JP3859484B2 - 平板状精密部品の組立装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子回路基板等の平板状精密部品（以下ワークという）を他の精密部品の所定の位置に位置決めしてマウントする平板状精密部品の組立装置（以下組立セルという場合がある）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば１ｍｍ角で厚さ0.5 ｍｍの水晶発振子など、電子回路基板等の平板状の精密部品を互いに積み重ねたり、台座等の他の精密部品の所定位置に貼りつけたりするために、組立セルと呼ばれる組立装置が使用されている。
組み立て作業の一例を特開昭63−266849号公報の記載を引用して説明する。図８は組み立てを行う電子部品の一例を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図で、Ｓはマウントベースとなるステム、ＴはステムＳ上の所定位置にマウントされる半導体等の固体素子のチップ（ワーク）である。
【０００３】
図９はマウントを行う手順を説明する従来の組立セルのレイアウトを示す平面図で、ウエハからダイシングにより切り出されたチップＴを載置した第１のトレイ3aからロボットアームが１個のチップＴを取り出し、水平移動してそのチップＴを位置決め装置４に置き、位置決めを行ったのち、ステムＳを所定位置に整列させた第２のトレイ3bに移動してステムＳ上の所定位置にそのチップＴをマウントするのである。ここで位置決め装置によりロボットアームに対してチップＴを位置決めすることにより、ステムＳ上の所定位置に正確にチップＴをマウントすることができるのである。
【０００４】
このように従来の組立セルは、水平にレイアウトされたトレイと位置決め装置の間を数値制御等の指令に従ってロボットが移動してワークを移載する構造が一般的であり、広い床面積を必要とするばかりでなく、ＸＹ方向の移動に伴う誤差が大きいという問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の組立セルにおけるこのような問題点を解消し、コンパクトでかつ精度の高いマウント作業を行うことのできる平板状精密部品の組立装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、平板状精密部品を他の精密部品上に移載する平板状精密部品の組立装置であって、平板状精密部品を位置決めするセンタリングチャックと、下端部に平板状精密部品を保持しながら前記センタリングチャックの直上から上方に垂直方向の昇降のみを行う吸着ヘッドと、平板状精密部品を保持する複数のホルダを上面に搭載して前記吸着ヘッドの昇降ストロークの中間高さで水平移動しながら前記センタリングチャックの直上をかわす退避位置ならびに各ホルダが前記吸着ヘッドの直下になる位置で停止させることのできるワークステージとからなることを特徴とする平板状精密部品の組立装置であり、望ましくは前記センタリングチャックが、平板状精密部品の中心をチャックの中心になるように移動させるものである前記の平板状精密部品の組立装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面により説明する。図１は実施例の平板状精密部品の組立装置（組立セル）を示す斜視図、図２は正面図、図３は右側面図で、１はベース、２は先端でワークを吸着する吸着ヘッド、21はその昇降アーム、22は昇降アーム21の先端に取り付けられた真空チャック、23はこれに接続する吸引ホース、24は吸着ヘッド２をＺ軸方向（上下方向）に移動させるＺ軸駆動部、３はチップ、ステムなどの平板状精密部品を上面に載置して水平移動するワークステージ、34はワークステージ３においてワークを保持するホルダ、38はワークステージ３をＸ軸方向（左右方向）に移動させるＸ軸駆動部、４は位置決め装置であるセンタリングチャック、５はこれらを操作する操作スイッチや制御盤を含む操作盤である。
【０００８】
図４はワークステージ３のワークを載置する部分を示す部分斜視図で、33は取付孔、34はこれに嵌め込まれるホルダ、35はホルダ34を固定するセットねじ、36はホルダ34の軸心に形成され、上端で開口する吸引孔、37はこの吸引孔36に接続する吸引ホースで、吸引ホース37は図示しない真空ポンプなどの排気装置に接続されている。
【０００９】
