JP5083221B2 - パレット自動交換装置 - Google Patents

Description

本発明は、ダイボンディング装置等に用いられるダイ供給用のパレットを自動交換する装置に関する。

ダイボンディング装置はウェハシートから剥ぎ取ったダイを熱圧着等によって基板に実装するボンディングを行っている。ウェハシートは柔軟性に富み、そのままでは取り扱いが不便であるため、ボンディング装置ではパレットと呼ばれる環状の剛体に装着された状態で取り扱われている。特許文献１にはボンディング装置におけるパレットの使用例が開示されており、ここでは、パレット収納マガジンに予め複数のパレットを収納しておき、使用中のパレットのダイを使いきったり、別品種のダイをボンディングしたい場合などに収納した別のパレットと交換することができるようになっている。
特開平４−１９６１４８号公報

特許文献１に開示された装置は、パレットの交換に係る機構として直動アームを備え、パレットに係合させたアームを直線移動させることでパレットを移動させている。しかしアームの直線移動のみでパレットの交換を行う場合、アームの移動速度がパレットの移動速度となるため、直動機構上の制約から交換時間の短縮には限界がある。また、交換のみにしか用いることのない直動機構を備え、直動アームの移動のための空間を確保することは装置全体の大型、高コスト化を招くという問題がある。

本発明は、小型化と交換時間の短縮を実現したパレット自動交換装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載のパレット自動交換装置は、パレットマガジンのパレット出し入れ側に配置されたパレット固定テーブルと、パレット固定テーブルをパレットの出し入れ方向及びこれと直交する方向に移動させる第１の直動テーブル及び第２の直動テーブルと、パレット固定テーブルの上部であってパレットマガジンの側部に水平旋回可能に配置されて駆動源により水平旋回する第１のパレット固定部と、パレット固定テーブルの上部であってパレットマガジン１の第１のパレット固定部よりも遠い側部に配置された第２のパレット固定部とを備え、第１のパレット固定部はパレットの一端を片持ちの状態で保持してパレットマガジンからパレットを取り出し、かつ水平旋回してパレットマガジンから取り出されたパレットの向きを１８０度変換してパレットの他端側を第２のパレット固定部に相対させるものであり、また第２のパレット固定部はパレット側に移動して、第１のパレット固定部と第２のパレット固定部によってパレットをパレット固定テーブル上に両持ちして固定するものであり、またパレットは、ウェハシートを保持するウェハリングが固定されるパレット回転部と、パレット回転部が回転自在に装着されるパレット基部とから成り、パレット基部は、パレットをパレットマガジンに収納した状態でパレット固定テーブル側に水平に突出する突起部を有し、また第１のパレット固定部は突起部を挿嵌する陥没部を有し、突起部は、先端方向に向けて縮径する錐体部と、錐体部の先に形成された小径の部位と、その先に形成された大径部位とを有し、また陥没部は錐体部の外周面と同形の内周面が形成され、内周面の奥には突起部の大径部位と係合する球状の部材から成る係合子を備え係合子によって大径部位を係止した状態でピストンロッドにより突起部の挿入方向に移動し、錐体部の外周面と陥没部の内周面とを密着させることによりパレットを第１のパレット固定部に固定する係止部材を有する。

本発明によれば、パレット交換に際して直線移動の他に水平旋回を行うことでパレットの直線移動距離を短縮化することができ、従来の装置に比べて装置全体の簡素化および小
型化が実現できる。またパレットの直線移動と旋回を同時に行うことができるので、パレット交換に要する時間を短縮することができる。

