JP2007173661A

JP2007173661A - チップ実装装置およびチップ実装方法

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Publication number: JP2007173661A
Application number: JP2005371462A
Authority: JP
Inventors: Shinji Sasakuri; 真二笹栗
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2025-12-26
Also published as: JP4389868B2

Abstract

【課題】チップの認識を行う第１の認識手段と第２の認識手段を併用したチップの実装において実装効率を向上させたチップ実装装置およびチップ実装方法を提供することを目的とする。
【解決手段】チップ収納部２に収納されたチップＰを認識する第１の認識手段１３と、第１の認識手段１３による認識結果に基づいてピックアップされて移載ヘッド３に吸着されたチップＰを認識する第２の認識手段１５と、第２の認識手段１５による認識結果からチップＰが正常に認識されたか否かを判定する判定手段とを備え、移載ヘッド３に吸着されたチップＰが第２の認識手段１５により正常に認識されたと判定された場合には第２の認識手段１５による認識結果に基づいて実装を行い、正常に認識されていないと判定された場合には第１の認識手段１３による認識結果に基づいて実装を行うようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、移載ヘッドによりチップ収納部からチップをピックアップして基板に実装するチップ実装装置およびチップ実装方法に関するものである。

チップの実装分野においては、チップ収納部に収納されたチップを移載ヘッドによりピックアップして基板に実装する方法が知られている。基板上にはチップの実装位置が予め定められており、この実装位置にチップを正確に実装することが要求されている。そのため、カメラ等の認識手段によりチップの位置認識を行い、位置認識されたチップと基板上の実装位置との位置合わせが行われている。この認識手段としては、チップ収納部に収納されたチップの位置認識を行う第１の認識手段と、移載ヘッドにピックアップされたチップの位置認識を行う第２の認識手段を併用する方法が知られている（例えば特許文献１）。この方法では、第１の認識手段がチップ収納部の上方からチップを認識し、第２の認識手段が移載ヘッドにピックアップされたチップを下方から認識する。すなわち、第１の認識手段による認識結果によりチップ収納部に収納されたチップと移載ヘッドの位置合わせが行われ、移載ヘッドによりチップをピックアップする際に発生した吸着ミス等による位置ずれ等を第２の認識手段により認識して補正することで精度の高いチップの実装を可能にしている。
特開２００３−１７４２９１号公報

ところで、第２の認識手段によるチップの認識の際にチップの裏面に微小な欠けや割れ等が発生していると、チップの形状の認識に不具合が生じてチップの位置認識ができないため、このような場合には実装動作全体を停止させている。

しかしながら、チップや基板の品種によってはチップの微小な欠けや割れ等は許容できる場合がある。また、高度な実装精度を要求せず第２の認識手段による認識結果に基づいた補正を必要としない場合がある。このような場合にも第２の認識手段により認識を行うことは、オーバークオリティであるとともに認識に時間を要するため非効率的である。

そこで本発明は、チップの認識を行う第１の認識手段と第２の認識手段を併用したチップの実装において実装効率を向上させたチップ実装装置およびチップ実装方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、チップを収納するチップ収納部と、前記チップ収納部に収納されたチップが実装される基板を保持する基板保持部と、前記チップ収納部からチップを吸着してピックアップするとともに前記基板保持部に保持された基板上の実装位置に実装する移載ヘッドと、前記チップ収納部に収納されたチップを認識する第１の認識手段と、前記第１の認識手段による認識結果に基づいてピックアップされて前記移載ヘッドに吸着されたチップを認識する第２の認識手段と、前記移載ヘッドに吸着されたチップが前記第２の認識手段により正常に認識されたか否かを判定する判定手段とを備え、前記判定手段により、前記移載ヘッドに吸着されたチップが前記第２の認識手段により正常に認識されたと判定された場合には前記第２の認識手段による認識結果に基づいて実装を行い、前記移載ヘッドに吸着されたチップが前記第２の認識手段により正常に認識されていないと判定された場合には前記第１の認識手段による認識結果に基づいて実装を行う。

