JP2005327971A - 部品供給ヘッド装置、部品供給装置、及び部品実装装置 - Google Patents

部品供給ヘッド装置、部品供給装置、及び部品実装装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 確実かつ高精度に部品を保持することができる部品供給ヘッド装置を提供する。
【解決手段】 部品供給ヘッド装置22が備える吸着ノズル65は、その先端面65aに開口した吸着孔65bと、この吸着孔65bに一端が連通する吸着流路65cとを備え、先端面65aの吸着孔65bよりも外側の部分が電子部品12のバンプ39に当接する。吸着孔65bは実装側表面12aのバンプ39が存在しない部分と隙間をあけて対向する。
【選択図】図1

Description

本発明は、部品取出位置において部品を基板への実装側表面で保持して、部品受渡位置へ移動させると共に、上記実装側表面の向きを反転させた後に部品受渡位置で実装ヘッド装置に部品を受け渡し、実装ヘッド装置による基板への部品の実装を可能とさせる部品供給ヘッド装置、並びにそのような部品供給ヘッド装置を備える部品供給装置及び部品実装装置に関する。
例えば特許文献1に記載されているように、この種の部品供給ヘッド装置は部品を保持するための吸着ノズルを備えている。図37(A)及び図37(B)を参照して従来の部品供給ヘッド装置の吸着ノズルを説明する。これら図37(A)及び図37(B)に示すように、電子部品1の実装側表面1aにバンプ2が形成されている。図37(A)の吸着ノズル3は、先端面3aの外形がバンプ2間の間隔よりも小さく設定されている。実装側表面1aのバンプ2が存在しない領域で吸着ノズル3の先端面3aが実装側表面1aに密着し、吸引流路3bを介して吸着孔3cに作用する真空源(図示せず。)の吸引力(静圧)により電子部品1が吸着ノズル3の先端面3aに保持される。一方、図37(B)の吸着ノズル4は先端面4aに角錐形の吸着孔4bを備え、この吸着孔4bの孔壁が電子部品1の端縁に接触する。実装側表面1a及びバンプ2は吸着孔4bと直接は接触しないが、真空源(図示せず。)による吸引力で吸着ノズル4の先端に電子部品1が保持される。
しかし、図37(A)の吸着ノズル3では、実装側表面1aの一部(先端面3aが接触している部分)に作用する過度の吸引力で電子部品1に撓み等の変形が生じ、吸着ノズル3による部品の保持精度を低下させる。また、部品供給ヘッド装置から実装ヘッド装置への電子部品1の受け渡しの精度が低下し、部品実装精度の低下を招く。
図37(B)の吸着ノズル4の場合、吸着孔4bの孔壁を電子部品1の端縁に接触させるので、先端面4aの外形寸法を電子部品1の外形寸法よりも大きく設定する必要がある。従って、トレイに形成された凹部に収容された状態で電子部品1が供給される場合、吸着ノズル4の先端面4aが凹部と干渉するおそれがある。この干渉も吸着ノズル4による電子部品1の保持精度を低下させる。
特開平8−37395号公報
本発明は、確実かつ高精度に部品を保持することができる部品供給ヘッド装置、並びにそのような部品供給ヘッド装置を備える部品供給装置及び部品実装装置を備える部品実装装置を提供することを課題とする。
本発明の第1の態様は、バンプが形成された基板への実装側表面で部品を保持し、この部品の上記実装側表面を反転させて実装ヘッド部に受け渡し、この実装ヘッド部による上記基板への上記部品の実装を可能とさせる部品供給ヘッド装置であって、その先端面に開口した吸着孔と、この吸着孔に一端が連通する吸着流路とを備え、上記先端面の上記吸着孔よりも外側の部分が上記部品の上記バンプに当接する一方、上記吸着孔は上記実装側表面の上記バンプが存在しない部分と隙間をあけて対向する吸着ノズルと、上記吸着流路の他端側に接続され、上記吸着孔と上記実装側表面間の隙間から上記吸着孔を介して上記吸着流路に流入する空気流を生じさせ、この空気流により生じる負圧で前記先端面に前記部品を保持させる真空源とを備える部品供給ヘッド装置を提供する。
吸着ノズルの先端面の吸着孔よりも外側の部分がバンプに当接する一方、吸着孔は実装側表面のバンプが存在しない部分と隙間をあけて対向する。また、この隙間から吸着孔を介して吸着流路に流入する空気流が真空源により生じ、この空気流により生じる負圧で部品が吸着ノズルに保持される。換言すれば、部品供給ヘッド装置の吸着ノズルは、その先端面が実装側表面とは非接触の状態で部品を保持する。従って、実装側表面の全体に均一に吸引力が作用し、過度の吸引力による撓み等の変形を生じさせることなく高精度で吸着ノズルに部品を保持することができる。その結果、部品供給ヘッド装置から実装ヘッド部への部品の受け渡しの精度を向上することができる。
上記吸着孔は、上記吸着流路と連通する中央部と、この中央部から放射状に延びる複数の分岐部とを備えることが好ましい。吸着孔をかかる形状とすることにより、吸着孔と実装側表面間の隙間に生じる負圧による吸引力をより均一化し、吸着ノズルによる部品の保持精度をさらに向上させることができる。
上記吸着ノズルの先端面は、その外周縁が上記吸着ノズルによって保持された上記部品の端縁よりも内側で、かつ上記バンプよりも外側に位置するように、外形寸法を設定することが好ましい。吸着ノズルの先端面の外周縁は部品の端縁よりも内側に位置するので、トレイの凹部に収容された部品を吸着保持する際に吸着ノズルが凹部を構成する壁面と干渉するのを防止することができる。また、吸着ノズルの先端面の外周縁はバンプよりも外側に位置するので、上記吸着孔よりも外側の部分の先端面にバンプが確実に当接する。従って、吸着孔と実装側表面間の隙間に生じる負圧によって部品が確実に吸着ノズルに保持される。
