JP4340276B2 - Suction head for semiconductor chip - Google Patents
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Description
本発明は、ウエハを切断して得た半導体チップを吸着し、この半導体チップを移送して基板上に載置固定するための吸着ヘッドに関する。 The present invention relates to a suction head for sucking a semiconductor chip obtained by cutting a wafer and transferring the semiconductor chip to be mounted and fixed on a substrate.
半導体部品の製造工程においては、製造したウエハを多数の半導体チップに分断し(ダイシング工程)、次いで分断した半導体チップを回路基板まで移送して、回路基板上に固着すること(ダイボンディング工程)が行われている。そして、これらの工程では、真空吸引力を利用してステージ上の半導体チップを吸着保持(ピックアップ)し、次いで半導体チップを基板上へ移送して、この基板上に載置固定するための吸着ヘッドが用いられている。 In the semiconductor component manufacturing process, the manufactured wafer is divided into a large number of semiconductor chips (dicing process), and then the divided semiconductor chips are transferred to the circuit board and fixed on the circuit board (die bonding process). Has been done. In these processes, the suction head for sucking and holding (pickup) the semiconductor chip on the stage using vacuum suction force, and then transferring the semiconductor chip onto the substrate and mounting and fixing it on the substrate. Is used.
この種の吸着ヘッドは、保持手段に装着されて垂直方向および水平方向に移動されるとともに、真空圧力を利用して吸引力を得るために真空吸引手段に接続されている。より、具体的には、この吸着ヘッドは外気を真空吸引する吸引孔を有するプローブを備えている。半導体チップをピックアップする場合には、吸着ヘッドを下降してプローブを半導体チップに当接し、吸引力を作用させて半導体チップを吸着する。プローブで半導体チップを確実に吸着するためには、プローブで半導体チップを上側から若干圧力を加えた状態で吸引することが要求される。また、半導体チップを基板にボンディングする場合にも、プローブで半導体チップを上側から回路基板上に適正な圧力(ボンディング圧力)で押し付けた状態で加熱圧着する必要がある。 This type of suction head is mounted on the holding means and moved in the vertical and horizontal directions, and is connected to the vacuum suction means in order to obtain a suction force using the vacuum pressure. More specifically, the suction head includes a probe having a suction hole for vacuuming outside air. When picking up a semiconductor chip, the suction head is lowered, the probe is brought into contact with the semiconductor chip, and a suction force is applied to suck the semiconductor chip. In order to reliably adsorb the semiconductor chip with the probe, it is required to suck the semiconductor chip with the probe while applying a slight pressure from above. Also, when the semiconductor chip is bonded to the substrate, it is necessary to perform thermocompression bonding in a state where the semiconductor chip is pressed onto the circuit substrate from above with a proper pressure (bonding pressure).
以上の点から、従来の吸着ヘッドの中には、プローブによって半導体チップに適正な押圧力を付与するために、ばねによってプローブに下向きの力を付与する構成を採用したものが知られている(例えば特許文献1および2参照)。
From the above points, some of the conventional suction heads adopt a configuration in which a downward force is applied to the probe by a spring in order to apply an appropriate pressing force to the semiconductor chip by the probe ( For example, see
このような吸着ヘッドは、ハウジングに、プローブを垂直移動可能に設けるとともにプローブとその支持部材との間に圧縮コイルばねを装着し、半導体チップの吸着またはボンディングに際してプローブヘッドが半導体チップに当接した際に、プローブヘッドがばねによって下向きの力を付与されて適切な押圧力が半導体チップに加えられるようになっている。また、ばねはプローブヘッドが半導体チップに当接した際の衝撃力を緩和する機能も有する。
しかし、ばねを用いてプローブに対して下向きの力を加える構成には次に述べる問題がある。 However, the configuration in which a downward force is applied to the probe using a spring has the following problems.
すなわち、プローブが下降して半導体チップに当接する際の衝撃力の大きさは、ばねの力に関係する。ばねの力が大きいと、プローブに加わる衝撃力も大きくなり、プローブの摩耗の度合いが大きくなってしまう。これを防止するため、ばねの力を弱めようとすると、ばねの線径を小さくして有効径を大きくする必要がある。しかし、ばねの有効径が大きくなると、吸着ヘッドにおけるばねの配置スペースが大きくなり、吸着ヘッド全体が大型化して、複数並列配置することが困難になる。特に半導体チップは大変小形な部品であるために、吸着ヘッドも小型化が要求されている。 That is, the magnitude of the impact force when the probe descends and contacts the semiconductor chip is related to the spring force. When the spring force is large, the impact force applied to the probe also increases, and the degree of wear of the probe increases. In order to prevent this, in order to weaken the force of the spring, it is necessary to reduce the wire diameter of the spring and increase the effective diameter. However, when the effective diameter of the spring is increased, the space for arranging the spring in the suction head is increased, and the entire suction head is increased in size, making it difficult to arrange a plurality of springs in parallel. In particular, since the semiconductor chip is a very small component, the suction head is also required to be downsized.
また、ばね自体も常時直接的に衝撃力を受けるため、金属疲労を進行させ、耐久性の面で問題があった。 Further, since the spring itself is always directly subjected to an impact force, the metal fatigue is advanced and there is a problem in terms of durability.
以上の点から、吸着ヘッドの寿命が短く、交換期間が短いという問題があった。 From the above points, there is a problem that the life of the suction head is short and the replacement period is short.
本発明は前記事情に基づいてなされたもので、小型化および寿命向上を図ることができる半導体チップ用吸着ヘッドを提供することを目的とする。 The present invention has been made based on the above circumstances, and an object thereof is to provide a suction head for a semiconductor chip that can be reduced in size and improved in life.
第1の発明は、半導体チップを吸着し、この半導体チップを移送して、基板に載置固定する半導体チップ用吸着ヘッドにおいて、吸引手段からの吸引力が作用する吸引路を有するハウジングと、このハウジングに移動可能に設けられ、且つ前記吸引路に連通する吸引孔を有してこの吸引孔から作用する吸引力で前記半導体チップを吸着するプローブと、前記ハウジングに対して固定的に配置された第1の磁石と、この第1の磁石との間で磁気反発力が生じるように前記プローブに配置され前記磁気反発力により前記プローブに対してその移動方向の一方へ向かう力を付与する第2の磁石とを具備することを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor chip suction head for sucking a semiconductor chip, transferring the semiconductor chip, and placing and fixing the semiconductor chip on a substrate, a housing having a suction path on which a suction force from a suction means acts, A probe that is movably provided in the housing and has a suction hole that communicates with the suction path, and that is fixed to the housing, and a probe that sucks the semiconductor chip with a suction force acting from the suction hole. A second magnet disposed on the probe so as to generate a magnetic repulsive force between the first magnet and the first magnet, and applying a force in one direction of movement to the probe by the magnetic repulsive force. And a magnet.
第2の発明は、また、半導体チップを吸着し、この半導体チップを移送して、基板に載置固定する半導体チップ用吸着ヘッドにおいて、下端部にプローブ挿通孔を有し、上端部に吸引手段に連通する吸引管を挿入する挿入口が設けられ、これらの間に内部空間を形成してなるハウジングと、このハウジングの前記内部空間の上部側に固定されて上下の空間を連通する吸引路が形成されたホルダと、前記ハウジングの内部空間の下部側に昇降移動可能に設けられるとともに、下端が前記プローブ挿通孔を挿通して前記ハウジングの外部へ突出し、且つ前記吸引路の吸引力を前記ハウジングの内部空間から外部へ作用させる吸引孔を有するプローブと、前記ホルダの前記プローブに面する側に取り付けられた第1の磁石と、この第1の磁石に対して同一極が対向するように前記プローブに取り付けられた第2の磁石とを具備し、前記プローブは、前記吸引孔から作用する吸引力により前記半導体チップを下端で吸着するとともに、前記第1の磁石と前記第2の磁石との間に生じる磁気反発力を受けて下降位置へ向けて付勢されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor chip suction head for sucking a semiconductor chip, transferring the semiconductor chip, and placing and fixing the semiconductor chip on the substrate, and has a probe insertion hole at a lower end and a suction means at an upper end. There is provided an insertion port through which a suction pipe communicating with the housing is formed, and an internal space is formed therebetween, and a suction path that is fixed to the upper side of the internal space of the housing and communicates the upper and lower spaces. The formed holder and a lower side of the inner space of the housing are provided so as to be movable up and down, and a lower end projects through the probe insertion hole and protrudes to the outside of the housing, and the suction force of the suction path is transmitted to the housing. A probe having a suction hole that acts from the internal space to the outside, a first magnet attached to a side of the holder facing the probe, and the first magnet A second magnet attached to the probe so that the same poles face each other, and the probe attracts the semiconductor chip at the lower end by an attractive force acting from the suction hole, and the first magnet And a magnetic repulsive force generated between the second magnet and the second magnet, and is biased toward the lowered position.
