(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体材料が貯溜されるシリンジに取り付けられ、基板面に向け前記液体材料を吐出するノズルと、
このノズルを横方向から撮像し、その撮像画面から、ノズル先端の高さ位置、及びノズル取り付け位置から前記基板面への鉛直線とノズル先端位置との間の位置ずれ量を検出する位置検出器と、
この位置検出器からの前記ノズル先端の高さ位置と前記位置ずれ量とに基づき、前記シリンジの位置補正を行う制御器とを具備し、
前記制御器は、前記シリンジを回転制御して、前記位置検出器に対して互いに異なる角度から２枚の撮像画像を撮像させ、撮像されたノズルの２枚の画像パターンから、画像中心の基準高さ位置からノズル先端までの距離を求め、この距離から基板面とノズル先端までの高さを得るとともに、ノズル先端における鉛直方向に対する各位置ずれ量から、ノズル先端の鉛直方向からの偏芯距離を演算により求める、
ことを特徴とする塗布装置。
【請求項２】
前記基板面に対する前記シリンジの高さ位置を検出する高さ位置検出器を備え、
前記制御器は、前記高さ位置検出器からのシリンジの高さ位置信号に基づき、シリンジと基板面との間の間隔を制御することを特徴とする請求項１記載の塗布装置。
【請求項３】
装着ヘッドに取り付けられ、基板面に装着される電子部品を吸着して移送する移送ノズルと、
この移送ノズルを横方向から撮像し、その撮像画面から、移送ノズル先端の高さ位置、及び移送ノズル取り付け位置から前記基板面への鉛直線と移送ノズル先端位置との間の位置ずれ量を検出する位置検出器と、
この位置検出器からの前記移送ノズル先端の高さ位置と前記位置ずれ量とに基づき、前記装着ヘッドの位置補正を行う制御器とを具備し、
前記制御器は、前記装着ヘッドを回転制御して、前記位置検出器に対して互いに異なる角度から２枚の撮像画像を撮像させ、撮像された移送ノズルの２枚の画像パターンから、画像中心の基準高さ位置から移送ノズル先端までの距離を求め、この距離から基板面と移送ノズル先端までの高さを得るとともに、移送ノズル先端における鉛直方向に対する各位置ずれ量から、移送ノズル先端の鉛直方向からの偏芯距離を演算により求める、
ことを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項４】
前記基板面に対する前記装着ヘッドの高さ位置を検出する高さ位置検出器を備え、
前記制御器は、前記高さ位置検出器からの装着ヘッドの高さ位置信号に基づき、装着ヘッドと基板面との間の間隔を制御することを特徴とする請求項３記載の電子部品実装装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板上に半導体チップ等の電子部品を実装するのに使用される装置で、予め形成された回路パターンに従い液体材料であるクリーム半田等を塗布する塗布装置、及びそのクリーム半田等が塗布された回路パターンに沿って電子部品を位置決め装着する電子部品装着装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の塗布装置は図８に示すように構成され、この装置ではプリント配線基板へのチップ部品等の組込み実装に先立って、クリーム半田等の接着剤の塗布が予め設定されたパターン上に行われる。
【０００３】
すなわち、まずＸ−Ｙ−θテーブル１上に搬入された基板２は、上方に固定して設置されたＣＣＤカメラ３により、基板２面の位置決め用マーク２ａ，２ｂあるいは図示しない位置決め用のパターン等が撮影され、その撮像画像は制御器４に供給される。
【０００４】
制御器４は、供給された撮像画像のパターン認識により、予め定めた位置決め上での基準位置あるいは基準パターンに対するＸ，Ｙ方向の位置ずれ量を検出し、その位置ずれ量が零となるようＸ−Ｙ−θテーブル１を制御して位置決めを行い、図示しない吸着手段等により基板２は固定される。
【０００５】
なお、この一台の塗布装置に搬入される基板２には、一枚の基板に単一の塗布パターンが形成されたいわゆる一面基板である場合もあれば、あるいは同じ塗布パターンが複数枚に形成された割基板である場合もある。
【０００６】
