(57)【要約】【課題】基板の下方から基板及びチップ部材のアライメントマークを同時に認識して位置合わせし、チップ部材を上下動可能に保持する手段とは別に設けた押圧手段で基板及びチップ部材を押圧することによって、高精度な位置決め及び組立てをしようとするボンディング装置を提供する。【解決手段】基板９と相対して保持されたチップ部材１０との双方のアライメントマーク９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂを認識し位置決めして組立てるボンディング装置であって、ステージ７の載置部１１下方に配設され基板９とチップ部材１０の双方のアライメントマーク９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂを同一視野内に認識するマーク認識手段８と、支持部材２の側面に設けられたガイド部３に沿って上下動可能に保持され加圧ヘッド４を支持するヘッド可動手段５と、ガイド部３にヘッド可動手段５と別個独立して設けられ加圧ヘッド４に所望の荷重を付与する押圧手段６と、を備えたものである。【選択図】　　　図１
2004127981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
架台上に設置されたステージの載置部上面に載置された板状またはシート状の基板と、前記ステージの上方に上下動可能に配置された加圧ヘッドの下面に前記基板に相対して保持されたチップ部材との双方のアライメントマークを認識し、該アライメントマークを用いて前記基板と前記チップ部材とを位置決めして組立てるボンディング装置であって、
前記ステージの載置部下方に配設され前記基板と前記チップ部材の双方のアライメントマークを前記基板の下方から同一視野内に認識するマーク認識手段と、前記架台上に立設された支持部材の側面に設けられたガイド部に沿って上下動可能に保持され、前記加圧ヘッドを支持するヘッド可動手段と、
前記ガイド部に前記ヘッド可動手段と別個独立して設けられ、前記加圧ヘッドに下方に向かう所望の荷重を付与する押圧手段と、
を備えたことを特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
前記マーク認識手段は、所定の距離隔てて位置する前記基板と前記チップ部材のアライメントマークとを同一視野内に認識できるように所定の被写体深度の撮像レンズを備えたことを特徴とする請求項１記載のボンディング装置。
【請求項３】
前記ヘッド可動手段は、前記支持部材に設けた第１の駆動部により前記加圧ヘッドに上下動の粗動をさせる第１のアームと、前記支持部材に設けた第２の駆動部により前記加圧ヘッドに微動を行わせる第２のアームとを備え、前記加圧ヘッドを粗動下降して前記チップ部材のアライメントマークが前記マーク認識手段で認識されるようにし、前記加圧ヘッドを微動下降して前記チップ部材を前記基板に接触させるようにしたことを特徴とする請求項１記載のボンディング装置。
【請求項４】
前記第１の駆動部は、前記第１のアームの端部を外周面に当接させて駆動する円板状のカムを有することを特徴とする請求項３記載のボンディング装置。
【請求項５】
前記第２の駆動部は、水平方向に移動する斜面部を備え該斜面部に前記第２のアームの端部を当接させて駆動するカムを有することを特徴とする請求項３記載のボンディング装置。
【請求項６】
前記ヘッド可動手段は、前記基板と前記チップ部材との接触状態にて前記第１及び第２のアームが共に前記第１及び第２の駆動部から離間するようにしたことを特徴とする請求項４または５記載のボンディング装置。
【請求項７】
前記ヘッド可動手段は、前記基板と前記チップ部材との接触状態にて自重がゼロまたは極めてゼロに近い状態となるように保持する自重キャンセラーを備えていることを特徴とする請求項３記載のボンディング装置。
【請求項８】
前記自重キャンセラーは、一端部を前記支持部材に固定し、前記ヘッド可動手段を吊下げて保持する弾性部材であることを特徴とする請求項７記載のボンディング装置。
【請求項９】
前記押圧手段は、一端が前記ステージの載置部下方部まで延設しその上面に突起部を備え、他端が前記加圧ヘッドの上方部まで延設しその端部に前記加圧ヘッドを下方に所望の荷重で押圧する押圧部を備え、前記突起部と前記押圧部とで前記基板と前記チップ部材とを接触状態に挟持して所望の接触圧を付与するようにしたことを特徴とする請求項１記載のボンディング装置。
【請求項１０】
前記ステージは、上面に載置された前記基板のアライメントマークに対応する前記載置部の該部位に下面から上面に貫通する覗き孔を設けたことを特徴とする請求項１記載のボンディング装置。
【請求項１１】
前記載置部は、上部に前記基板を加熱する加熱部を備えて構成したことを特徴とする請求項１０記載のボンディング装置。
【請求項１２】
前記ステージは、前記載置部下部と前記マーク認識手段との間の間隙部を冷却する冷却手段を備えたことを特徴とする請求項１０記載のボンディング装置。
【請求項１３】
前記冷却手段は、エアーを送気または吸引する送風機構であることを特徴とする請求項１２記載のボンディング装置。
【請求項１４】
前記加圧ヘッドは、前記基板と平行する面内でＸ，Ｙ方向及び回転方向に調整できる位置補正機構を備えたことを特徴とする請求項１記載のボンディング装置。
【請求項１５】
