KR20110010774A - 실장장치 - Google Patents

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KR20110010774A
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mounting table
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세이야 나카이
신이치 사쿠라다
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애드웰즈 코퍼레이션
엘피다 메모리, 아이엔씨.
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Abstract

기판에 칩 등의 부품을 효율적으로 고정밀도로 실장할 수 있는 실장장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 개구부(K5)를 갖는 회전 테이블(22)의 윗면에 웨이퍼를 재치하고, 개구부(K5)에 있어서, 백업부와 칩을 유지한 헤드부를 승강하여 웨이퍼 및 칩을 접촉해서 국소적으로 사이에 끼우고, 가열접합한다. 그후, 백업부 및 헤드부를 후퇴하고, 유지 테이블에 구비된 리프트 아암을 웨이퍼와 회전 테이블(22) 사이에 삽입해서 웨이퍼를 상승하고, 회전 테이블(22)을 회전이동해서 웨이퍼에 대해 개구부(K5)를 이동시킨다. 그리고, 다시 웨이퍼를 회전 테이블(22)의 윗면에 재치하고, 접합 동작을 행한다.

Description

실장장치{MOUNTING APPARATUS}
본 발명은, 반도체, 칩, 전자부품 등의 부품을 갖는 피실장물을 기판에 실장하는 실장장치에 관한 것이다. 이때, 부품에는, 반도체, 칩, 전자부품, 디바이스 등이 포함되고, 기판에는, 회로기판, 웨이퍼 등도 포함되는 것이라고 한다.
최근, 기판이나 웨이퍼 등에 칩이나 디바이스, 부품 등을 탑재하는 방법으로서, 기판의 소정 위치에 칩 등의 탑재물을 이동하고, 기판과 피실장물의 위치맞춤을 행한 후, 기판 윗면에 피실장물을 실장한다고 하는 방법이 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 플립 칩 실장장치는, 칩을 흡착 유지하는 본딩 헤드와, 기판을 흡착 유지하는 본딩 스테이지와, 칩과 기판의 위치 조정을 하는 2시야 카메라와, 제어장치를 구비하고 있다.
그리고, 본딩 헤드에 흡착 유지된 칩과 본딩 스테이지에 흡착 유지된 기판의 위치조정을 행한 후, 칩이 기판에 접촉하도록 본딩 스테이지의 높이를 조정하여, 칩을 기판의 원하는 위치에 접촉한다. 그리고, 칩과 기판을 가열, 가압하면서 칩을 기판에 실장하고 있다.
일본국 특개 2007-12802호 공보(단락 0019, 0030∼0032, 도 1)
그러나, 최근 기판의 제조 기술이 향상한 것에 따라, 제조되는 기판이나 웨이퍼는 대면적화하고, 제조 비용 저감 등을 위해, 기판에 부품 등을 내장시키는 것이 행해지고 있다. 또한, 제조 공정의 간편화를 위해, 기판이나 웨이퍼의 전체면에 디바이스를 형성한 후, 기판이나 웨이퍼를 슬라이스해서 디바이스 기판을 형성하는 디바이스 제조방법도 행해지고 있다. 따라서, 이러한 대기판이나 대웨이퍼에도 칩 등의 부품을 실장할 필요성도 증가하고, 이전에도 증가하여, 1개의 기판이나 웨이퍼에 있어서의 접합 영역(본딩 에어리어)이 증대하고 있다.
그런데, 대기판에 예를 들면, 열경화성 수지에 의해 부품을 탑재하는 경우, 기판 전체를 가열하는 장치에서는, 대기판의 본딩 에어리어 전체에 부품이 탑재가 끝날 때까지, 대기판을 장시간 가열하게 된다. 그 때문에, 장시간에 걸친 대기판의 과열에 의해, 대기판에 부품을 재치하기 전에 이미 열경화성 수지가 경화하여, 대기판에 부품을 탑재할 수 없는 우려도 있다.
또한, 기판이나 웨이퍼의 면적이 커지면, 기판이나 웨이퍼가 그 자체의 무게나 열 등의 외부 분위기에 의해, 구부러짐이나 휘어짐을 일으킬 우려가 있다. 이러한 경우에, 상기한 특허문헌 1에 기재된 장치에 의해 대기판에 칩 등의 부품의 접합을 행하려고 하면, 대기판에 위치 정밀도가 좋게 부품을 실장할 수 없어, 디바이스의 신뢰성을 손상할 우려가 있다.
더구나, 1개의 기판이나 웨이퍼에 있어서의 본딩 에어리어를 증대하기 위해서, 미리 실장할 칩 등의 방향이나 탑재 위치에 대해 설계되어 있는 경우, 설계대로 칩 등을 효율적으로 고밀도, 광범위하게 실장하는 기술이 필요하게 되고 있었다.
본 발명은, 기판에 칩 등의 부품을 효율적으로 고정밀도로 실장할 수 있는 실장장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 실장장치는, 일부에 개구부를 갖고, 윗면의 상기 개구부의 가장자리의 적어도 일부에 상기 기판이 재치되는 재치대와, 상기 재치대를 상기 기판에 대해 상대적으로 이동가능하게 상기 기판을 유지하는 유지수단과, 상기 유지수단에 의해 상기 기판을 유지한 상태에서, 상기 기판에 대해 상기 개구부가 상대적으로 이동하도록 상기 재치대를 이동하는 이동수단을 구비하고, 상기 개구부의 이동 궤적의 면적이, 상기 기판을 포함하는 위치에 있어서 상기 기판의 면적보다 커지도록 상기 개구부를 이동하는 것을 특징으로 한다(청구항 1).
또한, 청구항 1에 기재된 실장장치는, 상기 유지수단은, 상기 기판의 가장자리의 복수 개소에 걸거나 벗김이 자유롭게 걸리는 복수의 걸림체와 상기 각 걸림체 또는 상기 재치대를 승강하는 승강수단을 구비하고, 상기 승강수단에 의해 상기 각 걸림체 또는 상기 재치대를 승강시킴으로써 상기 재치대를 이동가능한 상태로 하는 것을 특징으로 한다(청구항 2).
