JP4852513B2

JP4852513B2 - 部品実装システム

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Publication number: JP4852513B2
Application number: JP2007285294A
Authority: JP
Inventors: 聡足立
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-11-01
Filing date: 2007-11-01
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2027-11-01
Also published as: JP2009117411A

Description

本発明は、表示パネルに部品を実装する部品実装方法および部品実装装置に関する。

液晶パネルなどの電子機器の表示パネルは、表示パネルの周縁部に形成された電極に、例えばＩＣチップなどの半導体素子、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）、ＴＣＰ（Tape Carrier Package）、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ基板）、およびＩＣ部品が搭載されたフレキシブル基板等の電子部品の電極をボンディングして組み立てられる。

従来、電子部品および表示パネルの組み立てに適用される種々の技術が開発され、利用されている（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１は、液晶基板への部品の実装における教示方法であって、液晶基板に設けられた位置合わせマークを撮像するステップと、その撮像の結果から前記液晶基板のθ方向の傾き量を算出し、算出された傾き量を補正するステップと、そのθ方向の補正によって生じるＸ、Ｙ方向の位置変化を算出し、算出された位置変化を相殺するようにＸ、Ｙ方向の位置補正を行うステップとを含む教示方法を開示している。

この教示方法によれば、個々の液晶基板を、それぞれの液晶基板に設けられる位置合わせマークを用いて教示位置へと移動させるので、旧来行われているところの、液晶基板の種類ごとに教示基準となる液晶基板を作製し、保管し、その中から適切な種類の液晶基板を選んで用いて接続位置の教示を行う教示方法と比べて、作業を簡便化することができる。

また、特許文献２は、部品を吸着保持するノズルの部品吸着面側に設けたプレート面上にノズルの軸センタを検出するためのマークを付け、部品と共に部品実装面側から撮影することによりノズルの正しい軸センタ位置を求め、求めた軸センタ位置に従って部品を方向補正および位置補正する部品実装位置補正方法を開示している。

この方法によれば、部品で隠されるノズル軸センタの位置がマークによって正しく求まるので、ノズル位置ずれの影響を排除して、部品の実装精度を向上できる。
特許第２７７４５８７号公報特開平５−４１５９８号公報

ところで、表示パネルの生産現場において、始業からの経過時間や季節に応じて位置合わせ精度が経時的に変化する現象が経験されている。昨今、表示パネルの高精細化に伴って、表示パネルの製造にはますます高い位置合わせ精度が要求されるようになっており、この位置合わせ精度の経時変化が、要求される位置合わせ精度を安定して実現する上での障害となりつつある。

発明者は、位置合わせ精度を経時的に変化させる一因が、温度条件に応じて、部品実装装置の撮像装置および駆動機構を始めとする各部、並びに表示パネル、部品に不同に生じる熱変位であることを見出した。

そのような熱変位のために、部品の回転座標を表示パネルへの装着時の回転座標に合わせるための回転角度補正動作を行う際、部品の画像から認識される回転中心と実際の回転中心には誤差が生じ、また、駆動機構に指令される回転角度と実際に回転する角度には誤差が生じる。これらの誤差が、部品の回転角度補正動作において温度条件に応じた不定なずれとなって、位置合わせ精度を経時的に変化させてしまう。

しかしながら、特許文献１の技術によれば、表示パネルを回転角度であるθ方向補正する際に回転中心位置および回転角度の何れに生じる誤差も考慮していない。そのため、この技術を部品の方向補正に適用したとしても、回転角度であるθ方向補正動作における不定なずれのために生じる位置合わせ精度の経時変化を除去できない。

特許文献２の技術によれば、部品吸着ノズルの回転中心位置の認識誤差は軽減可能だが、そのために、マークの位置の管理、およびマークと部品との干渉回避といった新たに考慮すべき課題が発生する。とりわけ、部品吸着ノズルの回転中心位置に対してマークの位置を高い精度で管理することは、位置合わせに要求される精度が数ミクロンのオーダを切ってなおも小さくなりつつある状況から見て、今後ますます困難になると考えられる。

なお、駆動機構に指令される回転角度と実際に回転する角度とに生じる誤差の影響は、特許文献２の技術をもってしても排除することは不可能である。

本発明は、かかる問題点に鑑み、位置合わせ精度の経時的な変化を排除し、安定した位置合わせ精度を得るために適した部品実装方法および部品実装装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の部品実装方法は、表示パネルを支持する支持ステージと、部品を保持する移載ヘッドとを備えた部品実装装置において、表示パネルに対し部品を実装する実装方法であって、表示パネルおよび部品には、それぞれ位置決めの基準となる位置認識のためのマークが定められており、前記支持ステージは、少なくとも平面上で回転移動および平面移動が可能であり、前記移載ヘッドは、少なくとも前記平面と平行な平面上で回転移動が可能であり、前記支持ステージにより支持された状態での表示パネルのマークを認識するステップと、表示パネルのマークの認識の結果から、表示パネルの平面上での向きを表す回転座標と表示パネルの目標回転座標との差である表示パネルの回転ずれ量が表示パネルの回転座標精度の所定の範囲内にあるか否かを判定するステップと、表示パネルの回転ずれ量が表示パネルの回転座標精度の所定の範囲内にないと判定されると、表示パネルの回転ずれ量を減らすように前記支持ステージを回転移動させ、その後、表示パネルのマークを認識することにより表示パネルの回転ずれ量が表示パネルの回転座標精度の所定の範囲内にあるか否かを再度判定するステップと、表示パネルの回転ずれ量が表示パネルの回転座標精度の所定の範囲内にあると判定されたときに、表示パネルの平面移動の位置の補正量を算出するステップと、前記移載ヘッドにより保持された状態での部品のマークを認識するステップと、表示パネルのマークおよび部品のマークのそれぞれの認識の結果から、表示パネルの平面上での向きを表す回転座標と部品の平面上での向きを表す回転座標との差である部品の回転ずれ量が部品の回転精度での実装精度として所定の範囲内にあるか否かを判定するステップと、部品の回転ずれ量が部品の回転精度での実装精度として所定の範囲内にないと判定されると、部品の回転ずれ量を減らすように前記移載ヘッドを回転移動させ、その後、部品のマークを認識することにより部品の回転ずれ量が部品の回転精度での実装精度として所定の範囲内にあるか否かを再度判定するステップと、部品の回転ずれ量が部品の回転精度での実装精度として所定の範囲内にあると判定されたときに、部品の平面移動の位置の補正量を算出するステップと、算出された表示パネルの平面移動の位置の補正量および部品の平面移動の位置の補正量の少なくともいずれか一方に従って、前記支持ステージおよび前記移載ヘッドの少なくともいずれか一方を平面移動させることにより、表示パネルと部品とをそれぞれの平面上で位置合わせするステップと、表示パネルと部品とをそれぞれの平面上で位置合わせした後に、表示パネルに部品を装着するステップとを含む。

