JP3938539B2 - ボンディング装置及びボンディング方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はボンディング装置及びボンディング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子等のチップ（フリップチップ）をリードフレーム等の基板のボンディング部に電極面を下向き（フェースダウン方式）でボンディングするフリップチップボンダがある。従来のフリップチップボンダは、基板を支持する基板支持装置と、チップを電極面を上向きで載置するチップ供給テーブルと、チップ供給テーブルに載置されたチップを取出し、該チップを反転させて電極面を下向きとする反転ユニットと、反転ユニットが取出したチップを反転状態で受取り、該チップを下向きで基板の上面にボンディングするボンディングヘッドと、ボンディングヘッドによるボンディング時に基板の下面を支持するボンディングステージとを有して構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、フリップチップボンダを製造ラインに組み込んで使用する場合、前後の工程によってはチップを基板に下向きでボンディングするばかりでなく、上向き（フェースアップ方式）でボンディングする、つまりボンディング部が下面となる状態で支持された基板に対して、電極面を上向きにしたチップを下方からボンディングする必要を生ずる可能性がある。
【０００４】
従来技術で、チップを基板に対し上方からでも、下方からでもボンディング可能とする製造ラインを構築するには、フェースダウン方式の下向き専用ボンディング装置（フリップチップボンダ）と、フェースアップ方式の上向き専用ボンディング装置を並設する必要がある。これは、製造ラインの設備効率が悪く、小スペース化の点でも好ましくない。
【０００５】
本発明の課題は、単一のボンディング装置により、チップを基板の相対する面いずれにもボンディング可能とし、製造ラインの設備効率とスペース効率を向上することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、基板を支持する基板支持装置と、チップを供給するチップ供給テーブルと、チップ供給テーブルからチップを取出し、取出したチップを反転可能とする反転ユニットと、反転ユニットが取出したチップを受取り保持し、受取ったチップを基板の第１の面にボンディングする第１のボンディングヘッドと、反転ユニットが取出したチップを受取り保持し、受取ったチップを基板の第１の面に相対する第２の面にボンディングする第２のボンディングヘッドと、第１のボンディングヘッドに保持されたチップと基板との画像および第２のボンディングヘッドに保持されたチップと基板との画像を取り込む撮像装置と、撮像装置を、基板の第１の面との対向位置に位置付けられた第１のボンディングヘッドと基板との間、或いは、基板の第２の面との対向位置に位置付けられた第２のボンディングヘッドと基板との間に選択的に侵入させる移動装置と、撮像装置にて取り込まれた画像データに基づいて、チップと基板との相対位置を検出する画像処理装置とを有するボンディング装置である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記撮像装置が、一対の導光口を同軸に配置してなる二視野カメラであるようにしたものである。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は２のボンディング装置を用いたボンディング方法であって、第１のボンディングヘッドが受取ったチップを基板の第１の面にボンディングするときには、撮像装置を基板の第１の面との対向位置に位置付けられた第１のボンディングヘッドと基板との間に侵入させて第１のボンディングヘッドに保持されたチップと基板とを撮像し、撮像装置にて取り込まれた画像データに基づいて画像処理装置でチップと基板との相対位置を検出し、検出した相対位置に基づいてチップと基板とを位置合わせして第１のボンディングヘッドでチップを基板の第１の面にボンディングし、第２のボンディングヘッドが受取ったチップを基板の第２の面にボンディングするときには、撮像装置を基板の第２の面との対向位置に位置付けられた第２のボンディングヘッドと基板との間に侵入させて第２のボンディングヘッドに保持されたチップと基板とを撮像し、撮像装置にて取り込まれた画像データに基づいて画像処理装置でチップと基板との相対位置を検出し、検出した相対位置に基づいてチップと基板とを位置合わせして第２のボンディングヘッドでチップを基板の第２の面にボンディングするようにしたものである。
【００１４】
【作用】
請求項１、３の発明によれば下記(1)〜(4)の作用がある。
(1)第１ボンディングヘッドに受取ったチップを基板の第１の面にボンディングすることにより、チップを基板の第１の面にボンディングできる。他方、第２ボンディングヘッドに受取ったチップを基板の第２の面にボンディングすることにより、チップを基板の第２の面にボンディングすることもできる。従って、単一のボンディング装置により、チップを基板の第１の面にでも、第２の面にでもボンディング可能とし、製造ラインの設備効率とスペース効率を向上できる。
【００１５】
(2)チップを第１の面にボンディングするときには、撮像装置の画像データに基づいて検出した基板とチップの相対位置を位置合せすることにより、ボンディングの高精度化を図ることができる。また、チップを第２の面にボンディングするときには、撮像装置の画像データに基づいて検出した基板とチップの相対位置を位置合せすることにより、ボンディングの高精度化を図ることができる。
【００１６】
(3)単一の撮像装置によりチップと当該チップがボンディングされる基板を撮像するものであり、チップと基板の相対位置の検出精度を向上できる。
【００１７】
(4)単一の撮像装置により、第１のボンディングヘッドに保持されたチップと基板の画像を取り込み可能にするとともに、第２のボンディングヘッドに保持されたチップと基板の画像を取り込み可能にするものであり、ボンディング装置の簡素を図ることができる。
【００１８】
請求項２の発明によれば下記の(5)作用がある。
(5)撮像装置が、一対の導光口を同軸に配置してなる二視野カメラであるものとすることにより、チップと基板の画像取り込み精度を向上できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明例のフリップチップボンダの下向きボンディング方式を示す模式図、図２は本発明例のフリップチップボンダの上向きボンディング方式を示す模式図、図３は参考例のフリップチップボンダの下向きボンディング方式を示す模式図、図４は参考例のフリップチップボンダの上向きボンディング方式を示す模式図である。
