JP3717462B2 - Chip supply method in chip bonding apparatus - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶基板等の回路基板に半導体チップをボンディングするチップボンディング装置におけるチップ供給方法関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、液晶基板等の回路基板に半導体チップを加熱圧着、すなわち、ボンディングするチップボンディングは、広く実用に供されているが、このボンディングにおいては、ミクロン単位の精度が要求され、かつ、それが一段と高精度になりつつある。
【0003】
その為、一般に、回路基板と半導体チップとをボンディング位置に位置決めするように移送した後、回路基板と半導体チップとの相対位置をカメラで検出し、その位置ずれ量の算出結果に基づいて回路基板と半導体チップとの位置的精密整合を行ってボンディングしている。
【0004】
すなわち、例えば、特開平2−226737号公報において開示されているように、XYテーブル装置を構成している上段テーブル(Xテーブル若しくはYテーブル)のスライドテーブル上に載置された回路基板と、この基板の上方において半導体チップを吸着保持しているボンディングツールを装着したボンデイングヘッドとの間に二視野光学系を移動させて、回路基板と半導体チップとの相対位置を検出し、その位置ずれ量の算出結果に基づいて、回路基板を支持しているボンディングステーを微動させて回路基板と半導体チップとを位置的に精密整合せしめた後、ボンディングヘッドを下方に移動させてボンディングするようにしている。
【0005】
しかし、このボンディングは、回路基板と半導体チップとの相対位置を、二視野光学系で検出している為、この光学系自体の精度に左右、すなわち、上方の半導体チップに印されている位置決め基準用アライメントマークを検出する一方の光学系と、下方の回路基板の電極部に印されている位置決め基準用アライメントマークを検出する他方の光学系との同心的関係のずれに左右されて、ミクロン単位で、しかも、一段と高精度が要求される場合(例えば、液晶基板の電極にボンディングする所謂、COGの場合等)のボンディングには適していなかった。
【0006】
その為、二視野光学系に代えて、半導体チップに印されている位置決め基準用アライメントマークと、回路基板の一端の電極部に印されている位置決め基準用アライメントマークとを、その下方から検出する一視野光学系を採用することが検討さるようになり、既に、この種のボンディングが特開平4−199525号公報において提案されている。
【0007】
しかし、このボンディングも、前者と同様に、回路基板を支持しているボンディングステーを微動させて回路基板と半導体チップとの位置的精密整合を行うものであるから、回路基板の大型化に伴って重量が大きくなると、かかる微動による位置的精密整合を高精度に行うことが困難になる欠点を有していた。
【0008】
また、一視野光学系を採用することに伴ってボンディングステージの下方に、カメラを位置させる為の通路を形成する必要がある関係上、ボンディングステージを移動制御するXYθテーブル装置等で構成されたステージ移動制御装置に、ボンディングステージを片持ち状態に装着することが余儀無くされていたが、このように装着されたボンディングステージで回路基板を支持してボンディングすると、ボンディングステージに歪みが発生し易く、その為、特に、液晶基板の電極にボンディングする場合等のように、一段と大きな押圧条件下でボンディングする場合においてそれが顕著であって、高精度にボンディングを行うことが困難であることの欠点も有していた。
【0009】
更に、ボンディングステージ上に載置されている回路基板の精密位置決め基準用アライメントマークを、ボンディングステージの下方に移動された前記カメラにより検出する為に、かかるボンディングステージを、光を透過し得る透明材で構成しなければならなく、従って、実用的で無いといった欠点も有していた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
このような諸々の欠点に着目し、それらを解決すべく鋭意検討の結果、その第1に、ボンディング位置における回路基板と半導体チップとの位置的精密整合を、ボンディングステージの方で行わずにボンディングヘッドの方で、しかも、ボンディングヘッド全体を移動させないでボンディングヘッドの下端に装着されている、半導体チップを吸着保持するボンディングツールだけを微動させて行うことにより、重い大型の回路基板にボンディングする場合においても、ボンディング位置における回路基板と半導体チップとの位置的精密整合を高精度に、かつ容易に行うことができることを見い出した。
【0011】
また、その第2に、XYテーブルで構成されたステージ移動制御装置に対してボンディングステージを、XYテーブルを構成している上段テーブルのスライドテーブル上に装着されたステージベースと、ステージベース上に装着された基板受けと、XYテーブルを構成している下段テーブルのスライドテーブル上に装着された門型透視架台と、基板受けと門型透視架台間において水平に上下動し得るようにステージベース上に装着されたサクション板と、サクション板上に装着された複数の吸着パッドとで構成するという如くに、ボンディングステージ側を特殊な構造に設けることにより、一段と大きな押圧条件下でのボンディングにおいても、ボンディングステージに歪みが発生するのを防止し得て高精度にボンディングを行うことができることを見い出した。
【0012】
上記のような方式により、回路基板と半導体チップとの位置的精密整合を高精度に、かつ容易に行うことができることが可能になった。ところが現実には、ボンディングすべき半導体チップのサイズは種々変更され、サイズの異なるチップが供給されることから、ボンディングヘッド側にチップを供給するチップ供給機構にも、供給のための精度の良い位置決め、および、治具等の交換を行うことなく容易にチップサイズの変更に対処できる機能が求められるようになってきた。
【0013】
そこで本発明の課題は、とくに、チップボンディング装置においてボンディングヘッド側にチップを供給するチップ供給機構に関し、供給のための精度の良い位置決め、および、治具等の交換を行うことなく容易にチップサイズの変更に対処できる機能を有する、チップボンディング装置におけるチップ供給方法提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係るチップボンディング装置におけるチップ供給方法は、半導体チップを保持してボンディングするボンディングヘッド側へチップを供給する前に、チップをその反ボンディング面を吸着手段により吸着保持したままチップを所定形状のチップ押当部材に当接させ吸着手段に対するチップの位置を調整することによりチップと吸着手段の相対位置を決め、位置決めされたチップを吸着手段で吸着保持したままボンディングヘッド側へ供給することを特徴とする方法からなる。
【0015】
この方法においては、チップのボンディング面を非接触状態に保って、吸着手段でチップを吸着保持したままチップと吸着手段の相対位置を決めることが好ましい。
【0016】
また、チップと吸着手段の相対位置は、吸着手段の移動制御プログラムにより設定することができる。チップサイズの変更等がある場合には、決めるべきチップと吸着手段の相対位置の変更を、前記チップ押当部材を一定形状、一定位置にしたまま、吸着手段の移動制御プログラムの変更のみにより行うことができる。
【0017】
また、決めるべきチップと吸着手段の相対位置に関しては、たとえば、チップの中心部を吸着手段により吸着保持するようにチップと吸着手段の相対位置を決めることができる。
【0018】
本発明に係るチップボンディング装置におけるチップ供給方法に用いるチップ供給装置としては、例えば、半導体チップを保持してボンディングするボンディングヘッド側へチップを供給する装置であって、チップをその反ボンディング面を吸着して取り出すとともにボンディングヘッド側へ移動して供給するす吸着手段と、吸着手段の移動経路途中に設けられ、吸着手段で吸着保持されボンディング面が非接触状態に保たれたチップに当接され該当接により吸着手段に対するチップの位置を調整することによりチップと吸着手段の相対位置決めが可能な所定形状のチップ押当部材を備えた位置決め機構と、を有すものからなる。
【0019】
この装置においては、チップと吸着手段の相対位置を設定する、吸着手段の移動制御プログラムを備えた構成とすることもできる。その場合、チップ押当部材が一定形状、一定位置とされ、決めるべきチップと吸着手段の相対位置の変更が、前記吸着手段の移動制御プログラムの変更のみにより行われるようにすることができる。
【0020】
また、この装置においても、位置決め機構におけるチップと吸着手段の相対位置決めについて、チップの中心部が吸着手段により吸着保持されるように行うことができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
まず、チップボンティング装置のチップボンティング部の構造を説明し、続いて、チップボンティング部へチップを供給する供給装置の構造について説明する。
