JP2008004626A - 電子部品実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基準パラメータに基づいてマシンのずれを補正して電子部品を搭載する際、基準パラメータの取得後のマシンの経時変化に拘わらず、部品を高精度で搭載する。
【解決手段】ヘッドユニット１４を、Ｘ軸フレーム１０に沿って移動させ、該ヘッドユニットに装着されている部品保持手段に保持されている部品を、位置決めされている基板上の目標位置に搭載する際、前記Ｘ軸フレーム１０の軸方向に複数の歪センサ２０を付設し、予め前記Ｘ軸フレーム１０の真直度からのオフセットを、軸方向の複数箇所で測定し、基準パラメータとして設定すると共に、各測定位置に対応する前記歪センサによる第１歪量を検出しておき、その後、前記基準パラメータに基づいて部品を目標位置に搭載する際、目標位置に対応する歪センサによる第２歪量を検出し、該第２歪量と前記第１歪量との差分に基づいて前記基準パラメータを補正し、前記部品を搭載する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品実装方法、特に電子部品実装装置により基板上に搭載する電子部品の搭載精度向上に適用して好適な、電子部品実装方法に関する。

従来より、ヘッドユニットをＸＹ方向に移動させ、該ヘッドユニットに装着されている吸着ノズルに保持されている電子部品を基板上に搭載する電子部品実装装置（マシン）が用いられている。

図１には、ボールねじや駆動ベルトと組合せたモータ、あるいはリニアモータ等で駆動されるＸＹステージを備えた一般的な電子部品実装装置の概要を示す。

この電子部品実装装置では、Ｘ軸フレーム１０とＹＬ軸フレーム１２Ａ及びＹＲ軸フレーム１２Ｂとから上記ＸＹステージが形成され、Ｘ軸フレーム１０は左右のＹＬ軸フレーム１２Ａ、ＹＲ軸フレーム１２Ｂに装着されたモータにより駆動されることにより、Ｘ軸フレーム１０上に設置されているヘッドユニット１４は、Ｘ軸フレーム１０に沿って移動されると共に、Ｘ軸フレーム１０と一体でＹ軸上に沿って移動されるようになっている。

ヘッドユニット１４上には、上下方向に移動可能なシャフトの先端に吸着ノズル（図示せず）が装着されており、該吸着ノズルによりテープフィーダ等の部品供給部１６により供給された部品を吸着した後、該ヘッドユニット１４を、基板搬送部１８によって搬送され、所定位置にクランプされている基板（図示せず）の上方に移動させ、吸着した部品を該基板の目標位置に搭載することができるようになっている。その際の位置決めは、軸に平行に設置されているエンコーダやモータに内蔵されているエンコーダをセンサとし、その出力に基づいて行なうことができる。

このような電子部品実装装置が備えているＸＹステージでは、Ｘ軸フレームとＹ軸フレームの各軸の真直度や２本のＹ軸等の平行度を高精度に保つ必要がある。軸の真直度や平行度が崩れると、ＸＹの搭載座標系に微妙な狂いが生じることになり、その結果搭載した部品の目標位置からの搭載位置ずれ等の悪影響が生じるからである。

そのため、例えば特許文献１には、Ｘ軸（フレーム）に歪ゲージを取り付けると共に、熱変形防止部材と、そのボルト状部材を駆動する駆動手段とを付設し、該歪ゲージで検出される歪量を基に駆動手段を制御し、熱変形防止部材を動作させることにより、Ｘ軸フレームの真直度を維持しようとする技術が開示されている。

この場合、真直度を高精度に保持できるとしても、Ｘ軸フレームに歪ゲージの他に更に熱変形防止部材やモータ等の駆動手段を設置することになるため、装置自体が大掛かりとなってしまう。

そこで、上述した座標系の狂い等に起因する搭載位置のずれを補正するために、予めＸ軸等のマシンに関するオフセットパラメータを実測して取得し、これを基準パラメータとして用いて搭載位置のずれを補正することが行なわれている。