この位置決め固定された基板２面に塗布される接着剤からなる液体材料は、Ｘ−Ｙ−Ｚ移動機構５のＺ軸駆動部５１に取り付けられたシリンジ６内に貯溜され、Ｘ−Ｙ−Ｚ移動機構５及びシリンジ６のプランジャに対する制御器４のプログラム制御により、ノズル７の位置及び吐出制御が行われ、基板２面に描かれた塗布パターンに従った塗布が行われる。
【０００７】
所定パターンへの接着剤の塗布工程を経た基板２は、チップ抵抗やコンデンサ及び半導体（ＩＣ）チップ等をマウントするために、図示しない電子部品装着装置に搬送される。
【０００８】
ところで、シリンジ６に装着されたノズル７が目詰まり等を引き起こし不具合が発生した場合には、新たなノズルへの交換が行われる。また装置によってはシリンジ６のヘッド部に複数種のノズルが切り替え可能に取り付けられていて、塗布パターンの種類に対応し、塗布径あるいは塗布線幅の寸法に対応したノズルが切り替え選択されるように構成されたものもある。いずれにしても、塗布装置では、均一な塗布を行うために、基板２とノズル７先端との間の間隔、いわゆるクリアランス（隙間）が常に一定となるように制御されることが要求された。
【０００９】
ノズル７の形状や大きさは塗布材料の種類や、同じ塗布材料でも塗布径や塗布線幅の大小によって異なり、とりわけノズル７の長さは同じ種類のものであってもしばしば製造上バラツキが生じた。
【００１０】
従って、塗布印刷に際し、基板２とノズル７の先端との間に一定のクリアランスを確保しようとしても、取り付けられるノズル７によって長さが異なったから、例えば、特開平６−１０６１１２公報に記載の「ディスペンサのニードル長補正方法」に示されたように、予め基準ノズルを用意し、その基準ノズルをシリンジ６に装着したときのノズル長さと、新たに交換装着したノズル７のノズル長さとの差をＺ軸制御のオフセット値として設定することにより、所定のクリアランスを得ることも行われた。
【００１１】
しかしながら、塗布装置において、ノズル７のシリンジ６への装着は、シリンジ６先端部の嵌合孔への挿入によるものであるから、図９に示したように、見掛け上所定のクリアランスＨが得られたように見えても、しばしば取り付けられた後のノズル７の先端方向は、ノズル７の取り付け部Ｐから基板２面への鉛直（Ｚ軸）方向に対してある傾き角度αをなし、先端ＱがΔＬだけその鉛直方向から偏芯した状態で取り付けられ、塗布印刷が行われることがあった。
【００１２】
図８及び図９は塗布装置について説明したが、シリンジ６及びノズル７をそれぞれ装着ヘッド及び移送ノズルに置き換えて構成された電子部品実装装置においても、その移送ノズル先端が偏芯して装着ヘッドに取り付けられ、チップ部品が傾いた移送ノズルに吸着されて実装されることがあった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の塗布装置では、シリンジに対するノズルの取り付けに際し、ノズルが基板面に向け鉛直方向に真っ直ぐに取り付けられることなく、その鉛直方向に対してある傾き角度αを形成し、偏芯した状態で取り付けられることがあった。
【００１４】
ところで、塗布装置において、制御器は、ノズルがシリンジに対して鉛直方向に正しく取り付けられているものとして、Ｘ−Ｙ−Ｚ移動機構を制御する。従って、ノズルが既に基板面への鉛直方向からある傾き角度αを有して取り付けられ、先端においてΔＬだけ偏芯してしまうと、仮に見掛け上一定のクリアランスＨが得られたとしても、塗布パターンからの位置ずれ、すなわち横方向への位置ずれΔＬを生じさせることとなった。
【００１５】
近年、基板における回路パターンの微細化が進み、製品の歩留まりや信頼性の面から、塗布精度や実装精度の一層の向上が要求されるようになった。
【００１６】
従って、上記のように、基板面に対する単なるノズル先端の高さ位置のみならず、鉛直方向からの位置ずれは、塗布パターンや部品実装パターンに対するずれを生じることとなり塗布精度や実装精度を著しく低下させた。
【００１７】
もちろん、作業員が目で見て、ノズルの傾きをチェックし、より正しく装着されるように手直しすることも行われるが、その作業は繁雑であるばかりでなく、作業員の目視等による確認や調整には精度上限度があり改善が要望されていた。
【００１８】
