JP5264443B2 - 電子部品の実装装置 - Google Patents

Description

この発明はウエハリングなどの部品保持部材に保持された電子部品としての半導体チップをピックアップして基板に実装する実装装置に関する。

基板に電子部品である半導体チップを実装する、たとえばダイボンダやフリップチップボンダなどの実装装置においては、上記基板を搬送して所定の位置で位置決めする搬送レールが設けられている。この搬送レールによって位置決めされた基板には実装ツールによって上記半導体チップが実装される。

半導体チップはウエハリングに保持されている。すなわち、ウエハリングには樹脂製シートに貼着された半導体ウエハが保持され、この半導体ウエハが賽の目状に分断されて上記半導体チップとなっている。

上記ウエハリングは、カセットに上下方向に所定間隔で収納されていて、このカセットからチャックによって取り出されてリングホルダ上に供給載置される。ウエハリングがリングホルダに供給されると、ピックアップ位置に位置決めされた半導体チップが突き上げられる。突き上げられた半導体チップは上記実装ツールによってピックアップされて上記基板に実装される。

上記実装ツールによって半導体チップを基板に実装する際、基板に対して半導体チップを精密に位置決めしなければならない。基板と半導体チップを位置決めするためには、基板と、下端面に半導体チップを吸着保持して上記基板の上方で待機した実装ツールとの間に、上下両方向を同時に撮像できる撮像カメラを進入させる。

そして、この撮像カメラの撮像信号によって基板と半導体チップとの水平方向の相対位置を認識し、その位置認識に基いて実装ツールを位置決めしてその下端面に保持された半導体チップを上記基板に実装するようにしている。

特許文献１に示された実装装置は、装置本体としての第１のベースを有する。この第１のベースには第２のベースと第３のベースが一端部にそれぞれスペーサを介して上下方向に所定間隔で設けられている。

上記第２のベースには上記撮像カメラ及びこの撮像カメラをＸＹ方向に駆動する駆動源を備えたＸ、Ｙテーブルが設けられ、上記第３のベースには上記実装ツールをＸ、Ｙ及びＺ方向に駆動する駆動源を備えたＸ、Ｙ、及びＺテーブルが設けられている。

そして、上記撮像カメラはＸ方向に駆動されて上記実装ツールに保持された半導体チップと基板との間に進入し、これらを同時に撮像するようになっている。
特開２００７−３２９２６６号公報

ところで、特許文献１に示された実装装置は撮像カメラと、この撮像カメラをＸ、Ｙ方向に駆動するＸテーブル及びＹテーブルが上記第２のベース上に一体的に設けられている。そのため、撮像カメラをＸ、Ｙ方向のうち、実装ツールと基板との間に進入するＸ方向に上記Ｘテーブルによって駆動したとき、このＸテーブルを駆動する駆動源には駆動にともなう反力が発生する。

駆動源に反力が発生すると、その反力によってＸテーブル及びこのＸテーブルに設けられた撮像カメラが振動するということが避けられない。上記撮像カメラに振動が発生すると、基板と半導体チップの撮像を精密に行なうことができなくなる。そのため、撮像カメラによる撮像を、この撮像カメラの振動が収まるまで待たなければならないから、撮像に要する時間が長くなり、生産性の低下を招くということがあった。

この発明は、撮像手段を基板と電子部品との間に進入させる際、撮像手段を駆動する駆動力の反力によって上記撮像手段が振動するのを防止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、基板に電子部品を実装するための実装装置であって、
装置本体と、
この装置本体に設けられ上記基板を搬送する搬送手段と、
上記装置本体に設けられた第１の支持手段と、
この第１の支持手段に設けられ、水平方向及び上下方向のうちの少なくとも上下方向に駆動され上記搬送手段によって搬送された基板に電子部品を実装する実装手段と、
上記第１の支持手段に移動可能に設けられ上記実装手段によって上記電子部品を上記基板に実装する前に、上記実装手段に保持された電子部品と上記基板との間に進入してこれらを同時に撮像する撮像手段と、
可動子と固定子からなるリニアモータを有し、上記可動子は上記撮像手段と一体的に設けられ、上記固定子は上記装置本体に設けられた第２の支持手段に設けられ上記可動子が駆動されることで上記撮像手段を進退駆動する駆動手段と
を具備した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、基板と電子部品を撮像する際、これらの間に撮像手段を進入させるための駆動源をリニアモータとし、その可動子を撮像手段と一体的に設け、固定子を撮像手段と別に設けたから、上記可動子が駆動されたときに固定子に生じる反力が可動子と一体的に設けられた撮像手段に伝わることがない。

