JP6040382B2 - 実装装置 - Google Patents

Description

本発明は、実装装置の構造に関する。

半導体ダイの電極と基板の電極との間をワイヤで接続する実装装置では、ボンディングヘッド（ＢＨ）をＸＹ方向（ＸＹ方向は水平面内で互いに直交する方向）に移動させるＢＨ移動装置が用いられている。また、一部のワイヤボンディング装置では、ウェーハを吸着するボンディングステージをＸＹ方向に移動させるステージ移動装置等が用いられている。これらの各装置においては、ボールねじ或いはボイスコイルモータ等を用いてＢＨ或いはステージをＸＹ方向に移動させるものが用いられることが多かった。

一方、近年、リニアモータを用いてステージをＸＹ方向に移動させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたステージ装置では、ワーク載置台上を前後にスライドするステージにリニアモータの可動子を取り付け、ワーク載置台とは別の副架台にリニアモータの固定子を固定して、リニアモータによってステージを移動させた際の固定子に加わる反力をワーク載置台とは別の副架台で受けるようにして、ステージ移動の際に振動がワーク載置台に伝わらないようにし、加工時のワークの振動を抑制して加工精度を向上させる方法が提案されている。

また、基板の表面に電子部品を接合するためのペーストを塗布するペースト塗布装置において、架台の上に配置された２本のＹ軸移動装置と、このＹ軸移動装置によってＹ方向に移動する２つの支持部材と、各支持部材に取り付けられたＸ軸移動装置と、Ｘ軸移動装置に取り付けられた複数の塗布ヘッドとを含み、支持部材毎の各ヘッド間で異なる塗布パターンを描画する構成が提案されている（例えば、特許文献２の図１参照）。

特許第４５５４５５９号公報 特許第４４００８３６号公報

ところで、近年、複数の実装ヘッドを備え、各実装ヘッドにそれぞれ別個のＸＹ方向移動動作を行わせ、一つの基板の様々な位置に複数種類の電子部品を同時に実装することにより、実装速度、効率の向上を図ることが求められている。この場合、特許文献１に記載された技術はＸ，Ｙ方向のどちらか一方向への移動には対応可能であるが、ＸＹ方向への移動には適用できないという問題があった。また、特許文献２に記載されたようなＸＹ駆動機構を用いると複数の実装ヘッドの移動によって発生する振動が互いに干渉して実装ステージが搭載される架台が振動し、実装精度が低下する場合があった。

本発明は、複数の実装ヘッドをＸＹ方向に移動させる実装装置において、実装ステージが取り付けられる主架台の振動を抑制することを目的とし、本発明の他の目的は、複数の実装ヘッドをＸＹ方向に移動させる実装装置において、一の実装ヘッドの移動が他の実装ヘッドの位置に与える影響を低減することにある。

本発明の実装装置は、実装ステージが取り付けられる主架台と、主架台上を渡るようにＹ方向に伸びてその両端がそれぞれＸ方向に移動自在に主架台上に支持されるガントリーフレームと、Ｙ方向に移動自在にガントリーフレームに支持される実装ヘッドと、ガントリーフレームをＸ方向に駆動するＸ方向リニアモータと、実装ヘッドをＹ方向に駆動するＹ方向リニアモータと、主架台と離間して配置された副架台と、Ｘ方向に移動自在で且つＹ方向の移動が拘束されるように副架台に取り付けられるＹ方向荷重受けと、を備える実装装置であって、Ｘ方向リニアモータは、副架台に取り付けられるＸ方向固定子と、ガントリーフレームの端部に取り付けられるＸ方向可動子と、を含み、Ｙ方向リニアモータは、ガントリーフレームに対してＹ方向に移動自在に取り付けられるＹ方向固定子と、実装ヘッドに取り付けられるＹ方向可動子と、を含み、Ｙ方向固定子の一端とＹ方向荷重受けとを接続する接続部材を備え、前記Ｙ方向固定子は、前記ガントリーフレームに対してＹ方向の自由度を持つ板ばねを介して取り付けられていることを特徴とする。

