JP2017028051A - 部品実装装置および部品実装方法ならびに部品実装システム - Google Patents

Abstract

【課題】積層した半導体チップの接続不良の発生を抑制することができる部品実装装置および部品実装方法ならびに部品実装システムを提供することを目的とする。【解決手段】チップのチップ厚さに関するチップデータとチップが実装される基板（ワーク）の基板厚さに関する基板データとに基づいて、基板に設定された複数の実装点に対してチップが積層されたチップ積層体を形成するための実装データを作成する（ＳＴ４）。そして、実装データに基づいて基板にチップ積層体を形成する（ＳＴ７〜ＳＴ９）。実装データを作成する際は、実装点における基板厚さとチップ積層体厚さとの和である実装点厚さＨが所定の条件となるように実装するチップを選択する。【選択図】図８

Description

本発明は、基板に接続用電極が形成された半導体チップを積層する部品実装装置および部品実装方法ならびに部品実装システム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。この部品実装作業では、半田バンプや貫通電極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に接合する圧着動作とが行われる。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、複数の半導体チップを積層して実装するいわゆるスタック実装が採用されるようになっている。

特許文献１では、薄く研磨された半導体チップを複数積層しながら仮圧着したチップ積層体を製造している。そして、上方から複数箇所のチップ積層体を荷重ツールによって一括して本圧着する部品実装作業が行われている。

特開２０１２−２２２０３８号公報

しかしながら複数のチップ積層体に高さのばらつきがあると、一括で本圧着する際に接続不良が発生する虞がある。

そこで本発明は、積層した半導体チップの接続不良の発生を抑制することができる部品実装装置および部品実装方法ならびに部品実装システムを提供することを目的とする。

本発明の部品実装装置は、チップの厚さに関するデータを記憶するチップデータ記憶部と、ワークに設定された複数の実装点にチップが積層されたチップ積層体を形成する実装部と、前記複数の実装点におけるワークの厚さに関するデータを記憶するワークデータ記憶部とを備え、前記実装部は、前記実装点における前記ワークの厚さと前記実装点におけるチップ積層体の厚さとの和である実装点の厚さが前記複数の実装点において所定の条件となるように選択されたチップを前記実装点に実装する。

本発明の他の部品実装装置は、チップの厚さに関するデータを記憶するチップデータ記憶部と、ワークに設定された複数の実装点にチップが積層されたチップ積層体を形成する実装処理部とを備え、前記実装処理部は、前記実装点におけるチップ積層体の厚さが前記複数の実装点において所定の条件となるように前記実装点に実装するチップを選択する。

本発明の部品実装方法は、チップの厚さに関するデータと前記チップが実装されるワークの厚さに関するデータとに基づき、前記ワークに設定された複数の実装点にチップが積層されたチップ積層体を形成するための実装データを作成する工程と、前記実装データに基づき前記ワークに前記チップ積層体を形成する工程とを含み、前記実装データを作成する工程において、前記実装点における前記ワークの厚さと前記実装点におけるチップ積層体の厚さとの和である実装点の厚さが前記複数の実装点において所定の条件となるように前記実装点に実装するチップを選択する。

本発明の他の部品実装方法は、ワークに設定された複数の実装点上にチップが積層されたチップ積層体を形成する部品実装方法において、前記実装点におけるチップ積層体の厚さが前記複数の実装点において所定の条件となるように選択されたチップを前記実装点に実装する。

本発明の部品実装システムは、ワークに設定された複数の実装点にチップが積層されたチップ積層体を形成する実装部を有する部品実装装置と、チップの厚さに関するデータを記憶するチップデータ記憶部と、前記複数の実装点のワークの厚さに関するデータを記憶するワークデータ記憶部とを備え、前記実装部は、前記実装点における前記ワークの厚さと前記実装点におけるチップ積層体の厚さとの和である実装点の厚さが前記複数の実装点において所定の条件となるように選択されたチップを前記実装点に実装する。

本発明によれば、積層した半導体チップの接続不良の発生を抑制することができる。

本発明の一実施の形態の部品実装システムの構成説明図 本発明の一実施の形態の部品実装システムによって形成されるチップ積層体の説明図 本発明の一実施の形態の部品実装装置の斜視図 本発明の一実施の形態の部品実装装置の要部正面図 本発明の一実施の形態の部品実装装置が備える部品収納部および部品供給ステージの説明図 本発明の一実施の形態の（ａ）部品実装システムに供給される半導体ウェハを分割した複数のチップを示す図（ｂ）部品実装システムが記憶するチップデータの一例を示す図 本発明の一実施の形態の部品実装システムの制御系を示すブロック図 本発明の一実施の形態の部品実装システムによる部品実装作業のフロー図

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して部品実装システムについて説明する。図１において部品実装システム１は、基板４に半導体チップ（以下「チップＣ」と称す。）を実装してチップ積層体Ｓを製造する機能を有する。部品実装システム１は、部品実装装置Ｍ１〜Ｍ３を連結して通信ネットワーク２によって接続し、全体を管理コンピュータ３によって制御する構成となっている。部品実装装置Ｍ１〜Ｍ３は、分割された半導体ウェハからチップＣを取り出して基板４の実装点に移送搭載する部品実装作業を行う。

図１において、基板４は、上面部にＬＳＩや接続配線が形成された複数の個片基板４ａより構成されている。部品実装システム１に搬入された基板４は、部品実装装置Ｍ１、部品実装装置Ｍ２、部品実装装置Ｍ３と順に搬送され、各個片基板４ａ上にチップＣが重ねて搭載されることによりチップ積層体Ｓが形成される。この後、基板４上の複数のチップ積層体Ｓが本圧着装置（図示省略）により一括圧着されて、チップ積層体Ｓの各チップＣの接続用電極間に接合が形成される。次いで、基板４は個片基板４ａに分割されて個々のチップ積層体Ｓとなる。

