特開 2022-36802 実装ヘッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022036802

(43)【公開日】2022-03-08

(54)【発明の名称】実装ヘッド

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20220301BHJP

   H05K 13/04 20060101ALI20220301BHJP

   H01L 21/52 20060101ALI20220301BHJP

【ＦＩ】

H01L21/60 311T

H05K13/04 B

H01L21/52 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020141183

(22)【出願日】2020-08-24

(71)【出願人】

【識別番号】519231500

【氏名又は名称】ハンファ精密機械株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001601

【氏名又は名称】特許業務法人英和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小畑 秀行

(72)【発明者】

【氏名】杉本 洋一郎

(72)【発明者】

【氏名】パク ガンジェ

【テーマコード（参考）】

5E353

5F044

5F047

【Ｆターム（参考）】

5E353BB03

5E353JJ29

5E353PP02

5E353QQ12

5F044KK01

5F044PP15

5F044PP16

5F047AA17

5F047FA08

5F047FA38

5F047FA84

(57)【要約】

【課題】半導体チップを真空吸着する吸着具と、この吸着具の吸着面（下面）を基板面と平行にするための倣い機構とを備える実装ヘッドにおいて、吸着具の回転動作や倣い機構の倣い動作に支障を来すことなく、吸着具に対して正圧と負圧を選択的に供給できるようにする。
【解決手段】上下方向に移動可能なヘッド本体１０に、スピンドル３０がＺ軸周りに回転可能に取り付けられ、スピンドル３０の下端部に、倣い機構５０を介して、半導体チップを真空吸着する吸着具６０が取り付けられている実装ヘッド１であって、倣い機構５０をＺ軸周りに回転可能に保持するハウジング８０を備えると共に、ハウジング８０とヘッド本体１０との間に介在し、ヘッド本体１０に対するハウジング８０のＺ軸周りの回転を規制する回り止め機構を備える。ハウジングには正圧又は負圧を供給するためのエア給排ポートが設けられており、エア給排ポートは、エア通路を通じて吸着具６０に連通している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上下方向に移動可能なヘッド本体に、スピンドルがその上下方向軸であるＺ軸周りに回転可能に取り付けられ、前記スピンドルの下端部に、倣い機構を介して、半導体チップを真空吸着する吸着具が取り付けられている実装ヘッドであって、
前記倣い機構をＺ軸周りに回転可能に保持するハウジングを備えると共に、前記ハウジングと前記ヘッド本体との間に介在し、前記ヘッド本体に対する前記ハウジングのＺ軸周りの回転を規制する回り止め機構を備え、
前記ハウジングには正圧又は負圧を供給するためのエア給排ポートが設けられており、
前記エア給排ポートは、エア通路を通じて前記吸着具に連通している、実装ヘッド。

【請求項2】

前記回り止め機構は、前記ヘッド本体に対する前記ハウジングのＺ軸方向の移動を許容する、請求項１に記載の実装ヘッド。

【請求項3】

前記倣い機構は、下面部に凹状半球面及び凸状半球面のいずれか一方である第１倣い面を有する上部ブロックと、上面部に凹状半球面及び凸状半球面のいずれか他方である第２倣い面を有する下部ブロックとを備え、前記第１倣い面に対して前記第２倣い面が倣うことにより、前記上部ブロックに対して前記下部ブロックが搖動可能となっており、前記下部ブロックの下面側に前記吸着具が取り付けられる、請求項１又は２に記載の実装ヘッド。

【請求項4】

前記上部ブロックは、前記エア通路から分岐して前記第１倣い面に通じる分岐エア通路を有し、前記エア給排ポートに供給される正圧が、前記エア通路及び前記分岐エア通路を通じて前記第１倣い面から前記第２倣い面に向けて供給される、請求項３に記載の実装ヘッド。

【請求項5】

前記倣い機構は、ピストンシリンダと、前記ピストンシリンダ内にＺ軸方向に移動可能に配置されたピストンロッドとをさらに備え、
前記ピストンシリンダは、前記ハウジングに対してＺ軸周りに回転可能かつＺ軸方向に移動不能に装着され、前記ピストンシリンダの上端部には前記スピンドルの下端部が固定され、前記ピストンシリンダの下端部には前記上部ブロックが固定され、
前記ピストンロッドの下端部には前記下部ブロックが搖動可能に支持され、
前記ハウジングには正圧を供給するためのエア供給ポートが設けられており、前記エア供給ポートに供給される正圧が前記ピストンシリンダ内に供給され、この正圧によって前記ピストンロッドがＺ軸方向上方に付勢される、請求項４に記載の実装ヘッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体チップを基板に実装する実装装置の実装ヘッドに関する。
なお、本明細書において「半導体チップ」とは、ダイシングされた半導体素子、パッケージ化された電子部品等を総称するものである。また、本明細書において「基板」とは、ダイシングされた半導体素子をボンディングする支持体、パッケージ化された電子部品を搭載するプリント基板等を総称するものである。

