JP2007035822A

JP2007035822A - Component-packaging apparatus and component-packaging method

Info

Publication number: JP2007035822A
Application number: JP2005215365A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Nakanishi; 智昭中西
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2007-02-08

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a component-packaging apparatus and a component-packaging method capable of efficiently performing component-packaging operation for manufacturing a semiconductor device in a chip-on-chip structure without damaging components. SOLUTION: In the component-packaging apparatus for packaging an upper chip 15 on a lower one 14 for forming a mounting body in a chip-on-chip structure, the upper and lower chips 15, 14 are taken out and carried by a first component holding nozzle 22A made of a soft material fitted from a component storage section 2 to a component transfer head 21. The lower chip 14 is mounted on a packaging stage 18 and the upper chip 15 is supplied to a packaging head 27. The mounting body in which the upper chip 15 is packaged on the lower one 14 is held by a second heat-resistant component holding nozzle 22B fitted to the component transfer head 21 and stored at a first component tray 13A in the component storage section 2 from the packaging stage 18. COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、部品の上に更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。 The present invention relates to a component mounting apparatus and a component mounting method for mounting a component on top of the component.

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移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 In the field of manufacturing electronic devices, a component mounting operation for mounting a semiconductor chip on a workpiece such as a substrate is performed. In this component mounting operation, a transfer operation in which a semiconductor chip on which connection electrodes such as solder bumps are formed is taken out of the component supply unit and transferred to the substrate, and the connection electrode of the mounted semiconductor chip is used as a circuit on the substrate. A joining operation for joining the electrodes is performed. As an apparatus for performing such component mounting work, a component reversing mechanism that takes a semiconductor chip out of a component supply unit and flips it up and down and a transfer head that mounts a semiconductor chip delivered from the component reversing mechanism on a substrate are conventionally provided. A component mounting apparatus is known (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent No. 3132353

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半導体装置が採用されるようになっている。このような半導体装置は、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。 Incidentally, in recent years, with the progress of downsizing and higher functionality of electronic devices, it is required to further increase the mounting density of a mounting board incorporated in the electronic device. As a mounting form to cope with such high-density mounting, a semiconductor device having a so-called chip-on-chip structure in which a plurality of semiconductor chips are superposed has been adopted. Such a semiconductor device is manufactured by bonding the bumps formed on the circuit formation surface with the circuit formation surfaces of the two semiconductor chips facing each other.

しかしながら、上述の特許文献例に示す部品実装装置は、サイズが大きく搬送や位置決め保持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。またチップ部品の移載に際しては、部品保持ノズルとの接触により傷などの部品ダメージを生じる場合があり、移載動作の高速化には限界があった。このため、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部品ダメージを生じることなく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。 However, since the component mounting apparatus shown in the above-mentioned patent document example is configured for the purpose of transferring and mounting a semiconductor chip on a substrate that is large in size and easy to carry and position and hold, the sizes are almost equal. It was not necessarily suitable for the operation of joining two semiconductor chips together. Further, when transferring a chip component, component damage such as a scratch may occur due to contact with the component holding nozzle, and there is a limit to speeding up the transfer operation. Therefore, there has been a demand for a component mounting apparatus and a component mounting method that can efficiently perform a component mounting operation for manufacturing a semiconductor device having a chip-on-chip structure without causing component damage.

そこで本発明は、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部品ダメージをほとんど生じることなく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。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a component mounting apparatus and a component mounting method capable of efficiently performing a component mounting operation for manufacturing a semiconductor device having a chip-on-chip structure with almost no component damage.

本発明の部品実装装置は、第１の部品に第２の部品を熱圧着により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実装ステージと、少なくとも部品との当接面が軟質材より成る２つの第１の部品保持ノズルおよび前記熱圧着において加熱された前記第２の部品の温度に対して耐熱性を有する第２の部品保持ノズルが装着された部品移送ヘッドを備えた部品移送手段と、前記第２の部品を実装ヘッドによって保持して前記実装ステージに載置された前記第１の部品上に搭載して熱圧着により実装する実装手段とを備え、前記第１の部品保持ノズルによって前記第１の部品および第２の部品を前記第１の部品供給部および第２の部品供給部からそれぞれ取り出して前記部品移送ヘッドによって同時に搬送し、前記第１の部品を前記実装ステージに載置するとともに前記第２の部品を前記実装ヘッドに受け渡して保持させ、前記実装ステージにて前記第１の部品に実装さ
れた前記第２の部品を前記第２の部品保持ノズルによって保持して第１の部品とともに前記実装ステージから搬出する。 The component mounting apparatus of the present invention is a component mounting apparatus that mounts a second component on a first component by thermocompression bonding, a first component supply unit that supplies the first component, and the second component A second component supply unit for supplying components, a mounting stage on which the first components are placed, two first component holding nozzles having at least a contact surface made of a soft material, and the thermocompression bonding A component transfer means having a component transfer head mounted with a second component holding nozzle having heat resistance to the temperature of the second component heated in step, and holding the second component by the mounting head. Mounting means mounted on the first component mounted on the mounting stage and mounted by thermocompression bonding, and the first component and the second component are moved by the first component holding nozzle. First component supply unit and second component Each of the components is taken out from the feeding unit and simultaneously conveyed by the component transfer head, and the first component is placed on the mounting stage and the second component is transferred to and held by the mounting head. The second component mounted on the first component is held by the second component holding nozzle and carried out of the mounting stage together with the first component.

