JP5158800B2 - 部品実装装置及び部品実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、多数の基板ブロックが一体に配列形成された多数個取り基板の各基板ブロックに少なくとも一部の部品を２段以上にスタック実装する部品実装装置及び部品実装方法に関する発明である。

近年、電子機器の小型化・高集積化の要求を満たすために、基板に実装した部品上に他の部品を積み重ねて実装するスタック実装（又はＰＯＰ：Package On Package）と呼ばれる実装技術が実用化されている。この種のスタック実装において、部品搭載ミスの対策として、特許文献１（特開２００７−１５８２１３号公報）に記載されているように、下段部品上に上段部品を実装する際に、上段部品が正常に実装されずに吸着ノズルに吸着されたまま持ち帰られる部品搭載ミスが発生した場合に、下段部品の位置を画像認識して、下段部品の位置ずれの有無を判定し、下段部品の位置ずれが無ければ、上段部品の再実装を行い、下段部品の位置ずれがあれば、部品実装装置を停止して異常報知するようにしたものがある。
特開２００７−１５８２１３号公報（要約等参照）

上記特許文献１の技術では、スタック実装を行う際に、上段部品が正常に実装されずに吸着ノズルに吸着されたまま持ち帰られる部品搭載ミスが発生した場合に、下段部品の位置認識を行い、下段部品の位置ずれの有無を判定するようにしているため、上段部品が吸着ノズルに吸着されたまま持ち帰られる部品搭載ミスが発生しなかった場合には、下段部品の位置ずれがあっても、その位置ずれが検出されずに、位置ずれした下段部品上に上段部品が実装されてしまい、不良品を生産してしまう結果となる。

また、生産性を向上させるために、多数の基板ブロックが一体に配列形成された多数個取り基板の各基板ブロックに部品を実装して、全ての基板ブロックに全部品を実装し終えた後に、当該多数個取り基板を各基板ブロック間の境界線（ブレーク溝等）に沿って分断して個々の部品実装済み基板に分割する実装方法が知られている。この実装方法に上記特許文献１の技術を適用した場合、いずれかの基板ブロックで下段部品の位置ずれが検出されたときに、部品実装装置が停止されるため、それまで正常に部品が実装されていた他の基板ブロックについても全て実装が停止されてしまい、生産性が低下してしまうという問題がある。

本発明はこれらの事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、多数個取り基板の各基板ブロックに部品をスタック実装する際に、実装不良の下段部品に上段部品をスタック実装することで生じる不良品の発生を未然に防止しながら、各基板ブロックに能率良くスタック実装することができる部品実装装置及び部品実装方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、多数の基板ブロックが一体に配列形成された多数個取り基板の各基板ブロックに少なくとも一部の部品を２段以上にスタック実装するものにおいて、前記各基板ブロックにスタック用の下段部品を実装した後に前記各基板ブロックの下段部品の実装状態の良否を判定し、その結果、いずれかの基板ブロックの下段部品の実装不良が検出されたときに、当該基板ブロックの少なくとも実装不良の下段部品への上段部品のスタック実装をスキップするようにしたものである。

このようにすれば、多数個取り基板の各基板ブロックの中から、いずれかの基板ブロックの下段部品の実装不良が検出されたときに、当該基板ブロックの少なくとも実装不良の下段部品への上段部品のスタック実装をスキップすることで、実装不良のない他の基板ブロックについては、通常通り、スタック実装を続けることができる。これにより、多数個取り基板の各基板ブロックに部品をスタック実装する際に、実装不良の下段部品に上段部品をスタック実装することで生じる不良品の発生を未然に防止しながら、下段部品の実装不良が検出された基板ブロックを除く、他の基板ブロックに能率良くスタック実装することができる。

この場合、部品実装装置に搭載されたカメラで下段部品を撮像した画像に基づいて当該下段部品の実装状態の良否を判定すれば良い。例えば、下段部品上面に設けられた部品位置マーク、特定形状の導体パターン、パッド等の位置を画像認識して下段部品の位置ずれの有無を判定したり、下段部品の外形形状を画像認識して下段部品の位置ずれの有無を判定しても良い。

