(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品吸着用のノズルと、
前記ノズルを加圧する第１加圧手段と、
前記第1加圧手段の加圧軸線上の加圧方向とは逆の方向に配置し前記第１加圧手段よりも高い圧力にて前記ノズルを加圧する第２加圧手段と、
前記第１加圧手段の加圧軸上で前記第1加圧手段と前記第２加圧手段との間に配置し前記第２加圧手段の加圧力を前記ノズルに伝達するカップ状の伝達部材と、
第1加圧手段の加圧軸上でかつ前記伝達部材の凹部に配置し前記第１加圧手段による前記ノズルの加圧力を検出する第１加圧力検出手段と、
前記第２加圧手段の加圧軸上の前記伝達部材と前記第２加圧手段との間に配置し前記第２加圧手段による前記ノズルの加圧力を検出する第２加圧力検出手段と、
前記ノズル、前記第１加圧手段、前記第２加圧手段、前記第１加圧力検出手段および前記第２加圧力検出手段を支持する支持体と、
前記支持体を上下に駆動する上下駆動手段と、
前記第１加圧手段と前記第２加圧手段とを切替えて動作させる切替手段と、
前記第１加圧手段により検出された圧力値に基づいて前記第１加圧手段の加圧力の制御を行い、前記第２加圧手段により検出された圧力値に基づいて前記第２加圧手段の加圧力の制御を行う制御手段とを
備えたことを特徴とする電子部品装着装置。
【請求項２】
電子部品を保持するノズルの加圧力をフィードバック制御して、電子部品を基板に装着 する電子部品装着方法において、
加圧力が第1の値以下の場合は、第1加圧手段の加圧軸上でかつカップ状の伝達部材の凹部に配置した第１加圧力検出手段にて前記ノズルの加圧力を検出して前記フィードバック制御を行いながら、前記第1加圧手段を動作して発生させた加圧力にて前記ノズルに保持した電子部品を加圧し、
加圧力が第1の値より大きい場合は、前記第1加圧手段の加圧軸上に配置した第２加圧手段を動作して発生させた加圧力を前記伝達部材を介して前記ノズルに伝達し、前記第２加圧手段の加圧軸上に配置した第２加圧力検出手段にて前記ノズルの加圧力を検出して前記フィードバック制御を行いながら、前記第２加圧手段にて前記ノズルに保持した電子部品を加圧することを特徴とする電子部品装着方法。
【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基板上に装着する実装工法により、加圧力を高精度に制御することにおいて有効な電子部品装着装置および電子部品装着方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子部品の実装は異方導電性フィルム（ＡＣＦ）や導電性接着剤を用いるフリップチップ実装工法にみられるように、接合部の電極の数または接合条件に応じて実装時の加圧力を広範囲かつ高精度に制御することが求められている。
【０００３】
この種の電子部品装着装置では、装着ヘッドのノズルにより部品供給部から供給された電子部品を真空吸着し、位置補正のため電子部品及び基板マークを認識した後、加圧手段の加圧力を装着ヘッドの軸方向に負荷させながら降下させ、前記電子部品を基板上へ装着している。
【０００４】
以下、図４に示す装着ヘッドおよびその制御系の概略構成図を参照しながら従来の電子部品装着装置について説明する。
【０００５】
図４において１は圧縮空気供給源、２は圧縮空気供給源１からの圧縮空気の供給を制御する圧力調整手段である電空レギュレータ、３は加圧力切替手段であるバルブである。４は高加圧力を発生する高加圧手段である高加圧用のエアシリンダ、５は加圧力を検出する加圧力検出手段であるロードセル、６は低加圧力を発生する低加圧手段である低加圧用のエアシリンダ、７はガイド部材１６に沿って上下動するシャフト、７ａは電子部品１０を吸着するノズルであり、全体で装着ヘッド８を構成している。また９はロードセル５からの検出値に基づいて高加圧用のエアシリンダ４と低加圧用のエアシリンダ６を制御する制御手段であるコントローラである。
【０００６】
