(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を移載ヘッドによって基板に移送搭載する電子部品実装装置であって、前記電子部品を供給する部品供給部と、前記基板を位置決めする基板位置決め部と、前記電子部品を吸着して保持する吸着ノズルを複数備えた前記移載ヘッドを前記部品供給部と基板位置決め部との間で移動させるとともに部品供給部における電子部品の取り出し時および基板位置決め部における電子部品の搭載時に移載ヘッドの位置合わせ動作を行うヘッド移動手段と、基板位置決め部に対して進退可能に配設され基板位置決め部の基板上に進出した時に前記基板を撮像して電子部品の実装点である電極を認識する基板認識カメラとを備え、前記ヘッド移動手段は、Ｘ方向に配設された搬送路と直交するＹ方向に配設されたＹ軸テーブルと、Ｙ軸テーブルに架設され移載ヘッドが装着された第１のＸ軸テーブルから成り、移載ヘッドはＸＹ方向に水平移動し、位置決めされた基板に対して進退するものであり、また前記基板認識カメラは、Ｘ方向に配設された搬送路と直交するＹ方向に配設されたＹ軸テーブルと、Ｙ軸テーブルに架設され基板認識カメラが装着された第２のＸ軸テーブルとによりＸＹ方向に水平移動し、位置決めされた基板に対して進退するものであり、前記第１のＸ軸テーブルは前記基板位置決め部を挟んで前記部品供給部側に設けられており、また前記第２のＸ軸テーブルは前記基板位置決め部を挟んで前記部品供給部の反対側に設けられていることを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項２】
請求項１記載の電子部品実装装置を用いる電子部品実装方法であって、前記基板認識カメラを前記基板位置決め部の基板上に進出させて前記基板を撮像し、電子部品の実装点である電極を認識する撮像工程と、前記移載ヘッドによって部品供給部から電子部品を取り出す部品取り出し工程と、前記実装点である電極の認識結果に基づいて前記ヘッド移動手段を制御することにより移載ヘッドを基板位置決め部に位置決めされた基板上に移動させて電子部品を基板の実装点である電極に搭載する部品搭載工程とを含み、基板位置決め部における前記撮像工程と部品供給部における前記部品取り出し工程とを同時並行的に行うことを特徴とする電子部品実装方法。
【請求項３】
前記基板は複数の単位基板が作り込まれた多数枚取り基板であり、前記撮像工程において単位基板ごとに撮像することを特徴とする請求項２記載の電子部品実装方法。
【請求項４】
電子部品搭載後の基板を前記基板認識カメラによって撮像することにより、実装状態検査を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、フリップチップなどの電子部品を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】
半導体チップを基板に実装する方式として、フリップチップなど電子部品の下面に設けられた突出電極であるバンプを介して電子部品を基板に導通させる方式が広く用いられるようになっている。この方式においては、移載ヘッドによって電子部品を基板に搭載する際に基板の電極と電子部品のバンプとを高精度で位置合わせする必要があることから、一般に基板と電子部品のバンプとをカメラで撮像することにより基板とバンプを認識して位置ずれを検出し、搭載動作時にこの位置ずれを補正した上でバンプを電極上に搭載する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の実装装置では、基板上でのカメラによる撮像動作と移載ヘッドによる実装動作とを同一サイクル内で行うことからタクトタイムが遅延する傾向にあり、特に１枚の基板内に多数の単位基板が作り込まれた多数枚取り基板では、単位基板毎に位置検出を行う必要があることから撮像や認識処理に要する時間が長く、実装効率の向上を図る上で大きな障害となっていた。
【０００４】
そこで本発明は、電子部品を効率よく基板に実装す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。
【０００５】
【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、電子部品を移載ヘッドによって基板に移送搭載する電子部品実装装置であって、前記電子部品を供給する部品供給部と、前記基板を位置決めする基板位置決め部と、前記電子部品を吸着して保持する吸着ノズルを複数備えた前記移載ヘッドを前記部品供給部と基板位置決め部との間で移動させるとともに部品供給部における電子部品の取り出し時および基板位置決め部における電子部品の搭載時に移載ヘッドの位置合わせ動作を行うヘッド移動手段と、基板位置決め部に対して進退可能に配設され基板位置決め部の基板上に進出した時に前記基板を撮像して電子部品の実装点である電極を認識する基板認識カメラとを備え、前記ヘッド移動手段は、Ｘ方向に配設された搬送路と直交するＹ方向に配設されたＹ軸テーブルと、Ｙ軸テーブルに架設され移載ヘッドが装着された第１のＸ軸テーブルから成り、移載ヘッドはＸＹ方向に水平移動し、位置決めされた基板に対して進退するものであり、また前記基板認識カメラは、Ｘ方向に配設された搬送路と直交するＹ方向に配設されたＹ軸テーブルと、Ｙ軸テーブルに架設され基板認識カメラが装着された第２のＸ軸テーブルとによりＸＹ方向に水平移動し、位置決めされた基板に対して進退するものであり、前記第１のＸ軸テーブルは前記基板位置決め部を挟んで前記部品供給部側に設けられており、また前記第２のＸ軸テーブルは前記基板位置決め部を挟んで前記部品供給部の反対側に設けられている。