本発明の第2の態様は、第1の態様の部品供給ヘッド装置と、上記吸着ノズルによって取り出し可能に複数の上記部品を配置した部品配置部と、この部品配置部に上記各部品を配置可能に収納する部品供給収納部とを備える部品供給装置を提供する
本発明の第3の態様は、第3の態様の部品供給装置と、上記部品を解除可能に保持する上記実装ヘッド部と、上記基板を解除可能に保持する基板保持部と、上記基板保持部と上記実装ヘッド部との位置決めを行う位置決め装置とを備える部品実装装置を提供する。
本発明によれば、部品供給ヘッド装置の吸着ノズルは、吸着孔よりも外側の部分の先端面が部品のバンプに当接する一方、吸着孔は部品の実装側表面のバンプが存在しない部分と隙間をあけて対向するので、撓み等の変形を生じさせることなく部品に吸着ヘッドに保持することができる。また、外周縁が部品の端縁よりも内側でバンプよりも外側に位置するように吸着ノズルの先端面の外形寸法を設定した場合には、部品がトレイに収容された状態で供給されても吸着ヘッドの先端と部品が収容された凹部との干渉を防止することができる。従って、吸着ノズルによる部品の保持精度を向上させ、実装ヘッド装置への部品の受け渡しの精度や部品の実装精度を向上することができる。
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図において、X軸方向とY軸方向は基板13の表面沿いの方向ないしは水平方向であり、Y軸方向は基板13の表面に対して垂直な方向ないしは鉛直方向である。
(第1実施形態)
図1から図3は、本発明の第1の実施形態に係る部品突上げ装置を備える部品実装装置の一例である電子部品実装装置11を示す。
まず、電子部品実装装置11の全体的な構成及び動作を説明する。この電子部品実装装置11は、部品の一例であるチップ部品やベアICチップ等の電子部品12を基板13に実装する実装動作を行う装置であり、大別して、複数の電子部品12を供給可能に収容する部品供給装置の一例である部品供給部14と、この部品供給部14から供給される各電子部品12を基板13に実装する実装動作を行う実装部15とを備えている。また、電子部品実装装置11は部品供給部14と実装部15の動作を制御するための制御部ないしはコントローラ16を備える。
図4を併せて参照すると、部品供給部14はリフター17、プレート移動装置18、プレート配置装置19、部品突上げ装置20、認識カメラ21、及び反転ヘッド装置(部品供給ヘッド装置)22を備える。一方、実装部15は実装ヘッド装置24、XYテーブル25、及び2視野系認識カメラ26を備える。
まず、部品供給部14を説明する。図4を参照すると、部品供給部14のリフター17は、昇降可能なマガジン28を備え、このマガジン28に電子部品12をウェハの形態で供給するためのウェハ供給用プレート29と、電子部品12をトレイ31に収容して供給するためのトレイ供給用プレート30とを選択的に供給可能に収納している。図5に示すように、ウェハ供給用プレート29は、大略円盤状の形状を有し、ダイシングが施されたウェハ32がその上面に貼着された伸縮性を有するシートであるウェハシート34と、このウェハシート34をその外周端部近傍において保持するウェハリング35とを備えている。このようにウェハ供給用プレート29が形成されていることにより、ウェハシート8を放射状に延伸させることで、格子状に配置されている夫々の電子部品12の配置位置も放射状に延伸させることができ、いわゆるエキスパンドを行うことが可能となっている。一方、図6に示すように、トレイ供給用プレート30は、トレイ供給用プレート30はたウェハ供給用プレート29と同様な外径形状を有し、略正方形状の内周孔部を有する環状プレートであるトレイリング36、このトレイリング36の上記内周孔部分に取り付けられたトレイ載置部37、このトレイ載置部37に着脱可能に載置された部品供給用の複数のトレイ31を備える。図7に拡大して示すように、部品供給トレイ31には電子部品12を収容するための凹部31aが形成されている。
図4にのみ示すプレート移動装置18は、Y軸方向に移動可能でありリフター17のマガジン28から取り出したウェハ供給用プレート29又はトレイ供給用プレート30をプレート配置装置19まで搬送する。ウェハ供給用プレート29及びトレイ供給用プレート30のいずれも、バンプ39が形成されている電子部品12の基板13への実装側表面12aが鉛直方向上向きとなる姿勢でプレート配置装置19に保持される。
図2、図4、図8、及び図9を参照すると、プレート配置装置19は、ウェハ供給用プレート29やトレイ供給用プレート30の下面を支持するプレート支持ピン41と、これらのプレートの上面側に位置するプレート押圧体42を備える。プレート支持ピン41は平面視でリング状を呈する取付部材43に対して鉛直方向に移動可能に支持されている。また、プレート支持ピン41にはコイルばね44が装着されており、このコイルばね44によりプレート支持ピン41は鉛直方向上向きに弾性的に付勢されている。一方、プレート押圧体42はシリンダ45により昇降駆動される。さらに、取付部材43の内側には円筒状のエキスパンド部材46が配置され、その先端はウェハシート34の下面に当接している。図8に示すように、ウェハ供給用プレート29はプレート支持ピン41の先端部分とプレート押圧体42の間に挟持される。シリンダ45によって図8に示す位置からプレート押圧体42が降下すると、図9に示すようにエキスパンド部材46の先端が支点となってウェハシート34が放射状に延びる。このいわゆるエキスパンドにより隣接する電子部品12の間隔が広がる。トレイ供給用プレート30も同様の態様でプレート配置装置19によって保持される。図2に明瞭に示すように、プレート配置装置19は駆動用のモータ47を備えるY軸ロボット48によりY軸方向に移動可能である。
