JP4576875B2 - Linear actuator and chip mounter - Google Patents
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Description
本発明は、往復運動を行うリニアアクチュエータおよびそれを用いたチップマウンタに関する。 The present invention relates to a linear actuator that reciprocates and a chip mounter using the linear actuator.
近年、電子回路基板上に表面実装部品を搭載するチップマウンタにおいて、表面実装部品を実装する以外に、半導体チップをエポキシ等の接着剤を用いて金属のリードフレームや樹脂基板またはセラミック基板に接着するダイボンダの機能をも有し、ＩＣパッケージの製造をも可能にする装置が開発されている。上記の機能が搭載されたチップマウンタは、表面実装部品を基板上の実装箇所にマウントするヘッドの制御に荷重制御を付加することにより実現される。 In recent years, in chip mounters that mount surface mount components on electronic circuit boards, semiconductor chips are bonded to metal lead frames, resin substrates, or ceramic substrates using an adhesive such as epoxy in addition to mounting surface mount components. An apparatus having a die bonder function and capable of manufacturing an IC package has been developed. A chip mounter equipped with the above function is realized by adding load control to the control of the head for mounting the surface mount component on the mounting location on the substrate.
上述した、従来のチップマウンタは、ヘッドを鉛直方向に駆動するＺ軸アクチュエータにおいて、加圧力を制御する荷重制御が行われており、現状において、Ｚ軸アクチュエータからなり、ヘッドをＺ軸方向に平行移動させるＺ軸モジュールは、ヘッドを上下動させるための回転モータと、ボールネジと、ヘッドに加圧力を与えるボイスコイルモータ（ＶＣＭ）とから構成される。ボールネジはヘッドの位置決めに使用され、ＶＣＭはヘッドに荷重を加えるのに使用される。 In the conventional chip mounter described above, the load control for controlling the applied pressure is performed in the Z-axis actuator that drives the head in the vertical direction. At present, the load is controlled by the Z-axis actuator, and the head is parallel to the Z-axis direction. The Z-axis module to be moved includes a rotation motor for moving the head up and down, a ball screw, and a voice coil motor (VCM) that applies pressure to the head. The ball screw is used to position the head, and the VCM is used to apply a load to the head.
しかしながら、従来のチップマウンタは、以下のような問題がある。すなわち、ヘッド部のＺ軸モジュールの構造が複雑になるという問題があった。
また、従来のチップマウンタは、必要な加圧力が大きくなると、使用するＶＣＭが大型となるため、上下動用回転モータおよびＺ軸モジュールを横方向および回転方向に駆動する水平軸・回転軸用アクチュエータが大型化するという問題もあった。
However, the conventional chip mounter has the following problems. That is, there is a problem that the structure of the Z-axis module of the head portion becomes complicated.
In addition, since the conventional chip mounter requires a larger VCM as the required pressure increases, the vertical axis rotary motor and the horizontal axis / rotary axis actuator that drives the Z-axis module in the lateral and rotational directions are provided. There was also a problem of increasing the size.
また、上記問題を解決するために、従来、回転モータおよびボールネジの組み合わせによって行なっていた位置決めと、ＶＣＭにより行なっていた荷重制御とを、例えば、特許文献１に記載されているリニアアクチュエータによって行うように変更して、アクチュエータの個数を減らし、ヘッドの簡素化、小型化、軽量化を図るチップマウンタが考えられている。しかし、リニアアクチュエータは、後述するように、固定子に対して往復運動する可動子がある一地点に（磁気中心）に戻ろうとする磁気バネ特性を持つため、位置制御において、可動子が保持される位置によって、一定の電流値に対する加圧力が変わってしまい、電流値によって位置を一義的に制御できないという問題があった。
そこで、本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、位置制御において、可動子が保持される位置によって、一定の電流値に対する加圧力が変わってしまう問題を回避できるリニアアクチュエータを使用して、ヘッドの構造の簡素化、小型化、軽量化を図ることができるチップマウンタを提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a linear that can avoid the problem that the pressure applied to a constant current value changes depending on the position where the mover is held in position control. It is an object of the present invention to provide a chip mounter that can simplify, reduce the size, and reduce the weight of the head structure by using an actuator.
上記目的を達成するために、この発明では、以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、可動子と、該可動子の周囲に配設された固定子とを備え、該固定子は、積層コアと、該積層コアに固定されたコイルと、前記可動子に臨んで設けられた永久磁石とを備え、前記可動子に取り付けられる先端金具によって加圧対象物を加圧するためのリニアアクチュエータであって、前記可動子の前記固定子に対する相対位置を測定する測位手段と、前記測位手段によって測定された相対位置に基づいて、前記コイルに供給する電流を制御して前記可動子の相対位置を制御する制御手段とを備え、前記制御手段が、前記コイルに供給する電流を制御して前記可動子を、前記先端金具が前記加圧対象物の表面に位置するように設定された所望位置に移動する移動指示手段と、前記可動子が前記所望位置を保持するために必要な電流値を取得し、取得した前記電流値に設定された加圧力に応じた電流値を加算した、加圧するための電流値を求める位置保持電流値解析手段と、前記位置保持電流値解析手段が求めた、前記加圧するための電流値に応じた電流を前記コイルに供給して、前記所望位置に位置する前記可動子に前記加圧力を出力させる推力出力指示手段とを有することを特徴とする。
この発明によれば、制御手段が、位置保持電流解析手段によって、可動子の位置を保持するために必要な電流値に加圧力に応じた電流値を加算した、加圧するための電流値を求め、推力出力指示手段によって該電流値を基準にして可動子に所望の荷重（推力）を出力させるため、位置保持電流解析手段および推力出力指示手段によって、リニアアクチュエータが持つ、可動子を特定の１点である磁気中心に戻そうとする磁気バネの力や、可動子に取り付けられた先端金具のような質量負荷によってかかる重力が、可動子の出力する荷重に及ぼす影響を打ち消すことが可能となる。
In order to achieve the above object, the present invention proposes the following means.