ここで、平面移動とは、Ｘ、Ｙ、あるいはＺ軸上の組み合わせで形成される平面上の少なくともいずれか一つの移動であればよい。

この部品実装方法によれば、表示パネルが目標回転座標に揃うまで表示パネルの回転座標の補正動作を行い、さらに表示パネルと部品との回転座標の差が部品の回転精度での実装精度として所定の範囲に入るまで部品の回転座標の補正動作を行った後、平面移動によって表示パネルと部品との位置ずれを解消するので、位置合わせ精度を経時的に変化させる要因としての回転座標の補正動作における誤差が排除され、安定した位置合わせ精度を得ることができる。

また、前記移載ヘッドが複数の吸着ノズルを有し、前記複数の吸着ノズルに複数の部品を一度にあるいは連続して保持可能である場合には、前記部品実装方法において、前記移載ヘッドに一度にあるいは連続して保持されるそれぞれの部品に対して、前記移載ヘッドにより保持された状態での部品のマークを認識するステップと、表示パネルのマークおよび部品のマークそれぞれの認識の結果から、表示パネルの平面上での向きを表す回転座標と部品の平面上での向きを表す回転座標との差である部品の回転ずれ量が部品の回転精度での実装精度として所定の範囲内にあるか否かを判定するステップと、部品の回転ずれ量が部品の回転精度での実装精度として所定の範囲内にないと判定されると、部品の回転ずれ量を減らすように前記移載ヘッドの前記複数の吸着ノズルをそれぞれ回転移動させ、その後、部品のマークを認識することにより部品の回転ずれ量が部品の回転精度での実装精度として所定の範囲内にあるか否かを再度判定するステップと、部品の回転ずれ量が部品の回転精度での実装精度として所定の範囲内にあると判定されたときに、部品の平面移動の位置の補正量を算出するステップとを実行した後、前記移載ヘッドに一度にあるいは連続して保持されるそれぞれの部品に対して、算出された表示パネルの平面移動の位置の補正量および部品の平面移動の位置の補正量の少なくともいずれか一方に従って、前記支持ステージおよび前記移載ヘッドの少なくともいずれか一方を平面移動させることにより、表示パネルと部品とをそれぞれの平面上で位置合わせするステップと、表示パネルと部品とをそれぞれの平面上で位置合わせした後に、表示パネルに部品を装着するステップとを実行してもよい。

これにより、個々の部品ごとに、支持ステージと移載ヘッドとを、認識位置と仮圧着位置との間で移動させる必要がなくなるので、支持ステージと移載ヘッドとの移動距離が短縮される結果、直接実装に関係のない動作時間である移動にかかるオーバヘッドを減らすことができる。

また、前記部品実装方法は、さらに、前記支持ステージを回転させ、その後、表示パネルのマークを再度認識したときに、前記支持ステージに指令した回転角度と表示パネルが実際に回転した角度との比率を算出するステップと、前記支持ステージをさらに回転させる場合および次の新たな表示パネルを前記支持ステージにて支持して回転させる場合の少なくともいずれか一方の場合に、前記支持ステージに指令する回転角度を算出された前記比率で調整するステップとを含んでもよい。

これにより、支持ステージに対して、指令される回転角度と実際に回転する角度との誤差を減らすように新たな調整された回転角度を指令するので、表示パネルの回転座標を早期に所定の目標回転座標に収束させることができる。

また、前記支持ステージは回転サーボ機構によって回動し、前記部品実装方法は、さらに、前記支持ステージが表示パネルを支持する場合に回転軸の回りに表示パネルおよび表示パネルのサイズに応じた支持ステージのサイズの少なくともいずれか一方による予定される慣性モーメントが大きいほど小さな回転制御ゲインにて前記回転サーボ機構を制御する可変ゲイン回転制御ステップを含んでもよい。

これにより、表示パネルの慣性モーメントに応じてオーバーシュートおよびアンダーシュートが少なくなるように回転サーボ制御を行うことができるので、回転サーボ機構の動作時間を短縮して、表示パネルの回転座標決めを高速に行うことができる。

なお、本発明は、このような部品実装方法として実現することができるだけでなく、部品実装装置としても実現できる。さらに、このような部品実装方法により実装位置を補正するためのプログラム、このような部品実装方法により部品を実装するためのプログラム、またはそれらプログラムを格納する記憶媒体としても実現することができる。

上記説明したように、本発明によれば、表示パネルが目標回転座標に揃うまで表示パネルの回転座標の補正動作を行い、さらに表示パネルと部品との回転座標の差が所定の範囲に入るまで回転座標の補正動作を行った後、平面移動によって表示パネルと部品との位置ずれを解消するので、位置合わせ精度を経時的に変化させる要因としての回転中心の位置ずれによる回転座標の補正動作の誤差が排除され、その結果、安定した位置合わせ精度が得られる部品実装方法および部品実装装置が実現される。

