JP4329586B2 - 部品搭載装置 - Google Patents

Description

本発明は、搭載ヘッドのノズルによって部品を基板に搭載する部品搭載装置に関するものである。

フリップチップなどの電子部品を基板に搭載する部品搭載装置では、部品供給部から搭載ヘッドのノズルによって電子部品を保持して基板に移送搭載する。この移送搭載動作においては、ノズルを電子部品に当接させて押し付ける動作が反復して実行されるため、ノズルの電子部品との当接面は徐々に摩耗して面状態が劣化し、安定した部品保持や押圧状態を維持することが難しくなる。

このため、同一のボンディングツールを所定時間使用した後には、ノズルの当接面を研磨することにより面状態を修正することが行われる。そして従来より、この研磨作業を搭載ヘッドからノズルを取り外すことなく行えるノズル研磨機能を備えた部品搭載装置、例えば、基板ステージ上に固定した研磨用基板にノズルの当接面を押し当てて研磨する構成の部品搭載装置（特許文献１参照）や、専用の研磨ステージを有するクリーニング装置（特許文献２参照）を別個に用いる構成例などが知られている。
特開昭５８−２８８４５号公報 特許第２８１４６５９号公報

しかしながら、上記先行技術例に示す部品搭載装置においてノズル研磨を行うに際しては、次のような不都合があった。まず、特許文献１に示す例では、ノズル研磨を行う都度、研磨用基板を作業者が人手で操作する必要があり、研磨頻度や研磨作業位置を状況に応じて臨機応変に変えることが困難であった。また特許文献２に示す例では、研磨ステージの面レベルとノズルが実際に搭載作業を行う基板の搭載面レベルとのレベル合わせが不完全の場合には、研磨後のノズルの当接面の高さ精度が確保されず、安定した搭載動作が阻害される結果となっていた。このように、従来の部品搭載装置においては、搭載ヘッドのノズル研磨を簡便且つ高精度に行うことが困難であるという問題点があった。

そこで本発明は、搭載ヘッドのノズル研磨を簡便且つ高精度に行うことができる部品搭載装置を提供することを目的とする。

本発明の部品搭載装置は、部品供給部から取り出した部品を搭載ヘッドのノズルによって保持し基板保持部に保持された基板に搭載する部品搭載装置であって、上面に研磨領域を有する基板を前記基板保持部に搬入するとともに該基板保持部から該基板を搬出する基板搬送手段と、前記ノズルを研磨面に当接させた状態で該ノズルと該研磨面とを相対的に摺動させることによりノズルを研磨する研磨動作を行わせる摺動手段と、前記基板保持部に保持された前記基板上において前記研磨動作を実行するための基板上研磨位置を設定する研磨位置設定手段とを備え、前記研磨位置設定手段は、前記研磨領域内の任意位置を基板上研磨位置に指定して研磨を行い、前記基板上研磨位置の面状態が研磨に不適な状態となったならば、前記研磨領域内の他の位置を新たな前記基板上研磨位置として設定する。

本発明によれば、ノズルを研磨面に当接させた状態でノズルと研磨面とを相対的に摺動させてノズルを研磨する研磨動作を行わせる摺動手段と、基板保持部に保持された基板上において研磨動作を実行するための基板上研磨位置を設定する研磨位置設定手段とを備えることにより、研磨用の基板の任意位置に設定された研磨作業位置にて、実際の基板と面高さが等しい研磨面を用いてノズル研磨を行うことができ、ノズル研磨を簡便且つ高精度に行うことができる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の部品搭載装置の平面図、図２は本発明の一実施の形態の部品搭載装置の側断面図、図３は本発明の一実施の形態の部品搭載装置における研磨用基板の平面図、図４は本発明の一実施の形態の部品搭載装置の制御系の構成を示すブロック図、図５は本発明の一実施の形態の部品搭載装置の表示画面を示す図、図６は本発明の一実施の形態の部品搭載装置における搭載精度較正用の搭載位置誤差計測の説明図である。

まず図１、図２を参照して部品搭載装置１の構造を説明する。図１に示すように、部品搭載装置１は、基板保持部３の上流側、下流側にそれぞれ搬入レール２ａ、搬出レール２ｂを配設し、基板保持部３の側方に部品供給部１０を配置した構成となっており、部品供給部から取り出した部品を搭載ヘッドのノズルによって保持し基板保持部に保持した基板に搭載する機能を有している。

