JP4602838B2 - 半導体チップの実装装置 - Google Patents

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この発明は基板に半導体チップを実装するための実装装置に関する。
基板に半導体チップを実装する、ダイボンダ、フリップチッチボンダ或いはインナリードボンダなどの実装装置においては、上記基板を搬送して所定の位置で位置決めする搬送手段が設けられている。この搬送手段によって位置決めされた基板には実装ツールによって上記半導体チップが実装される。
半導体チップはウエハリングに保持されている。すなわち、ウエハリングには樹脂製シートに貼着された半導体ウエハが保持され、この半導体ウエハが賽の目状に分断されて上記半導体チップとなっている。
上記ウエハリングはカセットに収納されていて、このカセットからチャックによって取り出されてリングホルダ上に供給載置される。ウエハリングがリングホルダに供給されると、所定の位置の半導体チップが突き上げられる。ダイボンダやインナリードボンダの場合には、突き上げられたチップが上記実装ツールによって吸着されて上記基板に実装される。
フリップチップボンダの場合には、突き上げられた半導体チップが反転ツールに吸着される。この反転ツールは半導体チップを吸着してから上下方向に180度回転し、半導体チップの上下面を反転させる。その後、半導体チップは上記実装ツールに受け渡されて上記基板に実装されることになる。
従来、上記カセットとリングホルダは、搬送手段による上記基板の搬送方向である、装置本体の幅方向に並んで配置されていた。カセットとリングホルダを装置本体の幅方向に並設すると、装置本体の幅寸法が大きくなる。そのため、実装装置を含む、たとえば電子機器などの組み立て装置のラインが長尺化するということになるから、装置本体の幅寸法を小さくすることが要求されている。
そこで、上記カセットとリングホルダを、上記搬送手段による基板の搬送方向に対して直交する方向、すなわち装置本体の前後方向に並べて配置し、装置本体の幅寸法を小さくするということが考えられている。
カセットとリングホルダとを装置本体の前後方向に沿って配置した場合、カセットにウエハリングを出し入れするためのチャックは装置本体の前後方向に沿って移動することなる。そのため、上記チャックの移動方向は装置本体の幅方向に沿って設けられた基板を搬送する搬送手段の配置方向と直交する方向になる。
カセットに対してウエハリングを出し入れする高さは、実装ツールの上下方向の移動距離を少なくしてタクトタイムの短縮を図るためにも、搬送される基板の高さに近い方が好ましい。しかしながら、搬送手段の上方には実装ツールやその実装ツールの駆動機構などが配置されているため、カセットに出し入れされるウエハリングを移動させるためのスペースを確保することが難しい。
そのため、ウエハリングは搬送手段の下側のスペースを利用してカセットに出し入れし、その出し入れの高さよりもわずかに低い高さで上記リングホルダの上面に受け渡されることになる。
カセットからウエハリングを出し入れするためのチャックは、ウエハリングよりも上下方向の厚さが大きい。つまり、ウエハリングに比べて高さ寸法が大きく、ウエハリングを保持すると、その高さ方向上端面がウエハリングの上面側に大きく突出することになる。
そのため、カセットに対して出し入れされるウエハリングの搬送高さは、搬送手段の下面からさらにチャックがウエハリングの上面側に突出する寸法だけ下方の位置になるから、ウエハリングは上記搬送高さよりもわずかに下方の高さに位置決めされた上記リングホルダの上面に載置されることになる。
したがって、上記実装ツールや反転ツールなどの実装手段が上記ウエハリングから半導体チップを吸着して取り出す場合、上記実装手段は搬送手段の下面からさらに上記チャックが当たらない高さに位置決めされたリングホルダの上面の高さ位置まで下降しなければならない。その結果、実装手段がその高さ位置まで下降したり、下降位置から実装位置或いは受け渡し位置まで上昇するために要する時間が長くかかり、生産性の低下を招くということがある。
この発明は、リングホルダの高さを、チャックがウエハリングを受け渡すときに比べて実装手段がウエハリングから半導体チップを取り出すときに高くすることで、実装手段が半導体チップを取り出すために要する時間を短縮できるようにした半導体チップの実装装置を提供することにある。
