JP7381509B2 - チップ部品回収装置およびこれを備えた実装装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸着手段によって保持されて取り扱われるチップ部品を必要に応じて脱着して回収するチップ部品回収装置およびこれを用いた実装装置に関する。

チップ部品を基板に実装する実装装置において、チップ部品を収納ケースやダイシングウエハからピックアップするために吸着保持するコレットや、チップ部品を基板に実装する過程で吸着保持するために（ボンディングヘッドの）アタッチメントツールのような吸着手段が用いられる。

通常、コレットに吸着されたチップ部品は次の工程に受け渡され、アタッチメントツールに吸着保持されたチップ部品は基板に実装される。しかし、場合によってはコレットやアタッチメントツールに吸着保持されたチップ部品を脱着して回収しなければならないことがある。 例えば、チップ部品に欠陥がある場合、吸着状態に問題がある場合、工程上の都合から脱着の必要がある場合等がある。

このように吸着保持されたチップ部品を回収するのに際して、チップ部品を脱着して回収ボックスに投入するのが一般的であり、一例として、図７に示す装置構成により、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すような手順が従来行われている。すなわち、バルブ３２を開とした状態で減圧手段４を稼動してコレット３１がチップ部品Ｃを吸着した状態で、図８（ａ）のようにコレット３１を回収ボックス２００の上に配置してから、コレット３１による吸着を解除するものである。ここで、コレット３１の吸引流路内を大気圧に戻しただけでは、コレット３１とチップ部品Ｃが密着しているため、容易には離脱しない。そこで、バルブ３２を閉じてバルブ３３を開とした状態で加圧手段５を稼動して、チップ部品Ｃをコレット３１から離脱させる。

ただし、チップ部品Ｃをコレット３１から脱着する際に加圧手段５による圧力を上げすぎると、図８（ｃ）に示すように脱着したチップ部品Ｃが回収ボックス内で反発して外側に飛散することや、既に回収ボックス内にあるチップ部品Ｃに衝撃を加えて外部に飛散することがある。このように飛散したチップ部品は、実装装置各部の動作の障害になることから装置故障の原因になる。

また、加圧手段５による加圧が不十分であると、図８（ｄ）に示すように、コレット３１とチップ部品Ｃの間の粘着力により、チップ部品Ｃがコレット３１周囲に貼り付いた状態で残ってしまうことがある。このようにコレット３１にチップ部品Ｃが貼り付いた状態で次のチップ部品Ｃをピックアップすると、図８（ｅ）のようにチップＣを重ねた状態で保持することになり、後工程に悪影響を及ぼす。

図８（ｃ）や図８（ｄ）に示した悪影響は、アタッチメントツールにおいても生じるものであることから、吸着手段が保持するチップ部品Ｃを回収する工程を確実に実行する手法が種々検討された（例えば特許文献１から特許文献３）。

これらの検討の特徴は、チップ部品Ｃを吸着手段から脱着するのに際して、離脱を補助する手段を回収ボックス側に設けることにある。このチップ部品の離脱を補助する手段を設けたチップ部品回収装置の例を図９に示す。図９のチップ部品回収装置１００１では、回収ボックス２の側面に設けた吸引開口部から減圧手段４に通じる吸引流路２０を備えている。図９のチップ部品回収装置１００１は、図１０（ａ）に示すようにチップ部品Ｃを保持した状態のコレット３１を回収ボックス２内に入れてから、図１０（ｂ）のようにコレット３１による吸着を解除するとともに、吸引流路２０内を減圧することで生じる気流によりチップ部品Ｃを離脱して吸引流路２０の吸引開口部側に引き寄せる機能を有している。この後、吸引流路２０内を大気圧に戻すとともに、コレット３１を上昇させることで、回収ボックスへのチップ部品Ｃの回収作業は完了する。なお、チップ部品回収装置１００１の構成において、コレット３１が加圧手段５に連結する構成として、コレット３１からチップ部品Ｃを離脱する際にコレット３１からの加圧を併用してもよい。

