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

Description

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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