JP4424274B2 - 電子部品の実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、多連ノズルにより電子部品供給部の電子部品を吸着して基板等の実装対象に実装する電子部品の実装方法に関するものである。

電子部品（以下「部品」という）の実装分野では、移載ヘッドに設けられたノズルにより電子部品供給部の部品を吸着し、これを基板等の実装対象に実装する実装装置が広く用いられている。また、部品の実装効率を高めるため、移載ヘッドに複数のノズル（多連ノズル）を装着するものが知られている。

この種の実装装置においては、多連ノズルで吸着した部品を基板に確実に実装して欠品基板の発生を防止することが重要な課題となっている。そのため、多連ノズルに電子部品供給部の部品を吸着してピックアップした後に、カメラ等の認識手段によりノズルの吸着面に部品が吸着されているか否かを確認する認識作業が行われている。

しかし、この認識作業において部品を吸着していると確認されたノズルであっても、認識作業後、部品を基板に実装するまでの間に部品がノズルから落下する場合があり、この場合には、部品を吸着していないノズルにより実装が行われることになり、欠品基板が発生するおそれがあった。

このような問題を解決する手段として、多連ノズル内の真空圧を真空圧センサで監視し、部品吸着時の真空圧と実装直前の真空圧との差が所定の閾値以上である場合に部品の落下が発生したと判断する実装方法が提案されている。また、コストメリット及び可動部を軽量化するため、真空圧の監視を１個の真空センサで行うことも提案されている。
特開２００４−７１８３０号公報

しかしながら、上記特許文献に開示されたものは、カメラによる認識作業後に移載ヘッドが基板への実装位置に移動する際に生じうる部品の落下を検知するものであり、多連ノズルにそれぞれ吸着された複数の部品を基板に順次実装する際に、基板上で他の実装位置へ順次移動するノズルからの部品落下まで検知するものではなかった。

そこで本発明は、多連ノズルに吸着された部品の実装作業中における落下を検知することができる電子部品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、真空発生源に連通する吸気路に接続された多連ノズルにそれぞれ電子部品を吸着し、この吸気路内の真空圧を検知しながら電子部品を実装対象の複数の実装位置に順次実装する電子部品の実装方法であって、前記多連ノズルを前記実装対象の最初の実装位置上に移動させる第１の移動工程と、前記第１の移動工程の前後における真空圧の差が第１の閾値以下であれば、前記最初の実装位置に電子部品を実装する第１の実装工程と、前記多連ノズルを前記実装対象の次の実装位置上に移動させる第２の移動工程と、前記第２の移動工程の前後における真空圧の差が第２の閾値以下であれば、前記次の実装位置に電子部品を実装する第２の実装工程と、を含み、前記第２の移動工程及び前記第２の実装工程を繰り返し行って、前記実装対象の複数の実装位置に電子部品を順次実装する。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１の移動工程の前後における真空圧の差が前記第１の閾値を超えた場合には前記第１の実装工程を中断して電子部品の実装を行わない。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記第２の移動工程の前後における真空圧の差が前記第２の閾値を超えた場合には前記第２の実装工程を中断して電子部品の実装を行わない。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の発明において、前記第２の閾値が前記第１の閾値より小さい。

本発明によれば、多連ノズルによる実装作業中の部品の落下を検知することが可能となり、欠品基板の発生を防止することができる。

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電子部品の実装装置の斜視図、図２は本発明の一実施の形態における多連ノズルの側面図、図３は本発明の一実施の形態における吸排気系の構造図、図４は本発明の一実施の形態における吸気系の配管図、図５は本発明の一実施の形態における電子部品の実装装置の制御系の構成図、図６は本発明の一実施の形態における電子部品の実装動作を示したフローチャート、図７は本発明の一実施の形態における吸気路内の絶対真空圧の変動を示したグラフ、図８、図９は本発明の一実施の形態における吸気路内の相対真空圧の変動を示したグラフ、図１０は本発明の他の実施の形態における多連ノズルの側面図である。

