JP4884537B2 - 部品実装機、部品装着ヘッド、および部品装着方法 - Google Patents

部品実装機、部品装着ヘッド、および部品装着方法 Download PDF

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Description

本発明は、例えば電子部品を基板に搭載する電子部品実装機等の部品実装機、その部品実装機が備える部品装着ヘッド、および部品装着方法に関する。
図７は、従来のベアチップマウンタの概略構成を示す図である。ＸＹテーブル１０４の上面には基板１０３が搭載される。ＸＹテーブル１０４は、搭載された基板１０３を水平面に沿って直角方向に移動させる。吸着ノズル部１０２は真空発生器１０５と接続している。この真空発生器１０５の吸引力により、吸着ノズル部１０２の先端にベアチップ１０１の上面が吸着される。
第一の一軸テーブルの可動部１０６ｂは吸着ノズル部１０２を保持する。第一の一軸テーブルの固定部１０６ａは可動部１０６ｂを上下動可能に保持する。吸着ノズル部１０２の上下動は、第一の一軸テーブルにより案内される。
ブラケット１０７は第一の一軸テーブル１０６を保持する。第二の一軸テーブル１１３はブラケット１０７を保持する。第二の一軸テーブル１１３は、図示しないモータによって上下方向に移動される。この第二の一軸テーブル１１３の上下動により、ブラケット１０７が上下動する。
また、ブラケット１０７は、ロードセル１１０を保持する。ロードセル１１０の感圧面はロッド１０９の上面に接続している。ロッド１０９の下面は、圧縮ばね１０８の上端に接続している。圧縮ばね１０８は、吸着ノズル部１０２を下方に押下する。
加圧検出部１１２は、ロードセル１１０の検出圧力をテーブルコントローラ１１４へ出力する。テーブルコントローラ１１４は、加圧検出部１１２の出力を基に、第二の一軸テーブル１１３を上下方向に移動させる図示しないモータを駆動する。つまり、テーブルコントローラ１１４は、加圧検出部１１２の出力を基に第二の一軸テーブル１１３の上下動を制御する。
また、ブラケット１０７は引っ張りばね１１１の上端を保持する。引っ張りばね１１１の下端は、第一の一軸テーブルの可動部１０６ｂの上面に接続している。引っ張りばね１１１は、圧縮ばね１０８の荷重方向と反対方向に、第一の一軸テーブルの可動部１０６ｂの自重以上の荷重を発生させる。つまり、引っ張りばね１１１は、第一の一軸テーブルの可動部１０６ｂをつり上げている。
このように構成された従来のベアチップマウンタにおいて、吸着ノズル部１０２に吸着されたベアチップ１０１が基板１０３のプリントパターン上に搭載されるとき、第二の一軸テーブル１１３は下方に移動する。このとき、第二の一軸テーブル１１３は、ベアチップ１０１の接触前移動距離Ｂよりも押し込み距離Ａだけ余分に下方に移動する。また、このとき、テーブルコントローラ１１４は、ロードセル１１０の検出圧力を所定の基準加圧力と比較する。
ここで、基準加圧力は、吸着ノズル部１０２に吸着されたベアチップ１０１が基板１０３に接触する前にロードセル１１０によって検出される初期検出荷重に、押し込み距離Ａによって圧縮ばね１０８および引っ張りばね１１１が発生させる荷重を加算した値とする。
ベアチップ１０１が基板１０３に接触してから更に押し込み距離Ａだけ第二の一軸テーブル１１３が下方に移動するとき、第一の一軸テーブルの可動部１０６ｂが、第二の一軸テーブル１１３に対して上方向へ移動する。この可動部１０６ｂの上方向への移動によって、圧縮ばね１０８が圧縮され且つ引っ張りばね１１１が戻され、それによって上記した基準加圧力が発生する。
また、押し込み距離Ａだけ第二の一軸テーブル１１３が下方に移動するとき、その押し込み距離Ａによって圧縮ばね１０８および引っ張りばね１１１が発生させる荷重で、ベアチップ１０１は加圧される。つまり、押し込み距離Ａによって圧縮ばね１０８および引っ張りばね１１１が発生させる荷重が、搭載加圧力となる。
テーブルコントローラ１１４は、加圧検出部１１２によって検出される加圧力が基準加圧力に到達した時点で、第二の一軸テーブル１１３の動作を停止させる。
以上説明したように、従来のベアチップマウンタでは、押し込み距離によって圧縮ばねおよび引っ張りばねが発生させる荷重が、搭載加圧力となる（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、以上説明した従来のベアチップマウンタは、引っ張りばね１１１によって重力バランスをとっている。そのため、引っ張りばね１１１に接続する部材（第一の一軸テーブルの可動部１０６ｂや吸着ビット部１０２、ベアチップ１０１等）に熱膨張が発生すると、その熱膨張によって引っ張りばね１１１が伸びるか又は縮むかして、重力バランスが崩れる。この重力バランスの崩れが、搭載加圧力の高精度な検出の妨げとなっていた。
特開平８−３３０７９０号公報
本発明は、上記問題点に鑑み、部品やノズル等が熱膨張しても重力バランスが崩れず、微小な搭載加圧力を精度よく検出することができる部品実装機、部品装着ヘッド、および部品装着方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る部品実装機は、