なお、前記ハウジングは、例えば下部ハウジングと上部ハウジングとに分割され、これら下部ハウジングと上部ハウジングとが着脱可能に結合されてなり、前記ホルダは、例えば結合された前記下部ハウジングと前記上部ハウジングとの間で挟持されるように構成することができる。 The housing is divided into, for example, a lower housing and an upper housing, and the lower housing and the upper housing are detachably coupled, and the holder includes, for example, the coupled lower housing and the upper housing. It can be configured to be sandwiched between.
また、前記ホルダには、例えば下部に垂直方向に延びる案内部が形成され、前記プローブの上部には垂直方向に延びるとともに、前記ホルダの案内部と昇降移動可能に係合する案内部が形成されるように構成してもよい。 In addition, a guide portion extending in the vertical direction is formed on the holder, for example, and a guide portion extending in the vertical direction and engaged with the guide portion of the holder so as to be movable up and down is formed on the holder. You may comprise.
また、前記ハウジングは、例えば下部ハウジングと上部ハウジングとに分割され、これら下部ハウジングと上部ハウジングとが着脱可能に結合されてなり、前記下部ハウジングは、例えば上部ハウジングの結合側上端が開放されて内部に上部ハウジングを収容する筒形をなし、前記上部ハウジングは、例えば上端が開放されて内部に前記ホルダ、前記プローブ、前記第1の磁石及び前記第2の磁石を収容するとともに、下部ハウジングの内部に前記結合側上端の開放部から下端部まで挿入される筒状部を有し、且つ当該筒状部の内周面にこの内周面を下端側部分とこれより大径をなす上端側部分とに区画する段差部が形成され、前記ホルダは、例えば上部ハウジングの内部において段差部でその上側に位置決めされて上部ハウジングに支持され、前記プローブは、例えば上部ハウジングの内部においてホルダよりも下側位置に昇降移動可能に配置されるとともに抜け止め手段によって上部ハウジングからの落下を阻止されるように構成してもよい。 The housing is divided into, for example, a lower housing and an upper housing, and the lower housing and the upper housing are detachably coupled, and the lower housing is, for example, opened at the upper end on the coupling side of the upper housing. The upper housing has, for example, an upper end that is open at the upper end to accommodate the holder, the probe, the first magnet, and the second magnet, and the interior of the lower housing. Having a cylindrical portion inserted from the open portion of the upper end of the coupling side to the lower end portion, and the inner peripheral surface of the cylindrical portion on the inner peripheral surface thereof is a lower end side portion and an upper end side portion having a larger diameter than that. The holder is positioned on the upper side of the upper portion of the upper housing and supported by the upper housing, for example. The probe may for example be configured to be prevented from falling from the upper housing by with retaining means are arranged vertically movable in the lower position than the holder in the interior of the upper housing.
この場合、前記上部ハウジングの筒状部の内周面と前記ホルダの外周面には、例えばそれぞれ互いに係合してホルダの上部ハウジングに対する周方向の位置を決める位置決め部が形成されるように構成してもよい。 In this case, the inner peripheral surface of the cylindrical portion of the upper housing and the outer peripheral surface of the holder are configured so that, for example, positioning portions that engage with each other and determine the circumferential position of the holder with respect to the upper housing are formed. May be.
また、前記上部ハウジングの筒状部の下部には、例えば内外周を径方向に貫通するガイド孔が形成されるとともに、このガイド孔には内部に突出するガイドピンが取り付けられ、前記プローブにはガイドピンと係合するプローブの昇降方向に延びるガイド溝が形成され、ガイドピンがガイド溝の上端と当接することによってプローブの落下を阻止する抜け止め手段を構成しているように構成してもよい。 In addition, a guide hole that penetrates the inner and outer circumferences in the radial direction is formed in the lower portion of the cylindrical portion of the upper housing, and a guide pin that protrudes inside is attached to the guide hole. A guide groove extending in the ascending / descending direction of the probe that engages with the guide pin may be formed, and the guide pin may be configured to constitute a retaining means for preventing the probe from falling by contacting the upper end of the guide groove. .
さらに、前記下部ハウジングと前記上部ハウジングは、例えば一方の結合部に雄ねじが形成され、他方の結合部に雌ねじが形成され、これら雄ねじと雌ねじとが互いに螺合して結合された構造とすることができる。 Furthermore, the lower housing and the upper housing have, for example, a structure in which a male screw is formed at one coupling portion, a female screw is formed at the other coupling portion, and the male screw and the female screw are coupled to each other. Can do.
第1の発明によれば、2個の磁石の組み合わせによる磁気反発力を利用してプローブに下向きの力を加えるようにしたものであるため、次のような効果を奏する。すなわち、磁気力の大きさは、2個の磁石間の距離の二乗に反比例する。常時は2個の磁石相互が磁気反発力により離間してプローブが下降位置へ向けて変位している。吸着ヘッドが下降してプローブが基板に衝突すると、初めは反発力が小さく衝撃力も小さい。さらに吸着ヘッドが下降して2個の磁石間の距離が短縮してゆくと、磁気反発力が増大して、最終的にプローブに対して所定の大きさの力を加える。このため、磁石の直径、すなわち配置スペースを大きくすることなく初期の衝撃力を小さくすることができる。 According to the first invention, since the downward force is applied to the probe using the magnetic repulsive force of the combination of the two magnets, the following effects can be obtained. That is, the magnitude of the magnetic force is inversely proportional to the square of the distance between the two magnets. Normally, the two magnets are separated from each other by the magnetic repulsive force, and the probe is displaced toward the lowered position. When the suction head descends and the probe collides with the substrate, initially the repulsive force is small and the impact force is also small. When the suction head is further lowered and the distance between the two magnets is shortened, the magnetic repulsion force increases, and finally a force of a predetermined magnitude is applied to the probe. For this reason, the initial impact force can be reduced without increasing the diameter of the magnet, that is, the arrangement space.
すなわち、ばねが最も圧縮してプローブを下向きに押す力と、2個の磁石が最も接近してプローブを下側へ向けて押す力を同じ大きさに設定した場合に、磁石を用いた構成は、ばねを用いた構成に比較して小さい配置スペースで初期の衝撃力を小さくすることができる。 That is, when the force that the spring is most compressed to push the probe downward and the force that the two magnets are closest to push the probe downward is set to the same magnitude, the configuration using the magnet is The initial impact force can be reduced in a small arrangement space as compared with the configuration using springs.
さらに、磁石はそれ自体で撓んでプローブに力を加えるものではなく、半導体チップの吸着時およびボンディング時における機械的動作により疲労、劣化することがなく耐久性が大である。すなわち、プローブに対して半導体チップを押す向きに力を加える部材の寿命を高めることができる。 Furthermore, the magnet is not bent by itself and does not apply force to the probe, and has high durability without being fatigued or deteriorated due to mechanical operation during adsorption of the semiconductor chip and during bonding. That is, the lifetime of the member that applies a force in the direction of pushing the semiconductor chip against the probe can be increased.
第2の発明によれば、ハウジングの内部にホルダを設けるとともにこのホルダで仕切られたハウジングの内部にプローブを移動可能に配置して、これらホルダとプローブの向かい合う面にそれぞれ磁石を設けることにより、各磁石の間で磁気反発力を最大に作用させることができる構成としつつ、吸着ヘッド全体を簡素な構成で小型、軽量にまとめることができる。 According to the second invention, by providing a holder inside the housing and disposing the probe movably inside the housing partitioned by the holder, and providing a magnet on each of the faces of the holder and the probe, While adopting a configuration in which the magnetic repulsive force can be maximized between the magnets, the entire suction head can be combined into a small size and light weight with a simple configuration.
特にプローブは磁石をホルダの磁石と向かい合う位置に直接取り付けることにより、別部材を用いて磁石を取り付けるものに比較して、簡素な構成で磁石を設けることができるとともに、各磁石の間で作用する磁気反発力を直接且つ最大に受けることができる。すなわち、プローブは磁気反発力を半導体チップを上側から押さえる力として利用することによる利点を最大に活かして半導体チップを上側から押さえることができる。 In particular, the probe can be provided with a simpler structure than the one in which the magnet is attached using a separate member by directly attaching the magnet to a position facing the magnet of the holder, and acts between the magnets. The magnetic repulsive force can be directly and maximized. That is, the probe can hold down the semiconductor chip from the upper side by taking full advantage of the advantage of using the magnetic repulsive force as a force for pressing the semiconductor chip from the upper side.