特開２００５－２５１９７９号公報 特開２００７－２２０７５４号公報 特開２００８－１９８９４５号公報

図９のチップ部品回収装置１００１のような構成では、チップ部品Ｃをコレット３１のような吸着手段から離脱させる力が、チップ部品Ｃを回収ボックス内に吸引する力でもあるため、離脱したチップ部品Ｃが回収ボックス２の内面で跳ね返ったとしても吸引力が働くため回収ボックス２の外側に飛散するようなことはない。

一方において、チップ部品回収装置１００１の構成では、吸着手段であるコレット３１から離脱したチップ部品Ｃは吸引流路２０の吸引開口部に引き寄せられた状態で回収ボックス２に集積される。この状態を示したのが図１０（ｅ）であるが、このように吸引流路２０の吸引開口部近くに偏って蓄積されたチップ部品Ｃにより、吸引開口部が塞がれて本来の機能を発揮できなくなることがある。すなわち、吸引開口部がチップ部品で塞がれると、吸着手段からチップ部品Ｃを離脱させる気流を発生させることもできなくなる。

このため、回収ボックス２の有する容積に対して、ごく僅かのチップ部品Ｃを回収した段階で回収ボックス２を交換する必要性が生じるが、交換頻度が高まることで実装装置としての稼働率に影響を及ぼすことにもなる。

本発明は、以上の課題に鑑みてなされたものであり、吸着手段によって保持されて取り扱われるチップ部品を必要に応じて脱着して回収するのに際して、チップ部品を吸着手段から離脱させて回収させる動作を確実かつ安定的に行うチップ部品回収装置およびこれを備えた実装装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
吸着手段によって吸着保持されるチップ部品を回収するチップ部品回収装置であって、
前記吸着手段から脱着されたチップ部品を収納する回収ボックスと、吸引開口部を前記回収ボックスに設けた吸引流路と、前記吸引流路内を減圧する減圧手段と、前記吸引流路内を加圧する加圧手段と、を備えたチップ部品回収装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のチップ部品回収装置であって、
前記減圧手段が前記吸引流路内を減圧して、前記吸着手段が吸着解除したチップ部品を吸引してから、前記加圧手段が前記吸引流路内を加圧するチップ部品回収装置である。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のチップ部品回収装置であって、
前記吸引開口部を前記回収ボックスの側面に設けたチップ部品回収装置である。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のチップ部品回収装置であって、
前記吸引開口部が前記チップ部品を吸着保持することが可能な形状を有し、
前記吸着手段が吸着保持するチップ部品と前記吸引開口部を接触させてから、前記吸着手段による前記チップ部品の吸着を解除するチップ部品回収装置である。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のチップ部品回収装置であって、
前記吸引開口部を上下移動して、前記チップ部品に前記吸引開口部を接近させることが可能なチップ部品回収装置である。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５の何れかに記載のチップ部品回収装置であって、
前記吸着手段が、チップ部品をピックアップする際に用いる、コレットであるチップ部品回収装置である。

請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項５の何れかに記載のチップ部品回収装置であって、
前記吸着手段が、チップ部品を実装する際に用いる、ボンディングヘッドのアタッチメントツールであるチップ部品回収装置である。

請求項８に記載の発明は、チップ部品を基板に実装する実装装置であって、
請求項１から請求項７の何れかに記載のチップ部品回収装置を備える実装装置である。

本発明により吸着手段によって保持されて取り扱われるチップ部品を必要に応じて回収するのに際して、チップ部品を吸着手段から離脱させて回収させる動作を確実かつ安定的に行うことができる。