【００２０】
（本発明例）（図１、図２）
フリップチップボンダ１０は、図１、図２に示す如く、リードフレーム、キャリアテープ、プリント基板等の基板１の被接続端子群（不図示）に、チップ２の対応する電極群（不図示）を対向させ、両者を圧接させてボンディングする。
【００２１】
フリップチップボンダ１０は、基板支持装置１１と、チップ供給テーブル１２と、反転ユニット１３と、ボンディングヘッド（第１のボンディングヘッド）１４と、ボンディングステージ（第２のボンディングヘッド）１５とを有する。
【００２２】
基板支持装置１１は、不図示の搬送手段にて搬送される基板１を支持及び案内するガイドレール１１Ａを備え、ボンディング位置においてガイドレール１１Ａとの間で基板１を保持するクランパ（不図示）を有する。
【００２３】
チップ供給テーブル１２は、多数のチップ２を電極面を上向きにして貼着してなるウエハシートを載置する。
【００２４】
反転ユニット１３は、チップ供給テーブル１２に供給されたチップ２を吸着ノズル１３Ａに吸着して取出し、吸着ノズル１３Ａを回転する回転ヘッド１３Ｂにより該チップ２を180度反転可能とする。反転ユニット１３は、ガイドロッド１３Ｃに沿って、チップ供給テーブル１２に相対してチップ２を取出すチップ取出し位置と、ボンディングヘッド１４やボンディングステージ１５にチップ２を受け渡し可能とするチップ移載位置との間で移動可能とされている。
【００２５】
ボンディングヘッド１４は、チップ移載位置とボンディング位置との間で移動可能とされる。ボンディングヘッド１４は、チップ移載位置において、反転ユニット１３が取出して反転したチップ２を吸着ノズル１４Ａ（基板１の上面に圧接する加圧部としても機能）に吸着して受取る。ここで、反転ユニット２で反転されたチップ２の電極群は下側に位置するものとなる。ボンディングヘッド１４は、ボンディング位置に移動し、吸着ノズル１４Ａに吸着保持しているチップ２を電極面を下向きにした状態で基板１の上面（第１の面）のボンディング部にボンディング可能とする。
【００２６】
ボンディングステージ１５は、ボンディング位置で基板１の下方に配置され、ボンディングヘッド１４によるボンディング時に基板１をその下面に当接して支持可能とする。
【００２７】
然るに、フリップチップボンダ１０は、上向きボンディングも可能とするため、ボンディングステージ１５をチップ移載位置とボンディング位置との間で移動可能としている。そして、ボンディングステージ１５は、チップ移載位置において、反転ユニット１３が取出したチップ２を非反転状態（チップ２の電極面が上向き）で吸着ノズル１５Ａ（基板１の下面に圧接する加圧部としても機能）に吸着して受取り、ボンディング位置に移動した後、吸着ノズル１５Ａに吸着保持しているチップ２を上向きで基板１の下面（第２の面）のボンディング部にボンディング可能とする。このボンディングステージ１５による上向きボンディング時に、ボンディングヘッド１４は基板１をその上面に当接してチップに圧接する。
【００２８】
また、フリップチップボンダ１０にあっては、ボンディングヘッド１４に保持されたチップ２の位置をパターン認識するとともに、基板支持装置１１により支持された基板１のボンディング部をパターン認識するために、チップ２と基板１の画像を一度に取り込み可能とし、かつ、ボンディングステージ１５に保持されたチップ２の位置をパターン認識するとともに、基板支持装置１１により支持された基板１のボンディング部をパターン認識するために、チップ２と基板１の画像を一度に取り込み可能とする１台の撮像装置２０を有する。
【００２９】
撮像装置２０は、一対の導光口（画像取入れ口）を同軸に配置してなる二視野カメラである。
【００３０】
フリップチップボンダ１０は、撮像装置２０の移動装置３０を有する。移動装置３０は、撮像装置２０をＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に移動させるＸＹＺテーブルからなり、撮像装置２０を、基板１の上面との対向位置に位置付けられたボンディングヘッド１４と基板１との間（図１）、或いは、基板１の下面との対向位置に位置付けられたボンディングステージ１５と基板１との間（図２）に選択的に侵入させる。また、移動装置３０は、ボンディングヘッド１４或いはボンディングステージ１５に吸着保持したチップ２を基板１に圧接させる際には、撮像装置２０をチップ２の圧接の妨げとならないよう、例えば、図１および図２に実線で示した位置から右方向へと退避させる。
【００３１】
フリップチップボンダ１０は、画像処理装置４０を有する。画像処理装置４０は、撮像装置２０にて取り込まれた画像データに基づいて、ボンディングヘッド１４に保持されたチップ２と基板１との相対位置、或いは、ボンディングステージ１５に保持されたチップ２と基板１との相対位置を検出する。
【００３２】
即ち、フリップチップボンダ１０は、ボンディングヘッド１４の吸着ノズル１４Ａの例えば中心軸上にチップ２の中心を吸着したとき、ボンディングヘッド１４に対するチップ２の吸着位置が位置ずれのない標準位置にあるものとする。また、ボンディングステージ１５の吸着ノズル１５Ａが例えば中心軸上にチップ２の中心を吸着したとき、ボンディングステージ１５に対するチップ２の吸着位置が位置ずれのない標準位置にあるものとする。そして、基板支持装置１１の上での基板１のボンディング点が標準位置にあり、ボンディングヘッド１４やボンディングステージ１５が吸着しているチップ２の吸着位置が標準位置にあれば、ボンディングヘッド１４やボンディングステージ１５はそのボンディング部の標準位置に単に位置付けられることにより、それらが吸着しているチップ２を基板１のボンディング部にずれなくボンディングできる。他方、撮像装置２０を用いたパターン認識による結果、基板１のボンディング点が標準位置からずれていたり、ボンディングヘッド１４やボンディングステージ１５が吸着しているチップ２の吸着位置が標準位置からずれている場合には、ボンディングヘッド１４やボンディングステージ１５はそのボンディング部の標準位置に、撮像装置２０を用いたパターン認識の結果検出されたそれらのずれ量を加味し、それらが吸着しているチップ２を基板１のボンディング部にずれなく位置合せするようにそれらの移動量を制御される。
【００３３】
