JP2010123825A

JP2010123825A - 部品実装装置および部品実装方法

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Publication number: JP2010123825A
Application number: JP2008297540A
Authority: JP
Inventors: 誠司 ▲高▼橋; Seiji Takahashi
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2010-06-03
Anticipated expiration: 2028-11-21
Also published as: JP5018749B2

Abstract

【課題】小サイズの部品を対象として実装ヘッドによる押圧荷重を低荷重に設定した場合にあっても、部品保持ツールの位置を安定させることができる部品実装装置および部品実装方法を提供することを目的とする。
【解決手段】部品実装装置において半導体チップ６ａを吸着保持して基板保持部に保持された基板７に実装する実装ヘッドに、部品保持ツール６ａが基板保持部へ移動するヘッド移動過程において、アクチュエータ４５によって進退する進退軸部材４５ａの先端部の嵌合部４６を、ツール軸３５に設けられた位置規制部３５ｂに対して横方向から当接させてツール軸３５の上下方向の位置を固定し、半導体チップ６ａの上下方向の位置変動を抑制する。これにより、小サイズの部品を対象として実装ヘッドによる押圧荷重を低荷重に設定した場合にあっても、部品保持ツールの位置を安定させることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、部品供給部から取り出された半導体チップなどの部品を実装ヘッドによって基板に実装する部品実装装置および部品実装方法に関するものである。

半導体チップなどの部品はウェハシートが装着されたウェハテーブルなどの部品供給部から取り出され、リードフレームや樹脂基板などの基板に実装される。このような部品の実装は、部品を吸着保持する機能を有する実装ヘッドによって部品を部品供給部から基板に移送搭載することによって行われる。部品の移送搭載において、部品を吸着保持する吸着保持動作や部品を基板に着地させて搭載する搭載動作時には、実装ヘッドによって部品を所定の押圧荷重によって押圧する必要がある。このため従来より部品実装装置には、電子部品に当接して吸着保持する部品保持ツールに対して下向きの加圧力を付与する加圧機構が設けられている（例えば特許文献１参照）。ここでは、部品の厚さデータに基づいて制御される自動加圧装置を備え、部品をピックアップする際や基板に着地させる際に最良の押圧力で部品を基板に押しつける例が示されている。さらにこのような機械的な加圧機構の他にも、エアシリンダやダイヤフラムなどよって部品保持ツールに下向きの空圧による押圧力を付与する方式も用いられている（特許文献２参照）。特許文献２に示す例では、ダイヤフラムに供給されるエア圧力を調整することにより、押圧力を所望の値に設定することができる。
特開平２−６８９３９号公報特開２００３−１７４０４４号公報

ところで近年の電子機器の小型化の傾向に伴い実装対象となる部品の小サイズ化が進展している。このため、実装ヘッドによって部品を移送搭載する際の適正な押圧力も低下している。しかしながら空圧によって押圧力を付与する方式においてエア圧力を低圧にすると、部品を保持した部品保持ツールを上昇させて水平移動させる際に、次のような不都合が生じる。すなわち部品保持ツールの移動時には、ダイヤフラムによって押圧され部品保持ツールと結合されたノズル軸は、エア圧力によってストッパに押しつけられた状態で上下方向の位置が固定され、これにより移動時の部品保持ツールの位置が安定する。

ところが小サイズの部品に対応してエア圧力を低圧にすると、部品保持ツールの位置を固定する力が弱くなるため、移動時の衝撃などに起因する起振力によって部品保持ツールには振動が誘発されやすい。そしてこの振動により保持された部品もともに振動し、次のような不具合の要因となる。まず、部品が上下方向に振動すると、部品保持ツールが基板へ移動する途中に部品認識カメラによって実行される部品認識において明瞭な画像を取得することができず、認識精度が低下する。さらに、部品の振動は部品保持ツールによって保持された部品の位置ずれを招く場合が多く、最悪の場合には部品保持ツールから部品が落下する。

このようなエア圧力を低圧に設定することに起因する不都合を回避するため、実装ヘッドの移動時にダイヤフラムに供給されるエア圧力をより高圧に切り換えることも考えられるが、一般に空圧機器におけるエア圧力の切り換えは応答性が悪く、切り換え指令が出力されても実際にダイヤフラム内のエア圧力が指令通りの圧力に追従するまでには遅れ時間があり、高速動作が必要とされる部品実装装置には適していない。このように従来の部品実装装置には、小サイズの部品を対象として実装ヘッドによる押圧荷重を低荷重に設定し
た場合には、部品保持ツールの位置を安定させることが困難で認識精度の低下などの不具合を招くという課題があった。

そこで本発明は、小サイズの部品を対象として実装ヘッドによる押圧荷重を低荷重に設定した場合にあっても、部品保持ツールの位置を安定させることができる部品実装装置および部品実装方法を提供することを目的とする。

本発明の部品実装装置は、部品を供給する部品供給部と、基板を保持する基板保持部と、前記部品供給部によって供給された前記部品を吸着保持して前記基板保持部に保持された基板に実装する実装ヘッドとを備え、前記実装ヘッドは、昇降機構によって昇降自在に設けられたヘッド本体部と、前記ヘッド本体部に上下動自在に設けられたツール軸と、このツール軸の下端部に装着され前記部品に当接してこの部品を吸着保持する部品保持ツールと、前記ヘッド本体部に設けられ、前記ツール軸に下向きの加圧力を付与する加圧手段とを有し、さらに前記部品を吸着保持した部品保持ツールが前記基板保持部へ移動するヘッド移動過程において、前記ツール軸の上下方向の位置を固定することにより前記部品の上下方向の位置変動を抑制する位置固定手段を前記実装ヘッドに設けた。