まず、電子部品の実装装置について、図１及び図２を参照して説明する。図１において、基台１上の略中央にはＸ方向に延伸する搬送路２が配設されている。搬送路２は、実装対象としての基板３を搬送して所定位置に位置決めする。なお、本発明において、基板の搬送方向を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。搬送路２のＹ方向における両側方には電子部品供給部４が配設されており、複数個のテープフィーダ５が着脱自在に並設されている。テープフィーダ５には多数の部品が格納されている。

基台１のＸ方向における両端部には一対のＹテーブル６が配設されている。これらのＹテーブル６上にはＸテーブル７が架設されており、Ｙテーブル６の駆動によりＹ方向に移動する。Ｘテーブル７の側部には移載ヘッド８が配設されており、Ｘテーブル７の駆動によりＸ方向に移動する。移載ヘッド８には、図２に示すように、部品を吸着する多連ノズルとしての複数個のノズル２０（本実施の形態では１０個）がＸ方向に一列に装着されている。Ｙテーブル６及びＸテーブル７は、ノズル２０を基台１上で水平移動させる水平移動手段になっている。

図１において、搬送路２と電子部品供給部４の間には部品認識手段としてのラインカメラ９が配設されており、移載ヘッド８のノズル２１に吸着されピックアップされた部品を下方から撮像して部品の有無や吸着姿勢等を認識する（図２参照）。

次に、移載ヘッド８における吸排気系の構造について、図３及び図４を参照して説明する。図３は吸排気構造の配管図であり、図４は吸気系の配管図である。

図３において、各ノズル２０にはそれぞれ吸気管２１と排気管２２が接続されており、吸気管２１と排気管２２は、空気圧調整ユニット２３を介して空気圧源２４と接続されて
いる。各ノズル２０はそれぞれ吸気バルブ２５を介して吸気管２１と接続されており、吸気バルブ２５の開閉により任意のノズル２０における部品の吸着・非吸着を選択的に制御することができる。吸気管２１にはエジェクタ２６、レギュレータ２７が直列に介設されており、空気圧源２４からエジェクタ２６に圧縮空気流が送られると吸気管２１内が負圧となって吸引される。空気圧源２４とエジェクタ２６は、ノズル２０に部品を吸着させる真空発生源となっている。

また、各ノズル２０はそれぞれ排気バルブ２８を介して排気管２２と接続されており、排気バルブ２８の開閉により任意のノズル２０における部品の吸着破壊を選択的に制御することができる。排気管２２にはレギュレータ２９が介設されている。

図４において、吸気管２１はマニホールド３０と連通しており、マニホールド３０には１０個のノズル２０が一列に等間隔で整列して装着されている。各ノズル２０は通気路３１によりマニホールド３０と連通しており、通気路３１には上記の吸気バルブ２５が介設されている。マニホールド３０の略中央には真空圧センサ３２が取り付けられており、吸気管２１から各ノズル２０に至る吸気系における真空圧を検知する。マニホールド３０は、空気圧源２４とエジェクタ２６からなる真空発生源と各ノズル２０を連通させる吸気路となっている。

移載ヘッド８における吸排気系は以上のように構成されるので、真空発生源の故障やエアリーク、また、多連ノズルの各ノズル２０のうち半数程度のノズル２０で部品の非吸着が起きると吸気系において多量のエアリークが発生し、他のノズル２０において部品を安定して吸着し続けることが困難なほどにマニホールド３０内の真空圧が低下する。従って、閾値を絶対的な真空圧値として予め設定しておくことにより、マニホールド３０内の真空圧が設定された閾値以下となっている場合には、上記のような要因により部品の安定吸着が困難な状態になっていると判断することができる。

