JP5120205B2

JP5120205B2 - 電子部品実装装置

Info

Publication number: JP5120205B2
Application number: JP2008276396A
Authority: JP
Inventors: 勉平木
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2028-10-28
Also published as: JP2010108961A

Description

本発明は電子部品を中継テーブルに一旦仮置きした後に基板に搭載する電子部品実装装置に関する。

電子部品の実装において、一つのヘッドで電子部品のピックアップから基板への搭載までの全ての工程を実施するのではなく、電子部品をピックアップして中継テーブルに一旦仮置きするピックアップヘッドと、これを基板に搭載する実装ヘッドという役割を分担した二つのヘッドを独立して備えた構成の実装装置が存在する（特許文献１参照）。この実装装置では中継テーブルの上方にカメラが配置され、仮置きされた電子部品の位置や向きはこのカメラによる撮影画像によって確認される。

また、一つの実装装置で複数種類の電子部品を取り扱う場合、電子部品の種類に対応してノズル（コレット）を使い分ける必要があることから、従来、予めヘッドユニットに複数の種類の異なるコレットを装着しておき、必要に応じて使い分けるように構成された電子部品実装装置が提案されている（特許文献２参照）。
特開２００１−１５５３３号公報特開平１０−６４９３０号公報

ヘッドユニットはそれ自身が移動することでコレットに吸着した電子部品の移送を行う。そのため、ヘッドユニットに複数のコレットやそれぞれのコレットを上下動させるノズルシャフト等を備えることはヘッドユニットの大型化、高重量化による運動特性の悪化を招くことになる。これに対し、交換用のノズルをヘッドとは分離して保管しておき、ノズルの交換が必要になるとヘッドが保管場所に自走してノズルを装着するという構成が考えられる。この構成によればヘッドには一つのノズルしか装着されないので小型軽量化が実現できるが、今度はヘッドと交換用のノズルの位置合わせを行うためにノズルの位置を確認するためのカメラが必要となる。

本発明は、交換用のノズルの位置確認を既存のカメラで行うことができる電子部品実装装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の電子部品実装装置は、電子部品を吸着して取り出すピックアップヘッドと、取り出された電子部品を仮置きする中継テーブルと、仮置きされた電子部品を基板に実装する実装ヘッドと、前記ピックアップヘッドと前記実装ヘッドを第１の方向において水平移動させる水平移動装置と、前記ピックアップヘッドおよび前記実装ヘッドに装着する交換用のノズルを収納し、前記第１の方向と直交する第２の方向において前記中継テーブルの側方に配置されたノズル交換ユニットと、前記中継テーブルと前記ノズル交換ユニットを前記第２の方向において水平移動させる水平移動装置と、前記中継テーブルの鉛直上方に配置され、前記中継テーブルの上面に仮置きされた電子部品を撮像視野に収めるカメラを備え、前記ノズル交換ユニットに前記中継テーブルの上面と略同じ高さであって前記第２の方向に離れた位置に２つの認識マークを設けた。

請求項２に記載の電子部品実装装置は、請求項１に記載の電子部品実装装置であって、前記カメラで撮像した前記２つの認識マークの位置認識結果に基づいて前記ノズル交換ユ
ニットの位置および前記第２の方位に対する角度の補正値を計算し、前記ノズル交換ユニットに収納されている前記交換用のノズルと前記ピックアップヘッドおよび前記実装ヘッドの位置合わせを行う。

本発明によれば、１つのカメラの撮像視野や焦点距離を変えることなく中継テーブルに仮置きされた電子部品とノズル交換ユニットに設けられた２つの認識マークを撮像することができる。これにより用途毎に別のカメラを用意する必要はなく、またカメラに高精度の焦点調整機能を持たせる必要もないので、電子部品実装装置の製作費を抑制することができるとともに部品点数の削減による故障機会の低減や保守点検の簡素化を実現することができる。

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は本発明の実施の形態の電子部品実装装置の斜視図、図２は本発明の実施の形態の電子部品実装装置の正面図、図３は本発明の実施の形態のノズル交換ユニットの斜視図、図４、図５は本発明の実施の形態のノズル交換ユニットの平面図および側面図、図６はノズルの位置を確認する手順を示すフローチャート、図７はノズルの位置を確認する手順を説明するための図である。

