JP2016220294A - リニアモータ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】振動を抑えることができて駆動精度の高いリニアモータ構造を提供する。【解決手段】シャフト内に複数の永久磁石を直線状に並べて配置するとともに、シャフトの外側に、コイルを内蔵した可動子をこのシャフトと同心状に配置し、コイルに通電することで可動子をシャフトに沿って直線駆動するリニアモータと、可動子と一体的に往復動するとともに、所定位置において上下動してワークを搬送するヘッド部とを備えたリニアモータ構造である。可動子のヘッド部側と反対側に設けられる第１のフィンと、コイルの外周を覆う樹脂モールドのヘッド部側の外周側に、コイルの軸方向に沿って延びて、コイルの軸方向端部よりも突出する第１部と、第１部から、ヘッド部と反対側に延びる第２部とを有する熱伝導部と、第２部の先端側に設けられる第２のフィンとを備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、リニアモータとヘッド部とを備えたリニアモータ構造に関する。

半導体の製造装置においては、多数個の素子を一括して造り込まれたウェーハをダイシングして個々の半導体チップに分離し、これを一個ずつリードフレーム等の所定位置にボンディングするというチップボンディングの手法が採用されている。そして、このチップボンディングにはダイボンダが用いられる（特許文献１）。

このようなダイボンダは、図６に示すように、供給部１０２の半導体チップ１０１を吸着するボンディングアーム（図示省略）を有するボンディングヘッドを備える。コレット１０３を保持しているボンディングアームは搬送手段を介して、ピックアップ位置とボンディング位置との間の移動が可能となっている。また、コレット１０３は、その下端面に開口した吸着孔を介してチップ１０１が真空吸引され、このコレット１０３の下端面にチップ１０１が吸着する。なお、この真空吸引（真空引き）が解除されれば、コレット１０３からチップ１０１が外れる。

このダイボンダを使用したダイボンディング方法を説明する。供給部１０２には、半導体ウェーハが多数の半導体チップ１０１に分割されており、供給部１０２の上方に配置される確認用カメラにてピックアップすべきチップ１０１を観察して、コレット１０３をこのピックアップすべきチップ１０１の上方に位置させた後、矢印Ａのようにコレット１０３を下降させてこのチップ１０１をピックアップする。その後、矢印Ｂのようにコレット１０３を上昇させる。

次に、ボンディング位置の上方に配置された確認用カメラにて、ボンディングすべきリードフレーム１０４のアイランド部１０５を観察して、コレット１０３を矢印Ｃ方向へ移動させて、このアイランド部１０５の上方に位置させた後、コレット１０３を矢印Ｄのように下降移動させて、このアイランド部１０５にチップ１０１を供給する。また、アイランド部１０５にチップを供給した後は、コレット１０３を矢印Ｅのように上昇させた後、矢印Ｆのように、ピップアップ位置の上方の待機位置に戻す。

すなわち、コレット１０３を、順次、矢印Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆのように移動させることによって、ピックアップ確認用カメラの観察に基づいて位置決めされたチップ１０１をコレット１０３でピックアップし、このチップ１０１をアイランド部１０５に実装することになる。

前記したダイボンダのボンディングヘッドの水平方向の往復動（つまり、Ｃ及びＦ方向の移動）は、例えば特許文献２のようなリニアモータにて駆動される。このリニアモータは、円筒状のシャフト内に複数の永久磁石を直線状に並べて配置するとともに、シャフトの外側に、コイルを内蔵した可動子をこのシャフトと同心状に配置し、コイルに通電することで可動子をシャフトに沿って直線駆動するものである。リニアモータの可動子にボンディングヘッドが取り付けられて、ボンディングヘッドは可動子と一体的に直線状に往復動することができる。

