JP2023144223A - 転写装置および転写方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】バンプを傷つけたり汚染したりすることなく素子を回路基板にフリップチップ実装することができる転写装置および転写方法を提供する。【解決手段】転写基板２２に保持された素子２１を電極２３ａが形成されている電極面を有する回路基板２３へ転写する転写装置１０であって、素子２１を挟んで転写基板２２と回路基板２３とが対向した状態において転写基板２２を通して素子２１に向かって活性エネルギー線１１を照射し、素子２１を転写基板２２から剥離させて回路基板２３へ付勢する、エネルギー照射部１２を有し、回路基板２３の所定面側は、電極２３ａと素子２１との導通形成を補助する導通補助機能と、転写基板２２から付勢された素子２１を粘着保持するキャッチ機能と、を有し、少なくとも電極２３ａの素子２１と対向する面には、導通補助機能を有する部材が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、光エネルギーを転写基板に照射し、レーザリフトオフにより素子を回路基板へ転写する、転写装置および転写方法に関する。
たとえばディスプレイ部品の製造などにおいて電子部品を回路基板へ実装する代表的な技術の一つに、フリップチップボンディングがある。フリップチップボンディングとは、電子部品に設けられたバンプと回路基板の表面に形成された電極とを直接接合する実装技術であり、当該技術を用いた従来のフリップチップボンダーでは、下記特許文献に記載の通り圧着ツールが電子部品のバンプ面の反対側を保持し、電子部品のバンプが回路基板の電極に押し当てられるよう、圧着ツールが電子部品を搬送した後、圧着ツールの加熱によって電子部品のバンプを加熱する。これによってバンプが軟化し、バンプと電極とが熱圧着されるため、両者を強固に接合することができる。
特開２０１０－００３８５６号公報
しかし、上記のフリップチップボンディングでは、バンプを傷つけたり汚染したりする可能性があり、電極との接合後の導通に不具合を生じさせるおそれがあった。具体的には、バンプ面が表面側となるよう電子部品が配列するよう保持されているキャリア基板から電子部品を受け取り、圧着ツールによって回路基板へ実装する場合に、まずキャリア基板から電子部品を受け取る際にはバンプ面側を保持する必要があるため、圧着ツールとは別のピックアップツールがまずキャリア基板から電子部品を受け取り、ピックアップツールと圧着ツールとの間で電子部品の受け渡しを行う必要があった。そのため、ピックアップツールが電子部品のバンプと接触する際にバンプが傷ついたり汚染されたりするという問題があった。
本願発明は、上記問題点を鑑み、バンプを傷つけたり汚染したりすることなく素子を回路基板にフリップチップ実装することができる転写装置および転写方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明の転写装置は、転写基板に保持された素子を電極が形成されている電極面を有する回路基板へ転写する転写装置であって、素子を挟んで前記転写基板と前記回路基板とが対向した状態において前記転写基板を通して素子に向かって活性エネルギー線を照射し、素子を前記転写基板から剥離させて前記回路基板へ付勢する、エネルギー照射部を有し、前記回路基板の前記所定面側は、前記電極と素子との導通形成を補助する導通補助機能と、前記転写基板から付勢された素子を粘着保持するキャッチ機能と、を有し、少なくとも前記電極の素子と対向する面には、前記導通補助機能を有する部材が設けられていることを特徴としている。
この転写装置により、素子が複数配列された基板をそのまま転写基板として用いることができるため、素子の集合の中から任意の素子を一度取り外して搬送する工程が不要となる。そのため途中でバンプ面に触れることなく素子を回路基板へ転写することができ、また、回路基板が導通補助機能を有していることにより、接合工程を経てバンプと回路基板との導通を形成することができる。また、回路基板がキャッチ機能も有しているため、素子がバウンドすることなく回路基板にしっかりと保持される。
また、前記導通補助機能は、異方性導電膜により実現されていても良い。
また、前記導通補助機能は、導電性を有するペーストにより実現されていても良い。
また、少なくとも前記電極の素子と対向する面に設けられた前記導通補助機能を有する部材は、キャッチ機能をさらに有していても良い。
また、前記回路基板の前記所定面側の電極形成部を除く部分の少なくとも一部には、前記導通補助機能を有さず前記キャッチ機能を有する部材が設けられていても良い。
また、素子の前記回路基板と対向する面にはバンプが形成されており、素子を前記転写基板から剥離させる際に前記エネルギー照射部から照射した活性エネルギー線により前記バンプを軟化させても良い。
