JP2012235032A

JP2012235032A - 電子部品実装システムおよび電子部品実装システムにおける実装基板の製造方法

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Publication number: JP2012235032A
Application number: JP2011103997A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Hassaku; 陽介八朔; Michinori Tomomatsu; 道範友松; Masafumi Inoue; 雅文井上; Masanori Ikeda; 政典池田; Masahiro Taniguchi; 昌弘谷口
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2012-11-29
Anticipated expiration: 2031-05-09
Also published as: JP5573767B2

Abstract

【課題】伸縮変形を生じる基板を対象とする場合にあっても、基板に印刷された半田ペーストの位置と部品搭載位置との位置ずれを減少させることができる電子部品実装システムおよび実装基板の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】スクリーン印刷工程に先立ってスクリーン印刷装置においてマスク認識マークおよび基板認識マークを認識する第１のマーク認識工程で得られた認識結果および実装位置データに基づいて当該基板においてペーストを印刷すべき複数の印刷目標位置を部品搭載工程において用いられる位置補正アルゴリズムと同様の位置補正演算によって求め、次いでマスク認識マークの認識結果および印刷位置データに基づいて、求められた複数の印刷目標位置に複数のパターン孔が近似的に一致する度合いが、所定の条件下で極大となるように基板をスクリーンマスクに対して位置合わせする。
【選択図】図７

Description

本発明は、電子部品を基板に実装して実装基板を製造する電子部品実装システムおよびこの電子部品実装システムにおける実装基板の製造方法に関するものである。

電子部品を基板に半田接合により実装して実装基板を製造する電子部品実装システムは、基板の電極に部品接合用の半田ペーストを印刷する印刷装置、半田ペーストが印刷された基板に電子部品を搭載する電子部品搭載装置、半田ペーストを溶融固化させるリフロー装置など複数の電子部品実装用装置を連結して構成されている。このような電子部品実装システムにおいては、近年電子部品の小型化や実装密度の高度化に伴って、基板に電子部品を実装する際に必要とされる位置精度も高度化している。すなわち印刷装置において電極位置に半田ペーストを印刷する際の印刷位置精度や、印刷後の基板において半田ペーストに対して電子部品を搭載する際の搭載位置精度を高いレベルで確保することが求められる。このため、印刷装置として、基板とスクリーンマスクとの位置合わせを精度良く行うことを目的とした構成が知られている（特許文献１参照）。

特許文献１に示す先行技術例では、２つの認識手段を水平方向に並列した構成の認識装置をスクリーンマスクと基板との間に位置させて基板とスクリーンマスクをそれぞれ同時に認識することにより、基板とマスクの位置合わせの際の昇降ストロークを小さくして、位置合わせ動作時に生じる位置ずれ誤差を極小にする例が示されている。

特開２００７−１３０９１０号公報

しかしながら上述の先行技術例を含め従来技術においては、基板とスクリーンマスクの位置合わせに際して、以下のような不具合が生じていた。すなわち、従来は基板とスクリーンマスクとを位置合わせする際の位置基準として、スクリーンマスクの中心位置に対して基板の中心を一致させるようにしていたことから、基板に材質の特性や製造過程における熱変形などに起因する伸縮が生じている場合には、基板の周辺領域では伸縮変形がほとんどないスクリーンマスクのパターンと基板の電極とが一致せず、位置ずれを生じる結果となっていた。そしてこのような状態でスクリーン印刷が実行されると、半田ペーストは電極から位置ずれした状態で基板に印刷される。

ところで部品実装の対象となる基板には、部品実装点の位置と関連づけられて複数の認識マークが設けられており、部品搭載工程ではこれらの認識マークを撮像して認識した認識結果に基づいて、各部品実装点へ電子部品を搭載する際の目標位置となる搭載位置データが演算される。そして上述のように基板に伸縮が生じている場合には認識マークの位置も同様に変位していることから、認識マークの認識結果に基づいて演算される搭載位置データは基板の伸縮に伴う変位分が補正されたものとなっている。

したがって、スクリーンマスクのパターンによって印刷された半田ペーストの位置と、認識マークの認識によって補正された補正後の部品搭載位置とは一致せず、搭載後の電子部品は半田ペーストから位置ずれした状態となる。そしてこのように生じる位置ずれ量が過大になると、リフロー過程において溶融半田の表面張力の不均衡によって「部品立ち」や「ブリッジ」などの接合不具合を生じる。このように、従来技術においては、基板の伸縮変形に起因して、基板に印刷された半田ペーストの位置と部品搭載位置に位置ずれが生じ、接合不具合を生じるという課題があった。

そこで本発明は、伸縮変形を生じる基板を対象とする場合にあっても、基板に印刷された半田ペーストの位置と部品搭載位置との位置ずれを減少させることができる電子部品実装システムおよびこの電子部品実装システムにおける実装基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の電子部品実装システムは、複数の電子部品実装用装置を連結して構成され基板に電子部品を実装して実装基板を製造する電子部品実装システムであって、前記電子部品実装用装置には、前記基板に形成された電極に部品接合用のペーストを印刷するスクリーン印刷装置と、部品供給部から搭載ヘッドによって電子部品をピックアップし前記ペーストが印刷された基板に搭載する電子部品搭載装置とを含み、前記スクリーン印刷装置は、前記ペーストが供給されたスクリーンマスク上でスキージを摺動させることにより、前記スクリーンマスクに形成されたパターン孔を介して基板位置決め部に位置決め保持された前記基板にペーストを印刷するスクリーン印刷機構と、前記スクリーンマスクに形成されたマスク認識マークおよび前記基板に形成された基板認識マークを認識する第１のマーク認識手段と、前記第１のマーク認識手段の認識結果に基づいて前記基板位置決め部を制御することにより、前記スクリーンマスクに対して前記基板を位置合わせする位置合わせ制御部とを備え、前記電子部品搭載装置は、前記搭載ヘッドによって電子部品を前記ペーストが印刷された基板の部品搭載位置に搭載する部品搭載機構と、前記基板に形成された基板認識マークを認識する第２のマーク認識手段と、前記第２のマーク認識手段の認識結果に基づいて前記部品搭載機構を制御することにより、前記電子部品を前記部品搭載位置に搭載する搭載制御部とを備え、さらに前記基板の位置合わせにおいて用いられる参照データであって、前記パターン孔の配列と前記マスク認識マークとの位置関係を示す印刷位置データおよび前記基板における部品実装点の位置と前記基板認識マークとの位置関係を示す実装位置データとを基板品種毎に記憶するデータ記憶部とを備え、前記位置合わせ制御部は、前記第１のマーク認識手段による基板認識マークの認識結果および実装位置データに基づいて当該基板において前記ペーストを印刷すべき複数の印刷目標位置を求め、次いで前記マスク認識マークの認識結果および前記印刷位置データに基づいて前記複数の印刷目標位置に複数の前記パターン孔が近似的に一致する度合いが所定の条件下で極大となるように前記基板を位置合わせし、前記搭載制御部は、前記第２のマーク認識手段の認識結果に基づいて前記部品実装点の位置を予め定められた位置補正アルゴリズムに従って補正して前記部品搭載位置を求める。

