JP2010283032A - 表面実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に搭載した各部品の搭載状態を、高さを含めて短時間で検査する。
【解決手段】搬入された基板Ｓａを待機させるインバッファ１２と、該インバッファから搬送される基板を位置決めし、該基板に部品を搭載させるセンタバッファ１０と、該センタバッファで部品が搭載された搭載済み基板Ｓｂを、搬出されるまで待機させるアウトバッファ１４とからなる基板搬送部２を備えていると共に、前記インバッファ及びアウトバッファに、搬送される基板の形状を測定する３次元測定器２０Ａ、２０Ｂがそれぞれ配設されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、表面実装装置、特に基板上の所定位置に搭載した電子部品の搭載位置ずれや欠品、基板上への部品落下等の不具合を、簡易的に検査することができる表面実装装置に関する。

図１には、従来のマウンタ（表面実装装置）の一例を示す。このマウンタ１は、基板Ｓを搬送し、所定位置に位置決めする基板搬送部２と、位置決めされた基板Ｓに、部品供給部３から吸着ノズル４Ａにより吸着保持した電子部品を搭載するヘッド部４と、該ヘッド部４をＸ方向へ移動させるＸ移動機構５と、該Ｘ移動機構５と一体でヘッド部４をＹ方向へ移動させるＹ移動機構６とを備えている。又、ＸＹ移動されるヘッド部４には基板認識カメラ７が取付けられており、部品供給部３へはテープフィーダ等の部品供給装置８により電子部品（以下、単に部品ともいう）が供給されるようになっている。

一般に、マウンタ１では、前工程から搬送されてきた基板Ｓを搬送部２により搬入し、所定の位置に位置決め・固定し、制御装置に内蔵されている記憶部に記憶された搭載プログラム（生産プログラム）に従って、部品供給部３から部品を吸着し、基板Ｓ上の指定された目標位置に部品を搭載している。

また、マウンタは、複数台を連結し、基板を上流から下流に向けて順次搬送しながら、各マウンタにより同一基板に電子部品を搭載するライン構成で使用することも一般的に行なわれている。

以上のように単体（単独）使用であるか、複数台を連結使用するライン構成（以下、実装ラインともいう）であるかに拘わらず、マウンタでは基板に搭載した電子部品が目標位置に正しく搭載されているか否か等の搭載状態の検査が実施されており、例えばライン構成で使用するマウンタの場合であれば、その最後尾等の任意の位置に検査装置を設置し、部品の搭載状態に異常が無いか否かを検査している。

なお、このように部品の搭載状態を検査する場合、高価な専用の検査装置を設置する必要がある。そこで、例えば特許文献１では、検査装置の設置に掛かるコストを削減するとともに、検査装置へのプログラム設定等の負荷を軽減するために、搭載ヘッド部に設置されたカメラで基板上に搭載した部品を撮像し、該部品に目標位置からの搭載ずれが有るか無いかを検査している。

特公平６−１９２４６号公報

しかしながら、前記特許文献１では、ヘッド部に設置されているカメラで搭載部品を撮像しているが、通常ヘッド部に設置されているカメラは、基板上の基準マーク等を撮像する目的で設置されていることから、カメラ視野がそれほど大きなものは使用されていない。そのため、１回の撮像で通常１部品しか検査できず、大きい部品の場合は分割して撮像することになるため、全部品を検査するには搭載した部品数と同数以上の回数の撮像が必要となり、検査時間が非常に長くなることから、タクトアップ（生産効率）を妨げる原因となっているという問題があった。

又、前記のようにカメラを使用する場合、部品を上部から撮像することになるために、部品の高さが認識できないため、部品間の高さの違いまで判別できないことから、高さが違う異部品検査には不向きであるという問題もあった。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、基板に搭載した各部品について、高さの違いを含む搭載位置ずれ等の搭載状態を短時間で検査することができる表面実装装置を提供することを課題とする。

