(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハシートに貼着された電子部品を単位移載ヘッドを複数備えた多連型の移載ヘッドによって取り出して基板位置決め部の基板に実装する電子部品実装装置であって、前記電子部品をウェハシートとともに保持するウェハ保持部と、このウェハ保持部に保持された電子部品を電子部品の能動面側から撮像する部品認識カメラと、この部品認識カメラをウェハ保持部上で移動させるカメラ移動手段と、部品認識カメラの撮像結果を認識することにより電子部品の外形位置および電子部品の能動面位置の位置ずれ量を検出する第１の認識部と、前記ウェハ保持部から前記基板位置決め部へ前記移載ヘッドを移動させる移載ヘッド駆動機構と、前記ウェハ保持部と前記基板位置決め部の間であって前記移載ヘッド移動機構によって前記ウェハ保持部から基板位置決め部ヘ移動する移載ヘッドの移動経路に配置され、前記移載ヘッドに前記能動面側を保持された電子部品を裏面側から撮像するラインカメラと、ラインカメラの撮像結果を認識することにより電子部品の外形位置を検出する第２の認識部と、前記第１の認識部で検出した前記位置ずれ量と第２の認識部で認識した電子部品の外形位置とに基づいて前記移載ヘッド駆動機構を制御することにより、前記能動面を基板の実装位置に位置合わせして実装する制御部とを備えたことを特徴とする電子部品実装装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェハシートに貼着された状態の半導体チップなど電子部品を基板に実装する電子部品実装装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程において、半導体チップは多数の個片チップより成るウェハから切り出され、切り出された個片の半導体チップはウェハシートから剥ぎ取られてピックアップされる。このピックアップ工程では、ウェハシートの上方に配置されたカメラによって各半導体素子を認識することにより各半導体の位置が検出される。そして半導体素子を移載ヘッドによって取り出して基板に搭載する際には、この位置検出結果に基づいて移載ヘッドの位置合わせを行うようにしていた。
【０００３】
ところで、半導体チップの外形の中心と回路パターンなどの能動面の中心とは、半導体ウェハを個片に切断するダイシング時の位置誤差などの要因によって必ずしも一致せず、位置ずれを生じている場合がある。基板上における半導体素子の実装位置精度は能動面が基準となるため、前述の半導体素子の位置認識の際には能動面の位置を検出して機能上の素子中心位置を求め、この素子中心位置をねらって移載ヘッドの吸着ノズルを位置合わせすることが望ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、吸着ノズルによって半導体素子の上面を真空吸着し取り出すピックアップ動作時には、吸着ノズルに対して半導体素子の位置ずれが生じ易く、検出された素子中心位置をねらって吸着ノズルを位置合わせしても、ピックアップ後においては半導体素子が位置ずれ状態となる場合が多い。そしてピックアップ後には半導体素子の能動面は吸着ノズルによって隠された状態になることから、素子中心位置を改めて検出することができない。このため従来の電子部品実装装置においては、半導体素子などの電子部品の外形と回路パターンなどの能動面との相対位置が位置ずれを生じている場合には、この位置ずれがそのまま実装位置精度を低下させる要因となっていた。
【０００５】