前記位置補正機構は、その下部に前記チップ部材を加熱する加熱部を備えたことを特徴とする請求項１４記載のボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板にチップ部材を位置決めして組立てるボンディング装置に関し、詳しくは、基板の下方から基板及びチップ部材のアライメントマークを同一視野内に認識して位置決めし、チップ部材を上下動可能に保持する手段とは別に設けた押圧手段で基板及びチップ部材を押圧することによって、高精度な位置決め及び組立てをしようとするボンディング装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の板状またはシート状の基板に対してチップ部材を位置決めして組立てるボンディング装置は、図１６及び図１７に示すように、架台１に立設された支持部材２の側面に設けられたガイド部３に沿って、上下動可能に設けられ加圧ヘッド４を駆動するヘッド可動手段５と、該ヘッド可動手段５に固定され加圧ヘッド４に所定の荷重を付与する押圧手段６と、架台１上に上記加圧ヘッド４に対向して配設されたステージ７と、加圧ヘッド４とステージ７の間に挿入可能に設置されたマーク認識手段８とを備えて構成されていた。
【０００３】
また、上記ステージ７はＸ軸駆動源１２、Ｙ軸駆動源１３及び図示省略のθ回転駆動源により、Ｘ軸、Ｙ軸方向に移動可能、及びθ方向に回転可能とされ、ヘッド可動手段５はＺ軸駆動源１４によってＺ軸方向に移動できるようになっていた。また、マーク認識手段８は、図１８に示すように、カメラユニット８ａの中に２台のカメラ８ｂ，８ｃを撮像レンズの光軸が一致した状態で水平位置に並べて配置し、上記カメラ８ｂ，８ｃ間に両面が平行な反射面とされた両面反射ミラー８ｄを４５度傾けて配置して構成されていた。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このように構成された従来のボンディング装置により、板状またはシート状の基板９に対してチップ部材１０を位置決めして組立てるには、先ず、ヘッド可動手段５及び加圧ヘッド４が最上部に上昇した状態において、ステージ７の載置部１１に基板９を載置し、加圧ヘッド４の下面にチップ部材１０が保持される。次に、マーク認識手段８が図１７において矢印Ａ方向に進んで基板９及びチップ部材１０間に挿入される。これにより、上記マーク認識手段８で、下方に位置する基板９のアライメントマークとを同一視野内に認識できる状態になる。
【０００５】
次に、上述の状態でＺ軸駆動源１４を駆動してヘッド可動手段５を降下させ、チップ部材１０のアライメントマークがマーク認識手段８によって明瞭に認識できる位置で停止させる。こうして、マーク認識手段８により基板９及びチップ部材１０の双方のアライメントマークが認識されると、図１６及び図１７に示す制御手段１５がＸ軸駆動源１２、Ｙ軸駆動源１３及び図示省略の回転駆動源を駆動してステージ７を移動し、基板９及びチップ部材１０の双方のアライメントマークが一致するようにさせる。
【０００６】
このように、基板９及びチップ部材１０の双方のアライメントマークが一致して該基板９及びチップ部材１０の位置決めが完了すると、マーク認識手段８は図１７において矢印Ｂに退避し、押圧手段６が動作して押圧軸６ａを延ばして加圧ヘッド４を押し下げ、チップ部材１０を基板９上に密着させて組立て接合していた。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−９４２３２号公報　（第４頁、図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のボンディング装置においては、ヘッド可動手段５と押圧手段６とが一体であったため、例えば図１９に示すように基板９とチップ部材１０とが矢印Ｃの所定の接触圧で密着されたとき、支持部材２には矢印Ｄの、また加圧ヘッド４を含むヘッド可動手段５には矢印Ｅのような応力が発生し、チップ部材１０に矢印Ｆ方向の微小なずれを生じさせることがあった。このため、基板９とチップ部材１０との高精度な組立てが困難であった。
【０００９】
また、基板９とチップ部材１０との位置決めは、該両者間に挿入したマーク認識手段８により行われるため、基板９とチップ部材１０との間にはマーク認識手段８を挿入するのに十分な距離が必要となる。その結果、図２０に示すように同図（ａ）において、基板９のアライメントマーク９ａとチップ部材１０のアライメントマーク１０ａとを正確に合わせた場合であっても、その位置決め後に、同図（ｂ）において、基板９と密接するまでのチップ部材１０を矢印Ｇ方向に下降させる移動距離が長くなるものであった。このため、チップ部材１０を下降させる機構精度に基づく移動誤差が生じて、図１２（ｂ）に示すように、基板９とチップ部材１０とのアライメントマーク９ａ，１０ａ間にずれδが発生する場合があった。したがって、上記基板９とチップ部材１０とを、高精度に位置決めできないことがあった。
【００１０】
さらに、図１８において、２台のカメラ８ｂ，８ｃの光軸の傾きや、両面反射ミラー８ｄの厚みによる２画像の認識誤差Δ等も存在するものであった。したがって、上記基板とチップ部材とを、高精度に位置決めできないことがあった。これらの誤差を全て補正して、例えば１μｍ以下の高精度な位置決め組立てを行うためには精密な補正機構や複雑な機構制御が必要となり、装置が高価なものとなる虞があった。
