JP2011228383A - 位置ずれ防止方法並びに装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 第１位置決め対象物と第２位置決め対象物を位置決めした後、第１位置決め対象物を第２位置決め対象物に接着剤などで本固定するまでの間に振動や第１位置決め対象物の変形などの外乱によって第１位置決め対象物の位置ずれが発生してしまう。一方、位置決め後に位置決め機構で第１位置決め対象物を保持しながら接着剤などで本固定すれば前記原因による位置ずれはないが装置の位置決め機構の動作可能時間が下がってしまう。
【解決手段】 本発明ではステージに設けられた吸引機構の吸引部と第２位置決め対象物に設けられた孔が重なる様に配置した。よって、前期孔を通して吸引機構による負圧が第１位置決め対象物まで到達し、第１位置決め対象物を真空吸着するので、第１位置決め対象物が位置決め機構で保持されていなくても第１位置決め対象物の位置ずれを抑制することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばフレキシブル基板にＩＣパッケージを実装する際に、位置決め機構により前記両基板を位置決め後、位置ずれ防止手段を備えた位置決め装置に関するものである。

一般に、フレキシブル基板にＩＣパッケージを実装する際に用いられる位置決め装置においては、位置決め完了後、フレキシブル基板にＩＣパッケージをはんだ付けでの接合、ＵＶ硬化樹脂での接着などで本固定が完了するまでに、振動や風といった外乱があるとＩＣパッケージが位置決めした位置から動いてしまう。このような位置決め後の位置ずれが問題となっている。

このような問題を解決する位置決め装置が、例えば特許文献１に示されている。特許文献１の位置決め装置では、キャップとセンサ基板の位置決めを行うとともにキャップを位置決め装置で保持しながら昇華材を用いてセンサ基板に本固定をすることで位置決め後に位置ずれを発生することなく搬送することができる。

また、特許文献２の位置決め装置では、パッケージにキャップを位置決めすると同時にテーブルに埋め込まれた永久磁石により磁性体で構成されたキャップが磁力で仮固定されるので位置決め装置によるキャップの保持を解除しても位置ずれすることがない。この状態でキャップとパッケージをスポット接合による本固定をすることで位置決め後の位置ずれが発生することなく搬送することができる。

特開平１１―１１１８７８ 特開平８―２５５８４９

しかしながら、特許文献１に記載の位置決め装置においては、本固定が完了するまでの間はキャップを位置決め装置で保持し続ける必要があるので位置決め装置が次の動作に進むことができない。その結果、位置決め装置の動作可能時間が大きく低下してしまう。一般的に本固定方法によく用いられている接着剤として、例えばＵＶ硬化性樹脂があるが、この場合、接着剤の塗布およびＵＶ光の照射による硬化が完了するまでの間に十秒弱必要であるという問題があった。

また、特許文献２に記載の位置決め装置においては、位置決めと同時に瞬間的に永久磁石でキャップを磁力で仮固定することができるため、上記のような動作可能時間の低下はないもののキャップが磁性体でなくてはならず材料が限定されてしまう。例えば、回路基板であればフェノール樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂材料や、ガラスやアルミナなどのセラミックス材料が用いられ、配線部については銅や銀、金が用いられている。また、ＩＣパッケージであればシリコンなどの半導体とセラミックスやプラスティックが用いられ、リード部については銅や銀、金が用いられている。これらの材料はすべて非磁性体であり、磁力によって吸着することができないことから、特許文献２に記載の位置決め装置による位置ずれ防止の効果は得られないという問題があった。

本発明は上記従来技術に基づく問題点を解消し、位置決め完了と同時に瞬間的に仮固定することで接着剤などでの本固定時に対象物を保持する必要がなく、さらに、位置決め対象物の材料を限定することのない位置ずれ防止方法および装置を提供することにある。

本発明の位置ずれ防止方法は、第１位置決め対象物を第２位置決め対象物上の目標位置に位置決めした後に、ステージに配置された吸引部により、前記第２位置決め対象物に設けられた孔を通して前記第１位置決め対象物を吸着固定することを特徴とする。