本発明の部品実装方法は、第１の部品を供給する第１の部品供給部と、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実装ステージと、少なくとも部品との当接面が軟質材より成る２つの第１の部品保持ノズルおよび前記熱圧着において加熱された前記第２の部品の温度に対して耐熱性を有する第２の部品保持ノズルが装着された部品移送ヘッドを備えた部品移送手段と、前記第２の部品を実装ヘッドによって保持して前記実装ステージに載置された前記第１の部品上に搭載して熱圧着により実装する実装手段とを備えた部品実装装置によって、前記第１の部品に前記第２の部品を熱圧着により実装する部品実装方法であって、前記第１の部品保持ノズルによって前記第１の部品および第２の部品を前記第１の部品供給部および第２の部品供給部からそれぞれ取り出して部品移送ヘッドによって同時に搬送し、前記第１の部品を前記実装ステージに載置するとともに前記第２の部品を前記実装ヘッドに受け渡して保持させ、前記実装ステージにて前記第１の部品に実装された前記第２の部品を前記第２の部品保持ノズルによって保持して第１の部品とともに前記実装ステージから搬出する。 The component mounting method of the present invention includes a first component supply unit that supplies a first component, a second component supply unit that supplies a second component, and a mounting stage on which the first component is placed. And two first component holding nozzles having at least a contact surface made of a soft material and a second component holding nozzle having heat resistance against the temperature of the second component heated in the thermocompression bonding And a component transfer means having a component transfer head mounted thereon, and the second component is held by the mounting head and mounted on the first component mounted on the mounting stage and mounted by thermocompression bonding. A component mounting method for mounting the second component on the first component by thermocompression bonding using a component mounting apparatus including a mounting means, wherein the first component and the first component are mounted by the first component holding nozzle. 2 parts are the first parts Taking out each from the feeding unit and the second component supply unit and simultaneously transporting them by a component transfer head, placing the first component on the mounting stage and delivering and holding the second component to the mounting head; The second component mounted on the first component on the mounting stage is held by the second component holding nozzle and is carried out of the mounting stage together with the first component.

本発明によれば、第１の部品および第２の部品を少なくとも部品との当接面が軟質材より成る第１の部品保持ノズルによって保持して同時に搬送して、第１の部品を実装ステージに載置するとともに第２の部品を実装ヘッドに受け渡して保持させ、第１の部品に熱圧着により実装された第２の部品を熱圧着において加熱された前記第２の部品の温度に対して耐熱性を有する第２の部品保持ノズルによって保持し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を部品ダメージをほとんど生じることなく効率よく行うことができる。 According to the present invention, the first component and the second component are simultaneously transported while being held by the first component holding nozzle having at least a contact surface made of a soft material with the component, and the first component is mounted on the mounting stage. And the second component is transferred to and held by the mounting head, and the second component mounted on the first component by thermocompression bonding is heated against the temperature of the second component heated in thermocompression bonding. By adopting a configuration that is held by the second component holding nozzle having heat resistance and carried out from the mounting stage, component mounting for manufacturing a chip-on-chip semiconductor device can be efficiently performed with almost no component damage. It can be carried out.

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斜視図、図２は本発明の一実施の形態の部品実装装置の正面図、図３，図４は本発明の一実施の形態の部品実装方法を示す工程説明図である。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a perspective view of a component mounting apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view of the component mounting apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 3 and 4 are diagrams of an embodiment of the present invention. It is process explanatory drawing which shows a component mounting method.

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（半導体装置）を形成する用途に使用されるものである。図１において、部品実装装置１は、部品収納部２および部品位置決め部３をＸ方向（部品搬送方向）に直列に配設し、その上方に部品移送部４および部品実装部５をＸ方向に配置した構成となっている。 First, the structure of the component mounting apparatus 1 will be described with reference to FIGS. The component mounting apparatus 1 is used for forming a chip-on-chip mounting body (semiconductor device) in which semiconductor chips having substantially the same size are directly stacked and mounted. In FIG. 1, a component mounting apparatus 1 includes a component storage unit 2 and a component positioning unit 3 arranged in series in the X direction (component transport direction), and a component transfer unit 4 and a component mounting unit 5 disposed in the X direction above the component storage unit 2 and the component positioning unit 3. The arrangement is arranged.

各部の構成を説明する。部品収納部２は、Ｘ軸テーブル１１Ｘ、Ｙ軸テーブル１１Ｙを積層した位置決めテーブル１１上に、部品収納テーブル１２を装着した構成となっている。部品収納テーブル１２の上面には、第１の部品トレイ１３Ａ、第２の部品トレイ１３Ｂが保持されており、第１の部品トレイ１３Ａ、第２の部品トレイ１３Ｂには、それぞれ第１の部品である下チップ１４および第２の部品である上チップ１５が、格子状の規則配列で収納されている。 The configuration of each part will be described. The component storage unit 2 has a configuration in which a component storage table 12 is mounted on a positioning table 11 in which an X-axis table 11X and a Y-axis table 11Y are stacked. A first component tray 13A and a second component tray 13B are held on the upper surface of the component storage table 12, and each of the first component tray 13A and the second component tray 13B includes a first component tray. A certain lower chip 14 and an upper chip 15 which is a second component are accommodated in a lattice-like regular array.

