JP4629532B2 - チップ部品のピックアップ装置及び実装装置 - Google Patents

Description

この発明はたとえば半導体からなるチップなどのチップ部品を吸着して取り出すピックアップ装置及びピックアップ装置によって取り出されたチップ部品を基板に実装する実装装置に関する。

キヤリアテープやリードフレームなどの基板に半導体からなるチップなどのチップ部品を実装する実装装置としては、チップ部品に形成されたバンプを下向きにして上記基板の上面から実装するフリップチップ方式の実装装置が知られている。

フリップチップ方式の実装装置は部品供給部を有する。この部品供給部はウエハステージに多数のチップに分割された半導体ウエハがウエハシートに貼着されて保持されている。各チップの上面には複数のバンプが形成されている。

上記ウエハステージの下面側には突き上げピンが設けられ、この突き上げピンによって所定位置のチップが突き上げられる。突き上げピンによって突き上げられたチップはピックアップ装置の吸引孔が形成された吸着ノズルによって吸着されて取り出される。

上記吸着ノズルは上下方向の向きが反転可能に設けられている。そして、上記吸着ノズルはチップを吸着した後、その吸着面が下向きから上向きになるよう１８０度反転させられてから、上記チップを実装ツールに受け渡す、受け渡し位置まで駆動されて待機する。

吸着ノズルが待機する受け渡し位置には実装ツールが駆動されてくる。そして、この実装ツールは上記吸着ノズルからチップを受け取って実装位置に戻り、そこで下降方向に駆動されて上記チップを基板に実装する。

最近では各種のデジタル機器の小型化に伴ってチップの微小化が進み、小さなものでは０．５ｍｍ角程度まで微小化してきている。したがって、チップを吸着して取り出す吸着ノズルも小径化してきている。

吸着ノズルがウエハステージからチップを取り出す場合、この吸着ノズルはチップのバンプが形成された面を吸着することになる。チップが微小化してくると、チップの吸着ノズルによって吸着されるバンプが形成された面には、上記吸着ノズルの先端面が接触するための平面を確実に確保することが難しくなる。

そのため、吸着ノズルは、先端面がバンプに当たった状態で、チップを強制的に吸引してウエハステージから取り出し、受け渡し位置まで移動して実装ツールに受け渡すということになる。

先端面がバンプに当って吸着ノズルがチップを吸着している状態では、吸着ノズルの先端面とチップの上面との間に隙間が生じ、吸着ノズルの吸引力がチップに確実に作用しないということがある。しかも、吸着ノズルの先端面と吸引孔の内周縁とがなす稜線がバンプに対して点接触状態となるため、チップの保持状態が不安定となる。

そのため、吸着ノズルの先端面でチップが回転して位置ずれが生じ、チップを吸着ノズルから実装ツールへ確実に受け渡すことができなくなったり、カメラでの位置認識が確実に行えないため、チップを基板に精密に位置決めして実装することができなくなるなどのことがある。

この発明は、チップ部品を吸着ノズルによって吸着したときに、このチップ部品が吸着ノズルの先端面で回転して位置がずれるのを防止できるようにしたピックアップ装置及びそのピックアップ装置が用いられた実装装置を提供することにある。

この発明は、チップ部品をバンプが形成された面を吸着して取り出すチップ部品のピックアップ装置であって、
吸引孔が先端面に開口して形成された吸着ノズルを有し、この吸着ノズルの先端部には、上記吸着ノズルが上記チップ部品のバンプが形成された面を吸着したときに、上記バンプに係合する凹部が形成されていることを特徴とするピックアップ装置にある。

