JP4511395B2 - 電子部品の実装装置 - Google Patents

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Description

この発明はたとえばリフロー炉に送られる前の基板に半導体チップなどの電子部品を実装する電子部品の実装装置に関する。
電子部品である、半導体チップを基板に実装する場合、いわゆるフリップチップ方式の実装装置が用いられる。この実装装置はウエハステージを備えている。このウエハステージには粘着シートに貼られた半導体ウエハが保持されている。この半導体ウエハはさいの目状の多数の半導体チップに切断されている。
上記ウエハステージからはピックアップツールによって半導体チップが1つずつ取り出される。ピックアップツールは半導体チップを取り出してから上下方向に180度回転して上記半導体チップを反転させる。つまり、バンプが形成された面を下に向ける。
反転された半導体チップはバンプが形成された面を下にしてX、Y及びZ方向に駆動される実装ツールに受け渡される。実装ツールはツール本体及びこのツール本体の下端面に一方の面が保持されるツールチップを有する。このツールチップはセラミックなどの材料によって矩形板状に形成されていて、中心部には厚さ方向に貫通した吸引孔が形成されている。
上記ツールチップの吸引孔は上記ツール本体に形成された吸引路に連通している。この吸引路に吸引力を作用させることで、上記ツールチップの他方の面に上記半導体チップが吸着保持される。そして、半導体チップを吸着保持した実装ツールを基板の実装位置の上方へ移動させてから下降させることで、上記半導体チップを上記基板に実装する。実装後には、吸引路に作用した吸引力を解除してから上記実装ツールを上昇させる。それによって、半導体チップを吸着した状態で実装ツールが上昇する、いわゆる実装ツールによる半導体チップの持ち帰りが生じるのを防止するようにしている。
従来、実装ツールによる半導体チップの持ち帰りを確実に防止するため、実装ツールが下降して半導体チップを基板に実装した後、上記実装ツールの吸引路に正圧の気体を供給し、吸引路を負圧から正圧に切り換えるようにしている。
それによって、上記吸引路の吸引力が消失するから、実装後に実装ツールが上昇すれば、この実装ツールから半導体チップが離脱するから、実装ツールによる半導体チップの持ち帰りが生じるのを防止することができる。
ところで、実装ツールによる半導体チップの持ち帰りを防止するため、実装後に実装ツールの吸引路に正圧の気体を供給し、この吸引路を負圧から正圧に切り換えようにすると、その気体の圧力が基板に実装された半導体チップに作用することが避けられない。
フリップチップ方式の実装装置によって基板に半導体チップを実装する場合、たとえば基板に半田フラックスを印刷塗布し、この半田フラックス上に上記半導体チップを実装する。そして、実装後に上記基板をリフロー炉に通すことで、上記半導体チップを上記基板に半田によって固着するということが行われる。
その場合、基板上に実装載置された半導体チップは半田フラックスの粘性によって保持されているだけである。そのため、上記実装ツールによって半導体チップを基板に実装後、この実装ツールの吸引路を正圧に切り換えるために加圧された気体を供給すると、その気体の圧力が基板上の半導体チップに作用する。その結果、基板上で半導体チップがずれ動いて位置ずれが生じ、実装精度が低下するということがある。
この発明は、実装後に実装ツールの吸引路を負圧から正圧に切り換えて電子部品を実装ツールから離脱させて持ち帰りを防止する場合、上記吸引路に供給された気体の圧力が基板に実装される電子部品に作用して位置ずれが生じるのを防止できるようにした電子部品の実装装置を提供することにある。
この発明は、実装ツールによって吸着保持された電子部品を基板に実装する実装装置であって、
上記実装ツールはツール本体を有し、このツール本体には、
先端面に開口して形成された吸引路と、
上記ツール本体の先端面に上記電子部品を吸着保持するために上記吸引路を負圧にする減圧手段及び上記ツール本体の先端面から上記電子部品を離脱させるために上記吸引路を正圧にする加圧手段と、
