JP3937162B2 - Component mounting apparatus and component mounting method - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は部品実装装置および部品実装方法に係り、とくにマウントヘッドによってワーク上の所定の位置に部品を実装するようにした部品実装装置および部品実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ベアチップ６０等の部品を図２０に示すように透明なガラス基板４７上にボンディングして実装する場合には、図２１〜図２３に示すように位置合わせのための専用のマークを利用することによって高精度にボンディングすることができる。すなわちマークを利用することによってボンディング精度を±１μｍ以内にすることが可能になっている。
【０００３】
これは図２１に示すようにマウントヘッドを構成するツール３３の吸着ノズル３４に吸着固定されているベアチップ６０とガラス基板４７の隙間が数十μｍになる位置で、ガラス基板４７を通してこのガラス基板４７上のマークとベアチップ６０のパターン面のマークとを同時に下側に配された一対の部品認識カメラ５１によって認識する。そして図２２に示すベアチップ６０のマーク６５がガラス基板４７のマーク６４の中心になるようにガラス基板４７の位置調整する。すなわち図２３に示すように、部品認識カメラ５１によって画像認識を行なうと、ガラス基板４７のマーク６４とベアチップ６０のマーク６５とが同時に部品認識カメラ５１によって画像認識される。
【０００４】
ここでガラス基板４７のマーク６４の中心にベアチップ６０のマーク６５が位置していない。そこで図２３に示すように、ガラス基板４７をＸ軸方向およびＹ軸方向に位置調整し、ツール回転軸によって吸着ノズル３４をθ軸方向に位置調整する。そして半導体ベアチップ６０のマーク６５がガラス基板４７のマーク６４の中心になるように高精度に位置合わせを行なう。そして位置合わせを行なった状態でツール３３を下降させてガラス基板４７上にベアチップ６０をボンディングする。このときに位置合わせ後はツール３３を十数μｍ下降するだけなので、ツール３３の垂直方向の移動によるＸ軸方向およびＹ軸方向の位置ずれは極めて少なく、高精度にボンディングすることが可能になる。
【０００５】
ところが図２４に示すように透明でないガラスエポキシ樹脂の基板４７上に半導体ベアチップ６０を高精度にボンディングする場合には、不透明なガラスエポキシ樹脂基板４７を通して基板４７上のマークと半導体ベアチップ６０のマークとを同時に画像認識することができない。従って図２１〜図２３に示すような方法によって高密度実装を行なうことができない。なお赤外線やＸ線で透視することも考察されるが、装置全体のコストや解像力等の点で欠点がある。
【０００６】
そこで例えば特開２００２−９１１３号公報に開示されている方法で行なう。この方法は図２５に示すようにツール３３に固定されているベアチップ６０と不透明なガラスエポキシ基板４７との間に、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能で上方と下方の双方を認識可能なカメラユニット４０を配置して行なう。カメラユニット４０によって、図２６に示すように画像が取込まれる。
【０００７】
上記カメラユニット４０には図２７〜図２９に示す部品認識カメラ５１およびワーク認識カメラ５２が並置して取付けられている。これらのカメラ５１、５２の先端側にはそれぞれミラー５３、５４が斜めに配されている。またミラー５３、５４の中間位置には両面ミラー５５が配されている。両面ミラー５５の上方には上方透明窓５６が、ミラー５５の下方には下方透明窓５７がそれぞれ形成されている。
【０００８】
部品認識カメラ５１とワーク認識カメラ５２とは図２７に示すように、同一の方向を向くように平行に並べて取付けられる。部品認識カメラ５１はミラー５３によってその光軸が９０度反射され、さらに両面ミラー５５によって９０度反射されることによって、上方透明窓５６を通して上方のチップ６０のマークを見るようになっている。これに対してワーク認識カメラ５２はミラー５４によって９０度反射され、さらに両面ミラー５５によって９０度反射されることによって、下方透明窓５７を通して下方の基板４７のマークを見るようになっている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−９１１３号公報
【特許文献２】
特許第３２５４９５６号公報
【特許文献３】
特開２００２−９３８５８号公報
【発明が解決しようとする課題】
ここで図２５に示すようにツール３３に保持されているベアチップ６０とガラスエポキシ基板４７との間にカメラユニット４０を挿入して基板４７とベアチップ６０のそれぞれの２個所合計４個所を図２６に示すように画像認識する。そしてこのような画像認識に基いてガラスエポキシ基板４７の位置合わせを行なう。位置合わせのときに行なう補正では、図２６に示すマーク６５、６６の位置の正確な計算をしなければならない。このためにカメラユニット４０のレンズの歪や基板４７を支持するステージの真直ぐ度を補正するためにキャリブレーションを行なう必要がある。また図２６のマーク６５、６６を取込んだときのカメラユニット４０の位置をスケール等によって測定することが必要になる。なおキャリブレーションの計算誤差やスケールの測定誤差がボンディング精度に影響を与える。
【００１０】
また図２５に示すようにカメラユニット４０で画像認識して位置合わせを行なった後に、ツール３３を下降して基板４７上に半導体ベアチップ６０をボンディングする。そして位置合わせのときには上述の如く基板４７とツール３３との間にカメラユニット４０が挿入されるために、カメラユニット４０の高さ方向の寸法とカメラユニット４０のワーキングディスタンスの和に相当する距離、ツール３３を下降しなければならない。
【００１１】
ツール３３が下降しなければならない上記の距離は通常数十ｍｍに達する。カメラユニット４０の配置を工夫してツール３３と基板４７との間の隙間を小さくすることができるが、その場合には位置合わせの後に基板４７を支持するステージ等の他のユニットの移動が必要になる。何れにしても位置合わせの後の移動を伴うために搭載精度が悪化する。この方法によるボンディング精度は±３〜５μｍ程度が限界であって、高精度の実装を行なうことができない欠点がある。
【００１２】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、透明でない基板やウエハ等のワークに対する半導体ベアチップ等の部品の高精度なボンディングを高性能ステージを用いることなく実現するようにした部品実装装置および部品実装方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願の主要な発明は、
実装すべき部品を保持するマウントヘッドと、
前記部品がマウントされるワークとほぼ透明なテンプレートとを並べて保持し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能なＸ−Ｙステージと、
前記Ｘ−Ｙステージに対して前記マウントヘッドとは反対側に配され、前記テンプレートのマークと前記部品のマークとを認識する部品認識カメラと、
前記Ｘ−Ｙステージに対して前記マウントヘッドと同じ側に配され、前記テンプレートの別のマークと前記ワークのマークとを認識するワーク認識カメラと、
前記ワーク認識カメラが認識した前記別のマークの位置を記憶する記憶手段と、
前記Ｘ−ＹステージをＸ軸方向およびＹ軸方向に移動調整する制御手段と、
を具備し、前記Ｘ−Ｙステージによって前記テンプレートを前記マウントヘッドと対応する位置に移動させて前記部品認識カメラによって前記テンプレートのマークと前記部品のマークとを認識するとともに、前記テンプレートのマークが前記部品のマークに対して相対的に正しい位置になるように前記Ｘ−ＹステージによるＸ軸方向およびＹ軸方向の移動調整と前記マウントヘッドの回転方向の回転調整とによって前記テンプレートの位置調整を行ない、
前記ワーク認識カメラで位置調整された前記テンプレートの前記別のマークを認識し、しかも認識した該別のマークの位置を前記記憶手段によって記憶し、
前記Ｘ−Ｙステージによって前記ワークを前記マウントヘッドと対応する位置へ移動させて前記ワーク認識カメラによって前記ワークのマークを認識するとともに、認識されたワークのマークが前記記憶手段によって記憶されている前記テンプレートの前記別のマークに対して相対的に正しい位置になるように前記Ｘ−Ｙステージによって前記ワークの位置調整を行ない、位置調整されたワーク上に前記マウントヘッドによって前記部品を実装することを特徴とする部品実装装置に関するものである。
【００１４】
ここで一対のワーク認識カメラを具備し、前記マウントヘッドに対してその両側に配されるとともに、前記一対のワーク認識カメラが前記マウントヘッドに対して近接および離間可能に配されるようにしてよい。また前記マウントヘッドが部品に応じたアダプタを介して前記部品を保持することが可能である。この場合に前記アダプタが部品とほぼ同じ大きさかそれより大きいことが好ましい。また前記アダプタに部品とほぼ整合する突部が形成され、該突部上に部品が保持されることが好ましい。また前記Ｘ−Ｙステージの前記ワークを載置する位置に開口が形成されるとともに、前記Ｘ−Ｙステージに対して前記マウントヘッドとは反対側に受け台が設けられ、前記マウントヘッドによって前記ワーク上に部品を実装する際に前記受け台によって該ワークの対応する部位を受けるようにし、前記開口を通して前記受け台が前記ワークを直接受けて前記部品の大きさよりも一回り大きなボンディングエリアのみの平行度を前記受け台によって出すことが好ましい。また複数の部品認識カメラを具備し、該複数の部品認識カメラがそれぞれ別々に対応する前記テンプレートのマークおよび前記部品のマークを認識することが好適である。また前記複数の部品認識カメラが固定配置されることが好ましい。
【００１５】
本願の別の主要な発明は、
半導体のベアチップを保持して基板または半導体ウエハの所定の位置にマウントするマウントヘッドと、
認識マークを有する透明なテンプレートと前記基板または半導体ウエハとを並べて載置するテーブルと、
前記テーブルに対して前記マウントヘッドとは反対側に配され、前記テンプレートを通して前記マウントヘッドに保持されているベアチップ上のマークと前記テンプレート上に形成されたマークとを認識する部品認識カメラと、
前記テーブルに対して前記マウントヘッドと同じ側に配され、前記テンプレートの別のマークと前記基板または半導体ウエハのマークとを認識するワーク認識カメラと、
前記マウントヘッドのθ軸の回転位置と前記テーブルのＸ軸方向およびＹ軸方向の位置と前記部品認識カメラと前記基板認識カメラとによる画像の取込みとを制御する制御手段と、
を具備し、前記テーブルによって前記テンプレートを前記マウントヘッドと対応する位置に移動させて前記部品認識カメラによって前記テンプレートのマークと前記ベアチップのマークとを認識するとともに、前記テンプレートのマークが前記ベアチップのマークに対して相対的に正しい位置になるようにテーブルによるＸ軸方向およびＹ軸方向の移動調整と前記マウントヘッドの回転方向の回転調整とによって前記テンプレートの位置調整を行ない、前記ワーク認識カメラで位置調整された前記テンプレートの前記別のマークを認識し、しかも認識した該別のマークの位置を記憶手段によって記憶し、前記テーブルによって前記基板または半導体ウエハを前記マウントヘッドと対応する位置へ移動させて前記ワーク認識カメラによって前記基板または半導体ウエハのマークを認識するとともに、認識された基板または半導体ウエハのマークが前記記憶手段によって記憶されている前記テンプレートの前記別のマークに対して相対的に正しい位置になるように前記テーブルによって前記基板または半導体ウエハの位置調整を行ない、位置調整された基板または半導体ウエハ上に前記マウントヘッドによって前記ベアチップを実装することを特徴とする部品実装装置に関するものである。
【００１６】
ここで半導体のベアチップがチップトレイ上にフェイスアップの状態で供給され、反転手段によって反転されて前記マウントヘッドに受渡されることが好ましい。また前記テーブルの前記テンプレートの載置位置に開口が形成され、該開口によって前記マウントヘッドとは反対側から前記部品認識カメラで前記ベアチップのマークと前記テンプレートのマークとを同時に認識するようにしてよい。
【００１７】
部品実装方法に関する主要な発明は、
不透明なワーク上に部品を実装する実装方法において、
前記ワークとほぼ透明なテンプレートとをＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能なＸ−Ｙステージ上に並べて配置し、
前記Ｘ−Ｙステージに対して前記部品を保持するマウントヘッドとは反対側に配された部品認識カメラで前記テンプレートのマークと前記部品のマークとを認識して前記テンプレートが前記部品に対して相対的に正しい位置になるように前記Ｘ−ＹステージによるＸ軸方向およびＹ軸方向の移動調整と前記マウントヘッドの回転方向の回転調整とによって前記テンプレートの位置調整を行ない、
前記Ｘ−Ｙステージに対して前記部品を保持するマウントヘッドと同じ側に配されたワーク認識カメラで位置調整された前記テンプレートの別のマークを認識して記憶し、
