JP2008066382A - 貼り合わせ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 貼り合わせ装置において、製造コストの低減を図り、チップの接着精度を向上させる。
【解決手段】 基板に接着するチップを載置する回転ステージ４２を備えた回転体３８は軸線方向に離間した二つの軸受４３，３６によって回転自在に支持されている。回転ステージ４２に近い軸受４３の精度は、回転ステージ４２より遠い軸受３６の精度より高く設定している。
【選択図】 図４

Description

本発明は、チップを基板に接着する貼り合わせ装置に関し、特に、基板に対してチップの回転方向の位置を調整するためにチップを載置する回転体を回転自在に支持した貼り合わせ装置に関するものである。

この種の装置における回転体の支持構造としては、固定ベースに軸受を介して回転自在に支持されワークを載置する扁平な円柱状に形成された回転体と、この回転体を回動させるための駆動軸とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−１１０６８号公報

上述した従来の回転体の支持構造においては、一つの軸受によって回転体を回転自在に支持する構造であるため、回転体の傾きを小さくするには限界があった。すなわち、図７に示すように、回転体３８の傾きであるｔａｎθ１は、軸受４３の精度をδ１とし、軸受４３の高さ方向の寸法をｌとすると、回転体３８の最大の傾きθ１は、
ｔａｎθ１＝δ１／ｌ
で表され、仮に、精度の高い軸受によって回転体３８を支持したとしても、軸受４３の高さ方向の寸法ｌを大きくするには限界があることにより、回転体の傾きθ１を小さくするには限界があり、回転体３８に載置したワークの取付精度が低下するという問題があった。また、回転体３８の傾きθ１を小さくするために、軸受４３の精度を必要以上に高くすると軸受４３が高価になるため製造コストが嵩むという問題もあった。なお、３１は軸受４３の外輪が固定された回転ステージ受体である。

本発明は上記した従来の問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、製造コストの低減を図り、チップの接着精度を向上させた貼り合わせ装置を提供するところにある。

この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、チップを載置するベース側装置と、このベース側装置の上方に位置しチップを接着する基板を保持する押圧側装置とを備えた貼り合わせ装置において、前記ベース側装置に、略円柱状に形成され上面側にチップを載置する回転体と、この回転体の外周面を回転自在に支持する軸受とを設け、前記軸受を前記回転体の軸線方向に互いに離間させて二つ設けたものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記二つの軸受のうち、上方側の軸受の精度を下方側の軸受の精度よりも高くしたものである。

請求項１に係る発明によれば、回転体の傾きに関係する二つの軸受間の間隔を一つの軸受の高さ方向の寸法よりも大きくすることや、二つの軸受間の精度の差を一つの軸受に精度よりも小さくすることにより、回転体の傾きを一つの軸受で支持する従来の場合と比較して小さくすることができるため、基板に接着するチップの取付精度を向上させることができる。

請求項２に係る発明によれば、精度の高い軸受をチップに近い回転体の上側に設けたことにより、回転体のラジアル方向の精度も向上させることができるため、基板に接着するチップの取付精度を向上させることができる。また、回転体の傾きを小さくするには、二つの軸受間の間隔の他に、二つの軸受間の精度の差を小さくすればよいことにより、必ずしも二つの軸受の精度を高くする必要がないため製造コストを低減することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明に係る貼り合わせ装置の側面図、図２は同じく貼り合わせ装置の正面図、図３は図１におけるIII 部の拡大図、図４は同じく要部を拡大して示す断面図、図５は図２におけるV 矢視図、図６（Ａ）は本発明の原理を説明するための模式図、同図（Ｂ）は２つの軸受によって支持されている回転体の傾きθ２を説明するための図である。

図１に全体を符号１で示す貼り合わせ装置は、チップ２１を載置するベース側装置２と、チップ２１が接着される基板６０を保持しＺ軸方向（上下方向）に移動自在に支持された押圧側装置６と、この押圧側装置６を支承するエアシリンダ７と、このエアシリンダ７によって支承する力を微調整する微調整手段８とによって概ね構成されている。

