CN103295932A - 双轴驱动机构及芯片接合机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供包括Z轴的双轴驱动机构以及采用它的芯片接合机，其能够以简单的结构减少由Y（水平）轴造成的振动，或者能够实现升降轴的高速化。本发明具有：处理部；第一直线电动机，具备沿着第一直线导向件升降所述处理部的第一可动部和第一固定部；第二直线电动机，具备使所述处理部向与所述升降的方向垂直的水平方向移动的第二可动部和第二固定部；支撑体，固定所述第一固定部；第二直线导向件，设在所述支撑体和所述第二固定部之间，并使所述第二固定部自由地移动；以及控制部，根据检测所述第一可动部相对于所述支撑体的所述水平方向的位置的线性传感器的输出，控制所述第一可动部的所述水平方向的位置。

Description

双轴驱动机构及芯片接合机
技术领域
本发明涉及包括升降轴的双轴驱动机构以及芯片接合机，尤其涉及实现作为包括升降轴的双轴驱动机构的接合头的高速化且生产率高的芯片接合机。
背景技术
作为半导体制造装置之一，有将半导体芯片（芯片）接合到引线框等基板上的芯片接合机。在芯片接合机中，用接合头真空吸附芯片，以高速上升、水平移动、下降，并安装到基板上。这时，使其上升、下降的是升降（Z）驱动轴。
近年来，芯片接合机的高精度、高速化的要求高，尤其是作为芯片接合机的心脏部的接合头的高速化的要求高。
一般来说，一旦使装置高速化，则由高速移动物体造成的振动变大，由于该振动，就很难得到装置作为目的的精度。
作为对应该要求的技术，有专利文献1所记载的技术。专利文献1公开了如下的技术，即，作为芯片接合机等半导体制造装置的驱动轴采用直线电动机，使永久磁铁和线圈侧向相反方向移动，减少振动，并且用减震器使永久磁铁侧返回到原来的位置。
专利文献1：日本特开2000-3920号公报
但是，专利文献1公开了在平面的驱动轴上采用直线电动机的技术，而没有公开在将直线电动机还用于升降轴的双轴驱动机构中能够实现高速化以及减少振动的技术。如果只是采用直线电动机驱动，则如图7所示，Z轴驱动的Z轴直线电动机的定子以及可动元件均成为水平、例如后述的Y方向的Y驱动轴的负载。如果增大Y驱动轴的转矩，则消耗电力和振动变大，如果减少Z轴驱动的直线电动机的定子及可动元件的重量，则Z轴的转矩就变小，不能实现预定的高速化。另外，由于采用了使永久磁铁侧返回到原来的位置的减震器，因此存在结构复杂的问题。
发明内容
因而，本发明的第一目的在于提供能够以简单的结构减少由Y（水平）轴造成的振动的包括Z（升降）轴的双轴驱动机构以及采用它的芯片接合机。
另外，本发明的第二目的在于提供能够实现升降轴的高速化且能够减少由Y（水平）轴造成的振动的包括Z（升降）轴的双轴驱动机构以及采用它的芯片接合机。
本发明为了达到上述目的至少具有以下的特征。
本发明的第一特征在于，具有：处理部；第一直线电动机，具备沿着第一直线导向件升降所述处理部的第一可动部和第一固定部；第二直线电动机，具备使所述处理部向与所述升降的方向垂直的水平方向移动的第二可动部和第二固定部；支撑体，固定所述第一固定部；第二直线导向件，设在所述支撑体和所述第二固定部之间，并使所述第二固定部自由地移动；线性传感器，检测所述第一可动部相对于所述支撑体的所述水平方向的位置；以及控制部，根据所述线性传感器的输出，控制所述第一可动部的所述水平方向的位置。
另外，本发明的第二特征在于，具有连结部和第三直线导向件，所述连结部经由所述第一直线导向件直接或间接地连结所述第一可动部和所述第二可动部，所述第三直线导向件使所述第一可动部、所述第二可动部以及所述连结部成为一体向所述水平方向移动。
进而，本发明的第三特征在于，所述第一可动部相对于所述第二可动部垂直地设置，所述第二直线导向件和所述第三直线导向件相互平行地设置。
