JP5089966B2 - 液体材料の充填方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板とその上に保持されたワークとの間隙に毛細管現象を利用して吐出部から吐出した液体材料を充填する方法に関し、特に半導体パッケージングのアンダーフィル工程において液体材料を過不足なく充填できる方法および装置に関するものである。
なお、本発明における「吐出」とは、液体材料が吐出部から離間する前にワークに接触するタイプの吐出方式、および、液体材料が吐出部から離間した後にワークに接触されるタイプの吐出方式を含むものである。

半導体パッケージは、図１に示すように、基板上に半田バンプを介して半導体チップを接続して構成される。基板と半導体チップとの隙間には、アンダーフィル材が充填され、熱応力や外部からの応力などの影響を緩和する。
アンダーフィル材を基板と半導体チップとの隙間に充填する工程は、アンダーフィル工程と呼ばれる。アンダーフィル工程は、図２（ａ）〜（ｃ）のように、半導体チップの端部近傍に位置した吐出部からアンダーフィル材を供給し、毛細管現象を利用して樹脂を半導体チップと基板との隙間に充填した後、オーブンなどで加熱して樹脂を硬化させることにより行う。
アンダーフィル工程において、半導体チップと基板との隙間に気泡が残ると、アンダーフィル材を硬化させるときの加熱において、隙間に残った気泡が膨張して、悪影響を与える。そのため、気泡を残さないこと、巻き込まないことが必要である。

吐出部を半導体の全周に沿って移動しながらアンダーフィル材を供給すると、アンダーフィル材は、半導体チップの全周から向けて流れるので、図３のように、半導体チップの中心に抜け出せなくなった気泡が残る。
そこで、一般には、図２（ａ）〜（ｃ）のような方法でアンダーフィル材を供給する場合が多い。図２（ａ）は吐出部を半導体チップに対して静止してアンダーフィル材を供給する手法であり、図２（ｂ）は吐出部を半導体チップの一辺に沿って移動しながらアンダーフィル材を供給する手法であり、図２（ｃ）は吐出部を半導体チップの二辺に対して沿って移動しながらアンダーフィル材を供給する手法である。
図２（ａ）〜（ｃ）のような手法によれば、アンダーフィル材は、半導体チップと基板との隙間を一方向に流れるため、半導体チップと基板との隙間の空気はアンダーフィル材に押し出されて供給された側とは反対側から排出されるので、その結果、気泡を残さず充填できる。

吐出部から供給されるアンダーフィル材の量は、予めの算出された半導体チップと基板との隙間全体に行き届く量である。この量のアンダーフィル材を供給することで、ほとんどの半導体チップは、半導体チップと基板との隙間全域にアンダーフィル材が行き届いた良好な結果が得られる。
図４（ａ）は、半導体チップと基板との隙間全体にアンダーフィル材が行き渡った状態である。このように、半導体チップ縁部（周辺）からわずかにアンダーフィル材がはみ出している状態となるのが好ましい。

しかし、半導体チップの周辺全体にアンダーフィル材が行き届かない場合もあり、このような状態の半導体パッケージは不良とされる。図４（ｂ）は半導体チップの周辺全体にアンダーフィル材が行き届かない状態を示す図である。

特許文献１には、半導体チップを載置した基板を傾け、上方側から半導体チップと基板との隙間にアンダーフィル材を流し、下方側に設置された監視カメラにより、アンダーフィル材が下方に到達したことを確認し、これによりアンダーフィル材が行き届いたことを確認する方法が開示される。

特許文献２には、ノズルの先端部に樹脂玉を形成し、当該樹脂玉を基板上に転写させて塗布するバルブ式のディスペンサと、ノズルの先端部に付着している樹脂を撮像する撮像部を備える画像認識手段と、撮像された画像データに基づいて、ノズルからの樹脂の吐出量を制御する制御手段とを備えた樹脂塗布装置において、本工程に先立って捨て打ちを行い、ＣＣＤカメラにより、樹脂残りの面積（吐出前の面積Ｓ１）と、ノズル先端部に形成した樹脂玉の面積（吐出後の面積Ｓ２）を測定し、測定された吐出後の面積Ｓ２と吐出前の面積Ｓ１との差から樹脂吐出量測定を行うアンダーフィル材の充填方法が開示される。
特開２０００−８２７１５号公報 特開２００４−２７３５４１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、アンダーフィル材の過剰供給が発生しないように、アンダーフィル材が他端に到達した瞬間を検知する必要がある。そのため、吐出中は監視カメラの画像をリアルタイムで解析して、アンダーフィル材の到達を判断する必要があるが、この制御は非常に複雑である。

また、監視カメラによって到達したことを確認した時点では、半導体チップと基板との隙間のアンダーフィル材の流動は治まっていない状態にある。到達を確認し、吐出部からの供給を停止した後においても、既に供給されたアンダーフィル材は流動する。従って、吐出部からの供給をしたにもかかわらず、半導体チップの周囲からアンダーフィル材があふれ出すという現象が発生する場合がある。このような現象は、特に粘度が高いアンダーフィル材の場合（半導体チップと基板との隙間に流れるのが遅いアンダーフィル材の場合）に発生しやすい。

一方、アンダーフィル材の到達をリアルタイムに確認後、吐出部から実際の吐出が停止するまでにタイムラグがあり、これが原因で過剰供給が生ずることがある。かかる問題は、アンダーフィル材の供給速度が速い場合に過剰供給は発生しやすいため、供給速度を遅くするという対応が考えられる。しかし、粘度が低いアンダーフィル材ではその流動性から供給速度を遅くすることは難しく、また供給速度を遅くすることで高速化が妨げられるという問題もある。

