(57)【要約】  軸を含む枠と、複数のピック／プレースヘッドと慣性バランスホイールとを備えたタレットであって、ピック／プレースヘッドと慣性バランスホイールの両方が軸の軸線の周囲を回転するように取り付けられたタレットと、ピックアンドプレース動作中にタレットを回転させるための第１の電気機械装置であって、磁場発生部と通電部とを備え、一部がタレット上にあり、一部が慣性バランスホイール上にある第１の電気機械装置とを備えたピックアンドプレース機であって、第１の電気機械装置が発生させたトルクがタレットの角加速を一方向に引き起こし、かつ慣性バランスホイールの角加速を反対方向に引き起こすように構成されたピックアンドプレース機。【選択図】図２（ａ）、図２（ｂ）
2012501538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸を含む枠と、
複数のピック／プレースヘッドと慣性バランスホイールとを備えたタレットであって、前記ピック／プレースヘッドと前記慣性バランスホイールの両方が前記軸の軸線の周囲を回転するように取り付けられたタレットと、
ピックアンドプレース動作中に前記タレットを回転させるための第１の電気機械装置であって、磁場発生部と通電部とを備え、一部がタレット上にあり、一部が慣性バランスホイール上にある第１の電気機械装置と、
を備え、
前記第１の電気機械装置が発生させたトルクが前記タレットの角加速を一方向に引き起こし、かつ慣性バランスホイールの角加速を反対方向に引き起こすように構成された、ピックアンドプレース機。
【請求項２】
前記タレットおよび前記慣性バランスホイールは前記軸に直接取り付けられる、請求項１に記載のピックアンドプレース機。
【請求項３】
前記タレットは前記慣性バランスホイールの外周に取り付けられ、前記慣性バランスホイールは前記軸に直接取り付けられる、請求項１に記載のピックアンドプレース機。
【請求項４】
前記タレットは、各ピック／プレースヘッドをピック位置およびプレース位置に移動できるように回転可能であり、各ピック／プレースヘッドはアクチュエータの平行移動部を備え、前記ピックアンドプレース機は、前記ピック位置に配置されて前記枠に固定されたアクチュエータのステータ部と、前記プレース位置に配置されて前記枠に固定されたアクチュエータのステータ部とをさらに備え、前記ピックアンドプレース機は、前記ピック／プレースヘッドが前記ピックまたはプレース位置に配置されたときに、ピックまたはプレース移動を行うように動作可能な作動アクチュエータが形成される、先行請求項の何れか１項に記載のピックアンドプレース機。
【請求項５】
前記駆動軸は水平であり、前記ピックアンドプレース機は、前記タレットの一方の側に載置されたピックステージと、前記タレットの反対側に載置されたプレースステージとをさらに備え、両ステージは基板を鉛直平面状に保持するように構成される、先行請求項の何れか１項に記載のピックアンドプレース機。
【請求項６】
清浄空気流を下向きに前記ピックステージおよび前記プレースステージの表面全体に送る送風手段をさらに備える、先行請求項の何れか１項に記載のピックアンドプレース機。
【請求項７】
前記タレットの位置を制御するための第１のフィードバック制御ループをさらに備える、先行請求項の何れか１項に記載のピックアンドプレース機。
【請求項８】
前記慣性バランスホイールの角速度を受動的に減衰させる手段をさらに備える、先行請求項の何れか１項に記載のピックアンドプレース機。
【請求項９】
磁場発生部と通電部とを備え、一部が前記慣性バランスホイール上にあり、一部が前記軸上にある第２の電気機械装置と、前記慣性バランスホイールの角速度を前記第２の電気機械装置によって制御するための第２のフィードバック制御ループとをさらに備える、請求項１乃至７の何れか１項に記載のピックアンドプレース機。
【請求項１０】
前記慣性バランスホイールの回転を選択的に減衰させるために前記第２のフィードバック制御ループを使用しうる、請求項９に記載のピックアンドプレース機。
【請求項１１】
前記タレットは中空である、先行請求項の何れか１項に記載のピックアンドプレース機。
【請求項１２】
前記軸は中空である、先行請求項の何れか１項に記載のピックアンドプレース機。
【請求項１３】
