JP2001264387A - バーンインボード用ローダアンローダ装置における吸着ヘッドおよびその制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【解決手段】 バーンインボードに対する半導体デバイ
スの挿入を行うための吸着ヘッド手段と、吸着ヘッド手
段に吸着される半導体デバイスの位置座標およびバーン
インボードのソケットの位置座標を計測するための画像
処理手段と、画像処理手段の計測結果に応じて吸着ヘッ
ド手段の動作を制御するための制御手段とを備え、吸着
ヘッド手段は、４個の吸着ヘッドを有し、吸着ヘッドの
中心を結ぶ線は実質的に４角形を形成し、２辺となる２
軸のピッチは、可変とされ、制御手段は、画像処理手段
の計測結果にしたがって、４個の吸着ヘッドに吸着され
た半導体デバイスを１回または２回以上の挿入動作に分
けてバーンインボードのソケットへと挿入するかを決定
する。 【効果】 ソケットの挿入許容誤差が小さくなる次世代
の半導体デバイスでも挿入ミスなく短時間にて、半導体
デバイスの挿入を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バーンインボード
のソケットに対して半導体デバイスを挿抜するためのロ
ーダアンローダ装置に関するものであり、特に、この種
のローダアンローダ装置に使用する吸着ヘッドおよびそ
の制御システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】バーンインボードのソケットから、半導
体デバイスを１個又は２個を同時に抜去装着しテストバ
ーンイン装置の試験結果別に分類し、新たに未試験の半
導体デバイスをソケットに挿入装着する半導体デバイス
のローダアンローダ装置は知られている。

【０００３】例えば、メモリ半導体の初期不良を温度と
電圧により加速して検出し、除去する工程をバーンイン
と言い、１２５度Ｃ程度の温度と通常使用より高い電圧
で、数時間から１週間かける。このバーンイン用のボー
ドのソケットにメモリ半導体を挿入実装し、同時に機能
試験別に抜去し分類する（２分類から１７分類）。半導
体デバイスのローダアンローダ装置は、このような抜去
分類のために使用されるものである。大容量化するメモ
リ半導体の品質、信頼性確保のために、機能試験（メモ
リの回路が正常に作動するかの検査、書込みと読み出し
が、あらゆる条件で正しく行われるかの試験）、不具合
チェックやウィークポイントの検証をする必要があり、
このような検証を行う装置を、本出願人等はテストバー
ンインシステムと名付けている。このように大容量メモ
リ半導体は、バーンインと呼ばれるスクリーンニングを
全数実施する。バーンインとは、短時間高温動作であ
り、初期故障モード不良の、最終検査での検出力を高め
ることが目的である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この種のバーンインボ
ード用ローダアンローダ装置の特性としては、短時間に
大量の半導体デバイスのバーンインテストおよび試験結
果別に分類していくことができるように、バーンインボ
ードに対する半導体デバイスの挿抜動作を短時間にて大
量に扱えることが要求されている。また、半導体デバイ
ス供給トレーの格納枡のピッチと、バーンインボードの
ソケットのピッチは異なる場合が多い。それは、半導体
デバイスだけを格納するサイズと、半導体デバイスの端
子を接続するソケットとは、大きさが違うからである。
違うピッチ間を複数の半導体デバイスを同時に運び、抜
去と挿入装着するには、ピッチ変換装置が必要とされて
いる。

【０００５】従来のバーンインボード用ローダアンロー
ダ装置は、１度にせいぜい１個または２個の半導体デバ
イスを抜去または挿入する程度のものであり、短時間に
大量に扱えるというような要求には必ずしも十分に応え
ているものではなかった。また、従来のバーンインボー
ド用ローダアンローダ装置は、汎用性のあるピッチ変換
装置を備えていないので、サイズの異なる半導体デバイ
スに対して容易には対応できないものであった。さらに
また、従来のバーンインボード用ローダアンローダ装置
は、バーンインボードのソケットの不良や配列位置の誤
差、バーンインボードのソケットに対する半導体デバイ
スの挿抜に使用する吸着ヘッドの位置誤差や吸着位置誤
差等に対応する十分な工夫がなされておらず、それらの
誤差による挿入ミスやその他の不具合を生じ易いもので
あった。

【０００６】このような従来技術の問題点を解消する目
的で、先に、本出願人等は、特願平１０−２８５０８４
号明細書に開示したようなバーンインボード用ローダア
ンローダ装置を開発し提案している。この先に提案した
装置は、前述したような従来の問題点を解消できるもの
ではあるが、次世代半導体デバイスに対しては十分に対
応できるとはいえない。

【０００７】すなわち、先に開発した装置では、吸着ヘ
ッドを４個備えた４チャンネルの挿入ヘッドと画像処理
システムとを組み合わせることにより４個の半導体デバ
イスを一度にバーンインボードのソケットへと挿入する
ようにしている。このようなシステムは、ソケットと、
そこへ挿入すべき半導体デバイスとのギャップ（サイズ
の差）が比較的に大きい現在普及しているＱＦＰ（Quad
Flat Package）、ＴＳＯＰ（Thin Small Out-Line
Package）、ＢＧＡ（Ball Grid Array Package）
等の半導体デバイスの挿入については支障がないのであ
るが、ソケットと半導体デバイスとのギャップが小さい
次世代のＣＳＰ（Chip Size Package）、ＦＰＢＧＡ
（Fine Pitch ＢＧＡ）（μＢＧＡ）等の半導体デバ
イスの挿入においては、４個同時に挿入できない場合が
生じ易くなると考えられる。

