JP4397967B1 - 吸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸着時において吸着物を容易に吸着できるとともに、接合時において吸着物に安定した接合力を付与でき、弾性吸着部材とホルダーとを容易に連結できる吸着装置を提供する。
【解決手段】真空吸引口１２が開設された平坦な吸着面１０を有し、かつ、肉厚が均一な弾性吸着部材２と、弾性吸着部材２の上面を、反吸着面側から保持するホルダー１とを備えた吸着装置である。ホルダー１は、弾性吸着部材２の反吸着面に当接する平坦面から吸着面側へ突出するピン部材７を備え、ピン部材７が弾性吸着部材２に突入されて、弾性吸着部材２とホルダー１とを連結した。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップ等の吸着物を真空吸引で吸着してリードフレーム等の基板にマウントする吸着装置に関する。

半導体チップ（以下、チップという）等の吸着物を真空吸引してピックアップし、特定の基板上に圧着接合する場合、吸着装置が用いられる。吸着装置は、ラバー製の弾性吸着部材を、金属製のホルダーにて保持したものが一般的である。

近年、チップは薄型化に対応させて開発されており、例えば厚みが１０μｍ〜２０μｍのものがある。従って、吸着装置が極薄のチップを圧着接合する際、チップに対して面状で均一に荷重を負荷しなければ、チップに容易に反りが生じてしまい、接合力にばらつきが生じる。このため、吸着面が水平な吸着部材を使用するのが好ましい。

吸着面が水平な吸着装置として、例えば図５に示すようなものがある（特許文献１）。図５の吸着装置は、天然ゴムや合成ゴムなどの弾性吸着部材１０１と、金属のホルダー１０２とを備える。弾性吸着部材１０１は、上方に開口する有底の差込穴１０３が形成されたラバー部品である。すなわち、弾性吸着部材１０１には、外周側に形成される肉厚部１０４と、中央部に形成される薄肉部１０５とから構成され、薄肉部１０５には上下に貫通する吸引穴１０９が形成されている。ホルダー１０２は、軸部１０６と、肉厚部１０４の上面に当接するフランジ部１０７と、差込穴１０３に嵌挿される突起部１０８とから構成され、軸部１０６及びフランジ部１０７及び突起部１０８には、上下に貫通する吸引穴１１０が形成されている。この場合、吸引穴１０９、１１０は連通する。そして、差込穴１０３にホルダー１０２の突起部１０８が差し込まれて弾性吸着部材１０１とホルダー１０２とが固定される。

この吸着装置を用いてチップをマウントする場合、弾性吸着部材１０１でチップ１２０を真空吸引する。そして、図５に示すように、チップ１２０を吸着した状態で基板１２１上に移動して、チップ１２０を基板１２１上に接着材や熱硬化性樹脂フィルムなどを介して圧着接合する。

また、他の吸着装置として、図６に示すようなものがある（特許文献２）。図６の圧着装置も、天然ゴムや合成ゴムなどの弾性吸着部材１１１と金属製のホルダー１１２とを備える。弾性吸着部材１１１は、上下面が平行な所定の厚みを有する矩形平板状ラバー部品であり、周辺部には、上下に貫通する吸引穴１１３が複数形成されている。ホルダー１１２は、軸部１１４と、弾性吸着部材１１１の上面に当接するフランジ部１１５と、フランジ部１１５の外周から下方に延びる鍔部１１６とから構成され、軸部１１４とフランジ部１１５には、上下に貫通する吸引穴１１７が形成されている。また、フランジ部１１５の下面には、弾性吸着部材１１１の吸引穴１１３と、ホルダー１１２の吸引穴１１７とを連通させる連通路１１８が形成されている。そして、鍔部１１６の内面が、弾性吸着部材１１１の側壁に圧接することにより、弾性吸着部材１１１とホルダー１１２とが固定されている。

特開２００６−１６５１８８号公報（図１１） 特開昭６４−１０６４３号公報

しかしながら、特許文献１のタイプの吸着装置では、弾性吸着部材１０１は肉厚部１０４と薄肉部１０５とから構成されており、その肉厚が均一ではない。これにより、マウント時において、弾性吸着部材１０１がチップ１２０を加圧する際、吸着面（弾性吸着部材１０１の下面）の圧力に差が生じ、接合力にばらつきが生じるという問題があった。

