WO2007063763A1

WO2007063763A1 - 回路基板に対する作業装置及び作業方法

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Publication number: WO2007063763A1
Application number: PCT/JP2006/323397
Authority: WO
Inventors: Takahiro Noda; Tadashi Endo; Osamu Okuda; Kazuhide Nagao
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2007-06-07
Also published as: US20090125141A1; DE112006003165T5; US7809461B2; CN101317502B; JP4185960B2; CN101317502A; KR20080070829A; KR101268230B1; JPWO2007063763A1

Abstract

　回路基板の基板面の形状を近似して曲面モデルを想定する際に、基板面に測定箇所の他に補助測定箇所を設定し、これらの作業基準面からの変位量の差に応じて曲面モデルを想定する際のサンプリング変位量としての適格性を判断し、適格性がないと判断された場合には新たな測定箇所を設定し直す。これにより、基板面の不連続面による局所的な変位量の増減が曲面モデルの想定に影響を与えることがなく、実際の基板面の形状により近似した曲面モデルが想定され、作業高さが適正な高さに調節されて作業品質の向上につながる。

Description

回路基板に対する作業装置及び作業方法

技術分野

[0001] 本発明は、電子部品が実装される回路基板に電子部品の実装に関係する所定の作業を施す回路基板に対する作業装置及び作業方法に関する。

背景技術

[0002] 電子部品の実装工程においては、回路基板の作業面 (以下、基板面という）に導電性ペーストや半田クリームの塗布.印刷を行う工程、導電性ペースト等が塗布.印刷された回路基板の基板面に電子部品を搭載する工程、熱圧着ゃリフローにより電子部品を機械的及び電気的に回路基板に接合する工程、回路基板が多数個取り基板である場合には個々の回路基板にダイシングする工程等により回路基板に種々の作業 (あるいは加工処理）が行われる。これらの工程において電子部品の実装品質を向上させるためには、回路基板に作業を施す際の作業高さ (加工高さ)管理が重要であり、高精度な作業高さ管理を実現するものとして例えば特開 2000— 299597号公報 (文献 1)に開示された電子部品装着装置が知られている。

[0003] この文献 1に開示されたものによれば、電子部品が実装される基板面の実装基準面からのずれ (変位量)を測定し、このずれを用いて基板面の反りの近似を行い、基板面に電子部品を装着する際の装着高さの補正量を演算し、この補正量に基づいて装着高さを補正することにより、電子部品の装着面を基板面に過不足なく押接させて実装することができるようになって、る。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] し力しながら、上記の文献 1に開示された電子部品装着装置においては、基板面の任意箇所における作業基準面力の変位量に基づいて基板面全体の反り形状を仮想しているので、対象となる回路基板に段差やスリット、切欠き等の影響による不連続面が存在する場合、局所的な変位量の増減が影響して実際の基板面の面形状と隔たった反り形状が仮想されるおそれがある。このように仮想された反り形状により演算される補正量に基づいて装着高さが補正されると、電子部品の装着面を基板面に過不足なく押接させることができず実装品質が低下するという問題が生じる。そして、この実装品質の低下の問題は、回路基板に種々の作業を施す際の作業の品質についても同様である。

[0005] 従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、電子部品が実装される回路基板に電子部品の実装に関係する所定の作業を施す回路基板に対する作業において、対象となる回路基板に段差やスリット、切欠き等の影響による不連続面が存在する場合であっても回路基板に対する作業の品質を低下させることなぐ維持することができる回路基板に対する作業装置及び作業方法を提供することにある。課題を解決するための手段

[0006] 上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

[0007] 本発明の第 1態様によれば、回路基板の作業面に設定された少なくとも 3つの測定箇所および上記各々の測定箇所の近傍に少なくとも 1つ設定された複数の補助測定箇所につ、て、上記回路基板の作業基準面力の測定変位量を測定する測定手段と、

上記測定手段により測定された上記測定箇所と当該測定箇所の近傍に設定された上記補助測定箇所とにおける上記作業基準面力の測定変位量のうちの最大値と最小値との差が閾値以下となるかを判定し、上記閾値以下であると判定された上記それぞれの測定箇所につ、ての上記測定変位量に基づ!/、て、上記回路基板の上記作業面の形状を曲面モデルにより想定して、上記作業基準面からの上記曲面モデルの演算変位量を演算する演算手段と、

上記演算手段により演算された上記曲面モデルの上記演算変位量に基づいて、上記回路基板の上記作業面に作業を施す際の作業高さの補正を行う補正手段とを備える、回路基板に対する作業装置を提供する。

[0008] 本発明の第 2態様によれば、上記演算手段により演算された上記曲面モデルの上記各々の測定箇所における上記演算変位量と、上記各々の測定箇所における上記測定変位量とを比較して、両者の差が閾値以下となるかを判定し、上記閾値以下であると判定することで、上記曲面モデルが適合して、ると判断する適合性判定手段をさらに備える、第 1態様に記載の回路基板に対する作業装置を提供する。

