JP4596422B2

JP4596422B2 - ダイボンダ用撮像装置

Info

Publication number: JP4596422B2
Application number: JP2005148480A
Authority: JP
Inventors: 淳光藤; 貴子山本
Original assignee: Canon Machinery Inc
Current assignee: Canon Machinery Inc
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2025-05-20
Also published as: JP2006324599A

Description

本発明はダイボンダ用撮像装置に係り、さらに詳しくは、ステレオビジョンによって基板のボンディング領域を画像認識し、チップの傾斜やスタックドチップの高さを高精度に計測するようにした撮像装置に関する。

半導体装置は、一般に、半導体チップ（ダイ）の裏面を、軟ろう，硬ろう，銀ペースト，樹脂などの接合材を介して、基板、フレームまたはテープなどの担体にボンディング（接合）して製造する。

このような半導体チップ（ダイ）を担体にボンディングするダイボンダにおいては、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、ローダ１２０と、搬送装置１３０と、アンローダ１４０とを配置し、ローダ１２０から基板１５０を１枚ずつ搬送装置１３０に供給し、搬送装置１３０のレール１３１上で基板１５０を所定の方向に搬送し、搬送途中の接合材塗布位置ＰＳで基板１５０のボンディング領域１５１に接合材１６０を塗布し、ボンディング位置ＰＢで前記接合材１６０を介して半導体チップ（ダイ）１７０をボンディングし、アンローダ１４０でマガジンなどに収容する。

ところで、接合材塗布位置ＰＳの上方に第１の画像認識装置１８０を配置すると共に、前記ボンディング位置ＰＢの上方に第２の画像認識装置１９０を配置して、モニタ２００で第１の画像認識装置１８０による接合材塗布状態を画像認識し、モニタ２１０で第２の画像認識装置１９０による半導体チップのボンディング状態を画像認識するようにしたダイボンダが提案されている。

また、半導体チップをピックアップする場合に、同様に、半導体チップのピックアップ位置の上方に画像認識装置を配置して、画像認識装置でピックアップしようとする半導体チップを画像認識して、ピックアップするダイボンダも提案されている（特許文献１、特許文献２参照。）。

このような画像認識装置としては、従来、３０万〜１３０万画素程度の撮像素子を使用したＣＣＤカメラが一般に用いられてきた。

特許第２９００８７４号特許第３４１８９２９号

図４に示すダイボンダにおいて、第１，第２の画像認識装置１８０，１９０として、３０万〜１３０万画素程度のＣＣＤカメラを用いた場合、ボンディング領域のＸＹ二次元形状すなわちチップの平面内での位置ずれなどは計測することができても、マウント異常によるチップの厚さ方向の傾斜異常やスタックドチップの高さ異常など、Ｚ軸を含む三次元形状は計測することができない。マウント異常が続いているときにワイヤボンディング装置によってボンディング作業を行うと、ワイヤのループ形状及びループ高さ等が規定外となる不良品が発生し、生産性向上の障害となる。

また、ボンディング領域の計測精度においても、例えば１３０万画素程度ではボンディング領域を複数領域に分割して個々の領域を撮像する方法でない限り、１００μｍ程度の細かい形状までは計測不能である。複数領域に分けて撮像すればそれだけ時間がかかることは勿論であり、その分だけ生産効率が犠牲になる。近年のダイボンダはメタルジェットによるボールグリッドアレイなど高密度高速実装の要求がますます厳しく、ダイボンダの二次元計測機能もそれに対応した高精度化が求められている。

本発明は複数のカメラによるステレオビジョンによって高精度な二次元および三次元画像認識を可能にしたダイボンダを提供する。

本発明のダイボンダは、チップを取付ける基板、フレームまたはテープなどの担体を搬送する搬送路の上方に、三台以上のカメラをその光軸を搬送路に対して垂直状にして並設してあおり光学系を構成すると共に隣接するカメラの撮像領域を搬送路上で重複させ、前記重複した撮像領域に移動した担体のボンディング領域をステレオビジョンによって画像認識し、前記画像認識により、ボンディング領域にあるチップの傾斜角および高さを計測し、その計測値に基づいてチップを搭載するローダをフィードバック制御するようにした。

