JP2009117624A - 部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実装基板に搭載後の第１電子部品に第２電子部品を搭載する際に、搭載後の第１電子部品の部品マークを撮像する動作を省略して、タクトを短くする。
【解決手段】第１電子部品１０２ａと第２電子部品１０２ｂのうち、少なくとも第１電子部品１０２ａの画像を取得・保持・処理する画像処理手段と、該画像処理手段により処理された結果に基づいて、該第１及び第２電子部品１０２ａ、１０２ｂを吸着ノズル１０６により保持して搭載する搭載ヘッド１０８とを備えた部品実装装置１００において、前記実装基板１０４に第１電子部品１０２ａを搭載する際に行った吸着姿勢の補正値を格納する格納手段と、該第１電子部品１０２ａの吸着前の供給状態の画像と該補正値とを用いて、第１電子部品１０２ａが搭載された状態の仮想画像を作成する画像作成手段と、該仮想画像に基づき、前記第２電子部品１０２ｂの吸着姿勢を補正する補正手段と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、部品実装装置に係り、特に、実装基板に搭載される第１電子部品と該第１電子部品に搭載される第２電子部品のうち、少なくともいずれか一方の画像を取得し、該画像情報を保持し、処理する画像処理手段と、該画像処理手段により処理された結果に基づいて、該第１及び第２電子部品を吸着ノズルにより保持して搭載する搭載ヘッドとを備えた部品実装装置に用いるのに好適な、実装基板に搭載された状態の第１電子部品を撮像することなく、第１電子部品に第２電子部品を積層搭載する際に適切に補正が可能な部品実装装置に関する。

従来の部品実装装置の構成の一例について説明する。図１は、部品実装装置の斜視図である。図１において、部品実装装置１００は、電子部品を吸着する吸着ノズル１０６を備える搭載ヘッド１０８を有し、搭載ヘッド１０８の位置決めを行うＸ軸移動機構１１０、Ｙ軸移動機構１１２、部品供給装置を設置する部品供給部１１６、実装基板１０４を搬送及び位置決めする基板搬送部１１８、吸着された電子部品の状態を認識する部品認識カメラ１２０、実装基板１０４上の基板マーク等を認識する基板認識カメラ１２２、並びに本体１３０により構成される。

従来、ベアチップ等の実装基板１０４へ搭載後の電子部品（第１電子部品１０２ａ(図１０)という）に他の電子部品（第２電子部品という）を搭載する積層搭載において、精度良く搭載する為には、搭載後の第１電子部品１０２ａの上面にある部品マーク、又はパターンの一部を基板認識カメラ１２２で認識することで、搭載位置に対する補正処理を行った上で搭載を行っていた（特許文献１、２）。

特開２００６−９３３２１号公報 特開２００７−２７３００号公報

しかしながら、実装基板１０４へ搭載後の第１電子部品１０２ａに第２電子部品を積層搭載する場合には、先に搭載される第１電子部品１０２ａに対して、部品供給部１１６での第１電子部品１０２ａの供給状態を基板認識カメラ１２２で撮像する動作と、搭載後の第１電子部品１０２ａの上面の部品マーク等を撮像する動作の両方が必要であり、第２電子部品の搭載に要する時間（タクトという）が長くなる問題があった。

又、図１０に示す如く、搭載後の第１電子部品１０２ａの上面高さが基板認識カメラ１２２の焦点距離ｄの焦点範囲ＦＤからはずれた距離Ｄである場合には、搭載後の第１電子部品１０２ａの認識処理を行うことができないため、補正機能が有効ではなくなってしまう。このような第１電子部品１０２ａに対応する場合には、基板認識カメラ１２２の焦点距離の調整、或いは、オートフォーカス機能の追加、焦点範囲の異なる新たなカメラを追加する等の対応が必要であり、コストが増大する問題があった。

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、実装基板に搭載後の第１電子部品に第２電子部品を搭載する際に、搭載後の第１電子部品の部品マークを撮像する動作を省略して、タクトを短くすることが可能な部品実装装置を提供することを課題とする。

