JP2016058605A

JP2016058605A - 部品実装方法

Info

Publication number: JP2016058605A
Application number: JP2014184957A
Authority: JP
Inventors: 東　雅之; Masayuki Azuma; 雅之東
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-09-11
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2016-04-21

Abstract

【課題】狭隣接実装における生産性の低下を抑制することができる。
【解決手段】狭隣接部品を対象とする部品実装方法において、吸着ノズル９ａの吸着面における部品Ｐの直交方向および回転方向の位置ずれを含む位置ずれ量（Δｘ，Δｙ，Δθ）を測定し、この位置ずれ量に基づいて部品Ｐの搭載位置を補正した場合に吸着ノズル９ａと既実装部品Ｐ＊とが干渉するか否かを判定し、既実装部品Ｐ＊と吸着ノズル９ａとが干渉すると判定されたならば、位置ずれ量のうち直交方向の位置ずれ量（Δｘ，Δｙ）のみに基づいて部品Ｐの搭載位置を補正した場合に、吸着ノズル９ａと既実装部品Ｐ＊とが干渉するか否かをさらに判定し、干渉しないならば回転方向の位置ずれ量Δθを補正対象とせずに部品Ｐを基板３に実装し、回転方向の位置ずれについてはリフロー過程におけるセルフアライメント作用により位置ずれを解消する。
【選択図】図５

Description

本発明は、吸着ノズルにより部品を吸着して基板に実装する部品実装方法に関するものである。

近年携帯型端末など電子機器の小型化に伴い、これらの電子機器に用いられる回路基板における実装部品の微小化・狭隣接化が進展している。このような狭隣接実装の場合には、部品を保持した吸着ノズルを回路基板上に既に実装された部品（以後、既実装部品と称す。）に極めて近接した位置まで移動させる必要があることから、以下に説明するように、既実装部品と吸着ノズルとの干渉に起因する不具合が生じやすい。すなわち、吸着ノズルの吸着面において部品が正規の位置に吸着されてなく、位置ずれした状態にある場合には位置ずれ方向や位置ずれ量などによっては、部品を正しい位置に搭載するための補正動作において吸着ノズルが隣接する既実装部品と干渉する虞がある。

このような干渉を避けるため、従来より、吸着ノズルに保持された状態における位置ずれ量を検出し、検出結果に基づいて当該部品の基板への実装可否を判定することが行われている（例えば特許文献１参照）。この特許文献例に示す先行技術では、検出された位置ずれ量が予め定められた許容値以上である場合には、当該部品の基板への装着を禁止するようにしている。

特開２００４−２０７３７２号公報

しかしながら上述の先行技術を含め、吸着ノズルにおける部品の位置ずれ量の許容値を設定することにより既実装部品と吸着ノズルとの干渉を回避する従来技術においては、許容値の設定如何によっては生産性を低下させる場合があった。すなわち位置ずれの許容値を過度に緩く設定すると、部品搭載動作において吸着ノズルが既実装部品と干渉して、既実装部品の位置ずれなどの不具合が増大する。これに対し、位置ずれの許容値を過度に厳しく設定すると、干渉が実際には発生しないにもかかわらず吸着エラーとなる頻度が増大する。いずれの場合も狭隣接実装における部品実装作業の生産性を低下させる結果となり、新たな対処策が求められていた。

そこで本発明は、狭隣接実装における生産性の低下を抑制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。

本発明の部品実装方法は、吸着ノズルにより部品を吸着して基板に実装する部品実装方法であって、前記吸着ノズルの吸着面における部品の直交方向および回転方向の位置ずれを含む位置ずれ量を測定する工程と、前記位置ずれ量に基づいて部品の搭載位置を補正した場合に、前記吸着ノズルと既実装部品とが干渉するか否かを判定する第１の干渉判定工程と、前記第１の干渉判定工程において既実装部品と干渉すると判定されたならば、前記位置ずれ量のうち回転方向の位置ずれ量を除いた直交方向の位置ずれ量に基づいて部品の搭載位置を補正した場合に、前記吸着ノズルと既実装部品とが干渉するか否かを判定する第２の干渉判定工程とを含み、前記第２の干渉判定工程において既実装部品と干渉しないと判定されたならば、前記直交方向の位置ずれ量に基づいて部品を基板に実装する。

本発明によれば、狭隣接実装における生産性の低下を抑制することができる。

本発明の一実施の形態の部品実装装置の平面図本発明の一実施の形態の部品実装装置の部分断面図本発明の一実施の形態の部品実装装置における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部品実装装置による部品実装動作フローの説明図本発明の一実施の形態の部品実装方法における実装位置補正の説明図本発明の一実施の形態の部品実装方法における半田接合過程の説明図

