JP4691923B2

JP4691923B2 - 半導体装置の搭載設備

Info

Publication number: JP4691923B2
Application number: JP2004222741A
Authority: JP
Inventors: 康介井上; 博本間; 昌二中久喜
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2024-07-30
Also published as: JP2006041408A; WO2006011563A1

Description

本発明は、半導体チップ等の半導体装置を、表裏反転しつつ電子回路基板に対して搭載するフリップチップボンダに関するものである。

半導体チップを表裏反転しつつ電子回路基板に搭載するフリップチップ搭載技術は、半導体チップを内蔵した半導体パッケージや各種モジュールにおいて広く活用されている。そしてそのプロセスを実現するための半導体装置の搭載設備は、フリップチップボンダの名称で各種半導体組立装置メーカより販売されている。

一般的なフリップチップボンダは、半導体チップをその表面を上にして供給するチップ供給部と、このチップ供給部から半導体チップの供給を受けた後にそれを表裏反転させる反転機構と、チップ反転部から半導体チップを受け取った後にこれを電子回路基板に搭載するチップ搭載部と、チップ供給部における半導体チップの位置を認識するチップ認識部Ａと、チップ搭載部が受け取った半導体チップの位置を認識するチップ認識部Ｂと、半導体チップを搭載する電子回路基板の位置を認識する回路基板認識部から構成されている。このようなフリップチップボンダの典型的な構造を開示しているのが例えば特許第２７２５７０１号公報である。

特許第２７２５７０１号公報

しかしながら、フリップチップボンダにおいては、そのサイクルタイムが最速でも１．５秒程度となっている。

これに対して、半導体チップの表裏反転を行わない搭載設備、いわゆるダイボンダのサイクルタイムは０．２から０．５秒程度となっている。このようにフリップチップボンダの生産性は、ダイボンダと比べて非常に低く、フリップチップ搭載プロセスの低コスト化の大きな障害となっている。

本発明の目的は、半導体チップを表裏反転しつつ電子回路基板に搭載するフリップチップボンダを高速化することにある。

フリップチップボンダのサイクルタイムが低速である主要な原因の一つは、半導体チップの表裏反転に長時間を要していることである。

これは、従来の搭載設備が電動モータで駆動するアクチュエータが採用されているため、なめらかな加減速が難しく制御上速度が非連続になりやすい。このため、表裏反転前後の動作とタイミングを合わせるための時間が長く必要なる。また、電動モータが停止状態から高速運転状態もしくは高速運転状態から停止状態へと加減速する場合、その特性から、加減速領域における電動モータの動作が不安定となる。このため、表裏反転前後の動作とタイミングを合わせるための時間が長く必要なる。

本願は、この目的を達成できる発明を複数含むものである。

代表的な手法の一つは、反転コレットを半導体装置に対して突き出し、反転コレットを介してエアを吸引することにより、該半導体装置を反転コレットに吸着し、半導体装置を保持した状態で反転コレットを退避させ、反転コレットを回転させることにより、半導体装置の表裏を反転し、エア回路を切り換えることにより反転コレットのエアの吸引力を弱めて該半導体装置を搭載コレットに受け渡し、該搭載コレットを用いて半導体装置を搭載する半導体装置の搭載設備において、前記反転コレットの突き出しおよび待避と反転コレットのエア回路切換の少なくともいずれかと前記反転コレットの回転とを、１台のモータで駆動するカム機構によりなすようにするものである。

本発明によれば、半導体チップの表裏反転動作がモータの速度ではなく、カムのカム曲線で制御し、さらに、表裏反転に関わる他の動作も同じ1台のモータで駆動するようにしているので、それぞれの動作のタイミングが合わせ易く、表裏反転動作全体として高速にすることが可能となる。

本発明の実施例について図面により説明する。

図１は本発明の一実施例であるフリップチップボンダである。但し、理解を容易にするために構造部品、制御装置、安全カバー、ユーザインタフェース、配管や配線等の一部部品については必要に応じて省略してある。

反転動作用モータ１は、継手や軸を介して３枚の板カム２（板カム２ａ、２ｂ、２ｃから構成される）およびローラギアカム形インデックステーブル３の入力軸に接続されている。３枚の板カム２にはそれぞれ別々のカムフォロア４が押し付けられており、各板カム２のカム曲線に追従することでカム曲線に対応した変位を取り出せる様になっている。

ローラギアカム式インデックステーブル３の出力軸には回転プレート１０が取り付けられており、入力軸の回転と設計されたカム曲線に基づいて回転する。回転プレート１０は図示しない軸受けによりその中央部を支持されており、円盤状の部材に対して板状の部材を、その中心に対して点対称の位置かつ円盤の外周に突き出す形で取り付けたような形状となっている。

