JP5384085B2 - 部品実装方法および部品実装システム - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を基板に実装する部品実装方法および部品実装システムに関するものである。

従来から、スクリーン印刷装置、実装装置およびリフロー装置の順に基板（プリント配線板（PWB；Printed wiring board））を搬送しながら、基板上にペースト状のハンダを印刷する印刷工程、基板上に部品を実装する実装工程、およびハンダを溶融させることにより部品をランド上に接合するリフロー工程を順次経由することにより電子部品実装基板（プリント回路板（PCB；Printed Circuit Board））を製造する部品実装システムが知られている。

この種のシステムでは、基板の個々の伸縮や歪みに起因して電極（ランド）に対するハンダ印刷すれが生じることが知られているが、近年では、リフロー工程における部品の挙動、つまり部品搭載位置が電極から多少ずれていてもハンダ上に部品が搭載されていればハンダの溶融に伴い部品が自ずと電極に倣うという所謂セルフアライメント効果を利用することにより、良好なハンダ付け品質を実現することが行われている。例えば、特許文献１には、スクリーン印刷後、基板上の部品搭載ポイントに印刷されたハンダを画像認識すると共に、部品搭載ポイントにおいてハンダの印刷位置と電極との偏差を求め、当該偏差データを基板搬送と共に実装装置に転送することにより、各ハンダの印刷位置を目標として部品の搭載位置合わせを行う部品実装システムが開示されている。
特開２００２−１３４８９９号公報

ところが、上記のような従来の部品実装システムでは、基板毎に全ての部品搭載ポイントのハンダ印刷位置を画像認識し、基板毎に全ての部品搭載ポイントの前記偏差データを実装装置に転送する必要があるため、当該偏差データの取得、送信に時間を要することは避けられず、基板の生産性を高めることが難しい。

また、基板同士、あるいは部品搭載ポイント同士の間に認識誤差が生じることも考えられ、従って、実装精度の高い電子部品実装基板を安定的に生産することが難しい。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、ハンダ付け品質の良好な部品実装基板を効率良く生産できるようにすることを目的としている。

上記課題を解決するための本発明は、印刷用マスクと基板とを重ねて前記印刷用マスクに形成される開口部を介して前記基板上の電極にハンダを印刷するスクリーン印刷装置と、部品実装用のヘッドを備え、かつ前記ハンダが印刷された基板上に前記ヘッドにより部品を搭載する実装装置とを含む部品実装システムにおける部品実装方法であって、基板の生産前に実施される工程であって、前記印刷用マスクにおける開口部の位置を画像認識し、電極の位置を基準として基板上における部品搭載座標を定めた搭載座標データを、前記画像認識結果に基づいてハンダ印刷位置を基準とする搭載座標データに補正するとともに、この補正後の搭載座標データを前記実装装置に格納する生産準備工程と、この生産準備工程の後、前記各装置により基板にハンダを印刷して当該基板に部品を搭載する基板生産工程と、を含み、この基板生産工程において、ハンダ印刷時の基板と前記印刷用マスクとの相対位置を求め、ハンダ印刷後の基板を前記スクリーン印刷装置から前記実装装置に搬送すると共にこれに同期して当該基板の前記相対位置のデータである相対位置データを前記スクリーン印刷装置から前記実装装置に送信する相対位置データ送信工程と、ハンダ印刷後、前記実装装置へ搬入される基板の前記相対位置データにより前記搭載座標データを補正することにより前記ヘッドによる部品搭載座標を求める搭載座標演算工程と、この搭載座標演算工程で求めた部品搭載座標に従って前記ヘッドにより前記基板に部品を搭載する部品搭載工程と、を実行するようにしたものである。

この方法では、印刷用マスクの開口部の位置をハンダの印刷位置と見なし、予め印刷用マスクにおける開口部の位置を画像認識し、その認識結果に基づいてハンダ印刷位置に部品が搭載されるように、部品の搭載座標データを印刷用マスクの開口部の加工誤差や変形等によるハンダ印刷位置の誤差を加味したデータに補正してこれを前記実装装置に格納しておき、基板生産工程では、実装装置においてこの搭載座標データとスクリーン印刷装置において求められる相対位置データ（基板と印刷用マスクとの相対位置）とに基づいて部品搭載座標を求める。このような方法によれば、従来方法のようにハンダ印刷後、毎回（基板毎）ハンダの印刷位置を計測することをせずとも、ハンダ印刷位置に良好に部品を搭載することが可能となる。従って、基板の個々の伸縮や歪みによって電極に対するハンダ印刷ずれが生じても、ハンダ印刷位置に部品を搭載することにより良好なハンダ付け品質を実現する一方で、基板の生産性を向上させることが可能となる。

また、部品搭載ポイントの位置やそこに搭載される部品の種類によっては所謂リフロー工程でのセルフアライメント効果を期待できない場合がある。そのため、上記の方法においては、基板上の部品搭載ポイント又は当該ポイントに搭載される部品に関して基板上の電極位置を基準として前記部品搭載座標を決定するものとハンダ印刷位置を基準として前記部品搭載座標を決定するものとを予め設定しておき、前記搭載座標演算工程では、前記設定に従って各部品搭載ポイントの部品搭載座標を決定するのが好適である。

