JP2016018840A

JP2016018840A - 半導体チップの実装装置

Info

Publication number: JP2016018840A
Application number: JP2014139467A
Authority: JP
Inventors: 徳和冨樫; Tokukazu Togashi
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2014-07-07
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2016-02-01
Anticipated expiration: 2034-07-07
Also published as: JP6408269B2

Abstract

【課題】コレットのクリーニングに際し、付着した異物を確実に除去しコレットや基板等に再付着せず、実装ツールに装着し易いよう実装ツール先端に挿嵌するだけで保持されているコレットが、容易に実装ツールから抜けない半導体チップ吸着用コレットのクリーニング機構を備えた半導体チップの実装装置を提供する。【解決手段】基板に半導体チップを実装するための実装装置であって、前記半導体チップを供給する供給部と、この供給部から前記半導体チップを吸着保持して取り出し、前記基板に実装する実装ツールと、この実装ツールの先端に挿嵌して装着されるコレットと、このコレットの前記半導体チップに接触する下面と粘着ローラを接触させて、前記コレットと前記粘着ローラとを前記コレットの下面と平行な方向へ相対移動させることで、前記コレットの下面をクリーニングするクリーニング手段とを具備したことを特徴とする半導体チップの実装装置。【選択図】図１

Description

この発明は、半導体ウエハから分割された半導体チップを基板に実装する半導体チップの実装装置に関する。

半導体チップを基板に実装するダイボンダやインナリードボンダ或いはフリップチップボンダなどの実装装置は半導体ウエハから分割された半導体チップを、半導体ウエハを貼り付けた樹脂製シートや供給トレイなどからピックアップして基板に実装される。

半導体チップの分割は、半導体ウエハが樹脂製シートやベースとなるプレートなどに貼着された状態で、ダイシングソーによって切断して行なわれる。

そのため、切断時に生じる切りかすや切断部分の欠け片、樹脂製シートに起因する粘着性のある異物などが、ダイシングソーによって半導体ウエハに形成された溝や半導体チップの表面などに残留していることがある。

そして、半導体チップを、実装ツールの先端に設けられたコレットにより吸着保持して実装する際、その異物がコレットに付着してしまうと、半導体チップや基板に異物を付着させたり、半導体チップとコレットの間に挟まって、その表面に傷をつけたり、平均的に押圧できず実装時に位置ずれの要因となったりして、半導体チップの実装を妨げる事がある。

その為、半導体チップの実装の過程で、コレットの先端をブラシでクリーニングしたり（特許文献１参照）、粘着層を設けた清掃部材にコレットを擦りつけたりして（特許文献２参照）、コレットの先端を正常な状態に保つことが行われている。

特開２００８−１３５４５５号公報特開２００４−３４２８４７号公報

しかしながら、ブラシによるクリーニングでは、除去された異物が飛散し、再び半導体チップや半導体ウエハ、コレットに付着してしまうこともある。

一方、前記半導体チップは様々なサイズが存在し、確実に半導体チップを吸着保持できるよう、そのサイズに適応したコレットが用いられる。

図５に示すように、そのコレットは作業者が容易に実装ツールに装着し易いよう、実装ツールの先端に挿嵌するだけで保持されているものがある。

このようなコレットをクリーニングするために、コレットを粘着層を設けた清掃部材に擦りつけてしまうと、コレットは実装ツールの先端に挿嵌するだけで保持されている上に、コレットの下面の全面に粘着力が作用してしまうので、実装ツールを清掃部材から離すときにコレットが清掃部材に付着してしまい、容易に実装ツールから抜けてしまう。

この発明は、実装ツールに装着されたコレットのクリーニングに際し、付着した異物を確実に除去しコレットや基板等に再付着することがないようにすると共に、実装ツールに装着し易いよう、実装ツール先端に挿嵌するだけで保持されているコレットが、容易に実装ツールから抜けない半導体チップ吸着用コレットのクリーニング機構を備えた半導体チップの実装装置を提供することにある。