ホルダ34を取付孔33に嵌め込み、セットねじ35で固定し、吸引孔36から吸引している状態でその上部にワークを載置すれば、ワークは吸引されてホルダ34に固定される。バルブを操作して吸引を解除すればワークは自由になるので、適宜別の吸引手段により引き剥がすことができる。
なおこのホルダ36における吸着機構は吸着ヘッド２の真空チャック22においても全く同様であり、吸着ヘッド２においてはその先端下面にワークを吸着することができる。
【００１０】
つぎに図５の説明図により本実施例の組立セル各部の動作と位置関係を説明する。吸着ヘッド２は上下の垂直方向のみ、ワークステージ３は左右の水平方向のみに移動するものとし、前者をＺ軸、後者をＸ軸とする。両軸は同一垂直平面内にあり、直交している。さらに下方のセンタリングチャック４の中心もＺ軸位置にあり、吸着ヘッド２はその直上から上方にかけてＺ軸に沿って昇降する。またワークステージ３は吸着ヘッド２の昇降ストロークの中間高さで水平移動しながらセンタリングチャック４の直上をかわす退避位置ならびに上面に搭載した複数のホルダ34のそれぞれが前記Ｚ軸位置、すなわち吸着ヘッド２の真下になる位置で停止させることができる。ワークステージ３のホルダ34はＸ軸上に１列に並んでいる。またかりに、図５に符号Ａで示したようにワークステージ３にＸ軸上のもの以外にもホルダを設け、複数列とするのであれば、Ｚ軸、Ｘ軸のほかに前後方向のＹ軸を想定し、ワークステージ３を同一水平面内でＸＹ両方向に移動させるようにすればよい。
【００１１】
なおワークステージ３の水平移動はＸ軸、Ｙ軸の直線方向に限定する必要はなく、場合によっては垂直軸回りの回転運動によることも可能である。またワークステージ３自体は上下方向に移動する必要はないが、かりに何らかの理由によって水平移動とともに上下移動を行うものであっても、本特許の技術思想を外れるものではない。
【００１２】
つづいて図６により本実施例の組立セルによる作業例を説明する。いま、ワークステージ３上にホルダ34が４個１列に並んでおり、その一番左のホルダ34a に吸着されているワークを一番右のホルダ34d 上に移載するものとする。まず図６（ａ）に示すようにワークステージ３を移動させて、一番左のホルダ34a が吸着ヘッド２の真下になる位置に停止させる。ここで吸着ヘッド２が下降して、ワークＴを吸い上げ、ワークＷはワークステージ３から吸着ヘッド２に渡される。
【００１３】
つぎに（ｂ）に示すようにワークステージ３が退避位置に逃げ、吸着ヘッド２が下降してワークＷを真下にあるセンタリングチャック４に載置する。ここでセンタリングチャック４が作動してワークＷの中心が正規の中心位置、すなわちＺ軸に一致するようにセンタリングする。
つづいて再び吸着ヘッド２が下降してワークＷを吸い上げる。このとき、ワークＷは（ａ）で示した状態と一見似ているが、位置が正確に位置決めされている。そこへワークステージ３が移動してきて、一番右のホルダ34d がＺ軸位置となるように停止する。この状態で吸着ヘッド２を下降させれば、ホルダ34d の正しい位置にワークＷが載置される。
【００１４】
このような動作を応用すると、例えばホルダ34d 上の正しい位置に予めさきの図８で示したようなステムを載置しておけば、図６の操作によってそのステムの上面にチップをマウントすることができる。また、図６の操作を複数回繰り返すことによって、例えば一番左のホルダ34a にあったワークを一番右のホルダ34d に移し、その上に２番目、３番目のホルダにあったワークを積み重ねる作業などを容易に行うことができる。
【００１５】
これらの機構の前提として、吸着ヘッド２の昇降およびワークステージ３の水平移動についてはその停止位置において所定の精度が要求され、ボールねじ、タイミングベルト、ステップモータなどの精密駆動機構が必要であることは、いうまでもない。
さらに本発明の組立セルに、以上に示した機構のほか接着剤や導電ペーストなどを定量供給するディスペンサ、接着剤印刷機、かしめ機等の関連機器を組み合わせることにより、低コストでかつ高い精度を有する組立セルを構成することができる。
【００１６】
