コレット
【課題】従来同様の低コストな簡単な構成で半導体チップの搭載精度を悪化させることなく半導体チップの持ち帰り問題を解消し且つ高速搭載が可能で長寿命なコレットを提供する。
【解決手段】コレット１０は、硬質材のシャンク１３の先端の従来の半導体チップ吸着孔に圧入されて固定された硬質材の円筒突起１４と、この円筒突起１４に外嵌しゴム性の締め付け力で固定して設けられたラバーチップ１２とで構成される。円筒突起１４の先端吸着面１４ａは、ラバーチップ１２の先端吸着面１２ａから突出しないように、ラバーチップ１２の先端吸着面１２ａと同一平面か又は先端吸着面１２ａよりも高さｈ以内に引き込んだ形状で構成される。高さｈは０．２ｍｍ以内である。
【解決手段】コレット１０は、硬質材のシャンク１３の先端の従来の半導体チップ吸着孔に圧入されて固定された硬質材の円筒突起１４と、この円筒突起１４に外嵌しゴム性の締め付け力で固定して設けられたラバーチップ１２とで構成される。円筒突起１４の先端吸着面１４ａは、ラバーチップ１２の先端吸着面１２ａから突出しないように、ラバーチップ１２の先端吸着面１２ａと同一平面か又は先端吸着面１２ａよりも高さｈ以内に引き込んだ形状で構成される。高さｈは０．２ｍｍ以内である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣチップ実装機でウエハから分割された小型ＩＣチップを１個ずつ真空吸着により保持して高速で搬送し回路基板に搭載するコレットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の半導体チップ（以下、ＩＣチップともいう）が作成され、それら複数のＩＣチップが個々に細分化された境界線に切れ目を入れられたウエハから、ＩＣチップを個々に吸着して取り出し、その取り出したＩＣチップをプリント基板に搭載するコレットが知られている。
【０００３】
図８(a),(b),(c),(d)は、従来の例えばＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)タグ向けのＩＣチップ実装機においてコレットがＩＣチップをプリント基板に搭載するまでの工程を模式的に簡略に示す図である。
【０００４】
図８(a)に示す工程１では、導電パターンが付与されたプリント基板３が矢印ａで示すようにディスペンサ等に搬送される。ディスペンサでは、図８(b)の工程２に示すようにプリント基板３の回路パターンに例えば異方性導電性接着剤５又はレジストや導電性フィルム等が塗布される。
【０００５】
図８(c)に示す工程３では、接着剤などを塗布されたプリント基板３がマウンターに搬送される。ここで、コレット１が、ウエハから取り出して吸着したＩＣチップ２を搬送し、そのＩＣチップ２をプリント基板３のＩＣチップ搭載位置に搭載する。ＩＣチップ２の下面には複数のバンプ４が形成されている。
【０００６】
図８(d)に示す工程４では、搭載によりプリント基板３の所定の位置に接着されたＩＣチップ２に対し、上と下から加圧すると共に熱や紫外線を照射して接着剤（又はレジストや導電性フィルム）５を硬化させ、接着剤５を介してＩＣチップ２のバンプ４とプリント基板３の所定の配線とを電気的に接続する。
【０００７】
図９(a)は上記の工程３を更に具体的に細分化して示す図である。同図(a)は左上から時計回り方向に４つの仕切り内に、工程Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを示している。先ず工程Ａでは、ウェハからピックアップされたＩＣチップは、搭載ヘッド先端のコレットで真空吸着により保持される。
【０００８】
次に、工程Ｂでは、ＩＣチップは搭載ヘッドにより基板上まで搬送される。そして、工程Ｃにおいて、接着剤又はレジストや導電性フィルム等が塗布されている基板上にＩＣチップが搭載され、真空吸着が解放されて、ＩＣチップとコレットとが離隔する。
【０００９】
最後の、工程ＤではＩＣチップと離隔した搭載ヘッドはウエハ上に移動する。そして再び上述した工程Ａ〜工程Ｄが繰り返される。
ところで、ＩＣチップの中でも、特にＲＦＩＤタグは、近年に至って多用されるＩＣチップである。多用されるため廉価であることが必要となる。廉価とするためにＩＣチップは、０．５ｍｍ角以下に小型化されている。この寸法は業界の標準規格となりつつある。
【００１０】
また、多用されるには大量生産の必要がある。すなわちプリンタ基板に対するＩＣチップの搭載の高速化が要求される。０．５００ｍｍ角以下という小型ＩＣチップの高速搭載では、搭載工程においてＩＣチップの持ち帰りや落下の不具合な問題が高い頻度で発生する。
【００１１】
図９(b)は、そのような不具合な問題が発した場合の「問題時の」工程Ｃ及びＤを示す図である。同図(b) に示す「問題時の工程Ｃ」では、コレット１が真空吸着を解除してもＩＣチップ２をリリースできない状態を示している。
【００１２】
このため「問題時の工程Ｄ」では、コレット１が真空吸着を解除したはずのＩＣチップ２を先端に密着させたまま、ウエハ上に移動する工程Ａへ移行してしまういわゆる「持ち帰り」という不具合が発生する。
【００１３】
この持ち帰りの不具合は、次のような２つの問題が複合的な原因となって発生すると考えられる。先ず、第１には、コレットがＩＣチップをプリント基板上に搭載した直後はＩＣチップは接着剤の粘性抵抗や表面張力等のみでプリント基板上に保持されている。ところがＩＣチップが小型化されるに応じて接着剤の量も減少しているため接着剤の保持力が低下している。
【００１４】
第２には、コレットが後述するＮＢＲのラバーチップの場合、ＩＣチップのサイズ小型化に伴いラバーチップの先端も小型化されるので、ラバーチップの耐摩耗性が低下する。摩耗劣化したＮＢＲの表面では粘着力が増加しＩＣチップが離脱し難くなる。この２つの問題が原因であると考えられる。
【００１５】
ところで、上記のようなＩＣチップの持ち帰りを防止し且つＩＣチップを所定の場所へ確実に供給するコレットとして、コレットの接触面に半球状の複数の突起部を形成し、ＩＣチップを真空吸着するとき突起部を弾性変形させて接触面をＩＣチップの上面に接触させ、搬送終了後に真空吸着を解除して突起部の復元力により接触面とＩＣチップとの分離作用を円滑に行うようにしたものが提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
また、ＩＣチップに損傷を与えず、しかも吸着面の耐久性を向上させたコレットとして、導電性ゴム材からなるコレット本体の先細り先端を円筒形状に形成し、先端の中心開口部に嵌入固定した導電性樹脂材で鍔付き円筒形状に形成されている吸着部を設けたものが提案されている。（例えば、特許文献２参照。）
一般的に、コレットには、特許文献１に示されるような一体型と、特許文献２に示されるような分離型がある。
【００１６】
図１０(a)に示す従来のコレットは、耐久性向上のためコレット全体を金属またはエンジニアリング・プラスチックのような硬質材とする一体型コレットを示している。このようなコレットではＩＣチップとコレットの接触面の摩擦力がゴム材より劣るため、高速動作の慣性力でＩＣチップの保持姿勢が乱れ、基板への搭載精度が劣るという欠点がある。
【００１７】
図１０(b) は分離型のコレットを示す図である。この図１０(b)に示す分離型のコレット６は、シャンク（軸部分）８とチップ（ＩＣチップとの接触部分）７とに分けられる。このチップ部分の材質はＩＣチップへの衝撃による損傷を軽減するためＮＢＲ（ニトリルゴム）が使われる場合が多い。
