JP2010016119A

JP2010016119A - 電子部品実装方法

Info

Publication number: JP2010016119A
Application number: JP2008173688A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Takahashi; 大輔高橋; Takahiko Imasu; 孝彦井桝; Osamu Nakamu; 修中務
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2008-07-02
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2028-07-02
Also published as: JP5241346B2

Abstract

【課題】対向配置されたＹ軸によりＸ軸を駆動するタンデム方式Ｙ軸駆動機構に、Ｙ軸全体における負荷を低減する。
【解決手段】搭載ヘッド１０をＸ軸に沿って移動させるＸ軸駆動機構１２と、該搭載ヘッドをＸ軸駆動機構１２と一体で、対向配置された第１Ｙ軸駆動機構１４ａ、第２Ｙ軸駆動機構１４ｂにそれぞれ設置されている第１モータ１６ａ、第２モータ１６ｂを同時駆動し、各軸毎に設定されている基準位置を基準に移動させるＹ軸駆動機構を備えた実装装置を使用し、前記搭載ヘッドにより保持した電子部品を基板上に搭載する電子部品実装方法において、前記第１モータ、第２モータを同時駆動する際に設定するオフセットを、予め両モータを駆動してＸ軸駆動機構および搭載ヘッド１０をＹ方向に移動させた際にＡ〜Ｅの各位置で取得された負荷率に基づいて設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップ等の電子部品を保持し、基板上に実装する搭載ヘッドを平面方向に移動させるＸＹ駆動機構の駆動を安定させる際に適用して好適な電子部品実装方法に関する。

電子部品実装装置は、図１にその要部の概略を示すように、電子部品を基板上に搭載（実装）するための搭載ヘッド１０を案内するＸ軸駆動機構１２と、該Ｘ軸駆動機構１２を搭載ヘッドと一体で案内するように対向配置された第１Ｙ軸駆動機構１４ａと第２Ｙ軸駆動機構１４ｂとを有している。

左右に配置された第１Ｙ軸駆動機構１４ａ、第２Ｙ軸駆動機構１４ｂでは、それぞれモータ１（第１モータ１６ａ）、モータ２（第２モータ１６ｂ）でＸ軸（被駆動軸）１２をＹ方向へ移動させるようになっている。但し、第１モータ１６ａはフレームの裏側にあるため明示されていない。

このように対向する双方のＹ軸に各別に連結された双方のモータ１６ａ、１６ｂを同時に駆動するタンデム方式では、双方の駆動源（モータ１６ａ、１６ｂ）を駆動する際の基準位置を、各Ｙ軸駆動機構１４ａ、１４ｂにそれぞれ付設するリニアエンコーダ（スケール）上やセンサ等で設定し、基準位置を原点とするＹ方向の位置情報を取得している。

Ｘ軸・Ｙ軸駆動機構１２、１４を組み立てる場合、各軸の機械的誤差やリニアエンコーダ等の組付誤差等によって、駆動源が同時に駆動したとしても、第１Ｙ軸駆動機構１４ａ、第２Ｙ軸駆動機構１４ｂにそれぞれ設定されている基準位置に誤差があれば、位置情報に誤差が含まれることになり、それによってＹ軸モータ１６ｂの運転時に被駆動軸としてのＸ軸駆動機構１２とＹ軸１４ａ、１４ｂの間の機械的な捩れ（直角度のずれ）が生じ、Ｘ軸駆動機構１２に無理な力が加わる場合がある。Ｘ軸駆動機構１２にはこれが誤差となって現われるため、搭載ヘッド１０による目標位置への安定した電子部品の実装に影響を与えることになる。

その対策として特許文献１によれば、双方のＹ軸１４ａ、１４ｂにＸ軸とＹ軸の直角度を規定する原点センサを設置し、モータ１６ａ、１６ｂに電源が投入されると、原点センサによる検知信号に基づいて、Ｘ軸駆動機構１２をＹ軸１４ａ、１４ｂと直角度が確保された基準位置に移動させ、直角度が維持されるようにすると同時に、結果としてＸ軸方向にもＹ軸方向にも無理な力（負荷）がかからないように動作を行なうという方式が採られている。