本発明は、表面実装装置において、搬入された基板を待機させるインバッファと、該インバッファから搬送される基板を位置決めし、該基板に部品を搭載させるセンタバッファと、該センタバッファで部品が搭載された搭載済み基板を、搬出されるまで待機させるアウトバッファとからなる基板搬送部を備えていると共に、前記インバッファ及びアウトバッファの少なくとも一方に、搬送される基板の形状を測定する３次元測定器が配設されているようにしたことにより、前記課題を解決したものである。

本発明は、又、前記３次元測定器がインバッファ及びアウトバッファに配設されている場合、前記インバッファに配設されている３次元測定器により部品搭載前の搬入基板を測定して取得された形状データと、搭載予定の部品のサイズ及び搭載座標を含む部品搭載データとから、搭載後に予測される基板の形状に相当する理論データを作成する演算部と、該演算部で作成された理論データを保存する記憶部と、前記アウトバッファに配設されている３次元測定器により前記搭載済み基板の形状を測定して得られる測定データと、前記記憶部に保存されている前記理論データとを比較する比較部と、を備えているようにしてもよい。

又、本発明においては、前記３次元測定器が、インバッファにのみ配設されている場合、複数連結して構成される実装ラインの先頭に配置され、アウトバッファにのみ配設されている場合、複数連結して構成される実装ラインの最後尾に配置されるようにすることが好ましい。

本発明によれば、表面実装装置が備えている基板搬送部のインバッファとアウトバッファにそれぞれ３次元測定器を配設する場合には、該基板搬送部により搬入される基板と搬出される基板について測定して取得される各３次元形状データを比較することができるため、新たに搭載した部品の搭載状態を高さの違いを含めて短時間で検査することができる。

また、マウンタのインバッファのみと、アウトバッファのみにそれぞれ３次元測定器を配設する場合には、各マウンタを、例えば実装ラインの先頭と最後尾にそれぞれ配置することにより、実装ラインにおいても同様に検査することができる。

表面実装装置（マウンタ）の外観を一部破断して示す概略斜視図 本発明に係る一実施形態の表面実装装置が備えている基板搬送部の概略を示す平面図 上記基板搬送部の概略を示す側面図 本実施形態の検査機構が備えている制御装置の概要を示すブロック図 本実施形態による検査の特徴を示すイメージ図 実施例１の単体検査時における処理手順を示すフローチャート 部品搭載データと許容誤差の例を示す図表 搬入基板の実測データ、作成される理論データ及び搭載結果の関係を示すイメージ図 実施例２の前工程検査における処理手順を示すフローチャート 実施例３の計測精度指定検査における処理手順を示すフローチャート 計測精度と搬送速度の関係を示す図表 実施例４に適用される実装ラインを示す説明図

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。

図２には、本発明に係る一実施形態のマウンタ（表面実装装置）が備えている基板搬送部の平面図、図３にはその側面図の概要を示す。

本実施形態のマウンタの全体構成の概要は、前記図１に示したものと実質的に同一である。従って、以下、共通する部分には同一の符号を使用して説明する。

本実施形態において、基板搬送部２は、マウンタ１に搬入された基板Ｓを搬送し、位置決め固定して、該基板Ｓに部品を搭載するセンタバッファ１０と、該センタバッファ１０で部品を搭載しているときに、次の基板を待機させるインバッファ１２と、センタバッファ１０で部品の搭載が完了した搭載済み基板を、下流工程への搬出が可能になるまで待機させるアウトバッファ１４の３つのバッファで構成されている。各バッファ１０〜１４は、いずれも対向配置されたコンベア（レール）からなり、各コンベアは独立したモータにより駆動制御されており、各モータの速度や加減速度は、それぞれ基板を所望の速度で搬送できるように任意に設定可能になっている。

また、インバッファ１２には、基板Ｓの搬入を検知するインセンサ１２Ａと、待機基板を検知するウエイトセンサ１２Ｂが、センタバッファ１０には、所定位置に位置決め固定されている搬入基板Ｓａを検知するストップセンサ１０Ａが、又、アウトバッファ１４には、搭載済み基板Ｓｂを検知するアウトセンサ１４Ａが、それぞれ配設されている。

