JP2005072299A - 電子部品の実装装置およびその配列治具、真空チャック - Google Patents

Abstract

【課題】高密度の電子回路において、高機能で実装品質が高く、低コストの実装が可能な電子部品の実装装置およびその配列治具、真空チャックを提供することを目的とする。
【解決手段】電子回路を形成する回路基板９を移動自在で載置し保持する実装ユニット８と、回路基板９の一面に電子回路を形成するための複数の電子部品を、あらかじめ回路基板９の所定位置と成るよう配設する移動自在な電子部品の配列治具１と、前記で配列された電子部品を配列された状態のまま一括吸着し、回路基板９に載置し実装する移動自在な真空チャック５により構成してなる装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、高密度な各種電子回路を形成するための、電子部品の実装装置およびその配列治具、真空チャックに関するものである。

従来における各種電子回路を形成するための、回路基板上に各種で複数の電子部品を実装する方法として、一般的には実装機器により所定電子部品を所定箇所に実装する方法が採用されている。

しかしながら一方で、近年、海外における低賃金による手作業による実装、すなわちピンセットで個別電子部品を一個ずつ把持し、回路基板上の所定箇所に直接実装する方法が採用されている。

この方法によれば、低賃金すなわち人件費が極めて低いため、実装機器の設備を使用するよりも低コストで実装を行うことができるため普及している。

なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平２−１３０９９７号公報

近年、電子機器の高性能化および小型化の要求に従い、各種の電子部品の小型化や回路基板における実装の高密度化が進んでおり、この背景の下で、前記従来の電子部品の実装方法は、ピンセットで各種の個別電子部品を一個ずつ把持し、回路基板上の所定箇所に直接実装するのであり、各種で複数の電子部品の相互間寸法が例えば１５０μｍ程度になってくると、ピンセットの先端を極めて細くかつ薄くする必要がある。

前記のピンセットでは、各種の電子部品を把持するための強度が不充分となり、また作業者の実装における指先の震えを考えても、実装精度すなわち必要な実装品質を達成かつ維持するのが困難であるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決しようとするものであり、高密度の電子回路において、高密度かつ高機能な実装で実装品質が良く、低コストの実装が可能となる電子部品の実装装置およびその配列治具、真空チャックを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は以下の方法および構成を有する。

本発明の請求項１に記載の発明は、特に、電子回路を形成する回路基板を移動自在で載置し保持する実装ユニットと、少なくとも前記回路基板の一面に電子回路を形成するための複数の電子部品を、あらかじめ前記回路基板の所定位置と成るよう配設する移動自在な電子部品の配列治具と、前記配列された電子部品を配列された状態のまま一括吸着し、回路基板に載置し実装する移動自在な真空チャックにより構成された電子部品の実装装置であり、これにより、電子部品を実装するための位置設定が容易かつ高精度であり、高機能な実装でかつ実装品質が良く、低コストの実装が可能になるという作用効果が得られる。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、実装される複数の電子部品のそれぞれが、回路基板の所定搭載位置になるように、前記それぞれの電子部品の外形よりわずかに大きな内枠と、それぞれの電子部品の所定高さとなる深さを有する複数の凹部の集合を設けた構成としてなる電子部品の配列治具であり、これにより、複数の電子部品を所定の位置に配列配置することが確実かつ容易で、生産性および電子部品実装の信頼性が向上するという作用効果が得られる。

本発明の請求項３に記載の発明は、特に、電子部品の配列治具における複数の電子部品を収納する複数の凹部の内枠寸法が、前記複数の電子部品の外形より５μｍ〜１００μｍ大きくしてなるという構成を有しており、これにより、各種で複数の電子部品における電子部品の配列治具への出し入れが容易になると共に、回路基板における所定の位置の許容範囲内に、複数の電子部品を一括して載置し実装できるという作用効果が得られる。

