JP2010080695A - 部品実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な方法でチップ立ちの発生を防止することができる部品実装方法を提供することを目的とする。
【解決手段】基板８に搭載しようとする部品Ｐのうち、基板８上に搭載された場合に両端部の電極Ｔの並ぶ方向が基板８のリフロー炉６内での進行方向と一致し、かつ、リフロー炉６内で半田Ｓが加熱されて溶融したときにチップ立ちすることが予測されるものは、その部品Ｐについて予め定められている基板８上の規定の搭載位置から電極Ｔの並ぶ方向にずらして搭載する。
【選択図】図９

Description

本発明は、両端部に電極を有する部品を予め半田が塗布された基板上に搭載した後、その基板を一定の方向に送ってリフロー炉を通過させ、これにより基板上の半田を加熱及び冷却させて部品を基板に実装する部品実装方法に関するものである。

両端部に電極を有する部品（チップ部品）をリフロー方式により基板に実装する場合、基板上に設けられたランドに予めペースト状の半田を塗布しておき、部品の両端部の電極がその部品に対応する一対のランド上の半田に接触するように各部品を搭載した後、基板を一定の方向に送ってリフロー炉を通過させる。これによりペースト状の半田は溶融・固化され、各部品が基板に実装される。

このようなリフロー方式の部品実装方法により基板に実装される部品のうち、両端部の電極の並ぶ方向が基板のリフロー炉内での進行方向と一致しているものでは、基板がリフロー炉内を進行するとき、基板の進行方向の前方に位置するランド上の半田が進行方向の後方に位置するランド上の半田よりも時間的に早く溶融を開始し、かつ時間的に早く固化を開始することになる。このため、進行方向の前方に位置するランド上の半田と進行方向の後方に位置するランド上の半田との間で部品に対して作用する力（表面張力や粘着力）のアンバランスが生じ、その結果として基板の進行方向の後方の電極がランドから浮き上がり、進行方向の前方の電極のみがランド上に半田付けされて部品が傾斜姿勢に立ちあがってしまうチップ立ち（マンハッタン現象又はツームストン現象とも呼ばれる）が生じる場合がある。

このようなチップ立ちは部品が微小であるほど起き易く、部品の軽薄化が進む現在ではその対策が重要となる。このため従来、種々の対策が講じられており、例えば、下記の特許文献１には、半田が溶融・固化してもチップを立ち上がらせる表面張力が発生しないようにランドの形状を整える技術が開示されている。
特開２００５−１１６９１８号公報

しかしながら、基板に実装される部品は極めて多数であることから、個々のチップに対してランドの形状を整えることはコストの面等から困難であり、より簡単なチップ立ちの防止方法が求められている。

そこで本発明は、簡単な方法でチップ立ちの発生を防止することができる部品実装方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の部品実装方法は、両端部に電極を有する部品を予め半田が塗布された基板上に搭載した後、その基板を一定の方向に送ってリフロー炉を通過させ、これにより基板上の半田を加熱及び冷却させて部品を基板に実装する部品実装方法であって、基板に搭載しようとする部品のうち、基板上に搭載された場合に両端部の電極の並ぶ方向が基板のリフロー炉内での進行方向と一致し、かつ、リフロー炉内で半田が加熱されて溶融したときにチップ立ちすることが予測されるものは、その部品について予め定められている基板上の規定の搭載位置から電極の並ぶ方向にずらして搭載する。

本発明の部品実装方法では、基板上に搭載しようとする部品のうち、基板上に搭載された場合に両端部の電極の並ぶ方向が基板のリフロー炉内での進行方向と一致し、かつ、リフロー炉内で半田が加熱されて溶融したときにチップ立ちすることが予測されるものは、その部品について予め定められている基板上の規定の搭載位置から電極の並ぶ方向にずらして搭載する。このようにすると、部品の両電極に接する半田が部品に対して作用する力（表面張力や粘着力）のバランス状態を安定方向（チップ立ちが起きない方向）に変化させることができ、極めて簡単にチップ立ちの発生を防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施の形態における部品実装ラインの概略構成図、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の一実施の形態における基板と電子部品の接合過程を説明する図、図３は本発明の一実施の形態における部品実装ラインが実行する部品実装の流れを示すフローチャート、図４（ａ）は本発明の一実施の形態における部品実装ラインにおいて部品が正常に実装された状態を示す図、図４（ｂ）は本発明の一実施の形態における部品実装ラインにおいて部品がチップ立ちをした状態を示す図、図５は本発明の一実施の形態における部品搭載機が実行する部品搭載工程の流れを示すフローチャート、図６は本発明の一実施の形態における部品搭載機の平面図、図７は本発明の一実施の形態における部品搭載機の移載ヘッドの拡大正面図、図８は本発明の一実施の形態における部品搭載機の制御系統を示すブロック図、図９（ａ），（ｂ）は本発明の一実施の形態における部品実装機が実行する部品搭載工程における部品の搭載位置のずらし方を説明する基板及び部品の平面図である。

