(57)【要約】【課題】  高さを測定するセンサとピッカとの相対位置関係が変化し、ズレが発生した場合にも、その誤差を補正し、高精度な電子部品の装着を可能とする電子部品装着装置とする。【解決手段】  装着ヘッドに、電子部品を吸着するピッカと基板上面の高さを測定する第１高さ測定手段とを設け、基板に電子部品を位置決めして装着する装置に次の手段を採用する。  １、基板ステージに、高さ基準面が形成され、ピッカ下端により高さ基準面を押し下げてピッカとの相対位置関係を測定可能な第２高さ測定手段を設ける。  ２、第１高さ測定手段で高さ基準面を測定し、第２高さ測定手段によりピッカの高さを測定し、第１高さ測定手段とピッカとの相対位置関係を測定する。  ３、装着時に第１高さ測定手段で基板上面の高さを測定し、第１高さ測定手段とピッカの相対位置関係をもとに基板と電子部品とを位置決めする。【選択図】              図７
2010040685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板ステージに支持された基板に対して電子部品を装着するための装着ヘッドに、下端に電子部品を吸着可能なピッカと基板上面の高さを測定する第１高さ測定手段とを設け、基板ステージ上の基板に電子部品を位置決めして接合剤を介して装着する電子部品装着装置において、
前記基板ステージに、上端面に高さ基準面が形成され、ピッカ下端により高さ基準面を押し下げることによってピッカとの相対位置関係を測定可能な第２高さ測定手段を設け、
第１高さ測定手段により前記高さ基準面を測定するとともに、第２高さ測定手段によりピッカの高さを測定することによって、第１高さ測定手段とピッカとの相対位置関係を測定し、
装着時に第１高さ測定手段によりステージ上の基板上面の高さを測定して、前記第１高さ測定手段とピッカとの相対位置関係をもとに基板と電子部品とを位置決めすることを特徴とする電子部品装着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品装着装置に関するもので、詳しくは、基板ステージに支持された基板に対して電子部品を高精度に装着するために、基板と電子部品の相対高さを正確に管理する方式の電子部品装着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板に電子部品を高精度に装着するためには、高さ制御を行って基板と電子部品の相対高さを正確に管理する必要がある。この要求に対応しようとする技術として、基板と電子部品ではないが、基板とクリーム半田の吐出ノズルの高さ管理を行うものが特許文献１に示されている。
【０００３】
特許文献１に示されるクリーム半田の塗布装置は、図８に示されるようにヘッドＡ側に吐出ノズルＢと基板高さ測定用のレーザ変位計１８を設け、基板１が載置される基板ステージ１２側に基準台と称する変位計Ｃを設けており、ヘッドＡを下降させて、ヘッドＡの吐出ノズルＢを変位計Ｃに押しつけて吐出ノズルＢの高さを測定し、生産時にはレーザ変位計１８により基板ステージ１２上の基板１の高さを測定し、吐出ノズルＢと基板１の高さを管理し、その誤差を補正している。
【０００４】
この技術は、吐出ノズルＢを交換したときに、その高さ位置がズレるのを補正するため高さ管理を行うものである。しかし、装置の運転による熱膨張や周囲の気温が変化することにより、高さを測定するセンサとノズル（特許文献１では吐出ノズルとレーザ変位計）との相対位置関係が変化すると、ノズル交換後の高さ位置のズレを補正しても、塗布位置に誤差が発生する。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２００５４３号公開特許公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、装置の運転による熱膨張や周囲の気温が変化することにより、高さを測定するセンサとピッカとの相対位置関係が変化し、ズレが発生した場合にも、その誤差を補正し、高精度な電子部品の装着を可能とする電子部品装着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、基板ステージに支持された基板に対して電子部品を装着するための装着ヘッドに、下端に電子部品を吸着可能なピッカと基板上面の高さを測定する第１高さ測定手段とを設け、基板ステージ上の基板に電子部品を位置決めして接合剤を介して装着する電子部品装着装置に次の手段を採用する。
【０００８】
