部品実装装置
【課題】汎用性を向上させるとともに生産性を向上させることができる部品実装装置を提供する。
【解決手段】部品供給部によって供給された部品を基板保持部に保持された基板に実装する部品実装装置に配設され、複数の種類の作業ヘッドに対象となる部品に応じて着脱自在に装着される部品保持ノズル７１などの作業ツールを収納するツールストッカ１５に設けられた収納凹部２７ａ内において、反射型の光学センサ２５による作業ツールの有無検出の際の背景部分を構成する範囲に、光学センサ２５から背景部分に投射されて光学センサ２５に反射される背景反射光の光量を低減させる反射特性を有する表面層を形成する。これにより、１つの光学センサ２５によって多数の収納凹部２７ａを対象として作業ツールの有無を安定して検出することが可能となる。
【解決手段】部品供給部によって供給された部品を基板保持部に保持された基板に実装する部品実装装置に配設され、複数の種類の作業ヘッドに対象となる部品に応じて着脱自在に装着される部品保持ノズル７１などの作業ツールを収納するツールストッカ１５に設けられた収納凹部２７ａ内において、反射型の光学センサ２５による作業ツールの有無検出の際の背景部分を構成する範囲に、光学センサ２５から背景部分に投射されて光学センサ２５に反射される背景反射光の光量を低減させる反射特性を有する表面層を形成する。これにより、１つの光学センサ２５によって多数の収納凹部２７ａを対象として作業ツールの有無を安定して検出することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品供給ステージから半導体チップなどの部品を取り出して基板に実装する部品実装装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップなどの部品は部品供給ステージから取り出され、リードフレームや樹脂基板などの基板に実装される。このような部品の実装の形態には、部品の搭載姿勢や部品を基板に接合する方法、さらには部品の特性によって要求される実装精度などの相違によって多様なバリエーションがある。このため部品を部品供給ステージから取り出して基板に実装する実装作業を実行する部品実装装置には、実装形態に応じて異なった機能が求められる。
【０００３】
このため、このような実装形態の異なる複数種類の部品を対象とする場合には、各実装形態に対応した機能を有する作業ヘッドを備えた部品実装装置が用いられ、各作業ヘッドには作業や部品種類に応じた作業ツールが交換自在に装着される。このような作業ツールは、装置内において作業ヘッドがアクセス可能な位置に配置されたツールストッカに複数の部品種に対応して収納される（特許文献１参照）。そして部品種が切り替えられる度に、作業ヘッドはツールストッカにアクセスし、ここで作業ヘッドがツール交換動作を行うことにより、作業ヘッドには部品種に応じた作業ツールが装着される。
【０００４】
このツール交換動作に際しては、ツールストッカに設けられた収納凹部内における作業ツールの有無を確認する必要があることから、ツールストッカを備えた部品実装装置には、従来より作業ツールの有無を検出するためのツール検出手段が設けられている。特許文献１に示す例では、ノズル交換装置（ツールストッカ）に設けられた複数のノズル挿入孔（収納凹部）のそれぞれにノズル検出用の透過式センサを備えた例が示されている。
【特許文献１】特開平４−１８８７４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年電子機器製造分野においては広い範囲の部品種を作業対象とすることができるよう生産設備の汎用性の向上が求められており、単一の装置においてツールストッカが収納して装備すべき作業ツールの個数も増大している。このため、上述の特許文献に示す例のように各収納凹部に作業ツール検出のためのセンサを設ける方式を採用すると多数のセンサを必要とし、設備費用のコストアップとともに制御負荷の増大を招く結果となる。
【０００６】
そこで本発明は、汎用性を向上させるとともに生産性を向上させることができる部品実装装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の部品実装装置は、部品を供給する部品供給部と、基板を保持する基板保持部と、前記部品供給部によって供給された前記部品を受け取って前記基板保持部に保持された基板に実装する第１ヘッドと、前記基板もしくは前記第１ヘッドによって前記基板に搭載された部品に対して所定の作業を行い、部品接合用のペーストを吐出して前記基板に供給するペースト塗布機能、前記ペーストを転写して前記基板に供給するペースト転写機能および前記基板に搭載された部品を加熱しながら基板に対して押圧する加熱・押圧機能のうち少なくともいずれか１つの機能を有する作業ユニットを選択的に装着可能な第２ヘッドと、前記第１ヘッドおよび第２ヘッドがいずれもアクセス可能な領域に位置して、対象と
なる部品の種類に応じて前記第１ヘッド、第２ヘッドに交換自在に装着される複数の作業ツールを収納するための複数の収納凹部が設けられたツールストッカと、前記ツールストッカの前記収納凹部上に位置する反射型の光学センサによって当該収納凹部内における前記作業ツールの有無を検出するツール検出手段とを備え、前記収納凹部内において前記ツール検出手段による作業ツールの有無検出の際の背景部分を構成する範囲には、前記光学センサから前記背景部分に投射されて前記光学センサに反射される背景反射光の光量を低減させる反射特性を有する表面層が形成されており、前記ツール検出手段は、前記光学センサから前記作業ツールの上面に投射されて前記光学センサに反射されるツール反射光の光量と前記背景反射光の光量とに基づき前記作業ツールの有無を検出する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、作業ツールを収納する収納凹部内においてツール検出手段による作業ツールの有無検出の際の背景部分を構成する範囲に、光学センサから背景部分に投射されて光学センサに反射される背景反射光の光量を低減させる反射特性を有する表面層を形成することにより、１つの光学センサによって多数の収納凹部を対象として作業ツールの有無を安定して検出することが可能となり、汎用性を向上させるとともに設備費用を低減して生産性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の部品実装装置の全体斜視図、図２は本発明の一実施の形態の部品実装装置の部分斜視図、図３は本発明の一実施の形態の部品実装装置の正面図、図４は本発明の一実施の形態の部品実装装置のユニット集合ステージの斜視図、図５は本発明の一実施の形態の部品実装装置に設けられたツールストッカの構成説明図、図６は本発明の一実施の形態の部品実装装置の設けられたツールストッカの部分断面図、図７は本発明の一実施の形態の部品実装装置の第２ヘッドに装着される作業ユニットの説明図、図８は本発明の一実施の形態の部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図、図９は本発明の一実施の形態の部品実装装置におけるツール検出動作およびツール交換動作の説明図、図１０は本発明の一実施の形態の部品実装装置におけるツール検出動作の説明図である。
【００１０】
まず図１を参照して、部品実装装置１の全体構成を説明する。部品実装装置１は基板に半導体チップなどの部品をボンディングによって実装する機能を有するものである。図１において基台２上には、部品供給ステージ３（部品供給部）、ユニット集合ステージ４および基板保持ステージ５（基板保持部）がこれらの並び方向をＹ方向（第１方向）に合わせて配列されている。部品供給ステージ３に備えられたウェハ保持テーブル３ａには、実装対象となる部品である複数の半導体チップ６ａが配列された半導体ウェハ６が保持されている。
【００１１】
ユニット集合ステージ４は、直動機構（図４に示すＸ軸移動機構４０参照）によってＸ方向（第２方向）に往復動する移動テーブル４ａに、後述するツールストッカ１５、部品回収部１６，較正基準マーク１７，中継ステージ１８、部品認識カメラ２４などの機能ユニットを集合的に配設した構成となっている。基板保持ステージ５は、基板７を保持する基板保持ステージ５ａをＸＹテーブル機構５３（図３参照）によって水平駆動する構成となっており、基板７には半導体チップ６ａが実装される。
【００１２】
部品供給ステージ３、ユニット集合ステージ４および基板保持ステージ５の上方には、基台２のＸ方向の端部に位置して、Ｙ軸フレーム８が支持ポスト８ａによって両端部を支持されてＹ方向に架設されている。Ｙ軸フレーム８の前面には、以下に説明する第１ヘッド１１、第２ヘッド１２をリニアモータ駆動によりＹ方向に案内して駆動するヘッド移動機構９が組み込まれている。第１ヘッド１１には半導体チップ６ａを保持して基板７に搭
載する機能を有する搭載ユニット１９が装着されており、第２ヘッド１２には基板７に電子部品接合用の接着剤を塗布する機能を有する塗布ユニット２０が装着されている。
【００１３】
部品供給ステージ３、中継ステージ１８および基板保持ステージ５の上方には、位置認識のために第１カメラ２１、第２カメラ２２、第３カメラ２３が配設されている。第１カメラ２１は部品供給ステージ３において取り出し対象の半導体チップ６ａを撮像する。第２カメラ２２は部品供給ステージ３から取り出されて中継ステージ１８に位置補正のために仮置きされた半導体チップ６ａを撮像する。また第３カメラ２３は、基板保持ステージ５に保持された基板７を撮像して部品実装点の位置を認識する。またユニット集合ステージ４に配設された部品認識カメラ２４は、部品供給ステージ３から取り出された半導体チップ６ａを下方から撮像する。
【００１４】
次に、図２、図３を参照して各部の構造を説明する。部品供給ステージ３はＸＹテーブル機構３１を備えており、ＸＹテーブル３１の上面に装着された水平な移動プレート３２には、複数の支持部材３３が立設されている。支持部材３３は、上面に半導体ウェハ６が装着保持される保持テーブル３ａを支持している。半導体ウェハ６はウェハシート６ｂに複数の半導体チップ６ａを所定配列で貼着した構成となっている。ウェハシート６ｂには、能動面を上向きにしたフェイスアップ姿勢で個片に分割された状態の複数の半導体チップ６ａが貼着保持されている。
【００１５】
部品供給ステージ３には、半導体ウェハ６から半導体チップ６ａをピックアップするためのピックアップ作業位置［Ｐ１］が設定されている。第１カメラ２１の位置はピックアップ作業位置［Ｐ１］に対応しており、第１カメラ２１によって半導体ウェハ６を撮像した撮像結果を認識処理することにより、ピックアップ対象の半導体チップ６ａの位置が検出される。ウェハ保持テーブル３ａの内部においてピックアップ作業位置［Ｐ１］に対応する位置には、エジェクタ機構３４が配設されている。
【００１６】
エジェクタ機構３４は、ウェハシート６ｂの下面側から半導体チップ６ａをピンで突き上げることにより、半導体チップ６ａのウェハシート６ｂからの剥離を促進する機能を有している。半導体チップ６ａの取り出し時にエジェクタ機構３４を昇降させてウェハシート６ｂの下面に当接させることにより、後述するピックアップヘッド１４による半導体チップ６ａのウェハシート６ｂからの取り出しを容易に行うことができる。
【００１７】
部品取り出し動作においては、ＸＹテーブル機構３１を駆動してウェハシート６ｂをＸＹ方向に水平移動させる（矢印ａ）ことにより、ウェハシート６ｂに貼着された複数の半導体チップ６ａのうち、取り出し対象となる所望の半導体チップ６ａをピックアップ作業位置［Ｐ１］に位置させる。なおここでは、部品供給ステージ３として、ウェハシート６ｂに貼着されたウェハ状態の部品を供給する方式のウェハテーブルを用いる例を示したが、複数の部品を所定の平面配列で供給する部品トレイを、ウェハテーブルと交換自在に部品供給ステージ３に配置するようにしてもよい。
【００１８】
