JP2023106662A - 実装装置および実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 チップ部品と基板を、電極面同士を対向させて実装するフェイスダウン実装において、実装精度が１μｍ以下となる高精度な実装を実現させる実装装置および実装方法を提供すること。【解決手段】 チップ部品を保持する、透明性を有し、ツール認識マークを有するアタッチメントツールと、前記チップ部品が前記アタッチメントツールに保持された状態で、前記チップ認識マークと前記ツール認識マークの位置情報を同時に取得するチップ位置認識手段と、基板認識マークと前記ツール認識マークの位置情報を取得する基板位置認識手段とを備え、前記チップ位置認識手段が得た情報と、前記基板位置認識手段が得た情報に基づいて、前記基板ステージまたは前記アタッチメントツールを前記基板面内方向に移動させて、前記チップ部品と前記基板の位置合わせを行なう実装装置および実装方法提供する。【選択図】 図１

Description

本発明はチップ部品を基板に実装する実装装置および実装方法に関する。特に、基板の電極面にチップ部品の電極面を対向させて実装を行う実装装置および実装方法に係る。

配線基板等の基板に半導体チップ等のチップ部品を実装する一つの形態として、基板の電極面にチップ部品の電極面を対向させて実装するフェイスダウン実装がある。

図１７にはフェイスダウン実装を行う基板Ｓの例を示すが、基板Ｓの実装箇所ＳＣにチップ部品を、電極面同士を対向させて接合する。この際、基板Ｓの実装箇所ＳＣに精度よくチップ部品を配置しないと、基板Ｓとチップ部品の電気的な接合が不完全となり、半導体装置の品質不良の原因となる。このため、基板Ｓの各実装箇所ＳＣには基板認識マークＡＳとして、基板認識第１マークＡＳ１および基板認識第２マークＡＳ２が図１７に示したように電極面側に設けてある。一方、チップ部品にもチップ認識マークＡＣとして、チップ認識第１マークＡＣ１およびチップ認識第２マークＡＣ２が設けてあり、図１８に示すような状態で、基板認識第１マークＡＳ１とチップ認識第１マークＡＣ１の位置関係および基板認識第２マークＡＳ２とチップ認識第２マークＡＣ２の位置関係から基板Ｓの実装箇所ＳＣに対するチップ部品Ｃの（基板Ｓ面内方向における）相対位置が求まり、これを是正することで位置精度を高められる。

具体的には、図１９に示した実装装置において、上下２視野カメラ５００が用いられており、上下２視野カメラ５００の上視野５０Ｕがチップ認識第１マークＡＣ１（またはチップ認識第２マークＡＣ２）を視野に入れ、下視野５０Ｄが基板認識第１マークＡＳ１（または基板認識第２マークＡＳ２）を視野にいれて撮像を行なっている（図２０）。

この上下２視野カメラを用いて、基板Ｓの実装箇所ＳＣに対するチップ部品Ｃの（基板Ｓ面内方向における）相対位置を求め是正することにより、最大誤差数μｍ程度の実装が可能である。

特開２０２０－１１９７０号公報

最大誤差数μｍという数値は、所謂フリップチップ実装と言われるフェイスダウン実装において、チップ部品Ｃの電極としてハンダバンプを用いるような電極ピッチが１００μｍの場合には十分であったが、Ｃｕピラーバンプを用いるような電極ピッチが５０μｍ強の場合には余裕がなく、更に高密度実装が進み電極ピッチが狭くなる現状において精度が不十分な用途もある。

そこで、上下２視野カメラを用いて更なる高精度化を図っているが、図２０に示す状態において、基板Ｓの実装箇所ＳＣに対してチップ部品Ｃを（基板Ｓ面内方向で）誤差１μｍ未満で位置合わせしても、実装段階の最大誤差が１μｍを超えることがある。これは、図２０の状態からチップＣが基板Ｓに向かって降下する際に、降下方向に僅かな傾きがあること等に起因している。このため、基板Ｓを保持する面に対する降下方向が垂直となるよう実装装置各部の加工精度や剛性を高めることで解決しようと試みているが、装置コストに影響が及ぶ。

そこで、基板Ｓとチップ部品Ｃを極力接近させた状態で位置合わせを行えば実装精度も向上することが期待できるが、上下２視野カメラを用いる場合、カメラ自体の厚みや焦点距離の関係から現状を大幅に改善することは困難である。

一方、図２１のような、基板Ｓの電極面とチップ部品Ｃの電極面が同一方向を向くフェイスアップ実装では、図２２に示すような構成の実装装置１００を用いて、図２３（ａ）のように基板認識第１マークＡＳ１とチップ認識第１マークＡＣ１の位置関係および図２３（ｂ）のように基板認識第２マークＡＳ２とチップ認識第２マークＡＣ２の位置関係を同一方向から観察できるため、基板Ｓとチップ部品Ｃを極力接近させた状態で位置合わせを行なうことが可能である（特許文献１等）。

そこで、フェイスダウン実装において、チップ部品Ｃの電極面と反対側にチップ認識マークＡＣを設けることで、図２３に示したフェイスアップ実装と同様に、基板Ｓとチップ部品Ｃを極力接近させた状態で位置合わせを行なうことは可能である。

