JPH11287614A - 位置関係測定方法およびそれを用いた位置関係調整方法およびボンディング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接合部で分離自在に接合された一対の物体の
相互の位置関係を測定する位置関係測定方法とその測定
結果による位置関係調整方法で、特に、それを用いたボ
ンディングヘッドを有するボンディング装置で迅速正確
に測定、調整を行う。 【解決手段】 接合部で分離自在に接合された一対の物
体の相互の位置関係を前記一対の物体の一方に設けられ
た複数の変位計１６ａ、１６ｂで測定する位置関係測定
方法において、同時に作動する複数の変位計１６ａ、１
６ｂを用いて各々の測定値を比較演算して位置関係を測
定し、また、その結果を用いて測定と連動して調整す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、接合部で分離自在
に接合された一対の物体の相互の位置関係を測定する位
置関係測定方法とその測定結果による位置関係調整方法
で、特に、それを用いたボンディングヘッドを有するボ
ンディング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶ガラス基板にＴＡＢ部品である液晶
駆動用ＩＣを圧着する場合など、アウタリ一ドボンディ
シグ（ＯＬＢ）装置が用いられている。このアウタリー
ドボンディング装置は、互いに対向する押圧面を有する
ツールとステージを備えており、ツールとステージの間
に試料たとえば上記の液晶ガラス基板および液晶駆動用
ＩＣを挿入し、ツールを加熱した状態でステージ側へ押
圧することにより液晶駆動用ＩＣをガラス基板に圧着さ
せる。

【０００３】ツールおよびステージは押圧面が共に長手
形状となっており、圧着を確実に行なうためには、両方
の押圧面が平行状態を保ちつつ、また、ツールおよびス
テージに磨耗や欠けが存在することなく、ツールの押圧
面が試料の圧着面に均一に当たることが望ましい。

【０００４】このため、ツールとステージの相対的な平
行度を測定する方法として以下の方法が用いられてい
た。

【０００５】（イ） ミラーと一体となつたレーザ変位
計を用いて、ステージにレーザ光を投射してその反射光
からツールとステージの平行度を測定する方法( 特開平
８−１０７１３２号公報で開示されている）。

【０００６】（ロ） 角度測定機を用いて、ツールとス
テージの角度を測定する方法( 平成l0年度春季精密工学
会講演会講演子稿集で開示されている）。

【０００７】（ハ） ばね状の柱に歪みゲージを張り付
けたブロックを、ツールをステージの間に挟み圧着状態
での圧力を測定する方法。

【０００８】（ニ） 感圧フイルムを用いて、ツールを
ステージの間に挟み圧着状態での圧力ツールの分布を色
で見る方法（色が濃い部分が圧力の濃い部分に対応す
る）。

【０００９】（ホ） ツールをステージに近づけた状態
で、側面から平行光を照らし隙間の間隔を測定する方
法。

【００１０】などが知られている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
各方法では以下のような不具合が生じている。

【００１２】（イ）の方法では、測定の際にツールとス
テージの間を走査するための測定用のステージが必要で
測定機自体が大きくなる。また、測定結果が測定用ステ
ージの移動方向の１次元的な結果であるので、厚み方向
の測定も必要となる。

【００１３】さらに、ツールとステージとの間にミラー
を配置することが必要で、ツールとステージを接触させ
た（圧着時の）状態では測定できない。

【００１４】（ロ）の方法では、ポイントの測定とな
り、ツールおよびステージの平面度が出ていない場合に
は正確に平行度を測定できない。

【００１５】（ハ）の方法も同様に、ツールおよびステ
ージの平面度が出ていない場合には、ブロックにかかる
力が凸部におけるものとなり、ツールやステージの形に
測定結果が影響される。

【００１６】（ニ）の方法は、圧着時の力の分布を色の
濃さで測定するものであるため定量化が困難であり、ま
た、ツールとステージの平行度の調整には直接用いるこ
とができない。

【００１７】（ホ）の方法では、ツールやステージが薄
い直方体の形状をしている場合に限つた測定方法であ
り、正方形のような厚みのある場合の測定では、厚み方
向での高さ変化があると測定結果にこの影響が出てしま
う。

【００１８】上述したように、従来の方法それぞれに欠
点があり、特に、これらはツールとステージの平面度が
出ていることを前提とした測定方法であるため、厚みの
あるツールやステージの調整のための測定方法としては
不向きである。

【００１９】さらに、（ハ）の方法を除いては測定と調
整を同時に行うことができず、調整した後に再度測定
し、必要に応じて再調整するするといったことを繰り返
す必要がある。

