JP2010230463A - 半田印刷工程管理方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半田印刷工程の異常を精度良く判定でき、異常発生の要因を絞り込んで適切な対策方法を出力できる半田印刷工程管理方法を提供する。
【解決手段】半田計測値データＤ１を時系列に記録する第１のステップ１１と、印刷マスクの半田印刷箇所の開口の種類に応じた管理基準値データＤ３を提供する第２のステップ１５と、管理対象とする期間およびまたは基板の印刷枚数を指定する第３のステップ１３と、第１のステップによって時系列に記録された半田計測値データＤ１から、半田印刷箇所ごとに、管理対象とする期間およびまたは基板枚数に基づいて統計量を算出し、管理基準値データと統計量から半田印刷箇所ごとに良品製造能力を判定する第４のステップ１２とを備え、半田印刷性に大きく影響する印刷マスクの開口種類に応じた適切な管理基準値データを用いて半田印刷の工程管理を実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板の表面にクリーム半田を印刷する半田印刷工程の工程管理方法および装置に関するものである。

半田印刷工程では、半田印刷装置と半田印刷検査装置とが使用される。半田検査装置が、半田印刷装置に組み込まれて一体となった装置も存在する。
従来の半田印刷工程管理方法は、半田印刷検査装置から出力される半田計測値データ、具体的には、印刷された半田の面積、高さ、体積などの検出値を記録し、この記録されたデータから統計量を算出して、工程の状態の良否を判断している（例えば、特許文献１参照）。

図８は従来の半田印刷工程管理装置を示す。
実装ライン１に投入された基板１０１は、半田印刷工程２にある半田印刷装置３によって、表面にクリーム半田が印刷され、同じく半田印刷工程２にある半田印刷検査装置４によってその印刷の状態が検査される。この検査結果は、印刷工程管理装置２０へ半田計測値データとして出力される。

半田印刷工程２において半田印刷の検査を完了した基板１０１は、電子部品実装機５，６によって電子部品が搭載された後、リフロー炉７で加熱され半田付けが行われる。基板１０４は、実装ライン１から半田付け後に搬出されたものであり、部品１０３の電極が基板１０１に半田１０２で半田付けされている。

印刷工程管理装置２０は、データ記録手段２１、工程良否判定手段２２および出力手段２３で構成されている。データ記録手段２１は半田計測値データを記録する。工程良否判定手段２２は、記録されたデータを読み出して統計量を算出し、半田印刷工程２の良否を判定する。良否判定に使用される管理限界値には、部品種類毎に集計された検出値の平均値および標準偏差が使用される。

良否判定の結果、印刷装置の調整が必要と判断された場合には、半田の体積の統計量に基づいて、半田量を増加あるいは減少させる作業指示書などを出力手段２３によって出力する。
特開２００８−１５３３４２号公報

しかしながら、この従来の半田印刷工程管理方法では、良否判定を左右する管理基準値データである管理限界値が部品種類毎などで決められており、精度の高い良否判定を行うことができないという課題を有している。

また、前記従来の半田印刷工程管理方法は、半田の体積の統計量に基づき、予め決められた半田量を増加あるいは減少させる方法を出力するのみで、半田量の増加あるいは減少の要因を分析し、要因に合った適切な対策方法を出力できないという課題を有している。

本発明は、上述の従来の課題を解決するもので、半田印刷工程の異常を精度良く判定でき、また、異常発生の要因を絞り込んで適切な対策方法を出力できる半田印刷工程管理方法および装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の半田印刷工程管理方法は、基板の表面にクリーム半田を印刷マスクを介して印刷する半田印刷装置と、前記印刷された半田を検査し半田計測値データを出力する半田印刷検査装置からなる半田印刷工程を管理する半田印刷工程管理方法であって、前記半田計測値データを時系列に記録する第１のステップと、前記印刷マスクの半田印刷箇所の開口の種類に応じた管理基準値データを提供する第２のステップと、管理対象とする期間およびまたは基板の印刷枚数を指定する第３のステップと、前記第１のステップによって時系列に記録された半田計測値データから、半田印刷箇所ごとに、前記管理対象とする期間およびまたは基板枚数に基づいて統計量を算出し、前記管理基準値データと前記統計量から半田印刷箇所ごとに良品製造能力を判定する第４のステップとを備えたことを特徴とする。

