(57)【要約】【課題】実装高さに起因する実装不具合を解消することができる電子部品実装方法を提供することを目的とする。【解決手段】吸着ノズル１４を備えた吸着ヘッド１０によって部品供給部からチップＰをピックアップし基板３に実装する電子部品実装方法において、吸着ヘッドを下降させることにより吸着ノズル１４に保持されたチップＰを基板３に着地させる部品搭載動作において、吸着ヘッド１０に備えられたプローブ１９が当接部材１８と導通したことを検出することによって、チップＰが基板３へ当接した部品タイミングを検出し、この部品当接タイミングに基づいて、吸着ノズル１４による吸着解除および吸着ヘッド１０の上昇動作を制御する。これにより、基板３に反りがあり基板３上面の高さにばらつきがある場合であっても、実装高さに起因する実装不具合を解消することができる。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着ノズルを備えた搭載ヘッドによって部品供給部から電子部品をピックアップし基板に実装する電子部品実装方法であって、前記搭載ヘッドを下降させることにより前記吸着ノズルに保持された電子部品を基板に着地させる部品搭載動作において、搭載ヘッドに備えられた当接検出手段によって前記電子部品が基板に当接した部品当接タイミングを検出し、この部品当接タイミングに基づいて、前記吸着ノズルから真空吸引する真空吸引手段およびまたは前記搭載ヘッドを昇降させる昇降手段を制御することを特徴とする電子部品実装方法。
【請求項２】
前記当接検出手段によって検出された部品当接タイミングに基づいて当該部品当接タイミングにおける前記吸着ノズルの高さ位置を求め、求めらてた高さ位置を予め記憶されている正規高さ位置範囲と比較し、当該高さ位置が正規高さ位置範囲内にある場合にのみ、前記部品搭載動作を継続して実行することを特徴とする請求項１記載の電子部品実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に電子部品を実装する電子部品実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を基板に実装する電子部品実装においては、部品供給部に収納された電子部品を搭載ヘッドによってピックアップするピックアップ動作と、基板上へ移動した搭載ヘッドによって電子部品を基板上の所定の実装点に着地させる部品搭載動作が行われる。この部品搭載動作は、搭載ヘッドに備えられた昇降手段によって電子部品を保持した吸着ノズルを下降させ、電子部品を正しく基板上面の高さ位置で停止させる必要がある。
【０００３】
従来より、この基板上面の高さ位置は実装高さデータとして予め与えられており、実装動作においては、前述の昇降手段を実装高さデータに基づいて制御する方法が一般的である。これに対し、うねりや反りなどで平面精度が確保されていないような種類の基板を実装対象とする場合には、基板の反りを予め計測しておき、実装動作時には実装高さデータとして基板の反りデータを加味したものを用いる方法が用いられるようになっている（例えば特許文献１参照）。これにより、基板表面が下凹状態にある場合に、電子部品がまだ基板表面に到達せずに離れた位置にある状態で吸着保持を解除することによって生じる、電子部品の落下位置ずれなどの不具合を防止することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２６９６９２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記方法では、あらかじめ実装対象の基板を計測して反りデータを求めておく必要があることから、多種類の基板を対象とする場合には各ロット毎に計測作業を反復する必要があり、必ずしも実用的な方法とは言い難いものであった。また、計測データを入手した場合でも、データ入力等でのミスがある場合には、不具合を避けることができなかった。
【０００６】