図2及び図10を参照すると、部品突上げ装置20は、駆動用のモータ51を備えるX軸ロボット52によりX軸方向に移動可能である。また、部品突上げ装置20はアーム53の先端に突上げヘッド54を備える。突上げヘッド54のホルダ55内には突上げ針ないしは突上げピン56が昇降可能に収容されている。突上げピン56がウェハシート34に貼着された電子部品12を下面から突き上げることで、電子部品12がウェハシート34から剥離される。また、突上げヘッド54はZ軸周りに回転可能である。部品突上げ装置20の構成及び動作は後に詳述する。
図1、図2、及び図4を参照すると、認識カメラ21は駆動用のモータ58を備えるX軸ロボット59に搭載されており、X軸方向に移動可能である。認識カメラ21はプレート配置装置19に保持されたウェハ供給用プレート29やトレイ供給用プレート30における電子部材の位置を光学的認識する。
図2及び図22を参照すると、反転ヘッド装置22は、駆動用のモータ61を備えるX軸ロボット62によりX軸方向に移動可能である。反転ヘッド装置22は真空ポンプ63の吸引力により電子部品12を解除可能に吸着保持するための吸着ノズル65を備える。吸着ノズル65は昇降可能であり、かつZ軸周りに回転可能である。また、吸着ノズル65は鉛直方向の向きを反転可能である。反転ヘッド装置22の構成及び動作は後に詳述する。
次に、図1及び図2を参照して実装部15について説明する。実装ヘッド装置24は、モータ66により作動するX軸ロボット67によりX軸方向に沿って進退移動可能である。また、実装ヘッド装置24はボイスコイルモータ68にて昇降駆動可能であり、モータ69によりそれ自体の軸線周りに回転可能な保持部70を備える。保持部70は吸着保持した電子部品12を介して、押圧エネルギーや超音波振動エネルギーや熱エネルギー等の接合エネルギーを、基板13の接合部に付与できるように構成されている。
XYテーブル25の上面には、基板13を解除可能に保持して固定する基板保持台72が設置されている。この基板保持台72は、X軸方向左向きに基板13を搬送する基板搬送装置73により供給された基板13を保持する。XYテーブル25はX軸及びY軸方向の駆動用のモータ74,75を備え、基板保持台72に保持された基板13をX軸方向及びY軸方向に移動させる。この移動により、実装ヘッド装置24に対する基板13上における電子部品12が実装される位置の位置決めがなされる。
2視野系認識カメラ26は実装ヘッド装置24に保持された電子部品12と基板13の両方を光学的に認識する。
部品供給部14及び実装部15の全体的な動作を概説する。プレート移動装置18がリフター17のマガジン28からウェハ供給用プレート29を取り出し、Y軸方向に移動してプレート配置装置19に供給する。プレート配置装置19によるウェハ供給用プレート29の保持(図8)及びエキスパンド動作(図9)の完了後、Y軸ロボット48によるプレート配置装置19のY軸方向の移動とX軸ロボット52による部品突上げ装置20のX軸方向の移動により、認識カメラ21の認識結果に基づいて突上げヘッド54がいずれかの電子部品12に対して位置決めされる。また、X軸ロボット62による反転ヘッド装置22のX軸方向の移動により、反転ヘッド装置22が当該電子部品12に対して位置決めされる。反転ヘッド装置22の吸着ノズル65のより吸着動作と同期して、反転ヘッド装置22の突上げピン56でウェハシート34の下面側から電子部品12を突き上げることで、電子部品12がウェハシート34から剥離して吸着ノズル65で保持される。反転ヘッド装置22は電子部品12の受渡位置P2(図24参照)までX軸方向に移動すると共に、吸着ノズル65の向きを反転させる。また、実装ヘッド装置24もX軸ロボット67により受渡位置P2までX軸方向に移動する。実装ヘッド装置24の保持部70で電子部品12を保持した後に、吸着ノズル65による吸着を解除して電子部品12を反転ヘッド装置から実装ヘッド装置24に受け渡す。電子部品12が受け渡された実装ヘッド装置24はXYテーブル25上の基板13の上方に移動する。XYテーブル25により基板13がX軸方向及びY軸方向に移動することで、2視野系認識カメラ26の認識結果に基づいて、実装ヘッド装置24に対して基板13の適切な位置が位置決めされる。この位置決め後に実装ヘッド装置24が電子部品12を基板13に実装する。トレイ供給用プレート30に関しても、同様の動作が実行される。
次に、図1、図2、図10から図17を参照して部品突上げ装置20を詳細に説明する。図2、図10、及び図11に示すように、部品突上げ装置20は駆動用のモータ51を備えるX軸ロボット52に搭載された基部80を備える。この基部80にはY軸方向に延びるアーム53の基端側が取り付けられている。アーム53の基端側はZ軸方向に延びるLMガイドないしは直進ガイド81を介して基部80に取り付けられており、基部80で支持されたシリンダ82によってアーム53全体が昇降する。
