JP5052085B2

JP5052085B2 - ピックアップ装置

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Publication number: JP5052085B2
Application number: JP2006255148A
Authority: JP
Inventors: 大幹山田; 直人楠本
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2026-09-21
Also published as: JP2007123846A

Description

本発明は、フィルムに付着されている小片をそのフィルムから剥離するピックアップ装置に関する。また、フィルムに付着されている小片をそのフィルムから剥離するピックアップ方法に関する。

近年、小型の電子機器や携帯用電子機器が主流になっており、それに伴い半導体装置の小型化及び薄型化の要求が高まっている。また、プラスチック上の薄膜トランジスタで形成される集積回路を有する半導体装置の開発も進んでいる。

半導体装置に用いられるＩＣチップや薄膜トランジスタで形成される集積回路は、粘着フィルム上に貼着されたシリコンウエハーやプラスチック基板をダイシング工程で格子状に切断することにより形成される。

従来、粘着フィルム上でダイシングされた小片（ＩＣチップ、ペレット等、以下、チップとも示す。）は、フィルムの裏面（下側）から突上げピンを用いて突き上げられ、粘着フィルムから浮き上がったチップを、コレットによりピックアップし、トレイに収納したり、プリント配線基板に実装したりする（例えば、特許文献１参照。）。
特開平５−３２４２号公報

しかしながら特許文献１で示すように先端が尖ったピンを用いて、チップを粘着フィルムから浮き上がらせると、チップが破損するという問題がある。代表的には、ウェハーからダイシングされたＩＣチップの場合、チップの欠け、傷付きなどの問題がある。また、フィルム状のチップ場合、チップの破れなどの問題がある。

そこで本発明は、粘着フィルム上のチップの損傷を防ぎながらチップをピックアップすることが可能な装置を提供する。また、粘着フィルム上のチップを歩留まり高くピックアップすることが可能な装置を提供する。

本発明のピックアップ装置は、支持体に固定されると共に、チップが付着するフィルムを保持する枠体と、前記チップが前記フィルムに付着する面と平行な方向に前記枠体と相対的に移動しながら前記フィルムのチップが付着されない面を押圧する押圧治具と、前記押圧治具により前記フィルムが押圧されている部分または押圧された部分に付着している前記チップを持着する持着治具と、持着治具を移動する移動装置とを有することを特徴とする。

また、本発明のピックアップ装置は、チップが付着するフィルムを固定する枠体と、枠体を保持する支持体と、前記チップが前記フィルムに付着する面と平行な方向に前記枠体と相対的に移動しながら前記フィルムのチップが付着されない面を押圧する押圧治具と、前記押圧治具により前記フィルムが押圧されている部分または押圧された部分に付着しているチップを持着する持着治具と、持着治具を移動する移動装置とを有することを特徴とする。

支持体または押圧治具は、移動装置に接続されており、支持体に保持されるフィルムと押圧治具とを相対的に移動させつつ、押圧治具をフィルムに押圧することでフィルム上のチップの一部をフィルムから剥すことができる。このとき、前記押圧治具は、前記フィルムを押圧して前記フィルムを撓ませる。また、押圧治具はチップの少なくとも２辺がフィルムから剥れるように、フィルムを押圧することが好ましい。

押圧治具は、円柱体、多角柱体、球体等の回転体であることが好ましい。この場合、回転体を回転しながら回転面をフィルムに押圧することで、チップの一部をフィルムから剥すことができる。また、回転体を回転させず、回転体の回転面をフィルムに押圧しながら移動させても良い。

また、押圧治具は、直方体等の移動体であることが好ましい。この場合、直方体を移動しながら直方体の稜又は面をフィルムに押圧しながら移動することでチップの一部をフィルムから剥すことができる。

押圧治具の表面は凹凸状であることが好ましく、凹凸の代表例として溝、波面、エンボス、突起等がある。

チップが付着するフィルムは、一方の面に粘着層を有するフィルム、シート、又はテープを用いることができる。また、フィルムは粘着層を有さなくともよく、この場合フィルムの表面に静電気や吸着力によりチップが付着されている。