ところで、特許文献１には、流し込み時に基板を斜めに保持し、到達を確認してから水平にして、半導体チップの反対側から流れ出したアンダーフィル材を毛細管現象により戻すことで良好な充填を行うことが開示される。しかし、このように基板を傾斜させる機構は生産設備を大掛かりする原因となる。さらに、各半導体チップの充填ごとに基板を斜め・水平に変化させる工程が必要となるため、余計な時間がかかり生産性が悪い。
また、半導体チップは小型のものが多いため、吐出部を含んだ吐出機構と監視カメラを近接して配置する必要がある。そのため、吐出機構と監視カメラの大きさに制限があり、また吐出機構と監視カメラとの配置に制限があった。

本発明は、上記のような問題を解決することを目的とするものである。すなわち、装置構成の自由度が高く、複雑な制御をすることなく液体材料を適正量供給することができる液体材料の充填方法および装置を提供することを目的とする。

液体材料が基板とワークの隙間に充分に充填されたかを確認しながら液体材料の供給を行う手法においては、上述の課題がある。そこで、本発明者は、所望とする量の液体材料を供給してワークと基板との隙間に充填した後に、充填の状態を確認し、充填が不良である場合のみ後から補充する手法を採用した。

すなわち、第１の発明は、基板とその上に保持された略方形状のワークとの間隙に毛細管現象を利用して吐出部から吐出した液体材料を充填する方法において、複数のワークに対し、各ワークの縁部の１辺に沿って吐出部から液体材料を供給する供給工程と、各ワークに対し、前記供給工程で液体材料が供給された辺と対向する辺の１箇所の画像を撮像手段により撮像する撮像工程と、各ワークに対し、撮像された辺の１箇所の画像に基づき液体材料が供給された辺と対向する辺の１箇所における液体材料の存否を検出して基板とワークとの間隙の全域に液体材料が充填されたかを判定する判定工程と、判定不良とされたワークに対し、撮像された辺の１箇所からはみ出した液体材料の幅を認識し、当該幅から液体材料の補充量を算出し、前記供給工程において液体材料を供給した際の吐出部の位置と重なる位置で前記ワークの縁部に吐出部から前記補充量の液体材料を供給する補充工程とを有すること特徴とする液体材料の充填方法である。
第２の発明は、第１の発明において、前記補充工程は、前記供給工程において液体材料を供給した際の吐出部の位置と重なる位置で供給工程よりも短い距離を移動させながら液体材料を供給すること特徴とする。
換言すると、供給工程で液体材料を供給した側の縁部から、補充を行うことであり、気泡が巻き込まれるのを防ぐことができる。供給工程において静止した吐出部から供給し、補充工程において吐出部を僅かにずらして供給した場合でも、同様の効果が得られることが想定される。
第３の発明は、第１または２の発明において、前記吐出部は、液滴を噴射して吐出するものであり、前記補充工程において、液滴を吐出する回数を制御することにより所望とする量の液体材料を供給すること特徴とする。
第４の発明は、第１、２または３の発明において、前記撮像された辺の１箇所が、辺の中央であることを特徴とする。
第５の発明は、第１ないし４のいずれかの発明において、前記撮像された辺に対して一定の距離にある複数の平行線について液体材料の有無を判定することにより当該辺の１箇所からはみ出した液体材料の幅を認識することを特徴とする。
第６の発明は、第１ないし４のいずれかの発明において、前記撮像された辺に対して直角な線上におけるコントラストの変化に基づき当該辺の１箇所からはみ出した液体材料の幅を認識することを特徴とする。
第７の発明は、第１ないし６のいずれかの発明において、前記撮像手段は、吐出部と独立の駆動手段を有し、全てのワークに対する供給工程が完了する前に、供給工程が完了したワークに対する撮像工程の実施を開始することを特徴とする。
第８の発明は、第１ないし７のいずれかの発明において、前記基板は、アライメントマークを有し、前記供給工程の前に、基板のアライメントマークを撮像手段により撮像し、基板および／または基板上のワークの保持位置のずれを補正するアライメント工程を有し、前記アライメント工程と前記撮像工程で同一の撮像手段を用いることを特徴とする。
第９の発明は、第１ないし８のいずれかの発明において、前記撮像工程において、撮像手段を中心として周方向に設けられた複数の照射部を有する照明手段によりワークの縁部を照射して撮像することを特徴とする。

第１０の発明は、液体材料を供給する液材供給部と、液体材料を吐出する吐出口を有する吐出部と、吐出部を移動自在とする駆動機構と、撮像手段と、これらの作動を制御し、所望とする量の液体材料を吐出させる制御部とを備える吐出装置において、制御部が、第１ないし８のいずれかの発明に係る液体材料の充填方法を実施するプログラムを有することを特徴とする装置である。
第１１の発明は、液体材料を供給する液材供給部と、液体材料を吐出する吐出口を有する吐出部と、吐出部に近接して一体的に配置した撮像手段と、吐出部および撮像手段を移動自在とする駆動機構と、これらの作動を制御し、所望とする量の液体材料を吐出させる制御部とを備える吐出装置であって、
制御部が、第８の発明に係る液体材料の充填方法を実施するプログラムを有することを特徴とする装置である。
第１２の発明は、液体材料を供給する液材供給部と、液体材料を吐出する吐出口を有する吐出部と、吐出部を移動自在とする駆動機構と、吐出部に近接して配置した撮像手段と、撮像手段を中心として周方向に設けられた複数の照射部を有する照明手段と、これらの作動を制御し、所望とする量の液体材料を吐出させる制御部とを備える吐出装置であって、制御部が、第９の発明に係る液体材料の充填方法を実施するプログラムを有することを特徴とする装置である。
なお、本発明の吐出装置において、所望とする量の液体材料を吐出させるための具体的構成を例示すると、エア式ディスペンサの場合は加圧エアの圧力値と加圧時間を制御すること、チュービング式の場合はチューブ内の液体を移送するためにチューブを押しつぶす部材の移動量や押しつぶす回数を制御すること、ジェット式など液滴を噴射するタイプの場合は液滴を吐出する回数を制御すること、スクリュー式の場合はスクリューの回転量を制御すること、バルブ式の場合は液体材料の加圧力の大きさとバルブ部の開閉量および開閉時間を制御することなど、が開示される。

