JPH02226737A

JPH02226737A - チップボンディング装置

Info

Publication number: JPH02226737A
Application number: JP4524689A
Authority: JP
Inventors: Mineaki Iida; 飯田　峰昭; Tsutomu Suzuki; 勉鈴木; Yasutaka Koga; 康隆古賀
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-02-28
Filing date: 1989-02-28
Publication date: 1990-09-10
Anticipated expiration: 2013-06-04
Also published as: JP2760547B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）この発明は、半導体チップを回路基板に自動的に実装す
るためのチップボンディング装置に関する。

（従来の技術）液晶表示板や薄形電子製品等においては、回路基板の高
密度化を図るために半導体チップを回路基板に直接実装
する方法が採用されている。さらに、半導体チップの実
装面積を少なくするために半導体チップの素子面上に設
けられた突起電極を用いて回路基板にフェイスダウン状
態で直接実装する方法を実施している。

このフェイスダウン実装法は、半導体子゛ツブの突起電
極と回路基板上の配線パターン（ピッチ１５〇−程度）
を精度±１０−程度の高精度で位置合せする必要がある
。このため、従来においては回路基板の配線パターンお
よび半導体チップの突起電極を顕微鏡や拡大モニタを用
いて作業者が位置合せを行なったり、またフリップチッ
プボンディング法として、回路基板と半導体チップを自
動位置合せしたのち、リフロー炉を通して加熱接続する
方法が取られている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、回路基板と半導体チップを顕微鏡を用い
て作業者が位置合せする作業は、能率が悪く、大量生産
には不向きである。また、フリップチップボンディング
法として回路基板と半導体チップとを位置合せしたのち
、リフロー炉を通して加熱・接続する方法は配線パター
ンが狭くなった場合に対応できないとともに、接続材料
が限られる欠点がある。

さらに、半導体チップを回路基板に接続する際に加圧し
ていないため、微小な突起電極をすべて接続することは
難しいという欠点がある。

この発明は、前記事情に着目してなされたもので、その
目的とするところは、回路基板にチップを直接実装する
際に、高精度の位置合せができるとともに、接続が確実
なチップボンディング装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段及び作用）この発明は前記
目的を達成するために、チップが実装される回路基板を
保持し、水平面内でＸＹ力方向移動自在な基板搭載ステ
ージと、前記チップをフェイスダウンの状態で吸着保持
するとともにチップを加熱する加熱手段を備えたボンデ
ィングツールと、このボンディングツールを前記基板搭
載ステージに対して垂直な軸心を中心としてＵ転および
鉛直方向に移動させるとともにボンディング時にチップ
に加わる荷重を検知する手段を備えたボンディングヘッ
ドと、前記チップをチップ供給部から吸着保持し反転し
てフェイスダウンの状態で前記ボンディングツールの吸
着部に供給するチップ供給機構と、前記基板搭載ステー
ジとボンディングツールとの間に進退自在に設けられボ
ンディングツールに吸着されたチップの位置および前記
回路基板の位置を検出する２視野位置検出光学系と、こ
の２視野位置検出光学系からの検出信号によって前記基
板搭載ステージをＸＹ力方向移動補正するとともにボン
ディングツールをその垂直軸心を中心として回転補正す
る制御部とを具備したチップボンディングにある。

そして、チップ供給部からチップ供給機構によってチッ
プを吸着し、そのチップをフェイスダウン状態でボンデ
ィングツールに供給して吸着し、ついで２視野位置検出
光学系によって回路基板およびチップの位置を検出した
のち、ボンディングツールを下降してチップを回路基板
にボンディングする。

（実施例）以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、１は架台であり、この架台１の上部に
は基板搭載ステージ２が設けられている。基板搭載ステ
ージ２は水平面内でＸ方向およびＹ方向に移動自在であ
り、上面には第２図に示すような回路基板３を保持する
保持部４、下面には前記回路基板３を加熱する加熱ヒー
タ５が設けられている。また、前記架台１には門形のフ
レーム６が設けられ、このフレーム６にはボンディング
ヘッド７が前記基板搭載ステージ２に対向して取付けら
れている。このボンディングヘッド７にはボンディング
ツール８が前記基板搭載ステージ２に対して垂直に支持
されている。そして、このボンディングツール８はその
軸心を中心として回転自在で、しかも鉛直方向に移動自
在である。ボンディングヘッド７にはボンディングツー
ル８を回転させるモータ９と、ボンディングツール８を
鉛直方向に粗送りするエアシリンダ１０および微小送り
するサーボモータ１１が設けられている。