最初に電子部品実装装置について図１、図２を参照して説明する。電子部品実装装置１は、２つのヘッド（ピックアップヘッド２と実装ヘッド３）を用いてチップ４を基板５に実装する動作を行う装置である。チップ４は薄いシリコンウェハを矩形の小片に個片化したものであり、伸縮性のウェハシート６に貼り付けられている。ウェハシート６は外縁を保持するウェハシートホルダ７によって外縁に向けて引き伸ばされている。これにより各チップの周りに適当な空間を形成し、周囲のチップと干渉することなく任意のチップ４をピックアップすることを可能にしている。

ウェハシート６の上面に貼り付けられているチップ４は下面側からエジェクタ装置８によって突き上げられ、ピックアップヘッド２によって上面が吸着される。チップ４の上面を吸着したピックアップヘッド２が上昇するとチップ４はウェハシート６の上面から剥離される。ピックアップヘッド２は鉛直移動装置９と水平移動装置１０によって鉛直方向と水平方向（第１の方向）の２方向に移動することが可能である。鉛直移動装置９の駆動制御によってウェハシート６に対するピックアップヘッド２の高さおよび中継テーブル１１に対する高さを調節し、水平移動装置１０の駆動制御によってピックアップしたチップ４を中継テーブル１１に移送する。チップ４をピックアップするときには、まずカメラ１２でチップ４を撮像し、撮像した画像の解析結果に基づいてチップ４の位置および向きを確認し、ピックアップヘッド２の位置および向きを補正した後にピックアップ動作を行う。

中継テーブル１１の上面はピックアップヘッド２がピックアップしたチップ４を仮置きする場所である。中継テーブル１１は移動テーブル２０の上部に配置されている。移動テーブル２０は水平移動装置２１によって第１の方向と水平面内で直交する第２の方向に移動するものであり、これに伴って中継テーブル１１は第２の方向に移動することが可能である。移動テーブル２０には中継テーブル１１の他にノズル交換ユニット２２とチップ回収箱２３が中継テーブル１１と第２の方向において並んで配置されている。ノズル交換ユニット２２にはピックアップヘッド２および実装ヘッド３に装着するためのノズルが収納されている。ノズルはチップ４の種類に応じた寸法や形状のものを使用しなければならないので、取り扱うチップ４の種類が変更されたときには、ピックアップヘッド２および実装ヘッド３がノズル交換ユニット２２まで移動してからノズル交換を行う。

チップ回収箱２３は不良チップを回収する場所である。中継テーブル１１に仮置きされ
たチップ４はカメラ２４によって撮影された画像の解析結果によって位置や向きが確認されるが、このときにチップ４に欠けや割れ等の破損が生じていることが確認されると不良チップとして回収し、生産工程から排除する。中継テーブル１１に仮置きされたチップ４が不良チップである場合には、移動テーブル２０を移動させ、移動テーブル２０の移動経路に配置されたクリーニングブラシ２５と中継テーブル１１とを相対的に移動させることによって中継テーブル１１の上面に置かれているチップ４をチップ回収箱２３に掃き落とす。

基板５は回路形成面を上向きにして基板テーブル３０に置かれている。基板テーブル３０は水平移動装置３１によって第２の方向に移動するものであり、これに伴って基板５は第２の方向に移動することが可能である。基板５の回路形成面にはチップ４を接合するためのペースト接着剤が塗布される。ペースト接着剤はディスペンサ３２に貯留されており、ディスペンサ３２から射出された適量のペースト接着剤が回路形成面に塗布される。ディスペンサ３２は鉛直移動装置３３と水平移動装置３４によって鉛直方向と水平方向（第１の方向）の２方向に移動することが可能である。鉛直移動装置３３の駆動制御によってディスペンサ３２の基板５に対する高さを調節し、２つの水平移動装置３１、３４の駆動制御によってペースト接着剤の塗布位置を調整する。この塗布位置はカメラ３５によって確認する。

