JP2005093689A - コレット及びコレットを用いた部品の実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 部品間の間隔を狭めて実装することのできるコレット及びコレットを用いた部品の実装方法を提供すること。
【解決手段】 先端に複数の傾斜面５で囲まれた凹部６が形成され、且つ凹部６と連通する中空部８が形成された筒状の角錐コレット部２と、内部に真空吸引孔４が形成され、且つ先端７が平面な筒状を呈し、角錐コレット部２の中空部８に通される平コレット部３とを備え、角錐コレット部２と平コレット部３とは、平コレット部３の先端７が、角錐コレット部２の凹部６を通じて角錐コレット部２の内外に出し入れされる方向に相対的に移動自在となっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、部品を吸引保持するためのコレット及びコレットを用いた部品の実装方法に関し、更に詳しくは、部品間の距離を狭めて実装することのできるコレット及びコレットを用いた部品の実装方法に関する。

近年、携帯型電子機器の発展により、小型、高密度実装技術を利用した製品の要求が高まってきている。また、これら製品は同時に低コストであることも望まれており、開発費がかさむＳｏＣ（System on Chip）技術よりも、既存の設備や技術を最大限活用し、複数チップや受動部品を同一パッケージ内に収容するＳｉＰ（System in Package）技術が注目されている。例えば、セラミックパッケージを用い、複数のＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）デバイスを１パッケージに実装した構造をもつパッケージもその１つである。しかし、これら複数チップを収納できるパッケージにおいては、従来技術では以下に示した理由によりパッケージの小型化に限界があった。

部品実装用の治具として、従来より用いられている角錐コレットを用いた場合には、２個目の部品をダイボンドする際、既にダイボンド済みの部品に対して、角錐コレットにおける部品外部にオーバーハングする部分が接触しないようにしなければならず、そのための部品間隔が必要となる。

また、同じく従来より用いられている平コレットの場合は、角錐コレットのような部品からはみ出すオーバーハング部分はないが、角錐コレットのように部品の辺部が傾斜面に当接することによる水平方向の位置ずれ規制の作用が得られず、その位置ずれの大きさを見込んだチップ間の間隔が大きくなりやすい。

そこで、例えば特許文献１では、チップの３辺だけを傾斜面で受けて保持するようにして、隣りのチップの方向にコレットがオーバーハングしないようにしている。
特開２０００−２２３５０９号公報

しかし、特許文献１の構成では、コレットにおいて隣りのチップに対向する部分は完全に開口しており、その開口の部分ではチップの水平方向の位置ずれを規制することができない。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、その目的とするところは、部品間の間隔を狭めて実装することのできるコレット及びコレットを用いた部品の実装方法を提供することにある。

本発明のコレットは、先端に複数の傾斜面で囲まれた凹部が形成され、且つ凹部と連通する中空部が形成された筒状の角錐コレット部と、内部に真空吸引孔が形成され、且つ先端が平面な筒状を呈し、角錐コレット部の中空部に通される平コレット部とを備え、角錐コレット部と平コレット部とは、平コレット部の先端が、角錐コレット部の凹部を通じて角錐コレット部の内外に出し入れされる方向に相対的に移動自在となっていることを特徴としている。

平コレット部の先端が、角錐コレット部の凹部を通じて角錐コレット部の内外に出し入れされる方向に相対的に移動自在となっていることで、角錐コレット部における部品の平面寸法よりも大きくはみ出たオーバーハング部分が既に実装された部品にぶつかることを考慮しなくて済むので、その分、隣り合う部品間の間隔を狭めて実装することができる。

更に、部品の辺部を角錐コレット部の傾斜面に当接させて部品の水平方向の位置ずれを規制した状態で部品をピックアップし、その部品の高い位置精度を保ったまま平コレット部にて保持し直すので、部品ピックアップの際の水平方向の位置ずれを抑えることができ、その位置ずれを見込んで既実装部品との間に形成する間隔も小さくでき、このことによっても、両部品間の間隔を狭めることができる。

また、本発明のコレットは、先端に複数の傾斜面で囲まれた凹部が形成され、且つ凹部と連通する真空吸引孔が形成された筒状を呈し、少なくとも１つの傾斜面の幅方向に関しての一部分が下縁部側から切り欠かれて切欠きが形成されていることを特徴としている。

