JP4821246B2 - 電子部品実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を基板に実装する電子部品実装方法に関するものである。

電子部品を基板に実装する電子部品実装装置において電子部品を保持する方法として、真空吸着による方法が用いられる。この方法は、下端部に吸着孔が設けられた吸着ノズルを電子部品の上面に当接させた状態で吸着孔から真空吸引することにより発生する負圧を利用して電子部品を保持するものであり、真空吸引をオンオフすることのみによって保持状態を制御できるという利点がある反面、真空吸引状態は種々の要因によって変化することから保持状態は必ずしも安定せず、確実な電子部品の保持・保持解除が保証されないという欠点がある。

このため、吸着ノズルを用いた電子部品実装装置では、実装動作の所定のタイミングにおいて、吸着ノズルによる部品吸着状態を検出することが行われる。そしてその検出方法として、吸着ノズルと真空吸引源との間の真空吸引回路の空気を流量を計測することによって部品吸着状態を検出する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。この方法によれば、適正な吸引状態を確保して安定した部品搭載を行うことができるという利点がある。
特開２００４−２３０２７号公報

しかしながら、上述先行技術例に示すように真空吸引回路の流量によって吸引状態を検出する方法には、以下に述べるように流量計測値のばらつきに起因して必ずしも正しい部品吸着状態の検出結果が得られないという難点があった。すなわち、搭載ヘッドに装着される吸着ノズルには吸着孔の流量特性に個体差があり、また真空吸引源や吸着ノズルへの接続回路の切換バルブやフィルターなど吸引系を構成する各部の状態によって吸引特性の経時変化が避けがたい。このため使用する吸着ノズルの個体差によって、また吸引特性の経時変化によって検出される流量計測値は一定とはならず、部品吸着状態の検出結果の信頼性に欠けるという問題があった。

そこで本発明は、部品吸着状態の検出を高い信頼性で行うことができる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方法は、部品供給部から搭載ヘッドの吸着ノズルによって電子部品を真空吸着によりピックアップし、前記吸着ノズルに保持された電子部品を部品認識手段によって認識して検査し、この検査結果に基づいて前記電子部品の姿勢を補正して基板に実装する電子部品実装方法であって、前記検査後に前記搭載ヘッドによって電子部品を基板に実装するまでの検査後部品移送動作において、前記吸着ノズルと真空吸引源とを接続する真空吸引回路に配設された流量センサによって、前記吸着ノズルから吸引されて前記真空吸引回路内を通過する空気の流量を計測する流量計測工程と、前記流量計測工程において得られた計測値を判定しきい値と比較することにより、前記検査後部品移送動作における吸着ノズルによる電子部品の吸着状態の変化を検出し、この検出結果に基づいて前記搭載ヘッドによる電子部品の実装の可否を判定する実装可否判定工程とを含み、予め定められた所定のタイミングにて、前記吸着ノズルに電子部品が吸着されていない空吸着時における前記流量センサの計測値を求め、前記実装可否判定工程において用いられる前記判定しきい値を前記計測値に基づいて更新するものであり、前記判定しきい値は、前記空吸着時における前記流量センサの計測値である変動成分としての判定基準値を、前記吸着ノズルの種類毎に予め設定された固定成分としての判定しきい値オフセット量に加算して更新される。

本発明によれば、予め定められた所定のタイミングにおいて電子部品が吸着されていない空吸着時における流量センサの計測値を求め、前記実装可否判定工程において用いられる判定しきい値を前記計測値に基づいて更新するものであり、判定しきい値は、空吸着時における流量センサの計測値である変動成分としての判定基準値を、吸着ノズルの種類毎に予め設定された固定成分としての判定しきい値オフセット量に加算して更新されることにより、吸着ノズルの個体差や吸引系の特性の経時変化の影響を排除して、部品吸着状態の検出を高い信頼性で行うことができる。