回転プレート１０の前記突き出た部分には２組のコレット上下機構８ａ、８ｂおよび反転コレット９ａ、９ｂが取り付けられており、回転プレート１０と共に回転する。なお、本実施例における反転機構とは、ローラギアカム式インデックステーブル３、回転プレート１０、２組のコレット上下機構８ａ、８ｂ、反転コレット９ａ、９ｂから構成されている。コレット上下機構８ａ、８ｂは、板カム２ａのカム曲線に従い、上下動作を行う。なお、この上下動作は、コレット上下機構８ａ、８ｂに取り付けられている反転コレット９ａ、９ｂがそれぞれ鉛直方向の位置付近において行われる。

反転コレット９ａ、９ｂには吸着面が存在し、吸着面にあけられた吸引口から真空吸引することで半導体チップ７１を吸着保持できるようになっている。また吸引口による真空吸引をとりやめ、エア流を吹き出すことで半導体チップ７１の保持を中止することができる。反転コレット９ａ、９ｂにおいて真空吸引およびエア吹き出し流を実現するため反転コレット９ａ、９ｂからコレット上下機構８ａ、８ｂ、エアチューブ７ａ、７ｂ、回転プレート１０、センターエアバルブ６を経由し、真空源やコンプレッサーに至るエア回路が形成されている。

以上の各部品については何れも反転機構ベースプレート５に直接的もしくは間接的に組み付けられている。

また、反転機構ベースプレート５は、本発明のフリップチップボンダの架台に取り付けられている。

反転コレット９ａ、９ｂの下方には半導体チップ７１が多数貼り付けられているダイシングフィルム２７と、ダイシングフィルム２７を固定したリング状の板材であるダイシングフレーム２１と、ダイシングフレームを固定したダイシングフレーム固定ベース２６が設置されている。ダイシングフレーム固定ベース２６は、ウェーハ並進移動機構２４ｘ、２４ｙに取り付けられている。

また、ダイシング固定ベース２６に固定されたダイシングフレーム２１およびダイシングフィルム２７および半導体チップ７１をダイシングフレーム２１の面内での回転を行うためのウェーハ回転機構２２がダイシングフレーム固定ベース２６と接続している。

ダイシングフィルム２７の下方には、チップ剥離機構２３が配置されている。

チップ剥離機構２３は、上方へ並進動作を行うことで、ダイシングフィルム２７に密着もしくは近接する。チップ剥離機構２３は、同位置でダイシングフィルム２７の上面に貼り付けられた半導体チップ７１の剥離動作を行う。チップ剥離機構２３は、ユニット交換により複数のチップ剥離方法に対応可能である。適用可能なチップ剥離方法としては、針状のピンを突き上げることで、ダイシングフィルム２７を突き破り、これにより半導体チップ７１を持ち上げる方法、超音波振動するピンをダイシングフィルム２７の下方に接触させることで、その上面に貼り付いている半導体チップ７１を剥がす方法、ダイシングフィルム２７を加熱もしくは紫外線を照射することで、その上面に貼り付いている半導体チップ７１とダイシングフィルム２７との間の粘着力を著しく低下させる方法、ダイシングフィルム２７を下方から部分的に真空吸引することで、その上面に貼り付いている半導体チップ７１を剥がす方法などである。このように現在知られている各種のチップ剥離方法をいずれも適用することが出来る。

反転コレット９ａ、９ｂの上方には搭載コレットｘ移動機構３５が配置されている。

この搭載コレットｘ移動機構３５はリニアモータおよびリニアガイドから構成されている。搭載コレットｘ移動機構３５によりｘ移動ブロック３７がｘ方向に移動可能となる。その際の移動範囲の両端位置についてはｘ移動ブロック３７を二点鎖線にて図示することで示した。

ｘ移動ブロック３７には、搭載コレット上下機構３４が取り付けられており、搭載コレット上下機構３４が動作することで、荷重調整機構３２が上下動作を行う。搭載コレット上下機構３４は、ボールねじやリニアガイドなどから構成されている。

更に荷重調整機構３２には、搭載コレット回転機構３３および搭載コレット３１が取り付けられている。

また、搭載コレット３１には図示していないエア回路が導かれている。搭載コレット３１は、真空吸引口を有したノズル状の部品であり、半導体チップ７１に近接させつつ、前記エア回路を真空源に接続することで、真空吸引口に真空吸引力を発生させ、半導体チップ７１を吸着保持することが可能となっている。また、後述する回路基板７２に近接した状態で、前記エア回路の真空吸引力を解除し、逆に正圧のエア流を導くことで、半導体チップ７１を搭載コレット３１から回路基板７２に対して搭載することが可能となっている。

