JP3945453B2 - 微小脆弱不定形チップの吸着用ノズルとそれを用いた組立搭載装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体部品、水晶、光通信関連部品等に使用する微小脆弱不定形なチップを接着剤が塗布された基板またはホルダー上に精度良く搭載組立てする装置と、それに用いられるチップ吸着用ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な半導体部品、水晶、光通信関連の微小脆弱不定形チップ部品をハンドリングして搭載する方法として、パーツフィーダから供給される部品やチップ形状に合わせて掘り込んでいるトレイから、チップ部品を、金属ノズルを使用した真空吸着チャックによってピックアップし、画像処理法を使用してチップの形状を認識させ、所定の搭載位置に搭載する方法がある（特許文献１参照）。
また、これとは別の方法として、機械的なチャッキングで代用してハンドリングし、画像処理法を用いてチップ部品を搭載する方法や、機械的なセンタリングで位置決めし、チップ部品を搭載する方法がある。
更に、チップ部品を搭載後にそのチップ部品を機械的に位置修正して位置決めする方法がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３５７８９４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、微小脆弱不定形なチップは、パーツフィーダーから供給するとチップが破損することが多いため、チップ形状に合わせて掘り込んでいるトレイから取り出す必要がある。従来、この目的のために、金属ノズルを使用し、真空吸着によってチップをトレイから取出す方法がある。この方法の場合、トレイの掘り込み内に置かれたチップは、掘り込みとの間のクリアランス分だけ動き得るため、ノズルにチップを吸着した状態でチップの形状を画像処理した場合、チップからはみ出したノズル部分が取り込まれる。そのため、チップの形状が正確に認識できず、トレイ内のチップ位置を画像認識等で確認してから取出す必要が生じ、タクトタイムが遅くなる欠点がある。
【０００５】
また、微小不定形なチップである場合、ノズルとチップの接触面積やノズルの吸着口面積をチップ形状に合わせ最大限に大きくしても、チップの保持能力が弱く、基板やホルダー上に搭載する瞬間にチップが接着剤と触れると、チップがノズルから離れて動くため、搭載位置を安定させることができないという欠点がある。
【０００６】
また、ハンドリングにチャッキングを用いて搭載する場合、チップのホールド力は向上するが、チップとホルダーとの間のクリアランスやチップ間隔を大きくする必要があり、図６に示すような金属またはセラミックの凹形のホルダー１や、図７に示すような平らな基板２上に、□１ｍｍ程度の寸法や形状の異なる微小脆弱不定形なチップ３または４を１個乃至３個搭載していくような場合、実装密度が低くなる欠点がある。
【０００７】
また、画像処理によるチップ形状の認識時、チップのチャック部分が一緒に取り込まれしまうため、チップの形状が正確に認識できなくなるという欠点や、品種によってチャックの構造を変更する必要があり、多品種対応が簡単に出来ない欠点もある。
【０００８】
また、チャッキングによるハンドリング、チップの機械的な位置決め、基板やホルダー上へのチップの搭載後に位置修正する方法では、チップが微小脆弱不定形の場合、面上にキズ、汚れ、破損等が生じ易く、組立搭載装置の構造そのものが複雑で高価なものになるという問題がある。
【０００９】
また、上記何れの方法においても、チップをトレイ内から取り出すとき、または、取り出したチップを基板やホルダー上に搭載するとき、チップが破損し易いため強く押し付けることができず、接着剤がチップ全体に回り込まないという欠点を有する。
【００１０】
本発明は、従来技術の有する上記の如き問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、微小脆弱不定形チップであっても、チップにダメージを与えることなく、ピックアップし且つ安定した位置精度をもって搭載できる、吸着用ノズルと、組立搭載装置を提供するすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明による吸着用ノズルは、突端がノズル孔となっている金属製ノズルの円錐状先端部に、ゴム質の短冊状の長辺側中央両側縁に切込を有する薄膜をこの切込部分で折り曲げて被着固定し、該薄膜にノズル孔と整合した位置に穴を設けることにより構成されている。
【００１２】
本発明によれば、上記吸着用ノズルの表面に、艶消し黒色が施されている。
【００１３】