装着ヘッドベースと、
前記装着ヘッドベースに上下動可能に支持される移動体と、
吸着ビット部と可動軸を有し、前記移動体に少なくとも上下動可能に支持され、前記吸着ビット部が部品を吸着する可動部と、
支点を挟んだ一方において前記可動軸に係合して、前記可動部の重量もしくは前記可動部と前記吸着ビット部に吸着した部品との合計重量に基づいて、前記可動部の重量もしくは前記可動部と前記吸着ビット部に吸着した部品との合計重量の重力を補償する天秤機構と、
前記可動部にかかる上下方向の力を検出する力検出部と、
前記力検出部を前記移動体に対して上下方向に移動させる駆動部と、を備える部品装着ヘッドと、
部品が被実装対象体に搭載される際に、前記力検出部の検出値が目標値になるように前記駆動部を制御する制御部と、
を備える。
また、本発明の部品装着ヘッドは、
装着ヘッドベースと、
前記装着ヘッドベースに上下動可能に支持される移動体と、
吸着ビット部と可動軸を有し、前記移動体に少なくとも上下動可能に支持され、前記吸着ビット部が部品を吸着する可動部と、
支点を挟んだ一方において前記可動軸に係合して、前記可動部の重量もしくは前記可動部と前記吸着ビット部に吸着した部品との合計重量に基づいて、前記可動部の重量もしくは前記可動部と前記吸着ビット部に吸着した部品との合計重量の重力を補償する天秤機構と、
前記可動部にかかる上下方向の力を検出する力検出部と、
前記力検出部を前記移動体に対して上下方向に移動させる駆動部と、
を備える。
また、本発明の他の側面に係る部品装着方法は、可動部の吸着ビット部に吸着した部品を被実装対象体に搭載する工程において、前記可動部の重量もしくは前記可動部と前記吸着ビット部に吸着した部品との合計重量に基づいて、前記可動部の重量もしくは前記可動部と前記吸着ビット部に吸着した部品との合計重量の重力を補償するような力を、支点を挟んだ一方において前記可動部の可動軸に係合する天秤機構により前記可動部に作用させた状態で、前記可動部にかかる上下方向の力を検出する力検出部の検出値を、前記可動部を上下方向へ移動させることで目標値に制御しながら、部品を被実装対象体に搭載するものである。
本発明の好ましい形態によれば、可動部や吸着した部品等が熱膨張しても重力バランスが崩れず、微小な搭載加圧力を精度よく検出することができる。
本発明の実施の形態１における部品装着ヘッドの一部の概略構成を示す図 本発明の実施の形態１〜３における電子部品実装機を一部切り欠いてその内部をも示す外観斜視図 本発明の実施の形態１における部品装着ヘッドの動作を説明するための図 本発明の実施の形態１における部品装着ヘッドの他例の一部の概略構成を示す図 本発明の実施の形態２における部品装着ヘッドの一部の概略構成を示す図 本発明の実施の形態３における部品装着ヘッドの一部の概略構成を示す図 従来のベアチップマウンタの概略構成を示す図
以下、本発明の実施の形態について、図面を交えて説明する。以下の各実施の形態では、部品実装機として、基板に電子部品を搭載する電子部品実装機を例に説明する。但し、本発明は電子部品実装機にのみ適用されるものではなく、実装対象の部品を被実装対象体へ搭載する装置に適用させることができる。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における電子部品実装機が備える部品装着ヘッドの一部の概略構成を示す図、図２は本発明の実施の形態１における電子部品実装機を一部切り欠いてその内部をも示す外観斜視図である。
図２に示すように、電子部品実装機５０は、Ｘ−Ｙ移動機構５２に支持される部品装着ヘッド５１を備える。この部品装着ヘッド５１は、例えば半導体パッケージのような小型の電子部品を保持し、その保持した電子部品を基板の上方から所定の加圧力（搭載加圧力）で加圧して基板上に搭載するために使用される。Ｘ−Ｙ移動機構５２は、部品装着ヘッド５１を、Ｘ−Ｙ平面（水平面）に沿って、部品供給部から供給される電子部品の受け取り位置の上方や基板上の搭載位置の上方へ搬送する。
以下、部品装着ヘッドについて、図１を用いて詳細に説明する。装着ヘッドベース１は電子部品実装機のＸ−Ｙ移動機構５２に支持される。移動体２は、装着ヘッドベース１に上下動可能に支持される。例えば、装着ヘッドベース１がリニアガイドを介して移動体２を支持する構成としてもよい。
また、移動体２は、図示しない移動体移動機構により、装着ヘッドベース１に対して上下方向に移動される。この移動体移動機構は、例えば装着ヘッドベース１に設けたモータと、そのモータの出力軸に設けたボールねじと、そのボールねじに螺合する、移動体２に固定したナット等により構成してもよい。このように構成すれば、モータの回転角度量に応じて移動体２の上下方向の位置決めを行うことができる。
また、移動体２は、吸着ビット部４が挿入される挿入部を有する。移動体２は、挿入部に挿入された吸着ビット部４を、リニアガイド３を介して上下動可能に支持する。リニアガイド３には、例えばボールスプライン軸受け等を用いることができる。吸着ビット部４の先端にはノズル５が装着されている。ノズル５は、移動体２の下面から突出する。このノズル５の先端に電子部品が吸着される。