【０００６】
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装置を用いる電子部品実装方法であって、前記基板認識カメラを前記基板位置決め部の基板上に進出させて前記基板を撮像し、電子部品の実装点である電極を認識する撮像工程と、前記移載ヘッドによって部品供給部から電子部品を取り出す部品取り出し工程と、前記実装点である電極の認識結果に基づいて前記ヘッド移動手段を制御することにより移載ヘッドを基板位置決め部に位置決めされた基板上に移動させて電子部品を基板の実装点である電極に搭載する部品搭載工程とを含み、基板位置決め部における前記撮像工程と部品供給部における前記部品取り出し工程とを同時並行的に行う。
【０００７】
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、前記基板は複数の単位基板が作り込まれた多数枚取り基板であり、前記撮像工程において単位基板ごとに撮像する。
【０００８】
請求項４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、電子部品搭載後の基板を前記基板認識カメラによって撮像することにより、実装状態検査を行う。
【０００９】
本発明によれば、移載ヘッドや基板認識カメラをＸＹ方向へ移動させる第１、第２のＸ軸テーブル、Ｙ軸テーブル等を上記のように配設したことにより、基板位置決め部における基板の電子部品の実装点である電極の位置検出のための撮像動作と、部品供給部における移載ヘッドによる電子部品の取り出し動作とを同時並行的に行うことによりタクトタイムを短縮することができ、電子部品を効率よく基板に実装することができる。
【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（ａ）は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の実装対象となる基板の平面図、図２（ｂ）は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の実装対象となる単位基板の平面図、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における実装動作のフロー図、図５、図６は本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工程説明図である。
【００１１】
まず図１を参照して電子部品実装装置の全体構造について説明する。図１において、Ｘ方向に配設された搬送路１には、電子部品の実装対象となる基板２が載置されている。搬送路１は上流側から搬入される基板２を受け取り、電子部品実装位置に位置決めする。したがって搬送路１は基板２を位置決めする基板位置決め部となっている。
【００１２】
搬送路１の手前側には電子部品を供給する部品供給部３が配設されている。部品供給部３には、トレイフィーダ４及びテープフィーダ６が併設されており、トレイフィーダ４は下面にバンプが形成されたフリップチップなどのバンプ付きの電子部品５を収容し、またテープフィーダ６は各種のチップ型の電子部品（図示せず）をテープに保持された状態で収容する。
【００１３】
搬送路１の上方には、搬送路１と直交するＹ方向に２つのＹ軸テーブル７Ａ，７Ｂが基板位置決め部を挟んで配設されており、Ｙ軸テーブル７Ａ，７Ｂには、第１のＸ軸テーブル８及び第２のＸ軸テーブル１４が架設されている。第１のＸ軸テーブル８には複数の吸着ノズル１０を備えた移載ヘッド９が装着されており、第２のＸ軸テーブル１４には基板認識カメラ１５が装着されている。図１に示すように、第１のＸ軸テーブル８は、搬送路（基板位置決め部）１を挟んで部品供給部３側に設けられており、また第２のＸ軸テーブル１４は搬送路（基板位置決め部）１を挟んで部品供給部３の反対側に設けられている。
【００１４】
Ｙ軸テーブル７Ａ、第１のＸ軸テーブル８を駆動することにより、移載ヘッド９は部品供給部３と基板位置決め部（搬送路１）上の基板２との間を往復移動する。そして部品供給部３のトレイフィーダ４からバンプ付きの電子部品５を、またテープフィーダ６からは各種のチップ型の電子部品をピックアップし、基板２に移送し、位置合わせを行った後基板２上の実装点に搭載する。したがってＹ軸テーブル７Ａ、第１のＸ軸テーブル８は、ヘッド移動手段となっている。
【００１５】
