JP4197171B2 - 電子部品実装機 - Google Patents

Description

本発明は、ハンドリングした電子部品を配線基板の実装位置に押し付けてボンディングするフリップチップ実装工法などの電子部品実装機に関するものである。

図１１〜図１４は、チップトレイから取り出した電子部品に導電性接着剤を転写し、これを配線基板の所定位置に押し付けてボンディングする実装機を示す。
図１１は電子部品に導電性接着剤を転写する際に使用する転写皿２とその周辺の装置を示している。転写皿２はモータ１によって回転駆動される。転写皿２の近傍には、転写皿２の表面に対する隙間と傾きを調節可能なブレード３と、転写皿２の表面に形成された導電性ペースト４の膜厚を測定する非接触式変位センサ５と、非接触式変位センサ５によって測定された膜厚が規定値に近づくように前記転写皿２と前記ブレード３の姿勢を相対的に制御する膜厚制御部６とで構成されている。Ｒは転写皿２の回転方向である。

非接触式変位センサ５には、具体的にはレーザー変位計が使用されており、転写皿２の回転停止中に、非接触式変位センサ５を転写皿２の径方向に移動させて膜厚分布を測定し、この膜厚分布が所望の所望の膜厚および傾きになるように膜厚制御部６がブレード３の姿勢を変更し、この姿勢変更後に転写皿２がモータ１によって回転駆動されると、ブレード３が掻いた導電性ペースト４が所望の所望の膜厚および傾きになる。

このように膜厚が調節された転写皿２に対して、装着ノズル（図示せず）によってハンドリングされたチップ７が、図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように押し付けて持ち上げられることによって、必要量の導電性ペースト４がチップ７の電極部８に転写される。導電性ペースト４が転写されたチップ７は、ハンドリングされて図１２（ｄ）に示すように配線基板９の実装位置に押し付けてセットされる。

この図１２（ｄ）の工程では図１３の実装機が使用されている。ステージ１０はベース板１１に取り付けられている。ステージ１０にセットされた配線基板９に対して、チップ７をハンドリングした装着ヘッド１２は、加圧装置１３によって降下駆動される。

この従来の加圧装置１３は、基端部がベース板１１に取り付けられたフレーム１４と、装着ヘッド１２を昇降自在にフレーム１４に連結するリニアウエイ１５と、フレーム１４と装着ヘッド１２との間に設けられたリニアアクチュエータ１６とで構成されている。リニアアクチュエータ１６は、装着ヘッド１２に螺合したボールねじ１７とこのボールねじ１７を回転駆動するサーボモータ１８とで構成されている。
特開２００１−１０２４１２公報 特許第３４４９１３９号公報

この従来の技術では、サーボモータ１８を駆動することで装着ヘッド１２が降下してチップ７の電極部８が配線基板９に当接し、さらにサーボモータ１８を駆動するとチップ７が所定の圧力で配線基板９に押し付けられて仮止めできる。

しかし、この押し付けの際には、図１４に示すように装着ヘッド１２に反力Ｆが作用し、この図１４では実際よりも誇張して表現されてはいるが、フレーム１４が仮想線から実線位置へ変形し、配線基板９におけるチップ７の仮止め位置が横方向Ｈにずれる問題がある。

本発明は、加圧の際のボンディング位置ずれを低減できる電子部品実装機を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の電子部品実装機は、装着ヘッドを下降させて電子部品を配線基板に押し付けて実装する電子部品実装機であって、ベース板に取り付けられたフレームと、前記フレームと前記装着ヘッドとの間に介装され前記装着ヘッドを昇降自在に支持する第１のリニアウエイと、先端部が前記装着ヘッドにジョイントを介して連結された支持アームと、前記フレームと前記支持アームの基端部との間に介装され前記支持アームを昇降自在に支持する第２のリニアウエイと、前記フレームと前記支持アームの基端部との間に介装され前記支持アームを昇降駆動するリニアアクチュエータとを設け、かつ前記支持アームの剛性を前記フレームの剛性よりも小さく構成すると共に、前記装着ヘッドと前記支持アームの先端部とを連結する前記ジョイントは、一対のジョイントブラケットを連結する軸と、この軸と前記ジョイントブラケットの間に介装されたベアリングからなり、前記装着ヘッドを傾ける方向への前記支持アームからの力を緩衝し、前記装着ヘッドを昇降させる方向への前記支持アームからの力を伝達するよう構成したことを特徴とする。

