JP4548984B2 - Ｉｃ搬送装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＱＦＰ（四方向フラット・パッケージ）、ＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）、ＣＳＰ（チップ・サイズ・パッケージ）及びウェハレベルＣＳＰ等のＩＣパッケージを搬送するＩＣ搬送装置に関するものである。
ＩＣ搬送装置は、ＩＣパッケージの電気的特性試験装置、外観検査装置、バーンイン試験装置などにおいて、対象となるＩＣパッケージを所定の位置に装着したり、取り除いたりするためのハンドラーとして利用されている。
【０００２】
【従来の技術】
図７に示されるように、ＩＣパッケージ４は試験装置に装着される前の状態では、台５上に収納されている。ＩＣ搬送装置は、それらの台５上のＩＣパッケージ４に対し、その上方からハンド３を降下させて吸着し、試験装置の所定の位置へ搬送して装着する。ハンド３を上下方向に駆動するために駆動装置が設けられており、例えばサーボモータなどの駆動機構によりボールネジ２が回転してハンド３が垂直方向に上下動するようになっている。
ハンド３がＩＣパッケージ４を吸着する際には、ハンド３の下面（ＩＣパッケージ４に触れる面）が設定された押込み量だけ更に下方に下降してＩＣパッケージ４を加圧して吸着する。
【０００３】
これまでのＩＣ搬送装置での条件出しは次のように行なわれている。ＩＣパッケージ４が台５に収納されている状態で、ハンド３をＩＣパッケージ４の吸着が可能な高さに設定する。ここでは、過去に搬送していた厚型（約３ｍｍ厚）のＱＦＰやＢＧＡで設定している値を用いることが多い。厚型のＱＦＰやＢＧＡでは、ハンド３がＩＣパッケージ４上面に接してから吸着動作を確実にするために、ＩＣパッケージ４上面より下方向に約２ｍｍ前後多めに下降させるように設定している。ハンド３がＩＣパッケージ４上面に接してからの下降を「押込み」という。吸着が十分でない場合には、搬送中に落下するといった搬送トラブルが起こるので、そのようなトラブルを防止することを目的として押込み降下を行なっているのである。
ＩＣ搬送装置は、ＩＣパッケージを搬送する時に吸着ミス等の装置停止エラーとなる搬送トラブルなく搬送できて、ＩＣパッケージの端子やパッケージの外形に変形がなければ、ＩＣパッケージが搬送可能な装置とされていた。
【０００４】
ＩＣ搬送装置でハンド３を降下させて吸着する際、ハンド３の降下速度は稼働率を左右する重要な要素である。ハンド３の下降速度については、厚型のＱＦＰやＢＧＡ時代に求められた高速搬送をキャッチフレーズに開発されたＩＣ搬送装置が多く、最近のＩＣ搬送装置ではＩＮＤＥＸタイム（ＩＣパッケージが搬送され次のＩＣパッケージが搬送されるまでの時間）を１秒以下で入れ替えが可能となっている。要するに、ハンド３の下降速度を低下させることは稼働率を落とすことになるので、ＩＣ搬送装置メーカーが出している速度のままで使用することが当たり前になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＩＣパッケージ４上面に向けてハンド３が高速で下降し、ＩＣパッケージ４上面に接触してから設定されている押込み量だけさらに降下すると、ハンド３の重さ、ハンド３の形状、接触面積、速度等により、ＩＣパッケージ４にかなりの衝撃を与えることになる。ハンド３がＩＣパッケージ４に与える荷重には、ハンドがＩＣパッケージに接触した時点に生じる瞬間的な衝撃荷重とその後に加圧することにより発生する静止荷重の２つがある。これらを合わせて瞬間荷重という。
【０００６】
これまでは、この瞬間荷重は管理されていない。しかし、ＩＣ搬送装置で瞬間荷重を意識せずに使用すると、ＩＣパッケージ内部のチップにクラックを発生したり、瞬間荷重が大きい場合はパッケージ外部で確認できる程のクラック（以下、チップクラック）を発生させてしまったりして、大きな品質問題を発生させてしまう可能性がある。薄型（１ｍｍ以下）のＩＣパッケージになるほどその可能性が高くなる。
品質を維持するというのは、チップクラックを全く発生させないことである。
しかし、パッケージ内部のチップクラックは、外観検査装置や目視検査では検出できない。
【０００７】
クラックは電気的特性試験ではクラックの位置により色々な欠陥となってあらわれるので、検知することができる。しかし、チップクラックには微少クラックも含まれ、微少クラックの場合は目視で判定できないだけでなく、電気的特性試験でも良品と判定されることがある。電気的特性試験を行なうからといってチップクラックがあるとすべて不良品として選別されると考えるのは間違いである。