本発明の実施形態１に係るチップ部品回収装置の概略図である。 実施形態１のチップ部品回収装置により回収ボックスにチップ部品を投入する過程を説明するもので、（ａ）チップ部品を保持した状態のコレットが回収ボックス内に入った状態を示し、（ｂ）コレットが吸着解除したチップ部品を吸引して脱着した状態を示し、（ｃ）吸引流路内を加圧してチップ部品を吸引開口部から遠ざけた状態を示し、（ｄ）チップ部品を脱着したコレットが上昇した状態を示し、（ｅ）回収ボックス内にチップ部品が蓄積された状態を示す図である。 本発明の実施形態２に係るチップ部品回収装置の概略図である。 実施形態２のチップ部品回収装置により回収ボックスにチップ部品を投入する過程を説明するもので、（ａ）チップ部品を保持したコレットが回収ボックス上に配置された状態を示し、（ｂ）コレットを下降させてチップ部品を回収ボックス内の吸引開口部と密着させた状態を示し、（ｃ）吸引開口部によりチップ部品を保持してから吸着を解除したコレットが上昇した状態を示し、（ｄ）吸引流路を加圧して吸引開口部からチップ部品を脱着する状態を示す図である。 実装装置のボンディングヘッドが保持するチップ部品を回収する際に本発明を用いる（ａ）実施形態１に係るチップ部品回収装置の概略図であり、（ｂ）実施形態２に係るチップ部品回収装置の概略図である。 実施形態２の変形例のチップ部品回収装置により回収ボックスにチップ部品を投入する過程を説明するもので、（ａ）チップ部品を保持したボンディングヘッドが回収ボックス上に配置された状態を示し、（ｂ）回収ボックスから吸引開口部を上昇させてボンディングヘッドに保持されたチップ部品と密着させて吸着した状態を示し、（ｃ）ボンディングヘッドによる吸着保持を解除してから吸着孔を下降した状態を示し、（ｄ）吸引流路を加圧して吸引開口部からチップ部品を脱着する状態を示す図である。 回収ボックスについて説明する図である。 従来の手法で回収ボックスにチップ部品を投入する例を説明するもので、（ａ）チップ部品を保持したコレットが回収ボックス上に配置された状態を示し、（ｂ）コレットから気流を放出してチップ部品を回収ボックス内に投入した状態を示し、（ｃ）放出したチップ部品の衝撃でチップ部品が回収ボックスから飛散する状態を示し、（ｄ）コレットから気流を放出してもチップ部品が完全に脱着しなかった状態を示す図である チップ部品の回収に減圧手段を用いる例を示す図である。 減圧手段を用いたチップ部品の回収について説明するもので、（ａ）チップ部品を保持した状態のコレットが回収ボックス内に入った状態を示し、（ｂ）コレットが吸着解除したチップ部品を吸引して脱着した状態を示し、（ｃ）チップ部品を脱着したコレットが上昇し始める状態を示し、（ｄ）チップ部品を脱着したコレットが上昇した状態を示し、（ｅ）回収ボックス内にチップ部品が蓄積されて吸引が困難な状態を示す図である

本発明の実施形態について、図を用いて説明する。図１は本発明の実施形態１におけるチップ部品回収装置１の概略図である。

チップ部品回収装置１は、ピックアップツール３が保持したチップ部品Ｃのうち回収の必要性が生じたものを脱着して回収するものであり、回収ボックス２、ピックアップツール３、減圧手段４、加圧手段５と、回収ボックス２またはピックアップツール３を減圧または加圧するための流路およびバルブによって構成されている。
ピックアップツール３はツール本体３０とコレット３１によって構成されており、ツール本体３０およびコレット３１を貫通する流路がバルブ３２を介して減圧手段４に、バルブ３３を介して加圧手段５に連通している。チップ部品Ｃはコレット３１の開口部と接触しており、流路を減圧することで吸着され、大気圧（または加圧）で脱着される。

