JP2007027300A - 部品実装装置および部品実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チップオンチップ構造の実装体を製造するための部品実装動作を効率よく行うことができる部品実装装置および部品実装方法を提供すること。
【解決手段】下チップ６に上チップ７を実装してチップオンチップ構造の半導体装置とする部品実装装置において、第１の部品トレイ５Ａから搭載ヘッド１６によって下チップ６を搭載ステージ９に移載した後、搭載ヘッド１６によって上チップ７を第２の部品トレイ５Ｂから取り出して、搭載ステージ９上の下チップ６に搭載して半田接合する。その後、下チップ６に上チップ７が実装された実装体は、搭載ヘッド１６によって上チップ７を保持した状態で搭載ステージ９から搬出され、第１の部品トレイ５Ａに収納される。このような構成を採用することにより、簡略な構成の部品実装装置によってチップオンチップ構造の実装体を製造するための部品実装動作を効率よく行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、部品の上に部品を重ねて実装する部品実装装置および部品実装方法に関するものである。

電子機器の製造分野においては、半導体チップを基板などのワークに実装する部品実装作業が行われる。この部品実装作業においては、半田バンプなどの接続用電極が形成された半導体チップを部品供給部から取り出して基板に移送搭載する移載動作と、搭載された半導体チップの接続用電極を基板の回路電極と接合する接合動作とが行われる。このような部品実装作業を行う装置として、従来より部品供給部から半導体チップを取り出して上下反転する部品反転機構と、部品反転機構から受け渡された半導体チップを基板に搭載する搭載ヘッドとを備えた部品実装装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
特許第３１３２３５３号公報

ところで近年電子機器の小型化・高機能化の進展に伴い、電子機器に組み込まれる実装基板の実装密度を更に高密度化することが求められている。このような高密度実装に対応するための実装形態として、複数の半導体チップを重ね合わせたいわゆるチップオンチップ構造の実装体が採用されるようになっている。このような実装体は、２つの半導体チップの回路形成面を相互に対向させて回路形成面に形成されたバンプを相互に接合することによって製造される。

しかしながら、上述の特許文献例に示す部品実装装置は、サイズが大きく取り扱いが容易な基板上に半導体チップを移送搭載する用途を対象として機能が構成されているため、サイズがほぼ等しい２つの半導体チップを相互に接合する作業には必ずしも適していなかった。このため、チップオンチップ構造の実装体を製造するための部品実装動作を効率よく行うことができる部品実装装置および部品実装方法が望まれていた。

そこで本発明は、チップオンチップ構造の実装体を製造するための部品実装動作を効率よく行うことができる部品実装装置および部品実装方法を提供することを目的とする。

本発明の部品実装装置は、第１の部品に第２の部品を実装する部品実装装置であって、前記第１の部品を供給する第１の部品供給部と、前記第２の部品を供給する第２の部品供給部と、前記第１の部品が載置される搭載ステージと、前記第１の部品を前記第１の部品供給部から前記搭載ステージに移載する移載手段と、搭載ヘッドによって前記第２の部品供給部から前記第２の部品を取り出して前記搭載ステージに載置された前記第１の部品に搭載する搭載手段と、前記第１の部品に前記第２の部品を接合する接合手段とを備え、前記第１の部品に実装された前記第２の部品を前記搭載ヘッドにより保持して第１の部品とともに前記搭載ステージから搬出する。

本発明の部品実装方法は、第１の部品に第２の部品を実装する部品実装方法であって、前記第１の部品を搭載ステージ上に移載する移載工程と、前記第２の部品を搭載ヘッドによって保持する保持工程と、前記搭載ヘッドによって保持した第２の部品を前記搭載ステージ上の第１の部品に搭載する搭載工程と、前記第１の部品と第２の部品を接合する接合工程と、前記第１の部品に接合された前記第２の部品を前記搭載ヘッドにより保持して第
１の部品とともに前記搭載ステージから搬出する搬出工程とを含む。

本発明によれば、搭載ステージに載置された第１の部品に第２の部品を搭載して接合し、第１の部品と接合された第２の部品を第１の部品とともに搭載ヘッドによって搭載ステージから搬出する構成を採用することにより、チップオンチップ構造の半導体装置を製造するための部品実装動作を効率よく行うことができる。