本発明の電子部品実装システムにおける実装基板の製造方法は、複数の電子部品実装用装置を連結して構成され基板に電子部品を実装して実装基板を製造する電子部品実装システムにおける実装基板の製造方法であって、前記電子部品実装用装置には、前記基板に形成された電極に部品接合用のペーストを印刷するスクリーン印刷装置と、部品供給部から搭載ヘッドによって電子部品をピックアップし前記ペーストが印刷された基板に搭載する電子部品搭載装置とを含み、前記スクリーン印刷装置は、前記ペーストが供給されたスクリーンマスク上でスキージを摺動させることにより、前記スクリーンマスクに形成されたパターン孔を介して基板位置決め部に位置決め保持された前記基板にペーストを印刷するスクリーン印刷工程に先立って、前記スクリーンマスクに形成されたマスク認識マークおよび前記基板に形成された基板認識マークを認識する第１のマーク認識工程と、前記第１のマーク認識工程で得られた認識結果に基づいて前記基板位置決め部を制御することにより、前記スクリーンマスクに対して前記基板を位置合わせする位置合わせ制御工程とを実行し、前記電子部品搭載装置は、前記搭載ヘッドによって電子部品を前記ペーストが印刷された基板の部品搭載位置に搭載する部品搭載工程に先立って、前記基板に形成された基板認識マークを認識する第２のマーク認識工程を実行し、前記部品搭載工程において前記第２のマーク認識工程で得られた認識結果に基づいて前記部品搭載機構を制御することにより、前記電子部品を前記部品搭載位置に搭載し、さらに前記電子部品実装システムは、前記基板の位置合わせにおいて用いられる参照データであって、前記パターン孔の配列と前記マスク認識マークとの位置関係を示す印刷位置データおよび前記基板における部品実装点の位置と前記基板認識マークとの位置関係を示す実装位置データとを基板品種毎に記憶するデータ記憶部を備え、前記位置合わせ制御工程において、前記第１のマーク認識工程における基板認識マークの認識結果および実装位置データに基づいて当該基板において前記ペーストを印刷すべき複数の印刷目標位置を求め、次いで前記マスク認識マークの認識結果および前記印刷位置データに基づいて前記複数の印刷目標位置に複数の前記パターン孔が近似的に一致する度合いが所定の条件下で極大となるように前記基板を位置合わせし、前記部品搭載工程において、前記第２のマーク認識工程における認識結果に基づいて前記部品実装点の位置を予め定められた位置補正アルゴリズムに従って補正して前記部品搭載位置を求める。

本発明によれば、スクリーン印刷工程に先立ってマスク認識マークおよび基板認識マークを認識する第１のマーク認識工程で得られた認識結果および実装位置データに基づいて当該基板において前記ペーストを印刷すべき複数の印刷目標位置を求め、次いでマスク認識マークの認識結果および印刷位置データに基づいて複数の印刷目標位置に複数のパターン孔が近似的に一致する度合いが所定の条件下で極大となるように基板を位置合わせすることにより、伸縮変形を生じる基板を対象とする場合にあっても、基板に印刷されたペーストの位置と部品搭載位置との位置ずれを減少させることができる。

本発明の一実施の形態の電子部品実装システムの構成を示すブロック図本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおけるスクリーン印刷装置の側面図本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおけるスクリーン印刷装置による基板認識およびマスク認識の説明図本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおける電子部品搭載装置の平面図本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおける電子部品搭載装置による基板認識の説明図本発明の一実施の形態の電子部品実装システムの制御系の構成を示すブロック図本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおける実装基板の製造処理のフロー図本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおけるスクリーン印刷方法を示すフロー図本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置における基板位置合わせ処理の工程説明図本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置における基板位置合わせ処理の工程説明図本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置における基板位置合わせ処理の工程説明図

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して電子部品実装システムについて説明する。図１において電子部品実装システムは、いずれも電子部品実装用装置であるスクリーン印刷装置Ｍ１、印刷検査装置Ｍ２、電子部品搭載装置Ｍ３、搭載状態検査装置Ｍ４、リフロー装置Ｍ５の各装置を連結して成る電子部品実装ライン１を通信ネットワーク２によって接続し、全体を管理コンピュータ３によって制御する構成となっており、基板に電子部品を実装して実装基板を製造する機能を有している。

スクリーン印刷装置Ｍ１は、基板に形成された電極に部品接合用のペースト（半田ペースト）をスクリーン印刷する。印刷検査装置Ｍ２は、印刷後の基板におけるペーストの印刷状態を検査する。電子部品搭載装置Ｍ３は、部品供給部から搭載ヘッドによって電子部品をピックアップしペーストが印刷された基板に搭載する。搭載状態検査装置Ｍ４は、電子部品搭載後の基板上における電子部品の有無や位置ずれを検査する。リフロー装置Ｍ５は、電子部品搭載後の基板を加熱することにより、半田を加熱溶融させて電子部品を基板に半田接合する。