またパレットは複数の突起部を有し、それぞれパレット固定部の陥没部に係合させることで複数の箇所で固定されるので、位置決めの精度や再現性がよい。

さらに突起部の錐体部の錐体部の外周面と陥没部に内周面を密着させてパレットを固定することで、移動や旋回中に慣性力や遠心力が作用してもパレットの位置がずれることなく強固に保たれる。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態のパレット自動交換装置の平面図、図２は本発明の実施の形態のパレット自動交換装置の側面図、図３はパレット位置決め機構の説明図、図４は第１のパレット固定部によってパレットを固定する機構の説明図、図５はウェハリングの平面図、図６はパレット基部の平面図、図７はパレット回転部の平面図、図８はパレット全体の平面図、図９はパレット回転部にウェハリングを装着する機構の説明図、図１０はパレット基部にパレット回転部を装着する機構の説明図、図１１はパレット回転部の回転を規制する機構の説明図、図１２は第２のパレット固定部によってパレットを固定する機構の説明図、図１３は第２のパレット固定部によってパレットを固定する機構の説明図、図１４は第２のパレット固定部によってパレットを固定する機構の説明図、図１５は第２のパレット固定部によってパレットを固定する機構の説明図、図１６はパレットの自動交換工程の説明図、図１７はパレットの自動交換工程の説明図、図１８はパレットの自動交換工程の説明図、図１９はパレットの自動交換工程の説明図、図２０はパレットの自動交換工程の説明図である。

最初にパレット自動交換装置について説明する。図１、図２において、パレットマガジン１は上下方向に区分けされた複数のパレット収納室２を備え、各パレット収納室２にパレット３が一個ずつ収納されている。最上層のパレット収納室２は収納されていたパレット３が取り出されて空室となっている。パレットマガジン１は昇降装置４によって上下に移動可能であり、パレットを取り出すときには取り出したいパレット３を収納したパレット収納室２を所定の高さに位置決めし、取り出したパレット３を収納するときには空室となっているパレット収納室２を所定の高さに位置決めする。

パレットマガジン１には収納された各パレット３の位置を横方向（パレット３の出し入れ方向に直交する方向）に規制するパレット位置決め機構５と、パレット３がマガジン内から飛び出さないように前後方向（パレット３の出し入れ方向）に押さえ付けるパレット飛び出し防止機構６が備わっている。

パレット位置決め機構５はパレットマガジン１に収納された各パレット３の両側面に爪７を接触させることで横方向の位置決めを行う。パレットマガジン１の両側方には鉛直方向に立てられた回転軸８が２つずつ配置されており、各回転軸８にはパレットマガジン１に収納された各パレット３と同じ高さになる位置に爪７が装着されている。爪７は回転軸８に偏心した位置で装着されており、回転軸８の回転によって各パレット３の両側面に接触するようになっている。パレットマガジン１はパレット出し入れ側以外の３つの側面は閉鎖されているが、両側面には爪７がパレット３に接触できる程度の開口９が形成されている。

パレットマガジン１の上部には回転軸８を回転させる駆動源となるシリンダ１０が配置されている。シリンダ１０はピストンロッド１１を伸縮させることでリンク部１２を介して回転軸８を所定の角度だけ回転させる。ピストンロッド１１が縮まった状態では爪７は
パレット３の両側面と接触し、パレット３の横方向への移動を規制して所定の位置に位置決めする（図３ａ参照）。これに対しピストンロッド１１が伸びた状態では爪７はパレット３の両側面から離れ、パレット３は規制を解かれた状態となる（図３ｂ参照）。この状態においてパレット３をパレットマガジン１から取り出すことが可能であり、またパレット３をパレットマガジン１に収納することが可能である。

パレット飛び出し防止機構６はパレットマガジン１に収納された各パレット３の端部に係合部材１３を接触させることで前後方向における移動を規制し、マガジン内に固定して飛び出しを防止する。ストップ部１３は鉛直方向に立てられた棒状の部であり、回転軸１４を中心として回動し、パレットマガジン１のパレット出し入れ側の前面で各パレット３の端部に接触する位置と、この前面からパレットマガジン１の両側面側に退避した位置とに移動する。パレットマガジン１の下部に係合部材１３を移動させる駆動源となるシリンダ機構１５が配置されている。シリンダ機構１５の直線運動は図示しないリンク機構を介して係合部材１３の回動に変換される。

パレット固定テーブル２０はパレットマガジン１から取り出したパレット３を固定する場であり、パレットマガジン１のパレット出し入れ側に配置されている。パレット固定テーブル２０は２つの直動テーブル２１、２２によって水平移動可能であり、パレット３を固定するためのパレット固定部２３、２４を備えている。第１の直動テーブル２１はボールねじ機構２５によってパレット固定テーブル２０をパレット３の出し入れ方向に移動させる。第２の直動テーブル２２はボールねじ機構２６によってパレット固定テーブル２０をパレット３の出し入れ方向と直交する方向に移動させる。

