JP4593429B2 - ダイボンダ - Google Patents

Description

本発明は、リードフレームなどの基板に半導体チップなどのダイをマウントするダイボンダに関する。

リードフレームに半導体チップをマウントするダイボンダの一例を図７（Ａ）、（Ｂ）に示す。同図のダイボンダは、２台の認識カメラ１ａ、１ｂを使用する。水平な移動体２の上面に配列された複数の半導体チップ（以下、ダイと称する）３の真上の定位置に１台の認識カメラ１ａを設置する。コレット４でダイ３がマウントされるリードフレームなどの基板５の真上の定位置に１台の認識カメラ１ｂを設置する。コレット４はボールネジなどを使った駆動機構６に支持されて、移動体２と基板５の間で水平に往復移動し、移動体２と基板５の真上で上下動する。

静止した移動体２の真上から認識カメラ１ａでダイ３の上面を撮像し、撮像した画像からピックアップするダイ３の位置を認識して、認識したダイ３を移動体２で所定のピックアップ位置に移動させ、位置補正する。所定のピックアップ位置の真上にコレット４を水平移動させて下降させ、ピックアップ位置のダイ３を真空吸着して真上にピックアップする。他方で基板５上を認識カメラ１ｂで撮像し、撮像した画像を認識することにより、基板５上のダイ３をマウントするアイランド位置を検知する。検知されたアイランド位置の真上にコレット４を水平移動させて下降させ、吸着したダイ３を基板５上のアイランド位置にマウントする。

図７のダイボンダは、後述する問題点がある。この問題点を解決するダイボンダとして、ダイがマウントされる基板と、この基板の真上から下降してダイをマウントするコレットとの間に、基板上のアイランド位置とコレットに吸着されたダイの下面を撮像するための光学系を出し入れ可能に配置するダイボンダが公知である（例えば、特許文献１参照）。このダイボンダは、基板とコレットの間に挿入された光学系の側方に配置した１台の認識カメラで、基板上のアイランド位置を撮像し、前後してコレットに吸着されたダイの下面を撮像して、撮像した二つの画像からアイランド位置に対するダイの位置ずれを検知し、この位置ずれをコレットの前後左右移動や回転で補正する。位置ずれを補正した後、コレットと基板の間から光学系を外し、コレットを下降させて基板にダイをマウントする。
特開２０００−２４４１９５号公報

図７のダイボンダの場合、離隔した２台のカメラの間でコレットを往復移動などさせる駆動機構に気温変動による機構部品の伸縮などの機械的変動が生じ、この変動がマウント精度を上げることを難しくしている。実際、マウント精度の許容範囲は±２５〜３０μｍ程度であり、このようなマウント精度範囲では、最近の半導体チップのますますの高密度実装化の要求に対応することが難しい。

上記の光学系を使用したダイボンダは、基板のアイランド位置とその真上のコレットに吸着されたダイの下面とを１台のカメラで撮像した画像を認識してから、コレットを位置補正して真下に下降させるため、コレットの駆動機構の変動による影響がほとんど無くなり、マウント精度を上げることができる。しかし、コレットでダイを基板にマウントする工程において、コレットと基板の間に光学系を挿入し、撮像して画像認識した後でコレットと基板の間から側方に光学系を移動させる必要があるため、マウント工程のタクトタイム短縮が難しい問題があった。

本発明の目的とするところは、ダイマウント工程のタクトタイム短縮を容易にしたダイボンダを提供することにある。

本発明の上記目的を達成する技術的手段は、ダイを保持したコレットをマウント対象の基板に向けて下降させて基板上にダイをマウントするダイボンダにおいて、下降前のコレットと基板間のコレット上下動用コレット通路の側方に設置したミラーと、コレット通路の側方に互いに離隔させて設置され、ミラーを介してコレットに吸着されたダイの下面をステレオ視で撮像する一対のダイ認識カメラと、コレット通路側方に互いに離隔させて設置され、ミラーを介して基板のダイがマウントされる部所（アイランド位置）をステレオ視で撮像する一対の基板認識カメラを具備し、ダイ認識カメラと基板認識カメラからの認識画像信号に基づいてコレットを位置補正してダイを基板にマウントすることにある。