【００１８】
このため分離型コレットの先端のチップ部分は、ＩＣチップのチップと区別するため、ラバーチップと呼称される場合が多い。また、このような分離型のコレットは、吸着対象のＩＣチップのサイズの変更や、コレット先端の吸着部の摩耗劣化に対して、ラバーチップの部分のみを交換することで対処できるため広く普及している。しかし、ラバーチップ内径側（吸着穴）のエッジが劣化し易く、劣化に伴いＩＣチップ持ち帰り問題の頻度が増加する傾向にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００７−０４２６８４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２９５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
ところで、特許文献１においては、持ち帰りの防止と搭載精度向上のため、コレットの接触面に半球状の複数の微小突起部を形成しているが、このコレットを０．５００ｍｍ角以下の半導体チップに適用するには微小突起を１０μｍ前後のサイズに形成する必要がある。
【００２１】
しかし、１０μｍ前後の小サイズの微小突起では耐久性が低く大量生産には使用できない。そればかりでなく、微小突起を有する吸着接触面の特殊な表面加工によりコレットそのもののコストが上昇する恐れがある。
【００２２】
また、特許文献２においては、耐摩耗性を向上させるためコレット先端のみを樹脂材料で構成しているが、樹脂材料が柔軟なゴム性であれば耐摩耗性が低下するに応じて摩耗劣化した表面が粘着力を増加させ半導体チップが離脱し難くなって持ち帰りが発生する。
【００２３】
また、樹脂材料が硬質性の樹脂であれば、良好な耐摩耗性を発揮できるが、半導体チップとコレット先端の吸着面との摩擦力が低下し、特にコレットが水平方向に高速移動する際の慣性力に影響されて搭載精度が悪化する恐れが高い。
【００２４】
また、摩擦力が低いと、水平方向の高速移動で半導体チップを搭載前に落下させてしまうという問題も発生しやすい。更には、吸着面の硬質材によって、半導体チップに衝撃破損が発生するという問題も残されている。
【００２５】
また、特許文献２のコレットは、コレット本体の内部構造が複雑で、その製作には高度な技術と高コストを要するという解決すべき課題がある。
つまり、ＲＦＩＤタグのような小型半導体チップの製造においては、「半導体チップ持ち帰り」の問題は、高速搭載動作を前提にし且つ搭載精度を悪化させることなく且つ低コストで解決しなければならない課題である。
【００２６】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであって、小型半導体チップを吸着して高速にプリント基板に搭載するコレットにおいて、従来同様の低コストで簡単な構成で半導体チップの搭載精度を悪化させることなく半導体チップの持ち帰り問題を解消し且つ高速搭載が可能で長寿命なコレット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】
【００２７】
上記課題を解決するために、本発明のコレットは、半導体チップを吸着するコレットにおいて、硬質材のシャンクの先端に設けられた硬質材の円筒突起と、該円筒突起に外嵌して設けられたラバーチップと、を有し、上記円筒突起の先端が上記ラバーチップの先端から突出しないように構成された、ことを特徴とする。
【００２８】
このコレットにおいて、例えば、上記シャンク又は上記円筒突起を形成する上記硬質材は、エンジニアリング・プラスチック又は金属である、ことを特徴とする。
また、例えば、上記円筒突起の先端が上記ラバーチップの先端から突出しない上記円筒突起の先端と上記ラバーチップの先端との段差は０．０ｍｍ〜０．２ｍｍである、ことを特徴とする。
【００２９】
また、例えば、上記半導体チップの被吸着面が０．５００ｍｍ×０．５００ｍｍの正方形であるとしたとき、上記円筒突起の外径をＯＤ、内径をＩＤ、上記ラバーチップの先端の外径をＯφ、内径をＩφとして、ＯＤ＝０．４００ｍｍ、ＩＤ＝０．２００ｍｍ、Ｏφ＝０．７００ｍｍ、Ｉφ＝０．３６０ｍｍである、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明は、従来同様の低コストな簡単な構成で半導体チップの搭載精度を悪化させることなく半導体チップの持ち帰り問題を解消し且つ高速搭載が可能で耐久性に優れて長寿命なコレットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例１に係るコレットの構成を示す図である。
【図２】(a),(b)は実施例１に係るコレットの先端部の構成を示す断面拡大図、(c)はその不具合となる場合の構成を示す図である。
【図３】(a),(b)は実施例１に係るコレットで吸着すべき半導体チップの被吸着面が一辺Ｌ＝０．５００ｍｍの正方形であるとしたときのコレットの円筒突起の先端吸着面とラバーチップの先端吸着面との寸法関係を示す図である。
【図４】(a)は式（２）において±５σのバラツキ範囲で確率密度をプロットして得られる立体グラフ、(b)は中心差にバラツキが生じた際のＩＣチップとコレットの接触面積の変化をシミュレーションするためのモデルを示す図である。
【図５】図４(b)のシミュレーションにおいてＩＣチップの１辺Ｌを、Ｌ＝０．５００ｍｍとした場合に得られる結果を示す図である。
【図６】(a)〜(d)はＩＣチップの形状と寸法Ｌの指示箇所を示す図である。
【図７】従来のコレットと、本実施例のコレットによる搭載実験値を示す図表である。
【図８】(a),(b),(c),(d)は従来の例えばＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)タグ向けのＩＣチップ実装機においてコレットがＩＣチップをプリント基板に搭載するまでの工程を模式的に簡略に示す図である。
【図９】(a)は図８の工程３を更に具体的に工程Ａ〜Ｄに細分化して示す図、(b)は工程Ｃ、Ｄで不具合が発した場合の「問題時の工程Ｃ」及び「問題時の工程Ｄ」を示す図である。
【図１０】(a)は従来の耐久性向上のためコレット全体を金属またはエンジニアリング・プラスチックのような硬質材からなる一体型で構成したコレットを示す図、(b)は従来のシャンクとラバーチップとからなる分離型のコレットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、本発明のコレットは、例えばＩＣチップ実装機で小型ＩＣチップ（特に０．５ｍｍ×０．５ｍｍ以下のサイズ）を高速で搭載（特に０．５秒／ 個以下）する際に使用するコレットを想定している。
【実施例１】
【００３３】
図１(a),(b),(c)は、本発明の実施例１に係るコレットの構成を示す図である。尚、図１(a),(b),(c)では、便宜上コレットを上向きにして示している。図１(a)に示すように、本例のコレット１０は、シャンク１１と、このシャンク１１の先端に取り付けられたラバーチップ１２とで構成されている。
【００３４】
図１(b)は、コレット１０の分解図である。図１(b)に示すように、シャンク１１は従来型のシャンク１３の先端に本例特注の硬質材の円筒突起１４が取り付けられている。ラバーチップ１２は、寸法の制約があることを除けば従来と同様のラバーチップである。
【００３５】
シャンク１１の形状は、全て切削加工によって形成することもできる。本例の場合は、図１(c)に示すように、従来型シャンク１３に、円筒突起１４となる円筒を、矢印ａで示すように、圧入又は接着剤等により固定している。