先行請求項の何れか１項に記載のピックアンドプレース機での使用に適したタレット組み立て体であって、
複数のピック／プレースヘッドと慣性バランスホイールとを備え、前記ピック／プレースヘッドと前記慣性バランスホイールの両方が支持枠の軸の軸線の周囲を回転するように取り付け可能なタレットと、
ピックアンドプレース動作中に前記タレットを回転させるための第１の電気機械装置であって、磁場発生部と通電部とを備え、一部が前記タレット上にあり、一部が前記慣性バランスホイール上にある第１の電気機械装置と、
を備え、
前記第１の電気機械装置が発生させたトルクは前記タレットの角加速を一方向に引き起こし、かつ前記慣性バランスホイールの角加速を反対方向に引き起こすように構成される、タレット組み立て体。
【請求項１４】
軸を含む枠と、
複数のピック／プレースヘッドを備えたタレットであって、各ピック／プレースヘッドはアクチュエータの平行移動部を備え、タレットの回転により各ピック／プレースヘッドをピック位置とプレース位置とに移動できるように前記軸の軸線の周囲を回転するように取り付けられたタレットと、
を備えたピックアンドプレース機であって、
前記ピック位置に配置されて前記枠に固定されたアクチュエータのステータ部と、前記プレース位置に配置されて前記枠に固定されたアクチュエータのステータ部とをさらに備え、前記ピック／プレースヘッドが前記ピックまたはプレース位置に配置されたときに、ピックまたはプレース移動を行うように動作可能な作動アクチュエータが形成されるように構成された、ピックアンドプレース機。
【請求項１５】
水平に向けられた軸を含む枠と、
複数のピック／プレースヘッドを備え、前記軸の軸線の周囲を回転するように取り付けられたタレットと、
前記タレットの一方の側に配置されたピックステージと、前記タレットの反対側に配置されたプレースステージと、
を備え、
両ステージは基板を鉛直平面状に保持するように構成された、
ピックアンドプレース機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に三次元集積回路（３ＤＩＣs）向けの、ただしこれだけに限定されない、ピックアンドプレース機に関する。
【背景技術】
【０００２】
さまざまな電子部品を印刷回路板またはリードフレームなどの基板上に載置するためにピックアンドプレース機が用いられることは周知である。既存の技術が提供するピックアンドプレースの性能は、高速または高精度のどちらか一方であり、この両方ではない。１つの種類のピックアンドプレース機は、複数のピック／プレースヘッドを有する回転可能なタレットを備える。この一例が独国特許出願公開第１０２３０９０１号に開示されている。
【０００３】
３ＤＩＣの出現により、複数のダイを３Ｄスタックに載置することが必要になってきた。この載置は、極めて高い精度を必要とし、一部の用途においては許容載置誤差を例えば１マイクロメートル未満にする必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の目的は、部品の載置を高精度で、例えば３ＤＩＣ製造のニーズを満たす精度で、かつ採算の合う価格で行えるピックアンドプレース機を提供することである。
【０００５】
この点を踏まえ、第１の側面によると、本発明は、
軸を含む枠と、
複数のピック／プレースヘッドと慣性バランスホイールとを備えたタレットであって、ピック／プレースヘッドと慣性バランスホイールの両方が軸の軸線の周囲を回転するように取り付けられたタレットと、
ピックアンドプレース動作中にタレットを回転させるための第１の電気機械装置であって、磁場発生部と通電部とを備え、一部がタレット上にあり、一部が慣性バランスホイール上にある第１の電気機械装置と、
を備え、
第１の電気機械装置が発生させたトルクがタレットの角加速を一方向に引き起こし、かつ慣性バランスホイールの角加速を反対方向に引き起こすように構成されたピックアンドプレース機を提供しうる。
【０００６】
