(57)【要約】【課題】チップボンディング装置において、接合面の平行度の調整を短時間で正確に行えるようにする。【解決手段】チップを保持する接合ツールと、回路基板を保持するワークステージと、前記チップと前記回路基板との対向する両面の画像を取得する撮像手段と、前記対向する両面に向かって斜め方向から光を照射する光照射手段と、前記対向する両面の相対的角度を調整する平行度調整手段とを備え、前記光照射手段によって示されたマーキングポイントを位置合わせ用映像取得用のカメラでとらえ、平行度調整することを特徴とするチップボンディング装置。【選択図】          図１
2004207569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップを保持する接合ツールと、回路基板を保持するワークステージを備え、前記チップの電極と前記回路基板の電極とを対向させて接合するチップボンディング装置において、
前記チップと前記回路基板との対向する両面の映像を取得する撮像手段と、
前記対向する両面に向かって斜め方向から光を照射する光照射手段と、
前記対向する両面の相対的位置を調整する位置合わせ手段と、
前記対向する両面の相対的角度を調整する平行度調整手段と
を備えたことを特徴とするチップボンディング装置。
【請求項２】
前記撮像手段が、前記対向する両面の間隙に退避可能に位置する上下２視野カメラであることを特徴とする請求項１に記載のチップボンディング装置。
【請求項３】
前記光照射手段が、前記撮像手段に固定配置され撮像手段と共に移動することを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のチップボンディング装置。
【請求項４】
前記光照射手段がレーザ光照射手段であることを特徴とする請求項３に記載のチップボンディング装置。
【請求項５】
前記位置合わせ手段が、前記接合ツール又は／及び前記ワークステージに備わり、指示された位置合わせ量に基づいて駆動する駆動機構であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のチップボンディング装置。
【請求項６】
前記平行度調整手段が、前記接合ツール又は／及び前記ワークステージに備わり、指示された角度合わせ量に基づいて駆動する駆動機構であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のチップボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
ＩＣチップ等のベアチップを回路基板に実装する場合に、チップの電極面と回路基板の電極面を対向させて挟持しフェイスダウンボンディングするチップボンディング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、モバイル情報通信関連商品等においては、回路実装基板のよりいっそうの小型、軽量、高周波化による高性能化と、コストダウンとが切望されている。そのため、チップと回路基板の直接実装が可能なフェイスダウンボンディングが有効となる。このフェイスダウンボンディングは伝送経路の短縮によるディレイの減少と耐ノイズ性の強化、さらには高密度接続や短時間接合等の特徴があり、ますます注目を集めている。
【０００３】
ここで従来のチップボンディング装置を図５に基づいて説明する。図５は従来からあるチップボンディング装置を示す側面図である。ここで５１はチップ、５２はチップ５１の電極、５３は回路基板、５４は回路基板５３の電極、５５は接合ツール、５６はワークステージ、５７は加圧手段、５８は平行度調整手段、５９は超音波振動発生手段、６０は上下２視野カメラ、６１は位置合わせ手段である。
【０００４】
接合作業は、まず回路基板５３が電極５４を上向きにしてワークステージ５６上に載置される。またチップ５１が接合ツール５５により電極５２を下向きにして保持される。この保持は例えば吸着孔５５Ａに発生させた空気の負圧により行われる。
【０００５】
次に矢印アの方向に移動可能な上下２視野カメラ６０が点線イの位置に移動し、カメラ６０Ａはハーフミラー６０Ｃの反射により得られるチップ５１の下面の映像と、ハーフミラー６０Ｃに反射してから全反射ミラー６０Ｄに反射しさらにハーフミラー６０Ｃを透過して得られる回路基板５３の上面の映像とを取得する。
【０００６】
６０Ｂは、ハーフミラー６０Ｃ、全反射ミラー６０Ｄ、その他図示しない上下切換可能な照明光源を備え、カメラ６０Ａに連設された上下２視野鏡筒である。
【０００７】
ここで得られた両映像の情報（配線パターンや位置決め用パッド）を画像処理してずれ量を演算し、このずれ量に応じた量だけ位置合わせ手段６１を駆動することで、１回の接合作業毎に位置合わせを行う。
【０００８】
このように位置合わせされた状態で、チップ５１を保持した接合ツール５５を加圧手段５７が下降させる。これによりチップ５１が下降し、チップ５１の電極５２と回路基板５３の電極５４との接合が行われる。
