JP2011018817A - 電子部品の装着ヘッド、電子部品の吸着ノズル及び電子部品装着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微小チップ部品の吸着・装着時に位置ズレが発生しても先付け部品と干渉せず、高密度実装を実現できる電子部品の吸着ノズル、電子部品の吸着ヘッドあるいは電子部品供給装置を提供する。
【解決手段】特に長辺が１．6ｍｍ以下の長方形の微小チップ部品３を吸着する吸着孔１０ｈと前記吸着孔１０ｈに連通する吸引通路とを有する吸着ノズルまたは前記吸着ノズルを有する電子部品の装着ヘッドにおいて、前記吸着ノズルの先端部１０の吸着面１５の吸着面積が前記微小チップ部品３の被吸着面の面積より小さいことを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、装着ヘッドで部品供給装置から電子部品を吸着し、プリント基板上に電子部品を装着する電子部品の装着ヘッド及び電子部品装着装置に関し、特に長方形の微小チップ部品の吸着・装着に好適な吸着ノズル及びそれを用いた電子部品の装着ヘッドあるいは電子部品装着装置に関する。

電子機器は軽薄短小化・高機能化が進み、0603微小チップ部品（横０.６mm×縦０.３mm）や0402微小チップ部品（横０.４mm×縦０.２mm)などの長方形の電子部品を高密度に実装することが求められる。

長方形の微小チップ部品の吸着ノズルとしては、特許文献１がある。特許文献１は、所謂ロータリーヘッド方式で、ロータリー装着ヘッドの移動時間を短くするために、基準位置から変位した状態で電子部品を吸着し、前記部品の被吸着面の面積より大きな吸着ノズル面積で、変位位置での吸着及び装着の際に隣接部品と干渉しない方式を開示している

ＷＯ０１／０３０５４３号

電子部品の吸着時には、電子部品の供給テープの収納ポケット寸法よりも電子部品が小さいことにより収納ポケット内で電子部品が動くこと、電子部品吸着時（電子部品吸い上げ時）に電子部品がずれること、により吸着ズレが発生する。また、装着時においても、吸着ノズルが微小チップ部品を吸着した状態で下から部品を撮像して吸着ズレを補正するが、補正できずに残る部品認識結果の誤差と、装置ヘッドの装着精度(装置の装着位置を補正したときの誤差)など、により装着ズレが発生する。そして、上記の吸着ズレを補正するための吸着ノズルの回転角度に、上記の装着ズレによる吸着ノズルの回転角度を加えた総回転角度により、また、Ｘ−Ｙ方向の装着位置を補正した結果、電子部品を装着する際に、吸着ノズルが隣接する先付け電子部品と干渉する虞がある。上記総回転角度のうち装着ズレによるものは僅かで、ほとんどは上記吸着ズレを補正するための回転角度であり、上記干渉の主な原因は吸着ズレである。また、上記干渉する虞は、隣接電子部品との許容距離間であるクリアランスが小さい微小チップ部品程大きい。

しかしながら、特許文献１は、前述した吸着ズレや装着ズレを考慮していないので、吸着ノズルが先付け微小チップ部品と干渉する虞がある。

このような干渉の虞は、安定した吸着力を得るために吸着ノズルの先端部形状が長方形となった1608微小チップ部品（横１.６mm×縦０.８mm）以降、特に長辺が１ｍｍ以下の部品である0603微小チップ部品（横０.６mm×縦０.３mm）や0402微小チップ部品（横０.４mm×縦０.２mm)などの長方形の電子部品に対し高いものがある。

従って、本発明の第1の目的は、吸着ズレや装着ズレが発生しても先付け微小チップ部品と干渉せず、高密度実装を実現できる電子部品の吸着ノズル又は電子部品の装着ヘッドを提供することである。