この発明は、基板に半導体チップを実装するための実装装置であって、
装置本体と、
この装置本体の幅方向に沿って上記基板を搬送位置決めする搬送手段と、
上記装置本体の上記幅方向と交差する前後方向の一端側に設けられ第1の上下駆動機構によって上下方向に駆動可能であるとともに半導体チップを保持した複数のウエハリングが上下方向に所定間隔で出し入れ可能に収納されたカセットと、
上記装置本体の前後方向に沿って移動可能に設けられ上記搬送手段の下方を通過する高さで上記ウエハリングを上記カセットに対して出し入れするチャックと、
上記装置本体の前後方向の上記カセットよりも他端側で、上記搬送手段の下方に配置され上記チャックによって上記カセットから取り出された上記ウエハリングが受け渡されるリングホルダと、
このリングホルダに受け渡されたウエハリングから半導体チップを取り出して上記搬送手段によって位置決めされた上記基板に実装する実装手段と、
上記チャックが上記ウエハリングを受け渡すときにはこのリングホルダを上記ウエハリングの受け渡しが可能な第1の高さに位置決めし、上記実装手段によって上記リングホルダに保持されたウエハリングから半導体チップを取り出すときには上記リングホルダを上記搬送手段の下面よりも低い位置で、上記第1の高さよりも高い第2の高さに位置決めする第2の上下駆動手段と、
上記実装手段によって上記リングホルダに保持されたウエハリングから半導体チップを取り出して位置決めされた上記基板に実装するとき、上記半導体チップを上記基板の上記半導体チップが実装される実装位置に対して上記基板の搬送方向に対して交差するY方向に対しては近くに、Y方向と交差するX方向に対しては同じ位置に上記リングホルダを位置決めするY駆動源及びX駆動源と
を具備したことを特徴とする半導体チップの実装装置にある。
この発明によれば、リングホルダの高さを、このリングホルダにウエハリングが受け渡されるときよりも、半導体チップを基板に実装するときの高さの方が高くなるよう位置決めする。そのため、半導体チップを基板に実装する際、リングホルダから半導体チップを取り出すために要する時間を短縮できるから、生産性の向上を図ることができる。
以下、この発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は実装装置としてのダイボンダの側面図で、図2は平面図であって、このダイボンダは横断面形状が前後方向に沿って細長い矩形状をなした箱型状の装置本体1を備えている。この装置本体1の前後方向中途部の所定の高さ位置には、搬送手段としての所定間隔で平行に離間した一対のガイドレール2が幅方向に沿って配置されている。一対のガイドレール2はリードフレームや樹脂製シートなどの基板Wを移動可能に支持する。ガイドレール2に支持された基板Wは、図示しない搬送機構によって上記ガイドレール2に沿ってピッチ送りされる。
上記装置本体1内には、カセット3とリングホルダ4とが上記ガイドレール2の配置方向に対して直交する、装置本体1の前後方向に沿って配置されている。つまり、カセット3は装置本体1の前端側に設置され、リングホルダ4はカセット3よりも後端側に設置されている。
上記カセット3は第1の上下駆動機構6によって上下駆動される載置テーブル7上に載置されていて、内部には複数のウエハリング8が上下方向に所定間隔で収納保持されている。上記カセット3に収納されたウエハリング8は、このカセット3の一側面から出し入れ可能となっている。
上記ウエハリング8には図示しない樹脂シートが張設されている。この樹脂シートには図2に鎖線で示す半導体ウエハ11が貼着されている。この半導体ウエハ11は賽の目状に分断され、多数の半導体チップ12となっている。
図3(a)〜(c)に示すように、上記リングホルダ4は上面となる水平面14aと側面となる垂直面14bを有するL字状をなしている。水平面14aには上記カセット3に収納されたウエハリング8が後述するように供給保持され、垂直面14bには一対の垂直ガイド体15に設けられた一対のZレール15aにスライド可能に係合する受け部16が設けられている。
図1に示すように、上記垂直ガイド体15はYテーブル17に立設されている。このYテーブル17はXテーブル18上に上記装置本体1の前後方向であるY方向に沿って移動可能に設けられ、Y駆動源19によって駆動されるようになっている。
