JP5935637B2 - 吸着ヘッドおよび部品搭載装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸着ヘッドおよび部品搭載装置に関し、特に、部品を基材上の所望の場所まで移動させて搭載するために、部品を吸着する吸着ヘッドの構造に関する。

従来、一般に、チップ（部品）を所定の位置に搭載するには、下方に開口した吸着口を備えた吸着ヘッドと、該吸着ヘッドに接続された吸着装置と、該吸着ヘッドに吸着されたチップを所定の位置まで搬送する搬送装置と、からなる部品搭載装置が用いられている。

かくのごとき部品搭載装置においては、チップを吸着ヘッドに吸着した状態で、搬送装置によって、該吸着ヘッドを上昇させて、あらかじめ設定した所定の搭載位置まで移動した後、該吸着ヘッドを下降させて、吸着を解除することにより、チップを所定の位置に搭載させ、しかる後、該吸着ヘッドを上昇させて、一連の搭載動作が完了する。

ここで、チップを所定の位置に高精度に搭載するには、チップをコレット（吸着ノズル）の中心または所定位置に対してセンタリングまたは位置決めし、その状態を保ったまま、搬送装置の吸着ヘッドによって所定の搭載位置までチップを移動して、その搭載位置にチップを搭載することが必要である。この位置決めは、コレットの所定位置にチップを位置させることを意味する。コレットは、その下端面に形成したチップ吸着面にチップを吸着する。そこで、該位置決めにより、チップの上面（チップ吸着面に当接されるチップの一面）がチップ吸着面の所定位置に配置される。例えば、チップ吸着面およびチップ上面の双方が矩形であるとき、上記位置決めにより、チップ吸着面の中心とチップ上面の中心とが一致し、かつ、チップ吸着面の一辺とチップ上面の一辺とが平行になるように、チップはチップ吸着面に対して配置される。コレットに対しチップを位置決めして吸着するという処理は、チップ吸着面の所定位置にチップを吸着することと同義である。チップをコレットに対してセンタリングや位置決めをする処理は、一般的には、チップの供給場所とチップの搭載場所との間に、位置決め用の中間ステージを設定し、該中間ステージにてセンタリングや位置決めが行われる。

しかしながら、近年、実装部品の増加や搭載時間の短縮を目的にして、搬送装置の吸着ヘッドの移動速度や加速度が増加傾向にあるため、折角、中間ステージにてチップを吸着ヘッドのコレットに対してセンタリングまたは位置決めしても、その後の搬送中に、チップと吸着ヘッドとの位置がずれて、チップの搭載位置がずれてしまうという課題がある。

また、チップを基材に接合材料を介して搭載する際に、チップ裏面全面に接合材料を万遍なく塗布できるように、チップと接合材料とが接触している状態で、数回の微量往復動作をさせることがあるが、吸着ヘッドのチップに対する吸着力が不十分であったり、あるいは、チップを基材に搭載する際に吸着ヘッドがチップを基材方向へ押し付ける荷重が大き過ぎたりした場合に、チップと吸着ヘッドとの位置がずれて、チップを搭載しようとしたときには、あらかじめ設定した所定の搭載位置からずれてしまうことがある。

かくのごとき問題を解決するための従来技術としては、吸着ヘッド側にチップのセンタリングと位置決めとを行う機構を設ける方法がある。例えば、特許文献１の特開平９−１３００９０号公報「部品実装装置およびその吸着ノズル」に記載のように、チップを吸着させる吸着ヘッドのコレットの近傍に、対向する２つの爪を設け、外部動力により２つの爪を互いに接近する方向に駆動させることによって、搭載ヘッドの中心すなわち吸着ヘッドのコレットの中心に対してチップをセンタリングまたは位置決めを行う方法が提案されている。

しかし、該特許文献１に記載の技術は、２つの爪を駆動させるための駆動源を必要とするので、吸着ヘッドの周辺が複雑になり、コスト増、メンテナンス性の悪化という課題が生じてしまう。

また、例えば、特許文献２の特公昭６２−００６６５５号公報「マウント法」に記載のように、チップをコレットに吸着後に、吸着ヘッドを上昇させた際に、コレット外周部に設けられた複数のアームを自動的に閉じさせることによって、チップを中心の位置に位置決めするという方法がある。しかしながら、該特許文献２に記載の技術についても、吸着ヘッドの上下駆動に沿って動作する仕組みが必要となり、前記特許文献１と同じ課題が発生する。

特に、近年、通信機器の発達により、高周波デバイスの需要が伸びているが、高周波デバイスなどに使われているチップには、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）を材料としているものがある。その理由は、ＧａＡｓを利用した方が、シリコン（Ｓｉ）よりも高速で動作し、かつ、消費電力も約３分の１程度と少なく、かつ、小型化も容易という特徴があるためである。ただし、ＧａＡｓは、Ｓｉに比べ、機械的な強度が脆いため、機械的な過負荷を与えると、チップ割れを起こしてしまう。また、表面保護膜がなく、立体配線も存在するため、吸着用としてチップ表面で接触することができる部分は、４辺に存在する幅３０μｍ程度の切断シロ部分か、またはボンディングパッド部分しかない。すなわち、高周波デバイス用のチップにおいては、チップ表面で接触することができる部分が限られているため、チップと吸着ノズルとのセンタリングや位置決めを正確に行う仕組みが特に重要な要素となってきている。

