(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の半導体チップを実装精度の低下を招くことなく積層して実装することができる実装装置を提供する。【解決手段】基板３に複数の半導体チップＴを積層して実装する実装装置であって、２つ目以降の半導体チップを実装ツール５によってすでに実装ステージ１に供給された半導体チップに積層して実装するため、上下撮像カメラ１４によって実装ツールに保持された２つ目以降の半導体チップと実装ステージにすでに供給された半導体チップを撮像する際、制御装置は、実装ツールと上下撮像カメラの高さを変えずに、実装ステージの高さを前の回に上記実装ステージに供給された半導体チップの厚さ分だけ下方に駆動して位置決めする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電子部品を積層して実装する実装装置であって、
実装ステージと、
下端面に上記電子部品を保持して上記実装ステージの上方に位置決めされる実装ツールと、
この実装ツールに保持された電子部品及び上記実装ステージの上記実装ツールに保持された電子部品が実装される部位を撮像する撮像手段と、
この撮像手段の撮像信号に基づいて上記実装ツール或いは上記実装ステージを水平方向に駆動し上記実装ツールに保持された電子部品と上記実装ステージの上記電子部品が供給される部位を相対的に位置決めしてから、上記実装ツールを下方へ駆動して上記電子部品を上記実装ステージの上記電子部品が供給される部位に実装させる制御手段を具備し、
２つ目以降の電子部品を上記実装ツールによってすでに実装ステージに供給された電子部品に積層して実装するため、上記撮像手段によって上記実装ツールに保持された２つ目以降の電子部品と上記実装ステージにすでに供給された電子部品を撮像する際、
上記制御手段は、上記実装ツールと上記撮像手段の高さを変えずに、上記実装ステージの高さを前の回に上記実装ステージに供給された電子部品の厚さ分だけ下方に駆動して位置決めすることを特徴とする電子部品の実装装置。
【請求項２】
上記実装ステージを上下方向に駆動位置決めする第１の駆動手段と、
上記実装ツールを水平方向及び上下方向に駆動位置決めする第２の駆動手段と、
上記上下カメラを水平方向に駆動位置決めする第３の駆動手段を備え、
上記第１の駆動手段、第２の駆動手段及び第３の駆動手段は、上記制御手段によって駆動が制御されることを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装装置。
【請求項３】
上記撮像手段は上記実装ツールに保持された電子部品及び上記実装ステージの上記実装ツールに保持された電子部品が実装される部位を同時に撮像する上下撮像カメラであることを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装装置。
【請求項４】
複数の電子部品を積層して実装する実装方法であって、
下端面に上記電子部品を保持した実装ツールを実装ステージの上方に位置決めする工程と、
上記実装ツールに保持された電子部品と上記実装ステージの上記電子部品が実装される部位とを撮像手段によって撮像する工程と、
上記撮像手段の撮像信号に基づいて上記実装ツール或いは上記実装ステージを水平方向に駆動し上記実装ツールに保持された電子部品と上記実装ステージの上記電子部品が供給される部位を相対的に位置決めしてから、上記実装ツールを下方へ駆動して上記電子部品を上記実装ステージの上記電子部品が供給される部位に実装する工程と、
２つ目以降の電子部品を上記実装ツールによってすでに実装ステージに供給された電子部品に積層して実装するときに、上記実装ツールと上記撮像手段の高さを変えずに、上記実装ステージの高さを前の回に上記実装ステージに供給された電子部品の厚さ分だけ下方に駆動して位置決めして上記撮像手段によって上記実装ツールに保持された２つ目以降の電子部品と上記実装ステージにすでに供給された電子部品を撮像し、その撮像に基づいて上記電子部品をすでに実装ステージに供給された電子部品に積層して実装する工程と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は複数の電子部品を積層して実装する電子部品の実装装置及び実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品としての半導体チップには集積回路が形成されている。そして、最近では電子回路の複雑化に伴い、複数の半導体チップを基板上に積層して基板の小型化や高密度化を図るようにしたり、基板を用いることなく積層して高密度化を図るなどのことが行われている。