Ｙ軸テーブル７Ｂ、第２のＸ軸テーブル１４を駆動することにより、基板認識カメラ１５はＸＹ方向に水平移動し、搬送路１に位置決めされた基板２に対して進退する。そして基板認識カメラ１５が基板２の上方の任意位置に進出した状態において、下方の基板２の任意位置を撮像する。なお移載ヘッド９には移載ヘッドと一体的に移動するヘッド付属カメラ１１が装着されており、ヘッド付属カメラ１１と基板認識カメラ１５によって同一対象を撮像することにより、移載ヘッド９から独立して移動する基板認識カメラ１５の座標系と、移載ヘッド９の駆動座標系とのキャリブレーションを行えるようになっている。
【００１６】
部品供給部３と搬送路１との間の移載ヘッド９の移動経路には、部品認識カメラ１３及びフラックス転写部１２が設けられている。部品供給部３にてフリップチップなどの電子部品５を取り出した移載ヘッド９が部品認識カメラ１３上を通過する際に、部品認識カメラ１３は吸着ノズル１０に保持された状態のこれらの電子部品５を下方から撮像する。これにより、電子部品５が認識され電子部品５の識別や位置の検出が行われる。そしてこの後移載ヘッド９がフラックス転写部１２に移動し、ここで保持した電子部品５をフラックス転写部１２の塗布面に対して昇降させることにより、電子部品５のバンプやチップ型部品の接合用端子には半田接合用のフラックスが塗布される。
【００１７】
次に図２を参照して、実装対象の基板２について説明する。図２（ａ）に示すように、基板２は単位基板２ａが同一基板に複数個作り込まれた多数枚取り基板で有る。基板２の対角位置には、基板２全体の位置認識用の認識マークＡ，Ｂが形成されており、基板認識カメラ１５によって認識マークＡ，Ｂを撮像し、位置認識することにより基板２の位置が検出される。
【００１８】
図２（ｂ）は、単位基板２ａを示している。各単位基板２ａには、電子部品５のバンプが接合される電極１６ａやチップ部品が接合される電極１６ｂなどの各種の接合用電極が形成されている。また単位基板２ａの隅部には、当該単位基板２ａが使用不能の不良品であるか否かを示すＮＧマーク（図中ではＸ印で示す）のマーク印加位置１７が設定されている。前工程での検査において、単位基板２ａに何らかの不良が検出された場合には、マーク印加位置１７にＮＧマークが印加される。そして電子部品実装装置において、基板認識時にＮＧマークが検出された単位基板２ａはＮＧ基板と判断されて、実装対象から除外される。
【００１９】
次に図３を参照して、制御系の構成について説明する。図３において、ＣＰＵ２０は全体制御部であり、以下に説明する各部を統括して制御する。プログラム記憶部２１は、移載ヘッド９による実装動作を実行するための動作プログラムやや基板認識・部品認識などの認識処理のための処理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２２は、実装データなどの各種データを記憶する。
【００２０】
画像認識部２３は、ヘッド付属カメラ１１、部品認識カメラ１３や基板認識カメラ１５の撮像によって得られた画像データを認識処理する。これにより、基板認識カメラ１５と移載ヘッド９の座標系相互のキャリブレーションや、移載ヘッド９に保持された状態の電子部品の位置検出、搬送路１上の基板２の位置検出などの各種認識処理が行われる。したがって画像認識部２３は、基板２の位置を検出する位置検出手段となっている。
【００２１】
機構駆動部２４は、ＣＰＵ２０によって制御され以下の各機構を駆動する。基板搬送機構２５は、搬送路１における基板２の搬送機構である。ヘッド移動機構２６（ヘッド移動手段）は、Ｙ軸テーブル７Ａ及び第１のＸ軸テーブル８によって移載ヘッド９を移動させる。カメラ移動機構２７は、Ｙ軸テーブル７Ｂ及び第２のＸ軸テーブル１４によって基板認識カメラ１５を移動させる。ＣＰＵ２０がヘッド移動手段２６を制御する際には、画像認識部２３の位置検出結果に基づいて、移載ヘッド９を基板２に対して位置合わせする。
【００２２】
この電子部品実装装置は上記のように構成されており、以下電子部品実装動作について、図４のフロー図に沿って図５、図６を参照しながら説明する。図４のフローでは、実装動作のうち、基板２上において行われる動作について示している。先ず実装対象の基板２が搬送路１上を上流側から搬送され、基板位置決め部に位置決めされる（ＳＴ１）。次いで、カメラ移動機構２７によって基板認識カメラ１５を移動させ、図５（ａ）に示すように基板２の認識マークＡを撮像して位置を認識し、次いで図５（ｂ）に示すように認識マークＢを撮像して位置を認識する（ＳＴ２）。これにより、基板２の全体位置が検出される。
【００２３】
この後、各単位基板２ａを対象とした処理が行われる。すなわち、基板２の各単位基板２ａを撮像し、先ずマーク印加位置１７（図２（ａ）参照）内のＮＧマークの有無を認識することにより、前工程で不良と判定されたＮＧ単位基板を検出する（ＳＴ３）。ここで検出されたＮＧ単位基板は電子部品実装対象から除外され、以下のステップは、ＮＧ単位基板以外の良品基板のみが対象となる。良品であると判断された単位基板２ａは、基板認識カメラ１５によって撮像され、単位基板２ａ内の実装点認識が行われる（ＳＴ４）。これにより、図２（ｂ）に示す電極１６ａ，１６ｂの位置が認識される。
