CN101112144A - 电子元件安装***和电子元件安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过焊接将电子元件安装到基板上的电子元件安装方法，其使用具有彼此相连的丝网印刷设备和电子元件安装设备的电子元件安装***来制造安装基板。在该方法中先于丝网印刷步骤，设置在丝网掩模上的模孔的位置被测量以计算掩模孔数据，且基于该掩模孔数据，在安装头执行元件安装动作时的安装位置的坐标被计算。这样，无论何时印刷焊料都可以计算焊料的位置偏差，而不用测量印刷后的焊料的位置，来防止由于焊料的位置偏差造成的安装缺陷，由此带来较高的生产率。

Description

电子元件安装***和电子元件安装方法

技术领域

本发明涉及一种安装电子元件于基板的电子元件安装***和一种电子元件安装方法。

背景技术

在近些年，随着电子元件尺寸的缩小和安装密度的增加，在电子元件被安装到基板时就要求较高的位置精度。当通过将电子元件安装到印刷在基板的电极上的乳酪焊料(cream solder)并通过回流焊焊接电子元件的方法安装电子元件时，在回流焊的过程中考虑其操作来安装电子元件并控制位置精度是所希望的。

因此，提出了下面的方法：在元件安装操作前测量印刷在基板上的焊料的位置，当安装电子元件时电子元件被安装在焊料的位置(例如，参见日本未审查的专利申请No.2002-84097)。根据该方法，在电子元件被熔化的焊料连接到电极的回流焊过程中，可将电子元件安装在基板的电极上，而不会破坏熔化的焊料的自对准作用，这样可防止由于焊料位置偏差造成的安装缺陷。

然而，在JP-A-2002-84097公开的技术中，由于设计是针对相对于在基板上形成的大量电极的焊料印刷位置而进行的，在元件安装操作前需要大量的时间来测量焊料印刷位置。所以安装操作所需的单件产品生产时间被延迟，这使得难于防止由于印刷的焊料的位置偏差造成的安装缺陷且难以实现较高的生产率。

发明内容

相应地，本发明的目的是提供一种电子元件安装设备和一种能防止由于印刷的焊料的位置偏差造成的安装缺陷和能实现较高的生产率的电子元件安装方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种通过焊接方法将电子元件安装在基板上来加工安装基板的电子元件安装***。该电子元件安装***包括：丝网印刷设备，其通过使丝网掩模与基板接触、供应焊膏到丝网掩模上和滑动其上的涂刷器，将焊料穿过丝网掩模内设置的模孔而印刷到设置在基板上的电子元件连接电极上；电子元件安装设备，其利用安装头从元件供应单元拾取电子元件且将它们安装在其上印刷有焊料的基板上；掩模孔测量单元，其测量设置在丝网掩模内的模孔的位置且输出测量的位置作为掩模孔数据；以及坐标计算单元，其基于掩模孔数据计算在安装头安装电子元件时的安装位置的坐标。

根据本发明的另一方面，提供了一种电子元件安装方法，其利用具有多个彼此连接的电子元件安装设备的电子元件安装***，通过焊接安装电子元件到基板上来加工安装基板。该电子元件安装方法包括：丝网印刷步骤，其通过使丝网掩模与基板接触、供应焊膏到丝网掩模上且滑动其上的涂刷器，将焊料穿过设置在丝网掩模内的模孔而印刷在设置在基板上的电子元件连接电极上；电子元件安装步骤，其利用安装头从元件供应单元拾取电子元件将它们安装其上印刷有焊料的基板上；掩模孔测量步骤，其测量设置在丝网掩模内的模孔的位置且输出测量位置作为掩模孔数据；以及坐标计算步骤，其基于掩模孔数据计算在安装头安装电子元件时的安装位置坐标。在该方法中，掩模孔测量步骤和坐标计算步骤先于丝网印刷步骤被执行。

根据本发明，先于丝网印刷步骤，设置在丝网掩模内的模孔的位置被测量以得到掩模孔数据，且当安装头安装电子元件时的安装位置的坐标被计算。这样，无论何时印刷焊料都可以计算焊料的位置偏差，而不用测量焊料被印刷时的位置，这使得可以防止由于焊料的位置偏差造成的安装缺陷且可以获得较高的生产率。