The invention according to claim 1 includes a mover and a stator disposed around the mover, and the stator includes a laminated core, a coil fixed to the laminated core, and the mover. A linear actuator for pressurizing an object to be pressed by a tip fitting attached to the mover, and measuring a relative position of the mover with respect to the stator And control means for controlling the relative position of the mover by controlling the current supplied to the coil based on the relative position measured by the positioning means, and the control means supplies the coil It said movable element by controlling the current, a movement instruction unit that the end attachment is moved to the set where Nozomu position location so as to be positioned on the surface of the pressure target, the mover is the plant Nozomu position Necessary to hold Acquires a current value, obtained by adding the current value corresponding to the set pressure to the current value obtained, the position holding current value analysis means asking you to current values for pressurizing, the position holding current value analysis means is determined, wherein a current corresponding to the current value for pressurizing subjected fed to the coil, having a thrust output instruction means for outputting the pressure force to the movable member located at the desired position It is characterized by.
According to this invention, the control means obtains the current value for pressurization by adding the current value corresponding to the applied pressure to the current value necessary for holding the position of the mover by the position holding current analyzing means. In order to cause the movable element to output a desired load (thrust) based on the current value by the thrust output instruction means, the position holding current analysis means and the thrust output instruction means specify the movable element that the linear actuator has as a specific 1 It is possible to cancel the influence of the force of the magnetic spring that tries to return to the magnetic center that is the point, and the gravity applied by the mass load such as the tip fitting attached to the mover on the load that the mover outputs. .
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のリニアアクチュエータであって、前記移動指示手段は、前記コイルに供給する電流を前記所望位置よりも加圧対象物側となる先の位置と対応する電流に制御して、前記先端金具を前記加圧対象物に突き当てるようにして前記可動子を前記所望位置に位置させることを特徴とする。
この発明によれば、可動子を所望の位置の手前の近傍箇所まで最大荷重を出力させて移動させ、可動子が所望の位置の手前の近傍箇所に来ると、可動子を所望の位置の先の箇所まで所望の荷重を出力させて、所望の位置に存在する加圧対象物を確実に所望の荷重にて加圧できるようにしたので、可動子を所望の位置の手前の近傍箇所まで高速に移動でき、可動子を所望の位置の先の箇所まで所望の荷重をかけて移動させるため、加圧対象物に可動子の先端部を確実に突き当てることができ、且つ、加圧対象物を所望の荷重にて加圧することが可能となる。
Invention relates to a linear actuator according to claim 1, wherein the movement instruction unit, a position to which the current supplied to the coil serving as the plant Nozomu position pressurized object side than location according to
According to the present invention, when the mover is moved by outputting the maximum load to a position near the desired position, and the mover comes to a position near the desired position, the mover is moved ahead of the desired position. The desired load is output up to the location of the desired position so that the object to be pressed at the desired position can be reliably pressurized with the desired load. The tip of the mover can be reliably abutted against the pressurizing object, and the pressurizing object can be moved to the point ahead of the desired position. Can be pressurized with a desired load.
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のリニアアクチュエータであって、前記可動子が、前記所望位置よりも固定子側に設定される手前位置に未到達のときは、前記推力出力指示手段は、前記コイルに供給する電流を最大電流となるよう制御し、
前記可動子が、前記手前位置に到達したときは、前記移動指示手段は、前記コイルに供給する電流を前記手前位置よりも先の位置と対応する電流に制御することを特徴とする。
この発明によれば、磁気バネの力および質量負荷がかかった状態における、実際のリニアアクチュエータの電流値を位置保持電流値解析手段が読み出し、該電流値に、希望する荷重に相当する電流値を加算した値を新たな電流値としてリニアアクチュエータに供給することにより、磁気バネの力および質量負荷による影響を打ち消すことが可能となる。
The invention according to claim 3 is the linear actuator according to
When the mover reaches the near position, the movement instructing means controls the current supplied to the coil to a current corresponding to a position ahead of the near position .
According to the present invention, the position holding current value analyzing means reads the actual current value of the linear actuator in a state where the force of the magnetic spring and the mass load are applied, and the current value corresponding to the desired load is read as the current value. By supplying the added value to the linear actuator as a new current value, it becomes possible to cancel the influence of the force of the magnetic spring and the mass load.
請求項４に係る発明は、半導体チップを基板上に圧着するチップマウンタであって、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータと前記可動子に取り付けられる先端金具とを備えることを特徴とする。
この発明によれば、上記のようなチップマウンタのヘッド部のZ軸モジュールにおいて、従来のように、回転モータとボールネジとの組み合わせにより往復運動を作り出し、ＶＣＭによって荷重制御を行うといった機構を、往復運動および荷重制御を１つのリニアアクチュエータによって実現することができるので、従来における回転モータやVＣＭ等を用いた構成における複雑な機構を簡素化することが可能となる。
The invention according to claim 4 is a chip mounter for pressure-bonding a semiconductor chip onto a substrate , wherein the linear actuator according to any one of claims 1 to 3 and a tip fitting attached to the mover are provided. It is characterized by providing .
