JPH10308431A - 半導体素子搭載装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で且つ高い位置決め精度が実現で
きる半導体素子搭載装置を提供する。 【解決手段】 平板１と、該平板１に接着された貫通穴
と該貫通穴につながる溝を有する平板２と、前記平板２
と接着され前記平板２の貫通穴に通じる微小貫通穴を有
する平板３と、前記平板３に接着され前記平板３の前記
微小貫通穴に通じ、素子５の外周寸法より若干大きい内
側寸法を有する素子の保持部を構成する貫通穴を有する
平板４とからなる。前記溝により形成された空洞からの
真空吸引により素子５を保持して基板９上に搬送し、圧
縮空気の送風により基板９へ素子５を搭載する。各平板
に透明な部材を使用することで位置あわせの微調整を可
能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子搭載装
置に関し、特に、光半導体素子の実装における半導体素
子搭載装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子を基板等に搭載する半
導体素子搭載装置としては、素子を吸引等により保持す
る吸着部（保持部）を有する搬送アームを用いて、半導
体素子を並べたテーブル等から素子を素子搭載部に搬
送、搭載する構造のものが使用されている。

【０００３】例えば、特開平３−２４８４４４号公報に
は、半導体素子を目標の位置に搬送、搭載する際、搬送
アームに吸固着された素子の位置ずれ等をカメラにより
検出し搬送アームの運動機構にフイードバックさせて、
搬送アーム自身の上下、左右及び回転運動を制御するこ
とにより半導体素子の位置あわせ制御を行うものが記載
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体素子搭載
装置は、半導体素子を搭載するための搬送アーム上の素
子の位置ずれ等を搬送アームの運動機構により補正して
搭載した素子の位置ずれを防止するものであり、搬送ア
ームの回転方向を含む運動機構及び位置ずれ検出制御機
構等のきわめて複雑で大規模なものを必要とするもので
ある。また、搬送アームの素子保持部は単に真空吸着に
よる把持を行うものであり、半導体素子が搬送アームの
素子保持部から素子搭載部に搭載されるまでの間の位置
ずれを防止する機能を有していないので、素子を搭載し
た状態での精度決定に大きな不確定要素を有するという
難点があった。

【０００５】また、従来の半導体素子搭載装置において
は、独立した複数の半導体素子を同時に搬送して高精度
に位置あわせして搭載することができないという難点が
あった。これは、前記公報記載のものは素子の搬送及び
搭載において、１つの搬送アームにより１素子の搬送及
び搭載を行うものであり複数の素子を扱うことは原理上
困難であるからであり、また、一般に、従来の搬送アー
ムの吸着保持部は半導体素子に比べてかなり大型化する
構成を有しており、複数の吸着保持部を高密度に配置で
きるものでなかったからである。

【０００６】（発明の目的）本発明の目的は、簡単な構
成で半導体素子を基板等に搭載することができる半導体
素子搭載装置を提供することにある。

【０００７】本発明の他の目的は、半導体素子を目標の
位置に搭載する際に高い位置決め精度が実現できる半導
体素子搭載装置を提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、複数の半導体素子を
目標の位置に同時に一括して高密度に搭載することがで
き、量産に適した半導体素子搭載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】本発明は、半導体素子を
吸着して搬送し、搭載部へ搭載する半導体素子搭載装置
において、半導体素子の吸着部が断面凹状に形成され、
凹部の内側寸法が前記半導体素子の外周寸法より若干大
きい寸法を有することを特徴とする。

【００１０】また、前記吸着部の凹部の内側の略中央に
貫通穴を有し該貫通穴を介する真空吸引及び圧縮空気の
送風により前記半導体素子の吸着及び解放を行うことを
特徴とする。そして、前記吸着部は、微小貫通穴を有す
る平板と、素子を内部に保持するための貫通穴を有し前
記微小貫通穴を前記貫通穴の略中央に位置するように前
記平板と接着された平板により半導体素子を吸着及び解
放を行うように構成する。

