JP6500357B2

JP6500357B2 - 吸着ヘッド、実装装置および吸着方法

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Publication number: JP6500357B2
Application number: JP2014137815A
Authority: JP
Inventors: 淳也山下
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2014-07-03
Filing date: 2014-07-03
Publication date: 2019-04-17
Anticipated expiration: 2034-07-03
Also published as: JP2016015446A

Description

本発明は、チップ形状の電子部品を吸着してプリント基板に実装するための実装装置等に用いられる吸着ヘッドの技術に関する。

Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に稼働するヘッドユニットを有し、先端部の吸着ヘッドでチップ部品を負圧吸着して搬送する実装装置は一般に知られている。この吸着ヘッドでは、チップ部品吸着時に外部動力を用いてヘッドを下降させる際に、チップ部品と接触した時のチップ部品への衝撃を緩和し、チップ部品が破壊されるのを防止することが要求される。このため、吸着ヘッド自体を上下に摺動可能な構造とすることで緩衝作用を得られるようにしたものが知られている。

例えば、特許文献１に開示された表面実装機では、吸着ヘッドが上下方向に相対移動可能であり、さらに上下方向の相対移動を阻止するロック機構が設けられている。これにより、部品吸着時以外ではロック機構を働かせ、部品吸着時はロック機構を解除することにより、上下方向の相対移動を許容して吸着時に緩衝作用を持たせるようにしている。

特開２０００−３１５８９４号公報実用新案公開平２−１２２４４７号公報特開平１１−２６９９３号公報

近年、通信機器の発達により、高周波デバイスの需要が伸びている。特に、シリコン（Ｓｉ）よりも高速で動作し、消費電力も約３分の１と少なく、小型化も容易という特徴を持つガリウム砒素（ＧａＡｓ）を材料とするデバイスが増えている。このＧａＡｓチップは表面保護膜が無いため、実装時にチップ部品表面の配線パターンに接触すると配線パターンを傷つけてしまう。そのため、チップ部品を搬送する際には、配線パターン部分に接触しない吸着ヘッドが必要である。さらに、吸着ヘッドがチップ部品に接触する際には、加重によりチップ部品表層が破壊されることを防止する必要もある。

特許文献１に示された表面実装機の場合、吸着ヘッド自体が上下する為、可動部が重くなり、その自重によって部品に衝撃が加わることになる。より微小な部品や脆弱な部品の吸着に際して、部品に加わる荷重を小さくしたいという要求があっても、部品に加わる荷重を可動部の自重よりも小さくすることはできない。

一方、特許文献２には、軸芯部の吸着孔の真空吸着によりチップ部品を吸着面に吸着し、さらに、先端が吸着面よりも突出したピンを有し、ピンがバネを押して上下に摺動し吸着孔をさらに開弁する吸着コレットが開示されている。しかしながら、特許文献２の吸着コレットは、チップ部品の配線パターン部分に接触しないように吸着面に凹凸を設けた場合、一つのバネで吸着面を支える構造のため、凹凸のバランスが悪いと吸着面が傾き、摺動に支障を来たすという問題がある。

また、特許文献３には、吸着ノズルの吸着面に部分的にゴムなどの接触材を配置する構造が開示されている。しかしながら、接触材がチップ部品に接触すると、接触材であるゴムが潰れることで横方向に膨らみ、チップ部品表面の配線パターンなどの接触させたくない部分に接触するという問題がある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、チップ部品などを吸着する際に、吸着時の衝撃を緩和し、かつ、部品表面の配線などの接触させたくない部分に接触しないで吸着する吸着ヘッドを実現することにある。

本発明による吸着ヘッドは、ヘッド本体に設けられた吸着面と、前記ヘッド本体を貫通し前記吸着面に達する吸着穴と、前記吸着面において、前記吸着穴とは異なる位置に設けられた窪みにピンと弾性部との組を複数設け、前記ピンは、前記弾性部を介して設けられ、前記吸着面から突出して設けられている。

