(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体チップを基板に接合する際に安定して荷重を印加することができる部品実装装置及び部品実装方法を提供する。【解決手段】部品実装装置は、真空ポンプと、基板８１に実装される半導体チップ８２を真空吸着するヘッド部２と、ヘッド部２と真空ポンプとを接続する、弾性を有する真空チューブ３３と、ヘッド部２を移動させるＸ軸用ボールネジステージ及びＺ軸用ボールネジステージ５３とを有する。ヘッド部２は、チューブ継手部３７と、圧力保持タンク弁とを有する。ヘッド部２が部品を吸着した後に圧力保持タンク弁が閉じられ、吸着している半導体チップ８２を基板８１に搭載する前に、Ｚ軸用ボールネジステージ５３によりヘッド部２が真空チューブ３３から離間する方向に移動させられて真空チューブ３３とチューブ継手部３７との機械的な接続が解除される。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負圧を発生させる負圧発生部と、
前記負圧発生部により発生させた負圧により、基板に実装される部品を真空吸着するヘッド部と、
前記ヘッド部と前記負圧発生部とを接続する、弾性を有するチューブと、
前記ヘッド部を移動させる移動機構部と、を有し、
前記ヘッド部は、前記チューブが挿抜可能に接続される継手部と、前記継手部の内部と前記ヘッド部の内部空間との間に配置された弁と、を有し、
前記ヘッド部が前記部品を吸着した後に前記弁が閉じられ、吸着している前記部品を前記基板に搭載する前に、前記移動機構部により前記ヘッド部が前記チューブから離間する方向に移動させられて前記チューブと前記継手部との機械的な接続が解除される、部品実装装置。
【請求項２】
前記部品が前記基板に実装された後、前記移動機構部により前記ヘッド部が前記チューブに近接する方向に移動させられて前記チューブと前記継手部とが機械的に接続される、請求項１に記載の部品実装装置。
【請求項３】
前記チューブを保持する保持部を有し、前記保持部により前記チューブを保持した状態で、前記移動機構部により前記ヘッド部が前記チューブから離間する方向に移動させられて前記チューブと前記継手部との機械的な接続が解除される、請求項１または２に記載の部品実装装置。
【請求項４】
前記保持部により前記チューブを保持した状態で、前記移動機構部により前記ヘッド部が前記チューブに近接する方向に移動させられて前記チューブと前記継手部とが機械的に接続される、請求項３に記載の部品実装装置。
【請求項５】
前記ヘッド部の外部に電磁石を有し、前記弁は前記電磁石のＯＮ−ＯＦＦ制御により開閉される、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の部品実装装置。
【請求項６】
前記部品は半導体チップである、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の部品実装装置。
【請求項７】
負圧を発生させる負圧発生部と、
前記負圧発生部により発生させた負圧により、基板に実装される部品を真空吸着するヘッド部と、
前記ヘッド部と前記負圧発生部とを接続する、弾性を有するチューブとを備えた部品実装装置を用いた部品実装方法であって、
前記ヘッド部の内部空間と外気とを遮断して前記ヘッド部の負圧を維持させることで前記ヘッド部に前記部品を吸着させておき、吸着している前記部品を前記基板に搭載する前に前記チューブと前記ヘッド部との機械的な接続を解除する部品実装方法。
【請求項８】
前記部品を前記基板に実装した後、前記チューブと前記ヘッド部とを機械的に接続する、請求項７に記載の部品実装方法。
【請求項９】
前記チューブを保持した状態で、前記チューブと前記ヘッド部との機械的な接続を解除する請求項７または８に記載の部品実装方法。
【請求項１０】
前記チューブを保持した状態で、前記チューブと前記ヘッド部とを機械的に接続する請求項７ないし９のいずれか１項に記載の部品実装方法。
