JP2005203655A

JP2005203655A - 回路基板の搬送方法および電子部品装着システム

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Publication number: JP2005203655A
Application number: JP2004010042A
Authority: JP
Inventors: Kunio Oe; 大江邦夫
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-01-19
Filing date: 2004-01-19
Publication date: 2005-07-28

Abstract

【課題】互いに近接して連結された複数の電子部品装着装置において、近接して連結されたことによって発生するトラブルを少なくし、電子部品実装ライン全体の生産性を向上させること。
【解決手段】
近接して隣接される複数の電子部品装着装置間に回路基板の独立した搬送を可能とする回路基板搬送装置を、配置回路基板装着位置とは別に設けることと、回路基板情報に従って、それらの独立した回路基板搬送装置の運用を実施することで実装ライン全体の生産性を高める。
【選択図】図４

Description

本発明は主として電子部品装着システムにおけるプリント回路基板の搬送方法と電子部品装着に関するものである。

従来の電子部品装着システムでは、図１に記載のように、一台の装着装置内で一枚の回路基板を搬送し、位置決めすることが基本的な形態である。特に複数の装着装置を可能な限り接近させて連結することでフロアスペースあたりの生産性を最大に高めるという方法がとられている。密着型のインライン型モジュール装着システムの場合、モジュール装着装置あたりの設置面積が小さく限定されることで、それぞれの個別のモジュール装着装置ごとの回路基板の停止位置は一箇所かあるいは、場合によれば一枚の回路基板が複数の装着モジュールにまたがるということさえあった。この従来技術についての参考例としてその概要を図１に図示する。

特開平６−２９１４９２号広報特開２００２−２４６７９２号広報特開２００３−１７４２９４号広報特開２００２−３０５３９７号広報特開２００１−３２６４９８号広報

前記背景技術において説明したように、一台の装着装置内で一枚の回路基板のみをセットし、電子部品を実装することは周知技術である。ところが近年の電子機器、とりわけ携帯電子機器にいたっては人間が携帯して利用するという目的から、軽薄短小化が進むだけでなく、様々な用途の機能が合体し、その上、合体した機能そのものの高度化も進展してきている。当然のことながら、電子機器セットに内蔵される回路基板についてもその仕様と機能の多様化、小型化が著しい。

前記のように回路基板はどんどん小型化、軽量化が進展するのであるが、回路基板に実装する電子部品の数と種類はさほどは少なくならない。その理由は電子機器に対する要求機能が増加してきているからである。つまり、一枚の回路基板に実装すべき部品種類と装着点数が少なくならないことで、回路基板の小型化が進むわりには、部品装着装置自体はそれに見合った小型化が進まないのである。

以上のような問題の解決策として、回路基板の小型化に見合う大きさの小型の部品装置を複数セット密着連結して、フロア面積当たりの生産性を高めるという電子部品装着装置が市場の一部で生産販売されている。この方式では、一装着モジュール当たりの有効装着エリアに入る回路基板サイズであれば回路基板装着の生産性は極めて高い。しかし、このタイプの装着装置の場合の欠点としては、フロアあたりの生産性を重視したことで、連結されている全ての装着モジュールの生産プログラムが完了しないと全装着モジュールの回路基板の搬送が開始出来ず、このための待ち時間が増加してしまうという問題があった。

本発明の主旨は一台の装着モジュールにおいて、一枚の回路基板をセットするだけでなく、許容される限りの沢山の回路基板停止位置を設置することにより基板待機位置すなわち回路基板のバッファとしての役割を持たせることにある。このことで全装着モジュールの作業完了を待つことなく、個々の装着モジュールの作業が終了した時点で、下流の基板停止位置に空きがあればいつでも下流への払い出し搬送を開始しても良い。つまり複数台の装着モジュールのうちの一台かまたは複数台の装着モジュールによるトラブルによる長時間の停止が無い限り、個々の装着モジュールが他の装着モジュールのトラブルに起因する作業開始待ち、いわゆるチョコ停止の影響をなくすことができるのである。

