電子部品実装装置
【課題】サイズの異なる複数品種の電子部品を対象として安定して吸着保持が可能な中継ステージを備え、多品種対応性に優れた電子部品実装装置を提供することを目的とする。
【解決手段】部品供給部から取り出された電子部品を仮置きする中継ステージにおいて半導体チップ６ａが載置される載置部１８ａを、電気絶縁性の粘着性媒体６２ａにＥＲ粒子６２ｂを分散させたＥＲゲルシート６２の上面を露呈させた載置面６２ｃと、ＥＲゲルシート６２に接触して配設された１対の電極部材６６ｃ、６７ｃとを有する構成とし、電圧印加部７１によって電極部材６６ｃ、６７ｃ間に電圧を印加することによりＥＲ粒子６２ｂに電場を作用させ、載置面６２ｃによって半導体チップ６ａを保持する粘着力を制御する。
【解決手段】部品供給部から取り出された電子部品を仮置きする中継ステージにおいて半導体チップ６ａが載置される載置部１８ａを、電気絶縁性の粘着性媒体６２ａにＥＲ粒子６２ｂを分散させたＥＲゲルシート６２の上面を露呈させた載置面６２ｃと、ＥＲゲルシート６２に接触して配設された１対の電極部材６６ｃ、６７ｃとを有する構成とし、電圧印加部７１によって電極部材６６ｃ、６７ｃ間に電圧を印加することによりＥＲ粒子６２ｂに電場を作用させ、載置面６２ｃによって半導体チップ６ａを保持する粘着力を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品供給部から半導体チップなどの電子部品を取り出して基板に実装する電子部品実装装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップなどの電子部品は部品供給部から取り出され、基板位置決め部に位置決め保持されたリードフレームや樹脂基板などの基板に実装される。このような部品実装において、部品供給部から取り出した電子部品を基板に直接移送搭載するのではなく、部品供給部と基板位置決め部との間に配置された中継ステージに一旦仮置きする構成が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献に示す先行技術例においては、部品供給部から供給ヘッドによってチップを取り出して中継ステージ（プリセンタステージ）に載置して機械的に位置決めし、位置決め後のチップを移載ヘッドによって保持して基板にボンディングするようにしている。そしてここでは、中継ステージに部品保持用の吸着孔を設け、仮置き状態のチップの位置ずれを真空吸着によって固定して防止するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１０７０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで現今の電子機器製造分野においては、微小サイズの電子部品を含む広い範囲の部品種を作業対象とすることができるよう、生産設備の汎用性を向上させることが求められるようになってきている。ところが上述の先行技術例を含め、従来の電子部品実装装置において中継ステージを複数種類の部品種に共用する場合には、微小サイズの電子部品の吸着保持を安定して行うことが困難であるという課題があった。
【０００５】
すなわち、大型サイズの電子部品を載置可能な中継ステージに微小サイズの電子部品を載置すると、吸着保持面に設けられた多数の吸着孔のうち、ごく一部の吸着孔のみが電子部品によって塞がれた状態となる。したがって他の大部分の吸着孔は開放状態となり、過大な真空リークが発生して中継ステージ全体に亘って吸着保持力が低下する。このため、微小サイズの部品種を含む多品種の電子部品への対応が求められる場合には、部品種のサイズに応じて吸着孔が配置された専用の中継ステージを部品種毎に準備する必要があり、設備費用のコストアップを招く結果となっていた。
【０００６】
そこで本発明は、サイズの異なる複数品種の電子部品を対象として安定して吸着保持が可能な中継ステージを備え、多品種対応性に優れた電子部品実装装置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】
本発明の電子部品実装装置は、部品供給部から取り出した電子部品を基板位置決め部に位置決めされた基板に実装する電子部品実装装置であって、前記基板位置決め部と前記部品供給部との間に配置され前記部品供給部から取り出された電子部品が載置される中継ステージと、前記部品供給部から前記電子部品を取り出して前記中継ステージに移送する部品移送機構と、前記中継ステージ上に前記部品移送機構によって移送された電子部品を保持して前記基板位置決め部に位置決めされた前記基板に実装する部品実装機構とを備え、
前記中継ステージにおいて前記電子部品が載置される載置部は、電気絶縁性の粘着性媒体に電気レオロジー粒子を分散させたシート状の機能性粘着素子の上面を露呈させた載置面と、前記機能性粘着素子に接触して配設された１対の電極とを有し、さらに前記１対の電極間に電圧を印加することにより前記電気レオロジー粒子に電場を作用させる電圧印加部と、前記電圧印加部を制御することにより前記載置面において前記機能性粘着素子によって電子部品を保持する粘着力を制御する制御部とを備えた。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、部品供給部から取り出された電子部品を仮置きする中継ステージにおいて電子部品が載置される載置部を、電気絶縁性の粘着性媒体に電気レオロジー粒子を分散させたシート状の機能性粘着素子の上面を露呈させた載置面と、機能性粘着素子に接触して配設された１対の電極とを有する構成とし、１対の電極間に電圧を印加することにより電気レオロジー粒子に電場を作用させる電圧印加部を制御して、載置面において機能性粘着素子によって電子部品を保持する粘着力を制御することにより、サイズの異なる複数品種の電子部品を対象として安定して吸着保持が可能な中継ステージを備え多品種対応性に優れた電子部品実装装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の斜視図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の正面図
【図３】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における中継ステージの構造説明図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における中継ステージに配置される電極部材の形状説明図
【図５】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における中継ステージに用いられる機能性粘着素子の機能説明図
【図６】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における中継ステージ の部品保持動作を示すタイムチャート
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず図１、図２を参照して、電子部品実装装置１の構成を説明する。電子部品実装装置１は基板に半導体チップなどの電子部品をボンディングによって実装する機能を有するものである。図１において基台２上には、部品供給ステージ３（部品供給部）、ユニット集合ステージ４および基板保持ステージ５（基板位置決め部）がこれらの並び方向をＹ方向に合わせて配列されている。部品供給ステージ３に備えられたウェハ保持テーブル３ａには、実装対象となる電子部品である複数の半導体チップ６ａが配列された半導体ウェハ６が保持されている。
【００１１】
ユニット集合ステージ４は、送りねじ４ｂをモータ４ｃにより回転駆動する構成の直動機構（図２に示すＸ軸移動機構４０参照）によってＸ方向に往復動する移動テーブル４ａに、ツールストッカ１５、部品回収部１６、較正基準マーク１７、中継ステージ１８、部品認識カメラ２４などの機能ユニットを集合的に配設した構成となっている。基板保持ステージ５は、基板７を保持する基板保持テーブル５ａをＸＹテーブル機構５３（図２参照）によって水平駆動する構成となっており、基板保持ステージ５によって位置決めされ保持された基板７には、部品供給ステージ３から取り出された半導体チップ６ａが実装される。
