JP2017092315A - 電子部品装着機 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品装着機の実装時間を短縮する技術を提供する。【解決手段】電子部品装着機１０は、回路基板２に電子部品を装着する。電子部品装着機１０は、載置台１０２と、吸着ノズル２６と、ヘッド２４を備えている。載置台１０２は、複数の電子部品を含むプレート１０６を載置する。吸着ノズル２６は、電子部品の上面を吸着する。ヘッド２４は、吸着ノズル２６を支持している。ヘッド２４は、載置台１０２に載置されたプレート１０６と回路基板２の間で吸着ノズル２６を移動させる。載置台１０２は、プレート１０６を回転させ、電子部品と回路基板２との距離を変化させることが可能である。【選択図】 図２

Description

本明細書は、回路基板に電子部品を装着する電子部品装着機に関する技術を開示する。

特許文献１に、パレット上の電子部品を回路基板に装着する電子部品装着機が開示されている。この電子部品装着機は、吸着ノズルを備えたヘッドがパレットと回路基板の間を移動し、回路基板に電子部品を装着する。具体的には、吸着ノズルがパレット上の電子部品の上面を吸着した後、ヘッドが回路基板上の所定の位置まで移動し、電子部品を回路基板の所定の位置に装着する。

特開２０１３−２６４０３号公報

特許文献１の電子部品装着機は、ヘッド（吸着ノズル）がパレットと回路基板の間を往復し、回路基板に連続して電子部品を装着する。パレットと回路基板の距離が長くなるに従って、ヘッドの移動時間は長くなる。そのため、回路基板から遠い位置にある電子部品を装着する場合、移動時間の増加によって電子部品を装着する工程のサイクルタイムが長くなる。本明細書では、電子部品装着機の作業時間（実装時間）を短縮する技術を提供する。

本明細書で開示する電子部品装着機は、回路基板に電子部品を装着する。その電子部品装着機は、載置台と、吸着ノズルと、ヘッドを備えている。載置台は、複数の電子部品を含むプレートを載置する。吸着ノズルは、電子部品の上面を吸着する。ヘッドは、吸着ノズルを支持しており、載置台に載置されたプレートと回路基板の間で吸着ノズルを移動させる。この電子部品装着機では、載置台が、上記プレートを回転させ、電子部品と回路基板との距離を変化させることが可能である。なお、本明細書でいう「プレート」とは、表面に電子部品が配置されたパレット、電子部品が作りこまれた半導体ウエハ（ダイシングウエハ）等、平面上の異なる位置に複数の電子部品が配置されている部材のことを意味する。

上記の電子部品装着機では、載置台がプレートを回転させて電子部品と回路基板との距離を変化させることが可能であるので、電子部品を回路基板に近づけ、電子部品と回路基板の距離を短くすることができる。その結果、ヘッドの移動距離が短くなり、電子部品装着機の実装時間を短縮することができる。

電子部品装着機の構成を模式的に表した図を示す。 ウエハパレットの平面図を示す。 ウエハパレットの断面図を示す。 載置台の回転パターンを説明するための図を示す。 載置台の回転パターンを説明するための図を示す。 載置台の回転パターンを説明するための図を示す。 載置台の回転パターンを説明するための図を示す。 載置台の回転パターンを説明するための図を示す。 載置台の回転パターンを説明するための図を示す。 載置台を駆動するタイミングを説明するための図を示す。 載置台を駆動する他のタイミングを説明するための図を示す。

以下、本明細書で開示する電子部品装着機の技術的特徴の幾つかを記す。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。

電子部品装着機は、回路基板に電子部品を装着する。電子部品装着機は、載置台と、吸着ノズルと、ヘッドを備えている。載置台は、複数の電子部品を含むプレートを載置していてよい。載置台は、モータの出力軸に直接固定されていてよい。すなわち、載置台は、ダイレクトドライブ機構によって駆動されてよい。吸着ノズルは、電子部品の上面を吸着してよい。吸着ノズルは、プレート上で電子部品を吸着し、回路基板側に移動し、回路基板の所定の位置に電子部品を装着（実装）してよい。ヘッドは、吸着ノズルを支持していてよい。すなわち、ヘッドが、載置台に載置されたプレートと回路基板との間で吸着ノズルを移動させてよい。なお、プレートは、複数のチップにダイシングされた半導体ウエハ（ダイシングウエハ）であってよい。