特開平９−１３００９０号公報（第３−４頁） 特公昭６２−００６６５５号公報（第１−３頁）

前述したように、前記特許文献１や前記特許文献２に記載されたような従来の技術においては、次のような解決するべき課題がある。

すなわち、チップを吸着ヘッドへのセンタリングや位置決めを行うための機構部品にコストがかかり、メンテナンスも困難になるという問題がある。その理由は、チップを吸着ヘッドに対してセンタリングや位置決めを行う部材例えば爪やアーム等を駆動させるために、外部動力源や連動して作動する複雑な機構が必要になるためである。

（本発明の目的）
本発明は、かくのごとき課題に鑑みてなされたものであり、簡単な機構で、吸着するチップのセンタリングや位置決めを行うことを可能にし、而して、装置のコストダウンとメンテナンス性の向上とを実現させることができる吸着ヘッドおよび部品搭載装置を提供することを、その目的としている。

前述の課題を解決するため、本発明による吸着ヘッドおよび部品搭載装置は、主に、次のような特徴的な構成を採用している。

（１）本発明による吸着ヘッドは、コレットによりチップを吸着する構造を有する吸着ヘッドであって、前記コレットの先端に前記チップの上面を吸着するためのチップ吸着面と、真空引きの動作により前記チップ吸着面に前記チップの上面を吸着させるために前記チップ吸着面に貫通して形成されたチップ吸着穴と、前記コレットの側面に貫通した複数の側面吸着穴と、前記コレットの側面に沿って近接した位置であって、かつ、貫通した前記側面吸着穴それぞれに対向した位置にそれぞれの側面部を配置した複数の板ばねと、を少なくとも備え、前記側面吸着穴に対する真空引きにより前記板ばねそれぞれの側面部が前記側面吸着穴に吸着された際に、前記板ばねの先端部が、前記チップ吸着面に平行な方向に移動することを特徴とする。

（２）本発明による吸着ヘッドは、コレットによりチップを吸着する構造を有する吸着ヘッドであって、前記コレットの先端に前記チップの上面を吸着するためのチップ吸着面と、前記吸着したチップの少なくとも１つの側面位置を規制し、前記チップの厚みより低い段差と、真空引きの動作により前記チップ吸着面に前記チップの上面を吸着させるために前記チップ吸着面に貫通して形成されたチップ吸着穴と、前記コレットの側面に貫通した少なくとも１つの側面吸着穴と、前記コレットの側面に沿って近接した位置であって、かつ、貫通した前記側面吸着穴に対向した位置に側面部を配置した少なくとも１つの板ばねと、を少なくとも備え、前記側面吸着穴に対する真空引きにより前記板ばねそれぞれの側面部が前記側面吸着穴に吸着された際に、前記板ばねの先端部が、前記チップ吸着面に平行な方向に移動すると共に、前記吸着したチップの側面に近接または当接して、前記段差と前記板ばねの先端で、前記チップをあらかじめ設定した所定の位置に位置決めする構造とすることを特徴とする。

（３）本発明による部品搭載装置は、吸着ヘッドによって吸着したチップをあらかじめ設定した所定の搭載場所に搬送して実装する部品搭載装置において、前記吸着ヘッドが少なくとも上記（１）又は（２）のいずれかに記載の吸着ヘッドを用いて構成されていることを特徴とする。

本発明の吸着ヘッドおよび部品搭載装置によれば、以下のような効果を奏することができる。

第一の効果は、チップ上面における接触可能部分のチップ吸着面への吸着と板ばね作動によるチップ側面の保持とにより、チップ上面の接触不可部分にチップ吸着面が触れることなく、チップの正確な位置決めを行い、チップを搬送することができることである。

第二の効果は、チップのセンタリングや位置決め用として複雑なメカ機構を必要とせず、チップの吸着動作に連動して、板ばねの作動によりチップをセンタリングまたは位置決めすることができるので、装置のコストダウン、メンテナンスの容易化が可能になることである。

本発明による吸着ヘッドの第１の実施形態を説明するための概略断面図であって、真空引きの動作を行う前の状態を示す図である。 本発明による吸着ヘッドの第１の実施形態を説明するための概略下面図であって、図１Ａと同じく、真空引きの動作を行う前の状態を示す図である。 本発明による吸着ヘッドの第１の実施形態を説明するための概略断面図であって、真空引きの動作を行った際の状態を示す図である。 本発明による吸着ヘッドの第２の実施形態を説明するための概略断面図であって、真空引きの動作を行う前の状態を示す図である。 本発明による吸着ヘッドの第２の実施形態を説明するための概略断面図であって、真空引きの動作を行った際の状態を示す図である。 本発明による吸着ヘッドの第３の実施形態を説明するための概略断面図であって、真空引きの動作を行う前の状態を示す図である。 本発明による吸着ヘッドの第３の実施形態を説明するための概略断面図であって、真空引きの動作を行った際の状態を示す図である。 本発明の第１の実施形態の第１変形例であって、コレット２の側面に弾性体を配置した構成の一例を示す概略断面図である。 本発明の第１の実施形態の第２変形例であって、コレット２の側面に２対の板バネ４を備えた構成の一例を示す概略下面図である。 本発明の第１の実施形態の第３変形例であって、コレット２が円筒形をなし、コレット２の側面に３個の板バネ４を備えた構成の一例を示す概略下面図である。 本発明の第１の実施形態の第４変形例であって、コレット２の下端に位置決め段差１５ａ，１５ｂを設け、２つの板ばね４と位置決め段差１５ａ，１５ｂとの間でチップ３を位置決めする構成の一例を示す概略下面図である。 本発明の第１の実施形態の第５変形例であって、コレット２の下端に位置決め段差１５ａ，１５ｂを設け、先端が先割れとなった板ばね４との間でチップ３を位置決めする構成の一例を示す概略下面図である。