実装ヘッド３は鉛直移動装置４１と水平移動装置４２によって鉛直方向と水平方向（第１の方向）の２方向に移動することが可能である。鉛直移動装置４１の駆動制御によって中継テーブル１１に対する実装ヘッド３の高さおよび基板５に対する実装ヘッド３の高さを調節し、水平移動装置４２の駆動制御によって中継テーブル１１に置かれたチップ４を基板５に移送し、ペースト接着剤が塗布された位置にチップ４を実装する。中継テーブル１１からチップ４をピックアップした実装ヘッド３はカメラ４３の上方を通過して基板５の上方に移動する。カメラ４３は上方を通過する実装ヘッド３に吸着されたチップ４を撮像する。実装ヘッド３は撮像された画像の解析結果に基づいてチップ４の位置および向きを補正した後に実装を行う。

次にノズル交換ユニット２２について図３、図４を参照して説明する。ノズル交換ユニット２２は移動テーブル２０上に中継テーブル１１とチップ回収箱２３と第２の方向において並列して配置されている。ノズル交換ユニット２２はノズル収納部５０とスライド蓋５１を備えている。ノズル収納部５０には第１の方向に２列、第２の方向に１２列の合計２４箇所のノズルストック穴５２が設けられており、これらのノズルストック穴５２にノズル５３が下向きの姿勢で収納されている。スライド蓋５１はノズル収納部５０の上部に第２の方向にスライド可能に装着されている。スライド蓋５１にはノズル収納部５０からノズル５３を取り出すことが可能な大きさの開口が設けられた部分Ａと、不可能な大きさの開口が設けられた部分Ｂとが第２の方向において交互に配置されている。スライド蓋５１をスライドさせることでノズル収納部５０に収納されたノズル５３を取り出し可能もしくは不可能な状態に切り替えることができる。

ノズル５３の上端部はピックアップヘッド２や実装ヘッド３の下端部と着脱自在であり、ノズル５３を装着するときはピックアップヘッド２や実装ヘッド３を下降させて下端部にノズル５３の上端部を装着する。ピックアップヘッド２や実装ヘッド３に既に装着されているノズルを取り外すときには、当該ノズルをノズルストック穴５２に収めた後にスライド蓋５１をスライドさせてノズルの取り出しが不可能な状態に切り替える。ピックアップヘッド２や実装ヘッド３を上昇させると当該ノズルはスライド蓋５１（部分Ｂ）と干渉し、ピックアップヘッド２や実装ヘッド３から外れる。

ノズル交換ユニット２２には２つの認識マーク５４、５５が設けられている。第１の認
識マーク５４は中継テーブル１１側の端部近くに設けられ、第２の認識マーク５５は反対側の端部寄りに設けられている。これらの認識マーク５４、５５は、カメラ２４の撮像視野の中心位置Ｃと第２の方向において同一直線上に配置されている。また中継テーブル１１の上面と略同じ高さに配置されている。カメラ２４の撮像視野の中心位置Ｃは中継テーブル１１の上面の略中央に設定されている。この中心位置Ｃはピックアップヘッド２によってピックアップされたチップ４が仮置きされる位置である。

認識マーク５４、５５はスライド蓋５１ではなく移動テーブル２０に固定されたノズル収納部５０に設けられる。例えば図４に示すように中継テーブル１１がスライド蓋５１より高い場合は、中継テーブル１１の上面と同じ高さとなるピン５６をノズル収納部５０の上部に装着し、そのピン５６の先端（上端）に特徴的な形状の認識マーク５４、５５を設け、スライド蓋５１にはスライド方向（第２の方向）に長い開口５７を設け、スライドするときにピン５６と干渉しないようにする。ピンの先端自身を認識マークとしてもよい。

なお、図５に示すように中継テーブル１１がノズル収納部５０と略同じ高さの場合は、ノズル収納部５０の上部に認識マーク５４、５５を直接設置してもよい。スライド蓋５１には認識マーク５４、５５を撮像するために必要なだけの面積の開口５８を設ける。

