JP2016157885A - Semiconductor mounting device, ink jet head device and semiconductor component manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体チップを加熱により基板に実装する半導体実装装置、インクジェットヘッド装置、および半導体部品の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor mounting apparatus for mounting a semiconductor chip on a substrate by heating, an inkjet head apparatus, and a method for manufacturing a semiconductor component.
従来より、半導体チップを加熱により基板に実装する半導体実装技術が知られている。例えば、インクジェットプリンタの記録ヘッド、インクジェットヘッドを製造するに際して、インク吐出孔、インク供給路および駆動素子（ピエゾ素子や発熱素子）などが実装された半導体チップを、インク流路が形成されている基板に対して実装する。このような半導体部品の製造においては、加熱による固着、例えば、半導体チップを基板に対して熱硬化型の接着剤を用いて接着する手法が知られている。この手法では、例えば、半導体チップを熱硬化型の接着剤を塗布した基板上の実装位置に載置、圧接し、この状態で基板を裏面などから加熱して接着剤を硬化させることにより半導体チップを基板に実装する。なお、基板上の回路パターン（半導体チップが実装されている基板とは別の基板などに配置されている場合もある）や半導体チップを電気的に接続する工程は、他の配線材料を用いて接着とは別途実施される。 Conventionally, a semiconductor mounting technique for mounting a semiconductor chip on a substrate by heating is known. For example, when manufacturing a recording head for an ink jet printer and an ink jet head, a semiconductor chip on which ink ejection holes, ink supply paths, driving elements (piezo elements and heat generating elements) are mounted, and the substrate on which the ink flow paths are formed Implement for. In manufacturing such a semiconductor component, there is known a method of fixing by heating, for example, a method of bonding a semiconductor chip to a substrate using a thermosetting adhesive. In this method, for example, a semiconductor chip is placed on a mounting position on a substrate coated with a thermosetting adhesive, pressed, and in this state, the substrate is heated from the back surface to cure the adhesive. Is mounted on the substrate. Note that the circuit pattern on the substrate (which may be arranged on a substrate other than the substrate on which the semiconductor chip is mounted) and the step of electrically connecting the semiconductor chip are performed using other wiring materials. Bonding is performed separately.
このようなインクジェットヘッドの構造では、基板のインク流路と半導体チップの例えば吐出口を連通させ、しかも、インク流路にインクを通した際にインクが外部に流出する経路が出来ないようシールすることが求められる。そこで、例えば実装ヘッドで保持した半導体チップを、接着剤を塗布した基板上の実装位置に位置決めした上、硬化前に充分、圧接した上で、接着剤硬化のための加熱を開始する、といった工法が用いられる。 In such an ink-jet head structure, the ink flow path of the substrate and the discharge port of the semiconductor chip, for example, are communicated, and sealing is performed so that a path through which ink flows out to the outside when ink passes through the ink flow path is not formed. Is required. Therefore, for example, a semiconductor chip held by a mounting head is positioned at a mounting position on a substrate to which an adhesive is applied, and is pressed sufficiently before curing, and then heating for curing the adhesive is started. Is used.
さらに、半導体チップの例えば水平方向の実装位置精度は印字品質に影響を及ぼすため、基板上の実装位置に対して１０数μｍ以下の位置精度で半導体チップを接着することが求められている。 Furthermore, since the mounting position accuracy of the semiconductor chip in the horizontal direction, for example, affects the print quality, it is required to bond the semiconductor chip with a position accuracy of 10 tens μm or less with respect to the mounting position on the substrate.
一般に、この種の半導体実装装置により基板上の実装位置に対して半導体チップを接着する手法では、まず基板上の半導体チップが実装される位置に、あらかじめ接着剤を塗布する。そして、半導体実装装置の基準ブロックに基板の２辺などを押し当てた状態で位置決めする。 In general, in a method of bonding a semiconductor chip to a mounting position on a substrate with this type of semiconductor mounting apparatus, an adhesive is first applied in advance to the position on the substrate where the semiconductor chip is mounted. Then, positioning is performed with the two sides of the substrate pressed against the reference block of the semiconductor mounting apparatus.
次に、半導体実装装置の実装ヘッドに半導体チップを保持させる。実装ヘッドは、エア吸着などの手法により半導体チップを保持するよう構成される。また、実装ヘッドは、例えば少なくとも基板と垂直なＺ方向に動作できるよう構成される。また、半導体実装装置は、例えばＸＹθステージを有し、このＸＹθステージにより実装ヘッドを基板に対して（基板に平行な）Ｘ，Ｙ方向および上記Ｚ軸まわりのθ方向に相対移動させることができるよう構成される。 Next, the semiconductor chip is held by the mounting head of the semiconductor mounting apparatus. The mounting head is configured to hold the semiconductor chip by a method such as air suction. Further, the mounting head is configured to be able to operate at least in the Z direction perpendicular to the substrate, for example. The semiconductor mounting apparatus has, for example, an XYθ stage, and the XYθ stage can move the mounting head relative to the substrate in the X and Y directions (parallel to the substrate) and in the θ direction around the Z axis. It is configured as follows.
実装ヘッドに対する半導体チップの保持位置や、基板上の実装位置は、例えばＣＣＤカメラなどにより撮像した画像データの画像認識により測定することができる。このようにして得た位置情報に応じて半導体実装装置のＸＹθステージを駆動し、基板と半導体チップが所定の相対位置関係となるよう位置決めする。 The holding position of the semiconductor chip with respect to the mounting head and the mounting position on the substrate can be measured by image recognition of image data captured by, for example, a CCD camera. The XYθ stage of the semiconductor mounting apparatus is driven according to the position information obtained in this way, and the substrate and the semiconductor chip are positioned so as to have a predetermined relative positional relationship.
続いて、実装ヘッドをＺ軸方向に下降させ、半導体チップを基板に圧接して熱硬化型の接着剤を押し潰す。そして、この状態で基板の位置決め下方に設けられたヒータを基板裏面に当接させて、基板を加熱し、熱硬化型の接着剤を硬化させる。 Subsequently, the mounting head is lowered in the Z-axis direction, and the semiconductor chip is pressed against the substrate to crush the thermosetting adhesive. In this state, a heater provided below the positioning of the substrate is brought into contact with the back surface of the substrate to heat the substrate and cure the thermosetting adhesive.
上記のような実装装置においては、実装精度を高めるためには実装ヘッドと基板との相対位置関係をミクロンオーダの精度で位置合わせする必要がある。しかしながら、熱硬化型の接着剤を硬化させるために基板を加熱したときに、基板が熱膨張によって変形し、実装ヘッドと基板との平行度や水平方向の相対位置が変化してしまう可能性がある。 In the mounting apparatus as described above, in order to increase the mounting accuracy, it is necessary to align the relative positional relationship between the mounting head and the substrate with an accuracy of micron order. However, when the substrate is heated to cure the thermosetting adhesive, the substrate may be deformed by thermal expansion, and the parallelism between the mounting head and the substrate and the relative position in the horizontal direction may change. is there.
そこで、下記の特許文献１では、半導体チップを保持する実装ヘッドに上下方向および捩じれ方向に対して弾性変形可能な構造を設けた構成が提案されている。この特許文献１では、例えばキャリアテープのような基材に半導体チップを加圧実装することが想定されている。そして、上記の実装ヘッドの弾性変形可能な構造は、主に実装ヘッド、半導体チップ、基材、の各相対位置の誤差を吸収するためのものである。この引用文献１では、基板の熱変形によって生じる実装ヘッド、半導体チップ、基材の相対位置の誤差は考慮されていない。 Therefore, in Patent Document 1 below, a configuration is proposed in which a mounting head that holds a semiconductor chip is provided with a structure that can be elastically deformed in the vertical direction and the twisting direction. In this patent document 1, it is assumed that a semiconductor chip is pressure-mounted on a base material such as a carrier tape. The structure of the mounting head that can be elastically deformed is mainly for absorbing errors in the relative positions of the mounting head, the semiconductor chip, and the substrate. In the cited document 1, an error in the relative positions of the mounting head, the semiconductor chip, and the base material caused by thermal deformation of the substrate is not taken into consideration.
一方、下記の特許文献２は、部品搭載装置内の環境温度などに応じた基板の熱変形に応じて部品搭載位置を自動補正する制御を行う構成を開示している。特許文献２の構成では、実装毎に基板温度を測定し、前回測定から温度変移がある場合には、基板の位置や傾きや伸縮を検出し、移載ヘッドによる半導体チップの実装位置を補正する。
On the other hand,
近年では、インクジェットヘッド装置のような製品でも、要求される性能や仕様によっては、インクジェットヘッドを構成する半導体チップおよび基板のサイズがかなり大型なものがある。そして、これら基板や半導体チップのサイズが大きいほど、上記の熱硬化型の接着剤を用いた手法では、基板の加熱により生じる熱膨張の影響が無視できなくなってくる。 In recent years, even products such as an inkjet head device have a considerably large semiconductor chip and substrate constituting the inkjet head depending on required performance and specifications. The larger the size of these substrates and semiconductor chips, the more the influence of thermal expansion caused by the heating of the substrate cannot be ignored in the method using the above thermosetting adhesive.
ここで、インクジェットヘッドを製造する工程において、半導体チップ実装中に発生する水平方向の実装位置精度の低下について考える。上記のように、基板は、基準ブロックに対して付勢することにより位置決めされる。このため、接着剤硬化のために加熱されたときには、基板は基準ブロックに対する付勢力に抗して基準ブロックから反対方向へ熱膨張する。これにより、基準ブロックと、基板上の実装位置との位置関係が変化することになる。 Here, in the process of manufacturing the ink jet head, a decrease in horizontal mounting position accuracy that occurs during semiconductor chip mounting will be considered. As described above, the substrate is positioned by biasing against the reference block. For this reason, when heated to cure the adhesive, the substrate thermally expands in the opposite direction from the reference block against the biasing force against the reference block. As a result, the positional relationship between the reference block and the mounting position on the substrate changes.
一方、基板の加熱時には、半導体チップは実装ヘッドによって吸着保持された状態で、基板に押し付けられているため、基板の熱膨張に対して自由に追従できない。このため、基板が熱膨張してくるにつれて、半導体チップと基板上の実装予定位置と位置関係にずれが生じてくる。この状態で接着剤の熱硬化が完了すると、半導体チップの位置は最初に基板上に置いた位置、即ち実装予定位置からずれてしまう可能性がある。 On the other hand, when the substrate is heated, the semiconductor chip is pressed against the substrate while being sucked and held by the mounting head, and therefore cannot freely follow the thermal expansion of the substrate. For this reason, as the substrate thermally expands, the positional relationship between the semiconductor chip and the planned mounting position on the substrate is shifted. When the thermosetting of the adhesive is completed in this state, there is a possibility that the position of the semiconductor chip is shifted from the position initially placed on the substrate, that is, the planned mounting position.
これに対して、上述の特許文献１の構成では、基板側はキャリアテープのような部材であり、上記のインクジェットヘッドの製造におけるような加圧および加熱接着を行う構成では基板の熱変形にうまく追従できない可能性がある。また、上述の特許文献２の構成では、部品実装前に基板の位置を検出して実装位置を決定している。従って、特許文献２の構成では、部品実装中に発生する基板の水平方向の熱膨張による実装位置精度の低下を防ぐことは困難である。
On the other hand, in the configuration of Patent Document 1 described above, the substrate side is a member such as a carrier tape, and in the configuration in which pressure and heat bonding are performed as in the manufacture of the above-described ink jet head, the substrate is well subjected to thermal deformation. May not be able to follow. In the configuration of
本発明の課題は、上記の問題に鑑み、半導体チップを加熱により基板に実装するに際し、実装中に生じる基板の熱変形に起因する半導体チップの実装位置精度低下を抑制することできるようにすることにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to suppress a decrease in mounting position accuracy of a semiconductor chip due to thermal deformation of the substrate that occurs during mounting when the semiconductor chip is mounted on a substrate by heating. It is in.
