JP2006049472A

JP2006049472A - 部品実装方法

Info

Publication number: JP2006049472A
Application number: JP2004226507A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Ishikawa; 隆稔石川; Hideyuki Tanaka; 秀行田中
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-08-03
Filing date: 2004-08-03
Publication date: 2006-02-16

Abstract

【課題】部品の電極を接合性よく基板に接合して実装することができる部品実装方法を提供することを目的とする。
【解決手段】ウェハからダイシングによって切り出されたＬＥＤ素子８を電極を上向きにした姿勢で保持するウェハ治具６から個片のＬＥＤ素子８を取り出して基板に実装する部品実装方法において、リング状の補強部材であるウェハリング９によって外周部を補強されたシート７に複数のＬＥＤ素子８を貼着保持したウェハ治具６をプラズマ処理装置の真空チャンバ１内に配設された下部電極３上に載置し、ＬＥＤ素子８の電極形成面をプラズマ処理によって清浄化した後、ＬＥＤ素子８をウェハ治具６から取り出して基板に実装する。これにより、微小部品であるＬＥＤ素子８を安定して保持した状態でプラズマ処理して、電極を清浄化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ素子などの部品を基板に実装する部品実装方法に関するものである。

半導体装置は、半導体ウェハから切り出された個片の半導体素子をパッケージ形成用の基板に実装した後、樹脂封止して製造される。この半導体装置の製造過程において、半導体素子に形成された外部接続用の電極を清浄化する目的で、プラズマ処理が用いられる。このプラズマ処理により、大気暴露によって電極表面に生じた酸化膜や各工程において付着した有機物などの汚染膜が除去され、電極を外部と電気的に接続する際の接続性が向上する。

プラズマ処理の適用形態は、対象とする半導体装置の種類によって異なっており、例えば半導体装置の外部接続用電極をワイヤボンディングによって接続する形式の半導体装置では、ダイシングによって個片に分割された半導体装置をリードフレームなどのパッケージング用の基板にボンディングした後に、基板をプラズマ処理装置に収容して減圧下で基板表面を対象としたプラズマクリーニング処理が行われる（例えば特許文献１参照）。

さらに、バンプ形成後の半導体装置を個別にプラズマ処理の対象とする場合には、大気圧プラズマ処理を用いることができる（例えば特許文献２参照）。この方法はプラズマ照射ノズルに対して処理対象の半導体装置を個別に位置合わせしてプラズマを照射するものであり、必要部分のみを対象としたプラズマ処理が可能となっている。
特許第３４７３４３３号公報特開２０００−１１７２１３号公報

半導体素子の種類として、ＬＥＤ素子など外部接続用電極にバンプを形成することなく基板に実装するタイプの半導体素子では、半導体ウェハからダイシングによって個片に切出された後に、ダイシングによって付着した汚染物を除去するために上述のプラズマ処理を行う必要がある。しかしながら、個片に切り出された後のＬＥＤ素子は、特許文献１に示すような減圧下でのプラズマ処理、または特許文献２に示すような大気圧下でのプラズマ処理のいずれの場合にも、正常なプラズマ処理を行うことが難しい。これはＬＥＤ素子は微小部品であることからプラズマ処理時の位置保持やハンドリングが困難であることによる。このため、従来よりＬＥＤ素子など部品自体にバンプを形成することなく基板に実装される微小部品を対象とする場合には、部品の電極の清浄化処理が難しく部品を接合性よく基板に接合して実装することが困難であるという問題点があった。

そこで本発明は、部品の電極を接合性よく基板に接合して実装することができる部品実装方法を提供することを目的とする。

本発明の部品実装方法は、個片に分割された部品を電極を上向きにした姿勢で保持する部品保持具から前記部品を取り出して基板に実装する部品実装方法であって、リング状の補強部材によって外周部を補強されたシートによって部品を保持した状態の前記部品保持具をプラズマ処理装置の処理室に載置する工程と、前記部品をプラズマ処理することにより前記電極を清浄化する工程と、前記シートからプラズマ処理後の前記部品を剥離する工程と、前記部品を基板に搭載して前記電極を基板に設けられた電極に接合する工程とを含
む。

