JP2015130414A - Automatic bonding device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板表面に設けられた複数の電極パッド上に、複数のデバイスチップを自動的に接合する、自動ボンディング装置に関する。 The present invention relates to an automatic bonding apparatus for automatically bonding a plurality of device chips on a plurality of electrode pads provided on a substrate surface.
従来より、配線基板上に抵抗器やコンデンサ、リアクタンス、スイッチング回路などが組み込まれた部品(いわゆる、デバイスチップ)が接合された基板モジュールが、種々の用途で用いられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a substrate module in which a component (a so-called device chip) in which a resistor, a capacitor, a reactance, a switching circuit and the like are incorporated on a wiring board is used in various applications.
さらに近年はハイブリッド自動車や電気自動車の普及に伴い、パワートランジスタやパワーデバイスと呼ばれるデバイスチップが接合された基板モジュールが普及しており、接合方法について種々検討されている(例えば、特許文献1,2)。
Furthermore, in recent years, with the spread of hybrid vehicles and electric vehicles, substrate modules to which device chips called power transistors and power devices are joined are widely used, and various joining methods have been studied (for example,
また、基板モジュールを構成する基板上に複数のデバイスチップを接合するために、デバイスチップを1つずつ仮接合し、後に各チップを一括で本接合する形態が採用されている(例えば、特許文献3,4)。 Further, in order to join a plurality of device chips on a substrate constituting a substrate module, a mode is adopted in which device chips are temporarily joined one by one and then each chip is finally joined together (for example, Patent Documents). 3, 4).
図10は、従来の技術におけるタイムチャートの一例であり、複数のデバイスチップを1つずつ基板上に仮接合させた後、一括で本接合させる形態におけるタイムチャートを示している。なお、ここでは、デバイスチップの接合対象となる基板を上流工程から受け取り、当該基板に4つにデバイスチップC1〜C4を接合し、チップ接合済の基板を下流工程へ受け渡す形態の例を示している。 FIG. 10 is an example of a time chart in the related art, and shows a time chart in a form in which a plurality of device chips are temporarily bonded to a substrate one by one and then collectively bonded together. Here, an example of a mode in which a substrate to be bonded to a device chip is received from an upstream process, four device chips C1 to C4 are bonded to the substrate, and a chip-bonded substrate is transferred to a downstream process is shown. ing.
具体的には、以下の様にして、チップ接合を行う。まず、チップ接合対象となる基板上を基板受取位置で装置内に供給し、チップ移載位置へ移動させる。この間にチップマウンタ等を用いて、デバイスチップC1をピックアップし、アライメントしておく。そして、チップ接合対象となる基板上の所定位置にデバイスチップC1を仮接合する。そして、他のデバイスチップC2〜C4についても同様の動作を行い、すべてのチップC1〜C4の仮接合が済めば、当該デバイスチップが仮接合された基板をヘッド部の下方へ移動させる。そして、ヘッド部を下降させてデバイスチップC1〜C4に密着させつつ加熱を行い、本接合を行う。そして、本接合に必要な加熱時間が経過すれば、ヘッド部を上昇させて基板と離隔し、基板載置台を受渡位置へ移動し、デバイスチップが接合された基板を排出する。そして、基板載置台を基板受取位置へ移動し、次の基板を装置内に供給する。そして、当該基板をチップ載置位置へ移動して静止させ、ピックアップとアライメントが済んだデバイスチップC1を当該基板に仮接合する。以下、上述の動作が繰り返し行われる。 Specifically, chip bonding is performed as follows. First, the substrate to be bonded to the chip is supplied into the apparatus at the substrate receiving position and moved to the chip transfer position. During this time, the device chip C1 is picked up and aligned using a chip mounter or the like. Then, the device chip C1 is temporarily bonded to a predetermined position on the substrate to be chip bonded. The same operation is performed for the other device chips C2 to C4. When all the chips C1 to C4 are temporarily joined, the substrate on which the device chips are temporarily joined is moved below the head portion. Then, the head portion is lowered and heated while being in close contact with the device chips C1 to C4, thereby performing the main bonding. When the heating time necessary for the main bonding elapses, the head portion is raised and separated from the substrate, the substrate mounting table is moved to the delivery position, and the substrate to which the device chip is bonded is discharged. Then, the substrate mounting table is moved to the substrate receiving position, and the next substrate is supplied into the apparatus. Then, the substrate is moved to a chip mounting position and stopped, and the device chip C1 that has been aligned with the pickup is temporarily bonded to the substrate. Thereafter, the above operation is repeated.
この方式によりデバイスチップC1〜C4を接合すると、1つずつデバイスチップを仮接合させるための時間が全体としての待ち時間となり、デバイスチップの数が増えるほどサイクルタイムが伸てしまうという課題があった。しかも、本接合動作を行っている間に、破線で示す様に次のデバイスチップC1をピックアップし、アライメントを済ませたとしても、次の基板がチップ載置位置にて静止状態となるまで次のデバイスチップC1を仮接合することができないため、サイクルタイムを短縮することが困難であった。つまり、デバイスチップC1の仮接合開始からデバイスチップC4の接合完了までに要する時間Tc1と、デバイスチップC4の接合完了から次のデバイスチップC1の仮接合開始までに要する時間Tc2とを合算した時間Tcが、この方式のサイクルタイムとなる。 When the device chips C1 to C4 are bonded by this method, the time for temporarily bonding the device chips one by one becomes a waiting time as a whole, and the cycle time increases as the number of device chips increases. . Moreover, even if the next device chip C1 is picked up and aligned as shown by the broken line during the main joining operation, the next substrate is kept stationary at the chip mounting position. Since the device chip C1 cannot be temporarily bonded, it is difficult to shorten the cycle time. That is, a time Tc1 that is a sum of a time Tc1 required from the start of temporary bonding of the device chip C1 to the completion of bonding of the device chip C4 and a time Tc2 required from the completion of bonding of the device chip C4 to the start of temporary bonding of the next device chip C1. Is the cycle time of this method.
そこで、本発明の第1の目的は、基板モジュールを構成する基板上に接合させるデバイスチップの数が増えても、サイクルタイムを短縮させて接合を行うことができる、自動ボンディング装置を提供することである。 Accordingly, a first object of the present invention is to provide an automatic bonding apparatus that can perform bonding with a reduced cycle time even when the number of device chips to be bonded on a substrate constituting a substrate module increases. It is.
また、デバイスチップの接合対象となる基板の表面には、10〜100μm程度のうねりがある。そして、電極パッドとデバイスチップとを接合するために塗布される導電用ペーストは、隣接するデバイスチップや電極同士のショートを防ぐために、必要最小限の量しか塗布されない。 Moreover, the surface of the board | substrate used as the joining object of a device chip has a wave | undulation of about 10-100 micrometers. The conductive paste applied to join the electrode pad and the device chip is applied only in the minimum amount necessary to prevent short circuit between adjacent device chips and electrodes.
そのため、このような基板上に、複数のデバイスチップを接合しようとすると、それぞれの電極パッドとデバイスチップ間の間隔が、基板のうねりなどの影響により少しずつ異なるため、従来の技術では、導電ペーストとデバイスチップとの接触が不均一となり、結果的に接合不良を招くおそれがあるという課題があった。 For this reason, when a plurality of device chips are to be bonded on such a substrate, the distance between each electrode pad and the device chip is slightly different due to the influence of the swell of the substrate. There is a problem that contact between the device chip and the device chip becomes non-uniform, which may result in poor bonding.
なお、ここで言う接合不良とは、デバイスチップと導電用ペーストの接触面積が、本来接触すべき面積に満たない場合や、接合時に導電用ペーストが過度にはみ出して隣接するデバイスチップや電極パッドとショートする状態を意味する。 Note that the bonding failure referred to here is when the contact area between the device chip and the conductive paste is less than the area that should be contacted, or when the conductive paste excessively protrudes during bonding and the adjacent device chip or electrode pad. It means a short circuit.
そこで、本発明の第2の目的は、複数のデバイスチップを接合する際に、それぞれのデバイスチップと電極パッドとの接合不良を防ぐことができるボンディング装置を提供することである。 Accordingly, a second object of the present invention is to provide a bonding apparatus capable of preventing a bonding failure between each device chip and an electrode pad when bonding a plurality of device chips.
以上の課題を解決するために、第1の発明は、
基板表面に設けられた複数の電極パッド上に、複数のデバイスチップを接合するボンディング装置であって、
前記複数のデバイスチップの接合対象となる接合対象基板を供給する基板供給部と、
前記接合対象基板の電極パッド上に接合用ペーストを塗布するペースト塗布部と、
前記接合用ペーストが塗布された接合対象基板を保持する基板保持部と、
前記接合対象基板上の電極パッドの位置・間隔に対応させた状態で接合対象となる複数のデバイスチップを供給するチップ供給部と、
前記チップ供給部から供給される前記接合対象となる複数のデバイスチップを一度に保持するヘッド部と、
前記基板保持部に対して前記ヘッド部を上下方向に昇降移動させるヘッド昇降機構と、
前記ヘッド部を上下方向に加振するヘッド加振部と、
前記複数の電極パッドと各デバイスチップを接合する接合用ペーストを加熱するヒータ部と、
デバイスチップが接合された基板を前記基板保持部から搬出する基板搬出部とを備えた、
自動ボンディング装置である。
In order to solve the above problems, the first invention provides:
A bonding apparatus for bonding a plurality of device chips on a plurality of electrode pads provided on a substrate surface,
A substrate supply unit for supplying a bonding target substrate to be bonded to the plurality of device chips;
A paste application unit that applies a bonding paste onto the electrode pads of the bonding target substrates;
A substrate holding unit for holding a bonding target substrate coated with the bonding paste;
A chip supply unit for supplying a plurality of device chips to be bonded in a state corresponding to the positions and intervals of the electrode pads on the bonding target substrate;
A head unit for holding a plurality of device chips to be joined supplied from the chip supply unit at a time;
A head lifting mechanism for moving the head part up and down in the vertical direction with respect to the substrate holding part;
A head excitation unit for exciting the head unit in the vertical direction;
A heater section for heating a bonding paste for bonding the plurality of electrode pads and each device chip;
A substrate unloading unit that unloads the substrate to which the device chip is bonded from the substrate holding unit,
Automatic bonding equipment.
第2の発明は、第1の発明において、
前記ヘッド部と前記ヘッド昇降機構とが、球面軸受を介して連結されていることを特徴とする。
According to a second invention, in the first invention,
The head portion and the head lifting mechanism are connected through a spherical bearing.
第3の発明は、第1又は第2の発明において、
前記ヘッド部を前記基板保持部に向けてさらに押し付けるヘッド加圧部を備えたことを特徴とする。
According to a third invention, in the first or second invention,
The head pressing unit further includes a head pressing unit that presses the head unit toward the substrate holding unit.
第4の発明は、第1〜3の発明において、
前記基板表面に設けられた複数の電極パッド上に接合用ペーストが塗布された状態で当該塗布された接合用ペーストの高さを測定する塗布ペースト高さ測定部と、
前記接合用ペーストの塗布高さが適性範囲内かどうかを検査する塗布ペースト高さ検査部とを備えたことを特徴とする。
A fourth invention is the first to third inventions,
A coating paste height measuring unit that measures the height of the applied bonding paste in a state where the bonding paste is applied on the plurality of electrode pads provided on the substrate surface;
An application paste height inspection unit for inspecting whether or not the application height of the bonding paste is within an appropriate range is provided.
第5の発明は、第4の発明において、
ペースト高さ検査部で不良判定された基板を排出する不良基板排出部を備えたことを特徴とする。
A fifth invention is the fourth invention,
A defective substrate discharge unit is provided for discharging the substrate determined to be defective by the paste height inspection unit.
第6の発明は、第1〜5の発明において、
塗布された接合用ペーストの高さを測定する塗布ペースト高さ測定部と、
塗布されたペースト高さの履歴を記憶する塗布ペースト高さ履歴記憶部と、
塗布されたペースト高さの履歴に基づいて次に塗布するペースト塗布量を決定するペースト塗布量フィードバック部とを備えたことを特徴とする。
A sixth invention is the first to fifth inventions,
A coating paste height measuring unit for measuring the height of the applied bonding paste;
A coating paste height history storage unit for storing a history of applied paste height;
And a paste application amount feedback unit for determining a paste application amount to be applied next based on a history of the applied paste height.
第7の発明は、第1〜6の発明のいずれかにおいて、
前記複数のデバイスチップが接合される各電極パッドの周辺部を少なくとも含む領域を観察する接合領域観察部と、
当該複数のデバイスチップが正常に接合されたかどうかについて接合中若しくは接合後のペーストの状態を観察して検査を行うペースト状態検査部と、
ペースト状態検査部で接合不良と判定された基板を排出する不良基板排出部とを備えたことを特徴とする。
In a seventh invention according to any one of the first to sixth inventions,
A bonding region observation unit for observing a region including at least a peripheral portion of each electrode pad to which the plurality of device chips are bonded;
A paste state inspection unit that performs inspection by observing the state of the paste during or after bonding as to whether or not the plurality of device chips are normally bonded;
And a defective substrate discharging unit that discharges a substrate that is determined to be a bonding failure by the paste state inspection unit.
第8の発明は、第1〜7の発明のいずれかにおいて、
接合完了時のヘッド高さを検出する接合時ヘッド高さ検出部と、
接合完了時のヘッド高さの許容範囲を登録する接合時ヘッド高さ許容範囲登録部と、
接合完了時のヘッド高さが許容範囲内かどうかを判定する接合時ヘッド高さ良否判定部とを備えたことを特徴とする。
In an eighth invention according to any one of the first to seventh inventions,
A head height detecting unit for detecting the head height when the joining is completed;
A head height tolerance registration section for registering the head height tolerance when the joining is completed;
A joining head height quality determination unit for judging whether or not the head height at the time of completion of joining is within an allowable range is provided.
第9の発明は、第8の発明において、
接合時ヘッド高さ良否判定部で不良判定された基板を排出する不良基板排出部を備えたことを特徴とする。
In a ninth aspect based on the eighth aspect,
A defective substrate discharge unit is provided that discharges a substrate determined to be defective by the head height quality determination unit during bonding.
