JP2008300690A - 表面部品実装方法および表面部品実装用基板 - Google Patents

Abstract

【課題】部品ランドへのハンダ印刷と並行して印刷されたハンダ認識用マークのハンダの位置を基準にして表面部品を搭載することで、複雑な演算処理を不要とする表面部品実装方法と基板を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる表面部品実装方法では、基板上に、基板位置を画像認識するための基板認識マークを部品ランドの形成と並行して形成し、この基板認識マークと別位置に、前記部品ランドへのハンダ印刷と並行して、ハンダ印刷位置を画像認識するための認識用ハンダを印刷し、表面部品を実装するときには、前記認識用ハンダの印刷位置を画像認識により認識し、認識した前記認識用ハンダの印刷位置と前記実装位置データとに基づいた位置に表面部品を実装するようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、表面部品実装装置を用いて、所定の実装位置データに基づいて所定の基板上に表面部品を実装する表面部品実装方法および表面部品実装用基板に関するものである。

従来より、表面部品を基板上に実装する実装装置においては、基板上に形成された基板認識マークなどの任意のマークをカメラで撮影し、画像処理技術によって前記マークの中心位置を求め、基板個々の位置ずれを補正する位置決め機能を備えているものがある。
前記マークは、ハンダ付け用の部品ランドと同時に形成された銅箔を使用するのが一般的であり、ハンダ付け用の部品ランドの位置に、部品搭載位置を補正することが目的であった。
基板に形成された部品ランドにハンダ印刷を施すハンダ印刷装置は、前記実装装置と同様のカメラと画像処理技術による位置決め機能を備えており、基板上の前記マークに基づいてハンダ印刷用のマスクの位置決めを行い、ハンダ印刷を行うように構成されている。
このように、実装装置も、ハンダ印刷装置も、画像処理技術による位置決め機能を備えているが、両者の位置決め機能は同一ではないため、誤差も異なることがある。位置決め機能に含まれる位置決め誤差が、両者で反対方向の場合には、ハンダ印刷位置と実装位置のずれが意図しない程度に大きくなる場合が考えられる。このような場合には、部品ランドに対する表面部品の電極のハンダ付けが不十分になるという問題がある。

一方、印刷したクリームハンダは、溶融時に、フラックスと共に部品ランドの中心へ移動しようとするセルフアライメント効果を持っている。そのため、ハンダの印刷位置が多少ずれでも溶融時のセルフアライメント効果によって前記ずれが自動的に補正される働きがあるが、この時に、表面部品の電極がハンダにうまく接していないと実装不良が発生する。特に、元々ハンダと表面部品の電極とが接する面積が小さい小型の部品や、狭ピッチリード部品で実装不良が発生しやすくなる。
そこで、このような悪条件となる要素を排除し、基板上に印刷されたハンダの上に表面部品を確実に載せるための実装位置の補正技術が提案されている。
（例えば、特許文献１、２参照）

特許第３２６４３９５号公報 特開２００６−１２８２５３号公報

特許文献１に記載の技術では、画像認識技術によって基板及び印刷用スクリーンを位置決めするためのパターンマークと基板にソルダペーストを塗布する際に、同時に印刷されるペーストマークを備え、パターンマークから電子部品搭載位置を算出し、さらに、ペーストマーク位置を検出して、パターンマークを基準としたときのペーストマーク位置の誤差量を算出し、該誤差量の１／２を補正量としてパターンマークの位置から算出された位置に加算した位置に電子部品を搭載している。これでは、ハンダのブリッジを防止する効果が得られる。

特許文献２に記載の技術では、捨代領域に設けられた認識パターン（基板と印刷用スクリーンとの位置合わせに使用可。）上の基準位置と、認識マーク上に印刷された認識用ハンダぺーストとのずれ量を測定して、予め求められていた実装位置に加算して補正を行っている。

特許文献１、２の何れも電子部品の実装位置の補正に関する出願であり、予め算出された実装位置へハンダ印刷ずれ量を加算して補正を行うものであり、演算処理が必要である。また、特許文献２に記載の技術の場合には、認識マークにハンダが付着していると、リフロー炉を通過した後に外観検査機で外観検査を行う際に、付着したハンダの表面で乱反射するので、認識できなくなるという問題がある。

そこで、本発明は、部品ランドへのハンダ印刷と並行して印刷されたハンダ認識用マークの位置を基準にして表面部品を搭載することで、複雑な演算処理を不要とする表面部品実装方法および表面部品実装用基板を提供することを目的としてなされたものである。