上記Xテーブル18は上記装置本体1内に設けられたベース21上に装置本体1の幅方向である、上記Y方向と直交するX方向に沿って設けられたXレール20に移動可能に設けられ、X駆動源22によって駆動されるようになっている。
図3(b)に示すように、上記リングホルダ4は第2の上下駆動機構24によってその水平面14aの高さ位置を変えることができるようになっている。第2の上下駆動機構24は上記垂直ガイド体15に設けられた支持部25に中途部が回転可能に支持されたねじ軸26を有する。このねじ軸26は上記リンクホルダ4の垂直面14bに設けられたナット部27に螺合している。
上記ねじ軸26の上記支持部25から突出した下端には従動プーリ28が嵌着されている。上記垂直ガイド体15には駆動モータ29が設けられている。この駆動モータ29の図示しない回転軸には駆動プーリ31が嵌着されている。この駆動プーリ31と上記従動プーリ28にはベルト32が張設されている。
したがって、上記駆動モータ29が作動して上記ねじ軸26が回転駆動されれば、その回転方向に応じて上記リングホルダ4が上昇方向或いは下降方向に駆動される。それによって、リングホルダ4は水平面14aの高さを調整できるようになっている。なお、上記駆動モータ29は図示せぬ制御装置によって駆動が制御されるようになっている。
図2に示すように、上記装置本体1内の幅方向一側には上記カセット3に対してウエハリング8を出し入れするための出し入れ装置34が設けられている。この出し入れ装置34は上記装置本体1内の幅方向一側に前後方向に沿って設けられたレール35を有する。このレール35には可動体36が移動可能に設けられている。この可動体36は、上記レール35に設けられたコイルと、上記可動体36に設けられた磁石(ともに図示せず)とで構成されたリニアモータによって上記レール35に沿って駆動されるようになっている。
上記可動体36には支柱37が立設され、この支柱37の上端にはアーム38が基端を固定して水平に設けられている。このアーム38の先端は上記装置本体1の幅方向中央に延出されていて、その先端には上下方向に所定の高さ寸法を有するチャック39が設けられている。それによって、上記チャック39は装置本体1の幅方向中央を前後方向に沿って駆動されるようになっている。
上記チャック39の高さは上記ガイドレール2の下面を通過する高さであって、前進方向である、装置本体1の前面方向に駆動されると、上記カセット3内に入り込んで、チャック39と同じ高さに位置決めされたウエハリング8を挟持できるようになっている。
ウエハリング8を挟持したチャック39は後退方向に駆動され、そのウエハリング8を上記リングホルダ4の水平面14aに供給する。このとき、リングホルダ4の水平面14aの高さは、上記ガイドレール2の下面を通過する上記チャック39の下端よりもわずかに低い位置に設定される。この位置を第1の高さとし、図4(a)にH1で示す。それによって、上記チャック39はリングホルダ4の水平面14aにぶつかることなく、この水平面14aの上方を装置本体1の前後方向に沿って移動できるようになっている。
リングホルダ4の水平面14aにウエハリング8が供給載置されると、このリングホルダ4はウエハホルダ4がガイドレール2の下面に当たらない位置まで上昇方向に駆動される。リングホルダ4のこの上昇位置を第2の高さとし、図4(b)にH2で示す。つまり、リングホルダ4の第2の高さH2は、第1の高さH1に比べて高い位置となっている。
リングホルダ4が上記第2の高さH2に位置決めされると、その水平面14aに載置されたウエハリング8の半導体チップ12は図1に示す実装手段41によって1つずつ取り出され、上記ガイドレール2に沿って搬送位置決めされた上記基板Wに実装される。
上記実装手段41は先端に吸着ノズル42が設けられた実装ツール43を有する。この実装ツール42は、X、Y、Z機構44(詳細は図示しない)によって水平方向及び上下方向に駆動されるようになっている。
それによって、上記実装ツール43は上記リングホルダ4に保持されたウエハリング8から半導体チップ12を1つずつ取り出し、その半導体チップ12を上記ガイドレール2の所定の位置に位置決めされた基板Wに実装できるようになっている。
