JP2021197536A - 部品実装装置および部品実装基板の製造方法 - Google Patents

部品実装装置および部品実装基板の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】部品をより正確な位置に実装することができる部品実装装置およびそれを用いた部品実装基板の製造方法を提供すること。【解決手段】部品を基板に実装する部品実装装置は、部品を保持する部品保持面を有する部品保持部と、基板を保持する基板保持面を有する基板ステージと、部品保持部を駆動する第1駆動部と、基板ステージを駆動する第2駆動部と、制御部と、を備え、制御部は、部品保持面の傾きに関する第1情報と、基板保持面の傾きに関する第2情報とに基づいて、部品保持面と基板保持面を平行に近付けるように、第1駆動部又は第2駆動部を制御し、部品保持面に保持した部品を基板保持面に保持した基板に実装する。【選択図】図10

Description

本発明は、部品実装装置および部品実装基板の製造方法に関する。
フリップチップ等のバンプ付きの電子部品を基板に実装する方式として、基板ステージによって基板を保持した状態で、基板に形成された電極にバンプを押し付けてボンディングする部品実装装置がある(例えば、特許文献1)。
特許文献1の部品実装装置は、基板ステージの水平状態を保つように基板ステージの傾きを補正する機能と、その補正の結果を表示部に表示する機能を有している。
特開2015−177158号公報
しかしながら、基板に部品を実装する際に、部品をより正確な位置に実装することが求められる。
従って、本発明の目的は、前記問題を解決することにあって、部品をより正確な位置に実装することができる部品実装装置および部品実装基板の製造方法を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明の部品実装装置は、部品を基板に実装する部品実装装置であって、前記部品を保持する部品保持面を有する部品保持部と、前記基板を保持する基板保持面を有する基板ステージと、前記部品保持部を駆動する第1駆動部と、前記基板ステージを駆動する第2駆動部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記部品保持面の傾きに関する第1情報と、前記基板保持面の傾きに関する第2情報とに基づいて、前記部品保持面と前記基板保持面を平行に近付けるように、前記第1駆動部又は前記第2駆動部を制御し、前記部品保持面に保持した前記部品を前記基板保持面に保持した前記基板に実装する。
また、本発明の部品実装基板の製造方法は、部品を基板に実装して部品実装基板を製造する方法であって、前記部品を保持する部品保持部の部品保持面の傾きに関する第1情報と、前記基板を保持する基板ステージの基板保持面の傾きに関する第2情報とに基づいて、前記部品保持面と前記基板保持面を平行に近付けるように、前記部品保持部又は前記基板ステージを駆動し、前記部品保持面に保持した前記部品を前記基板保持面に保持した前記基板に実装する。
本発明によれば、部品をより正確な位置に実装することができる。
実施形態の部品実装装置の概略図 図1に示す部品実装装置の斜視図 図1に示す部品実装装置が有する制御部のブロック図 図1に示す部品実装装置を用いて第1キャリブレーション情報を取得する方法を示すフローチャート 図4のフローチャートに沿って各ステップを実行する際の説明図 図4のフローチャートに沿って各ステップを実行する際の説明図 図4のフローチャートに沿って各ステップを実行する際の説明図 図1に示す部品実装装置を用いて第2キャリブレーション情報を取得する方法を示すフローチャート 図7のフローチャートに沿って各ステップを実行する際の説明図 図7のフローチャートに沿って各ステップを実行する際の説明図 図7のフローチャートに沿って各ステップを実行する際の説明図 図1に示す部品実装装置を用いて基板ステージの傾きを補正して基板に部品を実装する方法を示すフローチャート 図10のフローチャートに沿って各ステップを実行する際の説明図 図10のフローチャートに沿って各ステップを実行する際の説明図 図10のフローチャートに沿って各ステップを実行する際の説明図 図10のフローチャートに沿って各ステップを実行する際の説明図 図10のフローチャートに沿って各ステップを実行する際の説明図 図1に示す部品実装装置を用いて基板ステージの傾きを補正して部品保持面を研磨部で研磨する方法を示すフローチャート 図16のフローチャートに沿って各ステップを実行する際の説明図 図16のフローチャートに沿って各ステップを実行する際の説明図
本発明の第1態様によれば、部品を基板に実装する部品実装装置であって、前記部品を保持する部品保持面を有する部品保持部と、前記基板を保持する基板保持面を有する基板ステージと、前記部品保持部を駆動する第1駆動部と、前記基板ステージを駆動する第2駆動部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記部品保持面の傾きに関する第1情報と、前記基板保持面の傾きに関する第2情報とに基づいて、前記部品保持面と前記基板保持面を平行に近付けるように、前記第1駆動部又は前記第2駆動部を制御し、前記部品保持面に保持した前記部品を前記基板保持面に保持した前記基板に実装する、部品実装装置を提供する。
このような構成によれば、部品保持面と基板保持面の傾きが異なる場合であっても、それぞれを平行に近付けてから部品を基板に実装することで、部品をより正確な位置に実装することができる。
本発明の第2態様によれば、前記第1情報は、前記部品保持面の少なくとも3か所における高さ情報に基づく、第1態様に記載の部品実装装置を提供する。このような構成によれば、部品保持面の高さ情報に基づいて部品保持面の傾きを求めることで、傾きを簡便に算出することができる。
本発明の第3態様によれば、前記基板ステージは突起部を有し、前記制御部は、前記部品保持面の前記少なくとも3か所をそれぞれ前記基板ステージの前記突起部に接触させるように前記第1駆動部を制御することで、前記第1情報の前記高さ情報を取得する、第2態様に記載の部品実装装置を提供する。このような構成によれば、部品保持面の高さ情報を突起部との接触により取得することで、高さ情報を容易に取得することができる。