図１のチップ部品回収装置１はピックアップツール３と対向する面を開口した回収ボックス２、回収ボックス２と減圧手段４を連通する流路に設けたバルブ２１、回収ボックス２と加圧手段５連通する流路に設けたバルブ２２を備えている。また、チップ部品実装装置１は、回収ボックス２の側面に吸引開口部を設けた吸引流路２０を備え、吸引流路２０はバルブ２１を有する流路とバルブ２２を有する流路に分岐している。ここで、吸引流路２０は、内部にチップ部品Ｃが入り込むことのないように、吸引開口部の形状を考慮するか、吸引開口部にフィルタを設ける必要がある。

なお、図１において、ピックアップツール３、回収ボックス２ともに減圧手段４に連通している例を示しているが、ピックアップツール３と回収ボックス２が夫々別の減圧手段に連通する構成としてもよい。

実施形態１のチップ部品実装装置１によるチップ部品Ｃの回収過程を示したのが図２である。

図２（ａ）は図１０（ａ）に示した状態と同じであり、チップ部品Ｃを保持したコレット３１を回収ボックス２内が入っている。この状態において減圧手段４が稼働状態でバルブ３２が開となっており、バルブ２１とバルブ２２は閉である。

図２（ａ）の状態から、バルブ３２を閉じることでコレット３１によるチップ部品Ｃの吸引を解除するとともに（必要に応じてバルブ３３を開いて加圧）、バルブ２１を開いてコレット３１側から吸引流路２０に向けた気流を発生させた状態を示したのが図２（ｂ）である。図２（ｂ）では、気流によってコレット３１から離脱したチップ部品Ｃが吸引流路２０の吸引開口部に引き寄せられている様子を示している。

この後、バルブ２１を閉じる一方で、加圧手段５が稼働状態でバルブ２２を開くことで、吸引流路２０の吸引開口部に引き寄せられたチップ部品Ｃに対して、それまでと逆の力が働く。すなわち、吸引流路２０側から回収ボックス２側に向かう気流が生じ、チップ部品Ｃには吸引開口部から遠ざかる力が働いて図２（ｃ）のような状態となる。それから、バルブ２２を閉じて吸引流路２０内を大気圧に戻すとともに、ピックアップツール３を上昇させることで、回収ボックス２へのチップ部品Ｃの回収作業は完了する。

以上の過程を繰り返した場合、回収されたチップ部品Ｃは、図１０（ｅ）のように吸引流路２０の吸引開口部に蓄積されることはなく、回収ボックス２内に分散して蓄積される（図２（ｅ））。このため、吸引流路２０の吸引開口部を塞ぐことなく、多くのチップ部品Ｃを回収ボックス内に蓄積することができる。すなわち、コレット３１からチップ部品Ｃを確実に離脱させて回収ボックス２に蓄積する過程を、回収ボックス２を早期に交換することなく、安定的に行うことができる。

以上が実施形態１の説明であるが、本発明では別の実施形態も可能であり、例えば図３に示すチップ部品回収装置１１でも同様な発明効果が得られる。その内容を実施形態２として説明する。

図３のチップ部品回収装置１１の説明に際して、図１のチップ部品回収装置１と同一符号のものは同一の機能を有するものであり、図１と異なる符号について説明する。

回収ボックス２０１は回収したチップ部品Ｃを蓄積することに関しては図１の回収ボックス２と共通するが、側面に吸引開口部を設けていない。一方において、回収ボックス２０１は、コレット３１に対向するノズル先端６１を有する回収ノズル６が設けてある。

回収ノズル６はノズル先端６１とノズル本体６０を構成要素としており、ノズル本体６０およびノズル先端６１を貫通する流路が設けられている。ここで、ノズル先端６１の材質は柔軟性および弾力性を有する樹脂やゴムが望ましい。

ノズル本体６０およびノズル先端６１を貫通する流路はバルブ２１を有する流路とバルブ２２を有する流路に分岐して通じている。すなわち、図１のチップ部品回収装置１と対比すると、回収ノズル６およびノズル先端６１を貫通する流路が吸引流路２０に相当し、ノズル先端６１の開口部が吸引開口部に相当する。ただし、ノズル先端６１の開口部の機能は、チップ部品実装装置１における吸引流路２０の吸引開口部とは異なるので、図４を用いて説明する。