第10の発明は、第1〜9の発明のいずれかにおいて、
接合が未完了の仮接合状態基板を保持する第2基板保持部と、
前記仮接合状態基板と複数のデバイスチップに対して外力を付与する第2ヘッド部と、
前記仮接合状態基板と各デバイスチップとの間にある固化途中状態の接合用ペーストを再加熱する第2ヒータ部とを備えたことを特徴とする。
According to a tenth invention, in any one of the first to ninth inventions,
A second substrate holding unit for holding a temporarily bonded substrate that has not been bonded;
A second head portion for applying an external force to the temporary bonded state substrate and the plurality of device chips;
And a second heater section that reheats the bonding paste in a solidified state between the temporary bonded substrate and each device chip.
第11の発明は、第1〜10の発明のいずれかにおいて、
デバイスチップが接合された基板を冷却する基板冷却部を備えたことを特徴とする。
An eleventh aspect of the invention is any one of the first to tenth aspects of the invention,
A substrate cooling unit for cooling the substrate to which the device chip is bonded is provided.
基板モジュールを構成する基板上に接合させるデバイスチップの数が増えても、複数のデバイスチップを基板上の所定位置に同時に接合でき、サイクルタイムが短縮できる。さらに、複数チップを接合する際に、複数のデバイスチップと電極パッドとの接合不良を防ぐことができる。そのため、効率よく良品を生産することができる。 Even if the number of device chips to be bonded on the substrate constituting the substrate module increases, a plurality of device chips can be bonded simultaneously to predetermined positions on the substrate, and the cycle time can be shortened. Furthermore, when joining a some chip | tip, the joining defect of a some device chip | tip and an electrode pad can be prevented. Therefore, good products can be produced efficiently.
本発明を実施するための形態について、図を用いながら説明する。なお、説明を簡単に行うため、接合対象となる接合対象基板W(以下、単に基板Wという)には、その表面に4つの電極パッドP1〜P4が形成されており、その上に各々デバイスチップC1〜C4を接合する形態を例示する。なお、基板Wは、説明の便宜上、ボンディング工程内の状態に応じて、接合用ペーストが塗布される前の基板W1、接合用ペーストが塗布された後の基板W2、チップデバイスが接合された基板W3と呼ぶことがある。また、矢印V1,V2,V4,V6,V7は、基板W(W1〜W3)の流れを示すものである。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. For simplicity of description, a bonding target substrate W (hereinafter simply referred to as a substrate W) to be bonded has four electrode pads P1 to P4 formed on the surface thereof, and device chips are formed thereon. The form which joins C1-C4 is illustrated. For convenience of explanation, the substrate W includes a substrate W1 before the bonding paste is applied, a substrate W2 after the bonding paste is applied, and a substrate to which the chip device is bonded, depending on the state in the bonding process. Sometimes referred to as W3. Arrows V1, V2, V4, V6, and V7 indicate the flow of the substrate W (W1 to W3).
また各図においては、直交座標系の3軸をX、Y、Zとし、XY平面を水平面、Z方向を鉛直方向とする。特に、X方向は、矢印の方向を右側、その逆方向を左側と表現し、Y方向は、矢印の方向を奥側、その逆方向を手前側と表現し、Z方向は矢印の方向(重力上方)を上側、その逆方向を下側と表現する。さらに、Z方向を中心軸とした回転方向をθ方向とする。 In each figure, the three axes of the orthogonal coordinate system are X, Y, and Z, the XY plane is the horizontal plane, and the Z direction is the vertical direction. In particular, the X direction represents the arrow direction on the right side and the opposite direction to the left side, the Y direction represents the arrow direction on the back side, and the opposite direction on the near side, and the Z direction represents the arrow direction (gravity). The upper direction is expressed as the upper side and the opposite direction is expressed as the lower side. Further, the rotation direction with the Z direction as the central axis is defined as the θ direction.
図1は、本発明を具現化する形態の一例の全体を示す平面図である。また、図2は、本発明を具現化する形態の一例を示すシステム構成図である。
本発明に係る自動ボンディング装置1は、基板供給部WSと、ペースト塗布部PPと、ボンディング部BDと、チップ供給部CSと、基板排出部WEとを備えて構成されている。
FIG. 1 is a plan view showing the entirety of an example embodying the present invention. FIG. 2 is a system configuration diagram showing an example of a form embodying the present invention.
The
さらに、自動ボンディング装置1には、統括制御部MCが備えられいる。統括制御部MCは、基板供給部WS,ペースト塗布部PP,ボンディング部BD,チップ供給部CS,基板排出部WEを、統括的に制御するものである。具体的には、統括制御部MCは、制御用コントローラとその実行プログラムを含んで構成されている。より具体的には、制御用コントローラは、パソコンやプログラマブルコントローラと、上述の各部とデータや制御信号の入出力を行う機器などを含んで構成されており、基板供給部WS,ペースト塗布部PP,ボンディング部BD,チップ供給部CS,基板排出部WEの各機器に対して制御信号やデータのやりとりをし、各部を個別に或いは各部を連携させながら統括的に制御するように構成されている。
Further, the
基板供給部WSは、複数のデバイスチップC1〜C4の接合対象となる基板(つまり、接合用ペーストが塗布される前の基板W1)を供給するものである。具体的には、基板供給部WSは、隣接する上流工程の外部装置AN1から搬送された基板W1を自動ボンディング装置1へ供給するための、移載ロボットWS1を備えて構成されている。移載ロボットWS1には、基板W1を搬送するための移載ハンドWS2と、移載ハンドWS2を水平方向に移動させるための多関節アームWS3と、多関節アームWS3の向きや高さを変更する回転昇降機構WS4が備えられている。移載ロボットWS1には、多関節アームWS3や回転昇降機構WS4の移動若しくは回転を制御する制御部WS5が接続されており、制御部WS5からの制御指令に基づいて、基板W1の移載を行うことができる構成をしている。そして、制御部WS5は、統括制御部MCと接続されており、統括制御部MCからの制御指令に基づいて制御される。なお、基板供給部WSは、この様な多関節アームWS3を備えた構成の移載ロボットWS1に限らず、1軸スライダーを備えて構成しても良い。
The substrate supply unit WS supplies a substrate to be bonded to the plurality of device chips C1 to C4 (that is, the substrate W1 before the bonding paste is applied). Specifically, the substrate supply unit WS includes a transfer robot WS1 for supplying the
このような構成をしているため、基板供給部WSは、外部装置AN1のベルトコンベアなどで搬送されてきた基板Wを、移載ハンドWS2により下面側から上方に向けて持ち上げて保持し、破線で示す基板受取位置PO1で待機させておいた基板保持部2に移載することができる。
Due to such a configuration, the substrate supply unit WS lifts and holds the substrate W transported by the belt conveyor of the external apparatus AN1 from the lower surface side upward by the transfer hand WS2, and the broken line Can be transferred to the
なお、基板搬送部WSは、図示したような外部装置AN1から基板W1を受け取る形態に限らず、基板W1を複数枚収容したカセットから取り出す形態であっても良い。また、基板搬送部WSの移載ハンドWS2は、上述の様な基板W1の下面側から上方に向けて持ち上げて保持する形態に限らず、基板W1の上面を真空吸着する形態や、基板W1の側面を狭持する形態など、基板W1を上下・水平方向に移載できる形態であれば良い。 The substrate transport unit WS is not limited to the configuration in which the substrate W1 is received from the external device AN1 as illustrated, but may be in a configuration in which a plurality of substrates W1 are taken out from a cassette. Further, the transfer hand WS2 of the substrate transport unit WS is not limited to a form in which the transfer hand WS2 is lifted and held upward from the lower surface side of the substrate W1 as described above, or a form in which the upper surface of the substrate W1 is vacuum-sucked, Any configuration that can transfer the substrate W1 in the vertical and horizontal directions, such as a configuration in which the side surface is held, may be used.
ペースト塗布部PPは、基板Wの電極パッドP1〜P4の上に接合用ペーストCPを塗布するものである。具体的には、ペースト塗布部PPは、基板Wの上面の所定位置に接合用ペーストCPをスクリーン印刷するためのスキージPP1とブレードPP2と、スキージPP1の上面側に接合用ペーストPPを供給するペースト供給部PP4と、ブレードPP2を矢印V3の方向やその逆方向に所定の速度で移動させ所定の位置で静止させるブレード移動機構PP5を含んで構成されている。また、ペースト塗布部PPは、基板W1を基板受取位置から後述するボンディング位置へ移動させる経路の途中であって、基板保持部2のやや上方に配置されている。
The paste application part PP applies the bonding paste CP onto the electrode pads P1 to P4 of the substrate W. Specifically, the paste application part PP is a paste for supplying the bonding paste PP to the upper surface side of the squeegee PP1 and the squeegee PP1 and the blade PP2 for screen-printing the bonding paste CP at a predetermined position on the upper surface of the substrate W. It is configured to include a supply unit PP4 and a blade moving mechanism PP5 that moves the blade PP2 at a predetermined speed in the direction of the arrow V3 or in the opposite direction to stop at a predetermined position. The paste application part PP is arranged in the middle of the path for moving the substrate W1 from the substrate receiving position to the bonding position described later, and slightly above the
スキージPP1には、基板Wの電極パッドP1〜P4の相対的な位置及び間隔に対応した開口部PP3が設けられている。この開口部PP3は、接合用ペーストCPが通過できるように、メッシュと呼ばれる小さな孔部が多数設けられている。そしてペースト塗布部PPは、基板保持部2の上に載置された基板W1の上面とスキージPP1の下面とが僅かな隙間を保ちつつ対向している状態で、スキージPP1の上面側に接合用ペーストCPを供給しておき、スキージPP1の上面側から基板W1側に向けてブレードPP2を押さえ付けながら矢印V3に示す方向に移動させる。なお、スキージPP1の上面側に供給する接合用ペーストCPの量や、ブレードPP2の移動速度は、接合用ペーストCPが所定の厚みで塗布が出来るように予め規定値を設定しておき、この規定値に基づいて制御するように、接合用ペースト供給部とブレード移動機構を構成しておく。また、ペースト供給部PP4とブレード移動機構PP5は、統括制御部MCと接続されており、統括制御部MCからの制御指令に基づいて制御される。
The squeegee PP1 is provided with openings PP3 corresponding to the relative positions and intervals of the electrode pads P1 to P4 of the substrate W. The opening PP3 is provided with many small holes called meshes so that the bonding paste CP can pass therethrough. The paste application part PP is used for bonding to the upper surface side of the squeegee PP1 with the upper surface of the substrate W1 placed on the
このような構成をしているため、ペースト塗布部PPは、基板表面に設けられた電極パッドP1〜P4上に、所定の厚みで接合用ペーストCPを塗布することができる。 With such a configuration, the paste application part PP can apply the bonding paste CP with a predetermined thickness on the electrode pads P1 to P4 provided on the substrate surface.
なお、ペースト塗布部PPは、基板W1の上面とスキージPP1の下面とが僅かな隙間が保たれた状態で対向している構成を示したが、この様な形態に限定されず、ペースト塗布部PP自体が上下方向に移動する構成としても良く、適宜クリアランスを確保したり、場合によっては基板WとスキージPP1とを密着できる構成としても良い。 In addition, although the paste application part PP showed the structure which the upper surface of the board | substrate W1 and the lower surface of the squeegee PP1 faced in the state where the slight clearance gap was maintained, it is not limited to such a form, Paste application part The PP itself may be configured to move in the vertical direction, or may be configured such that a clearance is appropriately secured, or in some cases, the substrate W and the squeegee PP1 can be in close contact.
またペースト塗布部PPは、上述した様なスクリーン印刷の形態に限らず、接合用ペーストCPの粘度に応じて、ディスペンサ方式、インクジェット方式若しくはスプレー方式などによる塗布方式を採用することも可能である。 The paste application part PP is not limited to the screen printing form as described above, and it is also possible to adopt an application method such as a dispenser method, an ink jet method, or a spray method according to the viscosity of the bonding paste CP.
チップ供給部CSは、基板表面に設けられた電極パッドP1〜P4の位置・間隔に対応させた状態で、これら電極パッドP1〜P4の上にボンディングする複数のデバイスチップC1〜C4を供給するものである。具体的には、チップ供給部CSは、チップトレイホルダーTHと、チップマウンターCMと、チップスライダーSLと、チップ供給台71とを備えて構成されている。
The chip supply unit CS supplies a plurality of device chips C1 to C4 to be bonded on the electrode pads P1 to P4 in a state corresponding to the positions and intervals of the electrode pads P1 to P4 provided on the substrate surface. It is. Specifically, the chip supply unit CS includes a chip tray holder TH, a chip mounter CM, a chip slider SL, and a
ここでは、基板WにボンディングするためのデバイスチップCが、チップトレイTと呼ばれる容器に収容された状態で運搬・搬送される形態を例示して説明する。チップトレイTは、デバイスチップの外形寸法よりもやや大きめの凹み部を有し、複数の凹み部がマトリクス状に配列されたトレイ状の容器である。 Here, a mode in which the device chip C for bonding to the substrate W is transported and transported in a state of being accommodated in a container called a chip tray T will be described as an example. The chip tray T is a tray-shaped container having a recessed portion that is slightly larger than the outer dimensions of the device chip, and a plurality of recessed portions arranged in a matrix.
チップトレイホルダーTHは、チップトレイTを水平状態に維持しつつ、所定の位置で固定するためのものである。具体的には、チップトレイホルダーTHは、図に示すように、チップトレイTの2つの対向する角部に沿うようなL字形状の固定金具(いわゆる、ブラケット)を配置して構成することができる。なお、チップトレイホルダTHは、チップ供給部CSのベース部材CS1の上に取り付けられている。 The chip tray holder TH is for fixing the chip tray T at a predetermined position while maintaining the chip tray T in a horizontal state. Specifically, as shown in the figure, the chip tray holder TH is configured by arranging L-shaped fixing brackets (so-called brackets) along two opposing corners of the chip tray T. it can. Note that the chip tray holder TH is mounted on the base member CS1 of the chip supply unit CS.