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搭載ヘッドの構成を示す図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の真空吸引系および制御系の構成を示すブロック図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における流量センサの計測値の説明図、図５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吸着状態検出用の判定しきい値の説明図、図６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吸着状態検出用の判定基準値計測のフロー図、図７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吸着状態検出処理のフロー図、図８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吸着状態検出処理の動作説明図である。

まず図１を参照して電子部品実装装置の構造を説明する。図１において基台１の中央には、Ｘ方向に搬送路２が配設されている。搬送路２は基板３を搬送し、搬送路２に設定された部品実装ステージに基板３を位置決めする。搬送路２の両側方には、部品供給部４が配置されており、それぞれの部品供給部４には多数のテープフィーダ５が並設されている。テープフィーダ５はテープに保持された電子部品を収納し、このテープをピッチ送りすることにより、以下に説明する搭載ヘッドによるピックアップ位置に電子部品を供給する。

基台１上面の両端部上にはＹ軸テーブル６Ａ，６Ｂが配設されており、Ｙ軸テーブル６Ａ、６Ｂ上には２台のＸ軸テーブル７Ａ，７Ｂが架設されている。Ｙ軸テーブル６Ａを駆動することにより、Ｘ軸テーブル７ＡがＹ方向に水平移動し、Ｙ軸テーブル６Ｂを駆動することにより、Ｘ軸テーブル７ＢがＹ方向に水平移動する。Ｘ軸テーブル７Ａ，７Ｂには、それぞれ搭載ヘッド８および搭載ヘッド８と一体的に移動するカメラ９が装着されている。基板３上に移動したカメラ９は、基板３を撮像して認識する。

Ｙ軸テーブル６Ａ，Ｘ軸テーブル７Ａ，Ｙ軸テーブル６Ｂ，Ｘ軸テーブル７Ｂをそれぞれ組み合わせて駆動することにより搭載ヘッド８は水平移動し、それぞれの部品供給部４から電子部品を吸着ノズル１２（図２参照）によって真空吸着によりピックアップし、搬送路２の部品実装ステージに位置決めされた基板３上に実装する。Ｙ軸テーブル６Ａ，Ｘ軸テーブル７Ａ，Ｙ軸テーブル６Ｂ，Ｘ軸テーブル７Ｂおよび搭載ヘッド８は、基板３に電子部品を搭載する部品搭載機構を構成する。

部品供給部４から搬送路２に至る経路には、ラインカメラ１０、ノズルストッカ１１が配設されている。ノズルストッカ１１は、異なる種類の電子部品に対応した吸着ノズル１２を収納保持しており、搭載ヘッド８がノズルストッカ１１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８に既装着の吸着ノズル１２を他の新たな吸着ノズルと交換することができる。

ラインカメラ１０は、それぞれの搭載ヘッド８に保持された状態の電子部品を下方から撮像する。この撮像結果を画像認識部２１（図８参照）によって認識処理することにより
、吸着ノズル１２に保持された状態の電子部品を認識することができる。これにより、吸着ノズル１２に保持された電子部品の姿勢を検査する。すなわち電子部品の吸着ノズル１２に対するＸＹ方向、回転方向の位置ずれを検出する。そして搭載ヘッド８によって電子部品を基板３に移送搭載する際には、この検査結果に基づいて電子部品の姿勢を補正して基板に実装する。ラインカメラ１０および画像認識部２１は、吸着ノズル１２に保持された電子部品を撮像して認識する部品認識手段となっている。

次に図２を参照して搭載ヘッド８について説明する。図２に示すように、搭載ヘッドはマルチタイプであり、部品保持手段としての単位搭載ヘッド８ａを複数備えた構成となっている。これらの単位搭載ヘッド８ａはそれぞれ下端部に電子部品を吸着して保持する吸着ノズル１２を備え、個別に昇降動作が可能となっている。ここで吸着ノズル１２は単位搭載ヘッド８ａの下部に設けられた装着部８ｂ（図３参照）に着脱自在に装着され、電子部品の種類に応じて交換されるようになっている。