ベース側装置２は、基台２２に対してＸ軸方向へ移動可能に支持された第１の可動台２３と、この第１の可動台２３に対して直交するＹ軸方向へ移動可能に支持された第２の可動台２４と、この第２の可動台２４に対して平面視において回転自在に支持された第３の可動台２５と、この第３の可動台２５上に固定されチップ２１を吸着固定する載置台２６とを備えている。２６ａは載置台２６上に固定され、載置台２６上に吸着固定されるチップ２１の位置決めをするブロックである。

第１の可動台２３は、ガイド部材２７を介して基台２２にＸ軸方向に移動自在に支持されており、図示を省略したエアシリンダによって、矢印ＸＡ−ＸＢ方向に移動する。第２の可動台２４は、第１の可動台２３に取り付けられたガイド部材２８を介してＹ軸方向に移動自在に支持されており、ガイド部材２８に設けられた摘み部材２９を回動操作することにより進退する軸２９ａを介して矢印ＹＡ−ＹＢ方向へ移動する。

次に、図４を用いて、第２の可動台２４上に設けられた回転ステージ組立体３０について説明する。同図において、３１は扁平な略円筒状に形成され第２の可動台２４上に固定された回転ステージ受体であって、中空部３２には、いずれも平面視においてリング状に形成された第１ないし第３の段部３３〜３５が設けられている。

３６は第１の段部３３上に載置され平面視においてリング状に形成された第１の軸受であって、第２の段部３４にボルトによって取り付けられた抜け止め用リング３７によって第１の段部３３からの脱落が規制されている。３８は小径部３９、中径部４０および大径部４１からなる回転体であって、大径部４１上には回転ステージとしての鍔４２が設けられている。この回転体３８は、小径部３９が第１の軸受３６内に嵌合されることにより、小径部３９の外周面が第１の軸受３６に回転自在に支持されるように回転ステージ受体３１の中空部３２に挿入されている。

４３は回転ステージ受体３１の第３の段部３５上に載置される第２の軸受であって、回転体３８の大径部４１の外周面を回転自在に支持している。４４は回転ステージ受体３１に固定された抜け止め用リングであって、第２の軸受４３の第３の段部３５からの抜けを規制している。４５は回転体３８の大径部４１に固定された支承用リングであって、第３の段部３５とともに第２の軸受４３を支承している。４６は回転体３８の小径部３９に固定された支承用リングであって、第１の段部３３とともに第１の軸受３６を支承している。

このように、回転体３８の外周面を回転体３８の軸線方向に離間した二つの軸受３６，４３によって回転自在に支持するようにしたため、二つの軸受３６，４３の各精度と二つの軸受３６，４３間の間隔Ｌとを適宜選択することにより、従来一つの軸受４３で支持していた場合と比較して、回転体３８の傾きを小さくすることが可能になる。これを図６を用いて説明する。

ここで、軸受４３の精度δ１が軸受３６の精度δ２よりも高くしている。二つの軸受３６，４３によって支持された場合の回転体３８の最大の傾きθ２は、同図（Ｂ）に示すように軸受３６の精度δ２から軸受４３の精度δ１（図中便宜上ハッチングを施した部分）を減算し、これを両軸受４３，３６間の間隔Ｌで除算した値となる。すなわち、
ｔａｎθ２＝（δ２−δ１）／Ｌ
で表される。
一方、従来技術において説明したように一つの軸受４３によって支持した場合の傾きθ１は、
ｔａｎθ１＝δ１／ｌ
によって表され、ｔａｎθ２とｔａｎθ１とを比較する。

回転体３８の傾きを小さくするには、ｔａｎθ２＜ｔａｎθ１となればよいので、（δ２−δ１)が小さくなるようにδ１とδ２とを選択するか、Ｌをｌ以上に設定することにより、可能になることがわかる。また、回転体３８の傾きを小さくするには、二つの軸受３６，４３間の精度δ２とδ１との差を小さくすればよいことでもあり、必ずしも二つの軸受３６，４３の精度を高くする必要がないことがわかり、精度の低い安価な軸受を選択できることにより製造コストを低減することができる。

