JP2003060397A - 電子部品実装装置および電子部品実装方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子部品を効率よく基板に実装することがで
きる電子部品実装装置および電子部品実装方法を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 部品供給部３から電子部品を移載ヘッド
７によって取り出して前工程においてクリーム半田が印
刷された基板２に移送搭載する電子部品実装装置におい
て、移載ヘッド７と独立して移動し搬送路１上に位置決
めされた基板２に対して進退して基板２に印刷された半
田位置検出のための撮像を行う基板認識カメラ１２を備
え、基板２における基板認識カメラ１２による撮像工程
と部品供給部３における移載ヘッド７による部品取り出
し工程とを同時並行的に行う。これにより、タクトタイ
ムを短縮することができ、電子部品を効率よく基板に実
装することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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装置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、０．６ｍｍ×０．３ｍ
ｍ程度の微小サイズの電子部品が既に実用化されてお
り、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。このため、電子部品が基
板の電極に印刷された半田に対して正しく位置合わせさ
れるように、印刷後の半田を認識して位置を検出するこ
とにより電子部品を基板上への搭載する際の目標位置座
標を補正する場合がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
実装装置によって上記補正を行う場合には、半田位置検
出のための基板上でのカメラの撮像動作と移載ヘッドに
よる実装動作とを同一サイクル内で行うことからタクト
タイムが遅延する傾向にあった。特に１枚の基板内に多
数の単位基板が作り込まれた多数枚取り基板では、単位
基板毎に半田位置検出を行う必要があることから撮像に
要する時間が長く、実装効率の向上を図る上で大きな障
害となっていた。

【０００４】そこで本発明は、電子部品を効率よく基板
に実装することができる電子部品実装装置および電子部
品実装方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の電子部品
実装装置は、電子部品を移載ヘッドによって基板に移送
搭載する電子部品実装装置であって、前記電子部品を供
給する部品供給部と、前記基板を位置決めする基板位置
決め部と、前記電子部品を吸着して保持する吸着ノズル
を複数備えた前記移載ヘッドを前記部品供給部と基板位
置決め部との間で移動させるとともに部品供給部におけ
る電子部品の取り出し時および基板位置決め部における
電子部品の搭載時に移載ヘッドの位置合わせ動作を行う
ヘッド移動手段と、基板位置決め部に対して進退可能に
配設され基板位置決め部の基板上に進出した時に前記基
板を撮像する撮像手段と、この撮像により得られた画像
データに基づいて前記基板の電極に印刷された半田の位
置を検出する半田位置検出手段と、この半田位置検出結
果に基づいて前記移載ヘッドによる電子部品の搭載動作
における実装座標を演算する実装座標演算手段と、この
実装座標に基づいて前記ヘッド移動手段を制御する制御
部とを備えた。

【０００６】請求項２記載の電子部品実装方法は、ヘッ
ド移動手段により移動する移載ヘッドによって電子部品
を部品供給部から取り出し、基板位置決め部に位置決め
された基板に移送搭載する電子部品実装方法であって、
前記移載ヘッドによって部品供給部から電子部品を取り
出す部品取り出し工程と、前記基板位置決め部に対して
進退可能に配設された撮像手段を基板位置決め部の基板
上に進出させて前記基板を撮像する撮像工程と、この撮
像により得られた画像データに基づいて前記基板の電極
に印刷された半田の位置を検出する半田位置検出工程
と、この半田位置検出結果に基づいて前記移載ヘッドに
よる電子部品の搭載動作における実装座標を演算する実
装座標演算工程と、この実装座標に基づいて前記ヘッド
移動手段を制御して電子部品を基板へ搭載する部品搭載
工程とを含み、基板位置決め部における前記撮像工程と
部品供給部における部品取り出し工程とを同時並行的に
行う。

【０００７】本発明によれば、半田印刷後の基板を撮像
することによって検出された半田位置検出結果に基づい
て移載ヘッドによる電子部品の搭載動作における実装座
標を演算し、この実装座標に基づいてヘッド移動手段の
位置合わせを行って電子部品を基板へ搭載するようにし
た電子部品実装において、半田位置検出のための撮像工
程と移載ヘッドによる部品取り出し工程とを同時並行的
に行うことにより、搭載状態において電子部品と印刷さ
れた半田との位置ずれを防止するとともに、タクトタイ
ムを短縮して効率のよい電子部品の実装を実現すること
ができる。

