JP6398082B2 - 部品実装方法および部品実装装置 - Google Patents

Description

本発明は、キャリアテープから発光部品を取り出して基板に実装する部品実装方法および部品実装装置に関するものである。

近年、照明装置として、ＬＥＤなどの発光部品を光源とした照明基板が広く用いられるようになっている（例えば特許文献１，２参照）。照明基板には複数の発光部品が所定の配列で搭載され、完成品としての照明基板では発光部品が位置精度よく配列されていることが品質要件となる。特に車載用途の照明基板など外観が重視される場合には、照明基板の製造過程において発光部品の発光部を規定位置に精度よく配置することが求められる。

ところが、発光部品には製造工程における誤差のため、実際の発光部の位置と本来発光部が位置すべき基準位置との位置関係にばらつきが存在する。したがって、上述の品質要件を満たす照明基板を製造するためには、基板への実装時の位置決め基準として、外形などによって規定される基準位置をそのまま用いることができない。このように発光部など実際の機能位置と本来あるべき基準位置との位置関係がばらつく特性を有する部品を、機能位置を正しく配列して基板に実装する技術として、実装工程において部品を光学的に認識した認識結果に基づいて位置合わせする方法が知られている（例えば特許文献３参照）。

この特許文献例に示す先行技術では、移載ヘッドによって電子部品をピックアップして基板に実装するに際し、まず移載ヘッドに保持される前の電子部品を能動面側（上面側）から第１のカメラによって撮像して認識する第１の認識工程を実行して電子部品の外形および能動面位置を検出した結果に基づいて、移載ヘッドを電子部品に位置合わせしてピックアップする。次いで移載ヘッドによってピックアップした電子部品を、第２のカメラによって裏面側（下面側）から撮像して認識する第２の認識工程を実行して電子部品の外形を検出する。そして電子部品の能動面を基板に位置合わせする際には、第１の認識工程における検出結果と第２の認識工程における検出結果とに基づいて、ピックアップ時に発生した電子部品の位置ずれ誤差を補正するようにしている。

特開２０１２−４２６７０号公報 特開２０１２−２４３７１３号公報 特許第３６１７４８３号公報

しかしながら上述の先行技術のように、部品実装装置内で部品を撮像して認識を行った結果に基づいて位置補正処理を行う方式には、以下のような難点がある。まず発光部品を対象とする部品実装作業では、部品実装装置内における部品の認識はテープフィーダによってピックアップ位置に供給された状態の発光部品を上面側から撮像して認識する（第１の認識工程）ことにより行われる。この第１の認識工程における発光部品はキャリアテープのポケット内に単に収納されたのみの状態であるため位置が安定せず、この状態で取得された第１の認識工程の認識結果をそのまま部品実装における位置補正に用いることができない。このため、テープフィーダから発光部品を吸着ノズルによって吸着保持して取り出した実装ヘッドを部品認識カメラの上方に移動させて、吸着ノズルに保持された発光部品を下面側から撮像して認識し（第２の認識工程）、第１の認識工程における検出結果と第２の認識工程における検出結果とに基づいて、ピックアップ時に発生した電子部品の位置ずれ誤差を補正する必要があった。

すなわち上述の先行技術のように、実装工程において発光部品を上面側から撮像して認識する第１の認識工程に加えて発光部品を下面側から撮像して認識する第２の認識工程を実行する場合には、発光部品の撮像および認識処理のための時間を要し、生産性の低下を招くという難点があった。さらに発光部品を対象とする場合には、発光部品の本体部とキャリアテープとがいずれも黒色の場合、発光部品を上面側から撮像しても、部品外形を光学的に認識することが難しいという課題があった。また、発光部品には個片に切断分離する過程の切断形状精度に起因して上面と下面の外形に差異が生じている場合が少なくないため、発光部品に対して上面側からの認識に加えて下面側からの認識を行ってもなお実装精度を十分に確保することが難しいという課題があった。

そこで本発明は、発光部の位置にばらつきがある発光部品を対象とする場合にあっても、発光部品の下面側からの認識を行うことなく実装精度を確保することができる部品実装方法および部品実装装置を提供することを目的とする。

本発明の部品実装方法は、キャリアテープに形成されたポケットから発光部品を実装ヘッドによりピックアップして基板に実装する部品実装方法であって、前記基板に形成された基準部を認識する基準部認識工程と、保持手段により前記ポケット内にて下方から保持された状態の前記発光部品を上方より撮像して発光部品の発光部を認識する発光部認識工程と、前記保持された状態の発光部品を前記実装ヘッドによりピックアップするピックアップ工程と、前記基準部の認識結果および前記発光部の認識結果に基づいてピックアップした前記発光部品を前記基板に実装する実装工程と、を含む。

本発明の部品実装装置は、キャリアテープに形成されたポケットから発光部品を実装ヘッドによりピックアップして基板に実装する部品実装装置であって、前記キャリアテープを前記実装ヘッドによるピックアップ位置に供給する部品供給装置と、前記部品供給装置において、前記ポケット内にて前記発光部品を下方から保持する保持手段と、前記基板に形成された基準部を認識する基準部認識手段と、前記保持手段により前記ポケット内において下方から保持された状態の前記発光部品を上方より撮像して発光部品の発光部を認識する発光部認識手段と、前記基準部認識手段による前記基準部の認識結果および前記発光部認識手段による発光部の認識結果に基づいて前記実装ヘッドの動作を制御することにより、前記保持された状態の発光部品を前記実装ヘッドによりピックアップして前記基板に実装する実装制御部と、を含む。

本発明によれば、発光部の位置にばらつきがある発光部品を対象とする場合にあっても、発光部品の下面側からの認識を行うことなく実装精度を確保することができる。

本発明の一実施の形態の部品実装システムの構成説明図 本発明の一実施の形態の部品実装システムの部分平面図 本発明の一実施の形態の部品実装装置に装着されるテープフィーダの構成説明図 本発明の一実施の形態のテープフィーダのピックアップ位置に装着される下受け部の構成説明図 本発明の一実施の形態の部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態の部品実装方法における実装位置合わせの基準の説明図 本発明の一実施の形態の部品実装方法における実装位置合わせの基準の説明図 本発明の一実施の形態の部品実装方法を示す工程説明図 本発明の一実施の形態の部品実装方法における発光部品実装処理のフロー図 本発明の一実施の形態の部品実装方法における部品撮像および発光部認識の説明図 本発明の一実施の形態の部品実装方法における発光部品搭載の説明図

