。
半導体素子供給部24は、図23(a)(b)に示す様に、水平に移動する水平移動部240と、上下動する上下動部241と、2本の角柱2400で支えている固定台2520(基台10に固定)とで構成している。前記水平移動部240は、前記固定台2520にガイドルール2401とエアシリンダー2403をほぼ平行に固定している。このガイドレール2401に水平に摺動可能にはめあっているスライドテーブル2402と前記エアシリンダ2403の摺動体2517は固定している。これにより、スライドテーブル2402は、エアシリンダ2403への移動指令(図示せず)により、ガイドレール2401にそって水平に動作する。
一方、上下動部241は、前記スライドテーブル2462に取付られている。
前記スライドテーブル2402にガイドレール(A)2418を垂直に固定し、このガイドレール2418と垂直動可能にはめている上下テーブル2519に市販のエアチェック2411が固定されている。このエアチャック2411は、市販品で圧縮エアの供、排気で開閉するもので、先端に開閉爪2412(a),2412(b)が開閉し、前記半導体素子1の外周をチャック可能としている。なお、このエアチャック2411は、前記スライドテーブル2402に固定している上下用エアシリンダー2410のロッド2415に接続されている。
前記スライドテーブル2402にガイドレール(A)2418を垂直に固定し、このガイドレール2418と垂直動可能にはめている上下テーブル2519に市販のエアチェック2411が固定されている。このエアチャック2411は、市販品で圧縮エアの供、排気で開閉するもので、先端に開閉爪2412(a),2412(b)が開閉し、前記半導体素子1の外周をチャック可能としている。なお、このエアチャック2411は、前記スライドテーブル2402に固定している上下用エアシリンダー2410のロッド2415に接続されている。
以上により、半導体素子1をチャックする前記エアチャック2411は上下と水平移動が可能である。
この水平動の一方は、前記X・Yテーブル部23のパレット20に収納されている半導体素子1の上であり、他方端は、ターンテーブル部(A)26のヘッド部265の前記半導体素子1を供給する位置である。この動きを前記エアシリンダー2403に動作指令(図示せず)により動かすことができる。又、前記エアシリンダー2410で、前記エアチャック2411を上下するので、半導体素子1は、上述したX・Yテーブル部23から、エアチャック2411でつかんで持ち上げ、ターンテーブル部26まで運び下降させてチャックを開いてヘッド部265へ供給することができる。
ターンテーブル部(A)26は、図16ないし図25に示す様に、前記基台10に固定している回転駆動部260と、回転テーブル部261と、ヘッド部265で構成している。
図24(a)に示す回転駆動部260は、市販されている4割出しのインデックスユニット2600と、このインデックスユニット2600の入力軸2602及びモータ2601の回転軸2609にそれぞれタイミングプーリー2603(a),2603(b)を固定(図示せず)し、タイミングベルト2604で継いでいる。したがって、モータ2601に図示しない方法で回転指令を与え、図10(b)前記インデックスユニット2600の入力軸2602を1回転させると、前記インデックスユニット2600の出力軸2607は90度回転する。このモータ2601への回転指令と停止指令の繰返しにより、前記インデックスユニット2600の出力軸2607は90度ずつ間欠回転させることができる。又、この回転及停止指令を任意の時間に設定出来る様にモータの制御(図示せず)が出来るため、前記出力軸2607の間欠回転の回転と停止は任意に設定出来る。
図25(b)のヘッド部265は、ヘッド本体2655に半球状の穴2659を半球体2651を入れた時に密着(半球状の穴に半球体を入れすり合せ)する様に設け、前記半球状の穴2659の一部に溝2654を設け吸引口2656(a)(吸引手段と接続)と接続し、吸引口2656に吸引手段を働かせると半球体2651は、ヘッド本体2655に吸引される。
一方前記半球体2651の中央には、貫通穴2656を通し吸引口2656(b)(吸引手段に接続)と接続し、吸引口2656(b)に吸引手段を働かせると吸引力が生じる。ここには、前記半導体素子供給部24から前記半導体素子1がのせられ吸着される様になっている。
これにより、半導体素子1を半球体2651に乗せると吸引手段により吸着保持され、又その半導体素子1に外部から偏荷重を掛けると、半球体2651は傾き、偏荷重を除去すると、半球体2651は傾いたまゝ前吸引力(吸引手段により発生した)で本体2655に保持される。
