JPH06132698A

JPH06132698A - 電子部品装着装置

Info

Publication number: JPH06132698A
Application number: JP4284128A
Authority: JP
Inventors: Yoshitoshi Morita; 芳年森田; Akira Sakaguchi; 明阪口; Michio Kunimitsu; 道生国光
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1992-10-22
Filing date: 1992-10-22
Publication date: 1994-05-13
Anticipated expiration: 2016-01-29
Also published as: JP3128354B2

Abstract

(57)【要約】【目的】プリント基板への装着時に電子部品に作用す
る押圧力を正確に制御することが出来る簡易な構成の電
子部品装着装置を提供する。【構成】電子部品自動装着装置２は、電子部品３を吸
着保持すべき吸着ヘッド機構４と、該吸着ヘッド機構を
電子部品装着位置のプリント基板31へ向けて昇降移動さ
せるヘッド昇降機構と、プリント基板を吸着ヘッド機構
４の下方の待機位置へ搬送する基板搬送機構７と、待機
位置のプリント基板を電子部品装着位置へ向けて昇降移
動せしめる基板昇降機構８とを具え、基板昇降機構８に
は、電子部品装着時にプリント基板が受ける押圧力を測
定する力センサー６が配備されている。そして、該力セ
ンサー６の検出信号に基づいてヘッド昇降機構の動作を
制御して、所定の押圧力で電子部品３をプリント基板31
上へ圧着せしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップの如く押
圧力に対して脆弱な各種電子部品を、プリント基板上の
所定位置に装着するための電子部品装着装置に関し、特
に、部品装着時に電子部品に作用する押圧力を制御する
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、プリント基板上の所定位置に電子
部品を自動的に表面実装する装置においては、電子部品
を真空吸着するための吸着ノズルを具えた吸着ヘッド機
構が装備され、該吸着ヘッド機構は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ
軸方向の移動制御が可能な往復装置に取り付けられてい
る。

【０００３】上記表面実装装置を用いた表面実装におい
ては、先ず吸着ヘッド機構を電子部品供給装置の部品供
給部へ移動させて、吸着ノズルによって電子部品を真空
吸着し、その後、該電子部品をプリント基板の上方位置
まで移動させ、更に、該吸着ヘッド機構を降下せしめ
て、電子部品をプリント基板表面の所定位置に設置す
る。

【０００４】そして、電子部品がプリント基板に接触し
た時点で、更に吸着ヘッド機構を下方へ駆動して、電子
部品を基板表面の接着層或いは半田ペースト層へ押し付
け、該電子部品をプリント基板に固定或いは仮固定す
る。

【０００５】その後、吸着ヘッド機構を部品供給装置上
へ復帰せしめて、次の電子部品の表面実装動作に移行す
るのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の表面
実装装置においては、吸着ヘッド機構の昇降動作は、カ
ム機構の駆動によって行なわれている。ここで、カム機
構は、部品供給装置上の電子部品に吸着ノズルを押し当
てる際、及び吸着した電子部品をプリント基板に押し付
ける際、電子部品に過度の衝撃力や押圧力が作用しない
様、カム曲線が設計されている。

【０００７】しかしながら、近年の電子部品の種類の多
様化に伴って、電子部品の形状、寸法(厚さ)、及び材質
は多岐に亘っている。例えばＩＣ(ＬＳＩ)ベアチップの
如き繊細な電子部品も出現しており、表面実装装置によ
って表面実装すべき電子部品の機械的性質は、電子部品
の種類によって大きく異なる。

【０００８】従って、表面実装装置を用いた表面実装に
おいては、電子部品の種類毎に、吸着保持の際、及び表
面実装時に作用する押圧力を適切な値に制限する必要が
ある。

【０００９】そこで、表面実装装置として、吸着ヘッド
機構をリニアモータで駆動するもの(特開昭60-66500、
特開昭63-232496)、圧縮ばねを駆動源として用いるもの
(特開昭63-22292)、電空レギュレータを利用するもの
(特開平1-246899)等が提案されている。

【００１０】ところが、リニアモータによる駆動方式を
採用した装置においては、装置が複雑で、大重量となる
問題がある。又、圧縮ばねを用いた装置や、電空レギュ
レータを利用した装置では、実際に電子部品に作用する
押圧力を正確に制御することが困難である。

