JP2005103659A - 吸着装置およびこれを用いた吸着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部品に対する吸着力が大きく、かつ、部品に悪影響を及ぼさない吸着装置およびこれを用いた吸着方法を提供する。
【解決手段】真空吸着によって部品をピックアップするコレット２は先端部２ｂに長手方向に窪んだ凹部５を有している。また、上記凹部５の側面では真空吸着用の孔７が開口している。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば発光ダイオード装置や半導体レーザ装置等の電子部品のピックアップに用いる吸着装置およびこれを用いた吸着方法に関する。

従来、吸着装置としては、図５（Ａ）に示すようなコレット５０２で部品５０１（半導体素子、誘電体のサブマウント、チップ部品およびマイクロミラー等）をピックアップするものがある。上記コレット５０２は、従来の吸着装置に用いられる最も単純なコレットである。このようなコレット５０２は略円筒形状を有している。そして、上記コレット５０２には軸線を通る吸着孔５０３が形成されている。上記吸着孔５０３の一端は真空ポンプ等に接続されており、コレット５０２先端周辺の空気は吸着孔５０３を通って吸引される。これにより、上記コレット５０２の先端５０２ａに部品５０１を吸着することができる。

上記構成の吸着装置が部品５０１をピックアップする場合、まず、コレット５０２を部品５０１の上面５０１ａまで下降させた後、コレット５０２の先端部周辺の空気を吸着孔５０３の先端から吸引して、コレット５０２の先端面５０２ａを部品５０１の上面５０１ａに密着させる。次に、上記コレット５０２を部品５０１と共に矢印Ｔに沿って移動させ、部品５０１を二点鎖線で示す位置Ｐに持って行く。最後に、上記吸着孔５０３による空気の吸引を停止させて、コレット５０１から部品５０１を外す。

上記コレット５０２の先端面５０２ａの形状は、図５（Ｂ）または図５（Ｃ）に示すような場合がある。つまり、図５（Ｂ）に示すように、コレット５０２を円筒形状にし、吸着孔５０３を円柱形状にする場合や、図５（Ｃ）に示すように、コレット５０を四角筒形状にし、吸着孔５０３を円柱形状にする場合がある。上記コレット５０３の外形は吸着する部品５０１の形状により決定される。一方、上記吸着孔５０３は一般的には加工を容易にする観点から円柱形状にする場合が多い。

近年、上面が平坦な部品ばかりではなく、図６（Ａ）に示すように、上面６０１ａの中心部に凸部６０４が形成された部品６０１がある。このような部品６０１をピックアップするコレット６０３には、軸心を通る吸着孔６０３を形成している。この吸着孔６０３は、円柱形状の主部６０３ａと、この主部６０３ａに連なる端部６０３ｂとを有している。この吸着孔６０３の端部６０３ｂは、図６（Ｂ）に示すように、凸部６０４を収容可能な大きさの四角柱形状となっている。これにより、上記吸着孔６０３の端部６０３ｂは凸部６０４を覆うことができる。

上記コレット６０２の先端面６０２ａは部品６０１の上面６０１ａの周縁部の全部に接触するが、コレットの先端面は部品の上面の周縁部の一部にしか接触してはいけない場合がある。この場合、コレットの先端面と部品の上面との接触面積を小さくしなければならない。これを実現するコレットとしては、図７（Ａ）に示すような所謂ゲタ型のコレット７０２がある。このコレット７０２の先端面７０２ａには、真空吸着用の孔７０３と連通する溝７０５が形成されている。これにより、図７（Ｂ）に示すように、コレット７０２の先端面７０２ａの面積が減少して、コレット７０２の先端面７０２ａと部品７０１の上面との接触面積が小さくなる。

しかし、上記コレット７０２で部品７０１をピックアップした場合、真空吸着用の孔７０３の先端は部品７０１のどこに密着しないので、コレット７０２と部品７０１との間で真空のリークが発生してしまう。このため、上記真空吸着用の孔７０３の真空度が上がらなくなって、部品７０１の吸着状態が不安定になる。つまり、上記部品７０１を吸着する力が弱くなってしまうという問題がある。この問題は、上記部品７０１が１ｍｍ角以下程度の小さなチップであれば目立たないが、部品７０１がｃｍオーダーの部品である場合は顕著になる。

