JP2000150970A - 発光素子のボンディング方法および装置 - Google Patents

発光素子のボンディング方法および装置

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JP2000150970A
JP2000150970A JP10328111A JP32811198A JP2000150970A JP 2000150970 A JP2000150970 A JP 2000150970A JP 10328111 A JP10328111 A JP 10328111A JP 32811198 A JP32811198 A JP 32811198A JP 2000150970 A JP2000150970 A JP 2000150970A
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light emitting
emitting element
bonding
chip
light
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JP10328111A
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English (en)
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Kiyobumi Yamamoto
清文 山本
Hiroshi Maeda
弘 前田
Satoshi Ajino
敏 味埜
Kazuhiro Nishida
和弘 西田
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】発光素子の外形形状のばらつき等に影響される
ことがなく、前記発光素子の発光中心を基板上の所定の
位置に高精度に位置決めすることを可能にする。 【解決手段】LEDチップ14を基板12上にボンディ
ングする前に、このLEDチップ14を発光させるプロ
ーブ16と、前記LEDチップ14の発光中心を認識
し、この認識された発光中心の座標に対する前記LED
チップ14の外形基準点座標を画像認識するための撮像
手段18と、画像認識された前記外形基準点座標に基づ
いて、前記LEDチップ14を前記基板12上のボンデ
ィング位置に位置決めする発光素子保持手段20とを備
える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子を基板上
の所定の位置にボンディングするための発光素子のボン
ディング方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般的に、画像の読み取り用や出力(記
録)用の光源として、LDまたはLED等を複数個配列
させた発光素子アレイが採用されている。例えば、図1
6に示すように、LEDアレイ1は、基板2上に複数の
LEDチップ(発光素子)3を一方向に向かって等間隔
に配列して構成されている。なお、LEDチップ3は、
銀ペーストを介して基板2上にボンディングされてお
り、各LEDチップ3から金ワイヤ4が導出されてい
る。
【0003】この種のLEDアレイ1では、各LEDチ
ップ3の発光中心間距離が等間隔になるように、各LE
Dチップ3を基板2上に高精度にアライメントする必要
がある。このため、例えば、特開平6−216170号
公報に開示されている自動ダイポンダーが知られてい
る。この従来技術では、半導体素子とこれが接合される
ワークとの間に固体撮像素子を移動させ、上側の固体撮
像素子で半導体素子のマークを撮影する一方、下側の固
体撮像素子でワークのマークを撮影している。次いで、
処理制御部により半導体素子とワークとの相対的な位置
関係が算出された後、この算出結果に基づいて半導体素
子とワークとの相対位置関係を調整してボンディングを
行っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、LED
チップでは、通常、その発光中心と外形形状の中心とに
位置ずれが発生している。このため、それぞれに設けら
れたアライメントマークを合せるようにしてLEDチッ
プと基板との位置合わせを行ったとしても、前記LED
チップの発光中心のばらつきには有効に対応することが
できないという問題がある。
【0005】しかも、LEDチップは、特にその外形形