本発明の実装装置において、実装ヘッドとガントリーフレームとＹ方向リニアモータは複数で、各実装ヘッドは各ガントリーフレームにそれぞれ支持されて各Ｙ方向リニアモータでＹ方向に駆動され、各ガントリーフレームの各端部にはそれぞれＸ方向可動子が取り付けられ、各端部側でそれぞれ共通のＸ方向固定子と組み合わせられて各端部側でそれぞれ複数のＸ方向リニアモータを構成することとしても好適である。

本発明の実装装置において、Ｙ方向荷重受けは複数で、副架台の共通部材に取り付けられ、接続部材は複数で、各接続部材は各Ｙ方向固定子と各Ｙ方向荷重受けとを接続することとしても好適である。

本発明の実装装置において、主架台に対する各Ｘ方向可動子の各Ｘ方向位置を検出する各位置検出センサと、各位置検出センサで検出した各Ｘ方向可動子の各Ｘ方向位置データをフィードバックして各Ｘ方向可動子の位置制御を行う制御部と、を備えることとしても好適である。

本発明の実装装置において、主架台に支持されたガントリーフレームに対する各Ｙ方向可動子の各Ｙ方向位置を検出する各位置検出センサと、各位置検出センサで検出した各Ｙ方向可動子の各Ｙ方向位置データをフィードバックして各Ｙ方向可動子の位置制御を行う制御部と、を備えることとしても好適である。

本発明は、複数の実装ヘッドをＸＹ方向に移動させる実装装置において、実装ステージが取り付けられる主架台の振動を抑制することができるという効果を奏する。また、本発明は、複数の実装ヘッドをＸＹ方向に移動させる実装装置において、一の実装ヘッドの移動が他の実装ヘッドの位置に与える影響を低減することができるという他の効果も奏する。

本発明の実施形態における実装装置を示す斜視図である。 本発明の実施形態における実装装置の平面図である。 本発明の実施形態における実装装置のガントリーフレームの支持部とＸ方向リニアモータの断面を示す説明図である。 本発明の実施形態における実装装置のガントリーフレームに取り付けられた実装ヘッドとＹ方向リニアモータの断面を示す説明図である。 本発明の実施形態における実装装置のガントリーフレームとＹ方向固定子との接続を示す説明図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態の実装装置について説明する。図１に示す様に、本実施形態の実装装置１００は、主架台１１と、主架台１１の上に支持されるガントリーフレーム２０と、ガントリーフレーム２０に支持される実装ヘッド７０と、ガントリーフレーム２０をＸ方向に駆動するＸ方向リニアモータ３５と、実装ヘッド７０をＹ方向に駆動するＹ方向リニアモータ５５と、主架台１１と離間して配置された副架台８０と、副架台８０に取り付けられるＹ方向荷重受け５４と、を備えており、Ｙ方向リニアモータ５５のＹ方向固定子５０の一端とＹ方向荷重受け５４とは接続部材５３で接続されている。なお、Ｘ方向、Ｙ方向は水平面上で互いに直交する方向であり、本実施形態では、図１に示すようにガントリーフレーム２０が伸びる方向をＹ方向、これと直交する方向をＸ方向、として説明する。また、Ｚ方向は、ＸＹ面に垂直な上下方向である。

図１に示す様に、主架台１１は四角形状の平面を有する架台であり、その上面に実装ステージ１０が取り付けられている。実装ステージ１０はその上に半導体ダイを実装する基板を真空吸着するものである。主架台１１上面の対向する二辺の近傍には互いに並行にリニアガイド１２が取り付けられている。図１、図３に示すように、リニアガイド１２の上にはスライダ２６がＸ方向に移動自在に取り付けられている。そして、２つのリニアガイド１２の各スライダ２６の上には、それぞれガントリーフレーム２０の各脚部２３が取り付けられている。つまり、ガントリーフレーム２０は、主架台１１の上を渡るようにＹ方向に伸び、両端の各脚部２３はスライダ２６に取り付けられて主架台１１に取り付けられたリニアガイド１２によってＸ方向に移動自在に支持されている。

