JP4664366B2

JP4664366B2 - 電子部品の実装装置及び実装方法

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Publication number: JP4664366B2
Application number: JP2007532062A
Authority: JP
Inventors: 圭剛広瀬
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2005-08-24
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2026-08-10
Also published as: TWI311792B; TW200715436A; KR20080046614A; KR101014292B1; JPWO2007023692A1; CN100596266C; CN101223840A; WO2007023692A1

Description

この発明は基板の側部上面に電子部品を実装する電子部品の実装装置及び実装方法に関する。

たとえば、液晶セルなどの基板には接着材料としての異方性導電部材を介してＴＣＰ（ＴａｐｅＣａｒｒｉｅｒＰａｃｋａｇｅ）などの電子部品が圧着される。上記基板は、２枚のガラス板をシール剤を介して所定の間隔で接着し、これらのガラス板間に液晶を封入するとともに、各ガラス板の外面にそれぞれ偏光板を貼着して構成される。そして、上記構成の基板には、一方のガラス板の側部の、他方のガラス板の側部から外方へ突出した上面（貼り合されたときの内面）に、その側部の長手方向に沿ってテープ状で、両面粘着性の上記異方性導電部材を接着し、この異方性導電部材を介して上記電子部品を実装するようにしている。

上記基板の側部上面に電子部品を実装する場合、基板に形成されたセル側リードに対して上記電子部品に形成されたアウタリードを精密に位置合わせしなければならない。最近ではたとえばリードの幅寸法が２０μｍ、隣り合うアウタリードの間隔が５０μｍ程度と配線パターンが高密度化してきており、したがって基板に対して電子部品を上記セル側リードのピッチ方向に精密に位置決めしなければ、互いのリードを電気的に確実に接続できなくなるということがある。

上記電子部品を上記基板に実装するための実装装置は、上記基板を保持する保持テーブルを有する。基板は電子部品が実装される側部を上記保持テーブルの側縁から外方へ突出させていて、その側部の下面をバックアップツールで保持した状態で、実装ツールに保持された電子部品を上記基板の側部の上面に実装するようにしている。

上記電子部品を上記基板に実装する前に、基板と電子部品とに設けられた、それぞれ一対の位置合わせマークを撮像カメラによって撮像し、その撮像結果に応じて基板と電子部品とを位置合わせする。そして、基板と電子部品とを上下方向に位置合わせしたならば、上記基板の側部下面を上記バックアップツールで支持し、その状態で上記実装ツールを下降させて上記電子部品を上記基板に実装するようにしている。

ところで、上記基板と上記電子部品は、上記基板の側部下面をバックアップツールによって支持する前に撮像カメラによって撮像された撮像信号に基いて位置決めされる。位置決めされた基板は、その側部上面に電子部品を実装する前に、上記バックアップツールによって側部下面が支持される。その際、基板の側部はバックアップツールによって突き上げられることになる。

基板の側部がバックアップツールによって突き上げられると、突き上げられる前に対して基板の側部が上記電子部品に対して位置ずれが生じることがある。その位置ずれは、基板の撓みによって生じたり、基板が保持テーブルに応力が残留する状態で保持されている場合には、突き上げられることで応力の状態が変化して生じるなどのことがある。

しかしながら、従来は基板の側部をバックアップツールによって支持する前に、基板と電子部品を撮像カメラによって撮像し、その撮像信号に基いてこれらを位置合わせしてから基板の側部下面をバックアップツールで支持したならば、上記実装ツールによって電子部品を実装していた。

すなわち、基板の側部下面がバックアップツールによって突き上げられて支持されることで、基板の側部が電子部品に対して位置ずれが生じても、その位置ずれを補正することなく、電子部品を実装していた。そのため、電子部品の実装精度が低下し、基板と電子部品とのリードを電気的に確実に接続できなくなる虞があった。

この発明は、基板をバックアップツールによって支持することで位置ずれが生じたならば、その位置ずれを補正して基板に電子部品を実装することができるようにした電子部品の実装装置及び実装方法を提供することにある。