【００３６】
このように、本例のコレットでは、ラバーチップ１２の先端吸着部の内径側をエンジニアリング・プラスチックや金属等の硬質材でシャンク先端を補強しているのでラバーチップの劣化を防止することができる。
【００３７】
この場合、円筒突起１４の硬質材としての金属は一般的にはＳＵＳでよい。ただし、より耐久性を考慮するのであれば、上記のタングステンカーバイドやセラミックを用いることもできる。
【００３８】
図２(a)はコレット１０の先端部の断面拡大図であり、同図(b)(c)は円筒突起１４の先端とラバーチップ１２の先端の突出関係を示す図である。
図２(a)に示すように、本例のシャンク１１の円筒突起１４は、下端部を従来型シャンク１３の先端開口孔（従来の半導体チップ吸着孔）に圧入されて固定されている。その上から覆うようにラバーチップ１２が外嵌してゴム性の締め付け力により固定されている。
【００３９】
このように、コレット先端の吸着面の外周部をゴム材とすることで、高速移動の慣性力に耐えうる摩擦力を維持しており、且つ搭載精度が悪化することはない。更に従来のラバーチップをそのまま利用することもできる。
【００４０】
図２(a)では、円筒突起１４の先端吸着面１４ａとラバーチップ１２の先端吸着面１２ａは同一平面を形成している。この形状は、円筒突起１４の先端吸着面１４ａとラバーチップ１２の先端吸着面１２ａとが協働して半導体チップを吸着し、且つプリント基板等に搭載するための最も理想的な形状である。
【００４１】
図２(b)では、円筒突起１４の先端吸着面１４ａが、ラバーチップ１２の先端吸着面１２ａよりも引っ込んでいる。換言すれば、円筒突起１４の先端吸着面１４ａが、ラバーチップ１２の先端吸着面１２ａから突出しない形状になっている。
【００４２】
この形状でも半導体チップに対する吸着機能は正常に働くが、ラバーチップ１２の先端吸着面１２ａの突出度が大きいと搭載精度に悪影響がでる。円筒突起１４の先端吸着面１４ａとラバーチップ１２の先端吸着面１２ａとの段差ｈは０．２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００４３】
段差ｈが０．２ｍｍ以下であると、ラバーチップ１２の先端吸着面１２ａが半導体チップの被吸着面に当接したとき先端吸着面１２ａが押し潰されても、潰された部分が中心の軸線に対し輻射方向に外側に膨張するので円筒突起１４の搭載機能に悪影響は与えない。
【００４４】
しかし、段差ｈが０．２ｍｍを超えると、ラバーチップ１２の先端吸着面１２ａが半導体チップの被吸着面に当接して潰れたとき、中心の軸線に対し輻射方向に外側だけでなく内側にも膨張するので、円筒突起１４の先端吸着面１４ａの縁に乗り上げて円筒突起１４の搭載機能を損なう。
【００４５】
これらを総括すると、円筒突起１４の先端吸着面１４ａとラバーチップ１２の先端吸着面１２ａとの段差ｈは、図２(a)に示す０．０ｍｍから、図２(b)で説明した０．２ｍｍ以下、すなわち段差ｈ＝０．０ｍｍ〜０．２ｍｍであることが望ましいといえる。
【００４６】
また、図２(c)では、円筒突起１４の先端吸着面１４ａが、ラバーチップ１２の先端吸着面１２ａよりも突出した形状になっている。これは従来の硬質材のみの一体型のコレットの吸着面と同一であり、ラバーチップ１２を用いた意味が失われ、高速水平移動中では半導体チップの吸着を維持できない恐れが多分にある。
【００４７】
本例のコレット１０は、上記の図１(a),(b)及び図２(a),(b)のように、従来のラバーチップ先端の吸着部の内径を、金属又はエンジニアリング・プラスチック等の硬質材の円筒で補強するので、ラバーチップの劣化を大きく遅らせることができる。
【００４８】
また、本例のコレットでは、吸着孔の外周部をゴム材で構成している。したがって半導体チップに対して、コレットが上下左右に高速に移動する際の慣性力に耐えうる摩擦力を維持できる。これにより高速移動後も半導体チップの搭載精度が悪化することはない。
【００４９】
更に、シャンクは、従来型シャンクに硬質材の円筒を取付加工するだけであり、また、ラバーチップは、従来のラバーチップをそのまま利用できる。また、ラバーチップの吸着孔の内径が円筒で補強されているので、ラバーチップへの負荷が低減され、ラバーチップの寿命が従来よりも長期化する。
【００５０】
したがって、本例のコレットは、シャンク製作の初期コストは発生するが、従来のコレットに要したランニングコスト以下のランニングコストで使用することができる。また、形状が複雑でなく簡単な形状であるため、シャンクの製作も容易である。
【００５１】
図３(a),(b)は、本例のコレット１０で吸着すべき半導体チップの被吸着面が正方形であり、その正方形の一辺ＬがＬ＝０．５００ｍｍであるとしたときの、円筒突起１４の先端吸着面１４ａと、ラバーチップ１２の先端吸着面１２ａとの寸法関係を示す図である。
【００５２】
上記の寸法関係は、図３(a)に示すように、円筒突起１４の先端吸着面１４ａの外径をＯＤ、内径をＩＤとして、ＯＤ＝０．４００ｍｍ、ＩＤ＝０．２００ｍｍである。また、図３(b)に示すように、ラバーチップ１２の先端吸着面１２ａの外径をＯφ、内径をＩφとして、Ｏφ＝０．７００ｍｍ、Ｉφ＝０．３６０ｍｍである。
【００５３】
また、図３(a),(b)に示すように、円筒突起１４（ラバーチップが嵌合する部分）の高さを３．６０ｍｍとすると、ラバーチップ１２そのものの高さは３．７０±０．１０ｍｍである。
【００５４】
この寸法関係は、次の理由による。まず、ゴム性の伸縮によりラバーチップ１２をシャンク１１に固定する観点から、ラバーチップ１２の先端吸着面１２ａ（以下、単にラバーチップ１２という）の内径Ｉφはシャンク１１の先端吸着面１４ａ（以下、単にシャンク１１という）の外径ＯＤよりも０．０４０ｍｍ程度小さい方が望ましい。
【００５５】
また、円筒突起１４の周辺ゴム材によって搭載精度の悪化を防止するという本発明の主旨により、ゴム性のラバーチップ１２の先端吸着面１２ａが半導体チップの被吸着面に接触することが必要である。
【００５６】
つまり、硬質材で構成されたシャンク１１の突端のみで半導体チップに接触して保持するのは本発明の主旨にもとる。このことから、ラバーチップ１２の先端吸着面１２ａの内側に配置されるシャンク１１の外径ＯＤは、正方形の半導体チップの一辺Ｌよりも小さいことが要求される。
【００５７】
次にラバーチップ１２の外径Ｏφと、シャンク１１の内径ＩＤは、コレット１０による半導体チップ保持位置のバラツキを考慮しなければならない。このバラツキの発生は、本例のコレット１０は、ウエハから半導体チップを正確に取り出す取出側コレットから半導体チップの保持を引き継ぐ搭載側コレットであるからである。
【００５８】
したがって、必ずしも半導体チップの中心とコレット１０の中心が一致するとは限らない。あるバラツキの条件下で中心差が生じる。このバラツキは標準偏差σの正規分布に従うと考えるのが一般的である。
【００５９】
ここで、一次元方向ｘの確率密度関数は平均値をゼロとすると次式
【数１】
で与えられる。
【００６０】
本例の場合は半導体チップの被吸着面、すなわち二次元平面なので、ｘ、ｙそれぞれの確率密度関数の積をとった次式
【数２】
を用いる。
【００６１】
この式（２）において、「ｘ^2＋ｙ^2」が一定になるようにして、同じ確率密度を結んだ線は円の軌跡となることが判る。 この式（２）に、±５σの範囲で確率密度をプロットすると図４(a)に示すような立体グラフになる。この立体グラフでみると、確率密度は約±３σまで裾野が広がっている。つまり「（ｘ^2＋ｙ^2）^1/2≦３σ」の範囲に中心差の生じる可能性がある。
