JP2003092496A - 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】 実装不良を生じることなく電子部品を高い実
装位置精度で基板に実装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。 【解決手段】 電子部品を移載ヘッド９Ａ，９Ｂによっ
て部品供給部１１Ａ，１１Ｂから取り出して基板３に移
送搭載する電子部品実装装置において、基板認識ステー
ジ１Ａにて基板３を基板認識カメラ６によって撮像し、
基板３の電極位置、電極に印刷された半田位置および半
田量を検出する。部品実装ステージ１Ｂにおいては検出
された半田位置に基づいて算出された実装座標、半田量
に応じて選定された実装動作パターンに基づいて移載ヘ
ッド９Ａ，９Ｂの動作を制御して基板３に搭載する。こ
れにより電子部品と印刷された半田との位置ずれが発生
せず、この位置ずれに起因してリフロー時に発生する実
装不良を防止するとともに、電子部品の実装作業を高い
効率で行うことができる。

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、移載ヘッドを
駆動して電子部品を基板上に形成された電極に搭載する
際には、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
することにより基板上への搭載位置座標を特定するよう
にしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の実装装置では、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
あり、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、実装不良を生じることな
く電子部品を高い実装位置精度で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部品供給部
から取り出して基板に移送搭載する電子部品実装装置で
あって、基板認識ステージに搬入された基板を撮像する
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、前記基板認識ステージの下流側に
配設された部品実装ステージにて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を調
整する位置合わせ動作を行うヘッド移動手段と、前記半
田位置検出手段による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の位置合わせ動作を制御する制御
部とを備えた。

【０００６】請求項２記載の電子部品実装装置は、請求
項１記載の電子部品実装装置であって、前記画像データ
に基づいて前記基板の電極に印刷された半田量を検出す
る半田量検出手段を備え、前記制御部はこの半田量検出
結果に基づいて前記ヘッド移動手段の位置合わせ動作を
制御する。

【０００７】請求項３記載の電子部品実装方法は、電子
部品を移載ヘッドによって部品供給部から取り出して基
板に移送搭載する電子部品実装方法であって、基板認識
ステージに搬入された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
載ヘッドの位置を調整する位置合わせ動作を行うヘッド
移動手段を制御することにより、移載ヘッドによって電
子部品を基板に実装する実装工程とを含む。

【０００８】請求項４記載の電子部品実装方法は、請求
項３記載の電子部品実装方法であって、前記撮像により
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
れた半田量を検出し、前記実装工程においてこの半田量
検出結果に基づいて前記ヘッド移動手段の位置合わせ動
作を制御する。

【０００９】本発明によれば、基板認識ステージに搬入
された基板を撮像して基板の電極に印刷された半田の位
置を検出し、この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、部品実装ステージにおいてはこの実装座標に基づい
てヘッド移動手段を制御することにより、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が発生せ
ず、この位置ずれに起因してリフロー時に発生する実装
不良を防止するとともに、電子部品の実装作業を高い効
率で行うことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は本発明の
実施の形態１の電子部品実装装置の平面図、図２は本発
明の実施の形態１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は本発明の実施の形態１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
本発明の実施の形態１の電子部品実装方法における実装
動作のフローチャートである。

【００１１】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、基台１上には
搬送路２がＸ方向に配設されており、搬送路２に沿って
２つの作業ステージ（基板認識ステージ１Ａ、部品実装
ステージ１Ｂ）が配置されている。搬送路２は上流側か
ら搬入される基板３を受け取り、上流側の基板認識ステ
ージ１Ａ、下流側の部品実装ステージ１Ｂに順次位置決
めする。ここで搬入される基板３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。

【００１２】基板認識ステージ１Ａについて説明する。
基台１の上流側にはＹ軸テーブル４Ａ，４Ｂが設けられ
ており、Ｙ軸テーブル４Ａ，４Ｂ上にはＸ軸テーブル５
が架設されている。Ｘ軸テーブル５には基板認識カメラ
６が装着されている。Ｙ軸テーブル４Ａ，４Ｂ、Ｘ軸テ
ーブル５を駆動することにより基板認識カメラ６はＸＹ
方向に水平移動し、搬送路２の基板認識ステージ１Ａに
位置決めされた基板３の任意位置を撮像する。この撮像
によって得られた画像データを認識処理することによ
り、後述するように基板３の電極の位置、基板３に印刷
されたクリーム半田の位置および印刷半田量を検出でき
るようになっている。