図２に、基板４に形成されたチップ積層体Ｓの例を示す。基板４において、複数の個片基板４ａに設定された実装点４ｂには、４つのチップＣ（Ｃ１＊〜Ｃ４＊）がそれぞれ積層されたチップ積層体Ｓ（Ｓ＊）が形成されている。各チップＣには、半田バンプ、または、貫通ビアなどによる接続用電極が設けられている。本圧着装置によって熱圧着されることで各チップＣの接続用電極間の接合が形成され、チップＣ間が電気的に接続される。部品実装システム１では、基板４が順に搬送されながら、例えばチップＣ１＊が部品実装装置Ｍ１によって、チップＣ２＊が部品実装装置Ｍ２によって、チップＣ３＊とチップＣ４＊が部品実装装置Ｍ３によって搭載される。

次に図３〜５を参照して、部品実装装置Ｍ１〜Ｍ３の構成について説明する。部品実装装置Ｍ１〜Ｍ３は同様の構成であり、以下、部品実装装置Ｍ１について説明する。また、基板搬送方向をＸ方向、Ｘ方向と水平面内において直交する方向をＹ方向、水平面に直交する方向をＺ方向と定義する。

図３において、基台５上には、部品供給ステージ６、ユニット集合ステージ７および基板保持ステージ８がＹ方向に配列されており、基板保持ステージ８のＸ方向の上流側には基板搬送部９が配設されている。部品供給ステージ６のＸ方向の上流側には、部品収納部１０が配設されている。

部品供給ステージ６に備えられた保持テーブル６ａには、半導体ウェハＷを個片に分割した複数のチップＣ（半導体チップ）を粘着シート１１ａによって貼着保持するウェハリング１１が保持される。すなわちウェハリング１１と粘着シート１１ａは、複数のチップＣを保持するチップ保持具となる。部品収納部１０は、複数のチップＣを保持するウェハリング１１を上下に等間隔を置いて重ねた状態で収納する。部品供給ステージ６は、ウェハリング１１を部品収納部１０より取り出して保持テーブル６ａに保持する。

ユニット集合ステージ７は、直動機構（図４に示すＸ軸移動機構７０参照）によってＸ方向に往復動する移動テーブル７ａに、後述するツールストッカ１７、中継ステージ１８、部品認識カメラ１９などの機能ユニットを集合的に配設した構成となっている。基板保持ステージ８は、搬送レール８ａによって搬入された基板４を載置する基板キャリア４ｃを下受け保持する基板保持テーブル８ｂをＸＹテーブル機構８３（図４参照）によって水平駆動する構成となっている。基板保持ステージ８には、基板搬送部９の搬送レール９ａによって基板４を載置する基板キャリア４ｃが上流側から搬入される。

部品供給ステージ６、ユニット集合ステージ７および基板保持ステージ８の上方には、基台５のＸ方向の端部に位置して、Ｙ軸フレーム１２が支持ポスト１２ａによって両端部を支持されてＹ方向に架設されている。Ｙ軸フレーム１２の前面には、以下に説明する搭載ヘッド１４をリニアモータ駆動によりＹ方向に案内して駆動するヘッド移動機構１３が組み込まれている。搭載ヘッド１４にはチップＣを保持して基板４に搭載する機能を有する搭載ユニット２０が装着されている。

図４において、部品供給ステージ６、中継ステージ１８および基板保持ステージ８の上方には、位置認識のために第１カメラ２１、第２カメラ２２、第３カメラ２３が配設されている。第１カメラ２１は部品供給ステージ６において取り出し対象のチップＣを撮像する。第２カメラ２２は部品供給ステージ６から取り出されて中継ステージ１８に仮置きされたチップＣを撮像する。また第３カメラ２３は、基板保持ステージ８に保持された基板４を撮像して実装点４ｂの位置を認識する。またユニット集合ステージ７に配設された部品認識カメラ１９は、部品供給ステージ６から取り出されたチップＣを下方から撮像する。

図４において、部品供給ステージ６はＸＹテーブル機構６１を備えており、ＸＹテーブル機構６１の上面に装着された水平な移動プレート６２には、複数の支持部材６３が立設されている。支持部材６３は、上面にウェハリング１１が保持される保持テーブル６ａを支持している。ウェハリング１１には、半導体ウェハＷを個片に分割した複数のチップＣが、能動面を上向きにしたフェイスアップ姿勢の所定配列で粘着シート１１ａ上に保持されている。

ここで図６（ａ）を参照して、ウェハリング１１で供給される半導体ウェハＷを個片に分割した複数のチップＣについて説明する。半導体ウェハＷは、Ｘ方向に６列、Ｙ方向に６行に分割されて、矩形のチップＣがマトリックス状に形成されている。各チップＣには、チップＸ位置として紙面左から右に向かって１〜６、チップＹ位置として紙面上から下に向かって１〜６の番号が振られている。

図６（ｂ）に、後述する部品実装作業で参照されるチップデータＤの一例を示す。チップデータＤはマッピングデータであり、半導体ウェハＷを特定するウェハ番号Ｄａ、半導体ウェハＷ内のチップＣのＸ位置およびＹ位置を特定するチップＸ位置ＤｘおよびチップＹ位置Ｄｙが記憶されている。基板４に実装するチップＣは、このウェハ番号Ｄａ、チップＸ位置Ｄｘ、チップＹ位置Ｄｙによって指定される。またチップＸ位置Ｄｘ、チップＹ位置Ｄｙ、および別途記憶されているチップＣのＸ方向とＹ方向のチップサイズより、半導体ウェハＷ内（ウェハリング１１内）における各チップＣのＸＹ座標が計算される。

なお、チップＣを保持するチップ保持具として収納部がマトリックス状に形成されたトレイを使用し、複数のチップＣを各収納部に載置したトレイを部品供給ステージ６の保持テーブル６ａで保持して供給してもよい。チップＣをトレイで供給する場合のチップデータＤには、トレイ番号、トレイ上のＸ位置、トレイ上のＹ位置が記憶され、選択されるチップＣはトレイ番号、トレイ上のＸ位置、トレイ上のＹ位置によって指定される。

