专利名称：集成电路元件组装方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在将集成电路元件、特别是倒装片(flip-chip)直接组装在电路基板上等情况下，能很好应用的集成电路元件组装方法及其装置。
以往，作为在电路基板上组装集成电路元件的方法，通常采用的方法是，供给具有从侧边突出的导线的封装形态的集成电路元件，在其供给位置由装配头吸住该集成电路元件，用元件识别部对吸住的集成电路元件吸附姿势进行图像识别，经过集成电路元件吸附姿势纠正之后被组装在电路基板的装配位置上，再将集成电路的导线和电路基板的电极焊接接合。
众所周知，还有一种可以取代引线焊接的方法是采用倒装法将倒装片组装在绝缘基板上，再将倒装片电极与绝缘基板电极直接连接的倒装片接合方法。
然而，由于近年来为了开发高功能、小型电子设备，在不断推进集成电路元件的高集成化、小型化以及由此产生的多引脚、狭间距化，并且作为一种携带式电话和文字自动处理机等超小型电子设备的产生方法，也已考虑采用将倒装片直接组装在电路基板上的方法，但为了应用上述以往的集成电路元件组装方法，必须将倒装片集成电路的接合电极配置面面朝下提供给供给位置，因此，在将倒装片集成电路面朝下放置在托盘等内进行传送时，在传送过程中就有可能产生碰伤电极上形成的突起部分而在组装后不能获得正确的接合状态这样的问题。为此，以往采用的方法是，将倒装片集成电路面朝上放置在托盘等内进行传送，在组装时用手工作业从传送用托盘内取出再面朝下放置在组装用托盘内，但存在生产效率低下的问题，并且由于面朝下放置在托盘内，故仍然不能完全解决上述问题。
其次，在供给位置吸住面朝上的倒装片集成电路时，吸嘴接触到突起部分会碰伤该突起部分，或者不能获得正确的吸附状态，此外，在进行吸附动作时，若与以往一样吸嘴仅下降到一定位置，就会与倒装片集成电路的表面强烈碰撞，从而有可能损伤倒装片电路。
另外，在电路基板上直接组装倒装片集成电路时，由于电路基板大多采用玻璃环氧树脂制成的多层基板，由基板整体的起伏不平和下层布线图等造成的凹凸使每个装配位置在组装在表面上有微小倾斜，若在该状态下组装倒装片集成电路，还会有不能正确进行突起部分与电路基板电极接合的问题。
此外，作为一项在电路基板上直接组装倒装片集成电路的工艺，虽然有控制倒装片集成电路的加压力或者加热控制倒装片集成电路的方法，但其问题是不能在以往的装配机器上实施。
还有，在加热的情况下，若在基板限制装置的基准一侧被固定的状态下进行组装时，会因基板热膨胀而产生基板侧装配位置偏位，存在着不能高精度组装的问题。
本发明鉴于上述以往的问题，其目的在于，提供如下一种集成电路元件组装方法及其装置，使用该方法及装置，可将集成电路元件的相对基板的接合电极配置面面朝上地进行供给和组装，不会损伤其接合电极又不会产生吸附不良，并可相对基板的装配位置正确而又平行地组装，以确保牢固而又适当的接合，还可以进行需要加压力控制和加热控制的接合作业，并且即使加热也不会产生因热膨胀引起的偏位，可进行高精度装配。
本申请的第1发明的集成电路元件组装方法，其特征在于，在供给位置上吸附住相对基板的接合电极配置面面朝上地供给的集成电路元件，将吸住后的集成电路元件上下翻转，再由装配头吸住翻转后的集成电路元件，识别被装配头吸住的集成电路元件位置，同时识别基板的基准位置或集成电路元件装配位置，然后在基板的集成电路元件装配位置上将集成电路元件定位进行组装。
最好是，在供给位置上吸附集成电路元件时，对集成电路元件进行图像识别，检测吸嘴不干涉接合电极的吸附位置，并检测该吸附位置的高度，将吸嘴定位于吸附位置，同时控制其位置高度，在此状态下进行吸附。
本申请的第2发明的集成电路元件组装方法，这是先由装配头吸住集成电路元件，识别被装配头吸住的集成电路元件位置，同时识别位置受限制的基板基准位置或集成电路元件装配位置，然后将集成电路元件定位在基板的集成电路元件装配位置上进行组装的集成电路元件组装方法，其特征在于，预先检测基板的各集成电路元件装配位置上的倾斜度，在进行各个集成电路元件组装时，根据该集成电路元件装配位置的倾斜度调整基板设置台的倾斜度。
最好是，将集成电路元件或其模型按压在基板的集成电路元件装配位置，使集成电路元件的接合电极或其相当部分产生塑性变形，然后检测这些接合电极或其相当部分的高度并检测基板的集成电路元件装配位置的倾斜度。
本申请的第3发明的集成电路元件组装方法是以上述集成电路元件组装方法为基础，再加上如下特征，即这些集成电路元件进行组装时，加热集成电路元件，同时取消对基板的限制。
又，本申请的第4发明的集成电路元件装配装置，其特征在于，它具有将相对基板的接合电极配置面朝上的集成电路元件提供给供给位置的集成电路元件供给装置，在供给位置吸附集成电路元件后上下翻转、同时向移载位置传送的集成电路元件吸附翻转传送装置，将组装集成电路元件的基板在位置限制状态下保持用的基板设置台，设置有在移载位置上吸住集成电路元件后将其组装在基板的集成电路元件装配位置的工具和图像识别基板的基准位置或集成电路元件装配位置的基板识别装置的装配头，以及识别被工具吸住后的元件位置用的元件识别装置。
集成电路元件吸附翻转传送装置最好是在于供给位置与移载位置之间往复移动的移动体上设置可升降和上下翻转的吸嘴、高度检测装置以及图像识别装置而组成，集成电路元件供给装置最好是采用在与移动体移动方向呈垂直的方向上可使放置有集成电路元件的托盘移动和定位的结构。
又、本申请的第5发明的集成电路元件装配装置具有提供集成电路元件的集成电路元件供给装置，将组装集成电路元件的基板在位置限制状态下保持用的基板设置台，具有吸住被提供的集成电路元件将其组装在基板的集成电路元件装配位置上的工具、并具有图像识别基板的基准位置或集成电路元件装配位置的基板识别装置的装配头，以及识别被工具吸住后的元件位置用的元件识别装置，其特征在于，在装配头上设置有对工具施加压力的装置和检测加压力的装置。