この発明は、基板の側部上面に電子部品を実装する実装装置であって、
上記基板を保持する保持手段と、
この保持手段を水平方向に駆動する駆動手段と、
上記電子部品を保持しこの電子部品を上記基板の側部上面に実装する実装手段と、
上下方向に駆動可能に設けられ上記基板の側部上面に上記実装手段によって上記電子部品を実装するときにこの基板の側部下面を支持するバックアップツールと、
上記基板に上記電子部品を実装する前にこれらの基板と電子部品を撮像する撮像手段と、
この撮像手段からの撮像信号に基いて上記基板と電子部品を位置合わせした後、上記バックアップツールを上昇させて上記基板の側部下面を支持させ、その状態で上記撮像手段によって上記基板を再度撮像させ、上記基板と電子部品とに位置ずれがあるときには上記基板と上記電子部品との位置合わせをやり直させる制御手段と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装装置にある。

この発明は、基板の側部上面に電子部品を実装する実装方法であって、
上記基板の上記電子部品が実装される部分と上記電子部品を撮像する工程と
上記撮像に基いて上記基板と上記電子部品を位置合わせする工程と、
位置決めされた基板の側部下面をバックアップツールによって支持する工程と、
バックアップツールによって支持された基板を再び撮像して基板と上記電子部品とに位置ずれがあるか否かを判定する工程と、
位置ずれがあるときには上記基板を再度位置合わせする工程と、
上記基板と上記電子部品とに位置ずれがないときに上記バックアップツールによって支持された上記基板の側部上面に上記電子部品を実装する工程と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装方法にある。

図１はこの発明の一実施の形態の実装装置及び実装装置に電子部品を供給する供給装置を示す概略的構成図である。図２は実装装置を示す側面図である。図３は実装装置のバックアップツールの部分を示す側面図である。図４は基板と電子部品に設けられた位置合わせマークを示す斜視図である。図５は実装装置を制御する制御回路のブロック図である。図６は基板に電子部品を実装するときの工程の一部を示すフローチャートである。図７は図６に示す工程の続きの工程を示すフローチャートである。

以下、この発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は電子部品の供給装置及びこの供給装置から供給された電子部品を基板に実装する実装装置を示し、上記供給装置は部品供給テーブル１を備えている。この部品供給テーブル１は周方向に９０度間隔で４つの載置部２（３つのみ図示）が設けられ、第１の駆動源３によって所定角度、たとえば９０度ずつ回転駆動されるようになっている。上記各載置部２にはＴＣＰなどの電子部品４が図示しない吸着アームなどによって供給されるようになっている。

上記部品供給テーブル１の載置部２に供給載置された電子部品４は上記実装装置を構成する実装ツール５に受け渡される。上記実装ツール５は第２の駆動源６によって９０度ずつ回転駆動されるインデックステーブル７の周方向に９０度間隔で設けられている。上記実装ツール５はシリンダ８と、このシリンダ８のロッド９に取り付けられた吸着ヘッド１１を有する。

上記吸着ヘッド１１は、上記部品供給テーブル１と上記インデックステーブル７とが同期して回転駆動されることで、上記部品供給テーブル１の載置部２の上方に位置決めされる。その状態で、上記シリンダ８が駆動されると、上記吸着ヘッド１１が下降して上記載置部２に供給載置された電子部品４を吸着保持するようになっている。

上記吸着ヘッド１１に吸着保持された電子部品４は液晶表示パネルなどの基板Ｗの側部上面に実装される。上記基板Ｗは保持手段としての保持テーブル１２の上面に、上記電子部品４が実装される側部を上記保持テーブル１２の側縁よりも外方に突出させて吸着保持されている。

図２に示すように、上記保持テーブル１２はＸＹ方向及びθ方向に駆動可能となっている。すなわち、保持テーブル１２はＸテーブル１３にＸ駆動源１４によって矢印で示すＸ方向に沿って駆動可能に設けられている。このＸテーブル１３の下面には上記Ｘ方向と直交するＹ方向に沿って一対の受け部材１３ａが設けられている。これらの受け部材１３ａはベース１５上に上記Ｙ方向に沿って設けられた一対のＹガイド１６に沿って移動可能に支持されている。

上記Ｘテーブル１３の下面にはめねじ体１７が設けられ、このめねじ体１７にはねじ軸１８が螺合されている。このねじ軸１８はＹ駆動源１９によって回転駆動される。それによって、上記Ｘテーブル１３はＹ方向に駆動される。さらに、保持テーブル１２の上記基板Ｗを保持した部分はθ駆動源２０によって水平面上を回転方向に駆動されるようになっている。それによって、上記保持テーブル１２はＸ、Ｙ方向及びθ方向に駆動可能となっている。