【００１１】本発明の目的は、電子部品に作用する押圧
力を正確に制御することが出来る簡易な構成の電子部品
装着装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決する為の手段】本発明に係る電子部品装着
装置は、電子部品を吸着保持すべき吸着ヘッド機構(４)
と、該吸着ヘッド機構を電子部品装着位置のプリント基
板へ向けて昇降移動させるヘッド昇降機構(５)と、吸着
ヘッド機構(４)下方の待機位置と電子部品装着位置の間
でプリント基板を昇降移動せしめる基板昇降機構(８)と
を具えている。

【００１３】基板昇降機構(８)には、電子部品装着時に
プリント基板が受ける押圧力を測定すべき力センサー
(６)が配備され、該力センサー(６)の検出信号に基づい
てヘッド昇降機構(５)の動作を制御して、所定の押圧力
で電子部品をプリント基板上へ圧着せしめる。

【００１４】ここで、ヘッド昇降機構(５)の制御装置
は、例えば力センサー(６)の検出信号と目標値との偏差
を零に近づける様にヘッド昇降機構(５)を制御するフィ
ードバック制御系によって実現される。

【００１５】

【作用】電子部品の装着に際しては、吸着ヘッド機構
(４)が上昇した状態で、先ずプリント基板が待機位置に
セットされる。次に、基板昇降機構(８)が動作してプリ
ント基板は待機位置から電子部品装着位置まで上昇し、
位置決めされる。

【００１６】次に、電子部品を吸着保持した吸着ヘッド
機構(４)は、ヘッド昇降機構(５)の駆動によって電子部
品装着位置のプリント基板へ向けて下降する。吸着ヘッ
ド機構(４)は、電子部品がプリント基板に接触した後も
更にヘッド昇降機構(５)によって下方へ駆動され、これ
によって電子部品はプリント基板に押圧される。

【００１７】この際、電子部品が受ける押圧力はプリン
ト基板にも作用し、プリント基板が受ける押圧力は、基
板昇降機構(８)に装備された力センサー(６)によって検
出される。そして、力センサー(６)の検出信号に基づい
てヘッド昇降機構(５)の押圧動作が制御されるのであ
る。

【００１８】例えば、電子部品に作用する押圧力の目標
値は予めステップ状の波形に設定されており、検出され
た押圧力と目標値との偏差に応じた制御信号がリアルタ
イムにヘッド昇降機構(５)へフィードバックされて、押
圧力の調整が行なわれる。

【００１９】この結果、押圧力は、目標値に対して可及
的に追随した値に制御され、過度な押圧力の作用による
部品の損傷が防止される。

【００２０】

【発明の効果】本発明に係る電子部品装着装置において
は、吸着ヘッド機構(４)は従来の構成のまま、基板昇降
機構(８)に力センサー(６)を組み込んだ簡易な構成によ
って、電子部品に作用する押圧力を正確に制限すること
が出来る。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき、図面に沿っ
て詳述する。図１乃至図５は、本発明を実施すべき電子
部品自動装着装置(２)の具体的な構成を示しており、ま
ず該装置のメカニズムについて説明する。

【００２２】図１に示す如く電子部品自動装着装置(２)
は、機台(20)上に、プリント基板(31)を供給側(左側)か
ら搬出側(右側)へ向けて搬送するための基板搬送機構
(７)と、後述の如くプリント基板(31)を電子部品装着位
置にて昇降移動させるための基板昇降機構(８)とを配備
している。基板搬送機構(７)は、プリント基板(31)の水
平移動を案内する一対のガイドレール(32)(33)を具えて
いる。

【００２３】又、機台(20)上には電子部品を載置するた
めの部品トレイ(30)を具え、更にコンベア(32)(33)を挟
んで両側には、テープ(38)に収容された電子部品を１ピ
ッチづつ送るテープフィーダユニット(37)と、電子部品
を縦積みした状態で収納する部品マガジン(39)を配置し
ている。

【００２４】吸着ヘッド機構(４)をＸ軸方向及びＹ軸方
向へ移動させるＸ−Ｙテーブルは、機台(20)上にＹ軸方
向へ架設された一対のＹ軸方向ガイド体(35)(36)と、該
ガイド体に摺動可能に係合してＹ軸方向に駆動されるＸ
軸方向ガイド体(34)とを具え、吸着ヘッド機構(４)は、
Ｘ軸方向ガイド体(34)上にＸ軸方向へ往復駆動可能に取
り付けられている。

