JP4626437B2 - 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てピックアップし、これを基板等の実装対象に移載して実装する一連の動作を繰り返し行う電子部品の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、部品を基板上の実装点に正確に実装するため、部品を正常姿勢でノズルに吸着保持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部品を認識する作業が行われる。

この部品を認識する方法として、多連ノズルに吸着保持された複数種の部品をラインセンサにより側方から認識し、部品の高さを測定する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。また、多連ノズルに吸着保持された複数種の部品の装着面の高さをラインカメラの焦点位置において水平方向に揃え、その下方をラインカメラが相対的に水平移動して上方の複数の部品の装着面を連続的に認識し、部品の位置ずれを検出する方法が知られている（例えば特許文献２参照）。
特開昭６１−２８９６９２号公報 特開２００２−９４９６号公報

ところで、特許文献１に開示された方法は、部品供給部からノズルに吸着される際に発生しうる横向や斜め向き姿勢等で吸着される異常吸着を検知するものであり、ラインセンサにより吸着された部品の高さを側方から検出し、正常吸着時における部品厚と比較して部品の吸着姿勢を判断している。しかし、各ノズルが独立して高さ調節できる構成にはなっていないので、部品の高さに大きな差がある場合には装着面の高さにばらつきが生じ、部品の装着面を連続的にスキャンニングすることはできない。

また、特許文献２に開示された方法は、各ノズルに吸着する部品の高さに関わらず装着面をラインカメラの焦点位置に揃えており、各ノズルの高さは、この焦点位置の高さから部品の高さを減じた高さとなるように調節される。すなわち、各ノズルの高さは絶対値で管理されている。各ノズルの高さ調節は、ボールねじに螺合するナットにノズルを連結させてボールねじの軸回転を制御することにより行われている。このため、ノズルの高さ調節の際のノズルの上下移動量にはボールねじの加工精度に起因する誤差が直接に影響する。この誤差は、例えば３００ｍｍストロークに対して±５０μｍ程度であり、ノズルの高さを絶対値で管理する場合、ノズルの高さには±５０μｍ程度の誤差が含まれることになる。

近年、部品の小型軽量化に伴い、部品の縦、横、高さ、斜め等の寸法は極めて微小な差でしかなくなってきている。このため、部品の正常吸着時と異常吸着時における高さの差は極めて僅少なものとなり、例えば、０６０３チップ部品の場合、横寸法は０．３ｍｍ、
斜め寸法は０．３５ｍｍであり、その差は０．０５ｍｍ（５０μｍ）である。

そのため、５０μｍの差を精確に検出して正常吸着か異常吸着かの判断しなければならない微小部品について同程度の高さ誤差を含んだノズルに吸着して高さを検出すると、微小部品の吸着姿勢を誤認識するおそれがある。

そこで本発明は、多連ノズルに吸着された電子部品を精確かつ効率的に認識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、移載ヘッドに装着された複数のノズルに昇降駆動部により昇降動作を行わせて各ノズルの高さを独立して調節し、各ノズルの下端の部品吸着面に吸着された電子部品を実装対象に実装する電子部品の実装方法であって、電子部品を微小部品である第１の電子部品と、前記第１の電子部品に区分されない第２の電子部品に区分し、前記第１の電子部品を実装する場合は、前記各ノズルの高さをこれに吸着された前記第１の電子部品の側面が側方からこれを認識する第２の認識手段の高さ方向の認識可能範囲に位置するとともに、その装着面が下方からこれを認識する第１の認識手段の認識範囲内に位置するように設定し、また、前記第２の電子部品を実装する場合は、前記各ノズルの高さをこれに吸着された前記第２の電子部品の装着面の高さが前記第１の認識手段の認識可能範囲内となる所定の高さに揃うように設定する。

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２の認識手段を各第１の電子部品の側方に順次相対的に移動させて前記各第１の電子部品の装着面の高さを連続して検出し、検出された装着面の高さとデータ部に記憶されたノズルの吸着面の高さの差を演算部において算出して前記第１の電子部品の高さを求める。

本発明によれば、微小部品である第１の電子部品を実装する場合は、各ノズルの高さをこれに吸着された第１の電子部品の側面が側方からこれを認識する第２の認識手段の高さ方向の認識可能範囲に位置するとともに、その装着面が下方からこれを認識する第１の認識手段の認識範囲内に位置するように設定し、第１の電子部品に区分されない第２の電子部品を実装する場合は、各ノズルの高さをこれに吸着された第２の電子部品の装着面の高さが第１の認識手段の認識可能範囲内となる所定の高さに揃うように設定することにより、電子部品の品種に対応した認識方法により電子部品を認識するので、多連ノズルに吸着された電子部品を精確かつ効率的に認識することができる。