図１に示すように、第１のパレット固定部２３はパレット固定テーブル２０の上部であってパレットマガジン１の側部に水平旋回可能に配置されている。第１のパレット固定部２３はパレット３の端部に水平方向に並設されている２つの突起部１６を挿嵌する２つの陥没部１７を備えている。第１のパレット固定部２３はパレット固定テーブル２０に回転軸２７によって枢支されており、モータ２８を駆動源として水平に旋回することで向きを変えることが可能である。

第２のパレット固定部２４はパレット固定テーブル２０の上部であってパレットマガジン１の第１のパレット固定部２３よりも遠い側部に配置されている。第２のパレット固定部２４はパレット３の第１のパレット固定部２３によって固定された側の反対側を固定する。パレットマガジン１から取り出されたパレット３は、第１のパレット固定部２３と第２のパレット固定部２４によって前後側を固定されることでパレット固定テーブル２０の所定の位置に水平に固定される。

ピックアップ装置３０とエジェクタ装置３１はパレット３から電子部品３２を取り出す機能を有する。パレット３には中央部に上下に貫通する空間が形成されており、この空間の上方にウェハシート５４に貼り付けられた電子部品３２が位置している。図中の破線で示した位置が電子部品３２のピックアップ位置であり、パレット固定テーブル２０の移動によってこの位置に位置決めされた電子部品３２は、下方からエジェクタ装置３１のピン３１ａによって突き上げられ、上方からピックアップ装置３０のノズル３４によって吸着されることでパレット３からピックアップされる。

カメラ３５はピックアップ位置に位置決めされた電子部品３２を撮像する。撮像によって得られた電子部品３２の画像データは電子部品３２を基板３６に搭載する際に用いられる。電子部品３２の向きが傾いている場合にはノズル３４の回転によって補正し、位置ずれについては基板３６を支持する基板テーブル３７を移動することで補正する。

次に第１のパレット固定部２３の陥没部１７とパレット３の突起部１６とを係合させる
機構について説明する。図４（ａ）において突起部１６はパレット３の端部から水平に突出しており、先端方向に向けて縮径する錐体状の部位（錐体部）４０が形成されている。錐体部４０の先には錐体部４０の最も先端側の細い部分よりさらに小径の部位４１が形成され、その先には小径部位４１より大径の部位４２が形成されている。

第１のパレット固定部２３の陥没部１７には錐体部４０の外周面と同形の内周面４３が形成されている。内周面４３の内部空間は大径側が外部に開口している。内周面４３のさらに奥には突起部１６の挿入方向に移動可能な係止部材４４が配置されている。この係止部材４４は突起部１６の大径部位４２と係合する係合子４５を備えている。係止部材４４は係合子４５によって大径部位４２を係止した状態で突起部１６の挿入方向に移動し、錐体部４０の外周面と第１のパレット固定部２３の内周面４３とを完全に密着させるものである。錐体部４０の外周面と内周面４３とが完全に密着することでパレット３は第１のパレット固定部２３に強固に固定される。

係合子４５は球状の部材であり、係止部材４４に形成されている２つの孔にそれぞれ移動自在に挿入されている。内周面４３のさらに奥の空間には突起部１６の挿入方向に縮径するテーパ部４６が形成されている。係止部材４４を移動させると係合子４５はテーパ部４６に沿って内側に移動し、大径部位４２にテーパ部４６とは逆方向に傾いて形成されているテーパ部４７に係合する（図４ｂ参照）。

係止部材４４は水平方向に伸縮するピストンロッド４８によって移動し、ピストンロッド４８を縮めると大径部位４２を係止してパレット３を固定し、ピストンロッド４８を伸ばすと係止が解除され、パレット３の固定が解除される。またこの状態において陥没部１７に突起部１６を挿入することができ、第１のパレット固定部２３でパレット３を固定することができる。

次にパレット３の構造について説明する。パレット３は、ウェハリング５０（図５参照）とパレット基部５１（図６参照）とパレット回転部５２（図７参照）とで構成されている。ウェハリング５０は環状の剛体のリングフレーム５３で柔軟性を有するウェハシート５４を保持したものである。ウェハシート５４は粘着性を有する表面に複数の電子部品３２に個片化された半導体ウェハが貼り付けられている。ウェハリング５０はパレット回転部５２の上に固定され、パレット回転部５２はパレット基部５１の上にパレット基部５１に対して回転自在に装着される。

