JP2007189101A - 電子部品実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷されたはんだペーストの位置ずれを精度よく測定することができ、かつリフロー時の電子部品の実装不良の発現を防止可能にする。
【解決手段】基板１０に表面実装部品３０を実装する際に、基板ランド１２ととともに、はんだペーストの位置認識用のダミーランド２２上にはんだペーストを印刷する。このダミーランド１４上に印刷された位置認識用はんだ２２のダミーランド１４に対する位置ずれを測定し、その測定結果に基づいて基板ランド１２に実装される表面実装部品３０のマウント目標位置を補正して表面実装部品３０をマウントし、リフロー炉にて加熱してはんだ付けを行う。
【選択図】 図４

Description

本発明は電子部品実装方法に係り、特に基板に電子部品を表面実装する技術に関する。

基板に電子部品を表面実装する場合、基板固定治具上に基板を搭載し、メタルマスクを使用して基板の所定のランド上にはんだペーストを印刷し、続いて電子部品を基板上（はんだペースト上）にマウントしたのち、基板をリフロー炉に搬送し、ここで加熱処理して電子部品のはんだ付けを行うようにしている。

しかしながら、基板固定治具への基板の搭載位置精度によって、はんだ印刷のずれが生じる場合がある。はんだ印刷がずれており、かつランド側に合わせて電子部品をマウントすると、リフロー工程で電子部品の立ち不良やずれ不良、リード部品のブリッジ等の実装不良が発現する場合が多い。

特許文献１には、上記のような問題を解決するための表面部品実装方法が提案されている。

この特許文献１に記載の表面部品実装方法は、基板上に形成されたパターンマークの位置を検出し、この検出した位置に基づいて電子部品の目標実装位置を検出し、この目標実装位置に基づいてはんだペーストを印刷するとともに、パターンマークの位置と異なる位置にペーストマークを印刷する。続いて、前記ペーストマークの位置を検出し、前記パターンマークの位置とペーストマークの位置との設計値との誤差量を算出し、前記電子部品の目標実装位置を前記算出した誤差量で補正し、この補正した目標実装位置に基づいて電子部品を基板上に実装するようにしている。
特開平７−２２７９１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の表面部品実装方法は、基板上に形成されたパターンマークとは異なる位置にペーストマークを印刷し、それぞれのマークの位置を画像認識によって検出するようにしているため、パターンマークとペーストマークとを同時に撮像するための撮像装置の視野を広くしなければならず、撮像装置が大型化し、又はマーク位置の検出精度が低下するという問題がある。

また、ペーストマークは、基板のソルダレジスト上に印刷されるため、濡れ性が悪く、リフロー後に基板に固定されずにゴミになるという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、基板に形成された電子部品を実装するための基板ランドと該基板ランド上に印刷されたはんだペーストとの位置ずれを精度よく測定することができ、かつリフロー時の電子部品の実装不良の発現を防止することができる電子部品実装方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために請求項１に係る発明は、基板に電子部品を表面実装する電子部品実装方法において、電子部品を実装するための所定の基板ランドととともに、該基板ランド上に印刷されるはんだペーストの位置認識用のダミーランドとが形成された基板を使用し、前記基板の所定の基板ランド及びダミーランド上にはんだペーストを印刷する工程と、前記ダミーランドと該ダミーランド上に印刷された位置認識用はんだとの位置ずれを測定する工程と、前記測定した位置ずれに応じて前記所定の基板ランドに実装される電子部品のマウント目標位置を補正して電子部品をマウントする工程と、前記電子部品がマウントされた基板をリフロー炉にて加熱してはんだ付けする工程と、を備えたことを特徴としている。