載置台は、プレートを回転させることが可能である。すなわち、載置台は、プレートに含まれている各電子部品と回路基板との距離を変化させることができる。載置台は、吸着ノズルが第１位置で電子部品を電子部品を吸着した後、電子部品を回路基板に装着するためにヘッドが第２位置に移動し、吸着ノズルで新たな電子部品を吸着するためにヘッドが第３位置に移動するまでに間に回転してよい。なお、第１位置と第３位置はプレート上であり、第２位置は回路基板上である。

載置台は、ヘッドが第２位置に移動した後、ヘッドが第３位置に移動するまでの間に回転してもよい。典型的に、ヘッドが第１位置から第２位置に移動するまでの間に、カメラ（部品カメラ）で電子部品の吸着状態を検査する。第２位置に移動した後に載置台が回転する形態であれば、電子部品の吸着に失敗し、再度電子部品を吸着するために第１位置に戻るような場合に、電子部品の位置が変化することを防止することができる。

載置台は、第１位置から第２位置までの距離と第２位置から第３位置までの距離との合計距離が最短になるようにプレートを回転させてよい。ヘッドの移動時間を最短にすることができる。

載置台は、吸着ノズルに吸着される電子部品がプレートの回転軸より回路基板側に位置するようにプレートを１８０度回転させてよい。この場合、次に吸着する予定の電子部品がプレートの回転軸より回路基板の反対側に位置するときにのみ、プレートを回転させればよい。吸着ノズルが電子部品を吸着するために回路基板側からプレート側に移動するときに、吸着ノズルは、プレートの回転軸より遠い位置まで移動する必要がない。ヘッドの移動距離を短くすることができる。なお、例えば、プレートがダイシングウエハの場合、電子部品（チップ）を吸着しやすくするために、ウエハの下から電子部品をニードルで突き上げることがある。吸着する電子部品が常にプレートの回転軸より回路基板側に位置すれば、ウエハのサイズに対してニードルの駆動範囲を半分にすることができる。また、電子部品をニードルで突き上げる場合、ウェハ供給された電子部品に対して、ニードルによる突上げ位置等を正確に決定する必要がある。そのため、吸着ノズルで電子部品を吸着する前に、供給された電子部品をカメラで撮像し、電子部品の位置を確認することがある。この場合、プレートの回転軸より回路基板から遠い側で電子部品の撮像を行い、画像処理を行っている間にプレートを回転させ、プレートの回転軸より回路基板側で電子部品を吸着してもよい。このようにすれば、プレート（ウェハ)上を移動する吸着ノズル（ヘッド）とカメラとが干渉することがない。このため、干渉回避制御を行う必要がない。

載置台は、吸着ノズルに吸着される電子部品が最も回路基板に近い位置になるように、前記プレートを回転させてもよい。換言すると、載置台は、プレートの回転軸と回路基板を結ぶ一直線上に吸着する電子部品が位置するように、プレートを回転させてよい。プレート上におけるヘッドの移動範囲を小さくすることができる。すなわち、ヘッドは、プレート上において、吸着ノズルが上記一直線上のみを通過するように移動すればよい。

図１から図３を参照し、電子部品装着機１０について説明する。なお、図２のダイシングウエハ１０６内には、回路基板２に実装可能なチップ１０８の外形のみを示している。チップは、特許請求の範囲に記載の電子部品の一例である。電子部品装着機１０は、ダイシングウエハ１０６が載置される載置台１０２と、ダイシングウエハ１０６内のチップ１０８の位置を撮像するカメラ２２と、チップ１０８の上面を吸着する吸着ノズル２６と、吸着ノズル２６を支持しているヘッド２４と、基板コンベア３０と、チップ１０８の吸着状態を撮像するカメラ７０と、操作パネル３２を備えている。載置台１０２は、ウエハ供給部６０に設けられたウエハフレーム支持部６２上に設けられている。ウエハフレーム支持部６２には、ウエハ供給装置（図示省略）からウエハパレット１００が搬送される。ウエハパレット１００については後述する。

