JP2007123408A - 吸着ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】半導体チップを吸着して保持するための部位の絶縁性を長期間に亘り保持することのできる吸着ヘッドを提供する。
【解決手段】ノズル取付面８を具備するヘッド本体２と、ノズル取付面８に当接されるヘッド当接面１７および半導体チップを吸着保持する際に半導体チップが当接されるチップ当接面１９を具備しセラミックスにより形成されている吸着ノズル３とを組み立てる。ヘッド本体２の内部には真空形成路１２を設け、この真空形成路１２の一端をノズル取付面８に設けた連通口１３に接続する。吸着ノズル３の内孔２０の一端をチップ当接面１９に設けた吸着口２１に接続し、他端をヘッド当接面１７に設けた接続口２２に接続する。また、ヘッド本体２と吸着ノズル３とは、連通口１３と接続口２２とが連通するように接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップを吸着保持して搬送するのに好適な吸着ヘッドに関する。

従来から、直方体状に形成された半導体チップが知られている。この半導体チップは、ベアチップあるいは単にチップなどとも称されており、液晶表示パネルなどの各種の光学パネルにおけるＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）などを始め多種多様の製品の電子部品として用いられている。

ところで、半導体チップを回路基板に実装する実装工程、例えば、光学パネルに半導体チップを実装するＣＯＧ工程においては、チップトレイに収納されている半導体チップを吸着ヘッドによって吸着保持することでチップトレイからピックアップして所定の位置へ搬送している。

従来の吸着ヘッドは、半導体チップを吸着保持するために、剛性および絶縁性を必要としているので、機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）などの鉄鋼によって形成するとともに、その表面にレイデント処理による絶縁性および耐食性を有する保護被膜を形成したものが使用されている。

しかしながら、従来の吸着ヘッドにおいては、半導体チップの吸着ヘッドに当接する部位に傷や異物の付着が発生した場合、吸着ヘッドの半導体チップを吸着して保持するための部位である吸着面を溶剤によって清掃すると、保護被膜が剥がれてしまい、半導体チップと接触する部位に金属面が露出して半導体チップの電気的破壊が発生する場合があるという問題点があった。

なお、従来の吸着ヘッドは、保護被膜を再処理して使用されており、保護被膜を再処理するために吸着ヘッドを交換する交換頻度が高いとともに、保護被膜の状態の管理などに手間がかかり、使い勝手が悪いという問題点もあった。

そこで、半導体チップを吸着して保持するための部位の絶縁性を長期間に亘り保持することのできる吸着ヘッドが求められている。

本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、半導体チップを吸着して保持するための部位の絶縁性を長期間に亘り保持することのできる吸着ヘッドを提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、本発明に係る吸着ヘッドの特徴は、半導体チップを吸着保持して搬送する吸着ヘッドにおいて、ノズル取付面を具備しているヘッド本体と、前記ノズル取付面に当接されるヘッド当接面および前記半導体チップを吸着保持する際に前記半導体チップが当接されるチップ当接面を具備しセラミックスにより形成されている吸着ノズルとを有しており、前記ヘッド本体の内部には真空形成路が配設されており、当該真空形成路の一端が前記ノズル取付面に設けられた連通口に接続されており、前記吸着ノズルの内孔の一端が前記チップ当接面に設けられた吸着口に接続されているとともに、他端が前記ヘッド当接面に設けられた接続口に接続されており、前記ヘッド本体と吸着ノズルとは、前記連通口と接続口とが連通するように接続されている点にある。

前記ヘッド本体のノズル取付面に対して前記吸着ノズルのヘッド当接面を当接させた状態を保持するように、前記吸着ノズルを前記ヘッド本体に着脱自在に固定するための固定手段が設けられていることが好ましく、また、前記固定手段が、前記ヘッド本体に螺着される着脱自在な締付けボルトと、当該締付けボルトにより前記吸着ノズルを前記ヘッド本体に固定する締金とを有していることが好ましく、さらにまた、前記吸着ノズルに、前記締金の一端側により押さえられる張出部が一体に形成されていることが好ましい。