ノズル先端の位置ずれは、ノズル装着時に引き起こすものであるが、ノズルの新たな交換のほかにも、予め複数のノズルがヘッドに装着されていて、回転により切り替え使用されるように構成された塗布装置、あるいは電子部品装着装置においても同様に見られる。
【００１９】
そこで、本発明は、いわゆるノズル交換またはノズル切り替えによるノズル先端位置の偏芯、位置ずれに影響されることがなく、高精度な塗布装置及び電子部品実装装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、塗布パターンに従い、基板面に接着剤等の液体材料を塗布する塗布装置において、液体材料が貯溜されるシリンジに取り付けられ、基板面に向け前記液体材料を吐出するノズルと、このノズルを横方向から撮像し、その撮像画面から、ノズル先端の高さ位置、及びノズル取り付け位置から前記基板面への鉛直線とノズル先端位置との間の位置ずれ量を検出する位置検出器と、この位置検出器からの前記ノズル先端の高さ位置と前記位置ずれ量とに基づき、前記シリンジの位置補正を行う制御器とを具備し、前記制御器は、前記シリンジを回転制御して、前記位置検出器に対して互いに異なる角度から２枚の撮像画像を撮像させ、撮像されたノズルの２枚の画像パターンから、画像中心の基準高さ位置からノズル先端までの距離を求め、この距離から基板面とノズル先端までの高さを得るとともに、ノズル先端における鉛直方向に対する各位置ずれ量から、ノズル先端の鉛直方向からの偏芯距離を演算により求める、ことを特徴とする。
【００２１】
このように、本発明の塗布装置は、ノズル先端の高さ位置と位置ずれ量とに基づきシリンジの位置補正を行うので、ノズル先端の偏芯に拘らず、塗布パターンに対し高精度に追随し液体材料を塗布することができる。
【００２２】
第２の発明は、チップ部品等を基板上に実装する電子部品実装装置において、装着ヘッドに取り付けられ、基板面に装着される電子部品を吸着して移送する移送ノズルと、この移送ノズルを横方向から撮像し、その撮像画面から、移送ノズル先端の高さ位置、及び移送ノズル取り付け位置から前記基板面への鉛直線と移送ノズル先端位置との間の位置ずれ量を検出する位置検出器と、この位置検出器からの前記移送ノズル先端の高さ位置と前記位置ずれ量とに基づき、前記装着ヘッドの位置補正を行う制御器とを具備し、前記制御器は、前記装着ヘッドを回転制御して、前記位置検出器に対して互いに異なる角度から２枚の撮像画像を撮像させ、撮像された移送ノズルの２枚の画像パターンから、画像中心の基準高さ位置から移送ノズル先端までの距離を求め、この距離から基板面と移送ノズル先端までの高さを得るとともに、移送ノズル先端における鉛直方向に対する各位置ずれ量から、移送ノズル先端の鉛直方向からの偏芯距離を演算により求める、ことを特徴とする。
【００２３】
このように、本発明の電子部品実装装置は、移送ノズル先端の高さ位置と位置ずれ量とに基づき装着ヘッドの位置補正を行うので、移送ノズル先端の偏芯に拘らず、電子部品を指定位置に対して高精度にまた安定した向きに実装することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による塗布装置及び電子部品実装装置の一実施の形態を図１ないし図７を参照して説明する。なお、図８及び図９に示した従来の塗布装置と同一構成には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００２５】
図１は本発明による塗布装置の第１の実施の形態の全体構成を示す外観図、図２は図１に示した装置の動作説明図である。
【００２６】
すなわち、図１及び図２に示したように、装着されたノズル７あるいは切り替えられたノズル７を横方向すなわち側面より撮像しその位置を検出するため、固定された高さ位置にＣＣＤカメラ８が設置されている。そこで制御器４は、ノズル７の交換あるいはノズル７の切り替え後、シリンジ６を移動させ、ノズル７の取り付け部ＰがＣＣＤカメラ８から所定距離及び所定高さに位置するよう調整制御する。
【００２７】
また、より鮮明なノズル７の画像を得るために、この実施の形態では、ノズル７の反対側にＣＣＤカメラ８に向け投光する発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成された照明具９を配置した。
