JP4222180B2 - 電子部品搭載装置および電子部品搭載方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を基板に搭載する電子部品搭載装置および電子部品搭載方法に関するものである。

半導体チップなど半導体ウェハの状態で供給される電子部品は、従来より専用の供給装置を備えた電子部品搭載装置によってリードフレームなどの基板に実装される。半導体ウェハが貼着されたシートはウェハリングに保持された状態で供給装置に装着され、搭載ヘッドによって取り出される。取り出された電子部品は、搭載ヘッドが搭載ヘッド移動機構によって移動することにより、基板保持部に保持された基板上に移送搭載される。そして１つのウェハリングからすべての半導体チップが取り出されると、空のウェハリングは把持・搬送機能を備えたウェハリング交換機構によって新たなウェハリングと交換される（例えば特許文献１参照）。
特許第３１３２３５３号公報

ところで近年半導体ウェハのサイズは大型化し１２インチのものが用いられる。このため半導体ウェハを多数枚収納するマガジンのサイズ・重量が増加し、従来の人手によるハンドリングが困難になったことから、台車など専用のハンドリング手段によってマガジンを電子部品搭載装置に装着する方法が採用されるようになっている。

しかしながら上述の先行技術例では、電子部品搭載装置にウェハリングを搬入・搬出して交換する機構を付設する際に、前述のような専用のハンドリング手段によるアクセスに適した構成をコンパクトに実現することが困難で、装置全体のサイズが増大するという問題点があった。

そこで本発明は、ウェハリングなどの部品保持治具を交換する機構をコンパクトな構成で実現することができる電子部品搭載装置および電子部品搭載方法を提供することを目的とする。

本発明の電子部品搭載装置は、部品保持治具に平面状に複数個並べて保持された電子部品を供給する電子部品供給部と、前記電子部品供給部から第１方向へ離れた位置に配置された基板保持部と、前記電子部品供給部からピックアップした電子部品を保持し、保持した電子部品を前記基板保持部に保持された基板に搭載する部品搭載手段と、作業ヘッドが装着され作業ヘッド移動機構によって第１方向に移動する移動ビームと、前記移動ビームに装着され前記部品保持治具を把持して第１方向に移動させることにより前記電子部品供給部の部品保持治具を交換する治具交換機構とを備え、前記治具交換機構は、前記移動ビームに第１方向に移動自在に装着され前記部品保持治具を把持する治具把持部と、この治具把持部を前記移動ビーム部材に対して第１方向に進退させる進退手段とを備えた。

本発明の電子部品搭載方法は、部品保持治具に平面状に複数個並べて保持された電子部品を供給する電子部品供給部と、前記電子部品供給部から第１方向へ離れた位置に配置された基板保持部と、前記電子部品供給部からピックアップした電子部品を保持し、保持した電子部品を前記基板保持部に保持された基板に搭載する部品搭載手段と、作業ヘッドが装着され作業ヘッド移動機構によって第１方向に移動する移動ビームと、前記移動ビーム
に装着され前記部品保持治具を把持して第１方向に移動させることにより前記電子部品供給部の部品保持治具を交換する治具交換機構とを備え、前記治具交換機構は、前記移動ビームに第１方向に移動自在に装着され前記部品保持治具を把持する治具把持部と、この治具把持部を前記移動ビームに対して第１方向に進退させる進退手段とを備えた電子部品搭載装置による電子部品搭載方法であって、前記作業ヘッドを前記電子部品供給部に進出させるために前記移動ビームを移動させる作業ヘッド進出ステップと、作業ヘッドによる作業完了後に作業ヘッドを電子部品供給部の上方から退避させるために移動ビームを移動させる作業ヘッド退避ステップとを含み、前記作業ヘッド進出ステップおよび作業ヘッド退避ステップを反復実行する過程において、前記治具交換機構に設けられた進退手段によって前記治具把持部を前記移動ビーム部材に対して第１方向に進退させる。

本発明によれば、電子部品供給部に部品保持治具を供給・搬出する治具交換機構に、移動ビームに第１方向に水平移動自在に装着され部品保持治具を把持する治具把持部と、この治具把持部を移動ビームに対して第１方向に進退させる進退手段とを備えることにより、移動ビームの第１方向の移動ストロークを増大することなく治具把持部の移動ストロークを確保することができ、部品保持治具を交換するための機構をコンパクトな構成で実現することができる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の平面図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の側断面図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の治具交換機構の構造説明図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の治具交換機構の動作説明図である。