特開２００１−３５２２００号公報

しかしながら、予めＸ軸等のマシンに関するオフセットパラメータを取得し、それを基準パラメータとして搭載位置を補正する方法でも、該パラメータの取得後に生じるマシンの経時的な変化、例えば温度の変化や軸の変形などが原因で真直度や平行度がパラメータ取得時より更に崩れてしまった場合は、電子部品の搭載位置のずれを正確に補正することはできないという問題があった。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、予め取得されている基準パラメータに基づいてマシンのずれを補正して電子部品を搭載する際、基準パラメータの取得後にマシンに経時的な変化が生じている場合でも、電子部品の搭載を高精度に行なうことができる電子部品実装方法を提供することを課題とする。

本発明は、ヘッドユニットを、Ｘ軸フレームに沿って移動させると共に、該Ｘ軸フレームと一体でＹ軸フレームに沿って移動させ、該ヘッドユニットに装着されている部品保持手段に保持されている部品を、位置決めされている基板上の目標位置に搭載する電子部品実装方法において、前記Ｘ軸フレーム及びＹ軸フレームの少なくとも一方に、軸方向に複数の歪センサを付設し、予め前記Ｘ軸フレーム及びＹ軸フレームの少なくとも一方の真直度からのオフセットを、軸方向の複数箇所で測定し、基準パラメータとして設定すると共に、各測定位置に対応する前記歪センサによる第１歪量を検出しておき、その後、前記基準パラメータに基づいて部品を目標位置に搭載する際、目標位置に対応する歪センサによる第２歪量を検出し、該第２歪量と前記第１歪量との差分に基づいて前記基準パラメータを補正し、前記部品を搭載することにより、前記課題を解決したものである。

本発明は、又、ヘッドユニットを、Ｘ軸フレームに沿って移動させると共に、該Ｘ軸フレームと一体でＹ軸フレームに沿って移動させ、該ヘッドユニットに装着されている部品保持手段に保持されている部品を、位置決めされている基板上の目標位置に搭載する電子部品実装方法において、前記ヘッドユニットに歪センサを付設し、予め前記部品保持手段に保持されている部品を基板上に搭載して目標位置からのオフセットを測定し、基準パラメータとして設定すると共に、前記歪センサによる第１歪量を検出しておき、その後、前記基準パラメータに基づいて部品を目標位置に搭載する際、前記歪センサによる第２歪量を検出し、該第２歪量と前記第１歪量との差分に基づいて前記基準パラメータを補正し、前記部品を搭載することにより、同様に前記課題を解決したものである。

本発明は、又、ヘッドユニットを、Ｘ軸フレームに沿って移動させると共に、該Ｘ軸フレームと一体でＹ軸フレームに沿って移動させ、該ヘッドユニットに装着されている部品保持手段に保持されている部品を、位置決めされている基板上の目標位置に搭載する電子部品実装方法において、前記部品保持手段に保持されている部品の位置を認識する部品認識手段に歪センサを付設し、予め前記部品認識手段の基準取付位置からのオフセットを測定し、基準パラメータとして設定すると共に、前記歪センサによる第１歪量を検出しておき、その後、前記基準パラメータに基づいて前記部品認識手段による認識位置を補正した部品を目標位置に搭載する際、前記歪センサによる第２歪量を検出し、該第２歪量と前記第１歪量との差分に基づいて前記基準パラメータを補正し、前記部品を搭載することにより、同様に前記課題を解決したものである。

本発明によれば、予め設定されている基準オフセットに基づいて電子部品を目標位置に搭載する際に、歪センサにより検出される歪量の差分を基に、搭載時におけるマシンのずれを補正するようにしたので、温度変化等により経時的にマシンに変形が生じる場合でも、常に高精度に目標位置に部品を搭載することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図２には、本発明に係る第１実施形態に適用される電子部品実装装置の特徴を模式的に示す。

本実施形態に適用される電子部品実装装置は、Ｘ軸フレーム１０に複数個の歪センサ２０を付設し、図示しない電子部品を基板上の目標位置に搭載する際に、以下に詳述する原理に基づいて搭載位置の補正を行なうことが可能になっている。それ以外の構成は、前記図１に示したものと実質的に同一である。