次に図２を参照してスクリーン印刷装置Ｍ１の構造および機能を説明する。図２において、スクリーン印刷装置Ｍ１は、基板位置決め部１１の上方にスクリーン印刷機構５を配設して構成されている。基板位置決め部１１は、印刷対象の基板４を保持してスクリーン印刷機構５のスクリーンマスク２２に対して相対的に位置合わせする機能を有している。基板位置決め部１１は、Ｙ軸テーブル１２、Ｘ軸テーブル１３およびθ軸テーブル１４を段積みし、更にθ軸テーブル１４の上面に設けられた水平なベースプレート１４ａの上面に、水平なベースプレート１５ａ、１６ａをそれぞれ独立して昇降させる第１のＺ軸テーブル１５、第２のＺ軸テーブル１６を組み合わせて構成されている。

ベースプレート１５ａには２つの垂直フレーム１５ｂが立設されており、垂直フレーム１５ｂの上端部には基板搬送機構１８が保持されている。基板搬送機構１８は基板搬送方向（Ｘ方向−−図１において紙面垂直方向）に配設されており、コンベア機構よって印刷対象の基板４の両端部を支持して搬送する。第１のＺ軸テーブル１５を駆動することにより、基板搬送機構１８によって保持された状態の基板４をスクリーン印刷機構５に対して昇降させることができる。ベースプレート１６ａの上面には、基板下受部１７が着脱自在に装着される。基板下受部１７は、スクリーン印刷機構５による印刷位置に搬送された基板４を下方から下受けして保持する。

第２のＺ軸テーブル１６を駆動することにより、基板下受部１７は基板搬送機構１８に保持された状態の基板４に対して昇降する。そして基板下受部１７の下受面が基板４の下面に当接することにより、基板下受部１７は基板４を下面側から支持する。基板搬送機構１８の上面には左右対向して配置された２つのクランプ部材１９を備えており、一方側のクランプ部材１９を駆動機構１９ａによって進退させることにより、基板４を両側からクランプして固定する。

次に基板位置決め部１１の上方に配設され、印刷位置に搬送された基板４に対してペーストを印刷するスクリーン印刷機構５について説明する。図２において、スクリーン印刷機構５は、マスク枠２１にスクリーンマスク２２を展張した構成のマスクユニット２０の上方に、スキージユニット２３をスキージ移動機構２４によって水平移動自在に配置した構成となっている。スクリーンマスク２２にはパターン孔２２ｂ、２２ｃが形成されており、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、パターン孔２２ｂ、２２ｃは基板４において印刷対象となる電極４ｂ、４ｃの形状・位置に対応して設けられている。

マスクユニット２０上には、スキージユニット２３が配設されている。スキージユニット２３は、対向配置された１対のスキージ部材２６をそれぞれ昇降させる２つのスキージ昇降機構２７を、水平なプレート２５に配設した構成となっている。スキージ昇降機構２７を駆動することによりスキージ部材２６は昇降し、下降状態においてスキージ部材２６はスクリーンマスク２２の上面に当接する。スキージユニット２３は送りねじ２４ｂをスキージ移動モータ２４ａによって回転駆動する構成のスキージ移動機構２４によって水平方向に往復移動自在となっている。

スクリーンマスク２２の下面と基板位置決め部１１に保持された基板４の上面との間には、カメラユニット２８がカメラ移動機構（図示省略）によってＸ方向、Ｙ方向に水平移動自在に配設されている。図３（ａ）に示すように、カメラユニット２８は、基板４を上方から撮像するための基板認識カメラ２８ａと、スクリーンマスク２２を下面側から撮像するためのマスク認識カメラ２８ｂとを備えており、カメラ移動機構を駆動してカメラユニット２８を移動させることにより、スクリーンマスク２２に形成されたマスク認識マーク２２ａおよび基板４に形成された基板認識マーク４ａをそれぞれ基板認識カメラ２８ａ、マスク認識カメラ２８ｂによって撮像することができる。そしてこの撮像結果を認識処理部４５（図６参照）によって認識処理することにより、マスク認識マーク２２ａおよび基板認識マーク４ａの位置が検出される。基板認識カメラ２８ａ、マスク認識カメラ２８ｂおよび認識処理部４５は、マスク認識マーク２２ａおよび基板認識マーク４ａの位置を認識する第１の認識手段を構成する。

次にスクリーン印刷機構５による印刷動作について説明する。まず基板搬送機構１８によって、印刷対象の基板４が印刷位置に搬入され、基板下受部１７に対して位置合わせされる。次いで第２のＺ軸テーブル１６を駆動して基板下受部１７を上昇させ、基板４の下面を下受けする。次いで基板位置決め部１１を駆動して、基板４をスクリーンマスク２２に対して位置合わせした後、第１のＺ軸テーブル１５を駆動して基板４を基板搬送機構１８とともに上昇させて、パターン孔２２ｂ、２２ｃが設けられたスクリーンマスク２２の下面に当接させる。この後、基板４をクランプ部材１９によってクランプすることにより、基板４の水平位置が固定される。

そしてこの状態で、２つのスキージ部材２６のうちいずれか１つを下降させ、ペーストが供給されたスクリーンマスク２２に当接させる。次いでスクリーンマスク２２上でスキージ部材２６をスキージング方向（Ｙ方向）に摺動させることにより、基板位置決め部１１に保持された基板４にはパターン孔２２ｂ、２２ｃを介してペーストが印刷される。

上述の印刷動作においては、印刷対象の基板４がスクリーンマスク２２に対して正しく位置合わせされて、電極４ｂ、電極４ｃの位置とパターン孔２２ｂ、パターン孔２２ｃの位置とが精度良く合致していることが極めて重要であるが、基板４の経時的な伸縮変形により電極４ｂ、４ｃの位置とパターン孔２２ｂ、２２ｃの位置とは必ずしも一致せず、印刷にずれが生じる場合が多い。このため本実施の形態においては、このような基板４とスクリーンマスク２２との位置合わせの誤差に起因する印刷の位置ずれを極力防止するため、後述の方法によって位置ずれを補正するようにしている。

次に図４を参照して電子部品搭載装置Ｍ３の構成および機能について説明する。図４において基台３１の中央部には基板搬送機構３２がＸ方向に配設されている。基板搬送機構３２は印刷検査装置Ｍ２にて印刷検査後の基板４を受け渡されて、以下に説明する部品搭載機構による搭載作業位置に位置決めして保持する。基板搬送機構３２の両側には部品供給部３３が配置されており、部品供給部３３には複数のテープフィーダ３４が並設されている。テープフィーダ３４は基板４に実装される電子部品を保持したキャリアテープをピッチ送りすることにより、部品搭載機構による部品取り出し位置に供給する。