上記課題を解決するため、本発明においては、半導体チップを基板に載置し、前記基板を加熱して前記半導体チップを前記基板に実装するに際し、前記半導体チップを保持する実装ヘッドと、前記実装ヘッドを前記基板と平行な方向に移動可能に前記実装ヘッドを支持するヘッド支持部と、を備え、前記ヘッド支持部を介して前記実装ヘッドに保持された前記半導体チップを前記基板に圧接して前記半導体チップを前記基板に実装する際、前記基板の加熱により生じる前記基板の水平方向の熱変形に応じて前記実装ヘッドが前記ヘッド支持部に対して前記基板と平行な方向に移動する構成を採用した。 In order to solve the above problems, in the present invention, a mounting head for holding the semiconductor chip when the semiconductor chip is mounted on the substrate and the semiconductor chip is mounted on the substrate by heating the substrate, and the mounting A head support portion that supports the mounting head so that the head can move in a direction parallel to the substrate, and the semiconductor chip held by the mounting head is pressed against the substrate via the head support portion. When mounting the semiconductor chip on the substrate, the mounting head moves in a direction parallel to the substrate with respect to the head support portion according to the horizontal thermal deformation of the substrate caused by heating the substrate. Adopted.
上記構成により、本発明においては、例えば半導体チップを接着剤などを用いて接着するような実装手法において、実装中に基板が熱変形しても、前記ヘッド支持部に対する実装ヘッドの支持位置を基板の熱変形に応じて変化させることができる。これにより、基板に対する半導体チップの実装位置精度の低下を防止し、前記基板上の所定の実装位置に対して、前記半導体チップを高い実装位置精度をもって実装することができる、という優れた効果がある。 With the above configuration, in the present invention, for example, in a mounting method in which a semiconductor chip is bonded using an adhesive or the like, even if the substrate is thermally deformed during mounting, the mounting position of the mounting head with respect to the head support portion It can be changed according to the thermal deformation. As a result, the semiconductor chip can be mounted with high mounting position accuracy on a predetermined mounting position on the substrate by preventing a decrease in mounting position accuracy of the semiconductor chip with respect to the substrate. .
以下、添付図面に示す実施例を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す実施例はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to embodiments shown in the accompanying drawings. The following embodiment is merely an example, and for example, a detailed configuration can be appropriately changed by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention. Moreover, the numerical value taken up by this embodiment is a reference numerical value, Comprising: This invention is not limited.
図１〜図８は本発明の実施例１における構成および動作を示している。図１の半導体実装装置１０は、基板１２に半導体チップ１３を実装する装置である。半導体実装装置１０では、熱硬化型の接着剤（１４）を用い、基板１２の所定の実装位置に対して半導体チップ１３を圧接した上、基板１２を反対側から加熱して接着剤を熱硬化させ、接着することにより実装する。
FIGS. 1-8 has shown the structure and operation | movement in Example 1 of this invention. A
半導体実装装置１０がインクジェットヘッド装置（半導体部品）を製造する装置である場合、半導体チップ１３は、例えばインク吐出孔、インク供給路および駆動素子（ピエゾ素子や発熱素子）などが実装されたヘッドチップである。一方、基板１２には、例えば半導体チップ１３側のインク流路と連通させるインク流路が設けられる他、半導体チップ１３の駆動信号を供給する回路パターンなどが必要に応じて設けられる。
When the
熱硬化型の接着剤（後述の１４）により、半導体チップ１３を接着する目的は、これら両者を物理的に結合するとともに、特に、基板１２のインク流路とヘッドチップである半導体チップ１３のインク流路を例えば水（液）密状態で結合する点にある。
The purpose of bonding the
半導体実装装置１０は、基板１２を所定の位置に位置決めする位置決め部１１（図２（Ａ）、（Ｂ））を含む。半導体実装装置１０に係るＸＹＺ３次元座標系の座標軸は、図１の左下に矢印および矢尻のシンボルを用いて示してある。
The
半導体チップ１３は、実装ヘッド１６に対してチップ供給部２５から供給される。チップ供給部２５は、Ｘ駆動部２６によって、少なくともＸ軸方向に移動可能であり、半導体チップ１３を搭載するチップ供給部２５を実装ヘッド１６のほぼ直下の位置まで搬送することができる。
The
実装ヘッド１６は、例えばエア吸着方式によってチップ供給部２５から供給された半導体チップ１３を保持することができる。エア吸着方式の場合、実装ヘッド１６には中心部を貫く吸着孔３３が設けられる。この吸着孔３３は、エアチューブ３４減圧ポンプ３５に接続されている。
The mounting
チップ供給部２５上の、あるいは実装ヘッド１６とこの実装ヘッドにより保持された半導体チップ１３、さらに基板１２の上面などを撮像するため、半導体実装装置１０には撮像カメラ２７が設けられている。
An
撮像カメラ２７は下方向を撮像する下側撮像光学系と、上方向を撮像する上側撮像光学系が収容された扁平箱形状の筺体２８を有する。この筺体２８の下側と上側にはそれぞれ撮像窓２９ａ、２９ｂが形成されている。撮像カメラ２７の筺体２８の部分を、ＸＹＺ方向へ移動可能なＸ駆動部３０、Ｙ駆動部３１およびＺ駆動部３２により移動することにより、撮像窓２９ａ、２９ｂを必要な撮影位置に位置決めすることができる。これにより、後述の実装制御において、チップ供給部２５上の、あるいは実装ヘッド１６とこの実装ヘッドにより保持された半導体チップ１３、さらに基板１２の上面などを撮像することができる。
The
基板１２は、位置決め部１１の上の所定に載置される。位置決め部１１は基板１２の位置を規定するための付き当て基準１１ａ、１１ｂを有する。また、位置決め部１１全体は、ステージ１１ｃにより水平面（ＸＹ）方向に移動させることができる。
The
位置決め部１１の下方には、抵抗などの発熱体によって基板１２を下方から加熱する加熱ブロック３６が設けられている。加熱ブロック３６は、ソレノイドやモータなどの駆動源を用いた上下機構３７によって、加熱の必要なタイミングで基板１２に向かって上昇させることができる。この加熱時、基板１２に加熱ブロック３６を直接、当接させて加熱するのであれば、位置決め部１１には基板１２に加熱ブロック３６を直接、当接させるための開口部（不図示）などを設けておく。
A
ここで、図１および図２において、基板１２の位置決めについて説明する。位置決め部１１は基板１２の位置を規定するための付き当て基準１１ａ、１１ｂおよび位置決め部１１全体を水平面方向に移動させるステージ１１ｃを備えている。
Here, the positioning of the
半導体チップ１３の実装に先立ち、予め熱硬化型の接着剤１４を塗布された基板１２が、不図示の搬送装置によって位置決め部１１に搬送される。
Prior to mounting the
位置決め部１１に搬送されてきた基板１２はその外形の２辺を、図２（Ａ）（ないし図２（Ｂ））のように、位置決め部１１の付き当て基準１１ａおよび１１ｂに付き当てることで位置決めされる（後述の図８のステップＳ１）。なお、このために、スプリング（あるいはソレノイドなどの駆動手段）などの付勢力によって、基板１２を付き当て基準１１ａおよび１１ｂの方向にそれぞれ押し付ける付勢板（不図示）などを設けておくことができる。
As shown in FIG. 2A (or FIG. 2B), the
一方、実装ヘッド１６は、ヘッド支持部１５の下方先端に支持されている。実装ヘッド１６には後述する基板接触部２０が設けられる。また、実装ヘッド１６を支持するヘッド支持部１５はＸ駆動部２１、Ｙ駆動部２２およびＺ駆動部２３により、ＸＹＺ方向へ移動でき、また、θ駆動部２４によってＺ方向の軸に対して回転可能に構成される。
On the other hand, the mounting
半導体実装装置１０は、上記のような各駆動部、例えば、ヘッド支持部１５を介して実装ヘッド１６を移動させるＸ駆動部２１、Ｙ駆動部２２、Ｚ駆動部２３およびθ駆動部２４、チップ供給部２５のためのＸ駆動部２６を含む。さらに、半導体実装装置１０の駆動部には、撮像カメラ２７のためのＸ駆動部３０、Ｙ駆動部３１およびＺ駆動部３２、加熱ブロック３６のための上下機構３７などが含まれる。上記各駆動部と、さらに実装ヘッド１６の吸着を制御する減圧ポンプ３５の動作は、図１の右上に例示するような制御系により制御される。
The
この制御系は、汎用マイクロプロセッサなどから成るＣＰＵ１１１、後述の実装制御手順（例えば図８）をＣＰＵ１１１の制御プログラムなどの形式で格納するＲＯＭ１１２、ＣＰＵ１１１のワークエリアとして用いられるＲＡＭ１１３などから構成される。また、この制御系は、上記の各駆動部（２１〜２３、２６、３０〜３２、３５、３７）に対して制御情報を入出力するためのインターフェース１１４を含む。
This control system includes a
さて、基板１２は、例えば、アルミナのような絶縁材料から成る矩形形状で、その長手方向の寸法Ａ（図２（Ａ）、（Ｂ））は概略６０ｍｍ、短手方向の寸法Ｂは概略３０ｍｍ程度であるものとする。また、本実施例では、インクジェットヘッド装置の製品仕様や要求性能から、基板１２上の実装予定位置中心１２ａに対して十数μｍ以下の位置精度で半導体チップ１３を接着することが求められているものとする。
Now, for example, the
ここで、実装予定位置中心１２ａを基板中心（例えば対角線の交点）としたときの上記の材質、寸法の基板１２上の熱膨張による伸び量を計算する。基板１２の長手方向の寸法Ａを６０ｍｍ、短手方向の寸法Ｂを３０ｍｍとしたとき、実装予定位置中心１２ａでの基板１２の長さＬは長手方向に３０ｍｍ、短手方向に１５ｍｍとなる。
Here, the amount of elongation due to thermal expansion on the
一般に、本実施例の基板１２の材質であるアルミナの線膨張率αは、α＝７．２×１０−６／℃（程度）である。また、加熱によって基板１２は、ΔＴ＝１５０℃程度温度上昇させるものとする。この場合、基板１２の熱膨張による伸び量は以下の式（１）で表される。