【００１３】次に部品実装ステージ１Ｂについて説明す
る。基台１の下流側には、搬送路２の両側に電子部品を
供給する部品供給部１１Ａ，１１Ｂが配設されている。
部品供給部１１Ａ，１１Ｂには、多数のテープフィーダ
１２が並設されている。テープフィーダ１２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。

【００１４】搬送路２の上方には、搬送路２と直交する
Ｙ方向に２つのＹ軸テーブル７Ａ，７Ｂが配設されてお
り、Ｙ軸テーブル７Ａ，７Ｂには、２つのＸ軸テーブル
８Ａ，８Ｂが架設されている。Ｘ軸テーブル８Ａ，８Ｂ
には複数の吸着ノズル１０を備えた移載ヘッド９Ａ，９
Ｂが装着されている。

【００１５】Ｙ軸テーブル７Ａ，Ｘ軸テーブル８Ａを駆
動することにより、移載ヘッド９ＡはＸＹ方向に水平移
動し、部品供給部１１Ａから電子部品を取り出して搬送
路２に位置決めされた基板３に実装する。またＹ軸テー
ブル７Ｂ，Ｘ軸テーブル８Ｂを駆動することにより、移
載ヘッド９ＢはＸＹ方向に水平移動し、部品供給部１１
Ｂから電子部品を取り出して搬送路２に位置決めされた
基板３に実装する。

【００１６】部品供給部１１Ａ，１１Ｂから基板３へ至
る移載ヘッド９Ａ，９Ｂの移動経路には部品認識カメラ
１３が配設されており、部品供給部１１Ａ，１１Ｂにて
電子部品を取り出した移載ヘッド９Ａ，９Ｂが部品認識
カメラ１３上を通過する際に、部品認識カメラ１３は吸
着ノズル１０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。

【００１７】次に図２を参照して、実装対象の基板３に
ついて説明する。図２（ａ）に示すように、基板３には
電子部品の接続用の端子が半田接合される電極３ａが多
数形成されている。上下に対をなす２つの電極３ａ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
られており、電極３ａの中点を示すＰ１，Ｐ２，Ｐ３
が、これらの電子部品の実装点となっている。

【００１８】これらの実装点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の位置は
予め実装データとして与えられてデータ記憶部２２に記
憶されているが、基板３においては実際の電極３ａの位
置は必ずしも実装データとは一致せず、基板製造誤差に
よってばらついている。本実施の形態に示す電子部品実
装方法では、基板認識ステージ１Ａで基板３を撮像する
ことにより電極３ａの位置を検出し、基板３が正常な状
態で製造されているか否かの管理データを取得できるよ
うになっている。すなわち、基板認識ステージにおいて
は、基板３に設けられた認識マークＡと各点Ｐ１，Ｐ
２，Ｐ３との相対位置座標（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ
２）、（ｘ３、ｙ３）を電極位置として検出する。

【００１９】図２（ｂ）は、電子部品実装の前工程にお
いてクリーム半田が印刷された状態の基板３を示してお
り、各電極３ａ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に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３ａ
の位置と一致しておらず、電極３ａによってばらつきを
示す。

【００２０】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
毎に位置ずれを示す。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を電子部品搭載時の目標位
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。

【００２１】またスクリーン印刷によって各電極に印刷
される半田量は必ずしも一定ではなく、図２（ｃ）に示
すように印刷厚みｔも電極３ａによってばらつきを示
す。そしてこの印刷厚みｔがばらつくと、印刷された半
田上に電子部品を搭載する際に不具合を生じる場合があ
る。すなわち厚く印刷された半田に対して電子部品を過
度に押し付けると半田が横方向にはみ出し隣接電極の半
田と連結する半田ブリッジを生じ、また印刷厚みが薄い
半田への電子部品の押し付けが不足すると、搭載時の位
置精度が安定しない。