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して、部品実装システム１の構成を説明する。部品実装システム１は部品としてのＬＥＤなどの発光部品をはんだ接合により基板に実装して照明基板を生産する機能を有しており、実装対象の基板を供給する機能を有する基板供給装置Ｍ１と実装済みの基板を回収する機能を有する基板回収装置Ｍ６の間に、スクリーン印刷装置Ｍ２、接着剤塗布装置Ｍ３、部品実装装置Ｍ４およびリフロー装置Ｍ５を直列に連結して構成された部品実装ライン１ａを主体としている。

部品実装ライン１ａの各装置が備えた基板搬送部は直列に連結されて同一のパスラインを有する基板搬送路を形成する。部品実装作業においては、この基板搬送路に沿って搬送される基板３（図２、図６参照）に対して、スクリーン印刷装置Ｍ２、接着剤塗布装置Ｍ３、部品実装装置Ｍ４およびリフロー装置Ｍ５によって発光部品２０（図６、図７、図８参照）を実装するための部品実装用作業が行われる。

すなわち、基板供給装置Ｍ１によって供給された基板３はスクリーン印刷装置Ｍ２に搬入され、ここで基板３に部品接合用のはんだペーストＳ（図８参照）を印刷するスクリーン印刷作業が行われる。スクリーン印刷後の基板３は接着剤塗布装置Ｍ３に受け渡され、ここで発光部品２０を基板３に固定するための接着剤Ａ（図８参照）が所定の塗布位置に塗布される。接着剤塗布後の基板３は部品実装装置Ｍ４に受け渡され、はんだペーストＳが印刷され接着剤Ａが塗布された後の基板３に対して、発光部品２０を搭載する部品搭載作業が実行される。

部品搭載後の基板３はリフロー装置Ｍ５に搬入され、ここで所定の加熱プロファイルにしたがって加熱される。すなわち、まず接着剤塗布装置Ｍ３にて塗布された熱硬化性の接着剤Ａを硬化させるための予備加熱が行われる。これにより、発光部品２０は搭載時の位置を保持した状態で基板３に固定される。次いで半田接合用の本加熱が行われる。このとき、発光部品２０は接着剤Ａによって基板３に固定された状態にあり、この状態ではんだペーストＳ中のはんだが溶融固化することにより、発光部品２０の端子と基板３のランド３ａとを電気的・機械的に接続する。これにより、基板３に発光部品２０を実装した照明基板が完成し、基板回収装置Ｍ６に回収される。

上記構成において、本実施の形態ではリフロー装置Ｍ５は、接着剤塗布装置Ｍ３にて塗布された接着剤Ａを硬化させて発光部品２０を基板３に固定する接着剤硬化部として機能するとともに、硬化した接着剤Ａによって基板３に発光部品２０を固定した状態ではんだペーストＳ中のはんだを溶融させて、発光部品２０の端子と基板３のランド３ａとを電気的・機械的に接続するリフロー部として機能する。

本実施の形態では、接着剤ＡとしてはんだペーストＳ中のはんだの融点よりも低い温度で硬化反応のピークを迎える熱硬化性接着剤、例えば示差走査熱量計測で計測した硬化反応のピークがはんだの融点よりも低い温度に現れるような熱硬化性接着剤を用いるようにしている。これに対応して、上述の接着剤硬化部は基板３をはんだの融点未満かつ熱硬化性接着剤の硬化反応を促進させる温度以上で加熱する予備加熱部であり、上述のリフロー部は予備加熱部から連続して基板３をはんだの融点以上に加熱する形態となっている。このような加熱態様は、リフロー装置Ｍ５が備えた加熱プロファイル設定機能により実現される。

なお、接着剤塗布装置Ｍ３にて塗布される接着剤として、熱硬化性接着剤の替わりに、ＵＶ硬化樹脂などを成分とする光硬化性接着剤を用いるようにしてもよい。この場合には、接着剤塗布装置Ｍ３にて塗布された接着剤を硬化させて発光部品２０を基板３に固定する接着剤硬化部として、ＵＶ照射装置など光硬化性接着剤の硬化を促進するための光を照射する光照射部が、リフロー装置Ｍ５の上流側またはリフロー装置Ｍ５の内部に配置される。

次に図２を参照して、スクリーン印刷装置Ｍ２、接着剤塗布装置Ｍ３、部品実装装置Ｍ４の構成について説明する。図２において、スクリーン印刷装置Ｍ２、接着剤塗布装置Ｍ３、部品実装装置Ｍ４のそれぞれに設けられた基台１Ａ、１Ｂ、１Ｃの中央には、基板搬送方向（Ｘ方向）に基板搬送機構２Ａ、２Ｂ、２Ｃが直列に配設されて、部品実装システム１において基板３を搬送する基板搬送路を形成している。

基台１Ａ、１Ｂ、１Ｃの上面には、それぞれＹ軸移動機構４Ａ、４Ｂ、４ＣがＹ方向の両端部に立設されており、Ｙ軸移動機構４Ａ、４Ｂ、４Ｃにはそれぞれスキージテーブル５Ａ、Ｘ軸移動機構５Ｂ、５ＣがＹ方向に移動自在に架設されている。Ｙ軸移動機構４ＢとＸ軸移動機構５Ｂ、Ｙ軸移動機構４ＣとＸ軸移動機構５Ｃは、接着剤塗布装置Ｍ３、部品実装装置Ｍ４において以下に説明する各部品実装用作業を行う作業ヘッドを移動させる作業ヘッド移動機構を構成する。

スクリーン印刷装置Ｍ２は基板３を位置決め保持する基板位置決め部６を備えており、基板位置決め部６は基板搬送機構２Ａを介してスクリーン印刷装置Ｍ２に搬入された基板３を、基板位置決め部６の上方に配設されたスクリーンマスク７に対して位置決めする。スキージテーブル５Ａの下面にはスクリーン印刷用のスキージヘッド８がスクリーンマスク７に対して昇降自在に配設されており、スキージヘッド８を下降させた状態でＹ軸移動機構４Ａを駆動することにより、スキージヘッド８はスクリーンマスク７の上面でＹ方向に摺動するスクリーン印刷動作を行う。