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部品実装装置の正面図、図２は本発明の一実施の形態の部品実装装置の平面図、図３，図４，図５，図６は本発明の一実施の形態の部品実装装置の動作説明図である。

まず図１、図２を参照して、部品実装装置１の構造を説明する。部品実装装置１は、略同サイズの半導体チップを直接重ねて実装したチップオンチップ構造の実装体を製造する用途に使用されるものである。図１において、基台２上には、部品供給部３およびチップ位置決め部４がＸ方向に直列に配設されている。部品供給部３はトレイ保持台３ａの上面に第１の部品トレイ５Ａ、第２の部品トレイ５Ｂを並設して構成されている。第１の部品トレイ５Ａ、第２の部品トレイ５Ｂはそれぞれ第１の部品である下チップ６、第２の部品である上チップ７を格子状の規則配列で収納し、後述する実装機構部１３に供給する。したがって第１の部品トレイ５Ａ、第２の部品トレイ５Ｂは、それぞれ第１の部品である下チップ６、第２の部品である上チップ７を供給する第１の部品供給部、第２の部品供給部となっている。

チップ位置決め部４はＸ軸テーブル８Ｘ、Ｙ軸テーブル８Ｙを積層して構成された位置決めテーブル８に、搭載ステージ９を装着した構成となっている。搭載ステージ９には下チップ６が載置され、搭載ステージ９に設けられた吸引孔９ａから真空吸引することにより、下チップ６は搭載ステージ９によって吸着保持される。

部品供給部３チップ位置決め部４の上方には、実装機構部１３が配設されている。実装機構部１３はＸ方向に配設された移動テーブル１４によって水平往復動する移動ブロック１５に、搭載ヘッド１６を連結した構成となっている。移動ブロック１５は搭載ヘッド１６を昇降させるための昇降機構を内蔵しており、移動テーブル１４および移動ブロック１５を駆動することにより、搭載ヘッド１６はＸ方向への水平移動および昇降動作を行う。

搭載ヘッド１６の下面には、吸引孔１７ａが設けられた部品保持ツール１７が装着されており、部品保持ツール１７を下チップ６や上チップ７に当接させた状態で吸引孔１７ａから真空吸着することにより、搭載ヘッド１６は下チップ６や上チップ７を吸着して保持する。また吸引孔１７ａからの真空吸引を解除することにより、搭載ヘッド１６による下チップ６や上チップ７の吸着保持が解除される。そして搭載ヘッド１６による吸着保持・保持解除動作と、搭載ヘッド１６の水平移動・昇降動作を組み合わせて行うことにより、後述する部品移載動作が実行される。実装機構部１３は、上チップ６を第１の部品トレイ５Ａから搭載ステージ９に移載する移載手段となっている。

チップ位置決め部４の斜め上方には、認識ユニット１０が配設されている。認識ユニット１０は、上方の撮像視野と下方の撮像視野を単一撮像動作で撮像可能な２視野光学系を備えた撮像ユニット１１を、移動機構１２によってＸ方向に進退させる構成となっている。搭載ステージ９に下チップ６が載置され、且つ上チップ７を吸着保持した搭載ヘッド１６が搭載ステージ９の直上に位置した状態で、撮像ユニット１１を搭載ステージ９と搭載ヘッド１６との間に進出させることにより、下チップ６と上チップ７を同一の撮像動作に
よって撮像して認識することができる。認識ユニット１０は、搭載ステージ９上の下チップ６および搭載ヘッド１６によって保持された上チップ７を光学的に認識する認識手段となっている。

図２に示すように、第１の部品トレイ５Ａ、第２の部品トレイ５Ｂにはそれぞれ部品収納用の凹部５ａ、５ｂが設けられており、凹部５ａ、５ｂ内にはそれぞれ下チップ６、上チップ７が収納される。本実施の形態においては、下チップ６はロジック回路が形成されたロジックチップであり、上チップ７はメモリチップである。下チップ６の上面には接続用電極６ａが形成されており、上チップ７の下面には半田バンプ７ａが形成されている。