前記Ｘ−Ｙステージによって前記ワークを前記マウントヘッドと対応する位置へ移動し、前記ワーク認識カメラで前記ワークのマークを認識するとともに、該マークが記憶されている前記テンプレートの前記別のマークに対して相対的に正しい位置になるように前記Ｘ−Ｙステージによって前記ワークの位置調整を行ない、位置調整されたワーク上に前記マウントヘッドによって前記部品を実装することを特徴とする部品実装方法に関するものである。なおここでマウントする部品以外の部品と対応する前記テンプレートのマークおよび前記ワークのマークを認識することも可能である。
【００１８】
本願に含まれる発明の好ましい態様は、ベアチップを半導体ウエハや基板等に位置合わせし、接着材料を介して固定するためのボンディング装置である。とくに透明でないウエハや基板等にベアチップを高精度にボンディングするためのボンディング装置に適用して好適なものである。
【００１９】
すなわち本願に含まれる発明の好ましい態様は、ベアチップを吸着する機構を備え、ボンディングを行なうためのツール機構と、画像認識マークを有したテンプレートと、上記テンプレートと基板とを固定するテーブルと、上記テーブルの下に配され、テンプレートを通してツール機構に吸着されているベアチップ上のマークとテンプレート上のマークとを同時に認識する部品認識カメラと、ツール側に配され、テンプレートと基板のマークを認識するワーク認識カメラと、ツール装置とテーブル装置と上記一対のカメラとを制御する制御手段とを備えるボンディング装置に関する。
【００２０】
ここでベアチップとは、半導体ウエハから分割されたパッケージを行なわない集積回路のチップを言う。またボンディング装置とはウエハや基板等に接着材料を介してチップをボンディングする装置であって、一般にチップの位置合わせ機構と、加熱および加圧機構とを備える。またテンプレートとはガラス等に画像認識マークを描いた基板を言う。
【００２１】
上記のような態様によれば、透明でない基板やウエハにベアチップを高精度にボンディングすることが可能になる。また高性能ステージ等の高価なものを使用しないで高精度ボンディングを実現できるために、装置の製作費用を安価に抑えることが可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
フリップチップボンダの構成
図１〜図３は本発明の一実施の形態に係るフリップチップボンダを示している。この装置は架台１０を備えるとともに、架台１０の上面にベース１１が配されている。そしてベース１１の上面であってその右側にはＹ軸ステージ１２が配されており、このＹ軸ステージ１２をＹ軸モータ１３によってＹ軸方向に移動調整するようにしている。Ｙ軸ステージ１２上には半導体ベアチップを収納したチップ収納トレイ１４が搭載される。
【００２３】
上記チップ収納トレイ１４を備えるＹ軸ステージ１２の左方にはガイド１８が横方向、すなわちＸ軸方向に延びるように配されており、このガイド１８上にＸ軸ステージ１９が載置される。Ｘ軸ステージ１９はＸ軸モータ２０によってＸ軸方向に移動可能になっている。そしてＸ軸ステージ１９上にチップ反転シリンダ２１が取付けられている。チップ反転シリンダ２１はアーム２２を備えるとともに、アーム２２の先端部に吸着ヘッド２３が取付けられている。
【００２４】
上記Ｘ軸ステージ１９の左側であって背面側において、ベース１１上にはフレーム２７が直立して取付けられている。フレーム２７の前面側には一対のＺ軸リニアガイド２８が配されており、これら一対のＺ軸リニアガイド２８によってツール制御ユニット２９が昇降自在に支持されている。そしてツール制御ユニット２９はＺ軸モータ３０によってＺ軸リニアガイド２８に沿って上下方向に移動可能になっている。ツール制御ユニット２９は後述する吸着ヘッド３３（図８参照）を内蔵するとともに、その下端側には下方に突出するようにツール回転軸３１が突設されており、このツール回転軸３１にあおり機構３２が取付けられている。そしてあおり機構３２の先端側に吸着ノズル３４が取付けられている。
【００２５】
フレーム２７の前方にはＸ−Ｙステージ４４が配されている。Ｘ−Ｙステージ４４はＸ軸モータ４５とＹ軸モータ４６とによってＸ軸方向およぴＹ軸方向にそれぞれ移動調整自在になっている。そしてＸ−Ｙステージ上にはワークを構成する基板４７とテンプレート４８とが並べて搭載されるようになっている。なおテンプレート４８が搭載される位置には、ステージ４４に開口が形成されている（図８参照）。
【００２６】
上記Ｘ−Ｙステージ４４の下側には部品認識カメラ５１が上方に向けて取付けられており、この部品認識カメラ５１によって吸着ヘッド３３の先端に取付けられた半導体チップ６０のマークとＸ−Ｙステージ４４上に搭載されるテンプレート４８のマーク６７とを画像認識するようになっている。これに対して上記ツール制御ユニット２９の吸着ヘッド３３の両側にはワーク認識カメラ５２が下方に向けて取付けられている。これら一対のワーク認識カメラ５２はＸ−Ｙステージ４４上の基板４７のマーク６６とテンプレート４８の別のマーク６８とを画像認識する。
【００２７】
図４はこのようなフリップチップボンダの制御系を示すブロック図であって、ボンダ本体は制御装置を介して制御される。また制御装置には操作パネルとカメラユニットとモニタとが接続されるようになっている。ここで操作パネルは制御装置に対して動作モード指令と、ベアチップの圧着条件と、各種のデータとを供給する。これに対して制御装置から操作パネルに対してはデータおよび状態表示のための情報が供給される。カメラユニットは制御装置に対して画像情報を供給する。この画像情報は制御装置によって画像処理され、また必要に応じて記憶される。また制御装置から画像処理結果がモニタに供給され、その表示パネルによって表示が行なわれる。
【００２８】
制御装置はボンダ本体に対して動作指令を行なうとともに、ベアチップの加熱電力を供給する。またボンダ本体からはセンサおよびエンコーダの出力信号が位置情報として与えられる。さらに搭載するベアチップの温度および圧力に関するデータが制御装置に供給される。
【００２９】
このように本実施の形態のフリップチップボンダは図１〜図３に示すように、架台１０上のベース１１に、フレーム２７、回路基板用Ｘ−Ｙステージ４４、チップ反転用Ｘ軸ステージ１９、収納トレイ用Ｙ軸ステージ１２をそれぞれ取付けるようにしている。
【００３０】
フレーム２７にはＺ軸リニアガイド２８を介してツール制御ユニット２９と一対のワーク認識カメラ５２と取付けている。ツール制御ユニット２９は吸着ヘッド３３を介してツール回転軸３１をベース１１に垂直に取付けるようにし、その先端部にあおり機構３２を連結している。そしてツール制御ユニット２９の下側に位置する基板用Ｘ−Ｙステージ４４上には所定の位置にテンプレート４８と回路基板４７とを保持している。しかも基板用Ｘ−Ｙステージ４７の下側には、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能に部品認識カメラ５１が配されている。
【００３１】
またチップ反転用Ｘ軸ステージ１９上には、チップ反転シリンダ２１を固定している。チップ反転シリンダ２１にはチップ反転アーム２２が取付けられる。収納トレイ用Ｙ軸ステージ１２にはチップ収納トレイ１４を所定の位置に保持するガイド（図示せず）設けるようにしている。さらに本フリップチップボンダにおいては、図４に示すような制御装置および操作パネルを備えている。
【００３２】
上記Ｘ−Ｙステージ４４上に載置されるテンプレート４８は、ガラス等の透明な材料によって製作された矩形の板である。そしてこのテンプレートの上面には図７に示すように内部マーク６７と外部マーク６８とをそれぞれ一対ずつ設ける。外部マーク６８は例えばエポキシ樹脂から成る不透明な基板４７の上面の外部マーク６６と同じである。これに対してテンプレート４８の内部マーク６７はベアチップ６０に設けられているマーク６５と同じ位置に配置し、図２２および図２３と同じようにして位置補正を行なうときにベアチップ６０のマーク６５とテンプレート４８の内部マーク６７とによって両者の間の位置ずれが分るようにしてある。
【００３３】
チップ６０のマーク６５とテンプレート４８の内部マーク６７とを検出する下方カメラ５１は図８に示すように、テンプレート４８と基板４７とを載置するＸ−Ｙステージの下側に配され、しかもＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能に支持されている。ここでこのカメラ５１の最大移動距離は半導体チップ６０のサイズとほぼ同じであって最小移動ピッチは数十μｍ程度である。なおタクトタイムを短縮するためにはカメラ５１の移動速度を速くすればよい。
【００３４】
これに対して上方からテンプレート４８の外部マーク６８と基板４７の外部マーク６６とを検出する上方カメラ５２は吸着ヘッド３３の側方においてその両側に設けられている。ここで吸着ヘッド３３と一対の上方カメラ５２との位置関係は、吸着ヘッド３３の中心がボンディングを行なう半導体チップ６０の中心に一致するように、一対の上方カメラ５２の視野がテンプレート４８の外部マーク６８および基板４７の外部マーク６６の中心と対応するように設定される。部品認識カメラ５１およびワーク認識カメラ５２による認識は次の表によって示される。
【００３５】
【表１】
【００３６】
フェイスダウンボンディングの動作
次にこのようなフリップチップボンダの通常のフェイスダウンボンディングの動作について図５〜図８を参照して説明する。ワークを構成する回路基板４７はテンプレート４８と並置してＸ−Ｙステージ４４の上面に固定され、Ｘ軸モータ４５およびＹ軸モータ４６によってＸ軸方向およびＹ軸方向に移動調整される。一方チップ収納トレイ１４はＹ軸ステージ１２の上面に固定され、Ｙ軸モータ１３によってＹ軸方向に移動可能になっている。
【００３７】
チップ反転用のＸ軸ステージ１９上のチップ反転シリンダ２１に取付けられているアーム２２は反転シリンダ２１によって図５Ａおよび図５Ｂに示すように１８０度反転可能に構成され、しかもＸ軸モータ２０によってＸ軸方向に移動可能になっている。
【００３８】
チップ反転シリンダ２１のアーム２２の先端部に吸着ヘッド２３が取付けられており、この吸着ヘッド２３によって図５Ａに示すようにトレイ１４上のフェイスアップ状態の任意のチップ６０を吸着し、この後に図５Ｂに示すようにチップ反転シリンダ２１が１８０度反転する。従ってチップ６０はフェイスダウン状態になり、このような状態でツール制御ユニット２９内のマウントヘッドの先端の吸着ノズル３４が下降すると、チップ６０は吸着ヘッド３３の吸着ノズル３４に図５Ｃに示すように受渡される。ボンディングツールを構成する吸着ヘッド３３はツール制御ユニット２９によって回路基板４７の垂直軸に対して回転可能に構成されており、Ｚ軸モータ３０によって垂直方向の動作およびチップ加圧動作を行なうようになっている。吸着ノズル３４によって吸着されるチップ６０はあおり機構３２によって回路基板４７の上面と平行になるようにその姿勢が制御される。
【００３９】
この後図８Ａに示すように、半導体チップ６０とテンプレート４８との高さ方向の間隔が数十μｍになるように吸着ヘッド３３をＺ軸モータ３０によって下降させる。そして下方に配されている部品認識カメラ５１をチップ６０の１個所目の内部マーク６５およびテンプレート４８の１個所目の内部マーク６７の位置へ移動する。そしてこの下方カメラ５１によってチップ６０のマーク６５とテンプレート４８のマーク６７とを同時に画像認識する。次いで部品認識カメラ５１はチップ６０の２個所目の内部マーク６５とテンプレート４８の２個所目の内部マーク６７の位置へ移動し、これらのマークを同時に画像認識する。
【００４０】
この後に図２３に示すようにチップ６０の内部マーク６５とテンプレート４８の内部マーク６７とが重合うようにテンプレート４８の位置調整を行なう。この位置調整はＸ、Ｙ、θの３軸方向について行なう。Ｘ軸およびＹ軸についてはＸ−Ｙステージ４４をＸ軸モータ４５およびＹ軸モータ４６によってＸ軸方向およびＹ軸方向に移動調整して行なう。θ軸方向については、ツール回転軸３１を回転調整して行なう。高精度のボンディングを行なうためには、位置補正量が０に近づくまで２個所のチップ６０のマーク６５とテンプレート４８のマーク６７とが一致するように位置補正を繰返す。なお図２３は従来技術と本実施の形態とに共通に用いられ、本実施の形態のテンプレート４８の内部マーク６７を 括弧つきで示している。
【００４１】
このようにしてテンプレート４８の位置を吸着ヘッド３３によって保持されている半導体チップ６０の位置に対して正しく調整したならば、この後上方に配されている一対のワーク認識カメラ５２によってテンプレート４８上の外部マーク６８を認識する。そしてワーク認識カメラによって認識されたテンプレート４８の外部マーク６８の位置を図４に示す制御装置の記憶手段によって記憶しておく。
【００４２】
この後に図８Ｂに示すように、Ｘ軸モータ４５およびＹ軸モータ４６によってＸ−Ｙステージ４４を駆動し、基板４７のチップ６０をマウントすべき位置が吸着ヘッド３３によって保持されているチップ６０の下側に来るように移動する。そしてこの状態において上方の一対のワーク認識カメラ５２によって基板４７上の外部マーク６６を画像認識する。そして認識した基板４７のマーク６６が先に記憶していたテンプレート４８の外部マーク６８の位置と一致するように位置補正を行なう。この位置補正はＸ−Ｙステージ４４をＸ軸モータ４５とＹ軸モータ４６とによってＸ軸方向およびＹ軸方向に移動調整するとともに、ツール回転軸３１をθ軸方向に回転調整することによって行なう。なおここでも高精度なボンディングを行なうためには、位置補正量が０に近づくまで位置補正を繰返して行なう。
【００４３】
このようにして基板４７のマウント位置が吸着ヘッド３３によって吸着されている半導体チップ６０の位置と一致したならば、この後Ｚ軸モータ３０によって吸着ヘッド３３を下降させ、その吸着ノズル３４の先端に保持されている半導体チップ６０を基板４７上の所定の位置にボンディングして実装を完了する。