【００１１】より具体的には、本発明の半導体素子搭載
装置は、第１の平板と、該第１の平板に接着され貫通穴
及び該貫通穴につながる溝を有する第２の平板と、前記
第２の平板に接着され前記第２の平板の貫通穴に通じる
微小貫通穴を有する第３の平板と、前記第３の平板に接
着され前記第３の平板の前記微小貫通穴に通じ、素子の
外周寸法より若干大きい内側寸法を有する貫通穴を有す
る第４の平板からなることを特徴とする。また、前記第
１乃至第３の平板は透明な部材で構成すると好適であ
る。更に、半導体素子搭載装置の制御において、前記溝
により形成される空洞は、前記第２の平板の前記貫通穴
の反対側において二股に分かれ一方は真空吸引部、他方
は圧縮空気の送風部にそれぞれ接続されるように構成す
る。

【００１２】（作用）半導体素子をその外形寸法より若
干大きい内側寸法の凹部でなる保持部（吸着部）に吸着
して搬送し、目的の位置において解放することにより基
板上に搭載する。半導体素子は保持部により周囲を凹部
で形成された枠で囲むようにした状態で解放されるの
で、半導体素子が当該枠内において上下反転したり、枠
外に移動したり、更に、回転方法の位置ずれをおこすこ
となく搭載位置に正確に搭載されるので、高い搭載精度
が確保される。保持部は半導体素子を囲むよう構成する
ので、空気の吸い込みと吐き出しにより半導体素子の吸
着、解放を効率的に行うことができ半導体素子の操作性
がよい。

【００１３】保持部を含め全体を平板を張り合わせる形
の平板型にすることができ構造が簡単で薄く構成するこ
とができる。

【００１４】また、平板型であるから透明ガラスで構成
することができ、上部からの目視により半導体素子の位
置あわせを行うことが可能である。

【００１５】更に、平板型であるので保持部を高密度に
複数個並べて構成することができ複数個の半導体素子の
同時搭載を可能にする。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の半導体素子搭載装
置を一実施の形態により図面を参照して詳細に説明す
る。

【００１７】図１は本実施の形態の半導体素子搭載装置
を示す断面図である。本実施の形態は平板の組み合わせ
で構成される。特に、最良の実施の形態としては４枚の
透明なガラス板を張り合わせて一体にしたものとして構
成される。

【００１８】第１平板１は、両面が平坦で透明な平板で
ある。第２平板は、表裏間の貫通穴１２と、貫通穴１２
から連続する平板上部の溝１１とを有する平坦で透明な
平板である。第２平板２は第１平板１に接着され前記溝
１１は空洞部分を形成する。第２平板の穴１２は、前記
空洞部分を通じて外部に接続される後述の真空吸引及び
圧縮空気の送風用のポンプにつながる空気穴を形成して
いる。第３平板３は、極小の貫通穴１３を有する平坦で
透明な平板であり、第２平板２の貫通穴１２のほぼ中心
に位置するように第２平板２に接着されている。第４平
板４は、半導体素子の外形寸法よりわずかに大きい貫通
穴１４を有する平坦な平板であり、第３平板３に接着さ
れている。

【００１９】光半導体素子は、第４平板の貫通穴１４の
部分に吸引保持される。この貫通穴１４の大きさは、素
子の外形よりやや大きい寸法を有する。第３平板の穴１
３は半導体素子の外形寸法に比べて十分に小さい貫通穴
であり、半導体素子が保持される際に真空ポンブにより
第４平板４より上に吸い込まれない大きさを有する。第
４平板４の穴の深さ（平板の厚み）は、素子を保持して
いる状態で素子の下面が第４平板の下面より突出するこ
とがないように素子の厚みより大きくしてある。また、
第４平板の穴１４の深さ（平板の厚み）は、素子を保持
状態から解放して基板上等に搭載する過程で、素子が穴
１４内において回転して表裏が反転することがないよう
に、素子の水平方向の２辺のいずれの長さよりも小さく
している。

