WO2006118019A1 - 画像認識実装方法 - Google Patents

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Masafumi Senda
Koji Nishimura
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Abstract

　チップのアライメントマークと基板のアライメントマークを実装前に認識手段で画像認識してチップと基板のアライメントを行い、チップの突起電極と基板の電極を接合する実装方法において、チップのアライメントマークを認識手段で画像認識した後にチップのアライメントマークから所定の位置に形成された突起電極の外観を認識手段で画像認識して突起電極の位置の座標を計算し、突起電極のアライメントマークからの位置ずれ量を補正してチップと基板の接合を行う画像認識実装方法。チップの突起電極の位置がチップの電極の中央に配置されていない場合にあっても、所望の良好な接合を行うことができる。

Description

明 細 書
画像認識実装方法
技術分野
[0001] 本発明は、半導体チップの回路基板への実装において、チップの突起電極の位置 を精度良く検出し突起電極と回路基板の電極の位置ずれを吸収して実装する方法 に関する。
背景技術
[0002] 半導体チップを回路基板に実装する方法として、半導体チップの電極パッド上に形 成された突起電極と回路基板の電極を位置合わせして、加圧および加熱して接合す る方法が知られている。半導体チップの電極パッド上に形成された突起電極は、一 般にスタッドバンプと呼ばれている。このスタッドバンプは、半導体チップの電極パッド にワイヤボンディング法を用いて所定量の金ワイヤを付着させた後、金ワイヤの供給 を止めた状態でワイヤボンディングのツールを半導体チップ力も遠ざけ、金ワイヤを 引きちぎって形成させている。また、回路基板はセラミック基板やガラス'エポキシ榭 脂基板が用いられ、回路基板上に各種配線と電気的に接続された電極が設けられ ている。この電極 (インナーリード）は、その断面視が回路基板力も離れるに従って幅 が狭くなる略台形状に形成されている。特許文献 1には、半導体チップに形成された スタッドバンプと回路基板の電極とを対向して配置し、電極の幅をスタッドバンプの幅 と同等以下に形成し、スタッドバンプの先端部が電極の幅と同程度の幅になるまで熱 圧着してスタッドバンプと電極の接合を行 ヽ、接合後に接合部を榭脂で封止する方 法が開示されている。
[0003] 近年の電子部品の高密度実装化は、半導体チップの端子のファインピッチ化ゃチ ップ部品が実装される回路基板のパターンの微細化によって対応されている。その ため、ファインピッチ化が進み、 10 mから 30 mの電極の幅の回路基板への半導 体チップの実装が求められている。このようなファインピッチの回路基板の電極に接 合する半導体チップのスタッドバンプは、バンプの径が 15 μ m力 35 μ m程度であり 、例えば図 2に示すように、電極 2の前後左右等の片側に電極 2の中心より位置ずれ していることがごくまれにある。このため、例えば図 7に示すように、チップ 1と回路基 板 4を接合する際、チップ 1のスタッドバンプ 3が回路基板 4の電極 5の中央に配置さ れず、片側に寄ってしまい、実装時にスタッドバンプ 3が矢印で示すように横滑りして しまい、実装不良を引き起こすことがあった。
[0004] また、回路基板 4の伸びなどにより、電極 5の位置が回路基板 4のァライメントマーク から位置ずれし、チップ 1と回路基板 4のァライメントマーク同士を合わせて行う実装 では実装不良を引き起こすことがあるという問題もあった。
特許文献 1：特開 2003 - 332374号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] そこで本発明の課題は、上記問題点に鑑み、チップのスタッドバンプの位置がチッ プの電極の中心に配置されていなくても、良好な接合をすることができる電子部品の 実装方法を提供することにある。
[0006] また本発明は、チップと回路基板のァライメントマーク同士を合わせて行う実装にお ける実装不良を回避することも課題とする。
課題を解決するための手段
