JP4622980B2 - 電子部品実装装置および電子部品実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体チップなどの電子部品を基板に実装する電子部品実装装置および電子部品実装方法に関するものである。

半導体チップなどの電子部品を基板に実装する電子部品実装装置は、電子部品を供給する部品供給部および基板を位置決めして保持する基板保持部を備えており、部品実装作業は搭載ヘッドによって電子部品をノズルによって取出して、基板保持部に位置決めされた基板へ移送搭載することによって行われる（例えば特許文献１参照）。

ところで一般に１つの基板に実装される電子部品の種類は単一ではなく、１つの部品実装作業工程において複数種類の電子部品を実装することが求められる場合がある。このような場合には、部品供給部にこれらの複数種類の電子部品を収納するとともに、搭載ヘッドに装着されるノズルを実装対象の電子部品に対応したものに交換するためのノズル交換機構を備える必要がある。そして実装作業において実装対象の電子部品が切り替わるたびに、搭載ヘッドのノズルを交換するノズル交換動作を実行する。
特開２００５−１２９７５４号公報

このノズル交換動作は、予め複数種類のノズルを収納したノズル収納部まで搭載ヘッドを移動させ、そこで搭載ヘッドにノズル着脱のための動作を行わせるものであり、この間は実装動作の中断が余儀なくされる。また部品供給部においても供給対象の部品種の切替を行うための作業動作を必要とする。そしてこのようなノズル交換や部品の切替を必要とする種類の基板を上述の先行技術例に示すような実装装置の実装対象とする場合には、個別の基板を対象とした実装作業毎にノズル交換や部品種の切替えを高頻度で反復実行する必要があり、実装動作の中断時間が増大して生産性の向上を妨げる要因となっていた。

そこで本発明は、部品種切替えに伴って必要とされる作業の頻度を低減させて生産性を向上させることができる電子部品実装装置および電子部品実装方法を提供することを目的とする。

本発明の電子部品実装装置は、複数種類の電子部品を供給する部品供給部から単一の搭載ヘッドに着脱自在に装着されたノズルによって前記電子部品を取出し、基板に移送搭載する電子部品実装装置であって、前記基板を位置決めして保持する基板保持部と、前記基板保持部へ前記基板を順次搬入し実装後の基板をこの基板保持部から搬出する基板搬送機構と、前記単一の搭載ヘッドを前記部品供給部と基板保持部との間で移動させるヘッド移動機構と、前記複数種類の電子部品のそれぞれに対応した前記ノズルを前記搭載ヘッドに交換自在に装着させるノズル交換機構と、前記基板保持部、基板搬送機構、ヘッド移動機構、ノズル交換機構を実装順序に基づいて制御する実装制御を行うことにより、複数の電子部品を積層した部品積層体を構成するスタック部品を部品実装位置に下層から順次実装するスタック実装過程と前記スタック部品以外の通常部品をそれぞれの部品実装位置に実装する通常実装過程とを含む部品実装工程を、実装対象となる電子部品の種類に対応させて前記ノズルを交換しながら前記基板保持部に保持された基板を対象として実行させる実装制御手段とを備え、前記実装制御手段は、前記部品実装工程での各基板における最終の実装部品が通常部品となるように定められた前記実装順序に基づき、一の基板を対象とし
た前記部品実装工程において、当該基板に先行する先行基板における最終の実装部品の搭載動作に用いられたノズルによって搭載可能な通常部品を当該基板における最初の実装部品として前記ノズルを交換せずに前記通常実装過程の一部を実行し、次いで前記ノズルを交換して前記スタック実装過程を完了させ、その後最終の実装部品として定められた通常部品を対象として前記通常実装過程の残りを実行するように前記実装制御を行う。

本発明の電子部品実装方法は、複数種類の電子部品を供給する部品供給部から単一の搭載ヘッドに着脱自在に装着されたノズルによって前記複数種類の電子部品を取出し、基板保持部に保持された基板に移送搭載する電子部品実装方法であって、複数の電子部品を積層した部品積層体を構成するスタック部品を部品実装位置に下層から順次実装するスタック実装過程と前記スタック部品以外の通常部品をそれぞれの部品実装位置に実装する通常実装過程とを含む部品実装工程を、実装対象となる電子部品の種類に対応させて前記ノズルを交換しながら前記基板保持部に保持された基板を対象として実行し、前記部品実装工程での各基板における最終の実装部品が通常部品となるように実装順序を定めておき、一の基板を対象とした前記部品実装工程において、当該基板に先行する先行基板における最終の実装部品の搭載動作に用いられたノズルによって搭載可能な通常部品を当該基板における最初の実装部品として前記ノズルを交換せずに前記通常実装過程の一部を実行し、次いで前記ノズルを交換して前記スタック実装過程を完了させ、その後最終の実装部品として定められた通常部品を対象として前記通常実装過程の残りを実行する。

本発明によれば、実装の先後関係が制約されるスタック部品と通常部品とを実装対象に含む部品実装工程での各基板における最終の実装部品が通常部品となるように実装順序を定めておき、部品実装工程において先行基板における最終の実装部品の搭載動作に用いられたノズルによって搭載可能な通常部品を当該基板における最初の実装部品としてノズルを交換せずに通常実装過程の一部を実行し、次いでノズルを交換してスタック実装過程を完了させ、その後最終の実装部品として残した通常部品を対象として通常実装過程の残りを実行する形態を採用することにより、部品種切替えに伴って必要とされる作業の頻度を低減させて、生産性を向上させることができる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の側断面図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の部分平面図図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の実装対象となる基板の構成説明図、図５は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図、図６は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置による部品実装工程における実装順序の説明図、図７，図８、図９、図１０は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の動作説明図、図１１は本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における部品実装動作の実行順序を示すタイムチャート、図１２、図１３は本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工程説明図である。

