JP6104711B2 - ワーク搬送装置 - Google Patents

Description

この発明は、チップを収容する外囲器の開口部にキャップをシーム接合して半導体パッケージを気密封止するなどの所定の処理を、密閉室内で行うのに適するワーク搬送装置に関するものである。

従来より、半導体をパッケージ内に気密封止する際にマイクロパラレルシーム接合装置が用いられている。この装置は、パッケージの外囲器の開口を上向きにして保持し、この開口部に金属製（コバールなど）のキャップを載せ、一対のマイクロローラ電極をこのキャップの周縁に転接させつつ両マイクロローラ電極間に接合電流を流すことによりシーム接合するものである（特許文献１）。

多数のパッケージをキャリヤに永久磁石を用いて位置決めし、このキャリヤをワークテーブルに搬送してキャップの仮止めおよびシーム接合を行うものも公知である（特許文献２、３）。この場合に、キャリヤは搬送レールに乗せて搬送され、ワークテーブルの上方に移動されるとこの搬送レールに設けたシリンダ（エアシリンダ）により下降され、ワークテーブルに設けた位置決めピンによりキャリヤを位置決めしてワークテーブルに保持している。すなわちキャリヤを搬送レールに載せてワークテーブルの位置まで移動させる間は、キャリヤはシリンダによって上昇位置に保持されるものであった（特許文献２の段落００２４〜００２８）。従ってシリンダはキャリヤと共に搬送レールに載せて（Ｘ−Ｙ方向に）移動するものであった。

特開２００７−５３１９２号公報 特開平８−１６２５５６号公報 特開平８−２５５８４９号公報

半導体パッケージの気密封止は、真空(あるいは減圧）雰囲気中あるいは窒素などのガス雰囲気中で行うが、これらの雰囲気に保った気密室（密閉室）内での封止処理では、シリンダ（エアシリンダ）を使うことは望ましくない。すなわち、仮にエアシリンダ周辺からのエア漏れがあると気密室の雰囲気に影響を及ぼすおそれが有り、また真空雰囲気下（減圧下）で使えるエアシリンダは特殊で仕様が限られるため、特別な機構設計が求められ設計自由度が制限されるからである。またこのようなエアシリンダなどの真空用部品は高価でもある。

さらに、エアシリンダをキャリヤと共に搬送すると、エアシリンダの配線、配管が移動することになり、これに伴い配線、配管がこすれるなどしてゴミ発生のおそれが生じ、半導体の性能などに影響を及ぼすそおそれが考えられる。またこれらの引き回し空間を設ける必要も生じるため、装置の小型化の障害になるという問題もある。一方複数の（左右の）エアシリンダを用いてキャリヤを昇降させる場合には、各エアシリンダの動き、特に昇降スピードにムラが生じやすく、左右の速度調整が難しい。この場合に、速度ムラがあるとワークが跳ね上がって、所定の位置決め位置からこぼれたりするおそれもあった。

この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、気密室の雰囲気に影響を与えるおそれが無く、高価な部品を用いる必要を無くし、設計自由度を大きくし、装置の小型化に適し、さらに昇降速度調整が容易であり、左右の昇降速度のムラが生じにくくすることが出来るようにするワーク搬送装置を提供することを目的とする。

この発明によればこの目的は、所定雰囲気の気密室内で、所定の処理位置で多数のワークに所定の処理を施す処理装置にワークを搬入出するためのワーク搬送装置であって、
前記多数のワークを載置した複数枚のキャリヤを収容する多段のマガジンと、
このマガジンから前記キャリヤを受け取り保持する移動ステージと、
前記気密室の外側に取り付けたモータにより送りネジ機構を介して駆動され前記移動ステージをＸ−Ｙ方向に移動させるＸ−Ｙ搬送手段と、
気密室の外側に取り付けたモータにより回転される偏芯カムにより前記キャリヤを前記移動ステージの復帰位置でＺ方向に昇降させる昇降手段と、
この移動ステージにより前記所定の処理位置に搬送された前記キャリヤに所定の処理を施す処理装置と、を備え、
前記昇降手段は、前記復帰位置で、前記偏芯カムが前記キャリヤを上昇させてキャリヤの搬入出を可能にすると共に、前記偏芯カムが前記キャリヤを下降させて位置決めしつつ移動ステージのＸ−Ｙ方向への移動を許容することを特徴とするワーク搬送装置、により達成される。

キャリヤをマガジンから受け取る移動ステージを搬送するＸ−Ｙ搬送手段を送りネジ機構とし、これを気密室の外側に設けたモータで駆動すると共に、キャリヤを上下動させる昇降手段を偏芯カム機構としてこれを気密室の外側に設けたモータで駆動するから、搬送系の全てのモータが気密室の外に位置することになる。このためモータに使われている樹脂や金属などの表面から出る吸着ガスが気密室に入ることが無く、気密室の雰囲気を安定させることが出来る。このためワークの処理が安定し不良品の発生を防ぐことが出来る。