本発明の請求項２記載の半田印刷工程管理方法は、請求項１において、前記第４のステップの判定結果に基づいて半田印刷箇所を分類し、分類された半田印刷箇所の基板上での分布状況に基づいて要因を分析し、対策を指示する作業指示を出力する第５のステップを備えたことを特徴とする。

本発明の請求項３記載の半田印刷工程管理方法は、請求項１または請求項２において、前記印刷マスクの半田印刷箇所の開口の種類は、前記開口と基板の接地面の面積および印刷スキージの移動方向に沿った前記接地面の最大長と印刷スキージの移動方向と直角方向に沿った前記接地面の最大長の比に基づいて設定されたデータを提供する第６のステップを備えたことを特徴とする。

本発明の請求項４記載の半田印刷工程管理方法は、請求項１または請求項２において、前記第４のステップは、工程能力指数に基づいて良品製造能力を判定することを特徴とする。

本発明の請求項５記載の半田印刷工程管理装置は、基板の表面にクリーム半田を印刷マスクを介して印刷する半田印刷装置と、前記印刷された半田を検査して半田計測値データを出力する半田印刷検査装置からなる半田印刷工程の半田印刷工程管理装置であって、前記半田測定値データを時系列に記録するデータ記録手段と、印刷マスクの半田印刷箇所の開口の種類に応じた管理基準値データを提供する管理基準値データ提供手段と、管理対象とする期間およびまたは基板の印刷枚数を指定する管理条件指定手段と、前記データ記録手段によって時系列に記録された半田計測値データから、半田印刷箇所ごとに、前記管理対象とする期間およびまたは基板枚数に基づいて統計量を算出し、前記管理基準値データと、前記統計量から半田印刷箇所ごとに良品製造能力を判定する工程能力判定手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の請求項６記載の半田印刷工程管理装置は、請求項５において、前記工程能力判定手段の判定結果に基づいて半田印刷箇所を分類し、分類された半田印刷箇所の基板上での分布状況に基づいて要因を分析し、対策を出力する要因分析手段を備えたことを特徴とする。

本発明の請求項７記載の半田印刷工程管理装置は、請求項５または請求項６において、前記印刷マスクの半田印刷箇所の開口の種類は、前記開口と基板の接地面の面積および印刷スキージの移動方向に沿った前記接地面の最大長と印刷スキージの移動方向と直角方向に沿った前記接地面の最大長の比に基づいて設定されたデータを提供する印刷マスク開口種類データ提供手段を備えたことを特徴とする。

本発明の請求項８記載の半田印刷工程管理装置は、請求項５または請求項６において、前記工程能力判定手段は、工程能力指数に基づいて良品製造能力を判定することを特徴とする。

この構成によると、半田印刷性に大きく影響する印刷マスクの開口種類に応じた適切な管理基準値データを用いて半田印刷の工程管理を実行できる。
例えば、印刷マスクの開口と基板１０１との接地面の面積（以降、「開口面積」という）および印刷スキージの移動方向に沿った前記接地面の最大長（以降、「Ｙ方向サイズ」という）と印刷スキージの移動方向に対して直角方向に沿った前記接地面の最大長（以降、「Ｘ方向サイズ」という）の比（以降、「水平アスペクト比」という）は、クリーム半田を印刷スキージで開口に入れる充填性、プリント基板から印刷マスクを剥がしてクリーム半田を基板上に残す版離れ性に大きく影響する。

具体的には、印刷マスクの開口において、面積が同一であっても水平アスペクト比が異なる。例えば、Ｘ方向に平行な辺がＹ方向に平行な辺よりも長い長方形の開口と、Ｙ方向に平行な辺がＸ方向に平行な辺よりも長い長方形の開口とを比べると、同一の容量の半田を充填するのに、後者の長方形の方が、開口上をスキージが通過するのに要する時間が長く、充填性が良い。