チップマウンターCMは、チップトレイTに収納されているデバイスチップCを1つずつ取り出し、チップ供給台71の上に予め規定した位置に移載するためのものである。具体的には、チップマウンターCMは、チップ供給部CSのベース部材CS1の上に取り付けられた、3軸直交ロボットモジュールを用いて構成することができる。3軸直交ロボットモジュールは、Y方向に伸びる一対のレールCM1と、レールCM1上を所定の速度で移動し所定の位置で静止するスライダーCM2と、スライダーCM2に取り付けられた連結部材CM3と、連結部材CM3上に取り付けられたZ方向に伸びる一対のレールCM4と、レールCM4上を所定の速度で移動し所定の位置で静止するスライダーCM5と、スライダーCM5に取り付けられた連結部材CM6と、連結部材CM6上に取り付けられたX方向に伸びる一対のレールCM7と、レールCM7上を所定の速度で移動し所定の位置で静止するスライダーCM8とを含んで構成されている。スライダーCM8には、連結部材CM9が取り付けられており、連結部材CM9には、アライメントカメラCM10と回転機構CM11が取り付けられている。さらに回転機構CM11には、ピックアップユニットCM12が取り付けられている。
The chip mounter CM is for taking out the device chips C stored in the chip tray T one by one and transferring them to a predetermined position on the
ピックアップユニットCM12は、デバイスチップCをピックアップするものである。具体的には、ピックアップユニットCM12は、デバイスチップCの上面を吸引し保持することができる吸引保持部と、吸引保持部を上下方向に移動させる移動機構が備えられている。そして、回転機構CM11は、デバイスチップを保持し水平に保った状態で、符号CM13にて示す「+」の交点を通る上下方向の軸を回転中心として、θ方向に所定の角度だけ回転させ、その角度で静止させることができる。 The pickup unit CM12 picks up the device chip C. Specifically, the pickup unit CM12 includes a suction holding unit that can suck and hold the upper surface of the device chip C, and a moving mechanism that moves the suction holding unit in the vertical direction. Then, the rotation mechanism CM11 rotates the device chip by a predetermined angle in the θ direction with the vertical axis passing through the intersection of “+” indicated by reference numeral CM13 as the rotation center while holding the device chip horizontally. It can be stationary at that angle.
アライメントカメラCM10は、ピックアップするデバイスチップの外形やアライメントマークの位置や向きなどを撮像し、チップトレイ内での向きを検出し、所定の方向にアライメントするためのものである。そして、チップマウンターCMの各スライダーCM2,CM4,CM8や、回転機構CM11等の各機器は、統括制御部MCと接続されており、統括制御部MCからの制御指令に基づいて制御される。 The alignment camera CM10 captures the external shape of the device chip to be picked up, the position and orientation of the alignment mark, etc., detects the orientation in the chip tray, and aligns in a predetermined direction. Each device such as the sliders CM2, CM4, CM8 and the rotation mechanism CM11 of the chip mounter CM is connected to the overall control unit MC, and is controlled based on a control command from the overall control unit MC.
このような構成をしているため、チップマウンターCMは、チップトレイ内で方向が不揃いな状態で収容されているデバイスチップCをピックアップし、適宜アライメント処理を行いながら、チップ載置台71に所定の向き、位置及び間隔で移載することができる。 Because of such a configuration, the chip mounter CM picks up the device chip C accommodated in a state in which the directions are not uniform in the chip tray and performs a predetermined alignment process on the chip mounting table 71 while performing a predetermined alignment process. Transfer can be performed in the direction, position and interval.
チップスライダーSLは、複数のデバイスチップC1〜C4の相対的な位置・間隔を保ったまま、ボンディング部BD側へスライドさせ、ヘッド部3の下方で静止させるものである。具体的には、チップスライダーSLは、チップ供給部CSのベース部材CS1の上に取り付けられたベース材SL1と、ベース材SL1上に取り付けられたY方向に伸びる1対のレールSL2と、レールSL2の上を所定の速度で移動し所定の場所で静止するスライダーSL3とが備えられている。スライダーSL3は、連結部材70を介してチップ供給台71が取り付けられている。そして、スライダーSL3は、統括制御部MCと接続されており、統括制御部MCからの制御指令に基づいて制御される。そのため、チップスライダーSLは、チップ供給台71をヘッド部3側若しくはチップトレイT側に移動させ、所定の位置で静止させることができる。
The chip slider SL is slid to the bonding part BD side with the relative positions and intervals of the plurality of device chips C <b> 1 to C <b> 4 maintained, and is stationary under the
なお、連結部材70は、チップスライダーSLの構成部材やチップ供給台71が、基板保持部2や基板保持部2のスライダーの構成部材と干渉することなく、チップ供給台71をヘッド部3の下方へ移動させることができるように、スライダーSL3からヘッド部3側にオーバーハングさせた形状をしている。
The connecting
チップ供給台71は、複数のデバイスチップC1〜C4を載置するものである。
具体的には、チップ供給台71は、上面を平坦な板材で構成し、上面を水平に配置し、移載したチップC1〜C4が滑り落ちたり位置ずれしたいしない様に、当該上面に滑り止め加工を施したものが例示できる。あるいは、チップ供給台71は、上面が平坦な板材で構成し、当該上面の移載されるチップC1〜C4の外形より内側となる部分に微細な溝部や孔部を設けておき、この溝部や孔部を負圧状態にすることで、移載したチップC1〜C4が滑り落ちたり位置ずれしたりしない様な構成としても良い。
The
Specifically, the
このような構成をしているため、チップ供給部CSは、デバイスチップC1〜C4を、基板W上の電極パッドP1〜P4の位置・間隔に対応させた状態で予めチップ供給台71の上に配置し、矢印V5に示す方向に移動させ、ヘッド部3の下方で待機させておくことができる。そのため、これらデバイスチップC1〜C4は、詳細を後述するヘッド部3を用いて一度にピックアップでき、基板Wの電極パッドP1〜P4上に所定の位置・間隔を保ってボンディングすることができる。
Because of such a configuration, the chip supply unit CS preliminarily places the device chips C1 to C4 on the
ボンディング部BDは、詳細を後述するが、基板保持部2と、ヘッド部3と、ヘッド昇降機構4と、ヘッド加振部5とヒータ部とを備えて構成されている。
As will be described in detail later, the bonding unit BD includes a
基板排出部WEは、ボンディング部BDでデバイスチップC1〜C4が接合された基板W3を、基板保持部2から搬出するものである。具体的には、基板排出部WEは、基板保持部2から基板W3を取り出し、隣接する下流工程の外部装置AN2へ搬出するための、移載ロボットWE1を備えて構成されている。移載ロボットWE1には、基板Wを搬送するための移載ハンドWE2と、移載ハンドWE2を水平方向に移動させるための多関節アームWE3と、多関節アームWE3の向きや高さを変更する回転昇降機構WE4が備えられている。移載ロボットWE1には、多関節アームWE3や回転昇降機構WE4の移動若しくは回転を制御する制御部WE5が接続されており、制御部WE5からの制御指令に基づいて、基板W3の移載を行うことができる構成をしている。そして、制御部WE5は、統括制御部MCと接続されており、統括制御部MCからの制御指令に基づいて制御される。なお、基板排出部WEは、この様な多関節アームWE3を備えた構成の移載ロボットWE1に限らず、1軸スライダーを備えて構成しても良い。
The substrate discharge unit WE carries out the substrate W3 to which the device chips C1 to C4 are bonded at the bonding unit BD from the
このような構成をしているため、基板排出部WEは、デバイスチップが接合された基板W3を、破線で示す基板受渡位置PO2にて、移載ハンドWS2により下面側から上方に向けて持ち上げて保持し、外部装置AN2へ移載することができる。 Due to such a configuration, the substrate discharge unit WE lifts the substrate W3 to which the device chip is bonded upward from the lower surface side by the transfer hand WS2 at the substrate delivery position PO2 indicated by a broken line. It can be held and transferred to the external device AN2.
なお、基板排出部WEは、図示したような外部装置AN2に基板W3を受け渡す形態に限らず、基板W3を複数枚収容可能なカセットへ充填する形態であっても良い。また、基板排出部WEの移載ハンドWE2は、上述の様な基板W3の下面側から上方に向けて持ち上げて保持する形態に限らず、基板W3の上面を真空吸着する形態や、基板W3の側面を狭持する形態など、基板W3を上下・水平方向に移載できる形態であれば良い。 The substrate discharge unit WE is not limited to the form in which the substrate W3 is delivered to the external device AN2 as illustrated, but may be a form in which a cassette that can accommodate a plurality of substrates W3 is filled. Further, the transfer hand WE2 of the substrate discharge unit WE is not limited to the form in which the transfer hand WE2 is lifted and held upward from the lower surface side of the substrate W3 as described above. Any configuration that can transfer the substrate W3 in the vertical and horizontal directions, such as a configuration in which the side surface is held, may be used.
[ボンディング部詳細]
図3Aは、本発明を具現化する形態の一例の一部を示す正面図であり、本発明に係る自動ボンディング装置1のボンディング部BDを示したものである。以下に、ボンディング部BDの具体的な構成について説明する。
[Details of bonding part]
FIG. 3A is a front view showing a part of an example embodying the present invention, and shows a bonding part BD of the
基板保持部2は、デバイスチップの接合対象となる基板Wを保持するものである。具体的には、基板保持部2は、上面が水平な基板載置台20を備えた構成とし、基板載置台20の基板Wが載置される部分には、負圧吸引部や把持部などを適宜配置しておく。さらに、負圧吸引部は、基板載置台20Wの上面に設けられた溝部や孔部と、真空ポンプなどの負圧発生手段と、それらを連通する連通ポートとを備えて構成しておく。また、連通ポートには、三方弁などの切替バルブなどを配置し、溝部や孔部を負圧状態若しくは大気解放状態に切り替えることが出来るようにしておく。
The
さらに、基板保持部2は、ボンディング部BDのベース部材10上にX方向に伸びる一対のレール25を配置し、レール25上をX方向に移動するX軸スライダー26の上に取り付けた、いわゆるX軸スライダー機構を備えて構成しておく。X軸スライダー26は、統括制御部MCと接続されており、統括制御部MCからの制御信号に基づいて、所定の方向に所定の速度で移動し、所定の位置で静止することができる。
Further, the
具体的には、このX軸スライダー駆動機構は、X軸スライダー26を、回転モータとボールねじにより駆動するものや、リニアモータにより駆動するもの、エアシリンダや油圧シリンダーにより駆動するものが例示できる。なお、図1に示す形態の自動ボンディング装置1では、基板受取位置、ペースト塗布部PPの下方、ヘッド部3の下方、基板受渡位置に移動することができる構成をしており、図4では、基板の電極パット上に接合用ペーストCPが塗布された状態の基板W2が基板載置台20に載置されている状態が示されている。
Specifically, the X-axis slider driving mechanism can be exemplified by a mechanism in which the
このような構成をしているため、基板保持部2は、基板Wの載置時や入れ替え時は基板保持力が作用せず、基板Wを載置した後に基板保持力が作用させることができ、基板Wの載置や入れ替えをスムーズにできる一方で、確実に基板Wを保持することができる。
Due to such a configuration, the
ヘッド部3は、基板W上にボンディングする複数のデバイスチップチップC1〜C4を一度に保持するものである。ヘッド部3は、チップ保持部31と、ヒータ部32とを備えて構成されている。
The
チップ保持部31は、複数のデバイスチップチップC1〜C4を保持するものである。チップ保持部31は、デバイスチップC1〜C4をピックアップし、基板Wに接合するまでは保持力を作用させ、接合後にヘッド上昇させる前から次のデバイスチップをピックアップするまでは保持力を作用させない構成としておく。具体的には、チップ保持部31は、その表面であって、ピックアップするデバイスチップC1〜C4の外形より内側部分に、溝や孔を設けておく。そして、これら溝や孔は、外部の真空発生機構(図示せず)と切替バルブ(図示せず)などを介して接続しておき、真空状態と大気解放状態に切り替えできるようにしておく。そうすることで、チップ保持部31は、適宜、デバイスチップC1〜C4を吸着保持し、保持解除することができる。
The
なお、上述の基板保持部2の基板載置台20と、チップ供給部CSのチップ載置台71と、ヘッド部3のチップ保持部31とは、互いに平行となるように予め調整しておく。
The substrate mounting table 20 of the
ヒータ部32は、電極パッドP1〜P4と各デバイスチップC1〜C4とを接合する接合用ペーストCPを加熱するものである。
具体的には、ヒータ部32は、セラミックヒータやシーズヒータなどを用いて構成することができ、統括制御部MCからの電圧や電圧制御により、加熱ON/OFを切り替えたり、加熱温度が設定できるようにしておく。
The
Specifically, the
このような構成をしているため、ヘッド部3に備えられたヒータ部32は、複数のデバイスチップチップC1〜C4を介して接合用ペーストCPを加熱することができる。
Due to such a configuration, the
図4は、本発明を具現化する形態の一例の要部を示す概略図である。
図4には、基板保持部2の基板載置台20と、ヘッド部3のチップ保持部31とヒータ部32と、チップ保持部31の下面で保持されたデバイスチップC1〜C4が示されている。さらに、基板載置台20上には、本発明に係る自動ボンディング装置1で接合対象として扱う基板Wが載置されている。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a main part of an example of a form embodying the present invention.
4 shows the substrate mounting table 20 of the
なお、本発明に係る自動ボンディング装置1で接合対象として扱う基板Wは、その表面に形成された電極パッドP1〜P4上に、接合用ペーストCPが予め適量塗布されている。さらに、この接合用ペーストCPは、接合時の圧力を考慮した上で、例えばスクリーン印刷によって、電極パッドP1〜P4の外形より内側に所定の厚みで(つまり、必要量だけ)塗布される。
Note that the substrate W to be treated as a bonding target in the
ヘッド昇降機構4は、基板保持部2及びチップ供給部CSに対してヘッド部3を上下方向に昇降移動させるものである。ヘッド部3は、ヘッド昇降機構4の可動側部材であるZ軸スライダー43に取り付けられている。
The
図3Bは、本発明を具現化する形態の一例の全体を示す概略図である。
図3Aは、ヘッド昇降機構4のZ軸スライダー43とヘッド部3が上昇した状態を示しており、図3Bは、Z軸スライダー43とヘッド部3が下降した状態を示している。
FIG. 3B is a schematic diagram showing an entire example of a form embodying the present invention.