【背景技術】

【0002】

従来一般的に実装装置の実装ヘッドは、上下方向に移動可能なヘッド本体に、スピンドルがその上下方向軸であるＺ軸周りに回転可能に取り付けられ、このスピンドルの下端部に半導体チップを真空吸着するためのコレットやノズルなどの吸着具が取り付けられる構成となっている。このような実装ヘッドにおいて高品質の実装を実現するには、半導体チップを真空吸着する吸着具の吸着面（下面）と基板面とを常に平行に保つ必要がある。そこで、吸着具の吸着面（下面）と基板面とが平行でない場合に、吸着具の吸着面（下面）を基板面と平行にするために、例えば特許文献１～３に開示されているような倣い機構を、スピンドルと吸着具との間に介在させることが考えられる。

【0003】

しかし、半導体チップを真空吸着する吸着具を備える実装ヘッドにおいては、吸着具に対して正圧と負圧を選択的に供給する必要があるところ、そのための構成は特許文献１～３には開示されていない。単純には、正圧又は負圧を供給するためのエア給排ポートを吸着具に設ければよいが、吸着具はＺ軸周りに回転することから、吸着具にエア給排ポートを設けると、そのエア給排ポートに接続されるエア配管が吸着具の回転に伴い引きずられて連れ回りするなどして、吸着具の回転動作に支障を来すことになる。また、吸着具は倣い機構の下部ブロック（搖動体）の下面側に取り付けられることになるが、吸着具にエア給排ポートを設けた場合、そのエア給排ポートに接続されるエア配管の分も含めて吸着具の重量や配管抵抗が大きくなり、下部ブロック（搖動体）の搖動による倣い動作に支障を来すことになる。さらに、エア給排ポートを倣い機構に設けた場合も同様に、倣い機構の回転動作や倣い動作に支障を来すことになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２－１４１３６１号公報

【特許文献2】特開２０１０－２７９８８号公報

【特許文献3】特開２０１６－５１８５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、半導体チップを真空吸着する吸着具と、この吸着具の吸着面（下面）を基板面と平行にするための倣い機構とを備える実装ヘッドにおいて、吸着具の回転動作や倣い機構の倣い動作に支障を来すことなく、吸着具に対して正圧と負圧を選択的に供給できるようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一観点によれば、次の１～５の実装ヘッドが提供される。
１．
上下方向に移動可能なヘッド本体に、スピンドルがその上下方向軸であるＺ軸周りに回転可能に取り付けられ、前記スピンドルの下端部に、倣い機構を介して、半導体チップを真空吸着する吸着具が取り付けられている実装ヘッドであって、
前記倣い機構をＺ軸周りに回転可能に保持するハウジングを備えると共に、前記ハウジングと前記ヘッド本体との間に介在し、前記ヘッド本体に対する前記ハウジングのＺ軸周りの回転を規制する回り止め機構を備え、
前記ハウジングには正圧又は負圧を供給するためのエア給排ポートが設けられており、
前記エア給排ポートは、エア通路を通じて前記吸着具に連通している、実装ヘッド。
２．
前記回り止め機構は、前記ヘッド本体に対する前記ハウジングのＺ軸方向の移動を許容する、前記１に記載の実装ヘッド。
３．
前記倣い機構は、下面部に凹状半球面及び凸状半球面のいずれか一方である第１倣い面を有する上部ブロックと、上面部に凹状半球面及び凸状半球面のいずれか他方である第２倣い面を有する下部ブロックとを備え、前記第１倣い面に対して前記第２倣い面が倣うことにより、前記上部ブロックに対して前記下部ブロックが搖動可能となっており、前記下部ブロックの下面側に前記吸着具が取り付けられる、前記１又は２に記載の実装ヘッド。
４．
前記上部ブロックは、前記エア通路から分岐して前記第１倣い面に通じる分岐エア通路を有し、前記エア給排ポートに供給される正圧が、前記エア通路及び前記分岐エア通路を通じて前記第１倣い面から前記第２倣い面に向けて供給される、前記３に記載の実装ヘッド。
５．
前記倣い機構は、ピストンシリンダと、前記ピストンシリンダ内にＺ軸方向に移動可能に配置されたピストンロッドとをさらに備え、
前記ピストンシリンダは、前記ハウジングに対してＺ軸周りに回転可能かつＺ軸方向に移動不能に装着され、前記ピストンシリンダの上端部には前記スピンドルの下端部が固定され、前記ピストンシリンダの下端部には前記上部ブロックが固定され、
前記ピストンロッドの下端部には前記下部ブロックが搖動可能に支持され、
前記ハウジングには正圧を供給するためのエア供給ポートが設けられており、前記エア供給ポートに供給される正圧が前記ピストンシリンダ内に供給され、この正圧によって前記ピストンロッドがＺ軸方向上方に付勢される、前記４に記載の実装ヘッド。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、吸着具の回転動作や倣い機構の倣い動作に支障を来すことなく、吸着具に対して正圧と負圧を選択的に供給できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態である実装ヘッドの全体構成を示す概念図。