ここで、ミラーは、表裏（上下）両面が反射面の独立した鏡板や、透明なガラス板の表裏（上下）両面に形成した薄い反射膜の表面およびこの反射膜のガラス板に接合された裏面が適用できる。一対のダイ認識カメラに対して一対または共通のミラーを設置し、一対のダイ認識カメラでコレットに吸着されたダイの下面を同時に撮像し、撮像した両方の画像を合わせることでダイ下面が三次元のステレオ視で撮像された画像を得る。また、一対の基板認識カメラに対して一対または共通のミラーを設置し、一対の基板認識カメラで基板上のアイランド位置を同時に撮像し、撮像した両方の画像を合わせることでアイランド位置が三次元のステレオ視で撮像された画像を得る。このダイと基板の撮像は同時に行え、マウント直前のダイと基板の相対位置関係が三次元で認識され、この認識に基づいてコレットを位置補正する。位置補正したコレットを基板に向けて下降させてダイを基板上にマウントする。ダイと基板の画像認識からダイマウントの間、ミラーやカメラを動かす必要がなくて、ダイマウント工程のタクトタイム短縮が図れる。また、マウント直前のダイと基板の相対位置関係を三次元で認識することで、ダイと基板の離隔距離を正確に算出することができ、基板へのコレットの下降量を常に適正値に制御して、基板へのダイのマウント性を良好にすることができる。

本発明においては、ミラーは、コレット通路の側方に基板と略平行に配置された平板状透明板の上下両面の複数部所に形成した反射膜で構成することができる。ここでの平板状透明板は、全体が等厚である透明なガラス板や樹脂板が適用できる。この透明板の上下両面の所定箇所に反射膜を形成してミラーとする。このように透明板の両面に形成した反射膜（ミラー）は、一枚の透明板の厚さで決まる一定した距離で互いに離隔し、相対位置関係が一定に保たれ、相互位置関係の保守が容易になる。

また、本発明においては、透明板の上面側に一対のダイ認識カメラと一対の基板認識カメラを設置すると共に、一対のダイ認識カメラは透明板の上面側の反射膜の表面反射光でダイを撮像し、一対の基板認識カメラは透明板の上下両面の反射膜の裏面反射光で基板を撮像する構成にすることができる。さらに、透明板は、コレット通路を貫通させる開口部を有する形状にすることができる。

ここでの透明板の開口部は、ダイを吸着したコレットが基板に向けて下降するときに、ダイとコレットを通す開口面積の部所で、透明板の一辺に形成した切り欠き、透明板の一部に形成した貫通穴が適用できる。

本発明によれば、ダイを保持したコレットと基板の間のコレット通路の側方に配置したミラーを介してダイの下面と基板のアイランド位置を対応する一対ずつの認識カメラでステレオ視で撮像して認識することができるので、ミラーやカメラを動かすことなく認識からダイマウントまでの動作を連続して行ってタクトタイムを短縮させることができるという優れた効果を奏し得る。

また、ダイの下面と基板のアイランド位置が三次元のステレオ視で撮像して認識することで、ダイと基板の離隔距離を正確に算出することができ、ダイマウント時のコレットの下降量を常に適正値に制御して、ダイマウント性を常に良好に自動制御することができる。このようなマウント性改善効果は、下面にバンプ電極を有するダイや、厚さにばらつきのあるダイにおいて特に有効であり、ダイマウントの品質改善、歩留まり向上を容易にする。

