JP5499480B2 - 電子部品実装装置およびピックアップヘッドの高さティーチング方法 - Google Patents

Description

本発明はボンディングヘッドとピックアップヘッドを備えた電子部品実装装置に関する。

電子部品の実装分野において、１つのヘッドが電子部品の吸着から実装までの全ての動作を行うのではなく、それぞれ役割を分担したピックアップヘッドとボンディングヘッドの２つのヘッドを用い、ピックアップヘッドが吸着した電子部品を中継テーブルまで運び、ボンディングヘッドが中継テーブル上の電子部品を再度吸着して基板に実装するように構成された電子部品実装装置がある（特許文献１参照）。
特開２００１−１５５３３号公報

電子部品実装装置では、ヘッドと中継テーブル等の作業ステージの高さを厳密に管理する必要があるので、ヘッドの高さを調整する制御系に各作業ステージの高さを認識させる高さティーチングと呼ばれる処理を行う必要がある。各作業ステージの高さは、ヘッドを作業ステージに対して下降させ、ヘッドの最下端にあるノズルが作業ステージに接触したことをセンサによって検出することにより求められる。従ってヘッドにはセンサを搭載するための空間が必要であり、その結果としてヘッドの外形が大きくなり、重量も増加することになる。ヘッドは、高速に移動することが要求され、さらに高い位置決め精度が要求される。ボンディングヘッドの場合、加熱ヒータや電子部品を基板に押し付けるための加圧機構等が備わっているため、さらにセンサを搭載することで移動性能や位置決め性能に影響を与えることは少ない。しかし電子部品の吸着のみを行うピックアップヘッドは小型軽量であるため、新たにセンサを搭載することで移動性能や位置決め性能の低下が顕著に現れやすい。

本発明は、センサを搭載しないヘッドの制御系に対する高さティーチングが可能な電子部品実装装置およびピックアップヘッドの高さティーチング方法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、ピックアップヘッドと、ボンディングヘッドと、前記ボンディングヘッドに搭載されて前記ボンディングヘッドとともに移動する移動センサと、前記ピックアップヘッドと前記ボンディングヘッドに共通の作業ステージと、前記ピックアップヘッドと前記ボンディングヘッドに対して不動であって投光側から受光側に向けて光を水平に投射し前記ピックアップヘッドと前記ボンディングヘッドによる遮光を検出する非接触センサである固定センサとを備え、前記移動センサを用いて前記ボンディングヘッドの高さ基点に対する前記作業ステージの高さを検出し、前記固定センサを用いて前記ボンディングヘッドの高さ基点に対する前記固定センサの高さを検出するとともに前記ピックアップヘッドの高さ基点に対する前記固定センサの高さを検出することで、前記ピックアップヘッドの高さ基点に対する前記作業ステージの高さを算出する。

請求項２に記載のピックアップヘッドの高さティーチング方法は、ピックアップヘッドと、ボンディングヘッドと、前記ボンディングヘッドに搭載されて前記ボンディングヘッドとともに移動する移動センサと、前記ピックアップヘッドと前記ボンディングヘッドに共通の作業ステージと、前記ピックアップヘッドと前記ボンディングヘッドに対して不動であって投光側から受光側に向けて光を水平に投射し前記ピックアップヘッドと前記ボンディングヘッドによる遮光を検出する非接触センサである固定センサとを備えた電子部品実装装置における前記ピックアップヘッドの高さティーチング方法であって、前記移動センサを用いて前記ボンディングヘッドの高さ基点に対する前記作業ステージの高さを検出し、前記固定センサを用いて前記ボンディングヘッドの高さ基点に対する前記固定センサの高さを検出するとともに前記ピックアップヘッドの高さ基点に対する前記固定センサの高さを検出することで、前記ピックアップヘッドの高さ基点に対する前記作業ステージの高さを算出する。

本発明は、ピックアップヘッドとボンディングヘッドに対して不動である固定センサを用い、ボンディングヘッドの高さ基点に対する固定センサの高さを検出するとともにピックアップヘッドの高さ基点に対する固定センサの高さを検出することで、移動センサを用いて検出したボンディングヘッドの高さ基点に対する作業ステージの高さから、ピックアップヘッドの高さ基点に対する作業ステージの高さを算出することができるので、ピックアップヘッドとボンディングヘッドの両方に移動センサを搭載する必要はなく、ピックアップヘッドにはセンサを搭載しなくても高さティーチングを行うことができる。