部品供給ステージ３の上方には、半導体チップ６ａを吸着して保持するピックアップノズル７０がノズル装着部１４ａに着脱自在に装着された構成のピックアップヘッド１４が配設されている。ピックアップヘッド１４はピックアップアーム１３ａによって保持されており、ピックアップアーム１３ａは、Ｙ軸フレーム８の下面に縣吊して配置されたピックアップヘッド移動機構１３から、部品供給ステージ３の上方に延出して設けられている。ピックアップヘッド移動機構１３を駆動することにより、ピックアップアーム１３ａはＸＹＺ方向に移動する（矢印ｂ）とともに、Ｘ方向の軸廻りに回転する（矢印ｃ）。
【００１９】
これにより、ピックアップヘッド１４は部品供給ステージ３の上方とユニット集合ステ
ージ４の上方との間でＹ方向に移動するとともに、Ｘ方向に進退する。これによりピックアップヘッド１４は、部品供給ステージ３から半導体チップ６ａをピックアップして、ユニット集合ステージ４に設けられた中継ステージ１８に移送する動作を行う。また必要時には、ピックアップヘッド１４をピックアップ作業位置［Ｐ１］の上方からＸ方向に退避させることが可能となっており、さらにピックアップアーム１３ａを回転させてピックアップヘッド１４を反転させることにより、ピックアップノズル７０に保持した半導体チップ６ａの姿勢を表裏反転させることが可能となっている。
【００２０】
図３に示すように、ユニット集合ステージ４および基板保持ステージ５は、ベースプレート５２の上面に設けられており、ベースプレート５２は基台２の上面に立設された複数の支持ポスト５１によって下方から支持されている。ここでユニット集合ステージ４の詳細構造について、図４を参照して説明する。図４においてＸ軸移動機構４０は、移動テーブル４ａをＸ方向に移動させる機能を有しており、ベース部４１に以下に説明する機構要素を配設して構成されている。ベース部４１の上面にはＸ方向にガイドレール４２ａが配設されており、ガイドレール４２ａにスライド自在に嵌合したスライダ４２ｂは、移動テーブル４ａの下面に固着されている。
【００２１】
ベース部４１の両端部に立設されたブラケット４３ａ、４３ｂには、送りねじ４５が軸支されており、送りねじ４５はブラケット４３ｂに保持されたモータ４４によって回転駆動される。送りねじ４５は移動テーブル４ａの下面に結合されたナット部材（図示省略）に螺合しており、モータ４４を正逆方向に回転駆動することにより、移動テーブル４ａはＸ方向に往復移動する（矢印ｇ）。これにより、移動テーブル４ａに配設された以下の機能ユニットを一体的にＸ方向に移動させることができ、これらの機能ユニットを第１ヘッド１１、第２ヘッド１２がアクセス可能な領域に位置させることが可能となっている。
【００２２】
移動テーブル４ａには、ツールストッカ１５、部品回収部１６、較正基準マーク１７、中継ステージ１８および部品認識カメラ２４が集合的に配設されている。ここでツールストッカ１５の構造および動作機能を図５を参照して説明する。図５（ａ）に示すように、ツールストッカ１５は作業ツールを収納する複数の収納凹部２７ａが所定配列（ここでは格子配列）で設けられた収納ブロック２７の上面に、係止プレート２８をＸ方向にスライド自在に配設した構成となっている。収納凹部２７ａは段付部２７ｂを有する円筒穴形状の凹部であり、段付部２７ｂに作業ツールに設けられた鍔部（例えば図５（ｂ）に示す部品保持ノズル７１に設けられた鍔部７１ｂ）を載置した姿勢でこれらの作業ツールを収納する。
【００２３】
係止プレート２８には、収納凹部２７ａの列位置に対応して列状の装着開口部２８ａが設けられており、装着開口部２８ａには収納凹部２７ａのピッチ毎に係止爪部２８ｂが両側から内側方向に延出して設けられている。図５（ｂ）の（イ）に示すように、係止爪部２８ｂが隣接する２つの収納凹部２７ａの中間に位置するように係止プレート２８をＸ方向に移動させることにより、鍔部７１ｂは装着開口部２８ａを上下方向（矢印ｋ）に通過可能となる。
【００２４】
これに対し、（ロ）に示すように、係止爪部２８ｂが収納凹部２７ａの位置に一致するように係止プレート２８をＸ方向に移動させることにより、収納凹部２７ａ内に収納された部品保持ノズル７１の鍔部７１ｂは、上側から係止爪部２８ｂによって係止される状態となる。すなわち、装着部１９ａに装着された部品保持ノズル７１を収納凹部２７ａ内に位置させた状態から、搭載ユニット１９を上昇させることにより、部品保持ノズル７１のみを収納凹部２７ａ内に残留させることができる。このような動作を組み合わせることにより、搭載ユニット１９に装着された部品保持ノズル７１を下降させて収納凹部２７ａに収納し、また収納凹部２７ａに収納された部品保持ノズル７１を搭載ユニット１９によっ
て取り出すことができ、これにより搭載ユニット１９に装着される部品保持ノズル７１を対象とする部品に応じて交換することが可能となっている。
【００２５】
ツールストッカ１５には、図４に示すように、搭載ユニット１９に装着される部品保持ノズル７１など、部品種に応じて交換されて使用される複数の作業ツールが各部品種毎に収納される。個々に収納される作業ツールには、ピックアップヘッド１４に装着されるピックアップノズル７０、図７に示す転写ユニット５４、加熱・押圧ユニット５７にそれぞれ装着される転写ツール７２、加熱・押圧ツール７３が含まれる。そしてツールストッカ１５を第１ヘッド１１、第２ヘッド１２がアクセス可能な領域に移動させた状態において、第１ヘッド１１、第２ヘッド１２をユニット集合ステージ４に移動させることにより、搭載ユニット１９、転写ユニット５４、加熱・押圧ユニット５７に装着される部品保持ノズル７１、転写ツール７２、加熱・押圧ツール７３を、対象とする部品種に応じたものに交換することができるようになっている。すなわちＸ軸移動機構４０は、ツールストッカ１５をＹ方向（第１方向）と直交するＸ方向（第２方向）へ移動させて、第１ヘッド１１および第２ヘッド１２がいずれもアクセス可能な領域に位置させるストッカ移動手段となっている。
【００２６】
すなわち、本実施の形態に示す部品実装装置１においては、第１ヘッド１１および第２ヘッド１２がいずれもアクセス可能な位置に、対象となる部品の種類に応じて第１ヘッド１１の搭載ユニット１９に交換自在に装着される部品保持ツール１９ａおよび対象となる部品の種類に応じて第２ヘッド１２に選択的に装着される作業ユニット、すなわち転写ユニット５４、加熱・押圧ユニット５７に交換自在に装着される転写ツール７２、加熱・押圧ツール７３などの作業ツールを収納したツールストッカ１５が配置された構成となっている。このような構成を採用することにより、複数の部品種を対象として交換用の作業ツールが多数必要とされる場合にあっても、ツール交換機能に要する機構部の占有面積を極力小さくして、装置のコンパクト化を図ることが可能となっている。
【００２７】
部品回収部１６は、部品供給ステージ３から取り出された後に、不良部品や混入した異種部品など基板７への実装が不適と判断された部品を廃棄回収する機能を有している。較正基準マーク１７は、Ｘ軸移動機構４０を継続して駆動する際に熱伸縮によって生じる機構的な位置誤差を、上方に配設された第２カメラ２２によって撮像して較正するために設けられた基準マークである。
【００２８】
中継ステージ１８は、部品供給ステージ３と基板保持ステージ５との間に配置されてツールストッカ１５と一体的に設けられた形態となっており、中継ステージ１８には、部品供給ステージ３からピックアップヘッド１４によって取り出された半導体チップ６ａが位置補正のために載置される。中継ステージ１８には中継位置［Ｐ２］が設定されており、第２カメラ２２は中継位置［Ｐ２］に対応して配置されている。Ｘ軸移動機構４０によって中継ステージ１８を移動させることにより、中継ステージ１８に載置された半導体チップ６ａを中継位置［Ｐ２］に位置させて第２カメラ２２によって撮像することができ、これにより中継ステージ１８に載置された半導体チップ６ａの位置が検出される。部品認識カメラ２４は撮像面２４ａを中継ステージ１８に隣接させて配置されており、同様にＸ軸移動機構４０を駆動することにより、撮像面２４ａを部品認識位置［Ｐ３］に位置させることができる。中継ステージ１８に仮置きされて位置認識の後に取り出された半導体チップ６ａは、部品認識位置［Ｐ３］にて部品認識カメラ２４によって撮像され位置検出が行われる。
【００２９】
さらに、ユニット集合ステージ４には、中継ステージ１８の表面をクリーニングするためのクリーニングユニット４６が配設されている。図４に示すように、クリーニングユニット４６は移動テーブル４ａを装置手前側（図２において左側）に移動させた状態におい
て、水平な棒状のクリーニング部材４６ａが中継ステージ１８の上方に位置するように配置されている。クリーニング部材４６ａの下面には下方に延出したブラシ４６ｂが中継ステージ１８の上面に摺接するように設けられており、この状態でＸ軸移動機構４０を駆動して移動テーブル４ａを往復動させることにより、中継ステージ１８の表面に付着堆積した異物がブラシ４６ｂによって除去される。クリーニング部材４６ａの内部には吸引孔が設けられており、吸引配管４６ｃを介してクリーニング部材４６ａの内部を真空吸引する（矢印ｈ）ことにより、ブラシ４６ｂによって除去された微細な異物を吸引して排出することができる。
【００３０】
基板保持ステージ５は、ＸＹテーブル機構５３上に基板７を保持する基板保持テーブル５ａを設けた構成となっている。基板保持ステージ５には、半導体チップ６ａを基板保持テーブル５ａに保持された基板７に実装するための実装作業位置［Ｐ４］が設定されており、第３カメラ２３は実装作業位置［Ｐ４］に対応して配置されている。第３カメラ２３によって基板７を撮像することにより、基板７に設定された部品実装点７ａの位置が検出される。そしてＸＹテーブル機構５３を駆動することにより、基板保持テーブル５ａは基板７とともにＸＹ方向に水平移動し（矢印ｆ）、基板７に設定された任意の部品実装点７ａを実装作業位置［Ｐ４］に位置させることができる。
【００３１】
次に、第１ヘッド１１、第２ヘッド１２について説明する。図２においてＹ軸フレーム８に設けられたヘッド移動機構９の前面には、第１ヘッド１１および第２ヘッド１２をＹ方向にガイドするための２条のガイドレール９ａが設けられており、これらのガイドレール９ａの間には以下に説明する第１ヘッド１１および第２ヘッド１２をＹ方向に駆動するためのリニアモータを構成する固定子９ｂが配設されている。ガイドレール９ａには図示しないスライダがＹ方向にスライド自在に嵌合しており、このスライダは垂直な移動プレート１１ａ、１２ａの背面に固着されている。
【００３２】
移動プレート１１ａ、１２ａの背面には、固定子９ｂに対向してリニアモータを構成するする可動子（図示省略）が配設されている。これらのリニアモータを駆動することにより、第１ヘッド１１および第２ヘッド１２はガイドレール９ａによってガイドされて、それぞれＹ方向に移動する（矢印ｄ）。移動プレート１１ａ、１２ａの前面には、それぞれ昇降機構１１ｂ、１２ｂが配設されており、昇降機構１１ｂ、１２ｂの前面には昇降プレート１１ｃ、１２ｃが垂直方向にスライド自在に配設されている。昇降機構１１ｂ、１２ｂを駆動することにより、昇降プレート１１ｃ、１２ｃはそれぞれ昇降する（矢印ｅ）。昇降プレート１１ｃには、下部に部品保持ノズル７１を備えた搭載ユニット１９が着脱自在に装着されており、昇降プレート１２ｃには、２基の塗布ユニット２０が着脱自在に装着されている。
【００３３】
搭載ユニット１９は部品保持ノズル７１によって実装対象の部品である半導体チップ６ａを保持する機能を有しており、第１ヘッド１１をＹ方向に水平移動させて昇降プレート１１ｃが昇降することにより、搭載ユニット１９は部品供給ステージ３から供給された半導体チップ６ａを、基板保持ステージ５に保持された基板７に搭載する。ここでは、搭載ユニット１９が装着された第１ヘッド１１による実装形態として、ピックアップヘッド１４によって部品供給ステージ３から取り出され中継ステージ１８上に載置された半導体チップ６ａを搭載ユニット１９によって保持して基板７に搭載するプリセンタ実装形態と、部品供給ステージ３の半導体チップ６ａを直接搭載ユニット１９によって保持して基板７に搭載するダイレクト実装形態と、ピックアップヘッド１４によって部品供給ステージ３から取り出され表裏反転状態でピックアップヘッド１４に保持された半導体チップ６ａを搭載ユニット１９によって保持して基板７に搭載するフェイスダウン実装形態とを選択的に実行できるようになっている。すなわち搭載ユニット１９が装着された第１ヘッド１１は、部品供給ステージ３によって供給された半導体チップ６ａを受け取って、基板保持ス