また、多数個取り基板の各基板ブロックの中からいずれかの基板ブロックの下段部品の実装不良が検出されたときに、当該基板ブロックについては、以後、上段部品を含む全ての部品の実装をスキップするようにしても良い。

或は、いずれかの基板ブロックの下段部品の実装不良が検出されたときに、当該基板ブロックについては、実装不良の下段部品への上段部品のスタック実装のみをスキップし、それ以外の部品は実装するようにしても良い。この場合、上段部品のスタック実装をスキップした基板ブロックについては、実装不良の下段部品を取り外して実装し直せば、スタック実装を正常に行うことができ、下段部品の実装不良が検出された基板ブロックでも、正常品を生産することができる。

或は、いずれかの基板ブロックの下段部品の実装不良が検出されたときに当該基板ブロックの実装不良の下段部品への上段部品のスタック実装のみをスキップしてそれ以外の部品の実装を許可する第１のスキップ手段と、いずれかの基板ブロックの下段部品の実装不良が検出されたときに当該基板ブロックについては以後の全ての部品の実装をスキップする第２のスキップ手段と、前記第１のスキップ手段と前記第２のスキップ手段のいずれか一方を選択する選択手段とを備えた構成としても良い。例えば、実装不良の下段部品を取り外して実装し直す“リペア”が可能である場合は、第１のスキップ手段を選択し、実装不良の下段部品をリペアできない場合は、第２のスキップ手段を選択すれば良い。

以下、本発明を実施するための最良の形態をモジュール型部品実装装置に適用して具体化した２つの実施例１，２を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図５に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてモジュール型部品実装装置の構成を説明する。
モジュール型部品実装システムのベース台１１上に、回路基板の搬送方向に複数台の実装機モジュール１２が入れ替え可能に整列配置されている。各実装機モジュール１２は、本体ベッド１３上に、フィーダ１４、回路基板搬送装置１５、部品撮像装置１６、部品装着装置１７等を搭載して構成され、上部フレーム１８の前面部には、操作パネル部１９が設けられている。各実装機モジュール１２の回路基板搬送装置１５によって回路基板や多数個取り基板２１（図２参照）を順次搬送して部品装着装置１７によって各基板に部品を実装する。

次に、上記構成のモジュール型部品実装装置を使用して多数個取り基板２１に部品をスタック実装する方法を説明する。
図２に示すように、多数個取り基板２１は、多数の基板ブロック２２を一体に碁盤目状に形成した１枚の大型の基板であり、部品実装後に最終的に各基板ブロック２２の境界線（ブレーク溝等）に沿って分割して使用される。この基板ブロック２２の上面のうちの基板ブロック２２の外側の複数箇所（例えば４隅部）には、基板位置マーク２３（グローバルフィデューシャルマーク）が形成され、部品装着装置１７をＸＹ方向に移動させるＸＹロボット（図示せず）に取り付けられたマーク撮像用のカメラ（図示せず）で基板位置マーク２３を撮像することで、多数個取り基板２１の位置を画像認識するようになっている。

図３、図４に示すように、多数個取り基板２１の各基板ブロック２２にスタック実装する下段部品２４の上面の複数箇所（例えば対角方向２箇所）には、部品位置マーク２７（ローカルフィデューシャルマーク）が形成され、この部品位置マーク２７をマーク撮像用のカメラで撮像することで、下段部品２４の位置を画像認識するようになっている。

図４に示すように、多数個取り基板２１の各基板ブロック２２に実装された下段部品２４上には、１個又は複数個の上段部品２５がスタック実装される。各基板ブロック２２には、スタック用の部品２４，２５の他に、スタック実装しない通常の部品２６も実装される。各基板ブロック２２にスタック実装する部品２４，２５は、１組に限定されず、複数組の部品をスタック実装するようにしても良い。また、各基板ブロック２２には、１組又は複数組のスタック用の部品のみを実装し、それ以外の通常の部品を実装しないようにしても良い。