また、押圧治具に押圧されてフィルムから一部剥れたチップを持着する持着治具としては、ピンセットや爪等の把持具、コレット、又は吸着することが可能なノズル（以下、吸着ノズルとも示す。）等が挙げられる。また、吸着ノズルは、先端が弾性体で形成されることが好ましい。また、吸着ノズルは、減圧手段に接続されていることが好ましい。

また、ピックアップ装置において、画像認識装置、及び移送手段のいずれか一つ以上を有してもよい。なお、移送手段は、小片を収めるトレイや、配線基板等を移送する。

また、本発明の一は、チップが付着され枠体に保持されたフィルムと、押圧治具とを相対的に水平方向に移動して前記フィルムを押圧して、前記フィルムから前記チップをピックアップすることを特徴とするピックアップ方法である。

また、本発明の一は、チップが付着され枠体に保持されたフィルムと、押圧治具とを相対的に水平方向に回転しながら移動して前記フィルムを押圧して、前記フィルムから前記チップをピックアップすることを特徴とするピックアップ方法である。

チップが付着され枠体に保持されたフィルムと、押圧治具とを相対的に水平方向に移動して前記フィルムを押圧して前記フィルムを撓ませて、前記チップ及び前記フィルムの間に隙間を形成した後、前記チップをピックアップする。また、前記水平方向は、前記チップが前記フィルムに付着する面と平行な方向である。

押圧治具を用いてチップが付着したフィルムを押し上げる又は押し下げることにより、チップの少なくとも２辺がフィルムから剥れ、チップとフィルムとの粘着面積が減少し、粘着力や密着力が低下する。このため、一部剥れたチップを持着治具で持着すると、フィルムからチップを容易に剥離することができる。

本発明のピックアップ装置は、フィルムからチップを剥す部材が鋭頭ではないため、フィルムからチップを損傷することなくピックアップすることが可能である。また、押圧治具を移動又は回転させながら、押圧治具の回転面や稜や面でチップが付着したフィルムを押圧するため、破損することなく、歩留まり高く、フィルムからチップを剥離することが可能である。また、フィルムからピックアップしたチップをトレイに容易に収納することが可能である。更には、プリント配線基板上に形成される端子と、チップの端子との位置合わせをした後、プリント配線基板に搭載することができ、スループットを向上させることが可能である。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
本実施の形態では、チップが付着したフィルムを押圧する治具（押圧治具と示す。）、押圧されたチップを持着する治具（以下、持着治具と示す。）、フィルムが固定された枠体を保持する支持体を有するピックアップ装置について説明する。

図１は本発明のピックアップ装置の主要部の断面図を示し、支持体１４１に保持された枠体１０２と、枠体に固定されたフィルム１０３と、フィルム１０３に付着するチップ１０６と、チップ１０６が付着したフィルム１０３を押圧する押圧治具１０１と、押圧されたチップを持着する持着治具１０４とを示す。本実施の形態では、押圧治具１０１がフィルム１０３を押し上げる例を示す。

ここで、フィルム１０３を押し上げる押圧治具１０１について、図２乃至図４を用いて説明する。

図２は、押圧治具１０１の一例を示す斜視図である。押圧治具１０１は、回転または移動しながらチップ１０６が付着されたフィルム１０３を押圧する治具であり、当該押圧によりチップの一部、チップ１０６が矩形状の場合はチップ１０６の少なくとも２辺をフィルム１０３から剥すことが可能な治具を用いる。代表的には、押圧治具１０１は、回転体又は移動体であることが好ましい。回転体としては、図２（Ａ）に示すような、円柱体１０１ａ、図２（Ｂ）に示すような多角柱体１０１ｂ、図２（Ｃ）に示すような球体１０１ｃ等が挙げられる。また、移動体としては、図２（Ｄ）に示すような直方体１０１ｄを用いることが出来る。なお、多角柱や直方体の稜は、丸みを帯びた曲面を有してもよい。