又、本申请的第6发明的集成电路元件装配装置是在上述集成电路元件装配装置中，其进一步的特征在于，在装配头的工具安装部设置有加热器和温度检测装置。最好是设置检测工具的集成电路元件吸附面温度的装置。
又、本申请的第7发明是在上述各集成电路元件装配机器中，其进一步的特征在于，工具由具有与集成电路元件吸附面平行的安装面的扁平状构件所组成，在工具安装部的工具抵接面设置有吸附工具用的吸附孔。最好是工具安装部通过限制传热的小断面部和冷却装置的中介才装着在装配头上。
又、本申请的第8发明是在上述集成电路元件装配装置中，进一步设置有基板设置台倾斜度的自动调整装置。最好是设置有在不改变基板设置台任意位置高度的状态下可自动调整其位置倾斜度的装置，其结构可以采用可升降式引导基板设置台的导向装置以及对基板设置台下面3个点可独立调整高度地进行支承的装置。
又，本申请的第9发明是在装配头的工具安装部上设置有加热装置的集成电路元件装配装置中，进一步在基板设置台4条边的相邻2条边上配设有与基板则边缘接合来限制位置的基准侧限制装置，在剩下的2条边上设置有将基板向基准侧限制装置推压使其受到限制的可动侧限制装置，还设置有可使基准侧限制装置退避移动到限制解除位置的装置。
根据本申请的第1发明的集成电路元件组装方法，由于吸住集成电路元件后进行上下翻转，再用装配头吸住翻转后的集成电路元件进行组装，因此可以面朝上方式提供集成电路元件，不需要进行使表面朝下的作业，所以可提高生产效率，并且也能消除因在集成电路元件传送过程中损伤接合电极而不能得到正确接合状态的可能性。
另外，在供给位置吸附集成电路元件时，通过将吸嘴定位在与接合电极不发生干涉的吸附位置上并控制其位置高度，使吸嘴在即将与集成电路元件接触的位置上停止进行吸附，从而即使以面朝上方式提供集成电路元件，吸嘴也不会与电极部分接触而对其有所损伤，也能消除不能获得正确的吸附状态以及与集成电路元件表面强烈碰撞而损伤集成电路元件电路的可能性。
根据本申请的第2发明的集成电路元件组装方法，即使因基板由玻璃环氧树脂制的多层基片等组成而产生基板整体起伏不平，或因下层布线图等造成凹凸，使每个装配位置在组装表面产生微小倾斜，在各个集成电路元件进行组装时，通过调整基板设置台的倾斜度，使其符合该集成电路元件装配位置的倾斜度，从而可将集成电路元件相对基板的各装配位置完全平行地进行组装，并可始终确保电极的正确接合。
在检测该基板装配位置的倾斜度时，通过将集成电路元件或其模型按压在装配装置上，使接合电极或其相当部产生塑性变形后检测其高度，从而即使是微小倾斜也能高精度并在符合装配状态下正确检测。
根据本申请的第3发明的集成电路元件组装方法，在加热状态下组装集成电路元件时，通过在其组装时解除对基板的限制，即使因加热引起基板热膨胀也会以装配位置为中心向周围发生热膨胀，从而不会产生因热膨胀造成的基板侧装配位置的偏位，可高精度进行组装。
根据本申请的第4发明的集成电路元件装配装置，由于设置有集成电路元件吸附翻转传送装置，并且最好是将可升降和上下翻转的吸嘴及高度检测装置和图像识别装置设置在移动体上，组成集成电路吸附翻转传送装置，从而可以一种合理性的装置结构来实施第1发明的集成电路元件组装方法。
根据本申请的第5发明的集成电路元件装配装置，由于在装配头上设置有对工具施加压力的装置和检测加压力的装置，所以通过按检测出的加压力控制加压力施加装置，便可正确控制集成电路元件组装时的加压力，从而可消除构成集成电路元件电极的突起部分因过大的加压造成变形过量而引起与相邻电极的绝缘不良，或因加压力不足引起接合不良的现象，以始终确保正确的接合状态。
根据本申请的第6发明的集成电路元件装配装置，由于在装配头的工具安装部设置有加热器和温度检测装置，从而可控制工具达到所需要的温度，在接合时需要加热的情况下可始终稳定地获得正确的接合状态。
在此情况下，通过设置检测工具的集成电路元件吸附面的温度的装置，预先求出工具安装部温度检测装置的检测值与工具的集成电路元件吸附面温度的相关关系，便可根据温度检测装置的检测值将工具的集成电路元件吸附面温度正确控制在所需要的温度内。
根据本申请的第7发明的集成电路元件装配装置，由于用具有与集成电路元件吸附面平行的安装面的扁平状部件组成的工具，并在工具安装部的工具接合面上设置有吸附工具用的吸附孔，因此可高精度确保集成电路元件吸附面与安装面的平行度，同时可方便地进行工具的装取作业，此外可顺利传递加压力并不用担心因加压力作用引起的变形，还可高效率地进行热传导，高精度且响应性优良地控制工具的温度。
另外，若通过设置限制传热的小断面部及冷却装置，将工具安装部装在装配头上，即使在工具安装部配有加热装置进行加热接合的情况下，也能可靠防止向装配头一侧的热传导，并可防止因机器整体热伸缩的影响而产生装配位置的误差。
根据本申请的第8发明的集成电路元件装配装置，由于设置有基板设置台倾斜度的自动调整装置，因此可以合理的机器结构来实施上述第2发明的集成电路元件组装方法。
另外，若设置有可在不改变基板设置台任意位置高度状态下自动调整其位置倾斜的装置，由于装配位置高度和识别位置高度不变，因此可使这些动作控制不致复杂化。
而且，若用可升降式引导基板设置台的导向装置和可独立调整高度地支承基板设置台下面3点的装置来组成其倾斜度自动调整装置，便可以一种简单的结构高精度进行调整。
根据本申请的第9发明的集成电路元件装配机器，在加热状态下组装时，通过在其组装时使限定基板的基准侧的限制装置和可动侧限制装置两者一起退避移动到限制解除位置，便可在所有方向上解除基板的限制，在合理的机器结构来实施上述第3发明的集成电路元件组装方法。