[0007] 上記課題を解決するために、本発明に係る画像認識実装方法は、チップのァラィメ ントマークと基板のァライメントマークを実装前に認識手段で画像認識してチップと基 板のァライメントを行 ヽ、チップの突起電極と基板の電極を接合する実装方法にぉ ヽ て、チップのァライメントマークを認識手段で画像認識した後にチップのァライメントマ ークから所定の位置に形成された突起電極の外観を認識手段で画像認識して突起 電極の位置の座標を計算し、突起電極のァライメントマーク力ゝらの位置ずれ量を補正 してチップと基板の接合を行うことを特徴とする方法カゝらなる。
[0008] この画像認識実装方法においては、基板のァライメントマークを実装前に認識手段 で画像認識するに際し、基板のァライメントマークを認識手段で画像認識した後に基 板のァライメントマークカゝら所定の位置に形成された電極の外観を認識手段で画像 認識して電極の位置の座標を計算し、基板の電極のァライメントマークからの位置ず れ量を補正してチップと基板の接合を行うようにすることができる。 [0009] また、上記画像認識実装方法にお!、ては、チップを搬送するチップ搬送手段のチ ップ保持板を透明部材で構成し、チップを搬送するに際し、チップに形成された突起 電極をチップ搬送手段の下方に配置された認識手段で画像認識し、チップの突起 電極の位置を認識するようにすることもできる。つまり、チップの搬送中に突起電極を 画像認識できるようにした構成である。
[0010] さらに、上記画像認識実装方法においては、予め突起電極の平均的な画像パター ンを登録しておき、チップに形成された突起電極を認識手段で画像認識し、前記平 均的な画像パターンと認識手段で画像認識した画像パターンの比較を行 ヽ、チップ の突起電極の位置を認識するよう〖こすることもできる。
発明の効果
[0011] 本発明に係る画像認識実装方法によれば、チップと基板のァライメントマークを基 準にして位置合わせし実装を行うのではなぐチップの突起電極を画像認識して突 起電極の位置を正確に把握し、その突起電極と基板をァライメントするので、突起電 極がチップの電極の中心部カゝら外れた位置に形成されていたとしても、基板に対し て目標とする位置関係をもって高精度にチップを実装することができる。
[0012] また、基板の電極位置を画像認識してァライメントするようにすれば、基板の伸びな どにより基板の電極がァライメントマーク力 位置ずれしていたとしても、所定の良好 な接合を達成することが可能になる。
[0013] また、チップ搬送手段のチップ保持板を透明部材で構成してチップの搬送中に突 起電極を画像認識できるようにすれば、接合工程全体としてのタクトタイムの短縮を は力ることが可能になる。
[0014] さらに、予め突起電極の平均的な画像パターンを登録しておき、それと画像認識し た画像パターンとの比較を行うようにすれば、チップに突起電極を形成する時に突起 電極の一部が欠如して 、たとしても、予め登録された突起電極の画像パターンとの 差が少なければ、実装することが可能となるので、突起電極の作成の精度がそれほ ど要求されなくなり、歩留まりが上がって、実装効率が上がる。
図面の簡単な説明
[0015] [図 1]本発明の一実施形態に係る実装方法を実施するための実装装置の要部正面 図である。
[図 2]チップのスタッドバンプ形成面を説明する図である。
[図 3]画像認識処理時に使用する登録データと検出データを説明する図である。 圆 4]基板の電極とァライメントマークの位置関係を説明する図である。
圆 5]本発明の一実施形態に係る画像認識実装方法のフロチャートである。
圆 6]チップ搬送手段に保持されたチップを下方カゝら画像認識する方法を説明する 斜視図である。
圆 7]従来の実装方法における不具合を示すチップと基板の断面図である。
符号の説明
1 チップ
2 電極
3 スタッドバンプ (突起電極）
4 基板
5 電極
6 ボンディングヘッド
7 ボンディングステージ
8 2視野カメラ
9 ァライメントマーク
10 電極中心
11 スタッドバンプ中心
12 中心位置
13 ァライメントマーク
14 中心位置
15 チップ搬送手段
16 CCDカメラ
17 透明部材
18 固定レーノレ
発明を実施するための最良の形態 [0017] 以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図 1は、本発明の一実施形態に係る画像認識実装方法を実施するためのフリップ チップ実装装置の要部正面図である。この実装装置の接合部は、チップ 1を吸着保 持するボンディングヘッド 6と、基板 4を吸着保持するボンディングステージ 7と、認識 手段である 2視野カメラ 8から構成されて 、る。ボンディングヘッド 6は昇降可能になつ ており、ボンディングステージ 7は X、 Υ、 Θ方向に移動可能になっている。 2視野カメ ラ 8は、ボンディングヘッド 6とボンディングステージ 7の間に挿入できるよう、進退可能 に構成されている。実装装置の接合部へのチップ 1の搬送は、図示していないチップ 吸着反転ツールを用いて行われるようになつている。基板 4の搬送は、図示していな V、基板搬送ツールで行われるようになって!/、る。