特開２０００−６８２９６号公報 特開２００７−４３７６８号公報

前記ボンディングヘッドは重量物である。このため、リニアモータとボンディングヘッドとからなるリニアモータ構造は、全体として重量に偏りが生じ、重心位置がリニアモータの中心（つまり、シャフトの中心）よりもボンディングヘッド側に位置しやすくなる。このため、リニアモータは、重心駆動（重心がシャフトの中心に位置した状態での駆動）ができなくなる。これによりリニアモータに振動が発生し、駆動精度が悪くなるという問題があった。

そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、振動を抑えることができて駆動精度の高いリニアモータ構造を提供しようとするものである。

本発明の第１のリニアモータ構造は、シャフト内に複数の永久磁石を直線状に並べて配置するとともに、前記シャフトの外側に、コイルを内蔵した可動子をこのシャフトと同心状に配置し、前記コイルに通電することで前記可動子をシャフトに沿って直線駆動するリニアモータと、前記可動子と一体的に往復動するとともに、所定位置において上下動してワークを搬送するヘッド部とを備えたリニアモータ構造であって、前記可動子の、前記ヘッド部側と反対側に設けられる第１のフィンと、前記コイルの外周を覆う樹脂モールドのヘッド部側の外周側に、前記コイルの軸方向に沿って延びて、コイルの軸方向端部よりも突出する第１部と、この第１部から、ヘッド部と反対側に延びる第２部とを有する熱伝導部と、前記第２部の先端側に設けられる第２のフィンとを備えたものである。

本発明の第１のリニアモータ構造によれば、第１のフィンを、可動子の、ヘッド部側と反対側に設けているため、この第１のフィンとヘッド部とで重量バランスをとることができる。これにより、重心位置をシャフトの中心に近づけることができて、リニアモータは重心駆動ができる、又はシャフトの中心に近い重心位置での駆動ができる。しかも、第１のフィンで、可動子の、ヘッド部と反対側を冷却することができる。また、可動子のヘッド部側は、ヘッド部を配置するため、構成上可動子に直接フィンを配置することが困難であるが、本発明では、熱伝導部と第２のフィンとで、可動子のヘッド部側を冷却することができる。これにより、可動子は、ヘッド部側と、ヘッド部と反対側とで偏ることなく排熱することができる。このため、リニアモータは、高電流を通電させて、高推力で駆動することが可能となり、ヘッド部を高速で往復動させることができる。

前記構成において、前記第２のフィンは、前記可動子よりも、前記ヘッド部側から離間した位置に設けてもよい。これにより、第１のフィンと第２のフィンとで、ヘッド部との重量バランスをさらにとりやすくすることができる。

本発明の第２のリニアモータ構造は、シャフト内に複数の永久磁石を直線状に並べて配置するとともに、前記シャフトの外側に、コイルを内蔵した可動子をこのシャフトと同心状に配置し、前記コイルに通電することで前記可動子をシャフトに沿って直線駆動するリニアモータと、前記可動子と一体的に直線駆動するとともに、所定位置において上下動してワークを搬送するヘッド部とを備えたリニアモータ構造であって、前記可動子の、前記ヘッド部側と反対側に設けられるフィンと、前記コイルの外周を覆う樹脂モールドのヘッド部側の外周面に密着するとともに、前記フィンに達するカバー状の熱伝導部とを備えたものである。

本発明の第２のリニアモータ構造によれば、フィンを、可動子の、ヘッド部側と反対側に設けているため、このフィンとヘッド部とで重量バランスをとることができて、リニアモータは重心駆動ができる、又はシャフトの中心に近い重心位置での駆動ができる。しかも、フィンで、可動子の、ヘッド部と反対側を冷却することができる。また、可動子のヘッド部側は、ヘッド部を配置するため、構成上可動子に直接フィンを配置することが困難であるが、本発明では、熱伝導部とフィンとで、可動子のヘッド部側を冷却することができる。これにより、リニアモータは、ヘッド部側と、ヘッド部と反対側とで偏ることなく排熱することができる。このため、リニアモータは、高電流を通電させて、高推力で駆動することが可能となり、ヘッド部を高速で往復動させることができる。さらには、熱伝導部は、コイルの外周を覆うため、コイルがばらけるのを抑えることができ、熱伝導部にて熱の移動とコイルの保護を行うことができる。