【００６２】
この範囲内でＩＣチップとコレットの接触面積が小さくならないようにしなければならない。接触面積が小さい場合は高速動作によってＩＣチップの落下や、搭載精度の悪化を招くことになるためである。
【００６３】
ここで図４(b)に示すモデルを用いて、中心差にバラツキが生じた際のＩＣチップとコレットの接触面積の変化をシミュレーションする。ＩＣチップを１辺Ｌの正方形、コレット内径をシャンク内径ＩＤ、コレット外径をラバーチップ外径Ｏφとすると、斜線で図示している部分が接触面積である。
【００６４】
中心差ｘ，ｙを±５σの範囲で変化させ、その接触面積をプロットする。中心差が発生する可能性のある「（ｘ^2＋ｙ^2）^1/2≦３σ」の範囲で接触面積はＩＣチップの面積（＝Ｌ^2）の６０％以上あることが望ましい。
【００６５】
図５は、上記のシミュレーションにおいて、ＩＣチップの１辺Ｌを、Ｌ＝０．５００ｍｍとした場合に得られる結果を示す図である。同図は上から下へ条件（１）、条件（２）、条件（３）と３段に分けて条件が異なる場合のシミュレーション結果を示している。
【００６６】
条件（１）、（２）、（３）の右方の欄には、条件（１）、（２）、（３）の内容としてＩＣチップの１辺Ｌ＝０．５００ｍｍを不変とし、他の条件のＩＤ、Ｏφ、σをそれぞれ変更した場合を示している。
【００６７】
それら条件内容の右方の欄には、それらの条件内容でシミュレーションした結果の立体グラフを示している。立体グラフの右方の欄には、縦軸にＬ^2＝１としたときの接触面積を示し、横軸にＹ（＝Ｘ）の−５σ〜＋５σの範囲のバラツキを示す座標の中に、立体グラフのｙ＝ｘの断面を実線で示し、「（ｘ^2＋ｙ^2）^1/2≦３σ」の範囲を破線で示している。
【００６８】
同図に示す条件（１）では「（ｘ^2＋ｙ^2）^1/2≦３σ」の範囲で接触面積が６０％を超えており望ましい状態であると言える。一方、条件（２）（３）では接触面積が６０％を下回るため搭載精度の悪化やＩＣチップの落下などの不具合が発生する懸念がある。
【００６９】
このように、ラバーチップの外径Ｏφや、シャンクの内径ＩＤは、ＩＣチップのサイズや、バラツキσのバランスにより決定しなければならない。
ｙ＝ｘ、且つ（ｘ^2＋ｙ^2）^1/2＝３σの条件下、即ち（ｘ^2＋ｙ^2）^1/2≦３σの範囲で接触面積が最小となる条件下で一般化すると、Ｌ^2に対する接触面積Ｓは次式
【数３】
で近似できる。尚、Ｓは、それぞれＩＤの効果、Ｏφの効果、σの効果に分別することができ、それぞれ２次関数、シグモイド関数、一次関数でより良く近似できるため、上記の近似式を用いている。
【００７０】
ここで、式（３）を用い、Ｌ及びσに応じてＳが０．６以上になるようにＩＤ及びＯφを決定すれば良い。例えば図５に示す条件（１）、（２）、（３）においてＳを算出すると、条件（１）のときのみ、Ｓが０．６以上となる。
【００７１】
例えば、式（３）において、係数の条件を、ＩＤ／Ｌ＝０．１〜０．７、Ｏφ／Ｌ＝０．２〜２．２、σ／Ｌ＝０．０１〜０．２５として、演算すれば、図５の条件（１）ではＳ≒０．７１，条件（２）ではＳ≒０．２９，条件（３）ではＳ≒０．４５、となる。
【００７２】
本例のコレットの、図３に示したシャンクとラバーチップの寸法は、上記の観点から決定されたものである。尚、ＩＣチップはかならずしも正方形と限るものではない、長方形のもの、円形のもの、楕円形のものと種々考えられる。
【００７３】
図６(a)〜(d)は、ＩＣチップの形状と寸法Ｌの指示箇所を示す図である。同図(a)は正方形の場合、同図(b)は長方形の場合、同図(c)は円形の場合、同図(d)は楕円形の場合を示している。いずれもＬは、形状の中心を通る直線が外周と交わる交点間の寸法が最小となる直線である。
【００７４】
図６(b)〜(d)のように、ＩＣチップが正方形でない場合でも、前述した式（３）を用いて、実施例１の場合と同様に適正なコレットの寸法を算出することができきる。なお、その場合の寸法条件は、
ＯＤ（シャンク突起の外径）≦Ｌ、
Ｉφ（ラバーチップ内径）＝ＯＤ−０．０４０ｍｍ、
ＩＤ（シャンク突起の内径）＝※１を満たす条件、
Ｏφ（ラバーチップ外形）＝※１を満たす条件、
但し、※１は、コレットとＩＣチップの中心差が標準偏差σで与えられる場合、式（３）で、Ｓ≧０．６となるＩＤ及びＯφとなる値である。さらに、
ＩＤ／Ｌ＝０．１〜０．７、
Ｏφ／Ｌ＝０．２〜２．２、
σ／Ｌ＝０．０１〜０．２５、
の条件を満たすことが必要である。
【００７５】
図７は、従来のコレットと、式（３）に上記の条件を満たす適正な係数を代入した数式により得られたＳ＝０．６以上にとなる条件で作成された円筒突起とラバーチップとの関係を備えたコレットによる搭載実験値を示す図表である。
【００７６】
この実験では、被吸着面が一辺０．４５０ｍｍの正方形をなす半導体チップを、１個当たり０．５秒の速度で搭載基板に搭載した。従来のコレットでは図７の図表に示すように、２０万個の半導体チップを搭載して、０．２％の持ち帰り不良が発生した。
【００７７】
これに対して、本発明のコレットでは、５０万個の半導体チップを搭載しても、持ち帰り不良は０．０２％しか発生していない。つまり従来比において、２．５倍の使用条件下においても、持ち帰り不良率を１／１０に低減できる。もちろん従来のコレットに比較して搭載精度の悪化も発生していない。
【００７８】
上記の結果から、本発明のコレットは、半導体チップの寸法や搭載条件にも依存することでもあるが、小型半導体チップの高速搭載に対し十分有効に機能すると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、半導体チップ実装機に用いられ、例えば０．５ｍｍ×０．５ｍｍ以下のサイズの小型半導体チップを、例えば０．５秒／個以下の高速でプリント基板に搭載する際に使用するコレットに利用することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１ コレット
２ 半導体チップ（ＩＣチップ）
３ プリント基板
４ バンプ
５ 接着剤
６ コレット
７ チップ（ＩＣチップとの接触部分、ラバーリップ）
８ シャンク（軸部分）
１０ コレット
１１ シャンク
１２ ラバーチップ
１２ａ 先端吸着面
１３ 従来型シャンク
１４ 円筒突起
１４ａ 先端吸着面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣチップ実装機でウエハから分割された小型ＩＣチップを１個ずつ真空吸着により保持して高速で搬送し回路基板に搭載するコレットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の半導体チップ（以下、ＩＣチップともいう）が作成され、それら複数のＩＣチップが個々に細分化された境界線に切れ目を入れられたウエハから、ＩＣチップを個々に吸着して取り出し、その取り出したＩＣチップをプリント基板に搭載するコレットが知られている。
【０００３】
図８(a),(b),(c),(d)は、従来の例えばＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)タグ向けのＩＣチップ実装機においてコレットがＩＣチップをプリント基板に搭載するまでの工程を模式的に簡略に示す図である。
【０００４】