According to the present invention, in the Z-axis module of the head part of the chip mounter as described above, a mechanism for creating a reciprocating motion by a combination of a rotary motor and a ball screw and controlling a load by a VCM as in the past is used. Since motion and load control can be realized by a single linear actuator, it is possible to simplify a complicated mechanism in a configuration using a conventional rotary motor, VCM, or the like.
本発明によれば、リニアアクチュエータが持つ磁気バネの力や、質量負荷による重力が荷重制御に影響しなくなり、精度のよい荷重制御を行うことが可能になるので、リニアアクチュエータの商品価値を高めることができる効果がある。また、例えばチップマウンタのように、リニアアクチュエータの制御により製品を製造する装置において、製品の品質向上を図ることができ、コストダウンを図ることができる効果がある。 According to the present invention, the force of the magnetic spring of the linear actuator and the gravity due to the mass load do not affect the load control, and it becomes possible to perform the load control with high accuracy, thereby increasing the commercial value of the linear actuator. There is an effect that can. In addition, in an apparatus that manufactures a product by controlling a linear actuator, such as a chip mounter, the quality of the product can be improved, and the cost can be reduced.
また、本発明によれば、リニアアクチュエータを用いたチップマウンタにおいて、Ｚ軸モジュールの機構の簡素化およびヘッド部を軽量化が行えるため、ヘッド部を移動させる水平および回転軸用のアクチュエータの小型化を行えて、装置全体の小型化、軽量化を図ることができる効果がある。
また、従来の機構のようにボールネジといった機構部分がなく、ダイレクトドライブ形式であるため、機構部分に発生しがちなガタ等の発生をなくすことができ、装置の維持、管理の合理化を図ることができる効果がある。
Further, according to the present invention, in a chip mounter using a linear actuator, the mechanism of the Z-axis module can be simplified and the head portion can be reduced in weight, so that the horizontal and rotary shaft actuators for moving the head portion can be reduced in size. Thus, the entire apparatus can be reduced in size and weight.
In addition, since there is no mechanism such as a ball screw as in the conventional mechanism and it is a direct drive type, it is possible to eliminate the looseness that tends to occur in the mechanism part, and to rationalize the maintenance and management of the device. There is an effect that can be done.
以下、本発明の一実施例を、図面を参照して説明する。
図１に示すように、本発明の一実施例におけるチップマウンタのヘッドの駆動系は、リニアアクチュエータ７２と、位置センサ２（測位手段）と、リニアアクチュエータ７２の駆動を行うサーボドライバ１（制御手段）と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３と、パルス発生器４とから構成される。パルス発生器４は、ＣＰＵ３に接続され、ＣＰＵ３の指示の下に、後述するように、位置指令信号Ｐcをサーボドライバ１に出力する。リニアアクチュエータ７２において、可動子７１の一方の端に先端金具Ｗが取り付けられている。尚、先端金具Ｗには、半導体チップを吸着するために、図示しない吸着ノズルが設けられている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the drive system of the chip mounter head in one embodiment of the present invention includes a
位置センサ２は、リニアアクチュエータ７２の可動子７１の他方の端に取り付けられる可動子２ｂと、可動子２ｂに対向してリニアアクチュエータ７２の筐体に取り付けられる固定子２ａとから構成され、両者の相対的な位置の変化によりリニアアクチュエータ７２の可動子７１の変位を測定し、エンコーダフィードバック信号Ｅfとしてサーボドライバ１に出力する。
The
サーボドライバ１は、図２に示すように、加減算器１１と、位置制御器１２（移動指示手段）と、加減算器１３と、速度演算部１４と、速度制御器１５と、加減算器１６と、電流制御器１７（位置保持電流値解析手段）と、パワー回路１８（推力出力指示手段）と、電流検出部１９とから構成される。
As shown in FIG. 2, the servo driver 1 includes an adder / subtractor 11, a position controller 12 (movement instruction means), an adder /
サーボドライバ１は、入力端ＩｐＰcにおいて、パルス発生器４からリニアアクチュエータ７２の可動子７１の変位を指定する位置指令信号Ｐcを入力して、加減算器１１の加算入力端に入力する。また、入力端ＩｐＥfにおいて、位置センサ２からエンコーダフィードバック信号Ｅfを入力して、加減算器１１の減算入力端に入力する。加減算器１１はこれらの信号の加減算を行い、結果を位置制御器１２に出力する。そして、両信号が一致した場合、つまり、可動子７１がエンコーダフィードバック信号Ｅfによって示される位置に移動した場合、位置制御器１２は、出力端ＯｐＭcから移動完了信号ＭcをＣＰＵ３に出力する。つまり、サーボドライバ１は、位置指令信号Ｐcによって、可動子７１の位置制御を行うことになる。
The servo driver 1 inputs a position command signal Pc designating the displacement of the
