JPWO2006062091A1 - 部品実装装置及び部品実装方法 - Google Patents

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Abstract

部品実装装置２は、高さ位置が固定され、基板５を保持するステージ４１、チップ２を解除可能に保持し、ステージ４１上方の固定された第１基準高さ位置ＨＢ１からステージ４１に向けて降下し、保持したチップ２を基板５又は実装済みのチップ２に実装する実装ヘッド４８を備える。制御装置１４は、第１基準高さ位置ＨＢ１からの距離に対応する実装基準高さＨｎを算出する実装基準高さ算出部１０３と、少なくとも実装基準高さＨｎと実装ヘッド４８に保持されているチップ２の厚みＰＴｎとに基づいて目標移動高さＺＴＡＧｎを算出する第１目標移動高さ算出部１０４とを備え、実装ヘッド４８を第１基準高さ位置ＨＢ１から目標移動高さＺＴＡＧｎまで降下させてチップ２を基板５又は実装済みのチップ２に実装させる。

Description

本発明は、部品実装装置及び部品実装方法に関する。特に、本発明は、基板に複数のＩＣチップ等の部品を積み重ねて実装するスタック実装のための装置及び方法に関する。
特許文献１には、基板に対してＩＣチップを実装するための部品実装装置が開示されている。この部品実装装置は、装置外から装置内に基板を供給するためのローダ、基板を保持する実装ステージ、ローダから実装ステージ上に基板を搬入する基板搬入装置、実装ステージ上に保持された基板にＩＣチップを実装する実装ヘッド、部品供給部から実装ヘッドまでＩＣチップを搬送する搬送ヘッド、ＩＣチップを実装済みの基板を装置内から装置外に排出するアンローダ、及びＩＣチップを実装済みの基板を実装ステージからアンローダに搬出する基板搬出装置を備えている。
近年、高機能化、高集積化等のために、基板に複数のＩＣチップ等の部品を積み重ねて実装するスタック実装に対する要求が高まっている。スタック実装では、部品の装着や、アンダーフィル等の液状材の塗布の基準となる高さが、部品を実装する度に変化する。しかし、このスタック実装の特徴を考慮した効率的にスタック実装を実行可能な部品実装装置は提供されていない。
特開２００４−１８６１８２号公報
本発明は、スタック実装を効率的に行うことができる、部品実装装置及び部品実装方法を提供することを課題とする。
本発明の第１の態様は、基板に複数個の部品を積み重ねて実装する部品実装装置であって、高さ位置が固定され、前記基板を保持するステージと、前記部品を解除可能に保持し、前記ステージの上方の固定された第１の基準高さ位置から前記ステージに向けて降下し、保持した前記部品を前記基板又は実装済みの前記部品に実装する実装ヘッドと、前記第１の基準高さ位置から前記基板又は実装済みの前記部品までの距離に対応する実装基準高さを算出する実装基準高さ算出部と、少なくとも前記実装基準高さ算出部が算出した前記実装基準高さと前記実装ヘッドに保持されている前記部品の厚みとに基づいて第１の目標移動高さを算出する第１の目標移動高さ算出部と、前記部品を保持した前記実装ヘッドを前記第１の基準高さ位置から前記第１の目標移動高さまで降下させて前記基板又は前記実装済みの部品に保持した前記部品を実装させる制御部とを備える、部品実装装置を提供する。
実装基準高さ算出部が第１の基準高さ位置から基板又は実装済みの部品までの距離に対応する実装基準高さを算出し、第１の目標移動高さ算出部が実装基準高さを使用して第１の目標移動高さを算出する。実装ヘッドは、第１の基準高さ位置から第１の目標移動高さまで降下して基板又は前記実装済みの部品に保持した部品を実装する。従って、実装済みの部品の個数、すなわち基板上に実装済みの部品の段数が増加する程、第１の目標移動高さが上昇し、第１の基準高さ位置に近づく。換言すれば、基板上に実装された部品の段数が増加に伴って、次に実装される部品を保持した実装ヘッドが第１の基準的高さ位置からステージに向けて降下する量が自動的に調節される。その結果、複数の部品を連続的にスタック実装することが可能となり、効率的にスタック実装を行うことができる。
具体的には、前記実装ヘッドは、前記部品を保持する保持部と、この保持部が前記第１の基準高さ位置方向に変位可能な基部と、前記部品の実装時の前記保持部の前記基部に対する変位する量である実押込量を検出する第１のセンサを備え、前記実装基準高さ算出部は、少なくとも前記実押込量に基づいて前記実装基準高さを算出する。
代案としては、前記実装ヘッドは、前記第１の基準高さ位置を基準とする前記部品の実装時の前記実装ヘッドの高さである実移動高さを検出する第２のセンサを備え、前記実装基準高さ算出部は、少なくとも前記実移動高さに基づいて前記実装基準高さを算出する。
部品実装装置は少なくとも前記実装ヘッドに保持された部品と前記基板とを認識可能な認識カメラとをさらに備え、前記制御部は、前記認識カメラよる前記基板の認識結果を使用して、前記実装ヘッドに保持された部品の前記実装済みの部品に対する位置決めを実行してもよい。また、部品実装装置は前記実装ヘッドに保持された部品と前記基板に実装済みの最下段の部品とを認識可能な認識カメラをさらに備え、前記制御部は、前記認識カメラによる前記最下段の部品の認識結果を使用して、前記実装ヘッドに保持された部品の前記実装済みの部品に対する位置決めを実行してもよい。同一の対象、すなわち基板や最下段の部品を基準として実装済みの部品に対する実装される部品の位置決めを実行することにより、高精度のスタック実装を安定して行うことができる。さらに、部品実装装置は、少なくとも前記実装ヘッドに保持された部品と前記実装済みの部品のうち最上段のものとを認識可能な認識カメラをさらに備え、前記制御部は、前記認識カメラによる前記最上段の部品の認識結果を使用して、前記実装ヘッドに保持された部品の前記実装済みの部品に対する位置決めを実行してもよい。
部品実装装置は、前記ステージの上方の固定された第２の基準高さ位置から前記ステージに向けて降下し、上記基板又は実装済みの前記部品に対して液状材を塗布するための塗布ヘッドをさらに備えてもよい。この場合、前記制御部は、少なくとも前記実装基準高さに基づいて第２の目標移動高さを算出する第２の目標移動高さ算出部をさらに備え、前記塗布ヘッドを前記第２の基準高さ位置から前記第２の目標移動高さ算出部が算出した前記第２の目標高さまで降下させて前記基板又は実装済みの前記部品に前記液状材を塗布させる。
本発明の第２の態様は、基板に複数個の部品を積み重ねて実装する部品実装装置であって、前記基板を保持する昇降可能なステージと、前記部品を解除可能に保持し、前記ステージの上方の第１の基準高さ位置から前記ステージへ向けて降下し、保持した前記部品を前記基板又は実装済みの前記部品に実装する実装ヘッドと、前記第１の基準高さ位置から前記基板又は実装済みの前記部品までの距離に対応する実装基準高さを一定に保持するように、前記第１の基準高さ位置からの前記ステージの高さであるステージ高さを算出するステージ高さ算出部と、少なくとも前記実装基準高さと前記実装ヘッドに保持されている前記部品の厚みとに基づいて第１の目標移動高さを算出する第１の目標移動高さ算出部とを備え、前記ステージを前記ステージ高さ算出部が算出した前記ステージ高さまで降下させた後、前記部品を保持した前記実装ヘッドを前記第１の基準高さ位置から前記第１の目標移動高さ算出部が算出した前記第１の目標移動高さまで降下させて前記基板又は前記実装済みの部品に保持した前記部品を実装させる制御部とを備える、部品実装装置を提供する。
ステージ高さ算出部が第１の基準高さ位置から基板又は実装済みの部品までの距離に対応する実装基準高さを一定に保持するように、第１の基準高さ位置からステージまでの高さであるステージ高さを算出する。算出されたステージ高さ位置までステージが降下した後、実装基準高さを使用して算出した第１の目標移動高さまで実装ヘッドが降下し、基板又は実装済みの部品に実装ヘッドが保持した部品が実装される。換言すれば、実装済みの部品の個数、すなわち基板上に実装済みの部品の段数が増加する程、ステージが降下して基準高さ位置から離れ、それによって自動的に一定に保持される実装基準高さを基準として実装ヘッドが基板又は実装済みの基板に部品を実装する。従って、複数の部品を連続的にスタック実装することが可能となり、効率的にスタック実装を行うことができる。
具体的には、前記実装ヘッドは、前記部品を保持する保持部と、この保持部が前記基準高さ位置方向に変位可能な基部と、前記部品の実装時の前記保持部の前記基部に対する変位する量である実押込量を検出する第１のセンサを備え、前記ステージ高さ算出部は、少なくとも前記実押込量に基づいて、前記ステージ高さを算出する。
代案としては、前記実装ヘッドは、前記第１の基準高さ位置を基準とする前記部品の実装時の前記実装ヘッドの高さである実移動高さを検出する第２のセンサを備え、前記ステージ高さ算出部は、少なくとも前記実移動高さに基づいて前記ステージ高さを算出する。
部品実装装置は、前記ステージの上方の固定された第２の基準高さ位置から前記ステージに向けて降下し、上記基板又は実装済みの前記部品に対して液状材を塗布するための塗布ヘッドをさらに備えてもよい。この場合、前記制御部は、少なくとも前記実装基準高さに基づいて第２の目標移動高さを算出する第２の目標移動高さ算出部をさらに備え、前記塗布ヘッドを前記第２の基準高さ位置から第２の目標移動高さ算出部が算出した前記第２の目標移動高さまで降下させて前記基板又は実装済みの前記部品に前記液状材を塗布させる。
本発明の第３の態様は、基板に複数個の部品を積み重ねて実装する部品実装方法であって、前記基板を保持する、高さ位置が固定されたステージを設け、前記部品を解除可能に保持し、保持した前記部品を前記基板又は実装済みの前記部品に実装する実装ヘッドを設け、前記ステージの上方の基準高さ位置から前記基板又は実装済みの前記部品までの距離に対応する実装基準高さを算出し、少なくとも前記実装基準高さと前記実装ヘッドに保持されている前記部品の厚みとに基づいて第１の目標移動高さを算出し、前記部品を保持した前記実装ヘッドを前記基準高さ位置から前記目標移動高さまで降下させて前記基板又は前記実装済みの部品に保持した前記部品を実装させる、部品実装方法を提供する。
本発明の第４の態様は、基板に複数個の部品を積み重ねて実装する部品実装方法であって、前記基板を保持する、昇降可能なステージを設け、前記部品を解除可能に保持し、保持した前記部品を前記基板又は実装済みの前記部品に実装する実装ヘッドを設け、前記ステージの上方の基準高さ位置から前記基板又は実装済みの前記部品までの距離に対応する実装基準高さを一定に保持するように、前記基準高さ位置からの前記ステージの高さであるステージ高さを算出し、少なくとも前記実装基準高さと前記実装ヘッドに保持されている前記部品の厚みとに基づいて目標移動高さを算出し、前記ステージを前記ステージ高さまで降下させ、前記部品を保持した前記実装ヘッドを前記基準高さ位置から前記目標移動高さまで降下させて前記基板又は前記実装済みの部品に保持した前記部品を実装させる、部品実装方法を提供する。
本発明の第１の態様の部品実装装置及び第３の態様の部品実装方法では、実装済みの部品の個数、すなわち基板上に実装済みの部品の段数が増加に伴い、次に実装される部品を保持した実装ヘッドがステージに向けて降下する量が自動的に調節される。その結果、複数の部品を連続的にスタック実装することが可能となり、効率的にスタック実装を行うことができる。
本発明の第２の態様の部品実装装置及び第４の態様の部品実装方法では、実装済みの部品の個数、すなわち基板上に実装済みの部品の段数が増加する程、ステージが降下し、それによって実装高さ位置が自動的に一定に保持される。その結果、複数の部品を連続的にスタック実装することが可能となり、効率的にスタック実装を行うことができる。また、実装高さが一定となるため、実装ヘッドと部品との間に配置された認識カメラと部品とのワークディスタンスが一定に保持される。その結果、認識カメラによって実装済み部品を高精度で位置認識でき、実装済み部品に対するより高精度の実装を実現できる。
本発明の第１実施形態に係る部品実装装を示す斜視図。 反転ヘッドが上向きの部品搬送装置を示す斜視図。 反転ヘッドが上向きの部品搬送装置を示す斜視図。 実装ヘッドを示す部分拡大図。 第１実施形態における制御装置を示すブロック図。 ＩＣチップを吸着面側から見た斜視図。 ＩＣチップを実装面側から見た斜視図。 スタック実装されたＩＣチップの一例を示す部分断面図。 第１実施形態に係る部品実装装置の動作を説明するためのフローチャート。 第１実施形態における第１段目の実装を説明するための概略図。 第１実施形態における第２段目の実装を説明するための概略図。 第１実施形態における第３段目の実装を説明するための概略図。 第１実施形態における第ｎ段目の実装を説明するための概略図。 本発明の第２実施形態における制御装置を示すブロック図。 本発明の第２実施形態に係る部品実装装置の動作を説明するためのフローチャート。 第２実施形態における第１段目の実装を説明するための概略図。 第２実施形態における第２段目の実装を説明するための概略図。 第２実施形態における第３段目の実装を説明するための概略図。 第２実施形態における第ｎ段目の実装を説明するための概略図。 本発明の第３実施形態における制御装置を示すブロック図。 本発明の第３実施形態に係る部品実装装置の動作を説明するためのフローチャート。 本発明の第４実施形態における制御装置を示すブロック図。 第４実施形態に係る部品実装装置の動作を説明するためのフローチャートである。 第４実施形態における第１段目の実装を説明するための概略図。 第４実施形態における第２段目の実装を説明するための概略図。 第４実施形態における第３段目の実装を説明するための概略図。 第４実施形態における第ｎ段目の実装を説明するための概略図。 本発明の第５実施形態における制御装置を示すブロック図。 本発明の第５実施形態に係る部品実装装置の動作を説明するためのフローチャート。 本発明の第６実施形態における制御装置を示すブロック図。 本発明の第６実施形態に係る部品実装装置の動作を説明するためのフローチャート。
符号の説明
１ 部品実装装置
２ ＩＣチップ
２ａ 吸着面
２ｂ 実装面
３ パッド
４ バンプ
５ 基板
１１ 部品供給部
１２ 基板移動部
１３ 実装部
１４ 制御装置
１６ ストッカ
１７ プレート移動装置
１８ プレート配置装置
１９ 認識カメラ
２０ 部品移送ヘッド装置
２２ トレイ
２３ プレート
２５ プレート押圧体
２６，２８，３０ モータ
２７ ＸＹロボット
２９，３２ Ｘ軸ロボット
３３ ヘッドフレーム
３４ 反転ヘッド
３５ 吸着ノズル
４０ 実装ヘッド装置
４１ ステージ
４２ ２視野系認識カメラ
４５ モータ
４６ Ｘ軸ロボット
４７ キャリッジ
４８ 実装ヘッド
４９ 直動ガイド
５１ ベース
５２ ボールねじ
５３ モータ
５４ 吸着ノズル（保持部）
５６ ノズル支持部（基部）
５７ モータ
５８ ばね
５９ エア供給源
６０ 流路
６１ 降下量センサ
６４ ピストン
６５ ロードセル
６６ 超音波発信器
６７ ヒータ
７０ 塗布ヘッド
７１ モータ
７３ 塗布ノズル
７５，７６ モータ
７７ ＸＹロボット
１５０ 昇降装置
１５１ ステージ高さ算出部
（第１実施形態）
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１から図４は、本発明の第１実施形態に係る部品実装装置１を示す。この部品実装装置１は、基板に複数のＩＣチップ（部品）を積み重ねて実装するスタック実装を行うためのものである。図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、ＩＣチップ（以下、「チップ」と略称する。）２は、一方の面（吸着面）２ａに複数のパッド（例えばＡｕパッド）３が設けられ、他方の面（実装面２ｂ）に複数のバンプ（例えばＡｕバンプ）４が設けられている。図６は基板５上にスタック実装された複数のチップ２の一例を示す。この図６に示すように、基板５にもパッド３が設けられている。基板５上に第１段目のチップ２−１が実装され、その上に第２段目のＩＣチップ２−２が実装されている。この例では合計４個のチップ２−１〜２−４がスタック実装されている。第１段目のチップ２−１のバンプ４は基板５のパッド３に接続されている。また、第２段目以降のチップ２−２〜２−４のバンプ４は、それらが実装されているチップ２のパッド３に接続されている。基板５と第１段目のチップ２との隙間、及びチップ２−１〜２−４相互間の隙間には、アンダーフィル等の液状材６が塗布されている。