以下、本発明による吸着ヘッドおよび部品搭載装置の好適な実施形態について添付図を参照して説明する。なお、以下の説明においては、本発明による吸着ヘッドについて説明するが、部品を搭載するための吸着ヘッドとしてかかる吸着ヘッドを実装した部品搭載装置として実施するようにしても良いことは言うまでもない。

（本発明の特徴）
本発明の実施形態の説明に先立って、本発明の特徴についてその概要をまず説明する。本発明は、先端に、チップを吸着するチップ吸着面と、前記チップ吸着面に設けられたチップ吸着穴と、前記チップ吸着面にほぼ垂直な側面に設けられた側面吸着穴と、前記側面吸着穴に対して吸着可能に近接して配置された板ばねとからなり、前記板ばねの先端部が前記チップ吸着面に吸着されるチップの側面近傍に配置されており、前記板ばねが前記側面吸着穴に吸着された際に、前記板ばねの先端部がチップの側面方向に移動して、チップにさらに近接または当接することにより、チップをセンタリングまたは位置決めするという構造を備えた吸着ヘッドを実現していることを、主要な特徴としている。

（第１の実施形態）
次に、本発明の第１の実施形態について図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃを参照しながら詳細に説明する。図１Ａ及び図１Ｃは、本発明による吸着ヘッドの第１の実施形態を説明するための概略断面図である。図１Ａは真空引きの動作を行う前の状態を示す断面図であり、図１Ｃは真空引きの動作を行った際の状態を示す断面図である。なお、図１Ａは、搭載ヘッドにより、搭載対象のチップが存在している位置まで吸着ヘッドが移動して、該チップを吸着しようとする直前の状態を示している。図１Ｂは図１Ａの状態（真空引きの動作を行う前の状態）における第１の実施形態を説明するための概略平面図である。図１Ａは、図１ＢのＡＡ線で紙面に直交する方向に切断し、切断面を矢視方向に見た断面図である。

図１Ａに示す断面図において、コレット２（吸着ノズル）の上部は鍔部２１をなしていて、この鍔部２１が搭載ヘッド１の下面に吸着または機械的に固定されている。コレット２の中心には、チップ３を吸着するための貫通孔がコレット２の上面側から先端側に向かって垂直方向に設けられている。この貫通孔は、コレット吸着穴６およびチップ吸着穴１１でなっている。コレット吸着穴６は、搭載ヘッド１の搭載ヘッド側吸着穴５に連通するための穴である。また、チップ吸着穴１１はコレット２の先端にチップ３を吸着するための穴である。コレット吸着穴６には、コレット吸着穴６の軸に関し対称であって、左右方向の一対の側面吸着穴１２と、やはりコレット吸着穴６の軸に関し対称であって、それに直交し、前後方向に伸びる一対の側面吸着穴１２とが設けてある。側面吸着穴１２はコレット吸着穴６に連通している。側面吸着穴１２の軸は、コレット吸着穴６の軸に直交し、コレット２の先端における平面を形成するコレット吸着面２ｂに平行である。

また、コレット２には、４枚の板ばね４が板ばね固定部材７で固定されている。４枚の板ばね４のうちの２枚は左右方向に対向して配置されて互いに対を成し、他の２枚は前後方向に対向して配置され互いに対を成している。対を成す板ばね４はコレット吸着穴６の軸に関し対称な位置に配置されている。板ばね４は先端部４ａ、底面部４ｂおよび側面部４ｃでなる。板ばね固定部材７は、コレット天面（コレット鍔２１の下面）２ａに板ばね４の底面部４ｂを固定している。板ばね４の側面部４ｃは、コレット２の側面２ｃに沿って近接して配置してある。側面部４ｃは、底面部４ｂから直角に折り曲がっており、図１Ａの状態では、コレット吸着穴６の軸に平行である。先端部４ａは、側面部４ｃの先端から内側に折れ曲がっている。各板ばね４は、コレット２の側面に設けられた各側面吸着穴１２に対応して設けてあり、各板ばね４の側面部４ｃは、各側面吸着穴１２の近傍に対向する形で位置している。板ばね４の先端部４ａは、コレット天面２ａに平行になるように、側面部４ｃから、底面部４ｂとは反対方向に、ほぼ９０°に折り曲げられている。チップ３の上面（表面）がチップ吸着穴１１によってチップ吸着面２ｂに吸着され、先端部４ａがチップ３の側面近傍に位置した状態（図１Ｃ）において、先端部４ａはチップ３の側面にさらに近接または当接するような形状にされている。図１Ａおよび図１Ｃに現れているように、複数の板ばね４それぞれは、底面部４ｂがコレット２の天面２ａに固定され、かつ、先端部４ａと底面部４ｂとが側面部４ｃに対して互いに反対方向にほぼ直角に曲げられたＺ字状の形状をなしている。

