CN105532084A - 元件安装装置 - Google Patents

Abstract

以往技术中，公开了在元件安装到基板的生产运转(元件安装)之前对每一基板计测基板全域的高度的技术。然而，由于要对每一基板进行检查，因而除了生产时间另外还需要检查时间，因此导致生产率下降。本发明的元件安装装置的一个特征在于包括：元件安装部，包含吸嘴及用于光学地获得所述吸嘴所保持的元件与基板之间的距离的距离检测部；其中，由所述距离检测部形成的照明区域被形成在所述吸嘴被投影在所述基板上的部分的近傍。

Description

元件安装装置

技术领域

本发明涉及元件安装装置，涉及例如吸附电子元件并且将电子元件搭载于基板的元件安装装置。

背景技术

现在，电子元件安装到各种各样的电器产品的基板上的作业被自动化，此时所使用的是元件安装装置。电子元件越来越被微小化。2011年的电子元件的元件尺寸的倾向为0.4(mm)×0.2(mm)，但据预测，2014年成为主流的元件尺寸为0.3(mm)×0.15(mm)，因此，要求更进一步的高速高精度的安装。

作为防止电子元件破损的以往技术，可列举专利文献1。专利文献1中公开了如下的技术：通过在生产运作前检测成为电子元件破损的主要原因的基板的翘曲，能够防止元件损坏。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开公报特开2013-45785号

作为实现高速高精度安装的一个做法是使工作轴高速运作来提高生产率。然而，随着电子元件的微小化，若使工作轴高速运作，则有时会因电子元件安装到基板上时的压力而导致电子元件破损。

电子元件破损的主要原因是基板的翘曲。若不考虑基板的翘曲量而安装元件，会对电子元件施加所需压力以上的压力，其结果，有时会导致电子元件破损。

专利文献1中公开了在元件安装到基板上的生产运转(元件安装)之前对每块基板进行基板全域的高度计测的技术。但是，由于要对每块基板进行检查，因而除了生产时间另外还需要检查时间，因此存在着生产率低这样的问题。

发明内容

本发明的一个特征在于包括光学地获得被保持的元件与基板之间的距离的距离检测部，并且进行以下的动作(1)及(2)的至少一者。(1)决定吸嘴的加速度以及速度的至少一者；(2)变更头部致动器(另外可表述为保持元件的吸嘴)的位置。

本发明能够获得以下的效果的至少一个。(1)能够防止元件的破损；(2)不会降低生产率；(3)即使基板有翘曲也能够进行位置精度高的元件安装。

附图说明

图1是实施例1所涉及的元件搭载装置整体的俯视图。

图2是图1的元件搭载装置的主视图。

图3是头部致动器113与基板123的位置关系的说明图。

图4是具有向Z方向上方的翘曲的基板与头部致动器之间的位置关系的说明图。

图5是说明元件破损及安装精度恶化的图。

图6是具有向Z方向下方的翘曲的基板与头部致动器之间的位置关系的说明图。

图7是关于吸嘴未到达基板的现象和安装精度恶化的说明图。

图8是搭载有距离检测传感器的头部致动器801的说明图。

图9A是头部致动器801的吸嘴选择动作和高度检测方法的说明图。

图9B是头部致动器801的吸嘴选择动作和高度检测方法的说明图。

图10是头部致动器801的吸嘴上下移动动作的说明图。

图11是头部致动器801的吸嘴转动动作的说明图。

图12是头部致动器801的底视图。

图13是由距离检测传感器进行的基板高度检测的说明图。

图14是说明利用了距离检测传感器的检测结果而进行的吸嘴位置变更的图。

具体实施方式

以下，利用附图说明实施例。

实施例1

利用图1至图14来说明实施例1。图1是实施例1所涉及的元件搭载装置整体的俯视图。

基板123从附图纸面的左侧被基板导件191搬送到电子元件搭载位置。

在与基板的搬送方向正交的方向上设置有第一Y梁101、第二Y梁102、Y梁导件180。

在第一Y梁101、第二Y梁102、Y梁导件180上分别设置有X梁103、104、105、106。

X梁103、104、105、106基于分别设置在Y梁101、102、Y梁导件180上的线性马达等致动器107而沿着导轨181、182在与基板的搬送方向正交的方向上移动。

