JP2004055705A - 電子部品圧着装置および電子部品圧着方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電子部品5を圧着ヘッド7によって基板3に圧着する電子部品圧着装置において、圧着ヘッド7として、電空レギュレータ35を介して供給されるエアによって電子部品5を押圧可能な複数種類の空圧型の圧着ヘッド、バネによって押圧力を発生するバネ内蔵型の圧着ヘッド、さらに圧着ヘッド7の下降動作をロードセル26によって検出される荷重検出結果に基づいて制御する荷重検出圧着方式に使用される剛体型の圧着ヘッドなどの複数種類の圧着ヘッドを選択的に装着可能とする。これにより、広い荷重範囲に対応することができるとともに効率的な圧着作業を行うことができる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を基板に圧着する電子部品圧着装置および電子部品圧着方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電子部品を基板にボンディングする方法として、圧着による方法が知られている。この方法は圧着ヘッドにより電子部品に押圧力を作用させて接合するものである。ここで良好な圧着品質を得るためには、圧着過程で電子部品に作用する押圧荷重を所定の制御目標値に従って制御する必要がある。このため圧着装置には圧着ヘッドが電子部品を押圧する際の押圧荷重を制御する機構が設けられている。
【0003】
この押圧荷重制御の方法として、従来より圧着ヘッドを下降させる際に電子部品と圧着ヘッドとの間に作用する押圧力をロードセルなどの荷重検出手段によって検出し、この検出荷重が所定の制御目標値に合致するように圧着ヘッドの下降動作を制御する方法が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述の荷重検出による方法には、広い荷重制御範囲を確保することができるという長所はあるものの、圧着ヘッドを下降させる過程において逐次荷重値を検出する荷重サーチを行うことから、圧着ヘッドを高速で下降させることができず、圧着動作タクトの短縮が困難で効率の良い圧着作業を実現することができなかった。
【0005】
そこで本発明は、広い荷重範囲に対応することができるとともに効率的な圧着作業を行うことができる電子部品圧着装置および電子部品圧着方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の電子部品圧着装置は、電子部品を押圧する圧着ヘッドと、この圧着ヘッドが着脱自在に装着される昇降部と、この昇降部を昇降させる昇降手段と、流体圧を制御する流体圧制御手段とを備え、前記圧着ヘッドとして、前記流体圧によって前記電子部品を押圧する押圧力を発生する押圧力発生手段を備えた第1の圧着ヘッドを含む複数の圧着ヘッドを選択的に用いる。
【0007】
請求項2記載の電子部品圧着装置は、請求項1記載の電子部品圧着装置であって、前記複数の圧着ヘッドは、前記第1の圧着ヘッドと異なる荷重範囲の押圧力を発生する押圧力発生手段を備えた第2の圧着ヘッドを含む。
【0008】
請求項3記載の電子部品圧着方法は、電子部品を押圧する圧着ヘッドと、この圧着ヘッドが着脱自在に装着される昇降部と、この昇降部を昇降させる昇降手段と、流体圧を制御する流体圧制御手段とを備えた電子部品圧着装置による電子部品圧着方法であって、前記流体圧によって前記電子部品を押圧する押圧力を発生する押圧力発生手段を備えた第1の圧着ヘッドを含む複数の圧着ヘッドを選択的に用いる。
【0009】
請求項4記載の電子部品圧着方法は、請求項3記載の電子部品圧着方法であって、前記第1の圧着ヘッドと異なる荷重範囲の押圧力を発生する押圧力発生手段を備えた第2の圧着ヘッドを含む複数の圧着ヘッドを選択的に用いる。
【0010】
本発明によれば、流体圧によって電子部品を押圧する押圧力を発生する押圧力発生手段を備えた第1の圧着ヘッドを含む複数の圧着ヘッドを選択的に用いることにより、広い荷重範囲に対応することができるとともに効率的な圧着作業を行うことができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態の電子部品圧着装置の側面図、図2、図3,図4は本発明の一実施の形態の電子部品圧着装置の圧着ヘッドの断面図、図5は本発明の一実施の形態の電子部品圧着装置の部分断面図、図6、図7、図8は本発明の一実施の形態の電子部品圧着方法の説明図である。