3A shows a state in which the Z-
具体的には、ヘッド昇降機構4は、ベースプレート41と、ベースプレート41上に配置したZ方向に伸びる一対のレール42と、レール42上をZ方向に移動するZ軸スライダー46を備えておく。そして、Z軸スライダー43には、ボールねじ44を介して回転モータ45が取り付けられている。回転モータ45は、統括制御部MCからの制御信号に基づいて、所定の方向に所定の回転速度で回転し、所定の角度で静止することができる。そのため、統括制御部MCからの信号制御に基づいて、Z軸スライダー43を所定の方向に、所定の速度で移動させ、所定の場所で静止させることができる。さらに具体的には、回転モータ45の回転をメカニカルに制止させる、ブレーキ機構(図示せず)を備えた構成としても良い。また、ヘッド部3は、適宜連結部材33,34,35を介して、Z軸スライダー43に取り付けられている。そのため、ヘッド部3は、統括制御部MCからの制御信号に基づいて、上下方向に昇降移動でき、所定の位置で静止することができる。
Specifically, the
また、ヘッド昇降機構4は、上述のような回転モータを用いた形態に限らず、エアシリンダや油圧シリンダーを用いて、Z軸スライダー43を上下方向に昇降移動させる構成としても良い。
Further, the
なお、ヘッド昇降機構4は、ヘッド部3を水平方向に移動する必要がなければ、ベースプレート41や連結部材11を介して装置フレーム10に固定状態で取り付けても良い。この場合、上述のチップ供給部CSには、基板保持部2と物理的に干渉しない状態を維持しつつ、チップ載置台71をヘッド部3の下方まで移動させ、その状態で待機させる機構を備えた構成としておく。
The
一方、ヘッド昇降機構4は、X方向に移動させる必要があれば、図1,3に示すような、X方向に移動可能な構成としておくことが好ましい。この場合、連結部材11上に、X方向に伸びる一対のレール15を配置し、レール15上をX方向に移動するX軸スライダー16を備え、X軸スライダー16にベースプレート41を取り付けておく。そして、統括制御部MCからの制御信号に基づいて、X軸スライダー16を所定の速度で移動させ、所定の場所で制止させる、X軸スライダー駆動機構を備えておく。
On the other hand, the
具体的には、X軸スライダー駆動機構は、X軸スライダー16を、回転モータとボールねじにより駆動するものや、リニアモータにより駆動するもの、エアシリンダや油圧シリンダーにより駆動するものが例示できる。そうすれば、ヘッド部3によりデバイスチップC1〜C4をピックアップする場所と、チップデバイスC1〜C4を基板Wに接合する場所を、個別に設定することができる。
Specifically, examples of the X-axis slider drive mechanism include those that drive the
ヘッド加振部5は、ヘッド部3を上下方向に加振するものである。具体的には、ヘッド加振部5は、高周波振動発生器51などが例示でき、連結部材33,34を介してヘッド部3が取り付けられている連結部材35に取り付けておく。高周波振動発生器51は、統括制御部MCからの制御信号に基づいて、所定の振幅・周波数で、適宜振動する。更に具体的には、高周波振動発生器51は、その内部に回転モータを備え、その回転モータに取り付けられた偏心おもりが回転することで、矢印52に示す方向に振動が発生するものが例示できる。或いは、高周波振動発生器51は、所定の重量を有する振動子が往復動することで、矢印52に示す方向に振動が発生するものでも良い。
The
なお、デバイスチップのボンディングに用いられる接合用ペーストCPは、高粘度のため、単なる加圧だけでは均一に押し広げることが難しい。つまり、接合用ペーストCPが塗布されている領域の中央部と周辺部とでは、接合用ペーストCPの厚みを均一に保ったままで薄く押し広げることが難しい。そのため、接合前のデバイスチップC1〜C4を電極パッドP1〜P4上に塗布された接合用ペーストCPと接触させた後、加振することにより、加振を加えない場合よりもさらに、接合用ペーストCPを均一に薄く押し広げつつ、デバイスチップC1〜C4と電極パッドP1〜P4との間隔を近づけることができる。そのため、本発明に係る自動ボンディング装置1は、特に高粘度の接合用ペーストCPが塗布された基板Wに対して複数のデバイスチップを接合するのに好適な形態と言える。
Note that the bonding paste CP used for bonding the device chip has a high viscosity, so that it is difficult to spread the paste uniformly by simple pressing. That is, it is difficult to spread the bonding paste CP thinly while keeping the thickness of the bonding paste CP uniform at the central portion and the peripheral portion of the region where the bonding paste CP is applied. Therefore, after bonding the device chips C1 to C4 before bonding with the bonding paste CP applied on the electrode pads P1 to P4, the bonding paste is further applied by applying vibration to the bonding paste CP. The distance between the device chips C1 to C4 and the electrode pads P1 to P4 can be reduced while pushing the CP uniformly and thinly. Therefore, it can be said that the
図5は、本発明を具現化する形態の一例の要部を示す断面図であり、基板保持部2の基板載置台20と、その内部に組み込まれた、基板昇降機構28と、基板載置位置検出部24が示されている。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a main part of an example embodying the present invention. The substrate mounting table 20 of the
基板載置台20は、基板Wを支える支持部材のうち、接合される前記複数のデバイスチップの少なくとも外周部及びその外側に対応する部分が、透明体で構成されている。 In the substrate mounting table 20, among the supporting members that support the substrate W, at least the outer peripheral portions of the plurality of device chips to be bonded and the portions corresponding to the outer sides thereof are made of a transparent body.
具体的には、基板載置台20は、支持部材21と、フレーム部材22と、吸着部23を含んで構成されている。支持部材21は、基板Wと触れ合って基板Wを直接支持するものである。支持部材21は、保護板21a、ヒータ部21b、補強板21c、断熱部21gとで構成されている。
Specifically, the substrate mounting table 20 includes a
保護板は21aは、基板Wと直接触れ合い、ヒータ部21bで発熱した熱エネルギーを基板Wへ伝えるものである。また、ヒータ部21bと基板Wとを電気的に絶縁するものである。ヒータ部21bは、基板Wを加熱するためのものである。補強板21cは、支持部材21の強度を確保しつつ、ヒータ部21bで発熱した熱エネルギーがフレーム部材22へ逃げるのを防ぐためのものである。断熱部21gは、ヒータ部21bで発熱した熱エネルギーがフレーム部材22へ逃げるのを防ぐためのものである。
The
より具体的には、保護板21a、補強板21cは、ガラス板で構成されている。ヒータ部21bは、ガラス板と、その表面に形成されたITOやIZOなどの透明電極で構成されている。ヒータ部21bは、この透明電極に電流・電圧を印可することで、透明電極の内部抵抗により発熱する。そして、この透明電極に印可する電圧や電圧は、ヒータ部21bに接続されたヒータ制御部21kにより制御され、ヒータ部21bに対する加熱ON/OFを切り替えたり、加熱温度が設定できるようにしておく。なお、ヒータ制御部21kは、統括制御部MCからの制御信号に基づいて制御される。
More specifically, the
断熱部21gは、シリカやアルミナなどの耐熱性と断熱性を兼ね備えた材料で構成し、所定の幅と厚みで、ヒーター部21bの外縁部とフレーム部材22との間に配置されている。そのため、ヒーター部21bの外縁部は、フレーム部材22に直接触れない。
The
このような構成をしているため、ヒータ部21bは、保護板21a、基板W、複数の電極パッドP1〜P4を介して接合用ペーストCPを加熱することができる。なお、支持部材21は、ヒータ部を組み込まない場合には、単層のガラス板で構成しても良い。
Due to such a configuration, the
フレーム部材22は、支持部材21を支持するものである。
フレーム部材21bは、上面に開口部を設けた箱体や額縁状の筐体で構成されている。
ヘッド部3が下降し、基板WにデバイスチップC1〜C4を加圧する際に、基板Wが載置された支持部材21全体を下面側から支えるものである。
The
The
When the
吸着部23は、基板Wを吸着するための連通ポートである。
具体的には、吸着部23は、載置される基板Wの外周部より内側の部分に、支持部材21やフレーム部材22を貫通し、外部のへ連通する構成をしている。より具体的には、吸着部23は、外部の真空発生機構(図示せず)と切替バルブ(図示せず)などを介して接続し、真空状態と大気解放状態に切り替えできるようにしておく。さらに、保護板21aには、所定パターンの溝などを設けておき、基板Wを効率よく吸着ON/OFFできる構造としても良い。
The
Specifically, the adsorbing
尚、支持部材21を構成する各部材には、後述するリフトピン28aが通過し往復動作できる程度の位置及び大きさの開口部21hが設けられている。
Each member constituting the
基板載置位置検出部24は、基板W1が基板保持部2のどこに載置されたかを検出するものものである。具体的には、基板載置位置検出部24は、CCDやCMOSを撮像素子とするエリアセンサーカメラ24Cと、撮像用レンズ24Lとを組み合わせて構成されている。そして、基板W1の外辺や角部、或いは基板W1に付加されたアライメントマークの位置を観察して検出できるように構成されている。そのため、移載ロボットWS1を用いて基板W1を移載し、基板保持部2で吸着保持されるまで、基板W1の正確な位置が不確かであっても、基板W1が基板保持部2の支持部材21上のどこに載置されているか、正確に位置を検出をすることができる。
The substrate placement position detection unit 24 detects where the substrate W1 is placed on the
なお、基板載置位置検出部24は、基板保持部2に組み込まれた形態に限らず、エリアセンサーカメラ24Cを基板受取位置PO1の上方に配置し、撮像用レンズ24Lを下向きにして、基板W1の上面を見下ろす形態であっても良い。この場合、基板W1が基板保持部2に載置され保持された後の状態で、基板W1の外形若しくは基板W1に付加されたアライメントマークを一度に若しくは複数回に分けて観察し位置検出する構成としておく。
The substrate placement position detection unit 24 is not limited to the form incorporated in the
また、基板観察部24は、上述のエリアセンサーカメラ24Cと撮像用レンズ24Lを用いた形態に限らず、レーザ変位計などの基板W1の外辺や角部の位置が検出できるものを用いた構成であっても良い。 Further, the substrate observation unit 24 is not limited to the form using the area sensor camera 24C and the imaging lens 24L described above, and a configuration using a device capable of detecting the position of the outer side or corner of the substrate W1, such as a laser displacement meter. It may be.
基板載置位置検出部24で検出された基板W1の位置情報は、予め設定された基準位置とのずれ量の演算(いわゆる、アライメント演算)が行われ、基板W1上に塗布する接合用ペーストCPの塗布位置や、接合されるデバイスチップの接合位置にフィードバックされる。 The position information of the substrate W1 detected by the substrate mounting position detection unit 24 is calculated as a deviation amount from a preset reference position (so-called alignment calculation), and the bonding paste CP applied on the substrate W1. Is fed back to the application position and the bonding position of the device chip to be bonded.
基板昇降機構28は、基板供給部WSから基板W1の受取りをスムーズに行うためのものである。具体的には、基板昇降機構28は、リフトピン28aと、連結部材28bと、昇降ユニット28cを備えている。
リフトピン28aは、基板W1を支えるものである。
連結部材28bは、リフトピン28aと昇降ユニット28cの可動部28dとを連結するものである。
昇降ユニット28cは、リフトピン28aと連結部材28bが取り付けられた可動部28dを上下(z方向)に移動させるものであり、フレーム部材22に取り付けられている。
The
The lift pins 28a support the substrate W1.
The connecting
The elevating
図5では、リフトピン28a,連結部材28b,可動部28dが下降端にある状態を実線で示しており、上昇端にある状態を破線で示している。
In FIG. 5, the state where the
この様な構成をしているため、基板昇降機構28は、可動部28dを上昇端に移動させて基板W1を受け取り、可動部28dを下降端に移動させて基板W1を支持部材21上に載置することができる。
Due to such a configuration, the
なお、上述の支持部材21に用いられる材料は、ガラス板に限られず、基板載置位置検出部24の位置検出用の光の波長が透過する材質であれば良い。つまり、観察光が可視光線であれば、アクリル樹脂、PET樹脂、ポリカーボネート樹脂などの狭義の透明体を選定することができる。一方、観察光が近赤外線などであれば、近赤外線が通過するセラミック材料など、広義の透明体を選定することができる。
The material used for the
ボンディング動作及びペースト状態の検査に関する一連の動作は、以下の通りである。
図6は、本発明を具現化する形態の一例におけるタイムチャートであり、自動ボンディング装置1を構成する各部の一連の動作を時系列的に示したものである。
A series of operations relating to the bonding operation and paste state inspection are as follows.
FIG. 6 is a time chart in an example of an embodiment embodying the present invention, and shows a series of operations of each part constituting the
基板供給部WSは、予め上流工程AN1から基板を受け取っておき、基板受取位置PO1にて、基板保持部2の基板載置台20に基板W1を載置(つまり、基板供給)する。そして、基板載置台20にて基板W1の吸着保持を行い、基板W1の位置アライメントを行い、基板W1をペースト塗布部PPの下方へ移動させ、静止させる。そして、基板W1の所定位置に接合用ペーストCPを塗布する。
The substrate supply unit WS receives the substrate from the upstream process AN1 in advance, and places the substrate W1 on the substrate mounting table 20 of the substrate holding unit 2 (that is, substrate supply) at the substrate receiving position PO1. Then, the
一方、チップ供給部CSでは、トレイTからデバイスチップをピックアップし、アライメントし、チップスライダSL上のチップ載置台71の所定位置に、1つずつデバイスチップC1〜C4を載置する。 On the other hand, in the chip supply unit CS, device chips are picked up from the tray T, aligned, and device chips C1 to C4 are mounted one by one at predetermined positions on the chip mounting table 71 on the chip slider SL.
チップ載置台71へのデバイスチップC1〜C4の載置が完了すれば、スライダーSL3をヘッド部3側に移動し、ヘッド部3を下降させ、ヘッド部3でデバイスチップC1〜C4を吸着保持する。その後、ヘッド部3を上昇させ、スライダーSL3をトレイ側に移動する。その後、接合用ペーストが塗布された基板W2をヘッド部3の下方へ移動させ、静止させ、ヘッド部3を下降する。そして、ヘッド部3で保持したデバイスチップC1〜C4と基板W2の接合ペーストCPとを接触させ、ヒータ部で加熱を行いながら、ヘッド加振部5を作動させながら、ヘッド部3はデバイスチップC1〜C4を基板W2側へ押し付ける。そして、所定時間この状態が維持され、デバイスチップC1〜C4が基板Wに接合される。デバイスチップの接合が済めば、ヘッド部3はチップの吸着を解除し、ヘッド部3は上昇し、デバイスチップC1〜C4が接合された基板W3と離隔した状態となる。そして、基板載置台20を基板受渡位置PO2へ移動させ、基板排出部WEで基板W3を基板載置台20から取り出し、基板W3を下流工程AN2へ排出する。基板載置台20は、再び基板受取位置PO1へ移動し、上述と同様に、次の基板W1が載置され、接合用ペースト塗布以降の一連の動作が繰り返される。
When the placement of the device chips C1 to C4 on the chip mounting table 71 is completed, the slider SL3 is moved to the
一方、チップ供給部CSは、次のデバイスチップC1をピックアップし、アライメントし、スライダーSL3がトレイ側に移動し、静止したら、上述と同様に、次のデバイスチップC1をチップ載置台71の所定位置に載置し、続いて他のデバイスチップC2〜C4を載置する、一連の動作が繰り返される。 On the other hand, the chip supply unit CS picks up and aligns the next device chip C1, and when the slider SL3 moves to the tray side and stops, the next device chip C1 is placed at a predetermined position on the chip mounting table 71 as described above. A series of operations of placing the other device chips C2 to C4 on is subsequently repeated.