また、前記の回路基板の複数の停止位置が、装着モジュールの有効作業領域にある場合、装着のための複数作業ステーションとして運用することで、複数の回路基板をあたかも一枚の回路基板とみなして生産することができる。この場合のメリットは複数の回路基板の同時搬送による搬送時間短縮と、装着プログラムの複数枚生産のための最適化によって生産時間の一層の短縮が可能である。

また、回路基板に貼付された回路基板情報と、回路基板に装着されるべき電子部品情報と、個々の電子部品に最適な電子部品吸着ノズルおよび装着ヘッド情報を認識することで、これらの情報に基づいて前記の複数の回路基板搬送装置とその選択実施と、最適な生産プログラムの選択実施をすることで、回路基板の機種やサイズの変更にともなう切り替え時間を最小にすることができるのであり、単に単一の回路基板種での生産性向上だけでなく多品種回路基板対応、つまりは汎用性、多様性の向上においてもその効果は極めて大きい。

装着装置内での電子回路基板搬送装置を複数台設置することと、この複数の搬送装置を的確に運用することで作業完了後の搬送待ち時間を最小にする。

図１は回路基板上に電子部品を装着する装置の一般的従来技術の一例である。搬送装置１３の駆動モーター２０により駆動プーリー１９が回転させられる。駆動プーリー１９の回転はエンドレスベルト１１に伝達され、エンドレスベルト１１の移動により、その上に載せられた回路基板１４は矢印７の方向へ搬送される。回路基板１４は装着ヘッド１の有効作業領域１５の所定の位置に設置された、回路基板センサー１２によって通過を検出されると、回路基板１４の搬送速度を減速する。同時に回路基板ストッパ１７を作動させて、回路基板１４はこのストッパ１７によって所定の位置に停止されるのである。また回路基板センサー１２のケープル１６と回路基板ストッパ１７のケーブル１８は装着装置全体の制御装置に結線されていて、コンベアの駆動モーター２０とともに連携したシーケンス動作を実施し、回路基板１４の搬送と停止と払い出しを逐次実行する。

装着装置の基本機能としては、電子部品９を装着ヘッド１に付属する電子部品吸着ノズル５に吸着して、回路基板１４の所定の位置に装着するためのＸＹ座標上を移動するための座標ロボット６が必要である。回転式駆動モーター１０に連結されたボールねじ８によって装着ヘッド１はＸ方向の有効作業領域１５の範囲で移動停止が可能である。また、Ｘ座標ロボット６自体は、Ｙ軸移動用のリニアガイド２ａと２ｂに積載され、図示は省略したが回転式駆動モーターとモーターに連結されたボールねじによってＹ方向に移動可能な構成例を示している。この例では座標ロボット６の駆動としてボールネジとしたが、昨今ではリニアモーターの実施例も多い。

装着ヘッド１はΘ方向の回転駆動モーター３と、電子部品吸着ノズル５をＺ方向に上下するための動駆動装置（図示しない）が装着ヘッド本体４の内部に内蔵されている。なお、図１の装着ヘッド１では部品吸着ノズル５は一本のみを図示しているが、装着時間短縮のために実際は複数の部品吸着ノズルを装備することが多い。プレート２１は前記の装着装置の基本機能部品を一括して装着装置本体（図示はしない）に載置するものである。

以上が一般的な装着装置の基本的機能であるが、装着対象とする回路基板の種類形状、また、装着される電子部品の種類形状によっては、前記の基本機能には様々な要求があり、このための補足機能が時として必要である。図１では図示を省略したが、そうした機能のおもなものとして、たとえば回路基板のそりを防止するための回路基板バックアップ装置（図示は省略）、基準マーク認識装置３４、部品吸着ノズル交換装置７０、各種の電子部品供給装置５５などである。なお、図１における矢印７は回路基板１４の流れ方向を示す。以降本発明の主旨については図２〜図５を使用してその詳細を説明する。前記図５について簡単に説明する。部品吸着ノズル５には本発明において重要な意味をもつ無線タグ７１が貼付されている。この部品吸着ノズル交換装置７０は部品装着装置５１ａ、５１ｂ、あたり一式または複数台付属される場合が多い。部品吸着ノズル５の脱着を助けるための駆動装置７２は部品吸着ノズルの形状によっては必ずしも必要とは限らない。