【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上に供給し、半導体チップを基板に接合する部品実装装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板上に半導体チップの搭載とはんだ接合を同時に行う部品実装装置が実用化されている（特許文献１、特許文献２等参照）。部品実装装置は、一般に、半導体チップを吸着固定する吸着ヘッド部と、吸着ヘッド部に負圧を発生させる真空ポンプと、吸着ヘッドに固定された半導体チップを加熱するヒータ部と、半導体チップを実装位置に位置決めする駆動軸とを有する。また、部品実装装置は、接合の際に半導体チップに所定の微小な荷重を与えるための荷重制御部を備えている。
【０００３】
なお、吸着ヘッドは、半導体チップを吸着した状態で、この半導体チップを基板上まで移送させる必要がある。また、吸着ヘッドは、半導体チップを基板に装着するまで吸着ヘッドによる半導体チップの吸着状態を維持しておく必要がある。このため、固定配置された真空ポンプと移動可能な吸着ヘッドとは、柔軟な真空チューブで接続されている。
【０００４】
このような構成の部品実装装置は、半導体チップを吸着ヘッド部に吸着固定しながらヒータ部により加熱し、さらにプリント基板上の実装位置に半導体チップを搭載するとともに接合を行う。
【特許文献１】特開２００７−３１７７４８号公報
【特許文献２】特開平５−１３６１８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したような構成を有する部品実装装置は、真空ポンプと吸着ヘッドとが弾性を有する柔軟な真空チューブで接続されていることにより、半導体チップを基板に接合する際の荷重が安定しない場合があった。すなわち、真空チューブが特定のバネ定数を有することから吸着ヘッド部に対して弾性の外乱を作用させてしまい、その結果、安定して荷重を印加することが困難となる場合があった。
【０００６】
そこで、本発明は、半導体チップを基板に接合する際に安定して荷重を印加することができる部品実装装置及び部品実装方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明の部品実装装置は、負圧を発生させる負圧発生部と、負圧発生部により発生させた負圧により、基板に実装される部品を真空吸着するヘッド部と、ヘッド部と負圧発生部とを接続する、弾性を有するチューブと、ヘッド部を移動させる移動機構部とを有する。ヘッド部は、チューブが挿抜可能に接続される継手部と、継手部の内部とヘッド部の内部空間との間に配置された弁と、を有し、ヘッド部が部品を吸着した後に弁が閉じられ、吸着している部品を基板に搭載する前に、移動機構部によりヘッド部がチューブから離間する方向に移動させられてチューブと継手部との機械的な接続が解除されるものである。
【０００８】
本発明の部品実装装置は、弾性を有するチューブをヘッド部から完全に切り離してから、部品を基板に接合する。このため、チューブの弾性に起因する外乱から完全に独立した状態で部品を基板に搭載することができる。よって、本発明によれば、弾性外乱の影響を受けることなく、接合時の荷重制御を精密に行うことができる。
【０００９】
また、本発明の部品実装方法は、負圧を発生させる負圧発生部と、負圧発生部により発生させた負圧により、基板に実装される部品を真空吸着するヘッド部と、ヘッド部と負圧発生部とを接続する、弾性を有するチューブとを備えた部品実装装置を用いた部品実装方法であって、ヘッド部の内部空間と外気とを遮断してヘッド部の負圧を維持させることでヘッド部に部品を吸着させておき、吸着している部品を基板に搭載する前にチューブとヘッド部との機械的な接続を解除するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、部品を基板に接合する際に安定して荷重を印加することができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態の部品実装装置の模式的な斜視図である。また、図２に、図１に示す部品実装装置１のヘッド部２の側断面図を示す。
