JP4236005B2 - 実装ノズルのクリーニング方法及びその装置、実装機 - Google Patents

実装ノズルのクリーニング方法及びその装置、実装機 Download PDF

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Description

本発明は、電子部品等を基板等に実装するための実装機が有する実装ノズルのクリーニング方法及びその装置、クリーニング装置を組み込んだ実装機に関する。
従来より、ウエハより切り出したフリップチップ等の電子部品を回路基板等に装着するための電子部品実装機が使用されている。一般的には、電子部品実装機は、取り上げ部と実装部とを備える。取り上げ部は、ウエハからチップを取り上げ、実装部に移送し、実装部は、取り上げ部から渡されたチップを回路基板等に装着する。
電子部品実装機は、真空源に連通した吸着ノズルを用いて、チップをウエハから取り上げることや、回路基板へチップを装着することを行っている。従って、チップを吸着保持することを妨げる虞のある加工くず、ごみ、ウエハの糊等が吸着ノズルの吸着面に存在することは好ましくない。そこで従来より、吸着面に付着しているくず、ゴミ、ウエハの糊を研磨部材、ブラシ等により除去することが行われている。
図４は、従来の電子部品実装機の一部を示す斜視図である。実装部８０１は、ｘ軸方向に延在する架台８１１と、ｘ軸方向に移動可能に架台８１１に装着された実装ノズル本体８０９と、を備える。さらに、実装ノズル本体８０９は、下方に吸着面を向けた吸着ノズル８１３を備える。
実装部８０１の下方にはクリーニング部８１５が配置されている。クリーニング部８１５は、ｙ軸方向に延在するｙ軸架台８０７と、ｙ軸架台８０７の上面で、ｙ軸方向に移動可能な研磨ステージ８０５と、を備える。研磨ステージ８０５の上面には、研磨部材８０３が配置されている。
上記構成の電子部品実装機において、吸着ノズル８１３を研磨部材８０３に接触するように下降させた後、吸着ノズル本体８０９をｘ軸方向に移動させるとともに、研磨ステージ８０５をｙ軸方向に移動させることにより、吸着ノズル８１３の吸着面（チップとの接触面）を研磨しクリーニングを行う（特許文献１参照。）。
図５は、他の従来の電子部品実装機の一部を示す斜視図である。図中には、実装機の実装部及びクリーニング部が概略的に示されている。実装部９０３は、ｘ軸架台９０５、ｘ軸架台９０５の下部に装着されているｙ軸架台９０７、ｘ軸架台９０５に装着されているノズル支持部９０９と、ノズル支持部９０９から下方に延在し昇降可能な吸着ノズル９１１とを備える。クリーニング部９５１は、ｘ軸方向及びｙ軸方向に移動可能な移動ステージ９５３と、移動ステージ９５３上に配置されている砥石部材９５５と、回転ブラシ９５７と、回転ブラシ９５７を回動させるための駆動部材９５９とを備える。
上記構成において、吸着ノズル９１１の吸着面９１３を、吸着ノズルをクリーニング部９５１の砥石部材９５５上に移動させ、吸着面９１３を砥石部材９５５で擦ることにより吸着面９１３のクリーニングを行う。さらに、吸着ノズル９１１を回転ブラシ９５７のブラシで吸着面９１３のごみ等を掻き取ることができる位置に移動し、回転ブラシ９５７によりクリーニングを行う（特許文献２参照。）。
特開２００２ー３１３８３７号公報（段落番号〔００３０〕〜段落番号〔００３３〕、図６〜図９） 特開平１０ー６４９５８号公報（段落番号〔００６４〕〜段落番号〔００６５〕、段落番号〔００７６〕〜段落番号〔００８１〕、図１、図３）
実装ノズルの吸着面を良好な状態に保ち、電子部品を確実に吸着保持するために、吸着面をクリーニングするためのクリーニング装置では、クリーニング作業の頻度を多くするなどして対応している。例えば、ノズル吸着面に付着するダイシングテープの糊若しくはゴミ等を除去するために、一の電子部品の実装が終了する毎にクリーニングを行っている。
