JP5175815B2 - 電子部品実装処理装置及び実装処理方法並びに電子部品実装アライメント方法 - Google Patents

電子部品実装処理装置及び実装処理方法並びに電子部品実装アライメント方法 Download PDF

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本発明は、電子部品実装処理装置及び実装処理方法並びに電子部品実装アライメント方法に関し、特に電子部品を表示基板に高精度に実装可能な電子部品実装処理装置及び実装処理方法並びに電子部品実装アライメント方法に関するものである。
液晶ディスプレイ装置の製造工程には、液晶パネルを構成する表示基板(以下、単に基板という)にドライバICを搭載したテープキャリアパッケージ(TCP)、COG(Chip on glass) またはCOF(Chip on film)などの電子部品を搭載処理装置で実装する工程がある。この搭載工程に先立って、その搭載位置にACF(Anisotropic Conductive Film:異方性導電膜)を貼り付ける。ACFは、粘着性のある電気絶縁物質からなるバインダ樹脂に導電粒子を分散させたものであり、基板において、このACFを貼り付けた上から電子部品を接合させ、加熱下で圧着を行なうことによって、電子部品側の電極と基板側の電極とが導電粒子を介して電気的に接続される。
特に最近では、コストダウンを目的とした部材の高密度実装要求に伴い接続部の密度が高くなり、電子部品を基板に実装した際の電子部品側の隣接する電極間または基板側の隣接する電極間同士の短絡を防ぐため、あるいは、電子部品側の電極と基板側の電極との未接続を防ぐために、電子部品側の電極と基板側の電極との位置合わせ(アライメント)の要求精度も1桁のμmオーダーと高いものがある。
従来は、特許文献1に記載されているように、電子部品側の電極と基板側の電極の両端側にある対応したアライメントマークを離間した状態で同時撮像し、撮像結果に基づきアライメント行ない、その後電子部品を吸着保持した搭載ヘッドを離間距離だけ移動させ搭載処理をしている。
特開平9−45728号公報
しかしながら、特許文献1に開示する方法は、アライメントした後電子部品側を移動させるために移動機構の機械的精度による位置ズレが発生し、アライメント精度に与える影響が大きいものとなっている。
本発明は、上記の点を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、移動機構の機械的精度に影響を受けない電子部品実装アライメント方法を用い、信頼性の高い電子部品実装処理装置及び実装処理方法を提供することである。
本発明は、上記目的を達成するために、位置合せ対象である電子部品と表示基板の搭載位置とにそれぞれ設けたアライメントマークを撮像し、その撮像データに基づいて前記位置合せ対象をアライメントする際に、前記位置合せ対象のうち一方のアライメントマークを最初に撮像し、前記撮像したアライメントマークを有する一方の位置合せ対象と前記撮像した撮像手段とを一体にして前記表記基板と水平方向に他方の位置合せ対象の位置に移動し、前記他方の位置合せ対象のアライメントマークを撮像することを第1の特徴とする。
また、本発明は、上記目的を達成するために、第1の特徴に加え、前記一方の位置合せ対象は前記電子部品であることを第2の特徴とする。
さらに、本発明は、上記目的を達成するために、前記一方の位置合せ対象は前記搭載位置であることを第3の特徴とする。
また、本発明は、上記目的を達成するために、第1の特徴に加え、前記他方の位置合せ対象のアライメント撮像時には、前記一方の位置合せ対象のアライメントマークは前記撮像手段の焦点範囲外にいることを第4の特徴とする。
最後に、本発明は、上記目的を達成するために、第1の特徴に加え、前記アライメントマークと前記撮像手段との間の撮像光路にプリズムを設け、前記プリズムを前記一方の位置合せ対象と前記撮像手段とを一体に移動させることを第5の特徴とする。
本発明によれば、移動機構の機械的精度に影響を受けない電子部品実装アライメント方法を用い、信頼性の高い電子部品実装処理装置及び実装処理方法を提供できる。