また、特許文献２のタイプの吸着装置のように、フランジ部１１５の下面に連通路１１８を有するホルダー１１２を使用する場合は、鍔部１１６の弾性吸着部材１１１の側壁に対する押圧力にて、弾性吸着部材１１１が下方に凸状となるように反る。このため、弾性吸着部材１１１がチップ１２０を加圧する際、加圧する際の圧力分布が中央で強く、外周側で弱くなり、チップ１２０に対して加圧が一様ではなくなる。このため、接合力にばらつきが生じ、特に、外周側で接合ができないという問題があった。しかも、弾性吸着部材１１１の下面が反っているため、吸着時に弾性吸着部材１１１とチップ１２０との密着性が悪くなる。このため、吸引穴１１３の吸着面側とチップ１２０との間に隙間が形成されるため、吸着力を十分なものとできないという問題もあった。

また、特許文献１のものでは、突起部１０８と差込穴１０３とのはめあいに関して、突起部１０８と差込穴１０３との寸法を高精度に加工しなければならない。特許文献２のものでは、鍔部１１６と弾性吸着部材１１１とのはめあいに関して、鍔部１１６と弾性吸着部材１１１との寸法を高精度に加工しなければならない。これにより、吸着部材の製造がコスト高となるという問題があった。

本発明は上記課題に鑑みて、吸着時において吸着物を容易に吸着できるとともに、接合時において吸着物に安定した接合力を付与でき、弾性吸着部材とホルダーとを容易に連結できる吸着装置を提供する。

本発明の吸着装置は、真空吸引口が開設された平坦な吸着面を有し、かつ、肉厚が均一な弾性吸着部材と、この弾性吸着部材を、反吸着面側から保持するホルダーとを備えた吸着装置において、前記ホルダーは、弾性吸着部材の反吸着面に当接する平坦面から吸着面側へ突出するピン部材を備え、このピン部材が前記弾性吸着部材に突入されて、弾性吸着部材とホルダーとを連結したものである。

本発明の吸着装置によれば、弾性吸着部材は平坦な吸着面を有し、かつ、上下方向の肉厚が均一である。また、ホルダーの平坦面から吸着面側に突出するピン部材を弾性吸着部材に挿入して、弾性吸着部材とホルダーとを連結しているので、弾性吸着部材を反吸着面から保持することになって、弾性吸着部材に曲げや側方への圧縮による内部応力がかからず、吸着面を平坦に維持することができる。これらが相俟って、吸着物を加圧してマウントする際、弾性吸着部材は吸着物に対して面状で均一に荷重を負荷することができる。また、吸着物を吸着する際、真空吸引口の吸着面側と吸着物との間に隙間が形成されることがなく、吸着力を十分なものとできる。

前記弾性吸着部材に、反吸着面に開口する縦穴を設け、この縦穴に前記ピン部材を挿入することができる。これにより、ピン部材を弾性吸着部材に挿入する際、定位置に挿入でき、また、穴に挿入するため、挿入時に必要な力を小とできる。

前記ピン部材の弾性吸着部材への突入前において、前記縦穴の径を、前記ピン部材の径よりも小とすることができる。これにより、ピン部材を弾性吸着部材へ挿入した後は、弾性吸着部材がピン部材に対して圧接することになる。

前記ピン部材を複数本備え、前記ピン部材を、前記ホルダーの弾性吸着部材の反吸着面に当接する平坦面の中心から同一円周上、かつ周方向角度が等しくなるように配設することができる。これにより、平坦面に均等にピン部材を配設することができる。

前記ホルダーの弾性吸着部材の反吸着面に当接する平坦面を、前記弾性吸着部材の反吸着面と同一乃至大とすることができる。これにより、ホルダーは、弾性吸着部材の周縁部にまで均等に押圧力を付与することができる。