位置決めテーブル１１を駆動することにより、部品収納テーブル１２上の第１の部品トレイ１３Ａ、第２の部品トレイ１３ＢはＸ方向、Ｙ方向に水平移動する。これにより、下チップ１４、上チップ１５は、部品移送部４に対して位置合わせされ、位置合わせされた下チップ１４、上チップ１５は、部品移送部４によって取り出されてそれぞれ部品位置決め部３，部品実装部５に対して供給される。したがって、第１の部品トレイ１３Ａは第１の部品を供給する第１の部品供給部となっており、第２の部品トレイ１３Ｂは第２の部品
を供給する第２の部品供給部となっている。 By driving the positioning table 11, the first component tray 13A and the second component tray 13B on the component storage table 12 move horizontally in the X direction and the Y direction. As a result, the lower chip 14 and the upper chip 15 are aligned with respect to the component transfer unit 4, and the aligned lower chip 14 and upper chip 15 are taken out by the component transfer unit 4 and are respectively positioned to the component positioning units 3 and 3. Supplied to the component mounting unit 5. Therefore, the first component tray 13A is a first component supply unit that supplies the first component, and the second component tray 13B is a second component supply unit that supplies the second component. Yes.

下チップ１４、上チップ１５はほぼ同サイズの矩形部品であり、図２に示すように、下チップ１４の回路形成面には接続用電極１４ａが、また上チップ１５の回路形成面には半田バンプ１５ａが設けられている。下チップ１４、上チップ１５はいずれも回路形成面を上向きにしたいわゆるフェイスアップ姿勢で第１の部品トレイ１３Ａ、第２の部品トレイ１３Ｂに収納されている。部品実装装置１は第１の部品トレイ１３Ａ、第２の部品トレイ１３Ｂから取り出された下チップ１４と上チップ１５とを重ねて実装する部品実装作業を行う。この部品実装作業は、下チップ１４上に上チップ１５を搭載し、半田バンプ１５ａを接続用電極１４ａに半田接合することにより行われる。なお、接合方法は、半田バンプ１５ａを接続用電極１４ａに接合する半田接合に限られるものではなく、接着剤やＡＣＦなどの樹脂等を用いる方法でもよい。もちろん、超音波を用いてもよい。また、バンプの材質も半田に限られるものではなく、金、銀、銅、インジウムなど適宜選択可能である。 The lower chip 14 and the upper chip 15 are rectangular parts having substantially the same size. As shown in FIG. 2, the connection electrode 14a is provided on the circuit formation surface of the lower chip 14 and the solder is provided on the circuit formation surface of the upper chip 15. Bumps 15a are provided. Both the lower chip 14 and the upper chip 15 are housed in the first component tray 13A and the second component tray 13B in a so-called face-up posture with the circuit formation surface facing upward. The component mounting apparatus 1 performs a component mounting operation for stacking and mounting the lower chip 14 and the upper chip 15 taken out from the first component tray 13A and the second component tray 13B. This component mounting operation is performed by mounting the upper chip 15 on the lower chip 14 and soldering the solder bumps 15a to the connection electrodes 14a. The bonding method is not limited to solder bonding in which the solder bump 15a is bonded to the connection electrode 14a, and a method using an adhesive, a resin such as ACF, or the like may be used. Of course, ultrasonic waves may be used. The material of the bump is not limited to solder, and gold, silver, copper, indium or the like can be appropriately selected.

部品位置決め部３は、Ｘ軸テーブル１６Ｘ、Ｙ軸テーブル１６Ｙを積層した位置決めテーブル１６に、移動ブロック１７を装着した構成となっている。移動ブロック１７の上面には下チップ１４が載置される実装ステージ１８が設けられている。実装ステージ１８には吸引孔１８ａが設けられており、実装ステージ１８上に下チップ１４を載置した状態で吸引孔１８ａから真空吸引することにより、下チップ１４は実装ステージ１８に吸着保持される。 The component positioning unit 3 has a configuration in which a moving block 17 is mounted on a positioning table 16 in which an X-axis table 16X and a Y-axis table 16Y are stacked. A mounting stage 18 on which the lower chip 14 is placed is provided on the upper surface of the moving block 17. The mounting stage 18 is provided with a suction hole 18a, and the lower chip 14 is sucked and held by the mounting stage 18 by vacuum suction from the suction hole 18a with the lower chip 14 placed on the mounting stage 18. .

位置決めテーブル１６を駆動することにより、実装ステージ１８はＸ方向、Ｙ方向に水平移動し、これにより実装ステージ１８に保持された下チップ１４を部品実装部５に対して位置合わせする。また以下に説明する部品移送部４によって部品収納部２から取り出された下チップ１４を実装ステージ１８に載置する際には、Ｘ軸テーブル１６Ｘによって実装ステージ１８をＸ方向左側に移動させ、図２に示す部品受渡位置［Ｐ１］に位置させる。 By driving the positioning table 16, the mounting stage 18 moves horizontally in the X direction and the Y direction, whereby the lower chip 14 held on the mounting stage 18 is aligned with the component mounting unit 5. Further, when the lower chip 14 taken out from the component storage unit 2 by the component transfer unit 4 described below is placed on the mounting stage 18, the mounting stage 18 is moved to the left in the X direction by the X-axis table 16X. It is located at the part delivery position [P1] shown in FIG.