【０００８】また、この種の次世代の半導体デバイス
は、薄く小さい分、強度が弱く、その吸着、挿入の際の
破損の心配も多いもので、従来の吸着ヘッドの構造は、
このような点に十分の考慮を払ったものではなかった。

【０００９】本発明の目的は、前述したような従来の技
術の問題点を解消し且つ先に提案した装置を次世代の半
導体デバイスに適用したような場合における問題点をも
解消しうるようなバーンインボード用ローダアンローダ
装置における吸着ヘッドおよびその制御システムを提供
することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの観点によ
れば、バーンインボード用ローダアンローダ装置におけ
る挿入ヘッドの制御システムにおいて、バーンインボー
ドに対する半導体デバイスの挿入を行うための吸着ヘッ
ド手段と、該吸着ヘッド手段に吸着される半導体デバイ
スの位置座標および前記バーンインボードのソケットの
位置座標を計測するための画像処理手段と、該画像処理
手段の計測結果に応じて前記吸着ヘッド手段の動作を制
御するための制御手段とを備えており、前記吸着ヘッド
手段は、前記バーンインボードのソケットに向かって個
々に可動とされた４個の吸着ヘッドを有しており、該吸
着ヘッドの中心を結ぶ線は実質的に４角形を形成し、２
辺となる２軸のピッチは、可変とされており、前記制御
手段は、前記画像処理手段の計測結果にしたがって、前
記４個の吸着ヘッドに吸着された半導体デバイスを１回
の挿入動作にて前記バーンインボードのソケットへと挿
入するか、または、２回またはそれ以上の挿入動作に分
けて前記バーンインボードのソケットへと挿入するかを
決定することを特徴とする。

【００１１】本発明の一つの実施の形態によれば、前記
制御手段による前記決定は、前記吸着ヘッドに吸着され
ている半導体デバイスの中心位置ずれおよび前記バーン
インボードのソケットの中心位置ずれと前記ソケットの
挿入許容誤差とに基づいて行われる。

【００１２】本発明の別の観点によれば、バーンインボ
ード用ローダアンローダ装置における吸着ヘッドにおい
て、バーンインボードのソケットに向かって下降移動し
うるＺ軸シャフトと、該Ｚ軸シャフトの下端に取り付け
られた吸着パッドと、該吸着パッドより上方で前記Ｚ軸
シャフトに取り付けられ且つ前記吸着パッドが前記ソケ
ット内の半導体デバイスに接触しないようにするため前
記ソケットの上面に当接して前記Ｚ軸シャフトの下死点
を定めるためのストッパーとを備えることを特徴とす
る。

【００１３】本発明の一つの実施の形態によれば、前記
Ｚ軸シャフトは、少なくとも第１シャフトおよび第２シ
ャフトからなり、前記第２シャフトは、前記第１シャフ
トに対して入れ子状態とされており、前記第１シャフト
と前記第２シャフトとの間には、緩衝用バネが設けられ
ており、前記吸着パッドは、前記第２のシャフトの下端
に取り付けられている。

【００１４】本発明の別の実施の形態によれば、 前記
第２シャフトは、チェンジキット化されている。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、添付図面に基づいて、本発
明の実施の形態および実施例について、本発明をより詳
細に説明する。

【００１６】図１は、本出願人等が先に開発し前述の特
願平１０−２８５０８４号明細書および図面に開示した
ようなバーンインボード用ローダアンローダ装置に使用
する挿入ヘッドの詳細構造を示している。図１によく示
されるように、この挿入ヘッド１１０は、例えば、バー
ンインボード用ローダアンローダ装置におけるＸ軸方向
に延びる挿入トランスファ（図示していない）にそって
Ｘ軸方向に移動しうるように取り付けられるもので、４
個の吸着ヘッド１１１を有している。これら吸着ヘッド
１１１の中心を結ぶ線は、実質的に４角形を形成し、２
辺となる２軸のピッチは、バーンインボードのソケット
の位置に応じて可変とされている。この挿入ヘッド１１
０は、４個の吸着ヘッド１１１をそれぞれバネ１１２を
介してＺ軸エアシリンダ１１３に取り付けており、Ｘ
軸、Ｙ軸方向での移動を案内するＬＭガイド１１４を備
えており、Ｚ軸ステッピングモータ１１５およびＸまた
はＹモータ１１６およびベルト１１７も備えている。