つぎに、上記構成のダイボンダによって基板Wに半導体チップ12を実装する手順について説明する。まず、チャック39がカセット3からウエハリング8を取り出し、リングホルダ4の水平面14aに供給載置する。
上記チャック39はガイドレール2の下面を通過する高さで装置本体1の前後方向である、Y方向に沿って駆動される。したがって、カセット3は、上記チャック39によって取り出されるウエハリング8の高さがそのチャック39と同じ高さになるよう、第1の上下駆動機構6によって位置決めされる。
上記リングホルダ4は、ガイドレール2の下面を通過するチャック39が上記リングホルダ4の水平面14aにぶつかることのない高さ、つまり図4(a)に示す第1の高さH1に第2の上下駆動機構24によって位置決めされる。
それによって、上記チャック39は後退位置から前進し、カセット3内に進入し、このカセット3内のウエハリング8を挟持して後退する。そして、そのウエハリング8を上記リングホルダ4の水平面14aに供給載置する。
ウエハリング8がリングホルダ4の水平面14aに供給載置されると、第2の上下駆動機構24が作動してその水平面14aを図4(a)に示す第1の高さH1から、図4(b)に示す、第1の高さH1よりも高い第2の高さH2に上昇させる。
リングホルダ4の水平面14aが第2の高さH2に位置決めされると、上記リングホルダ4がX、Y方向に駆動され、実装ツール43の吸着ノズル42によってピックアップされる半導体チップ12が所定の位置に、つまりピックアップ位置に位置決めされる。ついで、ピックアップ位置の上方に上記実装ツール43が位置決めされて下降方向に駆動され、吸着ノズル42によって半導体チップ12を吸着して上昇する。
上昇後、実装ツール43はガイドレール2に位置決め保持された基板Wの実装位置の上方へ移動し、その位置で下降して吸着ノズル42に吸着した半導体チップ12を上記基板Wに所定の圧力で実装する。
実装後、上記実装ツール43は上昇してリングホルダ4の上方へ移動し、つぎにピックアップ位置に位置決めされた半導体チップ12をピックアップして基板Wに実装するということが繰り返して行なわれる。
リングホルダ4に保持された半導体チップ12がなくなると、リングホルダ4がH2からH1に下降した後、チャック39が前進してそのリングホルダ4を挟持し、その後さらに前進してそのリングホルダ4をカセット3内の空の位置に収納する。
ついで、チャック39がカセット3の外部まで後退すると、第1の上下駆動機構6によってカセット3の高さが変更され、つぎのリングホルダ4が上記チャック39によってリングホルダ4の水平面14aに供給載置されて上述した半導体チップ12の実装が繰り返して行なわれることになる。
このように、リングホルダ4の水平面14aの高さを、チャック39がウエハリング8をカセット3から取り出したり、カセット3に収納するときには、上記チャック39が上記水平面14aに当たることのない第1の高さH1とする。
そして、リングホルダ4に供給されたウエハリング8から実装ツール43によって半導体チップ12を取り出してガイドレール2に位置決めされた基板Wに実装するときには、上記リングホルダ4の水平面14aの高さを、上記第1の高さよりも高く、しかもガイドレール2の下面に当たることのない第2の高さH2とする。
そのため、基板Wに半導体チップ12を実装するとき、実装ツール43を下降させる距離は、ウエハリング8をリングホルダ4の水平面14aに供給するときの第1の高さH1よりも高い第2の高さH2まででよい。
その結果、実装時における実装ツール43の下降距離を、第1の高さH1と第2の高さH2との差の距離である、(H1−H2)だけ短縮することができるから、その分、半導体チップ12の実装に要するタクトタイムを短縮することが可能となる。
つまり、リングホルダ4の高さを、第2の上下駆動機構24によって調整できるようにした。そのため、ウエハリング8をチャック39によってカセット3に出し入れする際には、リングホルダ4の高さを第1の高さH1とすることで、その出し入れに支障をきたすことなく、また半導体チップ12を基板Wに実装する際にはリングホルダ4の高さを第2の高さH2とすることで、その実装に要するタクトタイムを短縮することができる。
