JP2013118275A

JP2013118275A - 電子部品実装システム及び方法

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Publication number: JP2013118275A
Application number: JP2011264893A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Hiraiwa; 淳平岩; Yujiro Kotaka; 祐次郎小鷹; Toshihiro Uchida; 敏博内田; Koichi Kawai; 耕一河合; Yukihiro Sugimoto; 幸広杉本
Original assignee: MARUWA DENSHI KAGAKU KK; Kojima Press Industry Co Ltd
Current assignee: MARUWA DENSHI KAGAKU KK; Kojima Industries Corp
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2013-06-13
Anticipated expiration: 2031-12-02
Also published as: JP5764482B2

Abstract

【課題】複数種類の基板に同時に電子部品を実装する。
【解決手段】基板５０，５５の両面に電子部品を実装する電子部品実装システム１００であって、パレット７０，７５を搬送するパレット搬送ライン１９，３２と、はんだ塗布装置１４，１５と、電子部品搭載装置１６，１７と、リフロー炉３１と、を含み、基板５０，５５を表向きにセットした一のパレット７０と、前記基板を裏向きにセットした他のパレット７０とを各パレット搬送ライン１９，３２によって並列に搬送させ、前記各パレット搬送ライン１９，３２に設けられた各はんだ塗布装置１４，１５と、各電子部品搭載装置１６，１７と、リフロー炉３１と、によって基板５０，５５の各面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにそれぞれ電子部品を実装する。
【選択図】図５

Description

本発明は、電子部品実装システムの構造及びそのシステムを用いて電子部品を実装する方法に関する。

プリント基板に半導体チップやＬＥＤ等の電子部品を実装する方法としてプリント基板にクリームはんだを塗布し、その上に半導体チップまたはＬＥＤを載置した後、リフロー炉に入れて加熱し、はんだを溶融させてプリント基板の上に電子部品を固定する方法が用いられている。また、基板を搬送しながら、クリームはんだの塗布、電子部品の載置、リフロー加熱を連続的に行うチップ実装装置が用いられるが、ラインを平面状に配置すると設置面積が大きくなってしまうことから、クリームはんだの塗布と電子部品の載置を行うラインと、リフローを行うラインとを上下二階建てにしてそれぞれのラインでプリント基板を反対方向に搬送する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−９６９６０号公報

ところで、チップ実装装置でプリント基板を搬送する場合、多種類のプリント基板を一つの搬送装置で搬送することができるように、プリント基板を一定の大きさのパレットに載せて搬送する方法が用いられる。また、プリント基板の表面と裏面の両面に電子部品を取り付ける場合には、最初に表面を上にしてパレットに載せ、電子部品を基板の表面に取り付けた後、プリント基板を反転させて、裏面を上にしてパレットを載せ、裏面に電子部品を取り付ける方法が用いられることが多い。このように、基板の両面に電子部品を取り付ける場合には、プリント基板を表を上にした状態で載置する表面用開口と、プリント基板の裏面を上にして載置する裏面用開口とを有するパレットを用い、表面を上にした基板と、裏面を上にした基板の２枚の基板を１つのパレットに載せ、表面への電子部品の取り付けと裏面への電子部品の取り付けとを同時に行うことにより、生産効率を向上させることが行われる。この方法は、生産するプリント基板の種類が少なく、生産数が多い場合には特に効率的である。

一方、近年は、ユーザの多様な要求に対応するために、多品種少量生産が行われることが多い。また、基板を取り付ける製品の生産状況に応じてその製品に適合した種類の基板を提供することができるよう、様々な製品に対応した基板を混ぜて生産する場合がある。パレットの開口は基板の種類によって異なるため、違う種類の基板を製造する場合には、パレットを交換する必要があるが、搬送装置が１つしかない場合には、搬送装置の中に入っているパレットをすべて排出して１つの種類のロットの基板への電子部品の実装を終了させてから、次の種類のパレットに次の種類の基板をセットして電子部品の実装を行うことが必要で、電子部品を実装する基板の種類を変更するためのロスが多く、複数種類の基板への電子部品の実装を同時に行うことが難しかった。