本発明の第4態様によれば、前記第2情報は、前記基板保持面の少なくとも3か所における高さ情報に基づく、第1態様から第3態様のいずれか1つに記載の部品実装装置を提供する。このような構成によれば、基板保持面の高さ情報に基づいて基板保持面の傾きを求めることで、傾きを簡便に算出することができる。
本発明の第5態様によれば、前記制御部は、前記基板保持面の前記少なくとも3か所に前記部品保持部の先端をそれぞれ接触させるように前記第1駆動部を制御することで、前記第2情報の前記高さ情報を取得する、第4態様に記載の部品実装装置を提供する。このような構成によれば、基板保持面の高さ情報を部品保持部との接触により取得することで、高さ情報を容易に取得することができる。
本発明の第6態様によれば、前記第2情報の前記高さ情報は、前記基板保持面を格子状に分割したときの各格子点における高さ情報を含み、前記制御部は、前記格子状に分割した複数の分割領域のうち、前記基板に前記部品が実装される実装位置が含まれる分割領域を特定し、特定した分割領域を構成する4つの格子点における高さ情報を前記第2情報として用いて、前記部品保持面と前記基板保持面を平行に近付けるように、前記第1駆動部又は前記第2駆動部を制御する、第4態様又は第5態様に記載の部品実装装置を提供する。このような構成によれば、基板保持面において実装位置が含まれる領域の傾きに基づいて傾き補正を行うことで、実装位置ごとに部品をより正確な位置に実装することができる。
本発明の第7態様によれば、前記制御部は、前記部品保持部を所定速度で下降させるように前記第1駆動部を制御したときに、前記部品保持部の速度の減速率に基づいて前記高さ情報を取得する、第3態様又は第5態様に記載の部品実装装置を提供する。このような構成によれば、部品実装装置の装置構成を簡素化しながら、高さ情報を取得することができる。
本発明の第8態様によれば、前記第2駆動部は、前記基板ステージの傾きを変更するチルト機構を有し、前記制御部は、前記第2駆動部の前記チルト機構を駆動することにより、前記部品保持面と前記基板保持面を平行に近付ける、第1態様から第7態様のいずれか1つに記載の部品実装装置を提供する。このような構成によれば、傾き補正を容易に行うことができる。
本発明の第9態様によれば、前記基板ステージは、前記部品保持面を研磨するための研磨部を有し、前記制御部は、前記部品保持面を前記研磨部に接触させて研磨する前に、前記第1情報と前記第2情報とに基づいて、前記部品保持面と前記基板保持面を平行に近付けるように前記第1駆動部又は前記第2駆動部を制御する、第1態様から第8態様のいずれか1つに記載の部品実装装置を提供する。このような構成によれば、部品保持面を研磨する際も傾き補正を行うことで、部品保持面をより精度良く研磨することができる。
本発明の第10態様によれば、部品を基板に実装して部品実装基板を製造する方法であって、前記部品を保持する部品保持部の部品保持面の傾きに関する第1情報と、前記基板を保持する基板ステージの基板保持面の傾きに関する第2情報とに基づいて、前記部品保持面と前記基板保持面を平行に近付けるように、前記部品保持部又は前記基板ステージを駆動し、前記部品保持面に保持した前記部品を前記基板保持面に保持した前記基板に実装する、部品実装基板の製造方法を提供する。
このような方法によれば、第1態様の部品実装装置と同様の効果を奏することができる。
本発明の第11態様によれば、前記第1情報は、前記部品保持面の少なくとも3か所における高さ情報に基づく、第10態様に記載の部品実装基板の製造方法を提供する。このような方法によれば、第2態様の部品実装装置と同様の効果を奏することができる。
本発明の第12態様によれば、前記部品保持面の前記少なくとも3か所をそれぞれ、前記基板ステージに設けられた突起部に接触させることで、前記第1情報の前記高さ情報を取得する、第11態様に記載の部品実装基板の製造方法を提供する。このような方法によれば、第3態様の部品実装装置と同様の効果を奏することができる。
本発明の第13態様によれば、前記第2情報は、前記基板保持面の少なくとも3か所における高さ情報に基づく、第10態様から第12態様のいずれか1つに記載の部品実装基板の製造方法を提供する。このような方法によれば、第4態様の部品実装装置と同様の効果を奏することができる。
本発明の第14態様によれば、前記基板保持面の前記少なくとも3か所に前記部品保持部の先端をそれぞれ接触させることで、前記第2情報の前記高さ情報を取得する、第13態様に記載の部品実装基板の製造方法を提供する。このような方法によれば、第5態様の部品実装装置と同様の効果を奏することができる。
本発明の第15態様によれば、前記第2情報の前記高さ情報は、前記基板保持面を格子状に分割したときの各格子点における高さ情報を含み、前記格子状に分割した複数の分割領域のうち、前記基板に前記部品が実装される実装位置が含まれる分割領域を特定し、特定した分割領域を構成する4つの格子点における高さ情報を前記第2情報として用いて、前記部品保持面と前記基板保持面を平行に近付けるように、前記部品保持部又は前記基板ステージを駆動する、第13態様又は第14態様に記載の部品実装基板の製造方法を提供する。このような方法によれば、第6態様の部品実装装置と同様の効果を奏することができる。
本発明の第16態様によれば、前記部品保持部を所定速度で下降させたときに、前記部品保持部の速度の減速率に基づいて前記高さ情報を取得する、第12態様又は第14態様に記載の部品実装基板の製造方法を提供する。このような方法によれば、第7態様の部品実装装置と同様の効果を奏することができる。
本発明の第17態様によれば、前記基板ステージの傾きを変更することにより、前記部品保持面と前記基板保持面を平行に近付ける、第10態様から第16態様のいずれか1つに記載の部品実装基板の製造方法を提供する。このような方法によれば、第8態様の部品実装装置と同様の効果を奏することができる。
本発明の第18態様によれば、前記基板ステージに設けられた研磨部に前記部品保持面を接触させて研磨する前に、前記第1情報と前記第2情報とに基づいて前記部品保持面と前記基板保持面を平行に近付けるように、前記部品保持部又は前記基板ステージを駆動する、第10態様から第17態様のいずれか1つに記載の部品実装基板の製造方法を提供する。このような方法によれば、第9態様の部品実装装置と同様の効果を奏することができる。
以下、本発明に係る部品実装装置およびそれを用いた部品実装基板の製造方法の例示的な実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。本発明は、以下の実施形態の具体的な構成に限定されるものではなく、同様の技術的思想に基づく構成が本発明に含まれる。