また、各基板ブロック２２にスタック用の部品を３段以上にスタック実装するようにしても良い。この場合、１段目の部品に２段目の部品をスタック実装する場合は、１段目の部品が「下段部品」、２段目の部品が「上段部品」に相当し、２段目の部品に３段目の部品をスタック実装する場合は、２段目の部品が「下段部品」、３段目の部品が「上段部品」に相当する。

モジュール型部品実装装置の制御装置（図示せず）は、多数個取り基板２１の各基板ブロック２２にスタック用の下段部品２４を実装した後に、マーク撮像用のカメラで下段部品２４を撮像して、その画像処理結果に基づいて下段部品２４の実装状態の良否を判定する（この機能が特許請求の範囲でいう下段部品実装状態判定手段に相当する）。この際、例えば、下段部品２４の部品位置マーク２７を撮像して、その画像処理結果に基づいて下段部品２４の位置ずれの有無を判定したり、下段部品２４全体を撮像して、その画像処理結果に基づいて下段部品２４の実装姿勢の良否を判定する。

更に、モジュール型部品実装装置の制御装置は、いずれかの基板ブロック２２の下段部品２４の実装不良が検出されたときに、当該基板ブロック２２の実装不良の下段部品２４への上段部品２５のスタック実装をスキップし、それ以外の部品の実装を許可する（この機能が特許請求の範囲でいうスキップ手段に相当する）。

以上説明した実装制御は、モジュール型部品実装装置の制御装置によって図５の実装制御プログラムに従って実行される。図５の実装制御プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、多数個取り基板２１の基板位置マーク２３をマーク撮像用のカメラで撮像して多数個取り基板２１の位置を画像認識する。この後、ステップ１０２に進み、多数個取り基板２１の各基板ブロック２２の予め決められた位置に下段部品２４を実装する。

この後、ステップ１０３に進み、各基板ブロック２２に実装した下段部品２４の部品位置マーク２７をマーク撮像用のカメラで撮像して下段部品２４の位置を画像認識する。
尚、多数個取り基板２１の全ての基板ブロック２２に下段部品２４を実装した後で、各基板ブロック２２の下段部品２４の部品位置マーク２７を順番に画像認識するようにしても良いし、１つの基板ブロック２２に下段部品２４を実装する毎に当該下段部品２４の部品位置マーク２７を画像認識するようにしても良い。

この後、ステップ１０４に進み、各基板ブロック２２毎に画像処理エラーが発生したか否かを判定する。ここで、画像処理エラーは、下段部品２４の部品位置マーク２７を正常に画像認識できなかった場合（例えば、下段部品２４が持ち帰り等により正常に実装できなかった場合や、下段部品２４が傾いた姿勢で実装されている場合等）に発生する。

この画像処理エラーが発生した場合は、下段部品２４が正常な状態に実装されていない可能性が高いため、ステップ１０７に進み、画像処理エラーが発生した基板ブロック２２については、下段部品２４が正常な状態に実装されていない（実装不良）と判断して、上段部品２５のスタック実装をスキップする。

画像処理エラーが発生しなかった基板ブロック２２については、ステップ１０４からステップ１０５に進み、各基板ブロック２２毎に下段部品２４の部品位置マーク２７の画像処理結果に基づいて下段部品２４の位置ずれ量が許容範囲内であるか否かを判定し、いずれかの基板ブロック２２で、下段部品２４の位置ずれ量が許容範囲を越えていれば、当該基板ブロック２２の下段部品２４の実装不良と判断して、ステップ１０７に進み、下段部品２４の位置ずれ量が許容範囲を越えている基板ブロック２２については、上段部品２５のスタック実装をスキップする。