本発明によれば、一連の工程において複雑な制御を行うことなく液体材料を適正量供給することができ、しかも、判定時間を短縮することができる。
また、吐出部と撮像手段を近接して配置する必要がなく、しかも基板を斜めに傾斜させる機構等も不要であるため装置構成の簡易であり、且つ設計の自由度が高い。

本発明を実施するための最良の形態は、液体材料を過不足なく充填できる方法および装置に関するものである。
基板１上に載置されたワークに対して、一ないし複数のパターンを作成し、パターンに従って液体材料を吐出する。例えば、図２（ｂ）に示すように、方形状のワークである半導体チップ２の一辺に沿った線である塗布パターンや図２（ｃ）に示すように、方形状のワークである半導体チップ２の二辺に沿った線である塗布パターンを作成する。なお、ワークは方形状のものに限定されず、円形や多角形であってもよい。

本発明の好ましい態様の基板１は、図７に示すような、アライメントマーク６０を有する。そして、最良の形態の本発明は、基板１のアライメントマーク６０を撮像手段により撮像し、基板１上のワークの保持位置のずれを補正するアライメント工程、ワークの縁部に吐出部６から液体材料を供給する供給工程と、前記供給工程における吐出部６の位置と重ならないワークの縁部の画像を撮像手段により撮像する撮像工程と、撮像された画像に基づき液体材料がワークの縁部に存在するか否かにより、基板１とワークとの間隙の全域に液体材料が充填されたかを判定する判定工程と、判定不良とされた場合に、前記ワークの縁部に液体材料の供給を行う補充工程とを有すること特徴とする液体材料の充填方法および当該方法を実施するプログラムを有する吐出装置である。

ここで、供給工程において供給する液体材料の量は、所望とする量であり、予めの計算やテストにより決定されている。そのため、液体材料がワークの反対側に到達したことを検知してから供給を停止する従来方法のような、タイムラグによる過剰供給は起こらない。また、予め決まった量の液体材料を供給するので、充填された液体材料が極端に過剰供給になることもない。ワークの反対側から流れ出した液体材料を戻すことは必要ないため、基板を傾斜させる機構を設けることも不要である。
また、本発明によれば、過剰供給を防ぐために液体材料の供給速度を制限する必要がないため、供給速度を上げることができる。

撮像工程においては、ワークの縁部に液体材料が存在するか否かを判定するために必要な画像データを撮像手段により取得する。撮像工程では、供給工程において液体材料が供給された際の吐出部６の位置と重ならない位置において、１ないし複数個所を撮像する。
ここでは、ワークの端部を中心に撮像することもできるし、ワークの端部から離れた個所を中心に撮像することもできる。後者の場合には、ワークから一定距離まで液体が達していることを確認することができ、その事実により液体材料の量が充分であり、他の個所にも高い確率で適切に充填がなされていること（すなわち、ワークと基板１の全域に液体材料が行き渡っていること）を判定することができる。
なお、撮像手段により得られた画像データは、ワークから必要以上に液体材料がはみ出していないかを判定するために用いたり、ワークからはみ出した液体材料がワークの表面に付着していないかを判定するために用いてもよい。

また、同一のワークに対して供給工程と撮像工程を同時に実施しないことで、供給工程の終了後から撮像工程を開始するまでの時間を調整することが可能である。例えば、供給した液体材料がワークと基板との隙間に行き届くまでに時間がかかる場合に、撮像工程の開始する時間を適宜調整できる。すなわち、液体材料の流動が落ち着いてから撮像・判定を行うことで、吐出部からの供給をしたにもかかわらず、液体材料があふれ出すという現象を防ぐことができる。

基板１上に複数のワークが保持される場合においては、２以上のワークに対して供給工程を実施した後に、撮像工程ないし補充工程を実施することが好ましい。
供給工程を行なったワークに対する撮像工程を実施する前に、他のワーク供給工程を行うことで、液体材料の流動が治まるまでの待ち時間を有効に活用できるからである。

また、本発明者は、経験則上、略四角形などの多角形のワークにおいては、液体材料が行き届きにくいのは供給工程における吐出部の位置ないしは吐出パターンと最も遠い場所に位置する角部であるとの知見から、当該角部に液体材料が到達していれるのであれば、高い確率でワークと基板１との隙間全体に液体材料が行き届いていると考えた。そして、鋭意検討の結果から、角部において判定をすることにより、少ない判定箇所で効率的に液体材料の充填が良好に行われたかを判断することを発明した。

具体例で説明すると、ワークが略三角形である場合において、その１辺に沿って液体材料が吐出された際には、当該１辺から最も遠い位置にある１角について判定を行えばよく、ワークが略四角形である場合において、その１辺に沿って液体材料が吐出された際には、当該１辺から最も遠い位置にある２角（すなわち、当該１辺と対向位置にある１辺を構成する２角）について判定を行えばよく、その隣接する２辺に沿って液体材料が吐出された際には、当該２辺から最も遠い位置にある１角（すなわち、当該２辺の交わる角と対向位置にある角）について判定を行えばよい。
ワークが略五角形である場合において、その隣接する２辺に沿って液体材料が吐出された際には、当該２辺と最も遠い位置にある１辺を構成する２角について判定を行えばよく、その隣接する３辺に沿って液体材料が吐出された際には、当該３辺から最も遠い位置にある１角について判定を行えばよい。
ワークが略六角形である場合において、その隣接する２辺に沿って液体材料が吐出された際には、当該２辺と最も遠い位置にある２辺を構成する３角について判定を行えばよく、その隣接する３辺に沿って液体材料が吐出された際には、当該３辺と最も遠い位置にある１辺を構成する２角について判定を行えばよい。
ワークが略正八角形である場合において、その隣接する３辺に沿って液体材料が吐出された際には、当該３辺と最も遠い位置にある１辺を構成する２角（精度を求めたい場合には対向位置にある３辺を構成する４角）について判定を行えばよく、その隣接する４辺に沿って液体材料が吐出された際には、当該４辺と最も遠い位置にある２辺を構成する３角について判定を行えばよい。