図１を参照すると、部品実装装置１は、チップ２を供給する部品供給部１１、基板５の移動を行う基板移動部１２、基板５に対するチップ２のスタック実装動作を行う実装部１３を備える。また、部品実装装置１は部品供給部１１、基板移動部１２、及び実装部１３の動作を制御するための制御装置１４を備える。
部品供給回収部１１は、ストッカ１６、プレート移動装置１７、プレート配置装置１８、認識カメラ１９、及び部品移送ヘッド装置２０を備える。
ストッカ１６には、複数のチップ２が取り出し可能に配置されたトレイ２２を備えるプレート２３が複数枚収容されている。
プレート移動装置１７は、ストッカ１６からトレイ２２を取り出してプレート配置装置１８へ移動させる。
プレート配置装置１８は、昇降可能な一対のプレート押圧体２５と、プレート押圧体２５の下側に配置された支持機構（図示せず）を備える。プレート押圧体２５が上昇位置にあれば、プレート移動装置１７によりプレート押圧体２５と支持機構との隙間にプレート２３を出し入れできる。一方、プレート押圧体２５が降下位置にあれば、プレート押圧体２５と支持機構との間にプレート２３が挟み込まれ、それによってプレート２３がプレート配置装置１８に保持される。プレート配置装置１８は駆動用のモータ２６を備えるＹ軸ロボット２７によりＹ軸方向に移動可能である。
認識カメラ１９は、プレート配置装置１８の上方に配置されている。認識カメラ１９は駆動用のモータ２８を備えるＸ軸ロボット２９に搭載されており、Ｘ軸方向に移動可能である。認識カメラ１９はプレート配置装置１８に保持されたプレート２３上のチップ２の位置を光学的認識する。
部品移送ヘッド装置２０は、駆動用のモータ３０を有するＸ軸ロボット３２を備え、このＸ軸ロボット３２によりヘッドフレーム３３がＸ軸方向に移動する。ヘッドフレーム３３のＸ軸方向の移動範囲は、プレート配置装置１８に対応する位置（チップ取扱位置Ｘ１）から、後述する実装ヘッド装置４０へのチップ２の受け渡しを行う位置（チップ受渡位置Ｘ２）に到る。図２Ａ及び図２Ｂを併せて参照すると、ヘッドフレーム３３には反転ヘッド３４が搭載されている。反転ヘッド３４は、チップ２を解除可能に吸着保持する吸着ノズル３５を備える。さらに、反転ヘッド３４は、吸着ノズル３５をそれ自体の軸線方向に昇降させる。また、反転ヘッド３４は吸着ノズル３５をその軸線と略直交する方向である図示Ｙ軸方向に延びる回転中心回りに回転する。従って、吸着ノズル３５は図２Ａに示す鉛直方向下向きとなる姿勢と、図２Ｂに示すように鉛直方向上向きとなる姿勢のいずれかに設定することができる。
基板移動部１２は、部品実装装置１に対する基板５の供給と搬出を行う。詳細には、基板移動部１２は、装置外から装置内に基板５を供給するためのローダ、ローダから後述するステージ４１上に基板５を搬入する基板搬入装置、チップ２を実装済みの基板５を装置内から装置外に排出するアンローダ、及びチップ２を実装済みの基板５をステージ４１からアンローダに搬出する基板搬出装置を備える。
実装部１３は、実装ヘッド装置４０、ステージ４１、及び２視野系認識カメラ４２を備える。
実装ヘッド装置４０は、モータ４５により作動するＸ軸ロボット４６によりＸ軸方向に進退移動可能なキャリッジ４７を備える。このキャリッジ４７に実装ヘッド４８が取り付けられている。
図３を併せて参照すると、キャリッジ４７には、鉛直方向（Ｚ軸方向）に延びる直動ガイド４９が配設されており、この直動ガイド４９によりキャリッジ４７に対して実装ヘッド４８のベース５１が鉛直方向に移動可能に支持されている。また、ベース５１には鉛直方向に延びるボールねじ５２が螺合する雌ねじ部が形成されている。ボールねじ５２がモータ５３により回転駆動されると、その回転方向に応じて実装ヘッド４８が昇降する。実装ヘッド４８の昇降位置、詳細には後述する第１基準位置ＨＢ１からの移動高さが、降下量センサ６１で検出される。
実装ヘッド４８は、真空ポンプＰ１の真空吸引力によりチップ２を解除可能に吸着保持する吸着ノズル（保持部）５４を備える。また、実装ヘッド４８は、吸着ノズル５４を支持するノズル支持部（基部）５６を備える。吸着ノズル５４はノズル支持部５６に内蔵されたモータ５７により、ノズル支持部５６に対してそれ自体の軸線回りの回転（いわゆるθ回転）が可能である。また、吸着ノズル５４は、ノズル支持部５６に対して鉛直方向（後述する第１基準高さ位置ＨＢ１の方向）に昇降可能である。吸着ノズル５４を鉛直方向上向きに付勢するばね５８が設けられている。また、エア供給源５９からエアが供給される流路６０が吸着ノズル５４の基端側に設けられている。吸着ノズル５４の先端に荷重が作用してない状態では、吸着ノズル５４の先端は図３で示す初期位置ＰＯ１にある。保持したチップ２を介して吸着ノズル５４に対して鉛直方向上向きの加重が作用すると、吸着ノズル５４は流路６０内のエア圧に抗してノズル支持部５６に対して鉛直方向上向きに相対的に移動する。この吸着ノズル５４のノズル支持部５６に対する移動量は押込量センサ６２により検出される。
さらに、実装ヘッド４８は、流路６０内のピストン６４を介して、吸着ノズル５４に作用する荷重を検出するロードセル６５、吸着ノズル５４で吸着保持したチップ２を介して超音波振動エネルギー及び熱エネルギーをパッド３とバンプ４の接合部や液状材６に供給するための超音波発信器６６及びヒータ６７を備える。
実装ヘッド装置４０のキャリッジ４７には、実装ヘッド４８と共に、アンダーフィル等の液状材を基板５やチップ２に塗布するための塗布ヘッド７０が搭載されている。この塗布ヘッド７０は、モータ７１によりキャリッジ４７に対して昇降可能である。液状材供給源７２から供給された液状材６は、塗布ヘッド７０が備える鉛直方向下向きの塗布ノズル７３により基板５やチップ２に塗布される。
ステージ４１には吸着孔が設けられており、真空吸引機構（図示せず）によって基板５をその上面に解除可能に保持できる。また、ステージ４１には基板加熱用のヒータ（図示せず）が内蔵されている。さらに、ステージ４１はＸ軸及びＹ軸方向の駆動用のモータ７５，７６を備えるＸＹロボット７７上に設置されている。従って、ステージ４１はＸ軸及びＹ軸方向に移動可能である。ただし、本実施形態ではステージ４１の鉛直方向の位置は固定されている。
２視野系認識カメラ４２の鉛直方向の位置は、ステージ４１と実装ヘッド４８の間に設定されており、２視野系認識カメラ４２は実装ヘッド４８に保持されたチップ２とステージ４１上の基板５側の両方を光学的に認識する。また、２視野系認識カメラ４２はＸ軸方向及びＹ軸方向に移動する。
次に、プレート配置装置１８に保持されたプレート２３のトレイ２２からチップ２がピックアップされ、さらにステージ４１に保持された基板５又は基板５に実装済みのチップ２に実装されるまでの部品実装装置１の動作を説明する。
まず、認識カメラ１９の認識結果に基づいてＹ軸ロボット２７及びＸ軸ロボット３２が動作し、部品移送ヘッド装置２０の吸着ノズル３５が所定のチップ２の上方に位置決めされる。次に、吸着ノズル３５をチップ２へ向けて降下し、吸着ノズル３５によりチップ２が吸着保持される。この際、チップ２の実装面２ｂが吸着ノズル３５により保持される。その後、吸着ノズル３５が上昇してプレート２３から離れる。次に、Ｘ軸ロボット３２により反転ヘッド３４がチップ取扱位置Ｘ１からチップ受渡位置Ｘ２に移動する。また、Ｘ軸ロボット４６により実装ヘッド４８のキャリッジ４７がチップ受渡位置Ｘ２に移動する。チップ受渡位置Ｘ２では反転ヘッド３４よりも実装ヘッド４８が上方に位置する。
次に、反転ヘッド３４により吸着ノズル３５は図２Ａに示す下向きの姿勢から図２Ｂに示す上向きの姿勢に切り換えられ、吸着ノズル３５に保持されたチップ２は吸着面２ａが上向きとなる。実装ヘッド４８はモータ５３により反転ヘッド４３に向けて降下する。実装ヘッド４８の吸着ノズル５４が反転ヘッド３４に保持されたチップ２の吸着面２ａに当接すると、真空ポンプＰ１が作動して吸着ノズル５４がチップ２の吸着を開始し、それに続いて反転ヘッド３４の吸着ノズル３４がチップ２の吸着を解除する。これによって、反転ヘッド３４から実装ヘッド４８へチップ２が受け渡される。反転ヘッド３４はチップ取扱位置Ｘ１に戻り、次のチップ２のピックアップ動作を実行する。
反転ヘッド３４からチップ２が受け渡された実装ヘッド４８は、Ｘ軸ロボット４６によりステージ４１の上方に移動する。２視野系認識カメラ４２の認識結果に基づいて、Ｘ軸ロボット４６及びＸＹロボット７７が動作し、塗布ヘッド７０の塗布ノズル７３が基板５又は実装済みのチップ２に対して位置決めされる。モータ７１により塗布ヘッド７０が降下した後、液状材供給源７２からの液状材が塗布ノズル７３から基板５又は実装済みのチップ２に対して塗布される。
次に、２視野系認識カメラ４２の認識結果に基づいて、Ｘ軸ロボット４６及びＸＹロボット７７が動作し、実装ヘッド４８の吸着ノズル５４に保持されたチップ２が基板５又は実装済みのチップ２に対して位置決めされる。モータ５３が動作して実装ヘッド４８がステージ４１に向けて降下し、吸着ノズル５４に保持されたチップ２の実装面２ｂが基板５又は実装済みのチップ２に当接した後、超音波発生器６６の発生する超音波及びヒータ６７の発生する熱によりパッド３とバンプ４が接合されると共に、液状材が固化される。
以上の動作の繰り返しにより、基板５上に複数のチップ２が積層される。
次に、スタック実装を実現するために制御装置１４が実行する実装部１３の制御を詳細に説明する。
まず、図８Ａから図８Ｄを参照して制御に使用するパラメータを説明する。
各チップ２の厚みは記号ＰＴｎで表す。ここで変数ｎは１以上の整数であり、基板５から何段目のチップであるかを表す。例えばＰＴ１は基板５に直接実装される第１段目のチップ２（チップ２−１）の厚みを表す。また、ＰＴ２は第１段目のチップ２−１上に実装される第２段目のチップ２（チップ２−２）の厚みを表す。ｎの最大値はｎｍａｘとして表す。従って、基板５上にはチップ２−１〜２−ｎｍａｘまでのｎｍａｘ個のチップがスタック実装される。
前述のように本実施形態ではステージ４１の高さは固定されており、実装ヘッド４８はステージ４１の上方に位置している。実装ヘッド４８はステージ４１の上方の一定の高さ位置（ホーム位置）からステージ４１へ向けて降下する。このホーム位置での実装ヘッド４８の吸着ノズル５４の下端の高さ位置を第１基準高さ位置ＨＢ１と定義する。
実装ヘッド４８と同様に、塗布ヘッド７０もステージ４１の上方の一定の高さ位置（ホーム位置）からステージ４１へ向けて降下する。ただし、塗布ヘッド７０のホーム位置は、実装ヘッド４８のホーム位置よりも距離αだけ下方に位置している。このホーム位置での塗布ヘッド７０の塗布ノズル７３の下端の高さ位置を第２基準高さ位置ＨＢ２と定義する。
実装基準高さＨｎ（ｎ＝１〜ｎｍａｘ）は、第１基準高さ位置ＨＢ１から基板５又は実装済みのチップ２までの鉛直方向の距離に対応する。本実施形態では、実装基準高さＨｎの基準は第１基準高さ位置ＨＢ１として鉛直方向下向を正とする。
目標移動高さ（第１の目標移動高さ）ＺＴＡＧｎ（ｎ＝１〜ｎｍａｘ）は、チップ２を保持した実装ヘッド２がステージ４１に向けて降下する際の降下量の基準値である。また、目標移動高さ（第２の目標移動高さ）ＤＺＴＡＧｎ（ｎ＝１〜ｎｍａｘ）は、塗布ヘッド７３がステージ４１に向けて降下する際の降下量の基準値である。本実施形態では、目標移動高さＺＴＡＧｎ，ＤＺＴＡＧｎの基準は、それぞれ第１及び第２基準高さ位置ＨＢ１，ＨＢ２とし、かつ鉛直方向下向きを正とする。
図４は、スタック実装を実現するために制御装置１４が備える構成を示す。まず、データ格納部１０１には、各段のチップ２の厚みＰＴｎ、第１及び第２の基準高さ位置ＨＢ１，ＨＢ２を含む制御に必要な種々の値が予め記憶されている。初期実装基準高さ検出部１０２は、ロードセル６５及び降下量センサ６１の入力に基づいて、ステージ４１上に保持された基板５に未だ１個のチップ２も実装されていない状態での実装基準高さＨｎ（初期実装基準高さＨ１）を検出する。また、実装基準高さ算出部１０３は、初期実装基準高さ検出部１０２で検出した初期実装基準高さＨ１やデータ格納部１０１に格納されている値に基づいて、各段における実装基準高さＨｎを算出する。さらに、第１目標移動高さ算出部１０４は、実装基準高さ算出部１０３が算出した実装基準高さＨｎやデータ格納部１０１に格納されている値に基づいて、格段における実装ヘッド４８の目標移動高さＺＴＡＧｎを算出して実装ヘッド４８に出力する。さらにまた、第２目標移動高さ算出部１０５は、実装基準高さ算出部１０３が算出した実装基準高さＨｎやデータ格納部１０１に格納されている値に基づいて、各段における塗布ヘッド７０の目標移動高さＤＺＴＡＧｎを算出する。
次に、図７のフローチャートを参照して、制御装置１４及び実装部１３の動作を説明する。まず、ステップＳ７−１において、初期実装基準高さＨ１の測定が実行される。詳細には、吸着ノズル５４にチップ２を保持してない状態の実装ヘッド４８がステージ４１上の基板５（チップ２は未だ１個も実装されてない。）へ向けて降下する。初期実装基準高さ検出部１０２はロードセル６５が検出する荷重の変化から、吸着ノズル５４が基板５に当接したことを検出し、この際の降下量センサ６１からの入力値から初期実装基準高さＨ１を検出する。検出した初期実装基準高さＨ１はデータ格納部１０１に記憶される。
ステップＳ７−２〜Ｓ７−１１が実際にチップ２を基板５や実装済みのチップ２に実装するための処理である。まず、ステップＳ７−２において段数を示す変数ｎを「１」に設定する。
ステップＳ７−３では、実装基準高さ算出部１０３が以下の式（１）に基づいて、実装基準高さＨｎを算出する。
Figure 2006062091
ここでＨｎは第ｎ段目の実装基準高さ、Ｈ１はステップＳ７−１で検出した初期実装基準高さを示す。また、左辺第２項は、第１段目から現在の段までのチップ２の厚みの総和を示し、前述のように各段のチップ２の厚みＰＴｎはデータ格納部１０１に記憶されている。
次に、ステップＳ７−４において、第１目標移動高さ算出部１０４が以下の式（２）に基づいて、実装ヘッド４８の目標移動高さＺＴＡＧｎを算出する。
Figure 2006062091
ここで、ＺＴＡＧｎは第ｎ段目のチップ２を実装する際の実装ヘッド４８の目標移動高さ、ＨｎはステップＳ７−３で算出した第ｎ段目の実装基準高さ、ＰＴｎは第ｎ段目のチップ２の厚みである。
ステップＳ７−５では、第２目標移動高さ算出部１０５が以下の式（３）に基づいて、塗布ヘッド７０の目標移動高さＤＺＴＡＧｎを算出する。
Figure 2006062091
ここで、ＨｎはステップＳ７−３で算出した第ｎ段目の実装基準高さ、αは第１基準高さ位置ＨＢ１と第２基準高さ位置ＨＢ２の差、すなわち吸着ノズル５４の下端と塗布ノズル７３の下端の距離である。また、βは塗布ノズル７３と基板５やチップ２の干渉を防止するためのオフセット量である。
ステップＳ７−６では、ステップＳ７−５で算出された目標移動高さＤＺＴＡＧｎだけ、塗布ヘッド７０がステージ４１に向けて降下する。その後、ステップＳ７−７において、塗布ヘッド７０による塗布動作が実行される。塗布ノズル７３から基板５や実装済みのチップ２に液状材６が塗布される。
ステップＳ７−８では、ステップＳ７−４で算出された目標移動高さＺＴＡＧｎに向けて実装ヘッド４８が降下する。通常は、目標移動高さＺＴＡＧｎだけ降下すると実装ヘッド４８の吸着ノズル５４に保持されたチップ２が基板５又は実装済みのチップ２に当接する。ただし、チップ２の厚みの誤差等により、目標移動高さＺＴＡＧｎまで実装ヘッド４８が降下する前にチップ２が基板５又は実装済みのチップ２に当接する可能性がある。逆に、目標移動高さＺＴＡＧｎまで実装ヘッド４８が降下してもチップ２が基板５又は実装済みのチップ２に当接しない可能性がある。そこで、制御装置１４はロードセル６５の検出する荷重により、チップ２の基板５又は実装済みのチップ２との接触を監視する。制御装置１４は、目標移動高さＺＴＡＧｎに達する前にチップ２が基板５又は実装済みのチップ２に接触すれば実装ヘッド４８の降下が停止される。逆に、目標移動高さＺＴＡＧｎに達してもチップ２が基板５又は実装済みのチップ２に接触しなければ、接触が検出されるまで実装ヘッド４８の降下を継続する。