(実施形態)
まず図1、図2を参照して、本発明の一実施の形態における部品実装装置の構成について説明する。図1に示す部品実装装置(ボンディング装置)1は、基板2に部品(電子部品)3をボンディングする機能を有しており、基板位置決め部4と、ボンディング部5と、部品供給機構40とを備える。図1では、基板位置決め部4の基板ステージ9に基板2が保持され、部品供給機構40の部品移送ヘッド40aに部品3が保持されている状態を示す。部品3としては、複数のバンプを有するフリップチップが挙げられる。
基板位置決め部4は、基台6の上面に、下から順に基板ステージ移動機構7、チルト機構8、基板ステージ9を重ねて構成される。
基板ステージ移動機構7は、チルト機構8および基板ステージ9をXY方向に移動させる。チルト機構8は、基板ステージ9の傾き(チルト)を調整する。基板ステージ9は、その上面である基板保持面9aで基板2を保持する。基板ステージ移動機構7及びチルト機構8を駆動することにより、基板ステージ9に保持された基板2を所定のボンディング作業位置に位置決めすることができる。
基板位置決め部4はさらに、突起部28と研磨部29とを有する。
突起部28は、後述するボンディングツール13の部品保持面13bを接触させて部品保持面13bの高さ情報を取得するための部材である。突起部28は、部品保持面13bに接触可能に上方へ突出する。実施形態の突起部28は、基板ステージ9における基板保持面9aと同一平面に設けているが、基板ステージ9の任意の位置に設けてもよい。部品保持面13bの高さ情報は、部品保持面13bの傾きに関する情報として用いられる。
研磨部29は、ボンディングツール13の部品保持面13bを研磨するための部材である。研磨部29は、部品保持面13bに対して接触可能に上方を向いた研磨面30を有する。
ボンディング部5は、移動テーブル11と、ボンディングヘッド12とを備える。移動テーブル11は、ボンディングヘッド12をX方向に移動可能に保持する部材である。ボンディングヘッド12は、下方に突出した軸部材27を備えており、軸部材27の下端部にボンディングツール13が装着されている。ボンディングツール13は、部品供給機構40から供給される部品3を保持する部品保持ツールである。
図2に示すように、ボンディングツール13は水平な横長形状のホーン13aを備えている。ホーン13aの下面には部品保持面13bが突設されている。部品保持面13bは部品3の上面に当接して吸着保持するとともに、部品3を基板2に対して押圧する。
ホーン13aの一方側の端部には振動子14が装着されている。振動子14を駆動することにより、超音波振動伝達用のホーン13aを介して部品保持面13bに超音波振動が伝達される。ボンディングツール13によって部品3を基板2に押圧する際に、ボンディングツール加熱部(図3)により部品保持面13bを加熱した状態で、部品保持面13bを介して部品3に超音波振動を付与することで、部品3を基板2に接合する部品接合動作が行われる。これにより、基板2に部品3を実装した部品実装基板が製造される。
ボンディング部5には昇降モータ25(図3)が内蔵されている。昇降モータ25は、部品保持部であるボンディングツール13を有するボンディングヘッド12を駆動する駆動部である。昇降モータ25を駆動してボンディングツール13を下降させることによって、部品保持面13bに保持した部品3を、基板ステージ9に保持した基板2にボンディングすることができる。同様に、昇降モータ25を駆動してボンディングツール13を下降させることで、部品保持面13bを突起部28に接触させたり、部品保持面13bを研磨部29の研磨面30に接触させることができる。
ボンディング部5にはさらにリニアエンコーダ26(図3)が内蔵されている。リニアエンコーダ26は、スケール部(図示せず)と走査部(図示せず)とを有し、スケール部に対する走査部の位置を示す位置情報を出力する。リニアエンコーダ26の走査部はボンディングヘッド12に連動しており、リニアエンコーダ26が出力する位置情報はボンディングヘッド12およびボンディングツール13の高さ情報として利用され、ボンディングツール13が接触した箇所の基板保持面9aの高さ情報としても利用される。
部品供給機構40は、ボンディングツール13の下方を水平方向に移動自在な部品移送ヘッド40aを有している。部品移送ヘッド40aが部品3を保持した状態でボンディングツール13の下方まで移送することにより、部品保持面13bに部品3を受け渡すことができる。部品供給機構40における部品移送ヘッド40a以外の構成については図示および説明を省略する。
部品実装装置1はさらに、基板ステージ9に保持された基板2を上方から撮像する基板カメラや、ボンディングツール13に保持された部品3を下方から撮像する部品カメラなどを備える。本明細書ではそれらの構成の図示および説明を省略する。
上述したボンディングツール13による部品接合動作などは制御部60が制御する。
制御部60は、部品実装装置1の各構成要素の動作を制御する部材である。制御部60は、配線等を介して部品実装装置1の各構成要素に電気的に接続されている。制御部60は例えばマイクロコンピュータで構成される。
図3は、制御部60のブロック図を示す。図3に示すように、制御部60は、基板ステージ移動機構7、チルト機構8、ボンディングヘッド12、昇降モータ25、リニアエンコーダ26、部品供給機構40などに電気的に接続されている。
制御部60はその内部に、ボンディング動作実行部62と、部品保持面高さ測定部64と、基板保持面高さ測定部66と、実装用キャリブレーション実行部68と、研磨用キャリブレーション実行部69と、記憶部70とを有する。
ボンディング動作実行部62、部品保持面高さ測定部64、基板保持面高さ測定部66、実装用キャリブレーション実行部68および研磨用キャリブレーション実行部69は例えば処理回路であり、記憶部70に記憶されたコンピュータプログラムをそれぞれ実行する。記憶部70は例えばコンピュータプログラムを記憶したメモリである。処理回路がコンピュータプログラムを実行することによって、または、処理回路単独、またはメモリ単独で、ボンディング動作実行部62、部品保持面高さ測定部64、基板保持面高さ測定部66、実装用キャリブレーション実行部68および研磨用キャリブレーション実行部69が実現される。
