(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022140934
(43)【公開日】2022-09-29
(54)【発明の名称】チップ部品除去装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/52 20060101AFI20220921BHJP
【FI】
H01L21/52 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021041020
(22)【出願日】2021-03-15
(71)【出願人】
【識別番号】000219314
【氏名又は名称】東レエンジニアリング株式会社
(72)【発明者】
【氏名】橋本 靖典
(72)【発明者】
【氏名】森 英治
(72)【発明者】
【氏名】東野 繁
【テーマコード(参考)】
5F047
【Fターム(参考)】
5F047FA57
5F047FA90
(57)【要約】
【課題】 多数のチップ部品が実装された基板から、不良チップ部品をレーザーで加熱して粘着フィルムに転写して取り外すのに際して、設備費を抑制しつつ工程時間の短縮が可能なチップ部品除去装置を提供すること。
【解決手段】 基板を保持する基板ステージと、前記基板に向けてレーザーを照射するレーザー光学系と、粘着フィルムの粘着面を、前記基板ステージが保持する基板に実装された不良チップ部品と対向させるよう配置することが可能な粘着フィルム移動手段と、前記レーザー光学系と前記粘着フィルム移動手段を制御する制御部を備え、前記レーザー光学系は空間光変調器を有し、前記空間光変調器により1つのレーザー光源から複数箇所に同時にレーザーを照射することが可能なチップ部品除去装置提供する。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
多数のチップ部品が実装された基板から不良チップ部品を取り外すチップ部品除去装置であって、
前記基板を保持する基板ステージと、
前記基板ステージが保持する基板に向けてレーザーを照射するレーザー光学系と、
粘着フィルムの粘着面を、前記基板ステージが保持する基板に実装された不良チップ部品と対向させるよう配置することが可能な粘着フィルム移動手段と、
前記レーザー光学系と前記粘着フィルム移動手段を制御する制御部を備え、
前記レーザー光学系は空間光変調器を有し、前記空間光変調器により1つのレーザー光源から複数箇所に同時にレーザーを照射することが可能なチップ部品除去装置。
【請求項2】
請求項1に記載のチップ部品除去装置であって、複数の不良チップ部品に選択的にレーザーを照射して加熱するチップ部品除去装置。
【請求項3】
請求項1または請求項2に記載のチップ部品除去装置であって、
前記空間光変調器によって同時にレーザーを照射できる範囲で、前記粘着フィルムを前記不良チップ部品に均等に押圧する押圧治具を更に備えたチップ部品除去装置。
【請求項4】
請求項1から請求項3のいずれかに記載のチップ部品除去装置であって、
前記空間光変調器が、位相型ホログラムにより光を分配する空間光位相変調素子を用いるチップ部品除去装置。
【請求項5】
請求項1から請求項4のいずれかに記載のチップ部品除去装置であって、
前記レーザーの波長が500nmから1400nmの範囲であって、レーザー照射により前記不良チップ部品の電極を加熱するチップ部品除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は多数のチップ部品が実装された基板から不良チップ部品を取り外すチップ部品除去装置に関する。
【背景技術】
【0002】
マイクロLEDと呼ばれる数十ミクロンサイズのLEDを画素とする所謂マイクロLEDディスプレイの開発が進んでいる。 マイクロLEDディスプレイは、TFT基板のサブピクセルにRGBのマイクロLEDチップを実装する構造が一般的である。
【0003】
マイクロLEDディスプレイに使用するマイクロLEDチップの数はサブピクセル数と同じであり膨大な数となる。例えば、4Kディスプレイにすると約2500万個のマイクロLEDチップが必要になる。
【0004】
