特開 2023-133663 チップの実装装置およびチップの実装方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023133663

(43)【公開日】2023-09-27

(54)【発明の名称】チップの実装装置およびチップの実装方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20230920BHJP

   H05K 13/04 20060101ALI20230920BHJP

【ＦＩ】

H01L21/60 311T

H05K13/04 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022038764

(22)【出願日】2022-03-14

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106116

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100131495

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 健児

(72)【発明者】

【氏名】小塩 哲平

(72)【発明者】

【氏名】廣田 直哉

(72)【発明者】

【氏名】石川 明弘

(72)【発明者】

【氏名】末藤 伸幸

【テーマコード（参考）】

5E353

5F044

【Ｆターム（参考）】

5E353MM03

5E353MM07

5E353QQ21

5F044KK01

5F044LL01

5F044PP15

5F044PP16

5F044QQ01

(57)【要約】

【課題】簡易な構成により加熱したチップにペーストを付着させて基板に実装することができるチップの実装装置およびチップの実装方法を提供する。
【解決手段】チップを保持した加熱ツールをペーストの膜が形成された平坦部９ａに設定されたディッピング位置Ｐ１～Ｐ６に下降させてペーストをチップに付着させ、加熱ツールを基板に向かって下降させてペーストが付着したチップを基板に実装するチップの実装方法は、ペーストをチップに付着させるペースト付着動作とペーストの膜を平坦部９ａに形成する膜形成動作を交互に実行し、ペースト付着動作の際に一つ前のペースト付着動作で使用したディッピング位置Ｐ１とは異なるディッピング位置Ｐ２を使用する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

チップを保持した加熱ツールをペーストの膜が形成された平坦部に設定されたディッピング位置に下降させて前記ペーストを前記チップに付着させ、前記加熱ツールを基板に向かって下降させて前記ペーストが付着した前記チップを前記基板に実装するチップの実装装置であって、
ペーストをチップに付着させるペースト付着動作と前記ペーストの膜を前記平坦部に形成する膜形成動作を交互に実行し、ペースト付着動作の際に一つ前のペースト付着動作で使用したディッピング位置とは異なるディッピング位置を使用する、チップの実装装置。

【請求項2】

前記加熱ツールを移動させるボンディングヘッドと、
前記平坦部を有するペーストを入れた容器を有し、前記膜形成動作と前記ペーストの膜を前記容器の片方に集めて前記平坦部から除去するとともに前記ペーストを攪拌するペースト攪拌作業を実行するペースト供給部と、
少なくとも前記ボンディングヘッドと前記ペースト供給部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、ペースト付着動作の際に一つ前のペースト付着動作で使用したディッピング位置とは異なるディッピング位置に前記加熱ツールを下降させる、請求項１記載のチップの実装装置。

【請求項3】

前記制御部は、一度使用したディッピング位置については前記膜形成動作が所定回数行われた後に使用する、請求項２記載のチップの実装装置。

【請求項4】

チップを保持した加熱ツールをペーストの膜が形成された平坦部に設定されたディッピング位置に下降させて前記ペーストを前記チップに付着させ、前記加熱ツールを基板に向かって下降させて前記ペーストが付着した前記チップを前記基板に実装するチップの実装方法であって、
ペーストをチップに付着させるペースト付着動作と前記ペーストの膜を前記平坦部に形成する膜形成動作を交互に実行し、ペースト付着動作の際に一つ前のペースト付着動作で使用したディッピング位置とは異なるディッピング位置を使用する、チップの実装方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、チップにペーストを付着させて基板に実装するチップの実装装置およびチップの実装方法に関する。