ΔＬ＝αＬΔＴ …（１）
In general, the linear expansion coefficient α of alumina, which is the material of the
ΔL = αLΔT (1)
この式（１）において、ΔＬは基板１２の伸び、αは線膨張率、Ｌは基板１２の長さ、ΔＬは温度上昇である。
In this equation (1), ΔL is the elongation of the
基板１２が加熱されると、図２（Ｂ）に示すように、基板１２は付き当て基準１１ａおよび１１ｂとは反対の方向へ熱膨張する。このとき、基板１２上の半導体チップ１３の実装予定位置中心１２ａは、加熱前の図２（Ａ）に示す位置から変化する。
When the
そして、上記の式（１）によると、上記の基板１２の材質、サイズ、および加熱条件では、実装予定位置中心１２ａでの基板１２の伸び量ΔＬは基板１２の長辺方向であるＸ方向に３０μｍ程度、短辺方向であるＹ方向に１５μｍ程度と、計算される。
According to the above equation (1), under the material, size, and heating conditions of the
このうち、短辺方向であるＹ方向の１５μｍの熱変形（熱膨張）は無視できる誤差範囲であるとしても、上記の実装予定位置中心１２ａに対して十数μｍ以下の位置精度を満足できない場合がありそうである。即ち、上記のような基板１２のサイズ、および加熱条件では、少なくともＸ方向に関する基板１２の熱変形（熱膨張）による位置変化の影響が大きく、目標とする実装精度に対して無視できない可能性がある。そこで、上記のような基板１２の材質、サイズ、および加熱条件では、少なくともＸ方向に関してはステージ１１ｃにより基板１２の位置を実装ヘッド１６に対して微調整できるよう構成しておく。もちろん、基板１２の材質、サイズと加熱条件によっては、ステージ１１ｃはＹ方向に関しても基板１２の位置を実装ヘッド１６に対して調整できるよう構成することができる。
Among these, even if the thermal deformation (thermal expansion) of 15 μm in the Y direction, which is the short side direction, is in an ignorable error range, the positional accuracy of 10 tens μm or less cannot be satisfied with respect to the above-described
さらに、本実施例では、ヘッド支持部１５により、実装ヘッド１６を基板１２と平行な方向に移動可能に支持する。そして、実装ヘッド１６で保持した半導体チップ１３を基板１２に圧接、加熱して実装する際、基板１２の加熱により生じる基板１２の水平方向の熱変形に応じて実装ヘッド１６がヘッド支持部１５に対して基板１２と平行な方向に移動するよう構成する。
Further, in this embodiment, the mounting
このため、特に本実施例では、実装ヘッド１６に第１の係合部（凸形状の基板接触部２０）を、基板１２には第２の係合部（凹部２０ｂ）をそれぞれ設けている。そして実装ヘッド１６で保持した半導体チップ１３を基板１２に圧接、加熱して実装する際には、第１の係合部と前記第２の係合部が係合状態となる。これにより、基板１２の加熱により生じる基板１２の水平方向の熱変形に応じて実装ヘッド１６をヘッド支持部１５に対して基板１２と平行な方向に移動させる力を発生する。
For this reason, particularly in this embodiment, the mounting
ここで、図８のフローチャートに示した実装動作は、概略次のような流れになっている。まず、基板１２を位置決めし（Ｓ１）、半導体チップ１３を供給する（Ｓ２）。次に半導体チップ１３および実装ヘッド１６を撮像し（Ｓ３）、半導体チップ１３を実装ヘッドで吸着する（Ｓ４）。その後、半導体チップ１３を基板１２に対し高精度に位置合わせを行い、貼り付けを行う（Ｓ５〜１１）。
Here, the mounting operation shown in the flowchart of FIG. 8 is generally performed as follows. First, the
図８の実装制御は、例えば上記の制御系のＣＰＵ１１１がＲＯＭ１１２に格納された制御プログラムを実行することにより実現される。この場合、ＲＯＭ１１２は本実施例の半導体チップの実装制御手順を格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を構成する。なお、ＲＯＭ１１２の一部はＥ（Ｅ）ＰＲＯＭのような書き換え可能な記憶領域から構成することができる。その場合、ネットワークや他のコンピュータ読み取り可能な記録媒体である光ディスクや各種フラッシュメモリなどから読み出したプログラムデータによって、本発明を実施するプログラムを更新したり、あるいは新規インストールしたりすることができる。
The implementation control in FIG. 8 is realized, for example, when the
図１において、チップ供給部２５は、Ｘ方向へ移動可能なＸ駆動部（供給部）２６によって、半導体チップ１３を位置決め部１１の上方の空間に搬入することができる。また、図１において、撮像カメラ２７の筺体２８には、上記のように、下方向を撮像する下側撮像光学系と、上方向を撮像する上側撮像光学系が設けられ、この筺体２８の下側と上側にはそれぞれ撮像窓２９ａ、２９ｂが形成されている。撮像カメラ２７は、Ｘ駆動部３０、Ｙ駆動部３１およびＺ駆動部３２によって、３次元空間中の所定の撮像位置に移動できる。この撮像カメラ２７によって、例えばチップ供給部２５上の半導体チップ１３および実装ヘッド１６を撮像することができる。
In FIG. 1, the
図１および図３〜５において、実装ヘッド１６には、第１の係合部として、基板接触部２０が設けられている。本実施例では基板接触部２０は、実装ヘッド１６から基板１２側へ突出した凸形状となっている。この基板接触部２０（、２０）は、図５（Ｂ）に示すように、実装ヘッド１６に少なくとも２本設ける。そして、基板接触部２０、２０の付き当て基準１１ａ側の側面は基板接触面２０ａ、２０ａとなっている。
1 and 3 to 5, the mounting
一方、実装ヘッド１６に保持された半導体チップ１３が基板１２上の所定の実装位置に位置決めされた際に、基板接触部２０、２０にそれぞれ対応する基板１２上の位置には、凹部２０ｂ、２０ｂを設けておく。凹部２０ｂ、２０ｂは、例えば基板１２の一部を切り欠いたり、穿孔したりすることにより形成する。
On the other hand, when the
特に、実装ヘッド１６の基板接触部２０、２０の基板接触面２０ａ、２０ａと、基板１２の凹部２０ｂ、２０ｂの位置関係は、次のように定められる。即ち、この位置関係は、実装ヘッド１６で保持した半導体チップ１３を基板１２上の所定の実装位置に位置決めし、基板１２を加熱する状態において、基板接触面２０ａ、２０ａが凹部２０ｂ、２０ｂ内の垂直な内壁の１つとそれぞれ接触する位置関係である。
In particular, the positional relationship between the
さらに、基板接触面２０ａ、２０ａ（第１の係合部）は、基板側の凹部２０ｂ、２０ｂ（第２の係合部）と、基板１２の熱変形する方向、特にその影響が大きいＸ方向と交差するＹ方向に沿った直線上の異なる少なくとも２点において、相互に係合する。この基板１２の熱変形する方向、特にその影響が大きいＸ方向と交差するＹ方向に沿った直線は、図５（Ｂ）における直線２０ｃである。もちろん、基板接触面２０ａ、２０ａ間（基板側の凹部２０ｂ、２０ｂ間）の距離は、実装ヘッド１６に吸着される半導体チップ１３と干渉しない程度の大きさに取ってある。
Further, the
なお、基板接触面２０ａ、２０ａ（第１の係合部）は、基板側の凹部２０ｂ、２０ｂ（第２の係合部）は上記の２点において係合するよう設けてあるが、３点以上の位置で係合するよう、これら基板接触面と基板側の凹部を配置してもよい。
The
また、図５（Ｂ）には、実装ヘッド１６で吸着されている半導体チップ１３の位置が破線によって示されている。半導体チップ１３の上面の４隅には、アライメントマーク１３ａ〜１３ｄが設けられている。このアライメントマーク１３ａ〜１３ｄは、ペイントや、半導体チップ１３上面に設けた凹（凸）部位などにより構成される。アライメントマーク１３ａ〜１３ｄは、実装ヘッド１６に対して半導体チップ１３を所定の位置関係で吸着するために用いられる（後述の図８ステップＳ３、Ｓ４）。
In FIG. 5B, the position of the
基板接触面２０ａ、２０ａは、実装ヘッド１６で保持した半導体チップ１３を基板１２に圧接、加熱して実装する際に、基板１２上の凹部２０ｂ、２０ｂの垂直な内壁と接触させる。そして、この基板接触面２０ａと、凹部２０ｂの垂直な内壁の係合によって、基板１２の加熱により生じる基板１２の水平方向の熱変形に応じて実装ヘッド１６をヘッド支持部１５に対して基板１２と平行な方向に移動させる力を発生する。
The
これにより、基板１２の加熱により生じる基板１２の水平方向の熱変形に応じて、半導体チップ１３を保持した実装ヘッド１６をヘッド支持部１５に対して従動させることができる。従って、接着剤１４の熱硬化により半導体チップ１３の実装位置に誤差が生じるのを防止することができる。
Thereby, the mounting
上記のような実装ヘッド１６の従動動作を行えるよう、実装ヘッド１６と、ヘッド支持部１５との間の支持構造は、例えば次のような２つの支持状態を有する構成とする。
The support structure between the mounting
（１）少なくとも半導体チップ１３を基板１２に圧接して基板１２の加熱を行う際、ヘッド支持部１５に対する実装ヘッド１６の基板１２に平行な方向への移動を許容する第１の支持状態。
(1) A first support state that allows the mounting
（２）それ以外の期間において、ヘッド支持部１５に対する実装ヘッド１６の基板１２に平行な方向への移動を規制する第２の支持状態。
(2) A second support state that restricts movement of the mounting
上記のような第１および第２の支持状態を有する実装ヘッド１６、およびヘッド支持部１５の間の支持構造は、例えば図３（Ａ）、（Ｂ）、図４のように構成することができる。
The support structure between the mounting
図３（Ａ）において、実装ヘッド１６は、半導体チップ１３の実装時にヘッド支持部１５に対して基板１２の水平面内で移動可能となるように複数のピン１７ａ〜１７ｄおよびバネ部材１８ａ〜１８ｄによって弾性支持されている。なお、ヘッド支持部１５は、基板１２と平行な面１５ｅを有する。また、前述のようにヘッド支持部１５はＸ駆動部２１、Ｙ駆動部２２およびＺ駆動部２３により、ＸＹＺ方向へ移動可能であるとともに、θ駆動部２４によってＺ方向の軸に対して回転可能である。
3A, the mounting
ヘッド支持部１５には、４本のピン１７ａ〜１７ｄが立設されており、これらのピンの先端にはテーパ形状部１５ａ〜１５ｄが設けられている。ピン１７ａ〜１７ｄのテーパ形状部１５ａ〜１５ｄは実装ヘッド１６の上部（吸着孔３３よりも上の位置）に設けられた空間にそれぞれ挿入されている。図４は、ピン１７ａ〜１７ｄが実装ヘッド１６に挿入される位置、および上記のバネ部材１８ａ〜１８ｄの配設位置を示している。
The
一方、実装ヘッド１６内の空間上部には、テーパ形状部１６ａ〜１６ｄが形成され、これらは、ピン１７ａ〜１７ｄのテーパ形状部１５ａ〜１５ｄと相互に係合可能な形状となっている。
On the other hand, tapered
図３（Ａ）は、実装ヘッド１６で吸着した半導体チップ１３を基板１２に当接させていない状態を示しており、この状態では、テーパ形状部１６ａ〜１６ｄと、ピン１７ａ〜１７ｄのテーパ形状部１５ａ〜１５ｄと、が面接触して相互に係合する。これにより、ヘッド支持部１５に対する実装ヘッド１６の基板１２に平行な方向への移動を規制する上記の第２の支持状態が形成される。
FIG. 3A shows a state in which the
