JP5688558B2

JP5688558B2 - Ｌｅｄユニット製造装置およびｌｅｄユニット製造方法

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Publication number: JP5688558B2
Application number: JP2010273163A
Authority: JP
Inventors: 守内田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2030-12-08
Also published as: JP2012124295A

Description

本発明は、基板に複数のＬＥＤ素子を実装して成るＬＥＤユニットを製造するＬＥＤユニット製造装置およびＬＥＤユニット製造方法に関するものである。

近年、各種の照明装置の光源として、消費電力が少なく長寿命であるという優れた特性を有するＬＥＤ（発光ダイオード）が、広範囲で用いられるようになっている。光源装置として用いられるＬＥＤユニットは、複数のＬＥＤ素子を基板に実装して構成されており、このＬＥＤユニットの製造に際しては、ＬＥＤ素子供給部から実装ヘッドによってＬＥＤ素子を順次取り出し、基板に実装する。ＬＥＤ素子は複数素子をウェハ上に一括して作り込む製造過程を経ており、この製造過程における種々の誤差要因、例えばウェハにおける膜形成時の組成の不均一などに起因して、ウェハ状態から個片に分割されたＬＥＤ素子には、発光特性にばらつきが生じることが避けられない。このため、複数のＬＥＤ素子を基板に実装してＬＥＤユニットを製造する際には、従来よりこのような発光特性が異なる複数のＬＥＤ素子を適切に組み合わせることにより、製品としてのＬＥＤユニットの発光特性を極力均一にするようにしている（例えば特許文献１参照）。この特許文献例に示す先行技術においては、色度座標によってランク分けされた複数の母集団からＬＥＤ素子（ＬＥＤ発光要素）を少なくとも１個づつ抽出して組み合わせられる複数のＬＥＤ素子によってＬＥＤユニットを構成するようにした例が記載されている。

特開２００９−１５８９０３号公報

ＬＥＤ素子の製造過程においては、上述の発光特性のみならず、電気的特性のばらつきも不可避的に発生する。そしてこの電気的特性が類似したＬＥＤ素子によってＬＥＤユニットを構成すると、製品としてのＬＥＤユニットの消費電力などの電気的特性が偏ったものとなり、製品品質のばら付きを招く。しかしながら上述の先行技術例を含め、従来技術においては複数のＬＥＤ素子を組み合わせるに際し、発光特性についての適正な組み合わせについては考慮されるものの、電気的特性については考慮の対象とされていなかった。このため、色調についてはばらつきが少ないものの、明るさや消費電力についてのばらつきが避け難く、製品品質上の改善が求められていた。

また従来技術においては、単一の基板に複数のＬＥＤ素子を組み合わせて実装する工程において、個々の基板に対応して複数のＬＥＤ素子を組み合わせに応じた順序で予めＬＥＤ素子を並び替える、いわゆるソーティング作業が必要とされる場合が多かった。このためソーティング作業のための作業負荷が増大するとともに、ＬＥＤ素子のピックアップミスなどの動作エラーが生じた場合には、実装順序に狂いが生じて作業を正常に継続することができず、作業中断によるロスを余儀なくされて作業効率の向上が困難であった。このように、従来技術においては、発光特性や電気的特性を含めて製品品質を均一化することに加えて、作業効率の向上が困難であるという課題があった。

そこで本発明は、発光特性や電気的特性を含めた製品品質の均一化および作業効率の向上を実現することができるＬＥＤユニット製造装置およびＬＥＤユニット製造方法を提供することを目的とする。

本発明のＬＥＤユニット製造装置は、ＬＥＤ素子供給部から取り出した複数のＬＥＤ素子を基板に実装して成るＬＥＤユニットを製造するＬＥＤユニット製造装置であって、前記ＬＥＤ素子供給部における複数のＬＥＤ素子の配列位置を示す素子位置情報と前記複数のＬＥＤ素子の発光特性を個別にランク分けした発光特性情報および前記複数のＬＥＤ素子の電気的特性を個別にランク分けした電気的特性情報とを関連づけたマップデータを記憶するマップデータ記憶部と、前記基板におけるＬＥＤ素子の個別の実装位置を示す実装位置情報と各実装位置に実装されるべきＬＥＤ素子の前記発光特性情報および前記電気的特性情報とを関連づけたＬＥＤ実装データを作成するＬＥＤ実装データ作成処理部と、作成された前記ＬＥＤ実装データを記憶する実装データ記憶部と、前記ＬＥＤ素子供給部から取り出した複数のＬＥＤ素子を基板に実装する素子実装動作を実行する素子実装機構と、この素子実装機構を制御する実装制御部とを備え、前記ＬＥＤ実装データ作成処理部は、同一のＬＥＤユニットを形成する複数のＬＥＤ素子の電気的特性のランクを示す数値の合計値が同一の基板に形成される複数のＬＥＤユニットについてほぼ等しい値となるように、複数のＬＥＤ素子の組み合わせを前記マップデータから選定することにより、前記基板に実装される複数のＬＥＤ素子の電気的特性のランクの組み合わせにより実現されるＬＥＤユニットの電気的特性のばらつきが、各ＬＥＤユニットについて所定の許容範囲内に収まり、かつ、前記基板に実装される複数のＬＥＤ素子の発光特性のランクの組み合わせにより実現されるＬＥＤユニットの発光特性のばらつきが、各ＬＥＤユニットについて所定の許容範囲内に収まるように、前記ＬＥＤ実装データを作成し、前記実装制御部は、前記ＬＥＤ実装データを参照して、前記基板におけるＬＥＤ素子の実装位置毎に当該実装位置に実装されるべきＬＥＤ素子について指定される発光特性のランクおよび電気的特性のランクを読み出し、前記実装されるべきＬＥＤ素子の発光特性および電気的特性のランクに適合するＬＥＤ素子を前記マップデータを参照することにより選定し、前記選定されたＬＥＤ素子を前記ＬＥＤ素子供給部からピックアップして前記基板の前記実装位置に実装する。