【００２０】本発明は、これらの事情に基づいてなされ
たもので、ボンディング装置におけるツールとステージ
のそれぞれの平面度に依存せず、かつ、調整が容易で、
また厚み方向の測定も可能な位置関係測定方法と位置関
係調整方法およびそれを用いたボンディング装置を提供
するものである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、接合部
で分離自在に接合された一対の物体の相互の位置関係を
前記一対の物体の一方に設けられた複数の変位計で測定
する位置関係測定方法において、前記複数の変位計が同
一測定対象に対する測定で基準値を得る第１工程と、こ
の第１工程の後に、前記複数の変位計が同一の測定対象
を測定して測定結果を得る第２工程と、前記第１工程で
得た基準値と、前記第２工程で得た測定結果とを算出し
て各々の変位計の測定値を算出する測定値算出工程と、
この測定値算出工程で算出された各々の変位計の測定値
を比較する比較工程とを有することを特徴とする位置関
係測定方法にある。

【００２２】また本発明によれば、接合部で分離自在に
接合された一対の物体の相互の位置関係を前記一対の物
体の一方に設けられた複数の変位計で測定する位置関係
測定方法において、前記複数の変位計が設けられた物体
の先端に平板を吸着する吸着工程と、この吸着工程の後
に前記複数の変位計を前記平板を基準として原点に調整
するゼロリセット工程と、このゼロリセット工程後に前
記平板を前記変位計が設けられた物体の先端から分離し
て前記変位計を前記平板から開放して前記複数の変位計
の出力を得る測定工程と、この測定工程で得た各々の変
位計の出力を比較する比較工程とを有することを特徴と
する位置関係測定方法にある。

【００２３】また本発明によれば、接合部で分離自在に
接合された一対の物体の相互の位置関係を前記一対の物
体の一方に設けられた複数の変位計で測定しその結果に
基づいて相互の位置関係を調整する位置関係調整方法に
おいて、前記複数の変位計が設けられた物体の先端に平
板を吸着する吸着工程と、この吸着工程の後に前記複数
の変位計を前記平板を基準として原点に調整するゼロリ
セット工程と、このゼロリセット工程後に前記平板を前
記変位計が設けられた物体の先端から分離して前記変位
計を前記平板から開放して前記複数の変位計の出力を得
る測定工程と、この測定工程で得た各々の変位計の出力
を比較する比較工程と、この比較工程の結果に基づいて
前記一対の物体の位置関係を調整する調整工程とを有す
ることを特徴とする位置関係調整方法にある。

【００２４】また本発明によれば、前記ゼロリセット工
程は、前記複数の変位計の先端を前記平板に接触させ、
そのときの変位計を原点に調整することによって行うこ
とを特徴とする位置関係測定方法にある。

【００２５】また本発明によれば、前記位置関係測定方
法において、前記一対の物体はボンディング装置で用い
られているボンディングヘッドのツールホルダと角度調
整ユニットであることを特徴とするボンディング装置に
ある。

【００２６】また本発明によれば、前記位置関係調整方
法において、前記一対の物体はボンディング装置で用い
られているボンディングヘッドのツールホルダと角度調
整ユニットであることを特徴とするボンディング装置に
ある。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態をフリッ
プチップボンディング装置に適用した場合を図面を参照
して説明する。

【００２８】フリップチップボンディングは、ＩＣチッ
プの電極部に電気めっきではんだバンプを形成し、回路
基板に位置合せして仮付けした後にリフローはんだで回
路基板の上に表面を下にして（フェースダウン）はんだ
付けする方式である。この方式では、ＩＣチップの回路
基板側が全て接続に利用できるため多端子化が容易であ
ると共に、一括接続が可能であるので広く用いられてい
る。

【００２９】ＩＣチップと回路基板との位置合せと仮付
けはフリップチップボンディング装置が用いられてお
り、フリップチップボンディング装置のボンディングヘ
ッドは、先端にＩＣチップを吸着するツールがボンディ
ングステージと所定の平行度を保持した姿勢で固定され
ている。

【００３０】図１は本発明の実施の形態であるボンディ
ング装置のボンディングヘッドのボンディング作動部の
構造を示す説明図で、図２はその角度調整ユニットの構
造を示す説明図である。

【００３１】すなわち、図示しないボンディング装置に
設けられたボンディングヘッドは、吸着したＩＣチップ
を回路基板に押圧するボンディング作動部１を有し、そ
のボンディング作動部１は大別すると、角度調整ユニッ
ト２とこの角度調整ユニット２に支持されているツール
ホルダ３と、このツールホルダ３に固定されているツー
ル４とに分けられる。