部品移送部４は、Ｘ方向に配設された移動テーブル２０によって、部品移送ヘッド２１をＸ方向に往復動させる構成となっている。部品移送ヘッド２１は、３つの部品保持ノズルをターレット式に配置した複数ノズル型部品移送ヘッドであり、図２に示すように、１８０度の等配位置に配置された２つの第１の部品保持ノズル２２Ａと、これらに対して９０度の角度をなす位置に配置された第２の部品保持ノズル２２Ｂを備えている。第１の部品保持ノズル２２Ａ、第２の部品保持ノズル２２Ｂは、それぞれ部品移送ヘッド２１に内蔵された進退機構によってそれぞれ個別に部品移送ヘッド２１の中心に対して進退自在となっている。 The component transfer unit 4 is configured to reciprocate the component transfer head 21 in the X direction by a moving table 20 disposed in the X direction. The component transfer head 21 is a multi-nozzle type component transfer head in which three component holding nozzles are arranged in a turret manner, and as shown in FIG. 2, two first component holding units arranged at 180 degrees equidistant positions. The nozzle 22A and a second component holding nozzle 22B disposed at a position that forms an angle of 90 degrees with the nozzle 22A are provided. The first component holding nozzle 22 A and the second component holding nozzle 22 B are individually movable forward and backward with respect to the center of the component transfer head 21 by an advance / retreat mechanism built in the component transfer head 21.

第１の部品保持ノズル２２Ａは、チップ部品との当接時に傷などのダメージを与えにくいゴム、エラストマーなどの軟質材より成り、下チップ１４、上チップ１５を保持して取り出すために用いられる。第１の部品保持ノズル２２Ａにおいて軟質材を用いる範囲は、少なくとも部品との当接面を含む範囲であればよい。第２の部品保持ノズル２２Ｂは金属製であり、部品実装部５によって行われる熱圧着において加熱された上チップ１５の温度に対して耐熱性を有するものとなっている。したがって部品移送部４は、２つの第１の部品保持ノズル２２Ａおよび第２の部品保持ノズル２２Ｂが装着された部品移送ヘッド２１を備えた部品移送手段となっている。なお、第２の部品保持ノズル２２Ｂはセラミックス製でもよい。 The first component holding nozzle 22A is made of a soft material such as rubber or elastomer that is unlikely to cause damage such as scratches when contacting the chip component, and is used to hold and take out the lower chip 14 and the upper chip 15. The range in which the soft material is used in the first component holding nozzle 22A may be a range including at least a contact surface with the component. The second component holding nozzle 22B is made of metal and has heat resistance against the temperature of the upper chip 15 heated in the thermocompression performed by the component mounting portion 5. Accordingly, the component transfer unit 4 is a component transfer means including a component transfer head 21 on which the two first component holding nozzles 22A and the second component holding nozzle 22B are mounted. The second component holding nozzle 22B may be made of ceramics.

また部品移送ヘッド２１は、内蔵された回転機構によってＹ方向に設けられた回転軸２１ａ廻りに１８０度の回転が可能となっている。これにより、３つの部品保持ノズルのいずれかを下向き姿勢にした状態で動作させることができるとともに、２つの第１の部品保
持ノズル２２Ａのうちの１つを上向き姿勢にした状態で動作させることが可能となっている。 The component transfer head 21 can be rotated 180 degrees around a rotation shaft 21 a provided in the Y direction by a built-in rotation mechanism. As a result, one of the three component holding nozzles can be operated in a downward posture, and one of the two first component holding nozzles 22A can be operated in an upward posture. It is possible.

すなわち部品移送ヘッド２１は、２つの第１の部品保持ノズル２２Ａを順次下向き姿勢にすることにより部品収納部２から下チップ１４、上チップ１５を連続して取り出すことができるとともに、下向き姿勢の上チップ１５を保持した部品移送ヘッド２１を１８０度回転させることにより、上チップ１５を上下反転することができるようになっている。 That is, the component transfer head 21 can continuously take out the lower chip 14 and the upper chip 15 from the component storage unit 2 by sequentially setting the two first component holding nozzles 22A to the downward posture, and also the upper portion of the downward posture. The upper chip 15 can be turned upside down by rotating the component transfer head 21 holding the chip 15 by 180 degrees.

第１の部品トレイ１３Ａから下チップ１４を取り出して実装ステージ１８に移載する際には、下チップ１４を保持した部品移送ヘッド２１を、図２に示す部品受渡位置［Ｐ１］まで移動させ、ここで第１の部品保持ノズル２２Ａを昇降させて、保持した下チップ１４を予め部品受渡位置［Ｐ１］まで移動した実装ステージ１８に載置する。さらに部品移送ヘッド２１は、実装ステージ１８において下チップ１４に熱圧着により実装された上チップ１５を、第２の部品保持ノズル２２Ｂによって保持して実装ステージ１８から搬出し、部品収納部２に収納する機能を併せて有している。 When the lower chip 14 is taken out from the first component tray 13A and transferred to the mounting stage 18, the component transfer head 21 holding the lower chip 14 is moved to the component delivery position [P1] shown in FIG. Here, the first component holding nozzle 22A is moved up and down, and the held lower chip 14 is placed on the mounting stage 18 that has been moved to the component delivery position [P1] in advance. Further, the component transfer head 21 holds the upper chip 15 mounted on the lower chip 14 by thermocompression bonding at the mounting stage 18 by the second component holding nozzle 22 B and carries it out of the mounting stage 18 and stores it in the component storage unit 2. It also has the function to do.