另外，本发明的第四特征在于，所述第二直线导向件和所述第三直线导向件是同一个部件。
进而，本发明的第五特征在于，所述第一可动部相对于所述第二可动部平行地设置，所述第一固定部也相对于所述第二固定部平行地设置。
另外，本发明的第六特征在于，在固定所述第二直线导向件的所述支撑体和所述连结部之间设有第四直线导向件。
进而，本发明的第七特征在于，在所述水平方向的预定区域设有电磁铁，该电磁铁在所述第一可动部上向所述升降的方向交替地设有多组N极、S极。
另外，本发明的第八特征在于，利用第一至第七特征所记载的双轴驱动机构的所述处理部处理基板。
进而，本发明的第九特征在于，所述处理部是将芯片从晶圆拾取并接合在所述基板上的接合头或在所述基板上涂敷芯片粘接剂的针头。
另外，本发明的第十特征在于，第七特征所记载的所述预定区域是进行所述拾取的区域以及进行所述接合的区域。
本发明具有如下有益效果。
根据本发明，能够提供能够以简单的结构减少Y（水平）轴振动的包括Z（升降）轴的双轴驱动机构以及采用它的芯片接合机。
另外，根据本发明，能够提供能够实现升降轴的高速化，并且能够减少Y（水平）轴振动的包括Z（升降）轴的双轴驱动机构以及采用它的芯片接合机。
附图说明
图1是从上侧看作为本发明的一个实施方式的芯片接合机的概念图。
图2是图1所示的ZY驱动轴的接合头所在的位置的A-A剖视图。
图3是从箭头C的方向看图2所示的ZY驱动轴的向视图。
图4是图2的B-B剖视图，是表示减少由本实施方式的Y驱动轴造成的振动的发生的想法的图。
图5是示意性地表示能够在预定的位置升降接合头的固定磁铁部的结构例的图。
图6是表示作为第二实施方式的ZY驱动轴60B的基本结构的图。
图7是表示Z轴成为负载的双轴驱动机构的图。
图中：
1-晶圆供给部，2-工件供给输送部，3-芯片接合部，7-控制部，10-芯片接合机，31-初步加工部，32-接合头部，35-接合头，40-Y驱动轴，41-Y轴可动部，42-Y轴固定部，43-Y轴直线导向件，44-Y轴导向部，45-Y轴可动部固定部，46-直线导向件，47、47d、47u-固定磁铁部，48-Y轴固定部直线导向件，50-Z驱动轴，51-Z轴可动部，52-Z轴固定部，53-Z轴直线导向件，57、57h、57m-固定磁铁部，60、60A、60B-ZY驱动轴，61-连结部，62、62a、62b、62c、62d-支撑体，70-X驱动轴，71-线性传感器，80-旋转驱动部。
具体实施方式
以下，根据附图说明本发明的实施方式。
图1是从上侧看作为本发明的第一实施方式的芯片接合机10的概念图。芯片接合机大致具有晶圆供给部1、工件供给输送部2、芯片接合部3和监视并控制这些各部的状态的控制部7。
晶圆供给部1具有晶圆盒升降机11和拾取装置12。晶圆盒升降机11具有填充有晶圆环的晶圆盒（未图示），并依次将晶圆环提供给拾取装置12。拾取装置12移动晶圆环，以便能够从晶圆环拾取所需的芯片。
工件供给输送部2具有堆料装料机21、框架送料机22和卸料机23，并将工件（引线框等基板）向箭头方向输送。堆料装料机21将粘接芯片的工件提供给框架送料机22。框架送料机22经由框架送料机22上的两个处理位置将工件输送给卸料机23。卸料机23保管所输送来的工件。
芯片接合部3具有初步加工部（芯片膏料涂敷装置）31和接合头部32。初步加工部31在由框架送料机22输送来的工件、例如引线框上用针头涂敷芯片粘接剂。接合头部32从拾取装置12拾取芯片后上升，使芯片移动到框架送料机22上的接合点。然后，接合头部32在接合点使芯片下降，将芯片接合在涂敷了芯片粘接剂的工件上。
接合头部32具有使接合头35（参照图2）向Z（高度）方向升降并向Y方向移动的ZY驱动轴60、和使其向X方向移动的X驱动轴70。ZY驱动轴60具有：向Y方向，即、使接合头在拾取装置12内的拾取位置和接合点之间往复运动的Y驱动轴40；以及为了从晶圆上拾取芯片或者将芯片接合在基板上而使其升降的Z驱动轴50。X驱动轴70使ZY驱动轴60整体向作为输送工件的方向的X方向移动。X驱动轴70可以是用伺服电动机驱动滚珠丝杠的结构，也可以是用在ZY驱动轴60的结构中说明的直线电动机驱动的结构。
