(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の本体の片面に複数のバンプを有する電子部品をボンディングヘッドに保持させるとともに、前記各バンプにそれぞれ複数のパッドが対面するように回路基板をステージに保持させ、
前記各バンプおよび前記各パッドを接触させてから、前記ステージに対して前記ボンディングヘッドを近接させて前記各バンプを押圧し、前記各バンプに、前記各パッドとの接続が不良とならない量の変形を生じさせて、前記電子部品を前記回路基板に実装する部品実装方法であって、
前記ステージに対して前記ボンディングヘッドを近接させる近接動作により、前記各バンプおよび前記各パッドが接触して前記ボンディングヘッドを介して前記電子部品に加えられる荷重が第１荷重値となったときの前記ボンディングヘッドの第１位置を計測する第１位置計測工程を行い、
次に、前記ボンディングヘッドを介して前記電子部品に加えられる荷重が前記第１荷重値を超える第２荷重値となったときに前記近接動作を停止し、
続いて前記第１荷重値に戻るまで前記ボンディングヘッドを介して前記電子部品に加えられる荷重を緩めたときの前記ボンディングヘッドの第２位置を計測する第２位置計測工程を行い、
前記第１位置および前記第２位置の差から前記各バンプの変形量を算出するバンプ変形量算出工程を行う部品実装方法。
【請求項２】
板状の本体の片面に複数のバンプを有する電子部品を保持するボンディングヘッドと、  前記各バンプにそれぞれ複数のパッドが対面するように回路基板を保持するステージとを備え、
前記各バンプおよび前記各パッドを接触させてから、前記ステージに対して前記ボンディングヘッドを近接させて前記各バンプを押圧し、前記各バンプに、前記各パッドとの接続が不良とならない量の変形を生じさせて、前記電子部品を前記回路基板に実装する部品実装装置であって、
前記ステージに対して前記ボンディングヘッドを近接させる近接動作により、前記各バンプおよび前記各パッドが接触して前記ボンディングヘッドを介して前記電子部品に加えられる荷重が第１荷重値となったときの前記ボンディングヘッドの第１位置を計測する第１位置計測工程と、
前記第１位置計測工程の後、前記ボンディングヘッドを介して前記電子部品に加えられる荷重が前記第１荷重値を超える第２荷重値となったときに前記近接動作を停止してから、前記第１荷重値に戻るまで前記ボンディングヘッドを介して前記電子部品に加えられる荷重を緩めたときの前記ボンディングヘッドの第２位置を計測する第２位置計測工程と、  前記第１位置および前記第２位置の差から前記各バンプの変形量を算出するバンプ変形量算出工程とを備える部品実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップ等の電子部品を基板に実装する部品実装方法および部品実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、荷重制御から位置制御への切換に際し、搭載ツールの制御切換動作に伴って生じる応答遅れに応じて、遡及タイミングにおいて、昇降押圧機構による押圧荷重を減少させる部品実装方法および部品実装装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
前述した特許文献１に記載の部品実装方法および部品実装装置は、回路基板に電子部品を実装するにあたって、ステージに回路基板を載置するとともに、ボンディングヘッドに電子部品を保持させる。
【０００３】
また、特許文献１に記載された部品実装方法および部品実装装置は、ステージに対してボンディングヘッドを近接させる。
そして、特許文献１に記載された部品実装方法および部品実装装置は、回路基板に形成されたパッドに対して回路基板に設けられたバンプを接触させ、続いてバンプが樽形状に変形するまで、超音波も併用して押圧が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２３６１７３号公報（図４、段落００２９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の部品実装装置では、バンプの変形を直接的に測定することはなく、ボンディングヘッドの高さのみを計測し、ボンディングヘッドが所定高さとなったときにバンプが所望形状に変形したとすることが一般的である。
