(57)【要約】      （修正有）【課題】基板の電極面とチップ部品の電極面が同方向を向くフェイスアップ実装において、基板認識マークとチップ認識マークの明瞭かつ正確な画像を取得し、正確な位置情報を得て、高精度な位置合わせを実現させる実装装置を提供すること。【解決手段】基板Ｓに対して垂直方向に実装ヘッドを昇降させる昇降手段と、実装ヘッドの上側から実装ヘッド越しに、チップ認識マークＡＣ１、ＡＣ２と基板認識マークＡＳ１、ＡＳ２を認識し、基板の面内方向に移動可能な認識機構とを備え、前記実装ヘッドの構成要素で前記チップ部品Ｃを保持するチップ保持部が、光透過性を有するとともに、チップ認識マークと基板認識マークを認識するための貫通孔４１Ｈ、４２Ｈが設けられた実装装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置合わせ用のチップ認識マークを有するチップ部品と、位置合わせ用の基板認識マークを有する基板とを、前記チップ認識マークと前記基板認識マークが上面を向く姿勢でフェイスアップ実装する実装装置であって、
前記基板を保持する基板ステージと、
前記チップ部品を保持して前記基板に圧着させる実装ヘッドと、
前記基板に対して垂直方向に前記実装ヘッドを昇降させる昇降手段と、
前記実装ヘッドの上側から前記実装ヘッド越しに、前記チップ認識マークと前記基板認識マークを認識し、前記基板の面内方向に移動可能な認識機構とを備え、
前記実装ヘッドの構成要素で前記チップ部品を保持するチップ保持部が、光透過性を有する材料を用い、前記チップ認識マークと前記基板認識マークを認識するための貫通孔を有している実装装置。
【請求項２】
請求項１に記載の実装装置であって、
前記チップを保持する前記チップ保持部は、ガラスまたはセラミックスによって形成され、１ｍｍ厚での可視光および赤外光の透過率が５０％以上である実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はチップ部品を基板に実装する実装装置および実装方法に関する。特に、基板の電極面とチップ部品の電極面が同方向を向くフェイスアップ実装を行なう実装装置および実装方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
配線基板等の基板に半導体チップ等のチップ部品を実装する実装形態として、基板の電極面にチップ部品の電極面を対向させて実装するフェイスダウン実装と、基板の電極面とチップ部品の電極面を同方向にして実装するフェイスアップ実装があることは良く知られている。
【０００３】
いずれの実装形態においても、基板の所定位置にチップ部品を実装するための高精度な位置合わせが必要であり、位置合わせのための認識マークがチップ部品および基板には付されている。ここで、チップ部品を基板の所定位置に位置合わせするのは、基板の電極とチップ部品の電極の位置関係を所定の精度で実装するためであり、フェイスダウン実装、フェイスアップ実装ともに、基板およびチップ部品において、認識マーク位置は電極位置を基準として配置され、相対位置が明確な電極面側に付されているのが一般的である。
【０００４】
ここで、図４にフェイスアップ実装の例を示す。チップ部品Ｃには、図４（ａ）のように、チップ部品の認識マーク（以下チップ認識マークと記す）として、チップ認識第１マークＡＣ１とチップ認識第２マークＡＣ２が２つ配置されるのが一般的である。（図４の例では対角上の配置）一方、基板Ｓには、基板の認識マーク（以下基板認識マークと記す）として、基板認識第１マークＡＳ１と基板認識第２マークＡＳ２が２つ配置されるのが一般的である。（図４の例は対角上の配置）そこで、位置合わせに際しては、チップ認識第１マークＡＣ１と基板認識第１マークＡＳ１の位置関係およびチップ認識第１マークＡＣ２と基板認識第２マークＡＳ２の位置関係から、所定実装位置に対する位置ズレ量（基板面内方向の位置及び角度）を求めて、相対位置を補正してから実装している（図４（ｂ））。
【０００５】