従って、フリップチップボンダ１０を用いたボンディング方法は以下の通りになる。
【００３４】
(A)下向きボンディング（フェースダウン方式）（図１）
(1)反転ユニット１３をチップ取出し位置に位置付け、チップ２を取出し（図１）、チップ２を反転する。
【００３５】
(2)反転ユニット１３、ボンディングヘッド１４をそれぞれチップ移載位置に移動し、反転ユニット１３が保持するチップ２を反転状態でボンディングヘッド１４に受け渡す（図１の２点鎖線）。
【００３６】
(3)基板支持装置１１にクランプされている基板１の位置と、ボンディングヘッド１４が受取ったチップ２の位置のそれぞれを撮像装置２０を用いて検出する。
【００３７】
尚、撮像装置２０は、ボンディングヘッド１４と基板１との間に位置付けられる。
【００３８】
(4)ボンディングヘッド１４に受取ったチップ２の撮像装置２０を用いて検出した位置と、撮像装置２０を用いて検出した基板１のボンディング部の位置とに基づいてチップ２と基板１とを位置合せし、ボンディングヘッド１４が保持するチップ２を下向きで基板１の上面のボンディング部に圧接してボンディングする。このとき、ボンディングステージ１５によって基板１を下面側から支持する状態下で、ボンディングヘッド１４が保持するチップ２を当接基板１の上面のボンディング部に位置合せして当該上面に圧接してボンディングする。この際、撮像装置２０を図示右方向へ移動させ、基板１に対するチップ２の圧接の妨げとならないように退避させる。
【００３９】
(B)上向きボンディング（フェースアップ方式）（図２）
(1)反転ユニット１３をチップ取出し位置に位置付け、チップ２を取出す（図２）。
【００４０】
(2)反転ユニット１３、ボンディングステージ１５をそれぞれチップ移載位置に移動し、反転ユニット１３が保持するチップ２を非反転状態でボンディングステージ１５に受け渡す（図２の２点鎖線）。
【００４１】
(3)基板支持装置１１にクランプされている基板１の位置と、ボンディングステージ１５が受取ったチップ２の位置のそれぞれを撮像装置２０を用いて検出する。
【００４２】
尚、撮像装置２０は、ボンディングステージ１５と基板１との間に位置付けられる。
【００４３】
(4)ボンディングステージ１５に受取ったチップ２の撮像装置２０を用いて検出した位置と、撮像装置２０を用いて検出した基板１のボンディング部の位置とに基づいてチップ２と基板１とを位置合せし、ボンディングステージ１５が保持するチップ２を上向きで基板１の下面のボンディング部に圧接してボンディングする。このとき、ボンディングステージ１５が保持するチップ２を基板１の下面のボンディング部に位置合せして当該下面に接触又は近接させた状態下で、ボンディングヘッド１４が基板１を上面側からチップ２に加圧して圧接する。この際、撮像装置２０を図示右方向へ移動させ、基板１に対するチップ２の圧接の妨げとならないように退避させる。
【００４４】
本発明例によれば、以下の作用がある。
(1)ボンディングヘッド１４に受取ったチップ２を基板１の上面にボンディングすることにより、チップ２を基板１の上面にボンディングできる。他方、ボンディングステージ１５に受取ったチップ２を基板１の下面にボンディングすることにより、チップ２を基板１の下面にボンディングすることもできる。従って、単一のフリップチップボンダ１０により、チップ２を基板１の上面にでも、下面にでもボンディング可能とし、製造ラインの設備効率とスペース効率を向上できる。
【００４５】
(2)チップ２を上面にボンディングするときには、撮像装置２０の画像データに基づいて検出した基板１とチップ２の相対位置を位置合せすることにより、ボンディングの高精度化を図ることができる。また、チップ２を下面にボンディングするときには、撮像装置２０の画像データに基づいて検出した基板１とチップ２の相対位置を位置合せすることにより、ボンディングの高精度化を図ることができる。
【００４６】
(3)単一の撮像装置２０によりチップ２と当該チップ２がボンディングされる基板１を撮像するものであり、チップ２と基板１の相対位置の検出精度を向上できる。
【００４７】
(4)単一の撮像装置２０により、第１のボンディングヘッドに保持されたチップ２と基板１の画像を取り込み可能にするとともに、第２のボンディングヘッドに保持されたチップ２と基板１の画像を取り込み可能にするものであり、フリップチップボンダ１０の簡素を図ることができる。
【００４８】
(5)撮像装置２０が、一対の導光口を同軸に配置してなる二視野カメラであるものとすることにより、チップ２と基板１の画像取り込み精度を向上できる。
【００４９】
（参考例）（図３、図４）
参考例のフリップチップボンダ１０Ａが本発明例のフリップチップボンダ１０と異なる点は、図３、図４に示す如く、フリップチップボンダ１０における１台の撮像装置２０に代え、第１と第２の２台の撮像装置２１、２２を用いたことにある。
【００５０】
第１の撮像装置２１は、ボンディングヘッド１４に保持されたチップ２と基板１の画像を取り込む。第２の撮像装置２２は、ボンディングステージ１５に保持されたチップ２と基板１の画像を取り込む。
【００５１】
画像処理装置４０は、フリップチップボンダ１０におけると同様に、第１の撮像装置２１にて取り込まれた画像データに基づいて、ボンディングヘッド１４に保持されたチップ２と基板１との相対位置を検出するとともに、第２の撮像装置２２にて取り込まれた画像データに基づいて、ボンディングステージ１５に保持されたチップ２と基板１との相対位置を検出する。
【００５２】
従って、フリップチップボンダ１０Ａを用いたボンディング方法は以下の通りになる。
【００５３】
(A)下向きボンディング（フェースダウン方式）（図３）
(1)反転ユニット１３をチップ取出し位置に位置付け、チップ２を取出し（図３）、チップ２を反転する。
【００５４】
(2)反転ユニット１３、ボンディングヘッド１４をそれぞれチップ移載位置に移動し、反転ユニット１３が保持するチップ２を反転状態でボンディングヘッド１４に受け渡す（図３の２点鎖線）。
【００５５】
(3)基板支持装置１１にクランプされている基板１の位置と、ボンディングヘッド１４が受取ったチップ２の位置のそれぞれを撮像装置２１を用いて検出する。
【００５６】