また、版離れ性は、半田と基板の接着力と、半田と印刷マスク側面のせん断力の関係に影響される。開口面積が大きくなると、開口面積に対して、相対的に印刷マスク側面の面積が小さくなり、その結果、前記せん断力に対して、前記接着力が相対的に大きくなり、版離れ性が良くなる。また、例えば、印刷マスクの開口が、アスペクト比が小さいあるいは大きい長方形や長円などの場合、開口の細くなった端の部分では、前記接着力に対して前記せん断力が相対的に大きくなるため版離れ性が悪化する。

そこで、半田印刷性に大きく影響する印刷マスクの開口種類に応じた適切な管理基準値データを用いて半田印刷の工程管理を実行する本発明によると、異常を精度良く判定できる。また、半田印刷箇所ごとの判定結果に基づいて分類を行い、分類された半田印刷箇所の基板上の分布状況から、異常発生の要因を分析し、適切な対策を施すことができる。

以下、本発明の半田印刷工程管理方法を具体的な実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明の半田印刷工程管理方法を実行する半田印刷工程管理装置を示す。
実装ライン１の構成は図８に示した従来例と同じであって、半田印刷検査装置４から出力されている半田計測値データＤ１は、印刷マスクの各開口から基板１０１の各印刷位置（各半田ロケーション）に印刷された半田の面積、高さ、体積などの検出値が出力されている。

半田印刷検査装置４から半田計測値データＤ１を取り込んで処理している半田印刷工程管理装置１０は、データ記録手段１１、工程能力判定手段１２、管理条件指定手段１３、印刷マスク開口種類データ提供手段１４、管理基準値データ提供手段１５、要因分析手段１６および出力手段１７によって構成されている。

半田印刷検査装置４から半田計測値データＤ１を取り込んで半田ロケーション毎に時系列に記録するデータ記録手段１１は、例えば図２（ａ）に示すように、検査した基板１０１の１枚毎の各半田の印刷箇所を示す半田ロケーション毎に、半田の計測値データである体積率を求めて記録されている。なお、体積率とは、印刷マスクの開口面積に印刷マスクの厚みを乗じた基準体積を１００とした場合に、実際に印刷された半田の計測値データの比率である。

データ記録手段１１に収集されている計測結果を判定する工程能力判定手段１２には、期間およびまたは直近の検査対象の基板枚数が指定される管理条件指定手段１３と、前記印刷マスクの各開口毎の開口種類データＤ２が半田ロケーション毎に記録されている印刷マスク開口種類データ提供手段１４と、前記印刷マスクの開口の種類毎に管理基準値データＤ３が記録されている管理基準値データ提供手段１５とが入力として接続されている。

工程能力判定手段１２の処理を説明する。
図２（ｂ）は、印刷マスク開口種類データ提供手段１４によって提供される印刷マスク開口種類データＤ２の例である。印刷マスク開口種類データＤ２には、基板の各半田ロケーション毎に、印刷マスクの開口面積と、Ｘ方向サイズと、Ｙ方向サイズと、Ｙ方向サイズをＸ方向サイズで除した水平アスペクト比がが含まれる。なお、水平アスペクト比が印刷マスク開口種類データに含まれていれば、Ｘ方向サイズ、Ｙ方向サイズは、必ずしも必要ではない。

図２（ｃ）は、管理基準値データ提供手段１５によって提供される管理基準値データＤ３の例である。管理基準値データＤ３には、印刷マスクの開口面積と水平アスペクト比の組みごとに、体積率の上側基準値および体積率の下側基準値から成る管理基準値が設定されている。なお、水平アスペクト比が管理基準値データに含まれていれば、Ｘ方向サイズ、Ｙ方向サイズは、必ずしも必要ではない。