ところで、フェイスダウン実装、フェイスアップ実装ともに、実装ヘッドが上側から保持したチップ部品を基板に圧着して実装する。このため、基板とチップ部品の電極同士を対向させて実装するフェイスダウン実装では基板認識マークとチップ認識マークを、上下２視野カメラを用いることで同時に直接観察する方法が知られている。一方、基板とチップ部品の電極を同方向として実装するフェイスアップ実装では、チップ部品の電極面が実装ヘッドに密着しているため、チップ認識マークの位置を如何に精度良く掌握するかという課題がある。
【０００６】
この課題に対して、例えば図５（ａ）に示す上下２視野カメラを利用する方法があり、従来用いられてきた。この手法においては、図５（ｂ）に示すように、チップ部品Ｃのチップ認識第１マークＡＣ１の位置とチップ認識第１マークＡＣ１に最も近いチップ部品Ｃの角部ＣＣ１の位置関係（ΔＸ１およびΔＹ１）を別工程で予め求め（チップ認識第２マークＡＣ２とＡＣ２に最も近いチップ部品Ｃの角部ＣＣ２の位置関係（ΔＸ２、ΔＹ２）についても同様）、基板Ｓの基板認識第１マークＡＳ１とチップ部品Ｃの角部ＣＣ１および基板認識第２マークとチップ部品Ｃの角部ＣＣ２とを上下２視野カメラで観察後、予め求めておいたチップ認識マークとチップ部品の角部の位置関係を演算に使用して基板Ｓとチップ部品Ｃの位置合わせを行うものである。この手法では、フェイスダウン実装と同様に上下２視野カメラを用いることが出来るものの、以下の課題が有る。（１）チップ認識マークとチップ部品Ｃの角部の位置関係を掌握するための装置または工程が別に必要となりコストの上昇または生産性の低下を伴う。（２）チップ部品Ｃの角部や端部は欠けやすく、また一般的に認識マークよりも角部の認識精度は劣るため、位置合わせの精度が低下する。
【０００７】
このため、フェイスアップ実装でもチップ部品の認識マークを直接観察して位置合わせできる様に、実装ヘッドのチップ部品を保持する部分にガラスなど透明部材を用いる等の工夫をして、図６に示すように実装ヘッド越しに各認識マークを観察できる手法が提案されている。（例えば特許文献１、特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２００３／０４１４７８号公報
【特許文献２】特開２０１７−２０８５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
半導体部品の高密度化、多電極化、狭ピッチ化は著しく進んでおり、実装装置においては、大幅なコスト上昇や生産性の低下を伴わずに、従来よりも高精度な位置合わせを行い、実装することが求められる。
【００１０】
高精度な位置合わせを実現しようとすると、位置合わせ段階において、チップ認識マークと基板認識マークとを明瞭かつ正確に観察して位置情報を得ておく必要がある。ところが、図６に示すような従来の方法では、透明部材４２Tで構成されるアタッチメントツール４２や透明部材４１Tで構成されるヒーター部４１を透過して認識することに起因して、明瞭かつ正確な画像が得られないことがある。すなわち、アタッチメントツール４２やヒーター部４１を構成する透明材４２Tや４１Tに光学的欠陥や幾何学的公差がある場合、画像の滲み、画像の歪、屈折率の差による位置ずれ等が生じて正確な位置情報が得にくくなるためである。ここで、光学的欠陥は、微小ボイド、不純物混入、加熱による変形などで、幾何学的公差は、表面粗さ、厚み寸法公差、平行度、平面度などである。
【００１１】
以上のように、チップを保持する実装ヘッド部に透明部材を用い、チップ認識マークと基板認識マークとを実装ヘッド越しに観察して位置合わせする方法において、如何に明瞭かつ正確な画像を取得して、高精度な位置情報を得るかということが課題となっている。
【００１２】
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、基板の電極面とチップ部品の電極面が同方向を向くフェイスアップ実装において、基板認識マークとチップ認識マークの明瞭かつ正確な画像を取得し、正確な位置情報を得て、高精度な位置合わせを実現させる実装装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
位置合わせ用のチップ認識マークを有するチップ部品と、位置合わせ用の基板認識マークを有する基板とを、前記チップ認識マークと前記基板認識マークが上面を向く姿勢でフェイスアップ実装する実装装置であって、
