JP4508016B2 - 部品実装方法 - Google Patents
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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
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。
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の部品を部品移送手段によって部品受渡位置にて実装ステージ上に移載する移載工程と、前記第２の部品を前記部品移送手段によって前記部品受渡位置にて実装ヘッドに受け渡して保持させる保持工程と、前記実装ヘッドによって保持した第２の部品を前記部品受渡位置とは異なる部品実装位置にて前記実装ステージ上の第１の部品に実装する実装工程とを含み、第２の部品供給部に収納された前記第２の部品を保持する動作と平行して、前記第１の部品が載置された前記実装ステージは前記部品受渡位置から前記部品実装位置に戻る。
本発明によれば、第１の部品に第２の部品を実装する部品実装において、第１の部品を部品移送手段によって実装ステージに移送し、次いで部品移送手段によって受け渡された第２の部品を実装ヘッドによって第１の部品に実装する構成とすることにより、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効率よく行うことができる。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の部品実装装置の斜視図、図２は本発明の実施の形態１の部品実装装置の正面図、図３，図４は本発明の実施の形態１の部品実装方法を示す工程説明図である。
図１は本発明の実施の形態１の部品実装装置の斜視図、図２は本発明の実施の形態１の部品実装装置の正面図、図３，図４は本発明の実施の形態１の部品実装方法を示す工程説明図である。
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（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。部品位置決め部３の右側方には、実装後の部品を搬出する部品搬出部６が配置されている。
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。
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。
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上と上チップ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良い。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。
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。
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。
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、Ｙ軸テーブル１６Ｙ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。
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、下チップ１４、上チップ１５のいずれも保持可能な部品保持ノズル２２を備えており、部品保持ノズル２２は部品移送ヘッド２１に内蔵された昇降機構によって昇降自在となっている。また部品移送ヘッド２１は、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、部品保持ノズル２２を下向き、上向きの２姿勢で動作させることができる。
すなわち部品移送ヘッド２１は下向き姿勢の部品保持ノズル２２によって部品収納部２から下チップ１４、上チップ１５を取り出すことができるとともに、下向き姿勢で上チップ１５を保持した部品保持ノズル２２を１８０度回転させることにより、部品保持ノズル２２を上向き姿勢にして上チップ１５を上下反転することができるようになっている。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を保持した部品保持ノズル２２を、図２に示す部品受渡位置［Ｐ１］まで移動させ、ここで部品保持ノズル２２を昇降させて、保持した下チップ１４を実装ステージ１８に載置する。
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を上下反転させるとともに、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、部品保持ノズル２２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。すなわち、部品移送部４は、下チップ１４を第１の部品トレイ１３Ａから実装ステージ１８へ移送し、上チップ１５を第２の部品トレイ１３Ｂから取り出して実装ヘッド２７に受け渡す部品移送手段となっている。
そして上チップ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１５
ａ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に実装する実装手段となっている。
ａ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に実装する実装手段となっている。
チップ位置決め部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。
部品位置決め部３の右側方に配置された部品搬出部６は、搬送コンベア３１によってＸ方向に移動自在な部品収納トレイ３２と、上チップ１５を吸着保持可能な部品保持ノズル３４が装着された部品搬出ヘッド３３を備えている。部品搬出ヘッド３３は、搬送ヘッド移動機構（図示省略）によってＸ方向の往復動および昇降動作が可能となっている。これにより部品搬出ヘッド３３は、部品実装位置［Ｐ２］に位置する実装ステージ１８と搬送コンベア３１の左端部に位置した部品収納トレイ３２との間で部品移載動作を行い、実装ステージ１８において下チップ１４に上チップ１５を実装して構成された実装体１９を部品収納トレイ３２に搬出する。したがって部品搬出ヘッド３３は、下チップ１４に実装された上チップ１５を下チップ１４とともに実装ステージ１８から搬出する部品搬出手段となっている。
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、部品移送ヘッド２１を部品収納部２の第１の部品トレイ１３Ａの上方へ移動させ、実装対象となる下チップ１４に部品保持ノズル２２を位置合わせして下降させ、下チップ１４を回路形成面側から吸着保持する。この後、部品移送ヘッド２１によって下チップ１４を第１の部品トレイ１３Ａから取り出して、図３（ｂ）に示すように、チップ位置決め部３の部品受渡位置［Ｐ１］へ移動させ、予め部品受渡位置［Ｐ１］へ移動していた実装ステージ１８に下チップ１４を移載する（移載工程）。