ところで、上記コレット７０２でピックアップする部品としては、図８（Ａ），図８（Ｂ）に示すような半導体素子８０１がある。この半導体素子８０１の上面８０１ａは凹凸になっていて、その上面８０１ａの凹部ではベアチップ８０６が剥き出しになっている。このような半導体素子８０１をコレット７０２で吸着した場合、ベアチップ８０６が形成された凹部内において、真空吸着用の孔７０３へ向う空気の流れが発生してしまう。その結果、上記ベアチップ８０６を固定するための接着剤が十分に乾燥していないと、ベアチップ８０６がその空気の流れによって動いてしまう。ひどい時には、上記ベアチップ８０６がその空気の流れによって剥がされてコレット７０２に吸着される結果、吸着装置を停止させてしまうこともある。このように、上記半導体素子８０１の上面の凹部内はコレット７０２が触れることはもちろん、真空吸着のリークによる空気の流れがあっても、接着剤未硬化のベアチップ８０６や、ベアチップ８０６に接続されたワイヤ等が位置ずれを起こす恐れがある。

上記コレット７０２のようなコレットは、実開平４−１２２４２５号公報（特許文献１）に開示されている。
実開平４−１２２４２５号公報

そこで、本発明の課題は、部品の上面においてコレットを接触させる領域が小さくても、部品に対する吸着力が大きく、かつ、部品に対して悪影響を及ぼさない吸着装置およびこれを用いた吸着方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、第１の発明の吸着装置は、真空吸着によって部品をコレットにピックアップして移載する吸着装置において、上記コレットは先端部に長手方向に窪んだ凹部を有し、この凹部の側面に開口する真空吸着用の孔を有することを特徴としている。

上記構成の吸着装置によれば、上記部品の少なくとも一部をコレットの凹部に収容し、真空吸着用の孔内の空気を引くと、真空吸着用の孔が部品の側面に真空吸着する。この場合、上記部品の上面に例えば凹凸があっても、部品の側面が略平坦であれば、部品とコレットとの間で真空リークが生じない。したがって、上記部品に対する吸着力を大きくすることができる。

また、上記部品の上面において例えばベアチップが剥き出しになっている場合、部品とコレットとの間で真空リークが起こらないので、真空リークによる気流がベアチップにあたらない。したがって、上記ベアチップを固定する接着剤が硬化していなくても、ベアチップの位置がずれない。つまり、上記部品に悪影響が及ぶのを防止することができる。

また、上記部品とコレットとの間で真空リークが発生しないため、部品の吸着状態が不安定になったり、真空リークにより部品の吸着有無を感知する真空センサがうまく使えなかったり、部品の一部を吸い込んでしまったりという不具合が生じない。その結果、上記部品に対する吸着作業に関する調整が必要なくなり、その吸着作業の信頼性を高めることができる。

一実施形態では、上記コレットは、鉛直方向に延びると共に、鉛直方向に移動可能である。

一実施形態の吸着装置は、上記コレットの中心線が、上記凹部に真空吸着された上記部品の重心を通る。

上記実施形態の吸着装置によれば、上記真空吸着用の孔が部品の側面に真空吸着すると、上記コレットの中心線が上記部品の重心を通るから、部品の吸着状態が安定する。つまり、上記部品の吸着状態が不安定になるのを防止できる。

一実施形態の吸着装置は、上記凹部は上記コレットの中心線に略平行で互いに対向する２つの平坦な側面を有し、上記２つの平坦な側面の一方のみに上記真空吸着用の孔が形成されている。

上記実施形態の吸着装置によれば、上記部品を凹部内に収容し易くするには、部品よりも大きな凹部を形成することが考えられる。このような大きな凹部を形成した場合、上記２つの平坦な側面のそれぞれに真空吸着用の孔を形成すると、真空吸着時、一方の真空吸着用の孔が部品の側面に隙間なく密着しても、他方の真空吸着用の孔と部品の側面との間に隙間が生じてしまう。その結果、上記部品とコレットとの間で真空リークが生じるため、部品の吸着状態が不安定になる。

そこで、上記２つの平坦な側面の一方のみに真空吸着用の孔を形成することによって、凹部を部品より大きくしても、真空吸着時、真空吸着用の孔が形成された側面と部品の側面との間に隙間が生じないので、部品とコレットとの間で真空リークが生じるのを防止することができる。その結果、上記部品の吸着状態が不安定になるのを防止できる。