加圧力の範囲によって、２つのエアシリンダ４と６の内、使用するエアシリンダをバルブ３によって選択し、そのエアシリンダ内に所定の推力を発生させるだけの圧縮空気を供給し、加圧力をシャフト７の下方向に負荷する。シャフト７はガイド部材１６に沿って降下し、電子部品１０と基板１１が接触すると同時に、その軸方向の反力をロードセル５で検出する。これにより検出された加圧力をコントローラ９を介して電空レギュレータ２にフィードバックし、電空レギュレータ２に予め入力設定されている目標値を超えないように制御される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の電子部品装着装置では、加圧力を検出するロードセル５が１つしか設けられていない。そのため、ロードセル５を破損させてはいけないという制約があるので、電子部品１０の品種切替え等で要求される加圧力の範囲が、最小加圧力と最大加圧力の比で数百倍もの大きさでも、定格荷重をその電子部品装着装置に要求される最大加圧力に適合させるしかなかった。
【０００８】
このような電子部品装着装置では最小加圧力を発生させ、これを基板や電子部品の大きさあるいは接着剤や半田ペースト等の厚み等に対応した一定のバラツキの範囲内に制御することは、分解能の制約から難しいという問題があった。
【０００９】
例えば１００ｇｆと５０Ｋｇｆの２種類の加圧力を要する電子部品１０を品種切替する場合、５０Ｋｇｆ定格荷重のロードセル５では、その直線性やヒステリシス等の性能上、１００ｇｆの加圧力を±１０％以内のバラツキに制御することは難しいと言える。
【００１０】
また電子部品１０を部品供給部から吸着し、基板１１上へ装着するために必要な装着ヘッド８の上下移動は、前記推力を発生させるエアシリンダ４ないし６のストロークにより行われるので、加圧力による供給圧力の制限によってエアシリンダ４ないし６の移動速度にバラツキが生じたり、その速度が大きすぎた場合には、電子部品１０と基板１１が接触した瞬間に比較的加圧力が大きくなる現象（オーバシュート）が発生して装着した電子部品が損傷するという問題が生じる。
【００１１】
そこで本発明は上記のような問題点を解消し、広範囲の加圧力に対しこれを高精度に制御すると共に、ノズルの降下速度を制御することによって部品の損傷を防止する電子部品装着装置および電子部品装着方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、本発明の電子部品装着装置は、電子部品吸着用のノズルと、前記ノズルを加圧する第１加圧手段と、前記第1加圧手段の加圧軸線上の加圧方向とは逆の方向に配置し前記第１加圧手段よりも高い圧力にて前記ノズルを加圧する第２加圧手段と、前記第１加圧手段の加圧軸上で前記第1加圧手段と前記第２加圧手段との間に配置し前記第２加圧手段の加圧力を前記ノズルに伝達するカップ状の伝達部材と、第1加圧手段の加圧軸上でかつ前記伝達部材の凹部に配置し前記第１加圧手段による前記ノズルの加圧力を検出する第１加圧力検出手段と、前記第２加圧手段の加圧軸上の前記伝達部材と前記第２加圧手段との間に配置し前記第２加圧手段による前記ノズルの加圧力を検出する第２加圧力検出手段と、前記ノズル、前記第１加圧手段、前記第２加圧手段、前記第１加圧力検出手段および前記第２加圧力検出手段を支持する支持体と、前記支持体を上下に駆動する上下駆動手段と、前記第１加圧手段と前記第２加圧手段とを切替えて動作させる切替手段と、前記第１加圧手段により検出された圧力値に基づいて前記第１加圧手段の加圧力の制御を行い、前記第２加圧手段により検出された圧力値に基づいて前記第２加圧手段の加圧力の制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の電子部品装着方法は、電子部品を保持するノズルの加圧力をフィードバック制御して、電子部品を基板に装着する電子部品装着方法において、加圧力が第1の値以下の場合は、第1加圧手段の加圧軸上でかつカップ状の伝達部材の凹部に配置した第１加圧力検出手段にて前記ノズルの加圧力を検出して前記フィードバック制御を行いながら、前記第1加圧手段を動作して発生させた加圧力にて前記ノズルに保持した電子部品を加圧し、加圧力が第1の値より大きい場合は、前記第1加圧手段の加圧軸上に配置した第２加圧手段を動作して発生させた加圧力を前記伝達部材を介して前記ノズルに伝達し、前記第２加圧手段の加圧軸上に配置した第２加圧力検出手段にて前記ノズルの加圧力を検出して前記フィードバック制御を行いながら、前記第２加圧手段にて前記ノズルに保持した電子部品を加圧することを特徴とする。