【００１７】図２は、バーンインボード上のソケット１
２に対する吸着ヘッド１１１の位置関係を示している。
図２に示されるように、この吸着ヘッドは、半導体デバ
イスを４個同時に吸着できるようにしたもので、ヘッド
自体は、マイナスエアー（バキューム）にて作動するも
のでよい。これら４個の吸着ヘッド１１１は、吸着ヘッ
ドの中心を結ぶ線が実質的に４角形を形成し、２辺とな
る２軸、すなわち、Ｘ軸およびＹ軸のピッチは、点線で
示すように可変とされている。これは、バーンインボー
ドの基準とソケット位置の誤差と、ソケットとソケット
の誤差を画像処理で検出し計測して、これに対応させて
吸着ヘッドのピッチを変えることができるようにするた
めである。吸着ヘッドの２軸のピッチは、例えば、１２
ｍｍから５０ｍｍまで移動する。これは、トレーでの半
導体デバイスの配列ピッチから、バーンインボードでの
ソケットのピッチまでに対応している。このような吸着
ヘッドの構造は、ソケットを開ける機能を除いて、ほと
んど同じ構造とし、４個を共通の設計とすることができ
る。トレーからテスター、テスターからボードへの供
給、ボードからシャトル、シャトルからトレーへの収納
の操作にも同様のヘッド構造を使用できる。

【００１８】このような挿入ヘッド１１０を使用してバ
ーンインボード上のソケットへ半導体デバイスを挿入し
ていく動作について説明するに、図３は、４個の半導体
デバイスを挿入ヘッド１１０の各吸着ヘッド１１１でチ
ャッキングした位置を、ボード搬送ユニットの下側の固
定カメラで検出する態様を平面的に示している。吸着ヘ
ッド１１１は、バキューム（マイナスエアー）して、半
導体デバイスを吸着してから挿入トランスファ１００で
移動して、バーンインボードのソケットの上に持ってい
くのである。

【００１９】図４は、挿入ヘッドに吸着された半導体デ
バイスの検出態様を示す正面図であり、図５は、それら
半導体デバイスの中心点の検出態様を示す平面図であ
る。これら図に示されるように、ボード搬送ユニット６
０の下側の固定カメラ７５で、ヘッドの中心位置を検出
する。バーンインボードのソケット４個の、２軸の平均
位置の中心に、今検出したヘッドの中心を合わせる。こ
の検出は、段取り替えの際に実施する。ボード搬送ユニ
ット６０の下側に配置された固定カメラ７５は、吸着ヘ
ッド１１１に吸着された半導体デバイス１の位置を前も
って試験して検出してそれらの位置を記憶しておき、そ
の記憶値を、後の実際の動作時に位置補正値として使用
するようにすることができるものである。こうして、挿
入ヘッド１１０をバーンインボード上のソケットに対し
て位置合わせした状態で、挿入ヘッド１１０を下降させ
て、４個の半導体デバイスを４つのソケットへ同時に挿
入するのである。

【００２０】このような４チャンネルの挿入ヘッドによ
って、バーンインボードの４つのソケットへ同時に４個
の半導体デバイスを挿入していくシステムは、現在普及
しているＢＧＡ、ＴＳＯＰ、ＱＦＰ等の半導体デバイス
の場合には問題がないが、これから普及していくと考え
られる次世代のＣＳＰ、ＦＰＢＧＡ等の半導体デバイス
の場合には問題がでてくると考えられる。以下、本発明
の実施例について説明する前に、このような問題につい
て説明しておく。

【００２１】図６は、バーンインボード上のソケット
と、そこに挿入される半導体デバイスとの寸法関係を略
示している。この図６に示されるように、ソケット内径
と半導体デバイス（ＩＣ）の外径との差をギャップと言
うが、ＴＳＯＰの場合、このギャップは、０．２〜０．
３ｍｍであったのが、ＣＳＰ、ＦＰＢＧＡ等の次世代半
導体デバイスの場合には、このギャップは、０．１〜
０．１５ｍｍとなる。また、ソケットの逆台形状の許容
範囲が半分になる。この許容範囲とは、挿抜機が半導体
デバイスを落とす位置のズレのことである。すなわち、
ソケットの中心と半導体デバイスの中心がズレても、ソ
ケット内に蟻地獄状に落ちていく許容範囲の数値であ
る。この範囲であれば、半導体デバイスはソケット内に
入るが、この範囲を超えると、挿入ミスとなってしま
う。この許容範囲は、ＴＳＯＰの場合±０．３ｍｍ前後
である。ソケットの開口部の許容差は、±０．４２５ｍ
ｍが設計値である。したがって、ソケット開口部の広さ
＝ＩＣのサイズ＋０．４２５＋０．４２５である。これ
が、実際には、±０．３ｍｍ以上ずれると、ＩＣは、ソ
ケットの内径に、落ちてくれない。この状態を、図７に
例示している。この図７に示したような状態になると、
挿入ミス、いわゆるジャムると言い、接続不良、コンタ
クト不良となってしまう。図８は、ソケットに対する半
導体デバイスの位置ズレの限界状態を図示したものであ
る。