【００１２】
部品供給ステージ３、ユニット集合ステージ４および基板保持ステージ５の上方には、基台２のＸ方向の端部に位置して、Ｙ軸フレーム８が支持ポスト８ａによって両端部を支持されてＹ方向に架設されている。Ｙ軸フレーム８の前面には、以下に説明する第１ヘッドユニット１１、第２ヘッドユニット１２をリニアモータ駆動によりＹ方向に案内して駆
動するヘッド移動機構９が組み込まれている。第１ヘッドユニット１１には半導体チップ６ａを保持して基板７に搭載する機能を有する部品実装ヘッド１９が装着されており、第２ヘッドユニット１２には基板７に電子部品接合用の接着剤を塗布する機能を有する塗布ヘッド２０が装着されている。
【００１３】
部品供給ステージ３、中継ステージ１８および基板保持ステージ５の上方には、位置認識のために第１カメラ２１、第２カメラ２２、第３カメラ２３が配設されている。第１カメラ２１は部品供給ステージ３において取り出し対象の半導体チップ６ａを撮像する。第２カメラ２２は部品供給ステージ３から取り出されて中継ステージ１８に位置補正のために仮置きされた半導体チップ６ａを撮像する。また第３カメラ２３は、基板保持ステージ５に保持された基板７を撮像して部品実装点の位置を認識する。またユニット集合ステージ４に配設された部品認識カメラ２４は、部品供給ステージ３から取り出された半導体チップ６ａを下方から撮像する。
【００１４】
図２に示すように、部品供給ステージ３はＸＹテーブル機構３１を備えており、ＸＹテーブル機構３１の上面に装着された水平な移動プレート３２には、複数の支持部材３３が立設されている。支持部材３３は、上面に半導体ウェハ６が装着保持されるウェハ保持テーブル３ａを支持している。半導体ウェハ６はウェハシート６ｂに複数の半導体チップ６ａを所定配列で貼着した構成となっている。ウェハシート６ｂには、能動面を上向きにしたフェイスアップ姿勢で個片に分割された状態の複数の半導体チップ６ａが貼着保持されている。
【００１５】
部品供給ステージ３には、半導体ウェハ６から半導体チップ６ａをピックアップするためのピックアップ作業位置［Ｐ１］が設定されている。第１カメラ２１の位置はピックアップ作業位置［Ｐ１］に対応しており、第１カメラ２１によって半導体ウェハ６を撮像した撮像結果を認識処理することにより、ピックアップ対象の半導体チップ６ａの位置が検出される。ウェハ保持テーブル３ａの内部においてピックアップ作業位置［Ｐ１］に対応する位置には、エジェクタ機構３４が配設されている。
【００１６】
エジェクタ機構３４は、ウェハシート６ｂの下面側から半導体チップ６ａをピンで突き上げることにより、半導体チップ６ａのウェハシート６ｂからの剥離を促進する機能を有している。半導体チップ６ａの取り出し時にエジェクタ機構３４を昇降させてウェハシート６ｂの下面に当接させることにより、後述する部品移送ヘッド１４による半導体チップ６ａのウェハシート６ｂからの取り出しを容易に行うことができる。
【００１７】
部品取り出し動作においては、ＸＹテーブル機構３１を駆動してウェハシート６ｂをＸＹ方向に水平移動させることにより、ウェハシート６ｂに貼着された複数の半導体チップ６ａのうち、取り出し対象となる所望の半導体チップ６ａをピックアップ作業位置［Ｐ１］に位置させる。なおここでは、部品供給ステージ３として、ウェハシート６ｂに貼着されたウェハ状態の部品を供給する方式のウェハテーブルを用いる例を示したが、複数の部品を所定の平面配列で供給する部品トレイを、ウェハテーブルと交換自在に部品供給ステージ３に配置するようにしてもよい。
【００１８】
部品供給ステージ３の上方には、半導体チップ６ａをピックアップノズル１４ａによって吸着保持する部品移送ヘッド１４が配設されている。部品移送ヘッド１４はピックアップアーム１３ａによって保持されており、ピックアップアーム１３ａは、Ｙ軸フレーム８の下面に縣吊して配置されたヘッド移動機構１３から、部品供給ステージ３の上方に延出して設けられている。ヘッド移動機構１３を駆動することにより、ピックアップアーム１３ａはＸＹＺ方向に移動するともに、Ｘ方向の軸廻りに回転する。
【００１９】
これにより部品移送ヘッド１４は、部品供給ステージ３から半導体チップ６ａをピックアップして、ユニット集合ステージ４に設けられた中継ステージ１８に移送する動作を行う（矢印ａ）。また必要時には、部品移送ヘッド１４をピックアップ作業位置［Ｐ１］の上方からＸ方向に退避させることが可能となっており、さらにピックアップアーム１３ａを回転させて部品移送ヘッド１４を反転させることにより、ピックアップノズル１４ａに保持した半導体チップ６ａの姿勢を表裏反転させることが可能となっている。ヘッド移動機構１３、ピックアップアーム１３ａおよび部品移送ヘッド１４は、部品供給ステージ３から電子部品を取り出して中継ステージ１８に移送する部品移送機構を構成する。
【００２０】
ユニット集合ステージ４および基板保持ステージ５は、ベースプレート５２の上面に設けられており、ベースプレート５２は基台２の上面に立設された複数の支持ポスト５１によって下方から支持されている。ユニット集合ステージ４の移動テーブル４ａには、ツールストッカ１５、部品回収部１６、較正基準マーク１７、中継ステージ１８および部品認識カメラ２４が集合的に配設されている。ツールストッカ１５には、第１ヘッドユニット１１、第２ヘッドユニット１２に装着される各種の作業ツールを収納する。部品回収部１６は、部品供給ステージ３から取り出された後に、不良部品や混入した異種部品など基板７への実装が不適と判断された部品を廃棄回収する機能を有している。較正基準マーク１７は、Ｘ軸移動機構４０を継続して駆動する際に熱伸縮によって生じる機構的な位置誤差を、上方に配設された第２カメラ２２によって撮像して較正するために設けられた基準マークである。
【００２１】
中継ステージ１８は、部品供給ステージ３と基板保持ステージ５との間に配置され、部品供給ステージ３から部品移送ヘッド１４によって取り出された半導体チップ６ａが載置される載置部１８ａを基部１８ｂ上に固定した構成となっている。中継ステージ１８には中継位置［Ｐ２］が設定されており、第２カメラ２２は中継位置［Ｐ２］に対応して配置されている。Ｘ軸移動機構４０によって中継ステージ１８を移動させることにより、中継ステージ１８に載置された半導体チップ６ａを中継位置［Ｐ２］に位置させて第２カメラ２２によって撮像することができ、これにより中継ステージ１８に載置された半導体チップ６ａの位置が検出される。部品認識カメラ２４は中継ステージ１８に隣接して配置されており、同様にＸ軸移動機構４０を駆動することにより、部品認識カメラ２４を部品認識位置［Ｐ３］に位置させることができる。中継ステージ１８に仮置きされて位置認識の後に取り出された半導体チップ６ａは、部品認識位置［Ｐ３］にて部品認識カメラ２４によって撮像され位置検出が行われる。
【００２２】
基板保持ステージ５は、ＸＹテーブル機構５３上に基板７を保持する基板保持テーブル５ａを設けた構成となっている。基板保持ステージ５には、半導体チップ６ａを基板保持テーブル５ａに保持された基板７に実装するための実装作業位置［Ｐ４］が設定されており、第３カメラ２３は実装作業位置［Ｐ４］に対応して配置されている。第３カメラ２３によって基板７を撮像することにより、基板７に設定された部品実装点７ａの位置が検出される。そしてＸＹテーブル機構５３を駆動することにより、基板保持テーブル５ａは基板７とともにＸＹ方向に水平移動し、基板７に設定された任意の部品実装点７ａを実装作業位置［Ｐ４］に位置させることができる。
【００２３】
次に、第１ヘッドユニット１１、第２ヘッドユニット１２について説明する。図２においてＹ軸フレーム８に設けられたヘッド移動機構９の前面には、第１ヘッドユニット１１および第２ヘッドユニット１２をＹ方向にガイドするための２条のガイドレール９ａが設けられており、これらのガイドレール９ａの間には以下に説明する第１ヘッドユニット１１および第２ヘッドユニット１２をＹ方向に駆動するためのリニアモータを構成する固定子９ｂが配設されている。ガイドレール９ａには図示しないスライダがＹ方向にスライド自在に嵌合しており、このスライダは垂直な移動プレート１１ａ，１２ａの背面に固着さ
