(57)【要約】【課題】両被接合物間に接着材層が介在する場合にも、被接合物を退避させることなく、場合によっては認識手段の移動も伴うことなく、短時間のうちに容易に精度良く位置合わせ用認識マークの読み取りを可能とし、実装タクトを大幅に短縮することが可能な実装方法および実装装置を提供する。【解決手段】被接合物同士を接合するに際し、被接合物間に接着材層を介在させた状態にて、第１の被接合物に付された位置合わせ用の認識マークを、該第１の被接合物、前記接着材層および第２の被接合物を透過する赤外線を介して認識手段により認識することを特徴とする実装方法、および実装装置。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被接合物同士を接合するに際し、被接合物間に接着材層を介在させた状態にて、第１の被接合物に付された位置合わせ用の認識マークを、該第１の被接合物、前記接着材層および第２の被接合物を透過する赤外線を介して認識手段により認識することを特徴とする実装方法。
【請求項２】
前記認識手段による認識情報に基づいて両被接合物の相対位置関係を所定の精度範囲内にアライメントした後、前記第１の被接合物を前記第２の被接合物に実装する、請求項１の実装方法。
【請求項３】
前記第２の被接合物に付された位置合わせ用の認識マークを、反射光にて前記認識手段により認識し、前記第１の被接合物の認識マークを、前記透過赤外線にて前記認識手段により認識する、請求項１または２の実装方法。
【請求項４】
前記第１の被接合物に対し、前記赤外線回り込み防止用マスクを施す、請求項１〜３のいずれかに記載の実装方法。
【請求項５】
被接合物間に接着材層を介在させて実装し、実装後の精度測定を、前記透過赤外線を介して前記認識手段により行う、請求項１〜４のいずれかに記載の実装方法。
【請求項６】
前記精度測定の結果を統計計算し、前記第１の被接合物と第２の被接合物との実装工程における相対位置調整にフィードバックする、請求項５の実装方法。
【請求項７】
被接合物間に接着材層を介在させた状態にて被接合物同士を接合する実装装置であって、第１の被接合物の保持手段が、該第１の被接合物、前記接着材層および第２の被接合物を透過する赤外線の照射手段を有し、かつ、第２の被接合物の接合面とは反対側に配され、少なくとも前記透過赤外線を介して前記第１の被接合物に付された位置合わせ用の認識マークを認識する認識手段を有することを特徴とする実装装置。
【請求項８】
接着材層を介在させて実装された被接合物同士の実装後の精度を透過赤外線により測定する検査手段を有することを特徴とする実装装置。
【請求項９】
前記検査手段による測定データを、被接合物同士の実装工程における相対位置調整にフィードバックする制御系を有する、請求項８の実装装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被接合物同士の実装方法および実装装置に関し、とくに、被接合物間に接着材層を介在させた状態にて実装する場合に、相対位置合わせのための時間を短縮して実装のタクトの大幅な短縮が可能な実装方法および実装装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被接合物同士の実装、たとえばチップの電極を基板の電極に相対させて実装するフリップチップ実装において、両被接合物間に接着材層（たとえば、異方導電性フィルムや非導電性フィルム、異方導電性ペーストや非導電性ペーストなどの層）を介在させた状態にて実装する場合、とくに位置合わせ用の認識マークの読み取りは次のように行われていた。すなわち、少なくとも一方の被接合物に貼り付けあるいは塗布により接着材層が設けられた状態にてマーク認識が行われるため、たとえば基板側のマークは接着材層よりも外側に設けられ、その基板マークを下方からカメラ等の認識手段により認識した後、基板を退避させ、カメラを水平方向に（チップ実装位置の方向に）移動させ、上方のチップ側に付された認識マークを認識し、両者の相対位置関係を認識するようにしていた。そして、相対位置関係を認識した後、再度基板を挿入し、前記相対位置関係の認識に基づいて位置を補正するように移動してから、チップを基板に実装するようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の実装方法においては、基板マークを認識した後、一旦基板を退避させ、かつ、基板退避後にカメラをチップ側の認識マーク読み取り位置まで移動させ、さらに、基板を再度実装位置に挿入する動作を伴うこととなっていたので、実際に接合を行うまでのアライメントに時間を要し、実装タクトを大幅に短縮することが困難であった。すなわち、一連の動作を順次迅速に行わせたとしても、実装タクトを、たとえば３秒以下にすることは困難であり、その短縮には限界があった。また、実装精度上においても、チップと基板の認識は個別に行われ、基板の出入りも含まれるため、精度上の課題も残されている。