このような構成によれば、位置精度の出しやすい角錐型のコレットを使いながら、その角錐型コレットの弱点であったオーバーハング部分のための間隔を両部品間にあける必要がないので、その分、部品間隔を小さくできる。

更に、上記切欠きに、部品吸引時に形成される隙間を塞ぐように弾性部材を設けることで、真空吸引時における切欠きからの空気漏れによる吸引力低下を防げる。弾性部材であるので、部品に当たるようなことがあっても部品へのダメージを防げる。このような弾性部材として、例えばゴム、樹脂などが挙げられる。

また、その弾性部材が既に実装された部品の角部などに局所的に当たってその部品を動かしてしまうことが懸念される場合には、弾性部材を切欠きの外に向けて張り出させて、既に実装された部品を上から押さえるように接触させればその部品の位置ずれを防げる。

また、本発明のコレットを用いた部品の実装方法は、角錐コレット部が傾斜面で部品の辺部を受けて部品を吸引保持する手順と、角錐コレット部と平コレット部とを相対的に移動させ、角錐コレット部によって吸引保持されている部品の上面を平コレット部の先端で吸引する手順と、平コレット部の先端を角錐コレット部の凹部から突出させて部品を実装位置に実装する手順とを有することを特徴としている。

部品は先ず角錐コレット部の先端に吸引保持される。このとき、部品はその辺部が、角錐コレット部の凹部を形成する傾斜面に当接されて水平方向の位置ずれが規制された状態となっている。

このとき、平コレット部は、その先端が部品の上面に接触せず、部品の辺部と傾斜面との当接を妨げない位置に退避している。

次いで、角錐コレット部に対して平コレット部を下降させて、平コレット部の先端を部品の上面に当接させる。これにより、部品は平コレット部の先端に吸引保持される。このとき、部品の辺部は引き続き傾斜面と当接した状態である。

次いで、平コレット部の先端が角錐コレット部の凹部を通って角錐コレット部の先端から突出されるように平コレット部を角錐コレット部に対して相対的に下降させて、その平コレット部の先端に吸引保持された部品を配線基板などにおける実装位置に実装する。このときの角錐コレット部の下降量は、部品の実装位置の隣に既に実装されている部品に接触しないように調整される。

以上のように部品を実装することで、角錐コレット部における部品の平面寸法よりも大きくはみ出たオーバーハング部分が既に実装された部品にぶつかることを考慮しなくて済み、その分、部品間の間隔を狭めて実装することができる。

更に、部品の辺部を角錐コレット部の傾斜面に当接させて部品の水平方向の位置ずれを規制した状態で部品をピックアップし、その部品の位置精度を保ったまま平コレット部にて保持して部品を実装位置に実装するので、部品ピックアップの際の水平方向の位置ずれを抑えることができ、その位置ずれを見込んで既実装部品との間に形成する間隔も小さくできる。このことによっても、部品間の間隔を従来より狭めることができる。

本発明のコレットまたはコレットを用いた部品の実装方法によれば、複数部品間の互いの間隔を狭めた状態で実装できるため、それら部品が実装される配線基板などの被実装体の実装面積の低減が図れ、小型化が実現できる。

［第１の実施形態］
（コレットの構成）
図１、２に本実施形態に係るコレット１を示す。図２はコレット１の先端の平面図であり、図１は図２における［Ａ］−［Ａ］線方向の断面図である。

コレット１は、角錐コレット部２と、平コレット部３とが組み合わされて構成される。角錐コレット部２は金属あるいは樹脂からなる。平コレット部３も金属あるいは樹脂からなる。

角錐コレット部２は、例えば角筒状を呈し、その軸方向に沿って断面矩形の中空部８が形成されている。角錐コレット部２の先端には、複数（例えば４つ）の傾斜面５で囲まれた凹部６が形成されている。各傾斜面５は、角錐コレット部２の先端から奥へと向かうにつれて、徐々に対向する傾斜面５間の距離が小さくなるように傾いている。凹部６は中空部８と連通している。