位置制御器１２は、上述した位置指令信号Ｐcおよびエンコーダフィードバック信号Ｅfの差分が小さくなるような出力信号を加減算器１３の加算入力端に入力する。一方、エンコーダフィードバック信号Ｅfは速度演算部１４に入力され、速度演算部１４において速度情報に変換されて、加減算器１３の減算入力端に入力される。加減算器１３の出力結果が速度制御器１５に入力され、加減算器１３の出力結果が小さくなるように該速度が制御される。
The position controller 12 inputs an output signal that reduces the difference between the position command signal Pc and the encoder feedback signal Ef described above to the addition input terminal of the adder /
速度制御器１５は、出力信号を加減算器１６の加算入力端に入力する。一方、電流検出部１９においてパワー回路１８が出力した電流Ｉactに対応する電流が検出され、加減算器１６の減算入力端に入力される。加減算器１６の出力結果が電流制御器１７に入力される。
The
また、サーボドライバ１は、リニアアクチュエータ７２に出力端Ｏｐactから電流Ｉactを供給して、電流Ｉactに比例して可動子７１に発生する推力Ｆを制御する。本実施例においては、ＣＰＵ３から、電流Ｉactの最大電流Imaxに対する割合Ｉｒtを入力端ＩｐＣlにおいて電流制御器１７に入力し、該割合Ｉｒtによってパワー回路１８を制御することによって電流Ｉactを電流Ｉmaxに比して小さい値に制限して出力端Ｏｐactからリニアアクチュエータ７２に供給している。ここで、リニアアクチュエータ７２は、最大電流Imaxを流すと許容される最大の温度上昇を呈すると仮定する。以下、割合Ｉｒtを電流制限Ｉｒtという。前述したように、推力Ｆは電流Ｉactに比例するため、推力Ｆは、図３に示すように、電流制限Ｉｒtに比例する。
Further, the servo driver 1 supplies a current Iact to the
また、サーボドライバ１は、電流制御器１７によって電流指令値Ｉcを算出して、出力端ＯｐＩcからＣＰＵ３に出力する。ここで、電流指令値Ｉcは、可動子７１の位置を維持するために実際にリニアアクチュエータ７２に供給されている電流Ｉactについての電流制限Ｉｒtである。
Further, the servo driver 1 calculates a current command value Ic by the
リニアアクチュエータ７２の構造例を、図４に示して説明する。
リニアアクチュエータ７２は、可動子７１と、可動子７１の周囲に配置された固定子７２と、自らが弾性変形することにより可動子７１を固定子７２に対して往復動可能に支持する２枚の板バネ７３とを備えている。
A structural example of the
The
可動子７１は円柱状をなし、軸方向に往復移動するシャフト８１と、シャフト８１を内側に挿嵌されてシャフト８１の軸方向の途中位置に固定された可動磁極としての鉄片８２とを備えている。
固定子８２は、ヨーク９１（積層コア）と、可動子７１を間に挟むように配置され、ヨーク９１の内側に固定された一対のコイル９２、９３とを備えている。コイル９２は、ヨーク９１に内側に突き出すように形成された磁極部９１ａに巻き胴９６が取り付けられ、この巻き胴９６に金属線９７が多重に巻き付けられて構成されている。コイル９３は、固定子７１を挟んで磁極部９１ａと相対する位置に形成された磁極部９１ｂに同じく巻き胴９６が取り付けられ、この巻き胴９６に金属線９７が多重に巻き付けられて構成されている。
The
The
磁極部９１ａの可動子７１に向かう先端面には、永久磁石９４、９５が、シャフト８１の軸方向に配列されて固定されている。磁極部９１ｂの可動子７１に向かう先端面にも、永久磁石９４、９５が、シャフト８１の軸方向に配列されて固定されている。これら永久磁石９４、９５は、同軸同径同長をなす円筒状のフェライトリング磁石からなるもので、互いに軸線方向に隣り合った状態で並べられている。
尚、シャフト８１の中点には、後述するような、磁気中心が存在していている。
A magnetic center as will be described later exists at the midpoint of the
上記のように構成されたリニアアクチュエータ７２の作動の原理について説明する。
コイル９２、９３に電流が流れていないときは、図５（ａ）に示すように、磁束が、永久磁石９４においてＳ極からＮ極に導かれることにより、ヨーク９１の外周部、磁極部９１ａ、永久磁石９５、鉄片８２、ヨーク９１の外周部の順に循環する磁束ループが形成され、また、永久磁石９５においてＳ極からＮ極に導かれることにより、ヨーク９１の外周部、磁極部９１ａ、永久磁石９４、鉄片８２、ヨーク９１の外周部の順に循環する磁束ループが形成される。
The principle of operation of the
When no current flows through the
また、コイル９２、９３に交流電流（正弦波電流、矩形波電流）を流すと、コイル９２、９３に、図５（ｂ）に示す方向の電流が流れる状態においては、磁束が、永久磁石９４においてＳ極からＮ極に導かれることにより、ヨーク９１の外周部、磁極部９１ａ、永久磁石９４、鉄片８２、ヨーク９１の外周部の順に循環する磁束ループＦｌｘ1が形成される。その結果、可動子７１には、鉄片８２の後端から先端に向かう軸方向に力が作用し、可動子７１はその力に押されて同方向に移動する。
Further, when an alternating current (sine wave current, rectangular wave current) is passed through the
また、コイル９２、９３に、図５（ｃ）に示すように、上記とは逆方向の電流が流れる状態では、磁束が、永久磁石９５においてＳ極からＮ極に導かれることにより、ヨーク９１の外周部、磁極部９１ａ、永久磁石９５、鉄片８２、ヨーク９１の外周部の順に循環する磁束ループＦｌｘ2が形成される。その結果、可動子７１には、鉄片８２の先端から後端に向かう軸方向に力が作用し、可動子７１はその力に押されて同方向に移動する。
In addition, as shown in FIG. 5C, when a current in the direction opposite to the above flows through the
可動子７１は、交流電流によるコイル９２、９３への電流の流れの方向が交互に変化することにより以上の作動を繰り返し、固定子７２に対して鉄片８２の軸方向に往復動することになる。
The
次に、本発明の一実施例におけるチップマウンタのヘッドの駆動系の動作について説明する。
先ず、ＣＰＵ３は、可動子７１の位置制御を行う。すなわち、ＣＰＵ３は、電流制御器１７に電流制限Ｉｒtを入力し、パルス発生器４に位置指令信号Ｐcを出力させる指示を行い、パルス発生器４が位置指令信号Ｐcを加減算器１１に入力する。また、位置センサ２からエンコーダフィードバック信号Ｅfを入力して、加減算器１１の減算入力端に入力して、これらの信号の加減算が行われ、結果が位置制御器１２に出力される。そして、両者の差がある設定範囲内となった場合、位置制御器１２は、移動完了信号ＭcをＣＰＵ３に出力する。
Next, the operation of the drive system of the head of the chip mounter in one embodiment of the present invention will be described.
