JP4285219B2 - シート拡張装置 - Google Patents

Description

本発明は、シートに貼着された半導体チップをピックアップするチップピックアップ装置において、ウェハリングに保持されたシートを拡張するシート拡張装置に関するものである。

シートに貼着された状態で供給される半導体チップをピックアップするチップピックアップ装置には、シート上の半導体チップ相互の間隔を広げて取り出しを容易にするため、シートを水平方向に拡張するシート拡張機構を備えている。このシートの拡張は、ウェハリングに展張されたシートを保持プレートに保持させ、保持プレートを移動させてシートを円筒状のエキスパンドリングを押し付けることにより行われる。

このシート拡張機構において保持プレートをエキスパンドリングに押しつけるための駆動機構として、保持プレートに配置された複数のナット部材に螺合する送りねじを、回転駆動手段によって同時に回転駆動して保持プレートを昇降させる構成が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開平１０−２７０５３２号公報

上述のシート拡張機構には、保持プレートをエキスパンドリングに押しつける駆動機構の構成におけるナット部材の結合形態に起因して、以下のような問題点があった。すなわち従来装置においては、各ナット部材は保持プレートにねじ締結などの手段で剛結されており、ナット部材に螺合する送りねじの軸位置・軸精度は、各ナット部材に正しく合致している必要があった。

しかしながら送りねじが設けられた回転軸を全て完全にナット部材に合わせて軸支することは機械精度上容易ではなく、幾つかの回転軸が機械誤差によりナット部材に対して僅かに位置ずれや軸傾斜した状態となる場合がある。このような場合にはナット部材は円滑に昇降することができず、保持プレートによってウェハリングを押し下げることによるシート拡張動作を安定して行うことが困難であった。

そこで本発明は、シート拡張を確実に行うことができるシート拡張装置を提供することを目的とする。

本発明のシート拡張装置は、シート上に貼着された半導体チップを取り出すチップピックアップ装置において、ウェハリングに保持された前記シートを拡張するシート拡張装置であって、前記シートの拡張範囲に対応した大きさの第１の開口部を有し前記拡張範囲を前記第１の開口部に合わせた状態で前記ウェハリングを保持する保持プレートと、この保持プレートの下方に設けられ前記第１の開口部と略同心配置の第２の開口部を有するベース部材と、このベース部材に前記第２の開口部を囲んで上方に突出して設けられ前記第１の開口部を少なくとも部分的に通過可能な筒状部と、前記保持プレートの上面に前記第１の開口部を囲んだ配置で設けられた凹部と、この凹部内に上下方向およびまたは水平方向の遊びが許容された状態で収容され上面側を抜け止め手段によって保持されたナット部材と、前記ベース部材に前記ナット部材の位置に対応した配置で軸支され前記ナット部材に螺合する送りねじ部を有する複数の軸部材と、前記軸部材を伝動機構を介して回転駆動す
る回転駆動手段とを備え、前記保持プレートを下降させることにより前記シートが前記筒状部に押しつけられた状態で前記ウェハリングを押し下げてシートを拡張する際には前記ナット部材の下面が前記凹部の底面部に当接し、前記保持プレートを上昇させることにより前記シートの前記筒状部への押しつけを解除する際には、前記ナット部材の上面が前記抜け止め手段に当接する。

本発明によれば、送りねじ部を有する軸部材とナット部材を組み合わせた保持プレート駆動機構におけるナット部材の結合方式として、保持プレートの上面に設けられた凹部内にナット部材を上下方向およびまたは水平方向の遊びが許容された状態で収容し、上面側を抜け止め手段によって保持する構成を用いることにより、軸部材が機械誤差によりナット部材に対して僅かに位置ずれや軸傾斜した状態となっている場合においても、ナット部材を円滑に昇降させて保持プレートによってウェハリングを均一に押し下げることができ、シート拡張動作を安定して行うことができる。

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シート拡張装置が組み込まれたチップピックアップ装置の正面図、図２は本発明の一実施の形態のシート拡張装置の部分断面図、図３は本発明の一実施の形態のシート拡張装置の回転伝動機構の説明図、図４は本発明の一実施の形態のシート拡張装置の動作説明図である。

まず図１を参照して、シート拡張装置が組み込まれたチップピックアップ装置の構造を説明する。チップピックアップ装置は、シート上に貼着されたウェハ状の半導体チップを個片毎にピックアップヘッドによって取り出すための装置であり、電子部品搭載装置などにおいて、半導体チップを供給する部品供給部として配置される。シート拡張装置は、このチップピックアップ装置において、ウェハリングに保持されたシートを拡張して、シートから半導体チップを取り出しやすくする機能を有している。