また、本発明の第２の目的は、前記吸着ノズルを有する吸着ヘッド用いることで、微小チップ部品の高密度実装が実現できる電子部品装着装置を提供することである。

本発明は、前記第１の目的を達成するために、内部に第１の吸引通路を形成した吸着ノズル本体と、前記吸着ノズル本体の下端部に着脱自在に装着され前記第1の吸引通路に連通する第２の吸引通路を形成した吸着ノズルとを有する吸着ノズル部を備え、長方形の微小チップ部品を装着する電子部品の装着ヘッド、または長方形の微小チップ部品を吸着する吸着孔と前記吸着孔に連通する吸引通路とを有する吸着ノズルにおいて、前記吸着ノズルの先端部の吸着面の吸着面積が前記微小チップ部品の被吸着面の面積より小さいことを第１の特徴とする。

また、本発明は、前記第１の目的を達成するために、第１の特徴に加え、前記吸着面の長辺側長さは前記被吸着面の長辺側長さ以下、前記吸着面の短辺側長さは前記被吸着面の短辺側長さ以下としたことを第２の特徴とする。

さらに、本発明は、前記第１の目的を達成するために、第１または第２の特徴に加え、前記微小チップは一辺が１ｍｍ以下のチップであって、前記吸着面の形状は、前記微小チップ部品を隣接する先付け微小チップ部品との干渉を回避するように前記先付け微小チップ部品の各辺に対し規定される山形状の２辺を少なくとも前記吸着面の長辺側に有していることを第３の特徴とする。

また、本発明は、前記第１の目的を達成するために、第１または第２の特徴に加え、前記吸着面の形状は、前記微小チップ部品を隣接する先付け微小チップ部品との干渉を回避するように前記先付け微小チップ部品の各辺に対し規定される山形状の２辺によって各辺が形成される形状より内側に直線又は曲線で構成される形状であることを第４の特徴とする。

さらに、本発明は、前記第１の目的を達成するために、第１の特徴に加え、前記吸着面はその中心側に円形または楕円状の吸着孔を有することを第５の特徴と
する。

最後に、本発明は、前記第２の目的を達成するために、第１乃至第５のいずれかの特徴に記載の電子部品の装着ヘッドを備えた電子部品装着装置であって、前記吸着ノズルを制御し、特に、長辺が１.６ｍｍ以下の長方形の微小チップ部品を吸着し保持してプリント基板に装着することを第６の特徴とする。

本発明によれば、微小チップ部品の吸着・装着時に位置ズレが発生しても先付け微小チップ部品と干渉せず、高密度実装を実現できる電子部品の吸着ノズル又は電子部品の装着ヘッドを提供することができる。

また、本発明によれば、前記吸着ノズルを有する吸着ヘッド用いることで、微小部品の高密度実装が実現できる電子部品装着装置を提供することができる。

図１は本発明の一実施形態である電子部品装着装置の平面図である。 本発明の実施形態である装着ヘッドを吸着ノズル部を主体に示す図である。 本発明の実施形態である吸着ノズルを示す図である。 図３に示す先端部１０の拡大側面図を示す図である。 先端部１０の吸着面の形状と、破線で示す長方形の被吸着面を有する微小チップ部品３との寸法関係を示す図である。 吸着面１５の形状のうち、さらに吸着孔１０ｈの寸法ＤＩと吸着面１５の山形の斜辺１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの角度θ及び吸着孔１０ｈと長辺側間の肉厚Ｔｃを示す図である。 吸着ズレと吸着孔１０ｈとの関係を示す図である。 最大吸着ズレで保持された微小チップ部品３ｂが最大装着姿勢ズレで隣接する先付け微小チップ部品３ａに平行なるように装着される場合を示す図である。 微小チップ部品に用いる従来の吸着ノズルの吸着面を示す図である。 従来の吸着ノズルの課題を示す図である。 吸着孔１０ｈが楕円形状にした吸着ノズルの先端部の他の実施例を示す図である。 斜辺を設けず長方形にした吸着ノズルの先端部の他の実施例を示す図である。 ４辺に斜辺を設けた吸着ノズルの先端部の他の実施例を示す図である。 図１１に示す実施例の他の実施例を示す図である。 図１１に示す実施例の他の実施例を示す図である。 図１１に示す実施例の他の実施例を示す図である。

以下、図面に基づき、電子部品装着装置の実施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態である電子部品装着装置１の平面図である。本電子部品装着装置１は、装着ヘッド６が部品供給エリア１３から電子部品を吸着し、基板Ｐの所定の位置まで移動し、吸着した電子部品を基板Ｐに装着する。