前記弾性吸着部材の真空吸引口に連通する連通路を前記ホルダーに設けることができる。

本発明の吸着装置では、吸着物を加圧してマウントする際、弾性吸着部材は吸着物に対して面状で均一に荷重を負荷することができるため、接合時において吸着物に安定した接合力を付与できる。また、吸着物を吸着する際、真空吸引口の吸着面側と吸着物との間に隙間が形成されることがないため、吸着力を十分なものとでき、吸着物を容易に吸着することができる。また、ピン部材を弾性吸着部材に挿入して、弾性吸着部材とホルダーとを連結しているので、弾性吸着部材とホルダーとを容易に連結したり、取外したりでき、取扱性に優れたものとなる。

前記弾性吸着部材の縦穴に前記ピン部材を挿入すると、ホルダーに対して弾性吸着部材を定位置に固定でき、また、穴に挿入するため、挿入時に必要な力を小とできて、ピン部材を挿入しやすいものとなる。

前記ピン部材の弾性吸着部材への突入前において、前記縦穴の径を、前記ピン部材の径よりも小とすると、弾性吸着部材がピン部材に対して圧接することになり、弾性吸着部材とホルダーとを強固に連結でき、長期にわたって安定した連結状態を維持することができる。しかも、弾性吸着部材とホルダーとのはめあいは、ピン部材の径と縦穴の穴径とに依存するが、寸法誤差は弾性吸着部材の弾性力にて吸収されることになるため、穴径に高精度を必要としない。これにより、高精度な加工が不要となって、加工コストの低減を図ることができる。

前記ピン部材を平坦面の中心から同一円周上、かつ周方向角度が等しくなるように配設すると、平坦面に均等にピン部材を配設することができるため、弾性吸着部材とホルダーとの連結状態を一層安定して維持することができる。

前記ホルダーの平坦面を、前記弾性吸着部材の反吸着面と同一乃至大とすると、ホルダーは、弾性吸着部材の周縁部にまで押圧力を付与することができ、より一層効果的に吸着物を端部まで接合することができる。

前記真空吸引口に連通する連通路を前記ホルダーに設けると、真空吸引口を吸着面の全体に配置でき、吸着力を均一かつ大とすることができ、安定して吸着することができる。

本発明の吸着装置の断面図である。 本発明の吸着装置を構成するホルダーの底面図である。 本発明の吸着装置を構成する弾性吸着部材の平面図である。 本発明の吸着装置を示し、（ａ）はチップのピックアップ前の断面図、（ｂ）はチップのピックアップ後の断面図、（ｃ）はマウント時の断面図である。 従来の吸着装置の断面図である。 従来の他の吸着装置の断面図である。

以下本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。

この吸着装置は、吸着物を真空吸引して被実装部材上に搬送し、接着剤や熱硬化性樹脂フィルム等を介して吸着物を被実装部材に接合するものである。吸着物は、例えば変形し易い極薄型の半導体チップ（以下、チップという）で、本実施形態では厚さ１０〜２０μｍの正方形のチップであり、被実装部材は、例えばリードフレーム等の基板である。

本発明の吸着装置は、図１に示すように、チップ２０（図４参照）を吸着する弾性吸着部材２と、この弾性吸着部材２を保持する金属製のホルダー１とを備える。

図１に示すように、ホルダー１は、軸部３と、弾性吸着部材２の上面に圧設するフランジ部４とを備えている。軸部３には、上下に貫通する吸引穴５が形成されている。そして、フランジ部４の下面には、図２に示すような連通路６が設けられ、連通路６の中央部が吸引穴５に連通するとともに、後述する弾性吸着部材２の真空吸引口１２に連通する。また、弾性吸着部材２の反吸着面に当接する平坦面（フランジ部４の下面）を、弾性吸着部材２の反吸着面よりも大としている。

フランジ部４の下面に、吸着面側（下方）へ突出する２本のピン部材７を設けている。本実施形態では、ピン部材７の先端縁にはアール部を有している。２本のピン部材７の配置としては、図２に示すように、夫々のピン部材７がフランジ部４の下面の中心に対して１８０°反対位置に配置される。ピン部材７の数は、３本以上であってもよい。この場合、夫々のピン部材７がフランジ部４の下面の中心から同一円周上に存在し、かつ周方向角度が等しくなるように配設して（つまり、１２０°）、ピン部材７を均等に配置する。このため、ピン部材７が２本の場合でも、フランジ部４の下面の中心から同一円周上に存在し、かつ周方向角度が等しくなるように配設しているといえる。このピン部材７が、後述する弾性吸着部材２の縦穴１１に突入されて、ホルダー１が弾性吸着部材２の上面を保持し、弾性吸着部材２とホルダー１とを連結している。

