JP3876920B2

JP3876920B2 - 部品装着装置及び部品装着方法

Info

Publication number: JP3876920B2
Application number: JP2005513258A
Authority: JP
Inventors: 篤彦平田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-08-20
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2024-08-02
Also published as: KR20060033038A; CN1839670B; WO2005020657A1; US20070000125A1; CN1839670A; DE112004001513T5; JPWO2005020657A1; KR100785240B1

Description

本発明は、ヘッド側の電子部品等をステージ側の被装着基板上に装着する部品装着装置及び部品装着方法に関し、特にヘッドとステージの相対角度の調整方法に関するものである。

部品吸着用ヘッドを被装着基板用ステージに対して軸方向に相対移動させることによりヘッド側の部品をステージ側の被装着基板に圧着接合するようにした部品装着装置では、ヘッドとステージとの相対角度を精度良く調整する必要がある。

このようなヘッドとステージの相対角度の調整装置として、受台の四隅に半導体圧力センサを配置することにより、ヘッドの押圧面と受台の受面の平行度を検出し、この検出値に基づいてヘッドの傾きを補正するようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。

また別の調整装置として、ステージの四隅にキャパシタ部及び静電容量検出部を設け、検出された静電容量から加圧ステージに対するヘッドの傾きを求め、この傾きに基づいてヘッドの傾きを補正するようにしたものがある（例えば特許文献２参照）。

さらに別の調整装置として、ステージ側に３個の圧電素子を設け、該圧電素子からの信号によりステージに対するヘッドの傾きを求め、この傾きに基づいてヘッドの傾きを補正するようにしたものがある（例えば特許文献３参照）。
特開平５−２１８１４０号公報特開平６−１４０４６７号公報特開平１０−１５０２９６号公報

上記従来の調整装置はいずれも複数個の検出センサを設け、その検出値の差により平行度を検出しようとするものである。従って従来装置では、複数の検出センサが必要になるとともにこの検出センサ自体のバラツキが加わること、及びセンサ特性のバラツキを揃えるために校正が必要になるといった問題がある。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたもので、検出センサを複数必要とすることがなく、従って検出センサ自体のバラツキが加わることがなく、またセンサ特性のバラツキを揃えるための校正が必要になるといった問題もない部品装着装置及び部品装着方法を提供することを課題としている。

請求の範囲第１項の発明は、部品吸着用ヘッドと被装着基板用ステージとを軸方向に相対移動させることによりヘッド側の部品をステージ側の被装着基板に装着するようにした部品装着装置において、突起が軸心から離れた位置に設けられたアタッチメントを、上記ヘッド及びステージのうち少なくとも一方の上記部品または被装着基板の吸着面側の面上に着脱自在に取り付け、上記ヘッドとステージを軸方向に相対移動させて上記突起を上記ヘッド及びステージのうち少なくとも他方の対向部位に接触させるとともにその時の上記軸方向の座標を取得する操作を、上記アタッチメントを取り付ける向きを上記軸心回りに変更しながら複数回繰り返し、取得されたそれぞれの座標値に基づいて、上記ヘッドとステージとの相対角度を調整する補正機構を備えたことを特徴としている。

請求の範囲第２項の発明は、請求の範囲第１項において、上記補正機構は、上記座標を取得する操作を３回以上行なうことを特徴としている。

請求の範囲第３項の発明は、部品吸着用ヘッドと被装着基板用ステージとを軸方向に相対移動させることによりヘッド側の部品をステージ側の被装着基板に装着するようにした部品装着装置において、突起が軸心から離れた位置に設けられたアタッチメントを、上記ヘッド及びステージのうち少なくとも一方の上記部品または被装着基板の吸着面側の面上に着脱自在に取り付け、上記ヘッドとステージを軸方向に相対移動させて上記突起を上記ヘッド及びステージのうち少なくとも他方の対向部位に接触させるとともにその時の上記軸方向の第１座標を取得し、上記アタッチメントを取り付ける向きを上記軸心回りに変更して上記突起を対向部位に接触させるとともに、その時の上記軸方向の第２座標が上記第１座標から求められた所定の座標になるように、接触状態を保ったまま上記ヘッドとステージの相対角度を調整する補正機構を備えたことを特徴としている。

請求の範囲第４項の発明は、請求の範囲第３項において、上記第１座標を取得する操作を複数回行うことを特徴としている。

請求の範囲第５項の発明は、請求の範囲第１項ないし第４項の何れかにおいて、上記ヘッドとステージの接触荷重を検出する荷重検出機構を備え、上記補正機構は上記突起を対向部位に接触させる時に、上記荷重検出機構の検出値が所定の荷重となるように接触させることを特徴としている。