基板搬送アーム６は上流側装置から矢印方向に供給される基板４を搬入レール２ａに沿って基板保持部３に搬入し、基板保持部３において部品が搭載された基板４を搬出レール２ｂに沿って下流側に搬出する。したがって、基板搬送アーム６は、基板４を基板保持部３に搬入するとともに、基板保持部３から基板４を搬出する基板搬送手段を構成する。なお、基板搬送手段として、ベルトコンベアを用いてもよい。

図２に示すように、基板保持部３は搬入レール２ａから基板４を受け取る保持レール３ａを備えており、保持レール３ａは基板保持部３において基板搬送アーム６によって位置決めされた基板４を保持する。保持レール３ａには基板下受部３ｂが昇降機構３ｃによって昇降自在に配設されており、保持レール３ａに基板４が位置決めされた状態で、昇降機構３ｃによって基板下受部３ｂを上昇させることにより、基板下受部３ｂの上面の基板保持面は基板４の下面に当接し下受けする。そしてこの状態で真空吸引源３ｄによって真空吸引することにより、基板４は基板下受部３ｂによって吸着保持される。

保持レール３ａの上面には基板４の上面に当接する高さに基板マスク部材５が配設されており、基板下受部３ｂを上昇させた状態では、基板４の上面は基板マスク部材５に押し付けられる。これにより、基板４は基板下受部３ｂと基板マスク部材５とによって挟まれて位置が固定される。すなわち基板マスク部材５は基板保持部３に保持された基板４に上方から当接し、昇降機構３ｃは基板４を基板マスク部材５に対して相対的に近接させて基板４を挟持する近接手段として機能している。

基板保持部３の上方には、搭載ヘッド７が搭載ヘッド移動機構８によって移動自在に配設されている。基板保持部３の側方に配置された部品供給部１０には、ウェハ保持テーブル（図示省略）によって半導体ウェハ１１がウェハシートに貼着された状態で保持されており、ウェハシートには半導体チップ１１ａが格子状に貼着されている。

部品供給部１０は取出しノズル１４ａを備えた反転アーム１４を反転機構１５によって反転させる構成の反転部１３を備えており、下向き姿勢の反転アーム１４は取出しノズル１４ａによって半導体ウェハ１１から半導体チップ１１ａを吸着保持する。そして反転アーム１４が反転機構１５によって反転することにより、取出しノズル１４ａに保持された半導体チップ１１ａは搭載ヘッド７のノズル７ａによる保持位置に移動する。

取出しノズル１４ａから半導体チップ１１ａを受け渡された搭載ヘッド７は、基板保持部３と部品供給部１０との間に配設された撮像部１６上に移動する。そしてここで撮像部１６によってノズル７ａに保持された状態の半導体チップ１１ａを下方から撮像し認識することにより、半導体チップ１１ａの位置が検出される。この後搭載ヘッド７は基板保持部３に保持された基板４上に移動し、半導体チップ１１ａを基板４の部品搭載位置に搭載する。

部品供給部１０と基板保持部３の間には、研磨ステージ１２が配設されている。研磨ステージ１２の上面には、ノズル７ａを当接させる研磨面が設けられており、半導体チップ１１ａを保持していない空の状態のノズル７ａを研磨ステージ１２に移動させてノズル７ａの下端面を研磨面に当接させ、搭載ヘッド移動機構８によって搭載ヘッド７に小振幅の水平往復動を行わせることにより、ノズル７ａの研磨が行われる。すなわち搭載ヘッド７を移動させる搭載ヘッド移動機構８は、ノズルを研磨面に当接させた状態でノズル７ａと研磨面とを相対的に摺動させることにより、ノズル７ａを研磨する研磨動作を行わせる摺動手段として機能する。

上述の研磨動作は、半導体チップ１１ａを保持して基板４に押圧して搭載する動作を反復することによるノズル７ａの保持面の劣化を修復するために行われるものであり、硬質材を平滑面に形成した研磨面に対してノズル７ａを押圧して摺動させることにより、良好な保持面を保つものである。本実施の形態においては、研磨ステージ１２を用いた研磨の他に、研磨用の基板を用いて研磨作業を実行できるようになっている。