前記構成において、前記熱伝導部は、グラファイトシートとしてもよい。グラファイトシートは、炭素の同素体であるグラファイト、すなわち黒鉛をシート状に加工したものであり、熱伝導媒体として良好な熱伝導性を示す。また、機械的性質としては、圧縮強度や弾力性に優れ、不浸透性をもち、液体やガスの透過性がなく、クリープ（伸び）が発生しにくい。さらには、低密度（軽量）であり、可撓性に優れている。

前記構成において、重心位置が、前記シャフトの中心線上乃至その近傍に位置していてもよい。これにより、リニアモータは、精度よく重心駆動を行うことができる。

前記ヘッド部は、ピックアップ位置から半導体チップをピックアップして、この半導体チップをボンディング位置に実装するダイボンダのボンディングヘッドとしてもよい。

本発明のリニアモータ構造は、振動を抑えることができて駆動精度を高めることができる。

本発明の第１実施形態のリニアモータ構造を示す斜視図である。 前記図１のリニアモータ構造の側面図である。 前記図１のリニアモータ構造を構成するリニアモータの斜視図である。 前記図１のリニアモータ構造において、（ａ）はヘッド部を省略した斜視図であり、（ｂ）はヘッド部及びヘッド部側のコイルケースを省略した斜視図である。 本発明の第２実施形態のリニアモータ構造を示す側面図である。 チップを実装する方法の全体を示す簡略図である。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。

本発明の第１実施形態のリニアモータ構造は、ヘッド部１と、このヘッド部１を水平方向に往復動させるリニアモータ４と、第１のフィン２５及び第２のフィン２９と、熱伝導部２６ａ、２６ｂとを備えている。

図１に示すように、本実施形態のヘッド部１は、ピックアップ位置から図示省略の半導体チップ（以下、チップという）をピックアップして、このチップをボンディング位置に実装するボンディングヘッドである。ボンディングヘッド１は、上下方向に延びるボンディングアーム２を備え、このボンディングアーム２の下端に、図示省略のコレットが支持されている。コレットは、その下端面（吸着面）に開口する吸着用の吸着孔が形成され、この吸着孔に図外の真空発生器が接続されている。この真空発生器の駆動にて吸着孔のエアが吸引され、チップが真空吸引され、コレットの下端面にチップが吸着する。なお、この真空吸引（真空引き）が解除されれば、コレットからチップが外れる。

ボンディングヘッド１は、コレットによって、ピックアップ位置のウェーハからチップをピックアップし、チップを保持したまま上昇し、水平方向に移動してボンディング位置の上方からボンディング位置に下降し、チップをボンディング位置の基板等に実装する。即ち、ボンディングヘッド１は、水平駆動機構３によって、水平方向の移動が可能となり、上下駆動機構２０によって、上下方向の移動が可能となる。

水平方向駆動機構３は、図１及び図２に示すように、機台５の凹所に設けられるリニアモータ４と、機台５の凹所の開口端面に設けられる上下一対のガイドレール６ａ、６ｂと、これらガイドレール６ａ、６ｂに案内されるスライダ７ａ１、７ｂ１、７ａ２、７ｂ２と、スライダ７ａ１、７ｂ１、７ａ２、７ｂ２に連結されて一体的にスライドするガイド板８とからなる。

リニアモータ（シャフトモータ）４は、図３に示すように、円筒状のシャフト１２内に多数の永久磁石１３を直線状に並べて配置すると共に、シャフト１２の外側に、コイル１４を内蔵した可動子１６をシャフト１２と同心状に配置し、コイル１４に通電することで可動子１６をシャフト１２に沿って直線駆動するように構成されている。シャフト１２内の各永久磁石１３は、隣接する永久磁石１３のＳ極同士、Ｎ極同士が対向するように配置されている。また、シャフト１２は、各永久磁石１３の磁束を透過させる非磁性材料（例えばステンレス鋼）のパイプにより形成されており、シャフト１２の両端部が、機台５に水平に固定されている。