ここで図３を参照して、吸着ノズル１２から真空吸引する真空吸引系および真空吸引系を制御する制御系の構成について説明する。図３に示すように、単位搭載ヘッド８ａにおいて吸着ノズル１２が装着される装着部８ｂには、真空バルブ１３が接続されている。真空バルブ１３の一方側のポートには、流量センサ１４を介して真空吸引源である真空ポンプ１５が接続されている。

装着部８ｂに吸着ノズル１２が装着された状態で真空ポンプ１５を駆動することにより、吸着ノズル１２は真空ポンプ１５と接続され、吸着ノズル１２の下端部の吸着面に設けられた吸着孔より真空吸引する。吸着ノズル１２から真空ポンプ１５に至る回路は、真空吸引時に空気が通過する真空吸引回路となっている。装着部８ｂには、フィルタ２０が内蔵されており、吸着ノズル１２から吸引された空気がフィルタ２０を通過することにより、真空吸引時に空気とともに吸引された異物がフィルタ２０によって捕集される。

この真空吸引動作において、真空バルブ１３と真空ポンプ１５との間の真空吸引回路に介設された流量センサ１４は、内部を流れる流体の温度差を検出することにより、真空吸引によって単位時間当たりに真空吸引回路内を流れる空気の量を、流量の経時的な変化を示す流量パターン（図４、図５参照）として計測する。流量センサ１４の計測結果は、判定部１７および制御部１６に送られる。

ここで図４を参照して、流量センサ１４によって得られる計測値および流量パターンについて説明する。図４のグラフは、流量センサ１４から出力される計測値ｆの経時変化を示している。ここで計測値ｆの値は、流量センサ１４内を実際に流れる気体の流量Ｆの値と１対１の対応関係にあるものの、流量Ｆの値そのものを直接示すものではなく、流量Ｆの値が大きくなるに伴って低下する関係にある値として出力される。

流量センサ１４による計測においては、計測開始初期には計測値ｆは安定せず、ある初期時間が経過した後に、定常値に収束するという特性を有している。このため、流量センサ１４によって流量計測を実行する際には、判定タイマ値ｔ０によって定められる初期時間ｔ０が経過した後、計測データ取込を行うようにしている。そして計測データ取込に際しては、所定インターバルｔ１（例えば１ｍｓ）毎に計測値を離散値ｆ（ｉ）として複数個取込み、これらの離散値ｆ（ｉ）の変動幅Δｆが予め定められた所定範囲内に収束した時点で、正式な計測データの取込を行うようにしている。本実施の形態においては、このようにして取り込まれた計測データに基づいて、部品吸着状態、すなわち吸着ノズル１２による電子部品の吸着状態の検出を行うようにしている。

次にこの部品吸着状態の検出処理において用いられる判定しきい値について、図５を参
照して説明する。図５（ａ）において実線で示す計測データ線Ｌａは、吸着ノズル１２の下端部に何も吸着されていない空吸着時における流量センサ１４の計測結果を示しており、吸着ノズル１２の吸着孔が開放された状態に対応している。そして破線で示す計測データ線Ｌｂは、吸着ノズル１２の下端部に電子部品が正しく吸着保持された状態における流量センサ１４の計測結果を示しており、吸着ノズル１２の吸着孔が電子部品によってほぼ塞がれた状態に対応している。

搭載ヘッド８によって電子部品を移送搭載する場合において、吸着ノズル１２が電子部品を常に理想的な状態、すなわち電子部品が吸着ノズル１２の吸着面に対して位置ずれなく密着して吸着孔を塞いだ状態であるとは限らず、種々の状態が存在する。例えば、電子部品は安定して吸着保持されているものの、吸着孔に対しては幾分位置ずれして真空リークが生じている場合や、吸着ノズル１２の吸着面と電子部品との間に微細な異物が介在して同様に真空リークが生じている場合などがある。

