JP2010129912A - 電子部品の実装装置及び実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は装置本体の小型化が図れるようにした実装装置を提供することにある。
【解決手段】装置本体１と、複数のレール部２ａ〜２ｃに分割されて装置本体内に設けられ基板を搬送して所定の位置に位置決めする搬送レール２と、装置本体内に設けられたリングホルダ３３と、装置本体内の複数のレール部のうちの１つのレール部の下方に設けられ内部に半導体チップを保持したウエハリング２８が収納されたカセット２６と、カセット及びカセットの上方に配置された１つのレール部を一体的に上下方向に駆動する上下駆動機構１１と、上下駆動機構によって所定の高さに位置決めされたカセットからウエハリングを取り出してリングホルダに供給する供給手段３１と、リングホルダに供給されたウエハリングから半導体チップを取り出して搬送手段によって位置決めされた基板に実装する実装手段４０を具備する。
【選択図】 図１

Description

この発明は部品保持部材としてのウエハリングに保持された電子部品としての半導体チップをピックアップして基板に実装する実装装置及び実装方法に関する。

基板に半導体チップを実装する、たとえばダイボンダやフリップチップボンダなどの実装装置においては、上記基板を搬送して所定の位置で位置決めする搬送レールが設けられている。この搬送レールによって位置決めされた基板には実装ツールによって上記半導体チップが実装される。

半導体チップはウエハリングに保持されている。すなわち、ウエハリングには樹脂製シートに貼着された半導体ウエハが保持され、この半導体ウエハが賽の目状に分断されて上記半導体チップとなっている。

上記ウエハリングは、カセットに上下方向に所定間隔で収納されていて、このカセットからチャックによって取り出されてリングホルダ上に供給載置される。ウエハリングがリングホルダに供給されると、ピックアップ位置に位置決めされた半導体チップが突き上げられる。突き上げられた半導体チップは上記実装ツールによってピックアップされて上記基板に実装される。

特許文献１に示された実装装置は、装置本体の前方の一端部にウエハ供給部が設けられている。このウエハ供給部にはマガジン保持部(カセット)が設けられ、このマガジン保持部には上下方向に所定間隔で収納されたウエハリングが設けられている。ウエハリングはリフタ機構によって昇降駆動されるようになっていて、所定の高さに位置決めされたウエハリングはマガジン保持部から取り出されて所定の高さに位置決めされた部品供給部(リングホルダ)の上面に供給される。

上記部品供給部は上記マガジン保持部よりも装置本体の後方向に配置されていて、この部品供給部に供給載置されたウエハリングからは半導体チップが突き上げられる。突き上げられた半導体チップは搭載ヘッドによって取り出される。

上記部品供給部よりも装置本体の後方には搬送レールが配置され、このレールに沿って基板が搬送されるようになっている。そして、基板が搬送レールに沿って搬送されて所定の位置に位置決めされると、この基板に、上記搭載ヘッドによって上記ウエハリングから取り出された半導体チップが実装されるようになっている。
特開２００５−１２９７５５号公報

上述したように、特許文献１においては、ウエハ供給部、部品供給部及び搬送レールが装置本体の前方から後方に向かって順次一列に配置されている。このような配置構造によると、装置本体の前後方向の寸法が大きくなるため、設置スペースの増大を招くということがあった。

この発明は、装置本体の前後方向の寸法を小さくできるようにした電子部品の実装装置及び実装方法を提供することにある。

この発明は、基板に電子部品を実装するための実装装置であって、
装置本体と、
複数のレール部に分割されて上記装置本体内に設けられ上記基板を搬送して所定の位置に位置決めする搬送レールと、
上記装置本体内に設けられたリングホルダと、
上記装置本体内の複数のレール部のうちの１つのレール部の下方に設けられ内部に上記電子部品を保持した部品保持部材が収納されたカセットと、
このカセット及びカセットの上方に配置された１つのレール部を一体的に上下方向に駆動する上下駆動機構と、
この上下駆動機構によって所定の高さに位置決めされた上記カセットから上記部品保持部材を取り出して上記リングホルダに供給する供給手段と
上記リングホルダに供給された上記部品保持部材から上記電子部品を取り出して上記搬送手段によって位置決めされた上記基板に実装する実装手段と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装装置にある。