【０００９】
接合は、接合面に熱を付与しながら押圧する熱圧着、押圧しながら超音波振動発生手段５９により超音波振動を付与する超音波接合、接合面に異方性導電フィルムを介在させて押圧するＡＣＦ接合、あるいはこれらの組合せが広く実施されている。
【００１０】
このような接合において複数の電極５２と複数の電極５４に均等な押圧力が加わるのが好ましいことは言うまでもない。このためにはチップ５１の下面と回路基板５３の上面とが平行である必要がある。
【００１１】
そこで従来は接合作業の前、つまりチップ５１と回路基板５３とがない状態で接合ツール５５を下降させ、接合ツール５５の吸着面とワークステージ５６の上面とのあいだに感圧紙やシート状圧力センサを介在させて押圧し、次に接合ツール５５を上昇させたのち感圧紙やシート状圧力センサによって得られた圧力の偏り情報に基づいて平行度調整手段５８を調整する。
【００１２】
平行度調整手段５８は、ほぼ中心に支柱５８Ａを介在させた２枚の板状部材で構成されており、この２枚の板状部材は周辺近傍の３ヶ所以上の位置で板状部材どうしに間隙を設けたまま螺設されたねじ部材５８Ｂで固定されている。
【００１３】
前述した圧力の偏り情報に基づいて個々のねじ部材５８Ｂを適宜調整することで前記２枚の板状部材の相対的角度が変化し、接合ツール５５の吸着面とワークステージ５６の上面との平行度を調整することができる。
【００１４】
ここでネジ部材５８Ｂの代わりにマイクロメータを使用すればより精密な調整が可能となる他、平行度調整の機構的手段として種々の手段が考えられることは言うまでもない。
【００１５】
この従来技術の欠点としては、接合ツール５５の吸着面とワークステージ５６の上面との平行度を調整するだけなのでワーク（チップ５１や回路基板５３）の厚さが均一でないときにはこれに対応できないこと、平行度調整に手間がかかるので接合の実作業のなかで頻繁に調整することができないこと等が挙げられる。
【００１６】
これに対して特許文献１には、チップと回路基板を夫々接合ツールとワークステージで保持した後に両者の表面間距離を数箇所計測し、平行度を調整する技術が開示されている。
【００１７】
図６に特許文献１が開示したチップボンディング装置を示す。図６（ａ）はチップボンディング装置の側面図、図６（ｂ）は距離測定部の構成図である。ここで７１はチップ、７２は回路基板、７３は接合ツール、７４はワークステージ、７５は距離測定部、７６は距離測定部移動用のＸＹステージ、７７は接合ツール７３の角度を調整する２軸ゴニオステージ、７８はワークステージ移動用のＸＹステージ、７５Ａと７５Ｂはレーザ光発受光部、７５Ｃと７５Ｄは反射鏡である。
【００１８】
この従来技術では、距離測定部７５が点線で示すようにチップ７１と回路基板７２のあいだに移動し、チップ７１と回路基板７２の表面間の距離を数箇所計測する。
【００１９】
計測は図６（ｂ）で示すように、レーザ光発受光部７５Ａと光軸の角度を９０度変える反射鏡７５Ｃとによってチップ７１の表面までの距離を計測する。また、レーザ光発受光部７５Ｂと反射鏡７５Ｄとによって回路基板７２の表面までの距離を計測する。ここでレーザ光はレーザ光発受光部７５Ａ、７５Ｂから発射され対象物で反射した後同じ光軸経路を辿ってレーザ光発受光部に戻る。
【００２０】
レーザ光の発受光による具体的距離測定方法はここでは開示されていないので、公知の技術により実施される。そしてこのような距離測定がチップ７１表面と回路基板７２表面の夫々で数箇所行われ、両表面の傾きが演算される。
【００２１】
次に前記演算の結果取得した傾き量に基づいて２軸ゴニオステージ７７にある駆動モータ７７Ａ、７７Ｂを駆動し角度を補正する。またこの距離測定と補正は、所定の角度範囲内に収まるまで繰り返される。
【００２２】
ここで述べた一連の調整動作はチップ７１と回路基板７２の両表面の平行度調整のみであるが、この調整動作の前に図示しない撮像装置により前記両表面の画像を取得し、画像処理により接合する電極の位置ずれ量を求め、この位置ずれ量に基づいてワークステージ移動用のＸＹステージ７８を駆動して位置合わせを行っている。
【００２３】
【特許文献１】特開２０００−１２６２３号公報
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
このように特許文献１が開示する技術を使用した場合、直接チップ７１と回路基板７２との距離を計測して平行度を調整するので、ワークの厚さが均一でないときにもこれに対応できる。また、計測結果に基づいて駆動モータ７７Ａ、７７Ｂが調整動作を行うので人手間がかからない。
【００２５】
しかしながらこの技術では、ワークを保持してから接合動作に入るまでに位置合わせ動作と平行度調整動作を順に行わなければならない。ここで動作と表現したのは位置合わせと平行度調整が共に機械的動作を伴うからである。
【００２６】