しかしながら、近年では、メッキ処理が施されたバンプが多用されている。このようなバンプは堅い材料を用いているために、従来に比較して変形に要する押圧力が大きくなっている。
【０００６】
このため、メッキ処理が施されたバンプを押圧する際、回路基板を支持するステージの撓み代がボンディングヘッドの高さ位置に影響を及ぼし、正確な計測が行えず、回路基板に対するバンプの接続不良が生じる虞がある。
このように、特許文献１はステージの撓み量を考慮していないため、例えばバンプの変形量が約２〜３μｍであって、ステージの撓み量が約５μｍの場合、ステージの撓み量にバンプの変形量が埋まってしまう。
【０００７】
本発明は、前述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡易な構成によりバンプの変形量を正確に計測できる部品実装方法および部品実装装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る部品実装方法は、板状の本体の片面に複数のバンプを有する電子部品をボンディングヘッドに保持させるとともに、前記各バンプにそれぞれ複数のパッドが対面するように回路基板をステージに保持させ、前記各バンプおよび前記各パッドを接触させてから、前記ステージに対して前記ボンディングヘッドを近接させて前記各バンプを押圧し、前記各バンプに、前記各パッドとの接続が不良とならない量の変形を生じさせて、前記電子部品を前記回路基板に実装する部品実装方法であって、前記ステージに対して前記ボンディングヘッドを近接させる近接動作により、前記各バンプおよび前記各パッドが接触して前記ボンディングヘッドを介して前記電子部品に加えられる荷重が第１荷重値となったときの前記ボンディングヘッドの第１位置を計測する第１位置計測工程を行い、次に、前記ボンディングヘッドを介して前記電子部品に加えられる荷重が前記第１荷重値を超える第２荷重値となったときに前記近接動作を停止し、続いて前記第１荷重値に戻るまで前記ボンディングヘッドを介して前記電子部品に加えられる荷重を緩めたときの前記ボンディングヘッドの第２位置を計測する第２位置計測工程を行い、前記第１位置および前記第２位置の差から前記各バンプの変形量を算出するバンプ変形量算出工程を行う。
【０００９】
本発明に係る部品実装装置は、板状の本体の片面に複数のバンプを有する電子部品を保持するボンディングヘッドと、前記各バンプにそれぞれ複数のパッドが対面するように回路基板を保持するステージとを備え、前記各バンプおよび前記各パッドを接触させてから、前記ステージに対して前記ボンディングヘッドを近接させて前記各バンプを押圧し、前記各バンプに、前記各パッドとの接続が不良とならない量の変形を生じさせて、前記電子部品を前記回路基板に実装する部品実装装置であって、前記ステージに対して前記ボンディングヘッドを近接させる近接動作により、前記各バンプおよび前記各パッドが接触して前記ボンディングヘッドを介して前記電子部品に加えられる荷重が第１荷重値となったときの前記ボンディングヘッドの第１位置を計測する第１位置計測工程と、前記第１位置計測工程の後、前記ボンディングヘッドを介して前記電子部品に加えられる荷重が前記第１荷重値を超える第２荷重値となったときに前記近接動作を停止してから、前記第１荷重値に戻るまで前記ボンディングヘッドを介して前記電子部品に加えられる荷重を緩めたときの前記ボンディングヘッドの第２位置を計測する第２位置計測工程と、前記第１位置および前記第２位置の差から前記各バンプの変形量を算出するバンプ変形量算出工程とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る部品実装方法および部品実装装置によれば、簡易な構成によりバンプの変形量を正確に計測できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る一実施形態の部品実装装置の全体の外観斜視図
【図２】本発明に係る一実施形態の部品実装方法におけるボンディングヘッドと荷重との関係を説明するタイミングチャート