【0012】
まず図1を参照して電子部品圧着装置の構造を説明する。図1において、可動テーブル1の移動プレート1a上には基板ホルダ2が設けられている。基板ホルダ2上には基板3が載置されており、基板3の側方の移動プレート1a上には、電子部品5の供給部4が配設されている。可動テーブル1を駆動することにより、基板3、供給部4は水平面内で移動する。可動テーブル1の上方には電子部品5が圧着ツール6に保持されている。圧着ツール6は圧着ヘッド7に装着されており、圧着ヘッド7は更に第1の昇降ブロック10(昇降部)に着脱自在に装着されている。
【0013】
第1の昇降ブロック10の背面にはスライダ11が固着されており、スライダ11は第1のフレーム13の前面に配設された垂直なガイドレール12に上下方向にスライド自在に嵌合している。また第1の昇降ブロック10の上部には逆L字状の張り出し部14が設けられている。張り出し部14の下面には後述する荷重検出手段であるロードセルが当接する。
【0014】
第1の昇降ブロック10の上方には第2の昇降ブロック20が設けられている。第2の昇降ブロック20の背面にはスライダ21が設けられており、スライダ21は第2のフレーム23の前面に配設された垂直なガイドレール22に上下方向にスライド自在に嵌合している。第2の昇降ブロック20の下部には逆L字状の張り出し部24が設けられている。張り出し部24の上面にはロードセル26が配設されており、ロードセル26は張り出し部14の下面に当接している。また第2の昇降ブロック20の下面にはシリンダ25が下向きに装着されており、シリンダ25のロッドは張り出し部24の上面に当接している。シリンダ25には、圧力源34によって所定圧力のエアが供給される。
【0015】
第2のフレーム23の上部には断面がコ字型のブラケット30が固着されている。ブラケット30上にはモータ31が配設されており、モータ31の回転軸は垂直な送りネジ27と接続されている。送りネジ27は第2の昇降ブロック20に内蔵されたナット28に螺入している。制御部32によってモータ31を正逆回転させることにより、第2の昇降ブロック20が昇降する。
【0016】
そして第2の昇降ブロック20が昇降することにより、ロードセル26を介して第2の昇降ブロック20に懸架された第1の昇降ブロック10が昇降し、これにより圧着ヘッド7が昇降する。すなわちモータ31、送りネジ27、ナット28および第2の昇降ブロック20は、圧着ヘッド7が装着される第1の昇降ブロック10(昇降部)を昇降させる昇降手段となっている。モータ31はエンコーダ31aを備えており、エンコーダ31aのパルス信号は制御部32に送られる。制御部32によるモータ31の制御において、このパルス信号をカウントすることにより、圧着ヘッド7の高さ位置を検出することができる。
【0017】
したがって、圧着ヘッド7を下降させて圧着ツール6に保持された電子部品5を押圧して基板に圧着する圧着動作において、圧着ヘッド7の高さ位置を検出しながら前述の昇降手段を制御部32によって制御することにより、圧着ヘッド7を所望の高さ位置まで下降させることができる。
【0018】
次に圧着ヘッド7について説明する。本実施の形態の電子部品圧着装置では、圧着対象の電子部品のサイズや特性に応じて、装着互換性を有する各種の圧着ヘッドを使い分けられるようになっている。まず図2を参照して、エア圧力によって電子部品を押圧する押圧力発生手段を備えた空圧型の圧着ヘッドについて説明する。図2(a)、(b)に示すように、ここでは、異なる押圧力範囲に対応した2種類の圧着ヘッド71(第1の圧着ヘッド),圧着ヘッド72(第2の圧着ヘッド)を用いることができるようになっている。
【0019】
圧着ヘッド71,72は、第1の昇降ブロック10に着脱自在に装着するためのテーパシャンク91,92を備えている。ここでテーパシャンク91,92は、同一サイズであり、第1の昇降ブロック10への装着互換性を有するものとなっている。テーパシャンク91,92の下部には、異なるサイズのヘッド本体部81,82が結合されている。
【0020】
