JP6402451B2 - 品質管理装置、品質管理方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、表面実装ラインの管理を行う技術に関する。

プリント基板の実装は、プリント基板の表面にチップ部品などの電子部品を直接はんだ付けする表面実装技術（ＳＭＴ：Surface Mount Technology、面実装技術ともいう）の登場と、電子部品の小型化によって飛躍的に向上した。表面実装では、プリント基板の電極部（ランド）にペースト状のはんだ（はんだペースト）をスクリーン印刷し、マウンタで電子部品をプリント基板上に装着して、リフロー炉と一般に呼ばれる高温炉内で加熱することにより、はんだペーストを溶着させ、電子部品をプリント基板表面にはんだ付けする。

表面実装ラインの停止を避けるために、不良の発生を予測して不良の発生を未然に防ぐことが望まれる。例えば、特許文献１には、設備と基板（ワーク）との品質状態の分析データに基づいて不良品発生を予測する技術が開示されている。

特開平８−１８２８６号公報

表面実装ラインは、同一のパラメータで稼働した場合であっても、状況によって品質状態に差が生じる。例えば、製造装置の部品交換やパラメータ調整あるいは休業などの要因によりラインを一旦停止し、再度稼働させた直後は、品質状態に変化が生じやすい。しかしながら、特許文献１では、上記のようなラインの稼働状況を考慮した分析はされておらず、ラインの稼働状況の変化に追従した不良品発生予測が困難である。

本発明は上記課題を考慮してなされたものであり、表面実装ラインの稼働状況に応じて表面実装ラインを管理することによって、不良発生の可能性を低減可能な技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では、表面実装ラインの稼働状況に応じて製造装置の補正情報を学習しておき、状況に応じて製造装置の設定パラメータを補正する。

より具体的には、本発明は、はんだ印刷装置によってプリント基板にはんだを印刷するはんだ印刷工程と、マウンタによってプリント基板上に電子部品を配置するマウント工程と、リフロー炉によって電子部品をはんだ接合するリフロー工程とを行う表面実装ラインを管理する品質管理装置であって、表面実装ラインの状況を取得する状況取得手段と、状況ごとに、前記はんだ印刷装置、前記マウンタ、および前記リフロー炉の少なくともいずれかの設定パラメータを補正するための補正情報を記憶する補正情報記憶手段と、前記状況取得手段によって取得される状況に対応する補正情報を前記補正情報記憶手段から取得し、取得した補正情報を用いて、前記はんだ印刷装置、前記マウンタ、および前記リフロー炉の少なくともいずれかの設定パラメータを補正する補正手段と、を有する。

同一の状況においては、同一の品質変動が生じる傾向にあるので、製造装置の設定パラ
メータを状況に応じて補正することで、安定した品質の製品を製造することができる。

本発明において、状況は、前記表面実装ラインを停止し再稼働した場合における停止の要因に基づいて定義することができる。停止の要因として、例えば、はんだ印刷装置におけるはんだ交換、マスク交換、マスク洗浄、スキージ交換、基板下受ブロック交換、および設定パラメータの変更が挙げられる。また、マウンタにおけるノズル洗浄、ノズル交換、フィーダ交換、エア圧力変更、基準ピン交換、および設定パラメータの変更が挙げられる。また、リフロー炉における熱電対交換、温度やその他の設定パラメータの変更が挙げられる。また、ライン停止の要因には、部品交換やパラメータ変更を伴わない単なる停止（昼休みなどの一時停止）も含まれる。停止の要因に応じて、再稼働後の品質に変動が生じるため、一つの状況として定義することができる。

また、本発明における状況を定義する際に、表面実装ラインを再稼働した後の稼働時間も考慮して状況を定義することも好ましい。例えば、はんだ交換後の所定時間（１単位時間）を一つの状況として定義し、その後の１単位時間ごとに１つの状況として定義することができる。再稼働後の時間に応じて品質の変動傾向が変化する場合は、再稼働後の時間が異なれば異なる状況として定義することが好ましいからである。なお、各状況の時間間隔は必ずしも同一とする必要はなく、１つの状況の時間間隔は任意に定めても構わない。

また、本発明において、状況ごとの、前記はんだ印刷装置、前記マウンタ、および前記リフロー炉の少なくともいずれかの設定パラメータを補正するための補正情報を学習する学習手段を更に有し、前記学習手段は、ある状況において、前記設定パラメータを変化させて前記表面実装ラインを稼働させ、前記設定パラメータを変化させて前記表面実装ラインを稼働させた場合に、はんだ印刷工程、マウント工程、およびリフロー工程の検査装置から得られる検査結果を取得し、前記検査結果に基づいて、前記状況における補正情報を決定して、前記補正情報記憶手段に記憶する、ことも好ましい。

このように、各状況において実際に製造装置の設定パラメータを変化させて表面実装ラインを稼働させて製造を行い、良好な検査結果（品質）が得られる設定パラメータを状況ごとに学習することで、各状況における適切な補正情報を求めることができる。

学習手段の学習アルゴリズムは、任意のものを採用できる。例えば、ニューラルネットワーク、サポートベクタマシン（ＳＶＭ）、ブースティング（Ｂｏｏｓｔｉｎｇ）などの学習ロジックを用いることができる。

本発明における補正情報は、通常時に用いられる設定パラメータを、各状況に用いられる設定パラメータに変換することが可能な情報であれば、任意の形式のものであってよい。例えば、補正情報記憶手段は、通常時に用いられる設定パラメータを各状況で用いられる設定パラメータに変換する補正関数として補正情報を記憶することができる。また、補正情報記憶手段は、通常時に用いられる設定パラメータと各状況で用いられる設定パラメータとを対応付けたテーブルとして補正情報を記憶することもできる。

本発明において、前記学習手段は、第１の状況における補正情報と第２の状況における補正情報とに基づいて、前記第１の状況および前記第２の状況と関連する第３の状況における補正情報を推定して、前記補正情報記憶手段に記憶する、ことも好ましい。例えば、第１の状況と第２の状況における補正情報が既知の時に、第１の状況と第２の状況が複合した第３の状況における補正情報を補間によって推定することができる。あるいは、第１の状況における補正情報と、第１の状況と第３の状況が複合した第２の状況における補正情報とが既知の時に、第３の状況における補正情報を補間によって推定することができる。