以下、本発明の実施の形態を、図１〜図６を参照して説明する。

図７のダイボンダに適用した実施の形態を図１に示す。なお、図７と同一または相当部分には同一符号を付して、説明の重複を避ける。

図１のダイボンダは、移動体２からダイ３をコレット４でピックアップして、リードフレームなどのダイマウント対象の基板５にマウントする。移動体２の上方の認識カメラ１ａは図７と同様のもので、コレット４でピックアップするダイ３の上面を撮像して位置を認識し、移動体２で位置補正してダイ３をピックアップさせる。このピックアップ位置でコレット４を下降させて移動体２上の１つのダイ３を真空吸着し、同位置で上昇させてダイ３をピックアップすると、基板５の上方のマウント位置まで水平移動する。マウント位置に水平移動したコレット４は、下端でダイ３を吸着したまま真下の基板５に向けて下降して、ダイ３を基板５上の所定のアイランド位置にマウントする。

図１の実施の形態は、基板５の上方のマウント位置に、図２に示すようなミラー構造体１０と、一対のダイ認識カメラ２１ａ、２１ｂと、一対の基板認識カメラ２２ａ、２２ｂを設置する。一対のダイ認識カメラ２１ａ、２１ｂは、基板５の真上のマウント位置まで水平移動したコレット４の下端に吸着されたダイ３の下面をステレオ視で撮像する。この撮像した画像信号が画像処理装置３０に入力されて、ダイ３の下面が三次元座標で認識される。一対の基板認識カメラ２２ａ、２２ｂは基板５の上面のアイランド位置をステレオ視で撮像する。この撮像した画像信号が画像処理装置３０に入力されて、基板５のアイランド位置が三次元座標で認識される。

定位置の基板５と、この基板５から所定高さに設定されたマウント位置のコレット４との間をコレット４がダイ３を吸着した状態で下降し、ダイ３を基板５にマウントするとコレット４が下降時と同じ経路で所定高さのマウント位置へと上昇する。このコレット４が上下動するコレット通路Ｎの途中箇所の側方定位置に、平板状のミラー構造体１０が基板５と略平行に配置される。ミラー構造体１０は、平板状の透明板１１の上下両面の複数部所にミラー１２を形成して構成される。透明板１１はガラス板で、図５に示すようにＵ字状切り欠きの開口部１３を有する。透明板１１の上下面を貫通して開口部１３が形成される。開口部１３の中をコレット通路Ｎが貫通する。ミラー１２は、透明板１１の上下両面に部分的に光反射物質をコーティングした反射膜１２ｐ、１２ｑである。透明板１１の上面の反射膜１２ｐは、一対のダイ認識カメラ２１ａ、２１ｂに対応させて透明板１１の上面の開口部１３周辺に一対が形成される。透明板１１の下面の反射膜１２ｑは、一対の基板認識カメラ２２ａ、２２ｂに対応させて透明板１１の下面の開口部１３周辺に一対が形成される。

ミラー構造体１０の上方の定位置に一対のダイ認識カメラ２１ａ、２１ｂと一対の基板認識カメラ２２ａ、２２ｂが設置される。一対のダイ認識カメラ２１ａ、２１ｂは、コレット通路Ｎの左右（あるいは前後）に分け、それぞれ下向きで逆ハ字状に配置され、定位置に固定される。同様にして一対の基板認識カメラ２２ａ、２２ｂは、コレット通路Ｎの左右（あるいは前後）に分け、それぞれ下向きで逆ハ字状に配置され、定位置に固定される。また、図３に示すように、ミラー構造体１０の上方でコレット通路Ｎの側方に位置する部所に、一対のダイ照明用光源１５と基板照明用光源１６が配置される。ダイ照明用光源１５は、透明板１１の上面の反射膜１２ｐの表面の反射光でマウント位置に移動したコレット４の下端のダイ３の下面を照明する。光源１５で照明されたダイ３の下面の映像光が透明板１１の上面の反射膜１２ｐの表面を反射して一対のダイ認識カメラ２１ａ、２１ｂに入射する。基板照明用光源１６は、透明板１１を透過して基板５上を照明する。図２に示すように、光源１６で照明された基板５の上面の映像光が透明板１１の下面から入射して透明板１１の上面の反射膜１２ｐの裏面を反射し、この反射光が透明板１１の下面の反射膜１２ｑを反射して透明板１１の上面へと透過して、対応する一対の基板認識カメラ２２ａ、２２ｂに入射する。