一方、図３（Ｂ）は、ヘッド支持部１５で実装ヘッド１６を下降させ、半導体チップ１３（図３（Ａ）、（Ｂ）では不図示）を基板１２に当接させた状態を示している。この図３（Ｂ）の状態では、バネ部材１８ａ〜１８ｄが圧縮され、テーパ形状部１６ａ〜１６ｄとピン１７ａ〜１７ｄのテーパ形状部１５ａ〜１５ｄの係合が解除される。これにより、ヘッド支持部１５に対する実装ヘッド１６の基板１２に平行な方向への移動を許容する上記の第１の支持状態が形成される。
On the other hand, FIG. 3B shows a state in which the mounting
この時、ヘッド支持部１５に対して実装ヘッド１６の基板１２に平行な方向へスムーズかつ正確に移動できるよう、実装ヘッド１６の上面に、ヘッド支持部１５と接触して転動可能なボール部材１９を配置しておく。このボール部材１９は、ヘッド支持部１５〜実装ヘッド１６間の支持構造の一部である。ボール部材１９は、上記の第１の支持状態において、ヘッド支持部１５に対する実装ヘッド１６の基板１２に平行な方向への移動に伴ない、ヘッド支持部１５および実装ヘッド１６の間で転動するようになっている。
At this time, a ball member that can roll in contact with the
図３（Ｂ）の状態では、ボール部材１９は、ヘッド支持部１５の基板１２と平行な面１５ｅと接触して転がり、ヘッド支持部１５に対して実装ヘッド１６の基板１２に平行な方向へスムーズかつ正確に移動できるよう、ガイドする。ボール部材１９は、ボールリテイナーやボールベアリングなどに用いられる鋼球と同様の真球形状であり、図３（Ａ）、（Ｂ）、図４に示すように少なくとも実装ヘッド１６上面の中央位置などに配置する。本実施例では、ボール部材１９は、実装ヘッド１６の上面中央に穿たれた半球状の穴に収容されている。
3B, the
さらに、ボール部材１９それ自体も、他のボール（不図示）によりボール支持することができる。例えば、実装ヘッド１６の上記の半球状の穴の内部に複数（例えば少なくとも３個以上）の鋼球などのボールを転動自在に配置し、これら複数のボールによりボール部材１９を転動自在に支持する。
Further, the
上記のような構造により、後述のように基板１２の熱変形に応じて実装ヘッド１６がヘッド支持部１５に対して水平移動する際に、ボール部材１９が小さな摩擦抵抗によって転動し、ヘッド支持部１５と実装ヘッド１６間の摩擦を低減する。これにより、実装ヘッド１６ないしこれにより保持した半導体チップ１３を基板１２の熱変形に応じて移動させることができる。
With the structure as described above, when the mounting
なお、図示の例ではボール部材１９は１つのみ配置しているが、ボール部材１９は実装ヘッド１６上面の複数の位置に配置することができる。
In the illustrated example, only one
例えば、図３、図４に示すように実装ヘッド１６と、ヘッド支持部１５との間の支持構造を構成しておくことにより、上記の第１の支持状態（半導体チップ１３の圧接、加熱時）と、第２の支持状態（半導体チップ１３を圧接しない期間）を形成できる。
For example, as shown in FIGS. 3 and 4, by configuring a support structure between the mounting
上記の第１の支持状態においては、上記の基板接触面２０ａと、凹部２０ｂの係合によって、半導体チップ１３を保持した実装ヘッド１６をヘッド支持部１５に対してスムーズかつ正確に従動させることができる。即ち、基板１２の加熱により生じる基板１２の水平方向の熱変形に応じて実装ヘッド１６をヘッド支持部１５に対して基板１２と平行な方向に移動させる。これにより半導体チップ１３の実装（接着）位置の誤差を大きく低減できる。
In the first support state, the mounting
また、第２の支持状態においては、ヘッド支持部１５に対する実装ヘッド１６の基板１２に平行な方向への移動が規制される。即ち、少なくとも水平面内におけるヘッド支持部１５に対する実装ヘッド１６の支持位置は所定位置に規制される。これにより、半導体チップ１３を基板１２に当接させていない期間において、ヘッド支持部１５と実装ヘッド１６の相対位置が所定位置に固定される。従って、半導体チップ１３を基板１２に当接させていない期間において、例えばヘッド支持部１５を介して実装ヘッド１６（あるいはさらに吸着した半導体チップ１３）の位置を正確に制御することができる。
In the second support state, the movement of the mounting
次に、図８のフローチャートに示した実装手順に沿って、上記の構成における半導体チップ１３の実装方法について説明する。
Next, a method for mounting the
位置決め部１１に搬送されてきた基板１２はその外形の２辺を、図２（Ａ）（ないし図２（Ｂ））のように、位置決め部１１の付き当て基準１１ａおよび１１ｂに付き当てることで位置決めされる（ステップＳ１）。
As shown in FIG. 2A (or FIG. 2B), the
続いて、ＣＰＵ１１１は、Ｘ方向へ移動可能なＸ駆動部（供給部）２６によって、半導体チップ１３を保持したチップ供給部２５を位置決め部１１の上方に移動させる（ステップＳ２）。
Subsequently, the
ステップＳ１の位置決め工程、およびステップＳ２のチップ供給工程が終了すると、ステップＳ３において、位置検出のため実装ヘッド１６とチップ供給部２５上の半導体チップ１３を撮像する。まず、ＣＰＵ１１１は、実装ヘッド１６を位置決め部１１の上方の空間に移動する（図６（Ａ））。即ち、ＣＰＵ１１１はＸ駆動部３０、Ｙ駆動部３１およびＺ駆動部３２を介して撮像カメラ２７を移動させ、実装ヘッド１６とチップ供給部２５の間に撮像カメラ２７を挿入する（図６（Ａ））。そして、撮像カメラ２７の下側撮像窓２９ａからチップ供給部２５上の半導体チップ１３のアライメントマーク１３ａ〜１３ｄを撮像し、また、上側撮像窓２９ｂから実装ヘッド１６を撮像する（ステップＳ３）。
When the positioning process in step S1 and the chip supply process in step S2 are completed, in step S3, the mounting
続いて、ステップＳ４において、実装ヘッド１６によりチップ供給部２５上の半導体チップ１３を吸着し、保持する。このとき、実装ヘッド１６による半導体チップ１３の吸着時の相対位置関係は、撮像カメラ２７の撮像結果に基づき、以下のようにして制御される。
Subsequently, in step S4, the
上記のようにして、撮像カメラ２７で半導体チップ１３のアライメントマーク１３ａ〜１３ｄと実装ヘッド１６を撮像した後、ＣＰＵ１１１は図６（Ｂ）のように撮像カメラ２７を退避させる。その後、ＣＰＵ１１１は、撮像カメラ２７の撮像した画像に対して画像認識処理を実行し、その結果に従って、実装ヘッド１６とチップ供給部２５上の半導体チップ１３の現在の位置（あるいはさらに姿勢）を検出する。そして実装ヘッド１６と半導体チップ１３の現在位置（あるいはさらに姿勢）に応じてヘッド支持部１５のＸ駆動部２１、Ｙ駆動部２２およびθ駆動部２４を駆動し、実装ヘッド１６を半導体チップ１３と所定の相対位置関係となるように対峙させる。
As described above, after imaging the alignment marks 13a to 13d of the
図５（Ｂ）は、実装ヘッド１６と半導体チップ１３が上記の所定の相対位置関係となっている状態を示している。この所定の相対位置関係において、半導体チップ１３の上面の四隅のアライメントマーク１３ａ〜１３ｄのうち、アライメントマーク１３ａと１３ｂを結ぶ直線と、アライメントマーク１３ａと１３ｃを結ぶ直線は直交する。
FIG. 5B shows a state where the mounting
実装ヘッド１６は、図５（Ｂ）の相対位置関係を満足するよう位置決めし、この相対位置関係で半導体チップ１３を吸着する。即ち、上記のアライメントマークを結ぶ直交する２本の中心線のうち、基板１２の熱膨張による影響が大きいＸ（図の左右）方向と交差する直線２０ｃ上に基板接触部２０、２０の基板接触面２０ａ、２０ａが一致するように実装ヘッド１６を移動させる。本実施例では、上記のようにＸ方向が熱膨張による影響が大きい基板１２の長手方向となっている。
The mounting
ＣＰＵ１１１は、このＸ方向と垂直な直線２０ｃ上に実装ヘッド１６の基板接触部２０、２０の基板接触面２０ａ、２０ａが一致するようにヘッド支持部１５のＸ駆動部２１、Ｙ駆動部２２を駆動し、実装ヘッド１６を移動させる。なお、この直線２０ｃは、アライメントマーク１３ａ〜１３ｂの１辺の中心と、アライメントマーク１３ｃ〜１３ｄの１辺の中心を結ぶ中心線に相当する。
The
さらに、ＣＰＵ１１１は、図６（Ｂ）のように、実装ヘッド１６をＺ駆動部２３の駆動によりＺ方向に沿って下降させる。そして、チップ供給部２５上の半導体チップ１３に対して実装ヘッド１６の下面を接触させ、減圧ポンプ３５を駆動して吸着孔３３の内部を減圧する。このようにして、図５（Ｂ）の相対位置関係で実装ヘッド１６によってチップ供給部２５上の半導体チップ１３を吸着する（ステップＳ４）。
Furthermore, the
上記のようにして実装ヘッド１６が半導体チップ１３を吸着した後、ステップＳ５において、基板１２と実装ヘッド１６の相対位置関係を制御するため、基板接触面２０ａ、２０ａと、基板１２側の凹部２０ｂ、２０ｂとの距離αを測定する。
After the mounting
ここでは、まず、ＣＰＵ１１１は、図６（Ｃ）に示すように、実装ヘッド１６と基板１２の間に、撮像カメラ２７を挿入する。この状態で、撮像カメラ２７に、実装ヘッド１６に設けられた凸形状の基板接触部２０の基板接触面２０ａ、２０ａと、基板１２側の凹部２０ｂ、２０ｂを撮像させる。この撮像の目的は、基板接触面２０ａ、２０ａと、基板１２側の凹部２０ｂ、２０ｂとの距離αの測定にある。ＣＰＵ１１１は、撮像カメラ２７で撮像した画像に対する画像処理によって、基板接触面２０ａ、２０ａと、基板１２側の凹部２０ｂ、２０ｂとの距離αを測定する。この時の撮像制御方式および画像処理の細部は任意である。例えば、Ｘ駆動部３０およびＹ駆動部３１を駆動して撮像カメラ２７を移動させながら撮像画像中に所定の画像パターンの変化が生じることを利用して、撮像カメラ２７の移動量などを介して上記の距離αを測定することができる。
Here, first, the
実装ヘッド１６と基板１２の接触部間の距離αを測定したら、ＣＰＵ１１１は図６（Ｄ）に示すように撮像カメラ２７を退避させる。さらに、ＣＰＵ１１１は、基板接触部２０を確実に基板１２の凹部２０ｂ内に挿入できるよう、上記の距離αに予め定めておいたマージン相当する距離βを加算した距離α＋βを求める。そして、図６（Ｄ）に示すように、ステージ１１ｃを駆動し、位置決め部１１をこの距離α＋βだけ移動する（ステップＳ６）。
When the distance α between the mounting
位置決めステージ１１ｃを移動させた後、ＣＰＵ１１１は、図６（Ｅ）に示すように実装ヘッド１６に向かって基板１２側へ下降させる。この時、実装ヘッド１６は、半導体チップ１３が基板１２上の接着剤１４に接触せず、基板接触部２０が基板１２の凹部２０ｂ内に入る高さまで移動する（ステップＳ７）。
After moving the
実装ヘッド１６の基板１２側への移動が完了すると、ＣＰＵ１１１は、図６（Ｆ）に示すようにステージ１１ｃを駆動し、位置決め部１１を上記のマージンに相当する距離βだけ移動させる。これにより、基板接触部２０と基板１２の凹部２０ｂが接触（ステップＳ８）。
When the movement of the mounting
基板接触部２０と基板１２の凹部２０ｂを接触させた後、ＣＰＵ１１１は、図７（Ａ）に示すように実装ヘッド１６を貼り付け高さまで下降させる。これにより、実装ヘッド１６が下方へ移動することにより、実装ヘッド１６が吸着している半導体チップ１３が基板１２の実装位置に圧接され、接着剤１４を押し潰す（ステップＳ９）。これにより接着剤１４は、接着範囲に充分行き渡り、この実装位置で連通する半導体チップ１３と基板１２のインク流路（不図示）を水（液）密状態で密封する。
After contacting the
ここで、前述の図３（Ａ）は、半導体チップ１３の圧接前の状態、図３（Ｂ）は、半導体チップ１３の圧接時（後）の状態に相当する。実装ヘッド１６を下降させる前では、図３（Ａ）のようにヘッド支持部１５に下面に設けられたピン１７ａ〜１７ｄは、その下端のテーパ形状部１５ａ〜１５ｄが実装ヘッド１６内の空間のテーパ形状部１６ａ〜１６ｄに面接触している。このとき、実装ヘッド１６はヘッド支持部１５に対して位置が固定されている（上記の第２の支持状態）。
Here, FIG. 3A corresponds to a state before the