【００１３】
部品実装装置１は、チップ供給部ステージ６２上の半導体チップ８２を基板ステージ６１上の基板８１へと供給し、半導体チップ８２を基板８１に搭載し、接合する機能を有する。このような機能を有する本実施形態の部品実装装置１は、ヘッド部２、チューブクランプ部３６、Ｘ軸用ボールネジステージ５１、Ｙ軸用ボールネジステージ５２、Ｚ軸用ボールネジステージ５３、真空ポンプ３２、弾性を有する真空チューブ３３、及び制御部１００を有する。
【００１４】
Ｙ軸用ボールネジステージ５２上には所定の間隔を空けて２本の支柱５０が配置されている。Ｘ軸用ボールネジステージ５１は、これら支柱５０の上部を繋ぐようにして支柱５０に取り付けられている。Ｚ軸用ボールネジステージ５３は、Ｘ軸用ボールネジステージ５１に、２本の支柱５０の間を往復動可能なように設けられている。すなわち、Ｚ軸用ボールネジステージ５３は、図１中Ｘ方向に往復移動が可能である。
【００１５】
また、Ｙ軸用ボールネジステージ５２上であって、２本の支柱５０の間には、基板ステージ６１及びチップ供給部ステージ６２が並列配置されている。基板ステージ６１上には基板８１が搭載されており、チップ供給部ステージ６２上には複数の半導体チップ８２が搭載されている。これら基板ステージ６１及びチップ供給部ステージ６２は、図１中Ｙ方向に移動可能に、Ｙ軸用ボールネジステージ５２上に搭載されている。
【００１６】
Ｚ軸用ボールネジステージ５３には、ヘッド部２がＹ軸用ボールネジステージ５２の面に対して垂直な方向（図１中、Ｚ軸方向）に移動可能に搭載されている。
【００１７】
ヘッド部２は、圧力保持タンク部３１と、ヒータ部１１と、吸着コレット部２１と、圧力保持タンク弁３４とを有する。ヘッド部２は、移動機構部であるＸ軸用ボールネジステージ５１及びＺ軸用ボールネジステージ５３により移動可能に設けられている。すなわち、ヘッド部２は、吸着コレット部２１でチップ供給部ステージ６２上の半導体チップ８２を吸引し、この半導体チップ８２を基板ステージ６１上の基板８１上にまで移動させる機能を有する。ヘッド部２の移動及び機能等に詳細については後述する。
【００１８】
圧力保持タンク部３１は、真空容器を構成しており、上壁面３１ｄに穴３１ｂが形成されており、下壁面３１ｅに穴３１ｃが形成されている。これら穴３１ｂ、３１ｃは内部空間３１ａに連通している。また、上壁面３１ｄには、穴３１ｂに対応した位置に中空パイプからなるチューブ継手部３７が設けられている。つまり、チューブ継手部３７の一端側３７ａが、圧力保持タンク部３１の上壁面３１ｄに接合されている。一方、チューブ継手部３７の他端側３７ｂには弾性を有する真空チューブ３３の一端が着脱可能に接合されている。この真空チューブ３３の他端は真空ポンプ３２に接続されている。チューブ継手部３７内は、後述する圧力保持タンク弁３４が開状態のとき、穴３１ｂを介して圧力保持タンク部３１の内部空間３１ａと連通する。
【００１９】
チューブクランプ部３６は、真空チューブ３３をチューブ継手部３７に対して挿抜させるために、真空チューブ３３を保持するものである。チューブクランプ部３６は、一対の保持部材３６ｂと、Ｚ軸用ボールネジステージ５３に設けられた支持部３６ａとを有する。一対の保持部材３６ｂは、互いに離間方向、あるいは互いに近接する方向に移動可能なように支持部３６ａ上に設けられている。真空チューブ３３は、一対の保持部材３６ｂの間に配置されており、一対の保持部材３６ｂが互いに近接する方向に移動、すなわち、保持部材３６ｂを閉じることで、一対の保持部材３６ｂにより保持される。また、これとは逆に一対の保持部材３６ｂは、互いに離間する方向に移動、すなわち、保持部材３６ｂを開くことで一対の保持部材３６ｂによる真空チューブ３３の保持を解除する。
【００２０】