この方法によれば、部品搭載ポイントの位置やそこに搭載される部品の種類に応じ、セルフアライメント効果を考慮したより最適な位置に部品を搭載することが可能となる。

一方、本発明の部品実装システムは、印刷用マスクと基板とを重ねて前記印刷用マスクに形成される開口部を介して前記基板上の電極にハンダを印刷するスクリーン印刷装置と、部品実装用のヘッドを備え、かつ前記ハンダが印刷された基板上に前記ヘッドにより部品を搭載する実装装置とを含む部品実装システムにおいて、前記スクリーン印刷装置は、前記印刷用マスクを撮像することによりその画像データを取得するマスク撮像手段と、前記基板を撮像することによりその画像データを取得する基板撮像手段と、前記印刷用マスクおよび基板の各画像データに基づき印刷時における基板と印刷用マスクとの相対位置を求める相対位置演算手段と、この相対位置演算手段により求められた前記相対位置を相対位置データとして、ハンダ印刷後の基板が当該スクリーン印刷装置から前記実装装置に搬送される際に、当該基板の搬送に同期して前記実装装置に送信する送信手段と、を備え、前記実装装置は、前記基板を撮像することによりその画像データを取得する基板撮像手段と、前記基板の画像データに基づき基板の位置を求める基板位置演算手段と、基板上における部品搭載座標を定めた搭載座標データであって、電極の位置を基準として定めたデータを前記印刷用マスクの開口部の位置を画像認識した結果に基づきハンダ印刷位置を基準とするデータに補正した搭載座標データを記憶する記憶手段と、ハンダ印刷後、当該実装装置へ搬入される基板の部品実装動作に先立ち、スクリーン印刷装置から送信される当該基板の前記相対位置データにより前記記憶手段に記憶されている前記搭載座標データを補正することにより前記ヘッドによる部品搭載座標を求める搭載座標演算手段と、この搭載座標演算手段で求めた前記部品搭載座標に従って前記ヘッドの駆動を制御する駆動制御手段と、を備えているものである。

このような部品実装システムによれば、上述した部品実装方法に基づき部品実装基板を生産する上で有用なものとなる。

以上説明したように、本発明によれば、従来方法のように、ハンダ印刷後、毎回（基板毎）ハンダの印刷位置を計測するようなことをせずとも、ハンダ印刷位置に良好に部品を搭載することができるようになる。従って、ハンダ印刷位置に部品を搭載することにより良好なハンダ付け品質を実現する一方で、部品実装基板の生産性を向上させることができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。

図１は、本発明に係る部品実装システム（本発明に係る部品実装方法が適用される部品実装システム）を概略的に示している。この部品実装システムは、プリント配線板（PWB；Printed wiring board；以下、単に基板Ｐという）を搬送しながら部品実装基板（プリント回路板（PCB；Printed Circuit Board））を製造するもので、基板Ｐの搬送方向においてその上流側から順にローダ１、スクリーン印刷装置２、第１実装装置３、第２実装装置４、第３実装装置５、リフロー炉６およびアンローダ７が直列に並んだ構成となっている。そして、ローダ１から基板Ｐを送り出しながらハンダペーストの印刷、部品の搭載（実装）およびハンダ接合（溶融・硬化）の各処理を順次基板Ｐに施してアンローダ７に取り出すように構成されている。

各装置１〜７は、通信ネットワーク８を介して互いに通信可能に接続されると共に、当該通信ネットワーク８に接続された管理コンピュータ９により各々の作動状態が統括的に管理されるようになっている。

図２は、スクリーン印刷装置２の構成を概略的に示している。

この図に示すように、スクリーン印刷装置２（以下、印刷装置２と略す）の基台１１上には印刷ステージ１３が設けられている。この印刷ステージ１３は、基板Ｐを保持してこれを後記マスクシート３５に対してその下側から重装するためのもので、後記コンベア１２、クランプ機構１４および支持機構３０等により構成されている。

印刷ステージ１３は４軸ユニット２０を介して基台１１に支持されており、同ユニット２０の作動により基台１１に対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびＲ軸（Ｚ軸回りの回転）方向に移動するようになっている。なお、Ｘ軸方向とは基板Ｐの搬送方向（部品実装システムにおける基板Ｐの搬送方向；図１の左右方向）であり、Ｙ軸方向とはＸ軸方向と水平面上で直交する方向であり、Ｚ軸方向とはＸ軸およびＹ軸方向の双方に直交する方向である。

前記４軸ユニットは、基台１１上に固定されるレール２１に沿ってＹ軸方向に移動可能に支持され、かつＹ軸方向駆動機構により駆動されるＹ軸テーブル２２と、このＹ軸テーブル２２上に固定されるレール２３に沿ってＸ軸方向に移動可能に支持され、かつＸ軸駆動機構により駆動されるＸ軸テーブル２４と、このＸ軸テーブル２４上に回転可能に支持され、かつモータにより駆動されるＲ軸テーブル２６と、このＲ軸テーブル２６上に昇降可能に支持され、かつＺ軸駆動機構により駆動される昇降テーブル２８とを含み、各テーブル２２，２４，２６，２８が個別に駆動されることにより前記印刷ステージ１３をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびＲ軸（Ｚ軸回りの回転）に移動させるように構成されている。なお、詳細図を省略しているが、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の各駆動機構は、例えばモータを駆動源とするねじ送り機構等により構成される。

そして、４軸ユニット２０の昇降テーブル２８上に、コンベア１２、クランプ機構１４および支持機構３０等が設けられることにより前記印刷ステージ１３が構成されている。

前記コンベア１２は、昇降テーブル２８上に組付けられており、昇降テーブル２８がホームポジション（下降端位置であってかつＸ軸、Ｙ軸およびＲ軸方向の予め定められた原点位置；図２に示す位置）にセットされた状態でローダ１からの基板Ｐの搬入及び第１実装装置３への基板Ｐの搬出が可能となる。

前記クランプ機構１４および支持機構３０は、コンベア１２に対して基板Ｐを固定するものである。クランプ機構１４は、Ｙ軸方向に接離可能な一対のクランプ片１４ａを有し、これらクランプ片１４ａにより基板ＰをＹ軸方向両側から挟み込む。一方、支持機構３０は、所定の配列で支持ピン（図示省略）が立設される支持テール３１とこれを昇降駆動するエアシリンダ等の駆動手段とを含み、支持テーブル３１の上昇状態において基板Ｐをコンベア１２から持ち上げると共に当該コンベア１２の所定の位置決め板に対してその下側から基板Ｐを押し付け固定する。

一方、印刷ステージ１３の上方には、マスク保持ユニット１６、スキージユニット１７および撮像ユニット１８等が配置されている。

マスク保持ユニット１６は、印刷用のマスクシート３５（本発明の印刷用マスクに相当する）を保持するもので、図外のマスククランプを有し、このマスククランプにより平面視矩形のマスクシート３５（図８（ｂ）参照）を前記印刷ステージ１３の上方において水平に張り渡した状態で脱着可能に保持する。