また、本実施形態の実装装置１００は、図１に示すように、主架台１１の周囲を囲むように、主架台１１と離間した副架台８０を備えている。副架台８０は、主架台１１の四隅の外側に配置された柱８１と、柱８１の図１に示すＹ方向プラス側に配置された柱８２と、各柱８１，８２を接続する梁８４によって構成されるフレームである。図１、図３に示す様に、Ｘ方向に伸びる梁８４の上には、Ｘ方向リニアモータ３５のＸ方向固定子３０が取り付けられている。図３に示すように、Ｘ方向固定子３０は、支持板３１の上に永久磁石３２が空間を空けて対向して配置されたものである。永久磁石は短冊型で、多数の永久磁石がＸ方向に向かって並べられている。Ｘ方向固定子３０の永久磁石３２の間の空間にはＸ方向リニアモータ３５のＸ方向可動子４０のコイル４２が配置されている。コイル４２はその表面と両側の永久磁石３２の表面の間に極狭い隙間ができるように配置されている。コイル４２は上側のベース板４１に固定され、ベース板４１は、ガントリーフレーム２０の脚部２３から伸びるアーム２４の先端に取り付けられた平板２５にボルト等で固定されている。従って、Ｘ方向リニアモータ３５の各Ｘ方向可動子４０は各ガントリーフレーム２０と共にＸ方向に移動する。

図１に示すように、１つ（共通）のＸ方向固定子３０には、２つのＸ方向可動子４０が取り付けられている。共通のＸ方向固定子３０の各Ｘ方向可動子４０が組み合わされる部分は、それぞれＸ方向リニアモータ３５を形成する。従って、図１には、合計４つのＸ方向リニアモータ３５が搭載されている。

また、図３に示すように、主架台１１のＸ方向可動子４０側の側面には、Ｘ方向に向かって直線状に伸びるリニアエンコーダ９０の固定部９２が取り付けられており、Ｘ方向可動子４０から主架台１１の側に向かって伸びるＬ字形のラグ９１の先端にはリニアエンコーダ９０の移動部９３が取り付けられている。

図１、図４に示すように、ガントリーフレーム２０には実装ヘッド７０が支持されている。図４に示すように、実装ヘッド７０には先端に実装ツール７３が取り付けられたシャフト７２をＺ方向に上下動させるＺ方向移動機構が格納されている。Ｚ方向移動機構は実装ツール７３を上下動させて、実装ステージ１０に吸着固定された基板上に半導体ダイを押圧させる。ガントリーフレーム２０の内部には空間が設けられており、内面の両側にはＹ方向に伸びるリニアガイド２７が２本取り付けられている。各リニアガイド２７にはそれぞれスライダ７５が取り付けられ、２つのスライダ７５には実装ヘッド７０のつり下げ部材７４が取り付けられている。

図１、図２に示すように、Ｙ方向リニアモータ５５のＹ方向固定子５０は、Ｙ方向固定子５０はＹ方向に自由度を持たせる接続構造体５８を介してガントリーフレーム２０の各脚部２３の間にＹ方向に移動自在となるように取り付けられている。接続構造体５８は、Ｙ方向固定子５０がＹ方向可動子６０から受ける反力を解放するためのＹ方向の自由度を確保するためのものであり、例えば、リニアガイド、並行リンク等であってよい。図４に示すように、Ｙ方向固定子５０は、各脚部２３にその両端が接続構造体５８を介して取り付けられる溝形のフレーム５１の内面に空間を空けて永久磁石５２が対向して配置されたものである。Ｘ方向固定子３０と同様、永久磁石は短冊型で、多数の永久磁石がＹ方向に向かって並べられている。Ｙ方向固定子５０の永久磁石５２の間の空間には、実装ヘッド７０からＹ方向固定子５０に向かって伸びるフレーム６１の中に取り付けられたコイル６２が配置されている。コイル６２はその表面と両側の永久磁石５２の表面の間に極狭い隙間ができるように配置されている。従って、Ｙ方向可動子６０は、実装ヘッド７０と一緒にＹ方向に移動する。図１、図２に示すように、本実施形態の実装装置１００は、２つのガントリーフレーム２０にそれぞれ実装ヘッド７０とＹ方向リニアモータ５５が取り付けられているので、合計２つのＹ方向モータが搭載されている。

また、図４に示すように、ガントリーフレーム２０のケーシング２１の外面には、Ｙ方向に向かって直線状に伸びるリニアエンコーダ９４の固定部９６が取り付けられており、Ｙ方向可動子６０からケーシング２１に向かって伸びるラグ９５の先端にはリニアエンコーダ９４の移動部９７が取り付けられている。