まず図１、図２、図３を参照して電子部品実装装置の全体構造について説明する。図２は図１におけるＡ−Ａ矢視を示している。図１において、基台１上には部品供給部２が配設されている。図２に示すように、部品供給部２はウェハ保持テーブル３を備えており、ウェハ保持テーブル３は部品保持治具であるウェハリング５を着脱自在に保持する。ウェハリング５に展張されたシート（図示省略）には、電子部品である半導体チップ６（以下、単に「チップ６」と略記。）が個片に分離された状態で貼着されており、ウェハ保持テーブル３にウェハリング５が保持された状態では、部品供給部２は部品保持治具に平面状に複数個並べて保持されたチップ６を供給する。

図２に示すように、ウェハ保持テーブル３に保持されたウェハリング５の下方には、エジェクタ８がエジェクタＸＹテーブル７によって水平移動可能に配設されている。エジェクタ８はチップ突き上げ用のエジェクタピン（図示省略）を昇降させるピン昇降機構を備えており、後述する搭載ヘッドによってウェハリング５からチップ６をピックアップする際には、エジェクタピンによってウェハリング５の下方からチップ６を突き上げることにより、チップ６はウェハリング５に展張されたシートから剥離される。エジェクタ８は、チップ６をウェハリング５に展張されたシートから剥離するシート剥離機構となっている。

なお、シート剥離機構はここで示したエジェクタ８に限定されるものではなく、チップをシートから剥離できる機構であれば足りる。例えば、チップが剥離されたシートを下方から吸引して、吸引力によってチップをシートから剥離するような機構でもよい。

図１，図３に示すように、基台１の上面の部品供給部２からＹ方向へ離れた位置には、基板保持部１０が配置されている。基板保持部１０の上流側、下流側にはそれぞれ基板搬入コンベア１２、基板振分部１３Ａ、基板保持部１０、基板受渡部１３Ｂおよび基板搬出コンベア１４がＸ方向に直列に配列されている。基板搬入コンベア１２は、基台１と連結されたサブ基台１ａ上に跨って配置されており、サブ基台１ａ上には接着剤塗布装置９が配設されている。接着剤塗布装置９は、上流側から基板搬入コンベア１２に搬入された基板１１に対して、塗布ヘッドによってチップ接着用の接着剤を塗布する。

図４（ａ）に示すように、基板１１は複数（ここでは８枚）の単位基板１１ａが１枚に作り込まれた多面取り基板である。各単位基板１１ａには、種類の異なる４つのチップ６（チップ６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ）が実装される部品実装位置１１ｂ（Ａ）、１１ｂ（Ｂ）、１１ｂ（Ｃ）、１１ｂ（Ｄ）が設定されている。図４（ｂ）に示すように、部品実装位置１１ｂ（Ａ）、１１ｂ（Ｂ）、１１ｂ（Ｃ）、１１ｂ（Ｄ）には、それぞれチップ６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄが実装される。

ここでチップ６Ａ、６Ｂは、複数の電子部品を積層して構成される部品積層体６０を構成するスタック部品である。これらのスタック部品の実装に際しては、下層のチップ６Ａを実装した後でなければ上層のチップ６Ｂを実装することができないという物理的先後関係に起因する実装順序の制約が存在し、チップ６Ａの実装が必ずチップ６Ｂの実装よりも先行する。チップ６Ｃ、６Ｄは、スタック部品以外の電子部品、すなわち基板において積層されることなく単独で実装される通常部品である。これらの通常部品については前述のよう実装順序の制約は存在せず、どのチップから先に実装してもよい。

接着剤塗布後の基板１１は基板振分部１３Ａに渡され、基板振分部１３Ａは渡された基板１１を以下に説明する基板保持部１０の２つの基板保持機構に選択的に振り分ける。基板保持部１０は、第１基板保持機構１０Ａ、第２基板保持機構１０Ｂを備えた複数レーン形となっており、基板振分部１３Ａによって振り分けられた２枚の基板を個別に位置決めして保持する。基板受渡部１３Ｂは、実装済みの基板１１を第１基板保持機構１０Ａ、第２基板保持機構１０Ｂから選択的に受け取り、基板搬出コンベア１４に渡す。基板搬出コンベア１４は、渡された実装済みの基板１１を下流側に搬出する。すなわち、基板搬入コンベア１２、基板振分部１３Ａ、基板受渡部１３Ｂ、基板搬出コンベア１４は、基板保持部１０へ複数の基板を順次搬入し、実装後の基板１１を基板保持部１０から順次搬出する基板搬送機構となっている。

基台１の上面の部品供給部２からＹ方向へ基板保持部１０と反対側に離れた位置には、ウェハ供給部１７が配設されている。ウェハ供給部１７は、マガジン保持部１７ａおよびマガジン保持部１７ａ内でマガジンを昇降させるリフタ機構１８を備えている。マガジン
保持部１７ａは、複数種類のチップ６Ａ、６Ｂ、６Ｃ６Ｄをそれぞれ保持したウェハリング５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを積層状態で収納したマガジンを保持して昇降させる。

リフタ機構１８によってマガジンを昇降させることにより、図２に示すように、ウェハリング５Ａ、５Ｂ、５Ｃ，５Ｄのいずれかを部品供給部２との間で交換するための搬送レベルに位置させることができる。搬送レベルに位置したウェハリング５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄは、押出し機構１９によって右方向に押し出され、後述する治具交換機構４９のチャック部４９ａによって把持されて部品供給部２に搬送される。すなわち、部品供給部２は複数種類の電子部品を供給する。そして部品供給部２において全てのチップ６が取り出されて空になった場合や実装対象の部品種が切り替えられた場合には、治具交換機構４９によるウェハ交換動作、すなわち部品供給部２とウェハ供給部１７との間でのウェハリング５の出し入れが行われる。