本発明は、複数種類の基板に同時に電子部品を実装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、電子部品実装システム基板の両面に電子部品を実装する電子部品実装システムであって、共通の開口に前記基板を表向き又は裏向きのいずれの向きにもセットできるパレットと、前記パレットを搬送する複数のパレット搬送ラインと、前記各パレット搬送ラインに設けられ、前記基板の表面又は裏面にクリームはんだを塗布するはんだ塗布装置と、前記はんだ塗布装置の下流側の各パレット搬送ラインに設けられ、前記基板の表面又は裏面に電子部品を搭載する電子部品搭載装置と、前記電子部品搭載装置の下流側の各パレット搬送ラインに設けられ、前記電子部品が搭載された前記基板を加熱するリフロー炉と、を含み、前記基板を表向きにセットした一のパレットと、前記基板を裏向きにセットした他のパレットとを各パレット搬送ラインによって並列に搬送させ、前記各ラインに設けられた前記各はんだ塗布装置と、前記各電子部品搭載装置と、前記リフロー炉とによって前記基板の各面にそれぞれ電子部品を実装すること、を特徴とする。

本発明の電子部品実装方法は、共通の開口に基板を表向き又は裏向きのいずれの向きにもセットできるパレットと、前記パレットを搬送する複数のパレット搬送ラインと、前記各パレット搬送ラインに設けられ、前記基板の表面又は裏面にクリームはんだを塗布するはんだ塗布装置と、前記はんだ塗布装置の下流側の各パレット搬送ラインに設けられ、前記基板の表面又は裏面に電子部品を搭載する電子部品搭載装置と、前記電子部品搭載装置の下流側の各パレット搬送ラインに設けられ、前記電子部品が搭載された前記基板を加熱するリフロー炉と、を含む電子部品実装システムを用いて前記基板の両面に電子部品を実装する電子部品実装方法であって、一の前記パレットに前記基板を表向きにセットし、他の前記パレットに前記基板を裏向きにセットし、前記各パレットを各パレット搬送ラインによって並列に搬送させ、前記各ラインに設けられた前記各はんだ塗布装置と、前記各電子部品搭載装置と、前記リフロー炉とによって前記基板の各面にそれぞれ電子部品を実装すること、を特徴とする。

本発明は、複数種類の基板に同時に電子部品を実装することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態における電子部品実装システムの構成を示す斜視図である。本発明の実施形態における電子部品実装システムの上部ユニットを示す斜視図である。本発明の実施形態における電子部品実装システムの下部ユニットを示す斜視図である。本発明の実施形態における電子部品実装システムに用いられるパレットを示す平面図と側断面図である。本発明の実施形態における電子部品実装システムにより電子部品を実装する工程を示す説明図である。本発明の実施形態における電子部品実装システムにおいて、基板を変更する工程を示す説明図である。本発明の実施形態における電子部品実装システムにおいて、基板の混流工程を示す説明図である。本発明の実施形態における電子部品実装システムにおいて、基板の変更が完了した状態を示す説明図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１に示すように、本発明の実施形態の電子部品実装システム１００は、内部にはんだ塗布装置と電子部品搭載装置を含む上部ユニット１０と、内部にリフロー炉を含む下部ユニット３０とを含んでいる。上部ユニット１０には、電子部品の実装を行うプリント基板５０を供給する基板供給口１１と、両面に電子部品の実装が終了した実装済プリント基板６０を払い出す基板払い出し口１２と、各基板５０，６０を搬送するパレット７０の供給、排出を行うパレット出し入れ口１３が設けられている。

図２に示すように、上部ユニット１０は、内部にパレット７０を搬送する２列のパレット搬送ライン１９と、パレット７０に載置されているプリント基板５０の裏面Ｂあるいは表面Ａの表面にクリームはんだを塗布するはんだ塗布装置１４，１５と、パレット７０に載置されているプリント基板５０の裏面Ｂあるいは表面Ａの表面にそれぞれ電子部品を搭載する電子部品搭載装置１６，１７と、パレット７０を上部ユニット１０から下部ユニット３０に下ろす降下エレベータ１８と、パレット７０を下部ユニット３０から上部ユニット１０に上げる上昇エレベータ２１と、パレット７０あるいはプリント基板５０または実装済プリント基板６０を把持して所定の位置に移動させるロボットアーム２０を含んでいる。