さらに、一般的に使用されている研磨部材（例えば、ダイヤモンド、酸化クロム、酸化鉄等をコーティングしたラッピングフィルム）を用いると、その研磨部材の砥粒が剥離したり、剥離した砥粒が実装ノズルの吸着面に付着することがあった。研磨部材から砥粒が剥離すると、所定の粒度で吸着面を研磨できず、充分にクリーニングが行われない虞がある。また、剥離した砥粒が吸着面に付着した状態では、電子部品を吸着し損なったり、吸着面の砥粒により電子部品の表面を傷付けたり、電子部品を破損することがある。
さらに、近年の電子部品の小型化・薄型化に伴い、電子部品を吸着保持する際にはその実装ノズルの吸着面の面粗度を厳密に制御する必要性が生じてきている。
そこで本発明は、実装ノズルの吸着面をクリーニングする際に、砥粒の剥離が生じない研磨部材であって、吸着面の面粗度を高精度に制御でき、研磨に伴うごみ、くず等が研磨対象である吸着面に影響を及ぼすことがなく、ウエハの糊が吸着面に付着することのない研磨部材を備えるクリーニング装置を提供することを目的とする。そして、回路基板への電子部品の装着を安定して行うことが可能な実装機を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明のクリーニング装置の第１の態様は、電子部品実装機に使用され、前記電子部品実装機は、電子部品を回路基板に実装するための実装ノズルを備え、前記実装ノズルの先端部には電子部品を吸着保持する吸着面が設けられ、前記クリーニング装置は、前記実装ノズルの前記吸着面を擦るための研磨手段と、前記研磨手段を所定の方向に移動させるための駆動手段と、を備え、前記研磨手段は、セラミックス構造体からなり、前記実装ノズルの吸着面と接触する前記研磨手段の接触面の粒度がＰ１，０００〜Ｐ５，０００の範囲内である。
上記態様によれば、研磨部材として使用されるセラミック構造体は、実装ノズルに比べその硬度が高い。よって、砥粒がセラミックス構造体から剥がれることを防止できる。また、ダイシングテープの糊等が吸着面に付いた場合でも、その付着物は、研磨工程により研磨部材の粒子の間に入り込む。よって、仮に研磨工程においてごみが発生しても、そのゴミの量を少なく抑えることが可能となる。
結果として吸着面にごみ等が付着することを防止することができ、後工程である超音波接合により電子部品を回路基板に確実に固定することができる。
本発明のクリーニング装置の第２の態様では、前記セラミックス構造体は、アルミナセラミックス、ジルコニアセラミックス、窒化珪素セラミックス、炭化珪素セラミックスの何れかである。
本発明の電子部品実装機の一の態様は、上記第１又は第２の態様のクリーニング装置を有する。
本発明のクリーニング方法の一の態様は、電子部品を回路基板等に実装する際に吸着保持するために使用される実装ノズルをクリーニングする方法であって、粒度がＰ１，０００〜Ｐ５，０００のセラミックス構造体からなる研磨部材に前記実装ノズルの吸着面を押し当てる工程と、前記吸着面が前記研磨部材に押し当てられた状態で、前記研磨部材を前記吸着面に対して平行に相対移動させて前記吸着面を研磨する工程を備える。
上記方法によれば、研磨部材として使用されるセラミック構造体は、実装ノズルに比べその硬度が高い。よって、砥粒がセラミックス構造体から剥がれることを防止できる。また、ダイシングテープの糊等が吸着面に付いた場合でも、その付着物は、研磨工程により研磨部材の粒子の間に入り込む。よって、仮に研磨工程においてごみが発生しても、そのゴミの量を少なく抑えることが可能となる。
本発明クリーニング装置は、吸着面の面粗度がＰ８００〜Ｐ６，０００の範囲内にある実装ノズルを備える電子部品実装機に用いることが好ましい。