次に、本発明の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平面図、図２（ａ）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移載ヘッドの正面図、図２（ｂ）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移載ヘッドの側面図、図３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４（ａ）は本発明の一実施の形態における第１の部品の認識方法の説明図、図４（ｂ）は本発明の一実施の形態における第２の部品の認識方法の説明図、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動作のフローチャ
ートである。

まず、電子部品の実装装置の全体構成について、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、本発明においては基板の搬送方向を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が配設されている。電子部品供給部４には電子部品（以下、「部品」という）を実装装置に供給するパーツフィーダが備えられており、本実施の形態においては、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。Ｙテーブル６及びＸテーブル７は、移載ヘッド８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２（ａ）、（ｂ）において、移載ヘッド８は、プレート９を介してＸテーブル７に装着されている。プレート９には、複数のノズルユニット２０がフレーム１０に保持されて装着されている。本実施の形態においては、４個のノズルユニット２０を直列に配列したノズルユニット列をＹ方向に２列配列している。

図２（ｂ）において、各ノズルユニット２０の下端部にはノズル２１が装着されている。各ノズルユニット２０には、ノズル２１の駆動手段として、昇降駆動部２２と回転駆動部２３（図３参照）が備えられている。昇降駆動部２２は、図示しない鉛直方向に配設されたボールねじと、このボールねじに螺合するナットと、ボールねじを軸回転させるモータからなり、ノズル２１はこのナットと連結されている。ボールねじの軸回転によりナットは上下動し、これによりノズル２１は昇降動作を行う。このように、各ノズルユニット２０の昇降駆動部２２の駆動を制御することにより、各ノズル２１の高さを独立して調節することができる。また、各ノズル２１は、回転駆動部２３の駆動により独立して回転し、各ノズル２１に吸着された部品Ｐの水平方向における向きを変更することができる。

図２（ａ）、（ｂ）において、移載ヘッド８にはラインセンサ１３が設けられており、各ノズル２１の下端の部品吸着面（以下、「吸着面」という）の側方になる高さ位置に保持されている。このラインセンサ１３は、一定の高さを保ったまま各ノズル２１と対向する位置に移動し、各ノズル２１の吸着面に吸着された部品Ｐを側方から連続して認識する。これにより、各ノズル２１に吸着された各部品Ｐの装着面の高さを検出する。なお、部品Ｐの装着面とは、基板に実装される際に基板の上面に当接する面のことであり、通常は電極の下面であるが、バンプ付き部品の場合はバンプの下端が装着面となる。ラインセンサ１３は、多連ノズルに吸着された部品を側方から認識する第２の認識手段となっている。

図１において、搬送路２と電子部品供給部４の間にはラインカメラ１４が配設されており、移載ヘッド８のノズル２１に吸着されてピックアップされた部品を下方から認識する。ラインカメラ１４は部品の装着面を撮像し、この撮像された画像は画像処理部３９（図３参照）で画像処理されて部品の有無や吸着姿勢等が認識される。ラインカメラ１４は、多連ノズルに吸着された部品を下方から認識する第１の認識手段となっている。

次に、電子部品の実装装置の制御系の構成について、図３を参照して説明する。制御部３０は、搬走路２及びＹテーブル６、Ｘテーブル７、ラインセンサ１３、ラインカメラ１
４、ノズルユニット２０の昇降駆動部２２及び回転駆動部２３の各駆動系とバス３１により接続されており、各駆動系の駆動をＮＣプログラム３７に基づいて制御する。ＮＣプログラム３７は、バス３１と接続されたデータ部３２に記憶されており、このデータ部３２には、ＮＣプログラム３７の他に、部品ライブラリ３３、ノズルデータ３４、基板データ３５、制御パラメータ３６が記憶されている。このうち部品データ３３には、部品の寸法データ３３ａが品種毎に記憶されている。またノズルデータ３４には、部品の高さ測定の際の基準となる各ノズル２１の基準高さデータ３４ａが記憶されている。この基準高さデータ３４ａには各ノズル２１の吸着面の高さデータが含まれている。さらに制御部３０は、演算部３８、画像処理部３９、表示部４０、操作・入力部４１とバス３１により接続されている。

