電子零件的安裝裝置的制作方法

本發明涉及一種將半導體芯片等電子零件安裝于基板上的電子零件的安裝裝置。

背景技術：

自以前以來，將半導體芯片等電子零件安裝于基板上的電子零件的安裝裝置已廣為人知。在所述安裝裝置中，是經由連接構件將電子零件壓接于基板。此時賦予至電子零件的載荷是根據連接構件的材質或半導體芯片的種類等來確定。例如，當連接構件為糊膏狀的粘合劑時，所賦予的載荷為0.1N～50N左右的比較低的壓接載荷(低載荷)。當連接構件為各向異性導電片或焊料凸塊(solder bump)等時，所賦予的載荷為10N～500N左右的比較高的壓接載荷(高載荷)。并且，壓接載荷有時因安裝步驟的進程而不同，例如，當將電子零件壓接于基板時，也存在如下情況：在壓接的初始階段，對電子零件賦予低載荷而進行臨時安裝，然后，對電子零件賦予高載荷而進行正式安裝。如上所述，壓接時所需要的載荷范圍(range)非常寬廣。

因此，自以前以來已提出有可對壓接載荷進行切換的接合(bonding)裝置。例如，在專利文獻1中揭示有如下裝置：包括對用以附加高載荷的壓接塊進行按壓的第1按壓力賦予單元、以及用以賦予低載荷的第2按壓力賦予單元，且在賦予高載荷時使壓接工具固定于壓接塊上，在賦予低載荷時使壓接工具不固定于壓接塊上。

又，在專利文獻2中揭示有如下裝置：設置有賦予低載荷的第1加壓單元、以及賦予高載荷的第2加壓單元，且第1加壓單元構成為與接合頭一并進行移動，第2加壓單元與接合頭分離，而位于接合平臺的上方。又，在專利文獻2的裝置中，進而還設置有加壓源切換單元，所述加壓源切換單元在低載荷控制時，使由第1加壓單元賦予的加壓力傳遞至接合工具，在高載荷控制時使由第1加壓單元賦予的加壓力不傳遞至接合工具。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1日本專利第4367740號公報

專利文獻2日本專利特開200927105號公報

技術實現要素：

發明要解決的課題

根據如上所述的現有技術，可利用單個安裝頭來賦予低載荷及高載荷。然而，在專利文獻1的技術中，為了使壓接工具固定于壓接塊或者從壓接塊解除固定，需要復雜的機構，從而導致裝置整體的復雜化、成本增加等問題。又，在專利文獻2的技術中，由于將賦予高載荷的第2加壓單元與接合頭分離而設置，因此存在可賦予高載荷的位置受限的問題。又，在專利文獻2中，也需要對加壓力的傳遞路徑進行切換的機構，從而仍然會導致裝置整體的復雜化、成本增加等問題。

因此，本發明的目的在于提供一種可利用更簡單的構成，對電子零件高精度地賦予低載荷及高載荷的電子零件的安裝裝置。

解決問題的技術手段

本發明的電子零件的安裝裝置是將電子零件安裝于基板上的電子零件的安裝裝置，包括：安裝工具，在其前端保持電子零件；支撐機構，可沿垂直方向移動，且連結著安裝工具；第一加壓機構，通過使安裝工具連同支撐機構一起沿垂直方向移動，而對電子零件賦予第一載荷；第二加壓機構，設置于支撐機構與安裝工具之間，使安裝工具相對于支撐機構沿垂直方向移動，而對電子零件賦予第二載荷；載荷檢測器，直接地或間接地連接于安裝工具；以及控制部，對第一加壓機構、第二加壓機構的驅動進行控制，且在利用第一加壓機構賦予第一載荷時，預先對第二加壓機構進行驅動，使載荷檢測器抵接于支撐機構而產生預負載。

在優選實施方式中，載荷檢測器配置于支撐機構與第二加壓機構之間。在另一優選實施方式中，還包括對安裝工具相對于支撐機構朝向垂直方向的移動進行導引的導引機構，且導引機構由彈性體形成，所述彈性體將安裝工具與支撐機構加以連結，對朝向水平方向的位移進行限制，并且容許朝向垂直方向的位移。此時，彈性體理想的是板彈簧(plate spring)。

在另一優選實施方式中，控制部在利用第一加壓機構進行加壓時，根據載荷檢測器所檢測到的檢測載荷對第一加壓機構進行反饋(feed back)控制，在利用第二加壓機構進行加壓時，對第二加壓機構進行前饋(feed forward)控制。