以下では、アンダーフィル工程における本発明の詳細を実施例により説明するが、本発明は何らこれらの実施例により制限されるものではない。

本実施例に係る吐出装置の概略側面図を図５に示す。図５においては、紙面の横方向をＸ方向とし、紙面に垂直な方向をＹ方向とし、紙面の縦方向をＺ方向とする。
本実施例に係る吐出装置の構成および動作を以下に説明する。
《構成》
略筒状であるシリンジ７は、内部にアンダーフィル材５を貯留している。シリンジ７の下方端部には、シリンジ７より小径の吐出部（ノズル）６が連通し、シリンジ７の反対側の端部には、エアチューブ１３が連通する。
エアチューブ１３は、ディスペンサ１４に接続されており、エアチューブ１３を介して加圧エアがシリンジ７に供給される。ディスペンサ１４は、加圧エアを設定した圧力で設定した時間供給することができる。

シリンジ７は、シリンジホルダ８によってＺテーブル９に固定される。Ｚテーブル９は、Ｚ方向移動機構１９によって、Ｚ軸方向に移動可能に設置される。
Ｚ方向移動機構１９は、ヘッドベース１５に固定される。Ｚ方向移動機構１９は、図示しないモータを有する駆動手段、モータによって回転するボールネジおよびガイドシャフトで構成され、モータを駆動することで、Ｚ軸テーブルをＺ方向に移動することができる。

ヘッドベース１５上には、Ｚ方向移動機構１９のほかに、カメラホルダ４１によって筒状のカメラ４０が設置される。カメラ４０は画像認識部３１に接続されており、カメラ４０で撮像した画像データは、画像認識部３１に転送される。
カメラ４０には、その先端部を取り囲むように、照射手段２０が設けられている。照射手段２０は図６に示すように、光を照射する照射部２１を複数有している。本実施例の装置では、照射部２１はカメラ４０を中心として、周方向に均等な間隔で３重に並んで設けられている。このように、カメラ４０を中心に均等な明るさで光を照射することでコントラストが明確となり、画像認識を良好に行うことができる。
それぞれの照射部２１には光ファイバの一端が接続され、これらは束になって光ファイバケーブルを構成し、照射手段２０と反対側に設けられた光源に接続される。光源の光は光ファイバケーブルを伝わり照射部２１から照射される。なお、照射手段２０は、ＬＥＤ等の公知の照射手段によっても構成できることは言うまでもない。

ヘッドベース１５の下方には搬送レール１７が設けてあり、アンダーフィルを行なう基板１を搬送する。ヘッドベース１５は図示しない公知のＸＹ方向移動機構１８により搬送レール１７上に載置された基板１に対して、ＸＹ方向に移動自在に構成される。
基板１上には、上方から見て正方形の半導体チップ２が、半田バンプ４を介して載置されている。図７に示すように、基板１は、角部付近に２つのアライメントマークα、βを有する。アライメントマークは、充填作業時の基板１のずれを補正するために利用される。
なお、同様にワークにアライメントマークを設け、基板１上のワークの保持位置のずれを補正してもよい。

《動作》
図７、図８を参照しながら、動作を説明する。
イ）アライメント工程
アンダーフィル材５の充填作業を行なう基板１には、前の工程にて、半導体チップ２が載置されている。ここで、半導体チップ２は、アライメントマークα、βに対して、同じ位置に配置されている。また、半田バンプ４を介して載置されているため、基板１と半導体チップ２との間には隙間がある。
基板１は、搬送レール１７に設けた図示しない搬送ベルトによって、搬送レール１７上を移動し、搬送レール１７上の作業位置で停止する。停止後、位置がずれないように、図示しない保持手段３が基板１を保持する。
保持手段３が保持する基板１のＸＹ方向の位置は、基板１ごとにずれており、全く同じ位置とはならない。この位置のずれはアンダーフィル材５の充填の良し悪しに影響を与える。半導体チップ２と吐出部６との位置関係が異なるためである。従って、基板１ごとのずれを校正するアライメント工程が必要である。

アライメント工程は以下のようにして行う。
まず、カメラ４０をアライメントマークαの上方に移動し、アライメントマークαを撮像する。画像上のアライメントマークαの位置と、ＸＹ方向移動機構１８の座標値αを記憶する。同様に、アライメントマークβを撮像する。画像上のアライメントマークβの位置と、ＸＹ方向移動機構１８の座標値βを記憶する。ここで、カメラ４０の移動は、ＸＹ方向移動機構１８によってヘッドベース１５ごと移動させて行う。

ロ）供給工程
まず、基板１上のＡ地点の真上に吐出部６の先端が位置されるように、ＸＹ方向移動機構１８によって吐出部６を移動し、所望とする高さに吐出部６の先端が位置するように、Ｚ軸移動機構１９によって高さを調整する。
所望とする圧力の加圧エアを、ディスペンサ１４からエアチューブ１３を介してシリンジ７内に供給しながら、吐出部６を基板１上のＡ→Ｂ→Ｃの経路上を移動させることでアンダーフィル材５を供給する（図７参照）。Ｃ地点まで吐出部６を移動したら、ディスペンサ１４からの加圧エアの供給を停止して、アンダーフィル材５の供給を終了する。Ｚ軸移動機構１９により吐出部６を上方に移動する。
吐出部６から供給されたアンダーフィル材５は、毛細管現象により半導体チップ２と基板１との隙間に充填され、供給工程が完了する。