図２によって本発明の実施形態の一例を説明する。この場合、回路基板４９、５０のＸ方向サイズは装着ロボット３８のＸ方向の有効作業領域４６と比較して十分に小さいサイズである。この例では複数の回路基板搬送位置決め装置４０がそれぞれ２セットずつでカバー可能なサイズであり、回路基板４９、５０は同時期に二枚の部品装着作業を実行可能とする状況を示す。二枚同時の部品装着作業を実施することで、所定の作業が終了した場合、装着作業を終了した回路基板４９、５０はほぼ同時に順次に下流へ払い出すことが可能である。図２に記載の例では二枚の回路基板４９、５０は、装着ロボット３８のＸ方向の有効作業領域４６の範囲に入っている。しかし、図２に記載した装着ロボット３８を複数台連結した場合には、互いに隣り合う装着装置の間には本例の回路基板４９、５０、のサイズの場合では待機可能ストック枚数は１枚である。したがって、本図２の実施例に記載の場合のように２枚の回路基板を同時期に１台の装着ロボットで作業を実施することで、実際の実装時間の短縮効果は顕著であるが、基板搬送時間の短縮においてはその効果は半減する。この対策には、図２の例では回路基板４９、５０のサイズの場合、先行する回路基板４９のみを実作業実施とし、回路基板５０の領域の搬送装置４０ｄ、４０ｅと、装着ロボット３８の前後領域の搬送装置４０ａ、４０ｆは、つまり装着ロボット３８の前後にある装着ロボットの両端の搬送装置（図示しない）を加えて、一つの実作業ステーションの間にそれぞれ二箇所の回路基板の待機用バッファを設定することがよい。

なお、回路基板４９、５０の上面の先頭に貼り付けた無線タグ３０ａ、３０ｂは装着ヘッド３１の下部に設置された、無線タグ３０のリーダー３５によって、無線タグ３０に記録された回路基板データを読み取る。読み取られた回路基板情報は装着装置の制御システム（記載省略）へ送られ、装着システム全体の運用に利用する。個々の回路基板に貼付された無線タグに記録されるデータには回路基板の生産ロット番号、生産番号、生産履歴、基板仕様、装着部品情報、上流の生産情報などが記録されていれば、リーダー３５は装着ロボット有効作業領域４６のどこにあっても、装着ロボット内の個々の回路基板停止位置にある回路基板情報を得ることができとともに、作業が終了した回路基板生産情報の下流に対する伝達も可能である。

図２において、回路基板４９、５０の搬送装置４０は本図例では全部で６セット図示している。これは一例である。一台の装着モジュール内に何セットの搬送装置を設けるかは対象とする最小回路基板のサイズと最大回路基板のサイズと、装着装置５１の基板の長さに依存する。また、搬送装置４０の駆動モーター４５はこの例ではエンドレスベルトを利用しているが、ベルト以外の方法により搬送することも可能である。回路基板通過センサー４４はそれぞれの回路基板搬送装置４０ごとに図示しているが、あくまで回路基板の通過情報を得て、回路基板の停止までの搬送速度の減速するトリガー信号を得るものである。このセンサー４４については搬送装置あたり複数個の配置によって、図１で説明した回路基板ストッパ１７は不要とすることもできる。回路基板の停止は所定の位置で停止できれば良いのであってどんな方法であれ搬送駆動装置を停止することだけが必須条件である。また、カメラ３４は回路基板や部品供給装置に設定された基準マークを読み取ることを目的としている。カメラ３４には回路基板に付された基準マーク（図示しない）のコントラストを良好にすると同時に鮮明な画像を取り込むための照明装置が付属している。このカメラ３４による画像処理システムは、回路基板の停止位置をメカニックな停止にのみ依存するのではなく、電子部品９の撮像装置６２（図４記載）により取得された画像と回路基板の基準マークデータを利用し演算して、電子部品の回路パタンへの装着精度を高める目的であることはいうまでもない。