本発明のＬＥＤユニット製造方法は、ＬＥＤ素子供給部から取り出した複数のＬＥＤ素子を基板に実装して成るＬＥＤユニットを製造するＬＥＤユニット製造方法であって、前記ＬＥＤ素子供給部における複数のＬＥＤ素子の配列位置を示す素子位置情報と前記複数のＬＥＤ素子の発光特性を個別にランク分けした発光特性情報および前記複数のＬＥＤ素子の電気的特性を個別にランク分けした電気的特性情報とを関連づけてマップデータとして記憶させるマップデータ記憶工程と、前記基板におけるＬＥＤ素子の個別の実装位置を示す実装位置情報と各実装位置に実装されるべきＬＥＤ素子の前記発光特性情報および前記電気的特性情報とを関連づけたＬＥＤ実装データを作成するＬＥＤ実装データ作成工程と、前記ＬＥＤ実装データを記憶させる実装データ記憶工程と、前記ＬＥＤ実装データを参照して、前記基板におけるＬＥＤ素子の実装位置毎に当該実装位置に実装されるべきＬＥＤ素子について指定される発光特性のランクおよび電気的特性のランクを読み出す実装データ読み出し工程と、前記実装されるべきＬＥＤ素子の発光特性および電気的特性のランクに適合するＬＥＤ素子を前記マップデータを参照することにより選定するＬＥＤ素子選定工程と、前記選定されたＬＥＤ素子を前記ＬＥＤ素子供給部からピックアップして前記基板の前記実装位置に実装する素子実装工程とを含み、前記ＬＥＤ実装データ作成工程において、同一のＬＥＤユニットを形成する複数のＬＥＤ素子の電気的特性のランクを示す数値の合計値が同一の基板に形成される複数のＬＥＤユニットについてほぼ等しい値となるように、複数のＬＥＤ素子の組み合わせを前記マップデータから選定することにより、前記基板に実装される複数のＬＥＤ素子の電気的特性のランクの組み合わせにより実現されるＬＥＤユニットの電気的特性のばらつきが、各ＬＥＤユニットについて所定の許容範囲内に収まり、かつ、前記基板に実装される複数のＬＥＤ素子の発光特性のランクの組み合わせにより実現されるＬＥＤユニットの発光特性のばらつきが、各ＬＥＤユニットについて所定の許容範囲内に収まるように、前記ＬＥＤ実装データを作成する。

本発明によれば、ＬＥＤ素子供給部における複数のＬＥＤ素子の配列位置を示す素子位置情報と発光特性情報および電気的特性情報とを関連づけてマップデータとして記憶させ、さらに基板におけるＬＥＤ素子の個別の実装位置を示す実装位置情報と各実装位置に実装されるべきＬＥＤ素子の発光特性情報および電気的特性情報とを関連づけるとともに、同一のＬＥＤユニットを形成する複数のＬＥＤ素子の電気的特性のランクを示す数値の合計値が同一の基板に形成される複数のＬＥＤユニットについてほぼ等しい値となるように、複数のＬＥＤ素子の組み合わせを前記マップデータから選定することにより、基板に実装される複数のＬＥＤ素子の電気的特性のランクの組み合わせにより実現されるＬＥＤユニットの電気的特性のばらつきが、各ＬＥＤユニットについて所定の許容範囲内に収まり、かつ、基板に実装される複数のＬＥＤ素子の発光特性のランクの組み合わせにより実現されるＬＥＤユニットの発光特性のばらつきが、各ＬＥＤユニットについて所定の許容範囲内に収まるようにＬＥＤ実装データを作成してＬＥＤ実装データとして記憶させておき、基板へのＬＥＤ素子実装に際して、ＬＥＤ実装データを参照して基板におけるＬＥＤ素子の実装位置毎に当該実装位置に実装されるべきＬＥＤ素子について指定される発光特性のランクおよび電気的特性のランクを読み出し、実装されるべきＬＥＤ素子の発光特性および電気的特性のランクに適合するＬＥＤ素子をマップデータを参照することにより選定し、次いで選定されたＬＥＤ素子をＬＥＤ素子供給部からピックアップして基板の前記実装位置に実装することにより、発光特性や電気的特性の異なるＬＥＤ素子を適切に組み合わせて発光特性のみならず電気的特性をも含めた製品品質の均一化を可能とするとともに、動作エラー発生時の対処を容易にして作業効率の向上を実現することができる。

本発明の一実施の形態のＬＥＤユニット製造装置の全体斜視図本発明の一実施の形態のＬＥＤユニット製造装置の部分斜視図本発明の一実施の形態のＬＥＤユニット製造装置の正面図本発明の一実施の形態のＬＥＤユニット製造装置の制御系の構成を示すブロック図本発明の一実施の形態のＬＥＤユニット製造方法におけるマップデータの説明図本発明の一実施の形態のＬＥＤユニット製造方法におけるマップデータの説明図本発明の一実施の形態のＬＥＤユニット製造方法におけるＬＥＤ実装データの説明図本発明の一実施の形態のＬＥＤユニット製造方法におけるＬＥＤ実装データの説明図本発明の一実施の形態のＬＥＤユニット製造方法を示すフロー図

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して、ＬＥＤユニット製造装置１の全体構成を説明する。ＬＥＤユニット製造装置１はＬＥＤ素子供給部から取り出した複数のＬＥＤ素子を基板に実装して成るＬＥＤユニットを製造する機能を有するものである。本実施の形態においては、それぞれが１つのＬＥＤユニットに対応する複数の単位実装区画７ａに区分された基板７（図２，図８参照）を対象としてＬＥＤ素子の実装作業を行う。

図１において基台２上には、部品供給ステージ３、ユニット集合ステージ４および基板保持ステージ５がＹ方向に配列されている。部品供給ステージ３に備えられたウェハ保持テーブル３ａには、実装対象となる複数のＬＥＤ素子６ａが作り込まれたウェハ状集合体であるＬＥＤウェハ６が保持されている。ＬＥＤユニットを製造するための素子実装作業においては、このＬＥＤウェハ６によってＬＥＤ素子６ａが、以下に説明する構成の素子実装機構に供給される。したがって、ＬＥＤウェハ６を保持した部品供給ステージ３は、ＬＥＤ素子６ａを供給するＬＥＤ素子供給部となっている。

