JP2011061093A - ディスペンス装置およびディスペンス方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 アンダーフィル剤内に残留したボイドが要因となって生じるチップ実装基板の品質劣化を防止することのできるディスペンス装置およびディスペンス方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 基板と基板に搭載されたチップとの間隙にアンダーフィル剤を減圧下で充填するディスペンス装置であって、前記アンダーフィル剤の充填開始から充填終了までの時間を計測する充填時間計測手段と、前記充填時間計測手段で計測したアンダーフィル剤の充填時間と、粘度変化時間とを比較し、アンダーフィル剤の粘度の変化に応じて前記基板の雰囲気を減圧状態から大気開放状態に変更する機能を備えたディスペンス装置およびディスペンス方法を提供する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ディスペンス装置およびディスペンス方法に関する。より詳しくは、基板とこの基板に搭載された搭載チップとの間隙にアンダーフィル剤を減圧下で充填するディスペンス装置およびディスペンス方法に関する。

図７は従来のディスペンス装置の一例を示す概略図である。図７に示すように、従来のディスペンス装置４００は、チャンバー５２０、減圧手段４６０、可動ステージ７１０、カメラ７２０、ディスペンサ７３０及び制御装置９０などを備える。

ディスペンス装置４００の基本的な動作について説明する。可動ステージ７１０には、チップＣを搭載した基板Ｋが載置保持されているものとする。チャンバー５２０内は減圧手段４６０により減圧される。チャンバー５２０内が所定の設定圧に達し安定した後に、カメラ７２０は、チップＣの外観もしくは基板Ｋ上のアラインメントマークを読み取って、その画像データを制御装置９０に送る。制御装置９０では、読み取った画像データからチップＣの位置情報を算出する。そして、制御装置９０は、上記位置情報に基づいて、ディスペンサ７３０における吐出ノズル（ニードル）７３０Ｎが最適の充填位置にアンダーフィル剤を充填できるように、可動ステージ７１０をＸ，Ｙ各方向に駆動することでアラインメントを行う。このアラインメントの後、ディスペンサ７３０は、Ｚ方向下方に駆動されると共にアンダーフィル剤を吐出する。ディスペンサ７３０によりチップの周りに吐出されたアンダーフィル剤は、チップＣと基板Ｋとの間に入り込む。所定の数のチップＣについてアンダーフィル剤の吐出が終了すると、チャンバー５２０内を大気開放することで、アンダーフィル剤内部のボイドを消滅させる。

特開２００７−１４１９３５号公報

上記ディスペンス装置４００では、アンダーフィル剤は、１番目のチップ、２番目のチップ、３番目のチップ、・・・というように、各チップに一個ずつ順次塗布されていくので、はじめのチップ、例えば１番目や２番目等のチップに塗布されたアンダーフィル剤は、終わりのチップに塗布されたアンダーフィル剤に比べて、硬化が進んでおり、粘度が高くなっている。つまり、はじめのチップにディスペンスしたアンダーフィル剤と、終わりのチップにディスペンスされたアンダーフィル剤とでは、硬化具合に差が生じることになる。特に、装置の不具合などによりディスペンスの一時中断などがありタイムロスがあった場合、はじめのチップにディスペンスされたアンダーフィル剤が、大気圧の力では内部のボイドが潰れない程に硬化してしまい、大気圧に戻してもアンダーフィル剤内部におけるボイドが消滅しないことがある。一般に、ボイドは水蒸気を含んでおり、ボイドの残存は、基板の電極やバンプの接点の腐食を進行させ、チップ実装基板の品質劣化を招いていた。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、アンダーフィル剤内に残留したボイドが要因となって生じるチップ実装基板の品質劣化を防止することのできるディスペンス装置およびディスペンス方法を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
基板と基板に搭載されたチップとの間隙にアンダーフィル剤を減圧下で充填するディスペンス装置であって、
前記アンダーフィル剤の充填開始から充填終了までの時間を計測する充填時間計測手段と、
前記充填時間計測手段で計測したアンダーフィル剤の充填時間と、粘度変化時間とを比較し、アンダーフィル剤の粘度の変化に応じて前記基板の雰囲気を減圧状態から大気開放状態に変更する機能を備えたディスペンス装置である。