【０００８】

【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
部品実装装置の平面図、図２は本発明の一実施の形態の
電子部品実装装置の実装対象となる基板の部分平面図、
図３は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の制御
系の構成を示すブロック図、図４は本発明の一実施の形
態の電子部品実装装置による実装座標更新処理のフロー
図、図５、図６は本発明の一実施の形態の電子部品実装
方法の工程説明図である。

【０００９】まず図１を参照して電子部品実装装置の全
体構造について説明する。図１において、Ｘ方向に配設
された搬送路１には、電子部品の実装対象となる基板２
が載置されている。搬送路１は上流側から搬入される基
板２を受け取り、電子部品実装位置に位置決めする。し
たがって搬送路１は基板２を位置決めする基板位置決め
部となっている。ここで搬入される基板２の電極には、
前工程においてクリーム半田が印刷されており、このク
リーム半田上に電子部品が搭載される。

【００１０】搬送路１の手前側には電子部品を供給する
部品供給部３が配設されている。部品供給部３には、多
数のテープフィーダ４が並設されている。テープフィー
ダ４は各種の電子部品をテープに保持された状態で収容
し、以下に説明する移載ヘッドによる取り出し位置に電
子部品を供給する。

【００１１】搬送路１の上方には、搬送路１と直交する
Ｙ方向に２つのＹ軸テーブル５Ａ，５Ｂが基板位置決め
部を挟んで配設されており、Ｙ軸テーブル５Ａ，５Ｂに
は、第１のＸ軸テーブル６及び第２のＸ軸テーブル１１
が架設されている。第１のＸ軸テーブル６には複数の吸
着ノズル８を備えた移載ヘッド７が装着されており、第
２のＸ軸テーブル１１には基板認識カメラ１２が装着さ
れている。

【００１２】Ｙ軸テーブル５Ａ、第１のＸ軸テーブル６
を駆動することにより、移載ヘッド７は部品供給部３と
基板位置決め部（搬送路１）上の基板２との間を往復移
動する。そして部品供給部３のテープフィーダ４から電
子部品をピックアップし、基板２に移送搭載する。した
がってＹ軸テーブル５Ａ、第１のＸ軸テーブル６は、移
載ヘッド移動手段となっている。

【００１３】Ｙ軸テーブル５Ｂ、第２のＸ軸テーブル１
１を駆動することにより、基板認識カメラ１２はＸＹ方
向に水平移動し、搬送路１に位置決めされた基板２に対
して進退する。そして基板認識カメラ１２が基板２の上
方の任意位置に進出した状態において、下方の基板２の
任意位置を撮像する。これにより、基板２上の認識対象
の位置や形状を検出することができる。すなわち、後述
するように基板２に形成された認識マークの位置や電子
部品が接合される電極２ａの位置が検出されると共に、
電極２ａ上に印刷されたクリーム半田Ｓを撮像すること
により、クリーム半田Ｓの位置を検出することができ
る。

【００１４】なお移載ヘッド７には移載ヘッド７と一体
的に移動するヘッド付属カメラ９が装着されており、ヘ
ッド付属カメラ９と基板認識カメラ１２によって同一対
象を撮像することにより、移載ヘッド７から独立して移
動する基板認識カメラ１２の座標系と、移載ヘッド７の
駆動座標系とのキャリブレーションを行えるようになっ
ている。

【００１５】部品供給部３と搬送路１との間の移載ヘッ
ド７の移動経路には、部品認識カメラ１０が設けられて
いる。部品供給部３にて電子部品を取り出した移載ヘッ
ド７が部品認識カメラ１０上を通過する際に、部品認識
カメラ１０は吸着ノズル８に保持された状態の電子部品
を下方から撮像する。これにより、電子部品が認識され
電子部品の識別や位置の検出が行われる。

【００１６】次に図２を参照して、実装対象の基板２に
ついて説明する。図２（ａ）に示すように、基板２には
電子部品の接続用の端子が半田接合される電極２ａが多
数形成されている。上下に対をなす２つの電極２ａは、
１つのチップ型の電子部品の２つの端子に対応して設け
られている。すなわち電極２ａの中点を示すＰ１，Ｐ
２，Ｐ３が、これらの電子部品の実装点であり、基板２
に設けられた認識マークＡと各点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３との
相対位置座標（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）、（ｘ
３、ｙ３）が、各実装点の位置を示す実装座標となって
いる。これらの実装座標は、後述するように各基板品種
ごとの実装データとしてデータ記憶部に記憶されてい
る。

