JP4564457B2 - 付着式ピンセット用移載システム - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子等の微細部品を付着して保持、離脱することのできる付着式ピンセットを搭載する付着式ピンセット用移載システムに関する。

本発明者らは、電気、電子機器を製造する際に、半導体素子等の微細部品に対して特性や品質に影響を及ぼすことなく保持、離脱することが可能な付着式ピンセットを提供した（特許文献１参照）。そして、半導体チップ等の微細部品を移載する様々な移載装置も提供されてはいるが、上記の付着式ピンセットに好適な移載装置は提案されていない。
特開２００５−１８６２６４号公報

そこで、本発明が解決しようとする課題は、上記した付着式ピンセットに対して好適で新規な付着式ピンセット用移載システムを提供することにある。

本発明に係る付着式ピンセット用移載システムは、微細部品を付着するための粘着材、この粘着材を先端に導く導出パイプ、この導出パイプ先端に粘着材を送り出す手段、導出パイプ先端より突出及び後退して、付着した微細部品を離脱する手段からなる付着式ピンセットを搭載するキャリアと、このキャリアを水平方向に走行案内する走行レールと、キャリアを上下方向に昇降案内する昇降レールと、キャリアを走行レール及び昇降レールに沿って駆動する手段と、離脱手段をスライド駆動する手段とを備えている。

好ましくは、送出し手段を駆動する送出し駆動手段を備えていることを特徴とする。

更に好ましくは、導出パイプ先端の粘着材の突出量を検出する検出手段を備え、この検出手段の検出結果に応じて送出し駆動手段の駆動を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

更に好ましくは、送出し手段が、粘着材を導出パイプ先端から押し出す押圧部材を備えており、検出手段が所定の粘着材突出量を検出した際、制御手段が押圧部材を粘着材から離間するよう送出し駆動手段を制御することを特徴とする。

好ましくは、付着式ピンセット内の粘着材の残量を検出する手段を備えている。

導出パイプ先端の粘着材をカットして新たな粘着面を露出する手段を備えることもできる。

本発明に係る付着式ピンセット用移載システムは、微細部品を磁力で付着して保持するパイプ、このパイプ先端より突出及び後退して、付着した微細部品を離脱する手段からなる付着式ピンセットを搭載するキャリアと、このキャリアを水平方向に走行案内する走行レールと、キャリアを上下方向に昇降案内する昇降レールと、キャリアを走行及び昇降レールに沿って駆動する手段と、離脱手段をスライド駆動する手段とを備えている。

本発明に係る付着式ピンセット用移載システムは、上記のように構成されているので、付着式ピンセットをキャリアと共にＸＹＺ方向に走行、昇降し、この付着式ピンセットで微細部品を把持、移送して、さらにスライド駆動手段で離脱手段をスライドすることによって、所定の場所で微細部品を正確に把持及び離脱することができる。この移載システムにより、付着式ピンセットを用いて正確且つ迅速に微細部品をピックアップし移載することができるので、搬送効率をより一層向上させ得る。

以下、添付図面に基づいて、本発明に係る付着式ピンセット用移載システムについて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る付着式ピンセット用移載システムを示す概略斜視図である。図２は、付着式ピンセット用移載システムを示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。図１及び図２の如く、本発明の付着式ピンセット用移載システムは、Ｘ方向（水平方向）に延設されたＸ走行レール２と、Ｙ方向（水平方向）に延設されたＹ走行レール３と、Ｚ方向（上下方向）に延設されたＺ走行レール（昇降レール）４とを備えている。そして、Ｘ走行レール２はＸ走行スライダ２１を、Ｙ走行レール３はＹ走行スライダ３１を、Ｚ走行レール４はＺ走行スライダ４１を、各走行レール２，３，４（ＸＹＺ方向）に沿って摺動、移動可能に備えている。