図１において、部品実装ライン１は半田印刷機２、半田外観検査機３、部品搭載機４、部品搭載検査機５、リフロー炉６及び半田付け外観検査機７を有して構成されている。

半田印刷機２は外部から供給された基板８を搬送コンベア２ａによって受け取って所定位置に位置決めし、基板８上のランド８ａにペースト状の半田Ｓを印刷（塗布）した後（図２（ａ）、図３に示すステップＳＴ１の半田塗布工程）、搬送コンベア２ａにより半田印刷機２の外部に搬出する。

半田外観検査機３は半田印刷機２から搬出された基板８を搬送コンベア３ａによって受け取って所定位置に位置決めし、その基板８に印刷されているペースト状の半田Ｓの外観（塗布状態）を図示しないカメラによって視認して異常の有無を検査する（図３に示すステップＳＴ２の半田外観検査工程）。その結果、半田Ｓの塗布状態に異常が認められなかった基板８については搬送コンベア３ａによってそのまま外部に搬出し、半田Ｓの塗布状態に異常が認められた基板８についてはその基板８の所定位置に不良マークを押印して搬出する。

部品搭載機４は半田外観検査機３から搬出された基板８を搬送コンベア４ａによって受け取って所定位置に位置決めし、半田外観検査機３によって不良マークが押印されなかった基板８に対して部品Ｐの搭載を行う（図２（ｂ）、ステップＳＴ３の部品搭載工程）。ここで、部品Ｐは両端部に電極Ｔを有して基板８上に表面実装される所謂チップ部品であり、部品Ｐは両端部の電極Ｔが半田印刷機２によってペースト状の半田Ｓが塗布された一対のランド８ａ上に搭載される。基板８上の所定位置に全ての部品Ｐを搭載したら、部品搭載機４は搬送コンベア４ａによって基板８を外部に搬出する。

部品搭載検査機５は部品搭載機４から搬出された基板８を搬送コンベア５ａによって受け取って所定位置に位置決めし、部品搭載機４によって基板８上に搭載された各部品Ｐを図示しないカメラによって視認して異常の有無を検査する（ステップＳＴ４の部品搭載外
観検査工程）。その結果、部品Ｐの搭載状態に異常が認められなかった基板８については搬送コンベア５ａによってそのまま外部に搬出し、部品Ｐの搭載状態に異常が認められた基板８についてはその基板８の所定位置に不良マークを押印して搬出する。

リフロー炉６は部品搭載検査機５から搬出された基板８を搬送コンベア６ａによって受け取り、一定の方向（図１中に示す矢印Ａ）に送って炉内を進行させつつ、加熱した後（図２（ｃ））、冷却する（ステップＳＴ５の半田加熱冷却工程）。これにより基板８上の半田Ｓは溶融し、その後固化することによって、部品Ｐの両端部の電極Ｔが基板８の一対のランド８ａ上に半田付けされる。部品Ｐが半田付けされた基板８は搬送コンベア６ａによってそのまま外部に搬出される。

半田付け外観検査機７はリフロー炉６から搬出された基板８を搬送コンベア７ａによって受け取り、リフロー炉６内で加熱及び冷却された基板８の半田Ｓの外観（部品Ｐの半田付け状態）を図示しないカメラによって視認して異常の有無を検査する。その結果、部品Ｐの半田付け状態に異常が認められなかった基板８については搬送コンベア７ａによってそのまま外部に搬出し、部品Ｐの半田付け状態に異常が認められた基板８についてはその基板８の所定位置に不良マークを押印して搬出する（ステップＳＴ６の半田外観検査工程）。半田付け外観検査機７から搬出された基板８のうち、不良マークが押印されていない基板８は部品実装ライン１において正常に部品実装がなされた基板８となる。