また、押圧治具１０１のフィルム１０３を押圧する表面は、凹凸を有することが好ましい。凹凸の代表例としては、溝、突起、波面、エンボス等がある。このような凹凸を有する押圧治具の代表的例として、図２（Ｅ）に一例を示すような溝を有する回転体又は移動体１０１ｅや、図２（Ｆ）に一例を示すように、凸部を有する回転体又は移動体１０１ｆがある。

押圧治具１０１のフィルム１０３を押圧する表面に凹凸を有することにより、図３に示すように、押圧治具１０１とフィルム１０３との間に空間１１１ｃが形成され、押圧治具１０１とフィルム１０３との粘着面積が低減する。このため、チップ１０６の一部をフィルム１０３から容易に浮き上がらせることが可能である。

また、図３において、チップ１０６はフィルム１０３から一部浮き上がり、チップ１０６及びフィルム１０３の間に隙間１１１ａ、１１１ｂが形成される。

ここでは、押圧治具１０１として円柱体を用いる。

次に、フィルム１０３を押し上げる押圧治具１０１とチップ１０６の大きさに関して図４を用いて説明する。

図４は、フィルム１０３を押し上げる押圧治具１０１及びチップ１０６が重複している領域の上面図である。ここでは、矩形のチップを用いて説明する。図４（Ａ）に示すように、フィルム１０３を押し上げる押圧治具１０１が円柱体、多角柱体または直方体の場合は、円柱体、多角柱体の回転方向や、直方体の移動方向（第１の方向）１３１に対して垂直な方向（第２の方向）の長さＸ１が、チップ１０６の第２の方向の長さＸ２の１倍以上１０倍以下、好ましくは１倍以上１．５倍以下、さらに好ましくは１倍以上１．２倍以下であることが望ましい。このような長さの押圧治具１０１を用いてフィルム１０３及びその上に設けられたチップ１０６を押し上げることにより、チップ１０６の少なくとも２辺をフィルム１０３から浮きあがらせることが可能である。

また、図４（Ｂ）に示すように、フィルム１０３を押し上げる押圧治具１０１が球体１０１ｃの場合は、球体１０１ｃの進行方向１３２と平行なチップ１０６の２辺Ｘ３、Ｘ４と重畳する領域を、球体１０１ｃを回転させながら移動させることが好ましい。この結果、チップ１０６において球体１０１ｃと重畳する２辺を浮き上がらせることが可能である。

上記工程において、チップ１０６の少なくとも２辺とは対向する２辺でも、隣り合う２辺でもよい。さらには、２辺のそれぞれ半分以上の辺が浮き上がらせれば、後に持着部によりチップ１０６を容易にピックアップすることができる。

次に、フィルム１０３及びフィルム１０３が固定される枠体１０２について、図５（Ａ）を用いて説明する。図５（Ａ）は、フィルム１０３が固定される枠体１０２の上面図である。フィルム１０３は、フィルムの一方の面に粘着層を有するフィルム（粘着フィルム）を用いればよく、代表的には紫外線硬化型粘着フィルム（ＵＶフィルム、ＵＶテープ、ＵＶシートともいう。）や、圧力が加わることにより粘着力が変化する感圧シート等が挙げられる。また、粘着フィルムに限定されず、粘着テープ、粘着シート、ウエハシート等を用いることも可能である。

なお、粘着フィルムの代わりに粘着層を有さないフィルムを用いてもよい。この場合、チップはフィルム上に静電気力又は吸着力により付着する。

ここでは、フィルム１０３として、粘着フィルム、より具体的には感圧フィルムを用いる。

フィルム１０３を固定する枠体１０２は、本実施の形態では、２つの円形の枠体で形成されており、これらの２つの枠体の間にフィルムを撓み無い状態で挟みこむことにより、フィルム１０３を固定する。なお、フィルム１０３を固定する枠体１０２として、エキスパンドリングを用いても良い。

