JP5060273B2

JP5060273B2 - 電子部品剥離装置

Info

Publication number: JP5060273B2
Application number: JP2007333194A
Authority: JP
Inventors: 亨川崎; 敏文坂井; 憲宏淡路屋; 将弘山本
Original assignee: アルファーデザイン株式会社
Priority date: 2007-12-25
Filing date: 2007-12-25
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2027-12-25
Also published as: JP2009158613A

Description

本発明は、粘着シートに貼着されてウエハから切り出された電子部品を吸着してピックアップするピックアップツールに関するもので、ボンディング装置等の電子部品剥離機構に使用される装置に関するものである。

ウエハとは、半導体素子製造の材料で、シリコン等の半導体の素材の結晶を円柱状に成長させたインゴッドを薄くスライスした円盤状の板である。板の厚さは0.03ｍｍ〜1ｍｍ程度である。

この板は表面が現像・エッチングされ、レジスト除去された状態で粘着シートに貼着されて細かくダイジングされた状態で電子部品 (以下チップと称す)が提供されている。

チップは一辺が1ｍｍ〜30mm角程度の正方形でノズル等で吸着して搬送され基板等に実装される。このようにピックアップ等で吸着して搬送する方法としては、特開2002-252251が考えられている。

特開2002-252251の搬送方法は図8の(1)に示すように、回転するノズル90によってチップ91をチップトレイ92から吸着し実装用ヘッド部93に搬送し基板94に実装するようになっている。

また、図8の(2)のように、上下するノズル95でチップ91をチップトレイ９２から吸着し、実装用ヘッド部96に搬送し、基板94に実装するようになっている。
特開2002-252251

上述した従来例ではチップトレイ92からチップ91を吸着しているが、本発明では粘着シートに貼着された状態でチップが供給されるため、粘着シートに貼着されたチップを剥離して実装用ヘッドに搬送するようにしなければならない。

粘着シートに貼着されたチップを剥離する際の従来の方法を詳細に図6と図7を用いて説明する。図6は側面図であり、図7は3次元図で表したものである。図6の(1)と図7の(1)とは同じ状態にあり、同様に図6の(2)と図7の(2)並びに図6の(3)と図7の(3)も同じ状態を表現したものである。

最初に図６の(1)、図7の(1)のように、所定のチップ11の真下の粘着シート12部に下冶具22が当接し、ほぼ同時に吸着ノズル20が伸縮シャフト211を伸長することによってチップ11の上面に適度な押圧力で当接する。

この状態で、吸着穴２５からエアを吸引してチップ11を吸着保持しながら吸着ノズル20を上昇させると、粘着シート12とチップ11の貼着力が強い場合は、厚さ0.03ｍｍ〜1ｍｍ程度しかないシリコン製のチップ11に強い引っ張り荷重が発生し、最悪の場合、破損してしまうことがある。
また、粘着シート12はある程度伸縮自在の材料で作成されており、吸着されたチップ11が上昇しても短い距離の上昇では分離しない場合もある。

そこで、図6の(2)及び図7の(2)のように下冶具穴26から４本の外周突き上げピン23と１本の中央突き上げピン24を、吸着ノズル20の上昇と連動させながら同一高さで突き上げることによって、チップ11と粘着シート12のチップ外周の剥離を促進する。

次に図6の(3)及び図7の(3)のように中央突き上げピン２４のみを更に吸着ノズル20の上昇と連動させて突き上げることによって、チップ11と粘着シート12を完全に剥離するようにして両者を分離するようにしている。

しかし、突き上げピン23,24は針のように細く作られているものであり、突き上げピン23,24によってチップ11を破損してしまうことがあった。
また、外周突き上げピン23と中央突き上げピン24を吸着ノズル20と連動させて動作させるためには複雑な機構と制御が必要とされ、作業全体の高速化を困難にしていた。