図６にノズルの位置を確認する手順を示す。最初にノズル交換ユニット２２を移動させ、カメラ２４の真下に第１の認識マーク５４を位置させる（ＳＴ１、図７（ａ）参照）。次にカメラ２４で第１の認識マーク５４を撮像し、カメラ２４の撮像視野の中心に対する第１の認識マーク５４の位置を認識する（ＳＴ２）。再びノズル交換ユニット２２を移動させ、今度はカメラ２４の真下に第２の認識マーク５５を位置させる（ＳＴ３、図７（ｂ）参照）。次にカメラ２４で第２の認識マーク５５を撮像し、カメラ２４の撮像視野の中心に対する第２の認識マーク５５の位置を認識する（ＳＴ４）。

２つの認識マーク５４、５５の位置認識結果からノズル交換ユニット２２の正規の位置および角度（第２の方向に対する傾き）に対する補正値を計算する（ＳＴ５）。ノズル交換ユニット２２における各ノズルストック穴５２の位置は、認識マーク５４、５５に対する位置によって既知であるので、補正値を勘案すれば各ノズルストック穴５２の位置を正確に把握することができる。その結果、ピックアップヘッド２や実装ヘッド３の下端部をノズルストック穴５２に収納されているノズル５３の上端部の真上に正確に位置合わせすることができるので、ノズル５３を確実に装着することができる。ノズルの取り外しについても同様である。

カメラ２４は本来的には中継テーブル１１に置かれたチップ４の位置認識に用いられるものであるが、ノズル交換ユニット２２の２つの認識マーク５４、５５をチップ４が置かれる高さと略同じ高さに配置し、それぞれがカメラ２４の真下に移動するように構成することで、カメラ２４の撮像視野や焦点距離を変えることなく交換用のノズル５３の位置認識にも用いることができるようになった。これにより用途毎に別のカメラを用意する必要はなく、またカメラ２４に高精度の焦点調整機能を持たせる必要もないので、電子部品実装装置１の製作費を抑制することができるとともに部品点数の削減による故障機会の低減や保守点検の簡素化を実現することができる。

本発明はペースト接着剤を塗布した基板に電子部品を実装する分野で有用である。

本発明の実施の形態の電子部品実装装置の斜視図本発明の実施の形態の電子部品実装装置の正面図本発明の実施の形態のノズル交換ユニットの斜視図本発明の実施の形態のノズル交換ユニットの平面図および側面図本発明の実施の形態のノズル交換ユニットの平面図および側面図ノズルの位置を確認する手順を示すフローチャートノズルの位置を確認する手順を説明するための図

符号の説明

１電子部品実装装置
２ピックアップヘッド
３実装ヘッド
４チップ
５基板
１０水平移動装置
１１中継テーブル
２１水平移動装置
２２ノズル交換ユニット
２４カメラ
４２水平移動装置
５３ノズル
５４第１の認識マーク
５５第２の認識マーク

Claims

電子部品を吸着して取り出すピックアップヘッドと、
取り出された電子部品を仮置きする中継テーブルと、
仮置きされた電子部品を基板に実装する実装ヘッドと、
前記ピックアップヘッドと前記実装ヘッドを第１の方向において水平移動させる水平移動装置と、
前記ピックアップヘッドおよび前記実装ヘッドに装着する交換用のノズルを収納し、前記第１の方向と直交する第２の方向において前記中継テーブルの側方に配置されたノズル交換ユニットと、
前記中継テーブルと前記ノズル交換ユニットを前記第２の方向において水平移動させる水平移動装置と、
前記中継テーブルの鉛直上方に配置され、前記中継テーブルの上面に仮置きされた電子部品を撮像視野に収めるカメラ、
を備え、
前記ノズル交換ユニットに前記中継テーブルの上面と略同じ高さであって前記第２の方向に離れた位置に２つの認識マークを設けたことを特徴とする電子部品実装装置。
前記カメラで撮像した前記２つの認識マークの位置認識結果に基づいて前記ノズル交換ユニットの位置および前記第２の方位に対する角度の補正値を計算し、前記ノズル交換ユニットに収納されている前記交換用のノズルと前記ピックアップヘッドおよび前記実装ヘッドの位置合わせを行うことを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装装置。