また半田付け外観検査機７は、リフロー炉６から搬出された基板８上にチップ立ちしている部品Ｐがあるかどうかの検査も行う。半田付け外観検査機７は、基板８上にチップ立ちをしている部品Ｐを視認したときには、基板８上のどの位置にどの向きで搭載された部品Ｐがチップ立ちしているかの情報を、図１に示す信号伝送線９を介して部品搭載機４に送信する。これにより部品搭載機４は、基板８上のどの位置にどの向きで搭載した部品Ｐがその後にチップ立ちを起こしたかの情報を得ることができる。

ここでチップ立ちとは、基板８上に搭載した部品Ｐの両端部の電極Ｔの並ぶ方向が、基板８のリフロー炉８内での進行方向（図１及び図４（ａ），（ｂ）中に示す矢印Ａの向く方向）と一致している場合に、図４（ａ）に示すように、部品Ｐの両電極Ｔがそれぞれ対応するランド８ａに半田付けされるのではなく、図４（ｂ）に示すように、基板８のリフロー炉６内での進行方向の後方の電極Ｔがランド８ａから浮き上がり、進行方向の前方の電極Ｔのみがランド８ａ上に半田付けされて部品Ｐが傾斜姿勢に立ち上がってしまう現象をいう。このようなチップ立ちは、基板８がリフロー炉６内を進行するとき、基板８の進行方向の前方に位置するランド８ａ上の半田Ｓが進行方向の後方に位置するランド８ａ上の半田Ｓよりも時間的に早く溶融を開始し、かつ時間的に早く固化を開始することから、進行方向の前方に位置するランド８ａ上の半田Ｓと進行方向の後方に位置するランド８ａ上の半田Ｓとの間で部品Ｐに対して作用する力（表面張力や粘着力）のアンバランスが生じることによって起こると考えられている。

本実施の形態において、部品実装ライン１の部品搭載機４が行う部品搭載工程（図３に示すステップＳＴ３）は、具体的には図５に示すフローチャートに示す手順で実行され、ステップＳＴ５の半田加熱冷却工程において部品Ｐがチップ立ちをすることを防止できるものとなっている。

部品搭載機４が行う部品搭載工程の詳細を述べる前に、先ず、図６、図７及び図８を用いて部品搭載機４の構成について説明する。部品搭載機４は基台１１上に前述の搬送コンベア４ａを備えており、搬送コンベア４ａの上方には搬送コンベア４ａによる基板８の搬送方向であるＸ軸方向（図１及び図４（ａ），（ｂ）中の矢印Ａに沿った方向）と水平に直交する方向（Ｙ軸方向）に延びたＹ軸テーブル１２が設けられている。Ｙ軸テーブル１
２には２つのＹ軸スライダ１３がＹ軸テーブル１２に沿って（すなわちＹ軸方向に）移動自在に設けられており、各Ｙ軸スライダ１３にはＸ軸方向に延びたＸ軸テーブル１４の一端が取り付けられている。各Ｘ軸テーブル１４にはＸ軸テーブル１４に沿って（すなわちＸ軸方向に）移動自在な移動ステージ１５が設けられている。

図６及び図７において、各移動ステージ１５には移載ヘッド１６が取り付けられており、各移載ヘッド１６には複数のノズルシャフト１７が上下方向（Ｚ軸方向とする）の下方に延びて設けられている。各ノズルシャフト１７の下端部にはノズルホルダ１８を介して吸着ノズル１９が着脱自在に取り付けられている。

図６において、搬送コンベア４ａの側方領域には移載ヘッド１６に部品Ｐを供給する複数のテープフィーダ２０がＸ軸方向に並んで設けられている。また、移載ヘッド１６には撮像面を下方に向けた基板カメラ２１が設けられており、基台１１上には撮像面を上方に向けた部品カメラ２２が設けられている。

図８において、部品搭載機４には、搬送コンベア４ａを駆動する搬送コンベア駆動モータ２３ａ、各Ｙ軸スライダ１３をＹ軸テーブル１２に沿って移動させるＹ軸スライダ移動機構２３ｂ、各移動ステージ１５をＸ軸テーブル１４に沿って移動させる移動ステージ移動機構２３ｃ、各吸着ノズル１９を個別に昇降及び上下軸（Ｚ軸）回りに回転させるノズル駆動機構２３ｄ及び各吸着ノズル１９に部品Ｐの吸着（ピックアップ）動作を行わせるノズル吸着機構２３ｅが備えられている。これら搬送コンベア駆動モータ２３ａ、Ｙ軸スライダ移動機構２３ｂ、移動ステージ移動機構２３ｃ、ノズル駆動機構２３ｄ及びノズル吸着機構２３ｅは部品搭載機４に備えられた制御装置２４によって作動制御がなされ、搬送コンベア４ａによる基板８の搬送及び位置決めや、移載ヘッド１６による部品Ｐのピックアップ及びその部品Ｐの基板８への搭載等が行われる。また、基板カメラ２１及び部品カメラ２２は制御装置２４によりその作動制御がなされ、基板カメラ２１及び部品カメラ２２からの撮像結果は制御装置２４に入力される。また、制御装置２４に繋がる記憶装置２５には、各部品Ｐの基板８上の目標搭載位置のデータ（基板８を基準とする座標データ）を含む種々のデータが記憶されている。