ボンディング動作実行部62は、ボンディングツール13が保持する部品3を基板ステージ9に載置された基板2に実装する機能を実行する。
部品保持面高さ測定部64は、ボンディングツール13における部品保持面13bの高さを測定する機能を実行する。部品保持面13bの高さを測定する際には、部品保持面13bを突起部28に接触させる。部品保持面高さ測定部64の測定結果である部品保持面13bの高さ情報は、後述する基板ステージ9の傾き補正(キャリブレーション動作)に使用する第1キャリブレーション情報S1として、記憶部70に記憶される。
基板保持面高さ測定部66は、基板ステージ9における基板保持面9aの高さを測定する機能を実行する。基板保持面9aの高さを測定する際には、部品保持面13bを基板保持面9aの測定対象箇所に接触させる。基板保持面高さ測定部66の測定結果である基板保持面9aの高さ情報は、後述する基板ステージ9の傾き補正(キャリブレーション動作)に使用する第2キャリブレーション情報S2として、記憶部70に記憶される。
実装用キャリブレーション実行部68は、基板2に部品3を実装する前に、ボンディングツール13の部品保持面13bと基板ステージ9の基板保持面9aを平行に近付けるように基板ステージ9の傾きを調整するキャリブレーション動作を実行する。
研磨用キャリブレーション実行部69は、研磨部29を用いてボンディングツール13の部品保持面13bを研磨する前に、部品保持面13bと基板保持面9aを平行に近付けるように基板ステージ9の傾きを調整するキャリブレーション動作を実行する。
記憶部70は、各種コンピュータプログラムとともに、第1キャリブレーション情報S1および第2キャリブレーション情報S2などの各種データを記憶する。
次に、上述した部品保持面高さ測定部64を用いて部品保持面13bの高さを測定する方法について、図4〜図6を用いて説明する。図4は、当該方法を説明するためのフローチャートであり、図5A、図5B、図6は、図4のフローチャートに沿って各ステップを実行する際の各種説明図である。図4のフローチャートに示す各ステップは例えば、制御部60の部品保持面高さ測定部64によって実行される。
図4に示すように、制御部60はまず、ボンディングヘッド12を計測開始高さまで下降させる(S1)。具体的には、図5Aに示すように、基板ステージ移動機構7によって基板ステージ9を水平移動させ、突起部28をボンディングツール13の下方に位置合わせする。そして、昇降モータ25を駆動して、部品3を保持していない状態のボンディングツール13を所定の計測開始高さまで下降させる(矢印参照)。
制御部60は、ボンディングツール13の速度を監視する(S2)。具体的には、ボンディングツール13の高さ情報を示すリニアエンコーダ26の出力値に関して、単位時間当たりの値をボンディングツール13の速度として、継続的に監視する。
制御部60は、ボンディングツール13を突起部28に向けて微小下降させる(S3)。具体的には、昇降モータ25を駆動して、ボンディングツール13を突起部28に向けて微小距離だけ下降させる。ボンディングツール13が微小距離だけ下降するように、昇降モータ25の駆動量が予め設定されている。
制御部60は、ボンディングツール13の速度が所定速度以下に到達したか否かを判断する(S4)。具体的には、ステップS2で監視を開始したボンディングツール13の速度が、記憶部70に予め記憶されている所定速度(すなわち閾値)以下に到達したか否かを判断する。
図5Aに示すように、部品保持面13bが突起部28に接触していないときは、ボンディングツール13の速度は一定であり、所定速度以下には到達しない(S4でNO)。制御部60は再度、ボンディングツール13を突起部28に向けて微小下降させ(S3)、ボンディングツール13の速度が所定速度以下に到達したか否かを判断する(S4)。このようなフローによれば、部品保持面13bが突起部28に接触するまでステップS3、S4が繰り返され、ボンディングツール13の下降が継続される。
図5Bに示すように、部品保持面13bが突起部28に接触すると、ボンディングツール13の下降が停止し、ボンディングツール13の速度が所定速度以下に到達する(S4でYES)。制御部60は、リニアエンコーダ26の出力を読み取り、第1キャリブレーション情報S1として記憶する(S5)。部品保持面13bが突起部28に接触したときのリニアエンコーダ26の出力を読み取ることで、部品保持面13bの高さ情報を取得することができる。
制御部60は、上述したステップS1〜S5の処理を部品保持面13bの複数箇所に対してそれぞれ実行する。本実施形態では、図6に示すように、部品保持面13bにおける4隅の近傍に予め、4つの測定点50(n)を設定しており(本実施形態ではn=1、2、3、4)、4つの測定点50(n)のそれぞれを突起部28に接触させるように、ステップS1〜S5を計4回実行する。これにより、それぞれの測定点50(n)の高さを示す高さ情報h(n)が取得される。制御部60は、取得した高さ情報h(n)と測定点50(n)のXY座標とを関連付けたキャリブレーションデータを、第1キャリブレーション情報S1として記憶部70に記憶する。
次に、上述した基板保持面高さ測定部66を用いて基板保持面9aの高さを測定する方法について、図7〜図9を用いて説明する。図7は、当該方法を説明するためのフローチャートであり、図8A、図8B、図9は、図7のフローチャートに沿って各ステップを実行する際の各種説明図である。図7のフローチャートに示す各ステップは例えば、制御部60の基板保持面高さ測定部66によって実行される。
図7に示すように、制御部60はまず、ボンディングヘッド12を計測開始高さまで下降させる(S6)。具体的には、図8Aに示すように、基板ステージ移動機構7によって基板ステージ9を水平移動させ、基板保持面9aの所定箇所をボンディングツール13の下方に位置合わせする。そして、昇降モータ25を駆動して、部品3を保持していない状態のボンディングツール13を所定の計測開始高さまで下降させる(矢印参照)。
制御部60は、ボンディングツール13の速度を監視し(S7)、ボンディングツール13を基板保持面9aに向けて微小下降させ(S8)、ボンディングツール13の速度が所定速度以下に到達したか否かを判断する(S9)。ステップS7〜S9の処理内容は、図4に示したステップS2〜S4と同様である。
