JP2019067965A - 部品実装装置および実装基板の製造方法 - Google Patents

部品実装装置および実装基板の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】薄型パネルであっても部品を基板に適切に圧着することができる部品実装装置および実装基板の製造方法を提供する。【解決手段】部品実装装置は、基板２を保持して保持した基板２を昇降させる基板保持手段（基板保持テーブル２３、テーブル昇降部２２）と、保持された基板２に搭載された複数の部品３の少なくとも１つを基板２の下方から支持して基板２の下面を吸着する吸着口４２ａが設けられた複数のバックアップ部４２と、吸着口４２ａまで接続されて複数のバックアップ部４２の上に載置される基板２を真空吸引する吸引手段（真空ポンプ４６）と、吸着された基板２に搭載された複数の部品３を基板２に圧着する圧着ヘッド３５と、を備える。基板２に搭載された複数の部品３を基板２に圧着する。【選択図】図３

Description

本発明は、基板に搭載された部品を圧着して実装基板を製造する部品実装装置および実装基板の製造方法に関する。
液晶パネル基板等の実装基板を製造する部品実装装置は、貼着された接着部材としてのテープ状のＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）の上に部品を重ねて搭載した基板に対して、部品の上方から圧着ヘッドにより圧力を加えて基板に部品を圧着する（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の部品実装装置は、大型の液晶パネル等のように反り易い基板の反りを矯正して部品を圧着するために、上方から加圧される部品を下方から支持するバックアップステージの他に、基板の下面を吸引して基板の反りを矯正する反り矯正ユニットがバックアップステージに並設されている。
特開２００６−２４７９７号公報
しかしながら、特許文献１を含む従来技術では、基板の厚さが薄くてしわや反り等の変形が生じ易い薄型パネルでは反りの矯正が十分でなく、部品を基板に適切に圧着するためにはさらなる改善が必要であるという課題があった。
そこで本発明は、薄型パネルであっても部品を基板に適切に圧着することができる部品実装装置および実装基板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の部品実装装置は、基板に搭載された複数の部品を前記基板に圧着する部品実装装置であって、前記基板を保持し、保持した前記基板を昇降させる基板保持手段と、保持された前記基板に搭載された複数の前記部品の少なくとも１つを前記基板の下方から支持し、前記基板の下面を吸着する吸着口が設けられた複数のバックアップ部と、前記吸着口まで接続され、前記複数のバックアップ部の上に載置される前記基板を真空吸引する吸引手段と、吸着された前記基板に搭載された複数の前記部品を前記基板に圧着する圧着ヘッドと、を備える。
本発明の実装基板の製造方法は、基板に搭載された複数の部品を前記基板に圧着する実装基板の製造方法であって、前記基板を基板保持手段に保持する基板保持工程と、前記保持された基板を下降させて、前記基板に搭載された複数の前記部品の少なくとも１つを前記基板の下方から支持する複数のバックアップ部に載置する基板下降工程と、前記バックアップ部に設けられた吸着口より真空吸引して前記基板の下面を吸着する基板吸着工程と、吸着された前記基板に搭載された前記部品を圧着ヘッドにより前記基板に圧着する部品圧着工程と、を含む。
本発明によれば、薄型パネルであっても部品を基板に適切に圧着することができる。
本発明の一実施の形態における部品実装装置の斜視図 本発明の一実施の形態における部品実装装置の斜視図 本発明の一実施の形態における部品実装装置の一部の（ａ）平面図（（ｂ）側面図 本発明の一実施の形態における部品実装装置の制御系統を示すブロック図 本発明の一実施の形態における部品実装装置の吸着高さを設定する吸着高さ設定ウインドウの説明図 本発明の一実施の形態における部品実装装置による実装基板の製造方法のフローを示す図