本発明の一実施形態であるTCPを搭載する電子部品実装処理装置を示した図である。 基板のTCP搭載位置と、基板とTCPのアライメントマークを示した図である。 本実施形態の撮像部の構成と、本実施形態における移動機構の機械的精度に影響を受けない電子部品実装アライメント方法の考え方を示した図である。 TCPアライメントマークの撮像データを示した図である。 基板アライメントマークの撮像データと、TCPアライメントマークと基板アライメントマーク間の偏差量を示した図である。 本実施形態におけるアライメントフローを主体にした搭載ヘッド部による処理フローを示した図である。 図5における主要ステップにおけるTCP(搭載ヘッド部)、撮像部及び基板の関係を模式的に示した図である。 本実施形態において撮像光路形成部材を構成するプリズムの位置を上下する機構を撮像部に設けることで、異なる幅のTCPに対処できることを示した図である。 撮像光路形成部材において反射ミラーを用いない例を示した図である。 1台の撮像カメラでTCPあるいは基板にある2つのアライメントマークを撮像する構成を示した図である。 アライメントマークとしてTCP、基板に設けられた実リードの一端側に設けたそれぞれのダミーリードを用いた他の実施形態を示した図である。
以下、本発明の一実施形態を図1にTCPを搭載するTAB搭載処理装置100を例に説明する。TAB搭載処理装置100は、大別して、TCPを搭載ヘッド部30に供給する電子部品供給部10と、搭載ヘッド部30に供給されたTCPを基板1に搭載する電子部品搭載部20と、それらを全体的に制御する制御装置80から構成される。
電子部品供給部10はTCPを搭載ヘッド部30に供給する。そのために、電子部品供給部10は、TCPを有するTCPテープ5を供給する供給リール11と、TCPテープ5に積層されTCPを保護するセパレータ6を回収する回収リール12と、TCPテープやセパレータを搬送する複数のローラ13、TCPテープを移動させる駆動ギヤ16と、搬送されてきたTCPテープ5からTCPを打ち抜く金型14と、打ち抜かれたTCPテープを回収する回収ボックス15と、打ち抜かれたTCP7を吸着保持し、搭載ヘッド部30に渡す搬送ロボット17と、これ等を制御し制御装置の一部を構成する供給制御部81とを有する。
一方、電子部品搭載部20は、搬送ロボット17から渡されたTCP7を受け取り、図2に示すようにTCP7と基板1上にあるそれぞれのアライメントマーク7M、1Mを撮像し、TCP7と基板1との位置合わせをし、基板1の辺の沿って複数あるの搭載位置8にTCP7を搭載する。そのために、電子部品搭載部20は、TCPを吸着保持する搭載ヘッド部30と、搭載ヘッド部を基板1に搬送する搭載ヘッド部搬送部40と、図2に示すようにTCP7と基板1上にあるそれぞれのアライメントマーク7M、1Mを撮像する撮像部50と、撮像結果から搭載ヘッド部30を制御し、TCPと基板との位置合わせ、所謂アライメント処理やアライメントに必要な制御等を行なう制御装置80の一部を構成する処理制御部82から構成される。
搭載ヘッド部搬送部40は、搭載ヘッド部30を旋回する搭載ヘッド部旋回部41と紙面と垂直(X)方向、即ち後述するように、TCP7を搭載する基板1の辺に沿って移動する搭載ヘッド部辺移動部42とを有する。
搭載ヘッド部30は、TCP7を吸着保持する搭載ヘッド31、搭載ヘッドをX、Y方向に移動させるXY方向移動部32と、搭載ヘッドをZ方向に移動させるZ方向移動部33、搭載ヘッドをθ旋回させるθ旋回部34を有する。
撮像部50の構成を図3に示す。撮像部50は、照明手段51と、撮像手段(撮像カメラ)52と、照明光をアライメントマーク1M又は7Mに照射し、アライメントマーク像を撮像カメラに導くビームスプリッタ53B、反射ミラー53R及び三角形のプリズム53Pを有する撮像光路形成部材53と、撮像対象であるアライメントマークに焦点を合わせる後述する撮像部Z方向移動部54(図6参照)から構成される。
撮像部50は、図1に示すように、搭載ヘッド部30のXY方向移動部32、Z方向移動部33及びθ旋回部34によって搭載ヘッド31、即ち搭載ヘッド31に吸着保持されているTCP7と一体となって移動する。撮像部Z方向移動部54はθ旋回部34に接続され、TCP7と基板1のアライメントマーク7M、1Mに対する焦点合わせを搭載ヘッド31とは独立に制御できるようになっている。
処理制御部82は、次の主な処理を行なう。第1に撮像部50の撮像結果に基づいて、搭載ヘッド30のXY方向移動部32及びθ旋回部34を制御しアライメントを行なう。第2に、撮像部50のTCP7と基板1のアライメントマーク7M、1Mに対する焦点合わせ処理を行なう。第3にアライメント後のTCP7を基板1に搭載する実装処理を行なう。第4に、搭載ヘッド部搬送部40の搭載ヘッド辺移動部42を制御し、基板上の次の搭載位置に搭載ヘッド部30を移動させる。
次に、図3、図4を用いて、上記の構成における本実施形態の特徴の一つである移動機構の機械的精度に影響を受けない電子部品実装アライメント方法の考え方を説明する。