このようにすれば、学習済みの状況から、それらと関連した状況における補正情報を精度良く推定することができる。

また、本発明において、前記補正情報記憶手段は、部品ごとに、状況ごとの前記補正情報を記憶しており、前記補正手段は、部品の種類に応じた補正情報を前記補正情報記憶手段から取得して、前記はんだ印刷装置、前記マウンタ、および前記リフロー炉の少なくともいずれかの設定パラメータを補正する、ことも好ましい。

このようにすれば、状況ごとおよび部品ごとに、製造装置の設定パラメータを適切なものに補正することができる。

前記補正手段が前記設定パラメータを補正する場合の、補正後の設定パラメータの値もしくは設定パラメータの補正量を出力する出力手段を更に有する、ことも好ましい。また、前記出力手段は、現時点の表面実装ラインの状況も出力する、ことも好ましい。出力手段には、例えば、ディスプレイなどの表示装置、プリンタなどの印刷装置、スピーカーなどの音声出力装置、あるいはメールやショートメッセージなどのメッセージ送信装置などが含まれる。

このようにすれば、ユーザは、現在どの設定パラメータがどのように補正されているかや、またその補正の原因（現在の状況）を容易に把握することができる。

また、前記補正手段は、設定パラメータを補正する前にユーザの確認を求め、ユーザからの許可を得てから設定パラメータを補正する、ことも好ましい。設定パラメータの補正を確認する際に、上述のように補正後の設定パラメータの値もしくは設定パラメータの補正量や、現時点の表面実装ラインの状況を出力することが好ましい。

本発明において、前記補正手段は、はんだ印刷装置、マウンタ、リフロー炉の少なくともいずれか生産設備の実装プログラムを取得し、設定パラメータに係る部分を補正するように実装プログラムを修正し、修正後の実装プログラムを生産設備に送ることによって、生産設備の設定パラメータを補正することが好ましい。

本発明は、前記補正手段が前記設定パラメータを補正した場合におけるワークの検査結果と正常値との差が所定の閾値以上であれば、不良発生予測を通知する通知手段を更に有する、ことも好ましい。ここで、上記の所定の閾値は、補正情報の学習過程で求めることも好ましい。

学習過程で、各状況において製造装置の設定パラメータを変化させた場合に、検査結果がどのように変化するかが予測できる。したがって、ワークの検査結果が予測の範囲を超えた場合には、何らかの予期しない事態が生じているものと考えられ、不良が発生する可能性があると判断できる。

なお、本発明は、上記手段の少なくとも一部を有する品質管理装置として捉えることができる。また、本発明は上記処理の少なくとも一部を有する品質管理方法、またはその方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム、あるいは当該コンピュータプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体として捉えることもできる。上記構成および処理の各々は技術的な矛盾が生じない限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。

本発明によれば、表面実装ラインの稼働状況に応じて表面実装ラインを管理することによって、不良発生の可能性を低減可能である。

生産設備および品質管理システムの構成例の模式図。 （ａ）実装ラインの稼働状況（シーン）と品質の関係を示す図、（ｂ）シーン別の補正関数の概念図、（ｃ）シーン別に設定パラメータを補正した後の品質を示す図。 第１の実施形態にかかる品質管理システムの機能ブロック図。 学習処理の流れを示すフローチャート。 実装プログラム補正処理の流れを示すフローチャート。 第２の実施形態にかかる品質管理システムの機能ブロック図。 検査データ監視処理の流れを示すフローチャート。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

［第１の実施形態］
＜システム構成＞
図１は、プリント基板の表面実装ラインにおける生産設備及び品質管理システムの構成例を模式的に示している。表面実装（Surface Mount Technology：ＳＭＴ）とはプリント基板の表面に電子部品をはんだ付けする技術であり、表面実装ラインは、主として、はんだ印刷〜部品のマウント〜リフロー（はんだの溶着）の三つの工程から構成される。

図１に示すように、表面実装ラインでは、生産設備として、上流側から順に、はんだ印刷装置１０１、マウンタ１０２、リフロー炉１０３が設けられる。はんだ印刷装置１０１は、スクリーン印刷によってプリント基板上の電極部（ランドと呼ばれる）にペースト状のはんだを印刷する装置である。マウンタ１０２は、基板に実装すべき電子部品をピックアップし、該当箇所のはんだペーストの上に部品を載置するための装置であり、チップマウンタとも呼ばれる。リフロー炉１０３は、はんだペーストを加熱溶融した後、冷却を行い、電子部品を基板上にはんだ接合するための加熱装置である。これらの生産設備１０１〜１０３は、ネットワーク（ＬＡＮ）を介して生産設備管理装置１０４に接続されている。生産設備管理装置１０４は、生産設備１０１〜１０３の管理や統括制御を担うシステムであり、各生産設備の動作を定義する実装プログラム（動作手順、製造条件、設定パラメータなどを含む）、各生産設備のログデータ（ライン一時停止の要因、再稼働からの経過時間、基板ＩＤなどを含む）などを記憶、管理、出力する機能などを有している。また、生産設備管理装置１０４は、作業者又は他の装置から実装プログラムの変更指示を受け付けると、該当する生産設備に設定されている実装プログラムの更新処理を行う機能も有する。

また、表面実装ラインには、はんだ印刷〜部品のマウント〜リフローの各工程の出口で基板の状態を検査し、不良あるいは不良のおそれを自動で検出する、品質管理システム２００が設置されている。品質管理システム２００は、良品と不良品の自動仕分けの他、検査結果やその分析結果に基づき各生産設備の動作にフィードバックする機能（例えば、実装プログラムの変更など）も有している。図１に示すように、本実施形態の品質管理システム２００は、はんだ印刷検査装置２０１、部品検査装置２０２、外観検査装置２０３、Ｘ線検査装置２０４の４種類の検査装置と、検査管理装置２０５、分析装置２０６、作業
端末２０７などから構成される。