図１、図２に示す様に、副架台８０は、Ｙ方向プラス側に配置された柱８２の間をＸ方向に接続する梁８５が取り付けられている。梁８５の高さは、ガントリーフレーム２０に取りつけられたＹ方向固定子５０の高さと略同様である。梁８５のＹ方向マイナス側の面には２つのリニアガイド８６が取り付けられている。各リニアガイド８６にはそれぞれＹ方向荷重受け５４がＸ方向にスライド可能に取り付けられている。各Ｙ方向荷重受け５４と各Ｙ方向固定子５０とは接続部材５３で接続されている。各リニアガイド８６は、各Ｙ方向荷重受け５４のＹ方向プラス側及びＹ方向マイナス側の移動を拘束するので、各Ｙ方向荷重受け５４は、各Ｙ方向固定子５０からのＹ方向プラス向きの荷重及びＹ方向マイナス側の荷重を受けて共通の梁８５に伝達する。

以上のように構成された実装装置１００の動作について、半導体ダイを実装ステージ１０の上に吸着固定されている基板の上に実装する動作を例として説明する。実装装置１００の動作は、図示しない制御部（制御部は内部にＣＰＵと記憶部とを含むコンピュータである）によって制御される。

制御部は、実装ツール７３の先端に半導体ダイを吸着したら、Ｘ方向リニアモータ３５、Ｙ方向リニアモータ５５を駆動して実装ヘッド７０の実装ツール７３の位置を基板の実装位置に向かって移動させる。Ｘ方向に実装ヘッド７０を移動させる場合には、リニアエンコーダ９０によって検出したＸ方向可動子４０の位置をフィードバックしてＸ方向可動子４０のＸ方向位置を制御部の指令位置に移動させるように、コイル４２への通電を制御する。この制御によりＸ方向可動子４０と共にガントリーフレーム２０もＸ方向に移動する。一方、Ｘ方向固定子３０にはガントリーフレーム２０のＸ方向の移動方向と逆方向に反力が加わる。Ｘ方向固定子３０は副架台８０に固定されているので、この反力は、主架台１１には伝達されない。また、図４に示すリニアエンコーダ９４で検出したＹ方向可動子６０のＹ方向位置をフィードバックしてＹ方向可動子６０のＹ方向位置を制御部の指令位置に移動させるように、コイル６２への通電を制御する。この制御によりＹ方向可動子６０と共に実装ヘッド７０もＹ方向に移動する。一方、Ｙ方向固定子５０には実装ヘッド７０のＹ方向の移動方向と逆方向に反力が加わる。先に説明したように、Ｙ方向固定子５０は、接続構造体５８を介してガントリーフレーム２０に対してＹ方向に移動自在となるように取り付けられているので、Ｙ方向固定子５０に加わる反力はＹ方向固定子５０から接続部材５３及びＹ方向荷重受け５４を介して副架台８０の梁８５に伝達される。つまり、Ｙ方向移動子６０と共に実装ヘッド７０がＹ方向に移動する際にＹ方向固定子５０に加わるＹ方向反力は全て副架台８０に伝達され、主架台１１には伝達されない。このように、本実施形態の実装装置１００は、制御部の指令によって実装ヘッド７０をＸＹ方向に移動させても、そのＸＹ方向の反力は主架台１１に加わらず、主架台１１と離間して配置されている副架台８０に加わるので実装ステージ１０の取り付けられている主架台１１が振動することを抑制することができる。

本実施形態の実装装置１００では、Ｘ方向固定子３０の上に２つのＸ方向可動子４０が組み合されている。つまり、１つの共通のＸ方向固定子３０に対して２つのＸ方向可動子４０が組み合されている。先に述べたように、Ｘ方向可動子４０が移動してもその反力は主架台１１には伝達されない。ところが、一方のＸ方向可動子４０が移動するとその反力は副架台８０のフレームに加わり副架台８０を微小に変形させる。この微小変形によって副架台８０に取り付けられているＸ方向固定子３０も僅かに変位するので、一方のＸ方向可動子４０の移動が他方のＸ方向可動子４０の位置に対する影響が出るようにも考えられる。

