JP6138332B1 - 吸着搬送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】先端が平面の吸着ヘッドで丸型リード線を吸着搬送する。【解決手段】空気が通流する通流孔５１ｃを有し、先端が平面の吸着ノズル５１を用いた吸着搬送方法であって、吸着ノズル５１が丸型リード線７０の外周面を吸着するリード線吸着工程と、丸型リード線７０を吸着した吸着ノズル５１が移動するリード線搬送工程とを備える。リード線吸着工程は、吸着ノズル５１の先端平面５１ｄ，５１ｄと、丸型リード線７０の外周面７０ａとが当接する。【選択図】図５

Description

本発明は、吸着搬送方法に関し、例えば、卓上用ダイボンダで部品を吸着搬送する方法に関する。

ダイボンダは、半導体チップ（ダイ）を基板やパッケージに実装する実装装置であり、特に、卓上用ダイボンダは、試作・検査段階で使用されるものである。また、半導体製造装置は、半導体チップを真空吸着して搬送しながら試作や製造を行うことが多い。例えば、特許文献１，２は、リードを吸着保持する技術を開示している。なお、特許文献３，４は、卓上用ダイボンダに使用する３軸マニュピレータを開示している。

特開平１０−７４７９３号公報（段落００５０，００５７、図１３（ｃ）） 特開２０１３−３４０２１号公報（段落００７７，０１５９） 米国特許第５８７１１３６号明細書 米国特許第５９３１３７２号明細書

特許文献１に記載のリード３６は、平板形状であり（図１３）、吸着搬送されるものである（段落００５０，００５７）。また、特許文献２に記載のリード線２は、「リード線２の厚さ」と表現されているから（段落０１５９）、板状リードだと推認することができる。
ところで、半導体チップを吸着する吸着ノズル（吸着ヘッド）は、先端径が徐々に細くなる円錐形状（ノズル形状）の物や先端径が徐々に拡がるカップ形状の物が存在するが、何れも先端は環状平面である。

先端が平面の吸着ノズルは、平板形状のリードやリードフレームの吸着には好適であるが、断面視丸型の丸型リード線を吸着することは想定されていない。このため、半導体チップの電極に丸型リード線を接続するときには、巻回された丸型リード線を繰り出す操出治具が必要である。つまり、ダイボンダは、半導体チップを吸着する吸着ノズルを操出治具に切り替える切り替え機構を設ける必要があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、簡易的に丸型リード線を吸着搬送することができる吸着搬送方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、空気が通流する通流孔を有し、先端が平面の吸着ノズルを用いた吸着搬送方法であって、前記吸着ノズルが電子部品を吸着する部品吸着工程と、前記吸着された電子部品が部品ホルダまで搬送される部品搬送工程と、前記吸着ノズルが丸型リード線の外周面を吸着するリード線吸着工程と、前記丸型リード線を吸着した吸着ヘッドが移動するリード線搬送工程とを備え、前記リード線搬送工程は、前記電子部品まで前記丸型リード線の先端が移動することを特徴とする。

これによれば、吸着ノズルの先端平面の少なくとも２箇所と、丸型リード線の外周面とが当接した状態で、丸型リード線を吸着搬送することができる。また、前記吸着ノズルが電子部品（例えば、半導体チップ、チップコンデンサ）を吸着する部品吸着工程と、前記吸着された電子部品が部品ホルダまで搬送される部品搬送工程をさらに備え、前記リード線搬送工程は、前記電子部品まで前記丸型リード線の先端が移動することが好ましい。これによれば、電子部品を吸着した吸着ヘッドで丸型リード線を吸着搬送することができる。つまり、吸着ノズルを取り換えることなく、丸型リード線を吸着搬送することができる。

また、前記吸着ノズルは、先端面が二重円の円錐台形状であり、前記電子部品は、前記導電性ペーストが塗布される電極を複数有し、隣接する前記電極同士の間隔は、前記先端面の内径以上であることが好ましい。これによれば、丸型リード線の先端を電子部品の電極の近傍に近づけても、隣接する他の丸型リード線が吸着ノズルの吸入孔から外れるので、吸入ノズルは、隣接する他の丸型リード線を吸着することがない。