本実施の形態１では、吸着する電子部品として半導体パッケージ６を例に説明する。実装対象物が半導体パッケージの場合、図１に示すように、ノズル５に加熱ヘッド７が設けられる。加熱ヘッド７は、半導体パッケージの半田ボールを溶融するために熱を発生する。
吸着ビット部４、および吸着ビット部４の上部に接続する可動軸９には、空気吸引孔１０が形成されている。空気吸引孔１０は、可動軸９の外周面に開口し、且つノズル５の貫通孔に連通している。空気吸引孔１０の可動軸９側の開口端は、図示しない真空発生器に接続している。この真空発生器は、ノズル５の先端に形成されている開口端を真空にする。この真空発生器の吸引力により、ノズル５の先端に電子部品が吸着される。
また、移動体２には、吸着ビット部４が挿入される挿入部の下方に段部１１が形成されている。当該電子部品実装機では、吸着ビット部４が段部１１に当接した状態で移動体２が下降して、半導体パッケージ６が基板８に接触する。
可動軸９は、圧縮ばね１２を介してロードセル（力検出部）１３の感圧面（感圧部）に接続している。ロードセル１３は、可動部にかかる上下方向の力を検出する。本実施の形態１では、可動部は、ノズル５、加熱ヘッド７、吸着ビット部４、可動軸９および圧縮ばね１２からなる。圧縮ばね１２はロードセル１３を保護するためのものである。本実施の形態１では、ロードセルを保護する手段として圧縮ばねを使用する場合について説明するが、無論、ロードセルを保護する手段は、ロードセルに高負荷がかかったときに保護できる手段であればよく、圧縮ばねに限定されるものではない。
揺動体１４は、支点を挟んだ一方において可動軸９に係合し、他方においてバランスウエイト１５に係合している。支点にはベアリング１６が配置されている。ベアリング１６は、移動体２に固定された支持台１７に支持されている。このベアリング１６が、揺動体１４を揺動可能に支持する。バランスウエイトの重量は、吸着ビット部４等からなる可動部と吸着ビット部４に吸着した電子部品との合計重量に釣合うように決定されている。この天秤機構によって、可動部と吸着した電子部品との合計重量が補償される。
このように、本実施の形態１では、可動部と吸着した電子部品との合計重量が補償されるように該合計重量に相当する力を発生する重量補償機構として、天秤機構を用いる。
揺動体１４がバランスウエイト１５に係合する構成としては、例えば揺動体１４が、バランスウエイト１５に設けた支軸を、軸受けを介して把持する構成としてもよい。
また、揺動体１４が可動軸９に係合する構成は、可動軸９の上下動の障害とならない構成であればよい。例えば揺動体１４の先端に２本の爪を設け、それらの爪で可動軸９に設けた２本の突起を支持する構成としてもよい。
また、支点にベアリングを配置したが、例えば刃受けによって揺動体１４を支持してもよい。
また、可動部と吸着した電子部品との合計重量を補償するのに天秤機構を用いたが、合計重量を補償する手段（重量補償機構）は、任意に設定可能な一定の力を発生させることができる手段であればよく、天秤機構に限定されるものではない。つまり、合計重量を補償する手段は、可動部と吸着した電子部品との合計重量に相当する一定の力を発生できる手段であればよい。
また、可動部と吸着した電子部品との合計重量を１００％補償する場合に限定されるものではなく、微小な搭載加圧力を良好に制御できるように、可動部と吸着した電子部品との合計重量を補償できればよい。したがって、補償する重量は、微小な搭載加圧力を良好に制御できる範囲内の重量であればよく、例えば可動部の重量に相当する一定の力を発生させてもよい。
また、後述するように、可動部と吸着した電子部品との合計重量以上の一定の力を発生させてもよい。
移動体２には、ロードセル１３を移動体２に対して上下方向に移動させるボイスコイルモータ（駆動部）１８が設けられている。ボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭと称す）１８は、ロッド１９と、ロッド１９に取り付けられた磁石２０と、磁石２０の周囲側に設けられたコイル２１を備える。ロッド１９は、コイル２１に流す電流を制御することで、その軸方向に沿って移動させることができる。
ＶＣＭ１８のケーシングは移動体２に設けた保持部２２に固定されている。保持部２２は、ロッド１９をその軸方向に摺動可能に支持する。
ロッド１９はロードセル１３の感圧面とは反対側の面に接続している。よって、ＶＣＭ１８を駆動することで、ロードセル１３を上下方向に移動させることができる。ＶＣＭ１８の動作制御には一般に力制御ループが用いられる。
続いて、ＶＣＭ１８の動作を制御するための力制御ループについて説明する。ＶＣＭ１８の動作は、当該部品装着ヘッドの動作を制御する電子部品実装機の制御部２３によって制御される。
ノズル５の先端に吸着された半導体パッケージ６の基板８への搭載時に、移動体２は、半導体パッケージ６が基板８に接触するまで下降した後、さらに押し込み距離だけ余分に下降する。この移動体２の下降動作は、移動体２を上下動させる図示しない移動体移動機構の移動距離を制御部２３が制御することによって実行する。