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ボンディング装置を示す図、図２は本発明の実施の形態の非接触センサを示す図、図３は本発明の実施の形態のボンディング装置の制御構成を示す図、図４は本発明の実施の形態のボンディング装置における高さティーチング方法を模式的に示す図、図５は本発明の実施の形態のボンディング装置における高さティーチングの作業の流れの一例を示すフローチャートである。

図１に示すボンディング装置１は、ウェハシート２から取り上げたチップ３を基板４に実装する装置である。ピックアップヘッド５は、エジェクタ６によって押し上げられたチップ３をウェハシート２から取り上げた後に中継テーブル７に一旦仮置きする。ボンディングヘッド８は中継テーブル７に仮置きされたチップ３を取り上げて基板４に実装する。ディスペンサ９は基板４にチップ３を接合するためのペースト接着剤を塗布する。ボンディングヘッド８は、塗布されたペースト接着剤の上にチップ３を載せる。

ボンディングヘッド８は昇降機１０によって鉛直方向において移動可能であるとともに水平移動機１１によって水平方向においても移動可能である（矢印Ａ）。ボンディングヘッド８は下端にチップ吸着用のノズル１２が装着されている。また、ノズル１２の先端（下端）が対象物に接触したことを検出するための接触センサ１３が内蔵されている。接触センサ１３はボンディングヘッド８の移動に伴って移動するセンサである。

ディスペンサ９は昇降機１４によって鉛直方向において移動可能であるとともに水平移動機１１によって水平方向においても移動可能である（矢印Ｂ）。ピックアップヘッド５は鉛直方向において移動可能であるとともに水平方向においても移動可能である（矢印Ｃ）。ピックアップヘッド５は下端にチップ吸着用のノズル１５が装着されている。

中継テーブル７は、水平移動機１１による移動方向と直交する方向に移動可能なテーブル１６に配置されている。テーブル１６には図２に示すようにテーブル１６の移動方向において中継テーブル７と並んでノズルストッカ１７が配置されている。ノズルストッカ１７には複数のノズル１８が所定の位置に配列されている。ノズル１８はピックアップヘッド５とボンディングヘッド８に装着されるノズル１２、１５の交換用のノズルであり、チップ３の種類に応じて適宜交換される。

中継テーブル７とノズルストッカ１７の間には非接触センサ１９が配置されている。非接触センサ１９は投光側１９ａから受光側１９ｂに向けて光を水平に投射する透過型のセンサであり、ノズル１２、１５の先端（下端）による遮光を検出する。非接触センサ１９は鉛直方向における位置が不動の固定センサである。

ボンディング装置１の制御構成を図３に示す。駆動部２０は、ピックアップヘッド５を鉛直方向において移動させるピックアップヘッド駆動モータ２１と、ボンディングヘッド８を鉛直方向において移動させるボンディングヘッド駆動モータ２２のエンコーダからパルス信号を受けて各ノズル１２、１５の高さ管理を行う。ピックアップヘッド５とボンディングヘッド８には、それぞれ高さ管理の基準となる高さ基点が予め定められている。

演算部２３はボンディングヘッド８およびピックアップヘッド５のそれぞれの高さの高さ基点に対する中継テーブル７およびノズルストッカ１７、エジェクタ６のそれぞれの高さを算出、ボンディングヘッド高さ記憶部２４に記憶させるという高さティーチングを行う。高さティーチング方法については図４を参照して説明する。

まずボンディングヘッド８の高さ検出機能を用いた中継テーブル７の高さティーチングついて説明する。ノズル１２の先端を高さ基点に合わせた高さからボンディングヘッド８を下降させ、中継テーブル７にノズル１２の先端を接触させる。ノズル１２の先端が中継テーブル７に接触すると、接触センサ１３から検出部２５に検出信号が送られ、演算部２３はボンディングヘッド駆動モータ２２のエンコーダの読みに基づいて高さ基点から中継テーブルまでの距離を算出する。この距離が高さ基点に対する中継テーブルの高さ（ＺＢ１）となる。高さデータはボンディングヘッド高さ記憶部２４に記憶される。ノズルストッカ１７やエジェクタ６についても同様の方法で高さ基点に対する高さ（ＺＢ２、ＺＢ３）を算出し、記憶させる。以上によりボンディングヘッド８の高さ基点に対する中継テーブル７およびノズルストッカ１７、エジェクタ６の高さティーチングが完了する。