【００３２】角度調整ユニット２は箱状の剛体構造で、
上部がボンディングアーム５に固着され、内部に調整機
構７を有し、下部に調整機構７に係合したツールホルダ
３を支持している。

【００３３】調整機構７は、モータ９とこのモータ９の
回転軸に支点が固定され側面が２等辺三角形状の調整板
６と複数の板ばねで構成され、調整板６の２等辺三角形
の支点の対辺と板ばね８ａ、８ｂの間にツールホルダ３
の上部を挟み込み挟持する構成である。ツールホルダ３
の上部１１ａ、１１ｂの両端は、回動が可能なように半
円状に形成されている。

【００３４】従って、モータ９の回転に対応して調整板
６も回転する。この回転で調整板６の下面が傾斜する
と、調整板６の下面に密接しているツールホルダ３も同
様に傾斜する。

【００３５】ツールホルダ３は、上部が調整板６と板ば
ね８ａ、８ｂによって挟持されている。また、下部にツ
ール４を固定保持している。また、ツールホルダ３の一
側面には水平に支持バー１４が固着され、支持バー１４
の両端にはツール４と平行に変位計１６ａ、１６ｂが設
置されている。この変位計１６ａ、１６ｂは接触型の変
位計で、分解能が０．１μｍの電気マクロメータであ
る。 電気マイクロメータは、ＪＩＳ７５３６に規格化
されていように、微小な変位量を接触式測定子を持つ検
出器を用いて電気的量に変換し、電気的に増幅して表示
する比較測定器で、一般に、物体の寸法や形状などの測
定による測定子の変位量を電気的に変換する検出器と、
検出器が検出した結果を電気的に増幅して表示する指示
計から構成れている。検出器は通常、プランジャ型差動
変圧器が用いられ、差動変圧器をステム内に入れ、鉄心
可動部の先端に測定子を取付けた構造で、変位量を電気
的量に変換する変換器を備えている。

【００３６】ツール４は、上部がツールホルダ３に固着
されツールホルダ３と一体化している。また、ツール４
の下面は水平面で図示しないＩＣチップを吸着する吸着
孔が設けられている。この吸着孔は図示しない空気流路
を経由してポンプに接続している。

【００３７】これらの装置による作用を以下に説明す
る。

【００３８】まづ、ツール４の吸着孔に平板２０を吸着
させる。この平板２０は厚さ０．５ｍｍの鉄板を用い
た。この状態で２台の変位計１６ａ、１６ｂの先端の測
定子２１ａ、２１ｂが平板２０に接触している。変位計
１６ａ、１６ｂは図３に示すように表示部１７にゼロ点
調整つまみ２２が設けられているのでそれを調整して２
個ともゼロにする。

【００３９】次に、ツール４の吸着孔から平板２０を取
除き変位計１６ａ、１６ｂの接触子を開放する。この状
態で、２台の接触子の出力データを比較する。この比較
は、角度調整ユニット２の制御装置の調整ボタンを押す
と、２つの変位計１６ａ、１６ｂの出力は図示しない比
較回路に送られて比較され差分が検出される。その比較
結果は制御部１０のドライバー回路に送られ差分に応じ
てモータ９の回転方向と回転量を決定して駆動する。

【００４０】つまり、もし２個の変位計１６ａ、１６ｂ
の出力データが同じであれば、調整は不要である。

【００４１】また、２個の変位計１６ａ、１６ｂの出力
データが異なる場合、２個の変位計１６ａ、１６ｂの出
力の値が等しくなるように角度調整ユニット２を作動さ
せる。

【００４２】この角度調整ユニット２は２個の変位計１
６ａ、１６ｂの出力の値の差に応じてモータ９が所定角
度回転して調子板６を回転させて調整板６の下面を所定
の傾斜にする。この調整板６の下面に密接しているツー
ルホルダ３も同様に傾斜するのでツールホルダ３と角度
調整ユニット２との角度が調整され、その結果２個の変
位計１６ａ、１６ｂの出力の値が等しくなる。これによ
り、ボンディングヘッド本体に対してツール４が正しい
位置関係で取付けられていることが確認される。

【００４３】この調整により、ボンダーのボンディング
ヘッドは回路基板に対して垂直に作動するで、正確なＩ
Ｃチップの実装が出来る。

【００４４】また、本発明によればツール４へのチップ
の吸着角度も正確に測定することが出来る。すなわち、
図４（ａ）は本発明によるツール４でチップと同様の吸
着状態になる平板２０を吸着した状態の測定状態を示す
側面図で、図４（ｂ）は従来例の測定状態である従来例
の項で説明した（ハ）の場合を示す側面図である。