図12から図15に示すように、アーム53はその先端に突上げヘッド54を備えている。また、図16及び図17に最も明瞭に示すように、突上げヘッド54はプレート配置装置19で保持されたウェハ供給用プレート29の下方に配置されている。突上げヘッド54はアーム53の先端に固定されたケーシング83を備えている。このケーシング83にはボールスプライン84がそのスプライン軸85が鉛直方向に延びるように取り付けられ、このスプライン軸85の先端側に複数の突上げピン56の基端側を固定したピン固定部材87が取り付けられている。ボールスプライン84の回転操作部86はケーシング83に対して回転自在に取り付けられており、その外周にはプーリ89が固定されている。図2及び図11に示すように、このプーリ89と、アーム53の基端側に配置されたモータ91の出力軸に固定されたプーリ92との間には駆動ベルト93が掛け渡されている。従って、モータ91の回転はプーリ89,92、駆動ベルト93、及び回転操作部86を介してスプライン軸85のZ軸周りの回転に変換される。また、スプライン軸85はカム式の昇降駆動機構95により昇降可能である。具体的には、モータ96の出力軸に固定されたカム97と当接されたカムフォロア98がレバー99の上端に取り付けられ、このレバー99はケーシング83で支持された直進ガイド100により鉛直方向に直進可能となっている。また、レバー99のL字状の下端に設けられた突起101がスプライン軸85の下端に当接している。さらに、スプライン軸85にはコイルばね102が装着されており、このコイルばね102によってスプライン軸85は鉛直方向下向きに弾性的に付勢されている。そのため、スプライン軸85の下端は常に突起101に当接している。モータ96の回転はカム97及びカムフォロア98で直進運動に変換され、この直進運動はレバー99によりスプライン軸85に伝達される。
スプライン軸85の上端側はケーシング83に対して固定された中空のホルダ55内に挿入されている。図16及び図17に示すように、ホルダ55の先端面はウェハシート34の下面に当接される。また、ホルダ55の先端面には複数のシート吸着孔55a(図15(A)にのみ示す)が設けられており、これらのシート吸着孔55aを介して作用する真空ポンプ103(図16にのみ示す。)の吸引力によりホルダ55の先端面55bにウェハシート34の下面が吸着保持される。
ホルダ55内に位置するスプライン軸85の上端にはピン固定部材87が固定されている。図21(A)を併せて参照すると、ピン固定部材87には複数本(本実施形態では12本)の突上げピン56が固定されている。図16及び図20(A)に示すように、突上げ動作の開始前は、各突上げピン56の先端はホルダ55の先端面に形成されたピン格納孔55cに格納されている。突上げピン56の先端の鉛直方向の位置Hを異ならせている。具体的には、突上げピン56の先端は同一の仮装平面PL(図16にのみ示す)上に位置し、この仮装平面PLは水平面に対して傾斜している。換言すれば、突上げピン56は、前記先端の鉛直方向の高さHが最も高いものから最も低いものに向けて先端の鉛直方向の高さHが漸次低くなるように配置されている。さらに具体的には、図21(A)において矢印A1で示すように、電子部品12の対角線の一端から他端に向けて、上記突上げピン56の鉛直方向の位置が低くなっている。
次に、部品突上げ装置20の動作を説明する。図18を参照すると、まずステップS18−1において図8及び図9を参照して既に説明したように、プレート配置装置19によるウェハシート34のエキスパンド動作が実行される。次に、ステップS18−2においてアーム53の上昇によりホルダ55の先端面がウェハシート34の下面に当接した後、真空ポンプ63が作動してシート吸着孔55aにウェハシート34の下面が吸着される。
電子部品12の品種変更等が有った場合には、モータ91によりスプライン軸85を回転させることでピン固定部材87のZ軸周りの角度位置を調節し、それによって当該電子部品12に応じて複数の突上げピン56の平面視での配置位置を調節することができる。次に、ステップS18−3において認識カメラ21が突上げの対象となる電子部品12の位置を認識する。ステップS18−4では、認識カメラ21の認識結果に基づいて反転ヘッド装置22が移動した後、吸着ノズル65が降下して当該電子部品12の吸着を開始する。ステップS18−5において、吸着ノズル65の上昇動作と同期して突上げピン56による電子部品12の突上げ動作が実行される。最後に、ステップS18−6において、突上げ動作によってウェハシート34から剥離された電子部品12を吸着保持した吸着ノズル65が上昇する。
図18のステップS18−5の突上げ動作を詳細に説明する。まず、図19を参照すると、突上げ動作は突上げピン全体が上昇し(ステップS19−1)、それによって電子部品12はウェハシート34から「斜め」に剥離される(ステップS19−2)。図20(A)から図20(C)を参照すると、突上げ動作の開始前は突上げピン56の先端はピン格納孔55c内に格納されている(図20(A))。次に、昇降駆動機構95によってスプライン軸85及びその先端のピン固定部材87がホルダ55内で上昇を開始する。ピン固定部材87のZ軸周りに回転角度位置を保持するために、スプライン軸85の上昇と同期してモータ91によりボールスプライン84の回転操作部86が回転する。ピン固定部材87が上昇すると、すべての突上げピン56の先端が実質的に同時に電子部品12を押し上げるのではなく、最初に突上げピン56のうち先端の鉛直方向の位置Hが最も高いものの先端が電子部品12を突き上げる。そして、ピン固定部材87がさらに上昇するのに伴い、先端の鉛直方向の位置Hが高いものから順に電子部品12を突き上げ(図20(B)及び図21(A)参照)、最終的にウェハシート34から電子部品12が剥離される(図20(C)参照)。従って、電子部品12の下面全体に実質的に同時にウェハシート34から剥離させようとする力が作用するのではなく、最初は電子部品12の一つの角部の近傍でウェハシートから剥離させようとする力が作用し、ピン固定部材87と共に突上げピン56が上昇するのに伴ってウェハシート34から剥離させようとする力が作用する領域が対角線方向に徐々に拡大する。よって、ウェハシート34からの剥離時に過度の応力が電子部品12に作用せず、電子部品12の下面への接着材層の残留等の剥離不良や電子部品12の破損を防止することができる。突上げピン56の姿勢(剥離角度)を微調節して剥離性を向上するために、昇降駆動機構95によりピン固定部材87がウェハシート34に向けて上昇させている途中に、モータ91によりスプライン軸85を動かし、それによってピン固定部材87をZ軸周りに回転させてもよく、Z軸周りに揺動させてもよい。