また本発明の位置ずれ防止方法は、前記吸引部は少なくとも１つ以上の孔、穴または溝で形成されており、前記第１位置決め対象物を前記第２位置決め対象物上の前記目標位置に位置決めする際に、前記第２位置決め対象物に設けられた孔と前記吸引部を形成する孔、穴または溝が少なくとも重なる様に配置されたことを特徴とする。また、前記吸引部は少なくとも１つ以上の孔、穴または溝で形成されており、前記第１位置決め対象物を前記第２位置決め対象物上の目標位置に位置決めする際に、前記吸引部を形成する孔、穴または溝が、前記第２位置決め対象物に設けられた孔の周囲に来るように配置されたことを特徴とする。また、本発明の位置ずれ防止装置は、第１位置決め対象物を第２位置決め対象物上の目標位置に位置決めするものであって、該位置決め装置は、前記第１位置決め対象物を保持し、位置決めする位置決め機構と、前記第２位置決め対象物を載置するためのステージと、前記第２位置決め対象物をステージに位置決めする位置決め装置と、前記第２位置決め対象物を固定する固定手段と、前記ステージの載置面に形成された吸引部と、前記吸引部に配管部材を介して連結された吸引手段とを有し、前記ステージの載置面に形成された吸引部が、第２位置決め対象物を通して、第１位置決め対象物を吸着固定することを特徴とする。

上記構成によれば、第１、第２位置決め対象物を位置決め完了時に第２位置決め対象物に設けられた孔を通して吸着するため瞬時に第１位置決め対象物を仮固定できる。よって、位置決め機構による第１位置決め対象物の保持を解除しても第１、第２位置決め対象物の位置ずれが発生することはない。このため、位置決めと本固定をそれぞれ別機構で同時に作業することができ、位置決め機構の動作可能時間を長くすることができる。さらに、第一位置決め対象物の仮固定方法として真空吸着を用いているので第１位置決め対象物は真空吸着可能な材質であればどのような材質で構成されていても位置ずれ防止効果を得ることができる。

また上記構成によれば、吸引部が少なくとも１つ以上の孔、穴または溝で形成されており、第１位置決め対象物を第２位置決め対象物上の目標位置に位置決め完了時に、第２位置決め対象物に設けられた孔と吸引部を形成する孔、穴または溝がわずかでも重なる様にステージの載置面に配置されているので、第２位置決め対象物へ第１位置決め対象物が位置決め完了後に吸引手段を動作させると第２位置決め対象物に設けられた孔と吸引部を通して、第１位置決め対象物まで負圧を到達させることができ、第１位置決め対象物を真空吸着し、仮固定することができる。

また上記構成によれば、吸引部が少なくとも１つ以上の孔、穴または溝で形成されており、第１位置決め対象物を第２位置決め対象物上の目標位置に位置決め完了時に、吸引部を形成する孔、穴または溝が孔の周囲に来るように配置されているので、位置決め完了後に吸引手段を作動させると第２位置決め対象物とステージの前記流路および第２位置決め対象物に設けられた孔を通して、第１位置決め対象物まで負圧を到達させることができ、第１位置決め対象物を真空吸着し、仮固定することができる。

さらに上記構成によれば、位置ずれ防止装置は、第１位置決め対象物を第２位置決め対象物上の目標位置に位置決めするものであって、該位置決め装置は、前記第１位置決め対象物を保持し、位置決めする位置決め機構と、前記第２位置決め対象物を載置するためのステージと、前記第２位置決め対象物をステージに位置決めする位置決め装置と、前記第２位置決め対象物を固定する固定手段と、前記ステージの載置面に形成された吸引部と、前記吸引部に配管部材を介して連結された吸引手段とを有しており、前記ステージの載置面に形成された吸引部が、第２位置決め対象物を通して、第１位置決め対象物を吸着固定できることから、第１、第２位置決め対象物を位置決め完了時に第２位置決め対象物に設けられた孔を通して吸着でき、瞬時に第１位置決め対象物を仮固定できる。また、位置決め機構による第１位置決め対象物の保持を解除しても第１、第２位置決め対象物の位置ずれが発生することはない。

本発明の実施形態の一例を示す斜視図である。 本発明の実施形態の一例を示す断面図である。 本発明の吸引部の形状、配置の一例を説明する斜視図である。 本発明の吸引部の形状、配置の別の例を説明する斜視図である。 本発明の動作を示すフローチャートである。 第２位置決め対象物が複数積層される実施形態の一例を説明する断面図である。 本発明の実施例を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１に、本実施の形態における位置決め装置の斜視図を示す。また、図２は図1のＡ−Ａ断面を示している。以下では、「突き抜けたあな」を孔とし、「突き抜けていないあな」を穴として説明する。

図１、図２に示す位置決め装置は、位置決め機構７とステージ３およびステージ３に配置された吸引機構によって構成される。この吸引機構は、吸引部５と、ステージにあけられた孔と、配管部材１０と吸引手段１１が順番にそれぞれ連結されて構成されている。以下では位置決め装置において、位置決め機構７に保持されている物体を第１位置決め対象物１とし、ステージ３に載置されている物体を第２位置決め対象物２とする。なお、第２位置決め対象物２は固定機構６を用いてステージ３上に位置決めされる。以下では、第１位置決め対象物が第２位置決め対象物の目標位置に載置されたのち密着した時点を位置決め完了とする。