X梁103、104、105、106上分别设置有线性马达等致动器109、110、111、112。

而且，致动器109、110、111、112上分别设置有将电子元件搭载到基板123上的头部致动器113、114、115、116。

此处，致动器109、110、111、112可以不是线性马达而采用滚珠螺杆等机构来构成廉价且轻型的结构。

而且，头部致动器113、114、115、116在与Y梁101、102正交的方向(相对于基板搬送方向在水平方向)上分别被致动器109、110、111、112驱动。

供应电子元件给头部致动器113、114、115、116的元件供应装置151、152、153、154设置在第一Y梁101及第二Y梁102的两端。

而且，在被搭载的电子元件用完时等，基于致动器107、108，X梁103、104、105、106移动到元件供应装置151、152、153、154的跟前(或上方)，并且，基于致动器109、110、111、112，头部致动器113、114、115、116沿任意的方向移动，进行电子元件补给。

而且，元件搭载装置中，在第一Y梁101和第二Y梁102之间设置有确认电子元件的姿势的摄像机117、118、119、120，补给后的电子元件的姿势由这些摄像机117、118、119、120来分别确认。

如果测出了电子元件的姿势有倾斜，头部致动器113、114、115、116便对电子元件的倾斜进行调整。

此外，如果是该摄像机位置，则在元件被搭载到基板123的中央附近的情况下，头部致动器113、114、115、116的移动距离为最短。

另外，控制部124进行上述的各种各样的动作的处理和控制，并且进行后述的各种各样的动作的处理和控制。

Y梁102、103上搭载有可以测量温度的传感器161、162、163、164。此时，搭载传感器161、162、163、164的位置并不限定于Y梁的两端。

此外，X梁103、104、105、106上搭载有可以测量温度的传感器171、172、173、174。此时，传感器171、172、173、174的搭载位置并不限定于X梁的两端。

图2是图1的元件搭载装置的从图1的箭头130方向观察时的向视图。

此处，对第一Y梁101的周边部分进行详细说明，至于第二Y梁102其也与第一Y梁101同样。

第一Y梁101上设置有致动器107，X梁103以在与基台201上的基板123的搬送方向正交的方向上移动自如的方式连接于致动器107。

在X梁103的纸面垂直方向上设置有致动器109，头部致动器113以在与基板搬送方向平行的方向上移动自如的方式连接于该致动器109。

如图1及图2的实施例所示，通过采用在与基板搬送方向正交的方向上以及在与基板搬送方向平行的方向上分别独立地移动自如的结构，能够构成比以往技术更高速的元件搭载装置。

图1中说明了X梁为四个时的情形，不过，X梁的数量并不被限定。

此外，X梁103、104、105、106也可以是能够分别被取下。此情况下，例如还能够连接不同种类的头部致动器，还能够实现更多种多样的元件的搭载。

根据上述那样的梁的结构，能够独立地且自如地驱动各头部致动器113、114、115、116。

基板123被保持在基板搬送路191上，通过基板搬送路191而被搬送。

利用图3来说明头部致动器的远端390与基板123的位置关系。以下的说明也能够适用于其他的头部致动器。在头部致动器的远端390上搭载有保持电子元件301的吸嘴302。头部致动器113通过使吸嘴302下降至基板123来将电子元件301安装到基板123上的目标安装位置303。基板123被基板搬送路191所保持，基板123的高度由基板搬送路191所决定。

吸嘴302下降至基板123的该吸嘴302的移动量304由所保持的电子元件301的厚度所决定。即，移动量304可视为实质上与从既知的吸嘴302远端至基板123的距离中减去电子元件301的厚度所得的量相同。

吸嘴302的移动加速度以及速度受到控制，以便在基板上面附近停止。由此，不会对电子元件施加所需压力以上的压力而理想地将电子元件301安装到基板123。

利用图4来说明基板123具有向Z方向上方的翘曲时的头部致动器113与基板的位置关系。

基板123平行于基板搬送路191的基板保持部401的情形居多，不过，基板402有时也会具有向Z方向上方的翘曲。

在将电子元件安装到基板402上时，吸嘴302必需以比对没有翘曲的基板123安装电子元件时的移动量304更少的移动量403到达基板402。

利用图5来说明电子元件安装到基板时的元件的破损及安装精度恶化。

通常，由于元件安装装置不检测头部致动器113至基板的高度，因此，即使电子元件安装到具有翘曲的基板502上时，吸嘴302也会与移动到没有翘曲的基板501时同样地向基板501移动。