さらに、ボンディングツール８の先端部にはＩｃチップ
等のチップ１２を真空吸着するための吸着部１３が設け
られているとともに、この吸着部１３に吸着されている
チップ１２を加熱する加熱ヒータ１４が設けられている
。さらに、前記ボンディングツール８の上部には平行度
調整機構１５およびチップ１２に加わる荷重を直接読取
るための荷重検知器１６が設けられている。

一方、前記基板搭載ステージ２の隔測に位置する架台１
上にはチップ供給部としてのトレイ１７が設けられてい
る。このトレイ１７には多数個のチップ１２・・・が整
列状態で収納されており、このトレイ１７の隔測には中
間位置決め装置１８が設けられている。この中間位置決
め装ば１８は、第３図に示すように負正によってチップ
１２を軽く保持するチップ載置テーブル１９と、このチ
ップ載置テーブル１９の上部に配置されチップ１２を４
方向からブツシュしてセンタリングを行なうブツシャレ
バー２０とから構成されている。そして、トレイ１７に
収納されたチップ１２を後述するチップ供給機構２１に
よって取上げて中間位置決め装置１８に載置し、チップ
１２のＸＹ力方向位置決めを行なうようになっている。

前記チップ供給機構２１について説明すると、２２はガ
イド機構であり、このガイド機構２２には前後方向およ
び上下方向に移動自在な移動ブロック２３が設けられて
いる。そして、この移動ブロック２３には供給アーム２
４が水平面内で９００旋回自在で、かつ１８０°の上下
反転自在に支持されている。そして、この供給アーム２
４は第４図に示すように先端部はＬ字状に折曲され、そ
の先端面にはチップ１２を真空吸着する吸着部２５が設
けられている。そして、供給アーム２４の旋回および上
下動によって前記トレイ１７内のチップ１２を吸着部２
５に吸着して取上げ、中間位置決め装置１８に移駐し、
また中間位置決め装Ｗ１１８で位置決めされたチップ１
２を再び吸着して反転させ、つまりチップ１２をフェイ
スダウンさせて前記ボンディングツール８へ供給するよ
うになっている。

また、前記基板搭載ステージ２の後方に位置する架台１
上にはＸＹテーブルからなる視覚用テーブル２６が設け
られている。この視覚用テーブル２６上には２視野位置
検出光学系２７が搭載されている。この２視野位置検出
光学系２７は、第５図に示すように鏡筒２８の先端部に
プリズム２９を備えたプリズムヘッド３０が設けられ、
前記視覚用テーブル２６の前後方向の移動によってプリ
ズムヘッド３０が前記基板搭載ステージ２とボンディン
グツール８との間に進退可能となっている。

さらに、前記プリズムヘッド３０の上面にはチップ側シ
ャッタ３１が、下面には基板側シャッタ３２が設けられ
、回路基板３の位置とチップ１２の位置を画像信号とし
て取込むことができるようになっている。そして、回路
基板３およびチップ１２のそれぞれの画像を取込み、制
御部３３はその画像信号に基づいて両者の相対的な位置
ずれ量を算出し、前記基板搭載ステージ２およびボンデ
ィングヘッド７に移動補正信号を入力するようになって
いる。

なお、３４は樹脂デイスペンサであり、旋回アーム３５
の先端にシリンジ３６を有している。そして、回路基板
３に対してチップ１２を実装前後工程で、実装位置に樹
脂を一定量塗布することによってチップ１２を確実に保
持することができる。

つぎに、前述のように構成されたチップボンディング装
置の作用について説明する。

基板搭載ステージ２の保持部４に回路基板３を保持する
と、加熱ヒータ５によって回路基板３は所定の温度に加
熱される。一方、トレイ１７に収納されたチップ１２は
チップ供給機構２１の供給アーム２４によって１個だけ
取上げられる。すなわち、供給アーム２４が旋回して吸
着部２５がトレイ１７のチップ１２に対向すると、供給
アーム２４が下降して吸着部２５でチップ１２を吸着保
持する。供給アーム２４がチップ１２を吸着すると、供
給アーム２４は後方に直線移動し、吸着したチップ１２
を中間位置決め装置１８のチップ載置テーブル１９に載
置する。このとき、チップ載置テーブル１９は真空吸引
されているためチップ１２は負圧によって軽く保持され
、この状態で４方向からブツシャレバー２０・・・が前
進すると、チップ１２はセンタリングされる。

チップ１２のセンタリングが終了すると、供給アーム２
４の吸着部２５によってチップ１２は再び吸着され、供
給アーム２４は９０°旋回するとともに、１８０＠上下
反転する。したがって、吸着部２５に吸着されたチップ
１２はフェイスダウン状態、つまり突起電極が下向きと
なってボンディングツール８の下側に供給される。ボン
ディングツール８の下端には吸着部１３が設けられ、真
空吸引されているため、前記供給アーム２４の吸着部２
５に吸着されたチップ１２はボンディングツール８の吸
着部１３に吸着される。