[0018] 図 2に、チップ 1の実装面である突起電極としてのスタッドバンプ 3の形成面を示す 。スタッドバンプ 3形成面には、チップ 1のァライメントマーク 9と複数の電極 2が形成さ れている。各電極 2の上に、突起電極としてのスタッドバンプ 3が形成されている。スタ ッドバンプ 3は、前工程でワイヤボンディング法で金ワイヤを電極 2に付着させる際、 位置精度良く付着させることが困難なため、図示例では、電極 2の電極中心 10より上 下左右にずれた位置に形成されて！ヽる。
[0019] 次に、本発明に係る画像認識実装方法について、図 5のフロチャートを使用して説 明する。まず、前工程でチップ 1の電極 2にスタッドバンプ 3が形成されたチップ 1が吸 着反転ツールを用いて、ボンディングヘッド 6に吸着保持される。また、電極 5を有し た基板 4が基板搬送ツールでボンディングステージ 7に搬送され吸着保持される (ス テツプ Sl)。
[0020] 次に、 2視野カメラ 8がチップ 1と基板 4の間に進入する (ステップ S2)。 2視野カメラ 8の進入が完了した位置は、チップ 1および基板 4のァライメントマークが 2視野カメラ 8の視野範囲に入る位置となる。
[0021] 次に、 2視野カメラ 8がチップ 1の画像認識を行い、得られた視野範囲の画像データ の中から、ァライメントマーク 9のサーチを行う（ステップ S3)。この時のサーチ範囲を 第 1のサーチ範囲 A1とする。図 2にこの第 1のサーチ範囲 A1を点線で示す。第 1の サーチ範囲 A1には 2視野カメラ 8の視野範囲の全ての画像が含まれるので、複数の 電極 2およびスタッドバンプ 3が存在して!/、る。ァライメントマーク 9と電極 2およびスタ ッドバンプ 3の外観は異なるため、ァライメントマーク 9の予め設定している画像データ との比較 (粗サーチ）を第 1のサーチ範囲 A1で行う。ァライメントマーク 9のサーチが 完了すると、ァライメントマーク 9から予め設定されている距離だけ離れた第 2のサー チ範囲 A2をサーチ範囲として、スタッドバンプ 3のサーチを行う。図 2に第 2のサーチ 範囲 A2を示す。 2視野カメラ 8はァライメントマーク 9を起点として点線で示した第 2の サーチ範囲 A2内をサーチ (詳細サーチ)する。第 2のサーチ範囲 A2にスタッドバン プ 3が検出されない場合、 2視野カメラ 8の位置を所定量だけ移動し視野範囲を変更 して、再度、第 2のサーチ範囲 A2を再設定してサーチ動作を行う。
[0022] 次に、サーチ動作の結果、図 3に示すような予め設定されている登録スタッドバンプ の画像データ RID (図 3 (A) )に近い画像 DID (図 3 (B) )が検出されると、画像データ 同士の比較が図 3 (C)に示すように行われる。ここで、図 3 (A)における BPは登録ス タッドバンプの中心を示している。登録スタッドバンプの画像 RIDの輪郭を表す円を、 検出したスタッドバンプ 3の画像 DIDに重ね合わせ、図 3 (C)に示すように両画像の 差分の面積 Δ Aを求める (ステップ S4)。
[0023] 次に、予め設定してある差分の面積の許容値とステップ S4で計算した差分の面積 を比較する (ステップ S5)。面積の比率が許容範囲外の場合、スタッドバンプ形成不 良として不良品対応の処理を行う（ステップ S24)。
[0024] 次に、ステップ S5で面積の比率が許容範囲以内の場合、検出したスタッドバンプ 3 の画像データから中心位置 12 (図 2に図示）を計算する。そして、中心位置 12とァラ ィメントマーク 9との位置関係を計算して図 2に示す xl, ylのデータを取得する (ステ ップ S6)。
[0025] 次に、 2視野カメラ 8の位置を所定量だけ移動し視野範囲を変更して、得られた視 野範囲の画像データの中から、ステップ S3とは別のァライメントマーク 9のサーチを 行う（ステップ S7)。ステップ S3からステップ S6までの動作と同様に、別のスタッドバ ンプ 3，についてサーチを行い、スタッドバンプ 3，の中心座標 xl，， yl，のデータを取 得する（ステップ S7〜S10)。