図１において、ＸＹ移動テーブル１上には支持フレーム２が立設されており、支持フレーム２の上端部にはウェハ保持テーブル３が結合され片持ち状態で保持されている。ウェハ保持テーブル３は、ウェハシート８（シート）が展張されたウェハリング７を保持しており、ＸＹ移動テーブル１を駆動することにより、ウェハシート８にウェハ状態で貼着された複数の半導体チップのうち、取り出し対象の任意の半導体チップを、ピックアップヘッド１５のノズル１５ａによる取り出し位置に位置決めすることができる。

ウェハ保持テーブル３の下方には、ピックアップヘッド１５による取り出し位置に一致して、ダイエジェクタ１３が逆Ｌ字形状の支持ブラケット１４によって水平方向に延出して設けられている。ピックアップヘッド１５を下降させてウェハシート８から半導体チップ９をピックアップする際には、ダイエジェクタ１３によってピックアップ対象の半導体チップ９を下方から突き上げ、半導体チップ９をウェハシート８から剥離させる。

ウェハ保持テーブル３の構造を説明する。ウェハ保持テーブル３は、支持フレーム２に結合されたベース部材４の上方に、保持プレート６を重ねた構造となっている。保持プレート６は、中央部に円形の開口部６ａ（第１の開口部）が設けられた板状部材であり、開口部６ａの大きさは、ウェハシート８において半導体チップ９が貼着された拡張範囲Ｂ（図２参照）に対応した大きさとなっている。保持プレート６の下面側には、ウェハリング７を収容して保持するためのウェハ保持部６ｂが設けられており、ウェハリング７をウェハ保持部６ｂ内に挿入することにより、保持プレート６は、ウェハシート８の拡張範囲Ｂを開口部６ａに合わせた状態でウェハリング７を保持する。

保持プレート６の下方に位置するベース部材４は同様に板状部材であり、ベース部材４の中央部には、開口部６ａと略同心配置の開口部４ａ（第２の開口部）が設けられている。ベース部材４の上面の中央部には、開口部４ａを囲んで略円筒状のエキスパンドリング５（筒状部）が、上方に突出して設けられている。エキスパンドリング５の外径は、開口部６ａを通過可能な大きさとなっており、以下に説明する保持プレート昇降機構によってウェハリング７を保持した保持プレート６をベース部材４に対して下降させることにより、エキスパンドリング５の上端部５ａがウェハシート８の下面に押しつけられた状態でウェハリング７が押し下げられ、これにより拡張範囲Ｂ内のウェハシート８が拡張される。

次に保持プレート昇降機構について説明する。図１において、ベース部材４の端部には、モータ１１が駆動軸を下面側に突出させた姿勢で配設されている。モータ１１はベース部材４の下面側に配設された伝動機構１０を介して、保持プレート６を昇降させるための昇降駆動軸１２（軸部材）に回転を伝達する。昇降駆動軸１２は開口部６ａを周囲から囲むナット部材２２の位置に対応した配置で設けられており、図２に示すように、軸受け部１６を介してベース部材４に軸支されている。昇降駆動軸１２の上部には、ナット部材２２に螺合する送りねじ部１２ａが設けられている。

ここで、送りねじ部１２ａ、ナット部材２２に用いられるねじタイプは、ボールねじとボールねじ用ナットの組み合わせでもよいが、ここでは三角ねじや台形ねじなど、ねじ面が相互に直接接触する形式のねじを採用している。これにより、送りねじ部１２ａはナット部材２２に幾分かのねじ隙間をもって螺合し、送りねじ部１２ａからナット部材２２へ昇降動作を伝達する際の遊びが許容される。この昇降動作の伝達においては、シート引き延ばしのための駆動力を伝達すればよく高度の位置精度は要求されないことから、このような遊びを許容したねじを採用しても機能上不都合を生じることはない。

ナット部材２２は、軸部２２ｂの上部に外側に張り出した鍔部２２ａを有する形状となっており、保持プレート６に開口部６ａを囲んだ配置で４箇所に設けられた凹部２３内に収容されることにより保持プレート６に結合されている。凹部２３は、上部２３ａの内径が下部２３ｂよりも大きい段付形状となっており、ナット部材２２は鍔部２２ａを上部２３ａ内に位置させた状態で収容され、保持プレート６の上面に設けられた上押さえ部材２４（抜け止め手段）によって上面側を保持されている。