そのため、撮像手段が駆動されたときに、その駆動にともなうリニアモータの反力で撮像手段が振動するのが防止されるから、撮像手段による撮像を迅速かつ精密に行なうことが可能となる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は実装装置の概略的構成を示す平面図であって、この実装装置は装置本体１を有する。この装置本体１は詳細は図示しないが、図１に示す平面形状で箱型状に形成されていて、その内部の前後方向の前方には基板Ｗを搬送するための一対の搬送レール２が所定間隔で平行に離間対向して装置本体１の幅方向に沿って設けられている。図１に矢印で示すように、装置本体１の幅方向をＸ方向とし、前後方向をＹ方向とする。

上記装置本体１の前方の幅方向一端には上記基板Ｗを上記搬送レール２に供給するローダ部３が設けられ、他端には上記搬送レール２を搬送されて後述するごとく電子部品としての半導体チップ４が実装された上記基板Ｗを格納するアンローダ部５が設けられている。

上記搬送レール２は上記装置本体１の幅方向に対して第１乃至第３の３つのレール部２ａ〜２ｃに分割されている。上記ローダ部３側に位置する第１のレール部２ａは上下駆動機構１１によって上下方向に駆動されるようになっている。

図２に示すように、上記上下駆動機構１１はベース板１２を有する。このベース板１２には支持部材１３が垂設され、この支持部材１３の一側面には一対のリニアガイド１４(一方のみ図示)が設けられている。このリニアガイド１４には側面形状がＬ字状をなした上下可動部材１５の垂直片１５ａの外面に上下方向に所定間隔で設けられた複数の係合部材１６がスライド可能に係合している。

上記垂直片１５ａの内面にはめねじ体１７が設けられ、このめねじ体１７にはねじ軸１８が螺合されている。このねじ軸１８は上記ベース板１２に設けられたパルスモータなどの駆動源１９によって回転駆動されるようになっている。したがって、上記駆動源１９が作動すれば、上記上下可動部材１５が図２に矢印Ｚで示す上下方向に駆動されるようになっている。

上記上下可動部材１５の水平片１５ｂの上面の上記Ｙ方向に沿う両端部には上記一対のレール２とほぼ同じ間隔で、しかもＸ方向に所定間隔で離間したそれぞれ一対のロッド状の架設部材２１が立設されている。Ｘ方向の一端側と他端側に位置するそれぞれ一対の架設部材２１の上端には上記一対の第１のレール部２ａの両端部の下面が固着されている。したがって、第１のレール部２ａは上下駆動機構１１によって上下方向に駆動されるようになっている。

上記基板Ｗは図２に示すようにＹ方向に沿う幅方向の両端部が上記搬送レール２に支持されていて、図示しない送り機構によってＸ方向、つまり装置本体１の幅方向に沿って所定距離づつ間欠的に送られるようになっている。

図２と図３に示すように、上記上下可動部材１５の水平片１５ｂの上面には、上記装置本体１の幅方向であるＸ方向に対して所定間隔で離間した一対のリニアガイド２３が一対の第１のレール部２ａの離間方向と同じＹ方向に沿って設けられている。このリニアガイド２３には平板状の水平可動部材２４が下面に設けられた受け部２５をスライド可能に係合させて設けられている。

上記水平可動部材２４の上面にはカセット２６が載置される。このカセット２６は、Ｙ方向に沿う両側面が開口し、Ｘ方向に沿う両側内面に複数の係合溝２７が上下方向に所定間隔で形成されている。同じ高さの一対の係合溝２７には部品保持部材としてのウエハリング２８が径方向の両端部をスライド可能に係合させて保持されている。