【００２８】
また、制御器４は、互いに９０度異なる２枚の撮像画像を得るため、モータ１０を制御してシリンジ６を回転させ、図２（ａ），図２（ｂ）に示すように、ＣＣＤカメラ８から９０度異なる２枚のノズル７部の撮像画像を導入する。
【００２９】
制御器４は、撮像されたノズル７の２枚の画像パターンから、画像中心の基準高さ位置からノズル７先端までの距離ΔＺを求め、この距離ΔＺから基板２面とノズル７先端までの高さＨ（クリアランス）を得るとともに、図３に示すようにノズル７先端における鉛直（Ｚ軸）方向に対する上記各ずれ量（Δｘ，Δｙ）から、ノズル７先端Ｑの鉛直方向からの偏芯距離ΔＬを演算により求める。
【００３０】
なお、図２（ａ），図２（ｂ）の撮像画像では、説明上、シリンジ６の回転軸方向が正確に鉛直方向を指向し、ノズル７の取り付け部Ｐの位置はシリンジ６の回転によっても変位しないものとしているが、シリンジ６は必ずしもＺ軸駆動部５１に対し、十分な精度で組込まれていない場合がある。そのような場合には、シリンジ６の回転によって、ノズル７の取り付け部Ｐの高さ位置が変動するので、画像中心位置からノズル７先端Ｑまでの距離Δｚがシリンジ６の回転角度によって異なる値となる。
【００３１】
また、被塗布物である基板２は、その大きさ等によっては、反り等の変形を生じていることがある。その場合、仮にシリンジ６のある回転角度におけるノズル７先端Ｑの位置ずれ量（Δｚ）が正確に求められたとしても、反り等により基板２面の高さが場所によって異なり、正しいクリアランスＨが得られないこともある。
【００３２】
そこでこの実施の形態では、変形による基板２面の高さ位置の変化に対応してシリンジ６高さ位置を補正し、常に一定のクリアランスＨを確保すべく、図１に示すようにシリンジ６に一体にレーザセンサ１１を取り付け、塗布パターンに沿いつつ基板２面までの距離を逐次測定し、制御器４に供給するように構成した。
【００３３】
このようにレーザセンサ１１は、制御器４によるシリンジ６の移動に対応しつつ、レーザパルスを基板２面に向け鉛直（Ｚ軸）方向に照射し、シリンジ６の位置から基板２面までの距離情報を制御器４に供給する。従って、もしも基板２に反り等の変形が生じていた場合、図４に示したように、制御器４の演算処理回路４１はレーザセンサ１１からの信号を受け、塗布パターンにおける基板２面までの距離に差異Δｈを検知するので、コントローラ４２は、この差異Δｈ分を補正するようにＸ−Ｙ−Ｚ移動機構５のＺ軸駆動部５１を制御し、常に一定のクリアランスＨを得るものである。
【００３４】
従って制御器４は、基板２面とノズル７先端とのクリアランスＨが常に一定となるようにＺ軸駆動部５１を制御すると同時に、吐出量制御器６ａを介してノズル７から吐出される液体材料の吐出量を制御するので、接着剤等の基板２面への塗布は高精度に制御される。
【００３５】
以上説明のように、この実施の形態によれば、塗布パターンにおいて、その面方向、すなわちＸ−Ｙ方向におけるノズル７先端Ｑの位置のずれに加えて、基板２の反りなどによる高さ方向の変位をも補正するので、点滴、あるいは直線や曲線への接着剤塗布において、その塗布位置の高精度化とともに塗布径あるいは塗布線幅のより一層の均一化が可能となる。
【００３６】
この実施の形態では、シリンジ６にノズル７を装着した場合を例に説明したが、チップ部品等を接着剤の塗布されたパターン上にマウントするために装着ヘッドに移送ノズルを装着した電子部品実装装置においても、同様に機能し、高精度な実装を実現することができる。
【００３７】
この実施の形態では、シリンジ６に一個のノズル７が装着された塗布装置を説明したが、装置によっては、例えば２個（複数）のノズルが装着され、平行位置で所定間隔をなして２箇所（あるいは多点）に同時に接着剤を塗布できるようにも構成される。
【００３８】
図５ないし図７は、上記実施の形態において、シリンジ６に２個のノズル７，７が装着されたときに、制御器４が各ノズル７，７の傾きに対応したＸ−Ｙ−Ｚ駆動機構５への制御補正信号を得るための手順を説明するものである。
【００３９】
すなわち、いま図５に示すように、２本のノズル７，７がその取り付け部Ｐ点の下方鉛直方向に対して傾きがあるとき、下方から各ノズル７，７を見ると、図６（ａ）に拡大して示すように、各ノズル７，７の先端Ｑを結ぶ線は、各取り付け部Ｐを結ぶ線に対して、角度βのだけ変位している。