請求項２に記載の発明は、前記粘度変化時間が、予め計測された前記アンダーフィル剤毎の粘度の変化と時間の関係から求められる時間、もしくは、前記アンダーフィル剤毎に設定された時間である請求項１に記載のディスペンス装置である。

請求項３に記載のディスペンス方法は、
基板と基板に搭載された搭載チップとの間隙にアンダーフィル剤を減圧下で充填するディスペンス方法であって、
基板に搭載されたチップにアンダーフィル剤を充填する時間を計測するステップと、
計測したアンダーフィル剤の充填時間と、アンダーフィル剤の粘度変化時間とを比較するステップと、
アンダーフィル剤の粘度の変化に応じて前記基板の雰囲気を減圧状態から大気開放状態に変更するステップと、を有するディスペンス方法である。

請求項１に記載のディスペンス装置によると、アンダーフィル剤の充填開始から充填終了までの時間を計測する充填時間計測手段と、粘度変化時間と、アンダーフィル剤の粘度の変化に応じて前記基板の雰囲気を減圧状態から大気開放状態に変更する機能とを備えている。そのため、アンダーフィル剤内に残留したボイドが要因となって生じるチップ実装基板の品質劣化を未然に防止することができる。

通常は、後述の粘度変化時間が経過する前に、アンダーフィル剤の充填が完了する。しかし、装置の不具合などによりディスペンスの一時中断などがありタイムロスがあった場合、アンダーフィル剤の硬化が進行してしまい、大気圧に戻してもアンダーフィル剤内部におけるボイドが消滅しないことがある。本発明では、アンダーフィル剤の粘度の変化に応じて基板雰囲気を大気開放しているので、チップ実装基板が品質劣化しない。

請求項２に記載のディスペンス装置によると、アンダーフィル剤の種類が異なっても、残留したボイドが要因となって生じるチップ実装基板の品質劣化を未然に防止することができる。

請求項３に記載のディスペンス方法によると、基板に搭載されたチップにアンダーフィル剤を充填する時間を計測するステップと、計測したアンダーフィル剤の充填時間と、アンダーフィル剤の粘度変化時間とを比較するステップと、アンダーフィル剤の粘度の変化に応じて前記基板の雰囲気を減圧状態から大気開放状態に変更するステップと、を有している。そのため、アンダーフィル剤内に残留したボイドが要因となって生じるチップ実装基板の品質劣化を未然に防止することができる。

本発明に係るディスペンス装置を備えた実装システムの正面一部断面図である。 本発明に係るディスペンス装置の正面一部断面図である。 複数のチップが搭載された基板を示す平面一図である。 アンダーフィル剤の時間−粘度特性の一例を示す図である。 実装システムの動作手順の概要を示すフローチャートである。 ディスペンスステップの動作手順を示すフローチャートである。 従来のディスペンス装置の一例を示す概略図である。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係るディスペンス装置を備えた実装システムの正面一部断面図、図２は本発明に係るディスペンス装置の正面一部断面図、図３は複数のチップが搭載された基板を示す平面図、図４はアンダーフィル剤の時間−粘度特性の一例を示す図である。各構成図において、直交座標系の３軸をＸ、Ｙ、Ｚとして、紙面横方向をＸ方向、紙面に直交する方向をＹ方向、鉛直方向をＺ方向、Ｚ軸回りの回転方向をθ方向とする。

図１に示すように、実装システム１は、基板ローダー２、チップ搭載装置３、ディスペンス装置４及び基板アンローダー８をこの順に配設した構成とされると共に、制御装置９を備える。基板ローダー２から基板アンローダー８に至るまでには、図示は省略したが、基板Ｋを移送経路Ｖに沿い移送するための基板移送手段を備える。この基板移送手段は、基板Ｋを保持し且つ伸縮自在のアームを備えたロボット、または基板Ｋを走行可能に構成されたローラ付レール部材などにより構成される。