【００１４】
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態につき、図１から図３に基づいて以下、具体的に説明する。図１は本実施形態における装着ヘッドおよびその制御系の概略構成図を示し、１は圧縮空気供給源、２は圧縮空気供給源１からの圧縮空気の供給を電気的に圧力調整することによって制御する圧力調整手段である電空レギュレータ、３は切替手段であるバルブである。
【００１６】
４は高加圧力を発生する高加圧手段（第２加圧手段）である高加圧用のエアシリンダ、５は高加圧力を検出する加圧力検出手段（第２加圧力検出手段）であるロードセル、１２は低加圧力を検出する加圧力検出手段（第１加圧力検出手段）であるロードセル、６は低加圧力を発生する低加圧手段（第１加圧手段）である低加圧用のエアシリンダ、７はガイド部材１６に沿って上下動するシャフト、７ａはその下面に電子部品１０を吸着するノズルであり、全体で装着ヘッド８を構成している。
【００１７】
１３ｂはカップ状の小型部材（伝達部材）であり、高加圧手段が加圧されたときにその下端がシャフトの上面に当接するように配置されている。小型部材１３ｂの内側には、低加圧力を検出するに適した低加圧力検出手段１２が収容される。１３ａはカップ状の大型部材であり、その下端が前記小型部材１３ｂに連結されるように配置され、この大型部材１３ａの内側に、高加圧力を検出するに適した高加圧力検出手段５が収容される。
【００１８】
制御手段であるコントローラ９は、ロードセル５ないし１２からの検出値をロードセルアンプ１８で増幅して入力し、その入力信号を電空レギュレータ２に出力して高加圧用のエアシリンダ４と低加圧用のエアシリンダ６を制御する。
【００１９】
加圧力の範囲によって、２つのエアシリンダ４と６の内、使用するエアシリンダをバルブ３によって選択し、そのエアシリンダ内に所定の推力を発生させるだけの圧縮空気を供給し、加圧力をシャフト７の下方向に負荷する。シャフト７はガイド部材１６に沿って降下し、電子部品１０と基板１１が接触すると同時に、その軸方向の反力をロードセル５、１２でそれぞれ検出する。これらにより検出された加圧力をコントローラ９を介して電空レギュレータ２にフィードバックし、電空レギュレータ２に予め入力設定されている目標値を超えないように制御される。
【００２０】
低加圧用のエアシリンダ６は、ボア径１１ｍｍで、最大加圧力５ｋｇｆの推力を発生させる。一方高加圧用のエアシリンダ４は、ボア径３８ｍｍで、最大加圧力５０ｋｇｆの推力を発生させる。また低加圧用のロードセル１２は、定格荷重５ｋｇｆで、高加圧用のロードセル５は、定格荷重５０ｋｇｆである。
【００２１】
図２と図３において、電子部品１０を基板１１に装着するとき、低加圧と高加圧をそれぞれ選択した場合の実施形態をそれぞれ説明する。
【００２２】
先ず５ｋｇｆ以下である場合は図２に示すように、バルブ３をエアシリンダ６側に切替えて推力を発生させ、電空レギュレータ２で圧力調整することにより加圧力を制御する。このとき、エアシリンダ４は推力を発生せず、加圧力の調整はエアシリンダ６の供給圧力のみで行っており、下方向に負荷された加圧力はロードセル１２で検出する。つまりシャフト７が降下し、電子部品１０と基板１１が接触すると当時に、その軸方向の反力をロードセル１２で検出する。
【００２３】