上記吸引路の中途部に一端を連通させ他端を大気に開放して形成された大気連通路と、
この大気連通路の他端に設けられ上記吸引路内を負圧にしたときには上記大気連通路を閉塞して上記先端面に上記電子部品を吸着保持させ、上記吸引路内を正圧にしたときには上記大気連通路を大気に連通させて上記吸引路内の圧力上昇を抑制する圧力調整機構を具備し、
上記圧力調整機構は、上記大気連通路に移動可能に設けられ外周面に軸方向全長にわたって連通溝が形成された軸体と、この軸体の上記吸引路側に位置する一端に設けられ上記連通溝に連通する切り欠き部が形成された第1の弁体と、上記軸体の上記実装ツールの外周面側に位置する他端に設けられ上記吸引路内の圧力に応じて上記軸体とともに移動して上記大気連通路の他端開口を開閉する第2の弁体とによって構成されていることを特徴とする電子部品の実装装置にある。
この発明によれば、実装ツールの吸引路内を正圧にするため、この吸引路に気体を供給すると、吸引路に一端を連通して設けられた大気連通路の他端が大気に連通するから、上記吸引路に供給された気体が大気連通路を通じて大気に逃げる。そのため、吸引路内の圧力上昇が抑制されるから、吸引路に供給された気体の圧力が電子部品に作用して位置ずれが生じるのを防止できる。
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1乃至図4はこの発明の一実施の形態を示し、図1に示すフリップチップ方式の実装装置は部品供給部としてのウエハステージ1を備えている。このウエハステージ1は、ベース2上に順次設けられたXテーブル3、Yテーブル4及びθテーブル5を有し、θテーブル5上には半導体ウエハ7が後述するごとく保持されたウエハホルダ8が設けられている。つまり、ウエハホルダ8は水平方向に駆動可能に設けられている。上記半導体ウエハ7は、多数の正方形の電子部品である、半導体チップ6に分割されている。
上記半導体チップ6はピックアップ装置を構成するピックアップツール11によって取り出される。このピックアップツール11はL字状をなし、支軸12を支点として図1に鎖線で示す位置と実線で示す位置との180度の範囲で回転駆動させることができるとともに、先端部には半導体チップ6を真空吸着する吸着ノズル13が設けられている。さらに、ピックアップツール11は図示せぬ駆動手段によってX、Y方向(水平方向)及びZ方向(上下方向)に駆動可能となっている。
上記ベース2には、上記ウエハステージ1と対向する位置に支持体15が設けられている。この支持体15の上面には、一端部を支持体15に固定し、他端部を上記ウエハステージ1の方向に突出させた第1のベース16が水平に設けられている。この第1のベース16の他端部の上面にはステージテーブル17が設けられている。
このステージテーブル17はYテーブル18と、このYテーブル18上に設けられ上記ウエハステージ1に対して接離するX方向に駆動されるXテーブル19及びこのXテーブル19上に設けられ上記X、Y方向に駆動される実装ステージ20を有する。この実装ステージ20は、図示せぬ駆動源によって上記X、Y方向がなす平面に対して直交するZ方向に駆動可能となっている。
上記実装ステージ20の上方には搬送ガイド21が設けられている。この搬送ガイド21には、上記ピックアップツール11によって後述するごとくウエハホルダ8から取り出された半導体チップ6が実装されるリードフレームなどの基板22が所定方向にピッチ送りされるようになっている。
上記第1のベース16の一端部には第1のスペーサ24を介して第2のベース25が一端部を固定して水平に設けられている。この第2のベース25は上記第1のベース16よりも長さ寸法が短く、他端部は上記ウエハステージ1側に突出している。
上記第2のベース25の他端部の上面にはカメラテーブル26が設けられている。このカメラテーブル26はYテーブル27を有する。このYテーブル27上にはX方向に駆動されるXテーブル28が設けられている。このXテーブル28上には上記X、Y方向に駆動される取り付け部材29が設けられている。
