JP2008147386A - 表面実装装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】部品搭載時に位置決め固定された基板に、装置内で発生した塵埃であっても付着することを確実に防止する。
【解決手段】基板Sの対向端部をそれぞれ支持固定する、対向配置された1対の基板固定手段22A、22Bと、該基板固定手段により支持固定された基板上に、装着されているノズルで保持した部品を搭載する搭載ヘッドとを備えた表面実装装置において、一方の基板固定手段22Aに近接配置され、支持固定された基板Sの上面に沿った上方に、該基板の外側からエアをカーテン状に噴射させるエア噴射手段30と、他方の基板固定手段22Bに近接配置され、前記エアの噴射方向に対向する、前記基板Sの外側でエアを吸引するエア吸引手段34と、を備えた。
【選択図】図1
【解決手段】基板Sの対向端部をそれぞれ支持固定する、対向配置された1対の基板固定手段22A、22Bと、該基板固定手段により支持固定された基板上に、装着されているノズルで保持した部品を搭載する搭載ヘッドとを備えた表面実装装置において、一方の基板固定手段22Aに近接配置され、支持固定された基板Sの上面に沿った上方に、該基板の外側からエアをカーテン状に噴射させるエア噴射手段30と、他方の基板固定手段22Bに近接配置され、前記エアの噴射方向に対向する、前記基板Sの外側でエアを吸引するエア吸引手段34と、を備えた。
【選択図】図1
Description
本発明は、表面実装装置、特に基板上に電子部品を搭載する際に、搭載動作等に起因して発生する粉塵類等が基板や電子部品(素子)に付着して不良品の原因となることを防止する際に適用して好適な、表面実装装置に関する。
一般に、表面実装装置(生産装置)を使用し、所定位置に位置決め固定されている基板上に、搭載ヘッドに装着されているノズルに保持された部品を搭載することにより、実装基板を生産することが行なわれている。
その基板生産に際しては、不良品の発生を防止するために、基板や部品への粉塵(塵埃)の付着を防止することが重要である。
従来、生産基板への塵埃類の付着を防止する方法としては、クリーンルーム内に生産装置を設置し、生産環境全体を塵埃の極めて少ない状態にして生産することにより対応しているものがある。
又、生産装置自体に対しても、特許文献1に開示されているように、エアをファン等でHEPA(High Efficiency Particulate Air)フィルタ等を通過させてクリーンエアを発生させる装置を、生産装置(マシン)の天井部に設け、該装置からクリーンエアをダウンフローさせ、マシン内部をクリーンエアで満たすことで対応しているものが知られている。
しかしながら、クリーンルーム内に生産装置を設置する従来の方法は、電子部品を基板上に搭載する目的で、位置決め固定された基板の上方を搭載ヘッドが高速でXY移動するため、その動作に起因して塵埃が発生することがあるが、このような塵埃に対しては、マシン内部で発生しているので、周りの環境をクリーンにしたとしても効果が無いという理由から、有効な付着防止方法にはなり得ないという問題があった。
又、特許文献1に開示されている生産装置の天井部からクリーンエアをダウンフローして付着防止する方法も、高速で移動する搭載ヘッドによってマシン内部の空気の流れが攪拌されてしまうことになるので、発生した塵埃の行く先がランダムになってしまうだけで、同様に有効な解決手段にはなり得ないという問題があった。
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、位置決め固定された基板に部品を搭載する際、搭載動作などに起因して装置内で発生した塵埃であっても、基板や部品に付着することを確実に防止できる表面実装装置を提供することを課題とする。
本発明は、基板の対向端部をそれぞれ支持固定する、対向配置された1対の基板固定手段と、該基板固定手段により支持固定された基板上に、装着されているノズルで保持した部品を搭載する搭載ヘッドとを備えた表面実装装置において、いずれか一方の基板固定手段に近接配置され、支持固定された基板の上面に沿った上方に、該基板の外側からエアをカーテン状に噴射させるエア噴射手段と、他方の基板固定手段に近接配置され、前記エアの噴射方向に対向する、前記基板の外側でエアを吸引するエア吸引手段と、を備えたことにより、前記課題を解決したものである。
