JP2008193114A - 部品実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１部品当たりの実装時間を短縮して実装の高速化を可能にするとともに実装の高精度化を実現できるようにする。
【解決手段】部品供給位置で部品２を受け取った実装ヘッド１３を直線移動させて実装位置１に位置決めする工程、実装ヘッド１３が部品供給位置と実装位置１との間を往復移動して実装位置１に位置決めされる間に、実装ヘッド１３に保持された部品２の実装すべき位置が実装位置１になるよう実装対象物３を移動して位置決めし、実装位置１に位置決めされた認識手段１７により実装対象物３の位置を認識する工程、実装ヘッド１３が直線移動して実装位置１に位置決めされると同時に、実装位置１に位置決めされた認識手段１７により実装ヘッド１３に保持された部品２を認識し、その認識結果に基づき、実装位置１になるよう移動して位置決めされている実装対象物３を小さい位置補正量にて位置補正する工程にて、上記目的を達成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ベアＩＣなどの高精度の実装が要求される部品を基板などの実装対象物に実装する部品実装方法に関するものである。

ベアＩＣなどの部品を基板などの実装対象物に実装する際には、数ミクロンないしサブミクロンオーダーの高い実装精度が要請される。このような部品の実装に適用可能な実装装置としては、例えば下記特許文献１に開示されたものが知られている。

この特許文献１に開示された部品実装装置の構成を図４を参照して説明する。図４において、３１は、ベアＩＣチップからなる部品３２を実装対象物の基板３３に実装する部品実装装置であり、その基台３４上の後部には、部品３２を保持して基板３３に実装する実装ヘッド３５をＸ軸方向に移動可能に支持するＸ方向テーブル３６が配設されている。Ｘ方向テーブル３６の所定箇所の下部とその前部の間にわたってＹ軸方向に移動可能なＹ方向テーブル３７が配設され、このＹ方向テーブル３７上に基板３３を載置固定する支持台３８が昇降可能に設けられている。Ｘ方向テーブル３６の前部には基板３３を基台３４の一側からＹ方向テーブル３７まで搬入するローダ３９と、Ｙ方向テーブル３７から基台３４の他側に搬出するアンローダ４０が配設されている。ローダ３９やアンローダ４０は基板３３の両側を支持する一対のレールを有し、支持台３８の前後両側にはこれら一対のレールに接続可能な部分レール４１が設けられて基板３３をこの部分レール４１上に受けた後、支持台３８上に載置固定するように構成されている。

基台３４の他側のＸ方向テーブル３６より前方位置に、多数の部品３２を形成されエキスパンドシート上でダイシングされた半導体ウエハ４２を収容した部品マガジン４３が設置されて、所望の半導体ウエハ４２を所定の供給高さ位置に位置決めするマガジンリフタ４４が配設され、マガジンリフタ４４とＹ方向テーブル３７との間に、マガジンリフタ４４から導入された半導体ウエハ４２のエキスパンドシートを拡張させ、各部品３２を間隔をあけて分離させるエキスパンド台４５が、任意の部品３２を所定の第１の部品供給位置に位置決めするＸＹテーブル４６上に設置して配設されている。４７は第１の部品供給位置の部品３２を認識する認識カメラである。

４８は、エキスパンド台４５上の第１の部品供給位置で電子部品３２を吸着し、Ｘ方向テーブル３６と同じＸ方向に移動して第２の部品供給位置まで移載するとともに吸着した電子部品３２を１８０度上向きに旋回させる部品反転手段である。半導体ウエハ４２の状態では、各部品３２の回路パターンは上面に形成されており、部品反転手段４８にて各部品３２の回路パターンが形成された面を吸着した後上向きに１８０度旋回することによって、部品３２を下向きにし、その状態で第２の部品供給位置で実装ヘッド３５に受け渡すように構成されている。以上のマガジンリフタ４４、エキスパンド台４５、反転手段４８にて部品３２を実装ヘッド３５に供給する部品供給手段４９が構成されている。

次に、実装動作を説明する。ローダ３９にて供給された基板３３をＹ方向テーブル３７に設けられた部分レール４１上に受け渡した後、支持台３８を所定高さ位置まで上昇させて基板３３を支持台３８上に載置固定する。一方、部品３２は部品供給手段４９にて第２の部品供給位置に供給され、この部品３２を実装ヘッド３５にて保持する。

次いで、実装ヘッド３５がＸ方向テーブル３６にて基板３３における部品３２の実装位置のＸ方向位置まで移動し、またＹ方向テーブル３７が基板３３における部品３２の実装位置のＹ方向位置が実装ヘッド３５のＹ方向位置に一致するように移動し、部品３２と基板３３の実装箇所の位置合わせを行った後、実装ヘッド３５にて部品３２を実装する。部品３２の実装が終了すると、支持台３８が下降して基板３３が部分レール４１上に受け渡されるとともに、部分レール４１がアンローダ４０に接続されてアンローダ４０にて搬出される。
特開２０００−６８３２７号公報