First, the CPU 3 controls the position of the
位置制御器１２は、上述した位置指令信号Ｐcおよびエンコーダフィードバック信号Ｅfの差分が小さくなるような出力信号を加減算器１３に入力し、一方、エンコーダフィードバック信号Ｅfは速度演算部１４に入力され、速度情報に変換されて、加減算器１３に入力される。加減算器１３の出力結果が速度制御器１５に入力され、加減算器１３の出力結果が小さくなるように該速度が制御される。
The
速度制御器１５が、出力信号を加減算器１６に入力する。一方、電流検出部１９がパワー回路１８が出力した電流Ｉactに対応する電流を検出し、加減算器１６に入力され、加減算器１６の出力結果が電流制御器１７に入力される。そして、電流制御器１７がパワー回路１８の制御を行い、リニアアクチュエータ７２に電流Ｉactを供給する。
The
そして、リニアアクチュエータ７２は、可動子７１の先端に取り付けられた先端金具Ｗを、所望位置から手前側にある近傍箇所へ移動する。例えば、前述した、ダイボンダ機能を有するチップマウンタにおいて、先端金具Ｗは、半導体チップが接着される基板類の表面の近傍箇所へ移動する。例えば、基板類の表面が先端金具Ｗから１０ｍｍ離れたところにあるとすると、上述した位置指令信号Ｐcを９．９ｍｍに設定して、可動子７１の位置制御を行う。尚、可動子７１を基板類の表面の近傍箇所まで素早く移動するために、電流制限Ｉｒtを１００％に設定して、可動子７１が発生し得る最大の推力Ｆmaxを発生するように荷重制御を行う。
And the
そして、可動子７１が、上述した位置指令信号Ｐcによって規定される位置に移動すると、位置制御器１２はＣＰＵ３に移動完了信号Ｍcを出力する。ＣＰＵ３は移動完了信号Ｍcを受信すると、電流制御器１７から電流指令値Ｉcを読み出し、該値に可動子７１が外部に対して希望する推力Ｆを発生させるための電流制限Ｉｒtを加算して、電流制御器１７に出力して荷重制御を行う。
When the
このとき、ＣＰＵ３は、電流制限Ｉｒtを１００％より小さい値に設定することにより、可動子７１の推力Ｆを希望の値に制御する。例えば、最大推力が１０Ｎであるリニアアクチュエータ７２を用いて、所望位置にて先端金具Ｗを５Ｎの推力Ｆにて加圧したい場合、先端金具Ｗを所望位置へ移動して、電流制限Ｉｒtを５０％に設定する。これにより、リニアアクチュエータ７２は、５Ｎの推力Ｆにて外部に対して加圧を行う。
At this time, the CPU 3 controls the thrust F of the
そして、ＣＰＵ３は位置指令信号Ｐcを所望位置に設定し、可動子７１を所望位置に移動する。つまり、可動子７１の位置決めを行う。例えば、前述したチップマウンタにおいて、先端金具Ｗを、半導体チップが接着される基板類の表面へ移動する。
Then, the CPU 3 sets the position command signal Pc to a desired position, and moves the
このとき、位置指令信号Ｐcを所望位置より先の位置に設定して、所望位置にて先端金具Ｗを加圧対象物に突き当てて、先端金具Ｗが確実に所望位置に存在する加圧対象物を加圧できるようにする。例えば、基板類の表面が、先端金具Ｗから１０ｍｍ離れたところにあるとすると、上述した位置指令信号Ｐcを１０．１ｍｍに設定して、可動子７１の位置制御を行う。
At this time, the position command signal Pc is set to a position ahead of the desired position, the tip fitting W is abutted against the object to be pressurized at the desired position, and the tip fitting W is surely present at the desired position. Allow the object to be pressurized. For example, if the surface of the board is 10 mm away from the tip fitting W, the position command signal Pc described above is set to 10.1 mm, and the position of the
上記実施例によれば、ダイボンダ機能を有するチップマウンタのヘッドにおいて、リニアアクチュエータ７２を用いて、小型化、計量化、構造の簡易化を図り、サーボドライバ１によって、先端金具Ｗを所望位置の近傍箇所まで最大の推力Ｆにて高速で移動し、所望位置にて希望の推力Ｆにて外部に加圧する構成としたので、チップマウンタの小型化、軽量化、構造の簡易化、動作の高速化を図ることができる。
According to the above embodiment, in the head of the chip mounter having the die bonder function, the
ここで、リニアアクチュエータ７２の荷重制御の詳細について説明する。