本発明は、又、前記搭載ヘッドにより基板上へ部品の搭載動作を行なう際、部品を保持したノズルが前記エアの噴射流を上方から通過する前に、前記エア噴射手段によるエアの噴射を停止させ、部品搭載後該ノズルが前記エアの噴射流を下方から通過した後に、前記エア噴射手段によるエアの噴射を開始させる制御手段を備えるようにしてもよい。
本発明によれば、エア噴射手段によりエアを基板の上面に沿った上方に、該基板の外側からエア噴射手段によりエアをカーテン状に噴射すると共に、噴射されたエアを対向配置された吸引手段により吸引するようにしたので、基板を間にしてその上面に沿ったカーテン状のエア流(噴射流)を確実に形成することが可能となり、該エア流により装置内で発生した塵埃であっても、基板上に落下することを防止できるため、該基板等への塵埃の付着を確実に防止することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本発明に係る第1実施形態の表面実装装置が備えている基板位置決め固定部を示す概略断面図である。
この図に示される基板位置決め固定部は、部品を搭載するために基板を固定する部品搭載部であり、部品を実装する基板Sを搬送する装置の一部を構成している。
この基板搬送装置は、固定されている基準側の支柱10Aと、搬送する基板Sの寸法に合わせて矢印A方向に移動可能に対向配置された従動側の支柱10Bを備えている。
これら支柱10A、10Bには、搬送方向に無端状の搬送ベルト12A、12Bがそれぞれ巻き付けられてなる基準側と従動側の搬送レール14A、14Bが、直動ベアリング16A、16Bに案内されるガイド18A、18Bを介して、上下動可能に支持されている。
又、上記支柱10A、10Bの上端部にはクランプ部材20A、20Bが固定され、これらクランプ部材20A、20Bと、搬送レール14A、14Bとにより、前記基板位置決め固定部が形成され、これら搬送レール14A、14Bを上昇させることにより、基板Sを固定するようになっている。
即ち、本実施形態においては、上下動する搬送レール14A、14Bにそれぞれ巻き付けてある搬送ベルト12A、12Bと、対応する支柱10A、10Bに固定されているクランプ部材20A、20Bとにより、基板Sの対向端部をそれぞれ支持して固定する、対向配置された1対のクランプ機構(基板固定手段)22A、22Bが形成されている。
又、この表面実装装置には、上記クランプ機構22A、22Bにより支持固定された基板S上に、装着されているノズルで吸着保持した部品を搭載する搭載ヘッド(図示せず)がXY方向に移動可能に設置されている。
本実施形態においては、基準側のクランプ機構22Aに近接配置され、支持固定された基板Sの上面に沿った上方に、該基板Sの外側からエアをカーテン状に噴射させるバーノズル(エア噴射手段)30が、支柱10Aにブラケット32Aを介して固定されている。
又、従動側のクランプ機構22Bに近接配置され、前記バーノズル30のエア噴射方向に対向する、前記基板の外側でエアを吸引する集塵ダクト(エア吸引手段)34が、支柱10Bにブラケット32Bを介して固定されている。
従って、バーノズル30からは、基準側のクランプ機構22Aにより挟持固定されている基板Sの一端部より外側からエアを噴射し、集塵ダクト34によっては、従動側のクランプ機構22Bにより挟持固定されている対向端部より外側でエアを吸引することにより、基板S上には直接エアが吹き付けられることのない、図中矢印で示す左方向へのカーテン状のエアの流れ(噴射流)ACを形成することができる。
上記バーノズル30は、図2に拡大して示すように、両端が解放された円筒部材からなり、その長さ方向に直線上に所定の間隔でエアを吹出すための噴射孔30Aが穿設されている構造からなる。
このバーノズル30は、上記噴射孔30Aによるエアの吹出し範囲が、クランプ機構22A、22Bの搬送方向長さ、即ち支持固定される最大サイズの基板に上面を実質上カバーする幅からなるカーテン状のエアの流れ(以下、エアカーテンともいう)を発生させることができる長さで形成されている。
前述した如く、バーノズル30の噴射孔(横穴)30Aは、生産基板Sよりも上側の位置で、該基板の外側からその上方横方向にクリーンエアを噴射するようにしたので、上方から落下してきた塵埃類は、このクリーンエアの流れ(エアカーテン)に乗って運ばれ、集塵ダクト34付近で集塵機によって発生された吸引エアの流れに捉えられ、集塵機の内部へ取込まれることになる。
