JP2808875B2 - 半導体素子吸着、分離及び組立装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、トランジスタ、ダイオード等の半導体素子
の電極極性を判別し、この極性及び形成せんとする回路
構成に応じて、素子取付用の組立用治具内に半導体素子
を組み合わせて挿入する半導体組立装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、トランジスタ、ダイオード等の半導体素子を回
路基板上に搭載する製造工程においては、形成される回
路構成に応じて予め半導体チップを組立用治具内に配列
挿入し、この組立用治具と回路基板とを組み合わせた状
態で過熱して半田等を溶融し、その後冷却して、回路基
板上に各半導体チップを設置していた。

上記の工程では、半導体素子の電極の極性を判別する
段階と、その極性及び回路構成に応じた配置及び配列
で、半導体素子を組立用治具内に挿入する段階とを要す
るが、これら極性判定及び組立用治具内への挿入作業は
人が手作業で行なっているのが現状である。この作業で
は、半導体装置を保持するための真空吸着装置と、多数
の半導体素子を１つずつ整列分離するための振動式分離
装置とを個別に用いる場合がある。この真空吸着装置
を、真空装置に接続された吸入チューブ等の先端部に吸
着ノズルを設けたもので、この吸着ノズルを半導体素子
に接触させて、大気圧との圧力差により半導体素子を吸
着保持するものである。この場合、吸着ノズルと半導体
素子の吸着を解除する際には、吸着ノズル内の圧力を大
気圧に戻すか、又は、逆に吸着ノズル内を若干の過圧状
態とすることによって行なう。一方、振動式の分離装置
とは、例えば、螺旋状に上昇する溝が設けられた容器内
に多数の半導体素子を収め、この容器に振動を与えるこ
とによって、半導体素子がその螺旋状の溝内を１つずつ
整列した状態で上昇してくるようにしたものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の真空吸着装置では、吸着ノ
ズル内を大気圧に戻した場合でも、半導体素子、吸着ノ
ズルが帯電し、その静電気力で両者の吸着が解除されな
いという問題が発生する。また、これを避けるために吸
着ノズル内を若干の過圧状態とする場合には、半導体素
子がその圧力差によって吹き飛んでしまうという問題が
ある。

一方、振動式の分離装置は本来的に分離効率が低い上
に、半導体素子が絡み合ったり、分離するために長い時
間を要するという問題点があり、更に、その振動によっ
て半導体素子に傷、欠け等が生じ、逆にこれらの傷、欠
けの発生を防止せんとして振動量を減少させると、半導
体素子の分離効率が更に低下する。

更に、上記の吸着装置及び分離装置があるとは言え、
半導体素子の極性判定や組立用治具への挿入作業などは
作業者の手作業で行なわれているため、作業効率が悪い
うえに半導体素子の破損、半導体素子の組合せ不良等が
多発していた。

そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、
その課題は、機械的な吸着解除手段を設けることによ
り、吸着解除を確実かつ静穏に行なえる吸着装置とし、
間欠回転を利用した分離装置とすることにより、半導体
素子を破損せずに高い分離効率を達成し、また、この吸
着装置の組合せ及び分離装置とにより、半導体素子の極
性判定と、組立用治具への挿入を自動的に行なう半導体
組立装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明が講じた手段は、
以下の通りである。

