JP2012199315A

JP2012199315A - 電子部品装着装置及び電子部品装着方法

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Publication number: JP2012199315A
Application number: JP2011061409A
Authority: JP
Inventors: Tomio Kawashima; 富夫川島; Yoshiharu Fukushima; 吉晴福島
Original assignee: Hitachi High Tech Instruments Co Ltd
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2012-10-18

Abstract

【課題】大型部品でも把持できる小型なメカチャックを有する電子部品装着装置及び電子部品装着方法を提供する。
【解決手段】吸着ノズルとメカチャック６Ａを共用可能な装着ヘッドを有し、内側に開口部６３を持つ電子部品６０を取り出すときに、把持爪５１ａ、５１ｂを電子部品６０の開口部６３に挿入し、外側に移動させて電子部品６０を把持する。このときの把持爪５１ａ、５１ｂの開閉は、吸着ノズルの真空オン、オフと同一であり、メカチャック６Ａ、吸着ノズルとも同じソフトウェアで制御できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子部品を把持し基板に実装する電子部品装着装置及び電子部品装着方法に係わり、大型の電子部品に好適な電子部品装着装置及び電子部品装着方法に関する。

電子部品装着装置は、半導体などの電子部品を基板に実装する他、コネクタなどの大型の電子部品を有するトレイから取出し基板に実装する場合がある。この種の電子部品装着装置は、特許文献１などに開示されている。

特許文献１の方法には、図５(ｂ)に示すように電子部品の両側を外側から把持する技術が開示されている。

特開２００５−１０８９５９号公報

しかしながら、特許文献１に開示する技術は、様々な電子部品に適用できる点では利点があるが、一方、電子部品が大型すると、図５(ｂ)に示すように、電子部品を把持する把持爪の幅も広くなり、電子部品を取り出す把持爪を含む取出ヘッド自体も大きくなる。それ故、あまり電子部品が大型すると適用できなくなり、そのような電子部品は適用不可としていた。

従って、本発明の目的は、上述した状況を鑑みてなされたもので、大型部品でも把持できる小型なメカチャックを有する電子部品装着装置及び電子部品装着方法を提供することである。

本発明は、上記目的を達成するために、少なくとも以下の特徴を有する。
本発明は、第１の電子部品を真空把持して取り出す把持爪を備えるメカチャックと、前記メカチャックを装着可能な装着ヘッドと、前記メカチャックと前記装着ヘッドの動作を制御し、前記第1の電子部品を基板に装着する制御装置とを有する電子部品装着装置において、前記メカチャクは複数の前記把持爪を有し、前記制御装置は前記把持爪を前記電子部品の内側に存在する開口部に挿入し、外側に移動させて前記電子部品を把持することを第１の特徴とする。

また、本発明は、把持爪を備えるメカチャックを装着ヘッドに装着し、前記メカチャックで真空把持して第１の電子部品を取り出し、前記メカチャックと前記装着ヘッドの動作を制御し、前記第1の電子部品を基板に装着する電子部品装着方法において、
前記取り出しは複数の前記把持爪で行い、前記制御は前記把持爪を前記電子部品の内側に存在する開口部に挿入し、外側に移動させて前記電子部品を把持することを第２の特徴とする。
さらに、本発明は、前記装着ヘッドは前記電子部品とは異なる第２の電子部品を真空吸着する吸着ノズルを装着可能であり、前記制御装置は前記メカチャックの前記真空把持と前記吸着ノズルの前記真空吸着を同一のソフトウェアで制御することを第３の特徴とする。

また、本発明は、複数の前記把持爪は相対する一対の把持爪であることを第４の特徴とする。
さらに、本発明は、前記一対の把持爪は、一方の前記把持爪が他方の前記把持爪にクロスした状態で前記第１の電子部品を把持することを第５の特徴とする。
また、本発明は、前記一対の把持爪は、互いにクロスすることなく前記第１の電子部品を把持することを第６特徴とする。