図8Aに示すように、部品保持面13bが基板保持面9aに接触していないときは、ボンディングツール13の速度が所定速度以下に到達しないと判断される(S9でNO)。部品保持面13bが基板保持面9aに接触するまで、ステップS8、S9が繰り返される。
図8Bに示すように、部品保持面13bが基板保持面9aに接触すると、ボンディングツール13の速度が所定速度以下に到達したと判断される(S9でYES)。制御部60は、リニアエンコーダ26の出力を読み取り、第2キャリブレーション情報S2として記憶する(S10)。部品保持面13bが基板保持面9aに接触したときのリニアエンコーダ26の出力を読み取ることで、部品保持面13bに接触した箇所の基板保持面9aの高さ情報を取得することができる。
制御部60は、上述したステップS6〜S10の処理を基板保持面9aの複数箇所に対してそれぞれ実行する。本実施形態では、図9に示すように、基板保持面9aを格子状に分割して複数の格子点52(i、j)を設定しており(本実施形態ではi=1〜9、j=1〜7)、全ての格子点52(i、j)のそれぞれに部品保持面13bを接触させるようにステップS6〜S10の処理を繰り返し実行する。これにより、それぞれの格子点52(i、j)の高さを示す高さ情報H(i、j)が取得される。制御部60は、取得した高さ情報H(i、j)と格子点52(i、j)のXY座標とを関連付けたキャリブレーションデータを、第2キャリブレーション情報S2として記憶部70に記憶する。
次に、上述した実装用キャリブレーション実行部68を用いて、第1キャリブレーション情報S1および第2キャリブレーション情報S2に基づいて基板ステージ9の傾きを補正して基板2に部品3を実装する方法について、図10〜図15を用いて説明する。図10は、当該方法を説明するためのフローチャートであり、図11〜図15は、図10のフローチャートに沿って各ステップを実行する際の各種説明図である。図10のフローチャートに示す各ステップは例えば、制御部60の実装用キャリブレーション実行部68によって実行される。
図10に示すように、制御部60はまず、基板ステージ9を用いて基板2を保持する(S11)。具体的には、図11に示すように、基板位置決め部4に搬入されてきた基板2を基板ステージ9の基板保持面9aに載置して、基板2を保持する。基板2を保持した状態の基板ステージ9を、基板ステージ移動機構7を用いて水平方向に移動することにより、所定の水平位置に位置決めする。
制御部60は、ボンディングツール13を用いて部品3を保持する(S12)。具体的には、図11に示すように、部品供給機構40の部品移送ヘッド40aから供給される部品3をボンディングツール13の部品保持面13bに吸着して保持させる。部品3を保持した状態のボンディングツール13を、移動テーブル11を用いて水平方向に移動することにより、所定の水平位置に位置決めする。
制御部60は、第1キャリブレーション情報S1に基づいて、部品保持面13bの傾きを算出する(S13)。具体的な傾きの算出方法について、図12を用いて説明する。
図12では、部品保持面13bのX方向の傾きを算出する方法の一例を示す。図12に示すように、部品保持面13bのX方向の傾きを算出するために、X方向の位置が略同じである測定点50(1)、50(3)の高さh(1)、h(3)の平均値hm1を算出する(hm1=(h(1)+h(3))/2)。同様に、X方向の位置が略同じである測定点50(2)、50(4)の高さの平均値hm2を算出する(hm2=(h(2)+h(4))/2)。
さらに、hm1とhm2の差分として、差分Δhxを算出するとともに(Δhx=hm2−hm1)、記憶部70に予め記憶されている定数Aにより差分Δhxを除算した値を、傾きxpとして算出する(xp=Δhx/A)。定数Aは部品保持面13bのX方向の寸法として予め設定された値である。このようにして、部品保持面13bのX方向の傾きxpを算出することができる。
Y方向の傾きypも同様の方法により算出することができる。
なお、傾きxp、ypは、ステップS13のように部品3を基板2に実装する際に第1キャリブレーション情報S1に基づいて算出する場合に限らず、任意のタイミングで算出してもよい。例えば、図4〜図6に示したように部品保持面高さ測定部64を用いて部品保持面13bの高さを測定したときに傾きxp、ypを予め算出しておき、第1キャリブレーション情報S1に含める形で記憶部70に記憶してもよい。
制御部60は、実装位置Pを含む分割領域を特定する(S14)。具体的には、図9に示した基板保持面9aを格子状に分割した複数の分割領域のうち、図11に示したボンディングツール13に保持されている部品2の実装位置Pを含む1つの分割領域を特定する。より具体的には、実装位置PのXY座標が記憶部70に予め記憶されており、実装位置PのXY座標と格子点52(i、j)のXY座標とに基づいて、実装位置Pを含む分割領域を特定する。
制御部60は、第2キャリブレーション情報S2に基づいて、特定した分割領域を構成する4つの格子点52の高さ情報を取得する(S15)。具体的には、図13に示すように、ステップS14で特定した分割領域を構成する4つの格子点52(i、j)、52(i+1、j)、52(i、j+1)、52(i+1、j+1)の高さ情報H(i、j)、H(i+1、j)、H(i、j+1)、H(i+1、j+1)を、第2キャリブレーション情報S2に基づいて取得する。
制御部60は、4つの格子点52(i、j)、52(i+1、j)、52(i、j+1)、52(i+1、j+1)の高さ情報(i、j)、H(i+1、j)、H(i、j+1)、H(i+1、j+1)に基づいて、基板保持面9aの傾きを算出する(S16)。具体的には、図12に示した方法と同様の方法により、図14に示すように、格子点52(i、j)と格子点52(i、j+1)の高さの平均値Hm1を算出し(Hm1={H(i、j)+H(i、j+1)}/2)、格子点52(i+1、j)と格子点52(i+1、j+1)の高さの平均値Hm2を算出する(Hm2={H(i+1、j)+H(i+1、j+1)}/2)。
さらに、Hm1とHm2の差分として、差分ΔHx(=Hm2−Hm1)を算出するとともに、基板保持面9aのX方向の寸法として記憶部70に予め記憶されている定数Cで差分ΔHxを除算した値を、傾きxPとして算出する(xP=ΔHx/C)。このようにして基板保持面9aのX方向の傾きxPを算出することができる。Y方向の傾きyPも同様の方法により算出することができる。