吸着ノズル２６は、ヘッド２４に支持されている。吸着ノズル２６は、ヘッド２４に対して着脱可能である。ヘッド２４は、ベース２８ａに固定されている。ベース２８ａは、移動装置２８に固定されている。移動装置２８は、ヘッド２４をＸ−Ｙ平面上で移動させることができる。また、ヘッド２４はＺ方向に移動可能であり、吸着ノズル２６の位置をＺ方向に変化させることができる。なお、カメラ２２をベース２８ａ上に配置し、カメラ２２とヘッド２４を同時に移動させてもよい。

基板コンベア３０は、回路基板２を電子部品装着機１０内に搬入し、回路基板２の位置決めを行い、回路基板２を電子部品装着機１０外に搬出する。操作パネル３２は、作業者の指示を受け付ける入力装置であるとともに、作業者に対して各種の情報を表示する表示装置でもある。ヘッド２４は、移動装置２８によって、ウエハパレット１００の上方と回路基板２の上方の間を移動する。移動装置２８は、ベース２８ａをＸ方向及びＹ方向に移動させるＸＹロボットである。

図２及び図３に示すように、ウエハパレット１００は、ウエハシート１０４と、ダイシングウエハ１０６と、グリップリング１１０を備えている。ウエハシート１０４は、載置台１０２上に設けられている。ウエハシート１０４の表面は粘着性を有している。ダイシングウエハ１０６は、ウエハシート１０４に貼着されている。ダイシングウエハ１０６は、複数のチップ（ダイ）１０８に分割されている。グリップリング１１０は、ウエハシート１０４の上面に配置されており、水平方向に伸張された状態のウエハシート１０４を把持している。そのため、各々のチップ１０８は、実際のダイシング幅より広い間隔を有した状態でウエハシート１０４上に配置されている。グリップリング１１０は、載置台１０２に対して位置決めされている。

載置台１０２には、モータ５０の出力軸５２が直接接続されている。すなわち、載置台１０２は、ダイレクトドライブ機構により駆動される。載置台１０２は、回転軸１０２ｃを中心としてＸ−Ｙ平面内で回転することができる。モータ５０は、ウエハフレーム支持部６２の内部に収容されている。

電子部品装着機１０を用いてチップ１０８を回路基板２に装着する工程について説明する。まず、カメラ２２をウエハパレット１００上の所定の位置に移動させ、吸着するチップ１０８の状態を撮像する。撮像結果を画像処理し、吸着ノズル２６の停止位置（第１位置）を決定する。ヘッド２４をウエハパレット１００上の所定の位置に移動させ、吸着ノズル２６を第１位置に移動させる。吸着ノズル２６が第１位置で停止した後、吸着ノズル２６を下降させ、チップ１０８の上面を吸着する。その後、吸着ノズル２６を上昇させ、吸着ノズル２６を回路基板２上の所定位置（第２位置）まで移動させ、停止させる。吸着ノズル２６が第２位置に停止した後、吸着ノズル２６を下降させ、回路基板２にチップ１０８を装着する。その後、吸着ノズル２６を上昇させ、次のチップ１０８を吸着するために、所定位置（第３位置）まで移動する。電子部品装着機１０は、このような動作を繰り返し、回路基板２にチップ１０８を装着する。

電子部品装着機１０では、吸着ノズル２６がチップ１０８を吸着した後、次に実装するチップ１０８を吸着するまでの間に、載置台１０２を回転させ、次に実装するチップ１０８の位置を変化させる。以下、図１０及び図１１を参照し、載置台１０２が回転するタイミングの例について具体的に説明する。

図１０は、吸着ノズル２６及び載置台１０２の動作を示している。横軸は時間を示し、縦軸は吸着ノズル２６の速度、載置台１０２の回転速度を示している。グラフの上側が吸着ヘッドの速度を示し、下側が載置台１０２の回転速度を示している。なお、図１０は、吸着ノズル２６が下降するときの速度を正で示し、上昇するときの速度を負で示している。タイミングｔ０は、第１位置で停止した吸着ノズル２６がチップ１０８に向けて下降を開始するタイミングである。タイミングｔ１は、吸着ノズル２６の先端がチップ１０８に接触したタイミングである。吸着ノズル２６は、チップ１０８に向けて速度を増しながら近づき、中間部を過ぎた後は速度を落としながらチップ１０８に近づく。