ヘッド本体部81,82には円孔形状のシリンダ室81a、82aが設けられており、シリンダ室81a、82a内にはピストン81b、82bが嵌合している。圧着ヘッド71は小型部品など圧着に必要とされる押圧荷重値が比較的小さい電子部品を対象として用いられ、シリンダ室81a、ピストン81bのサイズは、これらの押圧荷重範囲をカバーすることができるようなサイズに設定される。
【0021】
これに対し圧着ヘッド72は、圧着に必要とされる押圧荷重値が大きい電子部品を対象として用いられ、シリンダ室82a、ピストン82bのサイズは、これらの荷重範囲をカバーすることができるようなサイズに設定される。ヘッド本体部81,82は、異なる押圧荷重範囲をカバーするために水平方向のサイズは異なるものの、装着互換性を確保するため、高さ方向寸法は同一に設定されている。
【0022】
ピストン81b,82bの下面には、ヘッド本体部81,82の下方に設けられたツールホルダ81c、82cが結合されており、ツールホルダ81c、82cには圧着ツール61,62が着脱自在に装着される。シリンダ室81a、82aの側面にはエア孔81e,82eが設けられており、エア孔81e,82eからシリンダ室81a、82a内に加圧エアを供給することにより、ピストン81b、82bは下方に押圧される。この押圧力はピストン81b,82bと結合されたツールホルダ81c、82cを介して圧着ツール61、62に伝達され、圧着過程において電子部品を押圧する。
【0023】
すなわち、圧着ヘッド71,72は、ともに加圧エアの流体圧によって電子部品5を押圧する押圧力を発生する押圧力発生手段を備えており、圧着ヘッド72は、圧着ヘッド71と異なる荷重範囲の押圧力を発生する押圧力発生手段を備えている。
【0024】
次に図3を参照して、第3の圧着ヘッドである剛体型の圧着ヘッド73について説明する。圧着ヘッド73は、図2に示すテーパシャンク91,92と同様のテーパシャンク93の下部にヘッド本体部83およびツールホルダ83cを固定的に結合した構成となっている。ツールホルダ83cには、圧着ツール63が交換自在に装着される。圧着ヘッド73は押圧力発生手段を内蔵していないため、圧着動作においては、後述する荷重検出圧着方式が用いられる。
【0025】
次に図4を参照して、第4の圧着ヘッドであるバネ内蔵型の圧着ヘッド74について説明する。テーパシャンク94の下部には、ヘッド本体部82と略同一構造のヘッド本体部84が結合されている。ヘッド本体部84は円孔形状のシリンダ室84aが設けられており、シリンダ室84a内にはピストン84bが嵌合している。ピストン84bの上面には圧縮バネ84dが結合されており、ピストン84bは圧縮バネ84dの付勢力Fによってシリンダ室84aの底面に押し付けられている。そして圧着動作において電子部品5が基板3に押し付けられる際には、この付勢力Fが圧着荷重となる。圧着ヘッド74は、図2に示す空圧型の圧着ヘッドを用いる用途において、よりラフな圧着荷重精度が許容される対象に限定して使用される。
【0026】
このように、本実施の形態に示す電子部品圧着装置は、圧着ヘッド7として、エア圧による押圧力発生手段を備えた第1の圧着ヘッド、および第1の圧着ヘッドと異なる荷重範囲の押圧力を発生する押圧力発生手段を備えた第2の圧着ヘッドを含む複数の圧着ヘッドを選択的に用いるようになっている。
【0027】
再び図1において、圧着ヘッド7は、オンオフ弁36および電空レギュレータ35を介して圧力源34に接続されている。オンオフ弁36、電空レギュレータ35を制御部32によって制御することにより、圧着ヘッド7には所望圧力のエアが供給される。制御部32および電空レギュレータ35は、圧着ヘッド7に備えられた押圧力発生手段の流体圧を制御する流体圧制御手段となっている。圧着ヘッド7として空圧型の圧着ヘッドを使用しない場合には、オンオフ弁36を閉じる。
【0028】
ここで、シリンダ25、ロードセル26の機能について図5(a),(b)を参照して説明する。図5(a)は第2の昇降ブロック20が上昇した状態での、また図5(b)は第2の昇降ブロック20が下降して電子部品5を基板3に熱圧着している状態での各部の力のつり合いを示している。シリンダ25には圧力源34より所定圧力のエアが供給されており、したがってシリンダ25は第1の昇降ブロック10を所定の押圧力F0にて下方に押圧する。図5(a)に示す状態ではこの押圧力F0と圧着ヘッド7などの自重に相当する荷重Wの和F0+Wがロードセル26に負荷される荷重fとつり合っている。すなわち第2の昇降ブロック20が上昇位置にある状態では、ロードセル26の検出荷重値f0はシリンダ25の押圧力F0と圧着ヘッド7の自重Wの和に等しい。