第１に、前記基板ステージに、上端面に高さ基準面が形成され、ピッカ下端により高さ基準面を押し下げることによってピッカとの相対位置関係を測定可能な第２高さ測定手段を設ける。
【０００９】
第２に、第１高さ測定手段により前記高さ基準面を測定するとともに、第２高さ測定手段によりピッカの高さを測定することによって、第１高さ測定手段とピッカとの相対位置関係を測定する。
【００１０】
装着時に第１高さ測定手段によりステージ上の基板上面の高さを測定して、前記第１高さ測定手段とピッカとの相対位置関係をもとに基板と電子部品とを位置決めすることを特徴とする電子部品装着装置とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、第１高さ測定手段により高さ基準面を測定するとともに、第２高さ測定手段によりピッカの高さを測定することによって、第１高さ測定手段とピッカとの相対位置関係を求め、そのもとで基板と電子部品とを位置決めするものであるため、経時的要因で相対位置関係が変化し、ズレが発生した場合にも、その誤差を補正し、高精度な電子部品の装着が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面に従って、実施例と共に本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施例にかかる電子部品装着装置の概略を示す全体正面説明図であり、図２は、同装置の概略を示す全体平面説明図である。
【００１３】
実施例にかかる電子部品装着装置は、基板１の上面に対して電子部品２を所定の傾斜角度で位置合わせして装着する装置である。具体的には、図６（イ）、（ロ）に示されるように基板１に対して電子部品２を傾斜させた上、接合剤２７を介して装着する装置である。電子部品装着装置を図１及び図２に従って、その概要を説明すると、電子部品供給部３と、電子部品中継部４と、電子部品装着部５とが設けられている。本発明の特徴は電子部品装着部５に現れる。
【００１４】
電子部品装着装置には、電子部品供給部３と、電子部品中継部４と、電子部品装着部５の各部の上方に、位置ズレ検出のための第１のカメラ６，第２のカメラ７，第３のカメラ８が設置され、更に、電子部品供給部３と電子部品中継部４の間で電子部品２の移送を行う中継ヘッド９、電子部品中継部４より電子部品２を受け取って基板１に装着する装着ヘッド１０及び接合剤２７を塗布するディスペンサ１１、接合剤２７を硬化させる紫外線を照射するＵＶ照射器２０が装備されている。
【００１５】
電子部品供給部３は、Ｘ軸方向（図２中左右方向）及びＹ軸方向（図２中上下方向）へ移動可能なＸＹテーブル３０よりなり、ＸＹテーブル３０の上面には、別途搬送されてきた電子部品２が載置される。
【００１６】
電子部品中継部４の詳細は、図３及び図４に示されている。電子部品中継部４は、本発明における供給ステージとなる中継ステージ３１と、中継ステージ３１をＹ軸方向へ移動可能とするＹ軸駆動機構３２と、中継ステージ３１を傾斜させる傾斜機構３３を有している。図中符号３４は、Ｙ軸駆動モータであり、符号３５は、傾斜駆動モータである。
【００１７】
傾斜機構３３の詳細は図示されていないが、傾斜機構３３に、傾斜駆動モータ３５により回動するボールねじを設け、他方、中継ステージ３１の底面を、側面円弧形の曲面に形成し、この底面にボールねじとの係合部を設け、該係合部とボールねじを係合させ、ボールねじの回動により中継ステージ３１が傾斜するように構成されている。
【００１８】
中継ステージ３１の上面は、電子部品載置面１７とされている。電子部品載置面１７は、中継ステージ３１の傾斜機構３３により基板１に対して装着しようとする電子部品２の所望の傾斜角度に傾斜させられる。このため、電子部品載置面１７の中央部には吸着穴３８が形成されている。吸着穴３８は、図示しない吸引装置と接続され、電子部品載置面１７に載置された電子部品２を吸着保持し、落下することを防止している。
【００１９】
電子部品装着部５は、基板１が載置される基板ステージ１２と、該基板ステージ１２をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させるＸ軸駆動機構１３、Ｙ軸駆動機構１４とを備えている。尚、基板ステージ１２には、上端に高さ基準面１５を有する接触式変位計１６が備え付けられている。接触式変位計１６が、本発明における第２高さ測定手段となる。
【００２０】