【００１１】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、基板の下方から基板及びチップ部材のアライメントマークを同一視野内に認識して位置決めし、チップ部材を上下動可能に保持する手段とは別に設けた押圧手段で基板及びチップ部材を押圧することによって、高精度な位置決め及び組立てをしようとするボンディング装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によるボンディング装置は、架台上に設置されたステージの載置部上面に載置された板状またはシート状の基板と、前記ステージの上方に上下動可能に配置された加圧ヘッドの下面に前記基板に相対して保持されたチップ部材との双方のアライメントマークを認識し、該アライメントマークを用いて前記基板と前記チップ部材とを位置決めして組立てるものであって、前記ステージの載置部下方に配設され前記基板と前記チップ部材の双方のアライメントマークを前記基板の下方から同一視野内に認識するマーク認識手段と、前記架台上に立設された支持部材の側面に設けられたガイド部に沿って上下動可能に保持され、前記加圧ヘッドを支持するヘッド可動手段と、前記ガイド部に前記ヘッド可動手段と別個独立して設けられ、前記加圧ヘッドに下方に向かう所望の荷重を付与する押圧手段と、を備えたものである。
【００１３】
このような構成により、加圧ヘッドの下面にチップ部材を保持し、ヘッド可動手段で架台上に立設された支持部材の側面に設けられたガイド部に沿って加圧ヘッドを上下動し、マーク認識手段で架台上に設置されたステージの載置部下方から載置部上面に載置された基板と相対するチップ部材とのアライメントマークを同一視野内に認識して位置決めし、上記ガイド部にヘッド可動手段とは別個独立して設けられた押圧手段で加圧ヘッドを下方に向かう所望の荷重で押圧して基板とチップ部材とを組立てる。これにより、基板のアライメントマークの背後にチップ部材のアライメントマークを同一視野内に認識して高精度に位置決めする。また、位置決め後のチップ部材の移動距離を短くして、ヘッド可動手段の機構精度に基づく移動誤差の影響を極力排除して高精度な位置決めを維持する。さらに、押圧手段による押圧で加圧ヘッドに対して発生する横ずれ成分が基板とチップ部材との組立て精度に及ぼす影響を排除する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明によるボンディング装置の実施の形態を示す概略側面図である。このボンディング装置は、板状若しくはシート状の基板のアライメントマークと、チップ部材のアライメントマークとを高精度に位置決めして組立てるものであり、加圧ヘッド４と、ヘッド可動手段５と、押圧手段６と、ステージ７と、マーク認識手段８と、制御手段１５とを備えて成る。
【００１５】
加圧ヘッド４は、チップ部材１０を下面の所定位置に保持し、該チップ部材１０を相対する基板９に対して位置決めして密接させるものであり、後述のヘッド可動手段５によって上下動可能に保持されている。この加圧ヘッド４は、チップ部材１０の平面的な位置ずれを調整するための位置補正機構１６と、チップ部材１０の平面的な姿勢を調整するための調芯機構１７とを設けて構成されている。
【００１６】
位置補正機構１６は、図２に示すように回転駆動するスライダー１６ａと、Ｙ軸駆動するスライダー１６ｂと、Ｘ軸駆動するスライダー１６ｃとをプレート１６ｄ，１６ｅ，１６ｆを介して交互に積層構成したものである。なお、積層順は図２に示すものに限られず、入れ替えてもかまわない。
【００１７】
上記位置補正機構１６の下面には、調芯機構１７が設けられている。この調芯機構１７は、図３（ａ）に示すように、柱状の軸芯１７ａと、内部に空間部を備えた筐体１７ｂとを有し、軸芯１７ａは、その下部に球状の球面軸１７ｃを形成し、筐体１７ｂの低面に形成された孔部１７ｄを通してその頭部を筐体１７ｂの内部に挿入させ、弦巻ばね１７ｅによって上方に付勢されて上記球面軸１７ｃを上記筐体１７ｂの孔部１７ｄに当接させた状態で筐体１７ｂの内部に保持されている。また、軸芯１７ａの頭部は四角形の柱状に形成されており、互いに直交する面のそれぞれに対向する筐体１７ｂの側面部には、直進軸を備えたマイクロメータ１７ｆ（１７ｇ）が設けられ、該マイクロメータ１７ｆ（１７ｇ）の直進軸の軸線上で上記軸芯１７ａを間に反対側には、マイクロメータ１７ｆ（１７ｇ）の前進に抗する方向の反力を発生させる他の弦巻ばね１７ｈ（１７ｉ）を備えている。また、軸芯１７ａの下面にはブロック１９を介して加熱部１８が設けられている。そして、加熱部１８の下面には、チップ保持部２０が設けられ、例えば図示省略の吸着手段でチップ部材１０を保持できるようになっている。
【００１８】
このように構成された調芯機構１７は、図３（ｂ）に示すように、直交するマイクロメータ１７ｆ，１７ｇを前進・後退させることによって、軸芯１７ａを球面軸１７ｃの中心を回転中心として回動させ、軸芯１７ａの下面でチップ保持部２０に保持されたチップ部材１０を矢印ＨまたはＩ方向に回動させ、チップ部材１０の三次元的な姿勢を調整することができる。
【００１９】
上記加圧ヘッド４の側面部には、ヘッド可動手段５が設けられている。このヘッド可動手段５は、加圧ヘッド４を上下動させるものであり、架台１上に立設された支持部材２の側面に設けられたガイド部３に沿って上下動可能に保持され、該支持部材２の中央部に設けた第１の駆動部により上記加圧ヘッド４に上下動の粗動をさせる第１のアーム２２と、上記支持部材２の頂部に設けた第２の駆動部により上記加圧ヘッドに微動を行わせる第２のアーム２４とを備え、上記加圧ヘッドを粗動下降して上記チップ部材１０のアライメントマーク１０ａ，１０ｂが上記マーク認識手段８で認識されるようにし、上記加圧ヘッド４を微動下降して上記チップ部材１０を上記基板９に接触させるようにしている。
【００２０】