一方、下段部品２４の位置ずれ量が許容範囲内に収まっている基板ブロック２２については、ステップ１０６に進み、下段部品２４に上段部品２５をスタック実装する。この後、ステップ１０８に進み、多数個取り基板２１の各基板ブロック２２に他の通常の部品２６を実装する。この場合、上段部品２５のスタック実装をスキップした基板ブロック２２についても、通常の部品２６を実装する。

尚、上記図５の実装制御プログラムでは、スタック用の部品２４，２５をスタック実装した後に、通常の部品２６を実装するようにしたが、これとは逆に、通常の部品２６を実装した後に、スタック用の部品２４，２５をスタック実装するようにしても良い。

また、本実施例１では、下段部品２４の部品位置マーク２７をマーク撮像用のカメラで撮像して下段部品２４の位置を画像認識するようにしたが、下段部品に部品位置マークが設けられていない場合は、下段部品の特定形状の導体パターン、パッド等の位置を画像認識して下段部品の位置ずれの有無を判定したり、下段部品の外形形状を画像認識して下段部品の位置ずれの有無を判定しても良い。

以上説明した本実施例１によれば、多数個取り基板２１の各基板ブロック２２の中から、いずれかの基板ブロック２２の下段部品２４の実装不良が検出されたときに、当該基板ブロック２２の実装不良の下段部品２４への上段部品２５のスタック実装をスキップすることで、実装不良のない他の基板ブロック２２については、通常通り、スタック実装を続けることができる。これにより、多数個取り基板２１の各基板ブロック２２に部品２４，２５をスタック実装する際に、実装不良の下段部品２４に上段部品２５をスタック実装することで生じる不良品の発生を未然に防止しながら、下段部品２５の実装不良が検出された基板ブロック２２を除く、他の基板ブロック２２に能率良くスタック実装することができる。

また、本実施例１では、いずれかの基板ブロック２２の下段部品２４の実装不良が検出されたときに、当該基板ブロック２２については、実装不良の下段部品２４への上段部品２５のスタック実装のみをスキップし、それ以外の部品２６は実装するようにしたので、上段部品２５のスタック実装をスキップした基板ブロック２２については、実装不良の下段部品２４を取り外して実装し直す（リペアする）ことで、スタック実装を正常に行うことができ、下段部品２４の実装不良が検出された基板ブロック２２でも、正常品を生産することができる。

尚、本実施例１では、下段部品２４の位置ずれは、基板位置マーク２３の認識に基づく多数個取り基板２１の位置を基準に求められるが、各基板ブロック２２に基準マークを設け、その基準マークに基づいて下段部品２４の位置ずれを求めるようにしても良い。

上記実施例１では、多数個取り基板２１の各基板ブロック２２の中から、いずれかの基板ブロック２２の下段部品２４の実装不良が検出されたときに、当該基板ブロック２２については、実装不良の下段部品２４への上段部品２５のスタック実装のみをスキップし、それ以外の部品２６は実装するようにしたが、本発明の実施例２では、図６の実装制御プログラムを実行することで、多数個取り基板２１の各基板ブロック２２の中から、いずれかの基板ブロック２２の下段部品２４の実装不良が検出されたときに、当該基板ブロック２２については、以後、上段部品２５を含む全ての部品の実装をスキップするようにしている（ステップ１０７ａ）。その他の各ステップの処理は、前記実施例１（図５）と同じである。

本実施例２は、例えば、実装不良が検出された下段部品２４をリペアできない場合やリペアにかかるコストが大きい場合等に実施すると良い。実装不良の下段部品２４をリペアできない場合は、その基板ブロック２２に他の部品を実装しても、全て無駄になるためである。

また、本発明は、上記２つの実施例１，２を組み合わせて実施しても良い。
具体的には、いずれかの基板ブロック２２の下段部品２４の実装不良が検出されたときに当該基板ブロック２２の実装不良の下段部品２４への上段部品２５のスタック実装のみをスキップしてそれ以外の部品の実装を許可する第１のスキップ手段と、いずれかの基板ブロック２２の下段部品２４の実装不良が検出されたときに当該基板ブロック２２については以後の全ての部品の実装をスキップする第２のスキップ手段と、前記第１のスキップ手段と前記第２のスキップ手段のいずれか一方を選択する選択手段とを備えた構成としても良い。例えば、実装不良の下段部品２４のリペアが可能である場合は、第１のスキップ手段を選択し、実装不良の下段部品２４をリペアできない場合は、第２のスキップ手段を選択すれば良い。