次に、図１のダイボンダによるダイマウント時の、ダイ３と基板５の相互間の位置補正動作を説明する。

コレット４がピックアップ位置から１つのダイ３をピックアップして基板５上方のマウント位置まで水平移動すると、各光源１５，１６による照明が行われ、各認識カメラ２１ａ〜２２ｂによるステレオ視による撮像が同時進行的に行われる。

マウント位置で静止したコレット４の下端に吸着されたダイ３の下面が光源１５で照明される。ダイ３が例えば図５に示すように矩形で、その下面の周辺部に複数のバンプ電極７を有する場合、バンプ電極７を含む下面の映像光が透明板１１の上面に形成した一対の反射膜１２ｐを反射して、対応する一対のダイ認識カメラ２１ａ、２１ｂに入射して撮像される。一対のダイ認識カメラ２１ａ、２１ｂでステレオ視で撮像された画像が画像処理装置３０で三次元の画像に合成され、バンプ電極７の三次元の座標が検知される。

また、コレット４の真下の基板５の上面のダイがマウントされるアイランド位置Ｍが光源１６で照明される。アイランド位置Ｍは、図５に示すように矩形で、周辺部に複数の電極接続用パッド８を有する。パット８は、ダイ３のバンプ電極７が接続される部所である。パッド８を含むアイランド位置Ｍの映像光が透明板１１の上下両面に形成した反射膜１２ｐと反射膜１２ｑの裏面を反射して、対応する一対の基板認識カメラ２２ａ、２２ｂに入射して撮像される。一対の基板認識カメラ２２ａ、２２ｂでステレオ視で撮像された画像が画像処理装置３０で三次元の画像に合成され、アイランド位置Ｍにおけるパッド８の三次元の座標が検知される。

図６（Ａ）は、ダイ下面の認識画像のバンプ電極７と基板上面の認識画像のパッド８の相対位置関係にずれがある場合を示している。このような相対位置ずれがある場合、その位置ずれ量、ずれ方向を画像処理装置３０が検出して、位置ずれが無くなるようコレット４を前後左右に移動させ、回転させて位置補正をする。位置補正することで、図６（Ｂ）に示すように、ダイ下面の認識画像のバンプ電極７と基板上面の認識画像のパッド８の相対位置が正常になり、これが画像処理装置３０で認識される。コレット４を位置補正した後、図４に示すようにコレット４を基板５のアイランド位置に向けて下降させ、ダイ３をマウントする。位置補正されているため、ダイ３の各バンプ電極７がアイランド位置Ｍの対応する各パッド８に正確に接合し接続される。このときのマウント精度は、コレット４を位置補正して真下に下降させるために高精度にできる。

また、ダイ下面の認識画像のバンプ電極７と基板上面の認識画像のパッド８の相対位置関係を認識するとき、バンプ電極７とパッド８の三次元座標のＺ座標（高さ座標）から、パッド８とバンプ電極７の離隔距離が正確に検出される。この距離データからコレット４の適正な下降量を算出して、バンプ電極７を対応するパッド８に常に適正な範囲内で加圧して接続することができる。実際、バンプ電極７を下面に有するダイ３は、図１のピックアップ位置でバンプ電極７を上に向けた状態でピックアップされてから、上下反転されてマウント位置へと移動されるため、マウント位置におけるダイ３の高さ位置に多少のばらつきが生じるのが通常である。仮に、マウント位置でダイ３の高さにばらつきがあるままコレット４を一律的に下降させてマウントすれば、マウント時の加圧力にばらつきが生じてマウント性が安定しなくなる。このような不具合は、バンプ電極７とパッド８の三次元座標から、パッド８とバンプ電極７の離隔距離を検出し、この検出信号に基づいてコレット４の下降量を自動制御することで解消される。