上記カセット２６は上記上下駆動機構１１によって上下方向に位置決めされる。そのとき、所定の高さに位置する上記カセット２６に保持されたウエハリング２８は、図示しないプッシャによって装置本体１の後方に向かうＹ方向に押圧される。それによって、プッシャによって押圧されたウエハリング２８の一部は上記カセット２６の開放した側面から突出する。

上記カセット２６から突出したウエハリング２８は、図１に示すように上記カセット２６の側方で、Ｙ方向に対して上記カセット２６よりも後方に配置された供給手段３１によって取り出される。カセット２６から取り出されたウエハリング２８は、一対のガイド３２に沿って搬送されて上記カセット２６よりもＹ方向後方に上面を所定の高さにして配置されたリングホルダ３３の上面に供給載置される。

上記供給手段３１はＹ方向に沿って設けられたガイド３０ａと、このガイド３０ａに沿ってＹ方向に駆動されるチャック３０ｂを有し、このチャック３０ｂによって上記カセット２６から押し出された上記ウエハリング２８を挟持して引き出し、上記リングホルダ３３の上面に供給するようになっている。

上記リングホルダ３３は図示しないＸＹ駆動機構によってＸ、Ｙ方向に駆動可能になっている。さらに、リングホルダ３３の下面側には図示しない突き上げ機構が配置されている。

上記リングホルダ３３には、詳細は図示しないが、上面に半導体ウエハ３４が貼着された樹脂シートが張設されている。半導体ウエハ３４は賽の目状に切断され、多数の上記半導体チップ４に分割されている。

上記リングホルダ３３は上記突き上げ機構によって突き上げられる半導体チップ４がこの突き上げ機構の突き上げピン(図示せず)に対応する位置になるようＸ、Ｙ方向に位置決めされる。半導体ウエハ３４が位置決めされて所定の半導体チップ４が突き上げられると、その半導体チップ４は反転ピックアップ３６によって吸着されて取り出される。

上記反転ピックアップ３６は、上記装置本体１の上記リングホルダ３３よりもＹ方向後方に設けられたＸガイド部材３７に沿ってＸ方向に駆動可能に設けられている。そして、上記反転ピックアップ３６によって上記リングホルダ３３のウエハリング２８から半導体チップ４を取り出した上記反転ピックアップ３６は１８０度回転して半導体チップ４を上下逆方向に反転させる。

上下の向きが反転させられた半導体チップ４は後述する実装手段４０を構成する実装ツール４１に受け渡される。この実装ツール４１は水平方向であるＸ、Ｙ方向及び上下方向であるＺ方向に駆動可能に設けられていて、先端面に吸着保持した上記半導体チップ４を上記基板Ｗに実装するようになっている。

上記基板Ｗは上記搬送レール２の第１のレール部２ａから第２のレール部２ｂに搬送され、ここで図示しないヒータによって所定温度に加熱されてから、第３のレール部２ｃに搬送される。

上記第３のレール部２ｃに基板Ｗが搬送されると、この第３のレール部２ｃは移載機構４４によって基板Ｗを保持した状態で上記実装ツール４１の下方に搬送される。上記移載機構４４は図４と図５に示すように装置本体１の内底面にＹ方向に沿って駆動可能に設けられたＹテーブル４５と、このＹテーブル４５の上面にＸ方向に沿って駆動可能に設けられたＸテーブル４６を有し、このＸテーブル４６の上面には一対の第３のレール部２ｃの間隔よりもＹ方向に沿う幅寸法が小さく形成された実装ステージ４７が設けられている。なお、Ｙテーブル４５とＸテーブル４６とでＸＹテーブルを構成している。

上記Ｘテーブル４６の上記実装ステージ４７から露出したＹ方向に沿う両側上面には、それぞれＸ方向に所定間隔で離間した駆動手段としての一対のシリンダ４８が立設されている。なお、図４と図５において、Ｙ方向の一方と他方のそれぞれ一対のシリンダ４８のうち、一方のシリンダ４８だけを図示している。