搭載ヘッド１６は接合手段としての加熱手段を内蔵しており、部品保持ツール１７を介して上チップ７を加熱することができるようになっている。搭載ヘッド１６によって保持した上チップ７を搭載ステージ９に載置された下チップ６に対して下降させて半田バンプ７ａを接続用電極６ａに接触させる実装動作において、搭載ヘッド１６によって上チップ７を加熱することにより、半田バンプ７ａが溶融して接続用電極６ａに半田接合され、これにより上チップ７は下チップ６に実装される。

したがって、実装機構部１３は、搭載ヘッド１６によって第２の部品供給部である第２の部品トレイ５Ｂから第２の部品である上チップ７を取り出して搭載ステージ９に載置された第１の部品である下チップ６に搭載する搭載手段となっている。すなわち、本実施の形態においては、下チップ６を部品供給部３から取り出して搭載ステージ９に移載する移載手段が、搭載手段と接合手段を兼務した形態となっている。もちろんそれぞれを別に設けてもよい。

そして実装動作例にて後述するように、本実施の形態においては、搭載ヘッド１６を備えた実装機構部１３は、下チップ６に上チップ７が実装された実装体を搭載ステージ９から搬出する搬出手段としても機能する。すなわち、下チップ６に実装された上チップ７は、搭載ヘッド１６に保持されて下チップ６とともに搭載ステージ９から搬出される。

なお、第１の部品に第２の部品を接合する接合手段として、搭載ヘッド１６に内蔵した加熱手段を例示したが、接合手段はこれに限られるものではない。搭載ヘッド１６に設けた振動印加手段によって振動を印加して接合してもよいし、ヒータによる加熱と振動印加を併用してもよい。また、ヒータなどの接合手段を搭載ステージ９側に設けてもよい。

次に、図３〜図６を参照して、部品実装装置１による部品実装動作について説明する。まず図３（ａ）に示すように、搭載ヘッド１６を部品供給部３の第１の部品トレイ５Ａの上方へ移動させ、実装対象となる下チップ６に搭載ヘッド１６を位置合わせする。次いで図３（ｂ）に示すように、搭載ヘッド１６を下降させて部品保持ツール１７を下チップ６に当接させ、吸引孔１７ａから真空吸引して下チップ６を吸着保持する。この後、搭載ヘッド１６によって下チップ６を第１の部品トレイ５Ａから取り出して、図３（ｃ）に示すように、チップ位置決め部４上へ移動させ、搭載ステージ９に下チップ６を移載する（移載工程）。

この後下チップ６の保持を解除した搭載ヘッド１６を、図４（ａ）に示すように、部品供給部３の上方へ移動させ、第２の部品トレイ５Ｂに収納された上チップ７に位置合わせする。次いで図４（ｂ）に示すように、搭載ヘッド１６を下降させて部品保持ツール１７を上チップ７に当接させ、吸引孔１７ａから真空吸引して上チップ７を保持する（保持工程）。この後、搭載ヘッド１６は上チップ７を第２の部品トレイ５Ｂから取り出して、図４（ｃ）に示すように、チップ位置決め部４の上方に移動する。

そして搭載ヘッド１６がこの位置において待機した状態で、図５（ａ）に示すように、移動機構１２を駆動することによって撮像ユニット１１を搭載ステージ９と搭載ヘッド１６との間に進出させ、撮像ユニット１１に備えられた２視野光学系によって下チップ６と上チップ７とを同一撮像動作で撮像する。撮像結果は認識手段（図示省略）によって認識処理され、下チップ６の接続用電極６ａと上チップ７の半田バンプ７ａが認識される（認識工程）。そしてこの認識結果に基づいて、接続用電極６ａと半田バンプ７ａの位置ずれが検出される。

この後撮像ユニット１１が搭載ヘッド１６の下方から退避したならば、図５（ｂ）に示すように、搭載ヘッド１６を下降させて、上チップ７を下チップ６に搭載する（搭載工程）。このとき、前述の認識工程によって得られた接続用電極６ａと半田バンプ７ａの位置ずれを加味して位置決めテーブル８を制御することにより、半田バンプ７ａは接続用電極６ａに正しく位置合わせされる。