本実施形態では、チューブクランプ部３６における真空チューブ３３を保持する部位を、一対の保持部材３６ｂにより構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、真空チューブ３３を挿抜させるために真空チューブ３３を保持することができればどのような形態であってもよい。なお、チューブクランプ部３６による、チューブ継手部３７に対する真空チューブ３３の挿抜方法については後述するものとする。
【００２１】
圧力保持タンク部３１の内部空間３１ａとチューブ継手部３７との間には、圧力保持タンク弁３４が設けられている。この圧力保持タンク弁３４は、Ｚ軸用ボールネジステージ５３に設けられた電磁石３５により開閉動作が行われる。すなわち、圧力保持タンク弁３４は、圧力保持タンク部３１の外部に配置された電磁石３５により開閉動作が行われる。圧力保持タンク弁３４が開状態のとき、チューブ継手部３７内と内部空間３１ａとは、穴３１ｂを介して連通する。一方、圧力保持タンク弁３４が閉状態のとき、チューブ継手部３７内と内部空間３１ａとの連通は遮断される。
【００２２】
ヒータ部１１は、圧力保持タンク部３１の下壁面３１ｅ上に設けられている。ヒータ部１１は制御部１００からの制御信号に応じて発熱する。また、ヒータ部１１には、圧力保持タンク部３１の下壁面３１ｅに形成された穴３１ｃに対応する位置に、貫通穴１１ａが形成されている。すなわち、貫通穴１１ａ内は、穴３１ｃを介して圧力保持タンク部３１の内部空間３１ａと連通している。
【００２３】
吸着コレット部２１は、ヒータ部１１の下壁面１１ｂ上に設けられている。吸着コレット部２１にはヒータ部１１の貫通穴１１ａと連通するように形成された凹部２１ｂと、凹部２１ｂに連通し、吸着コレット部２１の下面２１ｃまで貫通した複数の吸引穴２１ａとが形成されている。吸着コレット部２１は、圧力保持タンク部３１の内部空間３１ａを負圧状態にすることで下面２１ｃに半導体チップ８２を吸着させる。
【００２４】
真空ポンプ３２は、上述したように真空チューブ３３が接続されており、圧力保持タンク部３１の内部空間３１ａの圧力を減圧する。
【００２５】
制御部１００は、部品実装装置１の各部の動作を制御する。すなわち、制御部１００は、真空ポンプ３２のＯＮ−ＯＦＦ制御、Ｘ軸用ボールネジステージ５１及びＺ軸用ボールネジステージ５３の駆動制御、チューブクランプ部３６の上下動制御及び開閉制御、電磁石３５のＯＮ−ＯＦＦ制御による圧力保持タンク弁３４の開閉制御、ヒータ部１１のＯＮ−ＯＦＦ制御、及び基板ステージ６１及びチップ供給部ステージ６２の駆動制御等を行う。
【００２６】
次に、図３〜図１１を用いて、本実施形態の部品実装装置１による半導体チップ８２の供給動作について説明する。
【００２７】
図３〜図１１はいずれも部品実装装置１のヘッド部２の側断面図であり、図３の状態から図１１の状態へと順次供給動作がなされる。
【００２８】
図３は、ヘッド部２が、半導体チップ８２を搭載したチップ供給部ステージ６２上に配置されている状態を示している。また、真空チューブ３３はチューブ継手部３７に接続されており、圧力保持タンク弁３４は開いた状態にある。また、この時点では、チューブクランプ部３６の保持部材３６ｂは、真空チューブ３３を保持していない。
【００２９】
図４は、制御部１００が、Ｚ軸用ボールネジステージ５３によりヘッド部２を下降させ、吸着コレット部２１の下面２１ｃを半導体チップ８２に当接させている状態を示している。吸着コレット部２１を半導体チップ８２に当接させた後、制御部１００は真空ポンプ３２を駆動して半導体チップ８２を吸着コレット部２１の下面２１ｃに吸着させる。真空ポンプ３２による真空吸引により、真空経路、すなわち、真空チューブ３３の内部、圧力保持タンク部３１の内部空間３１ａ、ヒータ部１１の貫通穴１１ａ内、吸着コレット部２１の凹部２１ｂ内及び吸引穴２１ａ内は負圧状態となっている。
【００３０】