次に、ステップＳ７−９では基板５又は実装済みのチップ２に対して実装ヘッド４８の吸着ノズル５４に吸着保持されたチップ２（第ｎ段目のチップ）が実装される。
その後、ステップＳ７−１０においてｎ＝ｎｍａｘ、すなわち最終段のチップ２の実装完了でなければ、ステップＳ７−１１において変数ｎを「１」だけインクリメントしてステップＳ７−３〜７−９の処理が繰り返される。
図８Ａから図８Ｄを参照して、制御装置１４及び実装部１３の動作をさらに詳細に説明する。
図８Ａは第１段目のチップ２−１を実装前の状態を示す。この図８Ａに示すように、第１段目の実装基準高さＨ１は第１基準高さ位置ＨＢ１からステージ４１上に保持された基板５までの距離に対応している。また、第１段目の実装ヘッド４８の目標移動高さＺＴＡＧ１は、初期実装基準高さＨ１から第１段目のチップ２−１の厚みＰＴ１を引いた差である。さらに、第１段目の塗布ヘッド７０の目標移動高さＤＺＴＡＧ１は、塗布ノズル７３の下端が基板５からオフセットβだけ上方に位置する値に設定されている。
図８Ｂ及び図８Ｃは、それぞれ第２段目、第３段目のチップ２−２，２−３を実装前の状態を示す。これら図８Ｂ及び図８Ｃに示すように、第２段目、第３段目の実装基準高さＨ２，Ｈ３は第１基準高さ位置ＨＢ１から基板５に実装済みの第１段目、第２段目のチップ２−１，２−２までの距離にそれぞれ対応している。また、第２段目、第３段目の実装ヘッド４８の目標移動高さＺＴＡＧ２，ＺＴＡＧ３は、実装基準高さＨ２，Ｈ３からチップ２−２，２−３の厚みＰＴ２，ＰＴ３を引いた差である。さらに、塗布ヘッド７０の目標移動高さＤＺＴＡＧ２，ＤＺＴＡＧ３は、いずれも塗布ノズル７３の下端が実装済みのチップ２−１，２−２からオフセットβだけ上方に位置する値に設定されている。
図８Ｄは第ｎ段目のチップ２−ｎを実装前の状態を示す。この図８Ｄに示すように、第ｎ段目の実装基準高さＨｎは第１基準高さ位置ＨＢ１からステージ４１上に保持された基板５又は実装済みのチップ２までの距離に対応している。また、第ｎ段目の実装ヘッド４８の目標移動高さＺＴＡＧｎは、実装基準高さＨｎから第ｎ段目のチップ２−ｎ、すなわち今回実装するチップ２−ｎの厚みＰＴｎを引いた差である。さらに、第ｎ段目の塗布ヘッド７０の目標移動高さＤＺＴＡＧｎは、塗布ノズル７３の下端が基板５からオフセットβだけ上方に位置する値に設定されている。
次に、基板５や実装済みのチップ２に対するチップ２の位置決めについて詳述する。前述のように塗布ヘッド７０による液状材の塗布の際には、制御部１４は２視野系認識カメラ４２の認識結果に基づいて塗布ヘッド７０をＹ軸方向に移動させると共にＸＹロボットをＸ軸方向に移動させ、それによって塗布ノズル７３を基板５又は実装済みのチップ２に対して位置決めする。また、実装ヘッド４８による基板５又は実装済みのチップ２へのチップ２の実装の際には、制御部１４は２視野系認識カメラ４２の認識結果に基づいて実装ヘッド４８をＸ軸方向に移動させると共にＸＹロボット７７をＸ軸方向又はＹ軸方向に移動させ、吸着ノズル５４に保持されたチップ２を基板５又は実装済みのチップ２に対して位置決めする。さらに、実装ヘッド４８による基板５又は実装済みのチップ２へのチップ２の実装の際には、制御部１４は、実装ヘッド４８はＸ軸方向にもＹ軸方向にも移動させず、２視野系認識カメラ４２の認識結果に基づいてＸＹロボット７７をＸ軸方向又はＹ軸方向に移動させ、それによって吸着ノズル５４に保持されたチップ２を基板５又は実装済みのチップ２に対して位置決めしてもよい。
第１段目のチップ２−１の基板５への実装における塗布ノズル７３の基板５に対する位置決めの際には、２視野系認識カメラ４２は基板５に設けられた位置認識マーク５ａ（図１参照）を認識し、制御部１４はこの認識結果を基準として位置決めを実行する。また、吸着ノズル５４に保持された第１段目のチップ２−１の基板５に対する位置決めの際には、２視野系認識カメラ４２は基板５に設けられた位置認識マーク５ａと吸着ノズル５４に保持された第１段目のチップ２−１の実装面２ｂに設けられた位置認識マーク２ｄ（図５Ｂ参照）とを認識し、制御部１４はこの認識結果を基準として位置決めを実行する。
第２段目から第ｎｍａｘ段目のチップ２−１〜２−ｎｍａｘの実装におけるこれらの位置決めの際に２視野系認識カメラ４２が何を認識するか、すなわち何を基準に位置決めが実行されるかについては、以下の３つの態様がある。
第１の態様としては、第２段目から第ｎｍａｘ段目のチップ２−１〜２−ｎｍａｘの実装すべてついて、塗布ノズル７３の実装済みのチップ２に対する位置決めの際に、２視野系認識カメラ４２は基板５に設けられた位置認識マーク５ａを認識し、制御部１４はこの認識結果を基準として位置決めを実行する。また、第２段目から第ｎｍａｘ段目のチップ２−１〜２−ｎｍａｘのすべてついて、吸着ノズル５４に保持されたチップ２の実装済みのチップ２に対する位置決めの際に、２視野系認識カメラ４２は基板５に設けられた位置認識マーク５ａと、吸着ノズル５４に保持されチップ２の実装面２ｂに設けられた位置認識マーク２ｄを認識し、制御部１４はこの認識結果を基準として位置決めを実行する。第２段目から第ｎｍａｘ段目のチップ２−１〜２−ｎｍａｘのすべてについて同一の位置認識マーク５ａを基準として実装済みのチップ２に対する塗布ノズル７３及び実装されるチップ２の位置決めを実行することにより、高精度のスタック実装を安定して行うことができる。
第２の態様としては、第２段目から第ｎｍａｘ段目のチップ２−１〜２−ｎｍａｘ実装すべてについて、塗布ノズル７３の実装済みのチップ２に対する位置決めの際に、２視野系認識カメラ４２は基板５に実装済みの第１段目（最下段）のチップ２−１の吸着面２ａに設けられた位置認識マーク２ｃ（図５Ａ参照）を認識し、制御部１４はこの認識結果を基準として位置決めを実行する。また、２段目から第ｎｍａｘ段目のチップ２−１〜２−ｎｍａｘのすべてついて、吸着ノズル５４に保持されたチップ２の実装済みのチップ２に対する位置決めの際に、２視野系認識カメラ４２は第１段目（最下段）のチップ２−１の吸着面２ａに設けられた位置認識マーク２ｃと吸着ノズル５４に保持されチップ２の実装面２ｂに設けられた位置認識マーク２ｄとを認識し、制御部１４はこの認識結果を基準として位置決めを実行する。第２段目から第ｎｍａｘ段目のチップ２−１〜２−ｎｍａｘのすべてについて同一のチップ２−１の位置認識マーク２ｃを基準として実装済みのチップ２に対する塗布ノズル７３及び実装されるチップ２の位置決めを実行することにより、高精度のスタック実装を安定して行うことができる。なお、この第２の態様を採用する場合、第１段目のチップ２−１の吸着面２ａに設けられた位置認識マーク２ｃがスタック実装中に常に２視野系認識カメラ４２の視野に入るように、第１段目のチップ２−１の平面視での面積を残りのチップチップ２−１〜２−ｎｍａｘよりも大きく設定する必要がある。
第３の態様としては、第２段目から第ｎｍａｘ段目のチップ２−１〜２−ｎｍａｘの実装すべてについて、塗布ノズル７３の実装済みのチップ２に対する位置決めの際に、２視野系認識カメラ４２は実装済みのチップ２のうち最上段のものの吸着面２ａに設けられた位置認識マーク２ｃを認識し、制御部１４はこの認識結果を基準として位置決めを実行する。また、第２段目から第ｎｍａｘ段目のチップ２−１〜２−ｎｍａｘのすべてついて、吸着ノズル５４に保持されたチップ２の実装済みのチップ２に対する位置決めの際に、２視野系認識カメラ４２は実装済みのチップ２のうち最上段のものの吸着面２ａに設けられた位置認識マーク２ｃと吸着ノズル５４に保持されチップ２の実装面２ｂに設けられた位置認識マーク２ｄとを認識し、制御部１４はこの認識結果を基準として位置決めを実行する。例えば、第２段目のチップ２−２の実装時には、基板５に実装済みの第１段目のチップ２−１の吸着面２ａに設けられた位置認識マーク２ｃを２視野系認識カメラ４２が認識する。また、第ｎ段目の実装時には、実装済みの第ｎ−１段目のチップ２−（ｎ−１）の吸着面２ａに設けられた位置認識マーク２ｃを２視野系認識カメラ４２が認識する。
なお、塗布ノズル７３や吸着ノズル５４に保持されたチップ２の位置決めにおいて、位置認識マーク２ｃ，２ｄ，５ａに代えてチップ２や基板２の回路パターンの一部、又はチップ２や基板２の角縁部を２視野系認識カメラ４２で認識してもよい。
以上のように、本実施形態の部品実装装置１では、実装済みのチップ２の個数、すなわち基板５上に実装済みのチップ２の段数が増加する程、基準実装高さＨｎが上昇し、それに伴って実装ヘッド４８の目標移動高さＺＴＡＧｎも上昇し、第１基準高さ位置ＨＢ１に近づく。換言すれば、基板５上に実装されたチップ２の段数の増加に伴って、次に実装されるチップを保持した実装ヘッド４８が第１基準的高さ位置ＨＢ１からステージ４１に向けて降下する量が制御装置１４によって自動的に調節される。よって、複数のチップ２を連続的にスタック実装することが可能となり、効率的にスタック実装を行うことができる。
（第２実施形態）
図９に本発明の第２実施形態における制御装置１４を示す。本実施形態では、データ格納部１０１に各段の設定押込量ＰＨＳＥＴｎが記憶されている。設定押込量ＰＨＳＥＴｎは、吸着ノズル５４にチップ２を保持した実装ヘッド４８が第１基準高さ位置ＨＢ１から基板５又は実装済みのチップ２に向けて降下する際に、吸着ノズル５４で保持したチップ２が基板５又は実装済みのチップ２に接触した後もさらに実装ヘッド４８さらに降下させ、それによって初期位置Ｐ０１（図３参照）から吸着ノズル５４を鉛直方向上向きにノズル支持部５６に対して押し込む距離の設定値である。また、実装基準高さ算出部１０３は、この設定押込量ＰＨＳＥＴｎと押込量センサ６２で検出された吸着ノズル５４の押込量の実測値である実押込量ＰＨＡＣｎを各段の実装基準高さＨｎの算出に使用する。さらに、第１目標移動高さ算出部１０４も各段の実装ヘッド４８の目標移動高さＺＴＡＧｎの算出に、設定押込量ＰＨＳＥＴｎを使用する。
図１０のフローチャートを参照して、制御装置１４及び実装部１３の動作を説明する。ステップＳ１０−１〜Ｓ１０−１２のうち、ステップＳ１０−１，Ｓ１０−２，Ｓ１０−５〜Ｓ１０−９，Ｓ１０−１１，Ｓ１０−１２の処理はそれぞれ図７の対応するステップの処理と同様である。
ステップＳ１０−３では、実装基準高さ算出部１０３が以下の式（４）に基づいて、実装基準高さＨｎを算出する。
Figure 2006062091
この式（４）で示すように、第２段目以降の第ｎ段目の実装基準高さＨｎは、第ｎ−１段目の実装基準高さＨｎ−１から第ｎ−１段目のチップ２の厚みＰＴｎ−１を引いた差を、第ｎ−１段の実押込量ＰＨＡＣｎ−１と第ｎ−１段のＰＨＳＥＴｎ−１の差で補正したものである。実押込量ＰＨＡＣｎと設定押込量ＰＨＳＥＴｎの差は、実際に実装ヘッド４８で保持したチップ２を基板５や実装済みのチップ２に当接させた際のチップ２の厚みＰＴｎの誤差、バンプ４のつぶれの程度の差違等に起因する実装ヘッド４８の移動量のばらつきを反映する。従って、この差によって実装基準高さＨｎを補正することにより、実装基準高さＨｎが第１基準高さ位置ＨＢ１から基板５や実装済みのチップ２までの実際の距離を近似する精度が向上する。従って、本実施形態では、より高精度のスタック実装を行うことできる。
ステップＳ１０−４では、第１目標移動高さ算出部１０４が以下の式（５）に基づいて、実装ヘッド４８の目標移動高さＺＴＡＧｎを算出する。
Figure 2006062091
この式（５）から明らかなように、各段の実装ヘッド４８の目標移動高さＺＴＡＧｎは、実装基準高Ｈｎからチップ２の厚みＰＴｎを引いた差に設定押込量ＰＨＳＥＴｎを加えた値である。
ステップＳ１０−９において実装動作が完了した後、ステップＳ１０−１０において押込量センサ６２が実押込量ＰＨＡＣｎを検出する。前述のように、この実押込量ＰＨＡＣｎは実装基準高さＨｎ及び実装ヘッド４８の目標移動高さＺＴＡＧｎの算出に使用される。
図１１Ａは第１段目のチップ２−１を実装前の状態を示す。この図１１Ａに示すように、第１段目の実装基準高さＨ１は第１基準高さ位置ＨＢ１からステージ４１上に保持された基板５までの距離に対応している。また、第１段目の実装ヘッド４８の目標移動高さＺＴＡＧ１は、実装基準高さＨ１から第１段目のチップ２−１の厚みＰＴ１を引いた差に設定押込量ＰＨＳＥＴ１を加えた値である。さらに、第１段目の塗布ヘッド７０の目標移動高さＤＺＴＡＧ１は、塗布ノズル７３の下端が基板５からオフセットβだけ上方に位置する値に設定されている。
図１１Ｂ及び図１１Ｃは、それぞれ第２段目、第３段目のチップ２−２，２−３を実装前の状態を示す。第２段目、第３段目の実装基準高さＨ２，Ｈ３は第１基準高さ位置ＨＢ１から基板５に実装済みの第１段目、第２段目のチップ２−１，２−２までの距離を実押込量ＰＨＡＣ１，ＰＨＡＣ２と設定押込量ＰＨＳＥＴ１，ＰＨＳＥＴ２の差で補正したものである。また、第２段目、第３段目の実装ヘッド４８の目標移動高さＺＴＡＧ２，ＺＴＡＧ３は、実装基準高さＨ２，Ｈ３からチップ２−２，２−３の厚みＰＴ２，ＰＴ３を引いた差に設定押込量ＰＨＳＥＴ２，ＰＨＳＥＴ３を加えた値である。さらに、塗布ヘッド７０の目標移動高さＤＺＴＡＧ２，ＤＺＴＡＧ３は、いずれも塗布ノズル７３の下端が実装済みのチップ２−１，２−２からオフセットβだけ上方に位置する値に設定されている。
図１１Ｄは第ｎ段目のチップ２−ｎを実装前の状態を示す。第ｎ段目の実装基準高さＨｎは第１基準高さ位置ＨＢ１からステージ４１上に保持された基板５又は実装済みのチップ２までの距離を実押込量ＰＨＡＣｎと設定押込量ＰＨＳＥＴｎの差で補正した値である。また、第ｎ段目の実装ヘッド４８の目標移動高さＺＴＡＧｎは、実装基準高さＨｎから第ｎ段目のチップ２−ｎ、すなわち今回実装するチップ２−ｎの厚みＰＴｎを引いた差に今回の設定押込量ＰＨＳＥＴｎを加えた値である。さらに、第ｎ段目の塗布ヘッド７０の目標移動高さＤＺＴＡＧｎは、塗布ノズル７３の下端が基板５からオフセットβだけ上方に位置する値に設定されている。
第２実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様である。
（第３実施形態）
図１２に本発明の第３実施形態における制御装置１４を示す。本実施形態では、実装基準高さ算出部１０３は、基板５又は実装済みのチップ２へチップ２を実装する際の実装ヘッド４８の実測値である実移動高さＺＡＣｎを、実装基準高さＨｎの算出に使用する。この実移動高さＺＡＣｎは降下量センサ６１により検出される。また、実移動高さＺＡＣｎの基準は第１基準高さ位置ＨＢ１であり、鉛直方向下向きを正とする。
図１３のフローチャートを参照して、制御装置１４及び実装部１３の動作を説明する。ステップＳ１３−１〜Ｓ１３−１２のうち、ステップＳ１３−１，Ｓ１３−２，Ｓ１３−４〜Ｓ１３−９，Ｓ１３−１１，Ｓ１３−１１の処理はそれぞれ図７の対応するステップの処理と同様である。特に、ステップＳ１３−４において、第１目標移動高さ算出部１０４は第１実施形態（図７のステップＳ７−４）と同様に、実装ヘッド４８の目標移動高さＺＴＡＧｎを実装基準高さＨｎからチップ２の厚みＰＴｎを引いた差として算出する。
ステップＳ１３−３では、実装基準高さ算出部１０３が以下の式（６）に基づいて、実装基準高さＨｎを算出する。
Figure 2006062091
この式（６）で示すように、第２段目以降の第ｎ段目の実装基準高さＨｎは、第ｎ−１段目での実移動高さＺＡＣｎ−１である。前述のように実移動高さＺＡＣｎは実際に実装ヘッド４８が第１基準高さ位置ＨＢ１から降下した降下量であるので、実装ヘッド４８で保持したチップ２を基板５や実装済みのチップ２に当接させた際のチップ２の厚みＰＴｎの誤差、バンプ４のつぶれの程度の差違を反映する。従って、実移動高さＺＡＣｎを実装基準高さＨｎとして使用することにより、実装基準高さＨｎが第１基準高さ位置ＨＢ１から基板５や実装済みのチップ２までの実際の距離を近似する精度が向上する。従って、本実施形態では、より高精度のスタック実装を行うことできる。
第３実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様である。
（第４実施形態）
図１４に本発明の第２実施形態における制御装置１４を示す。また、本実施形態の部品実装装置１は、図１６Ａから図１６Ｄに概略的に示すように、ステージ４１を昇降させる昇降装置１５０を備える。