(4)ボンディングヘッド１４に受取ったチップ２の撮像装置２１を用いて検出した位置と、撮像装置２１を用いて検出した基板１のボンディング部の位置とに基づいてチップ２と基板１とを位置合せし、ボンディングヘッド１４が保持するチップ２を下向きで基板１の上面のボンディング部に圧接してボンディングする。このとき、ボンディングステージ１５によって基板１を下面側から支持する状態下で、ボンディングヘッド１４が保持するチップ２を当接基板１の上面のボンディング部に位置合せして当該上面に圧接してボンディングする。この際、撮像装置２１、２２を図示右方向へ移動させ、基板１に対するチップ２の圧接の妨げとならないように退避させる。
【００５７】
(B)上向きボンディング（フェースアップ方式）（図４）
(1)反転ユニット１３をチップ取出し位置に位置付け、チップ２を取出す（図４）。
【００５８】
(2)反転ユニット１３、ボンディングステージ１５をそれぞれチップ移載位置に移動し、反転ユニット１３が保持するチップ２を非反転状態でボンディングステージ１５に受け渡す（図４の２点鎖線）。
【００５９】
(3)基板支持装置１１にクランプされている基板１の位置と、ボンディングステージ１５が受取ったチップ２のそれぞれを撮像装置２２を用いて検出する。
【００６０】
(4)ボンディングステージ１５に受取ったチップ２の撮像装置２２を用いて検出した位置と、撮像装置２２を用いて検出した基板１のボンディング部の位置とに基づいてチップ２と基板１とを位置合せし、ボンディングステージ１５が保持するチップ２を上向きで基板１の下面のボンディング部に圧接してボンディングする。このとき、ボンディングステージ１５が保持するチップ２を基板１の下面のボンディング部に位置合せして当該下面に接触又は近接させた状態下で、ボンディングヘッド１４が基板１を上面側からチップ２に加圧して圧接する。この際、撮像装置２１、２２を図示右方向へ移動させ、基板１に対するチップ２の圧接の妨げとならないように退避させる。
【００６１】
参考例によれば、以下の作用がある。
(1)ボンディングヘッド１４に受取ったチップ２を基板１の上面にボンディングすることにより、チップ２を基板１の上面にボンディングできる。他方、ボンディングステージ１５に受取ったチップ２を基板１の下面にボンディングすることにより、チップ２を基板１の下面にボンディングすることもできる。従って、単一のフリップチップボンダ１０Ａにより、チップ２を基板１の上面にでも、下面にでもボンディング可能とし、製造ラインの設備効率とスペース効率を向上できる。
【００６２】
(2)チップ２を上面にボンディングするときには、第１の撮像装置２１の画像データに基づいて検出した基板１とチップ２の相対位置を位置合せすることにより、ボンディングの高精度化を図ることができる。また、チップ２を下面にボンディングするときには、第２の撮像装置２２の画像データに基づいて検出した基板１とチップ２の相対位置を位置合せすることにより、ボンディングの高精度化を図ることができる。
【００６３】
(3)第１の撮像装置２１により第１のボンディングヘッドに保持されたチップ２と基板１の画像を取り込み、単一の第１の撮像装置２１によりチップ２と当該チップ２がボンディングされる基板１を撮像するものであり、チップ２と基板１の相対位置の検出精度を向上できる。また、第２の撮像装置２２により第２のボンディングヘッドに保持されたチップ２と基板１の画像を取り込み、単一の第２の撮像装置２２によりチップ２と当該チップ２がボンディングされる基板１を撮像するものであり、チップ２と基板１の相対位置の検出精度を向上できる。
【００６４】
(4)撮像装置が、一対の導光口を同軸に配置してなる二視野カメラであるものとすることにより、チップ２と基板１の画像取り込み精度を向上できる。
【００６５】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、本発明の実施に用いられる撮像装置（２０等）は、カメラを移動装置の側に配置し、カメラの光軸上にプリズムを結合したものでも良い。プリズムは、移動装置によりボンディング位置の内外に移動できるし、カメラのハウジングに支持された切換装置としての旋回モータの駆動により自軸まわりで１８０度回転し、プリズムの光取込口をチップに臨む第１取込位置と基板に臨む第２取込位置との間で切換え可能とすることもできる。これにより、プリズムは、チップのボンディング面側の画像と基板のボンディング面側の画像をそれぞれボンディング面に直交する方向から取り込む。カメラはプリズムが取り込んだチップの画像と基板の画像を交互に撮像するものになる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、単一のボンディング装置により、チップを基板の相対する面いずれにもボンディング可能とし、製造ラインの設備効率とスペース効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明例のフリップチップボンダの下向きボンディング方式を示す模式図である。
【図２】 図２は本発明例のフリップチップボンダの上向きボンディング方式を示す模式図である。
【図３】 図３は参考例のフリップチップボンダの下向きボンディング方式を示す模式図である。
【図４】 図４は参考例のフリップチップボンダの上向きボンディング方式を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ チップ
１０ フリップチップボンダ（ボンディング装置）
１１ 基板支持装置
１２ チップ供給テーブル
１３ 反転ユニット
１４ ボンディングヘッド
１５ ボンディングステージ
２０ 撮像装置
３０ 移動装置
４０ 画像処理装置
【発明の属する技術分野】
本発明はボンディング装置及びボンディング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子等のチップ（フリップチップ）をリードフレーム等の基板のボンディング部に電極面を下向き（フェースダウン方式）でボンディングするフリップチップボンダがある。従来のフリップチップボンダは、基板を支持する基板支持装置と、チップを電極面を上向きで載置するチップ供給テーブルと、チップ供給テーブルに載置されたチップを取出し、該チップを反転させて電極面を下向きとする反転ユニットと、反転ユニットが取出したチップを反転状態で受取り、該チップを下向きで基板の上面にボンディングするボンディングヘッドと、ボンディングヘッドによるボンディング時に基板の下面を支持するボンディングステージとを有して構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、フリップチップボンダを製造ラインに組み込んで使用する場合、前後の工程によってはチップを基板に下向きでボンディングするばかりでなく、上向き（フェースアップ方式）でボンディングする、つまりボンディング部が下面となる状態で支持された基板に対して、電極面を上向きにしたチップを下方からボンディングする必要を生ずる可能性がある。