例えば、軸受４３の精度δ１をδ１＝５μｍとし、軸受４３の高さ方向の寸法ｌをｌ＝２６ｍｍとし、一方、軸受３６の精度δ２をδ２＝１０μｍとした場合、
ｔａｎθ２＝（１０−５）μｍ／Ｌとなり、ｔａｎθ１＝５μｍ／２６ｍｍとなり、
ｔａｎθ２＜ｔａｎθ１
とするには、Ｌを軸受４３の高さ方向の寸法ｌ（２６ｍｍ）以上にすればよいことがわかる。
ここで、軸受４３の精度δ１をδ１＝７μｍとすれば、
ｔａｎθ２＝（１０−７）μｍ／Ｌとなり、より回転体３８の傾きを小さく抑えることができることがわかる。

また、回転体３８のラジアル方向（図中左右方向）の揺動を小さくするためには、両軸受３６，４３のいずれか一方の軸受の精度を高くすればよく、両方の軸受の精度を高くする必要がないため、二つの軸受３６，４３にすることによるコストアップを最小限に抑えることが可能になる。本実施例の場合は、回転体３８のラジアル方向の揺動によるチップ２１への影響を最小限にするために、チップ２１に近い方の軸受４３の精度をチップ２１から遠い方の軸受３６の精度よりも高くしている。

このように、回転体３６の傾きに関係する二つの軸受間４３，３６の間隔Ｌを一つの軸受４３の高さ方向の寸法ｌよりも大きくすることや、二つの軸受間４３，３６の精度の差（δ２−δ１）を一つの軸受４３に精度δ１よりも小さくすることにより、回転体３８の傾きを一つの軸受で支持する従来の場合と比較して小さくすることができるため、後述するように基板６０に接着するチップ２１の取付精度を向上させることができる。

回転体３８の回転ステージ４２には、図５に示すように第３の可動台２５がボルト４２ａによって取り付けられており、第３の可動台２５には、矢印ＹＡ方向に突設した突設部２５ａが設けられている。

図２において、４８は第３の可動台２５の突設部２５ａに螺合されたボルトであって、先端部が第３の可動台２５から突出している。４９Ａ，４９Ｂは互いに対向するように回転ステージ受体３１の外周面から突設された支持片である。一方の支持片４９Ａには押圧体５０が取り付けられており、この押圧体５０には、支持片４９Ａから突設され図示を省略した付勢部材によって先端がボルト４８に当接するように矢印ＸＢ方向へ付勢された押圧棒５０が設けられている。他方の支持片４９Ｂには操作部材５１が取り付けられており、この操作部材５１には摘み５１ａを回転操作することにより支持片４９Ｂから進退しボルト４８に当接する進退軸５１ｂが設けられている。

このような構成において、操作部材５１の摘み５１ａを回転操作し、進退軸５１ｂを矢印ＸＡ方向へ前進させることにより、ボルト４８が矢印ＸＡ方向へ移動するため、第３の可動台２５が図５中時計方向（矢印Ａ方向）に回動する。一方、操作部材５１の摘み５１ａを回転操作し、進退軸５１ｂを矢印ＸＢ方向へ後退させることにより、押圧棒５０が矢印ＸＢ方向へ前進するため、ボルト４８も矢印ＸＢ方向へ移動し、第３の可動台２５が図５中反時計方向（矢印Ｂ方向）に回動する。

次に、図１および図３を用いて、押圧側装置６について説明する。押圧側装置６は、側面視が逆Ｌ字状に形成された可動部材６１と、この可動部材６１に取り付けられ水平方向に延設された支持部材６２と、この支持部材６２に取り付けられ基板６０を保持するホルダ６３と、押圧側装置６の全体のバランスを整えるカウンタウェイト６４と、押圧側装置６のＺ軸方向への移動を案内する案内部材６５とを備えている。

