(57)【要約】【課題】吸着状態における電子部品の位置ずれに起因する実装ミスを減少させることができる電子部品実装装置および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】電子部品を真空吸着により保持して基板に実装する電子部品実装動作において、吸着ノズル１０によって電子部品１２をピックアップした移載ヘッドが部品認識カメラに移動する途中において、吸着ノズル１０に回転振動を付与して、吸着ノズル１０の吸着面における電子部品１２との接触部の平衡状態を変化させる。この平衡状態の変化の過程において、電子部品１２に真空吸引力が作用することにより電子部品１２を正規吸着位置に位置合わせされ、位置ずれに起因する実装ミスを減少させることができる。【選択図】　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を真空吸着により保持して基板に実装する電子部品実装装置であって、前記電子部品の上面に当接して真空吸着する吸着面を備えた吸着ノズルと、この吸着ノズルが装着される実装ヘッドと、実装ヘッドを部品供給部と前記基板との間で移動させる移動手段と、前記実装ヘッドを介して吸着ノズルから真空吸着する真空吸引手段と、電子部品を吸着保持した状態の前記吸着ノズルに振動を付与することにより前記吸着面における電子部品との接触部の平衡状態を変化させる振動付与手段と、この振動付与手段による振動付与パターンを記憶する記憶手段を備えたことを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項２】
電子部品の上面に当接して真空吸着する吸着面を備えた吸着ノズルによって電子部品を保持して基板に実装する電子部品実装方法であって、前記吸着ノズルが装着された実装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するピックアップ工程と、前記実装ヘッドを部品供給部から基板に向かって移動させるヘッド移動工程と、このヘッド移動工程の途中において電子部品を吸着保持した状態の前記吸着ノズルに振動を付与することにより前記吸着面における電子部品との接触部の平衡状態を変化させる振動付与工程とを含み、この平衡状態の変化の過程において電子部品に真空吸引力が作用することにより電子部品を吸着面における正規吸着位置に位置合わせすることを特徴とする電子部品実装方法。
【請求項３】
前記振動付与工程を、部品供給部から電子部品をピックアップした実装ヘッドが部品認識手段に到達するまでの間に行うことを特徴とする請求項２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、電子部品を吸着ノズルによって吸着保持して基板に実装する電子部品実装装置および電子部品実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品の移載などのハンドリングの方法として、真空吸着による方法が広く用いられている。この方法は吸着孔が設けられた吸着ノズルを電子部品に当接させ、吸着孔を真空吸引することにより発生する負圧を利用して電子部品を吸着保持するものであり、機械的なクランプを行うことなく真空吸引のオンオフのみで保持・保持解除を容易に行うことができるという利点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この真空吸着を電子部品実装装置に応用する場合には、以下のような問題点が生じる。電子部品実装装置では、部品供給部によって供給された電子部品を吸着ノズルによってピックアップし、基板に移送搭載する。このピックアップ動作において、位置決め誤差や電子部品の形状など各種の要因によって吸着ノズルに対する電子部品の相対位置が正しく位置合わせされていない場合がある。
【０００４】
このような場合には、吸着ノズルは電子部品の正規吸着位置から外れた位置を吸着保持して位置ずれや姿勢不良を生じたまま、搭載動作に移行する。そしてこのまま吸着ノズルを下降させて搭載動作を行うと、搭載位置ずれなどの実装ミスを生じる。このような吸着状態での電子部品の位置ずれは、特に平滑な当接吸着面を十分に確保することが難しい微小サイズ部品において顕著に発生し、安定した実装動作を妨げる要因となっていた。このように従来の電子部品実装装置には、吸着状態における電子部品の位置ずれに起因する実装ミスが発生し易いという問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、吸着状態における電子部品の位置ずれに起因する実装ミスを減少させることができる電子部品実装装置および電子部品実装方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【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装置は、電子部品を真空吸着により保持して基板に実装する電子部品実装装置であって、前記電子部品の上面に当接して真空吸着する吸着面を備えた吸着ノズルと、この吸着ノズルが装着される実装ヘッドと、実装ヘッドを部品供給部と前記基板との間で移動させる移動手段と、前記実装ヘッドを介して吸着ノズルから真空吸着する真空吸引手段と、電子部品を吸着保持した状態の前記吸着ノズルに振動を付与することにより前記吸着面における電子部品との接触部の平衡状態を変化させる振動付与手段と、この振動付与手段による振動付与パターンを記憶する記憶手段を備えた。
