JP5067894B2 - 部材同士の位置合わせ装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば電子デバイス等のチップを複数重ねた状態で互いに位置合わせするのに適した部材同士の位置合わせ装置に関する。

電子部品の製造過程においては、セラミックス等の材料でできた例えば電子デバイス等のチップ同士を重ねて位置合わせする工程が含まれる場合がある。この際、両部材が重なり合った状態の側面を合致させて位置合わせする。しかしながら、脆性材料であるセラミックス等でできたチップの場合、部材と装置間又は部材同士の摩擦によりかじりが発生し、位置合わせがうまくできないという問題がある。

そのため、従来は２枚の部材を重ねた状態で、上下方向に振動を与えて位置合わせを行っていた。なお、振動により位置調整を行う装置として、部材を２枚重ねた状態で行うものではないが、例えば特許文献１に開示されたものが公知である。

特開平６−２７７９６０号公報

しかしながら、このような振動装置を上述の位置合わせ工程に用いようとすると、上述した特許文献１に記載された構成では振動手段が別途必要になると共に、振動が装置に伝わって各接合部や締結部に緩みが発生し、定期的な調整が必要となっていた。これに伴い、製造ライン用のメンテナンスのための一時停止を余儀なくされ、この工程以外の工程の作業を中断しなければならず、生産効率の低下を招いていた。

本発明の目的は、振動装置を必要とすることなく、装置自体の小型化を図ると共にメンテナンスの頻度を減らし、複数の部材を重ねた状態で位置合わせするのに適した部材同士の位置合わせ装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明に係る部材同士の位置合わせ装置は、
少なくとも２つの部材を重ねた状態で各部材の位置合わせを行う部材同士の位置合わせ装置であって、
前記部材を載置するテーブルと、
対向して配置され、それぞれが前記部材の外形に対応する形状を有し互いに対向する２つの部材位置合わせ爪部を有し、前記材料を把持する把持手段と、
前記部材を把持する方向及び前記部材から離間する方向に沿って前記把持手段を移動させる駆動手段とを備え、
前記把持手段が前記部材の把持動作及び解除動作を少なくとも２回繰り返すことにより当該材料の位置合わせを行うことを特徴とする部材同士の位置合わせ装置であって、
前記駆動手段は、リンク機構と、前記リンク機構の両端部に固定された２つの基台と、前記基台の少なくとも一方に接続され、当該基台を駆動する駆動源とを有し、
前記リンク機構の各リンクは、前記２つの部材位置合わせ爪部が移動する方向を含む平面と平行な平面上を動くように配置されており、
前記部材は、前記把持手段の互いに対向する２つの部材位置合わせ爪部によって挟まれるようになっており、前記把持手段の２つの部材位置合わせ爪部は、前記リンク機構を伴う駆動手段を介して前記少なくとも２つの部材を重ねた状態で前記部材から同期して離間すると共に前記部材を同期して挟持することを特徴としている。

本発明によると、少なくとも２つの部材を重ねた状態で部材を互いに同期して把持したり部材から互いに同期して離間したりする互いに対向配置された把持爪を介して部材同士の重なり部の位置合わせを行うことができる。そのため、重なり部の位置合わせのために特別な振動手段を必要とせず、装置の小型化を図ることができる。また、振動手段の振動による把持爪の締結部や固定部の弛みの問題を生じさせずに済む。
また、このようなリンク機構を介することで、少なくとも２つの部材を重ねた状態で互いに対向配置された把持爪を部材を把持する方向及び部材から離間する方向に沿って移動させる際の把持手段の構造を簡略化することができ、装置のコスト低減に役立てることができる。

また、本発明の請求項２に係る部材同士の位置合わせ装置は、請求項１に記載の部材同士の位置合わせ装置において、
前記把持手段は、前記材料のうち最下部の部材のみを把持することを特徴としている。

重なり合う部材の最下部の部材を把持手段が把持することで、これより上の部材が最下部の部材の上面領域からはみ出すことがなくなり、上の部材が下のからはみ出さなければ合格品となる仕様の部材同士の重なり部の位置合わせを行うことができる。