半導体素子吸着装置としては、内部に吸入孔と、該吸
入孔の先端部に設けられた吸着ノズルと、該吸入孔内に
挿入された可動軸と、該可動軸を前記吸入孔の軸線方向
に移動させるべき可動軸駆動手段と、を有しており、前
記可動軸は、その軸周表面に螺旋状の溝が形成されてい
ることを特徴とする 次に、半導体組立装置としては、底面と該底面の周縁
部に形成された側面とを有し、該底面上に外周に沿って
並列した複数の素子固定用凹部を有する回転テーブル
を、水平面から所定角度傾けて設置し、該回転テーブル
を所定回転角度及び所定速度で間欠的に回転さすべき間
欠回転駆動手段を備えた半導体素子分離装置と、導体製
の前記吸着ノズルを備えた前記半導体素子吸着装置とを
用いて成り、前記半導体素子吸着装置の２組が並列設置
され、該半導体素子吸着装置の下方には前記半導体素子
分離装置を有し、前記半導体素子吸着装置の２組の前記
吸着ノズルに半導体素子の極性判定用電圧を供給して該
半導体素子の電流特性を検出すべき２つの端子をもつ極
性判定装置を備えており、２組の前記半導体素子吸着装
置のそれぞれに対して、旋回移動させるべき旋回駆動手
段と、上下移動させるべき昇降駆動手段と、水平方向に
移動させるべき並進駆動手段とを有することを特徴とす
る 〔作用〕 かかる手段によれば、半導体素子吸着装置において
は、吸入孔内に可動軸を設置し、これを軸線方向に移動
する可動軸駆動手段を設けたので、吸着解除時には、ノ
ズル内の圧力を大気圧に戻した上で、この可動軸を先端
部の吸着ノズル内から突出させて、吸着ノズルに接して
いる半導体素子を静かに押し離すことができる。この結
果、従来問題になっていた静電気による吸着解除不能、
及び加圧による半導体素子の離散を防止できる。特に、
可動軸の軸周表面に螺旋状の溝が形成されているため、
その螺旋状の溝が吸入断面を実質的に増加させることに
なるので、吸着力を確保又は増大させることができ、吸
着ノズルの先細化を実現できる。このため、細小な半導
体素子の吸着も押し離しも可能となる。

半導体素子分離装置では、従来の振動の代わりに、回
転テーブルの間欠運動による回転開始時及び回転停止時
の慣性力及び遠心力により、回転テーブル上で半導体素
子を円周方向及び外周方向に向かって移動させることが
できる。回転テーブルは水平面から所定角度で傾斜して
いるので、半導体素子は回転テーブルの底面上の最も低
い位置に集積されるが、間欠回転に基づく移動により、
半導体素子は底面の外周に沿って形成された凹部に１つ
ずつ嵌入し、間欠回転に伴って高い位置に少しずつ上昇
していくことになる。この場合、半導体素子の分離効率
は間欠回転の回転速度、間欠角度を調整することによっ
て容易に高めることができるが、回転による遠心力は回
転テーブルの動径方向に沿って半導体素子を自然に分離
する方向に力を及ぼすこと、間欠運動による慣性力は集
積されている各半導体素子に対し同一方向に作用するた
め半導体素子間の衝突が振動式よりも少なくかつ弱いこ
と、分離後は半導体素子が凹部に１つずつ嵌入して回転
していくことから半導体素子の破壊要因の一つである分
離後の半導体素子間の衝突がないことなどの理由によ
り、上記間欠回転の条件に加えて回転テーブルの傾斜角
を適切に調整することで分離効率を落とさずに半導体素
子の傷、欠け等を少なくすることが可能である。

上記の半導体素子吸着装置及び半導体素子分離装置を
用いた半導体組立装置では、並列設置されている２組の
半導体素子吸着装置のうち、片方の吸着装置の吸着ノズ
ルにより分離装置の回転テーブル上から分離された半導
体素子を吸着保持し、旋回駆動手段により２組の吸着ノ
ズルの先端を対向する位置に旋回移動させることによ
り、該半導体素子が２組の吸着ノズルによって挟持され
た状態とすることができる。ここで、これらの吸着ノズ
ルは導体製であり、極性判定装置の２つの端子にそれぞ
れ接続されていることから、上記の状態で半導体装置の
極性判定を行なうことができる。この極性判定は、両吸
着ノズル間に正負の電圧を印加して半導体素子の整流特
性等を測定検出することによってなされるものである。
この極性判定の結果と半導体素子の組立用治具への挿入
方向との兼ね合いにより、両吸着ノズルのうち何れの吸
着ノズルで把持するかを判断して、必要であれば、当初
把持していた吸着ノズルからもう一方の吸着ノズルに持
ち替えるた後、再び、旋回駆動手段により両吸着ノズル
を離反させ、この後、半導体素子を保持している吸着ノ
ズルを昇降駆動手段又は並進駆動手段により移動させ
て、組立用治具の所定挿入部まで半導体素子を運び、最
後に可動軸の操作により吸着を解除して、組立用治具内
に半導体素子を挿入することができる。

