JP2007299966A - 電子部品装着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実装タクトを短くした場合であっても従来よりも実装精度の向上を実現できる電子部品装着装置を提供することを目的とする。
【解決手段】実装ヘッド６を、部品１を保持する分離ヘッド３６と、分離ヘッド３６を介して部品１を実装対象ワーク５に押し付ける荷重駆動部１３Ｂとに分割したので、分離ヘッド３６と荷重駆動部１３Ｂのうちの分離ヘッド３６だけを、部品受け取り位置Ｓ２と実装実行位置Ｓ３との間を移動させることによって、部品１を実装対象ワーク５に実装する。分離ヘッド３６は従来の実装ヘッドの全体重量に比べて軽量にできるため慣性の影響が少なく、実装タクトを短くした場合であっても従来よりも実装精度の向上を実現できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品を基板に実装する電子部品装着装置に関するものである。

従来、各種の電子部品を実装対象ワークである基板に実装する際には、図１６と図１７に示す電子部品装着装置を使用して、組み立て工程が自動運転されている。ここでは、４個の発光ダイオードチップを基板に実装した面発光デバイスを製造する場合を例に挙げて説明する。

図１５（ａ）に示すように部品供給位置Ｓ１には、接続端子を上側にした発光ダイオードチップ１がエクステンドされた状態でパレット２に配置されている。ここで例に挙げた発光ダイオードチップ１の場合には、Ｐ型電極１９とＮ型電極２０が平面配置されている。
この種の発光ダイオードチップの具体例は（特許文献２）に記載されている。

電子部品装着装置は、図１６と図１７に示すように部品供給位置Ｓ１で発光ダイオードチップ１を吸引保持するノズル３を有する中継ヘッド４と、中継ヘッド４から発光ダイオードチップ１を受け取って実装実行位置Ｓ３にセットされた基板５に実装する実装ヘッド６とで構成されている。

中継ヘッド４は駆動軸７によって駆動されて水平回転する。パレット２がセットされた供給テーブル８は、Ｘテーブル９とＹテーブル１０を介して据え付けられており、Ｘテーブル９とＹテーブル１０を駆動して中継ヘッド４の０度位置の前記ノズル３の下方位置に発光ダイオードチップ１を次々に運ぶ。

０度位置の前記ノズル３はパレット２に向かって下降して発光ダイオードチップ１を吸引し、その後に、前記ノズル３が上昇すると共に、中継ヘッド４が１８０°水平回転するとともに、前記ノズル３が反転装置１１によって上下方向に１８０°反転する。この状態では、実装ヘッド４によって運ばれた発光ダイオードチップ１は、実装ヘッド６のノズル１２が受け取り可能な位置（仮想線位置）に到着している。

実装ヘッド６は、ノズル１２とノズル１２に超音波振動を印加しながらノズル１２を介して発光ダイオードチップ１を基板５に押し付ける荷重駆動部１３とで構成されており、ノズル１２と荷重駆動部１３とは、１８０°位置の中継ヘッド４のノズル３の位置で、実装ヘッド６のノズル１２が受け取り可能な位置Ｓ２と実装位置（実線位置）Ｓ３との間を駆動装置１４によって移動可能に構成されている。

実装ヘッド６と駆動装置１４の構成を図１８と図１９に示す。
駆動装置１４は、部品受け取り位置Ｓ２から実装実行位置Ｓ３の方向にわたって配置されたガイドレール２５と、ガイドレール２５に沿って配設された送りねじ２６と、この送りねじ２６を回転駆動するモータ２７とで構成されている。送りねじ２６に螺合してガイドレール２５に沿って移動可能な移動ブロック２８に実装ヘッド６が取り付けられている。

ここで実装ヘッド６は、ノズル１２と、超音波振動子２９と、超音波振動子２９の振動をノズル１２に伝達する超音波ホーン３０と、ノズル１２が取り付けられた超音波ホーン３０のユニットを押圧する荷重駆動部１３としてのボイスコイルモータ１３Ａとで構成されている。超音波ホーン３０のユニットが下端に取り付けられた支持軸３２は、圧縮バネ３１によって上方に付勢されている。出力軸３３と支持軸３２はカップリング４０によって結合されている。