以下、本発明の実施の形態における部品実装装置および部品実装方法について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施の形態のパネル実装機１００の構成を示す斜視図である。
ここで、パネル実装機１００は本発明の部品実装装置の一例である。また、本発明において実装とは、異方性導電シート（以下「ＡＣＦ」）を介して表示パネル２００に部品３００を仮圧着および本圧着の少なくともいずれか一方を行って装着することをいう。このＡＣＦは、粘着性を有する合成樹脂シートから成っており、表示パネル２００の電極の上面、あるいは部品３００の電極面である下面に予め貼着される。

パネル実装機１００は、ＡＣＦ貼付装置１１０、仮圧着装置１２０、本圧着装置１３０、および搬送装置１４０から構成される。

ＡＣＦ貼付装置１１０、仮圧着装置１２０、および本圧着装置１３０には、それぞれ表示パネル２００を真空吸着により支持し、ＸＹ（水平）方向、Ｚ（上下）方向、およびθ（水平面内での回転）方向に移動自在な支持ステージ１１１、１２１、１３１が設けられている。

仮圧着装置１２０には、部品３００を真空吸着により保持し、Ｚ方向、およびθ方向に移動自在な移載ヘッド１２２が設けられている。なお、移載ヘッド１２２は、さらにＸ方向およびＹ方向の少なくともいずれか一方に動作可能なものであってもよい。

また、移載ヘッド１２２がθ方向に移動自在とは、移載ヘッド１２２全体がθ方向に移動可能である場合を含むのみならず、移載ヘッド１２２に設けられ、部品を保持する吸着ノズル（図示せず）がθ方向に移動可能である場合も含む。

ＡＣＦ貼付装置１１０は、表示パネル２００を支持ステージ１１１にて支持し、支持ステージ１１１を移動させることによって表示パネル２００のＡＣＦ貼付箇所を所定の作業位置へ位置付けた後、表示パネル２００にＡＣＦを貼り付ける。

仮圧着装置１２０は、表示パネル２００を支持ステージ１２１にて支持すると共に、部品３００を移載ヘッド１２２にて保持し、支持ステージ１２１および移載ヘッド１２２の少なくともいずれか一方を移動させることによって表示パネル２００と部品３００との位置合わせを行った後、表示パネル２００に対して部品３００を仮圧着する。

本圧着装置１３０は、表示パネル２００を支持ステージ１３１にて支持し、支持ステージ１３１を移動させることによって表示パネル２００を所定の作業位置へ位置付けた後、表示パネル２００に対して部品３００を本圧着する。

搬送装置１４０は、ＡＣＦ貼付装置１１０、仮圧着装置１２０、および本圧着装置１３０の間で、表示パネル２００を搬送する。

以下では、部品の実装処理として、特に仮圧着装置１２０による仮圧着処理について詳しく説明する。

図２は、仮圧着装置１２０の要部を表す模式図である。図２には、仮圧着装置１２０と共に、搬送装置１４０および制御装置１５０が示される。

仮圧着装置１２０は、支持ステージ１２１、移載ヘッド１２２、吸着ノズル１２３、仮圧着ステージ１２４、および撮像装置１２５を有している。

支持ステージ１２１は、制御装置１５０からの指令信号に応じて動作する駆動機構によって、ＸＹ方向に平面移動しＺ方向に上下動すると共にθ方向に回転し、表示パネル２００を真空吸着により支持する。

移載ヘッド１２２は、制御装置１５０からの指令信号に応じて動作する駆動機構によってθ方向に回転し、図示しない部品供給装置から供給される部品３００を吸着ノズル１２３にて真空吸着により保持する。吸着ノズル１２３は、移載ヘッド１２２の回転軸の周りに複数設けられ、個別にθ方向に回転するとともに、Ｚ方向に上下動する。

移載ヘッド１２２は、部品３００を保持した吸着ノズル１２３が仮圧着ステージ１２４上に来るまで回転し、部品３００が装着方向を向くように吸着ノズル１２３を個別にθ方向に回転させた状態でＺ方向に下降することにより、部品３００を表示パネル２００に装着する。

ここで、移載ヘッド１２２は、生産性が異なるが、全体がＸ、Ｙ方向に平面移動やＺ方向に上下動するものであってもよく、吸着ノズル１２３が単体でθ方向に動作し、移載ヘッド１２２の全体がθ方向に動作しないものであってもよい。

また、移載ヘッド１２２は、全体のθ方向回転の回転軸を有さず、直列に配置された複数の吸着ノズル１２３を有し、吸着ノズル１２３が個々にθ方向に回転動作するものであってもよい。

仮圧着ステージ１２４は、石英などの透明材料にて成り、移載ヘッド１２２が部品３００を表示パネル２００に装着するための反力を与える。

撮像装置１２５は、仮圧着ステージ１２４越しに、支持ステージ１２１にて支持された状態での表示パネル２００のマーク、および移載ヘッド１２２にて保持された状態での部品３００のマークを撮像する。そのようなマークは、表示パネル２００および部品３００の特定の電極または配線であってもよく、また表示パネル２００および部品３００に位置決め専用に設けられた位置認識のためのマークであってもよい。撮像装置１２５は、ＸＹ方向に予め定められた視野を持つように設置される。

搬送装置１４０は、制御装置１５０からの指令信号に応じて動作する駆動機構によってＸ方向に移動し、ＡＣＦ貼付装置１１０から表示パネル２００を搬送して支持ステージ１２１へ引き渡し、また支持ステージから表示パネル２００を引き取って本圧着装置１３０へ搬送する。なお、搬送装置１４０は、さらにＺ方向に上下動するものであってもよい。

制御装置１５０は、支持ステージ１２１、移載ヘッド１２２、吸着ノズル１２３、撮像装置１２５、および搬送装置１４０へ指令信号を送ることにより、上述の動作を制御する。

制御装置１５０は、支持ステージ１２１を、表示パネル２００を支持した状態で位置認識するための位置へ移動させ、撮像装置１２５によって表示パネル２００を撮像して得た画像に含まれるマークを認識することにより、表示パネル２００を部品３００が実装されるための所定の基準位置へと位置付けるためのθ座標の回転補正量とＸ、Ｙ座標の位置補正量とを算出する。