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。図１、図２及び図３は本実施の形態における部品実装装置１を示している。部品実装装置１は、フィルム状の部材から成る基板２（例えば薄型パネルやフレキシブル基板）などに搭載された部品３を圧着して基板２に実装する装置である。以下の説明では、作業者ＯＰから見た左右方向をＸ軸方向とする。また、作業者ＯＰから見た前後方向をＹ軸方向とし、上下方向をＺ軸方向とする。
図１において、基板２の上面の端部には電極２ａが設けられている。電極２ａには、前工程においてＡＣＦ等の熱硬化性樹脂テープＴが貼り付けられている。熱硬化性樹脂テープＴの上には、基板２の電極２ａに部品３の下面に形成された部品端子（図示省略）の位置を一致させた状態で部品３が搭載されている。図１の例では、３個の部品３が基板２に搭載されている。
部品実装装置１は、基台１１上に基板保持移動部１２、圧着部１３及び圧着支持部１４を備えている。基板保持移動部１２は基台１１の前部（作業者ＯＰから見た手前側）に設けられており、圧着部１３及び圧着支持部１４は基台１１の後部（作業者ＯＰから見た奥側）に設けられている。
図１において、基板保持移動部１２は、基台１１に設けられたテーブル移動機構２１と、テーブル昇降部２２（図３（ｂ）参照）と、基板保持テーブル２３を、下から順に重ねて備えている。テーブル移動機構２１は、テーブル昇降部２２をＸ軸方向及びＹ軸方向（すなわち水平面内方向）に移動させる。テーブル昇降部２２は、基板保持テーブル２３をＺ軸方向に昇降させる。
基板保持テーブル２３は、その上面に部品実装装置１の外部から供給された基板２の下面の中央の領域を支持する。基板保持テーブル２３の上面で基板２の下面を支持する領域には、基板２を吸着して保持する複数の基板吸引口２３ａが形成されている。このように、基板保持移動部１２は、基板２を保持し、保持した基板２を水平面内方向に移動させ、昇降させる基板保持手段である。
図１において、圧着部１３は、ベース部３１と、ベース部３１に装着されてＸ軸方向の位置が調整自在な複数の圧着ユニット３２（この例では３個）を備えている。ベース部３１には、Ｘ軸方向に伸びた一対のガイド部３１ａが設けられている。ガイド部３１ａには、垂直姿勢で設置された矩形平板状の複数の取り付け部材３３がＸ軸方向に調整自在に装着されている。
圧着ユニット３２は、加圧機構３４と圧着ヘッド３５を備えている。加圧機構３４は、取り付け部材３３に取り付けられている。加圧機構３４は、上下に突没自在なロッド３４ａを有している。ロッド３４ａの下端部には、圧着ヘッド３５が装着されている。複数の圧着ヘッド３５は、圧着支持部１４の上方にＸ軸方向に一列に並んで配置されている。作業者ＯＰは、圧着ユニット３２を所望の位置に調整させることで、圧着ヘッド３５を基板２に搭載された部品３の位置に合わせて変更する。
圧着ヘッド３５はヒータ（図示省略）を内蔵しており、部品３の圧着前にヒータによって所定温度まで加熱される。圧着ヘッド３５は加圧機構３４の駆動によって下降し、基板２に搭載された部品３を加熱しながら圧着する。このとき、熱硬化性樹脂テープＴは圧着ヘッド３５から伝わる熱により硬化が促進される。ベース部３１には、圧着する部品３の数に対応して複数の圧着ユニット３２が装着される。また、部品実装装置１には、サイズの異なる圧着ヘッド３５が準備されており、圧着する部品３の形状に対応する圧着ヘッド３５がロッド３４ａに装着される。
図１において、圧着支持部１４は、固定部４１と、固定部４１に装着されてＸ軸方向の位置が調整自在な複数のバックアップ部４２（この例では３個）を備えている。作業者ＯＰは、基板２に搭載された部品３の位置に合わせてバックアップ部４２のＸ軸方向の位置を変更して、固定部４１によってバックアップ部４２の位置を固定させる。すなわち、部品実装装置１は、基板２に搭載された部品３の位置に応じて、バックアップ部４２の設置位置を変更することができる。