演算部２３はさらに高さ基点に対する非接触センサ１９の高さも算出し、ボンディングヘッド高さ記憶部２４は算出された高さデータを記憶する。ノズル１２の先端を高さ基点に合わせた高さからボンディングヘッド８を下降させ、非接触センサ１９の投光側１９ａと受光側１９ｂの間にノズル１２の先端を進入させる。ノズル１２の先端がセンサ光を遮光すると、非接触センサ１９から検出部２５に検出信号が送られ、演算部２３はボンディングヘッド駆動モータ２２のエンコーダの読みに基づいて高さ基点から非接触センサ１９までの距離を算出する。この距離が高さ基点に対する非接触センサ１９の高さ（ＺＢ０）となる。

次にピックアップヘッド５の高さ基点に対する中継テーブル７等の高さティーチングついて説明する。先に説明したようにボンディングヘッド８には接触センサ１３が備わっているため、接触センサ１３による高さ検出機能を用いることで高さティーチングを行うことができる。しかし、ピックアップヘッド５にはこのようなセンサが備わっていないため、高さティーチングを直接的に行うことはできない。そのためピックアップヘッド５の高さティーチングは、ボンディングヘッド８の高さティーチングで算出した中継テーブル７等の高さ（ＺＢ１、ＺＢ２、ＺＢ３）を援用し、ピックアップヘッド５の高さの高さ基点に対する中継テーブル７等の高さ（ＺＰ１、ＺＰ２、ＺＰ３）を間接的に算出することで行う。

ピックアップヘッド５の高さ基点に対する中継テーブル７の高さ（ＺＰ１）は次にようにして算出する。まずピックアップヘッド５の高さ基点に対する非接触センサ１９の高さ（ＺＰ０）を算出し、ピックアップヘッド高さ記憶部２６に記憶する。この高さ（ＺＰ０）から中継テーブル７と非接触センサ１９との高さの差を引いた値が、ピックアップヘッ
ド５の高さ基点に対する中継テーブル７の高さ（ＺＰ１）となる。中継テーブル７と非接触センサ１９との高さの差は、ボンディングヘッド８の高さ基点に対する中継テーブルの高さ（ＺＢ１）とボンディングヘッド８の高さ基点に対する非接触センサ１９の高さ（ＺＢ０）との差（ΔＺＢ１＝ＺＢ１−ＺＢ０）として算出することができる。従って、ピックアップヘッド５の高さ基点に対する中継テーブル７の高さ（ＺＰ１）は、高さ基点が最上位にあることを考慮して、ＺＰ１＝ΔＺＢ１＋ＺＰ０という演算式で算出することができる。

ピックアップヘッド５の高さ基点に対するノズルストッカ１７の高さ（ＺＰ２）、同じくエジェクタ６の高さ（ＺＰ３）についても同様に算出することができ、それぞれＺＰ２＝ΔＺＢ２（ＺＢ２−ＺＢ０）＋ＺＰ０とＺＰ３＝ΔＺＢ３（ＺＢ３−ＺＢ０）＋ＺＰ０という演算式となる。

このようにセンサによる高さ検出機能を備えたボンディングヘッド８と、高さ検出機能を備えていないピックアップヘッドの高さティーチングにおいて、非接触センサ１９を両ヘッド５、８が共用することで、ボンディングヘッド８の高さティーチングで算出した中継テーブル７等の高さ（ＺＢ１、ＺＢ２、ＺＢ３）を援用してピックアップヘッド５の高さの高さ基点に対する中継テーブル７等の高さ（ＺＰ１、ＺＰ２、ＺＰ３）を間接的に算出することができる。従って、高さ検出用のセンサを備える必要がなくなったピックアップヘッド５の小型軽量化が可能となり、慣性マスの減少による位置決め精度の向上や耐久性の向上が実現できる。

高さティーチングによってボンディングヘッド高さ記憶部２４とピックアップヘッド高さ記憶部２６に記憶された高さデータは、ボンディング装置１のボンディングにおいてボンディングヘッド８とピックアップヘッド５の高さ管理に用いられる。例えば中継テーブル７に仮置きされているチップ３をノズル１２によって吸着する場合には、中継テーブル７の高さにチップ３の厚みを加えたものが吸着時の高さとなり、駆動部２０はノズル１２の下降速度や押し込み量等が最適なものとなるようにボンディングヘッド駆動モータ２２の駆動制御を行う。