状にばらつきが大きく、このLEDチップの外形形状の
中心位置を認識する際にずれが生じ易い。これにより、
各LEDチップの発光中心を精度よく位置決めすること
は困難であり、高精度なLEDアレイを構成することが
できないという問題が指摘されている。
【0006】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、発光素子の発光中心のばらつきや外形形状のばらつ
きに影響されることがなく、前記発光素子の発光中心を
基板上に高精度かつ容易に位置決めすることが可能な発
光素子のボンディング方法および装置を提供することを
目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る発光素子の
ボンディング方法および装置では、先ず、ボンディング
前に発光素子を発光させてこの発光素子の発光中心を認
識し、該認識された発光中心の座標に対する前記発光素
子の外形基準点座標を画像認識する。次いで、画像認識
された外形基準点座標に基づいて発光素子を基板上のボ
ンディング位置に位置決めし、前記発光素子を前記基板
上にボンディングする。
【0008】これにより、発光素子毎の発光中心のばら
つきや外形形状のばらつきに影響されることがなく、前
記発光素子の発光中心を基板上の所望の位置に対して高
精度に位置決めすることが可能になる。従って、複数の
発光素子を基板上にボンディングする際、各発光素子の
発光中心間距離を等間隔かつ高精度に位置決めすること
ができ、高品質な発光素子アレイを簡単に製造すること
が可能になる。
【0009】ここで、発光素子を発光させる発光手段お
よび発光素子保持手段が、撮像手段の光軸方向に交差す
る方向に進退可能である。従って、固定された撮像手段
を介して発光素子と基板との位置合わせ処理が高精度に
遂行される。
【0010】また、発光素子は複数のチップが連接され
ており、1つのチップが発光用チップとして使用される
一方、その他のチップが前記発光素子を保持するための
吸着用チップとして機能する。これにより、発光素子を
保持したまま発光させることが可能となり、前記発光素
子の吸着時に位置ずれが発生することを確実に阻止する
ことができる。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施形態に係る
発光素子のボンディング方法を実施するためのボンディ
ング装置10の概略斜視説明図であり、図2は、前記ボ
ンディング装置10の側面説明図である。
【0012】ボンディング装置10は、基板12上に発
光素子であるLEDチップ14をボンディングする前に
このLEDチップ14を発光させる手段であるプローブ
16と、前記LEDチップ14の発光中心を認識し、こ
の認識された発光中心の座標に対する該LEDチップ1
4の外形基準点座標を画像認識するための撮像手段18
と、画像認識された前記外形基準点座標に基づいて、前
記LEDチップ14を前記基板12上のボンディング位
置に位置決めする発光素子保持手段20とを備える。
【0013】ボンディング装置10を構成する定盤22
の上面24には、移動機構26が設けられる。移動機構
26は、第1モータ28を介して直交座標系のY軸方向
に移動可能な第1移動ステージ30と、第2モータ32
を介して前記第1移動ステージ30に対し直交座標系の
X軸方向に移動可能な第2移動ステージ34とを備え
る。
【0014】第1移動ステージ30は、Y軸方向に延在
して配置される一対のガイドレール36a、36bと、
前記ガイドレール36a、36b間に配置され、Y軸方
向に延在するボールねじ38とを備え、このボールねじ
38の一端側に第1モータ28の出力軸が連結される。
ボールねじ38には、Y軸可動テーブル40に設けられ
た図示しないナット部材が螺合しており、このY軸可動
テーブル40がガイドレール36a、36bに支持され
ている。
【0015】Y軸可動テーブル40は、X軸方向に長尺
に構成されており、このY軸可動テーブル40上には、
第2移動ステージ34を構成する一対のガイドレール4
2a、42bと、このガイドレール42a、42b間に
配置されるボールねじ44とがX軸方向に延在して配置
される。ボールねじ44の一端に第2モータ32の出力
軸が連結されるとともに、このボールねじ44がX軸可
動テーブル46に設けられた図示しないナット部材に螺
合している。
【0016】X軸可動テーブル46の上面48には、複