まず図１、図２を参照して電子部品搭載装置の全体構造について説明する。図２は図１におけるＡ−Ａ矢視を示している。図１において、基台１上にはＸ方向に基板搬送路２が配設されている。基板搬送路２は電子部品が搭載される基板３を電子部品搭載位置まで搬送し位置決めして保持する。基板搬送路２の手前側には電子部品供給部４が配設されている。したがって基板搬送路２は電子部品供給部４からＹ方向（第１方向）に離れた位置に配置された基板保持部となっている。

図２に示すように、電子部品供給部４は治具ホルダ７を備えており、治具ホルダ７には、電子部品である半導体チップ６（以下、単に「チップ６」と略記。）が貼着されたシートを保持するウェハリング５が着脱自在に載置される。チップ６はシートに個片に分離された状態で貼着されており、治具ホルダ７にウェハリング５が載置された状態では、電子部品供給部４はチップ６を平面状に複数個並べて供給する。ウェハリング５は部品保持治具となっている。

図２に示すように、治具ホルダ７に保持されたウェハリング５の下方には、エジェクタ９がエジェクタＸＹテーブル８によって水平移動可能に配設されている。エジェクタ９はチップ突き上げ用のエジェクタピン（図示省略）を昇降させるピン昇降機構を備えており、後述する搭載ヘッドによってシートからチップ６をピックアップする際には、エジェクタピンによってシートの下方からチップ６を突き上げることにより、チップ６はシートから剥離される。なおチップ６からシートを剥離する機構としては、エジェクタピンを用いる方法以外にも、シートを下方から吸引し、吸引力によってチップをシートから剥離させる機構でもよい。

基台１の上面の電子部品供給部４からＹ方向（第１方向）へ基板搬送路２と反対側に離れた位置には、ウェハ供給部１０が配設されている。ウェハ供給部１０は、ウェハリング
５を積層状態で収納したマガジンを保持して昇降させるマガジン保持部１１およびマガジン保持部１１内でマガジンを昇降させるリフタ機構１２を備えている。このようなウェハ供給部１０の配置を採用することにより、大型のウェハを多数収納したマガジンをマガジン保持部１１に装着する場合においても、マガジンを搭載した台車などの専用ハンドリング装置を容易にマガジン保持部１１にアクセスさせることができ、操作性を向上させることが可能となっている。

リフタ機構１２によってマガジンを昇降させることにより、ウェハリング５を電子部品供給部４との間で交換するための搬送レベルに位置させることができる。搬送レベルに位置したウェハリング５は適宜押出し機構１３によって押し出され、後述する治具交換機構３０の治具把持部３９によって把持されて電子部品部品供給部４に搬送される。そして電子部品供給部４において全てのチップ６が取り出された後の空のウェハリング５は、治具交換機構３０によって電子部品部品供給部４からウェハ供給部１０に搬出され、マガジン内に回収される。

図１において、基台１の上面の両端部には、第１のＹ軸駆動機構、第２のＹ軸駆動機構をそれぞれ備えた第１のＹ軸テーブル２０Ａ，第２のＹ軸テーブル２０Ｂが基板搬送方向（Ｘ方向）と直交するＹ方向（第１方向）に長手方向を向けて配設されている。第１のＹ軸テーブル２０Ａ，第２のＹ軸テーブル２０Ｂには、第１のＸ軸駆動機構、第２のＸ軸駆動機構をそれぞれ備えた第１のＸ軸テーブル２１および第２のＸ軸テーブル２４が、それぞれ両端部を支持されてＹ方向にスライド自在に架設されている。第１のＹ軸駆動機構、第２のＹ軸駆動機構をそれぞれ駆動することにより、第１のＸ軸テーブル２１および第２のＸ軸テーブル２４はＹ方向に個別に移動する。

第１のＸ軸テーブル２１には、搭載ヘッド２２および基板認識カメラ２３が第１のＸ軸駆動機構により一体移動可能に装着されている。搭載ヘッド２２は、チップ６を保持するノズル２２ａを備え、ノズル２２ａにチップ６を吸着して保持した状態で移動可能となっている。第１のＸ軸駆動機構、第１のＹ軸駆動機構を駆動することにより、搭載ヘッド２２、基板認識カメラ２３はＸ方向、Ｙ方向に水平移動する。

