(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気接合体を介して部品と回路基板上の電極部とを相対的に振動させて両者を接合する部品接合装置において、
部品を保持するノズル部と、部品の位置を検出する位置検出部と、前記ノズル部と前記部品との相対位置のずれ量を判定する判定部を備え、前記判定部の判定に基づいて、前記ずれ量が所定の範囲内の時に部品を保持する前記ノズル部と回路基板とを相対的に振動して接合を行い、前記ノズルと部品との前記ずれ量が設定された値より大きい時は部品を廃棄することを特徴とする部品接合装置。
【請求項２】
電気接合体を介して部品と回路基板上の電極部とを相対的に振動させて両者を接合する部品接合装置において、
部品を保持するノズル部と、部品の位置を検出する位置検出部と、前記ノズル部と前記部品との相対位置のずれ量を判定する判定部を備え、前記判定部の判定に基づいて、前記ずれ量が所定の範囲内の時に部品を保持する前記ノズル部と回路基板とを相対的に振動して接合を行い、前記ノズルと部品との前記ずれ量が設定された値より大きい時は前記ノズルと部品との位置が前記ノズルの中心になるよう部品の位置をずらした後前記接合を実行することを特徴とする部品接合装置。
【請求項３】
前記判定部において、部品の大きさや前記ノズルの大きさにより前記ノズルと部品の前記ずれ量の設定を可変できることを特徴とする請求項１または２に記載の部品接合装置。
【請求項４】
電気接合体を介して部品と回路基板上の電極部とを相対的に振動させて両者を接合する部品接合装置において、
部品を保持するノズル部と、部品の位置を検出する位置検出部と、前記ノズル部と前記部品との相対位置のずれ量を判定する判定部を備え、
前記判定部において、部品の種類によって、部品を廃棄する第１工程と、前記ノズルと部品の位置が前記ノズルの中心になるよう部品の位置をずらした後部品を保持する前記ノズル部と回路基板とを相対的に振動して接合する第２工程と、を切り換えて実行することを特徴とする部品接合装置。
【請求項５】
前記位置検出部は、部品を撮像するカメラ部と、前記カメラ部で撮像された画像データより部品の位置を検出する画像データ処理部を備え、前記画像データより部品の位置を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の部品接合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部品を回路基板上の電極部へ接合させる部品接合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を回路基板上へ電気的に接続しかつ固定する方法として、電子部品の電極にバンプを形成した電子部品の上記バンプを回路基板上の電極部へ接合する方法や回路基板の電極部にバンプを設け、部品の電極部と接合する方法がある。このようなバンプ接合方法を実行する装置として、図９に示す半導体部品製造装置１が存在する。該半導体部品製造装置１は、大別して、部品供給装置２、ボンディングステージ３、部品反転装置４、バンプ接合装置５、部品・回路基板認識カメラ装置１２０及び回路基板搬送装置６を備える。ここでは部品にバンプを形成した例で主に説明している。上記部品供給装置２は、上記電子部品の一例である半導体チップを供給する装置であり、上記回路基板搬送装置６は当該半導体部品製造装置１へ回路基板２０を搬入、搬出する装置である。上記ボンディングステージ３は、上記回路基板搬送装置６にて搬入された上記回路基板２０を載置して上記バンプ接合を行うためのステージであり、Ｙ軸ロボット７にてＹ方向へ可動であり、又、バンプ接合ため上記回路基板２０の加熱を行う。上記部品反転装置４は、上記部品供給装置２から上記半導体チップを保持し該半導体チップの電極に形成されているバンプが上記ボンディングステージ３に載置されている上記回路基板２０に対向するように、保持した半導体チップを反転する装置である。上記バンプ接合装置５は、上記半導体チップを保持する保持装置と、保持した半導体チップをその厚み方向へ移動させるＺ方向駆動装置５１と、詳細後述する超音波振動発生装置９とを備える。該バンプ接合装置５は、Ｘ軸ロボット８に取り付けられ該Ｘ軸ロボット８にてＸ方向へ可動であり、上記部品反転装置４から上記半導体チップを受け取り上記ボンディングステージ３へ搬送した後、上記ボンディングステージ３に載置されている上記回路基板２０の所定位置へ、保持している半導体チップを上記Ｚ方向駆動装置５１の駆動により押圧して上記バンプの接合を行う装置である。