即ち、本発明が適用される基板には、印刷されるはんだペーストの位置認識用のダミーランドが形成されている。このダミーラウンドは、基板に形成されている基板認識マーク（基板表面のソルダレジストから露出している銅箔）を適用することができる。そして、マスクを使用したはんだペーストの印刷時には、ダミーランド上にもはんだペースト（位置認識用はんだ）を印刷する。ダミーランドと位置認識用はんだとの位置ずれを測定し、この測定した位置ずれを、基板ランド上における印刷はんだペーストの位置ずれとみなす。

上記はんだペーストが印刷された基板に各種の電子部品をマウントする場合には、各電子部品の基板へのマウント目標位置（基板ランドに対応する位置）を前記測定した位置ずれに応じて補正して、電子部品をマウントする。即ち、電子部品は、基板ランドの位置に合わせてマウントするのではなく、印刷されたはんだペーストに合わせてマウントする。その後、電子部品がマウントされた基板を、リフロー炉にて所定の温度プロファイルにしたがって加熱処理することによってはんだ付けを行う。これにより、基板ランドに対してはんだペーストが印刷ずれしていても実装不良を低減することができ、歩留りの向上を図ることができる。

請求項２に示すように請求項１に記載の電子部品実装方法において、複数の基板を１つの基板固定治具に固定し、複数の基板に電子部品を実装する場合に、複数の基板上のダミーランドと位置認識用はんだとの位置ずれを個別に測定し、この測定した個別の位置ずれに応じて、各基板上の所定の基板ランドに実装される電子部品のマウント目標位置を個別に補正して電子部品をマウントすることを特徴としている。１つの基板固定治具上に複数の基板を固定するような場合、基板の固定位置が定位置に定まらず基板ごとに誤差が生じる。この状態で、はんだ印刷すると、個々の基板ごとにはんだ印刷ずれやずれ方向が異なることになる。したがって、それぞれの基板ごとにはんだペーストの位置ずれを認識し、各基板における位置ずれに応じて電子部品のマウント目標位置を個別に補正して電子部品をマウントするようにしている。

請求項３に示すように請求項１又は２に記載の電子部品実装方法において、前記位置認識用はんだの一辺、又は直径を０．３ｍｍ以上とすることを特徴としている。位置認識用はんだ（マスク開口）が小さすぎると、はんだペーストの抜け性が悪化し、位置ずれの認識精度が低下するが、前記位置認識用はんだの一辺、又は直径を０．３ｍｍ以上にすることで、精度のよい位置認識用はんだを印刷することができ、はんだ位置認識精度を向上させることができる。

請求項４に示すように請求項１に記載の電子部品実装方法において、前記基板は少なくとも２箇所以上のダミーランドが形成され、前記位置確認用はんだは各ダミーランドに印刷され、各ダミーランドごとにダミーランドと位置認識用はんだとの位置ずれを測定することを特徴としている。

請求項５に示すように請求項４に記載の電子部品実装方法において、前記２箇所以上のダミーランドごとに測定した複数の位置ずれを平均し、その平均した位置ずれを前記マウント目標位置の補正用に使用することを特徴としている。これにより、はんだ位置認識精度を向上させることができる。

請求項６に示すように請求項４に記載の電子部品実装方法において、前記２箇所以上のダミーランドごとに測定した複数の位置ずれに基づいて前記基板の所定の基板ランドと該基板ランド上に印刷されたはんだペーストとの位置ずれを個別に算出し、前記算出した位置ずれに応じて所定の基板ランドに実装される各電子部品のマウント目標位置を個別に補正して電子部品をマウントすることを特徴としている。即ち、複数の位置ずれに基づいて基板とマスクとの平面内における回転方向のずれも認識することができ、この回転方向のずれを考慮して電子部品のマウント位置を補正することができる。

請求項７に示すように請求項１に記載の電子部品実装方法において、前記測定した位置ずれに対して、その位置ずれの１／３〜１倍だけ電子部品のマウント目標位置をはんだペースト側に補正して電子部品をマウントすることを特徴としている。印刷はんだペーストと基板ランドとが位置ずれしていると、リフロー時の溶融はんだは、基板ランド側に引き寄せられる。したがって、この溶融はんだの移動を加味して、印刷はんだペースト上に正確に電子部品をマウントせずに、位置ずれの１／３〜１倍だけ電子部品のマウント目標位置をはんだペースト側に補正することが好ましい。尚、１／３は、リフロー後の実装不良が発現しない経験値である。