平コレット部３は、例えば円筒状を呈し、その軸方向に沿って真空吸引孔４が形成されている。真空吸引孔４と、平コレット部３の外表面とは例えば中心を一致させている。なお、平コレット部３は円筒状としたが、加工しやすく、また後述するように角錐コレット部２との相対移動に支障がない形状ならば、円筒以外の形状、例えば角筒状であってもよい。

平コレット部３の先端７は平面になっており段差が形成されていない。その中心に真空吸引孔４があけられているだけである。

平コレット部３は、角錐コレット部２に形成された中空部８に通されており、角錐コレット部２と平コレット部３とは、軸方向に沿って相対的に移動自在となっている。例えば、本実施形態では、平コレット部３に図示しないエアシリンダの駆動ロッドが連結されている。

（コレットを用いた部品の実装方法）
次に、上記コレット１を用いて、部品として例えば半導体チップを配線基板上に実装する方法について説明する。

先ず、図示しない移動機構によって、コレット１を、多数の部品（半導体チップ）が形成された半導体ウェーハ上に移動させる。そして、半導体ウェーハの下方に配設された突き上げピンで吸引すべき部品を突き上げて半導体ウェーハから分離すると共に、図３（ａ）で示すように、角錐コレット部２の先端でその部品１０を吸引する。

部品１０は直方体状を呈し、その上面１０ｂと４つの側面との境界である上側の辺部１０ａが、角錐コレット部２の凹部６を形成する各傾斜面５に当接されてほぼ水平な姿勢で、平コレット部３の真空吸引孔４からの真空吸引によって吸引保持される。

このとき平コレット部３は、その先端７が部品１０の上面１０ｂに接触せず、部品１０の辺部１０ａと傾斜面５との当接を妨げない位置に退避している。

次いで、図３（ａ）の状態を保持したまま、コレット１を配線基板１２上における、部品１０の実装位置のすぐ上まで移動させる。そして、平コレット部３に連結されたエアシリンダの駆動ロッドを駆動させて、図３（ｂ）に示すように、角錐コレット部２に対して平コレット部３を下降させて、平コレット部３の先端７を部品１０の上面１０ｂに当接させる。

真空吸引孔４を通じた真空吸引は引き続き行われているので、部品１０は平コレット部３の先端７に吸引される。このとき、部品１０の辺部１０ａは引き続き傾斜面５と当接した状態である。

次いで、角錐コレット部２を下降させると共に、平コレット部３の先端７が角錐コレット部２の凹部６を通って角錐コレット部２の先端から突出されるように平コレット部３を下降させて、図３（ｃ）に示すように、配線基板１２上に塗布された例えば銀ペーストなどのボンディングペーストの上に部品１０をマウントする。このときの角錐コレット部２の下降量は、部品１０の実装位置に隣接して既に配線基板１２上に実装されている部品１１に接触しないように調整される。

以上のように部品１０を実装することで、角錐コレット部２における部品１０の平面寸法よりも大きくはみ出た部分が既に実装された部品１１にぶつかることを考慮しなくて済み、その分、部品１０、１１間の間隔ｄ１を狭めて実装することができる。

更に、上述したように、部品１０の４つの辺部１０ａを角錐コレット部２の傾斜面５に当接させて部品１０の水平方向及び回転方向の位置ずれを規制した状態で部品１０をピックアップし、その部品１０の位置精度を保ったまま平コレット部３にて保持し直すので、部品ピックアップの際の水平方向の位置ずれを抑えることができ、その位置ずれを見込んで既実装部品１１との間に形成する間隔も小さくできる。このことによっても、両部品１０、１１間の間隔ｄ１を従来より狭めることができる。例えば、ｄ１を５０μｍ以下にすることが可能である。

以上述べたように、本実施形態によれば、複数部品１０、１１間の互いの間隔を狭めた状態で実装できるため、結果として配線基板１２の実装面積の低減が図れ、小型パッケージが実現できる。あるいは、同じ実装面積であれば、より大きな部品を搭載できる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

（コレットの構成）
図４〜６に本実施形態に係るコレット２１を示す。図５はコレット２１の先端の平面図であり、図４は図５における［Ｂ］−［Ｂ］線方向の断面図であり、図６はコレット２１の先端の側面図である。