そこで粘着シートに貼着された複数の前記電子部品を吸着する吸着する吸着ヘッドと、前記吸着ヘッドを、電子部品を吸着する位置に移動させる吸着移動部と、前記吸着ヘッドを、電子部品を吸着する位置に圧接する吸着ヘッド伸縮手段とからなる吸着ヘッド部と、前記吸着ヘッド部を前記吸着移動部に回転自在に軸着されると共に前記吸着ヘッド部を伸縮自在に装着した吸着ヘッド本体と、前記吸着ヘッド部の剥離動作を制御する吸着移動制御部とからなる電子部品剥離装置であって、前記吸着移動制御部は、前記吸着ヘッドによって前記電子部品を吸着させ、前記吸着ヘッド部の吸着ヘッド伸縮手段をフリーにすると共に、前記吸着ヘッド本体の回転をフリーにして前記吸着移動部を移動し、前記吸着ヘッドを傾けるようにして吸着された前記電子部品を前記粘着シートからめくるように剥離した後、前記吸着ヘッド部と前記吸着ヘッド本体と前記吸着移動部を駆動させて所定の位置に前記電子部品を移動するように前記吸着移動制御部が制御するようにしたことを特徴とする電子部品剥離装置を提供するものである。

そして、前記粘着シートの下から前記電子部品を突き上げる前記吸着移動部の移動方向とは反対側の端部に設けられた突き上げピンを備え、前記電子部品を傾けて剥離する際に、最初に持ち上げられる側を、前記突き上げピンで突き上げるように連動させることで、前記電子部品の初期剥離を確実にするようにしたことを特徴とする電子部品剥離装置を提供すると共に、前記吸着部で吸着した前記電子部品を前記伸縮シャフトと前記吸着移動部と前記吸着回転部を制御することであらかじめ設定された位置に前記電子部品を移動させ、次の工程に受け渡すようにしたことを特徴とする電子部品剥離装置を提供するものである。

本発明は、吸着ノズル20でチップ11を吸着保持した後、伸縮シャフト211を伸長させながらチップ11にできるだけ荷重がかからないように回転させ、一方向からめくるようにチップ11を粘着シート12から剥離するようにしたことで、突き上げピン23,24がなくてもチップ11と粘着シート12を分離することができるようにした。

本発明によれば、突き上げピン23,24の突き上げがないので、剥離工程を高速化させると共に、剥離装置を安価にすることができた。

また、針のような突き上げピン23,24で、チップ11を突き上げることがないので、突き上げピン23,24によるチップの破損を防止することができる。

チップ11の剥離は一方向からめくりあげるように作用するので、チップ11に負担がかかることも少なく、チップ11を破損させる事無く、高速で確実な剥離作業が可能になった。

また、粘着力が強くて、チップ11をめくりあげる際に、チップ11と、粘着シート12がうまく分離しない場合は、チップの片側(最初にめくりあげられる側)のみ片側突き上げピン29で突き上げるようにして、吸着ヘッド20の傾きと連動させることによって初期剥離を確実にするようにすることもできる。

そして、吸着ヘッド20で吸着したチップ11は、チップ11を剥離するために移動した吸着移動部30と吸着ヘッド本体31をそのまま移動して回転することで、次工程へのチップ受け渡し位置11pに搬送することができるようにしたものである。これらの構成によってチップ11の搬送が更に効率的に行えるようにすることができるものである。

本発明は、チップ11をめくるように回転させて、粘着シート１２から剥離するようにしたことで、薄く製作されたチップ11が突き上げピン23,24によって破損することを防止すると共にめくり上げるために移動した、吸着移動部30と、吸着するために回転した吸着ヘッド本体31の移動をそのまま継続させることによって、次工程の受け渡し部に搬送するように制御するようにしたもので効率化を図るようにしたものである。

図1は本発明のチップ剥離装置の側面図である。(1)はチップ11に吸着ヘッド20が吸着した状態、(2)がチップ11をめくり上げ剥離させた状態、(3)が次工程へのチップ受け渡し場所11pにチップ11を搬送させた状態を示している。
図2は図1の模式図である。(1)〜(3)の状態は、図1の(1)〜(3)の状態と同様である。(4)は本発明の動作状態を示すフローチャートである。

図3は、本発明のチップ剥離装置の吸着部の詳細な側面図である。(1)はチップ11に吸着ヘッド20が吸着した状態を示している。(2)はチップ11をめくり上げ剥離させた状態を示している。(3)はチップ11をめくるときの、初期剥離を確実にするために片側突き上げピン29を突き上げた状態を示している。
図4は、図3の模式図である。図4の(1)〜(3)の状態は図3の(1)〜(3)の状態と同じ状態を示したものである。
図5は本発明が使用されているフリップチップボンダー装置全体の図である。