基台３１のＸ方向の一端部にはリニアモータ駆動の直動機構を備えたＹ軸移動テーブル３６ＹがＹ方向に配設されており、Ｙ軸移動テーブル３６Ｙには同様にリニアモータ駆動の直動機構を備えた２基のＸ軸移動テーブル３６ＸがＹ方向に往復動自在に結合されている。Ｘ軸移動テーブル３６Ｘには複数の吸着ノズル３７ａを備えた搭載ヘッド３７がＸ方向の往復動自在に装着されており、Ｙ軸移動テーブル３６Ｙ、Ｘ軸移動テーブル３６Ｘを駆動することにより、搭載ヘッド３７はＸ方向およびＹ方向に水平移動する。

これにより、搭載ヘッド３７は部品供給部３３のテープフィーダ３４から電子部品Ｐ（図５（ａ）参照）を取り出して、ペーストが印刷され基板搬送機構３２によって位置決め保持された基板４の部品搭載位置に電子部品Ｐを搭載する。Ｙ軸移動テーブル３６Ｙ、Ｘ軸移動テーブル３６Ｘおよび搭載ヘッド３７は、搭載ヘッド３７によって電子部品Ｐをペーストが印刷された基板４の部品搭載位置に搭載する部品搭載機構３５を構成する。

基板搬送機構３２と部品供給部３３との間の搭載ヘッド３７の移動経路には部品認識カメラ３９が配設されており、テープフィーダ３４から電子部品を取り出した搭載ヘッド３７が部品認識カメラ３９の上方を移動することにより、部品認識カメラ３９は搭載ヘッド３７に保持された状態の電子部品を下方から撮像する。搭載ヘッド３７には、Ｙ軸移動テーブル３６Ｙの下面側に位置して搭載ヘッド３７と一体的に移動する基板認識カメラ３８が撮像方向を下向きにして配設されている。図５（ａ）に示すように、搭載ヘッド３７を基板搬送機構３２に保持された基板４の上方に移動させることにより、基板認識カメラ３８もともに基板４の上方に移動し、基板４に形成された基板認識マーク４ａを撮像する。この撮像結果を認識処理部５４（図６参照）によって認識処理することにより、基板認識マーク４ａの位置が認識される。この位置認識結果に基づいて所定の位置補正アルゴリズムを用いて位置補正処理を実行することにより、基板４に形成された電極４ｂ、４ｃに対応した部品実装点の位置が補正され、部品搭載位置が求められる。そして搭載ヘッド３７による部品搭載動作においては、このようにして補正された部品搭載位置を目標として電子部品を搭載する。

次に図６を参照して、制御系の構成を説明する。なおここでは、電子部品実装ライン１を構成する複数の電子部品実装用装置のうちスクリーン印刷装置Ｍ１、電子部品搭載装置Ｍ３の制御系についてのみ記載している。図６において、管理コンピュータ３は外部記憶装置としてデータ記憶部３０を備えており、データ記憶部３０には、印刷位置データ３０ａ、実装位置データ３０ｂなどの作業実行用データが記憶されている。印刷位置データ３０ａ、実装位置データ３０ｂは、スクリーン印刷装置Ｍ１において基板４の位置合わせに用いられる参照データであって、印刷位置データ３０ａは、パターン孔２２ｂ、２２ｃの配列とマスク認識マーク２２ａとの位置関係を示すものであり、実装位置データ３０ｂは基板４における部品実装点の位置、すなわち電極４ｂ、電極４ｃと基板認識マーク４ａとの位置関係を示すものである。

スクリーン印刷装置Ｍ１の制御系について説明する。通信部４０は通信ネットワーク２に接続されており、管理コンピュータ３や印刷検査装置Ｍ２などの他装置と以下の各部との間の信号の授受は通信部４０を介して行われる。印刷制御部４１はスクリーン印刷機構５によるスクリーン印刷動作を制御する。位置合わせ制御部４２は基板位置決め部１１による基板位置決め動作を制御する。記憶部４３は位置補正プログラム４３ａ、印刷位置データ４３ｂ、実装位置データ４３ｃ、位置精度ランクデータ４３ｄを記憶する。位置補正プログラム４３ａは、基板４において基板認識マーク４ａの位置検出結果に基づいて電極４ｂ、４ｃなどを対象として印刷目標位置を求めるための位置補正を行う演算処理プログラムである。印刷位置データ４３ｂ、実装位置データ４３ｃは、データ記憶部３０に記憶された印刷位置データ３０ａ、実装位置データ３０ｂと同目的・同内容の作業実行用データである。なお、ここでは管理コンピュータ３のデータ記憶部３０とスクリーン印刷装置Ｍ１の記憶部４３にこれらのデータを重複して記憶させた例を示したが、いずれか一方のみにこれらのデータを記憶させるようにしてもよい。

位置精度ランクデータ４３ｄは、実装位置データ４３ｃに示される各部品実装点について付された搭載位置精度ランクを示すデータである。すなわち基板４に電子部品を実装するに際しては必ずしも全ての電子部品を同一位置精度で搭載することが求められるわけではなく、電子部品のサイズおよび種類に応じて異なる搭載位置精度が適用される。位置精度ランクデータ４３ｄはこのような搭載位置精度のランク付けを、実装される電子部品のサイズおよび種類に応じて示すデータである。

機構駆動部４４は印刷制御部４１、位置合わせ制御部４２に制御されて、基板位置決め部１１、スクリーン印刷機構５を駆動する。これにより、スクリーン印刷動作が実行される。認識処理部４５は、基板認識カメラ２８ａ、マスク認識カメラ２８ｂによる撮像結果を認識処理する。これにより、スクリーンマスク２２におけるマスク認識マーク２２ａの位置および基板４における基板認識マーク４ａの位置が認識される。基板４のスクリーンマスク２２への位置合わせは、これらの位置認識結果に基づいて、位置合わせ制御部４２が基板位置決め部１１を制御することにより行われる。