本実施形態では、上記電子部品実装装置において、まずは通常どおり搭載前（生産前）にＸ軸フレーム１０の真直度からのずれ（オフセット）を基準パラメータとして取得する。図３には、この基準パラメータの取得方法を説明するために、Ｘ軸フレーム１０とＹＬ軸フレーム１２Ａ及びＹＲ軸フレーム１２ＢとからなるＸＹステージを模式的に示す。

この図に示されるように、本実施形態ではパラメータ取得時に、Ｘ軸フレーム１０に存在する軸方向の僅かな曲がり量を、図中ストレッチャ２２で示す真直定規からの差（オフセット）として、Ｘ軸方向に一定間隔で設定した測定位置毎に測定して記録していく。

具体的には、図示されているように、ヘッドユニット１４にテコ式のダイヤルゲージ２４を固定し、テコ部をストレッチャ２２に当接させる。このダイヤルゲージ２４は、テコ部をストレッチャ２２に接触させたときのテコの角度に応じて、Ｘ軸フレーム１０とストレッチャ２２間の距離の変位を測定することができる。

そこで、最初にＸ軸方向両端（図中左右端）でテコ式ダイヤルゲージ２４の値が０になるようにストレッチャ２２の位置を調整して、その後にヘッドユニット１４をＸ軸フレーム１０に沿って移動させ、一定間隔毎にテコ式ダイヤルゲージの値を記録（測定）する。その際、各測定位置で測定すると同時に、Ｘ軸フレーム１０に取り付けてある前記歪センサ２０の歪量をも取得する。

図４の表１には、このように取得したオフセットである基準パラメータ（図中曲がり量）と、対応する歪センサにより検出される第１歪量の例を示す。この例ではＸ軸フレーム１０を０ｍｍから３００ｍｍまで５０ｍｍ間隔で測定位置を設定し、歪センサＡ〜Ｇも各測定位置に一致させて同様に５０ｍｍ間隔に配置してある。

なお、歪センサ２０の値はセンサの種類によって出力値が異なっているので、ここでは簡易な値として歪量を［ｍＶ］の単位で表わし、曲がり量と歪量の値は、いずれもＹ方向の＋方向（図中、上方向）に変化すると増加し、一方向（図中、下方向）に変化すると減少し、−の値も取るものとする。又、このＸ軸方向のオフセットである基準パラメータは、Ｙ軸方向に関しては、例えばＹ座標の中心を基準位置とし、この位置にＸ軸フレーム１０を固定して測定し、それを標準値として使用する。但し、これに限らず、Ｘ軸フレーム１０をＹ軸方向に一定間隔、例えば５０ｍｍ間隔でずらしながら固定し、各Ｙ軸位置でオフセットを取得するようにしてもよい。

以上のようなＸ軸フレーム１０に関する基準パラメータの設定が終了した後、電子部品の搭載（生産）を開始する。実際の搭載時には、その時の歪センサ２０の第２歪量と、パラメータ取得時の前記表１の第１歪量と比較し、その差分に応じてパラメータ取得時のＸ軸フレーム１０の曲がり量を増減して補正する。

例えば、電子部品を搭載する目標位置の搭載座標が（Ｘ，Ｙ）＝（２１０，５０）であるとした場合、その搭載時に歪センサ２０による第２歪量の検出値が図４の表２に示すようであったとする。この場合、搭載座標のＸ座標の値は２１０ｍｍなので、最も近い場所にある（対応する）歪センサＥを使用して補正を行なう。搭載前（パラメータ取得時）の歪センサＥの検出値は−０．３［ｍＶ］であり、搭載時には−０．１［ｍＶ］になって、＋０．２［ｍＶ］変化している。ここで、歪量εとＸ軸の曲がり量ΔＸの関係は、
ΔＸ＝Ａ×ε …（１）
の式で定義される。なお、定数Ａの値は事前に実験を行なって決定しておく。

いま、定数Ａの値が０．１であったとして計算すると、曲がり量は＋０．０２［ｍｍ］になる。従って、搭載前に計測した歪センサＥによる曲がり量−０．０１［ｍｍ］と、変化した量＋０．０２［ｍｍ］より、＋０．０１［ｍｍ］の値を補正値として加える。

