JP4407627B2

JP4407627B2 - チップ実装装置およびチップ実装方法

Info

Publication number: JP4407627B2
Application number: JP2005351707A
Authority: JP
Inventors: 好裕味村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-12-06
Filing date: 2005-12-06
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2025-12-06
Also published as: JP2007158051A

Description

本発明は、複数のチップが規則配列されたシートから順次チップをピックアップして基板に実装するチップ実装装置およびチップ実装方法に関するものである。

チップの実装分野においては、複数のチップが規則配列された１つのシートから２つの移載ヘッドによりそれぞれチップをピックアップして基板に実装することにより、チップの実装効率を向上させる実装方法が知られている。このような実装方法を実現するものとして、１つのシートに対し２つの移載ヘッド及び基板を配設し、一方の移載ヘッドによるチップのピックアップ動作中に他方の移載ヘッドによるチップの実装動作を並行して行う実装装置及び実装方法が提案されている（例えば特許文献１）。
特開２００５−７２４４４号公報

特許文献１に開示された装置においては、チップをピックアップし基板に実装する際の移載ヘッドの移動方向と、実装対象となるチップを移載ヘッドのピックアップ位置に位置決めする際のシートの移動方向が直交しているため、２つの移載ヘッドの移動と１つのシートの移動を連携させることが必要である。そのため、２つの移載ヘッドと１つのシートが無駄のない動きをするように制御することがチップの実装効率を向上させる上での重要な課題となっている。

そこで本発明は、１つのシートに規則配列された複数のチップを２つの移載ヘッドによりピックアップしてそれぞれ基板に実装する際の実装効率を向上させたチップの実装装置およびチップの実装方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、第１の方向に搬送される基板を保持する基板保持手段と、前記第１の方向と直交する第２の方向において前記基板保持手段と離隔した位置に設けられて複数のチップが規則配列されたシートを保持するシート保持手段と、前記シート保持手段を前記第１の方向に移動させる移動手段と、前記シート保持手段により保持されたシートから第１のピックアップ位置においてチップをピックアップして前記基板保持手段により保持された基板に実装する第１の実装ヘッドと、前記シート保持手段により保持されたシートから第２のピックアップ位置においてチップをピックアップして前記基板保持手段により保持された基板に実装する第２の実装ヘッドと、前記シート保持手段に保持された前記シートの前記第１の方向における前記第１のピックアップ位置側に配列されたチップから順に前記第１のピックアップ位置に位置決めされるように前記移動手段を制御するとともに前記シートの前記第１の方向における前記第２のピックアップ位置側に配列されたチップから順に前記第２のピックアップ位置に位置決めされるように前記移動手段を制御し、チップを第２のピックアップ位置に位置決めする工程及び前記第２のピックアップ位置に位置決めされたチップを第２の実装ヘッドによりピックアップする工程のうち少なくとも何れか一つの工程を前記第１の実装ヘッドによりピックアップされたチップを基板に実装する工程と並行して行うように制御する制御手段とを備えた。

請求項２記載の発明は、チップが規則配列されたシートの第１のピックアップ位置側に配列されたチップから順に第１のピックアップ位置に位置決めされるように、前記シートを移動させる第１のチップ位置決め工程と、チップが規則配列されたシートの第２のピックアップ位置側に配列されたチップから順に第２のピックアップ位置に位置決めされるように、前記シートを移動させる第２のチップ位置決め工程と、前記第１のチップ位置決め工程において前記第１のピックアップ位置に位置決めされたチップを第１の実装ヘッドによりピックアップする第１のピックアップ工程と、前記第２のチップ位置決め工程において前記第２のピックアップ位置に位置決めされたチップを第２の実装ヘッドによりピックアップする第２のピックアップ工程と、前記第１のピックアップ工程において前記第１の実装ヘッドによりピックアップされたチップを基板に実装する第１の実装工程と、前記第２のピックアップ工程において前記第２の実装ヘッドによりピックアップされたチップを
基板に実装する第２の実装工程とを含み、前記第２のチップ位置決め工程及び前記第２のピックアップ工程のうち少なくとも何れか一つの工程を前記第１の実装工程と並行して行う。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記第１のチップ位置決め工程及び前記第１のピックアップ工程のうち少なくとも何れか一つの工程を前記第２の実装工程と並行して行う。