そこで本発明は、実装高さに起因する実装不具合を解消することができる電子部品実装方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電子部品実装方法は、吸着ノズルを備えた搭載ヘッドによって部品供給部から電子部品をピックアップし基板に実装する電子部品実装方法であって、前記搭載ヘッドを下降させることにより前記吸着ノズルに保持された電子部品を基板に着地させる部品搭載動作において、搭載ヘッドに備えられた当接検出手段によって前記電子部品が基板に当接した部品当接タイミングを検出し、この部品当接タイミングに基づいて、前記吸着ノズルから真空吸引する真空吸引手段およびまたは前記搭載ヘッドを昇降させる昇降手段を制御する。
【０００８】
請求項２記載の電子部品実装方法は、請求項１記載の電子部品実装方法であって、前記当接検出手段によって検出された部品当接タイミングに基づいて当該部品当接タイミングにおける前記吸着ノズルの高さ位置を求め、求めらてた高さ位置を予め記憶されている正規高さ位置範囲と比較し、当該高さ位置が正規高さ位置範囲内にある場合にのみ、前記部品搭載動作を継続して実行する。
【０００９】
本発明によれば、搭載ヘッドに備えられた当接検出手段によって電子部品が基板に当接した部品当接タイミングを検出し、この部品当接タイミングに基づいて、搭載ヘッドを昇降させる昇降手段および吸着ノズルから真空吸引する真空吸引手段を制御することにより、適正な実装高さを確保して実装不具合を減少させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の移載ヘッドの構成を示す図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の移載ヘッドに備えられた吸着ヘッドの構成図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図、図５は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置による電子部品の搭載動作のフロー図、図６は本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における電子部品の搭載動作の工程説明図、図７は本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における実装高さ判定の説明図である。
【００１１】
まず図１を参照して電子部品実装装置の構造を説明する。図１において基台１の中央にはＸ方向に搬送路２が配設されている。搬送路２は基板３を搬送し電子部品の実装位置に位置決めする。搬送路２の両側方には、部品供給部４が配置されており、それぞれの部品供給部４には多数のテープフィーダ５が並設されている。テープフィーダ５はテープに保持されたチップ（電子部品）を収納し、このテープをピッチ送りすることにより供給する。
【００１２】
基台１上面の両端部上にはＹ軸テーブル６Ａ，６Ｂが配設されており、Ｙ軸テーブル６Ａ、６Ｂ上には２台のＸ軸テーブル７Ａ，７Ｂが架設されている。Ｙ軸テーブル６Ａを駆動することにより、Ｘ軸テーブル７ＡがＹ方向に水平移動し、Ｙ軸テーブル６Ｂを駆動することにより、Ｘ軸テーブル７ＢがＹ方向に水平移動する。Ｘ軸テーブル７Ａ，７Ｂには、それぞれ移載ヘッド８および移載ヘッド８と一体的に移動するカメラ９が装着されている。
【００１３】
Ｙ軸テーブル６Ａ，Ｘ軸テーブル７Ａ，Ｙ軸テーブル６Ｂ，Ｘ軸テーブル７Ｂをそれぞれ組み合わせて駆動することにより移載ヘッド８は水平移動し、それぞれの部品供給部４からチップを吸着ノズルによってピックアップし、搬送路２に位置決めされた基板３上に実装する。基板３上に移動したカメラ９は、基板３を撮像して認識する。
【００１４】
また部品供給部４から搬送路２に至る経路には、ラインカメラ１１およびノズルストッカ１２が配設されている。ラインカメラ１１は、それぞれの移載ヘッド８に保持された状態のチップを下方から撮像する。ノズルストッカ１２は、吸着対象のチップに応じた各種の吸着ノズルを収納しており、移載ヘッド８がノズルストッカ１２にアクセスすることにより、吸着ノズルの交換が出来るようになっている。
【００１５】
次に図２を参照して移載ヘッド８について説明する。図２に示すように、移載ヘッド８はマルチタイプであり、搭載ヘッドとしての吸着ヘッド１０を複数個備えた構成となっており、これらの吸着ヘッド１０はカメラ９と一体的に移動する。各吸着ヘッド１０は、上端部に設けられた昇降機構１０ａ、昇降機構１０ａから下方に延出した軸機構部１０ｂ、軸機構部１０ｂの下端部に設けられたノズルホルダ１０ｃを備えている。ノズルホルダ１０ｃには、チップを吸着して保持する吸着ノズル１４が着脱自在に装着され、チップの種類に応じて交換される。