【０００３】
図１０は、バンプ接合装置５、部品・回路基板認識カメラ装置１２０及びボンディングステージ３を表わす。接合時の動作は、上記Ｘ軸ロボット８及び上記Ｙ軸ロボット７が所定の位置に位置決め後、ＸＹ方向に移動可能で、部品・回路基板認識カメラ装置１２０でが半導体チップ１５０と回路基板２０の間に移動し、上記半導体チップ１５０と上記回路基板２０を撮像し、それぞれの位置を画像情報を基に算出し、正確な接合位置を上記Ｘ軸ロボット８及び上記Ｙ軸ロボット７によって位置補正する。その後、部品・回路基板認識カメラ装置１２０が退避し駆動装置５１により半導体チップ１５０が下降して回路基板２０に接合される。
【０００４】
又、接合時の振動の発生は、圧電素子９１を複数積層した超音波振動発生装置９と、該超音波振動発生装置９の端部に接続された超音波ホーン９２と、該超音波ホーン９２の先端部には、上記半導体チップ１５０を保持するノズル９３を備える。
【０００５】
半導体チップ１５０に形成されたバンプ１１と回路基板２０との接合は、圧電素子９１の上記振動により、ノズル９３、即ちノズル９３に保持されている半導体チップ１５０が超音波振動と、加熱装置１１８による上記回路基板２０の熱と、上記駆動装置５１の押圧による荷重によって接合する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来の半導体部品製造装置１では、上記ボンディングステージ３にて加熱された上記回路基板２０に対して上記半導体チップ１５０つまり上記バンプを押圧し、更に超音波振動を印可して接合を行っている。しかしながら従来において、上記接合前にノズル９３と半導体チップ１５０の相対位置の判定を行っていないため、ノズル９３と半導体チップ１５０の位置がずれることにより超音波振動が半導体チップ１５０に十分伝達されず接合の信頼性が低下するという問題点があった。つまり半導体チップなどの部品をノズルで保持し、ノズルを通じて超音波振動を部品に伝える場合、部品がノズルの適正な位置からずれている（例えばノズルから部品がはみ出ているなど）と超音波振動が十分に伝達されなかったりして超音波振動による部品と基板との接合が不十分となり接合の信頼性が低下するのである。また、ノズル９３と半導体チップ１５０の位置がずれることによりノズル９３が回路基板上２０上の隣接した部品に接触して、超音波振動がノズル９３及び半導体チップ１５０に伝達されず接合の信頼性が低下するという問題点があった。そこで本発明は、半導体チップなどの部品を回路基板上の電極部へ接合させるとき、ノズルと部品の相対位置のずれ量を判定し、部品を確実に回路基板に接合する接合装置を提供することを目的とする。
【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は部品と回路基板との電極部とを相対的に振動させて両者を接合する部品接合装置において、部品を保持するノズル部と、部品の位置を検出する位置検出部と、前記ノズル部と前記部品との相対位置のずれ量を判定する判定部を備え、前記判定部の判定に基づいて部品を保持する前記ノズル部と回路基板とを相対的に振動しての接合を行い、前記ノズルと部品との前記ずれ量が設定された値より大きい時は部品を廃棄することである。
【０００８】
このことにより半導体チップなどの部品を回路基板上の電極部へ接合させるとき、ノズルと部品の相対位置のずれ量を判定し、部品を確実に回路基板に接合でき接合の品質を向上することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の第１態様における部品接合装置は、バンプなどの電気接合体を介して部品と回路基板との電極部を相対的に振動させて両者を接合する部品接合装置において、部品を保持するノズル部と、部品の位置を検出する位置検出部と、前記ノズル部と前記部品との相対位置のずれ量を判定する判定部を備え、前記判定部の判定に基づいて部品と回路基板との接合動作を制御することである。ここで電気接合体としては金バンプなどの電気的に接合可能なものであり、超音波振動、熱圧着により接合可能なものである。また接合動作制御は、接合を行うか否かの動作であり、具体的には、１）ずれ量が所定の範囲内の時に部品と基板との接合を行う、２）部品をノズルの略中心で接合する、３）ノズルと部品とのずれ量が設定された値より大きい時は、接合しないで部品を廃棄する、４）ノズルと部品とのずれ量が設定された値より大きい時は、ノズルと部品との位置がノズルの中心になるよう部品の位置をずらして接合するなどのことが挙げられるが、これに限ったことではない。また、部品の大きさやノズルの大きさによりノズルと部品のずれ量の設定を可変できることもできる。