すなわち、セラミックなどの硬質材で製作された専用の基板を基板保持部３に保持させ、この基板上面を研磨面として用いてノズル７ａの研磨を行うことが可能となっている。そしてここでは、基板保持部３に保持された基板４の任意の位置を研磨位置として指定することができ、最も研磨作業に適した位置を順次選択して研磨を自動的に実行させるようにしている。

図３は研磨用基板における領域配置を示している。研磨用に用いられる基板４において、研磨領域４ａは基板保持部３に保持された状態で基板押え部材５によって上面を覆われる領域に囲まれる範囲に相当しており、この研磨領域４ａ内の任意位置が基板上研磨位置４ｂとして設定される。すなわち、挟持された基板４の上面において基板マスク部材５によって囲まれた領域に、基板上研磨位置を設定する。これにより、周囲を基板マスク部材５によって押さえつけられて安定して保持された状態で研磨作業を行うことができる。そして研磨を複数回行って基板上研磨位置４ｂの面状態が研磨に不適な状態となったならば、研磨領域４ａ内の他の位置が新たに基板上研磨位置４ｂとして設定される。

次に図４を参照して制御系について説明する。図４においてＣＰＵ２０は中央演算部であり、記憶装置（図示省略）に記憶された各種プログラムを実行することにより、以下の各部を制御して前述の部品搭載動作や後述する研磨動作制御を実行させる。表示部２１は表示パネルであり、撮像部１６によって取得した画像の表示や、各種の操作入力時の案内画面などを表示する。操作入力部２２はキーボードやマウスなどの入力手段であり、操作コマンドやデータ入力を行う。ＣＰＵ２０は、部品供給部１０、反転部１３、搭載ヘッド移動機構８、撮像部１６、基板搬送手段２、昇降機構３ｃの各部の動作制御を行う。

次に研磨動作制御について説明する。本実施の形態においては、ノズル７ａの研磨作業を必要に応じて複数の態様で行えるよう、動作設定機能を有している。まず、前述のように部品搭載装置１においては、研磨ステージ１２に設定されたステージ上研磨位置と基板上研磨位置とのいずれにも搭載ヘッド８が移動可能となっており、専用の研磨ステージ１２と研磨用の基板４とを選択して、または併用して研磨作業を実行できるようになってい
る。

研磨用の基板４において研磨を行う場合には、操作入力部２２からの入力により、研磨領域４ａ内の任意位置を基板上研磨位置４ｂに指定することができる。すなわち表示部２１には図５に示す入力画面２１ａが表示され、ここで入力枠２１ｂ、２１ｃに座標値および研磨動作実行頻度を示す動作インターバル回数を入力することにより、基板４内における基板上研磨位置４ｂの位置および研磨頻度が指定される。

したがって、ＣＰＵ２０、表示部２１、操作入力部２２は、基板保持部３に保持された基板４上において研磨動作を実行するための基板上研磨位置４ｂを設定する研磨位置設定手段、および研磨動作を実行する頻度を設定する研磨頻度設定手段となっている。

なお、研磨動作を実行に際しては、まず研磨ステージ１２によって粗研磨を行い、次いで研磨用基板を用いて仕上げ研磨を行うようにすることが望ましい。すなわち搭載ヘッド７は、研磨ステージ１２上のステージ上研磨位置に移動して粗研磨のための研磨動作を実行した後に、基板上研磨位置に移動して再度研磨動作を仕上げ研磨のために実行する。

これにより、研磨ステージ１２によって研磨対象部位の表面除去を効率良く行った後に、実際の基板上面高さと等しい条件で仕上げ研磨を行うことができる。このため、ノズル７ａの保持面と部品搭載に用いられる実際の基板上面との相対高さを正確に調整することができ、搭載動作におけるノズル高さ調整不良に起因する不具合を防止することができる。

なお本実施の形態においては、研磨用基板を単に研磨用途のみならず、搭載ヘッド７による搭載精度を較正するためのキャリブレーション用基板として用いられる。すなわち、ダミー部品１７の搭載位置を枠形状で示す示すダミー搭載位置４ｃの中央には、搭載位置基準点であるマークＭ１（較正用マーク）が設けられている。図３に示すダミー部品１７は、透明材質を用いて半導体チップ１１ａと同形状に製作されており、部品位置基準点としてマークＭ２が設けられている。