第１位置決め対象物１は、位置決め機構７で保持して適宜位置決め可能で、かつ第２位置決め対象物２との接触面が真空吸着可能であれば材質は特に限定されるものではない。また、第１位置決め対象物１には第２位置決め対象物２との位置決めのための第１アライメントマーク８が形成されていることが望ましい。これに限らず外形や形状などを利用して第１位置決め対象物１の位置を検出できればよい。また、第１アライメントマーク８は第１位置決め対象物１の位置と角度を得られる様に、少なくとも２つ以上設けるかトンボマークや楕円など角度が検出できる形状であることが望ましい。また、第１位置決め対象物１の形状は、第１位置決め対象物が第２位置決め対象物に位置決め載置された時、第２位置決め対象物に設けられた孔を密閉することができる形状であることが望ましい。しかしながら、第１位置決め対象物に到達する負圧が吸引手段によって十分得ることができれば、第１位置決め対象物の形状は第２位置決め対象物に設けられた孔を密閉しない形状でもよい。

第２位置決め対象物２は、位置決め完了時にステージ３に設けられた吸引機構による負圧が第１位置決め対象物１に到達する様に少なくとも１つ以上の孔４を有しておればよく、その他の形状あるいは材質については特に限定されるものではない。より確実に位置ずれ防止を実現するためには一つの小さい孔４で一点のみを吸着するのではなく、複数個所あるいは長孔などの領域での吸着が望ましい。例えば第１位置決め対象物１に外部から力やモーメントがかかる場合では、孔４を複数設けることで前記力やモーメントを複数点でうけることで各孔４にかかる力やモーメントを軽減できる。その、接触面内の回転方向のずれをより確実に防止することができる。また、孔４を複数配置する例を説明する。まず、第２位置決め対象物２上の第１位置決め対象物を載置する領域の重心を求める。この重心を原点としてＸ軸対称あるいはＹ軸対称または同心円上に等間隔になる様に孔４を設けるのが望ましい。また、第２位置決め対象物２には第１位置決め対象物１との位置決めのために第２アライメントマーク９が形成されていることが望ましい。これに限らず、外形や形状を利用して第２位置決め対象物２の位置を検出できればよい。また、第２アライメントマーク９は第２位置決め対象物２の位置と角度を得られる様に、少なくとも２つ以上設けるかトンボマークや楕円など角度が検出できる形状であることが望ましい。

吸引部５は、ステージ３上に少なくとも一つ以上の孔、穴または溝によって形成されている。また、吸引部５を形成する孔、穴または溝の形状や個数は特に限定されるものではない。吸引部５の配置は第２位置決め対象物２がステージ３に載置された際に、吸引部５を形成している孔、穴または溝と孔４がわずかでも重なる様に配置されている。また、孔４を通して第１位置決め対象物１を吸着できるのであれば吸引部５が孔４の周囲に来るように配置されていてもよい。吸引部５が孔４の周囲に来るように配置されている場合は、吸引部５が孔４を囲む様な孔、穴または溝で形成することが望ましい。また、上記二つの吸引部５の配置方法を組み合わせてもよい。

図３および図４を用いて、吸引部５の配置について説明する。なお、図中のハッチング部は孔４が配置されうる孔領域１２を示す。吸引部５を形成している孔、穴または溝と孔４がわずかでも重なる様に配置されている場合の形状の例を図３に示す。図３（ａ）は吸引部５が複数の孔によって形成されており、図３（ｂ）は吸引部５が溝によって形成されており、図３（ｃ）は吸引部５がポーラスチャックやスポンジなどの多孔質部材によって形成されている。吸引部５が孔４の周囲に来るように配置されている場合の形状の例を図４に示す。図４（ａ）は吸引部５が孔によって形成されており、図４（ｂ）は吸引部５が溝によって形成されている。なお、第２位置決め対象物とステージが剛体であるときは一般的な剛体の表面粗さを考えると第２位置決め対象物とステージの隙間は空気の粒子径に比べてはるかに大きく吸引部から第２位置決め対象物に設けられた孔までの空気の流路が得られる。しかしながら、第２位置決め対象物とステージの隙間での負圧の圧力損失が大きい。よって前記隙間に加えて、第２位置決め対象物は吸引部から第２位置決め対象物に設けられた孔までの流路を確保できる様に加工されていることが望ましい。