【００１０】
また、部品の種類によって前記部品を廃棄する場合と、ノズルと部品の位置がノズルの中心になるよう部品の位置をずらして接合することを切り換えることもできる。
【００１１】
上記本実施の形態について以下に詳しく述べる。
【００１２】
本発明の実施形態における、部品接合装置、及び該部品接合装置にて実行される部品接合方法について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において同じ構成部分については同じ符号を付している。
【００１３】
又、上記「課題を解決するための手段」に記載した、「部品」の一例として本実施形態では、シリコンウエハ等の半導体基盤上に集積回路を形成し該集積回路の電極にバンプが形成され、さらに個々の上記集積回路部分に切り分けられた半導体チップを例に採る。しかしながら上記電子部品は上記半導体チップに限定されるものではなく、例えば上記半導体チップが樹脂封止された半導体部品であってその電極にバンプが形成されたような半導体部品等であっても良い。
【００１４】
又、上記「課題を解決するための手段」に記載した、「部品」の一例として本実施形態では、シリコンウエハ等の半導体基盤上に集積回路を形成し該集積回路で、「回路基板」の一例として回路基板上の電極にバンプが形成されているような構成であっても良い。
【００１５】
また請求の範囲にも記載のある「ノズル部」はノズル、「判定部」はずれ量判定部、「カメラ部」は部品・基板認識カメラ装置、「画像データ処理部」は部品位置演算部である。
【００１６】
（第１実施形態）
図１に示すように、上記実施形態の部品接合装置１０１の構造は、基本的に上述した部品接合装置１の構造と変わるところはない。半導体部品製造装置１０１は、大別して、部品供給装置１０２、ボンディングステージ１０３、部品反転装置１０４、バンプ接合装置１０５、回路基板搬送装置１０６、及び制御装置１１０、部品廃棄ボックス１２２を備える。ここで、上記部品供給装置１０２は上述した従来の部品供給装置２に相当し、上記ボンディングステージ１０３は上述した従来のボンディングステージ３に相当し、上記部品反転装置１０４は上述した従来の部品反転装置４に相当し、上記バンプ接合装置１０５は上述した従来のバンプ接合装置５に相当し、上記回路基板搬送装置１０６は上述した従来の回路基板搬送装置６に相当する。よって、部品供給装置１０２、ボンディングステージ１０３、部品反転装置１０４、バンプ接合装置１０５、及び回路基板搬送装置１０６について、以下に示すように補足説明を加えるものを除き、ここでの詳しい説明は省略する。
【００１７】
上記部品供給装置１０２には、上述のように半導体ウエハに形成された集積回路の電極にバンプが形成され、さらに個々の集積回路部分にスクライブされた状態のウエハ１１２がマガジンリフタ１１１から供給される。部品供給装置１０２は、ウエハ１１２のいわゆる引き延ばしを行い個々の上記半導体チップに分割する。又、部品供給装置１０２に供給されたウエハ１１２及び個々の上記半導体チップの状態は、部品供給装置１０２の上方に設置されたウエハ認識装置１１３にて撮像され、その撮像情報は制御装置１１０に供給される。尚、上述のように本実施形態では、電子部品として上記半導体チップを例に採っているので、このような形態の部品供給装置１０２を備えるが、処理する電子部品の形態が異なればそれに対応して当然に部品供給装置の形態も変更されることになる。
【００１８】
尚、上記ウエハ１１２では、当然に、上記バンプを有する回路形成部分が上を向いている。そして、分割された上記半導体チップのそれぞれは、部品供給装置１０２に備わる突き上げ装置１２０にて上記半導体チップの厚み方向に突き上げられた後、部品反転装置１０４にて一つずつ保持され、上記バンプが回路基板２０に対向するように反転される。
【００１９】