スキージユニット１７は、マスクシート３５上に供給されたハンダペーストを当該マスクシート３５に沿って移動させるもので、ねじ送り機構等の駆動手段によりＹ軸方向に移動可能に設けられている。このスキージユニット１７は、Ｙ軸方向に並びかつ逆向きに傾く一対のスキージ３３，３３と、これらスキージ３３，３３を個別に昇降させる昇降機構とを含んでおり、スキージユニット１７の往復移動中、各スキージ３３，３３を交互に所定高さ位置に配置することにより、マスクシート３５に沿ってスキージ３３を摺動させつつハンダペーストをマスクシート３５上で移動させる。

撮像ユニット１８は、基板Ｐおよびマスクシート３５を撮像するためのもので、マスク保持ユニット１６の下側に設けられている。この撮像ユニット１８は、マスクシート３５を撮像するために上向きに設けられるマスク認識カメラ３６（本発明のマスク撮像手段に相当する）および基板Ｐを撮像するために下向きに設けられる基板認識カメラ３７（本発明のスクリーン印刷装置の基板撮像手段に相当する）を一体的に備えるカメラヘッド３８と、このカメラヘッド３８をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能に支持すると共に同方向にカメラヘッド３８を駆動する駆動手段とを有しており、印刷ステージ１３がホームポジションにセットされた状態で、前記カメラヘッド３８がＸ軸方向およびＹ軸方向に移動することによりマスクシート３５および基板Ｐの任意の位置を各カメラ３６，３７により撮像し得るように構成されている。

なお、各カメラ３６，３７は、詳しく図示していないが各々ＣＣＤエリアセンサ等の撮像素子と照明装置等とを含み、かつ各カメラ３６，３７の光軸が同一軸線上に並ぶようにカメラヘッド３８に対して上下対称に組込まれている。つまり、カメラヘッド３８は、印刷装置２のＸ−Ｙ座標系上の同じ座標位置でマスクシート３５および基板Ｐを上下同時に撮像できる構成となっている。

上記のような印刷装置２の印刷動作の概略は次の通りである。まず、ローダ１から印刷ステージ１３（コンベア１２）に搬入される基板Ｐを４軸ユニット２０の駆動によりマスクシート３５に対してその下側から重装する。そして、この状態でスキージユニット１７を駆動することによりマスクシート３５上でペーストを移動させ、この移動に伴いマスクシート３５に形成される開口部３５ａ（図８（ｂ）に示す）を介してハンダペーストを基板Ｐ上に印刷する。印刷後は、４軸ユニット２０の駆動によりマスクシート３５から基板Ｐを引き離し、印刷ステージ１３をホームポジションにリセットした後、基板Ｐを第１実装装置３に搬送する。

次に、図３を参照して第１実装装置３の構成を説明する。

図３は、第１実装装置３の概略構成を示す平面図である。この図に示すように、第１実装装置３の基台４１上には、Ｘ軸方向に延びるコンベア４２が配置され、基板Ｐがこのコンベア４２により搬送されて所定の実装作業位置（図示の位置）で停止される。

この実装作業位置には、基板Ｐの位置決め機構（図示省略）が設けられている。この位置決め機構は、印刷装置２の前記印刷ステージ１３における支持機構３０に類似している。すなわち、位置決め機構は、所定の配列で支持ピンが立設された支持テーブルとこれを昇降駆動するエアシリンダ等の駆動手段とを含み、支持テーブルの上昇状態において基板Ｐをコンベア４２から持ち上げると共に当該コンベア４２の所定の位置決め板に対してその下側から基板Ｐを押し付け固定する構成となっている。

コンベア４２の両側には部品供給部４４が設けられている。各部品供給部４４には、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状のチップ部品を供給可能な複数のテープフィーダ４４ａがコンベア４２に沿って配置されている。

一方、基台４１の上方には部品搭載用のヘッドユニット４５が設けられている。このヘッドユニット４５は、前記テープフィーダ４４ａから部品を吸着して基板Ｐ上に搬送すると共に、基板Ｐ上の所定位置に搭載するもので、所定領域内でＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ移動可能とされている。すなわち、基台４１の上方には、Ｘ軸方向に延びる支持部材５１が設けられ、この支持部材５１に固定されたガイド部材５３に対して前記ヘッドユニット４５が移動可能に支持されている。また、この支持部材５１は、その両端部がＹ軸方向に延びる固定レール４７に支持され、この固定レール４７に沿ってＹ軸方向に移動可能となっている。そして、Ｘ軸サーボモータ５５によりボールねじ軸５４を介してヘッドユニット４５がＸ軸方向に駆動される一方、Ｙ軸サーボモータ４９によりボールねじ軸４８を介して支持ビーム５１がＹ軸方向に駆動されるようになっている。

ヘッドユニット４５には、部品実装用の複数のヘッド４５ａが装備されており、当実施形態では、合計６個のヘッド４５ａがＸ軸方向に配列されている。各ヘッド４５ａは、Ｚ軸方向に延びる駆動シャフトの先端（下端）に部品吸着用のノズルを備えたものである。ノズルは、駆動シャフトの内部通路及び図略の切換弁等を介して負圧発生装置に接続されており、部品吸着時には、負圧発生装置からノズル先端に負圧吸引力が与えられることにより部品の吸着が可能となっている。

ヘッドユニット４５には、さらに基板認識カメラ４６（本発明の実装装置の基板撮像手段に相当する）が搭載されている。この基板認識カメラ４６は、ＣＣＤエリアセンサ等の撮像素子と照明装置等とを含み、実装作業位置に位置決めされた基板Ｐ上に付される各種マーク等を撮像する。

また、前記基台４１上には、各部品供給部４４とコンベア４２との間に部品認識カメラ５６が配設されている。これらの部品認識カメラ５６は、ＣＣＤリニアセンサ等の撮像素子と照明装置等とを含み、その上方をヘッドユニット４５が移動する際に各ヘッド４５ａの吸着部品を基台４１側から撮像する。

上記のような第１実装装置３の実装動作の概略は次の通りである。

まず、印刷装置２からコンベア４２により搬入されてくる基板Ｐが前記位置決め機構により実装作業位置に位置決め固定される。そして、ヘッドユニット４５が部品供給部４４に移動して各ヘッド４５ａによる部品の吸着が行われた後、ヘッドユニット４５が部品供給部４４から基板Ｐ上へ移動する。この移動途中、ヘッドユニット４５が部品認識カメラ５６上を通過することにより各ヘッド４５ａに吸着された部品がそれぞれ撮像され、その画像に基づいて各ヘッド４５ａによる部品の吸着状態（吸着ずれ）が認識される。そして、ヘッドユニット４５が基板Ｐ上に到達すると、ヘッドユニット１５が間欠的に部品搭載ポイントに移動しながら各ヘッド４５ａにより吸着部品を基板Ｐ上に搭載する。