このように膨大な数のマイクロLED等のチップ部品を実装する方法として様々な手法が提案されており、複数個のチップ部品をキャリアやスタンプに仮固定する方法等が検討されているが、実装不良をゼロにすることは極めて難しい。例えば、位置ズレや基板への未転写などの不良は一定の頻度で発生し、仮に実装不良の発生確率が0.1%であったとしても4KディスプレイのマイクロLEDディスプレイでは約2.5万個の実装不良が生じる。このため、実装不良のチップ部品(以後不良チップ部品と略す)を外して良品のチップ部品を実装するリワーク作業を如何に実施するかが大きな課題となっている。
【0005】
そこで、リワーク作業において、レーザーを用いて不良チップ部品を取り外す手法が有効とされている。すなわち、スポット径の小さいレーザーを使用することで、不良チップ部品のみにピンポイントで照射して加熱することが可能だからである。
【0006】
ここで、レーザーはチップ部品を透過する波長のものが好ましく、チップ部品を透過したレーザーが(金属で形成された)電極に吸収され、電極を加熱して近傍のはんだを融解することで、不良チップ部品は基板から取り外せる。
【0007】
ところで、はんだが融解した不良チップ部品の取り外しを簡易に行うために、粘着フィルムを用いる手法が提案されている(例えば特許文献1)。粘着フィルムを用いた不良チップ部品の取り外し方法を示したのが
図7である。
図7(a)において、レーザー光源30の照射位置をチップ部品Cの中の不良チップ部品Cdに合わせ、
図7(b)において粘着フィルムAFをチップ部品Cと密着させてから、
図7(c)のようにレーザー光源3からレーザーLを不良チップ部品に照射して加熱して、
図7(d)のように粘着フィルムAFを基板Sから遠ざけることで、はんだが溶融した状態の不良チップ部品Cdは粘着フィルムに転写され基板Sから不良チップ部品Cdのみを取り外すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】韓国登録特許KR10-1918106号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
粘着フィルムを用いることで数十μmサイズのチップ部品も容易に取り外すことができるが、
図7(a)から
図7(d)の一連の動作に4から5秒の時間を要している。このため、2.5万個のチップを取外すのに要する時間だけで、10万秒以上、すなわち27時間以上を要する。このため、リペア工程での生産性が極めて悪くなる。
【0010】
そこで、レーザー光源を複数配して、多数の不良チップ部品を同時に加熱すれば処理時間は短縮される。しかし、レーザー光源の複数化には設備費の増大は避けられない。また、例えばラインレーザーなどの幅広レーザーを用いて複数のチップ部品を加熱することは可能であるが、ランダムに発生する不良チップ部品のみにレーザーを照射するようなマスクを準備することも困難である。
【0011】
本発明は、以上の課題に鑑みてなされたものであり、多数のチップ部品が実装された基板から、不良チップ部品をレーザーで加熱して粘着フィルムに転写して取り外すのに際して、設備費を抑制しつつ工程時間の短縮が可能なチップ部品除去装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、
多数のチップ部品が実装された基板から不良チップ部品を取り外すチップ部品除去装置であって、
前記基板を保持する基板ステージと、
前記基板ステージが保持する基板に向けてレーザーを照射するレーザー光学系と、粘着フィルムの粘着面を、前記基板ステージが保持する基板に実装された不良チップ部品と対向させるよう配置することが可能な粘着フィルム移動手段と、前記レーザー光学系と前記粘着フィルム移動手段を制御する制御部を備え、
前記レーザー光学系は空間光変調器を有し、前記空間光変調器により1つのレーザー光源から複数箇所に同時にレーザーを照射することが可能なチップ部品除去装置である。
【0013】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のチップ部品除去装置であって、複数の不良チップ部品に選択的にレーザーを照射して加熱するチップ部品除去装置である。
【0014】
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載のチップ部品除去装置であって、