本発明による実装装置は、ヘッド本体に設けられた吸着面と、前記ヘッド本体を貫通し前記吸着面に達する吸着穴と、前記吸着面において、前記吸着穴とは異なる位置に設けられた窪みにピンと弾性部との組を複数設け、前記ピンは、前記弾性部を介して設けられ、前記吸着面から突出して設けられている、吸着ヘッドを備える。

本発明による吸着方法は、部品に対向する吸着面に、負圧が生じる吸着穴とは異なる位置に複数設けたピンで、前記部品の接触可能領域に接触し、前記部品を、前記負圧により前記吸着面の方向に吸い寄せ、弾性により衝撃緩和し、前記接触可能領域で吸着する。

本発明によれば、チップ部品などを吸着する際に、吸着時の衝撃を緩和し、かつ、部品表面の配線などの接触させたくない部分に接触しないで吸着する吸着ヘッドが実現する。

本発明の第１の実施形態の吸着ヘッドの構造を示す断面図である。本発明の第２の実施形態の吸着ヘッドの構造を示す断面図である（チップ部品に接触した状態）。本発明の第２の実施形態の吸着ヘッドの構造を示す断面図である（チップ部品を吸着した状態）。本発明の第２の実施形態の吸着ヘッドの構造を示す断面図である（チップ部品を実装した状態）。本発明の第２の実施形態の吸着ヘッドの吸着面の構造を示す吸着面側から見た平面図である。本発明の第３の実施形態の吸着ヘッドの構造を示す断面図である（チップ部品に接触した状態）。本発明の第３の実施形態の吸着ヘッドの構造を示す断面図である（チップ部品を吸着した状態）。本発明の第３の実施形態の吸着ヘッドの構造を示す断面図である（チップ部品を実装した状態）。

以下、図を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の吸着ヘッドの構造を示す断面図である。本実施形態の吸着ヘッド１は、ヘッド本体２に設けられた吸着面３と、前記ヘッド本体２を貫通し前記吸着面３に達する吸着穴４と、前記吸着面３において、前記吸着穴４とは異なる位置に設けられた窪み７にピン５と弾性部６との組を複数設け、前記ピン５は、前記弾性部６を介して設けられ、前記吸着面３から突出して設けられている。

本実施形態によれば、チップ部品などを吸着する際に、吸着時の衝撃を緩和し、かつ、部品表面の配線などの接触させたくない部分に接触しないで吸着する吸着ヘッドが実現する。
（第２の実施形態）
図２Ａから図２Ｄは、本発明の第２の実施形態の吸着ヘッド１ａの構造を示す。図２Ａは、吸着ヘッド１ａがチップ部品１１に接触した状態を示す断面図である。図２Ｂは、同ヘッドがチップ部品１１を吸着した状態を示す断面図である。図２Ｃは、同ヘッドがチップ部品１１を実装した状態を示す断面図である。図２Ｄは、同ヘッドの吸着面３の構造を示す、吸着面３側から見た平面図である。

吸着ヘッド１ａは、ヘッド本体２ａに、吸着面３と、ヘッド本体２ａを貫通して吸着面３に達する吸着穴４と、吸着面３において、前記吸着穴４とは異なる位置に設けられた窪み７に設けられたピン５とバネ６ａとの複数の組と、を有する。ピン５とバネ６ａとの組と吸着穴４とは、吸着面３の異なる位置に設けられる。ピン５は、吸着面３から突出し、チップ部品１１の表面に接する。バネ６ａはピン５と接続し、ピン５に押されて収縮する。

ピン５は、図２Ｄに示すように、チップ部品１１表面の配線などの接触させたくない領域を避け、配線などの無い接触可能な領域に接触するよう、配置、太さ、形状を自由に設計できる。また、バネ６ａの収縮により、ピン５の吸着面３からの突出の長さが変化する。バネ６ａが収縮した状態でもピン５の先端が吸着面３から突出していることが好ましいが、これには限定されない。