【背景技術】

【0002】

部品の製造方法として、バンプ付きのチップの下面にフラックスなどのペーストを付着させる工程と、チップを基板に搭載する工程と、チップを基板に熱圧着する工程を、連続して実行するものが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１には、複数のワーク保持ヘッドと複数の熱圧着ツールが交互に配置されたロータリーヘッドを備えたボンディング装置が開示されている。このボンディング装置は、ロータリーヘッドをピッチ回転させながら、ワーク保持ヘッドがワーク供給ステーションでワークをピックアップし、粘液塗布ステーションでワークにペーストを付着させ、ボンディングステーションで基板に搭載し、次いで熱圧着ツールが基板に搭載されたチップを熱圧着している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１０－２２３４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１を含む従来技術では、チップを保持して基板に搭載するワーク保持ヘッドと熱源を有する熱圧着ツールを別々に備えることで、粘液塗布ステーションが供給するペーストが加熱により変質することを防止することができるものの、装置の構成が複雑かつ大掛かりとなるため更なる改善の余地があった。

【0005】

そこで本発明は、簡易な構成により加熱したチップにペーストを付着させて基板に実装することができるチップの実装装置およびチップの実装方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のチップの実装装置は、チップを保持した加熱ツールをペーストの膜が形成された平坦部に設定されたディッピング位置に下降させて前記ペーストを前記チップに付着させ、前記加熱ツールを基板に向かって下降させて前記ペーストが付着した前記チップを前記基板に実装するチップの実装装置であって、ペーストをチップに付着させるペースト付着動作と前記ペーストの膜を前記平坦部に形成する膜形成動作を交互に実行し、ペースト付着動作の際に一つ前のペースト付着動作で使用したディッピング位置とは異なるディッピング位置を使用する。

【0007】

本発明のチップの実装方法は、チップを保持した加熱ツールをペーストの膜が形成された平坦部に設定されたディッピング位置に下降させて前記ペーストを前記チップに付着させ、前記加熱ツールを基板に向かって下降させて前記ペーストが付着した前記チップを前記基板に実装するチップの実装方法であって、ペーストをチップに付着させるペースト付着動作と前記ペーストの膜を前記平坦部に形成する膜形成動作を交互に実行し、ペースト付着動作の際に一つ前のペースト付着動作で使用したディッピング位置とは異なるディッピング位置を使用する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、簡易な構成により加熱したチップにペーストを付着させて基板に実装することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施の形態のチップの実装装置の要部の構成を示す正面図

【図2】本発明の一実施の形態のチップの実装装置の要部の構成を示す平面図

【図3】本発明の一実施の形態のチップの実装装置が備えるペースト供給部の構成を示す平面図

【図4】本発明の一実施の形態のチップの実装装置が備えるペースト供給部の構成を示す側方断面図

【図5】本発明の一実施の形態のチップの実装装置が備えるペースト供給部における（ａ）ペースト攪拌作業の説明図（ｂ）膜形成動作の説明図（ｃ）ペースト付着動作の説明図

【図6】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）本発明の一実施の形態のチップの実装装置が備えるペースト供給部において、加熱されたチップがペーストの膜に及ぼす影響の説明図

【図7】本発明の一実施の形態のチップの実装装置が備えるペースト供給部の平坦部に設定された複数のディッピング位置の説明図

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に図面を用いて、本発明の一実施の形態を詳細に説明する。以下で述べる構成、形状等は説明のための例示であって、チップの実装装置、ペースト供給部の仕様に応じ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において対応する要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１、及び後述する一部では、水平面内で互いに直交する２軸として、基板搬送方向のＸ軸（図２における上下方向）、基板搬送方向に直交するＹ軸（図１における左右方向）が示される。図１、及び後述する一部では、水平面と直交する高さ方向としてＺ軸（図１における上下方向）が示される。

【0011】

まず図１、図２を参照して、チップの実装装置（以下、単に「実装装置１」と称する。）の要部の構成について説明する。実装装置１は、チップを加熱し、チップにペーストを付着させ、ペーストが付着したチップを基板に実装する機能を有している。実装装置１には、チップ供給ステージ２、ペースト転写ステージ３、ボンディングステージ４がＹ軸に沿って配置されている。