図４（ａ）は、チップ部品Ｃを保持したコレット３１が回収ボックス２０１の上部にあり、コレット３１が保持するチップ部品Ｃの下にノズル先端６１が配置された状態である。この状態において減圧手段４が稼働状態でバルブ３２が開となっており、バルブ２１とバルブ２２は閉である。

図４（ａ）の状態から、ピックアップツール３を下降して、コレット３１が保持するチップ部品Ｃにノズル先端６１が接触する。この状態で、バルブ２１を開くことでノズル先端６１の開口部がチップ部品Ｃを吸引して、チップ部品Ｃがノズル先端６１に密着する。それからバルブ３２を閉じて、コレット３１によるチップ部品Ｃの吸着を解除した様子を示したのが図４（ｂ）である。すなわち、図４（ｂ）の状態において、（必要に応じてバルブ３３を開いて加圧して）コレット３１からノズル６１にチップ部品Ｃの受け渡しが行われている。

次に、ピックアップツール３を上昇させれば、図４（ｃ）のようにチップ部品Ｃはコレット３１から離脱してノズル先端６１に吸着保持された状態となる。

この後、バルブ２１を閉じる一方で、加圧手段５が稼働状態でバルブ２２を開くことで、ノズル先端６１の開口部圧力が大気圧より高くなって、図４（ｄ）のようにチップ部品Ｃはノズル先端６１から離脱して回収ボックス２０１内に落下する。ここで、ノズル先端６１の開口部が特定の方向に傾いていなければ、チップ部品Ｃは回収ボックス２０１内の各方向に落下する。

ところで、図４（ｂ）から図４（ｃ）の状態に移行するのに際して、チップ部品Ｃはコレット３１に密着しているものの吸着は解除されているため、ノズル先端６１とチップ部品Ｃとの接触面積は、コレット３１がチップ部品Ｃを吸着保持するときの接触面積よりも小さくてよい。また、ノズル先端６１がチップ部品Ｃを吸着保持する時間は僅かであるため、ノズル先端６１とチップ部品の間に強い粘着性が生じることもない。このため、図４（ｄ）のようにノズル先端６１からチップ部品Ｃを離脱させる際に過剰な圧力を加える必要がなく、チップ部品Ｃがノズル先端６１から離脱する際に、回収ボックス２０１の外側に飛び出すこともない。

以上、実施形態１と実施形態２の説明において、チップ部品Ｃを吸着保持する吸着手段が（ピックアップツール３）のコレット３１である例について説明したが、本発明は吸着手段が（ボンディングヘッドの）アタッチメントツールの場合にも適用可能である。

その例を示したのが、図５（ａ）および図５（ｂ）である。図５（ａ）は図１のピックアップツール３をボンディングヘッド７に変えた例であり、チップ部品Ｃはボンディングヘッド７を構成するヘッド本体７０、断熱部７１、ヒータ７２およびアタッチメントツール７３を貫通する流路を減圧手段４で減圧することで、アタッチメントツール７３がチップ部品Ｃを保持する例であり、実施形態１について説明したのと同様な過程によりチップ部品Ｃを回収する。

また、図５（ｂ）は図３のピックアップツール３をボンディングヘッド７に変えた例であり、実施形態２について説明したのと同様な過程によりチップ部品Ｃを回収する。

ところで、図５（ｂ）のの構成において、ボンディングヘッド７の大きさを回収ボックス２０１の上側開口部よりも小さく描いているが、ボンディングヘッド７のサイズはピックアップツール３に比べて大きく、回収ボックス２０１の上側開口部から下降させることができないこともある。

そこで、ノズル先端６１を、アタッチメントツール７３が保持するチップ部品Ｃに向けて上昇させる構成としてもよく、その例を図１０に示す。図１０において、ノズル先端６１は、シリンダ６３により上下移動可能な可動ノズル６２に連結している。可動ノズル６２は、上下移動可能という特徴を除いて、図３におけるノズル本体６０と同様な機能を有している。