テージ５に保持された基板７に搭載する機能を有している。
【００３４】
第２ヘッド１２に装着された塗布ユニット２０は、部品接着用の樹脂接着剤であるペーストを収納したシリンジ２０ａおよびペーストを吐出する塗布ノズル２０ｂを備えている。第２ヘッド１２を基板保持ステージ５に保持された基板７の上方に移動させて、塗布ユニット２０による塗布動作を行わせることにより、塗布ノズル２０ｂから吐出したペーストを基板７の部品実装点７ａに塗布する。なお第２ヘッド１２には、図２に示す塗布ユニット２０以外にも、以下に説明する転写ユニット５４、加熱・押圧ユニット５７の２種類の作業ユニットが対象となる部品種の実装形態に応じて選択的に装着される。
【００３５】
昇降プレート１１ｃ、１２ｃには、それぞれ光学センサ２５、２６が検出面を垂直下向きにした姿勢で装着されている。光学センサ２５、２６はいずれも反射型の光学センサであり、光学センサ２５、２６をツールストッカ１５の収納凹部２７ａ上に位置させることにより、当該収納凹部２７ａ内における作業ツールの有無を検出することができるようになっている。光学センサ２５、２６および光学センサ２５、２６からの受光信号を受信して作業ツールの有無を検出する処理を行う検出処理部６３（図８参照）は、ツールストッカ１５の収納凹部上に位置する反射型の光学センサ２５、２６によって当該収納凹部２７ａ内における作業ツールの有無を検出するツール検出手段となっている。本実施の形態に示す部品実装装置１では、光学センサ２５、２６による作業ツールの検出を安定して行うことができるよう、収納凹部２７ａの内面に光学センサ２５、２６から投射された検出光をツール検出に適した反射率で反射させるための表面層２７ｄが形成されている。
【００３６】
すなわち図６に示すように、段付部２７ｂ、底部２７ｃを含んだ収納凹部２７ａの内面には、入射光の反射を抑制する特性を有する表面層２７ｄが形成されており、表面層２７ｄは光学センサ２５，２６から投射されて光学センサ２５，２６に反射される反射光の光量を低減させる反射特性を有している。これにより、収納凹部２７ａ内における検出対象の有無によって、反射光の光量に明確な差異を設けることが可能となり、作業ツール有無の検出確度を向上させることが可能となっている。
【００３７】
表面層２７ｄの形成方法としては、例えば黒色など暗色の塗料の塗膜を収納凹部２７ａの内面に形成する方法、収納ブロック２７を構成する金属素材に対して黒染め処理などの表面処理を施すことにより暗色の表面被膜を形成する方法、さらには収納凹部２７ａの内面を粗化して光を散乱させることにより反射光を低減させる方法など、各種の方法を用いることができる。また図６（ａ）に示す例では、収納ブロック２７に形成された収納凹部２７ａの内面に直接表面層２７ｄを形成する例を示したが、図６（ｂ）に示すように、収納凹部２７ａの内面形状に倣う嵌込部材２９を作成し、段付き部２９ｂ、底部２９ｃを含んだ嵌込部材２９の内面に表面層２９ｄを形成するようにしてもよい。
【００３８】
なお、表面層２７ｄの目的は上述したように、収納凹部２７ａ内における作業ツールの有無の検出確度を向上させることにあることから、必ずしも収納凹部２７ａの内面の全範囲に表面層２７ｄを形成する必要はなく、光学センサ２５、光学センサ２６による作業ツールの有無検出の際の背景部分を構成する範囲に表面層２７ｄが形成されていれば足りる。例えば、収納凹部２７ａの内面のうち、底部２７ｃのみに表面層２７ｄが形成されていればよい。
【００３９】
底部２７ｃのみに表面層２７ｄを形成する方法としては、図６（ｃ）に示すように、収納ブロック２７を構成する部材を収納凹部２７ａの開口部が加工された上部２７ｅと、上面が底部２７ｃを構成する下部２７ｆとに分割した構成としておき、下部２７ｆの上面のみに表面層２７ｄを形成しておくようにすると表面層２７ｄの形成工程を簡略化することが可能となる。上部２７ｅと下部２７ｆとを組み合わせることにより、作業ツールの有無
検出の際の背景部分となる底部２７ｃのみに表面層２７ｄを形成することができる。
【００４０】
すなわち本実施の形態に示すツールストッカ１５では、収納凹部２７ａ内において光学センサ２５、２６による作業ツールの有無検出の際の背景部分を構成する範囲には、光学センサ２５、２６から背景部分に投射されて光学センサ２５、２６に反射される背景反射光の光量を低減させる反射特性を有する表面層２７ｄが形成された形態となっている。
【００４１】
なお本実施の形態においては、光学センサ２５、２６を第１ヘッド１１、第２ヘッド１２にそれぞれ設けた例を示したが、独立のツール検出用ヘッドをツールストッカ１５の上方に位置して設けてもよい。すなわち第１ヘッド１１、第２ヘッド１２のＹ方向の移動と位置的な干渉が生じない位置に同様の反射型の光学センサを配置し、Ｘ軸移動機構４０によってツールストッカ１５をＸ方向に移動させることにより、ツールストッカ１５の各収納凹部２７ａ内における作業ツールの有無を検出する。なお、この場合にはツールストッカ１５における収納凹部２７ａの列位置に対応して光学センサをＹ方向に移動させるようにする。図４に示す例では、収納凹部２７ａは２列設けられていることから、各列の上方に光学センサが位置するようＹ方向の位置を切り換える機構が必要となる。
【００４２】
次に図７を参照して、第２ヘッド１２に選択的に装着される作業ユニットについて説明する。図７（ａ）、（ｂ）は、第２ヘッド１２に転写ユニット５４、加熱・押圧ユニット５７を装着した状態をそれぞれ示している。転写ユニット５４は基板７にペースト５６を転写により供給する機能を有するものであり、対象とする部品が小サイズで必要とされるペースト５６の供給量が少量であるような場合に選択的に第２ヘッド１２に装着される。
【００４３】
図７（ａ）に示すように、転写ユニット５４は装着部５４ａに着脱自在に装着される転写ツール７２を備えており、ペースト５６を転写膜の形態で供給する転写テーブル５５とともに用いられる。転写テーブル５５は、平滑な塗膜形成面５５ａを有する略円板形状の容器であり、塗膜形成面５５ａには部品接着用のペースト５６の塗膜が所定の膜厚で形成されている。転写ユニット５４によってペースト５６を転写により供給する際には、まず転写ツール７２を転写テーブル５５に対して下降させて転写ツール７２の下端部にペースト５６を付着させる。次いで第２ヘッド１２を移動させて転写ユニット５４を基板保持テーブル５ａに保持された基板７の上方に移動させ（矢印ｉ）、転写ツール７２を下降させてペースト５６を転写ツール７２によって基板７の上面に転写により供給する。
【００４４】
また加熱・押圧ユニット５７は、搭載ユニット１９によって基板７に搭載された後の半導体チップ６ａを加熱しながら所定の押圧力で加圧する機能を有するものであり、ＤＡＦ（ダイアタッチフィルム）が予め貼着された半導体チップ６ａを実装対象とする場合に用いられる。加熱・押圧ユニット５７は装着部５７ａに着脱自在に装着される加熱・押圧ツール７３備えており、加熱・押圧ユニット５７を第２ヘッド１２に装着しておくことにより、図７（ｂ）に示すように、第１ヘッド１１が搭載ユニット１９によって半導体チップ６ａを基板７に搭載した後に、第２ヘッド１２を直ちに基板７へ移動させて、加熱・押圧ツール７３を半導体チップ６ａに当接させて加熱・押圧を行うことができる（矢印ｊ）。これにより、搭載ユニット１９は半導体チップ６ａを基板７に搭載した後に直ちに次の半導体チップ６ａを搭載するための作業動作に移行することができ、搭載ユニット１９によって加熱・押圧を含めた全ての作業動作を行う場合と比較して、作業効率を大幅に向上させることができる。
【００４５】
すなわちここでは第２ヘッド１２は、基板７もしくは第１ヘッド１１によって基板７に搭載された半導体チップ６ａに対して、ペースト塗布、ペースト転写、加熱・押圧などの所定の作業を行う機能を有しており、第１ヘッド１１と第２ヘッド１２とは交互に基板７上の作業位置にアクセスする。そして、Ｙ軸フレーム８に設けられたヘッド移動機構９、
すなわち固定子９ｂと第１ヘッド１１、第２ヘッド１２に備えられた可動子とで構成されるリニアモータは、第１ヘッド１１および第２ヘッド１２を部品供給ステージ３および基板保持ステージ５の並び方向であるＹ方向に移動させて、交互に基板７上の作業位置にアクセスさせる共通のヘッド移動機構となっている。
【００４６】
なお上記構成例では、第２ヘッド１２に交換自在に装着される作業ユニットとして、それぞれ部品接合用のペースト５６を塗布ノズル２０ｂから吐出して基板７に供給するペースト塗布機能、ペースト５６を転写ツール７２によって転写して基板７に供給するペースト転写機能、基板７に搭載された半導体チップ６ａを加熱しながら基板７に対して押圧する加熱・押圧機能を、それぞれ個別に有する単一機能の塗布ユニット２０、転写ユニット５４、加熱・押圧ユニット５７を用いる例を示したが、これらの機能のうち２つを兼ね備えた複数機能の作業ユニットを用いてもよい。
【００４７】
すなわち、本発明においては、第２ヘッド１２は、ペースト塗布機能、ペースト転写機能および加熱・押圧機能のうち少なくともいずれか１つの機能を有する作業ユニットを選択的に装着可能となっている。そして、搭載ユニット１９、転写ユニット５４、加熱・押圧ユニット５７に部品種に応じて着脱自在に装着される部品保持ノズル７１、転写ツール７２、加熱・押圧ツール７３は、前述のようにユニット集合ステージ４に配置されたツールストッカ１５に収納されており（図４参照）、第１ヘッド１１、第２ヘッド１２をツールストッカ１５にアクセスさせることにより、搭載ユニット１９、転写ユニット５４、加熱・押圧ユニット５７に装着される部品保持ノズル７１、転写ツール７２、加熱・押圧ツール７３を、対象とする部品種に応じたものに交換することができるようになっている。
【００４８】
次に、図８を参照して制御系の構成を説明する。図８において、制御部６０は、機構制御部６１を介して以下の機構部を制御する。これにより、部品供給ステージ３から半導体チップ６ａを取り出し、さらに取り出した半導体チップ６ａを基板保持ステージ５に保持された基板７に実装するための各動作が実行される。まず、部品供給ステージ３、ユニット集合ステージ４、基板保持ステージ５を制御することにより、部品供給ステージ３におけるＸＹテーブル機構３１やエジェクタ機構３４による部品供給動作が制御され、またユニット集合ステージ４におけるＸ軸移動機構４０の動作が制御され、さらに基板保持ステージ５におけるＸＹテーブル機構５３の動作が制御される。
【００４９】
次いで、ヘッド移動機構９、第１ヘッド１１、第２ヘッド１２、ピックアップヘッド移動機構１３を制御することにより、部品供給ステージ３から半導体チップ６ａを取り出すピックアップ動作や、取り出された半導体チップ６ａを基板７に移送搭載してボンディングする実装動作が実行される。すなわちピックアップヘッド移動機構１３を制御することによりピックアップ動作が実行され、また搭載ユニット１９が装着された第１ヘッド１１をヘッド移動機構９と併せて制御することにより、半導体チップ６ａを基板７に移送搭載する搭載動作が実行される。
【００５０】
また塗布ユニット２０、転写ユニット５４、加熱・押圧ユニット５７の３種類の作業ユニットが選択的に装着された第２ヘッド１２をヘッド移動機構９と併せて制御することにより、部品接着用のペーストを塗布ノズル１９ａから吐出して基板に供給するペースト塗布機能、ペーストを転写ツール７２によって転写して基板に供給するペースト転写機能および基板７に搭載された半導体チップ６ａを加熱しながら基板７に対して押圧する加熱・押圧機能のいずれかが実行される。なおペースト転写機能を実行する際には、転写テーブル５５が併せて制御される。
【００５１】
上述の各種動作制御に際しては、制御部６０が認識処理部６２を制御することにより、以下の各カメラによる撮像結果の認識処理が行われる。第１カメラ２１による撮像結果を