【0012】

チップ供給ステージ２は、バンプ５ａが形成された複数のチップ５を供給する機能を有している。ウェハ状態で個片に分割された複数のチップ５は、バンプ５ａを上方に向けた状態で粘着シート６に保持されている。チップ５が貼着された粘着シート６は、リングホルダ７に取り付けられた状態でチップ供給ステージ２に配置される。チップ供給ステージ２は、リングホルダ７をＸ軸方向とＹ軸方向に移動させるリングホルダ移動機構（図示省略）を備えている。リングホルダ移動機構は、実装装置１が備える制御部Ｃによって制御されている。

【0013】

図１、図２において、ペースト転写ステージ３には、ペースト８を入れた容器９を有し、制御部Ｃによって制御されているペースト供給部１０が配置されている。容器９の平坦部９ａには、ペーストの膜８ａが形成される（図５（ｂ））。ペースト供給部１０の詳細な構成は後述する。ボンディングステージ４には、基板１１を保持する基板ホルダ１２が配置されている。ボンディングステージ４は、基板ホルダ１２をＸ軸方向とＹ軸方向に移動させる基板ホルダ移動機構（図示省略）を備えている。基板ホルダ移動機構は、制御部Ｃによって制御されている。

【0014】

チップ供給ステージ２の上方には、粘着シート６からチップ５をピックアップするピックアップツール１３が配置されている。ピックアップツール１３は、制御部Ｃによって制御されているピックアップヘッド１４によって支持されている。チップ５をチップ供給ステージ２からピックアップするピックアップ工程では、まずピックアップヘッド１４は、チップ５を保持する面を下方に向けた状態でピックアップツール１３を下降させて粘着シート６からチップ５をピックアップする。次いでピックアップヘッド１４は、チップ５を保持する面が上方を向くようにピックアップツール１３を１８０度回動させる（矢印ａ）。これにより、チップ５は上下が反転し、バンプ５ａを下方に向けた状態でピックアップツール１３に保持される。

【0015】

図１、図２において、ピックアップツール１３、ペースト供給部１０、基板ホルダ１２の上方には、ピックアップツール１３が保持するチップ５を受け取って保持する加熱ツール１５が配置されている。加熱ツール１５は、制御部Ｃによって制御されているボンディングヘッド１６によって支持されている。ボンディングヘッド１６は、加熱ツール１５をＹ軸方向と上下方向（Ｚ軸方向）に移動させる。加熱ツール１５は、保持したチップ５を加熱するヒータ１５ａを内蔵している（図５（ｃ）参照）。

【0016】

図１において、加熱ツール１５は、ピックアップツール１３からバンプ５ａを下方に向けた状態のチップ５を受け取る（受け取り工程）。次いで加熱ツール１５は、ペースト供給部１０でチップ５にペースト８を付着させ（矢印ｂ）（ペースト付着工程）、基板ホルダ１２が保持する基板１１に実装する（矢印ｃ）（実装工程）。加熱ツール１５は、チップ５を受け取って基板１１に実装する間に保持するチップ５を所定の温度（例えば、２００℃）まで加熱し、加熱されたチップ５を基板１１上に実装する。すなわちチップ５は、受け取り工程から実装工程の間、加熱ツール１５によって加熱される。

【0017】

次に図３、図４を参照して、ペースト供給部１０の詳細な構成について説明する。図４は、図３におけるＡ－Ａ断面図である。ペースト供給部１０は、下プレート１７の上面に配置された複数の柱１８によって下方から支持された上プレート１９の上部に、ペースト８を入れる容器９を備えている。容器９の凹部の底面は、ペースト８が膜状に形成される平坦部９ａである。上プレート１９の上面には、Ｘ軸に沿って延伸する２本のレール２０が配置されている。容器９の下面には、レール２０に沿って摺動する複数のスライダ２１が配置されている。

