(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-07
(45)【発行日】2023-11-15
(54)【発明の名称】チップ部品回収装置およびこれを備えた実装装置
(51)【国際特許分類】
H05K 13/00 20060101AFI20231108BHJP
H05K 13/04 20060101ALI20231108BHJP
【FI】
H05K13/00 Z
H05K13/04 A
(21)【出願番号】P 2021005890
(22)【出願日】2021-01-18
【審査請求日】2022-09-26
(73)【特許権者】
【識別番号】000219314
【氏名又は名称】東レエンジニアリング株式会社
(72)【発明者】
【氏名】水谷 義人
(72)【発明者】
【氏名】濱川 健史
(72)【発明者】
【氏名】晴 孝志
【審査官】福島 和幸
(56)【参考文献】
【文献】特開2008-198945(JP,A)
【文献】特開2006-073919(JP,A)
【文献】特開2001-096266(JP,A)
【文献】特開2000-036694(JP,A)
【文献】特開2007-220754(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H05K 13/00-13/08
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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)。
【0008】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】特開2005-251979号公報
【文献】特開2007-220754号公報
【文献】特開2008-198945号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【課題を解決するための手段】
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【発明の効果】
【0022】
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。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【
図1】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。
【
図2】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。
【
図3】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。
【
図4】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。
【
図5】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。
【
図6】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。
【
図8】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
【
図9】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。
【
図10】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
【発明を実施するための形態】
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【符号の説明】
【0051】
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