認識処理することにより、部品供給ステージ３に保持された半導体ウェハ６における半導体チップ６ａの位置が検出され、この検出結果に基づいて制御部６０がＸＹテーブル機構３１を制御することにより、ピックアップ対象の半導体チップ６ａをピックアップ作業位置［Ｐ１］に正しく位置合わせすることができる。また第２カメラ２２による撮像結果を認識処理することにより、中継ステージ１８に載置された状態における半導体チップ６ａの位置が検出され、この検出結果に基づいて制御部６０が第１ヘッド１１およびＸ軸移動機構４０を制御することにより、ピックアップ対象の半導体チップ６ａに対して部品保持ノズル７１を正しく位置合わせすることができる。
【００５２】
さらに第３カメラ２３による撮像結果を認識処理することにより、基板保持テーブル５ａに保持された状態における基板７の部品実装点７ａの位置が検出され、この検出結果に基づいて制御部６０がＸＹテーブル機構５３を制御することにより、部品実装点７ａを実装作業位置［Ｐ４］に対して位置合わせして、部品保持ノズル７１に保持された半導体チップ６ａを部品実装点７ａに正しく搭載することができる。そして部品認識カメラ２４による撮像結果を認識処理することにより、部品保持ノズル７１に保持された状態における半導体チップ６ａの位置が検出され、搭載ユニット１９による搭載動作においては、この検出結果を加味して搭載時の位置補正が行われる。
【００５３】
検出処理部６３は、光学センサ２５、２６からの出力される受光信号に基づき、ツールストッカ１５の収納凹部２７ａ内における作業ツールの有無を検出する。すなわち光学センサ２５、２６が受光した反射光の光量を予め設定されたしきい値と比較することにより、作業ツールの有無の判定を行う。第１ヘッド１１、第２ヘッド１２をツールストッカ１５にアクセスさせて、搭載ユニット１９、転写ユニット５４、加熱・押圧ユニット５７に装着された作業ツールの交換を行う場合には、制御部６０は検出処理部６３による作業ツールの有無の検出結果に基づき、第１ヘッド１１、第２ヘッド１２の動作制御を行う。すなわち作業ツールを新たに装着するツール再装着動作において作業ツール無しが検出された場合には、当該収納凹部２７ａについてはツール再装着動作の対象とせず、他の収納凹部２７ａに第１ヘッド１１、第２ヘッド１２を移動させる。また既装着の作業ツールをツールストッカ１５に戻すツール戻し入れ動作において作業ツール有りが検出された場合には、当該収納凹部２７ａについてはツール戻し入れ動作の対象とせず、他の収納凹部２７ａに第１ヘッド１１、第２ヘッド１２を移動させる。
【００５４】
このツール検出動作の例について、図９、図１０を参照して説明する。ここでは、第１ヘッド１１に装着された搭載ユニット１９におけるツール交換に際して実行されるツール検出動作の例について説明する。図９（ａ）において、ツールストッカ１５に設けられた複数の収納凹部２７ａには、ピックアップノズル７０、部品保持ノズル７１、転写ツール７２、加熱・押圧ツール７３などの各種の作業ツールが、予め設定されたツール配列データにしたがって収納されている。搭載ユニット１９においては、装着部１９ａに既装着であった作業ツールが取り外された状態にあり、この搭載ユニット１９に新たに部品保持ノズル７１を装着するツール交換を行う。
【００５５】
このツール交換に際しては、Ｘ軸移動機構４０を駆動して移動テーブル４ａとともにツールストッカ１５をＸ方向に移動させ（矢印ｌ）、第１ヘッド１１がアクセス可能な領域に位置させる。次いでヘッド移動機構を駆動して、第１ヘッド１１を搭載ユニット１９とともにツールストッカ１５の上方に移動させ、昇降プレート１１ｃに装着された光学センサ２５をツール交換の対象となる作業ツールを保持した収納凹部２７ａ上に位置させた後、以下に説明するツール検出動作を行う。
【００５６】
すなわち、図１０（ａ）に示すように、光学センサ２５から検出光を下方に投射する（矢印ｎ）。このとき、収納凹部２７ａ内に検出対象の部品保持ノズル７１が存在する場合
には、投射された検出光は本体部７１ａや鍔部７１ｂの金属光沢面によってツール反射光として反射される（矢印ｏ）。そしてこのツール反射光を光学センサ２５が受光し、この受光によって出力される受光信号を検出処理部６３が受信して予め設定されたしきい値と比較することにより、検出処理部６３は作業ツール有りの検出信号を制御部６０に対して伝達する。
【００５７】
これに対し、収納凹部２７ａ内に検出対象の部品保持ノズル７１が存在しない場合には、光学センサ２５から下方に投射された検出光は収納凹部２７ａ内の底部２７ｃなどの内面に入射する（矢印ｐ）。このとき収納凹部２７ａ内面には反射光を低減させる反射特性を有する表面層２７ｄが形成されていることから、検出対象の部品保持ノズル７１の背景部分から光学センサ２５に対して反射される背景反射光（矢印ｑ）の光量は、図１０（ａ）に示すツール反射光の光量よりも格段に小さいものとなる。そしてこの背景反射光を光学センサ２５が受光し、この受光によって出力される受光信号を検出処理部６３が受信して予め設定されたしきい値と比較することにより、検出処理部６３は作業ツール無しの検出信号を制御部６０に対して伝達する。
【００５８】
すなわち本実施の形態に示すツール検出手段は、光学センサ２５，２６から作業ツールの上面に投射されて光学センサ２５，２６に反射されるツール反射光の光量と、収納凹部２７ａ内に検出対象の部品保持ノズル７１が存在しない場合における背景反射光の光量とに基づき、収納凹部２７ａ内における作業ツールの有無を検出するようになっている。この作業ツールの有無の検出において、収納凹部２７ａの内面に前述の表面層２７ｄを形成することにより、背景反射光とツール反射光の光量の差を大きくすることができ、作業ツールの有無を判定するためのしきい値を十分な判定マージンを確保した上で設定することができる。
【００５９】
そしてこのようにしてツール交換対象の収納凹部２７ａにおける作業ツールの有無を確認したならば、搭載ユニット１９によるツール交換動作を実行する。すなわち対象となる収納凹部２７ａに作業ツール（ここでは部品保持ノズル７１）が存在することが確認されたならば、装着部１９ａが当該収納凹部２７ａの直上に位置するように搭載ユニット１９およびツールストッカ１５を移動させる。この移動は、前述のヘッド移動機構９およびストッカ移動手段であるＸ軸移動機構４０を駆動することにより行われる。
【００６０】
次いで搭載ユニット１９を昇降させて（矢印ｍ）、装着部１９ａに部品保持ノズル７１を装着するツール装着動作を行わせる。これにより、搭載ユニット１９を対象とするツール交換動作が完了する。このとき、予め対象となる収納凹部２７ａにおける作業ツールの有無の確認が行われていることから、作業ツールが存在しない収納凹部２７ａを対象としてツール装着動作を行う誤動作や、既に作業ツールが収納されている収納凹部２７ａに対して重ねてツール収納動作を行う誤動作などを確実に防止することが可能となっている。
【００６１】
なお上記例では、ツール交換動作に際してツール検出動作を実行する例を示したが、ツール検出を行うタイミングは適宜設定可能である。例えば、任意のタイミングにてツールストッカ１５の全ての収納凹部２７ａを対象としてツール検出動作を行い、各収納凹部２７ａについての検出結果をデータテーブルとして記憶させておくようにしてもよい。この場合には、ツール交換を実行するたびに記憶されたデータテーブルを参照してツール交換の対象となる収納凹部２７ａに作業ツールが存在するか否かを確認する。
【００６２】
上記説明したように、本発明は作業ツールを収納する収納凹部２７ａ内においてツール検出手段による作業ツールの有無検出の際の背景部分を構成する範囲に、光学センサ２５，２６から背景部分に投射されて光学センサ２５，２６に反射される背景反射光の光量を低減させる反射特性を有する表面層２７ｄを形成するようにしたものである。これにより
、単一の光学センサによって多数の収納凹部２７ａを対象として作業ツールの有無を安定して検出することが可能となり、汎用性を向上させるとともに設備費用を低減して生産性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の部品実装装置は、汎用性を向上させるとともに生産性を向上させることができるという特徴を有し、リードフレームや樹脂基板などに部品を実装する分野に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施の形態の部品実装装置の全体斜視図
【図２】本発明の一実施の形態の部品実装装置の部分斜視図
【図３】本発明の一実施の形態の部品実装装置の正面図
【図４】本発明の一実施の形態の部品実装装置のユニット集合ステージの斜視図
【図５】本発明の一実施の形態の部品実装装置に設けられたツールストッカの構成説明図
【図６】本発明の一実施の形態の部品実装装置の設けられたツールストッカの部分断面図
【図７】本発明の一実施の形態の部品実装装置の第２ヘッドに装着される作業ユニットの説明図
【図８】本発明の一実施の形態の部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図
【図９】本発明の一実施の形態の部品実装装置におけるツール検出動作およびツール交換動作の説明図
【図１０】本発明の一実施の形態の部品実装装置におけるツール検出動作の説明図
【符号の説明】
【００６５】
１ 部品実装装置
３ 部品供給ステージ（部品供給部）
４ ユニット集合ステージ
４ａ 移動テーブル
５ 基板保持ステージ（基板保持部）
５ａ 基板保持テーブル
６ 半導体ウェハ
６ａ 半導体チップ
７ 基板
９ ヘッド移動機構
１１ 第１ヘッド
１２ 第２ヘッド
１３ ピックアップヘッド移動機構
１４ ピックアップヘッド
１５ ツールストッカ
１８ 中継ステージ
１９ 搭載ユニット
２０ 塗布ユニット
２０ｂ 塗布ノズル
２１ 第１カメラ
２２ 第２カメラ
２３ 第３カメラ
２４ 部品認識カメラ
２７ａ 収納凹部
２７ｄ 表面層
３１ ＸＹテーブル機構
４０ Ｘ軸移動機構
５３ ＸＹテーブル機構
５４ 転写ユニット
５５ 転写テーブル
５６ ペースト
５７ 加熱・押圧ユニット
７０ ピックアップノズル
７１ 部品保持ノズル
７２ 転写ツール
７３ 加熱・押圧ツール
［Ｐ１］ ピックアップ作業位置
［Ｐ２］中継位置
［Ｐ３］部品認識位置
［Ｐ４］実装作業位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品供給ステージから半導体チップなどの部品を取り出して基板に実装する部品実装装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップなどの部品は部品供給ステージから取り出され、リードフレームや樹脂基板などの基板に実装される。このような部品の実装の形態には、部品の搭載姿勢や部品を基板に接合する方法、さらには部品の特性によって要求される実装精度などの相違によって多様なバリエーションがある。このため部品を部品供給ステージから取り出して基板に実装する実装作業を実行する部品実装装置には、実装形態に応じて異なった機能が求められる。
【０００３】
このため、このような実装形態の異なる複数種類の部品を対象とする場合には、各実装形態に対応した機能を有する作業ヘッドを備えた部品実装装置が用いられ、各作業ヘッドには作業や部品種類に応じた作業ツールが交換自在に装着される。このような作業ツールは、装置内において作業ヘッドがアクセス可能な位置に配置されたツールストッカに複数の部品種に対応して収納される（特許文献１参照）。そして部品種が切り替えられる度に、作業ヘッドはツールストッカにアクセスし、ここで作業ヘッドがツール交換動作を行うことにより、作業ヘッドには部品種に応じた作業ツールが装着される。
【０００４】
このツール交換動作に際しては、ツールストッカに設けられた収納凹部内における作業ツールの有無を確認する必要があることから、ツールストッカを備えた部品実装装置には、従来より作業ツールの有無を検出するためのツール検出手段が設けられている。特許文献１に示す例では、ノズル交換装置（ツールストッカ）に設けられた複数のノズル挿入孔（収納凹部）のそれぞれにノズル検出用の透過式センサを備えた例が示されている。
