JP2003249530A - 半導体素子の実装装置及びこの装置を使用した基板の位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱圧着により半導体実装用基板に実装される
半導体素子の実装時における位置ズレを防止する。 【解決手段】 半導体素子を実装する半導体実装用基板
を載置して昇降動作する可動ステージ３と、半導体実装
用基板の半導体素子実装領域近辺を下方から支持し上面
が載置面とされた固定台４と、固定台４上を昇降動作し
て半導体素子を圧着させる圧着ツール５とを備えた半導
体素子の実装装置において、固定台４に、この固定台４
の載置面４ａと液晶パネルＬの下面Ｌ１ａとの距離Ｈ２
を検出するための検出センサＳが設けられ、上記距離Ｈ
２の値に基づき可動ステージ３を昇降動作させる。すな
わち、可動ステージ３を固定台４の載置面４ａよりも上
方位置で停止させ、上記距離Ｈ２の値だけ下降動作させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣチップやＬＳ
Ｉチップなどの半導体素子を半導体実装用基板に実装す
るために使用される機器である半導体素子の実装装置及
び半導体素子の実装装置を使用した基板の位置合わせ方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＩＣチップやＬＳＩチップなどの
半導体素子は、各種電子素子や周辺部品が配される半導
体実装用基板にフェースダウン等で実装されるが、小型
で薄い液晶表示装置の普及等により、いわゆるハンダバ
ンプに代わって、異方性導電膜（Anisotropic Conduct
ive Film：ACF）を接続端子間に介在させることにより
高密度実装を可能にするようになってきている（ファイ
ンピッチ化）。

【０００３】一方、液晶表示装置における半導体素子の
実装では、ガラス基板上の電極端子に直接半導体素子を
接続するＣＯＧ（chip on glass）実装やＴＡＢ実装が
ある。これらＣＯＧ実装等は、上記異方性導電膜（ＡＣ
Ｆ）を使用して、上記形状のバンプを有する半導体素子
ＩＣを実装することが通常である。異方性導電膜（ＡＣ
Ｆ）は、絶縁性を有する接着剤中に導電粒子が分散され
厚み方向（接続方向）に導電性を有し、面方向（横方
向）に絶縁性を有するペースト状又はフィルム状の接着
剤である。

【０００４】従来の半導体素子の実装装置は、図４に示
すように、半導体素子ＩＣを実装する半導体実装用基板
Ｌ１（液晶パネルＬ）を載置して駆動モータにより昇降
動作される可動ステージ３と、半導体実装用基板Ｌ１の
半導体素子実装位置の近辺を下方から支持し、上面が載
置面とされた固定台４と、この固定台４上を昇降動作さ
せて半導体素子ＩＣを熱圧着させる圧着ツール５とを備
える。半導体実装用基板Ｌ１は、液晶パネルＬの一方の
基板であり（ＣＯＧ実装）、特定の偏光成分のみを透過
させる偏光板７Ａ、７Ｂが表面及び裏面側に配されてい
る。