図6は従来のチップ剥離装置の側面図である。(1)はチップ11に吸着ヘッド20が吸着した状態を示す。(2)がチップ11を均一に５本の突き上げピン23,24で突き上げ、これと連動させて吸着ヘッド20を上昇させた状態を示す図である。(3)が更に吸着ヘッド20の上昇と連動させて中央突き上げピン24を上昇させ、チップ11を粘着シート１２から完全に剥離した状態を示す図である。
図7は図6の模式図であり、(1)〜(3)は図6の(1)〜(3)の状態と同じ状態を示したものである。

図8は、従来のチップ剥離装置を示したものであり、(1)は回転するノズル90を用いてトレイ92のチップ91を搬送する状態を示したものである。(2)は上下するノズル95を用いてトレイ92のチップ91を搬送する状態を示したものである。

最初に本発明が使用される状態を図5を用いて説明する。図5はフリップチップボンダーの本体1の鳥瞰図である。粘着シート12に貼着されたチップ11はウエハリング10に取り付けられ、外周方向に引かれる事により粘着シート１２が張り広げられた状態で本体１に自動的に供給される。

粘着シート12が張り広げられることによって、図3図4のようにチップ11の間隔hが広げられ、チップ11が剥離時に互いに干渉する事が少なくなると同時に、粘着シート12が引っ張られることにより粘着シート12が伸びて変形し、チップ11と粘着シート12の粘着力が低下してチップ11が剥離しやすくなる。

本体1のウエハリング10の上部に図１のようなチップ剥離装置が組みつけられて稼動する。ウエハリング１０によって広げられた粘着シート12上にはチップ11が貼着されており、吸着ヘッド20によって吸着保持され、図5のチップ受け渡し位置11pにチップ11が搬送される。

搬送されたチップ11はボンディングヘッド6に受け渡され、基板テーブル7上に設置された基板（図示しない）の所定の位置に搬送され接着して実装される。

チップ11はリードフレーム等の配線を介して基板に実装されるが、基板上での実装スペースを小さくして、製品の小型化を図らねばならない。そのためにチップ11を基板に直接半田付けして実装する方法が採用されている。

粘着シート12に貼着されたチップ11は、電極形成面が上に向けられた状態で貼着されている。そこでウエハリング10によって張り広げられた粘着シート12上のチップ11を一旦吸着ヘッド20で吸着保持した後、チップ11の電極形成面が下向きになるようにして、ボンディングヘッド6に受け渡し、ボンディングヘッド6は電極形成面が下向きになるように吸着保持しながら基板テーブル7上の基板のあらかじめ設定された位置にボンディングする。

このことによってチップ11の電極形成面と基板が接続されてチップ11の実装が完了する。また、これらの動作の制御は本体1内に形成された制御部8で制御される。

図５のようにウエハリング10の上部にチップ剥離装置４０が設置されている。図2の(1)のようにウエハリング10がa方向に動き、吸着移動部30がb方向に動き、吸着ヘッド伸縮手段２１によって吸着ヘッド20がc方向に移動する。そして図2の（2）に図示するように吸着ヘッド本体３１がd方向に回転する構成になっている。

上記のような構成を制御部８で制御することによって、吸着ヘッド20はチップ11の直上に移動しチップ11を吸着する。この際チップ剥離装置40全体をa方向に移動できるように構成して、ウエハリング10を固定した状態で、吸着ヘッド20をチップ11の真上に移動するように構成してもよい。

チップ剥離装置40は図１図2に示すように移動モータ36、吸着移動部30、吸着ヘッド本体31、吸着ヘッド伸縮手段21を主要部品として構成されている。

吸着移動部30は、移動ねじ部37とねじ受け部３０１で嵌合されており移動モータ36の駆動により、移動ねじ部37が回転することにより、移動ねじ部37に作られたねじ部に、吸着移動部30のねじ受け部301がボール軸受け機構等の構造によって系合しており、吸着移動部３０がb方向に移動するようになっている。

また、吸着移動部３０内部を、四角に形成された吸着部用ガイド38が貫通しガイド受け部302がガイド38に沿って平行移動するように受けることによって、そして吸着部用のガイド38は移動モータ固定版39に固着されていることによって、吸着移動部30が移動ねじ部37の回転によって回動しないように構成されている。

尚、図示していないが、移動モータ固定板39にb方向の移動と同様に移動ねじ部とガイドを、b方向と直行するように取り付けることによって、a方向の動きをチップ剥離装置40自体で行うことができるように構成することもできる。