なお、センタリングチャック４としてはさまざまなものが知られている。大別してワークの１辺、あるいは互いに直角な２辺を基準としてチャックの固定爪に押し当てるものと、ワークを周囲から囲む複数の爪でワークの中心がチャックの中心になるように移動させるものとがあるが、前者はワークに外形寸法の誤差があるとその分だけ中心位置がずれる欠点があり、また大きさや形状の異なるワークを取り扱う場合に爪あるいは治具を交換しなければならないという問題点もあるので、本発明においては後者の構造のものを採用することが望ましい。その一例として特開2000-21954号公報に記載されているセンタリングチャックを図７に示す。図７はセンタリングチャック４を示す平面図で、41は支持面、42はその表面に設けられた長孔、43a 〜43e はこの長孔42を貫通して突出している爪、44は支持面中央に設けられたＸ字状の吸引孔である。各爪43a 〜43e は長孔42内を外周寄りから中心寄りまで移動可能で、図示しない移動機構により対向する43a と43b 、そして43c と43ｄ、43e とは互いに接近または離反するように移動し、ばねの弾力により爪がワークの縁に当たってワークの中心がこのセンタリングチャックが想定する中心位置、すなわちチャックの中心位置になるように移動させるのである。
【００１７】
以上説明したように、本発明の組立セルにおいては、ワークの移載を行うロボットハンドに相当する吸着ヘッドが垂直方向の昇降動作のみで水平移動を行わず、その代わりにワークを搭載したワークステージが水平移動するようになっているため、複数のトレイを平面に配置した従来のものと比較して装置が極めてコンパクトであり、例えば図１ないし図３に示したものは、設置面積であるベース１の寸法で幅 200ｍｍ、奥行き 210ｍｍ、昇降シリンダ部を除く本体部分の高さは 240ｍｍである。
【００１８】
因みに吸着ヘッド２の昇降ストロークは50ｍｍ、対象となるワークの寸法は最小 1ｍｍ角から最大10ｍｍ角、組立精度は±0.002 ｍｍである。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、コンパクトでかつ精度の高いマウント作業を行うことのできる平板状精密部品の組立装置が実現し、電子部品の製造コストが低減するというすぐれた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である組立セルを示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例である組立セルを示す正面図である。
【図３】本発明の実施例である組立セルを示す右側面図である。
【図４】本発明の実施例である組立セルの要部を示す部分斜視図である。
【図５】本発明の実施例である組立セルにおける動作と位置関係を説明する説明図である。
【図６】本発明の実施例である組立セルにおける作業例を説明する説明図である。
【図７】本発明において使用するのに好適なセンタリングチャックの一例を示す平面図である。
【図８】本発明における組み立て作業の対象となる電子部品の一例を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図９】従来の組立セルのレイアウトを示す平面図である。
【符号の説明】
１ ベース
２ 吸着ヘッド
３ ワークステージ
3a、3b トレイ
４ センタリングチャック
５ 操作盤
21 昇降アーム
22 真空チャック
23 吸引ホース
24 Ｚ軸駆動部
33 取付孔
34 ホルダ
35 セットねじ
36、44 吸引孔
37 吸引ホース
38 Ｘ軸駆動部
41 支持面
42 長孔
43 爪
Ｓ ステム
Ｔ チップ（ワーク）

Claims (2)

1. 平板状精密部品を他の精密部品上に移載する平板状精密部品の組立装置であって、平板状精密部品を位置決めするセンタリングチャック（４）と、下端部に平板状精密部品を保持しながら前記センタリングチャック（４）の直上から上方に垂直方向の昇降のみを行う吸着ヘッド（２）と、平板状精密部品を保持する複数のホルダ（34）を上面に搭載して前記吸着ヘッド（２）の昇降ストロークの中間高さで水平移動しながら前記センタリングチャック（４）の直上をかわす退避位置ならびに各ホルダ（34）が前記吸着ヘッド（２）の直下になる位置で停止させることのできるワークステージ（３）とからなることを特徴とする平板状精密部品の組立装置。
2. 前記センタリングチャック（４）が、平板状精密部品の中心をチャックの中心になるように移動させるものである請求項１に記載の平板状精密部品の組立装置。

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