なお、ヘッド部3を下降させ、静止させるときは、基板Wの電極パッドP1〜P4上に塗布された接合用ペーストCPの上にデバイスチップC1〜C4が接触したかどうかを判断する。この接触判断は、回転モータの電流値が上昇したり、Z軸スライダーの位置や位置変化量の減少に基づいて判断したり、基板保持部2やヘッド部3に予め組み込んでおいた圧力センサの信号出力に基づいて判断したりすることが可能である。或いは、ヘッド部3の下方に、デバイスチップC1〜C4の下面と接合ペーストCPの上面との隙間を検出するセンサを配置し、当該隙間が無くなたことを検出する構成としても良い。そして、基板Wの電極パッドP1〜P4上に塗布された接合用ペーストCPの上にデバイスチップC1〜C4が接触したと判断されれば、ヘッド加振部5を作動させて接合用ペーストCPを均一に薄く押し広げる。なお、ヘッド加振部5の作動と、ヒータ部の作動タイミングは、接合対象に合わせて、適宜ON/OFFするタイミングを設定しておく。
When the
尚、本発明にかかる自動ボンディング装置1のサイクルタイムは、以下の様に表すことができる。つまり、チップスライダがトレイ側にある状態からヘッド側に移動し再度トレイ側に戻るまでの時間Te1、チップ載置台71にデバイスチップC1を移載開始してからデバイスチップC4を移載完了するまでの時間Te2とすると、これらの時間Te1,Te2の合計時間Teが、サイクルタイムとなる。
The cycle time of the
また、チップ載置台71がトレイ側に移動し、基板載置台20がヘッド部に向けて移動開始してから接合動作をし、基板排出し、次の基板を受け取り、当該基板にペーストを塗布し、ヘッド部3へ移動開始可能となるまでの時間Te3も、サイクルタイムとなる。
そして、上記時間Teは載置するデバイスチップの数により増減し,上記時間Te3はボンディング部BDにおける接合条件や基板載置台20の移動距離や移動速度により増減するため、自動ボンディング装置1全体のサイクルタイムとしては、上記時間Te,Te3のいずれか遅い方となる。しかし、接合するデバイスチップの数が増えても、デバイスチップをチップスライダ上に並べる動作と、複数のチップを同時に接合させる動作とを、並行させて行うことができるため、従来方式に比べて、接合に要するサイクルタイムを短縮することができる。
Further, the chip mounting table 71 moves to the tray side, the substrate mounting table 20 starts moving toward the head portion, and then the bonding operation is performed, the substrate is discharged, the next substrate is received, and the paste is applied to the substrate. The time Te3 until the movement to the
The time Te is increased / decreased depending on the number of device chips to be mounted, and the time Te3 is increased / decreased depending on the bonding condition in the bonding part BD, the moving distance and the moving speed of the substrate mounting table 20, and therefore the cycle of the entire
さらに、基板Wの表面にうねりなどがあり、各電極パッドP1〜P4と、その上に接合される各デバイスチップC1〜C4との間隔にバラツキがあったとしても、導電用ペーストCPが均一に塗り広げられた状態で接合が行われる。そのため、複数チップを同時に接合する際に、複数のデバイスチップと電極パッドとの接合不良を防ぐことができる。そのため、効率よく良品を生産することができる。 Furthermore, even if there is a wave on the surface of the substrate W and there are variations in the spacing between the electrode pads P1 to P4 and the device chips C1 to C4 bonded thereon, the conductive paste CP is uniform. Joining is performed in a spread state. Therefore, when bonding a plurality of chips simultaneously, it is possible to prevent a bonding failure between the plurality of device chips and the electrode pads. Therefore, good products can be produced efficiently.
[別の形態]
なお、本発明の適用にあたり、ボンディング部BDは、図3A,3Bを用いて上述したようなヘッド昇降機構4及びヘッド加振部5を備えた構成に限定されず、図7A,7Bに示すようなヘッド昇降機構4a及びヘッド加振部5aを備えた構成のボンディング部BD2としても良い。
[Another form]
In applying the present invention, the bonding portion BD is not limited to the configuration including the
図7A,7Bは、本発明を具現化する形態の別の一例の全体を示す概略図である。
なお、図7Aは、ヘッド部3が上昇した状態を示しており、図7Bは、ヘッド部3が下降した状態を示している。
7A and 7B are schematic views showing the whole of another example of a form embodying the present invention.
7A shows a state in which the
ボンディング部BD2は、上述のボンディング部BDと共通する構成の基板保持部2,ヘッド部3を備えつつ、異なる構成のヘッド昇降部4aを備えて構成されている。
The bonding unit BD2 includes a
ヘッド昇降機構4aは、基板保持部2に対してヘッド部3を上下方向に昇降移動させるものである。ヘッド部3の連結部材36は、球面軸受Sを介して、ヘッド昇降機構4aの可動側部材であるシャフト47に取り付けられている。
The
具体的には、ヘッド昇降機構4aは、ベースプレート41に取り付けられた直動シリンダーユニット40aにより構成されている。直動シリンダーユニット40aは、筐体46と、シャフト47と、シャフト47を出し入れするための加圧流体供給ポート46a,46bを備えて構成されている。筐体46は、その内部が密閉された中空になっており、加圧流体供給ポート46a,46bに供給される流体の圧力差により、シャフト47に接続された弁板48が、筐体46内で往復動作するように構成されている。
Specifically, the
より具体的には、直動シリンダーユニット40aの加圧流体供給ポート46a側の圧力f1aが、加圧流体供給ポート46b側の圧力f1bよりも小さくなる(例えば、加圧流体供給ポート46a側を大気解放し、加圧流体供給ポート46b側に圧縮エアを供給する)状態にすれば、図7Aに示すように、シャフト47とヘッド部3が上昇した状態となる。
More specifically, the pressure f1a on the pressurized
逆に、直動シリンダーユニット40aの加圧流体供給ポート46a側の圧力f1aが、加圧流体供給ポート46b側の圧力f1bよりも大きくなる(例えば、加圧流体供給ポート46a側に圧縮エアを供給し、加圧流体供給ポート46b側を大気解放する)状態にすれば、図7Bに示すように、シャフト47とヘッド部3が基板保持部2側に下降した状態となる。
Conversely, the pressure f1a on the pressurized
また、ベースプレート41には、昇降ガイド部49が備えられており、ヘッド部3の上下動作をスムーズにし、水平方向にぶれが生じないようにしている。昇降ガイド部49は、シャフト49sとリニアブッシュ49bを含んで構成されている。
In addition, the
ヘッド加振部5aは、ヘッド部3を基板保持部2側に下降させた状態で、ヘッド昇降機構4aの昇降動作を繰り返すことにより、ヘッド部3を上下方向に加振するものである。具体的には、ヘッド加振部5aは、ヘッド昇降機構4aの直動シリンダーユニット40aの往復動作を高速で切り替えることにより具現化できる。
The head vibration unit 5a is configured to vibrate the
この様な構成では、ヘッド部3とヘッド昇降部4aとが、球面軸受Sを介して連結されている点が好ましい。つまり、球面軸受Sではなくナックルジョイントなどを代用した場合、ナックルジョイントの回動部と固定部との間には、回動動作をスムーズにするための隙間が設けられているため、ヘッド加振部4aで発生させた加振力が遮断若しくは減衰してしまい、加振力を効率よくヘッド部3に伝達することができない。しかし、ヘッド部3とヘッド昇降部4aとを、球面軸受Sを介して連結すれば、球面軸受Sには上下方向の隙間が無いため、ヘッド加振部5aで発生させた加振力を効率よくヘッド部3へ伝達させることができる。つまり、球面軸受Sを用いた構成とすれば、迅速に接合用ペーストCPを押し広げることができるため、さらにサイクルタイムが短縮できる。
In such a configuration, it is preferable that the
[別の形態]
さらに、ボンディング部BD2は、ヘッド加圧部6をさらに備えた構成としても良い。
[Another form]
Furthermore, the bonding part BD2 may further include a head pressurizing part 6.
ヘッド加圧部6は、ヘッド部3を基板保持部2側に向けてさらに加圧するものである。
具体的には、ヘッド加圧部6は、図7A,7Bに示すような構成とすることができる。つまり、ヘッド加圧部6は、ヘッド部3に取り付けられた連結部材33を介して、ヘッド部3を上下方向に移動させるための可動側部材であるシャフト49aを、基板保持部2側にさらに押さえつける機構を備えた構成をしている。
The head pressurization unit 6 further pressurizes the
Specifically, the head pressure unit 6 can be configured as shown in FIGS. 7A and 7B. That is, the head pressurizing unit 6 further moves the
より具体的には、ヘッド加圧部6は、直動シリンダーユニット60と、押さえ部材65とを備えて構成されている。直動シリンダーユニット60は、筐体61と、シャフト62と、シャフト62を出し入れするための加圧流体供給ポート61a,61bを備えて構成されている。筐体61は、その内部が密閉された中空になっており、加圧流体供給ポート61a,61bに供給される流体の圧力差により、シャフト62に接続された弁板63が、筐体61内で往復動作するように構成されている。
More specifically, the head pressure unit 6 includes a linear
シャフト62の一端は、押さえ部材65と、ナックルジョイント67を介して取り付けられている。押さえ部材65は、直線型若しくは略L字型(略V字型を含む)の形状をしており、ナックルジョイント66を介して、装置フレーム10の連結部材11に取り付けられている。
One end of the
このような構成をしているため、押さえ部材65は、シャフト62の往復動作に伴い、ナックルジョイント66の軸部を中心として、先端部68が上下方向に回動する構成をしている。
Because of such a configuration, the pressing
より具体的には、直動シリンダーユニット60の加圧流体供給ポート61a側の圧力f2aが、加圧流体供給ポート61b側の圧力f2bよりも大きくなる(例えば、加圧流体供給ポート61a側に圧縮エアを供給し、加圧流体供給ポート61b側を大気解放する)状態にすれば、図7Aに示すように、シャフト62は矢印62vに示す方向に下がり、押さえ部材65の先端部68は、矢印68vに示す方向に上昇した状態となる。この状態では、先端部68がヘッド3に連結されている連結部材36と離れており、ヘッド部3を基板保持部2側に押さえつける押し付け力は作用していない。
More specifically, the pressure f2a on the pressurized
逆に、直動シリンダーユニット60の加圧流体供給ポート61a側の圧力f2aが、加圧流体供給ポート62b側の圧力f2bよりも小さくなる(例えば、加圧流体供給ポート61a側を大気解放し、加圧流体供給ポート46b側に圧縮エアを供給する)状態にすれば、図7Bに示すように、シャフト62は矢印62vに示す方向に上がり、押さえ部材65の先端部68は、矢印68vに示す方向に下降した状態となる。この状態では、先端部68がヘッド3に連結されている連結部材36を押さえ付けており、ヘッド部3を基板保持部2側に押さえつける押し付け力が作用する。
Conversely, the pressure f2a on the pressurized
このような構成をしているため、ヘッド加圧部6を備えたボンディング装置は、ヘッド昇降部の下降動作とヘッド加振部の加振により接合用ペーストCPが押し広げられた後、デバイスチップC1〜C4と電極パッドP1〜P4との間隔を維持することができる。さらには、デバイスチップC1〜C4を基板W側にさらに押し込んで、僅かながら電極パッドP1〜P4との間隔を近づけることができる。そして、この様な加圧部6を用いた構成のボンディング装置は、加圧部を備えない場合と比較して、より迅速にペーストを押し広げることができるため、さらにサイクルタイムを短縮することができる。 Due to such a configuration, the bonding apparatus including the head pressurizing unit 6 has the device chip after the bonding paste CP is pushed and expanded by the head lifting / lowering operation and the head vibrating unit. The distance between C1 to C4 and the electrode pads P1 to P4 can be maintained. Furthermore, the device chips C1 to C4 can be further pushed into the substrate W side, and the distance from the electrode pads P1 to P4 can be slightly reduced. And since the bonding apparatus of the structure using such a pressurizing part 6 can spread a paste more rapidly compared with the case where a pressurizing part is not provided, cycle time can be further shortened. it can.
このとき、ヘッド加圧部6は、押さえ部材65の先端部68が連結部材36に接する点を押し込み力の作用点とし、連結部材36上の当該作用点には、ヘッド部3を基板保持部2に向けて押し付ける力がはたらく構成をしている。そのため、ヘッド加圧部3でヘッド部3を押し込む力を大きく設定しても、ヘッド昇降部4の上下動作に頼らずに加圧することができる。そうすることで、ヘッド昇降部4のみにより加圧力を付与した場合に生じる様な、X軸スライダー15やヘッド昇降機構4の直動ガイド部分に余分なストレスが加わることを防ぐことができる。
At this time, the head pressure unit 6 uses the point where the
そのため、基板保持部2とヘッド部3の平行度を維持した状態で、デバイスチップと電極パッドを接合するためにデバイスチップC1〜C4を加熱し、接合用ペーストCPの溶剤が揮発して体積減少しても、接触面積全面に接合用ペーストCPが行き渡った状態で接合を終えることができる。
Therefore, the device chips C1 to C4 are heated in order to bond the device chip and the electrode pad while maintaining the parallelism of the
また、この様な加圧部6を備えた構成においても、ヘッド部3とヘッド昇降部4aとが、球面軸受Sを介して連結されていることが好ましく、上述と同様に、さらなるサイクルタイムの短縮につながる。
Also in the configuration including such a pressure unit 6, it is preferable that the
[別の形態]
なお、本発明に係るボンディング装置は、塗布ペースト高さ測定部PHと、塗布ペースト高さ検査部とを備えた構成としても良い。
塗布ペースト高さ測定部PHは、基板Wの表面に設けられた複数の電極パッドP1〜P4の上に接合用ペーストCPが塗布された状態で、これら塗布された接合用ペーストCPの高さを測定するものである。
塗布ペースト高さ検査部は、これら塗布された接合用ペーストCPの塗布高さが適性範囲内かどうかを検査するものである。
[Another form]
Note that the bonding apparatus according to the present invention may be configured to include a coating paste height measuring unit PH and a coating paste height inspection unit.