上記凹部は、上記吸引孔の内周面に形成されていることが好ましい。

上記吸引孔の内周面には、周方向の全長にわたって上記凹部が凸部と交互に形成されていることが好ましい。

上記凹部は、上記吸着ノズルの先端部の外周面に形成されていることが好ましい。

上記吸着ノズルの先端部の外周面には、周方向の全長にわたって上記凹部が凸部と交互に形成されていることが好ましい。

上記凹部は、上記チップ部品に設けられたバンプの数及び位置に対応して形成されていることが好ましい。

この発明は、チップ部品を基板に実装する実装装置であって、
部品供給部に設けられた上記チップ部品を吸着するピックアップ装置と、
このピックアップ装置によって吸着されたチップ部品を受け取って上記基板に実装する実装ツールとを具備し、
上記ピックアップ装置は、吸引孔が先端面に開口して形成された吸着ノズルを有し、この吸着ノズルの先端部には、上記吸着ノズルが上記チップ部品のバンプが形成された面を吸着したときに、上記バンプに係合する凹部が形成されていることを特徴とする実装装置にある。

この発明によれば、吸着ノズルによってチップ部品のバンプが形成された面を吸着すると、この吸着ノズルの先端部に形成された凹部にチップ部品のバンプが係合するするから、チップ部品が吸着ノズルの先端面で回転して位置がずれるのを防止することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１と図２はこの発明の第１の実施の形態を示す。図１はフリップチップ方式の実装装置の概略的構成図であって、この実装装置はリードフレームなどの基板１を所定方向に沿って搬送する搬送装置２を備えている。この搬送装置２は所定間隔で平行に配置された一対のガイドレール３を有し、これらのガイドレール３に沿って上記基板１が間欠的にピッチ送りされるようになっている。上記基板１はピッチ送りされるごとに、図示せぬクランパによって上記ガイドレール３に位置決め保持されるようになっている。

上記基板１が搬送装置２によって実装位置に搬送されると、その実装位置には後述する部品供給部１１から供給されたチップ部品であるチップ４が実装される。この実装位置には、上記基板１の下面を支持するステージツール５が第１の駆動機構６によって水平方向であるＸ、Ｙ及び上下方向であるＺ方向に駆動可能に設けられている。

上記ステージツール５の上方には、上記基板１の上面に上記チップ４を実装するための実装ツール７が第２の駆動機構８によってＸ、Ｙ及びＺ方向に駆動可能に設けられている。

上記部品供給部１１は図示せぬ駆動源によってＸ、Ｙ方向に駆動されるウエハステージ１２を有する。このウエハステージ１２には多数のチップ４に分割された半導体ウエハ１３がウエハシート１４に保持されている。チップ４はその一方の面に上記基板１に形成された図示しないリードに電気的に接続される複数のバンプ２７（図２（ａ）に示す）が形成されていて、このバンプ２７が形成された面を上にしてウエハシート１４に保持されている。

上記ウエハシート１４に保持されたチップ４のうち、所定の位置のチップ４は図示せぬ突き上げピンによって突き上げられる。突き上げピンによって突き上げられたチップ４はピックアップ装置１５を構成する吸着ノズル１６によって吸着される。この吸着ノズル１６は反転ユニット１７に設けられた回転ヘッド１８に取り付けられている。この回転ヘッド１８は回転駆動される。それによって、上記吸着ノズル１６は、吸着面１６ａが下を向いた位置と、その位置から１８０度回転して上方を向いた位置とに位置決めされる。

上記反転ユニット１７はガイドロッド１９に沿って駆動されるようになっている。このガイドロッド１９は上記ウエハステージ１２から上記搬送装置２の実装位置に向かって水平に架設されている。それによって、上記ウエハシート１４からチップ４を吸着した吸着ノズル１６は、図１に鎖線で示すようにチップ４を吸着した吸着面１６ａを上にして搬送装置２の側方に駆動されて位置決めされる。この位置を受け渡し位置とする。

吸着ノズル１６が受け渡し位置に位置決めされると、同図に鎖線で示すように実装ツール７が駆動され、上記吸着ノズル１６の吸着面１６ａに吸着されたチップ４を受け取る。ついで、この実装ツール７が実線で示すように基板１の上方の実装位置に位置決めされる。

それと同時に、上記ステージツール５が上昇方向に駆動されて基板１の下面を支持する。そして、上記実装ツール７が下降方向に駆動されることで、上記基板１の上記ステージツール５によって支持された部分に、上記実装ツール７に保持されたチップ4が実装されることになる。