このように真空リークが存在する場合においても、電子部品が安定した姿勢で吸着ノズル１２に保持されており、部品搭載動作が正常に行える限りにおいては、部品吸着状態は正常であると判定されるべきであり、換言すれば、部品吸着状態の判定においては、幾分かの真空リークが許容される。そしてこのような部品吸着状態の正否を流量センサ１４の計測結果に基づいて判定するために、図５（ａ）に示すように、２つの計測データ線Ｌａ、Ｌｂの間に、判定しきい値ｆ（ｔｈ）が設定される。ここで、判定しきい値ｆ（ｔｈ）を計測データ線Ｌａ、Ｌｂに対してどのように設定するかの判断に際しては、どの程度の真空リークまで正常な状態として許容すべきかを、経験値や試行テスト結果などを勘案しながら決定する。

本実施の形態においては、計測データ線Ｌａによって与えられる計測値、すなわち吸着ノズル１２に電子部品が吸着されていない空吸着時における流量センサ１４の計測値ｆ０（ここでは、判定基準値ｆ０と称する。）を、判定しきい値ｆ（ｔｈ）を決定する上でのベースとしている。そして判定基準値ｆ０と判定しきい値ｆ（ｔｈ）との差を示す値を、判定しきい値オフセットｆ（ｏｆｆ）として定義している。すなわち、判定基準値ｆ０に判定しきい値オフセットｆ（ｏｆｆ）を加算することによって、判定しきい値ｆ（ｔｈ）を得るようなデータ構成としている。

このような２つの構成要素により判定しきい値ｆ（ｔｈ）を定義することの意義は次の通りである。図３に示す真空吸引系の構成において、吸着ノズル１２、真空バルブ１３、フィルタ２０などの機能部品における流量特性は不変ではなく、経時変化によって変動している。また高頻度で交換される吸着ノズル１２には同種類のものであっても製作誤差などによって個体差が存在することは避けがたい。

このため、固定された判定しきい値を設定すると、経時変化やノズル交換によって真空吸引系の流量特性が変化した場合には、部品吸着状態の正否の判定において予め想定した適正な判定結果が得られない結果となる。したがって、判定しきい値ｆ（ｔｈ）は、真空吸引系の流量特性の変動に応じてその都度更新することが望ましい。

このような流量特性の変動による影響を排除するため、本実施の形態においては、判定しきい値ｆ（ｔｈ）を、真空吸引系の流量特性に応じて変動する判定基準値ｆ０（空吸着時における流量センサ１４の計測値）にスライドさせて設定するようにしている。すなわち判定しきい値ｆ（ｔｈ）を、流量特性の変動に応じた変動成分としての判定基準値ｆ０と、固定成分としての判定しきい値オフセットｆ（ｏｆｆ）との和として定義する。

判定しきい値ｆ（ｔｈ）をこのようなデータ構成とすることにより、各ノズル種類毎に
判定しきい値オフセットｆ（ｏｆｆ）を固定的に定めておき、所定タイミングにおいて判定基準値ｆ０を計測して、判定しきい値オフセットｆ（ｏｆｆ）に加算することにより、常に真空吸引系の流量特性に応じた適正な判定しきい値ｆ（ｔｈ）に更新することができる。判定しきい値更新のタイミングとしては、吸着ノズル１２を搭載ヘッド８に装着するノズル交換動作の都度、または所定枚数の基板生産が完了した都度など、作業都合に応じて適宜決定すればよい。

この更新処理は、制御部１６が流量センサ１４から送られる判定基準値ｆ０を読み取ることによって行われ、処理結果は、図５（ｂ）に示すように、記憶部１８のノズルライブラリ１８ａに記憶される。ノズルライブラリ１８ａには、流量センサ１４の計測データ取得タイミングを示す判定タイマ値ｔ０とともに、上述の判定しきい値オフセットｆ（ｏｆｆ）、判定基準値ｆ０および判定しきい値ｆ（ｔｈ）が、判定しきい値データとして各ノズル種類（ノズルＡ、・・・）毎に記憶される。そして判定しきい値更新処理の都度、新たな判定基準値ｆ０が取得され、判定しきい値ｆ（ｔｈ）が上書き更新される。