弾性吸着部材２は、天然ゴムや合成ゴムのラバー部品である。この弾性吸着部材２は、図１に示すように、下面に平坦な吸着面１０を有しており、上下方向の肉厚が均一となっている。この弾性吸着部材２の反吸着面（上面）には、図３に示すように、上方に開口するとともに、下方に閉口する２つの縦穴１１を設けている。これら縦穴１１の配置は、フランジ部４の下面が、弾性吸着部材２の反吸着面（上面）に当接する際に、ピン部材７が対応するような配置となっている。すなわち、夫々の縦穴１１は、弾性吸着部材２の上面の中心からの距離が等しく、縦穴１１同士の周方向角度が略１８０°となるように配置している。縦穴１１の穴径は、ピン部材７の弾性吸着部材２への突入前において、ピン部材７の径よりも小としている。これにより、ピン部材７を弾性吸着部材２へ挿入した後は、弾性吸着部材２がピン部材７に圧接する。

弾性吸着部材２には、上下方向に貫通する４つの真空吸引口１２が開設されている。夫々の真空吸引口１２は、図３に示すように、弾性吸着部材２の４つの辺の略中央部近傍に設けられている。これらの真空吸引口１２は、連通路６の上下方向に対応する部位に設けられ、この連通路６に連通している。

次に、本発明の吸着装置を使用して、ピックアップポジションのチップを被実装部材であるリードフレーム上にマウントする方法について説明する。

まず、図４（ａ）の矢印Ａに示すように、吸着装置を、ピックアップポジションのステージ２１上のチップ２０に向けて下降させて、弾性吸着部材２の吸着面１０をチップ２０の上面に押し付けて吸着する。この場合、吸着面１０が全面にわたってチップ２０の上面に密着する。すなわち、弾性吸着部材２の下面は平坦な吸着面１０であり、かつ、弾性吸着部材２の上下方向の肉厚が均一である。また、弾性吸着部材２を反吸着面から保持することになって、弾性吸着部材に曲げや側方への圧縮による内部応力がかからず、吸着面１０を平坦に維持することができる。

この状態で、ホルダー１の吸引穴５を真空引きすることで、連通路６を介して真空吸引口１２が負圧となり、チップ２０を真空吸引する。この場合、前記したように、吸着面１０が全面にわたってチップ２０の上面に密着するため、チップ２０を吸着する際、真空吸引口１２の下面側とチップ２０との間に隙間が形成されることがなく、吸着力を十分なものとできる。

そして、図４（ｂ）の矢印Ｂに示すように、吸着装置を上昇させる。このようにして、チップ２０のピックアップを行う。

次に、図４（ｃ）の矢印Ｃに示すように、吸着装置を、リードフレーム２２に向けて下降させて、チップ２０をリードフレーム２２に押し付けて圧着接合する。このとき、前記したように、吸着面１０が全面にわたってチップ２０の上面に密着するため、弾性吸着部材２はチップ２０に対して面状で均一に荷重を負荷することができる。しかも、フランジ部４の下面を、弾性吸着部材２の上面よりも大としているので、ホルダー１は、弾性吸着部材２の周縁部にまで均等に押圧力を付与することができ、チップ２０の端部にまで押圧力を付与することができる。

本発明では、弾性吸着部材２は平坦な吸着面１０を有し、かつ、上下方向の肉厚が均一である。また、ホルダー１の平坦面から吸着面側に突出するピン部材７を弾性吸着部材２に挿入して、弾性吸着部材２とホルダー１とを連結しているので、弾性吸着部材２を反吸着面から保持することになって、弾性吸着部材２に曲げや側方への圧縮による内部応力がかからず、吸着面１０を平坦に維持することができる。これらが相俟って、チップ２０を加圧してマウントする際、弾性吸着部材２は吸着物に対して面状で均一に荷重を負荷することができるため、チップ２０に安定した接合力を付与できる。また、チップ２０を吸着する際、真空吸引口１２の吸着面側とチップ２０との間に隙間が形成されることがなく、吸着力を十分なものとでき、チップ２０を容易に吸着することができる。また、ピン部材７を弾性吸着部材２に挿入して、弾性吸着部材２とホルダー１とを連結しているので、弾性吸着部材２とホルダー１とを容易に連結したり、取外したりでき、取扱性に優れたものとなる。