れている。
【００２４】
移動プレート１１ａ，１２ａの背面には、固定子９ｂに対向してリニアモータを構成するする可動子（図示省略）が配設されている。これらのリニアモータを駆動することにより、第１ヘッドユニット１１および第２ヘッドユニット１２はガイドレール９ａによってガイドされて、それぞれＹ方向に移動する。移動プレート１１ａ，１２ａの前面には、それぞれ昇降機構１１ｂ，１２ｂが配設されており、昇降機構１１ｂ，１２ｂの前面には昇降プレート１１ｃ，１２ｃが垂直方向にスライド自在に配設されている。昇降機構１１ｂ，１２ｂを駆動することにより、昇降プレート１１ｃ，１２ｃはそれぞれ昇降する。昇降プレート１１ｃには、下部に部品保持ノズル１９ａを備えた部品実装ヘッド１９が着脱自在に装着されており、昇降プレート１２ｃには、２基の塗布ヘッド２０が着脱自在に装着されている。
【００２５】
部品実装ヘッド１９は部品保持ノズル１９ａによって実装対象の電子部品である半導体チップ６ａを保持する機能を有しており、部品移送ヘッド１４によって部品供給ステージ３から取り出され中継ステージ１８上に載置された半導体チップ６ａを部品実装ヘッド１９によって保持して基板７に実装する（矢印ｂ）。すなわち部品実装ヘッド１９が装着された第１ヘッドユニット１１およびヘッド移動機構９は、中継ステージ１８上に前述の部品移送機構によって移送された電子部品を保持して、基板保持ステージ５に位置決めされた基板７に実装する部品実装機構を構成する。
【００２６】
第２ヘッドユニット１２に装着された塗布ヘッド２０は、部品接着用の樹脂接着剤であるペーストを収納したシリンジ２０ａおよびペーストを吐出する塗布ノズル２０ｂを備えている。第２ヘッドユニット１２を基板保持ステージ５に保持された基板７の上方に移動させて、塗布ヘッド２０による塗布動作を行わせることにより、塗布ノズル２０ｂから吐出したペーストを基板７の部品実装点７ａに塗布する（矢印ｃ）。
【００２７】
次に図３、図４、図５を参照して、中継ステージ１８において半導体チップ６ａが載置される載置部１８ａの構成および機能について説明する。本実施の形態では、中継ステージ１８に載置された半導体チップ６ａを保持する手段として、従来装置において用いられていた真空吸着による方法に替えて、シート状の機能性粘着素子である電気レオロジー（ＥＲ）ゲルシート（以下、「ＥＲゲルシート」と略記する。）の粘着力によって、半導体チップ６ａを保持するようにしている。
【００２８】
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、載置部１８ａの上面図、側面図および下面図をそれぞれ示している。図３の各図に示すように、載置部１８ａは、水平な矩形状の保持プレート６０の上面に同様に矩形状の電極基板６１を重ねて配設し、さらに電極基板６１の上面を部分的にＥＲゲルシート６２によって覆った構成となっている。保持プレート６０、電極基板６１の各コーナ部には、それぞれ取り付け孔６０ａ、６１ａが同位置に設けられており、載置部１８ａは取り付け孔６０ａ、６１ａを上方から挿通するボルト（図示省略）によって中継ステージ１８の基部１８ｂ（図２参照）に締結固定される。
【００２９】
ＥＲゲルシート６２は、図５に示すように、シリコーンオイル、塩化ジフェニル、トランスオイルなどの電気絶縁性の粘着性媒体６２ａに、シリカゲル、セルロース、ポリスチレン系イオン交換樹脂などの電気レオロジー（ＥＲ）粒子６２ｂ（以下、「ＥＲ粒子６２ｂ」と略記する。）を分散させたシート状の機能性粘着素子であり、ＥＲ粒子６２ｂに電場を作用させることにより、粘性が変化する特性を有している。ここでは、電場が作用しない通常状態においてＥＲ粒子６２ｂが粘着性媒体６２ａの上面に浮き出るように、また電場を作用させた状態においてＥＲ粒子６２ｂが粘着性媒体６２ａ内に沈み込んで、粘着性媒体６２ａの上面が平滑となるように、ＥＲゲルシート６２の組成が設定されている。
【００３０】
ＥＲゲルシート６２が電極基板６１の上面を覆った状態では、ＥＲゲルシート６２の下面には電極基板６１の上面に配設された１対の電極６６，６７（図４参照）が接触しており、電極６６，６７間に数百ボルト程度の電圧を印加することにより、複数のＥＲ粒子６２ｂは相互に作用する静電引力によって電場方向に配位連結する。これにより、ＥＲゲルシート６２の粘性が変化するとともに、ＥＲ粒子６２ｂは粘着性媒体６２ａの内部において下方に移動して、粘着性媒体６２ａの表面はＥＲ粒子６２ｂが存在しない平滑な状態となる。
【００３１】
図４は、図３（ｂ）におけるＸ−Ｘ矢視、すなわちＥＲゲルシート６２を除去した状態の電極基板６１を示している。電極基板６１の上面には、１対の電極６６、６７がＹ方向（図４において左右方向）に対向して配設されている。電極６６、６７は、銅膜などの金属膜を電極基板６１の上面にエッチングなどの方法によってパターニングして形成されており、それぞれ接続用の環状端子６６ａ、６７ａ、基部６６ｂ、６７ｂ、電極部材６６ｃ、６７ｃより構成される。
【００３２】
開孔部を有する形状の接続用の環状端子６６ａ、６７ａは、電極基板６１のＹ方向の両側端部に設けられた端子孔６１ｂに開孔部を一致させて配置されており、図３（ｂ）に示すように、電圧印加用の端子６３を電極基板６１の下面とナット６５との間に挟み込んだ状態で、導通ボルト６４とナット６５とを締結することにより、電極６６、６７は、図４に示す電圧印加部７１と電気的に接続される。ここでは電極６６が正側に、電極６７が負側に接続される。保持プレート６０の下面において端子６３、ナット６５が取り付けられる位置には、下面を部分的に切り欠いた逃がし部６０ｂが設けられており、ナット６５が保持プレート６０の下面から突出しないようになっている。
【００３３】
電圧印加部７１は、図５に示すように、電圧を発生する電源装置７１ａおよび電圧印加回路を断接する開閉スイッチ７１ｂを備えており、電源装置７１ａを作動させた状態で開閉スイッチ７１ｂを開閉することにより、電極６６、６７への電圧印加がＯＮ／ＯＦＦされる。電圧印加部７１は、制御部７２によって制御され、電極６６、６７へ印加される電圧値の調整や電圧印加のＯＮ／ＯＦＦが制御される。これにより、ＥＲゲルシート６２によって半導体チップ６ａを保持する粘着力が制御される。すなわち、電圧印加部７１は、１対の電極６６，６７間に電圧を印加することにより、ＥＲ粒子６２ｂに電場を作用させる。そして制御部７２は、電圧印加部７１を制御することにより載置面６２ｃにおいてＥＲゲルシート６２によって半導体チップ６ａを保持する粘着力を制御する。
【００３４】
環状端子６６ａ、６７ａはそれぞれＸ方向（図４において下方向）に細長の柵形状で設けられた基部６６ｂ、６７ｂと連結されており、さらに基部６６ｂ、６７ｂからは、それぞれ電極基板６１の内側方向に向かって複数の櫛歯状の電極部材６６ｃ、６７ｃが延出して設けられている。ここで、電極部材６６ｃと電極部材６７ｃとは、相互が隣接して正側と負側が常に対となるように、互い違いに組み合わせて配置されている。そしてＥＲゲルシート６２は、基部６６ｂ、６７ｂ、電極部材６６ｃ、６７ｃの上面を覆う形で電極基板６１に貼着され、ＥＲゲルシート６２が上方に露呈された上面は、載置部１８ａに載置された半導体チップ６ａを粘着力によって保持する載置面６２ｃとして機能する。
【００３５】
すなわち上記構成において、中継ステージ１８において半導体チップ６ａが載置される載置部１８ａは、電気絶縁性の粘着性媒体６２ａにＥＲ粒子６２ｂを分散させたシート状のＥＲゲルシート６２の上面を露呈させた載置面６２ｃと、ＥＲゲルシート６２に接触して配設された１対の電極６６，６７とを有する形態となっている。さらに載置部１８ａは、水平な保持プレート６０の上面に電極基板６１を介して配設された１対の電極６６，６７を、ＥＲゲルシート６２によって覆って構成され、１対の電極６６、６７は、それぞれ