基板ローダー２は、基板Ｋをチップ搭載装置３に順次供給する装置であり、複数の基板Ｋを収容可能な基板マガジン２１ごと基板Ｋを保温可能なオーブン２２、及び基板Ｋを待機させるための待機ステージ２３を備える。待機ステージ２３の内部には、基板Ｋを適切な温度に保温するためのヒーターが埋設される。

チップ搭載装置３は、基板ローダー２から供給されてきた基板ＫにチップＣを搭載する装置であり、基板Ｋを所定位置に固定保持すると共にＸ，Ｙ，θ各方向に駆動可能な可動ステージ３１、搭載すべきチップＣをそのバンプ形成面を上向きにしてストックするチップストッカー３２、真空吸着によりチップストッカー３２からチップＣを取り出すと共にバンプ形成面が下向きとなるように水平軸Ｊ１回りに回転しチップＣを反転させるチップ反転部３３、上方に位置するチップＣと下方に位置する基板Ｋとの位置情報を同時に取得可能に構成された２視野カメラ３４、並びにチップ反転部３３で反転したチップＣのバンプ非形成面を真空吸着により保持しながら当該チップＣを基板Ｋに搭載及び加圧するボンディングヘッド３５などを備える。可動ステージ３１の内部には、基板Ｋを適切な温度に加熱及び保温するためのヒーターが埋設される。

ディスペンス装置４は、基板Ｋとこの基板Ｋに搭載されたチップＣとの間隙にアンダーフィル剤を充填する装置であり、図２に示されるように、チャンバー５２、可動ステージ７１、カメラ７２、圧力センサ７５、ディスペンサ７３及び真空ポンプ４６などを備える。

チャンバー５２は、開閉可能に設けられた第１ゲートバルブ４２及び第２ゲートバルブ４３を備える。また、配管及び開閉バルブ６２を介して真空ポンプ４６に接続されるとともに、内部の真空圧を大気開放するための開放バルブ４７を備える。チャンバー５２の上面には、カメラ７２によるチャンバー５２内の撮像を可能とするための透明窓５４を備える。

可動ステージ７１は、アンダーフィル剤の充填対象となる基板Ｋ（すなわちチップＣが搭載された基板Ｋ）を固定保持可能な保持面７１Ｈを備える。保持面７１Ｈには、基板Ｋを真空吸着保持するための多数の微径孔が穿設され、これら微径貫通孔は真空ポンプ４６に接続される。また、可動ステージ７１は、ステージ駆動部７４によりにＸ，Ｙ各方向に駆動可能に構成される。可動ステージ７１の内部には、固定保持された基板Ｋを適切な温度に加熱及び保温するためのヒーターが埋設される。

カメラ７２は、撮像により得た画像データを制御装置９に送信可能な構成とされ、チャンバー５２の外側から透明窓５４越しに、チャンバー５２内を撮像可能となる位置に設置される。また、閃光を発する発光部を備える。圧力センサ７５は、チャンバー５２内の圧力を測定してその測定値を制御装置９に送信可能な構成とされる。

ディスペンサ７３は、アンダーフィル剤を吐出する吐出ノズル７３Ｎを備え、且つＺ方向に駆動可能とされる。ディスペンサ７３は、チェックバルブ６９、配管６８及び三方弁６５を介して第１貯留部６６及び第２貯留部６７に接続される。第１貯留部６６及び第２貯留部６７は、それぞれ所定量のアンダーフィル剤を貯留可能な例えばシリンジ容器で構成される。また、配管６８は、開閉バルブ６４を介して真空ポンプ４６に接続される。

基板アンローダー８は、アンダーフィル剤の充填が完了した基板Ｋをディスペンス装置４から順次取り出す装置であり、基板ローダー２と同様に、複数の基板Ｋを収容可能な基板マガジン８１ごと基板Ｋを保温可能なオーブン８２を備える。

制御装置９は、タッチパネル等の入出力装置および警報装置、メモリチップやマイクロプロセッサなどを主体とした適当なハードウエア、このハードウエアを動作させるためのコンピュータプログラムを組み込んだハードディスク装置、及び各構成部とデータ通信を行う適当なインターフェイス回路などから構成され、実装システム１が一連の動作を行うための指令信号を各構成部に送るように構成される。なお、この一連の動作の一部をＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）で行うようにしてもよい。

