(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を鉛直方向から基板上に装着して当該電子部品の端子を当該基板上に塗布したクリームハンダに接着するようにした電子部品の装着方法において、
電子部品を吸着した吸着ノズルを基板に対して相対的に移動させ水平面内において基板に対し前記電子部品を位置合せした後、
当該電子部品を前記吸着ノズルから当該基板上に自由落下させ、
その後自由落下した当該電子部品を前記吸着ノズルにより当該基板に押し付けることを特徴とする電子部品の装着方法。
【請求項２】
電子部品を鉛直方向から基板上に装着して当該電子部品の端子を当該基板上に塗布したクリームハンダに接着するようにした電子部品装着装置において、
電子部品を吸着する吸着ノズルと、当該吸着ノズルに接続した真空吸引装置と、基板に対し前記吸着ノズルを相対的に昇降させる昇降装置と、水平面内において基板に対し前記吸着ノズルを相対的に移動させる位置合せ装置と、前記真空吸引装置、前記昇降装置および前記位置合せ装置の作動を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記位置合せ装置を制御して水平面内において基板に対し前記吸着ノズルに吸着された電子部品を位置合せした後、前記真空吸引装置を制御して当該電子部品を前記吸着ノズルから当該基板上に自由落下させ、その後前記昇降装置を制御して前記吸着ノズルにより当該電子部品を当該基板に押し付けることを特徴とする電子部品装着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）を備えた電子部品を、吸着ノズルを用いて、クリームハンダを塗布（印刷）した基板に装着するようにした電子部品の装着方法および電子部品装着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電子部品装着装置として、特開平４−３５０９５号公報に記載のものが知られている。この電子部品装着装置は、電子部品を吸着する吸着ノズルと、吸着ノズルを装着した装着ヘッドと、装着ヘッドを介して吸着ノズルに接続した真空吸引装置と、装着ヘッドに内蔵され吸着ノズルを昇降させる昇降装置と、水平面内において装着ヘッドをＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させるＸＹステージとを有し、またこれら真空吸引装置、昇降装置およびＸＹステージの作動を制御する制御装置を有している。
【０００３】
この場合、基板はレール上を搬送されてきて装着部の下部に臨んでおり、ＸＹステージは、電子部品を吸着した吸着ノズルをＸ、Ｙ軸方向に移動させ、電子部品を基板の装着部位に位置決めする。次に、昇降装置が作動して吸着ノズルを下降させ、電子部品を基板に押し付けると同時に吸着を解く。これにより、基板のクリームハンダアレイに対し電子部品の端子（ピン）アレイが合致すると共に、各クリームハンダアレイに各端子が押し込まれるようにして接着され、電子部品の装着が完了する。そして、続くリフロー工程に移行する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の電子部品装着装置では、電子部品を吸着した状態で基板に押し付けるようにしているため、電子部品の吸着面と電子部品の端子アレイの平行度、或いは電子部品の吸着面と基板の実装面との平行度が、精度良く保持されていないと、電子部品が基板に対して片当りし、その反力（反力の分力）で吸着ノズルを支持しているスピンドルが撓み、電子部品の実装位置がずれる問題があった。すなわち、従来の電子部品装着装置では、電子部品のパッケージおよび基板が精度良く形成されていないと、或いは基板に反りがあると、実装に際し、電子部品の位置ずれが生ずる不具合があった。特に、多ピン化（０．４mmまたは０．３mmピッチ）の傾向にある近年のＱＦＰでは、この位置ずれにより、歩留りが極端に悪化することになる。
【０００５】