【0018】

下プレート１７と上プレート１９の間には、制御部Ｃによって制御されているモータ２２が配置されている。モータ２２は、Ｘ軸に沿って延伸する送りねじ２３を回転駆動する。送りねじ２３には、ナット部２４がかみ合わされて配置されている。送りねじ２３が正逆回転することで、ナット部２４はＸ軸に沿って往復移動する。ナット部２４には、上プレート１９に形成された開口１９ａを通して上方に突出し、容器９に連結された連結部材２５が接続されている。この構成により、モータ２２が送りねじ２３を正逆回転させることで、容器９はレール２０上をＸ軸に沿って往復移動する。

【0019】

図３、図４において、容器９の上方には、Ｙ軸に沿って延伸するブレード２６とスキージ２７が並行して配置されている。ブレード２６は、ブレード昇降部２８によって昇降可能に支持されている。スキージ２７は、スキージ昇降部２９によって昇降可能に支持されている。ブレード昇降部２８とスキージ昇降部２９は、制御部Ｃによって制御されている。

【0020】

次に図５を参照して、ペースト供給部１０におけるペースト攪拌作業（ペースト攪拌工程）、膜形成動作（膜形成工程）、ペースト付着動作（ペースト付着工程）について説明する。

【0021】

図５（ａ）において、ペースト攪拌作業では、容器９がモータ２２から遠い位置にある状態で（図３の状態）、制御部Ｃはスキージ昇降部２９によりスキージ２７を上昇させ、スキージ２７の下面を容器９の平坦部９ａから離反させる。次いで制御部Ｃはブレード昇降部２８によりブレード２６を下降させ、ブレード２６の下面を容器９の平坦部９ａに当接させる。次いで制御部Ｃはモータ２２を駆動させ、容器９をモータ２２側に移動させる（矢印ｄ）。これにより、ブレード２６が平坦部９ａを相対的に摺動し、平坦部９ａに形成されていたペーストの膜８ａが容器９の片方（モータ２２から遠い方）に集められ、平坦部９ａから除去されるとともにペースト８が攪拌される。

【0022】

図５（ｂ）において、膜形成動作では、容器９がモータ２２に近い位置にある状態で（図５（ａ）の状態）、制御部Ｃはブレード昇降部２８によりブレード２６を上昇させ、ブレード２６の下面を容器９の平坦部９ａから離反させる。次いで制御部Ｃはスキージ昇降部２９によりスキージ２７を下降させ、ブレード２６の下面を容器９の平坦部９ａから所定の高さ（ペーストの膜８ａの膜厚に相当）に位置させる。次いで制御部Ｃはモータ２２を駆動させ、容器９をモータ２２から遠い側に移動させる（矢印ｅ）。これにより、スキージ２７が平坦部９ａの上方を所定の高さで移動し、ペーストの膜８ａが平坦部９ａに形成される。

【0023】

図５（ｃ）において、ペースト付着動作では、平坦部９ａにペーストの膜８ａが形成された状態で、制御部Ｃはボンディングヘッド１６によりチップ５を保持した加熱ツール１５をペーストの膜８ａが形成された平坦部９ａに設定されたディッピング位置Ｐに下降させて（矢印ｆ）、ペースト８をチップ５に付着させる。チップ５にペースト８が付着すると、制御部Ｃはボンディングヘッド１６によりチップ５を保持した加熱ツール１５を上昇させる（矢印ｇ）。ペースト供給部１０では、ペースト攪拌作業（ペースト攪拌工程）、膜形成動作（膜形成工程）、ペースト付着動作（ペースト付着工程）が、順番に繰り返し実行される。

【0024】

次に図６を参照して、加熱されたチップ５が容器９の平坦部９ａに形成されたペーストの膜８ａに及ぼす影響について説明する。図６（ａ）～（ｄ）は、加熱ツール１５が内蔵するヒータ１５ａによって加熱されたチップ５がペーストの膜８ａに着地する平坦部９ａのディッピング位置Ｐ付近の拡大図である。