【0022】
図1において、鎖線で示されている回路基板1は、その一端が、ボンディングステージ2の基板受け3で支持されていると共に電極が形成されている方の他端が門型透視架台4で支持され、かつ、サクション板5に装着されている複数の吸着パッド6で吸着保持されている。なお、門型透視架台4の上端に透視ガラス7が装着されている。
【0023】
この状態において、XYZテーブルで構成されたカメラ移動制御装置8に装着されているCCDカメラ9がカメラ移動制御装置8の駆動制御により移動され、その撮像ヘッド10が、門型透視架台4により区画された空間領域11内に移動され、門型透視架台4により支持されている回路基板1の一端に印されている精密位置決め基準用アライメントマークをその下方より検出する。
【0024】
続いて、Xテーブルである下段テーブル12のスライドテーブル13がXa方向へ移動されて門型透視架台4がボンディング位置Aから退避される。すると、CCDカメラ9が、ボンディング位置Aに位置されている上方のボンディングヘッド14のボンディングツール15が吸着保持している半導体チップ16に印されている精密位置決め基準用アライメントマークを、その下方より検出する。
【0025】
次いで、下段テーブル12のスライドテーブル13がXb方向へ移動され、門型透視架台4がボンディング位置Aにリターンされると共にボンディングツール15が両アライメントマークの位置ずれを無くするように所定に移動制御され、これにより、回路基板1と半導体チップ16とが位置的に精密整合せしめられ、以下、ボンディングヘッド14が下方へ移動して加熱圧着、すなわち、ボンディングする。
【0026】
その際、回路基板1の荷重が作用しない方のボンディングヘッド14側で、しかも、ボンディングヘッド14全体を微動させないで、このヘッドの一部分であるボンディングツール15だけを微動させるから、高精度に整合させることができる。また、下段テーブル12のスライドテーブル13上に装着されている門型透視架台4によって回路基板1のボンディング側一端を支持しているから、ボンディング時におけるボンディングステージ2の歪みを一段と微小にすることができる。
【0027】
そして、ボンディングを終えてボンディングヘッド14が、上方の元の位置へ移動されると、サクション板5が上方へ移動されて、基板受け3及び門型透視架台4で支持されていた回路基板1が上方へ移動され、かつ、Yテーブルである上段テーブル17のスライドテーブル18がYb方向へ移動される。なお、この移動は、続いてボンディングを行う箇所をボンディング位置Aに位置決めさせるように行われる。よって、上述と同様の工程を経て、次々とボンディングを行うことができる。
【0028】
次に、チップボンティング部へチップを供給する供給装置の構造について説明するに、チップボンティング装置の全体的斜視姿が示されている図2において、機台20上に、ボンディングヘッド14、ボンディングステージ2、CCDカメラ9、チップスライダー21、ボンディングヘッド14側へとチップ16を供給するチップローダー22等が装着されているが、チップローダー22は、水平面内において互いに直交するXY方向に移動し得るように装着されているアーム23にシリンダー24を装着すると共に、このシリンダー24のロッド先端に吸着手段としての吸着パッド25を装着して構成されている。
【0029】
その為、アーム23のXY方向への移動制御と、シリンダー24による吸着パッド25のZ方向(上下方向)への移動制御とにより、チップ収納部としてのチップトレー26の所定の収納区画内から半導体チップ16を、その反ボンディング面にて吸着保持し、それを、本発明におけるチップの位置決め機構の外形位置決め板27の所に移送することができる。なお、外形位置決め板27は、機台20に水平に装着されていると共に、これの上面に、図3において示されているように、所定形状の、本実施態様では一対のL字形の、チップ押当部材としてのチップ押当板28を装着している。
【0030】
その為、吸着パッド25により吸着保持されて両チップ押当板28間に移送されて来た半導体チップ16は、吸着パッド25に位置ずれが可能なように吸着保持されたままの状態で、アーム23の図示矢印方向(XY方向)への移動制御により、つまり、吸着パッド25XY方向への移動制御により、両チップ押当板28のL字形の各面に当接されて、チップ16と吸着パッド25の相対位置が目標とする所定の位置関係に決められる。本実施態様では、チップ16の中心部が吸着パッド25により吸着保持されるように位置決めされる。
【0031】
その際、半導体チップ16は、その下面が、外形位置決め板27の上面に接触しないような高さに(ボンディング面が非接触の状態で)吸着保持されて位置決めされるので、半導体チップ16のボンディングしようとする方の面(ボンディング面)、すなわち、下面の損傷を防止することができる。また、このようなチップ位置決め方法によると、半導体チップ16の大きさが変っても、チップローダー22の移動制御プログラム(つまり、吸着パッド25の移動制御プログラム)を所定に変更するだけで対処することができ、従って、高精度の位置決めを確保できるとともに、治具交換等を行なわずに容易にチップサイズ変更に対処することができる。
【0032】
引き続いて、かかる位置決めを終えると、アーム23のXY方向への移動制御と、シリンダー24による吸着パッド25のZ方向への移動制御とにより、チップスライダー21上に半導体チップ16が移載されると共に、このスライダー21が、ボンディングヘッド14の方へと移動される(つまり、チップ16がボンディングヘッド14側へと供給される)。なお、チップスライダー21は、図示されていないサーボモータで駆動回転される螺子軸に螺着されて水平に移動し得るように装着され、チップ受取り位置B(原点)からボンディングヘッド14に接近されたチップ待機位置に水平に移動される。
【0033】
そして、ボンディングヘッド14が、その下方におけるボンディングを終えて上方のヘッド原点にリターンされると、チップスライダー21が、かかる待機位置からボンディングヘッド14の下方に移動される。その為、半導体チップ16をボンディングヘッド14の下方に迅速に移送することができる。
【0034】
次に、ボンディングヘッド14は、ボンディング位置Aに装着されているが、このヘッド14は、機台20上に装着されている支柱30の上端に装着の反力受け31等で構成されている。すなわち、その拡大された姿が示されている図4において、ブラケット用縦ガイド32及びZテーブル33は、機台20上に装着されている箱状ブラケット34(図2参照)に装着され、そして、シリンダーブラケット35は、ブラケット用縦ガイド32で案内されてZ方向(上下方向)に摺動し得るように装着されていると共にヘッドブラケット36も、Zテーブル33で案内されて同方向に摺動し得るように装着されている。
【0035】
なお、ヘッドブラケット36は、XYθテーブル38の上部を構成しているXYテーブル38aに装着されていると共にツールブラケット37は、XYθテーブル38の下部を構成しているθテーブル38bに装着されている。
【0036】
また、Zテーブル33は、サーボモータ39によってネジ軸を回転させてピッチ送りするネジ軸送り機構(図示されていない)を備えているが、この機構にヘッドブラケット36が連携されている。従って、かかる機構を介してヘッドブラケット36が移動されると、ツールブラケット37も一緒に移動される。
【0037】
一方、シリンダーブラケット35に装着されているエアーシリンダー41のピストンロッド42は、加圧伝達軸43と上下方向に同心的に位置され、かつ、ピストンロッド42の下端は、通常においては(図示のように、ピストンロッド42が上方の原点位置に没されているときには)、加圧伝達軸43の上端に対して一定間隔に離別されている。
【0038】
また、加圧伝達軸43は、ヘッドブラケット36、XYθテーブル38及びツールブラケット37を貫通して上下動し得るように装着されていると共に、その下端がボンディングツール15の上端に当接されて抜け止めされている。なお、軸受19はヘッドブラケット36に装着されている。
【0039】
その為、ヘッドブラケット36及びツールブラケット37を静止させた状態において、エアーシリンダー41のピストンロッド42を下方に突出させることにより、その下端を加圧伝達軸43の上端に当接させ、更に下方へ突出させることにより加圧伝達軸43を下方へ摺動させることができ、そして、このようにして加圧伝達軸43を下方へ摺動させることにより、その下端でボンディングツール15を押して下方へ移動させることができる。
【0040】
なお、下方へ突出されていたピストンロッド42が没されて上方へ移動されると、加圧伝達軸43は、後述するように、弾性体(コイルバネ)47を介してツールブラケット37に吊り下げられた状態に装着されているボンディングツール15により押されて上方へ摺動されて元の位置にリターンされる。
【0041】