これにより、チップのボンディング領域の三次元形状を高精度で計測することが可能になり、例えば高密度ボールグリッドアレイの１００μｍ未満のピッチなど二次元形状の異常検出は勿論のこと、チップの厚さ方向の傾斜やスタックドチップの高さなどＺ軸方向を含む三次元形状も高精度で計測することができる。また、計測値が許容範囲の限界に近づいた場合、前工程にあるボンディング装置を直ちに調整することにより不良品が発生するのを未然に防止することができる。

本発明はチップ担体の搬送路の上方に複数台のカメラをその光軸を搬送路に対して垂直状にして並設してあおり光学系を構成すると共に各カメラの撮像領域を搬送路上で重複させ、この重複した撮像領域に移動した担体のボンディング領域をステレオビジョンによって画像認識するようにしたので、ボンディング領域の二次元形状および三次元形状を各カメラの撮像精度を上回る高い精度で計測することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１にチップ１を搭載したリードフレーム２を示す。このリードフレーム２は例えば図面左側から右側に延びる図示しない搬送路に沿って駆動手段によって間欠的に搬送される。リードフレーム２上には図式的に３つのチップ１が示されている。これらチップ１は前工程のボンディング装置によって接合材を使用して搭載されたものである。ボンディング装置の調整が適正でないとチップ１が厚み方向に微妙に傾斜したり、スタックドチップにあっては二段目以降のチップの厚み方向の傾斜はもとよりＺ軸方向の高さも規格からはずれることがある。このようなチップボンディング異常が生じるとワイヤーボンディング異常など不良品が発生する。

本発明は搬送路の上方に二台のＣＣＤカメラ３，４を固定的に配設する。これらカメラ３，４は同じ高さで水平方向に所定間隔をあけており、各カメラ３，４の光軸は互いに平行かつ搬送路に対して垂直とされる。図示例では二台のカメラ３，４の撮像領域の重複領域に１つのチップ１のみが入っている状態を示すが、重複領域はリードフレーム２の全幅に拡大することができ、したがってリードフレーム２の全幅にある３つのチップ１をすべて重複領域に取込んで撮像することも可能である。また、カメラ３，４の光軸は、前述のように互いに平行かつ搬送路に対して垂直とするのが基本であるが、撮像視野における焦点ぼけが許容される範囲で、搬送路に対する垂直線からやや傾斜させることも可能である。

二台のカメラ３，４はあおり光学系を構成し、撮像領域である重複領域５とレンズの光軸３ａ，４ａとは水平方向に離れている。すなわち二台のカメラ３，４のレンズ光軸３ａ，４ａ間水平距離をＨとすると、撮像領域とレンズ光軸３ａ，４ａの距離は通常はそれぞれＨ／２となる。したがって、各カメラ３，４で取込んだ画像は光軸３ａ，４ａ位置で撮像した画像よりも放射状のひずみが多く含まれる。このため、本発明では二台のカメラ３，４のキャリブレーションが不可欠であり、取込んだ画像はキャリブレーションをかけてひずみを除去する。

本発明でのカメラ３，４のキャリブレーションは、取込んだ画像とキャリブレーションターゲットの実際の寸法から内部カメラパラメータと外部カメラパラメータを求める。

キャリブレーションを実施した後、二台のカメラ３，４でリードフレームなどチップ担体のボンディング領域を撮像する。図２（Ａ）は厚み方向に傾斜したチップ１を図式的に示し、図２（Ｂ）は二段型スタックドチップ１ａを図式的に示したものである。従来のカメラは撮像領域を重複させるステレオビジョンを使用していないので、このようなＺ軸を含む三次元形状を計測することは不可能であった。本発明はあおり光学系によるステレオビジョンにより二次元形状および三次元形状を高精度で計測可能である。したがって、ボンディング領域における複数のバンプの最高点位置を各バンプの平面形状に関わりなく正確に測定可能であり、この測定結果をダイボンディング装置にフィードバックして調整することによりバンプ最高点位置が所定の位置に来るようにすることができ、バンプに対するチップの正確なマウントが可能になる。