また、本実施形態においては、インバッファ１２とアウトバッファ１４にそれぞれ添え字Ａ、Ｂを付して区別する３次元測定器２０が配設されている。

この３次元測定器２０は、レーザを被測定物（基板）に照射する発光部２１と、該発光部２１から照射されたレーザの反射光を受光する受光部２２とを備え、該受光部２２により受光される被測定物上のレーザ照射位置からの反射光から、該照射位置（反射面）における被測定物の高さが測定可能になっている。

また、この発光部２１から発光されるレーザは、基板Ｓの搬送方向Ｘに直交するＹ方向に走査され、走査時に受光部２２に受光されるレーザの反射光から、走査方向における被測定物の３次元（高さ）データが取得可能になっている。

更に、発光部２１からのレーザ走査時に基板Ｓを搬送方向Ｘに移動させながらレーザ反射光を受光部２２で受光することにより、その受光データから基板Ｓの平面方向全体について３次元形状データを取得することが可能になっている。

図４には、本実施形態のマウンタに採用されている検査機構を実現している制御装置３０の要部を示す。

この制御装置３０は、マウンタ全体を制御する主制御装置（図示せず）に含まれており、前記３次元測定器２０Ａ、２０Ｂの各発光部２１によるレーザ検査を制御するとともに、各受光部２２による測定結果が入力されるようになっており、又、各バッファを構成するコンベアを駆動するインバッファ１２、センタバッファ１０、アウトバッファ１４用の各駆動モータ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを制御すると共に、各モータからエンコーダ信号が入力されるようになっている。

そして、この制御装置３０は、前記インバッファ１２に配設されている３次元測定器２０Ａにより測定して取得される搬入基板Ｓａの３次元形状データと、予め生産プログラムに設定されている部品搭載データとから、搭載後に予測される基板の形状に相当する理論データを作成する演算部３１と、該演算部３１で作成された理論データを保存する記憶部３２とを備えている。

また、前記アウトバッファ１４に配設されている３次元測定器２０Ｂにより前記搭載済み基板Ｓｂの形状を実際に測定して得られる測定データと、予め作成して記憶部３２に保存されている前記理論データとを比較する比較部３３とを備えている。

以上のように本実施形態においては、基板Ｓを搬送する搬送部２を構成するインバッファ１２とアウトバッファ１４とに、それぞれ３次元測定器２０Ａ、２０Ｂを配設することにより、マウンタ内の基板の搬入側と搬出側にそれぞれ検査機構が構築されている。

従って、インバッファ１２に基板Ｓａが搬入され、所定速度で待機位置まで送られる際、該基板Ｓａに対して送り方向に直交する方向にレーザを走査させて３次元測定器２０Ａによりデータを取得することができる。

また、センタバッファ１０において搬入された基板Ｓａに部品を搭載した後、アウトバッファ１４から搭載済み基板Ｓｂを搬出するときに、搬出側の３次元測定器２０Ｂにより搬入時と同様にデータを取得する。なお、３次元測定器２０Ａ、２０Ｂにおいて、受光部２２により受光されるレーザ走査光から３次元形状データを取得することは、一般的に行なわれているので、詳細な説明は省略する。

インバッファ１２、アウトバッファ１４でそれぞれレーザの走査毎に取得されたデータは、駆動モータによる基板の送りと同期させ、各走査位置のデータをそれぞれ合成することにより、各バッファ１２、１４位置で同一寸法の３次元形状データを生成することが可能となっている。

そして、インバッファ１２で取得された３次元形状データと部品搭載データとから前記演算部３１で理論データを作成し、該理論データとアウトバッファ１４で実測により取得された３次元形状データとを比較することにより、センタバッファ１０で搭載した部品について、図５（Ａ）にイメージを示す部品高さの違いと共に、同図（Ｂ）に点線で示す部品の有無や目標位置からのずれ等を判定することができる。

以上のように、本実施形態によれば、部品搭載前後の３次元形状データを利用して部品の搭載状態を検査するようにしたことにより、基板への部品の搭載タクトに影響を及ぼすことのない検査機能を実現している。