附图说明

图1是示出本发明的实施例的电子元件安装***的结构的方块图。

图2是示出本发明的实施例的丝网印刷设备的侧视图。

图3是示出本发明的实施例的丝网印刷设备的正视图。

图4是示出本发明的实施例的丝网印刷设备的俯视图。

图5是示出本发明的实施例的电子元件安装设备的俯视图。

图6是示出本发明的实施例的电子元件安装设备的控制***的方块图。

图7是示出本发明的实施例的安装电子元件的方法中用来建立安装数据的步骤的流程图。

图8A和8B是示出本发明的实施例的安装电子元件的方法的步骤图。

图9A至9C是示出本发明的实施例的安装电子元件的方法的步骤图。

最佳实施方式

在下文中，本发明的优选实施例将参考附图予以描述。

首先，电子元件安装***将参考图1予以描述。在图1所示的电子元件安装***中，电子元件安装线1是通过连接丝网印刷设备M1和电子元件安装设备M2而形成，且管理计算机3被通讯网络2连接到电子元件安装线1。这样，管理计算机3控制整个***。在下文中，将描述各设备的结构。

接着，丝网印刷设备的结构将参考图2和图3予以描述。在图2所示的丝网印刷设备中，丝网印刷机构设置在基板定位单元4上方。在基板定位单元4中，Y轴工作台5、X轴工作台6和θ轴工作台7按上述顺序层叠，且第一Z轴工作台8和第二Z轴工作台9设置在底板7a上，该底板设置在θ轴工作台7的上表面。

此外，垂直框架8b设置在第一Z轴工作台8的底工作台8a上，且基板传送机构11保持在垂直框架8b的顶部。基板传送机构11包括两个传送轨道11a，传送轨道平行于基板传送方向(X方向；图2平面的垂直方向)设置。因此，基板传送机构11传送作为印刷目标的基板13，同时用其传送轨道11a支撑基板13的两端。第一Z轴工作台8的驱动使传送轨道11a和被传送轨道11a支撑的基板13可以相对于丝网印刷机构升起或下降，该丝网印刷机构将在后文予以说明。

如图3所示，基板送入轨道11b和基板送出轨道11c被分别连接到传送轨道11a的上游侧(图3的左侧)和下游侧。通过基板送入轨道11b从上游侧被送入的基板13被置于传送轨道11a上且接着被基板定位单元4定位。接着，将在后文中描述的丝网印刷机构在基板13上进行印刷，且被印刷的基板13被基板送出轨道11c送出到下游侧。

而且，第二Z轴工作台9的底板9a设置在基板传送机构11和底板8a之间使其可被升起或落下，且基板升起单元10设置在底板9a的上表面。当第二Z轴工作台9被驱动，基板升起单元10相对于被传送轨道11a支撑的基板13上升或下降，这样基板升起单元10通过其上表面与基板13的下表面的接触支撑基板13。两个夹持件12a分别设置在传送轨道11a的上表面而在水平方向上彼此相对。驱动机构12b前后移动一个夹持件12以用这两个夹持件夹持和固定基板13。

接着，设置在基板定位单元4的上方的丝网印刷机构将予以描述。在图2和图3中，丝网掩模15布置在掩模架14内，且模孔15a设置在丝网掩模15内，对应于印刷目标。涂刷器头16设置在丝网掩模15上方。通过设置涂刷器升起/落下机构18以升起或落下在平板17上的涂刷器19而形成涂刷器头16。如图3上升，板17被沿Y方向设置的引导机构(未示出)支撑以使其可沿Y方向滑动。板17通过涂刷器移动单元(未示出)沿Y方向水平移动，且涂刷器升起/落下机构18升起或落下涂刷器19以接触丝网掩模15的上表面。

接着，将描述丝网印刷动作。首先，当基板13在传送导轨11a上被传送，第二Z轴工作台9被驱动以升起基板升起单元10使基板升起单元10与基板13的下表面接触。在该状态下，基板定位单元4被驱动以相对于丝网掩模15定位基板13。接着，第一Z轴工作台8被驱动以升起基板13和传送轨道11a使基板13与丝网掩模15的下表面接触，且基板13被夹持件12a夹持。由此，当涂刷器头16进行涂刷时，基板13的水平位置被固定。在此状态下，当涂刷器19在其上供应有乳酪焊料的丝网掩模15上滑动时，乳酪焊料通过模孔15a被印刷在基板13上。