図４において、部品供給ステージ６には、粘着シート１１ａ上からチップＣをピックアップするためのピックアップ作業位置［Ｐ１］が設定されている。第１カメラ２１の位置はピックアップ作業位置［Ｐ１］に対応しており、第１カメラ２１によって粘着シート１１ａ上のチップＣを撮像した撮像結果を認識処理することにより、ピックアップ対象のチップＣの位置が検出される。

部品取り出し動作においては、ＸＹテーブル機構６１を駆動してウェハリング１１をＸＹ方向に水平移動させることにより、取り出し対象となる所望のチップＣをピックアップ作業位置［Ｐ１］に位置させる。取り出し対象のチップＣは、チップデータＤのウェハ番号Ｄａ、チップＸ位置Ｄｘ、チップＹ位置Ｄｙによって指定される。

図３において、部品供給ステージ６の上方には、チップＣを吸着して保持するピックアップノズル１５ａを備えたピックアップヘッド１５が配設されている。ピックアップヘッド１５はピックアップアーム１６ａによって保持されている。ピックアップアーム１６ａは、Ｙ軸フレーム１２の下面に縣吊して配置されたピックアップヘッド移動機構１６から、部品供給ステージ６の上方に延出して設けられている。ピックアップヘッド移動機構１６を駆動することにより、ピックアップアーム１６ａはＸＹＺ方向に移動するとともに、Ｘ方向の軸廻りに回転する（図４の矢印ａ）。

これによりピックアップヘッド１５は、部品供給ステージ６からチップＣをピックアップして、ユニット集合ステージ７に設けられた中継ステージ１８に移送することができる。またピックアップアーム１６ａを回転させてピックアップヘッド１５を反転させることにより、ピックアップノズル１５ａに保持したチップＣの姿勢を表裏反転させることができる。

図４において、ユニット集合ステージ７および基板保持ステージ８は、ベースプレート８２の上面に設けられており、ベースプレート８２は基台５の上面に立設された複数の支持ポスト８１によって下方から支持されている。ベースプレート８２の上面に配置されたプレート７１には、Ｘ軸移動機構７０を介して移動テーブル７ａがＸ方向に移動自在に設けられている。

図３において、移動テーブル７ａ上には、ツールストッカ１７、中継ステージ１８および部品認識カメラ１９が集合的に配設されている。ツールストッカ１７には、搭載ユニット２０に装着される部品保持ノズル２０ａなど、部品種に応じて交換されて使用される複数の作業ツールが各部品種毎に収納される。中継ステージ１８は、部品供給ステージ６と基板保持ステージ８との間に配置されてツールストッカ１７と一体的に設けられている。中継ステージ１８には、部品供給ステージ６からピックアップヘッド１５によって取り出されたチップＣが位置補正のために載置される。

図４において、中継ステージ１８には中継位置［Ｐ２］が設定されており、第２カメラ２２は中継位置［Ｐ２］に対応して配置されている。Ｘ軸移動機構７０によって中継ステージ１８を移動させることにより、中継ステージ１８に載置されたチップＣを中継位置［Ｐ２］に位置させて第２カメラ２２によって撮像できる。これにより中継ステージ１８に載置されたチップＣの位置が検出される。部品認識カメラ１９は中継ステージ１８に隣接させて配置されており、同様にＸ軸移動機構７０を駆動することにより、撮像位置を部品認識位置［Ｐ３］に位置させることができる。

基板保持ステージ８は、ＸＹテーブル機構８３上に基板４が載置される基板キャリア４ｃを保持する基板保持テーブル８ｂを設けた構成となっている。基板保持ステージ８には、チップＣを基板保持テーブル８ｂに下受け保持された基板４に実装するための実装作業位置［Ｐ４］が設定されており、第３カメラ２３は実装作業位置［Ｐ４］に対応して配置されている。第３カメラ２３によって基板４を撮像することにより、基板４に設定された実装点４ｂの位置が検出される。そしてＸＹテーブル機構８３を駆動することにより、基板保持テーブル８ｂは基板４とともにＸＹ方向に水平移動し、基板４に設定された任意の実装点４ｂを実装作業位置［Ｐ４］に位置させることができる。

次に、搭載ヘッド１４について説明する。図３，４においてＹ軸フレーム１２に設けられたヘッド移動機構１３の前面には、搭載ヘッド１４をＹ方向にガイドするための２条のガイドレール１３ａが設けられている。２条のガイドレール１３ａの間には搭載ヘッド１４をＹ方向に駆動するためのリニアモータを構成する固定子１３ｂが配設されている。ガイドレール１３ａには図示しないスライダがＹ方向にスライド自在に嵌合しており、このスライダは垂直な移動プレート１４ａの背面に固着されている。

移動プレート１４ａの背面には、固定子１３ｂに対向してリニアモータを構成する可動子（図示省略）が配設されている。これらのリニアモータを駆動することにより、搭載ヘッド１４はガイドレール１３ａによってガイドされてＹ方向に移動する。移動プレート１４ａの前面には、昇降機構１４ｂが配設されており、昇降機構１４ｂの前面には昇降プレート１４ｃが垂直方向にスライド自在に配設されている。昇降機構１４ｂを駆動することにより、昇降プレート１４ｃはそれぞれ昇降する。昇降プレート１４ｃには、下部に部品保持ノズル２０ａを備えた搭載ユニット２０が着脱自在に装着されている。

搭載ユニット２０は部品保持ノズル２０ａによって実装対象の部品であるチップＣを保持する機能を有しており、部品供給ステージ６から供給されたチップＣを基板保持ステージ８に保持された基板４に搭載する。搭載ユニット２０は圧力センサ２０ｂを備えており、圧力センサ２０ｂは基板４にチップＣを搭載する際にチップＣに加わる圧力を計測する。また昇降機構１４ｂはリニアスケール１４ｄを備えており、リニアスケール１４ｄは搭載ユニット２０の垂直方向の位置を計測する。