本発明の部品実装方法は、部品を供給する部品供給部と、基板を保持する基板保持部と、前記部品供給部によって供給された前記部品を吸着保持して前記基板保持部に保持された基板に実装する実装ヘッドとを備え、前記実装ヘッドは、昇降機構によって昇降自在に設けられたヘッド本体部と、前記ヘッド本体部に昇降自在に設けられたツール軸と、このツール軸の下端部に装着され前記部品に当接してこの部品を吸着保持する部品保持ツールと、前記ヘッド本体部に設けられ、前記ツール軸に下向きの加圧力を付与する加圧手段とを有する構成の部品実装装置によって部品供給部から取り出された部品を基板に実装する部品実装方法であって、前記部品を吸着保持した部品保持ツールが前記基板保持部へ移動するヘッド移動過程において、前記実装ヘッドに設けられた位置固定手段によって前記ツール軸の上下方向の位置を固定することにより、前記部品の上下方向の位置変動を抑制する。

本発明によれば、部品を吸着保持して基板保持部に保持された基板に実装する実装ヘッドに、部品保持ツールが部品供給部から基板保持部へ移動するヘッド移動過程において、ツール軸の上下方向の位置を固定して部品の上下方向の位置変動を抑制する位置固定手段を設けることにより、小サイズの部品を対象として実装ヘッドによる押圧荷重を低荷重に設定した場合にあっても、部品保持ツールの位置を安定させることができる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の部品実装装置の全体斜視図、図２は本発明の一実施の形態の部品実装装置の正面図、図３は本発明の一実施の形態の部品実装装置における実装ヘッドの構造説明図、図４、図５は本発明の一実施の形態の部品実装装置における実装ヘッドの動作説明図、図６は本発明の一実施の形態の部品実装装置による部品実装動作の動作説明図、図７、図８は本発明の一実施の形態の部品実装装置における実装ヘッドの構造および動作の説明図である。

まず図１、図２を参照して、部品実装装置１の全体構成を説明する。部品実装装置１は基板に半導体チップなどの部品をボンディングによって実装する機能を有するものである。図１において基台２上には、部品供給ステージ３（部品供給部）、ユニット集合ステージ４および基板保持ステージ５（基板保持部）がＹ方向に配列されている。部品供給ステージ３に備えられたウェハ保持テーブル３ａには、実装対象となる部品である複数の半導
体チップ６ａが配列された半導体ウェハ６が保持されている。基板保持ステージ５は、基板７を保持する基板保持テーブル５ａをＸＹテーブル機構３２（図２参照）によって水平駆動する構成となっており、基板７には半導体チップ６ａが実装される。

ユニット集合ステージ４は、直動機構（図２に示すＸ軸移動機構２８）によってＸ方向に往復動する移動テーブル４ａに、後述するツールストッカ１５、中継ステージ１６、部品回収箱１７、部品認識カメラ１８などの機能ユニットを集合的に配設した構成となっている。ツールストッカ１５には、搭載ユニット１９に装着される部品保持ツール１９ａなど、部品種に応じて交換されて使用される複数の作業ツールが各部品種毎に収納される。部品回収箱１７は、部品供給ステージ３から取り出された後に、不良部品や混入した異種部品など基板７への実装が不適と判断された部品を廃棄回収する機能を有している。

部品供給ステージ３、ユニット集合ステージ４および基板保持ステージ５の上方には、基台２のＸ方向の端部に位置して、Ｙ軸フレーム８が支持ポスト８ａによって両端部を支持されてＹ方向に架設されている。Ｙ軸フレーム８の前面には、以下に説明する第１ヘッド１１、第２ヘッド１２をリニアモータ駆動によりＹ方向に案内して駆動するヘッド移動機構９が組み込まれている。第１ヘッド１１には半導体チップ６ａを保持して基板７に搭載する機能を有する搭載ユニット１９が装着されており、第２ヘッド１２には基板７に電子部品接合用の接着剤を塗布する機能を有する塗布ユニット２０が装着されている。

部品供給ステージ３、中継ステージ１６および基板保持ステージ５の上方には、位置認識のために第１カメラ２１、第２カメラ２２、第３カメラ２３が配設されている。第１カメラ２１は部品供給ステージ３において取り出し対象の半導体チップ６ａを撮像する。第２カメラ２２は部品供給ステージ３から取り出されて中継ステージ１６に位置補正のために仮置きされた半導体チップ６ａを撮像する。また第３カメラ２３は、基板保持ステージ５に保持された基板７を撮像して部品実装点の位置を認識する。またユニット集合ステージ４に配設された部品認識カメラ１８は、部品供給ステージ３から取り出された半導体チップ６ａを下方から撮像する。

図２に示すように、部品供給ステージ３はＸＹテーブル機構２４を備えており、ＸＹテーブル機構２４の上面に装着された水平な移動プレート２５には、複数の支持部材２６が立設されている。支持部材２６は、上面に半導体ウェハ６が装着保持されるウェハ保持テーブル３ａを支持している。半導体ウェハ６はウェハシート６ｂに複数の半導体チップ６ａを所定配列で貼着した構成となっている。ウェハシート６ｂには、能動面を上向きにしたフェイスアップ姿勢で個片に分割された状態の複数の半導体チップ６ａが貼着保持されている。