図１９に示すように実装ヘッド６が実装実行位置Ｓ３に到着すると、ボイスコイルモータ１３Ａが駆動されて、前記圧縮バネ３１の付勢に抗して超音波ホーン３０のユニットが下方に押圧され、超音波振動を加えながら押圧された発光ダイオードチップ１が基板５に金属接合（以下、超音波接合と称す）される。３４は固定側、３５は移動ブロック２８にボイスコイルモータ１３Ａを取り付けるブロックである。

実装を受ける基板５がセットされた実装テーブル１５は、Ｘテーブル１６とＹテーブル１７を介して据え付けられており、実装ヘッド６のノズル１２の下方位置に基板５の実装位置が来るようにＸテーブル１６とＹテーブル１７が運転されている。

このようにして、基板５に４個の発光ダイオードチップ１を実装した面発光ダイオード１８を作成した場合には、図１５（ｂ）に示した配置になる。
特開２０００−３１５８５６公報 国際公開番号ＷＯ２００６／０３５６６４公報

このような従来の構成では、送りねじ２６が駆動されることによって、移動ブロック２８と実装ヘッド６を構成しているノズル１２と、超音波振動子２９と、超音波ホーン３０と、ボイスコイルモータ１３Ａとのユニットが、部品受け取り位置Ｓ２と実装実行位置Ｓ３の間を移動して実装が実行されるが、実装タクトを短くするために実装ヘッド６を高速で移動させた場合には、移動する実装ヘッド６の質量が大きいために慣性が発生して、実装位置に正確に実装ヘッドを停止させることが難しく、実装精度が低下する問題がある。

本発明は、実装タクトを短くした場合であっても従来よりも実装精度の向上を実現できる電子部品装着装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の電子部品装着装置は、実装対象ワークが配置されている実装位置に、保持した部品を前記実装対象ワークに押し付ける実装ヘッドを設け、前記実装ヘッドを、前記部品を保持する分離ヘッドと、前記分離ヘッドを介して前記部品を前記実装対象ワークに押し付ける荷重駆動部とに分割し、前記分離ヘッドを、部品受け取り位置と、前記部品を保持して前記荷重駆動部と前記実装対象ワークとの間に挟まれる実装実行位置との間を移動可能に構成したことを特徴とする。

本発明の請求項２記載の電子部品装着装置は、実装対象ワークが配置されている実装位置に、保持した部品を前記実装対象ワークに押し付ける実装ヘッドを設け、前記実装対象ワークに実装すべき部品が供給される部品供給位置と前記実装ヘッドの間に、中継ヘッドを設け、前記中継ヘッドは、部品供給位置で前記部品をピックアップして、前記実装ヘッドが前記部品を受け取る位置に搬送するとともに、保持した前記部品を、実装対象ワークの実装位置に応じて回転させることができる回転手段を有し、前記実装ヘッドを、前記部品を保持する分離ヘッドと、前記分離ヘッドを介して前記部品を前記実装対象ワークに押し付ける荷重駆動部とに分割し、前記分離ヘッドを、前記中継ヘッドからの部品受け取り位置と、前記部品を保持して前記荷重駆動部と前記実装対象ワークとの間に挟まれる実装実行位置との間を移動可能に構成したことを特徴とする。

本発明の請求項３記載の電子部品装着装置は、請求項２において、前記中継ヘッドは、部品供給位置でピックアップした部品を実装ヘッドに受け渡すまでに、前記部品をクリーニングするクリーニング手段を有していることを特徴とする。

本発明の請求項４記載の電子部品装着装置は、請求項２において、前記中継ヘッドは、部品供給位置でピックアップした部品を実装ヘッドに受け渡すまでに、前記部品の特性検査を実施する検査手段を有し、かつ前記回転手段を、実装対象ワークの実装位置と前記検査手段の検査結果とに応じて保持した前記部品を回転させるよう構成したことを特徴とする。

この構成によれば、実装ヘッドを、部品を保持する分離ヘッドと、分離ヘッドを介して前記部品を前記実装対象ワークに押し付ける荷重駆動部とに分割したので、分離ヘッドと荷重駆動部のうちの分離ヘッドだけを、部品受け取り位置と実装実行位置との間を移動させることによって部品を実装対象ワークに実装できる。つまり、従来に比べて移動する部分の質量が小さいため慣性の影響が少なく、実装タクトを短くした場合であっても従来よりも実装精度の向上を実現できる。