次に、部品収納部１０について説明する。図５において、部品収納部１０は、ウェハリング１１を上下に等間隔で収納しているマガジン１０ａを備えている。マガジン１０ａは、昇降駆動機構１０ｂによって上下方向に移動する（矢印ｂ）。各ウェハリング１１には、半導体ウェハＷ（Ｗ１〜Ｗ３）をそれぞれ個片に分割した複数のチップＣが保持されており、チップデータＤのウェハ番号Ｄａによってウェハリング１１と半導体ウェハＷが紐付けされている。部品供給ステージ６の保持テーブル６ａには、ウェハリング１１を電磁的もしくは機械的に保持するリング保持機構６ｂがＸ方向に移動自在に備えられている。

マガジン１０ａへのウェハリング１１の出し入れは、次の手順で行われる。マガジン１０ａからウェハリング１１を取り出す際は、マガジン１０ａを上下方向に移動して、ウェハ番号Ｄａによって指定されたウェハリング１１をリング保持機構６ｂによって保持して保持テーブル６ａに載置させる（矢印ｃ）。ウェハリング１１を収納する際は、マガジン１０ａを移動して空いた棚を保持テーブル６ａの高さに合わせ、リング保持機構６ｂによって保持されたウェハリング１１をマガジン１０ａに収納させる（矢印ｄ）。

このように、部品取り出し動作において、部品供給ステージ６は部品収納部１０からウェハリング１１を取り出してピックアップ作業位置［Ｐ１］まで移動させる。すなわち部品供給ステージ６は、複数のチップＣを保持する複数のウェハリング１１（チップ保持具）を収納可能な部品収納部１０（チップ保持具収納部）からウェハリング１１を取り出してピックアップ作業位置［Ｐ１］（チップ取り出し位置）に位置決めするチップ保持具位置決め部となる。また部品収納部１０および部品供給ステージ６は、基板４に搭載されるチップＣをチップ取り出し位置に供給する部品供給部となる。

上記構成において、部品収納部１０、部品供給ステージ６、ピックアップヘッド移動機構１６、ユニット集合ステージ７、搭載ヘッド１４、ヘッド移動機構１３、基板保持ステージ８、基板搬送部９は、基板４（ワーク）に設定された複数の実装点４ｂにチップＣが積層されたチップ積層体Ｓを形成する実装部１００を構成する。すなわち部品実装システム１は、実装部１００をそれぞれ有する部品実装装置Ｍ１〜Ｍ３を備えている。

次に図７を参照して、部品実装システム１の制御系の構成を説明する。管理コンピュータ３は通信ネットワーク２によって部品実装装置Ｍ１〜Ｍ３と接続されている。部品実装装置Ｍ１〜Ｍ３は同様の構成であり、以下、部品実装装置Ｍ１について説明する。部品実装装置Ｍ１は、装置制御部４１、装置記憶部４２、認識処理部４４、搭載制御部４５、実装部１００を備えている。装置制御部４１は、装置記憶部４２に記憶された制御プログラムや実装データ４３などに基づき、以下の各部を制御する。これにより、部品供給ステージ６からチップＣを取り出し、さらに取り出したチップＣを基板保持ステージ８に保持された基板４に実装するための各動作が実行される。

装置制御部４１は、実装データ４３に基づいて部品収納部１０、部品供給ステージ６を制御して、実装対象となるチップＣが保持されるウェハリング１１を部品収納部１０から取り出して保持テーブル６ａで保持し、ピックアップ作業位置［Ｐ１］に位置決する部品取り出し動作を実行させる。部品収納部１０から取り出されるウェハリング１１は、実装データ４３のウェハ番号Ｄａによって指定される。ピックアップ作業位置［Ｐ１］に位置決めされるチップＣは、実装データ４３のチップＸ位置Ｄｘ、チップＹ位置Ｄｙによって指定される。

すなわち、部品供給ステージ６は、実装データ４３に基づいて、選択された実装対象の次のチップＣを含むウェハリング１１（チップ保持具）を部品収納部１０（チップ保持具収納部）から取り出してピックアップ作業位置［Ｐ１］（チップ取り出し位置）に位置決めさせるチップ保持具位置決め部となる。

また装置制御部４１は、実装データ４３に基づいてユニット集合ステージ７、ヘッド移動機構１３、搭載ヘッド１４、ピックアップヘッド移動機構１６を制御して、ピックアップ作業位置［Ｐ１］に位置決めされたチップＣをピックアップヘッド１５で取り出し、搭載ヘッド１４に受け渡して実装作業位置［Ｐ４］に移送する部品移送動作を実行させる。

なお、ウェハリング１１に保持されるチップＣをフェイスアップで基板４に搭載する場合は、ピックアップヘッド１５が保持するチップＣを中継位置［Ｐ２］において中継ステージ１８に仮置きし、仮置きされたチップＣを搭載ヘッド１４によってピックアップして実装作業位置［Ｐ４］に移送する。またフェイスダウンで基板４に搭載する場合は、チップＣを保持するピックアップヘッド１５を反転させて中継位置［Ｐ２］に移動し、この位置において搭載ヘッド１４に直接受け渡して実装作業位置［Ｐ４］に移送する。

また装置制御部４１は、実装データ４３に基づいて基板搬送部９、基板保持ステージ８を制御して、基板４を基板搬送部９から基板保持ステージ８に移送して保持し、次の実装点４ｂが実装作業位置［Ｐ４］となるように保持した基板４を位置決めする基板位置決め動作を実行させる。