吸引機構は、吸引部５と、ステージにあけられた孔と、配管部材１０と吸引手段１１が順番にそれぞれ連結されて構成されている。第２位置決め対象物２の固定機構６としてステージ３にあけた孔を用いて真空吸着する場合、吸引機構に固定機構６を連結させて一つの吸引手段１１で真空吸着してもよいし、吸引機構と固定機構６を連結させずに吸引手段１１とは別の吸引手段で真空吸着してもよい。

固定機構６は第２位置決め対象物２を固定できれば特に限定されるものではない。例えば治具を用いて押さえたり挟み込んだりしてもよいし、磁石や静電チャック、真空吸着を利用してもよい。
[工程のフローチャート]
以下に、図５のフローチャートに基づいて、ステージ３に載置された第２位置決め対象物２上の目標位置に第１位置決め対象物１を位置決めし、位置決め機構７が第１位置決め対象物１の保持を解除した後に第１、第２位置決め対象物１，２を本固定するまでの工程を説明する。

（ステップＳ１）位置決め機構７で第１位置決め対象物１を保持する。

（ステップＳ２）ステージ３に第２位置決め対象物２を載置する。このとき図２に示す様に第２位置決め対象物２の孔４とステージ３に配置された吸引部５を形成する孔、穴または溝がわずかでも重なる様に置かれている。この状態で、ステージ３に設けられた固定機構６を用いて第２位置決め対象物２を固定する。本実施の形態では、固定機構６として第２位置決め対象物を挟み込む治具を用いている。

（ステップＳ３）第１、第２位置決め対象物１，２の位置決めを行う。図１に示す様に、第１位置決め対象物１は平面性を保った状態にて位置決め機構７で保持されている。第１、第２位置決め対象物１，２はそれぞれ所定の位置で第１、第２アライメントマーク８，９をセンシングすることで相対位置誤差を取得し、この相対位置誤差を０とすることで位置決めが行われる。

（ステップＳ４）吸引機構により第１位置決め対象物１を吸着することで仮固定する。このとき第１位置決め対象物１と第２位置決め対象物２の孔４で密閉された空間の空気を吸引機構で吸引する。その、負圧が第１位置決め対象物１に到達し、第１位置決め対象物１が位置決め位置に真空吸着により仮固定される。

（ステップＳ５）位置決め機構７での第１位置決め対象物１の保持を解除する。このときすでに第１位置決め対象物１は吸引機構により仮固定されているため、位置ずれは発生しない。

（ステップＳ６）第１、第２位置決め対象物１，２を接着剤などにより本固定する。このとき位置決め機構７はなにも保持していないので、次に扱う第１位置決め対象物に対してステップＳ１を行うことができる。

（ステップＳ７）吸引機構による第１位置決め対象物１の真空吸着による仮固定および第２位置決め対象物２に行われていた固定機構６による固定を解除し、本固定された第１、第２位置決め対象物１，２をステージ３から搬送する。

上記工程のステップＳ３とステップＳ４については特にどちらを先に行うかを限定するものではなくステップＳ４の後にステップ３を行ってもよい。特に、フィードフォワード制御などの外乱に弱い位置決め方法を用いる場合や第１位置決め対象物１が極小あるいは複雑で大きな保持力が得られない場合では、位置決め中に第１位置決め対象物１に孔４を通した吸引機構による吸着力が働かない様にステップＳ３の後にステップＳ４を行うことが望ましい。

本実施の形態においては、位置決め対象物の数は特に限定されるものではなく、位置決め機構７によって保持されている位置決め対象物を第１位置決め対象物１とし、ステージ３に載置された複数の位置決め対象物をまとめて第２位置決め対象物２としてもよい。このとき第２位置決め対象物２は積層された物体となる。この場合、図２に記載された孔４は、図６に示す様に各層に吸引機構による負圧が到達する様に設けることが望ましい。

以下、図７に、本実施例における位置決め装置の斜視図を示す。図７を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

第１位置決め対象物１は５ｍｍ角でリードが６本あるＤＩＰ型のＩＣパッケージを用いた。ＩＣパッケージの位置はＩＣパッケージの外形をＣＣＤカメラ１３でセンシングすることで検出した。

第２位置決め対象物２はフレキシブル基板を用いた。このフレキシブル基板は基材が厚さ５０μｍのＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）であり、配線は厚さ３５μｍの銅がエッチングによって基材上に形成されている。フレキシブル基板の大きさは１５０ｍｍ角である。この第２位置決め対象物２には、第１位置決め対象物１を実装する領域の重心を中心とした直径３ｍｍの円と、対前記領域の対角線の交点にそれぞれ１つずつφ０．５ｍｍの孔４を配置した。また、これら二つの孔４を第２アライメントマーク９としても用いた。

