(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力源に接続可能で、マイクロデバイスとともに動作可能な装着システムであって、
第１の通常位置を有し、動力源との接続に応答して拾い上げ位置に移動するアクチュエータ（１１６）と
アクチュエータ（１１６）に接続されたカプラ（２１６）と
第１の通常位置を有し、カプラ（２１６）に接続され、アクチュエータ（１１６）が拾い上げ位置に移動することに応答して拾い上げ位置に準拠して動くプローブ（２２２）であって、動力源との接続に応答してマイクロデバイスを解放可能な状態で保持するプローブ（２２２）とを含む、装着ユニット（１０６）と、
アクチュエータ（１１６）に接続され、動力源のアクチュエータ（１１６）への接続を始動できる、第１のバルブ（１１１）と、
プローブ（２２２）に接続され、プローブ（２２２）からの動力源の除去を始動できる、第２のバルブ（１２１）と、
動力源および第１と第２のバルブ（１１１、１２１）に接続可能であり、第１および第２のバルブ（１１１、１２１）を選択的に始動させるためのシステム制御（１０４）と、
カプラ（２１６）およびプローブ（２２２）の間の接続に配され、プローブ（２２２）がカプラ（２１６）に対して準拠して動けるようにするコンプライアンススプリング（２２０）と、
アクチュエータ（１１６）中に設けられ、アクチュエータ（１１６）を第１の通常位置に移動させるスプリング（２１０）とを含む、装着システム。
【請求項２】
システム制御（１０４）および動力源に接続され、プローブ（２２２）にマイクロデバイスの積極的解放を行なわせる第３のバルブ（１５１）を含む、請求項１に記載の装着システム。
【請求項３】
システム制御（１０４）および動力源に接続され、プローブ（２２２）にマイクロデバイスの積極的解放を行なわせる第３のバルブ（１５１）と、
第３のバルブ（１５１）とプローブ（２２２）との間に配され、解放を制御するニードルバルブ（１５５）とを含む、請求項１に記載の装着システム。
【請求項４】
第２のバルブ（１２１）およびプローブ（２２２）の間に配され、マイクロデバイスを保持するためにプローブ（２２２）に真空を与えるエジェクタ（１２５）を含む、請求項１に記載の装着システム。
【請求項５】
第２のバルブ（１２１）およびプローブ（２２２）の間に配され、マイクロデバイスを保持するためにプローブ（２２２）に真空を与えるエジェクタ（１２５）と、
エジェクタ（１２５）およびプローブ（２２２）の間に配されたフィルタ（１３５）とを含む、請求項１に記載の装着システム。
【請求項６】
第２のバルブ（１２１）およびプローブ（２２２）の間に配され、マイクロデバイスを保持するためにプローブ（２２２）に真空を与えるエジェクタ（１２５）と、
エジェクタ（１２５）に作動的に接続され、エジェクタで生じる真空の表示を与える真空スイッチ（１４５）とを含む、請求項１に記載の装着システム。
【請求項７】
プローブ（２２２）上に配され、プローブ（２２２）に対してマイクロデバイスを正確に整列させるためのプレサイザ（precisor）（２２８）を含む、請求項１に記載の装着システム。
【請求項８】
プローブ（２２２）は中空であり、その一方端は動力源に接続可能であり、他方端にはマイクロデバイスを解放可能な状態で保持するフレキシブルカップ（１４０）を有する、請求項１に記載の装着システム。
【請求項９】
アクチュエータ（１１６）およびプローブ（２２２）を含む本体（２００）を含み、本体（２００）はアクチュエータ（１１６）およびプローブ（２２２）を平行に移動させることができる、請求項１に記載の装着システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
この発明は一般に、集積回路の製造システムに関し、より特定的にはそのような集積回路のための装着システムに関する。
【０００２】
【発明の背景】
過去には、電子回路基板アセンブリのある決まった操作は主生産アセンブリラインから離れて行なわれていた。さまざまなフィーダマシンおよびロボットハンドリングシステムが電子回路基板に集積回路を配置する一方で、集積回路の処理に関係する操作、たとえばプログラミング、テスト、キャリブレーションおよび測定などは主生産アセンブリラインに統合するよりむしろ、離れた場所で別個の装置によって行なわれていた。
【０００３】
たとえば、電気的に消去可能なプログラム可能読出専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）およびフラッシュＥＥＰＲＯＭといったプログラム可能デバイスのプログラミングには、回路基板アセンブリラインから離れた場所に置かれることの多い別個のプログラミング装置が用いられた。