搭載精度較正時には、搭載ヘッド７のノズル７ａにダミー部品１７を保持させ、基板保持部３に位置決め保持された基板４のダミー搭載位置４ｃを目標として、搭載ヘッド移動機構８および搭載ヘッド７に搭載動作を行わせる。そしてダミー搭載位置４ｃにダミー部品１７が搭載された基板４を基板保持部３から取り外し、計測装置によって搭載位置ずれを測定する。

すなわち図６に示すように、基板４上のマークＭ１と、ダミー部品１７のマークＭ２とを同一計測視野内に位置させ、マークＭ１、Ｍ２相互の位置ずれ量Δｘ、Δｙを目視計測あるいは画像認識などの手段によって計測する。そしてこの位置ずれ量に基づいて、搭載精度の評価を定量的に行う。このように、研磨用の基板４にキャリブレーション用基板の機能を持たせることにより、メンテナンス作業において同一基板を有効に利用することができ、作業効率を向上させることが可能となる。

本発明の部品搭載装置は、ノズル研磨を簡便且つ高精度に行うことができるという効果を有し、搭載ヘッドのノズルによって部品を基板に搭載する部品搭載装置に有用である。

本発明の一実施の形態の部品搭載装置の平面図 本発明の一実施の形態の部品搭載装置の側断面図 本発明の一実施の形態の部品搭載装置における研磨用基板の平面図 本発明の一実施の形態の部品搭載装置の制御系の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態の部品搭載装置の表示画面を示す図 本発明の一実施の形態の部品搭載装置における搭載精度較正用の搭載位置誤差計測の説明図

符号の説明

１ 部品搭載装置
２ａ 搬入レール
２ｂ 搬出レール
３ 基板保持部
３ｂ 基板下受部
３ｃ 昇降機構
４ 基板
５ 基板マスク部材
７ 搭載ヘッド
７ａ ノズル
８ 搭載ヘッド移動機構
１０ 部品供給部
１３ 反転部

Claims (6)

1. 部品供給部から取り出した部品を搭載ヘッドのノズルによって保持し基板保持部に保持された基板に搭載する部品搭載装置であって、上面に研磨領域を有する基板を前記基板保持部に搬入するとともに該基板保持部から該基板を搬出する基板搬送手段と、前記ノズルを研磨面に当接させた状態で該ノズルと該研磨面とを相対的に摺動させることによりノズルを研磨する研磨動作を行わせる摺動手段と、前記基板保持部に保持された前記基板上において前記研磨動作を実行するための基板上研磨位置を設定する研磨位置設定手段とを備え、
   前記研磨位置設定手段は、前記研磨領域内の任意位置を基板上研磨位置に指定して研磨を行い、前記基板上研磨位置の面状態が研磨に不適な状態となったならば、前記研磨領域内の他の位置を新たな前記基板上研磨位置として設定することを特徴とする部品搭載装置。
2. 前記研磨動作を実行する頻度を設定する研磨頻度設定手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の部品搭載装置。
3. 前記ノズルを当接させる研磨面が設けられた研磨ステージを備え、前記研磨ステージに設定されたステージ上研磨位置と前記基板上研磨位置とのいずれにも前記搭載ヘッドが移動可能であることを特徴とする請求項１記載の部品搭載装置。
4. 前記研磨ステージは、前記基板保持部と前記部品供給部との間に配置されていることを特徴とする請求項３記載の部品搭載装置。
5. 前記搭載ヘッドは、前記ステージ上研磨位置に移動して前記研磨動作を実行した後に、前記基板上研磨位置に移動して再度研磨動作を実行することを特徴とする請求項３記載の部品搭載装置。
6. 前記基板保持部に保持された基板に上方から当接する基板マスク部材と、前記基板を前記基板マスク部材に対して相対的に近接させて基板を狭持する近接手段とを備え、前記狭持された基板の上面において前記基板マスク部材によって囲まれた領域に前記基板上研磨
   位置を設定することを特徴とする請求項１記載の部品搭載装置。

Images