ユニット集合ステージ４は、直動機構（図２，３に示すＸ軸移動機構４０参照）によってＸ方向に往復動する移動テーブル４ａに、後述するツールストッカ１５、部品回収部１６，較正基準マーク１７，中継ステージ１８、部品認識カメラ２３などの機能ユニットを集合的に配設した構成となっている。基板保持ステージ５は、基板７を保持する基板保持テーブル５ａをＸＹテーブル機構５３（図３参照）によって水平駆動する構成となっており、基板７にはＬＥＤ素子６ａが実装される。

部品供給ステージ３、ユニット集合ステージ４および基板保持ステージ５の上方には、基台２のＸ方向の端部に位置して、Ｙ軸フレーム８が支持ポスト８ａによって両端部を支持されてＹ方向に架設されている。Ｙ軸フレーム８の前面には、以下に説明する実装ヘッド１１をリニアモータ駆動によりＹ方向に案内して駆動するヘッド移動機構９が組み込まれている。実装ヘッド１１にはＬＥＤ素子６ａを保持して基板７に搭載する機能を有する搭載ユニット１９が装着されている。部品供給ステージ３、基板保持ステージ５の上方には、位置認識のために第１カメラ２１、第２カメラ２２が配設されている。第１カメラ２１は部品供給ステージ３において取り出し対象のＬＥＤ素子６ａを撮像する。第２カメラ２２は、基板保持ステージ５に保持された基板７を撮像して素子実装位置を認識する。またユニット集合ステージ４に配設された部品認識カメラ２３は、部品供給ステージ３から取り出されて実装ヘッド１１に保持されたＬＥＤ素子６ａを下方から撮像する。

次に、図２，図３を参照して各部の構造を説明する。部品供給ステージ３はＸＹテーブル機構３１を備えており、ＸＹテーブル機構３１の上面に装着された水平な移動プレート３２には、複数の支持部材３３が立設されている。支持部材３３は、上面にＬＥＤウェハ６が装着保持されるウェハ保持テーブル３ａを支持している。ＬＥＤウェハ６はウェハシート６ｂに複数のＬＥＤ素子６ａを所定配列で貼着した構成となっている。ウェハシート６ｂには、能動面を上向きにしたフェイスアップ姿勢で個片に分割された状態の複数のＬＥＤ素子６ａが貼着保持されている。

部品供給ステージ３には、ＬＥＤウェハ６からＬＥＤ素子６ａをピックアップするためのピックアップ作業位置［Ｐ１］が設定されている。第１カメラ２１の位置はピックアップ作業位置［Ｐ１］に対応しており、第１カメラ２１によってＬＥＤウェハ６を撮像した撮像結果を認識処理することにより、ピックアップ対象のＬＥＤ素子６ａの位置が検出される。ウェハ保持テーブル３ａの内部においてピックアップ作業位置［Ｐ１］に対応する位置には、エジェクタ機構３４が配設されている。エジェクタ機構３４は、ウェハシート６ｂの下面側からＬＥＤ素子６ａをピンで突き上げることにより、ＬＥＤ素子６ａのウェハシート６ｂからの剥離を促進する機能を有している。ＬＥＤ素子６ａの取り出し時にエジェクタ機構３４を昇降させてウェハシート６ｂの下面に当接させることにより、後述するピックアップヘッド１４によるＬＥＤ素子６ａのウェハシート６ｂからの取り出しを容易に行うことができる。

部品取り出し動作においては、ＸＹテーブル機構３１を駆動してウェハシート６ｂをＸＹ方向に水平移動させる（矢印ａ）ことにより、ウェハシート６ｂに貼着された複数のＬＥＤ素子６ａのうち、取り出し対象となる所望のＬＥＤ素子６ａをピックアップ作業位置［Ｐ１］に位置させる。なおここでは、部品供給ステージ３として、ウェハシート６ｂに貼着されたウェハ状態の部品を供給する方式のウェハテーブルを用いる例を示したが、複数の部品を所定の平面配列で供給する部品トレイを、ウェハテーブルと交換自在に部品供給ステージ３に配置するようにしてもよい。

部品供給ステージ３の上方には、ＬＥＤ素子６ａを吸着して保持するピックアップノズル１４ａを備えたピックアップヘッド１４が配設されている。ピックアップヘッド１４はピックアップアーム１３ａによって保持されており、ピックアップアーム１３ａは、Ｙ軸フレーム８の下面に縣吊して配置されたピックアップヘッド移動機構１３から、部品供給ステージ３の上方に延出して設けられている。ピックアップヘッド移動機構１３を駆動することにより、ピックアップアーム１３ａはＸＹＺ方向に移動する（矢印ｂ）とともに、Ｘ方向の軸廻りに回転する（矢印ｃ）。

これにより、ピックアップヘッド１４は部品供給ステージ３の上方とユニット集合ステージ４の上方との間でＹ方向に移動するとともに、Ｘ方向に進退する。この動作により、ピックアップヘッド１４は、部品供給ステージ３からＬＥＤ素子６ａをピックアップして、ユニット集合ステージ４に設けられた中継ステージ１８に移送する動作を行う。実装ヘッド１１の搭載ユニット１９へ受け渡す部品受渡し位置［Ｐ２］に移動する。このときピックアップアーム１３ａを回転させてピックアップヘッド１４を反転させることにより、ピックアップノズル１４ａに保持したＬＥＤ素子６ａの姿勢を表裏反転させることが可能となっている（図３参照）。

図３に示すように、ユニット集合ステージ４および基板保持ステージ５は、ベースプレート５２の上面に設けられており、ベースプレート５２は基台２の上面に立設された複数の支持ポスト５１によって下方から支持されている。ここでユニット集合ステージ４の詳細構造について説明する。Ｘ軸移動機構４０は、移動テーブル４ａをＸ方向に移動させる機能を有しており、ベース部４１に以下に説明する機構要素を配設して構成されている。ベース部４１の上面にはＸ方向にガイドレール４２ａが配設されており、ガイドレール４２ａにスライド自在に嵌合したスライダ４２ｂは、移動テーブル４ａの下面に固着されている。