而且，摄影机20设置在丝网掩模15上方使其可被包括X轴工作台21X和Y轴工作台2 1Y(参见图4)的摄影机移动机构21沿水平方向移动。如图2所示，基板定位单元4的驱动使得可以将基板定位在紧邻摄影机20下面。接着，当摄影机20拍摄到被印刷的基板13的图象时，对从被印刷的基板13的图象获得的图象数据进行图象处理以检查基板13的印刷状况。另外，还可通过驱动X轴工作台21X和Y轴工作台21Y以在丝网掩模15上方移动摄影机20来给模孔15a拍摄。然后，进行识别从摄取的图象获得的图象数据的步骤，这使得可以计算指示模孔位置的掩模孔数据，这将在下文描述。

接着，电子元件安装设备将参考图5予以说明。如图5所示，传送路径32设置在基座31上。传送路径32传送基板33来定位电子元件的安装位置。在图5中元件供应单元34设置在传送路径32的下侧，且多个胶带进给器彼此平行设置在元件供应单元34内。每个胶带进给器容纳保持在胶带上的电子元件且间距传送(pitch-transfer)该胶带，由此提供电子元件。

此外，每个均包括Y轴工作台36和X轴工作台37的头驱动单元设置在基座31上，且安装头38和与安装头38整体移动的基板识别摄影机39被设置在各x轴工作台37上。当头驱动单元被驱动时，安装头38被水平移动以用吸嘴(未示出)从元件供应单元34拾取电子元件，且将该电子元件安装在位于传送路径32上的基板33上。定位在基板33上方的第一摄影机39摄取基板33的图象且识别它。另外，各第二摄影机40设置在从元件供应单元34到传送路径32的路径上。在电子元件下的第二摄影机40摄取安装头38保持的电子元件的图象。

接着，将要参考图6描述电子元件安装***的控制***的结构。在图6中，总控制单元50具有管理计算机3的功能之一的控制安装动作的功能，且包括通讯单元51、计算单元52和存储单元53。通讯单元51用来在通讯网络内传送数据到各设备或从各设备接收数据。计算单元52为CPU且执行各种处理，例如在安装动作中创建控制参数的处理。

在该实施例中，如下文所述，基于通过丝网印刷设备M1测量的掩模孔数据，计算单元52计算当电子元件被安装头38安装在基板33上时，电子元件安装设备M2的元件安装位置数据，即安装位置的坐标。存储单元53储存计算单元52计算所需的数据和计算的结果。在上述结构中，计算单元52由坐标计算单元组成，其用于基于掩模孔数据计算在安装头安装电子元件时的安装位置的坐标。因此，在该实施例中，坐标计算单元设置在用来控制电子元件安装设备M2和丝网印刷设备M1的管理计算机3内。

用于丝网印刷设备M1的控制装置包括：通讯单元54，印刷数据存储单元55、印刷控制单元56、机构驱动单元57以及检查和测量处理单元58。通讯单元54在通讯网络2内传送数据到其它设备或从其它设备接收数据。印刷数据存储单元55储存印刷动作所需的控制参数。印刷控制单元56，基于存储的控制参数和从总控制单元50传来的控制指令，控制丝网印刷设备的印刷操作。

机构驱动单元57驱动各种单元，例如基板定位单元和丝网印刷控制机构。检查和测量处理单元58，基于印刷后被摄影机20摄取的图象，检查焊料印刷后基板的印刷状态。另外，检查和测量处理单元58基于被摄影机20摄取的掩模丝网的图象执行孔位置测量以检测掩模孔的位置并输出作为掩模孔数据的处理结果。

摄影机20及检查和测量处理单元58作为掩模孔测量单元，用于测量布置在丝网掩模内的模孔的孔位置和输出作为掩模孔数据的测量结果。因此，在该实施例中，设置在丝网印刷设备M1内的掩模孔测量单元还具有检查印刷后焊料状态的焊料检查功能。

