CN101107898A - 电子元件安装***及电子元件安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够防止由于基板高度方向上的位置偏差所引起的安装失败并确保安装质量的电子元件安装***和电子元件安装方法。电子元件安装***包括多个彼此相连的电子元件安装装置并将电子元件安装在基板上以制造安装基板。用于在焊料印刷之后检验基板的印刷检验装置利用高度测量机器(22)测量置于基板(4)上表面上的高度测量点的高度位置并将测量结果作为基板高度数据输出。在利用电子元件放置装置的元件放置步骤中，更新适于控制放置头32的元件放置操作的控制参数。相应地，能够修正单个基板高度位置的变化以及阻止由于基板高度方向上的位置偏差所引起的安装失败。
Description
技术领域
本发明涉及一种适于将电子元件安装在基板上的电子元件安装***和电子元件安装方法。
背景技术
一种用于通过焊接将电子元件安装在基板上以制造安装基板的电子元件安装***包括多个电子元件安装装置，如焊料印刷装置，电子元件放置装置，以及回流装置，所有这些装置都彼此相连。上述电子元件安装***，为了可靠地管理质量，引入具有检验功能的电子元件安装线，如在装置之间设置检验装置的构造(例如，参见日本专利公开JP-A-2002-134899)。
在JP-A-2002-134899中披露的实例中，印刷检验装置设置在印刷装置和电子元件放置装置之间，并且当印刷检验装置检测到异常状态，如印刷装置中印刷状态的未对准时，印刷检验装置为印刷装置传递用于解决异常状态的反馈信息以及为后处理的电子元件放置装置传递用于在解决异常状态影响之后执行放置操作的前馈信息。利用该结构，能够在安装基板制造过程中实现高质量管理。
近年来，随着电子设备小型化，电子元件的尺寸缩小，在安装小尺寸元件时更细致地设定安装条件，并由此利用放置头执行精确的放置操作。换句话说，为了以高度的位置精度稳定地安装小尺寸元件，除基板水平方向上的安装位置精度外，在由吸附管嘴保持电子元件和使电子元件落在基板的安装位置是被高度控制时，喷嘴下落操作中的操作精确度是更可取的。
可是，在JP-A-2002-134899中披露的常规装置中，检测并修正水平方向上的安装位置精确度，但不会检测和修正9AD8度方向上的位置精确度。为此，当基板具有厚度变化或弯曲变形时，电子元件不能充分地放置在基板的安装点上并由此引起安装失败，如元件未对准。在常规安装***中，很难有效地防止由于基板高度方向上的位置偏差所引起的安装失败。
发明内容
相应地，本发明的目的是提供一种防止由于基板高度方向上位置偏差所引起的安装失败并确保安装质量的电子元件安装***和电子元件安装方法。
根据本发明，提供一种包括彼此相连的多个电子元件安装装置，并将电子元件安装在基板上以制造安装基板的电子元件安装***，包括具有适于测量基板的上表面上高度测量点组的高度位置并将测量结果作为基板高度数据输出的基板高度测量功能的基板高度测量装置；借助放置头从元件供给单元拾取电子元件并将电子元件放置在基板上的电子元件放置装置；以及根据基板高度数据更新用于控制电子元件放置装置的放置头的元件放置操作的控制参数的参数更新部件。
根据本发明提供一种借助彼此相连的多个电子元件安装装置将电子元件安装在基板上以制造安装基板的电子元件安装方法，包括：测量基板的上表面上高度测量点组的高度位置并将测量结果作为基板高度数据输出的基板高度测量步骤；以及借助电子元件放置装置的放置头从元件供给单元拾取电子元件并将电子元件放置在基板上的放置步骤，其中在执行放置步骤时，根据基板高度数据更新用于控制电子元件放置装置的放置头的元件放置操作的控制参数。
根据本发明，由于测量基板的上表面上高度测量点组的高度位置进而将测量结果作为基板高度数据输出，并且在执行放置步骤时，根据基板高度数据更新用于控制电子元件放置装置的放置头的元件放置操作的控制参数，故能够修正单个基板的高度位置变化，并由此防止由于基板高度方向上的位置偏差所引起的安装失败。
附图说明
图1为说明了根据本发明实施例的电子元件安装***的构造的框图。