図２、図３（ａ）及び図３（ｂ）は、基板保持移動部１２によって、基板保持テーブル２３が保持する基板２の水平面内方向を位置合わせした後、基板２を下降させてバックアップ部４２に支持させた状態を示している。
図３（ａ）及び図３（ｂ）において、バックアップ部４２の上面には、複数の吸着口４２ａが所定の位置に開口している。バックアップ部４２の後部側の側面には接続口４２ｂが開口している。バックアップ部４２の内部には、複数の吸着口４２ａから接続口４２ｂまで貫通する連通空間４２ｃが形成されている。固定部４１に設置された複数のバックアップ部４２の接続口４２ｂは、連結管４３によって並列接続されて真空バルブ４４の一端に接続されている。真空バルブ４４の他端は接続管４５を介して真空ポンプ４６に接続されている。接続管４５には、接続管４５の内部の真空度を計測する真空センサ４７が接続されている。
真空ポンプ４６を作動させた状態で真空バルブ４４を開けると、真空ポンプ４６からバックアップ部４２の各々の吸着口４２ａまでが連通して吸着口４２ａから真空吸引される。基板保持テーブル２３が保持する基板２を圧着作業位置に位置合わせして、基板２の下面をバックアップ部４２に支持させた状態で真空ポンプ４６を作動させて真空バルブ４４を開けると、基板２は吸着口４２ａによって真空吸引される。すなわち、真空ポンプ４６は、吸着口４２ａまで接続され、複数のバックアップ部４２の上に載置される基板２を真空吸引する吸引手段である。
このように基板２が真空吸着されて、全てのバックアップ部４２の全ての吸着口４２ａが基板２の下面で塞がれると、接続管４５の真空度が低下する。一方、基板２の高さ位置が高くて基板２の下面とバックアップ部４２の上面との間に隙間があったり、基板２が反っていて一部の吸着口４２ａと基板２の下面との間に隙間ができていたりする場合は、開いている吸着口４２ａから空気が流入して接続管４５の真空度が下がらない。そこで、真空センサ４７で接続管４５の真空度を計測することにより、基板２がバックアップ部４２に正常に吸着されたことを検出することができる。
すなわち、真空センサ４７は、バックアップ部４２に基板２が吸着されたことを検出する吸着センサである。なお、真空センサ４７は、バックアップ部４２毎に設置するようにしてもよい。そうすることで、どのバックアップ部４２で吸着不良が発生しているかを絞り込むことができる。また、吸着センサとして、バックアップ部４２の上面と基板２の下面の間の間隔を計測する隙間計測手段を使用してもよい。
図３（ｂ）において、基板保持テーブル２３に保持されている基板２がバックアップ部４２に正常に吸着される高さ位置を、部品実装装置１に設定されている基準高さＨ０から見た吸着高さＨｓと称す。基板２に搭載された部品３を基板２に圧着する際は、真空バルブ４４を閉じた状態で基板保持テーブル２３が保持する基板２の水平面内方向を位置合わせした後、吸着高さＨｓまで下降させてバックアップ部４２に支持させる。次いで真空バルブ４４を開けて、基板２をバックアップ部４２に真空吸着させる。
図３（ａ）において、吸着口４２ａは、上方から平面視して、基板２を介してバックアップ部４２に支持された部品３と重ならない位置に設けられている。これによって、圧着ヘッド３５によって圧着する際に部品３に均一に熱と圧力を加えることができ、部品３を確実に圧着することができる。なお、１つのバックアップ部４２で、複数の部品３を支持してもよい。その場合でも、吸着口４２ａは、複数の部品３と重ならない位置に設定される。また、一つの圧着ヘッド３５で、複数のバックアップ部４２が支持する部品３を圧着してもよい。
このように、複数の部品３の位置に対応して設置された複数のバックアップ部４２には、保持された基板２に搭載された複数の部品３の少なくとも１つを基板２の下方から支持し、基板２の下面を吸着する吸着口４２ａが設けられている。複数の部品３の位置に対応して設置された複数の圧着ヘッド３５は、吸着された基板２に搭載された複数の部品３を基板２に圧着する。すなわち、部品実装装置１は、圧着ヘッド３５をバックアップ部４２に対応して複数備えている。