加えて、ボンディングツール15は、その一端が、このツール15の下端側部(先端側部)に設けられている吸気通路(図示されていない)に接続されている耐圧ホースを経て吸気することにより、前記吸気通路と連通されるようにツール下端面(チップ吸着保持面)に開口されている吸気孔から吸気して半導体チップ16を吸着保持し得ると共にヒータを内蔵し、パルスヒータ制御装置44(図2参照)により迅速に所定温度に加熱し得るように構成され、かつ、ツールブラケット37に装着のピン45とボンディングツール15に装着のピン46とに弾性体(コイルバネ)47が係止されている(図示されていない反対側の方にも同様に係止されている)。すなわち、この一対の弾性体(コイルバネ)47によってツールブラケット37に吊り下げられた状態に装着されている。
【0042】
なお、このツール15は、ツールブラケット37の縦ガイド穴40に摺動し得るように嵌挿されているガイド部51を備えており、従って、ヘッドブラケット36が下方へ移動されると、このテーブル36と一体的に下方へ移動されるツールブラケット37に追従してボンディングツール15も同方向に移動し、これと反対に、ヘッドブラケット36が上方へ移動されると、ボンディングツール15も同方向に移動する。
【0043】
同様に、シリンダーブラケット35に装着のピン48と反力受け31に装着のピン49とにも弾性体(コイルバネ)50が係止されている。なお、シリンダーブラケット35の上面側にロードセル29が装着されている。また、前記耐圧ホースの他端は図示されていない真空ポンプに接続されている。
【0044】
而して、Zテーブル33の前記ネジ軸送り機構により、ヘッドブラケット36を下方へ移動させてボンディングツール15をボンディング開始高さに位置決めし、次いで、エアーシリンダー41のピストンロッド42を下方へ所定ストローク突出させて加熱圧着、すなわち、ボンディングすることができる。
【0045】
そして、ボンディングを終えると、エアーシリンダー41のピストンロッド42を没して上方の原点位置にリターンさせると共にZテーブル33の前記ネジ軸送り機構によりヘッドブラケット36を上方へ移動させてボンディングツール15を上方の原点位置にリターンさせることができる。
【0046】
図4においては、この状態が示されているが、引き続いて、チップスライダー21により、その下方に半導体チップ16が移送されて来ると、Zテーブル33の前記ネジ軸送り機構により、下方へ所定ストローク移動されてチップスライダー21上の半導体チップ16をボンディングツール15で吸着保持し、次いで、上方の原点位置へリターンされる。
【0047】
このように、ボンディングヘッド14を、ボンディング位置Aから他所へ移動し得ないように装着して、常にボンディング位置Aにおいて半導体チップ16を吸着保持するように設けている。その為、ボンディングヘッド14を、ボンディング位置A以外の他の所へ移動させて半導体チップ16を吸着保持し、それを、ボンディング位置Aにリターンさせるようなチップ供給態様に比してチップ供給サイクルの短縮化を図ることができる。
【0048】
次に、拡大図である図1において、ボンディングステージ2は、ステージ移動制御装置55上に装着されているが、この移動制御装置55は、Xテーブルである下段テーブル12とYテーブルである上段テーブル17とで構成され、かつ、下段テーブル12のスライドテーブル13は、固定側テーブル56で案内されてX方向へ移動し得るように装着されていると共に、このスライドテーブル13上に上段テーブル17が装着、すなわち、上段テーブル17のスライドテーブル18は、スライドテーブル13上に装着されている固定側テーブル57で案内されてY方向へ移動し得るように装着されている。
【0049】
一方、ボンディングステージ2は、スライドテーブル18上に装着されたステージベース58と、このベース58上に装着された基板受け3及びサクション板5と、下段テーブル12のスライドテーブル13上に装着された門型透視架台4とで構成されている。なお、基板受け3は、ステージベース58の上端にX方向に延設された一対のガイドレール59で案内されて移動し得るように装着され、また、サクション板5は、図1の縦断面図である図5において示されているように、ステージベース58に装着されたエアーシリンダー60のピストンロッド先端に装着されている可動ブラケット61上に装着され、このシリンダー60によって水平に上下動し得るように装着されている。
【0050】
なお、可動ブラケット61は、ステージベース58に装着されている左右の縦ガイドレール62で案内されて移動し得るように装着されている。加えて、サクション板5には、複数の吸引孔63が設けられていると共にこの孔63と連通されるようにサクション板5の上面側に複数の吸着パッド6が装着されている。その為、一端が真空ポンプ(図示されていない)に接続されている管路64の他端を、サクション板5の吸気口に接続することにより、吸着パッド6群から吸気することができる。
【0051】
また、門型透視架台4は、これの縦断面した姿が図5において示されているが、基板受け3とほぼ同一レベルに設けられ、その上端に透視ガラス7が装着されている。なお、透視ガラス7の上面を基板受け3の上面より、僅かに高くするのが好ましく、かつ、透視ガラス7の下方には透視孔65が設けられている。
【0052】
更に、CCDカメラ9は、XYZテーブルで構成されているカメラ移動制御装置8上に装着されている。すなわち、この移動制御装置8は、下段のXテーブル70上にYテーブル71を装着すると共にYテーブル71上にZテーブル72を装着して構成され、かつ、かかるZテーブル72にCCDカメラ9を装着している。なお、Zテーブル72は、サーボモータ73でネジ軸74を駆動回転させることによりZ方向へ移動し得るように装着されている。
【0053】
また、ステージ移動制御装置55及びカメラ移動制御装置8を構成している各スライドテーブル13,18,75,76も、サーボモータ73でネジ軸を回転させてピッチ送りをするネジ軸送り機構を介して移動し得るように装着されている。
【0054】
而して、このボンディング装置によると、次のようにして、加熱圧着、すなわち、ボンティングすることができる。なお、ボンティングを行うに当って、ボンティングステージ2上に回路基板1が供給されるが、これは上段テーブル17のスライドテーブル18をYa方向へ移動させた状態において作業員により行われる。その際、ボンディングヘッド14は、上方のヘッド原点位置に移動されている。また、Ya方向へ移動されたボンティングステージ2のサクション板5は、これに装着されている吸着パッド6群の上端が、基板受け3又は門型透視架台4の上面よりも少し上方に位置されるようにシリンダー60を介して上方へ移動されている。
【0055】
そして、作業員が、吸着パッド6群上に、回路基板1を、電極が形成されている方の一端を門型透視架台4側へ位置させるように載置すると、図示されていない真空ポンプによる吸気が開始されて回路基板1が吸着パッド6群で吸着保持される。次いで、上段テーブル17のスライドテーブル18がYb方向へ移動されて、最初にボンディングする箇所がボンディング位置Aに位置決めされ、かつ、その後、サクション板5がシリンダー60を介して下方へ移動される。
【0056】
この姿が図5において示されている。同図において、回路基板1は、吸着パッド6群で吸着保持されたまま、ボンディング位置Aに移動されている門型透視架台4と基板受け3とで支持されている。また、これと並行して、チップスライダー21により、ボンディング位置Aに半導体チップ16が移送されて来て、ボンティングヘッド14のボンディングツール15により吸着保持される。この状態が図1において示されている。
【0057】
続いて、Xb方向へ退避されていたCCDカメラ9がカメラ移動制御装置8の駆動制御によりXa方向へ移動され、その撮像ヘッド10が門型透視架台4により区画された空間領域11内に移動され、門型透視架台4により支持されている回路基板1の一端に印されている精密位置決め基準用アライメントマークを、その下方より検出する。その際、カメラ移動制御装置8は、必要に応じてX、Y及びZ方向のうちから選ばれた所定方向に各テーブル72,75,76を移動せしめるように所定に駆動制御される。
【0058】
そして、かかる検出を終えると、下段テーブル12のスライドテーブル13がXa方向へ移動され、門型透視架台4がボンディング位置AからXa側へ退避、すなわち、CCDカメラ9の撮像視野外へ退避される。すると、CCDカメラ9が、その上方のボンディングツール15が吸着保持している半導体チップ16に印されている精密位置決め基準用アライメントマークをその下方より検出する。なお、その際、必要ならば、CCDカメラ9がZa方向へ移動せしめられる。そして、この検出を終えると、Xb側の元の退避位置へリターンされる。
【0059】
引き続いて、下段テーブル12のスライドテーブル13がXb方向へ移動され、門型透視架台4がボンディング位置Aにリターンされると共に、ボンディングツール15が、両アライメントマーク同士の位置ずれを無くするように所定に移動制御され、これにより、回路基板1と半導体チップ16とが位置的に精密整合せしめられる。なお、両アライメントマークの位置ずれの判定は、画像処理系内において行われ、その結果に基づいて、かかる移動制御、すなわち、ボンディングツール15だけの移動制御が行われる。その際、XYθテーブル38によりX方向、Y方向及びθ回転のうちから選ばれた所定方向にボンディングツール15が微動される。
【0060】