前記空間光変調器によって同時にレーザーを照射できる範囲で、前記粘着フィルムを前記不良チップ部品に均等に押圧する押圧治具を更に備えたチップ部品除去装置である。
【0015】
請求項4に記載の発明は、請求項1から請求項3のいずれかに記載のチップ部品除去装置であって、
前記空間光変調器が、位相型ホログラムにより光を分配する空間光位相変調素子を用いるチップ部品除去装置である。
【0016】
請求項5に記載の発明は、請求項1から請求項4のいずれかに記載のチップ部品除去装置であって、
前記レーザーの波長が500nmから1400nmの範囲であって、レーザー照射により前記不良チップ部品の電極を加熱するチップ部品除去装置である。
【発明の効果】
【0017】
本発明により、多数のチップ部品が実装された基板から、不良チップ部品をレーザーで加熱して粘着フィルムに転写して取り外すチップ部品除去装置において、設備費を抑制しつつ工程時間の短縮を図ることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【
図1】本発明の実施形態1に係るチップ部品除去装置の外観図である。
【
図2】本発明の実施形態1に係るチップ部品除去装置の構成要素を説明する図である。
【
図3】本発明の実施形態1に係るチップ部品除去装置の基板から不良チップを取り外す工程を説明するもので、(a)位置合わせ工程について示し、(b)密着工程を示し、(c)加熱工程を示し、(d)粘着フィルム離隔工程を示す図である。
【
図4】本発明の実施形態における、レーザー照射エリアの不良チップ部品について説明する図である。
【
図5】本発明の実施形態2に係るチップ部品除去装置で基板から不良チップを取り外す工程を説明するもので、(a)押圧治具が粘着フィルムと接触した状態を示し、(b)加熱工程を示し、(c)粘着フィルム離隔工程を示す図である。
【
図6】多数のチップ部品が実装された基板内におけるレーザー照射エリアについて説明するもので、(a)面積が一定のレーザー照射エリアを示し、(b)不良チップ部品数が一定になるようレーザー照射エリアの面積を変化させる例を示す図である。
【
図7】粘着フィルムを用いたチップ部品除去方法の従来例について説明するもので(a)チップ部品とレーザーの照射位置を合わせる位置合わせ工程を示し、(b)粘着フィルムを不良チップ部品に密着させる密着工程を示し、(c)粘着フィルム越しに不良チップ部品にレーザーを照射して加熱する加熱工程を示し、(d)不良チップ部品が転写された粘着フィルムを基板から隔離する粘着フィルム隔離工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
本発明の実施形態について、図を用いて説明する。
図1は本発明の実施形態1におけるチップ部品除去装置1の外観を示す図であり、
図2はチップ部品除去装置1で不良チップ部品を除去する構成要素を説明するための(Y方向から見た)図である。
【0020】
チップ部品除去装置1は、基板Sに実装されている多数のチップ部品Cの中の不良チップ部品Cdを粘着フィルムAFに転写して取り外す装置であり、同時に複数の不良チップ部品Cdを取り外すことが可能である。ここで、基板SとしてTFT基板、チップ部品Cとしてはサイズが数十μmのマイクロLEDチップを想定しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、チップ部品はサイズが数十から数百μmのミニLEDチップやミリサイズのミリLEDチップ、基板Sが配線基板でチップ部品がメモリ素子等の半導体チップのケースにも適用し得る。
【0021】
粘着フィルムAFは少なくとも一方の面に粘着性を有する柔軟なフィルムであり、基体フィルムに粘着層を設けた2層構造のフィルムであってもよく、厚みは柔軟性と強度の関係から10から200μmの範囲にあることが好ましく、20μm程度が特に望ましい。また、不良チップ部品Cdに照射するレーザーの波長に対して少なくとも50%の透過率を有する一方で吸収率が10%以下、望ましくは透過率70%以上で吸収率5%以下のものを用いる。具体的な素材としてはシリコーン系の樹脂が好適である。
【0022】