【００２０】図２は、本実施の形態の半導体素子搭載装
置を上部から見た図であり、前記各貫通穴、空洞部分及
び該空洞部分と接続される制御弁並びにポンプ部との関
係を示している。第１平板１と第２平板２との境界に形
成された溝１１による空洞部分は、二股パイプ及び２つ
の制御弁を介して外部の吸引ポンプ及び圧縮ポンプに接
続されている。半導体素子搭載装置の保持部（吸着部）
１４に半導体素子を保持する際は吸引ポンプ側の弁を開
いて素子を吸引し、また、前記保持部から素子を解放し
て基板上に搭載する際は圧縮ポンプ側の弁を開いて圧縮
空気を送風する。

【００２１】次に、本実施の形態の動作について、図３
（ａ）、（ｂ）を参照して詳細に説明する。

【００２２】半導体素子５は、図３（ａ）に示すように
半導体素子搭載装置の第４平板４の保持部に挿入され、
第３平板３の極小穴及び第２平板２の溝と第１平板１の
平面の間にできる空洞部分を通して空気を吸引する外部
の真空ポンプにより吸引されて保持される。

【００２３】半導体素子搭載装置は、半導体素子を保持
した状態で基板上に移動し、目標の位置に一致するよう
に位置が調整される。そして、第４平板４と実装基板９
の間にできる隙間が素子の厚みより小さくなるまで降下
する。次に、真空ポンプの吸引を止め、図３（ｂ）に示
すように圧縮空気を逆に送り込んで半導体素子５を素子
保持部から解放し基板９に搭載する。

【００２４】ここで、半導体素子５は、電極パッド６が
外側（下向き）になるように保持部に挿入保持され、目
標の位置に半導体素子５を搭載したときにその電極パッ
ドが基板上の半田バンプと接するようにする。また、第
３平板３の貫通穴（１３）は、半導体素子の真空吸引時
及び圧縮空気の送風時において、第４平板４の穴（１
４）と半導体素子５の間に作られる隙間を空気が均一に
通過するようにその大きさ形状を設定する。このように
することで半導体素子５は、保持部の中央において吸引
保持され、また、基板搭載時に保持部の中央位置で搭載
されるよう調整することができる。

【００２５】最後に、半導体素子搭載装置だけを上に持
ち上げることにより半導体素子の搭載が完了する。

【００２６】次に、本発明の半導体素子搭載装置の他の
実施の形態について図４及び図５を参照して詳細に説明
する。

【００２７】図４を参照すると、本実施の形態は、複数
個の素子を基板上の所定の位置に同時に搭載することが
できるように構成したものである。半導体素子搭載装置
の素子の保持部は、基板上に実装する複数の素子の個数
及び間隔と一致するようにアレイ状に配置して形成して
いる。

【００２８】該半導体素子搭載装置を用いることによ
り、１個の半導体素子の搭載の場合と同様に位置あわせ
を行って、例えば、直線上に並べられた基板上の複数の
電極位置に複数個の素子を同時に搭載することができ
る。

【００２９】さらに、図５を参照すると、本実施の形態
は、複数個の素子を基板上の二次元に並べられた所定の
電極位置に同時に搭載することができるように構成した
ものである。半導体素子搭載装置の素子の保持部は、基
板上の電極配置の個数及び間隔と一致するように複数個
の保持部を配置して形成している。

【００３０】該半導体素子搭載装置を用いることによ
り、他の実施の形態と同様に位置あわせを行って、例え
ば、格子状に並べられた基板上の電極位置に複数個の素
子を同時に搭載することができる。

【００３１】

【実施例】次に、本発明の半導体素子搭載装置の実施例
を図６及び図７を参照して説明する。本実施例では、平
板の厚みはそれぞれ、第１平板０．５ｍｍ、第２平板
１．０ｍｍ、第３平板０．３ｍｍ、第４平板０．３ｍｍ
である。

【００３２】半導体素子の大きさを０．６ｍｍ×２．０
ｍｍ（厚さ０．２ｍｍ）として、第４平板の穴の大きさ
は０．６６×２．０６ｍｍ（深さ０．２５ｍｍ）、第３
平板の穴の直径は０．３ｍｍφとする。半導体素子の電
極パッドは直径７０μｍφ、バンプの直径は９０μｍφ
である。

【００３３】また、図６に示すように本実施例では、使
用する基板として素子を高精度に搭載するため、電極８
及び半田バンプ７に対応する目合わせマーカ１０を設け
た基板９を用いる。