この組立装置によれば、半導体素子の極性判定から組
立用治具への挿入までを一連の動作で行なうことがで
き、また、極性判定の結果と組立用治具への挿入方向に
応じて、半導体素子の保持面を持ち替えを要する場合が
あるが、上記のように、この持ち替えの要否に拘わらず
全く同一の動作で対処できることから、作業効率を著し
く向上させることができる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

第１図（ａ）及び（ｂ）に本発明による半導体素子吸
着装置の実施例の構造を示す。ここで、第１図（ａ）に
示す吸着装置Ａにおいては、ブロック１に挿入固定さ
れ、又は、所定のストロークで上下に摺動可能に取付け
られた導体製の円筒部材２の先端部には、これも導体製
の吸着ノズル３が嵌入されており、この円筒部材２の吸
入孔2aと吸着ノズル３内には、螺旋溝4aをその外周表面
に有する可動軸４が挿入されている。可動軸４は支承部
材６と一体化されており、円筒部材２と支承部材６間に
は、可動軸４を支持するためのスプリング５が配置さ
れ、この支承部材６は、その上方にあるエアーシリンダ
７によって、上下に移動されるようになっている。円筒
部材２には、真空装置から延長するチューブ８がブロッ
ク１を介して吸入孔2aに接続されている。

また、第１図（ｂ）に示す吸着装置Ａ′のように、吸
着ノズル３′がスプリング５′によって弾力的に上下に
摺動可能に取付けられる場合もある。

この吸着装置ＡまたはＡ′によれば、吸着ノズル３ま
たは３′の先端部に半導体素子の電極面を接触させる
と、吸入孔2a内の負圧によって、本導体素子を吸着し保
持することができる。ここで、吸着装置Ａでは円筒部材
２の摺動により、又、吸着装置Ａ′では、吸着ノズル
３′の摺動により、半導体素子をソフトに吸着すること
ができ、しかも異なる厚さをもった半導体素子に対応す
ることが可能となる。

一方、吸着ノズル３または３′の径は通常1.5mmΦ程
度の半導体素子に合わせて充分に細く形成されしかも可
動軸４が挿入されていることから、吸入断面積が少なく
なり吸着力が弱くなるおそれがある。しかし、可動軸４
の吸入孔2a内に挿入されている部分には螺旋溝4aが切ら
れているため、実質的な吸入断面積が増加し、充分な吸
着力を確保することができる。

半導体素子の吸着を解除する場合には、エアシリンダ
ー７によって可動軸４を下降させ、半導体素子の吸着面
を押し離すことにより、静かに半導体素子を離脱させる
ことができる。

次に、第２図（ａ）〜（ｃ）を参照して、半導体素子
分離装置Ｂの構造を説明する。間欠駆動式のモーターの
中空孔11aをもつ回転部11が台座10上に設置されてお
り、この回転部11にはテーブルフランジ12がボルト13に
よって固定されている。このテーブルフランジ12の内部
には軸承部材14が固着され、この軸承部材14には、上端
に係合部15aをもつ支承軸15が通入されている。テーブ
ルフランジ12の上には回転テーブル18が載置される。回
転テーブル18の裏面に圧入されたボルト19は支承軸15の
係合部15a内に差し込まれ、また、テーブルフランジ12
に支持されたボルト20を回転テーブル18の側壁部に当接
させることによって、回転テーブル18はテーブルフラン
ジ12と一体に回転するように固定されている。回転テー
ブル18の外周部下面側には位置決め用ピン18aが設置さ
れており、台座10上に固定された支持部材21に支持され
ている位置検出センサ22により、その位置決め用ピン18
aの存否を検出できるようになっている。

第２図（ｂ）に示すように、回転テーブル18の上部
は、底面18bと側面18cで形成された素子受容部を備えて
おり、その底面18bの外周部には、第２図（ｃ）に示す
半導体素子23が充分に収まる形状の凹部24が回転中心に
対して対称に16個又は32個配列されている。この凹部24
は、側面18cから1mm離れた位置に、深さが半導体素子の
厚さの半分となるように形成されている。