【０００４】
従来技術で、チップを基板に対し上方からでも、下方からでもボンディング可能とする製造ラインを構築するには、フェースダウン方式の下向き専用ボンディング装置（フリップチップボンダ）と、フェースアップ方式の上向き専用ボンディング装置を並設する必要がある。これは、製造ラインの設備効率が悪く、小スペース化の点でも好ましくない。
【０００５】
本発明の課題は、単一のボンディング装置により、チップを基板の相対する面いずれにもボンディング可能とし、製造ラインの設備効率とスペース効率を向上することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、基板を支持する基板支持装置と、チップを供給するチップ供給テーブルと、チップ供給テーブルからチップを取出し、取出したチップを反転可能とする反転ユニットと、反転ユニットが取出したチップを受取り保持し、受取ったチップを基板の第１の面にボンディングする第１のボンディングヘッドと、反転ユニットが取出したチップを受取り保持し、受取ったチップを基板の第１の面に相対する第２の面にボンディングする第２のボンディングヘッドと、第１のボンディングヘッドに保持されたチップと基板との画像および第２のボンディングヘッドに保持されたチップと基板との画像を取り込む撮像装置と、撮像装置を、基板の第１の面との対向位置に位置付けられた第１のボンディングヘッドと基板との間、或いは、基板の第２の面との対向位置に位置付けられた第２のボンディングヘッドと基板との間に選択的に侵入させる移動装置と、撮像装置にて取り込まれた画像データに基づいて、チップと基板との相対位置を検出する画像処理装置とを有するボンディング装置である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記撮像装置が、一対の導光口を同軸に配置してなる二視野カメラであるようにしたものである。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は２のボンディング装置を用いたボンディング方法であって、第１のボンディングヘッドが受取ったチップを基板の第１の面にボンディングするときには、撮像装置を基板の第１の面との対向位置に位置付けられた第１のボンディングヘッドと基板との間に侵入させて第１のボンディングヘッドに保持されたチップと基板とを撮像し、撮像装置にて取り込まれた画像データに基づいて画像処理装置でチップと基板との相対位置を検出し、検出した相対位置に基づいてチップと基板とを位置合わせして第１のボンディングヘッドでチップを基板の第１の面にボンディングし、第２のボンディングヘッドが受取ったチップを基板の第２の面にボンディングするときには、撮像装置を基板の第２の面との対向位置に位置付けられた第２のボンディングヘッドと基板との間に侵入させて第２のボンディングヘッドに保持されたチップと基板とを撮像し、撮像装置にて取り込まれた画像データに基づいて画像処理装置でチップと基板との相対位置を検出し、検出した相対位置に基づいてチップと基板とを位置合わせして第２のボンディングヘッドでチップを基板の第２の面にボンディングするようにしたものである。
【００１４】
【作用】
請求項１、３の発明によれば下記(1)〜(4)の作用がある。
(1)第１ボンディングヘッドに受取ったチップを基板の第１の面にボンディングすることにより、チップを基板の第１の面にボンディングできる。他方、第２ボンディングヘッドに受取ったチップを基板の第２の面にボンディングすることにより、チップを基板の第２の面にボンディングすることもできる。従って、単一のボンディング装置により、チップを基板の第１の面にでも、第２の面にでもボンディング可能とし、製造ラインの設備効率とスペース効率を向上できる。
【００１５】
(2)チップを第１の面にボンディングするときには、撮像装置の画像データに基づいて検出した基板とチップの相対位置を位置合せすることにより、ボンディングの高精度化を図ることができる。また、チップを第２の面にボンディングするときには、撮像装置の画像データに基づいて検出した基板とチップの相対位置を位置合せすることにより、ボンディングの高精度化を図ることができる。
【００１６】
(3)単一の撮像装置によりチップと当該チップがボンディングされる基板を撮像するものであり、チップと基板の相対位置の検出精度を向上できる。
【００１７】
(4)単一の撮像装置により、第１のボンディングヘッドに保持されたチップと基板の画像を取り込み可能にするとともに、第２のボンディングヘッドに保持されたチップと基板の画像を取り込み可能にするものであり、ボンディング装置の簡素を図ることができる。
【００１８】
請求項２の発明によれば下記の(5)作用がある。
(5)撮像装置が、一対の導光口を同軸に配置してなる二視野カメラであるものとすることにより、チップと基板の画像取り込み精度を向上できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明例のフリップチップボンダの下向きボンディング方式を示す模式図、図２は本発明例のフリップチップボンダの上向きボンディング方式を示す模式図、図３は参考例のフリップチップボンダの下向きボンディング方式を示す模式図、図４は参考例のフリップチップボンダの上向きボンディング方式を示す模式図である。
【００２０】
（本発明例）（図１、図２）
フリップチップボンダ１０は、図１、図２に示す如く、リードフレーム、キャリアテープ、プリント基板等の基板１の被接続端子群（不図示）に、チップ２の対応する電極群（不図示）を対向させ、両者を圧接させてボンディングする。
【００２１】
フリップチップボンダ１０は、基板支持装置１１と、チップ供給テーブル１２と、反転ユニット１３と、ボンディングヘッド（第１のボンディングヘッド）１４と、ボンディングステージ（第２のボンディングヘッド）１５とを有する。
【００２２】
基板支持装置１１は、不図示の搬送手段にて搬送される基板１を支持及び案内するガイドレール１１Ａを備え、ボンディング位置においてガイドレール１１Ａとの間で基板１を保持するクランパ（不図示）を有する。
【００２３】
チップ供給テーブル１２は、多数のチップ２を電極面を上向きにして貼着してなるウエハシートを載置する。
【００２４】