なお、上記ステージツール５と実装ツール７とには、それぞれ図示しないヒータが設けられている。それによって、上記チップ４や基板１のチップ４が実装される部分を加熱し、上記チップ４を基板１に熱圧着するようになっている。

基板１にチップ４を実装する実装位置の上方には基板１を撮像してチップ４の実装位置を認識する第１のカメラ２１が配置されている。上記実装ツール７が上記吸着ノズル１６からチップ４を受け取る受け渡し位置の上方には、吸着ノズル１６に保持されたチップ４の位置を認識する第２のカメラ２２が配置されている。チップ４を受けた上記実装ツール７が通過する位置の下方には、この実装ツール７に保持されたチップ４の位置を認識する第３のカメラ２３が配置されている。

第１乃至第３のカメラ２１〜２３の撮像信号は図示しない制御装置に設けられた画像処理部に入力される。そして、制御装置は上記画像処理部で処理されたチップ４と基板の座標信号に基づいて上記実装ツール７を基板１に対して位置決めし、この基板１に上記チップ４を精密に位置決めして実装させるようになっている。

図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、上記吸着ノズル１６には吸引孔２５が軸方向に貫通して形成されている。つまり、吸着ノズル１６は筒状になっている。吸引孔２５の先端は上記吸着ノズル１６の先端面に開口し、後端は吸引チューブを介して真空ポンプ（ともに図示せず）に接続されている。それによって、吸引孔２５には吸引力が生じるようになっている。

上記吸引孔２５の先端部の内周面には、複数の矩形状の凹部２６、この実施の形態では３つの凹部２６が周方向に１２０度間隔で、しかも吸着ノズル１６の下端面に開放して形成されている。凹部２６の数と周方向の間隔は、上記ウエハステージ１２から取り出すチップ４の上記吸着ノズル１６によって吸着される面に設けられたバンプ２７の数及び配置状態によって決定されている。この実施の形態では、上記凹部２６は周方向に１２０度間隔で形成されている。

したがって、上記吸着ノズル１６を上記回転ヘッド１８に取り付ける際、吸引孔２５の内周面に形成された３つの凹部２６の回転方向の位置を、ウエハステージ１２に保持されたチップ４に合わせれば、ウエハステージ１２からチップ４を吸着して取り出すときに、図２（ｃ）に示すように各凹部２６にバンプ２７が係合することになる。

なお、チップ４に設けられるバンプ２７の数と配置状態は、同一の製品を製造する場合には同じであり、しかもウエハステージ１２に保持された状態において、同じ方向になっている。また、凹部２６は吸引孔２５の軸方向全長にわたって形成してもよいが、少なくとも先端部に形成すればよい。

このような構成の実装装置によれば、基板１にチップ４を実装する際、まず、チップ４は吸着ノズル１６によってウエハステージ１２から吸着されて取り出される。吸着ノズル１６がチップ４を吸着する際、チップ４のバンプ２７が形成された面を吸着する。

吸着ノズル１６がチップ４のバンプ２７が形成された面を吸着すると、図２（ｂ）に示すように、上記バンプ２７の大部分は吸引孔２５内に入り込むが、各バンプ２７の吸引孔２５の径方向外方に対応する外周部分は吸着ノズル１６の下端面に開放した凹部２６に入り込んで係合する。

それによって、図２（ｂ）にｇで示すようにチップ４のバンプ２７が形成された面と、吸着ノズル１６の下端面との間に隙間が生じるが、その隙間ｇは、吸着ノズル１６に凹部２６が形成されていない場合に比べて小さくなる。それによって、上記隙間ｇが小さくなった分だけ、チップ４に作用する吸引力が大きくなり、チップ４の保持状態が確実となるばかりか、凹部２６にバンプ２７が係合することで、チップ４が吸着ノズル１６の下端面で回転方向に位置ずれするのが防止される。

これらのことによって、チップ４は、ピックアップ装置１５の吸着ノズル１６によって吸着されて取り出されてから実装ツール７に受け渡されるまでの間に上記吸着ノズル１６に対して回転して位置がずれたり、吸着ノズル１６から脱落するなどのことが防止される。