図21(B)に示すように、突上げピン56の本数を減らしてもよい(この例では9本)。ただし、突上げピン56のピッチを過度に狭くすると、密に配置された突上げピン56の先端により電子部品12はその下面全体がウェハシート34に密着した状態のままで上方に移動することになる。そのため、ウェハシート34から電子部品12が剥がれず、剥離不良を生じするおそれがある。逆に、突上げピン56のピッチを過度に広くすると電子部品12の下面の突上げピン56で突き上げられる部分に応力集中が生じ電子部品12が破損するおそれがある。従って、突上げピン56の本数はこれらの点を考慮して設定する必要がある。
次に、反転ヘッド装置22を詳細に説明する。図2及び図22を参照すると、反転ヘッド装置22は、電子部品2を解除可能に吸着保持する保持部の一例である吸着ノズル65と、この吸着ノズル65をZ軸周りに回転させる回転駆動装置102とを有する反転ヘッド103を備えている。また、反転ヘッド装置22は、反転ヘッド103を昇降させて、吸着ノズル65の昇降を行うヘッド昇降装置104と、反転ヘッド103を昇降可能に支持するとともに、Y軸方向に延びる反転中心周りに反転ヘッド103を回転させて、吸着ノズル65の鉛直方向の向きを反転させるヘッド反転装置105を備える。さらに、反転ヘッド装置22は、ヘッド昇降装置104とヘッド反転装置105を支持するヘッドフレーム106を備えている。このヘッドフレーム106は駆動用のモータ61を有するX軸ロボット62に搭載されている。従って、反転ヘッド103は電子部品12の取出位置P1(図24(A)参照)と電子部品12の受渡位置P2(図24(B)参照)との間でX軸方向に進退移動する。
図23(A)から図23(B)を参照すると、吸着ノズル65は、平坦な先端面65aに開口した吸着孔65bと、この吸着孔65bに一端が連通する吸着流路65cとを備える。吸着流路65cの他端には真空ポンプ63が接続されている。吸着孔65bは、吸着流路65cと連通する中央部65dと、この中央部65dから放射状に延びる複数の分岐部65eとを備える。本実施形態では平面視ないしは底面視で90度の角度間隔で配置された4個の分岐部65eが設けられている。吸着孔65b及び先端面65aの形状及び寸法は、先端面65aの吸着孔65bよりも外側の部分が電子部品12のバンプ39に当接する一方、吸着孔65bは実装側表面12aのバンプ39が存在しない部分と隙間をあけて対向するように設定されている。そのため、真空ポンプ63の吸引動作により吸着ノズル65の先端面65aと実装側表面12a間の隙間から吸着孔65bを介して吸着流路65cに流入する空気流が生じ、この空気流により生じる負圧で先端面65aに電子部品12が保持される。換言すれば、反転ヘッド装置22の吸着ノズル65は、その先端面65aが実装側表面12aとは非接触の状態で電子部品12を吸着保持する。従って、実装側表面12aの全体に均一に吸引力が作用し、過度の吸引力による撓み等の変形を生じさせることなく高精度で吸着ノズル65に電子部品12を保持することができる。
また、吸着ノズル65の先端面65aの外形寸法は、図23(A)において符号t1で示すように先端面65aの外周縁が電子部品12の端縁よりも例えば25〜50μm程度内側に位置するように設定されている。従って、図23(B)に示すように、トレイ31の凹部31aに収容された電子部品12が凹部31aを構成する壁面と当接している場合でも、吸着ノズル65の先端面65aと凹部31aの壁面との間には符号t2で示す例えば25〜50μm程度の隙間が確保され、吸着ノズル65が凹部31aの壁面と干渉するのを防止することができる。また、吸着ノズル65の先端面65aの外形寸法は先端面65aの外周縁がバンプ39よりも外側に位置に位置するように設定されている。従って、吸着孔65bよりも外側の部分の先端面65aにバンプが確実に当接するので、上述の吸着孔65aと実装側表面12aの隙間に生じる負圧によって電子部品12が確実に吸着ノズル65に保持される。
図24(A)から図24(D)を参照して電子部品12が反転ヘッド装置22によってプレート配置装置19から取り出されて実装ヘッド装置24で基板13に実装されるまでの動作を説明する。まず、図24(A)に示すように、プレート配置装置19に対応する電子部品12の供給位置P1において、ウェハ供給用プレート29又はトレイ供給用プレート30から反転ヘッド装置22の吸着ノズル65が電子部品12を吸着する。この際、吸着ノズル65は鉛直方向上向きとなっている電子部品12の実装側表面12aを保持する。次に、図24(B)に示すように、吸着ノズル65が上昇すると共に、実装ヘッド装置24が受渡位置P2に移動する。次に、吸着ノズル65に電子部品12を保持した反転ヘッド装置22が受渡位置P2に移動して、実装ヘッド装置24の下方に配置される。続いて、反転ヘッド103の向きが反転し、その結果、電子部品12の実装側表面12aと反対側の面が鉛直方向上向きとなる。そして、図24(C)で示すように、実装ヘッド装置24の保持部70が降下して電子部品12を保持する。電子部品12は実装側表面12aが鉛直方向下向きの姿勢で保持部70に保持される。次に、図24(D)に示すように、実装ヘッド装置24が基板13の所定位置の上方に移動下後に保持部70が降下し、当該所定位置に電子部品12が実装される。
吸着ノズル65の吸着孔65bの形状は図23(A)から図23(C)に示すものに限定されない。例えば、図25(A)から図25(C)に示すように平面視ないしは底面視で45度の角度間隔で配置された8個の分岐部65eを設けてもよい。