Ｙ方向の一方に位置する一対のシリンダ４８と、他方に位置する一対のシリンダ４８のロッド４８ａの先端には一対の第３のレール部２ｃがそれぞれ固着されている。それによって、一対の第３のレール部２ｃは、上記シリンダ４８によって図４に示す上昇位置と図５に示す下降位置との間で駆動されるようになっている。

上記第３のレール部２ｃに基板Ｗが搬送されると、上記シリンダ４８が作動して第３のレール部２ｃの基板Ｗを支持した面が図５に示すように上記実装ステージ４７の上面よりも低くなる位置まで下降させる。それによって、第３のレール部２ｃに保持された基板Ｗは実装ステージ４７の上面に受け渡されて吸着保持される。

実装ステージ４７に基板Ｗが保持されると、上記Ｙテーブル４５がＹ方向の装置本体１の後方に向かって駆動され、上記実装ステージ４７に保持された基板Ｗを上記実装ツール４１の下方に位置決めする。

その状態で、後述する撮像手段としての撮像カメラ５１が上記基板Ｗと上記実装ツール４１に保持された半導体チップ４との間に進入し、これらを同時に撮像し、その撮像信号に基いて実装ツール４１をＸ、Ｙ方向に駆動してその先端面に保持された半導体チップ４を基板Ｗの実装位置に位置決めする。

ついで、上記実装ツール４１が下降方向に駆動され、半導体チップ４が基板Ｗに実装される。このような実装を繰り返すことで、上記基板Ｗには、図１に示すように複数の半導体チップ４が所定間隔で行列状に実装される。

基板Ｗに所定数の半導体チップ４が実装され終わると、移載機構４４は第３のレール部２ｃが第１、第２のレール部２ａ，２ｂとＸ方向に沿って一直線となる位置までＹ方向に駆動される。その位置でシリンダ４８が作動し、第３のレール部２ｃは第１、第２のレール部２ａ，２ｂと同じ高さになるよう下降位置から上昇位置に駆動位置決めされる。

それによって、実装ステージ４７に保持された基板ＷのＹ方向に沿う幅方向の両端部が一対の第３のレール部２ｃに係合するから、その基板Ｗは上記実装ステージ４７の上面から上昇した位置で、上記第３のレール部２ｃによって保持される。

上記リングホルダ３３の上面に供給載置されたウエハリング２８の多数の半導体チップ４が基板Ｗに実装され終わると、そのウエハリング２８は上記供給手段３１によってカセット２６に格納され、新たなウエハリング２８が上記カセット２６からリングホルダ３３に供給される。
基板Ｗが実装ステージ４７から第３のレール部２ｃに移載されると、その基板Ｗは第３のレール部２ｃに沿って搬送されて上記アンローダ部５に格納される。

上記実装手段４０は、上記装置本体１に立設された第１の支持手段としての第１の支持フレーム５２に設けられている。この第１の支持フレーム５２は図６と図７に示すように門型状をなしていて、その中間部の上面にはＹ方向に駆動されるＹテーブル５３、Ｘ方向に駆動されるＸテーブル５４が設けられている。

上記Ｘテーブル５４の先端にはＺ方向に駆動されるＺテーブル５５が設けられ、このＺテーブル５５にはボンディングヘッド５６がＹ方向に沿う装置本体１の前方に突出して設けられている。そして、このボンディングヘッド５６に上記実装ツール４１が設けられている。したがって、実装ツール４１はＸ、Ｙ及びＺ方向に駆動されるようになっている。上記Ｙテーブル５３、Ｘテーブル５４及びＺテーブル５５によって第１の駆動手段５７を構成している。

上記第１の支持フレーム５２の中間部の下面には、上記撮像カメラ５１を水平方向であるＸ、Ｙ方向に駆動する第２の駆動手段５８が設けられている。この第２の駆動手段５８は上記第１の支持フレーム５２の中間部の下面にＹ方向に沿って設けられてＹリニアガイド５９を有する。このＹリニアガイド５９にはＹテーブル６０の上面に設けられた受け部６０ａがＹ方向に沿って移動可能かつＹリニアガイド５９から脱落しないように設けられている。