制御装置１５０は、移載ヘッド１２２を、部品３００を保持した状態で位置認識するための位置へ移動させ、撮像装置１２５によって部品３００を撮像して得た画像に含まれるマークを認識することにより、部品３００を表示パネル２００に実装するための所定の基準位置へと位置付けるためのθ座標の回転補正量とＸ、Ｙ座標の位置補正量とを算出する。

図３（Ａ）は、表示パネル２００に定められるマークの一例を説明する図である。この例では、表示パネル２００に専用に設けられた２つのマーク２０１が示される。表示パネル２００の表面の周縁部に、部品３００の電極３０２とボンディングされるべき電極２０２が備えられ、この電極２０２の近傍または電極２０２の一部にパネルの位置認識マーク２０１が設けられる。

なお、表示パネル２００のマークとして、電極または配線の特徴部分を用いることもできる。

図３（Ｂ）は、部品３００に定められるマークの一例を説明する図である。この例では、部品３００に専用に設けられた２つの位置認識のためのマーク３０１が示される。部品３００の表示パネル２００に実装する側の表面の位置に、表示パネル２００の電極２０２とボンディングされるべき電極３０２が備えられ、電極３０２の近傍または電極の一部に部品の位置認識用のマーク３０１が設けられている。

なお、部品３００のマークとして、部品３００の電極または輪郭の特徴部分を用いることもできる。

次に、従来の位置合わせ処理によって位置合わせ精度の経時的な変化が生じる過程を詳しく説明する。

図４は、撮像装置１２５により撮像された画像から認識されるところの、部品３００の位置認識のためのマーク３０１の位置の一例を示す上面図である。矩形枠は、撮像装置１２５の左右の視野を表す。

この例では、部品３００が実装位置へ来るよう移載ヘッド１２２および吸着ノズル１２３を回転させた後、撮像装置１２５にて撮像された画像の認識結果を示している。この位置にて、マーク３０１は、設計上は部品３００を表示パネル２００に実装する基準位置Ｐ０およびＱ０のそれぞれの位置に来るはずだが、実際上は、移載ヘッド１２２および吸着ノズル１２３の位置決めのずれや吸着ずれなどのために位置Ｐ１およびＱ１の位置に来たとする。

このような位置ずれが認識された場合に行われる補正処理の一例では、画像を参照して、部品３００を表示パネル２００に実装する基準位置Ｐ０およびＱ０を結ぶ方向と、マーク３０１の実際の位置Ｐ１およびＱ１を結ぶ方向との差を、回転座標の差であり、回転角度の補正量である回転方向の補正量θ１として算出する。

そして、この回転方向の補正量θ１での回転移動を行った場合のマーク３０１の移動後の位置をＰ２およびＱ２とし、経時的変化前の吸着ノズル１２３の回転中心Ｃが撮像装置１２５の左右の視野の中点にあるとして算出する。さらに、算出された回転方向の補正量θ１での回転移動後の位置Ｐ２またはＱ２を基準位置Ｐ０またはＱ０まで移動させるためのＸ、Ｙ座標の平面移動での位置補正量Ｄを算出する。

このようにして、吸着ノズル１２３に回転方向の補正量θ１の回転移動を指令し、支持ステージ１２１および移載ヘッド１２２の少なくともいずれか一方に算出されたＸ、Ｙ座標の位置補正量ＤのＸ、Ｙ座標の平面移動を指令することにより、マーク３０１の位置を基準位置Ｐ０およびＱ０へと補正する。

ところが、課題として説明したように、吸着ノズル１２３の実際の回転中心Ｃ１には、経時変化前では、撮像装置１２５の視野の中点として画像から認識される回転中心Ｃから、温度条件などに応じた経時的変化での誤差が生じる。

理解のために誇張した例を破線で示すように、吸着ノズル１２３の実際の回転中心がＣ１である場合に補正指令値である回転方向の補正量θ１の回転移動とＸ、Ｙ座標の位置補正量ＤのＸ、Ｙ座標の平面移動とを実行すると、マーク３０１は部品３００を表示パネル２００に実装する基準位置Ｐ０およびＱ０へは補正されず、点ＰＰおよびＱＱに来てしまう。

吸着ノズル１２３の実際の回転中心Ｃ１は位置合わせ処理を行う際の主に温度条件に応じて異なるので、経時変化を考慮せず常に一定として、一例として回転中心Ｃが撮像装置１２５の視野の中点にあるとして行う従来の補正処理では補正結果が温度条件に応じて変化する。その結果、位置合わせ精度が経時的に変化することとなる。

さらには、図示を省略するが、吸着ノズル１２３に指令される回転角度と吸着ノズル１２３が実際に回転する角度との間にも、温度条件に応じた誤差が生じる。この誤差もまた、従来の位置合わせ処理において位置合わせ精度が経時的に変化する要因となる。

このような部品３００の回転方向補正動作において生じる誤差は、表示パネル２００の回転方向補正動作においても同様に生じる。

そして、本発明が解決しようとする課題の項で述べたように、従来技術をもってしては、このような誤差の影響を効果的に排除することができない。

そこで、本実施の形態のパネル実装機１００では、位置合わせ処理における回転方向補正動作の回転中心および回転量の誤差の影響を除去することによって、位置合わせ精度を安定的に維持することを考える。

なお、経時的変化の要因には、温度以外に、装置の駆動部の磨耗やがたつきなどの影響が生じる場合もある。

図５は、仮圧着装置１２０および制御装置１５０の機能的な構成の一例を示すブロック図である。ここで、仮圧着装置１２０の各構成要素には、図２で示した符号と同一の符号を付して説明を省略する。

制御装置１５０は、位置合わせのための補正量決定部１５１、補正量記憶部１５２、部品実装処理部１５３、実装位置記憶部１５４、および操作部１５５からなる。

制御装置１５０は、具体的には、プロセッサ、メモリ、ハードディスク装置、ディスプレイ装置、タッチパネル装置、通信装置などからなるコンピュータシステム（図示せず）であるとしてもよい。