【特許文献１】特開平４−１８８７４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年電子機器製造分野においては広い範囲の部品種を作業対象とすることができるよう生産設備の汎用性の向上が求められており、単一の装置においてツールストッカが収納して装備すべき作業ツールの個数も増大している。このため、上述の特許文献に示す例のように各収納凹部に作業ツール検出のためのセンサを設ける方式を採用すると多数のセンサを必要とし、設備費用のコストアップとともに制御負荷の増大を招く結果となる。
【０００６】
そこで本発明は、汎用性を向上させるとともに生産性を向上させることができる部品実装装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の部品実装装置は、部品を供給する部品供給部と、基板を保持する基板保持部と、前記部品供給部によって供給された前記部品を受け取って前記基板保持部に保持された基板に実装する第１ヘッドと、前記基板もしくは前記第１ヘッドによって前記基板に搭載された部品に対して所定の作業を行い、部品接合用のペーストを吐出して前記基板に供給するペースト塗布機能、前記ペーストを転写して前記基板に供給するペースト転写機能および前記基板に搭載された部品を加熱しながら基板に対して押圧する加熱・押圧機能のうち少なくともいずれか１つの機能を有する作業ユニットを選択的に装着可能な第２ヘッドと、前記第１ヘッドおよび第２ヘッドがいずれもアクセス可能な領域に位置して、対象と
なる部品の種類に応じて前記第１ヘッド、第２ヘッドに交換自在に装着される複数の作業ツールを収納するための複数の収納凹部が設けられたツールストッカと、前記ツールストッカの前記収納凹部上に位置する反射型の光学センサによって当該収納凹部内における前記作業ツールの有無を検出するツール検出手段とを備え、前記収納凹部内において前記ツール検出手段による作業ツールの有無検出の際の背景部分を構成する範囲には、前記光学センサから前記背景部分に投射されて前記光学センサに反射される背景反射光の光量を低減させる反射特性を有する表面層が形成されており、前記ツール検出手段は、前記光学センサから前記作業ツールの上面に投射されて前記光学センサに反射されるツール反射光の光量と前記背景反射光の光量とに基づき前記作業ツールの有無を検出する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、作業ツールを収納する収納凹部内においてツール検出手段による作業ツールの有無検出の際の背景部分を構成する範囲に、光学センサから背景部分に投射されて光学センサに反射される背景反射光の光量を低減させる反射特性を有する表面層を形成することにより、１つの光学センサによって多数の収納凹部を対象として作業ツールの有無を安定して検出することが可能となり、汎用性を向上させるとともに設備費用を低減して生産性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の部品実装装置の全体斜視図、図２は本発明の一実施の形態の部品実装装置の部分斜視図、図３は本発明の一実施の形態の部品実装装置の正面図、図４は本発明の一実施の形態の部品実装装置のユニット集合ステージの斜視図、図５は本発明の一実施の形態の部品実装装置に設けられたツールストッカの構成説明図、図６は本発明の一実施の形態の部品実装装置の設けられたツールストッカの部分断面図、図７は本発明の一実施の形態の部品実装装置の第２ヘッドに装着される作業ユニットの説明図、図８は本発明の一実施の形態の部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図、図９は本発明の一実施の形態の部品実装装置におけるツール検出動作およびツール交換動作の説明図、図１０は本発明の一実施の形態の部品実装装置におけるツール検出動作の説明図である。
【００１０】
まず図１を参照して、部品実装装置１の全体構成を説明する。部品実装装置１は基板に半導体チップなどの部品をボンディングによって実装する機能を有するものである。図１において基台２上には、部品供給ステージ３（部品供給部）、ユニット集合ステージ４および基板保持ステージ５（基板保持部）がこれらの並び方向をＹ方向（第１方向）に合わせて配列されている。部品供給ステージ３に備えられたウェハ保持テーブル３ａには、実装対象となる部品である複数の半導体チップ６ａが配列された半導体ウェハ６が保持されている。
【００１１】
ユニット集合ステージ４は、直動機構（図４に示すＸ軸移動機構４０参照）によってＸ方向（第２方向）に往復動する移動テーブル４ａに、後述するツールストッカ１５、部品回収部１６，較正基準マーク１７，中継ステージ１８、部品認識カメラ２４などの機能ユニットを集合的に配設した構成となっている。基板保持ステージ５は、基板７を保持する基板保持ステージ５ａをＸＹテーブル機構５３（図３参照）によって水平駆動する構成となっており、基板７には半導体チップ６ａが実装される。
【００１２】
部品供給ステージ３、ユニット集合ステージ４および基板保持ステージ５の上方には、基台２のＸ方向の端部に位置して、Ｙ軸フレーム８が支持ポスト８ａによって両端部を支持されてＹ方向に架設されている。Ｙ軸フレーム８の前面には、以下に説明する第１ヘッド１１、第２ヘッド１２をリニアモータ駆動によりＹ方向に案内して駆動するヘッド移動機構９が組み込まれている。第１ヘッド１１には半導体チップ６ａを保持して基板７に搭
載する機能を有する搭載ユニット１９が装着されており、第２ヘッド１２には基板７に電子部品接合用の接着剤を塗布する機能を有する塗布ユニット２０が装着されている。
【００１３】
部品供給ステージ３、中継ステージ１８および基板保持ステージ５の上方には、位置認識のために第１カメラ２１、第２カメラ２２、第３カメラ２３が配設されている。第１カメラ２１は部品供給ステージ３において取り出し対象の半導体チップ６ａを撮像する。第２カメラ２２は部品供給ステージ３から取り出されて中継ステージ１８に位置補正のために仮置きされた半導体チップ６ａを撮像する。また第３カメラ２３は、基板保持ステージ５に保持された基板７を撮像して部品実装点の位置を認識する。またユニット集合ステージ４に配設された部品認識カメラ２４は、部品供給ステージ３から取り出された半導体チップ６ａを下方から撮像する。
【００１４】
次に、図２、図３を参照して各部の構造を説明する。部品供給ステージ３はＸＹテーブル機構３１を備えており、ＸＹテーブル３１の上面に装着された水平な移動プレート３２には、複数の支持部材３３が立設されている。支持部材３３は、上面に半導体ウェハ６が装着保持される保持テーブル３ａを支持している。半導体ウェハ６はウェハシート６ｂに複数の半導体チップ６ａを所定配列で貼着した構成となっている。ウェハシート６ｂには、能動面を上向きにしたフェイスアップ姿勢で個片に分割された状態の複数の半導体チップ６ａが貼着保持されている。
【００１５】
部品供給ステージ３には、半導体ウェハ６から半導体チップ６ａをピックアップするためのピックアップ作業位置［Ｐ１］が設定されている。第１カメラ２１の位置はピックアップ作業位置［Ｐ１］に対応しており、第１カメラ２１によって半導体ウェハ６を撮像した撮像結果を認識処理することにより、ピックアップ対象の半導体チップ６ａの位置が検出される。ウェハ保持テーブル３ａの内部においてピックアップ作業位置［Ｐ１］に対応する位置には、エジェクタ機構３４が配設されている。
【００１６】
エジェクタ機構３４は、ウェハシート６ｂの下面側から半導体チップ６ａをピンで突き上げることにより、半導体チップ６ａのウェハシート６ｂからの剥離を促進する機能を有している。半導体チップ６ａの取り出し時にエジェクタ機構３４を昇降させてウェハシート６ｂの下面に当接させることにより、後述するピックアップヘッド１４による半導体チップ６ａのウェハシート６ｂからの取り出しを容易に行うことができる。
【００１７】
部品取り出し動作においては、ＸＹテーブル機構３１を駆動してウェハシート６ｂをＸＹ方向に水平移動させる（矢印ａ）ことにより、ウェハシート６ｂに貼着された複数の半導体チップ６ａのうち、取り出し対象となる所望の半導体チップ６ａをピックアップ作業位置［Ｐ１］に位置させる。なおここでは、部品供給ステージ３として、ウェハシート６ｂに貼着されたウェハ状態の部品を供給する方式のウェハテーブルを用いる例を示したが、複数の部品を所定の平面配列で供給する部品トレイを、ウェハテーブルと交換自在に部品供給ステージ３に配置するようにしてもよい。
【００１８】
部品供給ステージ３の上方には、半導体チップ６ａを吸着して保持するピックアップノズル７０がノズル装着部１４ａに着脱自在に装着された構成のピックアップヘッド１４が配設されている。ピックアップヘッド１４はピックアップアーム１３ａによって保持されており、ピックアップアーム１３ａは、Ｙ軸フレーム８の下面に縣吊して配置されたピックアップヘッド移動機構１３から、部品供給ステージ３の上方に延出して設けられている。ピックアップヘッド移動機構１３を駆動することにより、ピックアップアーム１３ａはＸＹＺ方向に移動する（矢印ｂ）とともに、Ｘ方向の軸廻りに回転する（矢印ｃ）。
【００１９】
これにより、ピックアップヘッド１４は部品供給ステージ３の上方とユニット集合ステ
ージ４の上方との間でＹ方向に移動するとともに、Ｘ方向に進退する。これによりピックアップヘッド１４は、部品供給ステージ３から半導体チップ６ａをピックアップして、ユニット集合ステージ４に設けられた中継ステージ１８に移送する動作を行う。また必要時には、ピックアップヘッド１４をピックアップ作業位置［Ｐ１］の上方からＸ方向に退避させることが可能となっており、さらにピックアップアーム１３ａを回転させてピックアップヘッド１４を反転させることにより、ピックアップノズル７０に保持した半導体チップ６ａの姿勢を表裏反転させることが可能となっている。
【００２０】
図３に示すように、ユニット集合ステージ４および基板保持ステージ５は、ベースプレート５２の上面に設けられており、ベースプレート５２は基台２の上面に立設された複数の支持ポスト５１によって下方から支持されている。ここでユニット集合ステージ４の詳細構造について、図４を参照して説明する。図４においてＸ軸移動機構４０は、移動テーブル４ａをＸ方向に移動させる機能を有しており、ベース部４１に以下に説明する機構要素を配設して構成されている。ベース部４１の上面にはＸ方向にガイドレール４２ａが配設されており、ガイドレール４２ａにスライド自在に嵌合したスライダ４２ｂは、移動テーブル４ａの下面に固着されている。
【００２１】
ベース部４１の両端部に立設されたブラケット４３ａ、４３ｂには、送りねじ４５が軸支されており、送りねじ４５はブラケット４３ｂに保持されたモータ４４によって回転駆動される。送りねじ４５は移動テーブル４ａの下面に結合されたナット部材（図示省略）に螺合しており、モータ４４を正逆方向に回転駆動することにより、移動テーブル４ａはＸ方向に往復移動する（矢印ｇ）。これにより、移動テーブル４ａに配設された以下の機能ユニットを一体的にＸ方向に移動させることができ、これらの機能ユニットを第１ヘッド１１、第２ヘッド１２がアクセス可能な領域に位置させることが可能となっている。
【００２２】
移動テーブル４ａには、ツールストッカ１５、部品回収部１６、較正基準マーク１７、中継ステージ１８および部品認識カメラ２４が集合的に配設されている。ここでツールストッカ１５の構造および動作機能を図５を参照して説明する。図５（ａ）に示すように、ツールストッカ１５は作業ツールを収納する複数の収納凹部２７ａが所定配列（ここでは格子配列）で設けられた収納ブロック２７の上面に、係止プレート２８をＸ方向にスライド自在に配設した構成となっている。収納凹部２７ａは段付部２７ｂを有する円筒穴形状の凹部であり、段付部２７ｂに作業ツールに設けられた鍔部（例えば図５（ｂ）に示す部品保持ノズル７１に設けられた鍔部７１ｂ）を載置した姿勢でこれらの作業ツールを収納する。
【００２３】