【０００８】
電気的特性試験工程だけでなく、その前後の工程（バーンイン着脱や外観検査工程）でチップクラックを発生させた場合も同様であるが、ＳＡＴ観察（超音波探傷）機で個々に観察しないとクラックの有無は判断できない。しかし、ＳＡＴ観察の多くはパッケージ開発当初に内部での剥離等が発生していないかを検査するために、パッケージ認定の際に使用するものであり、量産化された段階で使用できるものではない。
このように、パッケージ内部のクラックや微小クラックは、見逃されて出荷され、後で問題が発生することになる。
【０００９】
本発明は、ＩＣ搬送装置でＩＣパッケージを扱う際にＩＣパッケージにクラックが発生するのを抑えることを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明では、瞬間荷重を制御することにより、ＩＣパッケージの品質を維持しながらＩＣ搬送を行なうようにする。
そのために、本発明のＩＣ搬送装置は、台上に置かれたＩＣパッケージを上方からチャックして他の場所へ移送するハンドと、ハンドを垂直方向及び水平方向に移動させるハンド駆動機構と、ハンド駆動機構の制御部と、ハンドがＩＣパッケージに接触したときにハンドと一体の部材に接触する位置に配置されたロードセルと、ハンドがＩＣパッケージに接触してからさらに下方に押し込む際の下降に関する基準値をＩＣパッケージにクラックが発生しない値に設定している設定部とを備えている。
【００１１】
その制御部は、図３に示されるように、ロードセル６の出力を監視しておき、その出力に基づいてハンドがＩＣパッケージに接触したことを検知した時点から設定部２４に設定された基準値に基づいてハンド駆動機構２０を制御する。設定部２４は制御部２２内に設けられていてもよく、又は制御部２２とは別のメモリ装置により構成されていてもよい。
【００１２】
ＩＣパッケージに対する荷重を制御するためにロードセルを利用することは、例えば特開２００１−５１０１８号公報にも記載されている。そこでは、ＩＣ試験装置において、測定部（ソケット等）にＩＣパッケージが入った状態で、ロードセルによってコンタクターが押し下げるコンタクト圧（押圧）を常時測定してＩＣパッケージの端子とソケットの端子との接触を確実に行ない、電気的に安定させるようにしている。しかし、そこでは、ハンドがＩＣパッケージに接触した瞬間の衝撃荷重は関係がなく、静止荷重の測定のみを行なっている。
本発明でもロードセルを利用するが、その目的及び利用の方法が異なる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
設定部２４に設定されている基準値の一例は、ハンドがＩＣパッケージに接触してから更に下方に押し込む際の押込み量と押込み速度である。
設定部２４に設定されている基準値の他の例は、ハンドがＩＣパッケージに接触してからさらに下方に押し込む際の押込み量とハンドがＩＣパッケージに接触した時点のロードセル６の出力値（衝撃荷重）である。
【００１４】
稼働率を高めるためには、制御部２２はハンドがＩＣパッケージに接触するまでは接触してから制御されるべき押込み速度よりも大きい速度で下降するようにハンド駆動機構２０を制御するものであることが好ましい。
押込みを精度よく制御するためには、ハンド駆動機構２２のうち、ハンドを垂直方向に移動させる機構はサーボモータとステッピングモータのいずれかであることが好ましい。
ハンドの一例は、その先端面でＩＣパッケージを吸着してチャックする機構を備えたものである。
【００１５】
【実施例】
図１、図２は一実施例を表わす。図１はキャリブレーションを行なう状態を示しており、図２はＩＣパッケージを搬送する状態を示している。
ハンド３を垂直方向に上下移動させるために、ハンド３を取り付けている取付けベース１０がボールネジ２の下端に取り付けられ、ボールネジ２はハンド駆動機構２０に備えられているサーボモータにより回転駆動されるようになっている。ボールネジ２はベース１０に回転自在に取り付けられており、ボールネジ２がハンド駆動機構２０により回転させられて上下方向に移動することにより、ベース１０は回転することなくボールネジ２により上下動させられる。ハンド３の先端にはＩＣパーケージ４を吸引により吸着してチャックするための吸着面が形成されている。