このとき、制御部２３は、ロードセル１３の検出値と目標値との偏差に基づく電流をＶＣＭ１８のコイル２１に流す。これにより、ＶＣＭ１８のロッド１９に接続するロードセル１３が、ロードセル１３の検出値が目標値になるように上昇する。
なお、ロードセルを上下方向へ移動させる駆動部、並びに駆動部を制御する構成は、以上説明した構成に限定されるものではなく、例えばロッド１９を位置制御する構成としてもよい。ロッド１９を位置制御する構成としては、例えば、ロッド１９の位置を検出する位置検出器をＶＣＭ１８の本体側に設け、制御部が、ロードセル１３の検出値と目標値との偏差をロッド１９の目標位置に変換して、位置検出器の検出値と目標位置との偏差に基づく電流をＶＣＭ１８のコイル２１に流す構成としてもよい。この場合、ＶＣＭ１８のロッド１９に接続するロードセル１３は、位置検出器の検出値が目標位置に一致するように移動する。
また例えば、ＶＣＭに代えてリニアモータを用いもよい。リニアモータを用いる場合には、ロードセルの検出値と目標値との偏差をリニアモータのロッドの目標位置に変換し、リニアモータのロッドの位置を検出する位置検出器の検出値が目標位置に一致するように、リニアモータのロッドを移動させる構成としてもよい。
また例えば、ＶＣＭに代えてシリンダを用いてもよい、シリンダを用いる場合には、シリンダのピストンを上下方向へ移動させる圧力を制御すればよく、簡易な方式で、ロードセルの検出値を目標値に制御することができる。
続いて、部品装着ヘッドの動作について、ロードセル１３の検出値の目標値として１０ｇｆを設定した場合を例に説明する。
電子部品実装機の制御部２３は、ＶＣＭ１８を駆動してロッド１９に下方向の１０ｇｆの力をかける。このとき、吸着ビット部４は段部１１に１０ｇｆの力で当接する。
この状態で、制御部２３は移動体２を上下動させる図示しない移動体移動機構の移動距離を制御して、半導体パッケージ６が基板８に接触するまで移動体２を下降させた後、さらに押し込み距離だけ余分に移動体２を下降させる。
図３に、押し込み距離だけ余分に移動体２が下降している状態を示す。このとき、制御部２３は、ロードセル１３の検出値と目標値との偏差に基づく電流をＶＣＭ１８のコイル２１に流す。これにより、ＶＣＭ１８のロッド１９に接続するロードセル１３が、ロードセル１３の検出値が目標値になるように上昇する。このとき、吸着ビット部４が上昇して段部１１から離れるので、半導体パッケージ６を加圧する力（搭載加圧力）をロードセル１３で検出できるようになる。
このようにすれば、半導体パッケージ６を加圧する力（搭載加圧力）を１０ｇｆに維持することができる。この搭載加圧力をかけた状態で、制御部２３は加熱ヘッド７に熱を発生させる。その後、制御部２３は、真空発生器を停止させることによって、吸着ビット部４による半導体パッケージ６の吸着を解除した後、移動体２を上昇させる。この移動体２の上昇に合わせて吸着ビット部４は下降し、段部１１に当接する。
以上のように本実施の形態１では、吸着ビット部４等からなる可動部の上下方向にかかる力を検出するロードセル１３の検出値が目標値になるように、ロードセル１３を上下方向に移動させるＶＣＭを制御しながら、半導体パッケージ６を基板８上に搭載する。
本実施の形態１によれば、一定の力を発生する天秤機構（重量補償機構）が、吸着ビット部等からなる可動部と吸着ビット部に吸着した電子部品との合計重量を補償するので、可動部や吸着した電子部品等の熱膨張による重力バランスの崩れを回避することができる。
また本実施の形態１によれば、天秤機構（重量補償機構）により可動部と吸着した電子部品との合計重量を補償するので、電子部品が基板に接触する際にロードセルの感圧面（感圧部）にかかる衝撃力が抑制される。よって、微小な力を検出できる分解能の高いロードセルを使用することができ、基板に電子部品を搭載するときの微小な加圧力（搭載加圧力）を精度よく検出することが可能となる。
また本実施の形態１によれば、電子部品が基板に接触する前から、ＶＣＭのコイルに電流を流しており、その状態で、微妙な搭載加圧力をＶＣＭにより制御するので、電子部品を搭載する際のＶＣＭの応答性を向上させることができ、微小な搭載加圧力を精度よく制御することができる。
なお、本実施の形態１では、バランスウエイトの重量を、可動部と吸着した電子部品との合計重量に相当する重量に設定する場合について説明したが、可動部と吸着する電子部品との合計重量よりも若干重いバランスウエイトを用いてもよい。
この場合、バランスウェイトにより可動部に上方向の力がかかる。この上方向の力は、バランスウエイトの重量から可動部と吸着した電子部品との合計重量を引いた差分重量に相当する力である。この差分重量に相当する力がロードセルの感圧面（感圧部）に常にかかる。したがって、ロードセルにより検出される力は、ノズルの先端に吸着した電子部品を基板に搭載するときの搭載加圧力に、バランスウェイト（天秤機構）によりロードセルの感圧面（感圧部）にかかる力を加算した値となる。