数のLEDチップ14が切り出されたチップウエハ50
を配置するチップ配置台52と、各LEDチップ14毎
に回転位置を補正するためのθステージ54と、基板1
2を吸着保持する基板吸着台56とが設けられる。θス
テージ54は、図示しないアクチュエータを介してZ軸
回りに回転自在な回転テーブル58を備えている。
【0017】定盤22の一端側にコラム60が立設さ
れ、このコラム60には、プローブ16および発光素子
保持手段20をZ軸方向およびX軸方向に進退可能な駆
動手段62が設けられる。駆動手段62は、コラム60
の垂直面に固定されたフレーム64を備え、このフレー
ム64の一端側に第3モータ66が固着され、この第3
モータ66の出力軸にボールねじ68が連結される。ボ
ールねじ68には、X軸テーブル70が装着され、この
X軸テーブル70には、上下方向に向かってフレーム7
2が固定される。
【0018】フレーム72の上部に第4モータ74が固
定され、この第4モータ74の出力軸に連結されたボー
ルねじ76が、Z軸方向に延在して昇降台78に係合す
る。昇降台78には、発光素子保持手段20を構成する
コレット部材80が設けられ、このコレット部材80に
は、図示しない負圧発生源が連通している。昇降台78
には、プローブ16が固定されるとともに、このプロー
ブ16の先端側には、Z軸方向に対して傾斜する接触子
82が設けられている。
【0019】コラム60には、撮像手段18を構成する
アーム84が設けられ、このアーム84の先端にはCC
Dカメラ86、88がそれぞれZ軸方向およびX軸方向
に指向して装着される。CCDカメラ86、88の光軸
上には、二焦点光学系90が設けられている。定盤22
の側部には、CCDカメラ86、88により撮像された
画像が入力され、画像処理を行ってLEDチップ14の
外形基準点L1(後述する)の座標を認識するための画
像処理部100が並設されている。
【0020】このように構成されるボンディング装置1
0の動作について、図3〜図5に示すフローチャートに
基づいて以下に説明する。
【0021】先ず、基板吸着台56上に基板12がセッ
トされる。この基板12は、X軸方向のエッジを図示し
ないステーション基準面に合わせて位置決めされてお
り、基板吸着台56に設けられている図示しない吸着孔
から吸引されることによって、この基板吸着台56上に
吸着保持される。一方、チップ配置台52上には、複数
のLEDチップ14がウエハ状に配置されている。
【0022】そこで、移動機構26が駆動され、チップ
配置台52が撮像手段18のカメラセンタに対応する位
置、すなわち、チップ取り出し位置に配置される(ステ
ップS1)。移動機構26では、第1モータ28が駆動
されることにより、ボールねじ38の回転作用下にY軸
可動テーブル40がY軸方向に移動するとともに、第2
モータ32の駆動作用下にボールねじ44が回転される
ことによって、X軸可動テーブル46がX軸方向に移動
する。従って、第1および第2モータ28、32が駆動
制御されることにより、チップ配置台52の所定の位置
に配置されているLEDチップ14がチップ取り出し位
置に対応して配置される。
【0023】次いで、撮像手段18を構成する、例え
ば、CCDカメラ86を介してチップ配置台52上の所
定のLEDチップ14が撮像される(ステップS2)。
CCDカメラ86で撮像されたLEDチップ14の画像
信号は、画像処理部100に送られて画像処理が施さ
れ、前記LEDチップ14の外形中心が認識されて該L
EDチップ14の補正量(△Xおよび△Y)が演算され
る(ステップS3)。
【0024】この画像信号から得られた補正量が予め設
定されている基準値と比較され(ステップS4)、この
補正量が前記基準値よりも大きいと判断されると、ステ
ップS5に進んで補正量に対応する移動補正が行われ
る。具体的には、第1モータ28を介して補正量△Yの
移動が行われ、第2モータ32を介して補正量△Xの移
動が行われる。
【0025】一方、ステップS4で補正量が基準値以下
であると判断されると、ステップS6に進んでコレット
部材80によるLEDチップ14の吸着保持が行われ
る。すなわち、駆動手段62を介してコレット部材80
が撮像手段18のカメラセンタ上に配置された後、第4
モータ74の作用下に昇降台78が下降する。そして、
昇降台78に設けられているコレット部材80が、上記
のように位置決めされたLEDチップ14に当接し、図
示しない負圧発生源の作用下にこのコレット部材80に