【００２２】一方、図９に示すように、半導体デバイス
の挿入方向、すなわち、Ｚ軸方向は、下死点−０．５〜
−１．０ｍｍである。画像処理で、Ｘ、Ｙ方向のソケッ
トの位置ズレを計測して、Ｚ軸の制御で、ソケットの中
心位置でＩＣを落としている。Ｚ方向は、ソケットにＩ
Ｃが接続される位置を下死点として、それより０．５ｍ
ｍ〜１．０ｍｍ高い位置で、ＩＣを吸着している吸着ヘ
ッドは、バキュームをプラスエアーに変更して落として
いる。これらの数値は、後述するように、ＣＳＰ、ＦＰ
ＢＧＡ等の次世代半導体デバイスの場合には、約半分以
下となる。

【００２３】バーンインボードのソケットとソケットの
ズレは、特別な工夫をしなければ、±０．３ｍｍＸ・Ｙ
方向ともぶれる可能性がある。今までは、このズレがあ
っても、ソケットの許容範囲内であるので、吸着ヘッド
は、挿入できる可能性は高かった。しかし、アライメン
トステージのギャップ（±０．１〜±０．１５ｍｍ）で
のズレがあるので、同一方向に、累積誤差が生じれば、
挿入ミスとなる。

【００２４】（１）ソケットの許容範囲は、±０．３ｍ
ｍである。 （２）アライメントステージのギャップは、±０．１〜
±０．１５ｍｍである。 （３）バーンインボードソケットの位置ズレは、±０．
３ｍｍである。（２）＋（３）は、±０．４〜±０．４
５となり、（１）の許容値（±０．３ｍｍ）を越えてし
まうので、画像処理で調整する必要性がある。ただ、Ｉ
Ｃのアライメントステージでのズレは、±０．１〜±
０．１５ｍｍを越えることはない。ソケットの位置のズ
レが±０．３ｍｍなかったので問題がなかった。

【００２５】しかし、次世代の半導体デバイスについて
は、どうなのか確認してみたところ以下のようにそれら
数値は半分以下となることがわかった。

【００２６】（１）ソケットの許容範囲は、±０．１〜
±０．１５ｍｍである。 （２）アライメントステージのギャップは、±０．０５
〜±０．０７５ｍｍである。 （３）バーンインボードソケットの位置ズレは、±０．
３ｍｍである。そして、基準ソケットに対し、二つのソ
ケットが同じ軸において最大限ズレるとすれば、０．６
ｍｍである。平均すれば、０．３ｍｍのズレである。ア
ライメントステージのズレ、ソケットのズレを計測して
も、このズレ（０．３ｍｍ）は、ソケットの許容範囲±
０．１〜±０．１５ｍｍを越え、挿入ミスとなってしま
う。したがって、本発明では、ソケットの許容範囲±
０．１〜±０．１５ｍｍを越えた場合は、２軸の平均で
挿入せず、１個または２個のソケットは、２度または３
度の挿入動作に分けて行うようにする。

【００２７】次に、本発明による挿入ヘッドの制御シス
テムの動作原理について説明する。先ず、図１に関して
説明した挿入ヘッドは、メカ構造上で、ピッチ変換にお
いてＸ、Ｙの二方向しか動かないので、挿入ヘッドに吸
着しているデバイス中心のずれ、バーンインボードのソ
ケットの位置ずれとソケットの挿入許容誤差により、デ
バイス４個を同時に挿入させるために必要な判断条件と
最適挿入位置を求める方法を理論上で検討する。

【００２８】図１０は、図１に関して説明したような４
チャンネル挿入ヘッドの４つの吸着ヘッドの配置と各ヘ
ッドの移動方向を分かり易く示したものである。また、
図１１は、バーンインボードのソケットの挿入許容誤差
を図示したものである。ソケットの構造上では、デバイ
スの挿入に対して、Ｘ、Ｙ方向の挿入許容誤差があるの
で、図１１のように、２Δｘ、２Δｙとしている。

【００２９】ここでは、次の３つのことを前提条件とし
ている。 （１）挿入ヘッドに吸着しているデバイスは、水平方向
の傾きをなし、それぞれ平行であること。 （２）バーンインボードのソケットは、水平方向の傾き
をなし、それぞれ平行であること。 （３）挿入ヘッドに吸着しているデバイス４個の中心の
相対誤差は、ヘッドのピッチを変換しても、変わらない
（図１２参照）。挿入ヘッドに吸着しているデバイス中
心座標は、画像処理で検出される。

【００３０】挿入ヘッドのデバイス中心座標を図１２に
示したものとすると、挿入ヘッドに吸着しているデバイ
ス中心の相対誤差（距離）は次の式で表される。 ａ＝ｘ２−ｘ１……………………式（１） ｂ＝ｘ４−ｘ３……………………式（２） ｃ＝ｙ３−ｙ１……………………式（３） ｄ＝ｙ４−ｙ２……………………式（４）

【００３１】次に、デバイス４個を同時に挿入するため
の、可能条件と最適挿入位置とについて考察する。 （１）画像処理システムにより、バーンインボードのソ
ケットの中心座標を検出する。それらのソケットに対し
て、挿入許容誤差範囲を図１３で示す。 （２）挿入ヘッドに吸着しているデバイス２、３の中心
をソケット２、３の中心に合わせ、挿入ヘッドに吸着し
ているデバイス１、４とソケット１、４の中心位置のず
れを、図１４のように仮定する。

