(57)【要約】      （修正有）【課題】ピックアンドプレースとリフローによる基板上への半導体素子の搭載による製造時間と製造コストを大幅に低減できる実装装置を提供する。【解決手段】半導体素子の接着設備において、ピックアンドプレースで回路基板上の接合点間の間隔に応じて半導体素子９２２を配列した接着フィルム９２１と、半導体素子を搭載する導電性基板９１とを真空中で直接貼り合わせ、レーザー光等のような加熱により透過式走査溶接により半導体素子を基板上に搭載するという一連の動作を行う。【選択図】図５
2020127002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の接着設備であって、
互いに垂直なＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義するベースと、
該ベースに設けられて第１位置決めステージ及び第１検出モジュールを備え、該第１位置決めステージが該Ｚ軸周りに回転可能であり、基板を載置し、該基板に複数の導電回線が設けられ、該第１検出モジュールが該基板を走査して検出し、該第１位置決めステージが該基板を回転させて第１所定の角度に位置合わせする基板検出機構と、
該ベースに設けられて第２位置決めステージ及び第２検出モジュールを備え、該第２位置決めステージが該Ｚ軸周りに回転可能であり、フレームを載置し、該フレームに接着フィルム及び該接着フィルムに配列される複数の半導体素子が設けられ、該第２検出モジュールが該フレームを走査して検出し、該第２位置決めステージが該フレームを回転させて第２所定の角度に位置合わせし、該導電回線又は該半導体素子に複数の半田が予め設けられるフレーム検出機構と、
製品を形成するように該第１所定の角度に位置合わせした基板及び該第２所定の角度に位置合わせしたフレームの一方をピックアップして他方に貼り合わせることで、該フレームの各該半導体素子を該基板の該導電回線に正確に貼り合わせ、各該半田が該半導体素子及び該導電回線にそれぞれ接触する第１ピックアップ装置と、を備える、
半導体素子の接着設備。
【請求項２】
該第１位置決めステージは、該Ｘ軸、Ｙ軸に沿って選択的に移動可能である、請求項１に記載の半導体素子の接着設備。
【請求項３】
該第２位置決めステージは、該Ｘ軸、Ｙ軸に沿って選択的に移動可能である、請求項１に記載の半導体素子の接着設備。
【請求項４】
該ベースには、基板カセットから該基板をピックアップして該第１位置決めステージに配置する基板ピックアップアームがさらに設けられる、請求項１に記載の半導体素子の接着設備。
【請求項５】
該ベースには、第１粗位置決めステージがさらに設けられ、前記基板ピックアップアームは、まず該基板を該第１粗位置決めステージに配置して粗位置合わせした後、該基板を該第１位置決めステージに配置する、請求項４に記載の半導体素子の接着設備。
【請求項６】
該ベースには、フレームピックアップアーム及び中継プラットフォームがさらに設けられ、該フレームピックアップアームは、フレームカセット座から該フレームをピックアップして該中継プラットフォームに配置し、該第１ピックアップ装置は、該フレームを該中継プラットフォームからピックアップして該第２位置決めステージに配置し、該第１ピックアップ装置は、該製品を該第２位置決めステージからピックアップして該中継プラットフォームに戻し、該フレームピックアップアームは、該製品を該中継プラットフォームからピックアップして該フレームカセット座に配置する、請求項１に記載の半導体素子の接着設備。
【請求項７】
該フレームピックアップアームは、クランプであり、該フレームピックアップアームは、該Ｙ軸にそって選択的に移動可能である、請求項６に記載の半導体素子の接着設備。
【請求項８】
該第１ピックアップ装置は、Ｘ軸及びＺ軸に沿って選択的に移動可能であり、該第１ピックアップ装置は、吸盤であり、該第１ピックアップ装置は、該基板と該フレームを該Ｚ軸の方向に沿って貼り合わせる、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体素子の接着設備。
【請求項９】
該第１検出モジュールは、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサーであり、該第１検出モジュールは、該基板の導電回線を走査して位置合わせし、該第２検出モジュールは、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサーであり、該第２検出モジュールは、該半導体素子の配列を走査して位置合わせする、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体素子の接着設備。
【請求項１０】
