JP4566153B2 - 電子部品装着装置と面発光デバイスの実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を基板に実装する電子部品装着装置に関するものである。

従来、各種の電子部品を実装対象ワークである基板に実装する際には、図１２と図１３に示す電子部品装着装置を使用して、組み立て工程が自動運転されている。ここでは、４個の発光ダイオードチップを基板に実装した面発光デバイスを製造する場合を例に挙げて説明する。

図１１（ａ）に示すように部品供給位置Ｓ１には、接続端子を上側にした発光ダイオードチップ１がエクステンドされた状態でパレット２に配置されている。ここで例に挙げた発光ダイオードチップ１の場合には、Ｐ型電極１９とＮ型電極２０が平面配置されている。
この種の発光ダイオードチップの具体例は（特許文献２）に記載されている。

電子部品装着装置は、図１２と図１３に示すように部品供給位置Ｓ１で発光ダイオードチップ１を吸引保持するノズル３を有する中継ヘッド４と、中継ヘッド４から発光ダイオードチップ１を受け取って実装位置Ｓ３にセットされた基板５に実装する実装ヘッド６とで構成されている。

中継ヘッド４は駆動軸７によって駆動されて水平回転する。パレット２がセットされた供給テーブル８は、Ｘテーブル９とＹテーブル１０を介して据え付けられており、Ｘテーブル９とＹテーブル１０を駆動して中継ヘッド４の０度位置の前記ノズル３の下方位置に発光ダイオードチップ１を次々に運ぶ。

０度位置の前記ノズル３はパレット２に向かって下降して発光ダイオードチップ１を吸引し、その後に、前記ノズル３が上昇すると共に、中継ヘッド４が１８０°水平回転するとともに、前記ノズル３が反転装置１１によって上下方向に１８０°反転する。この状態では、実装ヘッド４によって運ばれた発光ダイオードチップ１は、実装ヘッド６のノズル１２が受け取り可能な位置（仮想線位置）に到着している。

実装ヘッド６は、前記ノズル１２と前記ノズル１２に超音波振動を印加しながら前記ノズル１２を介して発光ダイオードチップ１を前記基板５に押し付ける荷重装置１３とで構成されており、前記ノズル１２と荷重装置１３とは、１８０°位置の中継ヘッド４のノズル３の位置で、実装ヘッド６のノズル１２が受け取り可能な位置Ｓ２と実装位置（実線位置）Ｓ３との間を駆動装置１４によって移動可能に構成されている。

実装を受ける基板５がセットされた実装テーブル１５は、Ｘテーブル１６とＹテーブル１７を介して据え付けられており、実装ヘッド６のノズル１２の下方位置に基板５の実装位置が来るようにＸテーブル１６とＹテーブル１７が運転されている。

このようにして、基板５に４個の発光ダイオードチップ１を実装した面発光ダイオード１８を作成した場合には、図１１（ｂ）に示した配置になる。
特開２０００−３１５８５６公報 国際公開番号ＷＯ２００６／０３５６６４公報

発光ダイオードチップ１はＰ型電極１９とＮ型電極２０が平面配置されており、Ｐ型電極１９の部分が発光し、図１１（ｂ）に示した配置の面発光ダイオード１８の輝度は、図８（ｂ）に示すように発光ダイオードチップ１のセンター位置Ｓ０よりもＰ型電極１９の方にずれた位置に輝度分布２１のピーク値が存在している。

そのため、従来ではセンター位置と輝度分布のピーク値とが一致した輝度ムラのない面発光デバイスが期待されている。また、このような輝度ムラのない面発光デバイスの製造が可能な電子部品装着装置が要求されているのが現状である。

本発明は実装すべき部品を、実装対象ワークの実装位置に応じて回転させることができる電子部品装着装置を提供することを目的とする。

本発明の電子部品装着装置は、Ｐ型電極とＮ型電極が平面配置された発光ダイオードチップの電極が形成された下面とは反対側の上面をノズルによって吸引保持して実装位置に配置されている基板に前記発光ダイオードチップを押し付ける実装ヘッドを設け、前記基板に実装すべき前記発光ダイオードチップが供給される部品供給位置と前記実装ヘッドの間に中継ヘッドを設け、前記中継ヘッドは、部品供給位置で前記発光ダイオードチップをピックアップして、前記実装ヘッドが前記発光ダイオードチップを受け取る位置に搬送するとともに、保持した前記発光ダイオードチップを、前記基板の実装位置に応じて回転させることができる回転手段と、前記部品供給位置でピックアップした前記発光ダイオードチップを前記実装ヘッドに受け渡すまでに、前記発光ダイオードチップの前記上面をクリーニングするクリーニング手段を有していることを特徴とする。

