JP3656542B2 - 電子部品実装システムおよび電子部品実装方法 - Google Patents

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システム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、近年普及が著しい携帯電話などの小型機器では、０．６ｍｍ×０．３ｍｍ程度の微小サイズの電子部品が０．１ｍｍ程度の狭ピッチで多数実装される。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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような微小サイズの電子部品の実装においては、実装品質の管理に特段の考慮が求められる。すなわち製造された実装基板は、種々の使用状態において不具合なく使用できるよう、品質が保証されなければならないため、実装後の基板に対して機能検査が行われる。そして検査の結果不良と判定されたものは補修の対象となるが、従来よりこの補修作業は主に手作業で行われ、検査によって特定された不良部品を取り外したのちに、新たに正常な部品を実装する作業が行われる。
【０００４】
しかしながら、上述の微小部品が高密度で実装された実装基板では、実装基板として完成した後に不良と判定されたものに対して上述の補修作業を行うことがきわめて難しい。このため、実装完成後の検査によって不良と判定されたものの大部分は、廃棄処理を余儀なくされる場合が多く、高集積度で高価な電子部品を無駄にすることとなっていた。
【０００５】
このような不良は、電子部品実装用装置において装置各機構部の微調整状態が経時的に変化することによって生じるほか、各機構部に用いられている部品自体が劣化して、動作異常を招いた場合にも発生する。前者は一般に各装置において設定される制御パラメータを装置状態に合わせて更新することによって実装精度を維持することが可能であるが、後者の場合には部品そのものの交換を必要とする場合が多く、部品交換のための保守作業を必要とする。
【０００６】
しかしながら従来はこのような機構部の部品の劣化状態を明確な指標で知ることができず、専ら熟練作業者が装置稼働状態での何らかの異常を発見することにより、部品劣化の予兆であるか否かを判定して保守点検の要否を決定していた。このため予知されることなく動作異常が生じた場合には、発見されるまでに多量の不良品を発生させる場合が多く、多大の損害と特急の保守点検作業を余儀なくされていた。
【０００７】
そこで本発明は、実装システムを構成する各実装用装置の状態を常に把握し、動作異常を事前に察知して不良による無駄を排除することができる電子部品実装システムおよび電子部品実装方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【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システムは、複数の電子部品実装用装置を連結して構成さ
れ基板に電子部品を実装して実装基板を製造する電子部品実装システムであって、前記基板に形成された電子部品接合用の電極に半田を印刷する印刷装置と、印刷された半田の位置を検出し位置検出結果を半田位置データとして出力する半田位置検出機能を有する第１の検査装置と、搭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前記半田が印刷された基板に搭載する電子部品搭載装置と、搭載された電子部品の位置を検出し位置検出結果を部品位置データとして出力する部品位置検出機能を有する第２の検査装置と、前記半田位置データ、部品位置データに基づいて、前記印刷装置、電子部品搭載装置の動作状態の異常の有無を判定しその旨報知する異常判定手段を備え、前記異常判定手段は、前記半田位置データまたは部品位置データの正規位置に対する位置ずれ量のばらつき範囲が許容範囲を超えている場合に前記動作状態を異常と判定する。
【０００９】