ステージ３は１８０ｍｍ角で厚さ２０ｍｍの平板アルミ材でできている。ステージ３上の第２位置決め対象物２の載置面には各辺から２０ｍｍの等ピッチで深さ１０ｍｍのφ２ｍｍの孔があけられている。この孔はステージ３の内部で連結されている。さらに、このステージ３に設けられた孔は配管部材１０を介して吸引手段１１である真空ポンプに連結されている。この吸引手段１１による真空度は-６０ｋＰaであった。このステージ３に設けられた孔と真空ポンプが本実施形態における固定機構６および吸引機構である。

まず、第１位置決め対象物１を位置決め機構７の保持機構で保持する。この位置決め機構はスカラロボットであり、ロボットの手先には保持機構が取り付けられている。この保持機構は保持面に真空ポンプに連結された吸着用の溝を有しており、真空吸着により第１位置決め対象物１を保持することができる。次に、ステージ３に第２位置決め対象物２を載せた後、吸引機構を動作させることで第２位置決め対象物をステージ３に真空吸着固定した。このとき、第２位置決め対象物２において、一つの孔４とステージ３に設けられた孔がわずかでも重なる様に、もう１つの孔４がステージ３に設けられた孔に囲まれる様に載置されている。

次に、ＣＣＤカメラ１３を用いて第１位置決め対象物１の外形と第２アライメントマーク９の位置をモニタリングしながら、第１位置決め対象物１を第２位置決め対象物２上の実装位置に位置決め機構７により位置決めした。

位置決め完了とともに吸引機構による吸引力が位置決め対象物１に孔４を通して働き、瞬時に真空吸着により仮固定される。よって、位置決め機構７は第１位置決め対象物１の保持を解除するとともに次の第１位置決め対象物１を取りにいく。その間にハンダ付け装置により位置決めした第１位置決め対象物１のリードと第２位置決め対象物２の配線を半田付けによって接合および本固定を行った。本実施例では、位置決め後に位置決め機構７で第１位置決め対象物１を保持していなくても第１位置決め対象物１の位置ずれが起こらなかった。

上記実施例によれば、半田付けによる接合および本固定するときに、位置決め機構７で第１位置決め対象物１を保持しながら行う動作が不要となった。その結果、位置決め機構７の動作可能時間を著しく増やすことができた。

第１位置決め対象物の材質によらずに、第１位置決め対象物を第２位置決め対象物を位置決めした後、位置決め機構で第１位置決め対象物を押えることなく位置ずれを防止したい装置に適用できる。

１ 第１位置決め対象物
２ 第２位置決め対象物
３ ステージ
４ 孔
５ 吸引部
５ａ 吸引部（穴）
５ｂ 吸引部（溝）
６ 固定機構
７ 位置決め機構
８ 第１アライメントマーク
９ 第２アライメントマーク
１０ 配管部材
１１ 吸引手段
１２ 孔領域
１３ ＣＣＤカメラ

Claims (4)

1. 第１位置決め対象物を第２位置決め対象物上の目標位置に位置決めした後に、
   ステージに配置された吸引部により、前記第２位置決め対象物に設けられた孔を通して前記第１位置決め対象物を吸着固定することを特徴とする位置ずれ防止方法。
2. 前記吸引部は少なくとも１つ以上の孔、穴または溝で形成されており、前記第１位置決め対象物を前記第２位置決め対象物上の前記目標位置に位置決めする際に、前記第２位置決め対象物に設けられた孔と前記吸引部を形成する孔、穴または溝が少なくとも重なる様に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の位置ずれ防止方法。
3. 前記吸引部は少なくとも１つ以上の孔、穴または溝で形成されており、前記第１位置決め対象物を前記第２位置決め対象物上の目標位置に位置決めする際に、前記吸引部を形成する孔、穴または溝が、前記第２位置決め対象物に設けられた孔の周囲に来るように配置されたことを特徴とする請求項１に記載の位置ずれ防止方法。
4. 第１位置決め対象物を第２位置決め対象物上の目標位置に位置決めする位置決め装置において、
   該位置決め装置は、
   前記第１位置決め対象物を保持し、位置決めする位置決め機構と、
   前記第２位置決め対象物を載置するためのステージと、
   前記第２位置決め対象物をステージに位置決めする位置決め装置と、
   前記第２位置決め対象物を固定する固定手段と、
   前記ステージの載置面に形成された吸引部と、
   前記吸引部に配管部材を介して連結された吸引手段とを有し、
   前記ステージの載置面に形成された吸引部が、第２位置決め対象物を通して、第１位置決め対象物を吸着固定することを特徴とする位置決め装置。