なお、前記本体2655の下部2657の形状は、前記回転テーブル(A)2619の軸心を対角線として設けている四角形の穴(a)2612に図25(a)に点線で示すような形で合う様に形成されており、前記軸2616で図25(b)で示すように、本体2655の切欠穴2659に入り、前記圧縮バネ2622で前記本体2655の下部2657を穴(a)2612の、一方向に押し付け位置決めされる。なお、このヘッド部265は、回転テーブル部261から着脱する時は前記軸2616を図示しない方法で動作(圧縮バネを縮めるように)本体2655の最下部2660をつかんで持ち上げで行なう。
以上に示したようにターンテーブル部(A)26は、半導体素子1を上述した半導体素子供給部24から受取り、吸引保持され、(但し、外力により半導体素子1を自由な角度に傾けるとそのまゝの状態で維持)所定の時間90°ずつ間欠回転と停止を行なうことが出来る。
つぎに、図24(b)の回転テーブル部261は、前記インデックスユニット2600の出力軸2607に回転テーブル(A)2619を図示しない方法で強固に固定し、上述したように間欠回転する。この回転テーブル(A)2619の円周4等分した位置に、ヘッド取付台2618を取付けている。
このヘッド取付台2618には、回転テーブル(A)2619の軸心を対角線としヘッド部265が入る死角形の穴(a)2612と(図25(a)参照)、前記穴(a)2612と同軸心で90度傾けた四角形の穴(b)2614と、切欠口2620を形成し、前記回転テーブル(A)2619の軸心に前記各穴(a)2612,穴(b)2614と切欠口2620を貫通した貫通穴2621を設け、この貫通穴2621につば2615を持つ軸2616を通し、この軸2616に圧縮バネ2622を入れ前記軸2616が、前記回転テーブル(A)2619の外周方向に押し付けている。
又前記回転テーブル(A)2619の中央には、真空吸引手段(図示せず)と接続している分器弁2623を設け、各々のヘッド部265へ吸引力を供給する様にしている。以上により、前記ヘッド265は、一定の位置に保持され、前記インデックスユニット2600で、90°度ずつ間欠回転し各部に半導体素子1を搬送する。
ガラス供給、排出部30は、図16、図26、図27、図28又は図29に示す様に、排出部301,ハンドリング部304,供給部307,ガラスマガジン308で構成している。
前記ガラスマガジン308は、図29に示す様に、前記ガラス治具4の両端が入り、かつスライド可能な巾で設けている溝3081(a),3081(b)を所定のピッチで数十段階に設けている治具本体3080で構成している。なお、本体3080の前記溝3081(a),3081(b)間に開口部3082を設け、前記ガラス治具4の出し入れ可能な大きさとし、外形寸法は、ガラス治具4の外形寸法より若干大きくしている。
前記ガラスマガジン308は、図29に示す様に、前記ガラス治具4の両端が入り、かつスライド可能な巾で設けている溝3081(a),3081(b)を所定のピッチで数十段階に設けている治具本体3080で構成している。なお、本体3080の前記溝3081(a),3081(b)間に開口部3082を設け、前記ガラス治具4の出し入れ可能な大きさとし、外形寸法は、ガラス治具4の外形寸法より若干大きくしている。
排出部301は、図26、図27、図28に示す様に、パルスモータへの回転指令(図示しない方法で)により、ボールネジを回して上下動するスライド台3021をもつ市販のスライドユニット3020を、前記基台10に支持台3022で固定している。更に、前記スライド台3021は、市販のインデックスユニット303を固定台3013で固定している。このインデックスユニット303は、図示されていないモータへの回転及び停止指令で、前記インデックスユニット303の回転軸3011を回転(今回の場合60度)と停止を間欠的に行うことができる。この回転軸3011を中心とした同心円上に同角度で6ヶ所に、前記ガラスマガジン308を着脱可能に入る案内版3015をもつ、回転テーブル3012を前記回転軸3011に固定し、間欠回転するようにしている。
以上により、回転テーブル3012の6ヶ所に着脱可能に保持されているガラスマガジン308を、所定のピッチ(ガラスマガジンのガラス治具の入っている間隔で)ずつの上下と、回転角60度ずつの回転と停止を、順次繰返し自動(図示しない方法で)で行う。