前記ノズル取付面が、前記ヘッド本体に凹設されていることが好ましく、また、前記接続口のサイズが、前記連通口のサイズより小さく形成されていることが好ましい。

本発明の吸着ヘッドによれば、セラミックスにより半導体チップを吸着して保持するための部位の絶縁性を長期間に亘り保持することができる。

以下、本発明を図面に示す実施形態により説明する。

図１から図４は、本発明に係る吸着ヘッドの実施形態の要部を示すものであり、図１は全体構成の要部を示す拡大正面図、図２は図１の右側面図、図３は図１左側面図、図４は図１の下面図である。

図１から図４に示すように、本実施形態の吸着ヘッド１は、ヘッド本体２と、吸着ノズル３とを有している。

前記ヘッド本体２は、図１の上下方向に示す長さの長い横断面矩形の角柱状に形成された基体部４を具備している。この基体部４の図１の左側面の上端部分には、平板状の取付部５がその厚さ方向を上下方向に向けて水平に突設されている。また、取付部５の上面と基体部４の上面とは、同一平面内に位置するように面一に形成されている。さらに、取付部５には、その厚さ方向に貫通する貫通孔６が形成されている。この貫通孔６には、ロボットアームや搬送アームなどの移送装置への取り付けに用いる取付ボルト（共に、図示せず）が下方から挿入されるようになっている。また、基体部４の上面には、移送装置への取付位置の位置決めに用いるための位置決め穴７が凹設されている。

したがって、基体部４の上面および取付部５の上面を含むヘッド本体２の上面が、移送装置に対して着脱自在に取り付けられるようになっている。なお、位置決め穴７の有無、位置決め穴７および貫通孔６のそれぞれの数、形状、位置などは、設計コンセプトなどの必要に応じて設定すればよい。

前記基体部４の下面のうちの図１のほぼ左側半分には、吸着ノズル３を取り付けるための平坦なノズル取付面８が凹設されている。このノズル取付面８は、基体部４の下面の図１の正面に位置する正面側からその背面である背面側に亘って形成されているとともに、その右側に位置する基体部４の下面と段部９を介して接続されている。また、基体部４の下面には、後述する締付けボルト１０が螺着されるねじ穴１１が形成されている。

なお、基体部４の下面の全体を平坦に形成することで、基体部４の下面の少なくとも一部をノズル取付面８として兼用させることもできる。但し、基体部４の下面にノズル取付面８を凹設することによって、下面とノズル取付面８とを接続する段部９が、吸着ノズル３をヘッド本体２に取り付ける際の図１の右方向への位置決めとすることができるので、ノズル取付面８を基体部４の下面に凹設するほうが吸着ヘッド１の組立作業を容易に行うことができるという意味で好ましい。

前記基体部４の内部には、図１において破線にて示す真空形成路１２が形成されている。本実施形態における真空形成路１２は、基体部４の図１の右側面（図２の正面）において左側に向かってほぼ水平に延在するように形成された有底の水平穴１２Ｈと、基体部４のノズル取付面８において図１の上方に向かってほぼ垂直に延在するように形成された有底の垂直穴１２Ｖとを有している。そして、真空形成路１２は、水平穴１２Ｈおよび垂直穴１２Ｖのそれぞれの先端部を直交するように連通させて接続することで、全体としてほぼ直角をなすように形成されている。

前記ノズル取付面８に形成された垂直穴１２Ｖの開口部は、真空形成路１２の一端に接続する連通口１３とされている。また、基体部４の右側面に形成された水平穴１２Ｈの開口部は、真空形成路１２の他端に接続する供給口１４とされている。この供給口１４には、真空ホースなどの配管部材がジョイント（共に、図示せず）を介して接続されるようになっており、配管部材の他端はバルブを介して真空ポンプ（共に、図示せず）に接続されている。そして、バルブを開閉することで、真空形成路１２の状態を真空状態と大気圧状態とのいずれかの状態に切り換えることができるようになっている。

