(57)【要約】【課題】基板に実装された半導体チップの実装状態の良否を確実に判定することができるようにした実装装置を提供することにある。【解決手段】半導体チップ４のバンプ４ａを基板１に押圧しながら超音波振動を付与してバンプを基板に接合させて半導体チップを実装する実装ツール７と、基板に実装された半導体チップのバンプを半導体チップを介して撮像する赤外線カメラ３３と、赤外線カメラの撮像信号を画像処理する画像処理部３４と、画像処理部で処理された撮像信号からバンプのつぶれ度合を求めてバンプによる半導体チップの実装状態を判定する比較部３７を具備する。【選択図】図２
2008227017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に電子部品を、この電子部品に設けられたバンプを介して実装する実装装置であって、
上記電子部品のバンプを上記基板に押圧しながら超音波振動を付与して上記バンプを上記基板に接合させて上記電子部品を実装する実装ツールと、
上記基板に実装された上記電子部品のバンプをこの電子部品を介して撮像する撮像手段と、
この撮像手段の撮像信号を画像処理する画像処理部と、
この画像処理部で処理された撮像信号から上記バンプのつぶれ度合を求めて上記バンプによる上記電子部品の実装状態を判定する判定手段と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装装置。
【請求項２】
上記撮像手段は、
上記電子部品を透過する波長領域の照射光を出射する光源と、上記電子部品を透過して反射した上記照射光を撮像する撮像カメラとによって構成されてい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】
基板に電子部品を、この電子部品に設けられたバンプを介して実装する実装方法であって、
上記電子部品のバンプを上記基板に押圧しながら超音波振動を付与して上記バンプを上記基板に接合させて実装する工程と、
上記基板に実装された上記電子部品のバンプを撮像する工程と、
上記バンプの撮像信号から上記バンプのつぶれ度合を求める工程と、
上記バンプのつぶれ度合から上記電子部品の実装状態を判定する工程と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項４】
上記電子部品を透過する波長領域の照射光を照射し、上記バンプで反射する照射光によって上記バンプのつぶれ度合を求めることを特徴とする請求項３記載の電子部品の実装方法。
【請求項５】
上記バンプのつぶれ度合による面積の変化を求め、その面積の変化によって上記電子部品の実装状態を判定することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の電子部品の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は超音波振動を利用して電子部品を基板に実装する実装装置及び実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、電子部品であるバンプ付きの半導体チップをポリイミド製のテープ状部材などの基板のパッドに実装する場合、上記半導体チップに押圧荷重と超音波振動を与えながら上記基板に実装する方法が知られている。つまり、半導体チップを基板に設けられたパッドに所定の圧力で加圧するとともに加熱し、さらにその半導体チップに超音波振動を付与することで、上記基板のパッドに半導体チップのバンプを固相拡散によって接合させるというものである。
【０００３】
このような半導体チップの実装は実装ツールを用いて行われる。実装ツールはヒータが内蔵された超音波ヘッドを有する。この超音波ヘッドには上記半導体チップを吸着保持する吸着部が一体的に設けられている。そして、上記吸着部に半導体チップが受け渡されると、上記実装ツールは上記基板の実装位置の上方に位置決めされてから、下降方向に駆動される。それによって、上記吸着部に保持された上記半導体チップが加圧力、熱及び超音波振動によって基板に実装されるというものである。
【０００４】
超音波振動を利用して半導体チップを基板に確実に実装する場合、接合に大きく寄与する超音波振動を実装ツールの超音波ヘッドから半導体チップへ効率よく伝達することが要求される。
【０００５】
しかしながら、実際には実装ツールの吸着部と、この吸着部に吸着保持される半導体チップの間に異物が混入したり、上記吸着部の磨耗によって半導体チップとの間に滑りが生じたり、実装ツールに加えられる加圧力にばらつきが生じることで、超音波振動が実装ツールから半導体チップに効率よく確実に伝達されないということがある。そのような場合、半導体チップに設けられたバンプが確実に押しつぶされないため、バンプが基板のパッドに所定の強度で接合されないという、接合不良を招くことになる。
【０００６】
