(57)【要約】【課題】実際の部品搭載状態に則した荷重計測を簡便容易に行うことができる電子部品実装装置における部品押圧荷重の計測方法を提供することを目的とする。【解決手段】搭載ヘッドによって電子部品を基板に搭載する際に電子部品に作用する押圧荷重を計測する部品押圧荷重の計測方法において、荷重計測用のロードセル２１が装着された計測用基板を電子部品実装装置の基板保持部に保持させ、次いで搭載ヘッドに模擬部品搭載動作を実行させロードセル２１から出力された荷重計測信号をパーソナルコンピュータ２５に取り込んでデータ処理して電子部品に作用する押圧荷重のピーク値を少なくとも含む荷重計測データを取得し、取得された計測データを画像表示、印刷出力または記憶媒体への書き込みのいずれかによって出力する構成を採用することにより、実際の部品搭載状態に則した荷重計測を簡便容易に行うことができる。【選択図】図４
2009188002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を搭載ヘッドによって保持して基板に実装する電子部品実装装置において、電子部品を基板に搭載する際に電子部品に作用する押圧荷重を計測する部品押圧荷重の計測方法であって、
荷重計測用のロードセルが装着された計測用基板を前記電子部品実装装置の基板保持部に保持させる工程と、
前記搭載ヘッドに前記ロードセルに設定された荷重計測点を模擬搭載点とする模擬部品搭載動作を実行させる動作実行工程と、
前記動作実行工程において前記ロードセルによって検出された荷重計測信号を取り込んでデータ処理することにより、前記模擬部品搭載動作において前記電子部品に作用する押圧荷重のピーク値を少なくとも含む荷重計測データを取得するデータ取得工程と、
前記取得された計測データを、画面表示、印刷出力または記憶媒体への書き込みのいずれかによって出力するデータ出力工程とを含むことを特徴とする電子部品実装装置における部品押圧荷重の計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品実装装置において電子部品を基板に搭載する際に電子部品に作用する押圧荷重を計測する部品押圧荷重の計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップなどの電子部品を基板に実装する部品実装作業においては、実装品質を確保するために電子部品を基板に対して適正な荷重で押圧することが求められる。近年電子部品の微細化に伴い、部品搭載動作における押圧荷重をより精細に管理することが望まれており、このため電子部品実装装置として押圧荷重の計測が可能なものが用いられるようになっている（特許文献１参照）。この特許文献例においては、吸着ヘッドが移動可能な範囲に設定された荷重計測位置にロードセルユニットを配置し、吸着ヘッドをロードセルユニットに対して下降させて実装時と同様のノズル動作を行わせることにより、実装時に電子部品に作用する荷重を測定するようにしている。
【特許文献１】特開２００６−１０８３８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の特許文献例においては、荷重計測位置が実際に電子部品が搭載される基板上ではないことから、実際の部品搭載動作に則した態様での荷重計測を行うことができなかった。すなわち、実際の部品搭載動作においては、実装対象となる基板は電子部品実装装置に設けられた基板保持部に保持され、ブロック状やピン形状の下受け部材によって下面側を支持された状態となっており、この状態の基板に対して部品搭載動作が実行される。これに対し、上述の特許文献に示す例においては、ロードセルユニットは固着されて配設されていることから、実際の部品搭載状態における基板の支持状態とは異なっている。このため取得される荷重計測結果は実際の部品搭載状態を正しく再現したものとはならず、特に部品搭載動作を高速で行って衝撃を伴うような場合には、適正な荷重計測結果を得ることが困難であった。
【０００４】
また上述の特許文献例の様に専用のロードセルユニットが設けられていない一般の電子部品実装装置において荷重計測を行う場合には、荷重計測用の歪みアンプやデータ取り込み用のオシロスコープなどを別途準備して、荷重計測作業の都度、電子部品実装装置に取り付ける作業を行う必要があり、荷重計測作業を簡便容易に行うことが困難であった。
【０００５】
そこで本発明は、実際の部品搭載状態に則した荷重計測を簡便容易に行うことができる電子部品実装装置における部品押圧荷重の計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電子部品実装装置における部品押圧荷重の計測方法は、電子部品を搭載ヘッドによって保持して基板に実装する電子部品実装装置において、電子部品を基板に搭載する際に電子部品に作用する押圧荷重を計測する部品押圧荷重の計測方法であって、荷重計測用のロードセルが装着された計測用基板を前記電子部品実装装置の基板保持部に保持させる工程と、前記搭載ヘッドに前記ロードセルに設定された荷重計測点を模擬搭載点とする模擬部品搭載動作を実行させる動作実行工程と、前記動作実行工程において前記ロードセルによって検出された荷重計測