該半導体素子の接着設備には、該基板と該フレームを張り合わせる過程を監視して該半導体素子が該導電回線に順調に貼り合わせられることを確認するための接着監視モジュールがさらに設けられる、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体素子の接着設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の接着設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体産業工程では、チップ工場は、チップ選別機によりチップをテープ（Ｔａｐｅ）に配列し、下流のチップ実装工場に出荷し、チップ実装工場はピックアンドプレースの方式（Ｐｉｃｋ  ａｎｄ  Ｐｌａｃｅ）で、チップを１つずつ回路基板に配置して固定し、その過程において、チップ実装できかつ導電できる半田ペースト等などのペースト状の粘性媒体を塗布し、その後、チップ実装後の導電板全体をリフロー（Ｒｅｆｌｏｗ）工程で加熱して硬化させる。
【０００３】
しかしながら、このような公知の製造過程には、以下の欠点がある。
１．Ｒｅｆｌｏｗ工程の温度上昇曲線が遅く、１つのチップに少なくとも２つのリフローポイントの硬化反応時間が異なり、チップが反り不良が発生しやすい。
２．Ｒｅｆｌｏｗ工程は、単一の不良チップを補修又は再加工することができず、全体を再加工すると、他のリフロー正常なチップに影響を与える。
３．３ミル（ｍｉｌ）未満のチップの場合、ペースト塗布技術の歩留まりが制限される。４．選別機、チップ実装機による２回のＰｉｃｋ  ａｎｄ  Ｐｌａｃｅ工程は、作業時間が遅く、装置への投資コストが非常に大きい。
以上の通り、改善すべき喫緊の欠点が存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の問題を解決するために、新規で進歩性のある半導体素子の接着設備を提供する必要がある。
【０００５】
本発明の主な目的は、回路基板の接合点の間隔に応じて、半導体素子をＴａｐｅに配列し、Ｔａｐｅと導電性基板を直接貼り合わせ、且つレーザー光等のような加熱方式で透過式の走査溶接を行うことができる半導体素子の接着設備を提供することであり、本発明は以下の利点を有する。
１．ＬＥＤ等の半導体素子のリフローにおいて克服しにくい問題を減少し、公知のチップ実装機、Ｒｅｆｌｏｗ装置に取って代わることができる。
２．回路基板の位置に応じて、チップ実装装置でチップに対してＰｉｃｋ  ａｎｄ  Ｐｌａｃｅ作業を再び行うことが不要であり、チップ選別段階のＴａｐｅフィルムを真空下で貼り合わせることにより、直接大量で転移することができ、表示画面のような数千万個のチップの場合、速度はＰｉｃｋ  ａｎｄ  Ｐｌａｃｅよりも数万倍も高く、多くの工程時間を節約することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明は、ベース、基板検出機構、フレーム検出機構及び第１ピックアップ装置を備える半導体素子の接着設備を提供する。該ベースは、互いに垂直なＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義する。該基板検出機構は、該ベースに設けられて第１位置決めステージ及び第１検出モジュールを備え、該第１位置決めステージが該Ｚ軸周りに回転可能であり、基板を載置し、該基板に複数の導電回線が設けられ、該第１検出モジュールが該基板を走査して検出し、該第１位置決めステージが該基板を回転させて第１所定の角度に位置合わせする。該フレーム検出機構は、該ベースに設けられて第２位置決めステージ及び第２検出モジュールを備え、該第２位置決めステージが該Ｚ軸周りに回転可能であり、フレームを載置し、該フレームに接着フィルム及び該接着フィルムに配列される複数の半導体素子が設けられ、該第２検出モジュールが該フレームを走査して検出し、該第２位置決めステージが該フレームを回転させて第２所定の角度に位置合わせし、該導電回線又は該半導体素子に複数の半田が予め設けられる。該第１ピックアップ装置は、製品を形成するように該第１所定の角度に位置合わせした基板及び該第２所定の角度に位置合わせしたフレームの一方をピックアップして他方に貼り合わせることで、該フレームの各該半導体素子を該基板の該導電回線に正確に貼り合わせ、各該半田が該半導体素子及び該導電回線にそれぞれ接触する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の好適な一実施例の斜視図である。
【図２】本発明の好適な一実施例の平面図である。
【図３】本発明の好適な一実施例の製品の模式斜視図である。
【図４】本発明の好適な一実施例の製品の模式斜視図である。
【図５】本発明の好適な一実施例の製品の模式側面図である。
【図６】本発明の好適な一実施例の製品の模式側面図である。