The applied paste height measuring unit PH is configured to determine the height of the applied bonding paste CP in a state where the bonding paste CP is applied on the plurality of electrode pads P1 to P4 provided on the surface of the substrate W. Measure.
The application paste height inspection unit inspects whether the application height of the applied bonding paste CP is within an appropriate range.
具体的には、塗布ペースト高さ測定部PHは、レーザ変位計などの物体の凹凸や表面形状、段差を測定する機器を用いて構成されており、電極パッドP1〜P4上に接合用ペーストCPが塗布された部分の上面、電極パット部の接合用ペーストが塗布されていない部分、その他基板Wの表面各部について、ある基準面からの距離(つまり高さ)情報を取得することできる。そして、塗布ペースト高さ測定部PHは、図1において破線で示す様に、基板保持部2がペースト塗布部PPの下方にある位置から、ボンディング部BDのヘッド部3の下方にある位置へ移動する経路の途中に配置されている。そのため、塗布ペースト高さ測定部PHは、基板表面と電極パッドP1〜P4上に接合用ペーストCPが塗布された部分の上面との相対的な距離情報の差分から、塗布された接合用ペーストCPの厚みが測定できる。そして、塗布ペースト高さ測定部PHで測定された接合用ペーストCPの塗布厚みや、塗布ペースト高さ検査部での判定結果を、統括制御部MCへ出力する構成としておく。
Specifically, the coating paste height measurement unit PH is configured by using a device that measures the unevenness, surface shape, and level difference of an object such as a laser displacement meter, and the bonding paste CP on the electrode pads P1 to P4. The distance (that is, height) information from a certain reference surface can be acquired for the upper surface of the portion where the coating is applied, the portion where the bonding paste of the electrode pad portion is not applied, and other portions of the surface of the substrate W. Then, as shown by a broken line in FIG. 1, the coating paste height measurement unit PH moves from a position where the
このような構成をしているので、塗布ペースト高さ測定部PHと、塗布ペースト高さ検査部とを備えたボンディング装置は、接合用ペーストCPの塗布厚みを測定し、ヘッド部3でデバイスチップC1〜C4を貼り合わせる前の段階で、接合用ペーストCPの塗布厚みの不適切に起因する接合不良が発生するおそれのある基板を発見(つまり、不良判定)することができる。そのため、このような不良判定された基板は、デバイスチップを接合することなく、下流工程へ流したり、後述するように排出したりすることが好ましい。そうすることにより、不必要な接合動作を省けるので、サイクルタイムの短縮ができる。
Because of such a configuration, the bonding apparatus including the coating paste height measuring unit PH and the coating paste height inspection unit measures the coating thickness of the bonding paste CP, and the
なお、このような塗布ペースト高さの検査をする場合、不良基板排出部を備えた構成とすることが好ましい。不良基板排出部は、ペースト高さ検査部で不良判定された基板を排出するものである。 In addition, when inspecting such a coating paste height, it is preferable to have a configuration including a defective substrate discharge portion. The defective substrate discharge unit discharges the substrate that has been determined to be defective by the paste height inspection unit.
具体的には、不良基板排出部は、基板供給部WSの移載ロボットWS1に不良基板を排出する機能を持たせ、図1において破線で示すように、不良基板を収容するカセットがセットされた不良基板カセット部WX1を備えた構成としておく。そして、破線で示す矢印V8の方向へ基板を搬送し、排出する。或いは、不良基板排出部は、基板排出部WEの移載ロボットWE1に不良基板を排出する機能を持たせ、図1において破線で示すように、不良基板を収容するカセットがセットされた不良基板カセット部WX2を備えた構成としても良い。そして、破線で示す矢印V9の方向へ基板を搬送し、排出する。或いは、不良基板排出部は、基板排出部WEを構成する移載ロボットWE1と同様の移載ロボット(図示せず)と、不良基板を収容するカセットがセットされた不良基板カセット部(図示せず)を、基板受取位置PO1や基板受渡位置PO2やその他基板の排出に適した位置に隣接させて、別途配置した構成としても良い。 Specifically, the defective substrate discharge unit has a function of discharging the defective substrate to the transfer robot WS1 of the substrate supply unit WS, and a cassette for storing the defective substrate is set as indicated by a broken line in FIG. The configuration includes a defective substrate cassette unit WX1. And a board | substrate is conveyed in the direction of arrow V8 shown with a broken line, and is discharged | emitted. Alternatively, the defective substrate discharge unit gives the transfer robot WE1 of the substrate discharge unit WE a function of discharging the defective substrate, and as shown by a broken line in FIG. 1, a defective substrate cassette in which a cassette for storing the defective substrate is set. It is good also as a structure provided with the part WX2. And a board | substrate is conveyed in the direction of arrow V9 shown with a broken line, and is discharged | emitted. Alternatively, the defective substrate discharge unit is a defective substrate cassette unit (not shown) in which a transfer robot (not shown) similar to the transfer robot WE1 constituting the substrate discharge unit WE and a cassette for storing defective substrates are set. ) May be separately arranged adjacent to the substrate receiving position PO1, the substrate delivery position PO2, and other positions suitable for discharging the substrate.
そして、不良基板排出部は、統括制御部MCからの制御指令に基づいて、不良基板を排出する動作を行う。そうすることにより、不良基板を一連のボンディング工程から早期段階で排出し、下流の工程に受け渡ししなくて済むため、さらなるサイクルタイムの短縮ができる。 The defective substrate discharge unit performs an operation of discharging the defective substrate based on a control command from the overall control unit MC. By doing so, it is not necessary to discharge the defective substrate from the series of bonding processes at an early stage and transfer it to the downstream process, so that the cycle time can be further reduced.
[別の形態]
なお、本発明に係るボンディング装置は、塗布ペースト高さ測定部PHと、塗布ペースト高さ履歴記憶部と、ペースト塗布量フィードバック部とを備えた構成のボンディング装置としても良い。
[Another form]
The bonding apparatus according to the present invention may be a bonding apparatus having a configuration including a coating paste height measuring unit PH, a coating paste height history storage unit, and a paste coating amount feedback unit.
塗布ペースト高さ測定部は、基板Wの表面に設けられた複数の電極パッドP1〜P4の上に接合用ペーストCPが塗布された状態で、これら塗布された接合用ペーストCPの高さを測定するものである。
塗布ペースト高さ履歴記憶部は、これら塗布された接合用ペーストCPの塗布高さの履歴を記憶するものである。つまり、接合用ペーストCPの塗布高さの経時変化が記憶される。
ペースト塗布量フィードバック部は、塗布されたペースト高さの履歴に基づいて次に塗布するペースト塗布量を決定するものである。つまり、接合用ペーストCPの塗布高さの経時変化に基づいて、塗布量を増やすべきか、減らすべきか、維持すべきかを判定し、次に塗布するペーストの塗布量を決定する。
The coating paste height measuring unit measures the height of the applied bonding paste CP in a state where the bonding paste CP is applied on the plurality of electrode pads P1 to P4 provided on the surface of the substrate W. To do.
The application paste height history storage unit stores the application height history of the applied bonding paste CP. That is, the change with time of the application height of the bonding paste CP is stored.
The paste application amount feedback unit determines the paste application amount to be applied next based on the history of the applied paste height. That is, based on the change over time of the application height of the bonding paste CP, it is determined whether the application amount should be increased, reduced, or maintained, and the application amount of the paste to be applied next is determined.
このような構成をしているので、上記のボンディング装置は、塗布するペーストの塗布量を適性範囲に保ち、接合用ペーストCPの塗布厚みの不適切に起因する接合不良が発生することを防ぐことができる。そのため、投入基板枚数に対する完成品の排出枚数を鑑みれば、不良品が減少し、良品が増加する。そのため、効率よく良品を生産することができる。 Because of such a configuration, the above-described bonding apparatus keeps the amount of paste to be applied within an appropriate range and prevents the occurrence of bonding failure due to inappropriate application thickness of the bonding paste CP. Can do. Therefore, in view of the number of discharged finished products with respect to the number of input substrates, the number of defective products decreases and the number of non-defective products increases. Therefore, good products can be produced efficiently.
[別の形態]
なお、本発明に係るボンディング装置は、接合領域観察部8と、ペースト状態検査部9と、不良基板排出部とを備えた構成のボンディング装置としても良い。
接合領域観察部8は、電極パッドP1〜P4の上に接合されるデバイスチップC1〜C4の周辺部を少なくとも含む領域を観察するものである。具体的には、接合領域観察部8は、電極パッドP1〜P4が透明体であれば接合用ペーストCPの外縁部より内側の領域を含むように観察し、電極パッドP1〜P4が金属などの非透明体であれば電極パッドP1〜P4の周辺部より外側であって、ここ周辺部から外側にはみ出した接合用ペーストCPの外縁部より内側の領域を少なくとも含むように観察する。
[Another form]
Note that the bonding apparatus according to the present invention may be a bonding apparatus having a configuration including a bonding
The bonding
より具体的には、接合領域観察部8は、図5に示した様なエリアセンサーカメラ24Cと、撮像用レンズ24Lとを組み合わせてた構成とし、各電極パッドP1〜P4とその周辺部及びその外側の領域を一度に観察できる画角に設定しておくことができる。
More specifically, the bonding
そうすれば、接合領域観察部8は、基板保持部2の支持部材21を挟むように、ヘッド部3と対向配置される。そして、エリアセンサーカメラ24Cは、支持部材21の上に配置された基板Wの電極パッドP1〜P4やその上に塗布された接合用ペーストCP並びに、その上に密着している各デバイスチップC1〜C4の周囲に焦点を合わせて、これらを観察するように配置しておく。そのため、エリアセンサーカメラ24Cを用いて、一点鎖線83で表した画角の内側の領域を観察することができる。
If it does so, the junction area |
ペースト状態検査部9は、デバイスチップC1〜C4が、正常に接合されたかどうかについて接合中若しくは接合後のペーストの状態を観察して検査を行うものである。 The paste state inspection unit 9 performs inspection by observing the state of the paste during or after bonding as to whether the device chips C1 to C4 are normally bonded.
具体的には、ペースト状態検査部9は、接合領域観察部8で観察した画像に対応した画像信号に基づいて、複数のデバイスチップC1〜C4と接する接合用ペーストCPの状態を検査するものである。ここで言う、接合用ペーストCPの状態とは、接合用ペーストCPの、はみ出し状態や硬化反応状態を言う。つまり、複数のデバイスチップC1〜C4を各電極パッドP1〜P4に加圧・加熱して接合する際に、接合用ペーストCPが、各デバイスチップC1〜C4の周囲にはみ出しているかどうか、各電極パッドP1〜P4からはみ出しているかどうか、これら接合用ペーストCPのはみ出し寸法がどの程度かという、はみ出し状態を検査する。或いは、接合用ペーストCPの変色具合を見て、所定の接合強度を発揮しうる状態になっているかどうかという、ペーストの硬化反応状態を検査する。
Specifically, the paste state inspection unit 9 inspects the state of the bonding paste CP in contact with the plurality of device chips C1 to C4 based on the image signal corresponding to the image observed by the bonding
より具体的には、ペースト状態検査部9は、画像処理装置91と、その中に組み込まれた画像処理プログラムによって構成することができる。そして、画像処理装置91は、画像処理ユニットと呼ばれる機器や、パソコンや制御機器に組み込まれた画像処理ボードなどを用いて構成することができ、取得した画像情報と、予め組み込まれた画像処理プログラムやパラメータ等に基づいて、所定の演算処理を行うことができる。 More specifically, the paste state inspection unit 9 can be configured by an image processing device 91 and an image processing program incorporated therein. The image processing apparatus 91 can be configured using a device called an image processing unit, an image processing board incorporated in a personal computer or a control device, and the acquired image information and an image processing program incorporated in advance. Based on the parameters and the like, a predetermined calculation process can be performed.
画像処理装置91は、画像信号取得部93を備えている。画像信号取得部93は、接合領域観察部8から出力された画像信号を取得するものである。画像処理装置91は、画像信号取得部93で取得した画像信号を復元化処理し、接合領域観察部8で観察した画像を復元する。さらに、画像処理装置91は、予め組み込まれた画像処理プログラムやパラメータ等に基づいて、後述のような種々のペースト状態検査を行うことができる。
The image processing device 91 includes an image signal acquisition unit 93. The image signal acquisition unit 93 acquires the image signal output from the bonding
不良基板排出部は、ペースト状態検査部で接合不良と判定された基板を排出するものである。具体的には、ペースト状態検査部で接合不良と判定された基板を排出する不良基板排出部は、上述したペースト高さ検査部で不良判定された基板を排出するための不良基板排出部と同様の構成とし、当該構成で兼用したり併用することができる。 The defective substrate discharge unit discharges a substrate that is determined as a bonding failure by the paste state inspection unit. Specifically, the defective substrate discharge unit that discharges the substrate determined to be defective by the paste state inspection unit is the same as the defective substrate discharge unit for discharging the substrate determined to be defective by the paste height inspection unit described above. And can be used in combination or in combination.
以下に、本発明に係るペースト状態検査部について、詳細を述べる。ペースト状態検査部9は、画像処理装置91に組み込まれた画像処理プログラムが、下記の検査を実施するようにしておく。 Details of the paste state inspection unit according to the present invention will be described below. The paste state inspection unit 9 causes the image processing program incorporated in the image processing apparatus 91 to perform the following inspection.
(1)ペーストのはみ出し寸法の検査
これは、電極パッドP1〜P4の外側に接合用ペーストCPがどの程度はみ出しているか、はみ出し寸法を検査するものである。基板Wを透明体としておけば、このような検査ができる。
(1) Inspection of protrusion size of paste This is to inspect the protrusion size of the bonding paste CP to the outside of the electrode pads P1 to P4. If the substrate W is a transparent body, such an inspection can be performed.