【図2】本発明の一実施形態における倣い機構をハウジングに保持した状態の斜視図。

【図3】図２の分解斜視図。

【図4】図２のＡ－Ａ断面図。

【図5】回り止め機構を示す正面図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１に、本発明の一実施形態である実装ヘッドの全体構成を概念的に示している。
同図に示す実装ヘッド１は上下方向に移動可能なヘッド本体１０を備えている。ヘッド本体１０は、モータ２０によってボールねじ機構２１を回転駆動させることにより上下方向に移動する。そして、このヘッド本体１０に、スピンドル３０がその上下方向軸であるＺ軸周りに回転可能に取り付けられている。スピンドル３０は、モータ４０によってベルト機構４１を回転駆動させることによりＺ軸周りに回転する。

【0010】

スピンドル３０の下端部には、倣い機構５０を介して、半導体チップを真空吸着する吸着具としてコレット６０が取り付けられている。また、スピンドル３０の上端は、エアシリンダ機構７０のシリンダロッド７１に接続されている。エアシリンダ機構７０には所定圧のエアが充填されており、空気ばねとしての機能を有する。なお、詳細は後述するが、倣い機構５０による倣い動作の際、モータ２０の駆動によりヘッド本体１０と一緒にスピンドル３０を下降させてコレット６０の下面を基板面２にタッチさせた後さらに所定量（０．５ｍｍ程度）下降させる。このとき、スピンドル３０は、エアシリンダ機構７０の空気ばね機能によりヘッド本体１０に対して相対的に上方向に移動する。また、倣い動作完了後、ヘッド本体１０と一緒にスピンドル３０を上昇させると、スピンドル３０はエアシリンダ機構７０の空気ばね機能によりヘッド本体１０に対して相対的に下方向に移動して初期位置（原点位置）に復帰する。

【0011】

このように、本実施形態においてスピンドル３０は、ヘッド本体１０に対してＺ軸周りに回転可能かつＺ軸方向に移動可能である。なお、本実施形態においてスピンドル３０は、回転あるいは移動の際、スピンドルガイド３１によってガイドされることで、円滑に回転あるいは移動することができる。

【0012】

倣い機構５０は、ハウジング８０に、Ｚ軸周りに回転可能に保持されている。そして、ヘッド本体１０とハウジング８０との間には回り止め機構９０が介在している。

【0013】

次に、倣い機構５０の詳細について説明する。
図２は倣い機構５０をハウジング８０に保持した状態の斜視図、図３はその分解斜視図、図４は図２のＡ－Ａ断面図である。なお、図４にはコレット６０を追加で示している。
倣い機構５０は、ピストンシリンダ５１と、ピストンロッド５２と、上部ブロック５３と、下部ブロック５４とを有する。

【0014】

ピストンシリンダ５１は本体部５１ａと蓋部５１ｂとを組み合わせてなり、上下２箇所に配置されるベアリング５５ａ，５５ｂを介してハウジング８０に対してＺ軸周りに回転可能に装着されている。ピストンシリンダ５１の上端部である蓋部５１ｂには、スピンドル３０の下端部が固定されている。このため、スピンドル３０がＺ軸周りに回転すると、ピストンシリンダ５１もＺ軸周りに回転する。なお、ピストンシリンダ５１はハウジング８０に対してＺ軸方向には移動不能に装着されている。
ピストンロッド５２は、上部ロッド５２ａと下部ロッド５２ｂとを一体化してなり、ピストンシリンダ５１内にＺ軸方向に移動可能に配置されている。
ハウジング８０には正圧（加圧エア）を供給するためのエア供給ポート８１が設けられている。そして、このエア供給ポート８１に供給される正圧（例えば０．５ＭＰａ程度）が正圧通路８２を通じてピストンシリンダ５１内に供給され、この正圧によってピストンロッド５２がＺ軸方向上方に付勢される。なお、この正圧によるＺ軸方向上方への付勢力を十分に確保するため、ピストンシリンダ５１及びピストンロッド５２の上端部はフランジ状に拡大されている。