本発明の請求項４に記載の発明は、特に、一部の電子部品に対してその電子部品を収納する凹部の内枠において、垂線が直交する２面に対して前記一部の電子部品を押付ける機能を設けた構成としてなる電子部品の配列治具であり、これにより、より高い実装精度の必要な電子部品を修正かつ設定でき、容易かつ確実に位置決めすることができるという作用効果が得られる。

本発明の請求項５に記載の発明は、特に、複数の電子部品の押付ける方向を、電子部品それぞれの押付ける方向線の相互が交差し、押圧の一部あるいは全てを相殺する方向としてなる構成を有しており、これにより、請求項７に記載の作用効果に加えて、押圧による電子部品の配列治具の移動やずれの発生を抑制することができるという作用効果が得られる。

本発明の請求項６に記載の発明は、特に、板状材でなるベースプレートと、凹部を形成する孔および１コーナを切欠き開口し、その外辺が傾斜切断されている開口孔を設け前記ベースプレートの上面に固着された位置規制プレートと、金属材でなり電子部品を押圧する押し板、バネ、バネ受けおよび前記押し板の駆動機構でなる押圧部で構成してなるものであり、これにより、簡単な構成で、より高い実装精度の必要な電子部品を、確実に位置決めすることができるという作用効果が得られる。

本発明の請求項７に記載の発明は、特に、一部の電子部品に対してその電子部品を収納する凹部の内枠において、垂線が直交する２面に対して前記一部の電子部品を押付ける直前で停止させる機能を設けた構成としてなる電子部品の配列治具であり、これにより、請求項５に記載の作用効果に加えて、電子部品が押え付けられておらず、電子部品の配列治具からの取り出しが容易になるという作用効果が得られる。

本発明の請求項８に記載の発明は、特に、複数の電子部品を真空チャックで一括吸着する際に、前記真空チャックに対して前記電子部品の配列治具における複数の凹部の下面部より、前記複数の電子部品を前記真空チャックに対して押付けるため、前記電子部品の配列治具における複数の凹部の下面が可動自在の構造としてなる電子部品の配列治具であり、これにより、各種で複数の電子部品を電子部品の配列治具から確実に押出して真空チャックに吸着保持させることができ、また前記電子部品の下面全体を押すのであり、安定した押出しができるという作用効果が得られる。

本発明の請求項９に記載の発明は、特に、複数の凹部の下面部に貫通孔を設けた構造としてなる電子部品の配列治具であり、これにより、複数の電子部品を押出すためのピンを挿通でき、前記電子部品を電子部品の配列治具から真空チャックに確実に吸着保持させることができるものであり、前記ピンは必ずしも電子部品の配列治具に内蔵する必要がなく、電子部品の配列治具のコストを安くすることができるという作用効果が得られる。

本発明の請求項１０に記載の発明は、特に、複数の電子部品を真空チャックで一括吸着する際に、前記真空チャックに対して電子部品の配列治具の位置が設定される芯合せ治具を設置してなるという構成を有しており、これにより、請求項６に記載の作用効果に加えて、容易に複数の電子部品に対する芯合せができるという作用効果が得られる。

本発明の請求項１１に記載の発明は、特に、複数の電子部品を吸着する面が、それら電子部品それぞれの所定の実装高さになるように、前記電子部品を吸着する面の相対高さが設定される構成としてなる真空チャックであり、これにより、複数の電子部品を回路基板における載置面の所定箇所に、それぞれ設定された高さ位置に降下でき、最適な載置と実装を行うことができるという作用効果が得られる。

本発明の請求項１２に記載の発明は、特に、実装される複数の電子部品のそれぞれが、回路基板の所定搭載位置になるように、前記それぞれの電子部品の外形よりわずかに大きな内枠と、それぞれの電子部品の所定高さとなる深さを有する複数の凹部の集合を設けた構成としてなる真空チャックであり、これにより、各種で複数の電子部品を回路基板の載置面の所定箇所に移載する際、前記電子部品の位置ずれを防ぎ、かつそれぞれ最適な高さ位置に降下でき、より安定した載置と実装を行うことができるという作用効果が得られる。

