JP6167412B2 - 積層パッケージの製造システムおよび製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のパッケージ部品を積層して構成された積層パッケージの製造システムおよび製造方法に関するものである。

近年電子デバイスの実装形態として、実装密度の高密度化や電気特性の向上を目的として、複数のパッケージ部品を積層して構成されたＰＯＰ（Ｐａｃｋａｇｅ ｏｎ Ｐａｃｋａｇｅ）実装が広く用いられるようになっている。ＰＯＰ実装では、下層のボトムパッケージの上面に形成された電極に対して上層のトップパッケージに形成されたバンプを高精度で位置合わせする必要があるため、従来よりボトムパッケージを光学認識した認識結果に基づいてトップパッケージを位置合わせすることが行われている（例えば特許文献１参照）。この特許文献例に示す先行技術では、ボトムパッケージに形成された複数の電極のうち最外周の対角位置に形成された電極を位置認識マークとして用いるようにしている。

特開２００７−０５９６５２号公報

しかしながら上述の先行技術例を含め従来技術においては、ボトムパッケージにトップパッケージを積層する積層工程における生産効率に次のような難点があった。すなわちこの積層工程は、多数のボトムパッケージをキャリアに保持させた状態で行われることから、積層工程にてボトムパッケージの位置認識を個別に実行する従来技術では、位置認識を含めた積層作業に要する作業タクトタイムが遅延し、積層パッケージの製造工程全体の生産性の低下を招いていた。

そこで本発明は、積層パッケージの製造における生産性を向上させることができる積層パッケージの製造システムおよび製造方法を提供することを目的とする。

本発明の積層パッケージの製造システムは、ボトムパッケージにトップパッケージを積層して成る積層パッケージを製造する積層パッケージの製造システムであって、複数の前記ボトムパッケージを保持したキャリアを光学認識することにより、前記キャリアに形成された代表マークの位置および前記キャリアにおける各ボトムパッケージの個別位置を検出する検査部と、前記個別位置が検出された後の前記キャリアに保持されたボトムパッケージに前記トップパッケージを実装する実装部とを備え、前記検査部は、前記個別位置の前記代表マークに対する相対位置を各ボトムパッケージ毎に示す位置データを求めて前記実装部へ転送し、前記実装部は、前記代表マークのみを位置認識した認識結果と前記転送された位置データとに基づいて各ボトムパッケージにトップパッケージを実装する。

本発明の積層パッケージの製造方法は、ボトムパッケージにトップパッケージを積層して成る積層パッケージを製造する積層パッケージの製造方法であって、複数の前記ボトムパッケージを保持したキャリアを光学認識することにより、前記キャリアに形成された代表マークの位置および前記キャリアにおける各ボトムパッケージの個別位置を検出する検査工程と、前記個別位置が検出された後の前記キャリアに保持されたボトムパッケージに前記トップパッケージを実装する実装工程とを含み、前記検査工程において、前記個別位置の前記代表マークに対する相対位置を各ボトムパッケージ毎に示す位置データを求めて前記実装工程へ転送し、前記実装工程において、前記代表マークのみを位置認識した認識結果と前記転送された位置データとに基づいて各ボトムパッケージにトップパッケージを実装する。

本発明によれば、ボトムパッケージにトップパッケージを積層して成る積層パッケージの製造において、トップパッケージの実装に先立って行われる検査工程において複数のボトムパッケージを保持したキャリアを光学認識することにより、キャリアに形成された代表マークの位置およびキャリアにおける各ボトムパッケージの個別位置を検出して代表マークに対する相対位置を各ボトムパッケージ毎に示す位置データを求め、実装工程において代表マークのみを位置認識した認識結果と検査工程より転送された位置データとに基づいて各ボトムパッケージにトップパッケージを実装することにより、実装工程においてボトムパッケージの位置認識を個別に行う必要がなく、積層パッケージの製造における生産性を向上させることができる。