しかし、位置合わせの目的はチップ部品Ｃと基板Ｓの電極同士の確実な接合であるため、チップ認識マークＡＣはチップ部品Ｃの電極に対して高精度に設ける必要があるが、反対面にある電極との相対位置を正確かつ高精度にチップ認識マークＡＣを配置するのは極めて難しく、フェイスダウン実装を高精度に行うための手段として好適ではない。更に、電極面の反対側に認識マークを描くための工程を新たに設ける必要もありプロセスコストの面からも好ましくない。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、電極面同士を対向させて実装するフェイスダウン実装において、実装精度が１μｍ以下となる高精度な実装を実現させる実装装置および実装方法を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
位置合わせ用のチップ認識マークを有するチップ部品と、位置合わせ用の基板認識マークを有する基板とを、前記チップ認識マークを有する面と前記基板認識マークを有する面を対向させて実装する実装装置であって、
前記チップ部品の前記チップ認識マークを有する面の反対面を保持する、透明性を有し、ツール認識マークを有するアタッチメントツールと、前記アタッチメントツールを先端部に保持する実装ヘッドと、前記実装ヘッドを前記基板に対して垂直な方向に昇降させる昇降手段と、前記基板を保持する基板ステージと、前記チップ部品が前記アタッチメントツールに保持された状態で、前記チップ認識マークの位置情報と前記ツール認識マークの位置情報を同時に取得するチップ位置認識手段と、
前記基板認識マークの位置情報と前記ツール認識マークの位置情報を取得する基板位置認識手段と、前記実装ヘッド、前記昇降手段、前記基板ステージ、前記チップ位置認識手段および前記基板位置認識手段に接続された制御部を備え、
前記基板ステージと前記アタッチメントツールの少なくとも一方が前記基板面内方向に移動可能であって、
前記チップ位置認識手段が得た情報と、前記基板位置認識手段が得た情報に基づいて、前記制御部が前記基板ステージまたは前記アタッチメントツールを前記基板面内方向に移動させて、前記チップ部品と前記基板の位置合わせを行なう実装装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の実装装置であって、
前記基板位置認識手段を前記実装ヘッドと独立して移動させることが可能で、前記アタッチメントツール越しに前記基板認識マークと前記ツール認識マークの少なくとも一方の位置情報を取得する実装装置である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の実装装置であって、
前記ボンディングヘッドが、前記アタッチメントツールを前記チップ部品の面内方向で位置調整するツール位置移動手段を有した実装装置である。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３の何れかに記載の実装装置であって、
前記チップ部品を搭載するチップチップスライダと前記チップスライダ搬送する搬送レールを構成要素として、前記アタッチメントツールの直下に前記チップ部品を搬送するチップ搬送手段を備えた実装装置である。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の実装装置であって、
前記チップスライダに搭載された前記チップ部品の面内方向位置を調整する位置調整手段を前記チップ搬送手段が有した実装装置である。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の実装装置であって、
前記チップ部品が前記アタッチメントツールに保持されて前記基板と対向した状態で、前記基板位置認識手段が前記ツール認識マークと前記基板認識マークの位置情報を同時に取得する実装装置である。

請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の実装装置であって、
前記チップ部品を保持していない状態で、前記基板位置認識手段が前記基板認識マークの位置情報を取得する実装装置である。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の実装装置であって、
前記アタッチメントツールを、前記アタッチメントツール下面と前記基板上面との間隔が前記チップ部品の厚みと略等しくなるまで接近させて、前記ツール認識マークと前記基板認識マークの位置情報を同時に取得する実装装置である。

請求項９に記載の発明は、
請求項１から請求項５のいずれかに記載の実装装置を用いて、位置合わせ用のチップ認識マークを有するチップ部品と、位置合わせ用の基板認識マークを有する基板を、前記チップ認識マークを有する面と前記基板認識マークを有する面を対向させて実装する実装方法であって、
前記基板を基板ステージに保持する基板保持過程と、前記チップ部品を、ツール認識マークを有するアタッチメントツールで保持するチップ保持過程と、前記チップ部品が前記アタッチメントツールに保持された状態で、前記チップ認識マークと前記ツール認識マークの位置情報を取得するチップ位置情報取得過程と、前記チップ部品が前記アタッチメントツールに保持されて前記基板と対向した状態で、前記ツール認識マークと前記基板認識マークの位置情報を取得する基板位置情報取得過程と、前記ツール認識マークに対する前記チップ認識マークと前記基板認識マークの相対位置情報に基づいて、前記基板の面内方向における前記チップ部品の位置を調整する位置合わせ過程を備えた実装方法である。

請求項１０に記載の発明は、
請求項１から請求項５のいずれかに記載の実装装置を用いて、位置合わせ用のチップ認識マークを有するチップ部品と、位置合わせ用の基板認識マークを有する基板を、前記チップ認識マークを有する面と前記基板認識マークを有する面を対向させて実装する実装方法であって、
前記基板を基板ステージに保持する基板保持過程と、前記基板認識マークの位置情報を取得する基板位置情報取得過程と、前記チップ部品を前記アタッチメントツールで保持するチップ保持過程と、前記チップ部品が前記アタッチメントツールに保持された状態で、前記チップ認識マークと前記ツール認識マークの位置情報を取得するチップ位置情報取得過程と、前記ツール認識マークと前記チップ認識マークとの相対位置情報に基づいて、前記基板の面内方向における前記チップ部品の位置を調整する位置合わせ過程を備えた実装方法である。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の実装方法であって、
請求項１０に記載の実装方法であって、
基板位置情報取得過程において、前記アタッチメントツール下面と前記基板上面の間隔を前記チップ部品の厚みに略等しくし、前記基板認識マークと前記ツール認識マークの位置情報を取得する実装方法である。

