JP4203568B2 - 半導体素子の位置決め装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ；発光ダイオード）チップ等の半導体素子を検査装置のステージや基板などといった適当な部材に載置した状態で所定の位置に位置決めする装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばＬＥＤチップ等の半導体素子は，出荷前に半導体素子表面の端子に針状のプローブを押し当てて通電し発光させ，光度や出力を測定する検査が行われる。またこれら半導体素子をＡｇペースト等によってリードフレームや基板などにダイボンドして，様々な電子部品が製造される。このような検査やダイボンドを行う場合には，通電や検査の正確さを維持するために，検査装置のステージや基板などといった適当な部材に対して半導体素子を高い精度で位置決めする必要がある。
【０００３】
従来このような半導体素子の位置決めは，次の（１）〜（３）のようにして行われている。
（１）画像処理を用いた位置決め
即ち半導体素子を検査装置において位置決めする場合を例にして説明すると，先ず作業者が位置決めステージ上に位置と角度を合わせながら半導体素子を載置し，載置された半導体素子をＣＣＤカメラで撮影して位置を確認し，画像処理によって位置ずれを補正する。そして，真空吸着治具（コレット）で半導体素子を保持し，検査ステージへ半導体素子を搬送する。検査ステージでは，プローブを半導体素子表面の端子に押し当てて通電発光させ，光度や出力等を測定して検査する。検査を終了した半導体素子をアンロード側の吸着コレットで次のステージなどへ搬送する。
【０００４】
（２）図９に示す爪を用いた位置決め
即ち図９に示すように，検査ステージや基板などの部材ａ上に半導体素子ｂを載置し，半導体素子ｂの対角線上に位置する一対の角部ｂ’，ｂ’を，対向して配置された爪５０，５０によって両側から挟んで位置決めを行う方法である。
【０００５】
（３）図１０に示す爪を用いた位置決め
即ち図１０に示すように，半導体素子ｂの背部にコーナー状の押さえ６０を配置し，２本の爪６１，６２で半導体素子ｂを押さえ６０に押しつけて位置決めを行う方法である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこれら（１）〜（３）の位置決めは次のような問題があった。即ち（１）の位置決めは，コレットで半導体素子を保持する際や搬送中に機械誤差などによるずれが生じやすい。またこの位置決めは，操作が複雑で搬送後は位置ずれの補正ができない。また画像処理を用いているので，画像処理装置自体が持つ精度や吸着するコレットの精度に起因する位置ズレが発生する。更に画像処理をする際に，背景と半導体素子の色の差がほとんど無くて半導体素子の形状を精度良く認識するのは困難であり，電極も丸形状のため，半導体素子の角度ずれを特定できない。
【０００７】
（２）の位置決めは，角度ずれを生じている場合に位置決めすることが困難であり，半導体素子を載置する際に角度ずれが生じないように正確な操作が要求される。また（２）の位置決めと（３）の位置決めは，いずれも角度のずれた半導体素子を押した場合に半導体素子に損傷を与える心配がある。これは，爪同士や爪と押さえとの間の挟みこみによるもので，爪の方が硬いため半導体素子を押しすぎてしまうことに起因する。またこれらの位置決めによると，爪の形状が固定されているため，半導体素子の大きさが変更になった場合に対応ができない。
【０００８】
本発明の目的は，簡単な構成でありながら半導体素子を正確に位置決めすることができ，しかも角度ずれを許容して破損無く半導体素子を位置決めできる装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らはこの目的を達成すべく，上記問題点（１）〜（３）について次のような検討を行った。即ち，画像処理などによって間接的に位置を確認してから半導体素子を取りに行く方法は止め，半導体素子をどのような位置に置いても所定の位置に位置決めできる手段を検討した。また，実際にＬＥＤチップを押して位置決めし，爪の先端の形状を種々変えてＬＥＤチップがどのような動きをするのかを模擬的に検討した。その際，半導体素子の挙動上の不具合，半導体素子の大きさの変更への対応，高さのバラツキへの対応，製作コストなどを考慮し，爪の形状をなるべくシンプルな形状にするよう努めた。また，基本的にＣＡＤで絵を描いてのシュミレーションにより検討を行った。
【００１０】