係止プレート２８には、収納凹部２７ａの列位置に対応して列状の装着開口部２８ａが設けられており、装着開口部２８ａには収納凹部２７ａのピッチ毎に係止爪部２８ｂが両側から内側方向に延出して設けられている。図５（ｂ）の（イ）に示すように、係止爪部２８ｂが隣接する２つの収納凹部２７ａの中間に位置するように係止プレート２８をＸ方向に移動させることにより、鍔部７１ｂは装着開口部２８ａを上下方向（矢印ｋ）に通過可能となる。
【００２４】
これに対し、（ロ）に示すように、係止爪部２８ｂが収納凹部２７ａの位置に一致するように係止プレート２８をＸ方向に移動させることにより、収納凹部２７ａ内に収納された部品保持ノズル７１の鍔部７１ｂは、上側から係止爪部２８ｂによって係止される状態となる。すなわち、装着部１９ａに装着された部品保持ノズル７１を収納凹部２７ａ内に位置させた状態から、搭載ユニット１９を上昇させることにより、部品保持ノズル７１のみを収納凹部２７ａ内に残留させることができる。このような動作を組み合わせることにより、搭載ユニット１９に装着された部品保持ノズル７１を下降させて収納凹部２７ａに収納し、また収納凹部２７ａに収納された部品保持ノズル７１を搭載ユニット１９によっ
て取り出すことができ、これにより搭載ユニット１９に装着される部品保持ノズル７１を対象とする部品に応じて交換することが可能となっている。
【００２５】
ツールストッカ１５には、図４に示すように、搭載ユニット１９に装着される部品保持ノズル７１など、部品種に応じて交換されて使用される複数の作業ツールが各部品種毎に収納される。個々に収納される作業ツールには、ピックアップヘッド１４に装着されるピックアップノズル７０、図７に示す転写ユニット５４、加熱・押圧ユニット５７にそれぞれ装着される転写ツール７２、加熱・押圧ツール７３が含まれる。そしてツールストッカ１５を第１ヘッド１１、第２ヘッド１２がアクセス可能な領域に移動させた状態において、第１ヘッド１１、第２ヘッド１２をユニット集合ステージ４に移動させることにより、搭載ユニット１９、転写ユニット５４、加熱・押圧ユニット５７に装着される部品保持ノズル７１、転写ツール７２、加熱・押圧ツール７３を、対象とする部品種に応じたものに交換することができるようになっている。すなわちＸ軸移動機構４０は、ツールストッカ１５をＹ方向（第１方向）と直交するＸ方向（第２方向）へ移動させて、第１ヘッド１１および第２ヘッド１２がいずれもアクセス可能な領域に位置させるストッカ移動手段となっている。
【００２６】
すなわち、本実施の形態に示す部品実装装置１においては、第１ヘッド１１および第２ヘッド１２がいずれもアクセス可能な位置に、対象となる部品の種類に応じて第１ヘッド１１の搭載ユニット１９に交換自在に装着される部品保持ツール１９ａおよび対象となる部品の種類に応じて第２ヘッド１２に選択的に装着される作業ユニット、すなわち転写ユニット５４、加熱・押圧ユニット５７に交換自在に装着される転写ツール７２、加熱・押圧ツール７３などの作業ツールを収納したツールストッカ１５が配置された構成となっている。このような構成を採用することにより、複数の部品種を対象として交換用の作業ツールが多数必要とされる場合にあっても、ツール交換機能に要する機構部の占有面積を極力小さくして、装置のコンパクト化を図ることが可能となっている。
【００２７】
部品回収部１６は、部品供給ステージ３から取り出された後に、不良部品や混入した異種部品など基板７への実装が不適と判断された部品を廃棄回収する機能を有している。較正基準マーク１７は、Ｘ軸移動機構４０を継続して駆動する際に熱伸縮によって生じる機構的な位置誤差を、上方に配設された第２カメラ２２によって撮像して較正するために設けられた基準マークである。
【００２８】
中継ステージ１８は、部品供給ステージ３と基板保持ステージ５との間に配置されてツールストッカ１５と一体的に設けられた形態となっており、中継ステージ１８には、部品供給ステージ３からピックアップヘッド１４によって取り出された半導体チップ６ａが位置補正のために載置される。中継ステージ１８には中継位置［Ｐ２］が設定されており、第２カメラ２２は中継位置［Ｐ２］に対応して配置されている。Ｘ軸移動機構４０によって中継ステージ１８を移動させることにより、中継ステージ１８に載置された半導体チップ６ａを中継位置［Ｐ２］に位置させて第２カメラ２２によって撮像することができ、これにより中継ステージ１８に載置された半導体チップ６ａの位置が検出される。部品認識カメラ２４は撮像面２４ａを中継ステージ１８に隣接させて配置されており、同様にＸ軸移動機構４０を駆動することにより、撮像面２４ａを部品認識位置［Ｐ３］に位置させることができる。中継ステージ１８に仮置きされて位置認識の後に取り出された半導体チップ６ａは、部品認識位置［Ｐ３］にて部品認識カメラ２４によって撮像され位置検出が行われる。
【００２９】
さらに、ユニット集合ステージ４には、中継ステージ１８の表面をクリーニングするためのクリーニングユニット４６が配設されている。図４に示すように、クリーニングユニット４６は移動テーブル４ａを装置手前側（図２において左側）に移動させた状態におい
て、水平な棒状のクリーニング部材４６ａが中継ステージ１８の上方に位置するように配置されている。クリーニング部材４６ａの下面には下方に延出したブラシ４６ｂが中継ステージ１８の上面に摺接するように設けられており、この状態でＸ軸移動機構４０を駆動して移動テーブル４ａを往復動させることにより、中継ステージ１８の表面に付着堆積した異物がブラシ４６ｂによって除去される。クリーニング部材４６ａの内部には吸引孔が設けられており、吸引配管４６ｃを介してクリーニング部材４６ａの内部を真空吸引する（矢印ｈ）ことにより、ブラシ４６ｂによって除去された微細な異物を吸引して排出することができる。
【００３０】
基板保持ステージ５は、ＸＹテーブル機構５３上に基板７を保持する基板保持テーブル５ａを設けた構成となっている。基板保持ステージ５には、半導体チップ６ａを基板保持テーブル５ａに保持された基板７に実装するための実装作業位置［Ｐ４］が設定されており、第３カメラ２３は実装作業位置［Ｐ４］に対応して配置されている。第３カメラ２３によって基板７を撮像することにより、基板７に設定された部品実装点７ａの位置が検出される。そしてＸＹテーブル機構５３を駆動することにより、基板保持テーブル５ａは基板７とともにＸＹ方向に水平移動し（矢印ｆ）、基板７に設定された任意の部品実装点７ａを実装作業位置［Ｐ４］に位置させることができる。
【００３１】
次に、第１ヘッド１１、第２ヘッド１２について説明する。図２においてＹ軸フレーム８に設けられたヘッド移動機構９の前面には、第１ヘッド１１および第２ヘッド１２をＹ方向にガイドするための２条のガイドレール９ａが設けられており、これらのガイドレール９ａの間には以下に説明する第１ヘッド１１および第２ヘッド１２をＹ方向に駆動するためのリニアモータを構成する固定子９ｂが配設されている。ガイドレール９ａには図示しないスライダがＹ方向にスライド自在に嵌合しており、このスライダは垂直な移動プレート１１ａ、１２ａの背面に固着されている。
【００３２】
移動プレート１１ａ、１２ａの背面には、固定子９ｂに対向してリニアモータを構成するする可動子（図示省略）が配設されている。これらのリニアモータを駆動することにより、第１ヘッド１１および第２ヘッド１２はガイドレール９ａによってガイドされて、それぞれＹ方向に移動する（矢印ｄ）。移動プレート１１ａ、１２ａの前面には、それぞれ昇降機構１１ｂ、１２ｂが配設されており、昇降機構１１ｂ、１２ｂの前面には昇降プレート１１ｃ、１２ｃが垂直方向にスライド自在に配設されている。昇降機構１１ｂ、１２ｂを駆動することにより、昇降プレート１１ｃ、１２ｃはそれぞれ昇降する（矢印ｅ）。昇降プレート１１ｃには、下部に部品保持ノズル７１を備えた搭載ユニット１９が着脱自在に装着されており、昇降プレート１２ｃには、２基の塗布ユニット２０が着脱自在に装着されている。
【００３３】
搭載ユニット１９は部品保持ノズル７１によって実装対象の部品である半導体チップ６ａを保持する機能を有しており、第１ヘッド１１をＹ方向に水平移動させて昇降プレート１１ｃが昇降することにより、搭載ユニット１９は部品供給ステージ３から供給された半導体チップ６ａを、基板保持ステージ５に保持された基板７に搭載する。ここでは、搭載ユニット１９が装着された第１ヘッド１１による実装形態として、ピックアップヘッド１４によって部品供給ステージ３から取り出され中継ステージ１８上に載置された半導体チップ６ａを搭載ユニット１９によって保持して基板７に搭載するプリセンタ実装形態と、部品供給ステージ３の半導体チップ６ａを直接搭載ユニット１９によって保持して基板７に搭載するダイレクト実装形態と、ピックアップヘッド１４によって部品供給ステージ３から取り出され表裏反転状態でピックアップヘッド１４に保持された半導体チップ６ａを搭載ユニット１９によって保持して基板７に搭載するフェイスダウン実装形態とを選択的に実行できるようになっている。すなわち搭載ユニット１９が装着された第１ヘッド１１は、部品供給ステージ３によって供給された半導体チップ６ａを受け取って、基板保持ス
テージ５に保持された基板７に搭載する機能を有している。
【００３４】
第２ヘッド１２に装着された塗布ユニット２０は、部品接着用の樹脂接着剤であるペーストを収納したシリンジ２０ａおよびペーストを吐出する塗布ノズル２０ｂを備えている。第２ヘッド１２を基板保持ステージ５に保持された基板７の上方に移動させて、塗布ユニット２０による塗布動作を行わせることにより、塗布ノズル２０ｂから吐出したペーストを基板７の部品実装点７ａに塗布する。なお第２ヘッド１２には、図２に示す塗布ユニット２０以外にも、以下に説明する転写ユニット５４、加熱・押圧ユニット５７の２種類の作業ユニットが対象となる部品種の実装形態に応じて選択的に装着される。
【００３５】
昇降プレート１１ｃ、１２ｃには、それぞれ光学センサ２５、２６が検出面を垂直下向きにした姿勢で装着されている。光学センサ２５、２６はいずれも反射型の光学センサであり、光学センサ２５、２６をツールストッカ１５の収納凹部２７ａ上に位置させることにより、当該収納凹部２７ａ内における作業ツールの有無を検出することができるようになっている。光学センサ２５、２６および光学センサ２５、２６からの受光信号を受信して作業ツールの有無を検出する処理を行う検出処理部６３（図８参照）は、ツールストッカ１５の収納凹部上に位置する反射型の光学センサ２５、２６によって当該収納凹部２７ａ内における作業ツールの有無を検出するツール検出手段となっている。本実施の形態に示す部品実装装置１では、光学センサ２５、２６による作業ツールの検出を安定して行うことができるよう、収納凹部２７ａの内面に光学センサ２５、２６から投射された検出光をツール検出に適した反射率で反射させるための表面層２７ｄが形成されている。
【００３６】
すなわち図６に示すように、段付部２７ｂ、底部２７ｃを含んだ収納凹部２７ａの内面には、入射光の反射を抑制する特性を有する表面層２７ｄが形成されており、表面層２７ｄは光学センサ２５，２６から投射されて光学センサ２５，２６に反射される反射光の光量を低減させる反射特性を有している。これにより、収納凹部２７ａ内における検出対象の有無によって、反射光の光量に明確な差異を設けることが可能となり、作業ツール有無の検出確度を向上させることが可能となっている。
【００３７】
表面層２７ｄの形成方法としては、例えば黒色など暗色の塗料の塗膜を収納凹部２７ａの内面に形成する方法、収納ブロック２７を構成する金属素材に対して黒染め処理などの表面処理を施すことにより暗色の表面被膜を形成する方法、さらには収納凹部２７ａの内面を粗化して光を散乱させることにより反射光を低減させる方法など、各種の方法を用いることができる。また図６（ａ）に示す例では、収納ブロック２７に形成された収納凹部２７ａの内面に直接表面層２７ｄを形成する例を示したが、図６（ｂ）に示すように、収納凹部２７ａの内面形状に倣う嵌込部材２９を作成し、段付き部２９ｂ、底部２９ｃを含んだ嵌込部材２９の内面に表面層２９ｄを形成するようにしてもよい。
【００３８】