【００２５】吸着ヘッド機構(４)は、図２に示す如くＸ
軸方向ガイド体(34)に対して摺動可能に係合したＺ軸方
向ガイド体(53)を具え、該Ｚ軸方向ガイド体(53)には、
一対の軸受(55)(56)によって垂直に支持されたボールね
じ(52)が配置されている。該ボールねじ(52)には、Ｚ軸
方向ガイド体(53)に摺動可能に係合して上下動を案内さ
れた昇降ブロック(54)が螺合している。

【００２６】ボールねじ(52)の上端部には、Ｚ軸方向ガ
イド体(53)上に設置されたモータ(51)が連結されてい
る。又、昇降ブロック(54)には、吸着ヘッド機構(４)に
突設した支持アーム(40)が固定されている。従って、モ
ータ(51)の駆動によってボールねじ(52)が回転すると、
ねじ推力によって昇降ブロック(54)が昇降駆動され、こ
れに伴って吸着ヘッド機構(４)が昇降することになる。

【００２７】吸着ヘッド機構(４)は、図３に示す如く支
持アーム(40)に軸受(401)(402)を介して垂直に支持され
た外筒(44)を具え、該外筒(44)の内部に内筒(45)が配置
されている。該内筒(45)は、外筒(44)との間に配置した
軸受(403)(403)を介して、外筒(44)に対し軸方向の移動
が可能で且つ相対回転不能に係合している。又、内筒(4
5)と外筒(44)の間にはバネ(49)が介在して、内筒(45)を
外筒(44)に対して下方へ付勢している。

【００２８】内筒(45)の中央孔(46)は図示省略する真空
ポンプに連繋している。また、内筒(45)の下端部には、
吸着ノズル(41)を狭圧保持する一対の狭圧アーム(42)(4
2)が取り付けられている。

【００２９】前記一対の狭圧アーム(42)(42)は図４の如
く内筒(45)の下端部に枢支連結され、両アーム間にスプ
リング(43)が張設されている。これによって、吸着ノズ
ル(41)は、両狭圧アーム(42)(42)によって着脱可能に狭
圧保持され、保持された状態で、ノズル孔は内筒(45)の
中央孔(46)と連通することになる。

【００３０】尚、図３に示す様に、外筒(44)にはタイミ
ングベルト(48)によって駆動されるプーリ(47)が取り付
けられており、図示省略する駆動機構によって外筒(44)
を所定角度だけ回転させて、吸着ノズル(41)に保持した
電子部品の向きを任意に変えることが可能となってい
る。

【００３１】基板昇降機構(８)は、前記基板搬送機構
(７)を構成する一対のガイドレール(32)(33)の下方に配
置されており、図５に示す如く４本の支柱(81)によって
一定の高さ位置に固定された基台(82)と、該基台(82)の
四隅に設けたガイド部材(83)によって夫々上下動が案内
された４本のシャフト(84)と、これらのシャフト(84)の
上端部に固定された昇降板(85)とを具えている。又、基
台(82)上にはエアシリンダー(88)が設置され、該エアシ
リンダー(88)のロッド先端が昇降板(85)の裏面に連結固
定されている。

【００３２】昇降板(85)には、多数の孔(86)が一定ピッ
チで開設されており、これらの孔(86)には、複数本の基
板支持ピン(87)が着脱可能に嵌合している。

【００３３】従って、昇降板(85)は、４本のシャフト(8
4)がガイド部材(83)によって案内されつつ、エアシリン
ダー(88)によって昇降駆動され、これに伴って複数本の
基板支持ピン(87)が昇降移動することになる。

【００３４】基板支持ピン(87)の基端部には、図６に示
す如く円筒状のドラム部材(61)が固定されている。該ド
ラム部材(61)は、天板(61ａ)がバネ板部材によって構成
されており、該天板(61ａ)の裏面には、複数のストレイ
ンゲージ(62)を貼着して、後述の如くプリント基板が受
ける押圧力を検出すべき力センサー(６)を構成してい
る。尚、ストレインゲージ(62)としては、通常の金属抵
抗線から構成されるものの他、半導体ストレインゲージ
を採用することも可能である。