また、ノズル２０に部品を吸着した後、基板３へ実装するために移載ヘッド８が移動する際に部品が落下した場合も吸気系においてエアリークが発生し、マニホールド３０内の真空圧が低下する。従って、閾値を相対的な真空圧値として予め設定しておくことにより、移載ヘッド８の移動前後におけるマニホールド３０内の真空圧の差が予め設定した閾値を上回っている場合には、途中で部品が落下して何れかのノズル２０において部品が非吸着となっていると判断することができる。

次に、電子部品の実装装置の制御系の構成について、図５を参照して説明する。制御部５０は、搬送路２、テープフィーダ５、Ｙテーブル６、Ｘテーブル７、移載ヘッド８、ラインカメラ９、吸気バルブ２５、排気バルブ２８、真空圧センサ３２、空気圧調整ユニット２３、空気圧源２４と電気的に接続されている。さらに制御部５０は、データベース部４３、操作入力部４４、表示部４５とバス５１により接続されている。データベース部４３には、部品データ４３ａ、制御パラメータ４３ｂ、基板データ４３ｃ、ノズルデータ４３ｄ、閾値データ４３ｅが記憶されている。

電子部品の実装装置は、制御部５０の制御指令を受け、真空発生源に連通する吸気路に接続された多連ノズルにそれぞれ電子部品を吸着し、この吸気路内の真空圧を検知しながら電子部品を実装対象の複数の実装位置に順次実装する動作を行う。

電子部品の実装装置は以上のように構成され、次に電子部品の実装動作について、図６を参照して説明する。図６は電子部品の実装動作を示したフローチャートである。まず、実装装置の駆動をスタートさせ、移載ヘッド８をテープフィーダ５上のピックアップ位置に移動させるとともに空気圧源２４を駆動させてノズル２０に所定の部品を吸着させる（
ＳＴ１）。部品吸着後、真空圧センサ３２によりマニホールド３０内の真空圧を検知して予め設定された第３の閾値ＴＨ３との比較を行い、マニホールド３０内の真空圧が第３の閾値ＴＨ３以上であるか否かの判定が行われる（ＳＴ２）。第３の閾値ＴＨ３は絶対的な真空圧値として例えば４０ｋＰａに設定されており、マニホールド３０内の真空圧が４０ｋＰａ以下である場合には、真空発生源の故障やエアリーク、また、多連ノズルの各ノズル２０のうち半数程度のノズル２０で部品の非吸着が起きると吸気系において多量のエアリークが発生し、部品を安定して吸着し続けることが困難な状態になっていると判断される。

図７は、部品をテープフィーダ５からピックアップしてノズル２０に吸着する動作（ＳＴ１）におけるマニホールド３０内の真空圧の変動の一例を示している。吸着を開始してから時間ｔ１までは部品を順調に吸着し、一定の真空圧Ｐ０を保っている。なお、部品の吸着は、ノズル２０の下端部を部品の上面に当接させた後に当該ノズル２０の吸気バルブ２５を開いて（他のノズル２０の吸気バルブ２５は閉鎖した状態）真空吸着して行うので、部品の吸着に成功するとマニホールド３０内の真空圧にほとんど変動はなく略一定の真空圧状態を保つ。時間ｔ１において、何れかのノズル２０が部品の吸着に失敗してエアリークが発生し、真空圧がＰ０からＰ１に低下している。時間ｔ２において、別のノズル２０が部品の吸着に失敗し、真空圧Ｐ２に低下して第３の閾値ＴＨ３を下回る。

このように、マニホールド３０内の真空圧が第３の閾値ＴＨ３を下回っている場合には、実装装置の動作を停止する（ＳＴ３）。一方、吸着終了時におけるマニホールド３０内の真空圧が第３の閾値ＴＨ３以上である場合には、移載ヘッド８をラインカメラ９の上方へ移動させてノズル２０に吸着された部品を下方からスキャンニングする（ＳＴ４）。スキャンニングによりノズル２０に吸着された部品の姿勢等を認識するとともに部品の有無を確認し（ＳＴ５）、非吸着のノズル２０については部品の実装動作を行わない（ＳＴ６）。これにより、部品の空実装を未然に防止して欠品基板の発生を回避している。