本願の請求項１に係る発明は、実装基板に搭載される第１電子部品と該第１電子部品に搭載される第２電子部品のうち、少なくとも第１電子部品の画像を取得し、該画像情報を保持し、処理する画像処理手段と、該画像処理手段により処理された結果に基づいて、該第１及び第２電子部品を吸着ノズルにより保持して搭載する搭載ヘッドとを備えた部品実装装置において、前記実装基板に第１電子部品を搭載する際に行った吸着姿勢の補正値を格納する格納手段と、該第１電子部品の吸着前の供給状態の画像と該補正値とを用いて、第１電子部品が搭載された状態の仮想画像を作成する画像作成手段と、該仮想画像に基づき、前記第２電子部品の吸着姿勢を補正する補正手段と、を有することにより前記課題を解決したものである。

本発明によれば、第１電子部品の吸着前の供給状態の画像と実装基板に第１電子部品を搭載する際に行った吸着姿勢の補正値（補正値Ａ）とを用いて仮想画像を作成することで、搭載後の第１電子部品の部品マークを撮像しなくても、搭載後の第１電子部品の部品マークを撮像したことと同等の第１電子部品の位置ずれ情報を得ることができる。

本発明によれば、仮想画像に基づき第２電子部品の吸着姿勢を制御するので、精度良く第２電子部品を搭載することができる。その際に、搭載後の第１電子部品の画像を取得する動作がないため、タクトを短縮することができる。同時に、搭載後の第１電子部品の部品高さに影響されることなく、精度良く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。

まず、本発明の実施形態について図１から図９を用いて説明する。図１は本発明の実施形態である部品実装装置の斜視図、図２は部品実装装置の構成ブロック図、図３は第１電子部品の搭載フロー図、図４は第２電子部品の搭載フロー図、図５は吸着前の供給状態の第１電子部品の画像の一例を示す図、図６は傾きのある実装基板に第１電子部品を搭載した場合の一例を示す図、図７は吸着前の供給状態の第１電子部品の画像の別の一例を示す図、図８は図６の実装基板に図７の第１電子部品を傾斜角を有さずに搭載した場合の仮想画像、図９は図６の実装基板に図７の第１電子部品を９０度の傾斜角を有して搭載した場合の仮想画像、である。

部品実装装置について、図１と図２を用いて、詳細に説明する。

部品実装装置１００は、従来の部品実装装置の構成と同じく、搭載ヘッド１０８と、Ｘ軸移動機構１１０と、Ｙ軸移動機構１１２と、部品実装装置１００の前部に配設され、実装基板１０４に実装される電子部品１０２（第１電子部品１０２ａと第２電子部品１０２ｂとからなる）を供給する部品供給部１１６と、部品実装装置１００中央部から少し後方で左右方向に延在する基板搬送部１１８と、画像処理手段の少なくとも一部を備える本体１３０と、を有する。なお、画像処理手段は、実装基板１０４に搭載される第１電子部品１０２ａと第１電子部品１０２ａに搭載される第２電子部品１０２ｂのうち、少なくとも第１電子部品１０２ａの画像を取得し、その画像情報を保持し、処理する。そのため、本実施形態では、画像処理手段は、例えば、第１電子部品１０２ａと第２電子部品１０２ｂを撮像して、その画像処理をするために、部品認識カメラ１２０と、基板認識カメラ１２２と、後述する画像認識装置１４２とを有する。

前記搭載ヘッド１０８は、吸着ノズル１０６を垂直方向（Ｚ軸方向）に昇降可能に移動させるＺ軸移動機構（図示せず）を備え、又、吸着ノズル１０６をノズル軸（吸着軸）を中心に回転させるθ軸移動機構（図示せず）を備えている。又、搭載ヘッド１０８には、実装基板１０４上に形成された基板マーク１０４ａ（図６）を撮像する基板認識カメラ１２２が搭載されている。なお、基板認識カメラ１２２は、吸着ノズル１０６による吸着前の供給状態の電子部品１０２を撮像することができる。