従って、クリーンエアの吹出し方向は、重力による塵埃の落下、吹出しエアの広がり等を考慮すると、水平方向又はそれより若干上向きが望ましい。
次に、本実施形態の表面実装装置が有するエア吹出し制御機能について説明する。
前記バーノズル30には、図3に示す制御系により、クリーンエアが供給される。即ち、元圧で示すコンプレッサ36から、エアフィルタ38を通して供給されるクリーンエアは、制御装置40で制御される電磁弁42と、スピードコントロール弁や減圧弁等の絞り弁44を介して、前記バーノズル30に供給された後、該バーノズル30に直線上に配列形成された噴射孔30Aから噴射されると共に、前記集塵ダクト34の集塵口(吸引口)を介して吸引され、集塵機46で処理される。この制御装置40により実行される具体的な制御動作については後に詳述する。
上記コンプレッサ36は、一定のエア圧力(元圧)を発生させるエアの供給源であり、ここから供給されるエアは、エアフィルタ38を通し、必要に応じて図示しないミストセパレータ等を通過させることにより、ドライでクリーンな状態に濾過することができる。なお、このクリーンエアを生成するまでの工程は、工場若しくはクリーンルームにその機能があれば、それを利用することができる。又、フィルタ類は要求されるクリーンの度合によってその種類や粗さ等のレベルが異なるものが用いられる。
フィルタ38を通過してクリーンな状態となったエアは、電磁弁42を経て、絞り弁44で流量や圧力を減ぜられ、必要な流量、圧力に調整されたクリーンエアとして、バーノズル30から基板の上方横方向に直線的に、即ち前述した如く基板上面に沿った上方に吹出される。
バーノズル30から吹出されたクリーンエアは、基板の上方を横方向に通過することで、いわゆるエアカーテンとなり、搭載ヘッドの移動動作等により生じ、上方から生産基板に向けて落下する塵埃を巻き込み横方向へ吹き飛ばすことが可能となる。
又、吹出されたエアの先には集塵ダクト口34が設けられており、その先に繋いだファンとフィルタを組合せた集塵装置46でそのフィルタにより濾過されることになる。
本実施形態では、前記制御装置40により、搭載ヘッドにより基板S上への部品搭載動作を行なう際、部品を保持したノズルが前記エアの噴射流ACを上方から通過する前に前記バーノズル30によるエアの噴射を停止させ、部品搭載後該ノズルが前記エアの噴射流ACを下方から通過した後に、前記バーノズル30によるエアの噴射を開始させる制御を行なうようになっている。但し、ここでは、部品供給装置(部品吸着位置)にも、その駆動部等からの粉塵が舞い上がらないようにするために、図示は省略するが、図1等に示したものと同様のバーノズルや集塵ダクトが配設され、同様に制御可能になっている。
次に、本実施形態における制御動作を、図4のフローチャートと図5のタイミングチャートを参照しながら説明する。図中、X軸、Y軸は各軸方向に搭載ヘッドを移動させる対応する駆動モータを表わし、Z軸はヘッド上のノズルを上下動させる駆動モータを、又、θ軸はノズル自体を軸回転させる駆動モータをそれぞれ表わす。
まず、Z軸モータによりノズルを安全な待機位置まで上昇させる(ステップ1、2)。次いで、エアカーテン形成のために集塵ダクト34による吸引と、バーノズル30による吹出しを共にON状態にし(ステップ3、4)、その後プログラムに記録されている部品吸着位置の座標を取得し(ステップ5)、現在位置の座標を確認した後(ステップ6)、タイミングt1でX軸、Y軸の各モータを駆動し、吸着位置へヘッドを移動させる(ステップ7)。このヘッドのXY移動中はヘッド周辺から粉塵が発生し易いので、上記のようにエア吹出しとエア吸引をONにして基板S上方にエアカーテンを形成している。これにより、粉塵の基板への付着を防止できる。
X軸・Y軸モータによる移動完了を受けて(ステップ8)、エアの吹出し及びエアの吸引をt2で停止させる(ステップ9、10)。ここでのX軸・Y軸モータによる移動完了、エアの吸引と吹出しの停止を受けてZ軸モータを作動させ、吸着高さデータを取得して(ステップ11)、Z軸モータによりノズルを降下させる(ステップ12)。但し、部品が大型である等の理由で強固に吸着しているために、エアカーテンによって位置ずれを起こすおそれがない場合は、エアを停止させなくともよい。
