JP2000513145A - プレスの直線的な力の増幅用楔装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 半導体パッケージング処理におけるクランプ操作中に大きな力を制御可能に及ぼすと共に入力に対して出力を直線的にするのを容易にするためのプレス用楔装置である。楔装置は、一組のプーリ（１４）とタイミングベルト（１５）とを介してボールねじ（１９）に連結されたサーボモータ（１０）により駆動される。回転しないようにされたナットとねじとは、ねじの回転によりナットが直線方向に移動せしめられるように螺合する。金属の延長部（２７、３０）は、楔部（５０）がナットと共に移動するように、下側楔部（５０）に対してナットを連結せしめる。下側楔部（５０）の頂部には、相補楔部（６５）に固定されたブロック支持部（６０）が摺動可能に配置される。相補楔部（６５）は、垂直方向には自由に移動可能であるが、水平方向には自由に移動できない。下側楔部が水平方向に移動すると、相補楔部は垂直方向に移動する。相補楔部は、半導体パッケージング操作に必要なクランプ力を発生させるためにプレスの下に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】 プレスの直線的な力の増幅用楔装置 技術分野 本発明は半導体パッケージングの分野に関し、特には入力に対して出力を直線 的にするために、半導体パッケージング処理のクランプ操作中に大きな力を制御 可能に及ぼすことができるプレス用楔装置に関する。 技術背景 クランプオペレーションは、半導体デバイスをエンキャプシュレートするため に型に樹脂混合物を搬送する前に型の間に前もっての形成物を固定する半導体パ ッケージング産業において重要である。クランプオペレーション中に前もっての 形成物が引っかき傷や損傷を受けないこと、及びパッケージング処理の成形操作 中に樹脂の漏れを最小にすべく十分なクランプ力を適用することを保証するため に、クランプオペレーション中に良好な制御を行うことが重要である。 適用される力の制御を改良するために、様々な機械的な装置が使用され提案さ れてきた。必要とされるクランプ力が高く、つまり、約６０トンであって、公差 が比較的小さい、つまり、数トンであるため、クランプ機構は、高い精度でもっ て極度に大きい力を適用可能であることが必要とされる。今日、一般に油圧式プ レスを使用することが選択される。出力が入力に対してほぼ直線的であるために この型式のオペレーションにとって油圧は良好な選択肢である。油圧を使用する ことにより、オペレータはより容易かつ正確にオペレ ーションに必要とされる大きさの力を適用することができる。更に油圧装置は大 きな力を及ぼすことができる。 しかしながら、油圧装置は多数の問題点を有しており、特には、半導体パッケ ージング処理がしばしば行われるクリーンルーム環境の点において問題点を有す る。油圧装置は、物理的性質から流動体を使用する必要がある。今日一般的に使 用される流動体はオイルの類である。特には連続的に繰り返して大きな力が及ぼ される時、流動体及びそのガスが装置から漏出する傾向がある。この漏れは、自 動車修理のような産業においては重要でないかもしれないが、清潔であることが 非常に優先される半導体パッケージング産業において重大な問題となる可能性が ある。更に、油圧装置はしばしば、正確に係合する必要があり比較的高頻度のメ ンテナンスが必要となる複雑な部品及び機構を有する。 トグル機構を備えた空気圧式又は電気機械式プレスのような大きな力を適用す るための他の手段も存在するが、これらの装置は、理想的には半導体パッケージ ングのクランプ操作に適していない。幾つかの問題点の例として、特には、大き な力を適用できない、制御の精度に欠ける、入力と出力との関係が直線的でない 、部品及び機構が複雑である、メンテナンスの頻度が高くなる、部品間に過度の 摩擦が発生してしまう、効率的でない、操作が遅い等がある。それゆえ、上述し た問題点に鑑み、オペレーションが行われる環境の清潔性について妥協すること なく、かつ、機構が複雑になること及びメンテナンスの頻度が高くなることを回 避しつつ、大きな力を制御可能に伝達することができる新しい型式の力伝達装置 が必要とされる。 