より前記LEDチップ14が吸着される。さらに、第4
モータ74が前記とは逆方向に回転して昇降台78が上
方に移動することにより、コレット部材80と一体的に
LEDチップ14が上昇する(図6参照)。
【0026】そこで、移動機構26の駆動作用下に、θ
ステージ54が撮像手段18のカメラセンタに移動され
た後(ステップS7)、昇降台78と一体的にコレット
部材80が下降する。このため、コレット部材80に吸
着保持されているLEDチップ14は、図7に示すよう
に、θステージ54を構成する回転テーブル58上に移
載される(ステップS8)。コレット部材80は、LE
Dチップ14の吸着を解除した後、昇降台78と一体的
に上昇する一方、撮像手段18を構成するCCDカメラ
86により回転テーブル58上の前記LEDチップ14
が撮像される(ステップS9)。
【0027】LEDチップ14の撮影画像は、画像処理
部100で画像処理され、このLEDチップ14の外形
エッジが認識されて補正量△θが演算される(ステップ
S10)。この補正量△θが予め設定されている基準値
と比較され(ステップS11)、前記補正量△θが前記
基準値よりも大きいと判断されると、ステップS12に
進んで補正量△θに対応して回転テーブル58の回転補
正が行われる。
【0028】θステージ54での補正が終了した後、駆
動手段62を構成する第3モータ66の駆動作用下にフ
レーム72がX軸方向に移動し、プローブ16が撮像手
段18のカメラセンタに対応して配置される(ステップ
S13)。さらに、第4モータ74の作用下に昇降台7
8が下降し、プローブ16の先端に設けられている接触
子82が回転テーブル58上のLEDチップ14に接触
する(図8参照)。
【0029】この状態で、図示しない電流電源がONさ
れると、LEDチップ14が発光し(ステップS1
4)、撮像手段18を構成するCCDカメラ86で前記
LEDチップ14の発光中心L0が撮像される(ステッ
プS15および図9参照)。CCDカメラ86の映像信
号は、画像処理部100に送られて発光中心L0の座標
が認識される。次に、図示しない電流電源がOFFされ
た後、画像処理部100では、図10に示すように、認
識された発光中心L0の座標に対するLEDチップ14
の外形基準線S1、S2から外形基準点L1の座標(発
光中心L0との相対座標)が演算される(ステップS1
6)。
【0030】ここで、駆動手段62を構成する第4モー
タ74が駆動され、昇降台78が上方に変位してプロー
ブ16がLEDチップ14から離脱する。その後、第3
モータ66が駆動されて昇降台78がフレーム72と一
体的に矢印X方向に移動し、コレット部材80が撮像手
段18のカメラセンタに移動する(ステップS17)。
そして、第4モータ74が駆動されて昇降台78が下方
向に移動することにより、コレット部材80が回転テー
ブル58上のLEDチップ14に当接し、図示しない負
圧発生源の作用下に前記LEDチップ14が前記コレッ
ト部材80に吸着される。
【0031】図11に示すように、コレット部材80
は、第4モータ74の作用下に昇降台78と一体的に上
方に移動し、LEDチップ14を吸着保持して回転テー
ブル58上から取り出す(ステップS18)。さらに、
ステップS19に進み、移動機構26の駆動作用下に基
板吸着台56に吸着保持されている基板12上のボンデ
ィング位置が、撮像手段18のカメラセンタに対応する
位置に配置される。
【0032】次いで、LEDチップ14を吸着したコレ
ット部材80が第4モータ74の作用下に下降し、基板
12と前記LEDチップ14との間隔が100μm程度
になる高さ位置で前記コレット部材80の下降が停止さ
れる(ステップS20および図12参照)。この状態
で、撮像手段18を構成する、例えば、CCDカメラ8
8によりLEDチップ14が撮像される(ステップS2
1)。
【0033】このため、LEDチップ14の外形基準線
S1、S2および外形基準点L1が認識され、図13に
示すように、この外形基準点L1から算出される発光中
心L0と、基板12のボンディング位置との位置ずれ量
である補正量(△Xおよび△Y)が演算される(ステッ
プS22およびS23)。そして、ステップS24に進
んで、この補正量が予め設定されている基準値よりも大
きいと判断されると、ステップS25に進み基板12上
のボンディング位置が補正された後、この基板12にL
EDチップ14がボンディングされる(ステップS2