以下、本発明の電子部品装着装置を図１〜図１４に示す実施の形態に基づいて説明する。
図１と図２は本発明の電子部品装着装置を示し、図３〜図７は実装ヘッド６Ａと駆動装置１４の構成を示している。この実施の形態では実装ヘッド６Ａが、部品を吸引保持するノズル１２と、このノズル１２に超音波振動を供給する超音波振動子２９と、超音波ホーン３０とを移動ブロック２８に取り付けた分離ヘッド３６と、実装実行位置Ｓ３に配置された荷重駆動部としてのボイスコイルモータ１３Ｂとに分割して設けられている点が、従来とは異なっている。

この電子部品装着装置によって実装した面発光デバイス１８Ａの仕上がりを図１１に示す。
部品供給位置Ｓ１と実装実行位置Ｓ３の間に、中継ヘッド４が設けられている。９０度の回転位置には、図７にも示すように水平回転駆動部２２が設けられている。図８は、面発光デバイス１８Ａとなる基板５の下段左に１個目の発光ダイオードチップ１を実装する工程を示している。中継ヘッド４が０度の回転位置（部品供給位置）では、中継ヘッド４のノズル３が下降して発光ダイオードチップ１を吸引保持して上昇し、中継ヘッド４が駆動軸７の駆動によって水平方向に９０度回転し、図７（ａ）に示すように水平回転駆動部２２の下方位置に到着する。

この水平回転駆動部２２は、マイクロコンピュータを主要部とした制御装置によって、実装対象ワークとしての基板５における時々の実装位置に応じて次のようにコントロールされるように構成されている。具体的には、ここでは、１個目の発光ダイオードチップ１の実装位置に応じて、発光ダイオードチップ１のＮ型電極２０が最終的に内側に向くように、水平回転駆動部２２の出力軸２３を図７（ｂ）に示すようにノズル３の後端に係合させて軸芯周りの左へ水平に９０度回転させる。９０度の回動後には水平回転駆動部２２の出力軸２３が図７（ａ）の位置に自動的に後退する。この状態から中継ヘッド４が駆動軸７の駆動によって水平方向にさらに９０度回転して１８０度位置（実装ヘッドへの受け渡し位置）に到着する途中で、中継ヘッド４のノズル３を上下方向に１８０度回転させる。１個目の発光ダイオードチップ１が１８０度位置（実装ヘッドへの受け渡し位置）に到着するタイミングでは、受け取り可能な位置Ｓ２に分離ヘッド３６が図３と図４に示すように待機しており、発光ダイオードチップ１が到着すると分離ヘッド３６のノズル１２が中継ヘッド４のノズル３から受け取る。

駆動装置１４は、部品受け取り位置Ｓ２から実装実行位置Ｓ３の方向にわたって配置されたガイドレール２５と、ガイドレール２５に沿って配設された送りねじ２６と、この送りねじ２６を回転駆動するモータ２７とで構成されており、次に、駆動装置１４は、送りねじ２６に螺合してガイドレール２５に沿って移動可能な移動ブロック２８をマイクロコンピュータを要部とした制御装置によって駆動制御し、分離ヘッド３６が、図５と図６に示すように実装実行位置Ｓ３のボイスコイルモータ１３Ｂの下方位置に到着すると、ボイスコイルモータ１３Ｂが駆動されて、ボイスコイルモータ１３Ｂの出力軸３３が突出して前記圧縮バネ３１の付勢に抗して超音波ホーン３０のユニットが下方に押圧されて、発光ダイオードチップ１を基板５に超音波接合によって発光ダイオードチップ１の電極を押し付けて実装する。