上記ベース１５のＸ方向に沿う一端部には支持体２１が立設されている。この支持体２１の上端には支持体２１と同じ幅寸法のバックアップツール２２が設けられている。このバックアップツール２２は、図１と図３に示す上記支持体２１に内蔵されたシリンダなどのＺ駆動源２３によって図１乃至図３に矢印Ｚで示す上下方向に駆動されるようになっている。図３はバックアップツール２２が下降した状態を示しており、図１と図２は上昇した状態を示している。

図３に示すように、上記支持体２１の幅方向両側には撮像手段を構成する一対の撮像カメラ２４が設けられている。図４に示すように、一対の撮像カメラ２４は上記電子部品４に設けられた一対の第１の位置合わせマークｍ１と、上記基板Ｗの電子部品４を実装する端子部２７の両側に設けられた一対の第２の位置合わせマークｍ２を同一視野で撮像する。

すなわち、上記電子部品４には、その一側辺に一対の上記第１の位置合わせマークｍ１が所定間隔で形成され、上記基板Ｗには一対の第１の位置合わせマークｍ１と同じ間隔で一対の上記第２の位置合わせマークｍ２が形成されている。

図５に示すように、一対の撮像カメラ２４の撮像信号は制御装置２５に入力される。制御装置２５は撮像カメラ２４からの信号をデジタル信号に変換し、その変換に基いてそれぞれ一対の電子部品４の第１の位置合わせマークｍ１と、基板Ｗの第２の位置合わせマークｍ２の位置ずれ量を算出する。

そして、その算出に基いて上記Ｘ駆動源１４、Ｙ駆動源１９及びθ駆動源２０を駆動して上記保持テーブル１２をＸ、Ｙ及びθ方向に駆動し、上記基板Ｗと上記電子部品４とを位置合わせする。つまり、基板Ｗが実装ツール５に保持された電子部品４に対して位置合わせされる。

基板Ｗが電子部品４に対して位置合わせされると、上記制御装置２５はＺ駆動源２３を上昇方向に駆動して電子部品４が実装される基板Ｗの端部下面を上記バックアップツール２２によって支持させる。

図３に示すように、上記バックアップツール２２の幅寸法は上記電子部品４に設けられた一対の第１の位置合わせマークｍ１の間隔よりもわずかに小さく設定されている。つまり、電子部品４の幅寸法はバックアップツール２２の幅寸法よりも大きくなっている。上記実装ツール５の幅寸法は上記バックアップツール２２の幅寸法とほぼ同じに設定されている。

それによって、上記基板Ｗがティーチング位置に位置決めされ、この基板Ｗの上方に上記インデックステーブル７の回転によって上記実装ツール５に保持された電子部品４が位置決めされると、支持体２１の幅方向両側に設けられた一対の撮像カメラ２４によって上下方向に位置する基板Ｗの第２の位置合わせマークｍ２と電子部品４の第１の位置合わせマークｍ１を下方から同一視野で撮像することができるようになっている。

つぎに、上記構成の実装装置によって基板Ｗの側部上面に電子部品を実装する際の動作を図６と図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。
まず、ステップ１（以下、ステップをＳとする）では保持テーブル１２に基板Ｗが供給され、この基板Ｗが上記保持テーブル１２に吸着保持される。Ｓ２では上記保持テーブル１２が予めティーチングされた位置に駆動される。それによって、上記基板Ｗの電子部品４が実装される側部が上記バックアップツール２２の上方に位置決めされる。ついで、Ｓ３ではインデックステーブル７が回転駆動されて、電子部品４を吸着保持した実装ツール５が上記基板Ｗの側部の近傍に位置決めされる。

電子部品４と基板Ｗとが予め設定されたティーチング位置に位置決めされると、Ｓ４では一対の撮像カメラ２４によって電子部品４と基板Ｗに設けられた各一対の第１、第２の位置合わせマークｍ１、ｍ２がそれぞれ撮像される。つまり、各撮像カメラ２４は、それぞれわずかな高さの差で接近して位置する第１、第２の位置合わせマークｍ１、ｍ２を同一視野で撮像する。