ピックアンドプレース動作中、タレットは、各ピック／プレース動作の間、最初は正に角加速し、次に負に角加速する。本発明の第１の側面は、慣性バランスホイールを設けることによって、タレットの角加速によって引き起こされる反力の枠への伝達を防止するか、または少なくとも大幅に減らす。これは、タレットとは反対方向に角加速する反力によって引き起こされる。これにより、ピックアンドプレース機が高速で動作中であっても、すなわち正および負の高角加速が必要とされるときであっても、枠の振動が皆無となるか、または少なくとも低く維持されるため、高い載置精度を達成できる。
【０００７】
好ましくは、タレットは、各ピック／プレースヘッドをピック位置およびプレース位置に移動できるように回転可能であり、各ピック／プレースヘッドはアクチュエータの平行移動部を備え、ピックアンドプレース機は、ピック位置に配置されて枠に固定されたアクチュエータのステータ部と、プレース位置に配置されて枠に固定されたアクチュエータのステータ部とをさらに備え、ピックアンドプレース機は、ピック／プレースヘッドがピックまたはプレース位置にあるときに、ピックまたはプレース移動を行うように動作可能な作動アクチュエータが形成されるように構成される。
【０００８】
アクチュエータのステータ部を枠に固定することによって、ピックまたはプレース移動の実行時に生じた反力は枠に伝達され、これによりタレットの振動が回避される。
【０００９】
好ましくは、駆動軸は水平であり、ピックアンドプレース機はタレットの一方の側に配置されたピックステージとタレットの反対側に配置されたプレースステージとをさらに備え、両ステージは基板を鉛直平面状に保持するように構成される。
【００１０】
このような向きは、基板への、またはダイ表面への、汚染物質の付着しやすさを極力減らすために有効である。
【００１１】
ピックアンドプレース機は、汚染物質の排除をさらに助けるために清浄空気流を下向きにピックステージおよびプレースステージの表面全体に送る送風手段をさらに備えると都合がよい。
【００１２】
第２の側面によると、本発明は、
軸を含む枠と、
複数のピック／プレースヘッドを備えたタレットであって、各ピック／プレースヘッドはアクチュエータの平行移動部を備え、タレットの回転により各ピック／プレースヘッドをピック位置とプレース位置とに移動できるように、軸の軸線の周囲を回転するように取り付けられたタレットと、
を備えたピックアンドプレース機であって、
ピック位置に配置されて枠に固定されたアクチュエータのステータ部と、プレース位置に配置されて枠に固定されたアクチュエータのステータ部とをさらに備え、ピック／プレースヘッドがピックまたはプレース位置にあるときに、ピックまたはプレース移動を行うように動作可能な作動アクチュエータが形成されるように構成されたピックアンドプレース機を提供しうる。
【００１３】
本発明の第３の側面によると、本発明は、
水平に向けられた軸を含む枠と、
複数のピック／プレースヘッドを備え、軸の軸線の周囲を回転するように取り付けられたタレットと、
タレットの一方の側に配置されたピックステージと、タレットの反対側に配置されたプレースステージと、
を備えたピックアンドプレース機であって、
両ステージは基板を鉛直平面状に保持するように構成されたピックアンドプレース機を提供しうる。
【００１４】
第４の側面によると、本発明は、ピックアンドプレース機のためのタレット組み立て体であって、
複数のピック／プレースヘッドと慣性バランスホイールとを備えたタレットであって、ピック／プレースヘッドと慣性バランスホイールの両方が支持枠の軸の軸線の周囲を回転するように取り付け可能なタレットと、
ピックアンドプレース動作中にタレットを回転させるための第１の電気機械装置であって、磁場発生部と通電部とを備え、一部がタレット上にあり、一部が慣性バランスホイール上にある第１の電気機械装置と、
を備えたタレット組み立て体であって、
第１の電気機械装置が発生させたトルクがタレットの角加速を一方向に引き起こし、かつ慣性バランスホイールの角加速を反対方向に引き起こすように構成された、タレット組み立て体を提供しうる。
【００１５】
本願明細書で使用される用語「角加速」は、角加速と角減速の両方を含むものとして広義に使用される。角加速を正の角加速と称し、角減速を負の角加速と称する。
【００１６】
本発明の他の側面およびさらに好適な特徴について、以下の説明で説明し、添付の特許請求の範囲で定義する。
【００１７】