請求項８に示すように請求項１又は３に記載の電子部品実装方法において、前記ダミーランドのサイズは、前記位置認識用はんだのサイズよりも大きいことを特徴としている。
これにより位置確認用はんだによって、ダミーランドの輪郭が隠れないようにすることができ、ダミーランド及び位置確認用はんだの位置確認精度を向上させることができる。

請求項９に示すように請求項１に記載の電子部品実装方法において、前記ダミーランド及び位置認識用はんだは、それぞれ外形が直線を有する形状であることを特徴としている。これにより、ダミーランド（基板）と印刷された位置確認用はんだ（マスク）との位置認識精度（特に基板とマスクとの角度ずれの認識精度）が向上する。

本発明によれば、ダミーランド上に位置確認用はんだも同時に印刷するようにしたため、このダミーランドと印刷された位置確認用はんだとの位置ずれを精度よく測定することができ、その測定結果によって電子部品のマウント位置を補正するようにしたため、リフロー工程での電子部品の実装不良の発現を防止することができる。

以下、添付図面に従って本発明に係る電子部品実装方法の好ましい実施の形態について説明する。

図１は本発明に係る電子部品実装方法における電子部品の実装手順を示すフローチャートである。

［ステップＳ１］
ステップＳ１では、メタルマスクを使用して、基板上にはんだペーストを印刷する。即ち、基板は、該基板を安定して保持できるように基板固定治具（キャリアボード）に搭載され、はんだ印刷機に搬送される。尚、基板に形成された位置決め孔は、基板固定治具の位置決めピンと係合し、これにより基板は、基板固定治具上に位置決めされるが、位置決め孔と位置決めピンとの精度やガタにより、基板の搭載位置精度にはバラツキがある。

はんだ印刷機は、基板の基板ランドに対応するマスク開口が形成されたメタルマスクを有し、このメタルマスクを基板に位置決めし、メタルマスク上にディスペンサなどではんだペーストを供給する。そして、スキージをメタルマスクの上で摺動させることにより、マスク開口にはんだペーストを充填し、その後、メタルマスクを基板から引き離すことで、基板の基板ランド上にはんだペーストを印刷する。

図２は上記はんだ印刷機によってはんだペーストが印刷された基板の平面図である。

この基板１０には、基板上の配線パターン（図示せず）と接続されている基板ランド１２が形成されるとともに、はいだ位置認識用ダミーランド（以下、単に「ダミーランド」と称す）１４が形成されている。

このダミーランド１４は、基板表面のソルダレジストから露出している銅箔部分であり、専用に形成してもよいし、予め基板に形成されている基板位置認識マークを利用してもよい。また、ダミーランド１４は、基板の周辺部の捨て基板（単基板とミシン目で接続されている捨て基板）に形成されたものでよいし、単基板に形成されたものでもよい。

上記はんだ印刷機は、基板ランド１２上にはんだペーストを印刷するとともに、ダミーランド１４にもはんだペーストを印刷する。

図２上で、２０は基板ランド１２上に印刷されたはんだペースト（印刷はんだペースト）を示し、２２はダミーランド１４上に印刷されたはんだペースト（位置認識用はんだ）を示している。また、図２上では、印刷はんだペースト２０及び位置認識用はんだ２２は、それぞれ基板ランド１２及びダミーランド１４に対して位置ずれして印刷されている場合に関して示している。この位置ずれは、基板１０とメタルマスクとの位置ずれに起因している。