図3において、まず、2台の撮像カメラ52A、52Bの焦点をそれぞれ撮像するTCP7の両端側にある2つのTCPアライメントマーク7Mに合わせ、撮像し、図4A(a)、図4A(b)に示すそれぞれの撮像データを得る。その後、TCP7と撮像部50を一体にして基板1と水平方向に所定距離を移動させる。次に、撮像部50の焦点をTCPアライメントマーク7Mからずらし、基板1の基板アライメントマーク1Mに合わせ、撮像し、図4B(a)、図4B(b)に示す撮像カメラ52A、52Bの実線で示す撮像データを得る。それぞれの撮像カメラ52A、52Bにおいて、破線で示すTCPアライメントマーク像と実線で示す基板アライメントマーク像の中心位置の偏差量(ΔXA、ΔYA)(ΔXB、ΔYB)からアライメント補正量を求め、TCP7を移動させてアライメントする。
ここで、重要なことは、図4Aの撮像データを得た後、TCP7と撮像部50を一体にして基板1と水平方向に移動させることである。これによって、例え、移動機構によって位置ズレが発生してもTCP7も撮像部50も同じ位置ズレが発生する。即ち、撮像部50は移動機構の位置ズレに関係なくTCP7と相対的位置を保持したまま移動できる。そこで、撮像部50で基板アライメントマーク1Mを撮像しても、基板アライメントマーク1MとTCPアライメントマーク7Mは、撮像部50を介して移動機構の位置ズレに関係なくアライメントすることができる。
上記において、話を解り易くするために、TCP7と撮像部50を一体としたが、最終的には、撮像データに位置ズレの影響がなければよい。従って、図3においてアライメントマークを直接下から撮像する場合は、撮像光路形成部材53が必要ないので、TCP7と撮像光路形成部材53を一体に移動させることもない。また、照明手段を動かさず基板アライメントマーク1MとTCP7アライメントマーク7Mとの両方を照明できれば、
TCP7と照明手段を動かす必要がない。即ち、少なくとも、撮像手段52をTCP7と一体に動かせばよい。
また、アライメントは基板と平行な面で行なわれるので、撮像部とTCPとを前記平行な面に垂直な方向に対しては基本的には一体的に動かす必要がない。
この結果、少なくとも撮像手段とTCPを基板と水平方向に一体に移動させることで、移動機構の機械的精度に影響を受けないで、TCPを基板にアライメントし実装できる。
上記説明では、TCP7のアライメントマーク撮像した後基板のアライメントマークを撮像したのでTCP(搭載ヘッド)と撮像部50を一体にして移動させたが、逆に、基板のアライメントマークを撮像した後TCP7のアライメントマークを撮像する場合は基板1と撮像部50を一体に移動させる。即ち、移動させる方と撮像部50とを一体に移動させることによって、上記説明と同様な効果を得ることができる。
図1に示すTAB搭載処理装置を用いた電子部品実装アライメント方法について図5及び図6を用いて詳細に説明する。図5は図1の実施形態におけるアライメントフローを主体にした搭載ヘッド部30による処理フローを示し、図6は図5における主要ステップにおけるTCP7(搭載ヘッド部)、撮像部50及び基板1の関係を模式的に示した図である。
まず、搭載ヘッド31は電子部品供給部10からTCP7を受取る(Step1)。次に、搭載ヘッド部旋回部41(図1参照)及びXY方向移動部32により基板アライメントマーク1Mから一定距離L離れた位置に搭載ヘッド31を移動させる(Step2)。次に、TCPのアライメントマーク7Mに撮像カメラ52の焦点をあわせ、図4Aに示す画像データを取得する(Step3)(図6(a)の状態)。その後撮像カメラ52を撮像部Z方向移動部54によりZ方向に移動させ、TCPを撮像カメラ52の焦点範囲からずらす(Step4)(図6(b)の状態)。その後、TCP(搭載ヘッド)を撮像部50を一体にしてXY移動部32よりY方向に距離Lだけ移動させる。この移動距離Lは、移動後撮像カメラ52の撮像範囲に基板1のアライメントマーク1Mが入る距離とする(Step5)。その後、主として撮像部Z方向移動部54により撮像カメラ52移動させ、基板1のアライメントマーク1Mに撮像カメラ52の焦点をあわせ、図4Bの実線で示す画像データを取得する(Step6)(図6(c)の状態)。図4Bに示す偏差量(ΔXA、ΔYA)(ΔXB、ΔYB)からアライメント補正量であるTCP7(搭載ヘッド31)の補正移動量(ΔX、ΔY)及び補正旋回量Δθを算出する(Step7)。搭載ヘッド部30のXY方向移動部32とθ旋回部34をこの補正移動量及び補正旋回量を用いて移動し、アライメントを実施する(Step8)。この姿勢を保持したままTCP(搭載ヘッド)を下降させ基板1にTCP7を実装する(Step9)。全ての搭載位置に対して処理を終了させたかを判断し(Step10)、終了していなければ、搭載ヘッド部搬送部40の搭載ヘッド辺移動部42によって隣接する搭載位置に搭載ヘッド部を移動させ(Step11)、(Step1)に行く。終了していれば所定の位置戻り、基板の一辺の処理を終える。