ところが、上記部品実装装置の構成では、実装ヘッド３５を部品供給位置と基板３３における各部品３２の実装位置との間で直線移動させ、実装位置の変化に対応して実装ヘッドを移動・位置決めするようにしているので、実装ヘッド３５の移動・位置決めに時間を要し、１部品当たりの実装時間が長くかかり、生産性向上の阻害要因となるとともに、実装ヘッドの実装位置での位置決め精度も低下するという問題が生じる可能性があった。

例えば、部品供給位置への移動に０．６２ｓｅｃ、部品保持に０．４３ｓｅｃ、実装位置への移動に０．６２ｓｅｃ、部品認識に０．６３ｓｅｃ、実装に０．５９ｓｅｃ必要で、１部品当たりの実装時間として２．９ｓｅｃ程度必要となり、また実装ヘッドの位置決め精度は、実装ヘッドの移動機構にボールねじ送り機構を用いて±２μｍ程度が限度であった。

なお、間欠回転する回転体の外周部にその間欠回転角間隔で複数の実装ヘッドを配設し、実装ヘッドが所定の部品供給位置に停止したときに部品を受け取り、所定の実装位置で停止したときに実装ヘッドにて保持した部品を実装するようにした高速実装タイプの部品実装装置も知られているが、そのような構成では実装ヘッドが回転体の間欠回転に伴って円形移動軌跡を間欠移動するため実装位置への位置決めの高精度化に限界があり、かつ各実装ヘッド間でも位置決めにばらつきがあるので、実装位置の高精度化が困難であり、ベアＩＣのような非常に高い実装精度が要求される部品の実装に適用することはできない。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、１部品当たりの実装時間を短縮して実装の高速化を可能にするとともに実装の高精度化を実現できる部品実装方法を提供することを目的とする。

本発明の部品実装方法は、一定の部品供給位置で部品を受け取った実装ヘッドを直線移動させて一定の位置に設定された実装位置に位置決めする実装ヘッド位置決め工程と、前記実装ヘッドが前記部品供給位置と前記実装位置との間を往復移動して前記実装位置に位置決めされる間に、前記実装ヘッドに保持された前記部品の実装すべき位置が前記実装位置になるよう実装対象物を移動して位置決めし、実装位置に位置決めされた認識手段により前記実装対象物の位置を認識する工程と、前記実装ヘッドが直線移動して前記実装位置に位置決めされると同時に、実装位置に位置決めされた前記認識手段により前記実装ヘッドに保持された前記部品を認識し、その認識結果に基づき、前記実装位置になるよう移動して位置決めされている前記実装対象物を小さい位置補正量にて位置補正する工程と、を有するものであり、実装ヘッドが固定的に設定された部品供給位置と実装位置との間で移動するので、高い位置決め精度を確保しながら短時間で移動・位置決めすることができ、一方それに伴って必要となる実装対象物の２軸方向の位置決めは、実装ヘッドが往復移動して位置決めされる間に行えばよいので、高精度の位置決めを行うに必要な時間を十分に確保でき、１部品当たりの実装時間を短縮して実装の高速化を可能にするとともに実装の高精度化を実現できる。

本発明の部品実装方法によれば、以上のように実装ヘッドを固定的に設定された部品供給位置と実装位置との間で移動させるようにしたので、高い位置決め精度を確保しながら短時間で移動・位置決めすることができ、１部品当たりの実装時間を短縮して実装の高速化を可能にするとともに実装の高精度化を実現できる。

以下、本発明の電子部品実装方法及び装置の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。

本実施形態の部品実装装置１は、ベアＩＣチップなどの部品２を実装対象物の基板３に実装するものであり、部品供給部４と実装部５がそれぞれユニット化して構成され、両者を結合して構成されている。このように構成することで、各種供給形態の部品供給部４を用意しておくことにより、所望の部品供給部４を選択して結合することで任意の供給形態の部品に対応できる部品実装装置を容易に構成することができる。

図示例の部品供給部４においては、多数の部品２を形成されエキスパンドシート上でダイシングされた半導体ウエハ７を収容した部品マガジン８を設置すると、所望の半導体ウエハ７を所定の供給高さ位置に位置決めするマガジンリフタ９が、供給部本体６の前部に配設されている。供給部本体６には、エキスパンド台１０が前後方向のＹ方向及び左右方向のＸ方向に移動可能に配設され、マガジンリフタ９から半導体ウエハ７を導入し、そのエキスパンドシートを拡張させて各部品２を間隔をあけて分離させ、さらに所望の部品２を所定の第１の部品供給位置に位置決めするように構成されている。１１は第１の部品供給位置の部品２を認識する認識カメラである。