搭載ヘッド２２は電子部品供給部４のチップ６をピックアップして保持し、保持したチップ６を基板搬送路２に保持された基板３の電子部品搭載位置に搭載する。従って、第１のＹ軸テーブル２０Ａ、第１のＸ軸テーブル２１、搭載ヘッド２２は、電子部品供給部４からピックアップした電子部品を保持し、保持した電子部品を基板保持部に保持された基板３に搭載する部品搭載手段となっている。

なお、チップ６を電子部品供給部４から取り出すピックアップ機構を設け、ピックアップ機構からチップ６を搭載ヘッド２２が受け取って保持するようにしてもよい。さらにこのピックアップ機構にチップ反転機構を備えると、チップを表裏反転して基板に実装するフリップチップ実装にも対応できるで望ましい。

基板３の上方に移動した基板認識カメラ２３は基板３を撮像し、この撮像結果を基板認識手段（図示省略）によって認識処理することにより、基板３における電子部品搭載位置が認識される。搭載ヘッド２２によるチップ６の搭載時には、この認識結果に基づいてチップ６の電子部品搭載位置への位置合わせが行われる。

第２のＸ軸テーブル２４の電子部品供給部４側の側面には作業ヘッドである部品認識カメラ２５が、ガイドレール２７、スライダ２８（図３参照）を介して装着されている。第２のＸ軸駆動機構、第２のＹ軸駆動機構を駆動することにより、部品認識カメラ２５はＸ方向、Ｙ方向に水平移動し、これにより、部品認識カメラ２５はウェハリング上のチップ
６の撮像のための電子部品供給部４の上方での移動と、電子部品供給部４上からの退避のための移動とを行うことができる。部品認識カメラ２５は、部品供給部４の上方に進出した状態でウェハリング５に保持されたチップ６を撮像する。そしてこの撮像結果を部品認識処理手段（図示省略）によって認識処理することにより、取り出し対象のチップ６の位置が認識される。搭載ヘッド２２によるチップ６の取り出し時には、この認識結果に基づいてノズル２２ａをチップ６に対して位置合わせする。

第２のＹ軸駆動機構、第２のＸ軸駆動機構は、作業ヘッド移動機構となっており、第２のＸ軸テーブル２４は、作業ヘッドが装着され作業ヘッド移動機構によって第１方向に移動する移動ビームとなっている。なお、移動ビームとして一方側のみを支持された片持ち型の移動ビームを用いてもよいが、ウェハリング交換においてウェハリング５を安定して搬送するためには、本実施の形態に示す第２のＸ軸テーブル２４のように、両端部を第１のＹ軸テーブル２０Ａ，第２のＹ軸テーブル２０Ｂによってそれぞれ支持されたいわゆる両持ち型の移動ビームを用いることが望ましい。

第２のＸ軸テーブル２４の下面には、治具交換機構３０が配設されている。治具交換機構３０は、部品供給部４とウェハ供給部１０の間でウェハリング５を把持してＹ方向へ移動させることにより、部品供給部４のウェハリング５を交換する。治具交換機構３０の構造について、図３を参照して説明する。図３（ａ）において、第２のＸ軸テーブル２４の下面には、ウェハリング５を把持するチャック爪を備えた治具把持部３９がＹ方向に水平移動自在に装着されている。治具把持部３９は、以下に説明する進退手段によって、第２のＸ軸テーブル２４に対してＹ方向に進退する。

第２のＸ軸テーブル２４の下面には、水平移動部３１が第２のＸ軸テーブル２４に対してＹ方向に水平往復動自在に配設されている。水平移動部３１は、図３（ｂ）に示すように、結合部材３２を介して水平方向駆動手段であるシリンダ３３のロッド３３ａに連結されている。シリンダ３３を駆動することにより、水平移動部３１は第２のＸ軸テーブル２４に対して水平往復動する。

水平移動部３１の両端部には、第１のプーリ３４および第２のプーリ３５がそれぞれ配設されており、第１のプーリ３４、第２のプーリ３５には、無端の屈曲材であるベルト３６が、ベルト上部３６ａ、ベルト下部３６ｂをそれぞれ水平姿勢で相対向させて調帯されている。ベルト３６を第１のプーリ３４、第２のプーリ３５に周回させて移動させると、ベルト上部３６ａベルト下部３６ｂはそれぞれ相対向して逆方向に走行する。

すなわち、ベルト３６は、１対の平行走行部（ベルト上部３６ａ、ベルト下部３６ｂ）を形成する形態で水平移動部３１に走行自在に装着されている。ベルト上部３６ａ、ベルト下部３６ｂは、それぞれ第１の連結部３７、第２の連結部３８を介して第２のＸ軸テーブル２４、治具把持部３９に固定連結されている。したがって、シリンダ３３を駆動することにより、治具把持部３９は、第２のＸ軸テーブル２４に対して進退する。