本発明により、チップ部品と基板の電極面を対向させつつ接近させた状態で位置合わせが出来るので、高精度なフェイスダウン実装が可能になる。

本発明の実施形態に係る実装装置の概略図である。 本発明の実施形態に係る光学的な構成を説明する、（ａ）正面図であり、（ｂ）側面図である。 本発明の実施形態に係る制御系を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る実装装置のチップ位置認識手段が、（ａ）チップ認識第１マークの位置情報とツール認識第１マークの位置情報を取得している状態を示し、（ｂ）チップ認識第２マークの位置情報とツール認識第２マークの位置情報を取得している状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る実装装置のチップ位置認識手段が取得した、（ａ）チップ認識第１マークとツール認識第１マークの画像例であり、（ｂ）チップ認識第２マークとツール認識第２マークの画像例を示す図である。 本発明の実施形態に係る実装装置の基板位置認識手段が、（ａ）基板認識第１マークの位置情報とツール認識第１マークの位置情報を取得している状態を示し、（ｂ）基板認識第２マークの位置情報とツール認識第２マークの位置情報を取得している状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る実装装置の基板位置認識手段が取得した、（ａ）基板認識第１マークとツール認識第１マークの画像例であり、（ｂ）基板認識第２マークとツール認識第２マークの画像例を示す図である。 本発明の実施形態に係る実装装置の変形例１の概略図である。 本発明の実施形態に係る実装装置の変形例１の動作を説明する図である。 本発明の実施形態に係る実装装置の変形例２の概略図である。 本発明の実施形態に係る実装装置の変形例３の概略図である。 複数のチップ部品を僅かな隙間で実装する基板の個々のチップ部品を実装する実装箇所と個々の基板認識マークについて説明する図である。 複数のチップ部品を僅かな隙間で実装する基板の基板認識マークを認識する際の課題を説明する図である。 複数のチップ部品を僅かな隙間で実装する際に対角上の隣接実装領域の基板認識マークを用いる例で（ａ）隣接実装領域にチップ部品が実装されていない例を示し、（ｂ）隣接実装領域の一部にチップ部品が実装されている例を示す図である。 複数のチップ部品を僅かな隙間で実装する際に隣接実装領域の基板認識マークを用いる改善例で、（ａ）隣接実装領域にチップ部品が実装されていない例を示し、（ｂ）隣接実装領域の一部にチップ部品が実装されている例を示す図である。 本発明の実施形態に係る実装装置を用いて、基板位置情報取得過程を先行して実施する実装方法について説明する図である。 複数のチップ部品を実装する基板の個々のチップ部品を実装する実装箇所と個々の基板認識マークについて説明する図である。 チップ部品を基板に実装する際の、チップ認識マークと基板認識マークが対向した状態を示す図である。 チップ部品のチップ認識マークと基板の基板認識マークを対向させて実装する実装装置の構成例を示す図である。 チップ部品のチップ認識マークと基板の基板認識マークを対向させて、位置合わせを行なう状態を示す図である。 チップ部品のチップ認識マークと基板の基板認識マークが同方向を向いた状態を示す図である。 チップ部品のチップ認識マークと基板の基板認識マークが同方向を向いた状態で実装する実装装置の構成例を示す図である。 チップ部品のチップ認識マークと基板の基板認識マークが同方向を向いた状態で実装する実装装置で、（ａ）基板認識第１マークの位置情報とチップ認識第１マークの位置情報を取得している状態を示し、（ｂ）基板認識第１マークの位置情報とチップ認識第１マークの位置情報を取得している状態を示す図である。

本発明の実施形態について、図を用いて説明する。図１は本発明の実施形態における実装装置１の概略図である。

実装装置はチップ部品を配線基板等の基板に実装するものであるが、図１の実装装置１は、チップ部品の電極面を基板の電極面と対向させて実装するフェイスダウン実装を行う構成となっている。

実装装置１は基板ステージ２、昇降手段３、実装ヘッド４、基板位置認識手段５、チップ搬送手段６およびチップ位置認識手段７を構成要素としている。

図１の実装装置１において、基板ステージ２は、ステージ移動制御手段２０と吸着テーブル２３によって構成される。吸着テーブル２３は表面上に配置した基板を吸着保持するものであり、吸着テーブル２３は、ステージ移動制御手段２０により、基板を保持した状態で、基板面の面内方向に移動することが可能である。

ステージ移動制御手段２０は、吸着テーブル２３をＹ方向に直線移動可能なＹ方向ステージ移動制御手段２２と、Ｙ方向ステージ移動制御手段２２をＸ方向に直線移動可能で基台２００上に設けられたＸ方向ステージ移動制御手段２１によって構成されている。 Ｙ方向移動制御手段２２はスライドレール上に配置した可動部に吸着テーブル２３を搭載しており、可動部はＹ方向サーボ２２１により移動および位置制御される。また、Ｘ方向移動制御手段２１はスライドレール上に配置した可動部にＹ方向移動制御手段２２を搭載しており、可動部はＸ方向サーボ２１１により移動および位置制御される。

昇降手段３は図示していない門型フレームに固定されており、上下駆動軸が吸着テーブル２３に対して垂直方向に設けられており、上下駆動軸に実装ヘッド４を連結している。昇降手段３は実装ヘッド４を上下駆動するとともに、設定に応じた加圧力を印加する機能を有している。また、実装装置１では、昇降手段３を（図示しない門型フレームにより）２方向から支持するとともに、実装ヘッド４に直線的に連結しているため、加圧時に実装ヘッド４への横方向の力は加わり難くなっている。