上記上下駆動機構は、上下方向に駆動されるベース部材と、このベース部材の上面に上記装置本体の前後方向に沿って設けられたリニアガイドと、このリニアガイドに沿って移動可能に設けられ上面に上記カセットが載置される可動部材とによって構成されていることが好ましい。

上記搬送レールは上記装置本体の前後方向の前方に幅方向に沿って設けられ、上記上下駆動機構は上記装置本体の前方の幅方向一端部に設けられていることが好ましい。

上記搬送レールの上記上下駆動機構によって上記カセットと一体的に上下方向に駆動される１つのレール部から他のレール部に搬送された基板は、移載機構によって上記電子部品を実装する実装位置に搬送されるようになっていて、
上記移載機構は、水平方向に駆動されるＸＹテーブルと、このＸＹテーブルに設けられた実装ステージと、上記ＸＹテーブルに設けられ上記他のレール部を上下方向に駆動してこの他のレール部に保持された上記基板を上記実装ステージに移載する駆動手段によって構成されていることが好ましい。

この発明は、基板に電子部品を実装するための実装方法であって、
装置本体と、
複数のレール部に分割された搬送レールによって上記基板を搬送して所定の位置に位置決めする工程と、
カセットを上下方向に駆動しこのカセットに収容された部品保持部材を所定の高さに位置するリングホルダに供給する工程と、
リングホルダに供給された部品保持部材から上記電子部品を取り出して上記基板に実装する工程を具備し、
上記カセットは複数に分割されたレール部のうちの１つのレール部の下方に配置されていて、上記カセットを上下方向に駆動するときにこのカセットの上方に位置する１つのレール部材を一体的に上下方向に駆動することを特徴とする電子部品の実装方法にある。

上記リングホルダに供給された上記部品保持部材の電子部品を上記基板に実装し終えて空となった上記部品保持部材を交換するとき、上記カセットを上記１つのレール部とともに上下方向に駆動して空になった上記部品保持部を上記カセットに格納し、新たな部品保持部を上記カセットから上記リングホルダに供給することが好ましい。

この発明によれば、基板を搬送する搬送レールを複数のレール部に分割し、そのうちの１つのレール部の下方にカセットを設け、このカセットから部品保持部材を取り出すときには上記カセットと上記レール部を一体的に上下動させるようにした。

そのため、カセットと搬送レールを上下方向に配置することが可能となるから、前後方向に配置する場合に比べて装置本体の前後方向の寸法を小さくすることが可能となる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は実装装置の概略的構成を示す平面図であって、この実装装置は装置本体１を有する。この装置本体１は詳細は図示しないが、図１に示す平面形状で箱型状に形成されていて、その内部の前後方向の前方には基板Ｗを搬送するための一対の搬送レール２が所定間隔で平行に離間対向して装置本体１の幅方向に沿って設けられている。図１に矢印で示すように、装置本体１の幅方向をＸ方向とし、前後方向をＹ方向とする。

上記装置本体１の前方の幅方向一端には上記基板Ｗを上記搬送レール２に供給するローダ部３が設けられ、他端には上記搬送レール２を搬送されて後述するごとく電子部品としての半導体チップ４が実装された上記基板Ｗを格納するアンローダ部５が設けられている。

上記搬送レール２は上記装置本体１の幅方向に対して第１乃至第３の３つのレール部２ａ〜２ｃに分割されている。上記ローダ部３側に位置する第１のレール部２ａは上下駆動機構１１によって上下方向に駆動されるようになっている。

図２に示すように、上記上下駆動機構１１はベース板１２を有する。このベース板１２には支持部材１３が垂設され、この支持部材１３の一側面には一対のリニアガイド１４(一方のみ図示)が設けられている。このリニアガイド１４には側面形状がＬ字状をなした上下可動部材１５の垂直片１５ａの外面に上下方向に所定間隔で設けられた複数の係合部材１６がスライド可能に係合している。

上記垂直片１５ａの内面にはめねじ体１７が設けられ、このめねじ体１７にはねじ軸１８が螺合されている。このねじ軸１８は上記ベース板１２に設けられたパルスモータなどの駆動源１９によって回転駆動されるようになっている。したがって、上記駆動源１９が作動すれば、上記上下可動部材１５が図２に矢印Ｚで示す上下方向に駆動されるようになっている。