そして搭載ヘッド１６によって上チップ７を加熱し、半田バンプ７ａを溶融させて接続用電極６ａに半田接合することにより、上チップ７を下チップ６に実装する（接合工程）。この時、搭載ヘッド１６の高さ位置を制御して上チップ７と下チップ６との間隔を適正に保つことにより、半田バンプ７ａが溶融した溶融半田が流動することによる不具合を防止するようにしている。

半田接合が完了したならば、搭載ステージ９による下チップ６の吸着保持を解除した後、図５（ｃ）に示すように、搭載ヘッド１６を上昇させる。これにより、部品保持ツール１７によって保持した上チップ７を下チップ６とともに搭載ステージ９から搬出する（搬出工程）。そして下チップ６に上チップ７が実装された実装体を保持した搭載ヘッド１６は第１の部品トレイ５Ａの上方に移動し、当初下チップ６が収納されていた凹部５ａに位置合わせされる。

次いで図６（ａ）に示すように、搭載ヘッド１６を下降させることにより、下チップ６に上チップ７が実装された実装体を凹部５ａ内に収納する。この後、図６（ｂ）に示すように、実装体の保持を解除した搭載ヘッド１６は上昇し、第１の部品トレイ５Ａに収納された次の下チップ６の上方に移動して、次の実装動作が開始される。

上記説明したように、本実施の形態においては、搭載ステージ９に載置された下チップ６に上チップ６を搭載して接合し、下チップ６と上チップ７が接合された実装体を搭載ヘッド１６によって搭載ステージ９から搬出する構成を採用している。これにより、簡略な構成の部品実装装置によって、サイズが略等しい２つの半導体チップを重ねたチップオンチップ構造の半導体装置を製造するための部品実装動作を効率よく行うことができる。

本発明の部品実装装置および部品実装方法は、チップオンチップ構造の半導体装置を製造するための部品実装動作を効率よく行うことができるという効果を有し、２つの半導体チップを重ねた構造の半導体装置を製造する用途に利用可能である。

本発明の一実施の形態の部品実装装置の正面図 本発明の一実施の形態の部品実装装置の平面図 本発明の一実施の形態の部品実装装置の動作説明図 本発明の一実施の形態の部品実装装置の動作説明図 本発明の一実施の形態の部品実装装置の動作説明図 本発明の一実施の形態の部品実装装置の動作説明図

符号の説明

３ 部品供給部
４ チップ位置決め部
５Ａ 第１の部品トレイ
５Ｂ 第２の部品トレイ
６ 下チップ
６ａ 接続用電極
７ 上チップ
７ａ 半田バンプ
９ 搭載ステージ
１０ 認識ユニット
１３ 実装機構部
１６ 搭載ヘッド

Claims (4)

1. 第１の部品に第２の部品を実装する部品実装装置であって、
   前記第１の部品を供給する第１の部品供給部と、前記第２の部品を供給する第２の部品供給部と、前記第１の部品が載置される搭載ステージと、前記第１の部品を前記第１の部品供給部から前記搭載ステージに移載する移載手段と、搭載ヘッドによって前記第２の部品供給部から前記第２の部品を取り出して前記搭載ステージに載置された前記第１の部品に搭載する搭載手段と、前記第１の部品に前記第２の部品を接合する接合手段とを備え、
   前記第１の部品に実装された前記第２の部品を前記搭載ヘッドにより保持して第１の部品とともに前記搭載ステージから搬出することを特徴とする部品実装装置。
2. 前記搭載ステージ上の前記第１の部品および前記搭載ヘッドによって保持された前記第２の部品を認識する認識手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の部品実装装置。
3. 第１の部品に第２の部品を実装する部品実装方法であって、
   前記第１の部品を搭載ステージ上に移載する移載工程と、前記第２の部品を搭載ヘッドによって保持する保持工程と、前記搭載ヘッドによって保持した第２の部品を前記搭載ステージ上の第１の部品に搭載する搭載工程と、前記第１の部品と第２の部品を接合する接合工程と、前記第１の部品に接合された前記第２の部品を前記搭載ヘッドにより保持して第１の部品とともに前記搭載ステージから搬出する搬出工程とを含むことを特徴とする部品実装方法。
4. 前記搭載ステージ上の前記第１の部品および前記搭載ヘッドによって保持された前記第２の部品を認識手段によって認識する認識工程を含むことを特徴とする請求項３記載の部品実装方法。
   

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