JPH06137969A

JPH06137969A - 電子部品装着装置における押圧力測定装置

Info

Publication number: JPH06137969A
Application number: JP4287168A
Authority: JP
Inventors: 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: 1992-10-26
Filing date: 1992-10-26
Publication date: 1994-05-20
Anticipated expiration: 2016-06-04
Also published as: JP3172286B2

Abstract

(57)【要約】【目的】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
昇降機構と、プリント基板を吸着ヘッド機構下方の待機
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は、昇降板85上
に、複数本の基板支持ピン87を植立して構成されてい
る。昇降板85上には、複数本の基板支持ピン87が上下動
可能に貫通するピン植立板89が配置され、昇降板85とピ
ン植立板89の間には、感圧導電ゴムシートから構成され
る力センサー６が介在している。

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測定する
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)は、往復装置が連繋する
昇降板(85)上にピン植立板(89)を配置すると共に、昇降
板(85)とピン植立板(89)の間に力センサー(６)を介在せ
しめて構成されている。ピン植立板(89)には、プリント
基板を直接に支持すべき複数本の基板支持ピン(87)が上
下動可能に貫通して植立されている。

【００１４】押圧力測定装置を構成する力センサー(６)
は、感圧導電ゴムシート(61)を挟んで両面に一対の電極
を配置したものであって、該力センサー(６)の表面に各
基板支持ピン(87)の基端部が当接している。前記一対の
電極は測定回路(９)に接続されて、感圧導電ゴムシート
(61)に作用する押圧力が測定される。

【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、複
数本の基板支持ピン(87)によって受け止められる。各基
板支持ピン(87)が受ける力はそのまま力センサー(６)の
感圧導電ゴムシート(61)に作用する。この結果、感圧導
電ゴムシート(61)は厚さ方向に変形して、厚さ方向の電
気抵抗値が変化することになる。従って、測定回路(９)
により一対の電極間に一定電流を通電すれば、前記抵抗
値変化を電圧変化として検出することが出来る。この電
圧変化を測定回路(９)にて検出することにより、感圧導
電ゴムシート(61)に作用する押圧力、即ち電子部品が受
ける押圧力が測定される。

【００１８】測定回路(９)の出力は、電子部品装着時に
おけるヘッド昇降機構(５)の駆動制御に供することが可
能であり、これによって、電子部品の作用する押圧力が
規制値以下に抑制されて、過度な押圧力の作用による部
品の損傷が防止される。

【００１９】

【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測定すること
が出来る。

【００２０】

【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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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)との間に配置され
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
(45)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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】昇降板(85)上には、後述の力センサー(６)
を介してピン植立板(89)が設置される。ピン植立板(89)
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。

【００３２】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。

【００３３】力センサー(６)は、図６に示す如く感圧導
電ゴムシート(61)の両面に、一方向に伸びる多数条の帯
電極片からなる第１の電極フィルム(62)と、前記帯電極
片とは直交する方向に伸びる多数条の帯電極片からなる
第２の電極フィルム(63)とを貼着し、更にその両側に絶
縁フィルム(64)(65)を配置して構成される。斯くして、
第１及び第２の一対の電極フィルム(62)(63)によってＸ
Ｙマトリクスが構成されることになる。

【００３４】又、各電極フィルム(62)(63)には、夫々の
帯電極片の基端部を電気接続したコネクター(66)(67)が
取り付けられている。尚、電極フィルム(62)(63)は前述
の如く多数条の帯電極片から構成されて櫛形を呈してい
るが、前述の図５及び後述の図１０には矩形のシート状
に描き、前述の図６では、各帯電極片を１本の線で描い
て、簡略化している。

【００３５】図７は、上述の力センサー(６)に接続され
るべき測定回路(９)の構成を示している。前記電極フィ
ルム(62)(63)には、コネクター(66)(67)を介して選択回
路(91)(92)が接続され、これらの選択回路を後述のマイ
クロコンピュータによって切換え制御することにより、
電極フィルム(62)(63)によって構成される前述のＸＹマ
トリクスが線順次走査され、任意時点には、ＸＹマトリ
クスの１つの交差点が選択される。