特開２００６−３１３８３９号公報

しかしながら、前述したような電源投入時に基準位置に移動させる従来の方式では、直角度が確保された基準位置近傍でのＸ軸方向にかかる負荷は結果として考慮していることにはなるが、Ｙ軸方向全体で見た場合には真直度ずれ等の機械的な誤差が基準位置近傍より増大若しくは減少している位置がある。この場合にはその誤差がＸ軸方向にかかる負荷として生じることになる。その結果、被駆動方向であるＸ軸方向に捩れ力が加わることになり、搭載ヘッドのＹ軸上の停止位置に誤差が生じることが起こるばかりでなく、負荷により機械的な摩耗を促進させることにもなるため、装置寿命に影響する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、対向配置されたＹ軸方向駆動機構によりＸ軸方向駆動機構および搭載ヘッドを移動するタンデム方式の実装装置において、Ｙ軸方向の移動に拘わる負荷を軽減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、搭載ヘッドをＸ軸に沿って移動させるＸ軸駆動機構と、該搭載ヘッドをＸ軸駆動機構と一体で、対向配置された第１Ｙ軸、第２Ｙ軸に沿って各軸にそれぞれ設置されている第１モータ、第２モータを同時駆動し、各軸毎に設定されている基準位置を基準に移動させるＹ軸駆動機構を備えた実装装置を使用し、前記搭載ヘッドにより保持した電子部品を基板上に搭載する電子部品実装方法において、前記第１モータ、第２モータを同時駆動する際に設定するオフセットを、予め両モータを駆動してＸ軸駆動機構および搭載ヘッドをＹ軸方向に移動させた際、その負荷率に基づいて設定することにより、前記課題を解決したものである。

本発明は、又、最初に仮オフセットを設定し、Ｘ軸駆動機構および搭載ヘッドをＹ軸方向に移動させた際にＹ軸上の複数位置で負荷率を取得し、取得された負荷率がＹ軸全体で最小となるように前記仮オフセットを微調整して、前記オフセットを設定するようにしてもよい。

本発明は、又、前記負荷率が、モータ駆動時の電流検出値、軸の歪量及び軸の偏差量の少なくとも１つであるようにしてもよい。

本発明によれば、対向配置されたＹ軸にそれぞれ設置されている第１モータと第２モータにオフセットを設定し、両Ｙ軸モータを同時駆動してＸ軸をＹ方向に移動する際、Ｙ軸上の異なる複数位置において、機械的負荷の評価基準となる負荷率に基づいて、例えばそれが最小となるオフセットを設定するようにしたので、両Ｙ軸モータの駆動を繰返して電子部品の実装動作を行なう際、Ｙ軸上の広範囲に亘って負荷を低減でき、ひいては装置寿命を延長することができる。

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。

本発明に係る一実施形態に適用される実装装置の基本構成は、前記図１に示したものと同一である。

本実施形態において設定するオフセットの取得方法を以下に説明する。

ここで、オフセット値とは、対向配置された両Ｙ軸にそれぞれ対応するモータを同時駆動して一方の軸を基準位置に停止させた時の他方の軸の基準位置からのずれ分を動作誤差として、両モータに設定する駆動信号（例えば、パルス数）をオフセットさせるための値である。

但し、本実施形態では、実装装置を実際に運転する際に使用するオフセット値は、両Ｙ軸の基準位置からのずれ分としてではなく、仮動作により取得する。

この仮オフセットの取得方法を、図２を参照しながら図３のフローチャートに従って説明する。

図２（Ａ）には、ここで使用する実装装置に対向配置されているＹ軸の組付状態のイメージを示す。この図に示されているように左右両側の第１Ｙ軸駆動機構１４ａと第２Ｙ軸駆動機構１４ｂに基準位置としてセンサ１、センサ２が設定されており、ここでは両センサ位置の間には図中「位置ズレ」で示すＹ軸方向のズレがある。

そこで、片側モータ毎に、原点復帰を順次行ない、基準位置とするために両側のセンサの位置をそれぞれ検出しておく（ステップ０）。

そのために、まずは第２モータ（モータ２）１６ｂを電源ＯＦＦにしたフリーな状態にして、第１モータ（モータ１）１６ａを駆動し、Ｘ軸駆動機構１２を第１Ｙ軸駆動機構１４ａのセンサ１位置へ移動する（ステップ１、２）。センサ１により検出されたら、図２（Ｂ）にイメージを示すように、そのセンサ位置（センサ１座標）に第１モータ１６ａの駆動を停止し、第２モータ１６ｂ側のエンコーダによる位置情報を座標１として記録する（ステップ３）。

次いで、第１モータ１６ａをフリーな状態にして第２モータ１６ｂを駆動し、Ｘ軸駆動機構１２を第２Ｙ軸駆動機構１４ｂ側のセンサ２位置へ移動する（ステップ４、５）。センサ２により検出されたら、図２（Ｃ）に示すように、そのセンサ位置（センサ２座標）で第２モータ１６ｂの駆動を停止し、第１モータ１６ａ側のエンコーダによる位置情報を取得し、座標２として記録する（ステップ６）。