制御装置１４は、実装基準高さ算出部１０３（例えば図４参照）を代えて、基板５上に実装されるチップ２の段数が増加しても初期実装基準高さＨ１が一定に保持されるように第１基準高さ位置ＨＢ１からのステージ４１の高さＨＳｎ（図１６Ｄ参照）を算出するステージ高さ算出部１５１を備える。また、第１及び第２の目標移動高さ算出部１０４，１０５は、実装されたチップ２の段数が増加しても初期実装基準高さＨ１を使用して実装ヘッド４８や塗布ヘッド７０の目標移動高さＺＴＡＧｎ，ＤＺＴＡＧｎを算出する。
図１５のフローチャートを参照して、制御装置１４及び実装部１３の動作を説明する。まず、ステップＳ１５−１において、初期実装基準高さＨ１の測定が実行される。詳細には、吸着ノズル５４にチップ２を保持してない状態の実装ヘッド４８がステージ４１上の基板５へ向けて降下する。初期実装基準高さ検出部１０２はロードセル６５が検出する荷重の変化から、吸着ノズル５４が基板５に当接したことを検出し、この際の降下量センサ６１からの入力値から初期実装基準高さＨ１を検出する。検出した初期実装基準高さＨ１はデータ格納部１０１に記憶される。
次に、ステップＳ１５−２では、ステージ高さ算出部１５１が基板５に未だ１個のチップ２も実装されていない状態でのステージ４１の高さ（初期ステージ高さＨＳ１）を算出する。この初期ステージ高さＨＳ１は、初期実装基準高さＨ１とデータ格納部１０１に記憶されている基板５の厚みとから算出される。
ステップＳ１５−３〜Ｓ１５−１３が実際にチップ２を基板５や実装済みのチップ２に実装するための処理である。まず、ステップＳ７−３において段数を示す変数ｎを「１」に設定する。
ステップＳ１５−４では、ステージ高さ算出部１５１が以下の式（７）に基づいて、ステージ高さＨＳ１を算出する。
Figure 2006062091
ここでＨＳｎは第ｎ段目のステージ高さ、ＨＳ１はステップＳ１５−２で算出した初期ステージ高さを示す。また、第２式の右辺第２項は、ｎ−１段目のチップ２の厚みを示す。前述のように各段のチップ２の厚みＰＴｎはデータ格納部１０１に記憶されている。
次に、ステップＳ１５−５において、第１目標移動高さ算出部１０４が以下の式（８）に基づいて、実装ヘッド４８の目標移動高さＺＴＡＧｎを算出する。
Figure 2006062091
ここでＺＴＡＧｎは第ｎ段目のチップ２を実装する際の実装ヘッド４８の目標移動高さ、Ｈ１は初期実装基準高さ、ＰＴｎは各段のチップ２の厚みである。
ステップＳ１５−６では、第２目標移動高さ算出部１０５が以下の式（９）に基づいて、塗布ヘッド７０の目標移動高さＤＺＴＡＧｎを算出する。
Figure 2006062091
ここで、Ｈ１は初期実装基準高さ、αは第１基準高さ位置ＨＢ１と第２基準高さ位置ＨＢ２の差、すなわち吸着ノズル５４の下端と塗布ノズル７３の下端の距離である。また、βは塗布ノズル７３と基板５やチップ２の干渉を防止するためのオフセット量である。
ステップＳ１５−７では、昇降装置１５０によりステージ４１がステップＳ１５−４で算出されたステージ高さＨＳｎまで降下する。このステージ４１の降下により、実装基準高さは初期実装基準高さＨ１に維持される。
ステップＳ１５−８では、ステップＳ１５−６で算出された目標移動高さＤＺＴＡＧｎだけ、塗布ヘッド７０がステージ４１に向けて降下する。その後、ステップＳ１５−９において、塗布ヘッド７０による塗布動作が実行される。塗布ノズル７３から基板５や実装済みのチップ２に液状材６が塗布される。
ステップＳ１５−１０では、ステップＳ１５−５で算出された目標移動高さＺＴＡＧｎに向けて実装ヘッド４８が降下する。通常は、目標移動高さＺＴＡＧｎだけ降下すると実装ヘッド４８の吸着ノズル５４に保持されたチップ２が基板５又は実装済みのチップ２に当接する。ただし、チップ２の厚みの誤差等により、目標移動高さＺＴＡＧｎまで実装ヘッド４８が降下する前にチップ２が基板５又は実装済みのチップ２に当接する可能性がある。逆に、目標移動高さＺＴＡＧｎまで実装ヘッド４８が降下してもチップ２が基板５又は実装済みのチップ２に当接しない可能性がある。そこで、制御装置１４はロードセル６５の検出する荷重により、チップ２の基板５又は実装済みのチップ２との接触を監視する。制御装置１４は、目標移動高さＺＴＡＧｎに達する前にチップ２が基板５又は実装済みのチップ２に接触すれば実装ヘッド４８の降下が停止される。逆に、目標移動高さＺＴＡＧｎに達してもチップ２が基板５又は実装済みのチップ２に接触しなければ、接触が検出されるまで実装ヘッド４８の降下を継続する。
次に、ステップＳ１５−１１では、基板５又は実装済みのチップ２に対して実装ヘッド４８の吸着ノズル５４に吸着保持されたチップ２（第ｎ段目のチップ）が実装される。
その後、ステップＳ１５−１２においてｎ＝ｎｍａｘ、すなわち最終段のチップ２の実装完了でなければ、ステップＳ１５−１３において変数ｎを「１」だけインクリメントしてステップＳ１５−４〜１５−１１の処理が繰り返される。
図１６Ａから図１６Ｄを参照して、制御装置１４及び実装部１３の動作をさらに詳細に説明する。
図１６Ａは第１段目のチップ２−１を実装前の状態を示す。この図１６Ａに示すように、初期実装基準高さＨ１は第１基準高さ位置ＨＢ１からステージ４１上に保持された基板５までの距離に対応している。また、第１段目の実装ヘッド４８の目標移動高さＺＴＡＧ１は、初期実装基準高さＨ１から第１段目のチップ２−１の厚みＰＴ１を引いた差である。さらに、第１段目の塗布ヘッド７０の目標移動高さＤＺＴＡＧ１は、塗布ノズル７３の下端が基板５からオフセットβだけ上方に位置する値に設定されている。
図１６Ｂは、第２段目のチップ２−２を実装前の状態を示す。矢印Ｄで示すよう昇降装置１５０によりステージ４１が降下したことにより、第２段目のチップ２−２を実装前の状態でも実装基準高さＨｎは初期実装基準高さＨ１に維持されている。式（７）より、第２段目のチップ２−２の実装時のステージ４１の降下量ΔＨＳ２は第１段目のチップ２−１の厚みＰＴ１である。また、第２段目の実装ヘッド４８の目標移動高さＺＴＡＧ２は、初期実装基準高さＨ１からチップ２−２の厚みＰＴ２を引いた差である。さらに、塗布ヘッド７０の目標移動高さＤＺＴＡＧ２は、塗布ノズル７３の下端が実装済みのチップ２−１からオフセットβだけ上方に位置する値に設定されている。
図１６Ｃは、第３段目のチップ２−３を実装前の状態を示す。矢印Ｄで示すよう昇降装置１５０によりステージ４１が降下したことにより、第３段目のチップ２−３を実装前の状態でも実装基準高さは初期実装基準高さＨ１に維持されている。式（７）より、第３段目のチップ２−３の実装時のステージ４１の降下量ΔＨＳ３は第２段目のチップ２−２の厚みＰＴ２である。また、第３段目の実装ヘッド４８の目標移動高さＺＴＡＧ２は、初期実装基準高さＨ１からチップ２−３の厚みＰＴ３を引いた差である。さらに、塗布ヘッド７０の目標移動高さＤＺＴＡＧ３は、いずれも塗布ノズル７３の下端が実装済みのチップ２−１からオフセットβだけ上方に位置する値に設定されている。
図１６Ｄは第ｎ段目のチップ２−ｎを実装前の状態を示す。この図１６Ｄに示すように、昇降装置１５０によりステージ４１が降下することにより、第ｎ段目のチップ２の実装時にも、実装基準高さは初期実装基準高さＨ１に維持されている。
以上のように、本実施形態の部品実装装置１では、実装済みのチップ２の個数、すなわち基板５上に実装済みのチップ２の段数の増加に伴って、初期実装基準高さＨ１が一定に維持されるようにステージ４１が自動的に降下する。よって、複数のチップ２を連続的にスタック実装することが可能となり、効率的にスタック実装を行うことができる。また、実装基準高さＨｎが初期実装基準高さＨ１で維持され、実装基準高さは一定に保持されるので、２視野系認識カメラ４２（Ｚ軸方向の位置が固定されている）とチップ２とのワークディスタンスが一定に保持される。その結果、２視野系認識カメラ４２によって実装済み部品２を高精度で位置認識でき、実装済みのチップ２に対するより高精度の実装を実現できる。
第４実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様である。
（第５実施形態）
図１７に本発明の第５実施形態における制御装置１４を示す。本実施形態では、データ格納部１０１に各段の設定押込量ＰＨＳＥＴｎが記憶されている。また、ステージ高さ算出部１５１は、この設定押込量ＰＨＳＥＴｎと押込量センサ６２で検出された吸着ノズル５４の押込量の実測値である実押込量ＰＨＡＣｎを各段のステージ高さＨＳｎの算出に使用する。さらに、第１目標移動高さ算出部１０４も各段の実装ヘッド４８の目標移動高さＺＴＡＧｎの算出に、設定押込量ＰＨＳＥＴｎを使用する。
図１８のフローチャートを参照して、制御装置１４及び実装部１０３の動作を説明する。ステップＳ１８−１〜Ｓ１８−１４のうち、ステップＳ１８−１〜Ｓ１８−３，Ｓ１８−６〜Ｓ１８−１１，Ｓ１８−１３，Ｓ１８−１４の処理はそれぞれ図１５の対応するステップの処理と同様である。
ステップＳ１８−４では、ステージ高さ算出部１５１が以下の式（１０）に基づいて、ステージ高さＨＳｎを算出する。
Figure 2006062091
この式（１０）で示すように、第２段目以降の第ｎ段目のステージ高さＨＳｎは、第ｎ−１段目のステージ高さＨＳｎ−１と第ｎ−１段目のチップ２の厚みＰＴｎ−１の和を第ｎ−１段の実押込量ＰＨＡＣｎ−１と第ｎ−１段のＰＨＳＥＴｎ−１の差で補正したものである。換言すれば、各段のステージ４１の降下量ΔＨＳｎ（図１６Ｄ参照）は、ＰＴｎ−１＋（ＰＨＡＣｎ−１−ＰＨＳＥＴｎ−１）である。実押込量ＰＨＡＣｎとＰＨＳＥＴｎの差は、実際に実装ヘッド４８で保持したチップ２を基板５や実装済みのチップ２に当接させた際のチップ２の厚みＰＴｎの誤差、バンプ４のつぶれの程度の差違等に起因する実装ヘッド４８の移動量のばらつきを反映する。従って、この差で補正することによりステージ高さＨＳｎの計算精度が向上し、より高精度のスタック実装を行うことできる。
ステップＳ１８−５では、第１目標移動高さ算出部１０４が以下の式（１１）に基づいて、実装ヘッド４８の目標移動高さＺＴＡＧｎを算出する。
Figure 2006062091
この式（１１）から明らかなように、各段の実装ヘッド４８の目標移動高さＺＴＡＧｎは、初期実装基準高さＨ１からチップ２の厚みＰＴｎを引いた差に設定押込量ＰＨＳＥＴｎを加えた値である。
ステップＳ１８−１１において実装動作が完了した後、ステップＳ１８−１２において押込量センサ６２が実押込量ＰＨＡＣｎを検出する。前述のように、この実押込量ＰＨＡＣｎはステージ高さＨＳｎの算出に使用される。
第５実施形態のその他の構成及び作用は第４実施形態と同様である。
（第６実施形態）
図１９に本発明の第６実施形態における制御装置１４を示す。本実施形態では、ステージ高さ算出部１５１は、基板５又は実装済みのチップ２へチップ２を実装する際の実装ヘッド４８の実測値である実移動高さＺＡＣｎをステージ高さＨＳｎの算出に使用する。この実移動高さＺＡＣｎは降下量センサ６１により検出される。
図２０のフローチャートを参照して、制御装置１４及び実装部１３の動作を説明する。ステップＳ２０−１〜Ｓ２０−１４のうち、ステップＳ２０−１〜Ｓ２０−３，Ｓ２０−６〜Ｓ２０−１１，Ｓ２０−１３，Ｓ２０−１４の処理はそれぞれ図１５の対応するステップの処理と同様である。
ステップＳ２０−４では、ステージ高さ算出部１５１が以下の式（１２）に基づいて、ステージ高さＨＳｎを算出する。
Figure 2006062091
この式（１２）で示すように、第２段目以降の第ｎ段目のステージ高さＨＳｎは、第ｎ−１段目のステージ高さＨＳｎ−１に第ｎ−１段目での実装基準高さから第ｎ−１段目での実移動高さＺＡＣｎ−１を引いた差を加えたものである。前述のように実移動高さＺＡＣｎは実際に実装ヘッド４８が第１基準高さ位置ＨＢ１から降下した降下量であるので、実装ヘッド４８で保持したチップ２を基板５や実装済みのチップ２に当接させた際のチップ２の厚みＰＴｎの誤差、バンプ４のつぶれの程度の差違を反映する。従って、ステージ高さＨＳｎの算出に実移動高さＺＡＣｎを使用することにより、ステージ高さＨＳｎの計算精度が向上し、より高精度のスタック実装を行うことできる。
ステップＳ１８−１１において実装動作が完了した後、ステップＳ１８−１２において押込量センサ６２が実移動高さＺＡＣｎを検出する。前述のように、この実移動高さＺＡＣｎはステージ高さＨＳｎの算出に使用される。
第６実施形態のその他の構成及び作用は第４実施形態と同様である。
添付図面を参照して本発明を完全に説明したが、当業者にとって種々の変更及び変形が可能である。従って、そのような変更及び変形は辺発明の意図及び範囲から離れない限り、本発明に含まれると解釈されなければならない。
本発明は、部品実装装置及び部品実装方法に関する。特に、本発明は、基板に複数のＩＣチップ等の部品を積み重ねて実装するスタック実装のための装置及び方法に関する。
特許文献１には、基板に対してＩＣチップを実装するための部品実装装置が開示されている。この部品実装装置は、装置外から装置内に基板を供給するためのローダ、基板を保持する実装ステージ、ローダから実装ステージ上に基板を搬入する基板搬入装置、実装ステージ上に保持された基板にＩＣチップを実装する実装ヘッド、部品供給部から実装ヘッドまでＩＣチップを搬送する搬送ヘッド、ＩＣチップを実装済みの基板を装置内から装置外に排出するアンローダ、及びＩＣチップを実装済みの基板を実装ステージからアンローダに搬出する基板搬出装置を備えている。
近年、高機能化、高集積化等のために、基板に複数のＩＣチップ等の部品を積み重ねて実装するスタック実装に対する要求が高まっている。スタック実装では、部品の装着や、アンダーフィル等の液状材の塗布の基準となる高さが、部品を実装する度に変化する。しかし、このスタック実装の特徴を考慮した効率的にスタック実装を実行可能な部品実装装置は提供されていない。
特開２００４−１８６１８２号公報
本発明は、スタック実装を効率的に行うことができる、部品実装装置及び部品実装方法を提供することを課題とする。
本発明の第１の態様は、基板に複数個の部品を積み重ねて実装する部品実装装置であって、高さ位置が固定され、前記基板を保持するステージと、前記部品を解除可能に保持し、前記ステージの上方の固定された第１の基準高さ位置から前記ステージに向けて降下し、保持した前記部品を前記基板又は実装済みの前記部品に実装する実装ヘッドと、前記第１の基準高さ位置から前記基板又は実装済みの前記部品までの距離に対応する実装基準高さを算出する実装基準高さ算出部と、少なくとも前記実装基準高さ算出部が算出した前記実装基準高さと前記実装ヘッドに保持されている前記部品の厚みとに基づいて第１の目標移動高さを算出する第１の目標移動高さ算出部と、前記部品を保持した前記実装ヘッドを前記第１の基準高さ位置から前記第１の目標移動高さまで降下させて前記基板又は前記実装済みの部品に保持した前記部品を実装させる制御部とを備える、部品実装装置を提供する。
実装基準高さ算出部が第１の基準高さ位置から基板又は実装済みの部品までの距離に対応する実装基準高さを算出し、第１の目標移動高さ算出部が実装基準高さを使用して第１の目標移動高さを算出する。実装ヘッドは、第１の基準高さ位置から第１の目標移動高さまで降下して基板又は前記実装済みの部品に保持した部品を実装する。従って、実装済みの部品の個数、すなわち基板上に実装済みの部品の段数が増加する程、第１の目標移動高さが上昇し、第１の基準高さ位置に近づく。換言すれば、基板上に実装された部品の段数が増加に伴って、次に実装される部品を保持した実装ヘッドが第１の基準的高さ位置からステージに向けて降下する量が自動的に調節される。その結果、複数の部品を連続的にスタック実装することが可能となり、効率的にスタック実装を行うことができる。
具体的には、前記実装ヘッドは、前記部品を保持する保持部と、この保持部が前記第１の基準高さ位置方向に変位可能な基部と、前記部品の実装時の前記保持部の前記基部に対する変位する量である実押込量を検出する第１のセンサを備え、前記実装基準高さ算出部は、少なくとも前記実押込量に基づいて前記実装基準高さを算出する。
代案としては、前記実装ヘッドは、前記第１の基準高さ位置を基準とする前記部品の実装時の前記実装ヘッドの高さである実移動高さを検出する第２のセンサを備え、前記実装基準高さ算出部は、少なくとも前記実移動高さに基づいて前記実装基準高さを算出する。