また、上記凹部を部品より大きくすれば、コレットから部品を容易に外すことができる。

一実施形態の吸着装置では、上記凹部の側面の先端側の部分がテーパ面である。

上記実施形態の吸着装置によれば、上記凹部の側面の先端側の部分がテーパ面であるから、凹部への部品の収容が容易である。

一実施形態の吸着装置では、上記コレットは、コレット本体と、このコレット本体の先端部に取り付けられ、上記凹部を有する吸着ノズルとからなる。

上記実施形態の吸着装置によれば、上記コレットをコレット本体と吸着ノズルとで構成するから、コレットの作製が容易になる。

また、上記コレット本体とは別部材である吸着ノズルには、凹部や真空吸着用の孔等を容易に形成することができる。

一実施形態の吸着装置は、上記コレット本体は鉛直方向に延びている。

一実施形態の吸着装置は、上記吸着ノズルの上記凹部の側面を形成する側部には、上記コレット本体の中心線方向の孔と、この中心線方向の孔に連通すると共に、上記中心線方向に対して垂直な方向に延びる上記真空吸着用の孔としての貫通孔とを有し、上記貫通孔の一端は上記凹部の側面に開口する一方、上記貫通孔の他端は上記コレット本体で塞がれている。

上記実施形態の吸着装置によれば、上記貫通孔は吸着ノズルの側部を貫通するので、貫通孔の形成は容易である。

また、上記貫通孔の他方の端部をコレット本体で塞いでいるので、部品の吸着時に、孔内の真空度を確実に上げることができる。

一実施形態の吸着装置は、上記吸着ノズルは上記コレット本体に圧入または接着により取り付けられている。

上記実施形態の吸着装置によれば、上記吸着ノズルをコレット本体に圧入または接着により取り付けるので、コレットの製造が容易である。

一実施形態の吸着装置は、上記コレットの先端面が同一平面を形成する平坦面である。

上記実施形態の吸着装置によれば、上記部品の一部を凹部内に収容した場合、コレットの先端面が同一平面を形成する平坦面であるから、部品の上記凹部外の基準面にコレットの先端面を密着させることができる。したがって、上記部品の吸着状態が不安定になるのを防ぐことができる。

第２の発明の吸着方法は、上記実施形態の吸着装置を用いた吸着方法であって、上記部品の一部を上記凹部内に収容すると共に、上記部品の上記凹部外の基準面に上記コレットの先端面を密着させて、上記部品の真空吸着を行うことを特徴としている。

上記構成の吸着方法によれば、上記部品の一部を凹部内に収容した状態で部品の真空吸着を行うから、部品の一部を凹部内に収容した状態で部品を移載することができる。したがって、上記部品が移載中に他の装置等と衝突して損傷するのを防ぐことができる。

また、上記部品の凹部外の基準面にコレットの先端面を密着させて部品真空吸着を行うから、部品の吸着状態が不安定になるのを防ぐことができる。

第１の発明の吸着装置は、部品の上面に例えば凹凸があっても、真空吸着用の孔が部品の側面に真空吸着するから、部品の側面が平坦であれば、部品とコレットとの間で真空リークが生じない。その結果、上記部品に対する吸着力を大きくすることができる。

また、上記部品の上面において例えばベアチップが剥き出しになっている場合、ベアチップを固定する接着剤が硬化していなくても、部品とコレットとの間で真空リークが起こらないので、真空リークによる気流がベアチップにあたらず、ベアチップの位置がずれない。したがって、上記吸着装置は部品に悪影響を及ぶのを防止できる。

第２の発明の吸着方法は、上記部品の一部を凹部内に収容した状態で部品の真空吸着を行うから、部品の一部を凹部内に収容した状態で部品を移載することができて、移載中の部品を保護することができる。

また、上記部品の凹部外の基準面にコレットの先端面を密着させて部品真空吸着を行うから、部品の吸着状態が不安定になるのを防ぐことができる。

以下、本発明の吸着装置および吸着方法およびこれを用いた吸着方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１（Ａ）に、本発明の実施の一形態の吸着装置の要部の模式正面図を示す。

上記吸着装置は、図１（Ａ）に示すように、鉛直方向に延びて鉛直方向および水平方向に移動可能な所謂ゲタ型のコレット２を備えている。上記コレット２は先端部２ｂに長手方向に窪んだ凹部５を有している。また、上記コレット２の先端面２ａは同一平面を形成する平坦面となっている。