このような構成の部品搭載機４が行う部品搭載工程では、制御装置２４は先ず、搬送コンベア４ａを駆動して基板８をＸ軸方向に搬送し、所定位置に位置決めする（図５に示すステップＳＴ３１）。そして、Ｘ軸テーブル１４のＹ軸方向への移動と移動ステージ１５のＸ軸方向への移動とによって移動ステージ１５を所定位置に位置決めされた基板８に対して相対移動させ、基板８の上方に位置させた基板カメラ２１によって基板８の位置決めマーク（図示せず）の画像認識（撮像）を行わせた後（ステップＳＴ３２）、移載ヘッド１６が備える吸着ノズル１９にテープフィーダ２０が供給する部品Ｐをピックアップさせる（ステップＳＴ３３）。

制御装置２４は、ステップＳＴ３３を終了したら、吸着ノズル１９に吸着された部品Ｐが部品カメラ２２の上方（部品カメラ２２の視野内）を通過するように水平方向に移動して部品カメラ２２に部品Ｐの下面の画像認識（撮像）を行わせる（ステップＳＴ３４）。そして、現在ピックアップしている部品Ｐの基板８上での目標搭載位置のデータを記憶装置２５から読み出す（ステップＳＴ３５）。

制御装置２４は、ステップＳＴ３５において記憶装置２５から部品Ｐの目標搭載位置のデータを読み出したら、現在吸着ノズル１９によりピックアップしている、これから基板８に搭載しようとする部品Ｐのうち、予め定められている基板８上の規定の搭載位置に（すなわち記憶装置２５から読み出した目標搭載位置のデータ通りに）搭載された場合に、両端部の電極Ｔの並ぶ方向が基板８のリフロー炉６内での進行方向と一致し、かつ、リフ
ロー炉６内で半田Ｓが加熱されて溶融したときにチップ立ちをすることが予測されるものがあるかどうかの判断を行う（ステップＳＴ３６）。

上記ステップＳＴ３６の判断は、前述の信号伝送線９を介して半田付け外観検査機７より送られてくる部品Ｐのチップ立ちの情報（前述したように、基板８上のどの位置にどの向きで搭載された部品Ｐがチップ立ちしているかの情報）に基づいて行うことができる。すなわち、図９（ａ）に示すように、ステップＳＴ３５において記憶装置２５から読み出した目標搭載位置のデータ通りに基板８に搭載され、電極Ｔが並ぶ方向が基板８のリフロー炉６内での進行方向（図９（ａ），（ｂ）中に示す矢印Ａ）と一致していた部品Ｐが、リフロー炉６を通過した後にチップ立ちが生じていた旨の情報が半田付け外観検査機７から送られてきた場合には、その後、同一の基板８の同一箇所に同一の部品Ｐを搭載してリフロー炉６を通過させたとしたならば、その部品Ｐはチップ立ちを起こすと予測することができる。

部品搭載機４の制御装置２４は、ステップＳＴ３６においてチップ立ちをすることが予測されるものがあると判断したときには、そのチップ立ちをすると予測される部品Ｐの基板８上での搭載位置を、その部品Ｐについて予め定められている基板８上の規定の搭載位置（記憶装置２５から読み出した目標搭載位置）から電極Ｔの並ぶ方向にずれた位置に補正する搭載位置の補正を行った上で（ステップＳＴ３７）、その補正した搭載位置に部品Ｐを搭載する（ステップＳＴ３８）。その結果、チップ立ちをすると予測される部品Ｐは、その部品Ｐについて予め定められている基板８上の規定の搭載位置から電極Ｔの並ぶ方向にずらして搭載される（図９（ｂ））。

このように、チップ立ちをすると予測される部品Ｐについて、その基板８上での搭載位置を、規定の搭載位置から電極Ｔの並ぶ方向にずらすようにすると、基板８のリフロー炉６内での進行方向の前方に位置するランド８ａ上の半田Ｓと進行方向の後方に位置するランド８ａ上の半田Ｓとの間で部品Ｐに対して作用する力（表面張力や粘着力）のバランス状態を安定方向（チップ立ちが起きない方向）に変化させることができるのでチップ立ちが解消される。