基板認識カメラ２８ａ、マスク認識カメラ２８ｂおよび認識処理部４５は、スクリーンマスク２２に形成されたマスク認識マーク２２ａおよび基板４に形成された基板認識マーク４ａを認識する第１のマーク認識手段を構成する。位置合わせ制御部４２は、この第１のマーク認識手段の認識結果に基づいて基板位置決め部１１を制御することにより、スクリーンマスク２２に対して基板４を位置合わせするようになっている。

本実施の形態においては、位置合わせ制御部４２が基板４の位置合わせを実行するに際し、以下に説明するように、基板４に対して電子部品搭載装置Ｍ３において適用される位置補正、すなわち基板認識マーク４ａの認識結果に基づいて所定の位置補正アルゴリズムを適用して行われる電極４ｂ、４ｃを対象とした部品搭載位置の補正を、スクリーン印刷装置Ｍ１において電極４ｂ、４ｃを対象としてペーストを印刷するための印刷目標位置の設定に援用するようにしている。

換言すれば、環境温度の変動や経時変化などに起因する基板４の伸縮変形による電極４ｂ、４ｃの位置ずれを、スクリーン印刷装置Ｍ１における基板認識マークの認識結果に基づいて、位置補正プログラム４３ａとして記憶部４３に記憶された位置補正アルゴリズムを用いて推定する。ここで位置補正アルゴリズムとしては、電子部品搭載装置Ｍ３における搭載位置補正において適用される位置補正アルゴリズムと同様の手法によって印刷目標位置を求めるものであることが望ましいが、完全に一致している必要はなく位置補正の傾向が近似している限りにおいては部分的に異なっていてもよい。

そしてスクリーンマスク２２を基板４に対して位置合わせする際には、スクリーンマスク２２の伸縮は基板４の伸縮に対して無視できるくらいに微小であることから、基板４における電極４ｂ、４ｃの伸縮傾向とスクリーンマスク２２におけるパターン孔２２ｂ、２２ｃの伸縮傾向とは一致せず、これらを全て完全に一致させることはできない。このため位置合わせのための位置調整においては、スクリーンマスク２２のパターン孔２２ｂ、２２ｃと、基板４の電極４ｂ、４ｃとが、半田接合に極力支障を生じない態様で近似的に一致するように、基板４の位置を調整する。

本実施の形態においては、近似的に一致する度合いが予め定められた所定の条件下で極大となるよう、この位置調整を行う。ここでは所定の条件として、不可避的に発生する位置ずれが、同一基板４の全ての電極についてほぼ同程度となるように均等配分する条件や、記憶部４３に記憶された位置精度ランクデータ４３ｄによって示される搭載位置精度のランクが高い電子部品に対応した印刷目標位置を優先してパターン孔に一致させるようにする条件など、個々の実装形態に応じて各種の条件を設定することが可能となっている。

すなわち、位置合わせ制御部４２は、基板認識マーク４ａの認識結果および実装位置データ４３ｃに基づいて当該基板４においてペーストを印刷すべき複数の印刷目標位置を求め、次いでマスク認識マーク２２ａの認識結果および印刷位置データ４３ｂに基づいて複数の印刷目標位置に複数のパターン孔２２ｂ、２２ｃが近似的に一致する度合いが所定の条件下で極大となるように基板４を位置合わせする機能を有している。

電子部品搭載装置Ｍ３の制御系について説明する。通信部５０は通信ネットワーク２に接続されており、管理コンピュータ３やスクリーン印刷装置Ｍ１などの他装置と以下の各部との間の信号の授受は通信部５０を介して行われる。搭載制御部５１は部品搭載機構３５による部品搭載動作を制御する。位置補正プログラム５２ａは、部品搭載機構３５において基板認識マーク４ａの位置検出結果に基づいて電極４ｂ、４ｃなどの位置補正を行うための演算処理プログラムであり、スクリーン印刷装置Ｍ１の位置補正プログラム４３ａと同様の位置補正アルゴリズムを用いるようにしている。

実装位置データ５２ｂはデータ記憶部３０に記憶された印刷位置データ３０ａと同目的・同内容の作業実行用データである。また位置精度ランクデータ５２ｃは、スクリーン印刷装置Ｍ１において記憶部４３に記憶された位置精度ランクデータ４３ｄと同目的・同内容のデータである。なお、ここでは管理コンピュータ３のデータ記憶部３０と電子部品搭載装置Ｍ３の記憶部５２にこれらのデータを重複して記憶させた例を示したが、いずれか一方のみにこれらのデータを記憶させるようにしてもよい。

機構駆動部５３は搭載制御部５１に制御されて、基板搬送機構３２、部品搭載機構３５を駆動する。これにより、部品搭載動作が実行される。認識処理部５４は、基板認識カメラ３８、部品認識カメラ３９による撮像結果を認識処理する。これにより、基板搬送機構３２に位置決め保持された状態の基板４における基板認識マーク４ａの位置および搭載ヘッド３７に保持された状態における電子部品が認識される。基板４への電子部品Ｐの搭載は、これらの位置認識結果に基づいて、搭載制御部５１が部品搭載機構３５を制御することにより行われる。基板認識カメラ３８および認識処理部５４は、印刷検査装置Ｍ２において基板４に形成された基板認識マーク４ａを認識する第２のマーク認識手段を構成する。そして搭載制御部５１は、この第２のマーク認識手段の認識結果に基づいて部品搭載機構３５を制御することにより、電子部品Ｐを基板４に搭載するようになっている。

次に、図１に示す電子部品実装システムにおける実装基板の製造方法について、図７を参照して説明する。図７において、まずスクリーン印刷装置Ｍ１に作業対象の基板４を搬入する（ＳＴ１）。次いで第１のマーク認識が実行される（ＳＴ２）。すなわち、スクリーンマスク２２に形成されたマスク認識マーク２２ａおよび基板４に形成された基板認識マーク４ａを、それぞれマスク認識カメラ２８ｂ、基板認識カメラ２８ａによって撮像し、この撮像結果を認識処理部４５によって認識処理することにより、マスク認識マーク２２ａ、基板認識マーク４ａの位置を認識する（第１のマーク認識工程）。