装着ロボット３８はリニアモーターの例である。図１で記載した一般的な装着ヘッド３７の移動のための駆動方法は、一般にはサーボモーターとボールねじの組み合わせが採用されていた。最近では図２に図示するように、リニアモーター４１による駆動方法の採用も多くなってきている。リニアガイド３２ａ、３２ｂは装着装置のＹ軸方向移動のためのものである。Ｘ軸用の装着ロボット３８を搭載し、駆動装置（図示はしない）はＸ方向と同じくリニアモーターにより実施される。フレーム２２はその架台であって、プレート２３は前記装着ロボットを一括して装着装置本体フレームに固定されるものである。

図３の実施例では、回路基板４１、４２、４３のＸ方向サイズは３台の搬送装置４０を利用しつつカバーされている。図３の搬送装置４０の配置では、回路基板４２、４３の二枚の回路基板について同時に部品装着作業を遂行することは出来ない。回路基板４３の一部が装着ロボットの動作範囲３３（図２では動作範囲４６）をはみだしているからである。したがってこの場合の回路基板の流し方は、回路基板４２の生産が終了したら、その上流に待機していたバッファコンベア４０ｅ、４０ｆ上に待機していた回路基板４３を搬入するというサイクルがベターである。このようにすることで、複数の小型の装着モジュールを隙間なく連結しつつ、かつスペースを最大に利用し、装着位置と装着位置の間に回路基板の待機位置を確保できるからである。

図３には図示していないが、部品装着装置で対象とする最小回路基板サイズを複数の回路基板搬送装置サイズ一式でカバーすることができれば、前記の複数回路基板の同時期作業と、基板バッファ機能を同時に確保できることは論を待たない。つまり、本発明の主旨を達成するためには、個別の基板搬送装置のサイズと、対象とする回路基板の最小サイズが一致することが最も望ましい。なお、それぞれの搬送装置４０の駆動装置４５はこの例ではモーターとエンドレスベルトの組み合わせを利用しているが、図示は省略するが、小型モーターと段つきプーリー、あるいは個別モーターと送りローラのみを二列直列に並べるなど、様々な回路基板の搬送形態が想定できることはいうまでもない。

図４において、無線タグ３０ａ、３０ｂ、３０ｃは回路基板５７に貼付あるいは印刷された状態を示す。一般に無線タグはＲＦＩＣタグとも呼ばれている無線通信によって情報の読み書きが可能とするためにアンテナが内蔵されたＩＣであり、このＩＣに電源が内蔵されていれば、自己発信が可能であり、もしそうでなければ、電源をもつ外部のタグ情報を読み取り用のリーダー３５により情報の読み書きが可能である。複数台がインラインで連結された一部の装着装置５１ａ、５１ｂの制御装置（図示はしない）が無線タグ情報の読み取り用のリーダー３５により、回路基板５７の生産履歴情報や回路基板の生産情報を認識することにより、複数の回路基板の搬送装置４０（図３）を選択運用することで、生産効率を格段に向上させることができる。

図４において電子部品の風袋であるテーピングリール５４に添付された無線タグ５３ａ、５３ｂには電子部品情報が記録されている。部品供給装置５５には、前記無線タグ５３ａ、５３ｂ、に記録された電子部品情報を読みとるリーダー（図示しない）により、電子部品のメーカー名称、生産ロット、種類、数、機能、装着に関わるデータ、など電子部品情報を読み取ることができる。これらの電子部品情報は部品供給装置５５にセットされる以前に、前記リーダーによって情報の読み取りが実行され、電子部品供給装置テープルスロット５２の適正な位置をオペレータに報知することができるだけでなく、適正な位置にセットされたかどうかの結果の判断とともに、前記の取得された回路基板情報と比較演算されて選択決定された適正な回路基板搬送方法にしたがって、最適な部品装着システムの運用が可能となる。この場合、供給スロット５２に対する電子部品５４の配置方法は極めて重要である。装着ロボットによって各々の部品は所定の位置から装着ロボット６０によって吸着されるのであるが、回路基板５７上の移動距離と電子部品を吸着するための移動距離を最小にする必要があるからである。