この回転テーブル18は、その底面18bが水平面から25
〜35度の範囲の角度で傾斜して回転させることが望まし
い。この角度が大きすぎる場合には半導体素子23が回転
テーブル18上から飛び出すおそれがあり、逆に、角度が
小さいと半導体素子23の分離が不可能になる。このため
に台座10は装置本体に対して傾斜角度を調整できるよう
になっている。このように底面18bが傾斜していること
により、回転テーブル18上に載せられた半導体素子23
は、底面18b上の最も低い位置に集積しているが、この
状態でモーターを１サイクル0.2〜0.5秒で間欠的に駆動
させる。１サイクルの回転角度は、底面18b上に形成さ
れた凹部24が16個形成されている場合には22.5度、36個
形成されている場合には10度であり、各凹部24間の１間
隔に対応して回転するようになっている。この間欠回転
の起動及び停止時における慣性力により、底面18bの下
部に集積していた半導体素子23が底面18b上を少しずつ
移動して、分散しながら凹部24に１つずつ嵌入されると
ともに、その嵌入された半導体素子23は、間欠回転に伴
って回転テーブルの傾斜によりその上部側に移動してく
る。このようにして各凹部24ごとに分離された半導体素
子23は、従来の振動式の分離装置と異なり、半導体素子
23に与える衝撃が弱く、半導体素子23の傷、欠けの発生
を防止することができる。しかし、回転に基づく遠心力
の発生により底面18b上の最下部に集積していた半導体
素子23が底面18bの外周に沿って拡がること、凹部24に
嵌入して分離された半導体素子23は、間欠回転によっ
て、極めて早く上部側に移動すること等により、その分
離効率（例えば、単位時間当たりに分離可能な半導体素
子23の数）を従来装置以上に保つことができる。しか
も、間欠回転の角度、回転速度及び回転テーブルの傾斜
角度を調整することにより、この分離効率と半導体素子
23へのダメージの少なさの双方を高いレベルで両立させ
ることができる。

次に、本発明の半導体組立装置の実施例を第３図〜第
７図を参照して説明する。

第３図には、第１図に示した吸着装置Ａの半導体組立
装置に対する接続部分を示す。第３図（ａ）に示すよう
に、吸着装置Ａのブロック１は、スライドベアリング30
を介して支持ブロック31に接続され、この支持ブロック
31はボルト32により旋回軸33に固定されている。また、
吸着装置Ａをスライドベアリング30により上下に移動可
能とするために、第３図（ｂ）に示すように調整ネジ34
により位置を変えられる調整ブロック35を介して、支持
ブロック31に昇降エアシリンダ36が取り付けられ、その
昇降軸37の移動に伴って固定部材38の固着したブロック
１が移動するようになっている。

一方、第３図（ａ）に示された旋回軸33は、第４図に
示す旋回ユニットＣに接続され、これによって、吸着装
置Ａが旋回軸33を中心に90度の範囲内で回転できるよう
になっている。この旋回ユニットＣは、旋回軸33を旋回
ベアリング42を介して旋回ブロック41及び旋回ナット43
で支持し、カップリング44によりロータリーシリンダ45
に接続して回転させるものである。この背面部には、回
転範囲を限定するためにストッパ板46及びストッパ47が
設置されている。更に、この旋回ユニットＣは、上下エ
アシリンダ50の上下軸51及び取付ブロック49に固定され
ており、この取付ブロック49は、上下エアシリンダ50の
本体に固定された上下ブロック52に対しスライドベアリ
ング53を介して摺動自在に設置されている。これらの上
下エアシリンダ50、上下軸51、上下ブロック52及びスラ
イドベアリング53は、吸着装置Ａ及び旋回ユニットＣを
上下に移動させるための上下ユニットＤを構成してい
る。