또한, 청구항 1에 기재된 실장장치는, 상기 유지수단은, 상기 재치대 위에 재치된 상기 기판 자체를 승강하는 승강수단을 구비하고, 상기 승강수단에 의해 상기 기판을 상승시킴으로써 상기 재치대를 이동가능한 상태로 하는 것을 특징으로 한다(청구항 3).
또한, 청구항 1 내지 3의 어느 한 항에 기재된 실장장치는, 상기 승강수단에 의해, 상기 재치대로부터 상승한 상태의 상기 기판을 하강해서 상기 재치대 위에 재치했을 때에, 상기 기판에 설치된 위치 결정부를 검출해서 상기 위치 결정부를 미리 설정된 소정 위치에 위치 맞춤하는 위치 조정수단을 더 구비하는 것을 특징으로 한다(청구항 4).
또한, 청구항 1 내지 4의 어느 한 항에 기재된 실장장치는, 상기 개구부는, 상기 기판의 중심 및 상기 기판의 가장자리의 일부를 포함하는 형상으로 형성되고, 상기 이동수단은, 상기 재치대를 소정의 각도마다 회전이동하는 것을 특징으로 한다(청구항 5).
청구항 1의 발명에 따르면, 재치대가 개구부를 갖기 때문에, 개구부에 있어서 기판의 밑면으로부터 국소적으로 기판에 부품 등을 접합하는 동작을 할 수 있다. 또한, 재치대의 개구부가 기판에 대해 상대적으로 이동하기 때문에, 기판의 방향을 바꾸지 않고, 개구부에 있어서 기판에 부품 등을 실장할 수 있다. 따라서, 부품 등의 방향을 기판에 맞춰서 변경할 필요가 없어, 간편하게 기판에 부품 등을 실장할 수 있다.
또한, 개구부의 가장자리의 적어도 일부에 기판이 재치되고, 개구부의 이동 궤적의 면적이 기판을 포함하는 위치에 있어서 기판의 면적보다 커지도록 개구부가 이동하기 때문에, 기판의 끝까지 부품 등을 실장할 수 있다. 따라서, 기판 전체에 광범위하게 부품 등을 실장하는 것이 가능해서, 본딩 에어리어를 증대할 수 있다.
청구항 2의 발명에 따르면, 기판의 가장자리의 복수 개소에 구비된 걸림체에 의해, 기판을 유지한 상태에서, 기판을 걸림체와 함께 재치대로부터 상승할 수 있다. 따라서, 재치대를 기판에 대해 상대적으로 이동할 때에, 기판과 재치대 사이의 마찰 등에 의해 기판이 데미지를 받는 것을 방지할 수 있다.
청구항 3의 발명에 따르면, 기판 자체를 재치대로부터 승강할 수 있기 때문에, 기판을 재치대로부터 상승해서 유지한 상태에서, 재치대를 기판에 대해 상대적으로 이동할 수 있다. 따라서, 재치대를 기판에 대해 상대적으로 이동할 때에, 기판과 재치대 사이의 마찰 등에 의해 기판이 대미지를 받는 것을 방지할 수 있다.
청구항 4의 발명에 따르면, 재치대로부터 상승한 상태의 기판을 다시 재치대의 윗면에 재치할 때에, 기판의 위치를 소정 위치로 조정할 수 있다. 따라서, 기판을 재치대로부터 상승하기 전과 재치대에 하강한 후에 있어서, 기판의 방향 및 위치를 소정의 방향 및 위치로 맞출 수 있다.
청구항 5의 발명에 따르면, 상기 개구부가 기판의 중심 및 가장자리의 일부를 포함하는 형상이기 때문에, 재치대를 회전이동함으로써, 기판 전체에 부품 등을 실장할 수 있다. 또한, 재치대는 회전이동하기 때문에, 재치대를 이동하는 이동수단은 일방향(회전 방향)으로만 이동하는 이동수단이면 되어, 장치 구성을 간략화, 소형화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 있어서의 실장장치의 개략 구성도다.
도 2는 본 실시예에 있어서의 회전 스테이지부를 분해한 사시도다.
도 3은 본 실시예에 있어서의 회전 스테이지부를 분해한 사시도다.
도 4는 도 3의 회전 스테이지부에 웨이퍼를 탑재한 사시도다.
도 5는 본 실시예에 있어서의 실장장치의 회전 스테이지부의 개략도다.
도 6은 본 발명의 실장장치의 회전 스테이지부의 동작을 도시한 개략도다.
도 7은 본 발명의 실장장치의 회전 스테이지부의 동작을 도시한 개략도다.
도 8은 본 발명의 실장장치의 회전 스테이지부의 동작을 도시한 개략도다.
도 9는 본 발명의 실장장치의 회전 스테이지부의 동작을 도시한 개략도다.
도 10은 본 발명의 실장장치의 회전 스테이지부의 동작을 도시한 개략도다.
도 11은 본 발명의 실장장치의 회전 스테이지부의 동작을 도시한 개략도다.
도 12는 본 발명의 회전 테이블의 개구부의 변형예를 나타낸 부분 개략 구성도다.
도 13은 본 발명의 회전 테이블의 개구부의 변형예를 나타낸 부분 개략 구성도이다.
본 발명에 있어서의 실장장치의 실시예에 대해, 도 1 내지 도 13을 참조해서 설명한다. 이때, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 있어서의 실장장치의 개략 구성도, 도 2 및 도 3은 회전 스테이지부를 분해한 사시도, 도 4는 도 3의 회전 스테이지부에 반도체, 칩, 전자부품 등의 부품을 갖는 피실장물을 실장하는 기판인 웨이퍼를 탑재한 사시도, 도 5는 회전 스테이지부 및 유지 테이블의 사시도, 도 6 내지 도 11은, 실장장치의 회전 스테이지부의 동작을 도시한 개략도, 도 12 및 도 13은 기판과 개구부의 위치 관계의 변형예를 도시한 도면이다.