附图的简单说明
图1为本发明1个实施例的集成电路元件装配动作的流程图。
图2为上述实施例的集成电路元件装配装置的整体俯视图。
图3为上述实施例的集成电路元件装配装置的整体立体图。
图4为上述实施例中的托盘板和存储箱体的立体图。
图5为上述实施例中的升降装置立体图。
图6为上述实施例中的集成电路元件吸附翻转传送装置的移动体的立体图。
图7为上述实施例中的装配头立体图。
图8为上述实施例中的装配头加压机构的模式图。
图9示出了实施例中的工具安装组件，(a)为局部剖视主视图，(b)为纵剖侧视图。
图10为上述实施例中的工具交换装置立体图。
图11为示出上述实施例的工具交换装置中的工具吸附面温度检测装置的纵剖视图。
图12为上述实施例中的基板载置台立体图。
图13为上述实施例中的基板载置台倾斜度调整装置的俯视图。
图14为上述实施例中的基板载置台倾斜度调整装置侧视图。
图15为上述实施例中的转印装置立体图。
图16为上述实施例中的平行度检测装置立体图。
图17为上述实施例中的位置偏移检测装置立体图。
图18示出了上述实施例的位置偏移检测装置中的夹具板，(a)为下部夹具板的俯视图，(b)为上述夹具板的仰视图。
图19示出在上述实施例的位置偏移检测装置中，在下部夹具板上放置有上部夹具板的状态，(a)为纵剖视图，(b)为俯视图。
图20为示出上述实施例中的送入移载装置和送出移载装置的立体图。
图21为上述实施例中在供给位置吸附集成电路元件的工序的说明图。
图22为上述实施例中测定基板装配位置倾斜度的工序的说明图。
图23为加热组装时的状态说明图，(a)为对比用的以往状态说明图，(b)为上述实施例中状态的说明图。
图24为上述实施例中将集成电路元件组装到基板上去的组装状态的纵剖视图。
图25为上述状态的立体图。
图26为上述实施例中的组装时加压和加热状态的说明图。
下面，参照图1至图26对本发明的一个实施例作一说明。
在表示集成电路元件装配装置整体结构的图2和图3中，1为集成电路元件供给装置，集成电路元件(倒装片集成电路)以它的设有接合电极(突出部分)的面朝上的姿势，被供应给供给位置。2为集成电路元件吸附翻转传送装置，在供给位置上吸住集成电路元件后，在向移载位置传送的过程中上下翻转，在移载位置使吸住的集成电路元件成为面朝下姿势。3为对将组装集成电路元件的基板作出位置限制并使之保持该位置用的基板设置台。4为装配机械手，可使装配头5沿水平的x、y双向和垂直的Z方向移动，同时能定位在任意的位置，能在移载位置吸住集成电路元件、将其组装在于基板设置台3上受到位置限制的基板的任意位置上。
6为识别被装配头吸住的集成电路元件吸附位置的元件识别装置，由识别元件外形的元件外形识别摄象机7以及识别集成电路元件中的图形和定位用标记的高精度识别摄象机8所组成。9为按集成电路元件的种类调换吸附集成电路元件的工具用的工具交换装置。10为采用墨鱼方式使接合用的银焊膏粘附在集成电路元件电极(突起部分)上的转印装置。11为工具平行度检测用的平行度检测装置。12为检测经时性产生的光学系统和导轨等的机构性偏位并进行修正用的配置有夹具的位置偏移检测装置。13为吸嘴交换装置，14为废料传送带，15为废料箱。
16为基板的送入传送带，17为对送入的基板进行预热的基板预热装置，18为吸住基板预热装置17上的基板将其移载到基板设置台3上的送入移载装置，19为基板的送出传送带，20为吸住基板设置台3上的基板将其移载到传送带19上的送出移载装置。
如图4所示，在集成电路元件供给装置1中，集成电路元件以面期上状态矩阵状放置并保持在托盘21上，托盘21并列保持在托盘板22上，托盘板22多层放置在箱体23内，在此状态下供给集成电路元件。22a为按压固定各托盘21用的压板。23a为各托盘板22的脱出防止片，可开闭地被枢支在箱体23的一侧边端上。
通过将其箱体23设置在如图5所示的升降装置24上，可使箱体23内任意的托盘板22定位在规定高度，在该高度位置上用如图2所示的拉出装置25可将托盘板22拉出，然后将放置在托盘21内的任意的集成电路元件定位在供给位置上。升降装置24被制成一种由支架26可任意升降地支撑，同时在用进给丝杆机构27作升降驱动的升降框架28内放置并保持箱体23的结构。26a为设置在支架26上的箱体载置台，29为进给丝杆机构27的驱动电机。
集成电路元件吸附翻转传送装置2，在沿着与托盘板22拉出方向相垂直的方向延伸设置的移动导轨31上并在供给位置与移载位置之间往复移动的移动体32上，配置有如图6所示的可升降的升降座33。在该升降座33上设置有在从供给位置向移载位置移动过程中从面朝下的姿势翻转为面朝上姿势的翻转架34，在该翻转架34上安装有吸嘴35。此外，在移动体32上设置有检测在供给位置的集成电路元件高度用的高度检测传感器36，以及图像识别集成电路元件形状的识别摄象机37。38为集成电路元件吸附用的吸引组件，采用一种可检测吸住时的吸引压力并检测吸附状态是否正确的结构。39为吸嘴35的转动装置。
如图2和图7所示，在装配头5上设置有吸附集成电路元件的工具41、它的升降加压机构42、图像识别基板的基准位置或集成电路元件装配位置用的基板识别摄象机43，以及涂敷粘接剂的供给器(dispenser)44。升降加压机构42如图8的模式图所示，在由升降用电机45驱动的进给丝杆机构46所升降驱动的升降架47上安装有加压缸48和自重补偿缸49，这些缸与可任意升降地被支撑的升降体50相连接，在该升降体50上配置有可绕着垂直轴芯回转的刀具安装组件51。在加压缸48与升降体50之间夹装有由测力传感器构成的加压力检测传感器52，根据检测压力对加压缸48进行反馈控制，以便以所需要的加压力进行正确加压。53为可将工具安装组件51在任意的回转位置上定位的转动装置，54为对装配位置吹冷却风进行冷却的冷风鼓吹喷嘴。