【００４４】
図８に示すような上述の方法による半導体ベアチップ６０の実装によると、透明でない基板４７や他のワーク、例えば半導体ウエハ上にベアチップ６０等の部品を高精度にボンディングできるようになる。しかもここではＸ−Ｙステージ４４としては高性能ステージのような高価なものを使用することなくしかも高精度のボンディングが実現できるために、装置の製作費を安価に抑えることが可能になる。
【００４５】
変形例１（図９、図１０）
半導体チップ６０をボンディングする際に、吸着ヘッド３３の吸着ノズル３４の先端側の部分でチップ６０を押すために、吸着ヘッド３３の吸着ノズル３４の先端側の面はチップ６０の大きさよりもやや大きくなっている。このためにチップ６０のボンディング位置や外部マーク６８、６６の位置の関係によって、吸着ヘッド３３とワーク認識カメラ５２の配置が相互に不可能になる場合がある。このようなときには図１０に示すように隣のチップ６０に対応する外部マーク６８、６６を利用すればよい。このような変形例によって、吸着ヘッド３３の制約を受けずに一対のワーク認識カメラ５２を配置できるようになる。
【００４６】
なお例えば１つ手前側のチップ６０に対応する外部マーク６８、６６を使用する場合に、基板４７の１番手前側の個所にはボンディングできないことがある。このように１番手前側の個所にボンディングできないときには、逆方向であって１つ奥側のチップ６０と対応する外部マーク６８、６６を使用するか、基板４７を１８０°回転して配置することによって対応できる。
【００４７】
変形例２（図１１）
チップ６０をボンディングするときに、吸着ヘッド３３の吸着ノズル３４の全面でチップ６０の上面を押すために、吸着ヘッド３３の吸着ノズル３４の先端端面はチップサイズよりも大きくなっている。このためにチップボンディング位置や外部マーク位置６８、６６の関係によって、吸着ヘッド３３と一対のワーク認識カメラ５２の相互の配置が不可能になるときがある。
【００４８】
そこでこの変形例においては、上方の一対のワーク認識カメラ５２を開閉式にしている。このような構成によれば、吸着ヘッド３３の制約を受けずに２つの上方カメラ５２を配置できるようになる。ここで吸着ヘッド３３と開閉式の上方カメラ５２とが干渉する場合には、そのときに吸着ヘッド３３を上昇させればよい。
【００４９】
開閉式の上方カメラ５２を用いた動作を順を追って説明すると、図１１Ａに示すように一対の上方カメラ５２を開いて吸着ヘッド３３を下降し、チップ６０に対応するテンプレート４８の相対的な位置調整を行なう。
【００５０】
この後図１１Ｂに示すように吸着ヘッド３３を上昇させ、一対の上方カメラ５２を閉じてテンプレート４８の外部マーク６８の認識を行なうとともに、このマーク６８の位置を記憶する。
【００５１】
そして図１１Ｃに示すように吸着ヘッド３３の下に基板４７のボンディング個所が来るようにステージ４４を移動し、上方カメラ５２で基板４７の外部マーク６６を認識し、この後基板４７の外部マーク６６が記憶されているテンプレート４８の外部マーク６８の位置に一致するように基板４７の位置調整を行なう。
【００５２】
そしてこの後に図１１Ｄに示すように、一対のワーク認識カメラ５２を開き、吸着ヘッド３３を下降してチップ６０を基板４７上にボンディングする。
【００５３】
変形例３（図１２〜図１４）
チップ６０のボンディング個所と基板４７の一対の外部マーク６６およびテンプレート４８の一対の外部マーク６８の位置関係は、基板４７毎に、あるいはボンディング個所毎に異なり、チップ６０がＣ１の場合とＣ２の場合とで、ツール３３と上方カメラ５２の相対位置が図１２Ｂおよび図１２Ｃのようになる。そのために図１２に示すように段取替えまたはモータによる自動設定が必要になる。そこで吸着ヘッド３３の先端側の部分にそれぞれ図１３に示すようなアダプタを取付け、このアダプタを介してチップ６０を保持する。ここでアダプタ７１として複数のものを用意し、交換することによって吸着ヘッド３３の中心と上方の一対のワーク認識カメラ５２との位置関係が一定になる。なおここでも上記変形例１のような隣の外部マーク６８、６６の利用や変形例２のようなワーク認識カメラ５２の開閉を併用できるようになる。
【００５４】
より具体的に説明すると、一対のチップ６０をボンディングするときに第１のチップ６０をボンディングするときのカメラ５２の位置と第２のチップ６０をボンディングするときのカメラ５２のツール（吸着ヘッド）３３に対する位置関係は図１２Ｂおよび図１２Ｃに示すように互いに位置関係が異なる。
【００５５】
そこで図１３に示すように、吸着ヘッド３３の底面にチップ６０のサイズよりもやや大きいアダプタ７１を取付けることによって、必要な個所のみを圧着可能にできる。またこれによって何れのチップ６０をボンディングするときでも、吸着ヘッド３３と一対のワーク認識カメラ５２の位置関係が図１４に示すように同じくなる。
【００５６】
変形例４（図１５〜図１７）
チップ６０のボンディング精度に影響を与える要因の１つに、Ｘ−Ｙステージ４４と吸着ヘッド３３の吸着面との間の平行度がある。もしもチップ６０が基板４７と接触するときに図１６に示すように平行でなかったならば、接触開始時に線または点で接触することになり、このために位置ずれの原因になるからである。
【００５７】
吸着ヘッド３３の傾きはＸ−Ｙステージ４４のあおり調整、あるいは吸着ノズル３４をツール回転軸３１を有する吸着ヘッドを介して支持するツール制御ユニット２９のあおり調整機構によって解消できる。しかるにステージ４４の全体の平行度を出すことはコスト増につながる。そこでここでは図１７に示すように受け台７５を利用する。すなわちＸ−Ｙステージ４４の全面の平行度を出すのではなく、チップサイズ６０よりも一回り大きなボンディングエリアのみの平行度を受け台７５によって出すようにしている。ボンディング毎にＸ−Ｙステージ４４を受け台７５の上に置き直すことによって、常に受け台７５の中心でボンディングを行なうことが可能になる。すなわちチップサイズより一回り大きな範囲のみの平行度を受け台７５によって出すだけで位置ずれに伴うマウント精度の劣化を効果的に防止できるようになる。
【００５８】
変形例５（図１８、図１９）
各種の半導体チップ６０を基板４７上にボンディングすることを考えると、半導体チップ６０のマーク６５の位置が特定されない。このために単一の部品認識カメラ５１をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させることによってチップ６０の内部マーク６５を交互に認識する必要がある。このためにカメラ５１の移動によりタクトタイムが長くなる欠点がある。
【００５９】
そこで図１９に示すように、一対の下方カメラ５１を利用する。チップ６０の一対の内部マーク６５間のピッチが広くなれば、図１９に示すように２つの部品認識カメラ５１によって認識を行なう。このような構成によって、部品認識カメラ５１を移動する必要がなくなって、チップ６０の一対の内部マーク６５を２つの部品認識カメラ５１によって同時に認識することが可能になり、タクトタイムが短縮される。
【００６０】
違う種類のチップ６０をボンディングするときには、チップ６０の内部マーク６５が異なるために段取り替えが必要になる。従ってモータを利用して自動設定を行なえばよい。なお通常の量産時においては特定のチップ６０しかボンディングしないために、とくに量産の枚数が多い場合にはこの変形例は大きな効果を発揮することになる。
【００６１】
なお図１８は単一の部品認識カメラ５１をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させてチップ６０の一対の内部マーク６５を認識する動作を示している。これに対して図１９は２つの固定配置された部品認識カメラ５１で半導体チップ６０の一対の内部マーク６５を同時認識する状態を示している。
【００６２】
以上本願に含まれる発明を図示の実施の形態および変形例によって説明したが、本願発明は上記実施の形態や変形例によって限定されることなく、本願に含まれる発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態は、半導体のベアチップ６０を不透明なガラスエポキシ基板４７上にマウントするためのフリップチップボンダに関するものであるが、本願発明はその他各種の部品の実装に広く適用可能である。とくに本願発明は、不透明なワーク上に部品を高精度に位置決めしてマウントする多種の実装装置に広汎に利用される。
【００６３】
【発明の効果】
本願の主要な発明は、実装すべき部品を保持するマウントヘッドと、部品がマウントされるワークとほぼ透明なテンプレートとを並べて保持し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能なＸ−Ｙステージと、Ｘ−Ｙステージに対してマウントヘッドとは反対側に配され、テンプレートのマークと部品のマークとを認識する部品認識カメラと、Ｘ−Ｙステージに対してマウントヘッドと同じ側に配され、テンプレートの別のマークとワークのマークとを認識するワーク認識カメラと、ワーク認識カメラが認識した前記別のマークの位置を記憶する記憶手段と、Ｘ−ＹステージをＸ軸方向およびＹ軸方向に移動調整する制御手段と、を具備し、Ｘ−Ｙステージによってテンプレートをマウントヘッドと対応する位置に移動させて部品認識カメラによってテンプレートのマークと部品のマークとを画像認識するとともに、テンプレートのマークが部品のマークに対して相対的に正しい位置になるようにＸ−ＹステージによるＸ軸方向およびＹ軸方向の移動調整とマウントヘッドの回転方向の回転調整とによってテンプレートの位置調整を行ない、ワーク認識カメラで位置調整されたテンプレートの前記別のマークを認識し、しかも認識した該別のマークの位置を記憶手段によって記憶し、Ｘ−Ｙステージによってワークをマウントヘッドと対応する位置へ移動させてワーク認識カメラによってワークのマークを認識するとともに、認識されたワークのマークが記憶手段によって記憶されているテンプレートの別のマークに対して相対的に正しい位置になるようにＸ−Ｙステージによってワークの位置調整を行ない、位置調整されたワーク上にマウントヘッドによって部品を実装するようにしたものである。
【００６４】
従ってこのような部品実装装置によれば、ほぼ透明なテンプレートを介在させることによって不透明なワーク上にマウントヘッドによって部品を高精度に実装することが可能になる。
【００６５】
本願の別の発明は、半導体のベアチップを保持して基板または半導体ウエハの所定の位置にマウントするマウントヘッドと、認識マークを有する透明なテンプレートと基板または半導体ウエハとを並べて載置するテーブルと、テーブルに対してマウントヘッドとは反対側に配され、テンプレートを通してマウントヘッドに保持されているベアチップ上のマークとテンプレート上に形成されたマークとを認識する部品認識カメラと、テーブルに対してマウントヘッドと同じ側に配され、テンプレートの別のマークと基板または半導体ウエハのマークとを認識するワーク認識カメラと、マウントヘッドのθ軸の回転位置とテーブルのＸ軸方向およびＹ軸方向の位置と部品認識カメラと基板認識カメラとによる画像の取込みとを制御する制御手段と、を具備し、テーブルによってテンプレートをマウントヘッドと対応する位置に移動させて部品認識カメラによってテンプレートのマークとベアチップのマークとを認識するとともに、テンプレートのマークがベアチップのマークに対して相対的に正しい位置になるようにテーブルによるＸ軸方向およびＹ軸方向の移動調整とマウントヘッドの回転方向の回転調整とによってテンプレートの位置調整を行ない、ワーク認識カメラで位置調整されたテンプレートの別のマークを認識し、しかも認識した該別のマークの位置を記憶手段によって記憶し、テーブルによって基板または半導体ウエハをマウントヘッドと対応する位置へ移動させてワーク認識カメラによって基板または半導体ウエハのマークを認識するとともに、認識された基板または半導体ウエハのマークが記憶手段によって記憶されているテンプレートの別のマークに対して相対的に正しい位置になるようにテーブルによって基板または半導体ウエハの位置調整を行ない、位置調整された基板または半導体ウエハ上にマウントヘッドによってベアチップを実装することを特徴とするものである。
【００６６】
従ってこのような部品実装装置によれば、基板または半導体ウエハとともにテーブル上に透明なテンプレートを配するだけで、透明なガラス基板に対するベアチップの実装と同等の精度で半導体のベアチップを不透明な基板または半導体ウエハ上に高精度にマウントできるようになる。
【００６７】
実装方法に関する主要な発明は、不透明なワーク上に部品を実装する実装方法において、ワークとほぼ透明なテンプレートとをＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能なＸ−Ｙステージ上に並べて配置し、Ｘ−Ｙステージに対して部品を保持するマウントヘッドとは反対側に配された部品認識カメラでテンプレートのマークと部品のマークとを認識してテンプレートが部品に対して相対的に正しい位置になるようにＸ−ＹステージによるＸ軸方向お よびＹ軸方向の移動調整とマウントヘッドの回転方向の回転調整とによってテンプレートの位置調整を行ない、Ｘ−Ｙステージに対して部品を保持するマウントヘッドと同じ側に配されたワーク認識カメラで位置調整されたテンプレートの別のマークを認識して記憶し、Ｘ−Ｙステージによってワークをマウントヘッドと対応する位置へ移動し、ワーク認識カメラでワークのマークを認識するとともに、該マークが記憶されているテンプレートの別のマークに対して相対的に正しい位置になるようにＸ−Ｙステージによってワークの位置調整を行ない、位置調整されたワーク上にマウントヘッドによって部品を実装するようにしたものである。