図８(a)に示す工程１では、導電パターンが付与されたプリント基板３が矢印ａで示すようにディスペンサ等に搬送される。ディスペンサでは、図８(b)の工程２に示すようにプリント基板３の回路パターンに例えば異方性導電性接着剤５又はレジストや導電性フィルム等が塗布される。
【０００５】
図８(c)に示す工程３では、接着剤などを塗布されたプリント基板３がマウンターに搬送される。ここで、コレット１が、ウエハから取り出して吸着したＩＣチップ２を搬送し、そのＩＣチップ２をプリント基板３のＩＣチップ搭載位置に搭載する。ＩＣチップ２の下面には複数のバンプ４が形成されている。
【０００６】
図８(d)に示す工程４では、搭載によりプリント基板３の所定の位置に接着されたＩＣチップ２に対し、上と下から加圧すると共に熱や紫外線を照射して接着剤（又はレジストや導電性フィルム）５を硬化させ、接着剤５を介してＩＣチップ２のバンプ４とプリント基板３の所定の配線とを電気的に接続する。
【０００７】
図９(a)は上記の工程３を更に具体的に細分化して示す図である。同図(a)は左上から時計回り方向に４つの仕切り内に、工程Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを示している。先ず工程Ａでは、ウェハからピックアップされたＩＣチップは、搭載ヘッド先端のコレットで真空吸着により保持される。
【０００８】
次に、工程Ｂでは、ＩＣチップは搭載ヘッドにより基板上まで搬送される。そして、工程Ｃにおいて、接着剤又はレジストや導電性フィルム等が塗布されている基板上にＩＣチップが搭載され、真空吸着が解放されて、ＩＣチップとコレットとが離隔する。
【０００９】
最後の、工程ＤではＩＣチップと離隔した搭載ヘッドはウエハ上に移動する。そして再び上述した工程Ａ〜工程Ｄが繰り返される。
ところで、ＩＣチップの中でも、特にＲＦＩＤタグは、近年に至って多用されるＩＣチップである。多用されるため廉価であることが必要となる。廉価とするためにＩＣチップは、０．５ｍｍ角以下に小型化されている。この寸法は業界の標準規格となりつつある。
【００１０】
また、多用されるには大量生産の必要がある。すなわちプリンタ基板に対するＩＣチップの搭載の高速化が要求される。０．５００ｍｍ角以下という小型ＩＣチップの高速搭載では、搭載工程においてＩＣチップの持ち帰りや落下の不具合な問題が高い頻度で発生する。
【００１１】
図９(b)は、そのような不具合な問題が発した場合の「問題時の」工程Ｃ及びＤを示す図である。同図(b) に示す「問題時の工程Ｃ」では、コレット１が真空吸着を解除してもＩＣチップ２をリリースできない状態を示している。
【００１２】
このため「問題時の工程Ｄ」では、コレット１が真空吸着を解除したはずのＩＣチップ２を先端に密着させたまま、ウエハ上に移動する工程Ａへ移行してしまういわゆる「持ち帰り」という不具合が発生する。
【００１３】
この持ち帰りの不具合は、次のような２つの問題が複合的な原因となって発生すると考えられる。先ず、第１には、コレットがＩＣチップをプリント基板上に搭載した直後はＩＣチップは接着剤の粘性抵抗や表面張力等のみでプリント基板上に保持されている。ところがＩＣチップが小型化されるに応じて接着剤の量も減少しているため接着剤の保持力が低下している。
【００１４】
第２には、コレットが後述するＮＢＲのラバーチップの場合、ＩＣチップのサイズ小型化に伴いラバーチップの先端も小型化されるので、ラバーチップの耐摩耗性が低下する。摩耗劣化したＮＢＲの表面では粘着力が増加しＩＣチップが離脱し難くなる。この２つの問題が原因であると考えられる。
【００１５】
ところで、上記のようなＩＣチップの持ち帰りを防止し且つＩＣチップを所定の場所へ確実に供給するコレットとして、コレットの接触面に半球状の複数の突起部を形成し、ＩＣチップを真空吸着するとき突起部を弾性変形させて接触面をＩＣチップの上面に接触させ、搬送終了後に真空吸着を解除して突起部の復元力により接触面とＩＣチップとの分離作用を円滑に行うようにしたものが提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
また、ＩＣチップに損傷を与えず、しかも吸着面の耐久性を向上させたコレットとして、導電性ゴム材からなるコレット本体の先細り先端を円筒形状に形成し、先端の中心開口部に嵌入固定した導電性樹脂材で鍔付き円筒形状に形成されている吸着部を設けたものが提案されている。（例えば、特許文献２参照。）
一般的に、コレットには、特許文献１に示されるような一体型と、特許文献２に示されるような分離型がある。
【００１６】
図１０(a)に示す従来のコレットは、耐久性向上のためコレット全体を金属またはエンジニアリング・プラスチックのような硬質材とする一体型コレットを示している。このようなコレットではＩＣチップとコレットの接触面の摩擦力がゴム材より劣るため、高速動作の慣性力でＩＣチップの保持姿勢が乱れ、基板への搭載精度が劣るという欠点がある。
【００１７】
図１０(b) は分離型のコレットを示す図である。この図１０(b)に示す分離型のコレット６は、シャンク（軸部分）８とチップ（ＩＣチップとの接触部分）７とに分けられる。このチップ部分の材質はＩＣチップへの衝撃による損傷を軽減するためＮＢＲ（ニトリルゴム）が使われる場合が多い。
【００１８】
このため分離型コレットの先端のチップ部分は、ＩＣチップのチップと区別するため、ラバーチップと呼称される場合が多い。また、このような分離型のコレットは、吸着対象のＩＣチップのサイズの変更や、コレット先端の吸着部の摩耗劣化に対して、ラバーチップの部分のみを交換することで対処できるため広く普及している。しかし、ラバーチップ内径側（吸着穴）のエッジが劣化し易く、劣化に伴いＩＣチップ持ち帰り問題の頻度が増加する傾向にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００７−０４２６８４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２９５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
ところで、特許文献１においては、持ち帰りの防止と搭載精度向上のため、コレットの接触面に半球状の複数の微小突起部を形成しているが、このコレットを０．５００ｍｍ角以下の半導体チップに適用するには微小突起を１０μｍ前後のサイズに形成する必要がある。
【００２１】
しかし、１０μｍ前後の小サイズの微小突起では耐久性が低く大量生産には使用できない。そればかりでなく、微小突起を有する吸着接触面の特殊な表面加工によりコレットそのもののコストが上昇する恐れがある。
【００２２】
また、特許文献２においては、耐摩耗性を向上させるためコレット先端のみを樹脂材料で構成しているが、樹脂材料が柔軟なゴム性であれば耐摩耗性が低下するに応じて摩耗劣化した表面が粘着力を増加させ半導体チップが離脱し難くなって持ち帰りが発生する。
【００２３】
また、樹脂材料が硬質性の樹脂であれば、良好な耐摩耗性を発揮できるが、半導体チップとコレット先端の吸着面との摩擦力が低下し、特にコレットが水平方向に高速移動する際の慣性力に影響されて搭載精度が悪化する恐れが高い。
【００２４】
また、摩擦力が低いと、水平方向の高速移動で半導体チップを搭載前に落下させてしまうという問題も発生しやすい。更には、吸着面の硬質材によって、半導体チップに衝撃破損が発生するという問題も残されている。
【００２５】
また、特許文献２のコレットは、コレット本体の内部構造が複雑で、その製作には高度な技術と高コストを要するという解決すべき課題がある。