上記Ｙテーブル６０はＹリニアモータ６１によってＹ方向に駆動される。このＹリニアモータ６１は、上記Ｙテーブル６０のＹ方向の後方下面に一端が固定されたコイルからなる可動子６１ａと、上記装置本体１の上記第１の支持フレーム５２よりもＹ方向後方に立設された第２の支持手段としての第２の支持フレーム６２の上端に設けられた固定子６１ｂからなる。この固定子６１ｂは磁石によって筒状に形成されている。そして、上記可動子６１ａの他端部は上記固定子６１ｂに非接触状態で挿入されている。

したがって、上記Ｙリニアモータ６１に通電すれば、上記Ｙテーブル６０がＹ方向、つまり装置本体１の前後方向に駆動されるようになっている。

上記Ｙテーブル６０の下面には断面形状が逆Ｕ字状の取り付け部材６３が両側辺をＸ方向に向けて設けられている。この取り付け部材６３の両側辺の下端にはＸリニアガイド６４が設けられている。一対のＸリニアガイド６４にはＸテーブル６５が上面に設けられた受け部６５ａをＸ方向に沿って移動可能かつ脱落不能に支持されている。

上記Ｘテーブル６５の上面と上記取り付け部材６３の下面との間にはＸリニアモータ６６が設けられている。このＸリニアモータ６６は、一辺の下端が上記Ｘテーブル６５の上面に固着された断面形状がＬ字状のコイルからなる可動子６６ａと、磁石によって断面形状がコ字状に形成され上辺が上記取り付け部材６３の下面に固着された固定子６６ｂからなり、この固定子６６ｂの上下辺の間に上記可動子６６ａの他辺が非接触状態で挿入されている。

したがって、上記Ｘリニアモータ６６に通電すれば、上記Ｘテーブル６５がＸ方向に駆動されるようになっている。

上記Ｘテーブル６５の下面のＹ方向の前方には上記撮像カメラ５１の基端部が保持固定されている。この撮像カメラ５１の先端部の上面と下面にはそれぞれ撮像窓５１ａ，５１ｂが設けられている。

そして、この撮像カメラ５１の先端部が上述したように上記基板Ｗと上記実装ツール４１に保持された半導体チップ４との間に進入すれば、基板Ｗに設けられた端子或いは位置合わせマークと半導体チップ４に設けられた端子或いは位置合わせマークを同時に撮像することができる。

したがって、撮像カメラ５１からの撮像信号を二値化処理することで、基板Ｗと半導体チップ４との水平方向の相対的な位置を算出できるから、その算出に基いて上記ボンディングヘッド５６を駆動手段５７のＹテーブル５３及びＸテーブル５４によってＸＹ方向に対して位置決めした後、Ｚテーブル５５によって下降方向に駆動すれば、上記ボンディングヘッド５６の実装ツール４１に保持された半導体チップ４が基板Ｗに実装される。

なお、上記撮像カメラ５１はＸ方向に対しては予め位置決めされていて、基板Ｗと実装ツール４１に保持された半導体チップ４との間に進入する場合はＹ方向だけに駆動される。

このような構成の実装装置によれば、移載機構４４がＹ方向後方に駆動されて第３のレール部２ｃに保持された基板Ｗが実装ステージ４７に保持されると、この実装ステージ４７の上方の予め設定された位置で待機した実装ツール４１と上記実装ステージ４７との間に撮像カメラ５１が進入する。

撮像カメラ５１はＹリニアモータ６１によって第２の駆動手段５８を構成するＹテーブル６０のＹ方向前方に駆動されることで、実装ツール４１と実装ステージ４７、つまり半導体チップ４と基板Ｗとの間に進入する。上記Ｙリニアモータ６１はＹテーブル６０に設けられた可動子６１ａと、第２の支持フレーム６２に設けられた固定子６１ｂによって構成されている。