ここで、板ばね固定部材７は、ねじやリベットのような部品を締結するための部材によって構成されるものであるが、直接溶接して固定するものであっても良い。また、複数の板ばね４それぞれは、同一の材質からなり、ほぼ等しい形状に形成されており、複数の板ばね４それぞれの応力はほぼ等しく、かつ、先端部４ａの厚さ（チップ３の側面に対向する端部におけるチップ３の厚さ方向の寸法）は、チップ３厚さ（コレット吸着穴６の軸方向におけるチップ３の側面の寸法）よりも薄い厚さである。チップ３厚さに対する先端部４ａの厚さがこのように設定してあるので、先端部４ａそれぞれが、チップ３の側面部に当接した際に、チップ３の側面部に対してほぼ等しい応力を加える状態になり、かつ、先端部４ａそれぞれがチップ３の側面に位置した状態において、いずれの先端部４ａも、チップ３の下面より下にはみ出すことはなく、チップ３を吸着した状態で、チップ３が置かれている基材の表面に接触することはない。

また、チップ吸着面２ｂは、チップ３の上面（表面）を吸着するために、コレット２の先端に設けられたチップ吸着穴１１の周辺部を覆う面として形成されている。しかし、チップ３の上面（表面）に接触不可能なエリア（接触不可エリア３ａ）が存在している場合には、チップ３を吸着した状態において接触不可エリア３ａが位置することになるチップ吸着面２ｂ上には、凹面状のザグリ１０を設けて、チップ吸着面２ｂがチップ３の接触不可エリア３ａに接触しないような形状にし、チップ吸着面２ｂがチップ３の接触可能エリアだけに接触してチップ３を吸着することができる構造としている。

図１Ｂに示すように、チップ３を吸着ヘッドのチップ吸着面２ｂに吸着するために、真空引き８の動作により、搭載ヘッド１に設けられた搭載ヘッド側吸着穴５が真空に引かれると、コレット２に設けられたコレット吸着穴６とチップ吸着穴１１とを通じて、チップ３がコレット２のチップ吸着面２ｂ側に引き寄せられ、チップ３の上面がコレット２のチップ吸着面２ｂに吸着される。

さらに、コレット吸着穴６に連通している側面吸着穴１２も、同時に真空に引かれるので、図１Ｃの板ばねの動作９に示すように、側面吸着穴１２の近傍に、側面吸着穴１２に対向して位置している板ばね４の側面部４ｃがコレット２の側面側２ｃに引き寄せられる。その結果、チップ３の側面に対向して位置している板ばね４の先端部４ａがチップ３にさらに近づいて、チップ３の側面部に軽く接触し、又は近接する。同一材質、同一形状の偶数枚（図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃに示す例では４枚）の板ばね４の底面部４ｂそれぞれは、コレット２のコレット吸着穴６の軸に対して対称の位置に固定して配置されているので、複数の板ばね４それぞれの均等な応力によって、板ばね４それぞれの先端部４ａは、チップ３の側面側に軽く当接するか又は近接する。先端部４ａがチップ３の側面に軽く当接することにより、複雑なメカ機構を用いることなく、簡単に、チップ３がコレット２の中央すなわちコレット吸着穴６の中心に対してセンタリングまたは位置決めされることになる。先端部４ａをチップ３の側面から僅かな距離にまで近接した場合にも、先端部４ａとチップ３の側面との距離を適切に設定しておくことにより、チップ３がチップ吸着面２ｂに平行な方向に移動できる範囲を限定するので、チップ３を許容範囲内に位置決めした状態で、チップ３をチップ吸着面２ｂ上に保持できる。

なお、コレット２のチップ吸着面２ｂとチップ３の上面とが互いに接触した状態になってから、真空引き８の動作による吸着を開始しようとする場合、板ばね４の先端部４ａが、チップ３の側面部を押しても、チップ３とコレット２との接触面の摩擦のため、チップ３が動きにくくなる。したがって、コレット２のチップ吸着面２ｂとチップ３の上面とが接触しない或る程度の隙間が残っている状態から吸着を開始することが望ましい。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図２Ａ及び図２Ｂを参照しながら詳細に説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、本発明による吸着ヘッドの第２の実施形態を説明するための概略断面図であり、図１の場合と同様、図２Ａは真空引きの動作を行う前の状態を示す断面図であり、図２Ｂは真空引きの動作を行った際の状態を示す断面図である。なお、図２Ａは、図１Ａの場合と同様、搭載ヘッドにより、搭載対象のチップが存在している位置まで吸着ヘッドが移動して、該チップを吸着しようとする直前の状態を示している。

本第２の実施形態においては、図２Ａの断面図に示すように、板ばね４１の形状が、図１の板ばね４の場合と異なり、短辺側を形成する先端部４１ａと鈍角に外側に曲げられた状態の長辺側を形成する側面部４１ｃとからなるＬ字型の形状をしている。符号４１ｂは、側面部４１ｃの片方の端部であって、先端部４１ａとは反対側の端部を示している。板ばね４１は、この端部４１ｂの近傍において、板ばね固定部材７によってコレット側面２ｃに固定されている。外側に鈍角に曲げられた状態の側面部４１ｃが、先端部４１ａに近づくにしたがって、コレット２のコレット側面２ｃから離隔していく状態で、コレット２のコレット側面２ｃに沿うように近接して配置されている。