前記弾性吸着部材２に、少なくとも上面に開口する縦穴１１を設け、この縦穴１１に前記ピン部材７を挿入するようにしている。これにより、ピン部材７を弾性吸着部材２に挿入する際、定位置に挿入でき、また、穴に挿入するため、挿入時に必要な力を小とできて、ピン部材７を挿入しやすいものとなる。

前記ピン部材７の弾性吸着部材２への突入前において、前記縦穴１１の径を、前記ピン部材７の径よりも小としている。これにより、ピン部材７を弾性吸着部材２へ挿入した後は、弾性吸着部材２がピン部材７に圧接することになり、弾性吸着部材２とホルダー１とを強固に連結でき、長期にわたって安定した連結状態を維持することができる。しかも、弾性吸着部材２とホルダー１とのはめあいは、ピン部材７の径と縦穴１１の穴径とに依存するが、寸法誤差は縦穴１１にて吸収されることになるため、穴径に高精度を必要としない。これにより、高精度な加工が不要となって、加工コストの低減を図ることができる。

前記ピン部材７を複数本備え、前記ピン部材７を、前記平坦面の中心から同一円周上、かつ周方向角度が等しくなるように配設することができる。これにより、平坦面に均等にピン部材７を配設することができるため、弾性吸着部材２とホルダー１との連結状態を一層安定して維持することができる。

前記ホルダー１の弾性吸着部材２の反吸着面に当接する平坦面を、前記弾性吸着部材２の反吸着面と同一乃至大とすることができる。これにより、ホルダー１は、弾性吸着部材２の周縁部にまで均等に押圧力を付与することができ、より一層効果的にチップ２０を端部まで接合することができる。

前記真空吸引口１２に連通する連通路６を前記ホルダー１に設けると、真空吸引口１２を吸着面１０の全体に配置でき、吸着力を均一かつ大とすることができ、安定して吸着することができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、フランジ部４の下面の大きさを、弾性吸着部材２の反吸着面と同一の大きさとしてもよい。連通路６の形状は、実施形態の形状に限られず、例えば十字状としてもよい。ピン部材７の数は２本又は４本が望ましいが、これに限られるものではなく、また、ピン部材７の長さ、径、材質、断面形状も種々設定できる。ピン部材７の先端は、先細テーパ部を有するものであってもよい。縦穴１１は上下方向に貫通していてもよく、ピン部材７と同様、その数は任意である。

１ ホルダー
２ 弾性吸着部材
６ 連通路
７ ピン部材
１０ 吸着面
１１ 縦穴
１２ 真空吸引口

Claims (6)

1. 真空吸引口が開設された平坦な吸着面を有し、かつ、肉厚が均一な弾性吸着部材と、この弾性吸着部材を、反吸着面側から保持するホルダーとを備えた吸着装置において、
   前記ホルダーは、弾性吸着部材の反吸着面に当接する平坦面から吸着面側へ突出するピン部材を備え、このピン部材が前記弾性吸着部材に突入されて、弾性吸着部材とホルダーとを連結したことを特徴とする吸着装置。
2. 前記弾性吸着部材に、反吸着面に開口する縦穴を設け、この縦穴に前記ピン部材を挿入したことを特徴とする請求項１の吸着装置。
3. 前記ピン部材の弾性吸着部材への突入前において、前記縦穴の径を、前記ピン部材の径よりも小としたことを特徴とする請求項２の吸着装置。
4. 前記ピン部材を複数本備え、前記ピン部材を、前記ホルダーの弾性吸着部材の反吸着面に当接する平坦面の中心から同一円周上、かつ周方向角度が等しくなるように配設したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項の吸着装置。
5. 前記ホルダーの弾性吸着部材の反吸着面に当接する平坦面を、前記弾性吸着部材の反吸着面と同一乃至大としたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項の吸着装置。
6. 前記弾性吸着部材の真空吸引口に連通する連通路を前記ホルダーに設けたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項の吸着装置。

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