チップ部品除去装置1は、基台100、基板ステージ2、レーザー光学系3、粘着フィルム移動手段4および制御部10を構成要素としている。また、必要に応じてレーザー照射位置と不良チップ部品Cdの位置関係を確認するためのカメラ5を備えてもよい。
【0023】
基台100はチップ部品除去装置1を構成する主な構造体であり。基板ステージ2を支持している。
【0024】
基板ステージ2は基板Sを吸着保持するとともに基板Sの面内方向に位置調整する機能を有している。基板ステージ2は、
図1に示すように、基板Sを吸着保持する吸着テーブル20と、吸着テーブル20をZ軸に対して回転(θ方向)させるθ方向可動部21と、X方向に移動可能なX方向可動部22と、Y方向に移動可能なY方向可動部23を構成要素としている。ただし、基板ステージ2は、
図1に示す構成に限定されるものではなく、基板Sを平面上に保持して、X、Yおよびθの各方向に位置調整が可能な構成であればよい。
【0025】
レーザー光学系3は複数の不良チップ部品Cdにレーザーを照射して(各不良チップ部品Cdの)電極部分を加熱するものである。
【0026】
実施形態1のチップ部品除去装置1において、レーザー光学系3は、レーザー光源30、空間光変調器31、ミラー32、集光レンズ33を有していて、レーザー光源30から発せられる1本のレーザービームを複数本のビームとして不良チップ部品Cdに照射する機能を有している。
【0027】
レーザー光源30は、LEDチップや半導体チップを透過しつつバンプBを加熱する、可視光から近赤外の範囲の波長を発するものである。具体的な波長としては、500nmから1400nmの範囲内にあることが望ましい。
【0028】
空間光変調器31は、アドレス部と光変調部から構成され、アドレス部への書き込み情報により光変調部の光学特性を変化させ、その変化に応じて光が変調され、書き込み情報を反映した光出力(特定の光強度分布)を得る機能を有しており、この機能を活かして1本のレーザービームから複数のレーザービームを生成することも可能である。ここで、複数のレーザービームを生成するというのは、1本のレーザービームを順次スキャンするのではなく、同時に複数個所を照射可能という意味である。実施形態1では、空間光変調器31として液晶を用いた空間光位相変調器であるLCOSを用いて位相型ホログラム(反射方式)により光を分配する方式としているが、これに限定されるものではない。例えば、空間光変調器31として、駆動可能な微小ミラーを配列したデジタルミラーデバイス(DMD)であってもよい。
【0029】
ミラー32は、空間光変調器31によって分配されたレーザーを(不良チップ部品Cdが実装された)基板Sに向けるものである。
【0030】
集光レンズ33は、分配された複数のレーザービームを、不良チップ部品Cd(のバンプB)を加熱するように集光させるものである。
【0031】
粘着フィルム移動手段4は、分配された複数のレーザービームの照射エリア上に、粘着フィルムAFを配置するとともに上下に移動させるものである。粘着フィルム移動手段4は、ロール状に巻かれた粘着フィルムAFを巻出部4aから巻出して平板状で搬送して巻取部4bによってロール状に巻取る搬送系と、搬送系を移動させる(図示しない)移動機構によって構成されている。
【0032】
カメラ5は、不良チップ部品Cdの位置とレーザー照射位置の相対位置関係を測定するのに用いるものであり、不良チップ部品Cdとレーザー照射位置を合わせる際に用いることが出来る。
【0033】
制御部10は、チップ部品除去装置1の動作を制御するもので、基板ステージ2、レーザー光学系3のレーザー光源30と空間光変調器31、粘着フィルム移動手段4と接続され、チップ部品除去装置1がカメラ5を備えている場合はカメラ5と接続される。また、制御部10は外部の機器とデータの送受や記憶する機能を有していてもよい。例えば、基板Sに実装されたチップ部品Cの、どれが不良チップ部品Cdであるかという情報を検査装置等から受信して記憶していてもよい。
【0034】
制御部10は基板ステージ2と接続して、基板Sの吸着保持のオンオフや、吸着テーブル20の面内方向位置を制御する機能を有している。
【0035】
制御部10はレーザー光源30と接続して、レーザー照射の有無や出力を制御する機能を有している。また、空間光変調器31のアドレス部と接続して、レーザー光源30から発せられたレーザービームをどのように分配するかを制御する機能を有している。