前記Ｘ軸移動機構１１０は、Ｘ軸移動機構１１０の駆動源であるＸ軸モータ１１１により、搭載ヘッド１０８をＸ軸方向に移動することができる。

前記Ｙ軸移動機構１１２は、Ｙ軸移動機構１１２の駆動源であるＹ軸モータ１１３により、搭載ヘッド１０８を備えるＸ軸移動機構１１０をＹ軸方向に移動することができる。

前記基板搬送部１１８は、複数の部品実装装置と実装ラインを構成したときなどにおいて、両側の部品実装装置からの基板１０４の受け取り、受け渡しをするためのものであり、実装基板１０４を部品実装装置１００の所定の位置に固定することができる。

前記部品認識カメラ１２０は、部品供給部１１６の近傍に設けられ、吸着ノズル１０６に吸着された電子部品１０２を下方から撮像するように配置されている。

前記本体１３０は、図２に示す如く、コントローラ１３２と、記憶装置１３４と、表示装置１３６と、キーボード１３８と、マウス１４０と、画像認識装置１４２とを、有する。

前記コントローラ１３２は、例えば、装置全体を制御するＣＰＵなどのマイクロコンピュータであり、ＲＡＭとＲＯＭなどを有する。図２のブロック図に示す如く、各構成要素に接続されて、部品実装装置１００全体を制御することができる。又、後述する仮想画像に基づいて各軸移動機構の制御を行い、電子部品１０２の吸着姿勢の補正指令と搭載を行うことができる。すなわち、本実施形態では、例えば、コントローラ１３２と各軸移動機構とで補正手段を構成することができる。

前記記憶装置１３４は、例えば、フラッシュメモリなどで構成され、キーボード１３８とマウス１４０により入力された実装基板１０４のレイアウトデータや第１及び第２電子部品１０２ａ、１０２ｂのレイアウトデータ等、並びに、図示しないホストコンピュータから供給される上記のデータ等を格納するのにも用いることができる。又、実装基板１０４に第１電子部品１０２ａを搭載する際に行った吸着姿勢の補正値（補正値Ａという）を格納することにも用いることができる。すなわち、本実施形態では、例えば、記憶装置１３４を格納手段とすることができる。

前記表示装置（モニタ）１３６は、例えば、部品データ、演算データ、部品認識カメラ１２０、並びに、基板認識カメラ１２２で撮像した電子部品１０２の画像などをその表示面に表示することができる。

前記画像認識装置１４２は、部品認識カメラ１２０に接続され、吸着ノズル１０６に吸着された部品１０２の画像認識を行うことができ、Ａ／Ｄ変換器１４４、ＣＰＵ１４６及びメモリ１４８から構成することができる。部品認識カメラ１２０から出力される電子部品１０２のアナログ画像信号を、Ａ／Ｄ変換器１４４によりデジタル信号に変換してメモリ１４８に格納して、ＣＰＵ１４６が前記画像情報に基づいて吸着された電子部品１０２の認識を行う。すなわち、画像認識装置１４２は、部品１０２の中心と吸着位置との位置ずれと吸着角度を演算し、部品１０２の吸着姿勢を認識することができる（部品認識処理）。

又、画像認識装置１４２は、基板認識カメラ１２２で撮像された基板マーク１０４ａ（図６）の画像情報を処理して基板マーク１０４ａの位置を演算し、実装基板１０４の位置ずれなどを認識する機能も有する。更に、画像認識装置１４２は、基板認識カメラ１２２で撮像された吸着前の供給状態の電子部品１０２の画像情報を保存することができ、補正値Ａを用いて第１電子部品が搭載された状態の仮想画像を作成することができる。すなわち、本実施形態では、例えば、画像認識装置１４２を画像作成手段とすることができる。上述したこれらの画像情報を処理して、補正値等をコントローラ１３２へ転送する機能も有する。

次に、本実施形態に係る部品実装装置の動作について、図３から図９を用いて詳細に説明する。

最初に、実装基板１０４に第１電子部品１０２ａを搭載する動作について、主に図３を用いて説明をする。

まず、実装基板１０４の位置ずれを補正するために、実装基板１０４の基板マーク１０４ａ（図６）を基板認識カメラ１２２で撮像し、実装基板１０４の位置ずれ等の認識を行う（ステップＳ２）。なお、この動作は、１つの実装基板１０４が基板搬送部１１８で固定された最初に行うことですむため、積層搭載する毎に行う必要はない。