部品実装装置は少なくとも前記実装ヘッドに保持された部品と前記基板とを認識可能な認識カメラとをさらに備え、前記制御部は、前記認識カメラよる前記基板の認識結果を使用して、前記実装ヘッドに保持された部品の前記実装済みの部品に対する位置決めを実行してもよい。また、部品実装装置は前記実装ヘッドに保持された部品と前記基板に実装済みの最下段の部品とを認識可能な認識カメラをさらに備え、前記制御部は、前記認識カメラによる前記最下段の部品の認識結果を使用して、前記実装ヘッドに保持された部品の前記実装済みの部品に対する位置決めを実行してもよい。同一の対象、すなわち基板や最下段の部品を基準として実装済みの部品に対する実装される部品の位置決めを実行することにより、高精度のスタック実装を安定して行うことができる。さらに、部品実装装置は、少なくとも前記実装ヘッドに保持された部品と前記実装済みの部品のうち最上段のものとを認識可能な認識カメラをさらに備え、前記制御部は、前記認識カメラによる前記最上段の部品の認識結果を使用して、前記実装ヘッドに保持された部品の前記実装済みの部品に対する位置決めを実行してもよい。
部品実装装置は、前記ステージの上方の固定された第２の基準高さ位置から前記ステージに向けて降下し、上記基板又は実装済みの前記部品に対して液状材を塗布するための塗布ヘッドをさらに備えてもよい。この場合、前記制御部は、少なくとも前記実装基準高さに基づいて第２の目標移動高さを算出する第２の目標移動高さ算出部をさらに備え、前記塗布ヘッドを前記第２の基準高さ位置から前記第２の目標移動高さ算出部が算出した前記第２の目標高さまで降下させて前記基板又は実装済みの前記部品に前記液状材を塗布させる。
本発明の第２の態様は、基板に複数個の部品を積み重ねて実装する部品実装装置であって、前記基板を保持する昇降可能なステージと、前記部品を解除可能に保持し、前記ステージの上方の第１の基準高さ位置から前記ステージへ向けて降下し、保持した前記部品を前記基板又は実装済みの前記部品に実装する実装ヘッドと、前記第１の基準高さ位置から前記基板又は実装済みの前記部品までの距離に対応する実装基準高さを一定に保持するように、前記第１の基準高さ位置からの前記ステージの高さであるステージ高さを算出するステージ高さ算出部と、少なくとも前記実装基準高さと前記実装ヘッドに保持されている前記部品の厚みとに基づいて第１の目標移動高さを算出する第１の目標移動高さ算出部とを備え、前記ステージを前記ステージ高さ算出部が算出した前記ステージ高さまで降下させた後、前記部品を保持した前記実装ヘッドを前記第１の基準高さ位置から前記第１の目標移動高さ算出部が算出した前記第１の目標移動高さまで降下させて前記基板又は前記実装済みの部品に保持した前記部品を実装させる制御部とを備える、部品実装装置を提供する。
ステージ高さ算出部が第１の基準高さ位置から基板又は実装済みの部品までの距離に対応する実装基準高さを一定に保持するように、第１の基準高さ位置からステージまでの高さであるステージ高さを算出する。算出されたステージ高さ位置までステージが降下した後、実装基準高さを使用して算出した第１の目標移動高さまで実装ヘッドが降下し、基板又は実装済みの部品に実装ヘッドが保持した部品が実装される。換言すれば、実装済みの部品の個数、すなわち基板上に実装済みの部品の段数が増加する程、ステージが降下して基準高さ位置から離れ、それによって自動的に一定に保持される実装基準高さを基準として実装ヘッドが基板又は実装済みの基板に部品を実装する。従って、複数の部品を連続的にスタック実装することが可能となり、効率的にスタック実装を行うことができる。
具体的には、前記実装ヘッドは、前記部品を保持する保持部と、この保持部が前記基準高さ位置方向に変位可能な基部と、前記部品の実装時の前記保持部の前記基部に対する変位する量である実押込量を検出する第１のセンサを備え、前記ステージ高さ算出部は、少なくとも前記実押込量に基づいて、前記ステージ高さを算出する。
代案としては、前記実装ヘッドは、前記第１の基準高さ位置を基準とする前記部品の実装時の前記実装ヘッドの高さである実移動高さを検出する第２のセンサを備え、前記ステージ高さ算出部は、少なくとも前記実移動高さに基づいて前記ステージ高さを算出する。
部品実装装置は、前記ステージの上方の固定された第２の基準高さ位置から前記ステージに向けて降下し、上記基板又は実装済みの前記部品に対して液状材を塗布するための塗布ヘッドをさらに備えてもよい。この場合、前記制御部は、少なくとも前記実装基準高さに基づいて第２の目標移動高さを算出する第２の目標移動高さ算出部をさらに備え、前記塗布ヘッドを前記第２の基準高さ位置から第２の目標移動高さ算出部が算出した前記第２の目標移動高さまで降下させて前記基板又は実装済みの前記部品に前記液状材を塗布させる。
本発明の第３の態様は、基板に複数個の部品を積み重ねて実装する部品実装方法であって、前記基板を保持する、高さ位置が固定されたステージを設け、前記部品を解除可能に保持し、保持した前記部品を前記基板又は実装済みの前記部品に実装する実装ヘッドを設け、前記ステージの上方の基準高さ位置から前記基板又は実装済みの前記部品までの距離に対応する実装基準高さを算出し、少なくとも前記実装基準高さと前記実装ヘッドに保持されている前記部品の厚みとに基づいて第１の目標移動高さを算出し、前記部品を保持した前記実装ヘッドを前記基準高さ位置から前記目標移動高さまで降下させて前記基板又は前記実装済みの部品に保持した前記部品を実装させる、部品実装方法を提供する。
本発明の第４の態様は、基板に複数個の部品を積み重ねて実装する部品実装方法であって、前記基板を保持する、昇降可能なステージを設け、前記部品を解除可能に保持し、保持した前記部品を前記基板又は実装済みの前記部品に実装する実装ヘッドを設け、前記ステージの上方の基準高さ位置から前記基板又は実装済みの前記部品までの距離に対応する実装基準高さを一定に保持するように、前記基準高さ位置からの前記ステージの高さであるステージ高さを算出し、少なくとも前記実装基準高さと前記実装ヘッドに保持されている前記部品の厚みとに基づいて目標移動高さを算出し、前記ステージを前記ステージ高さまで降下させ、前記部品を保持した前記実装ヘッドを前記基準高さ位置から前記目標移動高さまで降下させて前記基板又は前記実装済みの部品に保持した前記部品を実装させる、部品実装方法を提供する。
本発明の第１の態様の部品実装装置及び第３の態様の部品実装方法では、実装済みの部品の個数、すなわち基板上に実装済みの部品の段数が増加に伴い、次に実装される部品を保持した実装ヘッドがステージに向けて降下する量が自動的に調節される。その結果、複数の部品を連続的にスタック実装することが可能となり、効率的にスタック実装を行うことができる。
本発明の第２の態様の部品実装装置及び第４の態様の部品実装方法では、実装済みの部品の個数、すなわち基板上に実装済みの部品の段数が増加する程、ステージが降下し、それによって実装高さ位置が自動的に一定に保持される。その結果、複数の部品を連続的にスタック実装することが可能となり、効率的にスタック実装を行うことができる。また、実装高さが一定となるため、実装ヘッドと部品との間に配置された認識カメラと部品とのワークディスタンスが一定に保持される。その結果、認識カメラによって実装済み部品を高精度で位置認識でき、実装済み部品に対するより高精度の実装を実現できる。
（第１実施形態）
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１から図４は、本発明の第１実施形態に係る部品実装装置１を示す。この部品実装装置１は、基板に複数のＩＣチップ（部品）を積み重ねて実装するスタック実装を行うためのものである。図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、ＩＣチップ（以下、「チップ」と略称する。）２は、一方の面（吸着面）２ａに複数のパッド（例えばＡｕパッド）３が設けられ、他方の面（実装面２ｂ）に複数のバンプ（例えばＡｕバンプ）４が設けられている。図６は基板５上にスタック実装された複数のチップ２の一例を示す。この図６に示すように、基板５にもパッド３が設けられている。基板５上に第１段目のチップ２−１が実装され、その上に第２段目のＩＣチップ２−２が実装されている。この例では合計４個のチップ２−１〜２−４がスタック実装されている。第１段目のチップ２−１のバンプ４は基板５のパッド３に接続されている。また、第２段目以降のチップ２−２〜２−４のバンプ４は、それらが実装されているチップ２のパッド３に接続されている。基板５と第１段目のチップ２との隙間、及びチップ２−１〜２−４相互間の隙間には、アンダーフィル等の液状材６が塗布されている。
図１を参照すると、部品実装装置１は、チップ２を供給する部品供給部１１、基板５の移動を行う基板移動部１２、基板５に対するチップ２のスタック実装動作を行う実装部１３を備える。また、部品実装装置１は部品供給部１１、基板移動部１２、及び実装部１３の動作を制御するための制御装置１４を備える。
部品供給回収部１１は、ストッカ１６、プレート移動装置１７、プレート配置装置１８、認識カメラ１９、及び部品移送ヘッド装置２０を備える。
ストッカ１６には、複数のチップ２が取り出し可能に配置されたトレイ２２を備えるプレート２３が複数枚収容されている。
プレート移動装置１７は、ストッカ１６からトレイ２２を取り出してプレート配置装置１８へ移動させる。
プレート配置装置１８は、昇降可能な一対のプレート押圧体２５と、プレート押圧体２５の下側に配置された支持機構（図示せず）を備える。プレート押圧体２５が上昇位置にあれば、プレート移動装置１７によりプレート押圧体２５と支持機構との隙間にプレート２３を出し入れできる。一方、プレート押圧体２５が降下位置にあれば、プレート押圧体２５と支持機構との間にプレート２３が挟み込まれ、それによってプレート２３がプレート配置装置１８に保持される。プレート配置装置１８は駆動用のモータ２６を備えるＹ軸ロボット２７によりＹ軸方向に移動可能である。
認識カメラ１９は、プレート配置装置１８の上方に配置されている。認識カメラ１９は駆動用のモータ２８を備えるＸ軸ロボット２９に搭載されており、Ｘ軸方向に移動可能である。認識カメラ１９はプレート配置装置１８に保持されたプレート２３上のチップ２の位置を光学的認識する。
部品移送ヘッド装置２０は、駆動用のモータ３０を有するＸ軸ロボット３２を備え、このＸ軸ロボット３２によりヘッドフレーム３３がＸ軸方向に移動する。ヘッドフレーム３３のＸ軸方向の移動範囲は、プレート配置装置１８に対応する位置（チップ取扱位置Ｘ１）から、後述する実装ヘッド装置４０へのチップ２の受け渡しを行う位置（チップ受渡位置Ｘ２）に到る。図２Ａ及び図２Ｂを併せて参照すると、ヘッドフレーム３３には反転ヘッド３４が搭載されている。反転ヘッド３４は、チップ２を解除可能に吸着保持する吸着ノズル３５を備える。さらに、反転ヘッド３４は、吸着ノズル３５をそれ自体の軸線方向に昇降させる。また、反転ヘッド３４は吸着ノズル３５をその軸線と略直交する方向である図示Ｙ軸方向に延びる回転中心回りに回転する。従って、吸着ノズル３５は図２Ａに示す鉛直方向下向きとなる姿勢と、図２Ｂに示すように鉛直方向上向きとなる姿勢のいずれかに設定することができる。
基板移動部１２は、部品実装装置１に対する基板５の供給と搬出を行う。詳細には、基板移動部１２は、装置外から装置内に基板５を供給するためのローダ、ローダから後述するステージ４１上に基板５を搬入する基板搬入装置、チップ２を実装済みの基板５を装置内から装置外に排出するアンローダ、及びチップ２を実装済みの基板５をステージ４１からアンローダに搬出する基板搬出装置を備える。
実装部１３は、実装ヘッド装置４０、ステージ４１、及び２視野系認識カメラ４２を備える。
実装ヘッド装置４０は、モータ４５により作動するＸ軸ロボット４６によりＸ軸方向に進退移動可能なキャリッジ４７を備える。このキャリッジ４７に実装ヘッド４８が取り付けられている。
図３を併せて参照すると、キャリッジ４７には、鉛直方向（Ｚ軸方向）に延びる直動ガイド４９が配設されており、この直動ガイド４９によりキャリッジ４７に対して実装ヘッド４８のベース５１が鉛直方向に移動可能に支持されている。また、ベース５１には鉛直方向に延びるボールねじ５２が螺合する雌ねじ部が形成されている。ボールねじ５２がモータ５３により回転駆動されると、その回転方向に応じて実装ヘッド４８が昇降する。実装ヘッド４８の昇降位置、詳細には後述する第１基準位置HB１からの移動高さが、降下量センサ６１で検出される。
実装ヘッド４８は、真空ポンプＰ１の真空吸引力によりチップ２を解除可能に吸着保持する吸着ノズル（保持部）５４を備える。また、実装ヘッド４８は、吸着ノズル５４を支持するノズル支持部（基部）５６を備える。吸着ノズル５４はノズル支持部５６に内蔵されたモータ５７により、ノズル支持部５６に対してそれ自体の軸線回りの回転（いわゆるθ回転）が可能である。また、吸着ノズル５４は、ノズル支持部５６に対して鉛直方向（後述する第１基準高さ位置HB１の方向）に昇降可能である。吸着ノズル５４を鉛直方向上向きに付勢するばね５８が設けられている。また、エア供給源５９からエアが供給される流路６０が吸着ノズル５４の基端側に設けられている。吸着ノズル５４の先端に荷重が作用してない状態では、吸着ノズル５４の先端は図３で示す初期位置PO１にある。保持したチップ２を介して吸着ノズル５４に対して鉛直方向上向きの加重が作用すると、吸着ノズル５４は流路６０内のエア圧に抗してノズル支持部５６に対して鉛直方向上向きに相対的に移動する。この吸着ノズル５４のノズル支持部５６に対する移動量は押込量センサ６２により検出される。
さらに、実装ヘッド４８は、流路６０内のピストン６４を介して、吸着ノズル５４に作用する荷重を検出するロードセル６５、吸着ノズル５４で吸着保持したチップ２を介して超音波振動エネルギー及び熱エネルギーをパッド３とバンプ４の接合部や液状材６に供給するための超音波発信器６６及びヒータ６７を備える。
実装ヘッド装置４０のキャリッジ４７には、実装ヘッド４８と共に、アンダーフィル等の液状材を基板５やチップ２に塗布するための塗布ヘッド７０が搭載されている。この塗布ヘッド７０は、モータ７１によりキャリッジ４７に対して昇降可能である。液状材供給源７２から供給された液状材６は、塗布ヘッド７０が備える鉛直方向下向きの塗布ノズル７３により基板５やチップ２に塗布される。
ステージ４１には吸着孔が設けられており、真空吸引機構（図示せず）によって基板５をその上面に解除可能に保持できる。また、ステージ４１には基板加熱用のヒータ（図示せず）が内蔵されている。さらに、ステージ４１はＸ軸及びＹ軸方向の駆動用のモータ７５，７６を備えるＸＹロボット７７上に設置されている。従って、ステージ４１はＸ軸及びＹ軸方向に移動可能である。ただし、本実施形態ではステージ４１の鉛直方向の位置は固定されている。
２視野系認識カメラ４２の鉛直方向の位置は、ステージ４１と実装ヘッド４８の間に設定されており、２視野系認識カメラ４２は実装ヘッド４８に保持されたチップ２とステージ４１上の基板５側の両方を光学的に認識する。また、２視野系認識カメラ４２はＸ軸方向及びＹ軸方向に移動する。
次に、プレート配置装置１８に保持されたプレート２３のトレイ２２からチップ２がピックアップされ、さらにステージ４１に保持された基板５又は基板５に実装済みのチップ２に実装されるまでの部品実装装置１の動作を説明する。
まず、認識カメラ１９の認識結果に基づいてＹ軸ロボット２７及びＸ軸ロボット３２が動作し、部品移送ヘッド装置２０の吸着ノズル３５が所定のチップ２の上方に位置決めされる。次に、吸着ノズル３５をチップ２へ向けて降下し、吸着ノズル３５によりチップ２が吸着保持される。この際、チップ２の実装面２ｂが吸着ノズル３５により保持される。その後、吸着ノズル３５が上昇してプレート２３から離れる。次に、Ｘ軸ロボット３２により反転ヘッド３４がチップ取扱位置Ｘ１からチップ受渡位置Ｘ２に移動する。また、Ｘ軸ロボット４６により実装ヘッド４８のキャリッジ４７がチップ受渡位置Ｘ２に移動する。チップ受渡位置Ｘ２では反転ヘッド３４よりも実装ヘッド４８が上方に位置する。
次に、反転ヘッド３４により吸着ノズル３５は図２Ａに示す下向きの姿勢から図２Ｂに示す上向きの姿勢に切り換えられ、吸着ノズル３５に保持されたチップ２は吸着面２ａが上向きとなる。実装ヘッド４８はモータ５３により反転ヘッド４３に向けて降下する。実装ヘッド４８の吸着ノズル５４が反転ヘッド３４に保持されたチップ２の吸着面２ａに当接すると、真空ポンプＰ１が作動して吸着ノズル５４がチップ２の吸着を開始し、それに続いて反転ヘッド３４の吸着ノズル３４がチップ２の吸着を解除する。これによって、反転ヘッド３４から実装ヘッド４８へチップ２が受け渡される。反転ヘッド３４はチップ取扱位置Ｘ１に戻り、次のチップ２のピックアップ動作を実行する。