上記した排出部301の前記ガラスマガジン308へ前記ガラス治具4を入れる時は、前記ハードリング部304により(ターンテーブル(B)38より取り出された)運ばれてきたガラス治具4は、ガラス治具4が水平動出来る巾で設けているガイド3030(a),3030(b)を両側にもつガラスマガジン乗せ台3019(前記基台10に固定)に乗せられ、エアシリンダー3016によって、前記ガイド3030(a),3030(b)の中央を摺動する押板3018により、前記排出部301へ押込まれる(ガラスマガジン308の溝3081(a),3081(b)内へ)。
以上により排出301は、ターンテーブル(B)38からハンドリング部304により運ばれてきた、ガラス治具4を、ガラスマガジン308へ1枚ずつ押しこまれる。この時、ガラスマガジン308には、1枚のガラス治具4が入ると、前記スライドユニット3020を作動させてガラスマガジン308を下降し、順次前記ガラスマガジン308の溝3081(a),3081(b)へ入れられる。
もし、この溝全部に入ると、全記インデックスユニット303が1インデックス回転する。これを6回行う。このようにして、長時間連続的にガラス治具4を収納出来るようにしている。以上の動作は図示しない方法で全て連続的に行うようにしている。
図26(a)の供給部307は、排出部301とほぼ同構造としており、前記ガラスマガジン308上下動と間欠回転する回転テーブル3012を持っている。但し、ガラスマガジン308には、ガラス治具4(交換用治具)が全て収納されている。
前記ガラス治具4は、前記回転テーブル3012の中央附近に、基台10に固定している支持台3071にエアシリンダー3072を固定し、このエアシリンダー3072のロット3073を水平動させて、前記ガラスマガジン308内のガラス治具4をガラスマガジン308より外へ送り出す。送り出されたガラス治具4は、前記ロット3073と対向している位置に設けている案内台3075(基台10に固定)の溝3076に入るように設定している。この様にガラス治具4は、ガラスマガジン308より1ヶ取り出されると、上述したような方法で前記回転テーブル3012を動作させ、次のガラス治具を取り出せる位置に移動する。1ヶのガラスマガジン308から全てのガラス治具が引き出されると回転テーブル3012が1インデックス回転し、次のガラスマガジンへ移動し、回転テーブルにセットされている全てのガラス治具がなくなるまで自動で行なえるようになっている。
なお、ハンドリング部304の2本のアームの停止位置は、一方のアームは当初前記ターンテーブル部(B)38のガラス治具4の取り出せる位置の真上と、他方のアームは、前記供給部307の前記案内台3075に送り出されているガラス治具4の真上に所定の高さに位置し、その後の図示しない指令により、前記アームが下降し2本のアーム3042(a),(b)に設けている吸着パット3045でガラス治具4を吸着し上昇し、アーム3042を揺動,下降し、一方のガラス治具は、前記ターンテーブル部(B)38へ、他方は排出部301へ送りこまれる。これによりガラス治具は交換される、これを繰返し行うことが出来る。
次に、ハンドリング部304は、圧縮エアにより上下動と、90度の揺動を繰返し行える軸3040をもつ市販のピックフンドプレースユニット3041で、前記軸3040には、90度の開き角をもつ2本のアーム3042(a),3042(b)をもつ揺動アーム3043を固定し、このアーム3042(a),3042(b)の先端には、前記軸3040から同センターに吸引手段(図示せず)と接続している。吸着パット3045が取付けてある。この吸着パット3045で吸引手段と接続し前記ガラス治具4の中央を吸引し、前記揺動アーム3043で持ち上げ、揺動(90度)、下降を行い吸引手段と図示しない方法で切り離して、吸引力を除去(ガラス治具が離れる)する。これを自動(図示しない)で繰返し行なわれる。
以上示したようにガラス供給・排出部30は、前記ターンテーブル部(B)38より、前記ガラス治具4を取り出し(1回ないし数回使用されたもの),新しいものと交換するものである。もし、ガラス治具4が前記半導体素子1のバンプ形成時等による汚れ等がない時は、ガラス供給・排出部30を使用しなくてもよいのは明らかである。
ターンテーブル部(B)38は、図16、図30,図31、図32及び図33に示す様に、ヘッド部380,真空切り替え部400,回転テーブル部420で構成している。
ヘッド部380は、図30(c)に示す様に四角柱体3801に、貫通した角穴(A)3802と、この角穴(A)3802を囲んで四角柱体3801の所定の深さで溝3802及び溝3803には吸引手段(図示せず)と流路(A)3806,流路(B)3807で連給している。なお、角穴(A)3802の大きさは、前記ガラス治具4より小さく前記ガラス治具4に入っているはんだボール3の配列されている面積より大きく溝3803のコの字状の大きさは、角穴(A)3802より大きく、前記ガラス治具4の外径より小さくなるようそれぞれ形成している。