反転ユニット１３は、チップ供給テーブル１２に供給されたチップ２を吸着ノズル１３Ａに吸着して取出し、吸着ノズル１３Ａを回転する回転ヘッド１３Ｂにより該チップ２を180度反転可能とする。反転ユニット１３は、ガイドロッド１３Ｃに沿って、チップ供給テーブル１２に相対してチップ２を取出すチップ取出し位置と、ボンディングヘッド１４やボンディングステージ１５にチップ２を受け渡し可能とするチップ移載位置との間で移動可能とされている。
【００２５】
ボンディングヘッド１４は、チップ移載位置とボンディング位置との間で移動可能とされる。ボンディングヘッド１４は、チップ移載位置において、反転ユニット１３が取出して反転したチップ２を吸着ノズル１４Ａ（基板１の上面に圧接する加圧部としても機能）に吸着して受取る。ここで、反転ユニット２で反転されたチップ２の電極群は下側に位置するものとなる。ボンディングヘッド１４は、ボンディング位置に移動し、吸着ノズル１４Ａに吸着保持しているチップ２を電極面を下向きにした状態で基板１の上面（第１の面）のボンディング部にボンディング可能とする。
【００２６】
ボンディングステージ１５は、ボンディング位置で基板１の下方に配置され、ボンディングヘッド１４によるボンディング時に基板１をその下面に当接して支持可能とする。
【００２７】
然るに、フリップチップボンダ１０は、上向きボンディングも可能とするため、ボンディングステージ１５をチップ移載位置とボンディング位置との間で移動可能としている。そして、ボンディングステージ１５は、チップ移載位置において、反転ユニット１３が取出したチップ２を非反転状態（チップ２の電極面が上向き）で吸着ノズル１５Ａ（基板１の下面に圧接する加圧部としても機能）に吸着して受取り、ボンディング位置に移動した後、吸着ノズル１５Ａに吸着保持しているチップ２を上向きで基板１の下面（第２の面）のボンディング部にボンディング可能とする。このボンディングステージ１５による上向きボンディング時に、ボンディングヘッド１４は基板１をその上面に当接してチップに圧接する。
【００２８】
また、フリップチップボンダ１０にあっては、ボンディングヘッド１４に保持されたチップ２の位置をパターン認識するとともに、基板支持装置１１により支持された基板１のボンディング部をパターン認識するために、チップ２と基板１の画像を一度に取り込み可能とし、かつ、ボンディングステージ１５に保持されたチップ２の位置をパターン認識するとともに、基板支持装置１１により支持された基板１のボンディング部をパターン認識するために、チップ２と基板１の画像を一度に取り込み可能とする１台の撮像装置２０を有する。
【００２９】
撮像装置２０は、一対の導光口（画像取入れ口）を同軸に配置してなる二視野カメラである。
【００３０】
フリップチップボンダ１０は、撮像装置２０の移動装置３０を有する。移動装置３０は、撮像装置２０をＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に移動させるＸＹＺテーブルからなり、撮像装置２０を、基板１の上面との対向位置に位置付けられたボンディングヘッド１４と基板１との間（図１）、或いは、基板１の下面との対向位置に位置付けられたボンディングステージ１５と基板１との間（図２）に選択的に侵入させる。また、移動装置３０は、ボンディングヘッド１４或いはボンディングステージ１５に吸着保持したチップ２を基板１に圧接させる際には、撮像装置２０をチップ２の圧接の妨げとならないよう、例えば、図１および図２に実線で示した位置から右方向へと退避させる。
【００３１】
フリップチップボンダ１０は、画像処理装置４０を有する。画像処理装置４０は、撮像装置２０にて取り込まれた画像データに基づいて、ボンディングヘッド１４に保持されたチップ２と基板１との相対位置、或いは、ボンディングステージ１５に保持されたチップ２と基板１との相対位置を検出する。
【００３２】
即ち、フリップチップボンダ１０は、ボンディングヘッド１４の吸着ノズル１４Ａの例えば中心軸上にチップ２の中心を吸着したとき、ボンディングヘッド１４に対するチップ２の吸着位置が位置ずれのない標準位置にあるものとする。また、ボンディングステージ１５の吸着ノズル１５Ａが例えば中心軸上にチップ２の中心を吸着したとき、ボンディングステージ１５に対するチップ２の吸着位置が位置ずれのない標準位置にあるものとする。そして、基板支持装置１１の上での基板１のボンディング点が標準位置にあり、ボンディングヘッド１４やボンディングステージ１５が吸着しているチップ２の吸着位置が標準位置にあれば、ボンディングヘッド１４やボンディングステージ１５はそのボンディング部の標準位置に単に位置付けられることにより、それらが吸着しているチップ２を基板１のボンディング部にずれなくボンディングできる。他方、撮像装置２０を用いたパターン認識による結果、基板１のボンディング点が標準位置からずれていたり、ボンディングヘッド１４やボンディングステージ１５が吸着しているチップ２の吸着位置が標準位置からずれている場合には、ボンディングヘッド１４やボンディングステージ１５はそのボンディング部の標準位置に、撮像装置２０を用いたパターン認識の結果検出されたそれらのずれ量を加味し、それらが吸着しているチップ２を基板１のボンディング部にずれなく位置合せするようにそれらの移動量を制御される。
【００３３】
従って、フリップチップボンダ１０を用いたボンディング方法は以下の通りになる。
【００３４】
(A)下向きボンディング（フェースダウン方式）（図１）
(1)反転ユニット１３をチップ取出し位置に位置付け、チップ２を取出し（図１）、チップ２を反転する。
【００３５】
(2)反転ユニット１３、ボンディングヘッド１４をそれぞれチップ移載位置に移動し、反転ユニット１３が保持するチップ２を反転状態でボンディングヘッド１４に受け渡す（図１の２点鎖線）。
【００３６】
(3)基板支持装置１１にクランプされている基板１の位置と、ボンディングヘッド１４が受取ったチップ２の位置のそれぞれを撮像装置２０を用いて検出する。
【００３７】
尚、撮像装置２０は、ボンディングヘッド１４と基板１との間に位置付けられる。
【００３８】
(4)ボンディングヘッド１４に受取ったチップ２の撮像装置２０を用いて検出した位置と、撮像装置２０を用いて検出した基板１のボンディング部の位置とに基づいてチップ２と基板１とを位置合せし、ボンディングヘッド１４が保持するチップ２を下向きで基板１の上面のボンディング部に圧接してボンディングする。このとき、ボンディングステージ１５によって基板１を下面側から支持する状態下で、ボンディングヘッド１４が保持するチップ２を当接基板１の上面のボンディング部に位置合せして当該上面に圧接してボンディングする。この際、撮像装置２０を図示右方向へ移動させ、基板１に対するチップ２の圧接の妨げとならないように退避させる。