パレット基部５１の端部には前記の突起部１６が配置され、これと対向する側には切欠部４９が形成されている。図１及び図２に示すように、突起部１６は、パレット３をパレットマガジン１に収納した状態でパレット固定部２０側に水平に突出する。パレット基部５１は、突起部１６が第１のパレット固定部２３と係合し、切欠部４９が第２のパレット固定部２４と係合することでパレット固定テーブル２０に固定される。

パレット回転部５２の上面にはリングフレーム５３の中空部より小径のリング部５５が配置され、リング部５５の外側に４つの係合部材５６が等間隔で配置されている。リング部５５の内側は上下に貫通する空間となっている。係合部材５６は指掛け部５７とストッパ５８からなり、軸５９によってパレット回転部５２に枢支されている。ストッパ５８は軸５９よりリング部５５に近いところを軸５９を中心にパレット回転部５２と平行に回動する。ウェハリング５０はウェハシート５４がリング部５５に接触するようにパレット回転部５２に重ねられ、係合部材５６によってリングフレーム５３が固定される（図８、図９参照）。このときリングフレーム５３はリング部５５の上端より少し下がった位置まで押し下げられるので、リングフレーム５３の内側でウェハシート５４が延展する。これによりウェハシート５４に貼着されている電子部品３２の間隔が広がるので、ピックアップのときに隣の電子部品３２との干渉を避けることができる。

パレット基部５１の中央は上下に貫通する空間となっている。この空間の周囲に３つのローラ６０が等間隔で配置されている。パレット回転部５２のリング部５５の外周にはローラ６０の外周と係合する溝が形成されたローラ受け部６１が配置されている（図１０参照）。ローラ受け部６１に３つのローラ６０が係合することによってパレット回転部５２はパレット基部５１の上に若干のクリアランスをもって装着されている。パレット回転部５２は３つのローラ６０のみによって支持されているだけであり、パレット基部５１に対して回転自在である。

次にパレット基部５１に対するパレット回転部５２の回転を規制するための構造について図１１を参照して説明する。パレット基部５１にはローラ受け部６１の内周側に位置する係合部材６２が配置されている。係合部材６２は圧縮バネ６３の弾性力によってローラ受け部６１の内周面に押し当てられている。係合部材６２にはローラ受け部６１の内周に面する小さな孔６４が形成されており、ローラ受け部６１の内周面に形成された小さな突起６５が孔６４の内側に収まっている。この状態では突起６５の動きは孔６４によって制限されるので、パレット回転部５２はパレット基部５１に対して回転不可能な状態になる（図１１ａ参照）。

パレット基部５１の端部には係合部材６２と連結された押し釦６６が配置されている。この押し釦６６を押すことで係合部材６２は弾性力に抗して移動し、ローラ受け部６１の内周面から離れ、これによりパレット回転部５２はパレット基部５１に対して自由に回転することができるようになる（図１１ｂ参照）。

次に第２のパレット固定部２４について図１２、図１３、図１４を参照して説明する。第２のパレット固定部２４はパレット基部５１に２箇所設けられた切欠部４９と係合する係合部７０を備えている。２つの切欠部４９は離れた位置に同じ高さに設けられている。係合部７０はそれぞれの切欠部４９と対応して２箇所同じ高さに設けられている。

第２のパレット固定部２４の下面にはスライダ７１が配置されている。このスライダ７１はパレット固定テーブル２０の上面に配置されたレール７２に装着されている。第２のパレット固定部２４はピストンロッド７３の伸縮によってレール７２に沿って直線移動する。第２のパレット固定部２４は第１のパレット固定部２３側に移動したときにパレット基部５１を固定し（図１２）、反対側に移動したときにパレット基部５１の固定を解除する（図１３）。

図１４は係合部７０と切欠部４９とが係合した状態を側面図で示している。切欠部４９には断面円形のピン７４が横向きに装着されている。係合部７０の先端はピン７４を上下に挟むＶ字型の溝７５が形成されており、第２のパレット固定部２４が第１のパレット固定部２３側に移動したときにＶ字溝７５がピン７４と接触するようになっている（図１４ａ）。係合部７０は圧縮ばね７６によって第２のパレット固定部２４から離れる側に付勢されており、接触したそれぞれのピン７４をＶ字溝７５の最奥部に押し付けてパレット基部５１を水平に固定する（図１４ｂ）。