次に、ラインセンサ１３、ラインカメラ１４による部品の認識方法について、図４を参照して説明する。本発明においては、実装される対象部品を第１の部品と第２の部品に区分し、第１の部品と第２の部品をそれぞれ異なる認識方法により認識する。

本発明において、第１の部品は、０４０２、０６０３、１００５コンデンサチップのような微小部品であり、縦、横、厚さ、斜め等の寸法差が極めて僅少な部品である。その他にも、１６０８Ｒ、２６２５Ｒコンデンサチップのように寸法差は僅少ではないものの部品厚さが０．５ｍｍ以下のチップ部品も含まれる。一方、第２の部品は、第１の部品に区分されない部品であり、比較的大きな部品である。第１の部品は、高さ寸法において品種間に顕著な差はないが、第２の部品は、高さ寸法において品種間の寸法差が大きい。

先ず、第１の部品の認識方法について、図４（ａ）を参照して説明する。図４（ａ）は、各ノズル２１ａに吸着された第１の部品Ｐ１とラインセンサ１３及びラインカメラ１４の位置関係を示している。各ノズル２１ａにはそれぞれサイズの異なる第１の部品Ｐ１が吸着されている。

各ノズル２１ａは、昇降駆動部２２の駆動により、それぞれのノズル２１ａの基準高さデータ３４ａに基づいて高さ調節されている。各ノズル２１ａの基準高さは、各ノズル２１ａに吸着された第１の部品Ｐ１の側面がラインセンサ１３の認識可能範囲内（上限Ｌ１〜下限Ｌ２）に位置するとともに、その装着面がラインカメラ１４の焦点範囲内（認識可能範囲内）に位置するように設定されている。

基準高さに調節された各ノズル２１ａに吸着された全ての第１の部品Ｐ１は、その側面がラインセンサ１３の認識可能範囲内（上限Ｌ１〜下限Ｌ２）に位置するとともに、その装着面がラインカメラ１４の焦点範囲内（認識可能範囲内）に位置しているので、ラインセンサ１３を一定の高さで各第１の部品Ｐ１の側方に順次移動させて各第１の部品Ｐ１の装着面の高さを連続して検出することができる。また、各ノズル２１ａに吸着された第１の部品Ｐ１をラインカメラ１４の上方に順次移動させて各第１の部品Ｐ１の装着面を連続して撮像することができる。

第１の部品Ｐ１の高さは、ラインセンサ１３により検出された第１の部品Ｐ１の装着面の高さと、基準高さデータ３４ａに含まれるノズル２１の吸着面の高さの差を演算部３８において算出することにより求められる。

実装動作が繰り返される度に各ノズル２１ａに繰り返し吸着される第１の部品Ｐ１の認識においても、各ノズル２１ａの繰り返し高さがそれぞれの基準高さと一定になるよう制御される。これにより、新たに吸着された第１の部品Ｐ１の高さについても、ラインセンサ１３により検出された第１の部品Ｐ１の装着面の高さと、基準高さデータ３４ａに含まれるノズル２１ａの吸着面の高さの差を算出することにより求められる。

ノズル２１ａの繰り返し高さを一定にすると、ノズル２１ａの高さ制御手段である昇降駆動部２２のナットがボールねじの同じ箇所で繰り返し螺合することになるので、これらの加工精度に由来する機構的な誤差の影響を抑えることができる。このため、基準高さデータ３４ａに基づいて繰り返し高さ調節されるノズル２１ａの吸着面の繰り返し高さのばらつきを抑えることが可能となり、第１の部品Ｐ１の高さを精度良く測定することができる。

なお、ノズル２１ａの基準高さは、吸着された第１の部品Ｐ１がラインセンサ１３及びラインカメラ１４の認識可能範囲に位置する限りにおいてノズル２１ａ毎に任意に設定することができる。各ノズル２１ａは、それぞれの繰り返し高さがそれぞれの基準高さと一定になるように独立して高さ調節されることにより、各ノズル２１ａに吸着された第１の部品Ｐ１の高さを精度良く測定することができる。

なお、図４（ａ）においては、第１の部品Ｐ１を判別しやすいように大きく図示しているが、実際は極めて微小な部品であり、それぞれの高さにおいて顕著な差はない。従って、それぞれの第１の部品Ｐ１の装着面を水平方向に揃えることなく、全ての第１の部品Ｐ１の装着面をラインカメラ１４により連続して撮像することができる。

次に、第２の部品の認識方法について、図４（ｂ）を参照して説明する。図４（ｂ）は、各ノズル２１ｂに吸着された第２の部品Ｐ２とラインカメラ１４の位置関係を示している。各ノズル２１ｂにはそれぞれサイズの異なる第２の部品Ｐ２が吸着されている。