【図７】本発明の好適な一実施例の他の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施例を用いて本発明の実施態様を説明するが、これは、本発明の保護範囲を限定するものではない。
【０００９】
図１〜図７には、本発明の好適な一実施例が示されている。本発明の半導体素子の接着設備１は、ベース２、基板検出機構３、フレーム検出機構４及び第１ピックアップ装置１１を備える。  
【００１０】
該ベース２は、互いに垂直なＸ軸Ｌ１、Ｙ軸Ｌ２及びＺ軸Ｌ３を定義する。
【００１１】
該基板検出機構３は、該ベース２に設けられ、第１位置決めステージ３１及び第１検出モジュール３２を備える。該第１位置決めステージ３１は、該Ｚ軸Ｌ３周りに回転可能であり、基板９１を載置し、該基板９１には複数の導電回線９１１が設けられる。該第１検出モジュール３２は、該基板９１を走査して検出し、該第１位置決めステージ３１は、該基板９１を回転させて第１所定の角度に位置合わせする。
【００１２】
該フレーム検出機構４は、該ベース２に設けられ、第２位置決めステージ４１及び第２検出モジュール４２を備える。
該第２位置決めステージ４１は、Ｚ軸Ｌ３周りに回転可能であり、フレーム９２を載置し、該フレーム９２には、接着フィルム９２１及び該接着フィルム９２１に配列して設けられる複数の半導体素子９２２が設けられる。本実施例では、該半導体素子９２２はＬＥＤチップである。
該第２検出モジュール４２は、該フレーム９２を走査して検出する。該第２位置決めステージ４１は、該フレーム９２を回転させて第２所定の角度に位置合わせする。該導電回線９１１又は該半導体素子９２２には、複数の半田９３が予め設けられており、本実施例では、該半田９３は、該半導体素子９２２に設けられる。
【００１３】
なお、本実施例では、該第１検出モジュール３２及び該第２検出モジュール４２は、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサーである。正確に位置合わせする効果を達成するために、該第１検出モジュール３２は、該基板９１の導電回線９１１を走査して位置合わせし、該第２検出モジュール４２は、該半導体素子９２２の配列を走査して位置合わせする。詳細には、該第１検出モジュール３２は、該基板２に対して回転して位置合わせし、基準点の位置決めを行う以外、該基板２の該導電回線の配線位置の精度を検査することもできる。検出方法は、ＣＣＤで該基板２の該導電回線の特徴点に対して撮影、位置決めを行い、かつ特徴点の座標を取得して許容誤差との比較を行い、該基板上の基準点に対する該基板上の該導電回線の複数の溶接点の該Ｘ軸Ｌ１、該Ｙ軸Ｌ２、該Ｚ軸Ｌ３の許容ずれ量を監視して検査することができ、異常が検出された時、異常な該基板の接着作業を行わないようにタイムリーに提示することができる。
該第２検出モジュール４２は、該接着フィルム９２１上の該半導体素子９２２に対して回転して位置合わせし、基準点の位置決めを行う以外、該接着フィルム９２１上の該半導体素子９２２の位置精度を検査することもできる。その監視方法は、ＣＣＤで該接着フィルム９２１上の該半導体素子９２２に対して撮影、位置決めを行い、かつ該半導体素子９２２の特徴点の座標を取得して許容誤差との比較を行い、基準点対する該半導体素子９２２の該Ｘ軸Ｌ１、該Ｙ軸Ｌ２、角度誤差の許容ずれ量を監視することができ、異常が検出された時、異常な該フレーム９２の接着作業を行わないようにタイムリーに提示することができる。
【００１４】
該第１ピックアップ装置１１は、製品９４を形成するように該第１所定の角度に位置合わせした基板９１と該第２所定の角度に位置合わせしたフレーム９２との一方をピックアップして他方に貼り合わせる（本実施例では、該第１ピックアップ装置１１は、該フレーム９２をピックアップして該基板９１に貼り合わせる）。
なお、本実施例では、該半導体素子の接着設備１には、該基板９１と該フレーム４を張り合わせる過程に監視して該半導体素子９２２が該導電回線９１１に順調に貼り合わせられることを確認するための接着監視モジュール１６（図７に示されるように）がさらに設けられる。詳細には、その検出方法は、ＣＣＤで該フレーム９２上の該基板２と該半導体素子９２２との接着後の複数の特徴点に対して撮影、位置決めを行い、かつ該基板２及び該半導体素子９２２の特徴点の座標を取得して許容誤差との比較を行い、接着後の該基板２上の基準点に対する接着後の該半導体素子９２２のＸ軸Ｌ１、Ｙ軸Ｌ２、Ｚ軸Ｌ３の許容ずれ量を監視する。異常が検出された時、タイムリーに記録し、接着異常の該フレーム９２を該フレームカセット座９６内に戻して接着の誤り訂正の検査を作業者に提示することができる。
【００１５】