【００３９】
(B)上向きボンディング（フェースアップ方式）（図２）
(1)反転ユニット１３をチップ取出し位置に位置付け、チップ２を取出す（図２）。
【００４０】
(2)反転ユニット１３、ボンディングステージ１５をそれぞれチップ移載位置に移動し、反転ユニット１３が保持するチップ２を非反転状態でボンディングステージ１５に受け渡す（図２の２点鎖線）。
【００４１】
(3)基板支持装置１１にクランプされている基板１の位置と、ボンディングステージ１５が受取ったチップ２の位置のそれぞれを撮像装置２０を用いて検出する。
【００４２】
尚、撮像装置２０は、ボンディングステージ１５と基板１との間に位置付けられる。
【００４３】
(4)ボンディングステージ１５に受取ったチップ２の撮像装置２０を用いて検出した位置と、撮像装置２０を用いて検出した基板１のボンディング部の位置とに基づいてチップ２と基板１とを位置合せし、ボンディングステージ１５が保持するチップ２を上向きで基板１の下面のボンディング部に圧接してボンディングする。このとき、ボンディングステージ１５が保持するチップ２を基板１の下面のボンディング部に位置合せして当該下面に接触又は近接させた状態下で、ボンディングヘッド１４が基板１を上面側からチップ２に加圧して圧接する。この際、撮像装置２０を図示右方向へ移動させ、基板１に対するチップ２の圧接の妨げとならないように退避させる。
【００４４】
本発明例によれば、以下の作用がある。
(1)ボンディングヘッド１４に受取ったチップ２を基板１の上面にボンディングすることにより、チップ２を基板１の上面にボンディングできる。他方、ボンディングステージ１５に受取ったチップ２を基板１の下面にボンディングすることにより、チップ２を基板１の下面にボンディングすることもできる。従って、単一のフリップチップボンダ１０により、チップ２を基板１の上面にでも、下面にでもボンディング可能とし、製造ラインの設備効率とスペース効率を向上できる。
【００４５】
(2)チップ２を上面にボンディングするときには、撮像装置２０の画像データに基づいて検出した基板１とチップ２の相対位置を位置合せすることにより、ボンディングの高精度化を図ることができる。また、チップ２を下面にボンディングするときには、撮像装置２０の画像データに基づいて検出した基板１とチップ２の相対位置を位置合せすることにより、ボンディングの高精度化を図ることができる。
【００４６】
(3)単一の撮像装置２０によりチップ２と当該チップ２がボンディングされる基板１を撮像するものであり、チップ２と基板１の相対位置の検出精度を向上できる。
【００４７】
(4)単一の撮像装置２０により、第１のボンディングヘッドに保持されたチップ２と基板１の画像を取り込み可能にするとともに、第２のボンディングヘッドに保持されたチップ２と基板１の画像を取り込み可能にするものであり、フリップチップボンダ１０の簡素を図ることができる。
【００４８】
(5)撮像装置２０が、一対の導光口を同軸に配置してなる二視野カメラであるものとすることにより、チップ２と基板１の画像取り込み精度を向上できる。
【００４９】
（参考例）（図３、図４）
参考例のフリップチップボンダ１０Ａが本発明例のフリップチップボンダ１０と異なる点は、図３、図４に示す如く、フリップチップボンダ１０における１台の撮像装置２０に代え、第１と第２の２台の撮像装置２１、２２を用いたことにある。
【００５０】
第１の撮像装置２１は、ボンディングヘッド１４に保持されたチップ２と基板１の画像を取り込む。第２の撮像装置２２は、ボンディングステージ１５に保持されたチップ２と基板１の画像を取り込む。
【００５１】
画像処理装置４０は、フリップチップボンダ１０におけると同様に、第１の撮像装置２１にて取り込まれた画像データに基づいて、ボンディングヘッド１４に保持されたチップ２と基板１との相対位置を検出するとともに、第２の撮像装置２２にて取り込まれた画像データに基づいて、ボンディングステージ１５に保持されたチップ２と基板１との相対位置を検出する。
【００５２】
従って、フリップチップボンダ１０Ａを用いたボンディング方法は以下の通りになる。
【００５３】
(A)下向きボンディング（フェースダウン方式）（図３）
(1)反転ユニット１３をチップ取出し位置に位置付け、チップ２を取出し（図３）、チップ２を反転する。
【００５４】
(2)反転ユニット１３、ボンディングヘッド１４をそれぞれチップ移載位置に移動し、反転ユニット１３が保持するチップ２を反転状態でボンディングヘッド１４に受け渡す（図３の２点鎖線）。
【００５５】
(3)基板支持装置１１にクランプされている基板１の位置と、ボンディングヘッド１４が受取ったチップ２の位置のそれぞれを撮像装置２１を用いて検出する。
【００５６】
(4)ボンディングヘッド１４に受取ったチップ２の撮像装置２１を用いて検出した位置と、撮像装置２１を用いて検出した基板１のボンディング部の位置とに基づいてチップ２と基板１とを位置合せし、ボンディングヘッド１４が保持するチップ２を下向きで基板１の上面のボンディング部に圧接してボンディングする。このとき、ボンディングステージ１５によって基板１を下面側から支持する状態下で、ボンディングヘッド１４が保持するチップ２を当接基板１の上面のボンディング部に位置合せして当該上面に圧接してボンディングする。この際、撮像装置２１、２２を図示右方向へ移動させ、基板１に対するチップ２の圧接の妨げとならないように退避させる。
【００５７】
(B)上向きボンディング（フェースアップ方式）（図４）
(1)反転ユニット１３をチップ取出し位置に位置付け、チップ２を取出す（図４）。
【００５８】
(2)反転ユニット１３、ボンディングステージ１５をそれぞれチップ移載位置に移動し、反転ユニット１３が保持するチップ２を非反転状態でボンディングステージ１５に受け渡す（図４の２点鎖線）。
【００５９】
(3)基板支持装置１１にクランプされている基板１の位置と、ボンディングステージ１５が受取ったチップ２のそれぞれを撮像装置２２を用いて検出する。
【００６０】