【０００７】
請求項２記載の電子部品実装方法は、電子部品の上面に当接して真空吸着する吸着面を備えた吸着ノズルによって電子部品を保持して基板に実装する電子部品実装方法であって、前記吸着ノズルが装着された実装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するピックアップ工程と、前記実装ヘッドを部品供給部から基板に向かって移動させるヘッド移動工程と、このヘッド移動工程の途中において電子部品を吸着保持した状態の前記吸着ノズルに振動を付与することにより前記吸着面における電子部品との接触部の平衡状態を変化させる振動付与工程とを含み、この平衡状態の変化の過程において電子部品に真空吸引力が作用することにより電子部品を吸着面における正規吸着位置に位置合わせする。
【０００８】
請求項３記載の電子部品実装方法は、請求項２記載の電子部品実装方法であって、前記振動付与工程を、部品供給部から電子部品をピックアップした実装ヘッドが部品認識手段に到達するまでの間に行う。
【０００９】
本発明によれば、電子部品を取り出した実装ヘッドが移動するヘッド移動工程の途中において、電子部品を吸着保持した状態の吸着ノズルに振動を付与して吸着面における電子部品との接触部の平衡状態を変化させることにより、この平衡状態の変化の過程において電子部品を吸着面における正規吸着位置に位置合わせすることができる。
【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制御系の構成を示すブロック図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工程説明図、図５，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振動付与工程の動作説明図である。
【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電子部品を供給する。
【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（実装ヘッド）および移載ヘッド８と一体的に移動する基板認識カメラ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から電子部品を吸着ノズル１０（図２参照）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。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は、移載ヘッド８を部品供給部４と基板３との間で移動させる移動手段となっている。基板３上に移動した基板認識カメラ９は、基板３を撮像して認識する。また部品供給部４から搬送路２に至る経路には、部品認識カメラ１１が配設されている。部品認識カメラ１１は、それぞれの移載ヘッド８に保持された状態の電子部品を下方から撮像する。
【００１４】
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、単位移載ヘッド８ａを８個備えた構成となっている。各単位移載ヘッド８ａは、それぞれＺ軸モータ１２を備えており、個別に昇降動作が可能となっている。これらの単位移載ヘッド８ａにはそれぞれ電子部品の上面に当接して真空吸着する吸着面を備えた吸着ノズル１０が装着されている。吸着ノズル１０は移載ヘッド８を介して真空吸引手段（図示省略）に接続されており、真空吸引手段を駆動することにより吸着ノズル１０から真空吸着して電子部品を吸着面に保持する。
【００１５】
移載ヘッド８は各単位移載ヘッド共通のθ軸モータ１３を備えており、θ軸モータ１３は各吸着ノズル１０をθ方向に回転させるθ回転機構を回転駆動する。移載ヘッド８によって電子部品を搭載する実装動作において、各吸着ノズル１０をノズル軸廻りにθ方向に回転させることにより、吸着ノズル１０に保持された電子部品のθ方向の位置合わせを行うようになっている。
【００１６】
また本実施の形態では、各単位移載ヘッド８ａの吸着ノズル１０に電子部品を保持した移載ヘッド８が部品認識カメラ１１に移動する過程において、θ軸モータ１３に微小回転角度の正逆反転を行わせることにより、吸着ノズル１０にθ軸廻りの回転振動を付与するようにしている。θ軸モータ１３は、電子部品を吸着保持した状態の吸着ノズル１０に振動を付与する振動付与手段となっている。
【００１７】