本発明の一実施の形態の積層パッケージの製造システムの構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態の積層パッケージの製造システムにおけるキャリアおよびボトムパッケージの構成説明図 本発明の一実施の形態の積層パッケージの製造システムにおける位置検査の説明図 本発明の一実施の形態の積層パッケージの製造システムにおけるトップパッケージの実装動作の説明図 本発明の一実施の形態の積層パッケージの製造方法の各工程を示すフロー図 本発明の一実施の形態の積層パッケージの製造方法の工程説明図 本発明の一実施の形態の積層パッケージの製造方法の工程説明図

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して、積層パッケージの製造システム１の構成を説明する。積層パッケージの製造システム１は、複数のパッケージ部品（ここでは、ボトムパッケージおよびトップパッケージの２層）を積層して構成された積層パッケージを製造する機能を有するものである。積層パッケージの製造システム１は、位置検査装置Ｍ１、部品実装装置Ｍ２およびリフロー装置Ｍ３を連結して構成されている。本実施の形態では、予めキャリア５（図２参照）に位置保持された状態で上流側装置から供給される複数のボトムパッケージ４のそれぞれに、トップパッケージ１４（図４、図６参照）を半田接合により実装して積層パッケージを製造する例を示している。

まず図２を参照して、ボトムパッケージ４およびキャリア５について説明する。図２（ａ）に示すように、板状のキャリア５には積層パッケージを構成するベースとなる矩形状のバンプ付き部品であるボトムパッケージ４が、バンプ４ａを下面側にした姿勢で複数個保持されている。ここでボトムパッケージ４は、キャリア５において嵌合凹部やキャリア５の上面の粘着面などによって、水平方向の位置が固定された状態で保持されており、キャリア５の搬送過程においてボトムパッケージ４の位置ずれが防止されるようになっている。またキャリア５の２つの対角位置には、キャリア５の全体位置を検出するための２つの認識マークとして代表マークＭＡ，ＭＢが形成されている。

図２（ｂ）に示すように、それぞれのボトムパッケージ４において、バンプ４ａの反対面には、トップパッケージ１４に形成されたバンプ１４ａ（図６参照）が接合される複数の電極４ｂが形成されている。さらにそれぞれのボトムパッケージ４の対角位置には、ボトムパッケージ４の個別位置を検出するための２つの認識マークとして個別マークｍａ，ｍｂが形成されている。なお、個別マークｍａ，ｍｂを形成する替わりに、ボトムパッケージ４の上面において対角に位置する２つの電極４ｂを、ボトムパッケージ４の個別位置検出用の認識マークとして用いてもよい。

次に図３を参照して、位置検査装置Ｍ１の機能を説明する。図３（ａ）に示すように、位置検査装置Ｍ１は、認識カメラ６および位置認識機能を備えた位置検査処理部７を備えている。認識カメラ６によるキャリア５の撮像結果を位置検査処理部７によって認識処理することにより、キャリア５に形成された位置認識用の代表マークＭＡ，ＭＢや、各ボトムパッケージ４に形成された個別位置の認識用の個別マークｍａ，ｍｂの位置を検出する。

すなわち図３（ｂ）に示すように、キャリア５に保持された各トップパッケージ１４は個別に位置認識の対象となり、各ボトムパッケージ４（ｉ）毎に、代表マークＭＡ，ＭＢに対する相対的な個別位置、具体的には代表マークＭＡ，ＭＢによって規定される直交座標系における各ボトムパッケージ４（ｉ）の個別マークｍａ（ｉ），ｍｂ（ｉ）の位置座標（ｘａｉ、ｙａｉ）、（ｘｂｉ、ｙｂｉ）が、当該ボトムパッケージ４の代表マークＭＡ，ＭＢに対する相対位置を示す位置データ７ａとして出力される。出力された位置データ７ａは、ＬＡＮシステム２を介して部品実装装置Ｍ２に転送される。

すなわち位置検査装置Ｍ１は、複数のボトムパッケージ４を保持したキャリア５を光学認識することにより、キャリア５に形成された代表マークＭＡ，ＭＢの位置およびキャリア５における各ボトムパッケージ４の個別位置を検出する検査部として機能する。そしてこの検査部は、ボトムパッケージ４の個別位置の代表マークＭＡ，ＭＢに対する相対位置を各ボトムパッケージ４毎に示す位置データ７ａを求めて以下に説明する部品実装装置Ｍ２へ転送する。