なお、ここでは第１実装装置３について説明したが、第２実装装置４および第３実装装置５の構成や実装動作も基本的には第１実装装置３と同じであり、従って、第２実装装置４および第３実装装置５についての説明は省略する。

一方、リフロー炉６については詳細図を省略するが、例えば、基板搬送用のコンベアおよび熱風機等を有しており、部品実装後の基板Ｐに対して熱処理を施すことによりハンダペーストを溶融することにより部品を基板Ｐ上の電極に接合するように構成されている。

次に、図４を参照しつつ上記部品実装システムの制御系について説明する。図４は、上記部品実装システムのうち印刷装置２および実装装置３（〜５）の制御系を示している。

印刷装置２の制御装置２Ａは、同図に示すように、主制御部２０１、印刷プログラム記憶部２０２、データ記憶部２０３、駆動制御部２０４、画像処理部２０５および通信制御部２０６等を含む。

主制御部２０１は、論理演算を実行する周知のＣＰＵ、各種プログラムを記憶するＲＯＭ、装置動作中の様々なデータを一時的に記憶するＲＡＭ等からなり、前記印刷プログラム記憶部２０２に予め記憶されている印刷プログラムおよびデータ記憶部２０３に記憶されている各種データに基づき前記駆動制御部２０４を介して印刷ステージ１３、４軸ユニット２０、スキージユニット１７およびカメラヘッド３８等の駆動を制御することにより印刷装置２の動作を統括制御する。

また、主制御部２０１は、この印刷動作において必要となる各種演算処理を行う。例えばマスク認識カメラ３６や基板認識カメラ３７により撮像され、かつ前記画像処理部２０５により画像処理が施された画像データに基づいて前記マスクシート３５（開口部３５ａ）の位置や基板Ｐの位置等の演算（計測）処理を行う。

主制御部２０１は通信制御部２０６に接続されており、この通信制御部２０６の制御に基づき前記通信ネットワーク８を通じて前記管理コンピュータ９や実装装置３〜５等との間で各種データの送受信を行う。例えば、後述するように基板Ｐの生産中は、基板Ｐとマスクシート３５との相対的な位置（後記相対位置データ）を基板Ｐの印刷処理毎に第１実装装置３に送信する。

なお、当実施形態では、前記主制御部２０１が本発明に係る相対位置演算手段として機能し、通信制御部２０６及び通信ネットワーク８が本発明に係る送信手段として機能する。

第１実装装置３の制御装置３Ａは、同図に示すように、主制御部３０１、実装プログラム記憶部３０２、データ記憶部３０３、駆動制御部３０４、画像処理部３０５および通信制御部３０６等を含む。

主制御部３０１は、論理演算を実行する周知のＣＰＵ、各種プログラムを記憶するＲＯＭ、装置動作中の様々なデータを一時的に記憶するＲＡＭ等からなり、前記実装プログラム記憶部３０２に予め記憶されている実装プログラムおよびデータ記憶部３０３に記憶されている各種データに基づき前記駆動制御部３０４を介してコンベア４２やヘッドユニット４５等の駆動を制御することにより、第１実装装置３の動作を統括制御する。

また、主制御部３０１は、実装動作において必要となる各種演算処理を行う。例えば基板認識用カメラ４６や部品認識用カメラ５６により撮像され、かつ前記画像処理部３０５により画像処理が施された画像データに基づいて基板Ｐの位置やヘッド４５ａに対する部品の吸着ずれ等の演算処理を行う。

主制御部３０１は通信制御部３０６に接続されており、この通信制御部３０６の制御に基づき前記通信ネットワーク８を通じて前記管理コンピュータ９、印刷装置２及び他の実装装置４，５等との間で各種データの送受信を行う。例えば基板Ｐの生産中は、印刷装置２から送信される後記相対位置データを受信すると共に、実装処理終了後の基板Ｐの搬出に同期して当該基板Ｐに対応する前記相対位置データを第２実装装置４に送信する。

なお、当実施形態では、前記主制御部３０１が本発明に係る基板位置演算手段および搭載座標演算手段として機能し、データ記憶部３０３が本発明に係る記憶手段に相当し、主制御部３０１及び駆動制御部３０４等が本発明に係る駆動制御手段に相当する。

以上、第１実装装置３の制御装置３Ａについて説明したが、第２実装装置４および第３実装装置５の制御装置も基本的には同様の構成を有しており、従って、ここでは当該制御装置４Ａ，５Ａについての説明は省略する。また、ローダ１，リフロー炉６及びアンローダ７の制御装置についても本件発明との関連が少ないのでこれらの制御装置の説明についても説明を省略する。

次に、上記部品実装システムによる部品の実装方法について図５〜図７のフローチャートを用いて説明する。この部品実装方法では、生産準備工程及び基板生産工程の順に当該各工程に従って部品実装基板を生産する。以下、各工程の詳細について印刷装置２及び各実装装置３〜５の動作制御に基づいて説明する。

＜ 生産準備工程 ＞
この工程は、部品の搭載座標を実際のハンダ印刷位置に基づいて補正するためのデータを取得するための工程である。図５のフローチャートに示すように、この生産準備工程では、まず、印刷装置２にマスクシート３５を固定する（ステップＳ１）。このマスクシート３５の固定は、当実施形態ではオペレータが手作業で行う。

マスクシート３５の固定後、オペレータがキーボード等の入力手段を操作することにより、以下のマスク認識処理が実行される。

すなわち、当該入力操作があると、印刷装置２の制御装置２Ａ（主制御部２０１）は、カメラヘッド３８を駆動制御し、マスク認識カメラ３６をマスクシート３５の下方位置に移動させることにより当該マスクシート３５の下面に付されている一対のマスクフィデューシャルマークＦｍ（図８（ｂ）に示す；以下マークＦｍという）を撮像し、印刷装置２における座標系上（装置座標系という）でのマークＦｍの位置を測定（認識）する（ステップＳ３）。