図３はダミーランドと位置認識用はんだとのサイズの一例を示す図である。

同図に示すように、ダミーランド１４及び位置認識用はんだ２２とは、それぞれ正方形の形状を有しており、そのダミーランド１４の一辺をＡとし、位置認識用はんだ２２の一辺をＢとすると、両者は、Ａ＞Ｂの関係になっている。これにより、位置確認用はんだ２２によって、ダミーランド１４の輪郭が極力隠れないようにすることができる。尚、基板とメタルマスクとの位置ずれ（即ち、はんだペーストの印刷ずれ）が許容範囲内にある場合には、位置認識用はんだ２２がダミーランド１４の内側に位置するように両者のサイズを決定することが好ましい。

また、位置確認用はんだ２２の寸法Ｂは、０．３ｍｍ以上であることが好ましい。位置認識用はんだ２２（マスク開口）が、０．３ｍｍ未満の場合には、はんだペーストの抜け性が悪化するからである。尚、位置確認用はんだの形状を円形とする場合には、その代表寸法の直径を０．３ｍｍ以上とする。

［ステップＳ２］
ステップＳ２では、印刷はんだペーストの位置ずれを測定する。即ち、撮像カメラによって、図２に示したダミーランド１４とともに位置確認用はんだ２２を撮像し、この撮像によって取得した画像データからダミーランド１４の輪郭と、位置確認用はんだ２２の輪郭をそれぞれ検出する。ダミーランド１４は銅箔であるため輝度が高く、その背景の基板表面のソルダレジストは輝度が低いため、ダミーランド１４の輪郭は容易に検出することができる。同様に、ダミーランド１４と位置確認用はんだ２２との輝度差も大きいため、位置確認用はんだ２２の輪郭も容易に検出することができる。

上記のようにして検出したダミーランド１４の輪郭及び位置確認用はんだ２２の輪郭に基づいて各輪郭の中心位置Ｏ_１、及びＯ_２を求め、位置Ｏ_１に対する位置Ｏ_２のずれ量Δｘ，Δｙを算出する。

このようして測定したダミーランド１４と位置認識用はんだ２２との位置ずれ（Δｘ，Δｙ）を、基板ランド１２上における印刷はんだペースト２０の位置ずれとみなす。

上記印刷はんだペーストの位置ずれの測定は、はんだ印刷検査機で行ってもよいし、はんだ印刷機、又はマウンタに付属する測定機で行うようにしてもよい。

［ステップＳ３］
ステップＳ３では、はんだペーストが印刷された基板１０上に電子部品をマウントする。即ち、はんだペーストが印刷された基板１０は、マウンタに搬送される。マウンタは、表面実装する各電子部品を、マウンタに対して位置決めされている基板１０の基板ランド１２にマウントするための位置データ（電子部品のマウント目標位置データ）を有しており、このマウント目標位置データに基づいて表面実装部品を基板ランド１２に精度よくマウントすることができる。

このマウンタは、上記測定した印刷はんだペースト２０の位置ずれ（Δｘ，Δｙ）に基づいてマウント目標位置データを補正し、補正後のマウント目標位置データに基づいて表面実装部品をマウントする。

図４はマウンタにより表面実装部品を基板にマウントした状態を示す側面図である。同図に示すように表面実装部品３０は、基板ランド１２の位置に合わせてマウントするのではなく、印刷はんだペースト２０に合わせてマウントする。即ち、表面実装部品３０は、印刷はんだペースト２０の位置ずれ（Δｘ，Δｙ）だけマウント目標位置をずらしてマウントされる。尚、図４は、表面実装部品３０を１次元の位置ずれ（Δｘ）だけずらした状態を示しているが、位置ずれは２次元で生じる。

［ステップＳ４］
ステップＳ４では、基板１０にマウントされた表面実装部品３０のはんだ付けが行われる。即ち、表面実装部品３０がマウントされた基板１０は、リフロー炉に搬送される。リフロー炉では、所定の温度プロファイルにしたがって基板１０の加熱処理を行い、印刷はんだペースト２０を溶融及び凝固させて表面実装部品３０をはんだ付けする。