さらに、本発明は、前記一対の把持爪は、回転モーメントが発生しないように前記第１の電子部品を把持することを第７特徴とする。
また、本発明は、前記一対の把持爪は、把持を常に解除する力を発生する解除手段を有することを第８の特徴とする。

本発明によれば、大型部品でも把持できる小型なメカチャックを有する電子部品装着装置及び電子部品装着方法を提供できる。

本発明の電子部品装着装置の実施形態を示す図である。ノズルストッカの側面図である。大型電子部品の一例として、コネクタを用いたときの本実施形態の考え方と特許文献１に開示された方法をそれぞれ模式的に示した図である。本実施形態の考え方に基づくメカチャックの第１、２の実施例を示す模式図である。本実施形態のメカチャックの第１の実施例を示す図である。第１の実施例における一対の把持爪の関係を示す図である。本実施形態の考え方に基づくメカチャックの第３、４の実施例を示す模式図である。本実施形態のメカチャックの第３、第４の実施例を示す図である。

以下、本発明の電子部品装着装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の電子部品装着装置１の実施形態を示す図である。電子部品装着装置１の基台２上にはＡビーム３およびＢビーム４のＹ方向への移動を案内する一対のレール５が配設されている。Ａビーム３およびＢビーム４はＸ方向に長くこの長手方向に沿って装着ヘッド７、８が夫々移動可能に配設されている。

従って、装着ヘッド７、８はＸＹ方向に移動可能になされている。Ａ側Ｙ軸モータ１０により回動されるボールネジ軸１１がＡビーム３に固定された図示しないナットに螺合しており、Ａビーム３は該ボールネジ軸１１の回動によりレール５に沿って移動可能である。また、Ｂビーム４は同様な構造のボールネジ軸１２がＢ側Ｙ軸モータ１４に回動されることによりレール５に沿って移動する。

そして、基台２の図１における上方および下方の位置には夫々部品供給部９が形成され、部品供給部９では種々の電子部品を供給する部品供給装置である部品供給ユニット１６がＸ方向に並設されている。尚、部品供給装置として、例えばコネクタ等の電子部品が並列に並んだトレイが部品供給部９に設けられる場合もある。装着ヘッド７、８は任意の部品供給ユニット１６から真空吸着により取出した電子部品をプリント基板Ｐ(以下、単に基板という)の所望の位置に搬送して装着するものである。

基板Ｐは基台２上に設置された搬送コンベア２０により搬送され、所定の位置で図示しない固定機構により位置決め固定された状態で装着ヘッド７、８により電子部品が装着され、すべの電子部品の装着後に下流側装置に搬送される。

そして、前記部品供給ユニット１６から取出された電子部品は、基板Ｐへの装着前に、部品認識カメラ２１によりその装着ヘッド７、８に対する位置ずれが認識される。

また、前記基台２にはノズルストッカ２２が設置されており、装着ヘッド７、８に交換可能に取付けられた吸着ノズル２４が図２に示すように載置される。そして、装着ヘッド７、８には吸着ノズル２４の代わりに本実施形態の特徴であるメカチャック６が取り付け可能になされている。

メカチャック６の上部の装着ヘッド７、８に嵌合する嵌合部４１は吸着ノズル２４の上部の装着ヘッド７、８に嵌合する嵌合部３１と同一形状になされて吸着ノズル２４の代わりにメカチャック６が装着ヘッド７、８に取付けることが可能になされている。また、吸着ノズル２４をノズルストッカ２２に載置するための載置板３２と同一形状の載置板４２がメカチャック６にも形成されている。

前記載置板３２、４２は前記ストッカ２２の載置凹部３５内に載置される大きさに形成され、吸着ノズル２４の筒部３７及びメカチャック６の胴部４８は、載置凹部３５の中央に開口し、胴部よりも外径の大きい孔部３９に挿入される。孔部３９の径はストッカ２２内でいずれも同じ大きさであり、また、載置凹部３５もいずれも同じ大きさであり、いずれの載置凹部３５にもメカチャック６を載置することができる。