[0009] 本発明の第 3態様によれば、上記演算手段は、上記回路基板の上記作業面を複数の領域に区画した区画作業面毎に、上記測定変位量に基づいて上記区画作業面の形状を上記曲面モデルにより想定する、第 1態様に記載の回路基板に対する作業装置を提供する。

[0010] 本発明の第 4態様によれば、回路基板の作業面に少なくとも 3つの測定箇所を設定し、

上記設定されたそれぞれの測定箇所につ!、て、上記回路基板の作業基準面からの測定変位量を測定し、

上記測定された測定箇所につ!、ての上記測定変位量が、サンプリング変位量として適格であるかどうかを判定し、

上記適格でな!、と判定された場合には、上記適格でな!、と判定された上記測定箇所に代えて新たな上記測定箇所を設定して、上記測定変位量を測定して、新たな上記測定変位量についての適格性の判定を行い、一方、上記適格であると判定された場合には、上記測定箇所についての上記測定変位量に基づいて、上記回路基板の上記作業面の形状を曲面モデルにより想定して、上記作業基準面からの上記曲面モデルの演算変位量を演算し、

上記演算された上記曲面モデルの上記演算変位量に基づいて、上記回路基板の上記作業面に作業を施す際の作業高さを補正して、上記回路基板に対する作業を行う、回路基板に対する作業方法を提供する。

[0011] 本発明の第 5態様によれば、上記測定箇所の設定において、上記各々の測定箇所の近傍に少なくとも 1つの補助測定箇所を設定し、

上記測定変位量の測定にお!、て、上記それぞれの補助測定箇所につ!、ての上記測定変位量の測定を行い、

上記測定変位量の適格性の判定において、上記各々の測定箇所について、当該測定箇所とその近傍に設定された上記補助測定箇所の上記それぞれの測定変位量のうちの最大値と最小値との差が閾値以下である場合に、適格であると判定する、第 4態様に記載の回路基板に対する作業方法を提供する。 [0012] 本発明の第 6態様によれば、上記曲面モデルが想定された後、上記想定された曲面モデルと上記回路基板の上記作業面とが適合するかどうかを判定し、

適合しないと判定された場合には、上記測定箇所の設定において、新たな上記測定箇所を追加設定して、新たな上記曲面モデルを想定する、第 4態様に記載の回路基板に対する作業方法を提供する。

[0013] 本発明の第 7態様によれば、上記想定された曲面モデルと上記回路基板の上記作業面との適合性の判定において、上記曲面モデルの上記各々の測定箇所における上記演算変位量と、上記各々の測定箇所における上記測定変位量とを比較して、両者の差が閾値以下となっていることでもって適合していると判定する、第 6態様に記載の回路基板に対する作業方法を提供する。

[0014] 本発明の第 8態様によれば、上記曲面モデルの想定において、上記回路基板の上記作業面を複数の領域に区画した区画作業面毎に、上記測定変位量に基づいて上記区画作業面の形状を上記曲面モデルにより想定する、第 4態様に記載の回路基板に対する作業方法を提供する。

発明の効果

[0015] 本発明によれば、回路基板において作業が施される基板面の形状により近似した曲面モデルを想定して作業高さを精度良く補正することができるので、対象となる回路基板に段差やスリット、切欠き等の影響による不連続面が存在する場合であっても回路基板に対する作業の品質を低下させることなぐ維持することができる。

図面の簡単な説明

[0016] 本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、

[図 1]図 1は、本発明の第 1実施形態に力かる電子部品実装装置の模式平面図であり、

[図 2]図 2は、上記第 1実施形態の電子部品実装装置の部分模式側面図であり、 [図 3A]図 3Aは、上記第 1実施形態の電子部品実装装置における実装高さを示す説明図であって、回路基板の端部が下方に向けて変位した状態を示す図であり、 [図 3B]図 3Bは、上記第 1実施形態の電子部品実装装置における実装高さを示す説明図であって、回路基板の端部が上方に向けて変位した状態を示す図であり、

[図 4]図 4は、上記第 1実施形態の電子部品の実装における実装高さの補正動作を示すフローチャートであり、

[図 5A]図 5Aは、上記第 1実施形態の基板面に設定された測定箇所を示す部分模式平面図であり、

[図 5B]図 5Bは、上記第 1実施形態の基板面に設定された補助測定箇所を示す部分模式平面図であり、

[図 6]図 6は、上記第 1実施形態における回路基板の曲面モデルを示す模式斜視図であり、

[図 7]図 7は、上記第 1実施形態における電子部品の実装の様子を示す模式側面図であり、

[図 8]図 8は、上記第 1実施形態の電子部品実装装置を含む基板加工システムの構成を示す説明図であり、

[図 9A]図 9Aは、本発明の第 2実施形態に力かる回路基板に対する作業装置にて取り扱われるスリットが形成された回路基板を示す模式平面図であり、

[図 9B]図 9Bは、図 9Aの回路基板における基板面を複数の領域に区画した様子を示す模式平面図である。発明を実施するための最良の形態

[0017] 本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

[0018] (第 1実施形態）

本発明の第 1の実施形態にかかる回路基板に対する作業装置の一例である電子部品実装装置 101の模式平面図を図 1に示し、その部分模式側面図を図 2に示す。

[0019] まず、図 1及び図 2を参照しながら、本第 1実施形態の電子部品実装装置 101の全体構成について説明する。なお、本発明において回路基板に対する作業装置とは、作業高さ（あるいは加工高さ）の管理を行!、ながら回路基板の作業面 (以下、基板面という）に種々の作業 (あるいは加工処理)を施す装置をいい、本第 1実施形態においては、回路基板の基板面と作業ツール (ある、は作業ツールに保持された電子部品）との間の高さ距離である実装高さの管理を行いながら基板面に電子部品を実装する電子部品実装装置を例にとって説明する。