即ち、Ｘ軸フレーム１０の曲がり量はＹ方向の値になるので、搭載座標のＹ座標：Ｙ＝５０［ｍｍ］に０．０１を加えた５０．０１［ｍｍ］の位置に搭載する。

以上の詳述した本実施形態によれば、熱の影響や軸の変形等の変化に対応することができることから、電子部品の搭載位置を高精度に保つことができる。

図５には、本発明に係る第２実施形態に適用される電子部品実装装置を示す。

本実施形態に適用される電子部品実装装置は、ヘッドユニット１４に複数個の歪センサ２０を付設した以外は、前記図１に示したものと実質的に同一である。なお、歪センサ２０は、後述するシャフトに近接配置する。従って、シャフトが複数ある場合は、同数の歪センサ２０を、それぞれ対応させて付設することが望ましい。

図６には、このヘッドユニット１４を横から見た状態を模式的に示すように、該ヘッドユニット１４は、Ｘ軸フレーム１０に固定するためのベースプレート３０、該ベースプレート３０に固定されたガイドに沿って上下動するリニアスライダ３２と、該スライダ３２に固定されたシャフト３４、該シャフト３４の下端に装着され、搭載部品を吸着するノズル（部品保持手段）３６を備えている。

リニアスライダ３２は、図示しないボールねじ等に連結されたモータによって上下方向に駆動される。シャフト３４及びノズル３６は長さ方向に貫通孔が形成されている円筒形からなり、真空ポンプ等の真空発生装置により貫通孔の内部を負圧にすることが可能になっている。部品の吸着時や搭載時にはリニアスライダ３２を下方に移動させ、ノズル３６内を真空状態にすることにより、該ノズル３６の先端部に部品を吸着すると共に、負圧を解除することによりその部品搭載を行なうことができる。

このようにノズル３６の先端部に吸着した部品（図示せず）を、基板上に搭載する場合も、搭載前に予めシャフト３４及びノズル３６等のＺ軸駆動部に関する目標位置からのオフセットを測定し、基準パラメータとして設定しておき、該パラメータの基づいて各部品を基板上の目標位置に搭載できるようにしている。

しかしながら、図６に誇張して示したように、熱等の影響で歪が発生してノズル３６の先端位置が、前記基準パラメータとして設定した垂直方向（Ｚ軸方向）位置から、例えば図示されているＹ方向に更にずれていると、リニアスライダ３２を下に移動させて部品を搭載するときには、目標位置に対する位置ずれが発生する。

そこで、本実施形態では、ヘッドユニット１４（リニアスライダ３２）にシャフト３４に近接させて歪センサ２０を付設し、これにより検出される歪量を基にシャフト３４（Ｚ軸）の曲がりに起因する部品の搭載位置のずれを補正する。ここでは、このずれを補正するために歪センサ２０で検出される歪量εを利用して、位置ずれ補正量ΔＺを
ΔＺ＝Ｂ×ε …（２）
の式で補正する。定数Ｂの値は第１実施形態の場合と同様に予め実験で求めておく。

具体的には予め基準データ（パラメータ）を取得しておく。例えば、（Ｘ，Ｙ）＝（１５０，１５０）の目標位置に部品を搭載したときのＸ，Ｙ方向のずれ量（基準パラメータ）が（Ｘ，Ｙ）＝（０．０２ｍｍ，０．０３ｍｍ）であり、そのときの歪センサ２０による第１歪量の検出値が＋０．１［ｍＶ］であったとする。この検出値は、図の左方向（図中、Ｙ方向）を＋、右方向を−とし、−の値にもなるものとする。又、搭載部品の実際のずれ量は三次元測定器により測定する。

上記基準パラメータ取得後、実際の部品搭載時において、歪センサ２０による第２歪量の検出値が＋０．２［ｍＶ］になっていたとする。この場合は、第１実施形態の場合と同様に、定数Ｂ＝０．１とし、Ｙ方向に関してのみ補正したとすると、変化した歪センサの検出値は＋０．１［ｍＶ］なので、曲がり量は＋０．０１［ｍｍ］になり、基準点でのずれ分も含めて計算するとＹ方向に＋０．０４［ｍｍ］加える補正をすることになる。なお、説明は省略するが、Ｘ方向についても同様に補正することができる。