以下，采用附图说明作为本发明的特征的ZY驱动轴60的实施方式。图2至图4是表示作为第一实施方式的ZY驱动轴60A的基本结构的图。图2是ZY驱动轴60A的接合头35所在的图1所示的位置的A-A剖视图。图3是从箭头C的方向看图2所示的ZY驱动轴60A的向视图。图4是图2的B-B剖视图，是表示减少由本实施方式的Y驱动轴造成的振动的发生的想法的图。
作为第一实施方式的ZY驱动轴60A具有：Y驱动轴40；Z驱动轴50；连结Y驱动轴40的Y轴可动部41和Z驱动轴50的Z轴可动部51的连结部61；作为处理部的接合头35；使接合头35绕Z轴中心旋转的旋转驱动部80；以及支撑这些全体的横L字状的支撑体62。再者，为了使以下的说明便于理解，在图2、图3中，将Y轴可动部41、Z轴可动部51以及与连结部61成为一体而移动的部分用空白表示，将除此之外的固定在支撑体62上的部分用斜线表示。另外，支撑体62具有上部支撑体62a、侧部支撑体62b、下部支撑体62c和Y驱动轴支撑体62d。
如图5所示，Y驱动轴40具有倒コ字状的Y轴固定部42和Y轴固定部直线导向件48，其中，Y轴固定部42具有向Y方向交替地排列了多个N极和S极的永久磁铁的上下的固定磁铁部47（47u、47d），Y轴固定部直线导向件48设在Y轴固定部和Y驱动轴支撑体62d之间，并能够使Y轴固定部42向Y方向移动。
另外，Y驱动轴40具有：Y轴可动部41，该Y轴可动部41在上述排列方向具有至少一组N极和S极的电磁铁，并且插入到倒コ字状的凹部并在凹部内移动；Y轴导向部44，该Y轴导向部44固定在支撑Y轴可动部41的连结部61上，并具备设在连结部和下部支撑体62c之间的Y轴直线导向件43；线性传感器71，该线性传感器71检测Y轴导向部、即后述的接合头35的Y方向的位置。
Y轴固定部42贯穿图1的用虚线所示的Y驱动轴40的大致整个区域设置，以使Y轴可动部41能够在预定的范围内移动。另外，Y轴固定部直线导向件48、Y轴直线导向件43分别具有向Y方向延伸的两个直线轨道48a、43a和在直线轨道上移动的直线滑块48b、43b。如图4所示，线性传感器71具有贯穿Y驱动轴40的大致整个区域设置的刻度尺71s、和固定在Y轴导向部44上并向Y方向移动的光学检测部71h。
在本实施方式中，将Y轴固定部直线导向件48和Y轴直线导向件43分别设置。但是，也可以通过以各个直线滑块48b、43b互不干涉的方式设置，用Y轴直线导向件43兼作Y轴固定部直线导向件48。
Z驱动轴50与Y驱动轴40同样地具有：倒U字状的Z轴固定部52，该Z轴固定部52具有向Z方向交替排列了多个N极和S极的电磁铁的左右的固定磁铁部57h、57m（参照图4，以后，在没有指定全体或位置时仅设为57）；Z轴可动部51，该Z轴可动部51在上部在Z轴固定部52的排列方向上具有至少一组N极和S极的电磁铁，并插入到倒U字状的凹部并在凹部内移动；以及Z轴直线导向件53，该Z轴直线导向件53在Z轴可动部51和连结部61之间具有与Y轴直线导向件43同样的结构。Z轴直线导向件53具有固定在连结部61上并向Z方向延伸的两个直线轨道53a、和固定在Z轴可动部51上并在直线轨道上移动的直线滑块53b。
Z轴可动部51经由连结部61与Y轴可动部41相连，若Y轴可动部41向Y方向移动，则Z轴可动部51也一起向Y方向移动。并且，需要使Z轴可动部51（接合头35）能够在移动目的地的预定位置升降。
接合头35经由齿轮35b利用旋转驱动部80能够旋转地设在Z轴可动部51的前端，在自身前端具有芯片吸附用的夹头35a。另外，旋转驱动部80用固定在Z轴可动部51上的电动机81经由齿轮82、35b控制接合头35的旋转姿势。