如图9所示，工具安装组件51由被嵌合固定在由转动装置53转动的安装轴55下端部的安装构件56、装在其下部的冷却罩57以及装在冷却罩下部的刀具安装构件58所组成。工具安装构件58从相对于冷却罩57的安装板59上将限制传热的小断面部60垂下，并在其下端设置有工具安装部61。在工具安装部61的下侧面形成工具接合面62，吸附并保持可任意装卸的适合各种集成电路元件不同形状的工具41。
工具41由具有与集成电路元件吸附面41a平行的安装面41b的扁平状构件构成，并在其中央设置有吸附孔63。并且在安装面41b的两侧设置有限定工具41位置的限制接合部64。与吸附孔63连通的元件吸附用的吸引通道65贯穿工具安装构件58和冷却罩57并在安装构件56的外周上形成开口。此外，在吸引通道65的两侧设有开口于工具接合面62上的吸附孔66，工具吸附用的吸引通道67贯穿工具安装构件58和冷却罩57并在安装构件56的外周上形成开口。在工具安装部61上设置有加热丝68和热电偶等的温度检测装置69。在安装构件56上设有细轴部70，通过在其下部的调整板部71周围螺纹接合的多个调节螺钉72，能够调整工具41的集成电路元件吸附面41a相对基板设置台3的平行度。在图7中，73为工具41吸附用的真空排出器，74为集成电路元件吸附用的真空排出器，75为气压调节器。
如图10所示，工具交换装置9设置有放置并支承工具41用的多个工具载置部76，夹持各工具载置部的工具41的对角位置的各一对夹持构件77a、77b，以及使这些夹持构件77a、77b一起按箭头方向作开闭动作的开闭驱动装置78和检测各工具有无的检测装置79。
此外，在该工具交换装置9中的工具载置部76的底面上，配设有如图11所示的多个温度检测装置80，如图所示，当用工具安装部61的加热器68加热工具41时，由该温度检测装置80对集成电路元件吸附面41a实际的温度及其分布进行检测，并预先求出其与由温度检测装置69检测出的温度之间的相对关系，然后根据由温度检测装置69测出的温度来控制加热丝68，通过这一方式能将集成电路元件吸附面41a的温度正确设定在规定的温度内。
如图12所示，基板设置台3吸住并保持基板同时由内装式加热器81和温度检测装置82可将基板控制在所需温度。该基板设置台3被设置在内装有为防止向基板设置台3以外部分传热用的冷却水配管84的支撑台83上。85为吸附用的吸附用的吸管，85a为吸附开关。
在支持台83上，配设有与基板设置台3上的基板4条边中的相邻2条边的侧边端接合来限定位置的基准侧限制装置86、87，以及将剩下2条边向着基准侧限制装置86、87推压来进行限制的可动侧限制装置88、89。第1基准侧限制装置86的结构为，通过驱动缸92和杆式连动机构93，使并列配置有几乎达到与基板一边的全长接合的多个限制滚柱90的限制构件91在限制位置与限制解除位置之间移动。又，第2基准侧限制装置87以及可动侧限制装置88、89可由驱动缸95对限制滚柱94向基板的侧边缘施加推压力并可退避移动，而且，第2基准侧限制装置87被设定的施加力为大。由此，组成了一种用这些限制装置86至89可将基板限定在规定位置并可在装配加热时解除限制的结构。96为检测基板设置台3上的基板用的基板检测传感器，97为它的放大器。
如图13和图14所示，支撑台83通过与四周侧端面中相邻的2个侧端面分别接合的各1对固定导辊98以及与剩下2个侧端面分别接合的各1对推压导辊99，可升降及有微小倾斜地被支撑。推压导辊99由弹簧和支杆组成的推压机构100施加推压力。在该支撑台83的下面，在一侧两端部的2个部位和另一侧中央部1个部位合计为3个部位上，配设有支撑轮101，并设置有与这些支撑轮101相对应的可分别独立调整其位置高度的高度调整装置102。高度调整装置102包括可沿着倾斜导板103移动并与支撑轮101转动灵活地接合的上侧面呈水平状的可动楔形构件104，驱动该可动楔形构件104移动的进给丝杆105，以及驱动该进给丝杆回转的驱动电机106。由此，通过各个高度调整装置102来调节支撑台83一侧两端部2个部位和另一侧中央部1个部位的高度，即可在不改变支撑台83任意的位置高度状态下任意调整其位置倾斜度。
如图15所示，转印装置10从供给嘴112将电极接合用的银焊膏供给到转印板111上，通过驱动电机116使被驱动转动的多个摊平板113至115产生回转，以使转印板111上形成均匀的银焊膏的薄膜。这样，通过将集成电路元件轻轻按压在该转印板111上，便可在其突起部分上转印粘附银焊膏。
如图16所示，平行度检测装置11的水平安装板117上安装有与之相垂直的4个水准仪118，在将测定板吸住在工具41上的状态下，通过将其靠近4个角的部位推靠在这些水准仪上，可对工具41的集成电路元件吸附面41a相对水平方向基准面的倾斜度进行检测。并且，根据检测后的倾斜度，按上述方法调整工具安装部件58的调节螺钉72，使集成电路元件吸附面41a与水平方向的基准面保持一致。
如图17至图19所示，位置偏差检测装置12在支撑体121上面固定配置有透明玻璃板组成的并在其中央具有吸附孔123的下部夹具板122，在其上面放置有透明玻璃板组成的上部夹具板124。吸附孔123与真空吸引装置125相连通，以组成可吸附和固定放置在下部夹具板122上的上部夹具板124的结构。下部夹具板122表示假想装配位置，上部夹具板124表示在该装配位置上组装的假想集成电路元件。如图18(b)所示，在上部夹具板124下侧面的中心位置上标有中心记号126，同时在对称的对角位置上标有位置偏差检测记录127a、127b，如图18(a)所示，在下部夹具板122的上侧面上，与位置偏差检测记号127a、127b相对应并位于其外侧位置，标有位置偏差检测记号128a、128b，若将上部夹具板124以正规的位置关系与下部夹具板122相重合时，则形成图19(a)和(b)所示的状态。129为目视确认用的记号。