なお、本実施例では、該第１ピックアップ装置１１は、Ｘ軸Ｌ１及びＺ軸Ｌ３に沿って選択的に移動可能である。該第１ピックアップ装置１１は、吸盤であり、該第１ピックアップ装置１１が該基板９１と該フレーム９２を該Ｚ軸Ｌ３の方向に沿って貼り合わせることで、該フレーム９２の各該半導体素子９２２を該基板９１の該導電回線９１１に正確に貼り合わせる。各該半田９３は、該半導体素子９２２及び該導電回線９１１にそれぞれ接触する。そのため、該製品９４は、レーザー光等の加熱方式で透過式の走査溶接を行うことにより、該半導体素子９２２を該導電回線９１１に溶接し、従って該半導体素子の接着設備１は、従来のピックアンドプレースの方式と比べてＰｉｃｋ  ａｎｄ  Ｐｌａｃｅ作業及びリフロー（Ｒｅｆｌｏｗ）工程により、比較的高速な工程になる。
該基板９１は、光透過性又は光不透過性のセラミック板、シリコン結晶板、ＰＣＢ板、ガラス板又はサファイア板であってもよく、該接着フィルム９２１の材質は、ＰＥブルーフィルム、ＵＶフィルム又は他の光透過性かつ可撓性の接着フィルムであってもよい。該半導体素子９２２は、接着剤を塗布せずに該接着フィルム９１１に接着することができるため、工程が簡素化される。該半田９３は、印刷、接着材塗布、メッキ、又はエッチングの方式で該半導体素子に設けられてもよく、それにより、効率を向上させる。
【００１６】
本実施例では、該第１位置決めステージ３１及び該第２位置決めステージ４１は、該Ｘ軸Ｌ１、Ｙ軸Ｌ２に沿って選択的に移動可能である。
【００１７】
好ましくは、該ベース２には、基板ピックアップアーム１２がさらに設けられる。該基板ピックアップアーム１２は、基板カセット９５から該基板９１をピックアップして該第１位置決めステージ３１に配置する。
本実施例では、該ベース２には、第１粗位置決めステージ１４がさらに設けられ、該基板ピックアップアーム１２は、まず該基板９１を該第１粗位置決めステージ１４に配置して粗位置合わせした後、該基板９１を該第１位置決めステージ３１に配置し、該第１位置決めステージ３１の作業時間を節約することができる。
【００１８】
該ベース２には、フレームピックアップアーム１３及び中継プラットフォーム１５が設けられる。該中継プラットフォーム１５及び該フレームピックアップアーム１３は、該Ｙ軸Ｌ２の方向に沿って移動可能であり、該フレームピックアップアーム１３は、フレームカセット座９６から該フレーム９２をピックアップして該中継プラットフォーム１５に配置し、該第１ピックアップ装置１１は、該フレーム９２を該中継プラットフォーム１５からピックアップして該第２位置決めステージ４１に配置する。該第１ピックアップ装置１１は、さらに該製品９４を該第２位置決めステージ４１からピックアップして該中継プラットフォーム１５に戻し、該フレームピックアップアーム１３は、次の溶接工程に使用するために、該製品９４を該中継プラットフォーム１５からピックアップして該フレームカセット座９６に配置する。本実施例では、該フレームピックアップアーム１３は、クランプ１３１であり、該フレームピックアップアーム１３は、該Ｙ軸Ｌ２沿って選択的に移動可能であり、該接着監視モジュール１６は、該中継プラットフォーム１５と該フレームカセット座９６との間に設けられる。
【００１９】
上記のとおり、本発明の半導体素子の接着設備は、該フレームに配列される該半導体素子を該基板の該導電回線に高速に貼り合わせ、レーザー溶接を行って該半導体素子と該導電回線を溶接することができ、接着フィルムを利用して、大量（数千〜数千万個）の１〜８０ミルのようなサイズの小さい半導体素子を一回で貼り合わせ、且つレーザー溶接により大量の半導体素子を溶接することができる。従って、半導体産業の工程の速度を向上させ、コストを低減させることができる。
【符号の説明】
【００２０】
１  半導体素子の接着設備
１１  第１ピックアップ装置
１２  基板ピックアップアーム
１３  フレームピックアップアーム
１３１  クランプ
１４  第１粗位置決めステージ
１５  中継プラットフォーム
１６  接着監視モジュール
２  ベース        
３  基板検出機構
３１  第１位置決めステージ
３２  第１検出モジュール
４  フレーム検出機構
４１  第２位置決めステージ
４２  第２検出モジュール
９１  基板
９１１  導電回線
９２  フレーム
９２１  接着フィルム
９２２  半導体素子
９３  半田
９４  製品
９５  基板カセット
９６  フレームカセット座
Ｌ１  Ｘ軸
Ｌ２  Ｙ軸
Ｌ３  Ｚ軸
【図１】
2020127002.tif 000003
【図２】
2020127002.tif 000004
【図３】
2020127002.tif 000005
【図４】
2020127002.tif 000006
【図５】
2020127002.tif 000007
【図６】
2020127002.tif 000008
【図７】
2020127002.tif 000009