基部６６ｂ、６７ｂから延出して設けられた複数の櫛歯状の電極部材６６ｃ、６７ｃを同一平面内で互い違いに組み合わせて配列されている。なお、１対の電極の構成としては、本実施の形態に示すように複数の櫛歯状の電極部材６６ｃ、６７ｃを組み合わせる形態以外にも、渦巻き状の２つの電極パターンを同心状に組み合わせる形態など、各種の平面幾何形状のものを用いることができる。
【００３６】
次に図５を参照して、載置部１８ａの部品保持機能を説明する。まず、図５（ａ）は、開閉スイッチ７１ｂが開状態となって、電極部材６６ｃ、６７ｃの間に電圧が印加されていない状態を示している。この状態では、ＥＲゲルシート６２を構成するＥＲ粒子６２ｂが粘着性媒体６２ａの上面、すなわち載置面６２ｃに浮き出た形となっており、載置面６２ｃは平滑な粘着性媒体６２ａの表面が本来有する粘着力を失う。このため、載置部１８ａに載置された半導体チップ６ａには、載置面６２ｃによる保持力が及ばない。
【００３７】
これに対し図５（ｂ）は、開閉スイッチ７１ｂが閉状態となって、電極部材６６ｃ、６７ｃの間に電源装置７１ａによって発生した電圧が印加されている状態を示している。この状態では、電極部材６６ｃ、６７ｃの間に生じる電場ＥがＥＲゲルシート６２内のＥＲ粒子６２ｂに作用し、ＥＲ粒子６２ｂには分極が生じる。そしてこの分極によりＥＲ粒子６２ｂ相互に作用する静電引力によって、ＥＲ粒子６２ｂは電場方向に配位連結する。これにより、ＥＲ粒子６２ｂは粘着性媒体６２ａの内部において下方に移動して、粘着性媒体６２ａの表面から浮き出ていたＥＲ粒子６２ｂは粘着性媒体６２ａ内に沈み込み、載置面６２ｃは平滑な粘着性媒体６２ａの表面が本来有する粘着力を回復する。このため、載置部１８ａに載置された半導体チップ６ａには載置面６２ｃによる保持力が及び、半導体チップ６ａの位置が固定される。
【００３８】
次に図６を参照して、中継ステージ１８への半導体チップ６ａの載置動作における部品移送ヘッド１４の昇降動作、中継ステージ１８からの半導体チップ６ａの取り出し動作における部品実装ヘッド１９の昇降動作と、載置部１８ａの部品保持動作との時系列的関連について説明する。図６において、タイミングｔ１は、部品供給ステージ３から半導体チップ６ａをピックアップした部品移送ヘッド１４が中継ステージ１８の直上に到達し、下降を開始するタイミングを示している。この後、部品移送ヘッド１４は高速で下降し、タイミングｔ２にて下降速度を低速に切り換えた後、タイミングｔ３にて半導体チップ６ａを載置部１８ａの載置面６２ｃに着地させる。
【００３９】
次いで、半導体チップ６ａを載置面６２ｃに押し付けた状態を保持した後、タイミングｔ４にて部品移送ヘッド１４は半導体チップ６ａを載置面６２ｃに残置した状態で上昇する。そしてこのタイミングｔ４に同期して、電圧印加部７１による電圧印加をＯＮ状態にする。これにより、載置面６２ｃは図５（ｂ）に示す状態となり、部品移送ヘッド１４によって載置された半導体チップ６ａは、粘着性媒体６２ａの粘着力によって載置面６２ｃに保持される。
【００４０】
この後、部品実装ヘッド１９による半導体チップ６ａの取り出しが実行される。すなわち、タイミングｔ５は、部品実装ヘッド１９が中継ステージ１８の直上に到達し、下降を開始するタイミングを示している。この後部品実装ヘッド１９は高速で下降し、タイミングｔ６にて下降速度を低速に切り換えた後、タイミングｔ７にて載置部１８ａの載置面６２ｃに保持された状態の半導体チップ６ａの上面に部品保持ノズル１９ａを当接させる。そしてこのタイミングｔ７に同期して、電圧印加部７１による電圧印加をＯＦＦ状態にする。これにより、載置面６２ｃは図５（ａ）に示す状態となり、粘着性媒体６２ａの粘着力による保持が解除された状態となる。次いで、半導体チップ６ａを部品保持ノズル１９ａによって吸着保持した後、タイミングｔ８にて部品実装ヘッド１９は半導体チップ６ａとともに載置面６２ｃから上昇する。
【００４１】
なお図６に示す例では、タイミングｔ４〜タイミングｔ７の間だけ電圧印加をＯＮ状態とするようにしているが、この例は電圧印加が必須とされる最小の時間帯を示しており、この時間帯を先行または遅延させる形でＯＮ／ＯＦＦのタイミングを設定してもよい。すなわち、電圧印加をＯＮするタイミングは、タイミングｔ４に先行したタイミングであってもよく、また電圧印加をＯＦＦするタイミングは、タイミングｔ８において電圧印加がＯＦＦとなっていれば、タイミングｔ７から遅延したタイミングであってもよい。
【００４２】
上記説明したように、本発明の電子部品実装装置１は、部品供給ステージ３から取り出された半導体チップ６ａを仮置きする中継ステージ１８において半導体チップ６ａが載置される載置部１８ａを、電気絶縁性の粘着性媒体６２ａにＥＲ粒子６２ｂを分散させたＥＲゲルシート６２の上面を露呈させた載置面６２ｃと、ＥＲゲルシート６２に接触して配設された１対の電極６６，６７とを有する構成とし、１対の電極間６６，６７に電圧を印加することによりＥＲ粒子６２ｂに電場を作用させる電圧印加部７１を制御して載置面６２ｃにおいてＥＲゲルシート６２によって半導体チップ６ａを保持する粘着力を制御するようにしたものである。
【００４３】
この構成により、対象とする半導体チップ６ａの形状やサイズに関係なく、載置面６２ｃの全面に亘って保持力を確保することが可能となっている。したがって真空吸着によって電子部品を保持する従来技術における問題点、すなわち部品種のサイズに応じて吸着孔が配置された専用の中継ステージを部品種毎に準備する必要があって、設備費用のコストアップを招くという難点が解消される。これにより、サイズの異なる複数品種の半導体チップ６ａを対象として安定して吸着保持が可能な中継ステージ１８を備え、多品種対応性に優れた電子部品実装装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の電子部品実装装置は、サイズの異なる複数品種の電子部品を対象として安定して吸着保持が可能な中継ステージを備え、多品種対応性に優れるという特徴を有し、リードフレームなどの基板に半導体チップなどの電子部品を実装する分野に利用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 電子部品実装装置
３ 部品供給ステージ
５ 基板保持ステージ
６ａ半導体チップ
７ 基板
９、１３ ヘッド移動機構
１４ 部品移送ヘッド
１８ 中継ステージ
１８ａ 載置部
１９ 部品実装ヘッド
６０ 保持プレート
６１ 電極基板
６２ ＥＲゲルシート
６２ａ 粘着性媒体
６２ｂ ＥＲ粒子
６２ｃ 載置面
６６、６７ 電極
６６ｂ、６７ｂ 基部
６６ｃ、６７ｃ 電極部材
７１ 電圧印加部
７２ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品供給部から半導体チップなどの電子部品を取り出して基板に実装する電子部品実装装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップなどの電子部品は部品供給部から取り出され、基板位置決め部に位置決め保持されたリードフレームや樹脂基板などの基板に実装される。このような部品実装において、部品供給部から取り出した電子部品を基板に直接移送搭載するのではなく、部品供給部と基板位置決め部との間に配置された中継ステージに一旦仮置きする構成が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献に示す先行技術例においては、部品供給部から供給ヘッドによってチップを取り出して中継ステージ（プリセンタステージ）に載置して機械的に位置決めし、位置決め後のチップを移載ヘッドによって保持して基板にボンディングするようにしている。そしてここでは、中継ステージに部品保持用の吸着孔を設け、仮置き状態のチップの位置ずれを真空吸着によって固定して防止するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１０７０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで現今の電子機器製造分野においては、微小サイズの電子部品を含む広い範囲の部品種を作業対象とすることができるよう、生産設備の汎用性を向上させることが求められるようになってきている。ところが上述の先行技術例を含め、従来の電子部品実装装置において中継ステージを複数種類の部品種に共用する場合には、微小サイズの電子部品の吸着保持を安定して行うことが困難であるという課題があった。