[0020] 図 1の電子部品実装装置 101において、基台 1上の略中央には搬送ガイド 2が配設されている。搬送ガイド 2は、電子部品が実装される回路基板 3を搬送して所定位置に位置決めする基板位置決め手段として機能する。なお、本第 1実施形態においては、回路基板 3の搬送方向を X方向とし、これに水平面内で直交する方向を Y方向とする。搬送ガイド 2の Y方向における両側方には部品供給部 4が配設されており、複数個のパーツフィーダ 5が着脱自在に並設されて、る。基台 1の X方向における両端部には一対の Yテーブル 6が配設されてヽる。これらの Yテーブル 6上には Xテーブル 7が架設されており、 Yテーブル 6の駆動により Y方向に移動する。 Xテーブル 7 の側部には移載ヘッド 8が配設されており、 Xテーブル 7の駆動により X方向に移動する。移載ヘッド 8の側方には、カメラ 9と高さ検知センサ 10が配設されている。カメラ 9は、下方を撮像して電子部品や回路基板 3の位置、すなわち XY平面内における位置を認識する認識手段として機能する。 Yテーブル 6及び Xテーブル 7は、移載へッド 8及びカメラ 9、高さ検知センサ 10を基台 1上の任意の位置に水平移動させる水平移動手段として機能する。搬送ガイド 2と部品供給部 4の間にはラインカメラ 11が配設されている。

[0021] 図 2において、移載ヘッド 8には複数のノズルユニット 12が並設されている（本第 1 実施形態では、例えば 3個のノズルユニット 12を一列に配列している）。各ノズルュ- ット 12の下端部には、パーツフィーダ 5から電子部品 Pを吸着してピックアップするノズル 13が装着されている。本第 1実施形態においては、それぞれのノズル 13が回路基板 3に対して電子部品の実装という作業を行う作業ツールの一例となっている。各ノズルユニット 10には、ノズル 13を Z方向に昇降させる昇降装置 12aが備えられており、ノズル 13を下降させて電子部品 Pの下面を基板面 3aに押接させることにより電子部品 Pを基板 3に実装するようになっている。なお、 Z方向は、 X方向及び Y方向に直交する方向である。

[0022] 高さ検知センサ 10は、基板面 3a上の測定箇所 sにレーザ光を投射して反射光を受光することにより基板面 3aの高さ、すなわち Z方向における位置を検知する。高さ検知センサ 10による検知結果は演算部 14において演算処理され、測定箇所 sの作業基準面 3bからの変位量 (以下、変位量という） dが測定される。このように、高さ検知センサ 10及び演算部 14は、測定箇所 sの作業基準面 3bからの変位量を測定する測定手段として機能する。なお、作業基準面 3bとは、反りや変形がないフラットな回路基板 3が搬送レール 2により位置決めされた状態における基板面 3aのことであり、この作業基準面 3bに電子部品 Pを過不足なく押接して実装することができるようにノズル 13の下降ストローク、すなわち実装高さが設定される。従って、回路基板 3に反りや変形が生じている場合には基板面 3aと作業基準面 3bは一致しないので、回路基板 3に電子部品 Pを実装する際には実装高さの補正を行う必要がある。例えば、図 3A の説明図に示すように、回路基板 3における基板面 3aが作業基準面 3bに対して凸状に変形、すなわち、回路基板 3の端部が下方に位置されるように湾曲変形している場合は、上方への変位量 dlが実装高さの補正量となり、作業基準面 3bに対応して設定された実装高さから減算する。一方、図 3Bの説明図に示すように、基板面 3aが作業基準面 3bに対して凹状に変形、すなわち、回路基板 3の端部が上方に位置されるように湾曲変形している場合は、下方への変位量 d2が実装高さの補正量となり、作業基準面 3bに対応して設定された実装高さに加算する。このように、実装高さの補正に際しては基板面 3aの作業基準面 3bからの変位量を測定する必要がある。従つて、本第 1実施形態においては、回路基板 3における基板面 3aの形状を近似する曲面モデルを想定し、この曲面モデルにおける作業基準面 3bからの変位量に基づいて実装高さの補正を行う。