その場合、補正量決定部１５１、および部品実装処理部１５３は、ハードディスク装置に記録されているプログラムを、プロセッサがメモリを用いて実行することにより実現されるソフトウェア機能であり、通信装置を介して、支持ステージ１２１、移載ヘッド１２２、および吸着ノズル１２３へ移動を含む各種動作を指示する指令信号を送信し、また撮像装置１２５から撮像により得られた画像を表す画像信号を受信する。

補正量記憶部１５２および実装位置記憶部１５４は、ハードディスク装置上に確保される記憶領域である。操作部１５５は、ディスプレイ装置およびタッチパネル装置などを用いて実現されるユーザインタフェース装置である。

図６（Ａ）は、実装位置記憶部１５４に記録されている実装位置情報の一例を示す図である。

実装位置情報は、表示パネル２００に仮圧着されるべき各部品について、表示パネル２００の部品の装着位置の基準位置を、表示パネル２００上にマーク２０１より基準として定められる部品の装着位置座標の座標値ｘｙで表す。実装位置情報は、いわゆるＮＣデータの一部である。実用には、さらに、実装される部品の姿勢である部品の方向が表されるが、ここでは簡略のため省略する。

図６（Ｂ）は、補正量記憶部１５２に記録される補正量情報の一例を示す図である。補正量情報は、パネル補正量と部品補正量とを含む。

パネル補正量は、支持ステージ１２１にて支持された状態での表示パネル２００のマーク２０１を表示パネルに部品を実装するための所定の基準位置へ位置付けるためのθ方向の回転移動量である回転方向補正量と、ＸＹ方向の平面上の移動量であるＸ、Ｙ位置補正量とを表す。

部品補正量は、移載ヘッド１２２の各吸着ノズル１２３について、吸着ノズル１２３にて吸着保持された状態での部品３００のマーク３０１を表示パネルに部品を実装するための所定の基準位置へ位置付けるためのθ方向の回転移動量である回転方向補正量と、ＸＹ方向の平面上の移動量であるＸ、Ｙ位置補正量とを表す。

ここで、ＸＹ方向の平面上の移動量はベクトルで表されるものとする。
次に、このように構成される制御装置１５０の制御下で、仮圧着装置１２０によって行われる仮圧着動作について、図７、図８、および図９を参照しながら説明する。

図７は、部品仮圧着処理の一例を示すフローチャートである。
図８は、部品仮圧着処理の中で行われるパネル補正量決定処理の一例を示すフローチャートである。

図９は、部品仮圧着処理の中で行われる部品補正量決定処理の一例を示すフローチャートである。

搬送装置１４０によってＡＣＦ貼付装置１１０から仮圧着装置１２０へ搬入される表示パネル２００（単にパネルとも言う）を、支持ステージ１２１により支持し（Ｓ１１）、パネル補正量決定処理を行う（Ｓ２１）。

パネル補正量決定処理において、制御装置１５０は、表示パネル２００に部品３００を実装するための基準位置へ支持ステージ１２１を移動させてからマーク２０１を撮像し、撮像によって得られる画像中のマーク２０１を認識する（Ｓ６１）。

図１０は、このとき認識されるマーク２０１の位置の一例を示す上面図である。この例では、マーク２０１は、基準位置Ａ０およびＢ０に来ると期待されるが、支持ステージ１２１による支持ずれなどのために実際には位置Ａ１およびＢ１にあるとする。

基準位置Ａ０およびＢ０を結ぶ基準方向と、マーク２０１の実際の認識位置Ａ１およびＢ１を結ぶ方向との差を、表示パネル２００の回転方向補正量θ０として算出する（Ｓ６２）。

表示パネル２００が目標回転座標である基準方向に向いているか否かを、算出された回転方向補正量θ０が所定のしきい値よりも小さいか否かにより判定する（Ｓ６３）。

算出された回転方向補正量θ０が所定のしきい値以上であると判定されると（Ｓ６３でＮＯ）、算出された回転方向補正量θ０の回転移動を支持ステージ１２１に指令することにより、表示パネル２００を基準方向へと回転させる（Ｓ６４）。

そして、支持ステージ１２１の回転の後、再度表示パネル２００のマーク２０１を撮像し、撮像によって得られる画像からマーク２０１を認識する（Ｓ６５）。図１０の例では経時的変化を含む、回転移動の実際の回転中心が点Ｃ０であるとして、回転移動後のマーク２０１は点Ａ３およびＢ３に移動している。

目標回転座標である基準方向と、回転移動後のマーク２０１の認識位置Ａ３およびＢ３を結ぶ方向との差を、表示パネル２００の追加の回転方向補正量θ’として算出し（Ｓ６６）、ステップＳ６３へ戻る。

算出された追加の回転方向補正量θ’が所定のしきい値（表示パネルの回転座標精度の所定の範囲内）よりも小さければ、表示パネル２００は実質的に基準方向であると判定する（Ｓ６３でＹＥＳ）。

そして、マーク２０１を、回転移動後の認識位置Ａ３およびＢ３から基準位置Ａ０およびＢ０へと移動させるためのＸ、Ｙ位置補正量Ｄ０を算出し（Ｓ６７）、算出されている回転方向補正量θ０とＸ、Ｙ位置補正量Ｄ０とを補正量記憶部１５２に記録する（Ｓ６８）。

なお、Ｓ６６で追加の回転方向補正量θ’が算出された場合は、Ｓ６２で算出された回転方向補正量に追加の回転方向補正量θ’を累算して得られる実効的な回転方向補正量を記録することが望ましい。

この後、部品３００の撮像のために、表示パネル２００を撮像位置から一旦退避させる。

続いて、移載ヘッド１２２の吸着ノズル１２３にて部品３００を吸着保持し（Ｓ３１）、部品補正量決定処理を行う（Ｓ３２）。

部品補正量決定処理において、制御装置１５０は、部品３００のマーク３０１が表示パネル２００に部品３００を実装するための表示パネル２００上での部品の装着方向である基準方向（目標回転座標）に向くよう移載ヘッド１２２および吸着ノズル１２３回転させてからマーク３０１を撮像し、撮像によって得られる画像中のマーク３０１を認識する（Ｓ７１）。