送入移载装置18和送出移载装置20实质上为同一结构，如图20所示，从沿着共用的移动导轨131移动灵活的移动体132上延伸出支撑臂133，并在该支撑臂133的与基板4个角相对应的各前端部安装有吸附衬垫134。移动体132采用一种可由沿着其移动路线设置的环状驱动带135驱动进行移动的结构。136为该装置的驱动皮带轮。
下面，以参照图1的动作流程为主，对使用上述结构的集成电路元件装配装置的集成电路元件的装配动作作一说明。如图24所示，本实施例是一种将倒装片集成电路组成的集成电路元件P直接组装在多层电路基板B上的方法，在集成电路元件P的一侧面(表面)形成的多个表面电极t上设置有作为接合电极用的突起部分b，用由银焊膏构成的接合金属m将该突起部分b与多层电路基板B的电极d接合，并且用热硬化性粘接剂r填入集成电路元件P与多层电路基板B之间形成密封，同时使其固定为一体。
在此场合下，为了使其从集成电路元件P的制造工场搬送到装配工场期间不损伤突起部分b，如图25所示，集成电路元件P是以突起部分b设置面朝上的状态被供给的，因此在取出这些集成电路元件P时，就有必要按照假想线所示，将吸嘴35定位在不干涉突起部分b的位置上并进行吸附。
此外，在本实施例中，为了在组装集成电路元件P的同时完成装配，因此必须沿着图26所示的所定曲线进行集成电路元件P的加压和加热处理。即，首先在施加初始加压力P1之后，经过tl时间加压达到P2，在保持该加压力的状态下使温度从T1慢慢地升高，经过t2时间后上升到T3，在该加热和加压状态下保持t3时间之后，经过t4时间使温度冷却到T2，然后再经过t5时间，使加压力下降到初始加压力P1以解除加压，必须以上述这一曲线形式进行加热和加压处理。
在图1中，先对电路基板B送入和送出动作予以说明，应预先用送入传送带16将基板B传送到基板预热装置17上并对此进行预热。一旦对基板设置台3上的基板B组装结束，即解除对该基板B的吸附，其后用送入移载装置18将基板预热装置17上的基板B移至基板设置台3上，与此同时用送出移载装置20将基板设置台3上的基板B移送到送出传送带19上。移送到基板设置台3上的基板B通过基准侧限制装置86、87以及可动侧限制装置88、89移动到限定位置而被限制定位，然后在被吸附状态下被保持固定。并且，通过边用温度检测装置82检测温度，边用加热器81对基板设置台3加热，以使基板B保持在规定温度内。
其次，对集成电路元件P的装配头5的供给动作予以说明，在集成电路元件供给装置1中，先使升降装置24产生动作，将放置有接着将装配的集成电路元件P的托盘板22定位在规定的拉出高度位置上，然后由拉出装置25拉出，并将托盘板22定位，以使集成电路元件P处在吸嘴35移动路线经过的位置(供给位置)上。
接着，将集成电路元件吸附翻转传送装置2的移动体32移动到该供给装置上，由吸嘴35将其吸住。此时，为了能如图25所示正确进行吸附，首先如图21(a)所示，使识别摄象机37处在集成电路元件P的上方，检测集成电路元件P的正确位置，根据检测结果用拉出装置25进行托盘板22的位置修正，与此同时对高度检测传感器36和吸嘴35在集成电路元件P上定位时的移动量进行修正。其次，如图21(b)所示，用高度检测传感器36检测集成电路元件P的吸附位置高度，再将吸嘴35定位在集成电路元件P的正上方，然后如图21(c)所示，使吸嘴35下降到在与集成电路元件P之间产生微小间隙的位置，在该状态下吸附集成电路元件P。由此，通过控制吸嘴35的下降位置，便可避免吸嘴35与集成电路元件P的表面强烈碰撞而引起的对其电路的损伤。
吸附状态的异常可通过吸引组件38中的吸引压力来检测，在出现异常时，可使移动体32移动到废料传送带14位置后将其废弃，再供给和吸住下一个集成电路元件P。接着，根据需要由回转装置39使吸嘴35回转，以变换集成电路元件P的回转姿势，在使移动体32向着移载位置移动时，翻转架34翻转，在移载位置上使吸嘴35形成向上的形态，集成电路元件P以面朝下的姿势提供给装配头5。
下面，对集成电路元件P相对基板B的装配动作予以说明。在装配头5向下1个装配位置移动期间，根据基板B装配位置上的倾斜度，用各高度调整装置102分别调节设置有基板设置台3的支撑台83的3个支撑点高度，从而可在不改变装配位置高度的状态下，对其倾斜度进行修正，以使基板B装配位置的面与工具41的集成电路元件吸附面41a能正确平行。
即，在基板为多层基板时，因下层布线图使基板B的表面随其位置而倾斜度发生变化。这种倾斜状态通常是同一机种的基板B有同一倾向，在同一机种中的各个基板B之间不会有大的变化，因此可以对各个机种预先测定基板B的各个装配位置上的倾斜度，并在各个装配位置上按照其倾斜度如上所述进行基板B倾斜度修正，从而可将集成电路元件P的突起部分b与基板B的电极d接合，并可高可靠性地组装集成电路元件P。
作为基板B各个装配位置上的倾斜度的测定方法，虽然也可考虑直接测定基板B装配位置高度变化的方法，但对于应测定的值，由于基板表面的凹凸差别很大，因此无法决定从哪一侧定点开始测算倾斜度，就不能进行高精度测定。为此，在本实施例中，用装配头5保持集成电路元件P或其模型，如图22(a)所示将其按压在基板B的装配位置上，用基板B的电极d使其突起部分b塑性变形，再如图22(b)所示，用高度检测装置H扫描式测定集成电路元件P或其模型的各个突起部分b的高度，从这些高度算出基板B在该装配位置的倾斜度，对各个机种的基板B中的每1个装配位置预先将其倾斜度登记在集成电路元件装配装置的控制部内。并且，在相对于基板B各个装配位置的集成电路元件P的每一个装配动作，分别对上述支撑台83的3个支撑点高度作出调整，如图22(c)所示进行基板B的倾斜度修正。