用于电子元件安装设备M2的控制装置包括通讯单元59、安装数据存储单元60、安装控制单元61、机构驱动单元62和识别处理单元63。通讯单元59在通讯网络2内传送数据到其它设备或从其它设备接收数据。安装数据存储单元60储存元件安装操作所需的控制参数。安装控制单元61，基于储存的控制参数和从总控制单元50传来的控制指令，控制电子元件安装设备的安装操作。机构驱动单元62驱动各种单元，例如基板传送***和元件安装机构。识别处理单元63基于被第一摄影机39摄取的图象识别基板的位置，且基于第二摄影机40摄取的图象识别被安装头保持的电子元件。

此外，当管理计算机3的计算单元52不具有用来建立元件安装位置数据的计算功能时，电子元件安装设备接受焊料印刷位置数据且使用安装控制单元60建立电子元件安装位置数据。这样，安装控制单元61作为坐标计算单元，用于计算由安装头执行的元件安装动作中的安装位置的坐标，该计算基于掩模孔数据。因此，这样，该坐标计算单元被设置在电子元件安装设备M1的控制装置内。

接着，下文将参考附图沿图7所示的流程图描述建立元件安装位置数据的过程，其在具有上述结构的电子元件安装***安装电子元件时执行。首先，当新型基板被安装时，对应该基板的新丝网掩模15被安装在丝网印刷设备M1上。掩模被安装后，设置在丝网掩模15内的所有孔通过丝网印刷设备M1的摄影机20而被检查。

就是说，如图8A和8B所示，X轴工作台21X和Y轴工作台21Y被驱动以移动丝网掩模15上方的摄影机20顺序地摄取图9A所示的模孔15a的图象。接着，检查和测量处理单元58处理摄取的图象以测量模孔15a的位置且输出测量的结果作为掩模孔数据(ST1)。

然后，焊料印刷位置数据基于输出的掩模孔数据被计算。就是说，设置在丝网掩模15内的模孔15a的位置被认为是印刷到基板13上的焊料的位置，且掩模孔数据中的各模孔的位置坐标被认为是印刷焊料的位置坐标。然后，该焊料印刷位置数据被传送到电子元件安装设备或管理计算机(ST3)。

随后，电子元件安装设备M2或管理计算机3比较焊料印刷位置数据和安装位置数据，以计算它们之间的偏差(ST4)，该安装位置数据为设计值。然后，电子元件安装设备M2或管理计算机3考虑偏差量建立元件安装位置数据(ST5)。就是说，该电子元件安装设备或管理计算机执行坐标计算过程。然后，建立的元件安装位置数据被储存在电子元件安装设备M2的安装数据存储单元60内。

然后，将电子元件安装在基板13上的动作被执行。就是说，基板13送入丝网印刷设备M1，且乳酪焊料S穿过丝网掩模15的模孔15a被印刷在形成在基板13上的电极13a上。此时，由于设置在丝网掩模15内的模孔15a与基板13的电极13a之间的相对位置偏差，乳酪焊料S不是必然印刷在电极13a上的预定位置。例如，如图9B所示，乳酪焊料S可能被偏离电极13a印刷。

然后，具有印刷于其上的焊料的基板13送入电子元件安装设备，且将电子元件安装在基板13上的操作被执行。在该元件安装操作中，基于在步骤ST5中建立的元件安装位置数据，安装头38被移动，且电子元件P被安装在预定的安装位置。考虑上述的乳酪焊料S的位置偏差，用于该过程的元件安装位置数据被更新，所以电子元件P被精确地安装在印刷在电极13a上的焊料S的位置，如图9C所示。这样，当焊料S在随后的回流焊过程中被熔化，该电子元件P通过熔化的焊料的自对准作用精确地焊接到电极13a上。

就是说，根据本发明的一个方面，提供了一种将电子元件通过焊接的方法安装在基板上的电子元件安装方法，该方法通过使用具有彼此相连的丝网印刷设备和电子元件安装设备的电子元件安装***来制造安装基板。该电子元件安装方法包括：丝网印刷步骤，其通过使其内设置有模孔15a的丝网掩模15与基板13接触、在丝网掩模15上供应焊膏和滑动其上的涂刷器，将焊料穿过模孔15a印刷在形成在基板13上的电子元件连接电极13a上；和电子元件安装步骤，其通过使用安装头38从元件供应单元拾取电子元件和安装该电子元件在其上印刷有焊料的基板13上。