また５ｋｇｆから５０ｋｇｆの範囲の場合は図３に示すように、バルブ３をエアシリンダ４側に切替えて推力を発生させると同時に、前記大型部材１３ａとロードセル５を押し下げ、小型部材１３ｂの下端がシャフト７の上面７ｂに接触して推力をシャフト７へ伝達し、シャフト７を降下させる。そして電子部品１０と基板１１が接触すると当時に、その軸方向の反力はロードセル１２には作用せずに小型部材１３ｂを介してその裏面にロードボタンが圧接しているロードセル５に伝達され、加圧力として検出される。このとき５ｋｇｆ定格のロードセル１２にはエアシリンダ４が発生する５ｋｇｆより大きな負荷がかからないので、破損することがない。またこの際、低加圧用のエアシリンダ６は推力を発生せず、加圧力の調整はエアシリンダ４の供給圧力のみで行っており、加圧力はロードセル５のみに負荷する。
【００２４】
本実施形態では、上記いずれかのエアシリンダ４、６によって目標とする加圧力に対応した推力発生状態にしておき、ノズル部７ａの下面に吸着された電子部品１０が基板１１に接触して前記のような加圧力調整動作を要するまでのシャフト７の上下動動作は、次に説明する上下動駆動手段によって行うようにしている。
【００２５】
この上下動駆動手段は、装着ヘッド８に支持体１７を介して連結するボールネジ１４とサーボモータ１５から構成されている。サーボモータ１５が駆動してボールネジ１４が回転すると、ボールネジ１４が上下動することによりシャフト７を上下動させる。つまり、電子部品１０を基板１１に装着するとき、シャフト７を前記上下動駆動手段によって、基板１１の厚み等のバラツキを考慮した隙間が空く位置まで、高速で降下させる。その後、オーバシュートが起こらない範囲の低速を保持しながら、いずれかのエアシリンダ４、６を電子部品１０が基板１１に圧接（基板１１の接着剤やクリーム半田層に数ｍｍ沈み込むまで）するまで装着ヘッド８を降下させる。更に加圧力を目標値に近づけるため、いずれかのロードセル５ないし１２にて加圧力をフィードバックし、電空レギュレータ２、ロードセルアンプ１８、コントローラ９の作用にて供給圧力で制御する。尚、上下動駆動手段は、ボールネジ１４やサーボモータ１５に限らず、その推力が最大加圧力より大きなものになるように、速度を数値制御可能なものであれば、リニアモータ等、他のものを採用することもできる。
【００２６】
上記のような上下動駆動手段と加圧機構を併用することによって、いずれかのロードセル５または１２にて加圧力をフィードバック制御して供給圧力を制御できると共に、上下動作は供給圧力によらずに前記モータ制御による上下動駆動手段によって行うことができるので、オーバシュート現象は発生せず、目標とする加圧力より大きな加圧力が負荷されることもなく、電子部品を所定の位置に正確に装着することができる。
【００２７】
尚、上記の実施形態では、加圧力の制御を電子部品の装着時において説明したが、これを導電性接着剤を電極上に転写する等、その他の加圧力制御を必要とするあらゆるプロセスに応用することもできる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、広範囲の加圧力に対しこれを高精度に制御することができると共に、加圧手段の上下移動速度にバラツキが生じたり、電子部品と基板が接触した瞬間にオーバーシュトが発生して電子部品が損傷することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態の全体構成を示す概略図。
【図２】  同実施形態において、低加圧力の動作状態を示す概略図。
【図３】  同実施形態において、高加圧力の動作状態を示す概略図。
【図４】  従来例の全体構成を示す概略図。
【符号の説明】
１  圧縮空気供給源
２  電空レギュレータ（圧力調整手段）
３  バルブ（切替手段）
４  高加圧用のエアシリンダ（高加圧手段）
５  ロードセル（高加圧力検出手段）
６  低加圧用のエアシリンダ（低加圧手段）
７  シャフト
７ａ  ノズル
８  装着ヘッド
９  コントローラ（制御手段）
１０  電子部品
１１  基板
１２  ロードセル（低加圧力検出手段）
１３ｂ  カップ状の小型部材（伝達部材）
１４  ボールネジ（上下動駆動手段）
１５  サーボモータ（上下動駆動手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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