6)。
【0034】一方、ステップS24で補正量が基準値以
下であると判断されると、同様にステップS26に進
み、LEDチップ14が基板12上に予め設けられてい
る銀ペースト上にボンディングされる。
【0035】チップ配置台52上に配置されている次の
LEDチップ14に対しても、上記と同様にステップS
2〜S18までの工程が行われる。そして、ステップS
19では、前回置かれたLEDチップ14との間隔が所
定の値になるように、基板吸着台56が一定ピッチでX
軸方向に移動された後、基板12上の新たなボンディン
グ位置が設定される。さらに、ステップS20以降の工
程が行われることにより、次なるLEDチップ14は、
基板12上に前回置かれたLEDチップ14との発光中
心L0間のピッチが一定になるように位置合わせされた
状態でボンディングされる(図14参照)。
【0036】同様にして、所定数のLEDチップ14
が、順次、基板12上に各発光中心L0間のピッチが一
定となるようにしてボンディングされる。次に、基板1
2上に所定数のLEDチップ14がアライメントされた
後、別工程において、例えば、電気オーブンを用いて銀
ペーストを加熱硬化させる。
【0037】このように、第1の実施形態では、基板1
2上にボンディングされる前のLEDチップ14が、プ
ローブ16を介して発光されることにより、このLED
チップ14の発光中心L0が認識される。そして、認識
された発光中心L0の座標に対するLEDチップ14の
外形基準点L1の座標が認識(演算)され、この外形基
準点L1の座標に基づいて前記LEDチップ14が、基
板12上のボンディング位置に位置決めされる。
【0038】このため、LEDチップ14の外形形状の
ばらつきや発光中心L0の位置のずれ等に影響されるこ
とがなく、前記LEDチップ14の発光中心L0を基板
12上の所定の位置に確実かつ高精度に位置決めするこ
とができる。これにより、基板12上にそれぞれの発光
中心L0の間隔を一定ピッチで位置決めし、例えば、複
数のLEDチップ14をボンディングした高精度なLE
Dアレイが得られ、このLEDアレイを用いることによ
り、読み取り精度や書き込み精度が大幅に向上するとい
う効果がある。
【0039】ところで、上記の実施形態では、チップウ
エハ50からLEDチップ14を1つずつ取り出して、
各LEDチップ14を基板12上にボンディングする作
業について説明したが、図15に示すLEDチップ11
0を用いるようにしてもよい。このLEDチップ110
は、3連チップを構成しており、コレット吸着用チップ
112a、112bと、発光用チップ114とを一体的
に備えている。
【0040】LEDチップ110では、1つの発光用チ
ップ114を発光させる一方、他のコレット吸着用チッ
プ112a、112bが発光されることなくコレット部
材80により吸着される。従って、LEDチップ110
を使用することにより、θステージ54でコレット吸着
用チップ112a、112bをコレット部材80等によ
り吸着した状態で、発光用チップ114を発光させるこ
とができる。これにより、コレット部材80でLEDチ
ップ110を吸着する際の位置ずれの発生を確実に阻止
することが可能になるという効果が得られる。
【0041】なお、本実施形態では、発光素子としてL
EDチップ14、110を用いているが、LEDに限ら
ず、発光中心の位置精度を問題とする微小チップアレイ
全てのボンディングに適応可能である。また、LEDチ
ップ110は3連チップ構造を採用しているが、2連チ
ップ構造あるいは4連以上のチップ構造を採用してもよ
い。
【0042】
【発明の効果】本発明に係る発光素子のボンディング方
法および装置では、ボンディング前に発光素子を発光さ
せてその発光中心を認識し、この発光中心に対応する前
記発光素子の外形基準点を観察しながらボンディング処
理を施す。このため、外形寸法のばらつき等に影響され
ることがなく、各発光素子の発光中心を基板上の所定の
位置に高精度かつ容易に位置決めすることができる。こ
れにより、簡単な作業および構成で、発光中心間距離を
高精度に設定したアレイを効率的に得ることが可能にな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る発光素子のボンディン
グ方法を実施するためのボンディング装置の概略斜視説
明図である。
【図2】前記ボンディング装置の側面説明図である。