はんだ印刷検査装置２０１は、はんだ印刷装置１０１から搬出された基板に対し、はんだペーストの印刷状態を検査するための装置である。はんだ印刷検査装置２０１では、基板上に印刷されたはんだペーストを２次元ないし３次元的に計測し、その計測結果から各種の検査項目について正常値（許容範囲）か否かの判定を行う。検査項目としては、例えば、はんだの体積・面積・高さ・位置ずれ・形状などがある。はんだペーストの２次元計測には、イメージセンサ（カメラ）などを用いることができ、３次元計測には、レーザ変位計や、位相シフト法、空間コード化法、光切断法などを利用することができる。

部品検査装置２０２は、マウンタ１０２から搬出された基板に対し、電子部品の配置状態を検査するための装置である。部品検査装置２０２では、はんだペーストの上に載置された部品（部品本体、電極（リード）など部品の一部でもよい）を２次元ないし３次元的に計測し、その計測結果から各種の検査項目について正常値（許容範囲）か否かの判定を行う。検査項目としては、例えば、部品の位置ずれ、角度（回転）ずれ、欠品（部品が配置されていないこと）、部品違い（異なる部品が配置されていること）、極性違い（部品側と基板側の電極の極性が異なること）、表裏反転（部品が裏向きに配置されていること）、部品高さ、電極ずれ、電極浮きなどがある。はんだ印刷検査と同様、電子部品の２次元計測には、イメージセンサ（カメラ）などを用いることができ、３次元計測には、レーザ変位計や、位相シフト法、空間コード化法、光切断法などを利用することができる。

外観検査装置２０３は、リフロー炉１０３から搬出された基板に対し、はんだ付けの状態を検査するための装置である。外観検査装置２０３では、リフロー後のはんだ部分を２次元ないし３次元的に計測し、その計測結果から各種の検査項目について正常値（許容範囲）か否かの判定を行う。検査項目としては、部品検査と同じ項目に加え、はんだフィレット形状の良否なども含まれる。はんだの形状計測には、上述したレーザ変位計、位相シフト法、空間コード化法、光切断法などの他、いわゆるカラーハイライト方式（Ｒ、Ｇ、Ｂの照明を異なる入射角ではんだ面に当て、各色の反射光を天頂カメラで撮影することで、はんだの３次元形状を２次元の色相情報として検出する方法）を用いることができる。

Ｘ線検査装置２０４は、Ｘ線像を用いて基板のはんだ付けの状態を検査するための装置である。例えば、ＢＧＡ（Ball Grid Array）、ＣＳＰ（Chip Size Package）などのパッケージ部品や多層基板の場合には、はんだ接合部が部品や基板の下に隠れているため、外観検査装置２０３では（つまり外観画像では）はんだの状態を検査することができない。Ｘ線検査装置２０４は、このような外観検査の弱点を補完するための装置である。Ｘ線検査装置２０４の検査項目としては、例えば、部品の位置ずれ、はんだ高さ、はんだ体積、はんだボール径、バックフィレットの長さ、はんだ接合の良否などがある。なお、Ｘ線像としては、Ｘ線透過画像を用いてもよいし、ＣＴ（Computed Tomography）画像を用いる
ことも好ましい。

これらの検査装置２０１〜２０４は、ネットワーク（ＬＡＮ）を介して検査管理装置２０５に接続されている。検査管理装置２０５は、検査装置２０１〜２０４の管理や統括制御を担うシステムであり、各検査装置２０１〜２０４の動作を定義する検査プログラム（検査手順、検査条件、設定パラメータなど）や、各検査装置２０１〜２０４で得られた検査結果やログデータなどを記憶、管理、出力する機能などを有している。

分析装置２０６は、検査管理装置２０５に集約された各検査装置２０１〜２０４の検査結果（各工程の検査結果）を分析することで、不良の予測、不良の要因推定などを行う機能や、必要に応じて各生産設備１０１〜１０３へのフィードバック（実装プログラムの変更など）を行う機能などを有するシステムである。

作業端末２０７は、生産設備１０１〜１０３の状態、各検査装置２０１〜２０４の検査結果、分析装置２０６の分析結果などの情報を表示する機能、生産設備管理装置１０５や検査管理装置２０５に対し実装プログラムや検査プログラムの変更（編集）を行う機能、表面実装ライン全体の動作状況を確認する機能などを有するシステムである。

生産設備管理装置１０４、検査管理装置２０５、分析装置２０６はいずれも、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、主記憶装置（メモリ）、補助記憶装置（ハードディスクなど）、入力装置（キーボード、マウス、コントローラ、タッチパネルなど）、表示装置などを具備する汎用的なコンピュータシステムにより構成可能である。これらの装置１０４、２０５、２０６は別々の装置としてもよいが、一つのコンピュータシステムにこれらの装置１０４、２０５、２０６の全ての機能を実装することも可能であるし、生産設備１０１〜１０３や検査装置２０１〜２０４のいずれかの装置が具備するコンピュータに、これらの装置１０４、２０５、２０６の機能の全部又は一部を実装することも可能である。また、図１では、生産設備と品質管理システムのネットワークを分けているが、相互にデータ通信が可能であればどのような構成のネットワークを用いてもよい。

＜品質管理システムの概要＞
本実施形態にかかる品質管理システムについて、より詳細に説明する。本実施形態にかかる品質管理システムは、実装ラインの稼働状況（シーン）を考慮して、シーンごとに生産設備１０１〜１０３の設定パラメータを動的に変えることで、不良発生を防止して、実装ラインの停止を予防する。