次に図３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３において、ＣＰＵ２０はプログラム記憶部２１に記憶された各種のプログラムを実行することにより、以下の各部に実装動作や各種処理を実行させる。プログラム記憶部２１は、実装シーケンスプログラム、画像処理プログラム、前述のθ軸モータ１３による振動付与のための振動付与動作プログラムなどの各種動作プログラム、処理プログラムを記憶する。
【００１８】
データ記憶部２２は、実装される電子部品の形状・サイズ・重さなどの部品データ、これらの電子部品が実装される実装位置座標データなどの実装データを記憶する。振動付与動作プログラムの実行に際しては、データ記憶部２２から部品データが読み出され、この部品データと正逆回転の基準パターンとに基づいて、吸着ノズル１０に保持された電子部品の形状・サイズ・重さに応じた適正な振動付与パターン、すなわち回転振動における振幅や角振動数の組み合わせが決定され、動作プログラムとしてプログラム記憶部２１に記憶される。したがって、プログラム記憶部２１，データ記憶部２２は、振動付与手段としてのθ軸モータ１３による振動付与パターンを記憶する記憶手段となっている。もちろん予め各部品種類毎に振動付与動作プログラムを作成してプログラム記憶部２１に記憶させておいてもよい。
【００１９】
認識部２３は基板認識カメラ９の撮像データを画像認識することにより、基板３の位置を認識する。また認識部２３は部品認識カメラ１１の撮像データを画像認識することにより、移載ヘッド８に保持された電子部品の識別、位置検出を行う。モータ駆動部２４は、移載ヘッド８の水平移動を行うＸ軸テーブル７Ａ、７Ｂ、Ｙ軸テーブル６Ａ、６Ｂに備えられたＸ軸モータ２６、Ｙ軸モータ２７、各単位移載ヘッド８ａの昇降、回転動作を行うＺ軸モータ１２、θ軸モータ１３の駆動を制御する。
【００２０】
この電子部品実装装置は上記のように構成されており、次に実装動作について図４，図５を参照して説明する。実装動作が開始されるとまず移載ヘッド８が部品供給部４に移動し、図４（ａ）に示すように、各単位移載ヘッド８ａの吸着ノズル１０によってテープフィーダ５から電子部品１４をピックアップする（ピックアップ工程）。この後移載ヘッド８は、部品供給部４から基板３に向かって移動する（ヘッド移動工程）。そしてこの過程において、電子部品１４を保持した吸着ノズル１０は、図４（ｂ）に示すように、部品認識カメラ１１へ移動する。
【００２１】
ピックアップ工程においては、吸着ノズル１０は必ずしも電子部品１４の中心の正規吸着位置を吸着保持するとは限らず、偏った位置を保持する場合がある。特に、上面に吸着ノズルのサイズに対して十分余裕を持った平滑な吸着対象面を確保することが難しい微小部品の場合には、位置ずれとともに姿勢不良が生じやすい。
【００２２】
図５（ａ）に示すように、電子部品１４には両側端に上面が凸形状となった端子１４ａが設けられている。そしてピックアップ時の位置合わせ誤差により、電子部品１４は、吸着ノズル１０に対して左側に位置ずれ量ｄだけずれた位置を保持されている。このため、吸着ノズル１０の吸着面は部分的に端子１４ａに当接した状態で電子部品１４を保持しており、電子部品１４は、吸着ノズル１０に対して左側に位置ずれしているとともに、水平方向に対して傾斜角θで傾斜した姿勢となっている。電子部品１４がこのような位置ずれ・姿勢不良の状態のまま基板への搭載動作が行われると、実装位置ずれなどの実装ミスの原因となる。
【００２３】
このような実装ミスを防止するため、本実施の形態に示す電子部品実装方法では、図４（ｂ）に示すヘッド移動工程の途中において、以下に説明する吸着ノズル１０への振動付与動作を行って、電子部品の位置ずれ状態を解消するようにしている。すなわち、図５（ｂ）に示すように、θ軸モータ１３によって吸着ノズル１０をθ軸廻りに微小振幅で正逆回転させる回転振動付与を行い、吸着ノズル１０の吸着面における電子部品１４の接触面の平衡状態を変化させる（振動付与工程）。この振動付与においては、対象となる電子部品１４のサイズや重さに応じて適正な角加速度が与えられるような振動付与動作パターンが設定される。
【００２４】
そしてこの平衡状態の変化の過程において、以下に説明するように電子部品１４に真空吸引力が作用することにより、電子部品１４を吸着面における正規吸着位置に位置合わせする。この振動付与工程は、前述のように、部品供給部４から電子部品１４をピックアップした移載ヘッド８が部品認識カメラ１１（部品認識手段）に到達するまでの間に行われる。これにより、部品認識カメラ１１は常の吸着ノズル１０の正規吸着位置に保持された状態の電子部品１４を撮像する。
【００２５】
ここで電子部品１４との接触部の平衡状態について説明する。電子部品１４が吸着ノズル１０に静止状態で保持されているときには、電子部品１４には、重力による下方への力と、吸着ノズル１０の吸着孔１０ａから真空吸引されることによる流体力と、吸着面１０ｂとの接触面に作用する水平方向の摩擦力が作用しており、これらの力が平衡状態にある。
【００２６】