図２は、本実施形態における図１に示す装着ヘッド６の下部を示し、その先端に設けられた吸着ノズル部７を主体に示した図である。吸着ノズル部７は、装着ヘッド６に複数本(本実施形態では１２本)設けられており、図２ではそのうち対角線上に配置された７α及び７βを示している。

装着ヘッド６は、複数本の吸着ノズル部７のうち1本づつ順次選択し、選択された吸着ノズル部７を降下させ、電子部品を吸着あるいは装着する。吸着ノズル部７、例えば７αは、引出し図Ａに示すように、その先端にノズルホルダ９３に設けられた契合部９３aに契合可能な吸着ノズル８を有する。

図３は、本発明の実施形態である吸着ノズルを示す図である。吸着ノズル８は、ノズル先端部８ａと、図２に示したノズルホルダ９３に吸着ノズル８を装着するノズル装着部８ｂの２つの部品が接合されている。吸着ノズル８の素材はステンレスであるが、ノズル先端部８ａの先端部１０のみセラミックを使用している。破線で示した８ｃは電子部品を吸着する際の空気の吸引通路を示す。吸引通路８ｃは吸着ノズルの先端に行くほど径が細くなっている。

図４は図３に示す先端部１０の拡大側面図を示す。図５は先端部１０の吸着面１５の形状と、破線で示す長方形の被吸着面３１を有する電子部品３(以下、微小チップ部品という)との寸法関係を示す図である。
図５に示すように、先端部１０の吸着面(以下、単に吸着面という)１５は、微小チップ部品３の長辺側には微小チップ部品３の各辺に向かって山形の斜辺１１を有する形状を、その短辺側には円弧形状の弧状辺１２を、その中心には円形の吸着孔１０ｈを有している。また、吸着孔１０ｈの面積も含む吸着面１５の吸着面積は、微小チップ部品３の被吸着面３１(以下、単に被吸着面という)の被吸着面積より小さい。図５はその典型的な例として、吸着面１５の形状において、その長辺側長さＡ(図５では横方向)は吸着する微小チップ部品３の長辺側長さＬｃ以下、その短辺側長さＢ(図５では縦方向)は吸着する微小チップ部品３の短辺側長さＬｔ以下としたものを示した図である。

図６は、吸着面１５の形状のうち、さらに吸着孔１０ｈの寸法ＤＩと吸着面１５の山形の斜辺１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの角度θ及び吸着孔１０ｈと長辺側間の肉厚Ｔｃを示した図である。

吸着孔１０ｈの直径ＤＩは、吸着ズレに関係する。ここでいう吸着ズレとは、微小チップ部品中心と吸着孔１０ｈの中心のずれである。吸着位置ズレと部品の吸着ノズルに対する角度のずれである吸着姿勢ズレがある。吸着ズレを起こす要因としては、図７に示すように、(ｉ)微小チップ部品３が供給テープ４０の収納ポケット４１の寸法よりも小さいことにより収納ポケット内で微小チップ部品が動くこと、（ii）微小チップ部品３を吸着時（微小チップ部品吸い上げ時）に微小チップ部品がずれること、により吸着ズレが発生する。従って、吸着孔１０ｈの直径ＤＩは、図７に示すように、破線で示す微小チップ部品３が最大移動した状態で、即ち最大吸着ズレの状態において、吸着孔１０ｈの開口部全体が吸着時に被吸着面３１上に入り、必要な吸着力を得られる面積を有することを、満足する径となる。

また、図６に示す斜辺角度θは、吸着時の吸着ズレ及び装着時の装着ズレによって決まる。ここでいう装着ズレとは実装目標位置と実装位置のずれをいい、吸着ズレ同様に、装着位置ずれと、装着姿勢ズレがある。装着ズレを起こす原因としては、吸着ノズルが微小チップ部品を吸着した状態で下から部品を撮像して吸着ズレを補正するが、補正できずに残る部品認識結果の誤差と、装置ヘッドの装着精度(装置の装着位置を補正したときの誤差)が挙げられる。