まず、実装ラインの稼働状況（シーン）について説明する。図２（ａ）は、実装ラインの稼働状況と品質（検査結果）の関係を示す概念図である。実装ラインは、部品交換やパラメータ調整など種々の理由により一時的に停止される。例えば、はんだ印刷装置１０１のはんだ交換や、マウンタ１０２のノズル交換や、リフロー炉１０３の熱電対交換が、実装ラインの一時停止の要因となりうる。はんだ印刷装置１０１のはんだを交換した直後は、はんだが固いなどの理由により、通常時と同様の設定パラメータではんだ印刷を行っても、はんだ印刷の品質（はんだ印刷量）に差異が生じる。同様にマウンタ１０２の吸着ノズルを交換した直後は、通常時と同様の設定パラメータで部品の装着を行っても、部品装着の品質（部品位置や押し込み量など）に差異が生じる。リフロー炉１０３の熱電対を交換した直後は、はんだ接合の品質（フィレット形状や電極位置など）に差異が生じる。また、はんだやノズル以外の部品交換の後や、部品交換をせずとも昼休み等に一時的にラインを停止した後にも品質変動が生じる。

どのような要因により実装ラインを一時停止したかによって、再稼働後の品質変動の傾向に差がある。したがって、実装ラインの一時停止要因別にシーンを定義すれば、シーンごとに製品品質を安定させるための、製造装置の設定パラメータの補正方法を求めることができる。そこで、本実施形態にかかる品質管理システムでは、図２（ｂ）に示すように、一時停止の要因および再稼働からの稼働時間ごとにシーンを定義し（図中の四角のそれぞれが１つのシーンを表す）、生産設備の設定パラメータを補正するための補正関数（補正情報）をあらかじめ作成し記憶する。

図２（ｂ）に示すようなシーン別の補正関数を用いて設定パラメータを補正することで、図２（ｃ）に示すように製品の品質を安定化させることが可能となる。なお、再稼働後に製品の品質が変動すると、この変動だけでは不良と判定されるものでなかったとしても、その他の要因と重なることによって不良が発生してしまう可能性が高まる。したがって、再稼働後に生じる品質変動が不良と判定される程度のものでなかったとしても、そのような品質変動はできるだけ取り除くことが好ましい。

＜構成＞
図３は、本実施形態にかかる品質管理システムの機能ブロック図である。図に示すように、本実施形態にかかる品質管理システムは、設備状態取得部１１、シーン判別部１２、学習処理部１３、補正関数記憶部１４、実装プログラム補正部１５を有する。これらの機能ブロックは、分析装置２０６においてコンピュータがプログラムを実行することによって実現されることを想定する。ただし、品質管理システム２００のその他の装置において図３に示す機能が実現されてもよい。なお、図３には上記の機能を実現するための機能ブロックのみを示しており、表面実装ラインの品質管理を行うためのその他の機能については省略している。

設備状態取得部１１は、生産設備管理装置１０４や検査管理装置２０５から、実装ラインの状態に関する種々の情報を取得する。例えば、設備状態取得部１１は、生産設備管理装置１０４から、ログデータや各生産設備の実装プログラムなどを取得する。ログデータには、前回の実装ラインの停止の要因、再稼働後の稼働時間（あるいは再稼働時刻）が含まれる。また、設備状態取得部１１は、検査管理装置２０５から、各検査装置による検査データ（検査結果）や、各検査装置の検査プログラムを取得する。

シーン判別部１２は、設備状態取得部１１が取得する情報、特に前回の実装ラインの停止の要因および再稼働後の稼働時間に基づいて、現在の実装ラインの稼働状況（シーン）を判断する。実装ラインのシーンは、一時停止の要因と、再稼働後の時間によって定義される。シーン判別部１２は、本発明における状況取得手段に相当する。

一時停止要因とシーンの対応付けは、あらかじめ定義しておけばよい。例えば、はんだ印刷装置１０１におけるはんだ交換、マスク交換、マスク洗浄、スキージ交換、基板下受ブロック交換、設定パラメータの変更などの停止要因に対応してシーンを定義することができる。また、マウンタ１０２におけるノズル洗浄、ノズル交換、フィーダ交換、エア圧力変更、基準ピン交換、設定パラメータ変更に対応してシーンを定義することができる。また、リフロー炉における熱電対交換、温度やその他の設定パラメータ変更に対応してシーンを定義することができる。また、点検以外の一時停止（昼休みなど）であって、部品交換などを特に行わない場合も、一つのシーンとして定義することができ、このときは停止期間の長さに応じて異なるシーンとして定義することもできる。また、上記のような要因が複合する場合には、要因の組合せごとにシーンを定義することもできる。例えば、はんだ交換とノズル交換を同時に行った場合には、はんだ交換ともノズル交換とも異なる一つのシーンを定義することが好ましい。

また、シーンは、再稼働後の時間に応じて異なるものとして定義される。例えば、一時停止の要因が同じであっても、再稼働から所定の時間が経過するごとに、新しいシーンとして定義される。この時間間隔は、その時間内において製品品質の変動傾向がほぼ同一であるとみなせる長さとすることが好ましい。例えば、１５分を所定時間（単位時間）として、再稼働直後から１５分後、１５分後から３０分後、３０分後から４５分後、４５分後から６０分後をそれぞれ１つのシーンとして定義する。なお、ここでは時間間隔を一定としているが、稼働時間が長くなるほど時間間隔を長くするなど、時間間隔は一定でなくてもよい。また、停止要因ごとに時間間隔を異なるように定義してもよい。

学習処理部１３は、製品品質を安定に保つための製造装置の設定パラメータの補正方法をシーンごとに学習し、補正関数記憶部１４に記憶する。補正対象の設定パラメータはシーンに応じて選択することができ、例えば、はんだ印刷装置におけるはんだの印刷位置、はんだ量、印刷圧力、印刷速度など、マウンタにおける部品吸着位置、部品装着位置、押し込み量、装着速度など、リフロー炉における温度および時間など、を挙げることができ
る。

補正関数記憶部（補正情報記憶手段）１４には、通常時の設定パラメータの値から、当該シーンで用いる補正後の設定パラメータを求めるための補正情報が記憶される。本実施形態では、補正情報を補正関数の形式で記憶する。補正関数は、１次式や２次式やその他の任意の関数であってよい。通常時の設定パラメータの値から補正後の設定パラメータの値が取得可能であれば、補正情報は関数形式ではなくテーブル形式で記憶してもよい。学習処理（補正情報の生成方法）の詳細については、後述する。