本発明によれば、簡易的に丸型リード線を吸着搬送することができる。

本発明の実施形態であるダイボンダの外観図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 ダイボンダのヘッド部、及びその周辺の構造を示す構造図である。 （ａ）は吸着ノズルの斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は断面図、（ｃ）は底面図である。 本発明の実施形態である丸型リード線を電子部品の電極に接続する接続方法を説明する工程図である。 吸着ノズルが丸型リード線を吸着した状態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。 電子部品の電極間間隔と、吸着ノズルの吸入口径との関係を示す図であり、（ａ）（ｃ）は側面図であり、（ｂ）（ｄ）は平面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態（以下、「本実施形態」と称する）につき詳細に説明する。なお、各図は、本実施形態を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。また、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態であるダイボンダの外観図であり、図１（ａ）は、実体顕微鏡を除いた平面図であり、図１（ｂ）は、実体顕微鏡を２点鎖線で示した側面図である。
ダイボンダ１００は、実体顕微鏡１０と、ステージ２０と、部品ホルダとしてのワークホルダ３０と、３軸マニュピレータ４０とを備える。ダイボンダ１００は、一般に、ワークとしての半導体チップ８０を基板やパッケージに実装するものである。ここで、基板は、ＰＣＢ（Print Circuit Board）基板やガラス基板等があり、実装は、フリップチップ実装や通常のダイボンディング等がある。このため、ダイボンダ１００は、一般に、接着材（銀ペースト、エポキシ材、ＵＶ硬化樹脂等）のディスペンス、バンプのスタンピング及びチップピックアップを行う機能を有する。本実施形態では、ダイボンダ１００は、実装された半導体チップ８０の電極７５（図６）に丸型リード線７０（図５）の先端をワイヤ接続するために用いられる。

実体顕微鏡１０は、正立視野が得られる光学系を２組備えた、比較的大きな試料を立体的に観察するタイプの双眼実体顕微鏡である。大型試料の観察や顕微鏡下での作業を考慮し、実体顕微鏡１０は、ワーク（例えば、半導体チップ）と対物レンズとの距離（ワーキングディスタンス）を確保したものになっている。観察倍率は、通常、数倍〜数十倍と比較的低く、対物レンズの焦点距離は長い。

ステージ２０は、ワークホルダ３０を固定するテーブルである。ワークホルダ３０は、半導体チップ８０（図６）やコンデンサ等の電子部品を載置・固定する部品ホルダである。なお、ワークホルダ３０は、Ｚステージや、加熱・冷却器等を内蔵したり、ＤＩＰパッケージを載置・固定したりするように構成可能である。

３軸マニュピレータ４０は、コントロールノブ４５をＸＹＺ方向に動かすことにより、ヘッド部５０をＸＹＺ方向に１／８の変位量で移動させるものである（特許文献３，４参照）。回転ノブ４６は、ピックアップツール５１（図３）を１対１の回転量で回転させるノブである。

図２は、ダイボンダのヘッド部、及びその周辺の構造を示す構造図である。
ヘッド部５０は、吸着ノズルとしてのピックアップツール５１と、該ピックアップツール５１を回転させるベルト５２と、ディスペンスニードル５３と、バンプスタンプツール５４とを備える。ヘッド部５０は、操作者の操作により、ピックアップツール５１と、ディスペンスニードル５３と、荷重認識針５４とを適宜切り替えることができるように構成されている。

ピックアップツール５１は、半導体チップ８０（図１，６）、コンデンサチップやワイヤフレーム等の電子部品を真空吸着する吸着ノズルであるが、本実施形態では、丸型リード線７０（図５）を吸着することを特徴とする。ベルト５２は、ピックアップツール５１を回転させるものであり、モータ５５の回転力をピックアップツール５１に伝達させる。ここで、モータ５５は回転ノブ４６と同期しているものとし、回転ノブ４６とピックアップツール５１とは互いに同期する。

ディスペンスニードル５３は、導電性ペースト（例えば、銀ペースト）、エポキシ材、ＵＶ硬化樹脂等の接着剤を供給する吐出孔を有する針である。ここで、導電性ペーストは、電極７５（図６）と丸型リード線７０とを接続するために用いられ、エポキシ材、ＵＶ硬化樹脂は、半導体チップ８０と基板とを接着するために用いられる。

図３は、吸着ノズルの斜視図、側面図、断面図、及び底面図である。特に、図３（ａ）は斜視図であり、図３（ｂ）は側面図であり、図３（ｃ）は断面図であり、図３（ｄ）は底面図である。
吸着ノズルとしてのピックアップツール５１は、先端部５１ａと軸部５１ｂとを備える樹脂製の吸着ヘッドである。ピックアップツール５１の中心は、空気を吸入（通流）する通流孔５１ｃが形成されている。先端部５１ａは、二重円（径が異なる２つの円）の先端面５１ｄを有する円錐台形状であり、両側の母線のなす角度は３０°である。先端面５１ｄの内径（ホール径）ｄ１と外径（先端径）ｄ２との比は、１：２であり、その比は、例えば、１：１．５から１：２．５の範囲でも構わない。また、先端部５１ａは、デルリン等の樹脂である必要はなく、金属製であっても構わない。なお、図３（ｂ）において、２点鎖線は、先端部５１ａの外径が軸部５１ｂの径と等しいものがあることを示している。