【００６８】
従ってこのような部品実装方法によれば、透明でないワークに対して高性能ステージを用いることなく部品を高精度に実装することが可能になり、高精度実装を実現するための低コストの方法を提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 フリップチップボンダの平面図である。
【図２】 同フリップチップボンダの正面図である。
【図３】 同フリップチップボンダの側面図である。
【図４】 同フリップチップボンダの制御系を示すブロック図である。
【図５】 フリップチップボンダによるマウント動作を示す要部拡大正面図である。
【図６】 フリップチップボンダによるマウントの動作を示すフローチャートである。
【図７】 Ｘ−Ｙステージの平面図である。
【図８】 画像認識の動作を示す要部縦断面図である。
【図９】 変形例１の動作を示すＸ−Ｙステージの平面図である。
【図１０】 変形例１の動作を示す要部平面図である。
【図１１】 第２の変形例の動作を示す要部縦断面図である。
【図１２】 変形例３におけるツールとカメラの位置関係を示す要部平面図である。
【図１３】 アダプタの斜視図および正面図である。
【図１４】 アダプタを用いたときのツールとカメラの位置関係を示す要部平面図である。
【図１５】 変形例４の動作を示す要部縦断面図である。
【図１６】 同要部拡大縦断面図である。
【図１７】 受け台を配置した構成を示す要部拡大縦断面図である。
【図１８】 変形例５の動作を示す要部縦断面図である。
【図１９】 一対の部品認識カメラを用いた構成を示す要部縦断面図である。
【図２０】 透明なガラス基板に対する半導体チップのマウントを示す要部分解斜視図である。
【図２１】 同マウント動作を示す要部正面図である。
【図２２】 チップのマークと基板のマークとを合わせる動作を示す要部平面図である。
【図２３】 位置調整によるマークの位置合わせの動作を示す要部平面図である。
【図２４】 不透明な基板に対する半導体ベアチップのマウントを示す要部平面図である。
【図２５】 従来のカメラユニットを用いた画像認識の動作を示す要部正面図である。
【図２６】 同合わせマークの配置を示す要部平面図である。
【図２７】 従来のカメラユニットの要部平面図である。
【図２８】 同要部側面図である。
【図２９】 同要部正面図である。
【符号の説明】
１０‥‥架台、１１‥‥ベース、１２‥‥Ｙ軸ステージ、１３‥‥Ｙ軸モータ、１４‥‥チップ収納トレイ、１８‥‥ガイド、１９‥‥Ｘ軸ステージ、２０‥‥Ｘ軸モータ、２１‥‥チップ反転シリンダ、２２‥‥アーム、２３‥‥吸着ヘッド、２７‥‥フレーム、２８‥‥Ｚ軸リニアガイド、２９‥‥ツール制御ユニット、３０‥‥Ｚ軸モータ、３１‥‥ツール回転軸、３２‥‥あおり機構、３３‥‥吸着ヘッド（マウントヘッド、ツール）、３４‥‥吸着ノズル、３７‥‥カメラ取付けアーム、３８‥‥Ｚ軸ステージ、３９‥‥Ｚ軸モータ、４０‥‥カメラユニット、４４‥‥Ｘ−Ｙステージ、４５‥‥Ｘ軸モータ、４６‥‥Ｙ軸モータ、４７‥‥基板（ワーク）、４８‥‥テンプレート、５１‥‥部品認識カメラ、５２‥‥ワーク認識カメラ、５３〜５５‥‥ミラー、５６‥‥上方透明窓、５７‥‥下方透明窓、６０‥‥半導体チップ、６４‥‥マーク（ガラス基板側）、６５‥‥内部マーク（チップ側）、６６‥‥外部マーク（基板側）、６７‥‥内部マーク（テンプレート側）、６８‥‥外部マーク（テンプレート側）、７１‥‥アダプタ、７２‥‥突部、７５‥‥受け台、７６‥‥開口[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a component mounting apparatus and a component mounting method, and more particularly to a component mounting apparatus and a component mounting method in which a component is mounted at a predetermined position on a workpiece by a mount head.
[0002]
[Prior art]
  When bonding components such as the semiconductor bare chip 60 on the transparent glass substrate 47 as shown in FIG. 20 and mounting them, use dedicated marks for alignment as shown in FIGS. Can be bonded with high accuracy. That is, by using the mark, the bonding accuracy can be made within ± 1 μm.
[0003]
  This is as shown in FIG.Configure the mount headTool 33Suction nozzle 34The mark on the glass substrate 47 and the mark on the pattern surface of the bare chip 60 are simultaneously placed on the lower side through the glass substrate 47 at a position where the gap between the bare chip 60 and the glass substrate 47 adsorbed to the glass substrate 47 becomes several tens of μm. It is recognized by the pair of component recognition cameras 51. The mark 65 on the bare chip 60 shown in FIG.4Ga to be the center ofLasThe position of the substrate 47 is adjusted. That is, as shown in FIG. 23, when image recognition is performed by the component recognition camera 51, the mark 6 on the glass substrate 474And the mark 65 of the bare chip 60 are simultaneously recognized by the component recognition camera 51.
[0004]
  Here, mark 6 on glass substrate 474The mark 65 of the bare chip 60 is not located at the center of the. Therefore, as shown in FIG. 23, the position of the glass substrate 47 is adjusted in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the tool rotation axis is adjusted.By suction nozzle 34Is adjusted in the θ-axis direction. The mark 65 of the semiconductor bare chip 60 is the mark of the glass substrate 47.64Align with high accuracy so that it is at the center. Then, the tool 33 is lowered while the alignment is performed, and the bare chip 60 is bonded onto the glass substrate 47. At this time, after alignment, Tool 33Therefore, the positional shift in the X-axis direction and the Y-axis direction due to the vertical movement of the tool 33 is extremely small, and high-precision bonding is possible.
[0005]
  However, as shown in FIG. 24, when the semiconductor bare chip 60 is bonded to the non-transparent glass epoxy resin substrate 47 with high precision, the mark on the substrate 47 and the mark on the semiconductor bare chip 60 are passed through the opaque glass epoxy resin substrate 47. Cannot be recognized simultaneously. Therefore, high-density mounting cannot be performed by the method shown in FIGS. Although it may be considered to perform fluoroscopy with infrared rays or X-rays, there are drawbacks in terms of the overall cost of the apparatus and the resolution.
[0006]
  Therefore, for example, the method disclosed in JP-A-2002-9113 is performed. As shown in FIG. 25, this method is movable between the bare chip 60 fixed to the tool 33 and the opaque glass epoxy substrate 47 in the X-axis direction and the Y-axis direction, and can recognize both the upper and lower sides. Perform by arranging the camera unit 40. The camera unit 40 captures an image as shown in FIG.
[0007]
  Above cameraUnit 40The component recognition camera 51 and the workpiece recognition camera 52 shown in FIGS. 27 to 29 are mounted side by side. Mirrors 53 and 54 are arranged obliquely at the front end sides of these cameras 51 and 52, respectively. A double-sided mirror 55 is disposed at an intermediate position between the mirrors 53 and 54. An upper transparent window 56 is formed above the double-sided mirror 55, and a lower transparent window 57 is formed below the mirror 55.
[0008]
  As shown in FIG. 27, the component recognition camera 51 and the workpiece recognition camera 52 are mounted side by side in parallel so as to face the same direction. The component recognition camera 51 is configured such that the optical axis of the component recognition camera 51 is reflected by 90 degrees and further reflected by the double-sided mirror 55 so that the mark of the upper chip 60 can be seen through the upper transparent window 56. On the other hand, the workpiece recognition camera 52 is reflected by 90 degrees by the mirror 54 and further by 90 degrees by the double-sided mirror 55 so that the mark on the lower substrate 47 can be seen through the lower transparent window 57.