上記取り付け部材29にはカメラユニット31が設けられている。このカメラユニット31は、図2に示すように中空箱形状に形成されたケース31aを有し、このケース31a内には上記搬送ガイド21に沿って搬送される基板22を撮像する第1のカメラ32と、上記ピックアップツール11から後述する実装ツール49に受け渡された半導体チップ6を撮像する第2のカメラ33とが設けられている。各カメラ32,33はCCD(固体撮像素子)からなる。
上記カメラユニット31の先端部の下面と上面とにはそれぞれ撮像窓36が形成されている。カメラユニット31の先端部内には上記撮像窓36に対して45度の角度で傾斜した2つの反射面37を有するミラー38が収容されている。下側の撮像窓36から入射して一方の反射面37で反射した光は上記第1のカメラ32に入射する。上側の撮像窓36から入射して他方の反射面37で反射した光は第2のカメラ33に入射する。
図2に示すように、各カメラ32,33からの撮像信号は制御装置39に設けられた画像処理部(図示せず)に入力し、ここで処理されてデジタル信号に変換されるようになっている。なお、制御装置39は図1に示すように上記支持体15に設けられている。
図1に示すように、上記第2のベース25の一端部の上面には第2のスペーサ41が設けられている。この第2のスペーサ41には第3のベース42が一端部を固定して水平に設けられている。第3のベース42の他端部の上面にはヘッドテーブル43が設けられている。このヘッドテーブル43はYテーブル44を有する。このYテーブル44の上面にはX方向に駆動されるXテーブル45が設けられている。このXテーブル45の上面にはX、Y方向に駆動される取り付け体46が設けられている。
この取り付け体46の前端面にはZテーブル47が設けられ、このZテーブル47には上記X方向とY方向とがなす平面に対して直交するZ方向に駆動される実装ヘッド48が設けられている。上記実装ヘッド48の先端には断面形状が矩形状の上記実装ツール49がθテーブル50によって水平方向の回転角度の調整可能に設けられている。
図3に示すように、上記実装ツール49は上記θテーブル50に上端が取付けられたツール本体71を有する。このツール本体71には吸引路72が軸方向に貫通して形成されている。ツール本体71の上端面に開口した上記吸引路72の一端には共通管73の一端が接続されている。この共通管73の他端は三方切り換え弁74の第1の接続部74aに接続されている。この三方切り換え弁74の第2の接続部74bには減圧手段としての第1の吸引ポンプ75が第1の接続管76によって接続され、第3の接続部74cには加圧手段としての加圧ポンプ77が第2の接続管78によって接続されている。
したがって、上記三方切り換え弁74を切り換え制御して吸引路72を第1の吸引ポンプ75に連通させれば、この吸引路72を負圧にすることができ、上記吸引路72を加圧ポンプ77に連通させれば、この吸引路72を正圧にすることができるようになっている。
上記ツール本体71の先端部71aは他の部分よりも小径で、断面形状が上記半導体チップ6よりもわずかに大きな矩形状に形成されている。この先端部71aには一端を上記吸引路72に連通させ、他端を大気に開放させた大気連通路79が形成されている。この大気連通路79の他端が大気に開放した上記先端部71aの側面には弁体81が設けられている。
図4に示すように、上記弁体81には支軸81aが設けられ、この支軸81aは上記先端部71aの上記大気連通路79の他端が開放した側面に設けられた一対の支持片82(一方のみ図示)に回動可能に支持されている。上記支軸81aにはばね83が設けられている。
上記ばね83は、一端を上記先端部71aの外面に係合させ、他端を上記弁体81の外面に係合させている。それによって、弁体81はばね83の付勢力によって上記大気連通路79の他端開口を閉塞している。この実施の形態では、上記弁体81とばね83とで圧力調整機構を構成している。
上記ピックアップツール11が上記ウエハホルダ8から半導体チップ6をピックアップすると、このピックアップツール11は支軸12を中心にして図1に矢印で示す時計方向に約180度回転し、半導体チップ6を保持した吸着ノズル13を上方に向ける。つまり、半導体チップ6を上下面が逆になるよう反転させる。