본 실시예에서는, 웨이퍼(6)에 금속 용융 범프(7)를 갖는 칩(8)을 중첩하여 가열에 의해 접합하기 위한 실장장치에 대해 설명한다.
(장치 구성)
본 실시예에 있어서의 실장장치는, XY 스테이지부(1)와, XY 스테이지부(1)의 윗면에 재치된 회전 스테이지부(2)와, 기판 유지부(3)와, 백업부(4)와, 헤드부(5)를 구비하고 있다.
XY 스테이지부(1)는, 도 1에 나타낸 것과 같이, 기대(10)의 윗면에 X 이동 기구(11)가 배치되고, 더구나, X 이동 기구(11) 위에 Y 이동 기구(12)가 배치된 구성으로 되어 있다.
X 이동 기구(11)는, 개구부 K1을 갖는 X 테이블(13)과, X 가이드(14)와, 샤프트 모터로 이루어진 구동부(미도시)를 구비하고, 기대(10)의 윗면과 X 테이블(13)의 밑면 사이에, X 가이드(14)와 샤프트 모터로 이루어진 구동부가 개구부 K1을 사이에 끼워 Y 방향의 양측에 위치하도록 배치되어 있다. 그리고, 구동부의 샤프트 모터를 여자해서 동작시키면, X 테이블(13)이 X 가이드(14)에 가이드된 방(X 방향)으로 이동하도록 되어 있다.
또한, Y 이동 기구(12)는, 개구부 K1과 거의 같은 형상의 개구부 K2를 갖는 Y 테이블(15)과, Y 가이드(16)와, 샤프트 모터로 이루어진 구동부(미도시)를 구비하고, X 테이블(13)의 윗면과 Y 테이블(15)의 밑면 사이에, Y 가이드(16)와 샤프트 모터로 이루어진 구동부가 개구부 K1, K2를 사이에 끼워 X 방향의 양측에 위치하도록 배치되어 있다. 그리고, 구동부의 샤프트 모터를 여자해서 동작시키면, Y 테이블(15)이 Y 가이드(16)에 가이드된 방향(Y 방향)으로 이동하도록 되어 있다.
따라서, X 이동 기구(11)가 갖는 X 테이블(13)과, Y 이동 기구(12)가 갖는 Y 테이블(15)은 서로 직교하는 방향으로 이동가능하고, XY 스테이지부(1)는, XY 스테이지부(1)의 윗면에 재치된 회전 스테이지부(2)를, X 방향 및 Y 방향으로 이동하는 구성으로 되어 있다.
회전 스테이지부(2)는, 원형 형상의 개구부 K3을 갖는 거의 정방형의 기초부(20)와, 회전대(21)와, 회전 테이블(22)과, 회전 구동기구(23)를 구비하고 있다.
기초부(20)는, XY 스테이지부(1)의 윗면에, 개구부 K3이 개구부 K2의 윗쪽에 위치하도록 탑재되어 있다. 또한, 기초부(20)의 윗면에는, 도 2에 나타낸 것과 같이, 개구부 K4을 갖는 회전대(21)가 개구부 K3을 둘러싸도록 이동가능하게 설치되고, 회전 구동기구(23)에 의해 개구부 K3의 가장자리를 따라 회전대(21)가 회전이동하는 구성으로 되어 있다.
회전 구동기구는 23은, 도 2에 나타낸 것과 같이, 타이밍 벨트(25)와, 로울러(26)와, 서보 모터에 의한 회전 구동부(27)를 구비하고, 회전대(21)의 외주를 둘러싸도록 타이밍 벨트(25)가 배치되고, 서보 모터를 여자해서 회전 구동부(27)를 동작시키면, 회전 구동부(27)의 회전이 로울러(26)에 전달되어 로울러(26)가 회전하고, 로울러(26)의 회전에 의해 타이밍 벨트(25)가 이동하여, 회전대(21)가 회전이동한다.
또한, 회전대(21)의 윗면에는, 도 3에 나타낸 것과 같이, 회전 테이블(22)이 구비되어, 회전대(21)와 함께 회전이동하도록 되어 있다.
회전 테이블(22)은, 윗면의 웨이퍼(6)가 재치되는 부분이, 탑재가능한 웨이퍼(6)의 최대 직경과 거의 같은 원형 형상을 갖고 있고, 윗면의 중심 위치를 포함하도록 중심각이 90°인의 부채형 형상을 갖는 개구부 K5가 형성되어 있다. 또한, 도 4에 나타낸 것과 같이, 회전 테이블(22)의 윗면에 웨이퍼(6)를 재치했을 때에, 웨이퍼(6)의 일부가 개구부 K5의 윗쪽에 배치되도록, 개구부 K5는 웨이퍼(6)의 반경보다도 큰 반경을 갖는 부채형 형상으로 형성되어 있다. 따라서, 개구부 K5가 회전함으로써 그리는 궤적은, 회전 테이블(22)의 웨이퍼(6)의 재치 부분의 원형 형상보다도 큰 면적의 원형 형상으로 된다.
또한, 회전 테이블(22)의 윗면에는, 도 3에 나타낸 것과 같이, 웨이퍼(6)를 진공흡착하기 위한 흡착 홈(28)이 형성되고, 도시를 생략한 진공펌프 등의 진공 흡인수단에 흡착 홈(28)이 연결되어 있다. 또한, 회전 테이블(22)에는, 히터(미도시)가 매설되어, 웨이퍼(6)를 예비 가열하도록 되어 있다. 이때, 회전 테이블(22)이 본 발명에 있어서의 재치대, 회전 구동기구(23)가 본 발명에 있어서의 이동수단에 해당한다.