本発明は、パッケージや基板に製造上のばらつきがあっても、電子部品を基板上に正確に装着することができる電子部品の装着方法および電子部品装着装置を提供することをその目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の電子部品の装着方法は、電子部品を鉛直方向から基板上に装着して電子部品の端子を基板上に塗布したクリームハンダに接着するようにした電子部品の装着方法において、電子部品を吸着した吸着ノズルを基板に対して相対的に移動させ水平面内において基板に対し電子部品を位置合せした後、電子部品を吸着ノズルから基板上に自由落下させ、その後自由落下した電子部品を吸着ノズルにより基板に押し付けることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２の電子部品装着装置は、電子部品を鉛直方向から基板上に装着して電子部品の端子を基板上に塗布したクリームハンダに接着するようにした電子部品装着装置において、電子部品を吸着する吸着ノズルと、吸着ノズルに接続した真空吸引装置と、基板に対し吸着ノズルを相対的に昇降させる昇降装置と、水平面内において基板に対し吸着ノズルを相対的に移動させる位置合せ装置と、真空吸引装置、昇降装置および位置合せ装置の作動を制御する制御手段とを備え、制御手段は、位置合せ装置を制御して水平面内において基板に対し吸着ノズルに吸着された電子部品を位置合せした後、真空吸引装置を制御して電子部品を吸着ノズルから基板上に自由落下させ、その後昇降装置を制御して吸着ノズルにより電子部品を基板に押し付けることを特徴とする。
【０００８】
上記の方法および装置によれば、水平面内において基板に対し電子部品を位置合せした後、電子部品を吸着ノズルから基板上に自由落下させることにより、電子部品は、水平面内で位置合せされた状態のまま、鉛直方向に落下して基板上に着座する。この状態では、電子部品の端子が基板上のクリームハンダの上に正確に位置合せされた状態で乗っており、続いて吸着ノズルにより電子部品を基板に押し付けることにより、端子がクリームハンダ内に鉛直方向から押し込まれて、端子とクリームハンダとが良好な接着状態となる。すなわち、吸着ノズルから電子部品を自由落下により基板上に置いてから吸着ノズルにより押すようにしているため、電子部品の一連の装着動作のなかで、鉛直方向の力以外の力が作用することがない。なお、電子部品の基板上への自由落下は、位置合せ後電子部品を下降させた後に行うのが、好ましい。具体的には、電子部品の端子が基板のクリームハンダに接触する直前に、或いは端子がクリームハンダに接触する瞬間まで下降させてから落下させる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態に係る電子部品装着装置について説明する。この電子部品装着装置は、いわゆるチップマウンタの主要部を構成する装置であり、主にＱＦＰ（図示ではフィン付き）を備えた電子部品を基板の表面に実装するものである。図１は電子部品装着装置の側面図であり、同図に示すように、電子部品装着装置１は、下端に吸着ノズル３を着脱自在に備えた装着ヘッド２と、装着ヘッド２を介して吸着ノズル３に接続した真空吸引装置４と、装着ヘッド２をを昇降させる昇降装置５と、水平面内において昇降装置５および装着ヘッド２をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させるＸＹステージ６とを有し、またこれら真空吸引装置４、昇降装置５およびＸＹステージ６の作動を制御する制御装置７を有している。
【００１０】
ＸＹステージ６は、Ｘ軸モータ１２およびＸ軸搬送機構１３から成るＸステージ１１と、Ｙ軸モータ１５およびＹ軸搬送機構１６から成るＹステージ１４とを、直交するように組み合わせて構成されている。Ｘ軸搬送機構１３およびＹ軸搬送機構１６は、ボールねじを用いたねじ機構でそれぞれ構成されており、Ｘ軸搬送機構１３には、装着ヘッド２および昇降装置５を支持するベースフレーム８が吊下するようにして取り付けられている。Ｘ軸搬送機構１３およびＹ軸搬送機構１６は、Ｘ軸モータ１２およびＹ軸モータ１５の正逆回転により作動し、Ｘ軸搬送機構１３は装着ヘッド２および昇降装置５をＸ軸方向に、Ｙ軸搬送機構１６はＸステージ１１と共に装着ヘッド２および昇降装置５をＹ軸方向に搬送する。