以下に、添付図面を参照しながら本発明の例示的実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１のピックアンドプレース機の概略正面図を示す。
【図２（ａ）】図１に示されているタレット組み立て体の横断面図を示す。
【図２（ｂ）】図１に示されているタレット組み立て体の軸断面図を示す。
【図３】第２のピックアンドプレース機の概略ブロック図を示す。
【図４（ａ）】ピックまたはプレース位置に到達するときの個々のピック／プレースヘッドの各部の概略図を示す。
【図４（ｂ）】ピックまたはプレース位置における個々のピック／プレースヘッドの各部の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
全体が参照符号１０で示されている第１のピックアンドプレース機が図１に示されている。ピックアンドプレース機１０は、支持枠１２を備え、参照符号Ｘで示された軸線を有する軸１５（図２（ａ）、図２（ｂ）に見える）の周囲を回転するようにタレット組み立て体１４が支持枠１２に取り付けられる。ピックアンドプレース機１０は、タレット組み立て体１４の右側で枠１２に固定されたピックステージ１６と、タレット組み立て体１４の左側で枠１２に固定されたプレースステージ１８とをさらに備える。ピックステージ１６は、載置の準備が整ったダイの配列を収容したピックウェーハ１６ａの形態の基板を備える。ピックステージ１６は、ピックウェーハ１６ａの位置をウェーハの平面内で二次元に調整できる。プレースステージ１８は、積層中にダイを保持する基板１８ａを備える。プレースステージ１８は、基板１８ａの位置を基板１８ａの平面内で二次元に調整できる。ピックアンドプレース機１０は、清浄空気流を下向きにピックステージ１６およびプレースステージ１８の表面全体に送るためのダウンフローユニット２６をさらに備える。空気流は濾過され、極めて低いＩＳＯ清浄度クラスを有する。タレット組み立て体１４は、厚い環状リングの形態のタレット本体２２を有するタレット２０を備え、８つのピック／プレースヘッド２４ａ〜ｈがタレット本体２２の周囲に等しい角度間隔で配設される。各ピック／プレースヘッド２４は、ピックまたはプレース移動を行うために伸長位置と収縮位置との間で半径方向に移動可能な真空ノズルを備える。
【００２０】
図２（ｂ）を参照すると、タレット組み立て体１４は、軸１５の周囲に取り付けられた慣性バランスホイール３０をさらに備える。慣性バランスホイール３０は、タレット本体２２とほぼ同じ寸法および質量を有する厚い環状リングの形態を採る。タレット２０および慣性バランスホイール３０は、どちらも空気軸受２５によって軸１５の周囲に回転自在に取り付けられる。
【００２１】
他の複数の実施形態においては、代わりに転動体軸受を使用できる。
【００２２】
タレット組み立て体１４は、タレット本体２２に固設された磁場発生部４２と慣性バランスホイールに固設された通電部４４とを備えた第１の電気機械装置４０をさらに備える。磁場発生部４２は、図２（ａ）において最もよく見えるように、タレット本体２２の周囲に等しい角度間隔で載置された１２個の永久磁石４２ａ〜ｌを備える。
【００２３】
通電部４４は、慣性バランスホイール３０の周囲に等しい角度間隔で載置された、永久磁石４２ａ〜ｌに対応する１２個のコイル４４ａ〜ｌを備える。電気機械装置４０は、その構成要素が軸線Ｘを中心とした円形に折り曲げられたリニアモータと考えることもできる。電気機械装置４０は、ピックアンドプレース動作中にタレット２０を回転させるために働く。
【００２４】
他の複数の実施形態において、通電部４４はタレット本体２２に固設され、磁場発生部４２は慣性バランスホイール３０に固設される。他の複数の実施形態において、第１の電気機械装置４０は、誘導電動機または非同期電動機を備えてもよい。この場合、磁場発生部４２は磁場を発生させるコイルを複数備え、通電部４４は渦電流を内部で発生させる導体を備えてもよい。この導体は、円筒を備えてもよく、あるいはかご形構成であってもよい。
【００２５】