また、プローブが設けられるハウジングの下部空間と吸引管の吸引孔とを結ぶ吸引路をホルダに形成することにより、吸引管とプローブとを結ぶ吸引路を簡素な構成で小型、軽量にまとめてハウジングの内部に設けることができる。 Also, by forming a suction path that connects the lower space of the housing in which the probe is provided and the suction hole of the suction pipe in the holder, the suction path that connects the suction pipe and the probe is reduced in size and weight with a simple configuration. It can be provided inside.
したがって、第2の発明によれば、半導体チップを押さえるプローブの力に磁気反発力を有効に利用した吸着ヘッドを簡素な構成で小型、軽量にまとめて提供することができる。 Therefore, according to the second aspect of the present invention, it is possible to provide a suction head that effectively uses the magnetic repulsion force as the force of the probe that holds the semiconductor chip in a simple configuration and is small and lightweight.
なお、ハウジングを下部と上部とに分割して、ホルダを挟持した状態で結合することにより、吸着ヘッドの組み立ておよび分解が容易であり、特にプローブを交換する場合には、ハウジングの下部を上部から外すだけの簡単な操作で容易に交換を行うことができる。 It is easy to assemble and disassemble the suction head by dividing the housing into a lower part and an upper part, and holding the holder in a sandwiched state. Replacement can be easily performed with a simple operation by simply removing it.
また、プローブの案内部をホルダの案内部に昇降移動可能に組み合わせることにより、プローブはホルダに直接支持され案内されて昇降移動して、ホルダに対して磁気反発力の作用を効果的に受ける位置を維持しながら安定して移動することができる。 Also, by combining the guide part of the probe with the guide part of the holder so that the probe can be moved up and down, the probe is supported directly by the holder and guided to move up and down, thereby effectively receiving the magnetic repulsive force on the holder. It can move stably while maintaining.
さらに、ハウジングを下部ハウジングと上部ハウジングとに分割し、上部ハウジングの内周面に段差部を形成する。上部ハウジングの内部に、この段差部の下側に昇降移動可能に挿入されて抜け止め手段により上部ハウジングからの脱落を阻止されるプローブと、この段差部によりその上側に位置決めされるホルダと、第1の磁石および第2の磁石とをそれぞれ配置する。そして、上部ハウジングを下部ハウジングの内部に挿入して両者を互いに結合する。このため、上部ハウジングは組立治具の役割をなして、プローブおよびホルダを上部ハウジングの内部に挿入保持して位置決めし、さらにこの上部ハウジングを下部ハウジングの内部に挿入して互いに結合することにより、プローブおよびホルダをハウジングの内部に位置決めして組み込むことができ、また、ホルダの保持に拘束されずにハウジングを組み立てることができる。したがって、吸着ヘッドの組み立ておよび分解をさらに容易に行うことができるとともに、プローブの交換などを容易に行うことができる。 Further, the housing is divided into a lower housing and an upper housing, and a step portion is formed on the inner peripheral surface of the upper housing. A probe that is inserted into the lower portion of the upper housing so as to be movable up and down below the stepped portion and is prevented from falling off from the upper housing by the retaining means, a holder positioned above the stepped portion, One magnet and a second magnet are arranged. Then, the upper housing is inserted into the lower housing to couple them together. For this reason, the upper housing serves as an assembly jig, the probe and the holder are inserted and held inside the upper housing, positioned, and further, the upper housing is inserted into the lower housing and coupled to each other, The probe and the holder can be positioned and incorporated inside the housing, and the housing can be assembled without being restrained by holding the holder. Therefore, the suction head can be more easily assembled and disassembled, and the probe can be easily replaced.
また、上部ハウジングの筒状部の内周面とホルダの外周面に、ホルダの上部ハウジングに対する周方向の位置を決める位置決め部が形成されていることにより、上部ハウジングの内部にホルダを挿入して収容するだけで、容易にホルダの配置位置が決定するため、吸着ヘッドの組み立てを容易に行うことができる。 In addition, a positioning part that determines the circumferential position of the holder relative to the upper housing is formed on the inner peripheral surface of the cylindrical portion of the upper housing and the outer peripheral surface of the holder, so that the holder can be inserted into the upper housing. Since the arrangement position of the holder is easily determined only by housing, the suction head can be easily assembled.
また、上部ハウジングの筒状部の下部に内外周を貫通するように形成されたガイド孔にガイドピンを取り付け、プローブに昇降方向に延びるように形成されたガイド溝と係合させることにより抜け止め手段が構成され、上部ハウジングの内部にプローブを挿入して収容する際に、ガイドピンとガイド溝の上端とが当接することでプローブの上部ハウジングにおける最下端位置が自動的に決定するとともにプローブの落下が阻止されるため、上部ハウジングへのプローブの取り付けを容易にし、吸着ヘッドの組み立てを容易に行うことができる。 In addition, a guide pin is attached to a guide hole formed in the lower part of the cylindrical part of the upper housing so as to penetrate the inner and outer circumferences, and is prevented from coming off by engaging with a guide groove formed to extend in the up-and-down direction on the probe. When the probe is inserted and accommodated inside the upper housing, the lowermost position of the probe in the upper housing is automatically determined by the contact between the guide pin and the upper end of the guide groove, and the probe is dropped. Therefore, the probe can be easily attached to the upper housing, and the suction head can be easily assembled.
さらに、ハウジングの下部と上部とをねじで結合固定して、両者のねじの螺合位置を調節することにより、ハウジングの上端からハウジングから突出するプローブの下端までの長さを調節することができる。このため、吸着ヘッドを吸引管に装着して使用する場合に、吸引管の垂直移動長さなどの条件に応じて前記の吸着ヘッド全長を適切な大きさに容易に調節することができる。 Furthermore, the length from the upper end of the housing to the lower end of the probe protruding from the housing can be adjusted by connecting and fixing the lower part and the upper part of the housing with screws and adjusting the screwing position of both screws. . For this reason, when the suction head is mounted on the suction pipe and used, the total length of the suction head can be easily adjusted to an appropriate size according to conditions such as the vertical movement length of the suction pipe.