図１において、基台１の上面の両端部には、第１のＹ軸ベース２０Ａ，第２のＹ軸ベース２０Ｂが基板搬送方向（Ｘ方向）と直交するＹ方向（第１方向）に長手方向を向けて配設されている。第１のＹ軸ベース２０Ａ，第２のＹ軸ベース２０Ｂの上面には、長手方向（Ｙ方向）に略全長にわたって第１方向ガイド２１が配設されており、１対の第１方向ガイド２１を平行に且つ部品供給部２及び基板保持部１０を挟むように配設した形態となっている。

これらの１対の第１方向ガイド２１には、両端部を第１方向ガイド２１によって支持された両持ち支持型の第１ビーム部材３１，センタービーム部材３０および第２ビーム部材３２の３つのビーム部材が、それぞれＹ方向にスライド自在に架設されている。センタービーム部材３０の右側の側端部にはナット部材２３ｂが突設されており、ナット部材２３ｂに螺合した送りねじ２３ａは、第１のＹ軸ベース２０Ａ上に水平方向で配設されたＹ軸モータ２２によって回転駆動される。Ｙ軸モータ２２を駆動することにより、センタービーム部材３０は第１方向ガイド２１に沿ってＹ方向に水平移動する。

また、第１ビーム部材３１，第２ビーム部材３２の左側の側端部にはそれぞれナット部材２５ｂ、２７ｂが突設されており、ナット部材２５ｂ、２７ｂに螺合した送りねじ２５ａ、２７ａは、それぞれ第２のＹ軸ベース２０Ｂ上に水平方向で配設されたＹ軸モータ２４，２６によって回転駆動される。Ｙ軸モータ２４，２６を駆動することにより、第１ビーム部材３１，第２ビーム部材３２は第１方向ガイド２１に沿ってＹ方向に水平移動する。

センタービーム部材３０には、単一の搭載ヘッド３３が装着されており、搭載ヘッド３３に結合されたナット部材４１ｂに螺合した送りねじ４１ａは、Ｘ軸モータ４０によって回転駆動される。Ｘ軸モータ４０を駆動することにより、搭載ヘッド３３はセンタービーム部材３０の側面にＸ方向（第２方向）に設けられた第２方向ガイド４２（図２参照）に案内されてＸ方向に移動する。

搭載ヘッド３３は、１個のチップ６を吸着によって保持するノズル３３ａが複数（ここでは４つ）着脱自在に装着されており、部品実装動作において同一種類の複数のチップ６を一括して取り出して、各ノズル３３ａにそれぞれチップ６を保持した状態で移動可能となっている。Ｙ軸モータ２２およびＸ軸モータ４０を駆動することにより、搭載ヘッド３３はＸ方向、Ｙ方向に水平移動し、部品供給部２のチップ６をピックアップして保持し、保持したチップ６を基板保持部１０の第１基板保持機構１０Ａ、第２基板保持機構１０Ｂに保持された複数の基板１１の部品実装位置１１ｂに移送搭載する。

なお、別途、チップのピックアップ機構を設け、このピックアップ機構から搭載ヘッド
がチップを受け取って保持するような構成を採用してもよい。さらに、このピックアップ機構にチップ反転機構を備えると、チップを表裏反転して基板に実装するフリップチップ実装にも対応できるので望ましい。

図２，図３に示すように、部品供給部２と基板保持部１０との間には、第３のカメラ１５が配設されている。部品供給部２においてチップ６をピックアップした搭載ヘッド３３が第３のカメラ１５の上方をＸ方向に移動することにより、第３のカメラ１５は搭載ヘッド３３に保持されたチップ６を撮像する。また基板保持部１０と部品供給部２との間には、第３のカメラ１５に隣接して、ノズル交換機構１６が配設されている。ノズル交換機構１６は搭載ヘッド３３に装着されるノズル３３ａを、複数種類のチップ６のそれぞれに対応した種類と数量だけ収納保持する。搭載ヘッド３３がノズル交換機構１６にアクセスしてノズル交換動作を行うことにより、搭載ヘッド３３に既装着のノズル３３ａを、新たに実装対象となる電子部品に対応した他のノズル３３ａと交換できるようになっている。

１対の第１方向ガイド２１，センタービーム部材３０，センタービーム部材３０を第１方向ガイド２１に沿って移動させる第１方向駆動機構（Ｙ軸モータ２２，送りねじ２３ａおよびナット部材２３ｂ）と、搭載ヘッド３３を第２方向ガイド４２に沿って移動させる第２方向駆動機構（Ｘ軸モータ４０，送りねじ４１ａおよびナット部材４１ｂ）とは、搭載ヘッド３３を部品供給部２と基板保持部１０との間で移動させるヘッド移動機構を構成する。

第１ビーム部材３１には、第１のカメラ３４が装着されており、第１のカメラ３４を保持するブラケット３４ａにはナット部材４４ｂが結合されている。ナット部材４４ｂに螺合した送りねじ４４ａは、Ｘ軸モータ４３によって回転駆動され、Ｘ軸モータ４３を駆動することにより、第１のカメラ３４は第１ビーム部材３１の側面に設けられた第２方向ガイド４５（図２参照）に案内されてＸ方向に移動する。

Ｙ軸モータ２４およびＸ軸モータ４３を駆動することにより、第１のカメラ３４はＸ方向、Ｙ方向に水平移動する。これにより、第１のカメラ３４は基板保持部１０の第１基板保持機構１０Ａ、第２基板保持機構１０Ｂに保持された基板１１を撮像するための基板保持部１０の上方での移動と、基板保持部１０上からの退避のための移動とを行うことができる。