そこで、半導体チップを基板に実装したならば、バンプが確実に押しつぶされているか否かを検査し、その検査に基づいて半導体チップの接合状態を判定するということが行われている。
【０００７】
バンプが確実に押しつぶされているか否かを検査する場合、半導体チップを基板に実装したならば、その半導体チップの上面の高さを検出し、その高さによってバンプが確実に押しつぶされているか否かを判定するようにしている。
【０００８】
特許文献１には、基材（基板）に被接合物（半導体チップ）を超音波振動を利用して実装した後、ホーンの先端に設けられたチップ（実装ツール）の位置（高さ）を位置変位センサによって予め規定された位置にあるか否かを判別して接合状態の良否を判定することが示されている。
【特許文献１】特開２００１−１０５１５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に示されるように、半導体チップを接合した後の実装ツールの位置を判別する方法によると、半導体チップの実装を繰り返して行うことで、実装ツールの半導体チップを吸着保持する吸着部が磨耗してくるため、半導体チップの接合状態の良否に係らず、実装後に位置変位センサによって検出される実装ツールの位置が変化してくる。
【００１０】
そのため、実装後における実装ツールの位置から半導体チップの接合状態の良否を判定するようにすると、実装ツールの使用に伴う磨耗に対して対応できないため、半導体チップが確実に接合されているか否かの判定が確実に行えなくなるということがある。
【００１１】
しかも、実装後における実装ツールの高さは、接合状態の良否に係らず、実装前におけるバンプの高さや基板の厚さなどのばらつきによっても変化するから、実装後に実装ツールの高さを検出する方法では実際の接合状態を正確に判定することができないということもある。
【００１２】
この発明は、実装ツールの高さによらず、基板と電子部品の接合状態を正確に判定できるようにすることで、実装ツールの磨耗、バンプの高さや基板の厚さのばらつきなどに対応することができる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】
【００１３】
この発明は、基板に電子部品を、この電子部品に設けられたバンプを介して実装する実装装置であって、
上記電子部品のバンプを上記基板に押圧しながら超音波振動を付与して上記バンプを上記基板に接合させて上記電子部品を実装する実装ツールと、
上記基板に実装された上記電子部品のバンプをこの電子部品を介して撮像する撮像手段と、
この撮像手段の撮像信号を画像処理する画像処理部と、
この画像処理部で処理された撮像信号から上記バンプのつぶれ度合を求めて上記バンプによる上記電子部品の実装状態を判定する判定手段と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装装置にある。
【００１４】
上記撮像手段は、
上記電子部品を透過する波長領域の照射光を出射する光源と、上記電子部品を透過して反射した上記照射光を撮像する撮像カメラとによって構成されていることが好ましい。
【００１５】
この発明は、基板に電子部品を、この電子部品に設けられたバンプを介して実装する実装方法であって、
上記電子部品のバンプを上記基板に押圧しながら超音波振動を付与して上記バンプを上記基板に接合させて実装する工程と、
上記基板に実装された上記電子部品のバンプを撮像する工程と、
上記バンプの撮像信号から上記バンプのつぶれ度合を求める工程と、
上記バンプのつぶれ度合から上記電子部品の実装状態を判定する工程と
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。
【００１６】
上記電子部品を透過する波長領域の照射光を照射し、上記バンプで反射する照射光によって上記バンプのつぶれ度合を求めることが好ましい。
【００１７】
上記バンプのつぶれ度合による面積の変化を求め、その面積の変化によって上記電子部品の実装状態を判定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、基板に電子部品を実装したならば、バンプのつぶれ度合を測定して電子部品の実装状態を判定するため、実装ツールの磨耗、バンプの高さや基板の厚さのばらつきなどに係らず、基板に対する電子部品の接合状態を正確に判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。  
図１はフリップチップ方式の実装装置の概略的構成を示す正面図、図２は同じく側面図であって、この実装装置はリードフレームなどの基板１を所定方向に沿って搬送する搬送装置２を備えている。この搬送装置２は所定間隔で平行に配置された一対のガイドレール３を有し、このガイドレール３に沿って上記基板１が間欠的にピッチ送りされるようになっている。上記基板１はピッチ送りされるごとに、図示せぬクランパによって上記ガイドレール３に位置決め保持されるようになっている。
【００２０】