發明的效果

根據本發明，可利用簡單的構成，對電子零件高精度地賦予低載荷及高載荷。

附圖說明

圖1是作為本發明的實施方式的電子零件的安裝裝置的立體圖。

圖2是電子零件的安裝裝置的概略構成圖。

圖3是安裝頭的正視圖。

圖4是圖3的A-A剖面圖。

圖5是安裝頭的概略構成圖。

圖6是采用由板彈簧構成的導引機構時，以1N的推力扭矩使安裝工具往復升降時的位置及誤差的曲線圖。

圖7是采用由板彈簧構成的導引機構時，以0.3N的推力扭矩使安裝工具往復升降時的位置及誤差的曲線圖。

圖8是采用導軌時，以1N的推力扭矩使安裝工具往復升降時的位置及誤差的曲線圖。

具體實施方式

以下，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。圖1是作為本發明的實施方式的電子零件的安裝裝置10的立體圖。又，圖2是安裝裝置10的概略構成圖，圖3是安裝頭12的正視圖，圖4是圖3的A-A剖面圖，圖5是安裝頭12的概略構成圖。

安裝裝置10是將作為電子零件的半導體芯片以正面朝下(face down)的狀態安裝于基板100上的裝置，例如為倒裝芯片(flip chip)安裝裝置10。安裝裝置10包括具備安裝工具14的安裝頭12、將半導體芯片供給至安裝工具14的芯片供給單元(未圖示)、載置有基板100的基板平臺50、使基板平臺50沿XY方向(水平方向)移動的XY平臺52等。

半導體芯片是由芯片供給單元而供給至安裝工具14。作為芯片供給單元的構成，可想到各種構成，例如可想到如下構成：利用中轉臂自載置于晶片(wafer)平臺上的晶片拾取半導體芯片而移送至中轉平臺。此時，XY平臺52將中轉平臺移送至安裝工具14的正下方，安裝工具14自位于正下方的中轉平臺拾取半導體芯片。

若利用安裝工具14拾取半導體芯片，則接著，利用XY平臺52，將基板100移送至安裝工具14的正下方。若成為所述狀態，則安裝工具14朝向基板100下降，將吸引保持于前端的半導體芯片壓接并安裝于基板100上。

安裝頭12固著于自安裝裝置10的底座11立起的框架54上，其水平位置為固定。在與安裝頭12相對向的位置上，設置有保持基板100的基板平臺50。在所述基板平臺50上，裝載有對基板100進行加熱的加熱裝置等。基板平臺50設置于XY平臺52上，根據來自控制部60的指令，適當地沿水平方向移動。

在安裝頭12上，除了對半導體芯片進行吸附保持的安裝工具14以外，還包括使所述安裝工具14沿垂直方向移動而對半導體芯片賦予載荷的第一加壓機構及第二加壓機構、對安裝工具14以升降自如的方式進行支撐的支撐機構、固著于框架54上的底座構件16等。

底座構件16是固著于框架54上，且其水平位置及垂直位置為固定的構件。在所述底座構件16上，安裝有構成第一加壓機構的Z軸馬達18、對支撐機構的升降進行導引的Z軸導軌17等。

支撐機構是對安裝工具14及第二加壓機構以可沿垂直方向滑動的方式進行支撐的機構。支撐機構包括組裝于Z軸導軌17上的移動體24、馬達固定器(motor holder)26、移動塊28等。所述移動體24、馬達固定器26、移動塊28相互連結，且一并沿垂直方向滑行移動。馬達固定器26是對構成第二加壓機構的音圈馬達(voice coil motor)(以下稱為“VCM”)30進行保持的構件。在所述馬達固定器26的上側設置有移動塊28，所述移動塊28螺合著構成第一加壓機構的導螺桿(lead screw)22。伴隨著導螺桿22的旋轉，所述移動塊28進行升降，進而，與移動塊28連結的馬達固定器26、移動體24、VCM 30、安裝工具14進行升降。

第一加壓機構是使安裝工具14連同支撐機構一起沿垂直方向移動的移動機構，是對半導體芯片賦予比較大的第一載荷的機構。利用第一加壓機構，安裝工具14朝向基板100下降，將吸引保持于所述安裝工具14的前端的半導體芯片推按至基板100上。此時，賦予至半導體芯片的載荷為比較大的值，例如為10N～500N。