部品供給ステージ３には、半導体ウェハ６から半導体チップ６ａをピックアップするためのピックアップ作業位置［Ｐ１］が設定されている。第１カメラ２１の位置はピックアップ作業位置［Ｐ１］に対応しており、第１カメラ２１によって半導体ウェハ６を撮像した撮像結果を認識処理することにより、ピックアップ対象の半導体チップ６ａの位置が検出される。ウェハ保持テーブル３ａの内部においてピックアップ作業位置［Ｐ１］に対応する位置には、エジェクタ機構２７が配設されている。エジェクタ機構２７は、ウェハシート６ｂの下面側から半導体チップ６ａをピンで突き上げることにより、半導体チップ６ａのウェハシート６ｂからの剥離を促進する機能を有している。半導体チップ６ａの取り出し時にエジェクタ機構２７を昇降させてウェハシート６ｂの下面に当接させることにより、後述するピックアップヘッド１４による半導体チップ６ａのウェハシート６ｂからの取り出しを容易に行うことができる。

部品取り出し動作においては、ＸＹテーブル機構２４を駆動してウェハシート６ｂをＸ
Ｙ方向に水平移動させることにより、ウェハシート６ｂに貼着された複数の半導体チップ６ａのうち、取り出し対象となる所望の半導体チップ６ａをピックアップ作業位置［Ｐ１］に位置させる。なおここでは、部品供給ステージ３として、ウェハシート６ｂに貼着されたウェハ状態の部品を供給する方式のウェハテーブルを用いる例を示したが、複数の部品を所定の平面配列で供給する部品トレイを、ウェハテーブルと交換自在に部品供給ステージ３に配置するようにしてもよい。

部品供給ステージ３の上方には、半導体チップ６ａを吸着して保持するピックアップノズル１４ａを備えたピックアップヘッド１４が配設されている。ピックアップヘッド１４はピックアップアーム１３ａによって保持されており、ピックアップアーム１３ａは、Ｙ軸フレーム８の下面に縣吊して配置されたピックアップヘッド移動機構１３から、部品供給ステージ３の上方に延出して設けられている。ピックアップヘッド移動機構１３を駆動することにより、ピックアップアーム１３ａはＸＹＺ方向に移動するとともに、Ｘ方向の軸廻りに回転する。

これにより、ピックアップヘッド１４は部品供給ステージ３の上方とユニット集合ステージ４の上方との間でＹ方向に移動するとともに、Ｘ方向に進退する。これによりピックアップヘッド１４は、部品供給ステージ３から半導体チップ６ａをピックアップして、ユニット集合ステージ４に設けられた中継ステージ１６に移送する動作を行う。また必要時には、ピックアップヘッド１４をピックアップ作業位置［Ｐ１］の上方からＸ方向に退避させることが可能となっており、さらにピックアップアーム１３ａを回転させてピックアップヘッド１４を反転させることにより、ピックアップノズル１４ａに保持した半導体チップ６ａの姿勢を表裏反転させることが可能となっている。

図２に示すように、ユニット集合ステージ４および基板保持ステージ５は、ベースプレート３１の上面に設けられており、ベースプレート３１は基台２の上面に立設された複数の支持ポスト３０によって下方から支持されている。移動テーブル４ａをＸ方向に移動させるＸ軸移動機構２８は、ベース部２９上にモータを駆動源とする送りねじ直動機構２８ａと直動ガイド機構２８ｂを配設して構成されている。

中継ステージ１６には、部品供給ステージ３からピックアップヘッド１４によって取り出された半導体チップ６ａが位置補正のために載置される（矢印ａ）。中継ステージ１６には中継位置［Ｐ２］が設定されており、第２カメラ２２は中継位置［Ｐ２］に対応して配置されている。Ｘ軸移動機構２８によって中継ステージ１６を移動させることにより、中継ステージ１６に載置された半導体チップ６ａを中継位置［Ｐ２］に位置させて第２カメラ２２によって撮像することができ、これにより中継ステージ１６に載置された半導体チップ６ａの位置が検出される。部品認識カメラ１８は中継ステージ１６に隣接して配置されており、同様にＸ軸移動機構２８を駆動することにより、部品認識位置［Ｐ３］に移動する。中継ステージ１６に仮置きされて位置認識の後に取り出された半導体チップ６ａは、部品認識位置［Ｐ３］にて部品認識カメラ１８によって撮像され位置検出が行われる。

基板保持ステージ５は、ＸＹテーブル機構３２上に基板７を保持する基板保持テーブル５ａを設けた構成となっている。基板保持ステージ５には、半導体チップ６ａを基板保持テーブル５ａに保持された基板７に実装するための実装作業位置［Ｐ４］が設定されており、第３カメラ２３は実装作業位置［Ｐ４］に対応して配置されている。第３カメラ２３によって基板７を撮像することにより、基板７に設定された部品実装点７ａの位置が検出される。そしてＸＹテーブル機構３２を駆動することにより、基板保持テーブル５ａは基板７とともにＸＹ方向に水平移動し、基板７に設定された任意の部品実装点７ａを実装作業位置［Ｐ４］に位置させることができる。