【0015】

上部ブロック５３は、その下面部に凹状半球面をなす第１倣い面５３ａを有しており、ピストンシリンダ５１の本体部５１ａの下端部に固定されている。
下部ブロック５４は、その上面部に凸状半球面をなす第２倣い面５４ａを有しており、ピストンロッド５２の下部ロッド５２ｂの下端部に形成されたフランジ状の支持部５２ｂ－１に搖動可能に支持されている。そして、上部ブロック５３の第１倣い面５３ａに対して下部ブロック５４の第２倣い面５４ａが倣うことにより、上部ブロック５３に対して下部ブロック５４が搖動可能となっている。
コレット６０は、図４に示すように、下部ブロック５４の下面側にコレットホルダ６１を介して取り付けられている。

【0016】

ハウジング８０には正圧又は負圧を供給するためのエア給排ポート８３が設けられている。このエア給排ポート８３は図４に示すように、エア通路１００を通じてコレット６０の吸着孔６０ａに連通している。したがって、エア給排ポート８３から負圧（例えば－０．１ＭＰａ程度）を供給するとエア通路１００を通じてコレット６０の吸着孔６０ａに負圧が供給され、これによりコレット６０に半導体チップが真空吸着される。その後、エア給排ポート８３から正圧（例えば０．２ＭＰａ程度）を供給するとエア通路１００を通じてコレット６０の吸着孔６０ａに正圧が供給され、これによりコレット６０から半導体チップが離脱して基板に実装される。
なお、この一連の実装動作の際には、常にエア供給ポート８１から正圧が正圧通路８２を通じてピストンシリンダ５１内に供給され、この正圧によってピストンロッド５２がＺ軸方向上方に付勢されることにより、下部ブロック５４が上部ブロック５３に対して圧接されて搖動不能なロック状態となっている。

【0017】

本実施形態においてエア通路１００は、ピストンロッド５２（下部ロッド５２ａ）の上下方向中心軸（Ｚ軸）上を通ってコレット６０の吸着孔６０ａに連通している。そして、本実施形態において上部ブロック５３は、このエア通路１００から分岐して第１倣い面５３ａに通じる分岐エア通路１０１を有する。詳細は後述するが、倣い機構５０の倣い動作の際に、エア給排ポート８３から正圧を供給するとエア通路１００及び分岐エア通路１０１を通じて第１倣い面５３ａから第２倣い面５４ａに向けて放射状に正圧が噴出される。これにより、上述のロック状態が解除されて下部ブロック５４が上部ブロック５３に対して搖動可能なロック解除状態となる。

【0018】

次に、回り止め機構９０について説明する。
図５に示すように、回り止め機構９０は、ヘッド本体１０とハウジング８０との間に介在し、ヘッド本体１０に対するハウジング８０のＺ軸周りの回転を規制する。本実施形態において回り止め機構９０は回り止めプレート９１を含む。回り止めプレート９１の一端はヘッド本体１０に固定されている。一方、回り止めプレート９１の他端には、上下方向に長い長孔（貫通孔）９１ａが形成されており、この長孔９１ａに、ハウジング８０に設けたベアリング８４が、Ｚ軸方向に移動可能に嵌まり込んでいる。これにより、ヘッド本体１０に対するハウジング８０のＺ軸周りの回転は規制され、ヘッド本体１０に対するハウジング８０のＺ軸方向の移動は許容される。

【0019】

次に、倣い機構５０による倣い動作について説明する。本実施形態では倣い動作の準備として、コレット６０に通じるエア通路１００の下端部又は吸着孔６０ａを閉塞する。例えばエア通路１００の下端部を閉塞するためには、コレット６０をダミーコレット（図示省略）に交換することができる。ダミーコレットとはコレット６０と同じ外形形状を有し、エア通路１００の下端部を閉塞するものである。なお、このようなダミーコレットを使用せずに、コレット６０を使用したままで何らかの手段でエア通路１００の下端部又は吸着孔６０ａを閉塞するようにしてもよい。そのため以下の説明では、コレット６０を使用したままとして説明する。