图2为说明了根据本发明实施例的丝网印刷装置的构造的框图。
图3为说明了根据本发明实施例的印刷检验装置的构造的框图。
图4为说明了根据本发明实施例的电子元件放置装置的构造的框图。
图5为说明了根据本发明实施例的电子元件安装***的控制单元的框图。
图6(a)和6(b)为根据本发明实施例的、作为元件放置目标的基板的截面图。
图7(a)和7(b)为根据本发明实施例的、作为元件放置目标的基板的平面图。
图8(a)至8(c)为解释根据本发明实施例的电子元件放置操作中控制参数的示意图。
图9为说明了根据本发明实施例的电子元件安装***操作的流程图。
图10(a)和(b)为解释根据本发明实施例的电子元件安装***操作的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图描述本发明的实施例。
首先，参照图1描述电子元件安装***。在图1中，在电子元件安装***中，电子元件安装线1包括印刷装置M1、印刷检验装置M2以及电子元件放置装置M3，这些装置都是电子元件安装装置并通过通信网络2彼此相连，且由管理计算机3控制。借助多个电子元件安装装置，将电子元件安装在基板上以制造安装基板。
印刷装置M1丝网印刷用于将电子元件接合在基板电极上的焊膏。印刷检验装置M2检验印刷的焊膏的印刷状态，检测在印刷后的基板的上表面上高度测量点组的高度位置，并将检测的结果作为基板高度数据输出。电子元件放置装置M3将电子元件放置在其上印刷有焊膏的基板上。
接着，描述装置的构造。首先，参照图2描述印刷装置M1的构造。在图2中，基板保持单元11设置在定位台10上。基板保持单元11通过将基板4的两边装配在夹持器11a中来保持基板4。掩模板12设置在基板保持单元11上并且在掩模板12中形成对应基板4的印刷部分的图案孔(未示出)。借助台驱动单元14驱动定位台10，基板4关于掩模板12沿着水平方向和垂直方向相对移动。
挤出单元13设置在掩模板12上。挤出单元13包括用于相对于掩模板12升高挤出物13c并以预定压力相对于掩模板12挤压挤出物13c的升高/挤压机构13b和用于水平移动挤出物13c的挤出物移动机构13a。升高/加压机构13b和挤出物移动机构13a由挤出驱动单元15驱动。借助在使基板4开始与掩模板12下表面接触的状态下，以预定速度沿着供给有焊膏5的掩模板12的表面移动挤出物13c，能够通过图案孔(未示出)将焊膏5印刷在基板4的上表面上。
通过印刷控制单元17控制台驱动单元14和挤出驱动单元15来执行该印刷操作。在进行控制时，根据印刷数据存储单元16中存储的印刷数据控制挤出物13c的操作或基板4和掩模板12之间的对准。显示单元19显示表示印刷装置操作状态的各种指示数据或表示印刷操作异常状态的异常通知。通信单元18将数据传送到管理计算机3或通信网络2上构成电子元件安装线1的其它装置/从其接收数据。
接着，参照图3描述印刷检验装置M2。在图3中，两端由夹持部件20a所夹持的基板4被保持在传送轨20上。通过驱动基板传送定位单元21，传送轨20传送基板并将其定位在适于以下描述的检验和测量的位置。
高度测量机器22和照相机24设置在保持在传送轨20上的基板4上方。高度测量机器22具有精确测量到测量目标的距离的功能。高度测量机器22测量基板上高度测量点组，而基板高度测量单元23处理测量数据，进而获得高度测量点的高度位置。另外，图像识别单元25识别照相机24拍摄的结果以便检验焊膏的印刷状态。高度测量机器22和照相机24借助移动单元可分别在水平面内移动，并且基板4的任何位置可以是高度测量目标或检验目标。
通过测量高度获得的高度数据和印刷状态检验结果由检验/测量处理单元26处理并作为基板高度数据和印刷状态检验结果输出。输出数据被传递到管理计算机3或通信单元28和通信网络2上的其它装置。检验/测量控制单元29控制基板传送定位单元21、高度测量机器22和照相机24，以控制检验/测量操作。相应地，印刷检验装置M2是具有基板高度检测功能的基板高度测量装置，所述功能用于测量基板4上表面上高度测量点组的高度位置并将检测结果作为基板高度数据输出。