動作時、図１に示されているように、割り出し運動を用いてタレット２０を反時計回りに回転させる。停止時、図１のピック／プレースヘッド２４ｃに対応する、ピック位置にあるピック／プレースヘッドは、事前に位置付けられたピックウェーハ１６ａからダイ（参照符号なし）を取り上げる。同時に、図１のピック／プレースヘッド２４ａに対応する、プレース位置のピック／プレースヘッドは、事前に位置付けられた基板１８ａ上にダイを置く。ピックウェーハ１６ａおよび基板１８ａの向きを鉛直にすることに加え、清浄空気流をダウンフローユニット２６から供給することは、ダイの表面への汚染物質の堆積を防止するために役立つ。清浄な環境をピックアンドプレース機１０の内部、特にピックステージ１６およびプレースステージ１８に作成することによって、清浄度がより厳しくない環境へのピックアンドプレース機１０の配置が可能になることを理解されるであろう。タレット２０が次のピック／プレース位置、すなわちピック／プレースヘッド２４ｆがピック位置になり、ピック／プレースヘッド２４ｂがプレース位置になる位置、に割り出されるとき、最初にタレット２０の正の角加速を反時計回り方向に引き起こすトルクを生じさせるように電気機械装置４０が駆動される。最大角速度に達すると、タレット２０の負の角加速を反時計回り方向に引き起こすためにトルクを反対方向に生じさせる。これにより、タレット２０は次のピック／プレース位置で停止する。慣性バランスホイール３０は回転自在に軸１５に取り付けられるため、タレット２０を上記方法で回転させるために必要な角加速からの反力は枠１２に伝達されず、代わりに慣性バランスホイール３０に伝達されるため、慣性バランスホイール３０の時計回り方向への角加速が引き起こされる。
【００２６】
これにより、ピックアンドプレース機１０が高速で動作中であっても、すなわち正および負の高加速が必要とされるときであっても、枠１２の振動が皆無となるか、または少なくとも低く維持されるため、高い載置精度を達成できる。
【００２７】
以降、図１および図２（ａ）、図２（ｂ）に示されている第１のピックアンドプレース機に関して説明した部分と同様の部分に言及するときは、同じ参照符号を使用する。
【００２８】
図３は、第２のピックアンドプレース機１０を示す。図面を簡略化するために、枠１２、ピック／プレースヘッド２４、およびピックアンドプレースステージ１６、１８の大半は図示されていない。図３に示すタレット組み立て体１４は、第１のピックアンドプレース機のものと異なり、タレット２０が慣性バランスホイール３０の外周に空気軸受２５を介して直接取り付けられる。
【００２９】
ピックアンドプレース機１０は、タレット位置制御フィードバックループ５２を含む制御システム５０を備える。制御ループ５２は、所望のタレット位置を設定する手段５４と、エラー信号を発生させるために所望のタレット位置とトランスデューサ６０から供給された実際のタレット位置信号とを比較する比較器５６とを備える。このエラー信号はループ制御部６２に供給され、ループ制御部６２は制御信号を電気機械装置４０を駆動する駆動部６４に供給する。トランスデューサ６０は、固定された世界に対するタレット２０の位置を軸１５上のインデックスによって光学的に測定する。このインデックスは、位置を直接表すか、または角速度の推定に用いられるかのどちらかであり、角速度はその後に位置の計算に用いられる。
【００３０】
動作中、第２のピックアンドプレース機１０は第１のピックアンドプレース機のように動作する。次のピック／プレース位置を示す信号が手段５４から与えられる。制御ループ５２の働きにより、タレット２０はその位置に割り出される。この場合も、タレット２０を時計回り方向に角加速するトルクが電気機械装置４０に生じると、反力によって慣性バランスホイール３０は反対方向に回転する。これにより、枠１２の振動が皆無となるか、または少なくとも低く維持されるため、高い載置精度を達成できる。
【００３１】
この制御システム５０を第１のピックアンドプレース機に組み込むこともできる。
【００３２】