本発明の請求項２記載の電子部品実装機は、装着ヘッドを下降させて電子部品を配線基板に押し付けて実装する電子部品実装機であって、ベース板に取り付けられた第１，第２のフレームと、前記第１のフレームと前記装着ヘッドとの間に介装され前記装着ヘッドを昇降自在に支持する第１のリニアウエイと、先端部が前記装着ヘッドにジョイントを介して連結された支持アームと、前記第２のフレームと前記支持アームの基端部との間に介装され前記支持アームを昇降自在に支持する第２のリニアウエイと、前記第２のフレームと前記支持アームの基端部との間に介装され前記支持アームを昇降駆動するリニアアクチュエータとを設け、かつ前記支持アームの剛性を前記第２のフレームの剛性よりも小さく構成すると共に、前記装着ヘッドと前記支持アームの先端部とを連結する前記ジョイントは、一対のジョイントブラケットを連結する軸と、この軸と前記ジョイントブラケットの間に介装されたベアリングからなり、前記装着ヘッドを傾ける方向への前記支持アームからの力を緩衝し、前記装着ヘッドを昇降させる方向への前記支持アームからの力を伝達するよう構成したことを特徴とする。

本発明の請求項３記載の電子部品実装機は、請求項１または請求項２において、前記装着ヘッドと前記支持アームを、前記ジョイントの前記軸とは平行に移動するリニアウエイを更に介して連結したことを特徴とする。
本発明の請求項４記載の電子部品実装機は、請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、前記フレームと前記第１のリニアウエイとの間に、前記装着ヘッドを電子部品をピックアップする第１の位置と装着ヘッドを下降させて電子部品を配線基板に押し付けて実装する第２の位置とにわたって横移動させる横送りアクチュエータを設けたことを特徴とする。

本発明の電子部品実装機によると、装着ヘッドがハンドリングした電子部品を配線基板に押し付けて仮止めする場合に発生する反力を支持アームの弾性変形とジョイントとによって緩衝することで、装着ヘッドなどを支持しているフレームの変形を低減して、前記配線基板における電子部品の仮止め位置の横ずれ問題を改善できる。

以下、本発明の電子部品実装機を図１〜図１０に基づいて説明する。
なお、従来例を示す図１４と同様の作用をなすものには同一の符号を付けて説明する。
（実施の形態１）
図１〜図３は本発明の（実施の形態１）の実装機を示す。

従来例ではリニアアクチュエータ１６のボールねじ１７が、装着ヘッド１２に直接に螺合して直結されていたが、この（実施の形態１）では図１に示すように支持アーム１９とジョイント２０が介装されている点が異なっている。

つまり、装着ヘッド１２は、固定側に取り付けられたフレーム１４との間に、装着ヘッド１２を昇降自在に支持する第１のリニアウエイとしての第１のＬＭガイド１５を介装して取り付けられている。

先端部が装着ヘッド１２に連結された支持アーム１９は、基端部が第２のリニアウエイとしての第２のＬＭガイド２１を介して前記フレーム１４に昇降自在に支持されている。第１のＬＭガイド１５がフレーム１４の正面１４Ｆに取り付けられているとするとこの第２のＬＭガイド２１はフレーム１４の背面１４Ｒに取り付けられている。リニアアクチュエータ１６も第２のＬＭガイド２１と同じくフレーム１４の背面１４Ｒに取り付けられており、リニアアクチュエータ１６のボールネジ１７は第２のＬＭガイド２１の可動側に連結されている。

支持アーム１９の先端と装着ヘッド１２との間に介装されたジョイント２０は、図２（ａ）（ｂ）のように構成されている。装着ヘッド１２に取り付けられたブラケット２０ａと支持アーム１９に取り付けられたブラケット２０ｂとは、アンギュラベアリング２２と軸２３を介して連結されている。２４はブラケット２０ｂとアンギュラベアリング２２との間に介装されたカラーである。