上記基板１が搬送装置２によって実装位置に搬送されると、その実装位置には後述する部品供給部２１（図１に示す）から供給された電子部品としての厚さが数百ミクロンの薄い半導体チップ４が実装される。この実装位置には、上記基板１の下面を支持するステージツール５が第１の駆動機構６によって水平方向であるＸ、Ｙ及び上下方向であるＺ方向に駆動可能に設けられている。
【００２１】
上記ステージツール５の上方には、上記基板１の上面に上記半導体チップ４を実装するための実装ツール７が第２の駆動機構８によってＸ、Ｙ及びＺ方向に駆動可能に設けられている。
【００２２】
上記実装ツール７は基部１１を有し、この基部１１の下面には超音波ヘッド１２が設けられている。この超音波ヘッド１２はホーン１３を有し、このホーン１３の一端には振動子１４が設けられている。上記ホーン１３の下面には吸着部１５が設けられ、この吸着部１５に上記半導体チップ４が後述するように吸着保持される。
【００２３】
上記振動子１４には図示しない発振器が接続されていて、この発振器からたとえば４０ｋＨｚの高周波電圧が印加される。それによって、上記振動子１４とともに上記ホーン１３が超音波振動するようになっている。
【００２４】
上記部品供給部２１は図示せぬ駆動源によってＸ、Ｙ方向に駆動されるウエハステージ２２を有する。このウエハステージ２２には多数の半導体チップ４に分割された半導体ウエハ２３がウエハシート２４に保持されている。
【００２５】
図３に示すように、上記半導体チップ４はその一方の面に上記基板１に形成されたパッド１ａに電気的に接続される複数のバンプ４ａ（図４（ａ）に示す）が形成されていて、このバンプ４ａが形成された面を上にして上記ウエハシート２４に保持されている。
【００２６】
上記ウエハシート２４に保持された半導体チップ４のうち、所定の位置の半導体チップ４は図示せぬ突き上げピンによって突き上げられる。突き上げピンによって突き上げられた半導体チップ４はピックアップ装置２５を構成する吸着ノズル２６によって吸着される。この吸着ノズル２６は反転ユニット２７に設けられた回転ヘッド２８に取り付けられている。
【００２７】
上記回転ヘッド２８は回転駆動される。それによって、上記吸着ノズル２６は、図１に実線で示す吸着面２６ａが下を向いた位置と、その位置から１８０度回転して上方を向いた位置（同図に鎖線で示す）とに位置決めされる。
【００２８】
上記反転ユニット２７はガイドロッド２９に沿って駆動されるようになっている。このガイドロッド２９は上記ウエハステージ２２から上記搬送装置２の実装位置に向かって水平に架設されている。それによって、上記ウエハシート２４から半導体チップ４を吸着した吸着ノズル２６は、図１に鎖線で示すように半導体チップ４を吸着した吸着面２６ａを上にして搬送装置２の側方に駆動されて位置決めされる。この位置を受け渡し位置とする。
【００２９】
吸着ノズル２６が受け渡し位置に位置決めされると、同図に鎖線で示すように実装ツール７が駆動され、上記吸着ノズル２６の吸着面２６ａに吸着された半導体チップ４を受け取る。ついで、この実装ツール７が実線で示すように基板１の上方の実装位置に位置決めされる。
【００３０】
それと同時に、上記ステージツール５が上昇方向に駆動されて基板１の下面を支持する。そして、上記実装ツール７が下降方向に駆動されることで、上記基板１の上記ステージツール５によって支持された部分に、上記実装ツール７に保持された半導体チップ4が実装されることになる。
【００３１】
なお、上記ステージツール５と実装ツール７のホーン１３には、それぞれ図示しないヒータが設けられている。それによって、上記半導体チップ４や基板１の半導体チップ４が実装される部分を加熱しながら、上記半導体チップ４を基板１に超音波振動を与えながら熱圧着するようになっている。つまり、半導体チップ４に設けられたバンプ４ａが押しつぶされて上記基板１に設けられたパッド１ａに固相拡散によって接合される。
【００３２】
半導体チップ４が実装された基板１は搬送装置２のガイドレール３に沿って所定のピッチで間欠的に搬送され、上記基板１には図２に示すように半導体チップ４が所定間隔で順次実装される。実装ツール７によって基板１に実装された半導体チップ４が実装位置から所定ピッチ（この実施の形態では２ピッチ）搬送されると、その半導体チップ４には近赤外線や中赤外線などの赤外線領域の波長をもつ照射光Ｌが照射される。照射光Ｌは光源３１から光軸を水平にして出射され、上記基板１の上方に４５度の角度で配設された半透鏡３２で下方に向かって反射して半導体チップ４の上面を照射する。
【００３３】
半導体チップ４を照射した照射光Ｌは、その波長が赤外線領域であるため、厚さが数百μｍの薄い上記半導体チップ４を透過し、押しつぶされたバンプ２４や基板１のパッド１ａなどで反射する。反射した照射光Ｌは上記半透鏡３２を透過して上記半透鏡３２とで撮像手段を構成する撮像カメラとしての赤外線カメラ３３によって受光される。
【００３４】