撮像カメラ２４の撮像信号は制御装置２５に入力されて画像処理される。それによって、Ｓ５では、それぞれの第１の位置合わせマークｍ１と第２の位置合わせマークｍ２との位置ずれ量が算出される。つまり、電子部品４と、基板ＷとのＸ、Ｙ及びθ方向の位置ずれ量が算出される。

つぎに、Ｓ６では制御装置２５が算出した位置ずれ量に基いて上記保持テーブル１２、つまり基板ＷをＸ、Ｙ及びθ方向に駆動し、基板Ｗを電子部品４に対して位置合わせする。基板Ｗが電子部品４に対して位置合わせされると、Ｓ７ではバックアップツール２２がＺ駆動源２３によって上昇方向に駆動される。それによって、基板Ｗは電子部品４が実装される部分の下面が上記バックアップツール２２によって突き上げられて支持される。

基板Ｗの側部をバックアップツール２２によって支持すると、Ｓ８では一対の撮像カメラ２４によって基板Ｗに設けられた第２の位置合わせマークｍ２が再び撮像される。つまり、基板Ｗの側部がバックアップツール２２によって突き上げられた状態で、基板Ｗの第２の位置合わせマークｍ２と電子部品４の第１の位置合わせマークｍ１との座標が算出されて比較される。ついで、Ｓ９では算出された第１、第２の位置合わせマークｍ１、ｍ２の座標に基いて基板Ｗと電子部品４とに位置ずれが生じているか否かが判定される。

電子部品４と基板Ｗに位置ずれが生じていない場合にはＳ１０となり、実装ツール５が下降方向に駆動されて吸着保持された電子部品４を基板Ｗに実装する。
基板Ｗをバックアップツール２２によって突き上げることで、電子部品４と基板Ｗとに位置ずれが生じた場合にはＳ１１となり、バックアップツール２２が下降方向に駆動される。ついで、上記基板ＷがＸ、Ｙ及びθ方向に駆動され、Ｓ８で求められた位置ずれ量に応じて電子部品４に対する基板Ｗの位置が補正される。基板Ｗの位置ずれが補正されるとＳ７に戻り、上述した動作が繰り返して行なわれる。

Ｓ１１で基板Ｗを再度位置合わせする際、バックアップツール２２を下降させるようにしている。そのため、基板ＷをＸ、Ｙ及びθ方向に駆動しても、基板Ｗの下面がバックアップツールの上端面に摺動することがないから、基板Ｗの位置合わせを円滑に、しかも確実に行なうことができる。

このように、基板Ｗに電子部品４を実装する際、撮像カメラ２４の撮像結果に基いて電子部品４と基板Ｗを位置合わせして基板Ｗの側部下面をバックアップツール２２によって支持する。そして、電子部品４を基板Ｗに実装する前に、基板Ｗを再び撮像カメラ２４によって撮像する。その結果、電子部品４と基板Ｗとに位置ずれがあったならば、バックアップツール２２を下降させて基板Ｗを再度位置決めし直すようにした。

つまり、基板Ｗに電子部品４を実装する際、基板Ｗをバックアップツール２２で突き上げることで、基板Ｗに撓みが生じるなどして電子部品４に対する位置がずれても、その位置ずれを補正してから電子部品４を実装するようにした。そのため、電子部品４を基板Ｗに対して高い位置決め精度で実装することが可能となる。

なお、上記一実施の形態では、バックアップツールによって基板の側部下面を支持した後、撮像カメラによって電子部品と基板を撮像したならば、その撮像に基く基板の位置決め補正が繰り返して行われることになるが、バックアップツールによって基板を支持することによって生じる位置ずれは、通常は１回の補正で補正され、つぎに基板をバックアップツールによって突き上げて支持したときに位置ずれが生じることはほとんどない。

したがって、基板をバックアップツールによって支持したときの位置ずれ補正は１回だけとし、２回目にバックアップツールによって基板を支持したときには電子部品と基板の位置ずれを検出せずに、上記電子部品を基板に実装するようにしてもよい。

また、電子部品と基板とに位置ずれが生じた場合、Ｓ１１ではバックアップツールを下降方向に駆動してから位置合わせを行なうようにしたが、バックアップツールを下降させずに位置合わせを行なうようにしても差し支えない。

バックアップツールを下降させずに位置合わせを行なえば、位置決めされた基板がバックアップツールによって再び突き上げられるということがないから、突き上げによって基板に位置ずれが生じる虞を除去することができる。