接着，参照图4描述电子元件放置装置M3的构造。在图4中，两端由被夹持部件30a夹持的基板4保持在传送轨30上。在传送轨30中，用于夹持基板4的夹持部件30a具有与印刷检验装置M2中传送轨20的夹持部件20相同的结构，并且基板4保持在与印刷检验时相同的夹持状态中。通过驱动基板传送定位单元31，传送轨30传送基板4并将其定位在以下描述的放置头32的元件放置位置。
借助放置头驱动机构(未示出)移动的放置头32被设置在保持于传送轨30上的基板4上。放置头32包括用于附着电子元件的管嘴32a，并借助管嘴32a附着和提取来自元件供给单元(未示出)的电子元件。此后，放置头32移动到基板4上并朝基板4下落，以将管嘴32a保持的电子元件放置在基板4上。
在放置操作中，放置控制单元37根据放置数据存储单元36中存储的放置数据，即用于将电子元件安装在基板4上的坐标值控制基板传送定位单元31和放置头驱动单元33，并进而能够利用放置头32控制基板4的电子元件放置位置。此时，借助放置条件存储单元35中存储的放置条件数据，即用于控制放置操作中放置头32升高管嘴32a时的操作模式细节的控制参数，控制放置头32，并由此能够按照以下所述实行更精确的放置操作。
显示单元39显示表示电子元件放置装置M3的各种移动状态的指示数据或表示放置操作异常状态的异常通知。通信单元38将数据传送到管理计算机3或通信网络2上构成电子元件安装线1的其它装置/从其接收数据。
接着，参照图5描述电子元件安装***的控制单元的构造。在此，描述用于更新电子元件安装工序中控制参数的数据传递/接收功能。在图5中，整个控制单元50在管理计算机3实行的控制范围内执行数据传递/接收功能，从构成通信网络2上电子元件安装线的各个装置接收数据，并输出用于根据预定的处理运算法则更新通信网络2上各个装置的参数的数据。
换句话说，图3中所示印刷检验装置M2中包括的检验/测量处理单元26通过通信单元28与通信网络2相连。另外，印刷装置M1和电子元件放置装置M3中所包括的各个单元(参见图2和图4)分别通过通信单元18和38与通信网络2相连。相应地，如果必要，可在操作各个装置的过程中基于印刷检验装置M2的检验/测量工序中提取的数据执行用于修正和更新上游装置的控制参数的反馈处理或用于修正和更新下游装置的控制参数的前馈处理。另外，各个装置的控制单元可具有用于在没有设置管理计算机3的情况下分别控制数据传递/接收的功能。
接着，参照图6(a)、6(b)、7(a)和7(b)描述印刷检验装置M2中执行的用以检测作为安装目标的基板4的弯曲变形的基板高度测量，以及弯曲变形状态。图6(a)说明了基板4未变形的正常状态。当电子元件6安装在基板4上时，根据印刷在基板4上的焊膏5的上表面设定安装高度位置H。另外，在使用放置头32的放置操作中，根据安装高度位置H控制放置头32的操作。
图6(b)说明了基板4实际变形的状态。当放置目标为具有低刚性的薄基板，如树脂基板时，如图6(b)所示，在基板4中很容易产生向上凸起的弯曲变形，并且在基板的安装位置处，相对于正常状态在垂直方向上产生位移Δh。当该状态的基板4承受由放置头32执行的与图6(a)中所示使用正常状态基板的情况相同的元件放置操作时，不能正常地安装元件。相应地，在根据本发明的电子元件安装方法中，在放置电子元件之前，利用印刷检验装置M2测量基板高度以预先检测位移Δh，利用位移Δh获得修正的安装高度位置H*，并且放置头32根据修正的安装高度位置执行最佳的元件安装操作。
对于在基板高度测量中设定测量目标的方法，可根据电子元件6的类型或作为安装目标的基板4的变形状态选择图7中所示的两种方法。换句话说，当基板4被没有规则趋向地无规则变形或待安装的元件需要高精度的安装高度控制时，如图7(a)所示，将焊料印刷之后的元件安装位置P用作高度测量点，直接测量印刷在电极4a上的焊膏5的上表面的高度位置。相应地，通过测量可直接获得图6(b)中所示的修正的安装高度位置H*。