１個目の発光ダイオードチップ１の実装が終わった分離ヘッド３６は、駆動装置１４によって実装実行位置Ｓ３から部品受け取り位置Ｓ２に戻される。
図９は、面発光デバイス１８Ａとなる基板５の下段右に２個目の発光ダイオードチップ１を実装する工程を示している。１個目の発光ダイオードチップ１のノズル３による吸引保持が完了して上昇すると、供給テーブル８は２個目の発光ダイオードチップ１の位置がノズル３の下方位置にくるように、Ｘテーブル９，Ｙテーブル１０が運転される。中継ヘッド４の９０度回転位置では、２個目の発光ダイオードチップ１の実装位置に応じて、今度は１個目の発光ダイオードチップ１の場合とは異なり、水平回転駆動部２２によるノズル３の９０回転は実行しない。中継ヘッド４の９０度回転位置から１８０度回転位置への途中には、１個目の発光ダイオードチップ１の場合と同じくノズル３を上下方向に１８０度回転させて、発光ダイオードチップ１が到着すると分離ヘッド３６のノズル１２が中継ヘッド４のノズル３から受け取り、駆動装置１４によって実装実行位置Ｓ３に運んで、超音波振動をかけながら基板５に発光ダイオードチップ１の電極を押し付けて実装する。

図１０は、面発光デバイス１８Ａとなる基板５の上段右に３個目の発光ダイオードチップ１を実装する工程を示している。２個目の発光ダイオードチップ１のノズル３による吸引保持が完了して上昇すると、供給テーブル８は３個目の発光ダイオードチップ１の位置がノズル３の下方位置にくるように、Ｘテーブル９，Ｙテーブル１０が運転される。中継ヘッド４の９０度回転位置では、３個目の発光ダイオードチップ１の実装位置に応じて、水平回転駆動部２２によってノズル３を右方向へ９０回転させ、中継ヘッド４の９０度回転位置から１８０度回転位置への途中には、それまでの発光ダイオードチップ１の場合と同じくノズル３を上下方向に１８０度回転させて、発光ダイオードチップ１が到着するとヘッド３６のノズル１２が中継ヘッド４のノズル３から受け取り、駆動装置１４によって実装実行位置Ｓ３に運んで、超音波振動をかけながら基板５に発光ダイオードチップ１の電極を押し付けて実装する。

図１１は、面発光デバイス１８Ａとなる基板５の上段左に４個目の発光ダイオードチップ１を実装する工程を示している。３個目の発光ダイオードチップ１のノズル３による吸引保持が完了して上昇すると、供給テーブル８は４個目の発光ダイオードチップ１の位置がノズル３の下方位置にくるように、Ｘテーブル９，Ｙテーブル１０が運転される。中継ヘッド４の９０度回転位置では、４個目の発光ダイオードチップ１の実装位置に応じて、水平回転駆動部２２によってノズル３を左方向へ１８０度回転させ、中継ヘッド４の９０度回転位置から１８０度回転位置への途中には、ノズル３を上下方向に１８０度回転させて、発光ダイオードチップ１が到着すると分離ヘッド３６のノズル１２が中継ヘッド４のノズル３から受け取り、駆動装置１４によって実装位置に運んで、超音波振動をかけながら基板５に発光ダイオードチップ１の電極を押し付けて実装する。

このようにして図１１に示したように、Ｐ型電極とＮ型電極が平面配置された発光ダイオードチップを、それぞれのＮ型電極が内側に向くよう基板上に配置して実装した面発光デバイス１８Ａが完成する。

図１５（ｂ）に示した配置の従来の面発光ダイオード１８の輝度は、図１２（ｂ）に示すように発光ダイオードチップ１のセンター位置Ｓ０よりもＰ型電極１９の方にずれた位置に輝度分布２１のピーク値が存在していたが、この面発光デバイス１８Ａの輝度分布２１は図１２（ａ）に示したように基板５の中央に輝度のピーク値が位置した輝度ムラの極めて少ない良好なものであった。

さらに、実装ヘッド６を、分離ヘッド３６と、荷重駆動部１３としてのボイスコイルモータ１３Ｂとに分割し、分離ヘッド３６だけを部品受け取り位置Ｓ２と実装実行位置Ｓ３の間を移動させるように構成したため、従来に比べて移動する部分の質量が小さいため慣性の影響が少なく、実装タクトを短くした場合であっても従来よりも実装精度の向上を実現できる。