ここで、上記第１の駆動部は、上記第１のアーム２２の端部を外周面２１ａに当接させて駆動する円板状の第１のカム２１を有している。また、上記第２の駆動部は、水平方向に移動する斜面部２３ａを備え該斜面部２３ａに上記第２のアーム２４の端部を当接させて駆動する第２のカム２３を有している。なお、第１のカム２１の形状は、図１に示すような真円形に限られず、楕円形等他の形状であってもよい。
【００２１】
また、上記第１及び第２のアーム２２，２４は、第１及び第２のカム２１，２３との接触部にそれぞれベアリング２５，２６を備えている。そして、上記第１のカム２１の回転中心部には、該第１のカム２１を回転駆動するモーター２７が、また第２のカム２３には、該第２のカム２３を水平方向に前進・後退させるモーター２８が連結されている。
【００２２】
さらに、ヘッド可動手段５は、基板９とチップ部材１０との接触状態にて自重がゼロまたは極めてゼロに近い状態となるように保持する自重キャンセラーを備えており、該自重キャンセラーは、一端部を支持部材２に固定し、ヘッド可動手段５を吊下げて保持する弾性部材２９であり、弦巻ばねである。さらにまた、ヘッド可動手段５は、支持部材２に設られた、例えばリニアスケール等の位置測定器３０により、その高さ位置を計測できるようになっている。これにより、基板９とチップ部材１０との間隔を計測するものである。
【００２３】
上記加圧ヘッド４の近傍には、押圧手段６が設けられている。この押圧手段６は、加圧ヘッド４に下方に向かう所望の荷重を付与するものであり、支持部材２のガイド部３に上記ヘッド可動手段５とは別個独立して上下動可能に保持され、一端（梁６ｂ）が後述のステージ７の載置部１１（図５参照）下方部まで延設し、その上面に球状の突起部３１を備え、他端（梁６ｃ）が加圧ヘッド４の上方部まで延設し、その端部に加圧ヘッド４を押圧軸３２ａにより下方に所望の荷重で押圧する押圧部３２を備えており、略コ字状に形成されている。そして、上記突起部３１と押圧部３２とで基板９とチップ部材１０とを接触状態に挟持して所望の接触圧を付与するようにしている。さらに、押圧手段６は、その上部に弦巻ばね３３を備え、該弦巻ばね３３の一端を支持部材２に固定して、上記突起部３１をステージ７の載置部１１下面に当接させた状態で上方に付勢されている。なお、上記突起部３１は、図４（ａ）の正面図に示すように、押圧軸６ａの軸線Ｐに対して左右対称の位置に一対設けられており、同図（ｂ）の側面図に示すように、突起部３１の載置部１１に対する作用点が側面視で軸線Ｐと一致するように設けられている。
【００２４】
上記加圧ヘッド４の下方には、ステージ７が設けられている。このステージ７は、基板９を所定位置に載置して保持するものであり、上部に図示省略の吸着手段で基板９を吸着して載置する載置部１１を設け、部架台１の上面に設置されている。載置部１１は、図５に示すように、下方から支持架１１ａ、断熱材１１ｂ、加熱部１１ｃをこの順に積層した構成を有している。また、上記載置部１１は、載置された基板９のアライメントマーク９ａ，９ｂに対応する部位に下面から上面に貫通する一対の覗き孔３４ａ，３４ｂを設けており、該覗き孔３４ａ，３４ｂを通して後述のマーク認識手段８により基板９及びチップ部材１０のアライメントマーク９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂが視認できるようになっている。
【００２５】
またステージ７は、載置部１１の下方でマーク認識手段８との間の間隙部３５を冷却する冷却手段としての送風機構３６をその側壁部に設け、該間隙部３５にエアーを送気または該部分のエアーを吸入できるようにしている。これにより、上記加熱部１１ｃの輻射熱により熱せられた空気の対流でマーク認識手段８に取り込まれる基板９及びチップ部材１０のアライメントマーク９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂ像の揺らぎまたは歪みを防止し、マーク認識手段８におけるマーク認識誤差を抑制するものである。
【００２６】
上記ステージ７の載置部１１の下方で覗き孔３４ａ，３４ｂに対応する部位には、マーク認識手段８が設けられている。このマーク認識手段８は、ステージ７の載置部１１下方に設置され、基板９の下方から該基板９のアライメントマーク９ａ，９ｂと、その背後に所定の距離隔てて位置するチップ部材１０のアライメントマーク１０ａ，１０ｂとを同一視野内に認識できるように所定の被写体深度の撮像レンズを備えたカメラであり、左右一対の覗き孔３４ａ，３４ｂに対応して備えた左用カメラ８ａと右用カメラ８ｂである。
【００２７】
マーク認識手段８は、その下部にＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の位置調整機構３７を備え、基板９のアライメントマーク９ａ，９ｂがレンズ視野の中心部に位置付けられるように調整できるようになっている。なお、マーク認識手段８は、図５に示すように、一対の覗き孔３４ａ，３４ｂに対応させて２台設ける必要はなく、１台を切り換えて使用するようにしてもよい。また、チップ部材１０の下面には、ＤＦＲ（ドライフィルムレジスト）１０ｃが設けられており、基板９とチップ部材１０との密接状態にて加圧ヘッド４の加熱部１８と載置部１１の加熱部１１ｃとを加熱して接合できるようにしている。
【００２８】
そして、上記ボンディング装置の各駆動部及び調整機構には、図１に示すように、制御手段１５が繋がっている。この制御手段１５は、所定のプログラムに基づき各駆動部及び調整機構を適切に制御するものであり、図６に示すように、電源部１５ａと、中央制御部１５ｂと、モータードライバー・位置制御部１５ｃと、画像処理部１５ｄと、その他の制御部１５ｅとから構成されている。