また高価な真空用部品が不要になるので設計自由度が大きくなり、装置の小型化が可能になる。さらに昇降機構には偏芯カムを用いるので、移動ステージの昇降が滑らかになり昇降時の衝撃を小さくできる。従って、ワークの位置ずれを防いで処理装置での処理を円滑に行えるようにすることが出来る。

本発明の一実施例を示す平面図（Ａ）と側面図（Ｂ）の概念図 同じく昇降手段の概念を示す分解斜視図 同じく移動ステージの搬送例を示す平面図 移動ステージの搬送機構を示す平面図 同じく移動ステージの搬送機構を示す正面図 同じく一実施例の動作流れ図

移動ステージにはキャリヤの対向２辺を下方から支持する一対のレールを設け、昇降手段はこれらのレールを昇降させることによってキャリヤを昇降させる構成とすることが出来る（請求項２）。この場合上下するのは一対の昇降レールだけあるいはこれに載せたキャリヤと昇降レールだけであり、昇降レールはキャリヤを保持する長さがあれば足りるから、可動部分が軽量である。このため昇降レールの昇降を短時間で効率良く行うことができ昇降手段のモータが小型になる。

２つの移動ステージを共通の受け台に固定し、この受け台をＸ−Ｙ方向に移動するようにすれば、２つのキャリヤを同時に処理位置に移動し連続してあるいは同時並行して処理することにより処理能率を向上させることが出来る（請求項３）。例えば２つのキャリヤに対応して２つの処理装置を気密室に設けておき、これらのキャリヤを並行して処理することも可能になる（請求項４）。

ワークを半導体パッケージとし、処理装置をこのパッケージにキャップをシーム接合するマイクロパラレルシーム接合装置とすれば、半導体パッケージの気密封止を能率良く行うことができる（請求項５）。

図１、３において符号１０はマガジンであり、ここには多数のキャリヤ１２が多段に収納されている。このキャリヤ１２には半導体素子を収納した多数の外囲器が保持されている。キャリヤ１２は例えば特開平６−１０４３４７に開示されているものとすることが出来る。すなわち、外囲器を位置決めする位置決め孔を多数設けた位置決め板を保持基板に重ね、各位置決め孔の下方で保持基板に保持した永久磁石により外囲器を位置決め孔に吸着し保持するものである。

このキャリヤ１２はマガジン１０に多段にセットされ（図６のステップＳ１００）、このマガジン１０は、予め真空オーブンチャンバ（図示せず）内で加熱され脱気される（ステップＳ１０２）。すなわち外囲器や内部の半導体素子、キャリヤ１２やマガジン１０の表面に吸着したガスを除去するものである。

このマガジン１０は図４に示す気密室１４にセットされる（ステップＳ１０４）。キャリヤ１２は１つずつマガジン１０から引き出されて、中間バッファ部１６（図１）に移され、さらに移動ステージ１８に搬送される。この時には移動ステージ１８は復帰位置（待機位置、ホームポジション）させておく（ステップＳ１０６）。中間バッファ部１６はキャリヤ１２の対向２辺を保持する一対のレール１６ａ、１６ａを持ち（図１）、これらのレール１６ａにキャリヤ１２を載せてＸ−Ｙ方向に移動する。なおこの中間バッファ部１６の搬送装置については公知のものでよいから、ここでは詳細な説明はしない。

２０は２つの移動ステージ１８を載せた受け台であり（図２）、この受け台２０は、図４に示すモータ２２、２３によって水平面状でＸ方向と、Ｙ方向とに移動可能であり、さらにモータ２４によってキャリヤ１２だけを上下方向に昇降可能である。なおモータ２２、２３は、気密室１４となる筐体の外側に取り付けられ、Ｘ方向とＹ方向の移動はそれぞれ送りネジ機構により行われ、Ｚ方向の昇降は気密室１４の外側に取り付けたモータ２４で駆動する偏芯カム機構により行われる。なお移動ステージ１８はその復帰位置（ホームポジション、待機位置）だけで昇降する。Ｘ−Ｙ搬送機構については後記する。まず昇降機構について以下に説明する。

２つの移動ステージ１８は図２、３に示すように、共通の受け台２０に左右（Ｘ）方向に並べて固定されている。これらの移動ステージ１８には各キャリヤ１２の左右２辺を支持する２対の昇降レール２６（２６ａ〜２６ｄ）が上下動可能に取り付けられている。すなわち移動ステージ１８には、各キャリヤ１２の左右２辺の下方に２個ずつ位置する合計８個のリニアブッシュ２８が固定され（図１、２）、これらのリニアブッシュ２８には下方からそれぞれリニアシャフト３０が合計８本貫通している。左右各辺に対応する昇降レール２６は前後（Ｙ方向）の２本のリニアシャフト３０の上端に取り付けられている。

