JP3656533B2 - 電子部品実装装置および電子部品実装方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を基板に実装する電子部品実装装置および電子部品実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年電子部品の小型化や実装密度の高度化に伴って、基板の電極に電子部品を実装する際の位置精度も高度化している。例えば、０．６ｍｍ×０．３ｍｍ程度の微小サイズの電子部品が既に実用化されており、このような電子部品の実装に際しては、きわめて高い実装位置精度が求められる。このため、従来より移載ヘッドを駆動して電子部品を基板上に形成された電極に搭載する際には、電子部品が電極に正しく位置合わせされるように、基板に設けられた認識マークを認識することにより電極位置を特定するようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような微小サイズの電子部品の実装には、以下に説明する実装位置精度上の問題があり、実装後の不具合を招く原因となっていた。以下、従来の微小電子部品を対象とした実装方法について図面を参照して説明する。図５は、従来の電子部品実装方法の工程説明図である。図５（ａ）において、基板１には電子部品が半田接合される多数の電極１ａが設けられている。電極１ａ上には電子部品実装工程に先立ってクリーム半田Ｓが印刷されており、実装工程においては基板１のコーナ部に設けられた認識マーク１ｂを認識することにより実装位置データに基づいて各電極１ａの位置が特定され、この電極１ａに対して電子部品２が搭載される。
【０００４】
ところで、基板１の電極１ａに印刷されたクリーム半田Ｓの印刷位置は、基板１やスクリーンマスクの経時変形により必ずしも電極１ａの位置とは完全に一致しておらず、図５（ａ）に示すように多少の位置ずれｄを示す場合がある。この状態で前述のように電極１ａの位置を基準として電子部品２が搭載されると、図５（ｂ）に示すように電子部品２の端子の中心線は印刷されたクリーム半田Ｓに対して位置ずれを生じた状態となる。
【０００５】
そしてこのまま基板１がリフロー工程に送られて加熱されると、クリーム半田Ｓの溶融過程において図５（ｃ）に示すように電子部品２のθ方向の回転移動が発生する場合がある。この現象は、電子部品２の端子の中心線に対してクリーム半田Ｓの接触部位の分布が不均一となっていることに起因するものであり、半田接合過程において溶融半田が端子表面を濡れ広がる際の表面張力による吸引力が、電子部品２の中心線に対して非対称に働くことにより生じる。そしてこの状態でクリーム半田Ｓが固化すると、θ方向の位置ずれがそのまま残留する実装不良となる。このように従来の電子部品実装方法には、半田印刷時の位置ずれに起因して実装不良が発生するという問題点があった。
【０００６】
そこで本発明は、電子部品実装時の半田印刷位置ずれに起因する実装不良を防止することができる電子部品実装装置および電子部品実装方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電子部品実装装置は、移載ヘッドによって電子部品の供給部から電子部品をピックアップし基板に実装する電子部品実装装置であって、前記基板を移載ヘッドに対して相対的に位置決めする位置決め手段と、前記基板の各電極に対して印刷された半田の位置から、一対の電極に対して印刷された一対の半田の重心位置を測定する半田印刷位置測定手段と、前記測定結果を記憶する半田印刷位置測定結果記憶部と、この測定結果に基づいて、前記一対の電極に対する前記移載ヘッドによる電子部品の実装動作における実装座標を、前記重心位置とする実装座標演算手段と、この実装座標に基づいて前記位置決め手段を駆動する制御部とを備えた。
【０００８】