この移載システムは、ボールネジ方式の移載装置である。即ち、各走行レール２，３，４は、レール方向に延びる不図示のボールネジを回転可能に軸支している。各スライダ２１，３１，４１は、各走行レール２，３，４に沿って移動可能に嵌合されており、前記のボールネジに螺着されるナット（不図示）が設けられている。そして、各走行レール２，３，４に接続された駆動用パルスモータ２０，３０，４０が、それぞれのボールネジを正逆回転駆動することにより、各スライダ２１，３１，４１をレール方向（矢印ＸＹＺ方向）に沿って前進及び後退するように構成されている。尚、リニアモータ方式等の移載装置であってもよい。

そして、付着式ピンセット１を搭載するキャリア５が、Ｚ走行スライダ４１を介してＺ方向に移動可能に構成されている。付着式ピンセット１は、軸方向がＺ方向になるようキャリア５に搭載されている。キャリア５は、回転用パルスモータ５２を備えている。この回転用パルスモータ５２は、付着式ピンセット１に接続されている。そして、回転用パルスモータ５２の駆動によって、付着式ピンセット１を、軸方向（Ｚ方向）を中心として任意の角度θだけ回転することができる。

各駆動用パルスモータ２０，３０，４０はコントロール部６に接続されている。このコントロール部６に記憶された制御プログラムによって、各パルスモータ２０，３０，４０の回転駆動を制御し、各スライダ２１，３１，４１を所定位置へ前後方向に移動することができる。Ｘ走行レール２がＹ走行スライダ３１を介してＹ方向に移動可能に、Ｚ走行レール４がＸ走行スライダ２１を介してＸ方向に移動可能になっている。これにより、付着式ピンセット１は、コントロール部６によって、ＸＹＺ方向の所定位置へ移動可能に構成されている。

又、回転用パルスモータ５２もコントロール部６に接続されている。そして、前記と同様に、コントロール部６の制御プログラムによって回転用パルスモータ５２をコントロールして、付着式ピンセット１が把持した被保持物Ｗを所定の角度θだけ回転する。キャリア５は、イメージセンサ（例えばＣＣＤカメラ）５４を備えている。イメージセンサ５４はコントロール部６に接続されている。イメージセンサ５４によって、付着式ピンセット１が把持した被保持物Ｗの角度（方向）を認識し、この認識した角度に応じてコントロール部６が回転用パルスモータ５２を制御して、被保持物Ｗを所定の角度θだけ回転するようなってる。

更に、移載システムは、コントロール部６に接続された画像処理部６０を備えている。画像処理部６０は、イメージセンサ５４が取得した画像を撮像する。そして、使用者は、画像処理部６０に撮像された被保持物Ｗのイメージに基づいて、コントロール部６を操作して、各駆動パルスモータ２０，３０，４０や回転用パルスモータ５２を駆動し、被保持物Ｗを任意の場所や角度に配置、整列することもできる。又画像処理部６０が取得した被保持物Ｗの撮像データを基に、コントロール部６が被保持物Ｗが所定基準に適合しない不合格品か否かを判別し、不合格品の被保持物Ｗを廃棄場所へ移動するようにしてもよい。

図３は、付着式ピンセットを搭載したキャリアの要部を示しており、（ａ）は一部断面図、（ｂ）は（ａ）の一部拡大図である。図４は、分解した状態の付着式ピンセットを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。図５は、微小部品を付着、離脱する状態を説明するための付着式ピンセットを示す一部拡大断面図である。

図３の如く、キャリア５は、付着式ピンセット１を着脱可能に搭載できるよう構成されており、送出し駆動手段５０及びスライド駆動手段５１を備えている。送出し駆動手段５０及びスライド駆動手段５１は、コントロール部６が接続されており、このコントロール部６によって駆動が制御されるようになっている。後述で詳細説明するように、送出し駆動手段５０は、付着式ピンセット１の粘着材１５を送り出す手段１２０を駆動するために備えられ、スライド駆動手段５１は、付着式ピンセット１のスライドパイプ１４を駆動するために備えられている。

送出し駆動手段５０は、パルスモータ５００、このパルスモータ５００によって正逆回転する回転部５０１、この回転部５０１と共に回転する回転伝達部５０２、この回転伝達部５０２の頭部に設けられた頭部ナット５０２ａ、回転伝達部５０２を下方へ付勢する圧縮バネ５０４、を備えている。パルスモータ５００は、コントロール部６に接続されており、コントロール部６の制御信号に応じて、回転部５０１を正逆回転するようになっている。