請求項２記載の電子部品実装方法は、複数の電子部品実装用装置を連結して構成された電子部品実装システムによって基板に電子部品を実装して実装基板を製造する電子部品実装方法であって、印刷装置により前記基板に形成された電子部品接合用の電極に半田を印刷する印刷工程と、第１の検査装置によって印刷された半田の位置を検出し位置検出結果を半田位置データとして出力する半田位置検出工程と、電子部品搭載装置の搭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前記半田が印刷された基板に搭載する搭載工程と、第２の検査装置によって搭載された電子部品の位置を検出し位置検出結果を部品位置データとして出力する部品位置検出工程とを含み、前記各工程実行時において、前記半田位置データまたは部品位置データの正規位置に対する位置ずれ量のばらつき範囲が許容範囲を超えている場合に、前記印刷装置または実装装置の動作状態を異常と判定しその旨報知する。
【００１０】
本発明によれば、電子部品実装システムの実装過程における印刷工程、半田位置検出工程、実装工程、部品位置検出工程、半田接合工程、実装検査工程の各工程実行時において、半田位置データ、部品位置データ、実装検査結果に基づいて、前記印刷装置、実装装置、半田接合手段の動作状態の異常の有無を判定しその旨報知することにより、実装システムを構成する各装置の状態を常に把握し、動作異常を事前に察知して不良による無駄を排除することができる。
【００１１】
【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システムの構成を示すブロック図、図２は本発明の一実施の形態の外観検査装置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スクリーン印刷装置の構成を示すブロック図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の構成を示すブロック図、図５は本発明の一実施の形態のリフロー装置の構成を示すブロック図、図６は本発明の一実施の形態の電子部品実装システムの制御系のブロック図、図７は本発明の一実施の形態の基板の外観検査の説明図、図８は本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における位置ずれ検出結果の説明図である。
【００１２】
まず図１を参照して電子部品実装システムについて説明する。図１において電子部品実装システムは、基板検査装置Ｍ１、印刷装置Ｍ２、印刷検査装置Ｍ３、電子部品搭載装置Ｍ４、搭載状態検査装置Ｍ５、リフロー装置Ｍ６および実装状態検査装置Ｍ７の各装置を連結して成る電子部品実装ライン１を通信ネットワーク２によって接続し、全体を管理コンピュータ３によって制御する構成となっている。
【００１３】
基板検査装置Ｍ１は、基板に形成された電極の検査を行う。印刷装置Ｍ２は、基板の電極上の電子部品接合用の半田ペーストをスクリーン印刷する。印刷検査装置Ｍ３（第１の検査装置）は、印刷後の基板における印刷状態を検査する。電子部品搭載装置Ｍ４は、半田ペーストが印刷された基板に電子部品を搭載する。搭載状態検査装置Ｍ５（第２の検査装置）は、電子部品搭載後の基板上における電子部品の有無や位置ずれを検査する。リフロー装置Ｍ６（半田接合手段）は電子部品搭載後の基板を加熱して、電子部品を基板に半田接合する。実装状態検査装置Ｍ７（第３の検査装置）は、半田接合後の基板上における電子部品の実装状態を検査する。
【００１４】
次に各装置の構成について説明する。まず図２を参照して、基板検査装置Ｍ１、印刷検査装置Ｍ３、搭載状態検査装置Ｍ５および実装状態検査装置Ｍ７として用いられる外観検査装置について説明する。図２において、位置決めテーブル１０上には基板保持部１１が配置されており、基板保持部１１には基板４が保持されている。基板保持部１１の上方にはカメラ１３が撮像方向を下向きにして配設されており、周囲に設けられた照明部１２を点灯した状態で、カメラ１３は基板４を撮像する。このとき、テーブル駆動部１４を制御して位置決めテーブル１０を駆動することにより、基板４の任意位置をカメラ１３の直下に位置させて撮像することができる。
【００１５】