次に、第１ヘッド１１、第２ヘッド１２について説明する。図２においてＹ軸フレーム８に設けられたＹ軸ガイド機構９の前面には、第１ヘッド１１および第２ヘッド１２をＹ方向にガイドするための２条のガイドレール９ａが設けられており、これらのガイドレール９ａの間には以下に説明する第１ヘッド１１および第２ヘッド１２をＹ方向に駆動するためのリニアモータを構成する固定子９ｂが配設されている。ガイドレール９ａには図示しないスライダがＹ方向にスライド自在に嵌合しており、このスライダは垂直な移動プレート１１ａ、１２ａの背面に固着されている。

移動プレート１１ａ、１２ａの背面には、固定子９ｂに対向してリニアモータを構成するする可動子（図示省略）が配設されている。これらのリニアモータを駆動することにより、第１ヘッド１１および第２ヘッド１２はガイドレール９ａによってガイドされて、それぞれＹ方向に移動する（矢印ｂ）。移動プレート１１ａ、１２ａの前面には、それぞれ昇降機構１１ｂ、１２ｂが配設されており、昇降機構１１ｂ、１２ｂの前面には昇降プレート１１ｃ、１２ｃが、ガイドレール１１ｄ、スライダ１１ｅよりなるスライドガイド機構（図３参照）により垂直方向にスライド自在に配設されている。昇降機構１１ｂ、１２ｂを駆動することにより、昇降プレート１１ｃ、１２ｃはそれぞれ昇降する（矢印ｃ）。昇降プレート１１ｃには、下部に部品保持ツール１９ａを備えた搭載ユニット１９が着脱自在に装着されており、昇降プレート１２ｃには、２基の塗布ユニット２０が着脱自在に装着されている。

搭載ユニット１９は部品保持ツール１９ａによって実装対象の部品である半導体チップ６ａを保持する機能を有しており、第１ヘッド１１をＹ方向に水平移動させて昇降プレート１１ｃが昇降することにより、搭載ユニット１９は部品供給ステージ３から供給された半導体チップ６ａを、基板保持ステージ５に保持された基板７に搭載する（矢印ｄ）。ここでは、搭載ユニット１９が装着された第１ヘッド１１による実装形態として、ピックアップヘッド１４によって部品供給ステージ３から取り出され中継ステージ１６上に載置された半導体チップ６ａを搭載ユニット１９によって保持して基板７に搭載するプリセンタ実装形態と、部品供給ステージ３の半導体チップ６ａを直接搭載ユニット１９によって保持して基板７に搭載するダイレクト実装形態と、ピックアップヘッド１４によって部品供給ステージ３から取り出され表裏反転状態でピックアップヘッド１４に保持された半導体チップ６ａを搭載ユニット１９によって保持して基板７に搭載するフェイスダウン実装形態とを選択的に実行できるようになっている。すなわち搭載ユニット１９が装着された第１ヘッド１１は、部品供給ステージ３によって供給された半導体チップ６ａを吸着保持して、基板保持ステージ５に保持された基板７に実装する実装ヘッドとなっている。

第２ヘッド１２に装着された塗布ユニット２０は、部品接着用の樹脂接着剤であるペーストを収納したシリンジ２０ａおよびペーストを吐出する塗布ノズル２０ｂを備えている。第２ヘッド１２を基板保持ステージ５に保持された基板７の上方に移動させて、塗布ユニット２０による塗布動作を行わせることにより（矢印ｅ）、塗布ノズル２０ｂから吐出したペーストを基板７の部品実装点７ａに塗布する。

次に図３を参照して、第１ヘッド１１に装着された搭載ユニット１９の構造を説明する。図３において、昇降機構１１ｂの前面にガイドレール１１ｄ、スライダ１１ｅよりなるスライドガイド機構によって垂直方向にスライド自在に配設された昇降プレート１１ｃの前面には、搭載ユニット１９が装着されている。搭載ユニット１９の本体部を構成するヘッド本体部３３には、円筒状のシリンダ室３３ａにピストン３４を上下動自在に嵌合させた構成のエアシリンダ機構が内蔵されている。ピストン３４には下方に延出するツール軸３５が結合されており、ツール軸３５はピストン３４とともに上下動自在となっている。シリンダ室３３ａに連通して設けられた吸気ポート３３ｂには給気配管３６が接続されて
おり、さらに給気配管３６はオンオフバルブ３７、レギュレータ３８を介して空圧供給源３９に接続されている。空圧供給源３９を作動させた状態で、オンオフバルブ３７、レギュレータ３８を制御部４３によって制御することにより、シリンダ室３３ａ内に所望の圧力のエアを、所望のオンオフタイミングで供給することができる。これにより、ツール軸３５には所望のタイミングで所望の大きさの下向きの加圧力が付与される。

ツール軸３５にはヘッド本体部３３の下方に位置して、位置規制部３５ｂが径方向に張り出して設けられている。位置規制部３５ｂは、ツール軸３５を上下方向に位置固定するために設けられたものであり、上下方向に位置規制するための嵌合部４６が側方から嵌合する形状に設けられている（図５参照）。ツール軸３５が位置規制部３５ｂからさらに下方に延出した下端部には、保持対象となる半導体チップ６ａに当接して保持する部品保持ツール１９ａが装着されている。ツール軸３５の内部に上下方向に設けられた吸引孔３５ａは、部品保持ツール１９ａに設けられた吸着孔１９ｂと連通している。吸引孔３５ａには真空吸引用の真空配管４０が接続されており、さらに真空配管４０はオンオフ弁４１を介して真空吸引源４２に接続されている。オンオフ弁４１は制御部４３によって制御され、これにより、部品保持ツール１９ａにおいて吸着孔１９ｂから真空吸引し、この真空吸引力により半導体チップ６ａを吸着保持する。