以上のようにして取得された検出座標とセンサ座標を基に次式により、仮オフセット（センサ１、センサ２の組付誤差）を算出する。

仮オフセット＝（｜座標１−センサ座標１｜＋｜座標２−センサ座標２｜）／２
…（１）

なお、仮オフセットは必ずしも上記（１）式により計算するものに限定されないが、両Ｙ軸１４ａ、１４ｂ上に設定されている基準位置のズレを考慮した平均値とすることにより、実駆動時に設定する初期値としては適切であり、又エンコーダ出力から簡単に取得できるのでこの方法が有効である。

又、仮オフセットを求めるに当たり、図３のフローチャートでは第１、第２Ｙ軸１４ａ、１４ｂの基準位置としてセンサ１、２を使用する場合を説明したが、各エンコーダ上に設定しても良い。

次に、以上のように求めた仮オフセットを用いて、実運転に使用するオフセット値を決定するための計算に使用する負荷率データを取得する。その取得手順を図４のフローチャートに従って説明する。

前記図１にＡ〜Ｅとして併せて示したＹ軸上の複数箇所にＸ軸駆動機構１２を移動させ、各位置で両Ｙ軸の負荷率を取得する。

ここで負荷率は、Ｙ軸の駆動源にかかる負荷の大小の程度を表わすもので、具体的にはモータ駆動時の電流検出値、軸の歪量、軸の偏差量の少なくとも１つである。なお、軸の歪量及び軸の偏差量については後述する。

初めは、前記（１）式で求めた仮オフセットを用いて、図４に示すフローチャートに従って負荷率データを取得する。

まず、第１Ｙ軸駆動機構１４ａ、第２Ｙ軸駆動機構１４ｂをそれぞれ駆動する第１モータ１６ａ、第２モータ１６ｂを仮オフセットに設定して同時駆動により動作させ（ステップ１１）、Ｘ軸駆動機構１２をＹ軸上を図１のＡの位置に移動させ（ステップ１２）、Ａ位置に到達した時点で同位置における負荷率を取得（検出）する（ステップ１３）。

次いで、Ｙ軸上を図１のＢ位置に到達したら、同位置における負荷率を取得する。同様に図１のＣ、Ｄ、Ｅの各位置で負荷率を取得し、仮オフセットによる一連の負荷率取得動作を完了する（ステップ１４、１５）。

以上のようにしてＡ〜Ｅの各位置について取得した１回目の負荷率データの結果を、図５の表に仮オフセットとして示す。

ここで、負荷率は、各位置において検出された第１モータ、第２モータの電流値（Ａ）とモータの定格電流値の比率の平均値である。

次いで、この仮オフセットのオフセット値に対する微調整を行ない（ステップ１６）、再度Ｙ軸上の複数の位置Ａ〜ＥにＸ軸を移動させ、各位置での負荷率を取得する前記ステップ１１〜１５の一連の動作を行なう。

以上のようにオフセットを微調整して負荷率を取得する一連の動作を複数回実行し、図５に併記するように、仮オフセットの値をプラス方向又はマイナス方向に微調整したデータのまとまりを取得する。なお、微調整の単位は、ミリメートルである。

以上のように取得した負荷率データについて、極端に外れた値の負荷率はエラーであるとして除外し、各オフセット値毎に負荷率の合計を求め、その合計値が最小、即ち全ストロークで最も負荷がかからないオフセットを実際の駆動用オフセットに決定する。

因みに、図５の例では、初めに仮オフセットを−０．１したオフセットで負荷率を取得し、次に仮オフセット＋０．１したオフセットで負荷率を取得する。ここで、＋０．１した方が良い結果が得られたので、仮オフセット＋０．０５で負荷率を取得し、仮オフセットより良い結果が出たことが示され、この段階ではこの＋０．０５に決定する。但し、ここから更に変化量を小さくし、繰り返し負荷率を取得することにより更に適切なオフセットを取得するようにしても良い。

なお、以上のように本実施系形態では負荷率を基準にオフセットを決定しているので、第１Ｙ軸駆動機構１４ａと第２Ｙ軸駆動機構１４ｂ上の基準位置のズレを単純に設定する従来のオフセットに比べてＸ軸との直角度（直交度）が維持できないために、部品の吸着位置や搭載位置に精度上の問題が生じると考えられるかも知れない。しかしながら、負荷率を最小にするということは事実上直角度を高めていることになるので、実際のところ直角度の変化は極めて僅かであるため、特に問題にはならない。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。