撮像によって取得した画像データは画像認識部１７によって画像処理され、所定の認識結果が出力される。検査処理部１６は、認識結果に基づいて検査対象項目ごとに合否判定を行うとともに、所定項目については検出値をフィードバックデータ、フィードフォワードデータとして出力する。出力されたデータは通信部１８、通信ネットワーク２を介して、管理コンピュータ３や他装置に転送される。検査制御部１５は、テーブル駆動部１４、カメラ１３、照明部１２を制御することにより、検査動作を制御する。
【００１６】
次に図３を参照して印刷装置Ｍ２の構成について説明する。図３において、位置決めテーブル２０上には基板保持部２１が配設されている。基板保持部２１は基板４をクランパ２１ａによって両側から挟み込んで保持する。基板保持部２１の上方には、マスクプレート２２が配設されており、マスクプレート２２には基板４の印刷部位に対応したパターン孔（図示せず）が設けられている。テーブル駆動部２４によって位置決めテーブル２０を駆動することにより、基板４はマスクプレート２２に対して水平方向および垂直方向に相対移動する。
【００１７】
マスクプレート２２の上方にはスキージ部２３が配置されている。スキージ部２３は、スキージ２３ｃをマスクプレート２２に対して昇降させるとともにマスクプレート２２に対して所定押圧力（印圧）で押し付ける昇降押圧機構２３ｂ、スキージ２３ｃを水平移動させるスキージ移動機構２３ａより成る。昇降押圧機構２３ｂ、スキージ移動機構２３ａは、スキージ駆動部２５により駆動される。基板４をマスクプレート２２の下面に当接させた状態で、半田ペースト５が供給されたマスクプレート２２の表面に沿ってスキージ２３ｃを所定速度で水平移動させることにより、半田ペースト５は図示しないパターン孔を介して基板４の上面に印刷される。
【００１８】
この印刷動作は、テーブル駆動部２４、スキージ駆動部２５を印刷制御部２７によって制御することによって行われる。この制御に際しては、印刷データ記憶部２６に記憶された印刷データに基づいて、スキージ２３ｃの動作や基板４とマスクプレート２２との位置合わせが制御される。表示部２９は印刷装置の稼動状態を示す各種の指標データや、印刷動作状態の異常を示す異常報知を表示する。通信部２８は通信ネットワーク２を介して管理コンピュータ３や電子部品実装ライン１を構成する他装置との間でのデータ授受を行う。
【００１９】
次に図４を参照して電子部品搭載装置の構成について説明する。図４において位置決めテーブル３０上には基板保持部３１が配設されており、基板保持部３１は印刷検査装置Ｍ３から搬送された基板４を保持する。基板保持部３１の上方には、ヘッド駆動機構３３によって移動する搭載ヘッド３２が配設されている。搭載ヘッド３２は電子部品を吸着するノズル３２ａを備えており、搭載ヘッド３２は図示しない供給部から電子部品をノズル３２ａによって吸着保持して取り出す。そして搭載ヘッド３２を基板４上に移動させて、基板４に対して下降させることにより、ノズル３２ａに保持した電子部品を基板４に搭載する。
【００２０】
ヘッド駆動機構３３、位置決めテーブル３０はそれぞれ搭載ヘッド駆動部３５、テーブル駆動部３４によって駆動される。前記搭載動作において、搭載データ記憶部３６に記憶された搭載データ、すなわち基板４上での電子部品の実装座標に基づいて、搭載制御部３７によってテーブル駆動部３４、搭載ヘッド駆動部３５を制御することにより、搭載ヘッド３２による基板４への電子部品搭載位置を制御することができる。表示部３９は電子部品搭載装置Ｍ４の各種の稼動状態を表す指標データや搭載動作状態の異常を示す異常報知を表示する。通信部３８は通信ネットワーク２を介して管理コンピュータ３や電子部品実装ライン１を構成する他装置との間でデータ授受を行う。
【００２１】
次に図５を参照してリフロー装置の構成について説明する。図５において、基台４０上に設けられた加熱室４２内には、基板４を搬送する搬送路４１が水平に配設されている。加熱室４２内は複数の加熱ゾーンに仕切られており、各加熱ゾーンは、それぞれ温調機能を有する加熱手段４３を備えている。加熱手段４３を駆動して各加熱ゾーンを所定の温度条件に加熱した状態で、半田ペースト上に電子部品が搭載された基板４を上流側から順次加熱ゾーンを通過させることにより、半田ペースト中の半田成分が加熱溶融する。これにより電子部品は基板４に半田接合される。