本発明において実装ノズルのクリーニング部に対する相対速度は、１ｍｍ／ｓ〜１０ｍｍ／ｓであることが好ましい。相対速度が１０ｍｍ／ｓより大きいと、研磨時に実装ノズルのエッジ部分に欠けが発生する虞がある。また、相対速度が１ｍｍ／ｓより小さい場合には、研磨自体が困難になるとともに研磨処理に要する時間が長くなってしまい実用的でない。
本明細書中において、実装ノズルとは、真空源に連通する吸引口が備けられ、吸引口から真空引きすることで加工対象物を吸引保持する部材を意味し、取り上げ部に用いられる取り上げノズルや、実装部に用いられる実装ノズル等を含む。
本明細書中において、実装ノズルとは、真空源に連通する吸引口が備けられ、吸引口から真空引きすることで加工対象物を吸引保持する部材を意味し、取り上げ部に用いられる取り上げノズルや、実装部に用いられる実装ノズル等を含む。
また、本明細書中の粒度は、ＩＳＯ（世界標準規格）６３４４−１：１９９８に準じたＪＩＳ（日本工業規格）Ｒ ６０１０：２０００に準拠した数値で記載されている。
本発明のクリーニング装置の研磨部材として、粒度がＰ８００〜Ｐ６０００であるセラミックス構造体を使用することにより、比較的短時間に所定の面粗度を有する吸着面を備える実装ノズルを提供することができる。また、セラミックス構造体の硬度が高いという特質により、研磨粒子が剥離することを防止できる。
仮に研磨工程においてセラミックス構造体にごみが発生しても、上記範囲の粒度では、研磨部材を構成するアルミナ粒子間にゴミが取り込まれ、ごみの量を少なく抑えることが可能となる。
結果として吸着面にごみ等が付着することを防止することができ、後工程である超音波接合により電子部品を回路基板に安定して行うことができる。
以下、図面を参照して本発明の実装ノズルクリーニング装置を適用した電子部品実装機の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、電子部品実装機の全体を示す斜視図である。電子部品実装機１０１は、略円形状のウエハを切断し形成される個々のチップ（電子部品）を取り上げるための部品取り上げ部２０１と、部品取り上げ部２０１からチップを受け取り、回路基板にチップを実装するための実装部３０１と、実装部３０１の実装ノズル３０９の吸着面をクリーニングをするためのクリーニング部５０１と、チップが実装される回路基板を供給する回路基板供給部４０１と、を備える。
部品取り上げ部２０１は、個々のチップを吸着保持するための取り上げノズル２１３が移動可能に配置されている第１基台２０３と、第１基台２０３の長手方向に対して横切る方向に延在する部品供給テーブル２１７と、取り上げノズル２１３をｘ軸方向２１５、回転方向２１９等に移動させるための駆動部２０７と、チップの位置を認識するための位置認識カメラ２０９と、を備える。
また、部品供給テーブル２１７上にはウエハテーブル２０５が配置される。ウエハテーブル２０５上には、不図示のウエハが配置される。ウエハテーブル２０５の下側には不図示の突き上げピンが配置され、取り上げノズルが所定チップを吸着保持できるように所定のチップを下方から突き上げる。
また、実装部３０１は、部品取り上げ部２０１の第１基台２０３の長手方向に対して鉛直方向に延在する第２基台３１３と、第２基台に沿って移動可能で実装ノズル３０９を備える実装ユニット３０３と、実装ノズル３０９を上下方向、ｙ方向３１１等に移動させる駆動部３０５、３１５とを備える。
回路基板供給部４０１は、チップが装着される回路基板４０７を供給する。回路基板供給部４０１は、ｘ軸方向４１１に移動可能なｘ軸テーブル４０４を備えるｘ軸基板４０３と、ｘ軸テーブル４０４上に載置されるとともに、ｙ軸方向４１３に移動可能なｙ軸テーブル４０６を備えるｙ軸基板４０５と、ｙ軸テーブル４０６上に載置された回路基板ホルダ４０９と、を備える。回路基板ホルダ４０９には回路基板４０７が装填されている。