最適なアンダーフィル材５の量は、半導体チップ２と基板１との隙間に行き届くと想定される量で、予め試行錯誤的なテストや理論に基づく計算を行って算出する。最適なアンダーフィル材５の量に基づいて、吐出条件を制御して吐出が行われる。本実施例の制御における吐出条件は、シリンジ７内に供給される加圧エアの圧力と加圧時間である。具体的には、シリンジ７内の加圧エアの圧力をディスペンサ１４によって制御し、加圧時間を吐出部６がＡ→Ｂ→Ｃの移動が完了したときに、ディスペンサ１４によって加圧を停止させることで制御する。本実施例の制御手法によれば、移動速度と移動距離が同じとすることで、吐出時間は常に一定となる。吐出部６の移動速度はＸＹ方向移動機構１８によって制御可能である。

また、温度が吐出量に影響を与える場合は、温度も制御の対象とする。温度の制御は、シリンジ７、吐出部６、基板１などに加熱・冷却手段を設けて制御する手法や、装置の周辺に設けた加熱・冷却手段により放射された熱で周辺温度を全体的に制御する手法が例示される。これらは、必要に応じて選択する。
また、その他の条件（経時的粘度変化や吐出部のつまりおよび水頭差など）が吐出量に大きな影響を与える場合は、その条件も所望とする値になるように制御するのが好ましい。
また、シリンジ７内のアンダーフィル材５の量に応じて吐出圧力や時間を変化させて、供給するアンダーフィル材５の量を制御してもよい。吐出量を直接計量する手段を有さない吐出装置においても、必要な吐出条件を制御すれば、所望とする量の吐出を行うことができる。

ハ）撮像工程
供給工程を経た半導体チップ２が撮像工程の対象となる。撮像工程は、隙間に充填したアンダーフィル材５の流動が治まってから行うのが好ましい。
撮像工程においては、供給工程においてアンダーフィル材５が供給された経路以外の半導体チップ２の周辺(図８でいうＡ→Ｂ→Ｃ以外の周辺）において、アンダーフィル材５が到達しているかを判定するための画像データを取得する。以下詳細に説明する。

まず、カメラ４０をａ地点上に位置させる。そして、照射手段２０によって撮像箇所を照射して、半導体チップ２の周辺と基板１とを含む画像を撮像する。ここで、撮像する画像は、動画でなく静止画でよい。同様に、点ｂ、点ｃ、点ｄ、点ｅにおいても、半導体チップ２の周辺と基板１とを含む画像を撮像する。
照射手段２０は、カメラ４０の周囲に環状に均等に配置された照射部２１により、照射を行うので、カメラ４０などの影が撮像範囲に映らず、撮像範囲にわたって均等な明るさの光を照射できる。したがって、画像認識に最適な、明確なコントラストの画像を得ることができる。

撮像に使用するカメラ４０はアライメント工程で用いるカメラ４０と共用である。アライメント用のカメラ４０は、アライメントのマークを撮像することを目的とするものなので、一般には広い視野の撮像ができない。そのため、アライメント用のものでは半導体チップ２の周辺の一部しか撮像することができないため、本実施例では、点ａから点ｅのそれぞれの地点にカメラ４０を移動して撮像を行うこととした。（なお、広い視野の撮像ができるカメラを用いる場合には、点ａから点ｅの全てを含む画像を一度に撮像してもよい。）このように、本実施例の構成によれば、カメラ４０を複数設ける必要がないため、装置全体を小型化することができ、また廉価に構成することができる。

ニ）判定工程
カメラ４０により撮像した画像データは、画像認識部３１に送られる。画像認識部３１で点ａから点ｅのそれぞれに対して画像認識を行い、半導体チップ２の周辺より外側にアンダーフィル材５が存在しているかを確認する。画像認識は、公知の簡易な手法でよく、例えば、２値化等の減色処理を施した画像データに対して、任意の領域に分割して当該領域におけるアンダーフィル工程の前後で面積比判定を行う手法や基板１の表面とアンダーフィル材５とのコントラスト差により判定を行う手法が開示される。このように、本実施例の装置では、照射手段２０によってコントラストが明確な画像が得られるので、複雑な画像認識を行うことなく、アンダーフィル材５の存在を確認することができる。
全ての地点において、アンダーフィル材５が半導体チップ２の外側に存在している場合には、アンダーフィル材５の充填が良好に行われたと判定する。いずれか一つの地点にでも外側にアンダーフィル材５の存在が確認できない場合は、アンダーフィル材５の充填が良好に行われなかったと判定する。例えば、図８においては、点ｃにおいて、アンダーフィル材５が到達していないので、充填が良好に行われていないと判定される。

ホ）補充工程
判定工程において、充填が良好に行われたと判定された場合は、半導体チップ２のアンダーフィル工程は完了となる。アンダーフィル材５の充填が良好に行われなかったと判定された場合に補充工程が実施される。例えば、図８においては、点ｃにおいて、アンダーフィル材５が到達していないので、充填が良好に行われていないと判定されるので、補充工程が実施されることとなる。