上記上下可動部材１５の水平片１５ｂの上面の上記Ｙ方向に沿う両端部には上記一対のレール２とほぼ同じ間隔で、しかもＸ方向に所定間隔で離間したそれぞれ一対のロッド状の架設部材２１が立設されている。Ｘ方向の一端側と他端側に位置するそれぞれ一対の架設部材２１の上端には上記一対の第１のレール部２ａの両端部の下面が固着されている。したがって、第１のレール部２ａは上下駆動機構１１によって上下方向に駆動されるようになっている。

上記基板Ｗは図２に示すようにＹ方向に沿う幅方向の両端部が上記搬送レール２に支持されていて、図示しない送り機構によってＸ方向、つまり装置本体１の幅方向に沿って所定距離づつ間欠的に送られるようになっている。

図２と図３に示すように、上記上下可動部材１５の水平片１５ｂの上面には、上記装置本体１の幅方向であるＸ方向に対して所定間隔で離間した一対のリニアガイド２３が一対の第１のレール部２ａの離間方向と同じＹ方向に沿って設けられている。このリニアガイド２３には平板状の水平可動部材２４が下面に設けられた受け部２５をスライド可能に係合させて設けられている。

上記水平可動部材２４の上面にはカセット２６が載置される。このカセット２６は、Ｙ方向に沿う両側面が開口し、Ｘ方向に沿う両側内面に複数の係合溝２７が上下方向に所定間隔で形成されている。同じ高さの一対の係合溝２７には部品保持部材としてのウエハリング２８が径方向の両端部をスライド可能に係合させて保持されている。

上記カセット２６は上記上下駆動機構１１によって上下方向に位置決めされる。そのとき、所定の高さに位置する上記カセット２６に保持されたウエハリング２８は、図示しないプッシャによって装置本体１の後方に向かうＹ方向に押圧される。それによって、プッシャによって押圧されたウエハリング２８の一部は上記カセット２６の開放した側面から突出する。

上記カセット２６から突出したウエハリング２８は、図１に示すように上記カセット２６の側方で、Ｙ方向に対して上記カセット２６よりも後方に配置された供給手段３１によって取り出される。カセット２６から取り出されたウエハリング２８は、一対のガイド３２に沿って搬送されて上記カセット２６よりもＹ方向後方に上面を所定の高さにして配置されたリングホルダ３３の上面に供給載置される。

上記供給手段３１はＹ方向に沿って設けられたガイド３０ａと、このガイド３０ａに沿ってＹ方向に駆動されるチャック３０ｂを有し、このチャック３０ｂによって上記カセット２６から押し出された上記ウエハリング２８を挟持して引き出し、上記リングホルダ３３の上面に供給するようになっている。

上記リングホルダ３３は図示しないＸＹ駆動機構によってＸ、Ｙ方向に駆動可能になっている。さらに、リングホルダ３３の下面側には図示しない突き上げ機構が配置されている。

上記ウエハリング３３には、詳細は図示しないが、上面に半導体ウエハ３４が貼着された樹脂シートが張設されている。半導体ウエハ３４は賽の目状に切断され、多数の上記半導体チップ４に分割されている。

上記リングホルダ３３は上記突き上げ機構によって突き上げられる半導体チップ４がこの突き上げ機構の突き上げピン(図示せず)に対応する位置になるようＸ、Ｙ方向に位置決めされる。半導体ウエハ３４が位置決めされて所定の半導体チップ４が突き上げられると、その半導体チップ４は反転ピックアップ３６によって吸着されて取り出される。

上記反転ピックアップ３６は、上記装置本体１の上記リングホルダ３３よりもＹ方向後方に設けられたＸガイド部材３７に沿ってＸ方向に駆動可能に設けられている。そして、上記反転ピックアップ３６によって上記リングホルダ３３のウエハリング２８から半導体チップ４を取り出した上記反転ピックアップ３６は１８０度回転して半導体チップ４を上下逆方向に反転させる。