Z軸モータによるノズルの降下が完了した時点t3でノズルのバキュームをONにし、部品を吸着する(ステップ13〜15)。次いで、Z軸を上昇させ、その上昇完了を受けて(ステップ16、17)、再度エアの吸引と吹出しをON状態とすると(ステップ18、19)、XY軸も移動可能となる。
その際、同時にレーザによる部品認識装置をON状態にし(ステップ20)、ノズルをθ回転させて(ステップ21)、ノズルの部品吸着位置と電子部品の中心位置のずれを検出すると共に、角度補正計算を行なう(ステップ22)。次いで、搭載座標データを取得し(ステップ23)、t4でヘッドのXY移動を開始し(ステップ24)、その移動中のt5〜t6で角度補正のためにθ軸を再度回転させて搭載角度を補正すると共に、ヘッドを到着させるXY座標値を補正する(ステップ25)。
補正座標にヘッドが到達した時点t7でXY軸を停止させ(ステップ26)、それを受けてt8でエアの吸い込みと吹出しも停止させる(ステップ27、28)。それと同時に、搭載高さデータを取得し(ステップ29)、Z軸の降下を開始し、取得高さまでの降下が完了したら(ステップ30、31)、時点t9でノズルのバキュームをOFFにし搭載を完了する(ステップ32)。その後、ステップ1に戻り、上記t9でのZ軸上昇を受けて、t10でエアの吸引と吹出しをON状態にした後XY軸の移動を行ない、次の部品吸着位置へ移動する(ステップ2〜7)。
通常、基板S上に搭載するために搭載ヘッドに装着されているノズルで吸着した素子(電子部品)は、ノズルの中心位置に対して、部品の中心位置がずれた状態で吸着されている。そのため、部品は吸着したままレーザ光やカメラによる撮像によってずれ量を検出し、そのずれ分を補正した位置に搭載するようになっている。
従って、搭載時にバーノズル30から基板上方に吹出されるクリーンエアの流れをノズルに吸着された素子が通過する際に、該エアの流れ(エアカーテン)によって微小なずれが発生する危険性がある。
そこで、前述した制御動作により、図6に示すように、搭載座標に搭載ヘッドが移動し、ノズル50を下降させて素子Pを基板S上に搭載を行なうタイミングで、通常ONになっている電磁弁42をOFFにし、図7に示すように基板上方へのクリーンエアの吹出しを一時的に停止させることを可能としている。これにより、図示されているように部品Pを基板S上に搭載する場合、エアによる部品の位置ずれの発生を防止できる。
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)クリーンエアを基板上方に流すことにより、生産装置内部で発生した塵埃が生産基板へ落下しないように保護することができる。
(2)生産基板近傍に集塵ダクトを設けたことにより、発生した塵埃を収集し、生産装置の外へ排出しないようにすることができる。
(3)電子部品搭載のタイミングでクリーンエアをOFFにすることにより、搭載精度の低下を抑制することができる。
次に、本発明に係る第2実施形態の表面実装装置を図8に示す。
本実施形態の表面実装装置は、バーノズル30の裏側(近傍)にパーティクルメータ52を取り付けた以外は、前記第1実施形態の場合と機械的構成は同じである。
本実施形態においては、前記制御装置40により、通常時は前記図3で示した電磁弁42をOFFにしておき、エアの吹出しを行なわないようにしておくことにより、パーティクルメータ52で塵埃が一定の密度を超えたことを検出した場合に、電磁弁42をONにしてエアを吹出す制御を行なうようにしている。
このように、バーノズル30によるエアの吹出しを、粉塵の検出によってON/OFFすることにより粉塵が発生している時のみに行なうことができ、エアの流れが搭載した素子Pやノズル先端に吸着した素子を動かしてしまう等の前述した副作用を減らすことが可能となる。
次に、本発明に係る第3実施形態の表面実装装置を図9に示す。
本実施形態の部品実装装置は、バーノズル30からクリーンエアが吹出す噴出孔30Aの前段位置(内部)に、イオナイザ54を配設し、該バーノズル30からイオン化されたエアが吹出されるようにしたものである。
これにより、基板S上に素子Pを搭載する際には、下降する素子Pとノズル50がイオン化したエアの流れの中を通過させ、場合によっては一時的にイオンエアの流れの中で素子Pを停止させることにより、素子Pの帯電を除去する機能を持たせている。その際、部品サイズが小さい等の理由でエアの流れにより部品の吸着位置がずれるおそれがある場合には、エアの吹出し圧力を下げる等により対応することができる。