기판 유지부(3)는, 도 2 내지 도 6에 나타낸 것과 같이, 승강 실린더(29)와, 리프트 테이블(30)과, 유지 테이블(31)을 구비하고, 기대(20)의 윗면에 승강 실린더(29)를 구비한 리프트 테이블(30)이 배치되고, 리프트 테이블(30)의 윗면에는, 도 5에 나타낸 것과 같이, 유지 테이블(31)이 재치된다.
유지 테이블(31)은, 기초부(20)보다도 작은 거의 정방형의 네 귀퉁이가 잘라제거된 8각형을 이루고, 유지 테이블(31)에는, 회전 테이블(22)의 윗면에 있어서 웨이퍼(6)가 재치되는 부분의 원형 형상의 반경보다 큰 반경의 원형 형상을 갖는 개구부 K6이 형성되고, 도 5에 나타낸 것과 같이, 회전 테이블(22)이 개구부 K6의 위치에 배치되도록 구성되어 있다. 이때, 기판 유지부(3)가 본 발명의 유지수단에 해당한다.
또한, 유지 테이블(31)은, 윗면의 개구부 K6의 가장자리가 있는 소정 위치에 개구부 K6의 중심 방향을 향해 왕복운동이 자유롭게 설치된 리프트 아암(32a, 32b, 32c, 32d)과, 노치 핀 실린더(33), 로울러 실린더(34a, 34b)를 구비하고 있다.
리프트 아암(32a, 32b, 32c, 32d)은, 각각 스프링 기구(35a, 35b, 35c, 35d)와 에어 실린더(미도시)를 구비하고, 에어 실린더에 에어를 공급함으로써, 리프트 아암(32a, 32b, 32c, 32d)은, 스프링 기구(35a, 35b, 35c, 35d)의 부세력에 저항해서 유지 테이블(31)의 개구부 K6의 중심 방향으로 돌출하고, 에어 실린더에의 에어의 공급을 정지함으로써 리프트 아암(32a, 32b, 32c, 32d)은, 스프링 기구(35a, 35b, 35c, 35d)의 부세력에 의해 소정 위치로 복귀 이동한다. 또한, 리프트 아암(32a, 32b, 32c, 32d)의 윗면에 웨이퍼(6)를 재치하기 위해, 웨이퍼(6)의 밑면에 삽입하기 쉽도록 개구부 K6의 중심 방향측의 선단부가 서서히 얇아지는 것 같이 테이퍼 형상으로 형성되어 있다. 이때, 리프트 아암(32a, 32b, 32c, 32d)이, 본 발명의 걸림체에 해당한다.
또한, 볼록한 형상의 노치를 갖는 노치 핀 실린더(33)는, 도시를 생략한 스프링 기구와 에어 실린더를 구비하고, 로울러 실린더(34a, 34b)는, 각각 스프링 기구(36a, 36b)와 에어 실린더(미도시)를 구비하고 있다. 그리고, 상기한 리프트 아암(32a, 32b, 32c, 32d)과 마찬가지로 개구부 K6의 중심 방향으로 출입 가능하게 형성되고, 웨이퍼(6)를 회전 테이블(22)의 윗면에 재치했을 때에, 노치 핀 실린더(33)의 노치 핀에 웨이퍼(6)의 주면의 1개소에 미리 형성된 작은 V자 홈이 끼워넣어져 웨이퍼(6)를 위치 결정하도록, 로울러 실린더(34a, 34b)에 의해, 웨이퍼(6)를 둘레 방향으로 미동시켜서 위치 조정을 행하도록 되어 있다. 따라서, 노치 핀 실린더(33) 및 로울러 실린더(34a, 34b)가, 본 발명의 위치 조정수단에 해당한다. 이때, 노치 핀 실린더(33) 및 로울러 실린더(34a, 34b)는, 회전 테이블(22)을 회전할 때에, 웨이퍼(6)의 위치를 일정한 위치로 유지하기 위한 가이드로서 사용해도 된다.
또한, 승강 실린더(29)는, 에어를 공급함으로써 신축해서 리프트 테이블(30)을 승상하고, 리프트 테이블(30)에 배치된 유지 테이블(31)을 승강하는 구성으로 되어 있다. 따라서, 승강 실린더(29) 및 리프트 테이블(30)이, 본 발명의 승강수단에 해당한다.
백업부(4)는, 도 1에 나타낸 것과 같이, 승강 기구(40)와, 평면 조정기구(41)와, 단열층(42)과 재치대(43)를 구비하고 있다.
도 1에 나타낸 것과 같이, 승강 기구(40)는, 기대(10) 위에, 하부 리프트 캠(45)과 상부 리프트 캠(46)을 구비하고 있다. 하부 리프트 캠(45)은, 서보 모터로 이루어진 구동 모터(47)와 볼 나사(48)를 구비하고, 구동 모터(47)를 여자해서 동작시키면, 구동 모터(47)의 회전이 볼 나사(48)에 전달되어 볼 나사(48)가 회전하여, 하부 리프트 캠(45)이 볼 나사(48)를 따라 수평 방향(도 1에서는 X 방향에 평행한 화살표 방향)으로 이동한다.
그리고, 가이드(미도시)에 의해 상하 방향으로만 이동하도록 가이드된 상부 리프트 캠(46)이, 하부 리프트 캠(45)에 의해, 하부 리프트 캠(45) 및 상부 리프트 캠(46)이 각각 구비하는 경사를 따라 매끄럽게 밀어 올려져, 상부 리프트 캠(46)의 윗면에 설치된 평면 조정기구(41), 단열층(42), 재치대(43)가 가이드를 따라 상승한다. 또한, 구동 모터(47)에 흘리는 전류를 반대로 함으로써, 구동 모터(47)의 회전이 역회전이 되어, 상부 리프트 캠(46)의 윗면에 설치된 평면 조정기구(41), 단열층(42), 재치대(43)가 하강한다.