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、図２を参照して、基板に電子部品を実装する部品実装装置１の構成を説明する。部品実装装置１は、基板に電子部品（以下、単に「部品」と略記する。）を実装する機能を有するものであり、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面を部分的に示している。

図１において基台１ａの中央にはＸ方向（基板搬送方向）に基板搬送機構２が配設されている。基板搬送機構２は上流側から搬入された基板３を搬送し、部品実装作業を実行するために設定された実装ステージに位置決めして保持する。基板搬送機構２の両側方には、部品供給部４が配置されており、それぞれの部品供給部４には複数のテープフィーダ５が並列に装着されている。

テープフィーダ５は、部品を収納したキャリアテープをテープ送り方向、すなわち部品供給部４の外側から基板搬送機構２に向かう方向にピッチ送りすることにより、以下に説明する部品実装機構の実装ヘッドによる部品取り出し位置に部品を供給する。本実施の形態において実装対象となる部品には、基板３において近接した実装位置に隣接して実装されるいわゆる狭隣接部品が含まれている。

基台１ａ上面においてＸ方向の一方側の端部には、リニア駆動機構を備えたＹ軸ビーム７がＹ方向（Ｘ方向と直交する方向）に配設されており、Ｙ軸ビーム７には、同様にリニア駆動機構を備えた２基のＸ軸ビーム８が、Ｙ方向に移動自在に結合されている。２基のＸ軸ビーム８には、それぞれ実装ヘッド９がＸ方向に移動自在に装着されている。

実装ヘッド９は複数の保持ヘッドを備えた多連型ヘッドであり、それぞれの保持ヘッドの下端部には、図２に示すように、部品を吸着して保持し個別に昇降可能な吸着ノズル９ａが装着されている。実装ヘッド９は吸着ノズル９ａを昇降させるＺ軸昇降機構９Ｚおよび吸着ノズル９ａをノズル軸廻りに回転させるθ軸回転機構９θを備えている。

狭隣接実装の対象となる部品が微小部品の場合、吸着ノズル９ａの吸着面のサイズは微小部品よりも大きく、適正位置を吸着保持していても吸着ノズル９ａが部品からはみ出す。このため、微小部品が狭隣接実装される場合には、位置ずれによって既実装部品と吸着ノズル９ａとが干渉する事態が生じやすい。本実施の形態では、吸着ノズル９ａの吸着面における部品の位置ずれ状態に応じて適切な位置ずれ補正を選択的に実行することにより、既実装部品と吸着ノズル９ａとの干渉を防止するようにしている。

Ｙ軸ビーム７、Ｘ軸ビーム８を駆動することにより、実装ヘッド９はＸ方向、Ｙ方向に移動する。これにより２つの実装ヘッド９は、それぞれ対応した部品供給部４のテープフィーダ５の部品取り出し位置から部品を吸着ノズル９ａによって取り出して、基板搬送機構２に位置決めされた基板３の実装点に移送搭載する。Ｙ軸ビーム７、Ｘ軸ビーム８および実装ヘッド９は、部品を保持した実装ヘッド９を移動させることにより、部品を基板３に移送搭載する部品実装機構１０を構成する。

部品供給部４と基板搬送機構２との間には、部品認識カメラ６が配設されている。部品供給部４から部品を取り出した実装ヘッド９が部品認識カメラ６の上方を移動する際に、部品認識カメラ６は実装ヘッド９に保持された状態の部品を撮像して認識する。実装ヘッド９にはＸ軸ビーム８の下面側に位置して、それぞれ実装ヘッド９と一体的に移動する基板認識カメラ１１が装着されている。実装ヘッド９が移動することにより、基板認識カメラ１１は基板搬送機構２に位置決めされた基板３の上方に移動し、基板３を撮像して認識する。

実装ヘッド９による基板３への部品実装動作においては、部品認識カメラ６による部品の認識結果と、基板認識カメラ１１による基板認識結果とを加味して搭載位置補正が行われる。この搭載位置補正では、Ｙ軸ビーム７、Ｘ軸ビーム８によって実装ヘッド９の位置を直交方向であるＸ方向、Ｙ方向に調整することにより、部品Ｐの直交方向の位置ずれを補正するとともに、θ軸回転機構９θによって吸着ノズル９ａを回転させることにより部品Ｐのθ方向，すなわち回転方向の位置ずれを補正することができるようになっている。

図２に示すように、部品供給部４にはフィーダベース１２ａに予め複数のテープフィーダ５が装着された状態の台車１２がセットされる。基台１ａに設けられた固定ベース１ｂに対してフィーダベース１２ａをクランプすることにより、部品供給部４において台車１２の位置が固定される。台車１２には、部品を保持したキャリアテープ１４を巻回状態で収納する供給リール１３が保持されている。供給リール１３から引き出されたキャリアテープ１４は、テープフィーダ５によって吸着ノズル９ａによる部品取り出し位置までピッチ送りされる。