図４において、部品実装装置１が備える制御装置５０は、部品実装制御部５１、吸着高さ設定部５２、記憶部５３を有している。記憶部５３は記憶装置であり、吸着高さＨｓなどを記憶する。部品実装制御部５１は、テーブル移動機構２１によるテーブル昇降部２２の（すなわち基板保持テーブル２３の）水平面内方向への移動、テーブル昇降部２２による基板保持テーブル２３のＺ軸方向への移動、加圧機構３４によるロッド３４ａの突没動作（すなわち圧着ヘッド３５の昇降動作）の各制御を行う。
また、部品実装制御部５１は、真空バルブ４４の開閉動作、真空ポンプ４６の作動、真空センサ４７による真空度の計測の各制御を行う。制御装置５０にはタッチパネル等の入出力装置５４が接続されており、作業者ＯＰは入出力装置５４を通して部品実装装置１に所要の入力を行うことができる。また作業者ＯＰは、入出力装置５４を通じて部品実装装置１に関する各種情報を得ることができる。
図４において、吸着高さ設定部５２は、テーブル昇降部２２、真空バルブ４４、真空ポンプ４６、真空センサ４７を制御して、実装高さＨｓの設定作業を実行する。また、吸着高さ設定部５２は、実装高さＨｓの設定の際に入出力装置５４に吸着高さ設定ウインドウを表示させて、作業者ＯＰによる実装高さＨｓの設定作業を支援する。
ここで図５を参照して、入出力装置５４に表示される吸着高さ設定ウインドウ６１の例について説明する。吸着高さ設定ウインドウ６１には、「吸着高さ」表示枠６２、「上げる」ボタン６３ａ、「下げる」ボタン６３ｂ、「真空度」表示枠６４、「吸着高さ決定」ボタン６５が表示されている。「吸着高さ」表示枠６２には、現在の基板２の高さ（吸着高さＨｓ）が表示される。「上げる」ボタン６３ａが操作されると、テーブル昇降部２２が基板２を所定量だけ上昇させる。「下げる」ボタン６３ｂが操作されると、テーブル昇降部２２が基板２を所定量だけ下降させる。
「真空度」表示枠６４には、真空センサ４７が計測している現在の真空度が表示される。なお、「真空度」表示枠６４には、真空センサ４７が計測している実測値を表示させても、所定の真空度より高いか、低いかの結果のみを表示させてもよい。図５では、真空センサ４７の計測結果が所定の真空度より高くて、「ＯＶＥＲ」と表示されている。「吸着高さ決定」ボタン６５が操作されると、現在の吸着高さＨｓが記憶部５３に記憶される。
次に図５を参照して、入出力装置５４に表示される吸着高さ設定ウインドウ６１を使用した吸着高さＨｓの設定作業の手順について説明する。吸着高さＨｓの設定作業を実行する際は、バックアップ部４２を所定の位置に設置した後、基板２を基板保持テーブル２３に保持させて水平面内方向を位置合わせしておく。また、吸着高さ設定部５２は、真空ポンプ４６を作動させ、真空バルブ４４を開いておく。
吸着高さＨｓの設定作業において、作業者ＯＰは、「下げる」ボタン６３ｂを操作して、基板２がバックアップ部４２に完全に吸着されて「真空度」表示枠６４の表示が所定の真空度より低くなるまで基板２を下降させる。基板２がバックアップ部４２に吸着されると、作業者ＯＰは、「上げる」ボタン６３ａと「下げる」ボタン６３ｂを操作して高さを微調整した後、「吸着高さ決定」ボタン６５を操作して吸着高さＨｓを確定させる。これにより、設定された吸着高さＨｓが記憶部５３に記憶される。
次に、図６のフローに沿って、基板２に搭載された複数の部品３を基板２に圧着する実装基板の製造方法について説明する。まず、作業者ＯＰは、基板２に搭載された部品３に対応する位置に、バックアップ部４２を設置する（ＳＴ１：バックアップ部設置工程）。次いで作業者ＯＰは、バックアップ部４２に対応する位置に圧着ヘッド３５を設置する（ＳＴ２：圧着ヘッド設置工程）。