【図３】本発明に係る一実施形態の部品実装方法の第１位置計測工程の側面図
【図４】本発明に係る一実施形態の部品実装方法の第２位置計測工程の前段の側面図
【図５】本発明に係る一実施形態の部品実装方法の第２位置計測工程の後段を含むバンプ変形算出工程の側面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る一実施形態の部品実装方法および部品実装装置について図面を参照して説明する。
図１に示すように、本発明に係る一実施形態の部品実装方法を実行する部品実装装置１０は、板状の本体１２の片面に複数のバンプ１３を有する電子部品である半導体チップ１４（図３参照）を保持するボンディングヘッド１１を備える。
また、部品実装装置１０は、各バンプ１３にそれぞれ複数のパッド１６が対面するように回路基板１７を保持する基板保持部１５とを備える。
【００１３】
そして、部品実装装置１０は、各バンプ１３および各パッド１６を接触させてから、各バンプ１６が所定の形状に変形するまで基板保持部１５を構成するステージ３０に対してボンディングヘッド１１を所定の荷重で押圧させることにより、半導体チップ１４を回路基板１７に実装する。
さらに、部品実装装置１０は、ボンディングヘッド１１の荷重が第１荷重値となったときのボンディングヘッド１１の第１位置を計測する第１位置計測工程を備える。
【００１４】
さらにまた、部品実装装置１０は、第１位置計測工程の後、ボンディングヘッド１１の荷重が第１荷重値を超える第２荷重値となったときに近接動作を停止する。
そして、部品実装装置１０は、第２荷重値から第１荷重値に戻るまでボンディングヘッド１１の荷重を緩めたときのボンディングヘッド１１の第２位置を計測する第２位置計測工程を備える。
加えて、部品実装装置１０は、第１位置および第２位置の差から各バンプ１３の変形量を算出するバンプ変形量算出工程を備える。
【００１５】
図１に示すように、部品実装装置１０は、基台１８上に、部品供給ステージ１９と、ユニット集合ステージ２０と、基板保持部１５とがＹ方向に配列されている。
部品供給ステージ１９に備えられたウェハ保持テーブル２１には、実装対象となる電子部品である複数の半導体チップ１４が配列された半導体ウェハ２２が保持されている。
ユニット集合ステージ２０は、直動機構２３によってＸ方向に往復動する移動テーブル２４に、ツールストッカ２５，部品回収部２６，較正基準マーク２７，中継ステージ２８，アンダーカメラ２９等の機能ユニットを集合的に配設した構成となっている。
【００１６】
基板保持部１５は、回路基板１７を保持するステージ３０がＸＹテーブル機構３１によって水平駆動される構成となっており、回路基板１７上に半導体チップ１４が実装される。
部品供給ステージ１９の上方とユニット集合ステージ２０の上方との間において、Ｙ方向に移動するとともにＸ方向に進退するピックアップヘッド３２を備える。
【００１７】
部品供給ステージ１９と、ユニット集合ステージ２０と、基板保持部１５との上方には、基台１８のＸ方向の端部に位置するＹ軸フレーム３３が支持ポスト３４によって両端部を支持されてＹ方向に架設されている。
Ｙ軸フレーム３３の前面には、第１ヘッド３５をリニアモータ駆動によりＹ方向に案内して駆動するヘッド移動機構３６が組み込まれている。
第１ヘッド３５には、半導体チップ１４を保持して回路基板１７に搭載する機能を有する搭載ユニット３７が装着されている。搭載ユニット３７はボンディングヘッド１１を有する。
【００１８】
部品供給ステージ１９と中継ステージ２８と基板保持部１５との上方には、位置認識のために第１カメラ３８と、第２カメラ３９とが配置されている。
第１カメラ３８は、部品供給ステージ１９において取り出し対象の半導体チップ１４を撮像する。
第２カメラ３９は、部品供給ステージ１９から取り出されて中継ステージ２８に位置補正のために仮置きされた半導体チップ１４を撮像する。
【００１９】
ユニット集合ステージ２０に配置されたアンダーカメラ２９は、部品供給ステージ１９から取り出された半導体チップ１４を下方から撮像する。
半導体ウェハ２２は、ウェハシート４０に複数の半導体チップ１４を所定の配列で貼着した構成となっている。ウェハシート４０には、能動面を上向きにしたフェイスアップ姿勢で個片に分割された状態の複数の半導体チップ１４が貼着保持されている。