換言すると、ボンディング位置Aにおける回路基板1と半導体チップ16との位置的精密整合を、ボンディングステージ2の方で行わずにボンディングヘッド14の方で、しかも、ボンディングヘッド14全体を移動させないでボンディングヘッド14の下端に装着されている、半導体チップ16を吸着保持のボンディングツール15だけを微動させて行っている。
【0061】
その為、重い大型の回路基板1にボンディングする場合においても、そのこととは無関係に、ボンディング位置Aにおける回路基板1と半導体チップ16との位置的精密整合を高精度に、かつ、容易に行うことができる。なお、このような位置的精密整合を、必要に応じて複数回行うことにより、より一段と精密に整合させることができる。
【0062】
なお、ミクロン単位の精度が要求される関係上、必要に応じてキャリブシーションが行われる。すなわち、ボンディングツール15に設けられている基準指標を、XYθテーブル38若しくはカメラ移動制御装置8を所定に駆動してCCDカメラ9で前記基準指標をサーチすることにより得られる所定の補正パラメータにより、制御系に入力されている各種のパラメータ(例えば、XYθテーブル38における、θテーブルの回転中心、Xテーブル及びYテーブルの軸傾き、実送り量、或いは、カメラ移動制御装置8における、各テーブルの軸傾き、実送り量等)を補正更新する。これにより、機械的特性が経時的に変化しても、ボンディング精度を高精度に保つことができる。
【0063】
以下、かかる精密整合を終えると、ボンディングヘッド14が下方へ移動して加熱圧着、すなわち、ボンディングする。これは、上述のように最初にZテーブル33を介して、上方の原点位置のボンディングツール15が下方へ移動されて回路基板1に接近されたボンディング開始位置に位置決めされ、次いで、エアーシリンダー41のピストンロッド42の下方への突出によりボンディングツール15が回路基板1に押し付けられる。
【0064】
その際、回路基板1のボンディングする方の一端、すなわち、大きな押圧力が作用する方の一端が、下段テーブル12のスライドテーブル13上に装着されている門型透視架台4で支持されているので、ボンディングステージを片持ち構造に装着した場合において問題視されていたステージ歪みの発生を、一段と大きな押圧条件下でのボンディングにおいても防止することができて高精度にボンディングを行うことができる。
【0065】
そして、ボンディングを終えてボンディングヘッド14が上方の原点位置にリターンされると、エアーシリンダー60を介してサクション板5が上方へ移動されて、基板受け3及び門型透視架台4で支持されていた回路基板1が上方へ移動され、かつ、この状態において、Yテーブルである上段テーブル17のスライドテーブル18がYb方向へ移動される。
【0066】
この移動は続いてボンディングを行う箇所をボンディング位置Aに位置決めさせるように行われ、その後、サクション板5が下方へ移動されて回路基板1が、再び基板受け3及び門型透視架台4で支持される。よって、上述と同様の工程を経て次々と高精度にボンディングすることができる。なお、ボンディングツール15による半導体チップ16の吸着保持は、ボンディングを終えると解除され、そして、半導体チップ16を受け取るときに吸気が開始されて吸着保持することができる。
【0067】
このように、回路基板1を移送してボンディング位置Aに位置決めさせるように回路基板1を支持したボンディングステージ2を移動制御する基板位置決め用ステージ移動制御工程と、ボンディング位置Aに位置決めされた回路基板1の精密位置決め基準用アライメントマークを回路基板1の下方からCCDカメラ9で検出する基板位置検出工程と、ボンディング位置Aのボンディングヘッド14に備えられているボンディングツール15により吸着保持された半導体チップ16の精密位置決め基準用アライメントマークをボンディングヘッド14の下方からCCDカメラ9で検出するチップ位置検出工程と、チップ位置検出工程に先立ってボンディングステージ2をCCDカメラ9の撮像視野外へ退避させるようにボンディングステージ2を移動制御する退避用ステージ移動制御工程と、CCDカメラ9により検出された両アライメントマークの位置ずれ量の算出結果に基いて回路基板1と半導体チップ16との位置的精密整合をボンディングツール15だけを微動させて行った後、ボンディングヘッド2によりボンディングするボンディング工程とを経てチップボンディングするようにしている。
【0068】
なお、次にボンディングしようとする回路基板1が、先行のそれと大きさが異なるものである場合には、基板受け3をXb側へ移動させて止めネジ等の適当な手段で所定位置に固定すればよく、このような簡単な調整作業により、大きさが異なる回路基板1を次々とボンディングすることができる。その際、上述のように、門型透視架台4を、上段テーブル17のスライドテーブル18上に装着しないで、下段テーブル12のスライドテーブル13上に装着しているので、大きな押圧条件下でのボンディングにおいても、ボンディングステージに歪みが発生するのを防止することができる。
【0069】
また、前述したように、ボンディングしようとするチップ16の大きさが変っても、チップローダー22の移動制御プログラム(つまり、吸着パッド25の移動制御プログラム)を所定に変更するだけで対処することができ、高精度の位置決めを確保できるとともに、治具交換等を行なわずに容易にチップサイズ変更に対処することができる。
【0070】
以上、本発明に係る一実施例について述べたが、本発明においては、ボンディングしようとする回路基板は、液晶基板のような透明基板に限定されず他の不透明の回路基板であってもよく、また、上段テーブルをX方向に配すると共に下段テーブルをY方向へ配してもよく、更に、基板受けを、ねじ軸送り機構等を介して自動的に移動し得るように装着してもよい。
【0071】
また、半導体チップ及び回路基板に印される位置決め基準用アライメントマークについても、いかなる態様のものであってもよい。また、ボンディングヘッドは、ボンディング位置から他所へ移動し得ないように装着するのが好ましいが、他の態様、例えば、ボンディング位置以外の所へ移動して半導体チップを吸着保持し、それをボンディング位置に移送する所謂、移動式に装着してもよい。
【0072】
なお、サクション板の装着についても、大型の門型透視台を設置、すなわち、例えば、回路基板の全長よりも長い支持上端面(回路基板を支持する上端面)を形成し得るような大型の門型透視台を設置する場合においては上下動させない態様に装着してもよい。
【0073】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るチップボンディング装置におけるチップ供給方法よれば、ボンディングヘッド側にチップを供給するに際し、その供給途中でチップを吸着保持したまま、簡単にかつ高精度にチップ吸着手段とチップとの相対位置を所望の位置関係に決めることができ、かつ、チップのサイズの変更に対しても、治具交換等を行なわずに吸着手段の移動制御プログラムを変更するだけで容易に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ボンディングステージ部の拡大斜視図である。
【図2】チップボンディング装置の全体的構成を示す斜視図である。
【図3】外形位置決め態様を示す斜視図である。
【図4】ボンディングヘッドの斜視図である。
【図5】図1の縦断面図である。
【符号の説明】
A ボンディング位置
1 回路基板
2 ボンディングステージ
3 基板受け
4 門型透視台
5 サクション板
6 吸着パッド
7 透視ガラス
8 カメラ移動制御装置
9 CCDカメラ
10 撮像ヘッド
12 下段テーブル
13 スライドテーブル
14 ボンディングヘッド
15 ボンディングツール
16 半導体チップ
17 上段テーブル
18 スライドテーブル
21 チップスライダー
22 チップローダー
23 アーム
24 シリンダー
25 吸着手段としての吸着パッド
26 チップ収納部としてのチップトレー
27 チップ位置決め機構の外形位置決め板
28 チップ押当部材としてのチップ押当板
55 ステージ移動制御装置
58 ステージベース
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a chip supply method in a chip bonding apparatus for bonding a semiconductor chip to a circuit board such as a liquid crystal substrate. In Related.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, chip bonding for bonding a semiconductor chip to a circuit board such as a liquid crystal substrate by thermocompression, ie, bonding, has been widely used practically. However, in this bonding, accuracy in micron units is required, and this is further enhanced. It is becoming highly accurate.