図２に示すように、ベース部４１の端部に立設されたブラケット４３には、モータ（図示省略）によって回転駆動される送りねじ４４が軸支されている。送りねじ４４は移動テーブル４ａの下面に結合されたナット部材（図示省略）に螺合しており、送りねじ４４が正逆方向に回転することにより、移動テーブル４ａはＸ方向に往復移動する（矢印ｇ）。これにより、移動テーブル４ａに配設された以下の機能ユニットを一体的にＸ方向に移動させることができ、これらの機能ユニットを実装ヘッド１１がアクセス可能な領域に位置させることが可能となっている。

移動テーブル４ａには、ツールストッカ１５、部品回収部１６、較正基準マーク１７、中継ステージ１８および部品認識カメラ２３が集合的に配設されている。ツールストッカ１５には、搭載ユニット１９に装着される部品保持ノズル１９ａなど、部品種に応じて交換されて使用される複数の作業ツールが各部品種毎に収納される。個々に収納される作業ツールには、ピックアップヘッド１４に装着されるピックアップノズル１４ａ、そしてツールストッカ１５を実装ヘッド１１、ピックアップヘッド１４がアクセス可能な領域に移動した状態において、実装ヘッド１１、ピックアップヘッド１４をユニット集合ステージ４に移動させることにより、搭載ユニット１９に装着される部品保持ノズル１９ａ、ピックアップヘッド１４に装着されるピックアップノズル１４ａを、対象とする部品種に応じたものに交換することができるようになっている。

部品回収部１６は、部品供給ステージ３から取り出された後に、不良部品や混入した異種部品など基板７への実装が不適と判断された部品を廃棄回収する機能を有している。較正基準マーク１７は、Ｘ軸移動機構４０を継続して駆動する際に熱伸縮によって生じる機構的な位置誤差を、上方に配設された第２カメラ２２によって撮像して較正するために設けられた基準マークである。中継ステージ１８には、部品供給ステージ３からピックアップヘッド１４によって取り出されたＬＥＤ素子６ａが必要に応じて載置される。部品認識カメラ２３は撮像面を中継ステージ１８に隣接させて配置されており、同様にＸ軸移動機構４０を駆動することにより、部品認識カメラ２３の撮像面を部品受渡し位置［Ｐ２］に位置させることができる。部品認識カメラ２３は、部品供給ステージ３からピックアップヘッド１４によってピックアップされ、実装ヘッド１１に受け渡されたＬＥＤ素子６ａを下方から認識する場合に用いられる。

基板保持ステージ５は、ＸＹテーブル機構５３上に基板７を保持する基板保持テーブル５ａを設けた構成となっている。基板７は、それぞれが１つのＬＥＤユニット７０（図８参照）に対応した複数の単位実装区画７ａに区分されている。基板保持ステージ５には、ＬＥＤ素子６ａを基板保持テーブル５ａに保持された基板７に実装するための実装作業位置［Ｐ３］が設定されており、第２カメラ２２は実装作業位置［Ｐ３］に対応して配置されている。第２カメラ２２によって基板７を撮像することにより、基板７の単位実装区画７ａに設定された素子実装位置が検出される。そしてＸＹテーブル機構５３を駆動することにより、基板保持テーブル５ａは基板７とともにＸＹ方向に水平移動し（矢印ｆ）、基板７に設定された任意の素子実装位置を実装作業位置［Ｐ３］に位置させることができる。

次に、実装ヘッド１１について説明する。図２においてＹ軸フレーム８に設けられたヘッド移動機構９の前面には、実装ヘッド１１およびをＹ方向にガイドするための２条のガイドレール９ａが設けられており、これらのガイドレール９ａの間には以下に説明する実装ヘッド１１およびをＹ方向に駆動するためのリニアモータを構成する固定子９ｂが配設されている。ガイドレール９ａには図示しないスライダがＹ方向にスライド自在に嵌合しており、このスライダは垂直な移動プレート１１ａの背面に固着されている。

移動プレート１１ａの背面には、固定子９ｂに対向してリニアモータを構成するする可動子（図示省略）が配設されている。これらのリニアモータを駆動することにより、実装ヘッド１１はガイドレール９ａによってガイドされてＹ方向に移動する（矢印ｄ）。移動プレート１１ａの前面には昇降機構１１ｂが配設されており、昇降機構１１ｂの前面には昇降プレート１１ｃが垂直方向にスライド自在に配設されている。昇降機構１１ｂを駆動することにより、昇降プレート１１ｃは昇降する（矢印ｅ）。昇降プレート１１ｃには下部に部品保持ノズル１９ａを備えた搭載ユニット１９が着脱自在に装着されている。

搭載ユニット１９は部品保持ノズル１９ａによって実装対象であるＬＥＤ素子６ａを保持する機能を有しており、実装ヘッド１１をＹ方向に水平移動させて昇降プレート１１ｃが昇降することにより、搭載ユニット１９は部品供給ステージ３から供給されたＬＥＤ素子６ａを、基板保持ステージ５に保持された基板７に搭載する。ここでは、搭載ユニット１９が装着された実装ヘッド１１による実装形態として、ピックアップヘッド１４によって部品供給ステージ３から取り出され中継ステージ１８上に載置されたＬＥＤ素子６ａを搭載ユニット１９によって保持して基板７に搭載するプリセンタ実装形態と、ピックアップヘッド１４によって部品供給ステージ３から取り出され表裏反転状態でピックアップヘッド１４に保持されたＬＥＤ素子６ａを、搭載ユニット１９によって保持して基板７に搭載するフェイスダウン実装形態とを選択的に実行できるようになっている。

本実施の形態においては、搭載ユニット１９が装着された実装ヘッド１１は、部品供給ステージ３から供給されピックアップヘッド１４によってピックアップされ上下反転された状態のＬＥＤ素子６ａを、部品受渡し位置［Ｐ２］にて受け取って基板保持ステージ５に保持された基板７に搭載する。上述構成において、ヘッド移動機構９、搭載ユニット１９を備えた実装ヘッド１１、ピックアップヘッド移動機構１３、ピックアップヘッド１４は、部品供給ステージ３からＬＥＤ素子６ａを取り出して基板７に実装する素子実装機構を構成する。