実装プログラム補正部１５は、補正関数記憶部１４を参照して、生産設備の設定パラメータを現在の実装ラインのシーンに応じて補正する。実装プログラム補正部１５は、生産設備管理装置１０４から実装プログラムを取得し、その中の設定パラメータを補正関数に基づいて補正して、補正後の実装プログラムを生産設備管理装置１０４に送る。生産設備管理装置１０４は、設定パラメータが補正された実装プログラムに基づいて生産設備を制御するので、補正後の設定パラメータにしたがって生産設備が動作することになる。補正処理の詳細については、後述する。

なお、学習処理部１３による学習処理と実装プログラム補正部１５による実装プログラム（設定パラメータ）の補正処理は同時には行わず、まず学習処理を行い、学習が完了した後に、学習処理を停止して実装プログラムの補正処理を行う。

＜学習処理＞
本実施形態にかかる品質管理システムが学習フェーズにある際の、学習処理部１３による学習処理について、図４のフローチャートを参照してより詳細に説明する。なお、以下の説明では、具体例として、はんだ印刷装置のはんだ交換を行った場合を想定して説明するが、図４のフローチャートは任意の状況について当てはまることを留意されたい。

まず、設備状態取得部１１が取得する生産設備に関する情報に基づいて、シーン判別部１２が現在の実装ラインのシーンを判別する（Ｓ１１）。部品交換などの要因により実装ラインを一時停止した場合には、どの部品が交換されたかという情報が生産設備から生産設備管理装置１０４に送られ、この情報が設備状態取得部１１によって取得される。例えば、はんだ印刷装置１０１のはんだが交換されたという情報が生産設備管理装置１０４から設備状態取得部１１に入力される。どの部品が交換されたかという情報は、ユーザが作業端末２０７に対して入力し、設備状態取得部１１が作業端末２０７から取得してもよい。また、各生産設備のログデータには、再稼働からの経過時間や、現在処理している基板ＩＤなどが含まれる。シーン判別部１２は、このような実装ラインの一時停止の要因および再稼働後の経過時間から、現在のシーンを特定する。

次に、学習処理部１３は、シーンに対応して、監視の対象とする検査項目と、補正の対象とする設定パラメータを特定する（Ｓ１２）。例えば、はんだ交換をした後にははんだ体積にばらつきが生じるので、外観検査装置２０３のはんだ体積の検査項目を監視の対象とし、はんだ印刷装置１０１の印刷圧力を補正対象の設定パラメータとして決定する。シーンごとにどの検査項目と設定パラメータに着目するかは、シーンと関連付けてユーザがあらかじめ入力しておけばよい。以下では、シーンと関連付けられた検査項目および設定パラメータが１つであるとして説明を行うが、シーンにおいて監視する検査項目や補正する設定パラメータの数は複数であっても構わない。

一般に、一つの基板には複数の部品が搭載され、生産設備の設定パラメータは部品ごとに最適化することが望ましい。したがって、学習処理部１３は、処理中の基板に搭載される部品ごとに、以下のステップＳ１３〜Ｓ１７の処理を並行して行う。なお、設定パラメ
ータが部品によって変化せず、基板単位で同一とするものである場合には、部品ごとの区別を設けずに以下の処理を行っても構わない。

まず、学習処理部１３は、検査項目の適切な計測値（正解データ）を取得する（Ｓ１３）。正解データの取得は、検査管理装置２０５から取得される検査装置の検査プログラム（上記の例では外観検査装置２０３の検査プログラム）を参照することで行える。

次に、学習処理部１３は、その時点での補正関数にしたがって設定パラメータを補正して生産を行った場合の、検査結果を取得する（Ｓ１４）。後述するように、補正関数記憶部１４は学習処理ともに更新され、学習処理は複数日にわたって繰り返し行われる。したがって、現時点での補正関数によって達成できる検査結果をこのステップで確認する。なお、学習を行う前の段階においては、補正関数は補正なし（入力と出力が等しい補正関数）を表すように初期化される。

なお、ステップＳ１４では、１回の生産（１つの基板）から得られる検査結果のみを取得してもよいが、複数の生産（複数の基板）から得られる検査結果の平均や分散などを取得するようにしてもよい。複数の検査結果に対して統計処理を施すことで、個々の生産に関するばらつきの影響を排除できる。

次に、学習処理部１３は、生産設備の補正対象パラメータを微小にランダムに変化させて、変化させた設定パラメータを用いて生産を行う（Ｓ１５）。例えば、はんだ印刷装置１０１の印刷圧力を、現在の補正関数にしたがって補正した値から、ランダムに微小に変化させて生産を行う。設定パラメータを変化させて生産を行うためには、製造設備の実装プログラムを分析装置２０５において変更して、生産設備管理装置１０４を介して変更後の実装プログラムを生産設備に渡せばよい。

実装プログラムが変更されると、変更後の設定パラメータにしたがって製品の製造が行われ、検査装置によってその製品に対する検査が行われる。学習処理部１３は、変更後の設定パラメータで製造された製品についての検査結果を、検査管理装置２０５から取得する（Ｓ１６）。このステップで取得する検査項目は、ステップＳ１４で取得する検査項目と同じであり、複数の生産から得られる検査結果の平均や分散を取得することが好ましい。学習処理部１３は、ステップＳ１６で取得された検査結果に応じて、シーン別の補正関数を学習する（Ｓ１７）。具体的には、ステップＳ１６の検査結果が、ステップＳ１４の検査結果よりも改善している（正解データに近づいている）場合には、ステップＳ１５で変化させたパラメータの補正を有効なものとみなして、補正関数を更新する。逆に、ステップＳ１６の検査結果がステップＳ１４の検査結果から改善しない場合には、補正関数の更新は行わない。