可動子１６は、コイル１４と樹脂モールド１５とで構成されている。すなわち、コイル１４は、シャフト１２（永久磁石１３）の外周囲を取り巻くようにシャフト１２と同心状に配置され、コイル１４の外周が樹脂モールド１５にて覆われて、可動子１６が構成される。可動子１６は、アルミ製のコイルケース１７に保持されている。

ガイド板８のリニアモータ側には、コイルケース１７が取り付けられるとともに、上方の一対のスライダ７ａ１、７ａ２と、下方の一対のスライダ７ｂ１、７ｂ２とが取り付けられる。また、ガイド板８のボンディングヘッド側には、上下駆動機構２０及びボンディングヘッド１が取り付けられる。そして、上方の一対のスライダ７ａ１、７ａ２が上方のガイドレール６ａに夫々スライド自在に嵌合し、下方の一対のスライダ７ｂ１、７ｂ２が下方のガイドレール６ｂに夫々スライド自在に嵌合する。これにより、ガイド板８は、ガイドレール６ａ、６ｂに案内されて水平方向の往復動が可能となり、可動子１６及びボンディングヘッド１は、水平方向の一体的な往復動が可能となる。

上下方向駆動機構２０は、図１及び図２に示すように、ガイド板８に設けられる一対のガイドレール２１ａ、２１ｂと、これらガイドレール２１ａ、２１ｂに案内されるスライダ２２ａ１、２２ｂ１、２２ａ２、２２ｂ２と、図示省略のリニアモータとからなる。一対のスライダ２２ａ１、２２ａ２がガイドレール２１ａに夫々スライド自在に嵌合し、一対のスライダ２２ｂ１、２２ｂ２がガイドレール２１ｂに夫々スライド自在に嵌合する。さらに、スライダ２２ａ１、２２ｂ１、２２ａ２、２２ｂ２にボンディングヘッド１が取り付けられている。これにより、ボンディングヘッド１は、ガイドレール２１ａ、２１ｂに案内されて上下方向の往復動が可能となる。

図４（ａ）はヘッド部を省略した図であり、図４（ｂ）は、ボンディングヘッド１及びボンディングヘッド側のコイルケース１７を省略した図である。図２及び図４（ａ）（ｂ）に示すように、可動子１６の、ボンディングヘッド側と反対側（凹所の奥側）には、可動子１６の軸方向に沿って延びる第１のフィン２５が設けられている。すなわち、ボンディングヘッド側と反対側で、コイルケース１７に第１のフィン２５が接している。これにより、この第１のフィン２５とボンディングヘッド１とで重量バランスをとることができて、重心位置をシャフト１２の中心に近づけることができ、リニアモータ４は重心駆動ができる、又はシャフト１２の中心に近い重心位置での駆動ができる。しかも、第１のフィン２５で、可動子１６の、ボンディングヘッド１と反対側を冷却することができる。

また、図４に示すように、ヒートパイプからなる熱伝導部２６ａ、２６ｂが上下一対設けられている。熱伝導部２６ａ、２６ｂは、夫々、第１部２７ａ、２７ｂと第２部２８ａ、２８ｂとを有する。第１部２７ａ、２７ｂは、樹脂モールド１５のボンディングヘッド側の外周側で、コイル１４の軸方向に沿って延びて、コイルケース１７に収納されるとともに、コイル１４の軸方向端部（コイルケース１７の軸方向端部）よりも突出する。第２部２８ａ、２８ｂは、第１部２７ａ、２７ｂから、ボンディングヘッド１と反対側に延びる。本実施形態では、第１部２７ａ、２７ｂから略直角に第２部２８ａ、２８ｂが延びている。さらに、第２部２８ａ、２８ｂの先端側に、第２のフィン２９が設けられている。本実施形態では、第２のフィン２９は、可動子１６よりも、ボンディングヘッドから離間して（つまり、凹所の奥側に）設けられている。