なお、支持アーム１９はその剛性がフレーム１４の剛性よりも小さくなるように、その長さや太さ、材質などが設計されている。
このように構成したため、サーボモータ１８を駆動して支持アーム１９を昇降させると、ジョイント２０を介して装着ヘッド１２が昇降する。サーボモータ１８を駆動して前記装着ヘッド１２がハンドリングしたチップ７を配線基板９に押し付けるように加圧した状態では、図３に示すように反力Ｆが、ジョイント２０を介して支持アーム１９の先端部に作用し、この支持アーム１９が仮想線で示すように弾性変形して、従来のようにフレーム１４が反力Ｆによって変形することを低減でき、配線基板９におけるチップ７の仮止め位置の横方向Ｈへのずれを低減できる。

（実施の形態２）
図４は本発明の（実施の形態２）の実装機を示す。
図２に示す（実施の形態１）ではフレーム１４は、装着ヘッド１２とリニアアクチュエータ１６とで共通のものを使用して単一であったが、この（実施の形態２）ではフレームをそれぞれの専用とした点だけが異なっている。

具体的には、基端部がベース板１１に固定された第１のフレームとしてのフレーム１４には、第１のＬＭガイド１５を介して前記装着ヘッド１２が昇降自在に取り付けられている。基端部がベース板１１に固定された第２のフレームとしてのフレーム２５には、第２のＬＭガイド２６を介して前記支持アーム１９が昇降自在に取り付けられている。リニアアクチュエータ１６はフレーム２５に取り付けられている。

このように支持アーム１９を支持しているフレーム２５を、装着ヘッド１２を支持しているフレーム１４とは別に設けたため、前記反力Ｆによってフレーム２５に僅かの変形が発生したとしても、配線基板９におけるチップ７の仮止め位置の横方向Ｈへのずれを（実施の形態１）の場合よりもより確実に低減できる。

（実施の形態３）
図５と図６は本発明の（実施の形態３）の実装機を示す。
図５に示す（実施の形態３）は、リニアアクチュエータ１６が第３のリニアウエイとしての第３のＬＭガイド２７を介してフレーム２５に取り付けられている点と、突き上げアーム２８が前記第３のＬＭガイド２７の可動側に連結されている点が異なっている。２９はシリンダで、ベース板１１と突き上げアーム２８との間に介装されており、第３のＬＭガイド２７の可動側の初期位置を設定している。

ステージ１０はベース板１１にボルト３０によって固定されている。このステージ１０の裏面は、第３のＬＭガイド２７の可動側に一端が連結され前記ベース板１１を貫通してステージ１０の裏面付近に他端が延長された前記突き上げアーム２８の他端２８ａに当接している。詳しくは、突き上げアーム２８の他端２８ａにはローラ３１が取り付けられており、運転に際しては、ベース板１１の下方への撓みが無くなるように前記シリンダ２９の押し上げ量Ｖが設定されている。また、支持アーム１９はその剛性がフレーム２５の剛性よりも小さくなるように、その長さや太さ、材質などが（実施の形態１）と同様に設計されている。支持アーム１９の先端と前記装着ヘッド１２とを連結しているジョイント２０Ａは、（実施の形態１）（実施の形態２）におけるジョイント２０とは具体的な構造が違うが、作用的には同様である。ジョイント２０Ａの構造は後に説明する。

このように構成したため、サーボモータ１８を駆動して前記装着ヘッド１２がハンドリングしたチップ７を配線基板９に押し付けるように加圧した状態では、ジョイント２０Ａの作用と、支持アーム１９が前記のように弾性変形して前記反力Ｆによるフレーム１４，２５の変形を低減する。