以上説明したように、メカチャック６は、電子部品である半導体などを吸着する吸着ノズル２４と同様に制御されることが望まれている。なお、装着ヘッド７、８やメカチャック６の制御は、図１に示す制御装置２５で行われる。

次に、本発明に、特徴とするメカチャック６について以下説明する。まず、図３を用いて、本実施形態における基本的な考え方を示す。図３は大型電子部品の一例として、コネクタ６０を用いたときの本実施形態の考え方と特許文献１に開示された方法をそれぞれ模式的に示した図である。図３(ａ)、図(ｂ)はコネクタ６０とコネクタ６０を把持するそれぞれの把持爪５１、５１ｊを上部から見た図で、図３(ｃ)、図(ｄ)は図３(ａ)、図(ｂ)の矢印Ｇから見た模式図を示す。

コネクタ６０は、基板に挿入され固定される固定部６１と、固定部６１の両側に設けたコネクタ部６２とを有する。従来では、図３(ｄ)に矢印Ｈに示すように、一対の把持爪５１ｊを２つのコネクタ部６２ａ、６２ｂの外側から閉じて挟み把持する。一方、本実施形態では、２つのコネクタ部６２ａ、６２ｂの間の凹部６３に一対の把持爪５１を挿入して、図３(ｃ)に示す矢印Ｉに示すように、それぞれ外側に向かって開きコネクタを把持する。即ち、本実施形態では、一対の把持爪を電子部品の凹部のような開口部に挿入し、一対の把持爪をそれぞれ外側に移動させて開き電子部品を把持する。

このように、本発明の電子部品の対象は、図３に示すように、電子部品の内側に露出した凹部を有する部品である。

上記のメカチャックによる電子部品の把持の開閉動作は、同じ電子部品装着装置１において、吸着ノズル２４と共に使用される場合には、吸着ノズル２４と同様に制御される方が、共通の真空装置で、同一ソフトウェアで制御できるので、その分信頼性が高く制御できる。即ち、制御装置２５による制御により、吸着ノズル２４で半導体などの電子部品を吸着するときは吸着ノズル内を真空にし(ＯＮ)、電子部品を基板に装着するときは真空を開放(ＯＦＦ)する。従って、メカチャク６も電子部品を把持するときは真空をＯＮにし、基板に装着するときは、真空をＯＦＦにする。

図４は、上述した考え方に基づく、メカチャック６の第１、２の実施例６Ａ、６Ｂを示す模式図である。図４(ａ)、図４(ｂ)は、それぞれメカチャック６Ａ、６Ｂの真空がＯＦＦの状態を示す。メカチャック６Ａ、６Ｂは基本的な差異はないが、メカチャック６Ａでは、一対の把持爪５１a、５１ｂが真空ＯＦＦ状態ではクロスしているのに対し、メカチャック６Ｂではクロスしていない。真空ＯＦＦ状態では共に圧縮バネ５２によって、電子部品の凹部から離間した状態を保つ。そこで、真空をＯＮすると、メカチャック６Ａ、６Ｂとも、一対の把持爪の爪固定部５５ａ、５５ｂが図４(ａ)、図４(ｂ)の矢印Ｉに示すように、互いに近づくように移動し、共に図４(ｃ)の状態になり、トレイ等に存在するコネクタ６０を把持する。図４(ｃ)では圧縮バネ５２は、真空がＯＦＦ状態になったら矢印Ｊに示すように、一対の把持爪５１a、５１ｂによる把持が解除する方向に作用する。なお、図４(ｃ)の状態では、図４(ｂ)に示すメカチャック６Ｂにおいても、メカチャック６Ａと同様に一対の把持爪５１a、５１ｂはクロスしている。