以上、前記課題を解決するために本発明の電子部品の実装装置およびその配列治具、真空チャックは、実装される各種で複数の電子部品のそれぞれを所定の実装位置および高さ関係となるように、それぞれの電子部品の外形よりわずかに大きな内枠と深さを有する凹みの集合からなる配列治具に配列し、それらを真空チャックで一括吸着した後、前記回路基板上に搬送し、前記回路基板上に一括実装する構成の装置およびその構成機構であり、高価な実装機を用いずに手作業を主とした工程でも各種で複数の電子部品の高密度実装を可能とするものである。

以上、本発明による電子部品の実装装置およびその配列治具、真空チャックによれば、高密度の電子回路を構成するための回路基板において、電子部品を実装するための設定位置精度が良く、高機能な実装でかつ実装品質の向上が図れ、低コストの実装が可能になるという効果を有するのである。

以下、実施の形態を用いて、本発明の請求項１〜１２に記載の発明について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施の形態における電子部品の実装装置の概要構成斜視図、図２は同電子部品受け渡し工程の要部構成断面図、図３は同電子部品マウント工程の要部構成断面図、図４は同他の真空チャックにおける電子部品吸着部の要部構成断面図、図５は同他の実施の形態による電子部品の配列治具における要部構成断面図、そして図６は同他の実施の形態による電子部品の配列治具における要部構成平面図である。

なお、本発明における実装ユニットの基板保持、位置決め部および真空チャック固定部は、従来の一般に使用されるものと同じ構成であり詳細な説明は省略する。

図１において、各種で複数の電子部品の配列治具１は、板状の硬質樹脂あるいは金属材などでなり、一面に電子回路を形成するための各種で複数の電子部品を、所定の機器や治具により所定間隔や配列にて載置する。

配列治具１の一側面には、棒状金属材でなり電子部品の配列治具１の移動あるいは保持するための保持バー２が取り付けられており、また電子部品の配列治具１における複数の部品収納部の中央付近には、各々の部品収納部および収納する電子部品に対応した貫通孔３が設けられている。

電子部品の配列治具１は、上部に真空吸引して各種で複数の電子部品を一括吸着するための真空チャック５を装着し、電子部品の配列治具１と真空チャック５との位置設定を行う芯合せ治具４の内部にセットされている。

上端が前記各々の貫通孔３に挿入する複数の棒状金属材でなる押出しピン７の下端は、金属材でなる上下移動自在なブロック６の上面に垂直に埋設されており、そのブロック６は芯合せ治具４の下面部に配設されている。

各種で複数の電子部品を搭載（実装）して、所定の電子回路を形成する回路基板９は、実装ユニット８の所定箇所に移動自在で載置し保持されている。また前記の各種で複数の電子部品を一括吸着した真空チャック５は、実装ユニット８の所定箇所に移動することにより設定され、かつ回路基板９の一面に各種で複数の電子部品を移載し搭載して実装するのである。

さて、基本的な回路基板９への電子部品の実装は、まず前記で説明した実装ユニット８外の周辺において、真空チャック５による真空吸引（吸引機構は図示せず）により、各種で複数の電子部品を一括吸着し、同時に押出しピン７を埋設（内蔵）したブロック６を上昇させることにより、真空チャック５に複数の電子部品を、電子部品供給部（図示せず）より移し替えて吸着し保持する。

続いて、各種で複数の電子部品を一括吸着し保持した真空チャック５を、実装ユニット８の所定箇所に移動して設定し、載置された回路基板９上における所定の位置および高さまで下降させた後、真空チャック５の真空吸引を解除して、複数の電子部品を回路基板９の所定箇所に移載し載置して実装する。

