(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下に重ねられた上側物品（１０）と下側物品（１１）からなる複数の物品を吸着により搬送する物品搬送装置であって、
前記複数の物品を吸着する吸着ヘッド（１）を有し、この吸着ヘッドは吸着時に前記上側物品を吸着して前記上側物品を前記下側物品から分離し、この分離により前記下側物品の吸着面積を増大させて前記下側物品の吸着を行うように構成されていることを特徴とする物品搬送装置。
【請求項２】
前記吸着ヘッドは、前記複数の物品を収納する物品収納室（１ａ）を有し、前記複数の物品が前記物品収納室に収納された状態で、前記上側物品の上面から排気を行って前記上側物品を吸着し、前記上側物品の側面から排気を行って前記下側物品を吸着することを特徴とする請求項１に記載の物品搬送装置。
【請求項３】
前記上側物品の上面からの排気と前記上側物品の側面からの排気の差圧によって前記上側物品を吸着することを特徴とする請求項２に記載の物品搬送装置。
【請求項４】
前記吸着ヘッドには、前記上側物品の上方からの排気流路と前記上側物品の側面からの排気流路を分離する分離手段（７）が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の物品搬送装置。
【請求項５】
前記上側物品及び前記下側物品は、それぞれ半導体素子のパッケージ部品であるキャップ（１０）及びステム（１１）であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の物品搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の物品を搬送する物品搬送装置に関し、例えば半導体素子のパッケージ溶接におけるパッケージ部品の物品搬送装置に用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子のパッケージ溶接は、乾燥エアー、乾燥窒素等の雰囲気で密閉されたドライボックス内で実施される。これは、溶接後に製品として使用する場合にパッケージ内の結露等により半導体素子が破壊するのを防止するためである。
【０００３】
パッケージ溶接を行う場合、ステムにキャップを被せた状態で投入するとパッケージ内に大気が残留した状態となり、この状態にて溶接を実施すると結露の原因となるため、パッケージ部品であるキャップ、ステムを別々のパレットに搭載した状態でドライボックス内に投入する。そして、投入されたステム、キャップを、ロボット等により、把持又は吸着して溶接機の電極に搭載し、溶接された完成品をパレットに戻すようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ロボットによりステム、キャップ、完成品を把持又は吸着する場合、ステム、キャップ、完成品の形状が異なるため、各々の対象物に合わせたハンドを有する３台のロボットを必要とし、溶接設備が非常に大がかりになってしまうという問題がある。また、１台のロボットで対応する場合には、それぞれの対象物に合わせた３種類の把持又は吸着機構を有するハンドを３回交換しなければならず、サイクルタイムが非常に長くなってしまう。小中量生産においてはこの方法でも対応できるが、大量生産では対応することができない。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑みたもので、ステム、キャップ等の複数の部品を１台の吸着ヘッドで同時に搬送できるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１乃至５に記載の発明においては、複数の物品を吸着する吸着ヘッドを有し、この吸着ヘッドは吸着時に上側物品を吸着して上側物品を下側物品から分離し、この分離により下側物品の吸着面積を増大させて下側物品の吸着を行うことを特徴としている。
【０００７】
従って、吸着ヘッドにより複数の物品を吸着することができるため、１台の吸着ヘッドで同時に搬送することができる。また、上側物品の吸着により上側物品を下側物品から分離し、この分離により下側物品の吸着面積を増大させて下側物品の吸着を行っているから、下側物品の吸着面積の増大により強力な吸着力を得ることができ、搬送途中に振動等で物品が落下するなどの不具合を防止することができる。
【０００８】
この場合、請求項５に記載したように、上側物品及び下側物品を半導体素子のパッケージ部品であるキャップ及びステムとすれば、キャップの吸着によりステムから分離することによってキャップ内の気体の排出を行うことができ、キャップ内に気体が残留することなくキャップ及びステムを同時に搬送して、パッケージ溶接等を行うことができる。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明のように、上側物品の上方からの排気流路と上側物品の側面からの排気流路を分離する分離手段を設けるようにすれば、上側物品に対して確実に吸引力を作用させることができるため、上側物品の質量が大きい場合でも上側物品を確実に吸着することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係る物品搬送装置の構成を示す。（ａ）は吸着ヘッドをパッケージ部品上に位置決めした状態、（ｂ）は吸着ヘッドによりパッケージ部品を吸着している状態を示す。