上記の処理は一実施形態であって、様々な処理フローがある。
例えば、Step3(図6(a))からStep6(図6(c))に移る処理において、撮像部Z方向移動部54を下降させることなく単にY方向にL距離だけ移動させ、その後撮像部Z方向移動部54により撮像部50を下降させて、基板1のアライメントマーク1Mに撮像カメラ52の焦点をあわせてもよい。
また、Step2において基板アライメントマーク1Mから一定距離L離れた位置に搭載ヘッド31を移動させたが、必ずしも一定距離L離れた位置に移動させる必要もなく、基板アライメントマーク1Mから距離が認識できれば、認識した位置に移動し、その後認識した位置に基づきStep5を実施してもよい。
以上説明した実施形態によれば、TCP又は基板のアライメントメークを撮像し、その撮像したアライメントマークを有するTCP又は基板を撮像部と一体に基板と水平(Y)方向に移動させることで、その移動機構の有する機械的精度による位置ズレの影響を受けることなく、TCPと基板とのアライメントを高精度に実施でき、信頼性の高いTCP搭載実装処理装置又は処理方法を提供できる。
図7は上記実施形態において撮像光路形成部材53を構成するプリズム53Pの位置を上下する機構を撮像部に設けることで、異なる幅のTCPに対処できることを示した図である。プリズム53Pを上昇させ(TCPから離し)その下部で反射させると、TCPの両側にある2つのアライメントマーク間が長い幅の広いTCPに対応でき(図7(a))、逆にプリズム53Pを下降させ(TCPに近づけ)その上部で反射させると、TCPの両側にある2つのアライメントマーク間が短い幅の狭いTCPに対応でき(図7(b))。また、プリズムの代わりに撮像カメラ52側を移動させてもよい。
図8は撮像光路形成部材53において反射ミラー53Rを用いない例を示したもので、撮像カメラ52、照明手段51を図のようにプリズム53Pと直接関与するように配置してもよい。
今までの実施形態では2台の撮像カメラを用いていたが、図9は、プリズム55a〜55c又は反射ミラー(図示せず)を介して、照明光を分離することで1台の撮像カメラで、TCPあるいは基板にある2つのアライメントマークを撮像でき、アライメントを実施できる実施形態を示した図である。図9(a)はその構成を示し、図9(b)はそのときの図4Bに相当する撮像データを示した図である。
また、今までの実施形態ではTCPあるいは基板に設けられたアライメントマークによってアライメントを実施したが、図10(a)に示すTCP、基板に設けられた実リードRT、RPに設けたそれぞれのダミーリードDT,DPを用いて行なってもよい。この場合はアライメントを一台の撮像カメラで実施することができる。図10(b)は画像データの状況を示す。また図10(b)と図10(e)は、TCPと基板との間に位置ズレがないアライメント状態を示した図である。図10(c)、図10(d)及び図10(f)は、図10(e)に示す位置関係の基準にそれぞれ補正旋回量Δθ、補正移動量ΔX及び補正移動量ΔYを求める例を示したものである。
本実施形態においても、TCPのダミーリードDTを撮像した後、TCP(搭載ヘッド)と撮像部とを一体に移動し、さらにその後、基板のダミーリードDPを撮像し、アライメントを実施することで、移動機構の有する機械的精度による位置ズレの影響を受けることなく、TCPと基板とのアライメントを高精度に実施でき、信頼性の高いTCP搭載実装処理装置又は処理方法を提供できる。
1:表示基板(基板) 1M:基板アライメントマーク
7:TCP 7M:TCPアライメントマーク
10:電子部品供給部 11:供給リール 12:回収リール
14:金型 17:搬送ロボット 20:電子部品搭載部
30:搭載ヘッド部 31:搭載ヘッド 32:XY方向移動部
33:Z方向移動部 34:θ旋回部 40:搭載ヘッド部搬送部
41:搭載ヘッド部旋回部 42:搭載ヘッド部辺移動部
50:撮像部 51:照明手段 52:撮像手段(撮像カメラ)
53:撮像光路形成部材 53P:プリズム
54:撮像部Z方向移動部 80:制御装置 81:供給制御部
82:処理制御部 100:TAB搭載処理装置。

Claims (17)