次いで第１のマーク認識工程のマーク認識結果に基づいて、基板４をスクリーンマスク２２に対して位置合わせする位置合わせ制御が実行される（ＳＴ３）。すなわち、位置合わせ制御部４２が第１のマーク認識工程で得られた認識結果に基づいて基板位置決め部１１を制御することにより、スクリーンマスク２２に対して基板４を位置合わせする（位置合わせ制御工程）。

次いでスクリーン印刷が実行される（ＳＴ４）。すなわちペーストが供給されたスクリーンマスク２２上でスキージ部材２６を摺動させることにより、スクリーンマスク２２に形成されたパターン孔２２ｂ、２２ｃを介して基板位置決め部１１に位置決め保持された基板４にペーストを印刷する（スクリーン印刷工程）。この後、基板４は印刷検査装置Ｍ２に搬入され、基板４を撮像することにより印刷されたペーストの印刷状態の良否が光学的に判定される（ＳＴ５）。そしてここで印刷状態が良好と判定された基板４は電子部品搭載装置Ｍ３に搬入される（ＳＴ６）。

次いで第２のマーク認識が実行される（ＳＴ７）。すなわち基板４を基板認識カメラ３８によって撮像し、この撮像結果を認識処理部５４によって認識処理することにより、基板認識マーク４ａの位置を認識する（第２のマーク認識工程）。次に部品搭載機構３５による電子部品搭載動作を実行する（ＳＴ８）。そして電子部品搭載後の基板４は搭載状態検査装置Ｍ４に搬入され、搭載状態検査が実行される（ＳＴ９）。ここで搭載状態が良好と判定されたならば、リフロー装置Ｍ５に基板４を搬入する（ＳＴ１０）。ここで所定の加熱プロファイルにしたがって基板４を加熱することによりペースト中の半田が溶融して電子部品Ｐを基板４に半田接合する。これにより、実装基板の製造処理が終了する。

上述の実装基板の製造処理においては、スクリーン印刷装置Ｍ１は、スクリーン印刷工程に先立って、第１のマーク認識工程と、第１のマーク認識工程で得られた認識結果に基づいてスクリーンマスク２２に対して基板４を位置合わせする位置合わせ制御工程とを実行するようにしている。そして電子部品搭載装置Ｍ３は、部品搭載機構３５による部品搭載工程に先立って、基板認識マーク４ａを認識する第２のマーク認識工程を実行し、部品搭載工程において第２のマーク認識工程で得られた認識結果に基づいて電子部品Ｐを部品搭載位置に搭載するようにしている。

そして位置合わせ制御工程において、第１のマーク認識工程における基板認識マーク４ａの認識結果および実装位置データ４３ｃに基づいて当該基板４においてペーストを印刷すべき複数の印刷目標位置を求め、次いでマスク認識マーク２２ａの認識結果および印刷位置データ４３ｂに基づいて、複数の印刷目標位置に複数のパターン孔２２ｂ、２２ｃが近似的に一致する度合いが所定の条件下で極大となるように、基板４を位置合わせするようにしている。

そして後続の部品搭載工程においては、第２のマーク認識工程における認識結果に基づいて部品実装点の位置を予め定められた位置補正アルゴリズムに従って補正して、搭載ヘッド３７によって実際に電子部品Ｐを搭載する際の部品搭載位置を求める。ここで位置合わせ制御工程において部品搭載工程で用いられる位置補正アルゴリズムと同様の手法によって複数の印刷目標位置を求めることにより、部品搭載位置と印刷目標位置とを極力近似させることができる。これにより、印刷されたペーストと搭載された電子部品Ｐの位置ずれに起因する不具合を減少させることが可能となっている。

次に上述の電子部品実装システムにおいて、電子部品搭載装置Ｍ３による電子部品搭載に先立って、基板４に形成された電極にスクリーン印刷装置Ｍ１によって部品接合用のペーストを印刷する電子部品実装システムにおけるスクリーン印刷方法について、図８のフローに則して、図９〜図１１を参照しながら説明する。

まずスクリーン印刷装置Ｍ１に作業対象の基板４が搬入され（ＳＴ２１）、基板下受部１７によって基板４を下受けした状態で基板位置決め部１１によって基板４がクランプされる（ＳＴ２２）。図９（ａ）に示すように、基板４には対角位置に形成された位置認識用の基板認識マーク４ａと、異なる種類の電子部品を半田接合により実装するための電極４ｂ、４ｃが形成されている。次いで、カメラユニット２８を移動させて、基板認識カメラ２８ａ、マスク認識カメラ２８ｂによって基板認識マーク４ａおよびマスク認識マーク２２ａを認識する（ＳＴ２３）。これにより、図９（ｂ）に示すように、基板認識マーク４ａの正規位置（破線で示す基板認識マーク４ａ＊参照）からの位置ずれが検出される。ここでは矢印ａ１，ａ２で位置ずれの方向および位置ずれ量をベクトル表示している。

次に基板認識マーク４ａの認識結果に基づき印刷目標位置を算出する（ＳＴ２４）。すなわち、実装位置データ４３ｃにて示される電極４ｂ、４ｃの位置座標を、所定の位置補正アルゴリズムに従って基板認識マーク４ａの位置ずれ分だけ補正した補正座標系上の位置座標に変換することにより、図９（ｂ）に示すように、正規位置（破線で示す電極４ｂ＊、４ｃ＊参照）から、それぞれ矢印ｂ１，ｂ２、矢印ｃ１，ｃ２だけ変位した電極４ｂ、４ｃの位置が印刷目標位置として算出される。

ここで用いられる位置補正アルゴリズムとしては、当該技術分野で公知の座標変換式を用いた位置補正演算式を適宜選択して用いる。このような位置補正演算を実行することにより、基板４における実際の電極４ｂ、４ｃを認識することなく、印刷目標位置を効率的に求めることが可能となっている。なお、ここでは基板４の対角位置に配置された２つの基板認識マーク４ａを用いる例を示しているが、位置補正精度を高めるために３つ以上の基板認識マーク４ａが形成されている場合であってもよい。

次いで演算により求められた印刷目標位置に基づき、スクリーンマスク２２に基板４を位置合わせする（ＳＴ２５）。ここで、図９（ｃ）に示すマスクユニット２０におけるパターン孔２２ｂ、２２ｃの位置は、図９（ｂ）における電極４ｂ、４ｃに対応している。したがってスクリーンマスク２２に基板４を位置合わせする際には、電極４ｂ＊と電極４ｂ、４ｃ＊と電極４ｃとの相対位置を調整する必要がある。この相対位置の調整について説明する。