然后，在装配头5到达装配位置的正上方时，通过其基板识别摄象机43识别装配位置的图形或装配位置的记号，以测出正确的装配位置。接着，在使装配头5向移载位置移动的同时，在其过程中用回转装置53使工具41回转，以适应集成电路元件P的回转姿势，在到达移载位置时通过工具41将集成电路元件P吸住。
然后，使装配头5移动到转印装置10，通过将集成电路元件P按压在其转印板111上，使银焊膏m转印在集成电路元件P的突起部分b上。再使装配头5向元件识别装置6移动并在此期间，向工具安装部61的加热丝68通电加热工具41，从而蒸发除去银焊膏m的有机溶剂，然后，为了在后工序中浸入热硬化性粘接剂时避免不良影响，采用从冷风喷嘴54吹风方式进行冷却。
一旦装配头5到达元件识别装置6上，由工具41吸住的集成电路元件P即被定位在元件外形识别摄象机7上，对其外形和集成电路元件P的粗略的吸附位置进行识别。当出现吸住不适用的集成电路元件P或者吸附姿势不正确的情况时，将其丢弃在废料箱15内。在正确吸住适用的集成电路元件P时，根据粗略检测到的集成电路元件P位置作出定位，以使集成电路元件P的规定的图形或定位记号进入高精度识别摄象机7的视野内，然后对集成电路元件P的吸附位置进行高精度识别。
其次，按照使供给器44位于基板B的装配位置正上方的要求使装配头5定位，并用该供给器44将热硬化性粘接剂涂敷在装配位置的中央。
接着，将集成电路元件P定位的基板B装配位置的正上方，并使工具41下降，这样，一边将刚才涂敷上去的热硬化性粘接剂r铺开，一边用这一热硬化性粘接剂r完全填满集成电路元件P与基板B之间的空隙，在此状态下组装集成电路元件P。在组装该集成电路元件P时，按照由基板识别摄象机43识别后的基板B装配位置的位置数据以及由高精度识别摄象机8识别后的集成电路元件P吸附位置的位置数据对装配头5的装配位置数据进行修正，将集成电路元件P高精度地组装在基板B的装配位置上。然后，一边由加压力检测传感器52检测加压力并进行反馈控制，一边由加压缸48对工具41加压，同时又边用温度检测装置69检测温度进行反馈控制，边用加热丝68对工具41进行加热，通过这一方法以上述图26所示的曲线形态进行加压和加热处理，将集成电路元件P组装在基板B上。
在进行该项加压和加热处理时，在基准侧限制装置86、87固定、可动侧限制装置88、89按基板B的热膨胀程度作退避移动时，如图23(a)所示，集成电路元件P的正确装配位置移位在假想线表示的位置上，但由于集成电路元件P由工具41被固定在实线位置，因而会产生装配位置的偏位。为此，在本实施例中，如图23(b)所示，在由工具41进行加压和加热时，用驱动缸92和驱动缸95使第1基准侧限制装置86的限制滚柱90以及第2基准侧限制装置87和可动侧限制装置88、89的限制滚柱94全部从实线所示的限定位置移动到用假想线表示的退避位置。这样一来，由于基板B以装配位置为中心向四面热膨胀，因此在装配位置上不会产生偏位现象。
在所定时间内进行加压和加热，用银焊膏m使集成电路元件P的突起部分b与基板B的电极d接合，一旦热硬化性粘接剂r硬化，即按照图26的曲线从冷风喷嘴54向工具41及装配部分吹冷风进行冷却，解除加压力、结束装配动作。
通过对基板设置台3上的基板B反复进行以上动作，将所需要的集成电路元件P组装在基板B上。此时，若因1块基板B上应组装的各集成电路元件P的形状和大小有差异，故需要调换吸嘴35和工具41时，在进行下一个集成电路元件P的装配动作之前先使移动体32移向吸嘴交换装置13，使装配头5移向工具交换装置9，分别调换适合下一个集成电路元件P用的吸嘴35和工具41。
此外，由于会因环境温度变化而产生装配机械手4热伸缩引起的偏位以及因温度变化而产生光学系统中使用的粘接剂膨胀或收缩引起的识别位置偏差等经时性的偏位现象，为了修正这一位置偏差，每隔一定时间通过位置偏差检测装置12测定偏位置，能自动进行装配位置数据的修正。
具体地讲，就是在由工具41吸住上部夹具板124的状态下，将装配头5定位在高精度识别摄象机8的光轴上，识别其中心记号126，再将工具41回转180°，再次识别中心记号126。这样，这两次识别位置的中点即为装配头5的中心座标，若其位置相对于初始值有变化，将其变化量作为装配头5的偏位量进行偏移数据的修正。
另外，为了修正因基板识别摄象机43与工具41之间的偏位引起的装配位置偏差，由工具41吸住上部夹具板124，通过用高精度识别摄象机8分别对上部夹具板124对角位置上的位置偏差检测记号127a和127b进行识别，从该识别位置和装配头5的位置算出上部夹具板124的吸附位置。再使装配头5移动到位置偏差检测装置12上，用基板识别摄象机43分别识别下部夹具板122的位置偏差检测记号128a、128b，求出装配位置，然后把由工具41吸附着的上部夹具板124装在下部夹具板122上，通过吸附孔123吸住并固定上部夹具板124。这样，在将上部夹具板124模拟装配状态下，使位置偏差检测记号127a和127a进入图19(b)中用假想线表示范围的基板识别摄象机43的视野内，求出两位置偏差检测记号127a和128a的相对位置，然后按照同样方法，使位置偏差检测记号127b和128b进入它的视野内并求出它们的相对位置，从而可算出下部夹具板122与上部夹具板124的偏位置。将这一动作反复多次后求出该偏位量的平均值来进行基板识别摄象机43与工具41之间的偏置数据的修正。再通过将以上的修正处理每隔适当时间间隔进行一次，便可消除因经时变化而产生的偏位误差，进行高精度组装作业。