１対の第１方向ガイド２１，第１ビーム部材３１，第１ビーム部材３１を第１方向ガイド２１に沿って移動させる第１方向駆動機構（Ｙ軸モータ２４，送りねじ２５ａおよびナット部材２５ｂ）と、第１のカメラ３４を第２ガイド４５に沿って移動させる第２方向駆動機構（Ｘ軸モータ４３，送りねじ４４ａおよびナット部材４４ｂ）とは、第１のカメラ３４を基板保持部１０の上方で移動させる第１のカメラ移動機構を構成する。

第２ビーム部材３２（移動ビーム）には、第２のカメラ３５が装着されており、第２のカメラ３５を保持するブラケット３５ａには、ナット部材４７ｂが結合されている。ナット部材４７ｂに螺合した送りねじ４７ａは、Ｘ軸モータ４６によって回転駆動され、Ｘ軸モータ４６を駆動することにより、第２のカメラ３５は第２ビーム部材３２の側面に設けられた第２方向ガイド４８（図２参照）に案内されてＸ方向に移動する。

Ｙ軸モータ２６およびＸ軸モータ４６を駆動することにより、第２のカメラ３５はＸ方向、Ｙ方向に水平移動する。これにより、第２のカメラ３５は部品供給部２に保持されたチップ６の撮像のための部品供給部２の上方での移動と、部品供給部２上からの退避のための移動とを行うことができる。

１対の第１方向ガイド２１，第２ビーム部材３２，第２ビーム部材３２を第１方向ガイド２１に沿って移動させる第１方向駆動機構（Ｙ軸モータ２６，送りねじ２７ａおよびナット部材２７ｂ）と、第２のカメラ３５を第２ガイド４８に沿って移動させる第２方向駆動機構（Ｘ軸モータ４６，送りねじ４７ａおよびナット部材４７ｂ）とは、部品撮像カメラである第２のカメラ３５を移動させる部品撮像カメラ移動機構を構成する。したがって、第２ビーム部材３２は、部品撮像カメラ移動機構によって部品供給部２の上方で第１方向に移動する。

第２ビーム部材３２において第２のカメラ３５が装着された側面の反対側には、治具交換機構４９が装着されている。治具交換機構４９はウェハリング５の一方側の端部を挟み込んで把持するチャック爪を備えたチャック部４９ａと、チャック部４９ａを昇降させるチャック部昇降機構４９ｂより構成される。チャック爪は、チャック爪開閉機構４９ｃ（図４参照）によって開閉駆動される。

第２ビーム部材３２を駆動して、治具交換機構４９をウェハリング５の端部に移動させることにより、チャック部４９ａによってウェハリング５を把持することができ、この状態で第２ビーム部材３２を駆動することにより、治具交換機構４９によってウェハリング５を把持してＹ方向に移動させることができる。これにより、部品実装動作を反復実行する過程において、実装対象の部品種に対応して部品供給部２のウェハリング５をウェハ供給部１７に収容されたウェハリング５と交換するウェハ交換動作を行うことが可能となっている。

次に図５を参照して、電子部品実装装置の制御系の構成について説明する。機構駆動部５０は、以下に示す各機構のモータを電気的に駆動するモータドライバや、各機構のエアシリンダに対して供給される空圧を制御する制御機器などより成り、制御部５４によって機構駆動部５０を制御することにより、以下の各駆動要素が駆動される。

Ｘ軸モータ４０，Ｙ軸モータ２２は、搭載ヘッド３３を移動させる搭載ヘッド移動機構を駆動する。Ｘ軸モータ４３，Ｙ軸モータ２４は、第１のカメラ３４を移動させる第１のカメラ移動機構を、Ｘ軸モータ４６，Ｙ軸モータ２６は、第２のカメラ３５を移動させる第２のカメラ移動機構をそれぞれ駆動する。

また機構駆動部５０は、搭載ヘッド３３の昇降機構、ノズル３３ａ（図２参照）による部品吸着機構やノズル交換機構１６を駆動し、エジェクタ８の昇降シリンダおよびエジェクタＸＹテーブル７の駆動モータを駆動する。さらに機構駆動部５０は、基板搬入コンベア１２，基板搬出コンベア１４，基板振分部１３Ａ、基板受渡部１３Ｂ、第１基板保持機構１０Ａ、第２基板保持機構１０Ｂ、治具交換機構４９のチャック部昇降機構４９ｂ、チャック爪開閉機構４９ｃを駆動する。

制御部５４は、内部機能として実装順序設定部５４ａを備えている。実装順序設定部５４ａは、基板１１を対象として実行される部品実装工程における電子部品の実装順序を各基板毎に設定する機能を有している。ここで、実装順序設定部５４ａによって各基板毎に設定される部品実装工程における実装順序の詳細について、図６を参照して説明する。この実装順序の設定においては、後述するように搭載ヘッド３３におけるノズル交換の頻度を極力低減することが優先条件とされる。

図６（ａ）は、個々の電子部品を対象として実行される１連の部品実装動作を基板毎に括った部品実装工程の構成および実装される部品の区分を示すものである。すなわち１つの部品実装工程は、実行順序にしたがって、第１サブ工程、第２サブ工程および第３サブ工程の３つのサブ工程より構成される。そして第１サブ工程、第３サブ工程においては、
前述の通常部品のみが実装対象となる。また第２サブ工程においては、スタック部品が実装対象となる。ここで、第２サブ工程では、スタック部品以外に通常部品を実装対象とすることも許容される。