  1. 位置合せ対象である電子部品と表示基板の搭載位置にそれぞれ設けられたアライメントマークを撮像する撮像手段を具備する撮像部と、その撮像したデータに基づいて前記位置合せ対象をアライメントし、前記電子部品を前記搭載位置に実装する処理制御部とを有する電子部品実装処理装置において、
    前記位置合せ対象のうち最初に撮像したアライメントマークを有する一方の位置合せ対象と前記撮像手段とを一体にして水平方向に他方の位置合せ対象の位置に移動させる移動手段を有することを特徴とする電子部品実装処理装置。
  2. 前記一方の位置合せ対象は前記電子部品であることを特徴とする請求項1に記載の電子部品実装処理装置。
  3. 前記一方の位置合せ対象は前記表示基板の搭載位置であることを特徴とする請求項1に記載の電子部品実装処理装置。
  4. 前記アライメントマークは、前記電子部品と前記表示基板の搭載位置の両端に設けられたマークであることを特徴とする請求項1に記載の電子部品実装処理装置。
  5. 前記アライメントマークは、前記電子部品と前記表示基板の搭載位置のそれぞれに設けられた接続リードのうち接続に関与しないダミーリードであることを特徴とする請求項1に記載の電子部品実装処理装置。
  6. 前記撮像部は前記両端に設けられた前記アライメントマークをそれぞれ撮像する2台の撮像手段を有することを特徴とする請求項4または5に記載の電子部品実装処理装置。
  7. 前記撮像部は前記位置合せ対象のそれぞれに設けられたアライメントマークを1台の撮像手段で撮像することを特徴とする請求項4又は5に記載の電子部品実装処理装置。
  8. 前記撮像部は前記アライメントマークと前記撮像手段との間の撮像光路に前記移動手段により前記一方の位置合せ対象と前記撮像手段と一体となって移動するプリズムを有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の電子部品実装処理装置。
  9. 前記アライメントマークが前記撮像手段の撮像範囲に入るように前記プリズムを移動させるプリズム移動手段を有することを特徴とする請求項8に記載の電子部品実装処理装置。
  10. 位置合せ対象である電子部品と表示基板とにそれぞれ設けたアライメントマークを撮像し、その撮像データに基づいて前記位置合せ対象をアライメントし、前記電子部品を前記表示基板に実装する電子部品実装処理方法において、
    前記位置合せ対象のうち最初に撮像したアライメントマークを有する一方の位置合せ対象と前記撮像した撮像手段とを一体にして前記表示基板と水平方向に他方の位置合せ対象の位置に移動し、前記他方の位置合せ対象のアライメントマークを撮像することを特徴とする電子部品実装処理方法。
  11. 前記一方の位置合せ対象は前記電子部品であることを特徴とする請求項10に記載の電子部品実装処理方法。
  12. 前記一方の位置合せ対象は前記表示基板であることを特徴とする請求項10に記載の電子部品実装処理方法。
  13. 前記他方の位置合せ対象のアライメント撮像時には、一方の位置合せ対象のアライメントマークは前記撮像手段の焦点範囲外にいることを特徴とする請求項10に記載の電子部品実装処理方法。
  14. 前記アライメントマークと前記撮像手段との間の撮像光路にプリズムを設け、前記プリズムを前記一方の位置合せ対象と前記撮像手段とを一体に移動させることを特徴とする請求項10に記載の電子部品実装処理方法。
  15. 位置合せ対象である電子部品と表示基板の搭載位置とにそれぞれ設けられたアライメントマークを撮像し、その撮像データに基づいて前記位置合せ対象をアライメントする電子部品実装アライメント方法において、
    前記位置合せ対象のうち最初に撮像したアライメントマークを有する一方の位置合せ対象と前記撮像した撮像手段とを一体にして前記表示基板と水平方向に他方の位置合せ対象の位置に移動し、前記他方の位置合せ対象のアライメントマークを撮像することを特徴とする電子部品実装アライメント方法。
  16. 前記他方の位置合せ対象のアライメント撮像時には、一方の位置合せ対象のアライメントマークは前記撮像手段の焦点範囲外にいることを特徴とする請求項15に記載の電子部品実装アライメント方法。
  17. 前記アライメントマークと前記撮像手段との間の撮像光路にプリズムを設け、前記プリズムを前記一方の位置合せ対象と前記撮像手段とを一体に移動させることを特徴とする請求項15に記載の電子部品実装アライメント方法。
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