そこで本発明は、電子部品の外形と能動面との相対位置が位置ずれを生じている場合においても、正しい実装位置精度を確保することができる電子部品実装装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電子部品実装装置は、ウェハシートに貼着された電子部品を単位移載ヘッドを複数備えた多連型の移載ヘッドによって取り出して基板位置決め部の基板に実装する電子部品実装装置であって、前記電子部品をウェハシートとともに保持するウェハ保持部と、このウェハ保持部に保持された電子部品を電子部品の能動面側から撮像する部品認識カメラと、この部品認識カメラをウェハ保持部上で移動させるカメラ移動手段と、部品認識カメラの撮像結果を認識することにより電子部品の外形位置および電子部品の能動面位置の位置ずれ量を検出する第１の認識部と、前記ウェハ保持部から前記基板位置決め部へ前記移載ヘッドを移動させる移載ヘッド駆動機構と、前記移載ヘッド移動機構によって前記ウェハ保持部から基板位置決め部ヘ移動する移載ヘッドの移動経路に配置され、前記移載ヘッドに前記能動面側を保持された電子部品を裏面側から撮像するラインカメラと、ラインカメラの撮像結果を認識することにより電子部品の外形位置を検出する第２の認識部と、前記第１の認識部で検出した前記位置ずれ量と第２の認識部で認識した電子部品の外形位置とに基づいて前記移載ヘッド駆動機構を制御することにより、前記能動面を基板の実装位置に位置合わせして実装する制御部とを備えた。
【０００８】
本発明によれば、ウェハ保持部で電子部品を撮像して電子部品の外形位置および電子部品の能動面位置の位置ずれ量を検出し、移載ヘッドによってウェハシートから取り出され移載ヘッドに保持された状態の電子部品をラインカメラにより裏面から撮像して電子部品の外形位置を再び検出し、第１の認識部で検出した位置ずれ量と第２の認識部で認識した電子部品の外形位置とに基づいて移載ヘッド駆動機構を制御することにより、移載ヘッドに保持された電子部品の能動面を基板に位置合わせした上で基板に搭載することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の断面図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の単位移載ヘッドの断面図、図４、図５は本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工程説明図である。
【００１０】
まず図１、図２を参照して電子部品実装装置の全体構造について説明する。図１において基台１上には、部品供給部２が配設されている。部品供給部２は保持テーブル３を備えており、保持テーブル３には電子部品である半導体チップ５（以下、単に「チップ５」と略記。）が多数個片状態で貼着されたウェハシート４を保持している。保持テーブル３は、チップ５をウェハシート４とともに保持するウェハ保持部となっている。
【００１１】
図２に示すように、保持テーブル３の下方にはエジェクタ機構６が配設されている。エジェクタ機構６は可動テーブル６ａを備えており、可動テーブル６ａには半導体チップ突き上げ用のエジェクタピンを昇降させるピン昇降機構７が装着されている。可動テーブル６ａを駆動することにより、ピン昇降機構７はウェハシート４の下方でＸＹ方向に移動する。
【００１２】
部品供給部２の側方には、基板搬入コンベア８Ａ、基板振り分け部９、基板位置決め部１０、基板取り出し部１２および基板搬出コンベア８ＢがＸ方向に直列に配列されている。基板搬入コンベア８Ａは、チップ５が実装される基板１１を上流側から受け取って搬入する。基板振り分け部９は、搬送コンベア９ａをスライド機構９ｂによってＹ方向にスライド可能に配設した構成となっており、基板搬入コンベア８Ａから受け取った基板１１を以下に説明する基板位置決め部の２つの実装ステージに選択的に振り分ける。
【００１３】
基板位置決め部１０は、２つの実装ステージ１０Ａ，１０Ｂを備えており、基板振り分け部９によって振り分けられた基板１１を実装位置に位置決めする。基板取り出し部１２は、基板振り分け部９と同様に搬送コンベア１２ａをスライド機構１２ｂによってＹ方向にスライド可能に配設した構成となっており、２つの実装ステージ１０Ａ，１０Ｂから実装済みの基板１１を選択的に受け取り、基板搬出コンベア８Ｂに渡す。基板搬出コンベア８Ｂは、渡された実装済みの基板１１を下流側に搬出する。
【００１４】