図8は、本発明を具現化する形態の要部を示す画像図であり、接合領域観察部8で基板Wを下面側から上方に見上げた画像イメージが示されている。
例えば、ペースト状態検査部8は、図8に示すように、電極パッドP1からはみ出した接合用ペーストCPのはみだし寸法d1〜d8を測定する。ここで、はみ出し寸法d1〜d8は、デバイスチップC1〜C4の各辺の周辺部からはみ出した寸法を意味する。ここでは、説明を簡単に行うため、はみ出し寸法を測定する箇所は、角部や稜部について計8カ所に設定しているが、さらに細分化して設定しても良い。なお、他の電極パッドP2〜P4についても、上述と同様に接合用ペーストCPのはみだし寸法を測定する。
FIG. 8 is an image view showing the main part of the embodiment embodying the present invention, and shows an image image in which the bonding
For example, as shown in FIG. 8, the paste
このように、電極パッドP1〜P4からはみ出した接合用ペーストCPのはみだし寸法を測定し、チップ接合の際に接合不良が生じていないかどうかを検査することができる。 As described above, the protruding dimension of the bonding paste CP protruding from the electrode pads P1 to P4 can be measured, and it can be inspected whether a bonding failure has occurred during chip bonding.
(2)ペーストの硬化反応状態の検査
これは、電極パッドP1〜P4とデバイスチップC1〜C4とを接合する接合用ペーストCPの色や濃淡度合いから、硬化反応がどの程度進んでいるかを検査するものである。基板Wを透明体とし、電極パッドP1〜P4からはみ出した接合用ペーストCPを観察する。接合用ペーストCPが、銀ナノ粒子とバインダーで構成されている場合、加熱硬化前は黒っぽい灰色をしているが、加熱が進み硬化すれば白っぽい灰色若しくは白色に変化する。そのため、電極パッドP1〜P4からはみ出した接合用ペーストCPについて、色や濃淡の度合いと硬化状態とを予め紐付けしておき、加熱硬化中に観察した画像を取得し、画像処理してどの程度硬化が進んでいるかを判定し、ペーストの硬化反応状態を検査する。或いは、基板Wを透明体、電極パッドP1〜P4を透明電極で構成し、接合用ペーストCP全体を基板W越しに観察して、硬化反応状態を検査する。
(2) Inspection of the curing reaction state of the paste This is to inspect how much the curing reaction has progressed from the color and shade of the bonding paste CP for bonding the electrode pads P1 to P4 and the device chips C1 to C4. Is. The substrate W is made a transparent body, and the bonding paste CP protruding from the electrode pads P1 to P4 is observed. When the bonding paste CP is composed of silver nanoparticles and a binder, it has a dark gray color before heat-curing, but changes to a whitish gray color or white color when heated and cured. Therefore, with respect to the bonding paste CP that protrudes from the electrode pads P1 to P4, the degree of color and shade and the cured state are linked in advance, the image observed during heat curing is acquired, and how much is subjected to image processing? It is determined whether the curing has progressed, and the curing reaction state of the paste is inspected. Alternatively, the substrate W is made of a transparent body, and the electrode pads P1 to P4 are made of transparent electrodes, and the entire bonding paste CP is observed through the substrate W to inspect the curing reaction state.
図9は、本発明に用いられる接合用ペーストの接合強度と観察輝度を示す特性図であり、接合用ペーストCPの硬化反応状態の変化と、それに対応する観察輝度の変化の様子が例示されている。図9は、横軸に加熱時間、縦軸に接合用ペーストCPの接合強度と観察輝度を示したものである。ここに例示する接合用ペーストCPは、加熱が進むとバインダー成分が揮発し、金属粒子同士が結合することで徐々に接合強度が増す。このとき、接合用ペーストCPは、デバイスチップの接合に必要な接合強度Taになると観察輝度が60%となり、さらに接合強度Tbとなると観察輝度が80%となる。そして、さらに加熱を続けると少し強度が増すが、加熱しすぎると接合強度が低下してしまう。 FIG. 9 is a characteristic diagram showing the bonding strength and the observation luminance of the bonding paste used in the present invention, illustrating the change in the curing reaction state of the bonding paste CP and the corresponding change in the observation luminance. Yes. FIG. 9 shows the heating time on the horizontal axis and the bonding strength and observation luminance of the bonding paste CP on the vertical axis. In the bonding paste CP exemplified here, the binder component volatilizes as the heating proceeds, and the bonding strength gradually increases as the metal particles are bonded to each other. At this time, the bonding paste CP has an observation luminance of 60% when the bonding strength Ta is necessary for bonding the device chips, and further has an observation luminance of 80% when the bonding strength Tb is reached. If the heating is further continued, the strength is slightly increased. However, if the heating is excessive, the bonding strength is lowered.
このように、接合用ペーストCPについて、予め硬化反応に関する特性を把握しておき、観察輝度を測定することで、接合強度を検査することができる。つまり、ペースト状態検査部9は、接合用ペーストCPの反応状態を検査することができる。 As described above, the bonding strength of the bonding paste CP can be inspected by grasping the characteristics related to the curing reaction in advance and measuring the observation luminance. That is, the paste state inspection unit 9 can inspect the reaction state of the bonding paste CP.
(3)その他のペースト状態の検査
ペースト状態検査部9は、上述の検査項目に限らず、接合用ペーストCPを加圧・加振・加熱中に気泡が発生したり混入したりしないかどうかを検査しても良い。この場合、基板Wを透明体とし、電極パッドP1〜P4を透明電極で構成しておく。
(3) Other paste state inspections The paste state inspection unit 9 is not limited to the above-described inspection items, and whether or not bubbles are generated or mixed during the pressurization / vibration / heating of the bonding paste CP. You may inspect. In this case, the substrate W is a transparent body, and the electrode pads P1 to P4 are made of transparent electrodes.
本発明に係るボンディング装置は、上述したペーストの硬化反応状態の検査に際し、硬化反応状態許容範囲設定部を備え、ペースト状態検査部9には、接合用ペーストCPの硬化反応状態が、硬化反応状態の許容範囲の範囲内であるかどうかを検査する構成としても良い。硬化反応状態許容範囲設定部は、接合用ペーストCPの硬化反応状態について、硬化反応状態の許容範囲を設定するものである。 The bonding apparatus according to the present invention includes a curing reaction state allowable range setting unit in the above-described inspection of the curing reaction state of the paste. In the paste state inspection unit 9, the curing reaction state of the bonding paste CP is the curing reaction state. It is good also as a structure which test | inspects whether it is in the tolerance | permissible_range of this. The curing reaction state allowable range setting unit sets the allowable range of the curing reaction state for the curing reaction state of the bonding paste CP.
具体的には、図9で示した様に、接合用ペーストCPの接合強度Ta,Tbに対応する観察輝度60%〜80%を、硬化反応状態の許容範囲として設定しておく。 Specifically, as shown in FIG. 9, the observation luminance of 60% to 80% corresponding to the bonding strengths Ta and Tb of the bonding paste CP is set as the allowable range of the curing reaction state.
このようにすれば、接合用ペーストCPが所定の接合強度(つまり、Ta〜Tbの範囲内)に確保されているかどうかを判別して検査することができる。 By doing this, it is possible to determine and inspect whether or not the bonding paste CP is secured at a predetermined bonding strength (that is, within a range of Ta to Tb).
さらに本発明に係るボンディング装置は、上述のペーストの硬化反応状態の検査について硬化反応状態の許容範囲を設定した場合、ペースト状態検査部9は、検査結果が異常であれば外部へ通知する構成としても良い。この場合、ペースト状態検査部9は、電極パッドP1〜P4のそれぞれについて、接合用ペーストCPの硬化反応状態を測定し、そのうち少なくとも1つについて硬化反応状態の許容範囲の範囲外であれば、当該検査した接合用ペーストの硬化反応状態が異常であることを通知する。 Furthermore, when the bonding apparatus according to the present invention sets the allowable range of the curing reaction state for the above-described inspection of the curing reaction state of the paste, the paste state inspection unit 9 notifies the outside if the inspection result is abnormal. Also good. In this case, the paste state inspection unit 9 measures the curing reaction state of the bonding paste CP for each of the electrode pads P1 to P4, and if at least one of them is out of the allowable range of the curing reaction state, Notify that the curing reaction state of the inspected bonding paste is abnormal.
具体的には、接合用ペーストの接合強度の許容範囲をTa〜Tb(つまり、観察輝度を60〜80%)と設定している場合であれば、電極パッドP1〜P4の接合用ペーストCPのうち、いずれかの観察輝度が80%を超えれば、或いは、いずれかの観察輝度が60%に満たなければ、接合用ペーストCPの反応状態が異常であると外部へ通知する。この異常通知は、統括制御部MCに対する接続された信号レベルの変化による通知や、ランプやブザーなどによる作業者への視覚的・聴覚的な通知を意味する。 Specifically, if the allowable range of the bonding strength of the bonding paste is set to Ta to Tb (that is, the observation luminance is 60 to 80%), the bonding paste CP of the electrode pads P1 to P4 Among these, if any observation luminance exceeds 80% or any observation luminance is less than 60%, the outside is notified that the reaction state of the bonding paste CP is abnormal. This abnormality notification means notification due to a change in the signal level connected to the overall control unit MC, and visual / audible notification to the worker by a lamp, a buzzer, or the like.
このような異常通知を行うことで、統括制御部MCに予め登録しておいた異常処理を自動的に実行したり、作業者に接合不良が生じていることを知らせたり、下流装置へ接合不良が生じていることを知らせることができる。 By performing such an abnormality notification, the abnormality processing registered in advance in the overall control unit MC is automatically executed, the operator is informed that a bonding failure has occurred, or the downstream device has a bonding failure. Can be informed.
このように、ペースト状態検査部9でのペーストの反応状態の検査結果に基づいて、ボンディングを中止すれば、それ以降に無用な加熱動作を続行する必要がなくなり、サイクルタイムを短縮できる。また、不良基板を適宜排出することで、接合不良の発生を未然に防ぎ、効率よく良品を生産することができる。 Thus, if bonding is stopped based on the test result of the paste reaction state in the paste state inspection unit 9, it is not necessary to continue the unnecessary heating operation thereafter, and the cycle time can be shortened. Further, by properly discharging the defective substrate, it is possible to prevent the occurrence of defective bonding and to produce a good product efficiently.
[別の形態]
なお、本発明に係るボンディング装置は、接合時ヘッド高さ検出部と、接合時ヘッド高さ許容範囲登録部と、接合時ヘッド高さ良否判定部とを備えた構成のボンディング装置としても良い。
[Another form]
The bonding apparatus according to the present invention may be a bonding apparatus having a bonding head height detection unit, a bonding head height tolerance registration unit, and a bonding head height quality determination unit.
接合時ヘッド高さ検出部は、接合完了時のヘッド高さを検出するものである。具体的には、接合時ヘッド高さ検出部は、ヘッド部3の位置を検出できるもので構成しておく。より具体的には、ヘッド部3の連結部材やヘッド昇降機構4のZ軸スライダー43のいずれかに備えられたリニアエンコーダ(つまり、Z軸方向の移動量や位置を検出するもの)や、Z軸スライダー43を駆動するための回転モータ45に備えられたロータリエンコーダ(つまり、回転角度や回転量を検出するもの)の他、ヘッド部3のチップ保持部31の下面位置を検出する変位センサなどが例示できる。
The joining head height detection unit detects the head height at the completion of joining. Specifically, the joining head height detection unit is configured to detect the position of the
接合時ヘッド高さ許容範囲登録部は、接合完了時のヘッド高さの許容範囲を登録するものである。接合時ヘッド高さ良否判定部は、接合完了時のヘッド高さが許容範囲内かどうかを判定するものである。具体的には、接合時ヘッド高さ許容範囲登録部と、接合時ヘッド高さ良否判定部とは、上述した画像処理装置91とその実行プログラムにより構成しておく。 The joining head height allowable range registration unit registers the allowable range of the head height when the joining is completed. The joining head height quality judgment unit judges whether or not the head height at the completion of joining is within an allowable range. Specifically, the joining head height allowable range registration unit and the joining head height pass / fail judgment unit are configured by the above-described image processing device 91 and its execution program.
このような構成をしているので、上記のボンディング装置は、デバイスチップを接合後に、予め規定しておいた接合条件で接合が行われたかどうかを判定し、接合不良のおそれがある基板を発見(つまり、不良判定)することができる。そのため、このような不良判定された基板は、不良判定情報を付加して下流工程へ流したり、後述するように排出したりすることができる。 Because of this configuration, the above bonding apparatus determines whether or not bonding has been performed under the bonding conditions defined in advance after bonding the device chip, and finds a substrate that may have a bonding failure. (That is, a failure determination). For this reason, the board determined to be defective can be added with the defect determination information to flow to a downstream process, or can be discharged as described later.
なお、このような接合完了時塗布ペースト高さの検査をする場合、不良基板排出部を備えた構成とすることが好ましい。不良基板排出部は、接合時ヘッド高さ良否判定部で不良判定された基板を排出するものである。 In addition, when inspecting the coating paste height at the completion of such bonding, it is preferable to have a configuration including a defective substrate discharge portion. The defective substrate discharge unit discharges the substrate that has been determined to be defective by the bonding head height determination unit.
具体的には、接合時ヘッド高さ良否判定部で不良判定された基板を排出する不良基板排出部は、上述したペースト高さ検査部で不良判定された基板を排出するための不良基板排出部と同様の構成とし、当該構成で兼用したり併用することができる。 Specifically, the defective substrate discharge unit for discharging the substrate determined to be defective by the bonding head height quality determination unit is a defective substrate discharge unit for discharging the substrate determined to be defective by the paste height inspection unit described above. The configuration is the same as that described above, and the configuration can be combined or used together.
そうすることにより、不良基板を一連のボンディング工程から排出し、下流の工程に受け渡ししなくて済むため、さらなるサイクルタイムの短縮ができ、効率よく良品を生産することができる。 By doing so, it is not necessary to discharge the defective substrate from the series of bonding processes and transfer it to the downstream process, so that the cycle time can be further reduced and a good product can be produced efficiently.
なお、上述では、基板保持部2,ヘッド部3が1つずつ備えられている例を示した。しかし、接合条件によっては、加熱しながら接合完了するまでの時間が、サイクルタイムの短縮の律速(つまり、ボトルネック)となる。そのため、本発明に係るボンディング装置は、第2基板保持部と、第2ヘッド部と、第2ヒータ部とをさらに備えた構成のボンディング装置とすることが好ましい。
第2基板保持部は、接合が未完了の仮接合状態基板を保持するものである。
第2ヘッド部は、前記仮接合状態基板と複数のデバイスチップに対して外力を付与するものである。
第2ヒータ部は、前記仮接合状態基板と各デバイスチップとの間にある固化途中状態の接合用ペーストを再加熱するものである。
In the above description, the example in which the
The second substrate holding unit holds a temporary bonded state substrate that has not been bonded yet.