【０００５】
すなわち、大型サイズの電子部品を載置可能な中継ステージに微小サイズの電子部品を載置すると、吸着保持面に設けられた多数の吸着孔のうち、ごく一部の吸着孔のみが電子部品によって塞がれた状態となる。したがって他の大部分の吸着孔は開放状態となり、過大な真空リークが発生して中継ステージ全体に亘って吸着保持力が低下する。このため、微小サイズの部品種を含む多品種の電子部品への対応が求められる場合には、部品種のサイズに応じて吸着孔が配置された専用の中継ステージを部品種毎に準備する必要があり、設備費用のコストアップを招く結果となっていた。
【０００６】
そこで本発明は、サイズの異なる複数品種の電子部品を対象として安定して吸着保持が可能な中継ステージを備え、多品種対応性に優れた電子部品実装装置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】
本発明の電子部品実装装置は、部品供給部から取り出した電子部品を基板位置決め部に位置決めされた基板に実装する電子部品実装装置であって、前記基板位置決め部と前記部品供給部との間に配置され前記部品供給部から取り出された電子部品が載置される中継ステージと、前記部品供給部から前記電子部品を取り出して前記中継ステージに移送する部品移送機構と、前記中継ステージ上に前記部品移送機構によって移送された電子部品を保持して前記基板位置決め部に位置決めされた前記基板に実装する部品実装機構とを備え、
前記中継ステージにおいて前記電子部品が載置される載置部は、電気絶縁性の粘着性媒体に電気レオロジー粒子を分散させたシート状の機能性粘着素子の上面を露呈させた載置面と、前記機能性粘着素子に接触して配設された１対の電極とを有し、さらに前記１対の電極間に電圧を印加することにより前記電気レオロジー粒子に電場を作用させる電圧印加部と、前記電圧印加部を制御することにより前記載置面において前記機能性粘着素子によって電子部品を保持する粘着力を制御する制御部とを備えた。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、部品供給部から取り出された電子部品を仮置きする中継ステージにおいて電子部品が載置される載置部を、電気絶縁性の粘着性媒体に電気レオロジー粒子を分散させたシート状の機能性粘着素子の上面を露呈させた載置面と、機能性粘着素子に接触して配設された１対の電極とを有する構成とし、１対の電極間に電圧を印加することにより電気レオロジー粒子に電場を作用させる電圧印加部を制御して、載置面において機能性粘着素子によって電子部品を保持する粘着力を制御することにより、サイズの異なる複数品種の電子部品を対象として安定して吸着保持が可能な中継ステージを備え多品種対応性に優れた電子部品実装装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の斜視図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の正面図
【図３】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における中継ステージの構造説明図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における中継ステージに配置される電極部材の形状説明図
【図５】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における中継ステージに用いられる機能性粘着素子の機能説明図
【図６】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における中継ステージ の部品保持動作を示すタイムチャート
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず図１、図２を参照して、電子部品実装装置１の構成を説明する。電子部品実装装置１は基板に半導体チップなどの電子部品をボンディングによって実装する機能を有するものである。図１において基台２上には、部品供給ステージ３（部品供給部）、ユニット集合ステージ４および基板保持ステージ５（基板位置決め部）がこれらの並び方向をＹ方向に合わせて配列されている。部品供給ステージ３に備えられたウェハ保持テーブル３ａには、実装対象となる電子部品である複数の半導体チップ６ａが配列された半導体ウェハ６が保持されている。
【００１１】
ユニット集合ステージ４は、送りねじ４ｂをモータ４ｃにより回転駆動する構成の直動機構（図２に示すＸ軸移動機構４０参照）によってＸ方向に往復動する移動テーブル４ａに、ツールストッカ１５、部品回収部１６、較正基準マーク１７、中継ステージ１８、部品認識カメラ２４などの機能ユニットを集合的に配設した構成となっている。基板保持ステージ５は、基板７を保持する基板保持テーブル５ａをＸＹテーブル機構５３（図２参照）によって水平駆動する構成となっており、基板保持ステージ５によって位置決めされ保持された基板７には、部品供給ステージ３から取り出された半導体チップ６ａが実装される。
【００１２】
部品供給ステージ３、ユニット集合ステージ４および基板保持ステージ５の上方には、基台２のＸ方向の端部に位置して、Ｙ軸フレーム８が支持ポスト８ａによって両端部を支持されてＹ方向に架設されている。Ｙ軸フレーム８の前面には、以下に説明する第１ヘッドユニット１１、第２ヘッドユニット１２をリニアモータ駆動によりＹ方向に案内して駆
動するヘッド移動機構９が組み込まれている。第１ヘッドユニット１１には半導体チップ６ａを保持して基板７に搭載する機能を有する部品実装ヘッド１９が装着されており、第２ヘッドユニット１２には基板７に電子部品接合用の接着剤を塗布する機能を有する塗布ヘッド２０が装着されている。
【００１３】
部品供給ステージ３、中継ステージ１８および基板保持ステージ５の上方には、位置認識のために第１カメラ２１、第２カメラ２２、第３カメラ２３が配設されている。第１カメラ２１は部品供給ステージ３において取り出し対象の半導体チップ６ａを撮像する。第２カメラ２２は部品供給ステージ３から取り出されて中継ステージ１８に位置補正のために仮置きされた半導体チップ６ａを撮像する。また第３カメラ２３は、基板保持ステージ５に保持された基板７を撮像して部品実装点の位置を認識する。またユニット集合ステージ４に配設された部品認識カメラ２４は、部品供給ステージ３から取り出された半導体チップ６ａを下方から撮像する。
【００１４】
図２に示すように、部品供給ステージ３はＸＹテーブル機構３１を備えており、ＸＹテーブル機構３１の上面に装着された水平な移動プレート３２には、複数の支持部材３３が立設されている。支持部材３３は、上面に半導体ウェハ６が装着保持されるウェハ保持テーブル３ａを支持している。半導体ウェハ６はウェハシート６ｂに複数の半導体チップ６ａを所定配列で貼着した構成となっている。ウェハシート６ｂには、能動面を上向きにしたフェイスアップ姿勢で個片に分割された状態の複数の半導体チップ６ａが貼着保持されている。
【００１５】
部品供給ステージ３には、半導体ウェハ６から半導体チップ６ａをピックアップするためのピックアップ作業位置［Ｐ１］が設定されている。第１カメラ２１の位置はピックアップ作業位置［Ｐ１］に対応しており、第１カメラ２１によって半導体ウェハ６を撮像した撮像結果を認識処理することにより、ピックアップ対象の半導体チップ６ａの位置が検出される。ウェハ保持テーブル３ａの内部においてピックアップ作業位置［Ｐ１］に対応する位置には、エジェクタ機構３４が配設されている。