この基準方向は、表示パネル２００について判明している方向ずれを相殺するために、例えば部品３００の設計上の装着方向から、表示パネルの回転方向補正量が所定のしきい値内に入った表示パネル２００の回転方向補正量θ０を減じた方向とする。以下、この基準方向を、表示パネル２００の方向の一例として説明する。

図１１は、このとき認識されるマーク３０１の位置の一例を示す上面図である。ここで、基準位置Ｐ０およびＱ０を結ぶ方向が表示パネル２００に部品３００を装着し実装する基準方向である。この例では、マーク３０１は、基準位置Ｐ０およびＱ０に来ると期待されるが、吸着ノズル１２３による吸着ずれなどのために実際には位置Ｐ１およびＱ１にあると認識する。

表示パネル２００に部品３００を実装する基準方向と、マーク３０１の実際の認識位置Ｐ１およびＱ１を結ぶ方向との差を、部品３００の回転方向補正量θ１として算出する（Ｓ７２）。

部品３００が基準方向か否かを、算出された方向補正量θ１が所定のしきい値（部品の回転座標精度の所定の範囲内）よりも小さいか否かにより判定する（Ｓ７３）。

算出された回転方向補正量θ１が所定のしきい値以上であると判定されると（Ｓ７３でＮＯ）、算出された回転方向補正量θ１の回転移動を吸着ノズル１２３に指令することにより、部品３００を基準方向へと回転させる（Ｓ７４）。

そして、吸着ノズル１２３の回転の後、再度部品３００のマーク３０１を撮像し、撮像によって得られる画像からマーク３０１を認識する（Ｓ７５）。図９の例では、経時的変化を含む回転移動の実際の回転中心が点Ｃ１であるとして、回転移動後のマーク３０１は点Ｐ３およびＱ３にあると認識される。

目標回転座標である基準方向と、回転移動後のマーク３０１の認識位置Ｐ３およびＱ３を結ぶ方向との差を、部品３００の追加の回転方向補正量θ’１として算出し（Ｓ７６）、ステップＳ７３へ戻る。

算出された追加の回転方向補正量θ’１が所定のしきい値（部品の回転座標精度の所定の範囲内）よりも小さければ、部品３００は実質的に基準方向であると判定する（Ｓ７３でＹＥＳ）。

そして、マーク３０１を、回転移動後の認識位置Ｐ３およびＱ３から基準位置Ｐ０およびＱ０へと移動させるためのＸ、Ｙ位置補正量Ｄ１を算出し（Ｓ７７）、算出されている回転方向補正量θ１とＸ、Ｙ位置補正量Ｄ１とを補正量記憶部１５２に記録する（Ｓ７８）。

なお、Ｓ７６で追加の回転方向補正量θ’１が算出された場合は、Ｓ７２で算出された回転方向補正量θ１に追加の回転方向補正量θ’１を累算して得られる実効的な回転方向補正量を記録することが望ましい。

この後、表示パネル２００を仮圧着ステージ１２４に載置するために、仮圧着ステージ１２４の上方に位置している部品３００を撮像位置から一旦退避させる。

続いて、表示パネル２００のＸ、Ｙ位置補正量Ｄ０および部品３００のＸ、Ｙ位置補正量Ｄ１で部品３００の装着位置を補正することにより、部品３００の仮圧着位置を求め、求めた仮圧着位置が、吸着ノズル１２３の真下に来るように、表示パネル２００に部品３００を実装するために支持ステージ１２１をＸ、Ｙ平面移動させる（Ｓ４１）とともに、Ｚ方向移動して仮圧着ステージ１２４上に表示パネル２００を配置する。

そして、退避していた移載ヘッド１２２を、仮圧着位置へ復帰させ（Ｓ４２）、表示パネル２００へ部品３００を仮圧着する（Ｓ４３）。

仮圧着すべき全部品についてＳ３１からの処理を行った後（Ｓ５１でＹＥＳ）、表示パネル２００を本圧着装置１３０へ搬出する（Ｓ５２）。

以上説明した処理によれば、表示パネル２００が目標回転座標である所定の基準方向に揃うまで表示パネルの回転方向補正動作を行い、さらに表示パネル２００と部品３００との回転方向差が表示パネルの回転座標精度（回転精度）の所定の範囲に入るまで回転方向補正動作を行った後、Ｘ、Ｙ平面移動によって位置ずれを解消するので、位置合わせ精度を経時的に変化させる要因としての回転方向補正動作の誤差が排除される。その結果、安定した位置合わせ精度が得られる部品実装方法および部品実装装置が実現される。

以上、本発明の部品実装方法について、パネル実装機を一例とした実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものも本発明の範囲内に含まれる。

例えば、移載ヘッド１２２が複数の吸着ノズル１２３にて複数の部品を吸着保持可能な場合には、移載ヘッド１２２に一度にあるいは連続して保持される複数の部品に対して、ステップＳ３１〜ステップＳ３２、およびステップＳ７１〜ステップＳ７８における部品の回転方向補正動作を実行してもよい。

このとき、図６（Ｂ）に示されるように、補正量記憶部１５２には、表示パネルについての回転方向補正量およびＸ、Ｙ位置補正量と共に、吸着ノズル１２３の個数までの部品について、それぞれ回転方向補正量およびＸ、Ｙ位置補正量が記録される。

その後、それぞれの部品に対して、補正量記憶部１５２に記録されているＸ、Ｙ位置補正量を参照して、ステップＳ４１〜ステップＳ４３における位置合わせおよび仮圧着動作を実行してもよい。

これにより、支持ステージと移載ヘッドとを、個々の部品ごとに、認識位置と仮圧着位置との間で移動させる必要がなくなるので、直接実装に関係のない動作時間である移動にかかるオーバヘッドを減らすことができる。