上記ボンディングステージ１０３は、図３に示すように、いわゆるボールねじ構造にてなり駆動部としてのモータ１１４を有するＹ軸ロボット１０７にてＹ方向へ滑動する。又、ボンディングステージ１０３には、回路基板搬送装置１０６から供給される回路基板２０の大きさに応じて供給される回路基板２０をボンディングステージ１０３上に載置するため、上記回路基板２０のＹ方向に沿った周縁部分を保持しＸ方向に可動な基板規正部１１５と、上記回路基板２０のＸ方向に沿った周縁部分を保持しＹ方向に可動な基板規正部１１６とを備える。又、上記ボンディングステージ１０３には、上記回路基板２０を吸着保持するための吸入用通路が形成されており上記吸入用通路は吸引装置１１７に連通している。又、バンプ接合のために上記回路基板２０を加熱する加熱装置１１８が備わる。
【００２０】
バンプ接合装置１０５は、図１０を参照して上述したように、下端部分に超音波振動発生装置９及び上記半導体チップ保持用のノズル９３を備える。上記超音波振動発生装置９を構成する圧電素子９１は、発振器１３３を介して制御装置１１０に接続されている。
【００２１】
さらに、図１０に示すように上記ノズル９３には、本実施形態では上記半導体チップ１５０を吸着保持するための吸引用通路９４がノズル９３内をその軸方向に沿って形成させており、該吸引用通路９４は吸引装置１１９に連通している。又、本実施形態では、上記バンプ１１と上記回路基板２０の電極部２１とを接合するため、上記電極部２１に対して上記バンプ１１を対向させてバンプ１１と上記電極部２１とが互いに近接する方向（本実施形態では、Ｚ方向）へ上記半導体チップ１５０を移動し、バンプ１１と上記電極部２１とを押圧するが、上記半導体チップ１５０を移動、押圧の駆動装置として本実施形態では、図２に示すように、公知のボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１２１を用いている。さらにバンプ接合装置１０５には、ノズル９３をその軸周り方向へ回転させる軸回り用モータ１２２を備えている。尚、バンプ形成装置１０５の動作制御は制御装置１１０にて行われる。
【００２２】
このようなバンプ接合装置１０５をＸ軸方向へ移動させるＸ軸ロボット１０８は、本実施形態では図２に示すようにいわゆるボールねじ構造を有し、駆動部としてのモータ１２３を有する。上記制御装置１１０は、上述したそれぞれの装置、例えば部品供給装置１０２、ボンディングステージ１０３、部品反転装置１０４、ボイスコイルモータ１２１及び圧電素子９１を含めたバンプ接合装置１０５、回路基板搬送装置１０６等と電気的に接続され、それぞれの動作制御を行う。
【００２３】
以下には、本実施形態にて特徴的な制御動作であり制御装置１１０にて実行される部品とノズルのずれ量を検出、制御する動作制御について、図４を参照して詳しく説明する。尚、その他の装置に対する制御装置１１０の動作制御については従来と同様であるので、ここでの説明を省略する。
【００２４】
図４のステップ（図では「Ｓ」にて示す）１にて制御装置１１０は、部品反転装置１０４から半導体チップ１５０を吸着保持した後、ステップ２にて、Ｘ軸ロボット１０８及びＹ軸ロボット１０７の動作制御を行い、接合すべき所定の位置へ移動する。ステップ３では、部品・回路基板認識カメラ装置１２０が移動し、半導体チップ１５０及び回路基板２０の撮像を行った後、部品・回路基板認識カメラ装置１２０が後方に退避する。ステップ４では、半導体チップ１５０の撮像情報からノズルと半導体チップ１５０のずれ量を演算し、ステップ５でこのずれ量と設定された値とを比較する。設定値は、ずれ量の判定基準となるものであり設定値より小さい場合はステップ６に進み、上記半導体チップ１５０の撮像情報及び回路基板２０の撮像情報から最終的な接合位置の補正演算を行い、ステップ７で上記Ｘ軸ロボット１０８及びＹ軸ロボット１０７の位置補正動作を行い、最後に、ステップ８で接合動作する。又、ステップ５で上記ずれ量が大きい場合は、ステップ９に進み、吸着保持している上記半導体チップ１５０を廃棄ボックス１２２へ廃棄動作し、ステップ１に戻る。
【００２５】
ここで部品とノズルとのずれ量を判断する場合は下記に説明するように予め設定されているノズル位置データと部品の撮像結果からずれ量を求めてもいいし、部品である半導体チップを撮像する際に、それを保持するノズルも撮像し、その撮像結果からずれ量を求めてもよい。
【００２６】