【００２９】
電源部１５ａは、交流電源を直流電源に変換して各制御部に所定の電気を供給するものであり、電源のＯＮ、ＯＦＦスイッチを備えている。また、中央制御部１５ｂは、制御手段１５が司る全ての機能を所定のプログラムに基づいて集中して制御するものであり、電子演算装置からなる。さらに、モータードライバー・位置制御部１５ｃは、中央制御部１５ｂの指示の下にヘッド可動手段５を上下動させるモーター２７，２８、加圧ヘッド４の位置補正機構１６、マーク認識手段８の位置調整機構３７及び押圧手段６の押圧部３２に作用してこれらを適切に駆動する。さらにまた、画像処理部１５ｄは、マーク認識手段８が接続されており、該マーク認識手段８で取り込まれた画像を処理し、基板９のアライメントマーク９ａ，９ｂのマーク認識手段８のレンズ視野中央部からの位置ずれ情報及び基板９のアライメントマーク９ａ，９ｂとチップ部材１０のアライメントマーク１０ａ，１０ｂとの位置ずれ情報を中央制御部１５ｂに伝達する作用をなす。そして、その他の制御部１５ｅは、例えばマーク認識手段８で取り込まれた画像を表示する表示部、基板９のアライメントマーク９ａ，９ｂとチップ部材１０のアライメントマーク１０ａ，１０ｂとの組立て時のずれ量を逐一蓄積する蓄積部、または各種センサー等である。
【００３０】
次に、このように構成されたボンディング装置の動作について図７〜図１５を参照して説明する。ここでは、基板９として、インクジェットプリンターのノズル部材を、またチップ部材１０として、上記ノズル部材に設けられたインク吐出孔に相関する部位に発熱素子を形成したベアチップを例に説明する。ノズル部材は、金属プレートに所定の間隔でアライメントマーク９ａ，９ｂとしての一対の孔部が直径５０μｍ程度の円形に形成されており、該孔部に対して所定の位置に所定のピッチで複数のインク吐出孔が設けられたものである。また、ベアチップは、直径２０μｍ程度の円形のアライメントマーク１０ａ，１０ｂを基準にして上記インク吐出孔に相関する部位に発熱素子を形成したものである。
【００３１】
先ず、図６に示す制御手段１５の電源部１５ａのスイッチがＯＮされると、ボンディング装置が初期状態となり、図７に示すように、加圧ヘッド４が最上部に上昇した状態になる。この場合、図８（ａ）に示すように、偏心回転する第１のカム２１は、最長の回転半径の部位にヘッド可動手段５の第１のアーム２２に設けられたベアリング２５を当接させ、ヘッド可動部５を最上部に押し上げており、このとき、同図（ｂ）に示すように、第２のカム２３とヘッド可動手段５の第２のアーム２４に設けられたベアリング２６とは離れ、同図（ｃ）に示すように、ステージ７の載置部１１と加圧ヘッド４のチップ保持部２０との間隔は最大になっている。なお、図７において、押圧手段６は、説明の便宜から図示省略している。
【００３２】
次に、ノズル部材である基板９がステージ７の載置部１１の所定位置に吸着手段により吸着して載置される。このとき、マーク認識手段８により基板９のアライメントマーク９ａ，９ｂの孔部の画像情報が読み込まれ、この位置情報が図６の制御部１５の画像処理部１５ｄから中央制御部１５ｂに送られ、該中央制御部１５ｂで位置補正量を演算して補正指令を発する。そして、この補正指令に基づいて動作するモータードライバー・位置制御部１５ｃによりマーク認識手段８の位置調整機構３７（図５参照）を駆動し、基板９のアライメントマーク９ａ，９ｂがマーク認識手段８のレンズ視野中心部に位置付けられる。続いて、発熱素子を備えたチップ部材１０が、加圧ヘッド４の下面のチップ保持部２０（図３参照）の所定位置に吸着保持される。
【００３３】
こうして、基板９及びチップ部材１０が所定位置に設置されると、モーター２７が駆動して第１のカム２１が回転する。そして、第１のカム２１の回転に伴って、ベアリング２５が第１のカム２１の外周面２１ａ上を移動する。このとき、第１のカム２１は前述したよう偏心回転するものであるため、ベアリング２５が第１のカム２１に当接する位置は、上述の初期状態における第１のカム２１の最長回転半径の部位から次第にその回転半径を減じるように変化して行く。これにより、ヘッド可動手段５は高さ位置を下げ、加圧ヘッド４に保持されたチップ部材１０を基板９に接近させて行く。そして、マーク認識手段８の被写体深度内でチップ部材１０のアライメントマーク１０ａ，１０ｂが明瞭に認識可能な位置に達したところでヘッド可動手段５は降下を停止する（図９参照）。
【００３４】
図９に示すヘッド可動手段５の降下停止状態においては、図１０（ａ）に示すように、第１のアーム２２のベアリング２５は、第１のカム２１の最小回転半径の位置で第１のカム２１から離れており、同図（ｂ）に示すように、ベアリング２５に替わって、第２のアーム２４のベアリング２６が第２のカム２３の斜面部２３ａに当接してヘッド可動手段５を保持している。こうして、同図（ｃ）に示すように基板９とチップ部材１０とは７０μｍ〜１３０μｍの微小なアライメントギャップを保って対峙することになる。このとき、基板９とチップ部材１０との距離は、位置測定器３０によって計測される（図９参照）。
【００３５】
