JP2006156443A

JP2006156443A - 電子部品実装方法

Info

Publication number: JP2006156443A
Application number: JP2004340215A
Authority: JP
Inventors: Minoru Yamamoto; 実山本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-11-25
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】電子部品実装の荷重でつぶれた半田が隣接電子部品と接触したり、実装済み電子部品が脱落することを防止する。
【解決手段】電子部品実装位置上方より電子部品３２を加速し速度を与えて実装位置に投下し、クリーム半田１４０に衝突させて小さいエネルギーで実装を行うことにより、クリーム半田１４０のつぶれや広がりを小さくする事ができ、隣接電子部品との接触防止ができると共に、実装済み電子部品と吸着ノズル１１５との干渉による電子部品の脱落防止が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は電子部品を吸着ノズルで吸着して回路基板の所定位置に実装する電子部品実装方法に関するものである。

近年、回路基板を用いた製品の小型化が要望され、それに伴い実装される電子部品が小型化され現在では最小０．６ｍｍ×０．３ｍｍの大きさであり、さらに小型化された０．４ｍｍ×０．２ｍｍの大きさの電子部品が使用されようとしている。又、実装された電子部品が互いに隣接する際の隙間も０．１ｍｍを下回る高密度な実装を行う場合もある。

電子部品はあらかじめ前工程で粒径が２０〜３０μｍの半田とフラックスとの混合物からなる０．１ｍｍほどの厚みに印刷されたクリーム半田上に実装される事によって仮固定され、その後リフロー炉によって加熱され半田が溶融し回路が形成されるが、電子部品が微小になるに従い微小な面積に印刷されたクリーム半田上に電子部品を実装する時、その実装力が大きいとクリーム半田が押しつぶされて周りにひろがり、高密度実装に伴い、高密度に印刷された隣接するクリーム半田と接触し、リフロー炉で加熱され溶融した時に隣接するクリーム半田とショートを発生し回路が不良となる不具合が発生するため、実装力をより小さくする事が要求されている。

従来の電子部品実装方法としては、実装力を小さくするものについては電空レギュレターにて吸着ノズルの付勢力を制御するものがあった（例えば、特許文献１参照）。図１１は、前記特許文献１に記載された従来の電子部品実装方法を示すものである。図１１において、上下シャフト１２、ブッシュ１３および移動ブロック１１には第１のエアー孔１９、第２のエアー孔２０がそれぞれ穿設されている。第１のエアー孔１９の一端は段状凹部１４の内底部に開口しているとともに、他端には第１のエアーライン２１を介して真空ポンプ２２が接続されている。

一方、第２のエアー孔２０の一端はエアールーム１７と連通しているとともに、他端には第２のエアーライン２３を介して吸着ノズル１５を駆動する圧縮空気圧を制御する電空レギュレータ２４と所定のプログラムが格納されこのプログラムにもとづいて所定の電圧（または電流）の制御信号ＳＰを電空レギュレータ２４に出力する、例えばマイクロコンピュータを主体とする制御装置２５、およびエアー源２６が接続されている。なお、吸着ノズル１５の軸心部には、一端がノズル１５の上端部に開口するとともに、他端がノズル１５の下端部に開口した吸引孔２７が穿設されている。空電レギュレータ２４は、制御信号ＳＰの電圧（電流）値に比例した空気圧の圧縮空気をエアー源２６からエアールーム１７に供給するものである。

このような構成の装置において、回路基板３１（被実装部材）に電子部品３２（部品））を実装する場合には、まず真空ポンプ２２の吸引力によって吸着ノズル１５の下端部に電子部品３２を吸着する。ついで、移動ブロック１１を回動することよって上下シャフト１２を所定の実装位置に位置決めする。このとき、搬送されてきた回路基板３１も所定の実装位置に位置決めされ、基板３１上の所定箇所に塗布された接着剤３３の直上に、電子部品３２が配置されるようになっている。