[0009]
[Patent Document 1]
  Japanese Patent Laid-Open No. 2002-9113
[Patent Document 2]
  Japanese Patent No. 3254556
[Patent Document 3]
  JP 2002-93858 A
[Problems to be solved by the invention]
  Here, as shown in FIG. 25, the camera unit 40 is inserted between the bare chip 60 held by the tool 33 and the glass epoxy substrate 47, and a total of four locations of the substrate 47 and the bare chip 60 are shown in FIG. Recognize the image as shown. Based on such image recognition, the glass epoxy substrate 47 is aligned. In the correction performed at the time of alignment, the positions of the marks 65 and 66 shown in FIG. 26 must be accurately calculated. For this reason, it is necessary to perform calibration in order to correct the distortion of the lens of the camera unit 40 and the straightness of the stage that supports the substrate 47. Also, it is necessary to measure the position of the camera unit 40 when the marks 65 and 66 in FIG. Note that calibration calculation errors and scale measurement errors affect bonding accuracy.
[0010]
  Further, as shown in FIG. 25, after the image recognition is performed by the camera unit 40 and alignment is performed, the tool 33 is lowered and the semiconductor bare chip 60 is bonded onto the substrate 47. Since the camera unit 40 is inserted between the substrate 47 and the tool 33 as described above at the time of alignment, a distance corresponding to the sum of the dimension in the height direction of the camera unit 40 and the working distance of the camera unit 40, Tool 33 must be lowered.
[0011]
  tool33The distance that must be lowered usually reaches several tens of millimeters. The arrangement of the camera unit 40 can be devised to reduce the gap between the tool 33 and the substrate 47. In this case, it is necessary to move other units such as a stage that supports the substrate 47 after alignment. become. In any case, the mounting accuracy deteriorates due to the movement after the alignment. The bonding accuracy by this method is limited to about ± 3 to 5 μm, and there is a disadvantage that high-precision mounting cannot be performed.
[0012]
  The present invention has been made in view of such problems, and realizes high-precision bonding of a component such as a semiconductor bare chip to a workpiece such as a non-transparent substrate or wafer without using a high-performance stage. An object is to provide a component mounting apparatus and a component mounting method.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
  The main invention of this application is:
  A mount head that holds the components to be mounted;
  An XY stage that holds the workpiece on which the component is mounted and a substantially transparent template side by side and is movable in the X-axis direction and the Y-axis direction;
  A component recognition camera that is disposed on the opposite side of the mount head with respect to the XY stage and recognizes the mark of the template and the mark of the component;
  Arranged on the same side as the mount head with respect to the XY stage,anotherA workpiece recognition camera for recognizing the mark and the mark of the workpiece;
  Recognized by the work recognition cameraAnotherStorage means for storing the position of the mark;
  Control means for moving and adjusting the XY stage in the X-axis direction and the Y-axis direction;
  The template is moved to a position corresponding to the mount head by the XY stage, and the template mark and the component mark are recognized by the component recognition camera. The XY stage so as to be in a correct position relative to the mark of the partThe movement adjustment in the X-axis direction and the Y-axis direction by the rotation and the rotation adjustment in the rotation direction of the mount headAdjust the position of the template by
  The template position adjusted by the workpiece recognition cameraAnotherThe mark is recognized and the recognizedanotherStoring the position of the mark by the storage means;
  The workpiece is moved to a position corresponding to the mount head by the XY stage and the workpiece mark is recognized by the workpiece recognition camera, and the recognized workpiece mark is stored by the storage means. TemplateAnotherThe component mounting is characterized in that the position of the workpiece is adjusted by the XY stage so as to be in a correct position relative to a mark, and the component is mounted by the mount head on the position-adjusted workpiece. It relates to the device.
[0014]
  Here, a pair of workpiece recognition cameras may be provided and arranged on both sides of the mount head, and the pair of workpiece recognition cameras may be arranged so as to be close to and away from the mount head. . The mount head can hold the component via an adapter corresponding to the component. In this case, the adapter is preferably approximately the same size or larger than the part. Further, it is preferable that a protrusion that substantially matches the component is formed on the adapter, and the component is held on the protrusion. In addition, an opening is formed at a position on the XY stage where the work is placed, and a cradle is provided on the opposite side of the XY stage from the mount head. When mounting a component on it, the corresponding part of the workpiece is received by the cradle, and the cradle directly receives the work through the opening.The parallelism of only the bonding area that is slightly larger than the size of the component is produced by the cradle.It is preferable. Further, it is preferable that a plurality of component recognition cameras are provided, and the plurality of component recognition cameras respectively recognize the template mark and the component mark respectively corresponding thereto. Further, it is preferable that the plurality of component recognition cameras are fixedly arranged.
[0015]
  Another major invention of the present application is:
  A mount head for holding a semiconductor bare chip and mounting it at a predetermined position on a substrate or a semiconductor wafer;
  A table on which the transparent template having a recognition mark and the substrate or semiconductor wafer are placed side by side;
  A component recognition camera that is arranged on the opposite side of the table from the mount head and recognizes a mark on a bare chip held on the mount head through the template and a mark formed on the template;
  It is arranged on the same side as the mount head with respect to the table, and the templateanotherA workpiece recognition camera for recognizing a mark and a mark on the substrate or semiconductor wafer;
  Mount headRotation position of the θ axisAnd the tablePosition in the X-axis direction and Y-axis directionAnd the component recognition camera and the board recognition cameraCapture images withControl means for controlling
  Equipped withThen, the template is moved to a position corresponding to the mount head by the table, and the mark of the template and the mark of the bare chip are recognized by the component recognition camera, and the mark of the template is relative to the mark of the bare chip. The position of the template is adjusted by adjusting the movement in the X-axis direction and the Y-axis direction by the table and the rotation adjustment in the rotation direction of the mount head so that the position is relatively correct. The other mark of the template is recognized, and the position of the recognized other mark is stored by a storage means, and the substrate or the semiconductor wafer is moved to a position corresponding to the mount head by the table to move the workpiece. The substrate is detected by the recognition camera. Recognizes the mark on the semiconductor wafer and the table so that the recognized substrate or semiconductor wafer mark is in a correct position relative to the other mark of the template stored by the storage means. The position of the substrate or semiconductor wafer is adjusted, and the bare chip is mounted on the position-adjusted substrate or semiconductor wafer by the mount head.The present invention relates to a component mounting apparatus.
[0016]
  Here, it is preferable that the semiconductor bare chip is supplied face up on the chip tray, reversed by a reversing unit, and delivered to the mount head. Further, an opening is formed at the template mounting position of the table, and the bare chip mark and the template mark may be simultaneously recognized by the component recognition camera from the side opposite to the mount head. .
[0017]
  The main invention related to the component mounting method is
  In the mounting method of mounting parts on an opaque workpiece,
  The work and the almost transparent template are arranged side by side on an XY stage movable in the X-axis direction and the Y-axis direction,
  The template is recognized relative to the component by recognizing the mark of the template and the mark of the component with a component recognition camera disposed on the opposite side of the mount head that holds the component with respect to the XY stage. The XY stage so that the correct position is obtainedThe movement adjustment in the X-axis direction and the Y-axis direction by the rotation and the rotation adjustment in the rotation direction of the mount headAdjust the position of the template by
  The position of the template adjusted by a work recognition camera arranged on the same side as the mount head holding the component with respect to the XY stage.anotherRecognize and remember the mark,
  The workpiece is moved to a position corresponding to the mount head by the XY stage, the mark of the workpiece is recognized by the workpiece recognition camera, and the template in which the mark is stored is stored.AnotherThe component mounting is characterized in that the position of the workpiece is adjusted by the XY stage so as to be in a correct position relative to a mark, and the component is mounted by the mount head on the position-adjusted workpiece. It is about the method. Here, it is also possible to recognize the mark of the template and the mark of the work corresponding to the parts other than the parts to be mounted.
[0018]
  A preferable aspect of the invention included in the present application is a bonding apparatus for aligning a bare chip with a semiconductor wafer, a substrate, or the like and fixing the bare chip through an adhesive material. In particular, it is suitable for application to a bonding apparatus for bonding a bare chip to a non-transparent wafer or substrate with high accuracy.
[0019]
  That is, a preferred aspect of the invention included in the present application includes a tool mechanism for performing bonding, a tool mechanism for performing bonding, a template having an image recognition mark, a table for fixing the template and the substrate, and the table. A part recognition camera that recognizes both the mark on the bare chip and the mark on the template that is placed under the tool and adsorbed to the tool mechanism through the template, and the workpiece recognition that is placed on the tool side and recognizes the mark on the template and the board The present invention relates to a bonding apparatus including a camera, a tool device, a table device, and control means for controlling the pair of cameras.
[0020]
  Here, a bare chip refers to an integrated circuit chip that does not form a package divided from a semiconductor wafer. The bonding apparatus is an apparatus for bonding a chip to a wafer, a substrate or the like via an adhesive material, and generally includes a chip alignment mechanism and a heating and pressure mechanism. A template is a substrate on which an image recognition mark is drawn on glass or the like.
[0021]
  According to the above aspect, it becomes possible to bond a bare chip to a non-transparent substrate or wafer with high accuracy. In addition, since high-precision bonding can be realized without using an expensive device such as a high-performance stage, the manufacturing cost of the apparatus can be reduced.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Flip chip bonder configuration
  1 to 3 show a flip chip bonder according to an embodiment of the present invention. This apparatus includes a gantry 10, and a base 11 is disposed on the upper surface of the gantry 10. A Y-axis stage 12 is disposed on the right side of the upper surface of the base 11, and the Y-axis stage 12 is moved and adjusted in the Y-axis direction by a Y-axis motor 13. A chip storage tray 14 that stores semiconductor bare chips is mounted on the Y-axis stage 12.
[0023]
  A guide 18 is disposed on the left side of the Y-axis stage 12 including the chip storage tray 14 so as to extend in the lateral direction, that is, the X-axis direction, and the X-axis stage 19 is placed on the guide 18. The X-axis stage 19 can be moved in the X-axis direction by an X-axis motor 20. A tip reversing cylinder 21 is mounted on the X-axis stage 19. The tip reversing cylinder 21 includes an arm 22, and a suction head 23 is attached to the tip of the arm 22.
[0024]
  A frame 27 is mounted upright on the base 11 on the left side of the X-axis stage 19 and on the back side. A pair of Z-axis linear guides 28 are arranged on the front side of the frame 27, and a tool control unit 29 is supported by the pair of Z-axis linear guides 28 so as to be movable up and down. The tool control unit 29 can be moved in the vertical direction along the Z-axis linear guide 28 by the Z-axis motor 30. Tool control unit 29Has a built-in suction head 33 (see FIG. 8) to be described later.A tool rotating shaft 31 protrudes from the lower end side of the tool so as to protrude downward, and a tilt mechanism 32 is attached to the tool rotating shaft 31. And it is attracted to the tip of the tilt mechanismNozzle 34Is installed.
[0025]
  An XY stage 44 is disposed in front of the frame 27. The XY stage 44 is movable and adjustable in the X-axis direction and the Y-axis direction by an X-axis motor 45 and a Y-axis motor 46, respectively. A substrate 47 and a template 48 constituting the workpiece are mounted side by side on the XY stage. Note that the stage 4 is located at the position where the template 48 is mounted.4An opening is formed in (see FIG. 8).
[0026]
  A component recognition camera 51 is mounted on the lower side of the XY stage 44, and the mark of the semiconductor chip 60 attached to the tip of the suction head 33 by the component recognition camera 51 and the XY stage. Mark of template 48 mounted on 4467And image recognition. On the other hand, work recognition cameras 52 are attached downward on both sides of the suction head 33 of the tool control unit 29. These pair of workpiece recognition cameras 52 are marked on the substrate 47 on the XY stage 44.66And template 48anothermark68And image recognition.
[0027]
  Figure4FIG. 3 is a block diagram showing a control system of such a flip chip bonder, and the bonder body is controlled via a control device. An operation panel, a camera unit, and a monitor are connected to the control device. Here, the operation panel supplies an operation mode command, bare chip crimping conditions, and various data to the control device. On the other hand, data and information for displaying the status are supplied from the control device to the operation panel. The camera unit supplies image information to the control device. This image information is subjected to image processing by the control device and stored as necessary. Further, the image processing result is supplied from the control device to the monitor and displayed on the display panel.
[0028]
  The control device issues an operation command to the bonder body and supplies heating power for the bare chip. The bonder body gives output signals of sensors and encoders as position information. Further, data on the temperature and pressure of the bare chip to be mounted is supplied to the control device.