本発明によれば、リング状の補強部材によってシートの外周部を補強された状態の部品保持具をプラズマ処理装置の処理室に載置することにより、部品を安定して保持した状態でプラズマ処理して電極を清浄化することができ、部品の電極を接合性よく基板に接合して実装することができる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の部品実装方法において使用されるプラズマ処理装置の断面図、図２は本発明の一実施の形態の部品実装方法において使用される部品保持具の説明図、図３は本発明の一実施の形態の部品実装方法において使用される電子部品搭載装置の斜視図、図４は本発明の一実施の形態の部品実装方法における部品取り出し動作の動作説明図、図５は本発明の一実施の形態の部品実装方法における部品搭載動作の動作説明図である。

まず図１を参照してプラズマ処理装置について説明する。このプラズマ処理装置は、部品であるＬＥＤ（発光ダイオード）素子を基板へ実装する部品実装方法において、ＬＥＤ素子の電極を清浄化する目的で実行されるプラズマ処理に用いられる。図１において、真空チャンバ１の内部はプラズマ処理を行うための処理室となっており、下部電極３および上部電極４が相対向して配置されている。

下部電極３の下部は絶縁体２を介して真空チャンバ１の底面を貫通して外部に突出しており、上部電極４の上部は真空チャンバ１の上面を貫通して接地部１８に接続されている。下部電極３と上部電極４の間の空間はプラズマ処理空間５となっており、下部電極３の上面にはプラズマ処理の対象となるＬＥＤ素子８を保持したウェハ治具６が載置される。

ＬＥＤ素子８は絶縁体を素材として形成されており、ダイシング工程においてウェハから切り出されて個片に分割された状態にある。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、外周部をリング状の補強部材であるウェハリング９によって補強された状態のシート７には、複数のＬＥＤ素子８が格子状の規則配列で貼着保持されている。図２（ｃ）に示すように、ＬＥＤ素子８の上面には外部接続用の平板状電極である電極８ａが形成されており、ＬＥＤ素子８は電極形成面を上向きにした姿勢でシート７に貼着保持されている。すなわちウェハ治具６は、個片に分割された部品を電極を上向きにした姿勢で保持する部品保持具となっている。

真空チャンバ１の底面には、２つの開孔部１ａ、１ｂが設けられており、開孔部１ａ、１ｂはそれぞれ排気バルブ１１，ガス供給バルブ１３を介して真空排気部１２、ガス供給部１４に接続されている。排気バルブ１１を開にして真空排気部１２を駆動することにより、真空チャンバ１の内部が真空排気される。またガス供給バルブ１３を開にしてガス供給部１４を駆動することにより、真空チャンバ１の内部には、アルゴンガスや酸素ガスなどのプラズマ発生用ガスが供給される。

下部電極３には高周波電源部１５が接続されており、高周波電源部１５を駆動することにより、上部電極６と下部電極３との間には高周波電圧が印加される。真空チャンバ１内を真空排気した後にプラズマ発生用ガスを供給した状態で高周波電源部１５を駆動することにより、プラズマ処理空間５にはアルゴンガスや酸素ガスなどのプラズマ発生用ガスのプラズマが発生する。排気バルブ１１，ガス供給バルブ１３、真空排気部１２、ガス供給部１４、高周波電源部１５は、制御部１６によって制御される。

電極８ａの清浄化のためのプラズマ処理においては、対象となるＬＥＤ素子８を保持したウェハ治具６を、プラズマ処理装置の真空チャンバ１内の下部電極３上に載置する。次いで、プラズマ処理が実行される。すなわち、真空チャンバ１内を真空排気した後にアルゴンや酸素ガスなどのプラズマ発生用ガスを供給した状態で高周波電源部１５を駆動する。これによりプラズマ処理空間５にはアルゴンガスや酸素のプラズマが発生し、これらのプラズマの作用により電極８ａに付着した汚染物が除去され、電極８ａの表面は清浄化される。なお、プラズマ処理の際、シート７でＬＥＤ素子８やウェハリング９が貼り付けられていない部分の上面をアルミ製やセラミック製等の板状のカバーで覆ってもよい。

上記プラズマ処理においては、個片状態の微小部品であるＬＥＤ素子８をシート７によって保持した状態でプラズマ処理を行うようにしており、しかもウェハリング９によってシート７の外周部を補強してシート７の下部電極３上での載置状態を安定させていることから、微小部品を個片状態でプラズマ処理する際の次のような課題が解消されている。