こうすることにより、素子が有するバンプと回路基板が有する電極とを接合させることができる。
また、素子の前記回路基板と対向する面にはバンプが形成されており、前記エネルギー照射部は、素子が前記回路基板に転写された後再び素子に活性エネルギー線を照射して前記バンプを軟化させても良い。
こうすることにより、素子が有するバンプと回路基板が有する電極とを接合させることができる。
また、上記課題を解決するために本発明の転写方法は、転写基板に保持された素子を電極が形成されている電極面を有する回路基板へ転写する転写方法であって、素子を保持している前記転写基板を保持する転写基板保持工程と、前記回路基板を保持し、素子を挟んで前記回路基板を前記転写基板に対向させる回路基板保持工程と、前記転写基板と前記回路基板とが対向した状態において前記転写基板の素子保持面に向かって活性エネルギー線を照射し、素子を前記転写基板から剥離させ、前記回路基板へ移動させるエネルギー照射工程と、を有し、前記回路基板の前記所定面側は、前記電極と素子との導通形成を補助する導通補助機能と、前記転写基板から付勢された素子を粘着保持するキャッチ機能と、を有し、少なくとも前記電極の素子と対向する面には、前記導通補助機能を有する部材が設けられていることを特徴としている。
この転写方法により、素子が複数配列された基板をそのまま転写基板として用いることができるため、素子の集合の中から任意の素子を一度取り外して搬送する工程が不要となる。そのため途中でバンプ面に触れることなく素子を回路基板へ転写することができ、また、回路基板が導通補助機能を有していることにより、接合工程を経てバンプと回路基板との導通を形成することができる。また、回路基板がキャッチ機能も有しているため、素子がバウンドすることなく回路基板にしっかりと保持される。
本発明の転写装置および転写方法により、バンプを傷つけたり汚染したりすることなく素子を回路基板にフリップチップ実装することができる。
本発明の一実施形態における転写装置を説明する図である。 本発明の一実施形態における回路基板に素子が転写された状態を説明する図である。 本発明の他の実施形態における回路基板に素子が転写された状態を説明する図である。 本発明の他の実施形態における回路基板に素子が転写された状態を説明する図である。
本発明の一実施形態における転写装置について、図１を参照して説明する。
転写装置１０は、レーザ光１１を照射するレーザ照射部１２、転写基板２２を保持して少なくともＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動可能な転写基板把持部１３、転写基板把持部１３の下側にあって転写基板２２と隙間を有して対向するように回路基板２３を保持する回路基板把持部１４、および図示しない制御部を備えており、転写基板２２にレーザ光１１を照射することによって転写基板でアブレーションを生じさせ、転写基板２２から回路基板２３へ素子２１を転写する。
レーザ照射部１２は、本発明におけるエネルギー照射部の一実施形態であり、活性エネルギー線であるエキシマレーザなどのレーザ光１１を照射する装置であり、転写装置１０に固定して設けられる。本実施形態においては、レーザ照射部１２はスポット状のレーザ光１１を照射し、レーザ光１１は、制御部により角度が調節されるガルバノミラー１５およびｆθレンズ１６を介してＸ軸方向およびＹ軸方向の照射位置が制御され、転写基板把持部１３に保持された転写基板２２に複数配置されている素子２１に選択的に照射する。レーザ光１１が転写基板２２を通して素子２１近傍に入射することによって、転写基板２２と素子２１との間で活性エネルギー（光エネルギー）の付与によるアブレーションが生じ、このアブレーションによって素子２１は付勢され、転写基板２２から回路基板２３へ素子２１が転写される。なお、本説明では素子２１はＬＥＤなどの半導体チップであり、以降、チップ２１とも呼ぶ。また、チップ２１の一方の面には、図２に示すように配線基板との導通を得るためのハンダやスズ銀メッキなどで構成されるバンプ２１ａが設けられている。本説明では、バンプ２１ａが設けられている方のチップ２１の面をバンプ面とも呼ぶ。
転写基板把持部１３は開口を有し、転写基板２２の外周部近傍を吸着把持する。転写基板把持部１３に保持された転写基板２２へこの開口を介してレーザ照射部１２から発せられたレーザ光１１を当てることができる。
転写基板２２は、ガラスなどを材料としてレーザ光１１を透過することが可能な基板であり、下面側でチップ２１を保持する。また、この転写基板２２のチップ２１を保持する面にはアブレーション層が形成されており、このアブレーション層の表面は粘着性を有する。このアブレーション層の表面の粘着力がチップ２１の保持力となり、チップ２１を粘着保持する。