接下来，用图4说明减少由于使接合头35向Y方向移动的Y驱动轴40的驱动而产生的振动的方法。
Y驱动轴40的负载是与Y轴可动部41成为一体而移动的可动一体部。在图2中，可动一体部是Y轴可动部41、连结部61、Y轴导向部44、Z轴可动部51、Z轴直线导向件53、接合头35以及旋转驱动部80（参照图3）。
若利用Y驱动轴40向图4所示的箭头F方向以驱动力F驱动可动一体部，则固定磁铁部47受到反作用力Fk（=F）。例如，若将Y轴固定部42固定在支撑体62上，则由于反作用力Fk，在Y轴固定部侧产生振动。由于该振动，可动一体部侧也振动，接合头35的定位精度降低。
于是，在本实施方式中，在与支撑体62之间设置Y轴固定部直线导向件48，能够将与Y轴固定部42成为一体而运动的固定一体部作为平衡锤向Y方向移动，抵消振动并减振。再者，在本实施方式中，固定一体部具有Y轴固定部42、固定磁铁部47以及直线滑块48b。
如果将可动一体部、固定一体部的质量分别设定为Mm、Mf，各自的加速度αm、αf成为式（1），加速度αm、αf、由加速度得到的速度Vm、Vf以及移动距离Lm、Lf相对于各自的质量具有成反比的值。
αf×Mf＝αm×Mm            （1）
如图1所示，由于在贯穿Y驱动轴40的大致整个区域设有Y轴固定部42、即固定一体部，因此固定一体部的质量Mf变成大于可动一体部的质量Mm的值。因此，虽然可动一体部和固定一体部向彼此相反的方向移动，但可动一体部的移动量变大，接合头35能够向预定方向移动。例如，如果Mf/Mm=10，则在图4中，接合头35向右方向前进10，固定一体部侧向反方向前进1。因而，接合头35相对于支撑体62能够向右方向移动9。向目的位置的移动控制能够根据线性传感器71的输出，利用位置控制或速度控制等进行。在本实施方式中，该控制用控制部7进行。
如上所述，在本实施方式中，不设置减震器，而只设置Y轴固定部直线导向件48，就能够不给固定一体部侧造成制约而自由地移动固定一体部。其结果，由于可动一体部和固定一体部彼此同步运动，因此也不需要用于减振的控制，能够减少由Y驱动轴40的驱动产生的振动。
在图5中示意性地表示了能够在预定位置升降接合头35的左右的固定磁铁部57（57h、57m）的结构例。在本实施例中，至少在接合区域以及拾取区域交替地设有沿Y方向细长的N极、S极。细长的N极、S极也可以分割得较短而设置。当然也可以贯穿Y方向的整个区域交替地设置沿Y方向细长的N极、S极。
根据以上说明的第一实施方式的ZY驱动轴60A，虽然在大致整个区域设置Z轴固定部52，但与图7所示的结构相比，由于作为重量体的Z轴固定部52自身不移动，因此大幅度地减少了相对于Y方向的移动的负载，不增大水平驱动轴的转矩，就能够实现升降轴的高速化。
另外，根据以上说明的第一实施方式的ZY驱动轴60A，通过设置Y轴固定部直线导向件48，以使得能够向Y方向自由地移动以Y轴固定部42为主体的固定一体部，从而能够抵消可动一体部、固定一体部的振动而减振。其结果，能够提高接合头35的位置精度。
图6是表示作为第二实施方式的ZY驱动轴60B的基本结构的图。在图6中，具有基本上与第一实施方式相同的结构或功能的部件标以同一附图标记。
ZY驱动轴60B与作为第一实施方式的ZY驱动轴60A的不同点在于，第一，将Y轴固定部42设置成向Z方向长的I字状，并与Y轴固定部42平行地设置Y轴可动部41。第二，Y轴的固定磁铁部只设置了一侧的47。第三，为了固定Y轴可动部41，在与连结部61之间设置了Y轴可动部固定部45。第四，缩短侧部支撑体62b，并在其一侧设置了能够移动Y轴固定部42的Y轴固定部直线导向件48。