【０００５】半導体素子ＩＣの実装手順は、可動ステー
ジ３に半導体実装用基板Ｌ１を装着し、可動ステージ３
を前後左右上下の３方向に移動させて、半導体実装用基
板Ｌ１の半導体素子実装領域Ｌ１ｂが固定台４の載置面
４ａに載置されるようにする。次いで、半導体素子実装
領域Ｌ１ｂの表面に異方性導電膜１１を配し、半導体素
子ＩＣを吸着させた圧着ツール５を下降動作させ、半導
体素子ＩＣに所定の圧力及び熱を加え、半導体素子ＩＣ
を半導体実装用基板Ｌ１に実装させる。偏光板７Ａ，７
Ｂは熱に弱いため、半導体素子ＩＣの熱圧着時において
熱による損傷を避けるため、半導体素子実装領域Ｌ１ｂ
に及ばないように配される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】偏光板７Ａ，７Ｂの厚
さＨ４は通常０．４ｍｍ程度であるが、同じロットのも
のでも厚さに±１０％程度のバラツキが生じる。例え
ば、仕様値が０．４ｍｍの厚さの偏光板７Ｂにおいて
は、実際には、厚さＨ４が０．３６ｍｍから０．４４ｍ
ｍ程度のものまで含まれてしまう。一方、半導体素子Ｉ
Ｃを実装するために可動ステージ３を下降させる際、あ
らかじめ停止位置（半導体実装基板Ｌ１の取り付け位
置）を一定の高さＨ６とし、固定台４の載置面４ａの高
さＨ５（一定）と偏光板７Ｂの厚さＨ４を引いた値か
ら、下降距離Ｈ２が算出される（Ｈ２＝Ｈ６−Ｈ５−Ｈ
４）。しかしながら、実際には、偏光板７Ｂの厚さＨ４
にはバラツキがあるため、下降距離Ｈ２だけ可動ステー
ジ３を下降させても、半導体実装用基板Ｌ１の裏面Ｌ１
ａが固定台４の載置面４ａに当接できないという問題が
あった。特に、半導体実装基板Ｌ１が可動ステージ３に
固定されている場合、偏光板７Ｂの厚さＨ４が仕様値よ
り薄いものであると可動ステージ３を過剰に下げてしま
うこととなり、半導体実装基板Ｌ１を固定台４の載置面
４ａに押し付けてしまうため、半導体実装基板Ｌ１や液
晶パネルＬが損傷してしまっていた。

【０００７】また、上記の様に半導体実装基板Ｌ１の裏
面Ｌ１ａが固定台４の載置面４ａに当接しないもしくは
過剰に押し付けられたまま、半導体素子ＩＣを熱圧着す
ると、半導体実装基板Ｌ１が傾き、半導体素子ＩＣにか
けられる圧力方向に対して半導体実装基板Ｌ１が垂直と
ならないため、半導体素子ＩＣが位置ズレしたり、半導
体素子ＩＣの接着強度に偏りが生じたりするという問題
をも有していた。かかる問題は、液晶パネルＬが小型で
あるほど、偏光板７Ｂの厚さのバラツキが与える影響が
大きくなるという問題に加え、大画面化により額縁部分
すなわち半導体素子実装領域Ｌ１ｂが狭くかつ半導体実
装基板Ｌ１の端部に位置することにより、圧着ツール５
による圧力がかけられたまま半導体素子ＩＣが位置ズレ
した場合に、半導体実装基板Ｌ１の端部からはみ出た
り、半導体素子ＩＣや基板Ｌ１が損傷したりするため、
近年の液晶パネルＬの小型化に伴って重大な課題となっ
ていた。

【０００８】そこで本発明の目的は、可動ステージと固
定台との高さ方向の位置ズレを防止する半導体素子の実
装装置及び半導体素子の実装装置を使用した基板の位置
合わせ方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１記載の半導体素子の実装装置は、
半導体素子を実装する半導体実装用基板を載置して昇降
動作する可動ステージと、半導体実装用基板の半導体素
子実装領域近辺を下方から支持し上面が載置面とされた
固定台と、固定台上を昇降動作して半導体素子を圧着さ
せる圧着ツールとを備えた半導体素子の実装装置におい
て、上記固定台に、この固定台の載置面と半導体実装用
基板の下面との距離を検出するための検出装置が設けら
れ、上記距離の値に基づき可動ステージを昇降動作させ
ることを特徴とする。

【００１０】この発明によれば、固定台の載置面と半導
体実装用基板の下面との距離を検出するための検出装置
が設けられ、この距離の値に基づき可動ステージを昇降
動作させることから、固定台の載置面に可動ステージ上
の半導体実装用基板の下面を過剰に押し付けることなく
当接させることができる。

【００１１】本発明の請求項２記載の半導体素子の実装
装置は、一対の基板間に液晶が狭持される液晶パネルの
一方の基板に半導体素子を実装するに際して、液晶パネ
ルの一方の基板裏面に特定の光のみを透過させる偏光板
が配され、この偏光板が下面となるよう載置して昇降動
作する可動ステージと、液晶パネルの半導体素子実装領
域近辺を下方から支持し上面が載置面とされた固定台
と、固定台上を昇降動作して半導体素子を圧着させる圧
着ツールとを備えた半導体素子の実装装置において、上
記固定台に、この固定台の載置面と液晶パネルの半導体
素子実装領域近辺の下面との距離を検出するための検出
装置が設けられ、上記距離の値に基づき可動ステージを
昇降動作させることを特徴とする。