請求項２記載の発明は、チップ収納部に収納されたチップを移載ヘッドに吸着してピックアップして基板保持部に保持された基板上の実装位置に実装するチップ実装方法であって、前記チップ収納部に収納されたチップを認識する第１の認識工程と、前記第１の認識工程における認識結果に基づいて前記移載ヘッドによりチップを吸着してピックアップするピックアップ工程と、前記ピックアップ工程において前記移載ヘッドに吸着されたチップを認識する第２の認識工程と、前記移載ヘッドに吸着されたチップが前記第２の認識工程において正常に認識されたか否かを判定する判定工程と、前記判定工程において、前記移載ヘッドに吸着されたチップが正常に認識されたと判定された場合には前記第２の認識工程における認識結果に基づいて実装を行い、前記移載ヘッドに吸着されたチップが正常に検出されていないと判定された場合には前記第１の認識工程における認識結果に基づいて実装を行う工程を含む。

本発明によれば、第２の認識手段によりチップが正常に認識されなかった場合には第１の認識結果に基づいてチップの実装を行うので、実装動作を中断することなく継続した実装が可能となって実装効率が向上する。

本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置の側面図、図２は本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置の制御系の構成図、図３は本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置の選択手段の説明図、図４は本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置の選択手段の説明図、図５は本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置の実装動作のフローチャートである。

図１において、チップ実装装置１は、チップ収納部２に収納された複数のチップＰを移載ヘッド３でピックアップして基板４の所定の実装位置に順次実装する動作を行う装置である。チップ収納部２はチップ実装装置１の基台５上に配設されており、複数のチップＰを規則配列したシート６と、シート６の外周部を保持した状態で昇降するシートホルダ７と、シートホルダ７の下方に配設されてシート６の下面に当接するエキスパンドリング８と、シート６の下方に配設されたエジェクタ機構９から構成されている。

シートホルダ７の昇降を調整することによりシート６のテンションが調整されるようになっており、移載ヘッド３によるチップＰのピックアップの際には、シートホルダ７を下降させてシート６のテンションを高めることにより複数のチップＰを所定の間隔に調整する。

エジェクタ機構９は、エジェクタ９ａと、エジェクタ９ａを昇降させてシート６の裏面に接離させる昇降機構９ｂと、エジェクタ９ａを任意の電子部品の下方に水平移動させる水平移動機構９ｃから構成されている。エジェクタ機構９は、任意のチップＰの下方でエジェクタ９ａを上昇させ、図示しないニードルによりチップＰを上方に突き上げる等の動作を行うことにより、チップＰのシート６からの剥離を促進する機能を有している。

図１において、チップ収納部２の側方には、基板４を保持する基板保持部１０が配設されている。基板保持部１０には図示しない基板搬入機構により基板４が搬入され、基板保持部１０に保持された基板４の所定の実装位置にチップが実装される。実装後の基板４は図示しない基板搬出機構により基板保持部１０から搬出される。

図１において、チップ実装装置１の上部には、移載ヘッド３と、移載ヘッド３をチップ収納部２に保持されたシート６と基板保持部１０に保持された基板４とを含む領域の上方
で水平移動させる水平移動機構１２が配設されている。移載ヘッド３には、電子部品の吸着機構を備えたノズル３ａが昇降及び回転可能に備えられている。移載ヘッド３はエジェクタ機構９とともにチップのピックアップ機構を構成しており、チップ収納部２の任意のチップＰを移載ヘッド３のノズル３ａとエジェクタ機構９のエジェクタ９ａにより上下から挟んだ状態で、エジェクタ９ａのニードルを上昇させるとともにノズル３ａを上昇させ、シート６からチップＰを剥離してノズル３ａに吸着することによりピックアップを行う。チップＰを吸着してピックアップしたノズル３ａは、移載ヘッド３の移動により基板４の所定の実装位置の上方に移動した後に下降してチップＰの実装を行う。

図１において、チップ実装装置１の上部には、第１のカメラ１３と、第１のカメラ１３を部品収納部２に保持されたシート６の上方で水平移動させる水平移動機構１４が配設されている。第１のカメラ１３は、チップ収納部２に収納されているチップＰを上方から撮像する。チップ収納部２と基板保持部１０の間には第２のカメラ１５が配設されている。第２のカメラ１５は、移載ヘッド３のノズル３ａに吸着されたチップＰを下方からスキャニングして撮像する。