前記ヘッド本体２は、鉄鋼、本実施形態においては、機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）によって形成されている。このヘッド本体２には、耐食性の向上や美観のための表面処理、例えば化学ニッケルメッキなどのメッキ処理が施されていることが好ましい。

なお、ヘッド本体２の素材としては、剛性を有する各種の金属から設計コンセプトなどの必要に応じて選択使用することができる。

前記吸着ノズル３は、図１の上下方向に示す長さの長い横断面正方形の角柱筒状に形成されたノズル基体１５を具備している。このノズル基体１５は、図１の左右方向に示す横方向のサイズがノズル取付面８の図１の左右方向に示す横方向のサイズとほぼ同一のサイズに形成されており、ノズル基体１５の図１の前後方向（図３の左右方向）に示す縦方向のサイズが、ノズル取付面８の前後方向に示す縦方向のサイズより小さく形成されている。

前記ノズル基体１５の図１の正面および後側に位置する背面（図３の左右方向両側面）のそれぞれの上端部分には、平板状に形成された張出部１６がその厚さ方向を上下方向に向けて水平に突設されている。また、図３に示すように、ノズル基体１５の上面と両張出部１６の上面とは、同一平面内に位置するように面一に形成されている。さらに、図３に示すように、両張出部１６の先端を結ぶ縦方向のサイズは、ヘッド本体２のノズル取付面８の図１の前後方向（図３の左右方向）に示す縦方向のサイズとほぼ同一のサイズに形成されている。さらにまた、図１に示すように、張出部１６の厚さのサイズは、段部９の高さ（深さ）のサイズとほぼ同一のサイズに形成されている。そして、ノズル基体１５の上面および両張出部１６の上面を含む吸着ノズル３の上面が、吸着ヘッド１のノズル取付面８に当接されるヘッド当接面１７とされており、ヘッド当接面１７をヘッド本体２のノズル取付面８に当接させた状態においては、図１に示すように、両張出部１６のそれぞれの下面とヘッド本体２の基体部４の下面とがほぼ面一をなすように形成されている。

したがって、本実施形態の吸着ノズル３は、図１の左側面から見ると、図３に示すように、全体としてほぼＴ字状をなすように形成されている。

前記ノズル基体１５の下面の中央部には、吸着部１８が突設されている。この吸着部１８は、ノズル基体１５のサイズより小さいサイズのほぼ正方体状に形成されており、この吸着部１８の下面である先端面は、半導体チップを吸着保持する際に、半導体チップが当接されるチップ当接面１９とされている。なお、吸着部１８のサイズは、半導体チップのサイズに応じて設定すればよい。また、吸着部１８を設けずに、ノズル基体１５の下面そのものをチップ当接面１９としてもよい。ただし、チップトレイから半導体チップをピックアップする容易性の観点から吸着部１８を突設したほうがよいし、その大きさも小さくしたほうがよい。具体的には、吸着部１８のチップ当接面１９を、１辺が２．５ｍｍの正方形とした。このような大きさの吸着部１８としたことにより、チップトレイからのピックアップ時に隣接している半導体チップに接触することなくなる。

前記吸着ノズル３の内部には、図１において破線にて示す内孔２０が形成されている。本実施形態における内孔２０は、ヘッド当接面１７の中心部とチップ当接面１９の中心部とを結ぶように、吸着ノズル３の軸心を図１の上下方向に示す長手方向に沿って貫通するように形成されている。そして、チップ当接面１９に形成された開口部は、内孔２０の一端に接続する吸着口２１とされている。また、ヘッド当接面１７に形成された開口部は、内孔２０の他端に接続する接続口２２とされている。この接続口２２のサイズは、ヘッド本体２のノズル取付面８に形成された連通口１３のサイズより小さく形成されており、吸着ノズル３をヘッド本体２に取り付けた状態において、連通口１３の内側に接続口２２を容易に配置することができるようになっている。

また、前記吸着ノズル３の軸心は、前記ヘッド本体２の位置決め穴７の軸心と合わせるようにすることが好ましい。このような構成にすることで、ヘッド本体２を移送装置に取り付けるときに傾いて取り付けたとしても吸着ノズル３のチップ当接面１９の傾斜を最小限に抑えることができる。