上下の向きが反転させられた半導体チップ４は実装手段４０を構成する実装ツール４１に受け渡される。この実装ツール４１はボンディングヘッド４２に水平方向であるＸ、Ｙ方向及び上下方向であるＺ方向に駆動可能に設けられていて、先端面に吸着保持した上記半導体チップ４を上記基板Ｗに実装するようになっている。

なお、実装ツール４１が半導体チップ４を基板Ｗに実装する前に、実装ツール４１と基板Ｗとの間に上下両方向を撮像する撮像カメラが進入し、この撮像カメラの撮像信号によって上記半導体チップ４に対して基板Ｗが位置決めされる。

上記基板Ｗは上記搬送レール２の第１のレール部２ａから第２のレール部２ｂに搬送され、ここで図示しないヒータによって所定温度に加熱されてから、第３のレール部２ｃに搬送される。

上記第３のレール部２ｃに基板Ｗが搬送されると、この第３のレール部２ｃは移載機構４４によって基板Ｗを保持した状態で上記実装ツール４１の下方に搬送される。上記移載機構４４は図４と図５に示すように装置本体１の内底面にＹ方向に沿って駆動可能に設けられたＹテーブル４５と、このＹテーブル４５の上面にＸ方向に沿って駆動可能に設けられたＸテーブル４６を有し、このＸテーブル４６の上面には一対の第３のレール部２ｃの間隔よりもＹ方向に沿う幅寸法が小さく形成された実装ステージ４７が設けられている。なお、Ｙテーブル４５とＸテーブル４６とでＸＹテーブルを構成している。

上記Ｘテーブル４６の上記実装ステージ４７から露出したＹ方向に沿う両側上面には、それぞれＸ方向に所定間隔で離間した駆動手段としての一対のシリンダ４８が立設されている。なお、図４と図５において、Ｙ方向の一方と他方のそれぞれ一対のシリンダ４８のうち、一方のシリンダ４８だけを図示している。

Ｙ方向の一方に位置する一対のシリンダ４８と、他方に位置する一対のシリンダ４８のロッド４８ａの先端には一対の第３のレール部２ｃがそれぞれ固着されている。それによって、一対の第３のレール部２ｃは、上記シリンダ４８によって図４に示す上昇位置と図５に示す下降位置との間で駆動されるようになっている。

上記第３のレール部２ｃに基板Ｗが搬送されると、上記シリンダ４８が作動して第３のレール部２ｃの基板Ｗを支持した面が図５に示すように上記実装ステージ４７の上面よりも低くなる位置まで下降させる。それによって、第３のレール部２ｃに保持された基板Ｗは実装ステージ４７の上面に受け渡されて吸着保持される。

実装ステージ４７に基板Ｗが保持されると、上記Ｙテーブル４５がＹ方向の装置本体１の後方に向かって駆動され、上記実装ステージ４７に保持された基板Ｗを上記実装ツール４１の下方に位置決めする。

その状態で、上記撮像手段が上記基板Ｗと上記実装ツール４１に保持された半導体チップ４との間に進入し、これらを同時に撮像し、その撮像信号に実装ツール４１をＸ、Ｙ方向に駆動してその先端面に保持された半導体チップ４を基板Ｗの実装位置に位置決めする。ついで、上記実装ツール４１が下降方向に駆動され、半導体チップ４が基板Ｗに実装される。このような実装を繰り返すことで、上記基板Ｗには、図１に示すように複数の半導体チップ４が所定間隔で行列状に実装される。

基板Ｗに所定数の半導体チップ４が実装され終わると、移載機構４４は第３のレール部２ｃが第１、第２のレール部２ａ，２ｂとＸ方向に沿って一直線となる位置までＹ方向に駆動される。その位置でシリンダ４８が作動し、第３のレール部２ｃは第１、第２のレール部２ａ，２ｂと同じ高さになるよう下降位置から上昇位置に駆動位置決めされる。

それによって、実装ステージ４７に保持された基板ＷのＹ方向に沿う幅方向の両端部が一対の第３のレール部２ｃに係合するから、その基板Ｗは上記実装ステージ４７の上面から上昇した位置で、上記第３のレール部２ｃによって保持される。