従来、非吸着のノズル２０の存在が確認されると、そのノズル２０の吸気バルブ２５を閉鎖して真空圧の回復を図っていたが、ラインカメラ９の認識パラメータの入力ミス等があった場合には、部品を吸着しているノズル２０を非吸着ノズルであると誤判断し、吸気バルブを閉鎖して部品を落下させてしまっていたので、これを防止するために吸気バルブ２５を閉鎖しないようにしている。

スキャンニングが終了すると、マニホールド３０内の真空圧をゼロリセットする（ＳＴ７）。ゼロリセット後における部品の落下による真空圧の低下量は真空圧の差として相対値で管理される。

次に、移載ヘッド８を基板３上に移動させ、最初に実装される部品を吸着したノズル２０を基板３上の最初の実装位置へ移動させる（ＳＴ８）。このＳＴ８の動作は第１の移動工程となっている。

第１の移動工程（ＳＴ８）の後、最初の実装位置に移動した際のマニホールド３０内の真空圧を検知し、予め設定された第１の閾値ｔｈ１との比較を行い、真空圧の差が第１の閾値ｔｈ１以下であるか否かの判定を行う（ＳＴ９）。真空圧の差が第１の閾値ｔｈ１を上回っている場合には、移載ヘッド８が基板３上の第１の実装位置に移動中に何れかのノズル２０から部品が落下したと判断される。

なお、第１の閾値ｔｈ１が大きすぎると、部品の落下により真空圧の低下量が第１の閾値ｔｈ１まで到達せず、部品が落下しているのもかかわらず吸着保持されていると誤判断するおそれがある。また、逆に小さすぎると、他のノズルにおける部品の非吸着、または
吸着されていても吸着姿勢によってはエアリークが発生するため、これによる真空圧の低下量が第１の閾値ｔｈ１に到達して、部品を吸着しているのもかかわらず落下したと誤認識するおそれがある。従って、本実施の形態においては、第１の閾値ｔｈ１として、あるノズル２０に部品を吸着している場合としていない場合とのマニホールド３０内の真空圧の差の略半分の数値である８ｋＰａに設定し、誤認識がおきないようにしている。

図８は、ＳＴ８におけるマニホールド３０内の真空圧の変動の一例を示している。ゼロリセット（ＳＴ７）してから時間ｔ１までは部品を安定して吸着しており、相対真空圧０を保っている。時間ｔ１において、何れかのノズル２０から部品が落下してエアリークが発生し、相対真空圧がｐ１に低下している。

このように、真空圧の差ｐ１が第１の閾値ｔｈ１を上回っている場合には、実装装置の動作を停止する（ＳＴ１０）。これにより、部品の空実装を未然に防止して欠品基板の発生を回避している。一方、第１の閾値ｔｈ１以下である場合には、部品の落下はなかったと判断されて部品の実装が行われる（ＳＴ１１）。ＳＴ９及びＳＴ１１の動作は第１の実装工程となっている。

次に、第１の実装工程（ＳＴ９、ＳＴ１１）終了時におけるマニホールド３０内の真空圧を再度ゼロリセットする（ＳＴ１２）。次に、移載ヘッド８を基板３上で移動させ、次に実装される部品を吸着したノズル２０を基板３上の次の実装位置へ移動させる（ＳＴ１３）。このＳＴ１３の動作は第２の移動工程となっている。

第２の移動工程（ＳＴ１３）の後、第２の実装位置に移動した際の真空圧値を検知し、予め設定された第２の閾値ｔｈ２との比較を行い、真空圧の差が第２の閾値ｔｈ２以下であるか否かの判定を行う（ＳＴ１４）。第２の閾値ｔｈ２は第１の閾値ｔｈ１の略半分に設定し、真空圧の差が第２の閾値ｔｈ２を上回っている場合には、移載ヘッド８が基板３上の第１の実装位置から第２の実装位置に移動中に何れかのノズル２０から部品が落下したと判断される。