よって、例えばバランスウエイトの重量から可動部と吸着した電子部品との合計重量を引いた差分重量が‘１０ｇｆ’であれば、ノズルの先端に吸着した電子部品を加圧する力（搭載加圧力）を‘１０ｇｆ’に制御する場合には、ロードセルの検出値の目標値を‘２０ｇｆ’にすればよい。
このように可動部と吸着した電子部品との合計重量よりも若干重いバランスウェイトを用いて、ロードセルの感圧面（感圧部）にバランスウェイトによる負荷がかかるようにした場合、ロードセルの検出値の目標値を大きくしても、ノズルの先端に吸着した電子部品を加圧する力（搭載加圧力）を小さな値で制御でき、搭載加圧力のさらに細かい制御が可能になる。
また、本実施の形態１では、移動体２がリニアガイド３を介して吸着ビット部４を上下動可能に支持する構成について説明したが、無論、この構成に限定されるものではなく、例えば空気軸受けで吸着ビット部４を支持する構成としてもよい。
図４に、移動体２が吸着ビット部４を空気軸受けにより上下動可能に支持する構成の一例を示す。但し、すでに説明した部材に対応する部材には同一符号を付して、適宜説明を省略する。
図４に示すように、移動体２には、移動体２の外面に開口する空気供給孔２５が形成されている。また、移動体２には、吸着ビット部４が挿入される挿入部の内周面（以下、移動体２の内周面と称す。）に環状の空気供給室２６が形成されている。空気供給孔２５は空気供給室２６に連通している。また、空気供給孔２５の移動体２の外面側の開口端には、図示しない空気供給器を接続する。
このように構成すれば、図示しない空気供給器から供給される空気を、空気供給孔２５を介して空気供給室２６へ供給することで、移動体２の内周面と吸着ビット部４の外周面との間の隙間に空気軸受け２４を構成することができる。また、環状の空気供給室２６を形成することで、吸着ビット部４の外周面の全周に対して空気軸受け２４を構成することができる。
このように空気軸受けにより吸着ビット部を支持することで、摩擦が発生せず、ノズル先端に吸着した電子部品を基板に搭載するときの微小な搭載加圧力をより精度よく検出することができる。
なお、空気供給室２６を移動体２の内周面に形成したが、移動体２の内部に、環状の空気供給室を形成するとともに、その空気供給室に連通し且つ移動体の内周面に開口する複数本の連通孔を形成してもよい。また、吸着ビット部４の外周面に環状の空気供給室を形成してもよい。
また、本実施の形態１では、可動軸９の外周面に形成した空気吸引孔１０の開口端から空気を吸引して、ノズル先端に真空を発生させる構成について説明したが、無論、この構成に限定されるものではなく、例えば図４に示すように構成してもよい。
すなわち、移動体２に、移動体２の外面に開口する空気吸引孔２７を形成する。また、移動体２の内周面に環状の空気吸引室２８を形成して、空気吸引孔２７を空気供吸引室２８に連通させる。空気吸引孔２７の移動体２の外面側の開口端には、図示しない真空発生器を接続する。なお、空気吸引室２８は、吸着ビット部４の外周面に形成してもよい。
一方、吸着ビット部４には、ノズル５の貫通孔に連通し且つ吸着ビット部４の外周面に開口する複数本の空気吸引孔２９を形成する。各空気吸引孔２９の吸着ビット部４の外周面側の開口端は、移動体２の内周面に形成した空気吸引室２８に対向するように形成する。吸着ビット部４の外周面に空気吸引室２８を形成した場合には、その空気吸引室２８に連通するように空気吸引孔２９を形成する。
このように構成すれば、空気吸引孔２７の移動体２の外面側の開口端から空気を吸引して、ノズル５の先端に真空を発生させることができる。ここで空気吸引孔２７から吸引する空気の流量は、空気供給孔２５へ供給する空気の流量よりも大きくする。
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、前述した実施の形態１と異なる点を説明する。図５は、本発明の実施の形態２における電子部品実装機が備える部品装着ヘッドの一部の概略構成を示す図である。但し、前述した実施の形態１で説明した部材と同一の部材には同一符号を付している。
本実施の形態２は、図５に示すように、ＶＣＭ１８にかかる負荷を増加させる付勢部材としての引っ張りばね３０が部品装着ヘッドに設けられている点が、前述した実施の形態１と異なる。引っ張りばね３０は、一端が移動体２に設けた突起部に係止し、他端がロードセル１３を保持する保持部材３１に係止している。
続いて、この部品装着ヘッドの動作について、引っ張りばね３０の引っ張り力が２００ｇｆで、ロードセル１３の検出値の目標値として１ｇｆを設定した場合を例に説明する。
電子部品実装機の制御部２３は、ＶＣＭ１８を駆動してロッド１９に下方向の２０１ｇｆの力をかける。このとき、ロードセル１３の検出値は１ｇｆとなる。また、このとき、吸着ビット部４は段部１１に１ｇｆの力で当接する。
この状態で、制御部２３は移動体２を上下動させる図示しない移動体移動機構の移動距離を制御して、半導体パッケージ６が基板８に接触するまで移動体２を下降させた後、さらに押し込み距離だけ余分に移動体２を下降させる。