実装ヘッド４は、チップ部品Cを保持して（基板ステージ２の吸着テーブル２３に保持された）基板と平行な状態で圧着するものである。実装ヘッド４は、ヘッド本体４０、ヒーター部４１、アタッチメントツール４２およびツール位置制御手段４３を構成要素としている。ヘッド本体４０はツール位置制御手段４３を介して昇降手段３と連結しており、下側にヒーター部４１を固定配置している。ヒーター部４１は発熱機能を有し、アタッチメントツール４２を介してチップ部品Cを加熱するものである。また、ヒーター部４１は減圧流路を用いてアタッチメントツール４２を吸着保持する機能を有している。アタッチメントツール４２はチップ部品Cを吸着保持するものであり、チップ部品Cの形状に応じて交換される。ツール位置制御手段４３は、昇降手段３の上下駆動軸に対する鉛直面内方向にヘッド本体４０の位置を微調整するものであり、これに応じてアタッチメントツール４２および、アタッチメントツール４２が保持するチップ部品Ｃの（図のＸＹ面内における）位置が調整される。

ツール位置制御手段４３は、Ｘ方向ツール位置制御手段４３１、Ｙ方向ツール位置制御手段４３２、ツール回転制御手段４３３を構成要素としている。図１に示す実施形態では、ツール回転制御手段４３３がヘッド本体４０の回転方向を調整し、Ｙ方向ツール位置制御手段４３２がツール回転制御手段４３３のＹ方向位置を調整し、Ｘ方向ツール位置制御手段４３１がＹ方向位置制御手段のＸ方向位置を調整する構成となっているが、これに限定されるものではなく、アタッチメントツール４２のＸ方向位置、Ｙ方向位置、回転角の調整ができればよい。

図２にはヘッド本体４０の周辺を主とした図を示すが（図２（ａ）に正面図、図２（ｂ）に側面図）、本実施形態のフェイスダウン実装において、チップ部品Ｃ電極面の対角位置にチップ認識マークＡＣ（チップ認識第１マークＡＣ１およびチップ認識第２マークＡＣ２）、基板Ｓ電極面のチップ部品実装箇所対角の目安位置に基板認識マークＡＳ（基板認識第１マークＡＳ１および基板認識第２マークＡＳ２）が設けられており、いずれも実装ヘッド４の基板Ｓの電極面を向いている。

また、本発明において、アタッチメントツール４２のチップ部品Ｃを保持する面にツール認識マークＡＴが設けられており、保持するチップ部品Ｃのチップ認識第１マークＡＣ１およびチップ認識第２マークＡＣ２の位置に対応するようにツール認識第１マークＡＴ１とツール認識第２マークＡＴ２を配している。

実装装置１では、基板認識マークＡＳおよびツール認識マークＡＴを実装ヘッド４越しに観察することが可能な構成としており、アタッチメントツール４２を透明部材で形成したり、基板認識マークＡＳの位置に合わせた貫通孔を設けたりしている。また、ヒーター部４１についてもツール認識マークＡＴが観察できるように透明部材を用いるか開口部を設ける必要があり、本実施形態では図２のように貫通孔４１Ｈを設けている。また、実装ヘッド４は、基板認識マークＡＳまたは／およびツール認識マークＡＴを観察するため、基板位置認識手段５の画像取込部５０が移動できる空間が必要であり、本実施形態では図２に示すようにヘッド空間４０Ｖを設けている。すなわち、ヘッド本体４０は、ヒーター４１上で連結した側板、両側板を連結する天板にて構成される構造となっている。

基板位置認識手段５は、（アタッチメントツール４２およびヒーター部４１を透過して）実装ヘッド４越しに焦点を合わせて撮像される、基板認識マークＡＳまたは／およびツール認識マークＡＴの位置情報を取得するものである。本実施形態において、基板位置認識手段５は、画像取込部５０、光路５２、ならびに光路５２に連結する撮像手段５３を構成要素としている。

画像取込部５０は、撮像手段５３が画像を取得する認識対象の上部に配置され、認識対象を視野内に納めるものである。

また、基板位置認識手段５は図示していない駆動機構により、ヘッド空間４０Ｖ内で、基板Ｓ（およびチップ部品Ｃ）の面内方向で移動することが可能な構成となっている。更に、焦点位置が調整できるように、基板Ｓの垂直方向（Ｚ方向）の移動も可能であることが望ましい。

実装ヘッド４は昇降手段３により基板Ｓと垂直方向に移動するが、この動作は基板位置認識手段５の動作と独立して行うことが可能である。このため、実装ヘッド４が垂直方向に移動しても、ヘッド空間４０Ｖに進入した基板位置認識手段５が干渉しない寸法にヘッド空間４０Ｖを設計する必要がある。

なお、基板位置認識手段５の画像取込部５０の可動範囲は、ヘッド空間４０Ｖ内に限られたものではなく、ヘッド空間４０Ｖから外れて基板Ｓ上を移動して基板認識マークＡＳの位置情報を取得することも可能である。

チップ搬送手段６は、搬送レール６０とチップスライダ６１によって構成されており、図示しないチップ供給部から供給されたチップ部品Ｃをチップスライダ６１が保持してアタッチメントツール４２の直下までスライドして搬送するものである。