この後部品保持ノズル２２による下チップ１４の保持を解除した部品移送ヘッド２１を、図３（ｃ）に示すように、部品収納部２の上方へ移動させる。そして第２の部品トレイ１３Ｂに収納された上チップ１５に部品保持ノズル２２を位置合わせして下降させ、上チップ１５を保持する。この動作と平行して部品位置決め部３においては、下チップ１４が載置された実装ステージ１８は部品受渡位置［Ｐ１］から部品実装位置［Ｐ２］に戻る。
この後部品移送ヘッド２１は、部品保持ノズル２２によって保持した上チップ１５を第２の部品トレイ１３Ｂから取り出して、図３（ｄ）に示すように、部品受渡位置［Ｐ１］まで移動し、この移動途中において部品移送ヘッド２１を１８０度回転させることにより、部品保持ノズル２２に保持した上チップ１５を上下反転する。そして部品移送ヘッド２１を実装ヘッド２７の下面側から上昇させることにより、既に部品実装位置［Ｐ２］から部品受渡位置［Ｐ１］へ移動を完了していた実装ヘッド２７の部品実装ノズル２８に、上チップ１５を回路形成面を下向きにしたフェイスダウン姿勢で吸着により保持させる（保持工程）。
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（認識工程）。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。
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（認識工程）。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。
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。
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、上チップ１５を下チップ１４に実装する（実装工程）。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。
半田接合が完了した後に、部品保持ノズル２８による上チップ１５の吸着保持を解除して実装ヘッド２７を上昇させて、実装ステージ１８による下チップ１４の吸着保持を解除したならば、実装体１９の搬出が行われる。すなわち部品搬出ヘッド３３を部品実装位置［Ｐ２］まで移動させて実装ステージ１８に対して下降させ、部品保持ノズル３４によって実装体１９の上チップ１５を吸着により保持する。そして部品搬出ヘッド３３に部品搬出動作を行わせて、部品保持ノズル３４によって保持した上チップ１５を下チップ１４とともに実装ステージ１８から搬出し、部品保持ノズル３４による吸着保持を解除して部品収納トレイ３２に収納する（搬出工程）。
上記説明したように、本発明の部品実装方法においては、下チップ１４に上チップ１５を実装する部品実装において、下チップ１４を部品移送部４によって実装ステージ１８に移送し、次いで部品移送部４から受け渡された上チップ１５を実装ヘッド２７によって下チップ１４に実装する構成としている。これにより、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作業、すなわちサイズがほぼ等しい２つのチップ部品を相互に接合して実装する作業を効率よく行うことができる。
また、さらに搬送コンベア３１を備えた構成によれば、部品収納トレイ３２に収納した実装体１９を、次工程にインラインで効率よく搬送することができる。
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２の部品実装装置の斜視図、図６は本発明の実施の形態２の部品実装装置の正面図、図７，図８は本発明の実施の形態２の部品実装方法を示す工程説明図である。
図５は本発明の実施の形態２の部品実装装置の斜視図、図６は本発明の実施の形態２の部品実装装置の正面図、図７，図８は本発明の実施の形態２の部品実装方法を示す工程説明図である。
図５，図６に示す部品実装装置１Ａは、実施の形態１に示す部品実装装置１において、搬出部６から部品搬出ヘッド３３を除いた構成となっている。部品収納部２、部品位置決め部３、部品移送部４および部品実装部５の構成は、部品実装装置１と同様である。本実施の形態２では、実装ステージ１８にて下チップ１４に上チップ１５を実装して形成された実装体１９を、実装ヘッド２７によってそのまま保持して搬出する構成を採用している。すなわち本実施の形態２においては、上チップ１５を下チップ１４に実装する実装手段が、下チップ１４に実装された上チップ１５を実装ステージ１８から搬出する部品搬出手
段を兼ねた構成となっている。
段を兼ねた構成となっている。
次に、図７、図８を参照して、部品実装装置１Ａによる部品実装動作について説明する。図７（ａ）〜（ｄ）、図８（ａ）、（ｂ）は、実施の形態１における図３（ａ）〜（ｄ）、図４（ａ）、（ｂ）と同様の動作内容である。図８（ｂ）にて半田接合が完了すると、図８（ｃ）に示すように、実装ステージ１８による下チップ１４の吸着保持を解除し、部品保持ノズル２８によって上チップ１５を下チップ１４とともに吸着により保持した状態で、実装ヘッド２７を上昇させて搬出部６の上方に移動させる。次いで図８（ｄ）に示すように、下チップ１４に実装された上チップ１５を実装ヘッド２７によって保持して下チップ１４とともに実装ステージ１８から搬出し、部品保持ノズル２８による吸着保持を解除して部品収納トレイ３２に収納する（搬出工程）。
なお、本実施の形態２によれば、専用の部品搬出ヘッド（実施の形態１参照）を設ける必要がないので、装置構成の簡素化および装置のコストダウンを図ることができる。
本発明の部品実装方法は、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。
１，１Ａ 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
６ 搬出部
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
２７ 実装ヘッド
３３ 部品搬出ヘッド
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
６ 搬出部
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
２７ 実装ヘッド
３３ 部品搬出ヘッド
Claims (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の部品を部品移送手段によって部品受渡位置にて実装ステージ上に移載する移載工程と、前記第２の部品を前記部品移送手段によって前記部品受渡位置にて実装ヘッドに受け渡して保持させる保持工程と、前記実装ヘッドによって保持した第２の部品を前記部品受渡位置とは異なる部品実装位置にて前記実装ステージ上の第１の部品に実装する実装工程とを含み、
第２の部品供給部に収納された前記第２の部品を保持する動作と平行して、前記第１の部品が載置された前記実装ステージは前記部品受渡位置から前記部品実装位置に戻ることを特徴とする部品実装方法。 - 前記実装ステージ上の前記第１の部品および前記実装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１記載の部品実装方法。
- 前記第１の部品に実装された第２の部品を前記実装手段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搬出工程を含むことを特徴とする請求項１記載の部品実装方法。
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