次いで、主制御部２０１は、マスク認識カメラ３６によりマスクシート３５の各開口部３５ａ（図８（ｂ）に示す）を撮像し、その画像データに基づいて装置座標系上における各開口部３５ａの位置及びサイズを測定（認識）する（ステップＳ５）。この際、主制御部２０１は、前記マークＦｍを基準として規定される座標系（以下、マスク座標系という）上での各開口部３５ａの位置を測定する。

マスクシート３５の各開口部３５ａの位置及びサイズの測定が完了すると、主制御部２０１は、当該データ（マスク開口データという）を、通信ネットワーク８を介してデータ作成ツールに転送する（ステップＳ７）。当実施形態では、管理コンピュータ９がデータ作成ツールに相当し、従って前記マスク開口データは管理コンピュータ９に転送される。

図示を省略するが、管理コンピュータ９は、論理演算を実行する周知のＣＰＵ、各種プログラムを記憶するＲＯＭ、装置動作中の様々なデータを一時的に記憶するＲＡＭ等からなる演算部、各種データを記憶するハードディスク等のデータ記憶部および通信制御部等の機能構成を含んでおり、印刷装置２から前記マスク開口データが送信されると、管理コンピュータ９は、データ記憶部に記憶されている部品搭載データであって前記マスク開口データにかかるマスクシート３５を使用する基板Ｐのデータを演算部に読み込み、この部品搭載データに含まれている各部品搭載ポイントの搭載座標を前記マスク開口データに基づき補正する（ステップＳ９，Ｓ１１）。

詳しく説明すると、管理コンピュータ９のデータ記憶部には、基板Ｐの品種毎に図９に示すような部品搭載データが記憶されている。この部品搭載データは、各実装装置３〜５において基板Ｐ上に部品を搭載するための基礎となるデータであり、同図に示すように、部品搭載ポイント（図中の「シルク名称」に相当する）毎に「搭載座標」、「ヘッド番号」、「部品番号」および「ハンダ上補正有無」等のデータが記録されている。なお、搭載座標データは、基板Ｐ上の電極Ｅｄ（図８（ａ）参照）の位置に基づいて定められおり、基板Ｐに付される基板フィデューシャルマークＦｂ（図８（ａ）に示す；以下マークＦｂという）を基準として規定された座標系、つまり基板座標系上での座標として定められている。

ステップＳ９，Ｓ１１の処理では、前記演算部は、各部品搭載ポイントの搭載座標データと対応するマスク開口データとのリンク付けを行った後、各部品搭載ポイントの搭載座標データを対応するマスク開口データに基づいて補正する。この補正は、マークＦｍを基準として規定されるマスク座標系上のマスク開口データを、マークＦｂを基準として規定される上記の基板座標系上のデータに変換した上で行う。すなわち、マスクシート３５の開口部３５ａの位置（以下、単にマスク開口位置という）をハンダ印刷位置と仮定し、このハンダ印刷位置に部品が搭載され得るように搭載座標データを補正する。

なお、図９に示すように、部品搭載データには上記「ハンダ上補正有無」データが含まれており、前記演算部は、当該データを加味して部品搭載データの上記補正を行う。この「ハンダ上補正有無」データは、部品の搭載座標をハンダ印刷位置上に補正するか否かを特定するもので、部品搭載ポイントのうち、リフロー炉６でのハンダ溶融による所謂セルフアライメント効果が期待できる部品搭載ポイント、例えば軽量部品が搭載される部品搭載ポイントについては、「ハンダ上補正有無」データが「する」とされ、セルフアライメント効果が期待できない部品搭載ポイント、例えば重量部品が搭載される部品搭載ポイントについては、「ハンダ上補正有無」データが「しない」とされている。従って、演算部は、ステップＳ１１の処理では、「ハンダ上補正有無」データが「する」と記録されている部品搭載ポイントについてのみ搭載座標データを補正し、それ以外の部品搭載ポイントについては、オリジナルの搭載座標データを保持する。

こうして部品搭載ポイント毎の搭載座標データを補正すると、前記演算部は、当該補正結果（補正後の搭載座標データ）を、通信ネットワーク８を通じて各実装装置３〜５に送信することにより各実装装置３〜５の前記データ記憶部３０３に記憶させる（ステップＳ１３）。ここで、各実装装置３〜５のデータ記憶部３０３には、基板Ｐの品種毎に図９と同様の部品搭載データが記憶されており、従って、ステップＳ１３の処理において補正後の搭載座標データが各実装装置３〜５に送信されると、主制御部３０１等は、対応する基板Ｐの部品搭載データ（搭載座標データ）を補正後のデータに上書き保存する。これにより生産準備工程が終了する。この実施形態では、当該補正後の搭載座標データが本発明に係る搭載座標演算用データに相当する。

なお、この生産準備工程は、基板Ｐの生産前に実施しておけばよい。従って、基板Ｐの生産計画が具体的に決まっていない段階、例えばマスクシート３５の製作直後等に事前に実施しておくことは勿論のこと、基板Ｐの生産直前、つまりマスクシート３５を印刷装置２に装着した後、基板Ｐの生産開始前（当該マスクシート３５を用いたハンダ印刷処理を実施する前）に実施するようにしてもよい。

＜ 基板生産工程 ＞
この工程は、印刷装置２、各実装装置３〜５及びリフロー炉６により順次ハンダ印刷、部品実装及びリフローの各処理を基板Ｐに施すことにより部品実装基板を生産する工程である。以下、印刷装置２および各実装装置３〜５についてその動作制御について説明する。

［ 印刷装置２ ］
基板Ｐの生産が開始されると、印刷装置２の制御装置２Ａ（主制御部２０１）は、基板Ｐを前記印刷ステージ１３に搬入する。そして、図６のフローチャートに示すように、まず、カメラヘッド３８を駆動制御することにより、マスク認識カメラ３６によりマスクシート３５の前記マークＦｍを撮像し、装置座標系上におけるマスクシート３５の位置を認識する（ステップＳ２１）。この際、主制御部２０１は、４軸ユニット２０等を駆動制御することにより印刷ステージ１３をホームポジションにセットしておく。