吸着移動部30には、回転可能に吸着ヘッド本体３１が軸着されている。吸着ヘッド本体31は、吸着移動部30に設置された回転モータ35とタイミングベルト34によって回転可能に取り付けられている。回転モータ35と移動モータ３６にはエンコーダが内蔵して取り付けられており、エンコーダの発生させるパルスによってモータの回転した数や停止角度が測定される。このようなパルスを制御部8が制御することによって、吸着移動部30の位置や、吸着ヘッド本体31の回転角度が制御され所定の位置や角度にチップ11を搬送することができるように構成されている。

吸着ヘッド本体３１には、吸着ヘッド伸縮手段21が構成されておりシャフト211が制御部８によって伸縮できるようになっている。

シャフト211は、吸着ヘッド本体31に挿入されており、中央部の吸着穴２５からエァを吸引することができるようになっている。更に吸着ヘッド本体に内蔵されたモータ212によって、シャフト211が伸縮可能になっている。

また、図４の(4)に示すように、シャフト２１１には、スプリング２１３によるバッファ機構を備えており、吸着ヘッド20を下降させてチップ11に当接する際に、チップ11を破損しないよう緩衝するよう構成されている。そしてモータ２１２のパルスを制御部８が制御することで所定の位置にシャフト211を伸縮する。この機構は回転モータ35や移動モータ36と同様である。
またモータ２１２の駆動力を無負荷とすることでシャフト211をフリーに伸縮することができるようにすることができる。以上のように構成された吸着ヘッド伸縮手段21のシャフト211の先端に吸着ヘッド20が取り付けられ、吸引口２５１から吸引することでチップ11を吸着できる構成になっている。このような吸着ヘッド伸縮手段21から吸着ヘッド部は構成されている。
また、吸着ヘッド20には、パット201を取り付けることで緩衝として用いることができ、スプリング213を省略することもできる。

このように構成されたチップ剥離装置40の動作について説明する。aの方向に移動して、所定の位置に設置したウエハリング10上の粘着シート12に貼着されたチップ11に対して、下冶具22が粘着シート12の下側から当接し、下冶具22の直上にあるチップ11に吸着ヘッド20が当接するように、吸着移動部３０が移動する。

前記したように、吸着移動部30は移動ねじ部37の回転によってb方向に移動する。この動きは移動モータ36の回転数をモータに内蔵されたロータリーエンコーダのパルスによって制御部8で制御される。

吸着移動部30が所定の位置に停止した後、吸着ヘッド本体31は下向きにシャフト211を伸長させ、吸着ヘッド20をチップ11に当接させて、吸着穴２５からエァを吸引してチップ11を吸着する。この際、下冶具22が下側から押さえかつ吸着ヘッド20は上から軽く押し付けられるようにチップ11に当接して吸着保持を開始する。

その後吸着ヘッド本体31は吸着ヘッド伸縮手段21のモータ212をフリー状態にし、シャフト211が伸長自在となるように制御される。同時に回転モータ35もフリー状態になり、吸着ヘッド本体３１が回動自在になるように制御される。

このことによって吸着ヘッド20はチップ11に吸着して吸着保持しており、他にはなんら力が加わらないようになっている。この状態が図1の(1)及び図3の(1)の状態である。

このような状態のまま吸着移動部30を、b方向に沿って距離fだけ移動モータ36の方向に移動させる。すると、吸着ヘッド本体31は回動し、シャフト211は伸長して、粘着シート12に対して角度θに傾き、同様に吸着ヘッド20とチップ11も傾けられ、チップ11は粘着シート12からめくられるように剥離される。この状態が図1〜図4の(2)の状態である。

上記のような状態から、回転モータ35を駆動させて吸着ヘッド本体31を図3の(2)に示すg方向に回転させると、チップ11は完全に粘着シート１２から剥離される。更に吸着ヘッド31を回転させチップ受け渡し位置11pになるように回転させる。同時に吸着移動部30を移動モータ36方向に移動しシャフト211をC方向に縮めることによって、チップ受け渡し位置11pにチップ11を搬送する。

以上の方法によれば動きに無駄がなく、チップ11を剥離させ受け渡し位置11pにすばやく搬送することができる。このような剥離方法であれば剥離・搬送作業を大幅に高速化できると共に、チップ11を破損することがなく、かつ突き上げピン23,24を吸着ヘッド20と連動することがないので、全体構造と制御を簡潔にすることができる。