請求の範囲第６項の発明は、部品吸着用ヘッドと被装着基板用ステージとを軸方向に相対移動させることによりヘッド側の部品をステージ側の被装着基板に装着するようにした部品装着方法において、突起が軸心から離れた位置に設けられたアタッチメントを、上記ヘッド及びステージのうち少なくとも一方の上記部品または被装着基板の吸着面側の面上に着脱自在に取り付け、上記ヘッドとステージを軸方向に相対移動させて上記突起を上記ヘッド及びステージのうち少なくとも他方の対向部位に接触させるとともにその時の上記軸方向の座標を取得する操作を、上記アタッチメントを取り付ける向きを上記軸心回りに変更しながら複数回繰り返し、取得されたそれぞれの座標値に基づいて、上記ヘッドとステージとの相対角度を調整することを特徴としている。

請求の範囲第７項の発明は、請求の範囲第６項において、上記座標を取得する操作を３回以上行なうことを特徴としている。

請求の範囲第８項の発明は、部品吸着用ヘッドと被装着基板用ステージとを軸方向に相対移動させることによりヘッド側の部品をステージ側の被装着基板に装着するようにした部品装着方法において、突起が軸心から離れた位置に設けられたアタッチメントを、上記ヘッド及びステージのうち少なくとも一方の上記部品または被装着基板の吸着面側の面上に着脱自在に取り付け、上記ヘッドとステージを軸方向に相対移動させて上記突起を上記ヘッド及びステージのうち少なくとも他方の対向部位に接触させるとともにその時の上記軸方向の第１座標を取得し、上記アタッチメントを取り付ける向きを上記軸心回りに変更して上記突起を対向部位に接触させるとともに、その時の上記軸方向の第２座標が上記第１座標から求められた所定の座標になるように、接触状態を保ったまま上記ヘッドとステージの相対角度を調整することを特徴としている。

請求の範囲第９項の発明は、請求の範囲第８項において、上記第１座標を取得する操作を複数回行うことを特徴としている。

請求の範囲第１０項の発明は、請求の範囲第６項ないし第９項の何れかにおいて、上記ヘッドとステージの接触荷重を検出し、上記突起を対向部位に接触させる時に上記検出された接触荷重が所定の荷重となるように接触させることを特徴としている。

請求の範囲第１項，第６項の発明によれば、ヘッドとステージを軸方向に相対移動させてアタッチメントの突起を対向部位に接触させ、もって上記軸方向の座標を取得する操作を、上記アタッチメントを取り付ける向きを変更しながら複数回繰り返し、取得された座標値に基づいて、上記ヘッドとステージとの相対角度を調整するようにしたので、検出センサとしては上記軸方向の座標を求めるためのセンサが１つあればよく、従って検出センサ自体のバラツキが加わることはないとともにセンサ特性のバラツキを揃えるための校正も必要でなく、簡単な構造でヘッドとステージとの平行度を確保できる。

なお、部品装着装置の実装用Ｚ軸は、通常リニアスケールを使用しているから、ステージ側に、例えば市販のゴニオステージ等の角度調整機構を加えておけば、あおり調整用アタッチメントを付加するだけで、請求の範囲第１項に記載のように、容易にあおり調整を行なうことができ、ヘッドとステージとの平行度を確保できる。

請求の範囲第２項，第７項の発明によれば、上記座標を取得する操作を３回以上行なうようにしたので、ヘッドとステージの相対角度をより一層高精度に求めることができる。

請求の範囲第３項，第８項の発明によれば、ヘッドとステージを軸方向に相対移動させて上記突起を対向部位に接触させるとともにその時の上記軸方向の第１座標を取得し、上記アタッチメントを取り付ける向きを変更して上記突起を対向部位に接触させるとともに、その時の上記軸方向の第２座標が上記第１座標から求められた所定の座標になるように、接触状態を保ったまま上記ヘッドとステージの相対角度を調整するようにしたので、短時間で上述のヘッドとステージとの相対角度を調整することができる。

請求の範囲第４項，第９項の発明によれば、上記第１座標を取得する操作を複数回行うので、ヘッドとステージとの相対角度をより一層高精度に調整することができる。

請求の範囲第５項，第１０項の発明によれば、上記突起を対向部位に接触させる時にヘッドとステージの接触荷重が所定の荷重となるように制御するうよにしたので、接触座標のひいてはヘッドとステージとの平行度の検出精度をより一層高めることができる。