つまり、ＲＦＩＤタグのような小型半導体チップの製造においては、「半導体チップ持ち帰り」の問題は、高速搭載動作を前提にし且つ搭載精度を悪化させることなく且つ低コストで解決しなければならない課題である。
【００２６】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであって、小型半導体チップを吸着して高速にプリント基板に搭載するコレットにおいて、従来同様の低コストで簡単な構成で半導体チップの搭載精度を悪化させることなく半導体チップの持ち帰り問題を解消し且つ高速搭載が可能で長寿命なコレット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】
【００２７】
上記課題を解決するために、本発明のコレットは、半導体チップを吸着するコレットにおいて、硬質材のシャンクの先端に設けられた硬質材の円筒突起と、該円筒突起に外嵌して設けられたラバーチップと、を有し、上記円筒突起の先端が上記ラバーチップの先端から突出しないように構成された、ことを特徴とする。
【００２８】
このコレットにおいて、例えば、上記シャンク又は上記円筒突起を形成する上記硬質材は、エンジニアリング・プラスチック又は金属である、ことを特徴とする。
また、例えば、上記円筒突起の先端が上記ラバーチップの先端から突出しない上記円筒突起の先端と上記ラバーチップの先端との段差は０．０ｍｍ〜０．２ｍｍである、ことを特徴とする。
【００２９】
また、例えば、上記半導体チップの被吸着面が０．５００ｍｍ×０．５００ｍｍの正方形であるとしたとき、上記円筒突起の外径をＯＤ、内径をＩＤ、上記ラバーチップの先端の外径をＯφ、内径をＩφとして、ＯＤ＝０．４００ｍｍ、ＩＤ＝０．２００ｍｍ、Ｏφ＝０．７００ｍｍ、Ｉφ＝０．３６０ｍｍである、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明は、従来同様の低コストな簡単な構成で半導体チップの搭載精度を悪化させることなく半導体チップの持ち帰り問題を解消し且つ高速搭載が可能で耐久性に優れて長寿命なコレットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例１に係るコレットの構成を示す図である。
【図２】(a),(b)は実施例１に係るコレットの先端部の構成を示す断面拡大図、(c)はその不具合となる場合の構成を示す図である。
【図３】(a),(b)は実施例１に係るコレットで吸着すべき半導体チップの被吸着面が一辺Ｌ＝０．５００ｍｍの正方形であるとしたときのコレットの円筒突起の先端吸着面とラバーチップの先端吸着面との寸法関係を示す図である。
【図４】(a)は式（２）において±５σのバラツキ範囲で確率密度をプロットして得られる立体グラフ、(b)は中心差にバラツキが生じた際のＩＣチップとコレットの接触面積の変化をシミュレーションするためのモデルを示す図である。
【図５】図４(b)のシミュレーションにおいてＩＣチップの１辺Ｌを、Ｌ＝０．５００ｍｍとした場合に得られる結果を示す図である。
【図６】(a)〜(d)はＩＣチップの形状と寸法Ｌの指示箇所を示す図である。
【図７】従来のコレットと、本実施例のコレットによる搭載実験値を示す図表である。
【図８】(a),(b),(c),(d)は従来の例えばＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)タグ向けのＩＣチップ実装機においてコレットがＩＣチップをプリント基板に搭載するまでの工程を模式的に簡略に示す図である。
【図９】(a)は図８の工程３を更に具体的に工程Ａ〜Ｄに細分化して示す図、(b)は工程Ｃ、Ｄで不具合が発した場合の「問題時の工程Ｃ」及び「問題時の工程Ｄ」を示す図である。
【図１０】(a)は従来の耐久性向上のためコレット全体を金属またはエンジニアリング・プラスチックのような硬質材からなる一体型で構成したコレットを示す図、(b)は従来のシャンクとラバーチップとからなる分離型のコレットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、本発明のコレットは、例えばＩＣチップ実装機で小型ＩＣチップ（特に０．５ｍｍ×０．５ｍｍ以下のサイズ）を高速で搭載（特に０．５秒／ 個以下）する際に使用するコレットを想定している。
【実施例１】
【００３３】
図１(a),(b),(c)は、本発明の実施例１に係るコレットの構成を示す図である。尚、図１(a),(b),(c)では、便宜上コレットを上向きにして示している。図１(a)に示すように、本例のコレット１０は、シャンク１１と、このシャンク１１の先端に取り付けられたラバーチップ１２とで構成されている。
【００３４】
図１(b)は、コレット１０の分解図である。図１(b)に示すように、シャンク１１は従来型のシャンク１３の先端に本例特注の硬質材の円筒突起１４が取り付けられている。ラバーチップ１２は、寸法の制約があることを除けば従来と同様のラバーチップである。
【００３５】
シャンク１１の形状は、全て切削加工によって形成することもできる。本例の場合は、図１(c)に示すように、従来型シャンク１３に、円筒突起１４となる円筒を、矢印ａで示すように、圧入又は接着剤等により固定している。
【００３６】
このように、本例のコレットでは、ラバーチップ１２の先端吸着部の内径側をエンジニアリング・プラスチックや金属等の硬質材でシャンク先端を補強しているのでラバーチップの劣化を防止することができる。
【００３７】
この場合、円筒突起１４の硬質材としての金属は一般的にはＳＵＳでよい。ただし、より耐久性を考慮するのであれば、上記のタングステンカーバイドやセラミックを用いることもできる。
【００３８】
図２(a)はコレット１０の先端部の断面拡大図であり、同図(b)(c)は円筒突起１４の先端とラバーチップ１２の先端の突出関係を示す図である。
図２(a)に示すように、本例のシャンク１１の円筒突起１４は、下端部を従来型シャンク１３の先端開口孔（従来の半導体チップ吸着孔）に圧入されて固定されている。その上から覆うようにラバーチップ１２が外嵌してゴム性の締め付け力により固定されている。
【００３９】
このように、コレット先端の吸着面の外周部をゴム材とすることで、高速移動の慣性力に耐えうる摩擦力を維持しており、且つ搭載精度が悪化することはない。更に従来のラバーチップをそのまま利用することもできる。
【００４０】
図２(a)では、円筒突起１４の先端吸着面１４ａとラバーチップ１２の先端吸着面１２ａは同一平面を形成している。この形状は、円筒突起１４の先端吸着面１４ａとラバーチップ１２の先端吸着面１２ａとが協働して半導体チップを吸着し、且つプリント基板等に搭載するための最も理想的な形状である。
【００４１】
図２(b)では、円筒突起１４の先端吸着面１４ａが、ラバーチップ１２の先端吸着面１２ａよりも引っ込んでいる。換言すれば、円筒突起１４の先端吸着面１４ａが、ラバーチップ１２の先端吸着面１２ａから突出しない形状になっている。
【００４２】
この形状でも半導体チップに対する吸着機能は正常に働くが、ラバーチップ１２の先端吸着面１２ａの突出度が大きいと搭載精度に悪影響がでる。円筒突起１４の先端吸着面１４ａとラバーチップ１２の先端吸着面１２ａとの段差ｈは０．２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００４３】