上述したように、図９に示すヘッド可動手段５の降下停止状態においては、マーク認識手段８により、図５に示す載置部１１に形成された覗き孔３４ａ，３４ｂを通して基板９のアライメントマーク９ａ，９ｂの孔部と、それを通して確認されるチップ部材１０のアライメントマーク１０ａ，１０ｂの双方が認識可能となるため、この状態で、アライメントマーク９ａ，９ｂ及びアライメントマーク１０ａ，１０ｂの位置決めが行われる。このとき、マーク認識手段８で認識されるアライメントマーク９ａと１０ａ、９ｂと１０ｂの画像は、図１１に示すように、例えば左カメラ８ａによる映像３８ａとして、該左カメラ８ａの視野内に上記基板９の一方のアライメントマーク９ａ内にチップ部材１０の一方のアライメントマーク１０ａを導入した状態の画像が得られ、右カメラ８ｂによる映像３８ｂとして、該右カメラ８ｂの視野内に上記基板９の他方のアライメントマーク９ｂ内にチップ部材１０の他方のアライメントマーク１０ｂを導入した状態の画像が得られる。互いにマークの中心位置がずれた状態になっている。なお、アライメントマーク９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂの形状は、図１１に示すような円形状に限られず、四角形または三角形状等であってもよい。また、図９では、図７と同様に押圧手段６を図示省略している。
【００３６】
図１１に示すように、アライメントマーク９ａと１０ａ及び９ｂと１０ｂの画像の中心位置がずれている場合には、マーク認識手段８で取り込まれた画像に基づいて、図６の制御手段１５の画像処理部１５ｄからアライメントマーク９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂの画像情報が中央制御部１５ｂに送られ、該中央制御部１５ｂで上記ずれの補正量が演算されて補正指令が発せられる。この補正指令は、モータードライバー・位置制御部１５ｃに伝えられ、図９に示す加圧ヘッド４の位置補正機構１６を回転及びＸ，Ｙ軸方向に駆動して、両アライメントマーク９ａと１０ａ及び９ｂと１０ｂの画像の中心位置が一致するようにされる。なお、アライメントマーク９ａ，９ｂ間の寸法とアライメントマーク１０ａ，１０ｂ間の寸法とは、マークの加工誤差や基板９とチップ部材１０の熱膨張の差等により、一致しない場合がある。このような場合のアライメントマーク９ａと１０ａ及び９ｂと１０ｂの位置決めは、図１１において基板９のアライメントマーク９ａ，９ｂを結ぶ中心線３９上で二つのアライメントマーク１０ａ，１０ｂが左右対称の位置となるように、チップ部材１０の位置を調整して行われる。
【００３７】
例えば、図１２（ａ）は、アライメントマークの形成誤差等により、基板９のアライメントマーク９ａ，９ｂ間の寸法がチップ部材１０のアライメントマーク１０ａ，１０ｂの寸法よりも大きくなっている場合を示している。この場合は、上記中心線３９上における左カメラ３８ａで撮影された基板９のアライメントマーク９ａとチップ部材１０のアライメントマーク１０ａとの中心ずれ量ｃと、右カメラ３８ｂで撮影された基板９のアライメントマーク９ｂとチップ部材１０のアライメントマーク１０ｂとの中心ずれ量ｄとが等しくなるように、チップ部材１０をＹ方向移動及びθ回転させると共に、Ｘ方向移動させて、チップ部材１０のアライメントマーク１０ａ，１０ｂが左右対称の位置となるように位置調整して両部品を位置決めする。
【００３８】
一方、図１２（ｂ）は、アライメントマークの形成誤差等により、基板９のアライメントマーク９ａ，９ｂ間の寸法がチップ部材１０のアライメントマーク１０ａ，１０ｂの寸法よりも小さくなっている場合を示している。この場合は、上記中心線３９上における左カメラ３８ａで撮影された基板９のアライメントマーク９ａとチップ部材１０のアライメントマーク１０ａとの中心ずれ量ｅと、右カメラ３８ｂで撮影された基板９のアライメントマーク９ｂとチップ部材１０のアライメントマーク１０ｂとの中心ずれ量ｆとが等しくなるように、チップ部材１０をＹ方向移動及びθ回転させると共に、Ｘ方向移動させて、チップ部材１０のアライメントマーク１０ａ，１０ｂが左右対称の位置となるように位置調整して両部品を位置決めする。
【００３９】
このようにして、基板９のアライメントマーク９ａ，９ｂとチップ部材１０のアライメントマーク１０ａ，１０ｂとの位置決めが終了すると、図６の中央制御部１５ｂの指令に基づいて、モータードライバー・位置制御部１５ｃが動作し、図１３に示すモーター２８が駆動されて第２のカム２３が同図中の右方向に移動する。これにより、ベアリング２６が相対的に第２のカム２３の斜面部２３ａ上を左方向に移動する。ここで、斜面部２３ａは、図１３において左方向を低くしてゆるやかに傾斜したものであるため、ベアリング２６の上記相対的な移動に伴って、ヘッド可動部５の高さ位置は、ゆっくりと下降して行く。こうして、加圧ヘッド４の下面に保持されたチップ部材１０が、相対して配置された基板９に対して前述の高精度な位置決め状態を維持して接触することになる。
【００４０】
図１３に示す基板９とチップ部品１０の接触状態においては、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１のカム２１とベアリング２５及び第２のカム２３とベアリング２６は共に離間し、同図（ｃ）に示すように、基板９とチップ部品１０とが加圧ヘッド４を含むヘッド可動手段５の自重で密接することになる。しかし、この場合、ヘッド可動手段５は、図１３に示す弾性部材２９によって支持部材２に吊下げて保持されており、基板９とチップ部品１０の接触状態において自重がゼロまたは極めてゼロに近い状態とされているため、このときの基板９とチップ部材１０との接触圧はゼロまたは極めてゼロに近い状態になる。
【００４１】