しかして本発明にあっては，平面視で方形に形成された半導体素子を所定の位置に位置決めする装置であって，半導体素子を載置させるための適当な部材を保持する保持台と，この保持台に保持された部材の上方において相対的に近接・離隔移動自在に構成された一対の爪と，これら一対の爪を移動させるサーボモータを備え，各爪の前面には，部材に載置された半導体素子の対角線上に位置する一対の角部に一致する凹角と，この凹角を挟んで両側に配置された直線部がそれぞれ形成され，前記一対の爪の間で半導体素子を位置決めした際に，爪同士の相対的な近接移動を終了させるストッパーを設けたことを特徴としている。
【００１１】
この位置決め装置において，先ず保持台により，例えば検査装置のステージや基板などといった適当な部材を保持する。そして，この保持台に保持された部材の上に半導体素子を載置する。この場合，予め爪同士を離隔移動させておく。
【００１２】
次に，爪同士を近接移動させる。すると，半導体素子が爪の前面で押されることにより適宜回転して，半導体素子の対角線上に位置する一対の角部が爪の前面に形成された凹角にそれぞれ一致し，更に凹角を挟んで両側に配置された直線部が半導体素子の側面にそれぞれ密着し，こうして，半導体素子は部材上において所定の位置に位置決めされることとなる。
【００１３】
この位置決め装置において，前記直線部の長さが，平面視において前記半導体素子の外周によって示される方形の一片の長さよりも長いことが好ましい。そうすれば爪前面の直線部を半導体素子の側面の全長に渡って密着させて押すことができ，半導体素子を破損させる心配が少なく，また部材上に載置された半導体素子の位置決めを広く補正でき，正確に位置決めできるようになる。
【００１４】
また，前記一対の爪の間で半導体素子を位置決めした際に，爪同士の相対的な近接移動を終了させるストッパーを設ける。そうすれば爪同士の間での押しすぎを防止でき，半導体素子の破損をより確実に防ぐことができるようになる。
【００１５】
また，部材の上に載置される半導体素子は例えばＬＥＤチップなどであり，その形状は平面視で３００〜５００μｍ角の微少な方形をなしている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の好ましい実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態にかかる位置決め装置１の正面図であり，図２は同じ位置決め装置１の平面図である。
【００１７】
支持プレート１０の上面には一対のガイド１１，１１が設けられており，このガイド１１，１１に沿ってスライド移動自在な一対のフレーム１２，１３が設けられている。これらフレーム１２，１３には，上方において互いに内側に折れ曲がるように形成された鈎型の支柱１５，１６がそれぞれ固定されている。また，これら支柱１５，１６の先端には，爪１８と爪１９が取り付けられており，これら爪１８と爪１９が互いに向かい合うように配置されている。
【００１８】
支持プレート１０の上面に設けられた一対のガイド１１，１１の間には，例えば検査装置のステージや基板などといった適当な部材ａを保持するための保持台２０が設けられている。この保持台２０に部材ａを保持した際には，爪１８と爪１９が部材ａの上方に位置するようになっている。
【００１９】
支持プレート１０の中央上方には軸受け２３，２４によって回転自在に支持された回転軸２５が設けられている。この回転軸２５の一端には，ダンパ２７を備えたモータ２８の駆動軸２９がカップリング３０を介して接続され，モータ２８の稼働により，回転軸２５は正逆回転するようになっている。モータ２８はサーボモータで構成され，その回転量を制御することが可能である。
【００２０】
回転軸２５の周面には，互いに逆向きなネジ部３５，３６が形成されており，回転軸２５は，ネジ部３５において支柱１５を貫通し，ネジ部３６において支柱１６を貫通している。支柱１５にはネジ部３５に螺合するボールナット３８が固定されており，支柱１６にはネジ部３６に螺合するボールナット３９が固定されている。これにより，モータ２８の正逆回転稼働によって支柱１５と支柱１６がガイド１１に沿って互いに逆方向に移動して，支柱１５，１６先端の爪１８と爪１９が互いに近づいたり，離れたりするようになっている。なお，保持台２０には回転軸２５を貫通させるのに十分な孔（図示せず）が形成されている。
【００２１】
後に説明するように，保持台２０に保持された部材ａには半導体素子ｂが載置されるが，この半導体素子ｂは，例えばＬＥＤチップなどであり，その形状は平面視で３００〜５００μｍ角の微少な方形をなしている。