【００１６】
ＩＣパッケージ４はトレイ、シャトル、ステージ、受け台又はソケット等の台５上に収納されており、そこから試験装置その他の所望の位置に搬送される。
搬送ハンド、コレット、コンタクター等のハンド３の先端面が図１のように台５と接触したとき、又は図２のように台５上に収納されたＩＣパッケージ４と接触したときに、ベース１０の下面と接触する位置にロードセル６が配置されている。ベース１０はロードセル６との接触を容易にするために大きめにしているが、ロードセル６と接触できる大きさがあれば、必ずしも従来のものより大きくする必要はない。ロードセル６は高さが調節できるように、サーモモータなどの駆動機構８により上下方向に調節可能なボールネジ７の上端に保持されている。
【００１７】
ロードセル６は内部に歪ゲージを備えており、その歪ゲージが発生する電圧が出力として駆動機構２０の制御部２２に送られる。ＩＣパッケージ４にハンド３の先端が接触した瞬間の衝撃荷重と、その後、さらに押し込んだときの静止荷重がロードセル６の出力として制御部２２に送られる。これにより、ＩＣパッケージ４に与える瞬間荷重をロードセル６により測定することができる。
制御部２２には図３に示されるように、設定部２４がその内部のものとして、又は別に設けたメモリ装置により実現されている。
【００１８】
ロードセル６の基準位置を定めるキャリブレーションモードでは、図１にしめされるようにＩＣパッケージ４が収納されていない台５を用意する。そして、ハンド３を下降させ、ハンド３の先端面が台５に接触する位置で停止させる。ハンド３のこの位置をハンド３の基準位置とし、その状態でロードセル６がベース１０の下面に触れるようにサーボモータ８によりロードセル６の高さを調節する。
ロードセル６のその位置をロードセル６の基準位置とする。
【００１９】
ＩＣパッケージ４を搬送する図２の搬送モードでは、キャリブレーションモードで求めた基準位置を基にしてＩＣパッケージの種類ごとの基準点を認識するようにする。例えば、薄型のＩＣパッケージ４の搬送を行う場合は、ＩＣパッケージ４の厚みが１ｍｍであれば、ハンド３はキャリブレーションモードで求めたハンド３の基準位置より１ｍｍ上方でＩＣパッケージ４に触れることになる。ロードセル６についても同様であり、キャリブレーションモードで求めたロードセル６の基準位置より１ｍｍ上方にくるように、サーボモータ８により高さを調節してその位置で固定する。
【００２０】
ＩＣ搬送装置を図２の搬送動作モードに設定し、ＩＣパッケージ４を搬送するごとにロードセル６による荷重測定のピーク値をホールドすることにより、常に瞬間荷重測定を行うことが可能となる。このＩＣ搬送装置は、単に瞬間荷重を監視するだけではなく、ロードセル６内の歪ゲージが発生する電圧をケーブルを通してハンドの駆動機構２０のサーボモータにフィードバックすることで、瞬間荷重を常時モニターしながら荷重スペックを守るように稼動することが可能となる。
【００２１】
ここで、荷重スペックとはＩＣパッケージ毎に求めたチップクラックが発生しない荷重のことである。ＩＣパッケージ毎にチップクラックが入る瞬間荷重の大きさ（チップクラックの実力）が異なるために、チップクラックが発生しない荷重を評価段階で把握しておく。
評価方法として、プッシュプルゲージ等を使用する方法もあるが、この実施例の装置を使用してサーボモータのコントロールでハンド３を例えば２０ｍｍ／分程度の速度で下降させ、ＩＣパッケージ４に触れたところでロードセル６により荷重を測定する。幾つかのＩＣパッケージ４のサンプルについて、荷重を変えながら（例えば、サンプル１は１ｋｇｆ、サンプル２は２ｋｇｆ・…）測定し、それらのサンプルについてＳＡＴ観察を行うことにより、限界となる荷重を把握することができる。
【００２２】
瞬間荷重には衝撃荷重と静止荷重があるが、それらを順に測定することもできる。もしそれらの２種類の荷重を分けて管理するとしたら、ＩＣパッケージ４が最初に受ける衝撃荷重は実施例のようにロードセル６により荷重を常時監視することにより制御が可能となる。
しかし、静止荷重についてはＩＣ搬送装置が高速で稼動している状態でのロードセル６の出力によっては測定が困難な場合も考えられる。しかし、静止荷重についてはＩＣパッケージ４が台５に収納されていない状態でも測定が可能なので、ロットをセットする前や日常点検等の定期点検項目として管理することも可能である。そのため、静止荷重は実施例の装置の動作中に制御することは必ずしも必要ではない。
【００２３】