図５は、圧力保持タンク弁３４が閉じられ、かつ半導体チップ８２を吸着させたヘッド部２が上昇している状態を示している。さらに、図５は、半導体チップ８２を吸着させたヘッド部２がチップ供給部ステージ６２上から基板ステージ６１上へと移動している状態を示している。なお、図５には基板ステージ６１は図示されておらず基板ステージ６１上に搭載された基板８１のみを示している。
【００３１】
制御部１００は、電磁石３５を駆動することで圧力保持タンク弁３４を閉じる。圧力保持タンク弁３４を閉じることでチューブ継手部３７内と内部空間３１ａとの連通が遮断され、また、半導体チップ８２が吸着コレット部２１の下面２１ｃに吸着されることで吸引穴２１ａ内と外気との連通が遮断されている。この状態においては、真空ポンプ３２による真空引きをしなくとも、圧力保持タンク部３１の内部空間３１ａ、ヒータ部１１の貫通穴１１ａ内、吸着コレット部２１の凹部２１ｂ内及び吸引穴２１ａ内は負圧状態を維持している。つまり、圧力保持タンク弁３４を閉じて密閉することで閉じた系となり、各面に負圧を掛け続けることができる。これはボイル−シャルルの法則ＰＶ／Ｔ＝ｃｏｎｓｔが示すように、閉じた系では体積的、温度的に変化が無ければ圧力に変化が生じないことによるものである。
【００３２】
図６は、チューブクランプ部３６の保持部材３６ｂが真空チューブ３３を保持している状態を示している。制御部１００は、保持部材３６ｂが互いに近接する方向に移動させ、これにより、真空チューブ３３を保持する。
【００３３】
図７は真空チューブ３３とチューブ継手部３７との機械的な接続が解除された状態を示している。制御部１００は、チューブクランプ部３６で真空チューブ３３を保持した状態を維持しつつ、Ｚ軸用ボールネジステージ５３によりヘッド部２のみを降下させる。この動作により、真空チューブ３３は、チューブ継手部３７から引き抜かれる。真空チューブ３３は弾性を有するが、チューブ継手部３７から引き抜かれることで、ヘッド部２は真空チューブ３３の弾性から完全に独立することとなる。
【００３４】
また、上述したように、圧力保持タンク弁３４を閉じて密閉することで閉じた系が形成されているため、真空チューブ３３をチューブ継手部３７から抜いた状態であっても、半導体チップ８２は負圧により吸着コレット部２１に吸着しておくことができる。
【００３５】
図８は、ヘッド部２により吸着保持されている半導体チップ８２を基板８１に当接させた状態を示している。制御部１００は、基板８１に対して半導体チップ８２が所定の位置に搭載されるように位置決めしつつ、Ｚ軸用ボールネジステージ５３によりヘッド部２を図７の状態からさらに降下させる。なお、制御部１００は、半導体チップ８２を基板８１に接合する際、ヒータ部１１による半導体チップ加熱とともに、ヘッド部２により所定の荷重を印加する。本実施形態の場合、上述したように、ヘッド部２と真空チューブ３３とは完全に切り離されているので、ヘッド部２によって荷重を与える際、真空チューブ３３の弾性の影響を受けることがない。すなわち、本実施形態の部品実装装置１によれば、真空チューブ３３の弾性に起因する外乱を受けることなく荷重制御を精密に行いながら、半導体チップ８２を基板８１に接合させることができる。
【００３６】
図９は、半導体チップ８２を基板８１に接合した後、圧力保持タンク弁３４が開かれた状態を示している。制御部１００は、半導体チップ８２が基板８１に接合された後、電磁石３５を駆動して圧力保持タンク弁３４を開く。これにより、圧力保持タンク部３１の内部空間３１ａ、ヒータ部１１の貫通穴１１ａ内、吸着コレット部２１の凹部２１ｂ内及び吸引穴２１ａ内が、チューブ継手部３７を介して外気に連通し、負圧による半導体チップ８２の吸着が解除される。
【００３７】
図１０は、半導体チップ８２の吸着を解除した後、チューブ継手部３７と真空チューブ３３とが再び接続された状態を示している。負圧による半導体チップ８２の吸着を解除した後、制御部１００は、Ｚ軸用ボールネジステージ５３によりヘッド部２を上昇させる。この際、チューブクランプ部３６の保持部材３６ｂは、所定の高さ位置にて真空チューブ３３を保持した状態にある。このため、ヘッド部２が上昇することで、真空チューブ３３にチューブ継手部３７が差し込まれ、チューブ継手部３７と真空チューブ３３とが再び接続された状態となる。