請求項２記載の電子部品実装方法は、移載ヘッドによって電子部品の供給部から電子部品をピックアップし基板に実装する電子部品実装方法であって、前記基板の各電極に対して印刷された半田の位置から、一対の電極に対して印刷された一対の半田の重心位置を測定する工程と、前記測定結果を記憶させる工程と、この測定結果に基づいて、前記一対の電極に対する前記移載ヘッドによる電子部品の実装動作における実装座標を、前記重心位置とする工程と、この実装座標に基づいて基板を移載ヘッドに対して相対的に位置決めする位置決め手段を制御することにより電子部品を基板に実装する工程と、リフロー工程における溶融した半田のセルフアライメント効果によって電子部品を電極に引き寄せて電極に対して正しい位置に半田接合する工程とを含む。
【０００９】
本発明によれば、半田印刷位置測定結果に基づいて移載ヘッドによる電子部品の実装動作における実装座標を演算し、この実装座標に基づいて基板を移載ヘッドに対して相対的に位置決めすることにより、搭載状態において電子部品と印刷された半田との位置ずれが発生せず、この位置ずれに起因してリフロー時に発生する実装不良を防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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電子部品実装装置の平面図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の実装座標データ作成処理のフロー図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工程説明図である。
【００１１】
まず図１を参照して電子部品実装装置の構造を説明する。図１において、電子部品の供給部３には電子部品を供給するパーツフィーダ４が多数個並設されている。パーツフィーダ４は図外のフィーダベースに装着され、送りねじ５を回転駆動することにより横方向へ移動する。
【００１２】
供給部３の手前側にはロータリーヘッド６が配設されている。ロータリーヘッド６は主軸Ｏの廻りでインデックス回転し、その円周上には複数基の移載ヘッド７が備えられている。移載ヘッド７は図示しない複数の吸着ノズルを備えている。吸着ステーションのピックアップ位置Ｐに位置している状態で移載ヘッド７が昇降動作を行うことにより、パーツフィーダ４から電子部品２をピックアップする。このとき、送りねじ５によりパーツフィーダ４を横移動させることにより、所望の電子部品をピックアップすることができる。
【００１３】
移載ヘッド７はロータリヘッド６の主軸Ｏを中心とする円周上に配設されており、移載ヘッド７は図示しない駆動機構によってその軸心（ヘッド回転中心）廻りに回転する。この回転により移載ヘッド７に設けられた複数の吸着ノズルの選択や、吸着ノズルに保持された電子部品の水平回転方向の角度設定などを行う。
【００１４】
ピックアップ位置Ｐでピックアップされた電子部品は、ロータリーヘッド６のインデックス回転により矢印ａ方向に順次移動する。移動途中には高さ計測ステーション８が設けられている。高さ計測ステーション８では、移載ヘッド７に保持された状態の電子部品の高さを計測する。
【００１５】
高さ計測ステーション８に隣接して部品認識ステーション９が設けられている。移載ヘッド７の吸着ノズルに保持された電子部品は、部品認識ステーション９において図示しないカメラによって下方から撮像される。そしてこの撮像結果を画像処理することにより、電子部品の平面視した寸法、すなわち長さや幅寸法が検出される。
【００１６】
ロータリーヘッド６の手前側にはＸＹテーブル１１が配設されている。ＸＹテーブル１１は基板１を水平方向に位置決めする。したがって、ＸＹテーブル１１は、基板１を移載ヘッド７に対して相対的に位置決めする位置決め手段となっている。部品認識ステーション９から移動した移載ヘッド７が基板１上に位置する実装ステーションの実装位置Ｍに到達し、そこで昇降動作を行うことにより、電子部品２を基板１に実装する（図４参照）。
【００１７】
ＸＹテーブル１１に隣接してカメラ１３が配設されている。ＸＹテーブル１１を駆動して基板１をカメラ１３の下方まで移動させ、任意の認識点をカメラ１３の下方に位置させて認識点を撮像することにより、認識対象の位置や形状を検出することができる。すなわち、基板１に形成された認識マーク１ｂの位置や電子部品が接合される電極１ａの位置が検出されると共に、電極１ａ上に印刷されたクリーム半田Ｓを撮像することにより、電極１ａに対するクリーム半田Ｓの位置ずれを検出することができる。