【００１６】
エジェクタ機構３４は、ウェハシート６ｂの下面側から半導体チップ６ａをピンで突き上げることにより、半導体チップ６ａのウェハシート６ｂからの剥離を促進する機能を有している。半導体チップ６ａの取り出し時にエジェクタ機構３４を昇降させてウェハシート６ｂの下面に当接させることにより、後述する部品移送ヘッド１４による半導体チップ６ａのウェハシート６ｂからの取り出しを容易に行うことができる。
【００１７】
部品取り出し動作においては、ＸＹテーブル機構３１を駆動してウェハシート６ｂをＸＹ方向に水平移動させることにより、ウェハシート６ｂに貼着された複数の半導体チップ６ａのうち、取り出し対象となる所望の半導体チップ６ａをピックアップ作業位置［Ｐ１］に位置させる。なおここでは、部品供給ステージ３として、ウェハシート６ｂに貼着されたウェハ状態の部品を供給する方式のウェハテーブルを用いる例を示したが、複数の部品を所定の平面配列で供給する部品トレイを、ウェハテーブルと交換自在に部品供給ステージ３に配置するようにしてもよい。
【００１８】
部品供給ステージ３の上方には、半導体チップ６ａをピックアップノズル１４ａによって吸着保持する部品移送ヘッド１４が配設されている。部品移送ヘッド１４はピックアップアーム１３ａによって保持されており、ピックアップアーム１３ａは、Ｙ軸フレーム８の下面に縣吊して配置されたヘッド移動機構１３から、部品供給ステージ３の上方に延出して設けられている。ヘッド移動機構１３を駆動することにより、ピックアップアーム１３ａはＸＹＺ方向に移動するともに、Ｘ方向の軸廻りに回転する。
【００１９】
これにより部品移送ヘッド１４は、部品供給ステージ３から半導体チップ６ａをピックアップして、ユニット集合ステージ４に設けられた中継ステージ１８に移送する動作を行う（矢印ａ）。また必要時には、部品移送ヘッド１４をピックアップ作業位置［Ｐ１］の上方からＸ方向に退避させることが可能となっており、さらにピックアップアーム１３ａを回転させて部品移送ヘッド１４を反転させることにより、ピックアップノズル１４ａに保持した半導体チップ６ａの姿勢を表裏反転させることが可能となっている。ヘッド移動機構１３、ピックアップアーム１３ａおよび部品移送ヘッド１４は、部品供給ステージ３から電子部品を取り出して中継ステージ１８に移送する部品移送機構を構成する。
【００２０】
ユニット集合ステージ４および基板保持ステージ５は、ベースプレート５２の上面に設けられており、ベースプレート５２は基台２の上面に立設された複数の支持ポスト５１によって下方から支持されている。ユニット集合ステージ４の移動テーブル４ａには、ツールストッカ１５、部品回収部１６、較正基準マーク１７、中継ステージ１８および部品認識カメラ２４が集合的に配設されている。ツールストッカ１５には、第１ヘッドユニット１１、第２ヘッドユニット１２に装着される各種の作業ツールを収納する。部品回収部１６は、部品供給ステージ３から取り出された後に、不良部品や混入した異種部品など基板７への実装が不適と判断された部品を廃棄回収する機能を有している。較正基準マーク１７は、Ｘ軸移動機構４０を継続して駆動する際に熱伸縮によって生じる機構的な位置誤差を、上方に配設された第２カメラ２２によって撮像して較正するために設けられた基準マークである。
【００２１】
中継ステージ１８は、部品供給ステージ３と基板保持ステージ５との間に配置され、部品供給ステージ３から部品移送ヘッド１４によって取り出された半導体チップ６ａが載置される載置部１８ａを基部１８ｂ上に固定した構成となっている。中継ステージ１８には中継位置［Ｐ２］が設定されており、第２カメラ２２は中継位置［Ｐ２］に対応して配置されている。Ｘ軸移動機構４０によって中継ステージ１８を移動させることにより、中継ステージ１８に載置された半導体チップ６ａを中継位置［Ｐ２］に位置させて第２カメラ２２によって撮像することができ、これにより中継ステージ１８に載置された半導体チップ６ａの位置が検出される。部品認識カメラ２４は中継ステージ１８に隣接して配置されており、同様にＸ軸移動機構４０を駆動することにより、部品認識カメラ２４を部品認識位置［Ｐ３］に位置させることができる。中継ステージ１８に仮置きされて位置認識の後に取り出された半導体チップ６ａは、部品認識位置［Ｐ３］にて部品認識カメラ２４によって撮像され位置検出が行われる。
【００２２】
基板保持ステージ５は、ＸＹテーブル機構５３上に基板７を保持する基板保持テーブル５ａを設けた構成となっている。基板保持ステージ５には、半導体チップ６ａを基板保持テーブル５ａに保持された基板７に実装するための実装作業位置［Ｐ４］が設定されており、第３カメラ２３は実装作業位置［Ｐ４］に対応して配置されている。第３カメラ２３によって基板７を撮像することにより、基板７に設定された部品実装点７ａの位置が検出される。そしてＸＹテーブル機構５３を駆動することにより、基板保持テーブル５ａは基板７とともにＸＹ方向に水平移動し、基板７に設定された任意の部品実装点７ａを実装作業位置［Ｐ４］に位置させることができる。
【００２３】
次に、第１ヘッドユニット１１、第２ヘッドユニット１２について説明する。図２においてＹ軸フレーム８に設けられたヘッド移動機構９の前面には、第１ヘッドユニット１１および第２ヘッドユニット１２をＹ方向にガイドするための２条のガイドレール９ａが設けられており、これらのガイドレール９ａの間には以下に説明する第１ヘッドユニット１１および第２ヘッドユニット１２をＹ方向に駆動するためのリニアモータを構成する固定子９ｂが配設されている。ガイドレール９ａには図示しないスライダがＹ方向にスライド自在に嵌合しており、このスライダは垂直な移動プレート１１ａ，１２ａの背面に固着さ
れている。
【００２４】
移動プレート１１ａ，１２ａの背面には、固定子９ｂに対向してリニアモータを構成するする可動子（図示省略）が配設されている。これらのリニアモータを駆動することにより、第１ヘッドユニット１１および第２ヘッドユニット１２はガイドレール９ａによってガイドされて、それぞれＹ方向に移動する。移動プレート１１ａ，１２ａの前面には、それぞれ昇降機構１１ｂ，１２ｂが配設されており、昇降機構１１ｂ，１２ｂの前面には昇降プレート１１ｃ，１２ｃが垂直方向にスライド自在に配設されている。昇降機構１１ｂ，１２ｂを駆動することにより、昇降プレート１１ｃ，１２ｃはそれぞれ昇降する。昇降プレート１１ｃには、下部に部品保持ノズル１９ａを備えた部品実装ヘッド１９が着脱自在に装着されており、昇降プレート１２ｃには、２基の塗布ヘッド２０が着脱自在に装着されている。
【００２５】
部品実装ヘッド１９は部品保持ノズル１９ａによって実装対象の電子部品である半導体チップ６ａを保持する機能を有しており、部品移送ヘッド１４によって部品供給ステージ３から取り出され中継ステージ１８上に載置された半導体チップ６ａを部品実装ヘッド１９によって保持して基板７に実装する（矢印ｂ）。すなわち部品実装ヘッド１９が装着された第１ヘッドユニット１１およびヘッド移動機構９は、中継ステージ１８上に前述の部品移送機構によって移送された電子部品を保持して、基板保持ステージ５に位置決めされた基板７に実装する部品実装機構を構成する。
【００２６】
第２ヘッドユニット１２に装着された塗布ヘッド２０は、部品接着用の樹脂接着剤であるペーストを収納したシリンジ２０ａおよびペーストを吐出する塗布ノズル２０ｂを備えている。第２ヘッドユニット１２を基板保持ステージ５に保持された基板７の上方に移動させて、塗布ヘッド２０による塗布動作を行わせることにより、塗布ノズル２０ｂから吐出したペーストを基板７の部品実装点７ａに塗布する（矢印ｃ）。
【００２７】
次に図３、図４、図５を参照して、中継ステージ１８において半導体チップ６ａが載置される載置部１８ａの構成および機能について説明する。本実施の形態では、中継ステージ１８に載置された半導体チップ６ａを保持する手段として、従来装置において用いられていた真空吸着による方法に替えて、シート状の機能性粘着素子である電気レオロジー（ＥＲ）ゲルシート（以下、「ＥＲゲルシート」と略記する。）の粘着力によって、半導体チップ６ａを保持するようにしている。