本発明では、アンダーフィル剤の粘度の変化に応じて基板Ｋの雰囲気を減圧状態から大気開放状態に変更することが特徴である。その処理は、制御装置９の記憶手段に予め組み込まれた粘度管理プログラムにより行われる。粘度管理プログラムは、図４に示すように、アンダーフィル剤の時間−粘度特性を基に作成されている。なお、アンダーフィル剤は、時間の経過とともに粘度が上昇するものが用いられる。粘度の変化は、温度のよる変化が大きな要因となるが、ある温度である温度に一定になった後に、アンダーフィル剤に含まれる揮発成分の揮発や、硬化剤の昇華が時間と共に促進されて粘度が変化する。そのため、アンダーフィル剤毎に所定の温度雰囲気で時間−粘度特性を予め測定しておく。

粘度管理プログラムは、基板Ｋ上における最初のチップＣ１に吐出ノズル７３Ｎがアンダーフィル剤を塗布開始してから時間Ｔ２の経過したとき、警告信号Ｑ１を発するように組み込まれている。ここで、時間Ｔ２は、アンダーフィル剤が、設定圧Ｐ２の雰囲気下に曝されてから消滅不可粘度η３になるまでに要する時間Ｔ３から所定の余裕時間ΔＴを差し引いた時間である。時間Ｔ２は、本発明の粘度変化時間に相当する。消滅不可粘度η３とは、アンダーフィル剤の置かれた環境の圧力を設定圧Ｐ２のから大気圧に変えた場合に、設定圧Ｐ２と大気圧との差圧によってアンダーフィル剤内のボイドを消滅させることができない粘度である。このような消滅不可粘度η３は、使用するアンダーフィル剤の種類毎に、時間−粘度特性を測定する際に取得されている。なお、消滅不可粘度η３は、操作者の経験値をもとに所定値を予め設定しても良い。装置の不具合等によりディスペンスを中断すること無く基板Ｋ一枚あたりの全てのチップＣへのディスペンスが終了するまでに要する時間をＴ１とすると、上記Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の間には次の大小関係がある。すなわちＴ１＜Ｔ２＜Ｔ３である。

警告信号Ｑ１は、音声及び／または表示燈の点灯による警告を発するように構成することができる。

次に、図５，６も参照して、以上のように構成された実装システム１の動作について説明する。図５は実装システム１の動作手順の概要を示すフローチャート、図６はディスペンスステップの動作手順を示すフローチャートである。

図５に示すように、実装システム１の動作は、アンダーフィル剤供給ステップＳ１、チップ搭載ステップＳ２及びディスペンスステップＳ３などを備える。

以下の説明では、ディスペンス装置４は次の初期状態とする。すなわち第１ゲートバルブ４２及び第２ゲートバルブ４３は共に閉じている。開放バルブ４７は開いており、チャンバー５２内の圧力は大気圧とされる。また、第１貯留部６６及び第２貯留部６７には充分な量のアンダーフィル剤が貯留されている。チャンバー５２内の設定圧（目標とする減圧の圧力値）はＰ２とする。

まず、チップ搭載動作に先立ち、図５のステップＳ１のように、ディスペンス装置４においてアンダーフィル剤をディスペンサ７３に供給する動作を行う。

続いて、図５のステップＳ２の基板供給動作を行う。基板マガジン２１にストックされた各基板Ｋは、オーブン２２内で所定の一定温度に保たれる。基板移送手段は、基板マガジン２１にストックされた各基板Ｋを、待機ステージ２３を経て一枚ずつチップ搭載装置３へと供給する。