すなわち、プラズマ処理装置においては、減圧雰囲気下で処理が行われることから、部品保持に一般に用いられている真空吸着による方法が適用できず、さらにＬＥＤ素子８のように絶縁物で形成された部品の場合には、静電吸着による部品保持方法も適用ができない。さらに真空吸着や静電吸着によらずに部品を保持する方法として部品トレイに個別に保持させる方法も一般には用いられるが、プラズマ処理装置にように処理過程において処理室内の真空吸引や真空破壊時に急激な気体の流動が生じる装置では、気体の流動による部品の位置ずれや飛散などが生じやすく、特にＬＥＤ素子８などのような微少部品を対象とする場合には実用化に難点がある。

これに対し、本実施の形態に示すように、シート７によってＬＥＤ素子８を貼着保持し、さらにシート７の外周部をウェハリング９によって補強した構成のウェハ治具６を用いることにより、真空吸着や静電吸着によらずに部品を安定して保持することが可能となっている。そしてシート７は外周部を金属製のウェハリング９に展着されていることから、ウェハ治具６を下部電極３上に載置した状態において、ウェハ治具６はウェハリング９の自重によって安定した載置状態が保たれる。

またシート７は引き伸ばされて平滑化された状態でウェハリング９に保持されており、シート７の下面と下部電極３の上面との間にシート７の反りや皺による隙間が発生しない。したがって、プラズマ処理において隙間に起因する異常放電が発生せず、異常放電によるＬＥＤ素子８へのダメージやシート７の焼損などの不具合が発生しない。

この後プラズマ処理装置から取り出されたウェハ治具６は、図３に示す電子部品搭載装置に送られる。電子部品搭載装置は、部品供給部２０、部品取り出し反転機構２１、搭載ヘッド２２、基板保持部２３を備えている。部品供給部２０にはプラズマ処理後のＬＥＤ素子８を保持したウェハ治具６が載置される。部品供給部２０上には取り出しノズル２１ａを備えた部品取り出し反転機構２１が配設されており、部品取り出し反転機構２１は取り出しノズル２１ａによってウェハ治具６からＬＥＤ素子８を取り出し、上下反転させた状態のＬＥＤ素子８を搭載ヘッド２２への受渡位置に移動させる。

部品供給部２０の下方には、図４に示す剥離機構２４が配設されており、取り出しノズル２１ａによるＬＥＤ素子８の取り出し時にシート７からＬＥＤ素子８を剥離する機能を有している。基板保持部２３にはＬＥＤ素子８が実装される基板１０が保持されており、搭載ヘッド２２の搭載ノズル２２ａによって部品取り出し反転機構２１から受け渡されたＬＥＤ素子８は、搭載ヘッド２２が基板保持部２３上へ移動して搭載動作を行うことにより、基板１０に実装される。

図４は、ＬＥＤ素子８の取り出し動作を示している。図４（ａ）に示すように、取り出
し対象のＬＥＤ素子８の上方には取り出しノズル２１ａが、また下方には剥離機構２４がそれぞれ位置合わせされている。剥離機構２４はシート７の下面に当接して下受けする筒型の下受部２５を備えており、下受部２５は頂部に設けられたシート吸着孔２５ａによってシート７を吸着するとともに、ピン昇降機構２６によって昇降する突き上げピン２６ａをピン孔２５ｂから突没させることによって、ＬＥＤ素子８をシート７から剥離させる機能を有している。

ＬＥＤ素子８の取り出しに際しては、図４（ｂ）に示すように、取り出しノズル２１ａを下降させてＬＥＤ素子８の上面に当接させるとともに突き上げピン２６ａを上昇させる。そして、取り出しノズル２１ａによってＬＥＤ素子８を吸着保持したならば、取り出しノズル２１ａを上昇させるとともに突き上げピン２６ａをシート７を突き破って上昇させる。これにより図４（ｃ）に示すように、下受部２５の頂部に吸着された状態のシート７から、ＬＥＤ素子８が剥離される。そして図４（ｄ）に示すように、ＬＥＤ素子８を保持した取り出しノズル２１ａを上昇させることにより、ＬＥＤ素子８はウェハ治具６から取り出される。