次に、図４を参照して制御系の構成を説明する。図４において、制御部６０は、制御処理機能として実装制御部６０ａ、ＬＥＤ実装データ作成処理部６０ｂを備えており、記憶部６１はマップデータ記憶部６１ａ、ＬＥＤ実装データ記憶部６１ｂを備えている。制御部６０が記憶部６１に記憶された各種のデータを参照しながら以下に説明する各部を制御することにより、ＬＥＤ素子供給部である部品供給ステージ３から取り出した複数のＬＥＤ素子６ａを基板７に実装して成るＬＥＤユニットを製造する作業が実行される。

まず、記憶部６１に記憶されるデータ内容について説明する。マップデータ記憶部６１ａは、マップデータ６６（図５参照）すなわちＬＥＤ素子供給部である部品供給ステージ３に保持されたＬＥＤウェハ６における複数のＬＥＤ素子６ａの配列位置を示す素子位置情報と複数のＬＥＤ素子６ａの発光特性を個別にランク分けした発光特性情報および複数のＬＥＤ素子６ａの電気的特性を個別にランク分けした電気的特性情報とを関連づけたマップデータ６６を記憶する。このマップデータ６６は、前工程装置においてＬＥＤウェハ６を対象として、予め発光特性および電気的特性を検査した検査結果に基づいて作成され、ＬＡＮ回線などの通信手段を介して、またはＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記録された形で、ＬＥＤユニット製造装置１に提供され，マップデータ記憶部６１ａに書き込まれる。

ＬＥＤ実装データ記憶部６１ｂは、ＬＥＤ実装データ６７（図７参照），すなわち基板７におけるＬＥＤ素子６ａの個別の実装位置を示す実装位置情報と各実装位置に実装されるべきＬＥＤ素子６ａの発光特性情報および電気的特性情報とを関連づけたＬＥＤ実装データ６７を記憶する。このＬＥＤ実装データ６７は、ＬＥＤ実装データ作成処理部６０ｂによって作成され、ＬＥＤ実装データ記憶部６１ｂに書き込まれる。すなわち、ＬＥＤ実装データ作成処理部６０ｂは、基板７におけるＬＥＤ素子６ａの個別の実装位置を示す実装位置情報と各実装位置に実装されるべきＬＥＤ素子６ａの発光特性情報および電気的特性情報とを関連づけたＬＥＤ実装データ６７を作成する処理を行う。そして実装制御部６０ａは、上述のマップデータ６６およびＬＥＤ実装データ６７に基づいて前述構成の素子実装機構を制御することにより、ＬＥＤ素子供給部である部品供給ステージ３から取り出した複数のＬＥＤ素子６ａを基板７に実装する素子実装動作を実行する。

そして実装制御部６０ａはこの素子実装動作において以下の処理を実行する。まずＬＥＤ実装データ６７を参照して、実装位置情報６７ｃによって示される基板７におけるＬＥＤ素子６ａの実装位置毎に、当該実装位置に実装されるべきＬＥＤ素子６ａについて指定される発光特性のランクおよび電気的特性のランクをそれぞれ発光特性情報６７ｄ、電気的特性情報６７ｅを参照して読み出す。次いで各実装位置について、実装されるべきＬＥＤ素子６ａの発光特性および電気的特性のランクに適合するＬＥＤ素子６ａをマップデータ６６を参照することにより選定する。そしてこのようにして選定されたＬＥＤ素子６ａを、部品供給ステージ３からピックアップヘッド１４によってピックアップして、搭載ユニット１９に受け渡した後、実装位置情報６７ｃによって示される基板７の実装位置に実装する。

機構駆動部６２は、制御部６０によって制御されて、部品供給ステージ３、ユニット集合ステージ４、基板保持ステージ５、ヘッド移動機構９、実装ヘッド１１、ピックアップヘッド移動機構１３、ピックアップヘッド１４の各部を駆動する。認識処理部６３は、第１カメラ２１、第２カメラ２２、部品認識カメラ２３による撮像結果を認識処理する。これにより、部品供給ステージ３においてピックアップヘッド１４によってＬＥＤ素子６ａを取り出す際の素子位置認識、基板保持ステージ５に保持された基板７にＬＥＤ素子６ａを実装する際の基板位置認識、実装ヘッド１１によって保持された状態におけるＬＥＤ素子６ａの位置認識が行われる。操作・入力部６４はタッチパネルやキーボードなどの入力装置であり、ＬＥＤユニット製造装置１を稼働させるための操作コマンドや各種データの入力を行う。表示部６５は液晶パネルなどの表示装置であり、操作・入力部６４による入力操作時の案内画面や各種の報知画面の表示を行う。

次に、マップデータの詳細構成について、図５，図６を参照して説明する。図５において、マップデータ６６は、複数のＬＥＤ素子６ａが作り込まれたＬＥＤウェハ６における個々のＬＥＤ素子６ａの配列位置を示す素子位置情報６６ｂと、個々のＬＥＤ素子６ａの発光特性ランクを示す発光特性情報６６ｃと、個々のＬＥＤ素子６ａの電気的特性ランクを示す電気的特性情報６６ｄとを対応させた構成となっている。素子位置情報６６ｂにおけるＬＥＤ素子６ａの配列位置は、図６に示すように、ＬＥＤウェハ６をＬＥＤ素子６ａ毎に格子状に区分するマトリクスにおけるＸ方向セル番号、Ｙ方向セル番号を組み合わせたマトリクス座標（Ｘ，Ｙ）によって示される。これらのマトリクス座標（Ｘ、Ｙ）には、一連の配列番号６６ａが付されており、ここではＸ座標を優先した順序で配列番号６６ａを付している。