[0029]
  Thus, as shown in FIGS. 1 to 3, the flip chip bonder according to the present embodiment has the frame 27, the circuit board XY stage 44, the chip reversal X axis stage 19, Each of the storage tray Y-axis stages 12 is attached.
[0030]
  A tool control unit 29 and a pair of workpiece recognition cameras 52 are attached to the frame 27 via a Z-axis linear guide 28. Tool control unit 29Via the suction head 33The tool rotation shaft 31 is vertically attached to the base 11, and the tilt mechanism 32 is connected to the tip portion thereof. A template 48 and a circuit board 47 are held at predetermined positions on the substrate XY stage 44 positioned below the tool control unit 29. Moreover, a component recognition camera 51 is arranged below the board XY stage 47 so as to be movable in the X-axis direction and the Y-axis direction.
[0031]
  A chip reversing cylinder 21 is fixed on the chip reversing X-axis stage 19. A chip reversing arm 22 is attached to the chip reversing cylinder 21. The storage tray Y-axis stage 12 is provided with a guide (not shown) for holding the chip storage tray 14 in a predetermined position. In addition, this flip chip bonder4A control device and an operation panel as shown in FIG.
[0032]
  The template 48 placed on the XY stage 44 is a rectangular plate made of a transparent material such as glass. A pair of internal marks 67 and external marks 68 are provided on the upper surface of the template as shown in FIG. The external mark 68 is the same as the external mark 66 on the upper surface of the opaque substrate 47 made of, for example, epoxy resin. On the other hand, the internal mark 67 of the template 48 is arranged at the same position as the mark 65 provided on the bare chip 60, and when the position correction is performed in the same manner as in FIGS. Forty-eight internal marks 67 allow the positional deviation between the two to be recognized.
[0033]
  As shown in FIG. 8, the lower camera 51 for detecting the mark 65 of the chip 60 and the internal mark 67 of the template 48 is disposed below the XY stage on which the template 48 and the substrate 47 are placed. It is supported so as to be movable in the axial direction and the Y-axis direction. Here, the maximum movement distance of the camera 51 is substantially the same as the size of the semiconductor chip 60, and the minimum movement pitch is about several tens of μm. In order to shorten the tact time, the moving speed of the camera 51 may be increased.
[0034]
  On the other hand, the upper camera 52 that detects the external mark 68 of the template 48 and the external mark 66 of the substrate 47 from above is provided on both sides of the suction head 33. Here, the positional relationship between the suction head 33 and the pair of upper cameras 52 is such that the field of view of the pair of upper cameras 52 is the external mark of the template 48 so that the center of the suction head 33 coincides with the center of the semiconductor chip 60 to be bonded. 68 and the center of the external mark 66 of the substrate 47. Recognition by the component recognition camera 51 and the workpiece recognition camera 52 is shown by the following table.
[0035]
[Table 1]
[0036]
  Face down bonding operation
  Next, the normal face-down bonding operation of such a flip chip bonder will be described with reference to FIGS. The circuit board 47 constituting the workpiece is juxtaposed with the template 48 and fixed to the upper surface of the XY stage 44, and is moved and adjusted in the X axis direction and the Y axis direction by the X axis motor 45 and the Y axis motor 46. On the other hand, the chip storage tray 14 is fixed to the upper surface of the Y-axis stage 12 and can be moved in the Y-axis direction by the Y-axis motor 13.
[0037]
  As shown in FIGS. 5A and 5B, the arm 22 attached to the chip reversing cylinder 21 on the X-axis stage 19 for chip reversal is configured to be reversible by 180 degrees as shown in FIGS. 5A and 5B. It can move in the axial direction.
[0038]
  A suction head 23 is attached to the tip of the arm 22 of the chip reversing cylinder 21, and the suction head 23 sucks an arbitrary chip 60 in the face-up state on the tray 14 as shown in FIG. As shown in 5B, the tip reversing cylinder 21 is reversed 180 degrees. Accordingly, the chip 60 is in a face-down state, and the tool control unit 29 is in this state.Inside mount headTip adsorptionNozzle 34When the tip is lowered, the chip 60 moves to the suction head 33Suction nozzle 34As shown in FIG. 5C. Suction head that forms the bonding tool33Is configured to be rotatable with respect to the vertical axis of the circuit board 47 by the tool control unit 29, and the Z-axis motor 30 performs the vertical operation and the chip pressing operation. adsorptionNozzle 34The posture of the chip 60 adsorbed by the head is controlled by the tilt mechanism 32 so as to be parallel to the upper surface of the circuit board 47.
[0039]
  Thereafter, as shown in FIG. 8A, the suction head 33 is lowered by the Z-axis motor 30 so that the distance between the semiconductor chip 60 and the template 48 in the height direction becomes several tens of μm. Then, the component recognition camera 51 arranged below is moved to the position of the first internal mark 65 of the chip 60 and the first internal mark 67 of the template 48. The lower camera 51 simultaneously recognizes the image of the mark 65 on the chip 60 and the mark 67 on the template 48. Next, the component recognition camera 51 moves to the position of the second internal mark 65 of the chip 60 and the second internal mark 67 of the template 48 and simultaneously recognizes images of these marks.
[0040]
  Thereafter, as shown in FIG. 23, the position of the template 48 is adjusted so that the internal mark 65 of the chip 60 and the internal mark 67 of the template 48 overlap. This position adjustment is performed in the three axis directions of X, Y, and θ. For the X axis and the Y axis, the XY stage 44 is moved and adjusted in the X axis direction and the Y axis direction by the X axis motor 45 and the Y axis motor 46. The θ axis direction is adjusted by rotating the tool rotation axis 31. In order to perform highly accurate bonding, the position correction is repeated so that the marks 65 of the two chips 60 and the marks 67 of the template 48 coincide with each other until the position correction amount approaches zero.FIG. 23 is used in common with the prior art and the present embodiment, and the internal mark 67 of the template 48 of the present embodiment is shown. Shown in parentheses.
[0041]
  When the position of the template 48 is correctly adjusted with respect to the position of the semiconductor chip 60 held by the suction head 33 in this way, the pair of workpiece recognition cameras 52 disposed on the upper side thereafter are used to place the template 48 on the template 48. The external mark 68 is recognized. The position of the external mark 68 of the template 48 recognized by the work recognition camera is stored by the storage means of the control device shown in FIG.
[0042]
  Thereafter, as shown in FIG. 8B, the XY stage 44 is driven by the X-axis motor 45 and the Y-axis motor 46, and the position of the chip 60 on the substrate 47 where the chip 60 is to be mounted is held by the suction head 33. Move to come down. In this state, the external mark 66 on the substrate 47 is image-recognized by the upper pair of workpiece recognition cameras 52. Then, the position correction is performed so that the recognized mark 66 of the substrate 47 coincides with the position of the external mark 68 of the template 48 previously stored. This position correction is performed by moving and adjusting the XY stage 44 in the X-axis direction and the Y-axis direction by the X-axis motor 45 and the Y-axis motor 46 and rotating the tool rotation shaft 31 in the θ-axis direction. In this case as well, in order to perform highly accurate bonding, position correction is repeatedly performed until the position correction amount approaches zero.
[0043]
  When the mounting position of the substrate 47 coincides with the position of the semiconductor chip 60 sucked by the suction head 33 in this way, the suction head 33 is lowered by the Z-axis motor 30 thereafter.Suction nozzle 34The semiconductor chip 60 held at the tip is bonded to a predetermined position on the substrate 47 to complete the mounting.
[0044]
  According to the mounting of the semiconductor bare chip 60 by the above-described method as shown in FIG. 8, components such as the bare chip 60 can be bonded with high accuracy on a non-transparent substrate 47 or another workpiece, for example, a semiconductor wafer. In addition, since high-precision bonding can be realized without using an expensive XY stage 44 such as a high-performance stage, the manufacturing cost of the apparatus can be suppressed at a low cost.
[0045]
  Modification 1 (FIGS. 9 and 10)
  When the semiconductor chip 60 is bonded, the suction head 33Suction nozzle 34In order to push the chip 60 at the tip side, the suction head 33Suction nozzle 34The tip side surface is slightly larger than the size of the chip 60. For this reason, depending on the bonding position of the chip 60 and the relationship between the positions of the external marks 68 and 66, the arrangement of the suction head 33 and the workpiece recognition camera 52 may be mutually impossible. In such a case, external marks 68 and 66 corresponding to the adjacent chip 60 may be used as shown in FIG. With such a modification, the pair of workpiece recognition cameras 52 can be arranged without being restricted by the suction head 33.
[0046]
  For example, when the external marks 68 and 66 corresponding to the chip 60 on the front side are used, bonding may not be possible at the position on the front side of the substrate 47. Thus, when bonding cannot be performed to the position on the frontmost side, the external marks 68 and 66 corresponding to the chip 60 on the back side in the reverse direction are used, or the substrate 47 is rotated 180 ° and disposed. Yes.
[0047]
  Modification 2 (FIG. 11)
  When bonding the chip 60, the suction head 33Suction nozzle 34In order to push the upper surface of the chip 60 over the entire surface, the suction head 33Suction nozzle 34The tip end face is larger than the chip size. For this reason, the mutual arrangement of the suction head 33 and the pair of workpiece recognition cameras 52 may become impossible depending on the relationship between the chip bonding position and the external mark positions 68 and 66.
[0048]
  Therefore, in this modified example, the upper pair of workpiece recognition cameras 52 are openable. According to such a configuration, the two upper cameras 52 can be arranged without being restricted by the suction head 33. If the suction head 33 and the openable upper camera 52 interfere with each other, the suction head 33 may be raised at that time.
[0049]
  The operation using the openable upper camera 52 will be described in order. As shown in FIG. 11A, the pair of upper cameras 52 are opened, the suction head 33 is lowered, and the relative position of the template 48 corresponding to the chip 60 is detected. Make adjustments.
[0050]
  Thereafter, as shown in FIG. 11B, the suction head 33 is raised, the pair of upper cameras 52 are closed, the external mark 68 of the template 48 is recognized, and the position of the mark 68 is stored.
[0051]
  Then, as shown in FIG. 11C, the stage 44 is moved so that the bonding portion of the substrate 47 comes under the suction head 33, and the external mark 66 of the substrate 47 is recognized by the upper camera 52. Thereafter, the external mark 66 of the substrate 47 is recognized. The position of the substrate 47 is adjusted so as to coincide with the position of the external mark 68 of the template 48 stored therein.
[0052]
  Thereafter, as shown in FIG. 11D, the pair of workpiece recognition cameras 52 is opened, the suction head 33 is lowered, and the chip 60 is bonded onto the substrate 47.
[0053]
  Modification 3 (FIGS. 12 to 14)
  The positional relationship between the bonding location of the chip 60 and the pair of external marks 66 on the substrate 47 and the pair of external marks 68 on the template 48 is different for each substrate 47 or for each bonding location.Thus, the relative positions of the tool 33 and the upper camera 52 are as shown in FIGS.The For this purpose, as shown in FIG. 12, a setup change or automatic setting by a motor is required. Therefore, each figure is shown on the tip side of the suction head 33.13An adapter as shown in FIG. 5 is attached, and the chip 60 is held through this adapter. Here, by preparing a plurality of adapters 71 and exchanging them, the positional relationship between the center of the suction head 33 and the upper pair of workpiece recognition cameras 52 becomes constant. In this case as well, the use of the adjacent external marks 68 and 66 as in the first modification and the opening and closing of the work recognition camera 52 as in the second modification can be used together.
[0054]
  More specifically, when the pair of chips 60 are bonded, the position of the camera 52 when the first chip 60 is bonded and the tool (suction head) 33 of the camera 52 when the second chip 60 is bonded. As shown in FIG. 12B and FIG. 12C, the positional relationship is different from each other.