タイミングｔ２は、吸着ノズル２６が上昇を開始するタイミングである。吸着ノズル２６は、タイミングｔ１からタイミングｔ２の間に、チップ１０８の表面を吸着する。タイミングｔ３は、載置台１０２が回転を開示するタイミングである。タイミングｔ４は、吸着ノズル２６の上昇が完了したタイミングを示している。図１０から明らかなように、載置台１０２は、吸着ノズル２６の上昇中に回転を開始する。すなわち、載置台１０２は、チップ１０８がダイシングウエハ１０６から外れた後は、吸着ノズル２６の動作に影響を受けることなく、回転を開始することができる。

タイミングｔ５は、回路基板２の上方（第２位置）で停止した吸着ノズル２６が下降を開始するタイミングを示している。吸着ノズル２６（ヘッド２４）は、タイミングｔ４からタイミングｔ５の間に、ダイシングウエハ１０６側から回路基板側に移動する。タイミングｔ６は、吸着ノズル２６に吸着されているチップ１０８が回路基板２の表面に接したタイミングである。タイミングｔ７は、吸着ノズル２６が上昇を始めるタイミングである。タイミングｔ６からタイミングｔ７の間に、チップ１０８が回路基板２に装着される。タイミングｔ８は、載置台１０２が回転を終了するタイミングである。タイミングｔ９は、吸着ノズル２６の上昇が完了したタイミングである。タイミングｔ１０は、吸着ノズル２６が次のチップ１０８の上方（第３位置）で停止したタイミングである。吸着ノズル２６は、タイミングｔ９からタイミングｔ１０の間に、回路基板２の上方からチップ１０８の上方に移動する。図１０から明らかなように、載置台１０２は、吸着ノズル２６がチップ１０８（ダイシングウエハ１０６）に向けて移動を開始する前に、回転を終了している。電子部品装着機１０は、タイミングｔ０からタイミングｔ１０の動作を繰り返し、複数のチップ１０８を回路基板２に装着する。

なお、載置台１０２が回転するタイミングは、タイミングｔ２より後でタイミングｔ１０より前であれば、特に限定されない。例えば、図１１に示すように、載置台１０２は、タイミングｔ５とタイミングｔ６の間（タイミングｔ３ａ）で回転を開始してもよい。上記したように、第１位置から第２位置に移動する間（タイミングｔ４からタイミングｔ５の間）に、カメラ７０によって吸着ノズル２６に対するチップ１０８の吸着状態が撮像される。チップ１０８の吸着が失敗している場合、次に吸着するチップ１０８が予定されたチップから変更されることがある。第２位置に移動した後に載置台１０２が回転するようにすれば、チップ１０８の吸着に成功し、次に吸着するチップが確定した後に載置台１０２が回転を始めるので、効率がよい。

ここで、図４から図９を参照し、載置台１０２の回転パターン（回転角度）について説明する。図４は、ダイシングウエハ１０６に含まれていたチップ１０８の約半分が装着された後の状態を示している。なお、回路基板２（図示省略）は、図４のＹ軸正方向に配置されている。ダイシングウエハ１０６に含まれているチップ１０８の種類が同じ場合、まず、回転軸１０２ｃより回路基板２側（図４のＹ軸正方向）に配置されているチップ１０８を装着する。そして、回転軸１０２ｃより回路基板２側にチップ１０８が無くなったとき（図４の状態）に、載置台１０２が１８０度回転する。この回転パターンでは、吸着ノズル２６は、回転軸１０２ｃに対して回路基板２と反対側（図４のＹ軸負方向）に移動する必要がない。吸着ノズル２６の移動距離を短くすることができ、作業時間を短縮することができる。なお、この回転パターンでは、回転軸１０２ｃよりＹ軸正方向にチップ１０８が存在する間は、図１０又は図１１のタイミングｔ０からタイミングｔ１０の間に載置台１０２は回転しない。載置台１０２は、回転軸１０２ｃよりＹ軸正方向にチップ１０８が存在しなくなったときに、図１０又は図１１に示すタイミングで回転する。なお、カメラ２２は、チッブ１０８が回転軸１０２ｃより回路基板２の反対側（図４のＹ軸負方向）に位置するときに、チッブ１０８の状態を撮像する。そのため、カメラ２２の移動範囲と吸着ノズル２６の移動範囲は重複しない。すなわち、カメラ２２と吸着ノズル２６が干渉することはない。