マークＦｍは、図８（ｂ）に模式的に示すように、例えばマスクシート３５の角部であって共通の対角線上にそれぞれ付してあり、両マークＦｍを結んだ線分の中間位置がマスク中心Ｏｍとなっている。従って、主制御部２０１は、両マークＦｍの画像データに基づきマスク中心Ｏｍおよび前記線分の傾きを演算し、その結果を装置座標系上におけるマスク位置データ（Ｘｍ，Ｙｍ，θｍ）として前記データ記憶部２０３に記憶する。

次いで、主制御部２０１は、カメラヘッド３８を駆動制御することにより、基板認識カメラ３７により基板Ｐの上面に付されている一対の基板フィデューシャルマークを撮像し、装置座標系上における基板Ｐの位置を認識する（ステップＳ２３）。

フィデューシャルマークＦｂ（以下、マークＦｂと略す）は、図８（ａ）に模式的に示すように、例えば基板Ｐの角部であって共通の対角線上にそれぞれ付してあり、両マークＦｂを結んだ線分の中心位置が基板中心Ｏｂとなっている。従って、主制御部２０１は、ステップＳ２３では、両マークＦｂの画像データに基づき基板中心Ｏｂおよび前記線分の傾きを演算し、その結果を基板位置データ（Ｘｂ，Ｙｂ，θｂ）とする。

次いで、主制御部２０１は、マスクシート３５に対して基板Ｐを重装する際の装置座標系上でのマスクシート３５に対する基板Ｐの相対位置データ（Ｘｐ，Ｙｐ，θｐ）を、予め定められている位置合わせアルゴリズム（プログラム）に従って演算する（ステップＳ２５）。

ここで、マスクシート３５に対して基板Ｐを重装する場合、設計上は図８（ｃ）に示すように、両者の中心位置および傾きが互いに一致するようにマスクシート３５に対して基板Ｐを重装すればマスクシート３５の開口部３５ａと基板Ｐの電極Ｅｄとは完全に一致するはずであるが、実際には、基板Ｐやマスクシート３５の伸縮・歪み、又は電極Ｅｄや開口部３５ａの位置誤差等により、図８（ｄ）に示すように開口部３５ａと電極Ｅｄとにずれが生じ得る。上記のアルゴリズムには、このようなずれを是正するための補正パラメータ（Ｘｉ，Ｙｉ，θｉ）が組み込まれており、前記相対位置データ（Ｘｐ，Ｙｐ，θｐ）は、当該アルゴリズムに従って演算される。例えば図８（ｅ）は、基板Ｐの電極Ｅｄのうち一部（図中に一点鎖線で示す範囲）の電極Ｅｄと開口部３５ａとのずれを優先的に是正するような補正パラメータが組み込まれたアルゴリズに従ってマスクシート３５に対する基板Ｐの相対位置を求めた場合の例であるが、このような装置座標系上でのマスクシート３５に対する基板Ｐの相対位置データがステップＳ２５において演算される。

マスクシート３５に対する基板Ｐの相対位置データ（Ｘｐ，Ｙｐ，θｐ）が求まると、主制御部２０１は、当該データに基づいて前記４軸ユニット２０を駆動制御することによりマスクシート３５に対して基板Ｐを重装し、さらにスキージユニット１７を駆動制御することにより基板Ｐに対してハンダペーストを印刷する（ステップＳ２７）。

また、この印刷動作と並行して、主制御部２０１は、前記の相対位置データ（Ｘｐ，Ｙｐ，θｐ）を印刷装置２の装置座標系のデータから基板を基準とするデータ、すなわちマークＦｂを基準として規定される基板座標系上の相対位置データ（Ｘｃ，Ｙｃ，θｃ）に変換する（ステップＳ２９）。

そして、基板Ｐに対するハンダペーストの印刷が終了すると、主制御部２０１は、前記４軸ユニット２０を駆動制御することにより基板Ｐをマスクシート３５から離隔させつつ前記ホームポジションにリセットし、その後、印刷装置２から第１実装装置３に基板Ｐを搬出すると共にこれに同期して当該基板Ｐの前記相対位置データ（Ｘｃ，Ｙｃ，θｃ）を第１実装装置３の制御装置３Ａに送信する（ステップＳ３１；本発明の相対位置データ送信工程に相当する）。これにより印刷装置２における印刷動作を終了する。

［ 第１実装装置３ ］
ハンダ印刷が施された基板Ｐが第１実装装置３に搬送されてくると、制御装置３Ａ（主制御部３０１）は、コンベア４２及び位置決め機構を駆動制御することにより、印刷後の基板Ｐを実装作業位置に搬入して位置決め固定する。

そして、図７のフローチャートに示すように、主制御部３０１は、ヘッドユニット４５を駆動して基板認識カメラ４６により基板ＰのマークＦｂを撮像すると共に当該画像データに基づいて第１実装装置３の座標系（以下、装置座標系という）上での基板Ｐの位置を認識する（ステップＳ４１）。具体的には、印刷装置２と同様に、両マークＦｂの画像データに基づき基板中心Ｏｂおよび前記線分の傾きを演算し、その結果を基板位置データ（Ｘｂ，Ｙｂ，θｂ）とする。

次いで、主制御部３０１は、当該基板Ｐに対応する相対位置データ（Ｘｃ，Ｙｃ，θｃ）、すなわち、図６のステップＳ３１で第１実装装置３に送信された相対位置データに基づき、第１実装装置３の装置座標系上でのマスクシート３５の仮想位置（以下、仮想マスク位置データという）を演算する（ステップＳ４３）。

そして、さらに主制御部３０１は、データ記憶部３０３に記憶されている当該基板Ｐの搭載座標データを読み出し、各部品搭載ポイントの搭載座標データを前記基板位置データ（Ｘｂ，Ｙｂ，θｂ）および相対位置データ（Ｘｃ，Ｙｃ，θｃ）に基づいて補正する（ステップＳ４５；本発明の搭載座標演算工程に相当する）。この際、主制御部３０１は部品搭載データ（図９参照）に従い、部品搭載ポイントのうち「ハンダ上補正有無」データが「する」である部品搭載ポイントについては、搭載座標データを基板位置データ（Ｘｂ，Ｙｂ，θｂ）および相対位置データ（Ｘｃ，Ｙｃ，θｃ）に基づき補正し、それ以外の部品搭載ポイント、つまり「ハンダ上補正有無」データが「しない」である部品搭載ポイントについては、搭載座標データを基板位置データ（Ｘｂ，Ｙｂ，θｂ）に基づき補正する。