また、本発明の面発光デバイスの実装方法は、Ｐ型電極とＮ型電極が平面配置された発光ダイオードチップの電極が形成された下面とは反対側の上面を実装ヘッドのノズルによって吸引保持して実装位置に配置されている基板に前記発光ダイオードチップを押し付けて複数個の前記発光ダイオードチップを実装するに際し、複数個の発光ダイオードチップのＮ型電極の方向が同一方向となるように前記発光ダイオードチップの前記下面を上に向けて複数個の前記発光ダイオードチップを載置したパレットを部品供給位置に配置し、部品供給位置の前記発光ダイオードチップを中継ヘッドでピックアップして、前記実装ヘッドが前記発光ダイオードチップを受け取る位置に搬送するとともに、前記中継ヘッドの保持した前記発光ダイオードチップを、前記基板の実装位置に応じて回転させ、前記部品供給位置でピックアップした前記発光ダイオードチップを前記実装ヘッドに受け渡すまでに、前記発光ダイオードチップの前記上面をクリーニングし、クリーニング後の前記発光ダイオードチップの前記上面を実装ヘッドのノズルによって吸引保持して、前記複数の発光ダイオードチップのそれぞれのＮ型電極が内側に向くように、実装位置に配置されている前記基板に前記発光ダイオードチップを押し付けて複数個の前記発光ダイオードチップを実装することを特徴とする。

この構成によれば、中継ヘッドに回転手段を設けたので、保持した前記部品を、実装対象ワークの実装位置に応じて回転させることができ、複数個の発光ダイオードチップを基板上に実装した面発光デバイスなどを製造する際などには、輝度ムラのない良好な特性を期待できる。

以下、本発明の電子部品装着装置と面発光デバイスを図１〜図１０に示す実施の形態に基づいて説明する。
図１と図２は本発明の電子部品装着装置を示し、従来例を示す図１１と図１２と同様のものには同一の符号を付けて説明する。この電子部品装着装置によって実装した面発光デバイス１８Ａの仕上がりを図７に示す。

従来との違いは、中継ヘッド４に回転手段としての水平回転駆動部２２を有している点である。この水平回転駆動部２２は、マイクロコンピュータを主要部とした制御装置によって、実装対象ワークとしての基板５における時々の実装位置に応じて、図４〜図７に示すようにコントロールされるように構成されている。

具体的には、部品供給位置Ｓ１と実装位置Ｓ３の間に、中継ヘッド４が設けられている。９０度の回転位置には、図３にも示すように水平回転駆動部２２が設けられている。図４は、面発光デバイス１８Ａとなる基板５の下段左に１個目の発光ダイオードチップ１を実装する工程を示している。中継ヘッド４が０度の回転位置（部品供給位置）では、中継ヘッド４のノズル３が下降して発光ダイオードチップ１を吸引保持して上昇し、中継ヘッド４が駆動軸７の駆動によって水平方向に９０度回転し、図３（ａ）に示すように水平回転駆動部２２の下方位置に到着する。この１個目の発光ダイオードチップ１の実装位置に応じて、発光ダイオードチップ１のＮ型電極２０が最終的に内側に向くように、水平回転駆動部２２の出力軸２３を図３（ｂ）に示すようにノズル３の後端に係合させて軸芯周りの左へ水平に９０度回転させる。９０度の回動後には水平回転駆動部２２の出力軸２３が図３（ａ）の位置に自動的に後退する。この状態から中継ヘッド４が駆動軸７の駆動によって水平方向にさらに９０度回転して１８０度位置（実装ヘッドへの受け渡し位置）に到着する途中で、中継ヘッド４のノズル３を上下方向に１８０度回転させる。１個目の発光ダイオードチップ１が１８０度位置（実装ヘッドへの受け渡し位置）に到着するタイミングでは、実装ヘッド６のノズル１２が受け取り可能な位置Ｓ２に待機しており、発光ダイオードチップ１が到着すると実装ヘッド６のノズル１２が中継ヘッド４のノズル３から受け取り、駆動装置１４によって実装位置Ｓ３に運んで、超音波振動をかけながら基板５に発光ダイオードチップ１の電極を押し付けて実装する。