すなわち第１ヘッド１１に搭載ユニット１９を装着した構成の実装ヘッドは、昇降機構である昇降機構１１ｂによって昇降自在に設けられたヘッド本体部３３と、ヘッド本体部３３に上下動自在に設けられたツール軸３５と、このツール軸３５の下端部に装着され、部品である半導体チップ６ａに当接して半導体チップ６ａを吸着保持する部品保持ツール１９ａと、ヘッド本体部３３に設けられツール軸３５に下向きの加圧力を付与する加圧手段としてのエアシリンダ機構を有する形態となっている。なお、加圧手段としてここではエアシリンダを用いた例を示しているが、エアシリンダに代えてダイヤフラムなどの空力変換機構を用いてもよい。また加圧力を発生する機構として空圧以外のものを用いてもよい。

部品実装動作における搭載ユニット１９の動作状態について、図４を参照して説明する。図４（ａ）は、上昇状態にある搭載ユニット１９が部品保持ツール１９ａによって半導体チップ６ａを吸着保持している状態を示している。すなわち真空配管４０から真空吸引することにより（矢印ｆ）、部品保持ツール１９ａの下端部には半導体チップ６ａが保持されている。このとき、給気配管３６からエア（圧力Ｐ１）がシリンダ室３３ａ内に供給されることにより（矢印ｇ）、ピストン３４はシリンダ室３３ａの底部３３ｃに押し付けられ、この押付力Ｆ（ピストン３４の受圧面積と圧力Ｐ１によって規定される。）によってツール軸３５はヘッド本体部３３に対して位置固定された状態となる。

図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す状態から、搭載ユニット１９を下降させて（矢印ｈ）、部品保持ツール１９ａに吸着保持された半導体チップ６ａを、基板保持テーブル５ａに保持された基板７に実装する際の状態を示している。この部品実装動作においては、ピストン３４の下面が底部３３ｃから離隔してフローティング状態となる位置まで搭載ユニット１９を下降させる。これにより、シリンダ室３３ａ内に供給されたエア（圧力Ｐ１）がピストン３４に作用することによる押付力Ｆは、ツール軸３５、部品保持ツール１９ａを介して半導体チップ６ａにそのまま負荷され、この押付力Ｆが半導体チップ６ａを基板７に実装する際のボンディング荷重となる。

ここで、ボンディング荷重と実装対象の部品の種類との関係について説明する。ボンディング荷重は実装対象の部品のサイズや種類に応じた適正値に設定され、対象となる部品が小サイズ部品である場合には、ボンディング荷重を発生させるための圧力Ｐ１は、通常サイズの部品を対象とする場合と比較して低い圧力に設定される。ところがこの場合には
、図４（ａ）に示す押付力Ｆもボンディング荷重と同様に小さくなることから、部品保持ツール１９ａに半導体チップ６ａを保持した搭載ユニット１９を移動させる際に、半導体チップ６ａの位置を固定する力が弱くなり、部品保持ツール１９ａの位置が不安定となりやすい。

このような部品保持ツール１９ａの位置の不安定は、半導体チップ６ａの位置認識のための画像取得時における画像品質の低下や部品脱落などの不具合を招くため、ボンディング荷重が小さい部品を対象とする場合には、部品保持ツール１９ａの位置を安定的に固定するための対策が求められる。ここでこの対策として、シリンダ室３３ａ内に供給される圧力を必要に応じて切り換えることも考えられるが、一般に空圧機器における圧力の切り換えは応答性が悪いという難点がある。すなわち切り換え指令が出力されても実際にシリンダ室３３ａ内の圧力が指令通りに追従するまでには遅れ時間があり、高速動作が必要とされる部品実装装置には適していない。

本実施の形態に示す部品実装装置１においては、このような不都合を解消するため、以下に説明する位置固定手段を搭載ユニット１９に設けることにより、第１ヘッド１１の移動状態における部品保持ツール１９ａの位置を安定させるようにしている。まずこの位置固定手段として、ツール軸３５に対して位置規制部材を横方向から当接させることによりこのツール軸３５の上下方向の位置を規制する位置規制機構を用いた例を、図５を参照して説明する。

すなわち、図５（ａ）において、ヘッド本体部３３の側面に結合された保持ブラケット４４には、位置規制部材である進退軸部材４５ａを進退させる機能を有するアクチュエータ４５が、進退軸部材４５ａの進退方向を水平にした姿勢で装着されている。アクチュエータ４５および位置規制部３５ｂは、ツール軸３５の上下方向の位置を規制する位置規制機構を構成する。アクチュエータ４５としては、空圧によって進退軸部材４５ａを進退させるエアシリンダや電磁駆動式のソレノイドなどを用いることができる。

