JP2006269514A - 電子部品の実装装置及び実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明はチップの品種変更などに応じて実装ツールを交換した場合、この実装ツールの位置ずれ簡単かつ精密に補正できるようにした実装装置を提供することにある。
【解決手段】被実装部材１を搬送位置決めする搬送装置２と、上面にチップ４が供給載置され、そのチップを被実装部材の下面側から被実装部材に対して位置決めすることが可能なステージツール５と、被実装部材の上方に配置され下降方向に駆動されることで位置決めされたチップを被実装部材に実装する実装ツール７と、上昇位置にある実装ツールと位置決めされたチップとの間に進退可能に設けられ実装ツールがチップを被実装部材に実装する前に実装ツールと被実装部材との間に進入して実装ツールを撮像する第１のカメラ２１と、第１のカメラからの撮像信号によって実装ツールを水平方向に位置決めし、その位置決めに基いてチップを被実装部材に実装させる制御装置３1を具備する。
【選択図】 図１

Description

この発明は被実装部材に半導体からなるチップなどの電子部品を実装するための電子部品の実装装置及び実装方法に関する。

キヤリアテープやリードフレームなどの被実装部材にチップなどの電子部品を実装する実装方式には、この電子部品に形成されたバンプを下向きにして上記被実装部材の上面から実装するフリップチップ実装や被実装部材のデバイスホールに設けられたリードに上記被実装部材の下面から上記電子部品を実装するインナリード実装などが知られている。

従来の実装装置は、フリップチップ実装とインナリード実装とが別々の実装装置によって行われていた。どちらの実装方式を行う実装装置であっても、被実装部材の下面側に位置するステージツールと、上記被実装部材の上面側に位置する実装ツールを有し、実装時には上記電子部品を上記被実装部材に対して精度よく位置決めすることが要求される。

一方、フリップチップ実装と、インナリード実装とを１台の実装装置で選択的に行えるようにすることが要求されることがある。特許文献１にはフリップチップ実装とインナリード実装とを選択的に行える実装措置が示されている。

特許文献１に示された実装装置において、フリップチップ実装を行う場合、部品供給部から吸着ノズルによって電子部品を取り出したならば、その吸着ノズルを１８０度回転して電子部品を反転させる。

ついで、反転した電子部品を実装ツールがその下端面で吸着して上記吸着ノズルから受け取る。ついで、上記実装ツールは被実装部材の上方に移動し、位置決めされてから下降し、上記電子部品を上記被実装部材に実装する。

実装ツールが吸着ノズルから電子部品を受け取ってから被実装部材の上方に移動する途中で、この実装ツールは部品用カメラの上方を通過し、その下面に吸着保持された電子部品が撮像される。

一方、被実装部材はその上方に配置された被実装部材撮像用のカメラで撮像される。そして、実装ツールは２つのカメラの撮像信号に基いて電子部品の中心座標が被実装部材の上記電子部品が実装される位置に一致するよう位置決めされる。したがって、フリップチップ実装の場合には、電子部品を被実装部材の実装位置に高精度で実装することが可能となる。

一方、インナリード実装の場合、部品供給部から吸着ノズルによって電子部品を取り出したならば、この吸着ノズルは電子部品をステージツールの上面に供給載置する。電子部品が載置されたステージツールは被実装部材の下面側の、この被実装部材に形成されたデバイスホールに対向する位置に位置決めされる。その状態で上記実装ツールが下降し、上記デバイスホールに突出したリードに上記電子部品を実装する。

このように、電子部品を被実装部材にインナリード実装する場合、実装ツールは常に被実装部材の上方に位置決めされて待機している。そして、ステージツールの上面に載置された電子部品が被実装部材のデバイスホールに対向する位置に位置決めされたならば、上記実装ツールが下降して電子部品をリードに実装するようになっている。

