JP2008147386A

JP2008147386A - 表面実装装置

Info

Publication number: JP2008147386A
Application number: JP2006332257A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nishikawa; 尚西川
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2008-06-26
Also published as: CN101198248A; US20080135182A1

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

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。

特開平１０−２０４７８号公報

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。

本発明に係る第１実施形態の要部を示す概略断面図本実施形態に適用されるバーノズルを拡大して示す斜視図本実施形態に適用される制御系の概要を示すブロック図本実施形態の作用を示すフローチャート同じく本実施形態の作用を示すタイムチャート本実施形態における部品搭載直前の状態を示す断面図本実施形態における部品搭載直後の状態を示す断面図本発明に係る第２実施形態の要部を示す概略断面図本発明に係る第３実施形態の要部を示す概略断面図

符号の説明

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

Claims

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。