上記リングホルダ4をガイドレール2の下方に配置し、しかも半導体チップ12を基板Wに実装するときの第2の高さH2をガイドレール2の下面よりも低い位置にしている。そのため、X、Y方向に位置決めされたリングホルダ4から、実装ツール43によってピックアップされる半導体チップ12のピックアップ位置を、図2にPで示すように上記ガイドレール2に位置決めされた、半導体チップ12が実装される基板Wの実装位置Bの近くに位置決めすることができる。
したがって、実装ツール43がウエハリング8から半導体チップ12をピックアップする際、この実装ツール43の装置本体1の前後方向に沿うY方向の移動距離を短くすることができるから、そのことによっても実装に要するタクトタイムを短縮することが可能となる。
このときの実装ツール43のX方向の移動距離は、半導体チップ12のピックアップ位置Pと、基板Wの半導体チップ12が実装される位置とのX座標を一致させておくことで0とすることができる。
上記カセット3とリングホルダ4とをガイドレール2の配置方向に対して直交する方向である、装置本体1の前後方向に沿って配置したので、装置本体1の幅寸法を小さくし、小型化を図ることが可能となる。
上記ウエハリング8の搬送高さを半導体チップ12のピックアップ高さよりも低くしたので、カセット3の配置高さをウエハリング8の搬送高さに応じて低くすることができる。そのため、装置本体1の前面からガイドレール2上での実装ツール43による半導体チップ12の実装状態の確認がし易くなるから、運転状態の管理が容易かつ確実に行なえる。
上記一実施の形態では実装装置としてダイボンダを例に挙げて説明したが、フリップチップボンダなどの他の実装装置であっても、この発明を適用することが可能である。
また、搬送手段はガイドレールに限られず、コンベア方式など他の手段であってもよく、要は基板を所定方向に沿って搬送し、半導体チップを実装する位置で位置決めできる構成であればよい。
この発明の一実施の形態を示す実装装置の側面図。 図1に示す実装装置の横断面図。 (a)はリングホルダの側面図、(b)は平面図、(c)は断面図。 (a)はリングホルダが第1の高さに位置決めされた説明図、(b)はリングホルダが第2の高さに位置決めされた説明図。
符号の説明
1…装置本体、2…ガイドレール(搬送手段)、3…カセット、4…リングホルダ、11…半導体ウエハ、12…半導体チップ、24…第2の上下駆動機構(上下駆動手段)、39…チャック、41…実装手段、43…実装ツール。

Claims (1)

  1. 基板に半導体チップを実装するための実装装置であって、
    装置本体と、
    この装置本体の幅方向に沿って上記基板を搬送位置決めする搬送手段と、
    上記装置本体の上記幅方向と交差する前後方向の一端側に設けられ第1の上下駆動機構によって上下方向に駆動可能であるとともに半導体チップを保持した複数のウエハリングが上下方向に所定間隔で出し入れ可能に収納されたカセットと、
    上記装置本体の前後方向に沿って移動可能に設けられ上記搬送手段の下方を通過する高さで上記ウエハリングを上記カセットに対して出し入れするチャックと、
    上記装置本体の前後方向の上記カセットよりも他端側で、上記搬送手段の下方に配置され上記チャックによって上記カセットから取り出された上記ウエハリングが受け渡されるリングホルダと、
    このリングホルダに受け渡されたウエハリングから半導体チップを取り出して上記搬送手段によって位置決めされた上記基板に実装する実装手段と、
    上記チャックが上記ウエハリングを受け渡すときにはこのリングホルダを上記ウエハリングの受け渡しが可能な第1の高さに位置決めし、上記実装手段によって上記リングホルダに保持されたウエハリングから半導体チップを取り出すときには上記リングホルダを上記搬送手段の下面よりも低い位置で、上記第1の高さよりも高い第2の高さに位置決めする第2の上下駆動手段と、
    上記実装手段によって上記リングホルダに保持されたウエハリングから半導体チップを取り出して位置決めされた上記基板に実装するとき、上記半導体チップを上記基板の上記半導体チップが実装される実装位置に対して上記基板の搬送方向に対して交差するY方向に対しては近くに、Y方向と交差するX方向に対しては同じ位置に上記リングホルダを位置決めするY駆動源及びX駆動源と
    を具備したことを特徴とする半導体チップの実装装置。
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