その後、回路基板９を定められた順序で定ピッチずつＸおよびＹ方向に移動させ、前記と同じ操作により必要な各種で複数の電子部品の実装を順次行うのである。

次に、本発明による電子部品の実装装置およびその構成機構、そしてそれによる電子部品の実装方法について説明する。図２（ａ）は芯合せ治具４に各種で複数の電子部品１１を所定箇所に載置した電子部品の配列治具１がセットされた状態であり、各種で複数の電子部品１１を一括吸着するための真空吸引を行う吸引孔部１０を内部に設けた真空チャック５が下降する状態で、かつ押出しピン７を埋設（内蔵）したブロック６は、芯合せ治具４の下部に待機している状態である。

図２（ｂ）は真空チャック５が下降し、真空チャック５の下面が各種で複数の電子部品１１の上面に当接した状態である。なお、真空チャック５における下面の吸引面は、それぞれの電子部品１１の高さに合致するように相対的に段差を有した構造となっている。

また、押出しピン７の上先端が各種で複数の電子部品１１の下面中央部分に当接するようにセットされた状態でもある。

図２（ｃ）は電子部品の配列治具１が下降することにより、押出しピン７が各種で複数の電子部品１１の下面を押出し、かつ吸引孔部１０の真空吸引により真空チャック５に各種で複数の電子部品１１を一括吸着し受渡した状態を示している。

以上、前記の構成および動作により、各種で複数の電子部品１１は確実に真空チャック５に一括吸着されて受渡しされる。この時、押出しピン７は必ずしも全ての電子部品１１に対し設ける必要はなく、比較的安定して受渡せる場合には省略することができる。

図３（ａ）は真空チャック５が電子部品１１を真空吸引により一括吸着した状態で移動し、実装ユニット８（図示せず）に載置された回路基板９の直上に到達した状態であり、回路基板９における各種で複数の電子部品１１の搭載所定箇所には、事前にクリーム半田１２が塗布されている。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の状態から真空チャック５が下降移動した状態であり、それぞれの電子部品１１の下面は、それぞれの最適な設定高さでクリーム半田１２の上面に当接し載置される。その後、真空チャック５は吸引孔部１０の真空吸引を解除し、元の位置に上昇して電子部品の実装における一工程を終了するのである。

次に、本発明の電子部品の実装装置を構成する電子部品の配列治具、真空チャックについて説明する。

図４は真空チャック５の電子部品吸着部が、各種で複数の電子部品１１の外形よりわずかに大きな内枠と、各種で複数の電子部品１１のそれぞれが所定の位置および高さ関係になるような深さの凹部５ａを複数集合させた構造の実施の形態を示しており、各種で複数の電子部品１１をより精度良く位置決めし、真空吸引による一括吸着、保持および移載が可能となる。

図５は、電子部品の配列治具１の他の実施の形態を示す要部構成断面図である。図５において、硬質樹脂あるいは金属材などでなる押出しブロック１３は、各種で複数の電子部品１１におけるそれぞれの平面と同等の断面でなる構造であり、その下端部を硬質樹脂あるいは金属材などでなる保持ブロック１４の上部に埋設して固定されている。

保持ブロック１４は金属材でなるガイドプレート１５により、位置や移動などが規制されており、またバネ１６が電子部品の配列治具１の下面と保持ブロック１４の上面に配設され、電子部品の配列治具１は保持ブロック１４より一定の高さで浮上、すなわちそれぞれの電子部品１１を所定の高さで保持しているのである。

そして、保持ブロック１４の上昇、あるいは電子部品の配列治具１が下降することにより、各種で複数の電子部品１１を電子部品の配列治具１より押出すのである。

押出しブロック１３は、それぞれの電子部品１１の平面と同等の断面を有しているため、それぞれの電子部品１１を極めて安定した状態で、電子部品の配列治具１より押出すことができる。