なお、図５（Ａ）においては、フィルム１０３上に設けられるチップ１０６の形状として矩形が示されているが、チップ１０６の形状は矩形に限定されず円形、多角形でもよい。

本実施の形態では、チップ１０６として薄膜集積回路が形成された可撓性を有する基板を用いる。

持着治具１０４は、吸着ノズル、コレット、ピンセットやツメに代表される把持具等を用いることができる。ここでは、持着治具１０４として吸着ノズルを用いる。

持着治具１０４の代表例である吸着ノズルについて、図５（Ｂ）〜（Ｄ）を用いて説明する。図５（Ｂ）及び（Ｃ）は、ノズルの断面図であり、図５（Ｄ）はノズルの斜視図である。図５（Ｂ）に示すように、ノズル１０４ａは、基部１１２に設けられた吸引口１１０及び基部１１２内部に形成された空気の流路１１１を有する。また、ノズル１０４ａは減圧装置に接続され、吸引口１１０の端面でチップ１０６を吸着することが可能である。吸引口１１０の面積がチップ１０６の面積より小さいと、チップ１０６を歩留まり高く吸着することが可能である。また、ノズル１０４ａの基部１１２には、ゴムに代表される弾性体１１３を設けてもよい。弾性体１１３を設けることにより、ノズル１０４ａがチップ１０６にあたったときの衝撃や吸着時の空気漏れを低減することが可能である。また、弾性体１１３の基部１１２側の直径をチップ１０６側の直径より小さくする概略漏斗状の形状とすることで、チップ１０６を吸着しやすくすることができる。

また、ノズルにヒータを設けることで、ノズル１０４ａに持着機能以外にも加熱機能を持たせることができる。ノズル１０４ａにヒータを設けることにより、粘着フィルム１０３上に設けられたチップ１０６をノズル１０４ａで吸着してピックアップした後、プリント配線基板上に移動した後、ノズル１０４ａに設けられたヒータを加熱して、プリント配線基板上にチップ１０６を熱圧着して搭載することができる。この場合、ノズル１０４ａの基部１１２の先端には、熱圧着工程の加熱温度に耐えうる耐熱性の弾性体を設けてもよい。

また、図５（Ｃ）に示すように、吸引用のノズル１０４ａと、ヒータを有するノズル１０４ｂとを別々に有してもよい。この場合、ノズル１０４ａ、１０４ｂを有する軸１１４が回転することが好ましい。複数のノズルを有することにより、粘着フィルム１０３上に設けられたチップ１０６を吸引用のノズル１０４ａで吸着し、保持してプリント配線基板に移動した後、軸１１４を回転して、ヒータを有するノズル１０４ｂのヒータ１１５を加熱して、チップ１０６をプリント配線基板上に熱圧着して搭載することが出来る。

また、図５（Ｄ）に示すように、一方向に吸引口が並んだノズルを用いても良い。図５（Ｄ）において、吸着ノズル１０４ｃは、ノズルの基部１１８と基部１１８を支持する支持体１１９と吸引口の先に設けられた弾性体１１７とを有する。また、二方向（ＸＹ方向）に吸引口が並んだノズルを用いてもよい。このように複数の吸引口を有するノズルを用いることにより、複数のチップをピックアップすることが可能であり、スループットを向上させることが可能である。

持着治具１０４は、ロボットアームに接続されており、ロボットアームはさらに移動装置に接続され、昇降及び水平移動（ＸＹＺ方向）を自由に行うことが可能である。更には、ノズルの軸にモータ等の回転装置を設けることで、チップの向き（θ方向）をも回転させることが可能であり、プリント配線基板にチップを実装する場合の位置合わせが容易となる。

次に、本発明のピックアップ装置の一構成例について図９を用いて説明する。図９は、ピックアップ装置の斜視図である。ピックアップ装置は、フィルム１０３を固定する枠体１０２と、枠体１０２を支持する支持体１４１と、フィルム１０３の下側に設けられたフィルム１０３を押し上げる押圧治具１０１と、押圧治具１０１を移動する移動装置１４３と、フィルム１０３に付着されたチップ１０６を持着する持着治具１０４と、持着治具１０４を移動するロボットアーム１４４と、ロボットアーム１４４を移動する移動装置１４５と、トレイ１１６を支持する台１４６と、台１４６を移動する移動装置１４７とを有する。フィルム１０３を固定する枠体１０２は取り外しが可能である。持着治具１０４は、図示しない減圧装置と接続される。また、チップ１０６の検査及び位置認識が可能なカメラ１４８を有する。押圧治具１０１を移動する移動装置１４３は、押圧治具１０１を自動で回転させる回転装置、または押圧治具１０１を自動で移動させる移動装置であることが好ましい。ロボットアーム１４４を移動する移動装置１４５は、ロボットアーム１４４を自動的に移動させる移動装置であることが好ましい。