【００２２】
このリフロー過程において、加熱データ記憶部４６に記憶された加熱データ、すなわちリフロー過程における温度プロファイルを実現するための制御パラメータである温度指令値に基づいて加熱制御部４７によって各加熱手段４３を制御することにより、所望の温度プロファイルが設定される。表示部４９はリフロー装置Ｍ６の稼動状態を表す指標データや、所定の温度条件からの偏差が許容範囲を超え加熱動作状態が異常であることを示す異常報知を表示する。通信部４８は通信ネットワーク２を介して管理コンピュータ３や電子部品実装ライン１を構成する他装置との間でデータ授受を行う。
【００２３】
次に図６を参照して電子部品実装システムの制御系の構成について説明する。ここでは、電子部品実装過程における品質管理を目的としたデータ授受機能を説明する。図６において、全体制御部５０は管理コンピュータ３によって実行される制御処理範囲のうちの品質管理機能を担うものであり、通信ネットワーク２を介して電子部品実装ライン１を構成する各装置から転送されるデータを受信し、予め定められた判定アルゴリズムに基づいて、各装置における動作状態の異常を判定し、その旨を各装置に異常報知データとして通信ネットワーク２を介して出力する。したがって全体制御部５０は、異常判定手段となっている。
【００２４】
図２に示す外観検査装置を用いた基板検査装置Ｍ１、印刷検査装置Ｍ３、搭載状態検査装置Ｍ５および実装状態検査装置Ｍ７にそれぞれ備えられた基板検査処理部１６Ａ、印刷検査処理部１６Ｂ、搭載状態検査処理部１６Ｃおよび実装状態検査処理部１６Ｄは、それぞれ通信部１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃおよび１８Ｄを介して通信ネットワーク２に接続されている。また印刷装置Ｍ２、電子部品搭載装置Ｍ４およびリフロー装置Ｍ６に備えられた各部（図３，４，５参照）は、それぞれ通信部２８，３８，４８を介して通信ネットワーク２と接続されている。
【００２５】
これにより、いずれかの検査工程において抽出されたデータに基づいて、上流側装置において発生した動作状態の異常をインライン状態で検出しその旨報知し、必要な対処を速やかに行うことが可能な構成となっている。
【００２６】
この電子部品実装システムは上記の様に構成されており、以下電子部品実装方法および実装過程において行われる動作状態の異常の検出処理について説明する。まず図示しない基板供給部から供給される基板４は、基板検査装置Ｍ１（図２参照）に搬入される。ここで基板４をカメラ１３によって撮像して画像認識することにより、図７（ａ）に示すように基板４に形成された電極６が各電極部位（１）〜（ｎ）ごとに認識される。これにより、各電極部位における１対の電極６の重心位置を示す位置データ（電極位置データ）が、基板４の認識マーク４ａを基準とした座標値ｘＬ（ｉ），ｙＬ（ｉ）として求められ、基板検査処理部１６Ａに送られる。
【００２７】
基板検査処理部１６Ａは各電極部位ごとに求められた複数の座標値に基づいて検査処理を行う。すなわち座標値を統計処理することにより、当該基板が使用可能か否かの合否判断を行うとともに、基板ごとに電極の位置ずれ傾向を判断する。そして図８（ａ）に示すように、実際の電極位置の設計データ上の正規位置に対する位置ずれ量が、許容範囲を超えて大きくばらついている場合には、供給された基板４の不良と判定し、その旨報知する。
【００２８】
次に、基板４は印刷装置Ｍ２に搬入されて基板保持部２１に保持され、基板４に対して半田ペースト５が印刷される。そして半田ペースト５の印刷後の基板４は印刷検査装置Ｍ３に搬入される。ここでは、同様の外観検査装置によって、図７（ｂ）に示すように各電極部位（１）〜（ｎ）ごとに、１対の電極６上に印刷された半田ペースト５の重心位置を示す位置データ（半田位置データ）が、認識マーク４ａを基準とした座標値ｘＳ（ｉ），ｙＳ（ｉ）として画像認識によって求められる。そして認識結果は印刷検査処理部１６Ｂによって同様に検査処理され、印刷結果の合否判断および印刷位置の位置ずれ傾向が判断される。そして、図８（ｂ）に示すように位置ずれ量が許容範囲を超えた大きなばらつき範囲でばらついているような場合には、印刷装置における動作状態の異常と判定され、その旨報知される。