以下、本実施形態の表面実装装置の作用を、具体例を挙げて説明する。

（実施例１）
マウンタ単体での検査を、図６のフローチャートに従って行なう。

マウンタ１は、制御装置３０の内部の記憶部３２に、図７の表１に示すような搭載する部品のサイズ等の部品データや搭載位置（座標）等が保存された搭載プログラムを保持している。なお、表１の部品データには、より安定した精度の高い検査が実施できるようにするために、部品サイズに対する認識結果の誤差許容範囲（閾値）を追加してある。

マウンタ１において、基板Ｓａがセンタバッファ１０に搬入され、位置決めされると、搭載ヘッド４に設置されたカメラ７で基板マークを撮像して基板Ｓａの設定位置を確認し、該基板Ｓａの上に搭載プログラムに従って部品を搭載していく。以下、これを具体的に説明する。

まず、この実施例１では、ステップ１の基板搬入が開始されると、インバッファ１２にて搬入基板Ｓａの形状を３次元測定器２０Ａにより測定して３次元形状データ（図中、３次元データ）を取得し（ステップ１）、取得したデータに搭載する予定の部品搭載データを追加した理論データを内部の演算部３１で作成する（ステップ２）。

図８（Ａ）には、ステップ１で取得された３次元形状データに相当する搬入基板Ｓａの形状のイメージを、同図（Ｂ）には、該搬送基板Ｓａの３次元形状データに、搭載予定の部品搭載データを追加して作成した理論データに相当する、搭載完了時の基板状態のイメージを、それぞれ平面図で示す。なお、この図８（Ｂ）で長丸で囲んだものが搭載予定部品に相当する。

理論データの作成が終了した後、基板Ｓａをセンタバッファ１０に搬入し、位置決めした後、搭載プログラムに従って予定されている部品の搭載を実行する（ステップ３）。

ステップ３の部品搭載が完了すると、部品搭載後の搭載済み基板Ｓｂをマウンタから搬出することになるが、その際に再度アウトバッファ１４でその基板Ｓｂ上の部品の位置と高さを３次元測定器２０Ｂにより測定し、新たに搭載された部品に関する測定データを取得し（ステップ４）、該実測データを演算部３１で作成した前記理論データと比較した際の差異により搭載部品の検査を行なう（ステップ５）。

ステップ５で比較した結果、取得された実測データと理論データとの間に差異があった場合、その差異に基づいて基板上の搭載部品に発生している障害の種類（部品の位置ずれ、欠品、誤搭載等）の詳細情報を対象部品名とともに取得し（ステップ６）、これら障害情報とともに警告メッセージを警告画面に表示し（ステップ７）、不良基板としてその搬出を停止する。因に、図８（Ｃ）、（Ｄ）には、誤搭載と欠品があると判定された場合の実測データに相当するイメージを、それぞれ平面図で示す。これらの判定は、例えば各図の破線部における断面図（高さ情報）と、同図（Ｂ）の対応する断面図とを比較して行なうことができる。

また、その表示等に前記ステップ６で取得された不具合の発生した部品名と詳細情報を記録し、不具合発生部品の一覧表示を可能とするとともに、検査した結果、予め設定した指定回数以上に位置ずれや誤搭載が発生した部品が存在する場合には、自動的に搭載時の速度を変更し（ステップ８、９）、次の基板に対しては搭載時の該当する部品に位置ずれが発生しないように自動制御が行なわれるようになっている。

一方、ステップ５で差異が無かった場合には、搭載済み基板Ｓｂを搬出する（ステップ１０）。以上のステップ１〜１０の各手順の処理を、各基板毎に実行する。

（実施例２）
前工程までの検査を、図９のフローチャートに従って行なう。

前記図６のフローチャートに手順を示した実施例１では、マウンタ１に搬入された基板を基準に搭載すべき座標に部品が搭載されているか否かを搬出時に検査していた。ところが、マウンタ１に搬入された基板に前工程で搭載した部品に、既に搭載ずれが発生してしまっている場合には、それを基準に部品を搭載することは、必然的に不良品を生産することになり、廃棄部品を増やしてしまう結果になる。