【００３４】図６を参照すると、半導体素子５は、半導
体素子搭載装置の保持部に挿入され、第２平板の溝と第
１平板の平板の間にできる空洞を通して外部に接続する
真空ポンプで吸引されて保持される。このとき、素子５
は電極パッドが下向きになるように保持部に挿入され
る。素子の保持状態において各素子の側面と保持部の穴
の各側面との間隔は、何れも最大０．０６ｍｍであり、
第４平板の下面と素子下面までの深さは０．０５ｍｍで
ある。

【００３５】本実施例の半導体素子搭載装置による半導
体素子の搬送、位置あわせ及び搭載の操作は以下のよう
に行われる。即ち、半導体素子５を保持した状態におい
て半導体素子搭載装置を素子を搭載する基板の目標の位
置に移動する。次に、半導体素子搭載装置による半導体
素子の位置合わせを行う。半導体素子搭載装置を構成す
る平板は透明なガラス板を使用しており、半導体素子搭
載装置の上部から素子を搭載する基板を目視することが
可能である。図６を参照すると、半導体素子搭載装置が
半導体素子５を保持し目標の位置に移動した状態を示し
ており、この状態において、素子の保持部の内壁が基板
側の目合わせマーカ１０の上に位置するように真上から
観察しながら半導体素子搭載装置の微調整を行う。

【００３６】目標の位置における半導体素子搭載装置の
微調整を行った後、半導体素子搭載装置の高さ方向の位
置を実装基板９の間にできる隙間が半導体素子５の厚み
０．２ｍｍより小さくなるまで下げる。ここで半導体素
子５を保持していた真空吸引を止め、逆に圧縮空気を送
り込むように制御弁を操作し、半導体素子５を保持部か
ら解放し基板９に搭載する。

【００３７】最後に半導体素子搭載装置全体を半導体素
子５に触れないように上に持ち上げて半導体素子５の搭
載を完了する。

【００３８】次に、半導体素子を半田バンプの上に搭載
した後のセルフアライメント実装について図７を参照し
て説明する。

【００３９】半導体素子５は、電極パッド８の直径が７
０μｍφとすると、溶融した半田バンプ７が電極と接合
するためには半田バンプ７の中心から電極の半径３５μ
ｍ以下の位置精度の仮置きがされなければならない。

【００４０】半導体素子搭載装置は、半導体素子５を保
持した状態で目標の位置に移動した後、半導体素子搭載
装置の保持部の穴の内壁を基板側の目合わせマーカ１０
の上に位置するように真上から観察しながら再度微調整
を行い位置決めしてから半導体素子を搭載するので、半
導体素子搭載装置で搭載された半導体素子５の仮置き精
度は必ず±３０μｍ以下となり、図７（ａ）に示すよう
に半導体素子５の電極６は必ず半田バンプ７の上に掛か
るように搭載位置を調整できる。

【００４１】たとえば、半導体素子５が保持部の穴の片
側に寄って吸着されている場合、その内壁と半導体素子
５の側面にできる隙間はほとんどないが、他方の隙間は
６０μｍある。この状態で半導体素子５を搭載した場
合、搭載精度は保持部の内壁で位置あわせするので、半
導体素子５の搭載精度が６０μｍずれることはなく、半
分の３０μｍ以下の精度で搭載することができる。

【００４２】この状態で半田を加熱して溶融すれば、図
７（ｂ）に示すように溶融した半田の表面張力により半
導体素子は基板の電極位置に半導体素子の電極が一致す
るように移動して固着される。このようにしてセルフア
ライメント実装が行われるので、半導体素子を確実且つ
高精度に実装することが可能となる。