次に、治具交換機構３０によるウェハ交換動作について、図３，図４を参照して説明する。このウェハ交換動作は、電子部品搭載作業時に、部品取り出し時の部品認識を目的として部品認識カメラ２５を電子部品供給部４に進出させるために第２のＸ軸テーブル２４を移動させるステップと、部品認識カメラ２５による撮像完了後に部品認識カメラ２５を電子部品供給部４の上方から退避させるステップとを反復実行する過程において、電子部品供給部４のウェハリング５が部品切れとなったタイミングで実行される。

図３は、ウェハ供給部１０から治具把持部３９によってウェハリング５を取り出す際の動作を示している。すなわち、シリンダ３３のロッド３３ａを没入させた状態で、第２の
Ｘ軸テーブル２４をウェハ供給部１０に接近させ、治具把持部３９のチャック爪によって新たなウェハリング５を把持する。ウェハリング５の把持が完了したならば、第２のＸ軸テーブル２４は、部品供給部４へ向かってＹ方向へ移動する。

そしてこの第２のＸ軸テーブル２４の移動と同時に、図４に示すように、ウェハリング５を把持した治具把持部３９を第２のＸ軸テーブル２４から電子部品供給部４の方向へ進出させる動作を行う。すなわち、部品認識カメラ２５と水平移動部３１との干渉を避けるために部品認識カメラ２５をＸ方向に退避させた後、シリンダ３３のロッド３３ａを突出させることにより、水平移動部３１をロッド３３ａの突出ストロークＳだけ進出させる。

このとき、ベルト上部３６ａが第１の連結部３７を介して第２のＸ軸テーブル２４に固定連結された状態で水平移動部３１が進出することから、ベルト下部３６ｂに第２の連結部３８を介して固定連結された治具把持部３９は、ロッド３３ａの突出ストロークＳの２倍のストローク２Ｓだけ第２のＸ軸テーブル２４から進出する。そしてこの第２のＸ軸テーブル２４と治具把持部３９の移動により、治具把持部３９に把持されたウェハリング５は電子部品供給部４に移動し治具ホルダ７に載置される。なお上述の動作に先だって、電子部品供給部４において全てのチップ６が取り出されて空の状態となったウェハリング５をウェハ供給部１０に回収するウェハリング回収動作が実行されている。このウェハリング回収動作は、上述の動作と逆の順序で実行される。

すなわち、上述のウェハリング交換動作を伴う電子部品実装方法は、作業ヘッドである部品認識カメラ２５を電子部品供給部４に進出させるために移動ビームである第２のＸ軸テーブル２４を移動させる作業ヘッド進出ステップと、作業ヘッドによる作業完了後に作業ヘッドを電子部品供給部４の上方から退避させるために移動ビームを移動させる作業ヘッド退避ステップとを含み、作業ヘッド進出ステップおよび作業ヘッド退避ステップを反復実行する過程において、ウェハリング交換機構３０に設けられた進退手段によって治具把持部３９を第２のＸ軸テーブル２４に対してＹ方向に進退させる形態となっている。

そして第２のＸ軸テーブル２４および治具交換機構３０による上記ウェハリング交換動作においては、第２のＸ軸テーブル２４のＹ方向への移動と治具把持部３９の第２のＸ軸テーブル２４に対する進退とが重ね合わされるため、第２のＸ軸テーブル２４に必要とされるＹ方向の移動ストロークを、治具把持部３９の進退分だけ小さくすることができる。

これにより、ウェハリング５を収納したマガジン着脱時の操作性を勘案して、ウェハ供給部１０をＹ方向に直列配置した装置レイアウトを採用した場合にあっても、電子部品搭載装置のＹ方向の機長を極力短縮して、装置コンパクト化が実現される。さらに、治具把持部３９の進退手段として上述の構成を採用することにより、治具把持部３９をシリンダ３３によるストロークの２倍だけ進退させることができ、治具交換機構３０のＹ方向のサイズを短縮することができる。

なお上記実施の形態においては、搭載ヘッド２２が第１のＸ軸テーブル２１に装着され、作業ヘッドとしての部品認識カメラ２５が移動ビームとしての第２のＸ軸テーブル２４に装着された構成例を示したが、搭載ヘッド２２が作業ヘッドであり、移動ビームとしての第１のＸ軸テーブル２１に治具交換機構３０を設けるようにしてもよい。