発明の目的 本発明の目的は、上述した問題点を回避すると共に、半導体パッケージング処 理のクランプ操作に適切な大きな力を正確に伝達するための簡単な効果的な機構 を使用する装置を提供することである。 発明の開示 本発明は、クリーンルームの環境に悪影響を及ぼすことなく大きな力を制御可 能に適用することができる簡単な機構を提供することにより上述した問題点を解 決する。楔装置は、一組のプーリとタイミングベルトとを介してボールねじに連 結されたサーボモータにより駆動される。回転しないようにされたナットとねじ とが螺合すると、ねじの回転によりナットは直線方向に移動せしめられる。金属 延長部は、楔部がナットと共に移動するように、ナットを下側楔部に連結する。 下側楔部の頂部には、相補楔部に固定されたブロック支持部が摺動可能に配置さ れる。相補楔部は、垂直方向には移動するが、水平方向には移動しないようにな される。下側楔部が水平方向に移動すると、ブロックは垂直方向に移動する。相 補楔部は、半導体パッケージング操作に必要なクランプ力を適用するためにプレ スの下に配置される。本発明の他の実施形態において、ブロック支持部は収容さ れたローラに変更される。 図面の簡単な説明 図１は本発明の側面図である。 図１Ａはカム従動部を備えた相補楔部の正面図である。 図１Ｂは収容されたローラを示すと共に楔部に対する収容されたローラの相互 作用を示した略図である。 図２は半導体デバイスのクランプ装置と相互作用する本発明の側面図である。 図３は本発明の他の実施形態の側面図である。 図４はホームポジションから進んだサーボモータの位置をステップ数で測定し た入力値に対する本発明の出力の関係を示したグラフである。 好ましい実施態様の詳細な記載 本発明は機械的な手段により力を増幅するプレス用楔装置に関する。本発明は 、半導体パッケージ操作において不可欠な状態である、出力と入力とが直線関係 になることにより高いレベルで出力制御を行うことが可能となる、特には半導体 パッケージング処理に適切である。更に、水圧又は油圧式機構と異なり、本発明 は力を増幅するための流動体を使用しない。それゆえ、クリーンルーム環境にお いて行われる半導体パッケージングに非常に好適である。というのは、環境を汚 染してしまう可能性のある漏れの心配や他の液体に関連する問題が存在しないか らである。更に、本発明は、容易に製造可能な多数の標準的な構成要素及び慣習 的な構成要素を使用して実行可能であるため、実質的にメンテナンスの必要ない オペレーション及び迅速な生産が容易になる。 図１は楔装置１の好適な実施形態を示す。装置は、プレス用の安定した土台と なる基部５を有する。楔装置は６０トンを越える力を付与可能であるため、基部 はこの範囲を越える力に十分に耐え得るように強くなければならない。プレスは 装置の動力源であるサーボモータ１０により駆動される。必要とされる運動が直 線運動であるため、機構はモータの回転運動を直線運動に変換しなければならな い。この変換は、モータ１０のプーリ１２と直線変換機構１８のプーリ１４とを タイミングベルト１５で連結することにより達成される。プーリ１４は、サーボ モータ１０により発生された力を増幅す るためにプーリ１２よりも大きな直径を有する。必要な制御を行うために本発明 では好適にはタイミングベルト１５が使用されるが、そのような正確な制御が必 要とされないときには、チェーン、ギヤ又は他の連結機構も使用可能である。 図１の直線変換機構は、ボールねじ１９とハウジング２０内に包囲されたナッ ト（図示せず）とを有する。ボールねじ１９は、ベルト１５の運動に応じて回転 するように、ニードルローラ／円筒形軸ローラベアリング組立品２５を介してプ ーリ１４に連結される。ねじ１９が回転する時、ハウジング２０内のナットの回 転は阻止され、それゆえ、ナットは、ナットのねじ部とねじのねじ部とが螺合す るように一方向に移動する。ハウジング２０内のナットは、金属延長部２７及び ３０を介して下側楔部５０に連結され、延長部３０は、ピンジョイント４０によ り下側楔部に連結される。