信号を取り込んでデータ処理することにより、前記模擬部品搭載動作において前記電子部品に作用する押圧荷重のピーク値を少なくとも含む荷重計測データを取得するデータ取得工程と、前記取得された計測データを、画面表示、印刷出力または記憶媒体への書き込みのいずれかによって出力するデータ出力工程とを含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、荷重計測用のロードセルが装着された計測用基板を電子部品実装装置の基板保持部に保持させた状態で、搭載ヘッドに模擬部品搭載動作を実行させ、ロードセルから出力された荷重計測信号を取り込んでデータ処理して電子部品に作用する押圧荷重のピーク値を少なくとも含む荷重計測データを取得し、取得された計測データを画像表示、印刷出力または記憶媒体への書き込みのいずれかによって出力する構成を採用することにより、実際の部品搭載状態に則した荷重計測を簡便容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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搭載ヘッドの構成説明図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の部分断面図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置に使用される部品押圧荷重の荷重計測ユニットの構成説明図、図５は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における部品押圧荷重の計測データの説明図、図６，図７は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における部品押圧荷重の計測方法の説明図である。
【０００９】
まず図１、図２、図３を参照して電子部品実装装置の構造を説明する。図３は、図１におけるＡ−Ａ断面を部分的に示している。図１において基台１の中央にはＸ方向（基板搬送方向）に搬送路２が配設されている。搬送路２は上流側から搬入された基板３を搬送し実装ステージに位置決めして保持する。したがって搬送路２は、基板を下受けして保持する基板保持部となっている。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には複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、電子部品を保持したキャリアテープをピッチ送りすることにより、以下に説明する搭載ヘッドによるピックアップ位置に電子部品を供給する。
【００１０】
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、それぞれ搭載ヘッド８および搭載ヘッド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。
【００１１】
図２を参照して搭載ヘッド８の構成を説明する。搭載ヘッド８は複数（ここでは８個）の単位搭載ヘッド８ａを共通のベース部材８ｂに組み込んだ多連型ヘッドであり、各単位搭載ヘッド８ａの下端部には吸着ノズル１２が着脱自在に装着されている。単位搭載ヘッド８ａは内蔵した昇降機構によって吸着ノズル１２を昇降させると共に、共通のΘ軸モータ１３によって吸着ノズル１２を軸廻りに回転させることができるようになっている。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をそれぞれ組み合わせて駆動することにより搭載ヘッド８は水平移動し、それぞれの部品供給部４から電子部品Ｐを吸着ノズル１２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１０およびノズル保持部１１が配設されている。
【００１２】
部品供給部４から電子部品を取り出した搭載ヘッド８が実装ステージに位置決めされた基板３へ移動する際に、吸着ノズル１２に保持された電子部品を部品認識カメラ１０の上方でＸ方向に移動させることにより、部品認識カメラ１０は吸着ノズル１２に保持された電子部品を撮像する。そして撮像結果を認識処理部（図示省略）によって認識処理するこ
とにより、吸着ノズル１２に保持された状態における電子部品の位置が認識されるとともに、電子部品の種類が識別される。ノズル保持部１１は、複数種類の吸着ノズル１２を所定姿勢で収納し、搭載ヘッド８がノズル保持部１１にアクセスしてノズル交換動作を行うことにより、搭載ヘッド８において対象とする電子部品の種類に応じてノズル交換が行われる。
【００１３】
部品供給部４の構造を説明する。図３に示すように、部品供給部４には複数のテープフィーダ５を装着するためのフィーダベース４ａが設けられている。テープフィーダ５は、フィーダ装着用の台車１２によって部品供給部４に配置される。台車１４には、キャリアテープ１７を巻回状態で収納したテープリール１６を保持するためのリール保持部１５が設けられている。リール保持部１５はテープリール１６を回転自在に保持するための保持ローラを備えており、部品供給部４に配置されたテープリール１６を回転させることにより、キャリアテープ１７を引き出すことができるようになっている。キャリアテープ１７から搭載ヘッド８の吸着ノズル１２によって吸着保持されて取り出された電子部品Ｐは、部品認識カメラ１０によって下方から撮像されて位置認識された後、搬送路２において基板保持部１８の下受けピン部材１８ａによって下受けされた状態の基板３に搭載される。