[0023] 図 2において、制御部 15は、記憶部 17に記憶された曲面モデルの作業基準面 3b からの変位量に基づいて実装高さの補正を行う補正手段として機能し、昇降装置 12 aの駆動を制御することによりノズル 13の下降ストロークを調整して実装高さの補正を行う。記憶部 17は、曲面モデルの他に種々のデータや制御プログラム等が記憶された記憶領域を備えている。入力部 16は、制御部 15への制御信号の入力、及び記憶部 17に記憶させるデータやプログラムの入力を行う。

[0024] 次に、曲面モデルを想定して実装高さの補正を行う手順について、図 4に示すフロ一チャートを参照して説明する。曲面モデルの想定に際しては、まず、回路基板 3の基板面 3aに複数の測定箇所を設定する (ステップ ST1)。回路基板 3における基板面 3aの部分模式平面図である図 5Aに示すように、測定箇所 (sl〜s4を例示して、る）は、入力部 16により基板面 3aに XY座標値で設定することもできるし、記憶部 17 に予め記憶された配置パターン力も選択するようにしてもよい。また、回路基板 3のサィズゃ品種、測定箇所の数等を入力部 16により入力すると最適な配置パターンが選択されるようにすることもできる。なお、このような測定箇所としては、後述するように曲面モデルを想定するためには、少なくとも 3点以上の同一直線上に位置されない点を設定することが好ましぐ例えば回路基板 3における 4つの角部近傍とその中間地点等に設けることがより好ましい。

[0025] 次に、ステップ ST1で設定された各々の測定箇所の近傍に少なくとも一つの補助測定箇所を設定する (ステップ ST2)。補助測定箇所は、ステップ ST1で設定された測定箇所毎に設定される。すなわち補助測定箇所は、 1つの測定箇所に関連付けられてその近傍に設定される。基板面 3aの部分模式平面図である図 5Bにおいては、図 5Aに示す測定箇所 (sl〜s4を例示）のうちの 1つの測定箇所 siの近傍に補助測定箇所を設定した例を示している。補助測定箇所は、測定箇所 siを中心として X方向に sxl、 sx2、 Y方向に syl、 sy2の合計 4箇所に設定されている。補助測定箇所の数や配置は適宜選択して設定することができるが、本第 1実施形態にように、測定箇所の 4方向にそれぞれ設定することがより好ましい。補助測定箇所は、入力部 16により XY座標値で設定することもできるし、記憶部 17に予め記憶された配置パターンから選択するよう〖こしてもよい。また、入力部 16により補助測定箇所の数や配置を入力すると適合する配置パターンが選択されるようにすることもできる。なお、図 5Bにおいては図示しないが、その他の測定箇所 s2、 s3、及び s4についても、 4点ずつの補助測定箇所がその近傍にぉ、て設定される。

[0026] 次に、ステップ ST1及び ST2において設定された測定箇所及び補助測定箇所について変位量を測定する (ステップ ST3)。変位量の測定は、上述したように高さ検知センサ 10による検知結果を演算部 14で演算処理することにより行われ、測定された変位量は、測定箇所と当該測定箇所毎に設定された補助測定箇所における変位量を 1つのグループにセットにして記憶部 17に一時的に記憶される。図 5Bに示す例では、 1つの測定箇所 siとこの測定箇所 siに関連付けられた 4つの補助測定箇所 sx 1、 sx2、 syl、 sy2における合計 5つの変位量が 1つのグループにセットされて記憶される。他の測定箇所 s2、 s3、 s4についても同様に、ステップ ST2において測定箇所毎に設定された補助測定箇所における変位量とセットにされて記憶される。

[0027] 次に、ステップ ST3において測定された変位量のサンプリング変位量としての適格性についての判定を行う（ステップ ST4)。この判定は、記憶部 17に記憶された変位量のグループ毎に最大の変位量と最小の変位量の差を演算し、この最大の変位量と最小の変位量の差を所定の閾値と比較することにより行う。所定の閾値は予め記憶部 17に記憶されており、本第 1実施形態においては例えば 0. 3mmに設定している。各々の変位量のグループ内の最大の変位量と最小の変位量の差が所定の閾値以下であると、このグループに含まれた測定箇所における変位量はサンプリング変位量として適格であると判定され、当該測定箇所における変位量が、曲面モデルを想定する際のサンプリング変位量として選択される (ステップ ST5)。

[0028] 変位量のグループ内の最大の変位量と最小の変位量の差が所定の閾値より大き V、と、このグループに含まれた測定箇所における変位量はサンプリング変位量として不適格であると判定される。すなわち、グループ内の最大の変位量と最小の変位量の差が所定の閾値より大きいということは、測定箇所とその近傍の補助測定箇所の間に局所的な段差やスリット、切欠き等の不連続面が存在して、る可能性が高、と、うことであり、このような測定箇所における変位量を曲面モデルの想定におけるサンプリング変位量として選択すると、局所的な変動が基板面の形状の近似に反映されてしまい、現実の基板面の形状とかけ離れた曲面モデルが想定されるおそれがある。そのため、グループ内の最大の変位量と最小の変位量の差が所定の閾値より大きいと、このセットに含まれた測定箇所を無効にして当該測定箇所の近傍に新たな測定箇所を設定する (ステップ ST6)。