その状態で、上記ヘッドテーブル43が作動して実装ツール49がピックアップツール11の吸着ノズル13の上方に位置決めされる。ついで、ピックアップツール11が上昇することで、この実装ツール49は上記吸着ノズル13に吸着保持された半導体チップ6を受け取る。
上記ウエハステージ1、ピックアップツール11、実装ステージ20が設けられたステージテーブル17、カメラユニット31が設けられたカメラテーブル26、実装ツール49が設けられたヘッドテーブル43及び三方切り換え弁74は、上記制御装置39によって駆動が制御されるようになっている。
上記ウエハホルダ8は上記θテーブル5に下端が取り付けられた支持体60の上面に水平に保持されている。このウエハホルダ8には粘着シートが張設されたウエハリング(ともに図示せず)が着脱可能に保持される。上記粘着シートの上面には矩形状の多数の半導体チップ6にダイシングされた上記半導体ウエハ7が貼着されている。
上記粘着シートの下面側には、図示しない固定部に固定されたバックアップ体65が上記ウエハホルダ8の水平方向の動きに対して連動しない状態で配設されている。このバックアップ体65の中心部には軸方向に貫通した吸引孔64が穿設されている。この吸引孔64には第2の吸引ポンプ66が接続されている。
上記ウエハホルダ8は、上記粘着シートの下面が上記バックアップ体65の上記吸引孔64が開口した上面に接触する高さに位置決めされる。さらに、粘着シートの上面に貼着された半導体チップ6はウエハホルダ8の上方に配置された撮像カメラ67によって撮像される。
上記制御装置39は、上記撮像カメラ67からの撮像信号に基づいて、上記吸着ノズル13によってピックアップされる半導体チップ6が上記バックアップ体65の吸引孔64に対応位置するよう、上記ウエハホルダ8を水平方向に駆動して位置決めする。
位置決めされた半導体チップ6は上記吸着ノズル13によって吸着される。半導体チップ6を吸着した吸着ノズル13は図1に鎖線で示す状態から実線で示すように180度回転して上を向く。その状態で上記実装ツール49はツール本体71の下端が上記吸着ノズル13に吸着保持された半導体チップ6に対向するよう位置決めされる。位置決め後、若しくは位置決め時に実装ツール49の吸引路72に連通した第1の吸引ポンプ75が作動し、その吸引路72を負圧に減圧する。ついで、実装ツール49はツール本体71の下端面が半導体チップ6に接触する位置まで下降し、その吸引路72の先端に上記半導体チップ6を吸着する。
半導体チップ6を吸着した実装ツール49は上昇して基板22の上方へ戻ってから下降し、上記基板22の半田フラックスが印刷塗布された部位に上記半導体チップ6を実装することになる。
実装ツール49が半導体チップ6を基板22に実装すると同時に、第1の吸引ポンプ75が停止し、加圧ポンプ77が作動するとともに、三方切り換え弁74が作動して加圧ポンプ77を吸引路72に連通させる。それによって、吸引路72には加圧ポンプ77から加圧空気が供給されるから、この吸引路72が負圧から正圧に切り換わる。
上記吸引路72が正圧に切り換わると、その圧力で弁体81がばね83の付勢力に抗して図4に矢印で示す方向に回動し、大気連通路79の他端を開放する。それによって、上記加圧ポンプ77から吸引路72に供給された加圧空気は上記大気連通路79から外部に逃げるから、加圧ポンプ77からの加圧空気によって吸引路72内の圧力が上昇するのが抑制される。
吸引路72内の圧力上昇が抑制されれば、実装後に実装ツール49が上昇する際、加圧ポンプ77からの加圧空気が基板22に実装される半導体チップ6にほとんど作用しなくなるから、基板22上の半導体チップ6が位置ずれを生じるのを防止することができる。つまり、半導体チップ6の実装精度を向上させることができる。
加圧ポンプ77が作動したときの吸引路72の圧力上昇は、弁体81を付勢したばね83の強さを変えることで調整することができる。つまり、ばね83の反発力を弱くすれば、吸引路72がわずかに圧力上昇するだけで弁体81が回動して大気連通路79が開放されるから、吸引路72内の圧力上昇を低く押えることができる。
そのため、基板22に半導体チップ6を実装して実装ツール49が上昇する際、吸引路72を通じて半導体チップ6に作用する空気の圧力も低くなるから、上記半導体チップ6の位置ずれを良好に防止することが可能となる。