【００４５】まづ、図４（ａ）で示すようにツール４が
平板２０を吸着した状態で２つの変位計１６ａ、１６ｂ
をゼロリセットする。次に、平板２０を外した状態で２
つの変位計１６ａ、１６ｂの値を読取って比較する。そ
の差によりツール４と平板２０（チップ）の吸着面の角
度を算出することが出来る。

【００４６】また、面形状としての測定では、従来方法
では数回の測定を繰り返す必要があり測定に時間を要し
ていたのに対して、本発明では図５のように３箇所に変
位計１６ａ、１６ｂを配置すれば、面の傾きが一度で測
定可能となるため、調整時間の短縮が可能になった。

【００４７】また、従来の方法では測定と調整を同時に
行うことができず、微調整を行った後に再度測定をする
ということを数回繰り返す必要があるのに対して、本発
明では測定しながら調整が可能となった。

【００４８】なお、上記実施の形態では、変位計１６
ａ、１６ｂとしては接触式変位計１６ａ、１６ｂを用い
たが、変位計１６ａ、１６ｂであるならば非接触式であ
る例えば、レーザ式、渦電流式、静電容量式などの測定
方式を用いても同様な作用が得られる。

【００４９】また、上記実施の形態では、変位計１６
ａ、１６ｂは2 個用いたが、２個以上の変位計１６ａ、
１６ｂを用いてもよく、また、変位計１６ａ、１６ｂの
配置も任意に選択することが出来る。

【００５０】また、上記の実施の形態では、平板２０を
まずツール４で吸着させてこのときの変位計１６ａ、１
６ｂの値をゼロリセットする形式のものを用いたが、最
初にゼロリセットを行わずに、測定後にステージ側の個
々の箇所の測定値と最初の測定値との差分の値が同じに
なるようにすることでも可能である。

【００５１】また、平板２０として０．５ｍｍの鉄板を
用いたが、この材質および厚さ、大きさなどの制限は特
に無い。

【００５２】また、上記実施の形態では、ツールホルダ
３に変位計１６ａ、１６ｂを取り付けたが、変位計１６
ａ、１６ｂの取り付け箇所は、角度調整ユニット２より
下の部分ならば特に制限はない。また、変位計１６ａ、
１６ｂ取付けはツールホルダ３に支持バー１４を用いて
取り付けたが、これに限るものではなく、例えば、ツー
ル４等に変位計１６ａ、１６ｂを埋め込む方法でも同様
な効果を得ることも可能である。

【００５３】また、角度調整ユニット２としてはモータ
９駆動を用いた方式を提案したが、駆動方法としては電
気的に駆動される圧電素子などを用いることも出来る。

【００５４】また、角度調整ユニット２としては、側面
が二等辺三角形の回動機構を用いたが、特にこれに限っ
た構成でなくても、角度を調整できる機構ならばそれら
を任意に用いることが出来る。

【００５５】また、マルチチップ対応として、ツール４
を吸着により取り付ける機構のついたボンディング装置
にも用いることが出来る。

【００５６】また、上述の実施の形態では、ボンディン
グヘッドのツール４の先端に吸着した平板２０を基準と
して変位計１６ａ、１６ｂで変位量を測定し、その結果
に基づいて角度調整ユニット２によってボンディングア
ーム５とツール４の関係を調整した。つまり、ボンディ
ング装置においては、基準面であるステージの面とボン
ディングアーム５の下降方向は正確に直交関係が装置と
して保たれているので、ボンデイィングアーム５に取付
けるツール４はボンディングアーム５と所定の関係に取
付ければ、ボンディングアーム５によってステージまで
下降したツール４の先端面はステージの面と平行にな
る。

【００５７】従って、ステージの上に載置された回路基
板に対して、ツール４が吸着しているＩＣチップを均等
の押圧力で実装できることになるからである。つまり、
これは、ステージを基準面としてツール４の先端面をそ
れに平行に調整している。

【００５８】別の方法として、装置の構造を変更する必
要があるが、ボンディング装置でツール４の先端面とス
テージの面の平行度を求めるのは、逆に、ツール４の先
端面を基準にして、ステージ側を調整面にすることも可
能である。

【００５９】

【発明の効果】本発明は以上に述べたように、接合部で
分離自在に接合された一対の物体の相互の位置関係を前
記一対の物体の一方に設けられた複数の変位計で測定す
る位置関係測定方法において、同時に作動する複数の変
位計を用いて各々の測定値を比較演算して位置関係を測
定するようにしたので、短時間で容易に測定することが
出来る。