本発明によれば、１つのシートに規則配列されたチップのうち第１のピックアップ位置に近い側から第１の実装ヘッドにより順次ピックアップし、第２のピックアップ位置に近い側から第２の実装ヘッドにより順次ピックアップするようにしているので、２つの実装ヘッドと１つのシートの移動の連携を合理化して効率的な実装動作が実現できる。

本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置を示す平面図、図２は本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置を示す側面図、図３は本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置の制御系の構成図、図４は本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置のチップ実装動作の説明図、図５は本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置のチップ実装動作の説明図、図６は本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置のチップ実装動作の説明図、図７は本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置のチップ実装動作の説明図、図８は本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置のチップの実装動作を示すフローチャート、図９は本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置のピックアップ動作の説明図である。

図１及び図２において、チップ実装装置１は、シート２に規則配列された複数のチップＰを実装ヘッド３、４により順次ピックアップして基板５、６に実装する動作を行う装置である。チップ実装装置１のＹ方向における一端側には、第１の基板５及び第２の基板６を搬送する一対の搬送レール７、８がＹ方向に隣接して並設されている。なお、本発明においては、基板５、６の搬送方向をＸ方向とし、これに水平面内で直交する方向をＹ方向とする。搬送レール７、８は、第１の基板５及び第２の基板６を所定の位置に位置決めして保持するようになっており、搬送レール７は第１の基板保持手段として機能し、搬送レール８は第２の基板保持手段として機能する。

チップ実装装置１のＹ方向における他端側であって搬送レール８と離隔した位置には、シート２を保持するシート保持テーブル９が配設されている。シート保持テーブル９は、シート保持手段及び移動手段として機能し、チップＰが規則配列されたシート２を上面に保持した状態でチップ実装装置１の他端側においてＸ方向に移動し、任意のチップＰを所定の位置に位置決めするようになっている。シート保持テーブル９の下方にはチップ剥離補助手段としてのエジェクタ１０が配設されている。エジェクタ１０は、昇降機構及び水平移動機構を備えており、シート保持テーブルに保持されたシート２に規則配列されたチップＰのうち任意のチップを図示しないニードルにより下方から押し上げるなどして実装ヘッド３、４によるピックアップを補助する機能を有している。

チップ実装装置１の上部には、Ｙ方向に延伸する一対のＹビーム１１、１２が配設されている。Ｙビーム１１、１２の下部にはそれぞれＸビーム１３、１４が備えられており、Ｘビーム１３、１４の下部にはそれぞれ実装ヘッド３、４が取り付けられている。実装ヘッド３、４は、Ｙビーム１１、１２及びＸビーム１３、１４によりチップ実装装置１の上部をＹ方向及びＸ方向に移動可能になっている。図１において左側の第１のＹビーム１１と第１のＸビーム１３に取り付けられた第１の実装ヘッド３は、シート保持テーブル９に保持されたシート２からエジェクタ１０のニードルにより押し上げられたチップＰを複数（ここでは３つ）のノズル３ｃでピックアップして第１の基板５に実装することができるように移動範囲が設定されている。また、右側の第２のＹビーム１２と第２のＸビーム１４に取り付けられた第２の実装ヘッド４は、シート保持テーブル９に保持されたシート２からエジェクタ１０のニードルにより押し上げられたチップＰを複数（ここでは３つ）のノズル４ｃでピックアップして第２の基板６に実装することができるように移動範囲が設定されている。

チップ実装装置１の上部であって第１のＹビーム１１と第２のＹビーム１２の間には、下方のチップＰを認識する認識手段としてのカメラ１５が配設されている。カメラ１５はＹ方向に延伸するカメラ移動機構１６に取り付けられ、シート保持テーブル９の上面に保持されたシート２の上方をＹ方向に移動可能になっており、シート保持テーブル９のＸ方向への移動と組み合わせることによりシート２に規則配列されたチップＰ全ての位置を認識することができるように撮像範囲が設定されている。