本発明によると、振動装置を別途必要とすることなく、部材を把持する把持手段の移動動作のみで部材同士の位置合わせを行うことが可能となる。

本発明の一実施形態に係る部材同士の位置合わせ装置の概略側面図である。 図１に示した部材同士の位置合わせ装置の平面図である。 図１に示した部材同士の位置合わせ装置の底面図であり、ベース板を除いた状態で示している。

以下、本発明の一実施形態に係る部材同士の位置合わせ装置について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る部材同士の位置合わせ装置の概略側面図である。また、図２は、図１に示した部材同士の位置あわせ装置の平面図である。また、図３は、図１に示した部材同士の位置あわせ装置の平面図であり、ベース板を除いた状態で示している。

本発明の一実施形態に係る部材同士の位置合わせ装置１は、ベース板１０と、ベース板上に固定されたリニアガイド（駆動手段）２０（２１，２２）と、リニアガイド２０に取り付けられた一対の支持ブロック（基台）３０（３１，３２）と、各支持ブロック３０に取り付けられた一対の部材位置合わせ爪（把持手段）４０（４１，４２）と、ベース板１０に取り付けられた部材支持ベース部５０及びこの部材支持ベース部に取り付けられた部材載置台（テーブル）５１を有している。そして、各支持ブロック３０は、リンク機構６０によって機構的に連結されている。また、ベース板１０と一方の支持ブロック３１の間には、この支持ブロック３１を駆動するアクチュエータとしてのエアシリンダ（駆動手段）７０が備わっている。また、各部材位置合わせ爪４０の両側方は引っ張りバネ（把持手段）８０（８１，８２）で連結されている。

ベース板１０は、本実施形態の場合、板厚の厚い金属でできた平面視長方形の板体からなる。また、リニアガイド２０は、図３に示すようにベース板上の幅方向中央位置であってリニアガイド２０の案内方向がベース板１０の長手方向に合致するように互いに所定間隔隔てて取り付けられている。そして、各支持ブロック３０は、図１に示すように、側面視角型Ｕ字状をなす金属のブロック体からなり、それぞれの支持ブロック３０がリニアガイド上に載置されかつ固定されている。これによって、各支持ブロック３０がリニアガイド２０を介して部材載置台５１に対して互いに接近したり離間するように移動可能となっている。

支持ブロック３０の上面に固定された部材位置合わせ爪４０は、それぞれ厚さのある程度厚い矩形状の金属でできた板体からなり、互いの対向面となる一方の端部にそれぞれチップ９０（９１，９２，９３）の外形形状の各半部側面と対応するチップ位置合わせ凹部４０ａ（４１ａ，４２ａ）を備えている。

具体的には、図２に示すように、矩形状のチップ９０が平面視略菱形をなす向きで部材載置台５１に載せられ、この状態においてチップ９０の隣接する２つの側面にそれぞれ合致する部材合わせ面を部材位置合わせ爪４０のチップ位置合わせ凹部４０ａが有している。

部材支持ベース部５０は、一対の支持ブロック３０の互いに対向して側面視で凹んだ部分３０ａ（３１ａ，３２ａ）間にできた空間内を水平に延在した状態で位置し、この両端部がベース板１０に脚５０ａでしっかりと支持されている（図１では一方の脚５０ａのみ図示）。なお、脚５０ａは、ベース板１０の支持ブロック３０の側方と干渉しない位置から垂設されている。そして、部材支持ベース部５０の上面に載置され固定された部材載置台上には部材位置合わせ爪４０によってそれぞれの側面が位置合わせされる複数の矩形状の板材からなるチップ９０（９１，９２，９３）が載せられるようになっている。

各支持ブロック３０（３１，３２）は、Ｚ型のリンク機構６０を介して互いに接続されている。このＺ型のリンク機構６０は、図３に示すように、３本のリンク棒６１，６２，６３を利用して構成されたもので、１本のリンク棒６１の両端に他の２本のリンク棒６２，６３の一端がリンクピン１０１及びベアリング１０２を介してそれぞれ回動自在に連結されると共に、両側の２本のリンク棒６２，６３のうち一方のリンク棒６２は、リンクピン１０３及びベアリング１０４を介して支持ブロック３１のベース板幅方向一方の側方部に回動自在に支持され、他方のリンク棒６３は、リンクピン１０５及びベアリング１０６を介して支持ブロック３２のベース板幅方向他方の側方部に回動自在に支持されている。そして、これらの両端のリンク棒６２，６３で挟まれる中央のリンク棒６１の中心部はリンクピン１０７及びベアリング１０８を介してベース板１０に固定されている。なお、この中央のリンクピン１０７は、リンク機構６０の支点としての役目を果たしている。