なお、第２の閾値ｔｈ２を第１の閾値ｔｈ１の略半分の値に設定したのは、ノズル２０の移動距離の差に起因する。すなわち、基板上の最初の実装位置から次の実装位置までの距離は、スキャンニング終了後に基板上の最初の実装位置まで移動する距離（微小部品の場合は１ｍｍ程度）に比べ短く、移動に要する時間が少ない。従って、部品の落下によるマニホールド３０内の真空圧の変化の応答遅れが真空圧センサ３２における検出値に影響し、真空圧の低下量が第１の閾値ｔｈ１に至る以前に真空圧が検知されることがある。この場合、部品が落下しているにもかかわらず落下がなかったと誤認識されるおそれがある。そのため、基板上を短スパンで移動するノズル２０からの部品の落下については、第１の閾値ｔｈ１より小さい第２の閾値ｔｈ２を設定し、上記のような誤認識がおきないようにしている。

図９は、ＳＴ１３におけるマニホールド３０内の真空圧の変動の一例を示している。時間ｔ１において、第１の実装工程（ＳＴ９、ＳＴ１１）終了時におけるマニホールド３０内の真空圧値を再度ゼロリセット（ＳＴ１２）している。ゼロリセット後、時間ｔ２までは部品を安定して吸着し、相対真空圧０を保っている。時間ｔ２において、何れかのノズル２０から部品が落下してエアリークが発生し、相対真空圧がｐ２に低下している。

このように、真空圧の差ｐ２が第２の閾値ｔｈ２を上回っている場合には、実装装置の動作を停止する（ＳＴ１５）。これにより、部品の空実装を未然に防止して欠品基板の発生を回避している。一方、第２の閾値ｔｈ２以下である場合には、部品の落下はなかったと判断されて部品の実装が行われる（ＳＴ１６）。ＳＴ１４及びＳＴ１６の動作は第２の
実装工程となっている。

以後、第２の移動工程（ＳＴ１３）及び第２の実装工程（ＳＴ１４、ＳＴ１６）を繰り返し行うことにより、さらに次の実装位置に移載ヘッド８を移動させてノズル２０に吸着された部品を基板３の複数の実装位置に順次実装する。このとき、移載ヘッド８の移動前後における真空圧の差が第２の閾値ｔｈ２を上回っている場合には、実装動作を停止して部品の空実装を未然に防止し、欠品基板の発生を回避する。

このように、本発明によれば、多連ノズルと真空発生源とを連通させる吸気路内の真空圧を検知することにより、実装作業中における多連ノズルからの部品の落下を判断することができるので、一つの真空圧センサと個別に部品の吸着・非吸着制御可能に構成された多連ノズルからなる実装装置に好適であり、部品の空実装を未然に防止して欠品基板の発生を回避できる電子部品の実装装置を実現することができる。

なお、上記のマニホールド３０内の真空圧値のゼロリセット（ＳＴ７、ＳＴ１２）は本発明において必須の動作ではない。部品のスキャンニング（ＳＴ５）の後における真空圧と第１の移動工程（ＳＴ８）の後における真空圧との差と、第１の閾値ｔｈ１を比較することによっても部品の落下を判断することができる。また、最初の実装位置への部品実装（ＳＴ１１）の後における真空圧と第２の移動工程（ＳＴ１３）の後における真空圧との差と、第２の閾値ｔｈ２を比較することによっても部品の落下を判断することができる。

また、上記の各閾値ｔｈ１、ｔｈ２、ＴＨ３は、空気圧源２４から送られる空気圧や吸気管２１等の配管の形態、ノズル２０の種類や個数等を勘案して予め設定されており、本発明が適用される実装装置の諸条件に応じた値に設定できる。