次に、基板認識カメラ１２２を部品供給部１１６の第１電子部品１０２ａの吸着位置へ移動させ（ステップＳ４）、キャビティ１０３（図５）内の第１電子部品１０２ａの吸着前の供給状態を撮像する（ステップＳ６）。撮像された画像情報はメモリ１４８に保持される。ここで、キャビティ１０３とは、例えば、電子部品１０２が、リールテープで供給される場合に、電子部品１０２が収納されているリールテープの凹みの空間を指している。

次に、上記撮像された画像情報から、第１電子部品１０２ａの部品マーク１０２ｃ（図５）を確認し、第１電子部品１０２ａの特定の吸着位置を吸着ノズル１０６で吸着する（ステップＳ８）。

ここで、図５を用いて、特定の吸着位置ＳＰについて具体的に説明する。なお、第１電子部品１０２ａの中心ＰＣは、キャビティ１０３の中心位置ＣＣとはずれているが、キャビティ１０３とは角度ずれがないとしている。この場合には、キャビティ１０３の中心位置ＣＣ（ｘｃ、ｙｃ）から第１電子部品１０２ａの部品中心ＰＣまでの位置ずれ（ｘ１、ｙ１）を画像情報から求める。更に部品中心ＰＣから吸着禁止位置を避けるための特定された位置ＳＰ（ｘ２、ｙ２）を確認して、吸着ノズル１０６の位置の補正調整を行い、前記特定位置ＳＰで第１電子部品１０２ａを吸着する。なお、吸着禁止位置は、例えば、そこで吸着するとその電子部品１０２の機能を損なうおそれがある位置や、バンプなどが形成されていて、形状的に吸着に適さない位置等である。又、ここでの部品中心ＰＣは、例えば、部品マーク１０２ｃを基準として算出することができる。

次に、部品認識カメラ１２０により、吸着ノズル１０６で吸着された第１電子部品１０２ａを撮像する。そして、部品認識処理により第１電子部品１０２ａの中心と吸着位置とのずれ量、角度を取得する（ステップＳ１０）。そして、実装基板１０４の位置ずれを考慮して、第１電子部品１０２ａの吸着姿勢を補正する（ステップＳ１２）。このとき、実際に補正した補正値（補正値Ａとする）を記憶装置１３４に保持する。

最後に、上記補正値Ａで補正された状態で、第１電子部品１０２ａを実装基板１０４に搭載する。

次に、実装基板１０４に搭載された第１電子部品１０２ａに第２電子部品１０２ｂを搭載する動作について、主に図４を用いて説明をする。

まず、吸着ノズル１０６を移動させ、部品供給部１１６の第２電子部品１０２ｂを吸着する。吸着された第２電子部品１０２ｂを、部品認識カメラ１２０で撮像する。そして、部品認識処理により第２電子部品１０２ｂの中心と吸着位置とのずれ量、角度を取得する（ステップＳ２０）。

次に、第２電子部品１０２ｂの吸着姿勢を実装位置に対して補正する（ステップＳ２２）。即ち、実装基板１０４のずれを考慮して、第２電子部品１０２ｂの吸着姿勢は補正される。

次に、メモリ１４８に保持されていた吸着前の供給状態の第１電子部品１０２ａの画像と記憶装置１３４に保持されていた補正値Ａを用いて仮想画像を作成する（ステップＳ２４）。ここで、図６から図９を用いて、仮想画像について説明する。

例えば、図６で示す如く、実装基板１０４が５度の角度ずれを有している場合を想定する。そして、実装基板１０４に対して、（ａ）０度の角度で搭載された第１電子部品１０２ａの状態と、（ｂ）９０度の角度で搭載された第１電子部品１０２ａの状態、それぞれに対する仮想画像を得ることを考える。

図７で示す如く、第１電子部品１０２ａは、キャビティ１０３内でー１０度の角度で傾いているとする。なお、角度の傾き判定は、部品マーク１０２ｃを基準とする。理由は、従来の積層搭載においても、第１電子部品１０２ａの部品マーク１０２ｃを基準として第２電子部品１０２ｂの補正を行うからである。なお、説明の簡略化のため、第１電子部品１０２ａの中心ＰＣとキャビティ１０３の中心ＣＣとの位置ずれはないものとしている。