ここで発光特性情報６６ｃにおける発光特性ランクは、実装対象となる複数のＬＥＤ素子６ａを対象として前工程装置によって実測により求められた発光特性（ここでは発光波長）の分布を複数に区分したランク分けにおいて、個々のＬＥＤ素子６ａがどのランクに属しているかを示すものである。本実施の形態に示す例では、発光波長の分布を高／低の２つにランク分けして、発光波長が高い方をランクＡ、低い方をランクＢとしている。なお、ここに示す例では区分例として２区分にランク分けする例を示したが、必要に応じてより多くの区分にランク分けするようにしてもよい。

また電気的特性情報６６ｄにおける電気的特性ランクは、実装対象となる複数のＬＥＤ素子６ａを対象として前工程装置によって実測により求められた電気的特性（ここでは抵抗値）を示すランクである。このランクとしては、測定によって得られた抵抗値を単純な整数値に対応させた数値を用いている。すなわち、各ＬＥＤ素子６ａの抵抗値は、電気的特性情報６６ｄに示される数値に共通の比例定数を乗じたものとなっており、ここに示される数値は各ＬＥＤ素子６ａの抵抗値の相対比を示す意義を有している。

次に、図７，図８を参照してＬＥＤ実装データ６７の詳細構成について説明する。図７に示すＬＥＤ実装データ６７は生産対象となる基板７毎に準備される実装データであり、当該基板７を対象とする素子実装作業に用いられるＬＥＤウェハ６のマップデータ６６を参照して、予めＬＥＤ実装データ作成処理部６０ｂによって作成されて、ＬＥＤ実装データ記憶部６１ｂに書き込まれる。図８に示すように、基板７は１つのＬＥＤユニットに対応する複数の単位実装区画７ａに区分されており、各単位実装区画７ａに複数（ここでは４個）のＬＥＤ素子６ａを実装することにより、各単位実装区画７ａ毎に１つのＬＥＤユニット７０が形成される。そして実装作業終了後に基板７を各単位実装区画７ａ毎に分割することにより、製品としての個片のＬＥＤユニット７０となる。

図７に示すように、基板７における単位実装区画７ａの配列にしたがって、各ＬＥＤユニット７０にはユニット番号６７ｂ（（１）（２）（３）（４）・・・）が付されており、このユニット番号６７ｂが特定されることにより、基板７の単位実装区画７ａに実装される４個のＬＥＤ素子６ａの組み合わせが特定される。そしてこれらのＬＥＤ素子６ａには、ユニット番号６７ｂの順番にしたがって一連の実装番号６７ａが対応して付されており、ＬＥＤユニット製造のための素子実装作業においては、実装番号６７ａにしたがって順に素子実装を行うことにより、図８に示すＬＥＤユニット７０（１）（２）（３）（４）・・・が、基板７の各単位実装区画７ａに順次形成される。

このＬＥＤ実装データ６７の作成において、ＬＥＤ実装データ作成処理部６０ｂは、基板７の各単位実装区画７ａに実装される複数のＬＥＤ素子６ａの電気的特性のランクの組み合わせにより実現される当該ＬＥＤユニット７０の電気的特性のばらつきおよび複数のＬＥＤ素子６ａの発光特性のランクの組み合わせにより実現される当該ＬＥＤユニットの発光特性のばらつきが、各ＬＥＤユニット７０について、予め設定された所定の許容範囲内に収まるように、ＬＥＤ実装データ６７を作成する。

すなわち発光特性については、同一の単位実装区画７ａに実装されて同一のＬＥＤユニット７０を形成する複数（ここでは４個）のＬＥＤ素子６ａの発光特性のランクＡ，Ｂの組み合わせにおいて、ランクＡ、ランクＢのＬＥＤ素子６ａがそれぞれ等しい個数（ここでは各２個）となるように設定される。例えば、ユニット番号６７ｂが（１）、（２）のＬＥＤユニット７０において、図７，図８に示すように、ランクＡ，ランクＢがそれぞれ２個となるようなＬＥＤ素子６ａの組み合わせを、マップデータ６６から選定する。

また電気的特性については、同一の単位実装区画７ａに実装されて同一のＬＥＤユニット７０を形成する複数（ここでは４個）のＬＥＤ素子６ａの電子部品特性のランクを示す数値の合計値が、同一の基板７に形成される複数のＬＥＤユニット７０についてほぼ等しい値となるように、複数のＬＥＤ素子６ａの組み合わせをマップデータ６６から選定する。例えば、ユニット番号６７ｂが（１）、（２）のＬＥＤユニット７０において、図７，図８に示すように、電気的特性情報６７ｅに示す数値の合計はいずれも２１となっており、このような条件が満たされている。

このような同一のＬＥＤユニット７０を形成する複数ＬＥＤ素子６ａの組み合わせは、例えば次の手順で行われる。すなわちマップデータ６６に示される発光特性情報６６ｃ、電気的特性情報６６ｄを参照して、まず発光特性についての条件を満たすようなＬＥＤ素子６ａの組み合わせ，すなわちランクＡ，ランクＢがそれぞれ２個となるような組み合わせパターンを全て抽出する。そしてこれらの組み合わせパターンから、電気的特性についての条件を極力満たすＬＥＤ素子６ａの組み合わせを選定する。

すなわち電子部品特性のランクを示す数値の合計値の分布ができるだけ均等な範囲内となるようなＬＥＤ素子６ａの組み合わせを選定する。ここで、これらの合計値の分布におけるばらつきが許容される範囲は予め所定の許容範囲として設定されており、マップデータ６６を参照した結果この許容範囲を満たさない組み合わせが生じる場合には、表示部６５にその旨報知される。そしてこの報知を承けた作業者は、このような許容範囲を満たさない組み合わせについて，適宜判断して処置を決定する。

このＬＥＤユニット製造装置１は上記のように構成されており、以下ＬＥＤユニット製造装置１によるＬＥＤユニット製造方法，すなわちＬＥＤ素子供給部である部品供給ステージ３から取り出した複数のＬＥＤ素子６ａを基板７の単位実装区画７ａに実装して成るＬＥＤユニットを製造する方法について、図９のフローに則して説明する。なお、ここでは部品供給ステージ３に保持されたＬＥＤウェハ６は、複数のＬＥＤ素子６ａを一括して作り込んだ状態のウェハ集合体であり、ＬＥＤウェハ６におけるＬＥＤ素子６ａの配列順序には何ら並び替え操作が行われていない。