【００２４】
また上記（ＳＴ２）、（ＳＴ３）、（ＳＴ４）の動作と並行して、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、移載ヘッド９はトレイフィーダ４から電子部品５を、またテープフィーダ６からチップ型の電子部品を吸着ノズル１０によって取り出し、次いで移載ヘッド９は部品認識カメラ１３上へ移動する。そしてここで吸着ノズル１０によって保持された状態の電子部品５が下方から撮像され、電子部品の識別や位置検出が行われる。この後、図６（ａ）に示すように移載ヘッド９はフラックス転写部１２上に移動し、ここで電子部品５のバンプやチップ型部品の接合用端子へのフラックス塗布が行われる。
【００２５】
この後、電子部品実装が行われる（ＳＴ５）。すなわち、移載ヘッド９は基板２上に移動し、ここで保持した電子部品５を実装対象の単位基板２ａの実装点に搭載する。この搭載動作において、（ＳＴ４）の実装点認識によって求められた電極１６ａ，１６ｂの位置ずれと、部品認識カメラ１３による部品認識によって求められた位置ずれが補正され、高い実装位置精度が確保される。
【００２６】
この後、未実装の単位基板２ａが存在するか否かを判断し（ＳＴ６）、未実装の単位基板がある場合には、（ＳＴ３）に戻って次の単位基板２ａを対象としたＮＧ単位基板検出（ＳＴ３）、実装点認識（ＳＴ４）及び電子部品実装（ＳＴ５）を実行する。そして（ＳＴ６）にて未実装の単位基板２ａが存在しないならば、実装動作を終了する。
【００２７】
上記実施の形態に示す電子部品実装方法は、搬送路１に対して進退可能に配設された基板認識カメラ１５を基板２上に進出させて基板２を撮像する撮像工程と、この撮像により得られた画像データに基づいて基板２の認識マークＡ，Ｂや単位基板２ａの各実装点の位置を検出する位置検出工程と、移載ヘッド９によって部品供給部３から電子部品５を取り出す部品取り出し工程と、この移載ヘッド９を基板２上に移動させ、位置検出結果に基づいて電子部品５を基板２に搭載する部品搭載工程とを含んだものとなっている。
【００２８】
そして、上記各工程を実行する際に、基板認識カメラ１５による撮像工程と移載ヘッド９による部品取り出し工程とを同時並行的に行い、撮像結果に基づいて位置検出直ち部品搭載工程に移行できるようになっている。また上記実施の形態においては、撮像工程において単位基板ごとに撮像が行われ、実装直前の状態で単位基板２ａが撮像されることから、キャリアテープのような変形しやすい基板を対象とする場合にあっても、位置精度に優れた実装品質を確保することができる。
【００２９】
なおここでは基板認識カメラ１５の撮像によって基板２の位置検出のみを行う例を示したが、各単位基板を順次撮像する過程において、既に電子部品が搭載された実装後の単位基板を併せて撮像し、この撮像結果に基づいて電子部品５の有無や位置ずれを検出し実装状態検査を行うようにしてもよい。このように、基板認識カメラ１５を移載ヘッド９と独立して設けることにより、目的の異なる用途に基板認識用カメラ１５を使用することができ、よりフレキシブルな実装方法を実現することが可能となっている。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、移載ヘッドや基板認識カメラをＸＹ方向へ移動させる第１、第２のＸ軸テーブル、Ｙ軸テーブル等を上記のように配設したことにより、基板位置決め部における基板の電子部品の実装点である電極の位置認識のための撮像動作と、部品供給部における移載ヘッドによる電子部品の取り出し動作とを同時並行的に行うようにしたので、タクトタイムを短縮して電子部品を効率よく基板に実装することができる。
【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】（ａ）本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の実装対象となる基板の平面図
（ｂ）本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の実装対象となる単位基板の平面図
【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における実装動作のフロー図
【図５】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６】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
【符号の説明】
１  搬送路
２  基板
２ａ  単位基板
３  部品供給部
９  移載ヘッド
１０  吸着ノズル
１３  部品認識カメラ
１５  基板認識カメラ
２０  ＣＰＵ
２３  画像認識部
２６  ヘッド移動機構
２７  カメラ移動機構
【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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