図２Ｂに示すように、チップ３を吸着ヘッドのチップ吸着面２ｂに吸着するために、真空引き８の動作により、搭載ヘッド１に設けられた搭載ヘッド側吸着穴５が真空に引かれると、図１Ｃの場合と同様、コレット２に設けられたコレット吸着穴６とチップ吸着穴１１とを通じて、チップ３がコレット２のチップ吸着面２ｂ側に引き寄せられ、チップ３の上面がコレット２のチップ吸着面２ｂに吸着される。

さらに、コレット吸着穴６と連通した状態でコレット２の側面に設けられた側面吸着穴１２も、同時に真空に引かれるので、図２Ｂの板ばねの動作９に示すように、側面吸着穴１２の近傍に対向して位置している板ばね４１の側面部４１ｃの外側に曲げられた部分がコレット２の側面２Ｃ側に引き寄せられる。その結果、チップ３の側面に対向し、この側面に近接して位置している板ばね４１の先端部４１ａがチップ３にさらに近づいて、チップ３の側面部に軽く当接し、又は近接する。同一材質、同一形状の対をなす複数枚（例えば、一対（２枚））の板ばね４１の端部４１ｂそれぞれは、コレット２のコレット吸着穴６の中心に対して対称の位置に固定して配置されて、板ばね固定部材７によって固定されている。そこで、複数の板ばね４１それぞれから受ける均等な応力によって、板ばね４１それぞれの先端部４１ａは、チップ３の側面側に軽く当接又は近接して、図１Ｃの場合と同様、複雑なメカ機構を用いることなく、簡単に、チップ３がコレット２の中央すなわちコレット吸着穴６の中心に対してセンタリングまたは位置決めされることになる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について図３Ａ及び図３Ｂを参照しながら詳細に説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、本発明による吸着ヘッドの第３の実施形態を説明するための概略断面図であり、図１Ａ及び図１Ｃならびに図２Ａ及び図２Ｂの場合と同様、図３Ａは真空引きの動作を行う前の状態を示す断面図であり、図３Ｂは真空引きの動作を行った際の状態を示す断面図である。なお、図３Ａは、図１Ａ及び図２Ａの場合と同様、搭載ヘッドにより、搭載対象のチップが存在している位置まで吸着ヘッドが移動して、該チップを吸着しようとする直前の状態を示している。

本第３の実施形態においては、図３Ａの断面図に示すように、実装するチップ３のサイズが、吸着ヘッドのチップ吸着面２ｂのサイズとほぼ等しい場合を対象にしている。この実施形態では、板ばね４２の形状が、図１Ａ及び図１Ｃの板ばね４ならびに図２Ａ及び図２Ｂの板ばね４１の場合と異なり、鈍角に外側に曲げられた状態の側面部４２ｃと同じ平面に先端部４２ａが形成されている平板状である。符号４２ｂは、側面部４２ｃの片方の端部であって、先端部４２ａとは反対側の端部を示している。板ばね４２は、この端部４２ｂの近傍において、板ばね固定部材７によって、コレット側面２ｃにほぼ接触する如くに近接して、コレット側面２ｃに沿って配置され、コレット側面２ｃに固定されている。

図３Ｂに示すように、チップ３を吸着ヘッドのチップ吸着面２ｂに吸着するために、真空引き８の動作により、搭載ヘッド１に設けられた搭載ヘッド側吸着穴５が真空に引かれると、図１Ｃの場合と同様、コレット２に設けられたコレット吸着穴６とチップ吸着穴１１とを通じて、チップ３がコレット２のチップ吸着面２ｂ側に引き寄せられ、チップ３の上面がコレット２のチップ吸着面２ｂに吸着される。

さらに、コレット吸着穴６と連通した状態でコレット２の側面に設けられた側面吸着穴１２も、同時に真空に引かれるので、図３Ｂの板ばねの動作９に示すように、側面吸着穴１２の近傍に対向して位置している板ばね４２の側面部４２ｃの外側に曲げられた部分がコレット２の側面２ｃ側に引き寄せられ、その結果、チップ３の側面に近接して位置している板ばね４２の先端部４２ａがチップ３にさらに近づいて、チップ３の側面部に近接する。同一材質、同一形状の複数枚（例えば一対（２枚））の板ばね４２の端部４２ｂそれぞれは、コレット２のコレット吸着穴６の中心に対して対称の位置に配置されて、板ばね固定部材７によって固定されているので、複数の板ばね４２それぞれの均等な応力によって、板ばね４２それぞれの先端部４２ａは、チップ３の側面２ｃ側に近接してチップ３を固定し若しくは把持し、またはチップ吸着面２ｂに平行は方向にチップ３が移動するの範囲を制限する状態になり、図１Ｃまたは図２Ｂの場合と同様、複雑なメカ機構を用いることなく、簡単に、チップ３がコレット２の中央すなわちコレット吸着穴６の中心に対してセンタリングまたは位置決めされることになる。図３Ｂに現れているように、この実施の形態では、板ばね４２の側面部４２ｃの外側に曲げられた部分がコレット２の側面２ｃ側に引き寄せられ、側面部４２ｃの外側に曲げられた部分が平板状になり、側面２ｃと平行になったとき、互いに対向する左右の板ばね４２の先端部４２ａの距離はチップ３の横方向の長さより僅かに大きいので、板ばね４２の先端部４２ａはチップ３の側面に近接するが、チップ３の側面と先端部４２ａとは僅かに離れていて、両者は接触していない。このように、チップ３の側面と先端部４２ａとが当接することなく、両者が僅かに離隔していても、チップ３が左右方向に移動しうる範囲は互いに対向する左右の板ばね４２の先端部４２ａの間隔内であるから、それら両先端部４２ａの間隔を所定の距離に設定しておくことにより、許容範囲内で、チップ３をコレット２に位置決めできる。チップ３の位置決めに加えて、両板ばね４２の先端部４２ａをチップ３に当接させ、チップ３の保持をさせようとするときは、コレット２の幅をチップ３の幅より僅かに小さくし、ひいては図３Ｂの状態における両板ばね４２の先端部４２ａの間隔をチップ３の幅より僅かに小さくすればよい。