本実施形態における補正は、搭載座標には依存しないので、例えばＸＹ座標が（Ｘ，Ｙ）＝（１００，２０）や（２００，５０）の目標位置に搭載する場合でも、搭載するヘッドの装着された歪センサの値が＋０．２［ｍＶ］になっていたとすると、搭載する座標は（Ｘ，Ｙ）＝（１００，２０．００４）、（２００，５０．００４）のようになる。

図７には、本発明に係る第３実施形態に適用される電子部品実装装置を示す。

本実施形態に適用される電子部品実装装置は、ヘッドユニット１４に装着されている、前記図６に示したノズル３６に吸着された部品（図示せず）の吸着位置を認識するための部品認識装置に歪センサ２０を付設した以外は、前記図１に示したものと実質的に同一である。

この電子部品実装装置では、ヘッドユニット１４と、該ヘッドユニット１４より下方のＸＹ平面上の２個所に第１、第２部品認識装置４０、４２がそれぞれ取付けられているので、その両方に歪センサ２０を付設してある。但し、ノズルに吸着された部品を認識する点で、第１、第２部品認識装置４０、４２のいずれを使用しても、実質的に同一であるため、以下には部品認識カメラ（第２部品認識装置）４２について説明する。

ここでも、歪量をεとすると、部品認識カメラ４２の補正量ΔＺを
ΔＺ＝Ｃ×ε …（３）
の式で補正する。定数Ｃの値は、第１実施形態の場合と同様に予め求めておく。具体的には、図８に、ＸＹステージと共に部品認識カメラ４２を上から見た状態を模式的に示すように、Ｙ軸に平行な面とＸ軸に平行な面にそれぞれ歪センサ２０Ａ、２０Ｂを付設してある。部品認識カメラ４２は、前記図６のノズル３６の先端に吸着した部品の位置（吸着状態）を、下方から撮像して画像認識する。

まずは、部品認識カメラ４２の組付位置（光軸）を計測する必要があるので、通常の部品吸着ノズルに代えて、図９に示すような基準測定用の治具ノズル４４を、前記図６に示したシャフト３４の下端に装着する。この治具ノズル４４の下面には、図示されているように認識マークＭが付いており、その位置を部品認識カメラ４２で撮像し、その重心位置を測定することにより、該カメラ４２の基準組付位置からの位置ずれ量（基準パラメータ）を取得する。その際、便宜上ノズルの装着位置のずれ等は無いものとする。

ここでは、一例として、取得した結果（基準パラメータ）が、（Ｘ，Ｙ）＝（０．０２，−０．０３）で、歪センサ２０Ａ、２０Ｂによる第１歪量の検出値がそれぞれ＋０．３［ｍＶ］、−０．１［ｍＶ］であったとする。

その後、任意の部品搭載時に取得された歪センサ２０Ａ、２０Ｂによる第２歪量の検出値が、それぞれ＋０．２［ｍＶ］、−０．２［ｍＶ］であるとする。歪センサ２０ＡはＸ方向（図中右方向が＋）、歪センサ２０ＢはＹ方向（図中上方向が＋）の歪量を測定することができる。

ここでは、歪センサ２０Ａ、２０Ｂの変化した検出値（差分）は、それぞれ＋０．１［ｍＶ］、−０．１［ｍＶ］なので、第１実施形態と同様に定数Ｃ＝０．１として計算すると、補正量は、（Ｘ，Ｙ）＝（＋０．０１ｍｍ，−０．０１ｍｍ）となる。

この値にカメラの装着位置ずれ量を加えて搭載する座標を補正する。この場合、第２実施形態の場合と同様に、ＸＹの搭載座標に影響されず、歪センサの値に依存して補正を行なうことができるので、歪センサ２０Ａ、２０Ｂの値が前述した検出値であるとして、目標座標（Ｘ，Ｙ）＝（１００，２００）に搭載する場合は、（１００．０３，１９９．９６）の位置に搭載することになる。以上の補正を行なうことにより、第１、第２実施形態と同様に高い精度を保つことができる。