【００１４】
次にこの電子部品実装装置において各単位搭載ヘッド８ａの吸着ノズル１２によって電子部品Ｐを押圧する部品押圧荷重を計測するために使用される荷重計測ユニット２０について、図４を参照して説明する。荷重計測ユニット２０は電子部品実装装置において搭載ヘッド８による押圧荷重が、実装対象の電子部品に応じた適正荷重値となっているか否かを実測により求めるために使用されるものであり、ここでは一般の荷重計測に使用される汎用型のロードセルを用いて荷重値を求めるようにしている。
【００１５】
図４において、ロードセル２１は接続コード２２によって接続端子２３を介して計測アンプ２４に接続されており、さらに計測アンプ２４は接続コード２２によってパーソナルコンピュータ２５に接続されている。ロードセル２１の上面には、上方に突出した形状の荷重計測点２１ａが設けられており、荷重計測点２１ａに上方から荷重を作用させると、ロードセル２１に内蔵された歪みゲージの抵抗値が変化し、これにより計測アンプ２４は荷重の大きさに応じたアナログ信号を検出する。このアナログ信号は計測アンプ２４によってＡＤ変換されて、パーソナルコンピュータ２５に対して出力される。
【００１６】
パーソナルコンピュータ２５には押圧荷重計測用のデータ処理プログラム２５ａが記憶されており、ＣＰＵがデータ処理プログラム２５ａを実行することにより、図５に示すグラフを内容とする計測データが取得される。電子部品実装装置における部品押圧荷重の計測においては、単位搭載ヘッド８ａをロードセル２１の上方に位置させた状態で吸着ノズル１２を下降させて、吸着ノズル１２の下端部もしくは吸着ノズル１２に保持された電子部品Ｐを荷重計測点２１ａに当接させる。この後、単位搭載ヘッド８ａの昇降機構に内蔵された荷重保持機能によって所定の押圧荷重を目標とした荷重制御が実行される。
【００１７】
すなわち、図５に示すように、荷重計測点２１ａに吸着ノズル１２または電子部品Ｐが当接したタイミングにおいて荷重計測点２１ａには衝撃荷重が作用し、荷重値は瞬間的にピーク値Ｆｐを示す（矢印ａ）。この後、荷重制御機能によって予め設定された目標荷重Ｆｔを中心として計測値は制御誤差範囲内で上下に変動する（矢印ｂ）。本実施の形態に示す部品押圧荷重の計測においては、少なくともピーク値Ｆｐを含む計測データを取得するようにしている。なお荷重計測ユニット２０には、計測値のキャリブレーション用の分銅が付属しており、この分銅を荷重計測点２１ａ上に載置した状態での計測データを求めることにより、正確な押圧荷重を求めるためのキャリブレーションが行われる。
【００１８】
このようにして取得された計測データは、パーソナルコンピュータ２５の表示パネル２
６に表示される。また必要に応じて、プリンタ２７から印刷出力され、さらに必要であればＵＳＢメモリなどの記憶媒体２８に書き込まれて保存される。このような計測データを取得することにより、部品搭載動作における吸着ノズル１２の下降速度や、吸着ノズル１２を下方に付勢するために組み込まれている弾性部材のスプリング特性、基板保持部１８における下受け剛性などの適否を判断するための基礎データを入手することができる。
【００１９】
次に、図６，図７を参照して、電子部品を搭載ヘッドによって保持して基板に実装する電子部品実装装置において、電子部品を基板に搭載する際に電子部品に作用する押圧荷重を計測する部品押圧荷重の計測方法の実際例について説明する。ここでは、まず荷重計測用のロードセル２１が装着された計測用基板３を、電子部品実装装置の搬送路２に設けられた基板保持部１８（図３参照）に保持させる（基板保持工程）。計測用基板３Ａとしては、実際の部品実装に用いられる基板３を用いてもよく、また材質やサイズなど実際の基板３と剛性において等価なものを専用に製作して用いてもよい。
【００２０】
次いで、搭載ヘッド８にロードセル２１に設定された荷重計測点２１ａを模擬搭載点とする模擬部品搭載動作を実行させる（動作実行工程）。この模擬部品搭載動作には、図６に示す複数の態様が可能である。図６（ａ）は、吸着ノズル１２に電子部品を保持させない状態の単位搭載ヘッド８ａをロードセル２１の上方に位置させ、吸着ノズル１２を下降させて荷重計測点２１ａに当接させる例を示している。また図６（ｂ）に示す例では、吸着ノズル１２に電子部品Ｐを保持させた状態の単位搭載ヘッド８ａをロードセル２１の上方に位置させ、吸着ノズル１２を下降させて電子部品Ｐを荷重計測点２１ａに当接させるようにしている。さらに、図６（ｃ）に示す例では、複数の単位搭載ヘッド８ａを対象として、荷重計測を連続的に実行する例を示している。すなわち、搭載ヘッド８の各単位搭載ヘッド８ａの吸着ノズル１２に電子部品Ｐを保持させ、単位搭載ヘッド８ａをロードセル２１の上方へ順次移動させながら、吸着ノズル１２を下降させて電子部品Ｐを荷重計測点２１ａに当接させる。
【００２１】