より具体的にノズル９３が半導体チップ１５０を吸着保持した状態を図５に示す。本願発明は部品をノズルと所定のずれの範囲内で保持しており、本実施態様ではノズルの略中心で部品を保持し、（ａ）はノズル９３が半導体チップ１５０の中心位置を吸着保持した状態であり、（ｂ）はノズル９３がずれた状態で半導体チップ１５０を吸着保持した状態を示したものである。部品モニタ５０は、部品・回路基板認識カメラ装置１２０による半導体チップ１５０の撮像情報を示したものである。ノズル９３と半導体チップ１５０がずれた状態で吸着保持されていると（ｂ）のように半導体チップ１５０とノズル９３に対して、ＸＹ方向及び回転方向に対してΔＸ、ΔＹ及びΔθのずれ量が検出される。このような場合、ノズル９３と半導体チップ１５０の接触面積が小さくなりノズル９３の超音波振動が半導体チップ１５０に十分伝達されず、接合不良を起こす。図５では半導体チップの角部（四隅）のずれで説明したがチップの中心位置でも同様のことが言える。
【００２７】
次に制御装置１１０で画像情報からずれ量の判定を行う制御ブロック図を図６に示す。部品・回路基板認識カメラ装置１２０からの画像情報が部品位置演算部６１に入力され、又、あらかじめ登録されているノズル位置６２との差を演算し、ずれ量判定部６３で設定されたずれ量と比較する。ずれ量の設定は制御装置１１０内のメモリ６０に登録され、部品の大きさや種類、又は回路基板２０の隣接する部品によって個々に設定可能としている。
【００２８】
このように部品の大きさや種類、回路基板の隣接部品を基にずれ量の判定を変更することにより、より最適な部品接合、高密度接合が可能となる。
【００２９】
（第２実施形態）
上述の第１実施形態に加え、図１に示すように部品規正装置１２１を、配置している。部品規制装置を用いた接合方法及び接合装置について図７を用いて説明する。尚、図４と同じ構成のステップは同一の記号を付与し、説明を省略する。ステップ５で上記ずれ量が大きい場合は、ステップ１０に進み、吸着保持している上記半導体チップ１５０をノズル９３の中心位置になるよう部品規正装置１２１で部品を規正し、ステップ３に戻り、再度同じフローを繰り返す。
【００３０】
部品の規正の方法を図８に示す。部品規正装置１２１は、ノズル９３に対向する２つの規正爪１２５がノズル９３の中心方向へ移動可能に配置され、ノズル９３に対して半導体チップ１５０がずれた状態で、規正爪１２５がノズル中心方向へ移動すると規正爪１２５ａ（規正爪１２５が移動したことを示す）のようになり、半導体チップ１５０はノズルの中心に正しく規正することができる。
【００３１】
又、第１実施形態に示した図４のステップ９の部品を廃棄ボックス１２２へ廃棄する場合と、上記ステップ１０の部品を規正する場合を部品の種類や部品のコストによって、切り換えながら行うことも可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の第１実施態様の部品接合装置によれば、制御装置にて接合時のノズルと半導体チップなどの部品のずれ量を検出し、ずれ量が大きいときは、接合動作を行わず部品を廃棄することにより接合不良の原因を排除することが可能となる。
【００３３】
又、本発明の第２態様の部品接合装置によれば接合時のノズルと半導体チップなどの部品のずれ量を検出し、ずれ量が大きいときは、部品をノズルの中心になるよう部品規正装置で規正することにより、部品を廃棄することなく部品と回路基板との接合の信頼性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態における部品接合装置の一例を示す斜視図
【図２】  図１に示すパンプ接合装置部分を拡大した斜視図
【図３】  図１に示すボンディングステージ部分を拡大した斜視図
【図４】  図１に示す部品接合装置にて実行される第１実施形態の部品接合方法における動作フローチャート
【図５】  図１に示すバンプ接合装置のノズルと部品の吸着状態を示す図
【図６】  図１に示す制御装置のノズルと部品のずれ量を判定する制御ブロック図
【図７】  図１に示す部品接合装置にて実行される第２実施形態の部品接合方法における動作フローチャート
【図８】  図１に示す部品接合装置にて実行される第２実施形態の部品接合方法における部品の規正方法を示す図
【図９】  従来の半導体部品製造装置の一例を示す斜視図
【図１０】  部品接合装置においてバンプ接合装置、部品・回路基板認識カメラ装置及びボンディングステージを示す図
【符号の説明】
２０…回路基板
６０…部品位置演算部
６３…ずれ量判定部
９３…ノズル
１０１…部品接合装置
１１０…制御装置
１２０…部品・基板認識カメラ装置
１２１…部品規正装置
１２２…廃棄ボックス
１５０…半導体チップ
【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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