中継ヘッド９は、図示しない吸引装置と接続されたピックアップノズル３６と、該ピックアップノズル３６を昇降させるＺ軸駆動機構３７、ピックアップノズル３６をＸＹテーブル３０より中継ステージ３１まで移動させる移動機構を有している。
【００２１】
装着ヘッド１０は、図５に詳細に示されるように、取付板２３に上下動手段としてのＺ軸駆動機構２４と回動手段としてのθ軸駆動機構２５を介して図示しない吸引装置と接続されたピッカ１９とレーザ変位計１８とを取り付けたものである。ピッカ１９は、電子部品２を吸着し、装着するツールであり、レーザ変位計１８は、本発明における第１高さ測定手段となり、基板１上面とピッカ１９の相対位置関係を測定するものである。レーザ変位計１８は、基板１上面の高さや接触式変位計１６上端の基準面１５の高さを測定する。
【００２２】
取付板２３は、Ｘ軸駆動機構２２に装備されている。従って、装着ヘッド１０は、Ｘ軸方向（図１、図２中左右方向）に移動可能である。尚、装着ヘッド１０付近にはＵＶ照射器２０が設置されている。ＵＶ照射器２０は、接合剤２７を硬化させ電子部品２を基板１に装着するための紫外線を照射するものであり、図５に示されるようにピッカ１９の電子部品吸着面２１付近を照射できるよう設置されており、電子部品２の装着時に基板１と電子部品２の間の接合剤２７を照射する。
【００２３】
Ｚ軸駆動機構２４は、取付板２３に固定され、Ｚ軸駆動機構２４のボールねじ２９にナット部材４０が装着されている。Ｚ軸駆動機構２４のＺ軸駆動モータが動作し、ボールねじ２９が回動すると、ボールねじ２９に装着されているナット部材４０は上下動する。
【００２４】
θ軸駆動機構２５は、ナット部材４０に傾斜角変更ブロック２８を介して固定され、ピッカ１９の電子部品吸着面２１と直交する方向に設けた回転軸３９を中心にピッカ１９を回動自在に装着したものである。
【００２５】
ピッカ１９の先端部には電子部品吸着面２１が形成されている。電子部品吸着面２１は、供給ステージである中継ステージ３１の電子部品載置面１７の傾斜角度に傾斜している。この傾斜角度は、傾斜角変更ブロック２８により決定される。従って傾斜角変更ブロック２８を交換することにより、異なる傾斜角に変更することができる。電子部品吸着面２１を有するピッカ１９の先端部は、装着される電子部品２の種類に対応して変更できるよう交換アタッチメント２６とされている。従って、交換アタッチメント２６の先端が電子部品吸着面２１となる。
【００２６】
次に本実施例にかかる電子部品装着装置による装着方法を図１に従って説明する。第１段階として、中継ヘッド９のピックアップノズル３６にてピックアップしようとする電子部品２がピックアップ位置に至るようにＸＹテーブル３０がＸ軸方向及びＹ軸方向に移動する。ピックアップ位置では第１のカメラ６が、電子部品２を撮像し、位置ズレを検出し、この位置ズレをＸＹテーブル３０にて補正する。
【００２７】
第２段階として、位置ズレの補正の間に、ピックアップノズル３６が、ピックアップ位置に移動し、下降してＸＹテーブル３０上の電子部品２をピックアップする。その後、ピックアップノズル３６は、上昇し、ＸＹテーブル３０と反対側Ｘ軸方向に配置されている中継ステージ３１上方に至り、下降して中継ステージ３１に電子部品２を載置する。このとき中継ステージ３１の電子部品載置面１７は水平状態である。
【００２８】
第３段階として、中継ステージ３１をＹ軸方向に移動させるとともに、中継ステージ３１の電子部品載置面１７を電子部品２を装着する所定の傾斜角度に傾斜させる。この時点で第２のカメラ７により中継ステージ３１上の電子部品２を撮像し位置ズレを検出する。
【００２９】
第４段階として、第２のカメラ７での撮像までに、電子部品装着部５では、レーザ変位計１８で基板１の上面の高さを測定しておき、第２のカメラ７での撮像後ただちに装着ヘッド１０は、中継ステージ３１上に移動し、下降して、電子部品２をピッカ１９で吸着する。尚、吸着前に装着ヘッド１０のＸ軸駆動機構２２と中継ステージ３１のＹ軸駆動機構３２により第２のカメラ７で検出した位置ズレを補正している。また、このとき、電子部品装着部５では、ディスペンサ１１が基板１に接合剤を塗布する。
【００３０】
第５段階として、電子部品２を吸着保持したピッカ１９は、電子部品装着部５の装着位置上方の装着理想位置に移動する。尚、ピッカ１９の電子部品吸着面２１はあらかじめ電子部品２を装着する傾斜角度に設定されている。この時点で、第３のカメラ８が、基板１のアライメントマークと電子部品２を合わせて撮像し、両者の位置ズレを検出して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、θ軸方向及びＺ軸方向の各移動量を算出する。この位置ズレをピッカ１９及び基板ステージ１２を相対移動させて補正する。尚、θ軸方向の位置ズレを検出した場合にはθ軸方向の移動に伴い生じるＺ軸方向のズレを補正するようにしている。