【０００３】
たとえば、実装ステージに設けられた基板に対して複数の半導体チップを積層して実装する場合、まず、ピックアップツールによって半導体チップを供給部から取り出し、その半導体チップを所定の高さで待機する実装ツールに受け渡す。
【０００４】
実装ツールに受け渡された半導体チップはチップ認識カメラによって撮像されて位置認識され、上記実装ステージに設けられた基板は基板認識カメラによって撮像されて上記半導体チップが実装される位置が認識される。
【０００５】
基板と、実装ツールに保持された半導体チップとの位置認識が終了すると、その位置認識に基づいて上記実装ツールが上記実装ステージの上方に位置決めされる。上記実装ツールは、通常、上記ピックアップツールから半導体チップを受け取ったときの高さの状態で水平方向に移動する。
【０００６】
上記実装ツールが上記実装ステージの上方に位置決めされる際、上記実装ツールは上記チップ認識カメラと上記基板認識カメラの撮像によって求められた半導体チップと基板の座標位置に基づいて実装位置が補正され、補正された実装位置によって上記基板の上方に位置決めされる。
【０００７】
上記実装ツールが実装ステージの上方に実装位置に位置決めされると、この実装ツールが下降方向に駆動され、その下端面に保持された半導体チップが上記基板の所定の位置に実装される。
【０００８】
基板に実装された半導体チップにさらに半導体チップを積層して実装する場合、ピックアップツールから実装ツールに受け渡された半導体チップがチップ認識カメラによって位置認識され、基板に実装された半導体チップが基板認識カメラによって認識される。そして、これらの認識に基づいて基板に実装された半導体チップに対し、つぎの半導体チップが位置決めされて積層実装される。  
このような先行技術は特許文献１に開示されている。
【０００９】
ピックアップツールによって実装ツールに受け渡された半導体チップをチップ認識カメラによって撮像して位置認識し、実装ステージに載置された基板を基板認識カメラ基板認識カメラによって撮像して位置認識し、それらの位置認識に基づいて実装ツールを実装ステージの上方に実装位置に位置決めする構造であると、チップ認識カメラと基板認識カメラとを別々の場所に設置しなければならない。
【００１０】
そのため、これらの認識カメラを別々に設置するための設置スペースを確保しなければならないから、装置の大型化を招くなどのことがあり、好ましくない。
【００１１】
しかも、実装ツールに保持された半導体チップをチップ認識カメラで位置認識してから、実装ツールを実装ステージの上方の実装位置に位置決めするまでの、上記実装ツールの移動距離が長くなるから、上記実装ツールがチップ認識カメラの撮像に基づいて精密に位置決めされず、半導体チップの実装精度が低下するということがある。
【００１２】
そこで、最近では上述した問題を解決するため、実装ツールがピックアップツールから半導体チップを受け取ったならば、実装ツールを実装ステージの上方の予めティーチングされた実装位置の上方へ移動させた後、実装ステージと実装ツールとの間に上下撮像カメラを進入させる。
【００１３】
そして、この上下撮像カメラの下側カメラによって基板と、上側カメラによって実装ツールに保持された半導体チップを同時に撮像し、その撮像信号に基づいて上記実装ツールの予めティーチングされた実装位置を補正した後、この実装ツールを下降させて半導体チップを基板に実装するということが行われている。
【００１４】
ところで、最初に基板に実装された半導体チップに対して複数の半導体チップを順次積層して実装する場合、上記上下撮像カメラの下側カメラは積層された最上段の半導体チップを撮像することになる。そのため、上記下側カメラによって撮像する半導体チップの高さは半導体チップが積層されるごとに高くなる。
【００１５】