図４において、メカチャック６Ａの場合、図４(ａ)に示すように、クロス部分が長くなると動作範囲がＬＡと狭くなり、凹部６３の幅が大きい電子部品に対応できない。メカチャック６Ｂのようにクロスしない場合は、図４(ｂ)に示すように、動作範囲はＬＢと広くなるが、爪固定部５５と把持爪５１との距離が長くなり、メカチャックとして幅広となる。爪固定部５５と把持爪５１のメカチャック６の構造は処理する電子部品の構造等に基づいて決定する。以下の説明では、全体を表すときは、添え字、例えばａ、ｂを省略する。

メカチャック６Ａ、６Ｂの具体的の構造は基本的には同じであるので、代表して第１のメカチャック６Ａを図５を用いて説明する。図５(ａ)、図５(ｂ)は、それぞれ図４(ａ)、図４(ｃ）に対応し、図３に示す矢印Ｇ方から見た断面図である。図５(ｃ）、図５(ｄ)は、それぞれ図５(ａ)、図５(ｂ)示す後述する把持爪部５０を下から見た図である。

まず、図５(ａ)、図５(ｃ)を用いてメカチャック６Ａの構成を説明する。メカチャック６Ａは、大別して、電子部品を把持する把持爪部５０と、装着ヘッド７、８と勘合し、把持爪部５０の開閉を駆動する駆動部を有する勘合駆動部４０とを有する。

把持爪部５０は、電子部品を把持する１対の把持爪５１(５１ａ、５１ｂ)と、把持爪を固定して或いは一体に形成される一対の爪固定部５５と、一対の爪固定部をそれぞれ固定する一対のスライダ５３、一対のスライダにそれぞれ設けられ、後述する一対のガイド溝４７を摺動する一対のガイドピン５４と、一対のスライダ５３間に設けられた圧縮バネ５２とを有する。

１対の把持爪５１ａ、５１ｂは、図５(ａ)に示すように、互いにクロスした状態であるから、図６に示すように、一方の把持爪が他方の把持爪に入り込んだ(クロスした)状態になる。本実施例では把持爪５１ｂが２つに別れ、その中を把持爪５１ａがそれぞれ矢印に示すように移動させ、３つの把持爪で図３に示すコネクタ６０の凹部６３を把持する。この場合、２つに別れた把持爪５１ｂの把持位置或いは把持爪５１ｂに面積によって不要な回転モーメントは発生しないように、図５(ｃ)に示すように、中心線から左右対称になる位置に、場合によっては同じ把持面積を有する把持爪５１ａ、５１ｂを設ける。把持爪の分割は実施例のように２：１だけでなく、Ｎ：対Ｎ−１(Ｎ≧２以上の整数)或いは他の割合で分割してもよい。

一方、勘合駆動部４０は、装着ヘッド７、８と勘合する嵌合部４１と、嵌合部上部にメカチャック６Ａの軸線方向に開口している真空孔４９と、該真空孔４９内を上下に往復動可能するピストン４３とを有する。該真空孔４９は装着ヘッド７、８に形成された図示しない真空通路に連通する。この図示しない真空通路は図示しない真空源に連通しており、図示しないバルブの開閉により真空吸着の入り切りがなされる。同じく、吸着ノズル２４が取付けられている場合には、この真空通路を介して半導体などの電子部品の吸着がなされる。

また、勘合駆動部４０は、ピストン４３の下部に突設された駆動ピン４６と、一端が駆動ピンに、他端がガイドピン５４と係合して支点４４のまわりに揺動する一対のリンク４５と、ガイドピン５４が突設し摺動する引出図に示す一対のガイド溝４７とを有する。なお、把持爪部５０は、ガイド溝４７に取り替え可能に取付けられている。