在上述实施例的说明中，虽然介绍的是装配动作过程中采用转印装置10对集成电路元件P的突起部分b进行银焊膏m转印的实例，但也可提供已转印有银焊膏状态的集成电路元件P，此时当然也就没有必要配设转印装置10。
此外，在上述实施例中，虽然介绍的是将面朝上状态下提供的倒装片集成电路组成的集成电路元件P直接组装在电路基板B上的实例，但在省略集成电路元件吸附翻转传送装置的形态下，本发明也适用于将面朝下状态下提供的其它集成电路元件在电路基板上高精度组装的场合。
从上述的说明中可以得知，根据本申请的第1发明的集成电路元件组装方法，由于是在吸住集成电路元件后进行上下翻转，再用装配头吸住翻转后的集成电路元件进行组装，因此，可以面朝上方式提供集成电路元件，不需要进行将表面翻转向下的作业，所以可提高生产效率，并且也可消除因在集成电路元件传送过程中损伤接合电极而不能得到正确接合状态的可能性。
另外，在供给位置吸住集成电路元件时，通过将吸嘴定位在不干涉接合电极的吸附位置上，同时控制其位置高度，使吸嘴在即将与集成电路元件接触的位置上停止后进行吸附动作，从而即使以面朝上方式提供集成电路元件，吸嘴也不会与电极部分接触而对其损伤，也能消除不能获得正确的吸附状态以及对集成电路元件表面强烈碰撞而损伤集成电路元件电路的可能性。
根据本申请的第2发明的集成电路元件组装方法，即使在因基板用玻璃环氧树脂制的多层基板等组成而产生基板整体的起伏不平，以及因下层布线图等造成凹凸，使每个装配位置在组装表面产生微小倾斜的情况下，通过预先对基板的各集成电路元件装配位置上的倾斜度进行检测，并在各个集成电路元件组装时，根据该集成电路元件装配位置的倾斜度来调整基板设置台倾斜度，从而可使集成电路元件相对基板的各装配位置完全平行地进行组装，并可始终确保电极的正确接合。
在检测该基板装配位置的倾斜度时，通过将集成电路元件或其模型按压在装配位置上，使接合电极或其相当部产生塑性变形后检测其高度，从而即使有微小倾斜也能高精度并在符合装配状态下正确检测。
根据本申请的第3发明的集成电路元件组装方法，在加热组装集成电路元件时，通过在其组装时解除基板的限制，即使因加热引起基板热膨胀也会形成以装配位置为中心向周围热膨胀的形态，从而不会产生因热膨胀造成的基板侧装配位置的偏位，可高精度进行组装。
根据本申请的第4发明的集成电路元件装配装置，通过设置集成电路元件吸附翻转传送装置，最好是将可升降和上下翻转的吸嘴及高度检测装置和图像识别装置设置在移动体上，组成集成电路吸附翻转传送装置，便可以一种合理性的机器结构来实施第1发明的集成电路元件组装方法。
根据本申请的第5发明的集成电路元件装配机器，由于在装配头上设置有对工具施加压力的装置和检测加压力的装置，所以，通过按测出的加压力来控制加压力施加装置，便可正确控制集成电路元件组装时的加压力，从而可消除构成集成电路元件电极的突起部分因过大的加压造成变形过量而引起与邻接的电极绝缘不良，或因加压力不足引起接合不良的现象，以始终确保正确的接合状态。
根据本申请的第6发明的集成电路元件装配装置，由于在装配头的工具安装部设置有加热器和温度检测装置，从而可对工具控制达到所需要的温度，而在接合时需要加热的情况下，可始终稳定地获得正确的接合状态。
在此场合下，通过设置工具的集成电路元件吸附面的温度检测装置，并预先求出工具安装部温度检测装置的检测值与工具的集成电路元件吸附面温度的相关关系，便可根据温度检测装置的检测值将工具的集成电路元件吸附面温度正确控制在所需要的温度内。
根据本申请的第7发明的集成电路元件装配装置，由于用具有与集成电路元件吸附面平行的安装面的扁平状部件组成工具，并在工具安装部的工具接合面上设置有吸附工具用的吸附孔，因此既能高精度确保集成电路元件与安装面的平行度，又能方便地进行工具的装取作业，此外可顺利传递加压力并不用担心因加压力作用引起的变形，还可高效率地进行热传导，高精度且响应性优良地控制工具的温度。
另外，若通过设置限制传热的小断面部及冷却装置，将工具安装部装在装配头上，即使在工具安装部设有加热装置进行加热接合的情况下，也能可靠防止向装配头一侧的热传导，并可防止因机器整体热伸缩的影响而产生装配位置的误差。
根据本申请的第8发明的集成电路元件装配机器，由于设置有基板设置台倾斜度的自动调整装置，因此可以合理的机器结构来实施上述第2发明的集成电路元件组装方法。
另外，若设置有可在不改变基板设置台任意位置高度状态下自动调整该位置倾斜度的装置，由于装配位置高度和识别位置高度不变，因此可使这些动作控制不致复杂化。
而且，若采用可升降式引导基板设置台的导向装置和可独立调整高度地支承基板设置台下面3点的装置来组成其倾斜自动调整装置，便可以一种简单的结构高精度进行调整。
根据申请的第9发明的集成电路元件装配装置，在加热状态下组装时，通过在其组装时使限定基板的基准侧的限制装置和可动侧限制装置两者一起退避移动到限制解除位置，便可在所有方向上解除基板的限制，以合理性的机器结构来实施上述第3发明的集成电路元件组装方法。
权利要求
1.一种集成电路元件组装方法，其特征在于，在供给位置上吸住相对基板的接合电极配置面面朝上地供给的集成电路元件，将吸住后的集成电路元件上下翻转，再由装配头吸住翻转后的集成电路元件，识别被装配头吸住的集成电路元件位置，同时识别基板的基准位置或集成电路元件装配位置，然后，将集成电路元件定位在基板的集成电路元件装配位置上进行组装。
2.如权利要求1所述的集成电路元件组装方法，其特征在于，在供给位置上吸附集成电路元件时，先对集成电路元件进行图像识别，检测吸嘴不干涉接合电极的吸附位置，并检测该吸附位置的高度，然后将吸嘴定位于吸附位置，同时控制其高度位置，在此状态下进行吸附。