基板ランド１２に対して印刷はんだペースト２０が位置ずれしていても、表面実装部品３０を印刷はんだペースト２０に合わせてマウントするようにしたため、実装不良を低減することができ、歩留りの向上を図ることができる。

以下、本発明に係る電子部品実装方法の他の実施の形態及び変形例等について説明する。

図５は１つの基板固定治具に複数枚の基板を固定した場合に関して示している。尚、図２と共通する部分には、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図５は、１つの基板固定治具４０に４枚の同種の基板１０が搭載されている場合に関して示している。４つの基板１０の固定位置が定位置に定まらず（バラツキがあり）、各基板１０に印刷される印刷はんだペースト２０の印刷ずれやずれ方向は、それぞれ基板１０ごとに異なる。

そこで、図１のステップＳ２での印刷はんだペーストの位置ずれの測定は、基板１０ごとに行い、ステップＳ３での表面実装部品のマウント時におけるマウント目標位置の補正は、各基板ごとに測定された印刷はんだペーストの位置ずれに応じて行う。

これにより、１つの基板固定治具４０に搭載された４つの基板１０ごとに印刷はんだペースト２０の印刷ずれやずれ方向が異なっていても、印刷はんだペースト２０上に表面実装部品を精度よくマウントすることができる。

図６ははんだペーストが印刷された基板の他の実施の形態を示す平面図である。尚、図２と共通する部分には、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図６に示すように基板１０’には、２つのダミーランド１４が基板１０’の左上及び右下に形成されており、各ダミーランド１４に位置確認用はんだ２２が印刷されている。

図１のステップＳ２での印刷はんだペーストの位置ずれの測定は、２つのダミーランド１４ごとに行い、ダミーランド１４と位置確認用はんだ２２との位置ずれの２つの測定結果を得る。

このようにして測定した２つの位置ずれを平均し、その平均した位置ずれを表面実装部品のマウント目標位置の補正用に使用する。このように複数の位置ずれの平均を求めることにより、位置ずれの測定精度及び信頼性を高めることができる。

また、２箇所のダミーランド１４上で２つの位置ずれを測定することにより、基板１０とメタルマスクとの平面内における回転方向のずれも測定することができる。従って、ダミーランド１４と基板ランド１２との位置関係から、前記回転方向のずれも考慮して表面実装部品のマウント目標位置を個別に補正することができる。

尚、図６に示した実施の形態では、基板１０に２つのダミーランド１４が形成されている場合について説明したが、ダミーランドの数はこれに限らず、３個以上であってもよい。

図７はマウント目標位置を補正して表面実装部品をマウントする他の実施の形態を示す図である。

即ち、図４に示した実施の形態では、印刷はんだペースト２０のずれ量だけ表面実装部品３０のマウント位置をずらし、印刷はんだペースト２０上に表面実装部品３０をマウントしたが、図７に示す他の実施の形態では、基板ランド１２と印刷はんだペースト２０との中間の位置に表面実装部品３０をマウントするようにしている。

図７に示す例では、基板ランド１２の中心に対して印刷はんだペースト２０は、図７上で左右方向にΔｘ，上下方向にΔｙだけ位置ずれして印刷されている。

そして、表面実装部品３０をマウントする際に、マウント目標位置（基板ランド１２の位置）に対して印刷はんだペースト２０の位置ずれ（Δｘ，Δｙ）よりも少ないマウントずらし量（Ｄ_ｘ，Ｄ_ｙ）だけ表面実装部品３０をずらしてマウントする。