コイルケース１７、第１のフィン２５、熱伝導部２６ａ、２６ｂ、及び第２のフィン２９が、可動子１６と一体的に往復動する。可動子１６のボンディングヘッド側は、ボンディングヘッド１を配置するため、構成上可動子に直接フィンを配置することが困難であるが、本実施形態では、熱伝導部２６ａ、２６ｂと第２のフィン２９とで、可動子１６のボンディングヘッド側を冷却することができる。これにより、可動子１６は、ボンディングヘッド側と、ボンディングヘッド１と反対側とで偏ることなく排熱することができる。このため、リニアモータ４は、高電流を通電させて、高推力で駆動することが可能となり、ボンディングヘッド１を高速で往復動させることができる。また、第２のフィン２９を設けることによって、第１のフィン２５及び第２のフィン２９でボンディングヘッド１との重量バランスをさらにとりやすくすることができる。

本実施形態では、重心位置が、シャフト１２の中心線上に位置するように、第１のフィン２５と第２のフィン２９とを配置している。これにより、リニアモータ４は、精度よく重心駆動を行うことができ、振動を抑えることができる。

図５は、本発明の第２実施形態のリニアモータ構造を示し、第２実施形態のリニアモータ構造は、ヘッド部１と、このヘッド部１を水平方向に往復動させるリニアモータ４と、フィン２５と、熱伝導部３０とを備えている。

本実施形態でも、ヘッド部１は、前記第１実施形態と同様のボンディングヘッドであり、第１実施形態と同様の水平方向駆動機構３及び上下方向駆動機構２０にて水平方向及び上下方向の往復動が可能である。

図５に示すように、可動子１６の、ボンディングヘッド側と反対側（凹所の奥側）には、可動子１６の軸方向に沿って延びるフィン２５が設けられている。すなわち、ボンディングヘッド側と反対側で、コイル１４及び樹脂モールド１５がコイルケース１７ａに保持されており、コイルケース１７ａにフィン２５が接している。これにより、このフィン２５とボンディングヘッド１とで重量バランスをとることができて、重心位置をシャフト１２の中心に近づけることができ、リニアモータ４は重心駆動ができる、又はシャフト１２の中心に近い位置での駆動ができる。しかも、フィン２５で、可動子１６の、ボンディングヘッド１と反対側を冷却することができる。

また、カバー状の熱伝導部３０が設けられている。この熱伝導部３０は、樹脂モールド１５のボンディングヘッド側の外周面に密着するとともに、コイルケース１７ａの外側を覆ってフィン２５にまで達する。本実施形態において熱伝導部３０は、グラファイトシートとしている。グラファイトシートは、炭素の同素体であるグラファイト、すなわち黒鉛をシート状に加工したものである。グラファイトシートの温度特性としては、熱容量が小さいため、熱伝導媒体として良好な熱伝導性を示し、耐熱性に優れるため、広い温度域で使用できる。また、機械的性質としては、圧縮強度や弾力性に優れるため、クッション材やスペーサーとして適していたり、不浸透性をもち、液体やガスの透過性がなく、クリープ（伸び）が発生しにくいため、シール性に優れている。さらには、低密度（軽量）であるという利点や、可撓性に優れており、加工の作業性に優れるという利点もある。

例えばコの字状のコイルケース１７ｂにて、可動子１６、コイルケース１７ａ、フィン２５、熱伝導部３０、押さえ部材３１ａ、３１ｂが一体的に保持されており、ガイド板８のリニアモータ側には、コイルケース１７ｂが取り付けられる。これにより、可動子１６、コイルケース１７ａ、フィン２５、熱伝導部３０、押さえ部材３１ａ、３１ｂ、及びボンディングヘッド１は、水平方向の一体的な往復動が可能となる。