【００２２】
図３は爪１８の先端を拡大して示した斜視図である。爪１８の先端はほぼ上半分を削り取った形状をなし，爪１８の前面（爪１９と向き合う内側面）の中央には，凹角４０が形成されている。この凹角４０の角度は，平面視で方形をなす半導体素子ｂの隅角部に等しく９０゜である。またこの凹角４０を挟んで両側には直線部４１，４１がそれぞれ形成されている。これら直線部４１，４１の長さは，平面視において半導体素子ｂの外周によって示される方形の一片の長さ（３００〜５００μｍ）よりも十分に長くなっている。
【００２３】
図４は爪１９の先端を拡大して示した斜視図であり，図５は爪１９の先端を下側から見た状態で拡大して示した斜視図である。爪１９の先端はほぼ下半分を削り取った形状をなし，爪１９の前面（爪１８と向き合う内側面）の中央には，凹角４５が形成されている。この凹角４５の角度も，平面視で方形をなす半導体素子ｂの隅角部に等しく９０゜である。凹角４５を挟んで両側に形成された直線部４６，４６の長さは，平面視において半導体素子ｂの外周によって示される方形の一片の長さ（３００〜５００μｍ）よりも十分に長い。
【００２４】
図５に示されるように，爪１９の下面には，凹角４５の中心より前方に少し離れた位置から形成された一対のストッパー面４７，４７が設けられている。これらストッパー面４７，４７の互いになす角度も９０゜であり，後に説明するように，爪１８と爪１９を互いに近づけた際には，これらストッパー面４７，４７が爪１８の前面において凹角４０の両側に形成された直線部４１，４１にそれぞれ当接して，爪１８と爪１９の移動を停止させるようになっている。
【００２５】
さて以上のように構成された位置決め装置１において，先ず保持台２０により，例えば検査装置のステージや基板などといった適当な部材ａを保持する。そして，この保持台２０に保持された部材ａの上に半導体素子ｂを載置する。なお，このように半導体素子ｂを載置する場合は，予めモータ２８の稼働によって支柱１５と支柱１６を移動させて，支柱１５，１６先端の爪１８と爪１９を互いに離しておことにより，図６に示すように，爪１８の前面と爪１９の前面との間に十分なスペースを形成しておき，その形成されたスペースにおいて部材ａの上に半導体素子ｂを載置する。
【００２６】
次に，モータ２８の稼働によって支柱１５と支柱１６を移動させて，支柱１５，１６先端の爪１８と爪１９を互いに近付けていく。この場合，先に図３で説明したように爪１８の先端はほぼ上半分を削り取った形状をなし，また先に図４で説明したように爪１９の先端はほぼ下半分を削り取った形状をなしているので，爪１８の先端と爪１９の先端はぶつかることが無く，爪１８の先端が爪１９の先端の下側に進入するように移動していく。そして，このように爪１８と爪１９を互いに近付けていく途中で，半導体素子ｂは爪１８や爪１９の前面で押されることにより部材ａ上において適宜回転し，半導体素子ｂは部材ａ上の所定の位置（例えば部材ａの中心）に次第に位置決めされていく。
【００２７】
この場合，先に説明したように，爪１８前面の直線部４１，４１や爪１９前面の直線部４６，４６の長さは，平面視において半導体素子ｂの外周によって示される方形の一片の長さ（３００〜５００μｍ）よりも十分に長いので，半導体素子ｂの側面を全長に渡って押すことができ，半導体素子ｂを破損させる心配が少ない。また部材ａ上に載置された半導体素子ｂの位置ずれを広く許容でき，正確な位置決めが可能である。
【００２８】
そして，図７に示すように，爪１８の前面と爪１９の前面との間で半導体素子ｂを両側から挟むことにより，位置決めが終了する。このように位置決めが終了した際には，半導体素子ｂの対角線上に位置する一対の角部が，爪１８の前面に形成された凹角４０と爪１９の前面に形成された凹角４５にそれぞれ一致し，爪１８前面の直線部４１，４１と爪１９前面の直線部４６，４６が半導体素子ｂの側面にそれぞれ密着して，半導体素子ｂの側面全体を四方から包み込むことができる。
【００２９】
また，このように位置決めが終了した際には，先に図５等で説明した爪１９の下面に設けられたストッパー面４７，４７が爪１８前面の直線部４１，４１にそれぞれ当接して，爪１８と爪１９の移動を停止させるので，爪１８，１９同士の間での押しすぎを防止でき，半導体素子ｂの破損をより確実に防ぐことが可能である。
【００３０】
次に，モータ２８の稼働によって支柱１５と支柱１６を移動させ，図８に示すように，爪１８と爪１９を再び離す。こうして，部材ａ上において所定の位置に位置決めされ前述の吸着機構により吸着された半導体素子ｂに対し，例えばプローバを接触させることにより，検査等を行う。