即ち、表面実装部品３０のマウントずらし量（Ｄ_ｘ，Ｄ_ｙ）は、印刷はんだペースト２０の位置ずれ（Δｘ，Δｙ）に対して、以下の式を満足するようにする。

（数１）
（１／３）Δｘ＜Ｄ_ｘ＜Δｘ ，（１／３）Δｙ＜Ｄ_ｙ＜Δｙ
基板ランド１２と印刷はんだペースト２０とが位置ずれしていると、リフロー時に溶融した溶融はんだは、基板ランド１２側に引き寄せられる。したがって、この溶融はんだの移動を加味して、表面実装部品３０のマウントずらし量を決めることが好ましい。尚、マウントずらし量を決定する下限側の１／３の数値は、リフロー後の実装不良発現の有無から経験的に求めた値である。

図１は本発明に係る電子部品実装方法における電子部品の実装手順を示すフローチャートである。 図２ははんだペーストが印刷された基板の一例を示す平面図である。 図３はダミーランドと位置認識用はんだとのサイズの一例を示す図である。 図４は表面実装部品を基板にマウントした状態を示す側面図である。 図５は１つの基板固定治具に複数枚の基板が固定され、はんだペーストが印刷された状態を示す平面図である。 図６ははんだペーストが印刷された基板の他の実施の形態を示す平面図である。 図７はマウント目標位置を補正して表面実装部品をマウントする他の実施の形態を説明するために用いた要部平面図である。

符号の説明

１０、１０’…基板、１２…基板ランド、１４…はんだ位置認識用ダミーランド、２０…印刷はんだペースト、２２…位置確認用はんだ、３０…表面実装部品、４０…基板固定治具

Claims (9)

1. 基板に電子部品を表面実装する電子部品実装方法において、
   電子部品を実装するための所定の基板ランドととともに、該基板ランド上に印刷されるはんだペーストの位置認識用のダミーランドとが形成された基板を使用し、
   前記基板の所定の基板ランド及びダミーランド上にはんだペーストを印刷する工程と、
   前記ダミーランドと該ダミーランド上に印刷された位置認識用はんだとの位置ずれを測定する工程と、
   前記測定した位置ずれに応じて前記所定の基板ランドに実装される電子部品のマウント目標位置を補正して電子部品をマウントする工程と、
   前記電子部品がマウントされた基板をリフロー炉にて加熱してはんだ付けする工程と、
   を備えたことを特徴とする電子部品実装方法。
2. 複数の基板を１つの基板固定治具に固定し、複数の基板に電子部品を実装する場合に、複数の基板上のダミーランドと位置認識用はんだとの位置ずれを個別に測定し、この測定した個別の位置ずれに応じて、各基板上の所定の基板ランドに実装される電子部品のマウント目標位置を個別に補正して電子部品をマウントすることを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装方法。
3. 前記位置認識用はんだの一辺、又は直径を０．３ｍｍ以上とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品実装方法。
4. 前記基板は少なくとも２箇所以上のダミーランドが形成され、前記位置確認用はんだは各ダミーランドに印刷され、各ダミーランドごとにダミーランドと位置認識用はんだとの位置ずれを測定することを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装方法。
5. 前記２箇所以上のダミーランドごとに測定した複数の位置ずれを平均し、その平均した位置ずれを前記マウント目標位置の補正用に使用することを特徴とする請求項４に記載の電子部品実装方法。
6. 前記２箇所以上のダミーランドごとに測定した複数の位置ずれに基づいて前記基板の所定の基板ランドと該基板ランド上に印刷されたはんだペーストとの位置ずれを個別に算出し、前記算出した位置ずれに応じて所定の基板ランドに実装される各電子部品のマウント目標位置を個別に補正して電子部品をマウントすることを特徴とする請求項４に記載の電子部品実装方法。
7. 前記測定した位置ずれに対して、その位置ずれの１／３〜１倍だけ電子部品のマウント目標位置をはんだペースト側に補正して電子部品をマウントすることを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装方法。
8. 前記ダミーランドのサイズは、前記位置認識用はんだのサイズよりも大きいことを特徴とする請求項１又は３に記載の電子部品実装方法。
9. 前記ダミーランド及び位置認識用はんだは、それぞれ外形が直線を有する形状であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装方法。
   

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