なお、パレット２における発光ダイオードチップ１は、発光ダイオードチップ１の下面の電極を上にして、発光ダイオードチップ１の上面とパレット２との間に粘着剤を挟んで貼り付けられている。そのため、中継ヘッド４が０度回転位置で発光ダイオードチップ１を吸引保持した状態では、発光ダイオードチップ１の上面に前記粘着剤が残っている場合がある。本発明では、中継ヘッド４が０度回転位置から９０度回転位置への区間で、クリーニングを行っている。具体的には、クリーニングとは、発光ダイオードチップ１の前記上面に溶剤を噴霧または溶剤に浸積して拭き取る工程、または発光ダイオードチップ１の前記上面に溶剤の液体または霧状態に接触させて除去する工程を実行している。溶剤とは、前記粘着剤が溶解するもので有機溶剤を含んだものの他、無機の酸性液体、無機のアルカリ液体を含んだもの、前記粘着剤が水溶性の場合には、Ｈ_２Ｏを使用することもできる。クリーニングの位置については、中継ヘッド４が９０度回転位置から１８０度回転位置への区間で行うこともできる。

このようにクリーニングを実行して発光ダイオードチップ１の前記上面に前記粘着剤が残留しないように構成したことによって、分離ヘッド３６のノズル１２と発光ダイオードチップ１の前記上面との間に、残留した前記粘着剤が挟まることがなく、実装ヘッド６による超音波加圧による発光ダイオードチップ１の基板５への接合状態の品質の向上を確認できた。

なお、上記の実施の形態では、基板５への実装位置に応じて水平回転駆動部２２がノズル３を回転させたが、ノズル３に吸引保持されている発光ダイオードチップ１の角度をモニタカメラで認識し、これを画像認識して目標の角度になるように水平回転駆動部２２を制御してノズル３を回転させるように構成することによって、実装精度が向上する。特に、中継ヘッド４の０度から９０度回転位置の区間で前記クリーニングを実行した場合には、クリーニング処理の際にノズル３に対する発光ダイオードチップ１の角度がずれた場合でもこれを補償できる。

上記の各実施の形態では、水平回転駆動部２２を基板５の実装位置に応じてだけ制御して実装していたが、中継ヘッド４のノズル３の先端に通電用電極を設け、中継ヘッド４の０度から１８０度回転位置の区間において、ノズル３に吸引保持している発光ダイオードチップ１に前記通電用電極を介して通電して、この際の発光ダイオードチップ１の輝度分布をモニターカメラなどで観察し、標準品の輝度分布と観察結果の輝度分布との差および基板５の実装位置に応じて、面発光デバイスの輝度分布が標準品に近づくように、水平回転駆動部２２を制御してノズル３を回転させて図１３（ａ）（ｂ）に示すように、角度を傾けて実装するように構成することによって、製品相互間の輝度分布のバラツキをより低減できる。

上記の実施の形態では、中継ヘッド４の回転位置を、説明を分かり易くするために９０度ごとで説明したが、角度は９０度よりも小さくても、角度は９０度よりも大きくてもよく、角度を限定するものではない。

なお、上記の実施の形態では４個の発光ダイオードチップ１を実装した面発光デバイスを製造する場合を例に挙げて説明したが、発光ダイオードチップ１の基板５への実装位置に応じて回転させることができる電子部品装着装置であるため、前記マイクロコンピュータのプログラムを変更することによって、図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す面発光デバイス１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄも製造可能である。

図１４（ａ）の面発光デバイス１８Ｂは、複数の発光ダイオードチップのそれぞれのＮ型電極が内側に向くよう基板上に配置した群２４を単位として、互いに近接させて基板５に複数だけ配置して実装している。

図１４（ｂ）の面発光デバイス１８Ｃは、４つの発光ダイオードチップのそれぞれのＮ型電極が内側に向くよう基板上に配置した群２４を中央に配置し、Ｎ型電極を前記内側に向けた発光ダイオードチップ１_１〜１_１２を前記群２４の外周に沿って配置して実装している。