上記凹部５は、コレット２の中心線ＣＬに略平行で互いに対向する２つの平坦な側面を含んでいる。この２つの平坦な側面の先端側の部分はテーパ面となっている。また、上記２つの平坦な側面の一方のみに真空吸着用の孔７を形成している。上記真空吸着用の孔７はコレット２に形成された吸着孔３の一部からなっている。この吸着孔３は、コレット２の末端側からコレット２の先端面２ａ側に向って延びた後、屈曲して凹部５の側面に到達している。この吸着孔３の末端部（先端面２ａとは反対側の端部）は、図示しない真空ポンプに接続されている。

また、上記凹部５内には、図１（Ｂ）に示す部品１を収容する。この部品１の上面１ａは一部が窪んでいる。つまり、上記部品１は上部に凹部を有している。また、上記部品１の側面１ｂ，１ｃは略平坦に形成されている。

上記構成の吸着装置が部品１をコレット２にピックアップする場合、上記部品１をコレット２の凹部５内に収容した後、吸着孔３内の空気を真空ポンプで引いて、真空吸着用の孔７を部品１の側面１ｃに真空吸着させる。このとき、上記コレット２近傍の空気は矢印Ｄ方向に流れるので、部品１の凹部内の空気は乱れない。また、上記部品１は図１（Ａ）の二点鎖線で示す真空吸着位置に位置し、部品１の側面１ｃと凹部５の側面との間に隙間が生じていない。その結果、上記部品１とコレット２との間で真空リークが生じないから、部品に対する吸着力を大きくすることができる。

また、上記部品１が真空吸着位置に位置したとき、コレット２の中心線ＣＬが部品１の重心ＣＧを通るので、部品１が水平方向に対して傾く心配が無い。つまり、上記部品１の吸着状態は安定している。

また、上記２つの平坦な側面の一方のみに真空吸着用の孔７を形成しているから、凹部５を部品１より大きくても、真空吸着時、その２つの平坦な側面の一方と部品１の側面１ｂとの間に隙間が生じない。その結果、上記部品１とコレット２との間で真空リークが生じないので、部品１の吸着状態が不安定になるのを防止できる。

以下、図２，図３を用いてコレット２の製造方法について説明する。

上記コレット２は、図２に示すように、鉛直方向に延びるコレット本体２１の先端部に吸着ノズル２２をはめ込んで形成する。このため、上記吸着ノズル２２はコレット本体２１の先端部に嵌め込み可能なサイズに加工される。また、上記吸着ノズル２２の側壁には、貫通孔２４と、この貫通孔２４に連通する孔２５とを設けている。上記貫通孔２４は水平方向に延びる一方、孔２５は垂直方向に延びている。また、上記コレット本体２１は略円筒形状または略四角筒形状に加工されている。上記コレット本体２１内には鉛直方向に延びる孔を形成している。

より詳しくは、上記コレット２は、略円筒形状または略四角筒形状のコレット本体２１と、このコレット本体２１の先端部２１ｂに取り付けられ、凹部５を有する吸着ノズル２２とで構成する。上記吸着ノズル２２の凹部５の側面を形成する側部には、コレット本体２１の中心線（コレット２の中心線ＣＬ）方向の孔２５が形成されていると共に、この中心線方向の孔２５に連通すると共に、中心線方向に対して垂直な方向に延びる真空吸着用の孔７としての貫通孔２４が形成されている。

上記吸着ノズル２２をコレット本体２１の先端部に圧入または接着で固定すると、図３に示すようなコレット２が得られる。このとき、上記貫通孔２４の一端は凹部５の側面に開口する一方、貫通孔２４の他端はコレット本体２１で塞がれている。また、上記孔２３，２５と貫通孔２４とで吸着孔３が構成される。

上記コレット２を１つの部材で形成するのは困難であるが、上述のように、コレット２をコレット本体２１と吸着ノズル２２とで構成することによって、コレット２を簡単に作製できる。

上記吸着装置で図８の半導体素子８０１をコレット２にピックアップする場合は次のようにして行う。

図４に示すように、凹部５内に半導体素子８０１を収容し、半導体素子８０１の側面に真空吸着用の孔７を真空吸着させる。このとき、図４では図示していないが、吸着ノズル２２の先端面（コレット２の先端面２ａ）を半導体素子８０１の４つの基準面８０１ｃの少なくとも１つに密着させる。これにより、上記半導体素子８０１がピックアップ時に傾かない。つまり、上記半導体素子８０１の吸着状態を安定させることができる。