この発明は、基板に半導体チップを実装するための実装装置であって、
前記半導体チップを供給する供給部と、
この供給部から前記半導体チップを吸着保持して取り出し、前記基板に実装する実装ツールと、
この実装ツールの先端に挿嵌して装着されるコレットと、
このコレットの前記半導体チップに接触する下面と粘着ローラを接触させて、前記コレットと前記粘着ローラとを前記コレットの下面と平行な方向へ相対移動させることで、前記コレットの下面をクリーニングするクリーニング手段と
を具備したことを特徴とする半導体チップの実装装置にある。

この発明によれば、実装ツールに装着されたコレットの下面に付着した異物を粘着ローラで除去するようにしたので、付着した異物を確実に除去しコレットや基板等に再付着することがないようにすると共に、ピックアップツールに装着し易いよう、ピックアップツール先端に挿嵌するだけで保持されているコレットがピックアップツールから容易に抜けてしまうことがなくなる。よって、半導体チップや基板を傷つけたり実装位置がズレしまう不良の発生や、生産停止等で稼働率を下げたりすることを抑制できる。

実施の形態の実装装置の主要部分の斜視図クリーニングユニットの平面図クリーニング開始時のクリーニングユニットの側面図クリーニング時のコレットの動きを示す側面図実装ツールと挿嵌されるコレットの断面図

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１はこの発明の実施の形態である基板に半導体チップを実装する実装装置としてのダイボンダの主要部分を示す斜視図である。このダイボンダはリードフレームや樹脂製シートなどの基板５の搬送及び支持手段としての一対のガイドレール５１、半導体ウエハ１を保持して半導体チップ２を供給する供給部であるウエハテーブル５２、供給部から取り出された半導体チップ２が一時載置される中間ステージとしてのプリサイサステージ４０、供給部の半導体ウエハ１より半導体チップ２を吸着保持することでピックアップし、プリサイサステージ４０に載置する実装ツールとしての吸着ノズル３０、プリサイサステージ４０に載置された半導体チップ２を基板５に実装する実装ツールとしての実装ツール１０と、実装ツール１０又は吸着ノズル３０の先端に挿嵌して装着されたコレット２０をクリーニングするクリーニングユニット１００などで構成されており、これらが図示しない制御手段により統括制御されている。

また、この発明の実施の形態で使用するコレットは、半導体チップ２を吸着保持する際に半導体チップ２にダメージを与えにくいゴム等の弾性体であり、その底面のサイズは、例えば２０ｍｍ角である。

前記一対のガイドレール５１は図中Ｘ軸方向に沿って配置され、前記基板５は図示しない搬送機構によってピッチ送りされるよう構成されている。

前記ウエハテーブル５２には図示しないウエハリング供給装置によりウエハリング５０が供給され、供給されたウエハリング５０は前記ウエハテーブル５２に保持されると共に図示しない水平駆動機構、θ方向駆動機構によって図中Ｘ、Ｙ軸方向及びθ軸方向に駆動される。

このウエハリング５０には樹脂製シートが張設されており、その樹脂製シートに半導体ウエハ１が貼着されている。例えば、樹脂製シートに粘着性があるもの、半導体ウエハ１の裏面に粘着材を介する等により貼着されている。そして、半導体ウエハ１には賽の目状に分割された多数の半導体チップ２が形成されている。

ウエハテーブル５２のウエハリング５０が保持される部分の下方には、図示しない突き上げピンを有する突き上げ装置が配置されている。

前記突き上げピンは上下方向に駆動される。それによって、前記ウエハリング５０に樹脂製シートによって貼着された半導体ウエハ１に形成された多数の半導体チップ２のうちの１つが前記突き上げピンによって樹脂製シートを介して突き上げられる。

突き上げピンによって突き上げられた半導体チップ２は、吸着ノズル３０を図示しない駆動装置によって上下、前後左右あるいは回転方向に駆動することで吸着保持（ピックアップ）され、プリサイサステージ４０に載置される。