【００３２】挿入ヘッドに吸着しているデバイス２、３
の中心座標は、以下のように表示できる。 ｘ２＝Ｘ２…………………………式（５） ｙ２＝Ｙ２…………………………式（６） ｘ３＝Ｘ３…………………………式（７） ｙ３＝Ｙ３…………………………式（８）

【００３３】挿入ヘッドに吸着しているデバイス１、４
の中心座標は、式（１）から式（８）により、以下のよ
うに表示できる。 Ｓ１： ｘ１＝ｘ２−（ｘ２−ｘ１）＝Ｘ２−ａ……式（９） ｙ１＝ｙ３−（ｙ３−ｙ１）＝Ｙ３−ｃ……式（１０） Ｓ４： ｘ４＝ｘ３＋（ｘ４−ｘ３）＝Ｘ３＋ｂ……式（１１） ｙ４＝ｙ２＋（ｙ４−ｙ２）＝Ｙ２＋ｄ……式（１２）

【００３４】（３）挿入ヘッドに吸着しているデバイス
１、４の最適位置 図１４で示したように、デバイス４個を同時に挿入する
ために、挿入ヘッドに吸着しているデバイス１、４の可
動範囲は、挿入許容誤差の範囲であるので、デバイス
１、４の可動範囲とソケット１、４の挿入許容誤差範囲
の共有部分があれば、デバイス４個を同時に挿入するこ
とができる。その共有部分の中心は、デバイス４個を同
時に挿入するために、挿入ヘッドに吸着しているデバイ
ス１、４の最適位置と考えられる。それは、Ｎ１とＳ１
との連線の中心（Ｘ01，Ｙ01）、Ｎ４とＳ４との連線の
中心（Ｘ04，Ｙ04）である。式（９）から式（１２）に
より、その中心座標は、以下のように求まる。 Ｘ01＝（Ｘ１＋ｘ１）／２＝（Ｘ１＋Ｘ２−ａ）／２……式（１３） Ｙ01＝（Ｙ１＋ｙ１）／２＝（Ｙ１＋Ｙ３−ｃ）／２……式（１４） Ｘ04＝（Ｘ４＋ｘ４）／２＝（Ｘ４＋Ｘ３＋ｂ）／２……式（１５） Ｙ04＝（Ｙ４＋ｙ４）／２＝（Ｙ４＋Ｙ２＋ｄ）／２……式（１６）

【００３５】（４）デバイス４個を、同時に挿入するた
めに必要な判断条件挿入ヘッドに吸着しているデバイス
１、４の最適位置座標は、ソケット１、４の挿入許容誤
差範囲に入れば、デバイス４個を、同時に挿入すること
ができる。判断条件式は、以下の通りである。 （Ｘ１−Δｘ）＜Ｘ01＜（Ｘ１＋Δｘ）……………………式（１７） （Ｙ１−Δｙ）＜Ｙ01＜（Ｙ１＋Δｙ）……………………式（１８） （Ｘ４−Δｘ）＜Ｘ04＜（Ｘ４＋Δｘ）……………………式（１９） （Ｙ４−Δｙ）＜Ｙ04＜（Ｙ４＋Δｙ）……………………式（２０） 上記判断式（１７）から式（２０）を全部満足すれば、
式（１３）から式（１６）の計算値により、挿入ヘッド
に吸着しているデバイス１、４を制御して、デバイス４
個を、同時に挿入することができる。

【００３６】（５）デバイス４個同時に挿入不可能の場
合 判断式（１７）から式（２０）を全部満足できない場合
は、デバイス４個を、同時に挿入することはできない。
この場合には、一実施例として、ソケット１、４とソケ
ット２、３とに、２回に分けて挿入する。ソケット１、
４に挿入するときに、吸着しているデバイス１、４の最
適位置は、以下の通りである。 Ｘ01＝Ｘ１ Ｙ01＝Ｙ１ Ｘ04＝Ｘ４ Ｙ04＝Ｙ４

【００３７】ソケット２、４に挿入するときに、吸着し
ているデバイス１、４の最適位置は、以下の通りであ
る。 Ｘ01＝Ｘ２−ａ Ｙ01＝Ｙ３−ｃ Ｘ04＝Ｘ３＋ｂ Ｙ04＝Ｙ２＋ｄ 以上、画像処理システムの導入により、４チャンネル挿
入ヘッドにより、４個のデバイスを１度で同時に挿入す
るか、２回に分けて挿入するか、３回に分けて挿入する
かの判断を行うべく、挿入ヘッドの最適位置を理論上で
考察したのであるが、デバイスとソケットの水平方向の
傾き誤差等を考慮すれば、挿入許容誤差Δｘ、Δｙは、
若干小さく設定する必要があり、すなわち、それぞれ、
Δｘ−α、Δｙ−αとすべきであると考えられる。