また、ステップＳ６６で表示パネル２００の追加の回転方向補正量を算出する際、ステップＳ６４で支持ステージ１２１に指令した回転角度と表示パネル２００が実際に回転した角度との比率を算出し、その後さらにステップＳ６４が実行される場合、および次の新たな表示パネルを支持ステージ１２１にて支持して回転移動する場合の少なくともいずれか一方の場合に、支持ステージ１２１に指令する回転角度を算出された前記比率で調整してもよい。

これにより、支持ステージ１２１に対して、指令される回転角度と実際に回転する角度との誤差を減らすように新たな回転角度を指令するので、表示パネル２００の回転方向を早期に表示パネルの回転座標精度の所定の範囲に収束させることができる。

同様に、ステップＳ７６で部品３００の追加の回転方向補正量を算出する際、ステップＳ７４で吸着ノズル１２３に指令した回転角度と部品３００が実際に回転した角度との比率を算出し、その後さらにステップＳ７４が実行される場合および次の新たな部品を吸着ノズル１２３にて回転する場合の少なくともいずれか一方の場合に、吸着ノズル１２３に指令する回転角度を算出された前記比率で調整してもよい。

これにより、吸着ノズル１２３に対して、指令される回転角度と実際に回転する角度との誤差を減らすように新たな回転角度を指令するので、表示パネル２００と部品３００との回転方向差を早期に部品の回転精度での実装精度として所定の範囲に収束させることができる。

また、支持ステージ１２１が回転サーボ機構によって駆動される場合に、支持ステージ１２１が表示パネル２００を支持する場合に回転軸の回りに予定される慣性モーメントが大きいほど小さな回転制御ゲインにて前記回転サーボ機構を制御する可変ゲイン回転制御とすることが望ましい。

これにより、表示パネル２００および表示パネル２００のサイズに応じた支持ステージ１２１のサイズによる慣性モーメントに応じてオーバーシュートおよびアンダーシュートが少なくなるように回転サーボ制御を行うことができるので、回転サーボ機構の動作時間を短縮して、表示パネル２００の方向決めを高速に行うことができる。

同様に、吸着ノズル１２３が回転サーボ機構によって駆動される場合に、吸着ノズル１２３が部品３００を保持する場合に回転軸の回りに予定される慣性モーメントが大きいほど小さな回転制御ゲインにて前記回転サーボ機構を制御する可変ゲイン回転制御とすることが望ましい。

これにより、部品３００の慣性モーメントに応じてオーバーシュートおよびアンダーシュートが少なくなるように回転サーボ制御を行うことができるので、回転サーボ機構の動作時間を短縮して、部品３００の方向決めを高速に行うことができる。

本発明は、部品実装装置において部品の実装位置を補正する部品実装方法として利用することができる。

本実施の形態のパネル実装機の構成を示す斜視図仮圧着装置の要部を表す模式図（Ａ）表示パネルのマークを説明する図、（Ｂ）部品のマークを説明する図部品のマークの位置の一例を示す上面図仮圧着装置および制御装置の機能的な構成の一例を示すブロック図（Ａ）実装位置情報の一例を示す図、（Ｂ）補正量情報の一例を示す図部品仮圧着処理の一例を示すフローチャートパネル補正量決定処理の一例を示すフローチャート部品補正量決定処理の一例を示すフローチャート表示パネルのマークの位置の一例を示す上面図部品のマークの位置の一例を示す上面図

符号の説明

１００パネル実装機
１１０ＡＣＦ貼付装置
１１１支持ステージ
１２０仮圧着装置
１２１支持ステージ
１２２移載ヘッド
１２３吸着ノズル
１２４仮圧着ステージ
１２５撮像装置
１３０本圧着装置
１３１支持ステージ
１４０搬送装置
１５０制御装置
１５１補正量決定部
１５２補正量記憶部
１５３部品実装処理部
１５４実装位置記憶部
１５５操作部
２００表示パネル
２０１マーク
２０２電極
３００部品
３０１マーク
３０２電極