スクリーンマスク７には基板３におけるはんだ印刷部位（図６において基板３の上面に形成された対をなすランド３ａ参照）に対応してパターン孔（図示省略）が形成されており、基板位置決め部６に保持された基板３がスクリーンマスク７の下面に当接した状態で、はんだペーストＳが供給されたスクリーンマスク７上でスキージヘッド８にスクリーン印刷動作を行わせることにより、基板３のランド３ａには部品接合用のはんだペーストＳがスクリーン印刷により印刷される。すなわちスクリーン印刷装置Ｍ２は、基板３の上面に形成された対をなすランド３ａにはんだペーストＳを供給するはんだペースト供給部となっている。

接着剤塗布装置Ｍ３の基板搬送機構２Ｂは、はんだペーストＳが印刷された基板３を搬入して位置決めする。Ｘ軸移動機構５Ｂには接着剤Ａを吐出するディスペンサ１０を備えた塗布ヘッド９が装着されており、Ｙ軸移動機構４ＢとＸ軸移動機構５Ｂを駆動して塗布ヘッド９を基板３に対して位置合わせすることにより、基板３の上面の所定の塗布位置に接着剤Ａを塗布することができる。本実施の形態では、発光部品２０の基板３への搭載に先立って発光部品固定用の熱硬化性の接着剤Ａを、基板３上における対をなすランド３ａの間に設定された塗布位置に塗布するようにしている（図８参照）。すなわち接着剤塗布装置Ｍ３は、発光部品を基板３に固定するための接着剤を、基板３上における対をなすランド３ａの間に塗布する接着剤塗布部となっている。

部品実装装置Ｍ４の基板搬送機構２Ｃは接着剤が塗布された基板３を搬入して位置決めする。基板搬送機構２Ｃの一方の側方には複数のテープフィーダ１５が配列された部品供給部１４が設けられている。テープフィーダ１５は実装対象の部品である発光部品２０をポケット１６ｂ内に保持したキャリアテープ１６（図３参照）をピッチ送りすることにより、部品装着ヘッド１１によるピックアップ位置に発光部品を供給する。そして部品実装装置Ｍ４が備えた部品装着ヘッド１１（実装ヘッド）によりポケット１６ｂから発光部品２０を取り出して基板３に実装する。

Ｘ軸移動機構５Ｃには発光部品２０を吸着保持する吸着ノズル１１ａ（図３参照）を複数備えた部品装着ヘッド１１が装着されており、Ｘ軸移動機構５Ｃの下面には部品装着ヘッド１１と一体的に移動する基板認識カメラ１２が設けられている。Ｙ軸移動機構４ＣとＸ軸移動機構５Ｃは部品装着ヘッド１１を移動させる装着ヘッド移動機構１３を構成し、装着ヘッド移動機構１３を駆動することにより、部品装着ヘッド１１は基板認識カメラ１２とともに部品供給部１４、基板３の上方の任意位置に移動自在となっている。

部品装着ヘッド１１が基板３の上方へ移動することにより、基板認識カメラ１２によって基板３の上面に設定された基板認識マーク３ｃ（図７（ｂ）参照）などの認識対象が撮像される。また部品装着ヘッド１１が部品供給部１４の上方へ移動することによりテープフィーダ１５から発光部品２０を取り出すことができ、これにより、発光部品２０を基板搬送機構２Ｃに位置決め保持された基板３に移送搭載する部品搭載動作が実行される。部品装着ヘッド１１による発光部品２０の基板３への搭載動作においては、基板認識カメラ１２による基板３の撮像結果を認識処理した認識結果に基づいて、発光部品２０と基板３との位置合わせが行われる。

ここで、図３を参照して、テープフィーダ１５の構成および機能を説明する。テープフィーダ１５は前述のように、ポケット１６ｂに発光部品２０を保持したキャリアテープ１６をピッチ送りすることにより、部品装着ヘッド１１によるピックアップ位置に発光部品２０を供給する部品供給装置としての機能を有するものである。図３に示すように、テープフィーダ１５は当該テープフィーダ１５の全体形状を構成するフィーダ本体部１５ａおよびフィーダ本体部１５ａの下面から下方に凸設された装着部１５ｂを備えた構成となっている。フィーダ本体部１５ａの下面をフィーダ装着ベース１４ａに沿わせてテープフィーダ１５を装着した状態では、装着部１５ｂに設けられたコネクタ１５ｃがフィーダ装着ベース１４ａに嵌合する。これにより、テープフィーダ１５は部品供給部１４（図２）に固定装着されるとともに、テープフィーダ１５は部品実装装置Ｍ４の制御部３０（図５）と電気的に接続される。

フィーダ本体部１５ａの内部には、テープ走行路１５ｄがフィーダ本体部１５ａのテープ送り方向における上流端部の開口から部品装着ヘッド１１によるピックアップ位置まで連通して設けられている。テープ走行路１５ｄは、フィーダ本体部１５ａ内に導入されたキャリアテープ１６のテープ送りを、フィーダ本体部１５ａの上流側から部品装着ヘッド１１によるピックアップ位置までガイドする機能を有している。

キャリアテープ１６は、テープ本体を構成するベーステープ１６ａに、発光部品２０を収納保持するポケット１６ｂをピッチ送りするための送り孔１６ｆを所定ピッチで設けた構成となっている。ベーステープ１６ａの上面は、ポケット１６ｂから発光部品２０が脱落するのを防止するために、ポケット１６ｂを覆ってトップテープ１６ｃによって封止されている。

フィーダ本体部１５ａには、フィーダ本体部１５ａのテープ送り方向における下流端部に配置されたスプロケット１５ｇによって、キャリアテープ１６をピッチ送りするためのピッチ送り機構が内蔵されている。ピッチ送り機構は、スプロケット１５ｇを回転駆動するテープ送りモータ１５ｆおよびテープ送りモータ１５ｆを制御するフィーダ制御部１５ｅを備えている。スプロケット１５ｇの外周に設けられた送りピン（図示省略）をキャリアテープ１６の送り孔１６ｆに係合させた状態でテープ送りモータ１５ｇを駆動することにより、キャリアテープ１６はテープ走行路１５ｄに沿ってピッチ送りされる。