プリサイサステージ４０に載置された半導体チップ２は、プリサイサステージ４０上方に設けられた図示しないカメラによって撮像され、その画像情報に基づいて姿勢が修正されるとともに載置位置情報が取得される。

そして、半導体チップ２はプリサイサステージ４０から実装ツール１０により吸着保持される。この実装ツール１０はＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に図示しない駆動装置によって駆動可能となっており、半導体チップ２を実装ツール１０の先端に装着されたコレット１５で吸着し、前記ガイドレール５１に保持された前記基板５の上方の実装位置に位置決めする。そして、実装ツール１０は下降方向に駆動されて半導体チップ２を前記基板５に実装する。

以上のようにして、半導体チップ２が前記基板５に実装されるが、本発明の実施の形態においては、半導体チップ２の実装時、クリーニング手段としてのクリーニングユニット１００により、所定期間又は任意のタイミングで、実装ツール１０に装着されたコレット２０の先端をクリーニングする。

図１、図２、図３に示すように、クリーニングユニット１００は、ウエハテーブル５２とガイドレール５１の間に配置され、４つの粘着ローラ６２を有している。各粘着ローラ６２はその表面に粘着層が形成されており、その軸がガイドレール５１に対して直交する向きで、各々の粘着ローラ６２が接触しない間隔で回転自在となるよう粘着ローラ支持台６１に支持されている。

粘着ローラ支持台６１は図２、図３に示すように、略コの字の断面形状に形成され、クリーニングステージ６０上に固定されている。粘着ローラ支持台６１の略コの字に立設した部分の上面には、例えば、汚れた粘着ローラ６２を交換する際に容易に交換できるよう、粘着ローラ６２の軸を上方から脱着可能に保持できる溝が形成されている。

クリーニングステージ６０は、図示しない駆動装置により粘着ローラ支持台６１が図中Ｘ軸方向にスライドするよう駆動される。

また、図に示すように、クリーニングステージ６０上に固定された粘着ローラ支持台６１のＸ軸方向にはプリサイサステージ４０が設けられている。

クリーニングユニット１００によるコレット２０のクリーニングは、所定期間又は任意のタイミングで、以下のように行われる。

半導体チップ２を実装する際、実装ツール１０は、半導体チップ２を吸着保持していない状態でプリサイサステージ４０上に移動し、実装ツール１０に装着されたコレット２０の下面が粘着ローラ６２の円筒面の先端の高さとなるよう下降して位置決めされる。

続いて、クリーニングステージ６０が、図示しない駆動装置によってＸ軸方向にスライドするよう駆動されることで、コレット２０の下面が４つの粘着ローラ６２の円筒面に順に接触していく。コレット２０の接触によって粘着ローラ６２がコレットの下面を回転して移動し、コレット２０の下面に付着した異物は粘着ローラ６２に転写され、コレット２０の下面から除去される。

そして、図４の矢印で示すように、クリーニングステージ６０のＸ軸方向のスライドによってコレット２０が最後の粘着ローラ６２ｚから離れると実装ツール１０が上昇し、コレット２０のクリーニングは終了する。

そして、クリーニングステージ６０が逆方向にスライドしてプリサイサステージ４０が所定に位置に位置付けされて、次の半導体チップ２の実装サイクルが行われていく。

上述した本発明の実施の形態によれば、コレット２０に付着した異物は粘着ローラ６２に転写されて除去されるので、コレット２０の表面に食い込んだり、その異物によって半導体チップや基板の表面をキズ付けてしまうことがない上、異物が飛散することもない。

また、コレット２０が粘着ローラ６２の円筒面に接触している時は、コレット２０が実装ツールから抜けるような力がコレット２０に作用せず、コレット２０が粘着ローラ６２からＸ軸方向に完全に離れた時点で実装ツール１０が上昇するので、実装ツール先端に挿嵌するだけで装着されているコレット２０でも実装ツール１０から抜けてしまうことがない。