なお、表面層２７ｄの目的は上述したように、収納凹部２７ａ内における作業ツールの有無の検出確度を向上させることにあることから、必ずしも収納凹部２７ａの内面の全範囲に表面層２７ｄを形成する必要はなく、光学センサ２５、光学センサ２６による作業ツールの有無検出の際の背景部分を構成する範囲に表面層２７ｄが形成されていれば足りる。例えば、収納凹部２７ａの内面のうち、底部２７ｃのみに表面層２７ｄが形成されていればよい。
【００３９】
底部２７ｃのみに表面層２７ｄを形成する方法としては、図６（ｃ）に示すように、収納ブロック２７を構成する部材を収納凹部２７ａの開口部が加工された上部２７ｅと、上面が底部２７ｃを構成する下部２７ｆとに分割した構成としておき、下部２７ｆの上面のみに表面層２７ｄを形成しておくようにすると表面層２７ｄの形成工程を簡略化することが可能となる。上部２７ｅと下部２７ｆとを組み合わせることにより、作業ツールの有無
検出の際の背景部分となる底部２７ｃのみに表面層２７ｄを形成することができる。
【００４０】
すなわち本実施の形態に示すツールストッカ１５では、収納凹部２７ａ内において光学センサ２５、２６による作業ツールの有無検出の際の背景部分を構成する範囲には、光学センサ２５、２６から背景部分に投射されて光学センサ２５、２６に反射される背景反射光の光量を低減させる反射特性を有する表面層２７ｄが形成された形態となっている。
【００４１】
なお本実施の形態においては、光学センサ２５、２６を第１ヘッド１１、第２ヘッド１２にそれぞれ設けた例を示したが、独立のツール検出用ヘッドをツールストッカ１５の上方に位置して設けてもよい。すなわち第１ヘッド１１、第２ヘッド１２のＹ方向の移動と位置的な干渉が生じない位置に同様の反射型の光学センサを配置し、Ｘ軸移動機構４０によってツールストッカ１５をＸ方向に移動させることにより、ツールストッカ１５の各収納凹部２７ａ内における作業ツールの有無を検出する。なお、この場合にはツールストッカ１５における収納凹部２７ａの列位置に対応して光学センサをＹ方向に移動させるようにする。図４に示す例では、収納凹部２７ａは２列設けられていることから、各列の上方に光学センサが位置するようＹ方向の位置を切り換える機構が必要となる。
【００４２】
次に図７を参照して、第２ヘッド１２に選択的に装着される作業ユニットについて説明する。図７（ａ）、（ｂ）は、第２ヘッド１２に転写ユニット５４、加熱・押圧ユニット５７を装着した状態をそれぞれ示している。転写ユニット５４は基板７にペースト５６を転写により供給する機能を有するものであり、対象とする部品が小サイズで必要とされるペースト５６の供給量が少量であるような場合に選択的に第２ヘッド１２に装着される。
【００４３】
図７（ａ）に示すように、転写ユニット５４は装着部５４ａに着脱自在に装着される転写ツール７２を備えており、ペースト５６を転写膜の形態で供給する転写テーブル５５とともに用いられる。転写テーブル５５は、平滑な塗膜形成面５５ａを有する略円板形状の容器であり、塗膜形成面５５ａには部品接着用のペースト５６の塗膜が所定の膜厚で形成されている。転写ユニット５４によってペースト５６を転写により供給する際には、まず転写ツール７２を転写テーブル５５に対して下降させて転写ツール７２の下端部にペースト５６を付着させる。次いで第２ヘッド１２を移動させて転写ユニット５４を基板保持テーブル５ａに保持された基板７の上方に移動させ（矢印ｉ）、転写ツール７２を下降させてペースト５６を転写ツール７２によって基板７の上面に転写により供給する。
【００４４】
また加熱・押圧ユニット５７は、搭載ユニット１９によって基板７に搭載された後の半導体チップ６ａを加熱しながら所定の押圧力で加圧する機能を有するものであり、ＤＡＦ（ダイアタッチフィルム）が予め貼着された半導体チップ６ａを実装対象とする場合に用いられる。加熱・押圧ユニット５７は装着部５７ａに着脱自在に装着される加熱・押圧ツール７３備えており、加熱・押圧ユニット５７を第２ヘッド１２に装着しておくことにより、図７（ｂ）に示すように、第１ヘッド１１が搭載ユニット１９によって半導体チップ６ａを基板７に搭載した後に、第２ヘッド１２を直ちに基板７へ移動させて、加熱・押圧ツール７３を半導体チップ６ａに当接させて加熱・押圧を行うことができる（矢印ｊ）。これにより、搭載ユニット１９は半導体チップ６ａを基板７に搭載した後に直ちに次の半導体チップ６ａを搭載するための作業動作に移行することができ、搭載ユニット１９によって加熱・押圧を含めた全ての作業動作を行う場合と比較して、作業効率を大幅に向上させることができる。
【００４５】
すなわちここでは第２ヘッド１２は、基板７もしくは第１ヘッド１１によって基板７に搭載された半導体チップ６ａに対して、ペースト塗布、ペースト転写、加熱・押圧などの所定の作業を行う機能を有しており、第１ヘッド１１と第２ヘッド１２とは交互に基板７上の作業位置にアクセスする。そして、Ｙ軸フレーム８に設けられたヘッド移動機構９、
すなわち固定子９ｂと第１ヘッド１１、第２ヘッド１２に備えられた可動子とで構成されるリニアモータは、第１ヘッド１１および第２ヘッド１２を部品供給ステージ３および基板保持ステージ５の並び方向であるＹ方向に移動させて、交互に基板７上の作業位置にアクセスさせる共通のヘッド移動機構となっている。
【００４６】
なお上記構成例では、第２ヘッド１２に交換自在に装着される作業ユニットとして、それぞれ部品接合用のペースト５６を塗布ノズル２０ｂから吐出して基板７に供給するペースト塗布機能、ペースト５６を転写ツール７２によって転写して基板７に供給するペースト転写機能、基板７に搭載された半導体チップ６ａを加熱しながら基板７に対して押圧する加熱・押圧機能を、それぞれ個別に有する単一機能の塗布ユニット２０、転写ユニット５４、加熱・押圧ユニット５７を用いる例を示したが、これらの機能のうち２つを兼ね備えた複数機能の作業ユニットを用いてもよい。
【００４７】
すなわち、本発明においては、第２ヘッド１２は、ペースト塗布機能、ペースト転写機能および加熱・押圧機能のうち少なくともいずれか１つの機能を有する作業ユニットを選択的に装着可能となっている。そして、搭載ユニット１９、転写ユニット５４、加熱・押圧ユニット５７に部品種に応じて着脱自在に装着される部品保持ノズル７１、転写ツール７２、加熱・押圧ツール７３は、前述のようにユニット集合ステージ４に配置されたツールストッカ１５に収納されており（図４参照）、第１ヘッド１１、第２ヘッド１２をツールストッカ１５にアクセスさせることにより、搭載ユニット１９、転写ユニット５４、加熱・押圧ユニット５７に装着される部品保持ノズル７１、転写ツール７２、加熱・押圧ツール７３を、対象とする部品種に応じたものに交換することができるようになっている。
【００４８】
次に、図８を参照して制御系の構成を説明する。図８において、制御部６０は、機構制御部６１を介して以下の機構部を制御する。これにより、部品供給ステージ３から半導体チップ６ａを取り出し、さらに取り出した半導体チップ６ａを基板保持ステージ５に保持された基板７に実装するための各動作が実行される。まず、部品供給ステージ３、ユニット集合ステージ４、基板保持ステージ５を制御することにより、部品供給ステージ３におけるＸＹテーブル機構３１やエジェクタ機構３４による部品供給動作が制御され、またユニット集合ステージ４におけるＸ軸移動機構４０の動作が制御され、さらに基板保持ステージ５におけるＸＹテーブル機構５３の動作が制御される。
【００４９】
次いで、ヘッド移動機構９、第１ヘッド１１、第２ヘッド１２、ピックアップヘッド移動機構１３を制御することにより、部品供給ステージ３から半導体チップ６ａを取り出すピックアップ動作や、取り出された半導体チップ６ａを基板７に移送搭載してボンディングする実装動作が実行される。すなわちピックアップヘッド移動機構１３を制御することによりピックアップ動作が実行され、また搭載ユニット１９が装着された第１ヘッド１１をヘッド移動機構９と併せて制御することにより、半導体チップ６ａを基板７に移送搭載する搭載動作が実行される。
【００５０】
また塗布ユニット２０、転写ユニット５４、加熱・押圧ユニット５７の３種類の作業ユニットが選択的に装着された第２ヘッド１２をヘッド移動機構９と併せて制御することにより、部品接着用のペーストを塗布ノズル１９ａから吐出して基板に供給するペースト塗布機能、ペーストを転写ツール７２によって転写して基板に供給するペースト転写機能および基板７に搭載された半導体チップ６ａを加熱しながら基板７に対して押圧する加熱・押圧機能のいずれかが実行される。なおペースト転写機能を実行する際には、転写テーブル５５が併せて制御される。
【００５１】
上述の各種動作制御に際しては、制御部６０が認識処理部６２を制御することにより、以下の各カメラによる撮像結果の認識処理が行われる。第１カメラ２１による撮像結果を
認識処理することにより、部品供給ステージ３に保持された半導体ウェハ６における半導体チップ６ａの位置が検出され、この検出結果に基づいて制御部６０がＸＹテーブル機構３１を制御することにより、ピックアップ対象の半導体チップ６ａをピックアップ作業位置［Ｐ１］に正しく位置合わせすることができる。また第２カメラ２２による撮像結果を認識処理することにより、中継ステージ１８に載置された状態における半導体チップ６ａの位置が検出され、この検出結果に基づいて制御部６０が第１ヘッド１１およびＸ軸移動機構４０を制御することにより、ピックアップ対象の半導体チップ６ａに対して部品保持ノズル７１を正しく位置合わせすることができる。
【００５２】
さらに第３カメラ２３による撮像結果を認識処理することにより、基板保持テーブル５ａに保持された状態における基板７の部品実装点７ａの位置が検出され、この検出結果に基づいて制御部６０がＸＹテーブル機構５３を制御することにより、部品実装点７ａを実装作業位置［Ｐ４］に対して位置合わせして、部品保持ノズル７１に保持された半導体チップ６ａを部品実装点７ａに正しく搭載することができる。そして部品認識カメラ２４による撮像結果を認識処理することにより、部品保持ノズル７１に保持された状態における半導体チップ６ａの位置が検出され、搭載ユニット１９による搭載動作においては、この検出結果を加味して搭載時の位置補正が行われる。
【００５３】
検出処理部６３は、光学センサ２５、２６からの出力される受光信号に基づき、ツールストッカ１５の収納凹部２７ａ内における作業ツールの有無を検出する。すなわち光学センサ２５、２６が受光した反射光の光量を予め設定されたしきい値と比較することにより、作業ツールの有無の判定を行う。第１ヘッド１１、第２ヘッド１２をツールストッカ１５にアクセスさせて、搭載ユニット１９、転写ユニット５４、加熱・押圧ユニット５７に装着された作業ツールの交換を行う場合には、制御部６０は検出処理部６３による作業ツールの有無の検出結果に基づき、第１ヘッド１１、第２ヘッド１２の動作制御を行う。すなわち作業ツールを新たに装着するツール再装着動作において作業ツール無しが検出された場合には、当該収納凹部２７ａについてはツール再装着動作の対象とせず、他の収納凹部２７ａに第１ヘッド１１、第２ヘッド１２を移動させる。また既装着の作業ツールをツールストッカ１５に戻すツール戻し入れ動作において作業ツール有りが検出された場合には、当該収納凹部２７ａについてはツール戻し入れ動作の対象とせず、他の収納凹部２７ａに第１ヘッド１１、第２ヘッド１２を移動させる。
【００５４】
このツール検出動作の例について、図９、図１０を参照して説明する。ここでは、第１ヘッド１１に装着された搭載ユニット１９におけるツール交換に際して実行されるツール検出動作の例について説明する。図９（ａ）において、ツールストッカ１５に設けられた複数の収納凹部２７ａには、ピックアップノズル７０、部品保持ノズル７１、転写ツール７２、加熱・押圧ツール７３などの各種の作業ツールが、予め設定されたツール配列データにしたがって収納されている。搭載ユニット１９においては、装着部１９ａに既装着であった作業ツールが取り外された状態にあり、この搭載ユニット１９に新たに部品保持ノズル７１を装着するツール交換を行う。
【００５５】
このツール交換に際しては、Ｘ軸移動機構４０を駆動して移動テーブル４ａとともにツールストッカ１５をＸ方向に移動させ（矢印ｌ）、第１ヘッド１１がアクセス可能な領域に位置させる。次いでヘッド移動機構を駆動して、第１ヘッド１１を搭載ユニット１９とともにツールストッカ１５の上方に移動させ、昇降プレート１１ｃに装着された光学センサ２５をツール交換の対象となる作業ツールを保持した収納凹部２７ａ上に位置させた後、以下に説明するツール検出動作を行う。