また、転写基板把持部１３は図示しない移動機構により、少なくともＸ軸方向、Ｙ軸方向に関して回路基板把持部１４に対して相対移動する。図示しない制御部がこの移動機構を制御し、転写基板把持部１３の位置を調節することにより、転写基板２２に保持されたチップ１の回路基板２３に対する相対位置を調節することができる。
回路基板把持部１４は、上面に平坦面を有し、チップ２１の転写工程中、転写基板２２のアブレーション層およびアブレーション層が保持するチップ２１と回路基板２３の被転写面が対向するように回路基板２３を把持する。この回路基板把持部１４の上面には複数の吸引孔が設けられており、吸引力により回路基板２３の裏面（チップ１が転写されない方の面）を把持する。
本実施形態における回路基板２３は、たとえばディスプレイ基板であり、被転写面（チップ２１を受ける側の面）には電極２３ａが配置されており、この電極２３ａ上にチップ２１のバンプ２１ａが載置されるようにチップ２１が転写される。
また、回路基板には、後述する導通補助機能およびキャッチ機能が設けられている。
なお、本実施形態では、転写基板把持部１３のみがＸ軸方向およびＹ軸方向に移動することにより転写基板把持部１３と回路基板把持部１４とが相対移動する形態をとっているが、回路基板２３の寸法が大きく、レーザ光１１の照射範囲の直下に回路基板２３の全面が位置できない場合には、回路基板把持部１４にもＸ軸方向およびＹ軸方向の移動機構が設けられていても良い。
以上の構成を有する転写装置１０により回路基板に素子が転写された状態を図２で説明する。
転写基板２２のチップ２１を保持する面には、上述の通りアブレーション層が形成されており、このアブレーション層にチップ２１は粘着保持されている。
そして、チップ２１を挟んで転写基板２２と回路基板２３とが対向した状態において転写基板２２を通してチップ２１に向けてレーザ光１１が照射され、アブレーション層におけるチップ２１を粘着保持している部分（すなわち、チップ２１の近傍）にレーザ光１１が照射されることによって、アブレーション層の材料が分解され、ガスが発生する。このアブレーション層の材料の分解およびガスの発生により、チップ２１は転写基板２２から剥離するとともに付勢され、回路基板２３の方へ移動する。すなわち、レーザリフトオフが実施される。
ここで、本実施形態では複数のチップ２１が配列された基板がそのまま転写基板２２として用いられており、転写基板２２にはチップ２１のバンプ面と反対側の面が保持されている。そのため、レーザリフトオフによってチップ２１が回路基板へ向かって直線的に移動することにより、チップ２１の集合の中から任意のチップ２１を一度取り外して搬送するなど、バンプ２１ａに接触する工程を途中で経ることなく、図２に示すようにチップ２１を回路基板２３へフリップチップ実装することができる（バンプ２１ａと電極２３ａとが直接接合する実装を行うことができる）。したがって、バンプ２１ａが傷ついたり汚染したりすることを回避することができる。
また、本発明では、回路基板２３の電極２３ａが形成されている方の面側には、電極２３ａとチップ２１のバンプ２１ａとの導通形成を補助する導通補助機能と、転写基板２２から付勢されたチップ２１を粘着保持するキャッチ機能と、を有している。そして、少なくとも電極２３ａのチップ２１と対向する面には、導通補助機能を有する部材が設けられている。
導通補助機能およびキャッチ機能に関し、図２に示す実施形態の回路基板２３では、電極２３ａが形成されている方の面全体に異方性導電膜（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ、ＡＣＦ）３０が貼り付けられており、電極２３ａの表面部にも異方性導電膜３０が配置されている。
異方性導電膜３０は、熱硬化性樹脂の中に導電粒子３１が分散された形態を有しており、導電粒子３１は金、ニッケルなどの導体が絶縁体でコーティングされた形態で熱硬化性樹脂内に分散している。
この異方性導電膜３０の膜厚方向から圧力が付加された場合、絶縁体のコーティングが壊れ、内部の導体が露出する。ここで、本実施形態では回路基板２３の電極２３ａへ向かってチップ２１が付勢され、電極２３ａとチップ２１のバンプ２１ａとで異方性導電膜３０を挟み込み、押圧することにより、電極２３ａとバンプ２１ａの間に位置する導電粒子３１のコーティングが壊れ、導体が露出した導電粒子３１を介して電極２３ａとバンプ２１ａの間で導通可能な形態となる。すなわち、異方性導電膜３０は、チップ２１と回路基板２３のフリップチップ実装における導通補助機能を有する。
また、異方性導電膜３０の表面は、粘着性を有している。この粘着性により、転写基板２２から付勢されて異方性導電膜３０に衝突したチップ２１を異方性導電膜３０が粘着保持し、チップ２１がバウンドすることなく回路基板２３にしっかりと保持される。すなわち、異方性導電膜３０は、キャッチ機能もさらに有している。