スプロケット１５ｇのテープ送り方向における手前側は、ポケット１６ｂ内の発光部品２０を、部品装着ヘッド１１の吸着ノズル１１ａによって吸着して取り出すピックアップ位置となっている。ピックアップ位置の近傍におけるフィーダ本体部１５ａの上面側には、テープ押さえ部材１７が配設されている。テープ押さえ部材１７はキャリアテープ１６の上方を覆ってガイドするガイド部としての機能を有している。テープ押さえ部材１７には、吸着ノズル１１ａによるピックアップ位置に対応して吸着開口部１７ａが設けられている。吸着開口部１７ａのテープ送り方向における上流端は、トップテープ１６ｃを剥離するためのトップテープ剥離部１７ｂとなっている。

キャリアテープ１６はテープ押さえ部材１７によってテープ走行路１５ｄに押さえつけられた状態でピッチ送りされる。キャリアテープ１６がテープ押さえ部材１７の下方を走行する過程において、トップテープ１６ｃをトップテープ剥離部１７ｂを起点にテープ送り方向における上流側に引き出すことによって、吸着位置の上流側にてトップテープ１６ｃがベーステープ１６ａから剥離される。これにより、ポケット１６ｂ内の発光部品２０は吸着開口部１７ａにおいて上方へ露呈される。

そしてポケット１６ｂ内の発光部品２０が露呈された吸着開口部１７ａの上方に基板認識カメラ１２を移動させて、基板認識カメラ１２によって下方を撮像することにより、ポケット１６ｂ内の発光部品２０を撮像することができる。そしてこの撮像結果を部品上面認識処理部３３（図５参照）によって認識処理することにより発光部品２０の上面が認識され、発光部２１を検出することができる（図１０参照）。また同様にポケット１６ｂ内の発光部品２０が露呈された吸着開口部１７ａの上方に部品装着ヘッド１１を移動させて、部品装着ヘッド１１に部品ピックアップ動作を行わせることにより、吸着ノズル１１ａによって発光部品２０の上面を吸着保持して発光部品２０をピックアップすることができる。

図４に示すように、フィーダ本体部１５ａの上面において吸着ノズル１１ａによるピックアップ位置に相当する部品には、ガイド部材であるテープ押さえ部材１７の下方に位置して、ポケット１６ｂを下面側から下受けする下受け部２３が配設されている。テープ押さえ部材１７はフィーダ本体部１５ａに対して回動自在（矢印ａ）に軸支（図示省略）されている。下受け部２３は、キャリアテープ１６のテープ送りにおいて吸着開口部１７ａに到達したポケット１６ｂを下面側から下受けする機能を有しており、キャリアテープ１６はテープ走行路１５ｄとテープ押さえ部材１７に挟まれることにより、ガイドされている。

下受け部２３の構成を説明する。なお図４（ｂ）は、下受け部２３の平面形状（図４（ａ）におけるＡ−Ａ矢視）を示している。下受け部２３は，細長形状のベース部２３ａを主体としており、ベース部２３ａにはテープ押さえ部材１７の吸着開口部１７ａの位置に対応して切り欠き部２３ｂが形成されている。ベース部２３ａの上面側には、弾発性に富む薄型部材を細長形状に加工して形成され、テープ送り方向（図４において左右方向）に前後に２分割された２つの板バネ部材２４が、それぞれの一端部をベース部２３ａに固定結合した形態で配設されている。

２つの板バネ部材２４の相対する他端部は、切り欠き部２３ｂの上方において吸着開口部１７ａに対応した位置に空間的な変位が許容された状態で配設された吸引部２６に結合されている。板バネ部材２４は弾発性に富む薄型部材であることから、図４（ａ）に示す状態において常に吸引部２６に対して上向きの弾発力を付与している。そして吸引部２６の上側にキャリアテープ１６が送られて吸引部２６が押し下げられた状態では、板バネ部材２４が撓むことにより、吸引部２６はキャリアテープ１６の厚みに応じた高さ位置まで下降し、部分的に切り欠き部２３ｂ内に嵌入した状態でキャリアテープ１６を弾性的に下受けする。

吸引部２６は、上面にキャリアテープ１６のポケット１６ｂを形成するエンボス部１６ｄの下面に当接可能な形状の当接下受面２６ａを有している。当接下受面２６ａには吸着孔２６ｂが設けられ、吸着孔２６ｂは吸引部２６の内部を貫通して形成された吸引孔２６ｃと連通している。吸引孔２６ｃに繋ぎ込まれた吸引管２７は真空吸引源２８に接続されており、真空吸引源２８を駆動させて吸引管２７から真空吸引することにより、吸着孔２６ｂによって当接下受面２６ａに吸着対象物を吸着保持することができるようになっている。すなわち下受け部２３は、発光部品２０を下方から吸引する吸引部２６と、ポケット１６ｂを形成するエンボス部１６ｄの底に吸引部２６を下面側から接触させる板バネ部材２４とを有する構成となっている。

そして真空吸引源２８を駆動した状態で、吸引部２６をエンボス部１６ｄの底に下面側から接触させ、ポケット１６ｂの底に形成された孔部１６ｅを介して吸引部２６により発光部品２０を下方から吸引することにより、発光部品２０は吸引保持力によりポケット１６ｂ内に保持される。したがって吸引部２６および真空吸引源２８は、部品供給装置としてのテープフィーダ１５において、ポケット１６ｂ内の発光部品２０を下方から吸引して保持する保持手段を構成する。

本実施の形態においては、テープフィーダ１５によって供給される発光部品２０の発光部２１を基板認識カメラ１２によって認識する発光部位置認識、部品装着ヘッド１１によって発光部品２０をピックアップする部品取り出しのいずれについても、ポケット１６ｂ内にて発光部品２０を上述の保持手段によって保持した状態で実行するようにしている。ここで真空吸引源２８としては、テープフィーダ１５毎にエジェクタ式の真空発生ユニットを組み込む構成でもよく、また複数のテープフィーダ１５が一括して装着される台車に専用の真空発生装置を備えて、複数のテープフィーダ１５を対象とする真空発生源として使用するようにしてもよい。