搭載コレット回転機構３３は、電動モータとタイミングベルト機構などから構成され、図示しない制御部からの信号により動作することで搭載コレット３１をｚ軸まわりに回転させることが出来る。

搭載コレットｘ移動機構の下方であって反転コレット９ａ、９ｂとは反対の端部方向には、回路基板搬送路４３がｙ方向に配置されている。回路基板搬送路４３上には回路基板７２が誘導されている。

回路基板７２は、回路基板ｙ送り機構４１の動作により、ｙ方向に移動可能である。回路基板７２は、半導体チップ７１が搭載される前には、その下方にあり図示されていない基板保持機構により真空吸着され、保持される。

本実施例におけるフリップチップボンダは、３台の認識用カメラを有している。

半導体チップ認識用カメラＡ２５は、ダイシングフィルム２７の上に貼り付いている半導体チップ７１を画像認識し、その位置および傾きを出力する。

半導体チップ認識用カメラＢ３６は、搭載コレット３１に吸着保持されている半導体チップ７１を画像認識し、有無の判定、半導体チップ７１の基準位置からの位置ずれ、回転ずれを出力する。

回路基板認識用カメラＣ４２は、半導体チップ７１を搭載する対象である回路基板７２を画像認識し、回路基板７２の有無および基準位置からの位置ズレ、回転ずれを出力する。次にセンターエアバルブ６によるエア回路切換動作について図２（ａ）（ｂ）および図３により詳細に説明する。

図２は、センターエアバルブ６をｙ軸方向から図示したものである。

なお、図２においてはセンターエアバルブ６の全面にある回転プレート１０などの部品や背後にある反転機構ベースプレート５などの部品は省略してある。

センターエアバルブ６は、円盤状の部品であり、中央部は回転軸受けにて保持されている。

また、その表面には２つの円弧状のエア吸引溝５５および５６とエア噴出穴５７を有している。

エア吸引溝５５および５６とエアチューブ５２および５３は、それぞれ継手を介して接続されている。エアチューブ５２および５３は、図示しない真空レギュレータを介して真空源と接続されている。エア噴出穴５７とエアチューブ５４は、継手を介して接続されている。エアチューブ５４は、レギュレータバルブを介してコンプレッサー等のエア源と接続されている。

センターエアバルブ６にはカムレバー５１ｃが接続されており、カムレバー５１ｃは板カム２ｃに対応したカムフォロア４にリンク機構を介して接続されている。このため、設計した板カム２ｃのカム曲線に対応してカムレバー５１ｃは上下方向に移動する。つまり、センターエアバルブ６は、図２（ａ）に示した標準位置から図２（ｂ）に示した回転位置へと必要に応じて回転可能となっている。

また、センターエアバルブ６は、板カム２ｃのカム曲線に従って、図２（ｂ）の回転位置から図２（ａ）の標準位置へと逆回転することで復帰することが可能である。

図３には回転プレート１０および回転プレート１０に組み付けられている各種部品を示してある。回転プレート１０は、その中央部の回転軸受けにより支持されている。また、回転プレート１０は、前述のローラギアカム形インデックステーブル３の出力軸に接続されており、ローラギアカム形インデックステーブル３のカム曲線に応じて回転運動を行う。

回転プレート１０のインデックステーブル側は、前述のセンターエアバルブ６に接触もしくは若干の隙間を有した状態で近接している。

回転プレート１０のインデックステーブル側の面には、２つのエア接続穴１１ａ、１１ｂがあり、エア接続穴１１ａは継手、エアチューブ７ａ、コレット上下機構８ａを経て反転コレット９ａの吸着面にある吸引口に接続している。同様にエア接続穴１１ｂは継手、エアチューブ７ｂ、コレット上下機構８ｂを経て反転コレット９ｂの吸着面にある吸引口に接続している。エア接続穴１１ａ、１１ｂの半径方向位置は図２にて説明したセンターエアバルブ６のエア吸引溝５５、５６、エア噴出穴５７に対応している。図３ではセンターエアバルブ６のエア吸着溝５５、５６、エア噴出穴５７を二点鎖線にて示した。以上のような構成のため、例えば図３（ａ）示した回転角に回転プレート１０がある場合、エア接続穴１１ｂにはエア吸引溝５６が重なった位置にある。このため、エア接続穴１１ｂに対応する反転コレット９ｂには真空吸引力が発生する。一方、エア接続穴１１ａにはエア吸引溝５５、５６とは重なっていない。このため、エア接続穴１１ａに対応する反転コレット９ａには真空吸引力が発生しない。またエア接続穴１１ａはエア噴出穴５７とも対応していないため、反転コレット９ａの吸引口からエアが吹き出すこともない。また、図３（ｂ）に示した状態では、エア接続穴１１ａ、１１ｂがそれぞれエア吸引溝５６、５５に対応した位置にある。このため、反転コレット９ａ、９ｂ何れの吸引口においても真空吸引力が発生する。なお、反転コレット９ｂには半導体チップ７１が吸着保持されているが、反転コレット９ａには半導体チップ７１は吸着保持されていない。このような際に反転コレット９ａから吹き出すエア流によりエア回路の真空度が低下し、反転コレット９ｂに吸着保持されている半導体チップ７１が脱落しない様にエア吸引溝５５と５６は一つの溝ではなく、二つに分割してある。なお、エア吸引溝５５とエア吸引溝５６とを隔てる壁はエア接続穴１１ａ、１１ｂの直径と比べて十分に薄く形成してあるため、回転プレート１０が回転する際にエア接続穴１１ａ、１１ｂがこの壁部分を横断しても吸着コレット９ａ、９ｂの真空吸引力が低下することはない。