ここで、図示しないチップ供給部は、チップスライダ６１上の定まった位置にチップ部品Ｃを配置する。必要に応じて、チップスライダ６１に配置されたチップ部品Ｃは図示しない認識機構で配置位置を認識してもよい。また、チップスライダ６１に搭載されたチップ部品Cを面内方向（XY方向）に位置調整する位置調整手段をチップ搬送手段６が有していてもよい。このように、チップスライダ６１およびチップスライダ６１に配置するチップ部品Ｃの位置を制御することで、アタッチメントツール４２の所定範囲内にチップ部品Ｃを受け渡すことが可能である。アタッチメントツール４２がチップ部品Ｃを保持した後に、チップ部品Ｃの保持を解除したチップスライダ６１は退避位置に移動する。

チップ位置認識手段７は、アタッチメントツール４２に保持された状態のチップ部品Ｃのチップ認識マークＡＣを撮像するとともにツール認識マークＡＴを撮像して、チップ認識マークＡＣとツール認識マークＡＴの位置情報取得するものである。

実装装置１は図３のブロック図で示すように、基板ステージ２、昇降手段３、実装ヘッド４、基板位置認識手段５、搬送手段６およびチップ位置認識手段７と接続する制御部１０を備えている。

制御部１０は、実体的にはＣＰＵと記憶装置を主要な構成要素とし、必要に応じてインターフェイスを各装置と介在させている。また、制御部１０はプログラムを内蔵することにより、取得データを用いた演算を行い、演算結果に応じた出力を行うこともできる。更に、取得データや演算結果を記録して新たな演算用のデータとして用いる機能も備えていることが望ましい。

制御部１０は、基板ステージ２と接続し、Ｘ方向ステージ移動制御手段２１とＹ方向ステージ移動制御手段２２の動作制御を行って吸着テーブル２３の面内移動制御を行う。また、制御部１０は、吸着テーブル２３を制御して、基板Ｓの吸着保持および解除の制御を行う。

制御部１０は、昇降手段３と接続し、実装ヘッド４の上下方向（Ｚ方向）の位置制御を行うとともに、チップ部品Ｃを基板Ｓに圧着する際の加圧力を制御する機能を有している。

制御部１０は実装ヘッド４と接続し、アタッチメントツール４２によるチップ部品Ｃの吸着保持および解除、ヒーター部４１の加熱温度、ヘッド本体４０（およびヒーター部４１、アタッチメントツール４２）のＸＹ面内での位置をツール位置制御手段４３で制御する機能を有している。

制御部１０は基板位置認識手段５と接続し、水平（ＸＹ面内）方向および垂直方向（Ｚ方向）の駆動を制御するとともに、撮像手段５３を制御して画像データを取得する機能を有している。更に制御部１０は画像処理機能を有しており、撮像手段５３が取得した画像から基板認識マークＡＳまたは／およびツール認識マークＡＴの位置を算出する機能を有している。

制御部１０はチップ搬送手段６と接続し、搬送レール６０に沿って移動するチップスライダ６１の位置を制御する機能を有している。

制御部１０はチップ位置認識手段７と接続し、チップ位置認識手段７の水平（ＸＹ面内）方向の駆動を制御するとともに図示しない撮像手段を制御して画像データを取得する機能を有している。更に制御部１０の画像処理機能は、チップ認識マークＡＣまたは／およびツール認識マークＡＴの位置を算出する機能を有している。

以下、実装装置１が、基板Ｓの実装箇所ＳＣにチップ部品を位置合わせして実装する過程を図４から図７を用いて説明するが、これに先立ち、基板Ｓは基板保持過程を経て、実装装置１の基板ステージ２に保持されている。ここで、基板ステージ２の吸着テーブル２３に対する基板Ｓの配置情報は画像認識手段等により取得され、制御部１０に記憶されていることが望ましい。

また、チップ部品Ｃは、チップ搬送手段６により搬送され、アタッチメントツール４２に保持されるチップ保持過程を経ている。ここで、チップ部品Ｃは、図示しないチップ供給部からチップスライダ６１に受け渡され、チップスライダ６１からアタッチメントツール４２に受け渡される際に所定の位置精度を確保しており、アタッチメントツール４２に所定の位置精度で保持されている。

このため、図４に示すチップ位置情報取得過程において、チップ位置認識手段７は、チップ認識マークＡＣとツール認識マークＡＴを同一視野内で高倍率にて観察することが可能である。すなわち、図４（ａ）に示すような状態で、図５（ａ）に示すようにチップ認識第１マークＡＣ１とツール認識第１マークＡＴ１を同一視野内で撮像することが出来、チップ認識第１マークＡＣ１とツール認識第１マークＡＴ１の相対位置情報を得ることが出来る。同様に、図４（ｂ）の状態で、図５（ｂ）のような画像を得て、チップ認識第２マークＡＣ２とツール認識第２マークＡＴ２の相対位置情報を得ることが出来る。この２箇所で得たチップ認識マークＡＣとツール認識マークＡＴの位置情報から、ツール認識第１マークＡＴ１とツール認識第２マークＡＴ２の位置情報で、保持されているチップ部品Ｃのチップ認識第１マークＡＣ１とチップ認識第２マークＡＣ２の位置情報を算出することができる。

なお、図１の実装装置１では、チップ位置認識手段７は吸着テーブル２３に固定した状態である。このため、ステージ移動制御手段２０により、チップ位置認識手段７がアタッチメントツール４２の下に配置されるよう吸着テーブル２３を移動させている。