部品実装部５は、Ｘ方向に配設された移動テーブル２５によって、実装ヘッド２７をＸ方向に往復動させる構成となっている。実装ヘッド２７はヘッド昇降機構２６によって昇降し、上チップ１５をフェイスダウン姿勢で吸着により保持する部品保持ノズル２８を備えている。第２の部品トレイ１３Ｂから第１の部品保持ノズル２２Ａによって上チップ１５を取り出した部品移送ヘッド２１を、図２に示す部品受渡位置［Ｐ１］まで移動させて、部品移送ヘッド２１を回転させるとともに、実装ヘッド２７を部品受渡位置［Ｐ１］まで移動させることにより、第１の部品保持ノズル２２Ａに保持された上チップ１５を実装ヘッド２７に受け渡すことができる。このとき、第２の部品トレイ１３Ｂにおいては半田バンプ１５ａを上向きにしたフェイスアップ姿勢であった上チップ１５は、部品移送ヘッド２１によって上下反転されることにより、半田バンプ１５ａを下向きにしたフェイスダウン姿勢で実装ヘッド２７に受け渡される。 The component mounting unit 5 is configured to reciprocate the mounting head 27 in the X direction by the moving table 25 arranged in the X direction. The mounting head 27 includes a component holding nozzle 28 that is moved up and down by a head lifting mechanism 26 and holds the upper chip 15 by suction in a face-down posture. The component transfer head 21 that has taken out the upper chip 15 from the second component tray 13B by the first component holding nozzle 22A is moved to the component delivery position [P1] shown in FIG. 2 to rotate the component transfer head 21. By moving the mounting head 27 to the component delivery position [P1], the upper chip 15 held by the first component holding nozzle 22A can be delivered to the mounting head 27. At this time, in the second component tray 13B, the upper chip 15 having the face-up posture with the solder bumps 15a facing upward is turned upside down by the component transfer head 21 to face down with the solder bumps 15a facing downward. The posture is transferred to the mounting head 27.

上チップ１５を受け取った後の実装ヘッド２７は部品実装位置［Ｐ２］に移動し、ここで昇降動作を行うことにより、上チップ１５を部品実装位置［Ｐ２］に移動した実装ステージ１８上の下チップ１４に搭載する。実装ヘッド２７は接合手段としての加熱手段を内蔵しており、部品保持ノズル２８を介して上チップ１５を加熱することができるようになっている。実装ヘッド２７によって保持した上チップ１５を、実装ステージ１８に載置された下チップ１４に対して下降させて半田バンプ１５ａを接続用電極１４ａに接触させる実装動作において、実装ヘッド２７によって上チップ１５を加熱することにより、半田バンプ１５ａが溶融して接続用電極１４ａに半田接合され、これにより上チップ１５は下チップ１４に実装される。部品実装部５は、上チップ１５を実装ヘッド２７によって保持して、実装ステージ１８に載置された下チップ１４に搭載して熱圧着により実装する実装手段となっている。 The mounting head 27 after receiving the upper chip 15 moves to the component mounting position [P2], and by performing an elevating operation here, the lower part on the mounting stage 18 that has moved the upper chip 15 to the component mounting position [P2]. Mounted on the chip 14. The mounting head 27 incorporates a heating means as a joining means so that the upper chip 15 can be heated via the component holding nozzle 28. In the mounting operation in which the upper chip 15 held by the mounting head 27 is lowered with respect to the lower chip 14 placed on the mounting stage 18 and the solder bumps 15a are brought into contact with the connection electrodes 14a, the upper chip 15 is mounted by the mounting head 27. Is heated, and the solder bump 15a is melted and soldered to the connection electrode 14a, whereby the upper chip 15 is mounted on the lower chip 14. The component mounting unit 5 is a mounting means for holding the upper chip 15 by the mounting head 27 and mounting it on the lower chip 14 mounted on the mounting stage 18 and mounting it by thermocompression bonding.

なお、第１の部品である下チップ１４に第２の部品である上チップ１５を接合する接合手段として、実装ヘッド２７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。実装ヘッド２７に設けた振動印加手段によって超音波振動などの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実装ステージ１８側に設けてもよい。 In addition, although the heating means built in the mounting head 27 was illustrated as a joining means which joins the upper chip 15 which is a 2nd component to the lower chip 14 which is a 1st component, a joining means is not restricted to this. Absent. The vibration may be applied by applying vibration such as ultrasonic vibration by a vibration applying means provided on the mounting head 27, or heating by a heater and vibration application may be used in combination. Further, a joining means such as a heater may be provided on the mounting stage 18 side.

部品位置決め部３の斜め上方には、認識ユニット３０が配設されている。認識ユニット３０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視野光学系を備えており、移動機構（図示省略）によってＹ方向に進退自在となっている。実装ステージ１８に下チップ１４が載置され、且つ上チップ１５を吸着保持した実装ヘッド２７が実装
ステージ１８の直上に位置した状態で、認識ユニット３０を実装ステージ１８と実装ヘッド２７との間に進出させることにより、下チップ１４と上チップ１５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３０は、実装ステージ１８上の下チップ１４および実装ヘッド２７によって保持された上チップ１５を光学的に認識する認識手段となっている。 A recognition unit 30 is disposed obliquely above the component positioning unit 3. The recognition unit 30 includes a two-field optical system capable of capturing an upper imaging field and a lower imaging field by a single imaging operation, and is movable forward and backward in the Y direction by a moving mechanism (not shown). The recognition unit 30 is placed between the mounting stage 18 and the mounting head 27 in a state where the lower chip 14 is placed on the mounting stage 18 and the mounting head 27 that holds the upper chip 15 by suction is positioned immediately above the mounting stage 18. By advancing, the lower chip 14 and the upper chip 15 can be imaged and recognized by the same imaging operation. The recognition unit 30 serves as a recognition means for optically recognizing the lower chip 14 on the mounting stage 18 and the upper chip 15 held by the mounting head 27.

