JP2020127002A - Semiconductor element bonding facility - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体素子の接着設備に関する。 The present invention relates to a bonding facility for semiconductor devices.
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。 Generally, in the semiconductor industry process, a chip factory arranges chips on a tape by a chip sorter and then ships the chips to a downstream chip mounting factory. The chip mounting factory uses a pick and place method. Then, the chips are arranged and fixed one by one on the circuit board, and in the process, a paste-like viscous medium such as solder paste that can be mounted on the chip and can be electrically conductive is applied, and then the entire conductive plate after chip mounting is In the reflow process, it is heated and cured.
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。
However, such known manufacturing processes have the following drawbacks.
1. The temperature rise curve in the Reflow process is slow, and one chip has different curing reaction times at at least two reflow points, so that the chip is likely to have a warp defect.
2. The Reflow process cannot repair or rework a single defective chip, and if the entire rework process is performed, other reflow normal chips are affected.
For chips less than 3.3 mils, the yield of paste application technology is limited. 4. The pick and place process performed twice by the sorter and the chip mounter requires a long working time, and the investment cost for the device is very high.
As mentioned above, there are urgent drawbacks to be improved.
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。 In order to solve the above problems, it is necessary to provide a new and inventive semiconductor device bonding facility.
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。
The main object of the present invention is to arrange semiconductor elements in a tape according to the distance between the junction points of the circuit board, directly bond the tape and the conductive substrate, and use a transmissive type by a heating method such as laser light. An object of the present invention is to provide a bonding facility for semiconductor devices capable of performing scanning welding, and the present invention has the following advantages.
1. The problems that are difficult to overcome in the reflow of semiconductor devices such as LEDs can be reduced, and the known chip mounter and Reflow device can be replaced.
2. Depending on the position of the circuit board, it is not necessary to carry out Pick and Place work again on the chip by the chip mounting device, and a large amount can be directly transferred by bonding the Tape film at the chip selection stage under vacuum. In the case of tens of millions of chips such as a display screen, the speed is tens of thousands times higher than that of Pick and Place, which can save a lot of process time.
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。 The present invention to achieve the above object provides a semiconductor device bonding facility including a base, a substrate detection mechanism, a frame detection mechanism, and a first pickup device. The base defines X, Y and Z axes that are perpendicular to each other. The substrate detection mechanism is provided on the base and includes a first positioning stage and a first detection module, the first positioning stage is rotatable about the Z axis, and the substrate is placed on the substrate, and a plurality of substrates are mounted on the substrate. Is provided, the first detection module scans and detects the substrate, and the first positioning stage rotates the substrate to align it at a first predetermined angle. The frame detection mechanism is provided on the base and includes a second positioning stage and a second detection module, the second positioning stage is rotatable about the Z axis, mounts the frame, and adheres to the frame. A plurality of semiconductor elements arranged on the film and the adhesive film are provided, the second detection module scans and detects the frame, and the second positioning stage rotates the frame to a second predetermined angle. A plurality of solders are preliminarily provided on the conductive line or the semiconductor element after alignment. The first pickup device picks up one of the substrate aligned at the first predetermined angle and the frame aligned at the second predetermined angle so as to form a product, and bonding them to the other. Each semiconductor element of the frame is accurately bonded to the conductive line of the substrate, and each solder is in contact with the semiconductor element and the conductive line.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to examples, but this does not limit the protection scope of the present invention.
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。
1 to 7, there is shown a preferred embodiment of the present invention. The semiconductor device bonding facility 1 of the present invention includes a base 2, a
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。 The base 2 defines an X axis L1, a Y axis L2 and a Z axis L3 which are perpendicular to each other.
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。
The
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。
The frame detection mechanism 4 is provided on the base 2 and includes a second positioning stage 41 and a second detection module 42.
The second positioning stage 41 is rotatable about the Z-axis L3, mounts a
The second detection module 42 scans and detects the
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。
In this embodiment, the first detection module 32 and the second detection module 42 are charge coupled device (CCD) sensors. In order to achieve the effect of precise alignment, the first detection module 32 scans and aligns the
The second detection module 42 rotates the position of the
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。
The
In the present embodiment, the bonding equipment 1 for the semiconductor element is monitored in the process of bonding the
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。
In this embodiment, the
The
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。 In this embodiment, the first positioning stage 31 and the second positioning stage 41 are selectively movable along the X axis L1 and the Y axis L2.
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。
Preferably, the base 2 is further provided with a
In the present embodiment, the base 2 is further provided with a first
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。
A
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。 As described above, in the bonding equipment for semiconductor elements of the present invention, the semiconductor elements arranged in the frame are bonded at high speed to the conductive lines of the substrate, and laser welding is performed to weld the semiconductor elements to the conductive lines. It is possible to bond a large number (several thousands to tens of millions) of small semiconductor elements such as 1 to 80 mils at a time by using an adhesive film, and a large number of semiconductor elements by laser welding. Can be welded. Therefore, the process speed of the semiconductor industry can be improved and the cost can be reduced.
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
1 Semiconductor
3 Substrate Detection Mechanism 31 First Positioning Stage 32 First Detection Module 4 Frame Detection Mechanism 41 Second Positioning Stage 42
Claims (10)
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。 A semiconductor device bonding facility,
A base defining X, Y and Z axes that are perpendicular to each other,
The base is provided with a first positioning stage and a first detection module, the first positioning stage is rotatable about the Z-axis, a substrate is placed on the substrate, and a plurality of conductive lines are provided on the substrate. A substrate detection mechanism in which the first detection module scans and detects the substrate, and the first positioning stage rotates the substrate to align the substrate at a first predetermined angle,
The base is provided with a second positioning stage and a second detection module, the second positioning stage is rotatable about the Z axis, a frame is placed, and an adhesive film and an adhesive film are attached to the frame. A plurality of semiconductor elements arranged are provided, the second detection module scans and detects the frame, the second positioning stage rotates the frame to align the frame at a second predetermined angle, and A frame detection mechanism in which a plurality of solders are provided in advance on the line or the semiconductor element,
By picking up one of the substrate aligned at the first predetermined angle and the frame aligned at the second predetermined angle so as to form a product and adhering it to the other, each semiconductor element of the frame is formed. A first pickup device that is accurately bonded to the conductive line of the substrate, and each of the solder contacts the semiconductor element and the conductive line.
Bonding equipment for semiconductor devices.
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