図３（ｂ）の状態で、センターエアバルブ６を図２（ａ）に示した標準状態から図２（ｂ）に示した回転状態に回転すると、エア接続穴１１ｂとエア吸引溝５５との重なりが外れることにより吸引力が弱まり、さらに、エア接続穴１１ｂとエア噴出穴５７の位置が一致するようになることにより、反転コレット９ｂに吹き出す方向のエア流が供給され、真空吸引力により吸着保持されていた半導体チップ７１の保持を中断するというエア回路切換動作が実現できる。続いて本実施例におけるローラギアカム形インデックステーブル３について図４、図５、図６を用いて説明する。ローラギアカム形インデックステーブル３は、図４に示した一般的なローラギアカム形インデックステーブルのタイミング線図例にあるように入力軸を連続回転しつつも出力軸に回転する力を伝えないことにより出力軸の回転を停留させる（ほぼ停止させる）ことができる機構である。このような動作を実現するために、ローラギアカム形インデックステーブル３は図５に示す様に入力軸側の鼓形のテーパリブカム８０と出力軸側のローラフォロア９２を組み合わせた構造となっている。

ローラフォロア９２はテーパリブカム８０に与圧をかけた状態で拘束されているためバックラッシも少ない。これに対して本実施例におけるローラギアカム形インデックステーブル３ではこれとは異なり、図６のＡ部に示す停留区間の一部分に対応するテーパリブカム８０のカム面を機械加工により一部除去加工を行うことでカム面で側面が構成された凸の幅を狭め、カム機構の与圧を低下させている。以上により、本実施例におけるローラギアカム形インデックステーブル３では、停留状態における出力軸の回転方向の剛性を低下させることに成功している。

引き続き、本実施例における倣い位置決めについて図７を用い説明する。図７は、回転プレート１０および倣い位置決めに関連する主要部品を、図１に示した反転機構ベースプレート５方向から図示したものである。なお説明を容易にするために図７では反転機構ベースプレート５を含め、一部の部品については図示せず省略してある。

図７に示す様に、表裏反転に伴い回転する部材である回転プレート１０のインデックステーブル側の面には、ピン６２aおよびピン６２ｂが設けられおり、その先端はコーン形状になっている。

ピン６２ａの対抗する位置にはＶノッチプレート６１が表裏反転に伴い回転しない部材である直動テーブル６４に取り付けられた状態で設置されている。Ｖノッチプレート６１にはカムレバー６３が取り付けられている。また、カムレバー６３の一端には図１にて説明したカムフォロア４が取り付けられており、板カム２ｂのカム曲線に応じて移動動作する。

板カム２ｂの移動動作により、Ｖノッチプレート６１は図６中のｙ方向に直線移動を行う。Ｖノッチプレート６１は、図７左奥方向（ｙマイナス方向）に移動するとピン６２ａと接触する。Ｖノッチプレート６１の先端にはＶ形状の溝があり、この部位とピン６２ａが接触することで、Ｖノッチプレート６１とピン６２ａの噛み合わせによって決定される回転方向の位置に回転プレート１０には移動する力が働く。なお、Ｖノッチプレート６１とピン６２ａが噛み合うのは、回転プレート１０が接続されたローラギアカム形インデックステーブル３の停留区間（停留状態）においてであり、前述の様に出力軸については回転方向の剛性が低く設定されている。このため、Ｖノッチプレート６１とピン６２ａとが噛み合うことで、ピン６２ａが取り付けられている回転プレート１０は、Ｖノッチプレート６１のＶ形状の溝にピン６２ａが倣う形で回転方向に位置を修正することが可能となる。なお、回転プレート１０が図６の状態から１８０度回転した位置においては、Ｖノッチプレート６１ともう一方のピン６２ｂとが噛み合うことで全く同じ位置修正が可能である。