本実施形態にて異方性導電膜３０を貼り付けたように、回路基板２３に導通補助機能およびキャッチ機能を持たせることにより、レーザリフトオフにより転写したチップ２１を導通可能にしっかりと保持することができる。
ここで、仮に回路基板２３に導通補助機能およびキャッチ機能を設けずにレーザリフトオフによりチップ２１を転写した場合、バンプ２１ａと電極２３ａとが衝突したとしても両者が一体となるわけではないため、衝突後に電極２３ａに対してチップ２１が位置ずれする可能性がある。また、仮にキャッチ機能のみが設けられていたとしても、バンプ２１ａと電極２３ａとが接触していない可能性もあり、充分な導通を得られない可能性もある。これに対し、本発明の通り回路基板２３が導通補助機能およびキャッチ機能を有することにより、転写後のチップ２１と回路基板２３の導通に対して大きな効果を得ることができる。
次に、本発明の他の実施形態における回路基板に素子が転写された状態を図３で説明する。
図２に示す例では、異方性導電膜３０が回路基板２３の電極２３ａが設けられている面全面に設けられているが、本実施形態では、少なくとも電極２３ａのチップ２１と対向する面に導通補助機能のために異方性導電膜３０が配置されるよう、チップ２１と対向する部分のみに異方性導電膜３０が設けられている。また、本実施形態の異方性導電膜３０も、先の実施形態の異方性導電膜３０と同様に、表面に粘着性を有し、転写されるチップ２１を粘着保持する。このように、局所的に導通補助機能およびキャッチ機能が設けられていても良い。
また、このように局所的に導通補助機能およびキャッチ機能が設けられている例では、異方性導電膜３０に代わりフラックスや粘着性のある導電性インクなどが用いられても良い。
次に、本発明の他の実施形態における回路基板に素子が転写された状態を図４で説明する。
図２および図３で示す実施形態において、異方性導電膜３０が導通補助機能とキャッチ機能の両方を有しているが、本実施形態では、導通補助機能を有する部材とキャッチ機能を有する部材とを別々に設けている。
具体的には、表面に粘着性を有することによってキャッチ機能のみを有する部材であるキャッチ材４２が回路基板２３上の電極２３ａの形成部以外であってチップ２１と接触する位置の少なくとも一部に設けられていることにより、転写されるチップ２１を粘着保持する。また、電極２３ａの少なくともバンプ２１ａと対向する部分の表面には、銀ナノインクのように導電性のみを有する導電ペースト４１が配置され、この導電ペースト４１上にバンプ２１ａが埋め込まれることにより、導電ペースト４１を介してバンプ２１ａと電極２３ａとを導通させることができる。
このように回路基板２３に導通補助機能とキャッチ機能とを別々に設けた実施形態であっても、レーザリフトオフにより転写したチップ２１を導通可能にしっかりと保持することができる。
なお、導通補助機能を有する部材として、上記の導電ペーストのほかにフラックスなども適用可能である。また、キャッチ材４２として、アンダーフィル材や絶縁フィルム（Ｎｏｎ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ、ＮＣＦ）などが適用可能である。
次に、転写装置１０を用いた本発明の転写方法について説明する。
まず、チップ２１を保持している転写基板２２を転写装置１０の転写基板把持部１３が保持する。この工程を、本説明では転写基板保持工程と呼ぶ。
次に、回路基板把持部１４が回路基板２３を保持し、チップ２１を挟んで回路基板２３を転写基板２２に対向させる。この工程を、本説明では回路基板保持工程と呼ぶ。
ここで、回路基板２３の電極形成面は、電極２３ａとチップ２１との導通形成を補助する導通補助機能と、転写基板２２から付勢されたチップ２１を粘着保持するキャッチ機能と、を有し、少なくとも電極２３ａのチップ２１と対向する面には、導通補助機能を有する部材が設けられている。
次に、転写基板２２と回路基板２３とが対向した状態において転写基板２２のチップ保持面に向かって活性エネルギー線１１を照射し、チップ２１を転写基板２２から剥離させ、回路基板２３へ移動させる。この工程を、本説明ではエネルギー照射工程と呼ぶ。
このエネルギー照射工程により、チップ２１は転写基板２２から回路基板２３へ転写されるが、回路基板２３において少なくとも電極２３ａのチップ２１と対向する面には、導通補助機能を有する部材が設けられているため、チップ２１を導通可能にしっかりと保持することができる。
ここで、一般的なフリップチップボンディングの場合、チップを回路基板上に実装した後、チップに熱および圧力を加えることにより、バンプを軟化させて電極へ接合させる工程が行われる。すなわち、熱圧着工程が行われる。本発明においても、転写装置１０にてチップ２１を回路基板２３に実装した後、別装置にて熱圧着工程を実施しても良い。