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本実施形態に係る吸着ヘッド100を示す外観斜視図、図2ないし図4は、要部の分解斜視図、図5および図6は、図2のA−A’断面図、図7は、図2のB−B’断面図である。
FIG. 1 is an external perspective view showing a
この吸着ヘッド100は、図示しないボンディング装置に装着されて、部品供給部にある電子部品、例えば半導体チップ130を吸着保持して回路基板の搭載位置へ移動して配置固定するために用いられる。ボンディング装置には、図示しない水平垂直移動ユニットと、この水平垂直移動ユニットによって水平方向および垂直方向に駆動される吸引管110と、この吸引管110の先端に装着された保持具120とが備えられ、この保持具120に本実施形態の吸着ヘッド100が着脱可能に装着されている。
The
吸着ヘッド100は、図1ないし図7に示すように、円筒状のハウジング1と、このハウジング1の内部空間10に同軸的に収容された円筒状のホルダ4およびプローブ5と、これらホルダ4およびプローブ5にそれぞれ同一磁極を対向させて収容された環状の永久磁石6,7とを備えて構成されている。
As shown in FIGS. 1 to 7, the
ハウジング1は、軸方向に結合された円筒状の下部ハウジング2および上部ハウジング3からなり、下部ハウジング2および上部ハウジング3は、好ましくは耐食性および耐摩耗性に優れた材料、例えばSUS303により形成されている。
The
下部ハウジング2は、図5に示すように、同軸結合された大径部21および小径部22を有する。大径部21は、上端側が開放され、下端側が円環状の段部23を介して小径部22の上端側に連結され、上端側の外周面に締結時の滑り止めのためのローレット面21aが形成され、内周面に上部ハウジング3を締結するためのねじ部21bが形成され、側壁にこれを貫通するように止めねじ25を締結するねじ孔21cが形成されたものである。止めねじ25は、その先端を上部ハウジング3のねじ部32aに押し付けて下部ハウジング2と上部ハウジング3とを固定するために用いられる。段部23には、後述するホルダ4の一対のつば部42の厚みに対応した深さの環状の溝部23aが形成されている。一方、小径部22は、プローブ5の外径に応じた内径の空間を有し、底面の中心に、プローブ5の先端が挿通するプローブ挿通孔22aが形成されたものである。
As shown in FIG. 5, the
上部ハウジング3は、図1ないし図7に示すように、同軸結合された円環状のフランジ部31および締結部32を有する。フランジ部31は、下部ハウジング2の大径部21とほぼ同一の外径を有し、その外周面に締結時の滑り止めのためのローレット面31aが形成され、上面側に保持具120と結合するための3つの円柱状の永久磁石33が周方向均等に配して埋め込まれるとともに、保持具120との位置決めのための位置決め孔31bが形成されたものである。締結部32は、ホルダ4を内部に収容可能な内径を有し、外周面に下部ハウジング2側のねじ部21bと螺合するねじ部32aが形成され、先端部の周方向二箇所の対称位置に孔32bが形成されるとともに、これら孔32bに一対の位置決めピン34を埋め込んでなるものである。この位置決めピン34は、後述するホルダ4の一対のつば部42の回転方向の位置を決定する。
As shown in FIGS. 1 to 7, the
下部ハウジング2と上部ハウジング3とは、下部ハウジング2の大径部21のねじ部21bと上部ハウジング3の締結部32のねじ部32aとが螺合されることにより結合される。結合時に下部ハウジング2の内部空間と上部ハウジング3の内部空間とは、同軸上で連続してハウジング1における円柱形の内部空間10を形成する。上部ハウジング3の上端開口は、吸引管110をカラー111を介して挿入する吸引管挿入口12を形成している。また、下部ハウジング2のねじ部21bと上部ハウジング3のねじ部32aとが螺合する部分の軸方向長さによって、ハウジング1の全長(下部ハウジング2の下端面と上部ハウジング3の上端面との垂直方向長さ)、すなわち吸着ヘッド100の全長を調節することができる。この調節により、プローブ5が軸方向に昇降移動可能な距離を調節することができる。
The
ホルダ4は、好ましくは耐食性および耐摩耗性などの機械的条件に優れた金属、例えばステンレス鋼SUS303等で形成され、図4に示すように、円筒状のホルダ本体41と、このホルダ本体41の下端部の両側面から互いに反対方向に張り出した一対のつば部42と、ホルダ本体41の下端部の一対のつば部42の形成位置から90°回転した位置に形成されて下方に向けて突出する一対の案内突起43とを備えて構成されている。
The
図8には、このホルダ4の右半分を断面にした正面図(a)、平面図(b)、底面図(c)、および右半分を断面にした側面図(d)がそれぞれ示されている。ホルダ本体41は、ハウジング1の内部空間10に円滑に挿入配置できるように内部空間10の直径に適合した外径を有し、つば部42の上の部分の長さが上部ハウジング3の長さよりも短く設定されている。ホルダ本体41の上端外周には、環状の溝41aが形成され、この溝41aにOリング44が装着される。ホルダ4は、Oリング44を介して上部ハウジング3に気密装着される。ホルダ本体41の上端には、吸引管110の先端が挿入される円柱状空間からなる吸引管挿入部41bが形成されている。吸引管挿入部41bの底面中心部には、先端が円錐状の円柱状空間からなる吸引口41cが形成されている。ホルダ本体41には、この吸引口41cと外周部とを互いに逆向きで径方向に連通する一対の吸引孔41dが穿設されている。吸引孔41dは、つば部42が延びる方向と直交する方向に形成されている。吸引孔41dの外周側の口は、エアーの通路を確保するために一部カットされたホルダ本体41の中心軸に平行な一対のカット面41eに臨んでいる。平行なカット面41eは、つば部42の形成位置を避けて形成されている。カット面41eは、ハウジング1の内周面との間にエアー通路13を形成する。なお、カット面41eは溝でもよい。カット面41eの下端側は、案内突起43の上端位置まで続き、このカット面41eの下端部に、案内突起43を径方向に貫通する吸引孔43aが形成されている。ホルダ本体41の下端側には、磁石6を収容保持するための、磁石6の厚みとほぼ同様の深さを有する円柱状空間からなる磁石保持孔41fが形成されている。
FIG. 8 shows a front view (a), a plan view (b), a bottom view (c) and a side view (d) with the right half of the
一対のつば部42は、その上面が、ホルダ4の上部ハウジング3への装着時に上部ハウジング3の下端に当接するストッパ機能を有する。つば部42の先端部には、つば部42の延出方向に延びる先端側が開放された長孔状の切り欠き42aが形成されている。この切り欠き42aには、ホルダ4の上部ハウジング3への装着時に、上部ハウジング3の下端面から突出する位置決めピン34が嵌合ないし圧入される。これにより、つば部42は、上部ハウジング3に対する周り止めとしても機能する。つば部42の外径は、下部ハウジング2の段部23に形成された溝部23aの内径と適合し、つば部42の厚みは溝部23aの深さとほぼ等しい。これにより、つば部42は、上部ハウジング3と下部ハウジング2とが最も深く結合されたときに、溝部23a内に収まるようになっている。
The upper surfaces of the pair of
一対の案内突起43は、外径が下部ハウジング2の小径部22の内径よりも僅かに小さく、内径が永久磁石7の外径よりも僅かに大きく設定された円筒体の一部をなす形状となっている。案内突起43の下端部は、大きく面取り(Cカット)されている。
The pair of
プローブ5は、好ましくは、耐衝撃性および耐磨耗性に優れた、例えばSUS303、マンガン−ニッケル−銅−アルミニウム−モリブデン−炭素−けい素−鉄系合金(商品名NAK:大同特殊鋼株式会社)などから形成され、図4に示すように、円筒状の磁石保持体51と、この磁石保持体51の底面中央部から下方に突出するように形成された吸引ノズル52とを有している。図9には、プローブ5の一部断面で示した正面図(a)、平面図(b)、底面図(c)、および一部断面で示した側面図(d)がそれぞれ示されている。
The
磁石保持体51は、下部ハウジング2の小径部22の内部に軸方向にスライド自在に収容されるように外径が下部ハウジング2の小径部22の内径よりも僅かに小径に形成されている。磁石保持体51は、内部にホルダ4の磁石保持孔41fと同様の円柱状空間である磁石保持孔51aを有し、この磁石保持孔51aを形成する周壁53に、一対の案内凹部51bを形成したものである。案内凹部51bは、ホルダ4の案内突起43と同様に軸心に対して互いに対向する位置に形成され、案内突起43と、軸方向にスライド自在に勘合するように、案内突起43の外形と同様の形状を有する。これにより、案内突起43の先端と案内凹部51bの下端とが接触した場合でも、Cカットされた傾斜面により、両者が受ける衝撃を緩和するとともに、がたつきも防止してホルダ4でプローブ5を安定して受け止めることができる。
The
吸引ノズル52は、磁石保持体51の底部とテーパ部52aを介して一体に形成され、底部の径方向中心から下側へ向けてプローブ5の軸方向(垂直方向)に延びており、内部に上下端を連通する吸引孔52bが形成されている。吸引ノズル52の吸引孔52bの開口断面形状およびその大きさは、吸着する半導体チップの形状および大きさ、吸引ポンプが吸引ノズル52に作用する吸引力の大きさなどの条件を考慮して、半導体チップを確実に吸着できるように設定する。吸引ノズル52の断面は例えば真円形である。また、テーパ部52aは、下部ハウジング2の底面に形成されたテーパ部22bと適合する。これらテーパ部22b,52aは、下部ハウジング2に対してプローブ5が突出方向に移動して接触した際の衝撃を緩和する。
The
なお、吸引ノズル52は磁石保持体51と一体に形成することに限定されず、材質、加工などの条件に応じて別体のものとし、この別体の吸引ノズル52を磁石保持体51に溶接などの手段で一体に固着するようにしてもよい。
The
永久磁石6および7は、例えばサマリウム−コバルト磁石、焼結ネオジウム磁石などからなり、金属からなるホルダ4およびプローブ5の磁石保持孔41f,51aに、磁気吸着力によって固定されている。