【００３８】なお、前述の説明では、４チャンネル挿入
ヘッドにより、４個のデバイスを１度で同時に挿入する
か、２回に分けて挿入するか、３回に分けて挿入するか
の判断を行うための画像処理システムの画像カメラとし
て、ボード搬送ユニットの下に配設した固定カメラを使
用するとしたのであるが、本発明は、このような下部に
配設した固定カメラに限定するものではない。すなわ
ち、画像処理システムにおける撮像カメラは、挿入ヘッ
ドに吸着された半導体デバイスの位置関係と、それらの
半導体デバイスを挿入すべきバーンインボード上のソケ
ットの位置関係とを検出し測定できるようなものであれ
ばよく、例えば、挿入ヘッドの近傍でその上方に配置さ
れたような画像処理カメラでもよい。

【００３９】次に、次世代の半導体デバイスの挿抜を行
うのに適した吸着ヘッドの構造について述べる。先ず、
この種の半導体デバイスを載置するトレーは、一般的に
樹脂製であるため、山なりか、凹状態に変形（歪んでい
る、撓んでいる）しているのが普通である。製造したロ
ット毎に、ある一定の傾向を持って、変形していると考
えられる。設計した（デバイス毎）時の形状で、ある一
定の形をしてしまうと考えられる。凹凸が反っている
（撓んでいる）こともある。チェンジキット（Ｃ／Ｋ）
としては、デバイスの段取り替えの時、そのデバイス用
の、ポケットの形状、サイズに応じて、トレーも専用と
なっている。したがって、デバイス（ＩＣ）の型式毎
に、専用のトレーがあって、そのトレーは、製作したロ
ット毎に、ある一定の（同じ傾向の）歪みを持つという
ことになる。

【００４０】一方、次世代の半導体デバイスと考えられ
るＣＳＰ、μＢＧＡの場合、ウエハーレベルのパッケー
ジとされている。現在の半導体デバイスでは、樹脂で包
んでいたのが、ウエハー状態に塗装しただけとなり、薄
く小さい分、強度が弱くなっている。脆弱になった分、
破壊の危険性も多くなる。これを防ぐため、本発明にお
いては、吸着ヘッドで半導体デバイスを押さないですむ
ように非接触吸着を採用することを考える。

【００４１】すなわち、トレーにおいても、バーンイン
ボードにおいても、吸着する時、置く時（挿入）があ
り、これを、ピックおよびプレスと言っており、ピック
およびプレスがあるのがトランスファ（ロボット）の宿
命であり、本発明では、ピックもプレスも非接触吸着と
することを考えている。

【００４２】図１５は、吸着ヘッドと、トレーまたはバ
ーンインボードのソケットにおける半導体デバイスとの
関係を略示している。この図１５を参照して説明する
に、ＣＳＰ、μＢＧＡの場合に、種々実験した結果、ト
レー・アライメント・ボードのソケットから、ピックす
る時、隙間が０．１ｍｍ〜０．１５ｍｍであれば、バキ
ュームしてもデバイスは、舞い上がり、Ｘ・Ｙ・θ方向
にズレないで、吸着することができることが分かった。
そこで、必ず、この０．１ｍｍ〜０．１５ｍｍの空間を
キープするようにする。プレスの時も同じで、非接触
（トレーと、ＩＣデバイスと吸着パッドをぶつけない）
で、０．５ｍｍ位上で、ヘッドを停止させ、プラスエア
ーで吹いて落とすようにすれば良いことが分かる。しか
しながら、このようにしたくても、前述したように、ト
レーが変形しているので、難しいことが分かる。

【００４３】そこで、デバイス毎のチェンジキット（Ｃ
／Ｋ）交換の時、トレーエレベータのトレーの凹凸を、
ティーチングすることにし、このデータをデバイス毎に
記憶して、段取り替え時に利用することにする。図１６
は、このようなティーチングの説明図である。この図１
６に示されるように、×点印、５ヶ所をＺ方向（垂直方
向）でティーチングし、凹凸状態に制御する。トレー５
点、３Ｄ（３次元）制御となる。

【００４４】ここで、ティーチングとは、原点を記憶さ
せることである。通常、Ｚ軸方向のティーチングは、図
１７に示すように、下死点を基準とし、これより上方向
に、どれくらい上で停止させるかを、記憶させる。モー
タをゆっくり回転させて（手動）、吸着センサー”Ｏ
Ｎ”または接触した時停止させ、記憶する。

【００４５】次にソケットの場合について検討するに、
図１８に略示するように、バーンインボードが、０．１
ｍｍ〜１．０ｍｍの凹凸状態である。この差が、０．１
ｍｍ〜０．５ｍｍとなり、これを下からサポートし、上
からヘッドで押して、サンドにして、下死点に対して水
平をキープするようにしているが、補正しても、０．１
ｍｍ〜０．２ｍｍのブレは、防ぐことができない。デバ
イスをピックする時は、下死点より０．１ｍｍから０．
１５ｍｍ上、プレスする時は、０．５ｍｍ上で停止させ
る。

【００４６】これを具体的にどのように実施するかにつ
いて検討し、バーンインボードのソケットの上面は、ど
うしても０．１ｍｍ〜０．２ｍｍブレるとしたら、この
個々のソケットの上面を基準として、吸着パッドを下降
させる、限界点を決めることにした。図１９に示すよう
に、デバイス毎に、ソケットは違うので、ソケット上面
と、ソケットの底の位置、リードと接触する高さは、デ
バイス毎に調整する。

