JP2010073927A - 部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ピックアップヘッドの複雑な配線を排除するとともに反転部分の小型軽量化を実現した部品ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】先端部にピックアップヘッド５を装着したアーム２３の内部にシャフト４９を貫通させ、シャフト４９の先端部をピックアップヘッド５に装着されたノズル２４の回転レバー５８と係合させ、シャフト４９の後端部側に配置されたモータ５５とカム機構によってシャフト４９を先後に移動させ、回転レバー５８を操作するように構成した。ノズル２４の回転はピックアップヘッド５の外部から電気を用いない機械的動作によって行われるので、ピックアップヘッドに複雑な電気配線が不要であり、反転部分の小型軽量化が可能である。
【選択図】図３

Description

本発明は、シリコンウェハをダイシングによって個片化したダイ等の部品を基板に実装する部品実装装置に関するものである。

ダイボンディング装置は、薄片化されたシリコンウェハをダイシングによって個片化したダイ（部品）を供給する部品供給ステージと、部品供給ステージからピックアップヘッドによってピックアップされたダイを実装ヘッドに受け渡すために仮置きする部品中継ステージと、実装ヘッドによってダイを基板にボンディングする部品実装ステージの３つの作業ステージを備えている。ピックアップヘッドはピックアップしたダイのフェイス（回路形成面）の向きを変換するために吸着ノズルの向きを上下に反転可能に備えている。またダイの角度補正を行うために吸着ノズルは中心軸周りに回転可能である（特許文献１参照）。
特開２００６−９３３２１号公報

従来のピックアップヘッドは、吸着ノズルを中心軸周りに回転させるための機構とその駆動源が吸着ノズルとともに反転する反転部分に配置されていたので、反転部分が大型化、高重量化し、動特性の悪化とデッドスペースの増大を招いていた。また反転部分にある駆動源への電源供給配線が複雑になっていた。

そこで本発明はピックアップヘッドの複雑な配線を排除するとともに反転部分の小型軽量化を実現した部品ピックアップ装置を提供することを目的とする。

本発明の部品実装装置は、部品のピックアップツールを備えたピックアップヘッドと、前記ピックアップヘッドを支持するピックアップヘッド支持アームと、前記ピックアップヘッド支持アームをその回転軸周りに回転自在に支持するピックアップヘッド支持手段と、前記ピックアップツールをその回転軸周りに回転させるピックアップツール回転手段と、前記ピックアップヘッド支持アームをその回転軸周りに回転させて前記ピックアップヘッドの姿勢を上下方向に反転させるピックアップヘッド反転手段と、前記ピックアップヘッドの反転に伴って反転された部品を受け取って基板に実装する実装ヘッドを備え、前記ピックアップヘッドは、下向きの姿勢にあるときに前記ピックアップツールが前記ピックアップヘッド支持アームの回転軸に対して前記実装ヘッドからより離れた位置となるようにピックアップヘッド支持アームに支持されおり、前記ピックアップツール回転手段が、前記ピックアップヘッド支持手段に配置された駆動力発生手段と、前記ピックアップヘッド支持アームに配置され、前記駆動力発生手段の駆動力を前記ピックアップツールの回転力として伝達する駆動力伝達手段とを備えた。

ピックアップツール回転手段を、駆動力発生手段と前記駆動力発生手段の駆動力を前記ピックアップツールの回転力として伝達する駆動力伝達手段とで構成し、重量が嵩張る駆動力発生手段をピックアップヘッドではなくピックアップヘッド支持手段に配置することで、ピックアップヘッドへの電源供給のための複雑な配線を排除するとともにピックアップヘッドの小型軽量化による動特性およびスペース効率が向上する。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の部品実装装置の斜視図、図２は本発明の実施の形態の部品実装装置の概略構成図、図３は本発明の実施の形態の部品ピックアップ装置の駆動機構の概略構成図、図４は本発明の実施の形態の部品ピックアップ装置の一部の内部構造を示す断面図、図５は本発明の実施の形態の部品ピックアップ装置におけるピックアップヘッドと実装ヘッドの位置関係を示す図である。