押し込み距離だけ余分に移動体２が下降しているとき、制御部２３は、ロードセル１３の検出値と目標値との偏差に基づく電流をＶＣＭ１８のコイル２１に流す。これにより、ＶＣＭ１８のロッド１９に接続するロードセル１３が、ロードセル１３の検出値が目標値になるように上昇する。このとき、吸着ビット部４が上昇して段部１１から離れるので、半導体パッケージ６を加圧する力（搭載加圧力）をロードセル１３で検出できるようになる。
このようにすれば、半導体パッケージ６を加圧する力（搭載加圧力）を１ｇｆに維持することができる。この搭載加圧力をかけた状態で、制御部２３は加熱ヘッド７に熱を発生させる。その後、制御部２３は、真空発生器を停止させることによって、吸着ビット部４による半導体パッケージ６の吸着を解除した後、移動体２を上昇させる。この移動体２の上昇に合わせて吸着ビット部４は下降し、段部１１に当接する。
以上のように本実施の形態２では、引っ張りばね３０による引っ張り力を打ち消すようにＶＣＭ１８が下方向への力を発生させている状態で、ロードセル１３の検出値が目標値になるようにＶＣＭ１８を駆動させる。
本実施の形態２によれば、電子部品が基板に接触する前から、ＶＣＭにかかる負荷を増加させて、ＶＣＭのコイルに流す電流量を増加させており、その状態で、微妙な搭載加圧力をＶＣＭにより制御するので、電子部品を搭載する際のＶＣＭの応答性をより向上させることができ、より微小な搭載加圧力を精度よく制御することが可能となる。
なお、ロードセルを上下方向へ移動させる駆動部、並びに駆動部を制御する構成は、以上説明した構成に限定されるものではなく、前述の実施の形態１で説明したように、例えばＶＣＭ１８のロッド１９を位置制御する構成としてもよいし、ＶＣＭに代えてリニアモータやシリンダを用いた構成としてもよい。
また、前述した実施の形態１と同様に、可動部と吸着した電子部品との合計重量よりも若干重いバランスウェイトを用いて、ロードセルの感圧面（感圧部）にバランスウェイトによる負荷がかかるようにしてもよい。
また、前述した実施の形態１で説明したように、空気軸受けで吸着ビット部４を支持する構成としてもよい。また、ノズル先端に真空を発生させる構成についても、可動軸９の外周面に形成した空気吸引孔１０の開口端から空気を吸引する構成に限定されるものではなく、前述した実施の形態１で説明したように、移動体２の外面から空気を吸引して、移動体２の内周面と吸着ビット部４の外周面との間の隙間を経由して、ノズル先端に真空を発生させる構成としてもよい。
以上説明した実施の形態１、２では、吸着ビット部に吸着した電子部品を水平面上で移動させたり、上下方向に移動させる場合について説明したが、基板に電子部品を実装するに際して回転補正する必要がある場合には、例えば、移動体２に対して吸着ビット部が回転しないようにした上で、移動体２全体を回転させる構造にすればよい。
なお、移動体２と吸着ビット部４との間に空気軸受けを構成した場合に、移動体２に対して吸着ビット部４が回転しないようにするには、例えば、移動体２の吸着ビット部が挿入される挿入部の水平断面形状と吸着ビット部４の水平断面形状を共に四角形等の多面形状にしたり、移動体２と吸着ビット部４の一方に他方に設けた溝に係合する突起を設けたりすればよい。
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３について、前述した実施の形態１、２と異なる点を説明する。本実施の形態３は、移動体２全体を回転させることなく吸着ビット部４が回転可能となるように部品装着ヘッドが構成されている点が、前述した実施の形態１および２と異なる。
図６は、本発明の実施の形態３における電子部品実装機が備える部品装着ヘッドの一部の概略構成を示す図である。但し、前述した実施の形態１および２で説明した部材と同一の部材には同一符号を付している。
図６に示すように、移動体２の下部はケーシング３２となっている。ケーシング３２の内側には、ベアリング３３ａ、３３ｂを介して、回転部材３４が取り付けられている。よって、回転部材３４はケーシング３２（移動体２）に対して回転可能に支持される。
回転部材３４の上面には、歯車３５が、その中心が回転部材３４の中心に一致した状態で取り付けられている。また、ケーシング３２の天井部には、モータ３６が取り付けられており、そのモータ３６の出力軸はケーシング３２の内側に突出している。このモータ３６の出力軸には歯車３７が取り付けられており、この歯車３７が、回転部材３４の上面に取り付けられている歯車３５に噛合している。したがって、モータ３６を駆動させると、ケーシング３２（移動体２）に対して回転部材３４がベアリング３３ａ、３３ｂによってガイドされながら回動する。
回転部材３４は、下方に開口する中空構造となっている。この回転部材３４の中空部（内部空間）３４ａには吸着ビット部４が挿入されている。吸着ビット部４の下端に接続するノズル５は、ケーシング３２の下部に形成されている孔３８ａから、ケーシング３２の外側に突出している。なお、本実施の形態３では、吸着ビット部４の下端が当接する段部として、ケーシング３２の下部を用いる。