上記構成において、図５(ａ)、図５(ｃ)に示す真空ＯＦＦ状態では、圧縮バネ５２によって、一対のスライダ５３が最も離間した状態になる。即ち、圧縮バネ５２は常に把持を解除する力を発生する解除手段である。スライダ５３によって、ガイドピン５４は左右のガイド溝４７の外側の位置にきている。その結果、把持爪５１ａ、５１ｂは最も隣接した状態になる。

一方、この状態から、真空ＯＮ、即ち真空孔４９が真空状態になると。ピストンが上昇し駆動ピン４６も上昇する。駆動ピン４６が上昇すると、１対のリンク４６がそれぞれの支点４４を中心に回転し、一対のガイドピン５４が対応するガイド溝４７内をそれぞれ内方向に移動する。ガイドピン５４が内方向に移動すると、ガイドピン５４を有する一対のスライダ５３も内方向に移動し、クロスしている把持爪５１ａ、５１ｂは逆に、外方向に移動し把持爪が開いた状態になり、図３(ａ)に示す内部に凹部６３を有する電子部品を把持できる。
そして、把持後、装着ヘッド７又は８は、基板に装着することになる。

以上、第１の実施例によれば、大型部品でも把持できる小型なメカチャックを有する電子部品装着装置及び電子部品装着方法を提供できる。

次に、図３に示した考えに基づく本実施形態の他の実施例を図７及び図８を用いて説明する。図７は、メカチャック６の第３、４の実施例６Ｃ、６Ｄを示す模式図である。図４と同様に、図７(ａ)、図７(ｂ)は、それぞれメカチャック６Ｃ、６Ｄの真空がＯＦＦの状態を示す。図７(ｃ)は真空をＯＮし電子部品を把持した状態を示す。図４と同様に、メカチャック６Ｃ、６Ｄは基本的な差異はないが、メカチャック６Ｃは、一対の把持爪５１a、５１ｂの真空ＯＦＦ状態でクロスしているのに対し、メカチャック６Ｄはクロスしていない。

図７に示す方法は、吸着ノズル２４の動作に合わせるという観点は同じであるが、図４と違うところは、真空ＯＮ、ＯＦＦ状態における把持爪５１ａ、５１ｂの移動方向が全く逆である。これに伴い、真空ＦＦ状態を維持するバネは圧縮バネ５２ではなく、引張バネ５６となる。

本実施例では、真空ＯＦＦ状態では共に引張バネ５６によって、電子部品の凹部６３から離間した状態を保つ。そこで、真空をＯＮすると、メカチャック６Ｃ、６Ｄとも、一対の把持爪５１ａ、５１ｂが図７(ａ)、図７(ｂ)の矢印Ｌに示すように、互いに離間するように移動し、共に図７(ｃ)の状態になる。７(ｃ)では解除手段である引張バネ５６は、真空がＯＦＦ状態になったら一対の把持爪５１a、５１ｂによる把持が矢印Ｍに示すように解除する方向に作用している。なお、図７(ｃ)に示すメカチャック６Ｃ、６Ｄでは、図４(ｃ)に示すメカチャック６Ａのように一対の把持爪５１a、５１ｂはクロスしていない。特に、メカチャック６Ｄは、把持状態、把持していない状態に拘わらず、クロスすることなく離間した状態で電子部品を把持している。

図７(ａ)のように示すように、メカチャック６Ｃの場合、クロス部分だけ動作範囲ＬＣが長くなり、凹部を有する電子部品への適用の能力が高い。一方、メカチャック６Ｄはクロスしなく、クロス部分だけ動作範囲ＬＧが短くなるが、図５で説明したクロスするための考慮はしなくてもよい。即ち、把持爪を例えば図６に示すように２：１分割することなく、共に把持爪幅を大きくでき、安定して把持できる利点がある。