上押さえ部材２４としては、ワッシャなどの小型部材をねじで押さえ込む簡易的なものが用いられる。このような取り外しが容易な簡易的な上押さえ部材２４によってナット部材２２の上面側を保持することにより、装置保守時にはナット部材２２を容易に送りねじ部１２ａから取り外して点検や交換を行うことができ、保守時の作業性が向上した構造となっている。

ここで、ナット部材２２は凹部２３内に、上下方向および水平方向の遊びが許容された状態で収容されている。すなわち上部２３ａの深さは鍔部２２ａの厚みよりも第１の遊び代Ｃ１だけ大きく設定されており、さらに下部２３ｂの内径は軸部２２ｂの外径よりも第２の遊び代Ｃ２だけ大きく設定されている。

次に、昇降駆動軸１２にモータ１１の回転を伝達する伝動機構１０を説明する。図３は、図１におけるＡ−Ａ矢視を示している。モータ１１の昇降駆動軸に結合された駆動ギヤ１７は、中間ギア１８を介してギアリング１９の外周に形成された噛み合い歯１９ｂに噛み合っている。ギアリング１９は、中央に開口部１９ａ（第３の開口部）が設けられた円環状部材であり、図２に示すように、開口部１９ａの内径面に形成された嵌合溝１９ｃに嵌合するカムフォロア２１を介してベース部材４に回転自在に支持されている。ギアリン
グ１９がベース部材４に回転自在に保持された状態では、開口部１９ａは開口部４ａと略同心の位置にあり、噛み合い歯１９ｂは昇降駆動軸１２の下端部に結合された従動ギア２０（歯車）に噛み合う。

したがってモータ１１を駆動することにより、駆動ギヤ１７、中間ギア１８を介してギアリング１９が回転し、さらに従動ギア２０が回転する。ギアリング１９は中間ギア１８に噛み合って昇降駆動軸１２に回転トルクを伝達する噛み合い伝導部材となっており、カムフォロア２１は、噛み合い伝動部材をベース部材４に回転自在に保持させる保持手段となっており、さらにモータ１１は、伝動機構１０を介して昇降駆動軸１２を回転駆動する回転駆動手段となっている。

なお、伝動機構１０を構成する伝動要素として、本実施の形態では平歯車などのギア相互の噛み合いによって回転を伝動する例を示しているが、これ以外の噛み合い伝動を用いてもよい。例えば、噛み合い伝動部材として円環状部材の外周にローラチェーンをエンドレスに結合したものを用い、歯車として従動ギア２０に替えてスプロケットを昇降駆動軸１２に装着してもよい。

この伝動機構１０を介した昇降駆動軸１２の回転駆動において、昇降駆動軸１２には歯付ベルトを用いた回転伝動のようなベルトテンションが作用せず、ギアリング１９から昇降駆動軸１２に対して大きな曲げ荷重を負荷することなく回転トルクが伝達される。このため、シート拡張のために保持プレート６を昇降させるのに必要な昇降駆動軸１２の軸径や、昇降駆動軸１２を軸支する軸受け部１６の剛性を小さく設定して、小型・コンパクトな機構を実現することが可能となっている。

次に図４を参照して、シート拡張動作について説明する。図４（ａ）は、保持プレート６が下降する方向にモータ１１を駆動して、シート拡張を行っているときの状態を示している。すなわち保持プレート６を下降させることにより、ウェハリング７が保持プレート６とともに下降する。そしてウェハシート８がエキスパンドリング５の上端部５ａに押しつけられた状態で、ウェハリング７を保持プレート６の下面によってさらに押し下げることにより、ウェハシート８の拡張範囲Ｂ（図２参照）は引き延ばされて拡張され、ウェハシート８に貼着されたウェハ状態の半導体チップ９の間隔が引き延ばされる。

このシート拡張時においては、ナット部材２２の鍔部２２ａの下面が、凹部２３の上部２３ａの底面２３ｃ（底面部）に当接し、これにより保持プレート６の昇降のための駆動力が伝達される。この駆動力の伝達において、送りねじ部１２ａとナット部材２２の組み合わせには前述のようにナット部材２２の遊びが許容されるねじタイプが用いられており、またナット部材２２は凹部２３内に上下方向および水平方向に遊びが許容された状態で収容されていることから、昇降駆動軸１２の位置や軸垂直度に幾分かの誤差が存在する場合にあっても、ナット部材２２はその誤差分だけ変位することが許容される。

したがって、昇降駆動軸１２が保持プレート６に前述の機械誤差が存在する状態で昇降駆動軸１２が剛結されている場合に生じる昇降駆動軸１２のかじりなどの動作異常を発生することなく、複数の昇降駆動軸１２によって保持プレート６へ均等の駆動力を伝達することができる。これにより、保持プレート６はウェハリング７を安定した姿勢で押し下げ、シート拡張を安定して行うことができる。