【００１８】
次に図２を参照して電子部品実装装置の制御系の構成を説明する。図２において、制御部２０はＣＰＵであり、電子部品実装装置全体の動作や演算処理を制御する。実装位置データ記憶部２１は実装される電子部品の実装点の位置を示す実装座標を記憶する。半田印刷位置測定部２２は基板認識用のカメラ１３によって各電極位置を撮像して得られた画像データから、各電極上に印刷されたクリーム半田Ｓの位置を測定し、基板１の認識マーク１ｂに対する相対位置座標データとして出力する。半田印刷位置測定結果記憶部２３は、半田印刷位置の測定結果を記憶する。
【００１９】
そして制御部２０は記憶された半田印刷位置測定結果を読み出し、この半田印刷位置に基づいて電子部品の実装座標を演算する。すなわち制御部２０は、実装座標演算手段となっている。演算された実装座標は実装位置データ記憶部２１に送られ、これにより実装座標が更新される。すなわち、当初は設計データ上での電極の位置座標に基づいて決定された実装座標が記憶されており、半田印刷位置測定後に測定結果に基づき実装座標を上書きする形でデータ更新される。テーブル駆動部２４は基板を保持して移動させるＸＹテーブル１１を駆動する。このＸＹテーブル１１の駆動は、上述の実装座標に基づき制御部２０によってテーブル駆動部２４を制御することによって行われる。
【００２０】
この電子部品実装装置は上記のように構成されており、以下、この電子部品実装装置による実装方法について図３、図４を参照して説明する。ここでは、前工程でクリーム半田Ｓが印刷された基板を対象として電子部品を実装するに際し、予め各電極毎にクリーム半田Ｓの印刷位置を測定し、この印刷位置測定結果に基づいて実装位置を決定するものである。
【００２１】
まず図３において、半田印刷後の基板１をＸＹテーブル１１に載置する（ＳＴ１）。次いで基板１の認識マーク１ｂ（図４参照）をカメラ１３で撮像し、基板１の位置を認識する（ＳＴ２）。次にＸＹテーブル１１を駆動して印刷位置測定対象の電極１ａをカメラ１３の下方に位置させ（ＳＴ３）、カメラ１３で電極１ａを撮像して画像データを取得する（ＳＴ４）。この各電極１ａ撮像時のＸＹテーブル１１の移動には、予め設計データに基づいて作成され実装位置データ記憶部２１に記憶された実装位置が用いられる。
【００２２】
次いで、求められた画像データに基づいて、図４（ａ）に示すように電極１ａ上に印刷されたクリーム半田Ｓの印刷位置を、認識マーク１ｂに対する印刷点Ａ（１対の電極１ａに印刷されたクリーム半田Ｓの重心位置）の相対座標ｘａ，ｙａとして測定する（ＳＴ５）。この位置認識は半田印刷位置測定部２２によって行われる。
【００２３】
この後、次測定対象の電極１ａの有無が判断され（ＳＴ６）、次測定対象があればＳＴ３に戻って半田印刷位置の測定を反復し、ＳＴ６にて全ての測定対象について測定完了と判断されたならば、半田印刷位置の測定結果を半田印刷位置測定結果記憶部２３に記憶させる（ＳＴ７）。そして求められた半田印刷位置測定結果に基づいて、実装動作時に用いられる実装位置データを作成し、実装位置データ記憶部２１に記憶させる（ＳＴ８）。これにより、半田印刷位置ずれを加味した実装位置データ作成処理を完了する。
【００２４】
次いで、半田印刷位置測定完了の基板１に対して実装動作が開始される。ここでは、各電極１ａに電子部品２を搭載する際に、前述の半田印刷位置測定結果に基づいて作成された実装座標に従って電子部品２が搭載される。すなわち、図４（ｂ）に示すように印刷されたクリーム半田Ｓが電極１ａに対して位置ずれを生じている場合には、電子部品２は電極１ａそのもの位置ではなくクリーム半田Ｓの印刷点Ａを目標位置として搭載される。したがって搭載された電子部品２の端子２ａは、電極１ａに対しては位置ずれ状態にあるものの、クリーム半田Ｓに対して位置ずれを生じることなく搭載される。
【００２５】