【０００４】
また、実装後に実装精度を確認するためにチップの認識マークの位置を測定しようとする場合、実装位置に存在する接着材が邪魔になり、また、その接着材中の数μｍの導電粒子のため、あるいは実装後に気泡が入っていることがあるので、基板がたとえ光透過可能な材質（たとえば、ガラス基板）からなる場合にあっても、少なくとも画像処理装置では、粒子や気泡がマークの認識を妨げるため正確な認識、測定は困難であった。したがって、実装製品の良否を的確に判断したり、実装位置がずれたもののリペアを容易に行ったり、ずれた実装位置情報のフィードバックによる実装位置の修正を適切に行ったりすることも、極めて困難であった。
【０００５】
そこで本発明の課題は、上記のような従来方法における問題点に着目し、両被接合物間に接着材層が介在する場合にも、被接合物を退避させることなく、場合によっては認識手段の移動も伴うことなく、短時間のうちに容易に精度良く位置合わせ用認識マークの読み取りを可能とし、実装精度を向上するとともに、実装タクトを大幅に短縮することが可能な実装方法および実装装置を提供することにある。
【０００６】
加えて、本発明の課題は、接着材層を介在させて実装した後にも、実装精度を容易に測定可能で、該測定結果に基づいて、実装製品の良否の判断やリペアを容易に行うことを可能ならしめ、かつ、測定情報を実装位置修正情報等として容易にかつ迅速に実装工程にフィードバックすることを可能にする実装方法および実装装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る実装方法は、被接合物同士を接合するに際し、被接合物間に接着材層を介在させた状態にて、第１の被接合物に付された位置合わせ用の認識マークを、該第１の被接合物、前記接着材層および第２の被接合物を透過する赤外線を介して認識手段により認識することを特徴とする方法からなる。使用する赤外線は接着剤を透過するためボイドは画像上に移らなくなり、また、赤外線は波長が長く微小な粒子を回り込むことができるので、該微小粒子も画像上に移らなくなり、所定の認識マークのみを認識することが可能となる。
【０００８】
上記実装方法において、上記第１の被接合物は、例えば、ＩＣチップ、半導体チップ、光素子、表面実装部品、ウエハー、さらには、ガラス基板等に貼り付けられるＴＣＰ（Ｔａｐｅ　Ｃａｒｒｉｅｒ　Ｐａｃｋａｇｅ）やＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ　Ｐｒｉｎｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）など、種類や大きさに関係なく第２の被接合物に実装される全ての形態のものを含む。また、上記第２の被接合物は、例えば、樹脂基板、ガラス基板、フィルム基板、チップ、ウエハーなど種類や大きさに関係なく第１の被接合物と接合させる側の全ての形態のものを含む。さらに、上記接着材層を構成する接着材は、異方導電性フィルムや非導電性フィルム、異方導電性ペーストや非導電性ペーストなど、両被接合物間に貼り付けや塗布により設けられるすべての形態のものを含む。
【０００９】
上記実装方法においては、上記認識手段による認識情報に基づいて両被接合物の相対位置関係を所定の精度範囲内にアライメントした後、上記第１の被接合物を上記第２の被接合物に実装することができる。
【００１０】
また、上記実装方法においては、上記第２の被接合物に付された位置合わせ用の認識マークを、反射光にて認識手段により認識し、第１の被接合物の認識マークを、上記透過赤外線にて認識手段により認識することができる。反射光には、可視光を用いることもできるし、赤外線を用いることもできる。
【００１１】
また、上記第１の被接合物に対しては、光源からの不要な赤外線回り込み防止用マスクを施すことが好ましい。赤外線が回り込むと、ハレーションを起こして精度の良いマーク認識が困難になることがあるが、マスクを施すことにより、このような回り込みを確実に防止できるようになる。マスクは、光源に入れることも可能であるが、第１の被接合物の保持手段に施すことにより、第１の被接合物に近いところでマスクできるのでよりシャープにマスクでき、第１の被接合物のエッジ近傍まで明確に認識できるようになる。ただし、使用する赤外線の波長にもよるが、この第１の被接合物に近いところでのマスクに代えて、あるいはそれと共に、外方から供給する赤外線に対してもマスクを施すことが有効な場合もある。