段差ｈが０．２ｍｍ以下であると、ラバーチップ１２の先端吸着面１２ａが半導体チップの被吸着面に当接したとき先端吸着面１２ａが押し潰されても、潰された部分が中心の軸線に対し輻射方向に外側に膨張するので円筒突起１４の搭載機能に悪影響は与えない。
【００４４】
しかし、段差ｈが０．２ｍｍを超えると、ラバーチップ１２の先端吸着面１２ａが半導体チップの被吸着面に当接して潰れたとき、中心の軸線に対し輻射方向に外側だけでなく内側にも膨張するので、円筒突起１４の先端吸着面１４ａの縁に乗り上げて円筒突起１４の搭載機能を損なう。
【００４５】
これらを総括すると、円筒突起１４の先端吸着面１４ａとラバーチップ１２の先端吸着面１２ａとの段差ｈは、図２(a)に示す０．０ｍｍから、図２(b)で説明した０．２ｍｍ以下、すなわち段差ｈ＝０．０ｍｍ〜０．２ｍｍであることが望ましいといえる。
【００４６】
また、図２(c)では、円筒突起１４の先端吸着面１４ａが、ラバーチップ１２の先端吸着面１２ａよりも突出した形状になっている。これは従来の硬質材のみの一体型のコレットの吸着面と同一であり、ラバーチップ１２を用いた意味が失われ、高速水平移動中では半導体チップの吸着を維持できない恐れが多分にある。
【００４７】
本例のコレット１０は、上記の図１(a),(b)及び図２(a),(b)のように、従来のラバーチップ先端の吸着部の内径を、金属又はエンジニアリング・プラスチック等の硬質材の円筒で補強するので、ラバーチップの劣化を大きく遅らせることができる。
【００４８】
また、本例のコレットでは、吸着孔の外周部をゴム材で構成している。したがって半導体チップに対して、コレットが上下左右に高速に移動する際の慣性力に耐えうる摩擦力を維持できる。これにより高速移動後も半導体チップの搭載精度が悪化することはない。
【００４９】
更に、シャンクは、従来型シャンクに硬質材の円筒を取付加工するだけであり、また、ラバーチップは、従来のラバーチップをそのまま利用できる。また、ラバーチップの吸着孔の内径が円筒で補強されているので、ラバーチップへの負荷が低減され、ラバーチップの寿命が従来よりも長期化する。
【００５０】
したがって、本例のコレットは、シャンク製作の初期コストは発生するが、従来のコレットに要したランニングコスト以下のランニングコストで使用することができる。また、形状が複雑でなく簡単な形状であるため、シャンクの製作も容易である。
【００５１】
図３(a),(b)は、本例のコレット１０で吸着すべき半導体チップの被吸着面が正方形であり、その正方形の一辺ＬがＬ＝０．５００ｍｍであるとしたときの、円筒突起１４の先端吸着面１４ａと、ラバーチップ１２の先端吸着面１２ａとの寸法関係を示す図である。
【００５２】
上記の寸法関係は、図３(a)に示すように、円筒突起１４の先端吸着面１４ａの外径をＯＤ、内径をＩＤとして、ＯＤ＝０．４００ｍｍ、ＩＤ＝０．２００ｍｍである。また、図３(b)に示すように、ラバーチップ１２の先端吸着面１２ａの外径をＯφ、内径をＩφとして、Ｏφ＝０．７００ｍｍ、Ｉφ＝０．３６０ｍｍである。
【００５３】
また、図３(a),(b)に示すように、円筒突起１４（ラバーチップが嵌合する部分）の高さを３．６０ｍｍとすると、ラバーチップ１２そのものの高さは３．７０±０．１０ｍｍである。
【００５４】
この寸法関係は、次の理由による。まず、ゴム性の伸縮によりラバーチップ１２をシャンク１１に固定する観点から、ラバーチップ１２の先端吸着面１２ａ（以下、単にラバーチップ１２という）の内径Ｉφはシャンク１１の先端吸着面１４ａ（以下、単にシャンク１１という）の外径ＯＤよりも０．０４０ｍｍ程度小さい方が望ましい。
【００５５】
また、円筒突起１４の周辺ゴム材によって搭載精度の悪化を防止するという本発明の主旨により、ゴム性のラバーチップ１２の先端吸着面１２ａが半導体チップの被吸着面に接触することが必要である。
【００５６】
つまり、硬質材で構成されたシャンク１１の突端のみで半導体チップに接触して保持するのは本発明の主旨にもとる。このことから、ラバーチップ１２の先端吸着面１２ａの内側に配置されるシャンク１１の外径ＯＤは、正方形の半導体チップの一辺Ｌよりも小さいことが要求される。
【００５７】
次にラバーチップ１２の外径Ｏφと、シャンク１１の内径ＩＤは、コレット１０による半導体チップ保持位置のバラツキを考慮しなければならない。このバラツキの発生は、本例のコレット１０は、ウエハから半導体チップを正確に取り出す取出側コレットから半導体チップの保持を引き継ぐ搭載側コレットであるからである。
【００５８】
したがって、必ずしも半導体チップの中心とコレット１０の中心が一致するとは限らない。あるバラツキの条件下で中心差が生じる。このバラツキは標準偏差σの正規分布に従うと考えるのが一般的である。
【００５９】
ここで、一次元方向ｘの確率密度関数は平均値をゼロとすると次式
【数１】
で与えられる。
【００６０】
本例の場合は半導体チップの被吸着面、すなわち二次元平面なので、ｘ、ｙそれぞれの確率密度関数の積をとった次式
【数２】
を用いる。
【００６１】
この式（２）において、「ｘ^2＋ｙ^2」が一定になるようにして、同じ確率密度を結んだ線は円の軌跡となることが判る。 この式（２）に、±５σの範囲で確率密度をプロットすると図４(a)に示すような立体グラフになる。この立体グラフでみると、確率密度は約±３σまで裾野が広がっている。つまり「（ｘ^2＋ｙ^2）^1/2≦３σ」の範囲に中心差の生じる可能性がある。
【００６２】
この範囲内でＩＣチップとコレットの接触面積が小さくならないようにしなければならない。接触面積が小さい場合は高速動作によってＩＣチップの落下や、搭載精度の悪化を招くことになるためである。
【００６３】
ここで図４(b)に示すモデルを用いて、中心差にバラツキが生じた際のＩＣチップとコレットの接触面積の変化をシミュレーションする。ＩＣチップを１辺Ｌの正方形、コレット内径をシャンク内径ＩＤ、コレット外径をラバーチップ外径Ｏφとすると、斜線で図示している部分が接触面積である。
【００６４】
中心差ｘ，ｙを±５σの範囲で変化させ、その接触面積をプロットする。中心差が発生する可能性のある「（ｘ^2＋ｙ^2）^1/2≦３σ」の範囲で接触面積はＩＣチップの面積（＝Ｌ^2）の６０％以上あることが望ましい。
【００６５】
図５は、上記のシミュレーションにおいて、ＩＣチップの１辺Ｌを、Ｌ＝０．５００ｍｍとした場合に得られる結果を示す図である。同図は上から下へ条件（１）、条件（２）、条件（３）と３段に分けて条件が異なる場合のシミュレーション結果を示している。
【００６６】
条件（１）、（２）、（３）の右方の欄には、条件（１）、（２）、（３）の内容としてＩＣチップの１辺Ｌ＝０．５００ｍｍを不変とし、他の条件のＩＤ、Ｏφ、σをそれぞれ変更した場合を示している。
【００６７】
それら条件内容の右方の欄には、それらの条件内容でシミュレーションした結果の立体グラフを示している。立体グラフの右方の欄には、縦軸にＬ^2＝１としたときの接触面積を示し、横軸にＹ（＝Ｘ）の−５σ〜＋５σの範囲のバラツキを示す座標の中に、立体グラフのｙ＝ｘの断面を実線で示し、「（ｘ^2＋ｙ^2）^1/2≦３σ」の範囲を破線で示している。
【００６８】
同図に示す条件（１）では「（ｘ^2＋ｙ^2）^1/2≦３σ」の範囲で接触面積が６０％を超えており望ましい状態であると言える。一方、条件（２）（３）では接触面積が６０％を下回るため搭載精度の悪化やＩＣチップの落下などの不具合が発生する懸念がある。
【００６９】
このように、ラバーチップの外径Ｏφや、シャンクの内径ＩＤは、ＩＣチップのサイズや、バラツキσのバランスにより決定しなければならない。