【００４０】
そこで、実際の塗布においては、各ノズル７，７の両先端Ｑ位置は、それぞれ基板２上に所定間隔で設定された２か所の塗布パターンに一致させる必要がある。その場合、各ノズル７，７がそれぞれ傾きを有する状態のとき、それにより生じた両先端Ｑ間の間隔Ｄ´がその塗布パターンの塗布間隔Ｄの許容範囲内にあることが条件となる。
【００４１】
そこで、制御器４の制御により、シリンジ６を図６（ａ）に矢印Ａに示すように角度βだけ回動させ、図６（ｂ）に示すように各ノズル先端Ｑの結ぶ方向がカメラ８方向に向かい、図７に示すように両ノズル７，７の先端位置が一致したときの先端Ｑの位置ずれ量Δｙ，Δｚを求め、次に、シリンジ６を９０度回転させて、このときの間隔Ｄ´を検出し、その間隔Ｄ´が所定の間隔Ｄの許容範囲にあるときのみ、制御器４は塗布操作を行うようにＸ−Ｙ−Ｚ移動機構５を制御する。なお、Ｘ方向の位置ずれ量は、シリンジ６回転中心に対する間隔Ｄ´の中点の偏芯距離とする。
【００４２】
このようにして、この実施の形態では、複数のノズル７，７がシリンジ６に装着され、そのノズル７，７が仮に傾いていたとしても、制御器４はその傾きによるノズル先端Ｑ，Ｑ間の間隔Ｄ´を算出し、その値が許容範囲内にあるときのみ塗布操作を行い、もしも許容範囲を越えているときは、例えば警報を発し、取り付け修正を行うように構成することができる。
【００４３】
なお、上記実施の形態において、ノズル７位置の位置検出にＣＣＤカメラ８を採用したが、このＣＣＤカメラ８に代え、例えばレーザ光を使用したエリアセンサを使用しても同様な効果を得ることができる。
【００４４】
以上説明のように、本発明によれば、ノズル高さの位置ずれ量はもとより、ノズルの傾きに伴うノズル先端位置の偏芯にも適正に対応し、塗布パターンに沿い高精度で塗布することができる。
【００４５】
なお、上記説明では、液体材料等を塗布する塗布装置について主に説明したが、チップ部品等を吸着する移送ノズルを備え、基板面に電子部品をマウントする電子部品実装装置についても同様の効果を得ることができる。
【００４６】
【発明の効果】
上記のように、本発明の塗布装置及び電子部品実装装置によれば、液体材料の塗布あるいはチップ部品の実装を高精度に行うことができるものであり、実用上の効果大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による塗布装置の一実施の形態を示す外観図である。
【図２】図１に示す装置におけるＣＣＤカメラ８の撮像画像を示すもので、図２（ａ）の撮像方向に対して、図２（ｂ）は９０度向きを変えたときの撮像画像図である。
【図３】図１に示す装置において、ＣＣＤカメラ８からの画像情報を基に、制御器で求められる偏芯方向及び位置ずれ量の算出方法を説明する説明図である。
【図４】図１に示す装置の主要動作を説明するための構成図である。
【図５】図１に示す装置で、シリンジに２本ノズルが偏芯して装着された状態を示す要部正面図である。
【図６】図６（ａ）は図５の拡大底面図、図６（ｂ）は図６（ａ）を中心位置で角度βだけ回転させた底面図である。
【図７】図６（ｂ）に示した状態でＣＣＤカメラ８からノズル部を見た側面図である。
【図８】従来の塗布装置を示す外観図である。
【図９】図８に示す装置におけるノズル部の要部正面図である。
【符号の説明】
１  Ｘ−Ｙ−θテーブル
２  （プリント配線）基板
３  ＣＣＤカメラ
４  制御器
５  Ｘ−Ｙ−Ｚ移動機構
５１  Ｚ軸駆動部
６  シリンジ
６ａ  吐出量制御器
７  ノズル
８  ＣＣＤカメラ
９  照明具
１０  モータ
１１  レーザセンサ
【図１】
0004109754.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0004109754.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0004109754.tif 000008
【図８】
0004109754.tif 000009
【図９】
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