図６（ｂ）は第２サブ工程における実装順序および部品区分の組み合わせを示している。ここでは上述のようにスタック部品のみ、またはスタック部品と通常部品のいずれをも含む部品組み合わせで実装動作が実行される。このとき、（イ）に示すように、先後関係が規定された１対のスタック部品のみで第２サブ工程を構成する例、（ロ）に示すように、１対のスタック部品と１つの通常部品との組み合わせにおいて先行する下層のスタック部品を実装した後に通常部品を実装し、その後後続する上層のスタック部品を実装する例、また（ハ）に示すように、１対のスタック部品の実装動作の前後にそれぞれ１つの通常部品を実装する例、（ニ）に示すように、２対のスタック部品を含む部品組み合わせの例、更には（イ）〜（ニ）に示す例を複合的に組み合わせた例など、様々な組み合わせが想定可能である。

したがって本実施の形態に示す部品実装工程の工程構成において、第１サブ工程、第３サブ工程は、スタック部品以外の通常部品をそれぞれの部品実装位置に実装する通常実装過程となっている。そして第２サブ工程に、複数の電子部品を積層した部品積層体を構成するスタック部品を部品実装位置に下層から順次実装するスタック実装過程に含ませた構成となっている。前述のように第１サブ工程、第３サブ工程はスタック実装過程を含まないことから、いずれの基板についてもスタック実装過程は、第２サブ工程においてすべて完了する。

すなわちここでは、部品実装工程での各基板における最終の実装部品が、通常部品となるように実装順序が設定される。このような工程構成を採用することにより、後述するように、先行基板における最終部品の実装動作に使用されたノズルをそのまま交換することなく使用して、後続基板の最初の実装部品の実装動作を実行することが可能となる。これに対し、最終部品がスタック部品である場合には、この最終部品は必ず先行して実装された下層チップに重ねられる上層チップであることから、後続基板における最初の実装部品とすることができず、部品種切替に伴うノズル交換などの作業が必要となる。

そして部品実装工程は、このようにして実装順序設定部５４ａによって設定された実装順序に基づいて制御部５４が各部を制御することにより実行され、これにより後述する電子部品実装方法が実現される。上記構成において、制御部５４は、基板保持部１０、基板搬送機構、ヘッド移動機構、ノズル交換機構を、実装順序設定部５４ａによって設定された実装順序に基づいて制御する実装制御を行うことにより、複数の電子部品を積層した部品積層体を構成するスタック部品を部品実装位置に下層から順次実装するスタック実装過程と、スタック部品以外の通常部品をそれぞれの部品実装位置に実装する通常実装過程とを含む部品実装工程を、実装対象となる電子部品の種類に対応させてノズル３３ａを交換しながら、基板保持部１０に保持された基板１１を対象として実行させる実装制御手段となっている。

第１の認識処理部５５は、第１のカメラ３４で撮像した画像を処理して基板保持部１０に保持された基板１１の部品実装位置１１ｂ（図８参照）の位置を求める。部品実装位置１１ｂは、基板１１におけるチップ６の実装位置を示すものであり、画像認識により位置検出が可能となっている。部品認識処理部としての第２の認識処理部５６は、第２のカメラ３５で撮像した画像を処理して部品供給部２のチップ６の位置を求める。第３の認識処理部５７は、第３のカメラ１５で撮像した画像を処理して搭載ヘッド３３に保持されたチップ６の位置を求める。

第１の認識処理部５５、第２の認識処理部５６、第３の認識処理部５７による認識結果は、制御部５４に送られる。データ記憶部５３は、実装データや部品データなどの各種のデータを記憶する。ここで、部品データには、個々の部品が前術のスタック部品であるか否かを示す部品種別区分および各部品の実装に使用されるノズル種類との対応関係を示すデータが含まれている。実装順序設定部５４ａによる実装順序の設定に際しては、これらのデータが参照される。操作部５１は、キーボードやマウスなどの入力装置であり、データ入力や制御コマンドの入力を行う。表示部５２は、第１のカメラ３４、第２のカメラ３５、第３のカメラ１５による撮像画面の表示や、操作部５１による入力時の案内画面の表示を行う。

この電子部品実装装置は上記のように構成されており、以下この電子部品実装装置の動作について、図７、図８，図９、図１０を参照して説明する。図６において、部品供給部２のウェハ保持テーブル３に保持されたウェハリング５Ａ（または５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ）には、複数のチップ６Ａ（または６Ｂ、６Ｃ，６Ｄ）が貼着されている。以下の説明においては、ウェハリング５Ａ、チップ６Ａのみを図示する。基板保持部１０では、第１基板保持機構１０Ａ、第２基板保持機構１０Ｂにそれぞれ基板１１が位置決めされている。ここで示す電子部品実装においては、複数のチップ６Ａを搭載ヘッド３３に備えられた４つのノズル３３ａによって順次吸着保持し、これらの４個のチップ６Ａを各単位基板１１ａの部品実装位置１１ｂに順次搭載する。

まず、図７（ａ）に示すように第２のカメラ３５を第２のカメラ移動機構により部品供給部２の上方に移動させ、ピックアップしようとする複数（４個）のチップ６Ａを第２のカメラ３５によって撮像する。その後、図７（ｂ）に示すように第２のカメラ３５をこれらのチップ６の上方から退避させる。そして第２のカメラ３５で撮像した画像を第２の認識処理部５６で認識処理して複数のチップ６の位置を求める。

次いで搭載ヘッド３３を部品供給部２の上方に移動させる。そして求めた複数のチップ６の位置に基づいて搭載ヘッド３３をこれらのチップ６に順次位置決めする位置決め動作を搭載ヘッド移動機構に行わせながら、搭載ヘッド３３の４つのノズル３３ａによって、複数のチップ６を順次ピックアップして取り出す。