各ノズル２１ｂは、昇降駆動部２２の駆動により、各第２の部品Ｐ２の寸法データ３３ａに基づいて高さ調節されて、全ての第２の部品Ｐ２の装着面の高さがレベルＬ３で水平方向に揃えられている。レベルＬ３はラインカメラ１４の焦点範囲内（認識可能範囲内）となる高さに設定されており、各ノズル２１ｂに吸着された第２の部品Ｐ２をラインカメラ１４の上方に順次移動させて各第２の部品Ｐ２の装着面を連続して撮像することができる。

このように、高さ寸法において品種間の寸法差の大きい第２の部品Ｐ２については、それぞれの装着面を水平方向に揃えることでラインカメラ１４による連続認識を可能にしている。なお、上記の説明において、ノズル２１に２１ａ、２１ｂと付番しているが、これは説明の便宜上のものであり、ノズル２１ａとノズル２１ｂは同じノズル２１である。

次に、電子部品の実装装置の動作について、図５のフローチャートを参照して説明する。まず、実装の対象となる部品が第１の部品であるか第２の部品であるかを判断する（ＳＴ１）。実装対象部品が第１の部品である場合、吸着後に各ノズル２１の高さをそれぞれの基準高さに調節する（ＳＴ２）。その後、ラインセンサ１３を移動させて各ノズル２１に吸着された第１の部品の側方からの認識を行い、各第１の部品の装着面の高さを検出する（ＳＴ３）。また、第１の部品を吸着した各ノズル２１を順次ラインカメラ１４上で移動させて第１の部品の下方からの認識を行い、各第１の部品の装着面を撮像する（ＳＴ４）。すなわち、ＳＴ３及びＳＴ４は、高さ調節された多連ノズルの各ノズル２１に吸着された第１の部品を側方及び下方から認識する第１の認識工程となっている。

次に、ＳＴ３において検出された第１の部品の装着面の高さと、基準高さデータ３４ａに含まれるノズル２１の吸着面の高さの差から第１の部品の高さを算出し、部品ライブラリ３３の寸法データ３３ａとの比較を行う。算出された第１の部品の高さが寸法データ３３ａに含まれる第１の部品の高さの許容値を超えている場合は、装着面を下に向けた正常姿勢ではなく、立ち姿勢や斜め姿勢の異常姿勢で吸着されていると判断され、異常吸着処
理される（ＳＴ５）。また、ＳＴ４において撮像された第１の部品の装着面の画像は、寸法データ３３ａを基に画像処理部３９において処理される。部品のサイズ違いや位置ずれ等が認められ装着不能と判断されると異常吸着処理される（ＳＴ６）。ＳＴ５又はＳＴ６で異常吸着処理されると、第１の部品を廃棄して新たな第１の部品を吸着する（ＳＴ１）。この新たに吸着された第１の部品についても上記ＳＴ２〜ＳＴ４の動作を繰り返し行い、所定回数を超えて異常吸着が認められた場合はエラー停止としてマシンを停止させる。

ＳＴ３及びＳＴ４において正常姿勢で吸着されていると認められると、ノズル２１の水平移動及び上下移動、回転動作により部品Ｐの位置補正を行い（ＳＴ７）、基板３上の各実装点に実装される（ＳＴ８）。

以後、実装終了となるまで上記のＳＴ１〜ＳＴ８の実装動作を継続して繰り返し行う。この繰り返しの度に新たな第１の部品を吸着する各ノズル２１の繰り返し高さはそれぞれの基準高さに調節される（ＳＴ２）。すなわち、実装動作の繰り返しの度に第１の部品を繰り返し吸着する多連ノズルの各ノズルの高さを、それぞれのノズルについて予め設定されたノズル基準高さに調節する第１の調節工程となっている。

一方、実装対象部品が第２の部品である場合、各ノズル２１は寸法データ３３ａに基づいて高さ調節され、全ての第２の部品の装着面の高さを水平方向に揃える（ＳＴ９）。このＳＴ９は、多連ノズルの各ノズルの高さをそれぞれ調整して各ノズルに吸着された第２の部品の装着面の高さを水平方向に揃える第２の調節工程となっている。

次に、第２の部品を吸着した各ノズル２１を順次ラインカメラ１４上で移動させて第２の部品の下方からの認識を行い、各第２の部品の装着面を撮像する（ＳＴ１０）。このＳＴ１０は、装着面の高さが揃えられた第２の部品を下方から認識する第２の認識工程となっている。