基台１の上面の両端部には、第１のＹ軸テーブル１４Ａ，第２のＹ軸テーブル１４Ｂが基板搬送方向（Ｘ方向）と直交する方向に配設されている。第１のＹ軸テーブル１４Ａ，第２のＹ軸テーブル１４Ｂには、第１のＸ軸テーブル１５Ａ，第２のＸ軸テーブル１５Ｂが架設されている。第１のＸ軸テーブル１５Ａには、後述する単位移載ヘッドを複数備えた多連型の移載ヘッド１６が装着されており、移載ヘッド１６に隣接して、基板認識カメラ１７が移載ヘッド１６と一体的に移動可能に配設されている。
【００１５】
第１のＹ軸テーブル１４Ａ及び第１のＸ軸テーブル１５Ａを駆動することにより、移載ヘッド１６および基板認識カメラ１７は一体的に移動する。第１のＹ軸テーブル１４Ａ及び第１のＸ軸テーブル１５Ａは、移載ヘッド１６を移動させる移載ヘッド駆動機構４２を構成する。移載ヘッド駆動機構４２は制御部４０によって制御される。移載ヘッド１６の上部には、後述する単位移載ヘッドに供給される空圧の圧力制御を行う電空レギュレータ１９が配置されている。電空レギュレータ１９は、制御部４０に制御されることにより後述するように空圧供給部から供給される空圧の圧力を調整する。
【００１６】
また第２のＸ軸テーブル１５Ｂには、部品認識カメラ１８が装着されており、部品認識カメラ１８の撮像データは第１の認識部４１に送られる。第２のＹ軸テーブル１４Ｂ及び第２のＸ軸テーブル１５Ｂを駆動することにより、部品認識カメラ１８はＸＹ方向に水平移動する。部品供給部２の上方に位置した部品認識カメラ１８によって下方を撮像することにより、ウェハシート４に貼着されたチップ５が撮像される。そしてこの撮像により得られた画像データを第１の認識部４１によって認識処理することにより、任意のチップ５の能動面位置および外形位置が検出され、位置検出結果は制御部４０に伝達される。
【００１７】
部品認識カメラ１８は、保持テーブル３に保持されたチップ５を能動面側から撮像する第１のカメラとなっており、第２のＹ軸テーブル１４Ｂ及び第２のＸ軸テーブル１５Ｂは、部品認識カメラ１８を保持テーブル３上で移動させるカメラ移動手段となっている。
【００１８】
そしてこの位置認識結果に基づいて、移載ヘッド１６を取り出し対象のチップ５に位置合わせし、単位移載ヘッドによってチップ５をピックアップする。このピックアップ時には、エジェクタ機構６の可動テーブル６ａを駆動してピン昇降機構７を同様に当該チップ５に位置合わせし、ピン昇降機構７によってエジェクタピンを上昇させてチップ５を下方から突き上げる。これにより、チップ５はウェハシート４から剥離される。
【００１９】
このとき移載ヘッド１６の複数の単位移載ヘッドによって複数のチップ５をピックアップすることにより、移載ヘッド１６が基板１１と部品供給部２との間を１往復する１実装ターンにおいて、複数のチップ５を取り出して、基板位置決め部１０の基板１１へ移送搭載することができるようになっている。
【００２０】
基板位置決め部１０と部品供給部２との間にはラインカメラ１３が配設されており、部品供給部２から取り出したチップを保持した移載ヘッド１６がラインカメラ１３の上方でＸ方向に移動してスキャン動作を行うことにより、移載ヘッド１６に能動面側を保持されたチップ５が裏側から撮像される。ラインカメラ１３は移載ヘッド１６に能動面側を保持されたチップ５を裏面側から撮像する第２のカメラとなっている。ラインカメラ１３の撮像データは第２の認識部４３に送られ、第２の認識部４３によってこの撮像データを認識処理することにより、これらのチップ５の外形位置が検出され、この位置検出結果は、制御部４０に伝達される。
【００２１】
基板１１の上方に移動した移載ヘッド１６が、基板１１に対して昇降してチップ５を搭載する実装動作を行う際には、この第２の認識部４３による外形位置の認識結果と、前述の第１の認識部４１による能動面位置および外形位置に基づいて搭載位置が補正される。
【００２２】
制御部４０は第１のＸ軸テーブル１５Ａ、第１のＹ軸テーブル１４Ａ、エジェクタ機構６および基板位置決め部１０を制御し、第１の認識部４１および第２の認識部４３によるチップ５の位置検出結果に基づいて、制御部４０が移載ヘッド駆動機構４２，エジェクタ機構６および基板位置決め部１０を制御することにより、後述するように電子部品実装動作においてチップ５の位置合わせを行う。