なお、ｘ軸基板４０３とｙ軸基板４０５それぞれは、ｘ軸駆動モータ４１５及びｙ軸駆動モータ４１７を連結している。そして、回路基板ホルダ４０９のｘ軸方向４１１移動は、ｘ軸駆動モータ４１５を駆動することによりｘ軸テーブル４０４上のｙ軸基板４０５を移動することで行われる。回路基板ホルダ４０９のｙ軸方向への移動４１３は、ｙ軸駆動モータ４１７によりｙ軸テーブル４０６を駆動することで行う、
次に実装部３０１の実装ノズル３０９を洗浄するためのクリーニング部について説明する。クリーニング部５０１は、前述の第２基台３１３に設けられている。クリーニング部５０１は、クリーニングユニット本体部５０３と、研磨ステージ５１３を備える。クリーニングユニット本体部５０３は、第２基台３１３の一側面に装着されている。研磨ステージ５１３は、クリーニングユニット本体部５０３の上面に配置される。
図２を参照してクリーニング部５０１をさらに説明する。図２は、クリーニング部の要部を示す斜視図である。クリーニングユニット本体部５０３の上面にｘ方向５１１、５１９に移動可能な研磨ステージ５１３が設けられている。クリーニングユニット本体部５０３には、研磨ステージ５１３をｘ軸方向に移動するための駆動手段が設けられ、駆動手段は、駆動モータ５２１とボールねじ（不図示）を備える。研磨ステージ５１３上には、研磨部材５０５が載置される。
また、研磨ステージ５１３のｘ方向に対向する両端面の各々には、Ｌ字形状のクリップ５１５、５１７が設けられ、研磨部材５０５の両端部が当該クリップ５１５、５１７により研磨ステージ５１３に固定される。このような構成にすることにより、研磨部材５０５の研磨ステージ５１３に対する取り付け、取り外しが容易となる。よって、実装ノズルやチップの面粗度の変更に合わせて、研磨部材５０５を変える場合であっても研磨部材の取り替えに要する時間を短縮できる。
上記実装機１０１を用いてウエハからチップを取り出し、回路基板に実装する工程について図１を参照して簡単に説明する。
位置認識カメラ２０９を用いて実装する対象となるチップの位置を確認した後、ウエハテーブル２０５上の所定位置に取り上げノズル２１３を移動する。ウエハテーブル２０５の下側にある突き上げピンを上昇させて、所定のチップを持ち上げる。そして取り上げノズル２１３の吸着面の吸着孔に連通している不図示の吸引手段を稼動させ所定のチップを下方に向けた状態で吸着保持する。
次に、取り上げノズル２１３を反転（矢印２１９方向）し、チップを上方に向ける。さらに、チップを保持する取り上げノズル２１３は、駆動部２０７により実装ユニット３０１への受け渡し場所へ移動する。他方、実装ノズル３０９は、駆動部３０５、３１３によりチップの受け渡し場所へと移動させる。
受け渡し場所では、実装ノズル３０９の吸着面がチップの上方から、取り上げノズル２１３の吸着面がチップの下方から接する構成となる。ここで、取り上げノズル２１３の吸引力を解除するとともに、実装ノズル３０９に連通する不図示の吸引手段を稼動させ吸引力を発生させる。そうすると、チップは実装ノズル３０９に吸引保持されることとなる。
実装ノズル３０９はチップを所定位置に移動し、不図示の基板取り出し手段により回路基板ホルダ４０９から取り出された回路基板４０７の所定箇所に超音波結合等により固着される。
次に、実装ノズル３０９の吸着面３０９ａをクリーニングする工程について図２を参照しつつ説明する。実装ノズル３０９の吸着面３０９ａが研磨部材５０５の表面に接触するように実装ノズル３０９を降下させる。さらに、吸着面３０９ａが研磨部材５０５を所定圧力で押圧するように降下させる。