上記リングホルダ３３の上面に供給載置されたウエハリング２８の多数の半導体チップ４が基板Ｗに実装され終わると、その空になってウエハリング２８は上記供給手段３１によってカセット２６に格納され、新たなカセット２６は１つのレール部２ａと一体的に上下方向に駆動されて、新たなウエハリング２８が上記カセット２６からリングホルダ３３に供給される。
基板Ｗが実装ステージ４７から第３のレール部２ｃに移載されると、その基板Ｗは第３のレール部２ｃに沿って搬送されて上記アンローダ部５に格納される。

このような構成の実装装置によれば、搬送レール２を第１乃至第３のレール部２ａ〜２ｃに分割し、装置本体１のＸ方向の一端に位置する第１のレール部２ａの下方にウエハリング２８が格納されたカセット２６を設け、このカセット２６と上記第１のレール部２ａを上下駆動機構１１によって一体的に上下方向に駆動できるようにした。

そのため、上記カセット２６を搬送レール２の第１のレール部２ａの下方に配置することが可能となる。つまり、カセット２６に対してウエハリング２８を出し入れする機能と、第１のレール部２ａによる基板Ｗの搬送機能を損なうことなく、上記カセット２６と搬送レール２の第１のレール部２ａを上下方向に配置することができる。

そのため、上記カセット２６と搬送レール２を装置本体１のＹ方向に沿って並べて配置する場合に比べ、上記装置本体１のＹ方向の寸法を小さくすることができるから、この装置本体１の小型化を図ることができる。

上記上下駆動機構１１の上下方向に駆動される上下可動部材１５の水平片１５ｂの上面には、Ｙ方向に沿って移動可能な水平可動部材２４が設けられ、この水平可動部材２４の上面にカセット２６が載置されている。そのため、カセット２６を交換する場合、そのカセット２６を図２に実線で示す位置から鎖線で示すように第１のレール部２ａの下方から、上記水平可動部材２４とともに矢印方向に容易に引き出すことができるから、そのカセット２６の交換作業を容易に行なうことができる。

しかも、上記搬送レール２を装置本体１のＹ方向の前方に、幅方向であるＸ方向に沿って設け、上記上下駆動機構１１を装置本体１のＸ方向の一端部に設けるようにした。そのため、上記上下駆動機構１１のカセット２６を上記水平可動部材２４とともに装置本体１の前面側に容易に引き出すことができるから、そのことによってもカセット２６の交換作業が容易となる。

しかも、装置本体１前方に搬送レール２を設けたことで、半導体チップ４が実装される前の基板Ｗ及び実装された後の基板Ｗを装置本体１の前面側から目視によって確認することができるから、基板Ｗにごみが付着している洗浄不良や半導体チップ４の実装不良などを容易に点検確認することができる。

搬送レール２を搬送される基板Ｗを、上記搬送レール２の第３のレール部２ｃから移載機構４４の実装ステージ４７に移載し、その基板Ｗを実装ツール４１の下方に搬送位置決めして複数の半導体チップ４を実装するようにした。

そのため、基板Ｗは実装ステージ４７によって確実に、しかもＹテーブル４５とＸテーブル４６によってＸＹ方向に精密に位置決めすることができるから、上記基板Ｗに複数の半導体チップ４を精密に実装することができる。

上記一実施の形態では基板を移載機構によって搬送レールから実装ステージに移載して半導体チップを実装するようにしたが、基板を搬送レールに保持した状態でその基板に半導体チップを実装するようにしてもよい。

また、半導体チップをウエハリングから反転ピックアップで取り出して上下方向を１８０度回転させて実装ツールに受け渡す、所謂フリップチップボンダーを例に挙げて説明したが、反転ピックアップでウエハリングから取り出した半導体チップを中間ステージに載置し、その中間ステージから半導体チップを上記実装ツールで取り出して基板に実装する、所謂ダイボンダにも適用することもできる。

また、基板に実装する電子部品は半導体チップに限られず、コンデンサや抵抗などの他の電子部品であってもよい。その場合、カセットに収納される部品保持部材としては半導体ウエハが保持されたウエハリングではなく、上記コンデンサや抵抗などの電子部品が収納載置される凹部が形成されたトレイであってもよい。