次にパレット回転部５２を回転させるための機構について説明する。図７においてパレット回転部５２には円弧型の従動ギヤ８０が備わっている。図１２において第２のパレット固定部２４には、従動ギヤ８０と螺合する駆動ギヤ８１と、駆動ギヤ８１と螺合する主動ギヤ８２が備わっている。第２のパレット固定部２４がパレット基部５１を固定したときに駆動ギヤ８１が従動ギヤ８０に係合するようになっている。主動ギヤ８２はモータ８３によって駆動し、駆動ギヤ８１を経て従動ギヤ８０に駆動力を伝達する。モータ８３の駆動制御によりパレット回転部５２の回転角を調整することができる。

第２のパレット固定部２４にはパレット回転部５２の回転角を規制する機構が備わっている。第２のパレット固定部２４には駆動ギヤ８１を挟んだ位置に一対の光センサ８４、８５が配置され、パレット回転部５２に装着されている遮光プレート８６（図７）を検出するようになっている。パレット回転部５２の回転に伴って移動する遮光プレート８６が光センサ８４、８５から発せられる光と干渉するとモータ８３の駆動停止によりパレット回転部５２の回転が停止する。

さらに第２のパレット固定部２４にはパレット基部５１の押し釦６６を押すための係合解除部材８７が備わっている。係合解除部材８７は、図１５に示すように駆動ギヤ８１と従動ギヤ８０が互いの刃先が干渉し合うような位置まで第２のパレット固定部２４が移動したときに始めて押し釦６６に接触するように配置されている。これにより係合部材６２による係合が解除されたときには駆動ギヤ８１と従動ギヤ８０が互いに係合した状態になるので、不意にパレット回転部５２が回転してしまうことを防止することができる。

次にパレットの自動交換について説明する。ここではパレットマガジン１から取り出したパレット３をパレット固定テーブル２０に固定するまでの工程について図面を参照しながら説明を行う。最初に図１６に示すように、第１のパレット固定部２３を取り出し予定のパレット３の突起部１６に相対させる。パレット自動交換装置の動作としては、第１のパレット固定部２３の水平旋回（矢印ａ）とパレット固定テーブル２０の水平移動（矢印ｂ、ｃ）によって両者の水平方向の位置合わせを行い、パレットマガジン１の上下移動によって両者の高さ方向に位置合わせを行う。またパレット３は、パレット位置決め機構５によってパレットマガジン１内で横方向に動かないように位置決めがなされた状態にあり、さらにパレット飛び出し防止機構６によってパレットマガジン１内から飛び出さないように前後方向への移動が規制された状態にある。

そして図１７に示すように、パレット固定テーブル２０をパレット３に向けて水平移動させ、第１のパレット固定部２３を２つの突起部１６に係合させる。その後図１８に示すように、パレット位置決め機構５とパレット飛び出し防止機構６によるパレット３の移動規制を解除した後にパレット固定テーブル２０を水平移動させ、パレットマガジン１からパレット３を取り出す。このときパレット３は一端を第１のパレット固定部２３によって固定された片持ちの状態で保持されている。

パレットマガジン１内からパレット３が完全に取り出されると、第１のパレット固定部２３が水平旋回し、図１９に示すようにパレット３の向きを１８０度変換する。この向き変換によってパレット３の他端側（第１のパレット固定部２３で固定されていない側）が第２のパレット固定部２４と相対する位置関係となる。その後、第２のパレット固定部２４が図２０に示すようにパレット３側に移動し、パレット３の端部と係合してパレット３を他端側から固定する。同時に駆動ギヤ８１が従動ギヤ８０と螺合し、パレット回転部５２の回転が可能な状態となる。このときパレット３は第１のパレット固定部２３と第２のパレット固定部２４によって対向する側を両持ちされた状態でパレット固定テーブル２０上に固定される。