こうして各部品搭載ポイントにおける部品の搭載座標が決定すると、ステップＳ４７に移行し、主制御部３０１は、当該搭載座標データに従って前記ヘッドユニット４５を駆動制御することにより基板Ｐ上に部品を搭載し（本発明の部品搭載工程に相当する）、全部品の搭載が終了すると、基板Ｐを第２実装装置４に搬出すると共にこの搬出動作に同期して当該基板Ｐの前記相対位置データ（Ｘｃ，Ｙｃ，θｃ）、つまり、図６のステップＳ３１で印刷装置２から第１実装装置３に送信された相対位置データと同じデータを第１実装装置３から第２実装装置４に送信する。これにより一連の実装動作を終了する。

なお、ここでは第１実装装置３の制御装置３Ａによる動作制御の例について説明したが、第２実装装置４の制御装置４Ａおよび第３実装装置５の制御装置５Ａによる実装動作の制御もほぼ同様である。従って、制御装置４Ａ，５Ａの制御については説明を省略する。

以上説明したように、この部品実装システム（部品実装方法）では、基板生産に先立ち、マスクシート３５における各開口部３５ａの位置を画像認識してマスク開口データを求め、このマスク開口データに基づき部品の搭載座標データを補正することによってマスクシート３５の開口部３５ａの加工誤差や変形等によるハンダ印刷位置の誤差を加味して部品の搭載座標データを予め補正しておき（生産準備工程）、基板生産中は、ハンダ印刷時の基板Ｐとマスクシート３５との相対位置データのみを印刷装置２から各実装装置３〜５に転送し、この相対位置データに基づいて部品の搭載座標データを補正することにより最終的な部品搭載座標を決定するようにしている。そのため、従来のこの種の部品実装システム（部品実装方法）のように、ハンダ印刷後、毎回（基板毎）、各ハンダの印刷位置を計測することをしなくとも、ハンダ印刷位置に良好に部品を搭載することができる。従って、従来の部品実装システム（部品実装方法）に比べると、ハンダ印刷後、部品搭載前に取得、送信すべきデータ数を大幅に減らすことができ、その結果、基板Ｐの生産性が向上する。

しかも、この部品実装システム（部品実装方法）によれば、上記の通り、マスク開口データに基づき部品搭載データを補正し、これによってマスクシート３５の開口部３５ａの加工誤差や変形等によるハンダ印刷位置の誤差等を予め加味して部品搭載データを補正しておくので、基板間での部品の搭載位置にバラツキが少なくなるという利点もある。すなわち、従来の部品実装システム（部品実装方法）では、毎回、基板毎に各ハンダの印刷位置を全て画像認識して部品の搭載座標を演算するため、画像認識誤差により基板間での部品搭載位置にバラツキが生じる可能性が高いが、実施形態の部品実装システム（部品実装方法）によれば、上記の通りマスク開口データに基づき予め部品搭載データを補正しておくのでそのような誤差を伴うことがない。従って、この部品実装システム（部品実装方法）によれば、基板間での部品搭載位置のバラツキを無くして、ハンダ付け品質の良好な部品実装基板をより安定的に生産することができるようになる。

さらに、この部品実装システムでは、全ての部品搭載ポイントについて一律にハンダ印刷位置を搭載座標として決定するのではなく、上記の通り、部品搭載データにおいて、部品搭載ポイントのうち基板Ｐ上の電極Ｅｄを基準として部品の搭載座標を決定するものと基板Ｐ上のハンダの印刷位置を基準として部品の搭載座標を決定するものとを予め定めておき（図９参照：「ハンダ上補正有無」データ）、このデータに基づき部品の搭載座標を決定するようにしているので、リフロー炉６でのセルフアライメント効果が期待できない搭載ポイントにおいてハンダ印刷位置上に部品が搭載され、その結果、例えば部品と電極Ｅｄとが不完全な接合状態となってしまうといった不都合を回避することができる。従って、全ての部品搭載ポイントについて一律にハンダの印刷位置を搭載座標とする場合に比べると、より適切に部品を基板Ｐ上にハンダ接合することができるという利点がある。

ところで、以上説明した部品実装システム（部品実装方法）は、本発明にかかる部品実装システム（部品実装方法）の好ましい実施形態の一例であって、部品実装システムの構成、これに含まれる印刷装置２や各実装装置３〜５の具体的な構成、さらに当該部品実装システムにおいて実施される部品実装方法は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、この実施形態では、データ作成ツールとして管理コンピュータ９を適用することにより搭載座標データの補正処理（図５のステップＳ９〜Ｓ１３の処理）を当該管理コンピュータ９で行い、その結果を各実装装置３〜５に転送するようにしているが、例えば、この搭載座標データの補正処理を各実装装置３〜５の制御装置３Ａ〜５Ａで行うようにしてもよい。この場合には、印刷装置２で取得したマスク開口データを、通信ネットワーク８を介して各実装装置３〜５に送信するようにすればよい。この場合には、当該マスク開口データが本発明に係る搭載座標演算用データに相当する。

また、実施形態では、部品搭載データ（図９参照）に補正有無パラメータ（「ハンダ上補正有無」）を組込み、部品搭載ポイント毎にハンダ印刷位置上に部品を搭載するか否かを予め定めておくことにより、搭載座標データの補正処理（図５のステップＳ９〜Ｓ１３の処理）時には、当該「ハンダ上補正有無」データに従って搭載座標データを補正するようにしているが、例えば、搭載座標データの補正処理後に、オペレータが任意に設定するようにしてもよい。この場合には、搭載座標データの補正処理（図５のステップＳ９〜Ｓ１３の処理）において、全ての部品搭載ポイントの搭載座標データをマスク開口データに基づき補正した上で、当該補正後の搭載座標データ（マスク開口基準搭載座標データという）を、図１０（ａ）に示すように、オリジナルの搭載座標データと共に部品搭載データに含め、当該部品搭載データをモニタ等に表示した上で、オペレータがオリジナルの搭載座標データとマスク開口基準搭載座標データとを比較しながらキーボード等の入力手段の操作に基づきに「ハンダ上補正有無」データを入力するようにしてもよい。