（実施形態の動作の説明）
次に、本発明による第１の実施形態として図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃに示した吸着ヘッドの動作の一例についてさらに詳細に説明する。ここで、図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃに示した吸着ヘッドの吸着対象物であるチップ３は、半導体パッケージに使用されるチップであり、該チップ３の材質は、シリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などからなっているものとする。以下には、図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃに示した吸着ヘッドを用いて、かくのごとき材質のチップ３を、コレット２のコレット吸着穴６の中心位置に対してセンタリングまたは位置決めした状態を維持したまま、あらかじめ設定された所定の位置まで搬送して、基材に搭載する動作の一例を詳細に説明する。第２ならびに第３の実施形態として図２Ａ及び図２Ｂならびに図３Ａ及び図３Ｂそれぞれに示した吸着ヘッドの場合も、全く同様の動作であり、ここでのさらなる説明は省略する。

図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃに示した吸着ヘッドにおいて、コレット２の上面は、前述したように、搭載ヘッド１の下面に吸着または締結により固定されている。搭載ヘッド１は、上下左右方向に自在に移動することができる構造を有しており、チップ３を吸着する場合には、搭載ヘッド１を駆動させて、実装しようとするチップ３が存在する場所まで、搭載ヘッド１を移動させた後、搭載ヘッド１に固定されたコレット２とともに、チップ３に向かって下降させる。コレット２のチップ吸着面２ｂとチップ３の上面との間隔が例えば０．１ｍｍになった時点で、搭載ヘッド１の下降を停止させ、チップ３を吸着するために、搭載ヘッド側吸着穴５より真空引き８の動作を開始させる。

コレット２のコレット天面２ａ上においてコレット吸着穴６の中心位置に対して対称な位置に板ばね固定部材７によって複数（例えば２個）の底面部４ｂそれぞれが固定されている状態のコレット２に設けられたコレット吸着穴６は、前述したように、搭載ヘッド側吸着穴５のみならず、コレット２のチップ吸着穴１１と側面吸着穴１２とにも連通している。したがって、搭載ヘッド側吸着穴５が真空に引かれると、コレット吸着穴６を介してチップ吸着穴１１および側面吸着穴１２も真空に引かれることになるので、コレット２の側面２ｃに沿って側面部４ｃそれぞれが近接配置された複数の板ばね４は、側面吸着穴１２における真空引きの圧力が例えば−７０ｋＰａに達すると、側面部４ｃそれぞれがコレット２の側面２ｃに近づくように動作する。

この結果、側面部４ｃそれぞれからほぼ直角に折れ曲がった状態にある板ばね４の先端部４ａそれぞれは、図１Ｃに示したように、チップ３の側面部それぞれに対して均等な応力で軽く接触した状態になり、チップ３は、板ばね４によってコレット吸着穴６の中心位置に対してセンタリングまたは位置決めされると同時に、コレット吸着穴６に連通して真空に引かれているチップ吸着穴１１により、チップ３の上面（表面）がコレット２のチップ吸着面２ｂに吸着固定される。なお板ばね４の先端部４ａはチップ３の側面部に接触することにより、チップ３をコレット吸着穴６の中心位置に対してセンタリングまたは位置決めするのであるが、先端部４ａがチップ３の側面部に一旦接触した後に、両者が僅かに離れて、非接触状態になっても、チップ３がコレット吸着穴６の中心位置に対して、所定の精度でもってセンタリングまたは位置決めされることは可能である。

なお、チップ３の上面（表面）に接触不可エリア３ａが存在している場合は、図１に示したように、コレット２のチップ吸着面２ｂに凹面状のザグリ１０を設けることによって、チップ３の接触不可エリアがチップ吸着面２ｂに接触する状態を回避し、チップ３の上面（表面）の接触可能エリアのみをチップ吸着面２ｂに吸着させることができる。