第五，Y轴导向部44从下部支撑体62c向上部支撑体62a移动，该Y轴导向部44支撑能够进行Y轴可动部41的Y方向的移动的Y轴直线导向件43。第六，Z轴固定部52从U字状变为I字状，固定磁铁部57h、57m变成只有一侧的固定磁铁部57。第七，为了防止在Y方向的移动时可动一体部向左右摇摆，在侧部支撑体62b和连结部61之间设置了直线导向件46。
再者，在第一实施方式中，也可以将使这种移动稳定的直线导向件46设在Y轴固定部42或Z轴固定部52和连结部61之间。另外，如上所述，虽然第二实施方式与第一实施方式在很多地方都不同，也有连动的不同点，但不需要使整体都不同。
其他方面与第一实施方式60A相同。
在以上说明的第二实施方式的ZY驱动轴60B中，与第一实施方式同样，与图7所示的结构相比，由于作为重量体的Z轴固定部52自身不移动，因此大幅度地减少了相对于Y方向的移动的负载，不用增大水平驱动轴的转矩，就能够实现升降轴的高速化。
另外，在以上说明的第二实施方式的ZY驱动轴60B中，通过设置Y轴固定部直线导向件48，以使得能够向Y方向自由地移动以Y轴固定部42为主体的固定一体部，能够抵消可动一体部、固定一体部的振动而减振。其结果，能够提高接合头35的位置精度。
在以上的说明中，作为处理某些部件的处理部以接合头为例进行了说明。基本上能够适用于需要具有升降轴的双轴驱动机构的处理部。例如，在芯片接合机中，可以适用于在初步加工部31中对基板涂敷芯片粘接剂的针头。
以上说明了本发明的实施方式，本领域技术人员可以根据以上的说明进行各种代替例、修改或变形，本发明在不脱离其宗旨的范围内是包括上述各种代替例、修改或变形的。

Claims (11)

1.一种双轴驱动机构，其特征在于，具有：
处理部；
第一直线电动机，具备沿着第一直线导向件升降所述处理部的第一可动部和第一固定部；
第二直线电动机，具备使所述处理部向与所述升降的方向垂直的水平方向移动的第二可动部和第二固定部；
支撑体，固定所述第一固定部；
第二直线导向件，设在所述支撑体和所述第二固定部之间，并使所述第二固定部自由地移动；
线性传感器，检测所述第一可动部相对于所述支撑体的所述水平方向的位置；以及
控制部，根据所述线性传感器的输出，控制所述第一可动部的所述水平方向的位置。
2.如权利要求1所述的双轴驱动机构，其特征在于，
具有连结部和第三直线导向件，所述连结部经由所述第一直线导向件直接或间接地连结所述第一可动部和所述第二可动部，所述第三直线导向件使所述第一可动部、所述第二可动部以及所述连结部成为一体向所述水平方向移动。
3.如权利要求2所述的双轴驱动机构，其特征在于，
所述第一可动部相对于所述第二可动部垂直地设置，所述第二直线导向件和所述第三直线导向件相互平行地设置。
4.如权利要求3所述的双轴驱动机构，其特征在于，
所述第二直线导向件和所述第三直线导向件是同一个部件。
5.如权利要求2所述的双轴驱动机构，其特征在于，
所述第一可动部相对于所述第二可动部平行地设置，所述第一固定部也相对于所述第二固定部平行地设置。
6.如权利要求5所述的双轴驱动机构，其特征在于，
在固定所述第二直线导向件的所述支撑体和所述连结部之间设有第四直线导向件。
7.如权利要求2所述的双轴驱动机构，其特征在于，
在所述水平方向的预定区域设有磁铁，该磁铁在所述第一可动部上向所述升降的方向交替地设有多组N极、S极。
8.一种芯片接合机，其特征在于，
具备权利要求1至7中任一项所述的双轴驱动机构，利用所述处理部处理基板。
9.如权利要求8所述的芯片接合机，其特征在于，
所述处理部是将芯片从晶圆拾取并接合在所述基板上的接合头。
10.如权利要求9所述的芯片接合机，其特征在于，
权利要求7所述的所述预定区域是进行所述拾取的区域以及进行所述接合的区域。
11.如权利要求8所述的芯片接合机，其特征在于，
所述处理部是在所述基板上涂敷芯片粘接剂的针头。
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