チップ実装装置１の下部であって搬送レール８とシート保持テーブル９の間には、第１の実装ヘッド３及び第２の実装ヘッド４にピックアップされたチップの姿勢を認識する認識手段としての第１の認識カメラ１７及び第２の認識カメラ１８が配設されている。

次に、チップ実装装置１における制御系の構成について説明する。図３において、第１の実装ヘッド３におけるチップのピックアップを行うチップ吸引機構３ａ及びピックアップされたチップの昇降や回転等の姿勢変更を行うチップ姿勢変更機構３ｂと、第２の実装ヘッド４におけるチップのピックアップを行うチップ吸引機構４ａ及びピックアップされたチップの昇降や回転等の姿勢変更を行うチップ姿勢変更機構４ｂと、搬送レール７、８における基板５、６の搬送機構７ａ、８ａ及び保持機構７ｂ、８ｂと、シート保持テーブル９をＸ方向に移動させるシート移動機構９ａと、エジェクタ１０の昇降機構１０ａ及び水平移動機構１０ｂと、第１のＹビーム１１及び第１のＸビーム１３からなる第１の実装ヘッド移動機構２０と、第２のＹビーム１２及び第２のＸビーム１４からなる第２の実装ヘッド移動機構２１と、カメラ１５及びカメラ移動機構１６と、第１の認識カメラ１７と、第２の認識カメラ１８は、制御部３０との間で通信可能になっており、記憶部３１に記憶された制御プログラムに基づいて制御部３０から送信される制御指令を受けて所定の動作を実行するようになっている。

記憶部３１には、シート２に規則配列されたチップのピックアップ経路に関するデータ等が記憶されており、これらに対応してチップ実装装置１における実装動作が最適になるように制御プログラムが設定されている。これらのデータや制御プログラムは操作・入力部３２により記憶部３１に入力したり選択したりすることができるようになっており、さらに操作・入力部３２によりチップ実装装置１における各動作をマニュアルで操作できるようになっている。

次に、チップ実装装置１におけるチップの実装動作について説明する。図４乃至図７は、チップ実装装置１におけるチップの実装動作を工程順に示しており、図８は第１の実装ヘッドによるチップの実装工程を示したフローチャートである。図４乃至図７において、破線ａはカメラ１５によるチップの認識位置ａを示しており、破線ｂは第１の実装ヘッド
３によりチップをピックアップする第１のピックアップ位置ｂを示し、破線ｃは第２の実装ヘッド４によりチップをピックアップする第２のピックアップ位置ｃを示している。

図４において、シート２にはＸＹ方向にマトリックス状にチップが規則配列されており、実装対象としてｍ１行ｎ１列に配置されたチップＰ１とｍ２行ｎ２列に配置されたチップＰ２を例にとり説明を行う。まず、シート保持テーブル９をＸ方向へ移動させてｎ１列のチップ群を認識位置ａに位置合わせする（ＳＴ１）。次に、カメラ１５をＹ方向に移動させると、カメラ１５の撮像中心がｎ１列に配列されたチップＰの真上を移動し、ｍ１行に配列されたチップＰ１の位置を認識する（ＳＴ２）。実装対象となるチップＰ１の位置が認識されると、図５に示すように、シート保持テーブル９を移動させてチップＰ１を第１のピックアップ位置ｂに位置合わせする（ＳＴ３）。次に、エジェクタ１０をＳＴ３において位置合わせされたチップＰ１に合わせて移動させる（ＳＴ４）。また、第１の実装ヘッド３をＳＴ３において位置合わせされたチップＰ１に合わせて移動させる（ＳＴ５）。これにより、チップＰ１の下方にはエジェクタ１０、上方には第１の実装ヘッド３が配置された状態となり、エジェクタ１０の補助によりチップＰ１をシート２から剥離して第１の実装ヘッド３によりピックアップする（ＳＴ６）。第１の実装ヘッド３によりピックアップされたチップＰ１は、図６に示すように、第１の基板５に向けて移動する過程で第１の認識カメラ１７により位置認識される（ＳＴ７）。その後、チップＰ１の吸着位置ずれ等を補正した後に、図７に示すように、第１の基板５の所定の実装位置にチップＰ１を実装する（ＳＴ８）。