具体的には位置合わせためには、チップ７１の表面と回路基板７２表面との画像を取得するのに図示しないカメラあるいは接合ツール７３若しくはワークステージ７４が移動する必要があり、平行度調整のためにも距離測定部７５が移動しなければならない。
【００２７】
したがってワークごとの位置合わせと平行度調整動作に時間がかかり、接合作業全体の効率が悪くなる。このことは大量生産になるほど大きな問題となる。
【００２８】
また、距離測定部７５にあるレーザ光発受光部７５Ａ、７５Ｂで精度の高い距離情報を得るには光ヘテロダイン干渉法等を利用する必要があり、距離測定装置が大掛りになることは避けられない。
【００２９】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、平行度調整のためだけにセンサを大きく移動させたりすることなく接合作業の時間を節約し、また大掛りな装置を必要とせずに距離測定を実現することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明は第１の態様として、チップを保持する接合ツールと、回路基板を保持するワークステージを備え、前記チップの電極と前記回路基板の電極とを対向させて接合するチップボンディング装置において、前記チップと前記回路基板との対向する両面の映像を取得する撮像手段と、前記対向する両面に向かって斜め方向から光を照射する光照射手段と、前記対向する両面の相対的位置を調整する位置合わせ手段と、前記対向する両面の相対的角度を調整する平行度調整手段とを備えたことを特徴とするチップボンディング装置を提供する。
【００３１】
また第２の態様として、前記撮像手段が、前記対向する両面の間隙に退避可能に位置する上下２視野カメラであることを特徴とする第１の態様として記載のチップボンディング装置を提供する。
【００３２】
また第３の態様として、前記光照射手段が、前記撮像手段に固定配置され撮像手段と共に移動することを特徴とする第１あるいは第２の態様として記載のチップボンディング装置を提供する。
【００３３】
また第４の態様として、前記光照射手段がレーザ光照射手段であることを特徴とする第３の態様として記載のチップボンディング装置を提供する。
【００３４】
さらに第５の態様として、前記位置合わせ手段が、前記接合ツール又は／及び前記ワークステージに備わり、指示された位置合わせ量に基づいて駆動する駆動機構であることを特徴とする第１から第４のいずれかの態様として記載のチップボンディング装置を提供する。
【００３５】
加えて第６の態様として、前記平行度調整手段が、前記接合ツール又は／及び前記ワークステージに備わり、指示された角度合わせ量に基づいて駆動する駆動機構であることを特徴とする第１から第５のいずれかの態様として記載のチップボンディング装置を提供する。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の１実施形態を示すチップボンディング装置の側面図である。図１において１はチップ、２は回路基板、３はチップ１を保持する接合ツール、４は回路基板２を載置するワークステージ、５は平行度調整手段、６は位置合わせ手段、７は加圧手段、８は上下２視野カメラ、９及び１０は光照射手段である。
【００３７】
まず図１において、接合物であるチップ１は接合ツール３に保持され、被接合物である回路基板２はワークステージ４に載置されている。ここでチップ１や回路基板２は例えば真空吸着作用等により位置ずれしないように保持される。
【００３８】
また接合に適した温度を得るために、接合ツール３又は／及びワークステージ４にヒータを備える場合もある。
次に矢印ウの方向に移動可能な上下２視野カメラ８をチップ１と回路基板２との間隙に位置させる。（点線エで示す）
【００３９】
ここでチップ１と回路基板２と上下２視野カメラ８との関係を図２に基づいて説明する。図２において８Ａはカメラ、８Ｂは上下２視野鏡筒、８Ｃはハーフミラー、８Ｄは全反射ミラーであり、その他図１と同一の構成品には同一の符号が付してある。
【００４０】
カメラ８Ａは上下２視野鏡筒８Ｂ内にあるハーフミラー８Ｃの反射によりチップ１の下面の映像を取得し、また同時にハーフミラー８Ｃに反射してから全反射ミラー８Ｄに反射しさらにハーフミラー８Ｃを透過した回路基板２の上面の画像を取得する。
【００４１】
またこの両映像は重ね合わせた映像として同時に取得することもできるが、図示しない上下切換可能な照明を切換えることにより夫々単独の映像として取得することができ、その切換は電気的に瞬時に切換え可能なものである。
【００４２】
こうして得られた映像と予め記憶しているパターンの特徴形状との位置ずれ量を演算し、このずれ量に基づいて図１で示すワークステージ駆動テーブル６にある駆動モータ６Ａ、６Ｂが駆動され、位置合わせが行われる。
【００４３】
次に図２で示すように光照射手段９がチップ１の下面，光照射手段１０が回路基板２の上面に向かって夫々斜めの方向からレーザ光を照射する。そしてチップ１と回路基板２との表面に現れるレーザ光によるマーキングポイントは、前述したカメラ８Ａによって取得される映像に現れる。