最初に図１と図２を参照して部品実装装置の全体構成およびその動作について説明する。部品実装装置１は、ウェハシートホルダ２と、ウェハシートホルダ２に保持されたウェハシート３からチップ４を取り出すピックアップヘッド５と、ピックアップヘッド５がウェハシート３から取り出したチップ４を仮置きするチップ中継テーブル６と、ウェハシート３から取り出したチップ４をピックアップヘッド５もしくはチップ中継テーブル６から受け取る実装ヘッド７と、基板８を支持する基板支持テーブル９と、基板８にチップ４を接着するためのペースト接着剤を塗布するディスペンサ１０と、ウェハシート３に貼着されたチップ４の位置や向きを確認するための第１カメラ１１と、チップ中継テーブル６に仮置きされたチップ４の位置や向きを確認するための第２カメラ１２と、基板８に設定されたペースト接着剤の塗布位置を確認するための第３カメラ１３と、実装ヘッド７が受け取ったチップ４の位置や向きを確認するための第４カメラ１４を備えている。第１カメラ１１、第２カメラ１２、第３カメラ１３はそれぞれ撮像対象の鉛直上方に配置されており、鉛直下方を撮像領域としている。これに対し第４カメラ１４は撮像対象の鉛直下方に配置されており、鉛直上方を撮像領域としている。

実装ヘッド７は第１直動装置２０と第２直動装置２１によって鉛直方向および水平方向（第１方向）に移動自在になっている。ディスペンサ１０は第３直動装置２２と第２直動装置２１によって実装ヘッド７と同様に鉛直方向および水平方向（第１方向）に移動自在になっている。ピックアップヘッド５は第１方向と水平面内で直交する第２方向に延びる回転アーム２３の先端に装着されている。回転アーム２３は中心軸４１周りに回転自在であり、この回転によりピックアップヘッド５は上下反転し、ノズル２４の向きを上向きもしくは下向きに変更することができるようになっている。ピックアップヘッド５は回転アーム２３とともに第４直動装置２５に装着されており、鉛直方向および水平方向（第１方向および第２方向）に移動自在になっている。

ウェハシートホルダ２は第５直動装置２６によって所定の高さで水平方向（第１方向および第２方向）に移動自在になっている。ウェハシートホルダ２の下方にはチップ４の突き上げ装置２７が備えられている。突き上げ装置２７は第１カメラ１１と鉛直方向に上下の位置関係となるように配置されている。突き上げ装置２７に対してウェハシートホルダ２が水平移動することで、ウェハシートに貼着された複数のチップのうち任意のチップ４を突き上げ装置２７の鉛直上方に位置決めする。突き上げ装置２７によって上方に突き上げられたチップ４はピックアップヘッド５のノズル２４で吸着され、ウェハシート３から剥離される。

チップ中継テーブル６は第６直動装置２８によって、基板支持テーブル９は第７直動装置２９によって所定の高さで第２方向に移動自在になっている。ディスペンサ１０と実装ヘッド７に下向きに装着されたノズル３０に吸着されたチップ４が第１方向に移動し、基板８が第２方向に移動することで、基板８の任意の位置にペースト接着剤を塗布し、その位置にチップ４を実装する。チップ４をフェイスアップで実装する場合には、ピックアップヘッド５でピックアップしたチップ４を反転しないで一旦チップ中継テーブル６に仮置きし、このチップ４を実装ヘッド７でピックアップして基板８に実装する。これに対しフェイスダウンで実装する場合には、ピックアップヘッド５が上下反転し、ウェハシート３
からフェイスアップ姿勢でピックアップしたチップ４を反転させてフェイスダウン姿勢に変換した後に実装ヘッド７に直接受け渡す。

次に図２を参照してウェハシートホルダ２とチップ中継テーブル６と基板支持テーブル９の配置について説明する。チップ中継テーブル６と基板支持テーブル９はテーブル３１の上に第１方向に並列して配置されている。基板支持テーブル９はチップ中継テーブル６よりも高い位置に配置されている。テーブル３１は基板支持テーブル９側で機台上に支持されており、チップ中継テーブル６の下方には空間が形成されている。ウェハシートホルダ２はテーブル３１のチップ中継テーブル６側であってテーブル３１より低い位置に配置されている。チップ中継テーブル６の下方に形成された空間は、ウェハシートホルダ２が任意のチップ４を突き上げ装置２７の鉛直上方に位置決めするときにその一部を進入させることが可能な空間である。

部品実装装置１は、１つのチップ４を基板８にフェイスアップで実装する場合、ピックアップヘッド５がウェハシートホルダ２に保持されたウェハシート３とチップ中継テーブル６の間を移動してチップ４を仮置きし、実装ヘッド７がチップ中継テーブル６と基板支持テーブル９に支持された基板８の間を移動してチップ４を実装する。このような複数ヘッドの連携による実装方法では、何れのヘッドにおいても移動の待ち時間を生じないように、ピックアップヘッド５がチップ４を仮置きした直後に実装ヘッド７がチップ４を受け取りにくるようなタイミングで実装を行うことが望ましい。そのため部品実装装置１では、チップ中継テーブル６がウェハシートホルダ２と基板支持テーブル９の間の高さとなるように配置することでピックアップヘッド５と実装ヘッド７の移動時間の均衡を図っている。

