JP7387666B2 - チップ部品除去装置 - Google Patents

Description

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

韓国登録特許ＫＲ１０－１９１８１０６号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）

Claims (5)

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。
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。
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。
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。
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。