次に図４を参照して、部品実装装置Ｍ２の機能を説明する。部品実装装置Ｍ２は、吸着ノズル１０ａによってトップパッケージ１４を保持してボトムパッケージ４に積層して実装する実装ヘッド１０を備えており、実装ヘッド１０を駆動して部品実装動作を行わせる部品実装機構１１の動作は、実装制御部１２によって制御される。また部品実装装置Ｍ２は、認識カメラ８および位置認識処理機能を備えたマーク位置検出部９を備えている。認識カメラ８によるキャリア５の撮像結果をマーク位置検出部９によって認識処理することにより、キャリア５に形成された位置認識用の代表マークＭＡ，ＭＢの位置が検出される。

部品実装装置Ｍ２が備えたデータ記憶部１３には、位置ずれ許容データ１３ａおよび位置検査装置Ｍ１から転送された位置データ７ａが記憶されている。部品実装装置Ｍ２による部品実装動作においては、マーク位置検出部９による代表マークＭＡ，ＭＢの位置検出結果およびデータ記憶部１３に記憶された位置データ７ａ、位置ずれ許容データ１３ａに基づいて、実装制御部１２が部品実装機構１１を制御する。これにより、トップパッケージ１４のバンプ１４ａをボトムパッケージ４の電極４ｂに精度よく位置合わせして、トップパッケージ１４をボトムパッケージ４上に実装することが可能となっている。

すなわち部品実装装置Ｍ２は、ボトムパッケージ４の個別位置が検出された後のキャリア５に保持されたボトムパッケージ４にトップパッケージ１４を実装する実装部として機能する。そしてこの実装部は、マーク位置検出部９によって代表マークＭＡ，ＭＢのみを位置認識した認識結果と位置検査装置Ｍ１より転送された位置データ７ａとに基づいて、各ボトムパッケージ４にトップパッケージ１４を実装するようになっている。そしてリフロー装置Ｍ３は、ボトムパッケージ４にトップパッケージ１４が実装された後のキャリア５を加熱して半田を溶融させ、ボトムパッケージ４をトップパッケージ１４に接合する。

なお位置ずれ許容データ１３ａは、キャリア５に保持された状態におけるボトムパッケージ４の位置ずれ状態の許容値を示すデータであり、代表マークＭＡ，ＭＢと個別マークｍａ，ｍｂとの相対位置における正規位置に対する位置ずれ量について予め規定された許容値が記憶されている。位置データ７ａにおいて位置ずれ許容データ１３ａに規定された許容値を超えるボトムパッケージ４が存在する場合には、実装制御部１２は当該ボトムパッケージ４にはトップパッケージ１４の実装を行わないよう、部品実装機構１１を制御する。

次に、積層パッケージの製造処理フローについて、図５に示すフローに則して各図を参照しながら説明する。複数のボトムパッケージ４を保持したキャリア５はまず位置検査装置Ｍ１に搬入され（ＳＴ１）、ここで図３に示す位置検査が実行される（ＳＴ２）。すなわち、キャリア５を光学認識することにより、キャリア５に形成された代表マークＭＡ，ＭＢの位置およびキャリア５における各ボトムパッケージ４の個別位置を示す個別マークｍａ、ｍｂの位置を検出する（検査工程）。

次に、位置検査後のキャリア５は部品実装装置Ｍ２に搬入され（ＳＴ３）、ここで図４に示すトップパッケージ１４の実装が行われる（ＳＴ４）。すなわち、個別位置が検出された後のキャリア５に保持されたボトムパッケージ４に、トップパッケージ１４を実装する（実装工程）。この実装工程においては、認識カメラ８、マーク位置検出部９によって代表マークＭＡ，ＭＢの位置を光学認識により検出するとともに、実装ヘッド１０によってトップパッケージ１４を取り出してバンプ１４ａに接合用の半田ペースト１５を転写する。