コレット２１は、例えば金属あるいは樹脂からなり、先端側が幅広とされた段付きの四角い筒状を呈し、その軸方向に沿って横断面が円形の真空吸引孔２８が形成されている。コレット２１の先端には、複数（例えば４つ）の傾斜面２５で囲まれた凹部２６が形成されている。各傾斜面２５は、先端から奥へと向かうにつれて、徐々に対向する傾斜面２５間の距離が小さくなるように傾いている。凹部２６は真空吸引孔２８と連通している。

また、４つの傾斜面２５のうちの１つには幅方向に関しての一部分が下縁部側から切り欠かれて切欠き２２が形成されている。切欠き２２は、傾斜面２５の幅方向に関しての全長にわたって形成されておらず、図６に示すように、隣接する他の２つの傾斜面２５から続く部分を残すようにしている。

（コレットを用いた部品の実装方法）
図９、及び図９における［Ｃ］−［Ｃ］線方向の断面図である図１０に示されるように、平面寸法の異なる２つの部品１０、１１を配線基板上１２に実装する際には、先に平面寸法の小さい部品１１を実装する。この実装は、従来の角錐コレットや、平コレットなどで行われる。

次に、部品１０を部品１１の隣りに実装する。このときは本実施形態に係る上述したコレット２１を用いる。図７、８に示されるように、部品１０の上面１０ｂと４つの側面との境界である上側の辺部１０ａが、コレット２１の凹部２６を形成する各傾斜面５に当接され、部品１０はほぼ水平な姿勢にて真空吸引孔２８からの真空吸引によって吸引保持される。

切欠き２２の形成された傾斜面２５に対向する部品１０の辺部１０ａは、切欠き２２の（幅方向に関しての）両側部分に当接されるので、切欠き２２によって部品１０の水平方向の位置ずれが生じることはない。部品１０の他の３つの辺部１０ａついてはその全長にわたる部分が、傾斜面２５に当接している。このような状態で部品１０が吸引保持されているので、部品ピックアップの際の水平方向及び回転方向の位置精度は高く維持される。

次いで、コレット２１は、図９、１０に示すように、先に実装された部品１１側に切欠き２２を向けて配線基板１２上における部品１０の実装位置に下降される。コレット２１の切欠き２２の幅（横方向の長さ）は、部品１１における部品１０に対向する辺の幅ｗ（図１０参照）より大きいため、また切欠き２２の高さは部品１１の高さを考慮し、部品１０が配線基板１２上にマウントされた状態で、コレット２１と部品１１とが接触しないように設定されている。このため、部品１０を部品１１の隣りに実装する際に、切欠き２２によってコレット２１と部品１１との接触を避けることができる。

以上述べたように、部品１０の水平方向の移動を規制した状態で部品１０を吸引保持する角錐型のコレット２１を使いつつも、その角錐型コレットの弱点であった部品１０より横方向にはみ出すオーバーハング部分のための間隔を両部品１０、１１間にあける必要がないので、従来よりも部品間隔ｄ１を小さくできる。また、切欠き２２の高さを部品１１の高さに合わせて様々に変えられることから、薄型パッケージ構造を設計する上で自由度が高い。このため、パッケージ構造を最適化しやすく、より薄型のパッケージが設計できる。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、上記第２の実施の形態と同じ構成部分には同一の符号を付しその詳細な説明は省略する。

コレットの基本構造は上記第２の実施形態と共通だが、部品を確実に真空吸引するための実施形態である。上記第２の実施形態では、傾斜面２５の一部に切欠き２２があることにより、その切欠き２２において部品で塞がれないわずかな隙間からエアが漏れ、真空吸引の安定性が損なわれてしまうおそれがある。

このため、本実施形態では、図１１〜図１３に示すように、切欠き２２の上縁部側に弾性部材３４を例えば接着などで取り付け、真空吸引力の低下を防いでいる。弾性部材３４は、部品１０に対する接触によって、部品１０に損傷を与えないように例えばゴムや樹脂などの材料を用いる。