【００４４】
ここで光照射手段９、１０は上下２視野鏡筒８Ｂに位置及び角度を固定して連設されており、なお且つチップ１及び回路基板２の表面に向かって斜め方向からレーザ光を照射するので、カメラ８Ａによって取得される映像視野内のレーザ光によるマーキングポイントの位置は上下２視野鏡筒８Ｂとチップ１あるいは回路基板２との距離に依存する。
【００４５】
したがってカメラ８Ａの視野におけるマーキングポイント位置を取得し演算することで、上下２視野鏡筒８Ｂとチップ１との距離、上下２視野鏡筒８Ｂと回路基板２との距離が取得できる。
【００４６】
具体的には図３に示す距離Ｘの場合は、カメラ８Ａが取得する映像は図４に示すように視野１１内のマーキングポイント１３の位置を示し、図３に示す距離Ｙの場合は、カメラ８Ａが取得する映像は図４に示すように視野１４内のマーキングポイント１５の位置を示す。ここで１２はパターンの映像である。またここではチップ１表面の映像のみ説明したが、回路基板２表面の映像も同様である。
【００４７】
このような計測を同一平面内で少なくとも３ヶ所取得すれば計測面の傾斜角度を演算することができるので、チップ１と回路基板２との表面どうしの傾斜角度が算出できる。この傾斜角度を角度合わせ量とし、これに基づき図１で示す角度調整手段５を駆動する。
【００４８】
角度調整手段５には駆動モータ５Ａ、５Ｂが備わっており、前記角度合わせ量に基づいて駆動することによりチップ１の表面を回路基板２の表面に対して平行に調整することができる。またこのとき角度調整手段５として、接合ツール３の下端を回転の中心にして面角度を変更するような２軸ゴニオステージを用いれば、位置ずれすることなく角度調整が実現できる。
【００４９】
このようにして位置合わせと平行度調整が成されたら、上下２視野カメラ８をチップ１と回路基板２との間隙から退避させ、加圧手段７によって接合ツール３を下降させることでチップ１と回路基板２との接合が行われる。
【００５０】
ここまで説明した実施の形態では光照射手段から出射される光がレーザ光であったが、レーザ光に限らずともカメラ８Ａが光照射された位置を認識できるものであればよい。また、本実施の形態ではマーキングポイント１３、１５の形状を点で表現してあったが、これが楕円であっても画像処理で中心位置を演算すればよいし、同様にこの形状が多角形であっても線であってもよい。
【００５１】
また本実施の形態では位置合わせ手段６がワークステージ４を移動させるようになっているが、目的はチップ１と回路基板２との相対的位置を合わせることなので、位置合わせ手段が接合ツール３を移動させるようにしてもよい。
同様に本実施の形態では平行度調整手段５が接合ツール３の傾きを変えるようになっているが、ワークステージ４の傾きを変えるようにしてもよい。
【００５２】
また上下２視野カメラは上下の映像が取得できればよいので、具体的な光合成手段は本実施形態に限定するものではない。
【００５３】
さらに本実施の形態では位置合わせを行ったあと平行度調整を行っているが、必ずしもこの順序である必要はない。したがって最後に位置合わせが行われる場合は、必ずしも平行度調整手段として、調整しても位置ずれのない２軸ゴニオステージを選択する必要はない。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、位置合わせと平行度調整の切換に機械的動作が必要なく、電気的に瞬時に切換可能となるので、接合作業の時間短縮になり大量生産に好適なボンディング装置が得られる。
【００５５】
また上下２視野カメラが同一地点で上下両方の距離を計測するので、実質チップと回路基板との距離を計測することとなり、上下２視野カメラ自体の上下位置の誤差がキャンセルされる。したがって上下２視野カメラの上下位置の精度にかかわらず高精度な平行度調整が実現できる。
【００５６】
さらに本発明によれば位置合わせ用の映像を取得するカメラで平行度の情報も取得するので、装置が大掛りにならず装置の製造コストも低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態を示すチップボンディング装置の側面図
【図２】図１で示す実施形態の要部拡大図
【図３】図１で示す実施形態の距離測定の原理を示す側面図
【図４】図３の方法で取得した映像の模式図
【図５】従来の技術を示す側面図
【図６】他の従来技術を示す側面図
【符号の説明】
１  チップ
２  回路基板
３  接合ツール
４  ワークステージ
５  平行度調整手段
６  位置合わせ手段
７  加圧手段
８  上下２視野カメラ
９、１０  光照射手段
【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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