図８はメカチャック６Ｃ、６Ｄを実現する方法の一例を示し、そのうち代表としてメカチャック６Ｃの例を示す。図８は、図５における支点４４を下げ、駆動ピン４６の上昇におけるガイドピン５４の移動が内側から外側になるようにしたものである。この点と図７の説明した異なる点以外は基本的には同じである。

本第３、第４の実施例においても、第１、第２の実施例同様に、大型部品でも把持できる小型なメカチャックを有する電子部品装着装置及び電子部品装着方法を提供できる。

以上の実施形態では１対の把持爪の場合について説明した。開口部が四角形の電子部品では、相対抗する１対の把持爪を２対設け、互いに９０度ずらして設けても良いし、開口部が三角形の場合は３つの把持爪を設けてよい。要は開口部の形状に合わせて把持爪を設けてもよい。

以上のように本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

１：電子部品装着装置２：基台
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ：メカチャック
７、８：装着ヘッド９：部品供給部
１３：吸着ノズル１６：部品供給ユニット
２１：部品認識カメラ２２：ノズルストッカ
２４：吸着ノズル２５：制御装置
４０：勘合駆動部４３：ピストン
４４：支点４５：リンク
４６：駆動ピン４７：ガイド溝
４９：真空孔５０：把持爪部
５１：把持爪５２：圧縮バネ
５３：スライダ５４：ガイドピン
５５：爪固定部５６：引張バネ
６０：コネクタ６２ａ、６２ｂ：コネクタ部
６３：凹部Ｐ：プリント基板(基板)

Claims

第１の電子部品を真空把持して取り出す把持爪を備えるメカチャックと、前記メカチャックを装着可能な装着ヘッドと、前記メカチャックと前記装着ヘッドの動作を制御し、前記第1の電子部品を基板に装着する制御装置とを有する電子部品装着装置において、
前記メカチャクは複数の前記把持爪を有し、前記制御装置は前記把持爪を前記電子部品の内側に存在する開口部に挿入し、外側に移動させて前記電子部品を把持することを特徴とする電子部品装着装置。
前記装着ヘッドは前記電子部品とは異なる第２の電子部品を真空吸着する吸着ノズルを装着可能であり、前記制御装置は前記メカチャックの前記真空把持と前記吸着ノズルの前記真空吸着を同一のソフトウェアで制御することを特徴とする請求項１に記載の電子部品装着装置。
複数の前記把持爪は相対する一対の把持爪であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品装着装置。
前記一対の把持爪は、一方の前記把持爪が他方の前記把持爪にクロスした状態で前記第１の電子部品を把持することを特徴とする請求項２又は３に記載の電子部品装着装置。
前記一対の把持爪は、互いにクロスすることなく前記第１の電子部品を把持することを特徴とする請求項２又は３に記載の電子部品装着装置。
前記一対の把持爪は、回転モーメントが発生しないように前記第１の電子部品を把持することを特徴とする請求項２又は３に記載の電子部品装着装置。
前記一対の把持爪は、把持を常に解除する力を発生する解除手段を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の電子部品装着装置。
把持爪を備えるメカチャックを装着ヘッドに装着し、前記メカチャックで真空把持して第１の電子部品を取り出し、前記メカチャックと前記装着ヘッドの動作を制御し、前記第1の電子部品を基板に装着する電子部品装着方法において、
前記取り出しは複数の前記把持爪で行い、前記制御は前記把持爪を前記電子部品の内側に存在する開口部に挿入し、外側に移動させて前記電子部品を把持することを特徴とする電子部品装着装方法。
複数の前記把持爪は相対する一対の把持爪であることを特徴とする請求項８に記載の電子部品装着方法。
前記一対の把持爪は、一方の前記把持爪が他方の前記把持爪にクロスした状態で前記第１の電子部品を把持することを特徴とする請求項８又は９に記載の電子部品装着方法。
前記一対の把持爪は、互いにクロスすることなく前記第１の電子部品を把持することを特徴とする請求項８又は９に記載の電子部品装着方法。