リニアアクチュエータ７２は、電流Ｉactを供給しない状態において、可動子７１が静止している位置（磁気中心）から可動子７１を移動させると、可動子７１を元の位置、つまり、磁気中心に戻そうとする力を発生する。この性質を磁気バネといい、これにより発生した力を磁気バネの力という。
Here, details of load control of the
If the
次に、磁気バネの詳細について説明する。図６（ａ）に、リニアアクチュエータ７２の可動子７１の変位と磁気バネとの力の特性を示す。ここで、−Ｘm、＋Ｘmは、リニアアクチュエータ７２の使用範囲を示すストロークエンドであり、＋Ｆm、−Ｆmは、可動子７１が、−Ｘm、＋Ｘmだけ変位したときに発生する磁気バネの力を示す。上記において、可動子を正方向に動かすための推力Ｆを正の推力、負方向に動かすための推力Ｆを負の推力とする。ここで、可動子を−Ｘmまで押し込むと、リニアアクチュエータ７２は＋Ｆmの力を発生して可動子７１を変位０の位置に戻そうとする。一方、可動子７１を＋Ｘmまで押し込むと、リニアアクチュエータ７２は−Ｆmの力を発生して変位０の位置に戻そうとする。
Next, details of the magnetic spring will be described. FIG. 6A shows the characteristics of the displacement of the
また、図６（ａ）は、リニアアクチュエータ７２に電流Ｉactを流さない、つまり、電流制限Ｉｒtが０のときのみを示したが、複数の電流制限Ｉｒtに対するリニアアクチュエータ７２の可動子７１の変位と磁気バネの力との特性を図６（ｂ）に示す。このグラフが示すように、各電流制限Ｉｒtに対する可動子７１の変位と磁気バネの力との特性は、電流制限Ｉｒtが０の場合の可動子７１の変位と磁気バネの力との特性を推力方向に平行移動したものとなる。
FIG. 6A shows only the case where the current Iact does not flow through the
上述したように、リニアアクチュエータ７２は、図６（ａ）、（ｂ）のような磁気バネ特性を有するため、位置制御において、位置を保持するために、磁気バネの力と釣り合うだけの力を発生しなければならない。以下、図６（ｂ）において、電流制限Ｉｒt＝０の場合の、可動子７１の変位によって発生する磁気バネの力による可動子７１の位置制御への影響について説明する。
As described above, the
例えば、図６（ｂ）において、可動子７１の変位ＸがＰ0（＝０）の場合、可動子７１が磁気中心に存在するため、可動子７１には磁気バネの力がかからず、変位Ｘ＝０を保持するためにリニアアクチュエータ７２に電流を流す必要はない。
また、可動子７１の変位ＸがＰ1の場合、図６（ｂ）より、可動子７１に負の磁気バネの力がかかるので、変位Ｘ＝Ｐ1を保持するために、正の推力が必要となり、リニアアクチュエータ７２に正の電流を流す必要がある。
また、可動子７１の変位ＸがＰ2の場合、図６（ｂ）より、可動子７１に正の磁気バネの力がかかるので、変位Ｘ＝Ｐ2を保持するために、負の推力が必要となり、リニアアクチュエータ７２に負の電流を流す必要がある。
For example, in FIG. 6B, when the displacement X of the
When the displacement X of the
When the displacement X of the
以上のように、図３に示す、電流制限Ｉｒtと推力Ｆとの関係を示すグラフから求めた電流をリニアアクチュエータ７２に流して荷重制御を行う場合は、変位Ｘ＝０の位置においては、電流制限Ｉｒtによって、希望する加圧力が得られるが、磁気バネの影響を受ける位置、例えば、変位Ｘ＝Ｐ1、Ｐ2の位置においては、可動子７１に、
加圧力＝（電流制限Ｉｒtによる加圧力）−（位置を保持する推力Ｆ）・・・（式1）
を加える必要がある。
As described above, when the load control is performed by flowing the current obtained from the graph showing the relationship between the current limit Irt and the thrust F shown in FIG. 3 to the
Applied pressure = (Applied pressure by current limiting Irt)-(Thrust F that holds the position) (Equation 1)
Need to be added.
以下、位置を保持する推力Ｆを求めるためには、加圧力を０と考えるので、（式1）を以下のように変形する。
（位置を保持する推力Ｆ）＝−（電流制限Ｉｒtによる加圧力）・・・（式2）
Hereinafter, in order to obtain the thrust F that holds the position, since the applied pressure is considered to be 0, (Equation 1) is modified as follows.