【0029】
これに対して図5(b)に示す状態では、圧着ヘッド7は電子部品5より圧着荷重に等しい反力Fを受けており、前述の和F0+Wは、圧着荷重の反力Fとロードセル26に負荷される荷重fの和F+fとつり合っている。すなわち圧着ヘッド7に作用する圧着荷重の反力Fはロードセル26によって検出することができ、F0+W−fで表される。圧着荷重Fを制御するには、F0+Wが一定値であることから、ロードセル26の検出荷重値fを制御部32によって監視しながらモータ31の駆動を制御して第2の昇降ブロック20の昇降動作を制御すればよい。
【0030】
すなわち、ロードセル26は、圧着ヘッド7に作用する荷重を検出する荷重検出手段となっており、制御部32は、この荷重検出手段の荷重検出結果に基づいて昇降手段を制御する。ここで、ロードセル26は荷重検出信号断接手段としてのスイッチ33を介して制御部32に接続されており、制御部32によってスイッチ33を操作することにより、制御部32によるロードセル26からの荷重検出信号を断接することができるようになっている。なお、荷重検出信号断接手段は、ハードウェアによるものであっても、ソフトウェアによるものであっても構わない。
【0031】
この電子部品圧着装置は上記のように構成されており、次にこの電子部品圧着装置を用いた電子部品圧着方法について説明する。ここでは、圧着対象の電子部品の特性に応じて、すなわち圧着品質がより重視され圧着時に高精度の押圧荷重制御が求められるような電子部品に適した圧着方式と、圧着時の押圧荷重の精度はさほど必要とされず生産性向上を目的として圧着作業のタクト短縮がより重視されるような電子部品に適した圧着方式とを、以下に説明する方法によって使い分けることができるようになっている。
【0032】
まず圧着品質を重視した圧着方式について、図6を参照して説明する。この圧着方式では、圧着ヘッド7として前述の剛体型の圧着ヘッド73を用いる。そして圧着ヘッド73を下降させて電子部品5を基板3に対して押圧する圧着動作において、圧着ヘッド73に作用する押圧荷重をロードセル26によって検出し、この荷重検出結果に基づいてモータ31を制御部32によって制御しながら、電子部品5を基板3に圧着するものであり、圧着対象の電子部品に必要とされる押圧力が比較的小さく(例えば、150gf〜1.5kgf)、かつ高精度の圧着荷重制御が求められる場合に用いられる。
【0033】
図6において、ロードセル26と制御部32との間に介在するスイッチ33はONにセットされ、制御部32がロードセル26の荷重検出信号を取り込めるようになっている。したがって、第1の昇降ブロック10,第2の昇降ブロック20を下降させる過程において、圧着ヘッド73に作用する荷重の反力を検出しながら、モータ31の回転を制御することにより、電子部品5を基板3に押圧する荷重を常に所定の圧着荷重に保持することができる。この圧着方式は、圧着過程において荷重サーチを反復することから高速の圧着が困難であるものの、圧着荷重を高精度で制御することができるという利点を有している。
【0034】
次に、生産性を重視した圧着方式について、図7,図8を参照して説明する。この圧着方式では、圧着ヘッド7として前述の空圧型の圧着ヘッド71,72を必要とされる押圧荷重に応じて使い分けて用いる。この圧着方式は、圧着ヘッド71,72を下降させて電子部品5を基板3に対して押圧する圧着動作において、圧着ヘッド71,72に供給されるエアの圧力を制御して、圧着ヘッド71,72によって電子部品5に所定の押圧力を作用させながら、昇降手段を制御部32によって制御して圧着ヘッド71,72を下降させるものであり、必要とされる押圧力が前述の圧着方式によってカバー可能な範囲よりも大きく(例えば1.5kgf〜30kgf)、かつより高い生産性が求められる場合に用いられる。
【0035】
図6において、ロードセル26と制御部32との間に介在するスイッチ33はOFFに切り換えられ、制御部32はロードセル26の荷重検出信号を取り込まないようになっている。すなわち、荷重検出信号を無視する。そして、第1の昇降ブロック10,第2の昇降ブロック20を下降させる過程においては、制御部32によってモータ31を制御することにより、電子部品5を保持した空圧型圧着ヘッド72が基板3上の所定の高さ位置(実装高さ)に到達するまで下降させる。