図５は、面発光デバイス１８Ａとなる基板５の下段右に２個目の発光ダイオードチップ１を実装する工程を示している。１個目の発光ダイオードチップ１のノズル３による吸引保持が完了して上昇すると、供給テーブル８は２個目の発光ダイオードチップ１の位置がノズル３の下方位置にくるように、Ｘテーブル９，Ｙテーブル１０が運転される。中継ヘッド４の９０度回転位置では、２個目の発光ダイオードチップ１の実装位置に応じて、今度は１個目の発光ダイオードチップ１の場合とは異なり、水平回転駆動部２２によるノズル３の９０回転は実行しない。中継ヘッド４の９０度回転位置から１８０度回転位置への途中には、１個目の発光ダイオードチップ１の場合と同じくノズル３を上下方向に１８０度回転させて、発光ダイオードチップ１が到着すると実装ヘッド６のノズル１２が中継ヘッド４のノズル３から受け取り、駆動装置１４によって実装位置に運んで、超音波振動をかけながら基板５に発光ダイオードチップ１の電極を押し付けて実装する。

図６は、面発光デバイス１８Ａとなる基板５の上段右に３個目の発光ダイオードチップ１を実装する工程を示している。２個目の発光ダイオードチップ１のノズル３による吸引保持が完了して上昇すると、供給テーブル８は３個目の発光ダイオードチップ１の位置がノズル３の下方位置にくるように、Ｘテーブル９，Ｙテーブル１０が運転される。中継ヘッド４の９０度回転位置では、３個目の発光ダイオードチップ１の実装位置に応じて、水平回転駆動部２２によってノズル３を右方向へ９０回転させ、中継ヘッド４の９０度回転位置から１８０度回転位置への途中には、それまでの発光ダイオードチップ１の場合と同じくノズル３を上下方向に１８０度回転させて、発光ダイオードチップ１が到着すると実装ヘッド６のノズル１２が中継ヘッド４のノズル３から受け取り、駆動装置１４によって実装位置Ｓ３に運んで、超音波振動をかけながら基板５に発光ダイオードチップ１の電極を押し付けて実装する。

図７は、面発光デバイス１８Ａとなる基板５の上段左に４個目の発光ダイオードチップ１を実装する工程を示している。３個目の発光ダイオードチップ１のノズル３による吸引保持が完了して上昇すると、供給テーブル８は４個目の発光ダイオードチップ１の位置がノズル３の下方位置にくるように、Ｘテーブル９，Ｙテーブル１０が運転される。中継ヘッド４の９０度回転位置では、４個目の発光ダイオードチップ１の実装位置に応じて、水平回転駆動部２２によってノズル３を左方向へ１８０度回転させ、中継ヘッド４の９０度回転位置から１８０度回転位置への途中には、ノズル３を上下方向に１８０度回転させて、発光ダイオードチップ１が到着すると実装ヘッド６のノズル１２が中継ヘッド４のノズル３から受け取り、駆動装置１４によって実装位置に運んで、超音波振動をかけながら基板５に発光ダイオードチップ１の電極を押し付けて実装する。

このようにして図７に示したように、Ｐ型電極とＮ型電極が平面配置された発光ダイオードチップを、それぞれのＮ型電極が内側に向くよう基板上に配置して実装した面発光デバイス１８Ａが完成する。この面発光デバイス１８Ａの輝度分布２１は図８（ａ）に示したように基板５の中央に輝度のピーク値が位置した輝度ムラの極めて少ない良好なものであった。

なお、パレット２における発光ダイオードチップ１は、発光ダイオードチップ１の下面の電極を上にして、発光ダイオードチップ１の上面とパレット２との間に粘着剤を挟んで貼り付けられている。そのため、中継ヘッド４が０度回転位置で発光ダイオードチップ１を吸引保持した状態では、発光ダイオードチップ１の上面に前記粘着剤が残っている場合がある。本発明では、中継ヘッド４が０度回転位置から９０度回転位置への区間で、クリーニングを行っている。具体的には、クリーニングとは、発光ダイオードチップ１の前記上面に溶剤を噴霧または溶剤に浸積して拭き取る工程、または発光ダイオードチップ１の前記上面に溶剤の液体または霧状態に接触させて除去する工程を実行している。溶剤とは、前記粘着剤が溶解するもので有機溶剤を含んだものの他、無機の酸性液体、無機のアルカリ液体を含んだもの、前記粘着剤が水溶性の場合には、Ｈ_２Ｏを使用することもできる。クリーニングの位置については、中継ヘッド４が９０度回転位置から１８０度回転位置への区間で行うこともできる。