エアシリンダ７０は、一方の支持ブロック３１の側方近傍のベース板上に固定され、エアシリンダ端部の駆動ロッド７１に接続されたブラケットであるＬ字型アーム７２を介して一方の支持ブロック３１に連結されている。そして、エアシリンダ７０を介して一方の支持ブロック３１を部材載置台５１と離間する側に移動させるようになっている。

一方の支持ブロック３１と他方の支持ブロック３２は、リンク機構６０で連結されているので、エアシリンダ７０により一方の支持ブロック３１が部材載置台５１と離間する側に移動すると、これと連動して他方の支持ブロック３２も部材載置台５１と離間する側に移動するようになっている。そして、各支持ブロック３０が部材載置台５１と離間する側に移動することで、各支持ブロック３０に固定された部材位置合わせ爪４０が部材載置台５１に載置されたチップ９０から離れるようになっている。

引っ張りバネ８０は、エアシリンダ７０の駆動によってチップ９０から離れた部材位置合わせ爪４０を、エアシリンダ７０の駆動力解除と同時にこの引っ張りバネ８０の弾性力を利用して再びチップ９０に突き当て、２つの部材位置合わせ爪４０でチップ９０を再び挟み込むようになっている。即ち、引っ張りバネ８０によって部材位置合わせ爪４０がチップ９０の方向に引っ張られると同時に各支持ブロック３０も部材載置台５１に近づく方向にリニアガイド上を移動するようになっている。

これによって、部材載置台上にランダムな向きで載置された各チップ９１，９２，９３の側部が部材位置合わせ爪４０のチップ位置合わせ凹部４０ａ、即ち部材合わせ面に合致してチップ同士の向きを整えて位置合わせを行うようになっている。

続いて、上述した実施形態にかかる部材同士の位置合わせ装置１の具体的な動作について説明する。なお、本実施形態において互いに位置合わせする部材は、上述したような電子部品デバイスを構成する３枚の平面部矩形状の半導体チップであって互いに重ね合わされて各側面が合致するように位置合わせすることを必要とする半導体チップとする。

最初に、この３枚の半導体でできたチップ９０（９１，９２，９３）の上面を夫々ロボットのハンドに取り付けた吸着ノズル（図示せず）で吸引して予めロボットに教示（ティーチング）した部材同士の位置合わせ装置１の部材載置台上に順々に載置していく。この際、エアシリンダ７０を駆動して各支持ブロック３０をリニアガイド上に沿って互いに離間させるように移動させることで部材位置合わせ爪４１，４２を互いに離間させておいて、ロボットがチップ９０を部材載置台５１に載せ易いようにしておく。

各チップ９０は、吸着ノズルを介してロボットにハンドリングされるので、ロボットの搬送中にノズルに対して僅かな位置ずれやノズル軸線回りに回転する傾向があり、チップ９１，９２，９３を単に重ね合わされた状態では各チップの側面や四隅の角が互いに一致しない状態で重ね合わされる。

このようなチップ９０の搬送時の問題に加えて、各チップ９０を部材載置台上に載置した状態では、チップ９０の周囲が部材位置合わせ爪４０で囲まれた領域内にあるので、吸着ノズルによる負圧及びこれに伴うこの領域内の空気の流れ（風）の影響でチップ同士がずれて重ね合い度合いが更にずれてくる。このような現象は、各チップが数ｍｍ角という吸着ノズルの負圧の影響を受け易い微小チップに特に顕著に現れる現象である。しかしながら、本発明では後述するその特有の作用でこの問題を解決できる。

続いて、このようなチップ９１，９２，９３の側部が互いにずれたまま合致していない状態で重なり合った３枚のチップ９０を、対向する２つの部材位置合わせ爪４０で挟み込む（把持する）。この際、エアシリンダ７０の駆動を解除することで、引っ張りバネ８０の引っ張り力を介して、部材位置合わせ爪間に引っ張り力を作用させる。