つまり、コレット２０が粘着ローラ６２の円筒面に接触している状態で、粘着ローラ６２は移動と共に回転して接触位置が移動する。この接触部分は面積が小さく、また、コレット２０が実装ツール１０と粘着ローラ６２で挟持された状態で粘着ローラ６２の円筒面である粘着部分が引き剥がされることになり実装ツール１０から抜けてしまうことがない。

この場合、コレット２０の厚みが粘着ローラ６２の径の大きさに対して薄いと、コレット２０は粘着ローラ６２の粘着力によって巻かれて抜けてしまう事も考えられる。しかし、比較的薄いコレットでも、粘着ローラ６２の径を小さくすることで接触部分が小さくなり、粘着ローラ６２に巻かれて抜けてしまうことは回避できる。例えば、実施の形態では粘着ローラ６２の径は１０ｍｍである。

さらに、本発明の実施の形態によれば、複数の粘着ローラ６２を設けることにより、コレット２０は複数の粘着ローラ６２に順に接触していくので、接触する順番にクリーニングの段階を設定することができる。つまり、例えば、最初に接触する粘着ローラ６２ａが粗清掃で、最後に接触する粘着ローラ６２ｚを仕上清掃とすることが出来る。よって、クリーニングステージ６０のスライド動作でクリーニングが完結するので、クリーニングの簡素化、高速化に加えて、実装効率も上げることができる。

また、最初に接触する粘着ローラ６２ａは他の粘着ローラ６２よりも大きな異物が付着することになるので、最初に接触する粘着ローラ６２ａの保持高さを他の粘着ローラ６２の保持高さよりも低く保持すれば、大きな異物によってコレット２０に加わる衝撃を軽減できるのでコレット２０の損傷を抑えることができる。

さらに、上述した本発明の実施の形態では、クリーニングステージ６０をＸ軸方向にスライドすることで、粘着ローラ６２がコレット２０の下面を転がって異物を除去したが、実装ツール１０をＸ軸方向に移動してもよい。この場合、実装ツール１０の駆動機構を使えるので装置構成を簡略化することが出来る。

また、クリーニングステージ６０のＸ軸方向のスライドと同時に、実装ツール１０をＹ軸方向に移動してもよい。この場合、粘着ローラ６２はＸ軸方向にコレット２０の下面を転がって、Ｙ軸方向には擦って移動することになるので、異物の除去効率を上げることができる。その際、最初に接触する粘着ローラ６２ａによってコレット２０は大きな異物で擦られてしまうことがある。その場合、コレット２０が最初に接触する粘着ローラ６２ａに接触している時はクリーニングステージ６０のＸ軸方向スライドのみにしてコレット２０の下面を転がすだけにし、最初に接触する粘着ローラ６２ａから離れたら、実装ツール１０をＹ軸方向に移動させてコレット２０の下面を擦るようにする。そのようにすることで、異物の除去効率を上げると共に、コレット２０の損傷を抑えることができる。

上述したように、コレット２０に付着した異物の状態やコレット２０の状態によって、粘着ローラ６２の保持高さ、クリーニングステージ６０、実装ツール１０の動きを適宜変化させることによって、コレット２０のクリーニングを最適化することができる。

また、上述した本発明の実施の形態では、半導体ウエハ１を賽の目状に分割して形成された半導体チップ２をピックアップして実装したが、半導体チップや実装する電子部品等をトレイで供給した場合でも、同様にコレット２０のクリーニングをすることが出来る。この場合、トレイも半導体チップの供給部となる。

さらに、上述した本発明の実施の形態では、粘着ローラ６２の軸がガイドレール５１に対して直交する向きで設けられているが、例えばガイドレール５１に平行した向き等、装置構成に合わせて適宜変更しても良い。