反転ヘッド３４からチップ２が受け渡された実装ヘッド４８は、Ｘ軸ロボット４６によりステージ４１の上方に移動する。２視野系認識カメラ４２の認識結果に基づいて、Ｘ軸ロボット４６及びＸＹロボット７７が動作し、塗布ヘッド７０の塗布ノズル７３が基板５又は実装済みのチップ２に対して位置決めされる。モータ７１により塗布ヘッド７０が降下した後、液状材供給源７２からの液状材が塗布ノズル７３から基板５又は実装済みのチップ２に対して塗布される。
次に、２視野系認識カメラ４２の認識結果に基づいて、Ｘ軸ロボット４６及びＸＹロボット７７が動作し、実装ヘッド４８の吸着ノズル５４に保持されたチップ２が基板５又は実装済みのチップ２に対して位置決めされる。モータ５３が動作して実装ヘッド４８がステージ４１に向けて降下し、吸着ノズル５４に保持されたチップ２の実装面２ｂが基板５又は実装済みのチップ２に当接した後、超音波発生器６６の発生する超音波及びヒータ６７の発生する熱によりパッド３とバンプ４が接合されると共に、液状材が固化される。
以上の動作の繰り返しにより、基板５上に複数のチップ２が積層される。
次に、スタック実装を実現するために制御装置１４が実行する実装部１３の制御を詳細に説明する。
まず、図８Ａから図８Ｄを参照して制御に使用するパラメータを説明する。
各チップ２の厚みは記号PTｎで表す。ここで変数ｎは１以上の整数であり、基板５から何段目のチップであるかを表す。例えばPT1は基板５に直接実装される第１段目のチップ２（チップ２−１）の厚みを表す。また、PT２は第１段目のチップ２−１上に実装される第２段目のチップ２（チップ２−２）の厚みを表す。ｎの最大値はｎmaxとして表す。従って、基板５上にはチップ２−１〜２−ｎmaxまでのｎmax個のチップがスタック実装される。
前述のように本実施形態ではステージ４１の高さは固定されており、実装ヘッド４８はステージ４１の上方に位置している。実装ヘッド４８はステージ４１の上方の一定の高さ位置（ホーム位置）からステージ４１へ向けて降下する。このホーム位置での実装ヘッド４８の吸着ノズル５４の下端の高さ位置を第１基準高さ位置HB１と定義する。
実装ヘッド４８と同様に、塗布ヘッド７０もステージ４１の上方の一定の高さ位置（ホーム位置）からステージ４１へ向けて降下する。ただし、塗布ヘッド７０のホーム位置は、実装ヘッド４８のホーム位置よりも距離αだけ下方に位置している。このホーム位置での塗布ヘッド７０の塗布ノズル７３の下端の高さ位置を第２基準高さ位置HB２と定義する。
実装基準高さＨn（ｎ＝１〜ｎｍａｘ）は、第１基準高さ位置HB１から基板５又は実装済みのチップ２までの鉛直方向の距離に対応する。本実施形態では、実装基準高さＨｎの基準は第１基準高さ位置HB１として鉛直方向下向を正とする。
目標移動高さ（第１の目標移動高さ）ZTAGｎ（ｎ＝１〜ｎｍａｘ）は、チップ２を保持した実装ヘッド２がステージ４１に向けて降下する際の降下量の基準値である。また、目標移動高さ（第２の目標移動高さ）DZTAGｎ（ｎ＝１〜ｎｍａｘ）は、塗布ヘッド７３がステージ４１に向けて降下する際の降下量の基準値である。本実施形態では、目標移動高さZTAGｎ，DZTAGｎの基準は、それぞれ第１及び第２基準高さ位置HB１，HB２とし、かつ鉛直方向下向きを正とする。
図４は、スタック実装を実現するために制御装置１４が備える構成を示す。まず、データ格納部１０１には、各段のチップ２の厚みPTn、第１及び第２の基準高さ位置HB１，HB２を含む制御に必要な種々の値が予め記憶されている。初期実装基準高さ検出部１０２は、ロードセル６５及び降下量センサ６１の入力に基づいて、ステージ４１上に保持された基板５に未だ１個のチップ２も実装されていない状態での実装基準高さＨn（初期実装基準高さＨ１）を検出する。また、実装基準高さ算出部１０３は、初期実装基準高さ検出部１０２で検出した初期実装基準高さＨ１やデータ格納部１０１に格納されている値に基づいて、各段における実装基準高さＨｎを算出する。さらに、第１目標移動高さ算出部１０４は、実装基準高さ算出部１０３が算出した実装基準高さＨｎやデータ格納部１０１に格納されている値に基づいて、格段における実装ヘッド４８の目標移動高さZTAGｎを算出して実装ヘッド４８に出力する。さらにまた、第２目標移動高さ算出部１０５は、実装基準高さ算出部１０３が算出した実装基準高さＨｎやデータ格納部１０１に格納されている値に基づいて、各段における塗布ヘッド７０の目標移動高さDZTAGｎを算出する。
次に、図７のフローチャートを参照して、制御装置１４及び実装部１３の動作を説明する。まず、ステップＳ７−１において、初期実装基準高さＨ１の測定が実行される。詳細には、吸着ノズル５４にチップ２を保持してない状態の実装ヘッド４８がステージ４１上の基板５（チップ２は未だ１個も実装されてない。）へ向けて降下する。初期実装基準高さ検出部１０２はロードセル６５が検出する荷重の変化から、吸着ノズル５４が基板５に当接したことを検出し、この際の降下量センサ６１からの入力値から初期実装基準高さＨ１を検出する。検出した初期実装基準高さＨ１はデータ格納部１０１に記憶される。
ステップＳ７−２〜Ｓ７−１１が実際にチップ２を基板５や実装済みのチップ２に実装するための処理である。まず、ステップＳ７−２において段数を示す変数ｎを「１」に設定する。
ステップＳ７−３では、実装基準高さ算出部１０３が以下の式（１）に基づいて、実装基準高さＨｎを算出する。
Figure 2006062091
ここでＨｎは第ｎ段目の実装基準高さ、Ｈ１はステップＳ７−１で検出した初期実装基準高さを示す。また、左辺第２項は、第１段目から現在の段までのチップ２の厚みの総和を示し、前述のように各段のチップ２の厚みPTｎはデータ格納部１０１に記憶されている。
次に、ステップＳ７−４において、第１目標移動高さ算出部１０４が以下の式（２）に基づいて、実装ヘッド４８の目標移動高さZTAGｎを算出する。
Figure 2006062091
ここで、ZTAGｎは第ｎ段目のチップ２を実装する際の実装ヘッド４８の目標移動高さ、ＨnはステップＳ７−３で算出した第ｎ段目の実装基準高さ、PTｎは第ｎ段目のチップ２の厚みである。
ステップＳ７−５では、第２目標移動高さ算出部１０５が以下の式（３）に基づいて、塗布ヘッド７０の目標移動高さDZTAGｎを算出する。
Figure 2006062091
ここで、ＨnはステップＳ７−３で算出した第ｎ段目の実装基準高さ、αは第１基準高さ位置HB１と第２基準高さ位置HB２の差、すなわち吸着ノズル５４の下端と塗布ノズル７３の下端の距離である。また、βは塗布ノズル７３と基板５やチップ２の干渉を防止するためのオフセット量である。
ステップＳ７−６では、ステップＳ７−５で算出された目標移動高さDZTAGｎだけ、塗布ヘッド７０がステージ４１に向けて降下する。その後、ステップＳ７−７において、塗布ヘッド７０による塗布動作が実行される。塗布ノズル７３から基板５や実装済みのチップ２に液状材６が塗布される。
ステップＳ７−８では、ステップＳ７−４で算出された目標移動高さZTAGｎに向けて実装ヘッド４８が降下する。通常は、目標移動高さZTAGｎだけ降下すると実装ヘッド４８の吸着ノズル５４に保持されたチップ２が基板５又は実装済みのチップ２に当接する。ただし、チップ２の厚みの誤差等により、目標移動高さZTAGｎまで実装ヘッド４８が降下する前にチップ２が基板５又は実装済みのチップ２に当接する可能性がある。逆に、目標移動高さZTAGｎまで実装ヘッド４８が降下してもチップ２が基板５又は実装済みのチップ２に当接しない可能性がある。そこで、制御装置１４はロードセル６５の検出する荷重により、チップ２の基板５又は実装済みのチップ２との接触を監視する。制御装置１４は、目標移動高さZTAGｎに達する前にチップ２が基板５又は実装済みのチップ２に接触すれば実装ヘッド４８の降下が停止される。逆に、目標移動高さZTAGｎに達してもチップ２が基板５又は実装済みのチップ２に接触しなければ、接触が検出されるまで実装ヘッド４８の降下を継続する。
次に、ステップＳ７−９では基板５又は実装済みのチップ２に対して実装ヘッド４８の吸着ノズル５４に吸着保持されたチップ２（第ｎ段目のチップ）が実装される。
その後、ステップＳ７−１０においてｎ＝ｎｍａｘ、すなわち最終段のチップ２の実装完了でなければ、ステップＳ７−１１において変数ｎを「１」だけインクリメントしてステップＳ７−３〜７−９の処理が繰り返される。
図８Ａから図８Ｄを参照して、制御装置１４及び実装部１３の動作をさらに詳細に説明する。
図８Ａは第１段目のチップ２−１を実装前の状態を示す。この図８Ａに示すように、第１段目の実装基準高さＨ１は第１基準高さ位置HB１からステージ４１上に保持された基板５までの距離に対応している。また、第１段目の実装ヘッド４８の目標移動高さZTAG１は、初期実装基準高さＨ１から第１段目のチップ２−１の厚みPT１を引いた差である。さらに、第１段目の塗布ヘッド７０の目標移動高さDZTAG１は、塗布ノズル７３の下端が基板５からオフセットβだけ上方に位置する値に設定されている。
図８Ｂ及び図８Ｃは、それぞれ第２段目、第３段目のチップ２−２，２−３を実装前の状態を示す。これら図８Ｂ及び図８Ｃに示すように、第２段目、第３段目の実装基準高さＨ２，Ｈ３は第１基準高さ位置HB１から基板５に実装済みの第１段目、第２段目のチップ２−１，２−２までの距離にそれぞれ対応している。また、第２段目、第３段目の実装ヘッド４８の目標移動高さZTAG２，ZTAG３は、実装基準高さＨ２，Ｈ３からチップ２−２，２−３の厚みPT２，PT３を引いた差である。さらに、塗布ヘッド７０の目標移動高さDZTAG２，DZTAG３は、いずれも塗布ノズル７３の下端が実装済みのチップ２−１，２−２からオフセットβだけ上方に位置する値に設定されている。
図８Ｄは第ｎ段目のチップ２−ｎを実装前の状態を示す。この図８Ｄに示すように、第ｎ段目の実装基準高さＨｎは第１基準高さ位置HB１からステージ４１上に保持された基板５又は実装済みのチップ２までの距離に対応している。また、第ｎ段目の実装ヘッド４８の目標移動高さZTAGｎは、実装基準高さＨｎから第ｎ段目のチップ２−ｎ、すなわち今回実装するチップ２−ｎの厚みPTｎを引いた差である。さらに、第ｎ段目の塗布ヘッド７０の目標移動高さDZTAGｎは、塗布ノズル７３の下端が基板５からオフセットβだけ上方に位置する値に設定されている。
次に、基板５や実装済みのチップ２に対するチップ２の位置決めについて詳述する。前述のように塗布ヘッド７０による液状材の塗布の際には、制御部１４は２視野系認識カメラ４２の認識結果に基づいて塗布ヘッド７０をＹ軸方向に移動させると共にＸＹロボットをＸ軸方向に移動させ、それによって塗布ノズル７３を基板５又は実装済みのチップ２に対して位置決めする。また、実装ヘッド４８による基板５又は実装済みのチップ２へのチップ２の実装の際には、制御部１４は２視野系認識カメラ４２の認識結果に基づいて実装ヘッド４８をＸ軸方向に移動させると共にＸＹロボット７７をＸ軸方向又はＹ軸方向に移動させ、吸着ノズル５４に保持されたチップ２を基板５又は実装済みのチップ２に対して位置決めする。さらに、実装ヘッド４８による基板５又は実装済みのチップ２へのチップ２の実装の際には、制御部１４は、実装ヘッド４８はＸ軸方向にもＹ軸方向にも移動させず、２視野系認識カメラ４２の認識結果に基づいてＸＹロボット７７をＸ軸方向又はＹ軸方向に移動させ、それによって吸着ノズル５４に保持されたチップ２を基板５又は実装済みのチップ２に対して位置決めしてもよい。
第１段目のチップ２−１の基板５への実装における塗布ノズル７３の基板５に対する位置決めの際には、２視野系認識カメラ４２は基板５に設けられた位置認識マーク５ａ（図１参照）を認識し、制御部１４はこの認識結果を基準として位置決めを実行する。また、吸着ノズル５４に保持された第１段目のチップ２−１の基板５に対する位置決めの際には、２視野系認識カメラ４２は基板５に設けられた位置認識マーク５ａと吸着ノズル５４に保持された第１段目のチップ２−１の実装面２ｂに設けられた位置認識マーク２ｄ（図５Ｂ参照）とを認識し、制御部１４はこの認識結果を基準として位置決めを実行する。
第２段目から第ｎmax段目のチップ２−１〜２−ｎmaxの実装におけるこれらの位置決めの際に２視野系認識カメラ４２が何を認識するか、すなわち何を基準に位置決めが実行されるかについては、以下の３つの態様がある。
第１の態様としては、第２段目から第ｎmax段目のチップ２−１〜２−ｎmaxの実装すべてついて、塗布ノズル７３の実装済みのチップ２に対する位置決めの際に、２視野系認識カメラ４２は基板５に設けられた位置認識マーク５ａを認識し、制御部１４はこの認識結果を基準として位置決めを実行する。また、第２段目から第ｎmax段目のチップ２−１〜２−ｎmaxのすべてついて、吸着ノズル５４に保持されたチップ２の実装済みのチップ２に対する位置決めの際に、２視野系認識カメラ４２は基板５に設けられた位置認識マーク５ａと、吸着ノズル５４に保持されチップ２の実装面２ｂに設けられた位置認識マーク２ｄを認識し、制御部１４はこの認識結果を基準として位置決めを実行する。第２段目から第ｎmax段目のチップ２−１〜２−ｎmaxのすべてについて同一の位置認識マーク５ａを基準として実装済みのチップ２に対する塗布ノズル７３及び実装されるチップ２の位置決めを実行することにより、高精度のスタック実装を安定して行うことができる。
第２の態様としては、第２段目から第ｎmax段目のチップ２−１〜２−ｎmaxの実装すべてについて、塗布ノズル７３の実装済みのチップ２に対する位置決めの際に、２視野系認識カメラ４２は基板５に実装済みの第１段目（最下段）のチップ２−１の吸着面２ａに設けられた位置認識マーク２ｃ（図５Ａ参照）を認識し、制御部１４はこの認識結果を基準として位置決めを実行する。また、２段目から第ｎmax段目のチップ２−１〜２−ｎmaxのすべてついて、吸着ノズル５４に保持されたチップ２の実装済みのチップ２に対する位置決めの際に、２視野系認識カメラ４２は第１段目（最下段）のチップ２−１の吸着面２ａに設けられた位置認識マーク２ｃと吸着ノズル５４に保持されチップ２の実装面２ｂに設けられた位置認識マーク２ｄとを認識し、制御部１４はこの認識結果を基準として位置決めを実行する。第２段目から第ｎmax段目のチップ２−１〜２−ｎmaxのすべてについて同一のチップ２−１の位置認識マーク２ｃを基準として実装済みのチップ２に対する塗布ノズル７３及び実装されるチップ２の位置決めを実行することにより、高精度のスタック実装を安定して行うことができる。なお、この第２の態様を採用する場合、第１段目のチップ２−１の吸着面２ａに設けられた位置認識マーク２ｃがスタック実装中に常に２視野系認識カメラ４２の視野に入るように、第１段目のチップ２−１の平面視での面積を残りのチップチップ２−１〜２−ｎmaxよりも大きく設定する必要がある。
第３の態様としては、第２段目から第ｎmax段目のチップ２−１〜２−ｎmaxの実装すべてについて、塗布ノズル７３の実装済みのチップ２に対する位置決めの際に、２視野系認識カメラ４２は実装済みのチップ２のうち最上段のものの吸着面２ａに設けられた位置認識マーク２ｃを認識し、制御部１４はこの認識結果を基準として位置決めを実行する。また、第２段目から第ｎmax段目のチップ２−１〜２−ｎmaxのすべてついて、吸着ノズル５４に保持されたチップ２の実装済みのチップ２に対する位置決めの際に、２視野系認識カメラ４２は実装済みのチップ２のうち最上段のものの吸着面２ａに設けられた位置認識マーク２ｃと吸着ノズル５４に保持されチップ２の実装面２ｂに設けられた位置認識マーク２ｄとを認識し、制御部１４はこの認識結果を基準として位置決めを実行する。例えば、第２段目のチップ２−２の実装時には、基板５に実装済みの第１段目のチップ２−１の吸着面２ａに設けられた位置認識マーク２ｃを２視野系認識カメラ４２が認識する。また、第ｎ段目の実装時には、実装済みの第ｎ−１段目のチップ２−（ｎ−１）の吸着面２ａに設けられた位置認識マーク２ｃを２視野系認識カメラ４２が認識する。