【００３５】図８及び図９は、上述の電子部品自動装着
装置(２)における電子部品装着動作を表わしている。こ
こで、基板搬送機構(７)は、一対のガイドレール(32)(3
3)に沿って多数のローラ(72)を配設し、これらのローラ
(72)をモータ(71)によって駆動して、プリント基板(31)
を水平方向に搬送するものである。

【００３６】又、基板昇降機構(８)は、前述の如くエア
シリンダー(88)の駆動によって、昇降板(85)上の複数の
基板支持ピン(87)を昇降移動させるものであって、図８
の如く、プリント基板(31)を水平方向に搬送している過
程では、昇降板(85)及び基板支持ピン(87)は下降端にて
待機している。尚、基板支持ピン(87)の本数及び位置
は、プリント基板(31)の形状及び電子部品装着位置に応
じて適宜決定される。

【００３７】プリント基板(31)が電子部品装着位置真下
の待機位置まで搬送され、公知の位置決め機構によって
位置決めされると、図９の如く基板昇降機構(８)のエア
シリンダー(88)が動作して、昇降板(85)及び基板支持ピ
ン(87)を上昇せしめる。この結果、プリント基板(31)は
複数本の基板支持ピン(87)によって持ち上げられ、基板
両端部がガイドレール(32)(33)のストッパー(32ａ)(33
ａ)に当接した状態で、所定の電子部品装着位置にセッ
トされることになる。

【００３８】次に吸着ヘッド機構(４)がヘッド昇降機構
の駆動によって下降し、吸着ノズル(41)に保持した電子
部品(３)をプリント基板(31)上の所定位置に装着する。
ヘッド昇降機構は、電子部品(３)がプリント基板(31)に
接触した後も吸着ヘッド機構(４)を下方へ駆動し、これ
によって電子部品(３)をプリント基板(31)上に圧着せし
める。

【００３９】このとき、電子部品(３)に作用する押圧力
は、プリント基板(31)に対する荷重として作用し、該荷
重は、プリント基板(31)を支持している複数本の基板支
持ピン(87)によって受け止められる。これによって、各
基板支持ピン(87)の基端部に設けられたドラム部材(61)
の天板(61ａ)が弾性変形し、力センサー(６)を構成する
ストレインゲージ(62)に歪が生じて、基板支持ピン(87)
に作用する荷重が検出される。従って、前記複数本の基
板支持ピン(87)の夫々に作用する荷重の合計値を算出す
れば、電子部品(３)に対する押圧力が検出される。

【００４０】図１０は、電子部品自動装着装置(２)の吸
着ヘッド機構昇降駆動用モータ(51)の駆動系を示してい
る。吸着ヘッド機構昇降駆動用モータ(51)の制御におい
ては、前記基板昇降機構(８)に配備された複数の力セン
サー(６)の検出信号(電圧信号)が加算回路(14)にて加算
された後、該加算結果(以下、押圧力検出信号という)
は、Ａ／Ｄ変換器(13)を介してマイクロコンピュータ
(１)へ供給される。これに応じて、マイクロコンピュー
タ(１)はモータ制御信号を作成し、該信号はＤ／Ａ変換
器(11)を経てモータドライバ(12)へ送られ、これによっ
てモータ(51)の回転が制御されることになる。尚、基板
昇降機構(８)によってプリント基板(31)が上昇し、ガイ
ドレール(32)(33)のストッパー(32ａ)(33ａ)に一定の力
で圧接した状態で、各力センサー(６)には一定の初期押
圧力が作用するが、電子部品装着時の押圧力測定値から
初期押圧力を減算することによって、電子部品に作用す
る真の押圧力を算出することが出来る。

【００４１】マイクロコンピュータ(１)による押圧力の
制御においては、図１１に示す如くマイクロコンピュー
タ(１)内に予め設定したステップ状、ランプ状或いは一
次遅れ状の波形を有する押圧力を目標値として、前記モ
ータ(51)をフィードバック制御する。即ち、前記押圧力
検出信号と目標値の偏差を前記モータ(51)を含む駆動系
(21)へ入力する。又、電子部品及びプリント基板を含む
制御対象(22)から得られる押圧力は、前記複数の力セン
サー(６)によって検出され、マイクロコンピュータ(１)
へフィードバックされる。