図４は、本発明の実施形態である丸型リード線を電子部品の電極に接続する接続方法を説明する工程図である。
図４の工程は、予め、操作者がピックアップツール５１に接続されている真空ポンプ（図示せず）を駆動し、真空ポンプが通流孔５１ｃ（図３）に空気を通流させた状態で実行される。
まず、作業者は、ピックアップツール５１の先端面５１ｄを半導体チップ８０等の電子部品に接近させる。これにより、ピックアップツール５１は、半導体チップ８０等の電子部品を吸着する部品吸着工程を実行する（Ｓ１１）。
Ｓ１１の後、作業者は、コントロールノブ４５（図１）をＸＹＺ方向に操作して、ワークホルダ３０まで電子部品を移動させる。つまり、ピックアップツール５１は、ワークホルダ３０まで電子部品を搬送させる部品搬送工程を実行する（Ｓ１３）。このとき、操作者は、回転ノブ４６を操作して、モータ５５、及びベルト５２（図２）を介して、ピックアップツール５１を回転させることができる。

Ｓ１３の後、作業者は、ヘッド部５０をピックアップツール５１からディスペンスニードル５３に切り替えて、コントロールノブ４５の操作により、ディスペンスニードル５３を電子部品の所定部位（例えば、半導体チップ８０の電極７５（図６））に移動させ、導電性ペースト（例えば、銀ペースト）を塗布する（Ｓ１５）。Ｓ１５の後、作業者は、ヘッド部５０をディスペンスニードル５３からピックアップツール５１に戻して、丸型リード線７０（図５）をピックアップツール５１の先端面５１ｄに接近させる。これにより、ピックアップツール５１は、丸型リード線７０の外周面を吸着するリード線吸着工程を実行する（Ｓ１７）。

図５は、吸着ノズルが丸型リード線を吸着した状態を示す図である。特に、図５（ａ）は、斜視図であり、図５（ｂ）（ｃ）は、側面図、及び正面図である。
吸着ノズルとしてのピックアップツール５１は、丸型リード線７０の外周面を吸着している。つまり、丸型リード線７０は、その外周面７０ａとピックアップツール５１の先端面５１ｄとが当接した状態で、ピックアップツール５１に吸着される。

ここで、丸型リード線７０は、その代表的な外径ｄ０が１３［μｍ］〜５０［μｍ］であり、ピックアップツール５１の先端面５１ｄの内径（つまり、通流孔５１ｃの径ｄ１）は、１２７［μｍ］〜５０８［μｍ］である。つまり、丸型リード線７０の外径ｄ０と通流孔５１ｃの径ｄ１（図３（ｃ））との比は、１：４０〜１：１０〜１：２程度である。

図４の説明に戻り、Ｓ１７の後、操作者は、コントロールノブ４５（図１）を操作して、電子部品に塗布された導電性ペーストの内部まで丸型リード線７０の先端部を移動させる。つまり、ピックアップツール５１は、導電性ペーストの内部まで丸型リード線７０の先端部を搬送させるリード線搬送工程を実行する（Ｓ１９）。このとき、操作者は、回転ノブ４６（図１）を操作して、ベルト５２（図２）を介して、ピックアップツール５１を回転させることができる。

そして、操作者は、導電性ペーストが乾燥・固化するまで、待機して（Ｓ２１）、ピックアップツール５１の吸着を解除し、一連のリード線接続工程を終了する。

図６は、電子部品の電極間間隔と、吸着ノズルの吸入口径との関係を示す図である。
図６（ａ）（ｃ）は、ピックアップツール５１及び丸型リード線７０の側面図であり、図６（ｂ）（ｄ）はピックアップツール５１、丸型リード線７０、及び半導体チップ８０の平面図である。

また、図６（ａ）（ｂ）は、吸着ノズルとしてのピックアップツール５１ｙの吸入孔径φ１と電子部品（半導体チップ８０）の電極同士の間隔Ｄとが略等しいときを示し、図６（ｃ）（ｄ）は、吸着ノズルとしてのピックアップツール５１ｚの吸入口径φ２が電子部品（半導体チップ８０）の電極同士の間隔Ｄよりも小さいときを示している。ここで、半導体チップ８０は、矩形状の複数の電極７５（７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄ）が一定間隔Ｄで配列されているものとする。図６は、電極７５ａ，７５ｂが丸型リード線７０ａ，７０ｂの一端と接続済みであり、電極７５ｃに丸型リード線７０ｃを接続しようとする状態を示している。つまり、丸型リード線７０ａ，７０ｂの細い実線は、電極７５ａ，７５ｂの一端と接続済みであることを示し、丸型リード線７０ｃの太い実線は、電極７５ｃの近傍に搬送されているが、未接続であることを示している。