【００３８】
図１１は、チューブクランプ部３６による真空チューブ３３の保持が解除された状態を示している。制御部１００は、一対の保持部材３６ｂを、互いに離間する方向に移動させ、これによりチューブクランプ部３６による真空チューブ３３の保持を解除する。
【００３９】
その後、制御部１００は、ヘッド部２をチップ供給部ステージ６２上に移動させ、図３に示した状態に戻る。
【００４０】
以上、本実施形態の部品実装装置１は、弾性を有する真空チューブ３３をヘッド部２から完全に切り離してから、荷重を印加しつつ半導体チップ８２を基板８１に接合する。そして、半導体チップ８２を基板８１に接合した後、再び、真空チューブ３３をヘッド部２に接続する。すなわち、本実施形態によれば、真空チューブ３３の弾性に起因する外乱から完全に独立した状態で半導体チップ８２を基板８１に接合することができるため、弾性外乱の影響を受けることなく、接合時の荷重制御を精密に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる部品実装装置の模式的な斜視図である。
【図２】図１に示す部品実装装置のヘッド部の側断面図である。
【図３】ヘッド部が、半導体チップを搭載したチップ供給部ステージ上に配置されている状態を示す図である。
【図４】吸着コレット部の下面を半導体チップに当接させて吸着させている状態を示す図である。
【図５】圧力保持タンク弁が閉じられ、かつ半導体チップを吸着させたヘッド部が上昇している状態を示す図である。
【図６】チューブクランプ部の保持部材が真空チューブ３３を保持している状態を示す図である。
【図７】真空チューブとチューブ継手部との接続が解除された状態を示す図である。
【図８】ヘッド部により吸着保持されている半導体チップを基板に搭載、接合させている状態を示す図である。
【図９】半導体チップを基板に接合した後、圧力保持タンク弁が開かれた状態を示す図である。
【図１０】半導体チップの吸着を解除した後、チューブ継手部と真空チューブとが再び接続された状態を示す図である。
【図１１】チューブクランプ部による真空チューブの保持が解除された状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    部品実装装置
２    ヘッド部
１１    ヒータ部
１１ａ    貫通穴
１１ｂ    下壁面
２１    吸着コレット部
２１ａ    吸引穴
２１ｂ    凹部
２１ｃ    下面
３１    圧力保持タンク部
３１ａ    内部空間
３１ｂ、３１ｃ    穴
３１ｄ    上壁面
３１ｅ    下壁面
３２    真空ポンプ
３３    真空チューブ
３４    圧力保持タンク弁
３５    電磁石
３６    チューブクランプ部
３６ａ    支持部
３６ｂ    保持部材
３７    チューブ継手部
３７ａ    一端側
３７ｂ    他端側
５０    支柱
５１    Ｘ軸用ボールネジステージ
５２    Ｙ軸用ボールネジステージ
５３    Ｚ軸用ボールネジステージ
６１    基板ステージ
６２    チップ供給部ステージ
８１    基板
８２    半導体チップ
１００    制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010147246.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010147246.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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