【００１１】
電子部品Ｓは図外のトレイから一旦位置決め部に移送され、この位置決め部からこの電子部品装着装置１に供給される。ＸＹステージ６は装着ヘッド２を位置決め部に臨ませて電子部品Ｓを吸着し、これをＸ軸、Ｙ軸方向に移動させながら装着部９に搬送する。また、装着部９におけるＸＹステージ６は、図外の画像認識装置（複数）の認識結果に基づいて、電子部品ＳをＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させ、基板Ｐ上の装着位置に対する電子部品Ｓの水平面内におけるＸ軸、Ｙ軸方向の位置決めを行う。一方、基板Ｐは、図外のベルト搬送装置により適宜、装着部９に搬送され、ここで不動にセットされる。なお、画像認識装置における認識は、電子部品Ｓ側はその平面形状（端子アレイ）であり、基板Ｐ側はそのランドパターン（クリームハンダアレイ）である。
【００１２】
昇降装置５は、ベースプレート８に固定したブラケット２１と、ブラケット２１の上下両端に回転自在に支持されたボールねじ２２と、ボールねじ２２の上端部にカップリング２３を介して連結した昇降モータ２４とを備えている。ボールねじ２２には、装着ヘッド２を支持する支持ブロック２５が螺合しており、支持ブロック２５は、ボールねじ２２の回転により、図外のガイドに案内されて昇降する。昇降モータ２４はサーボモータなどで構成され、制御装置７により正逆制御回転され、ボールねじ２２を介して装着ヘッド２を鉛直方向に昇降させる。
【００１３】
装着ヘッド２は、側部に上記の支持ブロック２５に固定したヘッド本体３１と、ヘッド本体３１に組み込んだスピンドル３２と、スピンドル３２の下端部に取り付けたノズル把持機構３３とを備えている。スピンドル３２は内部に真空吸引路を有し、上端で真空吸着装置４に連通すると共に、下端で吸着ノズル３に連通している。また、スピンドル３２は、ヘッド本体３１の上下の軸受（下側のみ図示）３４に支持されると共に、ヘッド本体３１に備えるスピンドルモータ３５により回転されるようになっている。一方、ノズル把持機構３３は、開脚動作により吸着ノズル３を着脱自在に受け入れ、閉脚動作により吸着ノズル３を把持してスピンドル３２の下端と吸着ノズル３の基端とを連結する構造を有しており、この開脚動作および閉脚動作は、ヘッド本体３１に備える図外の機構およびモータにより行われる。
【００１４】
このように、装着ヘッド２は、これに着脱自在に装着した吸着ノズル３を介して、電子部品Ｓをほぼ装着姿勢に吸着すると共に、上記の画像認識装置の認識結果に基づいて、電子部品Ｓを鉛直軸廻りに回転させ、水平面内における電子部品Ｓの回転方向の位置補正を行う。すなわち、装着ヘッド２に搭載したスピンドル３２を回転させる装置（スピンドルモータ３５を含む）と上記のＸＹステージ６とにより、水平面内において基板Ｐに対し電子部品Ｓを位置合せする位置合せ装置が構成されている。
【００１５】
真空吸着装置４は、真空ポンプ４１と、真空ポンプ４１と装着ヘッド２とを接続するエアーホース４２と、エアーホース４２に途中に介在させた電磁エアー弁４３とを備えている。この場合、吸着ノズル３からのエアーの吸引および吸引停止は、電磁エアー弁４３により行われ、電磁エアー弁４３は制御装置７により、制御される。
【００１６】
このように構成された電子部品装着装置１は、上記の制御装置７によりその一連の装着動作が制御されるが、具体的には、ＸＹステージ６のＸ軸モータ１２およびＹ軸モータ１５と、昇降装置５の昇降モータ２４と、装着ヘッド２のスピンドルモータ３５と、真空吸着装置４の電磁エアー弁４３とが、制御装置７により制御される。なお、電子部品Ｓの装着は、電子部品Ｓのパッケージに設けられている多数の端子から成る端子アレイＳａが、これに対応するように基板Ｐに印刷したクリームハンダアレイＰａに合致するように、行われる。以下、その手順を図２を参照し、順を追って説明する。
【００１７】