【００１２】
この第１実施形態にかかる物品搬送装置は、円筒形状の吸着ヘッド１を有しており、この吸着ヘッド１は、図示しない移動アーム等に取り付けられ、上下、左右、前後等に移動可能となっている。
この吸着ヘッド１は、収納室１ａを有しており、この収納室１ａ内にパッケージ部品であるキャップ１０及びステム１１を収納してそれらを吸着する。吸着ヘッド１は、キャップ１０及びステム１１に傷等をつけないようにするため、キャップ１０及びステム１１より柔らかい材質、例えば、樹脂等により構成されている。また、吸着ヘッド１は、配管１３に接続されて排気流路を形成するチューブ状のシャフト部（排気流路形成部）２を有している。配管１４は、図示しない真空機構（真空ポンプ等）につながっており、シャフト部２を介して収納室１ａ内の排気を行う。
【００１３】
パッケージ部品としてのステム１１は円板状のもので、このステム１１には半導体素子１３が組み込まれている。また、ステム１１の上には、他のパッケージ部品としての円筒形状のキャップ１０が被せられている。なお、ステム１１は、パレット１２上に配置される。
図２に吸着ヘッド１の詳細構成を示す。（ａ）は吸着ヘッド１を底面部分から見た正面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は（ａ）中のＢ−Ｂ’断面図である。
【００１４】
吸着ヘッド１内には、３つの段部３、４、５が形成されており、段部３の直径φＳはキャップ１０の外径にしっくりはまるように設定され、段部５の直径φＴはステム１１の外径にしっくりはまるように設定されている。また、段部３、４の径方向に細長の溝部６が形成されている。この溝部６を用いることによって、キャップ１０及びステム１１の吸着を行うことができる。この吸着について、図１（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、吸着ヘッド１を、キャップ１０及びステム１１を覆うように位置決めした後、配管１４につながれた図示しない真空ポンプを作動させると、吸着ヘッド１の内部、すなわち収納室１ａから気体の排出が始まる。
このとき、図１（ａ）に示すように、キャップ１０の上方には第１のオリフィス１５が形成され、キャップ１０の側面には第２のオリフィス１６が形成されている。そして、第１、第２のオリフィス１５、１６から図１（ｂ）中の矢印で示すように気体の排出が行われる。この場合、第１のオリフィス１５の方が第２のオリフィス１６より大きいため、瞬間では第１のオリフィス１５からの排出気体の方がより早くかつ多く排出されることになり、第１、第２のオリフィス１５、１６からの排出気体の間で差圧が発生する。この差圧によってキャップ１０が吸い上げられ、図１（ｂ）に示す状態になる。
【００１６】
また、キャップ１０が吸い上げられることにより、キャップ１０内部の気体が排出されるとともにステム１１の吸着面積が増大し、ステム１１の吸着が行われる。この場合、ステム１１の吸着面積はφＤを直径とする面積となり、非常に強力な吸着力となる。
従って、キャップ１０内部を大気の状態にしたままキャップ１０とステム１１をセットした状態で窒素雰囲気のドライボックス内に投入しても、上述した排気作動によりキャップ１０内部の気体が排出され真空となることから、この後、キャップ１０内部に大気が残留することなくキャップ１０及びステム１１を同時に搬送し、パッケージ溶接を行うことができる。
【００１７】
また、キャップ１０が吸い上げられて、ステム１１に対する吸着面積がφＤを直径とする面積となり、強力な吸着力を得ることができるため、搬送途中に振動などによりワークが落下するなどの異常発生の可能性が大幅に減少する。
図３に、吸着ヘッド１を４軸ロボット２０に取り付けた状態を示す。
４軸ロボット２０の第４軸の先端にはガイドブロック２１が取り付けられており、このガイドブロック２１にはシャフト部２がしっくりはいる穴が開けられている。この穴にシャフト部２が挿入され、抜け止めとしてサークリップ２２がはめられる。シャフト部２とガイドブロック２１の間には、密着させるための機構として圧縮コイルバネ２３がはめられてる。この密着させるための機構としては圧縮コイルバネ２３以外に、エアーシリンダ等を用いることもできる。
【００１８】
４軸ロボット２０の動作により、吸着ヘッド１は上下方向にスライドすることができ、パケージ部品の吸着を行うことができる。但し、吸着ヘッド１がパッケージ部品の吸着位置に到達したとき、吸着ヘッド１を幾らか上方に押し上げるようにする。これによりパッケージ部品を吸着する時に上下の位置決めが多少ずれたとしてもパッケージ部品に吸着ヘッド１を密着させることができ、確実な吸着を行うことができる。なお、吸着ヘッド１が上下方向にスライドすることから、配管１４は柔軟性のあるフレキシブル配管が用いられる。
【００１９】
以上説明したように、上記実施形態によれば、半導体素子１３のパッケージ溶接等において、ステム１１にキャップ１０を被せた状態で搬送できることから、１台のロボットに吸着ヘッド１を取り付けるだけですべての搬送が可能となり、またステム１１にキャップ１０を被せた状態でドライボックスに投入したとしても吸着と同時にパッケージ内の大気を吸引し排出することができるため、パッケージ内に大気が残留した状態で溶接されることはなくなる。また、キャップ１０及びステム１１を同時に搬送できるため、搬送時間を短縮することができる。