【００２８】
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、載置部１８ａの上面図、側面図および下面図をそれぞれ示している。図３の各図に示すように、載置部１８ａは、水平な矩形状の保持プレート６０の上面に同様に矩形状の電極基板６１を重ねて配設し、さらに電極基板６１の上面を部分的にＥＲゲルシート６２によって覆った構成となっている。保持プレート６０、電極基板６１の各コーナ部には、それぞれ取り付け孔６０ａ、６１ａが同位置に設けられており、載置部１８ａは取り付け孔６０ａ、６１ａを上方から挿通するボルト（図示省略）によって中継ステージ１８の基部１８ｂ（図２参照）に締結固定される。
【００２９】
ＥＲゲルシート６２は、図５に示すように、シリコーンオイル、塩化ジフェニル、トランスオイルなどの電気絶縁性の粘着性媒体６２ａに、シリカゲル、セルロース、ポリスチレン系イオン交換樹脂などの電気レオロジー（ＥＲ）粒子６２ｂ（以下、「ＥＲ粒子６２ｂ」と略記する。）を分散させたシート状の機能性粘着素子であり、ＥＲ粒子６２ｂに電場を作用させることにより、粘性が変化する特性を有している。ここでは、電場が作用しない通常状態においてＥＲ粒子６２ｂが粘着性媒体６２ａの上面に浮き出るように、また電場を作用させた状態においてＥＲ粒子６２ｂが粘着性媒体６２ａ内に沈み込んで、粘着性媒体６２ａの上面が平滑となるように、ＥＲゲルシート６２の組成が設定されている。
【００３０】
ＥＲゲルシート６２が電極基板６１の上面を覆った状態では、ＥＲゲルシート６２の下面には電極基板６１の上面に配設された１対の電極６６，６７（図４参照）が接触しており、電極６６，６７間に数百ボルト程度の電圧を印加することにより、複数のＥＲ粒子６２ｂは相互に作用する静電引力によって電場方向に配位連結する。これにより、ＥＲゲルシート６２の粘性が変化するとともに、ＥＲ粒子６２ｂは粘着性媒体６２ａの内部において下方に移動して、粘着性媒体６２ａの表面はＥＲ粒子６２ｂが存在しない平滑な状態となる。
【００３１】
図４は、図３（ｂ）におけるＸ−Ｘ矢視、すなわちＥＲゲルシート６２を除去した状態の電極基板６１を示している。電極基板６１の上面には、１対の電極６６、６７がＹ方向（図４において左右方向）に対向して配設されている。電極６６、６７は、銅膜などの金属膜を電極基板６１の上面にエッチングなどの方法によってパターニングして形成されており、それぞれ接続用の環状端子６６ａ、６７ａ、基部６６ｂ、６７ｂ、電極部材６６ｃ、６７ｃより構成される。
【００３２】
開孔部を有する形状の接続用の環状端子６６ａ、６７ａは、電極基板６１のＹ方向の両側端部に設けられた端子孔６１ｂに開孔部を一致させて配置されており、図３（ｂ）に示すように、電圧印加用の端子６３を電極基板６１の下面とナット６５との間に挟み込んだ状態で、導通ボルト６４とナット６５とを締結することにより、電極６６、６７は、図４に示す電圧印加部７１と電気的に接続される。ここでは電極６６が正側に、電極６７が負側に接続される。保持プレート６０の下面において端子６３、ナット６５が取り付けられる位置には、下面を部分的に切り欠いた逃がし部６０ｂが設けられており、ナット６５が保持プレート６０の下面から突出しないようになっている。
【００３３】
電圧印加部７１は、図５に示すように、電圧を発生する電源装置７１ａおよび電圧印加回路を断接する開閉スイッチ７１ｂを備えており、電源装置７１ａを作動させた状態で開閉スイッチ７１ｂを開閉することにより、電極６６、６７への電圧印加がＯＮ／ＯＦＦされる。電圧印加部７１は、制御部７２によって制御され、電極６６、６７へ印加される電圧値の調整や電圧印加のＯＮ／ＯＦＦが制御される。これにより、ＥＲゲルシート６２によって半導体チップ６ａを保持する粘着力が制御される。すなわち、電圧印加部７１は、１対の電極６６，６７間に電圧を印加することにより、ＥＲ粒子６２ｂに電場を作用させる。そして制御部７２は、電圧印加部７１を制御することにより載置面６２ｃにおいてＥＲゲルシート６２によって半導体チップ６ａを保持する粘着力を制御する。
【００３４】
環状端子６６ａ、６７ａはそれぞれＸ方向（図４において下方向）に細長の柵形状で設けられた基部６６ｂ、６７ｂと連結されており、さらに基部６６ｂ、６７ｂからは、それぞれ電極基板６１の内側方向に向かって複数の櫛歯状の電極部材６６ｃ、６７ｃが延出して設けられている。ここで、電極部材６６ｃと電極部材６７ｃとは、相互が隣接して正側と負側が常に対となるように、互い違いに組み合わせて配置されている。そしてＥＲゲルシート６２は、基部６６ｂ、６７ｂ、電極部材６６ｃ、６７ｃの上面を覆う形で電極基板６１に貼着され、ＥＲゲルシート６２が上方に露呈された上面は、載置部１８ａに載置された半導体チップ６ａを粘着力によって保持する載置面６２ｃとして機能する。
【００３５】
すなわち上記構成において、中継ステージ１８において半導体チップ６ａが載置される載置部１８ａは、電気絶縁性の粘着性媒体６２ａにＥＲ粒子６２ｂを分散させたシート状のＥＲゲルシート６２の上面を露呈させた載置面６２ｃと、ＥＲゲルシート６２に接触して配設された１対の電極６６，６７とを有する形態となっている。さらに載置部１８ａは、水平な保持プレート６０の上面に電極基板６１を介して配設された１対の電極６６，６７を、ＥＲゲルシート６２によって覆って構成され、１対の電極６６、６７は、それぞれ
基部６６ｂ、６７ｂから延出して設けられた複数の櫛歯状の電極部材６６ｃ、６７ｃを同一平面内で互い違いに組み合わせて配列されている。なお、１対の電極の構成としては、本実施の形態に示すように複数の櫛歯状の電極部材６６ｃ、６７ｃを組み合わせる形態以外にも、渦巻き状の２つの電極パターンを同心状に組み合わせる形態など、各種の平面幾何形状のものを用いることができる。
【００３６】
次に図５を参照して、載置部１８ａの部品保持機能を説明する。まず、図５（ａ）は、開閉スイッチ７１ｂが開状態となって、電極部材６６ｃ、６７ｃの間に電圧が印加されていない状態を示している。この状態では、ＥＲゲルシート６２を構成するＥＲ粒子６２ｂが粘着性媒体６２ａの上面、すなわち載置面６２ｃに浮き出た形となっており、載置面６２ｃは平滑な粘着性媒体６２ａの表面が本来有する粘着力を失う。このため、載置部１８ａに載置された半導体チップ６ａには、載置面６２ｃによる保持力が及ばない。
【００３７】
これに対し図５（ｂ）は、開閉スイッチ７１ｂが閉状態となって、電極部材６６ｃ、６７ｃの間に電源装置７１ａによって発生した電圧が印加されている状態を示している。この状態では、電極部材６６ｃ、６７ｃの間に生じる電場ＥがＥＲゲルシート６２内のＥＲ粒子６２ｂに作用し、ＥＲ粒子６２ｂには分極が生じる。そしてこの分極によりＥＲ粒子６２ｂ相互に作用する静電引力によって、ＥＲ粒子６２ｂは電場方向に配位連結する。これにより、ＥＲ粒子６２ｂは粘着性媒体６２ａの内部において下方に移動して、粘着性媒体６２ａの表面から浮き出ていたＥＲ粒子６２ｂは粘着性媒体６２ａ内に沈み込み、載置面６２ｃは平滑な粘着性媒体６２ａの表面が本来有する粘着力を回復する。このため、載置部１８ａに載置された半導体チップ６ａには載置面６２ｃによる保持力が及び、半導体チップ６ａの位置が固定される。
【００３８】
次に図６を参照して、中継ステージ１８への半導体チップ６ａの載置動作における部品移送ヘッド１４の昇降動作、中継ステージ１８からの半導体チップ６ａの取り出し動作における部品実装ヘッド１９の昇降動作と、載置部１８ａの部品保持動作との時系列的関連について説明する。図６において、タイミングｔ１は、部品供給ステージ３から半導体チップ６ａをピックアップした部品移送ヘッド１４が中継ステージ１８の直上に到達し、下降を開始するタイミングを示している。この後、部品移送ヘッド１４は高速で下降し、タイミングｔ２にて下降速度を低速に切り換えた後、タイミングｔ３にて半導体チップ６ａを載置部１８ａの載置面６２ｃに着地させる。
【００３９】