【０００４】
第１に、プログラミング装置は比較的大きくて場所を取る。これは、プログラマ中のプログラミングソケットの内外にプログラム可能デバイスを高速で正確に挿入し除去する必要があったためである。挿入および除去には高速での比較的長い走行および非常に正確な位置決定が要求されたため、非常に厳密なロボットハンドリング装置が必要とされた。このような厳密性の要求のため、高速で動く装着システムの構造保全および正確な位置決定を維持するために、さまざまな構成要素は強い構造支持部材を用いた比較的大きく重いものにならざるを得なかった。プログラミング装置の大きさと、それよりもさらに大きなアセンブリ装置のための場所が制限されることから、それらは異なる場所に置かれていた。
【０００５】
第２に、単一の高速製品アセンブリシステムが、プログラムされたデバイスを、それが単一のプログラミング機構によってプログラムされるよりも速く使い果たすことがあった。このため、製品アセンブリシステムに用いるプログラムされたデバイスを蓄えておくために、一般的に動作時間がより長いプログラミングシステムは複数必要とされた。つまり、この２つのシステムの間で動作時間および入力要求が異なっていた。
【０００６】
第３に、製品アセンブリシステムの機械的および電子的部分の両方を簡単に統合できるような単一のシステムを造ることができなかった。これらのシステムは複雑であり、変更を加えて追加装置を組入れるためには一般的に多大な費用のかかる設計時間が必要である。
【０００７】
離れた場所でプログラム可能デバイスをプログラミングし、ついでプログラムされたデバイスを電子回路基板に挿入するために製品アセンブリ領域に持ってくることに関する主な問題は、２つの異なる工程を異なる場所で行なうこと、および２つの離れたシステム間の調整が困難なことであった。しばしば、製品アセンブリラインのプログラム可能デバイスがなくなり、製品アセンブリライン全体を止めなければならないということが起こる。または、プログラミング装置を用いて、プログラムされたデバイスの十分な在庫品をプログラムすることにより、製品アセンブリラインが止まらないようにすることもできる。しかし、これは在庫品のコストを増加させる。プログラミングを変えなければならず、かつプログラムされた集積回路の多大な在庫があると、さらなる問題が起こる。この場合、プログラム可能デバイスの在庫を再プログラムしなければならず、それには無駄な時間および費用が伴う。
【０００８】
よりよいシステムが望ましいことは明らかであったが、この状況を真に改善する方法はないように思われた。克服できないように見える多数の問題が改善の道を阻んでいたためである。
【０００９】
第１に、現時の製品アセンブリラインの動作速度は従来のプログラマのプログラミング速度能力をあまりにも超えているために、プログラマの処理量は従来のシステムで可能と考えられるよりもかなり多くなければならなくなる。
【００１０】
第２に、プログラマは現行のプログラマよりも速くなる必要があるだけでなく、かなり小さくなる必要がある。理想的なシステムは製品アセンブリラインに統合されるわけだが、その際に現行の製品アセンブリラインを妨害したり、またはその理想的なシステムがない場合の長さよりも新しい製品アセンブリラインを長くすることを要求してはならない。さらに、これらの製品アセンブリラインのほとんどは、さまざまなタイプの供給およびハンドリングモジュールによって既に満たされているか、満たされるよう設計されており、追加装置のための余地は限られている。
【００１１】
第３に、製品アセンブリラインに統合されるあらゆるプログラマはまた、連絡および計画を立てる目的のため、制御ソフトウェアおよび製品システムソフトウェアの電子機器とインタフェースで連結しなければならないように見える。このことが問題となるのは、製品アセンブリラインシステムソフトウェアは複雑であるだけでなく、それらのシステムの製造者の機密および／または専売特許であるためである。つまり、統合はその製造者との協力の下で行なわれなければならないのだが、製造者は自身のシステムの改善以外のことに技術努力を傾けることに乗り気ではない。または、この統合は、プログラマの制御ソフトウェアに取掛かる前に、製造者のソフトウェアを理解するために多大な技術努力を費やして行なわなければならなくなる。
【００１２】
第４に、プログラマと製品装置との間の機械的インタフェースは、プログラムされたデバイスを製品アセンブリシステムの装着ハンドリング装置に対して配置するために高度に正確でなければならない。
【００１３】
第５に、製品製造装置と同様、製品ハンドリング装置の異なる製造者が多数存在する。つまり、多数の異なる製品アセンブリライン構成を研究する必要があり、異なる製造者に対する設計の大きな妥協が必要となる。