前記基板を保持する基板ステージと、
前記チップ部品を保持して前記基板に圧着させる実装ヘッドと、
前記基板に対して垂直方向に前記実装ヘッドを昇降させる昇降手段と、
前記実装ヘッドの上側から前記実装ヘッド越しに、前記チップ認識マークと前記基板認識マークを認識し、前記基板の面内方向に移動可能な認識機構とを備え、
前記実装ヘッドの構成要素で前記チップ部品を保持するチップ保持部が、光透過性を有する材料を用い、前記チップ認識マークと前記基板認識マークを認識するための貫通孔を有している実装装置を提供する。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の実装装置であって、
前記チップを保持する前記チップ保持部は、ガラスまたはセラミックスによって形成され、１ｍｍ厚での可視光および赤外光の透過率が５０％以上である実装装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、基板の電極面とチップ部品の電極面が同方向を向くフェイスアップ実装において、コストの上昇や生産性の低下を伴わずに、基板認識マークとチップ認識マークの明瞭かつ正確な画像を取得し、正確な位置情報を得て、高精度に位置合わせを行う実装装置の実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る（ａ）実装装置の外観を示す図である（ｂ）同実装装置を別の角度から見た外観と構成要素を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る実装装置で、チップ部品と基板の位置合わせを行うための貫通孔について説明する図で、（ａ）ヒーター部とアタッチメントツールの貫通孔を個々の認識マークの位置に合わせて設けた例、（ｂ）ヒーター部の貫通孔を仕様寸法範囲を全て対応できるように設け、アタッチメントツールの貫通孔を近接する認識マークを包括する形状で設けた例である。
【図３】本発明の実施形態に係る実装装置で、アタッチメントツールに設けた貫通孔について説明する図で、（ａ）貫通孔を個々の認識マークの位置に合わせて設けた例、（ｂ）貫通孔を近接する認識マークを包括する形状で設けた例である。
【図４】フェイスアップ実装について説明するもので、（ａ）チップ部品が基板から離れた状態を示す図、（ｂ）チップ部品を基板に位置合わせして実装した状態を示す図である。
【図５】（ａ）フェイスアップ実装の位置合わせに上下２視野カメラを使用している例を示す図、（ｂ）チップ部品の認識マークとチップ部品の角部の距離を示す図である。
【図６】従来のフェイスアップ実装の位置合わせで、実装ヘッド越しに、透明部材を透過して各個々の認識マークを撮像取得する様子を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態について図を用いて説明する。図１（ａ）は本発明の実施形態における実装装置１の外観を示すもので、図１（ｂ）は図１（ａ）と別の角度から見た外観図であり制御系も含めた構成要素も記している。
【００１８】
実装装置１は基板Ｓにチップ部品Ｃを位置合わせしてフェイスアップ実装する装置であり、位置合わせにはチップ部品Ｃに記されたチップ認識第１マークＡＣ１、チップ認識第２マークＡＣ２と、基板Ｓに記された基板認識第１マークＡＳ１、基板認識第２マークＡＳ２を用いる。具体的には、チップ認識第１マークＡＣ１と基板認識第１マークＡＳ１との位置関係、およびチップ認識第２マークＡＣ２と基板認識第２マークＡＳ２の位置関係を許容範囲内に補正した後にチップ部品Ｃを基板Ｓに実装するものである。
【００１９】
なお、チップ部品Ｃの基板Ｓへの実装は、一般的に、熱硬化性接着剤を介して行なう。熱硬化性接着剤は、通常、チップ部品Ｃの電極面（チップ認識マークのある面）とは反対側に設けておくが、基板Ｓ側に設けておいてもよい。
【００２０】
実装装置１は、基板ステージ２、昇降加圧ユニット３、実装ヘッド４、認識機構５、および制御部１０を構成要素としている。
【００２１】
基板ステージ２は基板Ｓを保持するとともに、基板Ｓを面内方向（ＸＹ面内）に移動させる機能を有している。ここで、基板Ｓの保持に際しては真空吸着方式が適しているが、これに限定されるものではなく静電吸着方式を採用してもよい。