本発明はチップの厚さ方向の傾斜や高さなどの三次元形状の他、リードフレーム上の接合材の塗布状態、接合材の有無、塗布位置など二次元形状も勿論計測可能である。したがって接合材の塗布状態が不良のとき、計測結果を接合材塗布装置にフィードバックして接合材の塗布条件を自動修正したり、塗布不良位置を記憶装置に記憶させて次の半導体チップのボンディング工程でその記憶情報を活用することができる。

また、担体搬送路の前方側で、チップのボンディング前に、ボンディング領域が正規の位置に形成されているかどうか検査することができ、万一、ボンディング位置が正規の位置からずれている場合は、その検査結果に基づき搬送路の担体駆動手段を自動的に調整して、ボンディング領域の位置を修正することができる。また、チップのボンディング後に、チップのボンディング状態、例えば、ダイの有無、ダイ位置、ダイ欠け、接合材のはみ出し状態などを画像認識し、ボンディング状態が不良のものがあれば、ボンディング条件の自動での修正を行ったり、その不良位置を記憶装置に記憶し、次工程でその記憶情報を活用したりすることができる。

図１の実施形態はカメラを二台使用した撮像装置の例であるが、本発明はカメラを二台以上使用して長い領域を高精度に二次元および三次元計測することができる。図３は四台のカメラ１１−１４をチップ搬送路の上方に搬送路に沿って直線状に固定配置したものである。各カメラ１１−１４の高さ位置は一定で等しく、かつ、カメラ１１−１４相互間の水平距離も一定である。カメラ１１−１４の撮像領域は搬送路上で互いに一定領域１５−１７で重複している。このようにカメラを二台以上配設すれば長い撮像領域を比較的低解像度のカメラでもその解像度を上回る精度で二次元および三次元計測することができる。

本発明のダイボンダは、チップのダイボンダにおけるボンディング領域の計測に特に有用であるが、チップ抵抗器やチップコンデンサなどの各種電子部品のダイボンダにおける部品認識用にも適用可能である。

本発明のダイボンダの撮像装置の側面図。（Ａ）は厚み方向に傾斜したチップの側面図、（Ｂ）は二段型スタックドチップの側面図。本発明のダイボンダの撮像装置の変形例の側面図。（Ａ）は従来のダイボンダの概略正面図、（Ｂ）は従来のダイボンダの概略平面図。従来のボンディング領域計測装置の概略斜視図。

符号の説明

１チップ
１ａ二段型スタックドチップ
２リードフレーム（担体）
３，４カメラ
３ａ，４ａレンズ光軸
５重複領域
６キャリブレーションターゲット
１２０ローダ
１３０搬送装置
１３１レール
１４０アンローダ
１５０基板
１５１ボンディング領域
１６０接合材
１８０画像認識装置
１８０，１９０画像認識装置
１９０画像認識装置

Claims

チップを取付ける基板、フレームまたはテープなどの担体を搬送する搬送路の上方に、三台以上のカメラをその光軸を搬送路に対して垂直状にして並設してあおり光学系を構成すると共に隣接するカメラの撮像領域を搬送路上で重複させ、前記重複した撮像領域に移動した担体のボンディング領域をステレオビジョンによって画像認識し、前記画像認識により、ボンディング領域にあるチップの傾斜角および高さを計測し、その計測値に基づいてチップを搭載するローダをフィードバック制御するようにしたことを特徴とするダイボンダ用撮像装置。