すなわち、実装ツール49のツール本体71の下端面に吸着保持された半導体チップ6を基板22に実装後、そのツール本体71の先端面から離脱させるために吸引路72を負圧から正圧に切り換えても、基板2に実装された半導体チップ6に高い圧力が作用する野を防止できるから、半導体チップ6の実装精度が良好に維持することができる。
上記一実施の形態では大気連通路79の他端を閉塞する方向に弁体81をばね83によって付勢したが、弁体81をばね83によって付勢しなくても差し支えない。その場合、吸引路72の圧力が負圧であれば、その圧力によって弁体81が吸引されて大気連通路79の他端開口を閉塞することができ、吸引路72の圧力が正圧であれば、その圧力で上記弁体81が回動して大気連通路79の他端開口を開放することができる。
図5と図6はこの発明の他の実施の形態を示す圧力調整機構の変形例である。この実施の形態の圧力調整機構は、実装ツール49のツール本体71に形成された大気連通路79に移動可能に挿通された軸体91を有する。この軸体91は、大気連通路79の内径寸法とほぼ同径の外径寸法で、長さ寸法は大気連通路79よりもわずかに長く形成されている。
上記軸体91の吸引路72側に位置する一端には外形寸法が上記大気連通路79の内径寸法よりも大径に形成された第1の弁体92が設けられ、他端には同じく大気連通路79の内径寸法よりも大径に形成された第2の弁体93が設けられている。
上記軸体91の外周面には軸方向全長にわたる連通溝94が形成されていて、上記第1の弁体92には上記連通溝94に連通する切り欠き部95が形成されている。したがって、上記連通溝94は上記切り欠き部95を介して吸引路72に連通している。
上記軸体91の第1の弁体92が設けられた一端部にはばね96が装着されている。このばね96は上記軸体91を、上記第2の弁体93が上記大気連通路79の他端を閉塞する方向に弾性的に付勢している。
このような構成の圧力調整機構によれば、吸引路72が負圧のときには、ばね96によって軸体91が図5に矢印で示す方向に付勢されている。それによって、軸体91の他端に設けられた第2の弁体93が大気連通路79の他端開口を閉塞している。
つまり、半導体チップ6を基板22に実装するため、吸引路72を第1の吸引ポンプ75によって減圧するときには吸引路72に連通した大気連通路79が閉塞されているから、ツール本体71の下端面に上記半導体チップ6を確実に吸着保持することができる。
半導体チップ6を実装後、三方切り換え弁74を切り換えて吸引路72に加圧ポンプ77を連通させ、吸引路72を負圧から正圧に切り換えると、その圧力が第1の弁体92に形成された切り欠き部95と軸体91に形成された連通溝94を通じて大気連通路79の他端開口を閉塞した第2の弁体93の内面に作用する。それによって、軸体91はばね96の付勢力に抗して大気連通路79を移動し、第2の弁体93によって閉塞されていた大気連通路79の他端開口を開放する。
したがって、半導体チップ6の持ち帰りを防止するために、半導体チップ6を基板2に実装した後、吸引路72を負圧から正圧に切り換えても、その圧力が大気連通路79を通じて大気に逃がされ、半導体チップ6に作用することがほとんどない。そのため、基板22に実装された半導体チップ6の位置ずれを防止することができる。
なお、この実施の形態において、軸体91にばね96を装着したが、ばね96を設けなくともよい。その場合、吸引路72を負圧にすると、その圧力である、吸引力が第1の弁体92の切り欠き部95と軸体91の連通溝94を通じて第2の弁体93の内面に作用して軸体91を吸引路72側に移動させるから、大気連通路79を閉塞することができる。
図7はこの発明のさらに他の実施の形態の圧力調整機構を示す。この実施の形態の圧力調整機構は、大気連通路79に一端部が移動可能に挿通された軸体101を有する。この軸体101の中途部には弁体102が設けられている。この弁体102の外形寸法は上記大気連通路79よりも大径に形成されている。
上記軸体101の上記大気連通路79内に挿通された一端部の外周面には軸方向に沿って連通溝103が形成されている。上記軸体101の大気連通路79から突出した他端部はツール本体71の先端部71aの一側面に設けられた鞍形状の保持部材104に移動可能に保持されている。