図１０（ａ）、（ｂ）は、スクリーンマスク２２、基板４の位置合わせ基準線を示している。すなわち図１０（ａ）に示すマスクユニット２０においては、２つのマスク認識マーク２２ａを認識することにより、スクリーンマスク２２の中心点２２ＣＰを通ってＸＹ方向に直交するマスクＸ軸２２Ｘ、マスクＹ軸２２Ｙが求められる。同様に図１０（ｂ）に示す基板４においては、２つの基板認識マーク４ａを認識することにより、基板４の中心点４ＣＰを通ってＸＹ方向に直交する基板Ｘ軸４Ｘ、基板Ｙ軸４Ｙが求められる。そして図１０（ｃ）に示すように、マスクＸ軸２２Ｘと基板Ｘ軸４ＸとのＹ方向のオフセット量を示すδｙ、マスクＹ軸２２Ｙと基板Ｙ軸４ＹとのＸ方向のオフセット量を示すδｘを指定することにより、基板４をスクリーンマスク２２に対して位置合わせする際の態様が規定される。

すなわち、基板４の位置合わせに際しては、電極とパターン孔が一致する度合いがより高くなるようにすることが望ましいが、全ての電極について完全にパターン孔と一致させることはできず、電極とパターン孔の一致度合いの極大化に際しては、何らかの位置合わせの条件を設定する必要がある。図１１は、このようにして基板４をスクリーンマスク２２に対して位置合わせする際の、異なる位置合わせの条件に基づく３つの態様を示している。これらの態様の選択は、記憶部４３に記憶された位置精度ランクデータ４３ｄに示される搭載位置精度のランクに基づいて行われる。

図１１（ａ）に示す（δｘ１、δｙ１）を指定することにより、実装対象となるいずれの電子部品についても所要の搭載位置精度のランクが等しい場合の位置合わせ態様が実現される。すなわちこの場合には、電極４ｂとパターン孔２２ｂとの位置ずれ度合い、電極４ｃとパターン孔２２ｃとの位置ずれ度合いがほぼ均しくなるようにすることが位置合わせの条件であり、この条件下で基板４をスクリーンマスク２２に対して位置合わせする。

また図１１（ｂ）に示す（δｘ２、δｙ２）を指定することにより、電極４ｃに実装される電子部品についての搭載位置精度のランクが他の電子部品よりも高い場合の位置合わせ態様が実現される。すなわちこの場合には、電極４ｃとパターン孔２２ｃとの位置合わせを優先することが位置合わせの条件であり、電極４ｃとパターン孔２２ｃとの位置ずれをほぼゼロとし、電極４ｂとパターン孔２２ｂとの位置ずれを許容する形で、基板４をスクリーンマスク２２に対して位置合わせする。

そして図１１（ｃ）に示す（δｘ３、δｙ３）を指定することにより、電極４ｂに実装される電子部品についての搭載位置精度のランクが他の電子部品よりも高い場合の位置合わせ態様が実現される。すなわちこの場合には、電極４ｂとパターン孔２２ｂとの位置合わせを優先することが位置合わせの条件であり、電極４ｂとパターン孔２２ｂとの位置ずれをほぼゼロとし、電極４ｃとパターン孔２２ｃとの位置ずれを許容する形で、基板４をスクリーンマスク２２に対して位置合わせする。なお上述例のように、１つの電子部品について電極とパターン孔の位置を完全に一致させる替わりに、幾分かの位置ずれを許容することを前提として、搭載位置精度のランクに応じて位置ずれ量を加減する重み付け方式を用いるようにしてもよい。

このようにして基板４の位置合わせが完了した後に、第１のＺ軸テーブル１５を駆動してクランプ状態の基板４を上昇させて、スクリーンマスク２２に当接させる（ＳＴ２６）。次いで、ペーストが供給されたスクリーンマスク２２の上面にスキージ部材２６を当接させた状態でスキージ部材２６を摺動させるスキージング動作を実行する（ＳＴ２７）。これにより、パターン孔２２ｂ、２２ｃを介して基板４の電極４ｂ、４ｃにはペーストが印刷される。そしてこの後、基板４を下降させてスクリーンマスク２２の下面から離隔させる版離れ動作が実行され（ＳＴ２８）、これによりスクリーン印刷動作が終了する（ＳＴ２９）。

上記説明したように、本実施の形態に示す電子部品実装システムに用いられるスクリーン印刷においては、基板４にペーストを印刷するスクリーン印刷工程に先立って、マスク認識マーク２２ａおよび基板認識マーク４ａを認識する第１のマーク認識工程で得られた認識結果および予め記憶された実装位置データ４３ｃに基づいて、当該基板４においてペーストを印刷すべき複数の印刷目標位置を求め、次いでマスク認識マーク２２ａの認識結果および印刷位置データ４３ｂに基づいて複数の印刷目標位置に複数のパターン孔が近似的に一致する度合いが所定の条件下で極大となるように基板４を位置合わせするようにしている。これにより、伸縮変形を生じる基板４を対象とする場合にあっても、基板４に印刷されたペーストの位置と部品搭載位置との位置ずれを減少させることができる。

本発明の電子部品実装システムおよび実装基板の製造方法は、伸縮変形を生じる基板を対象とする場合にあっても、基板に印刷された半田ペーストの位置と部品搭載位置との位置ずれを減少させることができるという効果を有し、複数の電子部品実装用装置を連結して構成され基板に電子部品を半田接合により実装して実装基板を製造する分野に有用である。

１電子部品実装ライン
２通信ネットワーク
３管理コンピュータ
４基板
４ａ基板認識マーク
４ｂ、４ｃ電極
５スクリーン印刷機構
１１基板位置決め部
２２スクリーンマスク
２２ａマスク認識マーク
２２ｂ、２２ｃパターン孔
２３スキージユニット
２８ａ基板認識カメラ
２８ｂマスク認識カメラ
３３部品供給部
３５部品搭載機構
３７搭載ヘッド
３８基板認識カメラ
Ｐ電子部品