図３に示すように、下部ユニット３０は、パレット７０を上部ユニット１０から下ろす降下エレベータ１８と、パレット７０を上部ユニット１０に上げる上昇エレベータ２１と、内部にパレット７０を搬送する２列のパレット搬送ライン３２と、電子部品が搭載されたプリント基板５０を加熱してはんだを溶かした後、冷却して搭載された電子部品をプリント基板５０にはんだ付けするリフロー炉３１とを含んでいる。

図２に示すように、上部ユニット１０のパレット搬送ライン１９は、両側と中央に配置され、パレット７０に移動をガイドする直線状のガイドレール１９ａ〜１９ｃと、ガイドレール１９ａと１９ｂとの間、及びガイドレール１９ｂ，１９ｃとの間に配置され、パレット７０を移動させる駆動機構１９ｄ，１９ｅとを含んでいる。ガイドレール１９ａ、１９ｂと駆動機構１９ｄは裏面Ｂを上にプリント基板５０が載置されたパレット７０を搬送する１本の搬送ラインを構成し、ガイドレール１９ｂ、１９ｃと駆動機構１９ｅは表面Ａを上にプリント基板５０が載置されたパレット７０を搬送するもう１本の搬送ラインを構成する。したがって、上部ユニット１０は２本のパレット搬送ライン１９を備えている。同様に下部ユニット３０のパレット搬送ライン３２は、両側と中央に配置され、パレット７０に移動をガイドする直線状のガイドレール３２ａ〜３２ｃと、ガイドレール３２ａと３２ｂとの間、及びガイドレール３２ｂ，３２ｃとの間に配置され、パレット７０を移動させる駆動機構３２ｄ，３２ｅとを含んでいる。ガイドレール３２ａ、３２ｂと駆動機構３２ｄは裏面Ｂを上にプリント基板５０が載置されたパレット７０を搬送する１本の搬送ラインを構成し、ガイドレール３２ｂ、３２ｃと駆動機構３２ｅは表面Ａを上にプリント基板５０が載置されたパレット７０を搬送するもう１本の搬送ラインを構成する。したがって、下部ユニット３０も２本のパレット搬送ライン３２を備えている。

上部ユニット１０の２本のパレット搬送ライン１９は、プリント基板５０、パレット７０の供給、排出あるいは払い出しを行う側から降下エレベータ１８に向かってパレット７０を搬送し、下部ユニット３０の２本のパレット搬送ライン３２は、降下エレベータ１８から上昇エレベータ２１の側に向かってパレット７０を搬送するよう構成されている。また、上昇エレベータ２１は、パレット出し入れ口１３と上部、下部の各パレット搬送ライン１９，３２との間に配置されている。降下エレベータ１８は、上部、下部ユニット１０，３０の各パレット搬送ライン１９，３２を構成する各ガイドレール１９ａ〜１９ｃ、３２ａ〜３２ｃと直列になるように配置されるガイドレール１８ａ〜１８ｃによって各パレット搬送ライン１９からパレット７０を受けとり、ガイドレール１８ａ〜１８ｃを上下に移動させることによってパレット７０を上部ユニット１０から下部ユニット３０に降下させ、ガイドレール１８ａ〜１８ｃの上に載置されたパレット７０を下部ユニット３０のパレット搬送ライン３２に受け渡す。同様に、上昇エレベータ２１は、上部、下部ユニット１０，３０の各パレット搬送ライン１９，３２を構成する各ガイドレール１９ａ〜１９ｃ、３２ａ〜３２ｃと直列になるように配置されるガイドレール２１ａ〜２１ｃによって各パレット搬送ライン３２からパレット７０を受けとり、ガイドレール２１ａ〜２１ｃを上下に移動させることによってパレット７０を下部ユニット３０から上部ユニット１０に上昇させる。また、上昇位置においてガイドレール２１ａ〜２１ｃの上に載置されたパレット７０は上部ユニット１０のパレット搬送ライン１９に受け渡される。