吸着面３には、突起部８を設けることができる。突起部８は、ピン５と同様に、チップ部品１１表面の接触させたくない領域を避け、表面の接触可能な領域に接触するよう、配置、大きさ、形状を自由に設計できる。ピン５や突起部８が表面の配線などに接触しないことで、さらに、ピン５や突起部８によりチップ部品１１の表面全体が吸着面３に直接接触しないことで、配線などの損傷を防ぐことができる。

また、チップ部品１１を安定的に吸着ヘッド１ａに吸着するために、ステージ１２を設け、ステージ１２上でチップ部品１１を吸着する工程を行うことができる。

ヘッド本体２ａの材料としては、金属やセラミック、高硬度な樹脂を用いることができる。また、ピン５や突起部８にも、金属やセラミック、高硬度な樹脂を用いることができる。金属としてはステンレス、アルミニウム、超鋼などを、セラミックとしてはアルミナ、ジルコニア、窒化アルミ、炭化ケイ素などを、樹脂としてはポリカーボネートなどを使用することができる。バネ６ａには、リン青銅、ピアノ線、ばね用ステンレスなどの金属や、ポリカーボネート、ポリアセタールなどのプラスティックを用いることができる。

ピン５や突起部８を前記のような高硬度、高剛性な材料とすることによって、ピン５や突起部８がチップ部品１１表面に接触した際の変形を防ぐことができる。その結果、ピン５や突起部８が接触した位置の近辺に配線などの接触させたくない部分があっても、これらへの接触を防ぐことができる。

吸着ヘッド１ａは、搭載ヘッド９を介して実装装置１５に組み込まれる。搭載ヘッド９は、吸着ヘッド１ａの吸着穴４に接続する搭載ヘッド吸着穴１０を有し、真空ポンプなどの排気装置による排気により、搭載ヘッド吸着穴１０と吸着穴４の内部を負圧にすることができる。吸着ヘッド１ａは、また、搭載ヘッド９を介さずに、直接、実装装置１５に組み込まれることもできる。

本実施形態の吸着動作を、図を用いて説明する。まず、実装装置１５に組み込まれた吸着ヘッド１ａは、実装装置１５の駆動動作によりステージ１２上に置かれたチップ部品１１に向かって降下し、ピン５がチップ部品１１の表面に接した状態で停止する（図２Ａ）。

次に、搭載ヘッド吸着穴１０を介した真空ポンプなどの排気装置による排気により、吸着穴４の内部が負圧になることで、チップ部品１１は吸着面３の方向に吸い寄せられる。この時、バネ６ａはチップ部品１１に押されて収縮する。バネ６ａの収縮が増すほどにチップ部品１１は減速し、ゆっくりと吸着面３の方向に吸い寄せられる。その結果、チップ部品１１は、突起部８の表面に到達するときには、チップ部品が壊れない程度に十分に衝撃が緩和された状態で吸着する。さらにこのとき、ピン５や突起部８により、チップ部品１１は、表面の配線などの接触させたくない部分が接触することなく吸着される（図２Ｂ）。

その後、チップ部品１１を実装したい位置に移動し、実装したい位置で吸着ヘッド１ａを降下し、吸着したチップ部品１１をペースト材１３を用いて基材１４に実装する（図２Ｃ）。この後、排気を停止し、チップ部品１１を吸着ヘッド１ａから解放する。

チップ部品１１とステージ１２との間隔や基材１４の厚さを予め測定しておくことで、位置制御によりチップ部品１１への衝撃を抑制した実装が可能である。また、図２Ｃにおいて、ペースト材１３がチップ部品１１から多少はみ出しても、はみ出したペースト材の吸着ヘッド１ａへの付着は防がれる。これは、ピン５や突起物８の介在により、吸着面３とペースト材１３との間隔が確保されているためである。