また、供給部本体６には、エキスパンド台１０上の第１の部品供給位置で部品２を吸着してＸ方向に実装部５に向けて移動し、図２に示すように、第２の部品供給位置Ａまで移載するとともに吸着した部品２を１８０度上向きに旋回させる部品反転手段１２が配設されている。半導体ウエハ７の状態では、各部品２の一面に設けられた突起電極（図示せず）が上面に形成されており、部品反転手段１２にて各部品２の突起電極が形成された面を吸着した後上向きに１８０度旋回することによって、部品２の突起電極が形成された面が下向きとなり、その状態で第２の部品供給位置で実装部５に受け渡すように構成されている。

実装部５には、部品２を保持して基板３に実装する実装ヘッド１３と、実装ヘッド１３を第２の部品供給位置Ａと所定位置に設定された実装位置Ｂとの間の一定距離ＬをＸ方向に往復移動させて位置決めするＸテーブル１４が配設されている。実装ヘッド１３は、ボイスコイルモータなどの移動手段にて昇降駆動可能でかつ保持した部品２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などの接合エネルギーを接合部に付与できるように構成された保持部を備え、部品２を基板３に対して加圧しながら接合エネルギーを付与するように構成されている。Ｘテーブル１４は、実装ヘッド１３をＸ方向に移動自在に支持するガイドレール１４ａとボールねじ機構１４ｂとそのボールねじ軸を回転駆動するサーボモータを備えた回転駆動手段１４ｃにて構成されている。

これら実装ヘッド１３とＸテーブル１４の下部に、基板３をＸ方向及びＹ方向に移動させ、その部品を実装すべき位置を実装ヘッド１３による実装位置Ｂに位置決めするＸＹテーブル１５が配設されている。ＸＹテーブル１５はＸ方向とＹ方向にそれぞれサーボモータにて移動駆動するとともにリニアスケールを用いてフルクローズ制御にて位置決めするように構成されている。このＸＹテーブル１５上に基板３を載置固定する支持台１６が昇降可能に設けられている。

また、図３に示すように、実装ヘッド１３と支持台１６との間に、実装位置Ｂと実装位置から実装ヘッド１３の移動方向と直交する方向に退避した位置との間で出退移動可能に認識手段１７が配設されている。この認識手段１７は、実装位置Ｂに位置した状態で、上側で実装ヘッド１３に保持された部品２を認識し下側で基板３の部品を実装すべき位置を同時に認識できるように構成されている。１８ａ、１８ｂは各々の認識カメラ、１９ａ、１９ｂは照明手段である。

ＸＹテーブル１５の前部には基板３を実装部５の一側からＸＹテーブル１５まで搬入するローダ２０と、ＸＹテーブル１５から実装部５の他側に搬出するアンローダ２１が配設され、さらに部品供給部４にはこのアンローダ２１に接続するアンローダ２２が配設されている。ローダ２０やアンローダ２１、２２は基板３の両側を支持する一対のレールを有し、支持台１６の前後両側にはこれら一対のレールに接続可能な部分レール２３が設けられて基板３をこの部分レール２３上に受けた後、支持台１６上に載置固定するように構成されている。

２４は、Ｘテーブル１４による実装ヘッド１３の移動経路を実装位置Ｂより延長し、その延長した位置に配設した接着材塗布手段であり、必要に応じて部品２の基板３に対する接合面に接着材や封止材を塗布する接着材塗布手段である。

次に、以上の構成における部品の実装動作を説明する。ローダ２０にて供給された基板３は、ＸＹテーブル１５に設けられた部分レール２３上に受け渡された後、支持台１６が所定高さ位置まで上昇することで支持台１６上に載置固定される。その後、ＸＹテーブル１５にて基板３の部品２を実装すべき位置が固定的に設定された所定の実装位置Ｂに一致するように位置決めされる。次に、認識手段１７が実装位置Ｂに位置決めされ、基板３の部品２を実装すべき位置が認識され、所定の位置決め精度が確保されるように位置補正がなされる。

一方、部品供給部４にて部品２が第２の部品供給位置に供給されると、実装ヘッド１３がＸテーブル１４にて第２の部品供給位置Ａに位置決めされ、部品２が実装ヘッド１３にて保持される。次いで、実装ヘッド１３がＸテーブル１４にてＸ方向に直線移動して所定の実装位置Ｂに位置決めされる。それと同時に上記のように実装位置Ｂに位置決めされた認識手段１７にて実装ヘッド５に保持された部品２が認識され、所定の位置決め精度が確保されるようにＸＹテーブル１５の位置補正がなされる。