しかる後、コレット２に吸着されてコレット吸着穴６の中心位置に対してセンタリングまたは位置決めされたチップ３を、搭載ヘッド１によって搬送させて、あらかじめ設定された所定のチップ搭載場所の真上まで移動させ、センタリングまたは位置決めされたチップ３が搭載場所の中心位置に正確に位置付けされる。その後、搭載ヘッド１を下降させて、チップ搭載場所の搭載面とチップ３の下面とが接触した時点で、搭載ヘッド１の下降を停止させる。その結果、チップ３の下面は、接合材料を介してチップ搭載場所の搭載面上に正確に固定されることになる。

しかる後、搭載ヘッド１の搭載ヘッド側吸着穴５に対する真空引き８が解除されると、板ばね４は、元の状態に戻り、チップ３の側面と板ばね４の先端部４ａとの間隙は拡大され、チップ３が先端部４ａの当接によって位置決め保持されていた場合は、チップ３の保持が解除される。その後、搭載ヘッド１が上昇し、チップ３の搭載動作が完了する。

かくのごとく、チップ吸着穴１１と側面吸着穴１２とを別系統にすることによって、側面吸着穴１２の真空引きにより、板ばね４を動作させ、チップ３を水平方向にセンタリングまたは位置決めした状態にするとともに、ほぼ同時に、チップ吸着穴１１の真空引きによって、吸着ヘッドのチップ吸着面２ｂにチップ３を吸着固定することができる。

また、図４に示すように、板ばね４の側面部４ｃと、側面吸着穴１２が存在するコレット２の側面２ｃとの間に、あらかじめ設定した適当な弾性係数と厚みとを有する弾性体１３を配置するようにしても良い。図４は、図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃに示した吸着ヘッドのコレット２の側面に弾性体１３を配置した場合の一例であって、本発明の第１の実施形態の第１の変形例を示す概略断面図である。

図４に示すように、コレット２の側面の先端側に近い位置に弾性体１３を配置することによって、吸着動作により板ばね４がコレット２の側面側に急速に動いたとしても、板ばね４の側面部４ｃが、介在する弾性体１３に当接することになり、板ばね４の先端部４ａがチップ３の側面に当接した際の衝撃を和らげ、チップ３の破損を防止することができる。なお、図４には、図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃの吸着ヘッドの場合を示したが、図２Ａ及び図２Ｂならびに図３Ａ及び図３Ｂに示した吸着ヘッドの場合にも、衝撃吸収用の弾性体を全く同様に適用することができることは言うまでもない。

以上には本発明の第１ないし第３の実施の形態について詳しく説明したが、本発明がこれら実施形態に限定されるものではないことを例示するために、次に第１の実施形態の変形例を更に挙げる。図５は、図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃに示した本発明の第１の実施形態の第２変形例であって、コレット２の側面に２対の板バネ４を備えた構成の一例を示す概略下面図である。図５の変形例の吸着ヘッドでは、チップ３の長手方向の側面に２対の板バネ４を近接または当接して、チップ３の位置決めを行うので、位置決めの精度を図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃの吸着ヘッドより更に高めることができる。

図６は、本発明の第１の実施形態の第３変形例であって、コレット２が円筒形をなし、コレット２の側面に３個の板バネ４を備えた構成の一例を示す概略下面図である。この第３変形例の吸着ヘッドはチップ３が円板型であるときに特に有効である。円板型のチップ３を３個の板バネ４で１２０度ずつ異なる３方から位置決めするので、高い精度で位置決めできる。

図７は、本発明の第１の実施形態の第４変形例であって、コレット２の下端に位置決め段差１５ａ，１５ｂを設け、２つの板ばね４と位置決め段差１５ａ，１５ｂとの間でチップ３を位置決めする構成の一例を示す概略下面図である。コレット下端面２ｄは、チップ吸着面２ｂに平行であり、チップ吸着面２ｂより位置決め段差１５ａおよび１５ｂ分だけ下方に位置する。位置決め段差１５ａおよび１５ｂは、コレット下端面２ｄとチップ吸着面２ｂとの距離である。そして、位置決め段差１５ａおよび１５ｂは、チップ３の厚みより僅かに小さく、同じ寸法である。この図７の第４変形例の吸着ヘッドでは、図１Ａ，図１Ｂ及び図１Ｃの実施の形態に比べ、板バネの数が半分で足りるので、構成を簡単にできる。

図８は、本発明の第１の実施形態の第５変形例であって、コレット２の下端に位置決め段差１５ａ，１５ｂを設け、先端が先割れとなった板ばね４との間でチップ３を位置決めする構成の一例を示す概略下面図である。符号４ｅおよび４ｆは、板ばね４における先割れ部の側面を示している。側面４ｅと位置決め段差１５ａとの間、および側面４ｆと位置決め段差１５ｂとの間で、チップ３の位置決めを行う。本図に示す第５変形例の吸着ヘッドでは、図７の吸着ヘッドにおけると同様に、コレット２に位置決め段差１５ａおよび１５ｂを設け、コレット下端面２ｄより位置決め段差１５ａおよび１５ｂ分だけ下方にチップ吸着面２ｂを設けている。この図８の吸着ヘッドでは、板ばね４が１個で足りるから、図７のものより更に構成を簡単にできる。

以上、本発明の好適な実施形態の構成を説明した。しかし、かかる実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であることが、当業者には容易に理解できよう。