【００１２】
さらに本発明に係る実装方法においては、被接合物間に接着材層を介在させて実装し、実装後の精度測定を、上記透過赤外線を介して上記認識手段により行うことができる。この実装後の精度測定においては、接着材層が介在した状態で、しかも、接着材層にボイドや微小な粒子が存在していたとしても、透過赤外線によりとくに第１の被接合物の認識マークを読み取ることができるようになり、実装後の精度測定が可能になる。この読み取りは、自動で行わせることもできる。また、この実装後の精度測定の結果を統計計算し、第１の被接合物と第２の被接合物との実装工程における相対位置調整にフィードバックすることもできる。
【００１３】
このような実装後の精度測定は、一連の実装工程における適当なタイミングで、つまり、インラインにて適当なタイミングで行うことができる。たとえば、接着材付与工程後、第１の被接合物を仮圧着した段階で、この読み取り検査を行い、その測定結果に基づき必要に応じてリペアを行った後、本圧着することができる。また、本圧着後に読み取り検査を行い、その測定結果に基づいて実装製品の良否を判断し、判断結果に基づき必要に応じて仮圧着位置の修正を行うようにすることもできる。
【００１４】
本発明に係る実装装置は、被接合物間に接着材層を介在させた状態にて被接合物同士を接合する実装装置であって、第１の被接合物の保持手段が、該第１の被接合物、前記接着材層および第２の被接合物を透過する赤外線の照射手段を有し、かつ、第２の被接合物の接合面とは反対側に配され、少なくとも前記透過赤外線を介して前記第１の被接合物に付された位置合わせ用の認識マークを認識する認識手段を有することを特徴とするものからなる。このような認識機構においては、第２の被接合物側（認識手段側）からの赤外線の反射光で第１の被接合物の認識マークを読み取ることも可能であるが、赤外線の中には可視光も含まれ、また、認識手段で可視光範囲も認識されて、ボイド等が画像に残る場合があるため、本発明のように第１の被接合物側から赤外線を透過させるのが好ましいのである。
【００１５】
また、本発明に係る実装装置は、接着材層を介在させて実装された被接合物同士の実装後の（たとえば、本圧着後の）精度を透過赤外線により測定する検査手段を有することを特徴とするものからなる。この実装装置においては、上記検査手段による測定データを、被接合物同士の実装工程における相対位置調整に（たとえば、仮圧着工程における相対位置調整に）フィードバックする制御系を有することが好ましい。
【００１６】
上記のような本発明に係る実装方法および実装装置においては、間に接着材層が介在する状態にて、第１の被接合物に付された位置合わせ用の認識マークを、該第１の被接合物、接着材層および第２の被接合物を透過する赤外線を介して認識手段により認識することができるので、第１の被接合物の認識マークを読み取る際に第２の被接合物を退避させる必要がなくなり、それだけアライメントに要する時間を短縮でき、実装タクトを短縮できる。また、たとえば第２の被接合物の認識マークが金属で形成されていれば、この第２の被接合物の認識マークも透過赤外線で同じ認識手段で認識することが可能であるので、１視野内に第１の被接合物の認識マークと第２の被接合物の認識マークが納まる条件では、認識手段の移動を行うことなく両マークを同時に読み取ることが可能になる。したがって、このような条件では、第２の被接合物を退避させる必要がないとともに、認識手段を移動させる必要もなくなり、さらにアライメントに要する時間を短縮でき、実装タクトをさらに大幅に短縮することが可能となる。たとえば、従来の実装タクト３秒／チップを、約１．８秒／チップ程度にまで短縮することが可能となる。また、両マークを同時認識することにより、従来の±５μｍの実装精度が±３μｍ以下へとアップした。
【００１７】
また、本発明に係る実装方法および実装装置においては、被接合物間に接着材層を介在させて実装し、実装後の精度測定を、上記透過赤外線を介して認識手段により問題なく行うことも可能となるので、従来実質的に行うことができなかった実装後の精度測定を適切に行うことが可能になる。したがって、この精度測定結果に基づいて、実装製品の良否を容易に判断することができ、また、測定結果を仮圧着工程等にフィードバックすれば、両被接合物の相対位置のずれを適切に修正することができ、不良品の発生を抑えることが可能になり、生産性を大幅に高めることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１および図２は、本発明の一実施態様に係る実装装置１を示しており、本実施態様では、第１の被接合物としてのチップ２を、下方に配された第２の被接合物としてのガラス基板３に、位置合わせした後接合により実装する装置に構成されている。