[0055]
  Therefore, as shown in FIG. 13, by attaching an adapter 71 slightly larger than the size of the chip 60 to the bottom surface of the suction head 33, only necessary portions can be crimped. As a result, even when any chip 60 is bonded, the positional relationship between the suction head 33 and the pair of workpiece recognition cameras 52 is the same as shown in FIG.
[0056]
  Modification 4 (FIGS. 15 to 17)
  One factor affecting the bonding accuracy of the chip 60 is the parallelism between the XY stage 44 and the suction surface of the suction head 33. If the chip 60 is not parallel as shown in FIG. 16 when it contacts the substrate 47, it will contact at a line or a point at the start of contact, and this will cause displacement.
[0057]
  The inclination of the suction head 33 can be adjusted by tilting the XY stage 44 or by suction.Nozzle 34The tool rotation axis 31Adsorption head withThis can be solved by the tilt adjusting mechanism of the tool control unit 29 supported via However, increasing the parallelism of the entire stage 44 leads to an increase in cost. Therefore, here, a cradle 75 is used as shown in FIG. That is, the parallelism of only the bonding area that is slightly larger than the chip size 60 is output by the pedestal 75 rather than the parallelism of the entire surface of the XY stage 44. By repositioning the XY stage 44 on the receiving table 75 for each bonding, it becomes possible to always perform bonding at the center of the receiving table 75. That is, it is possible to effectively prevent the deterioration of the mounting accuracy due to the positional deviation only by taking out the parallelism only in a range slightly larger than the chip size by the receiving base 75.
[0058]
  Modification 5 (FIGS. 18 and 19)
  In consideration of bonding various semiconductor chips 60 onto the substrate 47, the position of the mark 65 of the semiconductor chip 60 is not specified. Therefore, it is necessary to alternately recognize the internal marks 65 of the chip 60 by moving the single component recognition camera 51 in the X-axis direction and the Y-axis direction. For this reason, there is a drawback that the tact time becomes longer due to the movement of the camera 51.
[0059]
  Therefore, as shown in FIG. 19, a pair of lower cameras 51 is used. If the pitch between the pair of internal marks 65 of the chip 60 becomes wider, the recognition is performed by the two component recognition cameras 51 as shown in FIG. With such a configuration, it is not necessary to move the component recognition camera 51, and the pair of internal marks 65 of the chip 60 can be recognized simultaneously by the two component recognition cameras 51, and the tact time is shortened.
[0060]
  When bonding different types of chips 60, the internal marks 65 of the chips 60 are different, so that a setup change is necessary. Therefore, automatic setting may be performed using a motor. Since only a specific chip 60 is bonded at the time of normal mass production, this modification exhibits a great effect especially when the number of mass production is large.
[0061]
  FIG. 18 shows an operation of recognizing the pair of internal marks 65 of the chip 60 by moving the single component recognition camera 51 in the X-axis direction and the Y-axis direction. On the other hand, FIG. 19 shows a state in which a pair of internal marks 65 of the semiconductor chip 60 are simultaneously recognized by two fixedly arranged component recognition cameras 51.
[0062]
  Although the invention included in the present application has been described above with reference to the illustrated embodiments and modifications, the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and is within the scope of the technical idea of the invention included in the present application. Various changes are possible. For example, the embodiment described above relates to a flip chip bonder for mounting the semiconductor bare chip 60 on the opaque glass epoxy substrate 47, but the present invention is widely applicable to mounting of various other components. In particular, the present invention is widely used in various mounting apparatuses for positioning and mounting a component on an opaque workpiece with high accuracy.
[0063]
【The invention's effect】
  A main invention of the present application is an XY stage that holds a mount head for holding a component to be mounted, a work on which the component is mounted, and a substantially transparent template, and is movable in the X-axis direction and the Y-axis direction. And a component recognition camera for recognizing a template mark and a component mark with respect to the XY stage, and a component recognition camera for recognizing the template mark and the component mark. The templateanotherThe workpiece recognition camera that recognizes the mark and the workpiece mark, and the workpiece recognition cameraAnotherStorage means for storing the position of the mark, and control means for moving and adjusting the XY stage in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the template is moved to a position corresponding to the mount head by the XY stage. Then, the part recognition camera recognizes the image of the template mark and the part mark, and the XY stage so that the template mark is in a correct position relative to the part mark.The movement adjustment in the X-axis direction and the Y-axis direction and the rotation adjustment in the rotation direction of the mount head byThe position of the template is adjusted by using the workpiece recognition camera.AnotherThe mark is recognized and the recognizedanotherThe mark position is stored by the storage means, the workpiece is moved to a position corresponding to the mount head by the XY stage, the workpiece mark is recognized by the workpiece recognition camera, and the recognized workpiece mark is stored by the storage means. TemplateanotherThe position of the work is adjusted by the XY stage so that the position is relatively correct with respect to the mark, and the component is mounted on the position-adjusted work by the mount head.
[0064]
  Therefore, according to such a component mounting apparatus, it becomes possible to mount components with high accuracy by a mount head on an opaque workpiece by interposing a substantially transparent template.
[0065]
  Another invention of the present application is a mounting head that holds a semiconductor bare chip and mounts it at a predetermined position on a substrate or semiconductor wafer, a transparent template having a recognition mark, and a table on which the substrate or semiconductor wafer is placed side by side, A component recognition camera that is arranged on the opposite side of the table from the mount head and that recognizes the mark on the bare chip held on the mount head through the template and the mark formed on the template, and the mount head with respect to the table On the same side as the templateanotherWork recognition camera that recognizes marks and marks on substrates or semiconductor wafers, and mount headRotation position of the θ axisAnd tablePosition in the X-axis direction and Y-axis directionAnd parts recognition camera and board recognition cameraCapture images withControl means for controllingThen, the template is moved to a position corresponding to the mount head by the table and the mark of the template and the mark of the bare chip are recognized by the component recognition camera, and the template mark becomes a correct position relative to the mark of the bare chip. In this way, the position of the template is adjusted by adjusting the movement in the X-axis direction and the Y-axis direction by the table and the rotation adjustment in the rotation direction of the mount head, and recognizes another mark of the template that has been aligned by the workpiece recognition camera. The recognized position of the other mark is stored by the storage means, the substrate or the semiconductor wafer is moved to the position corresponding to the mount head by the table, and the mark of the substrate or the semiconductor wafer is recognized by the work recognition camera. Substrate or semiconductor wafer The position of the substrate or semiconductor wafer is adjusted by a table so that the mark of C is in a correct position relative to another mark of the template stored by the storage means, and the position of the substrate or semiconductor wafer is adjusted on the position-adjusted substrate or semiconductor wafer. It is characterized by mounting the bare chip by the mount headTo do.
[0066]
  Therefore, according to such a component mounting apparatus, a semiconductor bare chip can be made an opaque substrate or semiconductor with the same accuracy as mounting of the bare chip on a transparent glass substrate only by arranging a transparent template on the table together with the substrate or semiconductor wafer. It becomes possible to mount on the wafer with high accuracy.
[0067]
  The main invention related to the mounting method is a mounting method for mounting components on an opaque workpiece, wherein the workpiece and a substantially transparent template are arranged side by side on an XY stage movable in the X-axis direction and the Y-axis direction. The component recognition camera arranged on the opposite side of the mount head that holds the component with respect to the XY stage recognizes the mark of the template and the mark of the component, and the template is in a correct position relative to the component. XY stageX-axis direction by And Y axis movement adjustment and mount head rotation adjustmentThe position of the template is adjusted by the work recognition camera placed on the same side as the mount head that holds the parts with respect to the XY stage.anotherThe mark is recognized and stored, the workpiece is moved to a position corresponding to the mount head by the XY stage, the workpiece mark is recognized by the workpiece recognition camera, and the template in which the mark is stored is stored.anotherThe position of the work is adjusted by the XY stage so that the position is relatively correct with respect to the mark, and the component is mounted on the position-adjusted work by the mount head.
[0068]
  Therefore, according to such a component mounting method, it becomes possible to mount components with high accuracy on a non-transparent workpiece without using a high-performance stage, and a low-cost method for realizing high-accuracy mounting is realized. Can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a flip chip bonder.
FIG. 2 is a front view of the flip chip bonder.
FIG. 3 is a side view of the flip chip bonder.
FIG. 4 is a block diagram showing a control system of the flip chip bonder.
FIG. 5 is a main part enlarged front view showing a mounting operation by a flip chip bonder.
FIG. 6 is a flowchart showing a mounting operation by a flip chip bonder.
FIG. 7 is a plan view of an XY stage.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a main part showing an image recognition operation.
FIG. 9 is a plan view of an XY stage showing the operation of Modification 1;
FIG. 10 is a plan view of a main part showing the operation of the first modification.
FIG. 11 is a longitudinal sectional view of an essential part showing the operation of a second modified example.
12 is a plan view of a principal part showing a positional relationship between a tool and a camera in a third modification. FIG.
FIG. 13 is a perspective view and a front view of an adapter.
FIG. 14 is a plan view of a principal part showing a positional relationship between a tool and a camera when an adapter is used.
FIG. 15 is a longitudinal sectional view of an essential part showing the operation of a fourth modification.
FIG. 16 is an enlarged vertical sectional view of the main part.
FIG. 17 is an enlarged vertical sectional view of a main part showing a configuration in which a cradle is arranged.
FIG. 18 is a longitudinal sectional view of a main part showing the operation of a fifth modification.
FIG. 19 is a longitudinal sectional view of a main part showing a configuration using a pair of component recognition cameras.
FIG. 20 is an essential part exploded perspective view showing the mounting of a semiconductor chip on a transparent glass substrate.
FIG. 21 is a fragmentary front view showing the same mounting operation.
FIG. 22 is a plan view of relevant parts showing an operation of aligning a chip mark and a substrate mark.
FIG. 23 is a plan view of relevant parts showing an operation of mark alignment by position adjustment;
FIG. 24 is a plan view of a principal part showing the mounting of the semiconductor bare chip on the opaque substrate.
FIG. 25 is a front view of relevant parts showing an image recognition operation using a conventional camera unit.
FIG. 26 is a plan view of relevant parts showing the arrangement of the alignment marks.
FIG. 27 is a plan view of a main part of a conventional camera unit.
FIG. 28 is a side view of the main part.
FIG. 29 is a front view of the relevant part.