しかし、Ｘ方向可動子４０の位置決めは、Ｘ，Ｙ方向リニアモータ３５，５５が駆動した際に振動（変位）の影響を受けない主架台１１に取り付けられているリニアエンコーダ９０によって検出した位置信号に基づくフィードバックにより制御している、つまり、Ｘ方向可動子４０は主架台１１に対する位置制御が行われているので、副架台８０の変位によってＸ方向固定子３０の位置が変位しても位置検出、制御には全く影響が無い。また、通常、Ｘ方向リニアモータ３５を駆動する際には推力変動（コギング）が発生するが、Ｘ方向可動子４０の位置制御は、このような推力変動（コギング）が発生しても所定の精度を確保できるような制御である。Ｘ方向固定子３０の僅かな変位によってＸ方向可動子４０の推力が僅かに変化するが、その推力の変化量は、上記のような通常の推力変動の１／０〜１／１０と非常に小さくＸ方向可動子４０の位置制御に影響を与えるような推力変動ではない。このため、本実施形態の実装装置１００では、共通のＸ方向固定子３０に２つのＸ方向可動子４０を組み合わせても、各Ｘ方向可動子４０の位置をそれぞれ高精度に位置決めすることができる。

また、本実施形態の実装装置１００では、２つのＹ方向固定子５０のＹ方向反力を共通の副架台８０の梁８５で受けていることから、一方のＹ方向可動子６０が移動するとその反力は副架台８０の梁８５に加わり梁８５をＹ方向に変形させる。この微小変形によって梁８５に取り付けられている他のＹ方向固定子５０の位置も僅かに変位するので、一方のＹ方向可動子６０の移動が他方のＹ方向可動子６０の位置精度に対する影響が出るようにも考えられる。

しかし、先に述べたＸ方向可動子４０の位置決めと同様、Ｙ方向位置は、Ｘ，Ｙ方向リニアモータ３５，５５が駆動した際に振動の影響を受けない主架台１１に支持されているガントリーフレーム２０に取り付けたリニアエンコーダ９４によって検出した位置信号に基づくフィードバックにより制御されている、つまり、Ｙ方向可動子６０は間接的に主架台１１に対する位置制御が行われているので、副架台８０の変位によってＹ方向固定子５０の位置が変位しても位置検出、制御には全く影響が無い。また、先に説明したと同様、推力の変化は通常駆動の際の推力変動に対して１／５〜１／１０と非常に小さく位置制御に影響を与えるものではない。このため、本実施形態の実装装置１００では、一方のＹ方向可動子６０の移動により副架台８０の梁８５を介して他方のＹ方向固定子５０の位置が微小に変位しても位置検出、制御には全く影響が無く、共通の梁８５でＹ方向の反力を受けても各Ｙ方向可動子６０の位置をそれぞれ高精度に位置決めすることができる。

以上述べたように、本実施形態の実装装置１００は、共通のＸ方向固定子３０に２つのＸ方向可動子４０を組み合わせてＸ方向リニアモータ３５とし、Ｙ方向固定子５０の反力を共通の梁８５で受けるという簡便な構成で、複数の実装ヘッドをＸＹ方向に移動させる実装装置において一の実装ヘッド７０の移動が他の実装ヘッド７０の位置に与える影響を低減することができるものである。

以上述べた実施形態では、Ｙ方向固定子５０は、接続構造体５８を介してＹ方向に移動自在にガントリーフレーム２０に取り付けられることとして説明したが、例えば、図５に示すように、板ばね５９をＹ方向が板厚方向となるように取り付けて、この板ばね５９を介してガントリーフレーム２０に取り付けるようにしてもよい。この構成とした場合、板ばね５９のＹ方向の剛性が非常に低くなるので、実装ヘッド７０がＹ方向に移動した際にＹ方向固定子５０に加わる反力はほとんどガントリーフレーム２０に伝達されない。つまり、Ｙ方向固定子５０はガントリーフレーム２０に対して実質的にＹ方向に移動自在に取り付けられることとなる。このため、Ｙ方向固定子５０に加わるほとんどの反力はＹ方向固定子５０から接続部材５３及びＹ方向荷重受け５４を介して副架台８０の梁８５に伝達され、主架台１１にはほとんど伝達されない。従って、本実施形態も先に説明した実施形態と同様、実装ヘッド７０をＸＹ方向に移動させても、そのＸＹ方向の反力は主架台１１に加わらず、主架台１１と離間して配置されている副架台８０に加わるので実装ステージ１０の取り付けられている主架台１１が振動することを抑制することができる。