【図3】本発明に係るボンディング方法を説明するフロ
ーチャートの前段部分である。
【図4】前記フローチャートの中段部分である。
【図5】前記フローチャートの後段部分である。
【図6】チップ載置台上のLEDチップを吸着保持した
状態の正面説明図である。
【図7】回転テーブル上に前記LEDチップを配置する
際の正面説明図である。
【図8】前記回転テーブル上の前記LEDチップを発光
させる際の正面説明図である。
【図9】前記LEDチップの発光状態を示す撮影画面説
明図である。
【図10】前記発光中心と外形基準点座標との説明図で
ある。
【図11】前記LEDチップをコレット部材で吸着した
状態の正面説明図である。
【図12】前記LEDチップを基板に対して位置決めす
る際の正面説明図である。
【図13】前記LEDチップと前記基板とを位置合わせ
する際の撮像画面の説明図である。
【図14】2個目のLEDチップを基板に位置合わせす
る際の正面説明図である。
【図15】3連チップ構造のLEDチップの斜視説明図
である。
【図16】LEDアレイの斜視説明図である。
【符号の説明】
10…ボンディング装置 12…基板 14、110…LEDチップ 16…プローブ 18…撮像手段 20…発光素子保持
手段 26…移動機構 30、34…移動ス
テージ 50…チップウエハ 52…チップ配置台 54…θステージ 56…基板吸着台 62…駆動手段 78…昇降台 80…コレット部材 86、88…CCD
カメラ 90…二焦点光学系 100…画像処理部 112a、112b、114…チップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 味埜 敏 神奈川県南足柄市中沼210番地 富士写真 フイルム株式会社内 (72)発明者 西田 和弘 神奈川県南足柄市中沼210番地 富士写真 フイルム株式会社内 Fターム(参考) 5F041 AA37 DA02 DA13 DA91 DB07

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発光素子を基板上の所定の位置にボンディ
    ングするための発光素子のボンディング方法であって、 ボンディング前の前記発光素子を発光させることによ
    り、前記発光素子の発光中心を認識する工程と、 前記認識された発光中心の座標に対する前記発光素子の
    外形基準点座標を画像認識する工程と、 画像認識された前記外形基準点座標に基づいて、前記発
    光素子を前記基板上のボンディング位置に位置決めする
    工程と、 前記発光素子を前記基板上にボンディングする工程と、 を有することを特徴とする発光素子のボンディング方
    法。
  2. 【請求項2】請求項1記載のボンディング方法におい
    て、前記発光素子には、複数のチップが連接されてお
    り、 いずれか1つのチップを発光用チップとする一方、その
    他のチップを前記発光素子を保持するための吸着用チッ
    プとすることを特徴とする発光素子のボンディング方
    法。
  3. 【請求項3】発光素子を基板上の所定の位置にボンディ
    ングするための発光素子のボンディング装置であって、 ボンディング前の前記発光素子を発光させる発光手段
    と、 前記発光素子の発光中心を認識し、前記認識された発光
    中心の座標に対する前記発光素子の外形基準点座標を画
    像認識するための撮像手段と、 画像認識された前記外形基準点座標に基づいて、前記発
    光素子を前記基板上のボンディング位置に位置決めする
    発光素子保持手段と、 を備えることを特徴とする発光素子のボンディング装
    置。
  4. 【請求項4】請求項3記載のボンディング装置におい
    て、前記発光素子を発光させる発光手段および前記発光
    素子保持手段を、前記撮像手段の光軸方向に交差する方
    向に進退可能な駆動手段を備えることを特徴とする発光
    素子のボンディング装置。
  5. 【請求項5】請求項3または4記載のボンディング装置
    において、前記発光素子には、複数のチップが連接され
    ており、 いずれか1つのチップを発光用チップとする一方、その
    他のチップを前記発光素子を保持するための吸着用チッ
    プとすることを特徴とする発光素子のボンディング装
    置。
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