本発明にかかる表面部品実装方法は、
表面部品実装装置を用いて、所定の実装位置データに基づいて所定の基板上に表面部品を実装する表面部品実装方法において、
前記基板上に、基板位置を画像認識するための基板認識マークを部品ランドの形成と並行して形成し、
ハンダ印刷を行うときには、
前記基板認識マークを画像認識することによって基板の位置を決定し、
前記基板認識マークと別位置に、前記部品ランドへのハンダ印刷と並行して、ハンダ印刷位置を画像認識するための認識用ハンダを印刷し、
表面部品を実装するときには、
前記認識用ハンダの印刷位置を画像認識により認識し、
認識した前記認識用ハンダの印刷位置と前記実装位置データとに基づいた位置に表面部品を実装するようにした。
なお、前記認識用ハンダを印刷する領域には、予め下地処理されたハンダ認識用マークを設定するとよい。
そして、本発明にかかる表面部品実装用基板は、
基板上に、電子部品を搭載してハンダ接続するための部品ランドと、基板位置を画像認識するための基板認識マークと、を備えた表面部品実装用基板において、
前記基板認識マークとは別位置に、前記部品ランドへのハンダ印刷と並行して、ハンダ印刷位置を画像認識するための認識用ハンダ印刷を行うためのエリアを設けた。
また、前記認識用ハンダ印刷を行うためのエリアを少なくとも２つとし、前記２つのエリアは、当該表面部品実装用基板上の対角線上に配置した。
なお、前記認識用ハンダ印刷を行うためのエリアを３つ以上とした場合には、そのうちの２つのエリアは、当該表面部品実装用基板上の対角線上に配置するものとし、他のエリアは前記対角線上に配置してもよいが、前記対角線とは別の位置に、できるだけ離して配置するとよい。

本発明の表面部品実装方法では、
基板上に、基板認識マークと別位置に、部品ランドへのハンダ印刷と並行して、ハンダ印刷位置を画像認識するための認識用ハンダを印刷し、
表面部品を実装するときには、
前記認識用ハンダの印刷位置を画像認識により認識し、
認識した前記認識用ハンダの印刷位置を基準にして表面部品を実装するので、部品ランドの位置とハンダの印刷位置が僅かにずれていても、実装不良を防止できる。
本発明の表面部品実装用基板は、
基板認識マークとは別位置に、部品ランドへのハンダ印刷と並行して、ハンダ印刷位置を画像認識するための認識用ハンダ印刷を行うためのエリアを設けたので、
表面部品を実装するときには、
前記認識用ハンダの印刷位置を画像認識により認識し、
認識した前記認識用ハンダの印刷位置を基準にして表面部品を実装することができ、部品ランドの位置とハンダの印刷位置が僅かにずれていても、実装不良を防止できる。
また、前記認識用ハンダ印刷を行うためのエリアを少なくとも２つとし、この２つのエリアを、当該表面部品実装用基板上の対角線上に配置したので、より高い精度で位置合わせを行ってハンダ印刷を行うことができる。

以下に、本発明にかかる表面部品実装方法と表面部品実装用基板を、その実施の形態を示した図面に基づいて詳細に説明する。
図１において、
１０は表面部品実装装置を構成する表面部品実装システムの全体を示しており、基板上のマークをカメラで撮像して画像認識技術によって前記マークの位置を得る第１の画像認識装置１１と、基板上にクリームハンダを印刷塗布するハンダ印刷装置１２と、クリームハンダが塗布印刷された位置に所定の表面部品を装着する搭載装置１３と、クーリームハンダ印刷位置を認識する第２の画像認識装置１５とを備えている。さらに、第１の画像認識装置１１およびハンダ印刷装置１２を制御する第１の制御装置１４と、搭載装置１３および第２の画像認識装置１５を制御する第２の制御装置１６とを備えており、この第１の制御装置１４には、基板上の各部品ランドの位置が、第２の制御装置１６には、ハンダ印刷認識マークの位置を含んだ実装位置データが予め読み込まれている。

１は表面部品実装用基板（以下、「基板」という。）であり、この基板１上に、前記表面部品実装システム１０を用いて複数の表面部品を実装するものである。
以下において、図２のフローチャートを参照して、本発明にかかる表面部品実装方法の手順を説明する。
まず、部品ランド形成後であってハンダ印刷前の状態では、前記基板１の実装側の表面には、表面部品を実装するための多数の部品ランド２が銅箔などの導体で形成されている。これらの部品ランド２の配置は、基板の設計時に作成された実装位置データに基づいて決定されている。さらに、部品ランド２の形成と並行して、図３に示したように、基板１には基板認識マーク３と、認識用ハンダ印刷を行うためのエリアを示すためのハンダ印刷認識マーク４が、少なくとも２つ対角線上の離れた位置に形成される。（ステップ１）