なお、前記請求項１の発明は、複数の歪センサ２０をＸ軸フレーム１０に付設する場合に限らず、ＸＬ軸フレーム１２Ａ、ＹＲ軸フレーム１２Ｂに付設し、真直度と共に平行度をも高精度に補正できるようにしてもよいことはいうまでもない。又、この発明は、半導体製造装置等の他の多軸ロボットにも適用することができる。

電子部品実装装置の概要を示す斜視図 本発明に係る第１実施形態に適用される電子部品実装装置の概要を示す斜視図 Ｘ軸フレームについて真直度からのオフセットパラメータの計測方法を示す平面図 搭載前の基準データと搭載時のデータを示す図表 本発明に係る第２実施形態に適用される電子部品実装装置の概要を示す斜視図 第２実施形態におけるヘッドユニットを模式的に示す側面図 本発明に係る第３実施形態に適用される電子部品実装装置の概要を示す斜視図 第３実施形態における部品認識装置と歪センサの関係を示す平面図 基準位置測定用の治具ノズルを示す斜視図

符号の説明

１０…Ｘ軸フレーム
１２Ａ…ＹＬ軸フレーム
１２Ｂ…ＹＲ軸フレーム
１４…ヘッドユニット
１６…部品供給部
１８…基板搬送部
２０…歪センサ
２２…ストレッチャ
２４…ダイヤルゲージ
３０…ベースプレート
３２…リニアスライダ
３４…シャフト
３６…ノズル
４０…第１部品認識装置
４２…第２部品認識装置
４４…治具ノズル

Claims (3)

1. ヘッドユニットを、Ｘ軸フレームに沿って移動させると共に、該Ｘ軸フレームと一体でＹ軸フレームに沿って移動させ、該ヘッドユニットに装着されている部品保持手段に保持されている部品を、位置決めされている基板上の目標位置に搭載する電子部品実装方法において、
   前記Ｘ軸フレーム及びＹ軸フレームの少なくとも一方の軸方向に複数の歪センサを付設し、
   予め前記Ｘ軸フレーム及びＹ軸フレームの少なくとも一方の真直度からのオフセットを、軸方向の複数箇所で測定し、基準パラメータとして設定すると共に、各測定位置に対応する前記歪センサによる第１歪量を検出しておき、
   その後、前記基準パラメータに基づいて部品を目標位置に搭載する際、目標位置に対応する歪センサによる第２歪量を検出し、該第２歪量と前記第１歪量との差分に基づいて前記基準パラメータを補正し、前記部品を搭載することを特徴とする電子部品実装方法。
2. ヘッドユニットを、Ｘ軸フレームに沿って移動させると共に、該Ｘ軸フレームと一体でＹ軸フレームに沿って移動させ、該ヘッドユニットに装着されている部品保持手段に保持されている部品を、位置決めされている基板上の目標位置に搭載する電子部品実装方法において、
   前記ヘッドユニットに歪センサを付設し、
   予め前記部品保持手段に保持されている部品を基板上に搭載した際の目標位置からのオフセットを、基準パラメータとして測定すると共に、前記歪センサによる第１歪量を検出しておき、
   その後、前記基準パラメータに基づいて部品を目標位置に搭載する際、前記歪センサによる第２歪量を検出し、該第２歪量と前記第１歪量に基づいて前記基準パラメータを補正し、前記部品を搭載することを特徴とする電子部品実装方法。
3. ヘッドユニットを、Ｘ軸フレームに沿って移動させると共に、該Ｘ軸フレームと一体でＹ軸フレームに沿って移動させ、該ヘッドユニットに装着されている部品保持手段に保持されている部品を、位置決めされている基板上の目標位置に搭載する電子部品実装方法において、
   前記部品保持手段に保持されている部品の位置を認識する部品認識手段に歪センサを付設し、
   予め前記部品認識手段の基準取付位置からのオフセットを、基準パラメータとして測定すると共に、前記歪センサによる第１歪量を検出しておき、
   前記基準パラメータに基づいて前記部品認識手段による認識位置を補正して部品を目標位置に搭載する際、前記歪センサによる第２歪量を検出し、該第２歪量と前記第１歪量との差分に基づいて前記基準パラメータを補正し、該補正パラメータを用いて前記部品を搭載することを特徴とする電子部品実装方法。

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