チップ中継テーブル６を具体的にどの高さに配置するかは、ピックアップヘッド５と実装ヘッド７の移動速度や水平移動距離、ピックアップおよび実装に要する時間等を勘案して決定する。一般にチップの実装においては位置合わせや加熱等に時間を要するので、実装ヘッド７の移動距離を短縮するためにチップ中継テーブル６を基板支持テーブル９寄りに配置することが好ましい場合が多い。チップ中継テーブル６をこのように配置することで、実装ヘッド７がチップ４を受け取りにきたときにチップ中継テーブル６にチップ４が仮置きされていなかったり、ピックアップヘッド５がチップ４を仮置きしにきたときに先のチップ４が仮置きされたままの状態であったりするような事態の発生がなくなり、生産効率が向上する。

部品実装装置１ではウェハシートホルダ２がテーブル３１の下方に進入できるような空間を設けたことでピックアップヘッド５の水平移動距離を短縮できるので、チップ中継テーブル６をさらに基板支持テーブル９寄りに配置することが可能である。これにより実装ヘッド７の移動距離も短縮され、全体として両ヘッド５、７の移動距離が短縮されるので生産効率はさらに向上する。

次に図３乃至図５を参照して部品ピックアップ装置について説明する。回転アーム２３は第２方向に突出した状態で移動アーム４０に装着されている。移動アーム４０は第４直動装置２５に付属し、第４直動装置２５の駆動により鉛直方向および水平方向に移動する。

回転アーム２３は軸４１を中心とする円筒形であり、先端部にピックアップヘッド５が装着され、後端部にベアリング４２を配した軸受け部４３が装着されている。回転アーム２３を第４直動装置２５に装着するときには軸受け部４３を移動アーム４０に形成された孔４４に挿入する。移動アーム４０の表側（回転アーム２３の先端側）には回転アーム２３の回転駆動源となる第１モータ４５が装着されている。第１モータ４５の回転軸にはプ
ーリ４６が装着され、このプーリ４６と相対するプーリ４７が回転アーム２３の外周に装着されている。それぞれのプーリ４６、４７には無端ベルト４８が掛けられ、第１モータ４５の回転駆動力が回転アーム２３を軸４１周りに回転（矢印ａ）させる力として伝達されるようになっている。

第１モータ４５の駆動によって回転アーム２３が軸４１回りに１８０度回転すると、回転アーム２３の先端部に装着されたピックアップヘッド５が上下反転し、ノズル２４の向きを上向きもしくは下向きに変更する。ピックアップヘッド５はノズル２４が下向きになる姿勢にあるときにノズル２４が軸４１に対して実装ヘッド７からより離れた位置関係となるように軸４１から離れた位置に装着されている（図２、図５参照）。ノズル２４と軸４１とがこのような位置関係にあることで、ピックアップヘッド５の上下反転によって軸４１を中心として回転するノズル２４は実装ヘッド７に接近する方向に移動することになる。これによりピックアップヘッド５は、図５に実線で示したピックアップ位置から破線で示した受け渡し位置に移動するときに、ノズル２４と実装ヘッド７のノズル３０との軸間距離ｄ１より短い距離ｄ２だけ第１方向へ移動すればフェイスダウンしたチップ４を実装ヘッド７に受け渡すことが可能になる。このようにピックアップヘッド５の移動距離が短縮されることでフェイスダウン実装に要する時間も短縮し、部品実装装置１の生産効率が向上する。また、ウェハシートホルダ２と基板支持テーブル９の間の高さにチップ中継テーブル６を配置したマルチボンダーとすることにより生産性向上を図る場合、図２のａに示す方向に回転アームを回転させることによりピックアップヘッドと中継ステージの干渉を回避して最短距離でのチップの移動が可能となる。

回転アーム２３の中心部には第２方向に延伸されたシャフト４９が第２方向に移動自在に挿通されている。圧縮ばね５０は一端をシャフト４９に形成されたばね止め５１に接し、他端を回転アーム２３に形成されたばね止め５２に接した状態でシャフト４９の外周に装着されている。シャフト４９の両端部はそれぞれ回転アーム２３の両端部から突出し、シャフト４９の後端部にはカムフォロワ５３が装着されている。このカムフォロワ５３と係合する偏心カム５４は移動アーム４０の裏側（回転アーム２３の後端側）に装着された第２モータ５５の回転軸５６に装着されている。カムフォロワ５３は圧縮ばね５０の弾性力によって付勢された状態で偏心カム５４に接触している。第２モータ５５を駆動させると偏心カム５４の回転にカムフォロワ５３が従動し、これに繋がるシャフト４９が第２方向に移動する（矢印ｂ）。