制御部60は、部品保持面13bと基板保持面9aを平行に近付けるように傾き補正を行う(S17)。具体的には、ステップS13で算出した部品保持面13bの傾きxp、ypと、ステップS16で算出した基板保持面9aの傾きxP、yPとに基づいて、チルト機構8を用いて基板保持面9aの傾きxP、yPを変更する。より具体的には、基板保持面9aの傾きxP、yPをそれぞれ、部品保持面13bの傾きxp、ypと同じ値に近付くように、チルト機構8を用いて基板ステージ9の姿勢を変更する。
制御部60は、部品3を基板2に実装する(S18)。具体的には、ステップS17で姿勢を変更した基板ステージ9に保持した基板2に向けて、図15に示すように、昇降モータ25を駆動してボンディングツール13を下降させて、部品3を基板2に実装する。
前述したように、部品3を保持する部品保持面13bと、部品3が実装される実装位置Pを含む箇所の基板保持面9aとが平行に近付くように傾き補正を行っているため、部品3を基板2に対して正しい位置・姿勢に実装することができる。
基板2に実装すべき部品3が複数ある場合には、上述したステップS11〜S18を複数の部品3にそれぞれ実行し、基板2に部品3を実装した部品実装基板を製造する。
ステップS11〜S18のフローによれば、複数の部品3ごとに実装位置Pが変化しても、実装位置Pを含む箇所の基板保持面9aと部品保持面13bを平行に近付けるようにその都度、傾き補正が行われる。これにより、複数の部品3のそれぞれをより正確な位置・姿勢で実装することができる。
本実施形態の部品実装装置1はさらに、基板2に部品3を実装する時だけでなく、研磨部29を用いてボンディングツール13の部品保持面13bを研磨する際も、基板ステージ9の傾き補正を同様に行う機能を有する。具体的な方法について、図16〜図18を用いて説明する。図16は、当該方法を説明するためのフローチャートであり、図17、図18は、図16のフローチャートに沿って各ステップを実行する際の各種説明図である。図16のフローチャートに示す各ステップは例えば、制御部60の研磨用キャリブレーション実行部69によって実行される。
図16に示すように、制御部60はまず、ボンディングツール13を研磨位置に移動する(S19)。具体的には、図17に示すように、移動テーブル11を用いて、部品3を保持していない状態のボンディングツール13を水平方向に移動することにより、研磨部29の上方における所定の水平位置に位置決めする。
制御部60は、第1キャリブレーション情報S1に基づいて、部品保持面13bの傾きxp、ypを算出する(S20)。具体的には、図10に示したステップS13と同様の方法により、部品保持面13bの傾きxp、ypを算出する。
制御部60は、第2キャリブレーション情報S2に基づいて、基板保持面9aの傾きを算出する(S21)。具体的には、図9に示した基板保持面9aを格子状に分割した複数の分割領域のうち、研磨部29の傾きに近似する傾きを有する分割領域を特定し、特定した分割領域を構成する4つの格子点52の高さ情報を第2キャリブレーション情報S2として用いて、図10に示したステップS16と同様の方法により、基板保持面9aの傾きxP、yPを算出する。
制御部60は、部品保持面13bと基板保持面9aを平行に近付けるように傾き補正を行う(S22)。具体的には、ステップS20で算出した部品保持面13bの傾きxp、ypと、ステップS21で算出した基板保持面9aの傾きxP、yPとに基づいて、チルト機構8を用いて基板保持面9aの傾きxP、yPを変更する。具体的な方法は、図10に示したステップS17と同様であり、基板保持面9aの傾きxP、yPをそれぞれ、部品保持面13bの傾きxp、ypと同じ値に近付けるように、チルト機構8を用いて基板ステージ9の傾きを調整する。
制御部60は、部品保持面13bを研磨部29で研磨する(S23)。具体的には、図18に示すように、昇降モータ25を駆動してボンディングツール13を下降させ、部品保持面13bを研磨部29の研磨面30に当接させる。これにより、部品保持面13bを研磨部29で研磨することができる。
上記方法によれば、部品保持面13bを研磨部29で研磨する前に基板ステージ9の傾き補正を行うことで、部品保持面13bを研磨部29の研磨面30に精度良く接触させて研磨することができる。
上述したように、実施形態の部品実装装置1およびそれを用いた部品実装基板の製造方法では、制御部60は、部品保持面13bの傾きxp、ypに関する第1キャリブレーション情報S1(第1情報)と、基板保持面9aの傾きxP、yPに関する第2キャリブレーション情報S2(第2情報)とに基づいて、部品保持面13bと基板保持面9aを平行に近付けるように、チルト機構8(駆動部)を制御し(S17)、部品保持面13bに保持した部品3を基板保持面9aに保持した基板2に実装する(S18)。
このような構成および方法によれば、部品保持面13bの傾きxp、ypと基板保持面9aの傾きxP、yPが異なる場合であっても、それぞれを平行に近付けてから部品3を基板2に実装することで、部品3をより正確な位置に実装することができる。
また、実施形態の部品実装装置1およびそれを用いた部品実装基板の製造方法では、第1キャリブレーション情報S1は、部品保持面13bの4か所の測定点50(n)における高さ情報h(n)に基づく。
このような構成および方法によれば、部品保持面13bの高さ情報h(n)に基づいて部品保持面13bの傾きxp、ypを求めることができ、傾きxp、ypを簡便に算出することができる。
また、実施形態の部品実装装置1およびそれを用いた部品実装基板の製造方法では、制御部60は、部品保持面13bの4か所の測定点50(n)をそれぞれ基板ステージ9の突起部28に接触させるように昇降モータ25を制御することで、第1キャリブレーション情報S1の高さ情報h(n)を取得する(S1〜S5)。
このような構成および方法によれば、部品保持面13bの高さ情報h(n)を突起部28との接触により取得することで、高さ情報h(n)を容易に取得することができる。
また、実施形態の部品実装装置1およびそれを用いた部品実装基板の製造方法では、第2キャリブレーション情報S2は、基板保持面9aの各格子点52(i、j)における高さ情報H(i、j)に基づく。
このような構成および方法によれば、基板保持面9aの高さ情報H(i、j)に基づいて基板保持面9aの傾きxP、yPを求めることができ、傾きxP、yPを簡便に算出することができる。