進退軸部材４５ａの先端部には、ツール軸３５に設けられた位置規制部３５ｂに横方向から当接して嵌合する形状の嵌合部４６が設けられており、嵌合部４６が位置規制部３５ｂに嵌合することにより、ツール軸３５の上下方向の位置が規制される。嵌合部４６の上下方向の位置は、図５（ｂ）に示すように、ピストン３４が底部３３ｃに当接した状態、すなわち半導体チップ６ａを部品保持ツール１９ａによって保持した搭載ユニット１９が上昇した状態（図４（ａ）参照）において、嵌合部４６が位置規制部３５ｂに正しく当接して嵌合するような位置に設けられている。

図５（ａ）に示す部品実装動作時など、部品保持ツール１９ａが半導体チップ６ａを基板７に対して押し付けているときには、進退軸部材４５ａを退行させて嵌合部４６を位置規制部３５ｂから離脱させる。この状態では、ツール軸３５にはアクチュエータ４５による位置規制作用が及ばず、位置固定ＯＦＦ状態となる。また半導体チップ６ａを部品保持ツール１９ａによって保持した搭載ユニット１９が上昇して移動するときなどには、図５（ｂ）に示すように、進退軸部材４５ａを進出させて（矢印ｉ）、嵌合部４６を位置規制部３５ｂに横方向から当接させる。これにより、ツール軸３５の上下方向の位置が規制されて位置固定ＯＮ状態となり、搭載ユニット１９の移動状態におけるツール軸３５の位置を安定的に固定することができる。

図６は、図５に示す位置固定手段が設けられた搭載ユニット１９が第１ヘッド１１に装着された構成の部品実装装置１によって、半導体チップ６ａを基板保持ステージ５に保持された基板７に実装する部品実装方法を示している。ここでは、部品供給ステージ３からピックアップヘッド１４によって取り出されて、位置補正のために中継ステージ１６に載
置された半導体チップ６ａを搭載ユニット１９によって吸着保持して、基板７に移送して実装する動作例を示している。すなわち、図２に示す第１ヘッド１１を移動させることにより、図６（ａ）に示すように、搭載ユニット１９をユニット集合ステージ４の中継ステージ１６の上方に移動させ、次いで部品保持ツール１９ａを下降させて半導体チップ６ａに当接させる。このとき、搭載ユニット１９においては、進退軸部材４５ａが位置規制部３５ｂから退行した状態にあって、ツール軸３５にアクチュエータ４５による位置規制作用が及ばない位置固定ＯＦＦ状態となっている。したがって半導体チップ６ａには図４（ｂ）に示す圧力Ｐ１による適正な押付力が作用し、良好な部品保持動作が実現される。

この後、図６（ｂ）に示すように、半導体チップ６ａを部品保持ツール１９ａによって吸着保持した搭載ユニット１９を第１ヘッド１１によって移動させる（矢印ｊ）。このヘッド移動過程においては、アクチュエータ４５を作動させて進退軸部材４５ａを進出させ、嵌合部４６を位置規制部３５ｂに横方向から当接させて、ツール軸３５の上下方向の位置を規制して固定する。これにより、ヘッド移動過程における半導体チップ６ａの上下方向の位置変動が抑制され、部品保持ツール１９ａからの半導体チップ６ａの落下などの搬送不具合を防止するとともに、部品保持ツール１９ａに保持された半導体チップ６ａを部品認識カメラ１８によって下方から撮像することにより取得される画像品質を、良好に確保することができる。

この後、基板保持ステージ５に保持された基板７の上方に搭載ユニット１９が移動し、次いで搭載ユニット１９を下降させることにより、部品保持ツール１９ａに吸着保持した半導体チップ６ａを基板保持ステージ５に保持された基板７に実装する。このとき、搭載ユニット１９においては、進退軸部材４５ａを位置規制部３５ｂから退行させて、アクチュエータ４５による位置規制作用を解除して位置固定ＯＦＦ状態とする。これにより、半導体チップ６ａには図４（ｂ）に示す圧力Ｐ１による適正なボンディング荷重が作用し、良好な部品実装動作が実現される。

すなわち上述の部品実装方法は、半導体チップ６ａを吸着保持した部品保持ツール１９ａが基板保持ステージ５へ移動するヘッド移動過程において、搭載ユニット１９に設けられた位置固定手段によってツール軸３５の上下方向の位置を固定することにより、半導体チップ６ａの上下方向の位置変動を抑制する形態となっている。そしてツール軸３５の上下方向の位置を固定するに際し、ツール軸３５に対してアクチュエータ４５の進退軸部材４５ａを横方向から当接させることにより、このツール軸３５の上下方向の位置を規制するようにしている。これにより、小サイズの部品を対象としてボンディング荷重を低荷重に設定した場合にあっても、部品保持ツールの位置を安定させることができ、部品の落下や部品の位置不安定に起因する認識精度の低下などの不具合を防止することができる。

なお上述例では、ツール軸３５の位置を安定させるための位置固定手段として、ツール軸３５に位置規制部材を横方向から当接させる例を示したが、位置固定手段の構成例はこれに限定されるものではなく、種々の機構を用いることができる。例えば図７は、位置固定手段として、ツール軸３５に下向きの位置固定用の付加加圧力を付与する付加加圧手段を、加圧手段であるヘッド本体部３３とは別個に設けた搭載ユニット１９Ａの例を示している。