一方、吸着ビット部４の上端には第１の可動軸９ａの下端が接続している。この第１の可動軸９ａは、回転部材３４の上部に形成された孔３８ｂと、歯車３５に形成された孔３８ｃと、ケーシング３２の天井部に形成された孔３８ｄとを通してケーシング３２の外部に延設されている。ケーシング３２の上方にはホルダ部４３が配置されている。このホルダ部４３は、下方に開口する中空構造となっている。このホルダ部の中空部４３ａに、第１の可動軸９ａの上端側が挿入される。ホルダ部４３は、ベアリング４４を介して、第１の可動軸９ａを回転可能に支持している。
ケーシング３２には、ケーシング３２の外面に開口する空気供給孔４０が形成されている。また、ケーシング３２の内周面には、環状の空気供給室３９が形成されている。空気供給孔４０は、空気供給室３９に連通している。
一方、回転部材３４には、その外周面と内周面に開口する複数本の空気供給孔４１が形成されている。各空気供給孔４１の回転部材３４の外周面側の開口端は、環状の空気供給室３９に対向するように形成されている。
ケーシング３２の内周面と回転部材３４の外周面との間には、環状の空気供給室３９から回転部材３４の空気供給孔４１へ空気を気密状態で送れるように、シール手段としてのエアシール４２ａ、４２ｂが、上下方向に互いに離れて配置されている。ここではＯリングをエアシール４２ａ、４２ｂとして使用するが、Ｙパッキンで構成することもできる。
このように構成したため、ケーシング３２の外面に配置された空気供給孔４０の開口端から供給された空気が、エアシール４２ａ、４２ｂで挟まれた空気供給室３９の気密エリアに供給され、この空気供給室３９の気密エリアに供給された空気が、回転部材３４の空気供給孔４１を介して、回転部材３４の内周面と吸着ビット部４の外周面との間の隙間に放出される。これにより、回転部材３４と吸着ビット部４との間に空気軸受けが構成される。
なお、図６に示すように、空気供給孔４１の途中に、回転部材３４の全周囲にわたる空気保持室４１ａを設けてもよい。空気保持室４１ａは、空気供給孔４１の回転部材３４の内周面側の開口端よりも大きな断面積を有するように形成する。このように空気保持室４１ａを設けることで、回転部材３４と吸着ビット部４との間に安定した圧力を確保できる。
以上の構成において、回転部材３４の中空部３４ａの水平断面形状を四角形とし、この中空部３４ａに空気軸受け用の隙間をあけて係合する吸着ビット部４の水平断面形状も四角形とすることで、回転部材３４の回動と一体に吸着ビット部４を回動させることができる。なお、回転部材３４の中空部３４ａの水平断面形状と吸着ビット部４の水平断面形状は四角形に限定されるものではなく、回転部材３４の中空部３４ａの水平断面形状と吸着ビット部４の水平断面形状が共に多面形状であればよい。また、回転部材３４と吸着ビット部４の一方に他方に設けた溝に係合する突起を形成してもよい。
ホルダ部４３の上面には可動部の第２の可動軸９ｂが接続しており、第２の可動軸９ｂの上端は圧縮ばね１２を介してロードセル１３の感圧面に接続している。よって、ロードセル１３に接続する第２の可動軸９ｂは回動しない。
揺動体１４は、第２の可動軸９ｂに係合している。本実施の形態３では、ノズル５、加熱ヘッド７、吸着ビット部４、第１の可動軸９ａ、ホルダ部４３、第２の可動軸９ｂ等からなる可動部とノズル先端に吸着された電子部品との合計重量に釣合うように、バランスウエイト１５の重さを決定する。
なお、前述した実施の形態１、２と同様に、可動部と吸着した電子部品との合計重量よりも若干重いバランスウエイトを用いて、ロードセルの感圧部（感圧面）にバランスウェイトによる負荷がかかるようにしてもよい。
続いて、ノズルの先端において電子部品を真空吸着する構成について説明する。本実施の形態３では、ノズル５の貫通孔に連通する空気吸引孔１０は、吸着ビット部４のノズル５が装着される部分から第１の可動軸９ａの上端にわたって形成されている。空気吸引孔１０は、第１の可動軸９ａの上端に開口しており、ホルダ部４３の中空部（内部空間）４３ａに連通している。また、ホルダ部４３には、その外周面と内周面に開口する空気吸引孔４５が形成されている。この空気吸引孔４５のホルダ部４３の外周面側の開口端には図示しない真空発生器が接続する。また、第１の可動軸９ａの外周面とホルダ部４３の内周面との間には、ホルダ部４３の内部空間を気密状態にするシール手段としてのエアシール４６が配置されている。
このように構成したため、真空発生器によりノズル５の先端を真空にして、ノズル５の先端に電子部品を吸着することができる。なお、ここではＯリングをエアシール４６として使用するが、Ｙパッキンで構成することもできる。
以上説明した構成により、吸着ビット部４を移動体２に対して回転させることが可能となる。また、電子部品実装機の制御部２３が、モータ３６の回転角度を検出するエンコーダ（図示せず）の出力に基づいて、所定の角度量の回転を生じるようにモータ３６を制御する構成とすることで、ノズル５の先端部に吸着保持された電子部品の向きを調節することが可能となる。