[0029] 新たな測定箇所の設定においても、ステップ ST1における設定と同様に入力部 16 により基板面 3a上に XY座標値で設定することもできるし、記憶部 17に予め記憶された配置パターンから自動で設定するようにしてもよい。新たに設定された測定箇所にっ、ても補助測定箇所の設定 (ステップ ST2)及び変位量の測定 (ステップ ST3)、適格性についての判定 (ステップ ST4)が行われる。ステップ ST4において、新たな測定箇所における変位量がサンプリング変位量として適格であると判定されると、当該新たな測定箇所における変位量がサンプリング変位量として選択される (ステップ ST5)。

[0030] このように、基板面 3aの局所的な段差やスリット、切欠き等の不連続面における変位量は曲面モデル想定するためのサンプリング変位量としな、ようにして、るので、局所的な変位量の増減が曲面モデルの想定に影響を与えな、ようになって、る。これにより、実際の基板面 3aの形状により近似した曲面モデルが想定され、曲面モデルの作業基準面 3bからの変位量に基づいて補正される装着高さが適正な高さに調節されて実装品質の向上につながる。

[0031] 次に、ステップ ST5においてサンプリング変位量として採用された変位量に基づいて曲面モデルを想定する（ステップ ST7)。曲面モデルは、サンプリング変位量を基に基板面 3a全体の反りや変形の傾向を解析して数式ィ匕することより想定される。図 6 において、作業基準面 3bに対して凸状に反り変形が生じた基板面 3aを想定した曲面モデル 20を示して!/、る。曲面モデル 20は数式化されて記憶部 17に記憶されており、曲面モデル 20上の全ての箇所が XYZ座標系により表されるようになつている。演算部 14は、曲面モデル 20の作業基準面 3bからの変位量を演算する演算手段として機能し、曲面モデル 20の全ての箇所にっ、て作業基準面 3bからの変位量を演算することができる。例えば、回路基板 3上の任意の実装箇所 mの XY座標値 (xm, ym) 力も、曲面モデル 20の XY座標値 (xm, ym)における変位量である Z座標値 zmが演算される。この Z座標値 zmを基板面 3aに実装する際の補正量として実装高さの補正を行う。

[0032] このような曲面モデルの想定は、具体的には、演算部 14において曲面の方程式 z

=f (x, y)に回路基板 3における各測定箇所の XY座標 (x, y)とその変位量 (測定変位量) zとを代入して演算を行うことにより行われる。比較的簡単な例として、 Y方向において変位が生じる曲面モデルを想定するような場合には、曲面の方程式を 2次関数 z = ay² + by+cで表すことができ、少なくとも 3つの測定箇所のデータを入力することで、 3つの未知数 (a, b, c)を求めることができる。さらに、 X方向においても変位が生じるような曲面モデルを想定するような場合には、それに応じた曲面の方程式を用いることで、曲面モデルを想定することができる。なお、このように具体的に演算を行って、曲面モデルを表す方程式を算出することも可能であるが、より効率的な演算を行うために、予め想定される曲面の方程式を複数種類準備しておき (例えば、記憶部 17に予め記憶させておく）、演算結果に一番近い近似的な曲面の方程式を選択して、曲面モデルの想定を行うような場合であってもよ、。

[0033] 次に、曲面モデル 20と基板面 3aの適合性についての判定を行う（ステップ ST8)。

この判断は、ステップ ST7において想定された曲面モデル 20と基板面 3bの間にどの程度のずれがあるかについて、サンプリング変位量として採用された複数の測定箇所における変位量 (実測値 (測定変位量) )と、当該測定箇所の XY座標値から演算された曲面モデル 20における変位量 (計算値 (演算変位量) )との差に基づ、て行われる。

[0034] 全ての実測値 (測定変位量)につ!、て計算値 (演算変位量)の差が所定の閾値以下であると判定されると、曲面モデル 20は基板面 3aと適合すると判断され、曲面モデル 20の変位量 (演算変位量）に基づ!/、て実装高さの補正が行われる (ステップ ST 9)。なお、所定の閾値は予め記憶部 17に記憶されており、本第 1実施形態においては例えば 0. 3mmに設定している。一方、実測値 (測定変位量)と計算値 (演算変位量)の差が所定の閾値より大きいと、曲面モデル 20は基板面 3bに適合しないと判定される。そのような場合には、計算値との差が所定の閾値を超える実測値の測定箇所の近傍に更に新たな測定箇所を追加設定し (ステップ ST10)、測定箇所の個数を増加させてより詳細なサンプルデータを取得することにより、基板面 3aの形状により適合した曲面モデル 20を想定し直す。なお、新たに追加設定された測定箇所については、ステップ ST2において補助測定箇所を設定し、ステップ ST3においてそれぞれの変位量を測定した後、ステップ ST4にお、て測定された変位量がサンプリング変位量として適合しているかどうかの判断が行われる。曲面モデル 20が想定された後、再びステップ ST8において、新たに想定された曲面モデル 20が基板面 3aに適合すると判断されると曲面モデル 20の想定が完了し、新たに想定された曲面モデル 20の変位量に基づいて実装高さの補正が行われる (ステップ ST9)。なお、このような適合性の判定は演算部 14において行われ、演算部 14が適合性判定手段として機能する。