この管理基準値を決定するには、基準となる基板を複数枚と、基準となる印刷マスクを用いて、半田印刷工程にて半田印刷を実施し、半田計測値データを採集する。採集した半田計測値データに対して、開口面積および水平アスペクト比で基板の半田を分類し、各分類の体積率の平均値および標準偏差σを算出する。図３に基準基板と基準印刷マスクによる半田印刷結果の統計量算出例を示す。図３の４０ａの行は、図４（ａ）に示すように印刷マスクの開口の形状が４００μｍの円形の場合、図３の４０ｂの行は、図４（ｂ）に示すように印刷マスクの開口の形状が８００μｍ×２００μｍの長方形の場合、図３の４０ｃの行は、図４（ｃ）に示すように印刷マスクの開口の形状が４００μｍ×４００μｍの正方形の場合、図３の４０ｄの行は、図４（ｄ）に示すように印刷マスクの開口の形状が２００μｍ×８００μｍの長方形の場合である。図４のＹ方向は、印刷スキージの移動方向に沿った方向、Ｘ方向は、印刷スキージの移動方向に対して直角方向の方向である。

円形の開口３０ａと正方形の開口３０ｃは、同一の水平スペクト比であるが、開口３０ｃは開口３０ａに比べて開口面積が大きく、版離れ性が良いため、体積率の平均値が大きく、標準偏差σは小さくなっている。

長方形の開口３０ｂと開口３０ｄは、同一の開口面積であるが、開口３０ｄは開口３０ｂに比べて水平アスペクト比が大きく、印刷スキージ移動方向に沿って長い長方形であるため、半田の充填性が良く、体積率の平均値が大きくなっている。

また、開口３０ｂおよび開口３０ｄは、正方形の開口３０ｃと同一の面積であるが、アスペクト比が“１”より小さいまたは大きい長方形の開口であるため、開口の細い端の部分の版離れ性が悪く、版離れ時に印刷マスク側に半田が付着したまま残ることが多く、体積率の標準偏差σが大きくなっている。管理基準値は、体積率の平均値と標準偏差σを用いて、例えば、上側基準値として“平均値＋３σ”、下側基準値として“平均値−３σ”などと決定する。

このように各データが入力されている工程能力判定手段１２は、データ記録手段１１によって記録された半田計測値データＤ１と印刷マスク開口種類データＤ２を、同一の半田ロケーションごとに結びつけ、さらに同一の印刷マスク開口種類ごと、具体的には同一の開口面積および水平アスペクト比ごとに、管理基準値データを結びつけて、半田ロケーションごとの統計量を算出する。

工程能力判定手段１２で算出された統計量の例を図５に示す。
前記統計量には、半田ロケーションごとの体積率の平均値、半田ロケーションごとの標準偏差σ、および半田ロケーションごとの工程能力指数が含まれる。

前記工程能力指数は、例えば、
工程能力指数 ＝ ｍｉｎ（ＣｐＵ，ＣｐＬ）
ＣｐＵ ＝（上側基準値−平均値）／３σ
ＣｐＬ ＝（平均値−下側基準値）／３σ
と設定する。

工程能力判定手段１２の処理結果は、要因分析手段１６を介して出力手段１７に出力される。要因分析手段１６の構成を図６に示す。
要因分析手段１６のステップＳ２０１では、工程能力判定手段１２によって算出された工程能力指数によって、半田を分類する。具体的には、工程能力指数が目標値を下回っているか否かで分類する。工程能力指数が目標値を下回っている半田は、工程能力不足と判断される。ここでは、工程能力不足か否かで２つに分類したが、２つ以上に分類しても良い。

ステップＳ２０２では、基板のイメージを出力手段のディスプレイ装置の画面などに表示するとともに、表示された各半田について、工程能力不足の半田の色を変えて分布状況を表示する。図７はステップＳ２０２における表示の例で、図７（ａ）は後述の“特定半田の工程能力が低い場合”に対応したイメージ図で、半田３０１ａのように塗りつぶされている箇所が、工程能力不足の半田を示している。半田３０２ａのように白抜き表示の半田は、工程能力指数が目標値を満足している半田の表示例である。

図７（ｂ）は後述の“局所領域で工程能力が低い場合”のイメージ図、図７（ｃ）は後述の“基板全面で工程能力が低い場合”のイメージ図である。図７（ｂ）の半田３０３ｂ、図７（ｃ）の半田３０５ｃも工程能力不足の半田の表示例である。また、図７（ｂ）の半田３０４ｂ、図７（ｃ）の半田３０６ｃのように白抜き表示の半田は、工程能力指数が目標値を満足している半田の表示例である。