The
次に、上述した吸着ヘッド100の組み立て工程について説明する。
Next, the assembly process of the
まず、ホルダ4に永久磁石6を嵌め込むとともに、プローブ5に永久磁石7を嵌め込む。このとき、互いに対向する永久磁石6の下端面と永久磁石7の上端面とは同一磁極となるようにホルダ4およびプローブ5に嵌め込む。続いて、上部ハウジング3に、永久磁石6を嵌合したホルダ4を圧入する。このとき、上部ハウジング3の下端面には位置決めピン34を打ち込んでおき、この位置決めピン34を、ホルダ4の一対のつば部42の位置決め孔42aに通してホルダ4を位置決めする。
First, the
次いで、永久磁石7を嵌合したプローブ5の一対の案内凹部51bをホルダ4の案内突起43と嵌合させるようにしてプローブ5をホルダ4に対して同軸で重ね合わせる。この状態で、下部ハウジング2を上部ハウジング3に螺合して、締め付け方向に回転すると、上部ハウジング3が軸線方向に沿って下部ハウジング2に接近する向きに移動する。これに伴いホルダ4の下部とプローブ5が下部ハウジング2の内部に入り込むとともに、プローブ5の吸引ノズル52が下部ハウジング2の挿通孔22aに挿通されて外部へ突出する。
Next, the
上部ハウジング3と下部ハウジング2との締め付け状態によって、永久磁石6,7間のエアギャップを調整することができる。このエアギャップは、プローブ5が半導体チップ130を吸着する時にホルダ4側に移動する距離を確保できる大きさに設定しておく必要がある。また、両永久磁石6,7には、同一磁極が対向することにより磁気反発力が作用しているので、プローブ5の磁石保持体51の下端面は下部ハウジング2の小径部22の内側底面に磁気力で押し付けられた状態となっており、エアギャップが狭くなるほど、押し付けられる力が大きくなる。この力は、吸着ヘッド100が半導体チップに接触したときの衝撃力にも関係してくるので、その点も勘案してエアギャップを調整する。適切なエアギャップに調整されたら、下部ハウジング2のねじ孔21cに止めねじ25を螺挿して締め付けることにより上部ハウジング3を下部ハウジング2に対して固定する。これにより、本実施形態の吸着ヘッド100が完成する。吸着ヘッド100は、例えば外径が約20mm、ハウジング1の上端からプローブ5の下端までの長さ(全長)が約25mmである。
The air gap between the
このように構成された本実施形態に係る吸着ヘッド100は、図1および図2に示すように、ボンディング装置の保持具120に保持されることによってボンディング装置に装備される。吸着ヘッド100は、プローブ5の摩耗に伴い、新規なものと交換する必要があるため、保持具120は、吸着ヘッド100が着脱容易な構成が望まれる。このため、本実施形態における保持具120は、図2に示すように、永久磁石124を用いた磁気吸引力による着脱方式を採用している。すなわち、保持具120は、周方向の一部を切り離した環状の固定具121と、この固定具121を周方向に締め付けるためのボルト122およびナット123と、固定具121の下面に周方向に均等の間隔で埋め込まれた3つの円柱状の永久磁石124と、固定具121の下面に突設された位置決めピン125とを備えて構成されている。永久磁石124は、上部ハウジング3に埋め込まれた永久磁石33の上端に現れた極と異なる極が下端に現れるように固定具121に埋め込まれる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
保持具120は、固定具121を吸引管110に外装し、ボルト122およびナット123を締結することで、吸引管110に固定される。このとき、吸引管110は、その先端が、図5に示すように、カラー111の厚みおよびホルダ4の吸引管挿入部41bの深さを加算した分だけ固定具121の下面に対して突出する位置に保持具120を装着する。そして、位置決めピン125を、上部ハウジング3の位置決め孔31bに嵌合させ、保持具120の永久磁石124と上部ハウジング3の永久磁石33とを吸着させることにより、吸着ヘッド100を保持具120に装着することができる。
The
一方、吸着ヘッド100を保持具120から取り外すときには、永久磁石33,124の磁気吸引力に抗して、吸着ヘッド100を保持具120から引き離すだけでよい。
On the other hand, when removing the
なお、永久磁石33,124は、その磁気吸引力がボンディング作業に支障のない程度に強固となるような磁気力を発生させるように材質、形状、サイズ等を選定すればよい。また、位置決め孔31bを上部ハウジング3の径方向に延びる長孔とすることにより、上部ハウジング3の周方向への位置決め機能を何ら低下させずに、位置決めピン125の位置決め孔31bへの嵌合もスムーズに行うことができる。また、ハウジング1の挿入口12にはカラー111を配置することにより、吸引管110とハウジング1との接続を安定にすることができる。
The material, shape, size, and the like of the
次に、図10および図11を参照しながら、上記のように構成された吸着ヘッド100をボンディング装置に装備して半導体チップをピックアップおよびボンディングする場合について説明する。
Next, a case where the
図10(a)においてステージ140上には、ウエハを切断分割して形成された複数の半導体チップ130が並べて配置されている。吸着ヘッド100は、図示しないプログラム制御された水平垂直移動ユニットによってピックアップすべき対象である半導体チップ130の上方に配置される。
In FIG. 10A, on a
この状態で吸着ヘッド100を吸引管110を介して水平垂直移動ユニットによって下降させると、やがて図10(b)に示すように、プローブ5の吸引ノズル52の先端がステージ140上の半導体チップ130に接触する。吸着ヘッド100がさらに下降すると、プローブ5は、永久磁石6,7の磁気反発力に抗して下部ハウジング2内でホルダ4側に後退する(図6参照)。この後退量に応じた磁気反発力によってプローブ5の吸引ノズル52の先端は半導体チップ130を押圧する。
When the
続いて、図示しない吸引ポンプを駆動して吸引管110を介して真空圧力による吸引力を発生させると、エアーが、図5に示すように、プローブ5の吸引ノズル52の先端から吸引され、吸引ノズル52→永久磁石7の中心孔→永久磁石6,7の間の空間→吸引孔43a→エアー通路13→吸引孔41d→吸引口41cを通って吸引管110に吸引されるエアーの流路が形成される。すなわち、このエアーの流路は、ハウジング1の内部空間において吸引手段からの吸引力を外部に作用させる吸引路である。このように、エアーの流路を直線的にダイレクトに形成せずに、ホルダ4の側面に迂回させているのは、吸引力を弱めて半導体チップ130に損傷を与えないようにするためである。これにより、吸着ヘッド100は、半導体チップ130をエアーによって吸着する。
Subsequently, when a suction pump (not shown) is driven to generate a suction force by vacuum pressure through the
吸着ヘッド100を、図10(c)に示すように上方に移動させると、吸着ヘッド100は半導体チップ130をピックアップする。このとき、プローブ5は永久磁石6,7の磁気反発力で再び最先端位置まで突出する。
When the
次に、図11(a)に示すように、吸着ヘッド100を、吸引管110を介して水平垂直移動ユニットによって、テーブル150上に載置された回路基板160の上方位置まで移動させ、図11(b)に示すように、吸着ヘッド100を下降させる。半導体チップ130が回路基板160と接触し、さらに吸着ヘッド100が下降すると、両永久磁石6,7の間隔が小さくなっていき、プローブ5の先端が半導体チップ130を押圧する力も増加する。これにより、半導体チップ130を、より確実且つ安定して回路基板160の上面に押さえ込む。
Next, as shown in FIG. 11A, the
この状態で、半導体チップ130のボンディングが実行される。すなわち、図示しない吸引ポンプの駆動を停止して吸引管110による吸引を停止して半導体チップ130の吸着を停止する。そして、半導体チップ130および半導体チップ130と回路基板160との間に介在する半田ろうを加熱して半導体チップ130を回路基板160に圧着固定する。
In this state, the bonding of the
そして、図11(c)に示すように、吸着ヘッド100を上昇させることにより、半導体チップ130の回路基板160へのボンディングが終了する。
Then, as shown in FIG. 11C, by raising the
図12は、永久磁石6,7間の距離lと、両者の間の磁気力Fとの関係を、ばねの変位とばね力との関係と対比して示したグラフである。このグラフから明らかなように、点線で示す距離lとばね力との関係は線形であるが、実線で示す永久磁石6,7間の磁気力は、両者の距離lの二乗に反比例するので、非線形となっている。このため、ホルダ4とプローブ5の間が距離l0だけ離れている場合には、磁気反発力はばねの反発力に比して極めて小さく、逆に、距離lがゼロに近づくと、磁気反発力はばねの反発力を大幅に上回る。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the
したがって、半導体チップ130のピックアップ時およびボンディング時に、吸着ヘッド100が半導体チップ130と接触した場合、または半導体チップ130を介して回路基板160と接触した場合、その際の衝撃力はばねに比べて極めて小さい。このため、接触時の衝撃を十分小さくすることができる。また、ボンディング時には、ばねよりも大きな押圧力が得られる。
Therefore, when the
次に、図13を参照して、本発明の他の実施形態における吸着ヘッド200について説明する。
Next, with reference to FIG. 13, a
図13は他の実施の形態における吸着ヘッドを示す一部切欠正面図である。 FIG. 13 is a partially cutaway front view showing a suction head according to another embodiment.