チップ位置情報取得過程の後、ステージ移動制御手段２０により、チップ実装箇所ＳＣがアタッチメントツール４２の直下に配置されるように吸着テーブル２３を移動する。その後、昇降手段３を駆動して実装ヘッド４を降下させ、チップ部品Ｃが基板Ｓに接触することがない状態で、極力接近させる（図６）。

この状態から、図６に示す基板位置情報取得過程において、アタッチメントツール４２の上側から基板位置認識手段５が基板認識マークＡＳを観察するが、アタッチメントツール４２が透明であるのでツール認識マークＡＴも観察することが出来る。更に、前述のとおり、吸着テーブル２３上の基板Ｓの配置情報が得られているので、基板Ｓの実装箇所ＳＣはアタッチメントツール４２の直下に配置され、基板位置認識手段５は基板認識マークＡＳとツール認識マークＡＴを同一視野内で高倍率にて観察することが可能である。すなわち、図６（ａ）に示す状態で、図７（ａ）に示すようにツール認識第１マークＡＴ１と基板認識第１マークＡＳ１を同一視野内で撮像することが出来る。同様に、図６（ｂ）の状態で、図７（ｂ）のようにール認識第２マークＡＴ２と基板認識第２マークＡＳ２を同一視野内で撮像することが出来る。

なお、図７（ａ）においてチップ認識第１マークＡＣ１を記し、図７（ｂ）においてチップ認識第２マークＡＣ２を記しているが、いずれも基板位置認識手段５が可視光域の撮像手段であれば観察することは出来ない。ただし、チップ位置情報取得過程で得られたチップ認識マークＡＣとツール認識マークＡＴの相対位置関係から、図７（ａ）に示す視野内におけるチップ認識第１マークＡＣ１と、図７（ｂ）に示す視野内におけるチップ認識第２マークＡＣ２の位置情報を得ることはできる。

このため、チップ認識第１マークＡＣ１と基板認識第１マークＡＳ１の位置関係と、チップ認識第２マークＡＣ２と基板認識第２マークＡＳ２の位置関係が判り、基板Ｓの実装箇所ＳＣに対するチップ部品Ｃの位置ズレを修正するように、位置合わせ過程において、制御部１０がツール位置制御手段４３または／およびステージ移動制御手段２０を制御して位置合わせを行なう。

この後、昇降手段３を駆動して実装ヘッド４を降下してチップ部品Ｃを基板Ｓに密着させ、実装過程として、チップ部品Ｃを所定の圧力で加圧するとともに、ヒーター部４０を加熱して基板Ｃとチップ部品Ｃの電極を接合する。ここで、位置合わせ過程から実装過程に至る降下距離はごく僅かであるため、位置合わせ工程で位置合わせした精度を維持した実装が行える。

ところで、図１に示した実装装置１では、チップ位置認識手段７を吸着テーブル２３に設ける構成としているが、チップ位置認識手段７の配置箇所はこれに限定されるものではない。例えば、図８に示す変形例１では、チップ位置認識手段７を、チップ搬送手段６の搬送レール６０に沿ってスライド可能に設けており、図９のようにアタッチメントツール４２の下に配置できる。さらに、図１０に示す変形例２のように基板位置認識手段５にチップ位置認識手段７を合わせる構成とすることも可能である。この構成では、基板位置認識手段５を上下方向にも移動するような駆動手段に設けることにより、チップ位置認識手段７がアタッチメントツール４２に保持されたチップ部品Ｃを観察することが出来る。

図１１の変形例３は、１つの基板ステージ２３に対して複数の実装ヘッド４（４Ａおよび４Ｂ）を設けた例を示している。

ところで、昨今では、図１２に示すように、基板Ｓに実装箇所ＳＣを僅かな隙間で配置する形態が登場している。このような形態では、図１７に示した基板認識マークＡＳが実装箇所ＳＣより外側にある様式と異なり、図１２に示すように基板認識マークＡＳを実装箇所ＳＣ内に設けることにもなる。

このため、基板Ｓに実装箇所ＳＣを僅かな隙間で配置する形態に本発明を利用としても、図１３に示すように、基板位置情報取得過程において、基板認識マークＡＳはチップ部品の陰に隠れて観察することが出来ない。

そこで、隣接する実装箇所の基板認識マークＡＳを利用する例を示したのが図１４である。すなわち、図１４（ａ）では対角線上に位置する実装領域で、図の右上にあにある実装領域の基板認識第１マークＡＳ１を基板認識第２マークＡｓｏ２として用い、図の左下にある実装領域の基板認識第２マークＡＳ２を基板認識第１マークＡｓｏ１として（位置合わせを行なう）チップ部品Ｃａの外側に観察することは可能である。しかし、実装箇所にチップ部品Ｃｂが配置されてしまうとチップ部品Ｃｂによって、図１４（ｂ）のようにチップ部品Ｃａの対角上の一方の基板認識マークＡＳを観察できなくなる。このため、図１２のような基板Ｓの実装箇所ＳＣに、本発明を用いてチップ部品Ｃを順次位置合わせして実装するのは難しい。

ただし、基板Ｓの実装箇所ＳＣに設ける基板認識マークＡＳの配置を工夫することで、この問題に対処することは可能である。すなわち、図１５のように各実装箇所ＳＣにおいて図の左上に基板認識マークＡＳを設けることで、位置合わせを行なうチップ部品Ｃａのチップ認識マークＡＣに対して完全な対角線上ではないが、右隣の実装箇所と下隣の実装箇所の基板認識マークＡＳを用いて位置合わせを行なうことは可能である。その例を示したのが図１５（ａ）であるが、この状態から右側への移動と、右端に達した後は、下段の左端に移動するということを繰り返すことで、本発明を利用して基板Ｓの各実装箇所にチップ部品Ｃを位置合わせして実装することができる。