さらに、バックアップツールを下降させずに位置合わせを行なえば、基板と電子部品とのＸ、Ｙ及びθ方向の位置を補正した後、バックアップツールを上昇させるという動作を行なわずに、基板に電子部品を実装できるから、実装に要するタクトタイムを短縮することができる。

また、基板をＸ、Ｙ及びθ方向に駆動して電子部品に対する位置合わせを行うようにしたが、電子部品を基板に供給する実装ツールがインデックステーブルに設けられておらず、Ｘ、Ｙ及びθ方向に駆動可能な状態であれば、基板の位置を補正せず、電子部品の位置を補正するようにしてもよい。

基板に代わり電子部品をＸ、Ｙ及びθ方向に駆動して位置合わせすれば、保持テーブルとともに基板を移動させて位置合わせする場合に比べて慣性力や振動の発生を低減させることができるから、位置合わせに要する時間の短縮が図れるばかりか、位置合わせ精度及び実装精度を向上させることができ、さらにはタクトタイムの短縮による生産性の向上を図ることができる。

この発明によれば、基板と電子部品を位置合わせして基板の側部をバックアップツールで支持したならば、基板を再度撮像して位置ずれがあるか否かを確認し、位置ずれがある場合には修正するため、基板に対して電子部品を高精度に実装することが可能となる。

Claims

基板の側部上面に電子部品を実装する実装装置であって、
上記基板を保持する保持手段と、
この保持手段を水平方向に駆動する駆動手段と、
上記電子部品を保持しこの電子部品を上記基板の側部上面に実装する実装手段と、
上下方向に駆動可能に設けられ上記基板の側部上面に上記実装手段によって上記電子部品を実装するときにこの基板の側部下面を支持するバックアップツールと、
上記基板に上記電子部品を実装する前にこれらの基板と電子部品を撮像する撮像手段と、
この撮像手段からの撮像信号に基いて上記基板と電子部品を位置合わせした後、上記バックアップツールを上昇させて上記基板の側部下面を支持させ、その状態で上記撮像手段によって上記基板を再度撮像させ、上記基板と電子部品とに位置ずれがあるときには上記基板と上記電子部品との位置合わせをやり直させる制御手段と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装装置。
上記制御手段は、上記基板と電子部品とに位置ずれがあるときには上記バックアップツールを下降させて上記基板と上記電子部品との位置合わせをやり直させることを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装装置。
上記基板には上記電子部品が実装される位置に一対の第１の位置合わせマークが所定の間隔で設けられ、上記電子部品には第１の位置合わせマークと同じ間隔で一対の第２の位置合わせマークが設けられ、上記バックアップツールは一対の第２の位置合わせマークの間隔よりも幅寸法が小さく設定されていて、
上記撮像手段は対向する位置にある一方の第１、第２の位置合わせマークと、他方の第１、第２の位置合わせマークをそれぞれ同一視野で撮像する一対の撮像カメラであることを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装装置。
上記実装手段はインデックステーブルの周方向に所定間隔で設けられた複数の実装ヘッドであって、上記基板と電子部品の位置合わせは上記基板を上記駆動手段によって水平方向に駆動して行うことを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装装置。
基板の側部上面に電子部品を実装する実装方法であって、
上記基板の上記電子部品が実装される部分と上記電子部品を撮像する工程と
上記撮像に基いて上記基板と上記電子部品を位置合わせする工程と、
位置合わせされた基板の側部下面をバックアップツールによって支持する工程と、
バックアップツールによって支持された基板を再び撮像して基板と上記電子部品とに位置ずれがあるか否かを判定する工程と、
位置ずれがあるときには上記基板を再度位置合わせする工程と、
上記基板と上記電子部品とに位置ずれがないときに上記バックアップツールによって支持された上記基板の側部上面に上記電子部品を実装する工程と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装方法。
上記基板を再度位置合わせするとき、上記バックアップツールを下降させることを特徴とする請求項５記載の電子部品の実装方法。
上記基板には一対の第１の位置合わせマークが設けられ、上記電子部品には一対の第２の位置合わせマークが設けられていて、上記第１の位置合わせマークと第２の位置合わせマークを同一視野で撮像することを特徴とする請求項５記載の電子部品の実装方法。