この実施の形態は、ハウジング1’における下部ハウジング2’と上部ハウジング3’とが、先の実施形態のようにねじによって締結されるのではなく、周方向に配置された複数のボルト91を用いて両者を軸方向に結合したものである。なお、図中92は下方ハウジング2’の上端開放部の周縁部に上下方向に貫通して形成された透孔、93は上部ハウジング3’の下端開放部の周縁部に上下方向に沿って形成されたねじ孔である。ボルト91は下部ハウジング2’の透孔92を通して上部ハウジング3’のねじ孔93に螺挿することにより、下部ハウジング2’と上部ハウジング3’とを連結している。下部ハウジング2’と上部ハウジング3’とを連結する箇所はハウジング周方向に等間隔を存した例えば3箇所として、この3箇所にそれぞれボルト91を挿通して連結している。
In this embodiment, the
この実施形態の場合、上部ハウジング3’の上端と、下部ハウジング2’の下端から突出するプローブ5の吸引ノズル52の下端までの長さを調整するためには、上部ハウジング3’と下部ハウジング2’とを連結する際に互いに接合する箇所である、下部ハウジング2’の上端と上部ハウジング3’の下端との間に、図示しないスペーサを介在させるようにすればよい。
In the case of this embodiment, in order to adjust the length from the upper end of the
次に、図14ないし図20を参照して、本発明のさらに他の実施形態における吸着ヘッド200Aについて説明する。
Next, a
図14は、本発明のさらに他の実施形態に係る吸着ヘッド200Aを示す外観斜視図、図15は、要部の分解斜視図、図16および図17は、図14のC−C’断面図、図18は、上部ハウジング203の平面図、図19は、図18のD−D’断面図、図20は、プローブの他の構成を示す外観斜視図である。
14 is an external perspective view showing a
この吸着ヘッド200Aは、図示しないボンディング装置に装着されて、部品供給部にある電子部品、例えば半導体チップ230(図17参照)を吸着保持して回路基板の搭載位置へ移動して配置固定(載置固定)するために用いられる。ボンディング装置には、図示しない水平垂直移動ユニットと、この水平垂直移動ユニットによって水平方向および垂直方向に駆動される吸引管110(図16および図17参照)と、この吸引管110の先端に装着された保持具120(図16および図17参照)とが備えられ、この保持具120に本実施形態の吸着ヘッド200Aが着脱可能に装着されている。
The
吸着ヘッド200Aは、図14ないし図17に示すように、円筒状のハウジング201と、このハウジング201の内部空間210(図16および図17参照)に同軸的に収容された円筒状のホルダ204およびプローブ205と、これらホルダ204およびプローブ205にそれぞれ同一磁極を対向させて収容された環状の永久磁石206,207とを備えて構成されている。
As shown in FIGS. 14 to 17, the
ハウジング201は、軸方向に着脱自在に結合された円筒状の下部ハウジング202および上部ハウジング203からなり、これら下部ハウジング202および上部ハウジング203は、好ましくは例えば耐食性および耐摩耗性に優れた材料であるSUS303により形成されている。
The
下部ハウジング202は、例えば図16に示すように、同軸結合された大径部221および小径部222を有する。大径部221は、上端側が開放され、下端側が円環状の段部213を介して小径部222の上端側に連結され、上端側の外周面に締結時の滑り止めのためのローレット面221aが形成された構造からなる。
For example, as shown in FIG. 16, the
また、大径部221は、内周面に上部ハウジング203を締結するためのねじ部221bが形成され、側壁にこれを貫通するように止めねじ223を締結する止めねじ孔221cが形成された構造からなる。止めねじ223は、その先端部223aを下部ハウジング202に締結された上部ハウジング203のねじ部232aに押し付けて下部ハウジング202と上部ハウジング203とを確実に固定するために用いられる。
The large-
一方、小径部222は、上部ハウジング203の筒状部である円筒部232の外径に応じた内径の空間を有し、底部の中心に上部ハウジング203に収容されたプローブ205の先端が挿通するプローブ挿通孔222aが形成され、このプローブ挿通孔222aの空間側開口周縁部が空間側に向かって徐々に広がる形状のテーパ面222bを有する構造からなる。
On the other hand, the small-
上部ハウジング203は、例えば図14ないし図19に示すように、同軸結合された円環状のフランジ部231および円筒部232を有する。フランジ部231は、下部ハウジング202の大径部221とほぼ同一の外径を有し、その外周面に締結時の滑り止めのためのローレット面231aが形成され、上面側に保持具120と結合するための3つの円柱状の永久磁石233が周方向均等に配して埋め込まれるとともに、保持具120との位置決めのための位置決め孔231bが形成されたものである。
For example, as shown in FIGS. 14 to 19, the
また、フランジ部231には、ローレット面231a側から内部の中心軸に向かってこれを貫通するように止めねじ238を締結する止めねじ孔231cが形成されている。この止めねじ238は、その先端を後述するホルダ204の外周面における位置決めカット面241dに押し付けて上部ハウジング203にホルダ204を固定するために用いられる。
The
円筒部232は、ホルダ204およびプローブ205をそれぞれ内部に収容可能な複数の内径を有し、外周面に下部ハウジング202側のねじ部221bと螺合するねじ部232aが形成され、先端部(すなわち、円筒部232の下部)の周方向所定箇所には内外周を径方向に向かって貫通するガイド孔232bが形成されるとともに、このガイド孔232bにガイドピン237を埋め込んでなるものである。
The
このガイドピン237は、後述するプローブ205の円筒部232内における周方向位置と最下端位置とを決定するとともに、円筒部232内にプローブ205を組み付ける際にプローブ205が円筒部232の先端部側から脱落(落下)してしまうことを阻止する抜け止め手段を構成する。
The
また、上部ハウジング203は、フランジ部231および円筒部232の内部に、上端側から下端側にかけて内径が順に小さくなるように形成された大内径部234a、中内径部234bおよび小内径部234cを有し、大内径部234aおよび中内径部234bの境目に上段段差部235aと、中内径部234bおよび小内径部234cの境目に下段段差部235bとが形成された構造からなる。この下段段差部235bは、円筒部232の内部を下端側部分とこれより大径をなす上端側部分とに区画する。
Further, the
なお、大内径部234aの一部には、フランジ部231の止めねじ孔231cと直交する面で構成された位置決めカット面231dが形成されている。この位置決めカット面231dは、ホルダ204の位置決めカット面241dと適合する形状となっており、上部ハウジング203へのホルダ204の挿入時にこれら位置決めカット面231d,241d同士が当接することによってホルダ204の周方向の位置が決まる。したがって、これら位置決めカット面231d,241dは、ホルダ204の上部ハウジング203における位置決め部として機能する。
A
そして、上部ハウジング203に昇降移動可能に取り付けられて収容されるプローブ205は、円筒部232内の下段段差部235bよりも下端側の小内径部234cに収容され、ホルダ204は、円筒部232の下段段差部235bよりも上端側の中内径部234bおよび大内径部234aに収容される。また、下段段差部235bの中心軸線を挟んで対向する位置はそれぞれ下端側に凹んでおり、この凹んだ部分がこれらプローブ205およびホルダ204を収容した場合に、プローブ205からホルダ204へのエアー通路236となる。
The
このように構成された下部ハウジング202と上部ハウジング203とは、下部ハウジング202の大径部221のねじ部221bと、上部ハウジング203の円筒部232のねじ部232aとが螺合されることにより結合される。結合時に上部ハウジング203の円筒部232が下部ハウジング202の内部空間にその上端開放部から下端部端面まで挿入される。そして、円筒部232の内部空間が下部ハウジング202の内部空間と同軸上に配置されてハウジング201における円柱状の内部空間210を形成する。
The
また、このように構成されたハウジング201では、下部ハウジング202のねじ部221bと上部ハウジング203のねじ部232aとが螺合する部分の軸方向長さによって、ハウジング201の全長(すなわち、吸着ヘッド200Aの全長)とともに、プローブ205の下部ハウジング202からの突出量とを調節することができる。
Further, in the
ホルダ204は、好ましくは耐食性および耐摩耗性などの機械的条件に優れたステンレス鋼SUS303などの金属で形成され、例えば図15に示すように、同軸結合された円環状のフランジ部241および円筒状の円形部242を有する。フランジ部241は、上部ハウジング203に円滑に挿入配置できるように大内径部234aに適合した外径を有し、その外周面の一部に上述した位置決めカット面231dと適合する位置決めカット面241dが形成されている。
The
円形部242は、上部ハウジング203に円滑に挿入配置できるように中内径部234bとほぼ同一の外径を有し、その外周面の中心軸線を挟んで対向する位置にはそれぞれ円形部242の中心軸に平行な一対の対向するカット面244が、上述した位置決めカット面241dと約45°ずれた配置となるように形成されている。この円形部242のフランジ部241側の外周には、環状の溝242aが形成され、この溝242aにOリング246が装着される。
The circular portions 242 have substantially the same outer diameter as the inner
ホルダ204は、Oリング246を介して上部ハウジング203に気密装着される。ホルダ204の上端には、吸引管110の先端が挿入される吸引管挿入孔243aが形成されている。吸引管挿入孔243aの底面中心部には、先端が円錐状の円柱状空間からなる吸引口243bが形成されている。ホルダ204には、この吸引口243bと外周部とを互いに逆向きで径方向に連通する一対の吸引孔243cが穿設されている。
The
吸引孔243cの外周側の開口は、エアーの通路を確保するために一部カットされたホルダ204の中心軸に平行な一対のカット面244に臨んでいる。平行な一対のカット面244は、上部ハウジング203の中内径部234bの内周面との間にエアー通路211を形成する。なお、この一対のカット面244は、溝によって構成されていてもよい。