上記実装ツールは予め設定された位置、つまり下面の中心がデバイスホールの中心に一致するよう位置決めされるだけであって、電子部品の実装時にその都度位置決めされるということがない。そのため、実装ツールをたとえば電子部品の種類に応じて異なるサイズに交換した場合などには、そのときの取り付け精度などによって実装ツールの中心位置がデバイスホールの中心位置からずれることがある。

そこで、従来は実装ツールを交換した場合などには、被実装部材に代わってプレートにカプトンテープが貼り付けられた治具を配置し、この治具を実装ツールで加圧し、その圧痕を被実装部材撮像用のカメラで撮像して実装ツールの中心座標を算出して位置ずれを調整するということが行われていた。
特開２００２−２６０７４号公報

しかしながら、インナリード方式での実装時に治具を用いて実装ツールの位置決めをするようにしたのでは、その位置合わせ作業を行うために作業者の掛かる負担が大きくなるということがあったり、実装ツールによって治具を加圧しても、この治具に明瞭な圧痕が付かないことがあり、そのような場合には実装ツールの位置ずれの修正を精密に行うことができないこということがある。

この発明は、被実装部材の電子部品をインナリード方式で実装する際、実装ツールを電子部品の品種の変更などに応じて交換した場合に、その実装ツールの位置決めを、治具を用いずに簡単かつ精度よく行うことができるようにした電子部品の実装装置及び実装方法を提供することにある。

この発明は、被実装部材に電子部品をインナリード方式で実装することが可能な実装装置であって、
上記被実装部材を搬送位置決めする搬送手段と、
上面に上記電子部品が供給載置され、その電子部品を上記被実装部材の下面側から上記被実装部材に対して位置決めすることが可能なステージツールと、
上記被実装部材の上方に配置され下降方向に駆動されることで位置決めされた上記電子部品を上記被実装部材に実装する実装ツールと、
上昇位置にある実装ツールと上記被実装部材との間に進退可能に設けられ上記実装ツールが上記電子部品を上記リードに実装する前に上記実装ツールと被実装部材との間に進入して上記実装ツールを撮像する撮像手段と、
この撮像手段からの撮像信号によって上記実装ツールを水平方向に位置決めしその位置決めに基いて上記電子部品を上記被実装部材に実装させる制御手段と
を具備したことを特徴とする実装装置にある。

上記撮像手段は上記実装ツールの下面を撮像し、上記制御手段は、上記撮像手段からの撮像信号によって上記実装ツールの下面の中心座標を算出し、その中心座標を基準にして上記実装ツールを位置決めすることが好ましい。

上記電子部品を供給する部品供給部と、上下方向に回転可能に設けられ上記部品供給部から電子部品を吸着して取り出しその回転状態によって上記電子部品を上記実装ツールの下面または上記ステージツールの上面に受け渡すことが可能な吸着ツールを有することが好ましい。

この発明は、被実装部材に電子部品を実装ツールによってインナリード方式で実装する実装方法であって、
上記被実装部材を搬送位置決めする工程と、
上記ステージツールの上面に上記電子部品を供給する工程と、
上記ステージツールを駆動して上記電子部品を上記被実装部材の下面側からこの被実装部材に対して位置決めする工程と、
上記実装ツールの下面を撮像し、その撮像信号に基いて上記実装ツールを位置決めする工程と、
上記撮像信号に基き位置決めされた実装ツールによって上記電子部品を上記被実装部材に実装する工程と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装方法にある。

この発明によれば、電子部品を被実装部材にインナリード方式で実装する場合、被実装部材の上方で待機する実装ツールの下端面を撮像し、その撮像に基き実装ツールを位置決めするため、その位置決めを容易に、しかも精密に行うことが可能となる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１はこの発明の一実施の形態の実装装置の概略的構成を示し、この実装装置は被実装部材１を所定方向に沿って搬送する搬送装置２を備えている。この搬送装置２は所定間隔で平行に配置された一対のガイドレール３を有し、これらのガイドレール３に沿って上記被実装部材１が間欠的にピッチ送りされるようになっている。上記被実装部材１はピッチ送りされるごとに、上記ガイドレール３に位置決め保持されるようになっている。