【0036】
更に、制御部10は、ミラー32乃至は集光レンズ33の位置や向きを調整する駆動手段と接続して、ミラー32乃至は集光レンズ33の動作を制御してもよい。
【0037】
制御部10は粘着フィルム移動手段4と接続して、巻出部4aと巻取部4bを制御して粘着フィルムAFの搬送を制御する機能と、(図示しない)移動機構の制御により巻出部4aと巻取部4bを含む搬送系の空間位置を調整する機能を有している。
【0038】
また、カメラ5を備える場合においては、制御部10はカメラ5と接続して、カメラ5が取得した画像を入力して位置情報を解析する機能と、カメラ5の空間位置を制御する機能を有している。
【0039】
以下、本発明の実施形態1のチップ部品除去装置1で、基板Sに実装されている不良チップ部品Cdを取り外すチップ部品除去方法について、
図3を用いて説明する。なお、
図3は、
図2と同様にチップ部品除去装置1をY方向から見た図である。
【0040】
まず、
図3(a)は、不良チップ部品Cdにレーザーを照射できるよう、レーザーの照射範囲と基板Sの位置関係を把握して相対位置を調整する位置合わせ工程を示している。
。位置合わせ工程において、レーザー照射エリアが定まっているのであれば、基板ステージ2を移動させてレーザー照射エリア内に、(基板Sの)チップ部品Cが実装されている領域を合わせる。その際、基板Sの数か所に設けられたアライメントマークSAの位置情報をカメラ5で取得して位置合わせを行なうのが望ましい。
【0041】
ここで、レーザー照射エリアとは、空間光変調器31によって分配されたレーザービームがミラー32と集光レンズ33を経て同時に照射する範囲である。
図4には、基板S上面から眺めたレーザー照射エリアAIの例を示しており、レーザー照射エリアAI内には複数のチップ部品Cが配置されており、その内の幾つかが不良チップ部品Cdである。
【0042】
図3(a)において、粘着フィルムAFが不良チップ部品Cd(およびチップ部品C)と接触しない状態で基板Sと対向配置された状態で、カメラ5によりアライメントマークSAの位置情報を取得しているが、位置合わせ工程はこれに限定されるものではない。すなわち、粘着フィルムAFが光学的に濁っている場合は、粘着フィルムAFを配置しない状態でカメラ5によるアライメントマークSAの位置情報取得を行なってから、粘着フィルム移動手段4により粘着フィルムAFを不良チップ部品Cd(およびチップ部品C)と接触しないように、基板Sと対向配置してもよい。
【0043】
また、本実施形態の位置合わせ工程では基板ステージ2を移動させているが、本発明はこれに限定されるものではなく、レーザー光学系3のレーザー照射エリアAIを移動させて位置合わせを行なってもよい。例えば、ミラー32乃至は集光レンズ33を駆動することで照射エリアAIを移動させることが出来る。この場合、例えば、空間光変調器31により複数分岐させたレーザーの照射位置を(位置合わせ用)基準スポットとして、カメラ5等の光学センサが確認して、基板ステージ2上の基板Sとの相対位置を合わせるのがよい。
【0044】
なお、この段階において制御部10は、レーザー照射エリアAI内の何処に不良チップ部品Cdの位置(アドレス)情報を取得している。
【0045】
図3(b)は、位置合わせ工程の後に、粘着フィルム移動手段4により粘着フィルムAFをレーザー照射エリアAI内の不良チップ部品Cdに密着させる密着工程を示している。この後、制御部10が有しているレーザー照射エリアAI内における不良チップ部品Cdの位置情報により、空間光変調器31が不良チップCdの存在箇所にレーザービームを分配するようにしてから、
図3(c)のようにレーザー光源30がレーザー放射を行ない、不良チップ部品Cdを加熱する(加熱工程)。
【0046】
加熱工程では、不良チップ部品CdのバンプBが加熱される。そこで、はんだが融解した段階で、粘着フィルム離隔工程として粘着フィルムAFを上昇させると、
図3(d)のように不良チップ部品Cdのみを(複数個同時に)粘着フィルムAFに転写して剥離することが出来る。
【0047】
このように、本実施形態のように空間光変調器31によりレーザービームを分配することで、1つのレーザー光源30で複数の不良チップ部品Cdを同時に取り外すことが可能になり、設備費を抑制しつつ高率化(工程時間の短縮)が可能となる。