【００２２】
昇降加圧ユニット３は、実装ヘッド４を基板Ｓの垂直方向（Ｚ方向）に移動させる機能と、実装ヘッド４を介したチップ部品Ｃへの加圧力を調整する機能を有しており、実装ヘッド４をＺ方向を軸とした回転方向に角度調整する機能を有していることが望ましい。
【００２３】
実装ヘッド４はチップ部品Ｃを保持して基板Ｓに圧着するものである。実装ヘッド４は、ヘッド本体４０、ヒーター部４１、アタッチメントツール４２を構成要素としている。ヘッド本体４０は昇降加圧ユニット３と連結しており、下側にヒーター部４１を保持配置している。ヒーター部４１は発熱機能を有し、アタッチメントツール４２を介してチップ部品Ｃを加熱するものである。また、ヒーター部４１は図示していない減圧流路を用いてアタッチメントツール４２を吸着保持する機能を有している。アタッチメントツール４２はチップ部品Ｃを吸着保持するチップ保持部であり、チップ部品Ｃの形状に合わせたものが選定され、ヒーターブ部４１に吸着保持される。
【００２４】
本発明において、基板認識マークおよびチップ認識マークは実装ヘッド４越しに観察するものである。このため、実装ヘッド４には基板認識マークおよびチップ認識マークを観察する画像取込部５０が進入できる空間が必要であり、本実施形態においては、図１に示すようにヘッド空間４０Ｖを設けている。すなわち、図１の実装装置１においてヘッド本体４０は、ヒータ部、側板、天板によって構成される構造となっている。
【００２５】
また、ヒーター部４１には基板認識マークおよびチップ認識マークが観察できるような貫通孔４１Ｈを設けている。ここで貫通孔４１Ｈは、図２（ａ）のように個々の基板認識マークおよびチップ認識マークの位置に合わせて設けてもよいが、チップ部品の形状による交換を不要とするため、図２（ｂ）のようにチップ部品Cの寸法仕様範囲が全て対応できる孔形状とすることが望ましい。
【００２６】
実装ヘッド４において、チップを保持する部分であるアタッチメントツール４２にも、ヒーター部４１と同様に、基板認識マークおよびチップ認識マークが観察できるような貫通孔４２Ｈを設けている。貫通孔４２Ｈは、図２（ａ）のように個々の基板認識マークおよびチップ認識マークの位置に合わせて設けてもよいが、図２（ｂ）のように近接する基板認識マークとチップ認識マークの両方を包含する孔形状であってもよい。図３（ａ）は、基板認識マークの位置に合わせた貫通孔４２ＨＳとチップ認識マークの位置に合わせた貫通孔４２ＨＣを別に設けたアタッチメントツール４２の例、図３（ｂ）は近接する基板認識マークおよびチップ認識マークを包括する形状で貫通孔４２Ｈを設けたアタッチメント４２の例ある。
【００２７】
ここで、アタッチメントツール４２およびヒーター部４１は光の透過性を有していることが望ましい。仮に、アタッチメントツール４２およびヒーター部４１が光を非透過である場合、図２の状態において、チップ認識第１マークＡＣ１およびチップ認識第２マークＡＣ２、基板認識第１マークＡＳ１、基板認識第２マークＡＳ２は、を貫通孔４２Ｈおよび貫通孔４１Hを通過する光のみで撮像することになるため、光量が十分に得られず、明瞭な画像を得ることが難しくなり、結果として位置合わせ精度に悪影響を及ぼす。一方、アタッチメントツール４２およびヒーター部４１が光の透過性を有していれば、貫通孔４２Ｈおよび貫通孔４１Hを通過する光に加え、貫通孔４２Ｈおよび貫通孔４１Hの周辺からも光が通過するので、明瞭な画像を得るために十分な光量を得ることが可能となる。
さらに、透明部材を透過せず、ヒーター部４１の貫通孔４１Ｈおよびアタッチメントツール４２の貫通孔４２Ｈを通過した画像となるため、透明部材の光学的欠陥や幾何学的公差などの悪影響が無い、明瞭かつ正確な画像を得ることが可能となる。
【００２８】
ところで、アタッチメントツール４２およびヒーター部４１が有している光の透過性とは、図６に示した従来例で必要とされる透明性を意味するものではなく、光の屈折や散乱による濁りがあっても、光の明るさを透過させるものであれば良い。このため、材質もガラスや石英に限られるものではなく、光透過性を有するセラミックスなどであってもよい。ただし、チップ認識マークや基板認識マークを明瞭かつ正確に撮像するのに適した光量を伝達するため、１ｍｍ厚での可視光および赤外光の透過率が５０％以上ある材料が望ましく、８０％以上であれば更に好適である。