本発明の電子部品搭載装置は、移動ビームの移動ストロークを増大することなく治具把持部の移動ストロークを確保して、ウェハリング交換機構をコンパクトな構成で実現することができるという効果を有し、ウェハリングなどの部品保持治具から電子部品を取り出して基板に搭載する電子部品搭載装置において有用である。

本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の平面図 本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の側断面図 本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置のウェハリング交換機構の構造説明図 本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置のウェハリング交換機構の動作説明図

符号の説明

２ 基板搬送路
３ 基板
４ 電子部品供給部
５ ウェハリング
６ チップ
７ 治具ホルダ
１０ ウェハ供給部
２０Ａ 第１のＹ軸テーブル
２０Ｂ 第２のＹ軸テーブル
２１ 第１のＸ軸テーブル
２２ 搭載ヘッド
２３ 基板認識カメラ
２４ 第２のＸ軸テーブル
２５ 部品認識カメラ
３０ 治具交換機構
３１ 水平移動部
３３ シリンダ
３６ ベルト
３７ 第１の連結部
３８ 第２の連結部
３９ 治具把持部

Claims (5)

1. 部品保持治具に平面状に複数個並べて保持された電子部品を供給する電子部品供給部と、前記電子部品供給部から第１方向へ離れた位置に配置された基板保持部と、前記電子部品供給部からピックアップした電子部品を保持し、保持した電子部品を前記基板保持部に保持された基板に搭載する部品搭載手段と、作業ヘッドが装着され作業ヘッド移動機構によって第１方向に移動する移動ビームと、前記移動ビームに装着され前記部品保持治具を把持して第１方向に移動させることにより前記電子部品供給部の部品保持治具を交換する治具交換機構とを備え、
   前記治具交換機構は、前記移動ビームに第１方向に移動自在に装着され前記部品保持治具を把持する治具把持部と、この治具把持部を前記移動ビーム部材に対して第１方向に進退させる進退手段とを備えたことを特徴とする電子部品搭載装置。
2. 前記進退手段は、水平方向駆動手段によって前記移動ビームに対して前記第１方向に往復動する水平移動部と、相対向して逆方向に走行する１対の平行走行部を形成する形態で前記水平移動部に走行自在に装着された無端の屈曲材と、前記平行走行部の一方側および他方側を前記移動ビームおよび前記治具把持部にそれぞれ固定連結する第１の連結部および第２の連結部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の電子部品搭載装置。
3. 前記作業ヘッドは、前記電子部品供給部の電子部品を撮像する部品撮像カメラであることを特徴とする請求項１、２のいずれかに記載の電子部品搭載装置。
4. 部品保持治具に平面状に複数個並べて保持された電子部品を供給する電子部品供給部と、前記電子部品供給部から第１方向へ離れた位置に配置された基板保持部と、前記電子部品供給部からピックアップした電子部品を保持し、保持した電子部品を前記基板保持部に保持された基板に搭載する部品搭載手段と、作業ヘッドが装着され作業ヘッド移動機構によって第１方向に移動する移動ビームと、前記移動ビームに装着され前記部品保持治具を把持して第１方向に移動させることにより前記電子部品供給部の部品保持治具を交換する治具交換機構とを備え、
   前記治具交換機構は、前記移動ビームに第１方向に移動自在に装着され前記部品保持治具を把持する治具把持部と、この治具把持部を前記移動ビームに対して第１方向に進退させる進退手段とを備えた電子部品搭載装置による電子部品搭載方法であって、
   前記作業ヘッドを前記電子部品供給部に進出させるために前記移動ビームを移動させる作業ヘッド進出ステップと、作業ヘッドによる作業完了後に作業ヘッドを電子部品供給部の上方から退避させるために移動ビームを移動させる作業ヘッド退避ステップとを含み、前記作業ヘッド進出ステップおよび作業ヘッド退避ステップを反復実行する過程において、前記治具交換機構に設けられた進退手段によって前記治具把持部を前記移動ビームに対して第１方向に進退させることを特徴とする電子部品搭載方法。
5. 前記作業ヘッドは、前記電子部品供給部の電子部品を撮像する部品撮像カメラであり、作業ヘッド進出ステップに引き続いて部品撮像カメラによって前記電子部品供給部の電子部品を撮像することを特徴とする請求項４記載の電子部品搭載方法。
   

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