【００１９】
チップ２の電極４側の面には、位置合わせ用の認識マーク５が付されており、基板３にも電極６側の面あるいはその反対面に位置合わせ用の認識マーク７が付されている。これら両認識マーク５、７が認識手段８によって認識され、該認識位置情報に基づいて、チップ２と基板３の相対位置を所定の精度範囲内に調整するアライメントが行われる。
【００２０】
チップ２は、その上面側から、チップ保持手段９に、たとえば吸着により保持される。ただしこのチップ２の保持は、吸着だけでなく、静電気による保持や磁石や磁場などによる磁気保持、複数の可動ツメによってチップを挟む機械的手段、単数の可動ツメによってチップを押さえる手段など、どのような手段であってもよい。また、チップ保持手段９にはヒータが内蔵されていてもよい。なお、本実施態様ではチップ保持手段９側の位置制御は上下方向（Ｚ方向）のみとしているが、回転方向θや平行移動方向Ｘ、Ｙにも位置制御できるようにしてもよい。
【００２１】
ガラス基板３は、その下面側から、基板保持手段１０によって保持される。基板保持手段１０は、本実施態様では、基板保持台１１と、門型透視台１２とを備え、ガラス基板３は、両台１１、１２にわたって保持されるようになっている。これら両台１１、１２は、可動テーブル１３上に設けられており、該可動テーブル１３は、本実施態様では、回転方向θに位置制御可能な回転テーブルと平行移動方向Ｘ、Ｙに位置制御可能な平行移動テーブルとで構成されている。ただしこの構成は、ヘッド側に回転方向θに調整可能な機能を持たせる構成等の、あらゆる軸構成の採用が可能である。
【００２２】
本実施態様では、門型透視台１２上に保持された基板部分の上面に、チップ２が実装されるようになっており、この部分に前記基板側の認識マーク７が付されている。また、必要に応じて、この部分に複数のチップ２が実装される。門型透視台１２には、スロット状に透視開口１４が開設されており、透視開口１４を通して、下方からガラス基板３に付された認識マーク７を認識できるようになっている。この門型透視台１２の開口部については、ガラス部材を設けこの部分でも基板をバックアップできる構成としてもよい。
【００２３】
門型透視台１２内の上記透視開口１４の下方には、認識手段が進退可能に配置される。この認識手段８は、少なくとも赤外線を検出可能な認識手段、たとえば赤外線カメラから構成され、本実施態様では、Ｘ、ＹまたはＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動制御可能に設けられている。本実施態様では、ガラス基板３上に予め接着材層１５（たとえば、異方導電性フィルムや非導電性フィルム、異方導電性ペーストや非導電性ペーストなどの層）が貼り付けあるいは塗布によって設けられ、上記認識手段８により、チップ２、接着材層１５、基板３を透過されてくる赤外線を介してチップ２の認識マーク５が認識されるようになっている。
【００２４】
この赤外線は、チップ保持手段側に設けられた光源１６から照射される。本実施態様では、図２に示すように、光源１６からの赤外線が、チップ保持手段９内に設けられたプリズム１７で方向変換された後、下方に向けて照射されるようになっている。ただしこの赤外線照射に関しては、直接、上方から赤外線を照射する照射手段を有する構成等、上部から赤外線が照射される構成であれば、いかなる構成であってもよい。
【００２５】
基板３側の認識マーク７も認識手段８によって認識されるが、この認識は、マーク７からの反射光を読み取ることによって行うことができる。あるいは、基板３側の認識マーク７が、ＡｌやＣｒなどの金属で形成されている場合には、上記同様、上方からの透過赤外線を介して読み取ることもできる。
【００２６】
また、基板３側の認識マーク７とチップ実装位置（つまり、チップ２側の認識マーク５の位置）が離れている場合には、各マーク読み取りのために認識手段８を移動させる必要があるが、両マークが認識手段８の１視野内に存在する場合には、両マークの同時読み取りが可能である。この場合には、たとえば図３に示すように、同時に読み取る基板マーク２１とチップマーク２２との相対位置精度を認識すればよい。とくに両マークをともに透過赤外線を介して読み取る場合に有効である。
【００２７】