具体的には、接続口２２の直径は１ｍｍとし、連通孔１３の直径は２ｍｍとした。このような大きさの接続口２２であっても、縦辺の寸法が１．５〜５ｍｍ、横辺の寸法が５〜２０ｍｍの多種類の半導体チップを吸着することができ、汎用性に優れた吸着ノズル３とすることができた。

前記吸着ノズル３は、剛性、絶縁性、耐食性、耐摩耗性および耐熱性に優れるとともに、酸性および塩基性物質の化学作用に対して強いセラミックスにより形成されている。また、吸着ノズル３の上面は、吸着ヘッド１のノズル取付面８に当接されるとともに、外気が隙間から真空形成路１２に進入するのを防止するために、ラップ仕上げなどによる精密な平滑面とされている。

なお、セラミックスの材料としては、剛性、絶縁性、耐食性、耐摩耗性、耐熱性および耐薬品性に優れたものであればよく、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素などの各種の材料から選択することができる。本実施形態においてはアルミナが用いられている。

したがって、本実施形態の吸着ヘッド１においては、半導体チップが当接する部材である吸着ノズル３がセラミックスによって形成されている。

なお、吸着ノズル３のヘッド当接面１７と、ヘッド本体２のノズル取付面８との間に、チップ当接面１９に半導体チップを吸着保持した際に、ヘッド当接面１７とノズル取付面８との間から真空形成路１２に外気が進入するといういわゆる真空漏れを防止するためのガスケットを配設してもよい。

前記吸着ノズル３は、ヘッド本体２のノズル取付面８に対してヘッド当接面１７を当接させた状態を保持するように取り付けられている。このヘッド本体２に対する吸着ノズル３の取り付けは、図４に示す左側が開口のコ字状に形成された締金（クランプ）２３の一端側である二股状の先端部を、吸着ノズル３の上面とは反対側に位置する張出部１６の下面に下方から当接させて押さえるとともに、締付けボルト１０を締金２３に設けられた図示しない小判形のボルト挿通孔を介して吸着ノズル３の下面に設けられたねじ穴１１に螺着して締め込むことで着脱自在に固定されている。

また、図１に示すように、締金２３の上面の図１の左端（二股状の先端部）および右端のそれぞれには平板状の凸部２４が前後方向に亘って突設されており、左側の凸部２４の先端が吸着ノズル３の張出部１６の下面に下方から当接され、右側の凸部２４の先端がヘッド本体２の下面に下方から当接されている。これにより、締金２３の左右両側の凸部２４の相互間においては、吸着ノズル３の張出部１６およびヘッド本体２の下面に対して隙間を持たせることかできるようになっており、この隙間により、ヘッド本体２に対して吸着ノズル３を確実かつ容易に押さえて固定することができるように形成されている。

さらに、図４に示すように、締金２３の二股状の先端部が突出する辺の中央部は吸着ノズル３に当接するように配設される。このように当接することで、後述する締付けボルト１０による締め付けによって吸着ノズル３が回転することを効果的に防止することができる。

なお、吸着ノズル３は、常温での脆性が大きいセラミックスにより形成されているので、締付力によって破損あるいは破壊につながるダメージをより防止するために、凸部２４の先端と張出部１６との当接部位の間に薄膜のゴムシートなどの緩衝材を介在させてもよい。

また、締付けボルト１０による締め付けには、ゆるみ止めなどの目的で各種の座金を単独もしくは組み合わせて用いることができる。

前記締金２３および締付けボルト１０により、本実施形態のノズル取付面８に対してヘッド当接面１７を当接させた状態を保持するように、吸着ノズル３をヘッド本体２に着脱自在に固定するための固定手段２５が構成されている。

なお、締金２３としては、従来公知の各種のものから選択使用することができる。さらに、締付けボルト１０としては、頭部にレバーが設けられ、このレバーを回転させることで締金２３をヘッド本体２に向かって締め付ける構成のものであってもよい。また、固定手段２５としては、吸着ノズル３をヘッド本体２に着脱自在に固定することができるものであればよいが、常温での脆性が大きいセラミックスにより形成されている吸着ノズル３に対してダメージを与えない構成とすることが肝要である。