【００３１】
以上，本発明の好ましい実施の形態の一例を説明したが，本発明はここで説明した形態に限定されない。例えば本発明の位置決め装置は，ＬＥＤチップに限らず他の半導体素子ｂの位置決めにも適用できる。また半導体素子ｂの大きさの変更に対しては，モータ２８の稼働量をパルス数で制御して，適当な時期に爪１８，１９の移動を停止し，半導体素子ｂを破損しないように設定することが可能である。また，爪１８，１９の高さや爪１８，１９の移動速度を適宜変更することにより，半導体素子ｂの高さのバラツキにも対応でき，位置決めの際の半導体素子ｂの倒れも防止できる。なお，モータ２８はＡＣサーボモーターを使用することでパルス数を細かく設定でき，爪１８，１９の移動ピッチ（回転軸２５の１回転当たりで何ｍｍ進むか）は，なるべく細かいものを選定すると良い。そうすれば，チップサイズの任意の大きさに対して最も適したパルス数を設定することにより，半導体素子ｂの押しすぎを回避できる。また本発明は検査装置のステージ上においての位置決めの他，例えば基板上に半導体素子ｂをダイボンドする際の位置決めなどにも適用できる。
【００３２】
【実施例】
本発明の位置決め装置を実際に製作して，ＬＥＤチップの光度，出力を測定する検査装置の検査ステージにおいてＬＥＤチップを位置決めした。必要位置決め精度は，ニードル（プローブ）とチップ中心のずれが±２５μｍまでであったところ，実施例では爪の移動は２μｍ単位で調整可能であり，更に繰返し精度は±０．０２３μｍで再現可能であり，必要位置決め精度を十分に満足できた。また，角度ずれに対しても問題なく位置決めできた。更に，ＬＥＤチップの品種が変更しても，現在の６種類のサイズに問題なく対応できた。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１〜４の発明によれば，検査装置のステージや基板などといった適当な部材に対して半導体素子を高い精度で位置決めすることが可能である。また装置構成も簡単でありながら角度ずれを許容して破損無く半導体素子を位置決めできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる位置決め装置の正面図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる位置決め装置の平面図である。
【図３】爪の先端を拡大して示した斜視図である。
【図４】爪の先端を拡大して示した斜視図である。
【図５】爪の先端を下側から見た状態で拡大して示した斜視図である。
【図６】爪の間に形成されたスペースにおいて部材の上に半導体素子を載置した状態の説明図である。
【図７】爪の間で半導体素子を両側から挟むことにより，位置決めが終了した状態の説明図である。
【図８】位置決め終了後，爪同士を再び離した状態の説明図である。
【図９】従来技術の説明図である。
【図１０】他の従来技術の説明図である。
【符号の説明】
ａ 部材
ｂ 半導体素子
１ 位置決め装置
１０ 支持プレート
１１ ガイド１１
１２，１３ フレーム
１５，１６ 支柱
１８，１９ 爪
２０ 保持台２０
２３，２４ 軸受け
２５ 回転軸
２７ ダンパ
２８ モータ
２９ 駆動軸
３０ カップリング
３５，３６ ネジ部
３８，３９ ボールナット
４０ 凹角
４１ 直線部
４５ 凹角
４６ 直線部
４７ ストッパー面

Claims (3)

1. 平面視で方形に形成された半導体素子を所定の位置に位置決めする装置であって，
   半導体素子を載置させるための適当な部材を保持する保持台と，この保持台に保持された部材の上方において相対的に近接・離隔移動自在に構成された一対の爪と，これら一対の爪を移動させるサーボモータを備え，
   各爪の前面には，部材に載置された半導体素子の対角線上に位置する一対の角部に一致する凹角と，この凹角を挟んで両側に配置された直線部がそれぞれ形成され，
   前記一対の爪の間で半導体素子を位置決めした際に，爪同士の相対的な近接移動を終了させるストッパーを設けたことを特徴とする，半導体素子の位置決め装置。
2. 前記直線部の長さが，平面視において前記半導体素子の外周によって示される方形の一片の長さよりも長いことを特徴とする，請求項１に記載の半導体素子の位置決め装置。
3. 前記半導体素子はＬＥＤチップであることを特徴とする，請求項１又は２に記載の半導体素子の位置決め装置。

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