【００１６】
各吸着ノズル１４は、昇降手段である昇降機構１０ａによって個別単独に昇降動作が可能となっており、また共通のθ軸モータ１３によって軸廻りの回転が可能となっている。昇降機構１０ａはそれぞれＺ軸モータ（図示省略）を備えており、Ｚ軸モータに設けられたエンコーダからのパルス信号を高さ位置検出部１５が受信することにより、ノズルホルダ１０ｃに装着された状態の吸着ノズル１４の下端部の高さ位置を検出できるようになっている。
【００１７】
ここで図３を参照して、吸着ヘッド１０への吸着ノズル１４の装着および真空吸引系について説明する。軸機構部１０ｂの下端部に設けられたノズルホルダ１０ｃは、軸機構部１０ｂに対して所定ストロークだけ上下動が許容されて装着されており、軸機構部１０ｂに内蔵された付勢手段によって常に下方に付勢されている。軸機構部１０ｂの側面には外部接続用の接続孔１０ｄが設けられており、接続孔１０ｄには真空バルブ１６が接続されており、真空バルブ１６はさらに真空ポンプ１７に接続されている。
【００１８】
吸着ノズル１４はノズルホルダ１０ｃの装着孔に嵌合するテーパ状の嵌合係止部の下方に、軸状の本体部１４ａおよび円板形状の鍔部１４ｃを設けた構成となっている。鍔部１４ｃは、ラインカメラ１１に付設された照明部より照射された照明光を反射する反射板として機能する。
【００１９】
本体部１４ａには、吸着孔１４ｂが上下に貫通して設けられており、吸着ノズル１４をクランプ部材１０ｅによってクランプしてノズルホルダ１０ｃに装着した状態では、吸着孔１４ｂは軸機構部１０ｂの接続孔１０ｄを介して真空バルブ１６と連通する。この状態で真空ポンプ１７を駆動し、さらに真空バルブ１６を開状態にして吸着ノズル１４から真空吸引することにより、吸着孔１４ｂにチップを吸着保持する。そして真空バルブ１６を閉状態にして真空吸引を停止することにより、チップは吸着解除されて吸着ノズル１４から離脱する。真空ポンプ１７および真空バルブ１６は、吸着ノズル１４から真空吸引する真空吸引手段となっている。
【００２０】
次に、吸着ノズル１４によって保持されたチップが基板に当接したことを検出する当接検出手段について説明する。ノズルホルダ１０ｃには円板状の当接部材１８が設けられており、当接部材１８の上面には軸機構部１０ｂから下方に延出して設けられたプローブ１９が対向している。当接部材１８とプローブ１９は、導通検出部２０に接続されている。
【００２１】
プローブ１９にはバッファ用のスプリングが装着されており、プローブ１９の下端部に上向きの力が作用してもスプリングの撓み代分だけプローブ１９の上方への変位が許容され、破損を防止するようになっている。吸着ノズル１４の下端部に上向きの外力が作用すると、ノズルホルダ１０ｃは吸着ノズル１４とともに上方に変位し、当接部材１８がプローブ１９に当接する。
【００２２】
このプローブ１９と当接部材１８の当接は導通検出部２０によって電気的に検出され、これにより、吸着ノズル１４の下端部に上向きの力が作用したことが検出される。この吸着ノズル１４へ作用する上向きの力の作用を、吸着ヘッド１０によるチップの搭載動作中に実行することにより、吸着ノズル１４に保持されたチップが、基板の表面に当接したことが検出される。すなわち、当接部材１８，プローブ１９および導通検出部２０は当接検出手段となっている。
【００２３】
次に図４を参照して、電子部品実装装置の制御系の構成を説明する。図４において、ＣＰＵ２１は演算部であり、データ記憶部２３に記憶されたデータを用いてプログラム記憶部２２に記憶されたプログラムを実行することにより、各種処理や演算を行う。プログラム記憶部２２は、移載ヘッド８による電子部品実装動作や、基板搬送動作のための動作プログラムなど各種のプログラムを記憶する。データ記憶部２３は、基板３に実装されるチップの実装位置やチップサイズなどを示す実装データ２３ａおよび基板３の各実装点の高さ位置を示す実装高さデータ２３ｂを記憶する。
【００２４】
導通検出部２０は、吸着ヘッド１０においてプローブ１９が当接部材１８と導通したことを検出することにより、吸着ノズル１４によって保持されたチップが基板に当接したことを検出する。高さ位置検出部１５は、吸着ヘッド１０の昇降機構１０ａからのパルス信号に基づき、吸着ノズル１４の下端部の高さ位置を検出する。