各部材位置合わせ爪４０はそれぞれ各支持ブロック３０に固定されているので、各支持ブロック３０がリニアガイド上を移動することで、各部材位置合わせ爪４０のチップ位置合わせ凹部４０ａが３枚の重なったチップ９０の両側面に突き当たってチップ９０を挟み込む。各部材位置合わせ爪４０のチップ位置合わせ凹部４０ａは、各チップ９０の平面視で隣接する二辺の側面に対応する形状を有しているので、この２つの部材位置合わせ爪４０で３枚のチップ９０を挟み込む。即ち、チップ９０が平面視正方形であれば、爪の形状は９０度に開いた形状となり、チップ９０の一方の対角線に垂直な方向から挟み込む（把持する）ことになる。これによって、各チップ９０の角部及び角部を挟む２つの側面が互いに合致していく。このような各チップ９０の位置合わせをより確実にするために、少なくとも２回部材位置合わせ爪４０によるチップ９０の挟み込みを行う。

この２つの部材位置合わせ爪４０によるチップ９０の挟み込みの同期をとることは、一方の支持ブロック３１を一方のリニアガイド上で往復させるエアシリンダ７０の駆動だけで実現できる。これは、一方の支持ブロック３１と他方の支持ブロック３２がＺ型をなすリンク機構６０で接続されているからである。

具体的には、中央のリンク棒６１のベアリング１０８を介したリンクピン１０７を支点として中央のリンク棒６１の両端部にベアリング１０２及びリンクピン１０１を介して回動可能に接続された両脇のリンク棒６２，６３が互いに支点に関して対称な動きをし、一方の支持ブロック３１及び部材位置合わせ爪４１がチップ９０に近づく方向に移動すると、これと連動して他方の支持ブロック３２及び部材位置合わせ爪４２もチップ９０に近づく方向に移動するからである。また、エアシリンダ７０を駆動すると、リンク機構６０を介して一方の支持ブロック３１及び部材位置合わせ爪４１がチップ９０から離間する方向に移動すると、他方の支持ブロック３２及び部材位置合わせ爪４２もチップ９０から離間する方向に移動する。

このようにして、少なくとも２回２つの部材位置合わせ爪４１，４２によって３つのチップ９１，９２，９３を挟み込むことによって、各チップ９１，９２，９３の側面が２つの部材位置合わせ爪４１，４２のチップ重なり合い部の形状に習うので、重なり合う３つのチップ９０（９１，９２，９３）の位置合わせを簡単な構成で行うことができる。

なお、上述の部材同士の位置合わせ工程によって位置合わせされた３つのチップ９１，９２，９３は、例えばその下流工程である溶着工程にロボットを介して搬送される。

以上説明したように、本発明によると、部材（チップ）を把持したり部材から離間したりする部材位置合わせ爪を介して部材同士の重なり部の位置合わせを行うことができる。そのため、重なり部の位置合わせのために特別な振動手段を必要とせず、装置の小型化を図ることができる。また、振動手段の振動による部材位置合わせ爪の締結部や固定部の弛みの問題が生じることがない。

なお、部材位置合わせ爪が重なり合う部材の最下部の部材を挟み込む（把持する）ようにしても良い。これより上の部材は最下部の部材の上面領域からはみ出すことがなくなり、上の部材が下の部材からはみ出さない重ね合い状態を合格品とする仕様（スペック）による部材同士の重なり部の位置合わせを可能にする。

また、上述の実施形態のようなＺ型のリンク機構を介して各支持ブロックを連結することで、部材を把持する方向及び部材から離間する方向に沿って部材位置合わせ爪移動させる際の構造の簡略化を図ることができ、装置のコスト低減に役立てることができる。

なお、リンク機構は、上述の実施形態ではリンク棒を用いたＺ型であったが、中央のリンク棒６１の代わりに円形状の歯車を配置し、また両側のリンク棒６２、６３に歯切りをすることで、いわゆるラック・アンド・ピニオン機構を用いることも可能である。また、本構成以外にも、Ｖ字型のリンク機構の両端部に基台３０を配置し、Ｖ字型リンクの中央部をエアシリンダ等の駆動源で駆動させることで、Ｖ字を開閉させ、基台３０上に配置する部材位置合わせ爪の間隔を移動させるようにしても良い。