【００２９】
認識機構５は、アタッチメントツール４２、ヒーター部４１を経た、実装ヘッド４越しに、基板認識マークおよびチップ認識マークの位置を認識して位置情報を取得するために用いられるものである。本実施形態において、認識機構５は、画像取込部５０、光学系５２、ならびに光学系５２に連結する撮像手段５３を構成要素となっている。ここで、画像取込部５０は、撮像手段５３が取得する認識対象の上部に配置され、認識対象を視野内に納めるものである。画像取込部５０は、反射手段５１０により、光路の方向を変更する機能を有しており、また光学系５２は光学レンズを有し、高解像度を得るために画像を拡大する機能を有している。
【００３０】
また、認識機構５は図示していない駆動機構により、ヘッド空間４０Ｖ内で、基板Ｓ（およびチップ部品Ｃ）の面内方向に移動することが可能な構成となっている。更に、焦点位置が調整できるように、基板Ｓの垂直方向（Ｚ方向）の移動も可能であることが望ましい。
【００３１】
実装ヘッド４は独立して基板Ｓと垂直方向に移動させることが可能な構成となっており、実装ヘッド４が垂直方向に移動しても、ヘッド空間４０Ｖに進入した認識機構５が干渉しない寸法でヘッド空間４０Ｖは設計されている。
【００３２】
制御部１０は、実装装置１の動作を制御するものであり、実装ステージ２、昇降加圧ユニット３、実装ヘッド４、認識機構５と接続している。
【００３３】
制御部１０は、実体的にはＣＰＵと記憶装置を主要な構成要素とし、必要に応じてインターフェイスを介して各装置と接続されており、プログラムを内蔵することにより、取得データを用いて演算を行ない、演算結果に応じた出力を行なうことも出来る。
【００３４】
制御部１０は、実装ステージ２と接続し、実装ステージ２による基板Ｓの保持および解除の制御や、基板Ｓの面内方向移動を制御する機能を有している。
【００３５】
制御部１０は、昇降加圧ユニット３と接続し、実装ヘッド４の基板Ｓと垂直方向（Ｚ方向）の駆動およびＺ方向を軸とした回転方向の駆動、ならびに加圧力を制御する機能を有している。
【００３６】
制御部１０は、実装ヘッド４と接続し、アタッチメントツール４２によるチップ部品Ｃの吸着保持および解除、ヒーター部４１の加熱温度を制御する機能を有している。
【００３７】
制御部１０は、認識機構５と接続し、基板Ｓ（およびチップ部品Ｃ）の面内方向への駆動および基板Ｓと垂直方向（Ｚ方向）の駆動を制御するとともに、撮像手段５３を制御して画像データを取得する機能を有している。更に、制御部１０は画像処理機能を有しており、撮像手段５３が取得した画像内における認識マークの位置を求める機能を有している。
【００３８】
以上のような構成の実装装置１では、コストの上昇や生産性の低下を伴わずに、チップ部品Ｃと基板Ｓの位置合わせに際して、チップ認識マークおよび基板認識マークの明瞭かつ正確な画像を取得し、各認識マークの正確な位置情報が得られるので、高精度に位置合わせを行う実装装置を実現することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１      実装装置
２      基板ステージ
３      昇降加圧ユニット
４      実装ヘッド
５      認識機構
１０          制御部
４０      ヘッド本体
４０Ｖ        ヘッド空間
４１      ヒーター部
４１Ｈ    貫通孔（ヒーター部）
４１Ｔ        透明部材（ヒーター部）
４２      アタッチメントツール
４２Ｈ    貫通孔（アタッチメントツール）
４２Ｔ        透明部材（アタッチメントツール）
５０      画像取込部
５２          光学系
５３      撮像手段
５１０      反射手段
Ｃ      チップ部品
Ｓ      基板
ＡＣ１、ＡＣ２    チップ認識マーク
ＡＳ１、ＡＳ２    基板認識マーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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