【００２０】
なお、吸着ヘッド１の取り付けは図３に示したロボット２０に限らず、その他の搬送機構を用いることもできる。
（第２実施形態）
第１実施形態では、吸引開始時の瞬間的な差圧でキャップ１０を吸い上げるものを示したが、キャップ１０の質量が大きい場合はこの瞬間的な差圧ではキャップ１０が吸い上げられないことが考えられる。そこで、この実施形態では、キャップ１０及びステム１１の排気系を分離することにより、常にキャップ１０に対して吸引力を発生させ、キャップ１０を確実に吸い上げることができるようにしている。
【００２１】
図４に本実施形態にかかる物品搬送装置の構成を示す。本実施形態では、吸着ヘッド１内に、キャップ１０及びステム１１の排気系を分離するためのブッシュ７が圧入されている。図５にブッシュ７の構成を示す。なお、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）中のＣ−Ｃ’断面図である。
ブッシュ７にはキャップ１０を吸着する際の排気流路を形成するための穴７ａと、ステム１１を吸着する際の排気流路を形成するための穴７ｂが形成されている。このブッシュ７を吸着ヘッド１の収納室１ａ内に装着することにより、図４に示すように、穴７ａを介してキャップ１０の上方から排気を行う排気流路と、穴７ｂを介してキャップ１０の側面からの排気を行う排気流路が分離して形成される。
【００２２】
そして、吸着時に、それらの排気流路による排気によってキャップ１０の上方に第１の真空室１７が形成されてキャップ１０が吸着され、またキャップ１０の側面周囲に第２の真空室１８が形成されてステム１１が吸着される。従って、キャップ１０の質量が大きい場合でもキャップ１０を確実に吸い上げることができる。
【００２３】
なお、吸着ヘッド１の取り付けは、第１実施形態と同様、図３に示したような搬送機構を用いて行う。
（第３実施形態）
上記第１、第２実施形態では、キャップ１０とステム１１をセットした状態で吸着を行うものを示したが、本実施形態では、キャップ１０とステム１１が別々の場所（パレット）に配置されている場合に、それぞれを別々に吸着できるように構成している。
【００２４】
図６に本実施形態の構成を示す。なお、（ａ）はキャップ１０を吸着した状態を示し、（ｂ）はキャップ１０の吸着後、ステム１１を吸着した状態を示している。
本実施形態において、吸着ヘッド１にはキャップ吸着用の排気流路８ａと、ステム吸着用の排気流路８ｂが設けられている。排気流路８ａは第１の配管１４ａにつながれており、さらに第１の電磁バルブ２４ａを通して真空ポンプ２５につながれている。排気流路８ｂは第２の配管１４ｂにつながれており、さらに電磁バルブ２４ｂを通して真空ポンプ２５につながれている。
【００２５】
吸着ヘッド１が、図３に示したような搬送機構により、キャップ１０を吸い上げる位置に置かれると、第１の電磁バルブ２４ａを開き、第１の配管１４ａを通して排気流路８ａを真空にし、キャップ１０を吸着して図６（ａ）に示す状態にする。
次に、この状態から搬送機構により吸着ヘッド１をステム１１を吸い上げる位置まで移動すると、第２の電磁バルブ２４ｂを開き、第２の配管１４ｂを通して排気流路８ｂを真空にし、ステム１１を吸着して図６（ｂ）に示す状態にする。
【００２６】
このように配管を別々にして電磁バルブ２４ａ、２４ｂにより吸引の選択をすることにより、キャップ１０及びステム１１が別々の場所に配置されていても１台の吸着ヘッド１にて吸着が可能となる。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内で適宜変更が可能である。例えば、パッケージ部品としてのキャップ１０及びステム１１の形状は円筒形状に限らず、他の形状、例えば直方体形状としてもよい。この場合、吸着ヘッド１を直方体形状のパッケージ部品に対応した形状にする。また、本発明は、半導体素子のパッケージ部品以外に、他の用途における複数の物品の搬送にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る物品搬送装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す吸着ヘッドの構成を示す図である。
【図３】図１に示す吸着ヘッドを４軸ロボットに取り付けた状態を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る物品搬送装置の構成を示す図である。
【図５】図４中のブッシュ７の構成を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る物品搬送装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…吸着ヘッド、２…シャフト部、７…シャフト部、１０…キャップ、
１１…ステム、１２…パレット、１４、１４ａ、１４ｂ…配管、
２０…ロボット、２４ａ、２４ｂ…電磁バルブ、２５…真空ポンプ。
【図１】
0003713853.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003713853.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003713853.tif 000006
【図６】
0003713853.tif 000007