図８は、装着姿勢ズレがなく、吸着ノズル８が吸着したときに吸着ズレが発生した微小チップ部品３ｂを先付け微小チップ部品３ａに隣接して、クリアランス(最接近距離で装着姿勢も含めて評価)Ｌで装着する図を示している。斜辺角度θは、吸着ノズル８の吸着面１５が微小チップ部品３ａの干渉しないように、斜辺１０ｂが隣接する先付け微小チップ部品３ａの長辺に対して平行になる角度である。

また、吸着孔１０ｈの直径ＤＩ及びと吸着孔１０ｈと長辺側との間の肉厚Ｔｃは、図６に示す記号を用いると式（１）となる。

２×Ｔｃ＋ＤＩ＝Ｂ （１）
Ｂは、先付け微小チップ部品３ａと装着する微小チップ部品３ｂとのクリアランスＬに決まり、Ｔｃは吸着孔１０ｈの直径ＤＩに基づいて、先端部１０が吸着、装着時に受ける衝撃に対し必要な強度を持つように決められる。吸着孔１０ｈと短辺側間の肉厚Ｔｔも隣接する先付け部品３ｂに対して同様に決められるが、条件的には厳しい長辺側のＴｃを決めれば十分である。

かりに、吸着孔１０ｈを円形にした場合、吸着孔１０ｈと長辺側と間の肉厚Ｔｃが必要な強度を満足する値を得ることができなかった場合には、吸着孔１０ｈを例えば楕円にし、必要な吸着孔面積を保持して、肉厚Ｔｃを厚くしてもよい。

図９は吸着面１５ｊの形状が長方形の被吸着面３１を有する微小チップ部品３よりも大きいサイズとなっている従来の吸着ノズルの吸着面１５ｊの一例を示したものである。図１０のように、装着ズレを起こしている先付け部品３ａに対し、吸着ズレが発生している微小チップ部品３ｂを実装する場合、隣接する先付け部品３ａに干渉せずに微小チップ部品３ｂを実装するには、隣接する部品とのクリアランスＬが広くなる。その結果、微小チップ部品の高密度実装の妨げとなる。

本実施形態の吸着ノズルを用いて、0402微小チップ部品（縦0.2mm×横0.4mmの角チップ部品）の実装実験を行った結果、吸着ノズルの吸着面積を実装部品の被吸着面績よりも小さくしても、安定して部品を吸着することができた。

以上の結果、本実施形態によれば、吸着ノズルの吸着面積を実装部品の被吸着面より小さくすることで、微小チップ部品の吸着・装着時に位置ズレが発生しても先付け微小チップ部品と干渉せず、高密度実装を実現できる電子部品の吸着ノズル、電子部品の吸着ヘッドあるいは電子部品供給装置を提供することができる。

以上の実施形態では吸着ノズルの先端部形状としては図６に示すものを用いた。これに限らず様々な形状を有することができる。

例えば、前述したように、吸着孔１０ｈを円形にした場合、吸着孔１０ｈと長長辺側と間の肉厚Ｔｃが必要な強度を満足する値を得ることができなければ、図１１Ａに示すように吸着孔１０ｈを例えば楕円にし、肉厚Ｔｃを厚くしてもよい。また、先端部１０の吸着面が微小チップ部品の被吸着面よりも十分に小さいときは、図１１Ｂのように斜辺１１a等を設けず平らにし、全体として長方形にしても構わない。さらに、図６の実施形態で、微小チップ部品の短辺側は長辺側に比べて隣接部品との干渉条件が緩やかなので円弧状にしたが、図１１Ｃに示すように長辺側と同様に山形にし斜辺を設けてもよい。

また、図１１Ｃに示す各斜辺は、装着する微小チップ部品が長辺側も短辺側も隣接する部品と干渉しない辺として構成されるから、先端部１０の吸着面１５の形状が、前記各辺の吸着孔側に存在する直線又は曲線で構成される形状を有していればよい。例えば、上述３つの実施例の他に図１２Ａ，図１２Ｂ、１２Ｃに示す形状がある。