図４（ｂ）に示すように、吸引部２６に結合されて前後方向に延出した２つの板バネ部材２４において、吸引部２６から所定の長さ範囲ｌ１、ｌ２には、いずれも板バネ部材２４を部分的に幅方向に２分割する位置にスリット２５ａ、２５ｂが形成されている、これにより板バネ部材２４は、吸引部２６を挟む近傍において、部分的に複数の部材片２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄに区分された形態となる。すなわち板バネ部材２４は、ピッチ送りにおけるテープ送り方向に形成されたスリット２５ａ、２５ｂによって複数片に区分されており、吸引部２６はこれら複数片の部材片２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄによってそれぞれ対角の４位置を保持された形態となっている。

このように吸引部２６を複数片の部材片２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄによって保持することにより、各部材片は異なる撓み量で変位することが許容される。したがって吸引部２６は、テープ送り方向の傾き変形（矢印ｂ）、テープ幅方向の傾き変形（矢印ｃ）がそれぞれ異なる変形量となることが許容され、当接下受面２６ａを下受け対象のエンボス部１６ｄの状態に良好に追従させることが可能となっている。これにより、各エンボス部１６ｄを安定して下受け保持するとともに、ポケット１６ｂ内の発光部品２０を吸引部２６によって安定して吸引保持することが可能となっている。

したがって発光部品２０のように、磁性を有さずマグネット部材による吸磁力による位置保持が困難な部品を対象とする場合にあっても、対象部品をポケット１６ｂ内で安定して位置保持することが可能となっている。これにより、ポケット１６ｂ内の発光部品２０を上方から撮像して発光部２１の位置を検出する場合における振動などによるポケット１６ｂ内での発光部品２０の位置ずれや、吸着ノズル１１ａによって発光部品２０をピックアップする際に発生する位置ずれなどに起因する位置誤差を抑制することができる。

次に図５を参照して、部品実装装置Ｍ４の制御系の構成を説明する。部品実装装置Ｍ４において、制御部３０は、内部処理機能として部品搭載処理部３１、基板認識処理部３２、部品上面認識処理部３３、部品搭載座標演算部３５の各部を備えており、さらに基板情報３６ａ、部品情報３６ｂを記憶する記憶部３６を内蔵している。基板情報３６ａ、部品情報３６ｂは、それぞれ実装作業対象となる基板３、発光部品２０についての設計情報である。基板情報３６ａには、基板３におけるランド３ａや実装座標点３ｂ、基板認識マーク３ｃの位置座標などが含まれる。部品情報３６ｂには、発光部品２０の形状などが含まれる。また制御部３０には、基板搬送機構２Ｃ、基板認識カメラ１２、部品装着ヘッド１１（実装ヘッド）、装着ヘッド移動機構１３、テープフィーダ１５が接続されている。

部品搭載処理部３１は、基板搬送機構２Ｃ、部品装着ヘッド１１、装着ヘッド移動機構１３、テープフィーダ１５を制御することにより、テープフィーダ１５から発光部品２０を取り出して基板３に移送搭載する部品搭載処理を実行する。この部品搭載処理においては、以下に説明する部品搭載座標演算部３５によって実行される部品搭載座標演算結果が参照される。

基板認識処理部３２は、基板３に形成された基準部としての基板認識マーク３ｃ（図７（ｂ）参照）を基板認識カメラ１２によって撮像した撮像結果を認識処理することにより、基板３の停止位置を検出する。したがって基板認識カメラ１２および基板認識処理部３２は、基板３に形成された基準部としての基板認識マーク３ｃを認識する基準部認識手段となっている。

部品上面認識処理部３３は、基板認識カメラ１２による発光部品２０の上面に形成された発光部２１の撮像動作、部品装着ヘッド１１による発光部品２０の取り出し動作において、吸引部２６によって吸着保持された状態の発光部品２０を対象として、基板認識カメラ１２によって発光部品２０の上面を撮像した撮像結果を認識処理することにより、発光部品２０の上面に形成された発光部２１の発光部位置ＦＣの位置を認識する。したがって基板認識カメラ１２および部品上面認識処理部３３は、保持手段によりポケット１６ｂ内において下方から保持された状態の発光部品２０を上方より撮像して発光部品２０の発光部２１を認識する発光部認識手段となっている。

部品搭載座標演算部３５は、基板認識処理部３２、部品上面認識処理部３３、による認識処理結果に基づき、部品装着ヘッド１１に保持された発光部品２０の発光部位置ＦＣを基板３の実装座標点３ｂに位置合わせするための部品搭載座標を演算する処理を行う。そして演算された部品搭載座標に基づいて、部品搭載処理部３１が装着ヘッド移動機構１３を制御することにより、発光部品２０を保持した部品装着ヘッド１１の吸着ノズルを基板３に下降させて、発光部２１を基板３の所定の位置である実装座標点３ｂに位置させる。

したがって部品搭載座標演算部３５および部品搭載処理部３１は、基準部認識手段による基板認識マーク３ｃの認識結果および発光部認識手段による発光部２１の認識結果に基づいて部品装着ヘッド１１の動作を制御することにより、テープフィーダ１５に保持された状態の発光部品２０を部品装着ヘッド１１によりピックアップして、基板３に実装する実装制御部となっている。

そしてこのようにして発光部品２０を保持した部品装着ヘッド１１の吸着ノズル１１ａを基板３に対して下降させることにより、発光部品２０の端子２０ｂはランド３ａに印刷されたはんだペーストＳに接触する。これとともに発光部品２０の本体部２０ａは、基板３に塗布された接着剤Ａに接触する（図７に示す（ＳＴ３Ｂ）参照）。したがって、部品搭載処理部３１および部品装着ヘッド１１は、吸着ノズルを基板３へ下降させて発光部品２０の端子２０ｂをランド３ａに印刷されたはんだペーストＳに接触させるとともに、発光部品２０の本体部２０ａを基板３に塗布された接着剤Ａに接触させる発光部品搭載部となっている。