[0035] 電子部品を回路基板 3の実装位置に実装する様子を示す模式図である図 7において、基板面 3aの任意の実装箇所 mに電子部品 Pを実装する場合の実装高さは h3となっている。従って、図 6に示すように実装箇所 mの XY座標値 (xm, ym)力も曲面モデル 20の変位量 zmを演算することにより補正量 h2を算出し、作業基準面 3bに対して調整された実装高さ hiから補正量 h2を減算する補正を行うことにより実装高さ h3 が算出される。回路基板 3の実装位置においては、このように補正された実装高さ h3 だけ電子部品 Pを吸着保持するノズル 13を昇降装置 12aにより下降させて、接合材料 (例えば半田材料)を介して電子部品 Pを回路基板 3に押圧することで、電子部品 Pを回路基板 3に高精度に実装することができる。

[0036] 従って、このように、想定された曲面モデル 20と基板面 3bとの適合性を検査することにより、実際の基板面 3aの形状により近似した曲面モデル 20が想定され、曲面モデル 20の作業基準面 3bからの変位量に基づいて補正される装着高さが適正な高さに調節されて実装品質の向上につながる。また、想定作業開始時には測定箇所の数を抑えて効率ィ匕を図りつつ、適合しない場合にのみ測定箇所を追加設定してより精密な曲面モデル 20の想定を行うことができるので、より少な!/ヽサンプル数で効率的かつ精度良く補正することができる。

[0037] なお、ステップ ST4及びステップ ST8において所定の閾値を 0. 3mmに設定しているのは、昇降装置 12aの駆動により電子部品の実装のために下降されるノズル 13による回路基板への電子部品の押し込み量 (押圧の際に押し込む量）として 0. 3mm 程度必要であるため、基板面 3aの変位量について 0. 3mm程度の誤差は許容される力らである。従って、ノズル 13の押し込み量に応じた所定の閾値を随時設定することが実装品質の向上を図るうえで好ましい。

[0038] 次に、本第 1実施形態の電子部品実装装置 101に代表されるような回路基板に対する作業装置 (以降、基板作業装置とする）が複数台備えられて構成される基板作業処理システムについて、図 8に示す模式説明図を用いて説明する。図 8において、基板作業処理システムは、複数の基板作業装置を工程順に配設して構成されて!、る

。工程の最上流に位置する基板作業装置 30には、高さ検知センサ 10、演算部 14、制御部 15、記憶部 17が備えられており、記憶部 17に記憶された数式ィ匕された曲面モデルの作業基準面からの変位量を演算部 14において演算し、この変位量に基づいて制御部 15により作業高さの補正を行って基板面に所定の作業処理を施すように構成されている。基板作業装置 30の記憶部 17は、工程の下流側に配設された基板作業装置 31、 32、 33に備えられた演算部 14及び制御部 15からなる制御系と通信可能に接続されている。基板作業装置 31、 32、 33は、基板作業装置 30の記憶部 1 7に記憶された数式化された曲面モデルの作業基準面力もの変位量を各演算部 14 において演算し、この変位量に基づいて各制御部 15により作業高さの補正を行って基板面に所定の作業を施すように構成されて!ヽる。

[0039] このように、基板に所定の作業処理を施す基板作業装置を複数備えた基板作業処理システムにおいて、少なくとも工程の最上流に位置する基板作業装置にお、て想定された曲面モデルに基づいて他の基板作業装置における作業高さの補正を行うこと〖こより、一個の基板に種々の作業を施す全ての工程において同一の曲面モデルにより装着高さの補正がなされ作業品質の向上につながる。また、高さ検知センサ 10 等の測定手段を少なくとも最上流の基板作業装置のみに設けるだけでよいので経済的である。さらに、工程毎に基板面の測定を行う必要がないので各装置における作業時間を短縮することが可能となり効率的である。

[0040] (第 2実施形態）

次に、本発明の第 2の実施形態について説明する。図 9Aは本第 2実施形態の回路基板に対する作業装置において取り扱われる回路基板を示す模式平面図であり、図 9Bは図 9Aの回路基板における基板面を複数の領域に区画した様子を示す平面図である。上記第 1実施形態においては、回路基板 3の基板面 3a全体を 1つの曲面モデル 20により想定しているが、本第 2実施形態においては、回路基板 53の基板面 53aを任意の領域に区画した区画面毎の形状を曲面モデルにより想定し、これらの複数の曲面モデルを用いて基板面 53a全体の形状を想定するようにしてヽる点で異なっている。以下、上記第 1実施形態と異なる点のみを説明する。 [0041] 図 9Aは複数の開口部であるスリット 53cが形成された回路基板 53を示している。スリット 53cのような不連続面が存在する基板面 53aの曲面モデルを想定する際には、スリット 53cが形成されている位置を区画線 53dの一部として基板面 53aを複数の領域に区画し、図 9Bに示すように、基板面 53aを例えば 3つの区画面 53e、 53f、 53g に区画する。各区画面 53e、 53f、 53gについて、上記第 1実施形態における基板面の曲面モデルの想定と同様にして各区画面 53e、 53f、 53gの曲面モデルの想定を行う。区画線 53dは、入力部 16により XY座標値で設定することもできるし、記憶部 1 7に予め記憶された区画パターン力も選択するようにしてもよい。