さらに、とくにチップ２側の認識マーク５を透過赤外線を介して読み取る場合の赤外線の回り込みを防止するために、図４に示すように適当なマスク２３を施しておくと、赤外線回り込みによるハレーション（コントラスト低下、ノイズ増加などの画質低下）を防止でき、チップ２のエッジ近傍まで問題なく鮮明に読み取ることができる。このマスクについては、ハレーション防止の点からは極力チップ２に近い位置に設けることが好ましいが、たとえば図５に示すように、より光源１６に近い位置にマスク２４を施すことも可能である。
【００２８】
このように構成された実装装置１を用いて実施する、本発明に係る実装方法においては、基板３に接着材層１５が設けられた状態にて、チップ２側の認識マーク５が、チップ２、接着材層１５、基板３を透過される赤外線を介して認識されるので、基板３側の認識マーク７を認識した後基板３を退避させなくても、チップマーク５を認識手段８で認識することが可能となる。また、基板３側の認識マーク７も透過赤外線を介して同時に１視野内にて読み取る場合には、認識手段８をチップマーク５認識位置まで移動させる必要もなくなる。したがって、従来必要であった基板３の退避、さらには、認識手段８の移動を不要化でき、アライメントに要する時間が大幅に短縮され、実装タクトが大幅に短縮される。短縮効果は、前述の如く、たとえば従来の３秒／チップが１．８秒／チップ程度にまで大幅に短縮される。また、両マークを同時認識することにより、従来の±５μｍの実装精度が±３μｍにアップした。
【００２９】
また、図６に示すように、実装後における実装精度についても、接着材層１５を介在させたまま読み取り、測定することが可能であるので、その測定結果に基づいて、必要に応じてリペアを行うことが可能となる。また、測定結果から、実装製品の良否を即座に判断することも可能である。さらに、たとえば測定結果を統計的に処理、計算し、その結果をフィードバックすることにより、必要に応じてチップ実装位置を修正したりすることもできる。実装精度の測定は、仮圧着段階で行うこともできるし、本圧着後に行うこともできる。仮圧着段階で行うと、とくにリペアを容易にかつ適切に行うことができ、本圧着後に行うと、実装製品の良否判断や、実装精度のフィードバックを的確に行うことが可能になる。
【００３０】
さらに前述の如く赤外線回り込みによるハレーション防止のためのマスクを施しておけば、マーク認識をより容易にかつ高精度で行うことが可能になり、アライメント精度、実装精度の向上にも寄与できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る実装方法および実装装置によれば、被接合物間に接着材層を介在させた状態にて、第１の被接合物に付された位置合わせ用の認識マークを、透過赤外線を介して認識するようにしたので、第２の被接合物を退避させることなく、場合によっては認識手段の移動も伴うことなく、短時間のうちに容易に精度良く位置合わせ用認識マークを読み取ることができ、実装タクトを大幅に短縮することができる。また、両マークを同時認識することにより、実装精度の向上が可能となる。
【００３２】
また、接着材層を介在させて実装した後にも実装精度を容易に測定でき、該測定結果に基づいて、実装製品の良否の判断やリペアを容易に行うことができ、かつ、測定情報を実装位置修正情報等として容易にかつ迅速に実装工程にフィードバックして所望の生産の継続、さらには生産性の向上をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る実装装置の概略斜視図である。
【図２】図１の装置の縦断面図である。
【図３】両被接合物の認識マークを同時認識する場合の一例を示す該認識マークの平面図である。
【図４】マスク設置の一例を示す部分縦断面図である。
【図５】マスク設置の別の例を示す部分縦断面図である。
【図６】実装後の実装精度測定状態の一例を示す部分縦断面図である。
【符号の説明】
１　実装装置
２　チップ
３　基板
４　チップの電極
５　チップの位置合わせ用認識マーク
６　基板の電極
７　基板の位置合わせ用認識マーク
８　認識手段
９　チップ保持手段
１０　基板保持手段
１１　基板保持台
１２　門型透視台
１３　可動テーブル
１４　透視開口
１５　接着材層
１６　赤外線の光源
１７　プリズム
２１　基板マーク
２２　チップマーク
２３、２４　マスク
【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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