このようにクリーニングを実行して発光ダイオードチップ１の前記上面に前記粘着剤が残留しないように構成したことによって、実装ヘッド６のノズル１２と発光ダイオードチップ１の前記上面との間に、残留した前記粘着剤が挟まることがなく、実装ヘッド６による超音波加圧による発光ダイオードチップ１の基板５への接合状態の品質の向上を確認できた。

なお、上記の実施の形態では、基板５への実装位置に応じて水平回転駆動部２２がノズル３を回転させたが、ノズル３に吸引保持されている発光ダイオードチップ１の角度をモニタカメラで認識し、これを画像認識して目標の角度になるように水平回転駆動部２２を制御してノズル３を回転させるように構成することによって、実装精度が向上する。特に、中継ヘッド４の０度から９０度回転位置の区間で前記クリーニングを実行した場合には、クリーニング処理の際にノズル３に対する発光ダイオードチップ１の角度がずれた場合でもこれを補償できる。

上記の各実施の形態では、水平回転駆動部２２を基板５の実装位置に応じてだけ制御して実装していたが、中継ヘッド４のノズル３の先端に通電用電極を設け、中継ヘッド４の０度から１８０度回転位置の区間において、ノズル３に吸引保持している発光ダイオードチップ１に前記通電用電極を介して通電して、この際の発光ダイオードチップ１の輝度分布をモニターカメラなどで観察し、標準品の輝度分布と観察結果の輝度分布との差および基板５の実装位置に応じて、面発光デバイスの輝度分布が標準品に近づくように、水平回転駆動部２２を制御してノズル３を回転させて図９（ａ）（ｂ）に示すように、角度を傾けて実装するように構成することによって、製品相互間の輝度分布のバラツキをより低減できる。

上記の実施の形態では、中継ヘッド４の回転位置を、説明を分かり易くするために９０度ごとで説明したが、角度は９０度よりも小さくても、角度は９０度よりも大きくてもよく、角度を限定するものではない。

なお、上記の実施の形態では４個の発光ダイオードチップ１を実装した面発光デバイスを製造する場合を例に挙げて説明したが、発光ダイオードチップ１の基板５への実装位置に応じて回転させることができる電子部品装着装置であるため、前記マイクロコンピュータのプログラムを変更することによって、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す面発光デバイス１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄも製造可能である。

図１０（ａ）の面発光デバイス１８Ｂは、複数の発光ダイオードチップのそれぞれのＮ型電極が内側に向くよう基板上に配置した群２４を単位として、互いに近接させて基板５に複数だけ配置して実装している。

図１０（ｂ）の面発光デバイス１８Ｃは、４つの発光ダイオードチップのそれぞれのＮ型電極が内側に向くよう基板上に配置した群２４を中央に配置し、Ｎ型電極を前記内側に向けた発光ダイオードチップ１_１〜１_１２を前記群２４の外周に沿って配置して実装している。

図１０（ｃ）の面発光デバイス１８Ｄは、図１０（ｂ）の変形タイプで、発光ダイオードチップ１_１〜１_８が前記群２４の外周に沿って環状に配置して実装されている。

本発明は、各種電子部品の実装に使用する電子部品装着装置の機能の向上と製造物の高性能化に寄与できる。

本発明の実施の形態の電子部品装着装置の平面図 同実施の形態の正面図 同実施の形態の水平回転駆動部を説明する正面図 同実施の形態の１個目の部品を実装する工程図 同実施の形態の２個目の部品を実装する工程図 同実施の形態の３個目の部品を実装する工程図 同実施の形態の４個目の部品を実装する工程図 同実施の形態の面発光デバイスの輝度分布と従来例の輝度分布図 別の実施の形態の面発光デバイスの平面図 別の実施の形態の面発光デバイスの平面図 従来例の部品供給位置のパレット平面図と実装位置での完成した面発光デバイスの平面図 従来例の電子部品装着装置の平面図 同従来例の正面図