【0036】
図7は、この下降位置制御圧着方式による圧着動作において、電子部品5が基板3に押圧される際の圧着ヘッド72の状態を示している。ここではシリンダ室82a内に供給されるエア圧力Pは、電子部品5の圧着に必要とされる押圧荷重に応じて設定される。すなわちこの場合には、シリンダ室82a内においてピストン82bは電子部品5からの押圧荷重の反力とエア圧力Pによる押圧力とが釣り合った状態でフロートする。したがって、電子部品5には常に予め設定されたエア圧力Pに相当する押圧荷重が作用する。
【0037】
なお、対象とする電子部品がラフな圧着荷重精度が許容されるようなものである場合には、前述のようにバネ内蔵型の圧着ヘッド74を用いることができる。これにより、圧着動作を高速で行うことができるとともに、圧着動作毎にエアを消費することがなく、低コストの実装作業が実現されるという利点がある。
【0038】
上記説明したように、本実施の形態の電子部品圧着装置は、押圧荷重範囲の異なる2種類の空圧型の圧着ヘッドに加えて、剛体型の圧着ヘッドやバネ内蔵型の圧着ヘッドを含む複数の圧着ヘッドを、単一の圧着装置に用いるようにしたものである。これにより、圧着対象の電子部品に必要とされる押圧荷重や荷重精度などの特性に応じて、荷重検出圧着方式と下降位置制御圧着方式とを含む多様な圧着方式を適宜使い分けることが可能となる。したがって、広い荷重範囲に対応することができるとともに効率的な圧着作業を行うことができる。
【0039】
【発明の効果】
本発明によれば、流体圧によって電子部品を押圧する押圧力を発生する押圧力発生手段を備えた第1の圧着ヘッドを含む複数の圧着ヘッドを選択的に用いることにより、広い荷重範囲に対応することができるとともに効率的な圧着作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の電子部品圧着装置の側面図
【図2】本発明の一実施の形態の電子部品圧着装置の圧着ヘッドの断面図
【図3】本発明の一実施の形態の電子部品圧着装置の圧着ヘッドの断面図
【図4】本発明の一実施の形態の電子部品圧着装置の圧着ヘッドの断面図
【図5】本発明の一実施の形態の電子部品圧着装置の部分断面図
【図6】本発明の一実施の形態の電子部品圧着方法の説明図
【図7】本発明の一実施の形態の電子部品圧着方法の説明図
【図8】本発明の一実施の形態の電子部品圧着方法の説明図
【符号の説明】
3 基板
5 電子部品
6 圧着ツール
7 圧着ヘッド
10 第1の昇降ブロック
20 第2の昇降ブロック
26 ロードセル
31 モータ
32 制御部
35 電空レギュレータ
71,72 圧着ヘッド(空圧型)
73 圧着ヘッド(剛体型)
74 圧着ヘッド(バネ内蔵型)
Claims (4)
- 電子部品を押圧する圧着ヘッドと、この圧着ヘッドが着脱自在に装着される昇降部と、この昇降部を昇降させる昇降手段と、流体圧を制御する流体圧制御手段とを備え、前記圧着ヘッドとして、前記流体圧によって前記電子部品を押圧する押圧力を発生する押圧力発生手段を備えた第1の圧着ヘッドを含む複数の圧着ヘッドを選択的に用いることを特徴とする電子部品圧着装置。
- 前記複数の圧着ヘッドは、前記第1の圧着ヘッドと異なる荷重範囲の押圧力を発生する押圧力発生手段を備えた第2の圧着ヘッドを含むことを特徴とする請求項1記載の電子部品圧着装置。
- 電子部品を押圧する圧着ヘッドと、この圧着ヘッドが着脱自在に装着される昇降部と、この昇降部を昇降させる昇降手段と、流体圧を制御する流体圧制御手段とを備えた電子部品圧着装置による電子部品圧着方法であって、前記流体圧によって前記電子部品を押圧する押圧力を発生する押圧力発生手段を備えた第1の圧着ヘッドを含む複数の圧着ヘッドを選択的に用いることを特徴とする電子部品圧着方法。
- 前記第1の圧着ヘッドと異なる荷重範囲の押圧力を発生する押圧力発生手段を備えた第2の圧着ヘッドを含む複数の圧着ヘッドを選択的に用いることを特徴とする請求項3記載の電子部品圧着方法。
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