本発明による組立搭載装置は、上記の吸着用ノズルを装備し、表面に接着剤を塗布した金属またはセラミックの基板またはホルダー上に、上記吸着用ノズルでピックアップして持ち来された微小脆弱不定形チップを位置決めした後釈放することにより、基板またはホルダー上に前記チップを組み付けるようにし、また吸着用ノズルによる微小脆弱不定形チップの吸着時と非吸着時の圧力差が約１５ｋＰａ程度となるように構成されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の態様を図示した実施例に基づき説明する。図１は本発明に係る吸着用ノズルの一実施例の側面図で、（ａ）は分解状態、（ｂ）は組立状態をそれぞれ示す。図３は吸着用ノズルに被着される薄膜の展開図、図４は図１（ｂ）に示した吸着用ノズルの拡大正面図である。
【００１５】
図中、５は図示しない吸気装置に接続された吸気管、６はセットボルト７により吸気管５の先端に交換可能に固定されていて円錐状先端部６ａと首部６ｂを有する金属製ノズル、８は０．１〜０．３ｍｍの厚さを有するシリコン，ＰＶＣ，ビニール等のゴム質材料よりなっていて図３に示すように中央部に穴８ａを中央両側縁に切込み８ｂを有する短冊状の薄膜、９は薄膜８をノズル６に被着した時該薄膜をノズルに固定するためノズルの首部６ｂに嵌着するＯリングである。
吸着すべき微小脆弱不定形なチップの寸法が□１ｍｍ程度の場合、穴８ａは、チップ吸着時と非吸着時に１５ｋＰａ程度の圧力差になるような大きさ、具体的には０．２〜０．３ｍｍの直径となるように開口される。なお、穴８ａは、薄膜８をノズル６に嵌着した後に、所定の工具を用いて開けられても良い。
【００１６】
使用に際しては、所定のノズル６に、短冊状の薄膜８を図１（ａ）に示す如く折り曲げて嵌着し、その上にＯリング９を嵌めてこれを首部６ｂに嵌入させることにより、簡単に薄膜８をノズル６に固定することが出来る。この場合、薄膜８には切込み８ｂがあるため、簡単に半分に折り曲げることができ、しかも、図４に示すようにノズル６に被せたとき穴８ａとノズル孔とを容易に整合させることが出来る。
【００１７】
図２は、本発明に係るノズルの別の実施例を示している。この実施例は、金属製ノズル６に首部６ｂを設ける代わりに、ノズル６の基部に両面粘着テープ１０を予め巻き付けておき、薄膜８を折り曲げてノズル６に嵌着したとき、その両端部がこの粘着テープ１０の外側面に貼り付くようにした点で、上記の実施例とは異なる。この実施例によれば、薄膜８の取付けがより簡単になるという利点がある。
【００１８】
図５は、本発明に係る組立搭載装置の一実施例の要部構成を示している。図中、１１は図示しない公知のＸ−Ｙ移動機構によりＸ，Ｙ方向へ移動せしめられるノズルユニットで、このノズルユニット１１には、薄膜８の被着された３本の上記ノズル６Ａ，６Ｂ，６Ｃと、ノズル６Ａ，６Ｂ，６Ｃを上下動させるためにノズル６Ａ，６Ｂ，６Ｃと一体のナット１２に螺合する垂直なボールネジ１３を回転させるＺ軸モータ１４と、ベルト１５によりノズル６Ａ，６Ｂ，６Ｃをその軸心を中心にθ回転させるためのθモータ１６と、ノズル６Ａ，６Ｂ，６Ｃに装着されたバックブレード１７とが、図５に示すように、３個のノズル６Ａ，６Ｂ，６Ｃが、ホルダー１または基板２の搬送方向（Ｘ方向）に横一列に並んで保持されている。
このノズルユニット１１は、Ｘ−Ｙ移動機構により図示の位置からＹ方向へ移動せしめられて、ノズル６Ａ，６Ｂ，６Ｃが、トレイ１８に収納されている□１ｍｍ程度の極小脆弱チップ３を真空吸着してチャックした後、再び図示の位置へ戻されるようになっている。
さらに、図５において、１９はレンズ系を収納したカバーケースであって、中央の円筒部２０の上面には横長のスリット開口２１が設けられており、その下方にはハーフミラー２２とＣＣＤ２３ａを直線状に配列してなるラインセンサ２３が設けられ、また、ハーフミラー２２の側方にはモニター用カメラ２４が設けられている。スリット２１とラインセンサ２３は、その長手方向をホルダー１または基板２の搬送方向（Ｘ方向）に直交するＹ方向に向けて設けられている。
カバーケース１９の箱部２５の上面にはライン発光部２６が設けられている。ライン発光部２６は、スリット２１上を通過するノズル６Ａ，６Ｂ，６Ｃのバックプレート１７に向かって、下方からスリット状の光を照射する。バックプレート１７で反射された反射光は、スリット２１を通ってラインセンサ２３及びモニタカメラ２４に入射し、チップ３は明るく輝くバックプレート１７の中に黒いシルエットとして観察される。
【００１９】
この組立搭載装置は次のように作動する。まず、ノズルユニット１１が図示の位置からＹ方向へ移動せしめられて、トレイ１８の直上位置まで持ち来されて停止する。そこで、Ｚ軸モータ１４が駆動せしめられて、何れかのノズル６Ａ，６Ｂ，６Ｃを下降上昇させ、トレイ１８に収納されているチップ３をノズル６Ａ，６Ｂ，６Ｃの先端部に真空チャックしてピックアップする。次に、再びＸ−Ｙ移動機構を作動させて、ノズルユニット１１を図示の位置に戻した後、各ノズル６Ａ，６Ｂ，６Ｃをスリット２１の上方をＸ方向へ直線的に移動させ、ラインセンサ２３により夫々のチップ３の画像を次々に取り込む。このようにして取り込まれた画像から、図示しない認識部により各チップ３の位置が認識される。この認識結果に基づいて、Ｘ−Ｙ移動機構，θモータ１６が次々と駆動せしめられ、チップ３のＸ方向，Ｙ方向，θ方向の位置ずれが補正され、各チップ３をホルダー１または基板２の所定の座標位置に次々に搭載する。このようにして搭載された各チップ３は、予め塗布されている接着剤により、ホルダー１または基板２に固定される。