図８の場合において、補充工程は以下のようにして行われる。
（１）まず、吐出部６をＤ地点上に移動する。そして、吐出部６をＤ→Ｂ→Ｅの経路を移動させながら、吐出部６からアンダーフィル材５を吐出する。吐出されたアンダーフィル材５は、半導体チップ２と基板１との隙間に充填され、既に隙間に充填されているアンダーフィル材５が押し出されて、アンダーフィル材５が不足している点ｃの部分が補充される。ここで、補充工程は足りない分の補充のみを行うので、供給工程よりも少量のアンダーフィル材５が供給できればよい。そのため、供給工程よりも短い距離のＤ→Ｂ→Ｅを移動しながら吐出することで足りる。
少量のアンダーフィル材５を補充するためには、距離を短くするだけでなく、吐出圧力を減らしたり、移動速度を上げるなどして吐出量を減らしてもよい。また、吐出部６を静止したまま吐出する場合には、吐出時間を短くして吐出量を減らしてもよい。
供給工程においてアンダーフィル材５の供給を行った辺ＡＢ、辺ＢＣ側から、再度アンダーフィル材５を供給することで、基板１と半導体チップ２との隙間に空気が残ることを防ぐことができる。基板１と半導体チップ２の隙間に位置するアンダーフィル材５が、点ｃ付近の隙間に存在する空気を外側に押し出すからである。複数箇所での補充が必要な場合や上記隙間に空気が残るおそれが高い場合には、供給工程と吐出部６の経路を重ねることが好ましい。

（２）また、アンダーフィル材５が存在していない箇所に直接アンダーフィル材５を供給することも可能である。この場合は、吐出部６の動作を最小限とできるので効率がよい。アンダーフィル材５が行き届いていない部分がわずかである場合など、エアの巻き込みの影響が少ない場合は、この方が所要時間を短くできるので都合がよい。
図８の場合、ｃ地点に吐出部６を移動させて、アンダーフィル材５を供給することで補充を行う。また、ｃ地点とｅ地点の２箇所において、アンダーフィル材５が到達していないと判定された場合には、ｃ地点とｅ地点のそれぞれの位置に吐出部６を移動させて、アンダーフィル材５を供給することで補充を行う。

（３）補充工程において補充するアンダーフィル材５の量を所定の計算手法によって算出してもよい。特に、供給工程において液体材料を供給した際の吐出部の位置と重なる位置から液体材料を供給する場合に有効である。
第１の手法としては、判定工程において点ａ〜ｅごとにアンダーフィル材５の有無を判定し、補充工程で補充するアンダーフィル材５の量をアンダーフィル材５が存在しない個所の個数によって決定するものである。アンダーフィル材５が存在しない個所の個数と補充が必要なアンダーフィル材５の量は一定の相関関係があるからである。
第２の手法としては、判定工程において点ａ〜ｅごとに半導体チップ２の縁からはみ出したアンダーフィル材５の幅を検出し、この幅から補充工程で補充するアンダーフィル材５の量を決定するものである。はみ出したアンダーフィル材５の幅と補充が必要なアンダーフィル材５の量は一定の相関関係があるからである。ここで、幅の検出にはさまざまな方法が用いられるが、一例としては、ワークの縁に対して平行な線上においてアンダーフィル材５の有無を確認する作業を、ワークの縁に対して一定の距離にある複数の平行線について行い、アンダーフィル材５が無いと認識される線とアンダーフィル材５があると認識される線との境界によりはみ出しの幅を検出する方法があげられる。ここでは、各平行線上においてアンダーフィル材５が少しでも存在している場合またはある一定範囲以上存在している場合などに、その線上にはアンダーフィル材５が存在すると判定する。他の例としては、撮影された画像におけるワークの縁に対して直角な線上において、コントラストの変化が大きい部分を検出することで、ワークとアンダーフィル材５との境目およびアンダーフィル材５と基板との境目とを認識し、はみ出したアンダーフィル材５の幅を検出する方法があげられる。ここでは、必要に応じて、撮影された画像の複数個所で線幅を計測して統計処理を行うのが好ましい。
なお、第１の手法と第２の手法を組み合わせて用いてもよいことは言うまでもない。

撮像工程および判定工程において、高い信頼性で判定を行うためには、一つの半導体チップ２に対して、できるだけ多くの箇所において、液材が到達したことを判定するのが好ましい。しかし、生産性の観点からは、判定の対象となる箇所は少ない方がよい。そこで、本実施例では、少ない判定箇所で効率的にアンダーフィル材５の充填が良好に行われたかを判断することを試みた。

図９(ａ)は、吐出部６を半導体チップ２の一辺である辺ＡＢに沿って移動させながらアンダーフィル材５を供給する場面を示している。この場合においては、アンダーフィル材５が供給された辺に属していない角Ｃ、角Ｄにおいて、半導体チップ２の周辺を含む画像を撮像し、アンダーフィル材５が到達しているか判定すればよい。より短時間で撮像判定を行いたい場合には、判定の精度の低下の問題は別として、角Ｃ、角Ｄのいずれか一つにおいて、撮像・判定を行えばよい。

図９(ｂ)は、吐出部６を半導体チップ２の二辺である辺ＡＢ、辺ＢＣに沿って移動させながらアンダーフィル材５を供給する場面を示している。この場合においては、アンダーフィル材５が供給された辺ＡＢ、辺ＢＣに属していない角Ｄにおいて、半導体チップ２の周辺を含む画像を撮像し、アンダーフィル材５が到達しているか判定すればよい。

図９(ｃ)は、吐出部６をａ地点上で静止させてアンダーフィル材５を供給する場面を示している。この場合においては、アンダーフィル材５が供給されたａ地点が属している辺ＡＢに属していない角Ｃ、角Ｄにおいて、半導体チップ２の周辺を含む画像を撮像し、アンダーフィル材５が到達しているか判定すればよい。より短時間で撮像・判定を行いたい場合には、判定の精度の低下の問題は別として、角Ｃ、角Ｄのいずれか一つにおいて、撮像・判定を行えばよい。