部品供給装置(テープフィーダのテープやトレイ)は通常絶縁体で形成され、テープフィーダの送りによる摩擦等によって発生した静電気は素子Pに帯電したままで、周囲に逃げる量が少ない。又、一般的に、吸着搭載用のノズル50は、実装装置に対して電気的に絶縁され、機械的にも浮いている状態にあることから、ノズルが素子を吸着しても素子の帯電は除去されない。
そのため、このような帯電状態のままで生産基板に素子を搭載した場合、基板Sは導電性であることから、素子上の電荷は急激に生産基板に放電されることになり、このときの放電によって素子自体が破壊されてしまうことがある。
本実施形態によれば、イオン化したエアを吹き付けることで帯電を中和することができることから、素子が破壊されることを防止することができる。即ち、クリーンエアをイオン化することにより、粉塵対策に加えて素子の帯電防止機能をも兼ね備えるようにすることができる。
以上、本発明について具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に示したものに限定されない。
例えば、前記実施形態に示した基準側と従動側の各クランプ機構22A、22Bにそれぞれ近接配置した、バーノズル30と集塵ダクト34の位置関係は逆にしても良く、又、搬送レールの支柱10A、10Bに直接固定しないで、別部材にそれぞれ固定してクリーンエアが生産基板の上方を流れるように配置するようにしても良い。
又、バーノズルは、図2に示したように、中空のパイプ材に一定間隔で横穴30Aを開け、パイプの両端(若しくは片端)からクリーンエアを吹込むことにより、これら横穴30Aからほぼ均等にシャワー状(カーテン状)にエアが吹出す構造のものを示したが、これに限定されず同様の機能、性能が得られるノズル類であれば、穴の形状を含めて種々の構造のノズルを採用するようにしてもよいことは言うまでもない。
更に、例えば部品吸着のためのノズル降下時には、エア吹出しと吸い込みを停止させないでおくようにすれば、エアがイオン化されたものであればノズルの除電を行なうことができ、吸着する素子を静電気で破壊する危険を回避できる。ノズルが部品を吸着する最下点に到達時点でエアをOFFにすれば、上昇時にエアの影響が素子に及ぶことも回避できる。
10A、10B…支柱
12A、12B…搬送ベルト
14A、14B…搬送レール
16A、16B…ベアリング
18A、18B…ガイド
20A、20B…クランプ部材
22A、22B…クランプ機構(基板固定手段)
30…バーノズル(エア噴射手段)
30A…噴射孔
32A、32B…ブラケット
34…集塵ダクト(エア吸引手段)
40…制御装置
50…ノズル
52…パーティクルメータ
54…イオナイザ
12A、12B…搬送ベルト
14A、14B…搬送レール
16A、16B…ベアリング
18A、18B…ガイド
20A、20B…クランプ部材
22A、22B…クランプ機構(基板固定手段)
30…バーノズル(エア噴射手段)
30A…噴射孔
32A、32B…ブラケット
34…集塵ダクト(エア吸引手段)
40…制御装置
50…ノズル
52…パーティクルメータ
54…イオナイザ
Claims (2)
- 基板の対向端部をそれぞれ支持固定する、対向配置された1対の基板固定手段と、
該基板固定手段により支持固定された基板上に、装着されているノズルで保持した部品を搭載する搭載ヘッドとを備えた表面実装装置において、
いずれか一方の基板固定手段に近接配置され、支持固定された基板の上面に沿った上方に、該基板の外側からエアをカーテン状に噴射させるエア噴射手段と、
他方の基板固定手段に近接配置され、前記エアの噴射方向に対向する、前記基板の外側でエアを吸引するエア吸引手段と、を備えたことを特徴とする表面実装装置。 - 前記搭載ヘッドにより基板上へ部品の搭載動作を行なう際、部品を保持したノズルが前記エアの噴射流を上方から通過する前に、前記エア噴射手段によるエアの噴射を停止させ、部品搭載後該ノズルが前記エアの噴射流を下方から通過した後に、前記エア噴射手段によるエアの噴射を開始させる制御手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載の表面実装装置。
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