図３（ｂ）の如く、回転部５０１は、同心の長さ方向に沿って空間部５０１ａが設けられている。頭部ナット５０２ａは、回転伝達部５０２の上端部に設けられ、断面六角形状をなしている。空間部５０１ａの断面形状は、頭部ナット５０２ａの断面と略同じ形状の六角形をなしている。これにより、回転部５０１の正逆回転に連動して、空間部５０１ａに嵌合された頭部ナット５０３と共に回転伝達部５０２を正逆回転できるように構成されている。

実施例の付着式ピンセット１は、ペンシル状に構成されており、下方側の第一本体部１０と上方側の第二本体部１１とを分割、連結可能になっている。付着式ピンセット１は、内部に、微細部品（被付着物）を付着するための粘着材１５、この粘着材１５を下方へ導く導出パイプ１３、この導出パイプ１３の先端に粘着材１５を押し出すように送り出すプランジャ（押圧部材）１２０を備えている。

図３（ａ）のように、付着式ピンセット１は、内部にカートリッジタンク１２１を有している。そして、図３（ｂ）の如く、粘着材１５は、カートリッジタンク１２１に形成された収納部１２１ａ内に収納されている。この収納部１２１ａは、導出パイプ１３に接続されている。収納部１２１ａは、その内周面に螺旋溝１２１ｂが設けられている。プランジャ１２０は、その外周面に螺旋溝１２０ｂが形成された円筒状になっている。プランジャ１２０とカートリッジタンク１２１は、各螺旋溝１２０ｂ，１２１ｂを介して螺合されており、プランジャ１２０は、正逆回転によってカートリッジタンク１２１に対して上下移動する。

回転伝達部５０２は、断面六角形状に構成されている。プランジャ１２０は、上端に頭部１２０ａを有している。この頭部１２０ａは、回転伝達部５０２断面と略同じ断面六角形状の凹部を備えており、この凹部に回転伝達部５０２を嵌め込むことにより、回転伝達部５０２の回転に応じてプランジャ１２０が回転するようになっている。そして、圧縮バネ５０４が、回転伝達部５０２を下方へ付勢することにより、プランジャ１２０が上下移動しても、プランジャ頭部１２０ａと回転伝達部５０２とが常時、嵌合するように構成されている。又、プランジャ頭部１２０ａと回転伝達部５０２とは、連結されずに単に嵌め込まれているだけなので、後述するように、カートリッジ１２を交換する際に、簡単にプランジャ１２０と回転伝達部５０２とを分離することができる。

５３は付着ピンセット１内にある粘着材１５の残量を検出するための検出センサである。この検出センサ５３はフォトセンサからなっている。検出センサ５３は、第二本体部１１に設けられた窓部１１ａを介してプランジャ頭部１０２ａの位置を検出することにより、粘着材１５の残量を把握できるようになっている。そして、この検出センサ５３によって、粘着材１５の残量が少なくなったことを検知した際に、報知手段（例えばブザーやランプ等）が作動して使用者に知らせるようになっている。

スライド駆動手段５１は、圧電アクチュエータ５１０、この圧電アクチュエータ５１０とスライドパイプ１４とを連結するための連結部５１１、この連結部５１１を上方へ付勢するための圧縮バネ５１２、を備えている。尚、５１０はソレノイドアクチュエータ等でもよい。後述するように、スライドパイプ１４は、導出パイプ１３の軸方向にスライド可能に嵌め込まれており、第一本体部１０に設けられたキー部材１４１の動作によって、上下移動するようになっている。

圧電アクチュエータ５１０は、コントロール部６に接続されており、コントロール部６によって駆動制御される。連結部５１１は、圧電アクチュエータ５１０の駆動によって動作し、付着式ピンセット１のキー部材１４１に接続されている。導出パイプ１３先端に付着した微細部品を離脱する際、圧電アクチュエータ５１０が連結部５１１を下方へ駆動することにより、スライドパイプ１４を下方移動する。そして、圧縮バネ５１２の弾発力によって、連結部５１１を介してスライドパイプ１４を上方移動して元の位置に戻るようになっている。