一方、転写装置１０においてレーザ光源１２が発するレーザ光１１の出力を調整し、レーザ光１１のエネルギーによって転写基板２２のアブレーション層にアブレーションを生じさせ、チップ２１を剥離させると同時にチップ２１のバンプ２１ａの加熱、軟化まで行うのであれば、転写装置１０がチップ２１の回路基板２３への熱圧着まで兼ねることも可能である。
また、アブレーション層のアブレーションと同時にバンプ２１ａの加熱まで行わなくとも、回路基板２３へ転写されたチップ２１へレーザ光源１２が再びレーザ光１１を照射してバンプ２１ａが軟化するためのエネルギーをチップ２１へ付与することによっても、転写装置１０がチップ２１の回路基板２３への熱圧着まで兼ねることが可能である。
以上の転写装置および転写方法により、バンプを傷つけたり汚染したりすることなく素子を回路基板にフリップチップ実装することが可能である。
ここで、本発明の転写装置および転写方法は、以上で説明した形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。たとえば、上記の説明では粘着性を有することをキャッチ機能と呼んでいるが、塑性変形することによって、飛来してくるチップの衝撃を吸収する機能をさらに有することをキャッチ機能が有していても構わない。
１０ 転写装置
１１ レーザ光（活性エネルギー線）
１２ レーザ光源（エネルギー照射部）
１３ 転写基板把持部
１４ 回路基板把持部
１５ ガルバノミラー
１６ Ｆθレンズ
２１ チップ（素子）
２１ａ バンプ
２２ 転写基板
２３ 回路基板
２３ａ 電極
３０ 異方性導電膜
３１ 導電粒子
４１ 導電ペースト
４２ キャッチ材

Claims (8)

  1. 転写基板に保持された素子を電極が形成されている電極面を有する回路基板へ転写する転写装置であって、
    素子を挟んで前記転写基板と前記回路基板とが対向した状態において前記転写基板を通して素子に向かって活性エネルギー線を照射し、素子を前記転写基板から剥離させて前記回路基板へ付勢する、エネルギー照射部を有し、
    前記回路基板の前記電極面側は、前記電極と素子との導通形成を補助する導通補助機能と、前記転写基板から付勢された素子を粘着保持するキャッチ機能と、を有し、
    少なくとも前記電極の素子と対向する面には、前記導通補助機能を有する部材が設けられていることを特徴とする、転写装置。
  2. 前記導通補助機能は、異方性導電膜により実現されていることを特徴とする、請求項１に記載の転写装置。
  3. 前記導通補助機能は、導電性を有するペーストにより実現されていることを特徴とする、請求項１に記載の転写装置。
  4. 少なくとも前記電極の素子と対向する面に設けられた前記導通補助機能を有する部材は、キャッチ機能をさらに有することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の転写装置。
  5. 前記回路基板の前記所定面側の電極形成部を除く部分の少なくとも一部には、前記導通補助機能を有さず前記キャッチ機能を有する部材が設けられていることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の転写装置。
  6. 素子の前記回路基板と対向する面にはバンプが形成されており、素子を前記転写基板から剥離させる際に前記エネルギー照射部から照射した活性エネルギー線により前記バンプを軟化させることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の転写装置。
  7. 素子の前記回路基板と対向する面にはバンプが形成されており、前記エネルギー照射部は、素子が前記回路基板に転写された後再び素子に活性エネルギー線を照射して前記バンプを軟化させることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の転写装置。
  8. 転写基板に保持された素子を電極が形成されている電極面を有する回路基板へ転写する転写方法であって、
    素子を保持している前記転写基板を保持する転写基板保持工程と、
    前記回路基板を保持し、素子を挟んで前記回路基板を前記転写基板に対向させる回路基板保持工程と、
    前記転写基板と前記回路基板とが対向した状態において前記転写基板の素子保持面に向かって活性エネルギー線を照射し、素子を前記転写基板から剥離させ、前記回路基板へ移動させるエネルギー照射工程と、
    を有し、
    前記回路基板の前記所定面側は、前記電極と素子との導通形成を補助する導通補助機能と、前記転写基板から付勢された素子を粘着保持するキャッチ機能と、を有し、
    少なくとも前記電極の素子と対向する面には、前記導通補助機能を有する部材が設けられていることを特徴とする、転写方法。
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