【００４２】上記フィードバック制御による押圧力検出
信号の一例を図１２に示す。電子部品(３)とプリント基
板(31)とは図中のＡ点にて接触し、これに伴って、押圧
力検出信号は目標値レベルＬを僅かに越えるＢ点まで立
ち上がる。このとき、押圧力検出信号の立上り時間ｔ₀
よりも十分に短いサンプリング周期で各力センサー(６)
出力をマイクロコンピュータ(１)内に取り込んで、前述
のフィードバック制御を実行することにより、電子部品
(３)に作用する押圧力を許容値以下に抑制することが出
来る。

【００４３】上記力制御の終了時点は、例えば、マイク
ロコンピュータが出力すべき目標値を適当な位置で零に
立ち下げることによって、或いは図８のＡ点又はＢ点か
らの経過時間を計測し、一定時間が経過したときにモー
タ(51)を吸着ヘッド機構(４)の上昇方向に回転させる等
の方法により、適切な時点に設定することが可能であ
る。

【００４４】そして、電子部品の装着が完了すると、次
の電子部品の吸着及び装着動作へ移行し、同様の処理を
繰り返す。

【００４５】上述の実施例では、力センサー(６)として
ストレインゲージを用いたが、この他に周知の種々の構
成が採用出来る。例えば、図７に示す力センサー(６)
は、基板支持ピン(87)の基端部に圧電センサー(63)を配
置したものである。該圧電センサー(63)は水晶、チタン
酸ジルコン酸鉛などの圧電材料によって構成され、その
両側に一対の絶縁板(64)(64)が配置されている。該圧電
センサー(63)は、荷重の作用によって歪が生じたとき、
歪量に相当する電荷を発生するものである。従って、電
荷の発生量を計測することによって、電子部品が受ける
押圧力を測定することが出来る。

【００４６】更に上記圧電センサに替えて、感圧導電ゴ
ムを配置することも可能である。感圧導電ゴムは、受け
た荷重によって抵抗値が変化する性質をもっており、こ
の抵抗値変化を計測することによって、電子部品が受け
る押圧力を測定できる。

【００４７】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

【００４８】例えば力センサー(６)の検出信号に基づく
ヘッド昇降機構(５)の制御においては、前述のフィード
バック制御に限らず、周知の種々の制御方式を採用出来
るのは勿論である。又、上記実施例では複数の力センサ
ー(６)によって押圧力を検出しているが、１個の力セン
サーによる押圧力の検出も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電子部品自動装着装置の外観を示
す斜視図である。

【図２】ヘッド昇降機構の構成を示す斜視図である。

【図３】吸着ヘッド機構の断面図である。

【図４】吸着ヘッド機構のノズル部の拡大断面図であ
る。

【図５】基板昇降機構の斜視図である。

【図６】力センサーの構成を示す一部破断正面図であ
る。

【図７】力センサーの他の構成を示す一部破断正面図で
ある。

【図８】プリント基板搬送中の基板昇降機構を示す一部
破断正面図である。

【図９】プリント基板を電子部品装着位置にセットした
状態の基板昇降機構を示す一部破断正面図である。

【図１０】電子部品自動装着装置のモータ駆動系を示す
ブロック図である。

【図１１】電子部品自動装着装置の押圧力制御系を示す
ブロック図である。

【図１２】押圧力の変化を示すグラフである。

【符号の説明】

(２) 電子部品自動装着装置 (３) 電子部品 (31) プリント基板 (４) 吸着ヘッド機構 (５) ヘッド昇降機構 (６) 力センサー (７) 基板搬送機構 (８) 基板昇降機構 (87) 基板支持ピン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子部品を吸着保持すべき吸着ヘッド機
構(４)と、該吸着ヘッド機構を電子部品装着位置のプリ
ント基板へ向けて昇降移動させるヘッド昇降機構(５)
と、吸着ヘッド機構(４)下方の待機位置と電子部品装着
位置の間でプリント基板を昇降移動せしめる基板昇降機
構(８)とを具えた電子部品装着装置において、基板昇降
機構(８)には、電子部品装着時にプリント基板が受ける
押圧力を測定する力センサー(６)が配備され、該力セン
サー(６)の検出信号に基づいてヘッド昇降機構(５)の動
作を制御して、所定の押圧力で電子部品をプリント基板
上へ圧着せしめることを特徴とする電子部品装着装置。