次に図１中のコレット上下機構８ａ、８ｂについて図８を用いて詳細に説明する。なお、コレット上下機構８ｂについてはコレット上下機構８ａと全く同一の機構であるため、以下では８ａについて説明する。このため、図８における８ｂについての詳細な図示については省略してある。

図１で示したコレット上下機構８ａは、図８に示したボールスプライン外筒８１、ボールスプライン軸８２、下ストッパ８３、ストッパプレート８４、上ストッパ８５、上ストッパ固定具８６、引っ張りバネ８７、コレット上下レバー８８、カムフォロア８９、カムフォロア９０、コレットレバー押しプレート９１とから構成される。回転プレート１０にボールスプライン外筒８１が固定されており、それによりボールスプライン軸８２は上下方向に摺動移動可能な様にガイドされている。

ボールスプライン軸８２の下部には反転コレット９ａが、上部にはストッパプレート８４が取り付けられている。反転コレット９ａとボールスプライン外筒８１との間には図示しない圧縮バネが挿入されている。このため、反転コレット９ａもしくはボールスプライン軸８２に対して上方向の外力を加えると、反転コレット９ａおよびボールスプライン軸８２は上方向に退避動作を行う。なお、図８においては省略しているが、ボールスプライン軸８２は中空構造であり、かつその上部には図１にて示したエアチューブ７ａが取り付けられている。このため、エアチューブ７ａからボールスプライン軸８２を経由して反転コレット９ａに至るエア回路が形成されている。

回転プレート１０に固定されている上ストッパ固定具８６には上ストッパ８５が固定されており、上ストッパ８５とストッパプレート８４とが接触することで、ボールスプライン軸８２および反転コレット９ａの上昇端を決定している。

また、ボールスプライン外筒８１の上部には下ストッパ８３が取り付けられており、下ストッパ８３とストッパプレート８４とが接触することで、ボールスプライン軸８２および反転コレット９ａの下降端を決定している。

回転プレート１０の側面にはコレット上下レバー８８が取り付けてあり、その中央付近に取り付けられた軸受けを中心に揺動可能となっている。また、コレット上下レバー８８の両端にはカムフォロア８９、９０が取り付けてある。このうちカムフォロア８９に対してはストッパプレート８４が前述の圧縮バネにより下ストッパ８３が効いていない範囲において常に当接している。一方、カムフォロア９０は、引っ張りバネ８７によりコレットレバー押しプレート９１に対して、上ストッパ８５が効いていない範囲において押し付けられている。コレットレバー押しプレート９１は、外形が円弧状の板部品であり、図示していない直動ガイドで支持されている。また、その背面にはカムレバーの一端が接続されている。同カムレバーのもう一端には図１で示したカムフォロア４が取り付けられており、図１で示した板カム２ａにバネにより押し付けられている。このため、板カム２ａの回転により、コレットレバー押しプレート９１は板カム２ａのカム曲線に応じたｙ方向の前後運動を行う。コレットレバー押しプレート９１の前後運動により、コレット上下レバー８８は揺動し、これに応じて反転コレット９ａは上下動する。なお、図８においては省略してあるが、反転コレット９ａ、９ｂが上方にある位置（図８中の反転コレット９ｂの位置）においても同位置に対応したコレットレバー押しプレート９１が設置されており、下位置にあるコレットレバー押しプレート９１と同一のカムレバーに接続されているため、上方にある位置においても反転コレット９ａ、９ｂは上下動する。つまり、コレット９ａおよび９ｂは、コレットレバー押しプレート９１がｙ軸マイナス方向に移動すると、回転プレート１０の外周方向に突き出す突き出し動作を行う。また、コレット９ａおよび９ｂは、コレットレバー押しプレート９１がｙ軸プラス方向に移動すると、回転プレート１０の中心方向に移動する退避動作を行う。

次に、図１により本実施例におけるフリップチップボンダの動作を説明する。最初に半導体チップ７１がダイシング済みの状態で貼り付けられたダイシングフィルム２７および該ダイシングフィルム２７が固定されたダイシングフレーム２１を、ダイシングフレーム固定ベース２６に固定する。ダイシング固定ベース２６は、半導体チップ認識用カメラＡ２５による半導体チップ７１の位置姿勢認識結果に基づき、ウェーハ並進移動機構２４ｘ、２４ｙおよびウェーハ回転機構２２の動作により移動し、吸着保持対象の半導体チップ７１を吸着保持位置に搬送される。吸着保持位置にてダイシングフィルム２７下方からチップ剥離機構２３が上昇し、吸着保持対象の半導体チップ７１をダイシングフィルム２７から剥離させる。また、これに先立ち反転コレット９ａは、反転動作用モータ１による回転動作により、反転動作用モータ１と連結されたローラギアカム形インデックステーブル３の停留区間に到達している。そして、図７により説明したＶノッチプレート６１の動作により、正確に吸着保持位置に位置決めされている。また、これと同期して反転コレット９ａは図８で示したコレット上下レバー８８の動きにより下降する。また、これと同期して図２および図３にて説明したとおり、この位置では反転コレット９ａには真空回路が接続されている。以上により、剥離された半導体チップ７１は、その上方に待機している反転コレット９ａにより吸着保持される。