Claims

表示パネルを支持する支持ステージと、部品を保持する移載ヘッドとを備えた部品実装装置において、表示パネルに対し部品を実装する実装方法であって、
表示パネルおよび部品には、それぞれ位置決めの基準となる位置認識のためのマークが定められており、
前記支持ステージは、少なくとも平面上で回転移動および平面移動が可能であり、
前記移載ヘッドは、少なくとも前記平面と平行な平面上で回転移動が可能であり、
前記支持ステージにより支持された状態での表示パネルのマークを認識するステップと、
表示パネルのマークの認識の結果から、表示パネルの平面上での向きを表す回転座標と表示パネルの目標回転座標との差である表示パネルの回転ずれ量が表示パネルの回転座標精度の所定の範囲内にあるか否かを判定するステップと、
表示パネルの回転ずれ量が表示パネルの回転座標精度の所定の範囲内にないと判定されると、表示パネルの回転ずれ量を減らすように前記支持ステージを回転移動させ、その後、表示パネルのマークを認識することにより表示パネルの回転ずれ量が表示パネルの回転座標精度の所定の範囲内にあるか否かを再度判定するステップと、
表示パネルの回転ずれ量が表示パネルの回転座標精度の所定の範囲内にあると判定されたときに、表示パネルの平面移動の位置の補正量を算出するステップと、
前記移載ヘッドにより保持された状態での部品のマークを認識するステップと、
表示パネルのマークおよび部品のマークのそれぞれの認識の結果から、表示パネルの平面上での向きを表す回転座標と部品の平面上での向きを表す回転座標との差である部品の回転ずれ量が部品の回転精度での実装精度として所定の範囲内にあるか否かを判定するステップと、
部品の回転ずれ量が部品の回転精度での実装精度として所定の範囲内にないと判定されると、部品の回転ずれ量を減らすように前記移載ヘッドを回転移動させ、その後、部品のマークを認識することにより部品の回転ずれ量が部品の回転精度での実装精度として所定の範囲内にあるか否かを再度判定するステップと、
部品の回転ずれ量が部品の回転精度での実装精度として所定の範囲内にあると判定されたときに、部品の平面移動の位置の補正量を算出するステップと、
算出された表示パネルの平面移動の位置の補正量および部品の平面移動の位置の補正量の少なくともいずれか一方に従って、前記支持ステージおよび前記移載ヘッドの少なくともいずれか一方を平面移動させることにより、表示パネルと部品とをそれぞれの平面上で位置合わせするステップと、
表示パネルと部品とをそれぞれの平面上で位置合わせした後に、表示パネルに部品を装着するステップと
を含むことを特徴とする部品実装方法。
前記移載ヘッドは複数の吸着ノズルを有し、前記複数の吸着ノズルに複数の部品を一度にあるいは連続して保持可能であり、
前記部品実装方法において、
前記移載ヘッドに一度にあるいは連続して保持されるそれぞれの部品に対して、
前記移載ヘッドにより保持された状態での部品のマークを認識するステップと、
表示パネルのマークおよび部品のマークそれぞれの認識の結果から、表示パネルの平面上での向きを表す回転座標と部品の平面上での向きを表す回転座標との差である部品の回転ずれ量が部品の回転精度での実装精度として所定の範囲内にあるか否かを判定するステップと、
部品の回転ずれ量が部品の回転精度での実装精度として所定の範囲内にないと判定されると、部品の回転ずれ量を減らすように前記移載ヘッドの前記複数の吸着ノズルをそれぞれ回転移動させ、その後、部品のマークを認識することにより部品の回転ずれ量が部品の回転精度での実装精度として所定の範囲内にあるか否かを再度判定するステップと、
部品の回転ずれ量が部品の回転精度での実装精度として所定の範囲内にあると判定されたときに、部品の平面移動の位置の補正量を算出するステップと
を実行した後、
前記移載ヘッドに一度にあるいは連続して保持されるそれぞれの部品に対して、
算出された表示パネルの平面移動の位置の補正量および部品の平面移動の位置の補正量の少なくともいずれか一方に従って、前記支持ステージおよび前記移載ヘッドの少なくともいずれか一方を平面移動させることにより、表示パネルと部品とをそれぞれの平面上で位置合わせするステップと、
表示パネルと部品とをそれぞれの平面上で位置合わせした後に、表示パネルに部品を装着するステップと
を実行する
ことを特徴とする請求項１に記載の部品実装方法。
前記部品実装方法は、さらに、
前記支持ステージを回転移動させ、その後、表示パネルのマークを再度認識したときに、前記支持ステージに指令した回転角度と表示パネルが実際に回転した角度との比率を算出するステップと、
前記支持ステージをさらに回転移動させる場合および次の新たな表示パネルを前記支持ステージにて支持して回転させる場合の少なくともいずれか一方の場合に、前記支持ステージに指令する回転角度を算出された前記比率で調整するステップと
を含むことを特徴とする請求項１に記載の部品実装方法。
前記支持ステージは回転サーボ機構によって回動し、
前記部品実装方法は、さらに、
前記支持ステージが表示パネルを支持する場合に回転軸の回りに表示パネルおよび表示パネルのサイズに応じた支持ステージのサイズの少なくともいずれか一方による予定される慣性モーメントが大きいほど小さな回転制御ゲインにて前記回転サーボ機構を制御する可変ゲイン回転制御ステップを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の部品実装方法。
表示パネルに対して部品を実装する部品実装装置であって、
表示パネルおよび部品には、それぞれ基準位置を示すマークが設けられており、
表示パネルを支持して、少なくとも平面上で回転移動および平面移動が可能な支持ステージと、
部品を保持して、少なくとも前記平面と平行な平面上で回転移動が可能な移載ヘッドと、
前記支持ステージにより支持された状態での表示パネルのマークと、前記移載ヘッドにより保持された状態での部品のマークとを撮像する撮像手段と、
前記支持ステージ、前記移載ヘッド、および前記撮像手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
表示パネルのマークを撮像して得られる画像から、表示パネルの平面上での向きを表す回転座標と表示パネルの目標回転座標との差である表示パネルの回転ずれ量が表示パネルの回転座標精度の所定の範囲内にあるか否かを判定し、
表示パネルの回転ずれ量が表示パネルの回転座標精度の所定の範囲内にないと判定されると、表示パネルの回転ずれ量を減らすように前記支持ステージを回転移動させ、その後、表示パネルのマークを認識することにより表示パネルの回転ずれ量が表示パネルの回転座標精度の所定の範囲内にあるか否かを再度判定し、
表示パネルの回転ずれ量が表示パネルの回転座標精度の所定の範囲内にあると判定されたときに、表示パネルの平面移動の位置の補正量を算出し、
表示パネルのマークを撮像して得られる画像および部品のマークを撮像して得られる画像から、表示パネルの平面上での向きを表す回転座標と部品の平面上での向きを表す回転座標との差である部品の回転ずれ量が部品の回転精度での実装精度として所定の範囲内にあるか否かを判定し、
部品の回転ずれ量が部品の回転精度での実装精度として所定の範囲内にないと判定されると、部品の回転ずれ量を減らすように前記移載ヘッドを回転移動させ、その後、部品のマークを前記撮像手段にて撮像して得られる画像から部品の回転ずれ量が部品の回転精度での実装精度として所定の範囲内にあるか否かを再度判定し、
部品の回転ずれ量が部品の回転精度での実装精度として所定の範囲内にあると判定されたときに、部品の平面移動の位置の補正量を算出し、
算出された表示パネルの平面移動の位置の補正量および部品の平面移動の位置の補正量の少なくともいずれか一方に従って、前記支持ステージおよび前記移載ヘッドの少なくともいずれか一方を平面移動させることにより、表示パネルと部品とをそれぞれの平面上で位置合わせし、
表示パネルと部品とをそれぞれの平面上で位置合わせした後に、表示パネルに部品を装着する制御を行う
ことを特徴とする部品実装装置。