然后，在该电子元件安装方法中，以下步骤先于丝网印刷步骤被执行：用于测量设置在丝网掩模内的模孔15a的位置和用来输出测量位置作为掩模孔数据的掩模孔测量步骤；和用来计算在安装头38的元件安装操作中的安装位置的坐标的坐标计算步骤，该计算基于掩模孔数据。另外，掩模孔测量步骤由包括在丝网印刷设备M1中的焊料检查功能执行。

如上所述，在该实施例中，不同于焊料被如传统的方法中那样印刷后测量该焊料的位置的传统方法，通过测量设置在掩模内的模孔的位置计算的位置被认为是实际印刷在基板上的焊料的位置。就是说，在该实施例中，先于丝网印刷步骤，设置在丝网掩模内的模孔的位置被测量以计算掩模孔数据，且在安装头的元件安装操作中的安装位置的坐标基于该掩模孔数据被计算。

这样，无论何时印刷焊料都可以计算焊料的位置偏差，而不用测量印刷后的焊料的位置，且可以在元件安装操作中考虑焊料的位置偏差安装电子元件。结果，可以准确地安装电子元件在印刷在基板上的焊料上且因此可防止由于焊料的位置偏差造成的安装缺陷，这带来较高的生产率。

该申请基于2005年2月15日申请的日本专利申请No.2005-037154且要求其优先权，其全部内容在此引入以作参考。

工业实用性

本发明的电子元件安装***可以防止由于焊料的位置偏差造成的安装缺陷且能够实现较高的生产率。因此，该电子元件安装***可被用于电子元件安装线以将电子元件安装到印刷在基板上的焊料上来生产安装基板。

Claims (8)

1.一种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：

丝网印刷设备，其通过使丝网掩模与所述基板接触、供应焊膏到所述丝网掩模上和滑动其上的涂刷器，将焊料穿过设置在所述丝网掩模内的模孔印刷到设置在所述基板上的电子元件连接电极上；

电子元件安装设备，利用安装头从元件供应单元拾取所述电子元件且将它们安装在其上印刷有所述焊料的所述基板上；

掩模孔测量单元，测量设置在所述丝网掩模内的所述模孔的位置且输出测量的位置作为掩模孔数据；以及

坐标计算单元，基于所述掩模孔数据计算在所述安装头安装所述电子元件时的安装位置的坐标。

2.根据权利要求1所述的电子元件安装***，其特征在于，设置在所述丝网印刷设备内的所述掩模孔测量单元具有焊料检查功能，其用于检查印刷后焊料的状态。

3.根据权利要求1所述的电子元件安装***，其特征在于，所述坐标计算单元设置在所述电子元件安装设备的控制装置内。

4.根据权利要求1所述的电子元件安装***，其特征在于，所述坐标计算单元设置在用来控制所述电子元件安装设备和所述丝网印刷设备的管理计算机内。

5.一种电子元件安装方法，其利用电子元件安装***，通过焊接将电子元件安装在基板上来制造安装基板，包括：

丝网印刷步骤，其通过将丝网掩模与所述基板接触、供应焊膏到所述丝网掩模上且滑动其上的涂刷器，将焊料穿过设置在所述丝网掩模内的模孔印刷到设置在所述基板上的电子元件连接电极上；

电子元件安装步骤，利用安装头从元件供应单元拾取所述电子元件将它们安装在其上印刷有所述焊料的所述基板上；

掩模孔测量步骤，测量设置在所述丝网掩模内的所述模孔的位置且输出测量位置作为所述掩模孔数据；以及

坐标计算步骤，基于所述掩模孔数据计算在所述安装头安装所述电子元件时的安装位置的坐标；

其中，所述掩模孔测量步骤和所述坐标计算步骤先于丝网印刷步骤被执行。

6.根据权利要求5所述的电子元件安装方法，其特征在于，所述掩模孔测量步骤通过用来检查印刷后焊料的状态的焊料检查功能实现，该焊料检查功能被包括在丝网印刷设备内。

7.根据权利要求5所述的电子元件安装方法，其特征在于，所述坐标计算步骤通过所述电子元件安装设备的控制装置来实现。

8.根据权利要求5所述的电子元件安装方法，其特征在于，所述坐标计算步骤通过用来控制所述电子元件安装设备和丝网印刷设备的管理计算机来实现。

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