図７の画像情報はステップＳ６で得ることができる。補正値Ａは部品認識カメラ１２０の部品認識処理で得られた画像情報であり、実際に補正された値である。このため、補正値Ａを、図７の第１電子部品１０２ａの画像情報に与えることで、現に実装基板１０４上に搭載された第１電子部品１０２ａの部品マーク１０２ｃの位置を高精度に算出して、仮想画像として作成することができる。すなわち、実装基板１０４に対して０度の傾きを有するように、第１電子部品１０２ａの補正値Ａとして１５度の回転補正が、第１電子部品１０２ａになされて実装基板１０４に搭載される。この場合には、図７の画像情報にこの補正値Ａの１５度の回転を行うと、仮想画像として図８の画像を得ることができる。すなわち、この仮想画像は、図６の（ａ）の状態と等しくなる。

同様に、実装基板１０４に対して９０度の傾きを有するように、第１電子部品１０２ａの補正値Ａとして１０５度の回転補正が、第１電子部品１０２ａになされて実装基板１０４に搭載される。この場合には、図７の画像情報にこの補正値Ａの１０５度の回転を行うと、仮想画像として図９の画像を得ることができる。すなわち、この仮想画像は、図６の（ｂ）の状態と等しくなる。

このため、搭載後の第１電子部品１０２ａの部品マーク１０２ｃを撮像する動作を不要にすることができる。即ち、仮想画像は、搭載後の第１電子部品１０２ａの部品マーク１０２ｃを撮像しなくても、搭載後の第１電子部品１０２ａの部品マーク１０２ｃを撮像したことと同等の第１電子部品１０２ａの位置ずれ情報を提供することができる。

次に、第２電子部品１０２ｂの吸着姿勢を、上記仮想画像に基づく第１電子部品１０２ａの搭載位置に対して補正を行う（ステップＳ２６）。実装基板１０４の基板マーク１０４ａによる基準と仮想画像に基づいて求められた第１電子部品１０２ａの部品マーク１０２ｃによる基準とでずれがない場合には、ステップ２２の補正により、本ステップで補正がなされずに高精度に搭載を実現できる。しかし、実装基板１０４の基板マーク１０４ａによる基準と仮想画像に基づいて求められた第１電子部品１０２ａの部品マーク１０２ｃによる基準とでずれがある場合には、その位置ずれ量を補正することとなる。

最後に、第２電子部品１０２ｂを第１電子部品１０２ａに搭載する（ステップＳ２８）。

このようにして、第１電子部品１０２ａの吸着前の供給状態の画像と実装基板１０４に第１電子部品１０２ａを搭載する際に行った吸着姿勢の補正値Ａとを用いて仮想画像を作成するので、搭載後の第１電子部品１０２ａの部品マーク１０２ｃを撮像しなくても、搭載後の第１電子部品１０２ａの部品マーク１０２ｃを撮像したことと同等の第１電子部品１０２ａの位置ずれ情報を得ることができる。

従って、本実施形態によれば、仮想画像に基づき第２電子部品１０２ｂの吸着姿勢を制御するので、精度良く第２電子部品１０２ｂを搭載することができる。その際に、搭載後の第１電子部品１０２ａの画像を取得する動作がないため、タクトを短縮することができる。同時に、搭載後の第１電子部品１０２ａの部品高さに影響されることなく、精度良く搭載することができる。

本実施形態では、吸着前の供給状態の第１電子部品１０２ａは、キャビティ１０３に収納されているとしたが、これに限定されるものではない。例えば、シリコンウェーハから直接ベアチップを吸着して搭載する場合や、バルク供給される場合であっても、本発明は適用可能である。

又、本実施形態では、補正値Ａは記憶装置１３４に、供給状態の画像情報はメモリ１４８に保持されているとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。補正値Ａ、供給状態の画像情報のいずれが、記憶装置１３４、又はメモリ１４８に保持されてもよい。いずれであっても本発明はその効果を発揮するからである。又、その処理等もＣＰＵ１４６であっても、コントローラ１３２のいずれでもよいことは明らかである。