次に、チップ実装装置１の制御系の構成について説明する。図２において、ノズル３ａを昇降及び回転させる駆動機構３ｂと、エジェクタ機構９と、移載ヘッド３を水平移動させる水平移動機構１２と、第１のカメラ１３と、第１のカメラ１３を水平移動させる水平移動機構１４は、制御部２０と通信可能に接続されており、記憶手段としての記憶部２１に記憶された制御プログラムや各種のデータに基づいて制御部２０から送信される制御指令を受けて所定の動作を実行する。

第１のチップ認識部２２は第１のカメラ１３とともに第１の認識手段として機能し、第１のカメラ１３により撮像されたチップ収納部２の任意のチップＰの位置及び姿勢を認識する。第１の認識手段による認識結果と記憶部２１に記憶されたチップデータに基づいて演算部２４により移載ヘッド３の水平移動機構１２及びノズル３ａの駆動機構３ｂの制御量が演算され、この制御量に基づいてピックアップ位置が位置決めされたノズル３ａは、チップＰの中心部を正常姿勢で吸着してチップ収納部２からピックアップする。

第２のチップ認識部２３は第２のカメラ１５とともに第２の認識手段として機能し、ノズル３ａに吸着された状態で第２のカメラ１５によりスキャニングされたチップＰの位置及び姿勢を認識する。第２の認識手段による認識結果と記憶部２１に記憶されたチップデータと基板データに基づいて演算部２４により移載ヘッド３の水平移動機構１２及びノズル３ａの駆動機構３ｂの制御量が演算され、この制御量に基づいて、ノズル３ａに吸着されたチップＰが基板４の所定の位置に所定の実装高さで実装される。

記憶部２１には、チップ実装装置１における３通りの実装パターンが制御プログラムに設定されている。第１の実装パターン２１ａによれば、第１の認識手段（第１のカメラ１３と第１のチップ認識部２２）による認識結果に基づいて移載ヘッド３の移動機構１２及びノズル３ａの駆動機構３ｂを制御することにより移載ヘッド３のノズル３ａに吸着されたチップＰを基板保持部１０に保持された基板４の実装位置に実装する。そして、第２の実装パターン２１ｂによれば、第２の認識手段（第２のカメラ１５と第２のチップ認識部２３）による認識結果に基づいて移載ヘッド３の移動機構１２及びノズル３ａの駆動機構３ｂを制御することにより移載ヘッド３のノズル３ａに吸着されたチップＰを基板保持部１０に保持された基板４の実装位置に実装する。

第１の実装パターン２１ａによれば、第１の認識手段による認識結果のみに基づいて実装を行い、第２の認識手段による認識を行わないので、実装工程が簡略化されて高速実装が可能となり実装に要する時間を短縮することができるという利点がある。一方、第２の
実装パターン２１ｂによれば、第１の認識手段による認識結果に基づいて移載ヘッド３のノズル３ａに吸着されたチップＰの位置及び姿勢にずれがある場合であっても、実装する前段階において再度チップＰの位置及び姿勢を認識して補正するようにしているので、より高精度な実装ができるという利点がある。

一方、第３の実装パターン２１ｃによれば、判定部２５による判定結果に基づいて第１の実装パターン２１ａと第２の実装パターン２１ｂによる制御プログラムを自動的に選択して実装を行う。第２のカメラ１５によるスキャニングはチップＰの裏面を認識することにより行われるが、チップＰの裏面に欠けや割れ等の不整部が存在している場合にはチップＰの形状等の認識ができないことがある。そのため、第２の認識手段による認識にエラーが発生し、以後の制御が不能となって実装動作を中断する。判定部２５は、第２の制御手段により移載ヘッド３のノズル３ａに吸着されたチップＰが正常に認識されたか否かを判定する判定手段として機能し、判定部２５における判定結果に基づいて実装パターンが選択される。すなわち、第２の認識手段によるチップＰの認識が正常になされていないと判定部２５により判定された場合には、第１の認識手段による認識結果に基づいて実装を行う第１の実装パターンが選択され、一方、第２の認識手段によるチップＰの認識が正常になされていると判定部２５により判定された場合には、第２の認識手段による認識結果に基づいて実装を行う第２の実装パターンが選択される。