図２に示すように、プリント基板５０の裏面Ｂにクリームはんだを塗布するはんだ塗布装置１４とプリント基板５０の表面Ａにクリームはんだを塗布するはんだ塗布装置１５とは２本のパレット搬送ライン１９の上にパレット７０の搬送方向に並んで配置されている。ただし、各はんだ塗布装置１４，１５のはんだ塗布口は、それぞれ、ガイドレール１９ａ，１９ｂ及びガイドレール１９ｂ，１９ｃの間となるように配置されている。また、プリント基板５０の裏面Ｂに電子部品を搭載する電子部品搭載装置１６は、ガイドレール１９ａ，１９ｂにまたがって配置され、プリント基板５０の表面Ａに電子部品を搭載する電子部品搭載装置１７は、ガイドレール１９ｂ，１９ｃにまたがって配置されている。つまり、各電子部品搭載装置１６，１７はパレット搬送ライン１９に沿って並列に配置されている。

図３に示すように、リフロー炉３１は下部ユニット３０に配置された２本のパレット搬送ライン３２の上にまたがるように配置されている。リフロー炉３１の内部は加熱温度が異なる複数の炉室に分割され、上昇エレベータ２１側（リフロー炉３１の出口側）にはプリント基板５０を冷却して溶融したはんだを固める冷却器が組み込まれている。

図４に示すように、本実施形態の電子部品実装システム１００に用いられるプリント基板５０を載置するパレット７０は、四角い平板７１の両側に図２，３に示したガイドレール１９ａ〜１９ｃ、３２ａ〜３２ｃによってガイドされる突部７２が設けられたもので、平板７１には、プリント基板５０の周縁が載置される段部７４が設けられ、段部７４の内側は開口７３となっている。本実施形態では、プリント基板５０は、左右対称となっているので、裏面Ｂを上側にしても表面Ａを上側にしても図４（ａ）に示す段部７４にはまり込むことができる。また、開口７３は、電子部品が取り付けられた面が下側、電子部品が取り付けられていない面が上側となるように、プリント基板５０を載置できる大きさとなっている。

次に図５から図８を参照して、以上のように構成された電子部品実装システム１００によってプリント基板５０に電子部品を搭載し、はんだによって固定する工程について説明する。

図５に示すように、図２に示す上部ユニット１０の基板供給口１１から裏面Ｂを上側にしたプリント基板５０が上部ユニット１０の内部に供給される。また、図２に示すパレット出し入れ口１３からパレット７０が上部ユニット１０の内部に搬入される。上部ユニット１０に搬入されたパレット７０は、ロボットアーム２０によって上昇位置にある上昇エレベータ２１のガイドレール２１ａ，２１ｂに載せられる。そして、ガイドレール２１ａ，２１ｂの上に載せられたパレット７０の段部７４に裏面Ｂを上側にしてプリント基板５０が載置される。

図５、図２に示すように、プリント基板５０が載置されたパレット７０は、パレット搬送ライン１９によって搬送されながら、はんだ塗布装置１４によって裏面Ｂにクリームはんだが塗布され、電子部品搭載装置１６によって裏面Ｂに電子部品が搭載される。電子部品が裏面Ｂに搭載されたプリント基板５０は、パレット搬送ライン１９から降下エレベータ１８に受け渡され、降下エレベータ１８によって上部ユニット１０から下部ユニットに降下する。下部ユニット３０に降下したパレット７０は、降下エレベータ１８から下部ユニット３０のパレット搬送ライン３２に受け渡され、パレット搬送ライン３２によって上部ユニット１０のパレット搬送ライン１９とは反対方向に搬送され、リフロー炉３１の中に入る。リフロー炉３１の中で加熱されるとプリント基板５０に塗布されたクリームはんだが溶融し、電子部品とプリント基板５０との間に入る、そして、リフロー炉３１の出口部に配置された冷却器によってプリント基板５０が冷却されると、溶融していたはんだが固まり、電子部品がプリント基板５０の裏面Ｂに固定される。図３、図５に示すように、リフロー炉３１を出たパレット７０は、上昇エレベータ２１に受け渡され、上昇エレベータ２１によって上部ユニット１０まで上昇する。