すなわち、図７（ａ）において、搭載ユニット１９Ａを構成するヘッド本体部３３の側面には、進退軸部材４７ａを進退させる機能を有するアクチュエータ４７が、進退軸部材４７ａの進退方向を垂直下向きにした姿勢で装着されている。またアクチュエータ４７の下面には、水平な押下げレバー４９の一端部に設けられた軸支部４９ａを軸支する軸支部材４８が結合されており、進退軸部材４７ａの下端部は押下げレバー４９の上面に当接している。アクチュエータ４７を作動させて進退軸部材４７ａを下方に進出させることによ
り、進退軸部材４７ａは押下げレバー４９に当接して下方に押し下げる。

また進退軸部材４７ａを上方に退行させることにより、押下げレバー４９はバネなどの付勢手段（図示省略）によって原位置に戻る。アクチュエータ４７としては、空圧によって進退軸部材４７ａを進退させるエアシリンダや電磁駆動式のソレノイドなどを用いることができる。進退軸部材４７ａの先端部には、ツール軸３５において外側に延出して設けられた押下げ部３５ｃの上面に当接して下方に押圧する当接部５０が設けられており、当接部５０が押下げ部３５ｃを下方に押圧することにより、ツール軸３５には付加加圧力が付与される。アクチュエータ４７および押下げレバー４９は、ツール軸３５に下向きの位置固定用の付加加圧力を付与する付加加圧手段を構成する。

図７（ａ）に示す部品実装動作時など、部品保持ツール１９ａが半導体チップ６ａを基板７に対して押し付けているときには、進退軸部材４７ａを退行させて当接部５０を押下げ部３５ｃから離隔させる。この状態では、ツール軸３５にはアクチュエータ４７による付加加圧力が作用せず、位置固定ＯＦＦ状態となる。また半導体チップ６ａを部品保持ツール１９ａによって保持した搭載ユニット１９が上昇して移動するときには、図７（ｂ）に示すように、進退軸部材４７ａを進出させて（矢印ｋ）押下げレバー４９に当接させ、押下げレバー４９を下方に押し下げる。これにより、押下げレバー４９の先端部に設けられた当接部５０が押下げ部３５ｃの上面に当接して下方に押圧する。この押圧動作による下方への力は、シリンダ室３３ａ内の圧力Ｐ１によってピストン３４の下面を底部３３ｃに押し付ける押付力に、付加加圧力Ｆａとして付加される。これによりツール軸３５の上下方向の位置を固定する位置固定力が増大して位置固定ＯＮ状態となり、搭載ユニット１９Ａの移動状態におけるツール軸３５の位置を安定的に固定することができる。

そして上述の搭載ユニット１９Ａを用いた部品実装装置１による部品実装方法においては、半導体チップ６ａを吸着保持した部品保持ツール１９ａが基板保持ステージ５へ移動するヘッド移動過程において、搭載ユニット１９Ａに設けられた付加加圧手段によってツール軸３５の上下方向の位置を固定することにより、半導体チップ６ａの上下方向の位置変動を抑制する形態となっている。すなわちツール軸３５の上下方向の位置を固定するに際し、ヘッド本体部３３に設けられたエアシリンダ機構とは別個に設けられた上述構成の付加加圧手段によってツール軸３５に下向きの位置固定用の付加加圧力を付与することにより、このツール軸３５の上下方向の位置を固定するようにしている。

さらに図８は、付加加圧手段として、ヘッド本体部３３に設けられたエアシリンダ機構と同軸にツール軸３５に空圧による下向きの位置固定用の付加加圧力を付与する空圧式付加加圧手段を設けた搭載ユニット１９Ｂの例を示している。すなわち図８（ａ）において、搭載ユニット１９Ｂを構成するヘッド本体部３３の下面には、空圧式付加加圧手段であるサブシリンダ５１が付設されている。サブシリンダ５１にはヘッド本体部３３と共通のツール軸３５が上下に挿通しており、円筒状のシリンダ室５１ａにはツール軸３５と結合されたサブピストン５２が上下動自在に嵌合している。サブピストン５２の上側においてシリンダ室５１ａに連通して設けられた給気ポート５１ｂには給気配管５３が接続されており、給気配管５３から給気ポート５１ｂを介してシリンダ室５１ａ内にエアを供給することにより、サブシリンダ５１にはエア圧力が作用する。これにより、ツール軸３５には、シリンダ室３３ａ内に供給されたエアの圧力Ｐ１によって発生する加圧力とは別個に、サブシリンダ５１に供給されたエアの圧力に応じた下向きの加圧力が付加される。

図８（ａ）に示す部品実装動作時など、部品保持ツール１９ａが半導体チップ６ａを基板７に対して押し付けているときには、実装対象の半導体チップ６ａに応じたボンディング荷重を発生させるための圧力Ｐ１のエアを、シリンダ室３３ａ内のみに供給する（矢印ｌ）。この状態では、ツール軸３５にはサブシリンダ５１による付加加圧力が作用せず、
位置固定ＯＦＦ状態となる。また半導体チップ６ａを部品保持ツール１９ａによって保持した搭載ユニット１９Ｂが上昇して移動するときには、図８（ｂ）に示すように、給気配管５３からシリンダ室５１ａ内に圧力Ｐ２のエアを供給する（矢印ｍ）。これにより、ツール軸３５には圧力Ｐ２に応じた加圧力が伝達され、ピストン３４の下面が底部３３ｃを押し付ける押付力には、上述のボンディング荷重に加えて圧力Ｐ２に応じた加圧力が付加される。これによりツール軸３５の上下方向の位置を固定する位置固定力が増大して位置固定ＯＮ状態となり、搭載ユニット１９Ｂの移動状態におけるツール軸３５の位置を安定的に固定することができる。