これにより、第２実施形態でも、前記第１実施形態と同様に、フィン２５とボンディングヘッド１とで重量バランスをとることができて、リニアモータ４は重心駆動ができる、又はシャフト１２の中心に近い位置での駆動ができる。また、リニアモータ４は、ボンディングヘッド側と、ボンディングヘッド１と反対側とで偏ることなく排熱することができる。さらには、熱伝導部３０は、コイル１４の外周を覆うため、コイル１４がばらけるのを抑えることができ、熱伝導部３０にて熱の移動とコイル２４の保護を行うことができる。なお、図５に示すリニアモータ構造において、図１〜図４に示すリニアモータ構造と同様の構成については、同一符号を付してその説明を省略する。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、ヘッド部１は重量物であり、かつワークを搬送するものであれば、ダイボンダのボンディングヘッドに限られない。駆動の重心位置は、シャフト１２の中心線上に位置するのが望ましいが、厳密にシャフト１２の中心線上に位置していなくてもよく、ずれていてもよい。すなわち、シャフト１２の中心線の近傍に位置していればよい。第１実施形態のリニアモータ構造において、熱伝導部２６の第１部２７と第２部２８とのなす角度は９０°でなくてもよく、第２のフィン２９の位置も任意に配置することができる。第１部２７は、樹脂モールド１５に接していても、離間していてもよい。第２実施形態のリニアモータ構造において、熱伝導部３０の材質はグラファイトに限られず、例えば銅等の種々の材質とすることができる。

４ リニアモータ
１２ シャフト
１３ 永久磁石
１４ コイル
１６ 可動子
２５、２９ フィン
２７ 第１部
２８ 第２部
２６ ヒートパイプ
３０ グラファイトシート

Claims (6)

1. シャフト内に複数の永久磁石を直線状に並べて配置するとともに、前記シャフトの外側に、コイルを内蔵した可動子をこのシャフトと同心状に配置し、前記コイルに通電することで前記可動子をシャフトに沿って直線駆動するリニアモータと、前記可動子と一体的に往復動するとともに、所定位置において上下動してワークを搬送するヘッド部とを備えたリニアモータ構造であって、
   前記可動子の、前記ヘッド部側と反対側に設けられる第１のフィンと、
   前記コイルの外周を覆う樹脂モールドのヘッド部側の外周側に、前記コイルの軸方向に沿って延びて、コイルの軸方向端部よりも突出する第１部と、この第１部から、ヘッド部と反対側に延びる第２部とを有する熱伝導部と、
   前記第２部の先端側に設けられる第２のフィンとを備えたことを特徴とするリニアモータ構造。
2. 前記第２のフィンは、前記可動子よりも、前記ヘッド部側から離間した位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ構造。
3. シャフト内に複数の永久磁石を直線状に並べて配置するとともに、前記シャフトの外側に、コイルを内蔵した可動子をこのシャフトと同心状に配置し、前記コイルに通電することで前記可動子をシャフトに沿って直線駆動するリニアモータと、前記可動子と一体的に直線駆動するとともに、所定位置において上下動してワークを搬送するヘッド部とを備えたリニアモータ構造であって、
   前記可動子の、前記ヘッド部側と反対側に設けられるフィンと、
   前記コイルの外周を覆う樹脂モールドのヘッド部側の外周面に密着するとともに、前記フィンに達するカバー状の熱伝導部とを備えたことを特徴とするリニアモータ構造。
4. 前記熱伝導部は、グラファイトシートであることを特徴とする請求項３に記載のリニアモータ構造。
5. 重心位置が、前記シャフトの中心線上乃至その近傍に位置することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のリニアモータ構造。
6. 前記ヘッド部は、ピックアップ位置から半導体チップをピックアップして、この半導体チップをボンディング位置に実装するダイボンダのボンディングヘッドであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のリニアモータ構造。

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