【００２２】このため本実施の形態に示す電子部品実装
方法では、基板認識ステージ１Ａにおいて半田の印刷厚
みｔを検出することにより半田量を求め、移載ヘッド９
Ａ，９Ｂによる部品搭載時の搭載動作を検出された半田
量に応じて制御するようにしている。ここでは、移載ヘ
ッド９Ａ，９Ｂによる部品搭載時の下降高さ位置が半田
量に応じた最適の高さ位置となるよう、部品搭載動作パ
ターンが予めデータ記憶部２２に登録された複数のパタ
ーンの中から自動的に設定されるようになっている。

【００２３】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は全
体制御部であり、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９Ａ，９Ｂによる実装動作を実行するための動作プロ
グラムやや基板認識・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）に示す実装データや、部品
搭載動作パターンなどの各種データを記憶する。

【００２４】画像認識部２３は、部品認識部２３ａ、基
板認識部２３ｂより構成される。部品認識部２３ａは、
部品認識カメラ１３の撮像データを認識処理することに
より、移載ヘッド９Ａ，９Ｂに保持された状態の電子部
品を認識する。基板認識部２３ｂは、ランド位置検出部
２３ｃ、半田位置検出部２３ｄ、半田量検出部２３ｅを
備えており、それぞれ基板認識カメラ６の撮像データに
基づき、基板３における電極３ａの位置（図２（ａ）参
照）、各電極３ａに印刷されたクリーム半田Ｓの位置
（図２（ｂ）参照）、および半田量（図２（ｃ）参照）
の検出処理を行う。

【００２５】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９Ａ，９Ｂ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３ａ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。

【００２６】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。

【００２７】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２における基板３の搬送機構である。ヘッド移動
機構２７は、Ｙ軸テーブル７Ａ，７Ｂ及びＸ軸テーブル
８Ａ，８Ｂによって移載ヘッド９Ａ，９Ｂを移動させ
る。この移載ヘッド９Ａ，９Ｂが基板３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、ヘッド駆動機構２７が駆動される。カメラ移動機構
２８は、Ｙ軸テーブル４Ａ，４Ｂ及びＸ軸テーブル５に
よって基板認識カメラ６を移動させる。

【００２８】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
法について図４のフローチャートに沿って説明する。ま
ず図４において、半田印刷後の基板３が搬送路２上を搬
送され、基板認識ステージ１Ａに搬入される（ＳＴ
１）。次いで基板認識カメラ６を基板３上に進出させ、
基板３を撮像する（ＳＴ２）。そして撮像結果を基板認
識部２３ｂによって画像認識処理する（ＳＴ３）。これ
により、電極位置、半田位置および半田量が検出される
（ＳＴ４）。

【００２９】次いで半田位置検出結果に基づき実装座標
が演算され（ＳＴ５）、また半田量検出結果に基づき、
部品搭載動作パターンを選定する（ＳＴ６）。すなわち
データ記憶部２２に記憶された部品搭載動作パターンの
中から、半田量に応じた最適の動作パターンが選定され
る。

【００３０】次いで基板３は部品実装ステージ１Ｂに搬
入され（ＳＴ７）、ここで部品実装動作が実行される
（ＳＴ８）。この搭載動作においては、各電極３ａ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
作成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３ａ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３ａそのもの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３ａ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。さらに移載ヘッド９Ａ，９Ｂの吸着ノズル
１０を下降させて電子部品をクリーム半田Ｓ上に搭載す
る際の下降高さが最適な高さに設定され、部品搭載時の
不具合が防止される。

【００３１】そしてこの後、各電極位置に電子部品が搭
載された実装後の基板３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３ａに半田接合される。このとき、
加熱前には電極３ａ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３ａ表面に沿って濡れ広
がる作用によって、電極３ａに引き寄せられ、電極３ａ
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。

【００３２】上記実施の形態において、基板認識ステー
ジ１Ａを部品実装ステージ１Ｂと別個に設け、基板認識
動作を実装動作に先立って集中的に行うようにしている
ことから、多数の認識対象位置を有する基板であっても
タクトタイムの遅延を招くことなく認識が行え、印刷さ
れた半田の位置や半田量に応じた最適な搭載動作を実現
して実装品質を安定させることができるとともに、実装
効率を向上させることが可能となっている。