サーボモータ１８がフレーム１４に固定されていた（実施の形態１）（実施の形態２）では、このサーボモータ１８の駆動によるチップ７の前記加圧によって、ベース板１１を図６に仮想線で示すように下方へ歪ませるので、チップ７の仮止め位置の横方向Ｈへのずれを皆無にできない。しかし、この（実施の形態３）ではサーボモータ１８によるボールネジ１７の回転駆動によって、第３のＬＭガイド２７を介してフレーム２５に対してリニアアクチュエータ１６の全体が矢印Ｊ方向に上昇し、これに伴って突き上げアーム２８の前記他端によってベース板１１が下方への撓みを低減する方向に押し上げられて、配線基板９におけるチップ７の仮止め位置の横方向Ｈへのずれをより低減できる。

前記ジョイント２０Ａは、支持アーム１９の先端に固定された平板３２を、装着ヘッド１２に回転自在に取り付けられた第１のローラ３３と、支持アーム１９の先端に回転自在に取り付けられた第２のローラ３４とで、上下から挟持している。なお、装着ヘッド１２は、支持アーム１９の先端との間に介装された引っ張りバネ３５によって上方に付勢されており、装着ヘッド１２を傾ける方向への支持アーム１９からの力を緩衝し、装着ヘッド１２を昇降させる方向への支持アーム１９からの力を伝達できる。

なお、この実施の形態のジョイント２０Ａに代わって（実施の形態１）（実施の形態）のジョイント２０を採用することもできるが、このような実装機は、装置全体を周囲の環境から隔離するためにハウジング（図示せず）の内部に設置され、ジョイント２０Ａを採用した方がハウジングの高さを低くできる。

なお、図５と図６ではフレームを２つのフレーム１４，２５に分割した場合を例に挙げて説明したが、図１と図３に示したように単一のフレーム１４に装着ヘッド１２とリニアアクチュエータ１６を昇降自在に支持した場合であっても、同様に実施できる。

なお、ベース板１１の撓みをセンサーで検出するとともに、ベース板１１の下方位置に配置した動力源を前記リニアアクチュエータ１６とは別に設け、センサーによるベース板１１の撓みの検出値が低減される方向に前記動力源を運転してベース板１１の下方への撓みを低減することも考えられるが、この（実施の形態４）は、単一の前記リニアアクチュエータ１６を有効に使用して、構成簡単にして正確な実装を実現できる。また、このような理由によって構成が簡単であるため、限られた僅かのスペースに収容しなければならないために、ベース板１１として、チップ７を押し付けた際に前記撓みが発生するような比較的薄い材料を使用しなければならない実装機に特に有効である。

（実施の形態４）
図７〜図１０は本発明の（実施の形態４）の実装機を示す。
先の（実施の形態２）では、装着ヘッド１２は図１２の（ｄ）に示す装着位置Ｐ３で昇降する装置であったが、この図７ではチップトレイからチップ７をピックアップするピックアップ位置Ｐ１と、図１２（ａ）〜（ｃ）に示す転写皿２の転写位置Ｐ２と、前記装着位置Ｐ３とにわたって装着ヘッド１２を水平に移動できる実装機である。図８は装着ヘッド１２が図７の装着位置Ｐ３にある場合を示している。

装着ヘッド１２は、第１のリニアウエイとしての第１のＬＭガイド１５を介して装着ヘッド支持板３６に昇降自在に取り付けられている。
装着ヘッド支持板３６は、第３，第４のリニアウエイとしての第３，第４のＬＭガイド３７，３８を介して第１のフレームとしてのフレーム１４に取り付けられている。第３，第４のＬＭガイド３７，３８はピックアップ位置（第１の位置）Ｐ１と装着位置（第２の位置）Ｐ３とにわたって互いに平行にＹ軸方向に沿って敷設されている。転写位置Ｐ２はピックアップ位置Ｐ１と装着位置Ｐ３の途中に位置している。

フレーム１４には第３のＬＭガイド３７と第４のＬＭガイド３８との間にこれと平行に配設されたボールネジ３９が設けられており、このボールネジ３９はフレーム１４に取り付けられたサーボモータ４０によって回転駆動される。ボールネジ３９とサーボモータ４０によって横送りアクチュエータ４１が構成されている。