次に、図３、図４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、一方側の第１の部品保持ノズル２２Ａを下向きにした部品移送ヘッド２１を、部品収納部２の第２の部品トレイ１３Ｂの上方へ移動させる。そして実装対象となる上チップ１５に第１の部品保持ノズル２２Ａを位置合わせして下降させ、上チップ１５を回路形成面側から吸着保持する。次いで部品移送ヘッド２１を１８０度回転させて、他方側の空の状態の第１の部品保持ノズル２２Ａを下向きにした部品移送ヘッド２１を第１の部品トレイ１３Ａの上方に移動させ、図３（ｂ）に示すように、第１の部品保持ノズル２２Ａによって下チップ１４を吸着保持する。 Next, a component mounting operation by the component mounting apparatus 1 will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 3A, the component transfer head 21 with the first component holding nozzle 22 A on one side facing downward is moved above the second component tray 13 B of the component storage unit 2. Then, the first component holding nozzle 22A is positioned and lowered on the upper chip 15 to be mounted, and the upper chip 15 is sucked and held from the circuit forming surface side. Next, the component transfer head 21 is rotated 180 degrees, and the component transfer head 21 with the other empty first component holding nozzle 22A facing downward is moved above the first component tray 13A, and FIG. As shown in b), the lower chip 14 is sucked and held by the first component holding nozzle 22A.

この後、部品移送ヘッド２１によって下チップ１４、上チップ１５を部品位置決め部３、部品実装部５に受け渡す動作が実行される。すなわち、図３（ｃ）に示すように、２つの第１の部品保持ノズル２２Ａにそれぞれ下チップ１４、上チップ１５を保持した部品移送ヘッド２１を、部品位置決め部３の部品受渡位置［Ｐ１］へ移動させて下チップ１４、上チップ１５を同時に搬送する。次いで、予め部品受渡位置［Ｐ１］へ移動した実装ステージ１８に、第１の部品保持ノズル２２Ａに保持された下チップ１４を接続用電極１４ａを上向きにしたフェイスアップ姿勢で載置する。次いで、実装ヘッド２７を部品受渡位置［Ｐ１］へ移動させ、図３（ｄ）に示すように、第２の部品保持ノズル２２Ａに保持された上チップ１５を、実装ヘッド２７の部品実装ノズル２８に半田バンプ１５ａを下向きにしたフェイスダウン姿勢で保持させる。 Thereafter, an operation of transferring the lower chip 14 and the upper chip 15 to the component positioning unit 3 and the component mounting unit 5 by the component transfer head 21 is executed. That is, as shown in FIG. 3C, the component transfer head 21 that holds the lower chip 14 and the upper chip 15 on the two first component holding nozzles 22 A is connected to the component delivery position [P 1] of the component positioning unit 3. To move the lower chip 14 and the upper chip 15 simultaneously. Next, the lower chip 14 held by the first component holding nozzle 22A is placed in a face-up posture with the connection electrode 14a facing upward on the mounting stage 18 that has been moved to the component delivery position [P1] in advance. Next, the mounting head 27 is moved to the component delivery position [P1], and the upper chip 15 held by the second component holding nozzle 22A is moved to the component mounting nozzle 28 of the mounting head 27 as shown in FIG. Are held in a face-down posture with the solder bumps 15a facing downward.

そしてこの後、上チップ１５を保持した実装ヘッド２７が部品実装位置［Ｐ２］に移動したならば、図４（ａ）に示すように、認識ユニット３０を実装ステージ１８と実装ヘッド２７との間に進出させ、認識ユニット３０に備えられた２視野光学系によって下チップ１４と上チップ１５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１４の接続用電極１４ａと上チップ１５の半田バンプ１５ａが認識される。そしてこの認識結果に基づいて、接続用電極１４ａと半田バンプ１５ａの位置ずれが検出される。 Thereafter, when the mounting head 27 holding the upper chip 15 moves to the component mounting position [P2], the recognition unit 30 is moved between the mounting stage 18 and the mounting head 27 as shown in FIG. The lower chip 14 and the upper chip 15 are imaged by the same imaging operation by the two-field optical system provided in the recognition unit 30. The imaging result is recognized by a recognition means (not shown), and the connection electrode 14a of the lower chip 14 and the solder bump 15a of the upper chip 15 are recognized. Based on the recognition result, the positional deviation between the connection electrode 14a and the solder bump 15a is detected.

この後認識ユニット３０が実装ヘッド２７の下方から退避したならば、図４（ｂ）に示すように、実装ヘッド２７を下降させて、上チップ１５を下チップ１４に搭載する。このとき、前述の認識工程によって得られた接続用電極１４ａと半田バンプ１５ａの位置ずれを加味して位置決めテーブル１６を制御することにより、半田バンプ１５ａは接続用電極１４ａに正しく位置合わせされる。この搭載動作時には、部品移送ヘッド２１は第２の部品保持ノズル２２Ｂを下向きにした状態で、部品受渡位置［Ｐ１］において待機状態にある。 Thereafter, when the recognition unit 30 is retracted from below the mounting head 27, the mounting head 27 is lowered and the upper chip 15 is mounted on the lower chip 14, as shown in FIG. At this time, the solder bump 15a is correctly aligned with the connection electrode 14a by controlling the positioning table 16 in consideration of the positional deviation between the connection electrode 14a and the solder bump 15a obtained by the above recognition process. During this mounting operation, the component transfer head 21 is in a standby state at the component delivery position [P1] with the second component holding nozzle 22B facing downward.