以上説明した組立搭載装置のノズル６Ａ，６Ｂ，６Ｃを除く部分の基本構成及び動作は、公知であり、より詳細には例えば特許文献１を参照し得る。
なお、吸着すべき微小脆弱不定形なチップの寸法が□１ｍｍ程度の場合、薄膜８の穴８ａの直径を０．２〜０．３ｍｍにしておくと、従来の公知の装置によりチップ吸着時と非吸着時に１５ｋＰａ程度の圧力差に設定することができる。
【００２０】
以上の説明から明らかなように、本発明による組立搭載装置においては、セットボルト７によってノズル６の取り替えを簡単に行うことが出来るので、微小脆弱不定形チップ３の品種の変更に対しても、最適のノズル６を簡単に対応させることが出来る。また、ノズル６には、クッションとなるゴム質の薄膜８が被着固定さている上に、適性な吸着力が生じるような穴８ａが設けられているから、チップ３のピックアップミスを皆無にすることが出来ると共に、チップ３に傷をつけたり、チップ３を変形させるようなことがなく、さらに、チップ３が接着剤に触れた瞬間妄りにノズル先端から離れるのを防止することができ、ホルダー１や基板２に安定してチップ３を搭載することが出来る。
また、ゴム質薄膜８に黒色艶消しを施すことにより、微小脆弱不定形チップ３の画像認識時にチップ３以外から反射して来る光をカットすることが出来るため、トレイ１８の溝とチップとの間のクリアランスによって、ノズルに吸着されたチップの位置が正規の位置から多少ずれても、チップのみを非常に明確に画像認識することを可能にする。また、薄膜８のノズル６への取り付けにＯリングや両面粘着テープを使用しているので、薄膜８の交換も簡易に行うことができる。
【００２１】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、微小脆弱不定形チップでも安定した形状認識により画像処理ができ、チップのホルダーまたは基板への搭載精度を安定させることが可能な組立搭載装置を提供することが出来る。また、本発明によれば、チップに傷や変形を与えることなく強く押し付けることが可能で、簡単かつ短時間で交換可能な、組立搭載装置等に好適な吸着用ノズルを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る吸着用ノズルの一実施例の側面図で、（ａ）は分解状態、（ｂ）は組立状態をそれぞれ示す。
【図２】 本発明に係る吸着用ノズルの他の実施例の側面図で、（ａ）は分解状態、（ｂ）は組立状態をそれぞれ示す。
【図３】 吸着用ノズルに被着される薄膜の展開図である。
【図４】 図１（ｂ）に示した吸着用ノズルの拡大正面図である。
【図５】 本発明に係る組立搭載装置の一実施例の要部構成図である。
【図６】 凹形金属又はセラミックホルダー上に搭載されたチップの一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図７】 金属又はセラミック基板上に搭載されたチップの他の例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
１ 凹形金属又はセラミックホルダー
２ 金属又はセラミック基板
３，４ 微小脆弱不定形なチップ
５ 吸気管
６ 吸着ノズル
７ セットボルト
８ ゴム質の薄膜
９ Ｏリング
１０ 両面粘着テープ
１１ ノズルユニット
１２ ナット
１３ ボールネジ
１４ Ｚ軸モータ
１５ ベルト
１６ θモータ
１７ バックブレード
１８ トレイ
１９ カバーケース
２０ 中央円筒部
２１ スリット開口
２２ ハーフミラー
２３ ラインセンサ
２４ モニター用カメラ

Claims (4)

1. 突端がノズル孔となっている金属製ノズルの円錐状先端部に、ゴム質の短冊状の長辺側中央両側縁に切込を有する薄膜をこの切込部分で折り曲げて被着固定し、該薄膜にノズル孔と整合した位置に穴を設けてなる、微小脆弱不定形チップの吸着用ノズル。
2. 表面に艶消し黒色が施されている、請求項１に記載の微小脆弱不定形チップの吸着用ノズル。
3. 請求項１または２に記載の吸着用ノズルを装備し、表面に接着剤を塗布した金属またはセラミックの基板またはホルダー上に、前記吸着用ノズルでピックアップして持ち来された微小脆弱不定形チップを位置決めした後釈放することにより、前記基板またはホルダー上に前記チップを組み付けるようにした組立搭載装置。
4. 吸着用ノズルによる微小脆弱不定形チップの吸着時と非吸着時の圧力差が約１５ｋＰａ程度となるようにした請求項３に記載の組立搭載装置。

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