【００２５】
チップを保持した吸着ノズル１４を基板３に対して下降させてチップを基板３に着地させる搭載動作においては、後述する実装高さ判定が行われる。すなわち、導通検出部２０によってチップの当接が検出されたタイミングにおける吸着ノズル１４の高さ位置を検出し、この検出された高さ位置を上述の実装高さデータ２３ｂと比較することにより、当該搭載動作が正常に行われたか否かを判定する。
【００２６】
機構駆動部２４は、Ｘ軸テーブル７Ａ，７Ｂ、Ｘ軸テーブル６Ａ，６Ｂ、移載ヘッド８などの機構部を駆動する。画像認識部２５は、カメラ９の撮像により得られた画像データを認識処理することにより基板３の位置を認識するとともに、ラインカメラ１１の撮像により得られた画像データを認識処理することにより、吸着ノズル１４に保持されたチップの位置を認識する。吸着制御部２６は真空バルブ１６の開閉を制御することにより、吸着ノズル１４によるチップの吸着保持・吸着解除の制御を行う。
【００２７】
この電子部品実装装置は上記のように構成されており、以下電子部品実装方法における搭載動作について、図５の搭載動作フローに沿って図６を参照しながら説明する。まず、移載ヘッド８を部品供給部４に移動させ、ここでテープフィーダ５に対して吸着ヘッド１０を昇降させることにより、図６（ａ）に示すように、吸着ノズル１４によってチップＰを吸着する（ＳＴ１）。次いで移載ヘッド８はラインカメラ１１の上方を通過して基板３の上方へ移動する。このとき、吸着ノズル１４に保持されたチップＰはラインカメラ１１によって撮像され、これによりチップＰが認識される（ＳＴ２）。
【００２８】
この後、移載ヘッド８は基板実装位置へ移動し（ＳＴ３）、実装点に対して吸着ヘッド１０を位置合わせする。次いで図６（ｂ）に示すように、吸着ヘッド１０を下降させる（ＳＴ４）。これにより、吸着ノズル１４に保持されたチップＰが基板３の上面に当接する。この状態から吸着ヘッド１０がわずかに下降することにより、図６（ｃ）に示すように、プローブ１９が当接部材１８ｃに当接して導通し、これによりチップＰの基板３への当接が検出される（ＳＴ５）。
【００２９】
そしてこの導通検出を受けて、吸着制御部２６が真空バルブ１６を制御することにより、吸着ノズル１４からの真空吸引が停止する。これによりチップＰの吸着が解除され、チップＰは基板３に搭載される（ＳＴ６）。次いで図６（ｄ）に示すように、チップＰを基板３上に離脱させた後に吸着ヘッド１０は上昇する（ＳＴ７）。これにより、チップＰの搭載動作が終了する。
【００３０】
上記電子部品実装方法は、吸着ヘッド１０を下降させることにより吸着ノズル１４に保持されたチップＰを基板３に着地させる部品搭載動作において、搭載ヘッド１０に備えられた当接検出手段によってチップＰが基板３に当接した部品当接タイミングを検出し、この部品当接タイミングに基づいて、吸着ヘッド１０を昇降させる昇降機構１０ａおよび吸着ノズル１４から真空吸引する真空吸引手段の真空バルブ１６を制御する形態となっている。
【００３１】
次に、上記搭載動作におけるチップＰの基板３への当接検出と、実装高さ判定について図７を参照して説明する。図６のフロー中の（ＳＴ５）においては、吸着ノズル１４に保持されたチップＰの当接が検出されるが、このときの当接検出は、必ずしもチップＰが基板３の上面に正常な状態で当接したことを保証するものではない。例えば、基板３上の実装点に落下部品などの異物が存在する場合、吸着ノズル１４を下降させるとチップＰはこれらの異物に当接する。
【００３２】
このような異常状態のまま搭載動作を継続すると、搭載ミスを生じるのみならずノズル破損などのマシントラブルを誘発することとなるため、本実施の形態に示す電子部品実装方法では、チップＰの当接検出タイミングにおいて以下に説明する実装高さ判定を行い、正常な搭載動作が行われているか否かを判定するようにしている。
【００３３】
図７は、部品搭載動作における実装高さの正規高さ位置範囲を示している。実装対象となる基板は、必ずしも平面精度が良好に保たれているとは限らず、うねりや反りなどで表面の高さがばらついている場合がある。このような基板を対象とする場合にあっても、本実施の形態に示す電子部品実装装置による搭載動作では、当接検出手段によってチップＰの基板３への当接が検出されることから、基板表面の高さのばらつきの有無にかかわらず、正しいタイミングで吸着ノズル１４の吸着解除を行うことができるようになっている。