また、吸着ノズル３の形状としてはできるだけ単純な形状であることが好ましく、例えば、ノズル基体１５を円筒形とし、張出部１６のかわりにフランジを設ける構成としてもよい。この場合、ノズル取付面８の形状を半円形あるいは円弧形とすることがヘッド本体２に対する吸着ノズル３の取付位置の位置決めを容易にできるという意味で好ましい。

つぎに、前述した構成からなる本実施形態の作用について説明する。

本実施形態の吸着ヘッド１によれば、半導体チップが当接する部材としての吸着ノズル３がセラミックスにより形成されているので、チップ当接面１９を溶剤によって何ら問題なく清掃することができる。その結果、半導体チップに傷や異物の付着が発生するのを確実に防止することができる。

また、本実施形態の吸着ヘッド１によれば、半導体チップが当接する部材としての吸着ノズル３がセラミックスにより形成されているので、チップ当接面１９を溶剤によって清掃しても従来の吸着ヘッドにおける保護被膜の剥離などの異常が発生しないとともに、剛性、絶縁性、耐食性、耐摩耗性、耐熱性および耐薬品性を長期間に亘り確保することができる。

したがって、本実施形態の吸着ヘッド１によれば、半導体チップを吸着して保持するための部位であるチップ当接面１９の絶縁性を長期間に亘り保持することができる。

さらに、本実施形態の吸着ヘッド１によれば、従来の吸着ヘッドにおける保護被膜の再処理というメンテナンスが不要になるので、使い勝手が向上するとともに、ランニングコストを低減することができる。

このことは、従来の吸着ヘッドにおいては３ヶ月程度の間隔で保護被膜の再処理を行うための吸着ヘッドの交換を必要とするのに対して、本実施形態の吸着ヘッド１においては１年間に亘り吸着ノズル３の交換を必要とせずに使用可能であるという実験結果により確認することができた。

また、本実施形態の吸着ヘッド１によれば、従来の吸着ヘッドにおける保護被膜の再処理にともなう吸着ヘッドの交換が不要となるので、従来の交換時における移送装置の精度の再調整が不要になり、移送装置の維持管理を容易に行うことができる。

また、本実施形態の吸着ヘッド１によれば、ヘッド本体２および吸着ノズル３を組み立てることにより形成されているので、半導体チップが当接する部材である吸着ノズル３の形状を単純な形状とすることができる。そして、吸着ノズル３の形状を単純にすることで、吸着ノズル３のセラッミックスによる形成を容易に行うことができる。さらに、ヘッド本体２を鉄鋼により形成することで、セラミックスでは加工が困難な真空形成路１２やねじ穴１１を容易に形成することができる。

また、本実施形態の吸着ヘッド１によれば、吸着ノズル３が単純な形状とされているので、セラミックスに内孔２０などの形成あるいは加工を容易に行うことができる。

また、本実施形態の吸着ヘッド１によれば、吸着ノズル３のヘッド当接面１７がヘッド本体２のノズル取付面８に取り付けられているので、連通口１３と接続口２２との接続部の周囲の接触面積を大きくすることができる。その結果、チップ当接面１９に半導体チップを吸着保持した際に、ノズル取付面８とヘッド当接面１７との当接部から連通口１３を介して真空形成路１２に外気が進入するといういわゆる真空漏れを確実に防止することができる。

また、本実施形態の吸着ヘッド１によれば、ヘッド本体２のノズル取付面８に対して吸着ノズル３のヘッド当接面１７を当接させた状態を保持するように、吸着ノズル３をヘッド本体２に着脱自在に固定するための固定手段２５が設けられているので、吸着ノズル３をヘッド本体２に確実かつ容易に取り付けることができる。