又、本実施形態では、必ず部品認識カメラ１２０を使用して部品認識処理など（ステップＳ１０、Ｓ２０）を行ったが、基板認識カメラ１２２で部品認識カメラ１２０が行っていた部品認識処理を行い、その結果で吸着姿勢の補正（ステップＳ１２、Ｓ２２）を行うことも可能である。又、部品認識カメラ１２０を使用せず、その代わりにレーザによる部品認識を行ってもよい。

又、本発明において、第１電子部品１０２ａと第２電子部品１０２ｂとは、パッケージ形態やＩＣとチップ部品の異同を問わないことは明らかである。例えば、ＩＣパッケージにチップ抵抗やチップコンデンサを搭載してもよいし、ＩＣ同士の積層搭載であってもよい。ＩＣ同士の場合において、挿入型のＤＩＰやＳＩＰ等、表面実装型のＢＧＡ、ＳＯＰ、ＳＯＮ、ＱＦＰ、ＣＳＰ、べアチップ等をどのように組み合わせてもよい。いずれであっても本発明はその効果を発揮する。

又、第２電子部品１０２ｂに電子部品を搭載しない場合であっても、基板認識カメラ１２２で供給状態の第２電子部品１０２ｂを撮像してもよい。ベアチップ等の第２電子部品１０２ｂ自身の搭載においても、吸着の際のダメージを減らす為などの理由から、吸着禁止位置を外して特定された位置ＳＰに対して精度良く吸着することが求められる場合には、基板認識カメラ１２２にて、第２電子部品１０２ｂの供給状態を認識して吸着位置を補正調整を行うことが望ましいからである。

又、仮想画像の作成の際には補正値Ａとして回転のみを示したが、第１電子部品１０２ａの中心ＰＣの位置ずれがあれば、その分だけ補正値Ａが変わることは当然に行われることとなる。そして、上記実施形態においても、第１電子部品１０２ａと実装基板１０４のレイアウトデータが考慮されて、第２電子部品１０２ｂの搭載がなされることは言うまでもない。

本発明の実施形態である部品実装装置の斜視図 同じく部品実装装置の構成ブロック図 同じく第１電子部品の搭載フロー図 同じく第２電子部品の搭載フロー図 同じく吸着前の供給状態の第１電子部品の画像の一例を示す図 同じく傾きのある実装基板に第１電子部品を搭載した場合の一例を示す図 同じく吸着前の供給状態の第１電子部品の異なる画像の一例を示す図 図６の実装基板に図７の第１電子部品を傾斜角を有さずに搭載した場合の仮想画像 図６の実装基板に図７の第１電子部品を９０度の傾斜角を有して搭載した場合の仮想画像 従来の基板認識カメラの焦点距離の課題を示す概略図

符号の説明

１００…部品実装装置
１０２、１０２ａ、１０２ｂ…電子部品
１０２ｃ…部品マーク
１０３…キャビティ
１０４…実装基板
１０４ａ…基板マーク
１０６…吸着ノズル
１０８…搭載ヘッド
１１０…Ｘ軸移動機構
１１２…Ｙ軸移動機構
１１６…部品供給部
１２０…部品認識カメラ
１２２…基板認識カメラ
１３０…本体
１３２…コントローラ
１３４…記憶装置
１４２…画像処理装置
１４６…ＣＰＵ
１４８…メモリ

Claims (1)

1. 実装基板に搭載される第１電子部品と該第１電子部品に搭載される第２電子部品のうち、少なくとも第１電子部品の画像を取得し、該画像情報を保持し、処理する画像処理手段と、
   該画像処理手段により処理された結果に基づいて、該第１及び第２電子部品を吸着ノズルにより保持して搭載する搭載ヘッドとを備えた部品実装装置において、
   前記実装基板に第１電子部品を搭載する際に行った吸着姿勢の補正値を格納する格納手段と、
   該第１電子部品の吸着前の供給状態の画像と該補正値とを用いて、第１電子部品が搭載された状態の仮想画像を作成する画像作成手段と、
   該仮想画像に基づき、前記第２電子部品の吸着姿勢を補正する補正手段と、
   を有することを特長とする部品実装装置。