また、カセットと搬送レールの１つのレール部とを上下可動部材によって一体的に上下動させる構成としたが、別々の上下駆動機構によって同期して上下方向に駆動する構成であってもよく、その場合、カセットを上下動させるとき、上記１つのレール部を前後方向(Ｙ方向に開いて退避させるようにしてもよい。

この発明の一実施の形態を示す実装装置の概略的構成を示す平面図。 カセットと第１のレール部を一体的に上下動する上下駆動機構の側面図。 図２に示す上下駆動機構の一部省略した正面図。 基板を実装ステージの上面から上昇した位置で保持した移載機構の側面図。 基板を実装ステージの上面に載置した状態の移載機構の側面図。

符号の説明

１…装置本体、２…搬送レール、４…半導体チップ、１１…上下駆動機構、１５…上下可動部材、２４…水平可動部材、２６…カセット、２８…ウエハリング、３１…供給手段、３３…リングホルダ、３４…半導体ウエハ、４０…実装手段、４１…実装ツール、４４…移載機構、４７…実装ステージ、４８…シリンダ(駆動源)。

Claims (6)

1. 基板に電子部品を実装するための実装装置であって、
   装置本体と、
   複数のレール部に分割されて上記装置本体内に設けられ上記基板を搬送して所定の位置に位置決めする搬送レールと、
   上記装置本体内に設けられたリングホルダと、
   上記装置本体内の複数のレール部のうちの１つのレール部の下方に設けられ内部に上記電子部品を保持した部品保持部材が収納されたカセットと、
   このカセット及びカセットの上方に配置された１つのレール部を一体的に上下方向に駆動する上下駆動機構と、
   この上下駆動機構によって所定の高さに位置決めされた上記カセットから上記部品保持部材を取り出して上記リングホルダに供給する供給手段と
   上記リングホルダに供給された上記部品保持部材から上記電子部品を取り出して上記搬送手段によって位置決めされた上記基板に実装する実装手段と
   を具備したことを特徴とする電子部品の実装装置。
2. 上記上下駆動機構は、上下方向に駆動されるベース部材と、このベース部材の上面に上記装置本体の前後方向に沿って設けられたリニアガイドと、このリニアガイドに沿って移動可能に設けられ上面に上記カセットが載置される可動部材とによって構成されていることを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装装置。
3. 上記搬送レールは上記装置本体の前後方向の前方に幅方向に沿って設けられ、上記上下駆動機構は上記装置本体の前方の幅方向一端部に設けられていることを特徴とする請求項２記載の電子部品の実装装置。
4. 上記搬送レールの上記上下駆動機構によって上記カセットと一体的に上下方向に駆動される１つのレール部から他のレール部に搬送された基板は、移載機構によって上記電子部品を実装する実装位置に搬送されるようになっていて、
   上記移載機構は、水平方向に駆動されるＸＹテーブルと、このＸＹテーブルに設けられた実装ステージと、上記ＸＹテーブルに設けられ上記他のレール部を上下方向に駆動してこの他のレール部に保持された上記基板を上記実装ステージに移載する駆動手段によって構成されていることを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装装置。
5. 基板に電子部品を実装するための実装方法であって、
   装置本体と、
   複数のレール部に分割された搬送レールによって上記基板を搬送して所定の位置に位置決めする工程と、
   カセットを上下方向に駆動しこのカセットに収容された部品保持部材を所定の高さに位置するリングホルダに供給する工程と、
   リングホルダに供給された部品保持部材から上記電子部品を取り出して上記基板に実装する工程を具備し、
   上記カセットは複数に分割されたレール部のうちの１つのレール部の下方に配置されていて、上記カセットを上下方向に駆動するときにこのカセットの上方に位置する１つのレール部材を一体的に上下方向に駆動することを特徴とする電子部品の実装方法。
6. 上記リングホルダに供給された上記部品保持部材の電子部品を上記基板に実装し終えて空となった上記部品保持部材を交換するとき、上記カセットを上記１つのレール部とともに上下方向に駆動して空になった上記部品保持部を上記カセットに格納し、新たな部品保持部を上記カセットから上記リングホルダに供給することを特徴とする請求項５記載の電子部品の実装方法。

Images