The opening on the outer peripheral side of the
ホルダ204の下端側には、永久磁石206を収容保持するための、永久磁石206とほぼ同様の深さを有する円柱状空間からなる磁石保持孔245が形成されている。この磁石保持孔245が形成されたホルダ204の円形部242における下端面は、ホルダ204の上部ハウジング203への装着時に、上部ハウジング203の下段段差部235bの端面と当接するストッパ機能を有する。
On the lower end side of the
また、ホルダ204のフランジ部241の位置決めカット面241dは、ホルダ204の上部ハウジング203への装着時に、上部ハウジング203の大内径部234aに形成された位置決めカット面231dと合わさって、ホルダ204の周方向位置を決定する位置決め機能を有する。このような構造でホルダ204が上部ハウジング203に挿入されるため、ホルダ204は上部ハウジング203内で下段段差部235bよりも上側位置に収容される。
Further, the
一方、プローブ205は、好ましくは、耐衝撃性および耐磨耗性に優れた、例えばSUS303−ニッケル−銅−アルミニウム−モリブデン−炭素−けい素−鉄系合金(商品名NAK:大同特殊鋼株式会社)などから形成され、例えば図15に示すように、永久磁石207を収容する円筒状の磁石保持部251と、この磁石保持部251の底面中央部から下方に突出するように形成された吸引ノズル252とを有している。
On the other hand, the
磁石保持部251は、上部ハウジング203の円筒部232の小内径部234cの内部に、軸方向にスライド自在に収容されるように外径が小内径部234cの内径よりも僅かに小径に形成されるとともに、吸引ノズル252側の端部が下部ハウジング202のテーパ面222bと適合するような傾斜形状で構成されたテーパ部253を有する。
The
このテーパ部253が、下部ハウジング202の底面に形成されたテーパ面222bと適合することによって、下部ハウジング202に対してプローブ205が吸引ノズル252の突出方向に移動して下部ハウジング202と接触した際の衝撃を緩和する。
When the tapered
また、磁石保持部251は、テーパ部253を含む外周端部側の一部に、昇降方向(垂直方向)に沿って延びるガイド溝254が形成された構造からなる。このガイド溝254には、上部ハウジング203の円筒部232に形成されたガイド孔232bに埋め込まれたガイドピン237が係合するように挿入される。また、このガイド溝254の上端側には、ガイドピン237の周方向端部と当接する停止面254aが形成されている。
Further, the
このように、ガイド溝254とガイドピン237とが係合することで、プローブ205の上部ハウジング203の円筒部232内における周方向位置が決まる。また、プローブ205の上部ハウジング203への収容時などに、停止面254aとガイドピン237とが当接することで、プローブ205の上部ハウジング203からの抜けを阻止することができるとともに、プローブ205の最下端位置が決定する。なお、ガイド溝254の停止面254aとガイドピン237とが当接することで、プローブ205の最下端位置が決定するため、その当接位置を調節すれば、上述したテーパ部253とテーパ面222bとの接触を回避したり、接触時の衝撃をさらに緩和したりすることが可能となる。
As described above, the
さらに、磁石保持部251は、内部にホルダ204の磁石保持孔245と同様の円柱状空間からなる磁石保持孔251aを有し、この磁石保持孔251a内で永久磁石207を保持する。
Furthermore, the
吸引ノズル252は、磁石保持部251のテーパ面253の下端側と一体に形成され、磁石保持部251の径方向中心から下側へ向けてプローブ205の軸方向(垂直方向)に延びており、その内部に上下端を連通する吸引孔252aが形成されている。吸引ノズル252の吸引孔252aの開口断面形状およびその大きさは、例えば図20に示すように、真円形状ではなく、それよりも開口面積の小さな偏平直線(もしくは楕円)形状であってもよい。また、吸引口252aの開口断面形状およびその大きさは、吸着する半導体チップの形状および大きさ、あるいは吸引ポンプが吸引ノズル252に作用する吸引力の大きさなどを考慮して、半導体チップを確実に吸着できるように設定されていればよい。
The
なお、吸引ノズル252は、磁石保持部251と一体に形成することに限定されず、材質、加工などの条件に応じて別体のものとし、この別体の吸引ノズル252を磁石保持部251に溶接などの手段で一体に固着するようにしてもよい。
The
永久磁石206および207は、例えばサマリウム−コバルト磁石、焼結ネオジウム磁石などからなり、金属からなるホルダ204およびプローブ205の磁石保持孔245,251aに、磁気吸着力によって固定されている。
The
次に、上述した吸着ヘッド200Aの組み立て工程について説明する。
Next, the assembly process of the
まず、ホルダ204の磁石保持孔245に永久磁石206を嵌め込むとともに、プローブ205の磁石保持孔251aに永久磁石207を嵌め込む。このとき、互いに対向する永久磁石206の下端面と永久磁石207の上端面とは同一磁極となるようにホルダ204およびプローブ205に嵌め込む。
First, the
続いて、上部ハウジング203の円筒部232のガイド孔232bにガイドピン237を先端部が小内径部234cの内周面から突出する状態で挿通し、プローブ205を上部ハウジング203の上端開口側から大内径部234aおよび中内径部234bを通って小内径部234cに収容されるように挿入して、プローブ205のガイド溝254をガイドピン237に係合させる。これにより、プローブ205は上部ハウジング203の内部における下段段差部235bよりも下側の位置で、上部ハウジング203から抜けることなく上下移動(昇降移動)可能に保持される。
Subsequently, a
次いで、ホルダ204を、上部ハウジング203の位置決めカット面231dとホルダ204の位置決めカット面241dとが適合するとともに、円筒部232の下端面が下段段差部235b上に載置して位置決めされるように、上部ハウジング203の上端開口側から大内径部234aおよび中内径部234bに挿入して収容する。このとき、ホルダ204の一対のカット面244は、上部ハウジング203の下段段差部235bに形成された一対のエアー通路236上に位置して、中内径部234bの内周面との間で一対のエアー通路236と連通するエアー通路211を形成する。
Next, the
ホルダ204を上部ハウジング203に収容したら、上部ハウジング203のフランジ部231に形成された止めねじ孔231cに止めねじ238を螺挿し、ホルダ204を上部ハウジング203に固定する。このようにプローブ205およびホルダ204を上部ハウジングに収容したら、上部ハウジング203を下部ハウジング202の内部にねじ部221b,232a同士が螺合するように締め付け方向に回転螺挿しながら挿入する。これに伴い、プローブ205の吸引ノズル252が下部ハウジング202のプローブ挿通孔222aに挿通されて外部へ突出する。
When the
そして、下部ハウジング202の大径部221に形成された止めねじ孔221cに止めねじ223を螺挿し、上部ハウジング203を下部ハウジング202に固定する。これにより、本実施形態の吸着ヘッド200Aが完成する。この吸着ヘッド200Aは、例えば外径が約20mm、ハウジング201の上端からプローブ205の下端までの長さ(全長)が約25mmである。
Then, a
このように構成された本実施形態に係る吸着ヘッド200Aは、ボンディング装置の保持具120に保持されることによって、ボンディング装置に装備される。吸着ヘッド200Aは、プローブ205の摩耗に伴い、新規なものと交換する必要があるため、保持具120は、吸着ヘッド200Aが着脱容易な構成が好適である。
The
したがって、本実施形態における保持具120は、例えば図16および図17に示すように、永久磁石124を用いた磁気吸引力による着脱方式を採用している。すなわち、保持具120は、上部ハウジング203のフランジ部231の外径と同様の外径を有する円環状部材の一部を切り離した環状の図示しない固定具と、この固定具を周方向に締め付けるための図示しないボルトおよびナットと、固定具の下面に周方向に均等の間隔で埋め込まれた3つの円柱状の永久磁石124と、固定具の下面に突設された位置決めピン125とを備えて構成されている。なお、永久磁石124は、上部ハウジング203に埋め込まれた永久磁石233の上端に現れた磁極と異なる磁極が下端に現れるように固定具に埋め込まれる。
Therefore, as shown in FIGS. 16 and 17, for example, the
保持具120は、固定具を吸引管110の下端側に外装し、ボルトおよびナットを締結することで吸引管110に固定される。このとき、吸引管110に対して保持具120は、吸引管110の先端(すなわち、下端)がホルダ204の吸引管挿入孔243aの深さを加算した分だけ固定具の下面に対して突出する位置に取り付けられる。そして、位置決めピン125を、上部ハウジング203の位置決め孔231bに嵌合させ、保持具120の永久磁石124と上部ハウジング203の永久磁石233とを吸着させることにより、吸着ヘッド200Aを保持具120に装着することができる。
The
吸着ヘッド200Aを保持具120から取り外すときには、永久磁石233,124の磁気吸引力に抗して、吸着ヘッド200Aを保持具120から引き離すだけでよい。なお、永久磁石233,124は、その磁気吸引力がボンディング作業に支障のない程度に強固となるような磁気力を発生させるように材質、形状、サイズ等を選定すればよい。また、位置決め孔231bを上部ハウジング203の径方向に延びる長孔とすることにより、上部ハウジング203の周方向への位置決め機能を何ら低下させずに、位置決めピン125の位置決め孔231bへの嵌合もスムーズに行うことができる。
When removing the
1,1’,201…ハウジング
2,2’,202…下部ハウジング
3,3’,203…上部ハウジング
4,204…ホルダ
5,205…プローブ
6,206…永久磁石
7,207…永久磁石
10,210…内部空間
12…吸引管挿入口
13,211,236…エアー通路
21,221…大径部
22,222…小径部
23…段部
25,223…止めねじ
31,231…フランジ部
32…締結部
33,233…永久磁石
34…位置決めピン
41…ホルダ本体
42…つば部
43…案内突起
44,246…Oリング
51…磁石保持体
52,252…吸引ノズル
53…周壁
91…ボルト
100,200,200A…吸着ヘッド
110…吸引管
120…保持具
130…半導体チップ
140…ステージ
150…テーブル
160…回路基板。
231d…位置決めカット面
232…円筒部
232b…ガイド孔
234a…大内径部
234b…中内径部
234c…小内径部