Claims

複数の電子部品実装用装置を連結して構成され基板に電子部品を実装して実装基板を製造する電子部品実装システムであって、
前記電子部品実装用装置には、前記基板に形成された電極に部品接合用のペーストを印刷するスクリーン印刷装置と、部品供給部から搭載ヘッドによって電子部品をピックアップし前記ペーストが印刷された基板に搭載する電子部品搭載装置とを含み、
前記スクリーン印刷装置は、前記ペーストが供給されたスクリーンマスク上でスキージを摺動させることにより、前記スクリーンマスクに形成されたパターン孔を介して基板位置決め部に位置決め保持された前記基板にペーストを印刷するスクリーン印刷機構と、
前記スクリーンマスクに形成されたマスク認識マークおよび前記基板に形成された基板認識マークを認識する第１のマーク認識手段と、
前記第１のマーク認識手段の認識結果に基づいて前記基板位置決め部を制御することにより、前記スクリーンマスクに対して前記基板を位置合わせする位置合わせ制御部とを備え、
前記電子部品搭載装置は、前記搭載ヘッドによって電子部品を前記ペーストが印刷された基板の部品搭載位置に搭載する部品搭載機構と、前記基板に形成された基板認識マークを認識する第２のマーク認識手段と、前記第２のマーク認識手段の認識結果に基づいて前記部品搭載機構を制御することにより、前記電子部品を前記部品搭載位置に搭載する搭載制御部とを備え、
さらに前記基板の位置合わせにおいて用いられる参照データであって、前記パターン孔の配列と前記マスク認識マークとの位置関係を示す印刷位置データおよび前記基板における部品実装点の位置と前記基板認識マークとの位置関係を示す実装位置データとを基板品種毎に記憶するデータ記憶部とを備え、
前記位置合わせ制御部は、前記第１のマーク認識手段による基板認識マークの認識結果および実装位置データに基づいて当該基板において前記ペーストを印刷すべき複数の印刷目標位置を求め、次いで前記マスク認識マークの認識結果および前記印刷位置データに基づいて前記複数の印刷目標位置に複数の前記パターン孔が近似的に一致する度合いが所定の条件下で極大となるように前記基板を位置合わせし、
前記搭載制御部は、前記第２のマーク認識手段の認識結果に基づいて前記部品実装点の位置を予め定められた位置補正アルゴリズムに従って補正して前記部品搭載位置を求めることを特徴とする電子部品実装システム。
前記位置合わせ制御部は、前記位置補正アルゴリズムと同様の手法によって前記複数の印刷目標位置を求めることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装システム。
前記部品実装点には、実装される電子部品のサイズおよび種類に応じて異なる搭載位置精度のランクが付されており、前記所定の条件は、搭載位置精度のランクが高い電子部品に対応した前記印刷目標位置に前記パターン孔が一致する度合いがより高くなるように設定されることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装システム。
前記印刷位置データおよび実装位置データは前記スクリーン印刷装置に設けられた記憶部に記憶され、さらに前記実装位置データは前記部品搭載装置に設けられた記憶部に記憶されることを特徴とする請求項１または３のいずれかに記載の電子部品実装システム。
複数の電子部品実装用装置を連結して構成され基板に電子部品を実装して実装基板を製造する電子部品実装システムにおける実装基板の製造方法であって、
前記電子部品実装用装置には、前記基板に形成された電極に部品接合用のペーストを印刷するスクリーン印刷装置と、部品供給部から搭載ヘッドによって電子部品をピックアップし前記ペーストが印刷された基板に搭載する電子部品搭載装置とを含み、
前記スクリーン印刷装置は、前記ペーストが供給されたスクリーンマスク上でスキージを摺動させることにより、前記スクリーンマスクに形成されたパターン孔を介して基板位置決め部に位置決め保持された前記基板にペーストを印刷するスクリーン印刷工程に先立って、前記スクリーンマスクに形成されたマスク認識マークおよび前記基板に形成された基板認識マークを認識する第１のマーク認識工程と、前記第１のマーク認識工程で得られた認識結果に基づいて前記基板位置決め部を制御することにより、前記スクリーンマスクに対して前記基板を位置合わせする位置合わせ制御工程とを実行し、
前記電子部品搭載装置は、前記搭載ヘッドによって電子部品を前記ペーストが印刷された基板の部品搭載位置に搭載する部品搭載工程に先立って、前記基板に形成された基板認識マークを認識する第２のマーク認識工程を実行し、前記部品搭載工程において前記第２のマーク認識工程で得られた認識結果に基づいて前記部品搭載機構を制御することにより、前記電子部品を前記部品搭載位置に搭載し、
さらに前記電子部品実装システムは、前記基板の位置合わせにおいて用いられる参照データであって、前記パターン孔の配列と前記マスク認識マークとの位置関係を示す印刷位置データおよび前記基板における部品実装点の位置と前記基板認識マークとの位置関係を示す実装位置データとを基板品種毎に記憶するデータ記憶部を備え、
前記位置合わせ制御工程において、前記第１のマーク認識工程における基板認識マークの認識結果および実装位置データに基づいて当該基板において前記ペーストを印刷すべき複数の印刷目標位置を求め、次いで前記マスク認識マークの認識結果および前記印刷位置データに基づいて前記複数の印刷目標位置に複数の前記パターン孔が近似的に一致する度合いが所定の条件下で極大となるように前記基板を位置合わせし、
前記部品搭載工程において、前記第２のマーク認識工程における認識結果に基づいて前記部品実装点の位置を予め定められた位置補正アルゴリズムに従って補正して前記部品搭載位置を求めることを特徴とする電子部品実装システムにおける実装基板の製造方法。
前記位置合わせ制御工程において、前記位置補正アルゴリズムと同様の手法によって前記複数の印刷目標位置を求めることを特徴とする請求項５記載の電子部品実装システムにおける実装基板の製造方法。
前記部品実装点には、実装される電子部品のサイズおよび種類に応じて異なる搭載位置精度のランクが付されており、前記所定の条件は、搭載位置精度のランクが高い電子部品に対応した前記印刷目標位置に前記パターン孔が一致する度合いがより高くなるように設定されることを特徴とする請求項５記載の電子部品実装システムにおける実装基板の製造方法。