支持アーム１９は、基端部が第２のリニアウエイとしての第２のＬＭガイド２６を介して第２のフレームとしてのフレーム２５に昇降自在に支持されている。リニアアクチュエータ１６はフレーム２５に取り付けられている。

支持アーム１９の先端と装着ヘッド１２との間には、第５，第６のリニアウエイとしての第５，第６のＬＭガイド４２，４３を介して図２に示したと同一の構造のジョイント２０が設けられている。詳しくは、図９と図１０（ａ）（ｂ）に示すように前記横送りアクチュエータ４１の駆動軸(ボールネジ３９)の方向に前記ジョイント２０の移動をガイドする横送りリニアウエイとしての第５のＬＭガイド４２は、レール４２ａと摺動ブロック４２ｂとで構成されており、レール４２ａは、支持アーム１９の先端に第３，第４のＬＭガイド３７，３８と平行にピックアップ位置（第１の位置）Ｐ１と装着位置（第２の位置）Ｐ３とにわたってＹ軸方向に敷設されている。ジョイント２０のブラケット２０ｂの側は第５のＬＭガイド４２の摺動ブロック４２ｂに取り付けられている。

前記横送りアクチュエータ４１の駆動軸(ボールネジ３９)と第５のＬＭガイド４２の移動経路との水平面内の位置ずれを緩衝する補助リニアウエイとしての第６のＬＭガイド４３は、レール４３ａと摺動ブロック４３ｂとで構成されており、レール４３ａは装着ヘッド１２に前記第５のＬＭガイド４２のレール４２ａとは直交するＸ軸方向に沿って敷設されており、ジョイント２０のブラケット２０ａは第６のＬＭガイド４３の摺動ブロック４３ｂに取り付けられている。

このように装着ヘッド１２と昇降駆動用のリニアアクチュエータ１６とを、支持アーム１９とジョイント２０を介して連結することによって、装着位置（第２の位置）Ｐ３における配線基板９へのチップ７の仮止め位置の横方向Ｈへのずれを低減できる。さらに、第６のＬＭガイド４３を介してジョイント２０を取り付けたため、実装機の組み立ての際の水平面内における横送りアクチュエータ４１のボールネジ３９と第５のＬＭガイド４２との角度ずれが発生しても、その誤差を緩衝したＹ軸方向へのスムーズなトラバースを実現することができる。

なお、(実施の形態４)では(実施の形態２)の場合を例に挙げて装着ヘッド１２を横移動させる場合を説明したが、(実施の形態１)（実施の形態３）の場合にも同様に実施できる。

本発明の電子部品実装機は、加圧の際のボンディング位置ずれを低減できるので、配線パターンの精細化に対応して製造の歩留まりの向上に寄与することが出来、配線基板上に構築される各種電子回路の小型実装に使用できる。

本発明の実装機の（実施の形態１）の正面図 同実施の形態のジョイントの拡大図とそのＡ−Ａ断面図 同実施の形態の加圧状態の動作説明図 発明の実装機の（実施の形態２）の正面図 発明の実装機の（実施の形態３）の正面図 同実施の形態の加圧状態の動作説明図 本発明の実装機の（実施の形態４）の斜視図 同実施の形態の正面図 同実施の形態のジョイントの斜視図 同実施の形態のジョイントの拡大図とそのＢ−Ｂ断面図 膜形成装置の要部斜視図 膜形成装置を使用した実装工程の説明図 従来の実装機の正面図 同従来例の加圧状態の動作説明図