認識処理部４４は、第１カメラ２１、第２カメラ２２、第３カメラ２３、部品認識カメラ１９が撮像した撮像結果を認識処理する。装置制御部４１はこれらの認識結果に基づいて、ピックアップ作業位置［Ｐ１］でのチップＣのピックアップ、中継位置［Ｐ２］でのチップＣの受け渡し、実装作業位置［Ｐ４］でのチップＣの基板４への搭載の各動作位置を補正する。

搭載制御部４５は、実装データ４３と圧力センサ２０ｂ、リニアスケール１４ｄの測定結果に基づいて搭載ヘッド１４の昇降機構１４ｂ、搭載ユニット２０を制御して、実装作業位置［Ｐ４］においてチップＣを基板４に搭載させる部品搭載動作を実行させる。また搭載制御部４５は、部品搭載動作の際に、実装点４ｂにおける基板４の下面から既に搭載されている最上部のチップＣの上面までの高さを算出する実装高さ算出動作を実行させる。

実装高さ算出動作では、搭載制御部４５は、まず昇降機構１４ｂを駆動制御してチップＣを保持する部品保持ノズル２０ａを下降させる。次いで搭載制御部４５は、保持したチップＣが基板４に当接して圧力センサ２０ｂが所定の圧力を検知したことを受けて部品保持ノズル２０ａの下降を停止し、この位置でのリニアスケール１４ｄの測定結果を演算処理して実装点４ｂの高さを算出する。この算出結果は、基板キャリア４ｃの上面から部品保持ノズル２０ａの下端までの高さであって、実装点４ｂにおける実装点厚さＨとなる（図２参照）。

図７において、管理コンピュータ３は、管理制御部３１、管理記憶部３２、チップデータ記憶部３４、基板データ記憶部３５、実装データ作成部３８を備えている。管理制御部３１は、部品実装システム１を構成する各装置における制御を統括する機能を有している。チップデータ記憶部３４は、部品実装装置Ｍ１〜Ｍ３に供給されて基板４に搭載されるチップＣのチップ厚さｈ（チップの厚さ）に関するデータをチップデータＤとして記憶する。

図６（ｂ）において、チップデータＤのチップ厚さ欄Ｄｈには、チップＸ位置Ｄｘ、チップＹ位置Ｄｙで特定されるチップＣのチップ厚さｈが記憶されている。チップ厚さｈは、チップＣを保持するウェハリング１１にセットする前に、レーザ式の高さセンサ、接触式の高さセンサなどによって測定されて記憶される。チップ厚さｈは、半導体ウェハＷの全てのチップＣを直接測定しても、半導体ウェハＷの代表点の高さを測定した後、曲面モデルなどを使用して間接的に求めてもよい。このようにチップデータ記憶部３４は、複数のチップＣを保持するウェハリング１１（チップ保持具）上のチップＸ位置Ｄｘ、チップＹ位置Ｄｙ（チップの位置）とチップ厚さｈ（チップの厚さ）とを含むマッピングデータを記憶する。

図７において基板データ記憶部３５は、チップＣが搭載される基板４（ワーク）に設定された複数の実装点４ｂの基板４の厚さである基板厚さｈｂ（図２参照）に関する基板データ３６を記憶するワークデータ記憶部である。実装点４ｂにおける基板厚さｈｂは、基板４を部品実装システム１に搬入する前に、レーザ式の高さセンサ、接触式の高さセンサなどによって測定されて、基板４の基板番号４ｄに紐付けされて基板データ記憶部３５に記憶される。各基板４の基板番号４ｄは、基板４を部品実装システム１に搬入する際に、例えば基板４に付された基板番号４ｄに対応するバーコードを読み取ることによって記憶された基板データ３６と照合される。

実装データ作成部３８は、チップデータ記憶部３４に記憶されたチップ厚さｈ（チップの厚さ）と基板データ記憶部３５（ワークデータ記憶部）に記憶された複数の実装点４ｂの基板厚さｈｂ（ワークの厚さ）に関する基板データ３６に基づいて、基板４の実装点４ｂに実装するチップＣを指定した実装データ３３を作成する。

具体的には、実装データ作成部３８は、部品実装システム１にセットされる複数のチップＣの中から、チップ積層体Ｓが形成される各基板４の各実装点４ｂに搭載されるチップＣを選択指定する。その際、図２に示すように、基板４の実装点４ｂにおける基板４の基板厚さｈｂ（ｈｂ１〜ｈｂｎ）とチップ積層体Ｓのチップ積層体厚さｈｓ（チップＣ１＊〜Ｃ４＊のチップ厚さｈ１＊〜ｈ４＊の合計）との和（実装点厚さＨ）が、次に述べる所定の条件となるようにチップＣが選択される。

例えば所定の条件は、複数の実装点４ｂから選択される少なくとも２箇所以上の実装点４ｂ間の実装点厚さＨ（実装点の厚さ）の差が、本圧着装置による一括圧着においてチップ積層体Ｓを構成するチップＣ間の接続不良が発生しない所定の範囲となるように設定される。あるいは所定の条件は、複数の実装点４ｂから選択される少なくとも２箇所以上の実装点４ｂの実装点厚さＨ（実装点の厚さ）が、それぞれ本圧着装置による一括圧着においてチップ積層体Ｓを構成するチップＣ間の接続不良が発生しない所定の範囲となるように設定される。

作成された実装データ３３は、管理記憶部３２に記憶されるとともに、部品実装装置Ｍ１〜Ｍ３に転送されて装置記憶部４２に実装データ４３として記憶される。部品実装装置Ｍ１〜Ｍ３の実装部１００は、装置記憶部４２に記憶された実装データ４３を基に、実装点４ｂにおける基板厚さｈｂ（ワークの厚さ）と実装点４ｂにおけるチップ積層体厚さｈｓ（チップ積層体の厚さ）との和である実装点厚さＨ（実装点の厚さ）が複数の実装点４ｂにおいて上記の所定の条件となるように選択されたチップＣを実装点４ｂに実装する。