そして、実装ヘッド１６を下降させ、実装ヘッド１６に吸着された半導体チップ１３を基板１２に圧接すると、図３（Ｂ）に示すようにバネ部材１８ａ〜１８ｄが圧縮される。このときヘッド支持部１５の面１５ｅが、実装ヘッド１６とボール部材１９を介して接触する。これにより、テーパ形状部１５ａ〜１５ｄ、およびテーパ形状部１６ａ〜１６ｄの係合が解除され、実装ヘッド１６は基板１２の熱変形に応じて移動できるようになる（上記の第１の支持状態）。また、この時、ヘッド支持部１５の面１５ｅが、実装ヘッド１６とボール部材１９を介して接触し、実装ヘッド１６がヘッド支持部１５に対してスムーズかつ正確に移動できるようになる。
When the mounting
そして、図７（Ｂ）のように半導体チップ１３を基板１２上に塗布された接着剤１４に圧接した状態で、加熱ブロック３６を上下機構３７によって基板１２の下面に接触させる。加熱ブロック３６は、内部の電気ヒータなどの熱源に通電することによりあらかじめ加熱されている。これにより、基板１２が加熱され、接着剤１４が熱硬化し、半導体チップ１３が所定の実装位置に固定される（ステップＳ１０）。
7B, the
この時、例えば接着剤１４の硬化が完了するために必要な時間の間、基板１２に加熱ブロック３６を接触させていると、その間に基板１２の熱膨張が発生することになる。特に本実施例では、Ｘ方向に関しては、基板１２は付き当て基準１１ａに当接しているため、Ｘ軸のマイナス方向（図１、図６の左方）へ基板１２が熱膨張する。
At this time, for example, if the
この状態では、半導体チップ１３を吸着している実装ヘッド１６は、ヘッド支持部１５に対して上記の第１支持状態で基板に平行、すなわち水平方向に移動可能となっている。従って、基板１２が熱膨張すると、基板１２の凹部２０ｂ、２０ｂによって基板接触面２０ａ、２０ａが押圧され、基板１２の熱変形に応じて半導体チップ１３および実装ヘッド１６が従動する。この時、実装ヘッド１６は、バネ部材１８ないしボール部材１９を介して基板１２に押し付けられる力を受けているが、例えば基板１２の熱膨張によって基板接触部２０が押される力が充分大きければ、水平方向に移動できる。逆に言えば、加熱ブロック３６で基板１２を加熱する際のヘッド支持部１５の圧接力や、バネ部材１８のバネ定数などは、上記の基板１２の水平方向の熱変形に応じた半導体チップ１３および実装ヘッド１６の従動が可能な程度に設定しておくものとする。
In this state, the mounting
以上のようにして、基板１２の加熱により生じる基板１２の水平方向の熱変形に応じて実装ヘッド１６をヘッド支持部１５に対して基板１２と平行な方向に移動させ、これにより半導体チップ１３の実装（接着）位置の誤差を大きく低減できる。
As described above, the mounting
その後、接着剤１４が硬化した後、ＣＰＵ１１１は、図７（Ｃ）に示すように加熱ブロック３６を下方に移動させ、実装ヘッド１６は減圧ポンプ３５による半導体チップ１３の吸着を停止させてからＺ駆動部２３により上方へ移動させる。接着剤１４が硬化していれば、実装ヘッド１６を基板１２から離間させても、半導体チップ１３は基板１２に固定された状態を保つ。
Thereafter, after the adhesive 14 is cured, the
実装ヘッド１６を上昇させ、基板１２方向への圧接力を解除すると、実装ヘッド１６とヘッド支持部１５の間の支持構造は図３（Ａ）に示す支持状態（第２の支持状態）に復帰する。即ち、バネ部材１８ａ〜１８ｄの付勢力により、ヘッド支持部１５のテーパ形状部１５ａ〜１５ｄと実装ヘッド１６のテーパ形状部１６ａ〜１６ｄが再び面接触する。これにより、実装ヘッド１６とヘッド支持部１５の間の支持構造が図３（Ａ）に示す支持状態（第２の支持状態）に復帰する。
When the mounting
以上説明したように、本実施例によれば、まず、半導体チップ１３を実装ヘッド１６で吸着する際、半導体チップ１３の吸着位置が、基板１２の熱変形に応じて実装ヘッド１６を従動させる基板接触部２０に対して所定の相対位置関係となるように制御される。
As described above, according to the present embodiment, first, when the
そして、半導体チップ１３を基板１２に圧接させる前に、実装ヘッド１６の基板接触部２０、２０の基板接触面２０ａ、２０ａと基板１２の凹部２０ｂが接触する状態を形成する。ここまでの段階では、実装ヘッド１６とヘッド支持部１５の間の支持構造は第２の支持状態となっている。
Then, before the
この状態で、実装ヘッド１６を下降させ、半導体チップ１３を基板１２に圧接させると、実装ヘッド１６とヘッド支持部１５の間の支持構造は第１の支持状態に切り換わり、実装ヘッド１６がヘッド支持部１５に対してＸＹ方向に移動可能となる。
In this state, when the mounting
ここで基板１２を加熱ブロック３６によって加熱し、付き当て基準１１ａと反対方向に向う基板１２の熱変形が生じると、実装ヘッド１６の基板接触部２０が、基板１２の凹部２０ｂの側面によって押圧する。これに実装ヘッド１６は基板１２の熱変形に応じて水平（Ｘ）方向に従動する。
Here, when the
以上のようにして半導体チップ１３の実装位置精度、特にＸ方向において基板１２上の目標とする接着位置中心と半導体チップ１３のアライメントマーク１３ａ〜１３ｄ中心の位置精度の整合精度を高めることができる。
As described above, the mounting accuracy of the
また、基板１２の加熱によって、基板１２の上面の傾きが変化するような熱変形が生じている場合でも、少なくとも実装ヘッド１６は、上記の傾き方向の熱変形にも追従させることができる。特に、実装ヘッド１６は、４本のピン１７とこれを通過させる実装ヘッド１６の開口の寸法余裕によって定まる分だけ、移動が可能であり、この範囲で上記の傾き方向の熱変形に追従できる。従って、本実施例の構成は、半導体チップ１３と基板１２の平行度の精度を保つためにも役立つ。
Further, even when the
なお、以上では、１枚の基板１２上に半導体チップ１３を１つ実装する例を示したが、上記構成は１枚の基板１２上に半導体チップ１３を複数搭載する（インクジェットヘッド）製品の場合においても実施できる。例えば、基板１２上の複数の半導体チップ１３の実装位置ごとに、それぞれ実装ヘッド１６の基板接触部２０と接触して実装ヘッド１６を従動させるための凹部２０ｂを設けておくことができる。また、実装ヘッド１６は、同時に複数の半導体チップ１３を実装するなら、上記同様の構成のものを複数、設けておく。このように複数の半導体チップ１３を実装する場合でも、各々の半導体チップ１３の実装位置の精度は上述のようにして高精度に保たれる。なお、このように複数の半導体チップ１３を実装する場合には、加熱ブロック３６から基板１２に対して印加される（総）熱量が大きくなり、基板１２の熱変形量も大きくなる可能性がある。その場合でも、基板１２の材質やサイズから計算（予測）される熱変形に応じて、実装ヘッド１６〜ヘッド支持部１５間の支持構造の第１の支持状態における水平方向の移動範囲を適宜設定しておく。これにより、半導体チップ１３の実装位置を高精度に維持できる。
Although an example in which one
以上の実施例１では、実装ヘッド１６およびヘッド支持部１５間の支持構造として、図３〜図５に示すような構成を例示した。しかしながら、上述の第１および第２の支持状態を有する実装ヘッド１６およびヘッド支持部１５の間の支持構造は、図３〜図５のような構成に限定されるものではない。本実施例では、図１の全体構成に適用可能な実装ヘッド１６およびヘッド支持部１５間の支持構造の異なる具体例につき、図９〜図１１を用いて説明する。
In the first embodiment described above, as the support structure between the mounting
本実施例では、実装ヘッド１６およびヘッド支持部１５間の支持構造に、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すような基本構造を用いる。また、図１０は、ヘッド支持部１５に支持された実装ヘッド１６の上面を示している。
In this embodiment, a basic structure as shown in FIGS. 9A and 9B is used for the support structure between the mounting
なお、ヘッド支持部１５は上記実施例１と同様に、基板１２と平行な下面（面１５ｅ）を有する。また、ヘッド支持部１５はＸ駆動部２１、Ｙ駆動部２２およびＺ駆動部２３により、ＸＹＺ方向へ移動可能であるとともに、θ駆動部２４によってＺ方向の軸に対して回転可能である。
The
図９（Ａ）、（Ｂ）の左右方向は、図１のＸ軸方向に相当し、ヘッド支持部１５の左右の下部構造は、図示のように、コの字型の断面の壁状部１５ｇ、１５ｇを有し、その内側に実装ヘッド１６のフランジ部１６ｃ、１６ｃを収容する。
9A and 9B corresponds to the X-axis direction in FIG. 1, and the left and right lower structures of the
また、図９（Ａ）、（Ｂ）、図１０のように、ヘッド支持部１５の下面（面１５ｅ）には、転動自在に配置されたボール部材４９が配置されている。また、フランジ部１６ｃ、１６ｃの下面に相当する、ヘッド支持部１５の壁状部１５ｇ、１５ｇの内側上面には、それぞれ転動自在に配置されたボール部材４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ（図１０）が配置されている。
Further, as shown in FIGS. 9A, 9B, and 10, a
さらに、壁状部１５ｇ、１５ｇ内側の垂直な壁面と、フランジ部１６ｃ、１６ｃの端面の間にはそれぞれバネ部材４８ａ、４８ｂが弾装されている。これらバネ部材４８ａ、４８ｂを介して、実装ヘッド１６はヘッド支持部１５に対して基板１２と平行な方向に弾性支持される。なお、ここでは、詳細な形状は図示していないが、例えばこれらバネ部材４８ａ、４８ｂは、例えばコイルスプリングを複数個配列して構成することができる。また、バネ部材４８ａ、４８ｂは、適当なバネ定数を有するシリコンゴムのような材質のブロック材から構成してもよい。
Further,
上記のような実装ヘッド１６およびヘッド支持部１５間の支持構造は、上述の実施例１のものと同様に、第１および第２の支持状態を持つ。即ち、これら第１および第２の支持状態は、基板１２の熱変形に応じて実装ヘッド１６が水平方向に移動可能な第１の支持状態と、実装ヘッド１６で保持した半導体チップ１３を基板１２に当接させていない時の第２の支持状態である。
The support structure between the mounting
実装ヘッド１６で保持した半導体チップ１３を基板１２に当接させている時、上記の支持構造は図９（Ｂ）に示す第１の支持状態となる。この第１の支持状態では、実装ヘッド１６は、ヘッド支持部１５側からの圧接力によって、ヘッド支持部１５の下面に設けられたボール部材４９と当接する。一方、同じヘッド支持部１５側からの圧接力によって、フランジ部１６ｃ、１６ｃはボール部材４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ（図１０）から浮動状態となる。このようなガイド状態において、基板１２の熱変形に応じてバネ部材４８ａ、４８ｂが変形することにより実装ヘッド１６がヘッド支持部１５に対して基板１２の水平方向の面で移動可能となる。
When the
一方、実装ヘッド１６で保持した半導体チップ１３を基板１２に当接させてない時には、上記の支持構造は図９（Ａ）に示す第２の支持状態となる。この第２の支持状態では、フランジ部１６ｃ、１６ｃはボール部材４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ（図１０）で支持される。そして、このボール支持状態において、バネ部材４８ａ、４８ｂの付勢力によって、ヘッド支持部１５に対する実装ヘッド１６の基板１２に平行な方向への自由な移動が規制される。即ち、この第２の支持状態では、実装ヘッド１６は、壁状部１５ｇ、１５ｇの内寸に沿う長尺のバネ部材４８ａ、４８ｂで支持されている。そして、これらバネ部材４８ａ、４８ｂによって実装ヘッド１６とヘッド支持部１５の相対位置関係が所定の位置関係に規制される。
On the other hand, when the