ステップＳ２０３では、工程能力不足の半田が１つ以上存在するかどうかを判定し、工程能力不足の半田が存在しない場合は、要因分析手段１６の処理を終了する。工程能力不足の半田が１つ以上存在する場合はステップＳ２０４へ進む。

ステップＳ２０４では、工程能力不足の半田数が予め規定されたＮ個以下か否かを判定する。工程能力不足の半田数がN個以下の場合はステップＳ２０５へ進み、工程能力不足の半田数がＮ個を上回る場合にはステップＳ２０６へ進む。

ステップＳ２０５では、特定半田の工程能力が低い場合に対応した作業指図書を作成する。低い場合として、図７（ａ）のイメージ図が対応し、要因としては、対応する印刷マスク開口部が痛んでいる、あるいは半田印刷検査装置の検査プログラムにおいて、当該箇所の検査のチューニングができていないなどが考えられる。作業指図書には、当該箇所に対応した印刷マスク開口部の確認や、検査プログラムのチューニングの指示が記載される。ステップＳ２０５の処理後、要因分析手段１６の処理を終了する。

ステップＳ２０６では、工程能力の低い半田が基板上の特定の領域に局所的に存在するか否かを判定する。基板の半田印刷面に対して、縦、横それぞれに２分割や３分割などにメッシュ分割を行い、特定の領域に工程能力の低い半田が集中している場合は、局所的に存在していると判定し、一方、複数の領域に分散している場合は、局所性がないと判定する。工程能力が低い半田が局所的に存在する場合は、ステップＳ２０７へ進む。

ステップＳ２０７では、局所領域で工程能力が低い場合の作業指図書を作成する。局所領域で工程能力が低い場合として、図７（ｂ）のイメージ図が対応する。要因としては、基板１０１を下から支えるサポートの治具や設置に問題がある、あるいは基板１０１の反りの影響などが考えられる。作業指図書には、“サポート治具および設置状態の確認”や、“基板の反りの確認”の指示が記載される。ステップＳ２０７の処理後、要因分析手段１６の処理を終了する。

ステップＳ２０６において工程能力の低い半田に局所性が無いと判定された場合には、ステップＳ２０８に進み、“基板全面で工程能力が低い場合の作業指図書”を作成する。基板１０１の全面で工程能力が低い場合として、図７（ｃ）のイメージ図が対応し、要因としては、クリーム半田の劣化、半田印刷装置の設定条件が不適切、スキージの劣化などが考えられる。作業指図書には、“クリーム半田の確認”、“半田印刷装置の設定条件確認”、“スキージの確認”などの指示が記載される。ステップＳ２０８の処理後、要因分析手段１６の処理を終了する。

ステップＳ２０５，ステップＳ２０７，ステップＳ２０８の作業指図書は、出力手段１７のプリンタ装置やディスプレイ装置から出力を行う。
このように構成したため、半田印刷工程の異常を精度良く判定でき、また、異常発生の要因を絞り込んで適切な対策方法を得ることができる。

なお、上記の実施の形態では、半田計測値データの体積率を用いたが、半田の面積率や高さなどの計測値も単独で使用あるいは併用することもできる。面積率は、半田の基板表面に対する投影面積の、印刷マスクの開口面積である基準面積に対する比率であり、高さは、起伏のある半田表面の高さの平均値である。

なお、上記の実施の形態では、印刷マスク開口種類データ提供手段１４と管理基準データ提供手段１５が共に設けられていたが、管理基準データ提供手段１５を、印刷マスク開口の種類毎の管理基準値データではなく、各半田ロケーション毎の印刷マスク開口に応じた管理基準値データを記録して提供するように構成した場合には、印刷マスク開口種類データ提供手段１４は不要である。