【0025】

図６（ｂ）は、膜形成動作により容器９の平坦部９ａに形成されたペーストの膜８ａのディッピング位置Ｐに（図６（ａ））、ペースト付着動作により加熱ツール１５に保持されたチップ５が着地した状態を示している。加熱されたチップ５が着地したペーストの膜８ａは、熱の影響によりペースト８に含まれる溶剤が揮発してペースト８の状態が変化した変質ペースト８ｂに変質する。

【0026】

図６（ｃ）は、ペースト攪拌作業において、変質ペースト８ｂが形成されたディッピング位置Ｐ付近をブレード２６が平坦部９ａに対して相対的に摺動して（矢印ｈ）、平坦部９ａに形成されていたペーストの膜８ａを除去している状態を示している。ペースト付着動作の直後のペースト攪拌作業によるブレード２６による除去では、変質ペースト８ｂの一部は除去されずに平坦部９ａの上に残留している。

【0027】

図６（ｄ）は、ペースト攪拌作業の後、膜形成動作においてスキージ２７が平坦部９ａに対して相対的に移動して（矢印ｉ）、平坦部９ａにペーストの膜８ａを形成している状態を示している。膜形成動作により、平坦部９ａに残留していた変質ペースト８ｂの上にも、ペーストの膜８ａが形成されている。この状態でペースト付着動作を行い、変質ペースト８ｂが残留しているディッピング位置Ｐにチップ５を着地させた場合、チップ５には正常にペースト８が付着されず、ペースト８の転写量がばらついて実装不良が発生するおそれがある。

【0028】

一方、平坦部９ａに残留している変質ペースト８ｂには、新たに形成されたペーストの膜８ａからペースト８に含まれる溶剤が供給されて一部が軟化する。変質ペースト８ｂが残留しているディッピング位置Ｐにチップ５を着地させずに、次のペースト攪拌作業を実行させると、摺動するブレード２６により変質ペースト８ｂのうち軟化した一部が除去される。その後、膜形成動作とペースト攪拌作業（軟化した変質ペースト８ｂの除去）を複数回（例えば、６回）繰り返すことにより、変質ペースト８ｂが形成されていたディッピング位置Ｐから残留していた変質ペースト８ｂが除去されて、正常なペーストの膜８ａのみが形成されるようになる。

【0029】

次に図７を参照しながら、加熱されたチップ５にペースト８を付着させて基板１１に実装する作業を連続して実行するチップの実装方法について説明する。ペースト供給部１０において、膜形成動作によってペーストの膜８ａが形成される平坦部９ａには、複数のディッピング位置Ｐ１～Ｐ６が設定されている。ディッピング位置Ｐ１～Ｐ６の数と位置は、チップ５のサイズ、加熱されるチップ５の温度、ペースト８の材質等に基づいて決定される。この例では、平坦部９ａに、６箇所のディッピング位置Ｐ１～Ｐ６が設定されている。

【0030】

チップ５を基板１１に実装する実装作業では、まず、チップ供給ステージ２からピックアップツール１３がチップ５をピックアップして上下反転し（ピックアップ工程）、加熱ツール１５がピックアップツール１３からチップ５を受け取る（受け取り工程）。次いで膜形成動作（膜形成工程）によってペーストの膜８ａが形成された平坦部９ａのディッピング位置Ｐ１～Ｐ６のいずれかに、チップ５を保持した加熱ツール１５を下降させてペースト８をチップに付着させる（ペースト付着工程）。次いで加熱ツール１５を基板１１の実装位置に下降させて、ペースト８が付着したチップ５を基板１１に実装する（実装工程）。

【0031】

加熱ツール１５に保持されたチップ５は、受け取り工程から実装工程の間、加熱ツール１５が内蔵するヒータ１５ａによって加熱される。チップ５の実装作業では、ピックアップ工程から実装工程が繰り返し実行されることで、チップ供給ステージ２の粘着シート６に保持されたチップ５が順に基板１１に実装される。