【００３４】
しかしながら、高さのばらつきの程度が局部的に著しい場合や、実装点に異物が存在する場合などには、搭載動作をそのまま継続することはできず、何らかの対処が必要となる。このため本実施の形態の電子部品実装方法においては、図７に示すように、基板３の表面３ａの正規状態における高さ位置から、上方・下方へそれぞれ上方許容高さＨＵ、下方許容高さＨＬだけ隔てた上限Ｕ、下限Ｌの間を、搭載動作を正常に行うことができる正規高さ位置範囲として設定し、実装高さデータ２３ｂとしてデータ記憶部２３に記憶させるようにしている。上方許容高さＨＵ、下方許容高さＨＬは、それぞれ上凸状の基板３、下凹上の基板３に正常にチップＰの搭載が行える許容高さである。
【００３５】
そして前述の当接検出手段によって検出された部品当接タイミングに基づいて、当該部品当接タイミングにおける吸着ノズル１４の下端部の高さ位置を高さ検出部１５によって求め、求められた高さ位置を予め記憶されている実装高さデータ２３ｂに含まれる正規高さ位置範囲と比較し、検出された高さ位置が正規高さ位置範囲内にある場合にのみ、部品搭載動作を継続して実行するようにしている。実装高さデータ２３ｂにおいては、チップＰの厚み寸法ｔを加味した高さ位置が各実装点毎に記憶されており、厚み寸法が異なる異部品を誤搭載した場合においても正規高さ位置範囲からの逸脱として誤搭載が検出できるようになっている。
【００３６】
すなわち、検出された高さ位置が、上述の正規高さ位置範囲を外れている場合には、搭載動作が正常に行われていないと判定し、搭載動作を停止するとともに、報知手段によってその旨報知する。搭載動作が正常に行われていない例としては、基板が過度に反り変形している場合や、基板上の実装点に異物が存在する場合、および前述の異部品の誤搭載などがある。
【００３７】
上記説明したように、本実施の形態に示す電子部品実装方法では、チップが基板に当接した部品当接タイミングを検出し、この部品当接タイミングに基づいて、吸着ノズルの吸着解除および吸着ヘッドの上昇を行うようにしている。これにより、実装対象の基板に反りがある場合においても、従来方法で必要とされた基板の事前計測や計測データの入力などの繁雑な作業を行うことなく、適正な実装高さを確保してチップの位置ずれなどの実装不具合を減少させることができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、搭載ヘッドに備えられた当接検出手段によって電子部品が基板に当接した部品当接タイミングを検出し、この部品当接タイミングに基づいて、前記搭載ヘッドを昇降させる昇降手段および吸着ノズルから真空吸引する真空吸引手段を制御することにより、適正な実装高さを確保して実装不具合を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の移載ヘッドの構成を示す図
【図３】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の移載ヘッドに備えられた吸着ヘッドの構成図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図
【図５】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置による電子部品の搭載動作のフロー図
【図６】本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における電子部品の搭載動作の工程説明図
【図７】本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における実装高さ判定の説明図
【符号の説明】
３  基板
８  移載ヘッド
１０  吸着ヘッド
１４  吸着ノズル
１５  高さ位置検出部
１６  真空バルブ
１７  真空ポンプ
１８  当接部材
１９  プローブ
２０  導通検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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