图7(b)说明了基于不考虑安装位置预先设定在基板4上的高度测量点4b执行高度测量的实例。在此情况中，设定适于估计基板4整体变形形状的高度测量点的排列(例如，网格排列)，并根据多个测量点的高度测量结果以三维方式估计基板4的表面形状。换句话说，利用数值操作(numericaloperation)近似获得基板4任何位置处垂直方向上的位移Δh，并且位移Δh被添加到图6(a)所示的安装高度位置H中，进而获得修正的安装高度位置H*。
在本实施例中，根据基板高度测量结果，按照以下所述更新和修正元件放置操作中的控制参数，即速度参数、位置参数和放置参数以及修正的安装高度位置H*。在常规的装置中，根据元件的类型预先将控制参数设定成固定值，但在本实施例中，根据每种元件的基板高度测量结果具有不同数值的控制参数，以数据表格的形式被存储在放置条件存储单元35中。
另外，只要印刷检验装置M2关于每个基板执行基板高度测量，电子元件放置装置M3接收作为基板高度数据的基板高度测量结果，并且放置控制单元37根据基板高度测量结果从数据表格中读取参数值并以预先设定值替换控制参数，进而精确地调节控制参数。相应地，放置控制单元37为参数更新部件，其基于基板高度数据更新电子元件放置装置M3中放置头32的元件放置操作的控制参数。通过根据基板高度测量结果更新控制参数，能够利用放置头32更精细地控制元件放置操作。因此，能够在没有发生元件未对准或元件错位的情况下放置元件，并能充分确保后处理的回流工序中的焊接条件，进而以高精度或良好可靠性安装元件。
如图8(a)所示，速度参数是用于调节放置头升高速度V的速度模式以相对于基板4升高放置头32的控制参数。如图8(b)所示，位置参数是用于在利用管嘴32a保持元件6的放置头下落时调节电子元件6的下限停止位置HL的控制参数。另外，如图8(c)所示，放置参数是用于调节利用放置头32相对于基板4挤压电子元件6的压力F的控制参数。
此外，控制参数并不限于上述项目并且其它项目可链接到基板高度测量结果。例如，当电子基板6置于基板4上并且管嘴32a随后与保持在焊膏5上的电子元件6的上表面分开时，执行用于从管嘴32a吹出正压空气的送风操作。根据可变的控制参数使用送风操作中的吹压或送风时限，所述参数可根据基板高度测量结果改变。
接着，参照图9、10(a)和10(b)描述电子元件安装***执行的电子元件安装工序。在该电子元件安装工序中，如图9所示，首先利用印刷装置M1将焊膏5印刷在基板4上(ST1)。其次，基板4被传送到印刷检验装置M2，其中检验焊料印刷状态，并且如图10(a)所示，高度测量机器22位于基板4的高度测量点上方以执行基板高度测量(ST2)。
为此，直接获得表示印刷在安装位置处的焊膏5上表面的高度位置的修正安装高度位置H*(参见图6(a))并将其作为基板高度数据输出。此时，如图10(a)所示，由于位于传送轨20上的基板4被夹持部件20a以固定夹持位置夹持，故总能以相同的夹持状态执行高度测量。
接着，基板4被传送到电子元件放置装置M3并且测量结果被传送到通信网络2上的电子元件放置装置M3(ST3)。另外，电子元件放置M3接收测量结果(ST4)，并根据所接收的测量结果确定放置头32的安装条件(ST5)。换句话说，基于每个安装位置的基板高度测量结果更新上述控制参数。在此，只要作为安装目标的基板被传送到电子元件放置装置M3，每个基板的基板高度测量结果就被传送到电子元件放置装置M3并且在连续生产过程中实时更新控制参数。
另外，放置头32利用更新的控制参数执行元件放置操作以将电子元件6安装在基板4上(ST6)。换句话说，如图10(a)所示，用于利用管嘴32a保持电子元件6的放置头32以适当的速度模式下落，电子元件6的下表面落在对应修正的安装高度位置H*的下限停止位置HL，并且以适当的挤压位置挤压电子元件6。
为此，电子元件6被精确地放置于准确的位置而没有产生由于下落速度不适当的设定所引起的放置未对准，以及停留在从焊膏5上表面压以适当按压量的位置处。相应地，基板4在具有适当厚度的焊膏被***在电子元件6的连接终端和基板的电极4a之间的状态下对准。另外，该状态的基板被传送到回流装置并被加热。因此，电子元件6的终端在适当焊料连接条件下与电极4a相连。