図５に示すフローチャートに従って高さティーチングの作業の流れの一例を説明する。最初にボンディングヘッド８を非接触センサ１９の真上に移動させる（ＳＴ１）。その位置で下降させ、高さ基点に対する非接触センサ１９の高さ（ボンディングヘッド基準高さ：ＺＢ０）を算出する（ＳＴ２）。次にボンディングヘッド８の高さ検出機能を用いて中継テーブル７の高さティーチングを行う（ＳＴ３）。同様にノズルストッカ１７の高さティーチング（ＳＴ４）と、エジェクタ６の高さティーチングを行う（ＳＴ５）。

ボンディングヘッド８の高さティーチングが完了したら、基準高さ（ＺＢ０）と各ティーチング高さ（ＺＢ１、ＺＢ２、ＺＢ３）との差分（ΔＺＢ１、ΔＺＢ２、ΔＺＢ３）を算出する（ＳＴ６）。

次にピックアップヘッド５を非接触センサ１９の真上に移動させる（ＳＴ７）。その位置で下降させ、高さ基点に対する非接触センサ１９の高さ（ピックアップヘッド基準高さ：ＺＰ０）を算出する（ＳＴ８）。算出したピックアップヘッド基準高さ（ＺＰ０）とＳＴ６で算出した各差分データ（ΔＺＢ１、ΔＺＢ２、ΔＺＢ３）を用いてピックアップヘッド５の高さ基点に対する中継テーブル７等の高さ（ＺＰ１、ＺＰ２、ＺＰ３）を算出し、ピックアップヘッドの高さティーチングを行う（ＳＴ９）。

本発明はピックアップヘッドとボンディングヘッドを用いて電子部品の実装を行う実装
分野に有用である。

本発明の実施の形態のボンディング装置を示す図 本発明の実施の形態の非接触センサを示す図 本発明の実施の形態のボンディング装置の制御構成を示す図 本発明の実施の形態のボンディング装置における高さティーチング方法を模式的に示す図 本発明の実施の形態のボンディング装置における高さティーチングの作業の流れの一例を示すフローチャート

１ ボンディング装置
５ ピックアップヘッド
６ エジェクタ
７ 中継テーブル
８ ボンディングヘッド
１７ ノズルストッカ

Claims (2)

1. ピックアップヘッドと、ボンディングヘッドと、前記ボンディングヘッドに搭載されて前記ボンディングヘッドとともに移動する移動センサと、前記ピックアップヘッドと前記ボンディングヘッドに共通の作業ステージと、前記ピックアップヘッドと前記ボンディングヘッドに対して不動であって投光側から受光側に向けて光を水平に投射し前記ピックアップヘッドと前記ボンディングヘッドによる遮光を検出する非接触センサである固定センサとを備え、
   前記移動センサを用いて前記ボンディングヘッドの高さ基点に対する前記作業ステージの高さを検出し、前記固定センサを用いて前記ボンディングヘッドの高さ基点に対する前記固定センサの高さを検出するとともに前記ピックアップヘッドの高さ基点に対する前記固定センサの高さを検出することで、前記ピックアップヘッドの高さ基点に対する前記作業ステージの高さを算出することを特徴とする電子部品実装装置。
2. ピックアップヘッドと、ボンディングヘッドと、前記ボンディングヘッドに搭載されて前記ボンディングヘッドとともに移動する移動センサと、前記ピックアップヘッドと前記ボンディングヘッドに共通の作業ステージと、前記ピックアップヘッドと前記ボンディングヘッドに対して不動であって投光側から受光側に向けて光を水平に投射し前記ピックアップヘッドと前記ボンディングヘッドによる遮光を検出する非接触センサである固定センサとを備えた電子部品実装装置における前記ピックアップヘッドの高さティーチング方法であって、
   前記移動センサを用いて前記ボンディングヘッドの高さ基点に対する前記作業ステージの高さを検出し、前記固定センサを用いて前記ボンディングヘッドの高さ基点に対する前記固定センサの高さを検出するとともに前記ピックアップヘッドの高さ基点に対する前記固定センサの高さを検出することで、前記ピックアップヘッドの高さ基点に対する前記作業ステージの高さを算出することを特徴とするピックアップヘッドの高さティーチング方法。