なお、塗布ノズル７３や吸着ノズル５４に保持されたチップ２の位置決めにおいて、位置認識マーク２ｃ，２ｄ，５ａに代えてチップ２や基板２の回路パターンの一部、又はチップ２や基板２の角縁部を２視野系認識カメラ４２で認識してもよい。
以上のように、本実施形態の部品実装装置１では、実装済みのチップ２の個数、すなわち基板５上に実装済みのチップ２の段数が増加する程、基準実装高さＨｎが上昇し、それに伴って実装ヘッド４８の目標移動高さZTAGｎも上昇し、第１基準高さ位置HB１に近づく。換言すれば、基板５上に実装されたチップ２の段数の増加に伴って、次に実装されるチップを保持した実装ヘッド４８が第１基準的高さ位置HB１からステージ４１に向けて降下する量が制御装置１４によって自動的に調節される。よって、複数のチップ２を連続的にスタック実装することが可能となり、効率的にスタック実装を行うことができる。
（第２実施形態）
図９に本発明の第２実施形態における制御装置１４を示す。本実施形態では、データ格納部１０１に各段の設定押込量PHSETｎが記憶されている。設定押込量PHSETｎは、吸着ノズル５４にチップ２を保持した実装ヘッド４８が第１基準高さ位置HB１から基板５又は実装済みのチップ２に向けて降下する際に、吸着ノズル５４で保持したチップ２が基板５又は実装済みのチップ２に接触した後もさらに実装ヘッド４８さらに降下させ、それによって初期位置P01（図３参照）から吸着ノズル５４を鉛直方向上向きにノズル支持部５６に対して押し込む距離の設定値である。また、実装基準高さ算出部１０３は、この設定押込量PHSETｎと押込量センサ６２で検出された吸着ノズル５４の押込量の実測値である実押込量PHACｎを各段の実装基準高さＨｎの算出に使用する。さらに、第１目標移動高さ算出部１０４も各段の実装ヘッド４８の目標移動高さZTAGｎの算出に、設定押込量PHSETｎを使用する。
図１０のフローチャートを参照して、制御装置１４及び実装部１３の動作を説明する。ステップＳ１０−１〜Ｓ１０−１２のうち、ステップＳ１０−１，Ｓ１０−２，Ｓ１０−５〜Ｓ１０−９，Ｓ１０−１１，Ｓ１０−１２の処理はそれぞれ図７の対応するステップの処理と同様である。
ステップＳ１０−３では、実装基準高さ算出部１０３が以下の式（４）に基づいて、実装基準高さＨｎを算出する。
Figure 2006062091
この式（４）で示すように、第２段目以降の第ｎ段目の実装基準高さＨｎは、第ｎ−１段目の実装基準高さＨｎ-1から第ｎ−１段目のチップ２の厚みPTn-1を引いた差を、第ｎ−１段の実押込量PHACｎ-1と第ｎ−１段のPHSETｎ-1の差で補正したものである。実押込量PHACｎと設定押込量PHSETｎの差は、実際に実装ヘッド４８で保持したチップ２を基板５や実装済みのチップ２に当接させた際のチップ２の厚みPTｎの誤差、バンプ４のつぶれの程度の差違等に起因する実装ヘッド４８の移動量のばらつきを反映する。従って、この差によって実装基準高さＨｎを補正することにより、実装基準高さＨｎが第１基準高さ位置HB１から基板５や実装済みのチップ２までの実際の距離を近似する精度が向上する。従って、本実施形態では、より高精度のスタック実装を行うことできる。
ステップＳ１０−４では、第１目標移動高さ算出部１０４が以下の式（５）に基づいて、実装ヘッド４８の目標移動高さZTAGｎを算出する。
Figure 2006062091
この式（５）から明らかなように、各段の実装ヘッド４８の目標移動高さZTAGｎは、実装基準高Ｈｎからチップ２の厚みPTｎを引いた差に設定押込量PHSETｎを加えた値である。
ステップＳ１０−９において実装動作が完了した後、ステップＳ１０−１０において押込量センサ６２が実押込量PHACｎを検出する。前述のように、この実押込量PHACｎは実装基準高さＨｎ及び実装ヘッド４８の目標移動高さZTAGｎの算出に使用される。
図１１Ａは第１段目のチップ２−１を実装前の状態を示す。この図１１Ａに示すように、第１段目の実装基準高さＨ１は第１基準高さ位置HB１からステージ４１上に保持された基板５までの距離に対応している。また、第１段目の実装ヘッド４８の目標移動高さZTAG１は、実装基準高さＨ１から第１段目のチップ２−１の厚みPT１を引いた差に設定押込量PHSET１を加えた値である。さらに、第１段目の塗布ヘッド７０の目標移動高さDZTAG１は、塗布ノズル７３の下端が基板５からオフセットβだけ上方に位置する値に設定されている。
図１１Ｂ及び図１１Ｃは、それぞれ第２段目、第３段目のチップ２−２，２−３を実装前の状態を示す。第２段目、第３段目の実装基準高さＨ２，Ｈ３は第１基準高さ位置HB１から基板５に実装済みの第１段目、第２段目のチップ２−１，２−２までの距離を実押込量PHAC１，PHAC２と設定押込量PHSET１，PHSET２の差で補正したものである。また、第２段目、第３段目の実装ヘッド４８の目標移動高さZTAG２，ZTAG３は、実装基準高さＨ２，Ｈ３からチップ２−２，２−３の厚みPT２，PT３を引いた差に設定押込量PHSET２，PHSET３を加えた値である。さらに、塗布ヘッド７０の目標移動高さDZTAG２，DZTAG３は、いずれも塗布ノズル７３の下端が実装済みのチップ２−１，２−２からオフセットβだけ上方に位置する値に設定されている。
図１１Ｄは第ｎ段目のチップ２−ｎを実装前の状態を示す。第ｎ段目の実装基準高さＨｎは第１基準高さ位置HB１からステージ４１上に保持された基板５又は実装済みのチップ２までの距離を実押込量PHACｎと設定押込量PHSETｎの差で補正した値である。また、第ｎ段目の実装ヘッド４８の目標移動高さZTAGｎは、実装基準高さＨｎから第ｎ段目のチップ２−ｎ、すなわち今回実装するチップ２−ｎの厚みPTｎを引いた差に今回の設定押込量PHSETｎを加えた値である。さらに、第ｎ段目の塗布ヘッド７０の目標移動高さDZTAGｎは、塗布ノズル７３の下端が基板５からオフセットβだけ上方に位置する値に設定されている。
第２実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様である。
（第３実施形態）
図１２に本発明の第３実施形態における制御装置１４を示す。本実施形態では、実装基準高さ算出部１０３は、基板５又は実装済みのチップ２へチップ２を実装する際の実装ヘッド４８の実測値である実移動高さZACｎを、実装基準高さＨｎの算出に使用する。この実移動高さZACｎは降下量センサ６１により検出される。また、実移動高さZACｎの基準は第１基準高さ位置HB１であり、鉛直方向下向きを正とする。
図１３のフローチャートを参照して、制御装置１４及び実装部１３の動作を説明する。ステップＳ１３−１〜Ｓ１３−１２のうち、ステップＳ１３−１，Ｓ１３−２，Ｓ１３−４〜Ｓ１３−９，Ｓ１３−１１，Ｓ１３−１１の処理はそれぞれ図７の対応するステップの処理と同様である。特に、ステップＳ１３−４において、第１目標移動高さ算出部１０４は第１実施形態（図７のステップＳ７−４）と同様に、実装ヘッド４８の目標移動高さZTAGｎを実装基準高さＨｎからチップ２の厚みPTｎを引いた差として算出する。
ステップＳ１３−３では、実装基準高さ算出部１０３が以下の式（６）に基づいて、実装基準高さＨｎを算出する。
Figure 2006062091
この式（６）で示すように、第２段目以降の第ｎ段目の実装基準高さＨｎは、第ｎ−１段目での実移動高さZACｎ−１である。前述のように実移動高さZACｎは実際に実装ヘッド４８が第１基準高さ位置HB１から降下した降下量であるので、実装ヘッド４８で保持したチップ２を基板５や実装済みのチップ２に当接させた際のチップ２の厚みPTｎの誤差、バンプ４のつぶれの程度の差違を反映する。従って、実移動高さZACｎを実装基準高さＨｎとして使用することにより、実装基準高さＨｎが第１基準高さ位置HB１から基板５や実装済みのチップ２までの実際の距離を近似する精度が向上する。従って、本実施形態では、より高精度のスタック実装を行うことできる。
第３実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様である。
（第４実施形態）
図１４に本発明の第２実施形態における制御装置１４を示す。また、本実施形態の部品実装装置１は、図１６Ａから図１６Ｄに概略的に示すように、ステージ４１を昇降させる昇降装置１５０を備える。
制御装置１４は、実装基準高さ算出部１０３（例えば図４参照）を代えて、基板５上に実装されるチップ２の段数が増加しても初期実装基準高さＨ１が一定に保持されるように第１基準高さ位置HB１からのステージ４１の高さHSｎ（図１６Ｄ参照）を算出するステージ高さ算出部１５１を備える。また、第１及び第２の目標移動高さ算出部１０４，１０５は、実装されたチップ２の段数が増加しても初期実装基準高さＨ１を使用して実装ヘッド４８や塗布ヘッド７０の目標移動高さZTAGｎ，DZTAGｎを算出する。
図１５のフローチャートを参照して、制御装置１４及び実装部１３の動作を説明する。まず、ステップＳ１５−１において、初期実装基準高さＨ１の測定が実行される。詳細には、吸着ノズル５４にチップ２を保持してない状態の実装ヘッド４８がステージ４１上の基板５へ向けて降下する。初期実装基準高さ検出部１０２はロードセル６５が検出する荷重の変化から、吸着ノズル５４が基板５に当接したことを検出し、この際の降下量センサ６１からの入力値から初期実装基準高さＨ１を検出する。検出した初期実装基準高さＨ１はデータ格納部１０１に記憶される。
次に、ステップＳ１５−２では、ステージ高さ算出部１５１が基板５に未だ１個のチップ２も実装されていない状態でのステージ４１の高さ（初期ステージ高さHS１）を算出する。この初期ステージ高さHS１は、初期実装基準高さＨ１とデータ格納部１０１に記憶されている基板５の厚みとから算出される。
ステップＳ１５−３〜Ｓ１５−１３が実際にチップ２を基板５や実装済みのチップ２に実装するための処理である。まず、ステップＳ７−３において段数を示す変数ｎを「１」に設定する。
ステップＳ１５−４では、ステージ高さ算出部１５１が以下の式（７）に基づいて、ステージ高さHS１を算出する。
Figure 2006062091
ここでHSｎは第ｎ段目のステージ高さ、HS１はステップＳ１５−２で算出した初期ステージ高さを示す。また、第２式の右辺第２項は、ｎ−１段目のチップ２の厚みを示す。前述のように各段のチップ２の厚みPTｎはデータ格納部１０１に記憶されている。
次に、ステップＳ１５−５において、第１目標移動高さ算出部１０４が以下の式（８）に基づいて、実装ヘッド４８の目標移動高さZTAGｎを算出する。
Figure 2006062091
ここでZTAGｎは第ｎ段目のチップ２を実装する際の実装ヘッド４８の目標移動高さ、Ｈ１は初期実装基準高さ、PTｎは各段のチップ２の厚みである。
ステップＳ１５−６では、第２目標移動高さ算出部１０５が以下の式（９）に基づいて、塗布ヘッド７０の目標移動高さDZTAGｎを算出する。
Figure 2006062091
ここで、Ｈ１は初期実装基準高さ、αは第１基準高さ位置HB１と第２基準高さ位置HB２の差、すなわち吸着ノズル５４の下端と塗布ノズル７３の下端の距離である。また、βは塗布ノズル７３と基板５やチップ２の干渉を防止するためのオフセット量である。
ステップＳ１５−７では、昇降装置１５０によりステージ４１がステップＳ１５−４で算出されたステージ高さHSｎまで降下する。このステージ４１の降下により、実装基準高さは初期実装基準高さＨ１に維持される。
ステップＳ１５−８では、ステップＳ１５−６で算出された目標移動高さDZTAGｎだけ、塗布ヘッド７０がステージ４１に向けて降下する。その後、ステップＳ１５−９において、塗布ヘッド７０による塗布動作が実行される。塗布ノズル７３から基板５や実装済みのチップ２に液状材６が塗布される。
ステップＳ１５−１０では、ステップＳ１５−５で算出された目標移動高さZTAGｎに向けて実装ヘッド４８が降下する。通常は、目標移動高さZTAGｎだけ降下すると実装ヘッド４８の吸着ノズル５４に保持されたチップ２が基板５又は実装済みのチップ２に当接する。ただし、チップ２の厚みの誤差等により、目標移動高さZTAGｎまで実装ヘッド４８が降下する前にチップ２が基板５又は実装済みのチップ２に当接する可能性がある。逆に、目標移動高さZTAGｎまで実装ヘッド４８が降下してもチップ２が基板５又は実装済みのチップ２に当接しない可能性がある。そこで、制御装置１４はロードセル６５の検出する荷重により、チップ２の基板５又は実装済みのチップ２との接触を監視する。制御装置１４は、目標移動高さZTAGｎに達する前にチップ２が基板５又は実装済みのチップ２に接触すれば実装ヘッド４８の降下が停止される。逆に、目標移動高さZTAGｎに達してもチップ２が基板５又は実装済みのチップ２に接触しなければ、接触が検出されるまで実装ヘッド４８の降下を継続する。
次に、ステップＳ１５−１１では、基板５又は実装済みのチップ２に対して実装ヘッド４８の吸着ノズル５４に吸着保持されたチップ２（第ｎ段目のチップ）が実装される。
その後、ステップＳ１５−１２においてｎ＝ｎｍａｘ、すなわち最終段のチップ２の実装完了でなければ、ステップＳ１５−１３において変数ｎを「１」だけインクリメントしてステップＳ１５−４〜１５−１１の処理が繰り返される。
図１６Ａから図１６Ｄを参照して、制御装置１４及び実装部１３の動作をさらに詳細に説明する。
図１６Ａは第１段目のチップ２−１を実装前の状態を示す。この図１６Ａに示すように、初期実装基準高さＨ１は第１基準高さ位置HB１からステージ４１上に保持された基板５までの距離に対応している。また、第１段目の実装ヘッド４８の目標移動高さZTAG１は、初期実装基準高さＨ１から第１段目のチップ２−１の厚みPT１を引いた差である。さらに、第１段目の塗布ヘッド７０の目標移動高さDZTAG１は、塗布ノズル７３の下端が基板５からオフセットβだけ上方に位置する値に設定されている。
図１６Ｂは、第２段目のチップ２−２を実装前の状態を示す。矢印Ｄで示すよう昇降装置１５０によりステージ４１が降下したことにより、第２段目のチップ２−２を実装前の状態でも実装基準高さＨｎは初期実装基準高さＨ１に維持されている。式（７）より、第２段目のチップ２−２の実装時のステージ４１の降下量ΔHS２は第１段目のチップ２−１の厚みPT１である。また、第２段目の実装ヘッド４８の目標移動高さZTAG２は、初期実装基準高さＨ１からチップ２−２の厚みPT２を引いた差である。さらに、塗布ヘッド７０の目標移動高さDZTAG２は、塗布ノズル７３の下端が実装済みのチップ２−１からオフセットβだけ上方に位置する値に設定されている。
図１６Ｃは、第３段目のチップ２−３を実装前の状態を示す。矢印Ｄで示すよう昇降装置１５０によりステージ４１が降下したことにより、第３段目のチップ２−３を実装前の状態でも実装基準高さは初期実装基準高さＨ１に維持されている。式（７）より、第３段目のチップ２−３の実装時のステージ４１の降下量ΔHS３は第２段目のチップ２−２の厚みPT２である。また、第３段目の実装ヘッド４８の目標移動高さZTAG２は、初期実装基準高さＨ１からチップ２−３の厚みPT３を引いた差である。さらに、塗布ヘッド７０の目標移動高さDZTAG３は、いずれも塗布ノズル７３の下端が実装済みのチップ２−１からオフセットβだけ上方に位置する値に設定されている。
図１６Ｄは第ｎ段目のチップ２−ｎを実装前の状態を示す。この図１６Ｄに示すように、昇降装置１５０によりステージ４１が降下することにより、第ｎ段目のチップ２の実装時にも、実装基準高さは初期実装基準高さＨ１に維持されている。
以上のように、本実施形態の部品実装装置１では、実装済みのチップ２の個数、すなわち基板５上に実装済みのチップ２の段数の増加に伴って、初期実装基準高さＨ１が一定に維持されるようにステージ４１が自動的に降下する。よって、複数のチップ２を連続的にスタック実装することが可能となり、効率的にスタック実装を行うことができる。また、実装基準高さＨｎが初期実装基準高さＨ１で維持され、実装基準高さは一定に保持されるので、２視野系認識カメラ４２（Ｚ軸方向の位置が固定されている）とチップ２とのワークディスタンスが一定に保持される。その結果、２視野系認識カメラ４２によって実装済み部品２を高精度で位置認識でき、実装済みのチップ２に対するより高精度の実装を実現できる。
第４実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様である。
（第５実施形態）