また、実施形態の部品実装装置1およびそれを用いた部品実装基板の製造方法では、制御部60は、基板保持面9aの各格子点52(i、j)にボンディングツール13の先端である部品保持面13bをそれぞれ接触させるように昇降モータ25を制御することで、第2キャリブレーション情報S2の高さ情報H(i、j)を取得する(S6〜S10)。
このような構成および方法によれば、基板保持面9aの高さ情報H(i、j)をボンディングツール13との接触により取得することで、高さ情報H(i、j)を容易に取得することができる。
また、実施形態の部品実装装置1およびそれを用いた部品実装基板の製造方法では、第2キャリブレーション情報S2の高さ情報H(i、j)は、基板保持面9aを格子状に分割したときの各格子点52における基板保持面9aの高さ情報である。制御部60は、格子状に分割した複数の分割領域のうち、基板2に部品3が実装される実装位置Pが含まれる分割領域を特定し(S14)、特定した分割領域を構成する4つの格子点52(i、j)、52(i+1、j)、52(i、j+1)、52(i+1、j+1)における高さ情報H(i、j)、H(i+1、j)、H(i、j+1)、H(i+1、j+1)を第2キャリブレーション情報S2として用いて、部品保持面13bと基板保持面9aを平行に近付けるように、チルト機構8を制御する(S15〜S17)。
このような構成および方法によれば、基板保持面9aにおいて実装位置Pが含まれる分割領域の傾きに基づいて傾き補正を行うことで、実装位置Pごとに、部品3をより正確な位置に実装することができる。
また、実施形態の部品実装装置1およびそれを用いた部品実装基板の製造方法では、制御部60は、ボンディングツール13を所定速度で下降させるように昇降モータ25を制御したときに、ボンディングツール13の速度の減速率に基づいて高さ情報h(n)、H(i、j)を取得する(S4〜S5、S9〜S10)。
このような構成および方法によれば、ロードセルなどを用いて荷重の変化率に基づいて高さ情報を取得する場合に比べて、新たな構成を設けることなく高さ情報h(n)、H(i、j)を取得することができ、部品実装装置1の装置構成を簡素化することができる。
また、実施形態の部品実装装置1およびそれを用いた部品実装基板の製造方法では、チルト機構8を用いて基板ステージ9の傾きを変更することにより、部品保持面13bと基板保持面9aを平行に近付ける(S17)。
このような構成および方法によれば、傾き補正を容易に行うことができる。
また、実施形態の部品実装装置1およびそれを用いた部品実装基板の製造方法では、制御部60は、部品保持面13bを研磨部29に接触させて研磨する前に、第1キャリブレーション情報S1と第2キャリブレーション情報S2とに基づいて、部品保持面13bと基板保持面9aを平行に近付けるように、チルト機構8を制御する(S22、S23)。
このような構成および方法によれば、部品保持面13bを研磨する際も基板ステージ9の傾きを補正することで、部品保持面13bをより精度良く研磨することができる。
以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、ステップS17で傾き補正を行うためにチルト機構8を用いて基板ステージ9を駆動していたが、このような場合に限らない。ボンディングツール13の傾きを調整する機構を有していれば、基板ステージ9に代えて、ボンディングツール13の傾きを調整することにより、部品保持面13bと基板保持面9aを平行に近付けてもよい。すなわち、部品保持面13bと基板保持面9aを平行に近付けるためには、部品保持部であるボンディングツール13を駆動する第1駆動部、あるいは基板ステージ9を駆動する第2駆動部(チルト機構8)のいずれかを制御すればよい。
また本実施形態では、部品保持面13bの高さ情報h(n)および基板保持面9aの高さ情報H(i、j)を求めるために、部品保持面13bを突起部28あるいは基板保持面9bに接触させる場合について説明したが、このような場合に限らない。このような接触方式に限らず、レーザ等の非接触方式にて高さ情報を取得してもよい。すなわち、高さ情報を取得するために接触式センサあるいは非接触式センサを用いてもよい。
また本実施形態では、第1キャリブレーション情報S1として、部品保持面13bの4か所の測定点50(n)における高さ情報h(n)を求める場合について説明したが、このような場合に限らない。部品保持面13bの少なくとも3か所における高さ情報を求めれば、部品保持面13bの傾きxp、ypを算出することができる。
また本実施形態では、第2キャリブレーション情報S2として、基板保持面9aの各格子点52(i、j)における高さ情報H(i、j)を求める場合について説明したが、このような場合に限らない。部品保持面13bと同様に、基板保持面9aの少なくとも3か所における高さ情報を求めれば、基板保持面9aの傾きxP、yPを算出することができる。
また本実施形態では、図12、図14に示すように、傾きxp、yp、xP、yPを算出するために、部品保持面13bの高さ情報h(n)および基板保持面9aの高さ情報H(i、j)の値をそのまま用いる場合について説明したが、このような場合に限らない。部品保持面13bおよび基板保持面9aに対して所定の基準高さを定めるとともに、高さ情報h(n)、H(i、j)を基準高さに対する相対的な高さに変換した上で、傾きxp、yp、xP、yPを算出してもよい。
本開示は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した特許請求の範囲による本開示の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。また、各実施形態における要素の組合せや順序の変化は、本開示の範囲および思想を逸脱することなく実現し得るものである。
なお、前記実施形態の様々な変形例のうち、任意の変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
本発明は、部品実装装置およびそれを用いた部品実装基板の製造方法であれば適用可能である。
1 部品実装装置
2 基板
3 部品
4 基板位置決め部
5 ボンディング部
6 基台
7 基板ステージ移動機構
8 チルト機構(第2駆動部)
9 基板ステージ
9a 基板保持面
11 移動テーブル
12 ボンディングヘッド
13 ボンディングツール
13a ホーン
13b 部品保持面
14 振動子
25 昇降モータ