(Thrust F holding position) =-(Pressurizing force by current limit Irt) (Equation 2)
ここで、本実施例においては、推力Ｆの値を以下のようにして、電流制限Ｉｒtによって表現する。すなわち、前述したように、推力Ｆは電流制限Ｉｒtに比例し、また、電流制限Ｉｒtが１００％の場合に、可動子７１が発生し得る最大の推力Ｆmaxを発生するので、推力Ｆは、最大の推力Ｆmaxに電流制限Ｉｒtを乗じた値となる。
Here, in the present embodiment, the value of the thrust F is expressed by the current limit Irt as follows. That is, as described above, the thrust F is proportional to the current limit Irt, and when the current limit Irt is 100%, the maximum thrust Fmax that can be generated by the
例えば、可動子７１の変位ＸがＰ1の場合、図６（ｂ）において、電流制限Ｉｒtによる加圧力が−Ｆ0となるので、（式2）において、位置を保持する推力Ｆは＋Ｆ0となる。図６（ｂ）において、推力＋Ｆ0は、電流制限Ｉｒtを０％から＋２５％に変化させることによって発生する。また、前述したように、推力＋Ｆ0は、最大の推力Ｆmaxの＋２５％の推力となる。
For example, when the displacement X of the
また、可動子７１の変位ＸがＰ2の場合、図６（ｂ）において、電流制限Ｉｒtによる加圧力が＋Ｆ0（電流制限Ｉｒt＝＋２５％）となるので、（式2）において、位置を保持する推力Ｆは−Ｆ0（電流制限Ｉｒt＝−２５％）となる。
Further, when the displacement X of the
次に、電流制限Ｉｒt＝２５％と設定し、最大の推力Ｆmaxの２５％の推力Ｆを加圧力とする場合について説明する。
例えば、図６（ｂ）において、可動子７１の変位ＸがＰ0（＝０）の場合、電流制限Ｉｒt＝２５％のグラフにおいて、（式1）より、
加圧力＝（電流制限Ｉｒtによる加圧力）−（位置を保持する推力Ｆ）・・・（式1）
加圧力＝（２５％−０）×Ｆmax＝２５％×Ｆmax
となる。
Next, the case where the current limit Irt = 25% is set and the thrust F that is 25% of the maximum thrust Fmax is used as the applied pressure will be described.
For example, in FIG. 6B, when the displacement X of the
Applied pressure = (Applied pressure by current limiting Irt)-(Thrust F that holds the position) (Equation 1)
Applied pressure = (25% -0) x Fmax = 25% x Fmax
It becomes.
また、図６（ｂ）において、可動子７１の変位ＸがＰ1の場合、電流制限Ｉｒt＝２５％のグラフにおいて、（式1）より、
電流制限Ｉｒt＝２５％のグラフにおいて、（式1）より、
加圧力＝（電流制限Ｉｒtによる加圧力）−（位置を保持する推力Ｆ）・・・（式1）
加圧力＝（２５％−２５％）×Ｆmax＝０
となる。
6B, when the displacement X of the
In the graph of current limit Irt = 25%, (Equation 1)
Applied pressure = (Applied pressure by current limiting Irt)-(Thrust F that holds the position) (Equation 1)
Applied pressure = (25% -25%) × Fmax = 0
It becomes.
また、図６（ｃ）において、可動子７１の変位ＸがＰ2の場合、電流制限Ｉｒt＝２５％のグラフにおいて、（式1）より、
電流制限Ｉｒt＝２５％のグラフにおいて、（式1）より、
加圧力＝（電流制限Ｉｒtによる加圧力）−（位置を保持する推力Ｆ）・・・（式1）
加圧力＝（２５％＋２５％）＝５０％×Ｆmax
となる。
Further, in FIG. 6C, when the displacement X of the
In the graph of current limit Irt = 25%, (Equation 1)
Applied pressure = (Applied pressure by current limiting Irt)-(Thrust F that holds the position) (Equation 1)
Applied pressure = (25% + 25%) = 50% × Fmax
It becomes.
以上のように、磁気バネの影響を受ける位置においては、可動子７１の停止位置によって、一定の電流制限Ｉｒtに対する加圧力が異なることになる。
As described above, at the position affected by the magnetic spring, the pressure applied to the constant current limit Irt varies depending on the stop position of the
従来、この問題を回避するのに、サーボドライバ１内に、推力Ｆと、可動子７１の停止位置と電流制限Ｉｒtとの関係を示すテーブルを持たせて、可動子７１の停止位置により電流制限Ｉｒtを変化させ、一定の推力Ｆを得る方法が考えられる。しかし、可動子７１に先端金具Ｗのような質量負荷を取り付けた場合は、この方法によると、該質量負荷の質量分だけ大きな加圧力が加わるため、正確な荷重制御は不可能であった。
Conventionally, in order to avoid this problem, a table indicating the relationship between the thrust F, the stop position of the
そこで、本実施例においては、リニアアクチュエータ７２の推力Ｆについて、図３の示すように、電流Ｉactが０の時の推力Ｆを０とした場合、電流Ｉactに対する推力Ｆの傾き（推力定数）が、どの位置においても一定であることを利用して、磁気バネの力および質量負荷がかかった状態における、実際のリニアアクチュエータ７２の電流指令値Ｉcをサーボドライバ１から読み出し、電流指令値Ｉcに、希望する推力に相当する電流制限Ｉｒtを加算した値を新たな電流制限Ｉｒtとしてリニアアクチュエータ７２に供給することにより、磁気バネの力および質量負荷による影響を打ち消している。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 3, regarding the thrust F of the
例えば、半導体チップ表面の近傍まで移動する時の電流制限Ｉｒtを１００％、加圧時の電流制限Ｉｒtを２５％とすると、例えば、図６（ｂ）において、可動子７１の変位ＸがＰ0（＝０）の場合、電流制限Ｉｒt＝２５％のグラフにおいて、（式1）より、
加圧力＝（２５％−０）＝２５％×Ｆmax
となる。つまり、可動子７１が変位Ｘ＝０の位置においては、該位置を保持する電流指令値Ｉcが０のため、電流制限Ｉｒtは２５％のままとなる。
For example, assuming that the current limit Irt when moving to the vicinity of the surface of the semiconductor chip is 100% and the current limit Irt during pressurization is 25%, the displacement X of the
Applied pressure = (25% -0) = 25% × Fmax
It becomes. That is, when the
また、図６（ｂ）において、可動子７１の変位ＸがＰ1の場合、電流制限Ｉｒt＝２５％のグラフにおいて、（式1）より、
加圧力＝（２５％＋（＋２５％））＝５０％×Ｆmax
となる。つまり、可動子７１が変位Ｘ＝Ｐ1の位置において停止した場合、磁気バネの力が−２５％作用するので、可動子７１の位置を保持する電流指令値Ｉcは＋２５％となる。この値に電流制限Ｉｒtの設定値の２５％を加えると、新たな電流制限Ｉｒtは５０％となる。
6B, when the displacement X of the
Applied pressure = (25% + (+ 25%)) = 50% × Fmax
It becomes. That is, when the
また、図６（ｂ）において、可動子７１の変位ＸがＰ2の場合、電流制限Ｉｒt＝２５％のグラフにおいて、（式1）より、
加圧力＝（２５％＋（−２５％））＝０
となる。つまり、可動子７１が変位Ｘ＝Ｐ2の位置において停止した場合、磁気バネの力が＋２５％作用するので、可動子７１の位置を保持する電流指令値Ｉcは−２５％となる。この値に電流制限Ｉｒtの設定値の２５％を加えると、新たな電流制限Ｉｒtは０％となる。つまり、可動子７１が変位Ｘ＝Ｐ2の位置において停止した場合、磁気バネの力のみによって、外部に加圧が行われる。
Further, in FIG. 6B, when the displacement X of the
Applied pressure = (25% + (− 25%)) = 0
It becomes. That is, when the
尚、本実施例においては、サーボドライバ１を制御するのに、外部にＣＰＵ３を設けることを想定したが、サーボドライバ１内に設けてもよい。 In the present embodiment, it is assumed that the CPU 3 is provided externally to control the servo driver 1, but it may be provided in the servo driver 1.