図１７に本発明の第５実施形態における制御装置１４を示す。本実施形態では、データ格納部１０１に各段の設定押込量PHSETｎが記憶されている。また、ステージ高さ算出部１５１は、この設定押込量PHSETｎと押込量センサ６２で検出された吸着ノズル５４の押込量の実測値である実押込量PHACｎを各段のステージ高さHSｎの算出に使用する。さらに、第１目標移動高さ算出部１０４も各段の実装ヘッド４８の目標移動高さZTAGｎの算出に、設定押込量PHSETｎを使用する。
図１８のフローチャートを参照して、制御装置１４及び実装部１０３の動作を説明する。ステップＳ１８−１〜Ｓ１８−１４のうち、ステップＳ１８−１〜Ｓ１８−３，Ｓ１８−６〜Ｓ１８−１１，Ｓ１８−１３，Ｓ１８−１４の処理はそれぞれ図１５の対応するステップの処理と同様である。
ステップＳ１８−４では、ステージ高さ算出部１５１が以下の式（１０）に基づいて、ステージ高さHSｎを算出する。
Figure 2006062091
この式（１０）で示すように、第２段目以降の第ｎ段目のステージ高さHSｎは、第ｎ−１段目のステージ高さHSｎ-1と第ｎ−１段目のチップ２の厚みPTｎ−１の和を第ｎ−１段の実押込量PHACｎ-1と第ｎ−１段のPHSETｎ-1の差で補正したものである。換言すれば、各段のステージ４１の降下量ΔHSｎ（図１６Ｄ参照）は、PTｎ−１＋(PHACｎ−１−PHSETｎ−１)である。実押込量PHACｎとPHSETｎの差は、実際に実装ヘッド４８で保持したチップ２を基板５や実装済みのチップ２に当接させた際のチップ２の厚みPTｎの誤差、バンプ４のつぶれの程度の差違等に起因する実装ヘッド４８の移動量のばらつきを反映する。従って、この差で補正することによりステージ高さHSｎの計算精度が向上し、より高精度のスタック実装を行うことできる。
ステップＳ１８−５では、第１目標移動高さ算出部１０４が以下の式（１１）に基づいて、実装ヘッド４８の目標移動高さZTAGｎを算出する。
Figure 2006062091
この式（１１）から明らかなように、各段の実装ヘッド４８の目標移動高さZTAGｎは、初期実装基準高さＨ１からチップ２の厚みPTｎを引いた差に設定押込量PHSETｎを加えた値である。
ステップＳ１８−１１において実装動作が完了した後、ステップＳ１８−１２において押込量センサ６２が実押込量PHACｎを検出する。前述のように、この実押込量PHACｎはステージ高さHSｎの算出に使用される。
第５実施形態のその他の構成及び作用は第４実施形態と同様である。
（第６実施形態）
図１９に本発明の第６実施形態における制御装置１４を示す。本実施形態では、ステージ高さ算出部１５１は、基板５又は実装済みのチップ２へチップ２を実装する際の実装ヘッド４８の実測値である実移動高さZACｎをステージ高さHSｎの算出に使用する。この実移動高さZACｎは降下量センサ６１により検出される。
図２０のフローチャートを参照して、制御装置１４及び実装部１３の動作を説明する。ステップＳ２０−１〜Ｓ２０−１４のうち、ステップＳ２０−１〜Ｓ２０−３，Ｓ２０−６〜Ｓ２０−１１，Ｓ２０−１３，Ｓ２０−１４の処理はそれぞれ図１５の対応するステップの処理と同様である。
ステップＳ２０−４では、ステージ高さ算出部１５１が以下の式（１２）に基づいて、ステージ高さHSｎを算出する。
Figure 2006062091
この式（１２）で示すように、第２段目以降の第ｎ段目のステージ高さHSｎは、第ｎ−１段目のステージ高さHSｎ−１に第ｎ−１段目での実装基準高さから第ｎ−１段目での実移動高さZACｎ−１を引いた差を加えたものである。前述のように実移動高さZACｎは実際に実装ヘッド４８が第１基準高さ位置HB１から降下した降下量であるので、実装ヘッド４８で保持したチップ２を基板５や実装済みのチップ２に当接させた際のチップ２の厚みPTｎの誤差、バンプ４のつぶれの程度の差違を反映する。従って、ステージ高さHSｎの算出に実移動高さZACｎを使用することにより、ステージ高さHSｎの計算精度が向上し、より高精度のスタック実装を行うことできる。
ステップＳ１８−１１において実装動作が完了した後、ステップＳ１８−１２において押込量センサ６２が実移動高さZACｎを検出する。前述のように、この実移動高さZACｎはステージ高さHSｎの算出に使用される。
第６実施形態のその他の構成及び作用は第４実施形態と同様である。
添付図面を参照して本発明を完全に説明したが、当業者にとって種々の変更及び変形が可能である。従って、そのような変更及び変形は辺発明の意図及び範囲から離れない限り、本発明に含まれると解釈されなければならない。
本発明の第１実施形態に係る部品実装装を示す斜視図。 反転ヘッドが上向きの部品搬送装置を示す斜視図。 反転ヘッドが上向きの部品搬送装置を示す斜視図。 実装ヘッドを示す部分拡大図。 第１実施形態における制御装置を示すブロック図。 ＩＣチップを吸着面側から見た斜視図。 ＩＣチップを実装面側から見た斜視図。 スタック実装されたＩＣチップの一例を示す部分断面図。 第１実施形態に係る部品実装装置の動作を説明するためのフローチャート。 第１実施形態における第１段目の実装を説明するための概略図。 第１実施形態における第２段目の実装を説明するための概略図。 第１実施形態における第３段目の実装を説明するための概略図。 第１実施形態における第ｎ段目の実装を説明するための概略図。 本発明の第２実施形態における制御装置を示すブロック図。 本発明の第２実施形態に係る部品実装装置の動作を説明するためのフローチャート。 第２実施形態における第１段目の実装を説明するための概略図。 第２実施形態における第２段目の実装を説明するための概略図。 第２実施形態における第３段目の実装を説明するための概略図。 第２実施形態における第ｎ段目の実装を説明するための概略図。 本発明の第３実施形態における制御装置を示すブロック図。 本発明の第３実施形態に係る部品実装装置の動作を説明するためのフローチャート。 本発明の第４実施形態における制御装置を示すブロック図。 第４実施形態に係る部品実装装置の動作を説明するためのフローチャートである。 第４実施形態における第１段目の実装を説明するための概略図。 第４実施形態における第２段目の実装を説明するための概略図。 第４実施形態における第３段目の実装を説明するための概略図。 第４実施形態における第ｎ段目の実装を説明するための概略図。 本発明の第５実施形態における制御装置を示すブロック図。 本発明の第５実施形態に係る部品実装装置の動作を説明するためのフローチャート。 本発明の第６実施形態における制御装置を示すブロック図。 本発明の第６実施形態に係る部品実装装置の動作を説明するためのフローチャート。
符号の説明
１ 部品実装装置
２ ＩＣチップ
２ａ 吸着面
２ｂ 実装面
３ パッド
４ バンプ
５ 基板
１１ 部品供給部
１２ 基板移動部
１３ 実装部
１４ 制御装置
１６ ストッカ
１７ プレート移動装置
１８ プレート配置装置
１９ 認識カメラ
２０ 部品移送ヘッド装置
２２ トレイ
２３ プレート
２５ プレート押圧体
２６，２８，３０ モータ
２７ ＸＹロボット
２９，３２ Ｘ軸ロボット
３３ ヘッドフレーム
３４ 反転ヘッド
３５ 吸着ノズル
４０ 実装ヘッド装置
４１ ステージ
４２ ２視野系認識カメラ
４５ モータ
４６ Ｘ軸ロボット
４７ キャリッジ
４８ 実装ヘッド
４９ 直動ガイド
５１ ベース
５２ ボールねじ
５３ モータ
５４ 吸着ノズル（保持部）
５６ ノズル支持部（基部）
５７ モータ
５８ ばね
５９ エア供給源
６０ 流路
６１ 降下量センサ
６４ ピストン
６５ ロードセル
６６ 超音波発信器
６７ ヒータ
７０ 塗布ヘッド
７１ モータ
７３ 塗布ノズル
７５，７６ モータ
７７ ＸＹロボット
１５０ 昇降装置
１５１ ステージ高さ算出部

Claims (15)

  1. 基板（５）に複数個の部品（２）を積み重ねて実装する部品実装装置であって、
    高さ位置が固定され、前記基板を保持するステージ（４１）と、
    前記部品を解除可能に保持し、前記ステージの上方の固定された第１の基準高さ位置（ＨＢ１）から前記ステージに向けて降下し、保持した前記部品を前記基板又は実装済みの前記部品に実装する実装ヘッド（４８）と、
    前記第１の基準高さ位置から前記基板又は実装済みの前記部品までの距離に対応する実装基準高さ（Ｈｎ）を算出する実装基準高さ算出部（１０３）と、少なくとも前記実装基準高さ算出部が算出した前記実装基準高さと前記実装ヘッドに保持されている前記部品の厚み（ＰＴｎ）とに基づいて第１の目標移動高さ（ＺＴＡＧｎ）を算出する第１の目標移動高さ算出部（１０４）と、前記部品を保持した前記実装ヘッドを前記第１の基準高さ位置から前記第１の目標移動高さまで降下させて前記基板又は前記実装済みの部品に保持した前記部品を実装させる制御部（１４）と
    を備える、部品実装装置。
  2. 前記実装基準高さ算出部は、前記実装済みの部品の個数が増えるほど前記第１の基準高さ位置に近づくように前記実装基準高さを設定する、請求項１に記載の部品実装装置。
  3. 前記実装ヘッドは、前記部品を保持する保持部（５４）と、この保持部が前記第１の基準高さ位置方向に変位可能な基部（５６）と、前記部品の実装時の前記保持部の前記基部に対する変位する量である実押込量（ＰＨＡＣｎ）を検出する第１のセンサ（６２）を備え、
    前記実装基準高さ算出部は、少なくとも前記実押込量に基づいて前記実装基準高さを算出する、請求項２に記載の部品実装装置。
  4. 前記実装ヘッドは、前記第１の基準高さ位置を基準とする前記部品の実装時の前記実装ヘッドの高さである実移動高さ（ＺＡＣｎ）を検出する第２のセンサ（６１）を備え、
    前記実装基準高さ算出部は、少なくとも前記実移動高さに基づいて前記実装基準高さを算出する、請求項２に記載の部品実装装置。
  5. 少なくとも前記実装ヘッドに保持された部品と前記基板とを認識可能な認識カメラ（４２）とをさらに備え、
    前記制御部は、前記認識カメラよる前記基板の認識結果を使用して、前記実装ヘッドに保持された部品の前記実装済みの部品に対する位置決めを実行する、請求項１に記載の部品実装装置。
  6. 少なくとも前記実装ヘッドに保持された部品と前記基板に実装済みの最下段の部品（２−１）とを認識可能な認識カメラ（４２）をさらに備え、
    前記制御部は、前記認識カメラによる前記最下段の部品の認識結果を使用して、前記実装ヘッドに保持された部品の前記実装済みの部品に対する位置決めを実行する、請求項１に記載の部品実装装置。
  7. 少なくとも前記実装ヘッドに保持された部品と前記実装済みの部品のうち最上段のものとを認識可能な認識カメラ（４２）をさらに備え、
    前記制御部は、前記認識カメラによる前記最上段の部品の認識結果を使用して、前記実装ヘッドに保持された部品の前記実装済みの部品に対する位置決めを実行する、請求項１に記載の部品実装装置。
  8. 前記ステージの上方の固定された第２の基準高さ位置（ＨＢ２）から前記ステージに向けて降下し、上記基板又は実装済みの前記部品に対して液状材を塗布するための塗布ヘッド（７０）をさらに備え、
    前記制御部は、少なくとも前記実装基準高さに基づいて第２の目標移動高さ（ＤＺＴＡＧｎ）を算出する第２の目標移動高さ算出部（１０５）をさらに備え、前記塗布ヘッドを前記第２の基準高さ位置から前記第２の目標移動高さ算出部が算出した前記第２の目標高さまで降下させて前記基板又は実装済みの前記部品に前記液状材を塗布させる、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の部品実装装置。
  9. 基板（５）に複数個の部品（２）を積み重ねて実装する部品実装装置であって、
    前記基板を保持する昇降可能なステージ（４１）と、
    前記部品を解除可能に保持し、前記ステージの上方の第１の基準高さ位置（ＨＢ１）から前記ステージへ向けて降下し、保持した前記部品を前記基板又は実装済みの前記部品に実装する実装ヘッド（４８）と、
    前記第１の基準高さ位置から前記基板又は実装済みの前記部品までの距離に対応する実装基準高さ（Ｈ１）を一定に保持するように、前記第１の基準高さ位置からの前記ステージの高さであるステージ高さ（ＨＳｎ）を算出するステージ高さ算出部（１５１）と、少なくとも前記実装基準高さと前記実装ヘッドに保持されている前記部品の厚み（ＰＴｎ）とに基づいて第１の目標移動高さ（ＺＴＡＧｎ）を算出する第１の目標移動高さ算出部（１０４）とを備え、前記ステージを前記ステージ高さ算出部が算出した前記ステージ高さまで降下させた後、前記部品を保持した前記実装ヘッドを前記第１の基準高さ位置から前記第１の目標移動高さ算出部が算出した前記第１の目標移動高さまで降下させて前記基板又は前記実装済みの部品に保持した前記部品を実装させる制御部と
    を備える、部品実装装置。
  10. 前記ステージ高さ算出部は、前記実装済みの部品の個数が増えるほど前記第１の基準高さ位置から離れるように前記ステージ高さを設定する、請求項９に記載の部品実装装置。
  11. 前記実装ヘッドは、前記部品を保持する保持部（５４）と、この保持部が前記基準高さ位置方向に変位可能な基部（５６）と、前記部品の実装時の前記保持部の前記基部に対する変位する量である実押込量（ＰＨＡＣｎ）を検出する第１のセンサ（６２）を備え、
    前記ステージ高さ算出部は、少なくとも前記実押込量に基づいて、前記ステージ高さを算出する、請求項１０に記載の部品実装装置。
  12. 前記実装ヘッドは、前記第１の基準高さ位置を基準とする前記部品の実装時の前記実装ヘッドの高さである実移動高さ（ＺＡＣｎ）を検出する第２のセンサ（６１）を備え、
    前記ステージ高さ算出部は、少なくとも前記実移動高さに基づいて前記ステージ高さを算出する、請求項１０に記載の部品実装装置。
  13. 前記ステージの上方の固定された第２の基準高さ位置（ＨＢ２）から前記ステージに向けて降下し、上記基板又は実装済みの前記部品に対して液状材を塗布するための塗布ヘッド（７０）をさらに備え、
    前記制御部は、少なくとも前記実装基準高さに基づいて第２の目標移動高さ（ＤＺＴＡＧｎ）を算出する第２の目標移動高さ算出部（１０５）をさらに備え、前記塗布ヘッドを前記第２の基準高さ位置から第２の目標移動高さ算出部が算出した前記第２の目標移動高さまで降下させて前記基板又は実装済みの前記部品に前記液状材を塗布させる、請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載の部品実装装置。
  14. 基板（５）に複数個の部品（２）を積み重ねて実装する部品実装方法であって、
    前記基板を保持する、高さ位置が固定されたステージ（４１）を設け、
    前記部品を解除可能に保持し、保持した前記部品を前記基板又は実装済みの前記部品に実装する実装ヘッド（４８）を設け、
    前記ステージの上方の基準高さ位置（ＨＢ１）から前記基板又は実装済みの前記部品までの距離に対応する実装基準高さ（Ｈｎ）を算出し、
    少なくとも前記実装基準高さと前記実装ヘッドに保持されている前記部品の厚み（ＰＴｎ）とに基づいて第１の目標移動高さ（ＺＴＡＧｎ）を算出し、
    前記部品を保持した前記実装ヘッドを前記基準高さ位置から前記目標移動高さまで降下させて前記基板又は前記実装済みの部品に保持した前記部品を実装させる、部品実装方法。
  15. 基板（５）に複数個の部品（２）を積み重ねて実装する部品実装方法であって、
    前記基板を保持する、昇降可能なステージ（４１）を設け、
    前記部品を解除可能に保持し、保持した前記部品を前記基板又は実装済みの前記部品に実装する実装ヘッド（４８）を設け、
    前記ステージの上方の基準高さ位置（ＨＢ１）から前記基板又は実装済みの前記部品までの距離に対応する実装基準高さ（Ｈ１）を一定に保持するように、前記基準高さ位置からの前記ステージの高さであるステージ高さ（ＨＳｎ）を算出し、
    少なくとも前記実装基準高さと前記実装ヘッドに保持されている前記部品の厚み（ＰＴｎ）とに基づいて目標移動高さ（ＺＴＡＧｎ）を算出し、
    前記ステージを前記ステージ高さまで降下させ、
    前記部品を保持した前記実装ヘッドを前記基準高さ位置から前記目標移動高さまで降下させて前記基板又は前記実装済みの部品に保持した前記部品を実装させる、部品実装方法。
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