次に図８のフローに沿って、本実施の形態の部品実装システム１による部品搭載作業（部品実装方法）について説明する。ここでは、チップＣ１＊を部品実装装置Ｍ１で、チップＣ２＊を部品実装装置Ｍ２で、チップＣ３＊，チップＣ４＊を部品実装装置Ｍ３で順に基板４に搭載して、図２に示すチップ積層体Ｓ＊を形成する例について説明する。

まず、チップＣのチップ厚さｈが測定されて、チップデータＤとしてウェハ番号Ｄａ、複数のチップＣを保持する粘着シート１１ａが伸展されたウェハリング１１（チップ保持具）上のチップＣのチップＸ位置Ｄｘ、チップＹ位置ＤｙとチップＣのチップ厚さｈとを含むマッピングデータが作成される（ＳＴ１：チップデータ作成工程）。次いで基板４の基板厚さｈｂを基に、チップ積層体Ｓが形成される基板４の基板番号４ｄ、各実装点４ｂの基板厚さｈｂを含む基板データ３６を作成する（ＳＴ２：基板データ作成工程）。

次いで搭載されるチップＣ、チップデータＤ、基板データ３６が部品実装システム１にセットされる（ＳＴ３）。（ＳＴ３）では、基板４に搭載されるチップＣを保持するウェハリング１１が、対応する部品実装装置Ｍ１〜Ｍ３の部品収納部１０にそれぞれ収納される。また収納されたチップＣに対応するチップデータＤがチップデータ記憶部３４に記憶される。また部品実装システム１に投入されてチップ積層体Ｓが形成される基板４に対応する基板データ３６が基板データ記憶部３５に記憶される。

次いで実装データ作成部３８は、チップデータ記憶部３４に記憶されたチップデータＤに含まれるチップＣのチップ厚さｈに関するデータと、基板データ記憶部３５に記憶された基板データ３６に含まれるチップＣが実装される基板４（ワーク）の基板厚さｈｂに関するデータとに基づき、基板４に設定された複数の実装点４ｂにｍチップＣが積層されたチップ積層体Ｓを形成するための実装データ３３を作成する（ＳＴ４：実装データ作成工程）。

実装データ作成工程（ＳＴ４）において、実装データ作成部３８は、実装点４ｂにおける基板４（ワーク）の基板厚さｈｂと実装点４ｂにおけるチップ積層体Ｓのチップ積層体厚さｈｓとの和である実装点４ｂの実装点厚さＨが複数の実装点４ｂにおいて所定の条件となるように実装点４ｂに実装するチップＣを選択する。実装データ３３において、選択されたチップＣは、ウェハ番号Ｄａ、チップＸ位置Ｄｘ、チップＹ位置Ｄｙによって特定（指定）される。実装データ作成部３８は、部品実装装置Ｍ１〜Ｍ３毎に、対応する実装データ３３を作成する。例えば、部品実装装置Ｍ１に対応する実装データ３３は、基板４の実装点４ｂにチップＣ１＊を搭載するためのデータとなっている。

次いで管理制御部３１は、各部品実装装置Ｍ１〜Ｍ３に対応して作成された実装データ３３を、各部品実装装置Ｍ１〜Ｍ３に送信する。そして各部品実装装置Ｍ１〜Ｍ３において、受信された実装データ３３が実装データ４３として装置記憶部４２に記憶される（ＳＴ５）。次いで部品実装システム１に実装対象となる基板４が投入される（ＳＴ６）。この時、基板４の基板番号４ｄが読み取られる。

次いで投入された基板４は、部品実装装置Ｍ１の基板保持ステージ８に搬送される。次いで部品実装装置Ｍ１の実装部１００は、基板４の基板番号４ｄと部品実装装置Ｍ１の装置記憶部４２が記憶する実装データ４３に基づいて、選択されたチップＣ１＊を基板４の実装点４ｂに実装する（ＳＴ７）。

次いでチップＣ１＊が実装された基板４は、部品実装装置Ｍ２の基板保持ステージ８に搬送される。次いで部品実装装置Ｍ２の実装部１００は、基板４の基板番号４ｄと部品実装装置Ｍ２の装置記憶部４２が記憶する実装データ４３に基づいて、選択されたチップＣ２＊を基板４の実装点４ｂに実装済みのチップＣ１＊上に実装する（ＳＴ８）。

次いでチップＣ２＊が実装された基板４は、部品実装装置Ｍ３の基板保持ステージ８に搬送される。次いで部品実装装置Ｍ３の実装部１００は、基板４の基板番号４ｄと部品実装装置Ｍ３の装置記憶部４２が記憶する実装データ４３に基づいて、選択されたチップＣ３＊を基板４の実装点４ｂに実装済みのチップＣ２＊上に実装する。次いで部品実装装置Ｍ３の実装部１００は、実装データ４３に基づいて、選択されたチップＣ４＊を基板４の実装点４ｂに実装済みのチップＣ３＊上に実装する（ＳＴ９）。

この時点で基板４の各実装点４ｂには、複数の実装点４ｂにおいて実装点厚さＨ、または実装点厚さＨの差が所定の範囲に収まった、チップＣ１＊〜Ｃ４＊を積層したチップ積層体Ｓ＊が形成されている。すなわち、部品実装装置Ｍ１〜Ｍ３における（ＳＴ７）〜（ＳＴ９）は、実装データ３３に基づき基板４（ワーク）にチップ積層体Ｓを形成するチップ積層体形成工程となる。このように基板４上に形成されるチップ積層体Ｓ＊は実装データ３３に基づき形成される。