図４に示すように、付着式ピンセット１は、内部にカートリッジ１２を備えており、第一本体部１０と第二本体部１１とを分割することにより、カートリッジ１２を交換可能になっている。第一本体部１０の上方側には雄ネジ部１０ａが、第二本体部１１の下方側には雌ネジ部１１ａが設けられており、各ネジ部１０ａ，１１ａを介して、第一及び第二本体部１０，１１を分離、一体することができる。カートリッジ１２は、カートリッジタンク１２１を備えており、このカートリッジタンク１２１の下方側に導出パイプ１３が、上方側にプランジャ１２０が設けられている。カートリッジタンク１２１の中心には、粘着材１５及びプランジャ１２０を収容するための収容部１２１ａが形成されており、この収容部１２１ａの下方側に粘着材１５が充填され、上方側にプランジャ１２０が挿入されている。

粘着材１５は、半導体素子等の微細部品（被保持物）を粘着保持すると共に、導出パイプ１３の先端から一定量突き出すことができる程度の流動性を有していればよく、本実施例ではペースト状のポリ酢酸ビニル樹脂に、溶剤としてアルコールを用いて構成されている。導出パイプ１３は、カートリッジタンク１２の収容部１２１ａに通じている。従って、プランジャ１２０を下方側へ移動することによって、粘着材１５が押圧されて導出パイプ１３内を通じ導出パイプ１３の先端部から突き出される。そして、粘着材１５を使い切った際には、第一及び第二本体部１０，１１を分解してカートリッジ１２ごと交換する。

第一本体部１０は、内部に上下方向に移動可能なスライド部材１４０を備えている。スライド部材１４０は、第一本体部１０の下方へ突出するスライドパイプ１４が固着されている。そして、スライド部材１４０に連結されたキー部材１４１を、第一本体部１０に形成されたガイド溝１０に沿って上下方向に移動することにより、スライドパイプ１４がスライドするようになっている。付着式ピンセット１を組み立てる際、カードリッジ１２の導出パイプ１３を、スライドパイプ１４に挿入するように配置する。カードリッジ１２は、突出する回転防止ピン１２１ｃを有しており、第一本体１０に設けた溝に、この回転防止ピン１２１ｃを配して、プランジャ１２０を回転する際に、カートリッジ１２が供回りしないようになっている。

図５に示すように、第１本体部１０内には、スライド部材１４０が挿入して配置されている。スライド部材１４０は、先端にスライドパイプ１４が取り付けられている。第１本体部１０には、ガイド溝１０ｂが設けられており、このガイド溝１０ｂに沿ってキー部材１４１がスライドする。キー部材１４１に設けられた凹部１４１ａとスライド部材１４０に設けられた凸部１４０ａとが嵌合しているので、キー部材１４１のスライドに追随して、スライド部材１４０及びスライドパイプ１４が前進及び後退する。

図５（ａ）の如く、粘着材１５を、導出パイプ１３の先端から若干突き出した状態にし、この突き出た粘着材１５で、被保持物Ｗを付着して保持する。そして、図５（ｂ）の如く、スライド駆動手段５１の連結部５１１を介して、キー部材１４１を下方へスライドさせることにより、スライドパイプ１４を、導出パイプ１３の先端より突出させる。これにより、被保持物Ｗは、スライドパイプ１４に突き押されて先端の粘着材１５から離脱する。離脱後、スライド駆動手段５１の圧縮バネ５１２によって、連結部５１１を介してキー部材１４１及びスライドパイプ１４が元の位置へ戻る。

次に、粘着力が低下した際に、付着式ピンセット１先端の粘着材１５をカットするためのカッター７（図２（ａ）参照）について説明する。図６は、カッターを説明するための図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。