図５に示すように、ロボットアーム２０は、上昇位置まで上昇したパレット７０に載置されているプリント基板５０をつかんで反転させ、表面Ａを上にして隣の上昇エレベータ２１のガイドレール２１ｂ，２１ｃに載せられた別のパレット７０の上に載置される。パレット７０は、裏面Ｂを上にしたプリント基板５０を搬送するパレット搬送ライン１９に平行するもう１本のパレット搬送ライン１９の上を降下エレベータ１８に向かって搬送され、搬送中にはんだ塗布装置１５によって表面Ａにクリームはんだが塗布され、電子部品搭載装置１７によって電子部品が搭載される。そして、降下エレベータ１８によって下部ユニット３０に降下し、下部ユニット３０のもう１本のパレット搬送ライン３２によってリフロー炉３１に入る。リフロー炉３１によって加熱、冷却され、はんだによって電子部品が表面Ａに固定されたプリント基板５０は、上昇エレベータ２１によって上昇位置まで上昇する。

上昇してきたプリント基板５０は裏面Ｂと表面Ａの両面それぞれに電子部品の実装が終了して実装済プリント基板６０となっている。実装済プリント基板６０は、ロボットアーム２０によって上部ユニット１０の基板払い出し口１２から外部に搬出される。上記のように、本実施形態の電子部品実装システムは、プリント基板５０の裏面Ｂと表面Ａとを各搬送ライン１９，３２によって並列して搬送させながら、裏面Ｂと表面Ａとにそれぞれ電子部品を実装することができる。

次に、図６を参照しながら電子部品を実装するプリント基板５０を別の種類のプリント基板５５に変更する工程について説明する。図５を参照して説明した装置と同様の装置については、同様の符号を付して説明を省略する。

別の種類のプリント基板５５は、別の種類のパレット７５によって搬送される。パレット７５の外形寸法はパレット７０と同様であり、パレット搬送ライン１９，３２及び上昇、降下エレベータ２１，１８によって搬送及び上昇、降下される。図６に示すように、別の種類のプリント基板５５は、裏面Ｃを上にして上部ユニット１０に供給され、ロボットアーム２０によって別の種類のパレット７５の上に載置される。その際、先に実装工程を行ってしたプリント基板５０が載置されたパレット７０は、降下エレベータ１８の上に位置している。また、下部ユニット３０のパレット搬送ライン３２ならびに、プリント基板５０の表面Ａに電子部品を実装するためのパレット搬送ライン１９，３２には、表面Ａが上向きに載置されたパレット７０が残っている。

図７に示すように、パレット搬送ライン１９が別の種類のパレット７５を搬送させて、はんだ塗布装置１４、電子部品搭載装置１６によって裏面Ｃにクリームはんだの塗布と電子部品の搭載を行い、降下エレベータ１８によって下部ユニット３０に降下させてリフロー炉３１を通過させ、別のプリント基板５５の裏面Ｃに電子部品を実装し、上昇エレベータ２１によってパレット７５を上昇位置まで上昇させる。そして、裏面Ｃへの電子部品の実装が終了したプリント基板５５はロボットアーム２０によって反転させられ、上昇エレベータ２１に載せられた別の種類のパレット７５の上に表面Ｄを上にして載置される。この際、先に実装工程を行っていたプリント基板５０が載置されたパレット７０は、表面Ａへの電子部品の実装を行うパレット搬送ライン１９に直列に配置される降下エレベータ１８の上に載っている。

上記のように、図７に示す状態では、先に実装工程を行ったプリント基板５０と次の種類のプリント基板５５が混在した状態でパレット搬送ライン１９，３２の上を搬送されながら電子部品の実装が行われる。