以上のとおり、実施例２に係る判定方法によれば、実施例１に係る判定方法と比べ、少ない判定箇所で効率的にアンダーフィル材５の充填が良好に行われたかを判断することが可能となる。

本実施例では、図１０に示すように、一枚の基板１上に、複数枚の半導体チップ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄが載置された場合における各工程を説明する。
本実施例においては、半導体チップ２Ａ〜２Ｄのそれぞれについて、供給工程〜補充工程を実施するのではなく、まず半導体チップ２Ａ〜２Ｄの全てに供給工程を実施した後に、撮像工程〜補充工程を実施する。すなわち、半導体チップ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの順で供給工程を行った後に、半導体チップ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの順で撮像工程と判定工程を実施し、その後、アンダーフィル材５の充填が良好でないと判定された半導体チップ２についてのみ補充工程を行う。

このように、半導体チップ２Ａ〜２Ｄのそれぞれについて、供給工程〜補充工程を実施しないのは、供給したアンダーフィル材５が半導体チップ２と基板１との隙間に流れ込んでから流動が治まるまでにはタイムラグがあるので、半導体チップ２Ａの供給工程を行った直後に半導体チップ２Ａの撮像工程を行うとすると、流動が治まるまで撮影を待っていなければならず、時間の無駄となるからである。
本実施例のように、基板単位で先に供給工程を実施してから撮像工程および補充工程を実施すると、流動が治まるまでの時間に別の半導体チップ２に対して充填作業を行なうことができるので、基板一枚あたりのアンダーフィル工程の所要時間を短くすることができる。なお、撮像工程と判定工程は、パラレルに実施してもよいことは言うまでもない。例えば、半導体チップ２Ａを撮像した後、半導体チップ２Ａの判定を行い、その間半導体チップ２Ｂを撮像するのが効率的である。

本実施例の装置は、図１１に示すように、アライメント用カメラ４０ａと別に、撮像工程用のカメラ４０ｂを備えている。
撮像工程用カメラ４０ｂは、アライメント用カメラ４０ａや吐出部６とは、別のＸＹ方向移動機構１８ｂによって移動自在とされる。そのため、撮像工程用カメラ４０ｂは、アライメント用カメラ４０ａや吐出部６とは独立にＸＹ方向に移動することができる。このような構成の装置により、図１０の基板１にアンダーフィルする場合の動作を説明する。

まず、半導体チップ２Ａ〜２Ｄに対して、供給工程を実施する。すなわち、半導体チップ２Ａにアンダーフィル材５の供給が完了したら、すぐに半導体チップ２Ｂに対して吐出部６よりアンダーフィル材５の供給を行い、同様に半導体チップ２Ｃ、半導体チップ２Ｄにも順次アンダーフィル材５の供給を行う。
供給工程と並行して撮像工程を実施する。すなわち、半導体チップ２Ａに供給したアンダーフィル材５の流動が治まり次第、撮像工程用カメラ４０ｂによって、半導体チップ２Ａを撮像し、同様に半導体チップ２Ｂ、半導体チップ２Ｃ、半導体チップ２Ｄを順次撮像する。
撮像工程と並行して判定工程を実施する。すなわち、半導体チップ２Ａの撮像が完了次第、半導体チップ２Ａに対して判定を行い、同様に半導体チップ２Ｂ、半導体チップ２Ｃ、半導体チップ２Ｄに対しても判定を行う。

半導体チップ２Ｄの供給工程が完了次第、半導体チップ２Ａ〜２Ｄの判定工程でアンダーフィルの充填が良好でないと判定された半導体チップ２に対して、２Ａから順次補充工程を実施する。このように、吐出部６と、撮像工程用カメラ４０ｂとを独立にＸＹ方向に移動させることにより、一つの基板上で、供給工程・撮像工程・判定工程・補充工程を並行して行うことが可能となるので、基板一枚あたりのアンダーフィル工程の所要時間をより短くすることができる。

本実施例では、実施例２に更なる改良を試みて、より少ない判定箇所で効率的にアンダーフィル材５の充填が良好に行われたかを判断することを試みた。
実施例２では、図９（ａ）のパターンにおいて、アンダーフィル材５が適切に充填されたかを判定するために角Ｃ、角Ｄについてアンダーフィル材５が存在するかの判定を行った。しかしながら、アンダーフィル材５の行き届きやすさが角部と辺部でそれほど差が無いような場合には、辺ＣＤ中の１点のみについて判定を行うのが効率的である。そこで、本実施例では、辺ＣＤの中央の１点において、半導体チップ２の周辺を含む画像を撮像し、アンダーフィル材５が到達しているか判定することで、より短時間での撮像・判定を行うことを可能とした。
図９（ｃ）のパターンにおいても同様に辺ＣＤ中の１点のみについて判定を行うのが効率的であると言える。図９（ｂ）のパターンにおいては、辺ＣＤ中の１点と辺ＡＤ中の１点（好ましくは、それぞれ角Ｄに近い１点とする）を判定すればよい。
なお、上述の通り、補充するアンダーフィル材５の量を所定の計算手法によって算出してもよいことは言うまでもない。

本発明は、液体材料を吐出する種々の装置において実施可能である。
液体材料が吐出部から離間する前にワークに接触するタイプの吐出方式としては、先端にノズルを有するシリンジ内の液体材料に調圧されたエアを所望時間だけ印加するエア式、フラットチュービング機構またはロータリーチュービング機構を有するチュービング式、先端にノズルを有する貯留容器の内面に密着摺動するプランジャーを所望量移動して吐出するプランジャー式、スクリューの回転により液体材料を吐出するスクリュー式、所望圧力が印加された液体材料をバルブの開閉により吐出制御するバルブ式などが例示される。
また、液体材料が吐出部から離間した後にワークに接触するタイプの吐出方式としては、弁座に弁体を衝突させて液体材料をノズル先端より飛翔吐出させるジェット式、プランジャータイプのプランジャーを移動させ、次いで急激に停止して、同じくノズル先端より飛翔吐出させるプランジャージェットタイプ、連続噴射方式或いはデマンド方式のインクジェットタイプなどが例示される。