次に、図３を参照して部品実装装置１の制御系の構成を説明する。図３において、制御部２０はＣＰＵ機能を有する処理演算部であり、記憶部２１に記憶された各種のプログラムを実行することにより、以下に説明する各部を制御する。これにより、部品実装装置１における基板搬送作業や部品実装作業に必要な各種の作業・処理が実行される。制御部２０による制御に際しては、記憶部２１に記憶された実装データ２１ａ、部品データ２１ｂ、ノズルデータ２１ｃ，許容値データ２１ｄが参照される。

実装データ２１ａは、実装ヘッド９によって部品供給部４から取り出した部品を基板３に実装する際の実装位置を示す実装座標データや、実装順序を規定する実装シーケンスデータである。部品データ２１ｂは実装される部品を特定するデータであり、部品の種類、形状・サイズデータなどを含む。ノズルデータ２１ｃは、部品の保持に用いられる吸着ノズルの種類や形状・サイズを特定するデータである。許容値データ２１ｄは、部品認識による位置ずれ測定の結果が、部品搭載動作における位置補正の対象とすることが可能な許容範囲であるか否かを判定するためのデータである。

機構駆動部２２は、制御部２０に制御されて基板搬送機構２、Ｘ軸ビーム８、Ｙ軸ビーム７、実装ヘッド９を駆動する。これにより、搬入された基板３の搬送や位置決めが行われ、また位置決めされた基板３を対象とする部品実装作業が実行される。認識処理部２３は基板認識カメラ１１、部品認識カメラ６による撮像結果を認識処理することにより、位置決めされた状態における基板３の位置を認識するとともに、実装ヘッド９に保持された状態における部品Ｐの位置を認識する。

これにより、吸着ノズル９ａの吸着面における部品Ｐの正規吸着位置からの位置ずれ量が測定される。これらの位置ずれ量はＸ方向、Ｙ方向（直交方向）、およびθ方向（回転方向）の位置ずれ量を含んでおり、基板３へ部品Ｐを実装する際の部品搭載動作においては、これらの位置ずれ量に基づいて搭載位置補正が行われる。

次に図４，図５を参照して、部品実装装置１による部品実装動作およびこれら部品実装動作に伴う演算処理について説明する。ここでは、前述のように微小部品を高実装密度で実装する場合などのように、狭隣接部品を対象として吸着ノズル９ａにより部品Ｐを吸着して基板３に実装する場合を示しており、制御部２０が記憶部２１に記憶されたデータを参照して各部を制御することにより実行される。この部品実装動作では、部品認識カメラ６による部品認識結果により測定された位置ずれ量の状態に基づいて、部品搭載時の位置補正形態を適宜選択するようにしている。

部品実装の開始に際しては、まず実装ヘッド９を部品供給部４に移動させて、吸着ノズル９ａによって部品Ｐを吸着する（ＳＴ１）。そして吸着ノズル９ａによって部品Ｐを保持した実装ヘッド９を部品認識カメラ６の上方に移動させて、部品認識を実行する（ＳＴ２）。これにより、図５（ａ）に示す認識画像が取得される。次いで取得された認識画像に基づき、認識処理部２３の認識機能により位置ずれ量の算出が行われる（ＳＴ３）。すなわち、この工程では、吸着ノズル９ａの吸着面における正規吸着位置からの直交方向（Ｘ方向、Ｙ方向）および回転方向（θ方向）の位置ずれを含む位置ずれ量（Δｘ，Δｙ，Δθ）を測定する。

この後、（ＳＴ３）にて測定された位置ずれ量（Δｘ，Δｙ，Δθ）は、部品搭載動作における位置補正の対象とすることが可能な許容範囲であるか否かを、判定する（ＳＴ４）。ここで位置ずれ量が過大で位置補正の対象とすることができないと判断された場合には、部品搭載不可能と判断されてエラー報知がなされる（ＳＴ７）。そして（ＳＴ４）にて位置ずれ量は許容範囲内であると判定された場合には、以下に説明するように当該部品の位置ずれ状態に則し適正な位置補正形態を選択する処理が行われる。

ここでは、（ＳＴ３）にて測定された位置ずれ量（Δｘ，Δｙ，Δθ）に基づいて部品Ｐの搭載位置を補正した場合に、吸着ノズル９ａと既実装部品Ｐ＊とが干渉するか否かを判定する（第１の干渉判定工程）。すなわち直交方向・回転方向の位置ずれ量（Δｘ，Δｙ，Δθ）のいずれも位置ずれの補正対象とすると、吸着ノズル９ａと既実装部品Ｐ＊との干渉が発生するか否かを判断する（ＳＴ５）。