そしてこの後、各電極位置に電子部品が搭載された基板１はリフロー工程に送られ、ここで加熱されることによりクリーム半田Ｓが溶融して、電子部品２の端子２ａは電極１ａに半田接合される。このとき、加熱前には電極１ａに対して位置ずれ状態にあった端子２ａは、クリーム半田Ｓが溶融する際のセルフアライメント効果、すなわち溶融半田が電極１ａ表面に沿って濡れ広がる作用によって、電極１ａに引き寄せられ、図４（ｃ）に示すように電極１ａに対して正しい位置・姿勢で、位置ずれを生じることなく半田接合される。
【００２６】
このリフロー過程において、前述のように端子２ａと印刷されたクリーム半田Ｓとの間の位置ずれが生じないように実装座標が設定されることから、電子部品２を回転方向に移動させるような外力が作用せず、セルフアライメント効果が妨げられることがない。
【００２７】
上記説明したように、本実施の形態では、実装位置データの作成を実物基板における半田印刷位置の測定結果に基づいて行うようにしている。これにより、基板上での半田印刷位置のばらつきに起因する電子部品の実装位置ずれを防止することができ、高い実装精度を要する微小サイズの電子部品を実装対象とする場合においても、半田接合後の電子部品の位置ずれを防止して実装不良を減少させることが可能となる。
【００２８】
なお本実施の形態においては、電子部品実装装置に備えたカメラによって半田印刷位置測定を行う例を示しているが、スクリーン印刷装置に備えられた検査機能を用いて、または専用の外観検査装置によって予め半田印刷位置を測定するようにしてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、半田印刷位置測定結果に基づいて移載ヘッドによる電子部品の実装動作における実装座標を演算し、この実装座標に基づいて基板を移載ヘッドに対して相対的に位置決めするようにしたので、搭載状態において電子部品と印刷された半田との位置ずれが発生せず、この位置ずれに起因してリフロー時に発生する実装不良を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図
【図３】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の実装座標データ作成処理のフロー図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工程説明図
【図５】従来の電子部品実装方法の工程説明図
【符号の説明】
３ 供給部
７ 移載ヘッド
１３ カメラ
２１ 実装位置データ記憶部
２２ 半田印刷位置測定部
２３ 半田印刷位置測定結果記憶部

Claims (2)

  1. 移載ヘッドによって電子部品の供給部から電子部品をピックアップし基板に実装する電子部品実装装置であって、前記基板を移載ヘッドに対して相対的に位置決めする位置決め手段と、前記基板の各電極に対して印刷された半田の位置から、一対の電極に対して印刷された一対の半田の重心位置を測定する半田印刷位置測定手段と、前記測定結果を記憶する半田印刷位置測定結果記憶部と、この測定結果に基づいて、前記一対の電極に対する前記移載ヘッドによる電子部品の実装動作における実装座標を、前記重心位置とする実装座標演算手段と、この実装座標に基づいて前記位置決め手段を駆動する制御部とを備えたことを特徴とする電子部品実装装置。
  2. 移載ヘッドによって電子部品の供給部から電子部品をピックアップし基板に実装する電子部品実装方法であって、前記基板の各電極に対して印刷された半田の位置から、一対の電極に対して印刷された一対の半田の重心位置を測定する工程と、前記測定結果を記憶させる工程と、この測定結果に基づいて、前記一対の電極に対する前記移載ヘッドによる電子部品の実装動作における実装座標を、前記重心位置とする工程と、この実装座標に基づいて基板を移載ヘッドに対して相対的に位置決めする位置決め手段を制御することにより電子部品を基板に実装する工程と、リフロー工程における溶融した半田のセルフアライメント効果によって電子部品を電極に引き寄せて電極に対して正しい位置に半田接合する工程とを含むことを特徴とする電子部品実装方法。
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