続いて、図５のステップＳ３のチップ搭載動作を行う。チップ搭載装置３において、チップ反転部３３は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に駆動され、チップストッカー３２にストックされたチップＣのバンプ形成面を真空吸着することにより取り出す。その後、水平軸Ｊ１回りに回動されることにより、バンプ形成面が下向きとなるようにチップＣを反転させる。ボンディングヘッド３５は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に駆動されることにより、チップ反転部３３により反転したチップＣを真空吸着することによりチップ反転部３３から取り出す。そして、２視野カメラ３４がチップＣ及び基板Ｋの位置を読み取り、その位置情報に基づいて、可動ステージ３１がＸ，Ｙ，θ各方向に駆動され、チップＣと基板Ｋとの位置合わせ（アラインメント）を行う。その後、ボンディングヘッド３５は、Ｚ方向下側に駆動され、真空吸着により保持したチップＣを基板Ｋ上の搭載箇所に搭載すると共に加熱及び加圧する。同様のチップ搭載動作を、基板Ｋの全てのチップ搭載箇所にチップＣについて繰り返す。

続いて、図５のステップＳ４のディスペンス動作を行う。ステップＳ４の詳細は図６に示される。ディスペンス装置４において、第１ゲートバルブ４２が開き（ステップＳ３１）、チップ搭載装置３でチップＣが搭載された基板Ｋは、基板移送手段によりチャンバー５２内に搬入され、可動ステージ７１上に載置保持される（ステップＳ３２）。基板Ｋがチャンバー５２に搬入されると、第１ゲートバルブ４２が閉じる（ステップＳ３３）。

開閉バルブ６２は、チャンバー５２内の圧力が設定圧Ｐ２になるまで開状態とされる。チャンバー５２内が徐々に減圧され、圧力が設定圧Ｐ２に到達した後（ステップＳ３４）、ステージ駆動部７４は、アンダーフィル剤の塗布対象となるチップＣがディスペンサ７３の吐出ノズル７３Ｎの下方に位置するように可動ステージ７１を駆動する（ステップＳ３５）。カメラ７２は、透明窓５４越しにチップＣの外観もしくはアラインメントマークを撮像し、その画像データを制御装置９に送る（ステップＳ３６）。制御装置９は、カメラ７２から送られた画像データに基づきチップＣの位置と、基準チップ位置との変位を補正量として求める（ステップＳ３７）。なお、基準チップ位置とは、チップＣが基板Ｋに対して予め決定された位置から変位無く理想的に取り付けられたとした場合の位置である。

可動ステージ７１は、ステップＳ３７で求めた補正量に基づいて、Ｘ，Ｙ各方向に駆動されることで、ディスペンサ７３がチップＣにおける最適の充填位置にアンダーフィル剤を充填できるようにアラインメントが行われる（ステップＳ３８）。ディスペンサ７３は、Ｚ方向下方に駆動され、吐出ノズル７３Ｎからアンダーフィル剤を吐出し、基板ＫとチップＣとの間隙にアンダーフィル剤を充填する（ステップＳ３９）。充填動作が終了すると、ディスペンサ７３はＺ方向上方の元の位置に戻る。

以降、同様にステップＳ３５〜ステップＳ３９の要領で、残りの基板Ｋのチップ搭載位置のチップＣに図３の矢印Ｍで示す順番にディスペンスを行っていく。塗り始めからの経過時間がＴ２よりも小さければ（ステップＳ４０でノー）、警告を発さない。

充填動作が終了し、基板Ｋはチャンバー５２内において設定圧Ｐ２の減圧下に所定時間置かれる。これにより基板ＫとチップＣとの間隙へのアンダーフィル剤の浸透を促進させることができる。所定時間が経過すると（ステップＳ４３でイエス）、開放バルブ４７が開き、チャンバー５２内は大気圧に戻る（ステップＳ４４）。続いて、第２ゲートバルブ４３が開き（ステップＳ４５）、基板Ｋが搬出される（ステップＳ４６）。

一方、ディスペンスの途中で装置に不具合等が有り、基板Ｋのチップ搭載位置のチップＣに対するアンダーフィル剤のディスペンス途中で時間Ｔ２が経過してしまったとき（ステップＳ４０でイエス）、警告発生部は警告を発する（ステップＳ４１）。ここでは、５番目のチップＣ５（図３参照）まではディスペンスが完了したものとする。操作者は、ディスペンス動作を中断させる。その後、開放バルブ４７が開き、チャンバー５２内は大気圧に戻る（ステップＳ４４）。続いて、第２ゲートバルブ４３が開き（ステップＳ４５）、当該一部のチップＣ６〜Ｃ１６へのディスペンスが未完了の基板Ｋを取り出す（ステップＳ４６）。その後、操作者は上記不具合等の復旧作業を行う。続いて、ディスペンスが未完了の基板Ｋの場合（ステップＳ４７でイエス）、基板途中からのディスペンスを再開するためにステップＳ３１に戻る。