なお、実装ヘッド１６の他の構造は上記実施例１のものとほぼ同様である。特に、実装ヘッド１６の下面の基板接触面２０ａ、２０ａを有する基板接触部２０、２０の構造は上記実施例１と同様である。もちろん、これに係合する基板１２側の凹部２０ｂ、２０ｂの構造も上記実施例１と同様である。
The other structure of the mounting
上記のような実装ヘッド１６およびヘッド支持部１５間の支持構造を用いる場合の実装制御は、以下に示す相違部分を除いて、上記実施例１と同様であり、ここではこの上記実施例１と同様の実装制御については説明を省略する。そして、以下では、図９（Ａ）、（Ｂ）および図１０の支持構造を用いる場合の半導体実装装置１０による半導体チップ１３の実装制御において、特に図８のステップＳ９、１１において上記実施例１と異なる部分を説明する。
The mounting control in the case of using the support structure between the mounting
図８のステップＳ９において、半導体チップ１３を吸着し、実装ヘッド１６を下降させて基板１２に圧接し、接着剤１４を押し潰す時、上記の通り実装ヘッド１６とヘッド支持部１５間の支持構造は、図９（Ｂ）の第１の支持状態になる。
In step S9 of FIG. 8, when the
また、実装ヘッド１６によって、半導体チップ１３を基板１２に下降させる前の状態では、上記の通り実装ヘッド１６とヘッド支持部１５間の支持構造は、図９（Ａ）の第２の支持状態になる。この第２の支持状態では、図９（Ａ）に示すようにヘッド支持部１５に設けられたボール部材４７ａ〜４７ｄ、４９の間に実装ヘッド１６のフランジ部１６ｃ、１６ｃが挟まれた状態で支持される。ボール部材４７ａ〜４７ｄ、４９は、ヘッド支持部１５側に自由に転動可能な状態で支持されており、ヘッド支持部１５と実装ヘッド１６間の摩擦を低減するよう作動する。また、この時、実装ヘッド１６は側面側のバネ部材４８ａ、４８ｂから、ヘッド支持部１５に対して常に決まった位置関係となるように水平方向に力を受けている。
Further, in the state before the
そして、図９（Ａ）の第２の支持状態から、実装ヘッド１６を下降させ、実装ヘッド１６に吸着した半導体チップ１３を基板１２に圧接すると、上記支持構造は図９（Ｂ）の第１の支持状態に移行する。
Then, when the mounting
この第１の支持状態では、図９（Ｂ）に示すようにヘッド支持部１５の面１５ｅに実装ヘッド１６がボール部材４９を介して押し付けられる。この状態で、実装ヘッド１６がＸ方向に充分大きな力を受けることで、実装ヘッド１６はヘッド支持部１５との隙間の分だけ、ヘッド支持部１５に対して移動可能となる。即ち、基板１２の熱変形に応じてバネ部材４８ａ、４８ｂが変形することにより実装ヘッド１６がヘッド支持部１５に対して基板１２の水平方向の面で移動できるようになる。なお、このとき、基板１２に対する半導体チップ１３の押し付け力は、ヘッド支持部１５からボール部材４９を介して与えられる力である。
In the first support state, the mounting
図８のステップＳ１１において、半導体チップ１３の押し付けが完了し、実装ヘッド１６が上方へ移動すると、ヘッド支持部１５と実装ヘッド１６の間の支持構造は、図９（Ａ）に示す第２の支持状態に戻る。このとき、ヘッド支持部１５に対する実装ヘッド１６の水平方向の位置は、実装ヘッド１６の側面に取り付けられたバネ部材４８ａ、４８ｂによって復元される。
In step S11 of FIG. 8, when the pressing of the
以上のように、本実施例においても、まず、半導体チップ１３を実装ヘッド１６で吸着する際、半導体チップ１３の吸着位置が、前述同様に、実装ヘッド１６を従動させるための基板接触部２０に対して所定の相対位置関係となるように制御される。
As described above, also in the present embodiment, when the
そして、半導体チップ１３を基板１２に圧接させる前に、実装ヘッド１６の基板接触部２０、２０の基板接触面２０ａ、２０ａと基板１２の凹部２０ｂが接触する状態を形成する。ここまでの段階では、実装ヘッド１６とヘッド支持部１５の間の支持構造は第２の支持状態となっている。
Then, before the
この状態で、実装ヘッド１６を下降させ、半導体チップ１３を基板１２に圧接させると、実装ヘッド１６とヘッド支持部１５の間の支持構造は第１の支持状態に切り換わり、実装ヘッド１６がヘッド支持部１５に対してＸＹ方向に移動可能となる。
In this state, when the mounting
ここで基板１２を加熱ブロック３６によって加熱し、付き当て基準１１ａと反対方向に向う基板１２の熱変形が生じると、実装ヘッド１６の基板接触部２０が、基板１２の凹部２０ｂの側面によって押圧する。これにより、実装ヘッド１６は基板１２の熱変形に応じて水平（Ｘ）方向に従動する。
Here, when the
以上のようにして、上記実施例１と同様に半導体チップ１３の実装位置精度、特にＸ方向において基板１２上の目標とする接着位置中心と半導体チップ１３のアライメントマーク１３ａ〜１３ｄ中心の位置精度の整合精度を高めることができる。
As described above, the mounting position accuracy of the
なお、図９および図１０に示した実装ヘッド１６とヘッド支持部１５の間の支持構造は、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すように変形することができる。
The support structure between the mounting
図１１（Ａ）、（Ｂ）の実装ヘッド１６とヘッド支持部１５の間の支持構造では、ヘッド支持部１５に上下に動作可能で先端にテーパ形状部１５ａ、１５ｂを有するピン５０ａ、５０ｂを設けている。ＣＰＵ１１１（図１）によりピン５０ａ、５０ｂは、ソレノイドやピエゾ素子などのアクチュエータ（不図示）を介して図１１（Ａ）、または（Ｂ）の状態に挿抜制御される。また、実装ヘッド１６の上面のピン５０ａ、５０ｂに対応する位置にはテーパ形状部１６ａ、１６ｂを設ける。その他の構成は、図９および図１０の支持構造と同様である。
In the support structure between the mounting
図１１（Ａ）、（Ｂ）の支持構造においても、実装ヘッド１６への半導体チップ１３の吸引は、上述同様に行う。そして、半導体チップ１３を保持した実装ヘッド１６を下方に移動する前の段階では、実装ヘッド１６とヘッド支持部１５の間の支持構造は図１１（Ａ）の第２の支持状態となる。
Also in the support structure of FIGS. 11A and 11B, the
この第２の支持状態では、ＣＰＵ１１１がヘッド支持部１５下面に設けられたピン５０ａ、５０ｂを下降させて、これらの先端のテーパ形状部１５ａ、１５ｂを実装ヘッド上面のテーパ形状部１６ａ、１６ｂに面接触させる。これにより、実装ヘッド１６のヘッド支持部１５に対する相対位置関係が固定され、例えば基板１２の実装位置に対応するＸＹ座標への位置決めを正確に行えるようになる。
In this second support state, the
一方、実装ヘッド１６を下降させて半導体チップ１３を基板１２に圧接した状態では、実装ヘッド１６とヘッド支持部１５の間の支持構造は図１１（Ｂ）の第１の支持状態に制御する。
On the other hand, in a state where the mounting
この第１の支持状態では、ヘッド支持部１５の基板１２と平行な面１５ｅに、実装ヘッド１６がボール部材４９を介して押圧される。これと同時に、ＣＰＵ１１１はヘッド支持部１５のピン５０ａ、５０ｂを上昇させ、面接触していたピン５０ａ、５０ｂのテーパ形状部１５ａ、１５ｂと、実装ヘッド１６のテーパ形状部１６ａ、１６ｂを離間させる。これにより、実装ヘッド１６が基板１２の熱変形に伴いＸ方向に充分大きな力を受けることで、実装ヘッド１６はヘッド支持部１５との隙間の分だけ、ヘッド支持部１５に対して移動可能となる。即ち、実装ヘッド１６は基板１２の熱変形に応じて水平（Ｘ）方向に従動できるようになる。
In the first support state, the mounting
以上のように、ヘッド支持部１５と実装ヘッド１６の間にピン５０ａ、５０ｂと形状部１６ａ、１６ｂを配置し、ＣＰＵ１１１によりピン５０ａ、５０ｂの挿抜を実装工程に応じて能動的に制御することによって、上述の各構成と同様の実装制御を行える。この構成では、特にピン５０ａ、５０ｂの挿抜を能動的に制御するため、ヘッド支持部１５と実装ヘッド１６の間の支持構造の第１および第２の支持状態を確実に制御することができる。
As described above, the
上記実施例１および実施例２では、ヘッド支持部１５と実装ヘッド１６の間の支持構造にバネ部材１８ａ〜１８ｄやバネ部材４８ａ、４８ｂを用いていた。これらのバネ部材は特に駆動源を用いずに動作し、例えば上記支持構造の第１の支持状態において、実装ヘッド１６の基板接触部２０、２０と基板１２の凹部２０ｂの係合により実装ヘッド１６を基板１２の熱変形に応じて水平（特にＸ）方向に従動させる。
In the first embodiment and the second embodiment, the
しかしながら、バネ部材１８ａ〜１８ｄやバネ部材４８ａ、４８ｂに換えて、ヘッド支持部１５と実装ヘッド１６の間の支持構造には、例えば本実施例３で示すように、アクチュエータ（例えば図１３、図１４のＸ駆動部３９、Ｙ駆動部４０）を用いてもよい。これらアクチュエータの状態は、例えば制御系１００（図１２）によって制御することができる。
However, instead of the
以下、本発明の実施例３を図１２〜図１７を用いて具体的に説明する。図１２に示す半導体実装装置１０は、上述同様の材質、サイズを有する基板１２に半導体チップ１３を実装する装置であり、位置決め部１１、チップ供給部２５、撮像カメラ２７、実装ヘッド１６および加熱ブロック３６を備えている。図１２の半導体実装装置１０は、実施例１および２の半導体実装装置１０（図１）のものとほぼ同様の構成を有し、さらに制御系としては、上述のＣＰＵ１１１、ＲＯＭ１１２、ＲＡＭ１１３、インターフェース１１４などから構成された制御系１００を有する。
A third embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to FIGS. A
図１６に示すように、基板１２の半導体チップ１３の実装位置の周囲には、マーク１２ｂ〜１２ｅを付与しておく、これらマーク１２ｂ〜１２ｅは、印刷やエッチング、切削などによって基板１２に付与できる。制御系１００は、マーク１２ｂ〜１２ｅの位置を、撮像カメラ２７の撮影を介して検出することができ、この検出結果に応じて例えば実装ヘッド１６の位置を制御することができる。
As shown in FIG. 16, marks 12 b to 12 e are provided around the mounting position of the
特に図１２の半導体実装装置１０は、図１のものと比較すると、実装ヘッド１６の基板接触部２０、２０および基板１２の凹部２０ｂを設けていない。また、ヘッド支持部１５と実装ヘッド１６の間の支持構造には、図１３、図１４に示すように、アクチュエータとして、Ｘ駆動部３９、Ｙ駆動部４０を用いている。この点も上記実施例１および２と異なる。
In particular, the
図１３、図１４に示す本実施例３のヘッド支持部１５と実装ヘッド１６の間の支持構造は、断面構造に示すように、図９、図１０のものと同様に構成されたボール部材４７ａ〜４７ｄ、４９を含む。
The support structure between the
図１３、図１４の支持構造が図９、図１０のものと異なる点の１つは実装ヘッド１６に、この実装ヘッド１６を従動させる基板接触部２０が設けられていないことにある。また、図１３、図１４の支持構造では、図９、図１０におけるバネ部材４８ａ、４８ｂに換えてＸ駆動部３９、Ｙ駆動部４０を設けている。
One of the differences between the support structure of FIGS. 13 and 14 from that of FIGS. 9 and 10 is that the mounting
Ｘ駆動部３９、Ｙ駆動部４０は、例えばピエゾ素子などを用いたアクチュエータであって、制御系１００（のＣＰＵ１１１）によって図１４の図示面内における伸縮状態を制御することができる。これにより、ＸＹ平面（図１２）における実装ヘッド１６のヘッド支持部１５に対する相対位置を能動的に制御できる。
The