可動部材６１は、支持部材６２が取り付けられる鉛直部６１ａと、カウンタウェイト６４が載置される水平部６１ｂとからなり、鉛直部６１ａにはベース板６７を介して基台２２に立設された第１の案内部材６５に案内される被案内部材６６が取り付けられている。ベース板６７にはエアシリンダ７が載置固定されており、進退自在なピストンロッド７１の先端が被案内部材６６の下端に係合しており、押圧側装置６の荷重をこのエアシリンダ７によって受け止めるように構成されている。

エアシリンダ７は、ポンプから供給されるエアの圧力を制御する圧力制御弁（図示を省略）を備えており、押圧側装置６の荷重に対応してエア圧を調整することにより、後述するばね式棒テンションゲージ８１との協働により、チップ２１に対する基板６０の適正な押圧力を調整できるように構成されている。ホルダ６３には、図３に示すように、基板６０を吸着するために吸引エアを供給するためのエア通路６３ａと、基板６０にチップ２１を接着するための接着剤を供給するための接着剤供給用通路６３ｂとが設けられている。

基板６０には、接着剤供給用通路６３ｂから供給された接着剤をチップ２１と基板６０との間に導く貫通孔６０ａが設けられている。６８は支持部材６２に植設された係止部材であって、後述するばね式棒テンションゲージ８１の持ち上げ棒８３のフック部８３ａが係止する係止孔６８ａが設けられている。

微調整手段８は、押圧側装置６を吊り下げて持ち上げるばね式棒テンションゲージ８１と、このばね式棒テンションゲージ８１を上下に移動させ、ばね式棒テンションゲージ８１による押圧側装置６の持ち上げ力を調整する調整手段としての摘み８２とを備えている。ばね式棒テンションゲージ８１には、内蔵された引張りコイルスプリング（図示を省略）の引張力によって上方に付勢され、下端部にフック部８３ａが設けられた持ち上げ棒８３が備えられている。また、このばね式棒テンションゲージ８１のケースには、持ち上げ棒８３を視認できる上下方向に延在する細長い窓８１ａが設けられており、この窓８１ａの端縁には、持ち上げ棒８３による持ち上げ力を表示する目盛り８１ｂが付されている。

８４は第１の案内部材６５の上端に固定され摘み８２を回転自在に支持する第２の案内部材であって、移動体８５をＺ軸方向へ移動自在に支持しており、摘み８２を回転操作することによって移動体８５がＺＡ−ＺＢ方向に移動する。８６はクランク状に形成された連結部材であって、一端部が移動体８５に取り付けられ、他端部がばね式棒テンションゲージ８１の上端部に取り付けられており、ばね式棒テンションゲージ８１は摘み８２を回転操作することによって連結部材８６を介してＺＡ−ＺＢ方向に移動する。

次に、このように構成された貼り合わせ装置１において、チップ２１を基板６０に接着する方法について説明する。予め、ばね式棒テンションゲージ８１の持ち上げ棒８３のフック部８３ａを支持部材６２の係止部材６８の係止孔６８ａから取り外しておく。この状態で、エアシリンダ７のピストンロッド７１を前進させ、可動部材６１を上方に持ち上げることによって、押圧側装置６全体を持ち上げ、ベース側装置２の載置台２６から押圧側装置６のホルダ６３を離間させる。

次いで、ベース側装置２の載置台２６上にチップ２１を載置し、図示を省略した吸引手段によってチップ２１を載置台２６の所定位置に吸着する。また、押圧側装置６のホルダ６３の下面に基板６０を対接させ、図示を省略した吸引手段から吸引通路６３ａに吸引エアを供給することにより、基板６０をホルダ６３の下面の所定位置に吸着する。

次いで、ばね式棒テンションゲージ８１の持ち上げ棒８３のフック部８３ａを支持部材６２の係止部材６８の係合孔６８ａに係合させ、摘み８２を回動操作してばね式棒テンションゲージ８１によって押圧側装置６を持ち上げる持ち上げ力を設定する。この状態で、エアシリンダ７内へ供給するエア圧を、押圧側装置６の重量よりもわずかに小さい持ち上げ力に相当するエア圧に下げる。