次に、学習処理部１３は、シーンの開始から、当該シーンの継続時間（所定の時間）が経過したかどうか判断する（Ｓ１８）。例えば、１つのシーンの継続時間として１５分などが採用できる。シーンの開始からの経過時間が継続時間以下であれば（Ｓ１８−ＮＯ）、同じシーンが継続すると判断され、ステップＳ１５〜Ｓ１８の処理を繰り返し行う。一方、当該シーンの継続時間以上の時間が経過した場合（Ｓ１８−ＹＥＳ）は、実装ラインの再稼働からの経過時間が、パラメータ補正を行う最大時間を超えるか否か判断する（Ｓ１９）。この最大時間は、実装ラインの停止に伴う品質変動が生じる最大期間であり、あらかじめ設定される。例えば、６０分を採用することができる。実装ラインの再稼働からの経過時間が最大時間を超えていない場合（Ｓ１９−ＮＯ）は、現在のシーンを終了して、次のシーンに移行する（Ｓ２０）。例えば、「はんだ交換、再稼働後の経過時間０〜１５分」というシーンから、「はんだ交換、再稼働後の経過時間１５〜３０分」というシーンに移行する。

シーン移行後は、ステップＳ１４に戻って上記と同じ処理を繰り返す。なお、正解データはシーンごとに変化するものではないのでステップＳ１４に戻るようにしているが、シーンごとに正解データが変化する場合にはステップＳ１３に戻るようにしてもよい。

実装ラインの再稼働からの経過時間が最大時間を超えると（Ｓ１９−ＹＥＳ）、学習処理部１３は、再稼働後の学習処理を一旦終了する。この際、補正関数記憶部１４に補正関数が未定のシーンがあれば、その他のシーンから補間によって補正関数を求めることが好ましい（Ｓ２１）。例えば、はんだ交換後のシーンについての補正関数と、はんだ交換およびマスク交換のシーンについての補正関数が存在するが、マスク交換のシーンについての補正関数が存在しない場合には、上記２つの補正関数の差分から、マスク交換のシーンについての補正関数を推定すればよい。あるいは、はんだ交換後のシーンについての補正関数と、マスク交換のシーンについての補正関数が存在するが、はんだ交換およびマスク交換のシーンについての補正関数が存在しない場合には、上記２つの補正関数の和から、はんだ交換およびマスク交換についての補正関数を推定すればよい。

以上により、実装ラインの再稼働後の学習処理が一旦終了する。この学習処理は、実装ラインが再稼働する度に繰り返し行われる。なお、同一シーンについての学習処理が以前に行われている場合には、それまでの学習結果に基づいて、さらに学習を継続すればよい。繰り返し学習を行うことで、補正関数の精度が向上していく。

なお、ある停止要因について初めて学習する場合、最初の期間（例えば、再稼働後１５分以内）については、補正関数の初期値として補正を行わない関数（出力＝入力）を利用し、次の期間（例えば、再稼働後１５〜３０分）については、最初の期間の学習結果を初期値として学習を行えばよい。２番目の期間の補正関数は、最初の期間の補正関数と類似すると考えられるので、これにより学習速度が向上するためである。

学習処理は、ある程度の期間を行う必要がある。例えば、補正関数が十分に収束した時点（補正関数の変化が所定量以下になった時点）で学習を終了してもよい。あるいは、あらかじめ定められた期間（例えば、１週間）が経過した時点で学習を終了するようにしてもよい。学習処理終了後には、それ以上の学習は行わず、実装プログラム補正部１５による補正が有効になる。

なお、上記の説明では、設定パラメータの変化と学習処理を一つの期間内で繰り返し行うようにしているが、これは必ずしも必須ではない。例えば、期間内に設定パラメータを複数変化させて生産および検査を行い、その後から設定パラメータの変化と検査結果に基づいて、設定パラメータの補正について学習をするようにしてもよい。

また、上記の学習方法は一例に過ぎず、シーンごとの適切な設定パラメータが得るための学習方法は上記に限られない。例えば、学習アルゴリズムとして、ニューラルネットワーク、サポートベクタマシン（ＳＶＭ）、ブースティング（Ｂｏｏｓｔｉｎｇ）を用いた方法など、既存の任意の手法を採用可能である。

＜実装プログラム補正処理＞
本実施形態にかかる品質管理システムが補正フェーズにある際の、実装プログラム補正部１５による補正処理について、図５のフローチャートを参照してより詳細に説明する。以下の説明では、具体例として、はんだ印刷装置のはんだ交換を行った場合を想定して説明するが、図５のフローチャートは任意の状況について当てはまることを留意されたい。

まず、設備状態取得部１１が取得する生産設備に関する情報に基づいて、シーン判別部
１２が現在の実装ラインのシーンを判別する（Ｓ２２）。この処理は、学習フェーズにおけるステップＳ１１と基本的に同一であるので、詳細な説明は省略する。

シーンが特定されると、実装プログラム補正部１５は、補正関数記憶部１４からシーンに対応した補正関数を取得する（Ｓ２３）。そして、生産設備の実装プログラムについて、補正の対象となる設定パラメータ（例えば、はんだ印刷装置の印刷圧力）を、取得した補正関数によって補正して実装プログラムを修正する（Ｓ２４）。例えば、実装プログラムに本来は印刷圧力Ｐで印刷するように記述されている場合に、補正関数を適用させた印刷圧力Ｐ’で印刷するように実装プログラムを変更する。実装プログラム補正部１５は、修正後の実装プログラムを生産設備管理装置１０４に送り（Ｓ２５）、生産設備管理装置１０４は修正後の実装プログラムで生産設備を稼働させる。これにより、シーンに応じて適切な設定パラメータでの生産が行われ、製品の品質が安定する。

実装ラインの再稼働後に所定の時間が経過したら、シーンが切り替わるので、シーンの変更に応じて上記の処理が繰り返し行われる。実装ラインの再稼働後に徐々に、ライン停止による影響が低減していくが、シーンに応じて設定パラメータの変更度合いを変えていくことで、常に良好な製造が行える。