【００５６】
すなわち、図１０（ａ）に示すように、光学センサ２５から検出光を下方に投射する（矢印ｎ）。このとき、収納凹部２７ａ内に検出対象の部品保持ノズル７１が存在する場合
には、投射された検出光は本体部７１ａや鍔部７１ｂの金属光沢面によってツール反射光として反射される（矢印ｏ）。そしてこのツール反射光を光学センサ２５が受光し、この受光によって出力される受光信号を検出処理部６３が受信して予め設定されたしきい値と比較することにより、検出処理部６３は作業ツール有りの検出信号を制御部６０に対して伝達する。
【００５７】
これに対し、収納凹部２７ａ内に検出対象の部品保持ノズル７１が存在しない場合には、光学センサ２５から下方に投射された検出光は収納凹部２７ａ内の底部２７ｃなどの内面に入射する（矢印ｐ）。このとき収納凹部２７ａ内面には反射光を低減させる反射特性を有する表面層２７ｄが形成されていることから、検出対象の部品保持ノズル７１の背景部分から光学センサ２５に対して反射される背景反射光（矢印ｑ）の光量は、図１０（ａ）に示すツール反射光の光量よりも格段に小さいものとなる。そしてこの背景反射光を光学センサ２５が受光し、この受光によって出力される受光信号を検出処理部６３が受信して予め設定されたしきい値と比較することにより、検出処理部６３は作業ツール無しの検出信号を制御部６０に対して伝達する。
【００５８】
すなわち本実施の形態に示すツール検出手段は、光学センサ２５，２６から作業ツールの上面に投射されて光学センサ２５，２６に反射されるツール反射光の光量と、収納凹部２７ａ内に検出対象の部品保持ノズル７１が存在しない場合における背景反射光の光量とに基づき、収納凹部２７ａ内における作業ツールの有無を検出するようになっている。この作業ツールの有無の検出において、収納凹部２７ａの内面に前述の表面層２７ｄを形成することにより、背景反射光とツール反射光の光量の差を大きくすることができ、作業ツールの有無を判定するためのしきい値を十分な判定マージンを確保した上で設定することができる。
【００５９】
そしてこのようにしてツール交換対象の収納凹部２７ａにおける作業ツールの有無を確認したならば、搭載ユニット１９によるツール交換動作を実行する。すなわち対象となる収納凹部２７ａに作業ツール（ここでは部品保持ノズル７１）が存在することが確認されたならば、装着部１９ａが当該収納凹部２７ａの直上に位置するように搭載ユニット１９およびツールストッカ１５を移動させる。この移動は、前述のヘッド移動機構９およびストッカ移動手段であるＸ軸移動機構４０を駆動することにより行われる。
【００６０】
次いで搭載ユニット１９を昇降させて（矢印ｍ）、装着部１９ａに部品保持ノズル７１を装着するツール装着動作を行わせる。これにより、搭載ユニット１９を対象とするツール交換動作が完了する。このとき、予め対象となる収納凹部２７ａにおける作業ツールの有無の確認が行われていることから、作業ツールが存在しない収納凹部２７ａを対象としてツール装着動作を行う誤動作や、既に作業ツールが収納されている収納凹部２７ａに対して重ねてツール収納動作を行う誤動作などを確実に防止することが可能となっている。
【００６１】
なお上記例では、ツール交換動作に際してツール検出動作を実行する例を示したが、ツール検出を行うタイミングは適宜設定可能である。例えば、任意のタイミングにてツールストッカ１５の全ての収納凹部２７ａを対象としてツール検出動作を行い、各収納凹部２７ａについての検出結果をデータテーブルとして記憶させておくようにしてもよい。この場合には、ツール交換を実行するたびに記憶されたデータテーブルを参照してツール交換の対象となる収納凹部２７ａに作業ツールが存在するか否かを確認する。
【００６２】
上記説明したように、本発明は作業ツールを収納する収納凹部２７ａ内においてツール検出手段による作業ツールの有無検出の際の背景部分を構成する範囲に、光学センサ２５，２６から背景部分に投射されて光学センサ２５，２６に反射される背景反射光の光量を低減させる反射特性を有する表面層２７ｄを形成するようにしたものである。これにより
、単一の光学センサによって多数の収納凹部２７ａを対象として作業ツールの有無を安定して検出することが可能となり、汎用性を向上させるとともに設備費用を低減して生産性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の部品実装装置は、汎用性を向上させるとともに生産性を向上させることができるという特徴を有し、リードフレームや樹脂基板などに部品を実装する分野に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施の形態の部品実装装置の全体斜視図
【図２】本発明の一実施の形態の部品実装装置の部分斜視図
【図３】本発明の一実施の形態の部品実装装置の正面図
【図４】本発明の一実施の形態の部品実装装置のユニット集合ステージの斜視図
【図５】本発明の一実施の形態の部品実装装置に設けられたツールストッカの構成説明図
【図６】本発明の一実施の形態の部品実装装置の設けられたツールストッカの部分断面図
【図７】本発明の一実施の形態の部品実装装置の第２ヘッドに装着される作業ユニットの説明図
【図８】本発明の一実施の形態の部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図
【図９】本発明の一実施の形態の部品実装装置におけるツール検出動作およびツール交換動作の説明図
【図１０】本発明の一実施の形態の部品実装装置におけるツール検出動作の説明図
【符号の説明】
【００６５】
１ 部品実装装置
３ 部品供給ステージ（部品供給部）
４ ユニット集合ステージ
４ａ 移動テーブル
５ 基板保持ステージ（基板保持部）
５ａ 基板保持テーブル
６ 半導体ウェハ
６ａ 半導体チップ
７ 基板
９ ヘッド移動機構
１１ 第１ヘッド
１２ 第２ヘッド
１３ ピックアップヘッド移動機構
１４ ピックアップヘッド
１５ ツールストッカ
１８ 中継ステージ
１９ 搭載ユニット
２０ 塗布ユニット
２０ｂ 塗布ノズル
２１ 第１カメラ
２２ 第２カメラ
２３ 第３カメラ
２４ 部品認識カメラ
２７ａ 収納凹部
２７ｄ 表面層
３１ ＸＹテーブル機構
４０ Ｘ軸移動機構
５３ ＸＹテーブル機構
５４ 転写ユニット
５５ 転写テーブル
５６ ペースト
５７ 加熱・押圧ユニット
７０ ピックアップノズル
７１ 部品保持ノズル
７２ 転写ツール
７３ 加熱・押圧ツール
［Ｐ１］ ピックアップ作業位置
［Ｐ２］中継位置
［Ｐ３］部品認識位置
［Ｐ４］実装作業位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品を供給する部品供給部と、基板を保持する基板保持部と、前記部品供給部によって供給された前記部品を受け取って前記基板保持部に保持された基板に実装する第１ヘッドと、
前記基板もしくは前記第１ヘッドによって前記基板に搭載された部品に対して所定の作業を行い、部品接合用のペーストを吐出して前記基板に供給するペースト塗布機能、前記ペーストを転写して前記基板に供給するペースト転写機能および前記基板に搭載された部品を加熱しながら基板に対して押圧する加熱・押圧機能のうち少なくともいずれか１つの機能を有する作業ユニットを選択的に装着可能な第２ヘッドと、
前記第１ヘッドおよび第２ヘッドがいずれもアクセス可能な領域に位置して、対象となる部品の種類に応じて前記第１ヘッド、第２ヘッドに交換自在に装着される複数の作業ツールを収納するための複数の収納凹部が設けられたツールストッカと、
前記ツールストッカの前記収納凹部上に位置する反射型の光学センサによって当該収納凹部内における前記作業ツールの有無を検出するツール検出手段とを備え、
前記収納凹部内において前記ツール検出手段による作業ツールの有無検出の際の背景部分を構成する範囲には、前記光学センサから前記背景部分に投射されて前記光学センサに反射される背景反射光の光量を低減させる反射特性を有する表面層が形成されており、
前記ツール検出手段は、前記光学センサから前記作業ツールの上面に投射されて前記光学センサに反射されるツール反射光の光量と前記背景反射光の光量とに基づき前記作業ツールの有無を検出することを特徴とする部品実装装置。
【請求項２】
前記光学センサは前記第１ヘッドおよび第２ヘッドにそれぞれ配設されており、
さらに前記第１ヘッドおよび第２ヘッドを前記部品供給部と基板保持部の並び方向である第１方向へ移動させて前記基板上の作業位置にアクセスさせる共通のヘッド移動機構と、
前記ツールストッカを前記第１方向と直交する第２方向へ移動させて前記第１ヘッドおよび第２ヘッドがいずれもアクセス可能な領域に位置させるストッカ移動手段とを備え、
前記ヘッド移動機構および前記ストッカ移動手段を駆動することにより、前記光学センサを前記ツールストッカの前記収納凹部上に位置させることを特徴とする請求項１記載の部品実装装置。
【請求項１】
部品を供給する部品供給部と、基板を保持する基板保持部と、前記部品供給部によって供給された前記部品を受け取って前記基板保持部に保持された基板に実装する第１ヘッドと、
前記基板もしくは前記第１ヘッドによって前記基板に搭載された部品に対して所定の作業を行い、部品接合用のペーストを吐出して前記基板に供給するペースト塗布機能、前記ペーストを転写して前記基板に供給するペースト転写機能および前記基板に搭載された部品を加熱しながら基板に対して押圧する加熱・押圧機能のうち少なくともいずれか１つの機能を有する作業ユニットを選択的に装着可能な第２ヘッドと、
前記第１ヘッドおよび第２ヘッドがいずれもアクセス可能な領域に位置して、対象となる部品の種類に応じて前記第１ヘッド、第２ヘッドに交換自在に装着される複数の作業ツールを収納するための複数の収納凹部が設けられたツールストッカと、
前記ツールストッカの前記収納凹部上に位置する反射型の光学センサによって当該収納凹部内における前記作業ツールの有無を検出するツール検出手段とを備え、
前記収納凹部内において前記ツール検出手段による作業ツールの有無検出の際の背景部分を構成する範囲には、前記光学センサから前記背景部分に投射されて前記光学センサに反射される背景反射光の光量を低減させる反射特性を有する表面層が形成されており、
前記ツール検出手段は、前記光学センサから前記作業ツールの上面に投射されて前記光学センサに反射されるツール反射光の光量と前記背景反射光の光量とに基づき前記作業ツールの有無を検出することを特徴とする部品実装装置。
【請求項２】
前記光学センサは前記第１ヘッドおよび第２ヘッドにそれぞれ配設されており、
さらに前記第１ヘッドおよび第２ヘッドを前記部品供給部と基板保持部の並び方向である第１方向へ移動させて前記基板上の作業位置にアクセスさせる共通のヘッド移動機構と、
前記ツールストッカを前記第１方向と直交する第２方向へ移動させて前記第１ヘッドおよび第２ヘッドがいずれもアクセス可能な領域に位置させるストッカ移動手段とを備え、
前記ヘッド移動機構および前記ストッカ移動手段を駆動することにより、前記光学センサを前記ツールストッカの前記収納凹部上に位置させることを特徴とする請求項１記載の部品実装装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１２９５４９（Ｐ２０１０−１２９５４９Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９８９６０（Ｐ２００８−２９８９６０）
【出願日】平成２０年１１月２５日（２００８．１１．２５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２５日（２００８．１１．２５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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