この動作実行工程において、ロードセル２１によって検出された荷重計測信号をパーソナルコンピュータ２５に取り込み、データ処理プログラム２５ａにしたがってデータ処理する。これにより、上述の模擬部品搭載動作において電子部品Ｐに作用する押圧荷重のピーク値Ｆｐを少なくとも含む荷重計測データ（図５参照）が取得される（データ取得工程）。なお吸着ノズル１２に電子部品Ｐを保持させずに荷重計測を行う場合には、実際の部品搭載動作において電子部品に作用するであろうと推定される荷重値が取得されることとなる。そして取得された計測データをパーソナルコンピュータ２５から出力する（データ出力工程）。この出力の形態としては、表示パネル２６によって画面表示する形態、プリンタ２７によって印刷出力する形態、または記憶媒体への書き込みなど、必要に応じてこれらのいずれかの形態によって出力することができる。
【００２２】
このような部品押圧荷重の計測方法を用いることにより、以下に述べるような効果を得る。まず上記実施の形態においては、荷重計測のためのロードセル２１が装着された計測用基板３Ａを電子部品実装装置の搬送路２に設けられた基板保持部１８に保持させた状態で部品押圧荷重の計測を行うようにしていることから、計測用基板３Ａは下面を実際の部品搭載用の基板と同様の態様で支持された状態となっている。このため取得される荷重計測結果は実際の部品搭載状態を正しく再現したものとなり、部品搭載動作を高速で行って衝撃を伴うような場合にあっても、適正な荷重計測結果を得ることが可能となっている。
【００２３】
また本実施の形態に示す荷重計測ユニット２０は、汎用のロードセル２１や計測アンプ２４、パーソナルコンピュータ２５を用いていることから、可搬性に優れた簡便な構成で良好な操作性が実現されている。例えば、データ処理プログラム２５ａにより、個別計測における波形の取り込み時間を任意に設定することができ、また個別計測を任意回数だけ
反復して行う連続計測において計測回数を任意に設定できる。
【００２４】
また図７は、複数（ここでは３つ）のロードセル２１を用いた荷重計測例を示している。この荷重計測例では、吸着ノズル１２による押圧荷重を複数のロードセル２１に同時に負荷し、各ロードセル２１の計測値の平均値を計測結果とするようにしている。すなわち、図７（ａ）に示すように、計測に用いられる基板３の上面において、計測治具３０の外形に対応した計測エリア３０ａの範囲内に複数のロードセル２１を配置する。次いで、計測治具３０をこれらのロードセル２１の荷重計測点２１ａに当接させて載置する。
【００２５】
そして図７（ｂ）に示すように、計測治具３０の上方に単位搭載ヘッド８ａを位置させ、吸着ノズル１２を下降させて計測治具３０に当接させる。なお、図７（ｃ）に示すように、吸着ノズル１２に電子部品Ｐを保持させた状態の単位搭載ヘッド８ａをロードセル２１の上方に位置させ、吸着ノズル１２を下降させて電子部品Ｐを計測治具３０に当接させるようにしてもよい。このように複数のロードセル２１を用いる場合には、データ取得工程において各ロードセル２１からの荷重計測信号を取り込み、データ処理プログラム２５ａによるデータ処理において平均値を求める演算を行うことにより、各単位搭載ヘッド８ａごとの押圧荷重の計測値を求める。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の電子部品実装装置における部品押圧荷重の計測方法は、実際の部品搭載状態に則した荷重計測を簡便容易に行うことができるという効果を有し、基板に電子部品を実装して実装基板を製造する部品実装ラインに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【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搭載ヘッドの構成説明図
【図３】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の部分断面図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置に使用される部品押圧荷重の荷重計測ユニットの構成説明図
【図５】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における部品押圧荷重の計測データの説明図
【図６】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における部品押圧荷重の計測方法の説明図
【図７】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における部品押圧荷重の計測方法の説明図
【符号の説明】
【００２８】
３  基板
３Ａ  計測用基板
８  搭載ヘッド
８ａ  単位搭載ヘッド
１２  吸着ノズル
２０  荷重計測ユニット
２１  ロードセル
２１ａ  荷重計測点
Ｐ  電子部品
Ｆｐ  ピーク値
【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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