(4)ボンディングステージ１５に受取ったチップ２の撮像装置２２を用いて検出した位置と、撮像装置２２を用いて検出した基板１のボンディング部の位置とに基づいてチップ２と基板１とを位置合せし、ボンディングステージ１５が保持するチップ２を上向きで基板１の下面のボンディング部に圧接してボンディングする。このとき、ボンディングステージ１５が保持するチップ２を基板１の下面のボンディング部に位置合せして当該下面に接触又は近接させた状態下で、ボンディングヘッド１４が基板１を上面側からチップ２に加圧して圧接する。この際、撮像装置２１、２２を図示右方向へ移動させ、基板１に対するチップ２の圧接の妨げとならないように退避させる。
【００６１】
参考例によれば、以下の作用がある。
(1)ボンディングヘッド１４に受取ったチップ２を基板１の上面にボンディングすることにより、チップ２を基板１の上面にボンディングできる。他方、ボンディングステージ１５に受取ったチップ２を基板１の下面にボンディングすることにより、チップ２を基板１の下面にボンディングすることもできる。従って、単一のフリップチップボンダ１０Ａにより、チップ２を基板１の上面にでも、下面にでもボンディング可能とし、製造ラインの設備効率とスペース効率を向上できる。
【００６２】
(2)チップ２を上面にボンディングするときには、第１の撮像装置２１の画像データに基づいて検出した基板１とチップ２の相対位置を位置合せすることにより、ボンディングの高精度化を図ることができる。また、チップ２を下面にボンディングするときには、第２の撮像装置２２の画像データに基づいて検出した基板１とチップ２の相対位置を位置合せすることにより、ボンディングの高精度化を図ることができる。
【００６３】
(3)第１の撮像装置２１により第１のボンディングヘッドに保持されたチップ２と基板１の画像を取り込み、単一の第１の撮像装置２１によりチップ２と当該チップ２がボンディングされる基板１を撮像するものであり、チップ２と基板１の相対位置の検出精度を向上できる。また、第２の撮像装置２２により第２のボンディングヘッドに保持されたチップ２と基板１の画像を取り込み、単一の第２の撮像装置２２によりチップ２と当該チップ２がボンディングされる基板１を撮像するものであり、チップ２と基板１の相対位置の検出精度を向上できる。
【００６４】
(4)撮像装置が、一対の導光口を同軸に配置してなる二視野カメラであるものとすることにより、チップ２と基板１の画像取り込み精度を向上できる。
【００６５】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、本発明の実施に用いられる撮像装置（２０等）は、カメラを移動装置の側に配置し、カメラの光軸上にプリズムを結合したものでも良い。プリズムは、移動装置によりボンディング位置の内外に移動できるし、カメラのハウジングに支持された切換装置としての旋回モータの駆動により自軸まわりで１８０度回転し、プリズムの光取込口をチップに臨む第１取込位置と基板に臨む第２取込位置との間で切換え可能とすることもできる。これにより、プリズムは、チップのボンディング面側の画像と基板のボンディング面側の画像をそれぞれボンディング面に直交する方向から取り込む。カメラはプリズムが取り込んだチップの画像と基板の画像を交互に撮像するものになる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、単一のボンディング装置により、チップを基板の相対する面いずれにもボンディング可能とし、製造ラインの設備効率とスペース効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明例のフリップチップボンダの下向きボンディング方式を示す模式図である。
【図２】 図２は本発明例のフリップチップボンダの上向きボンディング方式を示す模式図である。
【図３】 図３は参考例のフリップチップボンダの下向きボンディング方式を示す模式図である。
【図４】 図４は参考例のフリップチップボンダの上向きボンディング方式を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ チップ
１０ フリップチップボンダ（ボンディング装置）
１１ 基板支持装置
１２ チップ供給テーブル
１３ 反転ユニット
１４ ボンディングヘッド
１５ ボンディングステージ
２０ 撮像装置
３０ 移動装置
４０ 画像処理装置
Claims (3)
- 基板を支持する基板支持装置と、
チップを供給するチップ供給テーブルと、
チップ供給テーブルからチップを取出し、取出したチップを反転可能とする反転ユニットと、
反転ユニットが取出したチップを受取り保持し、受取ったチップを基板の第１の面にボンディングする第１のボンディングヘッドと、反転ユニットが取出したチップを受取り保持し、受取ったチップを基板の第１の面に相対する第２の面にボンディングする第２のボンディングヘッドと、
第１のボンディングヘッドに保持されたチップと基板との画像および第２のボンディングヘッドに保持されたチップと基板との画像を取り込む撮像装置と、
撮像装置を、基板の第１の面との対向位置に位置付けられた第１のボンディングヘッドと基板との間、或いは、基板の第２の面との対向位置に位置付けられた第２のボンディングヘッドと基板との間に選択的に侵入させる移動装置と、
撮像装置にて取り込まれた画像データに基づいて、チップと基板との相対位置を検出する画像処理装置とを有するボンディング装置。 - 前記撮像装置が、一対の導光口を同軸に配置してなる二視野カメラである請求項１に記載のボンディング装置。
- 請求項１又は２のボンディング装置を用いたボンディング方法であって、
第１のボンディングヘッドが受取ったチップを基板の第１の面にボンディングするときには、撮像装置を基板の第１の面との対向位置に位置付けられた第１のボンディングヘッドと基板との間に侵入させて第１のボンディングヘッドに保持されたチップと基板とを撮像し、
撮像装置にて取り込まれた画像データに基づいて画像処理装置でチップと基板との相対位置を検出し、
検出した相対位置に基づいてチップと基板とを位置合わせして第１のボンディングヘッドでチップを基板の第１の面にボンディングし、
第２のボンディングヘッドが受取ったチップを基板の第２の面にボンディングするときには、撮像装置を基板の第２の面との対向位置に位置付けられた第２のボンディングヘッドと基板との間に侵入させて第２のボンディングヘッドに保持されたチップと基板とを撮像し、
撮像装置にて取り込まれた画像データに基づいて画像処理装置でチップと基板との相対位置を検出し、
検出した相対位置に基づいてチップと基板とを位置合わせして第２のボンディングヘッドでチップを基板の第２の面にボンディングするボンディング方法。
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