移动到没有翘曲的基板501时的吸嘴的移动量为符号304。但是，在基板502具有向Z方向上方的翘曲的情况下，吸嘴到达基板502的移动量应该为403。

吸嘴302的移动加速度以及速度受到控制，以使电子元件停止在基板501的上面附近。因此，在吸嘴302将电子元件安装到基板502时，吸嘴302的移动速度及加速度比电子元件安装到基板501时高。此情况下，吸嘴302的远端上所保持的电子元件会承受到所需压力以上的压力，如符号507所示，电子元件有可能发生破损。

此外，在目标安装位置为安装位置503的情况下，由于基板502具有角度504的翘曲，因此，安装位置503移动到在X方向上偏离ΔX505的位置506。

由于在吸嘴302这一侧不能够识别安装位置503的变化，因此，吸嘴302安装电子元件的位置便为安装位置507。也就是说，有时会存在电子元件被安装到与具有翘曲时的目标安装位置亦即位置503不同的位置的情况。此处的说明是针对与X方向相关的元件破损及安装精度误差的说明，不过，对于Y方向也能够适用同样的说明。

利用图6来说明基板具有向Z方向下方的翘曲时的头部致动器113与基板的位置关系。

基板123平行于基板搬送路191的基板保持部401的情形居多，不过，基板601有时也会具有向Z方向下方的翘曲。

在电子元件安装到基板601时，吸嘴302以比将元件安装到基板123时的移动量304更多的移动量602到达基板601。

利用图7来说明将电子元件安装到基板时的安装不良和安装精度的恶化。

由于元件安装装置未检测头部致动器113至基板的高度，因此，即使在元件被安装到具有翘曲的基板610时，吸嘴302也会与移动到没有翘曲的基板501时同样地移动。

移动到没有翘曲的基板501时的吸嘴的移动量为304。但是，在具有向Z方向下方的翘曲的基板601的情况下，吸嘴到达基板602的移动量应该为602。

吸嘴302的移动加速度以及速度受到控制，以使该吸嘴302停止在基板501的上表面附近。由此，在吸嘴302将元件安装到基板601的情况下，由于吸嘴302以停止在基板501上的方式被控制，因此，有可能导致吸嘴302未到达基板601而不能以必要的压力将保持在吸嘴302的远端上的元件进行安装的情况。

此外，目标安装位置为安装位置605，不过，由于基板601上具有角度603的翘曲，因此，安装位置605移动到在X方向上偏离ΔX604的位置。

由于在吸嘴302这一侧不能够识别安装位置605的变化，因此，吸嘴302安装电子元件的位置便为安装位置610。也就是说，有时会存在电子元件被安装到与具有翘曲时的目标安装位置不同的位置的情况。此处的说明是针对与X方向相关的元件破损及安装精度误差的说明，不过，对于Y方向也能够适用同样的说明。

考虑到这样的不理想现象的技术是本实施例。下面，对本实施例的头部致动器801进行说明。

图8是说明本实施例的头部致动器801的图。头部致动器801主要搭载有吸嘴转动机构、吸嘴上下移动机构及吸嘴选择机构。

头部致动器801连接于图2的X梁103。滚珠螺杆803连接于吸嘴上下移动马达802。此外，滚珠螺杆803的端部被引导件804支撑。

臂805连接于滚珠螺杆803。臂805的远端连接于吸嘴移动部806，中空结构的吸嘴轴807连接于吸嘴移动部806。此外，吸嘴轴807连接于转子808。

而且，具有开口的用于吸附电子元件的吸嘴302可装卸地连接于吸嘴轴807的远端。

吸嘴转动马达830具有使吸嘴302以头部致动器801的中心为转轴而转动的功能。

其次，针对吸嘴的选择动作、上下移动动作及转动动作，进一步详细地说明头部致动器801的结构。

图9A及图9B是详细地说明头部致动器801的吸嘴选择动作及距离检测传感器的动作的图。

首先，说明吸嘴的选择动作。在中心花键901处，若吸嘴选择用传动带902被吸嘴选择马达810转动，则中心花键901也转动，连接于中心花键901的吸嘴移动部806及吸嘴台座903也同步地转动相同的角度。而且，随着吸嘴台座903的转动，切除部904也转动。由此，能够选择吸嘴台座上的任意的吸嘴。此外，由于与吸嘴台座903接触的是连接于吸嘴轴807的滚子等转动体905，因此，能够降低吸嘴台座903转动时的摩擦的影响。此处，如果考虑到产生尘埃的影响，较为理想的是转动体905的硬度与吸嘴台座的903的硬度相同。