ピックアップヘッド５に装着されているノズル２４は回転アーム２３の軸４１と直角の関係にある軸５７を中心に回転自在（矢印ｃ）である。ノズル２４には側方に突出する回転レバー５８が装着されている。回転レバー５８の先端部はシャフト４９の先端部に設けられたピン６０と係合し、第２モータ５５の駆動によって移動するシャフト４９の動きに伴って軸５７回りに回動するようになっている。回転レバー５８の回動によりノズル２４は軸５７回りに回転する。ノズル２４の回転駆動源となる第２モータ５５はピックアップヘッド５ではなく移動アーム４０に配置されているので、ピックアップヘッド５は小型軽量化されたものになっている。また電源供給のための配線もない。

またピックアップヘッド５の反転に係る機構とノズル２４の回転に係る機構は独立し、互いに干渉することがないので、ピックアップヘッド５の反転中にノズル２４を回転させることが可能であり、これらの２つの動作を同時に実行することで生産性を向上することができる。

シャフト４９の内部には通気路５９が形成されている。この通気路５９はシャフト４９の先端部に形成された開口６１と連通し、図示しない管でノズル２４と接続されている。この通気路５９はシャフト４９の後端側で図示しない切換弁を介して図示しない真空発生
源および圧縮気体発生源と接続され、チップ４を吸着するときにノズル２４を真空状態に移行させるとともに、真空状態にあるノズル２４内部の気圧を上昇させて吸着しているチップ４の真空破壊を行うことで吸着を解除することができる。

本発明の実施の形態の部品実装装置１において、ノズル２４は真空吸着によってチップ４（部品）をピックアップするピックアップツールの一形態である。ピックアップツールとしては、チップ４を一定時間保持し、ピックアップとリリースの切り換えが可能であれば機械的手段や電磁気的手段等によってチップ４をピックアップするものであってもよい。

移動アーム４０はピックアップヘッドを支持するピックアップヘッド支持手段の一形態である。ピックアップヘッド支持手段は、ピックアップヘッド５を反転可能に支持できるものであれば移動アーム４０のように移動せずに位置が固定されたものであってもよい。

第１モータ４５はピックアップヘッドをピックアップヘッド支持手段に対して上下に反転させるピックアップヘッド反転手段の一形態であり、第２モータ５５はピックアップツールをその回転軸周りに回転させるピックアップツール回転手段を構成する駆動力発生手段の一形態である。

シャフト４９および回転レバー５８は駆動力発生手段の駆動力をピックアップツールの回転力として伝達する駆動力伝達手段の一形態であり、回転レバー５８はシャフト４９の他方の端部（先端部）と係合する被係合部の一形態である。

本発明は複数のヘッド間で受け渡した部品を基板に実装する部品実装装置において有用である。

本発明の実施の形態の部品実装装置の斜視図 本発明の実施の形態の部品実装装置の概略構成図 本発明の実施の形態の部品ピックアップ装置の駆動機構の概略構成図 本発明の実施の形態の部品ピックアップ装置の一部の内部構造を示す断面図 本発明の実施の形態の部品ピックアップ装置におけるピックアップヘッドと実装ヘッドの位置関係を示す図

符号の説明

１ 部品実装装置
４ チップ
５ ピックアップヘッド
７ 実装ヘッド
８ 基板
２３ 回転アーム
２４ ノズル
４０ 移動アーム
４５ 第１モータ
４９ シャフト
５３ カムフォロワ
５４ 偏心カム
５５ 第２モータ
５８ 回転レバー

Claims (1)

1. 部品のピックアップツールを備えたピックアップヘッドと、
   前記ピックアップヘッドを支持するピックアップヘッド支持アームと、
   前記ピックアップヘッド支持アームをその回転軸周りに回転自在に支持するピックアップヘッド支持手段と、
   前記ピックアップツールをその回転軸周りに回転させるピックアップツール回転手段と、
   前記ピックアップヘッド支持アームをその回転軸周りに回転させて前記ピックアップヘッドの姿勢を上下方向に反転させるピックアップヘッド反転手段と、
   前記ピックアップヘッドの反転に伴って反転された部品を受け取って基板に実装する実装ヘッドを備え、
   前記ピックアップヘッドは、下向きの姿勢にあるときに前記ピックアップツールが前記ピックアップヘッド支持アームの回転軸に対して前記実装ヘッドからより離れた位置となるようにピックアップヘッド支持アームに支持されおり、
   前記ピックアップツール回転手段が、前記ピックアップヘッド支持手段に配置された駆動力発生手段と、前記ピックアップヘッド支持アームに配置され、前記駆動力発生手段の駆動力を前記ピックアップツールの回転力として伝達する駆動力伝達手段とを備えたことを特徴とする部品実装装置。

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