また、チップ位置情報取得過程と基板位置情報取得過程の順番を変えることにより、隣接する実装領域の基板認識マークＡＳを用いることなく、図１２に示した実装箇所ＳＣ内の基板認識マークＡＳを用いて位置合わせを行うことも可能である。

すなわち、図１６に示すようにチップ部品Ｃを保持していない状態なら、基板位置情報取得過程として、基板位置認識手段５でツール認識マークＡＴと基板認識マークＡＳの相対位置情報を取得できることを利用する。具体的には、図１６に示すように、アタッチメントツール４２を基板Ｓに接近させ、基板位置認識手段５を用いて、ツール認識第１マークＡＴ１と基板認識第１マークＡＳ１の位置関係（図１６（ａ））と、ツール認識第２マークＡＴ２と基板認識第２マークＡＳ２の位置情関係（図１６（ｂ））を取得し、その位相対置情報を記憶する。

その後、アタッチメントツール４２を上昇させてからチップ部品Ｃを保持して（チップ保持過程）、チップ位置認識手段７を用いてチップ認識第１マークＡＣ１とツール認識第１マークＡＴ１の位置関係と、チップ認識第２マークＡＣ２とツール認識第２マークＡＴ２の相対位置情報を取得する（チップ位置情報取得過程）。

上の手順で得られた各位置情報により、アタッチメントツール４２に保持されたチップ部品Ｃが基板Ｓに接近した状態で、基板Ｓの実装箇所ＳＣにチップ部品Ｃを位置合わせするためにツール位置制御手段４３がアタッチメントツール４２を移動すべき調整量を算出し、ツール位置制御手段４３により位置調整を行う（位置合わせ過程）。

その後、昇降手段３を駆動して実装ヘッド４を降下してチップ部品Ｃを基板Ｓに密着させ、実装過程として、チップ部品Ｃを所定の圧力で加圧するとともに、ヒーター部４０を加熱して基板Ｓとチップ部品Ｃの電極を接合する（実装過程）。

ところで、実装過程において基板Ｓの上面とアタッチメントツール４２の下面の間隔はチップ部品Ｃの厚みに相当する。このため、図１６に示す基板位置情報取得過程において、アタッチメントツール４２の下面と基板Ｓの上面との間隔Ｇをチップ部品Ｃの厚みと等しくすれば高精度な実装が可能となる。例えば、昇降手段３の駆動方向に若干の傾きがあった場合であっても、基板位置情報取得過程の間隔Ｇをチップ部品Ｃの厚みと等しくすることで実装過程の位置ズレが抑えられる。なお、基板位置情報取得過程におけるアタッチメントツール４２の下面と基板Ｓの上面との間隔Ｇをチップ部品Ｃの厚みと全く同じにしようとしても。基板Ｓやチップ部品Ｃの厚みムラ等もあるので、チップ部品Ｃの厚みに略等しい程度でよい。ここで、略等しいとはチップ部品Ｃの設計厚みに対してプラスマイナス３０％以内の誤差を許容する。

なお、上に説明した例では、アタッチメントツール４２がチップ部品Cを保持してからチップ位置認識手段７により、チップ認識マークＡＣと基板認識マークＡＳの位置関係を求めて、位置合わせ過程が行われているが、アタッチメントツール４２がチップ部品Cを保持する段階で位置合わせを行なってもよい。具体的には、チップ搬送手段６のチップスライダ６１に搭載されているチップ部品Cをアタッチメントツール４２に受け渡す際に、チップ位置認識手段７がチップ認識マークＡＣとツール認識マークＡＴの位置情報を取得し、（基板認識マークＡＳに対してチップ認識マークＡＣが所定の位置関係になるよう）位置合わせを行なってからアタッチメントツール４２がチップ部品Ｃを保持してもよい。その際、ツール位置制御手段４３を駆動せず、チップスライダ６１側のみ位置調整を行なってアタッチメントツール４２がチップ部品Ｃを保持すれば、昇降手段３で実装ヘッド４を降下するだけで、チップ部品Ｃを高精度に実装箇所ＳＣに実装できる。すなわち、位置合わせ過程をチップ保持過程に先立って行うことも可能である。

ところで、以上の説明において、基板位置情報取得過程で、基板位置認識手段５でツール認識マークＡＴと基板認識マークＡＳの位置情報を取得しているが、ツール認識マークＡＴの位置情報を取得せずに位置合わせを行うことも可能である。すなわち、基板位置認識手段５が得て制御部１０が記憶した基板認識マークＡＳの位置情報に対してチップ認識マークＡＣの位置が合うようにツール認識マークＡＴの位置を調整することも出来る。

１ 実装装置
２ 基板ステージ
３ 昇降手段
４ 実装ヘッド
５ 基板位置認識手段
６ チップ搬送手段
７ チップ位置認識手段
１０ 制御部
２０ ステージ移動制御手段
２１ Ｘ方向ステージ移動制御手段
２２ Ｙ方向ステージ移動制御手段
２３ 吸着テーブル
４０ ヘッド本体
４１ ヒーター部
４２ アタッチメントツール
４３ ツール位置制御手段
５０ 画像取込部
５２ 光路
５３ 撮像手段
６０ 搬送レール
６１ チップスライダ
ＡＣ、ＡＣ１、ＡＣ２ チップ認識マーク
ＡＳ、ＡＳ１、ＡＳ２ 基板認識マーク
ＡＴ、ＡＴ１、ＡＴ２ ツール認識マーク
Ｃ チップ部品
Ｓ 基板
ＳＣ （チップ部品）実装箇所