図６（ａ）の如く、カッター７は、ケース本体７１を備えており、このケース本体７１の上部に、付着式ピンセット１の先端を挿入可能な挿入孔７１ａが設けられている。ケース本体７１の内部には、巻取り軸７４及び供給軸７５が設けられており、供給軸７５に保持された粘着式のテープ７２が、巻取り軸７４によって巻取り可能なように架け渡されている。そして、テープ７２は、巻取り軸７４及び供給軸７５の中間に配されたガイド体７３の上面に支持されている。ガイド体７３は、挿入孔７１ａの略直下に配置されている。テープ７２は、粘着面が上方、即ち挿入孔７１ａに向くように配されている。

図６（ｂ）及び（ｃ）に示すように、カッター７の巻取り軸７４は、ラチェットギア７６が取り付けられている。カッター７はレバー７６を備えており、レバー７６には、ラチェットギア７６と噛み合うラチェット爪７７が設けられている。ラチェット爪７７は、コイルバネ７７ａによって、ラチェットギア７６に押し付けられている。レバー７６は、引張バネ７８によって図６（ａ）の時計方向へ引き寄せれらている。そして、レバー７６を反時計方向へ回転させることにより、ラチェット爪７７及びラチェットギア７６を介して巻取り軸７４を回転できるようになっている。

付着式ピンセット１の粘着材１５の付着力（粘着力）が低下した際、キャリア５を介して付着式ピンセット１をカッター７へ移動させる。そして、付着式ピンセット１の先端を挿入孔７１ａの略直上へ移動、配置することにより、キャリア５がレバー７６を押して反時計方向へ回転するようになっている。これにより、巻取り軸７４が反時計回転して、テープ７２が巻き取られ、テープ７２の新たな粘着面がガイド体７３に配置される。その後、付着ピンセット１の先端を、カッター７の挿入孔７１ａに挿入するように下降する。これにより、付着式ピンセット１の導出パイプ１３の先端から突き出た粘着材１５が、ガイド体７３の上面に載置されたテープ７２の粘着面に突き当てられ、粘着材１５をテープ７２の粘着面に付着させる。

その状態で、付着式ピンセット１を上方へ移動させて、カッター７から離すことにより、導出パイプ１３の先端から突き出た粘着材１５を切断する。その後、送出し駆動手段５０によってプランジャ１２０を正回転させて、粘着力の高い新たな粘着面を有する粘着材１５を、導出パイプ１３の先端から突き出す。この突き出た粘着材１５は、検出センサ７９によって位置検出される。検出センサ７９は、コントロール部６に接続されている。そして、検出センサ７９によって、粘着材１５が所定量だけ突き出されたことを検出した際、送出し駆動手段５０が、プランジャ１２０を若干、逆回転する。

これは、粘着材１５の粘性度が比較的高い場合、プランジャ１２０の回転を止めても、粘着材１５自身の弾性力によって導出パイプ１３から突き出てしまうので、プランジャ１２０を逆回転することにより、粘着材１５とプランジャ１２０との間に空間を設け、粘着材１５を上方へ移動させて、導出パイプ１３から余分な粘着材１５が突き出ないようにするためである。これにより、所定量の粘着材１５を、正確に導出パイプ１３から突き出るようにすることができる。そして、キャリア５をレバー７６から離間させることにより、引張バネ７８でレバー７６が反時計方向に回転して元の状態に戻る。

図７は、移載システムに搭載された付着式ピンセットの変形例を説明するための側面図である。被保持物Ｗの上方に障害物Ｂがある場合、上記で説明した実施例では、障害物Ｂが付着式ピンセット１’の移動を妨害して被保持物Ｗを把持することはできない。そこで、本例の付着式ピンセット１’は、下記のように構成されている。図７の如く、この例の付着式ピンセット１’は、軸方向が水平になるようキャリア５に搭載されている。そして、導出パイプ１３’は、先端側が下方に直角方向に緩やかに曲がっている。これにより、下面Ｌと障害物Ｂとの間に、付着式ピンセット１’や導出パイプ１３’を配置して、導出パイプ１３先端の粘着材１５で被保持物Ｗを保持することができる。