第一加壓機構包括與底座構件16連結的Z軸馬達18、及經由聯軸器(coupling)20連結于所述Z軸馬達18的輸出軸的導螺桿22。伴隨著Z軸馬達18的驅動，導螺桿22進行旋轉，由此移動塊28進行升降，進而第二加壓機構及安裝工具14進行升降。控制部60根據下述荷重元(load cell)38所檢測到的檢測壓力，對Z軸馬達18的驅動進行反饋控制。再者，此處所說明的第一加壓機構的構成為一個示例，第一加壓機構只要可使安裝工具14、第二加壓機構、支撐機構一并沿垂直方向移動，則其構成并無限定。例如，作為加壓機構的驅動源，也可并非為馬達，而采用空氣氣缸(air cylinder)或油壓氣缸等。

第二加壓機構是介于支撐機構與安裝工具14之間，使安裝工具14相對于支撐機構進行移動的移動機構。第二加壓機構與第一加壓機構相比，將比較小的第二載荷賦予至半導體芯片。利用第二加壓機構，安裝工具14朝向基板100下降，將吸引保持于所述安裝工具14的前端的半導體芯片推按至基板100上。此時，賦予至半導體芯片的載荷為比較小的值，例如為0.1N～50N。

第二加壓機構將VCM 30作為驅動源。VCM 30的構成包括：固定元件32，在其內周面上配置有永久磁鐵且大致為圓筒形；以及活動元件34，與所述固定元件32同心地配置于所述固定元件32的內側。固定元件32被保持于馬達固定器26上。活動元件34是在其周圍纏繞有線圈的大致圓筒形構件，通過對線圈進行通電而相對于固定元件32在軸方向上進行進退。控制部60對所述線圈的電流或電壓進行前饋控制，以獲得所需的推力(壓接載荷)。再者，此處所說明的第二加壓機構的構成為一個示例，第二加壓機構只要可使安裝工具14相對于支撐機構沿垂直方向移動，則其構成并無限定。但是，第二加壓機構理想的是可利用前饋控制而高精度地進行控制的機構。

在VCM 30的活動元件34上連結有滑動軸36。所述滑動軸36是介于活動元件34與安裝工具14之間的構件，且與活動元件34一并沿垂直方向移動。在支撐機構上，固著有覆蓋所述滑動軸36的周圍的保護構件44。在保護構件44上，形成有直徑稍大于滑動軸36的貫通孔，滑動軸36在所述貫通孔內進退。在滑動軸36的前端，安裝有對半導體芯片進行吸引保持的安裝工具14。所述安裝工具14的構成可使用公知的構成，因而此處的說明予以省略。

如自圖4、圖5所知，雖然滑動軸36的一部分由保護構件44所覆蓋，但其余部分為露出至外部的狀態。在所述滑動軸36之中露出至外部的部分上，安裝有板彈簧40。所述板彈簧40作為對滑動軸36朝向垂直方向的移動進行導引的導引機構而發揮作用。即，板彈簧40包含大致水平地設置的鋼板，其一端連結于滑動軸36的圓周面，另一端連結于支撐機構的移動體24。板彈簧40通過沿垂直方向彎曲，而沿垂直方向進行位移。通過將所述板彈簧40的一端連結于滑動軸36，而對第二加壓機構所致的滑動軸36朝向水平方向的移動進行限制，進而對第二加壓機構所致的安裝工具14朝向水平方向的移動進行限制，而僅容許朝向垂直方向的移動。再者，在本實施方式中，是使用板彈簧40，但只要是對朝向水平方向的移動實質上進行限制并且容許朝向垂直方向的移動的彈性體，則并不限于板彈簧40，也可使用其他彈性體，例如螺旋彈簧等。如上所述，通過利用彈性體對安裝工具14的移動方向進行導引，可進一步提高安裝工具14的位置控制精度，關于此點將在后文詳述。

在VCM 30的活動元件34與馬達固定器26之間設置有荷重元38。荷重元38是用以對經由安裝工具14而賦予至半導體芯片的載荷進行檢測的壓力檢測器。VCM 30的活動范圍是以至少可采取第一狀態(圖5(a)的狀態)及第二狀態(圖5(b)的狀態)的方式而設定，所述第一狀態是在荷重元38與馬達固定器26之間產生間隙的狀態，所述第二狀態是所述荷重元38與馬達固定器26(支撐機構)相接觸的狀態。如后文所詳述，當使用第一加壓機構賦予比較高的載荷時，設為第二狀態，使荷重元38產生預負載。又，當使用第二加壓機構賦予比較低的載荷時，設為第一狀態，使荷重元38為無負載狀態。再者，在本實施方式中，是將荷重元38經由其他構件(滑動軸36)連接于安裝工具14，但荷重元38也可直接連接于安裝工具14。