次いで吸着高さ設定部５２は、入出力装置５４に吸着高さ設定ウインドウ６１を表示させる。作業者ＯＰは、吸着高さ設定ウインドウ６１を操作しながら吸着高さＨｓを決定する。これによって、記憶部５３に吸着高さＨｓが記憶される。すなわち、吸着口４２ａより真空吸引しながら基板保持移動部１２（基板保持手段）に保持されている基板２を下降させ、バックアップ部４２に基板２が吸着される吸着高さＨｓを計測して登録する（ＳＴ３：吸着高さ登録工程）。これにより、基板２に対する圧着作業の準備が完了する。
図６において、次いで作業者ＯＰは、基板２を基板保持移動部１２（基板保持手段）の基板保持テーブル２３に保持させる（ＳＴ４：基板保持工程）。次いで部品実装制御部５１は、基板保持テーブル２３を移動させて保持している基板２の水平面内方向を位置合わせする（ＳＴ５：基板保持テーブル移動工程）。次いで部品実装制御部５１は、基板保持テーブル２３が保持している基板２を吸着高さＨｓまで下降させて、基板２に搭載されている複数の部品３の少なくとも１つを基板２の下方から支持する複数のバックアップ部４２に載置させる（ＳＴ６：基板下降工程）。
次いで部品実装制御部５１は、真空ポンプ４６を作動させている状態で真空バルブ４４を開け、バックアップ部４２に設けられた吸着口４２ａより真空吸引して基板２の下面を吸着する基板吸着を開始させる（ＳＴ７：吸着開始工程）。次いで部品実装制御部５１は、真空センサ４７の計測結果より基板２の下面がバックアップ部４２に吸着されたか否かを判定する（ＳＴ８：吸着判定工程）。基板２が吸着されている場合（ＳＴ８においてＹｅｓ）、部品実装制御部５１は、圧着ヘッド３５を下降させて、バックアップ部４２に吸着された基板２に搭載されている部品３を圧着ヘッド３５により基板２に圧着する（ＳＴ９：部品圧着工程）。
図６において、圧着が完了すると、部品実装制御部５１は、真空バルブ４４を閉じてバックアップ部４２による基板２の吸着を終了させる（ＳＴ１０：吸着終了工程）。次いで部品実装制御部５１は、基板２をバックアップ部４２に干渉しない高さまで上昇させて、基板２を搬出させる位置（すなわち、基板２を保持させる位置）まで移動させ、作業者ＯＰは基板２を取り出す（ＳＴ１１：基板搬出工程）。これにより、部品実装装置１による一連の部品圧着作業が終了し、基板保持工程（ＳＴ４）に戻って、次の作業対象の基板２を基板保持テーブル２３に保持させる。
吸着判定工程（ＳＴ８）において基板２の下面が吸着されない場合（ＳＴ８においてＮｏ）、部品実装制御部５１は、その基板２は部品圧着工程（ＳＴ９）をスキップさせて、吸着終了工程（ＳＴ１０）と基板搬出工程（ＳＴ１１）を実行させる。すなわち、部品３を圧着することなく部品実装装置１から取り出す。これにより、基板２の反りなどが原因でバックアップ部４２に正常に基板２が吸着できない場合でも部品圧着作業を実行してしまい、圧着不良を発生させることを未然に防止することができる。
上記のように、吸着開始工程（ＳＴ７）から吸着終了工程（ＳＴ１０）までは、バックアップ部４２に設けられた吸着口４２ａより真空吸引して基板２の下面を吸着する基板吸着工程である。そして、基板吸着工程において基板２の下面が吸着されたか否かを判定し（ＳＴ８）、基板２の下面が吸着されない場合（ＳＴ８においてＮｏ）、その基板２は部品圧着工程（ＳＴ９）がスキップされる。
上記説明したように、本実施の形態の部品実装装置１は、基板２を保持して保持した基板２を昇降させる基板保持手段（基板保持移動部１２）と、保持された基板２に搭載された複数の部品３の少なくとも１つを基板２の下方から支持して基板２の下面を吸着する吸着口４２ａが設けられた複数のバックアップ部４２と、吸着口４２ａに接続されて複数のバックアップ部４２の上に載置される基板２を真空吸引する吸引手段（真空ポンプ４６）と、吸着された基板２に搭載された複数の部品３を基板２に圧着する圧着ヘッド３５と、を備え、基板２に搭載された複数の部品３を基板２に圧着している。これによって、薄型パネルであっても部品３を基板２に適切に圧着することができる。