次いで、半導体チップ６ａを載置面６２ｃに押し付けた状態を保持した後、タイミングｔ４にて部品移送ヘッド１４は半導体チップ６ａを載置面６２ｃに残置した状態で上昇する。そしてこのタイミングｔ４に同期して、電圧印加部７１による電圧印加をＯＮ状態にする。これにより、載置面６２ｃは図５（ｂ）に示す状態となり、部品移送ヘッド１４によって載置された半導体チップ６ａは、粘着性媒体６２ａの粘着力によって載置面６２ｃに保持される。
【００４０】
この後、部品実装ヘッド１９による半導体チップ６ａの取り出しが実行される。すなわち、タイミングｔ５は、部品実装ヘッド１９が中継ステージ１８の直上に到達し、下降を開始するタイミングを示している。この後部品実装ヘッド１９は高速で下降し、タイミングｔ６にて下降速度を低速に切り換えた後、タイミングｔ７にて載置部１８ａの載置面６２ｃに保持された状態の半導体チップ６ａの上面に部品保持ノズル１９ａを当接させる。そしてこのタイミングｔ７に同期して、電圧印加部７１による電圧印加をＯＦＦ状態にする。これにより、載置面６２ｃは図５（ａ）に示す状態となり、粘着性媒体６２ａの粘着力による保持が解除された状態となる。次いで、半導体チップ６ａを部品保持ノズル１９ａによって吸着保持した後、タイミングｔ８にて部品実装ヘッド１９は半導体チップ６ａとともに載置面６２ｃから上昇する。
【００４１】
なお図６に示す例では、タイミングｔ４〜タイミングｔ７の間だけ電圧印加をＯＮ状態とするようにしているが、この例は電圧印加が必須とされる最小の時間帯を示しており、この時間帯を先行または遅延させる形でＯＮ／ＯＦＦのタイミングを設定してもよい。すなわち、電圧印加をＯＮするタイミングは、タイミングｔ４に先行したタイミングであってもよく、また電圧印加をＯＦＦするタイミングは、タイミングｔ８において電圧印加がＯＦＦとなっていれば、タイミングｔ７から遅延したタイミングであってもよい。
【００４２】
上記説明したように、本発明の電子部品実装装置１は、部品供給ステージ３から取り出された半導体チップ６ａを仮置きする中継ステージ１８において半導体チップ６ａが載置される載置部１８ａを、電気絶縁性の粘着性媒体６２ａにＥＲ粒子６２ｂを分散させたＥＲゲルシート６２の上面を露呈させた載置面６２ｃと、ＥＲゲルシート６２に接触して配設された１対の電極６６，６７とを有する構成とし、１対の電極間６６，６７に電圧を印加することによりＥＲ粒子６２ｂに電場を作用させる電圧印加部７１を制御して載置面６２ｃにおいてＥＲゲルシート６２によって半導体チップ６ａを保持する粘着力を制御するようにしたものである。
【００４３】
この構成により、対象とする半導体チップ６ａの形状やサイズに関係なく、載置面６２ｃの全面に亘って保持力を確保することが可能となっている。したがって真空吸着によって電子部品を保持する従来技術における問題点、すなわち部品種のサイズに応じて吸着孔が配置された専用の中継ステージを部品種毎に準備する必要があって、設備費用のコストアップを招くという難点が解消される。これにより、サイズの異なる複数品種の半導体チップ６ａを対象として安定して吸着保持が可能な中継ステージ１８を備え、多品種対応性に優れた電子部品実装装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の電子部品実装装置は、サイズの異なる複数品種の電子部品を対象として安定して吸着保持が可能な中継ステージを備え、多品種対応性に優れるという特徴を有し、リードフレームなどの基板に半導体チップなどの電子部品を実装する分野に利用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 電子部品実装装置
３ 部品供給ステージ
５ 基板保持ステージ
６ａ半導体チップ
７ 基板
９、１３ ヘッド移動機構
１４ 部品移送ヘッド
１８ 中継ステージ
１８ａ 載置部
１９ 部品実装ヘッド
６０ 保持プレート
６１ 電極基板
６２ ＥＲゲルシート
６２ａ 粘着性媒体
６２ｂ ＥＲ粒子
６２ｃ 載置面
６６、６７ 電極
６６ｂ、６７ｂ 基部
６６ｃ、６７ｃ 電極部材
７１ 電圧印加部
７２ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品供給部から取り出した電子部品を基板位置決め部に位置決めされた基板に実装する電子部品実装装置であって、
前記基板位置決め部と前記部品供給部との間に配置され前記部品供給部から取り出された電子部品が載置される中継ステージと、前記部品供給部から前記電子部品を取り出して前記中継ステージに移送する部品移送機構と、前記中継ステージ上に前記部品移送機構によって移送された電子部品を保持して前記基板位置決め部に位置決めされた前記基板に実装する部品実装機構とを備え、
前記中継ステージにおいて前記電子部品が載置される載置部は、電気絶縁性の粘着性媒体に電気レオロジー粒子を分散させたシート状の機能性粘着素子の上面を露呈させた載置面と、前記機能性粘着素子に接触して配設された１対の電極とを有し、
さらに前記１対の電極間に電圧を印加することにより前記電気レオロジー粒子に電場を作用させる電圧印加部と、前記電圧印加部を制御することにより前記載置面において前記機能性粘着素子によって電子部品を保持する粘着力を制御する制御部とを備えたことを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項２】
前記載置部は、水平な保持プレートの上面に配設された前記１対の電極を前記シート状の機能性粘着素子によって覆って構成され、前記１対の電極は、それぞれ基部から延出して設けられた複数の櫛歯状の電極部材を同一平面内で互い違いに組み合わせて配列されていることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装装置。
【請求項１】
部品供給部から取り出した電子部品を基板位置決め部に位置決めされた基板に実装する電子部品実装装置であって、
前記基板位置決め部と前記部品供給部との間に配置され前記部品供給部から取り出された電子部品が載置される中継ステージと、前記部品供給部から前記電子部品を取り出して前記中継ステージに移送する部品移送機構と、前記中継ステージ上に前記部品移送機構によって移送された電子部品を保持して前記基板位置決め部に位置決めされた前記基板に実装する部品実装機構とを備え、
前記中継ステージにおいて前記電子部品が載置される載置部は、電気絶縁性の粘着性媒体に電気レオロジー粒子を分散させたシート状の機能性粘着素子の上面を露呈させた載置面と、前記機能性粘着素子に接触して配設された１対の電極とを有し、
さらに前記１対の電極間に電圧を印加することにより前記電気レオロジー粒子に電場を作用させる電圧印加部と、前記電圧印加部を制御することにより前記載置面において前記機能性粘着素子によって電子部品を保持する粘着力を制御する制御部とを備えたことを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項２】
前記載置部は、水平な保持プレートの上面に配設された前記１対の電極を前記シート状の機能性粘着素子によって覆って構成され、前記１対の電極は、それぞれ基部から延出して設けられた複数の櫛歯状の電極部材を同一平面内で互い違いに組み合わせて配列されていることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１２４３０４（Ｐ２０１１−１２４３０４Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７９１５１（Ｐ２００９−２７９１５１）
【出願日】平成２１年１２月９日（２００９．１２．９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月９日（２００９．１２．９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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