その結果、上記チップ４は、第２のカメラ２２の位置認識に基づいて実装ツール７に確実に受け渡されることになるから、この実装ツール７による基板１への実装も高い位置決め精度で確実に行われることになる。

図３（ａ）〜（ｃ）はそれぞれこの発明の第２乃至第４の実施の形態で、吸着ノズル１６の吸引孔２５の内周面に形成される凹部の変形例を示す。図３（ａ）の第２の実施の形態は第１の実施の形態に示された矩形状の凹部２６に代わり、円弧状の凹部２６ａとしたものであり、図３（ｂ）の第３の実施の形態は円弧状の凹部２６ｂと、隣り合う凹部２６ｂの円弧による山形状の凸部２９ａとを交互に形成するようにした。

図３（ｃ）の第４の実施の形態は、円弧状の凹部２６ａに代わり、山形状の凹部２６ｃと凸部２９ｂとを吸引孔２５の内周面全長にわたって交互に形成するようにした。

吸引孔２５の内周面に形成される凹部が図３（ａ）〜（ｃ）の各実施の形態に示す形状であっても、第１の実施の形態と同様、吸着ノズル１６によってチップ４を位置ずれが生じることなく、確実に吸着保持することができる。

とくに、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、吸引孔２５の内周面全長にわたって凹部と凸部とを交互に形成すれば、内周面の凹部にバンプ２７が係合する位置にあれば、その範囲でチップ４に設けられるバンプ２７の数や位置に制限を受けることなく、吸着ノズル１６Ａによってチップ４を位置ずれが生じないよう吸着保持することが可能となる。

図４（ａ）〜（ｃ）はこの発明の第５の実施の形態を示す。この実施の形態は、吸着ノズル１６Ａの先端部が四角錐状のテーパ部３１を介して他の部分よりも細径な角柱状の吸着部３２に形成されている。吸着部３２の先端面３２ａには吸引孔３３が開口している。さらに、上記吸着部３２の外周面の四隅部にはそれぞれ円弧状の凹部３４が形成されている。
上記吸着ノズル１６Ａによって吸着されるチップ４Ａには、図４（ｃ）に示すようにその一方の面の四隅部にそれぞれバンプ２７が形成されている。

このような構成によれば、吸引孔３３に吸引力を生じさせ、上記ノズル１６Ａの吸着部３２の先端面３２ａでチップ４Ａのバンプ２７が形成された面を吸着すると、上記バンプ２７が上記凹部３４に係合する。

したがって、この第５の実施の形態の場合も、吸着部３２に吸着保持されたチップ４Ａが回転したり、位置ずれするのを防止できるから、実装ツール７に確実に受け渡すことができる。

図５（ａ）〜（ｄ）は吸着部３２の外周面に形成される凹部の変形例を示す第６乃至第９の実施の形態を示す。図５（ａ）に示す第６の実施の形態は、吸着部３２の外周面の全長にわたって円弧状の凹部３４ａと、隣り合う凹部３４ａの円弧によって山形状の凸部３５ａを交互に形成するようにした。

図５（ｂ）に示す第７の実施の形態は、吸着部３２の外周面の全長にわたって山形状の凹部３４ｂと山形状の凸部３５ｂを交互に形成するようにした。
図５（ｃ）に示す第８の実施の形態は、第１の実施の形態のように３つのバンプ２７が形成されたチップ４を吸着する場合のノズル１６Ａの吸着部３２Ａを示し、この吸着部３２Ａは円柱状であって、その外周面にはＵ字状の３つの凹部３４ｃが周方向に１２０度間隔で形成されている。

図５（ｄ）に示す第９の実施の形態は、図４に示す第５の実施の形態のように４つのバンプ２７を有するチップ４Ａを吸着する場合の吸着部３２Ｂを示し、この吸着部３２Ｂは円柱状であって、その外周面にはＵ字状の４つの凹部３４ｃが周方向に９０度間隔で形成されている。