【００２０】
部品実装装置１０は、部品取り出し動作において、ＸＹテーブル機構３１を駆動してウェハシート４０をＸＹ方向に水平移動させる。
これにより、部品実装装置１０は、ウェハシート４０に貼着された複数の半導体チップ１４のうち、取り出し対象となる所望の半導体チップ１４をピックアップ作業位置に位置させる。
【００２１】
部品供給ステージ１９の上方には、半導体チップ１４を吸着して保持するピックアップヘッド３２が配置されている。
ピックアップヘッド３２は、ピックアップアーム４１に保持されており、ピックアップアーム４１は、Ｙ軸フレーム３３の下面に縣吊して配置されたピックアップヘッド移動機構４２から、部品供給ステージ１９の上方に延出して設けられている。
ピックアップヘッド移動機構４２は、駆動により、ピックアップアーム４１がＸＹＺ方向に移動するとともに、Ｘ方向の軸廻りに回転する。
【００２２】
これにより、ピックアップヘッド３２は、部品供給ステージ１９の上方およびユニット集合ステージ２０の上方との間でＹ方向に移動するとともにＸ方向に進退する。
そのため、ピックアップヘッド３２は、部品供給ステージ１９から半導体チップ１４をピックアップして、ユニット集合ステージ２０に設けられた中継ステージ２８に移送する動作を行う。
また、必要時に、ピックアップヘッド３２をピックアップ作業位置の上方からＸ方向に退避させることが可能となっている。
そして、ピックアップアーム４１は、回転させることによりピックアップヘッド３２を反転させて、半導体チップ１４の姿勢を表裏反転させることができる。
【００２３】
部品回収部２６は、部品供給ステージ１９から取り出された後に、不良部品や混入した異種部品等回路基板１７への実装が不適と判断された部品を廃棄回収する機能を有している。
較正基準マーク２７は、熱伸縮によって生じる機構的な位置誤差を、上方に配設された第２カメラ３９により撮像して較正するために設けられた基準マークである。
中継ステージ２８は、部品供給ステージ１９と基板保持部１５との間に配置されてツールストッカ２５と一体的に設けられた形態となっている。
中継ステージ２８には、部品供給ステージ１９からピックアップヘッド３２により取り出された半導体チップ１４が位置補正のために載置される。
【００２４】
基板保持部１５は、ＸＹテーブル機構３１上に回路基板１７を保持するステージ３０を設けた構成となっている。
基板保持部１５には、半導体チップ１４をステージ３０に保持された回路基板１７に実装するための実装作業位置が設定されており、第２カメラ３９が実装作業位置に対応して配置されている。
そして、ＸＹテーブル機構３１が駆動されることにより、ステージ３０は回路基板１７とともにＸＹ方向に水平移動され、回路基板１７に設定された任意の部品実装点を実装作業位置に位置させることができる。
【００２５】
第１ヘッド３５は、Ｙ軸フレーム３３に設けられたヘッド移動機構３６の前面において、２条のガイドレール４３によりＹ方向にガイドされる。
これらガイドレール４３の間には、第１ヘッド３５をＹ方向に駆動するためのリニアモータを構成するラック４４が配置されている。
【００２６】
搭載ユニット３７は、実装対象の部品である半導体チップ１４を保持する機能を有しており、第１ヘッド３５がＹ方向に水平移動されて昇降される。
そして、搭載ユニット３７は、部品供給ステージ１９から供給された半導体チップ１４を、ステージ３０に保持された回路基板１７に実装する。
このとき、搭載ユニット３７が装着された第１ヘッド３５による実装形態としては、以下の３形態があり、それぞれを選択的に実行できる。
【００２７】
第１の形態は、ピックアップヘッド３２により部品供給ステージ１９から取り出されて中継ステージ２８上に載置された半導体チップ１４を搭載ユニット３７によって保持して回路基板１７に搭載するプリセンタ実装形態である。
第２の形態は、部品供給ステージ１９の半導体チップ１４を搭載ユニット３７により直接保持して回路基板１７に搭載するダイレクト実装形態である。
第３の形態は、ピックアップヘッド３２により部品供給ステージ１９から取り出されて表裏反転状態でピックアップヘッド３２に保持された半導体チップ１４を搭載ユニット３７により保持して回路基板１７に搭載するフェイスダウン実装形態である。