図６（ａ）は、可動ノズル６３が下降した状態で、ノズル先端６１と対向する回収ボックス２０１の上側開口部より高い位置に、アタッチメントツール７３がチップ部品Ｃを吸着保持する状態を示している。この状態から、可動ノズル６３を上昇させて、図６（ｂ）のように、ノズル先端６１をチップ部品Ｃに接触させる。それからノズル先端６１の開口部がチップ部品Ｃを吸引して、アタッチメントツール７３によるチップ部品Ｃの吸着を解除することで、アタッチメントツール７３からノズル先端６１へチップ部品Ｃの受け渡しが行われる。

次に、可動ノズル６３を下降させれば、図６（ｃ）のような状態になる。図６（ｃ）において、回収ボックス２０１内のチップ部品Ｃの状態は図４（ｃ）と同様であり、図４（ｄ）と同様にノズル先端６１の開口部圧力を高めることで、図６（ｄ）のようにチップ部品Ｃはノズル先端６１から離脱して回収ボックス２０１内に落下する。

以上のように、図６に示した構成により、回収ボックス２０１の上側開口部がボンディングヘッドサイズに比べて大きくなくても、ボンディングヘッド７のアタッチメントツール７３が吸着保持するチップ部品Ｃを回収ボックス２０１内に投入することも可能である。

１、１１、１０１、１１１ チップ部品回収装置
２、２０１ 回収ボックス
３ ピックアップツール
４ 減圧手段
５ 加圧手段
６ 回収ノズル
７ ボンディングヘッド
２０ 吸引流路
２１、２２、３２、３３ バルブ
３０ ツール本体
３１ コレット
６０ ノズル本体
６１ ノズル先端
６２ 可動ノズル
６３ シリンダ
７０ ヘッド本体
７１ 断熱部
７２ ヒータ
７３ アタッチメントツール
Ｃ チップ部品

Claims (8)

1. 吸着手段によって吸着保持されるチップ部品を回収するチップ部品回収装置であって、
   前記吸着手段から脱着されたチップ部品を収納する回収ボックスと、
   吸引開口部を前記回収ボックスに設けた吸引流路と、
   前記吸引流路内を減圧する減圧手段と、
   前記吸引流路内を加圧する加圧手段と、を備えたチップ部品回収装置。
2. 請求項１に記載のチップ部品回収装置であって、
   前記減圧手段が前記吸引流路内を減圧して、前記吸着手段が吸着解除したチップ部品を吸引してから、
   前記加圧手段が前記吸引流路内を加圧するチップ部品回収装置。
3. 請求項２に記載のチップ部品回収装置であって、
   前記吸引開口部を前記回収ボックスの側面に設けたチップ部品回収装置。
4. 請求項２に記載のチップ部品回収装置であって、
   前記吸引開口部が前記チップ部品を吸着保持することが可能な形状を有し、
   前記吸着手段が吸着保持するチップ部品と前記吸引開口部を接触させてから、前記吸着手段による前記チップ部品の吸着を解除するチップ部品回収装置。
5. 請求項４に記載のチップ部品回収装置であって、
   前記吸引開口部を上下移動して、前記チップ部品に前記吸引開口部を接近させることが可能なチップ部品回収装置。
6. 請求項１から請求項５の何れかに記載のチップ部品回収装置であって、
   前記吸着手段が、チップ部品をピックアップする際に用いる、コレットであるチップ部品回収装置。
7. 請求項１から請求項５の何れかに記載のチップ部品回収装置であって、
   前記吸着手段が、チップ部品を実装する際に用いる、ボンディングヘッドのアタッチメントツールであるチップ部品回収装置。
8. チップ部品を基板に実装する実装装置であって、
   請求項１から請求項７の何れかに記載のチップ部品回収装置を備える実装装置。