【００１２】この発明によれば、一対の基板間に液晶が
狭持された液晶パネルの一方の基板に半導体素子を実装
するＣＯＧ実装において、この固定台の載置面と液晶パ
ネルの一方の基板の下面との距離を検出するための検出
装置が固定台に設けられ、検出された距離の値に基づき
可動ステージを昇降動作させることから、偏光板の厚さ
バラツキに影響されることがなく、固定台の載置面に可
動ステージ上の液晶パネルの下面を過剰に押し付けるこ
となく当接させることができる。

【００１３】本発明の請求項３記載の基板の位置合わせ
方法は、前記請求項１又は請求項２記載の半導体素子の
実装装置を使用して、前記可動ステージを固定台の載置
面よりも上方位置で停止させ、前記検出装置は、固定台
の載置面と半導体実装用基板の下面との距離、又は、固
定台の載置面と液晶パネルの半導体素子実装領域の下面
との距離を検出して、上記可動ステージの停止させた位
置から上記距離の値だけ下降動作させることを特徴とす
る。

【００１４】この発明によれば、可動ステージを固定台
の載置面よりも上方位置で停止させ、前記検出装置によ
り固定台の載置面と半導体実装用基板の下面との距離、
又は、固定台の載置面と液晶パネルの半導体素子実装領
域の下面との距離を検出して、上記可動ステージの停止
させた位置から上記距離の値だけ下降動作させることに
より、半導体実装用基板及び液晶パネルの下面を固定台
に過剰に押し付けることなく当接させることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００１６】本実施の形態の半導体素子の実装装置は、
図１に示すように、液晶パネルＬを載置する可動ステー
ジ３と、液晶パネルＬに半導体素子ＩＣを実装する際に
基板Ｌ１の半導体素子実装領域Ｌ１ｂを載置する固定台
４と、固定台４の上方に配置されて昇降動作する圧着ツ
ール５を備えた装置１である。

【００１７】まず、液晶パネルＬは、現在使用されてい
る代表的なアクティブ素子であるＴＦＴ（薄膜トランジ
スタ）を用いた透過型の液晶表示装置である。液晶表示
装置には、図２及び図３に示すように、液晶パネルＬの
表面及び裏面に偏光板７Ａ，７Ｂが各々配されている。
液晶パネルＬを駆動させる半導体素子ＩＣは、駆動用ド
ライバ（Driver IC、Driver LSI）とも呼ばれる。

【００１８】液晶パネルＬは、一対の基板Ｌ１，Ｌ２間
に液晶１２を挟持しており、一方の基板（ＡＭ基板とも
アレイ基板とも呼ばれる）Ｌ１は、他方の基板Ｌ２より
も大きく、このため両基板Ｌ１，１５を重ね合わせる
と、ＡＭ基板Ｌ１の周辺に一部張り出した半導体素子Ｉ
Ｃ及び配線基板Ｆの実装領域１６が形成される。このＡ
Ｍ基板Ｌ１の実装領域１６及び配線基板Ｆには、半導体
実装用及び半導体素子ＩＣ駆動用の配線パターンが形成
されている。

【００１９】偏光板７Ａ，７Ｂは、入射光に対して特定
の偏光のみを透過させる機能を有する光学部材であり、
本実施の形態では液晶パネルの最表面と最裏面に２枚配
されている。このような構成の液晶表示装置は、２枚偏
光板方式と呼ばれるが、１枚偏光板方式のものもある。
また、液晶パネルＬには、同じく光学部材としての位相
差板が配されるものがある。位相差板は、偏光板と同じ
くポリマーフィルムの延伸配向技術で生産される。