このようにして部品ランド２が形成された基板１に、ハンダ印刷装置１２を用いて、ハンダ印刷用マスク（図示せず。）に形成された開口の位置にハンダを印刷する。
なお、前記ハンダ印刷用マスクには、各部品ランド２にハンダ印刷するための開口とともに、ハンダ印刷認識マーク４の位置にハンダ印刷するための開口が形成されている。

ハンダ印刷装置１２は、第１の画像認識装置１１を用いて、基板１に形成された基板認識マーク３の位置を認識し、この基板認識マーク３の位置に基づいてハンダ印刷用マスクの位置合わせを行い（ステップ２）、基板１にクリームハンダを印刷塗布する（ステップ３）。
このとき、前記ハンダ印刷用マスクには、部品ランドにハンダ印刷するための開口が形成されているとともに、ハンダ印刷認識マークの位置に開口が形成されているので、前記部品ランド２へのハンダ印刷と並行して前記ハンダ印刷認識マーク４の位置にもハンダが印刷される。

なお、画像認識によりハンダの位置を認識しやすいように、ハンダ印刷認識マーク４の位置に対応する基板の表面には、前記ハンダ印刷認識マークの面積より広い領域に適切な下地処理が施されている。
このようにして、各部品ランド２とハンダ印刷認識マーク４の部分にハンダが印刷された基板１が得られる。基板認識マーク３の位置にはハンダは印刷されていない。
なお、ハンダ印刷認識マークの形状は、画像認識装置にて認識可能な形状とする。
また、ハンダ印刷用マスクに形成されているハンダ印刷認識マーク用の開口の大きさは、クリームハンダの滲みを考慮して、ハンダ印刷認識マークの大きさの８０％程度の開口とすることによって、従来の基板認識マークと同一サイズのマークとして扱うことができる。なお、クリームハンダの滲み特性によっては８０％に限らず、７５〜８５％程度にしてもよい。このように、従来の基板認識マークと同一サイズのマークとして扱えるようにすることで、画像認識のためのデータライブラリが複雑になることを防止できる。たとえば、基板上に部品ランドを形成するとき、従来の基板認識マークと同一サイズ、同一形状のハンダ印刷認識マークを形成し、一方のマークは基板認識マークとしてハンダは印刷せず、他方のマークはハンダ印刷認識マークとしてハンダを印刷する。

続いて、搭載装置１３（マウンタ）を用いて、前記ハンダ印刷済の基板１に、表面部品５を装着して、表面部品が装着済の基板１を得る。
このとき、搭載装置１３は、第２の画像認識装置１５を用いて、基板１に形成されたハンダ印刷認識マーク４の位置に印刷されたハンダを認識し、認識したハンダの位置と、実装位置データに含まれるハンダ印刷認識マークの位置とを合致させることによって、実装位置データの基準位置を合わせて（ステップ４）、表面部品を実装位置データに基づいて装着する（ステップ５）。

このとき、ハンダ印刷位置が部品ランドの位置より若干ずれている場合（ずれが０．２ｍｍ以内の場合。）には、溶融時のハンダはセルフアライメント効果によって部品ランドの中心へ移動している。したがって、ハンダ印刷認識マーク４の位置を画像認識するということは、部品ランド２の位置を認識することと同じことになる。

このようにして、表面部品５が装着された基板１をリフロー炉で加熱処理して（ステップ６）、各表面部品を基板に固定することによって、表面部品が実装固定された基板１を得る（ステップ７）。

以上のようにして実装すると、搭載装置１３は、基板１に形成されたハンダ印刷認識マーク４の位置を基準として表面部品を装着するので、ハンダ印刷位置が部品ランド２の位置より若干ずれている場合で、溶融時のハンダがセルフアライメント効果によって部品ランド２の中心へ移動していても、表面部品の装着位置は、ハンダ印刷位置ではなく、溶融して移動したハンダの位置、即ち、部品ランド２の位置となるので、表面部品の電極のハンダ濡れ性が向上し、前記電極は溶融したハンダによって部品ランドに確実にハンダ付けされ、実装不良を防止できるのである。