判定部１７は、流量センサ１４の流量計測結果を記憶部１８に記憶されている判定しきい値データと比較することにより、部品吸着状態すなわち吸着ノズル１２によって電子部品が正常に吸着保持されているか否かを検出し、この検出結果に基づいて、搭載ヘッド８による電子部品の実装の可否を判定する。判定結果は制御部１６に送られ、制御部１６はこの判定結果に基づいて部品実装機構を制御することにより、搭載ヘッド８の動作制御を行う。

次に図６を参照して、判定基準値ｆ０の計測処理について説明する。まず搭載ヘッド８の単位移載ヘッド８ａに、吸着ノズル１２が正しく装着された状態にあるか否かを確認する吸着ノズル有無チェックを行う（ＳＴ１）。このチェックは、ノズル検出用センサなどによって吸着ノズル１２を検出することによって行われる。次いで真空バルブ１３をＯＮ状態にした後（ＳＴ２）、流量センサ１４による真空吸引回路内の流量計測を開始する（ＳＴ３）。

このとき、判定タイマ値として予め設定された初期時間ｔ０の経過を監視し（ＳＴ４）、タイムアップが確認されたならば、流量センサ１４によって計測値を取込み、これにより判定基準値ｆ０を取得する。取得された判定基準値ｆ０は記憶部１８のノズルライブラリ１８ａの判定しきい値データに上書きされ、これにより、判定しきい値ｆ（ｔｈ）がこの時点の真空吸引回路の状態に応じた適正な判定しきい値に更新される。

次に図７，図８を参照して、搭載ヘッド８による部品搭載動作に際して行われる部品吸着状態検出処理について説明する。図７においてまず部品吸着が行われる（ＳＴ１１）。すなわち図８（ａ）に示すように、搭載ヘッド８の単位移載ヘッド８ａを部品供給部４に移動させて、吸着ノズル１２によってテープフィーダ５から電子部品Ｐを吸着保持する。次いで吸着した部品の認識が行われる（ＳＴ１２）。すなわち、図８（ｂ）に示すように、単位移載ヘッド８ａをラインカメラ１０の上方に移動させてスキャン動作を行わせることにより、電子部品Ｐを撮像する。そして撮像結果を画像認識部２１によって認識処理することにより、吸着ノズル１２に保持された状態における電子部品Ｐの認識が行われ、これにより電子部品Ｐの検査が行われる。

次いで電子部品Ｐを保持した吸着ノズル１２を、基板３の部品実装位置へ移動させる部品移送搭載動作を開始する（ＳＴ１３）。そしてこの後、真空吸引回路内の流量計測を開始する（ＳＴ１４）。すなわち、検査後に搭載ヘッド８によって電子部品Ｐを基板３に実装するまでの検査後部品移送動作において、流量センサ１４によって、吸着ノズル１２から吸引されて真空吸引回路内を通過する空気の流量を計測する（流量計測工程）。

そしてこの流量計測の結果に基づいて、電子部品Ｐの吸着状態を判定する（ＳＴ１５）。すなわち、流量センサ１４の計測値と記憶部１８に記憶された判定しきい値ｆ（ｔｈ）とを比較することにより、図８（ｃ）に示す各種の部品吸着状態を判別する。ここで、計測値が判定しきい値ｆ（ｔｈ）以上であれば、図８（ｃ）の（ロ）のように電子部品Ｐは吸着ノズル１２に正常の吸着保持されており、異常なしと判断して、部品実装を行う（ＳＴ１６）。