そこで、この実施例２では、前工程までの搭載状況が正常であるか否かをセンタバッファ１０にて部品を搭載する前に検査する。

先ず、生産開始前に、前工程で正常に搭載された基板を用意できる場合にそれをインバッファ１２に搬入し、その形状を３次元測定器２０Ａにより測定して基準データとして記憶部３２に保存する。

次いで、生産を開始する。生産開始時には、基準データが登録（保存）されているか否かの確認を行ない（ステップ１１）、基準データが登録されていない場合は１枚目の基板をインバッファ１２で３次元測定器２０Ａにより測定してデータを取得し、その３次元形状データ（図中、基板データ）を基準データとして記憶部３２に保存する（ステップ１２、１３）。

ステップ１１で既に基準データが登録されている場合や、ステップ１２で２枚目以降の基板であるために既に基準データが登録されている場合は、前記実施例１の場合と同様に基板搬入時にインバッファ１２で３次元形状データを取得し（ステップ１４）、その基板をセンタバッファ１０へ搬入し、位置決めする（ステップ１５）。

この基板搬入時に、前工程の検査を実施する設定となっている場合は、基準データとインバッファ１２で取得した３次元形状データとを照合する比較検査を行なう（ステップ１６でＹｅｓ）。検査結果が閾値以上であれば（ステップ１７でＹｅｓ）、エラー表示を行ない、その基板へは部品を搭載しない（ステップ１８）。

一方、ステップ１６では前工程の検査を行なわない設定になっている場合や、ステップ１７で検査結果が閾値未満であった場合は、部品の搭載を行なう（ステップ１９）。

なお、以上の前工程までの検査に使用する基準データの取得方法としては、前述した３次元形状データを正常基板から実際に取得する方法の他に、ＣＡＤデータを読み込んだり、マウンタの制御装置で搭載プログラムにある情報からデータを作成する方法を採用してもよい。又、前記ステップ１６の検査（照合）は、センタバッファ１０へ搬入する前に行なってもよい。

（実施例３）
基板毎に測定精度の設定を、図１０のフローチャートに従って行なう。

レーザ走査式の３次元測定器は、レーザ走査位置を通過する被測定物の速度により測定精度が決められている。そのため、高精度な３次元形状データを取得する場合には搬送速度を遅くしなければならないが、常に高精度な３次元形状データを取得していると搬送タクトが大きくなり、搭載タクトとのバランスが崩れて生産タクトが低下することになるという問題がある。

そこで記憶部３２に、図１１に示すような測定精度と搬送速度の関係を規定する速度テーブル（表２）を予め作成して保持しておく。ユーザーは、生産する基板や部品のサイズに対して予め決めてある速度と上記速度テーブルとの関係から測定精度を設定する。又、ここでは、速度テーブルによる設定を、搬送方向に沿った基板のエリア毎に設定可能になっている。

マウンタは、搬入される基板に関するデータから、搬入前に搬送速度を記憶部３２に登録されている速度テーブルから取得し（ステップ２１）、測定精度を考慮して速度変更を行ない（ステップ２２）、指定された精度での３次元形状データを取得する（ステップ２３）。又、速度テーブルを搬送方向に沿った基板のエリア毎に設定されている場合には（ステップ２４でＹｅｓ）、対応する基板の移動量毎に搬送速度を変更しながら、エリア毎に異なった精度での検査を実行する（ステップ２５）。

このようにエリア毎に異なった精度でのデータ取得を可能とすることにより、基板に搭載する部品に対して、３次元形状データを取得する際のタクトを従来に比べて低減しながら、最適なデータを取得して検査することが可能となる。

（実施例４）
実装ラインに適用して検査を行なう。

複数のマウンタを連結してラインを構成してサーバ（上位計算器）で生産状態を管理する実装ラインの場合、サーバはライン全体の搭載プログラムを管理しているため、任意の位置で搭載状態の検査を行なうことが可能となる。