The second head portion applies an external force to the temporary bonded state substrate and the plurality of device chips.
The second heater unit reheats the bonding paste in a solidified state between the temporary bonded substrate and each device chip.
このような構成をしているため、上記のボンディング装置は、加熱しながら接合完了するまでの時間を分割して行うことにより、1枚の基板を処理するリードタイムは長くなるものの、単位時間あたりの処理枚数を鑑みれば、サイクルタイムを短縮でき、効率よく良品を生産することができる。 Because of such a configuration, the above bonding apparatus divides the time until the bonding is completed while heating, but the lead time for processing one substrate becomes longer, but the unit time per unit time In view of the number of processed sheets, the cycle time can be shortened and a good product can be produced efficiently.
なお、上述では、加熱して接合直後の基板をハンドリングする例を示した。しかし、下流工程によっては、基板が高温の状態で搬送されることを嫌う場合がある。その場合、基板保持部2や基板排出部WEで基板を保持したまま温度が低下するのを待っていると、次の基板を処理できず、装置内で滞留し、サイクルタイムが延びる要因となる。
In the above description, the example of handling the substrate immediately after bonding by heating is shown. However, depending on the downstream process, the substrate may be disliked from being conveyed in a high temperature state. In that case, if the
そのため、この様な場合には、本発明に係るボンディング装置は、デバイスチップが接合された基板W3を冷却する基板冷却部をさらに備えた構成のボンディング装置とすることが好ましい。具体的には、基板冷却部は、冷却プレートと呼ばれる、銅、アルミ、ジュラルミン、鉄などの金属材料でできた板材を、基板W3に接触させる構成とする。例えば、基板Wの外形寸法と同等かそれ以上、若しくはそれ以下の大きさの冷却プレートを準備し、基板排出部WE2を用いて、基板W3をこの冷却プレートに向けて移動し、デバイスチップC1〜C4側若しくはその反対側を、この冷却プレートに接触させる。そうすることで、高温となっているデバイスチップC1〜C4と基板W3の温度を下げることができる。なお、さらに、冷却プレートは、放熱フィンを備えておき、放熱フィンに冷風を送って基板を冷却する構成(いわゆる空冷方式)や、冷却プレート内部に流路を備えておき、この流路に冷却水を流して基板を冷却する構成(いわゆる水冷方式)としても良い。 Therefore, in such a case, the bonding apparatus according to the present invention is preferably a bonding apparatus having a configuration further including a substrate cooling unit that cools the substrate W3 to which the device chip is bonded. Specifically, the substrate cooling unit is configured to contact a substrate W3 with a plate material made of a metal material such as copper, aluminum, duralumin, or iron, called a cooling plate. For example, a cooling plate having a size equal to or larger than or smaller than the outer dimension of the substrate W is prepared, the substrate discharge unit WE2 is used to move the substrate W3 toward the cooling plate, and the device chips C1 to C1 are moved. The C4 side or the opposite side is brought into contact with the cooling plate. By doing so, the temperature of the high-temperature device chips C1 to C4 and the substrate W3 can be lowered. In addition, the cooling plate is further provided with heat radiation fins, cooling air is sent to the heat radiation fins to cool the substrate (so-called air cooling method), and a flow path is provided inside the cooling plate, and the flow path is cooled. A configuration in which water is allowed to flow to cool the substrate (so-called water cooling method) may be employed.
或いは、基板冷却部は、基板排出部WEの移載ロボットWE1が基板Wを保持している間に、基板Wに向けて冷風を送る冷却ファンにより構成しても良い。また、基板冷却部は、基板排出部WEと下流装置AN2との間に配置し、基板W3を一定時間冷却させた後、別の基板排出手段を用いて下流装置ANへ排出する構成としても良い。 Alternatively, the substrate cooling unit may be configured by a cooling fan that sends cold air toward the substrate W while the transfer robot WE1 of the substrate discharge unit WE holds the substrate W. Further, the substrate cooling unit may be arranged between the substrate discharge unit WE and the downstream apparatus AN2, cool the substrate W3 for a certain time, and then discharge it to the downstream apparatus AN using another substrate discharge unit. .
このような構成をしているため、上記のボンディング装置は、加熱直後の基板を、基板保持部2から基板冷却部へ載置し、下流装置が受け取りできる温度に冷却して、下流装置へ搬出することができる。そのため、下流装置へ受け渡す基板が装置内で滞留せず、サイクルタイムを短縮でき、効率よく良品を生産することができる。
Due to such a configuration, the above-described bonding apparatus places the substrate immediately after heating from the
[別の形態]
なお、上述の説明では、接合用ペーストCPを加熱するヒータ部21b,32が、基板保持部2とヘッド部3の双方に備えられている構成を例示した。そうすることで、接合のための加熱時間が短くて済むため、生産効率を向上させることができるので、好ましい形態と言える。しかし、本発明を具現化する上では、この形態に限定されず、どちらか一方を備えた構成としても良い。
[Another form]
In the above description, the configuration in which the
1 自動ボンディング装置
2 基板保持部
3 ヘッド部
4 ヘッド昇降機構
5 ヘッド加振部
6 ヘッド加圧部
BD ボンディング部
WS 基板供給部
PP ペースト塗布部
CS チップ供給部
TH チップトレイホルダー
CM チップマウンタ
SL チップスライダー
WE 基板排出部
MC 統括制御部
W 基板
C1〜C4 デバイスチップ
P1〜P4 電極パッド
CP 接合用ペースト
WS1 移載ロボット
WS2 移載ハンド
WS3 多関節アーム
WS4 回転昇降機構
WS5 制御部
PP1 スキージ
PP2 ブレード
PP3 開口部(メッシュ)
PP4 ペースト供給部
PP5 ブレード移動機構
CM1 レール
CM2 スライダー
CM3 連結部材
CM4 レール
CM5 スライダー
CM6 連結部材
CM7 レール
CM8 スライダー
CM9 連結部材
CM10 アライメントカメラ
CM11 回転機構
CM12 ピックアップユニット
CM13 回転中心
SL1 ベース材
SL2 レール
SL3 スライダー
SL4
WE1 移載ロボット
WE2 移載ハンド
WE3 多関節アーム
WE4 回転昇降機構
WE5 制御部
PO1 基板受取位置
PO2 基板受渡位置
PH 塗布ペースト高さ測定部
8 接合領域観察部
9 ペースト状態検査部
10 ベース部材
14 連結部材
15 レール
16 X軸スライダー
20 基板載置台
21 支持部材(ガラスステージ)
21a 保護板
21b ヒータ部
21c 補強板
21g 断熱材
21h 開口部
21k ヒータ制御部
22 フレーム部材
23 吸着部
24 基板観察部
24C エリアセンサーカメラ
24L 撮像用レンズ
25 レール
26 Y軸スライダー
28 基板昇降機構
28a リフトピン
28b 連結部材
28c 昇降ユニット
28d 可動部
31 チップ保持部
32 ヒータ部
33 連結部材
34 連結部材
35 連結部材
35 連結部材
40 直動駆動ユニット
40a 直動シリンダーユニット
41 ベースプレート
42 レール
43 Z軸スライダー
44 ボールねじ
45 回転モータ
46 筐体
46a 加圧流体供給ポート
46b 加圧流体供給ポート
47 シャフト
48 弁板
49 昇降ガイド部
49s シャフト
49b リニアブッシュ
51 高周波振動発生器
52 矢印(加振方向)
60 直動シリンダーユニット
61 筐体
61a 加圧流体供給ポート
61b 加圧流体供給ポート
62 シャフト
62v 矢印(シャフト移動方向)
63 弁板
65 押さえ部材
66 ナックルジョイント
67 ナックルジョイント
68 先端部
68v 矢印(回動方向)
70 連結部材
71 チップ載置台
91 画像処理装置
S 球面軸受
DESCRIPTION OF
PP4 Paste supply part PP5 Blade moving mechanism CM1 rail CM2 slider CM3 connecting member CM4 rail CM5 slider CM6 connecting member CM7 rail CM8 slider CM9 connecting member CM10 Alignment camera CM11 rotating mechanism CM12 pickup unit CM13 rotating center SL1 base material SL2 rail SL
WE1 Transfer robot WE2 Transfer hand WE3 Articulated arm WE4 Rotating lift mechanism WE5 Control unit PO1 Substrate receiving position PO2 Substrate delivery position PH Coating paste
60 Linear
63
70 connecting
Claims (11)
前記複数のデバイスチップの接合対象となる接合対象基板を供給する基板供給部と、
前記接合対象基板の電極パッド上に接合用ペーストを塗布するペースト塗布部と、
前記接合用ペーストが塗布された接合対象基板を保持する基板保持部と、
前記接合対象基板上の電極パッドの位置・間隔に対応させた状態で接合対象となる複数のデバイスチップを供給するチップ供給部と、
前記チップ供給部から供給される前記接合対象となる複数のデバイスチップを一度に保持するヘッド部と、
前記基板保持部に対して前記ヘッド部を上下方向に昇降移動させるヘッド昇降機構と、
前記ヘッド部を上下方向に加振するヘッド加振部と、
前記複数の電極パッドと各デバイスチップを接合する接合用ペーストを加熱するヒータ部と、
デバイスチップが接合された基板を前記基板保持部から搬出する基板搬出部とを備えた、
自動ボンディング装置。 A bonding apparatus for bonding a plurality of device chips on a plurality of electrode pads provided on a substrate surface,
A substrate supply unit for supplying a bonding target substrate to be bonded to the plurality of device chips;
A paste application unit that applies a bonding paste onto the electrode pads of the bonding target substrates;
A substrate holding unit for holding a bonding target substrate coated with the bonding paste;
A chip supply unit for supplying a plurality of device chips to be bonded in a state corresponding to the positions and intervals of the electrode pads on the bonding target substrate;
A head unit for holding a plurality of device chips to be joined supplied from the chip supply unit at a time;
A head lifting mechanism for moving the head part up and down in the vertical direction with respect to the substrate holding part;
A head excitation unit for exciting the head unit in the vertical direction;
A heater section for heating a bonding paste for bonding the plurality of electrode pads and each device chip;
A substrate unloading unit that unloads the substrate to which the device chip is bonded from the substrate holding unit,
Automatic bonding equipment.
ことを特徴とする、請求項1に記載の自動ボンディング装置。 The automatic bonding apparatus according to claim 1, wherein the head unit and the head lifting mechanism are connected via a spherical bearing.
ことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の自動ボンディング装置。 The automatic bonding apparatus according to claim 1, further comprising a head pressure unit that further presses the head unit toward the substrate holding unit.
前記接合用ペーストの塗布高さが適性範囲内かどうかを検査する塗布ペースト高さ検査部とを備えた
ことを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の自動ボンディング装置。 A coating paste height measuring unit that measures the height of the applied bonding paste in a state where the bonding paste is applied on the plurality of electrode pads provided on the substrate surface;
The automatic bonding apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising a coating paste height inspection unit that inspects whether or not the coating height of the bonding paste is within an appropriate range.
ことを特徴とする、請求項4に記載の自動ボンディング装置。 5. The automatic bonding apparatus according to claim 4, further comprising a defective substrate discharge unit that discharges a substrate that has been determined to be defective by the paste height inspection unit.
塗布されたペースト高さの履歴を記憶する塗布ペースト高さ履歴記憶部と、
塗布されたペースト高さの履歴に基づいて次に塗布するペースト塗布量を決定するペースト塗布量フィードバック部とを備えた
ことを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の自動ボンディング装置。 A coating paste height measuring unit for measuring the height of the applied bonding paste;
A coating paste height history storage unit for storing a history of applied paste height;
The automatic bonding apparatus according to claim 1, further comprising: a paste application amount feedback unit that determines a paste application amount to be applied next based on a history of the applied paste height. .
当該複数のデバイスチップが正常に接合されたかどうかについて接合中若しくは接合後のペーストの状態を観察して検査を行うペースト状態検査部と、
ペースト状態検査部で接合不良と判定された基板を排出する不良基板排出部とを備えた
ことを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の自動ボンディング装置。 A bonding region observation unit for observing a region including at least a peripheral portion of each electrode pad to which the plurality of device chips are bonded;
A paste state inspection unit that performs inspection by observing the state of the paste during or after bonding as to whether or not the plurality of device chips are normally bonded;
The automatic bonding apparatus according to claim 1, further comprising: a defective substrate discharge unit that discharges a substrate that is determined to be a bonding failure by the paste state inspection unit.
接合完了時のヘッド高さの許容範囲を登録する接合時ヘッド高さ許容範囲登録部と、
接合完了時のヘッド高さが許容範囲内かどうかを判定する接合時ヘッド高さ良否判定部とを備えた
ことを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の自動ボンディング装置。 A head height detecting unit for detecting the head height when the joining is completed;
A head height tolerance registration section for registering the head height tolerance when the joining is completed;
The automatic bonding apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising a bonding head height quality determination unit that determines whether or not the head height at the time of completion of bonding is within an allowable range.
ことを特徴とする、請求項8に記載の自動ボンディング装置。 9. The automatic bonding apparatus according to claim 8, further comprising a defective substrate discharge unit that discharges a substrate that has been determined to be defective by the head height determination unit during bonding.
前記仮接合状態基板と複数のデバイスチップに対して外力を付与する第2ヘッド部と、
前記仮接合状態基板と各デバイスチップとの間にある固化途中状態の接合用ペーストを再加熱する第2ヒータ部とを備えた
ことを特徴とする、請求項1〜9のいずれかに記載の自動ボンディング装置。 A second substrate holding unit for holding a temporarily bonded substrate that has not been bonded;
A second head portion for applying an external force to the temporary bonded state substrate and the plurality of device chips;
The second heater unit that reheats the bonding paste in a solidified state between the temporary bonding state substrate and each device chip, according to any one of claims 1 to 9, Automatic bonding equipment.
ことを特徴とする、請求項1〜10のいずれかに記載の自動ボンディング装置。 The automatic bonding apparatus according to claim 1, further comprising a substrate cooling unit that cools the substrate to which the device chip is bonded.
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