[0003]
Therefore, in general, after the circuit board and the semiconductor chip are transferred so as to be positioned at the bonding position, the relative position between the circuit board and the semiconductor chip is detected by a camera, and the circuit board is based on the calculation result of the positional deviation amount. Bonding is performed by precise positional alignment with the semiconductor chip.
[0004]
That is, for example, as disclosed in JP-A-2-226737, a circuit board placed on a slide table of an upper table (X table or Y table) constituting an XY table device, and this The two-field optical system is moved between the bonding head equipped with a bonding tool that holds the semiconductor chip by suction above the substrate, and the relative position between the circuit board and the semiconductor chip is detected. Based on the calculation result, the bonding stay supporting the circuit board is finely moved to precisely align the circuit board and the semiconductor chip, and then the bonding head is moved downward to perform bonding.
[0005]
However, in this bonding, the relative position between the circuit board and the semiconductor chip is detected by the two-field optical system. Dependent on the concentric relationship between one optical system for detecting the alignment mark and the other optical system for detecting the alignment reference alignment mark marked on the electrode part of the circuit board below, in micron units In addition, it is not suitable for bonding when higher precision is required (for example, in the case of so-called COG bonding to the electrode of the liquid crystal substrate).
[0006]
Therefore, instead of the two-field optical system, a positioning reference alignment mark marked on the semiconductor chip and a positioning reference alignment mark marked on the electrode portion at one end of the circuit board are detected from below. Adoption of a single-field optical system has been studied, and this type of bonding has already been proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-199525.
[0007]
However, in this bonding as well as the former, the bonding stay supporting the circuit board is finely moved to precisely position and align the circuit board and the semiconductor chip. When the weight is increased, there is a drawback that it is difficult to perform the positional precision alignment by such fine movement with high accuracy.
[0008]
In addition, a stage constituted by an XYθ table device or the like that controls the movement of the bonding stage due to the need to form a path for positioning the camera below the bonding stage in accordance with the adoption of the one-field optical system. It was forced to attach the bonding stage to the movement control device in a cantilevered state, but when the circuit board is supported and bonded by the bonding stage thus attached, the bonding stage is likely to be distorted, For this reason, particularly when bonding is performed under much larger pressure conditions, such as when bonding to electrodes of a liquid crystal substrate, the disadvantage is that it is difficult to perform bonding with high accuracy. Had.
[0009]
Further, in order to detect the alignment mark for precision positioning reference of the circuit board placed on the bonding stage by the camera moved below the bonding stage, the bonding stage is transparent material that can transmit light. Therefore, it has a disadvantage that it is not practical.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As a result of diligent research to solve these disadvantages, and first, as a result, the positional precision alignment between the circuit board and the semiconductor chip at the bonding position is not performed on the bonding stage. When bonding to a heavy, large circuit board by finely moving only the bonding tool attached to the lower end of the bonding head that does not move the entire bonding head and attracting and holding the semiconductor chip. In addition, the present inventors have found that the positional precision matching between the circuit board and the semiconductor chip at the bonding position can be easily performed with high accuracy.
[0011]
Second, a bonding stage is mounted on a stage movement control device configured with an XY table, a stage base mounted on a slide table of an upper table forming the XY table, and a stage base. On the stage base so that it can be moved up and down horizontally between the substrate receiver and the gate-type fluoroscopic cradle, and the gate-type fluoroscopic cradle mounted on the slide table of the lower table constituting the XY table. Even in bonding under even larger pressing conditions, the bonding stage side is provided with a special structure, such as a mounted suction plate and a plurality of suction pads mounted on the suction plate. It is possible to prevent distortion on the stage and perform bonding with high accuracy. It was found to be.
[0012]
With the above method, it has become possible to perform the positional precision matching between the circuit board and the semiconductor chip with high accuracy and easily. However, in reality, the size of the semiconductor chip to be bonded is variously changed, and chips of different sizes are supplied, so the chip supply mechanism that supplies the chip to the bonding head side is also positioned with high precision for supply. In addition, there has been a demand for a function that can easily cope with a change in chip size without exchanging jigs and the like.
[0013]
Therefore, an object of the present invention particularly relates to a chip supply mechanism for supplying a chip to the bonding head side in a chip bonding apparatus, and it is possible to easily perform chip size without performing accurate positioning for supply and replacement of a jig or the like. Chip supplying method in a chip bonding apparatus having a function capable of coping with the change of the chip The It is to provide.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a chip supply method in a chip bonding apparatus according to the present invention is to provide a chip by adsorbing means on its anti-bonding surface before supplying the chip to the bonding head side for holding and bonding the semiconductor chip. The chip is brought into contact with the chip pressing member having a predetermined shape while being sucked and held, and the position of the chip and the sucking means is determined by adjusting the position of the chip with respect to the sucking means, and the positioned chip is sucked and held by the sucking means. The method comprises supplying to the bonding head side.
[0015]
In this method, it is preferable that the bonding surface of the chip is kept in a non-contact state, and the relative position between the chip and the suction means is determined while the chip is sucked and held by the suction means.
[0016]
The relative position between the chip and the suction means can be set by a movement control program for the suction means. When there is a change in the chip size, etc., the relative position between the chip and the suction means to be determined is changed only by changing the movement control program of the suction means while keeping the chip pressing member in a fixed shape and position. be able to.
[0017]
As for the relative position between the chip and the suction means to be determined, for example, the relative position between the chip and the suction means can be determined so that the center portion of the chip is sucked and held by the suction means.
[0018]
In the chip bonding apparatus according to the present invention Used for chip supply method Chip feeder For example, An apparatus for supplying a chip to a bonding head side for holding and bonding a semiconductor chip, and for adsorbing and removing the chip by adsorbing its anti-bonding surface and moving it to the bonding head side, The relative positioning of the chip and the suction means can be achieved by adjusting the position of the chip with respect to the suction means by being brought into contact with the chip that is provided in the middle of the movement path, held by the suction means and held in the non-contact state by the bonding surface. A positioning mechanism having a chip pressing member of a predetermined shape possible. Ru Consists of things.
[0019]
In this device Is It is also possible to adopt a configuration including a movement control program for the suction means for setting the relative positions of the chip and the suction means. In this case, the tip pressing member can have a fixed shape and a fixed position, and the relative position between the tip and the suction means to be determined can be changed only by changing the movement control program of the suction means.
[0020]
Also in this apparatus, the relative positioning of the tip and the suction means in the positioning mechanism can be performed so that the central portion of the tip is sucked and held by the suction means.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the structure of the chip bonding part of the chip bonding apparatus will be described, and then the structure of the supply apparatus for supplying chips to the chip bonding part will be described.
[0022]
In FIG. 1, a circuit board 1 indicated by a chain line has one end supported by a substrate receiver 3 of a bonding stage 2 and the other end on which an electrode is formed supported by a gate-type fluoroscopic mount 4. In addition, it is sucked and held by a plurality of suction pads 6 mounted on the suction plate 5. A see-through glass 7 is mounted on the upper end of the portal-type see-through gantry 4.
[0023]
In this state, the CCD camera 9 mounted on the camera movement control device 8 constituted by an XYZ table is moved by the drive control of the camera movement control device 8, and the imaging head 10 is partitioned by the portal-type fluoroscopic frame 4. The alignment mark for precision positioning reference that is moved into the space area 11 and is marked on one end of the circuit board 1 supported by the portal type see-through gantry 4 is detected from below.
[0024]
Subsequently, the slide table 13 of the lower table 12 which is the X table is moved in the Xa direction, and the portal type see-through gantry 4 is retracted from the bonding position A. Then, the CCD camera 9 detects the precision positioning reference alignment mark, which is marked on the semiconductor chip 16 held by the bonding tool 15 of the upper bonding head 14 positioned at the bonding position A, from below. To do.
[0025]
Next, the slide table 13 of the lower table 12 is moved in the Xb direction, the portal-type fluoroscopic frame 4 is returned to the bonding position A, and the bonding tool 15 is controlled to move in a predetermined manner so as to eliminate the misalignment of both alignment marks. As a result, the circuit board 1 and the semiconductor chip 16 are precisely aligned in position, and the bonding head 14 is moved downward to perform thermocompression bonding, that is, bonding.