如图10(b)所示，在以下情况中安装元件，该情况为：基板4被夹持部件30a夹持在传送轨30上，而且此时设定夹持部件30a的夹持位置以使基板4被夹持在与印刷检验装置M2中基板高度测量时相同的夹持状态。为此，以与基板高度测量时相同的变形状态将元件安装在基板4上。
换句话说，上述电子元件安装方法包括：基板高度测量步骤，测量基板4上表面上高度测量点组的高度位置并将测量结果作为印刷装置M2中基板高度数据输出；以及放置步骤，借助电子元件放置装置M3的放置头32从元件供给单元中拾取电子元件6并将电子元件6安装在基板4上。执行放置步骤时，基于基板高度数据更新用于控制电子元件放置装置M3中放置头32的元件放置操作的控制参数。
另外，至少以下参数之一用作控制参数：用于调节相对于基板4升高放置头32的放置头升高速度的速度模式的速度参数，用于在放置头32下落时调节下限停止位置的位置参数，以及用于调节放置头32相对于基板4挤压电子元件6的压力的放置参数。
在执行元件放置步骤时，更新用于根据基板高度数据控制放置头32的元件放置操作的控制参数。相应地，即使在其中易于产生弯曲变形的基板，如薄的树脂基板被用作放置目标的情况中，也能修正单个基板的高度位置变化并进而防止由于基板高度方向上位置偏差所引起的安装失败。此外，在常规的装置中，易于变形的基板需要用于修正弯曲的下支撑销，但在本实施例中，不需要设置下支撑销。因此，能够简化用于支撑基板下面部分的机构。
本申请基于并要求2005年1月21日递交的日本专利申请No.2005-13656的优先权权益，其全部内容在此包含引作参考。
工业应用性
根据本发明的电子元件安装***和电子元件安装方法，能够修正单个基板高度位置的变化并进而防止由于基板高度方向上的位置偏差所引起的安装失败。因此，本发明可用于将电子元件安装在基板上以制造安装基板的技术。
Claims (8)
1.一种包括彼此相连的多个电子元件安装装置并将电子元件安装在基板上以制造安装基板的电子元件安装***，包括：
具有适于测量基板的上表面上高度测量点组的高度位置并将测量结果作为基板高度数据输出的基板高度测量功能的基板高度测量装置；
借助放置头从元件供给单元拾取电子元件并将电子元件放置在基板上的电子元件放置装置；以及
根据基板高度数据更新用于控制电子元件放置装置的放置头的元件放置操作的控制参数的参数更新部件。
2.根据权利要求1所述的电子元件安装***，其中所述控制参数包括下述参数中的至少一个：用于调节相对于基板升高所述放置头的放置头升高速度的速度模式的速度参数，用于在所述放置头下落时调节下限停止位置的位置参数，以及用于调节所述放置头相对于基板按压电子元件的压力的放置参数。
3.根据权利要求1所述的电子元件安装***，其中所述基板的上表面上高度测量点组是元件安装位置。
4.根据权利要求1所述的电子元件安装***，其中所述基板的上表面上高度测量点组包括用于设定排列而不考虑元件安装位置的多个测量点。
5.一种借助彼此相连的多个电子元件安装装置将电子元件安装在基板上以制造安装基板的电子元件安装方法，包括：
测量基板的上表面上高度测量点组的高度位置并将测量结果作为基板高度数据输出的基板高度测量步骤；以及
借助电子元件放置装置的放置头从元件供给单元拾取电子元件并将电子元件放置在基板上的放置步骤，
其中在执行放置步骤时，根据基板高度数据更新用于控制电子元件放置装置的放置头的元件放置操作的控制参数。
6.根据权利要求5所述的电子元件安装方法，其中所述控制参数包括以下参数中的至少一个：用于调节相对于基板升高所述放置头的放置头升高速度的速度模式的速度参数，用于在所述放置头下落时调节下限停止位置的位置参数，以及用于调节所述放置头相对于基板按压电子元件的压力的放置参数。
7.根据权利要求6所述的电子元件安装方法，其中所述基板的上表面上高度测量点组是元件安装位置。
8.根据权利要求6所述的电子元件安装方法，其中所述基板的上表面上高度测量点组包括用于设定排列而不考虑元件安装位置的多个测量点。
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