その理由をさらに述べると、静止荷重はハンド３の下面とＩＣパッケージ４の上面が面と面で接触し最終的にかかる荷重である。チップクラックの発生する静止荷重はかなり大きく、例えば１０ｋｇである。それに対し、衝撃荷重は静止荷重の１／１０程度の大きさ、例えば１ｋｇでもチップクラックが発生してしまう。そのため、本発明の目的からは静止荷重についてはＩＣパッケージ４の搬送ごとに管理しなくても、定期的な点検による管理で十分である。
【００２４】
ロードセル６の使い方によっては、ＩＣパッケージ４の搬送ごとに衝撃荷重とともに静止荷重を測定することもできる。例えばハンド３が取り付けられているベース１０をさらに大きくして、台５の左右にそれぞれロードセル６を設置し、一方のロードセルでは衝撃荷重を測定し、ハンド３が下降しきった所で一定時間停止させて他方のロードセルで静止荷重を測定するというような方法である。
【００２５】
この実施例において、実際にロードセル６を使用して測定した瞬間荷重（衝撃荷重と静止荷重）を図４に示す。ハンド３がＩＣパッケージ４に接触した時点で瞬間的な衝撃荷重が生じ、その後に加圧することにより静止荷重が生じる。
ＩＣ搬送装置で瞬間荷重を測定するために、幾つかの条件を変更した。特に重要で、かつ効果が大きいものとして、ハンドの押込み量と押込みスピードが挙げられる。
【００２６】
従来は押込み量は約２ｍｍ前後と設定されているが、ハンド３がＩＣパッケージ４に触れる瞬間でのハンド３の降下速度を限界の高速下降を１００％とした場合の７０％に設定し、押込み量を０.１ｍｍ、０.４ｍｍ、０.７ｍｍ、１.０ｍｍと変化させて荷重を測定した結果を表１に示す。
【表１】

押込み量を増やすと衝撃荷重は０.４３ｋｇｆから１.３９ｋｇｆまで上昇していった。
【００２７】
次に、押込み量を０.４ｍｍ（押込み量０.４ｍｍは搬送トラブルが発生しない最小の押込み量である。）で固定し、ハンド３の押込みスピードを変化させて荷重を測定した結果を表２に示す。
【表２】

押込みスピードは、ハンド３の限界の高速下降速度を１００％とし、それとの割合で示している。押込みスピードについても、ハンド３がＩＣパッケージ４に触れる瞬間のスピードが高速になるにつれ高荷重になって行く。
このように搬送トラブルが発生しない押込み量を使用して、ロードセル６で瞬間荷重を常時監視しながらハンド３の押込みスピードを制御することで静止荷重と変わらない大きさの衝撃荷重に抑えることが可能となる。
【００２８】
図５は図３に示した設定部２４に基準値を設定する動作を示したものである。
基準値はＩＣパッケージの種類ごとに設定する。
まずサンプルとなるＩＣパッケージを台５に設定し、予め定めておいた押込み量と押込みスピードで駆動機構２０のサーボモータを駆動してサンプルをチャックする。そのときのロードセル６によるピーク値をホールドしておく。このピーク値は衝撃荷重を表わす。
【００２９】
サンプルを交換し、押込み量と押込みスピードを予め設定したものに順次変更しながら同様に各サンプルについてチャック動作を繰り返し、それぞれのロードセルのピーク値をホールドとしておく。
予定の条件による動作を終了すると、測定を行なった各サンプルのＳＡＴ観察を行ない、クラックが発生していないものについて押込み量とスピードの最適値を選択する。
ここでは、基準値として押込み量と押込みスピードを設定するようにしているが、押込みスピードに代えてロードセルの出力（ピーク値）自体を基準値として設定するようにしてもよい。
【００３０】
図６は設定部２４に基準値を設定した後、実際にＩＣパッケージ４を搬送する動作を示したものである。
動作を開始し、サーモモータを駆動すると、ロードセル６が常に荷重を監視しており、ベース１０がロードセル６に接触したこと、すなわちハンド３の先端がＩＣパッケージ４に接触したことを検知すると、設定部２４に設定されている押込み量と押込みスピードの基準値になるように制御部２２が駆動機構２０のサーボモータを制御する。
【００３１】
設定値としてロードセル６の出力値が基準値として設定されているときは、ロードセル６がハンド３とＩＣパッケージ４の接触を検知すると、設定された押込み量と、ロードセル検出値が設定された基準値となるように駆動機構２０のサーモモータを制御する。