（１）Ｙ軸方向の動作範囲全体において負荷率を小さくできるため、被駆動軸であるＸ軸方向の捩れにより生じる無理な力が減少し、駆動時の安定性を向上させることができることから、電子部品の実装に対する信頼性が向上する。

（２）Ｘ軸方向の捩れによる無理な力が減少することから、Ｘ軸方向の移動動作を円滑に行なうことが可能となり、消費電力を低下させることができ、更に装置寿命を延ばすことができる。

なお、前記実施形態では、負荷率として駆動時のモータについて検出される電流値を採用したが、これに限定されず、前述した如く軸の歪量であっても、又は軸の偏差量であっても良い。

図６には、軸の歪量の検出イメージを示す。この図に示されるように、第１Ｙ軸駆動機構１４ａ、第２Ｙ軸駆動機構１４ｂにそれぞれ付設されている各スケール（リニアエンコーダ）２０ａ、２０ｂ上の位置を、それぞれ対応するスケールヘッド２２ａ、２２ｂにより検出する構成において、第１モータ１６ａ、第２モータ１６ｂによりＸ軸駆動機構１２を駆動する際、両Ｙ軸駆動機構１４ａ、１４ｂの動作ストローク内を動かした際にメカ的な誤差等に起因して場所によって同じ量動作させてもスケール誤差が生じる場合がある。この場合の誤差を歪量として使用し、各々の軸を比較して軸の歪量とする。

又、図７には、軸の偏差量の検出イメージを示す。この図に示されるように、第１Ｙ軸駆動機構１４ａ、第２Ｙ軸駆動機構、１４ｂの延長上に配設したレーザ測長器２４により、動作ストローク内を動作させたＸ軸駆動機構を、レーザ測長して移動量を検出する。その際、場所によって動作させた量よりも多く又は少ない移動量として検出したときにはそれを偏差として使用し、両Ｙ軸上の差を軸の偏差とする。

又、前記実施形態と同様に、Ａ〜Ｅの各ポイント毎にモータの負荷電流を測定するが、ポイント区間の運転動作時に電流が一番少なくなるオフセットを選択し、区間毎にオフセットを切替駆動するようにしても良い。その際、ポイントでの最適なオフセットを使用する領域を設けるようにしても良い。例えば、ＡとＢの中間点及びＢとＣの中間点に境界を設け、その境界内はそこに存在するＢのオフセットを用いて駆動する。

又、上記のように境界を設けるのではなく、測定ポイント間のオフセット値を両側の測定ポイントにおけるオフセット値により近似曲線を引くことにより可変とするようにしても良い。

更に、移動するポイントを５点に限らず細かく設定し、それの全ての最適オフセットを取得して、運転時にその最適オフセットの切替えを行なうマッピング補正により運転するようにしても良い。

又、仮オフセットの取得動作方法については、前記図３のフローチャートでは片側のモータをフリーの状態としたが、両モータを同じ量だけ移動させ同様のオフセットを取得するようにしても良い。

実装装置の要部の概略を示す斜視図仮オフセットの取得イメージを示す模式図仮オフセットを取得する手順を示すフローチャートオフセット決定の手順を示すフローチャート負荷率データの一例を示す図表軸の歪量の検出イメージを示す模式図軸の偏差量の検出イメージを示す模式図

符号の説明

１０…搭載ヘッド
１２…Ｘ軸駆動機構
１４ａ…第１Ｙ軸駆動機構
１４ｂ…第２Ｙ軸駆動機構
１６ａ…第１モータ
１６ｂ…第２モータ

Claims

搭載ヘッドをＸ軸に沿って移動させるＸ軸駆動機構と、該搭載ヘッドをＸ軸駆動機構と一体で、対向配置された第１Ｙ軸、第２Ｙ軸に沿って各軸にそれぞれ設置されている第１モータ、第２モータを同時駆動し、各軸毎に設定されている基準位置を基準に移動させるＹ軸駆動機構を備えた実装装置を使用し、前記搭載ヘッドにより保持した電子部品を基板上に搭載する電子部品実装方法において、
前記第１モータ、第２モータを同時駆動する際に設定するオフセットを、予め両モータを駆動してＸ軸駆動機構をＹ軸方向に移動させた際の負荷率に基づいて設定することを特徴とする電子部品実装方法。
最初に仮オフセットを設定し、Ｘ軸駆動機構をＹ軸方向に移動させた際にＹ軸上の複数位置で負荷率を取得し、取得された負荷率がＹ軸駆動機構全体で最小となるように前記仮オフセットを微調整して、前記オフセットを設定することを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装方法。
前記負荷率が、モータ駆動時の電流検出値、軸の歪量及び軸の偏差量の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装方法。