[0026]
At that time, only the bonding tool 15 which is a part of the head is finely moved on the side of the bonding head 14 to which the load of the circuit board 1 does not act, and the entire bonding head 14 is not finely moved. be able to. Further, since the one end of the circuit board 1 on the bonding side is supported by the gate-type fluoroscopic mount 4 mounted on the slide table 13 of the lower table 12, the distortion of the bonding stage 2 during bonding can be further reduced. it can.
[0027]
When the bonding head 14 is moved to the upper original position after the bonding is completed, the suction plate 5 is moved upward, and the circuit board 1 supported by the substrate receiver 3 and the gate-type fluoroscopic mount 4 is moved. The slide table 18 of the upper table 17 that is a Y table is moved in the Yb direction. This movement is performed so as to position the subsequent bonding position at the bonding position A. Therefore, bonding can be performed one after another through the same process as described above.
[0028]
Next, the structure of the supply device for supplying chips to the chip bonding unit will be described. In FIG. 2, the overall perspective view of the chip bonding device is shown. The stage 2, CCD camera 9, chip slider 21, and chip loader 22 for supplying the chip 16 to the bonding head 14 side are mounted. The chip loader 22 can move in the XY directions orthogonal to each other in the horizontal plane. A cylinder 24 is mounted on the arm 23 mounted in this manner, and a suction pad 25 as a suction means is mounted on the tip of the rod of the cylinder 24.
[0029]
Therefore, by controlling the movement of the arm 23 in the X and Y directions and the movement control of the suction pad 25 in the Z direction (vertical direction) by the cylinder 24, the semiconductor from the predetermined storage section of the chip tray 26 as the chip storage portion is obtained. The chip 16 can be sucked and held on its anti-bonding surface and transferred to the external positioning plate 27 of the chip positioning mechanism in the present invention. The outer shape positioning plate 27 is mounted horizontally on the machine base 20, and on the upper surface thereof, as shown in FIG. 3, a predetermined shape, in this embodiment, a pair of L-shaped chips. A chip pressing plate 28 as a pressing member is mounted.
[0030]
Therefore, the semiconductor chip 16 that is sucked and held by the suction pad 25 and transferred between the two chip pressing plates 28 is still held by the suction pad 25 so that the position of the semiconductor chip 16 can be displaced. 23 is controlled to move in the indicated arrow direction (XY direction), that is, by movement control in the suction pad 25XY direction, the chip 16 and the suction pad are brought into contact with the L-shaped surfaces of both chip pressing plates 28. The relative position of 25 is determined as a target predetermined positional relationship. In this embodiment, the center portion of the chip 16 is positioned so as to be sucked and held by the suction pad 25.
[0031]
At this time, since the lower surface of the semiconductor chip 16 is attracted and held (with the bonding surface in a non-contact state) so as not to contact the upper surface of the outer shape positioning plate 27, the bonding of the semiconductor chip 16 is performed. It is possible to prevent damage to the surface to be intended (bonding surface), that is, the lower surface. Further, according to such a chip positioning method, even if the size of the semiconductor chip 16 changes, it is possible to cope with it by simply changing the movement control program of the chip loader 22 (that is, the movement control program of the suction pad 25) to a predetermined value. Therefore, highly accurate positioning can be ensured, and chip size change can be easily dealt with without exchanging jigs.
[0032]
Subsequently, when the positioning is completed, the semiconductor chip 16 is transferred onto the chip slider 21 by the movement control of the arm 23 in the XY direction and the movement control of the suction pad 25 in the Z direction by the cylinder 24. The slider 21 is moved toward the bonding head 14 (that is, the chip 16 is supplied to the bonding head 14 side). The chip slider 21 is mounted on a screw shaft that is driven and rotated by a servo motor (not shown) so that the chip slider 21 can move horizontally, and the chip slider 21 approaches the bonding head 14 from the chip receiving position B (origin). It is moved horizontally to the tip standby position.
[0033]
When the bonding head 14 finishes bonding below and returns to the upper head origin, the chip slider 21 is moved below the bonding head 14 from the standby position. Therefore, the semiconductor chip 16 can be quickly transferred below the bonding head 14.
[0034]
Next, the bonding head 14 is mounted at the bonding position A, and this head 14 is configured by a reaction force receiver 31 mounted on the upper end of a column 30 mounted on the machine base 20. That is, in FIG. 4 showing the enlarged view, the bracket vertical guide 32 and the Z table 33 are mounted on a box-shaped bracket 34 (see FIG. 2) mounted on the machine base 20, and The cylinder bracket 35 is mounted so that it can be guided by the bracket vertical guide 32 and can slide in the Z direction (vertical direction), and the head bracket 36 is also guided by the Z table 33 and slides in the same direction. It is attached to be able to.
[0035]
The head bracket 36 is mounted on an XY table 38 a that forms the upper part of the XYθ table 38, and the tool bracket 37 is mounted on the θ table 38 b that forms the lower part of the XYθ table 38.
[0036]
The Z table 33 includes a screw shaft feed mechanism (not shown) that rotates the screw shaft by the servo motor 39 to feed the pitch, and the head bracket 36 is linked to this mechanism. Therefore, when the head bracket 36 is moved through such a mechanism, the tool bracket 37 is also moved together.
[0037]
On the other hand, the piston rod 42 of the air cylinder 41 mounted on the cylinder bracket 35 is positioned concentrically with the pressurizing transmission shaft 43 in the vertical direction, and the lower end of the piston rod 42 is normally (as illustrated). When the piston rod 42 is immersed in the upper origin position), the piston rod 42 is separated from the upper end of the pressure transmission shaft 43 at a constant interval.
[0038]
The pressure transmission shaft 43 is mounted so as to be able to move up and down through the head bracket 36, the XYθ table 38, and the tool bracket 37, and the lower end thereof comes into contact with the upper end of the bonding tool 15 and comes off. It has been stopped. The bearing 19 is attached to the head bracket 36.
[0039]
Therefore, in a state where the head bracket 36 and the tool bracket 37 are stationary, the piston rod 42 of the air cylinder 41 protrudes downward to bring the lower end into contact with the upper end of the pressure transmission shaft 43 and further downward. By projecting, the pressure transmission shaft 43 can be slid downward, and by sliding the pressure transmission shaft 43 in this way, the bonding tool 15 is pushed at the lower end and moved downward. Can be made.
[0040]
When the piston rod 42 protruding downward is immersed and moved upward, the pressure transmission shaft 43 is suspended from the tool bracket 37 via an elastic body (coil spring) 47 as will be described later. It is pushed by the bonding tool 15 mounted in the above state, slid upward, and returned to its original position.
[0041]
In addition, one end of the bonding tool 15 is sucked through a pressure hose connected to an intake passage (not shown) provided in a lower end side portion (tip side portion) of the tool 15. The semiconductor chip 16 can be sucked and held by suction from the suction hole opened in the lower end surface of the tool (chip suction holding surface) so as to communicate with the suction passage, and the heater is built in, and the pulse heater control device 44 ( 2), and an elastic body (coil spring) 47 is locked to the pin 45 attached to the tool bracket 37 and the pin 46 attached to the bonding tool 15. (It is also locked on the opposite side not shown). That is, the pair of elastic bodies (coil springs) 47 are attached to the tool bracket 37 in a suspended state.
[0042]
The tool 15 is provided with a guide portion 51 that is inserted so as to be slidable in the vertical guide hole 40 of the tool bracket 37. Therefore, when the head bracket 36 is moved downward, the table 15 36, the bonding tool 15 also moves in the same direction following the tool bracket 37 that is moved downward integrally. When the head bracket 36 is moved upward, the bonding tool 15 also moves in the same direction. Moving.
[0043]
Similarly, an elastic body (coil spring) 50 is also locked to a pin 48 attached to the cylinder bracket 35 and a pin 49 attached to the reaction force receiver 31. A load cell 29 is mounted on the upper surface side of the cylinder bracket 35. The other end of the pressure hose is connected to a vacuum pump (not shown).
[0044]
Thus, the screw bracket feed mechanism of the Z table 33 moves the head bracket 36 downward to position the bonding tool 15 at the bonding start height, and then moves the piston rod 42 of the air cylinder 41 downward by a predetermined stroke. It can be made to protrude and thermocompression-bonded, that is, bonded.