【００２０】半導体素子ＩＣは、液晶パネルＬの周縁部
の実装領域１６に異方性導電膜１１を用いて実装され
る。異方性導電膜１１は、絶縁性を有する接着剤中に導
電粒子が分散され厚み方向（接続方向）に導電性を有
し、面方向（横方向）に絶縁性を有するもので、導電粒
子と接着剤から構成される。その接続は基本的には加熱
圧着であり、導電粒子が電気接続の機能を担当し、接着
剤が圧接状態を保持する機能を担当する。導電粒子の表
面には絶縁皮膜が施されており、接続方向に圧力が加え
られると、圧力が加えられた部分の絶縁皮膜が破壊され
る。異方性導電膜１１の接着剤としては、熱可塑性樹脂
又は熱硬化性樹脂が使用されている。絶縁性を施す手段
としては、上記絶縁皮膜のほか、絶縁皮膜を施さない導
電粒子と、絶縁材料でできた絶縁粒子を異方性導電膜１
１中に分散させるものもある。異方性導電膜１１は、液
晶パネルの貼り付ける前は両面テープのような構成で供
給され、液晶パネルＬに貼り付けた後、加熱及び加圧手
段を施して硬化される。

【００２１】次に、半導体素子ＩＣを半導体実装用基板
である液晶パネルＬの一方の基板Ｌ１に直接実装する場
合（ＣＯＧ実装）は、半導体素子の実装装置１を使用し
て実装する。この実装装置１は、可動ステージ３と固定
台４と圧着ツール５を備え、可動ステージ３は、駆動モ
ータ８によって昇降動作するとともに水平方向に移動し
て、固定台４の載置面４ａに基板Ｌ１の半導体素子実装
領域Ｌ１ｂの裏面Ｌ１ａを載置させる。

【００２２】固定台４の一側面４ｂには、検出措置を構
成する検出センサＳが配設されている。検出センサＳ
は、液晶パネルＬの一方（下方側）の基板（半導体実装
用基板）の下面Ｌ１ａとの距離Ｈ３を検出するもので、
光反射型フォトインタラプタが使用されている。すなわ
ち、図３に示すように、発光部Ｓ１と受光部Ｓ２が設け
られ、発光部Ｓ１から出射された光を上記一方の基板Ｌ
１の下面（半導体素子実装領域Ｌ１ｂの下面）Ｌ１ａで
反射させて、この反射された光を受光部Ｓ２で受けるこ
とで、固定台４の検出センサＳの取り付け位置から上記
一方（下方側）の基板Ｌ１の下面Ｌ１ａまでの距離Ｈ３
が検出される。検出センサＳは、固定台４に固定されて
おり、固定台４の載置面４ａと検出センサＳとの距離
（検出センサＳの取り付け位置）Ｈ１は、予め測定され
ているので、固定台４の載置面４ａから上記一方（下方
側）の基板Ｌ１の下面Ｌ１ａまでの距離Ｈ２は、これら
の減算により求められる（Ｈ２＝Ｈ３−Ｈ１）。この計
算処理は、制御部６の演算処理部９で演算処理され、そ
の演算結果に基づいてその減算の距離分Ｈ２を駆動モー
タ８により可動ステージ３を下降動作させる。なお、検
出センサＳの固定台４における取り付け位置は、半導体
素子ＩＣの実装側における液晶パネルＬの下方の基板Ｌ
１の下面Ｌ１ａに対して測定可能であれば、図１の一点
鎖線で示す位置（固定台の他の側面４ｃ）でも良いが、
半導体素子実装領域Ｌ１ｂに近い部分において距離Ｈ３
を測定するほうが、より高精度な実装が行えるため、図
１の実線で示す位置（固定台側面４ｂ）のほうが好まし
い。また、半導体素子の実装装置１は、駆動モータ８の
動作を制御する制御部６を内蔵しており、上記検出セン
サＳ、駆動モータ８及び制御部６から検出装置が構成さ
れている。

【００２３】実装装置１の固定台４の上方には、圧着ツ
ール５が昇降動作可能に配されている。圧着ツール５に
は、加熱用のヒータが内蔵され、半導体素子ＩＣの熱圧
着に使用される。半導体素子ＩＣの吸着手段は圧着ツー
ル５が兼ねており、圧着ツール５において半導体素子Ｉ
Ｃの位置合わせ、加熱及び加圧時間、加熱温度、加圧力
のコントロールを行う。