(第2実施形態)
第2実施形態は、部品突上げ装置20の突上げピン56の先端の配置が第1実施形態と異なる。図26(A)及び図27(A)を参照すると、12本の突上げピン56の先端の鉛直方向の位置Hは電子部品12の端縁から中央に向けて低くなっている。換言すれば、突上げピン56の先端は凹状の仮想曲面上に位置している。
図26(A)から図26(C)を参照すると、突上げ動作の開始前は突上げピン56の先端はピン格納孔55c内に格納されている(図26(A))。次に、ピン固定部材87がホルダ55内で上昇すると、すべての突上げピン56の先端が実質的に同時に電子部品12を押し上げるのではなく、突上げピン56のうち先端の鉛直方向の位置Hが最も高いものが、最初に電子部品12を突き上げる。そして、ピン固定部材87がさらに上昇するのに伴い、先端の鉛直方向の位置Hが高いものから順に電子部品12を突き上げ(図26(B)及び図27(A)参照)、最終的にウェハシート34から電子部品12が剥離される(図26(C)参照)。従って、電子部品12の下面全体に実質的に同時にウェハシート34から剥離させようとする力が作用するのではなく、最初は電子部品12の端縁近傍の領域でウェハシート34から剥離させようとする力が作用し、ピン固定部材87と共に突上げピン56が上昇するのに伴って、ウェハシート34から剥離させようとする力が作用する領域が電子部品の中央部へ向けて拡大する。よって、ウェハシート34からの剥離時に過度の応力が電子部品12に作用せず、電子部品12の下面への接着材層の残留等の剥離不良や電子部品12の破損を防止することができる。
図27(B)に示すように、突上げピン56の本数を減らしてもよい(この例では9本)。第2実施形態のその他の構成及び作用は第1実施形態と同様である。
(第3実施形態)
第3実施形態は、部品突上げ装置20の突上げピン56の先端の配置が第1実施形態と異なる。図28(A)及び図29(A)を参照すると、12本の突上げピン56の先端の鉛直方向の位置Hは、電子部品12の中央から端縁に向けて低くなっている。換言すれば、突上げピン56の先端は凸状の仮想曲面上に位置している。
図28(A)から図28(C)を参照すると、突上げ動作の開始前は突上げピン56の先端はピン格納孔55c内に格納されている(図28(A))。次に、ピン固定部材87がホルダ55内で上昇すると、すべての突上げピン56の先端が実質的に同時に電子部品12を押し上げるのではなく、突上げピン56のうち先端の鉛直方向の位置Hが最も高いものが、最初に電子部品12を突き上げる。そして、ピン固定部材87がさらに上昇するのに伴い、先端の鉛直方向の位置Hが高いものから順に電子部品12を突き上げ(図28(B)及び図29(A)参照)、最終的にウェハシート34から電子部品12が剥離される(図28(C)参照)。従って、電子部品12の下面全体に実質的に同時にウェハシート34から剥離させようとする力が作用するのではなく、最初は電子部品12の中央部近傍の領域でウェハシート34から剥離させようとする力が作用し、ピン固定部材87と共に突上げピン56が上昇するのに伴って、ウェハシート34から剥離させようとする力が作用する領域が電子部品12の端縁へ向けて拡大する。よって、ウェハシート34からの剥離時に過度の応力が電子部品12に作用せず、電子部品12の下面への接着材層の残留等の剥離不良や電子部品12の破損を防止することができる。
図29(B)に示すように、突上げピン56の本数を減らしてもよい(この例では9本)。第3実施形態のその他の構成及び作用は第1実施形態と同様である。
(第4実施形態)
第4実施形態は、部品突上げ装置20のピン固定部材87が回動する点と突上げピン56の先端の配置が第1実施形態と異なる。
図30から図32を参照すると、ピン固定部材87の一端側が支持機構110によって回動可能に支持されている。具体的には、ピン固定部材87の一端側には互いに対向する一対の支軸111が固定されており、この支軸111がスプライン軸85側に回動自在に支持されている。また、部品突上げ装置20はピン固定部材87を支軸111の軸線L周りに回動させる回動駆動機構112を備える。具体的には、この回動駆動機構112は、上端がピン固定部材87の他端側に当接し、下端側にカムローラ113を備えるプッシュロッドを備えている。このプッシュロッド114は鉛直方向に進退可能に支持されている。また、回転駆動機構112はプランジャ155の先端にカムローラ113と当接するカム116が固定されたシリンダ117を備えている。プランジャ115は水平方向に延びている。シリンダ117のプランジャ115が可能位置から突出位置に突出すると、カムロー113を介してプッシュロッド114が鉛直方向上向きに移動し、その結果ピン固定部材87が支軸111の軸線L周りに上向きに回動する。
図35(A)を併せて参照すると、12本の突上げピン56の先端の鉛直方向の位置Hは、電子部品12の互いに対向する2つの辺のうち一方から他方に向けて低くなっている。