このピックアップ動作と並行して、第１のカメラ移動機構により第１のカメラ３４を基板保持部１０の第１基板保持機構１０Ａに保持された基板１１上に移動させる。そして基板１１に設定された部品実装位置のうち、左側の４つの部品実装位置１１ｂを画像取り込み対象として第１のカメラ３４を順次移動させて、複数の部品実装位置１１ｂを撮像して画像を取り込み、その後第１のカメラ３４をこの基板１１の上方から退避させる。

そして第１のカメラ３４で撮像した画像を第１の認識処理部５５で処理して、基板１１の部品実装位置１１ｂの位置を求める。次いで図８（ａ）に示すように、各ノズル３３ａに４つのチップ６Ａを保持した搭載ヘッド３３は、第３のカメラ１５の上方を移動するスキャン動作を行う。これにより、各ノズル３３ａに保持されたチップ６Ａの画像が第３のカメラに取り込まれ、この画像を第３の認識処理部５７で認識処理することにより、チップ６Ａの位置が検出される。

次いで部品実装動作に移行する。搭載ヘッド３３は、図８（ｂ）に示すように基板保持部１０の上方に移動する。そしてここで第１の認識処理部５５で求めた部品実装位置１１ｂの位置、第３の認識処理部５７で求めたチップ６Ａの位置に基づいて搭載ヘッド３３を搭載ヘッド移動機構によって移動させながら、搭載ヘッド３３に保持されているチップ６Ａを基板保持部１０に保持された基板１１に順次搭載する部品実装動作を行う。

そして搭載ヘッド３３によるチップ６Ａの搭載中に、第２のカメラ３５を部品供給部２において次にピックアップされる複数のチップ６Ａの上方に移動させ、複数のチップ６を第２のカメラ３５で撮像する。そしてこの後、上述と同様の各ステップが反復実行され、これらの各ステップを実行する過程において、部品供給部２に保持されているウェハリング５の交換動作が実行される。

すなわち、実装対象のチップの種類が切り替わり、部品供給部２に保持されたウェハリング５を他の種類のチップを保持したウェハリングと交換する必要がある場合には、図９（ａ）に示すように、治具交換機構４９のチャック部４９ａによって既装着のウェハリング５を把持する。そして第２のビーム部材３２を駆動して、第２のカメラ３５とともに治具交換機構４９を移動させ、部品供給部２から当該ウェハリング５をウェハ供給部１７（図１，図２）に搬出する。

そしてウェハ供給部１７において、このウェハリング５をマガジン内に収容し、次いで新たに実装対象となるチップを保持したウェハリング５を治具交換機構４９によって把持する。その後、第２ビーム部材３２を駆動して、図９（ｂ）に示すように、第２のカメラ３５とともに治具交換機構４９を部品供給部２に向かって移動させ、ウェハ保持テーブル３に当該ウェハリング５を保持させる。

また実装対象のチップが切り替えられる場合には、上述のウェハ交換動作とともに、ノズル交換動作が実行される。すなわち、図１０に示すように、搭載ヘッド３３をノズル交換機構１６の上方に移動させ、ここで搭載ヘッド３３をノズル交換機構１６に対して昇降させるとともに、ノズル交換機構１６に備えられたノズル形式鋼を作動させる。これにより、搭載ヘッド３３に既装着のノズル３３ａがノズル交換機構１６に戻し入れられるとともに、次の実装対象となるチップに対応したノズル３３ａが搭載ヘッド３３に装着される。

次に、本実施の形態に示す電子部品実装装置による電子部品実装方法について、図１１のタイムチャートおよび図１２，図１３を参照して説明する。図１１は、基板振分部１３Ａによって基板保持部１０に順次搬入される複数の基板１１に対して、第１レーン（第１基板保持機構１０Ａ）および第２レーン（第２基板保持機構１０Ｂ）において実行される部品種Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄごとの部品実装動作の順序を、ウェハ交換／ノズル交換など部品種切替えに伴って行われる作業動作との関連で示すものである。

Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３・・・は、基板保持部１０において実行される部品実装動作を基板単位で括った部品実装工程であり、付されたインデックスは、基板振分部１３Ａから基板保持部１０に搬入される順に基板１１に付される追番に対応している。まず、図１２（ａ）に示すように、第１レーン（第１基板保持機構１０Ａ）には、１番目の基板１１（１）が搬入され、実装位置に位置決めされる。そしてこの後、基板１１を構成する各単位基板１１ａの部品実装位置１１ｂ、ここでは４つの部品種Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにそれぞれ対応した部品実装位置１１ｂ（Ａ）、１１ｂ（Ｂ）、１１ｂ（Ｃ）、１１ｂ（Ｄ）（図４参照）に対して、チップ６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄが、図１１に示す実装順序に基づき順次搭載ヘッド３３によって搭載される。

まず最初に１番目の部品実装工程Ｍ１が開始され、予め設定された第１サブ工程、第２サブ工程、第３サブ工程の順に部品実装動作が実行される。ここに示す例では、第１サブ工程にて通常部品である部品種Ｃ、第２サブ工程にてスタック部品である部品種Ａ，Ｂ、第３サブ工程にて通常部品である部品種Ｄが実装対象とされ、実装順序はＣ−Ａ−Ｂ−Ｄの順となる。そして２番目の部品実装工程Ｍ２では実装順序はＤ−Ａ−Ｂ−Ｃの順となり、さらに３番目の部品実装工程Ｍ２では実装順序は再びＣ−Ａ−Ｂ−Ｄの順となる。