【００２９】
さらに、各電極６上に印刷された半田ペースト５の撮像データに基づいて、各電極部位ごとに半田部分（図７（ｂ）に示す電極６上の黒色部分）の面積を演算することにより、各電極部位ごとの半田印刷量が検出される。そして検出された半田印刷量が許容範囲を超えてばらついている場合には、印刷条件の設定が不良であると判定され、その旨表示される。
【００３０】
印刷条件には、スキージ２３ｃをマスクプレート２２上で移動させるスキージ速度やスキージ２３ｃをマスクプレート２２に押し付ける印圧値、さらにはスキージング後に基板４をマスクプレート２２の下面から引き離す版離れ速度などがあり、これらの印刷動作制御上の数値データが、制御パラメータとして設定される。
【００３１】
次に、半田印刷後の基板４は、電子部品搭載装置Ｍ４に搬入され、ここで半田ペースト５が印刷された電極６上に電子部品７の搭載が行われる。電子部品７が搭載された基板４は搭載状態検査装置Ｍ５に搬送され、ここで電子部品７の搭載状態を検査するための外観検査が行われる。すなわち図７（ｃ）に示すように、各電極部位（１）〜（ｎ）ごとに搭載された電子部品７の重心位置を示す位置データ（部品位置データ）を、認識マーク４ａを基準とした座標値ｘＰ（ｉ），ｙＰ（ｉ）として求める。
【００３２】
そして認識結果は搭載状態検査処理部１６Ｃによって検査処理され、搭載状態の合否判断および搭載位置の位置ずれ傾向が判断される。すなわち、電極６上に電子部品７が搭載されていない場合や、搭載されていても正常な姿勢でなく立ち姿勢となっている場合、あるいは図８（ｃ）に示すように位置ずれ量が許容値を超えており、また位置ずれのばらつき範囲が許容範囲を超えている場合などには、搭載動作状態の異常と判定されてその旨表示される。
【００３３】
上記位置データおよび搭載動作状態の異常データは、電子部品７が収容されていた部品供給部の各パーツフィーダごとに、また電子部品７を保持するノズルごとに統計処理される。さらには、電子部品搭載装置Ｍ４として、ロータリ式の搭載装置のように複数の移載ヘッドを有し、個々の移載ヘッドに備えられた複数のノズルが回転可能で、電子部品７を異なる実装角度で実装する場合には、個々のノズルについて実装角度ごとに統計処理される。
【００３４】
これにより、制御パラメータの修正や部品交換などの対処時には、対処を必要とする対象を容易に特定することができる。すなわち、特定のパーツフィーダから取り出された電子部品７について許容範囲を超えた位置ずれや搭載動作異常が多発するような場合には、当該パーツフィーダにおける何らかの異常が発生していると判定される。また、特定のノズルについてのみ特定傾向の位置ずれや動作異常が認められる場合には、当該ノズルの摩耗や駆動機構の構成部品の消耗などの発生を推定することができる。
【００３５】
この後、電子部品７が搭載された基板４はリフロー装置Ｍ６に搬入され、ここで所定の温度プロファイルに従って基板４を加熱することにより、半田ペースト５中の半田成分が溶融し、電子部品７は電極６に半田接合される。リフロー後の基板４は、実装状態検査装置Ｍ７に搬入され、ここで最終的な電子部品７の実装状態が検査される。すなわち外観検査によって電子部品７の有無や姿勢・位置の異常の有無が検査される。この検査結果により、リフロー装置Ｍ６における加熱動作状態の異常が検出される。
【００３６】
上記説明したように、本実施の形態に示す電子部品実装方法は、電子部品接合用の電極に半田を印刷する印刷工程と、印刷された半田の位置を検出し半田位置データとして出力する半田位置検出工程と、半田が印刷された電極に電子部品を搭載する搭載工程と、搭載された電子部品の位置を検出し位置検出結果を部品位置データとして出力する部品位置検出工程と、搭載された電子部品を基板に半田接合する半田接合工程とを含み、前記各工程実行時において、半田位置データ、部品位置データ、実装検査結果に基づいて、前記印刷装置、部品搭載装置、半田接合手段の各動作状態の異常の有無を判定しその旨報知するようにしたものである。
【００３７】