本実施形態の吸着方法としては、まず、チップ部品１１に対向する吸着面３に、負圧が生じる吸着穴４とは異なる位置に複数設けたピン５で、チップ部品１１の接触可能領域に接触する。次に、チップ部品１１を負圧により吸着面３の方向に吸い寄せ、弾性により衝撃緩和し、前記接触可能領域で吸着する。

ピン５は、金属またはセラミックまたは樹脂などの高硬度、高剛性な材料を用いることができる。弾性は、バネ６ａの収縮による。また、吸着面３に突起部８を設け、突起部８によりチップ部品表面の接触可能領域に接触することもできる。また、吸着面３をチップ部品１１の方向に移動し、ピン５がチップ部品１１に接触することによって移動を停止し、真空ポンプなどの排気装置による排気により、吸着穴４の内部に負圧を生じさせることができる。

以上のように、本実施形態によれば、チップ部品などを吸着する際に、吸着時の衝撃を緩和し、かつ、部品表面の配線などの接触させたくない部分に接触しないで吸着する吸着ヘッドが実現する。
（第３の実施形態）
図３Ａから図３Ｃは、本発明の第３の実施形態の吸着ヘッド１ｂの構造を示す。図３Ａは、吸着ヘッド１ｂがチップ部品１１に接触した状態を示す断面図である。図３Ｂは、同ヘッドがチップ部品１１を吸着した状態を示す断面図である。図３Ｃは、同ヘッドがチップ部品１１を実装した状態を示す断面図である。

本実施形態の吸着ヘッド１ｂが、第２の実施形態の吸着ヘッド１ａと異なる点は、バネ６ａに替えて弾性体６ｂを用いる点である。弾性体６ｂとしてはゴムなどを用いることができる。弾性体６ｂの収縮により、チップ部品１１の吸着の際の衝撃が緩和される。吸着ヘッド１ｂのヘッド本体２ｂおよびその他の構成、吸着ヘッド１ｂの動作、吸着方法は、第２の実施形態の吸着ヘッド１ａと同様である。

本実施形態によれば、チップ部品などを吸着する際に、吸着時の衝撃を緩和し、かつ、部品表面の配線などの接触させたくない部分に接触しないで吸着する吸着ヘッドが実現する。

本発明は、チップ形状の電子部品に限らず、面を有し、面により吸着ヘッドに吸着させて搬送する部品に対して広く適用することができる。例えば、小型のレンズや歯車、水晶振動子などの部品への適用が可能である。例えば、レンズの搬送においては、接触により傷を付けたくないレンズの中心部などに接触させずに吸着させて搬送することが可能である。

本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものである。

また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。

付記
（付記１）
ヘッド本体に設けられた吸着面と、前記ヘッド本体を貫通し前記吸着面に達する吸着穴と、前記吸着面において、前記吸着穴とは異なる位置に設けられた窪みにピンと弾性部との組を複数設け、前記ピンは、前記弾性部を介して設けられ、前記吸着面から突出して設けられている、吸着ヘッド。
（付記２）
前記ピンは、吸着する部品の接触可能領域に接触する、付記１記載の吸着ヘッド。
（付記３）
前記弾性部は、収縮することで前記部品の吸着時の衝撃を緩和する、付記１または２記載の吸着ヘッド。
（付記４）
前記ピンは、金属またはセラミックまたは樹脂からなる、付記1から３の内の１項記載の吸着ヘッド。
（付記５）
前記弾性部は、バネまたは弾性体からなる、付記1から４の内の１項記載の吸着ヘッド。
（付記６）
前記吸着穴は、排気装置に接続されている、付記１から５の内の１項記載の吸着ヘッド。
（付記７）
前記吸着面は突起部を有する、付記1から６の内の１項記載の吸着ヘッド。
（付記８）
前記突起部は前記接触可能領域に接触する、付記７記載の吸着ヘッド。
（付記９）
付記１から８の内の1項記載の吸着ヘッドを備えた実装装置。
（付記１０）
部品に対向する吸着面に、負圧が生じる吸着穴とは異なる位置に複数設けたピンで、前記部品の接触可能領域に接触し、
前記部品を、前記負圧により前記吸着面の方向に吸い寄せ、弾性により衝撃緩和し、前記接触可能領域で吸着する、吸着方法。
（付記１１）
前記ピンは、金属またはセラミックまたは樹脂からなる、付記１０記載の吸着方法。
（付記１２）
前記弾性は、バネまたは弾性体の収縮による、付記１０または１１記載の吸着方法。
（付記１３）
前記吸着面に突起部を設け、前記突起部により前記接触可能領域に接触する、付記１０から１２の内の１項記載の吸着方法。
（付記１４）
前記吸着面を前記部品の方向に移動し、
前記ピンが前記部品に接触することによって前記移動を停止し、
排気により前記吸着穴の内部に負圧を生じさせる、付記１０から１３の内の１項記載の吸着方法。