延長部２７及び３０の間に配置される感圧式荷重計３ ５は、力を測定するために使用可能な産業界における標準的な構成要素である。 荷重計３５の位置によっては、荷重計３５は楔装置１により発生された増幅力の 合計値を測定せず、荷重計３５により測定された力は、楔装置により及ぼされた 実際の出力よりもかなり小さくなり、楔装置により及ぼされた実際の出力に比例 する。実際の力は、荷重計３５に接続されたマイクロコントローラ（図示せず） が荷重計測定値を読み取ることにより算出され、楔機構により増幅された力が考 慮される。 下側楔部５０は、傾斜した頂部５１と下部５２と幅広端部５３と幅狭端部５４ とを有する。ここではピンジョイント４０が幅広端部５３の位置において楔部５ ０に連結されることが好適であるが、相補楔部６５の構成によっては幾つかの調 節が必要となるものの、幅狭端部５４に連結することも可能である。楔部５０の 下部５２にはローラ５５が収容され、その結果、摩擦を低減させて下側楔部５０ を一方向に移動させることが容易になる。収容されたローラは、固体の支持体内 に一組のローラが配置された市場で入手可能な製品である。図１Ｂは収容された ローラの正面図であって、それらと下側楔部５０との相互作用を示している。理 解すべきこととして、使用し易いといる理由から、収容されたローラを予め製作 しておくことが好適であるが、他の型式のローラ又は摩擦低減装置も同様に使用 可能である。 下側楔部５０の頂部には、下側表面６２と上側表面６４とを有するブロック支 持部６０が摺動可能に配置される。下側表面６２には、下側楔部５０とブロック 支持部６０との間の摩擦を低減するためのローラ（図示せず）が配置される。ブ ロック支持部６０の上側表面６４には、頂部６６と傾斜した下部６７と幅広端部 ６８と幅狭端部６９とを備えた相補楔部６５が固定される。下側楔部５０及び相 補楔部６５は、相補楔部６５の傾斜した下部６７と下側楔部５０の傾斜した頂部 ５１とが互いにほぼ平行になるような相補形状を有する。それゆえ、下側楔部の 下部５２と相補楔部の頂部６６とも同様に互いにほぼ平行である。 当業者ならば理解すべきこととして、ブロック支持部６０の主要な機能は、下 側楔部５０と相補楔部６０との間に間隔を設けることであり、それゆえ、ブロッ ク支持部６０は多数の型式をとることが可能である。便利さと製造可能性の点か ら、ブロック支持部６０は、産業界における標準的な構成要素として入手され、 次いで相補楔部６５に取付けられることが可能である。あるいは、ブロック支持 部６０と相補楔部６５とは、互いに一体化して単一の構成要素としてオーダーメ イドすることも可能である。 相補楔部６０のそれぞれの端部６８及び６９にはガイドブロック７２及び７４ が設けられ、ガイドブロック７２及び７４は相補楔部 ６０のまわりにすべりばめされる。ガイドブロック７２及び７４と相補楔部６０ との間には、部品間の摺動摩擦を低減させるために、市場で入手可能な製品Perm alite（商標名）のような摩擦低減材料７１が配置される。ガイドブロック７２ 及び７４の主要な機能は、相補楔部６０の垂直方向の運動を比較的直線に維持す ることである。相補楔部６５の更なるガイドを行うため及び回転運動を阻止する ために、図１Ａに示すように相補楔部６５にはカム従動部７５が取付けられる。 カム従動部７５は基本的にはガイドブロック７２内に配置された細孔７６により ガイドされるローラである。 相補楔部６５の頂部には、図２に示すようにプレス又はクランプ装置との境界 部をなす浮動プラテン７０が配置される。この楔装置は、多数の型式のプレス又 はクランプ装置において力を伝達するために使用可能であるが、図２に示す方法 で使用されることが好適である。図２において、浮動プラテン５０は移動可能な 下側プラテン８５のすぐ下に配置される。下側プラテン８５は、垂直方向に上下 に移動可能なように締結ロッド９５に対して摺動可能に係合される。上側プラテ ン８０はクランプ操作のための支持を行うべく下側プラテン８５の上に固定して 配置される。上側プラテン８０と下側プラテン８５との間には、エンキャプシュ レーション工程中に半導体デバイスを適切に保持する上側の型９０及び下側の型 ９１が配置される。 