【0032】

以下、ペースト供給部１０で実行されるペースト攪拌作業（ペースト攪拌工程）、膜形成動作（膜形成工程）、ペースト付着動作（ペースト付着工程）について説明する。図７において、１回目のペースト付着工程では、加熱ツール１５が保持する第１のチップ５は、第１のディッピング位置Ｐ１に着地してペースト８が付着される。これにより、第１のディッピング位置Ｐ１には、変質ペースト８ｂが形成される。

【0033】

次いでペースト供給部１０では、ペースト攪拌工程、膜形成工程が実行されて、平坦部９ａにペーストの膜８ａが形成される。２回目のペースト付着工程では、加熱ツール１５が保持する第２のチップ５は、第２のディッピング位置Ｐ２に着地してペースト８が付着される。３回目のペースト付着工程では、加熱ツール１５が保持する第３のチップ５は、第３のディッピング位置Ｐ３に着地してペースト８が付着される。

【0034】

以下同様に、ペースト攪拌工程、膜形成工程、ペースト付着工程が繰り返し実行され、６回目のペースト付着工程では、第６のチップ５は第６のディッピング位置Ｐ６に着地する。この間のペースト攪拌工程と膜形成工程の繰り返しにより、第１のディッピング位置Ｐ１には、正常にペーストの膜８ａのみが形成されるようになる。次いで７回目のペースト付着工程では、加熱ツール１５が保持する第７のチップ５は、最初に戻って第１のディッピング位置Ｐ１に着地してペースト８が付着される。すなわち、制御部Ｃは、一度使用したディッピング位置（第１のディッピング位置Ｐ１）については膜形成動作が所定回数（６回）行われた後に使用する。

【0035】

このように、本実施の形態のチップの実装方法では、ペースト８をチップ５に付着させるペースト付着動作（ペースト付着工程）とペーストの膜８ａを平坦部９ａに形成する膜形成動作（膜形成工程）を交互に実行し、ペースト付着動作の際に一つ前のペースト付着動作で使用したディッピング位置（第１のディッピング位置Ｐ１）とは異なるディッピング位置（第２のディッピング位置Ｐ２）を使用する。

【0036】

すなわち、ボンディングヘッド１６とペースト供給部１０を制御する制御部Ｃは、ペースト付着動作（２回目のペースト付着工程）の際に一つ前のペースト付着動作で使用したディッピング位置（１回目のペースト付着工程）とは異なるディッピング位置に加熱ツール１５を下降させる。これによって、加熱されたチップ５には適切な転写量の正常なペースト８が付着され、基板１１に安定して実装することができる。

【0037】

上記説明したように、本実施の形態のチップの実装装置（実装装置１）は、チップ５を保持した加熱ツール１５をペーストの膜８ａが形成された平坦部９ａに設定されたディッピング位置Ｐに下降させてペースト８をチップ５に付着させ、加熱ツール１５を基板１１に向かって下降させてペースト８が付着したチップ５を基板１１に実装する。

【0038】

その際、チップの実装装置は、ペースト８をチップ５に付着させるペースト付着動作とペーストの膜８ａを平坦部９ａに形成する膜形成動作を交互に実行し、ペースト付着動作（２回目のペースト付着工程）の際に、一つ前のペースト付着動作（１回目のペースト付着工程）で使用したディッピング位置（第１のディッピング位置Ｐ１）とは異なるディッピング位置（第２のディッピング位置Ｐ２）を使用する。これによって、簡易な構成により加熱したチップ５にペースト８を付着させて基板１１に実装することができる。

【産業上の利用可能性】

【0039】

本発明のチップの実装装置およびチップの実装方法は、簡易な構成により加熱したチップにペーストを付着させて基板に実装することができるという効果を有し、部品を基板に実装する分野において有用である。

【符号の説明】

【0040】

５ チップ
８ ペースト
８ａ ペーストの膜
９ 容器
９ａ 平坦部
１０ ペースト供給部
１１ 基板
１５ 加熱ツール
１６ ボンディングヘッド
Ｐ、Ｐ１～Ｐ６ ディッピング位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】