【００２４】次に、上記実装装置１を使用して、半導体
素子ＩＣを液晶パネルＬの一方の基板Ｌ１に直接実装す
る（ＣＯＧ実装）方法を説明する。まず、図１に示すよ
うに、液晶パネルＬを載置した可動ステージ３を水平方
向に駆動させて、液晶パネルＬの半導体素子実装領域Ｌ
１ｂが固定台４の載置面４ａの上方に位置するようにす
る。

【００２５】次いで、液晶パネルＬを下方の偏光板７Ａ
を下にして可動ステージ３に載置した状態で、可動ステ
ージ３の載置面３ａの高さが固定台４の載置面４ａの位
置よりも上の位置で一旦停止させる（図１の可動テーブ
ル３の位置）。そして、検出センサＳ１により液晶パネ
ルＬの一方の基板Ｌ１の下面Ｌ１ａとの距離Ｈ３を検出
する。検出センサＳの固定台４の載置面４ａからの距離
（取り付け位置）Ｈ１は、予め測定されているので、固
定台４の載置面４ａから上記一方（下方側）の基板Ｌ１
の下面Ｌ１ａまでの距離Ｈ２は、これらの減算により求
められる（Ｈ２＝Ｈ３−Ｈ１）。この減算は、制御部６
の演算処理部９で演算処理され、その演算結果に基づい
て距離Ｈ２だけ駆動モータ８により可動ステージ３を下
降動作させる。このような方法で液晶パネルＬの高さ方
向の位置合わせを行うと、下方側の偏光板７Ｂの厚さに
バラツキがあってもそれに影響されることなく、正確な
位置合わせをすることができるため、下方の基板Ｌ１の
下面Ｌ１ａを固定台４の載置面４ａに過剰に押し付ける
ことなく、また、傾かせることなく当接させることがで
きる。

【００２６】液晶パネルＬの位置合わせの後、異方性導
電膜１１を下方の基板Ｌ１の半導体素子実装領域Ｌ１ｂ
上に供給し、半導体素子ＩＣを吸着した圧着ツール５を
移動させて位置合わせし、圧着ツール５を下降させて下
方の基板Ｌ１の半導体素子実装領域Ｌ１ｂ上に半導体素
子ＩＣを熱圧着させて実装する。下方の基板Ｌ１は、固
定台４の載置面４ａに対して水平状態であるため、半導
体素子ＩＣ実装時において、圧着ツール５の圧力を垂直
に受け止めることができる。これにより、実装時に半導
体素子ＩＣがずれることがなく、高精度な実装が行われ
ることとなる。なお、圧着法には、半導体素子ＩＣを１
個ずつ圧着する方法の他、液晶パネルＬの１辺に多数の
圧着ツール５で同時に圧着する多ヘッド一括圧着、液晶
パネルＬの１辺に１個の圧着ツールで多数の半導体素子
ＩＣを同時に圧着する一括圧着もあり、いずれの方法に
も適用可能である。また、半導体素子ＩＣは、熱圧着に
より実装されるものであればＴＣＰやＬＳＩ等でも同様
の効果が得られる。

【００２７】

【発明の効果】本発明の半導体素子の実装装置によれ
ば、固定台の載置面と半導体実装用基板や液晶パネルの
一方の基板の下面との距離を検出するための検出装置が
設けられ、この距離の値に基づき可動ステージを昇降動
作させることから、可動ステージ上の半導体実装用基板
を固定台に過剰に押し付けることなく、かつ、傾斜させ
ることなく、正確に載置させることが可能になる。これ
により、半導体素子を熱圧着する際の圧力が、半導体実
装用基板に対して垂直にかけられることとなり、実装時
に半導体素子が位置ズレしたり、半導体素子や半導体実
装用基板を損傷させたりすることがなく、高精度な半導
体素子の実装が行える。