符号の説明

７ チップ（電子部品）
９ 配線基板
１０ ステージ
１１ ベース板
１２ 装着ヘッド
１４ フレーム（第１のフレーム）
１５ 第１のＬＭガイド（第１のリニアウエイ）
１６ リニアアクチュエータ
１７ リニアアクチュエータ１６のボールねじ
１８ リニアアクチュエータ１６のサーボモータ
１９ 支持アーム
２０，２０Ａ ジョイント
２０ａ ジョイント２０のブラケット
２０ｂ ジョイント２０のブラケット
２１ 第２のＬＭガイド（第２のリニアウエイ）
２２ アンギュラベアリング
２３ 軸
２５ フレーム（第２のフレーム）
２６ 第２のＬＭガイド（第２のリニアウエイ）
２７ 第３のＬＭガイド（第３のリニアウエイ）
２８ 突き上げアーム
２９ シリンダ
３１ ローラ
３２ 支持アーム１９の先端に固定された平板
３３ 第１のローラ
３４ 第２のローラ
３５ 引っ張りバネ
Ｐ１ ピックアップ位置
Ｐ２ 転写位置
Ｐ３ 装着位置
３６ 装着ヘッド支持板
３７ 第３のＬＭガイド（第３のリニアウエイ）
３８ 第４のＬＭガイド（第４のリニアウエイ）
３９ ボールネジ（駆動軸）
４０ サーボモータ
４１ 横送りアクチュエータ
４２ 第５のＬＭガイド（横送りリニアウエイ）
４３ 第６のＬＭガイド（補助リニアウエイ）
４２ａ 第５のＬＭガイド４２のレール
４２ｂ 第５のＬＭガイド４２の摺動ブロック
４３ａ 第６のＬＭガイド４３のレール
４３ｂ 第６のＬＭガイド４３の摺動ブロック

Claims (4)

1. 装着ヘッドを下降させて電子部品を配線基板に押し付けて実装する電子部品実装機であって、
   ベース板に取り付けられたフレームと、
   前記フレームと前記装着ヘッドとの間に介装され前記装着ヘッドを昇降自在に支持する第１のリニアウエイと、
   先端部が前記装着ヘッドにジョイントを介して連結された支持アームと、
   前記フレームと前記支持アームの基端部との間に介装され前記支持アームを昇降自在に支持する第２のリニアウエイと、
   前記フレームと前記支持アームの基端部との間に介装され前記支持アームを昇降駆動するリニアアクチュエータと
   を設け、かつ前記支持アームの剛性を前記フレームの剛性よりも小さく構成すると共に、前記装着ヘッドと前記支持アームの先端部とを連結する前記ジョイントは、一対のジョイントブラケットを連結する軸と、この軸と前記ジョイントブラケットの間に介装されたベアリングからなり、前記装着ヘッドを傾ける方向への前記支持アームからの力を緩衝し、前記装着ヘッドを昇降させる方向への前記支持アームからの力を伝達するよう構成した
   電子部品実装機。
2. 装着ヘッドを下降させて電子部品を配線基板に押し付けて実装する電子部品実装機であって、
   ベース板に取り付けられた第１，第２のフレームと、
   前記第１のフレームと前記装着ヘッドとの間に介装され前記装着ヘッドを昇降自在に支持する第１のリニアウエイと、
   先端部が前記装着ヘッドにジョイントを介して連結された支持アームと、
   前記第２のフレームと前記支持アームの基端部との間に介装され前記支持アームを昇降自在に支持する第２のリニアウエイと、
   前記第２のフレームと前記支持アームの基端部との間に介装され前記支持アームを昇降駆動するリニアアクチュエータと
   を設け、かつ前記支持アームの剛性を前記第２のフレームの剛性よりも小さく構成すると共に、前記装着ヘッドと前記支持アームの先端部とを連結する前記ジョイントは、一対のジョイントブラケットを連結する軸と、この軸と前記ジョイントブラケットの間に介装されたベアリングからなり、前記装着ヘッドを傾ける方向への前記支持アームからの力を緩衝し、前記装着ヘッドを昇降させる方向への前記支持アームからの力を伝達するよう構成した
   電子部品実装機。
3. 前記装着ヘッドと前記支持アームを、前記ジョイントの前記軸とは平行に移動するリニアウエイを更に介して連結した
   請求項１または請求項２の何れかに記載の電子部品実装機。
4. 前記フレームと前記第１のリニアウエイとの間に、前記装着ヘッドを電子部品をピックアップする第１の位置と装着ヘッドを下降させて電子部品を配線基板に押し付けて実装する第２の位置とにわたって横移動させる横送りアクチュエータを設けた
   請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電子部品実装機。

Images