距离检测传感器850是检测从头部致动器801至作为安装对象的基板的高度的传感器。距离检测传感器850基于吸嘴选择马达810的动作而转动与吸嘴移动部806实质上相同的角度，从而移动到被选择的吸嘴的近傍。

其次，利用图10来说明吸嘴的上下移动动作。吸嘴移动部806连接于中心花键901。中心花键901起到了作为规定吸嘴移动部806的移动方向的引导的作用。吸嘴移动部806的远端1001设置在图8中所说明的吸嘴台座903的切除部904的内部。

此外，各吸嘴轴807经由转动体905而设置于吸嘴台座903。而且，基于吸嘴上下移动马达802而吸嘴移动部806上下移动时，与其连接的吸嘴移动部806的远端1001上的转动体905、以及与转动体905连接的吸嘴轴807上下移动。

基于这样的结构，能够在头部致动器801这一有限的空间中，有效地进行吸嘴的选择动作以及上下移动动作。

其次，利用图11来说明头部转动动作。吸嘴转动马达1101使转子808转动，从而使安装于转子808的吸嘴轴807以转子808的中心为转轴而转动。由此，安装于吸嘴轴807的滚子等转动体905在转吸嘴台座904上转动。由此，能够使任意的吸嘴轴807移动到任意的角度，以及能够移动到吸嘴移动部806。

图12表示转子808的从下面观察时的说明图。吸嘴302在相对于转子808的中心的距离1201处呈同心圆状设置于转子808。此时，距离也可以为不是同心圆状。电子元件1202利用真空而被保持于吸嘴302。基于吸嘴转动马达1101与转子808的互相作用，吸嘴302在转动方向1205的方向上移动。为了在电子元件1202安装到基板时变更为恰当的角度，或者为了测定电子元件1202的角度等，有时会进行吸嘴302的移动。

利用图13来说明由距离检测传感器850进行的吸嘴近傍的高度检测方法。距离检测传感器850移动到基于吸嘴选择马达的动作而被选择的吸嘴的近傍。

距离检测传感器850是为了光学地获得被保持的元件与基板1301之间的距离的计测器，例如，包含激光测长仪。来自距离检测传感器850的光的光轴1302位于转子808的外侧。基于距离检测传感器850而形成在基板1301上的照明区域形成在为了进行元件安装而接近基板1301的吸嘴的被投影在基板1301上的点的近傍。此处所称的近傍例如可表述为处于如下关系的位置：基于距离检测传感器850而形成在基板1301上的照明区域与为了进行元件安装而接近基板1301的吸嘴的被投影在基板1301上的点之间的距离短于照明区域与其他的任一吸嘴的被投影在基板1301上的点之间的距离。

其次，对距离检测传感器850获得基板1301与电子元件之间的距离1303的方法进行说明。例如，距离检测传感器850首先计测从距离检测传感器850至基板1301的距离D₀。其次，从D₀减去既知的从距离检测传感器850至电子元件的距离D₁，而求得距离D₂。距离D₂可以视为实质上与从图13的基板1301至电子元件的距离1303相同。这样，距离检测传感器850便能够获得基板1301与电子元件之间的距离1303。距离1303虽然并不是基板1301上的吸嘴下降的位置至元件的距离，不过，如前所述，由于基于距离检测传感器850而形成在基板1301上的照明区域被形成在为了进行元件安装而接近基板1301的吸嘴的被投影在基板1301上的点的近傍，因此，距离1301可看待为实质上与基板1303上的吸嘴下降的位置至元件的距离等同。

而且，图1的控制部124决定保持着电子元件的吸嘴为了从所获得的距离1303接近基板1301而需要的加速度以及速度的至少一者(最好是两者)。更具体而言，控制部124以吸嘴的加速度以及速度的至少一者(最好是两者)在基板1301上实质上为零的方式来决定加速度以及速度的至少一者(最好是两者)。该距离1303的取得后的加速度以及速度的至少一者(最好是两者)的决定在头部致动器801从元件供应装置151、152、153、154的任一者供给元件且保持着元件的吸嘴朝着基板1301开始下降为止的时间内进行。也就是说，本实施例中，无需如以往技术那样，为了对基板整体进行计测或者为了得到距离1303而设置特别的时间。