実施例では駆動機構２０がサーボモータを備えているとして説明しているが、サーボモータに代えてパルスモータを使用することもできる。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１の発明では、ハンドがＩＣパッケージに接触してからさらに下方に押し込む際の下降に関する基準値をＩＣパッケージにクラックが発生しない値に設定しておき、ハンドとＩＣパッケージとの接触をロードセルにより常時監視し、ハンドがＩＣパッケージに接触したことを検知すると、設定された基準値に基づいてハンドの押込みを制御するようにしたので、チップクラックを発生させることなくＩＣパッケージの搬送を行なうことが可能となる。
その結果、これまで気付かずに発生させていたチップクラックに起因する歩留まり低下の解析に要する無駄な時間や客先出荷後の品質を高く維持することができる。
【００３３】
本発明では、ハンドを押し込む際の基準値として、押込み量のほかに衝撃荷重を表わすロードセルの出力値を設定したので、衝撃荷重自体を制御できるようになり、チップクラックの発生をより有効に抑えることができる。
請求項２の発明では、ハンドがＩＣパッケージに接触するまでは接触してから制御されるべき押込み速度よりも大きい速度で下降するようにしたので、このＩＣ搬送装置の稼働率を高めることができる。
【００３４】
請求項３の発明では、ハンドを垂直方向に移動させる機構として、サーボモータとステッピングモータのいずれかを使用したので、ハンドの押込み制御を精度よく行なうことができる。
請求項４の発明では、ハンドはその先端面でＩＣパッケージを吸着してチャックする機構を備えたものとしたので、本発明を現在使用されている汎用のＩＣ搬送装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一実施例をキャリブレーションモードで表わす概略正面図である。
【図２】 同実施例をＩＣパッケージ搬送モードで表わす概略正面図である。
を行なう状態を示しており、図２はＩＣパッケージを搬送する状態を示している。
【図３】 本発明におけるハンドの制御系統を示すブロック図である。
【図４】 瞬間荷重を表わす図である。
【図５】 同実施例において設定部に基準値を設定する動作を示すフローチャート図である。
【図６】 同実施例においてＩＣパッケージを搬送する動作を示すフローチャート図である。
【図７】 従来のＩＣ搬送装置を示す概略正面図である。
【符号の説明】
２ ボールネジ
３ ハンド
４ ＩＣパーケージ
５ 台
６ ロードセル
１０ ベース
２０ ハンド駆動機構
２２ 制御部
２４ 設定部

Claims (4)

1. 台上に置かれたＩＣパッケージを上方からチャックして他の場所へ移送するハンドと、
   前記ハンドを垂直方向及び水平方向に移動させるハンド駆動機構と、
   前記ハンド駆動機構の制御部と、
   前記ハンドが前記ＩＣパッケージに接触したときに前記ハンドと一体の部材に接触する位置に配置されたロードセルと、
   前記ハンドが前記ＩＣパッケージに接触してから更に下方に押し込む際の下降に関する基準値を前記ＩＣパッケージにクラックが発生しない値に設定している設定部とを備え、
   前記制御部は前記ロードセルの出力を監視しておき、その出力に基づいて前記ハンドが前記ＩＣパッケージに接触したことを検知した時点から前記設定部に設定された基準値に基づいて前記ハンド駆動機構を制御するようにしたＩＣ搬送装置であって、
   設定される前記基準値は、押込み量と、前記ハンドが前記ＩＣパッケージに接触した瞬間の衝撃荷重としての前記ロードセルの出力ピーク値であり、
   前記ハンドが前記ＩＣパッケージに接触したことを検知した時点からの前記制御部による前記ハンド駆動機構の制御は、前記ロードセルの出力のピーク値が前記基準値として設定された前記出力ピーク値となるように前記ハンドの押込み速度を制御しつつ、押込み量が前記基準値として設定された前記押込み量となるまで押し込むように行われることを特徴とするＩＣ搬送装置。
2. 前記制御部は前記ハンドが前記ＩＣパッケージに接触するまでは接触してから制御されるべき押込み速度よりも大きい速度で下降するように前記ハンド駆動機構を制御するものである請求項1に記載のＩＣ搬送装置。
3. 前記ハンド駆動機構のうち、ハンドを垂直方向に移動させる機構はサーボモータとステッピングモータのいずれかである請求項１又は２に記載のＩＣ搬送装置。
4. 前記ハンドはその先端面でＩＣパッケージを吸着してチャックする機構を備えたものである請求項１から３のいずれかに記載のＩＣ搬送装置。

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