次に、この上下ユニットＤの上下ブロック52は、第５
図（ａ）に示すスライドユニットＥのスライドベース64
に接続されている。このスライドユニットＥは、吸着装
置Ａ、旋回ユニットＣ及び上下ユニットＤの全体を水平
方向に移動させるためのものである。第５図（ａ）はそ
の側面図、第５図（ｂ）は第５図（ａ）のＡ−Ａ′平面
から見た矢視図である。上面ベース60、サイドベース6
1、62で囲まれた内部には、スライドベース64に固定さ
れたスライドブロック63がスライド軸65に対して摺動可
能に取り付けられており、スライドベース64は、シリン
ダ取付部材66を介して上面ベースに固定されたスライド
エアシリンダ67の駆動軸68によって、左右に移動するよ
うになっている。この移動量は、スライドブロック63に
固定されたスロッパ69と、マイクロメータ71及び固定ネ
ジ72により位置調整可能なストッパ板70とによって制限
される。

このスライドユニットＥには、第６図に示すように、
同一の吸着装置Ａ、旋回ユニットＣ、上下ユニットＤか
らなる構成部材が２組接続され、その片方の構成部分に
は、これらの下方に設置される分離装置Ｂの回転テーブ
ル18上から半導体素子23を取り上げるために、回転軸75
が設けられており、フック76を介して接続されたエアシ
リンダ77の駆動軸78によって、回転軸75を中心として30
度程度、構成部分全体を移動できるようになっている。
ここで、エアシリンダ77は、Ｌ金具79を介してスライド
ユニットＥとの接続部分に固定されている。

この構成部分の作動状態を以下に説明する。

エアシリンダ77を作動させ、第６図のａの位置で回転
テーブル18の凹部24から半導体素子23を左側の吸着ノズ
ル３で取り上げた後、一度図中のｂの位置まで吸着ノズ
ル３を戻し、ここから旋回ユニットＣを作動させて、ｂ
からｃの位置まで吸着ノズル３を移動する。この状態で
右側の吸着ノズル３も同様に旋回させて、半導体素子23
が左右の吸着ノズル３に挟まれた状態とする。ここで、
左右の吸着ノズル３は極性判定機の２つの判定用端子に
接続されており、吸着ノズル３を電極として半導体素子
23の極性判定を行なうことができる。この極性判定は、
２つの判定用端子間に所定電圧を印加し、その電圧極性
を反転させた場合の半導体素子23のインピーダンス値等
を測定することによって行なわれる。この極性判定が終
了した後、その判定結果及び組立用治具に挿入する方向
に応じて、左右どちらかの吸着ノズル３を選択して吸着
させた状態とし、再び旋回ユニットを作動させて左右の
吸着ノズル３を離反させる。この後は、その左右何れか
の吸着ノズル３に保持された半導体素子23を組立用治具
上に運搬し、吸着装置Ａの可動軸４を移動させて、半導
体素子23の組立用治具内に挿入する。

最後に、上記の吸着装置Ａ、分離装置Ｂ、旋回ユニッ
トＣ、上下ユニットＤ、及びスライドユニットＥを用い
た半導体組立装置の全体を第７図に示す。この図に示し
た装置では、１つのスライドユニットＥに対して、吸着
装置Ａ、旋回ユニットＣ及び上下ユニットＤを２組接続
した構成部分Ｘを、図の紙面に対して垂直方向に移動さ
せるために、支柱81に設置された移動ユニットＦに固定
している。この移動ユニットＦは、極性判定の終了した
半導体素子23を装置の基台80上にセットされた組立用治
具（図示せず）まで運搬するためのものである。なお、
移動ユニットＦの側面部には、吸着装置Ａ用の真空発生
装置82が設置されており、また、基台８の下には、極性
判定装置Ｇが配置されている。

本実施例においては、上記の構成部分Ｘは基台80上に
設置された分離装置Ｂの上方において互いに対向するよ
うに２組設置されており、これらは交互に作動してその
作業効率を高めるように設計されているが、この構成部
分Ｘが１組のみ設置されている場合にも、本発明の範囲
内に含まれることは勿論である。また、第６図の全体に
示すように、構成部分Ｘに備えられた２組の吸着装置Ａ
は、左右両側の吸着ノズル３が対向した位置で半導体素
子23を挟持できるように所定間隔に固定されているが、
両吸着装置Ａの相互間隔を変更できるように、それぞれ
別個のスライドユニットに支持された構造とすることも
できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は以下の効果を奏する。