このようにして取り出されたＬＥＤ素子８は、搭載ヘッド２２によって受け取られ、基板保持部２３上の基板１０に実装される。このときの搭載動作を図５を参照して説明する。図５（ａ）に示すように、基板１０にはＬＥＤ素子８における電極８ａの位置に対応して電極１０ａが設けられており、電極１０ａ上には予め突起電極であるバンプ１７が形成されている。

そしてバンプ１７に対して、搭載ノズル２２ａに保持されたＬＥＤ素子８の電極８ａを位置合わせし、図５（ｂ）に示すように、搭載ノズル２２ａを下降させて電極８ａをバンプ１７に当接させ、所定の押圧荷重で押圧する。そして必要に応じて、加熱や超音波振動の付与を行う。これにより、電極８ａはバンプ１７に金属接合され、次いで図５（ｃ）に示すように、搭載ノズル２２ａを上昇させることにより、ＬＥＤ素子８の基板１０への実装が完了する。この部品実装において、ＬＥＤ素子８の電極８ａは予めプラズマ処理によって清浄化されていることからバンプ１７との接合が良好に行われ、実装品質を確保することができる。

したがって上述の部品実装方法は、個片に分割されたＬＥＤ素子８を電極８ａを上向きにした姿勢で保持するウェハ治具６からＬＥＤ素子８を取り出して基板１０に実装する部品実装方法であって、ウェハリング９によって外周部を補強されたシート７によってＬＥＤ素子８を保持した状態のウェハ治具６をプラズマ処理装置の真空チャンバ１内に載置する工程と、ＬＥＤ素子８をプラズマ処理することにより電極８ａを清浄化する工程と、シート７からプラズマ処理後のＬＥＤ素子８を剥離する工程と、ＬＥＤ素子８を基板１０に搭載して平板状電極である電極８ａを基板１０に設けられた突起電極であるバンプ１７に接合する工程とを含む形態となっている。

上記方法を採用することにより、ＬＥＤ素子など外部接続用電極にバンプを形成することなく基板に実装するタイプの部品を対象とする場合にあっても、ダイシングによって付着した汚染物をプラズマ処理によって除去して清浄な電極表面を確保することができる。そしてこのプラズマ処理においては、個片状態のＬＥＤ素子はシートに貼着保持された状態であることから、微小部品で位置保持やハンドリングが困難なＬＥＤ素子を安定した姿勢で保持して、良好なプラズマ処理を行うことが可能となっている。これにより、ＬＥＤ素子など部品自体にバンプを形成することなく基板に実装される微小部品を対象とする場合においても、部品の電極の清浄化処理を適正に行って、部品を接合性よく基板に接合して実装することができる。

本発明の部品実装方法は、部品の電極を接合性よく基板に接合して実装することができるという効果を有し、ＬＥＤ素子など部品自体にバンプを形成せずに基板に実装するタイプの部品実装に有用である。

本発明の一実施の形態の部品実装方法において使用されるプラズマ処理装置の断面図本発明の一実施の形態の部品実装方法において使用される部品保持具の説明図本発明の一実施の形態の部品実装方法において使用される電子部品搭載装置の斜視図本発明の一実施の形態の部品実装方法における部品取り出し動作の動作説明図本発明の一実施の形態の部品実装方法における部品搭載動作の動作説明図

符号の説明

１真空チャンバ
５プラズマ処理空間
６ウェハ治具
７シート
８ＬＥＤ素子
８ａ電極
９ウェハリング
１０基板
１７バンプ

Claims

個片に分割された部品を電極を上向きにした姿勢で保持する部品保持具から前記部品を取り出して基板に実装する部品実装方法であって、リング状の補強部材によって外周部を補強されたシートによって部品を保持した状態の前記部品保持具をプラズマ処理装置の処理室に載置する工程と、前記部品をプラズマ処理することにより前記電極を清浄化する工程と、前記シートからプラズマ処理後の前記部品を剥離する工程と、前記部品を基板に搭載して前記電極を基板に設けられた電極に接合する工程とを含むこと特徴とする部品実装方法。
前記部品が絶縁体で形成されていることを特徴とする請求項１記載の部品実装方法。
前記部品の電極が平板状電極であり、前記基板の電極が突起電極であることを特徴とする請求項１記載の部品実装方法。
前記部品は、ＬＥＤ素子であることを特徴とする請求項１記載の部品実装方法。