上記上下撮像カメラによって撮像される半導体チップの高さが、半導体チップが積層される半導体チップの数に応じて順次高くなると、最上段の半導体チップの上面の高さが上記下側カメラの焦点位置よりも上方になるから、上記下側カメラによって最上段の半導体チップを精密に撮像することができなくなる。
【００１６】
そこで、従来は基板側の半導体チップに順次半導体チップを積層して実装するとき、最初の基板の高さに比べて順次高さが高くなる最上段の半導体チップを上下撮像カメラによって精密に撮像できるようにするため、半導体チップが積層されるごとに、最上段の半導体チップの高さが上昇した分だけ、つまり半導体チップの厚さ分だけ上下撮像カメラを上昇させるようにしている。
【００１７】
さらに、上下撮像カメラを上昇させると、その上昇分だけ上側カメラの焦点位置が上方へ変位するから、それに応じて上側カメラによって撮像される半導体チップを保持した実装ツールを、半導体チップの厚さ分だけ上昇させる。それによって、基板に積層された最上段の半導体チップと、実装ツールに保持された半導体チップを上記上下撮像カメラによって精密に撮像できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００５−２６２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ところで、基板に半導体チップを積層する場合、その積層枚数は多いときには数十枚になることがある。そして、１枚の半導体チップを積層するごとにその半導体チップの厚さ分ずつ上下撮像カメラと実装ツールの両方の高さを上昇させるようにすると、そのための制御が複雑化するということがあるばかりか、上下撮像カメラを上昇させると、その光軸にずれが生じることがあるから、その場合には実装精度が低下するということがある。
【００２０】
この発明は、電子部品を積層して実装する場合、上下撮像カメラを上昇させずに上下両方向を精密に撮像できるようにすることで、実装精度の低下や制御の複雑化などを招くことがないようにした電子部品の実装装置及び実装方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この発明は、複数の電子部品を積層して実装する実装装置であって、
実装ステージと、
下端面に上記電子部品を保持して上記実装ステージの上方に位置決めされる実装ツールと、
この実装ツールに保持された電子部品及び上記実装ステージの上記実装ツールに保持された電子部品が実装される部位を撮像する撮像手段と、
この撮像手段の撮像信号に基づいて上記実装ツール或いは上記実装ステージを水平方向に駆動し上記実装ツールに保持された電子部品と上記実装ステージの上記電子部品が供給される部位を相対的に位置決めしてから、上記実装ツールを下方へ駆動して上記電子部品を上記実装ステージの上記電子部品が供給される部位に実装させる制御手段を具備し、
２つ目以降の電子部品を上記実装ツールによってすでに実装ステージに供給された電子部品に積層して実装するため、上記撮像手段によって上記実装ツールに保持された２つ目以降の電子部品と上記実装ステージにすでに供給された電子部品を撮像する際、
上記制御手段は、上記実装ツールと上記撮像手段の高さを変えずに、上記実装ステージの高さを前の回に上記実装ステージに供給された電子部品の厚さ分だけ下方に駆動して位置決めすることを特徴とする電子部品の実装装置にある。
【００２２】
上記実装ステージを上下方向に駆動位置決めする第１の駆動手段と、
上記実装ツールを水平方向及び上下方向に駆動位置決めする第２の駆動手段と、
上記上下カメラを水平方向に駆動位置決めする第３の駆動手段を備え、
上記第１の駆動手段、第２の駆動手段及び第３の駆動手段は、上記制御手段によって駆動が制御されることが好ましい。
【００２３】
上記撮像手段は上記実装ツールに保持された電子部品及び上記実装ステージの上記実装ツールに保持された電子部品が実装される部位を同時に撮像する上下撮像カメラであることが好ましい。
【００２４】
この発明は、複数の電子部品を積層して実装する実装方法であって、
下端面に上記電子部品を保持した実装ツールを実装ステージの上方に位置決めする工程と、
上記実装ツールに保持された電子部品と上記実装ステージの上記電子部品が実装される部位とを撮像手段によって撮像する工程と、