そして実装ヘッド２７によって上チップ１５を加熱し、半田バンプ１５ａを溶融させて接続用電極１４ａに半田接合することにより、実装ヘッド２７に保持された上チップ１５を実装ステージ１８に載置された下チップ１４に実装する。これにより、下チップ１４に上チップ１５を実装した実装体１９が形成される。この時、実装ヘッド２７の高さ位置を制御して上チップ１５と下チップ１４との間隔を適正に保つことにより、半田バンプ１５ａ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。 Then, the upper chip 15 is heated by the mounting head 27, the solder bump 15 a is melted and soldered to the connection electrode 14 a, so that the upper chip 15 held by the mounting head 27 is placed on the mounting stage 18. Mounted on the chip 14. Thereby, the mounting body 19 in which the upper chip 15 is mounted on the lower chip 14 is formed. At this time, the height position of the mounting head 27 is controlled to keep the distance between the upper chip 15 and the lower chip 14 proper, thereby preventing problems caused by the flow of molten solder in which the solder bumps 15a are melted. ing.

半田接合が完了した後に、実装ステージ１８による下チップ１４の吸着保持を解除して
実装ヘッド２７を上昇させたならば、実装体１９の搬出が行われる。すなわち図４（ｃ）に示すように、実装体１９が載置された状態の実装ステージ１８を部品受渡位置［Ｐ１］まで移動させ、次いで部品移送ヘッド２１を実装ステージ１８に対して下降させて、第２の部品保持ノズル２２Ｂによって実装体１９の上チップ１５を保持する。次いで、図４（ｄ）に示すように、部品移送ヘッド２１を部品収納部２に移動させて、第２の部品保持ノズル２２Ｂによって保持した上チップ１５を、下チップ１４とともに第１の部品トレイ１３Ａに収納する。 After the solder bonding is completed, if the suction holding of the lower chip 14 by the mounting stage 18 is released and the mounting head 27 is raised, the mounting body 19 is carried out. That is, as shown in FIG. 4C, the mounting stage 18 on which the mounting body 19 is placed is moved to the component delivery position [P1], and then the component transfer head 21 is lowered with respect to the mounting stage 18. The upper chip 15 of the mounting body 19 is held by the second component holding nozzle 22B. Next, as shown in FIG. 4 (d), the component transfer head 21 is moved to the component storage section 2, and the upper chip 15 held by the second component holding nozzle 22 B is moved together with the lower chip 14 to the first component tray. Store in 13A.

上記説明したように、本実施の形態の部品実装装置においては、少なくとも部品との当接面が軟質材より成る第１の部品保持ノズル２２Ａによって下チップ１４および上チップ１５を第１の部品トレイ１３Ａおよび第２の部品トレイ１３Ｂからそれぞれ取り出して部品移送ヘッド２１によって同時に搬送し、下チップ１４を実装ステージ１８に載置するとともに上チップ１５を実装ヘッド２７に受け渡して保持させる。そして実装ヘッド２７によって保持された上チップ１５を実装ステージ１８に載置された下チップ１４に搭載して熱圧着により実装し、さらに下チップ１４に実装された上チップ１５を熱圧着において加熱された上チップ１５の温度に対して耐熱性を有する第２の部品保持ノズル２２Ｂによって保持して実装ステージ１８から搬出する構成を採用している。 As described above, in the component mounting apparatus according to the present embodiment, the lower chip 14 and the upper chip 15 are moved to the first component tray by the first component holding nozzle 22A having at least a contact surface made of a soft material. 13A and the second component tray 13B are respectively taken out and simultaneously conveyed by the component transfer head 21, and the lower chip 14 is placed on the mounting stage 18 and the upper chip 15 is transferred to and held by the mounting head 27. Then, the upper chip 15 held by the mounting head 27 is mounted on the lower chip 14 placed on the mounting stage 18 and mounted by thermocompression bonding, and the upper chip 15 mounted on the lower chip 14 is heated by thermocompression bonding. In addition, a configuration is adopted in which the second component holding nozzle 22 B having heat resistance with respect to the temperature of the chip 15 is carried out from the mounting stage 18.

これにより、下チップ１４、上チップ１５を部品収納部２から取り出して供給する部品移載動作において、下チップ１４、上チップ１５にダメージを与えることなく高速移載動作を実現することができ、下チップ１４、上チップ１５を同時搬送する動作効率の改善と相俟って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を、部品ダメージをほとんど生じることなく効率よく行うことができる。 Thereby, in the component transfer operation of taking out and supplying the lower chip 14 and the upper chip 15 from the component storage unit 2, a high-speed transfer operation can be realized without damaging the lower chip 14 and the upper chip 15. Combined with the improvement of the operation efficiency for simultaneously transporting the lower chip 14 and the upper chip 15, component mounting for manufacturing a semiconductor device having a chip-on-chip structure can be efficiently performed with almost no component damage.

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を部品にダメージをほとんど与えることなく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の製造分野に利用可能である。 The component mounting apparatus and the component mounting method of the present invention have the effect that component mounting for manufacturing a semiconductor device having a chip-on-chip structure can be efficiently performed with little damage to the components. The present invention can be used in the field of manufacturing semiconductor devices having a structure in which chips are stacked.