次いでチップ積層体Ｓが形成された後、基板４は部品実装装置Ｍ３から搬出され、本圧着装置において基板４（ワーク）上の複数のチップ積層体Ｓが一括して圧着される（ＳＴ１０：一括圧着工程）。これにより、基板４上の複数のチップ積層体Ｓ＊においてチップＣ１＊〜Ｃ４＊間の接合が一括して形成される。本願発明では、一括圧着の対象となる基板４内の複数のチップ積層体Ｓ＊の複数の実装点４ｂにおいて実装点厚さＨ、または実装点厚さＨの差が所定の範囲に収まっているため、一括圧着の際にチップ積層体Ｓ＊に対して圧力が不均一に加わることがない。これにより、積層したチップＣ１＊〜Ｃ４＊間の接続不良の発生を抑制することができる。この後、本圧着された基板４は個片基板４ａに分割されて個々のチップ積層体Ｓとなる。

部品実装システム１には、生産予定の実装基板（チップ積層体Ｓ）の実装対象となる基板４が順次投入される。部品実装システム１は、ＳＴ１〜ＳＴ４で準備済みのチップＣ、実装データ３３（４３）を使用して、ＳＴ６〜ＳＴ１０を繰り返して順に基板４にチップＣ１＊〜Ｃ４＊を積層してチップ積層体Ｓを生産する。

上記説明したように本実施の形態では、チップＣのチップ厚さｈに関するチップデータＤとチップＣが実装されるワークである基板４の基板厚さｈｂに関する基板データ３６とに基づいて、基板４に設定された複数の実装点４ｂに対してチップＣが積層されたチップ積層体Ｓを形成するための実装データ３３（４３）を作成している。そして実装データ３３に基づいて基板４にチップ積層体Ｓを形成するにあたり、実装点４ｂにおける基板厚さｈｂとチップ積層体厚さｈｓとの和である実装点厚さＨが所定の条件となるように実装するチップＣを選択している。これによって、基板４上に複数形成されたチップ積層体Ｓの高さのばらつきが抑制され、一括圧着する際の積層したチップＣ間の接続不良の発生を抑制することができる。

なお、上記説明した部品実装システム１では、実装データ作成部３８、チップデータ記憶部３４、基板データ記憶部３５を管理コンピュータ３が備えているが、本発明はこの形態に限定されることはない。例えば、実装データ作成部３８、チップデータ記憶部３４、基板データ記憶部３５を部品実装装置Ｍ１〜Ｍ３が備える形態でもよい。

また、図２に示すチップ積層体Ｓを構成する積層されたチップＣ１＊〜Ｃ４＊が同一種類のチップＣの場合、部品実装システム１は、部品実装装置Ｍ１〜Ｍ３を連結することなく、例えば、部品実装装置Ｍ１のみでチップ積層体Ｓを形成することができる。また、実装データ作成部３８、チップデータ記憶部３４、基板データ記憶部３５を、部品実装装置Ｍ１に備えさせてもよい。これにより、例えば基板４上に同一種類のメモリチップを４個積層するチップ積層体Ｓを、部品実装装置Ｍ１のみで形成することができる。

この部品実装装置Ｍ１は、チップＣのチップ厚さｈに関するチップデータＤを記憶するチップデータ記憶部３４と、基板４（ワーク）に設定された複数の実装点４ｂにチップＣが積層されたチップ積層体Ｓを形成する実装部１００と、複数の実装点４ｂの基板４の基板厚さｈｂに関する基板データ３６を記憶する基板データ記憶部３５（ワークデータ記憶部）とを備えている。そして、実装部１００は、実装点４ｂにおける基板４の基板厚さｈｂと実装点４ｂにおけるチップ積層体Ｓのチップ積層体厚さｈｓとの和である実装点４ｂの実装点厚さＨが複数の実装点４ｂにおいて所定の条件となるように選択されたチップＣを実装点４ｂに実装する。

また、上記説明した部品実装方法において、基板４の基板厚さｈｂのばらつきが、一括圧着時に接続不良を発生させない程度に小さい場合は、実装データ３３の作成において基板４の基板厚さｈｂを考慮しなくてもよい。その場合、図８の部品実装作業において基板データ作成工程（ＳＴ２）が省略できる。つまり、基板４（ワーク）に設定された複数の実装点４ｂ上にチップＣが積層されたチップ積層体Ｓを形成する部品実装方法は、実装点４ｂにおけるチップ積層体Ｓのチップ積層体厚さｈｓが複数の実装点４ｂにおいて所定の条件となるように選択されたチップＣを実装点４ｂに実装する。

この方法を実行する部品実装装置Ｍ１〜Ｍ３は、実装点４ｂにおけるチップ積層体Ｓ＊のチップ積層体厚さｈｓ＊が複数の実装点４ｂにおいて所定の条件となるように実装点４ｂに実装するチップＣを選択し、基板４（ワーク）に設定された複数の実装点４ｂにチップＣが積層されたチップ積層体Ｓ＊を形成する実装処理部（実装データ作成部３８、実装部１００）を備えている。そして実装データ作成部３８は、チップデータ記憶部３４に記憶されたチップデータＤに含まれるチップＣのチップ厚さｈに関するデータに基づき、基板４（ワーク）に設定された複数の実装点４ｂに対してチップＣが積層されたチップ積層体Ｓを形成するための実装データ３３を作成する。これにより、基板４の基板厚さｈｂの測定と基板データ３６の作成を省略して作業効率が向上できる。

なお、上記の実施の形態では、上面部にＬＳＩや接続配線が形成された複数の個片基板４ａから成る基板４（ワーク）にチップ積層体Ｓを形成しているが、ワークはこの形態に限定されることはない。例えば、その上面に複数のチップ積層体Ｓが形成されるプリント基板であっても、チップ積層体Ｓが形成される複数の単位基板から成る多面取りのプリント基板であってもよい。つまり、本圧着装置で圧着される際に、複数のチップ積層体Ｓが一括圧着される形態に対して適用することができる。

本発明の部品実装装置および部品実装方法ならびに部品実装システムは、積層した半導体チップの接続不良の発生を抑制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部品実装分野において有用である。