また、本実施形態の吸着ヘッド１によれば、固定手段２５が吸着ノズル３をヘッド本体２に固定する締金２３を有しているので、セラミックスにより形成された吸着ノズル３の単純な形状化および省スペース化、ならびに、ヘッド本体２に吸着ノズル３を固定する際のセラミックスにより形成された吸着ノズル３への固定手段２５によるダメージの低減を確実かつ容易に図ることができる。その結果、組み立て信頼性および耐久性に優れたものを容易に得ることができる。

また、本実施形態の吸着ヘッド１によれば、吸着ノズル３に、締金２３の一端側により押さえられる張出部１６が一体に形成されているので、吸着ノズル３に対する破損あるいは破壊につながるダメージを与えることなく、ヘッド本体２に対する吸着ノズル３の固定を容易に行うことができる。

また、本実施形態の吸着ヘッド１によれば、ノズル取付面８がヘッド本体２に凹設されているので、ヘッド本体２のノズル取付面８に対する吸着ノズル３の取り付け位置の位置決めを容易に行うことができる。すなわち、ヘッド本体２に対する吸着ノズル３の取付作業を容易に行うことができる。

また、本実施形態の吸着ヘッド１によれば、接続口２２のサイズが、連通口１３のサイズより小さく形成されているので、連通口１３の内側に接続口２２を容易に配置することができる。その結果、吸着ノズル３の接続口２２の一部がヘッド当接面１７により閉塞されて流路面積が小さくなるのを防止することができるので、真空により半導体チップを吸着するために必要な吸着口２１における吸着力を効果的に得ることができる。

本発明の吸着ヘッドは、絶縁性および耐摩耗性を必要とする各種の電子部品の搬送に用いることができる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。例えば、吸着ヘッドに除電ブロワを併用することで、半導体チップの電気的破壊に対する防止効果をより得ることができる。また、複数の吸着口を設けることでサイズの大きな電子部品の搬送を容易に行うことができる。

本発明に係る吸着ヘッドの実施形態の全体構成の要部を示す拡大正面図 図１の右側面図 図１の左側面図 図１の下面図

符号の説明

１ 吸着ヘッド
２ ヘッド本体
３ 吸着ノズル
８ ノズル取付面
１０ 締付けボルト
１２ 真空形成路
１３ 連通口
１６ 張出部
１７ ヘッド当接面
１９ チップ当接面
２０ 内孔
２１ 吸着口
２２ 接続口
２３ 締金
２５ 固定手段

Claims (6)

1. 半導体チップを吸着保持して搬送する吸着ヘッドにおいて、
   ノズル取付面を具備しているヘッド本体と、
   前記ノズル取付面に当接されるヘッド当接面および前記半導体チップを吸着保持する際に前記半導体チップが当接されるチップ当接面を具備しセラミックスにより形成されている吸着ノズルとを有しており、
   前記ヘッド本体の内部には真空形成路が配設されており、当該真空形成路の一端が前記ノズル取付面に設けられた連通口に接続されており、
   前記吸着ノズルの内孔の一端が前記チップ当接面に設けられた吸着口に接続されているとともに、他端が前記ヘッド当接面に設けられた接続口に接続されており、
   前記ヘッド本体と吸着ノズルとは、前記連通口と接続口とが連通するように接続されていることを特徴とする吸着ヘッド。
2. 前記ヘッド本体のノズル取付面に対して前記吸着ノズルのヘッド当接面を当接させた状態を保持するように、前記吸着ノズルを前記ヘッド本体に着脱自在に固定するための固定手段が設けられている請求項１に記載の吸着ヘッド。
3. 前記固定手段が、前記ヘッド本体に螺着される着脱自在な締付けボルトと、当該締付けボルトにより前記吸着ノズルを前記ヘッド本体に固定する締金とを有している請求項２に記載の吸着ヘッド。
4. 前記吸着ノズルに、前記締金の一端側により押さえられる張出部が一体に形成されている請求項３に記載の吸着ヘッド。
5. 前記ノズル取付面が、前記ヘッド本体に凹設されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の吸着ヘッド。
6. 前記接続口のサイズが、前記連通口のサイズより小さく形成されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の吸着ヘッド。

Images