そして、先に実装を行っていたすべてのプリント基板５０の裏面Ｂ、表面Ａへの電子部品の実装が終了し、実装済プリント基板６０として基板払い出し口１２から外部に搬出されると、図８に示す様に、電子部品実装システム１００の中は次の種類のプリント基板５５に置き換わり、次の種類の実装済プリント基板６５が基板払い出し口１２から外部に搬出される。

以上説明したように、本実施形態は、複数種類のプリント基板５０，５５に同時に電子部品を実装することができ、基板の種類を変更するためのロスが少なく、多種類の基板への電子部品の実装を効率的に行うことができる。

本実施形態では、リフロー炉３１は、裏面Ｂと表面Ａとを同じ炉室で加熱することとして説明したが、裏面Ｂと表面Ａとを別の炉室によって加熱するように構成してもよい。また、本実施形態では、はんだ塗布装置１４，１５と、電子部品搭載装置１６，１７とを含む上部ユニット１０とリフロー炉３１を含む下部ユニット３０を含む構成として説明したが、一つの平面上に、はんだ塗布装置１４，１５と電子部品搭載装置１６，１７とリフロー炉３１とを配置するように構成してもよい。

１０上部ユニット、１１基板供給口、１２基板払い出し口、１３パレット出し入れ口、１４，１５はんだ塗布装置、１６，１７電子部品搭載装置、１８降下エレベータ、１８ａ-１８ｃ，１９ａ-１９ｃ，２１ａ-２１ｃ，３２ａ-３２ｃガイドレール、１９，３２パレット搬送ライン、１９ｄ，１９ｅ，３２ｄ，３２ｅ駆動機構、２０ロボットアーム、２１上昇エレベータ、３０下部ユニット、３１リフロー炉、５０，５５プリント基板、６０，６５実装済プリント基板、７０，７５パレット、７１平板、７２突部、７３開口、７４段部、１００電子部品実装システム。

Claims

基板の両面に電子部品を実装する電子部品実装システムであって、
共通の開口に前記基板を表向き又は裏向きのいずれの向きにもセットできるパレットと、
前記パレットを搬送する複数のパレット搬送ラインと、
前記各パレット搬送ラインに設けられ、前記基板の表面又は裏面にクリームはんだを塗布するはんだ塗布装置と、
前記はんだ塗布装置の下流側の各パレット搬送ラインに設けられ、前記基板の表面又は裏面に電子部品を搭載する電子部品搭載装置と、
前記電子部品搭載装置の下流側の各パレット搬送ラインに設けられ、前記電子部品が搭載された前記基板を加熱するリフロー炉と、を含み、
前記基板を表向きにセットした一のパレットと、前記基板を裏向きにセットした他のパレットとを各パレット搬送ラインによって並列に搬送させ、前記各ラインに設けられた前記各はんだ塗布装置と、前記各電子部品搭載装置と、前記リフロー炉とによって前記基板の各面にそれぞれ電子部品を実装すること、
を特徴とする電子部品実装システム。
共通の開口に基板を表向き又は裏向きのいずれの向きにもセットできるパレットと、前記パレットを搬送する複数のパレット搬送ラインと、前記各パレット搬送ラインに設けられ、前記基板の表面又は裏面にクリームはんだを塗布するはんだ塗布装置と、前記はんだ塗布装置の下流側の各パレット搬送ラインに設けられ、前記基板の表面又は裏面に電子部品を搭載する電子部品搭載装置と、前記電子部品搭載装置の下流側の各パレット搬送ラインに設けられ、前記電子部品が搭載された前記基板を加熱するリフロー炉と、を含む電子部品実装システムを用いて前記基板の両面に電子部品を実装する電子部品実装方法であって、
一の前記パレットに前記基板を表向きにセットし、
他の前記パレットに前記基板を裏向きにセットし、
前記各パレットを各パレット搬送ラインによって並列に搬送させ、前記各ラインに設けられた前記各はんだ塗布装置と、前記各電子部品搭載装置と、前記リフロー炉とによって前記基板の各面にそれぞれ電子部品を実装すること、
を特徴とする電子部品実装方法。