在支撐機構上，進而還固著有線性標尺(linear scale)42。所述線性標尺42對滑動軸36相對于支撐機構的位移量進行測定，進而對安裝工具14相對于支撐機構的位移量進行測定。并且，根據所述位移量對安裝工具14的Z軸方向上的位置進行檢測。

控制部60包括進行各種運算處理的中央處理器(central processing unit，CPU)62、記憶各種數據或程序的存儲器64、以及對數據的輸入輸出進行管理的數據界面(data interface)66等。存儲器64記錄用以進行安裝控制的程序及各種數據。又，CPU 62根據荷重元38或線性標尺42等傳感器所檢測到的值執行各種運算，并且根據記憶于存儲器64中的程序，經由數據界面66輸出用以對加壓機構、XY平臺52、搭載于基板平臺50上的加熱器等進行驅動的控制信號。

對利用以上構成的安裝工具14將半導體芯片安裝于基板100上的情況的流程進行說明。當將半導體芯片安裝于基板100上時，當然也可將半導體芯片吸引保持于安裝工具14的前端，且在所述狀態下，將半導體芯片推按至基板100上。此時，賦予至半導體芯片的載荷因半導體芯片的種類或安裝步驟的進程等而不同。例如，半導體芯片是經由連接構件而壓接于基板100，當所述連接構件為糊膏狀的粘合劑時，壓接載荷為0.1N～50N的比較低的值即可。另一方面，當連接構件為各向異性導電片或焊料凸塊等時，則需要10N～500N的比較高的壓接載荷。又，根據半導體芯片或基板100的種類，也有時在安裝的過程中改變載荷。例如，也存在如下情況：首先，利用比較小的載荷將半導體芯片推按至基板100而進行臨時安裝之后，進行賦予比較大的載荷的正式安裝。

如上所述，安裝半導體芯片時賦予至半導體芯片的載荷的范圍非常寬廣(例如0.1N～500N)。當欲以單個加壓機構覆蓋所述寬廣的載荷范圍時，需要輸出扭矩的范圍寬廣且可高精度地進行控制的驅動源。然而，所述驅動源通常非常昂貴，且多數情況下尺寸也大，從而難以采用。因此，在以前，當賦予高載荷時及賦予低載荷時，多數情況是更換零件來應對寬廣的載荷范圍，然而這很費事。因此，在本實施方式中，為了覆蓋寬廣的載荷范圍，設置有用以賦予高載荷的第一加壓機構、以及用以賦予低載荷的第二加壓機構。

若更具體地進行說明，則當欲利用低載荷來安裝半導體芯片時，通過將VCM 30作為驅動源的第二加壓機構來產生載荷。即，對第二加壓機構的VCM30進行驅動，而使安裝工具14朝向基板100下降。此時，荷重元38與馬達固定器26相離而成為無負載狀態，從而無法檢測載荷。但是，第二加壓機構如上所述，對VCM 30的電流或電壓進行前饋控制，以獲得所需的推力(載荷)。因此，即使荷重元38成為無負載狀態也無妨。

當使安裝工具14下降時，控制部60根據線性標尺42所檢測到的位移量對安裝工具14的Z軸方向上的位置進行監測，并根據所述監測結果，對保持于安裝工具14上的半導體芯片接觸到基板100的時刻進行檢測。若半導體芯片接觸到基板100，則控制部60對VCM 30的電流或電壓進行驅動控制，以將規定的載荷賦予至半導體芯片。并且，在經過規定的按壓時間之后，將安裝工具14的吸引力加以解除，并且對VCM 30朝相反方向進行驅動，使安裝工具14移動至與基板100相離的待機位置。再者，若利用第二加壓機構產生最終的載荷，則也可在載荷產生之前(即，半導體芯片抵接于基板100之前)，對第一加壓機構進行驅動而使安裝工具14接近于基板100。

另一方面，當欲利用高載荷來安裝半導體芯片時，通過將Z軸馬達18作為驅動源的第一加壓機構來產生載荷。此處，第一加壓機構的Z軸馬達18根據荷重元38所檢測到的檢測壓力值，受到反饋控制。因此，在利用高載荷來安裝半導體芯片時，預先對VCM 30進行驅動，使荷重元38與支撐機構(馬達固定器26)相接觸，而對荷重元38賦予預負載。即，控制部60對VCM 30朝向Z軸方向上側進行驅動，若自荷重元38發送的檢測壓力值達到規定的預負載值，則使VCM 30在所述位置靜止。