또한, 평면 조정기구(41)는, 받침부(50)와 본뜨기(흉내내기)부(51)로 이루어지고, 받침부(50)의 윗면과 본뜨기부(51)의 밑면이 미끄러져 움직여 재치대(43)의 윗면의 경사를 본떠(흉내내어) 조정한다.
더구나, 본뜨기부(51)의 윗면에는, 단열층(42)을 개재하여, 내부에 히터(52)를 구비한 재치대(43)가 설치되고, 재치대(43)의 윗면에 재치된 웨이퍼(6)를 가열하도록 구성되어 있다. 또한, 백업부(4)는, XY 스테이지부(1)를 이동함으로써 개구부 K5의 원하는 위치에, 웨이퍼(6)에 대해 상대적으로 3차원의 이동이 가능하게 구성되어 있고, 다른 부재에 간섭하지 않고 회전 테이블(22)의 윗면에 재치된 웨이퍼(6)의 가장자리까지 가열할 수 있도록 되어 있다.
헤드부(5)는, 피실장물을 유지하는 유지부(60)와, 헤드부(5)를 수평 방향(X, Y, θ 방향)으로 이동하는 수평 이동기구(61)와, 헤드부(5)를 상하 방향(Z 방향)으로 이동하는 상하 이동기구(62)를 구비하고 있다.
유지부(60)의 밑면에는, 피실장물인 칩(8)을 유지하기 위한 흡착 기구(미도시)가 구비되고, 진공흡착법에 의해 칩(8)이 유지된다. 이때, 피실장물의 유지 방법은, 진공흡착법에 한정되지 않고, 기계적으로 유지하는 방법 등 그 밖의 방법이어도 된다.
이때, 헤드부(5)에는, 평면 조정기구나 히터 등의 가열기구를 더 구비하는 것으로 해도 된다.
(접합 동작)
다음에, 본 실장장치의 동작에 대해 설명한다. 본 실시예에서는, 웨이퍼(6)에 금속 용융 범프(7)를 갖는 칩(8)을 중첩하고, 가열에 의해 접합하는 접합 동작에 대해 설명한다.
처음에, 백업부(4)의 재치대(43)의 윗면을 본떠 조정한다. 백업부(4)의 평면 조정기구(41)의 로크를 해제한 상태에서, 각 개구부 K1∼K5에 있어서 승강 기구(40)에 의해 백업부(4)를 상승하고, 헤드부(5)의 상하 이동기구(62)에 의해, 헤드부(5)를 하강한다. 그리고, 재치대(43)의 윗면을 유지부(60)의 밑면의 평면의 경사에 맞추어 본떠 조정하고, 그 상태에서 평면 조정기구(41)를 로크해서 소정의 경사로 고정한다. 이때, 헤드부(5)의 유지부(60)에는, 본 뜨기의 기준면을 갖는 본 뜨기 기준체를 구비해도 되고, 또한, 유지부(60)의 밑면을 본 뜨는 기준면으로 해도 된다.
그리고, 각 개구부 K1∼K5에 있어서 상하 이동기구(62)에 의해 헤드부(5)를 상승하고, 승강 기구(40)에 의해 백업부(4)를 하강해서 본 뜨기 조정을 종료한다.
다음에, 웨이퍼(6)를 회전 테이블(22)의 윗면에 재치한다. 도 6에 나타낸 것과 같이, 기판 반송장치(미도시)에 의해, 회전 테이블(22)의 윗면에 개구부 K5의 일부를 막도록 웨이퍼(6)를 재치한다. 그리고, 웨이퍼(6)에 형성된 V자 홈이 노치 핀 실린더(33)에 끼워넣어지도록, 로울러 실린더(34a, 34b)를 웨이퍼(6)에 가압하여, 웨이퍼(6)의 위치 조정을 행한다. 그리고, 웨이퍼(6)를 진공흡착해서 회전 테이블(22)의 윗면에 흡착 유지한다. 그후, 로울러 실린더(34a, 34b)를 소정 위치로 후퇴한다. 이때, 웨이퍼(6)를 스테이지(1)의 윗면에 흡착 유지한 후에도, 로울러 실린더(34a, 34b)를 후퇴하지 않는 것으로 해도 된다.
그리고, XY 스테이지부(1)를 이동하여, 웨이퍼(6)의 소정 위치가 백업부(4)의 재치대(43)의 윗면의 소정 위치에 일치하도록 위치맞춤을 행한다. 이때, 웨이퍼(6)를 회전 테이블(22)의 윗면에 재치한 후에, 재치대(43)의 윗면과 유지부(60)의 밑면에 의해 웨이퍼(6)를 사이에 끼우고, 평면 조정기구(41)에 의해 재치대(43)의 윗면의 평면 조정을 행해도 된다.
또한, 칩(8)을 헤드부(5)의 유지부(60)에 흡착 유지한다.
다음에, 헤드부(5)와 백업부(4)에 의해 칩(8)과 웨이퍼(6)를 사이에 끼워 접합한다. 도 7에 나타낸 것과 같이, 칩(8)이 유지된 헤드부(5)를 다시 상하 이동기구(62)에 의해 하강하고, 백업부(4)를 승강 기구(40)에 의해 상승하여, 칩(8)과 웨이퍼(6)를 접촉해서 사이에 끼운다. 백업부(4)의 재치대(43)에는 히터(52)가 구비되어 있기 때문에, 웨이퍼(6)의 재치대(43)의 윗면에 접촉한 부분은, 히터(52)에 의해 가열된다. 따라서, 이 상태에서 소정 시간 웨이퍼(6)와 칩(8)을 유지하면, 웨이퍼(6)에 접촉된 금속 용융 범프(7)가 가열되어 용융하게 된다. 이때, 헤드부(5)의 유지부(60)에 히터를 구비하고, 헤드부(5)측으로부터 웨이퍼(6)와 칩(8)을 가열하는 것으로 해도 된다. 또한, 이때, 회전 테이블(22)에 매설된 히터에 의해 웨이퍼(6)를 예비 가열해 두는 것이 바람직하다.