ここで発光部品２０と基板３との位置合わせの詳細について、図６、図７を参照して説明する。まず図６は、発光部品２０が設計指示通りに精度よく製造され、各部の位置ずれなどの寸法誤差がない理想部品の状態を示している。図６（ａ）に示すように、発光部品２０は機能面である上面に発光部２１が形成された矩形形状の本体部２０ａを主体としており、本体部２０ａの長手方向の両端には、はんだ接合用の端子２０ｂが形成されている。発光部２１は発光源であるＬＥＤの上面を蛍光体で覆った構成となっている。本実施の形態では、一例として発光部品２０において発光部２１は本体部２０ａの中心点に対して対称配置され、発光部品２０の中心位置を示す部品中心ＰＣと発光部２１の中心位置を示す発光部位置ＦＣとが一致するようになっている場合を例示して説明する。

図６（ｂ）は、複数の発光部品２０がはんだ接合により実装される基板３を部分的に示しており、基板３の実装面には複数のはんだ接合用のランド３ａがそれぞれ対をなして形成されている。各対のランド３ａの中心点は発光部品２０を実装する際の目標となる実装座標点３ｂであり、本実施の形態に示す例では、発光部品２０が半田接合により実装された状態において発光部品２０の発光部位置ＦＣが実装座標点３ｂと一致することが求められる。

図６（ｃ）は、図６（ａ）に示す理想部品を基板３に実装した状態を示している。なお図６、図７においては、はんだ接合用のはんだペーストＳや位置固定用の接着剤の図示を省略している。この状態では、発光部品２０が実装された各対のランド３ａにおいて、各発光部品２０の発光部位置ＦＣが実装座標点３ｂと一致することが目標とされる。このとき、前述のように理想部品の場合には発光部位置ＦＣと部品中心ＰＣとは一致しているため、部品中心ＰＣを実装座標点３ｂに位置合わせすることにより、所望の位置合わせ目標が達成される。

図７は、生産現場において実際に用いられている発光部品２０を実装する場合の位置合わせの詳細示している。発光部品２０の製造過程においては、本体部２０ａの外形形状に対する発光部２１の位置管理は必ずしも厳密ではなく、個体素子毎に発光部位置ＦＣのばらつきが存在する。例えば、本体部２０ａにＬＥＤを実装する際の位置ずれや、ＬＥＤ実装後に個片に切り出す際の誤差などによって、発光部２１の中心位置である発光部位置ＦＣと発光部品２０の中心位置である部品中心ＰＣとの間には、図７（ａ）に示すように、長さ方向の位置ずれ（ΔＬ）、幅方向の位置ずれ（ΔＷ）が存在する。このため、このような位置ずれ（ΔＬ、ΔＷ）を有する発光部品２０を図６（ｃ）に示す位置合わせ基準、すなわち部品中心ＰＣを実装座標点３ｂに合わせて実装すると、本来実装座標点３ｂと一致させるべき発光部位置ＦＣが位置ずれした状態となってしまう。

このような不具合を解消するため、本実施の形態の部品実装システム１では、発光部品２０の基板３への搭載前に実際の発光部品２０における発光部位置ＦＣを画像認識により検出する。そして検出された発光部位置ＦＣに基づいて発光部品２０の基板３への搭載位置を補正し、図７（ｃ）に示すように、搭載状態における発光部位置ＦＣの位置ずれの発生を防止して発光部位置ＦＣを実装座標点３ｂと一致させるようにしている。

次に図８を参照して、部品実装システム１によって発光部品２０をはんだ接合により基板３に実装する部品実装方法について説明する。ここでは、キャリアテープ１６に形成されたポケット１６ｂから発光部品２０を部品装着ヘッド１１によりピックアップして基板３に実装する例を示している。なお図８においては、部品実装方法を示す工程フローの各ステップ毎に、当該ステップにおける作業内容を示す工程説明図を付記している。

まず基板３はスクリーン印刷装置Ｍ２に搬入され、ここで基板３を対象としてスクリーン印刷が行われる（ＳＴ１）。すなわち、基板３の上面に形成された対をなすランド３ａに、スクリーン印刷によりはんだペーストＳを供給する（はんだペースト供給工程）。次いで基板３は接着剤塗布装置Ｍ３に搬入され、ここで熱硬化性接着剤の塗布が行われる（ＳＴ２）。

すなわち、発光部品２０を基板３に固定するための接着剤Ａを、対をなすランド３ａの間の基板３の上面に塗布する（接着剤塗布工程）。ここでは接着剤Ａとして、はんだペーストＳ中のはんだの融点よりも低い温度で硬化反応のピークを迎える硬化特性の熱硬化性接着剤が用いられる。そして塗布位置は、基板３の上面において実装座標点３ｂの両側で搭載後の発光部品２０の本体部２０ａの下面に接触する位置に設定される。次いで基板３は発光部品実装処理（ＳＴ３）の実行のために部品実装装置Ｍ４に搬入され，ここで発光部認識（ＳＴ３Ａ）および発光部品搭載（ＳＴ３Ｂ）が実行される。

発光部認識（ＳＴ３Ａ）では、部品装着ヘッド１１を部品供給部１４の上方へ移動させ、部品装着ヘッド１１に付属した基板認識カメラ１２によってテープフィーダ１５に保持されている発光部品２０の上面を撮像する。そして撮像結果を部品上面認識処理部３３によって認識処理することにより、発光部位置ＦＣを認識する。発光部品搭載（ＳＴ３Ｂ）では、発光部認識の認識結果に基づいて搭載位置を補正することにより、発光部位置ＦＣを実装座標点３ｂに位置合わせして基板３に発光部品２０を搭載する。

このとき、発光部品２０の端子２０ｂをランド３ａに印刷されたはんだペーストＳに接触させるとともに、発光部品２０の本体部２０ａを基板３に塗布された接着剤Ａに接触させる。この搭載状態では発光部品２０は発光部位置ＦＣが実装座標点３ｂに位置合わせされた状態で基板３の上面に保持されており、基板３はこの状態でリフロー装置Ｍ５に搬入される。