【００１７】図２（ｂ）は、電子部品実装の前工程にお
いてクリーム半田Ｓが印刷された状態の基板２を示して
おり、各電極２ａには電極形状に対応したクリーム半田
Ｓがスクリーン印刷装置によって印刷される。ここで、
印刷工程におけるマスクプレートの位置合わせ誤差など
各種の要因によって、クリーム半田Ｓは必ずしも電極２
ａの位置と一致しておらず、電極２ａによって位置ずれ
を示す場合がある。

【００１８】すなわち、上下に対をなす２電極に印刷さ
れたクリーム半田Ｓの中点Ｐ’１、Ｐ’２、Ｐ’３は、
図２（ａ）に示すＰ１，Ｐ２，Ｐ３とは一致せず各電極
毎にばらついている。本実施の形態に示す電子部品実装
方法では、電子部品を搭載する際の目標位置として、本
来の実装データ上の目標位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の代わり
に、Ｐ’１、Ｐ’２、Ｐ’３を目標位置とすることによ
り、電子部品の端子がクリーム半田Ｓと位置ずれを生じ
ることによるリフロー時の不具合を防止するようにして
いる。

【００１９】次に図３を参照して電子部品実装装置の制
御系の構成を説明する。図３において、ＣＰＵ２０は制
御部であり、電子部品実装装置全体の動作や処理に必用
な演算を行う。プログラム記憶部２１は、移載ヘッド７
による実装動作を実行するための動作プログラムや基板
認識・部品認識などの認識処理のための処理プログラム
など各種のプログラムを記憶する。データ記憶部２２
は、図２（ａ）に示す実装データなどの各種データを記
憶する。

【００２０】画像認識部２３は、ヘッド付属カメラ９、
部品認識カメラ１０や基板認識カメラ１２の撮像によっ
て得られた画像データを認識処理する。これにより、基
板認識カメラ１２と移載ヘッド７の座標系相互のキャリ
ブレーションや、移載ヘッド７に保持された状態の電子
部品の位置認識、基板２に印刷されたクリーム半田Ｓの
位置検出など、各種認識処理が行われる。したがって、
画像認識部２３は半田位置検出手段となっている。

【００２１】実装座標演算部２４は、画像認識部２３に
よって検出された半田位置検出結果に基づき、移載ヘッ
ド７による電子部品の搭載動作における実装座標を演算
する。すなわち、図２（ｂ）に示すように、各電極２ａ
に対応したクリーム半田Ｓの位置に基づき、半田中点
Ｐ’１、Ｐ’２、Ｐ’３の認識マークＡに対する相対位
置座標（ｘ’１、ｙ’１）、（ｘ’２、ｙ’２）、
（ｘ’３、ｙ’３）を、半田位置ずれを補正した新たな
実装座標として算出する。

【００２２】算出された実装座標は、データ記憶部２２
に送られ、これにより実装座標が更新される。すなわ
ち、当初は設計データ上での電極の位置座標に基づいて
決定された実装座標が記憶されており、半田位置検出後
に検出結果に基づき実装座標を上書きする形でデータ更
新される。

【００２３】機構駆動部２５は、ＣＰＵ２０によって制
御され以下の各機構を駆動する。基板搬送機構２６は、
搬送路１における基板２の搬送機構である。ヘッド移動
機構２７（ヘッド移動手段）は、Ｙ軸テーブル５Ａ及び
第１のＸ軸テーブル６によって移載ヘッド７を移動させ
る。この移載ヘッド７が基板２上で部品搭載動作を行う
際には、前述の更新された実装データに基づいて、ヘッ
ド移動機構２７が駆動される。カメラ移動機構２８は、
Ｙ軸テーブル５Ｂ及び第２のＸ軸テーブル１１によって
基板認識カメラ１２を移動させる。ＣＰＵ２０がヘッド
移動手段を制御する際には、更新された実装座標に基づ
いて、移載ヘッド７を基板２に対して位置合わせする。

【００２４】この電子部品実装装置は上記のように構成
されており、以下、この電子部品実装装置による実装方
法について説明する。ここでは、前工程でクリーム半田
Ｓが印刷された基板２を対象として電子部品を実装する
に際し、予め各電極毎にクリーム半田Ｓの印刷位置を検
出し、この半田位置検出結果に基づいて実装座標を更新
する処理を行うようにしている。この実装座標更新処理
について、図４を参照して説明する。