チップ実装装置１における実装動作は、第１の実装パターン２１ａ及び第２の実装パターン２１ｂ、第３の実装パターン２１ｃの何れかの実装パターンに選択可能になっており、オペレータは、表示部２６にメニュー表示される各実装パターンから任意の実装パターンを選択することができる。図３において、第１の実装パターン２１ａを「高速実装モード」、第２の実装パターン２１ｂを「高精度実装モード」、第３の実装パターン２１ｃを「混合実装モード」とメニュー表示した例を示している。表示部２６は、タッチパネルによる入力機能を備えたＣＲＴや液晶パネル等の可視的表示手段から構成されており、オペレータが、「高速実装モード」、「高精度実装モード」、「混合実装モード」のうち何れかのエリアを指先でタッチした後に「確定」のエリアをタッチすることにより所望の実装モードを選択することができる選択手段として機能する。

また、チップ実装装置１において実装を予定するチップの品種毎に第１の実装パターン２１ａ及び第２の実装パターン２１ｂ、第３の実装パターン２１ｃと関連付けたチップ品種データを記憶部２１に記憶させておき、実装対象となるチップの品種を選択すると自動的に関連付けられた実装パターンが選択されるように構成することもできる。図４は、チップの品種を選択可能にメニュー表示した例であり、チップの品種が「部品Ａ」、「部品Ｂ」・・・として画像表示され、チップの品種に対応した実装モードやサイズ等が併せて表示される。オペレータが実装対象となるチップを選択して指先でタッチした後に「確定」のエリアをタッチすることにより、選択したチップの品種に対応して予め関連付けられた実装モードが選択されるようになっている。

操作・入力部２７は、表示部２６におけるタッチパネルとして構成される他にキーボードやドライバ等としても構成され、記憶部２１に記憶させる制御プログラムや各種データを入力するとともにチップ実装装置１における実装動作をマニュアルで操作する機能を備えている。

次に、チップ実装装置１における実装動作について説明する。図５は、第１の実装パターン（高速実装モード）を選択した場合の第１の実装工程と、第２の実装パターン（高精度実装モード）を選択した場合の第２の実装工程と、第３の実装パターン（混合実装モード）を選択した場合の第３の実装工程を示している。

実装動作を開始すると、まず、チップ実装装置１における実装モードを選択し、第１の実装工程乃至第３の実装工程の何れかを選択する（選択工程・・・ＳＴ１）。次に、第１の認識手段によりチップ収納部２に収納されたチップＰを認識する（第１の認識工程・・・ＳＴ２）。第１の認識手段によりチップＰが正常に認識されると、第１の認識工程（ＳＴ２）における認識結果に基づいて移載ヘッド３のノズル３ａにチップＰを吸着してピックアップする（ピックアップ工程・・・ＳＴ３）。このピックアップ工程（ＳＴ３）までは、第１の実装工程乃至第３の実装工程の全ての工程において共通して実行される。

次に、高速実装モードを選択した場合の第１の実装工程においては、第１の認識工程（ＳＴ２）における認識結果に基づいて移載ヘッド３のノズル３ａに吸着されたチップＰを基板保持部１０に保持された基板４の実装位置に実装する（ＳＴ４）。

一方、高精度実装モードを選択した場合の第２の実装工程においては、ピックアップ工程（ＳＴ３）において移載ヘッド３のノズル３ａに吸着されたチップＰを第２の認識手段により認識する（第２の認識工程・・・ＳＴ５）。第２の認識手段によりチップＰが正常に認識されると、第２の認識工程（ＳＴ５）における認識結果に基づいて移載ヘッド３のノズル３ａに吸着されたチップＰを基板保持部１０に保持された基板４の実装位置に実装する（ＳＴ６）。なお、第１の認識工程（ＳＴ２）、第２の認識工程（ＳＴ５）において、チップＰが正常に認識されない異常認識が検知されると認識エラーとなって実装動作が中断する（ＳＴ７）。

また、混合実装モードを選択した場合の第３の実装工程においては、第２の認識工程（ＳＴ５）の後に、移載ヘッド３のノズル３ａに吸着されたチップＰが第２の認識手段により正常に認識されたか否かの判定を行う（判定工程・・・ＳＴ８）。移載ヘッド３のノズル３ａに吸着されたチップＰが正常に認識されていると判定工程（ＳＴ８）において判定された場合には、第２の認識工程（ＳＴ５）における認識結果に基づいて移載ヘッド３のノズル３ａに吸着されたチップＰを基板保持部１０に保持された基板４の実装位置に実装する（ＳＴ６）。一方、移載ヘッド３のノズル３ａに吸着されたチップＰが正常に検出されていないと判定工程（ＳＴ８）において判定された場合には、第１の認識工程（ＳＴ２）における認識結果に基づいて移載ヘッド３のノズル３ａに吸着されたチップＰを基板保持部１０に保持された基板４の実装位置に実装する（ＳＴ４）。