無線タグ５３ｅは装着ヘッドに貼付されたものであり、装着ヘッドの種類とその特性情報が記録されている。また図５における無線タグ７１は部品吸着ノズル５に貼付されたものであり、部品吸着ノズルの種類とその特性情報が記録されている。周知のように、電子部品のサイズと種類は多岐にわたり、部品吸着の信頼度を上げるには吸着すべき電子部品のサイズと大きさと形状に適合する部品吸着ノズルの選択が重要である。前記記載のように基板情報と電子部品情報の整合につづいて、装着ロボットの出番であるが、装着対象となる電子部品に最適な部品吸着ノズルとそれを駆動保持する装着ヘッドの選択、最適化が必要であることはいうまでもない。回路基板や電子部品や部品吸着ノズルなどの情報を一元管理することで最も効率の良い実装システムの構築が可能なのである。

図４には図示を省略したが、一般的な装着装置の場合、いろいろなサイズや形態に対処できるように複数種類の部品吸着ノズルストッカ７０が準備されている（図５）。これら部品吸着ノズルに貼付された無線タグ７１をリーダー３５により逐一認識、管理し、回路基板情報と、電子部品情報との整合運用することで、生産性の高い電子部品装着システムを構築ができる。

前記の実施例２、３においては、回路基板の搬送装置とは関連の少ない技術とも思える無線タグについて説明をした。しかし、回路基板情報に源を発する部品装着システムの多様な機能は年々複雑となり、このためにその運用に関わるオペレータの負担も増大の一途となってきている。現在では無線タグは商業的にはバーコードなどと比較してやや割高であり、一部の分野以外で利用されるにとどまっている。しかし、本実施例で述べたように無線タグの利用分野が広がり、その生産量が飛躍的に増加すれば、その生産コストも当然ながら飛躍的に低下する。そのときには無線タグによる回路基板への電子部品生産システムも多用されかつ合理化され、オペレータの負担も大きく軽減されるものと考えられる。

電子部品装着のための従来のモジュール式装置の基本機能を示す説明図である。複数の回路基板の搬送装置を配置した実施例の説明図である。（実施例１）複数の回路基板の搬送装置を配置し、回路基板の無線タグを設けた実施例の説明図である。（実施例２）複数の回路基板の搬送装置と部品供給装置の配置を示す実施例の説明図である。（実施例３）部品吸着ノズルストッカの実施例をしめす説明図である。（実施例３）

符号の説明

１電子部品装着ヘッド
５部品吸着ノズル
１２回路基板確認センサー
１７回路基板ストッパ
３０、５３無線タグ
３４画像認識カメラ
３５無線タグリーダ
４０基板搬送装置
５４電子部品リール
７０電子部品ノズルストッカ

Claims

回路基板に電子部品を装着する部品装着装置において、回路基板搬送装置を含むものであって、前記回路基板を停止させ得る回路基板停止位置を複数箇所に配置するとともに、前記複数の回路基板停止位置において、回路基板情報にもとづいて、回路基板を通過させるか、あるいは待機させるか、あるいは装着作業を実施するかを択一的に選択することを特徴とする電子部品装着システム。
前記の回路基板情報には回路基板の長さの情報を含むことを特徴とする請求項１記載の電子部品装着システム。
前記の回路基板搬送装置は、回路基板の搬送手段を備えるものであって、回路基板の確認センサーあるいは、回路基板停止位置決め装置の少なくとも一方を備えたことを特徴とする前記請求項１または２記載の電子部品装着システム。
前記の回路基板情報の媒体は回路基板に貼付または積載された無線タグであって、部品装着工程の上流で書き込まれた生産履歴情報かあるいは回路基板情報を読み取り、読み取られた前記の情報をもとにして、前記の回路基板搬送装置の運用方法を決定することを特徴とする前記請求項２または３記載の電子部品装着システム。