これに対し、計測値が判定しきい値ｆ（ｔｈ）に満たなければ、図８（ｃ）の（イ）のように電子部品Ｐの姿勢不良または（ハ）に示すように電子部品Ｐが吸着ノズル１２に保持されていない部品落下が生じているような異常ありと判断して、エラー停止する（ＳＴ１７）とともに、報知部１９によってその旨報知する。これにより、電子部品が吸着ノズル１２によって正常に保持されていることがラインカメラ１０によって確認された後に、何らかの不具合によって部品吸着状態が変化した場合においても、異常発生をタイムリーに検出することが可能となっている。

上述の電子部品実装方法においては、流量計測工程において得られた計測値を判定しきい値と比較することにより、検査後部品移送動作における部品吸着状態の変化を検出し、この検出結果に基づいて搭載ヘッドによる電子部品の実装の可否を判定する（実装可否判定工程）。そして予め定められた所定のタイミングにて、吸着ノズル１２に電子部品が吸着されていない空吸着時における流量センサ１４の計測値を求め、この計測値に基づいて実装可否判定工程において用いられる判定しきい値ｆ（ｔｈ）を更新するようにしている。

このように検査後部品移送動作における部品吸着状態の変化を流量センサ１４の計測結果に基づいて検出することにより、従来は全く監視対象とされていなかった部品認識後の部品保持状態の異常を適切に検出することができる。したがって、部品認識後の移送搭載動作において部品落下や位置ずれが生じた場合において、そのまま搭載ヘッドが部品搭載動作を行うことによる動作時間のロスや、位置ずれしたまま吸着ノズルが部品搭載動作を実行することによる部品の噛込みや破損などの不具合を確実に防止することが可能となっている。

本発明の電子部品実装方法は、吸着ノズルの個体差や真空吸引系の流量特性の経時変化の影響を排除して、部品吸着状態の検出を高い信頼性で行うことができるという効果を有し、電子部品を吸着保持によって基板に実装する電子部品実装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搭載ヘッドの構成を示す図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の真空吸引および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おける流量センサの計測値の説明図 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吸着状態検出用の判定しきい値の説明図 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吸着状態検出用の判定基準値計測のフロー図 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吸着状態検出処理のフロー図 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吸着状態検出処理の動作説明図

符号の説明

１ 基台
３ 基板
４ 部品供給部
８ 搭載ヘッド
１０ ラインカメラ
１２ 吸着ノズル
１４ 流量センサ
１５ 真空ポンプ

Claims (1)

1. 部品供給部から搭載ヘッドの吸着ノズルによって電子部品を真空吸着によりピックアップし、前記吸着ノズルに保持された電子部品を部品認識手段によって認識して検査し、この検査結果に基づいて前記電子部品の姿勢を補正して基板に実装する電子部品実装方法であって、
   前記検査後に前記搭載ヘッドによって電子部品を基板に実装するまでの検査後部品移送動作において、前記吸着ノズルと真空吸引源とを接続する真空吸引回路に配設された流量センサによって、前記吸着ノズルから吸引されて前記真空吸引回路内を通過する空気の流量を計測する流量計測工程と、
   前記流量計測工程において得られた計測値を判定しきい値と比較することにより、前記検査後部品移送動作における吸着ノズルによる電子部品の吸着状態の変化を検出し、この検出結果に基づいて前記搭載ヘッドによる電子部品の実装の可否を判定する実装可否判定工程とを含み、
   予め定められた所定のタイミングにて、前記吸着ノズルに電子部品が吸着されていない空吸着時における前記流量センサの計測値を求め、前記実装可否判定工程において用いられる前記判定しきい値を前記計測値に基づいて更新するものであり、
   前記判定しきい値は、前記空吸着時における前記流量センサの計測値である変動成分としての判定基準値を、前記吸着ノズルの種類毎に予め設定された固定成分としての判定しきい値オフセット量に加算して更新されることを特徴とする電子部品実装方法。

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