次に前記流路(B)3807の特定の位置に、流路3807をはさんで上下にOリング3813と、そのOリング3813をフランジ3815,3216で固定し上下動可能に、真空切替え用軸3812を設けている。この軸3812を動かすことにより、前記角穴(A)3802及び前記溝3803への吸引手段との遮断と接続の切替えを行う、例えば図30の状態では、前記軸3812の小穴3817と流路(B)3807で角穴(A)3802及び流路A3806で溝3803の両方ともに穴3831で吸引手段と接続している状態であり、これを下げると前記軸3812の小穴3817が防がれ角穴(A)3802吸引手段と遮断され、溝3803は吸引手段と遮断された状態となる。
次に図30に示すように前記四角柱体3801の一方面3801(a)(コの字状の溝3803を切ってある(a)面)は平面とし、これと平行な反対面3801(b)・(b)面は、前記角穴(A)3802と同じ大きさで角穴(B)3823(a)と角穴(c)3823(b)(図31、図32参照)を所定のピッチで設け、一方の角穴(c)3823(b)は透明なガラス3827を接着している平板3820をのせており、この平板3820を、摺動出来るようにガイドするガイド版3821と、この平板3820を一方向に引張るための、引張りバネ3825と、このバネ3825を掛けるためのバネ掛け3826(a),3826(b)と前記平板3820を摺動する時に使用されるピン3822で構成している。なお、この平板3820は、通常は前記引張バネ3825により、透明なガラス3827を接着している角穴(c)3823(b)が前記四角柱体3801の角穴(A)3802と合致している。これにより、前記平面3801(a)にはんだボール3を入れたガラス治具4をのせ、吸引手段と図30の流路3806、3807を接続すると、前記角穴(A)3802内は真空状態となり、前記ガラス治具4ないしはんだボール3ともに吸引される。一方、図33の平板3820を後述する真空切替え部400で前記ピン3822を動かして、角穴(c)3823(b)が角穴(A)3802と同じ位置とすれば、四角柱体3801の角穴(A)3802内は外気と触れ解放となる。更に、前記図31の四角柱体3801の両面3801(a)及び3801(b)には、中央に位置決め溝3821をもった位置決めガイドが設けてあり、真空切替え部400の位置決めピン3882がはめあった時に、前記四角柱体3801(a),3801(b)の平面を常時一定の面となるようにしている。又、この四角柱体3801は、中央に吸引手段に接続している穴3831をもつ回転軸3830に図示しない方法で軸受3834(前記回転テーブル部420に固定されている)に回転自在に固定されている。
なお、この回転軸3830は図示しない方法で、前記四角柱体3801の平面3801(a),3801(b)を所定の位置でかつ一定の保持力で保つようにしてあり、保持力以上の力を外から得ると180度回転するようにしている。
真空切替え部400は、水平に移動する水平移動台4001を固定している市販のスライドテーブル4002と、上方向に前記水平移動台4001をロット4003で動かすためのエアシリンダ4004とを支持台4000(基台10に固定されている)に固定している。前記水平移動台4001には、上下駆動用エアシリンダ4006と上下用スライドテーブル4010を固定し、このスライドテーブル4010のスライド側と上下台4008を前記エアシリンダ4006のロット4007で継いでいる。よって、前記上下台4008は、エアシリンダーで前後と上下動を行うようになっており、図31の位置上下台4008は後退した位置から前進した時は、前記真空切替え用軸3812の真上(この時上下台4008は上昇している)となり、下降指令により、前記真空切替え用軸3812は下り上述したように、角穴(A)3802の真空吸引手段とは遮断される。
更に、前記上下台4008には、上述したヘッド部380の平板3820を動かすためのエアシリンダー3840を固定してあり図15(d)参照、このエアシリンダー3840のロット3842に固定している開閉ブロック3845に設けた穴3846に、前記平板3820に固定しているピン3822を入れ、(この状態は、上下台4008が前進し下降した時)前記エアシリンダー3840を動作させて、前記平板3820を移動させる(前記角穴(A)3802を外気と開放させる)。