図１４に示すように、本実施例の実装ヘッド１６の支持構造は実装ヘッド１６の４辺を囲むように配置されたヘッド支持部１５の壁状部１５ｇ、１５ｇ、１５ｈ、１５ｈを有する。そして、Ｘ駆動部３９、Ｙ駆動部４０は、壁状部１５ｇ、１５ｈと実装ヘッド１６の２辺の間に配置されている。
As shown in FIG. 14, the mounting structure of the mounting
このような配置において、本実施例では、制御系１００（のＣＰＵ１１１）により、Ｘ駆動部３９、Ｙ駆動部４０の伸（縮）量を能動的に制御することができる。以下の説明では、基板１２の材質、サイズ、加熱時条件などに応じて予め計算した基板１２の熱膨張量に応じて、Ｘ駆動部３９、Ｙ駆動部４０の伸び（延ばし）量を能動的に制御する。ただし、基板１２の加熱時に、基板１２のマーク１２ｂ〜１２ｅの位置を撮像カメラ２７の撮影を介して検出しながら、Ｘ駆動部３９、Ｙ駆動部４０の駆動量を決定することもできる。
In such an arrangement, in this embodiment, the control system 100 (the CPU 111) can actively control the amount of expansion (contraction) of the
さらに、制御系１００は、加熱ブロック３６による基板１２の熱変形に応じてＸ駆動部３９、Ｙ駆動部４０の駆動量を決定する。このような能動制御によって、本実施例３の実装ヘッド１６の支持構造は、例えば上記の第１の支持状態において実装ヘッド１６を基板１２の熱変形に応じて水平面内、特に、Ｘ、およびＹ軸の双方に平行な方向に移動させることができる。
Further, the
また、第２の支持状態においては、制御系１００（のＣＰＵ１１１）でＸ駆動部３９、Ｙ駆動部４０の伸縮量を特定の長さに制御（固定）することにより、実装ヘッド１６のヘッド支持部１５に対する相対位置関係を固定することができる。例えば基板１２の実装位置に対応するＸＹ座標への位置決めを正確に行えるようになる。
Further, in the second support state, the control system 100 (the CPU 111) controls (fixes) the expansion / contraction amounts of the
本実施例３において、実装工程における半導体実装装置１０の各状態は、図６（Ａ）〜（Ｆ）、図７（Ａ）〜（Ｃ）と同等の様式を有する図１５（Ａ）〜（Ｆ）に示してある。また、図１７のフローチャート図は、図８と同様に本実施例３における実装制御の流れを示している。本実施例においても、実装制御の主体は実施例１および２と同様に制御系１００（のＣＰＵ１１１）である。また、図１６（Ａ）〜（Ｃ）は、図２と同様に主に基板１２の実装工程における熱変形の様子を示している。
In the third embodiment, the states of the
以下、図１７のフローチャートに示すように、本実施例の半導体実装装置１０における実装制御は、概略、次のような流れになっている。まず、基板１２を位置決めし（ステップＳ２１）、半導体チップ１３を供給する（ステップＳ２２）。次に、半導体チップ１３および実装ヘッド１６を撮像し（ステップＳ２３）、半導体チップ１３を吸着する（ステップＳ２４）。そして基板１２を加熱ブロック３６で加熱し、半導体チップ１３を基板１２に接着する（ステップＳ２５〜２８）。
Hereinafter, as shown in the flowchart of FIG. 17, the mounting control in the
位置決め部１１は、実施例１、２と同様に、図１２、図１６（Ａ）〜（Ｃ）に示すように基板１２の位置を規定するための付き当て基準１１ａ、１１ｂを含む。これら付き当て基準１１ａ、１１ｂによって、位置決め部１１に搬入された基板１２の位置が所定位置に規制される（図１７のステップＳ２１）。この時、図１６（Ａ）のように基板１２は外形の対向する２辺のうちの片側を位置決め部１１の付き当て基準１１ａおよび１１ｂに付き当てることで位置決めされる。なお、図１６（Ａ）では、半導体チップ１３はまだ基板１２マーク１２ｂ〜１２ｅの中心に相当する実装位置上空に移動されていない。また、基板１２上面の半導体チップ１３の実装予定位置には、上記実施例１および２同様に、予め接着剤１４が塗布されているものとする。
Similar to the first and second embodiments, the
本実施例においても、基板１２が加熱ブロック３６により加熱されると、図１６（Ａ）ないし（Ｂ）の状態から図１６（Ｃ）のように付き当て基準１１ａおよび１１ｂの反対方向へ熱膨張することになる。このとき、図１６（Ｃ）に示すように、基板１２の熱変形によって、基板１２上の半導体チップ１３の実装位置は、熱変形が生じる前の破線の位置から実線位置（マーク１２ｂ〜１２ｅの中心）に移動することになる。
Also in this embodiment, when the
本実施例３では、図１６（Ａ）〜（Ｃ）は図２と異なり、Ｘ軸のマイナス方向およびＹ軸のプラス方向への実装位置の変化を双方とも示しており、本実施例３では、これらＸＹ両方向の半導体チップ１３の実装位置精度の低下を抑制することができる。
In this third embodiment, FIGS. 16A to 16C differ from FIG. 2 in that both the mounting position changes in the negative direction of the X axis and the positive direction of the Y axis are shown. Thus, it is possible to suppress a decrease in mounting position accuracy of the
ここで、図２（Ａ）と同様の示すアルミナ製の基板１２において、実装予定位置中心１２ａが基板中心としたときの熱膨張による伸び量を計算する。基板１２の長手方向の寸法Ａを６０ｍｍ、短手方向の寸法Ｂを３０ｍｍとしたとき、実装予定位置中心１２ａでの基板１２の長さＬは長手方向に３０ｍｍ、短手方向に１５ｍｍとなる。ここで、線膨張率α＝７．２×１０−６／℃、加熱による基板１２の温度上昇ΔＴ＝１５０℃とすると、上述の式（１）から実装予定位置中心１２ａでの基板１２の伸び量ΔＬは、基板１２の長手方向に３０μｍ程度、短手方向に１５μｍ程度となる。本実施例３では、これらの熱膨張に応じてＸＹ両方向の半導体チップ１３の実装位置を補正することができる。
Here, in the
Ｘ方向へ移動可能なＸ駆動部２６によって、チップ供給部２５で保持した半導体チップ１３を位置決め部上空へ供給する（図１７のステップＳ２２）。
The
図１２において、撮像カメラ２７は下方向を撮像する下側撮像光学系と、上方向を撮像する上側撮像光学系が収容された扁平箱形状の筺体２８を有する。この筺体２８の下側と上側にはそれぞれ撮像窓２９ａ、２９ｂが形成されている。撮像カメラ２７は、ＸＹＺ方向へ移動可能なＸ駆動部３０、Ｙ駆動部３１およびＺ駆動部３２によって、チップ供給部２５上の半導体チップ１３および実装ヘッド１６を撮像する（図１７のステップＳ２３）。
In FIG. 12, the
上述のように、実装ヘッド１６は、ヘッド支持部１５に対して基板１２の水平方向の面で移動できるよう複数のボール部材４７ａ〜４７ｄ、４９によって挟み込まれている（図１３（Ａ））。また、実装ヘッド１６の、ヘッド支持部１５に対する相対位置は、Ｘ駆動部３９、Ｙ駆動部４０により制御可能である。ボール部材４７ａ〜４７ｄ、４９は、ヘッド支持部１５に自由に回転可能な状態で設置されており、ヘッド支持部１５と実装ヘッド１６間の摩擦を低減する。本実施例でも、ヘッド支持部１５は、基板１２と平行な面１５ｅを有し、Ｘ駆動部２１、Ｙ駆動部２２およびＺ駆動部２３により、ＸＹＺ方向へ移動可能であるとともに、θ駆動部２４によってＺ方向の軸に対して回転可能である。
As described above, the mounting
また、本実施例でも、実装ヘッド１６は、前述同様の吸着孔３３を有し、吸着孔３３は、エアチューブ３４によって減圧ポンプ３５に接続されている。制御系１００（のＣＰＵ１１１）は、上記の撮像工程の結果に応じて実装ヘッド１６を移動させ、半導体チップ１３が下面に接触した状態で吸着孔３３の内部を減圧する。これにより、半導体チップ１３が実装ヘッド１６に吸着される（図１７のステップＳ２４）。
Also in this embodiment, the mounting
本実施例３においても、加熱ブロック３６は前述の各実施例同様の内部構造を有し、位置決め部１１の下側に配置され、予め所定の加熱温度に加熱されているものとする。制御系１００は、実装ヘッド１６により吸着した半導体チップ１３を基板１２上の実装位置に移動する。この時、制御系１００は、撮像カメラ２７によってマーク１２ｂ〜１２ｅを撮像（ステップＳ２５）した結果に応じて実装ヘッド１６の位置を制御する。これにより、マーク１２ｂ〜１２ｅ中心の実装位置に半導体チップ１３を整合させることができる。
Also in the third embodiment, it is assumed that the
この状態で、ヘッド支持部１５により実装ヘッド１６を下降させ、基板１２に塗布された接着剤１４上に圧接する（ステップＳ２６）。そして、予め加熱しておいた加熱ブロック３６を上下機構３７によって基板１２の下面に接触させると、接着剤１４は熱硬化し、半導体チップ１３が固定される（ステップＳ２７）。
In this state, the mounting
上記の実装制御における半導体実装装置１０の各部は、図１５（Ａ）〜（Ｆ）のように動作する。
Each part of the
図１７のステップＳ２１の位置決め工程の後、制御系１００は図１５（Ａ）に示すように実装ヘッド１６を位置決め部１１の上空へ移動させる（ステップＳ２２）。この状態で、制御系１００は実装ヘッド１６とチップ供給部２５の間に、実装ヘッド１６とチップ供給部２５上の半導体チップ１３の位置を検出するため、撮像カメラ２７を挿入する。撮像カメラ２７は、下側撮像窓２９ａから半導体チップ１３のアライメントマーク１３ａ〜１３ｄを撮像し、上側撮像窓２９ｂから実装ヘッド１６を撮像する。アライメントマーク１３ａ〜１３ｄは、実施例１と同様に半導体チップ１３の上面の四隅に設けられているものとする（ステップＳ２３）。
After the positioning step of step S21 in FIG. 17, the
撮像カメラ２７で半導体チップ１３のアライメントマーク１３ａ〜１３ｄと実装ヘッド１６を撮像したら、制御系１００は、撮像カメラ２７を退避させる。その後、制御系１００は、撮像カメラ２７による撮像結果に従ってヘッド支持部１５のＸ駆動部２１、Ｙ駆動部２２およびθ駆動部２４を駆動し、実装ヘッド１６を半導体チップ１３に対して位置合わせする。これにより実装ヘッド１６の中心位置とＺ方向の軸に対する角度が、半導体チップ１３のアライメントマーク１３ａ〜１３ｄの中心と傾きに合うように対峙する。
When the
次に、実装ヘッド１６はＺ駆動部２３の駆動によってＺ方向へ移動し、図１５（Ｂ）に示すようにチップ供給部２５上の半導体チップ１３を中心と傾きを合わせて吸着する（ステップＳ２４）。
Next, the mounting
実装ヘッド１６が半導体チップ１３を吸着すると、制御系１００は、図１５（Ｃ）に示すようにチップ供給部２５を退避させる。そして、実装にあたってまず基板１２の位置を把握すべく、半導体チップ１３と基板１２の間に撮像カメラ２７を挿入する。
When the mounting
図１６（Ａ）は、図１５（Ｃ）の状態における半導体チップ１３と基板１２の上面の概要を示している。制御系１００は、撮像カメラ２７で実装ヘッド１６および基板１２のマーク１２ｂ〜１２ｅを撮影させ、この撮像結果に基づき、マーク１２ｂ〜１２ｅの位置を認識する。さらに、制御系１００は、この認識結果に基づき、基板１２の実装位置中心と傾きに、半導体チップ１３のアライメントマーク１３ａ〜１３ｄの中心と傾きを合わせるための補正量を算出する。
FIG. 16A shows an outline of the top surfaces of the
ここで、実装位置中心とは、図１６（Ａ）に示すマーク１２ｂと１２ｄを結ぶ直線と、マーク１２ｃと１２ｅを結ぶ直線の交点となる。また、実装位置傾きとは、半導体チップ１３の長手方向の傾きであり、マーク１２ｂと１２ｄを結ぶ直線の傾きとなる。図１６（Ａ）では、基板１２の実装位置に対して、上方にある半導体チップ１３の位置は、Ｘ軸のプラス方向およびＹ軸のプラス方向にずれている（図１７のステップＳ２５）。
Here, the mounting position center is an intersection of a straight line connecting the