[0042] このように、 1つの基板面 53bを複数の区画面 53e、 53f、 53gに区画して想定した各曲面モデルを組み合わせることにより、不連続な反り形状や複雑な曲面を有する反り形状を想定することができ、段差やスリット、切り欠き等の影響による不連続面が存在する基板面 53aにより適合した曲面モデルを想定することができる。なお、各々の区画面 53e、 53f、 53gにおいては、少なくとも 3点以上の測定箇所を設定、より好ましくは、それぞれの角部近傍と中間位置等の測定箇所を設定して変位量の測定及び曲面モデルの想定を行うことが好まし、。

[0043] 本発明にお、て「補助測定箇所」とは、「測定箇所」にお、て測定される変位量がサンプリング変位量として適格なものであるかどうかを判定することを目的として、測定箇所の近傍において設定される補助的な測定箇所のことである。従って、上記適格性の判定のために使用され、曲面モデルの想定には使用されない。

[0044] 回路基板においては、一般的にレジスト形成部分や電極形成部分が含まれており、これらそれぞれの部分においては光の反射率等が異なり、高さ位置検知センサによって検出される高さデータが異なる場合も考えられる。さらに、回路基板においてクリーム半田等の接合材料が配置された部分においても反射率が異なる場合がある。そのため、測定箇所の周囲近傍に補助測定箇所を設定して、測定箇所にて測定された変位量が適格なものであるかを判定するものである。このような観点からは、補助測定箇所は、測定箇所に近づき過ぎても、離れすぎても好ましくないと言うことができる。

[0045] 近づく限度としては、回路基板に形成される最小の電極の形成幅、例えば 0. 3mm 以上であることが好ましい。このような電極は、回路基板上において形成される凹凸部の中で最小のものであるからである。離れる限度としては、離れすぎると、測定箇所の測定値を補うという本来の目的を達成することができなくなるため、例えば、 5m m以内、最大でも 10mm以内に設定することが好ま U、。

[0046] また、上記第 1実施形態の電子部品実装装置 101において、同種類の回路基板に対して連続的に電子部品の実装を行うような場合にあっては、最初に搬入された回路基板に対して、上記第 1実施形態にて説明したように、測定箇所と補助測定箇所とを設定して曲面モデルの想定を行い、 2枚目以降の回路基板に対しては、最初の回路基板に設定された測定箇所と同じ位置に測定箇所の設定を行!ヽ、補助測定箇所の設定を行わずに曲面モデルの想定を行うこともできる。最初の回路基板において、測定箇所のサンプリング変位量としての適格性を判定しておけば、後の回路基板にお!、て同じ位置に測定箇所を設定することで、上記適格性の判定のステップを飛ばすことができるからである。このような場合にあっては、曲面モデルの想定を効率的に行うことができる。

[0047] また、上記それぞれの実施形態においては、回路基板に対する作業装置が、電子部品実装装置であるような場合を例として説明したが、このような作業装置は、回路基板の作業面に半田クリームの塗布 '印刷を行う塗布 '印刷装置、熱圧着ゃリフローにより電子部品を機械的及び電気的に回路基板に接合する接合装置、さらに回路基板が多数個取り基板である場合には個々の回路基板にダイシングを行うダイシング装置などにも適用することが可能である。

[0048] 次に、上記それぞれの実施形態の回路基板に対する作業方法に組み合わせて実施することで有用な工夫点について以下に説明する。

[0049] 回路基板が例えば比較的軟らかい材料にて形成され、その反り量が大きくなつてしまうと、回路基板の搬送経路やその保持位置の上方において配置されている、あるいは動作する他の構成部材と回路基板とが干渉するような場合が考えられる。このような問題を未然に防止するために、曲面モデルの想定した後、回路基板の反り量を予め設定された閾値と比較して判定することで、他の構成部材と干渉する恐れがある程その反り量が大きな回路基板を特定して、作業処理のエラー表示を出力する。その結果、このような反り量が大きな回路基板に対する作業処理を中止して、他の構成部材との干渉が実際に生じることを防止することができる。