１ 搭載ヘッド
２ コレット
２ａ コレット天面
２ｂ チップ吸着面
２ｃ コレット側面
２ｄ コレット下端面
３ チップ
３ａ 接触不可エリア
４ 板ばね
４ａ 先端部
４ｂ 底面部
４ｃ 側面部
４ｅ 板ばね４の先割れ部における一方の側面
４ｆ 板ばね４の先割れ部における他方の側面
５ 搭載ヘッド側吸着穴
６ コレット吸着穴
７ 板ばね固定部材
８ 真空引き
９ 板ばねの動作
１０ ザグリ
１１ チップ吸着穴
１２ 側面吸着穴
１３ 弾性体
１５ａ 位置決め段差
１５ｂ 位置決め段差
２１ コレット鍔部
４１ 板ばね
４１ａ 先端部
４１ｂ 端部
４１ｃ 側面部
４２ 板ばね
４２ａ 先端部
４２ｂ 端部
４２ｃ 側面部

Claims (10)

1. コレットによりチップを吸着する構造を有する吸着ヘッドにおいて、前記コレットの先端に前記チップの上面を吸着するためのチップ吸着面と、真空引きの動作により前記チップ吸着面に前記チップの上面を吸着させるために前記チップ吸着面に貫通して形成されたチップ吸着穴と、前記コレットの側面に貫通した複数の側面吸着穴と、前記コレットの側面に沿って近接した位置であって、かつ、貫通した前記側面吸着穴それぞれに対向した位置にそれぞれの側面部を配置した複数の板ばねと、を少なくとも備え、前記側面吸着穴に対する真空引きにより前記板ばねそれぞれの側面部が前記側面吸着穴に吸着された際に、前記板ばねの先端部が、前記チップ吸着面に平行な方向に移動することを特徴とする吸着ヘッド。
2. 前記側面吸着穴に対する真空引きにより、前記板ばねの前記先端部が前記チップ吸着面に吸着された状態の前記チップの側面に近接または当接して、前記チップをあらかじめ設定した所定の位置に位置決めする構造とすることを特徴とする請求項１に記載の吸着ヘッド。
3. 前記側面吸着穴に対する真空引きにより発生する複数の前記板ばねの合力がゼロであることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の吸着ヘッド。
4. コレットによりチップを吸着する構造を有する吸着ヘッドにおいて、前記コレットの先端に前記チップの上面を吸着するためのチップ吸着面と、前記吸着したチップの少なくとも１つの側面位置を規制し、前記チップの厚みより低い段差と、真空引きの動作により前記チップ吸着面に前記チップの上面を吸着させるために前記チップ吸着面に貫通して形成されたチップ吸着穴と、前記コレットの側面に貫通した少なくとも１つの側面吸着穴と、前記コレットの側面に沿って近接した位置であって、かつ、貫通した前記側面吸着穴に対向した位置に側面部を配置した少なくとも１つの板ばねと、を少なくとも備え、前記側面吸着穴に対する真空引きにより前記板ばねそれぞれの側面部が前記側面吸着穴に吸着された際に、前記板ばねの先端部が、前記チップ吸着面に平行な方向に移動すると共に、前記吸着したチップの側面に近接または当接して、前記段差と前記板ばねの先端で、前記チップをあらかじめ設定した所定の位置に位置決めする構造とすることを特徴とする吸着ヘッド。
5. 前記チップ吸着穴と前記側面吸着穴とが内部で互いに連通し、前記側面吸着穴に対する真空引きと前記チップ吸着穴に対する真空引きとを同時に行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の吸着ヘッド。
6. 前記先端部は前記側面部の長手方向の一方の端部であり、
   前記板ばねが、前記側面部と、前記先端部と、該側面部の長手方向の他方の端部である他端部とでなり、
   前記他端部が前記コレットの天面に固定され、かつ、前記先端部と前記他端部とが前記側面部に対して互いに反対方向にほぼ直角に曲げられたＺ字状の形状、または、前記他端部が前記コレットの側面に固定され、かつ、前記先端部が前記側面部に対してほぼ直角に曲げられたＬ字状の形状、または、前記他端部が前記コレットの側面に固定され、前記側面部が該他端部から鈍角に曲げられ、かつ、前記先端部が前記側面部と同じ平面に形成されている平板状の形状、の内のいずれかの形状を前記板ばねがなしていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の吸着ヘッド。
7. 前記側面吸着穴に対する真空引きにより前記チップを前記チップ吸着面に平行な方向に移動させるときに該チップに近接し又は当接する前記先端部の厚さが、対向する前記チップの側面の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の吸着ヘッド。
8. 前記チップの上面に接触不可エリアが存在している場合、前記チップの上面が前記チップ吸着面に吸着された状態において、前記チップ吸着面に対する前記接触不可エリアの接触を回避する凹面状のザグリが前記チップ吸着面に形成してあることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の吸着ヘッド。
9. あらかじめ設定した弾性係数と厚みとを有する弾性体が、前記板ばねの側面部と前記コレットの側面との間に配置してあることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の吸着ヘッド。
10. 吸着ヘッドによって吸着したチップをあらかじめ設定した所定の搭載場所に搬送して実装する部品搭載装置において、前記吸着ヘッドが請求項１ないし９のいずれかに記載の吸着ヘッドを用いて構成されていることを特徴とする部品搭載装置。

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