１番目の部品実装工程Ｍ１について説明する。まず最初に、通常部品である部品種Ｃを対象とする通常実装過程（第１サブ工程）が行われ、部品供給部２から同一種類のチップ６Ｃを一括して取り出した搭載ヘッド３３によって、図１２（ａ）に示すように、基板１１（１）の各単位基板１１ａの部品実装位置１１ｂ（Ｃ）（図４参照）に対して順次チップ６Ｃが搭載される。

この第１サブ工程が完了すると、スタック部品を対象とした第２サブ工程に移行する。ここでは、１対のスタック部品を構成する部品種Ａ，Ｂのみを対象として、予め制約されたＡ−Ｂの順序で部品実装動作が実行される。まず部品種をＣからＡに切り替えるための部品種切替に伴うウェハ交換（図９参照）、ノズル交換（図１０参照）の各作業動作が実行され（図１１参照）、次いで下層のスタック部品である部品種Ａを対象とする部品実装動作が行われる。この後、部品種をＡからＢに切り替えるための部品種切替に伴う各作業動作が実行された後、同様の作業が部品種Ｂを対象として実行される。これにより、図１２（ｂ）に示すように、各単位基板１１ａの当該部品実装位置にはチップ６Ａ，６Ｂを積層した部品積層体６０が形成される。そしてこれによりスタック部品を対象としたスタック実装過程が完了し、チップ６Ａ，６Ｂ以外には実装対象がないことから、第２サブ工程が完了する。

この後、第３サブ工程に移行する。ここでは通常部品である部品種Ｄが対象となり、部品種をＢからＤに切り替えるための部品種切替に伴う作業が行われた後、チップ６Ｄが各単位基板１１ａに実装される。これにより、図１２（ｃ）に示すように、基板１１（１）においては各単位基板１１ａについて実装対象となるチップがすべて実装され、図１１に示す部品実装工程Ｍ１が完了する。

この第１基板保持機構１０Ａにおける部品実装動作と並行して、第２基板保持機構１０Ｂには２番目の基板１１（２）が搬入される。そして実装位置への位置決めが完了し、第１基板保持機構１０Ａにおける部品実装動作が完了すると、基板１１（２）を対象とした部品実装工程Ｍ２が開始される。このとき、実装順序はＤ−Ａ−Ｂ−Ｃの順に予め設定されており、部品種切替に伴う作業を行うことなく、図１３（ａ）に示すように、部品種Ｄを対象とした通常実装過程（第１サブ工程）が行われ、基板１１（２）の各単位基板１１ａの部品実装位置１１ｂ（Ｄ）（図４参照）に対して順次チップ６Ｄが搭載される。そして第２基板保持機構１０Ｂにおける基板１１（２）を対象としたこの部品実装動作と並行して、第１基板保持機構１０Ａでは、すべての実装作業を完了した基板１１（１）が搬出される。

この第１サブ工程が完了すると、スタック部品を対象とした第２サブ工程に移行する。ここでは、基板１１（１）の場合と同様に、１対のスタック部品を構成する部品種Ａ，Ｂのみを対象として部品実装動作が実行される。まず部品種をＤからＡに切り替えるための部品種切替に伴う各作業動作が実行され（図１１参照）、次いで下層のスタック部品である部品種Ａを対象とする部品実装動作が行われる。この後、部品種をＡからＢに切り替えるための部品種切替に伴う各作業動作が実行された後、同様の作業が部品種Ｂを対象として実行される。これにより、図１３（ｂ）に示すように、各単位基板１１ａにはチップ６Ａ，６Ｂを積層した部品積層体６０が形成される。そしてこれによりスタック部品を対象としたスタック実装過程が完了し、同時に第２サブ工程が完了する。

この後、第３サブ工程に移行する。ここでは通常部品である部品種Ｃが対象となり、部品種をＢからＣに切り替えるための部品種切替に伴う作業が行われた後、チップ６Ｃが各単位基板１１ａに実装される。これにより、図１３（ｃ）に示すように、基板１１（１）においては各単位基板１１ａについて実装対象となるチップがすべて実装され、図１１に
示す部品実装工程Ｍ２が完了する。そしてこの実装動作と並行して、第１基板保持機構１０Ａには、新たな基板１１（３）が搬入される。そして基板１１（３）を対象として、図１１に示す部品実装工程Ｍ３が、部品実装工程Ｍ１と同様の実装順序で実行される。このとき部品実装工程Ｍ３における第１サブ工程は部品種Ｃを対象としており、先行基板である基板１１（２）の最終の実装部品の部品種Ｃと同一であるため、部品種切替作業を実行することなくチップ６Ｃの実装動作を行うことが可能となっている。

なお上述の実施の形態においては、先行基板における最終の実装部品の部品種が当該基板における最初の実装部品の部品種が同一である例を示したが、本発明の適用例はこのような場合には限られず、先行基板における最終の実装部品の搭載動作に用いられたノズルによって搭載可能な通常部品を当該基板における最初の実装部品としてもよい。例えば、部品形状やサイズが類似の電子部品の場合には、部品種としては別品種であっても同一のノズルによって吸着保持が可能であることから、これらの電子部品が最終の電子部品および最初の電子部品に該当する場合には、ノズル交換を行うことなく実装動作を連続して行うことができ、本発明と同様の効果を得る。

すなわち上述の電子部品実装方法は、実装順序設定部５４ａによって部品実装工程での各基板における最終の実装部品が必ず通常部品となるように実装順序を定めておき、一の基板を対象とした部品実装工程において、当該基板に先行する先行基板における最終の実装部品の搭載動作に用いられたノズルによって搭載可能な通常部品を当該基板における最初の実装部品としてノズルを交換せずに通常実装過程の一部（第１サブ工程）を実行し、次いでノズルを交換しながら第２サブ工程においてスタック実装過程を完了させ、その後最終の実装部品として定められた通常部品を対象として、通常実装過程の残り（第３サブ工程）を実行する形態となっている。