リフロー装置Ｍ５では、予め設定された加熱プロファイルに従って基板３の加熱が行われ、これによりまず接着剤Ａを硬化させて発光部品２０を基板３に固定する（接着剤硬化工程）。本実施の形態では、接着剤Ａとして熱硬化性樹脂を用いており、はんだペーストＳ中のはんだの融点未満かつ熱硬化性の接着剤Ａの硬化反応を促進させる温度以上で基板３を加熱する予備加熱工程が前述の接着剤硬化工程に該当する（ＳＴ４）。この予備加熱により、接着剤Ａは硬化して発光部品２０を基板３に固定する接着部Ａ＊となる。

次いで基板３がリフロー装置Ｍ５内を移動することにより、加熱プロファイルに従ってはんだ接合のための加熱過程に移行する。この加熱過程では、硬化した接着剤Ａより成る接着部Ａ＊によって基板３に発光部品２０を固定した状態で、はんだペーストＳ中のはんだを溶融させ（ＳＴ５）、これにより発光部品２０の端子２０ｂと基板３のランド３ａとを電気的・機械的に接続する（リフロー工程）。このリフロー工程はリフロー装置Ｍ５内において予備加熱工程から連続しており、基板３をはんだの融点以上に加熱することにより行われる。

そしてはんだが固化することにより、発光部品２０の端子２０ｂと基板３のランド３ａとをはんだ接合して固定するはんだ部Ｓ＊が形成される。このはんだ接合において、はんだの溶融は発光部品２０が基板３に接着部Ａ＊によって固定した状態で行われることから、リフロー過程において溶融はんだの表面張力によって端子２０ｂがランド３ａに吸い寄せられるセルフアライメント作用が妨げられる。したがって、発光部品２０は（ＳＴ３Ｂ）に示す状態を保持したまま基板３にはんだ接合され、はんだ接合後においても発光部２１の発光部位置ＦＣと基板３の実装座標点３ｂとが正しく位置合わせされた状態が保持される。

ここで図９を参照して、部品実装装置Ｍ４にて実行される前述の発光部品実装処理（ＳＴ３）を詳述する。まず、はんだペーストＳが印刷され、接着剤Ａが塗布された基板３を部品実装装置Ｍ４に搬入する（ＳＴ３１）。次いで基板３の基準部である基板認識マーク３ｃを撮像し認識する（基準部認識工程）（ＳＴ３２）。次に、基板認識カメラ１２をテープフィーダ１５の吸着開口部１７ａの上方に移動させて、吸引部２６によって吸引保持された状態の発光部品２０を撮像して、発光部２１を認識する（発光部認識工程）（ＳＴ３３）。

この部品撮像では、図１０（ａ）に示すように、基板認識カメラ１２が備えた照明装置１２ａを点灯して発光部品２０の上面の発光部２１を認識するための撮像を行う。この撮像において、照明装置１２ａは、発光部２１に用いられた蛍光体を検出するのに適した照明光（青色）（矢印ｈ）を照射する。この撮像動作においては、撮像対象の発光部品２０を収納したポケット１６ｂを形成するエンボス部１６ｄの底面には、下受け部２３に設けられ板バネ部材２４によって上方に弾発された吸引部２６が当接している。

このとき真空吸引源２８（図４）を駆動して吸引孔２６ｃを真空吸引する（矢印ｆ）ことにより、吸着孔２６ｂを介してポケット１６ｂの底面に設けられた孔部１６ｅから真空吸引される。これにより、発光部品２０はポケット１６ｂ内において安定した位置に吸引保持され、基板認識カメラ１２はこの安定状態における認識画像を取得することができる。図１０（ｂ）は、このようにして取得された認識画面１２ｂを示している。すなわち認識画面１２ｂには、発光部品２０の上面を示す画像図が表示されるが、前述のように基板認識カメラ１２は発光部２１の蛍光体を識別するのに適した特性の照明光（青色）を用いて撮像していることから、認識画面１２ｂにおいて検出対象となる発光部２１を高い識別精度で検出することができる。したがって、発光部品２０の搭載時の位置基準となる発光部位置ＦＣを高精度で検出することが可能となっている。

次いで（ＳＴ３３）における発光部２１の認識結果に基づき、吸引部２６によって吸引保持された状態の発光部品２０を部品装着ヘッド１１によってピックアップする（ピックアップ工程）（ＳＴ３４）。このピックアップ工程においては、発光部認識工程（ＳＴ３３）と同様に、ピックアップ対象の発光部品２０を収納したポケット１６ｂを形成するエンボス部１６ｄの底面には、同様に板バネ部材２４によって上方に弾発された吸引部２６が当接している。このとき真空吸引源２８（図４）を駆動して吸引孔２６ｃを真空吸引する（矢印ｆ）ことにより、吸着孔２６ｂを介してポケット１６ｂの底面に設けられた孔部１６ｅから真空吸引される。これにより、発光部品２０はポケット１６ｂ内において図１０に示す認識動作時の状態と同様に安定した位置に保持され、この安定状態における発光部品２０をピックアップすることができるようになっている。

この部品ピックアップでは、図１１（ｂ）（イ）に示すように、（ＳＴ３３）にて認識された発光部位置ＦＣに吸着ノズル１１ａを位置合わせして発光部品２０をピックアップするようにしている。この部品ピックアップ動作において、吸着ノズル１１ａによる発光部品２０のピックアップ力Ｆ２の方が、吸引部２６の真空吸引による発光部品２０の吸引保持力Ｆ１よりも大きくなって正常なピックアップが妨げられないように、孔部１６ｅ、吸着孔２６ｂの寸法設定、真空吸引源２８による真空吸引圧の設定が行われる。すなわち実装ヘッドである部品装着ヘッド１１は、吸引部２６による下方からの吸引による保持力よりも大きな保持力によって、発光部品２０をピックアップするようになっている。

なお、発光部品２０の特性によっては、発光部位置ＦＣに吸着ノズル１１ａを位置合わせして発光部品２０をピックアップする代わりに、発光部位置ＦＣ以外の部位（例えば図１１（ｂ）（ロ）に示す部品中心ＰＣ）をピックアップ対象部位として設定してもよい。この場合には、（ＳＴ３３）にて認識した発光部位置ＦＣとピックアップ対象部位とのオフセット量を記憶しておき、以下の部品実装において当該オフセット量だけ搭載位置を補正する。