【００６０】また、接合部で分離自在に接合された一対
の物体の相互の位置関係を前記一対の物体の一方に設け
られた複数の変位計で測定しその結果に基づいて相互の
位置関係を調整する位置関係調整方法において、同時に
作動する複数の変位計を用いて各々の測定値を比較演算
して位置関係を測定した結果に応じて調整するので、測
定と調整を同時に行うことが出来る。

【００６１】従って、従来では測定と調整を同時に行う
ことができず、微調整を行った後に再度測定をするとい
うことを数回繰り返す必要があるのに対して、本発明で
は測定しながら調整が可能となり、調整時間の短縮化が
可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態であるボンディング装置の
ボンディングヘッドのボンディング作動部の構造を示す
説明図。

【図２】本発明の実施の形態であるボンディングヘッド
のボンディング作動部の角度調整ユニットの構造を示す
説明図。

【図３】変位計の表示部の外観図。

【図４】（ａ）は本発明によるツールで平板を吸着した
状態の測定を示す側面図で、（ｂ）は従来例の測定の場
合を示す側面図である。

【図５】本発明の実施の形態で、３箇所に変位計を配置
した状態を示す説明図。

【符号の説明】 １…ボンディング作動部、２…角度調整ユニット、３…
ツールホルダ、４…ツール、５…ボンディングアーム、
６…調整板、７…調整機構、８ａ、８ｂ…板ばね、９…
モータ、１０…制御部、１１ａ、１１ｂ…上部、１４…
支持バー、１６ａ、１６ｂ…変位計、１７…表示部、２
０…平板、２１ａ、２１ｂ…測定子、２２…ゼロ点調整
つまみ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接合部で分離自在に接合された一対の物
   体の相互の位置関係を前記一対の物体の一方に設けられ
   た複数の変位計で測定する位置関係測定方法において、 前記複数の変位計が同一測定対象に対する測定で基準値
   を得る第１工程と、 この第１工程の後に、前記複数の変位計が同一の測定対
   象を測定して測定結果を得る第２工程と、 前記第１工程で得た基準値と、前記第２工程で得た測定
   結果とを算出して各々の変位計の測定値を算出する測定
   値算出工程と、 この測定値算出工程で算出された各々の変位計の測定値
   を比較する比較工程とを有することを特徴とする位置関
   係測定方法。
2. 【請求項２】 接合部で分離自在に接合された一対の物
   体の相互の位置関係を前記一対の物体の一方に設けられ
   た複数の変位計で測定する位置関係測定方法において、 前記複数の変位計が設けられた物体の先端に平板を吸着
   する吸着工程と、 この吸着工程の後に前記複数の変位計を前記平板を基準
   として原点に調整するゼロリセット工程と、 このゼロリセット工程後に前記平板を前記変位計が設け
   られた物体の先端から分離して前記変位計を前記平板か
   ら開放して前記複数の変位計の出力を得る測定工程と、 この測定工程で得た各々の変位計の出力を比較する比較
   工程とを有することを特徴とする位置関係測定方法。
3. 【請求項３】 接合部で分離自在に接合された一対の物
   体の相互の位置関係を前記一対の物体の一方に設けられ
   た複数の変位計で測定しその結果に基づいて相互の位置
   関係を調整する位置関係調整方法において、 前記複数の変位計が設けられた物体の先端に平板を吸着
   する吸着工程と、 この吸着工程の後に前記複数の変位計を前記平板を基準
   として原点に調整するゼロリセット工程と、 このゼロリセット工程後に前記平板を前記変位計が設け
   られた物体の先端から分離して前記変位計を前記平板か
   ら開放して前記複数の変位計の出力を得る測定工程と、 この測定工程で得た各々の変位計の出力を比較する比較
   工程と、 この比較工程の結果に基づいて前記一対の物体の位置関
   係を調整する調整工程とを有することを特徴とする位置
   関係調整方法。
4. 【請求項４】 前記ゼロリセット工程は、前記複数の変
   位計の先端を前記平板に接触させ、そのときの変位計を
   原点に調整することによって行うことを特徴とする請求
   項１または２記載の位置関係測定方法。
5. 【請求項５】 前記請求項１または２で記載された位置
   関係測定方法において、前記一対の物体はボンディング
   装置で用いられているボンディングヘッドのツールホル
   ダと角度調整ユニットであることを特徴とするボンディ
   ング装置。
6. 【請求項６】 前記請求項３で記載された位置関係調整
   方法において、前記一対の物体はボンディング装置で用
   いられているボンディングヘッドのツールホルダと角度
   調整ユニットであることを特徴とするボンディング装
   置。