このように、ディスペンス装置４によると、基板Ｋのチップ搭載位置のチップＣに対するアンダーフィル剤のディスペンス動作が終了する途中で、例えば装置の不具合等のトラブルにより時間Ｔ２が経過してしまったとき（ステップＳ４０でイエス）、アンダーフィル剤の粘度の変化に応じて基板Ｋの雰囲気を減圧状態から大気開放状態に変更する。そのため、アンダーフィル剤内に残留したボイドが要因となって生じるチップ実装基板の品質劣化を未然に防止することができる。

続いて、図５のステップＳ５の基板搬出動作を行う。基板マガジン８１にアンダーフィル剤のディスペンスが完了した基板Ｋを収納する。基板Ｋが、基板マガジン８１ごとにオーブン８２内で所定の一定温度に保たれる。

以上の実装動作において、オーブン２２，８２、待機ステージ２３及び可動ステージ３１，７１におけるヒーターは、基板Ｋが８０〜１２０℃に保温されるように制御される。これにより、一連のステップを有する実装工程の実質的に全体にわたって、基板Ｋは所定の温度に保温されるため、基板Ｋが吸湿したり、急激な温度変化に伴い反りを生じたりすることが抑制できる。

１ 実装システム
２ 基板ローダー
３ チップ搭載装置
４ ディスペンス装置
８ 基板アンローダー
９ 制御装置
Ｋ 基板
Ｃ チップ
２１ 基板マガジン
２２ オーブン
２３ 待機ステージ
３１ 可動ステージ
３２ チップストッカー
３３ 反転部
３４ ２視野カメラ
３５ ボンディングヘッド
４２ 第１ゲートバルブ
４３ 第２ゲートバルブ
４６ 真空ポンプ
４７ 開放バルブ
５２ チャンバー
５４ 透明窓
６２ 開閉バルブ
６４ 開閉バルブ
６５ 三方弁
６６ 第１貯留部
６７ 第２貯留部
６８ 配管
６９ チェックバルブ
７１ 可動ステージ
７２ カメラ
７３ ディスペンサ
７４ ステージ駆動部
７５ 圧力センサ
８１ 基板マガジン
８２ オーブン
９０ 制御装置
Ｊ１ 水平軸
Ｐ２ 設定圧
Ｑ１ 警告信号
４００ ディスペンス装置
４６０ 減圧手段
５２０ チャンバー
７１０ 可動ステージ
７１Ｈ 保持面
７２０ カメラ
７３０ ディスペンサ
７３Ｎ 吐出ノズル

Claims (3)

1. 基板と基板に搭載されたチップとの間隙にアンダーフィル剤を減圧下で充填するディスペンス装置であって、
   前記アンダーフィル剤の充填開始から充填終了までの時間を計測する充填時間計測手段と、
   前記充填時間計測手段で計測したアンダーフィル剤の充填時間と、粘度変化時間とを比較し、アンダーフィル剤の粘度の変化に応じて前記基板の雰囲気を減圧状態から大気開放状態に変更する機能を備えたディスペンス装置。
2. 前記粘度変化時間が、予め計測された前記アンダーフィル剤毎の粘度の変化と時間の関係から求められる時間、もしくは、前記アンダーフィル剤毎に設定された時間である請求項１に記載のディスペンス装置。
3. 基板と基板に搭載された搭載チップとの間隙にアンダーフィル剤を減圧下で充填するディスペンス方法であって、
   基板に搭載されたチップにアンダーフィル剤を充填する時間を計測するステップと、
   計測したアンダーフィル剤の充填時間と、アンダーフィル剤の粘度変化時間とを比較するステップと、
   アンダーフィル剤の粘度の変化に応じて前記基板の雰囲気を減圧状態から大気開放状態に変更するステップと、を有するディスペンス方法。

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