１、１ａ、１ｂ吸着ヘッド
２、２ａ、２ｂヘッド本体
３吸着面
４吸着穴
５ピン
６弾性部
６ａバネ
６ｂ弾性体
７窪み
８突起部
９搭載ヘッド
１０搭載ヘッド吸着穴
１１チップ部品
１２ステージ
１３ペースト材
１４基材
１５実装装置

Claims

チップ部品を吸着する吸着ヘッドであって、
ヘッド本体に設けられた吸着面と、
前記ヘッド本体を貫通し前記吸着面に達する吸着穴と、を有し、
前記吸着面において、前記吸着穴とは異なる位置に設けられた複数の窪みのそれぞれにピンと弾性部との組を一組ずつ設け、
前記ピンは、上下動可能に前記窪みの内部に格納される第１の部分と、前記窪みの外部に少なくとも一部が露出可能な第２の部分とを含み、
前記第１の部分は、上端が前記弾性部の下端に当接し、前記弾性部を介して下方に押圧され、
前記第２の部分は、前記第１の部分よりも径が小さく、少なくとも一部が前記吸着面から突出して設けられ、下端部分が吸着対象の前記チップ部品の表面の配線を避けて配置される吸着ヘッド。
前記ピンは、吸着する前記チップ部品の接触可能領域に接触する、請求項１記載の吸着ヘッド。
前記弾性部は、収縮することで前記チップ部品の吸着時の衝撃を緩和する、請求項２記載の吸着ヘッド。
前記ピンは、金属またはセラミックまたは樹脂からなる、請求項２から３の内の１項記載の吸着ヘッド。
前記弾性部は、バネまたは弾性体からなる、請求項２から４の内の１項記載の吸着ヘッド。
前記吸着穴は、排気装置に接続されている、請求項２から５の内の１項記載の吸着ヘッド。
前記吸着面は突起部を有する、請求項２から６の内の１項記載の吸着ヘッド。
前記突起部は前記接触可能領域に接触する、請求項７記載の吸着ヘッド。
請求項１から８の内の１項記載の吸着ヘッドを備えた実装装置。
ヘッド本体に設けられた吸着面と、前記ヘッド本体を貫通し前記吸着面に達する吸着穴と、を有する吸着ヘッドを用いてチップ部品を吸着する吸着方法であって、
前記吸着穴とは異なる位置に吸着対象の前記チップ部品の表面の配線を避けて開口された複数の窪みのそれぞれに、上下動可能に前記窪みの内部に格納される第１の部分と、前記第１の部分よりも径が小さくて前記窪みの外部に少なくとも一部が露出可能な第２の部分とを含むピンと、弾性部との組を、前記ピンの前記第１の部分の上端を前記弾性部の下端に当接させて一組ずつ配置した状態で、
前記吸着面を前記チップ部品に対向させ、
複数の前記ピンで前記チップ部品の接触可能領域に接触し、
前記チップ部品を、前記吸着穴からの負圧により前記吸着面の方向に吸い寄せて吸着する、吸着方法。