上記被実装部材１が搬送装置２によって搬送されると、後述する部品供給部１１から供給された電子部品であるチップ４が被実装部材１に実装される。被実装部材１のチップ４が実装される位置には、この被実装部材１の下面を支持するステージツール５が図１に示す第１の駆動機構６によって水平方向であるＸ、Ｙ及び上下方向であるＺ方向に駆動可能に設けられている。

上記実装装置は後述するように被実装部材１に対してチップ４をフリップチップ方式或いはインナリード方式のいずれかの方式を選択して実装することができるようになっていて、上記被実装部材１はフリップチップ方式の場合には回路基板やリードフレームが用いられ、インナリード方式の場合にはテープキヤリアが用いられる。

上記ステージツール５の上方には、上記基板１に上記チップ４を実装するための実装ツール７が第２の駆動機構８によってＸ、Ｙ及びＺ方向に駆動可能に設けられている。上記部品供給部１１は図示せぬ駆動源によってＸ、Ｙ方向に駆動されるウエハステージ１２を有する。このウエハステージ１２には多数のチップ４に分割された半導体ウエハ１３がウエハシート１４に保持されている。

上記ウエハシート１４に保持されたチップ４のうち、所定の位置のチップ４は図示せぬ突き上げピンによって突き上げられる。突き上げピンによって突き上げられたチップ４は吸着ノズル１６によって吸着される。この吸着ノズル１６は反転ユニット１７に設けられた回転ヘッド１８に取り付けられている。この回転ヘッド１８は上下方向に回転駆動される。それによって、上記吸着ノズル１６は、吸着面１６ａが下を向いた位置と、その位置から１８０度回転して上方を向いた位置とに位置決めされる。

上記反転ユニット１７はガイドロッド１９に沿って駆動されるようになっている。このガイドロッド１９は上記ウエハステージ１２から上記搬送装置２に向かって水平に架設されている。

上記チップ４を被実装部材１にフリップチップ方式で実装する場合、上記ウエハシート１４からチップ４を吸着した吸着ノズル１６は、図１に鎖線で示すようにチップ４を吸着した吸着面１６ａを上にして搬送装置２の側方に位置決め駆動される。チップ４を被実装部材１にインナリード方式で実装する場合、吸着ノズル１６は、チップ４を吸着した吸着面１６ａを下にして搬送装置２の側方に位置決め駆動される。この位置を受け渡し位置とする。

なお、上記ステージツール５と実装ツール７とには、それぞれ図示しないヒータが設けられている。それによって、上記チップ４や被実装部材１のチップ４が実装される部位を加熱し、上記チップ４を被実装部材１に熱圧着するようになっている。

上記被実装部材１のチップ４が実装される位置の上方には第３の駆動機構２０によって水平方向に駆動される第１のカメラ２１が配置されている。この第１のカメラ２１は上記第３の駆動機構２０によって被実装部材１と、この被実装部材１の上方に位置決めされた実装ツール７との間を図１に矢印で示すように進退可能に駆動されるようになっている。

上記第１のカメラ２１は、図２に示すように中空箱形状に形成されたケース２５を有し、このケース２５内には上記被実装部材１を撮像する第１の結像部２６と、上記実装ツール７に受け渡されたチップ４を撮像する第２の結像部２７とが設けられている。各結像部２６，２７はＣＣＤ（固体撮像素子）からなる。

上記第１のカメラ２１の先端部の下面と上面とにはそれぞれ撮像窓２８が形成されている。第１のカメラ２１の先端部内には上記撮像窓２８に対して４５度の角度で傾斜した２つの反射面２９を有するミラー３０が収容されている。下側の撮像窓２８から入射して一方の反射面２９で反射した光は上記第１の結像部２６に入射する。上側の撮像窓２８から入射して他方の反射面２９で反射した光は第２の結像部２７に入射する。各結像部２６，２７からの撮像信号は制御装置３１に設けられた画像処理部（図示せず）に入力し、ここで処理されてデジタル信号に変換されるようになっている。