【００２３】
次に図３を参照して、移載ヘッド１６に装着された単位移載ヘッド２０の構造について説明する。図３において、水平な共通のベース部１６ａには、複数の単位移載ヘッド２０が並列に配置されている。ここでは、隣接した２つの単位移載ヘッド２０のみを示している。ベース部１６ａの下面には、軸保持部２２が固着されており、軸保持部２２にはスライド軸受け２５が装着されている。
【００２４】
スライド軸受け２５に上下方向にスライド自在に嵌合した昇降軸２６には、ナット部材２４が結合されている。ナット部材２４には、ベース部１６ａの上面に垂直に配設されたモータ２１によって回転駆動される送りねじ２３が螺合している。モータ２１を回転駆動することにより、昇降軸２６は昇降する。
【００２５】
昇降軸２６の下端部には、連結ブロック２７を介してノズル保持部３０が結合されている。ノズル保持部３０にはスライド軸受け３１が装着されており、スライド軸受け３１にはノズル軸３２がスライド自在に嵌合している。ノズル軸３２の頭部３２ａの上面には、ノズル保持部３０の上部に装着されたダイヤフラム弁２９が当接している。
【００２６】
ダイヤフラム弁２９の気室２９ａは、連結ブロック２７に設けられた内孔２７ａを介して継ぎ手２８に連通しており、継ぎ手２８は電空レギュレータ１９を介して空圧供給部３７に接続されている。空圧供給部３７によって気室２９ａ内に空圧を供給することにより、ダイヤフラム弁２９は頭部３２ａに対して供給された空圧に応じた下向きの荷重を作用させる。
【００２７】
このとき、図３に示す右側の単位移載ヘッド２０のように、ノズル軸３２の下端部がチップ５の上面に当接した状態において、頭部３２ａの下面とスライド軸受け３１の上面との間にわずかな隙間Ｃが生じるようにノズル保持部３０を下降させることにより、ダイヤフラム弁２９が発生した下向きの荷重はノズル軸３２にそのまま伝達され、チップ５を基板１１に対して押圧する。
【００２８】
ノズル軸３２の下部は吸着ノズル３２ｂとなっており、吸着ノズル３２ｂの内部には吸着孔３２ｃが形成されている。吸着孔３２ｃは継ぎ手３３および真空バルブ３４を介して真空ポンプ３５に接続されており、吸着ノズル３２ｂの下端部をチップ５に当接させて真空ポンプ３５によって吸着孔３２ｃから真空吸引することにより、吸着ノズル３２ｂはチップ５を吸着保持する。真空バルブ３４は、真空吸引回路を断接することにより、吸着ノズル３２ｂによる真空吸着・吸着解除の切り替えを行う。
【００２９】
上記構成において、モータ２１，送りねじ２３およびナット部材２４は、吸着ノズル３２ｂが設けられたノズル軸３２を保持するノズル保持部３０を昇降させる昇降手段となっている。またノズル保持部３０に設けられたダイヤフラム弁２９は、吸着ノズル３２ｂに対して空圧による下向きの荷重を作用させることにより、チップ５の搭載時に吸着ノズル３２ｂを介してチップ５を基板１１に対して押圧する押圧手段となっている。
【００３０】
そして、複数の単位移載ヘッド２０の各押圧手段には、共通の空圧供給部３７によって空圧が供給される。ここで、制御部４０により制御される電空レギュレータ１９によって空圧供給部３７から各単位移載ヘッド２０に対して供給される空圧の圧力を制御することにより、チップ５を基板１１へ搭載する際の実装荷重を変えることができるようになっている。
【００３１】
この電子部品実装装置は上記のように構成されており、以下電子部品実装方法について説明する。図４（ａ）において、ウェハシート４に貼着された状態のチップ５は、上方の部品認識カメラ１８によって撮像される。そしてこの撮像結果を第１の認識部４１で認識処理することにより、図４（ｂ）で示すように、チップ５の外形位置および能動面５ａの位置が検出される（第１の認識工程）。
【００３２】
これにより、チップ５の外形中心Ｃ１およびチップ５の能動面中心Ｃ２が検出され、さらにこの検出結果に基づいて、外形中心Ｃ１と能動面中心Ｃ２との位置ずれ量（Δｘ、Δｙ）が求められる。これらの検出結果は制御部に伝達される。ここで位置ずれ量（Δｘ、Δｙ）は、半導体ウェハのダイシングにおける位置合わせ誤差などによって生じるものである。