その後、図６（ａ）に示すように、実装ヘッド１０の吸着ノズル１０ａに保持されたトップパッケージ１４をキャリア５上に移動させて、積層対象のボトムパッケージ４に対して位置合わせする。この位置合わせは、代表マークＭＡ，ＭＢのみの位置認識結果と、予め位置検査装置Ｍ１にて取得されてデータ記憶部１３に記憶された位置データ７ａとに基づいて行われる。

すなわち、実装制御部１２は代表マークＭＡ，ＭＢの認識結果および位置検査装置Ｍ１からフィードフォワードされた位置データ７ａに示す代表マークＭＡ，ＭＢと各ボトムパッケージ４との相対位置とに基づいて、実装対象となる各ボトムパッケージ４の位置を演算する。そしてこの位置演算結果に基づいて部品実装機構１１を制御することにより、実装ヘッド１０は各ボトムパッケージ４の電極４ｂに対してトップパッケージ１４のバンプ１４ａを位置合わせした上で実装する。これにより、図６（ｂ）に示すように、トップパッケージ１４のバンプ１４ａは、半田ペースト１５を介してボトムパッケージ４の電極４ｂに対して正しい位置精度で着地する。

このとき、データ記憶部１３には予め位置検査装置Ｍ１にて取得されてフィードフォワードされた位置データ７ａが記憶されていることから、部品実装装置Ｍ２においては、代表マークＭＡ，ＭＢのみを位置認識した認識結果と、位置検査装置Ｍ１から転送された実装基準位置としての位置データ７ａとに基づいて各ボトムパッケージ４にトップパッケージ１４を実装する。したがって、トップパッケージ１４の実装工程において個別に実装基準位置を求める従来技術と比較して、ボトムパッケージ４の位置認識を個別に行う必要がなく、トップパッケージ１４の積層に要する作業タクトタイムを短縮して積層パッケージの製造工程全体の生産性を向上させることができる。

上述の部品実装装置Ｍ２による実装工程において、位置検査装置Ｍ１にて取得された相対位置における正規位置に対する位置ずれ量が規定された許容値を超えるボトムパッケージ４が存在する場合には、当該ボトムパッケージ４へのトップパッケージ１４の実装は行われない。これにより、許容範囲を超えて位置ずれしたボトムパッケージ４にトップパッケージ１４を実装することによる無駄を極力排除することが可能となっている。

次に、ボトムパッケージ４にトップパッケージ１４が実装された後のキャリア５はリフロー装置Ｍ３に搬入され、所定の加熱プロファイルによって加熱される（半田接合工程）（ＳＴ５）。これにより、図６（ｃ）に示すように、バンプ１４ａが加熱により溶融固化し、ボトムパッケージ４の電極４ｂとトップパッケージ１４とを固着させるとともに電気的に導通させる半田接合部１４ａ＊が形成される。そしてこの後、半田接合後のボトムパッケージ４とトップパッケージ１４とをキャリア５から取り出すことにより、ボトムパッケージ４上にトップパッケージ１４を積層した積層パッケージ１６が完成する。

上記説明したように、本実施の形態に示す積層パッケージ１６の製造では、複数のボトムパッケージ４を保持したキャリア５を光学認識することにより、キャリア５に形成された代表マークＭＡ，ＭＢの位置およびキャリア５における各ボトムパッケージ４の個別位置を検出して部品実装装置Ｍ２に位置データ７ａとしてフィードバックし、部品実装装置Ｍ２では認識カメラ８、マーク位置検出部９によって代表マークＭＡ，ＭＢのみを位置認識した認識結果と転送された位置データ７ａとに基づいて、各ボトムパッケージ４にトップパッケージ１４を実装する。これにより、実装工程においては代表マークＭＡ，ＭＢを位置認識するのみで、ボトムパッケージ４の位置認識を個別に行う必要がなく、トップパッケージ１４の積層に要する作業タクトタイムを短縮して積層パッケージの製造における生産性を向上させることができる。