チップ実装装置１は、第１の実装ヘッド３と第２の実装ヘッド４がそれぞれ独立して移動可能に構成されているので、先の実装対象であるチップＰ１が第１の実装ヘッド３によりピックアップされた後に、第２の実装ヘッド４による実装動作を開始することができる。第２の実装ヘッド４によるチップＰ２の実装工程も上記の第１の実装ヘッド３によるチップＰ１の実装工程と同様に行われるが、図６に示すように、認識位置ａにおいてカメラ１５により位置認識されたチップＰ２を図７に示すように第２のピックアップ位置ｃに位置合わせする点で異なっている。

従って、チップ実装装置１においては、第１の実装ヘッド３によりピックアップされたチップＰ１を第１の基板５に実装する工程（第１の実装工程）において、チップＰ２を第２のピックアップ位置ｃに位置合わせする工程（第２のチップ位置決め工程）や第２の実装ヘッド４によりチップＰ２をピックアップする工程（第２のピックアップ工程）を並行して行うことが可能であり、また、逆に、第２の実装ヘッド４によりピックアップされたチップＰ２を第２の基板６に実装する工程（第２の実装工程）において、チップＰ１を第１のピックアップ位置ｂに位置合わせする工程（第１のチップ位置決め工程）や第１の実装ヘッド３によりチップＰ１をピックアップする工程（第１のピックアップ工程）を並行して行うことが可能である。

このように、１つのシート２の第１のピックアップ位置ｂ側に配置されたチップＰ１を第１の実装ヘッド３によりピックアップして第１の基板５に実装する工程と、第２のピックアップ位置ｃ側に配置されたチップＰ２を第２の実装ヘッド４によりピックアップして第２の基板６に実装する工程とを交互に行うことにより、チップ実装装置１における実装効率を向上させている。

次に、第１の実装ヘッド３と第２の実装ヘッド４によるチップのピックアップ順序について説明する。図９において、シート２にはＸＹ方向にマトリックス状にチップＰが規則配列されている。シート２にマトリックス状に規則配列されたチップＰのピックアップ順序には大別して２つの順序が設定されており、一方はシート２のＸ方向における第１のピックアップ位置ｂ側から第２のピックアップ位置ｃ側に向けてピックアップするものであ
り、他方はシート２のＸ方向における第２のピックアップ位置ｃ側から第１のピックアップ位置ｂ側に向けてピックアップするものである。図９において示した矢印ｑは、第１のピックアップ位置ｂ側から第２のピックアップ位置ｃ側に向けてピックアップする第１の経路の一部を例示しており、矢印ｒは、第２のピックアップ位置ｃ側から第１のピックアップ位置ｂ側に向けてピックアップする第２の経路の一部を例示している。

第１の実装ヘッド３のＹ方向への移動とシート２のＸ方向への移動を制御することにより、第１の実装ヘッド３は、第１のピックアップ位置ｂにおいて、矢印ｑにより例示される第１の経路に沿ってチップＰをピックアップする。また、第２の実装ヘッド４のＹ方向への移動とシート２のＸ方向への移動を制御することにより、第２の実装ヘッド４は、矢印ｒにより例示される第２の経路に沿ってチップＰをピックアップする。

このように、１つのシート２に規則配列されたチップＰのうち第１のピックアップ位置ｂに近い側から第１の実装ヘッド３により順次ピックアップし、第２のピックアップ位置ｃに近い側から第２の実装ヘッド４により順次ピックアップすることにより、２つの実装ヘッド３、４と１つのシート２の移動の連携を合理化し、シート２のＸ方向への無駄な移動を排して効率的な実装が実現できる。また、各実装ヘッド３、４がそれぞれに近い側からチップＰをピックアップするので、各実装ヘッド３、４及びシート２のＸ方向における移動可能領域の制約に起因するシート２におけるピックアップ不可領域が極小化され、チップＰの取り残しの発生を抑制することができる。これによりシート２の大型化にも対応し易くなっている。