그후, 헤드부(5)의 유지부(60)의 흡착을 해제하고, 헤드부(5)와 백업부(4)를 각각 상승 및 하강해서 복귀 이동하여, 웨이퍼(6)와 칩(8)의 접합이 종료한다.
헤드부(5)와 백업부(4)의 복귀 이동후, XY 스테이지부(1)에 의해, 웨이퍼(6)의 다음의 접합 위치가 재치대(43)의 윗쪽에 배치되도록 웨이퍼(6)를 이동한다. 또한, 헤드부(5)의 유지부(60)에는, 새로운 칩(8)을 흡착 유지한다. 그리고, 헤드부(5)와 백업부(4)에 의해 상기한 동작을 반복하여, 복수의 칩(8)을 웨이퍼(6)에 탑재한다.
그리고, 개구부 K5에 있어서 웨이퍼(6)에 소정 수의 칩(8)을 접합한 후, 회전 테이블(22)의 웨이퍼(6)의 진공흡착을 해제한다. 그리고, 도 8에 나타낸 것과 같이, 리프트 아암(32a, 32b, 32c, 32d)을 웨이퍼(6)의 밑면과 회전 테이블(22)의 윗면의 사이에 삽입하고, 승강 실린더(29)에 의해, 리프트 테이블(30)의 윗면에 구비된 유지 테이블(31)과 리프트 아암(32a, 32b, 32c, 32d)과 웨이퍼(6)를 상승한다. 이때, 웨이퍼(6)의 상승 거리는, 본 실시예에서는 5mm 정도이지만, 요컨대 웨이퍼(6)가 회전 테이블(22)의 윗면에 스치지 않을 정도로 떨어져 있으면, 어떤 거리라도 된다.
그리고, 도 9에 나타낸 것과 같이, 회전 이동기구(23)에 의해, 회전대(21)와 함께 회전 테이블(22)을 회전 테이블(22)의 회전 방향(도 9의 화살표 방향)으로 90°회전이동한다.
그후, 도 10에 나타낸 것과 같이, 승강 실린더(29)에 의해 리프트 테이블(30)의 윗면에 구비된 유지 테이블(31)과 리프트 아암(32a, 32b, 32c, 32d)과 웨이퍼(6)를 하강하고, 리프트 아암(32a, 32b, 32c, 32d)을 웨이퍼(6)의 밑면과 회전 테이블(22)의 윗면의 사이에서 후퇴한다. 그리고, 웨이퍼(6)에 절결 형상으로 형성된 위치 결정부가 노치 핀 실린더(33)에 접촉하도록, 로울러 실린더(34a, 34b)를 웨이퍼(6)에 가압하고, 웨이퍼(6)를 위치 조정해서 회전 테이블(22)의 윗면에 다시 흡착 유지한다. 그후, 도 11에 도시된 것과 같이, 노치 핀 실린더(33)와 로울러 실린더(34a, 34b)를 후퇴하여, 웨이퍼(6)의 재치가 완료한다.
그리고, 상기한 접합 동작과 회전 테이블(22)의 회전이동을 반복하여, 웨이퍼(6)의 전체면에 칩(8)을 접합한 후에, 접합이 종료한 피실장물(웨이퍼(6) 및 복수의 칩(8))이 꺼내져, 일련의 접합 동작이 종료한다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 회전 테이블(22)의 개구부 K5가 웨이퍼(6)에 대해 상대적으로 회전이동하기 때문에, 웨이퍼(6)의 방향을 바꾸지 않고, 개구부 K5에 있어서 웨이퍼(6)에 칩(8)을 실장할 수 있다. 따라서, 칩(8)의 방향을 웨이퍼(6)에 맞춰서 변경할 필요가 없어, 간편하게 웨이퍼(6)에 칩(8)을 실장할 수 있다.
또한, 개구부 K5의 일부를 막도록 웨이퍼(6)를 재치하기 때문에, 회전 테이블(22)을 1회전했을 때에, 개구부 K5의 이동 궤적의 면적은, 상기한 것과 같이 웨이퍼(6)를 포함하는 위치에 있어서 웨이퍼(6)의 면적보다 커진다. 따라서, 백업부(4)의 재치대(43)의 윗면을 웨이퍼(6)의 가장자리에도 접촉할 수 있기 때문에, 웨이퍼(6)의 가장자리까지 칩(8)을 실장할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(6)의 전체면에 광범위하게 칩(8)을 실장하는 것이 가능해서, 본딩 에어리어를 웨이퍼(6)의 가장자리까지 꽉 차게 증대할 수 있다.
또한, 헤드부(5)와 백업부(4)에 의해 사이에 끼워진 부분의 웨이퍼(6)와 칩(8)만을 국소적으로 가열하고, 웨이퍼(6)의 전체면을 가열하는 일이 없기 때문, 접합을 완료한 칩(8)의 금속 용융 범프(7)가 재용융하는 일이 없어, 정밀도가 좋게 웨이퍼(6)와 칩(8)의 접합을 행할 수 있다. 또한, 과열에 의한 피실장물의 대미지를 방지할 수도 있다.
또한, 헤드부(5)와 백업부(4)에 의해 국소적으로 웨이퍼(6)와 칩(8)을 사이에 끼워 접합하기 때문에, 웨이퍼(6)에 구부러짐이나 휘어짐이 생겨도, 접합을 행하는 부분에서는 소정의 평면을 확보한 상태에서 웨이퍼(6)에 칩(8)을 접합할 수 있다.