図１４（ｃ）の面発光デバイス１８Ｄは、図１４（ｂ）の変形タイプで、発光ダイオードチップ１_１〜１_８が前記群２４の外周に沿って環状に配置して実装されている。

本発明は、各種電子部品の実装に使用する電子部品装着装置の機能の向上と製造物の高性能化に寄与できる。

本発明の実施の形態の電子部品装着装置の平面図 同実施の形態の正面図 同実施の形態の分離ヘッドが部品受け取り位置Ｓ２にある場合の正面図 同実施の形態の部品受け取り位置Ｓ２の断面図 同実施の形態の分離ヘッドが実装実行位置Ｓ３にある場合の正面図 同実施の形態の実装実行位置Ｓ３の断面図 同実施の形態の水平回転駆動部を説明する正面図 同実施の形態の１個目の部品を実装する工程図 同実施の形態の２個目の部品を実装する工程図 同実施の形態の３個目の部品を実装する工程図 同実施の形態の４個目の部品を実装する工程図 同実施の形態の面発光デバイスの輝度分布と従来例の輝度分布図 別の実施の形態の面発光デバイスの平面図 別の実施の形態の面発光デバイスの平面図 従来例の部品供給位置のパレット平面図と実装位置での完成した面発光デバイスの平面図 従来例の電子部品装着装置の平面図 同従来例の正面図 同従来例の要部の正面図 同従来例の部品受け取り位置Ｓ２の断面図

符号の説明

Ｓ２ 部品受け取り位置
Ｓ３ 実装位置
１ 発光ダイオードチップ（部品）
３ 中継ヘッド４のノズル
４ 中継ヘッド
５ 基板（実装対象ワーク）
６ 実装ヘッド
７ 中継ヘッド４の駆動軸
１２ ノズル
１３Ｂ ボイスコイルモータ（荷重駆動部）
１４ 駆動装置
１８Ａ 面発光デバイス
２０ 発光ダイオードチップ１のＮ型電極
２２ 水平回転駆動部（回転手段）
２３ 水平回転駆動部２２の出力軸
２４ 群
２８ 移動ブロック
２９ 超音波振動子
３０ 超音波ホーン
３１ 圧縮バネ
３２ 支持軸
３４ 固定側
３６ 分離ヘッド

Claims (4)

1. 実装対象ワークが配置されている実装位置に、保持した部品を前記実装対象ワークに押し付ける実装ヘッドを設け、
   前記実装ヘッドを、
   前記部品を保持する分離ヘッドと、
   前記分離ヘッドを介して前記部品を前記実装対象ワークに押し付ける荷重駆動部と
   に分割し、前記分離ヘッドを、
   部品受け取り位置と、前記部品を保持して前記荷重駆動部と前記実装対象ワークとの間に挟まれる実装実行位置との間を移動可能に構成した
   電子部品装着装置。
2. 実装対象ワークが配置されている実装位置に、保持した部品を前記実装対象ワークに押し付ける実装ヘッドを設け、
   前記実装対象ワークに実装すべき部品が供給される部品供給位置と前記実装ヘッドの間に、中継ヘッドを設け、
   前記中継ヘッドは、
   部品供給位置で前記部品をピックアップして、前記実装ヘッドが前記部品を受け取る位置に搬送するとともに、保持した前記部品を、実装対象ワークの実装位置に応じて回転させることができる回転手段を有し、
   前記実装ヘッドを、
   前記部品を保持する分離ヘッドと、
   前記分離ヘッドを介して前記部品を前記実装対象ワークに押し付ける荷重駆動部と
   に分割し、前記分離ヘッドを、
   前記中継ヘッドからの部品受け取り位置と、前記部品を保持して前記荷重駆動部と前記実装対象ワークとの間に挟まれる実装実行位置との間を移動可能に構成した
   電子部品装着装置。
3. 前記中継ヘッドは、
   部品供給位置でピックアップした部品を実装ヘッドに受け渡すまでに、前記部品をクリーニングするクリーニング手段を有している
   請求項２記載の電子部品装着装置。
4. 前記中継ヘッドは、
   部品供給位置でピックアップした部品を実装ヘッドに受け渡すまでに、前記部品の特性検査を実施する検査手段を有し、かつ前記回転手段を、実装対象ワークの実装位置と前記検査手段の検査結果とに応じて保持した前記部品を回転させるよう構成した
   請求項２記載の電子部品装着装置。

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