[0045]
When the bonding is completed, the piston rod 42 of the air cylinder 41 is retracted and returned to the upper origin position, and the head bracket 36 is moved upward by the screw shaft feed mechanism of the Z table 33 to move the bonding tool 15 upward. Can be returned to the origin position.
[0046]
FIG. 4 shows this state. Subsequently, when the semiconductor chip 16 is transferred downward by the chip slider 21, the screw shaft feed mechanism of the Z table 33 causes a predetermined downward stroke. The semiconductor chip 16 on the chip slider 21 is moved and sucked and held by the bonding tool 15 and then returned to the upper origin position.
[0047]
In this way, the bonding head 14 is mounted so that it cannot move from the bonding position A to another place, and the semiconductor chip 16 is always sucked and held at the bonding position A. Therefore, the bonding head 14 is moved to a place other than the bonding position A to hold the semiconductor chip 16 by suction, and the chip supply cycle is compared with the chip supply mode in which it is returned to the bonding position A. Shortening can be achieved.
[0048]
Next, in FIG. 1 which is an enlarged view, the bonding stage 2 is mounted on a stage movement control device 55. The movement control device 55 includes a lower table 12 which is an X table and an upper table which is a Y table. The slide table 13 of the lower table 12 is mounted so as to be guided by the fixed side table 56 and can move in the X direction, and the upper table 17 is mounted on the slide table 13. That is, the slide table 18 of the upper table 17 is mounted so as to be guided in the fixed table 57 mounted on the slide table 13 and move in the Y direction.
[0049]
On the other hand, the bonding stage 2 includes a stage base 58 mounted on the slide table 18, a substrate receiver 3 and suction plate 5 mounted on the base 58, and a gate mounted on the slide table 13 of the lower table 12. It consists of a mold see-through rack 4. The substrate receiver 3 is mounted on the upper end of the stage base 58 so as to be guided and moved by a pair of guide rails 59 extending in the X direction, and the suction plate 5 is a longitudinal sectional view of FIG. As shown in FIG. 5, it is mounted on a movable bracket 61 mounted on the tip of a piston rod of an air cylinder 60 mounted on a stage base 58 so that the cylinder 60 can move up and down horizontally. It is attached to.
[0050]
The movable bracket 61 is mounted so as to be guided and moved by the left and right vertical guide rails 62 mounted on the stage base 58. In addition, the suction plate 5 is provided with a plurality of suction holes 63, and a plurality of suction pads 6 are mounted on the upper surface side of the suction plate 5 so as to communicate with the holes 63. Therefore, by connecting the other end of the pipe line 64, one end of which is connected to a vacuum pump (not shown), to the suction port of the suction plate 5, it is possible to suck air from the suction pad 6 group.
[0051]
Further, the vertical perspective view of the portal-type fluoroscopic frame 4 is shown in FIG. 5, but is provided at substantially the same level as the substrate receiver 3, and a transparent glass 7 is attached to the upper end thereof. The upper surface of the see-through glass 7 is preferably slightly higher than the upper surface of the substrate receiver 3, and a see-through hole 65 is provided below the see-through glass 7.
[0052]
Further, the CCD camera 9 is mounted on a camera movement control device 8 constituted by an XYZ table. That is, the movement control device 8 is configured by mounting the Y table 71 on the lower X table 70 and the Z table 72 on the Y table 71, and mounting the CCD camera 9 on the Z table 72. are doing. The Z table 72 is mounted so that it can move in the Z direction by driving and rotating the screw shaft 74 with a servo motor 73.
[0053]
The slide tables 13, 18, 75, 76 constituting the stage movement control device 55 and the camera movement control device 8 are also connected via a screw shaft feed mechanism that rotates the screw shaft by the servo motor 73 and feeds the pitch. It is mounted so that it can move.
[0054]
Thus, according to this bonding apparatus, thermocompression bonding, that is, bonding can be performed as follows. In performing bonding, the circuit board 1 is supplied onto the bonding stage 2, which is performed by an operator while the slide table 18 of the upper table 17 is moved in the Ya direction. At that time, the bonding head 14 is moved to the upper head origin position. Further, the suction plate 5 of the bonding stage 2 moved in the Ya direction has the upper end of the suction pad 6 group mounted on the suction plate 5 positioned slightly above the upper surface of the substrate receiver 3 or the portal-type fluoroscopic mount 4. As shown in FIG.
[0055]
Then, when the worker places the circuit board 1 on the suction pad 6 group so that one end on which the electrode is formed is positioned on the gate-type fluoroscopic gantry 4 side, a vacuum pump (not shown) is used. Intake is started and the circuit board 1 is sucked and held by the suction pads 6 group. Next, the slide table 18 of the upper table 17 is moved in the Yb direction, the first bonding location is positioned at the bonding position A, and then the suction plate 5 is moved downward via the cylinder 60.
[0056]
This is shown in FIG. In the figure, the circuit board 1 is supported by the gate-type see-through gantry 4 and the substrate receiver 3 which are moved to the bonding position A while being sucked and held by the suction pads 6 group. In parallel with this, the semiconductor chip 16 is transferred to the bonding position A by the chip slider 21 and is sucked and held by the bonding tool 15 of the bonding head 14. This state is shown in FIG.
[0057]
Subsequently, the CCD camera 9 that has been retracted in the Xb direction is moved in the Xa direction by the drive control of the camera movement control device 8, and the imaging head 10 is moved into the space region 11 defined by the portal-type fluoroscopic frame 4. Then, a precision positioning reference alignment mark marked on one end of the circuit board 1 supported by the portal-type fluoroscopic frame 4 is detected from below. At that time, the camera movement control device 8 is controlled to be driven so as to move the tables 72, 75, and 76 in a predetermined direction selected from the X, Y, and Z directions as necessary.
[0058]
When the detection is completed, the slide table 13 of the lower table 12 is moved in the Xa direction, and the portal-type fluoroscopic frame 4 is retracted from the bonding position A to the Xa side, that is, retracted out of the imaging field of the CCD camera 9. . Then, the CCD camera 9 detects the precision positioning reference alignment mark on the semiconductor chip 16 held by the upper bonding tool 15 by suction from below. At this time, if necessary, the CCD camera 9 is moved in the Za direction. When this detection is completed, the process returns to the original retracted position on the Xb side.
[0059]
Subsequently, the slide table 13 of the lower table 12 is moved in the Xb direction, the portal-type fluoroscopic frame 4 is returned to the bonding position A, and the bonding tool 15 is predetermined so as to eliminate the positional deviation between the alignment marks. Accordingly, the circuit board 1 and the semiconductor chip 16 are precisely aligned with each other. Note that the determination of the positional deviation of both alignment marks is performed in the image processing system, and based on the result, such movement control, that is, movement control of only the bonding tool 15 is performed. At that time, the bonding tool 15 is finely moved in a predetermined direction selected from the X direction, the Y direction, and the θ rotation by the XYθ table 38.
[0060]
In other words, the positional precision alignment between the circuit board 1 and the semiconductor chip 16 at the bonding position A is not performed on the bonding stage 2 but on the bonding head 14 and without moving the entire bonding head 14. The semiconductor chip 16 attached to the lower end of 14 is finely moved by only the bonding tool 15 for holding the suction.
[0061]
Therefore, even when bonding to a heavy and large circuit board 1, regardless of this, the positional precision alignment between the circuit board 1 and the semiconductor chip 16 at the bonding position A is easily performed with high accuracy. be able to. It should be noted that such positional precise alignment can be performed more precisely by performing multiple times as necessary.
[0062]
It should be noted that calibration is performed as necessary because accuracy in units of microns is required. That is, the reference index provided in the bonding tool 15 is controlled by a predetermined correction parameter obtained by driving the XYθ table 38 or the camera movement control device 8 to search for the reference index with the CCD camera 9. Various parameters input to the system (for example, the rotation center of the θ table in the XYθ table 38, the axis tilt of the X table and the Y table, the actual feed amount, or the axis tilt of each table in the camera movement control device 8) , Actual feed amount, etc.) are corrected and updated. Thereby, even if the mechanical characteristics change with time, the bonding accuracy can be kept high.