図６（ａ）（ｂ）において、操作者は、ピックアップツール５１ｙの先端面５１ｄに丸型リード線７０ｃを吸着し、丸型リード線７０ｃの先端を電極７５ｃの近傍に近づける。この場合では、ピックアップツール５１ｙの吸入口径φ１と電極７５，７５ｃの間隔Ｄとが略等しいので、ピックアップツール５１ｙは、隣接する丸型リード線７０ｂを吸着しようとすることがある。この隣接する丸型リード線７０ｂの吸着は、他端が接続されていないとき、特に、問題となる。

しかしながら、図６（ｃ）（ｄ）のように、ピックアップツール５１ｚの吸入孔径φ２が電極７５ｂ，７５ｃの間隔Ｄよりも小さく（好ましくは、丸型リード線７０の径をｄ０としたとき、間隔（Ｄ−ｄ０）よりも小さく、さらに好ましくは、φ２≦Ｄ／２、Ｄ／５、Ｄ／１０）すれば、丸型リード線７０ｃの先端を電極７５ｃの近傍に近づけても、隣接する丸型リード線７０ｂは、空気を吸入（通流）する通流孔５１ｃから外れるので、ピックアップツール５１ｚは、隣接する丸型リード線７０ｃを吸着することがない。

以上、説明したように、本実施形態のダイボンダ１００は、半導体チップ８０、コンデンサチップやワイヤフレーム等の電子部品を真空吸着するピックアップツール５１を用いて、丸型リード線７０を吸着することができる。つまり、ダイボンダ１００は、電子部品を吸着するためのピックアップツール５１を交換することなく、丸型リード線７０を吸着・搬送することができる。つまり、ピックアップツール５１は、板状リード線やリードフレームだけでなく、丸型リード線７０を吸着・搬送することができる。

また、電子部品が複数の電極７５が等間隔Ｄで配列されている半導体チップ８０である場合であって、ピックアップツール５１ｚ（図６（ｂ））の吸入孔径φ２が電極７５の間隔Ｄよりも小さいとき、丸型リード線７０の先端を電極７５ｃの近傍に近づけても、隣接する丸型リード線７０ｂは、空気を吸入（通流）する通流孔５１ｃから外れるので、ピックアップツール５１ｚは、隣接する丸型リード線７０ｃを吸着することがない。

（変形例）
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような種々の変形が可能である。
（１）前記実施形態のピックアップツール５１は、先端が円錐台形状をしており、先端面５１ｄが円環状であったが、先端面を矩形状にすることもできる。

１０ 実体顕微鏡
２０ ステージ
３０ ワークホルダ（部品ホルダ）
４０ ３軸マニュピレータ
４５ コントロールノブ
４６ 回転ノブ
５０ ヘッド部
５１，５１ｙ，５１ｚ ピックアップツール（吸着ノズル）
５１ａ 先端部
５１ｂ 軸部
５１ｃ 通流孔（吸入孔）
５１ｄ 先端面
５２ ベルト
５３ ディスペンスニードル
５４ 荷重認識針
５５ モータ
７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ 丸型リード線
７０ａ 外周面
７５，７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄ 電極
８０ 半導体チップ（電子部品）
９０ 本体筐体
１００ ダイボンダ

Claims (3)

1. 空気が通流する通流孔を有し、先端が平面の吸着ノズルを用いた吸着搬送方法であって、
   前記吸着ノズルが電子部品を吸着する部品吸着工程と、
   前記吸着された電子部品が部品ホルダまで搬送される部品搬送工程と、
   前記吸着ノズルが丸型リード線の外周面を吸着するリード線吸着工程と、
   前記丸型リード線を吸着した前記吸着ノズルが移動するリード線搬送工程とを備え、
   前記リード線搬送工程は、前記電子部品まで前記丸型リード線の先端が移動する
   ことを特徴とする吸着搬送方法。
2. 請求項１に記載の吸着搬送方法であって、
   前記部品ホルダまで吸着搬送された電子部品に導電性ペーストが塗布される導電性ペースト塗布工程をさらに備え、
   前記リード線搬送工程は、前記丸型リード線の一端が前記塗布された導電性ペーストの内部まで挿入される工程である
   ことを特徴とする吸着搬送方法。
3. 請求項２に記載の吸着搬送方法であって、
   前記吸着ノズルは、先端面が二重円の円錐台形状であり、
   前記電子部品は、前記導電性ペーストが塗布される電極を複数有し、
   隣接する前記電極同士の間隔は、前記先端面の内径以上である
   ことを特徴とする吸着搬送方法。

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