本発明は、半田印刷の工程改善や半田印刷を含む実装工程全体の品質管理等の用途にも適用でき、生産性や歩留の向上に寄与できる。

本発明の実施の形態にかかる半田印刷工程管理装置の構成を示すブロック図 工程能力判定手段１２で使用する各データの例を示す図 管理基準値の決定方法の例を示す図 印刷マスクの開口形状の例を示す図 工程能力判定手段１２の統計量算出結果データの例を示す図 要因分析手段１６の処理内容を示すフローチャート 要因分析手段１６で表示する基板イメージの例を示す図 従来の半田印刷工程管理装置のブロック図

１１ データ記録手段
１２ 工程能力判定手段
１３ 管理条件指定手段
１４ 印刷マスク開口種類データ提供手段
１５ 管理基準値データ提供手段
１６ 要因分析手段
１７ 出力手段

Claims (8)

1. 基板の表面にクリーム半田を印刷マスクを介して印刷する半田印刷装置と、前記印刷された半田を検査し半田計測値データを出力する半田印刷検査装置からなる半田印刷工程を管理する半田印刷工程管理方法であって、
   前記半田計測値データを時系列に記録する第１のステップと、
   前記印刷マスクの半田印刷箇所の開口の種類に応じた管理基準値データを提供する第２のステップと、
   管理対象とする期間およびまたは基板の印刷枚数を指定する第３のステップと、
   前記第１のステップによって時系列に記録された半田計測値データから、半田印刷箇所ごとに、前記管理対象とする期間およびまたは基板枚数に基づいて統計量を算出し、前記管理基準値データと前記統計量から半田印刷箇所ごとに良品製造能力を判定する第４のステップと
   を備えた半田印刷工程管理方法。
2. 前記第４のステップの判定結果に基づいて半田印刷箇所を分類し、分類された半田印刷箇所の基板上での分布状況に基づいて要因を分析し、対策を指示する作業指示を出力する第５のステップを備えた
   請求項１記載の半田印刷工程管理方法。
3. 前記印刷マスクの半田印刷箇所の開口の種類は、前記開口と基板の接地面の面積および印刷スキージの移動方向に沿った前記接地面の最大長と印刷スキージの移動方向と直角方向に沿った前記接地面の最大長の比に基づいて設定されたデータを提供する第６のステップを備えた
   請求項１または請求項２に記載の半田印刷工程管理方法。
4. 前記第４のステップは、工程能力指数に基づいて良品製造能力を判定することを特徴とする
   請求項１または請求項２に記載の半田印刷工程管理方法。
5. 基板の表面にクリーム半田を印刷マスクを介して印刷する半田印刷装置と、前記印刷された半田を検査して半田計測値データを出力する半田印刷検査装置からなる半田印刷工程の半田印刷工程管理装置であって、
   前記半田測定値データを時系列に記録するデータ記録手段と、
   印刷マスクの半田印刷箇所の開口の種類に応じた管理基準値データを提供する管理基準値データ提供手段と、
   管理対象とする期間およびまたは基板の印刷枚数を指定する管理条件指定手段と、
   前記データ記録手段によって時系列に記録された半田計測値データから、半田印刷箇所ごとに、前記管理対象とする期間およびまたは基板枚数に基づいて統計量を算出し、前記管理基準値データと、前記統計量から半田印刷箇所ごとに良品製造能力を判定する工程能力判定手段と
   を備えたことを特徴とする
   半田印刷工程管理装置。
6. 前記工程能力判定手段の判定結果に基づいて半田印刷箇所を分類し、分類された半田印刷箇所の基板上での分布状況に基づいて要因を分析し、対策を出力する要因分析手段を備えた
   請求項５記載の半田印刷工程管理装置。
7. 前記印刷マスクの半田印刷箇所の開口の種類は、前記開口と基板の接地面の面積および印刷スキージの移動方向に沿った前記接地面の最大長と印刷スキージの移動方向と直角方向に沿った前記接地面の最大長の比に基づいて設定されたデータを提供する印刷マスク開口種類データ提供手段を備えた
   請求項５または請求項６に記載の半田印刷工程管理装置。
8. 前記工程能力判定手段は、工程能力指数に基づいて良品製造能力を判定することを特徴とする
   請求項５または請求項６に記載の半田印刷工程管理装置。

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