【００３６】選択された交差点における感圧導電ゴムシ
ート(61)の厚さ方向の電気抵抗Ｒ_XYには、定電流源(93)
からの電流が通電され、これに伴って抵抗両端に生じる
電位差が差動アンプ(94)によって増幅され、電圧信号Ｖ
₀として出力される。

【００３７】感圧導電ゴムシート(61)の任意位置が押圧
されて、シート厚さが変化すると、厚さの変化した箇所
では抵抗値が変化して、電圧信号Ｖ₀の変化となって現
われる。従って、該電圧信号Ｖ₀の変化を検出すること
によって、感圧導電ゴムシート(61)に作用する押圧力の
分布を測定することが出来る。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】各基板支持ピン(87)はピン植立板(89)に上
下動可能に嵌まっているから、基板支持ピン(87)に作用
する力はそのまま力センサー(６)の感圧導電ゴムシート
(61)に作用することになる。

【００４４】図１０は、感圧導電ゴムシート(61)が基板
支持ピン(87)の基端部によって押圧されて、厚さが変化
している様子を表わしている。上述の如く、感圧導電ゴ
ムシート(61)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、例えば６本の基板支持ピン(87)によ
ってプリント基板(31)を支持した場合、図１１或いは図
１２に示す如き抵抗値分布が発生する。図１１は、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
で圧接した状態における抵抗値分布を示しており、図１
２は、その後、ヘッド昇降機構の動作によって電子部品
(３)がプリント基板(31)上に圧着された状態における抵
抗値分布を示している。

【００４５】図１１では、６本の基板支持ピンに対応す
る箇所で略同一レベルの低い山が発生しているのに対
し、図１２では、電子部品(３)の装着位置に対応する箇
所Ａで、高い山が発生している。従って、図１２の圧力
分布から図１１の圧力分布を減算し、その結果を感圧導
電ゴムシート全域に亘って積分すると、感圧導電ゴムシ
ートに作用する押圧力の合計値、即ち電子部品(３)が受
ける押圧力が検出されるのである。

【００４６】図１３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)に配備された力センサー
(６)の出力が測定回路(９)へ供給され、これによって得
られる電圧信号Ｖ₀が、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。

【００４７】ここで、マイクロコンピュータ(１)は、測
定回路(９)を切換え制御すると共に、これによって前述
の如く感圧導電ゴムシート(61)のＸＹマトリクスから順
次得られるｎ×ｍ個(ｎ、ｍは電極本数)の信号を加算し
て、プリント基板に作用する押圧力を算出する。

【００４８】更にマイクロコンピュータ(１)は、算出し
た押圧力(以下、押圧力検出信号という)に基づいてモー
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。

【００４９】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１４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。

【００５０】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１５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力センサー出力を
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。

【００５１】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１５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。

【００５２】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。

【００５３】上記電子部品自動装着装置(２)によれば、
電子部品に作用する押圧力が正確に測定され、該測定結
果に基づく押圧力の制御によって、過度な押圧力の作用
による部品の損傷が確実に防止される。

【００５４】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。

【００５５】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。

【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分解斜視図である。

【図７】測定回路の構成を示す回路図である。

【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】押圧力が作用した状態の力センサーの拡大断
面図である。

【図１１】初期押圧力が作用した感圧導電ゴムシートの
抵抗値分布を示すグラフである。

【図１２】電子部品装着時の感圧導電ゴムシートの抵抗
値分布を示すグラフである。

【図１３】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１４】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１５】部品装着時の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 (61) 感圧導電ゴムシート (62) 電極フィルム (63) 電極フィルム (７) 基板搬送機構 (８) 基板昇降機構

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、基板昇降機構(８)は、往復装置が連繋
する昇降板(85)上に、プリント基板を直接に支持すべき
複数本の基板支持ピン(87)を植立して構成されている電
子部品装着装置において、昇降板(85)上には、複数本の
基板支持ピン(87)が上下動可能に貫通するピン植立板(8
9)が配置され、昇降板(85)とピン植立板(89)の間には、
感圧導電ゴムシート(61)を挟んで両面に一対の電極を配
置した力センサー(６)が介在し、該力センサー(６)の表
面に各基板支持ピン(87)の基端部が当接し、前記一対の
電極は測定回路(９)に接続されて、感圧導電ゴムシート
(61)に作用する押圧力を測定することを特徴とする電子
部品装着装置における押圧力測定装置。