フリップチップ方式でチップ４を実装する場合、上記実装ツール７が上記吸着ノズル１６からチップ４を受け取る。その受け取り位置の上方には、吸着ノズル１６に保持されたチップ４を撮像し、その位置を認識する第２のカメラ３２が配置されている。チップ４を受けた上記実装ツール７が通過する位置の下方には、この実装ツール７に保持されたチップ４を撮像し、その位置を認識する第３のカメラ３３が配置されている。

第２、第３のカメラ３２，３３の撮像信号は上記制御装置３１に設けられた画像処理部に入力される。そして、制御装置３１は上記画像処理部で処理されたチップ４の座標信号に基づいて上記実装ツール７を被実装部材１の上方に位置決めする。

ついで、実装ツール７と被実装部材１との間に第１のカメラ２１が進入してチップ４と被実装部材１とを撮像し、その撮像結果に基いて実装ツール７を駆動し、チップ４を被実装部材１に対して位置決めする。位置決め後、第１のカメラ２１が実装ツール７と被実装部材１との間から退避すると、上記実装ツール７が下降してチップ４を被実装部材１に実装する。

一方、インナリード方式によってチップ４をテープキヤリアなどの被実装部材１に実装する場合、吸着ノズル１６はチップ４をウエハステージ１２から吸着すると、反転せずにガイドロッド１９に沿って搬送装置２の方向に移動する。

ステージツール５は図１に実線で示す位置から鎖線で示す位置に移動して待機しており、上記吸着ノズル１６がステージツール５の上方にくると、このステージツール５は上昇し、その上面に吸着ノズル１６からチップ４が供給される。チップ４を受けたステージツール５は下降してから実線で示すように被実装部材１の下方へ移動する。

つまり、被実装部材１には図３（ａ），（ｂ）に示すようにデバイスホール１ａが形成されていて、このデバイスホール１ａにはチップ４が実装されるリード１ｂが突出している。そして、ステージツール５は、図３（ａ）に示すように上面に保持されたチップ４の中心が上記デバイスホール１ａの中心に一致するよう位置決めされる。位置決め後、図３（ｂ）に示すようにステージツール５は上昇する。それと同時に被実装部材１の上方に位置決めされた実装ツール７が下降する。それによって、上記チップ４は上記リード１ｂに実装されることになる。

チップ４の品種変更に伴い、実装ツール７を異なるサイズに交換した場合、実装に先立って実装ツール７を被実装部材１の上方の、チップ４を被実装部材１に実装するときと同じ位置に位置決めしたならば、この実装ツール７と被実装部材１との間に第１のカメラ２１を進入させる。そして、この第１のカメラ２１の第２の結像部２７によって実装ツール７の下面を撮像する。

第２の結像部２７の撮像信号は制御装置３１に入力される。制御装置３１は第２の結像部２７の撮像信号をつぎのように処理する。すなわち、図４に示すように実装ツール７の下面の矩形状の画像Ｐの４つの角部Ｃ１〜Ｃ４の座標を算出する。ついで、これら角部Ｃ１〜Ｃ４の座標から画像Ｐの中心座標Ｏ１（Ｘ１、Ｙ１）を算出する。

中心座標Ｏ１を算出したならば、この中心座標Ｏ１を実装ツール７がチップ４の実装時に被実装部材１の上方に位置決めされるときの中心座標、つまり位置決め座標Ｏ２（Ｘ２、Ｙ２）と比較し、これら座標の差である、Ｘ＝（Ｘ１−Ｘ２）、Ｙ＝（Ｙ１−Ｙ２）がインナリード方式によって実装する際の上記実装ツール７のオフセット量となる。

したがって、そのオフセット量を制御装置３１によってティーチングし、そのティーチングに基いて上記実装ツール７を位置補正すれば、実装ツール７をチップ４の品種の変更などに応じて交換した場合などであっても、その中心Ｏ１を、チップ４を実装するときに位置決めされるとき同じである、位置決め座標Ｏ２に精密に一致させることができる。