[0026] 次に、スタッドバンプ 3とスタッドバンプ 3，を結ぶ直線の傾き klと直線の中点の座標 x3, y3を計算する（ステップ SI 1)。傾き klと座標 x3, y3はチップのボンディング基 準位置をして用いる。
[0027] 次に、 2視野カメラ 8が基板 4のァライメントマーク 13 (図 4に図示）を画像認識する（ 基板のァライメントマークの粗サーチ)。そして、ァライメントマーク 13から予め設定し てある範囲で、基板 4の電極 5の画像サーチ動作を行う（電極の詳細サーチ）（ステツ プ S12)。
[0028] 次に、サーチ動作の結果、スタッドバンプ 3における場合と同様に、登録電極の画 像データに近い画像が検出されると、画像データ同士の比較が行われる。登録電極 の画像の輪郭で表される四角形を、検出した電極 5の画像に重ね合わせて差分の面 積を求める (ステップ S 13)。
[0029] 次に、予め設定してある差分の面積の許容値とステップ S8で計算した差分の面積 を比較する (ステップ S 14)。面積の比率が許容範囲外の場合、電極形成不良として 不良品対応の処理を行う（ステップ S26)。
[0030] 次に、ステップ S9で許容範囲以内の場合、検出した電極 5の画像データから中心 位置 14 (図 4に図示）を計算する。そして、中心位置 14とァライメントマーク 13との位 置関係を計算して x2, y2のデータを取得する (ステップ S 15)。
[0031] 次に、 2視野カメラ 8の位置を所定量だけ移動し視野範囲を変更して、得られた視 野範囲の画像データの中から、ステップ S12とは別のァライメントマーク 13のサーチ を行う（ステップ S16)。ステップ SI 2からステップ SI 5までの動作と同様に、別の電極 5'についてサーチを行い、電極 5'の中心座標 x2'， y2'のデータを取得する（ステツ プ316〜319)。ステップ S 18において、面積の比率が許容範囲外の場合、電極形 成不良として不良品対応の処理を行う（ステップ S27)。
[0032] 次に、電極 5と電極 5'を結ぶ直線の傾き k2と直線の中点の座標 x4, y4を計算する
(ステップ S20)。傾き k2と座標 x4, y4は基板のボンディング基準位置をして用いる。
[0033] 次に、チップの傾き klおよび座標 x3, y3と、基板の傾き k2および座標 x4, y4に基 づいて、ボンディングステージ 7を X、 Υ、 Θ方向に動作させァライメントする（ステップ S21)。
[0034] 次に、ァライメントが完了すると、ボンディングヘッド 6が下降し加圧および加熱が所 定時間行われ、チップ 1のスタッドバンプ 3と基板 4の電極 5が接合される (ステップ S2 2)。
[0035] 次に、ボンディングヘッド 6が上昇されて接合が完了する (ステップ S23)。
[0036] このように、チップ 1のァライメントマーク 9と基板のァライメントマーク 13の代わりに、 スタッドバンプ 3および電極 5の位置データに基づいてァライメントが行われチップ 1と 基板 4の接合が行われるので、スタッドバンプ 3の位置がチップ 1の電極 2の中心に形 成されていなくても、良好な接合が達成される。また、基板 4のァライメントマーク 13と 電極 5の位置関係が基板の膨張または収縮の影響を受けたとしても、高精度の良好 な接合が可能になる。また、スタッドバンプ 3の形状が前工程で精度良く形成されて いなくても、所定の許容範囲以内の形状ならば、スタッドバンプ 3として認識できるの で、スタッドバンプ 3の良否判定の歩留まりが上がり、生産性が向上する。
[0037] なお、本発明は上述した実施の形態に限らず、次のように変形して実施することも できる。まず、上記実施の形態のステップ S7以降において、基板 4の電極 5の画像を 検出し電極 5の位置データ x2、 y2を求めている力 位置データ x2、 y2の代わりに基 板 4のァライメントマーク 13の位置データを使用してチップ 1と基板 4のァライメントを 行ってもよい。特に、熱による変形の少ない基板 4とチップ 1との接合の場合には、電 極 5の位置データでァライメントする必要がなく、その分タクトタイムを短縮できる。
[0038] また、上述の実施の形態では、突起電極はスタッドバンプ 3 (金やアルミのワイヤー で形成されたバンプ）としている力 半田バンプゃメツキバンプであってもよい。