以上の説明したパレット自動交換装置の利点としては、まず、パレット交換に際して直線移動の他に水平旋回を行うことでパレットの直線移動距離を短縮化することができ、従来の装置に比べて装置全体の簡素化および小型化が実現できることが挙げられる。またパレットの直線移動と旋回を同時に行うことができるので、パレット交換に要する時間を短縮することができる。それから、パレットは複数の突起部を有し、それぞれパレット固定部の陥没部に係合させることで複数の箇所で固定されるので、位置決めにおける精度や再現性がよい。さらに、突起部の錐体部の錐体部の外周面と陥没部に内周面を密着させてパ
レットを固定することで、移動や旋回中に慣性力や遠心力が作用してもパレットの位置はずれることなく強固に保たれる。

また、パレットは片持ちされた状態で移動するため、自重により固定されていない側が垂下する場合がありうるが、パレット固定テーブル上では両持ちの状態で固定されるので水平に保たれる。両持ちで固定されたパレットはパレット固定テーブルの移動の際にも振動や位置ずれが効果的に抑えられるので、電子部品の位置決め精度が向上することになる。

本発明は、複数のパレットを交換しながら用いてチップの搭載を行うマルチチップボンダ等に特に有用である。

本発明の実施の形態のパレット自動交換装置の平面図 本発明の実施の形態のパレット自動交換装置の側面図 パレット位置決め機構の説明図 第１のパレット固定部によってパレットを固定する機構の説明図 ウェハリングの平面図 パレット基部の平面図 パレット回転部の平面図 パレット全体の平面図 パレット回転部にウェハリングを装着する機構の説明図 パレット基部にパレット回転部を装着する機構の説明図 パレット回転部の回転を規制する機構の説明図 第２のパレット固定部によってパレットを固定する機構の説明図 第２のパレット固定部によってパレットを固定する機構の説明図 第２のパレット固定部によってパレットを固定する機構の説明図 第２のパレット固定部によってパレットを固定する機構の説明図 パレットの自動交換工程の説明図 パレットの自動交換工程の説明図 パレットの自動交換工程の説明図 パレットの自動交換工程の説明図 パレットの自動交換工程の説明図

１ パレットマガジン
３ パレット
１６ 突起部
１７ 陥没部
２０ パレット固定テーブル
２３ 第１のパレット固定部
２４ 第２のパレット固定部
２５ ボールねじ機構
２７ 回転軸
２８ モータ
４０ 錐体部
４３ 内周面

Claims (1)

1. パレットマガジンのパレット出し入れ側に配置されたパレット固定テーブルと、パレット固定テーブルをパレットの出し入れ方向及びこれと直交する方向に移動させる第１の直動テーブル及び第２の直動テーブルと、パレット固定テーブルの上部であってパレットマガジンの側部に水平旋回可能に配置されて駆動源により水平旋回する第１のパレット固定部と、パレット固定テーブルの上部であってパレットマガジン１の第１のパレット固定部よりも遠い側部に配置された第２のパレット固定部とを備え、
   第１のパレット固定部はパレットの一端を片持ちの状態で保持してパレットマガジンからパレットを取り出し、かつ水平旋回してパレットマガジンから取り出されたパレットの向きを１８０度変換してパレットの他端側を第２のパレット固定部に相対させるものであり、また第２のパレット固定部はパレット側に移動して、第１のパレット固定部と第２のパレット固定部によってパレットをパレット固定テーブル上に両持ちして固定するものであり、
   またパレットは、ウェハシートを保持するウェハリングが固定されるパレット回転部と、パレット回転部が回転自在に装着されるパレット基部とから成り、
   パレット基部は、パレットをパレットマガジンに収納した状態でパレット固定テーブル側に水平に突出する突起部を有し、また第１のパレット固定部は突起部を挿嵌する陥没部を有し、
   突起部は、先端方向に向けて縮径する錐体部と、錐体部の先に形成された小径の部位と、その先に形成された大径部位とを有し、また陥没部は錐体部の外周面と同形の内周面が形成され、内周面の奥には突起部の大径部位と係合する球状の部材から成る係合子を備え係合子によって大径部位を係止した状態でピストンロッドにより突起部の挿入方向に移動し、錐体部の外周面と陥没部の内周面とを密着させることによりパレットを第１のパレット固定部に固定する係止部材を有することを特徴とするパレット自動交換装置。

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