実装プログラムの修正を行う場合には、現在のシーン、補正した設定パラメータ項目、補正後の設定パラメータの値または補正量などを、作業端末２０７などに出力することが、好ましい。どのような設定パラメータの補正が行われているかや、なぜ補正を行っているかなどをユーザが容易に把握できるためである。また、実装プログラムの修正は自動的に行われてもよいが、ユーザの許可を得てから実装プログラムの修正を行うことも好ましい。例えば、現在のシーン、補正する設定パラメータ項目、補正後の設定パラメータの値または補正量などとともに、実装プログラムの修正を行うべきか否か作業端末２０７を介してユーザに問合せを行い、ユーザが修正を許可する入力を行った場合のみ、実装プログラムの修正を反映させるようにしてもよい。

＜本実施形態の効果＞
本実施形態にかかる品質管理システムによれば、実装ラインの停止の要因および再稼働後の経過時間に応じてシーン（稼働状況）を定義し、シーンごとに生産設備の設定パラメータを調整することで、実装ラインの停止に伴う製品品質のばらつきを最小限とすることができる。実装ラインの停止要因には、生産設備の部品交換やパラメータ調整あるいは単なるライン停止（部品交換等無し）などがあるが、それぞれの要因ごとに、実装ラインの再稼働後の状態が通常時と異なり、製品品質にばらつきが生じる。このばらつき自体は不良判定において合格範囲内であったとしても、予期せぬ変動が加わった場合に良品の範囲から外れて不良になる可能性が高くなる。したがって、このような変動であってもできるだけ抑制することが好ましい。本実施形態では、それぞれのシーンごとに品質を安定させるための設定パラメータの補正方法を学習し、学習結果にしたがって設定パラメータを調整して生産することで、製品品質を安定化することができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態では、シーンごとに設定パラメータの補正を行うとともに、設定パラメータを補正した後の検査結果が、想定通りであるか否かを監視する。学習処理において、各シーンにおいて設定パラメータを補正して製造を行った場合の検査結果を取得できる。すなわち、各シーンにおいて設定パラメータを補正して製造を行った場合の検査結果がどのようなものになるべきか、あらかじめ把握できる。もし、検査結果がこの範囲からずれる場合には、何らかの予期せぬ事態が発生し、不良が発生する可能性が高いと判断できる。

図６は、本実施形態にかかる品質管理システムの機能ブロックを示す図である。第１の実施形態（図３）と比較して、検査データ監視部１６が設けられている点が相違点である。以下、主にこの検査データ監視部１６について説明する。

学習処理中に、各シーンにおいて、設定パラメータを変化させて実際に製造を行い、その検査結果に基づいて、設定パラメータの補正関数を求めている。この際、複数回の製造および検査を行っているので、各シーンについて、最終的な補正関数と同じ補正を施した場合の検査結果の傾向（検査結果の正常値の範囲）も把握できる。ここで、検査結果の傾向とは、検査結果の計測値そのもの以外に、計測値の分散、最大値、最小値などの統計量も含まれる。すなわち、最終的な補正関数にしたがって製造を行った場合の、検査結果がとるべき値（基本的には正解データと一致）や、その分散などが把握できる。学習処理部１３は、検査結果の正常値の範囲をシーン別および部品別に求めて、記憶しておく。検査データ監視部１６は、このシーン別の検査結果の正常値に基づいて、実装ラインでの不良発生予測を行う。

図７は、本実施形態にかかる品質管理システムにおける不良発生予測に関するフローチャートである。まず、設備状態取得部１１が取得する生産設備に関する情報に基づいて、シーン判別部１２が現在の実装ラインのシーンを判別する（Ｓ３１）。シーンに応じて、生産設備の実装プログラムが補正されて、生産が実行される。検査データ監視部１６は、補正された実装プログラムによって製造されて製品の検査データを取得する（Ｓ３２）。この際、検査データの平均値や分散、最大値、最小値などを求める。検査データ監視部１６は、取得された検査データが、学習処理において得られる検査結果の正常値の範囲内であるか判定する（Ｓ３３）。検査データが正常値の範囲内であれば（Ｓ３３−ＹＥＳ）、想定通りに製造が実施されていると判断できる。一方、取得された検査データが正常値の範囲外の場合（Ｓ３３−ＮＯ）には、何らかの予期せぬ状態にあることが想定され、そのまま製造を続けると不良が発生する可能性があると判定する。したがって、検査データ監視部１６は、作業端末２０７に対して、不良が発生する可能性があるという予測情報を出力する（Ｓ３４）。この通知に基づいてユーザは点検を行えば、不良の発生を未然に防ぐことが可能となる。

［変形例］
上記の実施形態の説明は、本発明を例示的に説明するものに過ぎず、本発明は上記の具体的な形態には限定されない。本発明は、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。

上記の説明では、補正する設定パラメータが１つであるものとして説明をしたが、各シーンにおいて補正する設定パラメータの数は１つであっても複数であっても構わない。また、複数の設定パラメータを補正する場合、同一の生産設備の設定パラメータであってもよいし、異なる生産設備の設定パラメータであっても構わない。

また、上記の説明では、はんだ交換というシーン（停止要因）において、はんだ体積を検査項目として、印刷圧力を補正する例を説明した。しかしながら、シーンは、実装ラインの停止要因に応じて複数定義可能である。例えば、マウンタのノズル交換や、リフロー炉の熱電対交換などを、それぞれ１つのシーンとして定義することができる。マウンタのノズル交換のシーンでは、例えば、部品検査装置での部品ずれの検査項目に基づいて、マウンタのマウント位置やヘッド移動速度などの設定パラメータを変更すればよい。また、リフロー炉の熱電対交換のシーンでは、例えば、外観検査やＸ線検査でのフィレット形状や電極ずれや電極浮きの検査項目に基づいて、リフロー炉温度やコンベア速度などの設定パラメータを変更すればよい。また、１つのシーンについて、複数の生産設備の設定パラメータを変更するようにしても構わない。

また、上記の説明では、シーンを、実装ラインの停止要因と、再稼働後の経過時間に基づいて決定しているが、実装ラインの停止要因のみに基づいてシーンを定義してもよい。すなわち、再稼働後の経過時間によるシーンの区別をなくしても構わない。このようにしても、実装ラインの状況に応じた製品品質の安定化という効果は得られる。時間によるシーンの区別をなくす場合、例えば、再稼働後の経過時間に応じて補正の影響を徐々に弱くするようにしてもよい。このようにすれば、シーンの定義や学習処理においては再稼働後の経過時間を考慮しないものの、設定パラメータの調整においては再稼働後の経過時間を反映させることができる。