【００２８】
図２に示すように、部品実装方法では、時点Ｔ１において、ボンディングヘッド１１の第１位置計測工程が実行される。
この第１位置計測工程では、半導体チップ１４および回路基板１７を相対的に近接させる近接動作が行われる。
これにより、ボンディングヘッド１１の荷重が測定され、測定された荷重が第１荷重値のときのボンディングヘッド１１の第１位置（図３参照）Ａ１が計測される。
【００２９】
次に、時点Ｔ１以後の時点Ｔ２〜時点Ｔ４において、第２位置測定工程の前段の工程が実行される。
この第２位置計測工程の前段では、ボンディングヘッド１１の荷重が第１荷重値から第２荷重値になるまで近接動作が行われることにより実装が行われる（図４参照）。
【００３０】
そして、図２に示すように、時点Ｔ４〜時点Ｔ５において、半導体チップ１４および回路基板１７を相対的に離反させる離反動作が行われ、第２荷重値から第１荷重値に戻ったときのボンディングヘッド１１の第２位置（図５参照）Ａ２が計測される。
なお、図２中、ボンディングヘッド１１の高さ位置を示す実線は実測値である。
【００３１】
続いて、第１位置Ａ１および第２位置Ａ２の差から各バンプ１３の変形量を算出するバンプ変形量算出工程が実行される。
このバンプ変形量算出工程では、第２位置Ａ２からステージ３０のステージ撓み量が減算されることにより、各バンプ１３の変形量が算出される。
【００３２】
図３に示すように、第１位置計測工程においては、ボンディングヘッド１１が半導体チップ１４の本体１２に接触したときの荷重が第１荷重値のときのボンディングヘッド１１の第１位置Ａ１が計測される。
つまりは、パッド１６とバンプ１３との位置に相当するものとして、ステージ３０に対するボンディングヘッド１１の高さが計測される。
【００３３】
図４に示すように、第２位置計測工程の前段においては、ボンディングヘッド１１の荷重が第１荷重値から第２荷重値になるまで近接動作が続けられるために、バンプ１３が俵形状に変形して圧着される。
この際、第２位置計測工程の後段を含むバンプ変形算出工程前段においては、バンプ１３が俵形状に変形して圧着されることにより、ステージ３０が下方に向けて撓む。
【００３４】
続いて、図５に示すように、第２荷重値から第１荷重値に戻るまでボンディングヘッド１１の荷重を緩めたときのボンディングヘッド１１の第２位置Ａ２が計測される。
そして、第１位置Ａ１および第２位置Ａ２の差から各バンプ１３の変形量を算出するバンプ変形量算出工程が実行される。
このバンプ変形量算出工程では、先にステージ３０のステージ撓み量が第２位置Ａ２から減算されているため、各バンプ１３の変形量が正確に算出される。
すなわち、ステージ３０のステージ撓み量分を戻して、バンプ１３のパッド１６への圧着が確実になった位置でボンディングヘッド１１の第２位置Ａ２の計測が行われる。
【００３５】
以上、説明したように一実施形態の部品実装方法によれば、簡易な構成によりバンプ１３の変形量を正確に計測できる。
【００３６】
また、一実施形態の部品実装装置１０によれば、簡易な構成によりバンプ１３の変形量を正確に計測できる。
【００３７】
なお、本発明の部品実装方法および部品実装装置において部品供給ステージ，ユニット集合ステージ等は、前述した一実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形や改良等が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上述べたように、本発明の部品実装方法および部品実装装置によれば、簡易な構成によりバンプの変形量を正確に計測できるものである。以上の結果として、高品質な電子部品を提供でき、本発明の産業上の利用可能性は大といえる。
【符号の説明】
【００３９】
１０  部品実装装置
１１  ボンディングヘッド
１２  本体
１３  バンプ
１４  半導体チップ（電子部品）
３０  ステージ
１６  パッド
１７  回路基板
【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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