実装ノズル３０９をｙ方向３１１に所定速度で往復運動をさせるとともに、研磨ステージ５１３をｘ方向５１１、５１９に所定速度で往復運動させる。そうすると吸着面３０９ａに対して研磨部材５０５が相対的に移動することになり、吸着面３０９ａのクリーニングが行われる。また、吸着面と研磨部材の表面はほぼ平行にした状態で研磨作業が行われる。なお、図２において、ｙ方向３１１に沿って吸着部材３０９の両側に２点鎖線で示されているのは、ｙ方向に移動した吸着ノズルを示す。同様に、研磨ステージ５１３がｘ軸方向５１９に移動した状態を２点鎖線で示す。
また、上記実施形態では、実装ノズル３０９をｙ方向３１１、３１３、研磨ステージ５１３をｘ方向５１１、５１９に移動させているが、これに限定されることはない。すなわち、実装ノズル３０９をｘ方向５１１、５１９及びｙ方向３１１に移動させ、研磨ステージ５１３を停止させた状態で研磨することや、実装ノズル３０９を停止して、研磨ステージ４１３をｘ方向５１１、５１９及びｙ方向３１１に移動させることも可能である。
なお、上記実施形態において、実装ノズルの吸着面をクリーニング（研磨）するためのクリーニング装置としたが、取り上げノズルのクリーニング装置としても利用できることは言うまでもない。さらに、真空吸引等により電子部品を吸着保持するような機構の吸着面のクリーニング手段として、本発明のクリーニング装置を適用できる。
上記構成において研磨部材としてセラミック構造体を用いて実装ノズルの吸着面の面粗度を比較した。その表を以下に示す。
発明者等の知見によると、実装ノズルの吸着面の面粗度は、Ｐ８００〜Ｐ６，０００が好ましいことが判っている。
吸着面の面粗度をＰ６，０００より高くすると（表面が平坦になる）、吸着面とチップとの摩擦が少なくなり、チップの移送中落下する虞がある。また、吸着面の面粗度をＰ６，０００より高くするためには、少なくとも粒度が同等かそれ以上の粒度を有する研磨部材が必要となるが、クリーニングの際に生じるごみ等は、ごみ等自体の大きさのためセラミック構造体を構成する粒子間に取り込まれずに、ごみが研磨部材の表面に存在する虞がある。
また、実装ノズルの吸着面の面粗度をＰ８００より小さく（表面が粗くなる）すると、チップを吸着する際等にチップ表面に傷を付ける虞が生じてしまう。また、表面の凹凸が大きくなると、チップ表面と吸着面との接触面積が充分に取れず、チップの移送中にチップが実装ノズルから落下する虞れがある。
本実施例で用いた研磨部材は、アルミナセラミックスであるが、ジルコニアセラミックス、窒化珪素セラミックス、炭化珪素セラミックスを使用してもアルミナセラミックスと同様な結果が期待できる。また、粒度がＰ１，０００、５，０００、８，０００のアルミナセラミックスを研磨部材として用いた。
実装ノズルの材質はＳＵＳ３０３を用いた。また、実装ノズルの吸着面の形状は、一辺が１ｍｍの略正方形であり、吸着面のほぼ中心には直径が略０．５ｍｍの吸引孔が設けられている。
さらに、実装ノズルの研磨部材に対する加圧力を３Ｎとした。なお、発明者等は、加圧力を０．５〜２０Ｎの範囲内にすることが好ましいことの知見を得ている。２０Ｎより大きい加圧力を加えると、吸着部材の吸着面に加わる負荷が大き過ぎるため吸着面の変形が生じることがある。また、加圧力が０．５Ｎより小さい場合には、吸着面と研磨部材との間の研磨が十分に行われない虞がある。
研磨時間に費やされる時間は、短いことに越したことはないが、クリーニング工程を３０秒以内に終了することが実際の電子部品の実装工程を鑑みた場合に要求される。
実装ノズルの研磨部材に対する相対速度は、２ｍｍ／ｓとした。なお、発明者等の知見によれば、相対速度を１ｍｍ／ｓ〜１０ｍｍ／ｓの範囲で適宜設定できることが判っている。すなわち、クリーニング作業を所定時間内に終わらせるために、所定実装ノズルに付与される加圧力に対応させて相対速度を適宜変更することができる。また、研磨ステージ５１３をｘ方向５１１、５１９に直線往復運動させ、実装ノズルを固定状態とし吸着面を研磨した。