なお、チップ11と粘着シート12の貼着力が強くチップ11がめくりにくいと考えられる場合には、図3の(3)ないし図4の(3)のように片側突き上げピン29を連動することもできる。この方法であれば片側のみ突き上げるので、従来のように外周突き上げピン23でチップ11全体を突き上げるのではないのでチップ11を破損する可能性が少ない。また、中央突き上げピン24を省略することができる。
片側突き上げピン29を連動させて初期剥離が完了すれば後は上記したように一気にめくり上げることは容易である。

以上のように本発明は、チップ11をめくるように回転させて、粘着シート１２から剥離するようにしたことで、薄く製作されたチップ11が突き上げピン23,24によって破損することを防止すると共にめくり上げるために移動した、吸着移動部30と、吸着するために回転した吸着ヘッド本体31の移動をそのまま継続させることによって、次工程の受け渡し部に搬送するように制御するようにしたことで効率化を図り、かつチップ11の破損を防止することができるようにしたものである。

本発明は、電子部品の剥離だけでなく、粘着シートに貼着されたさまざまな小型部品の剥離・搬送に応用することができる。

チップ剥離装置の側面図である。チップ剥離装置の模式図と動作のフローチャートである。チップ剥離装置の吸着部の詳細な側面図である。チップ剥離装置の吸着部の詳細な模式図である。チップ剥離装置が使用されているフリップチップボンダー装置の全体図である。従来のチップ剥離装置の吸着部の詳細な側面図である。チップ剥離装置の吸着部の詳細な模式図である。従来のフリップチップボンダー装置の全体図である。

符号の説明

1
本体
6 ボンディングヘッド
7 基板テーブル
8 制御部
10 ウエハリング
11 チップ
11p チップ受け渡し位置
12
粘着シート
20 吸着ヘッド
201 パット
21 吸着ヘッド伸縮手段(吸着ヘッド部)
211 シャフト
212 モータ
213 スプリング
22 下冶具
23 外周突き上げピン
24 中央突き上げピン
25 吸着穴
251 吸引口
26 下冶具穴
29 片側突き上げピン
30 吸着移動部
301 ねじ受け部
302 ガイド受け部
31 吸着ヘッド本体
34 タイミングベルト
35 回転モータ
36 移動モータ
37 移動ねじ部
38 吸着部用ガイド
39 移動モータ固定板
40 チップ剥離装置
90 回転するノズル(従来式)
91 チップ(従来式)
92 チップトレイ(従来式)
93 実装用ヘッド(従来式)
94 基板(従来式)
95 上下するノズル(従来式)
96 実装用ヘッド(従来式)

Claims

粘着シートに貼着された複数の前記電子部品を吸着する吸着ヘッドと、
前記吸着ヘッドを、電子部品を吸着する位置に移動させる吸着移動部と、
前記吸着ヘッドを、電子部品を吸着する位置に圧接する吸着ヘッド伸縮手段とからなる吸着ヘッド部と、
前記吸着ヘッド部を前記吸着移動部に回転自在に軸着されると共に前記吸着ヘッド部を伸縮自在に装着した吸着ヘッド本体と、
前記吸着ヘッド部の剥離動作を制御する吸着移動制御部とからなる電子部品剥離装置であって、
前記吸着移動制御部は、前記吸着ヘッドによって前記電子部品を吸着させ、前記吸着ヘッド部の吸着ヘッド伸縮手段をフリーにすると共に、前記吸着ヘッド本体の回転をフリーにして前記吸着移動部を移動し、前記吸着ヘッドを傾けるようにして吸着された前記電子部品を前記粘着シートからめくるように剥離した後、前記吸着ヘッド部と前記吸着ヘッド本体と前記吸着移動部を駆動させて所定の位置に前記電子部品を移動するように前記吸着移動制御部が制御して、前記吸着部で吸着した前記部品を伸縮する前記吸着ヘッドと前記吸着移動部と前記吸着ヘッド部を前記吸着移動部に回転自在に軸着されると共に前記吸着ヘッド部を伸縮自在に装着した吸着ヘッド本体を制御することで前記電子部品の移動をそのまま継続させることによってあらかじめ設定された位置に前記電子部品を移動させ、次の工程に受け渡すようにしたことを特徴とする電子部品剥離装置。
前記粘着シートの下から前記電子部品を突き上げる前記吸着移動部の移動方向とは反対側の端部に設けられた突き上げピンを備え、前記電子部品を傾けて剥離する際に、最初に持ち上げられる側を、前記突き上げピンで突き上げるように連動させることで、前記電子部品の初期剥離を確実にするようにしたことを特徴とする請求項１記載の電子部品剥離装置。