次に、発光部品２０をピックアップした部品装着ヘッド１１を基板３に移動させて、ピックアップした発光部品２０を基板３に実装する（ＳＴ３５）。このとき、（ＳＴ３３）にて認識された発光部位置ＦＣが実装座標点３ｂに一致するように、部品装着ヘッド１１の搭載位置制御が行われる。すなわち、基準部である基板認識マーク３ｃおよび発光部２１の認識結果に基づいて発光部品２０を基板３に実装する（実装工程）。

そして同様の部品実装動作を反復実行する過程において、実装すべき発光部品２０が残っているか否かを判断する（ＳＴ３６）。ここで実装すべき発光部品２０が残っているならば、（ＳＴ３３）に戻って以降同様の処理作業を反復実行し、（ＳＴ３６）にて実装すべき発光部品２０なしと判定されることにより、部品実装を終了して基板搬出を行う（ＳＴ３７）。そしてこれ以降は、図８に示す（ＳＴ４）以降の作業が実行される。

これにより、発光部品２０における発光部位置にばらつきがある場合にあっても、発光部２１を基板３の基準位置に対して正しく位置合わせして搭載することができるとともに、リフロー過程におけるはんだ溶融時のセルフアライメント作用による発光部品２０の移動を接着剤Ａによって防止することができ、発光部品２０を高い位置合わせ精度で基板３にはんだ接合により実装することができる。

上記説明したように、本実施の形態に示す部品実装装置Ｍ４および部品実装方法においては、テープフィーダ１５によって供給されるキャリアテープ１６のポケット１６ｂから発光部品２０を部品装着ヘッド１１によりピックアップして基板３に実装するに際し、保持手段によりポケット１６ｂ内にて下方から保持された状態の発光部品２０を上方より撮像して発光部品２０の発光部２１を認識し、同様に保持手段によって保持された状態の発光部品２０を部品装着ヘッド１１によりピックアップし、基板３の基準部を認識した認識結果および発光部２１の認識結果に基づいて、ピックアップした発光部品２０を基板３に実装するようにしている。

これにより、実装工程において発光部品を上面側から撮像して認識する第１の認識工程に加えて発光部品を下面側から撮像して認識する第２の認識工程を実行する先行技術における難点、すなわち発光部品の撮像および認識処理のための時間を要し、生産性の低下を招くという難点が解消される。さらに発光部品の本体部とキャリアテープとがいずれも黒色で部品外形を光学的に識別することができない組み合わせを対象とする場合にあっても、本実施の形態では発光部２１のみを認識することから、発光部品２０の位置合わせのための位置認識を確実に行うことができる。

また発光部品を個片に切断分離する過程の切断形状精度に起因して上面と下面の外形に差異が生じている場合にあっても、本実施の形態では下面側からの位置認識を必要としないことから、実装精度を十分に確保する上での障害とはならない。したがって、本実施の形態に示す部品実装方法および部品実装装置に依れば、発光部の位置にばらつきがある発光部品を対象とする場合にあっても、発光部品の下面側からの認識を行うことなく実装精度を確保することができる。

なお上述の実施の形態においては、図３，図４に示す構成のテープフィーダ１５によって供給されて基板３に実装される部品が、ＬＥＤなどの発光部品２０である例を示したが、本実施の形態に示すテープフィーダ１５の供給対象は発光部品２０には限定されない。すなわち、発光部品２０のみならず部品上面を撮像して基準位置の認識を行った結果に基づいて実装位置を決定する必要がある部品であれば、上述構成のテープフィーダ１５による供給の対象とすることができる。

本発明の部品実装方法および部品実装装置は、発光部の位置にばらつきがある発光部品を対象とする場合にあっても、発光部品の下面側からの認識を行うことなく実装精度を確保することができるという効果を有し、ＬＥＤなどの発光部品を基板に実装して照明基板を製造する分野において有用である。

１ 部品実装システム
３ 基板
３ｂ 実装座標点
１５ テープフィーダ
１６ キャリアテープ
１６ｂ ポケット
１７ テープ押さえ部材
２０ 発光部品
２１ 発光部
２３ 下受け部
２４ 板バネ部材
２５ａ、２５ｂ スリット
２６ 吸引部
ＦＣ 発光部位置
Ａ 接着剤
Ｓ はんだペースト

Claims (6)

1. キャリアテープに形成されたポケットから発光部品を実装ヘッドによりピックアップして基板に実装する部品実装方法であって、
   前記基板に形成された基準部を認識する基準部認識工程と、
   保持手段により前記ポケット内にて下方から保持された状態の前記発光部品を上方より撮像して発光部品の発光部を認識する発光部認識工程と、
   前記保持された状態の発光部品を前記実装ヘッドによりピックアップするピックアップ工程と、
   前記基準部の認識結果および前記発光部の認識結果に基づいてピックアップした前記発光部品を前記基板に実装する実装工程と、を含む部品実装方法。
2. 前記保持手段は、前記ポケット内の前記発光部品を下方から吸引して保持する、請求項１記載の部品実装方法。
3. 前記ピックアップ工程において、前記保持手段による下方からの吸引による保持力よりも大きな保持力によって前記発光部品をピックアップする、請求項２記載の部品実装方法。
4. キャリアテープに形成されたポケットから発光部品を実装ヘッドによりピックアップして基板に実装する部品実装装置であって、
   前記キャリアテープを前記実装ヘッドによるピックアップ位置に供給する部品供給装置と、
   前記部品供給装置において、前記ポケット内にて前記発光部品を下方から保持する保持手段と、
   前記基板に形成された基準部を認識する基準部認識手段と、
   前記保持手段により前記ポケット内において下方から保持された状態の前記発光部品を上方より撮像して発光部品の発光部を認識する発光部認識手段と、
   前記基準部認識手段による前記基準部の認識結果および前記発光部認識手段による発光部の認識結果に基づいて前記実装ヘッドの動作を制御することにより、前記保持された状態の発光部品を前記実装ヘッドによりピックアップして前記基板に実装する実装制御部と、を含む部品実装装置。
5. 前記保持手段は、前記ポケット内の前記発光部品を下方から吸引して保持する、請求項４記載の部品実装装置。
6. 前記実装ヘッドは、前記保持手段による下方からの吸引による保持力よりも大きな保持力によって前記発光部品をピックアップする、請求項５記載の部品実装装置。

Images