また、「ハンダ上補正有無」データは上記のように部品搭載ポイントに応じて定める以外に、部品の種類に応じて定めてもよい。この場合には、図１０（ｂ）に示すように、部品データに「ハンダ上補正有無」データを含めておき、この部品データに従って部品の搭載座標を決定するようにすればよい。この場合、リフロー炉６でセルフアライメント効果を期待できるような軽量部品についてはハンダ印刷上への搭載座標補正を行い、逆に、セルフアライメント効果を期待できない重い部品についてはハンダ印刷上への搭載座標補正を行わないようにすればよい。

また、実施形態では、マスクシート３５が交換された直後にのみマスク開口データを取得するようにしているが（図５中のステップＳ３，Ｓ５の処理）、例えば、予め設定された数であって複数枚の基板生産毎にマスク開口データを取得することにより部品搭載データ（搭載座標データ）を定期的に補正し、各実装装置３〜５が保有する部品搭載データを更新するようにしてもよい。この方法によれば、弛みや開口部３５ａの変形等、マスクシート３５の状態の経時変化を部品搭載データに反映させることが可能となるため、ハンダ付け品質の良好な部品実装基板をより長期的に安定して生産することが可能となる。

本発明に係る部品実装システム（本発明に係る部品実装方法が使用される部品実装システム）の全体構成を示す模式図である。 部品実装システムに含まれるスクリーン印刷装置の概略構成を示す側面図である。 部品実装システムに含まれる実装装置の概略構成を示す平面図である。 部品実装システムの制御系を示すブロック図である。 部品搭載（搭載座標）データの補正処理（生産準備工程の処理）を示すフローチャートである。 スクリーン印刷装置の動作制御の一例を示すフローチャートである。 実装装置の動作制御の一例を示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｅ）は、マスクシートに対して基板を重装するためのアルゴリズムを説明するための平面模式図である。 実装装置に格納されている部品搭載データの一例を示す図である。 各実装装置に格納されているデータの一例を示す図である（（ａ）は部品搭載データ、（ｂ）は部品データである）。

符号の説明

２ スクリーン印刷装置
３ 第１実装装置
４ 第２実装装置
５ 第３実装装置
６ リフロー炉
８ 通信ネットワーク
９ 管理コンピュータ
Ｐ 基板

Claims (3)

1. 印刷用マスクと基板とを重ねて前記印刷用マスクに形成される開口部を介して前記基板上の電極にハンダを印刷するスクリーン印刷装置と、部品実装用のヘッドを備え、かつ前記ハンダが印刷された基板上に前記ヘッドにより部品を搭載する実装装置とを含む部品実装システムにおける部品実装方法であって、
   基板の生産前に実施される工程であって、前記印刷用マスクにおける開口部の位置を画像認識し、電極の位置を基準として基板上における部品搭載座標を定めた搭載座標データを、前記画像認識結果に基づいてハンダ印刷位置を基準とする搭載座標データに補正するとともに、この補正後の搭載座標データを前記実装装置に格納する生産準備工程と、この生産準備工程の後、前記各装置により基板にハンダを印刷して当該基板に部品を搭載する基板生産工程と、を含み、
   この基板生産工程において、
   ハンダ印刷時の基板と前記印刷用マスクとの相対位置を求め、ハンダ印刷後の基板を前記スクリーン印刷装置から前記実装装置に搬送すると共にこれに同期して当該基板の前記相対位置のデータである相対位置データを前記スクリーン印刷装置から前記実装装置に送信する相対位置データ送信工程と、
   ハンダ印刷後、前記実装装置へ搬入される基板の前記相対位置データにより前記搭載座標データを補正することにより前記ヘッドによる部品搭載座標を求める搭載座標演算工程と、
   この搭載座標演算工程で求めた部品搭載座標に従って前記ヘッドにより前記基板に部品を搭載する部品搭載工程と、を実行することを特徴とする部品実装方法。
2. 請求項１に記載の部品実装方法において、
   基板上の部品搭載ポイント又は当該ポイントに搭載される部品に関して基板上の電極位置を基準として前記部品搭載座標を決定するものとハンダ印刷位置を基準として前記部品搭載座標を決定するものとを予め設定しておき、前記搭載座標演算工程では、前記設定に従って各部品搭載ポイントの部品搭載座標を決定することを特徴とする部品実装方法。
3. 印刷用マスクと基板とを重ねて前記印刷用マスクに形成される開口部を介して前記基板上の電極にハンダを印刷するスクリーン印刷装置と、部品実装用のヘッドを備え、かつ前記ハンダが印刷された基板上に前記ヘッドにより部品を搭載する実装装置とを含む部品実装システムにおいて、
   前記スクリーン印刷装置は、
   前記印刷用マスクを撮像することによりその画像データを取得するマスク撮像手段と、
   前記基板を撮像することによりその画像データを取得する基板撮像手段と、
   前記印刷用マスクおよび基板の各画像データに基づき印刷時における基板と印刷用マスクとの相対位置を求める相対位置演算手段と、
   この相対位置演算手段により求められた前記相対位置を相対位置データとして、ハンダ印刷後の基板が当該スクリーン印刷装置から前記実装装置に搬送される際に、当該基板の搬送に同期して前記実装装置に送信する送信手段と、を備え、
   前記実装装置は、
   前記基板を撮像することによりその画像データを取得する基板撮像手段と、
   前記基板の画像データに基づき基板の位置を求める基板位置演算手段と、
   基板上における部品搭載座標を定めた搭載座標データであって、電極の位置を基準として定めたデータを前記印刷用マスクの開口部の位置を画像認識した結果に基づきハンダ印刷位置を基準とするデータに補正した搭載座標データを記憶する記憶手段と、
   ハンダ印刷後、当該実装装置へ搬入される基板の部品実装動作に先立ち、スクリーン印刷装置から送信される当該基板の前記相対位置データにより前記記憶手段に記憶されている前記搭載座標データを補正することにより前記ヘッドによる部品搭載座標を求める搭載座標演算手段と、
   この搭載座標演算手段で求めた前記部品搭載座標に従って前記ヘッドの駆動を制御する駆動制御手段と、を備えていることを特徴とする部品実装システム。
   

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