まずＬＥＤ素子６ａの基板７への実装に先立って、素子位置情報６６ｂ、発光特性情報６６ｃおよび電気的特性情報６６ｄを関連づけたマップデータ６６（図５）を記憶させる（ＳＴ１）。すなわち前工程装置から提供され、部品供給ステージ３に保持されたＬＥＤウェハ６における複数のＬＥＤ素子６ａの配列位置を示す素子位置情報６６ｂと複数のＬＥＤ素子６ａの発光特性を個別にランク分けした発光特性情報６６ｃおよび複数のＬＥＤ素子６ａの電気的特性を個別にランク分けした電気的特性情報６６ｄとを関連づけたマップデータ６６を、マップデータ記憶部６１ａに記憶させる（マップデータ記憶工程）。

次いで、実装位置情報６７ｃ、発光特性情報６７ｄおよび電気的特性情報６７ｅを関連づけたＬＥＤ実装データ６７をＬＥＤ実装データ作成処理部６０ｂによって作成し、記憶させる（ＳＴ２）。すなわち、基板７におけるＬＥＤ素子６ａの個別の実装位置を示す実装位置情報６７ｃと各実装位置に実装されるべきＬＥＤ素子６ａの発光特性情報６７ｄおよび電気的特性情報６７ｅとを関連づけてＬＥＤ実装データ６７（図７）として記憶させる（実装データ記憶工程）。

この後、素子実装作業が開始される。まず、実装位置毎に実装されるべきＬＥＤ素子６ａについて発光特性のランク、電気的特性のランクを読み出す（ＳＴ３）。すなわち、実装制御部６０ａがＬＥＤ実装データ６７を参照することにより、基板７におけるＬＥＤ素子６ａの実装位置毎に、当該実装位置に実装されるべきＬＥＤ素子６ａについて指定される発光特性のランクおよび電気的特性のランクを読み出す（実装データ読み出し工程）。

次いで、実装されるべきＬＥＤ素子６ａの発光特性および電気的特性のランクに適合するＬＥＤ素子６ａを、マップデータ６６を参照することにより選定する（ＬＥＤ素子選定工程）。本実施の形態では、部品供給ステージ３には複数のＬＥＤ素子６ａが作り込まれたウェハ状集合体であるＬＥＤウェハ６がそのままの状態で保持されており、ＬＥＤウェハ６における複数のＬＥＤ素子６ａの配列位置は、ＬＥＤ実装データ６７に基づいて導出される実装順序に従って並び替えられたものではない。すなわち、従来技術において採用されていたようなソーティング操作を必要とせず、煩雑な素子並び替え作業を省略することが可能となる。またＬＥＤ素子６ａのピックアップミスが発生したような場合においても、マップデータ６６を参照して同一ランクの他のＬＥＤ素子６ａを選定して再度取り出せばよい。これにより、ソーティング方式を採用した場合にピックアップミスなどの動作エラーに際して生じる作業中断が生じない。

そして選定されたＬＥＤ素子６ａを、部品供給ステージ３からピックアップして基板７の実装位置に実装する（素子実装工程）（ＳＴ５）。すなわち、部品供給ステージ３に保持されたＬＥＤウェハ６から、ピックアップヘッド１４によってＬＥＤ素子６ａをピックアップし、ピックアップヘッド１４を上下反転させながら部品受渡し位置［Ｐ２］に移動させ、ここで保持したＬＥＤ素子６ａを実装ヘッド１１の搭載ユニット１９に受け渡す。次いで実装ヘッド１１を実装作業位置［Ｐ３］に移動させ、搭載ユニット１９を下降させることにより、保持したＬＥＤ素子６ａを基板７において当該素子実装動作の実装対象となる単位実装区画７ａの素子実装位置に実装する。そしてこの素子実装動作を基板７における全ての単位実装区画７ａについて反復実行することにより、１つの基板７を対象としたＬＥＤユニット製造作業を完了する。

上記説明したように、本実施の形態に示すＬＥＤユニット製造においては、部品供給ステージ３に保持されたＬＥＤウェハ６における複数のＬＥＤ素子６ａの配列位置を示す素子位置情報６６ｂと発光特性情報６６ｃおよび電気的特性情報６６ｄとを関連づけてマップデータ６６として記憶させ、さらに基板７におけるＬＥＤ素子６ａの個別の実装位置を示す実装位置情報６７ｃと各実装位置に実装されるべきＬＥＤ素子６ａの発光特性情報６７ｄおよび電気的特性情報６７ｅとを関連づけてＬＥＤ実装データ６７として記憶させておく。

そして基板７へのＬＥＤ素子６ａの実装に際して、ＬＥＤ実装データ６７を参照して基板７におけるＬＥＤ素子６ａの実装位置毎に当該実装位置に実装されるべきＬＥＤ素子６ａについて指定される発光特性のランクおよび電気的特性のランクを読み出し、実装されるべきＬＥＤ素子６ａの発光特性および電気的特性のランクに適合するＬＥＤ素子６ａをマップデータ６６を参照することにより選定し、次いで選定されたＬＥＤ素子６ａをＬＥＤウェハ６からピックアップして基板７の実装位置に実装するようにしている。

これにより、部品供給ステージ３に保持されたＬＥＤウェハ６においてＬＥＤ素子６ａの発光特性や電気的特性のばらつきが存在する場合にあっても、これらのＬＥＤ素子６ａを適切に組み合わせて、発光波長などの発光特性のみならず消費電力などの電気的特性をも含めて製品品質を均一化することができる。さらに、素子実装に先立って実装順序に従ってＬＥＤ素子６ａを並び替えるソーティング操作を必要としない。またマップデータ６６およびＬＥＤ実装データ６７が予め準備されることから、ピックアップミスなどの動作エラー発生時においても対処が容易となり、ソーティング操作を行う従来方法において発生していた作業中断を排除して、作業効率の向上を実現することができる。