[0050] また、レーザ光を投射することにより測定箇所の高さを検知する高さ検知センサによる高さ検出精度をさらに向上させる方法を、上記それぞれの実施形態に組み合わせて行うことができる。具体的には、電子部品を吸着保持するためのノズルの真空吸引の経路に真空センサを設け、ある高さに位置されたノズルにおいて、真空吸引を行いながら徐々に下降させる。その後、真空吸引の経路における真空圧が著しく上昇したタイミングを真空センサにより検出して、このタイミングにおけるノズルの昇降装置におけるエンコーダの値を取得する。このようなタイミングは、ノズルの先端が回路基板の基板面に当接したタイミングであり、エンコーダの値を用いて、ノズル当接時点における回路基板の基板面の高さ位置を検出することができる。次に、回路基板上における同じ位置にて、高さ検知センサにより基板面の高さ位置を検出する。次に、ノズルの真空センサを用いて検出した高さ位置を基準として、高さ検知センサによる検出値との差を、オフセット補正量として算出して記憶する。このようなオフセット補正量を用いて、生産データ (オリジナルデータ）自体を補正することで、高さ検知センサによる測定値を補正して、高精度に曲面モデルを想定することができる。例えば、高さ検知センサによる検出高さが 1. 5mmであり、ノズルにより検出された高さ位置が 1. 7mmである場合には、オフセット補正量が + 0. 2mmとなり、その後高さ検知センサにより取得された高さ位置に + 0. 2mmが加算された値力補正後の高さ位置データとして取り扱われる。なお、ノズルが基板面に当接するタイミングを検出するセンサが真空センサ (圧力センサ）である場合に代えて、真空吸引量を検出する流量センサが用いられるような場合であってもよ、。

[0051] なお、このようなオフセット補正量を用いた補正は、上述のように生産データ (オリジナルデータ）自体を直接的に補正してしまう場合だけでなぐこのような場合に代えて、回路基板の生産ロット（同種の回路基板の生産グループ）毎にノズルを用いた高さ位置の検出を行って、生産データの補正を行うような場合であってもよい。

[0052] また、ノズルを用いた高さ位置の検出は、回路基板の基板面において、測定箇所とその補助測定箇所のそれぞれのグループのうちの一番平坦な面のグループにて行うか、あるいは、回路基板において予め設定されている計測基準点にて行うことが好ましい。

[0053] なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

[0054] 本発明によれば、回路基板の基板面の形状により近似した曲面モデルを想定して作業高さを精度良く補正することができるので、対象となる回路基板に段差やスリット、切欠き等の影響による不連続面が存在する場合であっても回路基板に対する作業の品質を低下させることなぐ良好に維持することができるという利点を有し、回路基板に所定の作業を施して電子部品を実装する分野において有用である。

[0055] 本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとつては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

[0056] 2005年 11月 29曰に出願された曰本国特許出願 No. 2005— 343272号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容は、全体として参照されて本明細書の中に取り入れられるものである。

Claims

請求の範囲

[1] 回路基板の作業面に設定された少なくとも 3つの測定箇所および上記各々の測定箇所の近傍に少なくとも 1つ設定された複数の補助測定箇所について、上記回路基板の作業基準面力の測定変位量を測定する測定手段と、

上記演算手段により演算された上記曲面モデルの上記演算変位量に基づいて、上記回路基板の上記作業面に作業を施す際の作業高さの補正を行う補正手段とを備える、回路基板に対する作業装置。

[2] 上記演算手段により演算された上記曲面モデルの上記各々の測定箇所における上記演算変位量と、上記各々の測定箇所における上記測定変位量とを比較して、両者の差が閾値以下となるかを判定し、上記閾値以下であると判定することで、上記曲面モデルが適合して、ると判断する適合性判定手段をさらに備える、請求項 1に記載の回路基板に対する作業装置。

[3] 上記演算手段は、上記回路基板の上記作業面を複数の領域に区画した区画作業面毎に、上記測定変位量に基づいて上記区画作業面の形状を上記曲面モデルにより想定する、請求項 1に記載の回路基板に対する作業装置。

[4] 回路基板の作業面に少なくとも 3つの測定箇所を設定し、

上記演算された上記曲面モデルの上記演算変位量に基づいて、上記回路基板の上記作業面に作業を施す際の作業高さを補正して、上記回路基板に対する作業を行う、回路基板に対する作業方法。

[5] 上記測定箇所の設定において、上記各々の測定箇所の近傍に少なくとも 1つの補助測定箇所を設定し、

上記測定変位量の適格性の判定において、上記各々の測定箇所について、当該測定箇所とその近傍に設定された上記補助測定箇所の上記それぞれの測定変位量のうちの最大値と最小値との差が閾値以下である場合に、適格であると判定する、請求項 4に記載の回路基板に対する作業方法。

[6] 上記曲面モデルが想定された後、上記想定された曲面モデルと上記回路基板の上記作業面とが適合するかどうかを判定し、

適合しないと判定された場合には、上記測定箇所の設定において、新たな上記測定箇所を追加設定して、新たな上記曲面モデルを想定する、請求項 4に記載の回路基板に対する作業方法。

[7] 上記想定された曲面モデルと上記回路基板の上記作業面との適合性の判定において、上記曲面モデルの上記各々の測定箇所における上記演算変位量と、上記各々の測定箇所における上記測定変位量とを比較して、両者の差が閾値以下となっていることでもって適合していると判定する、請求項 6に記載の回路基板に対する作業方法。

[8] 上記曲面モデルの想定において、上記回路基板の上記作業面を複数の領域に区画した区画作業面毎に、上記測定変位量に基づいて上記区画作業面の形状を上記曲面モデルにより想定する、請求項 4に記載の回路基板に対する作業方法。