【００２８】本発明の半導体素子の実装装置を使用した
基板の位置合わせ方法によれば、可動ステージを固定台
の載置面よりも上方位置で停止させ、検出センサ等によ
る検出装置により固定台の載置面と半導体実装用基板の
下面との距離、又は、固定台の載置面と液晶パネルの下
面との距離を検出して、上記可動ステージを停止させた
位置から上記距離の値だけ下降動作させることにより、
半導体実装用基板を固定台の載置面に過剰に押し付ける
ことなく、また、傾かせることなく当接させることがで
きる。また、偏光板等の厚さバラツキのある部材が可動
ステージの載置面と半導体実装用基板等との間に存在し
たとしても、厚さバラツキに影響されることがない。し
たがって、半導体素子を熱圧着する際の圧力が、半導体
実装用基板に対して垂直にかけられることとなり、実装
時に半導体素子が位置ズレしたり、半導体素子や半導体
実装用基板を損傷させたりすることがなく、高精度な半
導体素子の実装が行える。

【００２９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施の形態における半導体素子
の実装装置の断面図

【図２】半導体実装用基板である液晶パネルの一方の基
板に半導体素子が実装された例を示す斜視図

【図３】上記半導体素子の実装装置の検出センサによる
測定原理を説明する図

【図４】従来の半導体素子の実装装置を示す断面図

【符号の説明】

１ 半導体素子の実装装置、 ３ 可動ステージ、 ３ａ 載置面、 ４ 固定台、 ４ａ 載置面、 ５ 圧着ツール、 ６ 制御部、 ８ 駆動モータ、 ９ 演算処理部、 １１ 異方性導電膜、 Ｌ１ 半導体実装用基板（液晶パネルの一
方の基板）、 Ｌ１ａ 半導体実装用基板（液晶パネルの一
方の基板）の下面、 Ｌ１ｂ 半導体素子実装領域、 Ｌ２ 液晶パネルの他方の基板、 ７Ａ，７Ｂ 偏光板、 Ｈ１ 検出センサの固定台と載置面との距
離、 Ｈ２ 固定台の載置面から一方の基板の下
面までの距離、 Ｈ３ 検出センサの位置から一方の基板の
下面までの距離、 Ｈ４ 下面側の偏光板の厚さ、 Ｈ５ 固定台の載置面の高さ、 ＩＣ 半導体素子、 Ｌ 液晶パネル、 Ｓ 検出センサ、 Ｓ１ 発光部、 Ｓ２ 受光部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体素子を実装する半導体実装用基板
   を載置して昇降動作する可動ステージと、半導体実装用
   基板の半導体素子実装領域近辺を下方から支持し上面が
   載置面とされた固定台と、固定台上を昇降動作して半導
   体素子を圧着させる圧着ツールとを備えた半導体素子の
   実装装置において、 上記固定台に、この固定台の載置面と半導体実装用基板
   の下面との距離を検出するための検出装置が設けられ、
   上記距離の値に基づき可動ステージを昇降動作させるこ
   とを特徴とする半導体素子の実装装置。
2. 【請求項２】 一対の基板間に液晶が狭持される液晶パ
   ネルの一方の基板に半導体素子を実装するに際して、液
   晶パネルの一方の基板裏面に特定の光のみを透過させる
   偏光板が配され、この偏光板が下面となるよう載置して
   昇降動作する可動ステージと、液晶パネルの半導体素子
   実装領域近辺を下方から支持し上面が載置面とされた固
   定台と、固定台上を昇降動作して半導体素子を圧着させ
   る圧着ツールとを備えた半導体素子の実装装置におい
   て、 上記固定台に、この固定台の載置面と液晶パネルの半導
   体素子実装領域近辺の下面との距離を検出するための検
   出装置が設けられ、上記距離の値に基づき可動ステージ
   を昇降動作させることを特徴とする半導体素子の実装装
   置。
3. 【請求項３】 前記請求項１又は請求項２記載の半導体
   素子の実装装置を使用して、前記可動ステージを固定台
   の載置面よりも上方位置で停止させ、前記検出装置は、
   固定台の載置面と半導体実装用基板の下面との距離、又
   は、固定台の載置面と液晶パネルの半導体素子実装領域
   の下面との距離を検出して、上記可動ステージの停止さ
   せた位置から上記距離の値だけ下降動作させることを特
   徴とする半導体素子の実装装置を使用した基板の位置合
   わせ方法。