(변형예)
이때, 회전 테이블(22)에 형성된 개구부 K5의 형상은, 상기한 실시예에 한정되지 않고, 개구부 K5의 가장자리의 적어도 일부에 기판 등이 재치되고, 회전 테이블(22)의 이동에 의해, 개구부 K5의 이동 궤적의 면적이 기판 등을 포함하는 위치에 있어서 기판 등의 면적보다 커지도록 개구부 K5가 이동하는 것이라면, 어떤 형상이어 된다. 이하에서, 개구부의 변형예에 대해 설명한다. 이때, 회전 테이블(22)의 형상은 원형에 한정되지 않고 그 밖의 형상이어도 된다.
도 12에 나타낸 것과 같이, 개구부 K7은, 기판(70)(여기에서는 기판(70)을 사각형으로서 설명한다)의 중심 P와 기판(70)의 가장자리의 일부를 포함하도록 슬릿 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 회전 테이블(22)의 회전에 의해, 소정의 각도마다 기판(70)의 아래쪽을 회전이동하는 구성으로 되어 있다.
따라서, 개구부 K7의 면적이 작아지도록 형성되어 있기 때문에, 회전 테이블(22)의 개구부 K7 이외의 부분의 면적이 증대하여, 회전 테이블(22)의 윗면에 재치되는 기판(70)을 보다 안정적으로 유지할 수 있다.
또한, 재치대는 회전 테이블(22)에 한정되지 않고, X 방향, Y 방향으로 이동가능한 테이블을 구비하는 것으로 해도 된다. 또한, 기판(70)은 원형이어도 되고, 더구나 재치대에 형성된 개구부의 형상은, 개구부의 이동 궤적의 면적이 기판 등을 포함하는 위치에 있어서 기판 등의 면적보다 커지도록 개구부가 이동하는 것이면, 어떤 형상이어도 된다. 이하에서, 개구부의 그 밖의 변형예를 나타낸다. 이때, 재치대는 기판을 안정적으로 탑재할 수 있는 형상, 크기이면, 어떤 형상, 크기이어도 되기 때문에, 재치대에 대해서는 설명을 생략하고, 기판과 개구부의 위치 관계에 대해 설명한다.
도 13(a)에 나타낸 변형예에서는, 개구부 K8은, 기판(80)의 양단의 변을 포함하는 슬릿 형상으로 형성되고, 일 방향으로 이동하도록 구성되어 있다. 또한, 동일 도면 (b)에 나타낸 변형예에서는, 더 작게 형성된 개구부 K9가, 기판(90)의 X 방향, Y 방향의 소정 위치로 순서대로 이동하도록 구성되어 있다. 이때, 개구부의 크기는, 백업부(4)의 재치대(43)보다 크게 형성되어 있으면 된다.
또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 취지를 일탈하지 않는 한, 전술한 변형예 이외에도 다양한 변경을 행하는 것이 가능하다.
일례로서, 상기한 실시예에서는 기판 유지부(3)에 의해 웨이퍼(6)를 승강하고 있지만, 웨이퍼(6)의 승강, 회전 이동은 에어에 의해 행해도 된다. 예를 들면, 회전 스테이지(22)에 에어 분출 구멍을 설치하고, 에어 분출 구멍으로부터 에어를 뿜어 올려서 웨이퍼(6)를 상승하고, 회전해도 된다. 이 경우, 노치 핀 실린더(33), 로울러 실린더(34a, 34b)는, 웨이퍼(6)를 소정 위치에 유지하는 가이드로서 사용해도 된다.
또한, 상기한 실시예에서는 리프트 테이블(30)의 윗면에 구비된 유지 테이블(31)과 리프트 아암(32a, 32b, 32c, 32d)이 상승하는 구성이지만, 리프트 아암(32a, 32b, 32c, 32d) 만 승강하는 구성으로 해도 된다.
또한, 유지 테이블(31)과 리프트 아암(32a, 32b, 32c, 32d) 또는 리프트 아암(32a, 32b, 32c, 32d) 만을 승강하는 대신에, 회전 테이블(22)을 하강하는 구성이어도 된다.
또한, 상기한 실시예에서는, 헤드부(5)를 구비하고, 백업부(4)와 헤드부(5)에 의해 웨이퍼(6) 및 칩(8)을 사이에 끼워 접합하고 있지만, 헤드부(5)를 구비하지 않고, 웨이퍼(6)에 미리 칩(8)을 복수 늘어 놓아 두고, 백업부(4)에 의해 순서대로 가열해서 접합해도 된다.
또한, 회전 테이블(22)에 매설된 히터(미도시)에 의해, 웨이퍼(6)의 개구부 K5 이외의 위치를 저온에서 예비 가열하고, 헤드부(5)와 백업부(4)에 의해 끼워진 부분에서 국소적으로 본가열을 행하는 것으로 해도 된다. 이렇게 예비가열과 본가열을 행함으로써, 효율적으로 접합을 행할 수 있다.
또한, 백업부(4)의 승강 기구는, 리프트 캠에 의한 승강 기구에 한정되지 않고 어떤 구성이어도 된다.
또한, 구동 모터는 샤프트 모터나 서보 모터에 한정되지 않고, 스텝핑 모터나 그 밖의 구동기구이어도 되고, 승강 기구도 상기한 실시예에 한정되지 않고 그 밖의 구성이어도 된다.
또한, 웨이퍼(6)와 칩(8)의 소정 위치를 검출하는 위치 검출부를 더 구비하고, 웨이퍼(6)와 칩(8)의 접합전에, 웨이퍼(6)와 칩(8) 사이에 위치 검출부가 도입하여, 칩(8)의 소정 위치가 웨이퍼(6)의 소정 위치에 일치하도록, 위치 검출 및 위치 조정을 행하는 것으로 해도 된다.