この後、反転コレット９ａはコレット上下機構８ａにより上昇を開始し、かつＶノッチプレート６１による精密位置決めが解除される。続いてローラギアカム形インデックステーブル３の停留区間が終了し、再び出力軸の回転方向の剛性が高い通常の状態に復帰し、出力軸の回転が開始する。このため、反転コレット９ａは表裏反転を開始する。また、コレット上下レバーが揺動を開始し、結果として反転コレット９ａは、回転プレート１０の中心方向に退避する。

反転コレット９ａがほぼ１８０度回転した付近で、ローラギアカム形インデックステーブル３は、再び停留区間となり、出力軸の回転方向の剛性が低下する。Ｖノッチプレート６１による精密位置決めが行われ、またコレット上下レバー８８が揺動することで反転コレット９ａは上方向に上昇する。上方に搭載コレット３１が待機した状態でセンターエアバルブ６が揺動することでエア回路が真空吸引からエア吹き出し状態へと切り換えられ、反転コレット９ａに吸着保持されていた半導体チップ７１は、搭載コレット３１へと受け渡される。この後、反転コレット９ａは、コレット上下レバー８８の揺動により下降する。また、Ｖノッチプレート６１による精密位置決めも解除される。

ローラギアカム形インデックステーブル３の停留区間が終了し、出力軸の回転方向剛性が向上した後で、反転コレット９ａは回転を開始する。反転コレット９ａが半導体チップ７１の吸着位置に到達すると、ローラギアカム形インデックステーブル３の出力軸の回転方向剛性が低下し、Ｖノッチプレート６１による精密位置決めが実施される。また、コレット上下レバー８８の揺動により反転コレット９ａは下降する。また、センターエアバルブ６を介した真空吸引回路が通じることにより、反転コレット９ａに真空吸引力が発生する。以上の表裏反転動作が繰り返される。

本実施例においては、反転コレット９ａと反転コレット９ｂはローラギアカム形インデックステーブル３の出力軸に対して対称の位置にあり、反転コレット９ａと反転コレット９ｂは１８０度の位相差をもって全く同じ動作を行う。

また、ダイシングフィルム２７上の半導体チップ７１の位置認識は、上方の半導体チップ認識用カメラＡ２５により、反転コレット９ａ、９ｂが回転している際に、それらの間に開ける視野を通して画像を取得することで行われる。

以上の様な半導体チップ７１の表裏反転と受け渡し動作で搭載コレット３１に吸着保持された半導体チップ７１は、搭載コレットｘ移動機構３５にて回路基板７２方向（ｘ軸マイナス方向）に移動する。その途中で、半導体チップ認識用カメラＢ３６にて搭載コレット３１に吸着保持されている半導体チップ７１の搭載コレット３１上での位置姿勢を認識する。また、予め回路基板認識用カメラＣ４２により回路基板７２上の搭載予定箇所の位置姿勢を認識する。二つのカメラにより認識された位置姿勢情報に基づき、搭載コレット回転機構が動作し、搭載コレット３１に吸着された半導体チップ７１と回路基板７２上の半導体チップ予定搭載箇所との回転ズレを補正する。また、搭載コレット３１に吸着された半導体チップ７１と回路基板７２上の半導体チップ予定搭載箇所との位置ズレを、搭載コレットｘ移動機構の停止位置と、回路基板ｙ送り機構を動作させることにより補正する。搭載コレット３１に吸着された半導体チップ７１を回路基板７２の搭載予定箇所上方に位置決めした後、搭載コレット上下機構３４の動作により、搭載コレット３１は下降し、半導体チップ７１が回路基板７２の搭載予定箇所に当接された状態で、搭載コレット３１の真空吸引を解除することで半導体チップ７１は回路基板７２上に搭載される。この際に荷重調整機構３２が働き、半導体チップ７１を回路基板７２に対して押し付ける力が適切な範囲に制御される。半導体チップ７１が搭載された後、回路基板７２は回路基板ｙ送り機構４１により回路基板７２上の次の搭載箇所に送られる。搭載コレット３１は、半導体チップ７１搭載後、上昇し、再び半導体チップ７１を表裏反転された半導体チップ７１を受け取る位置に移動する。