図１２には、前記図２、図３に要部を示した本実施形態のマウンタ１を４つ連結して構成したマウンタＡ〜Ｄで示す実装ラインをサーバ４０で管理している例を示す。

この例では、マウンタＡを搬入時検査装置、マウンタＤを搬出時検査装置として機能ささせる。マウンタＡは搬入される基板を３次元測定器により測定（検査）して、取得された３次元形状データを、基準データとしてサーバ４０に送信する。サーバ４０は、受信したデータにマウンタＡ〜Ｄが搭載する予定の部品情報を追加し、マウンタＤで搭載が完了した時の理論データを作成しマウンタＤに送信する。マウンタＤは搭載完了後、サーバ４０より受信した理論データと、搬出する基板を実測した基板データとを比較して検査を実施する。

検査結果はサーバ４０に送られ、指定回数以上に部品ずれが発生した部品は、それを搭載しているマウンタに対して搭載速度の変更指令をサーバ４０から出す。これにより、各マウンタでは検査を行なう必要が無くなるため、検査時間の短縮が可能となる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。

（１）マウンタ自体が、搭載した部品の搭載位置ずれ、欠品、異部品の検査を、生産タクトを低下させずに行なうことができる。

（２）搭載位置ずれの発生頻度が高い部品に対する搭載速度を自動的に制御することにより、搭載位置ずれの発生頻度を低減することが可能になり廃棄部品の低減が実現できる。

（３）前工程までの搭載状況を検査し、搬入基板の良・不良をマウンタ自体が判断できるため、不良基板への無駄な搭載を減らすことができ、廃棄部品の低減が行なえる。

（４）検査レベル（搬送速度）、タイミング（搬送方向に沿ったエリア）を任意に設定可能であるため、検査時間の増加による基板搬送の効率低下を防止することができる。

なお、前記図２、図３に示した実施形態のマウンタでは、レーザ検査装置（３次元測定器）２０を搬送部内のインバッファ１２とアウトバッファ１４の両方に組み込んだが、これに限定されず、いずれか一方のみに組み込んでもよい。これにより、前記図１２に示した実装ラインであれば、先頭のマウンタＡのインバッファにのみ、最後尾のマウンタＤのアウトバッファにのみ、それぞれ３次元測定器２０を組み込み、マウンタＢ、Ｃは従来と同様に組み込まない構造にすることにより、検査が必要なところにのみ検査機構を設置でき、コストを抑える事も可能となる。

２…基板搬送部
１０…センタバッファ
１２…インバッファ
１４…アウトバッファ
２０（Ａ、Ｂ）…３次元測定器
２１…発光部
２２…受光部
３０…制御装置
３１…演算部
３２…記憶部
３３…比較部
４０…サーバ

Claims (4)

1. 搬入された基板を待機させるインバッファと、該インバッファから搬送される基板を位置決めし、該基板に部品を搭載させるセンタバッファと、該センタバッファで部品が搭載された搭載済み基板を、搬出されるまで待機させるアウトバッファとからなる基板搬送部を備えていると共に、
   前記インバッファ及びアウトバッファの少なくとも一方に、搬送される基板の形状を測定する３次元測定器が配設されていることを特徴とする表面実装装置。
2. 前記３次元測定器がインバッファ及びアウトバッファに配設されている場合、
   前記インバッファに配設されている３次元測定器により部品搭載前の搬入基板を測定して取得された形状データと、搭載予定の部品のサイズ及び搭載座標を含む部品搭載データとから、搭載後に予測される基板の形状に相当する理論データを作成する演算部と、
   該演算部で作成された理論データを保存する記憶部と、
   前記アウトバッファに配設されている３次元測定器により前記搭載済み基板の形状を測定して得られる測定データと、前記記憶部に保存されている前記理論データとを比較する比較部と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の表面実装装置。
3. 前記３次元測定器がインバッファにのみ配設されている場合、複数連結して構成される実装ラインの先頭に配置されることを特徴とする請求項１に記載の表面実装装置。
4. 前記３次元測定器がアウトバッファにのみ配設されている場合、複数連結して構成される実装ラインの最後尾に配置されることを特徴とする請求項１に記載の表面実装装置。

Images