［図１］部品装着装置の正面図である。
［図２］あおり調整時の接合部分の斜視図である。
［図３］通常動作時の接合部分の斜視図である。
［図４］被装着基板吸着用アタッチメントの斜視図である。
［図５］ワーク吸着用アタッチメントの斜視図である。
［図６］あおり調整用アタッチメントの斜視図である。
［図７］あおり調整用アタッチメントの平面図である。
［図８］被装着基板吸着用アタッチメントの平面図である。

符号の説明

１部品装着装置
４ヘッド
７部品
８被装着基板
１０ステージ
１１アタッチメント
１２突起

本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１ないし図８は本発明の一実施形態に係る部品装着装置及び部品装着方法を説明するための図である。各図において、１は部品実装装置であり、これはヘッド４のワーク吸着用アタッチメント５により部品７を吸着し、該部品７をステージ１０側の被装着基板吸着用アタッチメント９上の被装着基板８に圧着し接合するように構成されている。

上記ヘッド４は、上記ワーク吸着用アタッチメント５を交換可能に吸着保持しており、駆動機構３により軸方向（図１上下方向）に昇降駆動される。この駆動機構３は位置検出用リニアスケール２と、荷重検出機構（図示せず）を備えており、正確な軸方向位置の制御を行なうことができ、また上記ワーク７が被装着基板８に接触した状態での正確な荷重制御を行なうことができる。なお、上記リニアスケール２は、装置固定側に取り付けられた測定ヘッド２Ａとヘッド４側に取り付けられたスケール２Ｂとからなる。

また上記ワーク吸着用アタッチメント５の軸心（中心）部表面には突起６が突設されており、該突起６上にワーク７が吸着保持される。このワーク保持状態で上記駆動機構３により上記ヘッド４を下降させ、ワーク７を被装着基板８に圧着させる。

また上記ステージ１０は、上記被装着基板吸着用アタッチメント９を交換可能に吸着保持しており、該被装着基板吸着用アタッチメント９の表面に被装着基板８が吸着保持される。また上記被装着基板吸着用アタッチメント９は、その表面の角度（上記軸心に対する傾斜角度）を角度調整機構１３により任意に調整可能となっている。

このようにしてワーク７と被装着基板８を接合する本実施形態の部品装着装置１においては、ワーク吸着面と、被装着基板吸着面の平行度が高くなければ、ワーク７と被装着基板８を高精度に接合することができない。従って、組立誤差により発生するヘッド４と、ステージ１０の平行度のずれを補正する機構が必要である。

本実施形態では、以下の構成及び動作により上記ずれの補正を行なうようになっている。

まず、ヘッド４に、上述のワーク吸着用アタッチメント５に替えて、あおり調整用アタッチメント１１を吸着保持する。上記ワーク吸着用アタッチメント５と、あおり調整用アタッチメント１１は、いずれも矩形平板の表面に１つの矩形状の突起を設けたものであるが、ワーク吸着用アタッチメント５が、突起６を中心部に有するのに対し、あおり調整用アタッチメントは、突起１２を１つのコーナ部付近に備えている。

上述の組立誤差の補正は以下の手順で行なわれる。ステージ１０には、被装着基板吸着用アタッチメント９を吸着保持しておく。上記ヘッド４を下降させ、あおり調整用アタッチメント１１の突起１２と、被装着基板吸着用アタッチメント９の表面を接触させ、接触荷重が所定の荷重となるように制御し、この時の接触座標をリニアスケール２で読み取り、第１座標値として記録する。

次に、ヘッド４を上昇させ、該ヘッド４から上記あおり調整用アタッチメント１１を取り外し、向きを９０度変えてから、再度吸着保持させる。その後、上記ヘッド４を下降させ、あおり調整用アタッチメント１１の突起１２と、被装着基板吸着用アタッチメント９の表面を接触させ、接触荷重が所定の荷重となるように制御し、この時の、接触座標をリニアスケール２で読み取り、第２座標値として記録する。

向きを９０度変えながら、この操作を繰り返すことで、ヘッド４と、被装着基板吸着用アタッチメント９の面の相対角度（傾き）を知ることができる。一方、ステージ１０の下には、角度調整機構１３が備えられており、ステージ面の角度、即ち被装着基板吸着用アタッチメント９の表面の角度を任意に調整することができる。上記操作で採取した第１，第２‥座標値に基づいて上記傾きを演算し、角度調整機構１３を適切な角度に調整することで、ヘッド４の吸着面と、被装着基板吸着用アタッチメント９の表面を平行にすることができる。