図４（ｂ）は、保持プレート６が上昇する方向にモータ１１を駆動して、シート拡張解除を行っているときの状態を示している。すなわち保持プレート６を上昇させることにより、エキスパンドリング５へのウェハシート８の押しつけが徐々に解除される。このとき、ナット部材２２の上面が上押さえ部材２４に当接することにより、保持プレート６を上
昇させる駆動力が伝達される。この駆動力は保持プレート６やウェハリング７などの自重分を持ち上げるだけの小さな力でよいことから、簡易的な上押さえ部材２４で必要な駆動力を支持することができる。

上記説明したように、保持プレート駆動機構として、保持プレート６に結合されたナット部材２２に螺合する送りねじ部１２ａを有し下端に従動ギア２０が結合された昇降駆動軸１２に、従動ギア２０に噛み合って昇降駆動軸１２に回転トルクを伝達するギアリング１９によって回転を伝動することにより、低剛性の伝動機構の採用を可能としている。これにより、小型で簡素な機構によってシート拡張を確実に行うことができるシート拡張装置を実現することができる。

また送りねじ部１２ａを有する昇降駆動軸１２とナット部材２２を組み合わせた保持プレート駆動機構におけるナット部材２２の結合方式として、保持プレート６の上面に設けられた凹部２３内に、ナット部材２２を上下方向およびまたは水平方向の遊びが許容された状態で収容し、上面側を上押さえ部材２４によって保持する構成を用いることにより、昇降駆動軸が機械誤差によりナット部材２２に対して僅かに位置ずれや軸傾斜した状態となっている場合においても、ナット部材２２を円滑に昇降させて、保持プレート６によってウェハリング７を均一に押し下げることができ、シート拡張動作を安定して行うことができる。

なお上記実施の形態においては、チップ６を貼着保持するウェハシート８として、伸縮自在のシートを用いてシート自体を延伸させる例を示しているが、シートとして拡張する必要のないノンエキスパンドタイプのものを用いる場合においても、本実施の形態に示すシート拡張装置を適用することができる。

本発明のシート拡張装置は、保持プレートによってウェハリングを均一に押し下げてシート拡張動作を安定して行うことができるという効果を有し、シートに貼着された半導体チップをピックアップするチップピックアップ装置に利用可能である。

本発明の一実施の形態のシート拡張装置が組み込まれたチップピックアップ装置の正面図 本発明の一実施の形態のシート拡張装置の部分断面図 本発明の一実施の形態のシート拡張装置の回転伝動機構の説明図 本発明の一実施の形態のシート拡張装置の動作説明図

符号の説明

３ ウェハ保持テーブル
４ ベース部材
５ エキスパンドリング
６ 保持プレート
７ ウェハリング
８ ウェハシート
９ 半導体チップ
１０ 伝動機構
１１ モータ
１２ 昇降駆動軸
１２ａ 送りねじ部
１９ ギアリング
２０ 従動ギア
２１ カムフォロア
２２ ナット部材
２３ 凹部
２４ 上押さえ部材

Claims (1)

1. シート上に貼着された半導体チップを取り出すチップピックアップ装置において、ウェハリングに保持された前記シートを拡張するシート拡張装置であって、前記シートの拡張範囲に対応した大きさの第１の開口部を有し前記拡張範囲を前記第１の開口部に合わせた状態で前記ウェハリングを保持する保持プレートと、この保持プレートの下方に設けられ前記第１の開口部と略同心配置の第２の開口部を有するベース部材と、このベース部材に前記第２の開口部を囲んで上方に突出して設けられ前記第１の開口部を少なくとも部分的に通過可能な筒状部と、前記保持プレートの上面に前記第１の開口部を囲んだ配置で設けられた凹部と、この凹部内に上下方向およびまたは水平方向の遊びが許容された状態で収容され上面側を抜け止め手段によって保持されたナット部材と、前記ベース部材に前記ナット部材の位置に対応した配置で軸支され前記ナット部材に螺合する送りねじ部を有する複数の軸部材と、前記軸部材を伝動機構を介して回転駆動する回転駆動手段とを備え、
   前記保持プレートを下降させることにより前記シートが前記筒状部に押しつけられた状態で前記ウェハリングを押し下げてシートを拡張する際には前記ナット部材の下面が前記凹部の底面部に当接し、前記保持プレートを上昇させることにより前記シートの前記筒状部への押しつけを解除する際には、前記ナット部材の上面が前記抜け止め手段に当接することを特徴とするシート拡張装置。
   

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