【００３１】
第６段階として、第４段階で測定した基板１の上面の高さにもとづいて、ピッカ１９は下降し、電子部品２を基板１上面に対して所定の角度を保って接合剤２７に押しつけて、ＵＶ照射器２０により、ＵＶ照射を行い、接合剤２７を硬化させて装着を完了する。尚、ピッカ１９による装着中（上記第４段階から第６段階までの工程）に、電子部品供給部３及び中継ステージ３１での工程（上記第１段階から第５段階までの工程）を並行して進めている。
【００３２】
電子部品２の種類を変更する場合には、ピッカ１９の交換アタッチメント２６をその電子部品２に応じたものに交換し、図７に示されるキャリブレーション動作を行う。キャリブレーション動作は次のように行われる。第１に、交換アタッチメント２６の取付を行う。第２に装着ヘッド１０のピッカ１９を下降させ、交換アタッチメント２６下端を接触式変位計１６の基準面１５に接触させて、ピッカ１９の高さを測定する。第３に、装着ヘッド１０に取り付けられたレーザ変位計１８により接触式変位計１６の基準面１５を測定する。これによりピッカ１９とレーザ変位計１８のズレ量を認識する。ここで第２の手順と第３の手順は逆であってもよい。
【００３３】
更に、基板１に電子部品２を装着するときには、レーザ変位計１８で基板１上面の高さを測定し、この測定した装着高さに、上記キャリブレーション動作により取得したピッカ１９とレーザ変位計１８のズレ量を加味して装着動作を行っている。尚、キャリブレーション動作は、装着ごとに行う必要はなく、交換アタッチメント２６の取付時や生産開始時や所定装着回数ごとに行えばよい。また、アタッチメント２６の交換時は、キャリブレーション動作の第２手順を行うだけでもよい。
【００３４】
実施例では、電子部品装着部５において第３のカメラ８で、基板１と電子部品２のアライメントマークをともに撮像して位置決めをしているが、第３のカメラ８で基板１を撮像し、ピッカ１９の移動路の下方に第４のカメラを設け、電子部品２を撮像して第３のカメラ８と第４のカメラの撮像画像により位置決めを行う構成にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施例にかかる電子部品装着装置の概略を示す全体正面説明図
【図２】同装置の概略を示す全体平面説明図
【図３】電子部品中継部を示す側面説明図
【図４】電子部品中継部を示す平面説明図
【図５】ピッカの取付状態を示す説明図
【図６】基板に対する電子部品の装着状態を示す説明図で、（イ）は側面説明図であり、（ロ）は平面説明図である。
【図７】本発明におけるピッカの高さ管理手段の説明図
【図８】従来のノズル高さ管理手段の説明図
【符号の説明】
【００３６】
１・・・基板
２・・・電子部品
３・・・電子部品供給部
４・・・電子部品中継部
５・・・電子部品装着部
６・・・第１のカメラ
７・・・第２のカメラ
８・・・第３のカメラ
９・・・中継ヘッド
１０・・・装着ヘッド
１１・・・ディスペンサ
１２・・・基板ステージ
１３・・・Ｘ軸駆動機構
１４・・・Ｙ軸駆動機構
１５・・・基準面
１６・・・接触式変位計
１７・・・電子部品搭載面
１８・・・レーザ変位計
１９・・・ピッカ
２０・・・ＵＶ照射器
２１・・・電子部品吸着面
２２・・・Ｘ軸駆動機構
２３・・・Ｙ軸駆動機構
２４・・・Ｚ軸駆動機構
２５・・・θ軸駆動機構
２６・・・交換アタッチメント
２７・・・接合剤
２８・・・傾斜角変更ブロック
２９・・・ボールねじ
３０・・・ＸＹテーブル
３１・・・中継ステージ
３２・・・Ｙ軸駆動機構
３３・・・傾斜機構
３４・・・Ｙ軸駆動モータ
３５・・・傾斜駆動モータ
３６・・・ピックアップノズル
３７・・・Ｚ軸駆動機構
３８・・・吸着穴
３９・・・回転軸
４０・・・ナット部材
【図１】
2010040685.tif 000003
【図２】
2010040685.tif 000004
【図３】
2010040685.tif 000005
【図４】
2010040685.tif 000006
【図５】
2010040685.tif 000007
【図６】
2010040685.tif 000008
【図７】
2010040685.tif 000009
【図８】
2010040685.tif 000010