図30に示す回転テーブル駆動部420は、基台10に市販のモータへの回転及び停止指令(図示せず)により、間欠回転を行う6割出し(1インデックs回転角60度)のインデックスユニット4201と、このインデックスユニットの出力軸4202に固定し、上面には、出力軸4202から回転テーブル4210を6等分割した位置に前記ヘッド部380が取付けることにより構成している。よって、回転テーブル駆動部420は、前記回転テーブル4210に固定されているヘッド部380を、60度ずつ回転と停止を繰返し行うことが出来る。
以上により、ターンテーブル部(B)は、前記ガラス治具4(はんだボール3も含む)の前記ヘッド部380への吸着及び、真空切替え部400での前記角穴(A)3802内の吸引手段との遮断及び外気との開放、及びヘッド部380の位置決めを行う。又、前記インデックスユニット4201で、前記ヘッド部380を60度ずつの回転と停止を行い、ガラス治具を順次、次工程へ送ることができる。
なお、ターンテーブル部(B)38のヘッド部380の位置は、ヘッド部380はガラス治具4を吸着し、ガラス治具4へ吸着された(はんだボール下向きとした状態)はんだボールの配列と、前記ターンテーブル部(A)26のヘッド部380へ半導体素子が吸着された半導体素子1のバンプの配列とが、位置合せ部60へ運ばれてきた時に、XY方向及びθ方向ともに後述する方法で合うように配置される。
以上より、ターンテーブル部(B)38は、ヘッド部380で、一方面ではガラス治具4(はんだボール3も含む)を吸着し、他方面にはスライドする透明なガラスをもつ平板3835で構成して、真空切替え部400で前記吸着の切替え及び、外気開放とを行い、はんだボール3を半導体素子1のバンプ面に接合する時には、上記はんだボールの吸着(ガラス治具から)をとき、又、平板3835を切替えて接合する時の煙り及び水分を外気に開放し、はんだボール3をガラス治具4に入れて搬送する時(前記回転テーブル部420は吸着する)位置合わせ部60は、図34,図35(a),(b)及び図36に示すようにレザー光をファイバー6001を通し、鏡筒6002に送り前記ヘッド380へ照射する照射部600と前記ガラス治具4に吸着されているはんだボール3の配列と前記半導体1のバンプの配列との位置ズレ量を測定する認識部610と、上述したターンテーブル部(A)26のヘッド部265をつかむチャック部620と、前期チャック部620をθ方向(水平方向)に回転させるθ回転部630,カムにより上下動させる上下駆動部(A)640,エアシリンダーで上下動させる上下駆動部(B)650,X及びY方向に動かすXY駆動部660で構成している。
なお、この位置合せ部60は、ターンテーブル部(A)26の半導体素子1と、ターンテーブル部(B)38のガラス治具4が交わる位置で、かつターンテーブル部(A)26の下方に位置している(図16)。
照射部600は、図34及び図35(a)〜(b)と、原理図を図36に示す様に、図示しないレーザ発振器(今回はYAGレーザ使用)よりレーザ光をファイバー6001を通し、鏡筒6002に送り、前記ヘッド380の角穴(A)3802の大きさ(全てのはんだボールを溶融可能な大きさ)としている。この鏡筒6002は、基台10に固定している門型形状の台6010に固定している。
認識部610は、前記ガラス治具4に吸着されているはんだボール3の配列と前記半導体素子1のバンプの配列されている位置のズレ量をμm単位で計測するものである。その原理図を図1(c)に示す様に、前記ガラス治具4に吸着されているはんだボール3は前記ヘッド部380で下向き(図示しない方法で反映されてくる)で、ヘッド部380の上部は上述したように、平板3820の角穴(B)3823の上に設けた透明ガラス3827をはりつけているので、ガラス治具4に吸着されているはんだボール3の位置は、光源6103の照明光を鏡6003で屈折してガラス治具4へ当て、その光の通過状況(透明であるガラスは通過しはんだボールは影となる)を平面鏡6102で屈折し、カメラ6101で見て、それを電気的に処理し位置を計測する。
一方、前記ヘッド部265に吸着されてきた半導体素子1のバンプ位置は、光源6104の照明光を直接当て(特定の角度),バンプの表面から反射される陰影を平面鏡6102で屈折し、カメラ6105で見てそれを電気的に処理し位置を計測する。
以上により、はんだボールの位置とバンプ位置のズレ量をX・Y・θそれぞれの方向について算出(図示せず)し、以下に示す方法でそのズレを計測する。
図35に示すように前記カメラ6101,6105参照を両端に固定し、前記ミラー6102を上述した原理にかなう位置に、前記平面鏡6102を配置した角柱6106と、この角柱6106を水平動させるためのガイド6011(前記台6010に固定)にはめ合せているスライドテーブル6012に固定し、エアシリンダー6022(前記台6010に固定)のロット6023と接続して、シリンダー6022を動作させて前記角柱6106を動かす。又、前記光源6103、6101及び鏡6003は上述した原理を達成する位置にそれぞれ台6010に固定している。