実際には、動作中に慣性バランスホイール３０が停止しないこともある。この理由により、第２のピックアンドプレース機１０は、慣性バランスホイール３０と軸１５との間に結合される、慣性バランスホイール３０の角速度を下げるための手段を備えることが好ましい。一実施形態において、これは、慣性バランスホイール３０上に配置された磁石の配列およびタレット２０上の導電性金属の被覆など、渦電流を誘起する受動的減衰手段によって実現される。なお、磁石の配列および導電性金属の被覆の位置はこの逆でもよい。別の実施形態においては、第１の電気機械装置４０と同様の第２の電気機械装置を慣性バランスホイール３０と軸１５とに分散させる、つまり一部を慣性バランスホイール３０上に配置し、一部を軸１５上に配置する、ことができる。この第２の電気機械装置は、制御ループ５２と同様のフィードバック制御ループによって慣性バランスホイール３０の角速度を能動的に制御するために用いられる。能動制御ループは、慣性バランスホイール３０に加わる減衰を調整できる点が都合がよい。きわどい処理の実行時、慣性バランスホイール３０と軸１５との間の減衰をできる限り小さくすべきである。その理由は、減衰が加わると、軸に一部伝達される反力が振動を枠に引き起こすからである。
【００３３】
慣性バランスホイールの角速度を下げるためのさまざまな手段を第１のピックアンドプレース機にさらに組み込むこともできる。
【００３４】
タレット２０の中心および軸１５はどちらも中空であることが好ましい。これにより、移動の慣性を低く維持できるほか、他の構成要素、例えばケーブルフィードスルーおよびセンサ、のための空間が生まれる。
【００３５】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、ピック／プレースヘッド２４のノズルを収縮位置と伸長位置との間で半径方向に移動させるためのアクチュエータを構成するさまざまな部分を示す。図示の構成は、第１または第２のピックアンドプレース機のどちらへの組み込みにも適している。
【００３６】
ピックアンドプレース機１０の枠１２は、アクチュエータ７０のステータ部７２をピック位置およびプレース位置で支持する。図４（ａ）および図４（ｂ）には、プレース位置のみが示されている。ステータ部７２は筐体部７４を備え、コイル組み立て体７６が筐体部７４の内部に設けられる。ステータ部７２は、筐体部７４を枠１２にしっかりと固定する結合部７７をさらに備える。各ピック／プレースヘッド２４は平行移動部８０を備え、平行移動部８０は永久磁石組み立て体８２と、半径方向内方および外方に動くように取り付けられたアクチュエータ部材８４とを備える。図面を明確にするために、ノズルへの部材８４ａの外方端の取り付けは省かれている。
【００３７】
動作中、図４（ａ）に示されているようにピック／プレースヘッド２４がプレース位置に移動して図４（ｂ）の停止位置に達すると、プレース位置に配置されたステータ部７２とピック／プレースヘッド２４によって担持されている平行移動部８０とが位置合わせされて作動アクチュエータが形成される。この位置において、磁石組み立て体８２はコイル組み立て体７６の機能領域に位置するため、載置動作を行わせるために平行移動部８０を半径方向に収縮した位置と半径方向に伸長した位置との間で軸方向に移動させるように、コイル組み立て体７６に供給される電流によってアクチュエータ７０を制御することができる。平行移動部８０が移動すると、反力がステータ部７２を介して枠／固定された世界に伝達される。この反力は枠／固定された世界に伝達されるため、タレット２０の外乱はない。タレット２０がノズルを担持しているため、タレット２０への外乱／振動がないことにより、位置決め精度が上がる。
【００３８】
本発明のこの実施形態の利点の１つは、ノズル起動部を駆動するための電気ケーブルをタレット２０に取り付ける必要がないことである。ただし、例えば測定のために何本かのケーブルが必要になる場合もある。さらに、アクチュエータ７０の一部のみをタレット２０上に担持することによって、タレット２０の総質量を低く維持でき、これによりスループットの高速化または載置精度の向上（どちらが必要かに応じて）が可能になることを理解されるであろう。
【図１】
2012501538.tif 000003
【図２（ａ）】
2012501538.tif 000004
【図２（ｂ）】
2012501538.tif 000005
【図３】
2012501538.tif 000006
【図４（ａ）】
2012501538.tif 000007
【図４（ｂ）】
2012501538.tif 000008
【国際調査報告】
2012501538.tif 000009
2012501538.tif 000010
2012501538.tif 000011
2012501538.tif 000012