また、上記半導体素子８０１の上面８０１ａではベアチップ８０６が剥き出しになっているが、真空吸着用の孔７が半導体素子８０１の側面に真空吸着することによって、半導体素子８０１と吸着ノズル２２との間で真空リークが起こらないので、真空リークによる気流がベアチップ８０６にあたらない。したがって、上記ベアチップ８０６を固定する接着剤が硬化していなくても、ベアチップ８０６の位置がずれない。また、上記ベアチップ８０６に接続されたワイヤ（図示せず）も位置ずれしない。つまり、上記半導体素子８０１に悪影響が及ぶのを防止することができる。

上記実施の形態では、コレット本体２１に対する吸着ノズル２２の固定を圧入または接着で行ったが、嵌合でおこなってもよい。

また、本発明の吸着装置が備えるコレットの凹部は、部品の全部を収容するように形成してもよいし、部品の一部を収容するように形成してもよい。

また、上記コレットは３つ以上の部材で構成してもよい。

また、本発明の吸着装置がピックアップする部品としては、電子部品等の素子や製品が挙げられる。

図１（Ａ）は本発明の実施の一形態の吸着装置の要部の模式正面図であり、図１（Ｂ）は上記吸着装置がピックアップする部品の一例の模式正面図である。 図２は上記吸着装置の製造方法を説明するための図である。 図３は上記吸着装置の製造方法を説明するための図である。 図４は上記吸着装置による吸着方法を説明するための図である。 図５（Ａ）は従来の吸着装置の模式正面図であり、図５（Ｂ），図５（Ｃ）は上記従来の吸着装置を先端面側から見た模式図である。 図６（Ａ）は他の従来の吸着装置の模式正面図であり、図６（Ｂ）は他の従来の吸着装置を先端面側から見た模式図である。 図７（Ａ）はさらに他の従来の吸着装置の模式正面図であり、図７（Ｂ）は上記さらに他の従来の吸着装置を先端面側から見た模式図である。 図８（Ａ）は半導体素子の模式上面図であり、図８（Ｂ）は上記半導体素子の模式正面図である。

符号の説明

１ 部品
１ｂ，１ｃ 部品の側面
２ コレット
２ａ コレットの先端面
２ｂ コレットの先端部
５ 凹部
７ 吸着孔
２１ コレット本体
２２ 吸着ノズル
２４ 貫通孔
８０１ 半導体素子
８０１ｃ 基準面
ＣＬ コレットの中心線
ＣＧ 部品の重心

Claims (9)

1. 真空吸着によって部品をコレットにピックアップして移載する吸着装置において、
   上記コレットは先端部に長手方向に窪んだ凹部を有し、
   この凹部の側面に開口する真空吸着用の孔を有することを特徴とする吸着装置。
2. 請求項１に記載の吸着装置において、
   上記コレットの中心線が、上記凹部に真空吸着された上記部品の重心を通ることを特徴とする吸着装置。
3. 請求項１に記載の吸着装置において、
   上記凹部は上記コレットの中心線に略平行で互いに対向する２つの平坦な側面を有し、
   上記２つの平坦な側面の一方のみに上記真空吸着用の孔が形成されていることを特徴とする吸着装置。
4. 請求項１に記載の吸着装置において、
   上記凹部の側面の先端側の部分がテーパ面であることを特徴とする吸着装置。
5. 請求項１に記載の吸着装置において、
   上記コレットは、コレット本体と、このコレット本体の先端部に取り付けられ、上記凹部を有する吸着ノズルとからなることを特徴とする吸着装置。
6. 請求項５に記載の吸着装置において、
   上記吸着ノズルの上記凹部の側面を形成する側部には、上記コレット本体の中心線方向の孔と、この中心線方向の孔に連通すると共に、上記中心線方向に対して垂直な方向に延びる上記真空吸着用の孔としての貫通孔とを有し、
   上記貫通孔の一端は上記凹部の側面に開口する一方、上記貫通孔の他端は上記コレット本体で塞がれていることを特徴とする吸着装置。
7. 請求項５に記載の吸着装置において、
   上記吸着ノズルは上記コレット本体に圧入または接着により取り付けられていることを特徴とする吸着装置。
8. 請求項１に記載の吸着装置において、
   上記コレットの先端面が同一平面を形成する平坦面であることを特徴とする吸着装置。
9. 請求項８に記載の吸着装置を用いた吸着方法であって、
   上記部品の一部を上記凹部内に収容すると共に、上記部品の上記凹部外の基準面に上記コレットの先端面を密着させて、上記部品の真空吸着を行うことを特徴とする吸着方法。

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