235a…上段段差部
235b…下段段差部
237…ガイドピン
244…一対のカット面
254…ガイド溝
1, 1 ', 201 ...
231d ... Positioning
Claims (7)
下端部にプローブ挿通孔を有し、上端部に吸引手段に連通する吸引管を挿入する挿入口が設けられ、これらの間に内部空間を形成してなるハウジングと、
このハウジングの前記内部空間の上部側に固定されて上下の空間を連通する吸引路が形成されたホルダと、
前記ハウジングの内部空間の下部側に昇降移動可能に設けられるとともに、下端が前記プローブ挿通孔を挿通して前記ハウジングの外部へ突出し、且つ前記吸引路の吸引力を前記ハウジングの内部空間から外部へ作用させる吸引孔を有するプローブと、
前記ホルダの前記プローブに面する側に取り付けられた第1の磁石と、
この第1の磁石に対して同一極が対向するように前記プローブに取り付けられた第2の磁石とを具備し、
前記プローブは、前記吸引孔から作用する吸引力により前記半導体チップを下端で吸着するとともに、前記第1の磁石と前記第2の磁石との間に生じる磁気反発力を受けて下降位置へ向けて付勢されていることを特徴とする半導体チップ用吸着ヘッド。 In a semiconductor chip adsorption head that adsorbs a semiconductor chip, transfers the semiconductor chip, and places and fixes it on a substrate,
A housing having a probe insertion hole at the lower end and an insertion port for inserting a suction tube communicating with the suction means at the upper end, and forming an internal space therebetween,
A holder that is fixed to the upper side of the internal space of the housing and has a suction path that communicates the upper and lower spaces;
The lower end of the inner space of the housing is provided so as to be movable up and down, and the lower end is inserted through the probe insertion hole and protrudes to the outside of the housing, and the suction force of the suction path is transferred from the inner space of the housing to the outside A probe having a suction hole to act;
A first magnet attached to the side of the holder facing the probe;
A second magnet attached to the probe so that the same pole faces the first magnet,
The probe attracts the semiconductor chip at the lower end by an attracting force acting from the attracting hole, and receives a magnetic repulsive force generated between the first magnet and the second magnet toward a lowered position. A semiconductor chip suction head characterized by being biased.
且つ前記ホルダは結合された前記下部ハウジングと前記上部ハウジングとの間で挟持されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体チップ用吸着ヘッド。 The housing is divided into a lower housing and an upper housing, and these lower housing and upper housing are detachably coupled,
2. The suction head for a semiconductor chip according to claim 1 , wherein the holder is sandwiched between the lower housing and the upper housing joined together.
前記下部ハウジングは、前記上部ハウジングとの結合側上端が開放されて内部に前記上部ハウジングを収容する筒形をなし、
前記上部ハウジングは、上端が開放されて内部に前記ホルダ、前記プローブ、前記第1の磁石及び前記第2の磁石を収容するとともに、前記下部ハウジングの内部に前記結合側上端の開放部から下端部まで挿入される筒状部を有し、且つ当該筒状部の内周面にこの内周面を下端側部分とこれより大径をなす上端側部分とに区画する段差部が形成され、
前記ホルダは、前記上部ハウジングの内部において前記段差部でその上側に位置決めされて前記上部ハウジングに支持され、
前記プローブは、前記上部ハウジングの内部において前記ホルダよりも下側位置に昇降移動可能に配置されるとともに抜け止め手段によって前記上部ハウジングからの落下を阻止されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体チップ用吸着ヘッド。 The housing is divided into a lower housing and an upper housing, and these lower housing and upper housing are detachably coupled,
The lower housing has a cylindrical shape in which an upper end on the coupling side with the upper housing is opened and the upper housing is accommodated therein,
The upper housing is opened at the upper end to house the holder, the probe, the first magnet, and the second magnet inside, and the lower housing has a lower end portion from the open portion at the upper end of the coupling side. And a step portion is formed on the inner peripheral surface of the cylindrical portion to partition the inner peripheral surface into a lower end side portion and an upper end side portion having a larger diameter than the inner peripheral surface.
The holder is positioned on the upper side of the stepped portion inside the upper housing and supported by the upper housing,
The probes in claim 1, characterized in that it is prevented from falling from the upper housing by with retaining means are arranged vertically movable in the lower position than the holder in the interior of the upper housing The suction head for semiconductor chips as described.
前記ガイドピンが前記ガイド溝の上端と当接することによって前記プローブの落下を阻止する前記抜け止め手段を構成していることを特徴とする請求項4又は5に記載の半導体チップ用吸着ヘッド。 A guide hole is formed in the lower part of the cylindrical portion of the upper housing so as to penetrate the inner and outer peripheries in the radial direction. A guide pin protruding inward is attached to the guide hole, and the probe is associated with the guide pin. A guide groove extending in the lifting direction of the mating probe is formed,
The guide pin and the guide groove of the upper end and the stopper semiconductor chip suction head according to claim 4 or 5, characterized in that it constitutes a means for preventing the dropping of the probe by abutment.
The lower housing and the upper housing are characterized in that a male screw is formed at one coupling part and a female screw is formed at the other coupling part, and the male screw and the female screw are coupled to each other. Item 7. A semiconductor chip suction head according to Item 2, 4, 5 or 6 .
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