その後、ヘッド４に、あおり調整用アタッチメント１１に代えて、ワーク吸着用アタッチメント５を取付ける。ワーク吸着用アタッチメント５の裏面と、ワーク吸着面である突起６の表面は、高い平行度を持つように加工されているため、ワーク吸着用アタッチメント５のワーク吸着面と、被装着基板吸着用アタッチメント９の被装着基板吸着面を平行にすることができる。

ここで上記平行度のずれが比較的小さい場合は、近似的に簡便にあおり調整を行なうことが望ましい。この簡便な調整は以下のように操作することで実現される。

まず、このような簡便なあおり調整を採用するための条件として、あおり調整用アタッチメント１１は正方形で、図７のように対角線上に突起１２を備えており、また被装着基板吸着用アタッチメント９は、あおり調整用アタッチメント１１と同じ大きさの正方形の平板であることが必要となる。なお、角度調整機構１３の回転中心軸（Ｘ軸、Ｙ軸）は、被装着基板吸着用アタッチメント９と、ほぼ同じ高さにあり、被装着基板吸着用アタッチメント９の辺にほぼ平行で、しかも面の中心付近を通っていると仮定する。

まず、図８の被装着基板吸着用アタッチメント９上の９ａの位置に突起１２が接触するような向きで、あおり調整用アタッチメント１１をヘッド４に吸着保持する。ヘッド４を下降させ、突起１２を被装着基板吸着用アタッチメント９に接触させ、荷重制御を行ない、座標を取得する。この座標をＺ１とする。

次に、ヘッド４を上昇させ、ヘッド４からあおり調整用アタッチメント１１を取り外し、向きを９０度変えて、図８の被装着基板吸着用アタッチメント９上の９ｂの位置に突起１２が接触するような角度で、あおり調整用アタッチメント１１をヘッド４に吸着保持する。ヘッド４を下降させ、突起１２を被装着基板吸着用アタッチメント９に接触させ、荷重制御を行ない、座標を取得する。この座標をＺ２とする。

次に、そのまま９ｂの位置に突起１２が接触し、荷重制御を行っている状態で、リニアスケール２の座標を読みながら、座標の読みが、（Ｚ１＋Ｚ２）／２になるように、角度調整機構１３のＹ軸まわりの回転角βを変える。これにより、Ｙ軸まわりの角度調整が完了する。

次にヘッド４を上昇させ、ヘッド４からあおり調整用アタッチメント１１を取外し、向きを９０度変えて図８の被装着基板吸着用アタッチメント９上の９ｃの位置に突起１２が接触するような向きであおり調整用アタッチメント１１をヘッド４に吸着保持する。ヘッド４を下降させ、突起１２を被装着基板吸着用アタッチメント９に接触させ、荷重制御を行い、座標を得る。この座標をＺ３とする。

次にそのまま９ｃの位置に突起１２が接触し、荷重制御を行なっている状態で、リニアスケール２の座標を読みながら、座標の読みが（（Ｚ１＋Ｚ２）／２＋Ｚ３）／２となるように角度調整機構１３のＸ軸まわりの回転角度αを変える。これによりＸ軸回りの角度調整が完了する。その後ヘッド４を上昇させ、該ヘッド４からあおり調整用アタッチメント１１を取り外し、ワーク吸着用アタッチメント５を取り付けて調整完了する。

このように本実施形態に係る部品装着装置及び部品装着方法によれば、ヘッド４を下降させ、あおり調整用アタッチメント１１の突起１２を被装着基板吸着用アタッチメント９の表面に所定の荷重でもって接触させ、この時の接触座標をリニアスケール２で読み取るといった操作を、あおり調整用アタッチメントの取り付け方向を変えながら複数回行ない、読み取った座標値によりヘッド４とステージ１０との傾きを求めるようにしたので、圧力センサ等の検出センサを複数設ける必要がなく、従って各検出センサのバラツキや特性調整も必要でなく、簡単な構造，操作，かつ低コストでヘッドとステージの平行度を求めることができ、これに基づいて両者を平行にすることができる。

なお、部品装着装置１は、従来からリニアスケールを使用しているので、ステージ側に、市販のゴニオステージ等の角度調整機構を加えておけば、あおり調整用アタッチメントを追加するだけで、容易にあおり調整を行なうことができる。

また、上記実施形態では、部品を被装着基板に圧着するタイプの装着装置を説明したが、本発明は、これに限らず部品を基板上に単に装着したり、接合したりするタイプのものにも勿論適用可能である。