なお、上記のチップ実装装置の構成及び実装動作は、本発明の一実施の形態であって、本発明を上記記載のものに限定するものではない。例えば、第１の実装ヘッド３及び第２の実装ヘッド４で同一の基板にチップＰを実装してもよい。

本発明のチップ実装装置およびチップ実装方法によれば、２つの実装ヘッドと１つのシートの移動の連携を合理化して効率的な実装動作が実現できるので、複数のチップが規則配列されたシートから順次チップをピックアップして基板に実装する分野において有用である。

本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置を示す平面図本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置を示す側面図本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置の制御系の構成図本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置のチップ実装動作の説明図本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置のチップ実装動作の説明図本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置のチップ実装動作の説明図本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置のチップ実装動作の説明図本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置のチップの実装動作を示すフローチャート本発明の一実施の形態におけるチップ実装装置のピックアップ動作の説明図

符号の説明

２シート
３第１の実装ヘッド
４第２の実装ヘッド
５第１の基板
６第２の基板
７、８搬送レール（第１の基板保持手段、第２の基板保持手段）
９シート保持テーブル（シート保持手段）
９ａシート移動機構（移動手段）
３０制御部（制御手段）
ｂ第１のピックアップ位置
ｃ第２のピックアップ位置
Ｐチップ

Claims

第１の方向に搬送される基板を保持する基板保持手段と、
前記第１の方向と直交する第２の方向において前記基板保持手段と離隔した位置に設けられて複数のチップが規則配列されたシートを保持するシート保持手段と、
前記シート保持手段を前記第１の方向に移動させる移動手段と、
前記シート保持手段により保持されたシートから第１のピックアップ位置においてチップをピックアップして前記基板保持手段により保持された基板に実装する第１の実装ヘッドと、
前記シート保持手段により保持されたシートから第２のピックアップ位置においてチップをピックアップして前記基板保持手段により保持された基板に実装する第２の実装ヘッドと、
前記シート保持手段に保持された前記シートの前記第１の方向における前記第１のピックアップ位置側に配列されたチップから順に前記第１のピックアップ位置に位置決めされるように前記移動手段を制御するとともに前記シートの前記第１の方向における前記第２のピックアップ位置側に配列されたチップから順に前記第２のピックアップ位置に位置決めされるように前記移動手段を制御し、チップを第２のピックアップ位置に位置決めする工程及び前記第２のピックアップ位置に位置決めされたチップを第２の実装ヘッドによりピックアップする工程のうち少なくとも何れか一つの工程を前記第１の実装ヘッドによりピックアップされたチップを基板に実装する工程と並行して行うように制御する制御手段とを備えたことを特徴とするチップ実装装置。
チップが規則配列されたシートの第１のピックアップ位置側に配列されたチップから順に第１のピックアップ位置に位置決めされるように、前記シートを移動させる第１のチップ位置決め工程と、
チップが規則配列されたシートの第２のピックアップ位置側に配列されたチップから順に第２のピックアップ位置に位置決めされるように、前記シートを移動させる第２のチップ位置決め工程と、
前記第１のチップ位置決め工程において前記第１のピックアップ位置に位置決めされたチップを第１の実装ヘッドによりピックアップする第１のピックアップ工程と、
前記第２のチップ位置決め工程において前記第２のピックアップ位置に位置決めされた
チップを第２の実装ヘッドによりピックアップする第２のピックアップ工程と、
前記第１のピックアップ工程において前記第１の実装ヘッドによりピックアップされたチップを基板に実装する第１の実装工程と、
前記第２のピックアップ工程において前記第２の実装ヘッドによりピックアップされたチップを基板に実装する第２の実装工程とを含み、
前記第２のチップ位置決め工程及び前記第２のピックアップ工程のうち少なくとも何れか一つの工程を前記第１の実装工程と並行して行うことを特徴とするチップ実装方法。
前記第１のチップ位置決め工程及び前記第１のピックアップ工程のうち少なくとも何れか一つの工程を前記第２の実装工程と並行して行うことを特徴とする請求項２記載のチップ実装方法。