図５（ａ）〜（ｄ）に示すいずれの実施の形態であっても、チップ４，４Ａを吸着したとき、そのバンプ２７が凹部３４ａ、３４ｂ、３４ｃに係合するから、吸着部３２，３２Ａ，３２Ｂに吸着保持されたチップ４，４Ａを位置ずれが生じることなく確実に吸着保持することができる。

とくに、図５（ａ），（ｂ）に示すように、吸着部３２の外周面の全長にわたって凹部３４ａ，３４ｂと凸部３５ａ，３５ｂを交互に形成すれば、外周面の凹部３４ａ，３４ｂにバンプ２７が係合する位置にあればよいから、その範囲でチップ４，４Ａに設けられるバンプ２７の数や位置に制限を受けることなく、吸着部３２，３２Ａ，３２Ｂにチップ４，４Ａを位置ずれが生じることなく吸着保持することが可能となる。

図５（ｃ），（ｄ）に示す実施の形態において、凹部をＵ字状としたが、Ｕ字状に代わり円弧状や山形状であってもよい。

この発明は上記各実施の形態に限定されず、たとえば吸着ノズルの先端部の外周面に形成される係合部は凹部でなく、吸着ノズルの先端部の断面形状を多角形状とし、その角部をバンプに係合させることで、吸着ノズルの先端部に吸着されたチップが位置ずれするのを防止するようにしてもよい。

この発明の第１の実施の形態を示すフリップチップ方式の実装装置の概略的構成図。 （ａ）は吸着ノズルの先端部とチップを示す斜視図、（ｂ）は吸着ノズルがチップを吸着した状態の断面図、（ｃ）は吸着ノズルがチップを吸着した状態の平面図。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれこの発明の第２乃至第４の実施の形態の吸着ノズルの吸引孔の内周面に形成された凹部を示す図。 この発明の第５の実施の形態を示し、（ａ）は吸着ノズルの先端部分の斜視図、（ｂ）は吸着ノズルの先端面を示す平面図、（ｃ）は鎖線で示す吸着ノズルによってチップを吸着したときの説明図。 （ａ）〜（ｄ）はそれぞれこの発明の第６乃至第９の実施の形態の吸着ノズルの先端部の外周面に形成された凹部を示す図。

符号の説明

１…基板、４，４Ａ…チップ（チップ部品）、１５…ピックアップ装置、１６，１６Ａ…吸着ノズル、２５，３３…吸引孔、２６，２６ａ〜２６ｃ，３４，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ…凹部。

Claims (7)

1. チップ部品をバンプが形成された面を吸着して取り出すチップ部品のピックアップ装置であって、
   吸引孔が先端面に開口して形成された吸着ノズルを有し、この吸着ノズルの先端部には、上記吸着ノズルが上記チップ部品のバンプが形成された面を吸着したときに、上記バンプに係合する凹部が形成されていることを特徴とするピックアップ装置。
2. 上記凹部は、上記吸引孔の内周面に形成されていることを特徴とする請求項１記載のピックアップ装置。
3. 上記吸引孔の内周面には、周方向の全長にわたって上記凹部が凸部と交互に形成されていることを特徴とする請求項２記載のピックアップ装置。
4. 上記凹部は、上記吸着ノズルの先端部の外周面に形成されていることを特徴とする請求項１記載のピックアップ装置。
5. 上記吸着ノズルの先端部の外周面には、周方向の全長にわたって上記凹部が凸部と交互に形成されていることを特徴とする請求項４記載のピックアップ装置。
6. 上記凹部は、上記チップ部品に設けられたバンプの数及び位置に対応して形成されていることを特徴とする請求項１記載のピックアップ装置。
7. チップ部品を基板に実装する実装装置であって、
   部品供給部に設けられた上記チップ部品を吸着するピックアップ装置と、
   このピックアップ装置によって吸着されたチップ部品を受け取って上記基板に実装する実装ツールとを具備し、
   上記ピックアップ装置は、吸引孔が先端面に開口して形成された吸着ノズルを有し、この吸着ノズルの先端部には、上記吸着ノズルが上記チップ部品のバンプが形成された面を吸着したときに、上記バンプに係合する凹部が形成されていることを特徴とする実装装置。

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