このような方法を採用することにより、各基板１１毎に部品種切替作業をその都度反復しながら複数種類のチップを同一の基板に搭載する従来方法と比較して、ノズル交換やウェハ交換など、部品種の切替に伴って必要とされる作業の実行頻度を低減することが可能となっている。これにより、部品実装動作の中断を極力少なくして、生産性を向上させることができる。特に本実施の形態に示す例のように、部品種の切り替えに際して、ウェハのマガジンからの出し入れを必要として部品種切替作業の時間を要するような場合には、特に顕著な効果を有する。

なお本実施の形態においては、ウェハ状態の半導体チップが保持されたウェハリングが、電子部品を平面状に複数個並べて保持する部品保持治具となっているが、部品保持治具の形態はウェハシートが展張されたウェハリングには限定されず、電子部品を並べて載置するトレイなど電子部品を平面状に配置して収容するものであれば本発明の適用対象となる。

なお、図１１に示す各部品実装工程毎の実装順序において、１番目の基板１１（１）を対象とした部品実装工程Ｍ１については、先行基板が存在しないことから、最終の実装部品を通常部品（ここでは部品種Ｄ）とすることのみが実装順序設定の条件となる。すなわち、図１１の例で示すＣ−Ａ−Ｂ−Ｄの実装順序は基板１１（１）については必須ではなく、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄの実装順序でもよい。
また本実施の形態においては、基板保持部１０の構成として第１基板保持機構１０Ａ、第２基板保持機構１０Ｂの２レーンを備えた構成を示しているが、本発明の適用はこのような構成に限定されるものではなく、単一の基板保持機構を備えた電子部品実装装置についても本発明の適用が可能である。

本発明の電子部品実装装置および電子部品実装方法は、ノズル交換など部品種切替えに伴って必要とされる作業の頻度を低減させて生産性を向上させることができるという効果を有し、半導体チップなど半導体ウェハの状態で供給される電子部品を対象とした電子部品搭載の分野に利用可能である。

本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の側断面図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の部分平面図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の実装対象となる基板の構成説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置による部品実装工程における実装順序の説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の動作説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の動作説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の動作説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の動作説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における部品実装動作の実行順序を示すタイムチャート 本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工程説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工程説明図

符号の説明

２ 部品供給部
３ ウェハ保持テーブル
５ ウェハリング
６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ チップ
１０ 基板保持部
１１ 基板
１２ 基板搬入コンベア
１４ 基板搬出コンベア
１７ ウェハ供給部
３３ 搭載ヘッド
３３ａ ノズル
５４ 制御部（実装制御手段）
５４ａ 実装順序設定部
６０ 部品積層体

Claims (2)

1. 複数種類の電子部品を供給する部品供給部から単一の搭載ヘッドに着脱自在に装着されたノズルによって前記電子部品を取出し、基板に移送搭載する電子部品実装装置であって、
   前記基板を位置決めして保持する基板保持部と、前記基板保持部へ前記基板を順次搬入し実装後の基板をこの基板保持部から搬出する基板搬送機構と、前記単一の搭載ヘッドを前記部品供給部と基板保持部との間で移動させるヘッド移動機構と、前記複数種類の電子部品のそれぞれに対応した前記ノズルを前記搭載ヘッドに交換自在に装着させるノズル交換機構と、
   前記基板保持部、基板搬送機構、ヘッド移動機構、ノズル交換機構を実装順序に基づいて制御する実装制御を行うことにより、複数の電子部品を積層した部品積層体を構成するスタック部品を部品実装位置に下層から順次実装するスタック実装過程と前記スタック部品以外の通常部品をそれぞれの部品実装位置に実装する通常実装過程とを含む部品実装工程を、実装対象となる電子部品の種類に対応させて前記ノズルを交換しながら前記基板保持部に保持された基板を対象として実行させる実装制御手段とを備え、
   前記実装制御手段は、
   前記部品実装工程での各基板における最終の実装部品が通常部品となるように定められた前記実装順序に基づき、
   一の基板を対象とした前記部品実装工程において、当該基板に先行する先行基板における最終の実装部品の搭載動作に用いられたノズルによって搭載可能な通常部品を当該基板における最初の実装部品として前記ノズルを交換せずに前記通常実装過程の一部を実行し、次いで前記ノズルを交換して前記スタック実装過程を完了させ、その後最終の実装部品として定められた通常部品を対象として前記通常実装過程の残りを実行するように前記実装制御を行うことを特徴とする電子部品実装装置。
2. 複数種類の電子部品を供給する部品供給部から単一の搭載ヘッドに着脱自在に装着されたノズルによって前記複数種類の電子部品を取出し、基板保持部に保持された基板に移送搭載する電子部品実装方法であって、
   複数の電子部品を積層した部品積層体を構成するスタック部品を部品実装位置に下層から順次実装するスタック実装過程と前記スタック部品以外の通常部品をそれぞれの部品実装位置に実装する通常実装過程とを含む部品実装工程を、実装対象となる電子部品の種類に対応させて前記ノズルを交換しながら前記基板保持部に保持された基板を対象として実行し、
   前記部品実装工程での各基板における最終の実装部品が通常部品となるように実装順序を定めておき、
   一の基板を対象とした前記部品実装工程において、当該基板に先行する先行基板における最終の実装部品の搭載動作に用いられたノズルによって搭載可能な通常部品を当該基板における最初の実装部品として前記ノズルを交換せずに前記通常実装過程の一部を実行し、次いで前記ノズルを交換して前記スタック実装過程を完了させ、その後最終の実装部品として定められた通常部品を対象として前記通常実装過程の残りを実行することを特徴とする電子部品実装方法。

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