本実施の形態では、フィルム１０３を押し上げる押圧治具１０１を上方へ押し上げて、チップ１０６の少なくとも２辺をフィルム１０３から浮き上がらせて、チップ１０６を持着治具１０４により吸着しピックアップする例を示したがこれに限定されるものではない。フィルム１０３上方に押圧治具１０１を設け、フィルム１０３の下方に持着治具１０４を設け、押圧治具１０１をフィルム１０３の下方に押し下げてチップ１０６をピックアップしてもよい。

また、フィルム１０３を固定する枠体１０２の支持体１４１は、装置に固定された例を示したが、これの代わりに、ＸＹステージに設けられた支持体を用いてもよい。このような支持体を用いることにより、枠体１０２をＸＹ方向に移動させることが可能である。

（実施の形態２）
本実施の形態においては、本発明のピックアップ装置を用いてチップをピックアップする方法について説明する。

図１（Ａ）に示すように、フィルム１０３の一部に押圧治具１０１を押しあてながら、フィルム１０３を保持する枠体１０２と、フィルム１０３を押し上げる押圧治具１０１とを相対的に移動させる。このとき、フィルム１０３及び押圧治具１０１は相対的に水平方向に移動する。

この結果、図１（Ｂ）に示すように、フィルム１０３表面に設けられたチップ１０６の少なくとも２辺ａ、ｂがフィルム１０３から浮き上がり、フィルム１０３とチップ１０６との間に隙間１１１ａ、１１１ｂが形成され、粘着面積が低減する。このとき、押圧治具１０１に押圧されたフィルム１０３は撓む。

図１（Ｃ）に示すように、チップ１０６の少なくとも２辺を浮き上がらせると同時、又はその後にチップ１０６を持着治具１０４により持着、ここでは吸引すると、チップの表面は吸引口に吸着され、フィルム１０３からチップ１０６が剥離される。この結果、チップ１０６をフィルム１０３から剥離する際にチップ１０６を損傷させることなくピックアップすることが可能である。

次に、押圧治具１０１とフィルム１０３を保持する枠体１０２と持着治具１０４との相対的な移動方法について、図６を用いて説明する。なお、ここでは、押圧治具１０１として回転体を用いて説明する。

図６（Ａ）に示すように、フィルムを保持する枠体１０２を固定して、押圧治具１０１を回転させながら押圧治具１０１と持着治具１０４とをそれぞれ第１の方向２０１に移動する。なお、押圧治具１０１を回転させずに移動させてもよい。このとき、押圧治具１０１の一部をフィルムに押し付けるように移動する。この結果、フィルム１０３からチップ１０６の一部が剥される。チップ１０６の少なくとも２辺を浮き上がらせると同時、又はその後にチップ１０６を持着治具１０４を用いて剥離して、チップ１０６をピックアップすることができる。なお、第１の方向２０１は、フィルム１０３に付着されたチップ１０６の面と平行である。

また、図６（Ｂ）に示すように、押圧治具１０１と持着治具１０４とを対向する位置で固定して、フィルム１０３を固定する枠体１０２を第１の方向２０２に移動し、浮き上がらせる。チップ１０６の少なくとも２辺を浮き上がらせると同時、又はその後にチップ１０６を持着治具１０４で剥離してチップ１０６をピックアップしてもよい。このとき、押圧治具１０１の一部をフィルム１０３に押し付けるように移動する。なお、第１の方向２０２は、フィルム１０３に付着されたチップ１０６の面と平行である。

更には、図６（Ｃ）に示すように、フィルム１０３を保持する枠体１０２を第１の方向２０３に移動し、押圧治具１０１と持着治具１０４を第１の方向と反対である第２の方向２０４に移動させて、浮き上がったチップを持着治具１０４で剥離してチップ１０６をピックアップしてもよい。このとき、押圧治具１０１の一部をフィルム１０３に押し付けるように移動する。なお、第１の方向２０３及び第２の方向２０４は、フィルム１０３に付着されたチップ１０６の面と平行である。