Claims (11)

1. 位置合わせ用のチップ認識マークを有するチップ部品と、位置合わせ用の基板認識マークを有する基板とを、前記チップ認識マークを有する面と前記基板認識マークを有する面を対向させて実装する実装装置であって、
   前記チップ部品の前記チップ認識マークを有する面の反対面を保持する、透明性を有し、ツール認識マークを有するアタッチメントツールと、
   前記アタッチメントツールを先端部に保持する実装ヘッドと、
   前記実装ヘッドを前記基板に対して垂直な方向に昇降させる昇降手段と、
   前記基板を保持する基板ステージと、
   前記チップ部品が前記アタッチメントツールに保持された状態で、前記チップ認識マークの位置情報と前記ツール認識マークの位置情報を同時に取得するチップ位置認識手段と、
   前記基板認識マークの位置情報と前記ツール認識マークの位置情報を取得する基板位置認識手段と、
   前記実装ヘッド、前記昇降手段、前記基板ステージ、前記チップ位置認識手段および前記基板位置認識手段に接続された制御部を備え、
   前記基板ステージと前記アタッチメントツールの少なくとも一方が前記基板面内方向に移動可能であって、
   前記チップ位置認識手段が得た情報と、前記基板位置認識手段が得た情報に基づいて、前記制御部が前記基板ステージまたは前記アタッチメントツールを前記基板面内方向に移動させて、前記チップ部品と前記基板の位置合わせを行なう実装装置。
2. 請求項１に記載の実装装置であって、
   前記基板位置認識手段を前記実装ヘッドと独立して移動させることが可能で、前記アタッチメントツール越しに前記基板認識マークと前記ツール認識マークの少なくとも一方の位置情報を取得する実装装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の実装装置であって、
   前記ボンディングヘッドが、前記アタッチメントツールを前記チップ部品の面内方向で位置調整するツール位置移動手段を有した実装装置。
4. 請求項１から請求項３の何れかに記載の実装装置であって、
   前記チップ部品を搭載するチップチップスライダと前記チップスライダ搬送する搬送レールを構成要素として、前記アタッチメントツールの直下に前記チップ部品を搬送するチップ搬送手段を備えた実装装置。
5. 請求項４に記載の実装装置であって、
   前記チップスライダに搭載された前記チップ部品の面内方向位置を調整する位置調整手段を前記チップ搬送手段が有した実装装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の実装装置であって、
   前記チップ部品が前記アタッチメントツールに保持されて前記基板と対向した状態で、前記基板位置認識手段が前記ツール認識マークと前記基板認識マークの位置情報を同時に取得する実装装置。
7. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の実装装置であって、
   前記チップ部品を保持していない状態で、前記基板位置認識手段が前記基板認識マークの位置情報を取得する実装装置。
8. 請求項７に記載の実装装置であって、
   前記アタッチメントツールを、前記アタッチメントツール下面と前記基板上面との間隔が前記チップ部品の厚みと略等しくなるまで接近させて、前記ツール認識マークと前記基板認識マークの位置情報を同時に取得する実装装置。
9. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の実装装置を用いて、位置合わせ用のチップ認識マークを有するチップ部品と、位置合わせ用の基板認識マークを有する基板を、前記チップ認識マークを有する面と前記基板認識マークを有する面を対向させて実装する実装方法であって、
   前記基板を基板ステージに保持する基板保持過程と、
   前記チップ部品を、ツール認識マークを有するアタッチメントツールで保持するチップ保持過程と、
   前記チップ部品が前記アタッチメントツールに保持された状態で、前記チップ認識マークと前記ツール認識マークの位置情報を取得するチップ位置情報取得過程と、
   前記チップ部品が前記アタッチメントツールに保持されて前記基板と対向した状態で、前記ツール認識マークと前記基板認識マークの位置情報を取得する基板位置情報取得過程と、
   前記ツール認識マークに対する前記チップ認識マークと前記基板認識マークの相対位置情報に基づいて、前記基板の面内方向における前記チップ部品の位置を調整する位置合わせ過程を備えた実装方法。
10. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の実装装置を用いて、位置合わせ用のチップ認識マークを有するチップ部品と、位置合わせ用の基板認識マークを有する基板を、前記チップ認識マークを有する面と前記基板認識マークを有する面を対向させて実装する実装方法であって、
    前記基板を基板ステージに保持する基板保持過程と、
    前記基板認識マークの位置情報を取得する基板位置情報取得過程と、
    前記チップ部品を前記アタッチメントツールで保持するチップ保持過程と、
    前記チップ部品が前記アタッチメントツールに保持された状態で、前記チップ認識マークと前記ツール認識マークの位置情報を取得するチップ位置情報取得過程と、
    前記ツール認識マークと前記チップ認識マークとの相対位置情報に基づいて、前記基板の面内方向における前記チップ部品の位置を調整する位置合わせ過程を備えた実装方法。
11. 請求項１０に記載の実装方法であって、
    基板位置情報取得過程において、前記アタッチメントツール下面と前記基板上面の間隔を前記チップ部品の厚みに略等しくし、前記基板認識マークと前記ツール認識マークの位置情報を取得する実装方法。

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