以上上述した様に、はんだボール3及び半導体素子1が所定の位置に運ばれ停止された時に、前記エアシリンダーで、カメラ6101,6105及び平面鏡6102が計測位置まで移動し計測する。この計測結果は、はんだボールの位置に対し、半導体素子1のバンプ位置がどれ位ズレているかX,Y,θそれぞれの方向について、1μm単位で算出し後述する方法で、半導体素子をそれぞれのズレている量について修正する。
図34に示すチャック部620は、前記ターンテーブル部(A)のヘッド部265の下部をつかむように、圧縮エアで開閉する爪(図示せず)を有するエアチャック6201に、前記チャック部265の下部2660を挟持出来る形状で形成したアーム6202(a),6202(b)を、前記エアチャック6201の爪に固定している。よって、チャック部620は、半導体素子1を吸着しているヘッド部265を挟持したり、離したりすることができる。
θ駆動部630は、図37に示すように市販品で外周に数ヶ所の溝をもつスプライン軸6301と、このスプライン軸6301の溝とかみ合って、(上下可能に)いるナット6302と、このナット6302の外周を回転しないようにはめ合っているハウジング6303と、このハウジング6303の上下にあって、このハウジング6303を回転自在に保持する軸受台6305(上下台(A)6300に固定)で構成している。
一方、前記ハウジング6303には、ギヤ(A)6306を固定し、パルスモータ6310の回転軸6310に固定されているギヤ(B)6307とかみ合っている。このパルスモータ6310はモータブラケット6313(前記回転軸6310も回転自在に保持)で、前記上下台(A)6300に固定されている。但し、上記ギヤ(A)6306とギヤ(B)6307のギヤ比を大きくとり、パルスモータの1パルス当りの回転角を小さくし、1μm単位で位置を合わせられるようにしている。
以上により、θ駆動部630では、前記スプライン軸6303(前記チャック部620を固定)は、上下動可能で、かつパルスモータ6310への回転指令により、1μm単位で回転を行うことができる。
次に、上下駆動部(A)640は、前記上下台(A)6300にスライドユニット(A)6408を、このスライドユニット(A)6408の摺動する側をスライド台6406に固定している。このスライド台6406は、上方に前記スプライン軸6303の下部を回転と上下自在に保持し、下方にはカムフォロ6409を固定し、バネ掛け図示しない間に、引張りバネ6412を設け、前記スライド台6406を持ち上げている。又、このカムフォロ6409には、所定の曲線(今回は変形台形曲線)で形成したカム6405が接触している。このカム6405は、回転軸6410に固定され、両側には回転自在に軸受け(前記スライド台6406の固定)で保持され、かつモータのモータ回線軸と、ジョイントで接続している。以上により、モータに回転を与えると、カム6405が回転し、前記チャック部610がカム曲線のよって、上下動するために極めてゆるやかな上下動が可能である。また、上記スプライン軸6303は、前記引張バネ6412で持ち上げ手いるので、前記ヘッド部380のガラス治具4に半導体素子1が接触後も一定の押力で押し付けられている。
上下駆動部(B)650は、前記θ回転部630及びチャック部620,上下駆動部(A)640が固定されている上下台(A)6300を上下に摺動するスライド台6406に固定し、支持台6500に固定しているガイドレール6415とかみ合っている。前記上下台(A)6300は、エアシリンダ6506のロット6508と連結板6509接続しているため、このエアシリンダ6506(前記支持台6500に固定)により上下動することができる。なお、前記エアシリンダ6506は2段階のストロークが取れるシリンダーである。
次に、XY駆動部660は、市販されているXYテーブルユニット6600であり、パルスモータへの回転指令でボールネジを回転し、テーブル6601(前記支持台6500を固定)をXY方向に動かすものである。本発明においては、1μm単位でXY方向にそれぞれ動かせるようにしている。
以上この位置合せ部60は、上述したように、ターンテーブル(A)26によって運ばれてきた半導体素子1を受取り、X・Y・θ方向に移動可能とするものである。このX・Y・θ方向の移動は、図示しない方法で、前記ターンテーブル(B)380に吸引されてきたはんだボール(ガラス治具に吸着され、かつ、図示しない方法で反転され下向きとなっている)の位置(X・Y・θ方向)と、ターンテーブル部(A)26によって運ばれてきた半導体素子のパット位置(X・Y・θ方向)とのズレ量を測定し(前記はんだボールの位置を基準として)てそのズレた量を、この位置合せ部60で上昇した方法で動かしている。次に、位置合せ後上昇し、ガラス治具のはんだボールと半導体素子を密着させる。