本実施形態における突上げピン56による電子部品12の突上げ動作(図18のステップS18−5に対応する。)を説明する。図33を参照すると、まず、カム式の昇降駆動機構95により突上げピン56全体が上昇する(ステップS33−1)。次に、支軸側の突上げピン56が電子部品12を突き上げる位置までピン固定部材87が上昇すると、回動駆動機構112によりピン固定部材87が支軸111周りに回動し、ピン固定部材87の他端側(支軸111とは反対側)の突上げピン56が上昇する(ステップS33−2)。これら2段階の動作によって電子部品12はウェハシート34から「斜め」に剥離される。図34(A)から図34(C)を参照すると、突上げ動作の開始前は突上げピン56の先端はピン格納孔55c内に格納されている(図34(A))。次に、昇降駆動機構95によってスプライン軸85と共にピン固定部材87が上昇すると、すべての突上げピン56の先端が実質的に同時に電子部品12を押し上げるのではなく、先端の鉛直方向の位置Hが高いピン固定部材87の一端側(支軸111側)の突上げピン56が、ピン格納孔55cから突出して電子部品12を突き上げる。次に、回動駆動機構112によりピン固定部材87が回動され、その結果ピン固定部材87の他端側(支軸111とは反対側)の突上げピン56がピン格納孔55cから突出して電子部品12を突き上げる(図34(B)及び図35(A)参照)。最終的にウェハシート34から電子部品12が剥離される(図34(C)参照)。従って、電子部品12の下面全体に実質的に同時にウェハシート34から剥離させようとする力が作用するのではなく、最初は電子部品12の互いに対向する2つの辺の一方の近傍でウェハシートから剥離させようとする力が作用し、ピン固定部材87と共に突上げピン56が上昇するのに伴ってウェハシート34から剥離させようとする力が作用する領域が他方の辺に向かって徐々に拡大する。よって、ウェハシート34からの剥離時に過度の応力が電子部品12に作用せず、電子部品12の下面への接着材層の残留等の剥離不良や電子部品12の破損を防止することができる。突上げピン56の姿勢(剥離角度)を微調節して剥離性を向上するために、ピン固定部材87が昇降駆動機構95によりウェハシート34に向けて上昇している途中や、回動駆動機構112により回動させている途中に、モータ91によりスプライン軸85を動かし、それによってピン固定部材87をZ軸周りに回転させてもよく、Z軸周りに揺動させてもよい。
図35(B)に示すように、突上げピン56の本数を減らしてもよい(この例では9本)。また、図36(A)から図36(C)に示すように、ピン固定部材87の下面に当接するカム118によりピン固定部材87を支軸111周りに回転させてもよい。第1実施形態から第3実施形態の突上げピン56の先端の鉛直方向の位置Hの設定(図21、図27、及び図29参照)を本実施形態で採用してもよい。逆に本実施形態の突上げピン56の先端の鉛直方向の位置Hの設定を第1実施形態で採用してもよい。第4実施形態のその他の構成及び作用は第1実施形態と同様である。
(第5実施形態)
第5実施形態では昇降駆動機構95によりピン固定部材87をある程度上昇させた後に回動駆動機構112にピン固定部材87を回動させている。しかし、昇降駆動機構95によりピン固定部材87を上昇させる前に、回動駆動機構112によりピン固定部材87の軸線L周りの回転角度位置を調節してもよい。ピン固定部材87の軸線L周りの回転角度位置により突上げピン56の先端の鉛直方向の位置Hの差を調節することができる。この場合、回動駆動機構112はピン固定部材87の調節機構として機能する。ただし、突上げピン56の先端の鉛直方向の位置Hが同一、すなわち突上げピン56の先端が同一の水平面に位置しないようにピン固定部材87の姿勢を設定する必要がある。ピン固定部材87の軸線L周りの回転角度位置を維持したまま、上昇させると第1実施形態から第2実施形態と同様に、突上げピン56で電子部品12を突き上げてウェハシート34から剥離させることができる。
本実施形態では、電子部品12の厚みを含む寸法や材質、ウェハシート34の厚みや材質、及び電子部品12とウェハシート34の間に介在する接着材層の材質等の条件に応じて突上げピン56の先端の鉛直方向の位置Hを調節することが可能であり、これらの条件が変化した場合にも、剥離不良や電子部品12の破損を生じることなくウェハシート34から電子部品12を剥離させることができる。
本発明の第1実施形態に係る部品実装装置を示す斜視図。 図1の部品実装装置の模式的な部分斜視図。 図1の部品実装装置の模式的な部分正面図。 図1の部分装置が備える部品供給装置を示す半透過斜視図。 ウェハ供給用プレートを示す斜視図。 トレイ供給用プレートを示す斜視図。 図6のトレイの部分拡大斜視図。 図1の部品実装装置が備えるプレート配置装置を示す模式的な断面図。 図1の部品実装装置が備えるプレート配置装置を示す模式的な断面図。 図1の部品実装装置が備える部品突上げ装置を示す斜視図。 図1の部品実装装置が備える部品突上げ装置を示す分解斜視図。 図1の部品実装装置が備える部品突上げ装置の突上げヘッドを示す部分斜視図。 図12の突上げヘッドの内部構造を示す部分斜視図。 図12の突上げヘッドの分解斜視図。 図12の突上げヘッドを示し、(A)は縦断面図、(B)は平面図、(C)は(A)のXV−XV線での断面図。 図1の部品実装装置が備えるプレート配置装置と部品突上げ装置を示す模式的な断面図。 部品配置装置と部品突上げ装置の位置関係を示す模式的な部分斜視図。 部品突上げ装置の動作を説明するためのフローチャート。 図18のステップS18−5の詳細を示すフローチャート。 (A)、(B)、及び(C)は第1実施形態における突上げ動作を示す模式的な部分断面図である。 (A)は第1実施形態における剥離中の半導体チップと突上げピンの関係を示す模式的な部分斜視図、(B)は突上げピンの数を減少させた場合の半導体チップと突上げピンの関係を示す模式的な部分斜視図。 図1の部品実装装置が備える反転ヘッド装置を示す斜視図。 図1の反転ヘッド装置が備える吸着ノズルを示し(A)は模式的な縦断面図、(B)は(A)の底面図、(C)はトレイの凹部との関係を示す模式的な縦断面図。 受け渡し動作時の部品反転ヘッド部と実装ヘッド部の関係を示す模式的な説明図。 