ここに昇降レール２６は、図２に示すように、キャリヤ１２の左右２辺を載せてガイドする段部が形成された樹脂製のガイド部材２７ａと、このガイド部材２７ａの下面に固定された金属板２７ｂとを一体にしたものである。なおこの金属板２７ｂは、各キャリヤ１２の搬入出側がガイド部材２７ａよりも突出していて、ここにキャリヤ１２をガイドして昇降レール２６の段部に導くガイドローラ３２が取り付けられている。同じ昇降レール２６を保持する２本のリニヤシャフト３０の下端は、それぞれ昇降ブロック３４（３４ａ〜３４ｄ）に固定されている。左右両端の２つの昇降ブロック３４ａ、３４ｄの下端にはカムフォロワとなるローラ３６ａ、３６ｃが取り付けられ、中間の２つの昇降ブロック３４ｂ、３４ｃの下端は連結板３８で連結され、この連結板３８の下面にローラ３６ｂが取り付けられている。

これらのローラ３６ａ〜３６ｃは、移動ステージ１８（従って受け台２０）の復帰位置では、Ｘ方向に並行に配置した偏心カム軸４０に同位相に固定した偏芯カム４２（４２ａ〜４２ｃ）の上方に位置し、偏芯カム４２の回転によって同期して昇降する。従って４個の昇降レール２６が同期して昇降する。なお偏芯カム４２は、昇降レール２６を下降位置にした時にローラ３６が偏芯カム４２から僅かに離れ（図１（Ｂ）に示す間隙Ａ）、移動ステージ１８（および受け台２０）のＸ−Ｙ方向への移動を可能にしている。

すなわち図１の（Ｂ）には上昇位置と下降位置（左側の仮想線内に示している）とを併記しているが、仮想線内に示した下降位置では偏芯カム４２とローラ３６との間に間隙Ａが生じるようにしている。例えば下降位置では昇降レール２６の下面がリニヤブッシュ２８の上端面に当接してその下降が規制されるようにする。

また昇降レール２６には、図１（Ｂ）および図２に示すように引っ張りコイルばね４４によって常に下向きの復帰習性が付与されている。すなわちこのコイルばね４４の上端は昇降レール２６の下面に係止される一方、コイルばね４４の下端は、リニヤブッシュ２８を固定した移動ステージ１８に係止されている。このため昇降レール２６は偏芯カム４２がローラ３６から離れた下降位置（図１（Ｂ）の仮想線内）に保持され、この状態でＸ−Ｙ方向に搬送される。なおこの時には、キャリヤ１２に設けた位置決め孔（図示せず）が移動ステージ１８に設けた位置決めピン（図示せず）に係合し、キャリヤ１２が位置決めされる。

次に移動ステージ１８をＸ−Ｙ方向に移動させるＸ−Ｙ搬送機構を説明する。移動ステージ１８を保持する受け台２０は、図４、５に示すＸ方向の２本の平行なリニヤ軸受け４６に案内されてＸ方向に移動可能な下受け台４８と、この下受け台４８の上面から起立してＹ方向に伸びる２本のリニヤ軸受け５０とに支持されている。従って受け台２０は、リニヤ軸受け４６と５０に載ってＸ−Ｙ方向に移動可能である。５１はＸ方向のリニヤ軸受け４６に載った下受け台４８をＸ方向に移動させる送りネジ軸であり、前記モータ２２によって回転駆動される。

Ｙ方向の搬送機構は、図４、５に示す送りネジ軸５２と、この送りネジ軸５２によってＹ方向に移動する移動体５４と、この移動体５４から水平にＸ方向に伸びる２本のガイド軸５６、５６と、これらのガイド軸５６、５６にガイドされてＸ方向に摺動する摺動体５８（図２）とを備え、この摺動体５８の上面にスペーサである受け台２０ａを挟んで前記受け台２０が固定されている。また前記移動ステージ１８は、この受け台２０の上面にスペーサとしての受け台２０ｂを挟んで固定されている。

前記受け台２０は前記のように、Ｘ方向のリニヤ軸受け４６と、Ｙ方向のリニヤ軸受け５０とに載って移動するから、摺動体５８はこの受け台２０の下面に吊られて固定されていることになる。一方、この摺動体５８と一体の受け台２０には、前記昇降機構で昇降レール２６を受け台２０側に復帰させるコイルばね４４により、常に上向きの押上げ力が加わることになる。そこでこの押し上げ力を、Ｙ方向の送りネジ軸５２を挟んで反対側に設けたＹ方向のリニヤ軸受け６０に移動体５４を上から摺動させることにより支持している。