【００４７】図２０は、前述したような検討結果に基づ
いて具体化された本発明の一実施例としての吸着ヘッド
の構造を概略的に示す図である。図２０に示されるよう
に、この実施例の吸着ヘッドは、上下調節タイプであっ
て、第１シャフト２１、第２シャフト２２および第３シ
ャフト２３からなるＺ軸の下端に吸着パッド２４を設け
ている。第１シャフト２１、第２シャフト２２および第
３シャフト２３は、いずれもパイプ状のもので、中心軸
にそうエアー用（バキューム、プラスエアー）の穴を与
えている。第２シャフト２２と第３シャフト２３とは、
嵌め合い（締まりばめ）で接続されている。第３シャフ
ト２３の外周には、雄ネジが切られており、ナット２６
を用いて、そこにストッパー２５を挟み込むようにして
位置決め固定できるようにされている。ストッパー２５
は、図２０において寸法ａを決めるためのものである。
第２シャフト２２は、第１シャフト２１に挿入され、バ
ネ２７によってＺ軸方向に偏移されているので、上下し
て半導体デバイス１に吸着パッド２４が接触してもそれ
を逃がすことができ、半導体デバイス１を破損してしま
わないように保護することができる。これは、例えば、
デバイス１とソケット１２のソケット底面１２Ｃに、ゴ
ミが入ってデバイス１が浮いているような場合にデバイ
ス１を保護するための構造である。

【００４８】このような吸着ヘッドの構造によれば、ス
トッパー２５は、吸着ヘッドが下がって、ソケット上面
１２Ｂに接触して、高さ調節された吸着パッド２４の位
置は、下死点より上で停止する。ストッパー２５がソケ
ット上面１２Ｂに接触することにより停止された吸着パ
ッド２４は、緩衝用のバネ２７が付いているので、指定
された位置で停止し、デバイス１のクラック（破損）を
防いで、非接触で吸着する。したがって、この吸着ヘッ
ドでは、デバイス１を叩くことなく、デバイス１を舞い
上がらせ吸着する。

【００４９】この吸着ヘッドの構造では、ストッパー２
５とシャフト２３とは、シャフト２３の外周の雄ネジに
ねじ込まれるナット２６で上下方向の調節をし、図２０
における寸法ａおよびｂを、デバイス１の厚さに応じて
調節できる。この部分を、チェンジキット（Ｃ／Ｋ）と
して、交換することも可能である。また、寸法ａを決め
て、チェンジキット化するシャフトとすることもでき
る。このような実施例を図２１に示す。

【００５０】図２１に略示したチェンジキットタイプの
吸着ヘッドでは、第１シャフト２１Ａと第２シャフト２
２ＡとでＺ軸を構成し、第２シャフト２２Ａの下端に吸
着パッド２４を取り付けている。第１シャフト２１Ａお
よび第２シャフト２２Ａは、前述の実施例と同様に、い
ずれもパイプ状でエアー用穴を与えるようになってい
る。また、第２シャフト２２Ａは、第１シャフト２１Ａ
内に挿入され、上下することはできるが、下には落ちな
いものとされている。第１シャフト２１Ａの下端にスト
ッパー２５が取り付けられており、このストッパー２５
と吸着パッド２４との間で第２シャフト２２Ａの周り
に、前述の実施例におけるのと同様の作用を果たす緩衝
用バネ２７が設けられている。このようなチェンジキッ
トタイプの吸着ヘッドでは、寸法ａの違う第２シャフト
２２Ａを、デバイス１とソケット１２の種類が異なる毎
に、それらに合わせて交換することができるものとされ
ている。すなわち、寸法ａは、デバイスとソケットによ
りチェンジキットで決められた長さであり、寸法ｂは、
０．１ｍｍ〜０．１５ｍｍの隙間である。

【００５１】

【発明の効果】ソケットの挿入許容誤差が非常に小さく
なる次世代の半導体デバイスでも挿入ミスなく可能な限
り短時間にて、半導体デバイスの挿入を行うことができ
る。また、比較的に薄く強度の弱い次世代半導体デバイ
スでも、それらの破損の心配なく半導体デバイスの吸着
を行うことができ、挿抜を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】バーンインボード用ローダアンローダ装置に使
用する挿入ヘッドの詳細構造例を示す図である。