26 リニアエンコーダ
27 軸部材
28 突起部
29 研磨部
30 研磨面
40 部品供給機構
40a 部品移送ヘッド
50(n) 測定点
52(i、j) 格子点
60 制御部
62 ボンディング動作実行部
64 部品保持面高さ測定部
66 基板保持面高さ測定部
68 実装用キャリブレーション実行部
69 研磨用キャリブレーション実行部
70 記憶部
h(n) (部品保持面の)高さ情報
hm1、hm2 平均値
Δhx 差分
H(i、j) (基板保持面の)高さ情報
Hm1、Hm2 平均値
ΔHx 差分
A、C 定数
P 実装位置
S1 第1キャリブレーション情報
S2 第2キャリブレーション情報

Claims (18)

  1. 部品を基板に実装する部品実装装置であって、
    前記部品を保持する部品保持面を有する部品保持部と、
    前記基板を保持する基板保持面を有する基板ステージと、
    前記部品保持部を駆動する第1駆動部と、
    前記基板ステージを駆動する第2駆動部と、
    制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記部品保持面の傾きに関する第1情報と、前記基板保持面の傾きに関する第2情報とに基づいて、前記部品保持面と前記基板保持面を平行に近付けるように、前記第1駆動部又は前記第2駆動部を制御し、
    前記部品保持面に保持した前記部品を前記基板保持面に保持した前記基板に実装する、部品実装装置。
  2. 前記第1情報は、前記部品保持面の少なくとも3か所における高さ情報に基づく、請求項1に記載の部品実装装置。
  3. 前記基板ステージは突起部を有し、
    前記制御部は、
    前記部品保持面の前記少なくとも3か所をそれぞれ前記基板ステージの前記突起部に接触させるように前記第1駆動部を制御することで、前記第1情報の前記高さ情報を取得する、請求項2に記載の部品実装装置。
  4. 前記第2情報は、前記基板保持面の少なくとも3か所における高さ情報に基づく、請求項1から3のいずれか1つに記載の部品実装装置。
  5. 前記制御部は、
    前記基板保持面の前記少なくとも3か所に前記部品保持部の先端をそれぞれ接触させるように前記第1駆動部を制御することで、前記第2情報の前記高さ情報を取得する、請求項4に記載の部品実装装置。
  6. 前記第2情報の前記高さ情報は、前記基板保持面を格子状に分割したときの各格子点における高さ情報を含み、
    前記制御部は、
    前記格子状に分割した複数の分割領域のうち、前記基板に前記部品が実装される実装位置が含まれる分割領域を特定し、特定した分割領域を構成する4つの格子点における高さ情報を前記第2情報として用いて、前記部品保持面と前記基板保持面を平行に近付けるように、前記第1駆動部又は前記第2駆動部を制御する、請求項4又は5に記載の部品実装装置。
  7. 前記制御部は、
    前記部品保持部を所定速度で下降させるように前記第1駆動部を制御したときに、前記部品保持部の速度の減速率に基づいて前記高さ情報を取得する、請求項3又は5に記載の部品実装装置。
  8. 前記第2駆動部は、前記基板ステージの傾きを変更するチルト機構を有し、
    前記制御部は、
    前記第2駆動部の前記チルト機構を駆動することにより、前記部品保持面と前記基板保持面を平行に近付ける、請求項1から7のいずれか1つに記載の部品実装装置。
  9. 前記基板ステージは、前記部品保持面を研磨するための研磨部を有し、
    前記制御部は、
    前記部品保持面を前記研磨部に接触させて研磨する前に、前記第1情報と前記第2情報とに基づいて、前記部品保持面と前記基板保持面を平行に近付けるように前記第1駆動部又は前記第2駆動部を制御する、請求項1から8のいずれか1つに記載の部品実装装置。
  10. 部品を基板に実装して部品実装基板を製造する方法であって、
    前記部品を保持する部品保持部の部品保持面の傾きに関する第1情報と、前記基板を保持する基板ステージの基板保持面の傾きに関する第2情報とに基づいて、前記部品保持面と前記基板保持面を平行に近付けるように、前記部品保持部又は前記基板ステージを駆動し、
    前記部品保持面に保持した前記部品を前記基板保持面に保持した前記基板に実装する、部品実装基板の製造方法。
  11. 前記第1情報は、前記部品保持面の少なくとも3か所における高さ情報に基づく、請求項10に記載の部品実装基板の製造方法。
  12. 前記部品保持面の前記少なくとも3か所をそれぞれ、前記基板ステージに設けられた突起部に接触させることで、前記第1情報の前記高さ情報を取得する、請求項11に記載の部品実装基板の製造方法。
  13. 前記第2情報は、前記基板保持面の少なくとも3か所における高さ情報に基づく、請求項10から12のいずれか1つに記載の部品実装基板の製造方法。
  14. 前記基板保持面の前記少なくとも3か所に前記部品保持部の先端をそれぞれ接触させることで、前記第2情報の前記高さ情報を取得する、請求項13に記載の部品実装基板の製造方法。
  15. 前記第2情報の前記高さ情報は、前記基板保持面を格子状に分割したときの各格子点における高さ情報を含み、
    前記格子状に分割した複数の分割領域のうち、前記基板に前記部品が実装される実装位置が含まれる分割領域を特定し、特定した分割領域を構成する4つの格子点における高さ情報を前記第2情報として用いて、前記部品保持面と前記基板保持面を平行に近付けるように、前記部品保持部又は前記基板ステージを駆動する、請求項13又は14に記載の部品実装基板の製造方法。
  16. 前記部品保持部を所定速度で下降させたときに、前記部品保持部の速度の減速率に基づいて前記高さ情報を取得する、請求項12又は14に記載の部品実装基板の製造方法。
  17. 前記基板ステージの傾きを変更することにより、前記部品保持面と前記基板保持面を平行に近付ける、請求項10から16のいずれか1つに記載の部品実装基板の製造方法。
  18. 前記基板ステージに設けられた研磨部に前記部品保持面を接触させて研磨する前に、前記第1情報と前記第2情報とに基づいて、前記部品保持面と前記基板保持面を平行に近付けるように前記部品保持部又は前記基板ステージを駆動する、請求項10から17のいずれか1つに記載の部品実装基板の製造方法。
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