図３は本発明の他の実施形態を示す。図１の好適な実施形態の多数の構成要素 とそれらの機能とが本実施形態においても重複するため、変更点のみ説明する。 本実施形態において、図１に示した好適な実施形態のブロック支持部６０は、収 容されたローラ５５と同一の型式であることが可能な収容されたローラ１００に 交換される。本実施形態の説明では、収容されたローラ１００は、下側楔部５０ に固定され、相補楔部６５に沿って回転する。ローラ１００が相補楔部６５に固 定されかつ下側楔部５０の上側表面５１に沿って回転するように、上下逆にした ローラ１００に交換することも可能である。 図４は楔装置の出力値（トン）とホームポジションからのステップ変位量とし て測定されたサーボモータからの入力値との関係を示したグラフである。ホーム ポジション０は、クランプ装置の型９０及び９５が接触した直後であって、楔装 置がほぼ零の力を及ぼしているときである。図４に示すように、この位置からサ ーボモータが回転すると、出力値はモータがホームポジションから進んだステッ プ数に対して直線的に増加する。この関係は、オペレータがクランプ操作中に及 ぼされる力の量を正確に制御できるようになるために、半導体パッケージングに 使用されるプレスにとって特に有益である。 当業者ならば理解すべきこととして、本発明の実施方法を十分に開示すべく好 適な実施形態及び他の実施形態を説明したが、様々な変更、追加及び置換が、請 求の範囲に記載された本発明の範囲及び精神から逸脱しない実施形態として可能 である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年４月２０日（１９９８．４．２０） 【補正内容】 明細書 当業者ならば理解すべきこととして、ブロック支持部６０の主要な機能は、下 側楔部５０と相補楔部６５との間に間隔を設けることであり、それゆえ、ブロッ ク支持部６０は多数の型式をとることが可能である。便利さと製造可能性の点か ら、ブロック支持部６０は、産業界における標準的な構成要素として入手され、 次いで相補楔部６５に取付けられることが可能である。あるいは、ブロック支持 部６０と相補楔部６５とは、互いに一体化して単一の構成要素としてオーダーメ イドすることも可能である。 相補楔部６５のそれぞれの端部６８及び６９にはガイドブロック７２及び７４ が設けられ、ガイドブロック７２及び７４は相補楔部６５のまわりにすべりばめ される。ガイドブロック７２及び７４と相補楔部６５との間には、部品間の摺動 摩擦を低減させるために、市場で入手可能な製品Permalite（商標名）のような 摩擦低減材料７１が配置される。ガイドブロック７２及び７４の主要な機能は、 相補楔部６５の垂直方向の運動を比較的直線に維持することである。相補楔部６ ５の更なるガイドを行うため及び回転運動を阻止するために、図１Ａに示すよう に相補楔部６５にはカム従動部７５が取付けられる。カム従動部７５は基本的に はガイドブロック７２内に配置された細孔７６によりガイドされるローラである 。 請求の範囲 ５．前記直線変換手段がボールねじとナットとを有する請求項１に記載の楔装 置。 ６．前記第一の摩擦低減手段は収容されたローラである請求項１に記載の楔装 置。 ７．前記第二の摩擦低減装置は一組のローラである請求項１に記載の楔装置。 ８．前記相補楔部に配置されたカム従動部を更に具備する請求項１に記載の楔 装置。 ９．半導体パッケージングのために使用されるプレスの直線的な力の増幅用楔 装置であって、 サーボモータと、 回転運動を直線運動に変換するために前記モータに機械的に連結された直線変 換手段と、 前記直線変換手段に固定されると共に頂部と下部と幅広端部と幅狭端部とを有 する下側楔部と、 前記下側楔部の下に配置された基部と、 前記下側楔部と前記基部との間に配置された第一の摩擦低減手段と、 前記下側楔部の頂部上の第二の摩擦低減手段と、 前記第二の摩擦低減手段の頂部上に配置された相補楔部と、 前記相補楔部をガイドするためのガイド手段とを具備し、 前記下側楔部が水平方向に移動することにより上側楔部がほぼ垂直方向に移動 せしめられ、出力が前記サーボモータのステップ変位量の直線的に比例する、楔 装置。 １０．前記第一の摩擦低減手段及び前記第二の摩擦低減手段は収 容されたローラである請求項９に記載の楔装置。 １１．前記出力に比例した力を測定するための荷重計を更に具備する請求項９ に記載の楔装置。 １２．前記荷重計に接続されたマイクロコントローラを更に具備する請求項１ １に記載の楔装置。 １３．前記直線変換手段がボールねじとナットとを有する請求項９に記載の楔 装置。 １４．半導体パッケージングのために使用されるプレスの直線的な力の増幅用 楔装置であって、前記プレスが、固定された上側プラテンと、移動可能な下側プ ラテンと、半導体デバイスを適切に保持するための下側の型と上側の型とを具備 し、 サーボモータと、 回転運動を直線運動に変換するために前記モータに機械的に連結された直線変 換手段と、 前記直線変換手段に固定されると共に頂部と下部と幅広端部と幅狭端部とを有 する下側楔部と、 前記下側楔部の下に配置された基部と、 前記下側楔部と前記基部との間に配置された第一のローラと、 前記下側楔部の頂部上に配置された第二のローラと、 前記第二のローラの頂部上に配置された相補楔部と、 前記相補楔部をガイドするためのガイド手段と、 前記相補楔部の上に配置されて前記下側プラテンと接触する浮動プラテンとを 具備し、 前記下側楔部が水平方向に移動することにより前記下側プラテンがほぼ垂直方 向に移動せしめられて前記下側の型と前記上側の型とがクランプされ、前記下側 の型と前記上側の型との間のクランプ力が、前記サーボモータのステップ変位量 に直線的に比例する、楔装 置。 １５．前記クランプ力に比例した力を測定するための荷重計を更に具備する請 求項１４に記載の楔装置。 １６．半導体パッケージングのために使用されるプレスの直線的な力の増幅用 楔装置であって、前記プレスが、固定された上側プラテンと、移動可能な下側プ ラテンと、半導体デバイスを適切に保持するための下側の型と上側の型とを具備 し、 サーボモータと、 回転運動を直線運動に変換するために前記モータに機械的に連結された直線変 換手段と、 前記直線変換手段に固定されると共に頂部と下部と幅広端部と幅狭端部とを有 する下側楔部と、 前記下側楔部の下に配置された基部と、 前記下側楔部と前記基部との間に配置された第一の摩擦低減手段と、 前記下側楔部の頂部の上に摺動可能に配置されたブロック支持部と、 前記ブロック支持部と前記下側楔部との間に配置された第二の摩擦低減手段と 、 前記ブロックに固定された相補楔部と、 前記相補楔部をガイドするためのガイド手段と、 前記相補楔部の上に配置されて前記下側プラテンと接触する浮動プラテンとを 具備し、 前記下側楔部が水平方向に移動することにより前記下側プラテンがほぼ垂直方 向に移動して前記下側の型と前記上側の型とがクランプされ、前記下側の型と前 記上側の型との間のクランプ力が、前記サーボモータのステップ変位量に直線的 に比例する、楔装置。 １７．前記クランプ力に比例した力を測定するための荷重計を更に具備する請 求項１６に記載の楔装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．半導体パッケージングのために使用されるプレスの直線的な力の増幅用楔 装置であって、 サーボモータと、 回転運動を直線運動に変換するために前記モータに機械的に連結された直線変 換手段と、 前記直線変換手段に固定されると共に頂部と下部と幅広端部と幅狭端部とを有 する下側楔部と、 前記下側楔部の下に配置された基部と、 前記下側楔部と前記基部との間に配置された第一の摩擦低減手段と、 前記下側楔部の頂部の上に摺動可能に配置されたブロック支持部と、 前記ブロック支持部と前記下側楔部との間に配置された第二の摩擦低減手段と 、 前記ブロックに固定された相補楔部と、 前記相補楔部をガイドするためのガイド手段とを具備し、 前記下側楔部が水平方向に移動することにより上側楔部がほぼ垂直方向に移動 せしめられ、出力が前記サーボモータのステップ変位量に直線的に比例する、楔 装置。 ２．前記出力に比例した力を測定するための荷重計を更に具備する請求項１に 記載の楔装置。 ３．前記荷重計に接続されたマイクロコントローラを更に具備する請求項２に 記載の楔装置。 ４．前記ブロック支持部と前記相補楔部とが単一の構成要素に一体化されてい る請求項１に記載の楔装置。 ５．前記直線変換手段がボールねじとナットとを有する請求項１に記載の楔装 置。 ６．前記第一の摩擦低減手段は収容されたローラである請求項１に記載の楔装 置。 ７．前記第二の摩擦低減装置は一組のローラである請求項１に記載の楔装置。 ８．前記相補楔部に配置されたカム従動部を更に具備する請求項１に記載の楔 装置。 ９．半導体パッケージングのために使用されるプレスの直線的な力の増幅用楔 装置であって、 サーボモータと、 回転運動を直線運動に変換するために前記モータに機械的に連結された直線変 換手段と、 前記直線変換手段に固定されると共に頂部と下部と幅広端部と幅狭端部とを有 する下側楔部と、 前記下側楔部の下に配置された基部と、 前記下側楔部と前記基部との間に配置された第一の摩擦低減手段と、 相補楔部と前記下側楔部との間に配置された第二の摩擦低減手段と、 前記相補楔部をガイドするためのガイド手段とを具備し、 前記下側楔部が水平方向に移動することにより上側楔部がほぼ垂直方向に移動 せしめられ、出力が前記サーボモータのステップ変位量の直線的に比例する、楔 装置。 １０．前記第一の摩擦低減手段及び前記第二の摩擦低減手段は収容されたロー ラである請求項９に記載の楔装置。 １１．前記出力に比例した力を測定するための荷重計を更に具備 する請求項９に記載の楔装置。 １２．前記荷重計に接続されたマイクロコントローラを更に具備する請求項１ １に記載の楔装置。 １３．前記直線変換手段がボールねじとナットとを有する請求項９に記載の楔 装置。 １４．半導体パッケージングのために使用されるプレスの直線的な力の増幅用 楔装置であって、前記プレスが、固定された上側プラテンと、移動可能な下側プ ラテンと、半導体デバイスを適切に保持するための下側の型と上側の型とを具備 し、 サーボモータと、 回転運動を直線運動に変換するために前記モータに機械的に連結された直線変 換手段と、 前記直線変換手段に固定されると共に頂部と下部と幅広端部と幅狭端部とを有 する下側楔部と、 前記下側楔部の下に配置された基部と、 前記下側楔部と前記基部との間に配置されたローラと、 相補楔部と前記下側楔部との間に配置されたローラと、 前記相補楔部をガイドするためのガイド手段と、 前記相補楔部の上に配置されて前記下側プラテンと接触する浮動プラテンとを 具備し、 前記下側楔部が水平方向に移動することにより前記下側プラテンがほぼ垂直方 向に移動せしめられて前記下側の型と前記上側の型とがクランプされ、前記下側 の型と前記上側の型との間のクランプ力が、前記サーボモータのステップ変位量 に直線的に比例する、楔装置。 １５．前記クランプ力に比例した力を測定するための荷重計を更に具備する請 求項１４に記載の楔装置。 １６．半導体パッケージングのために使用されるプレスの直線的な力の増幅用 楔装置であって、前記プレスが、固定された上側プラテンと、移動可能な下側プ ラテンと、半導体デバイスを適切に保持するための下側の型と上側の型とを具備 し、 サーボモータと、 回転運動を直線運動に変換するために前記モータに機械的に連結された直線変 換手段と、 前記直線変換手段に固定されると共に頂部と下部と幅広端部と幅狭端部とを有 する下側楔部と、 前記下側楔部の下に配置された基部と、 前記下側楔部と前記基部との間に配置された第一の摩擦低減手段と、 前記下側楔部の頂部の上に摺動可能に配置されたブロック支持部と、 前記ブロック支持部と前記下側楔部との間に配置された第二の摩擦低減手段と 、 前記ブロックに固定された相補楔部と、 前記相補楔部をガイドするためのガイド手段と、 前記相補楔部の上に配置されて前記下側プラテンと接触する浮動プラテンとを 具備し、 前記下側楔部が水平方向に移動することにより前記下側プラテンがほぼ垂直方 向に移動して前記下側の型と前記上側の型とがクランプされ、前記下側の型と前 記上側の型との間のクランプ力が、前記サーボモータのステップ変位量に直線的 に比例する、楔装置。 １７．前記クランプ力に比例した力を測定するための荷重計を更に具備する請 求項１６に記載の楔装置。