【００１４】
第６に、理想的なシステムは、構成および大きさの異なる、異なるマイクロデバイスを素早く交換できなければならない。
【００１５】
第７に、理想的なシステムは、テープ、チューブおよびトレーフィーダを含むいくつかの異なるマイクロデバイス供給機構を収容できなければならない。
【００１６】
最後に、プログラミングの際に故障したマイクロデバイスを素早く拒絶できなければならない。
【００１７】
上記の問題すべてが効果的な解決を不可能にしているように見える。特に、持ち運び可能で、外部からの電力および空気力のみによって「プラグアンドプレー」操作が可能であり、自動プログラミングおよびハンドリングをもたらし、自動製品アセンブリラインにプログラムされたプログラム可能デバイスを提供できる包括的なシステムを発明しようとするとき、これは真実である。
【００１８】
【発明の開示】
この発明は、空気および電力源に接続されたマイクロデバイス装着システムを提供するものである。このシステムは、アクチュエータ、装着プローブ、およびアクチュエータとプローブとを接続する準拠するカプラを含む装着ユニットを有する。制御システムは複数の電力供給される空気圧バルブを活性化することによって空気力源をアクチュエータに選択的に接続し、それによって準拠するカプラがプローブを動かして装着位置との間で往復させるようにする。複数の空気圧バルブの１つが空気の力による真空をプローブに選択的に接続および非接続することによって、プローブはマイクロデバイスをそれぞれ拾い上げかつ解放する。この装着システムは、繊細なマイクロデバイスを素早くフレキシブルに拾い上げ、配置するために有効なシステムである。
【００１９】
この発明はさらに、アクチュエータ、装着プローブ、およびアクチュエータとプローブとを接続する準拠するカプラを含む装着ユニットを提供するものである。制御システムは、装着ユニットに接続可能な複数の電力供給される空気圧バルブを活性化し、空気力源をアクチュエータに選択的に接続することによって、準拠するカプラがプローブを動かして装着位置との間で往復させるようにする。複数の空気圧バルブの１つが空気の力による真空をプローブに選択的に接続および非接続することによって、プローブはマイクロデバイスをそれぞれ拾い上げかつ解放する。この装着ユニットは、繊細なマイクロデバイスを素早くフレキシブルに拾い上げ、配置するために有効な機構である。
【００２０】
この発明はさらに、万一装着システムが故障した場合にマイクロデバイスを保持する、フェールセーフの装着ユニットおよびシステムを提供する。
【００２１】
この発明はさらに、複数のマイクロデバイスを同時におよび順に拾い上げ、配置することのできる装着ユニットおよびシステムを提供する。
【００２２】
この発明はさらに、構成および大きさが異なる、異なるマイクロデバイスを素早く交換することのできる装着ユニットおよびシステムを提供する。
【００２３】
この発明の上記およびその他の利点は、以下の詳細な記述を添付の図とともに読むことにより当業者に明らかとなるであろう。
【００２４】
【発明を実施するための最適モード】
機構
図１を参照すると、装着システム１００が示されており、これはさまざまなタイプのマイクロデバイス（図示せず）を拾い上げて配置するために用いることができる。マイクロデバイスは電気的、空気圧、機械的などのデバイスであり得る。このシステム１００は、空気圧制御システム１０４に接続された空気源１０２を有し、この空気圧制御システムが装着（ＰＮＰ）ユニット１０６およびソケットアクチュエータ１０８を始動させる。
【００２５】
空気圧制御システム１０４は、空気圧システム１１０および真空システム１２０を含む。
【００２６】
空気圧システム１１０は、３方向、２位置のソレノイドで活性化されるスプリングリターン空気圧バルブ１１１−１１５からなる。空気圧バルブ１１１−１１５は通常閉じており、空気圧で活性化されるスプリング伸張ＰＮＰアクチュエータ１１６−１１９と、空気圧で活性化されるスプリングリターンソケットアクチュエータ１０８とにそれぞれ接続されている。
【００２７】
真空システム１２０は、空気源１０２に接続された３方向、２位置のソレノイドで活性化される複数のスプリングリターン供給バルブ１２１−１２４を含む。供給バルブ１２１−１２４は通常開いており、それぞれベンチュリエアーエジェクタ１２５−１２８に接続されており、これらのエアーエジェクタはさらにそれぞれ排気消音器１３０−１３３に接続されている。
【００２８】
ベンチュリエアーエジェクタ１２５−１２８はベンチュリ効果を用いて、それぞれの吸引フィルタ１３５−１３８を通じてＰＮＰユニット１０６中のそれぞれのフレキシブルなゴム真空カップ１４０−１４３に真空を生じさせる。