次に、図７を用いてフィルム１０３上のチップ１０６をトレイに収集する方法について説明する。

図７（Ａ）に示すように、上記方法によりフィルム１０３上のチップ１０６を押圧治具１０１を用いて押し上げる。チップ１０６の少なくとも２辺を浮き上がらせると同時、又はその後に持着治具１０４によりチップ１０６を剥離する。次に、持着治具１０４を移動装置によりトレイ１１６上まで移動させ、図７（Ｂ）に示すように、トレイ１１６の中にチップ１０６を移動する。以上の工程により、粘着テープ上のチップ１０６をトレイ１１６に容易に回収することが可能である。

次に、図８を用いてフィルム１０３上のチップ１０６をプリント配線基板１２５上に実装する方法について説明する。

図８（Ａ）に示すように、上記方法によりフィルム１０３上のチップ１０６を押圧治具１０１を用いて押し上げる。チップ１０６の少なくとも２辺を浮き上がらせると同時、又はその後に持着治具１０４によりチップ１０６をフィルム１０３から剥離する。

次に、図８（Ｂ）に示すように、チップに形成される接続端子の位置をカメラ１２１で認識し位置決めすると共に、プリント配線基板１２５上に形成される接続端子１２３の位置をカメラ１２２で認識する。なお、プリント配線基板１２５上に形成される接続端子１２３の表面には、導電性ペースト１２４が設けられている。

次に、図８（Ｃ）に示すように、チップ１０６の接続端子とプリント配線基板１２５の接続端子１２３とが接続するように位置合わせをしながら、接続端子１２３の導電性ペースト１２４上にチップ１０６を移動する。次に、チップ１０６を加圧しながら加熱して、チップ１０６を接続端子１２３に熱圧着する。

以上の工程により、フィルム１０３上のチップ１０６をプリント配線基板１２５に容易に実装することが可能である。

本発明のピックアップ装置を示した断面図である。本発明のピックアップ装置の一部を示した斜視図である。本発明のピックアップ装置を示した断面図である。本発明のピックアップ装置の一部を示した上面図である。本発明のピックアップ装置の一部を示した図である。本発明のピックアップ装置の一部を示した図である。本発明のピックアップ方法を示した図である。本発明のピックアップ方法を示した図である。本発明のピックアップ装置を示した斜視図である。

Claims

チップが付着されたフィルムを固定する枠体を保持する支持体と、
前記フィルムの前記チップが付着されていない面のうち前記チップの２辺と重畳する領域を押圧する、球体からなる２つの押圧治具と、
前記枠体又は前記押圧治具を、前記フィルムと平行な方向に相対的に移動させる移動装置と、
前記押圧治具により前記フィルムが押圧されている部分または押圧された部分に付着している前記チップを持着する持着治具と、を有し、
前記２辺は、前記押圧治具の移動方向と平行な２辺であり、
前記２つの押圧治具の一方は、前記面のうち前記２辺の一方と重畳する領域を押圧し、
前記２つの押圧治具の他方は、前記面のうち前記２辺の他方と重畳する領域を押圧し、
前記持着治具は、吸着ノズルであり、
前記吸着ノズルは、先端が弾性体で形成され、
前記吸着ノズルはヒータを有し、
前記弾性体は耐熱性を有することを特徴とするピックアップ装置。
請求項１において、
前記押圧治具は、前記フィルムを押圧して前記フィルムを撓ませることを特徴とするピックアップ装置。
請求項１または請求項２において、
前記押圧治具は前記フィルムを押圧することにより、前記チップの少なくとも２辺を前記フィルムから剥すことを特徴とするピックアップ装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記吸着ノズルは、減圧手段に接続されていることを特徴とするピックアップ装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記持着治具は、一方向に並ぶように複数設けられていることを特徴とするピックアップ装置。
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
画像認識装置を有することを特徴とするピックアップ装置。