【0048】
なお、本実施形態では、
図3(b)のように粘着フィルムAFを不良チップ部品Cdに密着させる密着工程から、
図3(c)のようにレーザーLを照射する加熱工程としているが、レーザー照射時点の粘着フィルムAFと不良チップ部品Cdの密着は必須要件ではない。すなわち、粘着フィルムAFが不良チップ部品Cdと非接触な状態で加熱工程としてレーザーLの照射を開始してから、粘着フィルムAFと不良チップ部品Cdを密着させても良い。粘着フィルムAFが不良チップ部品Cdと非接触な状態でレーザーLの照射を開始すれば、粘着フィルムAFの昇温が抑えられる。このため、粘着フィルムAFは、過熱による変質が防げるので、再利用も可能となる。
【0049】
ところで、
図2に示した装置構成で、
図3(a)から
図3(b)のように粘着フィルム移動手段4により粘着フィルムAFを不良チップ部品Cdに密着させようとした場合、レーザー照射エリア内の位置により不良チップ部品Cdと粘着フィルムAFの接触状態が異なることもある。このような場合、一部の不良チップ部品Cdが粘着フィルムAFと密着しないケースも考えられ、好ましくない。
【0050】
そこで、本発明の実施形態2として、
図5(a)のように粘着フィルムAFをレーザー照射エリア内の不良チップ部品Cd(およびチップ部品C)を均等に押圧する押圧治具7を用いてもよい。この押圧治具7としては、
図5(b)のようにレーザーLの波長に対して透過性を有するものであって平面性に優れたものが望ましい。
【0051】
以上のように、本発明により基板Sに実装されているチップ部品Cの中から複数の不良チップ部品Cdを同時に取り外すことが可能となる。
【0052】
一方において、本発明が対象とするようなマイクロLEDディスプレイには数千万個のマイクロLEDチップが実装され、リペアのために数万個を取り外す必要があり、これを一度に外すことは不可能である。このため、
図4に示したようなレーザー照射エリアAIは、(1つの)基板S内に多数存在することになる。
図6(a)は基板S内において、複数のレーザー照射エリアAIが存在する例を示したものである。このようなケースにおいて、粘着フィルムAFの(搬送方向に対する)幅は、レーザー照射エリアAIの幅WAIに合わせると無駄がなくて良い。
【0053】
図6(a)において、レーザー照射エリアAIを全て同じにしてあるが、レーザー照射エリアAI(1)、AI(2)、AI(3)、・・夫々のエリア内における不良チップ部品Cdの数は同じではない。このため、レーザー光源30のパワーが一定の場合、レーザー照射エリアAI内の不良チップ部品Cdの数によって空間光変調器31におけるレーザービームの分岐数が異なると、不良チップ部品Cd毎に照射されるレーザーLのパワーが異なることになる。この対策として、レーザー照射エリア内の不良チップ部品Cdの数に応じて、レーザー光源のパワーの調整や、照射時間の調整が考えられる。しかし、工程安定化の観点から、短期間毎の条件変更は懸念もある。
【0054】
そこで、レーザー光源30のパワーを一定かつ空間光変調器31から分岐するレーザービームの数を一定にしつつも、各不良チップ部品Cdに照射するレーザーパワーを一定にする手法を用いるのが望ましい。具体的には、空間光変調器31が焦点距離を分岐先毎に変更する機能を有している場合において、不良チップ部品Cdの数より過多なレーザービームについては不良チップ部品Cdを外れる方向に分岐させつつ、(チップ部品C等を加熱することがないように)焦点距離を調整する方法がある。また、
図3(b)のように、毎回同じ数(あるいは、ほぼ同じ数)の不良チップ部品Cdを取り外すように、レーザー照射エリアAIを変化(最大範囲に対して狭める方向)させる手法でもよい。
【符号の説明】
【0055】
1 チップ部品除去装置
2 基板ステージ
3 レーザー光学系
4 粘着フィルム移動手段
5 カメラ
7 押圧治具
10 制御部
30 レーザー光源
31 空間光変調器
32 ミラー
33 集光レンズ
100 基台
AF 粘着フィルム
AI レーザー照射エリア
B バンプ
C チップ部品
Cd 不良チップ部品
S 基板
SA 基板アライメントマーク
WAI レーザー照射エリアの幅(粘着フィルムの幅方向)