【００４３】以上、本発明の実施の形態においては、半
導体素子搭載装置を第１ないし第４の平板を張り合わせ
て構成する例で説明したが、半導体素子搭載装置の構成
は平板の張り合わせのみのものに限られるものではな
く、一部の平板の張り合わせ部分を一体成形により構成
することができる。また、第３の平板の微小貫通穴は１
個の構成に限られるものではなく、複数設けて吸引及び
送風の特性を調整するようにしてもよい。更に、複数の
保持部を有する構成において空洞部分は適宜分割し吸着
及び搭載の制御を独立させ必要な部分の素子の搭載のみ
を行うように構成することができる。また、半導体素子
搭載装置の目合わせマーカによる前述の微調整は、光学
的な検出手段を用いて簡易な自動制御により行うように
構成することも可能である。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、半導体素子が半導体素
子搭載装置の保持部から解放されて基板上に搭載される
過程において、導体素子は常に保持部に囲まれており枠
外に出ることがないので、搭載精度は保持部と素子のク
リアランス以下になることが保証される。したがって、
簡単な構成により素子を目標の位置に高精度に搭載する
ことが可能である。

【００４５】また、半導体素子の吸着及び解放動作を真
空吸引と圧縮空気の送風により行うことにより、素子の
搬送ならびに搭載が安定にしかも効率よく確実に行うこ
とができる。

【００４６】更に、本発明によれば、半導体素子搭載装
置が平板の張り合わせ構造とすることにより、特に、保
持部の微細加工が可能であるから、複数の素子保持部を
高密度に製作することが容易であり複数個の半導体素子
を同時に基板上へ高密度に搭載するように構成すること
が可能である。

【００４７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体素子搭載装置の実施の形態を示
す断面図である。

【図２】本発明の半導体素子搭載装置の実施の形態を上
部から見た図である。

【図３】本発明の半導体素子搭載装置による素子の搬送
及び搭載の様子を示す断面図である。

【図４】本発明の半導体素子搭載装置のアレイ状に配列
した実施の形態を示す断面図である。

【図５】本発明の半導体素子搭載装置の格子状に配列し
た実施の形態を示す図である。

【図６】本発明の半導体素子搭載装置により素子を位置
あわせする様子を示す断面図である。

【図７】本発明の半導体素子搭載装置により素子の搭載
及びセルフアライメント実装の様子を示す図である。

【符号の説明】

１ 第１平板 ２ 第２平板 ３ 第３平板 ４ 第４平板 ５ 半導体素子 ６ 半導体素子電極 ７ 半田バンプ ８ 基板電極 ９ 基板 １０ 目合わせマーカ １１ 第２平板の溝 １２ 第２平板の貫通穴 １３ 第３平板の貫通穴 １４ 第４平板の穴（保持部）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体素子を吸着して搬送し、搭載部へ
   搭載する半導体素子搭載装置において、 半導体素子の吸着部が凹状に形成され、凹部の内側寸法
   が前記半導体素子の外周寸法より若干大きい寸法を有す
   ることを特徴とする半導体素子搭載装置。
2. 【請求項２】 前記吸着部の凹部の内側の略中央に貫通
   穴を有し該貫通穴を介する真空吸引及び圧縮空気の送風
   により前記半導体素子の吸着及び解放を行うことを特徴
   とする請求項１記載の半導体素子搭載装置。
3. 【請求項３】 微小貫通穴を有する平板と、素子を内部
   に保持するための貫通穴を有し前記微小貫通穴を前記貫
   通穴の略中央に位置するように前記平板と接着された平
   板により半導体素子を吸着及び解放を行う吸着部を構成
   することを特徴とする請求項２記載の半導体素子搭載装
   置。
4. 【請求項４】 第１の平板と、該第１の平板に接着され
   貫通穴及び該貫通穴につながる溝を有する第２の平板
   と、前記第２の平板に接着され前記第２の平板の貫通穴
   に通じる微小貫通穴を有する第３の平板と、前記第３の
   平板に接着され前記第３の平板の前記微小貫通穴に通じ
   る素子の外周寸法より若干大きい内側寸法を有する貫通
   穴を有する第４の平板からなることを特徴とする半導体
   素子搭載装置。
5. 【請求項５】 前記第１乃至第３の平板は透明な部材で
   なることを特徴とする請求項４記載の半導体素子搭載装
   置。
6. 【請求項６】 前記溝により形成される空洞は前記第２
   の平板の前記貫通穴の反対側において二股に分かれ一方
   は真空吸引部、他方は圧縮空気の送風部にそれぞれ接続
   されることを特徴とする請求項４又は５記載の半導体素
   子搭載装置。