3.一种集成电路元件组装方法，这是一种由装配头吸住集成电路元件，识别被装配头吸住的集成电路元件的位置，同时识别位置受限制的基板基准位置或集成电路元件装配装置，然后将集成电路元件定位在基板的集成电路元件装配装置上进行组装的集成电路元件组装方法，其特征在于，预先检测基板的各集成电路元件装配位置处的倾斜度，在各个集成电路元件组装时调整基板设置台倾斜度，以适应该集成电路元件装配位置的倾斜度。
4.如权利要求3所述的集成电路元件组装方法，其特征在于，将集成电路元件或其模型按压在基板的集成电路元件装配位置上，使集成电路元件的接合电极或其相当部产生塑性变形，然后检测这些接合电极或其相当部的高度来检测基板的集成电路元件装配位置的倾斜度。
5.一种集成电路元件组装方法，这是一种由装配头吸住集成电路元件，识别被装配头吸住的集成电路元件的位置，同时识别位置受限制的基板基准位置或集成电路元件装配位置，然后将集成电路元件定位在基板的集成电路元件装配位置上进行组装的集成电路元件组装方法，其特征在于，这些集成电路元件组装时，加热集成电路元件同时取消对基板的限制。
6.一种集成电路元件装配装置，其特征在于，它具有将相对基板的接合电极配置面朝上的集成电路元件提供给供给位置的集成电路元件供给装置，在供给位置吸住集成电路元件后上下翻转同时向移载位置传送的集成电路元件吸附翻转传送装置，将组装集成电路元件的基板在位置限制状态下保持用的基板设置台，设有在移载位置上吸住集成电路元件并将其组装在基板的集成电路元件装配位置上的工具、以及设有图像识别基板的基准位置或集成电路元件装配位置的基板识别装置的装配头，以及识别被工具吸住的元件的位置用的元件识别装置。
7.如权利要求6所述的集成电路元件装配装置，其特征在于，集成电路元件吸附翻转传送装置是在于供给位置与移载位置之间往复移动的移动体上设置可升降和上下翻转的吸嘴、高度检测装置以及图像识别装置而组成。
8.如权利要求7所述的集成电路元件装配装置，其特征在于，集成电路元件供给装置采用在与移动体移动方向垂直的方向上使放置有集成电路元件的托盘移动和定位的结构。
9.一种集成电路元件装配装置，这是一种具有提供集成电路元件的集成电路元件供给装置、将组装集成电路元件的基板在位置限制状态下保持用的基板设置台、设有吸住被供给的集成电路元件后将其组装在基板的集成电路元件装配位置上的工具并设有图像识别基板的基准位置或集成电路元件配装位置的基板识别装置的装配头、以及识别被工具吸住后的元件的位置用的元件识别装置的集成电路元件装配装置，其特征在于，在装配头上设置有对工具施加压力的装置和检测加压力的装置。
10.一种集成电路元件装配装置，这是一种具有提供集成电路元件的集成电路元件供给装置、将组装集成电路元件的基板在位置限制状态下保持用的基板设置台、设有吸住被供给的集成电路元件后将其组装在基板的集成电路元件装配位置上的工具并设有图像识别基板的基准位置或集成电路元件装配位置的基板识别装置的装配头、以及识别被工具吸住后的元件的位置用的元件识别装置的集成电路元件装配装置，其特征在于，在装配头的工具安装部设有加热器和温度检测装置。
11.如权利要求10所述的集成电路元件装配装置，其特征在于，设置有检测工具的集成电路元件吸附面温度的检测装置。
12.如权利要求6、9或10所述的集成电路元件装配装置，其特征在于，工具由具有与集成电路元件吸附面平行的安装面的扁平状构件所构成，在工具安装部的工具接合面设置有吸附工具用的吸附孔。
13.如权利要求10或12所述的集成电路元件装配装置，其特征在于，通过设置限制传热的小断面部和冷却装置，将工具安装部装在装配头上。
14.一种集成电路元件装配装置，这是一种具有提供集成电路元件的集成电路元件供给装置、将组装集成电路元件的基板在位置限制状态下保持用的基板设置台、设有吸住被提供的集成电路元件后将其组装在基板的集成电路元件装配位置上的工具并设有图像识别基板的基准位置或集成电路元件装配位置上的基板识别装置的装配头、以及识别被工具吸住的元件位置用的元件识别装置的集成电路元件装配装置，其特征在于，设置有基板设置台倾斜度的自动调整装置。
15.如权利要求14所述的集成电路元件装配装置，其特征在于，设置有在不改变基板设置台任意位置高度的状态下自动调整其位置倾斜度的装置。
16.如权利要求15所述的集成电路元件装配装置，其特征在于，设置有可升降式引导基板设置台的导向装置，以及对基板设置台下面3个点可独立调整高度地支承的装置。
17.一种集成电路元件装配装置，具有提供集成电路元件的集成电路元件供给装置，将组装集成电路元件的基板在位置限制状态下保持用的基板设置台，设有吸住被提供的集成电路元件并将其组装在基板的集成电路元件装配位置上的工具并设有图像识别基板的基准位置或集成电路元件装配装置的基板识别装置的装配头，安装在装配头上的工具的加热装置，以及识别被工具吸住的元件位置的元件识别装置，其特征在于，在基板设置台4条边的相邻2条边上配设有与基板侧边缘接合来限定位置的基准侧限制装置，在剩下的2条边上设置有向着基准侧限制装置推压基板进行限制的可动侧限制装置，还设置有可使基准侧限制装置退避移动到限制解除位置的装置。
全文摘要
一种集成电路元件组装方法及其装置，先在供给位置吸住相对基板的接合电极配置面朝上供给的集成电路元件，将吸住的集成电路元件上下翻转，再由装配头吸住翻转后的集成电路元件，识别被装配头吸住的集成电路元件的位置，同时识别基板的基准位置或集成电路装配装置，然后将集成电路元件定位在基板的集成电路元件装配位置上进行组装。可使设有相对基板的接合电极的面面朝上地被供给的集成电路元件的组装作业达到高效率。
文档编号H05K13/08GK1111820SQ95100089
公开日1995年11月15日 申请日期1995年1月12日 优先权日1994年5月6日
发明者森田幸一, 三泽义彦, 佐伯启二, 壁下朗, 渡边展久 申请人:松下电器产业株式会社