次に、押圧手段６により、加圧ヘッド４が所望の荷重で下方に押圧され、基板９とチップ部材１０とが密接される。ここで、押圧手段６で基板９とチップ部材１０とを押圧する押圧原理を、図１５を参照して説明する。基板９とチップ部材１０との接触状態において、同図（ａ）は、荷重付与前の状態であり、押圧手段６は弦巻ばね３３により上方に付勢されて（図１３参照）、梁６ｂの端部に設けられた球状の突起部３１を載置部１１の下面に当接させている。次に、押圧部３２が、図６に示す制御手段１５の中央制御部１５ｂの指令に基づいて動作するモータードライバー・位置制御部１５ｃにより駆動され、同図（ｂ）に示すように、押圧軸３２ａを延ばして加圧ヘッド４の上面を所望の圧力で押圧する。そして、上記突起部３１と押圧軸３２ａとで基板９とチップ部材１０とを接触状態に挟持して所望の接触圧を付与する。このとき、同図（ｃ）に示すように、基板９とチップ部材１０には所望の接触圧が付与されると共に、その圧力の反力が梁６ｂ及び６ｃに作用し、該梁６ｂ，６ｃに対して、これらを押し広げるような、同図中矢印Ｊ，Ｋで示す応力が発生する。したがって、上記突起部３１及び押圧軸３２ａには同図中矢印Ｌ，Ｍのずれの力成分が発生することになる。しかし、この場合、このずれの力Ｌ，Ｍは、突起部３１と載置部１１の下面及び押圧軸３２ａと加圧ヘッド４の上面における滑りにより基板９及びチップ部材１０には作用せず、該基板９とチップ部材１０には垂直方向の荷重Ｎ，Ｏのみが作用することになる。したがって、押圧時に、基板９とチップ部材１０の位置ずれが発生することがない。
【００４２】
その後、基板９及びチップ部材１０とは、押圧されたままで、載置部１１及び調芯機構１７の下面のそれぞれに備えた加熱手段１１ｃ，１８により１１０℃程度に加熱され、チップ部材１０の接合面に設けたＤＦＲ１０ｃを介して接合される。
【００４３】
このように本発明のボンディング装置によれば、基板９とその上方に配置されたチップ部材１０との位置決めは、基板９の下面から該基板９に形成されたアライメントマーク９ａ，９ｂとその背面に視認されるチップ部材１０に形成されたアライメントマーク１０ａ，１０ｂとを、マーク認識手段８によりその被写体深度内で同一視野内に認識して位置決めを行うようにしているので、高精度な位置決めができ、かつ位置決め後のチップ部材１０の移動距離が短くなり、ヘッド可動手段５の機構精度に基づく移動誤差の影響を極力排除して高精度な位置決めが維持できる。
【００４４】
さらに、ノズル部材である基板９とベアチップであるチップ部材１０との密接状態において、加圧ヘッド４を含むヘッド可動手段５の自重がゼロまたは極めてゼロに近い状態にされ、基板９及びチップ部材１０の押圧は、ヘッド可動手段５とは別個独立に設けた押圧手段６により行うようにしているので、押圧による力の横ずれ成分の影響を排除して、基板９及びチップ部材１０に所望の荷重を付与することができる。したがって、基板９及びチップ部材１０とを高精度に組立てることができる。
【００４５】
なお、上記基板９及びチップ部材１０はインクジェットプリンターに適用されるノズル部材及びベアチップに限られず、アライメントマークとしての孔部を形成したプリント基板であっても、または透明な基板であってもよく、チップ部材としては、他の半導体部品等であってもよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、請求項１に係る発明によれば、加圧ヘッドの下面にチップ部材を保持し、ヘッド可動手段で架台上に立設された支持部材の側面に設けられたガイド部に沿って加圧ヘッドを上下動し、マーク認識手段で架台上に設置されたステージの載置部下方から載置部上面に載置された基板と相対するチップ部材とのアライメントマークを同一視野内に認識して位置決めし、上記ガイド部にヘッド可動手段とは別個独立して設けられた押圧手段で加圧ヘッドを下方に向かう所望の荷重で押圧して基板とチップ部材とを組立てることができる。したがって、基板のアライメントマークの背後にチップ部材のアライメントマークを同一視野内に認識して高精度に位置決めすることができる。また、位置決め後のチップ部材の移動距離を短くして、ヘッド可動手段の機構精度に基づく移動誤差の影響を極力排除して高精度な位置決めを維持することができる。さらに、押圧手段による押圧で加圧ヘッドに対して発生する横ずれ成分の影響を排除して基板とチップ部材とを高精度に組立てることができる。
【００４７】
また、請求項２に係る発明によれば、撮像レンズの被写体深度内で所定の距離隔てて位置する基板とチップ部材との双方のアライメントマークを同一視野内に認識することができる。したがって、同一視野内で同時に基板とチップ部材の双方のアライメントマークを認識して位置決めすることにより、該双方のアライメントマークの位置決めを高精度に行うことができる。
【００４８】
さらに、請求項３に係る発明によれば、第１のアームで支持部材に設けた第１の駆動部により加圧ヘッドを粗動下降してチップ部材のアライメントマークがマーク認識手段で認識されるようにし、第２のアームで支持部材に設けた第２の駆動部により加圧ヘッドを微動下降してチップ部材を基板に接触させるようにするこうとができる。したがって、基板とチップ部材との接触時の衝撃を抑制し、位置ずれの発生を防止することができる。
【００４９】
さらにまた、請求項４に係る発明によれば、偏心回転する円板状のカムでその外周面に第１のアームの端部を当接させて駆動することができる。したがって、加圧ヘッドを粗動下降させることができる。
【００５０】
そして、請求項５に係る発明によれば、水平方向に移動する斜面部を備えたカムで該斜面部に第２のアームの端部を当接させて駆動することができる。したがって、加圧ヘッドを微動下降させることができる。
【００５１】