これにより、電子部品実装システムを構成する各実装用装置の状態を常に把握し、動作状態の異常を事前に察知することができる。したがって、異常発生時には、直ちに部品交換などの保守作業を行うことができ、異常を放置したまま実装用装置が稼働することによる不良品の大量発生を防止して、無駄を排除することができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、電子部品実装システムの実装過程における印刷工程、半田位置検出工程、搭載工程、部品位置検出工程、半田接合工程、実装検査工程の各工程実行時において、半田位置データ、部品位置データ、実装検査結果に基づいて、印刷装置、部品搭載装置、半田接合手段の動作状態の異常の有無を判定しその旨報知するようにしたので、実装システムを構成する各実装用装置の状態を常に把握し、動作異常を事前に察知して不良による無駄を排除することができる。
【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システムの構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施の形態の外観検査装置の構成を示すブロック図
【図３】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の構成を示すブロック図
【図５】本発明の一実施の形態のリフロー装置の構成を示すブロック図
【図６】本発明の一実施の形態の電子部品実装システムの制御系のブロック図
【図７】本発明の一実施の形態の基板の外観検査の説明図
【図８】本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における位置ずれ検出結果の説明図
【符号の説明】
１ 電子部品実装ライン
２ 通信ネットワーク
３ 管理コンピュータ
４ 基板
Ｍ１ 基板検査装置
Ｍ２ 印刷装置
Ｍ３ 印刷検査装置
Ｍ４ 電子部品搭載装置
Ｍ５ 搭載状態検査装置
Ｍ６ リフロー装置
Ｍ７ 実装状態検査装置

Claims (2)

1. 複数の電子部品実装用装置を連結して構成され基板に電子部品を実装して実装基板を製造する電子部品実装システムであって、前記基板に形成された電子部品接合用の電極に半田を印刷する印刷装置と、印刷された半田の位置を検出し位置検出結果を半田位置データとして出力する半田位置検出機能を有する第１の検査装置と、搭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前記半田が印刷された基板に搭載する電子部品搭載装置と、搭載された電子部品の位置を検出し位置検出結果を部品位置データとして出力する部品位置検出機能を有する第２の検査装置と、前記半田位置データ、部品位置データに基づいて、前記印刷装置、電子部品搭載装置の動作状態の異常の有無を判定しその旨報知する異常判定手段を備え、前記異常判定手段は、前記半田位置データまたは部品位置データの正規位置に対する位置ずれ量のばらつき範囲が許容範囲を超えている場合に前記動作状態を異常と判定することを特徴とする電子部品実装システム。
2. 複数の電子部品実装用装置を連結して構成された電子部品実装システムによって基板に電子部品を実装して実装基板を製造する電子部品実装方法であって、印刷装置により前記基板に形成された電子部品接合用の電極に半田を印刷する印刷工程と、第１の検査装置によって印刷された半田の位置を検出し位置検出結果を半田位置データとして出力する半田位置検出工程と、電子部品搭載装置の搭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前記半田が印刷された基板に搭載する搭載工程と、第２の検査装置によって搭載された電子部品の位置を検出し位置検出結果を部品位置データとして出力する部品位置検出工程とを含み、前記各工程実行時において、前記半田位置データまたは部品位置データの正規位置に対する位置ずれ量のばらつき範囲が許容範囲を超えている場合に、前記印刷装置または実装装置の動作状態を異常と判定しその旨報知することを特徴とする電子部品実装方法。

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