【００２５】まず図４において、半田印刷後の基板２が
搬送路１上を搬送され、基板位置決め部に位置決めされ
る（ＳＴ１）。次いで基板認識カメラ１２を基板２上に
進出させ、基板２の認識マークＡ（図２参照）を基板認
識カメラ１２で撮像し、基板２の位置を認識する（ＳＴ
２）。次にカメラ移動機構２８を駆動して位置検出対象
の電極２ａ上に基板認識カメラ１２を位置させ（ＳＴ
３）、基板認識カメラ１２で電極２ａを撮像して画像デ
ータを取得する（ＳＴ４）。各電極２ａ撮像時の基板認
識カメラ１２の移動には、予め設計データに基づいて作
成されデータ記憶部２２に記憶された実装位置が用いら
れる。

【００２６】次いで、求められた画像データに基づい
て、図２（ｂ）に示すように電極２ａ上に印刷されたク
リーム半田Ｓを画像認識部２３によって認識して半田位
置を検出する（ＳＴ５）。この後、次検出対象の電極２
ａの有無が判断され（ＳＴ６）、次検出対象があればＳ
Ｔ３に戻って半田位置検出を反復し、ＳＴ６にて全ての
検出対象について検出完了と判断されたならば、この半
田位置検出結果に基づき、実装座標演算部２４によっ
て、認識マークＡに対する印刷点Ｐ’１，Ｐ’２，Ｐ’
３・・・（１対の電極２ａに印刷されたクリーム半田Ｓ
の重心位置）の相対座標（ｘ’１、ｙ’１）、（ｘ’
２、ｙ’２）、（ｘ’３、ｙ’３）・・・を、実装座標
として算出し、データ記憶部２２に記憶させる（ＳＴ
８）。これにより、半田位置ずれを加味した実装位置デ
ータ作成処理を完了する。

【００２７】また上記（ＳＴ１）〜（ＳＴ８）の動作と
並行して、図５（ａ）に示すように、移載ヘッド７は部
品供給部３のテープフィーダから電子部品を吸着ノズル
８によって取り出し、次いで図５（ｂ）に示すように部
品認識カメラ１０上へ移動する。そしてここで移載ヘッ
ド７が部品認識カメラ１０上を所定のスキャン速度で水
平移動することにより、複数の吸着ノズル８によって保
持された状態の電子部品が順次下方から撮像される。

【００２８】図６（ａ）はこのようにして撮像が完了し
た状態を示している。そしてこの撮像によって得られた
画像を画像認識部２３によって認識処理することによ
り、電子部品の識別や位置検出が行われる。この状態に
おいては、基板認識カメラ１２は基板２の上方から退避
しており、移載ヘッド７の基板２上への進出を妨げな
い。

【００２９】この後、図６（ｂ）に示すように移載ヘッ
ド７は基板２上に移動し、ここで保持した電子部品を基
板２の実装点に搭載する。この搭載動作においては、各
電極２ａに電子部品を搭載する際に、前述の半田検出結
果に基づいて更新された実装座標に従って電子部品が搭
載される。すなわち、図２（ｂ）に示すように印刷され
たクリーム半田Ｓが電極２ａに対して位置ずれを生じて
いる場合には、電子部品は電極２ａそのもの位置ではな
くクリーム半田Ｓの印刷点Ｐ’１，Ｐ’２，Ｐ’３・・
を目標位置として搭載される。したがって搭載された電
子部品の端子は、電極２ａに対しては位置ずれ状態にあ
るものの、クリーム半田Ｓに対して位置ずれを生じるこ
となく搭載される。

【００３０】そしてこの後、各電極位置に電子部品が搭
載された基板２はリフロー工程に送られ、ここで加熱さ
れることによりクリーム半田Ｓが溶融して、電子部品の
端子は電極２ａに半田接合される。このとき、加熱前に
は電極２ａに対して位置ずれ状態にあった端子は、クリ
ーム半田Ｓが溶融する際のセルフアライメント効果、す
なわち溶融半田が電極２ａ表面に沿って濡れ広がる作用
によって、電極２ａに引き寄せられ、電極２ａに対して
正しい位置・姿勢で、位置ずれを生じることなく半田接
合される。

【００３１】上記説明したように、本実施の形態では、
実装位置データの作成を実物基板における半田印刷位置
の測定結果に基づいて行うようにしている。これによ
り、基板上での半田印刷位置のばらつきに起因する電子
部品の実装位置ずれを防止することができ、高い実装精
度を要する微小サイズの電子部品を実装対象とする場合
においても、半田接合後の電子部品の位置ずれを防止し
て実装不良を減少させることが可能となる。