つまり、チップ４の品種変更などに応じて実装ツール７を交換した場合、実装ツール７の位置決め調整を、従来の治具を用いた圧痕方式に代わり、第１のカメラ２１を用いたティーチング方式によって行うことができるため、位置決め作業の容易化や位置決め精度の向上を図ることができる。

換言すれば、フリップチップ方式とインナリード方式との実装を選択的に行える実装装置においては、フリップチップ方式の実装のときに、チップ４と被実装部材１とを位置決めするために用いられる第１のカメラ２１を、インナリード方式によって実装する際に、実装ツール７の位置決め補正に利用できる。そのため、実装ツール７の位置決め補正を、圧痕方式からティーチング方式に変更しても、ティーチング方式専用のカメラを必要としないため、コストの上昇や装置の複雑化などを招くことがない。

上記一実施の形態では、フリップ方式とインナリード方式とを兼用して行える実装装置を例に挙げて説明したが、インナリード方式専用の実装装置であっても、この発明を適用することは可能である。

また、実装ツールの中心座標は、実装ツールの下面の４つの角部の座標から算出したが、対角線方向に位置する２つの角部の座標から対角線の中心を求めて実装ツールの中心座標としてもよい。

この発明の一実施の形態の実装装置の概略的構成を示す側面図。 第１のカメラの概略的構成を示す断面図。 インナリード方式でチップをテープキヤリアに実装する状態を示す説明図。 インナリード方式の実装の際に実装ツールのオフセット量を求めるための説明図。

符号の説明

１…被実装部材、２…搬送装置（搬送手段）、４…チップ（電子部品）、５…ステージツール、７…実装ツール、２０…第３の駆動機構、２１…第１のカメラ（撮像手段）、３１…制御装置、

Claims (4)

1. 被実装部材に電子部品をインナリード方式で実装することが可能な実装装置であって、
   上記被実装部材を搬送位置決めする搬送手段と、
   上面に上記電子部品が供給載置され、その電子部品を上記被実装部材の下面側から上記被実装部材に対して位置決めすることが可能なステージツールと、
   上記被実装部材の上方に配置され下降方向に駆動されることで位置決めされた上記電子部品を上記被実装部材に実装する実装ツールと、
   上昇位置にある実装ツールと上記被実装部材との間に進退可能に設けられ上記実装ツールが上記電子部品を上記リードに実装する前に上記実装ツールと被実装部材との間に進入して上記実装ツールを撮像する撮像手段と、
   この撮像手段からの撮像信号によって上記実装ツールを水平方向に位置決めしその位置決めに基いて上記電子部品を上記被実装部材に実装させる制御手段と
   を具備したことを特徴とする実装装置。
2. 上記撮像手段は上記実装ツールの下面を撮像し、上記制御手段は、上記撮像手段からの撮像信号によって上記実装ツールの下面の中心座標を算出し、その中心座標を基準にして上記実装ツールを位置決めすることを特徴とする請求項１記載の実装装置。
3. 上記電子部品を供給する部品供給部と、上下方向に回転可能に設けられ上記部品供給部から電子部品を吸着して取り出しその回転状態によって上記電子部品を上記実装ツールの下面または上記ステージツールの上面に受け渡すことが可能な吸着ツールを有することを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装装置。
4. 被実装部材に電子部品を実装ツールによってインナリード方式で実装する実装方法であって、
   上記被実装部材を搬送位置決めする工程と、
   上記ステージツールの上面に上記電子部品を供給する工程と、
   上記ステージツールを駆動して上記電子部品を上記被実装部材の下面側からこの被実装部材に対して位置決めする工程と、
   上記実装ツールの下面を撮像し、その撮像信号に基いて上記実装ツールを位置決めする工程と、
   上記撮像信号に基き位置決めされた実装ツールによって上記電子部品を上記被実装部材に実装する工程と
   を具備したことを特徴とする電子部品の実装方法。

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