図３は、以上の条件におけるクリーニング作業による吸着面の面粗度を示すグラフである。横軸は研磨時間（秒）、縦軸は研磨品質（面粗度）である。
上記グラフからわかるように、粒度がＰ１，０００のアルミセラミックスを使用した場合には、１０秒前後で実装ノズルの吸着面の面粗度が下限であるＰ８００を超え、定常状態に入っている。また、粒度がＰ５，０００のセラミックス構造体を使用した場合には、３０秒前後で実装ノズルの面粗度がＰ５，０００近傍に到達し定常状態となっている。よって、Ｐ１，０００〜Ｐ５，０００の範囲内の粒度を有するアルミセラミックスを使用すれば、研磨時間３０秒前後でほぼ所定の面粗度を備える吸着面のクリーニングを行えることがわかる。
一方、粒度がＰ８，０００のセラミックス構造体を使用した場合には、３０秒を超えると、研磨品質に要求される最低限のＰ８００を超えているが、クリーニング開始から６０秒を過ぎても定常状態に到達しない。すなわち、クリーニング時間を３０秒程度にした場合、その吸着面の面粗度を一定に保つための制御機構が複雑となってしまうため研磨部材には不適である。
この発明は、その本質的特性から逸脱することなく数多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態及び実施例は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではないことは言うまでもない。
本発明のクリーニング装置が適用された実装機の斜視図である。 クリーニング装置の要部を示す斜視図である。 本発明のクリーニング装置を用いてクリーニングを行った吸着面の面粗度を示すグラフである。 従来のクリーニング装置が適用された実装機の要部図を示す斜視図である。 他の従来のクリーニング装置が適用された実装機の要部を示す斜視図である。
符号の説明
１０１ 電子部品実装機
２０１ 部品取り上げ部
２０３ 第１基台
２０５ ウエハテーブル
２１３ 取り上げノズル
３０１ 実装部
３０９ 実装ノズル
３０９ａ 吸着面
３１３ 吸引口
５０１ クリーニング部
５０３ クリーニングユニット本体部
５０５ 研磨部材
５１３ 研磨ステージ

Claims (4)

  1. 電子部品実装機に使用されるクリーニング装置であって、前記電子部品実装機は、電子部品を回路基板に実装するための実装ノズルを備え、前記実装ノズルの先端部には電子部品を吸着保持する吸着面が設けられ、前記クリーニング装置は、
    前記実装ノズルの前記吸着面を擦るための研磨手段と、
    前記研磨手段を所定の方向に移動させるための駆動手段と、を備え、
    前記研磨手段は、セラミックス構造体からなり、前記実装ノズルの吸着面と接触する前記研磨手段の接触面の粒度がＰ１，０００〜Ｐ５，０００（ＪＩＳ Ｒ６０１０：２０００）の範囲内であることを特徴とするクリーニング装置。
  2. 前記セラミックス構造体は、アルミナセラミックス、ジルコニアセラミックス、窒化珪素セラミックス、炭化珪素セラミックスの何れかであることを特徴とする請求項１に記載のクリーニング装置。
  3. 請求項１又は２に記載のクリーニング装置を有する電子部品実装機。
  4. 電子チップ部品を回路基板等に実装する際に吸着保持するために使用される実装ノズルをクリーニングする方法であって、
    粒度がＰ１，０００〜Ｐ５，０００（ＪＩＳ Ｒ６０１０：２０００）のセラミックス構造体からなる研磨部材に前記実装ノズルの吸着面を押し当てる工程と、
    前記吸着面が前記研磨部材に押し当てられた状態で、前記研磨部材を前記吸着面に対して平行に相対移動させて前記吸着面を研磨する工程を備えるクリーニング方法。
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