なお、部品実装装置１は、基板２に搭載された部品３を圧着する機能を有する独立した装置に限定されることはない。例えば、基板２に熱硬化性樹脂テープＴを貼着するテープ貼着部、基板２に部品３を搭載する部品搭載部、基板２を各部間で移送する基板移送機構を一体的に備える装置の内部に、上記説明した基板保持手段、バックアップ部４２、吸引手段、及び圧着ヘッド３５を備えた部品圧着部（部品実装装置１）を設置する構成であってもよい。
本発明の部品実装装置および実装基板の製造方法は、薄型パネルであっても部品を基板に適切に圧着することができるという効果を有し、部品を基板に実装する分野において有用である。
１ 部品実装装置
２ 基板
３ 部品
１２ 基板保持移動部（基板保持手段）
３５ 圧着ヘッド
４２ バックアップ部
４２ａ 吸着口
４６ 真空ポンプ（吸引手段）
４７ 真空センサ（吸着センサ）

Claims (11)

  1. 基板に搭載された複数の部品を前記基板に圧着する部品実装装置であって、
    前記基板を保持し、保持した前記基板を昇降させる基板保持手段と、
    保持された前記基板に搭載された複数の前記部品の少なくとも１つを前記基板の下方から支持し、前記基板の下面を吸着する吸着口が設けられた複数のバックアップ部と、
    前記吸着口まで接続され、前記複数のバックアップ部の上に載置される前記基板を真空吸引する吸引手段と、
    吸着された前記基板に搭載された複数の前記部品を前記基板に圧着する圧着ヘッドと、を備える、部品実装装置。
  2. 前記吸着口は、前記バックアップ部に支持された前記部品と重ならない位置に設けられている、請求項１に記載の部品実装装置。
  3. 前記基板に搭載された前記部品の位置に応じて、前記バックアップ部の設置位置を変更することができる、請求項１または２に記載の部品実装装置。
  4. 前記バックアップ部に前記基板が吸着されたことを検出する吸着センサをさらに備える、請求項１から３のいずれかに記載の部品実装装置。
  5. 前記圧着ヘッドを前記バックアップ部に対応して複数備える、請求項１から４のいずれかに記載の部品実装装置。
  6. 基板に搭載された複数の部品を前記基板に圧着する実装基板の製造方法であって、
    前記基板を基板保持手段に保持する基板保持工程と、
    前記保持された基板を下降させて、前記基板に搭載された複数の前記部品の少なくとも１つを前記基板の下方から支持する複数のバックアップ部に載置する基板下降工程と、
    前記バックアップ部に設けられた吸着口より真空吸引して前記基板の下面を吸着する基板吸着工程と、
    吸着された前記基板に搭載された前記部品を圧着ヘッドにより前記基板に圧着する部品圧着工程と、を含む、実装基板の製造方法。
  7. 前記吸着口は、前記バックアップ部に支持された前記部品と重ならない位置に設けられている、請求項６に記載の実装基板の製造方法。
  8. 前記バックアップ部の設置位置は変更可能であり、
    前記基板保持工程の前に、前記基板に搭載された前記部品に対応する位置に、前記バックアップ部を設置するバックアップ部設置工程を、さらに含む、請求項６または７に記載の実装基板の製造方法。
  9. 設置位置が変更可能な前記圧着ヘッドが複数備えられており、
    前記基板保持工程の前に、前記バックアップ部に対応する位置に前記圧着ヘッドを設置する圧着ヘッド設置工程を、さらに含む、請求項６から８のいずれかに記載の実装基板の製造方法。
  10. 前記吸着口より真空吸引しながら前記基板保持手段に保持された基板を下降させ、前記バックアップ部に前記基板が吸着される吸着高さを計測して登録する吸着高さ登録工程をさらに含み、
    前記基板下降工程において、前記基板保持手段に保持された基板を前記吸着高さまで下降させる、請求項６から９のいずれかに記載の実装基板の製造方法。
  11. 前記基板吸着工程において、前記基板の下面が吸着されたか否かを判定し、
    前記基板の下面が吸着されない場合、その基板は前記部品圧着工程がスキップされる、請求項１０に記載の実装基板の製造方法。
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