ｙ＝ｘ、且つ（ｘ^2＋ｙ^2）^1/2＝３σの条件下、即ち（ｘ^2＋ｙ^2）^1/2≦３σの範囲で接触面積が最小となる条件下で一般化すると、Ｌ^2に対する接触面積Ｓは次式
【数３】
で近似できる。尚、Ｓは、それぞれＩＤの効果、Ｏφの効果、σの効果に分別することができ、それぞれ２次関数、シグモイド関数、一次関数でより良く近似できるため、上記の近似式を用いている。
【００７０】
ここで、式（３）を用い、Ｌ及びσに応じてＳが０．６以上になるようにＩＤ及びＯφを決定すれば良い。例えば図５に示す条件（１）、（２）、（３）においてＳを算出すると、条件（１）のときのみ、Ｓが０．６以上となる。
【００７１】
例えば、式（３）において、係数の条件を、ＩＤ／Ｌ＝０．１〜０．７、Ｏφ／Ｌ＝０．２〜２．２、σ／Ｌ＝０．０１〜０．２５として、演算すれば、図５の条件（１）ではＳ≒０．７１，条件（２）ではＳ≒０．２９，条件（３）ではＳ≒０．４５、となる。
【００７２】
本例のコレットの、図３に示したシャンクとラバーチップの寸法は、上記の観点から決定されたものである。尚、ＩＣチップはかならずしも正方形と限るものではない、長方形のもの、円形のもの、楕円形のものと種々考えられる。
【００７３】
図６(a)〜(d)は、ＩＣチップの形状と寸法Ｌの指示箇所を示す図である。同図(a)は正方形の場合、同図(b)は長方形の場合、同図(c)は円形の場合、同図(d)は楕円形の場合を示している。いずれもＬは、形状の中心を通る直線が外周と交わる交点間の寸法が最小となる直線である。
【００７４】
図６(b)〜(d)のように、ＩＣチップが正方形でない場合でも、前述した式（３）を用いて、実施例１の場合と同様に適正なコレットの寸法を算出することができきる。なお、その場合の寸法条件は、
ＯＤ（シャンク突起の外径）≦Ｌ、
Ｉφ（ラバーチップ内径）＝ＯＤ−０．０４０ｍｍ、
ＩＤ（シャンク突起の内径）＝※１を満たす条件、
Ｏφ（ラバーチップ外形）＝※１を満たす条件、
但し、※１は、コレットとＩＣチップの中心差が標準偏差σで与えられる場合、式（３）で、Ｓ≧０．６となるＩＤ及びＯφとなる値である。さらに、
ＩＤ／Ｌ＝０．１〜０．７、
Ｏφ／Ｌ＝０．２〜２．２、
σ／Ｌ＝０．０１〜０．２５、
の条件を満たすことが必要である。
【００７５】
図７は、従来のコレットと、式（３）に上記の条件を満たす適正な係数を代入した数式により得られたＳ＝０．６以上にとなる条件で作成された円筒突起とラバーチップとの関係を備えたコレットによる搭載実験値を示す図表である。
【００７６】
この実験では、被吸着面が一辺０．４５０ｍｍの正方形をなす半導体チップを、１個当たり０．５秒の速度で搭載基板に搭載した。従来のコレットでは図７の図表に示すように、２０万個の半導体チップを搭載して、０．２％の持ち帰り不良が発生した。
【００７７】
これに対して、本発明のコレットでは、５０万個の半導体チップを搭載しても、持ち帰り不良は０．０２％しか発生していない。つまり従来比において、２．５倍の使用条件下においても、持ち帰り不良率を１／１０に低減できる。もちろん従来のコレットに比較して搭載精度の悪化も発生していない。
【００７８】
上記の結果から、本発明のコレットは、半導体チップの寸法や搭載条件にも依存することでもあるが、小型半導体チップの高速搭載に対し十分有効に機能すると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、半導体チップ実装機に用いられ、例えば０．５ｍｍ×０．５ｍｍ以下のサイズの小型半導体チップを、例えば０．５秒／個以下の高速でプリント基板に搭載する際に使用するコレットに利用することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１ コレット
２ 半導体チップ（ＩＣチップ）
３ プリント基板
４ バンプ
５ 接着剤
６ コレット
７ チップ（ＩＣチップとの接触部分、ラバーリップ）
８ シャンク（軸部分）
１０ コレット
１１ シャンク
１２ ラバーチップ
１２ａ 先端吸着面
１３ 従来型シャンク
１４ 円筒突起
１４ａ 先端吸着面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップを吸着するコレットにおいて、
硬質材のシャンクの先端に設けられた硬質材の円筒突起と、
該円筒突起に外嵌して設けられたラバーチップと、
を有し、
前記円筒突起の先端が前記ラバーチップの先端から突出しないように構成された、
ことを特徴とするコレット。
【請求項２】
前記シャンク又は前記円筒突起を形成する前記硬質材は、エンジニアリング・プラスチック又は金属である、ことを特徴とする請求項１記載のコレット。
【請求項３】
前記円筒突起の先端が前記ラバーチップの先端から突出しない前記円筒突起の先端と前記ラバーチップの先端との段差は０．０ｍｍ〜０．２ｍｍである、ことを特徴とする請求項１記載のコレット。
【請求項４】
前記半導体チップの被吸着面が０．５００ｍｍ×０．５００ｍｍの正方形であるとしたとき、前記円筒突起の外径をＯＤ、内径をＩＤ、前記ラバーチップの先端の外径をＯφ、内径をＩφとして、ＯＤ＝０．４００ｍｍ、ＩＤ＝０．２００ｍｍ、Ｏφ＝０．７００ｍｍ、Ｉφ＝０．３６０ｍｍである、ことを特徴とする請求項１記載のコレット。
【請求項１】
半導体チップを吸着するコレットにおいて、
硬質材のシャンクの先端に設けられた硬質材の円筒突起と、
該円筒突起に外嵌して設けられたラバーチップと、
を有し、
前記円筒突起の先端が前記ラバーチップの先端から突出しないように構成された、
ことを特徴とするコレット。
【請求項２】
前記シャンク又は前記円筒突起を形成する前記硬質材は、エンジニアリング・プラスチック又は金属である、ことを特徴とする請求項１記載のコレット。
【請求項３】
前記円筒突起の先端が前記ラバーチップの先端から突出しない前記円筒突起の先端と前記ラバーチップの先端との段差は０．０ｍｍ〜０．２ｍｍである、ことを特徴とする請求項１記載のコレット。
【請求項４】
前記半導体チップの被吸着面が０．５００ｍｍ×０．５００ｍｍの正方形であるとしたとき、前記円筒突起の外径をＯＤ、内径をＩＤ、前記ラバーチップの先端の外径をＯφ、内径をＩφとして、ＯＤ＝０．４００ｍｍ、ＩＤ＝０．２００ｍｍ、Ｏφ＝０．７００ｍｍ、Ｉφ＝０．３６０ｍｍである、ことを特徴とする請求項１記載のコレット。
【図１】
【図３】
【図６】
【図７】
【図２】
【図４】
【図５】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図３】
【図６】
【図７】
【図２】
【図４】
【図５】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−４６０２６（Ｐ２０１３−４６０２６Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８４９４７（Ｐ２０１１−１８４９４７）
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（０００２３７６３９）富士通フロンテック株式会社 (667)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（０００２３７６３９）富士通フロンテック株式会社 (667)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]