若在荷重元38中產生預負載，則接著，控制部60對Z軸馬達18進行驅動，而使安裝工具14連同支撐機構一起下降。當保持于安裝工具14上的半導體芯片抵接于基板100時，自荷重元38發送的檢測壓力值發生變化。控制部60若檢測到所述變化，則其后，根據荷重元38的輸出值，對Z軸馬達18的輸出扭矩進行反饋控制，以獲得指定的載荷。并且，在經過所需的按壓時間之后，將安裝工具14的吸引力加以解除，并且對Z軸馬達18朝相反方向進行驅動，使安裝工具14移動至與基板100相離的待機位置。

如自以上的說明所知，根據本實施方式，即使不進行零件的更換等，也可應對寬廣范圍的載荷。作為結果，可提高安裝裝置10的通用性。又，如自以上的說明所知，在本實施方式中，只要對賦予載荷時進行驅動的驅動源(Z軸馬達18或VCM 30)進行切換，并且對VCM 30進行驅動而使荷重元38抵接于支撐機構或從支撐機構解除抵接，即可對低載荷及高載荷進行切換。換句話說，在對低載荷及高載荷進行切換時，不需要設置復雜的機構，從而可實現裝置整體的小型化及成本的降低。

又，在本實施方式中，當利用第二加壓機構使安裝工具14移動時，利用板彈簧40對安裝工具14的移動方向進行導引。由此，可降低伴隨著移動而產生的摩擦，從而可進一步提高安裝工具14的位置控制精度。

即，通常，在使安裝工具14線性移動時，多數情況是利用內置有滾子(轉動體)的滑動導軌(slide guide)等來進行導引。然而，此種利用轉動體的導引機構存在滑動阻力因機構的溝槽(gutter)或潤滑油的流體阻力等而瞬間增加的情況。滑動阻力的瞬間增加會導致瞬間的位置偏移。此種滑動阻力的瞬間增加特別是在推進扭矩小的情況下容易產生。

因此，在本實施方式中，作為利用輸出扭矩小的VCM 30使安裝工具14移動時的導引機構，是使用板彈簧40。即，通過利用板彈簧40將滑動軸36與支撐機構加以連結，而將滑動軸36相對于支撐機構的移動方向限定為板彈簧40的位移方向即垂直方向。其結果為，將滑動軸36的移動方向導引為垂直方向，進而將安裝工具14的移動方向導引為垂直方向。又，在板彈簧40的情況下，不存在溝槽或潤滑油的流體阻力等，因此不會如利用轉動體的導引機構般，產生因所述溝槽或潤滑油的流體阻力等所引起的滑動阻力的瞬間增加。作為結果，通過采用由板彈簧40構成的導引機構，可利用VCM 30使安裝工具14順滑地移動，而不會產生瞬間的位置偏移。

圖6～圖8是表示利用VCM 30使安裝工具14往復升降時的安裝工具14的實測位置(曲線圖上段)及位置誤差量(曲線圖下段)的曲線圖，圖6及圖7表示采用板彈簧40作為導引機構時的實驗結果，圖8表示采用導軌作為導引機構時的實驗結果。又，在圖6、圖8中推力扭矩為1N，在圖7中推力扭矩為0.3N。

如自圖8所知，當采用導軌時，多數情況下位置會瞬間大幅度偏移。另一方面，如圖6及圖7所示可知，當采用板彈簧40時，不會瞬間產生大幅度的位置偏移，而是穩定地進行往復升降。此情況在推力扭矩小(0.3N)時也相同。

即，如本實施方式般，通過采用如板彈簧40般的彈性構件作為利用第二加壓機構進行移動的導引機構，可有效地防止安裝工具14的位置偏移。

再者，以上所說明的構成為一個示例，只要包括本申請的權利要求1所述的構成，則也可對其他構成進行適當變更。例如，在本實施方式中，是采用板彈簧40作為利用第二加壓機構進行移動的導引構件，但是只要可防止如上所述的瞬間的位置偏移，則也可采用其他導引構件。又，在本實施方式中，安裝頭12是設為不朝水平方向移動的構成，但是當然，也可設為使安裝頭12水平移動的構成。

本發明并不限定于以上所說明的實施方式，而包含不脫離由權利要求所規定的本發明的技術范圍或本質的所有變更及修正。

[符號的說明]

10：安裝裝置

11：底座

12：安裝頭

14：安裝工具

16：底座構件

17：軸導軌

18：軸馬達

20：聯軸器

22：導螺桿

24：移動體

26：馬達固定器

28：移動塊

32：固定元件

34：活動元件

36：滑動軸

38：荷重元

40：板彈簧

42：線性標尺

44：保護構件

50：基板平臺

52：XY平臺

54：框架

100：基板