また、上述した本発明の実施の形態では、実装ツール１０がプリサイサステージ４０上に移動することでＹ軸方向の位置決めをし、クリーニングステージ６０をＸ軸方向にスライドして、コレット２０をクリーニングしているが、位置決めするＹ軸方向の位置をクリーニングの都度変更してもよい。つまり、コレット２０が接触する粘着ローラ６２の円筒面の位置をクリーニングの都度変わるようにしてもよい。より具体的には、例えば５回クリーニングを行ったら、又はクリーニングの都度に、Ｙ軸の位置を前回クリーニングした位置から１ｍｍづつ移動させてクリーニングを行う。つまり、コレット２０や粘着ローラ６２のサイズを考慮して、なるべくコレット２０が粘着ローラ６２の未だ接触していない円筒面に接触するようＹ軸を位置づけるようにする。そうすることによって、粘着ローラ６２の粘着力が持続され、粘着ローラ６２の交換時期が長くなり、実装効率も上げることができる。

さらに、上述した本発明の実施の形態では、クリーニングステージ６０を１回スライドしてクリーニングを行っているが、クリーニングステージ６０を往復移動させてクリーニングしても良い。そうすることによって、限られた粘着ローラ数でより大きな除去効率が得られると共に、クリーニングステージ６０のスライド移動の都度、Ｚ軸の駆動が行われないので効率的である。

その際、Ｘ軸の往復に加えてＹ軸の駆動をしても良い。そうすることによって、上述したようにコレット２０の下面を擦る動きが加わるので、異物の除去効率を上げることができる。

さらに、往復移動は、最初に接触した粘着ローラ６２ａの次のローラと、最後に接触した粘着ローラ６２ｚとの間で行われると良い。最初に接触した粘着ローラ６２ａには、多くの又は大きな異物が付着しているので、最初に接触した粘着ローラ６２ａを除くことによって、異物の除去効率を上げると共に、コレット２０の損傷を抑えることができる。

また、上述した本発明の実施の形態では、クリーニングユニット１００はウエハテーブル５２とガイドレールの間に配置し、実装ツール１０に装着されたコレット２０をクリーニングしたが、吸着ノズル３０の先端のコレットも同様にクリーニングしても良い。その際、実施の形態のようにプリサイサステージ４０をクリーニングステージ６０に設け、クリーニングユニット１００をウエハテーブル５２とガイドレールの間に配置することによって、実装ツール１０と吸着ノズル３０を共にクリーニングすることが出来、実装装置自体をコンパクトな構成にすることが出来る。

また、プリサイサステージ４０を有せず、半導体ウエハ１やトレイから実装ツール１０が直接ピックアップして基板に実装する場合でも、その移動経路の間にクリーニングユニット１００を設けることで、ムダな動きを要せず効率的にクリーニングできる。ただし、クリーニングユニット１００の配置場所は適宜変更可能である。

前記実施の形態では実装装置としてダイボンダを例に挙げたが、実装装置はダイボンダに限定されず、フリップチップボンダやインナリードボンダ等、コレットを使用した実装装置でこの発明を適用することができる。

１…半導体ウエハ
２…半導体チップ
５…基板
１０…実装ツール
２０…コレット
３０…吸着ノズル
５０…ウエハリング
５１…ガイドレール
５２…ウエハテーブル
６０…クリーニングステージ
６２…粘着ローラ
１００…クリーニングユニット

Claims

基板に半導体チップを実装するための実装装置であって、
前記半導体チップを供給する供給部と、
この供給部から前記半導体チップを吸着保持して取り出し、前記基板に実装する実装ツールと、
この実装ツールの先端に挿嵌して装着されるコレットと、
このコレットの前記半導体チップに接触する下面と粘着ローラを接触させて、前記コレットと前記粘着ローラとを前記コレットの下面と平行な方向へ相対移動させることで、前記コレットの下面をクリーニングするクリーニング手段と
を具備したことを特徴とする半導体チップの実装装置。
前記コレットは、前記コレットの下面と平行な方向の相対移動によって、前記コレットと前記粘着ローラとが離れた後、前記粘着ローラからコレットの下面と垂直な方向に離れることを特徴とする請求項１記載の半導体チップの実装装置。
前記クリーニング手段は複数の粘着ローラを有し、
この複数の粘着ローラを前記コレットの下面に順次接触させてクリーニングすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体チップの実装装置。