【００２９】
真空カップ１４０−１４３における真空は、空気で活性化されるスプリングリターン真空スイッチ１４５−１４８によってそれぞれ監視される。この真空スイッチ１４５−１４８は真空が不十分のときに出力信号を与える。
【００３０】
真空カップ１４０−１４３における真空は、３方向、２位置のソレノイドで活性化されるスプリングリターンブレーキングバルブ１５０−１５３およびそれぞれのニードルバルブ１５５−１５８によって、それぞれの真空カップ１４０−１４３が空気源１０２に接続されることにより破られる。ブレーキングバルブ１５０−１５３は通常閉じている。
【００３１】
システム１００は制御システム１６０によって電気的に制御されており、この制御システムは、真空スイッチ１４５−１４８からの入力を含むさまざまな制御および電力入力１６２と、空気圧バルブ１１１−１１５、供給バルブ１２１−１２４、およびブレーキンブバルブ１５０−１５３への出力を含むさまざまな出力１６４とを有する。制御システム１６０はマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラであり得る。
【００３２】
図２を参照すると、ＰＮＰユニット１０６が示されており、ＰＮＰアクチュエータ１１６のような典型的なＰＮＰアクチュエータと、真空カップ１４０のような典型的な真空カップとが同時に示されている。
【００３３】
ＰＮＰアクチュエータ１１６は、シリンダチャンバ２０２をその中に備えるシリンダブロック２００からなる。シリンダチャンバ２０２はピストン２０４を含み、このピストンはシリンダパッキン２０８を通じて伸びるシリンダロッド２０６に接続されている。このピストンはスプリング２１０によって通常「上」の位置に保持されており、ポート２１２における空気圧によって活性化される。シリンダロッド２０６は１対のスナップリング２１４を有し、それによってカプラ２１６を適所に取付けている。
【００３４】
カプラ２１６はスナップリング２１８とコンプライアンススプリング２２０との間に押えられており、これがプローブ２２２を線形の１対のベアリング２２４および２２６中で垂直方向に動かす。カプラ２１６によって、プローブ２２２をシリンダロッド２０６と平行に上下に動かすことができる。カプラがコンプライアンススプリング２２０を押すことによって、スナップリング２２１に力が及び、プローブ２２２が「下」へ押される。プローブ２２２がマイクロデバイスの表面上にあるとき、コンプライアンススプリング２２０はプローブ２２２が止まっている間もカプラ２１６の動きを継続させる。これによってマイクロデバイスの損傷を防いでいる。コンプライアンススプリング２２０は常にプローブ２２２をカプラ２１６に抵抗して押している。コンプライアンススプリング２２０は非常に軽いスプリングであり、プローブ２２２が下の位置にいるためには十分だが高度に繊細なマイクロデバイスに損傷を与えるには至らない程度の圧力を生じる。したがって、プローブ２２２はカプラ２１６に対し「準拠して」動く。
【００３５】
プローブ２２２は中空で、プレサイザ（ｐｒｅｃｉｓｏｒ）２２８に囲まれた真空カップ１４０を一方の端に含み、また真空ライン２３０に接続されている。この真空ラインは吸引フィルタ１３５（図１）を通じてエアーエジェクタ１２５に接続されている。プレサイザ２２８は内部テーパを有するプレートであり、マイクロデバイスはこの内部テーパに接し、この内部テ−パによってプローブ２２２に対し整列させられかつ位置決めされる。
【００３６】
動作
動作中、空気源１０２から空気が供給されていないとき、図１において、空気圧バルブ１１１−１１５は通常閉じており、供給バルブ１２１−１２４は通常開いており、ブレーキングバルブ１５０−１５３は通常閉じている。また、真空スイッチ１４５−１４８は通常閉じている。
【００３７】
空気源１０２から空気が供給されると、空気はエアーエジェクタ１２５−１２８に与えられ、ベンチュリ効果によって真空が作られて、それが真空カップ１４０−１４３で用いられる。供給バルブ１２１−１２４が通常開いていることによって、電力が故障しても空気力が故障していない場合にＰＮＰユニット１０６においてマイクロデバイスを保持するフェールセーフモードが与えられる。
【００３８】