また、本実施例においては、リニアアクチュエータをチップマウンタのヘッドに応用することを想定したが、半導体チップを基板上に圧着する他の装置（例えば、ボンダ、ボンディング装置等）のヘッドに応用してもよい。 In this embodiment, it is assumed that the linear actuator is applied to the head of the chip mounter. However, the linear actuator is applied to the head of another apparatus (for example, a bonder, a bonding apparatus, etc.) that presses the semiconductor chip onto the substrate. Also good.
以上、本発明の実施例について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での設計変更も含まれる。 As mentioned above, although the Example of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this Example, The design change in the range which does not deviate from the summary of this invention is also included.
１ サーボドライバ（制御手段）
２ 位置センサ（測位手段）
２ａ 固定子
２ｂ 可動子
３ ＣＰＵ（Central Processing Unit）
４ パルス発生器
１１、１３、１６ 加減算器
１２ 位置制御器（移動指示手段）
１４ 速度演算部
１５ 速度制御器
１７ 電流制御器（位置保持電流値解析手段）
１８ パワー回路（推力出力指示手段）
１９ 電流検出部
７１ 可動子
７２ リニアアクチュエータ
７３ 板バネ
８１ シャフト
８２ 鉄片
９１ ヨーク（積層コア）
９１ａ、９１ｂ 磁極部
９２、９３ コイル
９４、９５ 永久磁石
９６ 巻き胴
９７ 金属線
Ｗ 先端金具
1 Servo driver (control means)
2 Position sensor (positioning means)
4
14
18 Power circuit (thrust output instruction means)
19
91a, 91b
Claims (4)
前記可動子の前記固定子に対する相対位置を測定する測位手段と、
前記測位手段によって測定された相対位置に基づいて、前記コイルに供給する電流を制御して前記可動子の相対位置を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段が、
前記コイルに供給する電流を制御して前記可動子を、前記先端金具が前記加圧対象物の表面に位置するように設定された所望位置に移動する移動指示手段と、
前記可動子が前記所望位置を保持するために必要な電流値を取得し、取得した前記電流値に、設定された加圧力に応じた電流値を加算した、加圧するための電流値を求める位置保持電流値解析手段と、
前記位置保持電流値解析手段が求めた、前記加圧するための電流値に応じた電流を前記コイルに供給して、前記所望位置に位置する前記可動子に前記加圧力を出力させる推力出力指示手段と、
を有することを特徴とするリニアアクチュエータ。 A mover and a stator disposed around the mover, the stator including a laminated core, a coil fixed to the laminated core, and a permanent magnet provided facing the mover A linear actuator for pressurizing an object to be pressed by a tip fitting attached to the mover ,
Positioning means for measuring the relative position of the mover to the stator;
Control means for controlling the relative position of the mover by controlling the current supplied to the coil based on the relative position measured by the positioning means;
With
The control means is
It said movable element by controlling the current supplied to the coil, a movement instruction unit that the end attachment is moved to the set where Nozomu position location so as to be positioned on the surface of the pressure object,
Get the current value required for the mover to hold the plant Nozomu position location, the current value obtained, by adding a current value corresponding to the set pressure, the current value for pressurizing a position holding current value analysis means Ru determined,
Wherein the position holding current value analysis means is determined, said current corresponding to the current value for pressurizing and feeding subjected to the coil, the desired thrust force to output the pressure force to the movable member located at the position output Instruction means;
A linear actuator comprising:
前記可動子が、前記手前位置に到達したときは、前記移動指示手段は、前記コイルに供給する電流を前記手前位置よりも先の位置と対応する電流に制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリニアアクチュエータ。 When the mover has not reached the near position set on the stator side with respect to the desired position, the thrust output instruction means controls the current supplied to the coil to be the maximum current,
2. The movement instructing unit controls the current supplied to the coil to a current corresponding to a position ahead of the near position when the mover reaches the near position. Or the linear actuator of Claim 2 .
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