また、上述の実施形態では部材が平面視矩形状の厚さの薄い半導体チップであったが、このような材料及び形状に部材が限定されることはなく、例えば円板状の部材や、円筒状の部材、円環状の部材、平面視３角形や多角形の部材であっても、これらの側面に対応した位置合わせ凹部を備えた把持爪を準備すれば、本発明を適用可能であることは言うまでもない。

また、例えば平面視矩形状の板上の部材を重ね合わせてそれらの側面を位置合わせする場合に、各側面に対応する突き当て部を有した４つの把持爪をこの部材の周囲に配置し、この４つの把持爪を部材の側面に同時に突き当てると共にこの部材から４つの把持爪を同時に離間させる動作を少なくとも２回行うような構成としても、本発明と同等の作用を発揮することが可能である。また、重ね合わされる部材のうち、上の部材が下の部材よりも小さく、上の部材を下の部材の例えば中心部又は一方に所定量偏倚して位置合わせする必要がある場合は、この位置合わせ具合に応じた段差を有する部材位置合わせ爪を用意し、重ね合わされた部材をこの段差付きの部材位置合わせ爪で挟み込んで位置合わせするようにしても良い。この場合、下の部材が上の部材よりも若干小さい程度であれば、同様の段差付きの部材位置合わせ爪で部材同士の位置合わせを行なうことも可能となる。

なお、上述の実施形態では、位置合わせされる部材が３つ（３枚）であったが、本発明はこれに限定されず、部材が２つ（２枚）以上であれば十分な効果を発揮することができる。

また、上述の実施形態における寸法・材質が例示的なもので、本発明の範囲を逸脱しなければ他の寸法や材質が適用可能であることは言うまでもない。

１ 部材同士の位置合わせ装置
１０ ベース板
２０（２１，２２） リニアガイド
３０（３１，３２） 支持ブロック（基台）
３０ａ（３１ａ，３２ａ） 側面視で凹んだ部分
４０（４１，４２） 部材位置合わせ爪
４０ａ（４１ａ，４２ａ） チップ位置合わせ凹部
５０ 部材支持ベース部
５０ａ 脚
５１ 部材載置台（テーブル）
６０ リンク機構
６１，６２，６３ リンク棒
７０ エアシリンダ
７１ 駆動ロッド
７２ Ｌ字型アーム
８０（８１，８２） 引っ張りバネ
９０（９１，９２，９３） チップ
１０１ リンクピン
１０２ ベアリング
１０３ リンクピン
１０４ ベアリング
１０５ リンクピン
１０６ ベアリング
１０７ リンクピン
１０８ ベアリング

Claims (2)

1. 少なくとも２つの部材を重ねた状態で各部材の位置合わせを行う部材同士の位置合わせ装置であって、
   前記部材を載置するテーブルと、
   対向して配置され、それぞれが前記部材の外形に対応する形状を有し互いに対向する２つの部材位置合わせ爪部を有し、前記材料を把持する把持手段と、
   前記部材を把持する方向及び前記部材から離間する方向に沿って前記把持手段を移動させる駆動手段とを備え、
   前記把持手段が前記部材の把持動作及び解除動作を少なくとも２回繰り返すことにより当該材料の位置合わせを行うことを特徴とする部材同士の位置合わせ装置であって、
   前記駆動手段は、リンク機構と、前記リンク機構の両端部に固定された２つの基台と、前記基台の少なくとも一方に接続され、当該基台を駆動する駆動源とを有し、
   前記リンク機構の各リンクは、前記２つの部材位置合わせ爪部が移動する方向を含む平面と平行な平面上を動くように配置されており、
   前記部材は、前記把持手段の互いに対向する２つの部材位置合わせ爪部によって挟まれるようになっており、前記把持手段の２つの部材位置合わせ爪部は、前記リンク機構を伴う駆動手段を介して前記少なくとも２つの部材を重ねた状態で前記部材から同期して離間すると共に前記部材を同期して挟持することを特徴とする部材同士の位置調整装置。
2. 前記把持手段は、前記材料のうち最下部の部材のみを把持することを特徴とする請求項１に記載の部材同士の位置調整装置。

Images