또한, 상기한 실시예에서는 백업부(4)에 평면 조정기구를 구비한 실장장치에 대해 기재하고 있지만, 헤드부(5)에 평면 조정기구를 구비한 실장장치로 해도 되고, 헤드부(5) 및 백업부(4)의 양쪽에 평면 조정기구를 구비한 실장장치로 해도 된다. 또한, 히터에 대해서도 헤드부(5) 및 백업부(4)의 어느쪽에 어떻게 구비해도 된다.
또한, 본 뜨기의 기준면은, 헤드부(5)의 유지부(60)에 구비하는 구성이 아니어도, 회전 테이블(22)의 윗면에 재치되어도 되고, 또한, 회전 테이블(22)의 밑면의 소정 위치를 본 뜨기의 기준면으로 해도 된다.
또한, 가열에 의한 피실장물의 접합에 한정되지 않고, 초음파 진동 접합, 가압에 의한 접합, 그 밖의 접합 방법을 사용하는 것으로 해도 된다. 또한, 이들을 조합해서 접합을 행해도 된다.
또한, 접합 동작 이외의 그 밖의 장치에 본 실장장치를 짜넣는 구성이어도 된다.
또한, 상기한 실시예에서는, 피실장물로서 금속 용융 범프(7)를 갖는 칩(8)과 웨이퍼(6)의 접합을 행하고 있지만, 범프의 재질은 Cu, Al, 땜납 등 어떤 것이라도 된다. 또한, 범프에 한정되지 않고, 땜납이나 열경화성 수지, 열 용융성 수지 등에 의한 접합이어도 된다. 예를 들면, 웨이퍼(6)의 전체면에 미리 열경화성 수지를 도포하고, 능동면을 위로 향한 칩(8)을 순서대로 재치해서 가열하고, 접합을 행해도 된다. 이 경우, 웨이퍼(6)의 전체면을 가열하면, 접합 종료 직전에서는 열경화성 수지가 이미 경화해서 칩(8)을 접합할 수 없을 우려가 있지만, 본 실시예에 따르면, 상기한 것과 같이 국소적으로 가열을 행하기 때문에, 접합 종료 직전에서도 열경화성 수지가 경화하지 않아, 정밀도가 좋게 웨이퍼(6)와 칩(8)의 접합을 행할 수 있다.
또한, 재치대에 재치하는 기판은 웨이퍼에 한정되지 않고, 예를 들면, 유리 기판, 회로 패턴을 갖는 수지 기판이나 실리콘 기판, 수지 필름 등이어도 되고, 이것들을 조합하여 층 형상으로 형성된 것이어도 된다. 또한, 기판이 얇을 경우에는, 스테인레스 판에 기판을 부착한 것이라도 된다.
더구나, 부품 등을 갖는 피실장물은 범프를 갖는 칩에 한정되지 않고, 그 밖의 전자부품이나 디바이스, 수지 기판, 회로 기판 등이어도 되고, 피실장물의 재질이나 크기, 형상 등은 어떤 것이라도 된다. 또한, 이미 서술한 것 같이, 기판, 부품 등은, 각각 복수의 피실장물이 중첩되는 것이라도 된다.
본 발명은, 반도체, 칩, 전자부품 등 부품을 갖는 피실장물을 기판에 실장하는 기술에 널리 적용할 수 있다.
2…회전 스테이지부(재치대, 이동수단)
3…기판 유지부(유지수단)
6…웨이퍼(기판)
8…칩(피실장물)
22…회전 테이블(재치대)
23…회전 구동기구(이동수단)
29…승강 실린더(승강수단)
30…리프트 테이블(승강수단)
32a, 32b, 32c, 32d…리프트 아암(걸림체)
33…노치 핀 실린더(위치 조정수단)
34a, 34b…로울러 실린더(위치 조정수단)
70, 80, 90…기판
K5, K7, K8, K9…개구부

Claims (5)

  1. 반도체, 칩, 전자부품 등의 부품을 갖는 피실장물을 기판에 실장하는 실장장치에 있어서,
    일부에 개구부를 갖고, 윗면의 상기 개구부의 가장자리의 적어도 일부에 상기 기판이 재치되는 재치대와,
    상기 재치대를 상기 기판에 대해 상대적으로 이동가능하게 상기 기판을 유지하는 유지수단과,
    상기 유지수단에 의해 상기 기판을 유지한 상태에서, 상기 기판에 대해 상기 개구부가 상대적으로 이동하도록 상기 재치대를 이동하는 이동수단을 구비하고,
    상기 개구부의 이동 궤적의 면적이, 상기 기판을 포함하는 위치에 있어서 상기 기판의 면적보다 커지도록 상기 개구부를 이동하는 것을 특징으로 하는 실장장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유지수단은, 상기 기판의 가장자리의 복수 개소에 걸거나 벗김이 자유롭게 걸리는 복수의 걸림체와 상기 각 걸림체 또는 상기 재치대를 승강하는 승강수단을 구비하고,
    상기 승강수단에 의해 상기 각 걸림체 또는 상기 재치대를 승강시킴으로써 상기 재치대를 이동가능한 상태로 하는 것을 특징으로 하는 실장장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 유지수단은, 상기 재치대 위에 재치된 상기 기판 자체를 승강하는 승강수단을 구비하고,
    상기 승강수단에 의해 상기 기판을 상승시킴으로써 상기 재치대를 이동가능한 상태로 하는 것을 특징으로 하는 실장장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 승강수단에 의해, 상기 재치대로부터 상승한 상태의 상기 기판을 하강해서 상기 재치대 위에 재치했을 때에, 상기 기판에 설치된 위치 결정부를 검출해서 상기 위치 결정부를 미리 설정된 소정 위치에 위치 맞춤하는 위치 조정수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 실장장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개구부는, 상기 기판의 중심 및 상기 기판의 가장자리의 일부를 포함하는 형상으로 형성되고,
    상기 이동수단은, 상기 재치대를 소정의 각도마다 회전이동하는 것을 특징으로 하는 실장장치.
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