アンダーフィル工程を説明するための側面図および平面図である アンダーフィル工程におけるノズルの経路を説明するための図面である 半導体チップと基板の隙間に気泡が存在する様子を説明するための透過図である アンダーフィル材の充填が適正に行われた状態（ａ）と、補充が必要な状態（ｂ）を説明するための平面図である。 実施例１に係る吐出装置の概要を示した側面図である。 照射手段の説明図である。 アライメントマークの付された基板と半導体チップの各地点を説明するための平面図である。 実施例１に係る補充工程の説明図である。 実施例２に係る判定工程の説明図である。 実施例３に係る各工程の説明図である。 実施例４に係る吐出装置の概要を示した側面図である。

符号の説明

１ 基板
２ 半導体チップ
３ 保持手段
４ 半田バンプ
５ アンダーフィル材
６ 吐出部（ノズル）
７ シリンジ
８ シリンジホルダ
９ Ｚテーブル
１１ ガイドシャフト
１２ ボールネジ
１３ エアチューブ
１４ ディスペンサ
１５ ヘッドベース
１６ 光ファイバケーブル
１７ 搬送レール
１８ ＸＹ方向移動機構
１９ Ｚ方向移動機構
２０ 照射手段
２１ 照射部
３０ 光源
３１ 画像認識部
４０ カメラ
４１ カメラホルダ
５０ 気泡
６０ アライメントマーク

Claims (12)

1. 基板とその上に保持された略方形状のワークとの間隙に毛細管現象を利用して吐出部から吐出した液体材料を充填する方法において、
   複数のワークに対し、各ワークの縁部の１辺に沿って吐出部から液体材料を供給する供給工程と、
   各ワークに対し、前記供給工程で液体材料が供給された辺と対向する辺の１箇所の画像を撮像手段により撮像する撮像工程と、
   各ワークに対し、撮像された辺の１箇所の画像に基づき液体材料が供給された辺と対向する辺の１箇所における液体材料の存否を検出して基板とワークとの間隙の全域に液体材料が充填されたかを判定する判定工程と、
   判定不良とされたワークに対し、撮像された辺の１箇所からはみ出した液体材料の幅を認識し、当該幅から液体材料の補充量を算出し、前記供給工程において液体材料を供給した際の吐出部の位置と重なる位置で前記ワークの縁部に吐出部から前記補充量の液体材料を供給する補充工程とを有すること特徴とする液体材料の充填方法。
2. 前記補充工程は、前記供給工程において液体材料を供給した際の吐出部の位置と重なる位置で供給工程よりも短い距離を移動させながら液体材料を供給すること特徴とする請求項１の液体材料の充填方法。
3. 前記吐出部は、液滴を噴射して吐出するものであり、
   前記補充工程において、液滴を吐出する回数を制御することにより所望とする量の液体材料を供給すること特徴とする請求項１または２の液体材料の充填方法。
4. 前記撮像された辺の１箇所が、辺の中央であることを特徴とする請求項１、２または３の液体材料の充填方法。
5. 前記撮像された辺に対して一定の距離にある複数の平行線について液体材料の有無を判定することにより当該辺の１箇所からはみ出した液体材料の幅を認識することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの液体材料の充填方法。
6. 前記撮像された辺に対して直角な線上におけるコントラストの変化に基づき当該辺の１箇所からはみ出した液体材料の幅を認識することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの液体材料の充填方法。
7. 前記撮像手段は、吐出部と独立の駆動手段を有し、
   全てのワークに対する供給工程が完了する前に、供給工程が完了したワークに対する撮像工程の実施を開始することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの液体材料の充填方法。
8. 前記基板は、アライメントマークを有し、
   前記供給工程の前に、基板のアライメントマークを撮像手段により撮像し、基板および／または基板上のワークの保持位置のずれを補正するアライメント工程を有し、
   前記アライメント工程と前記撮像工程で同一の撮像手段を用いることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかの液体材料の充填方法。
9. 前記撮像工程において、撮像手段を中心として周方向に設けられた複数の照射部を有する照明手段によりワークの縁部を照射して撮像することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかの液体材料の充填方法。
10. 液体材料を供給する液材供給部と、液体材料を吐出する吐出口を有する吐出部と、吐出部を移動自在とする駆動機構と、撮像手段と、これらの作動を制御し、所望とする量の液体材料を吐出させる制御部とを備える吐出装置において、制御部が、請求項１ないし８のいずれかの液体材料の充填方法を実施するプログラムを有することを特徴とする装置。
11. 液体材料を供給する液材供給部と、液体材料を吐出する吐出口を有する吐出部と、吐出部に近接して一体的に配置した撮像手段と、吐出部および撮像手段を移動自在とする駆動機構と、これらの作動を制御し、所望とする量の液体材料を吐出させる制御部とを備える吐出装置であって、
    制御部が、請求項８の液体材料の充填方法を実施するプログラムを有することを特徴とする装置。
12. 液体材料を供給する液材供給部と、液体材料を吐出する吐出口を有する吐出部と、吐出部を移動自在とする駆動機構と、吐出部に近接して配置した撮像手段と、撮像手段を中心として周方向に設けられた複数の照射部を有する照明手段と、これらの作動を制御し、所望とする量の液体材料を吐出させる制御部とを備える吐出装置であって、
    制御部が、請求項９の液体材料の充填方法を実施するプログラムを有することを特徴とする装置。