実装ヘッド１６と基板１２を撮影して補正量を算出すると、制御系１００は図１５（Ｄ）に示すように撮像カメラ２７を退避させ、また、実装ヘッド１６を接着高さまで移動させる。この移動の際には、算出した補正量に基づいて、Ｘ駆動部２１、Ｙ駆動部２２およびθ駆動部２４を制御する。これにより、ヘッド支持部１５をＸＹ方向および、Ｚ方向の軸の回転方向に移動して、実装位置上に半導体チップ１３が整合するよう補正する。
When the correction amount is calculated by photographing the mounting
その後、制御系１００は、ヘッド支持部１５により半導体チップ１３を吸着した実装ヘッド１６を下降させ、基板１２側へ移動して、接着剤１４を押し潰す（図１７のステップＳ２６）。なお、図１６（Ｂ）は、図１５（Ｄ）の状態における半導体チップ１３と基板１２の状態に相当し、これらを上面から示したものである。
Thereafter, the
実装ヘッド１６の下方への移動が完了すると、図１５（Ｅ）のように加熱ブロック３６は上下機構３７により上方に移動し、基板１２ないし位置決め部１１に当接させる。これにより、基板１２が加熱され、加熱ブロック３６の発生した熱は基板１２を経由して接着剤１４に伝わり、接着剤１４を熱硬化させる。このとき、接着剤１４の硬化が完了するために必要な時間だけ、基板１２に加熱ブロック３６を接触させていると、その間に基板１２の熱膨張が発生する。本実施例３では、付き当て基準１１ａおよび１１ｂによって規制されているために、Ｘ軸のマイナス方向およびＹ軸のプラス方向へ基板１２が熱膨張していく。
When the downward movement of the mounting
この熱膨張の間に、実装ヘッド１６を式（１）によって事前に計算された熱膨張量、もしくは事前の実験結果から得られた熱膨張量に基づいて、加熱時間の間にＸ駆動部（ヘッド）３９、Ｙ駆動部（ヘッド）４０により移動する。そうすることで、基板１２の熱膨張に合わせて、実装ヘッド１６を移動することができる（図１７のステップＳ２７）。
During this thermal expansion, the mounting
この時の基板１２に対する半導体チップ１３の圧接力は、ヘッド支持部１５によりボール部材４９を介して印加される。なお、図１６（Ｃ）は、図１５（Ｅ）の状態において半導体チップ１３と基板１２を上面から示したものである。
The pressing force of the
以上のようにして接着剤１４が熱硬化すると、制御系１００は図１５（Ｆ）のように加熱ブロック３６を下方に退避させ、基板１２の加熱を終了する。また、制御系１００は減圧ポンプ３５を停止させ、実装ヘッド１６による半導体チップ１３の吸着を停止させる。しかる後に、実装ヘッド１６をＺ駆動部２３により上方へ移動する。この時、接着剤１４が熱硬化されているため、実装ヘッド１６が基板１２から離れても、半導体チップ１３は固定されたまま基板１２上の実装位置に残る。さらに、実装ヘッド１６は、Ｘ駆動部（ヘッド）３９、Ｙ駆動部（ヘッド）４０によって移動させることによって、ヘッド支持部１５に対して実装動作開始前の位置に復元される（図１７のステップＳ２８）。
When the adhesive 14 is thermally cured as described above, the
以上のように、本実施例３では、ヘッド支持部１５と実装ヘッド１６の間の支持構造にアクチュエータ（図１３、図１４のＸ駆動部３９、Ｙ駆動部４０）を用い、制御系１００（のＣＰＵ１１１）でこれらアクチュエータを能動的に制御する。これにより、上述の各実施例と同様にヘッド支持部１５と実装ヘッド１６の間の支持構造の、第１および第２の支持状態を形成する。これにより、接着剤１４を熱硬化させる際の基板１２の熱変形に応じて、ヘッド支持部１５に対する実装ヘッド１６の相対位置をＸ、Ｙいずれの方向についても変化させることができる。これにより、基板１２の熱変形に起因する半導体チップ１３の実装位置誤差をＸ、Ｙいずれの方向についても抑制できる。
As described above, in the third embodiment, the actuator (
以上のように、本実施例３においても、半導体チップ１３の位置精度、特に基板１２上の目標とする実装位置の中心と、半導体チップ１３の（アライメントマーク１３ａ〜１３ｄの）中心を高精度で整合させることができる。
As described above, also in the third embodiment, the position accuracy of the
なお、以上では熱硬化型の接着剤により基板１２に半導体チップ１３を実装する例を示した。しかしながら、上述の半導体実装装置の構成や実装制御は、接着以外の固着手法を用いて基板の加熱を介して基板上に載置した半導体チップを実装する場合においても実施することができる。例えば、半導体チップ１３の基板実装では、ハンダ付けを利用した固着（ないし電気接続）手法が利用されている。例えば、ＢＧＡ配列の電極を有する半導体チップなどを基板上に実装する場合に上述の半導体実装装置の構成や実装制御を応用することが考えられる。
In addition, the example which mounted the
本発明は、上述の実施例の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステムまたは装置に供給し、そのシステムまたは装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現できる。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。 The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in the computer of the system or apparatus read and execute the program Can also be realized. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
１０…半導体実装装置、１１…位置決め部、１２…基板、１３…半導体チップ、１４…接着剤（熱硬化型）、１５…ヘッド支持部、１６…実装ヘッド、１７…ピン、１８ａ、１８ｂ、４８ａ、４８ｂ…バネ部材、１９、４９…ボール部材、２０…基板接触部、２１…Ｘ駆動部、２２…Ｙ駆動部、２３…Ｚ駆動部、２４…θ駆動部、２５…チップ供給部、２６…Ｘ駆動部（供給部）、２７…撮像カメラ、２８…筺体、２９…撮像窓、３０…Ｘ駆動部（カメラ）、３１…Ｙ駆動部（カメラ）、３２…Ｚ駆動部（カメラ）、３３…吸着孔、３４…エアチューブ、３５…減圧ポンプ、３６…加熱ブロック、３７…上下機構、３９…Ｘ駆動部（実装ヘッド）、４０…Ｙ駆動部（実装ヘッド）、５０…ピン。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記半導体チップを保持する実装ヘッドと、
前記実装ヘッドを前記基板と平行な方向に移動可能に前記実装ヘッドを支持するヘッド支持部と、を備え、
前記ヘッド支持部を介して前記実装ヘッドに保持された前記半導体チップを前記基板に圧接して前記半導体チップを前記基板に実装する際、前記基板の加熱により生じる前記基板の水平方向の熱変形に応じて前記実装ヘッドが前記ヘッド支持部に対して前記基板と平行な方向に移動することを特徴とする半導体実装装置。 In a semiconductor mounting apparatus for mounting a semiconductor chip on a substrate, mounting the semiconductor chip on the substrate by heating the substrate,
A mounting head for holding the semiconductor chip;
A head support that supports the mounting head so that the mounting head can be moved in a direction parallel to the substrate;
When mounting the semiconductor chip on the substrate by pressing the semiconductor chip held on the mounting head via the head support portion to the substrate, the substrate is subjected to thermal deformation in the horizontal direction caused by heating of the substrate. Accordingly, the mounting head moves in a direction parallel to the substrate with respect to the head support portion.
実装ヘッドに前記半導体チップを保持する保持工程と、
前記基板の実装位置に前記実装ヘッドにより保持された前記半導体チップを位置決めしつつ圧接する位置決め圧接工程と、
前記基板を加熱し前記半導体チップを前記基板に実装するとともに、その際、前記基板の加熱により生じる前記基板の水平方向の熱変形に応じて前記実装ヘッドが前記基板と平行な方向に移動する実装工程と、
を備えたことを特徴とする半導体部品の製造方法。 In a semiconductor component manufacturing method of mounting a semiconductor chip on a substrate, heating the substrate and mounting the semiconductor chip on the substrate,
A holding step of holding the semiconductor chip on a mounting head;
A positioning and pressing step of pressing and positioning the semiconductor chip held by the mounting head at a mounting position of the substrate;
Mounting in which the substrate is heated and the semiconductor chip is mounted on the substrate, and the mounting head moves in a direction parallel to the substrate in accordance with the horizontal thermal deformation of the substrate caused by heating the substrate. Process,
A method of manufacturing a semiconductor component, comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015036165A JP2016157885A (en) | 2015-02-26 | 2015-02-26 | Semiconductor mounting device, ink jet head device and semiconductor component manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2016157885A true JP2016157885A (en) | 2016-09-01 |
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| JP (1) | JP2016157885A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020190991A1 (en) * | 2019-03-18 | 2020-09-24 | Mrsi Systems Llc | Die bonding system with heated automatic collet changer |
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2015
- 2015-02-26 JP JP2015036165A patent/JP2016157885A/en active Pending
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