【００３３】（実施の形態２）図５は本発明の実施の形
態２の電子部品実装装置の平面図である。実施の形態１
では直交座標系の移動ビームによって駆動系が構成され
た電子部品実装装置の例を示したが、本実施の形態２に
おいては、ロータリヘッドを備えた電子部品実装装置に
本発明を適用した例を示している。

【００３４】図５において、３２はＸ方向に配設された
搬送路であり、搬送路３２に沿って基板認識ステージ３
１Ａ、部品実装ステージ３１Ｂが配置されている。基板
認識ステージ３１ＡはＸＹテーブル３４を備えており、
ＸＹテーブル３４がＹ方向に移動することにより、搬送
路３２によって矢印方向に搬送された基板３３をＸＹテ
ーブル３４上に設けられた基板保持部によって保持でき
るようになっている。そして基板３３を保持したＸＹテ
ーブル３４が基板認識カメラ３６の下方に移動すること
により、基板３３は基板認識カメラ３６によって撮像さ
れる。この撮像結果を画像認識処理することにより、実
施の形態１と同様に、基板３３に設けられた電極の位
置、基板３３に印刷された半田の位置および半田量が検
出される。

【００３５】そしてこの基板３３が部品実装ステージ３
１ＢのＸＹテーブル３５に乗り移ることにより、ロータ
リヘッド３７の各移載ヘッド３８によって部品供給部３
９のテープフィーダ４０から取り出された電子部品が基
板３３に実装される。この実施の形態２においても、実
施の形態１と同様に、基板認識ステージ３１Ａを部品実
装ステージ３１Ｂと別個に設けることにより、印刷され
た半田の位置や半田量に応じた最適な搭載動作を実現し
て実装品質を安定させることができるとともに、実装効
率を向上させることが可能となっている。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、基板認識ステージに搬
入された基板を撮像して基板の電極に印刷された半田の
位置を検出し、この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、部品実装ステージにおいてはこの実装座標に基づい
てヘッド移動手段を制御するようにしたので、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が発生
せず、この位置ずれに起因してリフロー時に発生する実
装不良を防止するとともに、電子部品の実装作業を高い
効率で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の電子部品実装装置の平
面図

【図２】本発明の実施の形態１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】本発明の実施の形態１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】本発明の実施の形態１の電子部品実装方法にお
ける実装動作のフローチャート

【図５】本発明の実施の形態２の電子部品実装装置の平
面図

【符号の説明】

２ 搬送路 ３ 基板 ６ 基板認識カメラ ９Ａ，９Ｂ 移載ヘッド １０ 吸着ノズル ２０ ＣＰＵ ２３ 画像認識部 ２３ｃ ランド位置検出部 ２３ｄ 半田位置検出部 ２３ｅ 半田量検出部 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 CD06 EE02 EE03 EE24 EE25 FF11 FF24 FF28 FF29 FG05 FG06

Claims (4)

【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部品供給部
   から取り出して基板に移送搭載する電子部品実装装置で
   あって、基板認識ステージに搬入された基板を撮像する
   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、前記基板認識ステージの下流側に
   配設された部品実装ステージにて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を調
   整する位置合わせ動作を行うヘッド移動手段と、前記半
   田位置検出手段による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の位置合わせ動作を制御する制御
   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】前記画像データに基づいて前記基板の電極
   に印刷された半田量を検出する半田量検出手段を備え、
   前記制御部はこの半田量検出結果に基づいて前記ヘッド
   移動手段の位置合わせ動作を制御することを特徴とする
   請求項１記載の電子部品実装装置。
3. 【請求項３】電子部品を移載ヘッドによって部品供給部
   から取り出して基板に移送搭載する電子部品実装方法で
   あって、基板認識ステージに搬入された基板を撮像する
   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を調整する位置合わせ
   動作を行うヘッド移動手段を制御することにより、移載
   ヘッドによって電子部品を基板に実装する実装工程とを
   含むことを特徴とする電子部品実装方法。
4. 【請求項４】前記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量を検出し、前記
   実装工程においてこの半田量検出結果に基づいて前記ヘ
   ッド移動手段の位置合わせ動作を制御することを特徴と
   する請求項３記載の電子部品実装方法。