なお、半導体チップ７１と回路基板７２とを接合するプロセスには加熱プロセスや半導体チップ７１を回路基板７２に当接した状態で一方もしくは両方を面内で振動させるようなプロセスが知られている。本実施例のフリップチップボンダは何れのプロセスにも対応可能であり、前記プロセスに対しては必要に応じ、加熱機構や加振機構を回路基板７２の下方や、搭載コレット３１に取り付ければよい。また、予め基板上にフィルムもしくはペースト状の接合材料を供給する必要がある場合には、タッカーやディスペンサといった公知の供給手段を回路基板搬送路４３の上流に設置すればよい。また、接合プロセスによっては、搭載済み半導体チップ７３に対し、その接合部を補強するアンダーフィル樹脂を供給し、さらに加熱することでアンダーフィル樹脂を硬化させる必要がある。この場合には、回路基板搬送路４３の下流に、アンダーフィル樹脂を供給するディスペンサや熱硬化炉を配置すればよい。

次に本実施例のカム機構のタイミングチャート線図を図９に示す。図９（ａ）はローラギアカム形インデックステーブル３、図９（ｂ）はセンターバルブ６切換用板カム２ｃ、図９（ｃ）はＶノッチプレートの前後（精密位置決め）用板カム２ｂ、図９（ｃ）はコレット上下レバー用板カム２ａについてのものである。横軸は、反転動作用モータ１の回転角度である。なお、図９のタイミングチャート線図においては、カム曲線に非連続部分が存在するごとく表現されているが、実際は非連続部分のない各種カム曲線を選定し適用する。

このように本実施例においては、１台の反転動作用モータとカム機構により、半導体チップ７１の表裏反転に関わる様々な動作を実現しており、このため各動作は安定した同期動作が実現できている。また、カム機構を採用したことで、カム機構の特徴である滑らかな加減速を高速動作時においても実現することが出来た。また、反転動作用モータはフリップチップボンダのサイクルタイムを固定した際には一定速度で回転するため、電動モータが加減速指令を受け取った際に一般的に発生する不安定動作を排除でき、このため高速動作も可能となった。

また、一般的なローラギアカム形インデックステーブルを半導体チップの表裏反転に使用した場合と比べ、本実施例にあるＶノッチとピンの噛み合いによる倣い位置決め方式を採用したことで停止精度を向上させることができた。

この効果を実機により確認したところ、表裏反転に要する時間は０．３秒とすることができた。また、ローラギアカム形インデックステーブルのみによる停止精度は±１５ミクロン程度であったのに対して本実施例では±８ミクロン程度を得ることが出来た。
なお、本実施例のフリップチップボンダにおいては、半導体チップをダイシングフィルムに貼り付けた状態で供給しているが、半導体チップをチップトレイに収めた状態で供給する装置形態においても全く同じ効果を得ることが可能となる。

なお、本実施例においてはフリップチップボンダの大幅な高速化のために複数の手段を設けているが、フリップチップボンダの高速化のためには必ずしも全てを実施する必要はない。例えば、同期性は犠牲になるものの、反転コレットの突き出し動作や退避動作をソレノイド等の別のアクチュエータによって行うことも可能である。

なお、以上の実施例に含まれる代表的な発明を挙げると次の通りである。

反転コレットを半導体装置に対して突き出し、反転コレットを介してエアを吸引することにより、該半導体装置を反転コレットに吸着し、半導体装置を保持した状態で反転コレットを退避させ、反転コレットを回転させることにより、半導体装置の表裏を反転し、エア回路を切り換えることにより反転コレットのエアの吸引力を弱めて該半導体装置を搭載コレットに受け渡し、該搭載コレットを用いて半導体装置を搭載する半導体装置の搭載設備において、前記反転コレットの突き出しおよび退避と反転コレットのエア回路切換の少なくともいずれかと前記反転コレットの回転とを、１台のモータで駆動するカム機構によりなすようにしたものがある。これにより、コレットの移動や真空回路の切り換えを、表裏反転動作との短時間での連携（安定した実質的な同期）が可能となり、高速動作時の支障とならない様になった。

また、反転コレットの停止位置における位置決めは、表裏反転動作のため回転する回転プレート１０に固定されたピン６２ａ、６２ｂと、回転しない部品であるＶノッチプレート６１との機械的な噛み合いよる倣い位置決めにより行うものがある。このことにより、通常のインデックステーブルのみによる位置決めよりも位置決め精度（停止精度）を向上させた。また、倣い位置決めについてもカム機構により実現したものがある。これにより、表裏反転動作との短時間での連携（実質的な同期）を実現し、倣い位置決めが高速動作の支障とはならない様になっている。また、フリップチップボンダが一定速度で稼働する状態においてモータに加減速指令を与えずに一定速度での連続回転動作をさせるようにしたものがある。このことにより、モータの加減速領域における不安定な動作が高速での表裏反転動作に影響しないようになっている。