図６はチップサイズパッケージ（以下ＣＳＰと称する）のデバイス（電子部品）を使用する電子部品の配列治具の要部構成平面図である。

図６において、デバイス（電子部品）のＣＳＰ１７は極小で多端子の各種の能動素子あるいは複合素子であり、受動部品１８は例えば２〜５端子のチップ形状でＬＣＲなどの各種受動素子である。なお、受動部品１８は、ＣＳＰ１７ほどには実装精度は要求されていない。

１ａは金属材でなる位置規制プレート、１ｂは板状の硬質樹脂あるいは金属材などでなるベースプレートであり、位置規制プレート１ａを上面に固着して、電子部品の配列治具１を構成している。

１７ａはＣＳＰ１７を所定位置に載置するための凹部を形成する開口孔であり、１コーナを切欠き開口し、そしてその外辺は、硬質樹脂あるいは金属材でなり、移動および停止自在な押し板２１に平行して当接できるように傾斜切断されている。１８ａは受動部品１８を所定位置に載置するために設けられ凹部を形成する孔である。

そして、２０は金属材でなるバネ受け、１９はバネ受け２０と押し板２１との間に配設されたバネであり、押し板２１の駆動機構（図示せず）を含めて押圧部を構成している。

さて、受動部品１８と、駆動機構により押し板２１をバネ受け２０側に移動させた状態にてＣＳＰ１７を所定箇所に載置する。その後、駆動機構をＯＦＦとし、バネ受け２０との間に配設したバネ１９による押し板２１の移動で、電子部品の配列治具１における位置規制プレート１ａの開口孔１７ａに載置したＣＳＰ１７を、垂線が直交するＡおよびＢ面に当接させるために対角線方向に押圧（押し付け）する。

なお、本実施の形態では各ＣＳＰ１７に対する押圧、すなわち押圧の方向（対角線であり押付ける方向線）は、電子部品それぞれの押付ける方向線の相互が交差し、押圧の一部あるいは全てを相殺する方向になっており、押圧による電子部品の配列治具１の移動やずれの発生を抑制している。

その結果、ＣＳＰ１７の載置の位置精度が向上するのである。この時、押し板２１は、位置規制プレート１ａの傾斜切断部には当接せず、また必ずしもＣＳＰ１７を押付ける必要はなく、ＣＳＰ１７に当接する直前で停止する構造であっても、十分に位置精度を上げることができ、そしてＣＳＰ１７が電子部品の配列治具１から、真空吸引により複数を一括吸着されて受け渡しされる際の当接による抵抗を少なくすることができる。

以上、本発明による電子部品の実装装置およびその配列治具、真空チャックによれば、あらかじめ各種で複数の電子部品１１を所定の位置に配置する準備工程を設け、各種で複数の電子部品１１における載置（実装）位置の修正ができ、高価な実装機を用いずに手作業を主とした工程で、各種で複数の電子部品１１の高密度実装が可能であり、また各種で複数の電子部品１１を所定の位置に配置する工程を手作業で行い、位置決めされた各種で複数の電子部品１１を供給、実装する工程は多品種少量生産の場合は手作業で行い、少品種大量生産の場合には、簡易で安価な自動実装機を製作し、その自動実装機にて各種で複数の電子部品１１を供給、実装することが可能となる。

本発明にかかる、電子部品の実装装置およびその配列治具、真空チャックは、高密度の電子回路を構成する回路基板において、電子部品の設定位置精度が高く、高機能な実装でかつ実装品質が良く、低コストの実装が可能であるという効果を有し、各種電子機器における高密度の各種電子回路を形成するための、電子部品の実装装置などの用途として有用である。

本発明の実施の形態における電子部品の実装装置の概要構成斜視図 同電子部品受け渡し工程の要部構成断面図 同電子部品マウント工程の要部構成断面図 同他の真空チャックにおける電子部品吸着部の要部構成断面図 同他の実施の形態による電子部品の配列治具の要部構成断面図 同他の実施の形態による電子部品の配列治具の要部構成平面図