赤外線カメラ３３に入射した照射光Ｌは画像処理部３４で二値化処理される。つまり、上記バンプ４ａとバンプ４ａ以外の部分は、それらの材料の違いにより反射率が異なるから、上記バンプ４ａで反射した照射光Ｌと、バンプ４ａ以外の部分で反射した照射光Ｌとの輝度に差が生じるから、その輝度の差によって二値化処理される。
【００３５】
上記画像処理部３４で二値化処理された撮像信号は制御装置３５に出力される。この制御装置３５は二値化処理された撮像信号から上記バンプ４ａの面積を求める演算処理部３６と、この演算処理部３６で算出されたバンプ４ａの面積を予め設定された基準面積と比較して上記バンプ４ａのつぶれ度合を判定し、判定信号を出力する判定手段としての比較部３７を有する。
【００３６】
上記半導体チップ４を基板１に実装したとき、上記バンプ２４の面積が２０〜３０％程度拡大していれば、上記バンプ２４が十分に押しつぶされていると判定することができる。したがって、上記比較部３７では実装前のバンプ２４の面積に対して測定された実装後のバンプ２４の面積がどの程度拡大されているかを比較して判定信号を出力するようになっている。
【００３７】
このような構成の実装装置によれば、搬送装置２によって基板１がピッチ送りされる度に、その基板１に対して半導体チップ４が実装ツール７によって実装される。半導体チップ４は実装ツール７から付与される加圧力、熱及び超音波振動によってそのバンプ４ａが押しつぶされて基板１のパッド１ａに固相拡散接合される。
【００３８】
図４（ａ）は基板１に実装される前の半導体チップ４のバンプ４ａを示し、図４（ｂ）は実装されることで押しつぶされたバンプ４ａを示す。実装前のバンプ４ａの面積をＳ１、実装後のバンプ４ａの面積をＳ２とすると、Ｓ１＜Ｓ２であって、上述したようにＳ２がＳ１の１．２〜１．３倍程度であれば、上記バンプ４ａが十分に押しつぶされて半導体チップ４が実装されているということになる。
【００３９】
実装位置で基板１に実装された半導体チップ４が赤外線カメラ３３の上方に搬送されると、その半導体チップ４に光源３１から出射されて半透鏡３２で反射した赤外線領域の波長の照射光Ｌが照射される。
【００４０】
照射光Ｌは半導体チップ４の厚さが数百ミクロンと非常に薄いため、この半導体チップ４を透過してバンプ４ａや基板１のパッド１ａなどで反射し、上記半透鏡３２を通って上記赤外線カメラ３３に入射する。
【００４１】
赤外線カメラ３３に入射した照射光Ｌは画像処理部３４で二値化処理されてから、制御装置３５の演算処理部３６で押しつぶされたバンプ４ａの面積が求められた後、比較部３７で基準面積と比較されて上記バンプ４ａのつぶれ度合が判定される。
【００４２】
つまり、半導体チップ４を基板１に実装したならば、実装後のバンプ４ａのつぶれ度合に応じた面積の変化から半導体チップ４が基板１に確実に実装されているか否かを判定するようにした。
【００４３】
そのため、従来のように実装ツール７の使用に伴う吸着部１５の磨耗、或いは基板１や半導体チップ４の厚さのばらつきなどに影響を受けることなく、基板１に対する半導体チップ４の実装状態を確実かつ精密に判定することが可能となるから、不良品の発生を未然に防止することができる。
【００４４】
上記一実施の形態では基板に実装された半導体チップのバンプのつぶれ度合を撮像するために赤外線領域の照射光を上記半導体チップに照射するようにしたが、照射光としては赤外線領域の光だけに限られず、上記半導体チップに対して光学的に透明な他の波長の光、たとえばレーザ光やＸ線などを用いるようにしてもよい。
【００４５】
また、上述した実施の形態では孔が根から照射された照射光がバンプやパッドで反射した反射光をカメラで撮像するようにしたが、半導体チップと基板を透過した透過光によってバンプの押しつぶされた量を測定するようにしてもよい。
【００４６】
その場合、バンプが押しつぶされると、その面積が増大するから、測定される透過光は押しつぶされたバンプが適切である場合は少なくなる。したがって、透過光量の割合を測定すれば、バンプが適切に押しつぶされているか否かを判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明の一実施の形態の実装装置の概略的構成を示す正面図。
【図２】同じく側面図。
【図３】吸着部に吸着保持された半導体チップの拡大図。
【図４】（ａ）は実装前のバンプの大きさを説明するための半導体チップの平面図、（ｂ）は実装後のバンプの大きさを説明するための半導体チップの平面図。
【符号の説明】
【００４８】
１…基板、４…半導体チップ（電子部品）、７…実装ツール、１２…超音波ヘッド、１４振動子、１５…吸着部、４ａ…バンプ、３１…光源、３２…半透鏡、３３…赤外線カメラ（撮像カメラ）、３４…画像処理部、３５…制御装置、３６…演算処理部、３７…比較部。
【図１】
2008227017.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2008227017.tif 000006