[0039] なお、スタッドバンプ 3、 3，の画像認識において、図 3 (D)に示すように、照明の反 射などのより画像中央部に空きが生じた画像データ DHDとなることがある。このような 場合においても、スタッドバンプ 3もしくは 3'の外形を基準にパターンマッチングの処 理を行って判定することができる。
[0040] また、本発明の実施の形態では、ボンディングヘッド 6に吸着保持されたチップ 1を 、 2視野カメラ 8で画像認識した力 例えば図 6に示すように、予め、透過型のチップ 搬送手段 15を用 、てチップ供給源力もボンディングヘッド 6にチップ 1を搬送する間 に、認識手段としての CCDカメラ 16を用いて画像認識することもできる。
[0041] 図 6に示すチップ搬送手段 15は、チップ供給源力もボンディングヘッド 6の下部ま で延びる固定レール 18上を移動可能になっており、チップ 1をフェイスダウン状態（チ ップ 1のバンプ面が下向き)で搬送することができる。チップ 1の吸着保持面は透明部 材 17 (例えば、ガラスなど）で構成されている。ボンディング作業中に、待機位置に停 止したチップ搬送手段 15上のチップ 1を CCDカメラ 16で画像認識する。
[0042] このような構成にすることにより、ボンディング作業時に行われる、チップ 1のスタッド バンプ 3を画像認識する粗サーチ、詳細サーチを、予め待機位置で行うことができ、 タクトタイムを短縮できる。
[0043] さらに、この上述の実施の形態のフローチャートではチップ 1のスタッドバンプ 3, 3， を 2点認識した後に基板 4側の電極 5, 5'を 2点認識している力 2視野カメラ 8でスタ ッドバンプ 3, 3'と電極 5, 5 'を同時に認識する方式であってもよい。こうすることによ り、カメラ移動が 2回で済むのでタクトタイムが短くなる。また、スタッドバンプ 3, 3'と電 極 5, 5'を 2視野カメラ 8で同時認識することによりカメラ軸の停止精度の影響を受け な!、ので精度の良!、実装ができる。
[0044] さら〖こ、以上の説明は、突起電極としてのスタッドバンプを有するチップの基板への 実装について行ったが、本発明は、突起電極が形成された他の電子部品の基板へ の実装にも展開できる。したがって、本発明においては、突起電極が形成されたチッ プとは、このような他の電子部品まで含む概念であると解されるべきである。
産業上の利用可能性
[0045] 本発明に係る画像認識実装方法では、装置を簡素化できるとともに工程を大幅に 短縮できるので、本発明は、チップの基板への接合が要求されるあらゆる分野に適 用することができる。

Claims

請求の範囲
[1] チップのァライメントマークと基板のァライメントマークを実装前に認識手段で画像 認識してチップと基板のァライメントを行 、、チップの突起電極と基板の電極を接合 する実装方法にぉ ヽて、チップのァライメントマークを認識手段で画像認識した後に チップのァライメントマークから所定の位置に形成された突起電極の外観を認識手段 で画像認識して突起電極の位置の座標を計算し、突起電極のァライメントマークから の位置ずれ量を補正してチップと基板の接合を行うことを特徴とする画像認識実装 方法。
[2] 基板のァライメントマークを実装前に認識手段で画像認識するに際し、基板のァラ ィメントマークを認識手段で画像認識した後に基板のァライメントマークから所定の位 置に形成された電極の外観を認識手段で画像認識して電極の位置の座標を計算し 、基板の電極のァライメントマークからの位置ずれ量を補正してチップと基板の接合 を行うことを特徴とする、請求項 1に記載の画像認識実装方法。
[3] チップを搬送するチップ搬送手段のチップ保持板を透明部材で構成し、チップを搬 送するに際し、チップに形成された突起電極をチップ搬送手段の下方に配置された 認識手段で画像認識し、チップの突起電極の位置を認識することを特徴とする、請 求項 1に記載の画像認識実装方法。
[4] 予め突起電極の平均的な画像パターンを登録しておき、チップに形成された突起 電極を認識手段で画像認識し、前記平均的な画像パターンと認識手段で画像認識 した画像パターンの比較を行 ヽ、チップの突起電極の位置を認識することを特徴とす る、請求項 1〜3のいずれかに記載の画像認識実装方法。
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