また、弾性部材３４が、先に実装された部品１１（図９参照）に接触してその部品１１の位置をずらしてしまうおそれがある場合には、図１４に示すように、弾性部材３５の平面寸法を大きくし、切欠き２２の外方に大きく張り出すような構成にして、先に実装した隣の部品１１をその張り出した部分で押さえ込むようにすればよい。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

上記第１の実施形態において、角錐コレット部２を上方に移動させることで、相対的に平コレット部３の先端７が角錐コレット部２の凹部６から突出するようにしてもよい。

上記第２、第３の実施形態において、切欠き２２は、今、実装しようとする部品の周囲に配置されている既実装部品の個数に応じて、２個以上の傾斜面に形成してもよい。

部品としては、半導体チップに限らず、パッケージングされた半導体部品、ＳＡＷ素子、抵抗やコンデンサなどの受動部品、レンズ等の光学素子などでもよい。更に、部品の形状も直方体に限らず、円筒状などであってもよく、要は、傾斜面に当接される辺部と、更に上記第１の実施形態の場合には平コレット部に吸引される平面な部分を有していればよい。

本発明の第１の実施形態に係るコレットの断面図であり、図２における［Ａ］−［Ａ］線方向の断面図である。 同コレットの先端の平面図である。 同コレットによる部品の実装作用を説明する断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るコレットの断面図であり、図５における［Ｂ］−［Ｂ］線方向の断面図である。 同コレットの先端の平面図である。 同コレットの側面図である。 同コレットが部品を保持した状態の断面図である。 同コレットが部品を保持した状態の先端の平面図である。 同コレットによる部品の実装作用を説明する断面図である。 図９における［Ｃ］−［Ｃ］線方向の断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るコレットの断面図であり、図１２における［Ｄ］−［Ｄ］線方向の断面図である。 同コレットの先端の平面図である。 同コレットの側面図である。 変形例によるコレットの断面図である。

符号の説明

１…コレット、２…角錐コレット部、３…平コレット部、４…真空吸引孔、５…傾斜面、６…凹部、１０…部品、１０ａ…辺部、２１…コレット、２２…切欠き、３４…弾性部材、３５…弾性部材。

Claims (5)

1. 先端に複数の傾斜面で囲まれた凹部が形成され、且つ前記凹部と連通する中空部が形成された筒状の角錐コレット部と、
   内部に真空吸引孔が形成され、且つ先端が平面な筒状を呈し、前記角錐コレット部の前記中空部に通される平コレット部とを備え、
   前記角錐コレット部と前記平コレット部とは、前記平コレット部の前記先端が、前記角錐コレット部の前記凹部を通じて前記角錐コレット部の内外に出し入れされる方向に相対的に移動自在となっている
   ことを特徴とするコレット。
2. 先端に複数の傾斜面で囲まれた凹部が形成され、且つ前記凹部と連通する真空吸引孔が形成された筒状のコレットにおいて、
   少なくとも１つの前記傾斜面の幅方向に関しての一部分が下縁部側から切り欠かれて切欠きが形成されている
   ことを特徴とするコレット。
3. 前記傾斜面に部品の辺部が当接されて前記部品が吸引保持された状態で前記切欠きに形成される隙間を塞ぐように前記切欠きの上縁部側に弾性部材が取り付けられている
   ことを特徴とする請求項２に記載のコレット。
4. 前記弾性部材は、前記切欠きの外に向けて張り出している
   ことを特徴とする請求項３に記載のコレット。
5. 先端に複数の傾斜面で囲まれた凹部が形成され、且つ前記凹部と連通する中空部が形成された筒状の角錐コレット部と、
   内部に真空吸引孔が形成され、且つ先端が平面な筒状を呈し、前記角錐コレット部の前記中空部に通される平コレット部とを備えたコレットを用いた部品の実装方法であって、
   前記角錐コレット部が前記傾斜面で前記部品の辺部を受けて前記部品を吸引保持する手順と、
   前記角錐コレット部と前記平コレット部とを相対的に移動させ、前記角錐コレット部によって吸引保持されている前記部品の上面を前記平コレット部の前記先端で吸引する手順と、
   前記平コレット部の前記先端を前記角錐コレット部の前記凹部から突出させて前記部品を実装位置に実装する手順とを有する
   ことを特徴とするコレットを用いた部品の実装方法。
   

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