図５を参照し、ダイシングウエハ１０６に含まれているチップの種類（ランク等）が異なる場合について説明する。図５は、ダイシングウエハ１０６に含まれていたチップ１０８の幾つかが装着された後の状態を示している。回路基板２（図示省略）は、図５のＹ軸正方向に配置されている。例えば、図５に示す状態の後に、チップ１０８ａ，チップ１０８ｂ，チップ１０８ｃの順に装着を行う場合、チップ１０８ａを吸着した後、図１０又は図１１のタイミングで載置台１０２を１８０度回転させる。チップ１０８ｂが回転軸１０２ｃよりＹ軸正方向に移動するので、次にチップ１０８ｂを吸着するときに、載置台１０２が回転しない場合と比較して、吸着ノズル２６の移動距離が短くなる。なお、図５に示す状態から載置台１０２を１８０度回転させると、チップ１０８ｃも回転軸１０２ｃよりＹ軸正方向に移動する。そのため、チップ１０８ｂを吸着した後は、載置台１０２を回転させることなく、チップ１０８ｃを吸着する。

図６から図９を参照し、載置台１０２の他の回転パターンについて説明する。回路基板２（図示省略）は、図６〜９のＹ軸正方向に配置されている。ここでは、図６の状態から、チップ１０８ｄ，チップ１０８ｅ，チップ１０８ｆの順に装着を行う場合について説明する。図６に示す状態の後に、図１０又は図１１のタイミングで載置台１０２を回転させる。このときに、チップ１０８ｄが回路基板２に一番近い位置（図７を参照）に移動するように載置台１０２を回転させる。チップ１０８ｄを吸着した後、図１０または図１１のタイミングで、チップ１０８ｅが回路基板２に一番近い位置（図８を参照）に移動するように載置台１０２を回転させる。チップ１０８ｅを吸着した後、図１０または図１１のタイミングで、チップ１０８ｆが回路基板２に一番近い位置（図９を参照）に移動するように載置台１０２を回転させる。この場合、チップ１０８ｄ，１０８ｅ及び１０８ｆは、回路基板２に一番近い位置で吸着ノズル２６に吸着される。吸着ノズル２６の移動距離を最短にすることができる。

なお、吸着ノズルの移動を最短にするための回転は、上記以外に、第１位置から第２位置までの距離と第２位置から第３位置までの距離との合計距離が最短になる位置に次の電子部品が移動するように回転してもよい。この回転位置は、前回の吸着位置および装着位置が既知であるので、プレートを回転することによって次の電子部品が移動できる位置のうち、装着位置から最も近い位置を求めればよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：回路基板
１０：電子部品装着機
２４：ヘッド
２６：吸着ノズル
１０２：載置台
１０６：プレート
１０８：電子部品

Claims (7)

1. 回路基板に電子部品を装着する電子部品装着機であって、
   複数の電子部品を含むプレートを載置する載置台と、
   電子部品の上面を吸着する吸着ノズルと、
   吸着ノズルを支持しており、前記載置台に載置された前記プレートと回路基板の間で吸着ノズルを移動させるヘッドと、を備えており、
   前記載置台は、前記プレートを回転させ、電子部品と回路基板との距離を変化させることが可能である、電子部品装着機。
2. 前記載置台は、吸着ノズルが第１位置で電子部品を吸着した後、電子部品を回路基板に装着するために前記ヘッドが第２位置に移動し、吸着ノズルで新たな電子部品を吸着するために前記ヘッドが第３位置に移動するまでの間に回転する請求項１に記載の電子部品装着機。
3. 前記載置台は、前記ヘッドが第２位置に移動した後、前記ヘッドが第３位置に移動するまでの間に回転する請求項２に記載の電子部品装着機。
4. 前記載置台は、第１位置から第２位置までの距離と第２位置から第３位置までの距離との合計距離が最短になるように前記プレートを回転させる請求項１から３のいずれか一項に記載の電子部品装着機。
5. 前記載置台は、吸着ノズルに吸着される電子部品が前記プレートの回転軸より回路基板側に位置するように、前記プレートを１８０度回転させる請求項１から３のいずれか一項に記載の電子部品装着機。
6. 前記載置台は、吸着ノズルに吸着される電子部品が最も回路基板に近い位置になるように、前記プレートを回転させる請求項１から３のいずれか一項に記載の電子部品装着機。
7. 前記載置台は、モータの出力軸に直接固定されている請求項１から６のいずれか一項に記載の電子部品装着機。

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