Claims

部品吸着用ヘッドと被装着基板用ステージとを軸方向に相対移動させることによりヘッド側の部品をステージ側の被装着基板に装着するようにした部品装着装置において、突起が軸心から離れた位置に設けられたアタッチメントを、上記ヘッド及びステージのうち少なくとも一方の上記部品または被装着基板の吸着面側の面上に着脱自在に取り付け、上記ヘッドとステージを軸方向に相対移動させて上記突起を上記ヘッド及びステージのうち少なくとも他方の対向部位に接触させるとともにその時の上記軸方向の座標を取得する操作を、上記アタッチメントを取り付ける向きを上記軸心回りに変更しながら複数回繰り返し、取得されたそれぞれの座標値に基づいて、上記ヘッドとステージとの相対角度を調整する補正機構を備えたことを特徴とする部品装着装置。
請求の範囲第１項において、上記補正機構は、上記座標を取得する操作を３回以上行なうことを特徴とする部品装着装置。
部品吸着用ヘッドと被装着基板用ステージとを軸方向に相対移動させることによりヘッド側の部品をステージ側の被装着基板に装着するようにした部品装着装置において、突起が軸心から離れた位置に設けられたアタッチメントを、上記ヘッド及びステージのうち少なくとも一方の上記部品または被装着基板の吸着面側の面上に着脱自在に取り付け、上記ヘッドとステージを軸方向に相対移動させて上記突起を上記ヘッド及びステージのうち少なくとも他方の対向部位に接触させるとともにその時の上記軸方向の第１座標を取得し、上記アタッチメントを取り付ける向きを上記軸心回りに変更して上記突起を対向部位に接触させるとともに、その時の上記軸方向の第２座標が上記第１座標から求められた所定の座標になるように、接触状態を保ったまま上記ヘッドとステージの相対角度を調整する補正機構を備えたことを特徴とする部品装着装置。
請求の範囲第３項において、上記第１座標を取得する操作を複数回行うことを特徴とする部品装着装置。
請求の範囲第１項ないし第４項の何れかにおいて、上記ヘッドとステージの接触荷重を検出する荷重検出機構を備え、上記補正機構は上記突起を対向部位に接触させる時に、上記荷重検出機構の検出値が所定の荷重となるように接触させることを特徴とする部品装着装置。
部品吸着用ヘッドと被装着基板用ステージとを軸方向に相対移動させることによりヘッド側の部品をステージ側の被装着基板に装着するようにした部品装着方法において、突起が軸心から離れた位置に設けられたアタッチメントを、上記ヘッド及びステージのうち少なくとも一方の上記部品または被装着基板の吸着面側の面上に着脱自在に取り付け、上記ヘッドとステージを軸方向に相対移動させて上記突起を上記ヘッド及びステージのうち少なくとも他方の対向部位に接触させるとともにその時の上記軸方向の座標を取得する操作を、上記アタッチメントを取り付ける向きを上記軸心回りに変更しながら複数回繰り返し、取得されたそれぞれの座標値に基づいて、上記ヘッドとステージとの相対角度を調整することを特徴とする部品装着方法。
請求の範囲第６項において、上記座標を取得する操作を３回以上行なうことを特徴とする部品装着方法。
部品吸着用ヘッドと被装着基板用ステージとを軸方向に相対移動させることによりヘッド側の部品をステージ側の被装着基板に装着するようにした部品装着方法において、突起が軸心から離れた位置に設けられたアタッチメントを、上記ヘッド及びステージのうち少なくとも一方の上記部品または被装着基板の吸着面側の面上に着脱自在に取り付け、上記ヘッドとステージを軸方向に相対移動させて上記突起を上記ヘッド及びステージのうち少なくとも他方の対向部位に接触させるとともにその時の上記軸方向の第１座標を取得し、上記アタッチメントを取り付ける向きを上記軸心回りに変更して上記突起を対向部位に接触させるとともに、その時の上記軸方向の第２座標が上記第１座標から求められた所定の座標になるように、接触状態を保ったまま上記ヘッドとステージの相対角度を調整することを特徴とする部品装着方法。
請求の範囲第８項において、上記第１座標を取得する操作を複数回行うことを特徴とする部品装着方法。
請求の範囲第６項ないし第９項の何れかにおいて、上記ヘッドとステージの接触荷重を検出し、上記突起を対向部位に接触させる時に上記検出された接触荷重が所定の荷重となるように接触させることを特徴とする部品装着方法。