【図２】バーンインボード上のソケットに対する吸着ヘ
ッドの位置関係を示す図である。

【図３】４個の半導体デバイスを挿入ヘッドの各吸着ヘ
ッドでチャッキングした位置を、ボード搬送ユニットの
下側の固定カメラで検出する態様を平面的に示す図であ
る。

【図４】挿入ヘッドに吸着された半導体デバイスの検出
態様を示す正面図である。

【図５】図４における半導体デバイスの中心点の検出態
様を示す平面図である。

【図６】バーンインボード上のソケットと、そこに挿入
される半導体デバイスとの寸法関係を略示する図であ
る。

【図７】半導体デバイスのソケットへの挿入ミスの状態
を例示する図である。

【図８】ソケットに対する半導体デバイスの位置ズレの
限界状態を示す図である。

【図９】挿入ヘッドにおける半導体デバイスの挿入方向
における下死点を示す図である。

【図１０】４チャンネル挿入ヘッドの４つの吸着ヘッド
の配置と各ヘッドの移動方向を判り易く示す図である。

【図１１】バーンインボードのソケットの挿入許容誤差
を示す図である。

【図１２】挿入ヘッドのデバイス中心座標を示す図であ
る。

【図１３】ソケットの中心座標を示す図である。

【図１４】デバイスとソケットとの中心位置のずれ状態
の一例を示す図である。

【図１５】吸着ヘッドと、トレーまたはバーンインボー
ドのソケットにおける半導体デバイスとの関係を略示す
る図である。

【図１６】トレーの凹凸状態のティーチングを説明する
ための図である。

【図１７】Ｚ軸方向におけるティーチングを説明するた
めの図である。

【図１８】バーンインボードの凹凸状態を説明するため
の図である。

【図１９】デバイス毎の調整を説明するための図であ
る。

【図２０】本発明の一実施例としての吸着ヘッドの構造
を概略的に示す図である。

【図２１】本発明の別の実施例としての吸着ヘッドの構
造を概略的に示す図である。

【符号の説明】

１ 半導体デバイス １２ ソケット １２Ｂ ソケット上面 １２Ｃ ソケット底面 ２１ 第１シャフト ２２ 第２シャフト ２３ 第３シャフト ２４ 吸着パッド ２５ ストッパー ２６ ナット ２７ バネ ６０ ボード搬送ユニット ７５ 固定カメラ １００ 挿入トランスファ １１０ 挿入ヘッド １１１ 吸着ヘッド １１２ バネ １１３ Ｚ軸エアシリンダ １１４ ＬＭガイド １１５ Ｚ軸ステッピングモータ １１６ ＸまたはＹモータ １１７ ベルト

フロントページの続き (72)発明者 蒋 成杰 長野県佐久市跡部47−１ 草軽ビル１Ｆ 日本エンジニアリング株式会社あさまリサ ーチセンター内 (72)発明者 金子 浩之 神奈川県川崎市多摩区生田２−９−２ 日 本エンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 2G003 AD01 AG01 AG08 AG10 AG11 AG13 AG14 AH01 4M106 AA04 CA56 CA60 DH02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バーンインボード用ローダアンローダ装
   置における挿入ヘッドの制御システムにおいて、バーン
   インボードに対する半導体デバイスの挿入を行うための
   吸着ヘッド手段と、該吸着ヘッド手段に吸着される半導
   体デバイスの位置座標および前記バーンインボードのソ
   ケットの位置座標を計測するための画像処理手段と、該
   画像処理手段の計測結果に応じて前記吸着ヘッド手段の
   動作を制御するための制御手段とを備えており、前記吸
   着ヘッド手段は、前記バーンインボードのソケットに向
   かって個々に可動とされた４個の吸着ヘッドを有してお
   り、該吸着ヘッドの中心を結ぶ線は実質的に４角形を形
   成し、２辺となる２軸のピッチは、可変とされており、
   前記制御手段は、前記画像処理手段の計測結果にしたが
   って、前記４個の吸着ヘッドに吸着された半導体デバイ
   スを１回の挿入動作にて前記バーンインボードのソケッ
   トへと挿入するか、または、２回またはそれ以上の挿入
   動作に分けて前記バーンインボードのソケットへと挿入
   するかを決定することを特徴とする制御システム。
2. 【請求項２】 前記制御手段による前記決定は、前記吸
   着ヘッドに吸着されている半導体デバイスの中心位置ず
   れおよび前記バーンインボードのソケットの中心位置ず
   れと前記ソケットの挿入許容誤差とに基づいて行われる
   請求項１に記載の制御システム。
3. 【請求項３】 バーンインボード用ローダアンローダ装
   置における吸着ヘッドにおいて、バーンインボードのソ
   ケットに向かって下降移動しうるＺ軸シャフトと、該Ｚ
   軸シャフトの下端に取り付けられた吸着パッドと、該吸
   着パッドより上方で前記Ｚ軸シャフトに取り付けられ且
   つ前記吸着パッドが前記ソケット内の半導体デバイスに
   接触しないようにするため前記ソケットの上面に当接し
   て前記Ｚ軸シャフトの下死点を定めるためのストッパー
   とを備えることを特徴とする吸着ヘッド。
4. 【請求項４】 前記Ｚ軸シャフトは、少なくとも第１シ
   ャフトおよび第２シャフトからなり、前記第２シャフト
   は、前記第１シャフトに対して入れ子状態とされてお
   り、前記第１シャフトと前記第２シャフトとの間には、
   緩衝用バネが設けられており、前記吸着パッドは、前記
   第２のシャフトの下端に取り付けられている請求項３に
   記載の吸着ヘッド。
5. 【請求項５】 前記第２シャフトは、チェンジキット化
   されている請求項４に記載の吸着ヘッド。