さらに、この状態では制御装置２５から電空レギュレータ２４に例えば電圧ＶＯの制御信号ＳＰを出力する。すると、この電空レギュレータ２４により、入力した制御信号ＳＰの電圧ＶＯに比例した空気圧ＰＯの圧縮空気が、エアー源２６から第２のエアーライン２３、第２のエアー孔２０を介してエアールーム１７に供給される。

これにより、吸着ノズル１５のフランジ部１６の上面には前記空気圧ＰＯの圧縮空気が加わり、ノズル15が矢印Ｂ方向（部品実装方向）に下降する。その結果、吸着ノズル１５の下端部の電子部品３２が、接着剤３３によって回路基板３１の上面に、空気圧ＰＯに応じた実装力で実装される。そして、所定時間経過後、制御信号ＳＰが出力された電空レギュレータ２４、真空ポンプ２２の吸引力によって実装する。これにより部品を実装する押し圧を制御できるとされている。
特開平０１−２４６８９９号公報

しかしながら、上記特許文献特開平０１−２４６８９９号公報に記載の従来の電子部品実方法では、さらに高速実装を求められる実装装置において上下シャフト１２を高速で上下させる際、例えば上下シャフト１２の下降時においては、吸着ノズル１５を下に加速する力は吸着ノズル１５の自重と空電レギュレータ２４によって圧力制御されたエアールーム１７が吸着ノズル１５を押し下げる力の和になるが、押し付け力を小さくするには空電レギュレータ２４によって加圧される圧力は小さくなくてはならず、よって、上下動の加速度が限られてくる。又、吸着ノズル１５の自重以下の押し付け力には出来ない。

加えて、吸着ノズル１５の上下摺動の摩擦抵抗のばらつきがあり実装する電子部品が微小になるに従い、吸着ノズル１５が電子部品を半田に押し付ける力により接着剤３３が押しつぶされ周辺に広がり、図１２のように、横方向へは幅Ｗ２まで広がり、隣接する接着剤３３と接触し、接着剤３３が溶融したときにショートを起こす不具合が発生する事や、実装装置の吸着ノズル１５が基板に実装された電子部品と隣接する場所に実装する為、下降した際に吸着ノズル１５が隣接する電子部品に接触し、その電子部品を接着剤３３より脱落させ、実装されているべき部品が欠落し、電子回路として機能しなくなるなどの問題点を有していた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、実装済みの部品に干渉することなく電子部品の吸着ミスを増加させず、品質の高い電子部品実装方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、電子部品を鉛直方向から基板上に実装して前記電子部品の端子を前記基板上の実装位置に塗布したクリーム半田に接着するようにした電子部品実装方法において、前記実装位置の上方より前記電子部品を加速し速度を与えて前記実装位置に投下し、前記クリーム半田に衝突させる事により実装を行うことを特徴とするもので、電子部品に与えた運動エネルギーにより電子部品をクリーム半田に密着させるため、吸着ノズルの押し付け力によりクリーム半田が押しつぶされ周辺に広がり、隣接するクリーム半田と接触してショートを起こす不具合や、吸着ノズルが隣接する電子部品に接触し、クリーム半田より脱落させることが防止できる。

以上のように、本発明の電子部品実装方法によれば、電子部品を基板上方より投下する事により速度エネルギーの小さく安定したエネルギー量により半田をつぶしすぎない実装をする事が出来る。

また、実装位置に隣接した実装済みの電子部品の上面に吸着ノズルが接触することがなくなり、実装済みの電子部品を脱落させる事がない。

以下に本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。本発明の一実施の形態を示す図では、従来例と同一部品に同一番号を付して説明は省略する。

図１は本発明の一実施の形態における電子部品実装方法における実装ヘッド部１００の概略図で、いわゆる電子部品実装機の主要部を構成する装置であり、主にチップ形の電子部品を基板の表面に実装するものである。図１に示すように、実装ヘッド部１００は、下端に吸着ノズル１１５を備えたロッド１１０を昇降させるロッド昇降部１３０と、フック１２４を昇降させるフック昇降部１２０とからなり、また、この電子部品実装機は実装ヘッド部１００を水平面内においてＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させる図示しないＸＹステージを有している。