上記撮像手段の撮像信号に基づいて上記実装ツール或いは上記実装ステージを水平方向に駆動し上記実装ツールに保持された電子部品と上記実装ステージの上記電子部品が供給される部位を相対的に位置決めしてから、上記実装ツールを下方へ駆動して上記電子部品を上記実装ステージの上記電子部品が供給される部位に実装する工程と、
２つ目以降の電子部品を上記実装ツールによってすでに実装ステージに供給された電子部品に積層して実装するときに、上記実装ツールと上記撮像手段の高さを変えずに、上記実装ステージの高さを前の回に上記実装ステージに供給された電子部品の厚さ分だけ下方に駆動して位置決めして上記撮像手段によって上記実装ツールに保持された２つ目以降の電子部品と上記実装ステージにすでに供給された電子部品を撮像し、その撮像に基づいて上記電子部品をすでに実装ステージに供給された電子部品に積層して実装する工程と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装方法にある。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によれば、電子部品を積層して実装する際、実装ステージを積層される電子部品の厚さ分だけ下方に駆動して位置決めするようにした。そのため、撮像手段の高さを変えずに、実装ステージ上の電子部品と実装ツールに保持された電子部品を精密に撮像できるから、撮像手段の光軸がずれて実装生徒が低下するのを防止することができるばかりか、実装ステージだけを制御すればよいから、制御の容易化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の一実施の形態の実装装置を示す概略的構成図。
【図２】実装装置の制御系統を示すブロック図。
【図３】実装ステージの上面に設けられた基板に複数の半導体チップを順次積層して実装するときの説明図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、この発明の一実施の形態を図面を参照しながら説明する。  
図１はこの発明の実装装置の概略的構成を示し、この実装装置は実装ステージ１を備えている。この実装ステージ１は第１のＸ・Ｙ・Ｚ駆動手段２によってＸ、Ｙ方向である水平方向及びＺ方向である上下方向に駆動されるようになっている。上記実装ステージ１の上面には後述する電子部品としての半導体チップＴが積層して実装される基板３が供給保持されている。
【００２８】
上記実装ステージ１の上方には実装ツール５が配置されている。この実装ツール５は第２のＸ・Ｙ・Ｚ駆動手段６によって水平方向及び上下方向に駆動されるようになっている。
【００２９】
上記実装ツール５の下端面にはピックアップツール７によって供給部８から取り出された半導体チップＴが受け渡される。上記ピックアップツール７は、支軸９を支点として実線で示す取り出し位置から鎖線で示す受け渡し位置の間の１８０度の範囲で回転駆動源（図示せぬ）によって矢印Ｒで示す方向に回転駆動されるとともに、Ｚ駆動源（図示せぬ）によって上下方向に駆動されるようになっている。
【００３０】
上記供給部８には多数の半導体チップＴに分割された半導体ウエハを保持したウエハホルダ１１が供給される。そして、このウエハホルダ１１に保持された多数の半導体チップＴのうちの１つが図示せぬ突き上げピンによって突き上げられると、その半導体チップＴを上記ピックアップツール７が実線で示す取り出し位置で受けてから、鎖線で示す受け渡し位置に回転する。
【００３１】
上記ピックアップツール７が半導体チップＴを供給部８のウエハホルダ１１から取り出すと、上記実装ツール５は実線で示す実装ステージ１の上方の位置から鎖線で示すピックアップツール７の上方へ移動する。この移動を矢印Ｘで示す。
【００３２】
ついで、上記ピックアップツール７が鎖線の状態から矢印Ｚで示す上方へ駆動され、ピックアップツール７に保持された半導体チップＴが上記実装ツール５の下端面に受け渡される。ついで、上記ピックアップツール７が下降すると、半導体チップＴを受けた実装ツール５は高さを変えずに矢印Ｘで示す水平方向に駆動され、実装ステージ１の上方の予めティーチングされた実装位置に位置決めされる。
【００３３】