１ 部品実装システム
４ 基板（ワーク）
４ｂ 実装点
６ 部品供給ステージ（チップ保持具位置決め部）
１０ 部品収納部（チップ保持具収納部）
１１ ウェハリング（チップ保持具）
１１ａ 粘着シート（チップ保持具）
１００ 実装部
Ｃ チップ
Ｈ 実装点厚さ（実装点の厚さ）
ｈ チップ厚さ（チップの厚さ）
ｈｂ 基板厚さ（ワークの厚さ）
ｈｓ チップ積層体厚さ（チップ積層体の厚さ）
Ｍ１〜Ｍ３ 部品実装装置
Ｓ チップ積層体
［Ｐ１］ ピックアップ作業位置（チップ取り出し位置）

Claims (18)

1. チップの厚さに関するデータを記憶するチップデータ記憶部と、
   ワークに設定された複数の実装点にチップが積層されたチップ積層体を形成する実装部と、
   前記複数の実装点におけるワークの厚さに関するデータを記憶するワークデータ記憶部とを備え、
   前記実装部は、前記実装点における前記ワークの厚さと前記実装点におけるチップ積層体の厚さとの和である実装点の厚さが前記複数の実装点において所定の条件となるように選択されたチップを前記実装点に実装する部品実装装置。
2. 前記所定の条件は、前記複数の実装点から選択される少なくとも２箇所以上の実装点間の前記実装点の厚さの差が所定の範囲である請求項１に記載の部品実装装置。
3. 前記所定の条件は、前記複数の実装点から選択される少なくとも２箇所以上の実装点の前記実装点の厚さがそれぞれ所定の範囲である請求項１に記載の部品実装装置。
4. 前記チップデータ記憶部に記憶された前記チップの厚さと前記ワークデータ記憶部に記憶された前記複数の実装点の前記ワークの厚さに関するデータに基づいて、前記ワークの前記実装点に実装するチップを選択した実装データを作成する実装データ作成部をさらに備え、
   前記実装部は、前記実装データを基に前記選択されたチップを前記実装点に実装する請求項１から３のいずれかに記載の部品実装装置。
5. 前記チップデータ記憶部は、複数のチップを保持するチップ保持具上のチップの位置と前記チップの厚さとを含むマッピングデータを記憶する請求項１から４のいずれかに記載の部品実装装置。
6. 複数の前記チップ保持具を収納可能なチップ保持具収納部と、
   前記収納されるチップ保持具を取り出してチップ取り出し位置に位置決めするチップ保持具位置決め部とを備え、
   前記チップ保持具位置決め部は前記実装データに基づいて、前記選択された実装対象のチップを含む前記チップ保持具を前記チップ保持具収納部から取り出して前記チップ取り出し位置に位置決めさせる請求項５に記載の部品実装装置。
7. チップの厚さに関するデータを記憶するチップデータ記憶部と、
   ワークに設定された複数の実装点にチップが積層されたチップ積層体を形成する実装処理部とを備え、
   前記実装処理部は、前記実装点におけるチップ積層体の厚さが前記複数の実装点において所定の条件となるように前記実装点に実装するチップを選択する部品実装装置。
8. 前記所定の条件は、前記複数の実装点から選択される少なくとも２箇所以上の実装点間の前記チップ積層体の厚さの差が所定の範囲である請求項７に記載の部品実装装置。
9. 前記所定の条件は、前記複数の実装点から選択される少なくとも２箇所以上の実装点の前記チップ積層体の厚さがそれぞれ所定の範囲である請求項７に記載の部品実装装置。
10. チップの厚さに関するデータと前記チップが実装されるワークの厚さに関するデータとに基づき、前記ワークに設定された複数の実装点にチップが積層されたチップ積層体を形成するための実装データを作成する工程と、
    前記実装データに基づき前記ワークに前記チップ積層体を形成する工程とを含み、
    前記実装データを作成する工程において、前記実装点における前記ワークの厚さと前記実装点におけるチップ積層体の厚さとの和である実装点の厚さが前記複数の実装点において所定の条件となるように前記実装点に実装するチップを選択する部品実装方法。
11. 前記所定の条件は、前記複数の実装点から選択される少なくとも２箇所以上の実装点間の前記実装点の厚さの差が所定の範囲である請求項１０に記載の部品実装方法。
12. 前記所定の条件は、前記複数の実装点から選択される少なくとも２箇所以上の実装点の厚さがそれぞれ所定の範囲である請求項１０に記載の部品実装方法。
13. 前記実装データを作成する工程において、複数のチップを保持するチップ保持具上のチップの位置と前記チップの厚さとを含むマッピングデータが参照される請求項１０から１２のいずれかに記載の部品実装方法。
14. 前記チップ積層体が形成された後、前記ワーク上の前記複数のチップ積層体を一括して圧着する工程をさらに含む請求項１０から１３のいずれかに記載の部品実装方法。
15. ワークに設定された複数の実装点上にチップが積層されたチップ積層体を形成する部品実装方法において、
    前記実装点におけるチップ積層体の厚さが前記複数の実装点において所定の条件となるように選択されたチップを前記実装点に実装する部品実装方法。
16. 前記所定の条件は、前記複数の実装点から選択される少なくとも２箇所以上の実装点間の前記チップ積層体の厚さの差が所定の範囲である請求項１５に記載の部品実装方法。
17. 前記所定の条件は、前記複数の実装点から選択される少なくとも２箇所以上の実装点の前記チップ積層体の厚さがそれぞれ所定の範囲である請求項１５に記載の部品実装方法。
18. ワークに設定された複数の実装点にチップが積層されたチップ積層体を形成する実装部を有する部品実装装置と、
    チップの厚さに関するデータを記憶するチップデータ記憶部と、
    前記複数の実装点のワークの厚さに関するデータを記憶するワークデータ記憶部とを備え、
    前記実装部は、前記実装点における前記ワークの厚さと前記実装点におけるチップ積層体の厚さとの和である実装点の厚さが前記複数の実装点において所定の条件となるように選択されたチップを前記実装点に実装する部品実装システム。

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