図1の部品反転装置が備える吸着ノズルの変形例を示し(A)は模式的な縦断面、(B)は(A)の底面図、(C)はトレイの凹部との関係を示す模式的な縦断面図。 (A)、(B)、及び(C)は第2実施形態における突上げ動作を示す模式的な部分断面図である。 (A)は第2実施形態における剥離中の半導体チップと突上げピンの関係を示す模式的な部分斜視図、(B)は突上げピンの数を減少させた場合の半導体チップと突上げピンの関係を示す模式的な部分斜視図。 (A)、(B)、及び(C)は第3実施形態における突上げ動作を示す模式的な部分断面図である。 (A)は第3実施形態における剥離中の半導体チップと突上げピンの関係を示す模式的な部分斜視図、(B)は突上げピンの数を減少させた場合の半導体チップと突上げピンの関係を示す模式的な部分斜視図。 第4実施形態に係る部品突上げ装置の突上げヘッドを示す部分斜視図。 図26の突上げヘッドの内部構造を示す部分斜視図。 第4実施形態に係る部品突上げ装置を示す模式的な部分断面図。 第4実施形態におけるICチップ突上げ動作を説明するためのフローチャート。 (A)、(B)、及び(C)は第4実施形態における突上げ動作を示す模式的な部分断面図。 (A)は第4実施形態における剥離中の半導体チップと突上げピンの関係を示す模式的な部分斜視図、(B)は突上げピンの数を減少させた場合の半導体チップと突上げピンの関係を示す模式的な部分斜視図。 (A)、(B)、及び(C)は第4実施形態の変形例における突上げ動作を示す模式的な部分断面図である。 (A)及び(B)は従来の吸着ノズルを示す模式的な断面図。
符号の説明
11 電子部品実装装置
12 電子部品
12a 実装側表面
13 基板
14 部品供給部
15 実装部
16 コントローラ
17 リフター
18 プレート移動装置
19 プレート配置装置
20 部品突上げ装置
21 認識カメラ
22 反転ヘッド装置
24 実装ヘッド装置
25 XYテーブル
26 2視野光学系認識カメラ
28 マガジン
29 ウェハ供給用プレート
30 トレイ供給用プレート
31 トレイ
31a 凹部
32 ウェハ
34 ウェハシート
35 ウェハリング
36 トレイリング
37 トレイ載置部
39 バンプ
41 プレート支持ピン
42 プレート押圧体
43 取付部材
44 コイルばね
45 シリンダ
46 エキスパンド部材
47 モータ
48 Y軸ロボット
51 モータ
52 X軸ロボット
53 アーム
54 突上げヘッド
55 ホルダ
55a シート吸着孔
55b 先端面
55c ピン格納孔
56 突上げピン
58 モータ
59 X軸ロボット
61 モータ
62 X軸ロボット
63 真空ポンプ
65 吸着ノズル
65a 先端面
65b 吸着孔
65c 吸着流路
65d 中央部
65e 分岐部
66 モータ
67 X軸ロボット
68 ボイスコイルモータ
69 モータ
70 保持部
72 基板保持台
73 基板搬送装置
74,75 モータ
80 基部
81 直進ガイド
82 シリンダ
83 ケーシング
84 ボールスプライン
85 スプライン軸
86 回転操作部
87 ピン固定部材
89 プーリ
91 モータ
92 プーリ
93 駆動ベルト
95 昇降駆動機構
96 モータ
97 カム
98 カムフォロア
99 レバー
100 直進ガイド
101 突起
102 コイルばね
103 真空ポンプ
102 回転駆動装置
103 反転ヘッド
104 ヘッド昇降装置
105 ヘッド反転装置
106 ヘッドフレーム
110 支持機構
111 支軸
112 回転駆動機構
113 カムローラ
114 プッシュロッド
115 プランジャ
116 カム
117 シリンダ
118 カム

Claims (5)

  1. バンプ(39)が形成された基板(13)への実装側表面(12a)で部品(12)を保持し、この部品の上記実装側表面を反転させて実装ヘッド部(24)に受け渡し、この実装ヘッド部による上記基板への上記部品の実装を可能とさせる部品供給ヘッド装置(22)であって、
    その先端面(65a)に開口した吸着孔(65b)と、この吸着孔に一端が連通する吸着流路(65c)とを備え、上記先端面の上記吸着孔よりも外側の部分が上記部品の上記バンプに当接する一方、上記吸着孔は上記実装側表面の上記バンプが存在しない部分と隙間をあけて対向する吸着ノズル(65)と、
    上記吸着流路の他端側に接続され、上記吸着孔と上記実装側表面間の隙間から上記吸着孔を介して上記吸着流路に流入する空気流を生じさせ、この空気流により生じる負圧で前記先端面に前記部品を保持させる真空源(63)と
    を備える部品供給ヘッド装置。
  2. 上記吸着孔は、上記吸着流路と連通する中央部と、この中央部から放射状に延びる複数の分岐部とを備える請求項1に記載の部品供給ヘッド装置。
  3. 上記先端面は、その外周縁が上記吸着ノズルによって保持された上記部品の端縁よりも内側で、かつ上記バンプよりも外側に位置するように、外形寸法を設定している請求項1又は請求項2に記載の部品供給ヘッド装置。
  4. 請求項1に記載の部品供給ヘッド装置(22)と、
    上記吸着ノズルによって取り出し可能に複数の上記部品を配置した部品配置部(19)と、
    この部品配置部に上記各部品を配置可能に収納する部品供給収納部(17)と
    を備える部品供給装置。
  5. 請求項4に記載の部品供給装置と、
    上記部品を解除可能に保持する上記実装ヘッド部(24)と、
    上記基板を解除可能に保持する基板保持部(72)と、
    上記基板保持部と上記実装ヘッド部との位置決めを行う位置決め装置(25)と
    を備える部品実装装置。
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