また、第２の閾値ｔｈ２は第１の閾値ｔｈ１より小さい値に設定することにより、実装対象の基板３上で移動するノズル２０からの部品の落下判断をより精確に行うことができる。特に、実装される部品が微小なチップ部品であり、隣接する部品間が１ｍｍ程度で近接している場合、実装位置から次の実装位置への移動時間が極めて短いので、部品の落下によるマニホールド３０内の真空圧の変化の応答遅れが真空圧センサ３２の検出値に影響し、真空圧の低下量が第１の閾値ｔｈ１に至る以前に真空圧が検知されることがある。この場合には、部品が落下しているにもかかわらず落下がなかったと誤認識される。従って、基板上での移動における真空圧の検知においては、第１の閾値ｔｈ１より小さい第２の閾値ｔｈ２を設けて部品の落下のより精確な判断を行って欠品基板の発生を防止する。

また、部品認識手段としてのラインカメラ９は必ずしも基台１上に設けなくてもよい。例えば、図１０に示すように、移動ヘッド８に直接ラインカメラ６０を取り付けることもできる。移動ヘッド８にＸ方向に延伸して設けられたビーム６１にブラケット６２を介して取り付けられたラインカメラ６０は、各ノズル２０の下方を順次移動し、各ノズル２０における部品の吸着位置や姿勢、部品の有無等を認識する。これにより、移動ヘッド８を固定されたラインカメラ９の上方に移動させる動作を行うことなく、任意の位置において部品の認識を行う、いわゆるオンザフライ方式による認識作業が可能となって効率的である

本発明の電子部品の実装方法よれば、多連ノズルによる実装作業中の部品の落下を検知することが可能となり、欠品基板の発生を防止することができるので、多連ノズルにより電子部品供給部の電子部品を吸着して基板等の実装対象に実装する電子部品の実装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電子部品の実装装置の斜視図 本発明の一実施の形態における多連ノズルの側面図 本発明の一実施の形態における吸排気系の構造図 本発明の一実施の形態における吸気系の配管図 本発明の一実施の形態における電子部品の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電子部品の実装動作を示したフローチャート 本発明の一実施の形態における吸気路内の絶対真空圧の変動を示したグラフ 本発明の一実施の形態における吸気路内の相対真空圧の変動を示したグラフ 本発明の一実施の形態における吸気路内の相対真空圧の変動を示したグラフ 本発明の他の実施の形態における多連ノズルの側面図

符号の説明

３ 基板
２０ ノズル
２４ 空気圧源
２６ エジェクタ
３０ マニホールド
ｔｈ１ 第１の閾値
ｔｈ２ 第２の閾値
ＴＨ３ 第３の閾値

Claims (4)

1. 真空発生源に連通する吸気路に接続された多連ノズルにそれぞれ電子部品を吸着し、この吸気路内の真空圧を検知しながら電子部品を実装対象の複数の実装位置に順次実装する電子部品の実装方法であって、
   前記多連ノズルを前記実装対象の最初の実装位置上に移動させる第１の移動工程と、
   前記第１の移動工程の前後における真空圧の差が第１の閾値以下であれば、前記最初の実装位置に電子部品を実装する第１の実装工程と、
   前記多連ノズルを前記実装対象の次の実装位置上に移動させる第２の移動工程と、
   前記第２の移動工程の前後における真空圧の差が第２の閾値以下であれば、前記次の実装位置に電子部品を実装する第２の実装工程と、
   を含み、
   前記第２の移動工程及び前記第２の実装工程を繰り返し行って、前記実装対象の複数の実装位置に電子部品を順次実装することを特徴とする電子部品の実装方法。
2. 前記第１の移動工程の前後における真空圧の差が前記第１の閾値を超えた場合には前記第１の実装工程を中断して電子部品の実装を行わないことを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装方法。
3. 前記第２の移動工程の前後における真空圧の差が前記第２の閾値を超えた場合には前記第２の実装工程を中断して電子部品の実装を行わないことを特徴とする請求項１又は２記載の電子部品の実装方法。
4. 前記第２の閾値が前記第１の閾値より小さいことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の部品の実装方法。
   

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