ＳＴ１０において撮像された第２の部品の装着面の画像は、寸法データ３３ａを基に画像処理部３９において処理され、位置ずれ等の異常吸着が認められると、ノズル２１の回転駆動や水平移動により第２の部品の位置が補正される（ＳＴ１１）。正常姿勢で吸着されていると認められるか、ＳＴ１０において位置補正された第２の部品は、基板３上の各実装点に実装される（ＳＴ１２）。以後、実装終了となるまで上記のＳＴ９〜ＳＴ１２の実装動作を継続して繰り返し行う。

ラインセンサ１３による部品認識（ＳＴ３）とラインカメラ１４による部品認識（ＳＴ４）は何れの順番で行ってもよいし同時に行うことも可能である。本実施の形態においては、ラインセンサ１３は移載ヘッド８に取り付けられているので、移載ヘッド８の移動中の検知作業が可能であり、第１の部品を吸着したノズル２１がラインカメラ１４や基板３の上方に移動する際にラインセンサ１３による部品認識を行うことにより、作業時間が短縮されて効率的な実装作業が実現できる。なお、ラインセンサ１３を基台１上に配設し、その側方を移載ヘッド８が移動することによっても部品認識を行うことができる。

このように、本発明にかかる電子部品の実装方法によれば、実装対象部品が第１の部品の場合と第２の部品である場合とで異なった部品認識方法を行うので、実装対象部品の品種に適した認識方法により部品を認識することができる。また、微小部品である第１の部品については、ノズルの繰り返し高さ精度の良さを利用して多連ノズルの各ノズルに吸着した部品の高さを測定し、また、多連ノズルに吸着された複数の部品を連続して認識することができるので、効率的で精度の高い部品認識が可能となり、不良基板の発生を防止するとともに実装装置の稼動効率の向上を図ることができる。

本発明の電子部品の実装方法によれば、微小部品である第１の電子部品を実装する場合は、各ノズルの高さをこれに吸着された第１の電子部品の側面が側方からこれを認識する第２の認識手段の高さ方向の認識可能範囲に位置するとともに、その装着面が下方からこれを認識する第１の認識手段の認識範囲内に位置するように設定し、第１の電子部品に区分されない第２の電子部品を実装する場合は、各ノズルの高さをこれに吸着された第２の電子部品の装着面の高さが第１の認識手段の認識可能範囲内となる所定の高さに揃うように設定することにより、多連ノズルに吸着された電子部品を精確かつ効率的に認識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平面図 （ａ）本発明の一実施の形態における電子部品の実装装置の移載ヘッドの正面図（ｂ）本発明の一実施の形態における電子部品の実装装置の移載ヘッドの側面図 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 （ａ）本発明の一実施の形態における第１の電子部品の認識方法の説明図（ｂ）本発明の一実施の形態における第２の電子部品の認識方法の説明図 本発明の一実施の形態における電子部品の実装装置の動作のフローチャート

符号の説明

３ 基板
１３ ラインセンサ
１４ ラインカメラ
２１ ノズル
２２ 昇降駆動部
Ｐ１ 第１の電子部品
Ｐ２ 第２の電子部品

Claims (2)

1. 移載ヘッドに装着された複数のノズルに昇降駆動部により昇降動作を行わせて各ノズルの高さを独立して調節し、各ノズルの下端の部品吸着面に吸着された電子部品を実装対象に実装する電子部品の実装方法であって、
   電子部品を微小部品である第１の電子部品と、前記第１の電子部品に区分されない第２の電子部品に区分し、
   前記第１の電子部品を実装する場合は、前記各ノズルの高さをこれに吸着された前記第１の電子部品の側面が側方からこれを認識する第２の認識手段の高さ方向の認識可能範囲に位置するとともに、その装着面が下方からこれを認識する第１の認識手段の認識範囲内に位置するように設定し、
   また、前記第２の電子部品を実装する場合は、前記各ノズルの高さをこれに吸着された前記第２の電子部品の装着面の高さが前記第１の認識手段の認識可能範囲内となる所定の高さに揃うように設定することを特徴とする電子部品の実装方法。
2. 前記第２の認識手段を各第１の電子部品の側方に順次相対的に移動させて前記各第１の電子部品の装着面の高さを連続して検出し、検出された装着面の高さとデータ部に記憶されたノズルの吸着面の高さの差を演算部において算出して前記第１の電子部品の高さを求めることを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装方法。

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