【００３２】上記実施の形態に示す電子部品実装方法
は、搬送路１に対して進退可能に配設された基板認識カ
メラ１２を基板２上に進出させて基板２を撮像する撮像
工程と、この撮像により得られた画像データに基づいて
基板２の電極２ａに印刷された半田の位置を検出する半
田位置検出工程と、この半田位置検出結果に基づいて移
載ヘッド７による電子部品の搭載動作における実装座標
を演算する実装座標演算工程と、この実装座標に基づい
てヘッド移動手段による位置合わせを行って電子部品を
基板２へ搭載する部品搭載工程とを含んだものとなって
いる。

【００３３】そして、上記各工程を実行する際に、基板
認識カメラ１２による半田位置検出のための撮像工程と
移載ヘッド７による部品取り出し工程とを同時並行的に
行い、半田位置検出結果に基づいて実装座標を算出した
後、直ちに部品搭載工程に移行できるようになってい
る。これにより、撮像工程と部品取り出し工程とを同一
サイクル内で行う従来の方法と比較して、タクトタイム
を短縮して効率のよい電子部品実装を行うことができ
る。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、基板を撮像することに
よって検出された半田位置検出結果に基づいて移載ヘッ
ドによる電子部品の搭載動作における実装座標を演算
し、この実装座標に基づいてヘッド移動手段の位置合わ
せを行って電子部品を基板へ搭載するようにした電子部
品実装において、半田位置検出のための撮像工程と移載
ヘッドによる部品取り出し工程とを同時並行的に行うよ
うにしたので、搭載状態において電子部品と印刷された
半田との位置ずれを防止するとともに、タクトタイムを
短縮して効率のよい電子部品の実装を実現することがで
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装置の平
面図

【図２】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の実
装対象となる基板の部分平面図

【図３】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の制
御系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実装装置によ
る実装座標更新処理のフロー図

【図５】本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工
程説明図

【図６】本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工
程説明図

【符号の説明】

１ 搬送路 ２ 基板 ２ａ 電極 ３ 部品供給部 ７ 移載ヘッド ８ 吸着ノズル １０ 部品認識カメラ １２ 基板認識カメラ ２０ ＣＰＵ ２３ 画像認識部 ２４ 実装座標演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E313 AA01 AA11 CC04 EE02 EE03 EE24 EE25 FF11 FF24 FF28 FF33 FG06

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子部品を移載ヘッドによって基板に移送
   搭載する電子部品実装装置であって、前記電子部品を供
   給する部品供給部と、前記基板を位置決めする基板位置
   決め部と、前記電子部品を吸着して保持する吸着ノズル
   を複数備えた前記移載ヘッドを前記部品供給部と基板位
   置決め部との間で移動させるとともに部品供給部におけ
   る電子部品の取り出し時および基板位置決め部における
   電子部品の搭載時に移載ヘッドの位置合わせ動作を行う
   ヘッド移動手段と、基板位置決め部に対して進退可能に
   配設され基板位置決め部の基板上に進出した時に前記基
   板を撮像する撮像手段と、この撮像により得られた画像
   データに基づいて前記基板の電極に印刷された半田の位
   置を検出する半田位置検出手段と、この半田位置検出結
   果に基づいて前記移載ヘッドによる電子部品の搭載動作
   における実装座標を演算する実装座標演算手段と、この
   実装座標に基づいて前記ヘッド移動手段を制御する制御
   部とを備えたことを特徴とする電子部品実装装置。
2. 【請求項２】ヘッド移動手段により移動する移載ヘッド
   によって電子部品を部品供給部から取り出し、基板位置
   決め部に位置決めされた基板に移送搭載する電子部品実
   装方法であって、前記移載ヘッドによって部品供給部か
   ら電子部品を取り出す部品取り出し工程と、前記基板位
   置決め部に対して進退可能に配設された撮像手段を基板
   位置決め部の基板上に進出させて前記基板を撮像する撮
   像工程と、この撮像により得られた画像データに基づい
   て前記基板の電極に印刷された半田の位置を検出する半
   田位置検出工程と、この半田位置検出結果に基づいて前
   記移載ヘッドによる電子部品の搭載動作における実装座
   標を演算する実装座標演算工程と、この実装座標に基づ
   いて前記ヘッド移動手段を制御して電子部品を基板へ搭
   載する部品搭載工程とを含み、基板位置決め部における
   前記撮像工程と部品供給部における部品取り出し工程と
   を同時並行的に行うことを特徴とする電子部品実装方
   法。