また、1台のモータで駆動するカム機構に、ローラギアカム機構を採用したインデックステーブルを用いるようにすることで行うこととしたものがある。

また、カム機構は、モータに入力軸が接続されたローラギアカムを用いたインデックステーブルを有し、このインデックステーブルは、インデックステーブルの入力軸の回転により回転し、カム面で側面が構成された凸を有するカムと、カム面に沿って回転し、カム面の位置の変化によりインデックステーブルの出力軸を回転させるローラフォロアを有し、凸の内、出力軸を停留状態にする凸の部分に、出力軸を非停留状態とする凸よりも狭い幅となる部分を備えるようにしているものがある。このことにより、カムの与圧を部分的に低下させ、前記部分における倣い位置決めが可能となるようになっている。

本発明の実施例におけるフリップチップボンダの概要を示した図本発明の実施例におけるセンターエアバルブの動作を示した図本発明の実施例における回転プレートの回転によるエア回路の接続状態を示した図本発明の実施例におけるローラギアカム形インデックステーブルのタイミング線図ローラギアカム形インデックステーブルにおけるテーパリブカムとローラフォロアとの噛み合わせ状況を示した図本発明の実施例におけるテーパリブカムの除去加工部分を示した図本発明の実施例における倣い位置決め方式を示した図本発明の実施例におけるコレット上下機構の詳細を示した図本発明の実施例におけるカム機構のタイミングチャート線図

符号の説明

１…反転動作用モータ
２…板カム
３…ローラギアカム形インデックステーブル
４…カムフォロア
５…反転機構ベースプレート
６…センターエアバルブ
７ａ、７ｂ…エアチューブ
８ａ、８ｂ…コレット上下機構
９ａ、９ｂ…反転コレット
１０…回転プレート
１１ａ、１１ｂ…エア接続穴
２１…ダイシングフレーム
２２…ウェーハ回転機構
２３…チップ剥離機構
２４ｘ、２４ｙ…ウェーハ並進移動機構
２５…半導体チップ認識用カメラＡ
２６…ダイシングフレーム固定ベース
２７…ダイシングフィルム
３１…搭載コレット
３２…荷重調整機構
３３…搭載コレット回転機構
３４…搭載コレット上下機構
３５…搭載コレットｘ移動機構
３６…半導体チップ認識用カメラＢ
３７…ｘ移動ブロック
４１…回路基板ｙ送り機構
４２…回路基板認識用カメラＣ
４３…回路基板搬送路
５１ｃ…カムレバー
５２、５３…エアチューブ（エア吸引）
５４…エアチューブ（エア噴出）
５５、５６…エア吸引溝
５７…エア噴出穴
６１…Ｖノッチプレート
６２ａ、６２ｂ…ピン
６３…カムレバー
６４…直動テーブル
７１…半導体チップ
７２…回路基板
７３…搭載済み半導体チップ
８１…ボールスプライン外筒
８２…ボールスプライン軸
８３…下ストッパ
８４…ストッパプレート
８５…上ストッパ
８６…上ストッパ固定具
８７…引っ張りバネ
８８…コレット上下レバー
８９…カムフォロア
９０…カムフォロア
９１…コレットレバー押しプレート

Claims

反転コレットを半導体装置に対して突き出し、
反転コレットを介してエアを吸引することにより、該半導体装置を反転コレットに吸着し、
半導体装置を保持した状態で反転コレットを退避させ、
反転コレットを回転させることにより、半導体装置の表裏を反転し、
エア回路を切り換えることにより反転コレットのエアの吸引力を弱めて該半導体装置を搭載コレットに受け渡し、
該搭載コレットを用いて半導体装置を搭載する半導体装置の搭載設備において、
前記反転コレットの突き出しおよび退避と反転コレットのエア回路切換の少なくともいずれかと前記反転コレットの回転とを、１台のモータで駆動するカム機構によりなすことを特徴とする半導体装置の搭載設備。
請求項１において、
前記表裏反転に伴い回転する部材と回転しない部材との機械的な噛み合わせによる倣い位置決めによって、前記反転の機構の停止位置における精密位置決めを行うことを特徴とする半導体装置の搭載設備。
請求項１又は２において、
搭載設備のサイクルタイムが一定となる稼働状態で、前記モータに加減速指令を与えずに回転駆動させることを特徴とする半導体装置の搭載設備。
請求項１または請求項２において、
前記カム機構は、モータに入力軸が接続されたローラギアカムを用いたインデックステーブルを有することを特徴とする半導体装置の搭載設備。