１：電子部品装着装置 ３：微小チップ部品(電子部品)
６：装着ヘド ７：吸着ノズル部
８：吸着ノズル ９：吸着ノズル本体
１０：吸着ノズルの先端部 １０ｈ：吸着ノズルの吸着孔
１１：吸着面の斜辺 １２：吸着面の弧状辺
１５：吸着ノズルの吸着面 １９：部品認識カメラ
３１：微小チップ部品の被吸着面 Ａ：吸着面の長辺側の長さ
Ｂ：吸着面の短辺側の長さ ＤＩ：吸着孔の直径
Ｌ：隣接する微小チップ部品間のクリアランス
Ｌｃ：微小チップ部品の長辺寸法 Ｌｔ：微小チップ部品の短辺寸法
ＬＵ，ＬＤ，ＲＵ，ＲＤ：ブロック名 Ｐ：基板
Ｔｃ：吸着孔と長辺側間の肉厚。

Claims (12)

1. 内部に第１の吸引通路を形成した吸着ノズル本体と、前記吸着ノズル本体の下端部に着脱自在に装着され前記第1の吸引通路に連通する第２の吸引通路を形成した吸着ノズルとを有する吸着ノズル部を備え、長方形の微小チップ部品を装着する電子部品の装着ヘッドにおいて、
   前記吸着ノズルの先端部の吸着面の吸着面積が前記微小チップ部品の被吸着面の面積より小さいことを特徴とする電子部品の装着ヘッド。
2. 前記吸着面の長辺側長さは前記被吸着面の長辺側長さ以下、前記吸着面の短辺側長さは前記被吸着面の短辺側長さ以下としたことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の装着ヘッド。
3. 前記微小チップは一辺が１ｍｍ以下のチップであって、前記吸着面の形状は、前記微小チップ部品を隣接する先付け微小チップ部品との干渉を回避するように前記先付け微小チップ部品の各辺に対し規定される山形状の２辺を少なくとも前記吸着面の長辺側に有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品の装着ヘッド。
4. 前記吸着面の形状は、前記微小チップ部品を隣接する先付け微小チップ部品との干渉を回避するように前記先付け微小チップ部品の各辺に対し規定される山形状の２辺によって各辺が形成される形状より内側に直線又は曲線で構成される形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品の装着ヘッド。
5. 前記吸着面はその中心側に円形または楕円状の吸着孔を有することを特徴とする請求項１に記載の電子部品の装着ヘッド。
6. 長方形の微小チップ部品を吸着する吸着孔と前記吸着孔に連通する吸引通路とを有する吸着ノズルにおいて、
   前記吸着ノズルの先端部の吸着面の吸着面積が前記微小チップ部品の被吸着面の面積より小さいことを特徴とする電子部品の吸着ノズル。
7. 前記吸着面の長辺側長さは前記被吸着面の長辺側長さ以下、前記吸着面の短辺側長さは前記被吸着面の短辺側長さ以下としたことを特徴とする請求項６に記載の電子部品の吸着ノズル。
8. 前記吸着面の形状は、前記微小チップ部品を隣接する先付け微小チップ部品との干渉を回避するように前記先付け微小チップ部品の各辺に対し規定される山形状の２辺を少なくとも前記吸着面の長辺側に有していることを特徴とする請求項６又は７に記載の電子部品の吸着ノズル。
9. 前記吸着面の形状は、前記微小チップ部品を隣接する先付け微小チップ部品との干渉回避するように前記先付け微小チップ部品の各辺に対し規定される山形状の２辺によって各辺が形成される形状より内側に直線又は曲線で構成される形状であることを特徴とする請求項６又は７に記載の電子部品の吸着ノズル。
10. 前記吸着面はその中心側に円形または楕円状の吸着孔を有することを特徴とする請求項６に記載の電子部品の装着ノズル。
11. 請求項１乃至５のいずれかに記載の電子部品の装着ヘッドを備えた電子部品装着装置であって、前記吸着ノズルを制御し、長方形の微小チップ部品を吸着し保持してプリント基板に装着することを特徴とする電子部品装着装置。
12. 前記微小部品の長辺の長さが1.6ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の電子部品装着装置。

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