なお、本実施の形態３では、回転部材３４と吸着ビット部４との間に空気軸受けを構成したが、回転部材３４に吸着ビット部４をボールスプライン軸受け等のリニアガイドを介して取り付けてもよい。また、ノズル先端に真空を発生させる構成についても、前述した実施の形態１で説明したように、移動体２（ケーシング３２）の外面から空気を吸引して、移動体２（ケーシング３２）の内周面と回転部材３４の外周面との間の隙間、並びに回転部材３４の内周面と吸着ビット部４の外周面との間の隙間を経由して、ノズル先端に真空を発生させる構成としてもよい。
以上説明した実施の形態１ないし３では、基板に半導体パッケージを実装する場合を例に説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、加熱ヘッド７を有しない部品装着ヘッドにより電子部品を基板上に塗布された半田ペーストに載置する電子部品実装機においても実施することができる。
本発明にかかる部品実装機、部品装着ヘッド、および部品装着方法は、部品やノズル等が熱膨張しても重力バランスが崩れず、微小な搭載加圧力を精度よく検出することができ、小型化および薄型化が益々進展している半導体パッケージを基板上に実装する部品実装機に有用である。
１ 装着ヘッドベース
２ 移動体
３ リニアガイド
４ 吸着ビット部
５ ノズル
６ 半導体パッケージ
７ 加熱ヘッド
８ 基板
９ 可動軸
９ａ 第１の可動軸
９ｂ 第２の可動軸
１０ 空気吸引孔
１１ 段部
１２ 圧縮ばね
１３ ロードセル
１４ 揺動体
１５ バランスウエイト
１６ ベアリング
１７ 支持台
１８ ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
１９ ロッド
２０ 磁石
２１ コイル
２２ 保持部
２３ 制御部
２４ 空気軸受け
２５ 空気供給孔
２６ 空気供給室
２７、２９ 空気吸引孔
２８ 空気吸引室
３０ 引っ張りばね
３１ 保持部材
３２ ケーシング
３３ａ、３３ｂ ベアリング
３４ 回転部材
３４ａ 中空部
３５、３７ 歯車
３６ モータ
３８ａ〜３８ｄ 孔
３９ 空気供給室
４０ 空気供給孔
４１ 空気供給孔
４１ａ 空気保持室
４２ａ、４２ｂ エアシール
４３ ホルダ部
４３ａ 中空部
４４ ベアリング
４５ 空気吸引孔
４６ エアシール
５０ 電子部品実装機
５１ 部品装着ヘッド
５２ Ｘ−Ｙ移動機構
１０１ ベアチップ
１０２ 吸着ノズル部
１０３ 基板
１０４ ＸＹテーブル
１０５ 真空発生器
１０６ 第一の一軸テーブル
１０６ａ 第一の一軸テーブルの固定部
１０６ｂ 第一の一軸テーブルの可動部
１０７ ブラケット
１０８ 圧縮ばね
１０９ ロッド
１１０ ロードセル
１１１ 引っ張りばね
１１２ 加圧検出部
１１３ 第二の一軸テーブル
１１４ テーブルコントローラ

Claims (3)

  1. 部品装着ヘッドと制御部を備え、部品を被実装対象体に搭載する部品実装機であって、
    前記部品装着ヘッドは、
    装着ヘッドベースと、
    前記装着ヘッドベースに上下動可能に支持される移動体と、
    吸着ビット部と可動軸を有し、前記移動体に少なくとも上下動可能に支持され、前記吸着ビット部が部品を吸着する可動部と、
    支点を挟んだ一方において前記可動軸に係合して、前記可動部の重量もしくは前記可動部と前記吸着ビット部に吸着した部品との合計重量に基づいて、前記可動部の重量もしくは前記可動部と前記吸着ビット部に吸着した部品との合計重量の重力を補償する天秤機構と、
    前記可動部にかかる上下方向の力を検出する力検出部と、
    前記力検出部を前記移動体に対して上下方向に移動させる駆動部と、を備え、
    前記制御部は、前記力検出部の検出値が目標値になるように、前記駆動部を制御する
    ことを特徴とする部品実装機。
  2. 装着ヘッドベースと、
    前記装着ヘッドベースに上下動可能に支持される移動体と、
    吸着ビット部と可動軸を有し、前記移動体に少なくとも上下動可能に支持され、前記吸着ビット部が部品を吸着する可動部と、
    支点を挟んだ一方において前記可動軸に係合して、前記可動部の重量もしくは前記可動部と前記吸着ビット部に吸着した部品との合計重量に基づいて、前記可動部の重量もしくは前記可動部と前記吸着ビット部に吸着した部品との合計重量の重力を補償する天秤機構と、
    前記可動部にかかる上下方向の力を検出する力検出部と、
    前記力検出部を前記移動体に対して上下方向に移動させる駆動部と、
    を備えることを特徴とする部品装着ヘッド。
  3. 可動部の吸着ビット部に吸着した部品を被実装対象体に搭載する工程において、前記可動部の重量もしくは前記可動部と前記吸着ビット部に吸着した部品との合計重量に基づいて、前記可動部の重量もしくは前記可動部と前記吸着ビット部に吸着した部品との合計重量の重力を補償するような力を、支点を挟んだ一方において前記可動部の可動軸に係合する天秤機構により前記可動部に作用させた状態で、前記可動部にかかる上下方向の力を検出する力検出部の検出値を、前記可動部を上下方向へ移動させることで目標値に制御しながら、部品を被実装対象体に搭載することを特徴とする部品装着方法。
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