こうして部品２と基板３の部品２を実装すべき位置の位置合わせが高精度に行われた後、実装ヘッド５が作動して部品２が基板３に実装される。部品２の実装が終了すると、支持台１６が下降して基板３が部分レール２３上に受け渡されるとともに、部分レール２３がアンローダ２１に接続されてアンローダ２１、２２にて搬出される。

以上のように本実施形態によれば、実装ヘッド１３がＸテーブル１４にて固定的に設定された第２の部品供給位置Ａと実装位置Ｂとの間で移動するので、高い位置決め精度を確保しながら短時間で移動・位置決めすることができ、一方それに伴って必要となる基板３のＸＹテーブル１５によるＸ、Ｙ方向の位置決めは、実装ヘッド１３が往復移動して位置決めされる間に行えばよいので、高精度の位置決めを行うに必要な時間を十分に確保でき、かくして１部品当たりの実装時間を短縮して実装の高速化を可能にするとともに実装の高精度化を実現できる。

これにより、例えば実装ヘッド１３の実装位置Ｂから第２の部品供給位置Ａへの移動・位置決めに０．２４ｓｅｃ、実装ヘッド１３による部品２の保持に０．４１ｓｅｃ、第２の部品供給位置Ａから実装位置Ｂへの移動・位置決めに０．２４ｓｅｃ、部品２の認識に０．５９ｓｅｃ、実装に０．３２ｓｅｃを要し、１部品当たりの実装時間として１．８ｓｅｃ程度に納めることが可能となり、また実装ヘッド１３の位置決め精度は、位置決めすべき位置を固定的に設定することで±０．２μｍ程度に納めることが可能となる。

また、基板３の位置決め工程時に、各部品２を実装すべき位置をそれぞれ認識手段１７にて認識し、その認識結果によって基板３の位置補正するようにしているので、高精度の実装ができ、また実装ヘッド１３を実装位置に位置決めした後、実装ヘッド１３に保持された部品２を認識し、その認識結果に応じてＸＹテーブル１５にて基板３の位置補正を行うようにしているので、第２の部品供給位置での実装ヘッド１３に対する部品２の供給位置精度が十分に高くなくても高精度に実装することができ、かつ位置補正量は極めて小さいので極めて短時間で補正することができる。

また、上記部品２と基板３における部品を実装すべき位置の認識を、単一の認識手段１７にて一括して認識するようにし、かつその認識手段１７は実装位置と退避位置の２位置間で出退移動するようにしているので、認識間の誤差及び認識手段１７の移動による誤差を抑制して高い認識精度を確保することができ、一層高精度の実装を実現することができる。

上記実施形態の説明では、部品供給部４の部品供給形態として半導体ウエハ７を部品マガジン８に収納して供給する例を示したが、トレイプレートに部品２を収納して供給する方式や、トレイフィーダにて供給する方式や、部品をテープ状部品集合体に収納された部品を順次繰り出し供給するように構成されたパーツカセット方式による部品供給形態であってもよいことは言うまでもない。

本発明は、部品実装装置での部品の実装に実用して、１部品当たりの実装時間を短縮して実装の高速化を図り、実装の高精度化を実現する。

本発明の一実施形態における部品実装方法を適用する部品実装装置の全体概略構成を示す斜視図である。 同実施形態における実装ヘッドの移動・位置決め手段の構成を示す斜視図である。 同実施形態における実装部の要部構成を示す斜視図である。 従来例の部品実装装置の全体概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ 部品実装装置
２ 部品
３ 基板（実装対象物）
４ 部品供給部（部品供給手段）
１３ 実装ヘッド
１４ Ｘテーブル（移動・位置決め手段）
１５ ＸＹテーブル（位置決め手段）
１７ 認識手段

Claims (1)

1. 一定の部品供給位置で部品を受け取った実装ヘッドを直線移動させて一定の位置に設定された実装位置に位置決めする実装ヘッド位置決め工程と、
   前記実装ヘッドが前記部品供給位置と前記実装位置との間を往復移動して前記実装位置に位置決めされる間に、前記実装ヘッドに保持された前記部品の実装すべき位置が前記実装位置になるよう実装対象物を移動して位置決めし、実装位置に位置決めされた認識手段により前記実装対象物の位置を認識する工程と、
   前記実装ヘッドが直線移動して前記実装位置に位置決めされると同時に、実装位置に位置決めされた前記認識手段により前記実装ヘッドに保持された前記部品を認識し、その認識結果に基づき、前記実装位置になるよう移動して位置決めされている前記実装対象物を小さい位置補正量にて位置補正する工程と、を有することを特徴とする部品実装方法。

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