したがって、押圧側装置６が自重によって矢印ＺＢ方向に下降し、ホルダ６３に吸着された基板６０が載置台２６に吸着されたチップ２１に対接することにより、押圧側装置６の下降が停止する。この状態で、ばね式棒テンションゲージ８１による押圧側装置６を持ち上げる持ち上げ力と、エアシリンダ７による押圧側装置６を持ち上げる持ち上げ力との合計が、押圧側装置６の重量よりもわずかに小さく設定されているため、押圧側装置６の荷重の一部によって基板６０がチップ２１に所定の押圧力によって押圧される。

ここで、基板６０がチップ２１に所定の押圧力によって押圧されていない場合は、摘み８２を回動操作してばね式棒テンションゲージ８１を上下方向に移動させることにより、ばね式棒テンションゲージ８１による押圧側装置６を持ち上げる持ち上げ力を微調整する。

押圧力の調整が終了したら、図示を省略した位置検査装置によって、基板６０に対するチップ２１の位置を検出し、チップ２１が所定の位置に位置付けられていない場合は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ａ−Ｂ方向への調整を行う。すなわち、図示を省略したエアシリンダを作動させ、第１の可動台２３をガイド部材２７を介してＸＡ−ＸＢ方向に移動させる。また、摘み２９を回動操作することにより、第２の可動台２４をＹＡ−ＹＢ方向に移動させる。さらに、摘み５１ａを回動操作することにより、第３の可動台２５を図５中矢印Ａ−Ｂ方向に回動させる。

チップ２１が所定の位置に位置付けられたら、図３に示すように、押圧側装置６のホルダ６３の接着剤供給用通路６３ｂから接着剤を基板６０とチップ２１との間供給してチップ２１を基板６０に接着する。接着が終了したら、ベース側装置２の載置台２６への吸引エアの供給を停止させ、チップ２１の載置台２６に対する吸着を解除する。次いで、エアシリンダ７のピストンロッド７１を前進させ、可動部材６１を上方に持ち上げることによって、押圧側装置６全体を持ち上げ、ベース側装置２の載置台２６から押圧側装置６のホルダ６３を離間させる。押圧側装置６のホルダ６３への吸引エアの供給を停止させ、基板６０のホルダ６３に対する吸着を解除することにより、チップ２１が接着された基板６０を貼り合わせ装置１から取り外す。

本発明に係る貼り合わせ装置の側面図である。 本発明に係る貼り合わせ装置の正面図である。 図１におけるIII 部の拡大図である。 本発明に係る貼り合わせ装置における回転体の支持構造の要部を拡大して示す断面図である。 図２におけるV 矢視図である。 同図（Ａ）は本発明の原理を説明するための模式図、同図（Ｂ）は２つの軸受によって支持されている回転体の傾きθ２を説明するための図である。 同図（Ａ）は従来の回転体の支持構造を説明するための模式図、同図（Ｂ）一つの軸受によって支持された回転体の傾きθ１を説明するための図である。

符号の説明

１…貼り合わせ装置、２…ベース側装置、６…押圧側装置、７…エアシリンダ、８…微調整手段、２１…チップ、２６…載置台、３６…第１の軸受、３８…回転体、４３…第２の軸受、６０…基板、６３…ホルダ。

Claims (2)

1. チップを載置するベース側装置と、このベース側装置の上方に位置しチップを接着する基板を保持する押圧側装置とを備えた貼り合わせ装置において、前記ベース側装置に、略円柱状に形成され上面側にチップを載置する回転体と、この回転体の外周面を回転自在に支持する軸受とを設け、前記軸受を前記回転体の軸線方向に互いに離間させて二つ設けたことを特徴とする貼り合わせ装置。
2. 前記二つの軸受のうち、上方側の軸受の精度を下方側の軸受の精度よりも高くしたことを特徴とする請求項１記載の貼り合わせ装置。
   

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