このように回路基板３とチップ１２とが離間対向すると
、２視野位置瘉出光学系２７が作動して回路基板３とチ
ップ１２との相対位置を検出する。

すなわち、まず視覚用テーブル２６が作動して鏡筒２８
が前進し、プリズムヘッド３０が回路基板３とチップ１
２との間に介入する。つぎに、回路基板３およびチップ
１２が所定の視野内に入るように視覚用テーブル２６が
ＸＹ力方向移動する。

この状態でチップ側シャッタ３１と基板側シャッタ３２
が交互に開閉して回路基板３とチップ１２の画像を制御
部３３が取込み、この画像信号に基づいて両者の相対的
な位置ずれ量を算出する。そして、位置ずれ量の算出結
果に基づいて制御部３３から基板搭載ステージ２および
ボンディングヘッド７に移動補正信号が入力されると、
基板搭載ステージ２はＸＹ力方向修正し、ボンディング
ヘッド７はボンディングツール８をθ方向に修正して回
路基板３とチップ１２との相対的な位置合せを行なう。

位置合せが終了すると、視覚用テーブル２６によって２
視野位置検出光学系２７は後退してボンディングツール
８から退避する。

つぎに、ボンディングヘッド７に設けられたエアシリン
ダ１０によってボンディングツール８を下方へ粗送りし
、ついでサーボモータ１１によって微小送りするが、こ
のとき荷重検知器１６によってチップ１２に加わる荷重
を測定しながらサーボモータ１０を制御する。そして、
チップ１２の加わる荷重が設定荷重に達した位置、つま
りチップ１２が回路基板３の実装位置に接合して所定の
荷重が加わったところでサーボモータ１０を停止する。

つぎに、ボンディングツール８の加熱ヒータ１４に通電
してチップ１２を加熱し、回路基板３に対するチップ１
２のボンディングを行なう。

チップ１２のボンディングが終了すると、ボンディング
ツール８および接続部の冷却を行ない、吸着部１３の真
空吸引を解除し、ボンディングツール８は上昇する。

なお、ボンディング中に、チップ供給機構２１の供給ア
ーム２４は復帰してつぎにボンディングしようとするチ
ップ１２をトレイ１７から取上げ、中間位置決め装置１
８においてセンタリングを行なうため、ボンディングツ
ール８へのチップ１２の供給を迅速に行なうことができ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、基板搭載ステ
ージに搭載した回路基板に対してチップを実装する際に
、チップ供給部からチップをフェイスダウン状態でボン
ディングツールに供給し、回路基板とチップとの相対位
置を２視野位置検出光学系によって検出して位置補正す
るようにしたから、微小ピッチの配線であってもチップ
の電極と高精度の位置決めして実装することができる。

さらに、チップを加圧し、そのチップに加わる荷重を直
接検知しながら荷重制御することにより、確実な接続が
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示すもので、第１図はチッ
プボンディング装置の全体の斜視図、第２図は回路基板
とチップの斜視図、第３図は中間位置決め装置の概略的
構成図、第４図はチップ供給機構の正面図、第５図は２
視野位置検出光学系の正面図である。２・・・基板搭載ステージ、３・・・回路基板、７・・
・ボンディングヘッド、８・・・ボンディングツール、
１２・・・チップ、１７・・・トレイ（チップ供給部）
、２７・・・２視野位置検出光学系、３３・・・制御部
。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

チップが実装される回路基板を保持し、水平面内でＸＹ
方向に移動自在な基板搭載ステージと前記チップをフェ
イスダウンの状態で吸着保持するとともに前記チップを
加熱する加熱手段を備えたボンディングツールと、この
ボンディングツールを前記基板搭載ステージに対して垂
直な軸心を中心として回転および鉛直方向に移動させる
とともにボンディング時に前記チップに加わる荷重を検
知する手段を備えたボンディングヘッドと、前記チップ
をチップ供給部から吸着保持し反転してフェイスダウン
の状態で前記ボンディングツールの吸着部に供給するチ
ップ供給機構と、前記基板搭載ステージと前記ボンディ
ングツールとの間に進退自在に設けられ前記ボンディン
グツールに吸着された前記チップの位置および前記回路
基板の位置を検出する２視野位置検出光学系と、この２
視野位置検出光学系からの検出信号によって前記基板搭
載ステージをＸＹ方向に移動補正するとともに前記ボン
ディングツールをその垂直軸心を中心として回転補正す
る制御部とを具備したことを特徴とするチップボンディ
ング装置。