由此，根据本实施例，不会降低生产率，而能够有效地防止元件的破损。

其次，利用图14对得出因基板的倾斜而产生的目标安装位置的偏差并且变更吸嘴的位置的方法进行说明。

首先，由于基板502的端部的坐标也可以事先得到，因此，能够得到从图14所示的基板502的端部至没有翘曲时的目标安装位置503的距离x₀。

从所保持的电子元件至没有翘曲的基板501的距离304(y₀)能够从原来的设计值得到，因此是既知的。此外，从所保持的元件至有翘曲的基板502的距离404(y₁)能够通过距离检测传感器850得到。其结果，图14所示的y₂作为y₂＝y₀-y₁而能够求得。而且，从tanθ＝y₂/x₀能够求得θ的值。此外，由于从基板502的端部至基板502上的目标安装位置505的距离可视为与从基板502的端部至没有翘曲时的目标安装位置503的距离x₀实质上等同，因此，利用复平面，Δx作为Δx＝X₀-X₀cosθ而能够求得。此外，由于距离检测传感器850能够从其检测结果求得目标安装位置505的高度y₂，因此其还可以表述为高度检测传感器。

在求得Δx后，基于致动器109、110、111、112的任一者，头部致动器801移动-Δx量，而进行元件安装。此处的说明对于Y方向也可适用。根据本实施例，即使在目标安装位置变化了的情况下，也能够进行高精度的元件安装。

本实施例中的头部致动器也可适用于实施例1以外的其他元件安装装置。

符号说明

101第一Y梁

102第二Y梁

103、104、105、106第一X梁

107、108、109、110、111、112致动器

113、114、115、116头部致动器

117、118、119、120摄像机

121、122元件供应装置

123基板

124控制部

802吸嘴上下移动马达

803滚珠螺杆

806臂

807吸嘴轴

809吸嘴

810吸嘴选择马达

830吸嘴转动马达

850距离检测传感器

901中心花键

902吸嘴选择用传动带

904切除部

905转动体

Claims (8)

1.一种元件安装装置，其特征在于包括：

元件安装部，包含安装用吸嘴以及用于光学地获得所述安装用吸嘴所保持的元件与基板之间的距离的距离检测部；其中，

由所述距离检测部形成的照明区域被形成在所述安装用吸嘴被投影在所述基板上的部分的近傍。

2.根据权利要求1所述的元件安装装置，其特征在于：

所述安装用吸嘴接近所述基板时的加速度以及速度的至少一者利用所述距离检测部的检测结果来决定。

3.根据权利要求2所述的元件安装装置，其特征在于：

所述安装用吸嘴的位置根据所述距离检测部的检测结果而被变更。

4.根据权利要求3所述的元件安装装置，其特征在于：

所述元件安装部具有多个吸嘴和用于从所述多个吸嘴中选择所述安装用吸嘴的吸嘴选择部，

所述距离检测部根据被选择的所述安装用吸嘴来变更位置。

5.根据权利要求4所述的元件安装装置，其特征在于，

所述近傍是指处于如下关系的位置：所述安装用吸嘴被投影在所述基板上的部分与所述照明区域之间的距离短于所述安装用吸嘴以外的所述多个吸嘴的任一者被投影在所述基板上的部分与所述照明区域之间的距离。

6.根据权利要求1所述的元件安装装置，其特征在于：

所述安装用吸嘴的位置根据所述距离检测部的检测结果而被变更。

7.根据权利要求1所述的元件安装装置，其特征在于：

所述元件安装部具有多个吸嘴和用于从所述多个吸嘴中选择所述安装用吸嘴的吸嘴选择部，

所述距离检测部根据被选择的所述安装用吸嘴来变更位置。

8.根据权利要求7所述的元件安装装置，其特征在于：

所述近傍是指处于如下关系的位置：所述安装用吸嘴被投影在所述基板上的部分与所述照明区域之间的距离短于所述安装用吸嘴以外的所述多个吸嘴的任一者被投影在所述基板上的部分与所述照明区域之间的距离。