導出パイプ１３’の外周には、スプリング１４’が嵌め込まれている。スプリング１４’は、前記のスライドパイプ１４に代わるものである。スプリング１４’を導出パイプ１３’に沿って前進又は後退するようにスライドさせて、導出パイプ１３’先端に保持された被保持物Ｗを離脱することができる。スプリング１４’は軸方向に対して柔軟性を有し、導出パイプ１３の屈曲に追随してスライド移動可能なものである。尚、１４’は柔軟性のあるゴム製のスライドパイプでもよい。

上記実施例の付着式ピンセット１は、粘着材１５が微細部品Ｗを付着する手段であるが、被付着物（微細部品）Ｗが鉄製等である場合、パイプ１３を磁石とするマグネット吸着方式にすることができる。このとき、粘着材１５を送り出すことはないので、本発明の付着式ピンセット用移載システムに送出し駆動手段５０が備えられていない。又、導出パイプ１３は円筒形に限らない。上記のカッター７は、キャリア５によって巻取り軸７４を回転してテープ７２を送るラチェット方式であるが、巻取り軸７４をパルスモータで回転して、このパルスモータをコントロール部６で制御するようにすることもできる。

スライドパイプ１４は、導出パイプ１３と略同心の円筒形であるが、要は導出パイプ１３に付着した微細部品Ｗを離脱することができればよく、一対の爪等で離脱するようにしてもよい。又、回転用パルスモータ５２は、Ｚ方向を中心として付着式ピンセット１を回転させるものであるが、これに加えて又は単独に、Ｚ方向に直交する方向を中心として、ピンセット１を回転するモータを備えることもできる。

本発明に係る付着式ピンセット用移載システムの要部を示す概略斜視図。 付着式ピンセット用移載システムを示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図。 付着式ピンセットを搭載したキャリアの要部を示しており、（ａ）は一部断面図、（ｂ）は（ａ）の一部拡大図。 分解した状態の付着式ピンセットを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図。 微小部品を付着、離脱する状態を説明するための付着式ピンセットを示す一部拡大断面図。 カッターを説明するための図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図。 移載システムに搭載された変形例の付着式ピンセットを説明するための側面図。

符号の説明

１ 付着式ピンセット
２ Ｘ走行レール
３ Ｙ走行レール
４ Ｚ走行レール（昇降レール）
５ キャリア
６ コントロール部
７ カッター
１３ 導出パイプ
１４ スライドパイプ（離脱手段）
１５ 粘着材
２０，３０，４０ 駆動用パルスモータ
２１，３１，４１ ＸＹＺ走行スライダ
５０ 送出し駆動手段
５１ スライド駆動手段
５２ 回転用パルスモータ
５３ フォトセンサ（粘着材残量検出手段）
５４ イメージセンサ
６０ 画像処理部
７９ 検出センサ（粘着材突出量検出手段）
１２０ プランジャ（送り出し手段）
１２１ カートリッジタンク
Ｗ 微細部品

Claims (4)

1. 微細部品を付着するための粘着材、この粘着材を先端に導くための導出パイプ、この導出パイプ先端に前記粘着材を送り出す手段、前記導出パイプ先端より突出及び後退して、付着した微細部品を離脱する手段からなる付着式ピンセットを搭載するキャリアと、このキャリアを水平方向に走行案内する走行レールと、前記キャリアを上下方向に昇降案内する昇降レールと、前記キャリアを前記走行及び昇降レールに沿って駆動する手段と、前記離脱手段をスライド駆動する手段と、前記送出し手段を駆動するための送出し駆動手段と、前記導出パイプ先端からの粘着材の突出量を検出する検出手段とを備え、さらに、この検出手段の検出結果に応じて前記送出し駆動手段の駆動を制御する制御手段を備えたことを特徴とする付着式ピンセット用移載システム。
2. 前記送出し手段が、前記粘着材を前記導出パイプ先端から押し出す押圧部材を備えており、前記検出手段が所定の粘着材突出量を検出した際、前記制御手段が前記押圧部材を前記粘着材から離間するように前記送出し駆動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の付着式ピンセット用移載システム。
3. 前記付着式ピンセット内の粘着材の残量を検出する手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の付着式ピンセット用移載システム。
4. 前記導出パイプ先端の粘着材をカットして新たな粘着面を露出する手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の付着式ピンセット用移載システム。

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