そのため、撮像カメラ５１を基板Ｗと半導体チップ４との間に進入させるためにＹリニアモータ６１を作動させてＹテーブル６０をＹ方向前方に駆動すると、その駆動にともなうＹ方向後方への反力が固定子６１ｂに発生するから、その反力によって固定子６１ｂが設けられた第２の支持フレーム６２が振動する。

しかしながら、上記撮像カメラ５１をＹ方向に移動させるための第２の駆動手段５８は、上記Ｙリニアモータ６１の固定子６１ｂが設けられた第２の支持フレーム６２とは別の第１の支持フレーム５２に設けられている。

そのため、固定子６１ｂが設けられた第２の支持フレーム６２に振動が発生しても、可動子６１ａが設けられたＹテーブル６０及びこのＹテーブル６０にＸテーブル６５を介して設けられた撮像カメラ５１が振動することがない。つまり、Ｙリニアモータ６１の固定子６１ｂが撮像カメラ５１を駆動する反力で振動しても、その振動によって撮像カメラ５１が設けられた第１の支持フレーム５２が振動することがない。

したがって、撮像カメラ５１を基板Ｗと半導体チップ４との間に進入させたならば、この撮像カメラ５１による撮像を直ちに行なうことができる。つまり、従来のように撮像カメラ５１が振動するため、その振動が静止するまで撮像を待たなければならないということがないから、撮像カメラ５１による基板Ｗと半導体チップ４の撮像を迅速に、しかも精度よく行なうことが可能となる。

上記撮像カメラ５１が設けられる第１の支持フレーム５２と、Ｙリニアモータ６１の固定子６１ｂが設けられる第２の支持フレーム６２を、同じ装置本体１に設けるようにした。

そのため、第２の支持フレーム６２を設けるために、専用に設置スペースを必要としないから、そのことによって装置本体１を大型化するということもない。

また、支持フレーム５２が振動することがないので、第１の支持フレーム５２に搭載された撮像カメラ５１や第１のボンディングヘッド５６が振動することがない。そのため、撮像カメラ５１による半導体チップ４の撮像を精度よく行なうことができるばかりか、半導体チップ４の基板Ｗへの実装を精度よく行なうことができるということがある。

この発明の一実施の形態を示す実装装置の概略的構成を示す平面図。 カセットと第１のレール部を一体的に上下動する上下駆動機構の側面図。 図２に示す上下駆動機構の一部省略した正面図。 基板を実装ステージの上面から上昇した位置で保持した移載機構の側面図。 基板を実装ステージの上面に載置した状態の移載機構の側面図。 実装ツールと撮像カメラが設けられた実装手段の構成を示すＹ方向に沿う一部断面した側面図。 実装装置の一部を省略した第１の支持フレームの正面図。

符号の説明

１…装置本体、２…搬送レール(搬送手段)、４…半導体チップ、４０…実装手段、４１…実装ツール、４４…移載機構、４７…実装ステージ、５１…撮像カメラ、５２…第１の支持フレーム（第１の支持手段）、５６…ボンディングヘッド、６１…Ｙリニアモータ、６１ａ…可動子、６１ｂ…固定子、６２…第２の支持フレーム（第２の支持手段）。

Claims (1)

1. 基板に電子部品を実装するための実装装置であって、
   装置本体と、
   この装置本体に設けられ上記基板を搬送する搬送手段と、
   上記装置本体に設けられた第１の支持手段と、
   この第１の支持手段に設けられ、水平方向及び上下方向のうちの少なくとも上下方向に駆動され上記搬送手段によって搬送された基板に電子部品を実装する実装手段と、
   上記第１の支持手段に移動可能に設けられ上記実装手段によって上記電子部品を上記基板に実装する前に、上記実装手段に保持された電子部品と上記基板との間に進入してこれらを同時に撮像する撮像手段と、
   可動子と固定子からなるリニアモータを有し、上記可動子は上記撮像手段と一体的に設けられ、上記固定子は上記装置本体に設けられた第２の支持手段に設けられ上記可動子が駆動されることで上記撮像手段を進退駆動する駆動手段と
   を具備したことを特徴とする電子部品の実装装置。

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