本発明の半導体素子吸着装置においては、可動軸の
軸周表面に螺旋状の溝が形成されているため、その螺旋
状の溝が吸入断面を実質的に増加させることになるの
で、吸着力を確保又は増大させることができ、吸着ノズ
ルの先細化を実現できる。このため、細小な半導体素子
の吸着も押し離しも可能となる。

本発明の半導体組立装置においては、２つの対向す
る吸着ノズルによって半導体素子を挟持し、吸着ノズル
を電極として極性判定をするようにしたので、半導体素
子の運搬、極性判定、組立治具への挿入方向の設定、及
び組立治具への挿入を一連の同一動作で行なうことがで
きるので、従来よりも作業効率が著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明の半導体素子吸着装置
の実施例の構造を示す一部切断正面図である。 第２図（ａ）は本発明の半導体組立装置に用いる半導体
素子分離装置の構造を示す断面図、第２図（ｂ）は同半
導体素子分離装置の回転テーブルの外周部分の構造を示
す拡大断面図、第２図（ｃ）は半導体素子の概略構造を
示す平面図及び側面図である。 第３図（ａ）は本発明の半導体組立装置の実施例に半導
体素子吸着装置を接続した部分の構造を示す正面図、第
３図（ｂ）は同部分の側面図である。 第４図は同半導体素子吸着装置を駆動するための旋回ユ
ニットと上下ユニットの構造を示す一部切断正面図であ
る。 第５図（ａ）は同実施例におけるスライドユニットの構
造を示す正面図、第５図（ｂ）は第５図（ａ）のＡ−
Ａ′平面で切断した断面矢視図である。 第６図は２つの半導体素子用吸着装置の並列接続部分の
構造を示す側面図である。 第７図は同実施例の全体の構成を示す正面図である。 〔主要符号の説明〕 A,A′……吸着装置 Ｂ……分離装置 Ｃ……旋回ユニット Ｄ……上下ユニット Ｅ……スライドユニット Ｆ……移動ユニット Ｇ……極性判定機 ２……円筒部材 2a……吸入孔 3,3′……吸着ノズル ４……可動軸 4a……螺旋軸 5,5′……スプリング ６……支承部材 ７……エアシリンダ 10……台座 11……回転部 12……テーブルフランジ 18……回転テーブル 18b……底面 23……半導体素子 24……凹部 33……旋回軸 36……昇降エアシリンダ 45……ロータリーシリンダ 50……上下エアシリンダ 67……スライドエアシリンダ 75……回転軸。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に吸入孔と、該吸入孔の先端部に設け
   られた吸着ノズルと、該吸入孔内に挿入された可動軸
   と、該可動軸を前記吸入孔の軸線方向に移動させるべき
   可動軸駆動手段と、を有しており、前記可動軸は、その
   軸周表面に螺旋状の溝が形成されていることを特徴とす
   る半導体素子吸着装置。
2. 【請求項２】底面と該底面の周縁部に形成された側面と
   を有し、該底面上に外周に沿って並列した複数の素子固
   定用凹部を有する回転テーブルを、水平面から所定角度
   傾けて設置し、該回転テーブルを所定回転角度及び所定
   速度で間欠的に回転さすべき間欠回転駆動手段を備えた
   半導体素子分離装置と、導体製の前記吸着ノズルを備え
   た請求項第１項に規定する半導体素子吸着装置とを用い
   て成り、前記半導体素子吸着装置の２組が並列設置さ
   れ、該半導体素子吸着装置の下方には前記半導体素子分
   離装置を有し、前記半導体素子吸着装置の２組の前記吸
   着ノズルに半導体素子の極性判定用電圧を供給して該半
   導体素子の電流特性を検出すべき２つの端子をもつ極性
   判定装置を備えており、２組の前記半導体素子吸着装置
   のそれぞれに対して、旋回移動させるべき旋回駆動手段
   と、上下移動させるべき昇降駆動手段と、水平方向に移
   動させるべき並進駆動手段とを有することを特徴とする
   半導体組立装置。