そして上述の搭載ユニット１９Ｂを用いた部品実装装置１による部品実装方法においては、半導体チップ６ａを吸着保持した部品保持ツール１９ａが基板保持ステージ５へ移動するヘッド移動過程において、搭載ユニット１９Ｂに設けられた空圧式付加加圧手段によってツール軸３５の上下方向の位置を固定することにより、半導体チップ６ａの上下方向の位置変動を抑制する形態となっている。すなわちツール軸３５の上下方向の位置を固定するに際し、上述構成の空圧式付加加圧手段によって空圧による下向きの付加加圧力を付与することにより、このツール軸３５の上下方向の位置を固定するようにしている。

本発明の部品実装装置は、小サイズの部品を対象として実装ヘッドによる押圧荷重を低荷重に設定した場合にあっても、部品保持ツールの位置を安定させることができるという効果を有し、リードフレームや樹脂基板などに部品を実装する分野に利用可能である。

本発明の一実施の形態の部品実装装置の全体斜視図本発明の一実施の形態の部品実装装置の正面図本発明の一実施の形態の部品実装装置における実装ヘッドの構造説明図本発明の一実施の形態の部品実装装置における実装ヘッドの動作説明図本発明の一実施の形態の部品実装装置における実装ヘッドの動作説明図本発明の一実施の形態の部品実装装置による部品実装動作の動作説明図本発明の一実施の形態の部品実装装置における実装ヘッドの構造および動作の説明図本発明の一実施の形態の部品実装装置における実装ヘッドの構造および動作の説明図

符号の説明

１部品実装装置
３部品供給ステージ
４ユニット集合ステージ
５基板保持ステージ
６半導体ウェハ
６ａ半導体チップ
７基板
９ヘッド移動機構
１１第１ヘッド
１２第２ヘッド
１９、１９Ａ、１９Ｂ搭載ユニット
１９ａ部品保持ツール
３３ヘッド本体部
３４ピストン
３５ツール軸
３５ｂ位置規制部
４５、４７アクチュエータ
４５ａ、４７ａ進退軸部材
５１サブシリンダ

Claims

部品を供給する部品供給部と、基板を保持する基板保持部と、前記部品供給部によって供給された前記部品を吸着保持して前記基板保持部に保持された基板に実装する実装ヘッドとを備え、
前記実装ヘッドは、昇降機構によって昇降自在に設けられたヘッド本体部と、前記ヘッド本体部に上下動自在に設けられたツール軸と、このツール軸の下端部に装着され前記部品に当接してこの部品を吸着保持する部品保持ツールと、前記ヘッド本体部に設けられ、前記ツール軸に下向きの加圧力を付与する加圧手段とを有し、
さらに前記部品を吸着保持した部品保持ツールが前記基板保持部へ移動するヘッド移動過程において、前記ツール軸の上下方向の位置を固定することにより前記部品の上下方向の位置変動を抑制する位置固定手段を前記実装ヘッドに設けたことを特徴とする部品実装装置。
前記位置固定手段は、前記ツール軸に対して位置規制部材を横方向から当接させることによりこのツール軸の上下方向の位置を規制する位置規制機構であることを特徴とする請求項１記載の部品実装装置。
前記位置固定手段は、前記加圧手段とは別個に設けられて前記ツール軸に下向きの位置固定用の付加加圧力を付与する付加加圧手段であることを特徴とする請求項１記載の部品実装装置。
前記付加加圧手段は、前記加圧手段と同軸に設けられて前記ツール軸に空圧による下向きの位置固定用の付加加圧力を付与する空圧式付加加圧手段であることを特徴とする請求項３記載の部品実装装置。
部品を供給する部品供給部と、基板を保持する基板保持部と、前記部品供給部によって供給された前記部品を吸着保持して前記基板保持部に保持された基板に実装する実装ヘッドとを備え、前記実装ヘッドは、昇降機構によって昇降自在に設けられたヘッド本体部と、前記ヘッド本体部に昇降自在に設けられたツール軸と、このツール軸の下端部に装着され前記部品に当接してこの部品を吸着保持する部品保持ツールと、前記ヘッド本体部に設けられ、前記ツール軸に下向きの加圧力を付与する加圧手段とを有する構成の部品実装装置によって部品供給部から取り出された部品を基板に実装する部品実装方法であって、
前記部品を吸着保持した部品保持ツールが前記基板保持部へ移動するヘッド移動過程において、前記実装ヘッドに設けられた位置固定手段によって前記ツール軸の上下方向の位置を固定することにより、前記部品の上下方向の位置変動を抑制することを特徴とする部品実装方法。
前記ツール軸の上下方向の位置を固定するに際し、前記ツール軸に対して位置規制部材を横方向から当接させることによりこのツール軸の上下方向の位置を規制することを特徴とする請求項５記載の部品実装方法。
前記ツール軸の上下方向の位置を固定するに際し、前記加圧手段とは別個に設けられた付加加圧手段によって前記ツール軸に下向きの位置固定用の付加加圧力を付与することを特徴とする請求項５記載の部品実装方法。
前記加圧手段と同軸に設けられた空圧式付加加圧手段によって空圧による下向きの付加加圧力を付与することを特徴とする請求項７記載の部品実装方法。