また、請求項６に係る発明によれば、基板とチップ部材との接触状態にて第１及び第２のアームが共に第１及び第２の駆動部から離間させることができる。したがって、加圧ヘッドに対し過度な荷重の付加を防止することができる。
【００５２】
さらに、請求項７に係る発明によれば、自重キャンセラーで基板とチップ部材との接触状態にて自重がゼロまたは極めてゼロに近い状態となるようにすることができる。したがって、基板とチップ部材に対して、所望の接触圧を付与することができる。
【００５３】
そして、請求項８に係る発明によれば、一端部を支持部材に固定した弾性部材でヘッド可動手段を吊下げて保持することができる。したがって、簡単な構成で自重キャンセラ−を構成することができる。
【００５４】
また、請求項９に係る発明によれば、ステージの載置部下方部まで延設する一端の上面に備えられた突起部と、加圧ヘッドの上方部まで延設する他端部に備えられ上記加圧ヘッドを下方に所望の荷重で押圧する押圧部とで基板とチップ部材とを接触状態に挟持することができる。したがって、加圧ヘッドに横ずれの力成分が発生せず基板とチップ部材との高精度な組立てが可能となる。
【００５５】
さらに、請求項１０に係る発明によれば、載置部に設られた下面から上面に貫通する覗き孔で載置部上面に載置された基板のアライメントマーク及びチップ部材のアライメントマークを同一視野内に認識することができる。したがって、上記両アライメントマークを上記覗き孔を通して直接撮影することによりマーク認識手段の画像認識精度が向上し、基板及びチップ部材を高精度に位置決めすることができる。
【００５６】
そして、請求項１１に係る発明によれば、上部に基板を加熱する加熱部を備えているので、基板側から加熱して基板とチップ部材の接合を行うことができる。
【００５７】
また、請求項１２及び１３に係る発明によれば、冷却手段である送風機構でエアーを送気または吸引して載置部下部とマーク認識手段との間の間隙部を冷却することができる。したがって、基板とチップ部材のアライメントマークの画像の揺らぎまたは歪等によるマーク認識手段における認識誤差を抑制し、両アライメントマークの位置決めを高精度に行うことができる。
【００５８】
さらに、請求項１４に係る発明によれば、位置補正機構で下面に保持したチップ部材を、基板と平行する面内でＸ，Ｙ方向及び回転方向に調整することができる。したがって、基板とチップ部材との高精度な位置決め調整をすることができる。
【００５９】
そして、請求項１５に係る発明によれば、下部に備えた加熱部でチップ部材を加熱して基板と接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるボンディング装置の実施の形態を示す概略側面図である。
【図２】位置補正機構を説明する概略斜視図である。
【図３】調芯機構を示す説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は動作説明図である。
【図４】押圧手段における突起部の形成例を示す説明図である。
【図５】ステージ及びマーク認識手段の構成を示す概略断面図である。
【図６】制御手段の構成を示すブロック図である。
【図７】上記ボンディング装置の初期状態を示す説明図である。
【図８】図７の状態における第１及び第２のカムとベアリングまた基板とチップ部材の関係を示す説明図である。
【図９】基板とチップ部材の位置決め時の上記ボンディング装置の動作状態を示す説明図である。
【図１０】図９の状態における第１及び第２のカムとベアリングまた基板とチップ部材の関係を示す説明図である。
【図１１】図９の状態でマーク認識手段のカメラにより同一視野内にとらえたアライメントマークの画像を示す説明図である。
【図１２】上記マーク認識手段のカメラによるアライメントマークの画像を用いてチップ部材を位置調整する状態を示す説明図である。
【図１３】基板及びチップ部材の接合時の上記ボンディング装置の動作状態を示す説明図である。
【図１４】図１３の状態における第１及び第２のカムとベアリングまた基板とチップ部材の関係を示す説明図である。
【図１５】押圧手段で基板とチップ部材とを押圧する押圧原理を示す説明図である。
【図１６】従来のボンディング装置の構成を示す側面図である。
【図１７】図１６の正面図である。
【図１８】従来のボンディング装置のマーク認識手段を示す説明図である。
【図１９】従来のボンディング装置において、押圧手段で基板とチップ部材とを押圧する押圧原理を示す説明図である。
【図２０】従来ボンディング装置における基板及びチップ部材のアライメントマークの位置決めずれの発生例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…架台
２…支持部材
３…ガイド部
４…加圧ヘッド
５…ヘッド可動手段
６…押圧手段
６ｂ，６ｃ…梁
７…ステージ
８…マーク認識手段
９…基板
９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂ…アライメントマーク
１０…チップ部材
１１…載置部
１１ｃ，１８…加熱部
１６…位置補正機構
２１…第１のカム（第１の駆動部）
２１ａ…外周面
２２…第１のアーム
２３…第２のカム（第２の駆動部）
２３ａ…斜面部
２４…第２のアーム
２９…弾性部材
３１…突起部
３２…押圧部
３４…覗き孔
３５…間隙部
３６…送風機構（冷却手段）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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