次にこのＸ−Ｙ搬送機構および昇降機構の動作例を図６を用いて説明する。前記したように、マガジン１０を気密室１４にセットし（Ｓ１０４）、移動ステージ１８を復帰位置に復帰させたら（ステップＳ１０６）、昇降機構のモータ２４が回転して偏芯カム４２がローラ３６（従って昇降レール２６）を押し上げた状態とする（図１（Ｂ）、ステップＳ１０８）。中間バッファ部１６は、マガジン１０からキャリヤ１２を抜き出して移動ステージ１８に搬送する（ステップ１１０）。

キャリヤ１２が移動ステージ１８にセットされると、モータ２４が起動して偏芯カム４２が回転し、昇降レール２６を下降させ、キャリヤ１２を移動ステージ１８に位置決めする（ステップＳ１１２）。次にＸ−Ｙ搬送機構は、このステージ１８を処理装置６２（図３）に移動する。この処理は、半導体パッケージの封止処理の場合には、例えばＹシーム処理（Ｙ方向の２辺のシーム接合処理）の位置に移動する（ステップＳ１１４）。ここではまずキャップを外囲器に載せて対称位置に２つのローラ電極（図示せず）を押し当て接合パルスを供給することによってキャップの仮止めを行う（ステップＳ１１６）。そしてローラ電極をＹ方向に転接させつつ接合電流を供給することによって、Ｙ方向のシーム接合を行う（ステップＳ１１８）。

キャリヤ１２に同一の半導体パッケージを多数保持している場合には、ステップＳ１１４〜１１８の処理を連続して繰り返す。Ｙシーム接合が終わると移動ステージ１８をＸシーム接合位置に移動し（ステップＳ１２０）、Ｘ方向のシーム接合を行う（ステップＳ１２２）。全てのパッケージのシーム接合が終わるとＸ−Ｙ搬送機構は移動ステージ１８を復帰位置に移動する（ステップＳ１２４） 。すると昇降機構が起動して昇降レール２６を上昇させ（ステップＳ１２６）、中間バッファ部１６がこの移動ステージ１８から処理済みのキャリヤ１２を取り出してマガジン１０に戻す（ステップＳ１２８）。Ｘシーム処理と，Ｙシーム処理とを同じローラ電極で行う場合には、移動ステージを９０°回転したり、あるいはローラ電極を９０°回転するようにしても良い。

１０ マガジン
１２ キャリヤ
１４ 気密室（真空室、筐体）
１６ 中間バッファ部
１８ 移動ステージ
２０ 受け台
２２、２３、２４ モータ
２６ 昇降レール
２８ リニヤブッシュ
３０ リニヤシャフト
３６ ローラ
４０ 偏芯カム軸
４２ 偏芯カム
４４ コイルばね
４６、５０、６０ リニヤ軸受け
５１、５２ 送りネジ軸
５４ 移動体
５６ ガイド軸
５８ 摺動体
６２ 処理装置

Claims (5)

1. 所定雰囲気の気密室内で、所定の処理位置で多数のワークに所定の処理を施す処理装置にワークを搬入出するためのワーク搬送装置であって、
   前記多数のワークを載置した複数枚のキャリヤを収容する多段のマガジンと、
   このマガジンから前記キャリヤを受け取り保持する移動ステージと、
   前記気密室の外側に取り付けたモータにより送りネジ機構を介して駆動され前記移動ステージをＸ−Ｙ方向に移動させるＸ−Ｙ搬送手段と、
   気密室の外側に取り付けたモータにより回転される偏芯カムにより前記キャリヤを前記移動ステージの復帰位置でＺ方向に昇降させる昇降手段と、
   この移動ステージにより前記所定の処理位置に搬送された前記キャリヤに所定の処理を施す処理装置と、を備え、
   前記昇降手段は、前記復帰位置で、前記偏芯カムが前記キャリヤを上昇させてキャリヤの搬入出を可能にすると共に、前記偏芯カムが前記キャリヤを下降させて位置決めしつつ移動ステージのＸ−Ｙ方向への移動を許容することを特徴とするワーク搬送装置。
2. 移動ステージにはキャリヤの対向２辺を下方から支持する一対の昇降レールが設けられ、前記昇降手段はこれらの昇降レールを昇降させる請求項１のワーク搬送装置。
3. ２つの移動ステージが共通の受け台に固定され、前記受け台がＸ−Ｙ方向へ移動される
   請求項１のワーク搬送装置。
4. 気密室内には２つの処理装置が設けられ、Ｘ−Ｙ搬送手段は２つのキャリヤをこれらの処理装置に搬送して処理する請求項３のワーク搬送装置。
5. ワークは半導体パッケージであり、処理装置はこのパッケージにキャップをシーム接合する接合装置である請求項１のワーク搬送装置。

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