特に、高い印刷精度が要求される狭リードピッチの表面部品においても、フラックスのハンダを切る特性と、溶融したハンダのセルフアライメント効果を活用することで、実装不良を低減できるのである。
本発明によれば、表面部品実装装置に備えられている画像認識機能を利用してハンダ印刷認識マークの位置に塗布印刷されたハンダを検出するので、ハンダ印刷認識マークのハンダを検出するための別途付加装置が不要である。また、ハンダ印刷認識マークとしては、画像認識機能で認識可能なものであれば任意に選定することができる。
本実施の形態では、クリームハンダの印刷塗布と第１の画像認識装置とが第１の制御装置により、表面部品の搭載装置と第２の画像認識装置とが第２の制御装置により、それぞれ制御されるシステムについて説明したが、このようにクリームハンダ印刷塗布と表面部品搭載の画像認識および補正が独立したシステムにおいて、特に、両工程間で生じる誤差を簡便に補正することが可能となる。なお、本発明は、上述した実施の形態のみに限定されたものではない。上述のように、クリームハンダ印刷塗布と表面部品搭載が一つの画像認識装置と制御装置を用いて行われるシステムにおいても、本願発明を適用し実行することによって、本発明の目的が達成されることは言うまでもない。
そして、図３に示したように、２つ（１対）のハンダ印刷認識マーク４、４を、基板の対角線上のできるだけ離れた位置に設定すると、より高い精度で位置合わせを行ってハンダ印刷を行うことができる。
なお、前記認識用ハンダ印刷を行うためのエリアを３つ以上とした場合には、そのうちの２つのエリアは、図３に示したように、当該表面部品実装用基板上の対角線上に配置するものとする。そして、他のエリアは前記対角線上に配置してもよいが、前記対角線とは別の位置に、できるだけ離して配置するとよい。

なお、リフロー処理後には外観検査装置（図示せず。）で、実装済みの基板の外観検査を行うが、この外観検査装置における基板の位置決めにおいては、基板認識マーク３を画像認識技術によって認識して位置決めが行われる。本発明によって実装された基板においては、基板認識マーク３にはハンダが塗布印刷されていないので、ハンダによる乱反射などの影響がなく、外観検査をスムーズに行うことができる。

本発明の実施例では、板厚が０．６ｍｍ〜１．６ｍｍの基板で、板厚が１００μから１５０μのハンダ印刷用マスクに適用した。また、鉛フリーのハンダおよび鉛入りのハンダに適用した。

本発明にかかる表面部品実装方法に用いる表面部品実装システムの構成図である。 本発明にかかる表面部品実装方法の手順を示すフローチャートである。 本発明にかかる表面部品実装用基板の平面図である。

符号の説明

１０ 表面部品実装システム、表面部品実装装置
１１ 第１の画像認識装置
１２ ハンダ印刷装置
１３ 搭載装置
１４ 第１の制御装置
１５ 第２の画像認識装置
１６ 第２の制御装置
１ 表面部品実装用基板、基板
２ 部品ランド
３ 基板認識マーク
４ 認識用ハンダ印刷を行うためのエリア、ハンダ印刷認識マーク
５ 表面部品

Claims (3)

1. 表面部品実装装置を用いて、所定の実装位置データに基づいて所定の基板上に表面部品を実装する表面部品実装方法において、
   前記基板上に、
   基板位置を画像認識するための基板認識マークを部品ランドの形成と並行して形成し、
   ハンダ印刷を行うときには、
   前記基板認識マークを画像認識することによって基板の位置を決定し、
   前記基板認識マークと別位置に、前記部品ランドへのハンダ印刷と並行して、ハンダ印刷位置を画像認識するための認識用ハンダを印刷し、
   表面部品を実装するときには、
   前記認識用ハンダの印刷位置を画像認識により認識し、
   認識した前記認識用ハンダの印刷位置と前記実装位置データとに基づいた位置に表面部品を実装する
   ことを特徴とする表面部品実装方法。
2. 基板上に、電子部品を搭載してハンダ接続するための部品ランドと、基板位置を画像認識するための基板認識マークと、を備えた表面部品実装用基板において、
   前記基板認識マークとは別位置に、前記部品ランドへのハンダ印刷と並行して、ハンダ印刷位置を画像認識するための認識用ハンダ印刷を行うためのエリアを設けたことを特徴とする表面部品実装用基板。
3. 前記認識用ハンダ印刷を行うためのエリアを少なくとも２つとし、前記２つのエリアは、当該表面部品実装用基板上の対角線上に配置したことを特徴とする請求項２に記載の表面部品実装用基板。

Images