[Explanation of symbols]
  10 ... Base, 11 ... Base, 12 ... Y axis stage, 13 ... Y axis motor, 14 ... Chip storage tray, 18 ... Guide, 19 ... X axis stage, 20 ... X axis motor, 21... Tip reversing cylinder, 22... Arm, 23... Suction head, 27... Frame, 28 ... Z-axis linear guide, 29 ... Tool control unit, 30 ... Z-axis motor, 31. Shaft, 32 ... tilt mechanism, 33 ... suction head(Mount head, tool), 34 ... Suction nozzle,37 ... Camera mounting arm, 38 ... Z-axis stage, 39 ... Z-axis motor, 40 ... Camera unit, 44 ... XY stage, 45 ... X-axis motor, 46 ... Y-axis motor, 47 ... Board (workpiece), 48 ... Template, 51 ... Parts recognition camera, 52 ... Work recognition camera, 53 to 55 ... Mirror, 56 ... Upper transparent window, 57 ... Lower transparent window, 60 ... Semiconductor chip,64 ... mark (glass substrate side),65 ... Internal mark (chip side), 66 External mark (board side), 67 Internal mark (template side), 68 External mark (template side), 71 Adapter, 72 Projection , 75 .. cradle, 76Opening

Claims (13)

実装すべき部品を保持するマウントヘッドと、
前記部品がマウントされるワークとほぼ透明なテンプレートとを並べて保持し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能なＸ−Ｙステージと、
前記Ｘ−Ｙステージに対して前記マウントヘッドとは反対側に配され、前記テンプレートのマークと前記部品のマークとを認識する部品認識カメラと、
前記Ｘ−Ｙステージに対して前記マウントヘッドと同じ側に配され、前記テンプレートの別のマークと前記ワークのマークとを認識するワーク認識カメラと、
前記ワーク認識カメラが認識した前記別のマークの位置を記憶する記憶手段と、
前記Ｘ−ＹステージをＸ軸方向およびＹ軸方向に移動調整する制御手段と、
を具備し、前記Ｘ−Ｙステージによって前記テンプレートを前記マウントヘッドと対応する位置に移動させて前記部品認識カメラによって前記テンプレートのマークと前記部品のマークとを認識するとともに、前記テンプレートのマークが前記部品のマークに対して相対的に正しい位置になるように前記Ｘ−ＹステージによるＸ軸方向およびＹ軸方向の移動調整と前記マウントヘッドの回転方向の回転調整とによって前記テンプレートの位置調整を行ない、
前記ワーク認識カメラで位置調整された前記テンプレートの別のマークを認識し、しかも認識した該別のマークの位置を前記記憶手段によって記憶し、
前記Ｘ−Ｙステージによって前記ワークを前記マウントヘッドと対応する位置へ移動させて前記ワーク認識カメラによって前記ワークのマークを認識するとともに、認識されたワークのマークが前記記憶手段によって記憶されている前記テンプレートの前記別のマークに対して相対的に正しい位置になるように前記Ｘ−Ｙステージによって前記ワークの位置調整を行ない、位置調整されたワーク上に前記マウントヘッドによって前記部品を実装することを特徴とする部品実装装置。A mount head that holds the components to be mounted;
An XY stage that holds the workpiece on which the component is mounted and a substantially transparent template side by side and is movable in the X-axis direction and the Y-axis direction;
A component recognition camera that is disposed on the opposite side of the mount head with respect to the XY stage and recognizes the mark of the template and the mark of the component;
A workpiece recognition camera that is arranged on the same side as the mount head with respect to the XY stage and recognizes another mark of the template and a mark of the workpiece;
Storage means for storing the position of the another mark recognized by the workpiece recognition camera;
Control means for moving and adjusting the XY stage in the X-axis direction and the Y-axis direction;
The template is moved to a position corresponding to the mount head by the XY stage, and the template mark and the component mark are recognized by the component recognition camera. The position of the template is adjusted by adjusting the movement in the X-axis direction and the Y-axis direction by the XY stage and the rotation adjustment in the rotation direction of the mount head so that the position is relatively correct with respect to the mark of the component. ,
Recognizing another mark of the template whose position is adjusted by the workpiece recognition camera, and storing the recognized position of the other mark by the storage means;
The workpiece is moved to a position corresponding to the mount head by the XY stage and the workpiece mark is recognized by the workpiece recognition camera, and the recognized workpiece mark is stored by the storage means. The position of the workpiece is adjusted by the XY stage so that the position is relatively correct with respect to the other mark of the template, and the component is mounted on the position-adjusted workpiece by the mount head. A component mounting device. 一対のワーク認識カメラを具備し、前記マウントヘッドに対してその両側に配されるとともに、前記一対のワーク認識カメラが前記マウントヘッドに対して近接および離間可能に配されることを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置。  A pair of workpiece recognition cameras are provided, arranged on both sides of the mount head, and the pair of workpiece recognition cameras are arranged so as to be close to and away from the mount head. Item 2. The component mounting apparatus according to Item 1. 前記マウントヘッドが部品に応じたアダプタを介して前記部品を保持することを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置。  The component mounting apparatus according to claim 1, wherein the mount head holds the component via an adapter corresponding to the component. 前記アダプタが部品とほぼ同じ大きさかそれより大きいことを特徴とする請求項３に記載の部品実装装置。  4. The component mounting apparatus according to claim 3, wherein the adapter is approximately the same size or larger than the component. 前記アダプタに部品とほぼ整合する突部が形成され、該突部上に部品が保持されることを特徴とする請求項４に記載の部品実装装置。  The component mounting apparatus according to claim 4, wherein a protrusion that substantially matches the component is formed on the adapter, and the component is held on the protrusion. 前記Ｘ−Ｙステージの前記ワークを載置する位置に開口が形成されるとともに、前記Ｘ−Ｙステージに対して前記マウントヘッドとは反対側に受け台が設けられ、前記マウントヘッドによって前記ワーク上に部品を実装する際に前記受け台によって該ワークの対応する部位を受けるようにし、前記開口を通して前記受け台が前記ワークを直接受けて前記部品の大きさよりも一回り大きなボンディングエリアのみの平行度を前記受け台によって出すことを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置。An opening is formed at a position on the XY stage where the work is placed, and a cradle is provided on the opposite side of the XY stage from the mount head. When a component is mounted on the workpiece, the corresponding portion of the workpiece is received by the cradle, and the pedestal receives the workpiece directly through the opening , and the parallelism of only the bonding area that is slightly larger than the size of the component. component mounting apparatus according to claim 1, characterized in that out by the cradle. 複数の部品認識カメラを具備し、該複数の部品認識カメラがそれぞれ別々に対応する前記テンプレートのマークおよび前記部品のマークを認識することを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置。  2. The component mounting apparatus according to claim 1, further comprising a plurality of component recognition cameras, wherein the plurality of component recognition cameras respectively recognize the template mark and the component mark corresponding to each other separately. 前記複数の部品認識カメラが固定配置されることを特徴とする請求項７に記載の部品実装装置。  The component mounting apparatus according to claim 7, wherein the plurality of component recognition cameras are fixedly arranged. 半導体のベアチップを保持して基板または半導体ウエハの所定の位置にマウントするマウントヘッドと、
認識マークを有する透明なテンプレートと前記基板または半導体ウエハとを並べて載置するテーブルと、
前記テーブルに対して前記マウントヘッドとは反対側に配され、前記テンプレートを通して前記マウントヘッドに保持されているベアチップ上のマークと前記テンプレート上に形成されたマークとを認識する部品認識カメラと、
前記テーブルに対して前記マウントヘッドと同じ側に配され、前記テンプレートの別のマークと前記基板または半導体ウエハのマークとを認識するワーク認識カメラと
前記マウントヘッドのθ軸の回転位置と前記テーブルのＸ軸方向およびＹ軸方向の位置と前記部品認識カメラと前記基板認識カメラとによる画像の取込みを制御する制御手段と、
を具備し、前記テーブルによって前記テンプレートを前記マウントヘッドと対応する位置に移動させて前記部品認識カメラによって前記テンプレートのマークと前記ベアチップのマークとを認識するとともに、前記テンプレートのマークが前記ベアチップのマークに対して相対的に正しい位置になるようにテーブルによるＸ軸方向およびＹ軸方向の移動調整と前記マウントヘッドの回転方向の回転調整とによって前記テンプレートの位置調整を行ない、前記ワーク認識カメラで位置調整された前記テンプレートの前記別のマークを認識し、しかも認識した該別のマークの位置を記憶手段によって記憶し、前記テーブルによって前記基板または半導体ウエハを前記マウントヘッドと対応する位置へ移動させて前記ワーク認識カメラによって前記基板または半導体ウエハのマークを認識するとともに、認識された基板または半導体ウエハのマークが前記記憶手段によって記憶されている前記テンプレートの前記別のマークに対して相対的に正しい位置になるように前記テーブルによって前記基板または半導体ウエハの位置調整を行ない、位置調整された基板または半導体ウエハ上に前記マウントヘッドによって前記ベアチップを実装することを特徴とする部品実装装置。A mount head for holding a semiconductor bare chip and mounting it at a predetermined position on a substrate or a semiconductor wafer;
A table on which the transparent template having a recognition mark and the substrate or semiconductor wafer are placed side by side;
A component recognition camera that is arranged on the opposite side of the table from the mount head and recognizes a mark on a bare chip held on the mount head through the template and a mark formed on the template;
A workpiece recognition camera which is arranged on the same side as the mount head with respect to the table and recognizes another mark of the template and a mark of the substrate or semiconductor wafer; a rotational position of the θ axis of the mount head; Control means for controlling the position in the X-axis direction and the Y-axis direction and the image capture by the component recognition camera and the board recognition camera;
The template is moved to a position corresponding to the mount head by the table, and the template mark and the bare chip mark are recognized by the component recognition camera, and the template mark is the bare chip mark. The position of the template is adjusted by adjusting the movement in the X-axis direction and the Y-axis direction by the table and the rotation adjustment in the rotation direction of the mount head so that the position is relatively correct with respect to the position. Recognizing the another mark of the adjusted template, storing the position of the recognized other mark by a storage means, and moving the substrate or the semiconductor wafer to a position corresponding to the mount head by the table. The work recognition camera Recognizing a mark of a plate or a semiconductor wafer, and the table so that the recognized mark of the substrate or semiconductor wafer is in a correct position relative to the other mark of the template stored by the storage means The component mounting apparatus, wherein the position of the substrate or the semiconductor wafer is adjusted by the step, and the bare chip is mounted on the position-adjusted substrate or semiconductor wafer by the mount head. 半導体のベアチップがチップトレイ上にフェイスアップの状態で供給され、反転手段によって反転されて前記マウントヘッドに受渡されることを特徴とする請求項９に記載の部品実装装置。  10. The component mounting apparatus according to claim 9, wherein a semiconductor bare chip is supplied face up on a chip tray, reversed by a reversing unit, and delivered to the mount head. 前記テーブルの前記テンプレートの載置位置に開口が形成され、該開口によって前記マウントヘッドとは反対側から前記部品認識カメラで前記ベアチップのマークと前記テンプレートのマークとを同時に認識することを特徴とする請求項９に記載の部品実装装置。  An opening is formed at a position where the template is placed on the table, and the bare chip mark and the template mark are simultaneously recognized by the component recognition camera from the side opposite to the mount head. The component mounting apparatus according to claim 9. 不透明なワーク上に部品を実装する実装方法において、
前記ワークとほぼ透明なテンプレートとをＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能なＸ−Ｙステージ上に並べて配置し、
前記Ｘ−Ｙステージに対して前記部品を保持するマウントヘッドとは反対側に配された部品認識カメラで前記テンプレートのマークと前記部品のマークとを認識して前記テンプレートが前記部品に対して相対的に正しい位置になるように前記Ｘ−ＹステージによるＸ軸方向およびＹ軸方向の移動調整と前記マウントヘッドの回転方向の回転調整とによって前記テンプレートの位置調整を行ない、
前記Ｘ−Ｙステージに対して前記部品を保持するマウントヘッドと同じ側に配されたワーク認識カメラで位置調整された前記テンプレートの別のマークを認識して記憶し、
前記Ｘ−Ｙステージによって前記ワークを前記マウントヘッドと対応する位置へ移動し、前記ワーク認識カメラで前記ワークのマークを認識するとともに、該マークが記憶されている前記テンプレートの前記別のマークに対して相対的に正しい位置になるように前記Ｘ−Ｙステージによって前記ワークの位置調整を行ない、位置調整されたワーク上に前記マウントヘッドによって前記部品を実装することを特徴とする部品実装方法。In the mounting method of mounting parts on an opaque workpiece,
The work and the almost transparent template are arranged side by side on an XY stage movable in the X-axis direction and the Y-axis direction,
The template is recognized relative to the component by recognizing the mark of the template and the mark of the component with a component recognition camera disposed on the opposite side of the mount head that holds the component with respect to the XY stage. The position of the template is adjusted by adjusting the movement in the X-axis direction and the Y-axis direction by the XY stage and the rotation adjustment in the rotation direction of the mount head so that the position is correct.
Recognizing and storing another mark of the template whose position is adjusted by a workpiece recognition camera arranged on the same side as the mount head holding the component with respect to the XY stage,
The workpiece is moved to a position corresponding to the mount head by the XY stage, the workpiece mark is recognized by the workpiece recognition camera, and the other mark of the template in which the mark is stored is recognized. The position of the workpiece is adjusted by the XY stage so that the position is relatively correct, and the component is mounted on the position-adjusted workpiece by the mount head. マウントする部品以外の部品と対応する前記テンプレートのマークおよび前記ワークのマークを認識することを特徴とする請求項１２に記載の部品実装方法。  The component mounting method according to claim 12, wherein the template mark and the workpiece mark corresponding to a component other than the component to be mounted are recognized.
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