図５（ｃ）は、このときの状態を模式的に示している。ここでは描画の都合のため、電子部品１４の上面を吸着ノズル１０の吸着面から離して描いている。電子部品１４には、自重Ｗと、吸着孔１０ａから真空吸引することによる３次元的な流体力（ＦＵ（上方向）、ＦＲ（右方向）、ＦＬ（左方向））と、吸着面１０ｂとの接触面に作用する水平方向の摩擦力ｆが作用する。ここで流体力は吸着孔１０ａの中心軸Ｃに関して軸対称に分布する。これらの流体力の分力のうち、紙面に垂直方向の分力については、吸着ノズル１０が電子部品１４の幅方向の中心を吸着しており、この方向の分力は中心線に対して対称であることから、釣り合いの説明から省略している。
【００２７】
これらの力のうち、自重Ｗは上方向の流体力ＦＵと釣り合っており、摩擦力ｆは、ＦＲ（右方向）、ＦＬ（左方向）のうち小さい方の分力と同じ方向に生じる。図５（ｃ）に示す例では、電子部品１４が中心軸Ｃに対して左側に位置ずれしていることから、電子部品１４を中心方向に移動させる求心方向（ここでは右方向）の分力ＦＲの方がＦＬよりも大きい。このため摩擦力ｆはＦＬと同じ向きに、ＦＲがＦＬとｆの和に等しくなるような大きさで生じる。
【００２８】
したがって、電子部品１４が吸着ノズル１０に対して水平方向に位置ずれを生じている状態において、上述の摩擦力ｆを消滅あるいは減少させることにより、流体力の求心方向の分力によって、電子部品１４を中心軸Ｃに向かって移動させることができる。そして前述の吸着ノズル１０への回転振動付与は、摩擦力ｆを減少させることに相当する。
【００２９】
すなわち、図５（ｂ）に示す回転振動により、電子部品１４には水平方向の交番加速度が与えられる。これにより電子部品１４と吸着ノズル１０の吸着面１０ｂとの間に働く摩擦力は静摩擦状態と動摩擦状態との間で変化し、動摩擦状態となって摩擦力が減少したときに、電子部品１４の位置ずれが減少する。このような回転振動付与により、図５（ｄ）に示すように、電子部品１４は位置ずれ状態が解消して、吸着ノズル１０のほぼ中央に保持される。
【００３０】
そして電子部品１４は、このようにして吸着ノズルの正規位置で保持された状態で部品認識カメラ１１によって認識され、次いでこの認識結果に基づいて、図４（ｃ）に示すように基板３に搭載される。この電子部品実装動作においては、前述のように電子部品１４の吸着ノズル１０に対する位置ずれが矯正されていることから、位置ずれに起因する実装ミスを防止することができる。
【００３１】
なお上記実施の形態においては、吸着ノズル１０に振動を付与する形態としてθ軸モータ１３によって吸着ノズル１０を正逆回転させる例を示したが、図６（ａ）に示すように、吸着ノズル１０を微小振幅で水平方向に往復動させることによって振動付与を行ってもよい。この水平方向の振動によっても、前述と同様の効果を得る。この場合には、移載ヘッド８を水平移動させる移動手段が、振動付与手段を兼ねている。
【００３２】
また図６（ｂ）に示すように、Ｚ軸モータ１２によって吸着ノズル１０を微小振幅で上下動させるようにしてもよい。この場合には、上下方向の交番加速度が電子部品１４に作用することにより、電子部品１４の自重Ｗと上方向の流体力ＦＵとの釣り合い状態が変化し、電子部品１４と吸着ノズル１０の吸着面における電子部品１４の接触面の平衡状態が変化する。そしてこの平衡状態の変化により、電子部品１４の位置ずれが解消される。この場合には、単位移載ヘッド８ａにおいて吸着ノズル１０を昇降させるＺ軸モータ１２が振動付与手段となる。
【００３３】
さらに、振動付与手段としては、上記例以外にも各種の設計例が可能である。例えば、移載ヘッド８本体または各単位移載ヘッド８ａ毎に振動発生装置を設けて所望の振動パターンを吸着ノズル１０に付与するようにしてもよく、また打撃装置によって移載ヘッド８本体または各単位移載ヘッド８ａに衝撃を付与することによって、吸着ノズル１０を振動させるようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、電子部品を取り出した実装ヘッドが移動するヘッド移動工程の途中において、電子部品を吸着保持した状態の吸着ノズルに振動を付与して吸着面における電子部品との接触部の平衡状態を変化させるようにしたので、この平衡状態の変化の過程において電子部品を吸着面における正規吸着位置に位置合わせすることができ、吸着状態における電子部品の位置ずれに起因する実装ミス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制御系の構成を示すブロック図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工程説明図
【図５】本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における振動付与工程の動作説明図
【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振動付与工程の動作説明図
【符号の説明】
３　基板
４　部品供給部
８　移載ヘッド
８ａ　単位移載ヘッド
１０　吸着ノズル
１３　θ軸モータ
１４　電子部品
【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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