ダイマウント時のコレット下降は、ミラー構造体１０の開口部１３にコレット４とダイ３を貫通させることで行われる。つまり、コレット下降にミラー構造体１０は何ら干渉せず、ミラー構造体１０を何ら動かすこと無くダイマウントが実行される。したがって、ダイマウント工程におけるタクトタイムの短縮が可能となる。このタクトタイム短縮で、半導体チップ組立製造の高速化が図れる。

また、ミラー構造体１０のように、１枚の透明板１１の上下両面にダイ認識用ミラーである反射膜１２ｐと基板認識用ミラーである反射膜１２ｑを形成することで、両反射膜１２ｐ、１２ｑのそれぞれの形状が安定し、相互の位置関係が透明板１１で固定される。そのため、高品質なミラー１２が安価に形成でき、高精度に適所に配置することができ、さらに複数のミラー１２の相互位置関係の保守が容易になる。

なお、本発明のダイボンダは、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記した実施の形態はミラーの上方側に一対ずつのダイ認識カメラと基板認識カメラを配置したが、ミラーの下方側に一対ずつのダイ認識カメラと基板認識カメラを配置することや、ミラーの上方側にダイ認識カメラを配置し下方側に基板認識カメラを配置するようにしてもよい。このようなカメラ配置の変更に応じて、ミラーの数、位置を変更する。また、上記した実施の形態において、ダイのピックアップ位置に認識カメラを配置しているが、ピックアップの形態が相違すれば認識カメラは必ずしも必要としない。

本発明の実施の形態を示すダイボンダの要部の正面図である。 図１のマウント位置での拡大図である。 図１のマウント位置での側面図である。 図１のマウント位置でのマウント動作時の拡大図である。 図２におけるミラー構造体の部分斜視図である。 図２のマウント位置における画像認識を説明するための画像図で、（Ａ）は位置ずれを示し、（Ｂ）は位置補正後を示す。 （Ａ）、（Ｂ）は一般的ダイボンダの要部の正面図である。

符号の説明

３ ダイ
４ コレット
５ 基板
７ バンプ電極
８ パット
１０ ミラー構造体
１１ 透明板
１２ ミラー
１２ｐ 反射膜
１２ｑ 反射膜
１３ 開口部
１５，１６ 光源
２１ａ、２１ｂ ダイ認識カメラ
２２ａ、２２ｂ 基板認識カメラ
３０ 画像処理装置
Ｎ コレット通路

Claims (4)

1. ダイを保持したコレットをマウント対象の基板に向け下降させてダイを基板上にマウントするダイボンダにおいて、
   下降前の前記コレットと前記基板間のコレット上下動用コレット通路の側方に設置したミラーと、前記コレット通路の側方に互いに離隔させて設置され、前記ミラーを介して前記コレットに吸着された前記ダイの下面をステレオ視で撮像する一対のダイ認識カメラと、前記コレット通路の側方に互いに離隔させて設置され、前記ミラーを介して前記基板の前記ダイがマウントされる部所をステレオ視で撮像する一対の基板認識カメラを具備し、
   前記ダイ認識カメラと基板認識カメラからの認識画像信号に基づいて前記コレットを位置補正することを特徴とするダイボンダ。
2. 前記ミラーは、前記コレット通路の側方に前記基板と略平行に配置された平板状透明板の上下両面の複数部所に形成した反射膜であることを特徴とする請求項１に記載のダイボンダ。
3. 前記透明板の上面側に一対の前記ダイ認識カメラと一対の基板認識カメラを設置すると共に、前記ダイ認識カメラは透明板の上面側の前記反射膜の表面反射光でダイを撮像し、前記基板認識カメラは透明板の上下両面の反射膜の裏面反射光で基板を撮像することを特徴とする請求項２に記載のダイボンダ。
4. 前記透明板は、前記コレット通路が貫通する開口部を有することを特徴とする請求項２または３に記載のダイボンダ。

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