符号の説明

１ 電子部品の配列治具
１ａ 位置規制プレート
１ｂ ベースプレート
２ 保持バー
３ 貫通孔
４ 芯合せ治具
５ 真空チャック
５ａ 凹部
６ ブロック
７ 押出しピン
８ 実装ユニット
９ 回路基板
１０ 吸引孔部
１１ 電子部品
１２ クリーム半田
１３ 押出しブロック
１４ 保持ブロック
１５ ガイドプレート
１６ バネ
１７ ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）
１７ａ 開口孔
１８ 受動部品
１８ａ 孔
１９ バネ
２０ バネ受け
２１ 押し板

Claims (12)

1. 電子回路を形成する回路基板を移動自在で載置し保持する実装ユニットと、少なくとも前記回路基板の一面に電子回路を形成するための複数の電子部品を、あらかじめ前記回路基板の所定位置と成るよう配設する移動自在な電子部品の配列治具と、前記配列された電子部品を配列された状態のまま一括吸着し、回路基板に載置し実装する移動自在な真空チャックにより構成された電子部品の実装装置。
2. 実装される複数の電子部品のそれぞれが、回路基板の所定搭載位置になるように、前記それぞれの電子部品の外形よりわずかに大きな内枠と、それぞれの電子部品の所定高さとなる深さを有する複数の凹部の集合を設けてなる請求項１に記載の電子部品の実装装置における電子部品の配列治具。
3. 電子部品の配列治具における複数の電子部品を収納する複数の凹部の内枠寸法が、前記複数の電子部品の外形より５μｍ〜１００μｍ大きくしてなる請求項２に記載の電子部品の配列治具。
4. 一部の電子部品に対してその電子部品を収納する凹部の内枠において、垂線が直交する２面に対して前記一部の電子部品を押付ける機能を設けてなる構成の請求項２に記載の電子部品の配列治具。
5. 複数の電子部品の押付ける方向を、電子部品それぞれの押付ける方向線の相互が交差し、押圧の一部あるいは全てを相殺する方向としてなる請求項４に記載の電子部品の配列治具。
6. 板状材でなるベースプレートと、凹部を形成する孔および１コーナを切欠き開口し、その外辺が傾斜切断されている開口孔を設け前記ベースプレートの上面に固着された位置規制プレートと、金属材でなり電子部品を押圧する押し板、バネ、バネ受けおよび前記押し板の駆動機構でなる押圧部で構成してなる請求項４あるいは５に記載の電子部品の配列治具。
7. 一部の電子部品に対してその電子部品を収納する複数の凹部の内枠において、垂線が直交する２面に対して前記一部の電子部品を押付ける直前で停止させる機能を設けてなる構成の請求項２から６のいずれか一つに記載の電子部品の配列治具。
8. 複数の電子部品を真空チャックで一括吸着する際に、前記真空チャックに対して前記電子部品の配列治具における複数の凹部の下面部より、前記複数の電子部品を前記真空チャックに対して押付けるため、前記電子部品の配列治具における複数の凹部の下面を可動自在の構造としてなる請求項２に記載の電子部品の配列治具。
9. 複数の凹部の下面部に押出しピンが挿通する貫通孔を設けた構造としてなる請求項２に記載の電子部品の配列治具。
10. 複数の電子部品を真空チャックで一括吸着する際に、前記真空チャックに対して電子部品の配列治具の位置が設定される芯合せ治具を設置してなる請求項２に記載の電子部品の配列治具。
11. 複数の電子部品を吸着する面が、それら電子部品それぞれの所定の実装高さになるように、前記電子部品を吸着する面の相対高さが設定される構成としてなる請求項１に記載の電子部品の実装装置における真空チャック。
12. 実装される複数の電子部品のそれぞれが、回路基板の所定搭載位置になるように、前記それぞれの電子部品の外形よりわずかに大きな内枠と、それぞれの電子部品の所定高さとなる深さを有する複数の凹部の集合を設けた構成としてなる請求項１に記載の電子部品の実装装置における真空チャック。

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