本発明のＬＥＤユニット製造装置およびＬＥＤユニット製造方法は、発光特性や電気的特性を含めた製品品質の均一化および作業効率の向上を実現することができるという効果を有し、基板に複数のＬＥＤ素子を実装して成るＬＥＤユニットを製造する分野に利用可能である。

１ＬＥＤユニット製造装置
３部品供給ステージ
４ユニット集合ステージ
５基板保持ステージ
６ＬＥＤウェハ
６ａＬＥＤ素子
７基板
７ａ単位実装区画
９ヘッド移動機構
１１実装ヘッド
１３ピックアップヘッド移動機構
１４ピックアップヘッド
［Ｐ１］ピックアップ作業位置
［Ｐ２］部品受渡し位置
［Ｐ３］実装作業位置

Claims

ＬＥＤ素子供給部から取り出した複数のＬＥＤ素子を基板に実装して成るＬＥＤユニットを製造するＬＥＤユニット製造装置であって、
前記ＬＥＤ素子供給部における複数のＬＥＤ素子の配列位置を示す素子位置情報と前記複数のＬＥＤ素子の発光特性を個別にランク分けした発光特性情報および前記複数のＬＥＤ素子の電気的特性を個別にランク分けした電気的特性情報とを関連づけたマップデータを記憶するマップデータ記憶部と、
前記基板におけるＬＥＤ素子の個別の実装位置を示す実装位置情報と各実装位置に実装されるべきＬＥＤ素子の前記発光特性情報および前記電気的特性情報とを関連づけたＬＥＤ実装データを作成するＬＥＤ実装データ作成処理部と、
作成された前記ＬＥＤ実装データを記憶する実装データ記憶部と、
前記ＬＥＤ素子供給部から取り出した複数のＬＥＤ素子を基板に実装する素子実装動作を実行する素子実装機構と、この素子実装機構を制御する実装制御部とを備え、
前記ＬＥＤ実装データ作成処理部は、同一のＬＥＤユニットを形成する複数のＬＥＤ素子の電気的特性のランクを示す数値の合計値が同一の基板に形成される複数のＬＥＤユニットについてほぼ等しい値となるように、複数のＬＥＤ素子の組み合わせを前記マップデータから選定することにより、前記基板に実装される複数のＬＥＤ素子の電気的特性のランクの組み合わせにより実現されるＬＥＤユニットの電気的特性のばらつきが、各ＬＥＤユニットについて所定の許容範囲内に収まり、かつ、前記基板に実装される複数のＬＥＤ素子の発光特性のランクの組み合わせにより実現されるＬＥＤユニットの発光特性のばらつきが、各ＬＥＤユニットについて所定の許容範囲内に収まるように、前記ＬＥＤ実装データを作成し、
前記実装制御部は、前記ＬＥＤ実装データを参照して、前記基板におけるＬＥＤ素子の実装位置毎に当該実装位置に実装されるべきＬＥＤ素子について指定される発光特性のランクおよび電気的特性のランクを読み出し、
前記実装されるべきＬＥＤ素子の発光特性および電気的特性のランクに適合するＬＥＤ素子を前記マップデータを参照することにより選定し、
前記選定されたＬＥＤ素子を前記ＬＥＤ素子供給部からピックアップして前記基板の前記実装位置に実装することを特徴とするＬＥＤユニット製造装置。
ＬＥＤ素子供給部から取り出した複数のＬＥＤ素子を基板に実装して成るＬＥＤユニットを製造するＬＥＤユニット製造方法であって、
前記ＬＥＤ素子供給部における複数のＬＥＤ素子の配列位置を示す素子位置情報と前記複数のＬＥＤ素子の発光特性を個別にランク分けした発光特性情報および前記複数のＬＥＤ素子の電気的特性を個別にランク分けした電気的特性情報とを関連づけてマップデータとして記憶させるマップデータ記憶工程と、
前記基板におけるＬＥＤ素子の個別の実装位置を示す実装位置情報と各実装位置に実装されるべきＬＥＤ素子の前記発光特性情報および前記電気的特性情報とを関連づけたＬＥＤ実装データを作成するＬＥＤ実装データ作成工程と、
前記ＬＥＤ実装データを記憶させる実装データ記憶工程と、
前記ＬＥＤ実装データを参照して、前記基板におけるＬＥＤ素子の実装位置毎に当該実装位置に実装されるべきＬＥＤ素子について指定される発光特性のランクおよび電気的特性のランクを読み出す実装データ読み出し工程と、
前記実装されるべきＬＥＤ素子の発光特性および電気的特性のランクに適合するＬＥＤ素子を前記マップデータを参照することにより選定するＬＥＤ素子選定工程と、
前記選定されたＬＥＤ素子を前記ＬＥＤ素子供給部からピックアップして前記基板の前記実装位置に実装する素子実装工程とを含み、
前記ＬＥＤ実装データ作成工程において、同一のＬＥＤユニットを形成する複数のＬＥＤ素子の電気的特性のランクを示す数値の合計値が同一の基板に形成される複数のＬＥＤユニットについてほぼ等しい値となるように、複数のＬＥＤ素子の組み合わせを前記マップデータから選定することにより、前記基板に実装される複数のＬＥＤ素子の電気的特性のランクの組み合わせにより実現されるＬＥＤユニットの電気的特性のばらつきが、各ＬＥＤユニットについて所定の許容範囲内に収まり、かつ、前記基板に実装される複数のＬＥＤ素子の発光特性のランクの組み合わせにより実現されるＬＥＤユニットの発光特性のばらつきが、各ＬＥＤユニットについて所定の許容範囲内に収まるように、前記ＬＥＤ実装データを作成することを特徴とするＬＥＤユニット製造方法。
前記ＬＥＤ素子供給部には複数のＬＥＤ素子が作り込まれたウェハ状集合体が保持されており、
このＬＥＤ素子供給部における前記複数のＬＥＤ素子の配列位置は、前記ＬＥＤ実装データに基づいて導出される実装順序に従って並び替えられたものではないことを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤユニット製造方法。