ここで、部品Ｐの基板８上での搭載位置を、基板８のリフロー炉６内での進行方向と同一の方向にずらすか、進行方向と反対の方向にずらすかは、ランド８ａの形状、ランド８ａ上に塗布した半田Ｓの量や領域、部品Ｐの形状や重心の位置等、さまざまな要因によって異なるので一概には決定できないが、本願発明者の実験したところに従えば、進行方向と反対の方向にずらした場合に、よりチップ立ちを防止できる傾向にあるといえるので、部品Ｐをずらす方向は、通常は基板８のリフロー炉６内での進行方向と反対の方向（図９（ｂ）中に示す矢印Ｂの向く方向）とするとよい。部品Ｐの搭載位置を基板８のリフロー炉６内での進行方向と反対の方向にずらした結果、逆にチップ立ちの程度が大きくなってしまうこともあり得るが、この場合には、部品Ｐの搭載位置を基板８のリフロー炉６内での進行方向と同一の方向（図９（ｂ）に示す矢印Ｂが向く方向とは反対の方向）にずらせばよいので、多くとも２回の試行で同一基板８の同一箇所に搭載する同一部品Ｐのチップ立ちを防止することが可能である。

一方、ステップＳＴ３６において、チップ立ちをすることが予測されるものはないと判断したときには、その部品Ｐについて予め定められている基板８上の規定の位置に（記憶装置２５から読み出した目標搭載位置のデータ通りに）搭載される（ステップＳＴ３８）。なお、吸着ノズル１９に吸着させた部品Ｐを基板８上に搭載するときは、基板カメラ２１の画像認識によって得られる基板８の位置ずれと、部品カメラ２２の画像認識によって得られる吸着ノズル１９に対する部品Ｐの吸着ずれが修正されるようにする。

以上説明したように、本実施の形態における部品実装方法は、基板８上に搭載しようとする部品Ｐのうち、予め定めた基板８上の規定位置（目標搭載位置）に搭載された場合に両端部の電極Ｔの並ぶ方向が基板８のリフロー炉６内での進行方向と一致し、かつ、リフロー炉６内で半田Ｓが加熱されて溶融したときにチップ立ちすることが予測されるものは、基板８上の規定位置から電極Ｔの並ぶ方向にずらして搭載するものというものであるが、このようにすると、部品Ｐの両電極Ｔに接する半田Ｓが部品Ｐに対して作用する力（表面張力や粘着力）のバランス状態を安定方向（チップ立ちが起きない方向）に変化させることができ、極めて簡単にチップ立ちの発生を防止することができる。

簡単な方法でチップ立ちの発生を防止することができる部品実装方法を提供する。

本発明の一実施の形態における部品実装ラインの概略構成図 （ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の一実施の形態における基板と電子部品の接合過程を説明する図 本発明の一実施の形態における部品実装ラインが実行する部品実装の流れを示すフローチャート （ａ）本発明の一実施の形態における部品実装ラインにおいて部品が正常に実装された状態を示す図（ｂ）本発明の一実施の形態における部品実装ラインにおいて部品がチップ立ちをした状態を示す図 本発明の一実施の形態における部品搭載機が実行する部品搭載工程の流れを示すフローチャート 本発明の一実施の形態における部品搭載機の平面図 本発明の一実施の形態における部品搭載機の移載ヘッドの拡大正面図 本発明の一実施の形態における部品搭載機の制御系統を示すブロック図 （ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における部品実装機が実行する部品搭載工程における部品の搭載位置のずらし方を説明する基板及び部品の平面図

符号の説明

６ リフロー炉
８ 基板
Ｐ 部品
Ｔ 電極
Ｓ 半田

Claims (1)

1. 両端部に電極を有する部品を予め半田が塗布された基板上に搭載した後、その基板を一定の方向に送ってリフロー炉を通過させ、これにより基板上の半田を加熱及び冷却させて部品を基板に実装する部品実装方法であって、基板に搭載しようとする部品のうち、基板上に搭載された場合に両端部の電極の並ぶ方向が基板のリフロー炉内での進行方向と一致し、かつ、リフロー炉内で半田が加熱されて溶融したときにチップ立ちすることが予測されるものは、その部品について予め定められている基板上の規定の搭載位置から電極の並ぶ方向にずらして搭載することを特徴とする部品実装方法。

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