上記実装ステージ１と、この実装ステージ１の上方に位置決めされた実装ツール５との間にはＸ・Ｙ駆動源１３によって矢印Ｘで示す水平方向に駆動される撮像手段としての上下撮像カメラ１４が設けられている。
【００３４】
この上下撮像カメラ１４は先端部の上下面には上側撮像窓１５ａと下側撮像窓１５ｂが設けられ、各窓１５ａ，１５ｂによって観察される部位の像、つまり実装ツール５の下端面に保持された半導体チップＴの像と、実装ステージ１に保持された基板３の半導体チップＴが実装される部位の像がプリズム１６を介して上側カメラ１４ａと下側カメラ１４ｂに導かれる。
【００３５】
各カメラ１４ａ，１４ｂは固体撮像素子（ＣＣＤ）からなり、それらの撮像信号は図２に示す画像処理部１７で二値化処理されてから、制御装置１８に出力される。制御装置１８では実装ツール５に保持された半導体チップＴの位置と、基板３の半導体チップＴが実装される部位との位置を算出して比較し、これらの位置のずれ量を求める。
【００３６】
半導体チップＴと基板３の半導体チップＴが実装される部位との位置にずれがある場合、上記制御装置１８はずれ量に基づいて実装ツール５の水平方向の位置を補正した後、この実装ツール５を矢印Ｚで示す下降方向に駆動する。それによって、上記実装ツール５の下端面に保持された半導体チップＴが上記基板３に実装される。
【００３７】
なお、図２に示すように上記第１のＸ・Ｙ・Ｚ駆動手段２、第２のＸ・Ｙ・Ｚ駆動手段６及びＸ・Ｙ駆動手段１３は上記制御装置によって駆動が制御されるようになっている。
【００３８】
実装ステージ１に載置された基板３に最初に実装される半導体チップを第１の半導体チップＴ１とし、その状態を図３（ａ）に示す。このときの実装ステージ１の上面の基準位置からの高さをＨで示す。
【００３９】
図３（ｂ）に示すように、上記基板３に最初に実装された第１の半導体チップＴ１に２番目の半導体チップである第２の半導体チップＴ２を積層して実装する場合、まず、実装ステージ１を第１のＸ・Ｙ・Ｚ駆動源２によって最初に実装された第１の半導体チップＴ１の厚さ分だけ下方に駆動する。第１の半導体チップＴ１の厚さｔとすると、そのときの実装ステージ１の上面の基準位置からの高さは（Ｈ−ｔ）となる。
【００４０】
なお、半導体チップＴの厚さｔは予め知ることができるから、その厚さを制御装置１８にティーチングしておくことで、上記実装ステージ１を所定の位置まで自動的に下降させることができる。
【００４１】
実装ステージ１を下降させ、実装ツール５が第２の半導体チップＴ２をピックアップツール７から受け取って予めティーチングされた実装位置に位置決めされたならば、上下撮像カメラ１４をＸ・Ｙ駆動源１３によってＸ方向に駆動し、実装ツール５と実装ステージ１との間に進入させる。
【００４２】
ついで、上下撮像カメラ１４の上側カメラ１４ａによって実装ツール５に保持された第２の半導体チップＴ２を撮像し、下側カメラ１４ｂによって基板３に実装された第１の半導体チップＴ１を撮像する。
【００４３】
上側カメラ１４ａと下側カメラ１４ｂの撮像信号が画像処理部１７で処理されて第１の半導体チップＴ１と第２の半導体チップＴ２のずれ量が算出されると、そのずれ量に基づいて実装ツール５の水平方向の位置が第２のＸ・Ｙ・Ｚ駆動手段２によって補正された後、上記実装ツール５が下降方向に駆動される。それによって、基板３の先に実装された第１の半導体チップＴ１の上に、実装ツール５に保持された第２の半導体チップＴ２が図３（ｂ）に示すように積層されて実装される。
【００４４】
同様にして、第２の半導体チップＴ２の上に第３の半導体チップＴ３、第４の半導体チップ、…第ｎの半導体チップＴｎが順次積層されて実装される。図３（ｃ）は基板３に第１乃至第５の半導体チップＴ１〜Ｔ５が実装された状態を示し、第５の半導体チップＴ５上に第６の半導体チップＴ６（図示せず）を積層するときには、上記実装ステージ１の上面の基準位置からの高さが（Ｈ−５ｔ）に設定される。
【００４５】
それによって、実装ツール５に保持された第６の半導体チップＴ６と、基板に積層された最上段の第５の半導体チップＴ５を上下撮像カメラ１４の上側カメラ１４ａと下側カメラ１４ｂによって精密に撮像することができる。
【００４６】
このように、基板３上に複数の半導体チップＴを順次積層して実装する際、半導体チップＴの厚さ分だけ実装ステージ１の高さを順次下降させて位置決めするようにした。