ロッド昇降部１３０は、ベースプレート１３８に固定したブラケット１３９とボールねじ１３２と、ボールねじ１３２の上端部にカップリング１３５を介して連結した昇降モータ１３３とを備えている。ボールねじ１３２はハウジング１３１と螺合しており、ハウジング１３１は、側部にロッド１１０と吸着ノズル１１５を備え、このロッド１１０内部に設けた図示しない真空吸引路が下端で吸着ノズル１１５に連通している。また、ハウジング１３１は、ボールねじ１３２の回転により、ガイドに案内されて昇降する。昇降モータ１３３はサーボモータなどで構成され、ボールねじ１３２を介してハウジング１３１を鉛直方向に昇降させる。

ハウジング１３１に設けたロッド１１０は図示しない外部回転手段により回転されるようになっており、ハウジング１３１は吸着ノズル１１５を昇降させ、電子部品３２をほぼ実装姿勢に吸着すると共に、図示しない画像認識装置の認識結果に基づいて、電子部品３２を、外部回転手段によりロッド１１０を鉛直軸廻りに回転させることにより、水平面内における電子部品３２の回転方向の位置補正を行う。

吸着ノズル１１５の下降中にその下降動作を急停止させるフック昇降部１２０は、ベースプレート１２８に固定したブラケット１２９とボールねじ１２２と、ボールねじ１２２の上端部にカップリング１２５を介して連結した昇降モータ１２３とを備えている。ボールねじ１２２はストッパーブロック１２１と螺合しており、ボールねじ１２２の回転により、ストッパーブロック１２１と連結しているフック１２４がガイドに案内されて昇降し、吸着ノズル１１５のフランジ１１６に当接する位置へ移動する。昇降モータ１２３はサーボモータなどで構成され、ボールねじ１２２を介してフック１２４を鉛直方向に昇降させることができる。よって、フック１２４を任意の位置に位置決めする事により、吸着ノズル１１５のフランジ１１６がこのフック１２４に当接する位置を決定する事ができる。

この構成において、回路基板１４１（被実装部材）に電子部品３２（部品）を実装する場合には、吸着ノズル１１５が吸引力によって図示しない電子部品供給部から電子部品３２を吸着する。次に図示しない画像認識装置により吸着された電子部品３２の吸着ノズル１１５に対する位置ずれ量を測定する。次にロッド１１０は外部回転手段により回転され、水平面内における電子部品３２の回転方向の位置補正が行われる。次に実装ヘッド１００はＸＹロボットにより補正されたＸＹ位置に移動され、基板１４１上の所定箇所に塗布されたクリーム半田１４０の直上に、電子部品３２が配置されるようになっている。

そしてボールねじ１３２が昇降モータ１３３により回転されハウジング１３１が下降する。この時ノズル１１５下側先端の下降目標位置は基板１４１の上面より下側の位置にある。ここで図３のようにフック昇降部１２０は昇降モータ１２３によりフック１２４を昇降させ、電子部品３２が印刷されたクリーム半田１４０に接する直前で吸着ノズル１１５のフランジ１１６に当接する位置に位置決めする。図６の様に、吸着ノズル１１５の下降する速度は実線で示すＶＮであり、停止状態から時間と共に増加し速度Ｖでフック１２４に当接し急激に減速し停止する。

次に図４のように電子部品３２は吸着ノズル１１５より作用する吸着力よりも下方への運動エネルギーが大きくなり吸着ノズル１１５より投下される。この時ロッド１１０は下降目標に達しておらずさらに下降を続けるがノズル１１５のフランジ１１６がフック１２４に当接した後、減速を行い停止する。その速度は図６に破線で示すＶＲのような曲線を描く。そして図５のように、投下された電子部品３２はそのまま下降し印刷されたクリーム半田１４０に衝突する。