【００３３】
次いで上記位置検出結果に基づいて制御部４０が移載ヘッド駆動機構４２、エジェクタ機構６を制御することにより、移載ヘッド１６の各単位移載ヘッド２０が備えた吸着ノズル３２ｂによってチップ５を吸着して取り出す。このとき、図４（ｃ）に示すように、制御部４０は移載ヘッド１６のノズルセンタをチップ５の能動面中心Ｃ２に位置合わせするように制御する。
【００３４】
そして吸着ノズル３２ｂによってチップ５の上面を吸着したならば、図４（ｄ）に示すように、吸着ノズル３２ｂを上昇させてチップ５をウェハシート４から剥離させる。この取り出し動作において、チップ５は吸着ノズル３２ｂに対して位置ずれを発生しやすく、吸着ノズル３２ｂを上昇させた後の状態では、能動面中心Ｃ２と吸着ノズル３２ｂのノズルセンタとは必ずしも一致しない。
【００３５】
次いで吸着ノズル３２ｂによってチップ５を保持した移載ヘッド１６は、基板位置決め部１０の上方に移動する。この移動経路において、図５（ａ）に示すように、吸着ノズル３２ｂに保持された状態のチップ５は、ラインカメラ１３によって裏面側から撮像される。この撮像結果を第２の認識部４３によって認識処理することにより、チップ５の外形位置が検出される（第２の認識工程）。
【００３６】
この後、基板１１へのチップ５の実装が行われる。すなわち図５（ｂ）に示すように、実装位置に予め樹脂接着材４４が塗布された基板１１へ吸着ノズル３２ｂを下降させ、チップ５を基板１１の樹脂接着材４４上に搭載する。この搭載動作においては、第２の認識部４３による外形位置検出結果と、図４（ｂ）において検出された外形中心Ｃ１と能動面中心Ｃ２との位置ずれ量（Δｘ、Δｙ）とに基づいて、すなわち第１の認識工程の位置検出結果と第２の認識工程の位置検出結果とに基づいて、吸着ノズル３２ｂに保持されているチップ５の能動面の正確な位置を制御部が計算し、移載ヘッド駆動機構４２を制御する。
【００３７】
これにより、吸着ノズル３２ｂのノズルセンタとチップ５の能動面中心Ｃ２が位置ずれを生じている場合にあっても、図５（ｃ）に示すように、ノズルセンタと能動面位置との位置ずれ誤差を補正した上で、能動面５ａの中心位置を正しく基板１１の実装位置に位置合わせしてチップ５を実装することができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、ウェハ保持部で電子部品を撮像して電子部品の外形位置および電子部品の能動面位置の位置ずれ量を検出し、移載ヘッドによってウェハシートから取り出され移載ヘッドに保持された状態の電子部品をラインカメラにより裏面から撮像して電子部品の外形位置を再び検出し、第１の認識部で検出した位置ずれ量と第２の認識部で認識した電子部品の外形位置とに基づいて移載ヘッドを駆動する移載ヘッド駆動機構を制御することにより、移載ヘッドに保持された電子部品の能動面を基板の実装位置に位置合わせした上で基板に搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の断面図
【図３】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の単位移載ヘッドの断面図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工程説明図
【図５】本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工程説明図
【符号の説明】
２  部品供給部
５  チップ
１０  基板位置決め部
１０Ａ、１０Ｂ  実装ステージ
１１  基板
１３  ラインカメラ
１６  移載ヘッド
１８  部品認識カメラ
２０  単位移載ヘッド
４０  制御部
４１  第１の認識部
４２  移載ヘッド駆動機構
４３  第２の認識部
【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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