装置部９において、先ず画像認識装置からの信号に基づいて、Ｘ軸モータ１２およびＹ軸モータ１５が駆動し、基板Ｐに対する電子部品ＳのＸ軸方向およびＹ軸方向の位置合せが行われる。また、この位置合せと相前後してスピンドルモータ３５が駆動し、基板Ｐに対する電子部品Ｓの回転方向の位置補正（角度補正）が行われる。すなわち、基板Ｐに対する電子部品Ｓの水平面内における位置合せが行われる。
【００１８】
次に、昇降モータ２４が駆動し、装着ヘッド２を介して電子部品Ｓを基板Ｐに向かって下降させる。そして、電子部品Ｓの端子（Ｓａ）が基板のクリームハンダ（Ｐａ）に接触する寸前または接触した瞬間に昇降モータ２４の駆動を停止させる（図２（ａ））。この制御は、部品種毎に記憶されてた電子部品Ｓの厚さ寸法により下降距離が算出されることにより為される。次に、電磁エアー弁４３が作動し、吸着ノズル３のエアー吸引を停止させて（吸引エアーを切る）、吸着ノズル３から電子部品Ｓを基板Ｐ上に自由落下させる（図２（ｂ））。なお、この場合、電子部品Ｓと基板Ｐとは近接しており、この自由落下は、電子部品Ｓを基板Ｐ上に「置く」という動作に近い。次に、昇降モータ２４が再度駆動し、装着ヘッド２を介して吸着ノズル３を下降させる。この下降に伴って、吸着ノズル３は電子部品Ｓの上面（この場合にはフィンの上面）に当接し、これを基板Ｐに弱く押し付ける（図２（ｃ））。すなわち、スピンドル３２はヘッド本体３１に対して上下動可能に支持され、かつ図外の圧縮ばねにより下方に突出するように付勢されているため、吸着ノズル３が電子部品Ｓの上面に当接した後にヘッド本体３１が更に下降することにより、この圧縮ばねが圧縮され、所定の圧縮力で電子部品Ｓが基板Ｐに押し付けられるものである。そして、電子部品Ｓの端子（Ｓａ）が基板のクリームハンダ（Ｐａ）に押し込まれたところで、昇降モータ２４を停止する。以降、装着ヘッド２を上昇させた後、基板Ｐをリフロー工程のために電気炉に送る。
【００１９】
このように、電子部品Ｓが基板Ｐに接触する寸前または接触した瞬間に電子部品Ｓの吸着を解いてこれを自由落下させ、さらに基板Ｐに押し付けるようにしているので、電子部品Ｓは水平面内の位置合せが為された状態で、鉛直方向の力以外の力を受けることなく、そのまま基板Ｐに装着（接着）される。したがって、電子部品Ｓは水平面内の位置合せに倣って基板Ｐに正確に装着される。すなわち、電子部品Ｓの水平面内における位置合せが正確に行われる限り、基板Ｐに対し電子部品Ｓが位置ずれして装着されることがなくなる。
【００２０】
なお、本実施形態では、基板側を固定とし、電子部品側を移動させる構造になっているが、逆に電子部品側を固定とし、基板側を移動させる構造であってもよい。また、電子部品の水平面内の位置合せが、基板に近接した位置で行われる場合には、電子部品の下降工程を省いて、そのまま自由落下させるようにしてもよい。さらに、電子部品の自重による自由落下のみで、端子がクリームハンダに押し込まれる場合には、その後の吸着ノズルによる押圧動作を省略してもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように本発明の電子部品装着装置によれば、吸着ノズルから電子部品を自由落下により基板上に置いてから吸着ノズルにより押すようにしているので、電子部品の一連の装着動作のなかで、鉛直方向の力以外の力が作用することがなく、水平面内における位置決めに従って電子部品の基板への装着を正確に行うことができる。このため、パッケージや基板に製造上のばらつきがあっても、電子部品を基板上に正確に装着することができる。したがって、回路基板の歩留りを向上させることができ、装置の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子部品装着装置の側面図である。
【図２】実施形態に係る電子部品装着装置の装着動作を示す側面図である。
【符号の説明】
１  電子部品装着装置
２  装着ヘッド
３  吸着ノズル
４  真空吸引装置
５  昇降装置
６  ＸＹステージ
７  制御装置
Ｓ  電子部品
Ｓａ  端子アレイ（端子）
Ｐ  基板
Ｐａ  クリームハンダアレイ（クリームハンダ）
【図１】
0003863205.tif 000002
【図２】
0003863205.tif 000003