なお上記実施の形態では、キャリア５に保持されたボトムパッケージ４にトップパッケージ１４を積層して積層パッケージ１６を製造する例を示したが、図７に示すように、同様に代表マークＭＡ，ＭＢが形成された基板１７上で積層パッケージ１６を形成するようにしてもよい。すなわちこの場合には、まず図７（ａ）に示すように、上面の電極１７ａに半田ペースト１５が供給された状態の基板１７に対して、ボトムパッケージ４を吸着ノズル１８によって保持して実装する。これにより、基板１７は複数のトップパッケージ１４を保持した状態となり、この状態の基板１７が位置検査装置Ｍ１による位置検出のための検査の対象となる。

次いで位置検出後の基板１７は部品実装装置Ｍ２に搬入され、図７（ｂ）に示すように、ボトムパッケージ４に対してトップパッケージ１４が実装される。このトップパッケージ１４の実装工程における位置合わせは、図４にて説明した方法と同様に行われる。次いでトップパッケージ１４上にトップパッケージ１４が実装された状態の基板１７はリフロー装置Ｍ３に搬入され、所定の加熱プロファイルによって加熱される。

これにより、図７（ｃ）に示すように、バンプ４ａ、バンプ１４ａがいずれも加熱により溶融固化し、基板１７とボトムパッケージ４とを固着・導通させる半田接合部４ａ＊とともにボトムパッケージ４とトップパッケージ１４とを固着・導通させる半田接合部１４ａ＊が形成される。これにより、基板１７を対象とする部品実装工程において、ボトムパッケージ４上にトップパッケージ１４を積層した積層パッケージ１６が、基板１７の実装面に形成される。

本発明の積層パッケージの製造システムおよび製造方法は、積層パッケージの生産性を向上させることができるという効果を有し、複数のパッケージ部品を積層して構成された積層パッケージを製造する技術分野において有用である。

１ 積層パッケージの製造システム
４ ボトムパッケージ
４ａ バンプ
４ｂ 電極
５ キャリア
１４ トップパッケージ
１４ａ バンプ
１６ 積層パッケージ
１７ 基板
ＭＡ，ＭＢ 代表マーク
ｍａ，ｍｂ 個別マーク

Claims (4)

1. ボトムパッケージにトップパッケージを積層して成る積層パッケージを製造する積層パッケージの製造システムであって、
   複数の前記ボトムパッケージを保持したキャリアを光学認識することにより、前記キャリアに形成された代表マークの位置および前記キャリアにおける各ボトムパッケージの個別位置を検出する検査部と、
   前記個別位置が検出された後の前記キャリアに保持されたボトムパッケージに前記トップパッケージを実装する実装部とを備え、
   前記検査部は、前記個別位置の前記代表マークに対する相対位置を各ボトムパッケージ毎に示す位置データを求めて前記実装部へ転送し、
   前記実装部は、前記代表マークのみを位置認識した認識結果と前記転送された位置データとに基づいて各ボトムパッケージにトップパッケージを実装することを特徴とする積層パッケージの製造システム。
2. 前記実装部は、前記相対位置における正規位置に対する位置ずれ量が規定された許容値を超えるボトムパッケージが存在する場合には、当該ボトムパッケージにはトップパッケージの実装を行わないことを特徴とする請求項１記載の積層パッケージの製造システム。
3. ボトムパッケージにトップパッケージを積層して成る積層パッケージを製造する積層パッケージの製造方法であって、
   複数の前記ボトムパッケージを保持したキャリアを光学認識することにより、前記キャリアに形成された代表マークの位置および前記キャリアにおける各ボトムパッケージの個別位置を検出する検査工程と、
   前記個別位置が検出された後の前記キャリアに保持されたボトムパッケージに前記トップパッケージを実装する実装工程とを含み、
   前記検査工程において、前記個別位置の前記代表マークに対する相対位置を各ボトムパッケージ毎に示す位置データを求めて前記実装工程へ転送し、
   前記実装工程において、前記代表マークのみを位置認識した認識結果と前記転送された位置データとに基づいて各ボトムパッケージにトップパッケージを実装することを特徴とする積層パッケージの製造方法。
4. 前記実装工程において、前記相対位置における正規位置に対する位置ずれ量が規定された許容値を超えるボトムパッケージが存在する場合には、当該ボトムパッケージにはトップパッケージの実装を行わないことを特徴とする請求項３記載の積層パッケージの製造方法。

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