符号の説明

Ｓ１ 部品供給位置
Ｓ３ 実装位置
１ 発光ダイオードチップ
３ 中継ヘッド４のノズル
４ 中継ヘッド
５ 基板（実装対象ワーク）
６ 実装ヘッド
７ 中継ヘッド４の駆動軸
１２ 実装ヘッド６のノズル
１４ 実装ヘッド６の駆動装置
１８Ａ 面発光デバイス
２０ 発光ダイオードチップ１のＮ型電極
２２ 水平回転駆動部（回転手段）
２３ 水平回転駆動部２２の出力軸
２４ 群

Claims (5)

1. Ｐ型電極とＮ型電極が平面配置された発光ダイオードチップの電極が形成された下面とは反対側の上面をノズルによって吸引保持して実装位置に配置されている基板に前記発光ダイオードチップを押し付ける実装ヘッドを設け、
   前記基板に実装すべき前記発光ダイオードチップが供給される部品供給位置と前記実装ヘッドの間に中継ヘッドを設け、
   前記中継ヘッドは、
   部品供給位置で前記発光ダイオードチップをピックアップして、前記実装ヘッドが前記発光ダイオードチップを受け取る位置に搬送するとともに、保持した前記発光ダイオードチップを、前記基板の実装位置に応じて回転させることができる回転手段と、
   前記部品供給位置でピックアップした前記発光ダイオードチップを前記実装ヘッドに受け渡すまでに、前記発光ダイオードチップの前記上面をクリーニングするクリーニング手段と
   を有している電子部品装着装置。
2. 前記中継ヘッドは、
   前記部品供給位置でピックアップした前記発光ダイオードチップを前記実装ヘッドに受け渡すまでに、搬送中の前記発光ダイオードチップの輝度測定を実施する検査手段を有し、かつ前記回転手段を、前記基板の実装位置と前記検査手段の検査結果とに応じて保持した前記発光ダイオードチップを回転させるよう構成した請求項１記載の電子部品装着装置。
3. Ｐ型電極とＮ型電極が平面配置された発光ダイオードチップの電極が形成された下面とは反対側の上面を実装ヘッドのノズルによって吸引保持して実装位置に配置されている基板に前記発光ダイオードチップを押し付けて複数個の前記発光ダイオードチップを実装するに際し、
   複数個の発光ダイオードチップのＮ型電極の方向が同一方向となるように前記発光ダイオードチップの前記下面を上に向けて複数個の前記発光ダイオードチップを載置したパレットを部品供給位置に配置し、
   部品供給位置の前記発光ダイオードチップを中継ヘッドでピックアップして、前記実装ヘッドが前記発光ダイオードチップを受け取る位置に搬送するとともに、前記中継ヘッドの保持した前記発光ダイオードチップを、前記基板の実装位置に応じて回転させ、前記部品供給位置でピックアップした前記発光ダイオードチップを前記実装ヘッドに受け渡すまでに、前記発光ダイオードチップの前記上面をクリーニングし、
   クリーニング後の前記発光ダイオードチップの前記上面を実装ヘッドのノズルによって吸引保持して、前記複数の発光ダイオードチップのそれぞれのＮ型電極が内側に向くように、実装位置に配置されている前記基板に前記発光ダイオードチップを押し付けて複数個の前記発光ダイオードチップを実装する
   面発光デバイスの実装方法。
4. 前記パレットが配置された部品供給位置から、前記基板が配置された実装位置に前記中継ヘッドが前記発光ダイオードチップを搬送中に、搬送中の前記発光ダイオードチップを測定し、
   搬送中の前記発光ダイオードチップを、前記測定の輝度測定結果にもとづいて標準品の輝度分布に近づくように回転して前記基板に実装する
   請求項３に記載の面発光デバイスの実装方法。
5. 実装位置に配置されている前記基板に前記発光ダイオードチップを押し付けて複数個の前記発光ダイオードチップを実装する工程では、複数の発光ダイオードチップのそれぞれのＮ型電極が内側に向くよう前記基板上に配置した群を中央に配置し、さらに前記群の外周に沿って、Ｎ型電極を前記内側に向けた発光ダイオードチップを実装する
   請求項３に記載の面発光デバイスの実装方法。

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