【００４７】
そのため、上下撮像カメラ１４と、実装ステージ１の上方の予めティーチングされた実装位置に位置決めされる実装ツール５の高さを変えることなく、上記上下撮像カメラ１４の上側カメラ１４ａによって実装ツール５に保持された半導体チップＴと、下側カメラ１４ｂによって基板３或いは基板３に実装された半導体チップＴを精密に撮像することができる。
【００４８】
このように、基板３に複数の半導体チップＴを順次積層して実装する際、上下撮像カメラ１４の高さを変えずに、実装ツール５に保持された半導体チップＴと、基板３或いは基板３に実装された半導体チップＴを精密に撮像することができれば、上下撮像カメラ１４の高さを変えて撮像する従来の場合のように、上下撮像カメラ１４の光軸がずれることがないから、光軸のずれにより実装精度が低下するのを防止することができる。
【００４９】
しかも、上下撮像カメラ１４による撮像を行う際、実装ステージ１の高さだけを制御すればよいから、実装ツール５と上下撮像カメラ１４の両方の高さを制御していた従来に比べて撮像時の制御が容易になるということがある。
【００５０】
なお、上記一実施の形態では、実装ツールに保持された半導体チップと基板或いは基板に実装された半導体チップを上下撮像カメラの撮像に基づいて位置合わせするとき、実装ツールを水平方向に駆動するようにしたが、実装ツールに代わり、実装ステージを水平方向に駆動して位置決めするようにしてもよい。
【００５１】
このとき、上下撮像カメラの下側カメラは、基板或いは基板にすでに実装された半導体チップ、つまり実装ステージの実装ツールに保持された半導体チップが実装される部位を撮像することになる。
【００５２】
また、複数の半導体チップを基板上に積層する場合を例に挙げて説明したが、基板を用いずに実装ステージ上で半導体チップを順次積層する場合であっても、この発明を適用することができる。
【００５３】
また、上記一実施の形態ではフリップチップ方式の実装装置に適用し、しかも実装ツールに保持された半導体チップと、この半導体チップが実装される部位である、実装ステージ上の基板とを上下撮像カメラによって同時に撮像する場合を例に挙げて説明したが、フリップチップ方式に代わってダイボンディング方式の実装装置に適用するようにしてもよい。
【００５４】
その場合、実装ツールによって供給部のウエハホルダから半導体チップを直接ピックアップする。半導体チップをピックアップした実装ツールはピックアップ位置から実装ステージの上方の実装位置に位置決めされる。
【００５５】
ピックアップ位置と実装位置との間には、上記実装ツールに保持された半導体チップを下方から撮像する第１の撮像カメラが配置されている。上記実装位置の上方には上記半導体チップが実装される部位である、上記実装ステージ上の基板を上方から撮像する第２の撮像カメラが配置されている。この第２の撮像カメラは実装ツールがピックアップ位置から実装位置の上方に戻る前に、実装位置の上方から退避できるよう水平方向、つまりＸ方向に駆動可能となっている。上記第１の撮像カメラと第２の撮像カメラとで撮像手段を構成している。
【００５６】
それによって、上記第１の撮像カメラと第２の撮像カメラの撮像に基づいて上記半導体チップを上記基板に位置決めして実装することができる。
【００５７】
このようなダイボンディング方式の実装装置においても、実装ステージを半導体チップの積層に応じて下降させることで、第１の撮像カメラと第２の撮像カメラを上下方向に駆動せずに複数の半導体チップを積層することができるから、第１の撮像カメラと第２の撮像カメラの光軸がずれて実装精度が低下するということを防止できる。
【００５８】
また、積層される半導体チップの厚さが同一の場合について説明したが、半導体チップの厚さが異なる場合であっても差し支えない。
【符号の説明】
【００５９】
１…実装ステージ、２…第１のＸ・Ｙ・Ｚ駆動手段、３…基板、５…実装ツール、６…第２のＸ・Ｙ・Ｚ駆動手段、７…ピックアップツール、１３…Ｘ・Ｙ駆動源、１４…上下撮像カメラ、１４ａ…上側カメラ、１４ｂ…下側カメラ、１７…画像処理部、１８…制御装置。
【図１】
2011077173.tif 000003
【図２】
2011077173.tif 000004
【図３】
2011077173.tif 000005