マイクロデバイスを拾い上げるためには、制御システム１６０は出力ライン１６４を通じて信号を出力し、空気圧バルブ１１１−１１４上のソレノイドを選択的に始動させる。たとえば空気圧バルブ１１１を始動させると、空気圧の適用によってＰＮＰアクチュエータ１１６はそのシリンダロッド２０６をスプリング２１０に抵抗して引き込む。シリンダロッド２０６が引っ込むことでカプラ２１６が押し下げられ、それによってまずプローブ２２２が下方に伸びる。初めに下に伸びた後、カプラ２１６のさらなる動きがコンプライアンススプリング２２０を圧縮し、プローブ２２２を、マイクロデバイスに接触するまで下方に伸ばす。コンプライアンススプリング２２０によって、ＰＮＰアクチュエータ１１６はプローブ２２２が止まっても動き続け、マイクロデバイスに損傷を与えることはない。これによってプローブ２２２は「準拠した」動きが可能である。
【００３９】
プローブ２２２が伸びると、プローブはフレキシブル真空カップ１４０とマイクロデバイスとを接触させ、マイクロデバイスは真空によってプローブ２２２上の決まった場所に捉まれる、または保持される。この拾い上げ動作を終わらせるには、空気圧バルブ１１１のソレノイドを不活性化すると、空気圧バルブ１１１のスプリングの戻りがシリンダチャンバ２０２中の空気を解放し、これによってスプリング２１０がピストン２０４を「上」の位置に動かす。ピストン２０４が「上」に動くと、シリンダロッド２０６も「上」に動き、カプラ２１６およびスナップリング２１８を通じて、プローブ２２２が「上」に動く。プローブ２２２が「上」の位置に動くと、プレサイザ２２８は中に設けられたテーパを有する側壁２２９によって、マイクロデバイスの位置を正確に整列させる。マイクロデバイスは一般的に箱型をしており、プレサイザ２２８はその箱をテーパを有する側壁２２９の長さに一致させて回転させる。前述のとおり、供給バルブ１２１は通常開いているため、電力が故障した場合は、マイクロデバイスは真空カップ１４０によって保持される。
【００４０】
当業者に理解されるとおり、空気圧バルブ１１１−１１４を順次活性化することによって、ＰＮＰアクチュエータ１１６−１１９のそれぞれに順次マイクロデバイスを拾い上げさせることができる。また注目すべきなのは、４つのＰＮＰアクチュエータ１１６−１１９に対し適切な間隔をおいてマイクロデバイスを並べれば、制御システム１６０を活性化してこれらのＰＮＰアクチュエータに同時にマイクロデバイスを拾い上げさせることも可能なことである。
【００４１】
マイクロデバイスを降ろす、または置くためには、空気圧バルブ１１１−１１４を活性化してＰＮＰアクチュエータ１１６−１１９を下方に伸ばす。たとえば空気圧バルブ１１１を始動させると、ポート２１２に空気が与えられてピストン２０４がシリンダロッド２０６を引き込む。これがカプラ２１６をコンプライアンススプリング２２０に対して押し下げ、それによってプローブ２２２が下に動く。
【００４２】
プローブ２２２が下がると、供給バルブ１２１のソレノイドが活性化されることにより、エアーエジェクタ１２５中の空気圧がせき止められおよび解放され、ブレーキングバルブ１５０は直ちに活性化されて真空カップ１４０にエアーパルスを与え、これによって空気の「ひと吹き」を起こしてマイクロデバイスの積極的解放をもたらす。次に空気圧バルブ１１１のソレノイドが不活性化され、ポート２１２を通じて空気を解放することにより、プローブ２２２は「上」の位置に戻る。
【００４３】
この発明はまた、マイクロデバイスがプローブ２２２から解放された後にそれを下に保つための保持機構（図示せず）を活性化するために用いられるソケットアクチュエータ１０８を含む。したがって、空気圧バルブ１１５はソケットアクチュエータ１０８を始動させるために活性化される。
【００４４】
当業者に明らかであるとおり、吸引フィルタ１３５−１３８はシステムに有害な粒子が入らないよう保つ役割を果たし、また排気消音器１３０−１３３はシステムの騒音を抑える役割を果たす。
【００４５】
また当業者に明らかであるとおり、ここには個々のバルブを示したが、この発明に対して示される目的を達成するためには、異なるマニホルドおよびバルブの組合せが可能である。さらに、空気の供給および除去に対する異なるシーケンスも可能である。
【００４６】
この発明について、特定の最良形態と関連させて記述したが、当業者には前述の記述を考慮した多くの代替形、変更および修正が明らかであると考えられる。したがってここに含まれる請求項の趣旨および範囲に収まるようなこれらの代替形、変更および修正のすべてはこの発明に含まれることが意図される。ここに述べた、または添付の図に示したすべての事柄は例示であって限定の意味はないものと解釈される。
【図面の簡単な説明】
【図１】装着システムの概略図である。
【図２】装着ユニットの断面図である。
【符号の説明】
１０４  空気圧制御システム、１０６  装着ユニット、１１１  空気圧バルブ、１１６  アクチュエータ、１２１  供給バルブ。
【図１】
0003550081.tif 000002
【図２】
0003550081.tif 000003