尚、本発明は、下段部品の位置認識と部品の実装のスキップを同一の実装機モジュール内で行うだけでなく、異なる実装装置または実装機モジュールとの間で行っても良い。この場合、上流の実装装置または実装機モジュールにて下段部品の実装の良否を判定し、その結果に基づいて下流の実装装置または実装機モジュールが実装スキップを行うことになる。

その他、本発明は、図１で示すようなモジュール型部品実装装置に限定されず、多数個取り基板の各基板ブロックに部品をスタック実装する様々な構成の部品実装装置に適用して実施できる。

本発明の一実施例におけるモジュール型部品実装装置の構成を示す斜視図である。 多数個取り基板の一例を示す正面図である。 多数個取り基板の各基板ブロックにスタック用の下段部品を実装した状態を示す正面図である。 １つの基板ブロックの部品実装状態の一例を模式的に示す部分拡大平面図である。 実施例１の実装制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例２の実装制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

２１…多数個取り基板、２２…基板ブロック、２３…基板位置マーク、２４…下段部品、２５…上段部品、２６…通常の部品、２７…部品位置マーク

Claims (5)

1. 多数の基板ブロックが一体に配列形成された多数個取り基板の各基板ブロックに少なくとも一部の部品を２段以上にスタック実装する部品実装装置において、
   前記各基板ブロックにスタック用の下段部品を実装した後に前記各基板ブロックの下段部品の実装状態の良否を判定する下段部品実装状態判定手段と、
   前記下段部品実装状態判定手段によりいずれかの基板ブロックの下段部品の実装不良が検出されたときに当該基板ブロックの少なくとも実装不良の下段部品への上段部品のスタック実装をスキップするスキップ手段と
   を備えていることを特徴とする部品実装装置。
2. 前記各基板ブロックに実装した部品を撮像するカメラを備え、
   前記下段部品実装状態判定手段は、前記カメラで前記下段部品を撮像した画像に基づいて当該下段部品の実装状態の良否を判定することを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置。
3. 前記スキップ手段は、前記下段部品実装状態判定手段によりいずれかの基板ブロックの下段部品の実装不良が検出されたときに、当該基板ブロックについては、以後、前記上段部品を含む全ての部品の実装をスキップすることを特徴とする請求項１又は２に記載の部品実装装置。
4. 前記スキップ手段は、前記下段部品実装状態判定手段によりいずれかの基板ブロックの下段部品の実装不良が検出されたときに当該基板ブロックの実装不良の下段部品への上段部品のスタック実装のみをスキップしてそれ以外の部品の実装を許可する第１のスキップ手段と、前記下段部品実装状態判定手段によりいずれかの基板ブロックの下段部品の実装不良が検出されたときに当該基板ブロックについては以後の全ての部品の実装をスキップする第２のスキップ手段と、前記第１のスキップ手段と前記第２のスキップ手段のいずれか一方を選択する選択手段とを備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の部品実装装置。
5. 多数の基板ブロックが一体に配列形成された多数個取り基板の各基板ブロックに少なくとも一部の部品を２段以上にスタック実装する部品実装方法において、
   前記各基板ブロックにスタック用の下段部品を実装した後に前記各基板ブロックの下段部品の実装状態の良否を判定する下段部品実装状態判定処理と、
   前記下段部品実装状態判定処理によりいずれかの基板ブロックの下段部品の実装不良が検出されたときに当該基板ブロックの少なくとも実装不良の下段部品への上段部品のスタック実装をスキップするスキップ処理と
   を備えていることを特徴とする部品実装方法。

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