１０ 実装ステージ、１１ 主架台、１２，２７，８６ リニアガイド、２０ ガントリーフレーム、２１ ケーシング、２３ 脚部、２４ アーム、２５ 平板、２６ スライダ、３０ Ｘ方向固定子、３１ 支持板、３２，５２ 永久磁石、３５ Ｘ方向リニアモータ、４０ Ｘ方向可動子、４１ ベース板、４２，６２ コイル、５０ Ｙ方向固定子、５１，６１ フレーム、５３ 接続部材、５４ Ｙ方向荷重受け、５５ Ｙ方向リニアモータ、５８ 接続構造体、５９ 板ばね、６０ Ｙ方向可動子、７０ 実装ヘッド、７２ シャフト、７３ 実装ツール、７４ つり下げ部材、７５ スライダ、８０ 副架台、８１，８２ 柱、８４，８５ 梁、９０，９４ リニアエンコーダ、９１，９５ ラグ、９２，９６ 固定部、９３，９７ 移動部、１００ 実装装置。

Claims (5)

1. 実装ステージが取り付けられる主架台と、
   前記主架台上を渡るようにＹ方向に伸びてその両端がそれぞれＸ方向に移動自在に前記主架台上に支持されるガントリーフレームと、
   Ｙ方向に移動自在に前記ガントリーフレームに支持される実装ヘッドと、
   前記ガントリーフレームをＸ方向に駆動するＸ方向リニアモータと、
   前記実装ヘッドをＹ方向に駆動するＹ方向リニアモータと、
   前記主架台と離間して配置された副架台と、
   Ｘ方向に移動自在で且つＹ方向の移動が拘束されるように前記副架台に取り付けられるＹ方向荷重受けと、
   を備える実装装置であって、
   前記Ｘ方向リニアモータは、前記副架台に取り付けられるＸ方向固定子と、前記ガントリーフレームの端部に取り付けられるＸ方向可動子と、を含み、
   前記Ｙ方向リニアモータは、前記ガントリーフレームに対してＹ方向に移動自在に取り付けられるＹ方向固定子と、前記実装ヘッドに取り付けられるＹ方向可動子と、を含み、
   前記Ｙ方向固定子の一端と前記Ｙ方向荷重受けとを接続する接続部材を備え、
   前記Ｙ方向固定子は、前記ガントリーフレームに対してＹ方向の自由度を持つ板ばねを介して取り付けられている実装装置。
2. 請求項１に記載の実装装置であって、
   前記実装ヘッドと前記ガントリーフレームと前記Ｙ方向リニアモータは複数で、前記各実装ヘッドは前記各ガントリーフレームにそれぞれ支持されて各Ｙ方向リニアモータでＹ方向に駆動され、
   前記各ガントリーフレームの各端部にはそれぞれＸ方向可動子が取り付けられ、各端部側でそれぞれ共通のＸ方向固定子と組み合わせられて前記各端部側でそれぞれ複数のＸ方向リニアモータを構成する実装装置。
3. 請求項２に記載の実装装置であって、
   前記Ｙ方向荷重受けは複数で、前記副架台の共通部材に取り付けられ、
   前記接続部材は複数で、前記各接続部材は前記各Ｙ方向固定子と前記各Ｙ方向荷重受けとを接続する実装装置。
4. 請求項２又は３に記載の実装装置であって、
   前記主架台に対する前記各Ｘ方向可動子の各Ｘ方向位置を検出する各位置検出センサと、
   前記各位置検出センサで検出した各Ｘ方向可動子の各Ｘ方向位置データをフィードバックして各Ｘ方向可動子の位置制御を行う制御部と、を備える実装装置。
5. 請求項３から４のいずれか１項に記載の実装装置であって、
   前記主架台に支持されたガントリーフレームに対する前記各Ｙ方向可動子の各Ｙ方向位置を検出する各位置検出センサと、
   前記各位置検出センサで検出した各Ｙ方向可動子の各Ｙ方向位置データをフィードバックして各Ｙ方向可動子の位置制御を行う制御部と、を備える実装装置。

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