以上により位置合せ密着された状態で、図2に示したレーザユニットで照射するが、この時、前記ヘッド部380の四角柱体3801に吸着されたガラス治具は下向き(はんだボールも同じ)で、四角柱体3801の角穴(A)3802内は吸引手段とは遮断(但し溝3803は吸引状態)され、かつ、前記平板3820は摺動し、角穴(A)3802内は外気と開放状態としてレーザ照射により溶融されたはんだボールが、吸引力のない状態で半導体素子のパット面に接合するようにしている。このようにして、パット面にはんだボールが接合されると、位置合せ部のチャックが下降し、(カム及びエアシリンダーのより)半導体素子はガラス治具面4から離れ、前記ターンテーブル(A)26へ戻される。一方、はんだボールのないガラス治具は、ターンテーブル(B)で次工程へ送られる。
次に、半導体排出部80は、図16に示す様に、上述した、半導体素子供給部24(図23)と、パレット供給部22(図21)と、XYテーブル部23(図22)と、パレット20を受けとるパレット受け台900で構成している。よって、前記ターンテーブル(A)26で運ばれてきた半導体素子は、前記半導体素子供給部24でXYテーブル部23のパレット20(但しパレット供給部22内のマガジン21内へのパレットはなにも入っていないものが収納されている)内に1ヶずつ収納され、パレット20の角溝202の全てに入ると、前記パレット受け台900に自動で送られる。
以上説明したように、本発明の微小粒体装着装置によれば、半導体モジュールの1つの面上に高密度でバンプを形成できるので、本発明の装置により生産されたフリップチップ方式による半導体モジュールは、大型計算機、通信機(電子交換機)及び高速電機信号測定装置内等の基板上に搭載され、それぞれの処理能力を向上させることができる。
3…はんだボール、 4…ガラス治具、 10…基台、
20…パレット、 21…マガジン、 22…パレット供給部、
24…XYテーブル部、 25…半導体供給部、
2…パレット排出部、 26…ターンテーブル部(A)、
30…ガラス供給,排出部、 38…ターンテーブル部(B)、
50…はんだボール供給部、 60…位置合せ部、
80…半導体排出部、 380…ヘッド部、
500…振り込みヘッド部、 530…供給部、
560…回収部、 590…認識部2、 600…照射部。
20…パレット、 21…マガジン、 22…パレット供給部、
24…XYテーブル部、 25…半導体供給部、
2…パレット排出部、 26…ターンテーブル部(A)、
30…ガラス供給,排出部、 38…ターンテーブル部(B)、
50…はんだボール供給部、 60…位置合せ部、
80…半導体排出部、 380…ヘッド部、
500…振り込みヘッド部、 530…供給部、
560…回収部、 590…認識部2、 600…照射部。
Claims (2)
- 半導体装置のパッド位置に対応した貫通穴を有した装着治具の吸着面側に多数の導電性粒体を空気又は不活性ガス流により供給し、
前記貫通穴の吸着面の反対側の面から吸引することにより該貫通穴に前記導電性粒体を装着し、
前記半導体装置のパッド位置と前記装着治具に装着されている導電性粒体とを位置合わせし、
該導電性粒体を前記半導体装置のパッドに移し換えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 導電性粒体を収納した容器と、
前記容器内の導電性粒体を空気又は不活性ガス流で撹拌する撹拌手段と、
前記導電性粒体を装着する装着治具と
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造装置。
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JP2008119751A (ja) * | 2007-11-29 | 2008-05-29 | Athlete Fa Kk | ボール振込方法及びボール振込装置 |
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- 2004-06-21 JP JP2004182317A patent/JP2004266299A/ja active Pending
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