本発明の一実施の形態の部品実装装置の斜視図The perspective view of the component mounting apparatus of one embodiment of this invention 本発明の一実施の形態の部品実装装置の正面図The front view of the component mounting apparatus of one embodiment of this invention 本発明の一実施の形態の部品実装方法を示す工程説明図Process explanatory drawing which shows the component mounting method of one embodiment of this invention 本発明の一実施の形態の部品実装方法を示す工程説明図Process explanatory drawing which shows the component mounting method of one embodiment of this invention

符号の説明Explanation of symbols

１部品実装装置
２部品収納部
３部品位置決め部
４部品移送部
５部品実装部
１３Ａ第１の部品トレイ
１３Ｂ第２の部品トレイ
１４下チップ
１５上チップ
１８実装ステージ
１９実装体
２１部品移送ヘッド
２２Ａ第１の部品保持ノズル
２２Ｂ第２の部品保持ノズル
２７実装ヘッド DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Component mounting apparatus 2 Component storage part 3 Component positioning part 4 Component transfer part 5 Component mounting part 13A 1st component tray 13B 2nd component tray 14 Lower chip 15 Upper chip 18 Mounting stage 19 Mounting body 21 Component transfer head 22A 1st 1 component holding nozzle 22B second component holding nozzle 27 mounting head

Claims

第１の部品に第２の部品を熱圧着により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実装ステージと、少なくとも部品との当接面が軟質材より成る２つの第１の部品保持ノズルおよび前記熱圧着において加熱された前記第２の部品の温度に対して耐熱性を有する第２の部品保持ノズルが装着された部品移送ヘッドを備えた部品移送手段と、前記第２の部品を実装ヘッドによって保持して前記実装ステージに載置された前記第１の部品上に搭載して熱圧着により実装する実装手段とを備え、
前記第１の部品保持ノズルによって前記第１の部品および第２の部品を前記第１の部品供給部および第２の部品供給部からそれぞれ取り出して前記部品移送ヘッドによって同時に搬送し、前記第１の部品を前記実装ステージに載置するとともに前記第２の部品を前記実装ヘッドに受け渡して保持させ、前記実装ステージにて前記第１の部品に実装された前記第２の部品を前記第２の部品保持ノズルによって保持して第１の部品とともに前記実装ステージから搬出することを特徴とする部品実装装置。 A component mounting apparatus for mounting a second component on a first component by thermocompression bonding,
A first component supply unit that supplies the first component; a second component supply unit that supplies the second component; a mounting stage on which the first component is placed; and at least a component Component transfer with two first component holding nozzles whose abutment surfaces are made of a soft material and a second component holding nozzle having heat resistance against the temperature of the second component heated in the thermocompression bonding Component transfer means provided with a head, and mounting means for holding the second component by a mounting head and mounting the component on the first component mounted on the mounting stage and mounting by thermocompression bonding,
The first component holding nozzle removes the first component and the second component from the first component supply unit and the second component supply unit, respectively, and simultaneously conveys them by the component transfer head. A component is placed on the mounting stage and the second component is transferred to and held by the mounting head, and the second component mounted on the first component on the mounting stage is transferred to the second component. A component mounting apparatus which is held by a holding nozzle and carried out of the mounting stage together with the first component.

第１の部品を供給する第１の部品供給部と、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実装ステージと、少なくとも部品との当接面が軟質材より成る２つの第１の部品保持ノズルおよび前記熱圧着において加熱された前記第２の部品の温度に対して耐熱性を有する第２の部品保持ノズルが装着された部品移送ヘッドを備えた部品移送手段と、前記第２の部品を実装ヘッドによって保持して前記実装ステージに載置された前記第１の部品上に搭載して熱圧着により実装する実装手段とを備えた部品実装装置によって、前記第１の部品に前記第２の部品を熱圧着により実装する部品実装方法であって、
前記第１の部品保持ノズルによって前記第１の部品および第２の部品を前記第１の部品供給部および第２の部品供給部からそれぞれ取り出して部品移送ヘッドによって同時に搬送し、前記第１の部品を前記実装ステージに載置するとともに前記第２の部品を前記実装ヘッドに受け渡して保持させ、前記実装ステージにて前記第１の部品に実装された前記第２の部品を前記第２の部品保持ノズルによって保持して第１の部品とともに前記実装ステージから搬出することを特徴とする部品実装方法。
A first component supply unit that supplies a first component, a second component supply unit that supplies a second component, a mounting stage on which the first component is placed, and at least contact with the component A component transfer head equipped with two first component holding nozzles each having a surface made of a soft material and a second component holding nozzle having heat resistance against the temperature of the second component heated in the thermocompression bonding. Component mounting comprising: component transfer means provided; and mounting means for holding the second component by a mounting head and mounting the second component on the first component mounted on the mounting stage and mounting by thermocompression bonding A component mounting method for mounting the second component on the first component by thermocompression bonding using an apparatus,
The first component and the second component are respectively taken out from the first component supply unit and the second component supply unit by the first component holding nozzle and are simultaneously conveyed by a component transfer head. Is mounted on the mounting stage, and the second component is transferred to and held by the mounting head, and the second component mounted on the first component at the mounting stage is held by the second component. A component mounting method, wherein the component mounting method is carried out from the mounting stage together with a first component while being held by a nozzle.