【0020】

倣い動作の実施前、コレット６０の下面の高さ位置は図１に示すようにＺ_０位置（ホーム位置）にある。倣い動作に際しては、コレット６０の下面の高さ位置がＺ_１位置になるまで、ヘッド本体１０を高速（例えば６００ｍｍ／ｓ程度）で下降させる。コレット６０の下面の高さ位置がＺ_１位置になったら、エア供給ポート８１からの正圧の供給を停止すると共に正圧通路８２を大気開放状態にする。これによりピストンロッド５２がＺ軸方向上方に付勢されなくなり、下部ブロック５４が上部ブロック５３に対して圧接されなくなる。その後、エア給排ポート８３から正圧を一時的に（例えば０．５秒間程度）供給する。この正圧は、正圧エア通路１００及び分岐エア通路１０１を通じて第１倣い面５３ａから第２倣い面５４ａに向けて下方に放射状に噴出される。これにより、下部ブロック５４が上部ブロック５３に対して搖動可能なロック解除状態となる。

【0021】

続いて、コレット６０の下面が基板面２にタッチするまで、ヘッド本体１０を低速（例えば２ｍｍ／ｓ程度）で下降させる。コレット６０の下面が基板面２にタッチしたか否かは周知のタッチセンサで検知することができる。コレット６０の下面を基板面２にタッチタッチさせた後、さらにヘッド本体１０を所定量（０．５ｍｍ程度）下降させて、コレット６０を基板面２に所定時間（例えば２秒間程度）押し込む。これにより、コレット６０を保持している倣い機構５０の下部ブロック５４が基板面２に倣うように搖動し、コレット６０の下面（吸着面）と基板面２とが平行になる。

【0022】

その後、エア給排ポート８３から負圧を一時的に（例えば２秒間程度）供給する。この負圧により、倣い機構５０の下部ブロック５４が上部ブロック５３に引き付けられて仮ロック状態となる。さらにその後、エア供給ポート８１から正圧を供給する。この正圧によってピストンロッド５２がＺ軸方向上方に付勢され、下部ブロック５４が上部ブロック５３に対して圧接されて搖動不能なロック状態となる。最後に、コレット６０の下面の高さ位置がＺ_０位置になるまで、ヘッド本体１０を上昇させる。

【0023】

以上のとおり本実施形態では、倣い機構５０をＺ軸周りに回転可能に保持するハウジング８０に、エア供給ポート８１及びエア給排ポート８３を設けている。そしてハウジング８０は、回り止め機構９０によってヘッド本体１０に対するＺ軸周りの回転が規制されている。したがって、スピンドル３０の回転に伴い倣い機構５０及びコレット６０がＺ軸周りに回転してもハウジング８０は回転しないから、エア供給ポート８１及びエア給排ポート８３に接続されるエア配管８１ａ，８３ａが連れ回りすることもない。このように本実施形態によれば、コレット６０の回転動作や倣い機構５０の倣い動作に支障を来すことなく、コレットに対して正圧と負圧を選択的に供給できる。また、本実施形態では倣い機構５０やコレット６０にエア供給ポート８１やエア給排ポート８３を設けていないから、これらを小型化・軽量化することができ、コレット６０の回転動作や倣い機構５０の倣い動作をスムーズに行うことができる。

【0024】

本実施形態では 上部ブロック５３下面部の第１倣い面５３ａを凹状半球面、下部ブロック５４上面部の第２倣い面５４ａを凸状半球面としたが、これとは逆に上部ブロック５３下面部の第１倣い面５３ａを凸状半球面、下部ブロック５４上面部の第２倣い面５４ａを凹状半球面とすることもできる。また、吸着具としてはコレット６０に替えて吸着ノズルを使用することもできる。

【符号の説明】

【0025】

１ 実装ヘッド
２ 基板面
１０ ヘッド本体
２０ モータ
２１ ボールねじ機構
３０ スピンドル
３１ スピンドルガイド
４０ モータ
４１ ベルト機構
５０ 倣い機構
５１ ピストンシリンダ
５１ａ 本体部
５１ｂ 蓋部
５２ ピストンロッド
５２ａ 上部ロッド
５２ｂ 下部ロッド
５２ｂ－１ 支持部
５３ 上部ブロック
５３ａ 第１倣い面
５４ 下部ブロック
５４ａ 第２倣い面
５５ａ，５５ｂ ベアリング
６０ コレット（吸着具）
６０ａ 吸着孔
６１ コレットホルダ
７０ エアシリンダ機構
７１ シリンダロッド
８０ ハウジング
８１ エア供給ポート
８１ａ エア配管
８２ 正圧経路
８３ エア給排ポート
８３ａ エア配管
９０ 回り止め機構
９１ 回り止めプレート
９１ａ 長孔（貫通孔）
１００ エア通路
１０１ 分岐エア通路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】