また、上記の説明における全ての機能を分析装置２０６のみで実現するものとして説明しているが、これらの機能は品質管理システム２００の各装置によって分担されて実現されてもよい。また、品質管理システム２００において説明された各装置の機能も、複数の装置によって分担されて実現されてもよい。

１０１・・はんだ印刷装置 １０２・・マウンタ １０３・・リフロー炉
１０４・・生産設備管理装置 ２０１・・はんだ印刷検査装置
２０２・・部品検査装置 ２０３・・外観検査装置 ２０４・・Ｘ線検査装置
２０５・・検査管理装置 ２０６・・分析装置 ２０７・・作業端末
１１・・・設備状態取得部
１２・・・シーン判別部
１３・・・学習処理部
１４・・・補正関数記憶部
１５・・・実装プログラム補正部

Claims (14)

1. はんだ印刷装置によってプリント基板にはんだを印刷するはんだ印刷工程と、マウンタによってプリント基板上に電子部品を配置するマウント工程と、リフロー炉によって電子部品をはんだ接合するリフロー工程とを行う表面実装ラインを管理する品質管理装置であって、
   表面実装ラインを停止し再稼働した場合における停止の要因に基づいて定義される状況を取得する状況取得手段と、
   状況の種類ごとに、前記はんだ印刷装置、前記マウンタ、および前記リフロー炉の少なくともいずれかの設定パラメータを補正するための補正情報を記憶する補正情報記憶手段と、
   前記状況取得手段によって取得される状況の種類に対応する補正情報を前記補正情報記憶手段から取得し、取得した補正情報を用いて、前記はんだ印刷装置、前記マウンタ、および前記リフロー炉の少なくともいずれかの設定パラメータを補正する補正手段と、
   を有する品質管理装置。
2. 前記状況は、さらに、再稼働後の稼働時間にも基づいて定義される、
   請求項１に記載の品質管理装置。
3. 状況ごとの、前記はんだ印刷装置、前記マウンタ、および前記リフロー炉の少なくともいずれかの設定パラメータを補正するための補正情報を学習する学習手段を更に有し、
   前記学習手段は、
   ある状況において、前記設定パラメータを変化させて前記表面実装ラインを稼働させ、
   前記設定パラメータを変化させて前記表面実装ラインを稼働させた場合に、はんだ印刷工程、マウント工程、およびリフロー工程の少なくともいずれかの検査装置から得られる検査結果を取得し、
   前記検査結果に基づいて、前記状況における補正情報を決定して、前記補正情報記憶手段に記憶する、
   請求項１または２に記載の品質管理装置。
4. 前記学習手段は、第１の状況における補正情報と第２の状況における補正情報とに基づ
   いて、前記第１の状況および前記第２の状況に関連する第３の状況における補正情報を推定して、前記補正情報記憶手段に記憶する、
   請求項３に記載の品質管理装置。
5. 前記補正情報記憶手段は、部品ごとに、状況ごとの前記補正情報を記憶しており、
   前記補正手段は、部品の種類に応じた補正情報を前記補正情報記憶手段から取得して、前記はんだ印刷装置、前記マウンタ、および前記リフロー炉の少なくともいずれかの設定パラメータを補正する、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の品質管理装置。
6. 前記補正手段が前記設定パラメータを補正する場合の、補正後の設定パラメータの値もしくは設定パラメータの補正量を出力する出力手段を更に有する、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の品質管理装置。
7. 前記出力手段は、現時点の表面実装ラインの状況も出力する、
   請求項６に記載の品質管理装置。
8. 前記補正手段は、前記出力手段による出力の後、ユーザから補正の許可を取得してから前記設定パラメータの補正を実施するか、または、自動的に前記設定パラメータの補正を実施する、
   請求項６または７に記載の品質管理装置。
9. 前記補正手段は、前記はんだ印刷装置、前記マウンタ、および前記リフロー炉の少なくともいずれかの実装プログラムを変更することによって、前記設定パラメータを補正する、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の品質管理装置。
10. 前記補正手段が前記設定パラメータを補正した場合におけるワークの検査結果が正常値の範囲外であれば、不良発生予測を通知する通知手段を更に有する、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の品質管理装置。
11. はんだ印刷装置によってプリント基板にはんだを印刷するはんだ印刷工程と、マウンタによってプリント基板上に電子部品を配置するマウント工程と、リフロー炉によって電子部品をはんだ接合するリフロー工程とを行う表面実装ラインを管理する品質管理方法であって、
    コンピュータが、
    状況の種類ごとの、前記はんだ印刷装置、前記マウンタ、および前記リフロー炉の少なくともいずれかの設定パラメータを補正するための補正情報を学習して、補正情報記憶手段に記憶する学習工程と、
    表面実装ラインを停止し再稼働した場合における停止の要因に基づいて定義される状況を取得する状況取得工程と、
    前記状況取得工程において取得される状況の種類に対応する補正情報を前記補正情報記憶手段から取得し、取得した補正情報を用いて、前記はんだ印刷装置、前記マウンタ、および前記リフロー炉の少なくともいずれかの設定パラメータを補正する補正工程と、
    を実行する、品質管理方法。
12. 前記学習工程では、
    ある状況において、前記設定パラメータを変化させて前記表面実装ラインを稼働させ、
    前記設定パラメータを変化させて前記表面実装ラインを稼働させた場合に、はんだ印刷工程、マウント工程、およびリフロー工程の少なくともいずれかの検査装置から得られる
    検査結果を取得し、
    前記検査結果に基づいて、前記状況における補正情報を決定して、前記補正情報記憶手段に記憶する、
    請求項１１に記載の品質管理方法。
13. 前記補正工程を実施せずに前記学習工程を実施し、学習が終了したら、前記学習工程は実施せずに前記補正工程を実施する、
    請求項１１または１２に記載の品質管理方法。
14. 請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の品質管理方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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