図１０のようにクリーム半田１４０は微細な半田粒とフラックスとの混合物であり電子部品３２が衝突すると、フラックスで粘着し半田粒が盛られた状態から運動エネルギーの消費されるまで変形し、横方向へは幅Ｗ１まで広がるが、電子部品３２の持つ運動エネルギーは微小な為、隣接する電子部品の下のクリーム半田１４０とは干渉せず、電子部品３２の実装が完了する。このような一連の動作を繰り返し、電子部品実装機は実装を行う。

電子部品投下の為の吸着ノズル１１５の減速の方法としては、このようなフック１２４の当接によるものと、カム等による減速が可能であるが、現在の技術ではボールねじのような駆動では急激な減速が困難である。また、従来の電子部品３２の吸着においてはその吸引力に上限を設けていなかったが、本発明では電子部品３２を吸引したまま投下するか、投下とほぼ同時に吸引を停止するので、その吸引力は電子部品３２の吸着姿勢が変化しない必要最小限にするのが望ましい。

また、図７に示すように、電子部品３２を投下する位置は電子部品３２がクリーム半田１４０に実装された後の厚みＨ１に一定の距離Ｓを加えた上方Ｋ寸法の高さ位置より投下する。このＳとＨ１の和の値Ｋは高密度な表面実装に使用される電子部品の厚み、すなわち０．２〜３ｍｍ程度の範囲を網羅する４ｍｍ程度の一定値としても良いが、電子部品３２が吸着ノズル１１５から投下されてからクリーム半田１４０に衝突するまでの距離を小さくするとより正確な位置に電子部品３２を実装する事ができるので、図８に示すように、それぞれの電子部品３２ａ、３２ｂの厚みのデータＨ１、Ｈ２に基づき、また、Ｓの値を０．５ｍｍなどの一定値にするようにフック１２４を昇降させる事により、より正確な位置で実装が可能となる。

又、図９に示すように、電子部品３２が実装されるプリント基板１４１はその製造工程や裏面の実装工程のリフロー加熱などにより平面に歪が生じている場合があるが、その場合その歪量Ｔを予め測定機などで測定しておき、その値によりフック１２４を昇降させる事により、より正確な位置で実装が可能となる。

本発明の電子部品実装方法によれば、微小電子部品を運動エネルギーの安定した小さなエネルギーでクリーム半田への実装が行える。また、実装に限らないその他の部品実装や組立工程の用途にも適応できる。特に非組立側に絶縁などの接触が制限される場合などにも有効である。

本発明の一実施形態における実装ヘッド部の概略図図１に示す実装ヘッド部の詳細図実装ヘッド部の詳細図実装ヘッド部の詳細図実装ヘッド部の詳細図吸着ノズルの下降速度を表すグラフ電子部品の寸法と投下位置との関係を示す図電子部品ごとの投下位置決定方法を示す図回路基板の歪量に基づく投下位置決定方法を示す図半田つぶれ量による隣接電子部品との関係を示す図従来の電子部品実装に用いられる実装ヘッド部概略図従来の電子部品実装方法における半田つぶれ量による隣接電子部品との関係を示す図

符号の説明

３２電子部品
１１５吸着ノズル
１４０クリーム半田
１４１回路基板

Claims

電子部品を鉛直方向から基板上に実装して前記電子部品の端子を前記基板上の実装位置に塗布したクリーム半田に接着するようにした電子部品実装方法において、前記実装位置の上方より前記電子部品を加速し速度を与えて前記実装位置に投下し、前記クリーム半田に衝突させる事により実装を行うことを特徴とする電子部品実装方法。
実装する電子部品を投下する距離を電子部品の厚みにより可変とすることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装方法。
実装する電子部品を投下する距離を基板の反り量により可変とすることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装方法。