上記軸体101の他端部の上記弁体102と上記保持部材104との間にはばね105が装着されている。このばね105は上記軸体101が大気連通路79に入り込む方向に付勢している。それによって、大気連通路79の上記先端部71aの側面の開口は上記弁体102によって閉塞される。
上記吸引路72に加圧ポンプ77によって加圧空気が供給されると、その圧力が連通溝103を介して弁体102の内面に作用する。弁体102に正圧が加わると、軸体101はばね105の付勢力に抗して移動し、それまで弁体102によって閉塞されていた大気連通路79が開放される。
したがって、半導体チップ6を基板22に実装した後、吸引路72の圧力を負圧から正圧に切り換えて実装ツール49による半導体チップ6の持ち帰りを防止しても、その際の圧力が半導体チップ6に作用するのを抑制できるから、基板22に実装された半導体チップ6に位置ずれが生じるのを防止することができる。
なお、この実施の形態においても、軸体101を付勢するばね105を設けなくとも、吸引路72の圧力変化に応じて弁体102によって大気連通路79を開閉することが可能である。
この発明は上記各実施の形態に限定されず、たとえば基板に実装される電子部品は半導体チップに限定されず、コンデンサなどのチップ部品などであっても差し支えなく、要は実装ツールによって吸着されて基板に実装される電子部品であればよい。
また、電子部品を基板に実装後、この基板をリフロー炉で処理する場合について説明したが、基板に対する電子部品の実装を、仮圧着と本圧着とに分けて行う場合、仮圧着を行う実装装置に上記各実施の形態に示された圧力調整機構を有する実装ツールを適用すれば、電子部品の実装の位置ずれを招くことなく、実装ツールによる電子部品の持ち帰りを防止することができる。
この発明の一実施の形態を示す実装装置の概略的構成図。 実装時に基板と半導体チップとを撮像するカメラの断面図。 実装ツールに接続された第1の吸引ポンプと加圧ポンプを示す説明図。 実装ツールの大気連通路を開閉する圧力調整機構が設けられた部分を拡大して示す断面図。 この発明の他の実施の形態の示す実装ツールの大気連通路を開閉する圧力調整機構が設けられた部分を拡大した断面図。 図5の大気連通路に設けられた軸体の斜視図。 この発明のさらに他の実施の形態を示す実装ツールの圧力調整機構が設けられた部分を拡大した断面図。
符号の説明
6…半導体チップ(電子部品)、22…基板、49…実装ツール、72…吸引路、79…大気連通路、81,102…弁体(圧力調整機構)、83,96,105…ばね(圧力調整機構)、91,101…軸体(圧力調整機構)、92…第1の弁体(圧力調整機構)、93…第2の弁体(圧力調整機構)。

Claims (1)

  1. 実装ツールによって吸着保持された電子部品を基板に実装する実装装置であって、
    上記実装ツールはツール本体を有し、このツール本体には、
    先端面に開口して形成された吸引路と、
    上記ツール本体の先端面に上記電子部品を吸着保持するために上記吸引路を負圧にする減圧手段及び上記ツール本体の先端面から上記電子部品を離脱させるために上記吸引路を正圧にする加圧手段と、
    上記吸引路の中途部に一端を連通させ他端を大気に開放して形成された大気連通路と、
    この大気連通路の他端に設けられ上記吸引路内を負圧にしたときには上記大気連通路を閉塞して上記先端面に上記電子部品を吸着保持させ、上記吸引路内を正圧にしたときには上記大気連通路を大気に連通させて上記吸引路内の圧力上昇を抑制する圧力調整機構を具備し、
    上記圧力調整機構は、上記大気連通路に移動可能に設けられ外周面に軸方向全長にわたって連通溝が形成された軸体と、この軸体の上記吸引路側に位置する一端に設けられ上記連通溝に連通する切り欠き部が形成された第1の弁体と、上記軸体の上記実装ツールの外周面側に位置する他端に設けられ上記吸引路内の圧力に応じて上記軸体とともに移動して上記大気連通路の他端開口を開閉する第2の弁体とによって構成されていることを特徴とする電子部品の実装装置。
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