第１の実装工程は高度な実装精度を必要としない場合に好適であり、チップ実装装置１における実装動作の制御プログラムを第１の実装パターン（高速実装モード）に選択することにより、実装動作のタクトタイムを短縮して実装効率を向上させることができる。また、第２の実装工程は高度な実装精度を必要とする場合に好適であり、チップ実装装置１における実装動作の制御プログラムを第２の実装パターン（高精度実装モード）に選択することにより高精度な実装ができる。

第３の実装工程においては、認識エラーが発生しない限り第２の実装パターンで高精度の実装を行い、認識エラーが発生した場合にのみ第１の実装パターンで実装を行うようになっているので、高精度実装と高速実装を両立させることができる。従って、チップの微小な欠けや割れ等は許容できる場合には、実装動作を中断させることなく第１の認識手段による認識結果に基づいて実装を行うことにより実装効率を向上させることができる。

なお、第１の実装工程及び第３の実装工程では、チップの微小な欠けや割れ等が存在していても実装動作を中断することなく実装が継続されるので、実装品質においてチップの微小な欠けや割れ等を許容できない場合には、認識エラーによる実装動作中断工程（ＳＴ７）を含む第２の実装パターン（高精度実装モード）を選択して第２の実装工程により実装を行う。

本発明のチップ実装装置およびチップ実装方法によれば、第２の認識手段によりチップが正常に認識されなかった場合には第１の認識結果に基づいてチップの実装を行うことにより、実装動作を中断することなく継続した実装が可能となって実装効率が向上するという利点を有し、移載ヘッドによりチップをピックアップして基板上の実装位置に実装するチップ実装分野において有用である。

本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置の側面図本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置の制御系の構成図本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置の選択手段の説明図本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置の選択手段の説明図本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置の実装動作のフローチャート

符号の説明

１チップ実装装置
２チップ収納部
３移載ヘッド
４基板
１０基板保持部
１３第１のカメラ
１５第２のカメラ
２２第１のチップ認識部
２３第２のチップ認識部
２５判定部
Ｐチップ

Claims

チップを収納するチップ収納部と、前記チップ収納部に収納されたチップが実装される基板を保持する基板保持部と、前記チップ収納部からチップを吸着してピックアップするとともに前記基板保持部に保持された基板上の実装位置に実装する移載ヘッドと、前記チップ収納部に収納されたチップを認識する第１の認識手段と、前記第１の認識手段による認識結果に基づいてピックアップされて前記移載ヘッドに吸着されたチップを認識する第２の認識手段と、前記移載ヘッドに吸着されたチップが前記第２の認識手段により正常に認識されたか否かを判定する判定手段とを備え、
前記判定手段により、前記移載ヘッドに吸着されたチップが前記第２の認識手段により正常に認識されたと判定された場合には前記第２の認識手段による認識結果に基づいて実装を行い、前記移載ヘッドに吸着されたチップが前記第２の認識手段により正常に認識されていないと判定された場合には前記第１の認識手段による認識結果に基づいて実装を行うことを特徴とするチップ実装装置。
チップ収納部に収納されたチップを移載ヘッドに吸着してピックアップして基板保持部に保持された基板上の実装位置に実装するチップ実装方法であって、
前記チップ収納部に収納されたチップを認識する第１の認識工程と、前記第１の認識工程における認識結果に基づいて前記移載ヘッドによりチップを吸着してピックアップするピックアップ工程と、前記ピックアップ工程において前記移載ヘッドに吸着されたチップを認識する第２の認識工程と、前記移載ヘッドに吸着されたチップが前記第２の認識工程において正常に認識されたか否かを判定する判定工程と、前記判定工程において、前記移載ヘッドに吸着されたチップが正常に認識されたと判定された場合には前記第２の認識工程における認識結果に基づいて実装を行い、前記移載ヘッドに吸着されたチップが正常に検出されていないと判定された場合には前記第１の認識工程における認識結果に基づいて実装を行う工程を含むことを特徴とするチップ実装方法。