[0063]
Thereafter, when such precise alignment is completed, the bonding head 14 moves downward to perform thermocompression bonding, that is, bonding. As described above, first, the bonding tool 15 at the upper origin position is moved downward and positioned at the bonding start position approaching the circuit board 1 via the Z table 33 as described above. The bonding tool 15 is pressed against the circuit board 1 by the downward protrusion of the piston rod 42.
[0064]
At that time, one end of the circuit board 1 to be bonded, that is, one end to which a large pressing force is applied is supported by the gate-type fluoroscopic mount 4 mounted on the slide table 13 of the lower table 12. Generation of stage distortion, which has been regarded as a problem when the bonding stage is mounted on a cantilever structure, can be prevented even in bonding under a larger pressing condition, and bonding can be performed with high accuracy.
[0065]
Then, when the bonding is finished and the bonding head 14 is returned to the upper origin position, the suction plate 5 is moved upward via the air cylinder 60 and is supported by the substrate receiver 3 and the portal type see-through frame 4. The circuit board 1 is moved upward, and in this state, the slide table 18 of the upper table 17 that is a Y table is moved in the Yb direction.
[0066]
This movement is performed so that the position where the bonding is subsequently performed is positioned at the bonding position A, and then the suction plate 5 is moved downward so that the circuit board 1 is again supported by the board receiver 3 and the gate-type fluoroscopic mount 4. The Therefore, bonding can be performed with high accuracy one after another through the same process as described above. The suction holding of the semiconductor chip 16 by the bonding tool 15 is released when the bonding is completed, and when the semiconductor chip 16 is received, suction is started and the suction holding can be performed.
[0067]
In this way, the substrate positioning stage movement control step for controlling the movement of the bonding stage 2 that supports the circuit board 1 so as to move the circuit board 1 to be positioned at the bonding position A, and the circuit board positioned at the bonding position A 1 is a substrate position detection step of detecting a precision positioning reference alignment mark from below the circuit board 1 by a CCD camera 9, and a semiconductor chip 16 attracted and held by a bonding tool 15 provided in a bonding head 14 at a bonding position A. A chip position detecting step for detecting the alignment mark for precise positioning reference from below the bonding head 14 by the CCD camera 9 and bonding so as to retract the bonding stage 2 out of the imaging field of the CCD camera 9 prior to the chip position detecting step. Stage 2 Only the bonding tool 15 is used to perform the positional precise alignment between the circuit board 1 and the semiconductor chip 16 based on the calculation result of the displacement amount of the alignment marks detected by the CCD camera 9 and the retract stage movement control process for movement control. After performing fine movement, chip bonding is performed through a bonding process of bonding by the bonding head 2.
[0068]
If the circuit board 1 to be bonded next is different in size from the previous one, the board holder 3 is moved to the Xb side and fixed to a predetermined position by an appropriate means such as a set screw. The circuit boards 1 having different sizes can be bonded one after another by such a simple adjustment operation. At this time, as described above, the portal-type fluoroscopic frame 4 is not mounted on the slide table 18 of the upper table 17 but mounted on the slide table 13 of the lower table 12, so that bonding under a large pressing condition is performed. In this case, it is possible to prevent the bonding stage from being distorted.
[0069]
Further, as described above, even if the size of the chip 16 to be bonded changes, it can be dealt with by simply changing the movement control program of the chip loader 22 (that is, the movement control program of the suction pad 25) to a predetermined value. In addition to ensuring high-accuracy positioning, it is possible to easily cope with chip size changes without changing jigs.
[0070]
As mentioned above, although one embodiment according to the present invention has been described, in the present invention, the circuit board to be bonded is not limited to a transparent substrate such as a liquid crystal substrate, and may be other opaque circuit boards, Further, the upper table may be arranged in the X direction and the lower table may be arranged in the Y direction, and the substrate receiver may be mounted so that it can be automatically moved via a screw shaft feed mechanism or the like. .
[0071]
Further, the positioning reference alignment mark marked on the semiconductor chip and the circuit board may be in any form. The bonding head is preferably mounted so that it cannot move from the bonding position to other places. However, the bonding head is moved to a place other than the bonding position, for example, to suck and hold the semiconductor chip, and is then attached to the bonding position. It may be mounted in a so-called mobile manner to be transferred to the vehicle.
[0072]
In addition, for the mounting of the suction plate, a large gate-type fluoroscopic table is installed, that is, for example, a large gate that can form a support upper end surface (upper end surface that supports the circuit board) that is longer than the entire length of the circuit board. In the case where a mold see-through table is installed, it may be mounted in an aspect that does not move up and down.
[0073]
【The invention's effect】
As described above, the chip supply method in the chip bonding apparatus according to the present invention. In According to the above, when supplying the chip to the bonding head side, the relative position between the chip suction means and the chip can be determined in a desired positional relationship easily and with high accuracy while the chip is sucked and held during the supply, In addition, it is possible to easily cope with the change in the size of the chip simply by changing the movement control program of the suction means without performing jig replacement or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged perspective view of a bonding stage portion.
FIG. 2 is a perspective view showing an overall configuration of a chip bonding apparatus.
FIG. 3 is a perspective view showing an outer shape positioning mode.
FIG. 4 is a perspective view of a bonding head.
5 is a longitudinal sectional view of FIG. 1. FIG.
[Explanation of symbols]
A Bonding position
1 Circuit board
2 Bonding stage
3 Substrate holder
4 portal type see-through table
5 Suction plate
6 Suction pad
7 perspective glass
8 Camera movement control device
9 CCD camera
10 Imaging head
12 Lower table
13 Slide table
14 Bonding head
15 Bonding tool
16 Semiconductor chip
17 Upper table
18 Slide table
21 Chip slider
22 Chip loader
23 Arm
24 cylinders
25 Suction pad as suction means
26 Chip tray as chip storage
27 External positioning plate for chip positioning mechanism
28 Chip Pushing Plate as Chip Pushing Member
55 Stage Movement Control Device
58 stage base

Claims (5)

半導体チップを保持してボンディングするボンディングヘッド側へチップを供給する前に、チップをその反ボンディング面を吸着手段により吸着保持したままチップを所定形状のチップ押当部材に当接させ吸着手段に対するチップの位置を調整することによりチップと吸着手段の相対位置を決め、位置決めされたチップを吸着手段で吸着保持したままボンディングヘッド側へ供給することを特徴とするチップボンディング装置におけるチップ供給方法。  Before supplying the chip to the bonding head side for holding and bonding the semiconductor chip, the chip is brought into contact with the chip pressing member having a predetermined shape while holding the chip opposite to the bonding surface by the suction means. A chip supply method in a chip bonding apparatus, wherein the relative position between the chip and the suction means is determined by adjusting the position of the chip, and the positioned chip is supplied to the bonding head side while being sucked and held by the suction means. チップのボンディング面を非接触状態に保って、吸着手段でチップを吸着保持したままチップと吸着手段の相対位置を決める、請求項1のチップボンディング装置におけるチップ供給方法。  2. The chip supply method in a chip bonding apparatus according to claim 1, wherein the bonding surface of the chip is maintained in a non-contact state, and the relative position between the chip and the suction means is determined while the chip is sucked and held by the suction means. チップと吸着手段の相対位置を、吸着手段の移動制御プログラムにより設定する、請求項1または2のチップボンディング装置におけるチップ供給方法。  3. The chip supply method in the chip bonding apparatus according to claim 1, wherein a relative position between the chip and the suction means is set by a movement control program for the suction means. 決めるべきチップと吸着手段の相対位置の変更を、前記チップ押当部材を一定形状、一定位置にしたまま、吸着手段の移動制御プログラムの変更のみにより行う、請求項3のチップボンディング装置におけるチップ供給方法。  4. The chip supply in the chip bonding apparatus according to claim 3, wherein the relative position between the chip and the suction means to be determined is changed only by changing the movement control program of the suction means while keeping the chip pressing member in a constant shape and position. Method. チップの中心部を吸着手段により吸着保持するようにチップと吸着手段の相対位置を決める、請求項1ないし4のいずれかに記載のチップボンディング装置におけるチップ供給方法。  5. The chip supply method in a chip bonding apparatus according to claim 1, wherein a relative position between the chip and the suction means is determined so that the center portion of the chip is sucked and held by the suction means.
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