図５（ｂ）は、部品Ｐの部品中心ＰＣが基板３の実装点３ａと一致するように位置合わせするとともに、部品Ｐの部品基準方向を基板３の方向基準線と一致させた状態を示している。この場合には、直交方向・回転方向の位置ずれ量（Δｘ，Δｙ，Δθ）のいずれもが、位置ずれの補正対象となっている。

このような直交方向・回転方向の位置ずれを対象とする位置補正は、既実装部品Ｐ＊が当該部品Ｐに隣接して存在しないか、存在する場合にあっても吸着ノズル９ａとの干渉発生の虞がない間隔で隔てられている場合に適用される。すなわち（ＳＴ５）において、吸着ノズル９ａと既実装部品Ｐ＊との干渉発生が生じない場合には、図５（ｂ）に示す位置補正例のように、直交方向・回転方向のいずれも位置ずれを補正して部品実装する（ＳＴ９）。なお、既実装部品Ｐ＊の存否、吸着ノズル９ａとの間隔は、記憶部２１に記憶された実装データ２１ａを参照することにより取得される。

（ＳＴ５）にて位置ずれ量（Δｘ，Δｙ，Δθ）に基づいて部品Ｐの搭載位置を補正した場合に、第１の干渉判定工程において吸着ノズル９ａが既実装部品Ｐ＊と干渉すると判定されたならば、位置ずれ量（Δｘ，Δｙ，Δθ）のうち回転方向の位置ずれ量Δθを除いた直交方向の位置ずれ量（Δｘ，Δｙ）に基づいて部品Ｐの搭載位置を補正した場合に、吸着ノズル９ａと既実装部品Ｐ＊とが干渉するか否かを判定する（第２の干渉判定工程）。

すなわち図５（ｃ）に示すように、部品Ｐの部品中心ＰＣが基板３の実装点３ａと一致するように位置合わせして直交方向の位置ずれ量（Δｘ，Δｙ）を補正するのみで、回転方向の位置ずれ量Δθは補正しないままにした状態で、吸着ノズル９ａと既実装部品Ｐ＊との干渉を回避可能か否かを判定する（ＳＴ６）。そして第２の干渉判定工程において吸着ノズル９ａと既実装部品Ｐ＊との干渉が回避可能で干渉が発生しないと判定されたならば、直交方向の位置ずれ量（Δｘ，Δｙ）のみに基づいて補正して部品実装を行う（ＳＴ８）。また回転方向の位置ずれ量Δθを補正対象外としてもなお吸着ノズル９ａと既実装部品Ｐ＊との干渉が回避できないと判断されたならば、搭載位置補正は不可能であると判断して、エラー報知を行う（ＳＴ７）。

図５（ｃ）に示す例では、位置補正動作においてノズル軸廻りのθ回転が伴わないことから、吸着ノズル９ａがθ回転によって既実装部品Ｐ＊側に部分的に旋回近接する事態が生じにくい。このため、回転方向の位置ずれ量Δθを補正対象から除外することにより、多くの場合吸着ノズル９ａと既実装部品Ｐ＊との干渉を防止することができる。

上述のように、本実施の形態に示す部品実装方法では、狭隣接部品が実装対象となる場合において、吸着ノズル９ａの吸着面における位置ずれ状態によっては、回転方向の位置ずれ量Δθを補正対象から除外したまま部品Ｐが搭載される事態が予め想定されている。

図６は、このように回転方向の位置ずれ量Δθが補正されないまま基板３に搭載された部品Ｐの半田接合過程における挙動を示すものである。まず図６（ａ）に示すように、基板３において各部品の実装位置を示す実装点３ａの近傍には、部品Ｐの接続用端子Ｐａが接続されるランドＬが形成されている。それぞれのランドＬには前工程にて半田接合用のはんだペーストＳが印刷により供給されている。

図６（ｂ）は、このようにはんだ印刷後のランドＬに、回転方向の位置ずれ量Δθが補正されないままの部品Ｐが搭載された状態を示している。この状態では、部品Ｐの部品中心ＰＣは基板３の実装点３ａと一致するものの、部品Ｐの方向基準線は基板３の方向基準線とは一致しておらず、回転方向の位置ずれ量Δθは依然残留したままとなっている。そしてこの状態で、部品Ｐの接続用端子ＰａはランドＬ上のはんだペーストＳに着地する。

この後部品Ｐが搭載された基板３はリフロー工程に送られて、加熱される。これにより、はんだペーストＳが溶融した後に固化することにより接続用端子ＰａをランドＬに半田接合するはんだ接合部Ｓ＊が形成される。この半田接合過程においては、はんだペーストＳが溶融した溶融はんだの表面張力により接続用端子ＰａをランドＬの中央部に向けて吸い寄せるセルフアライメント作用が働く。このため、リフロー工程前に存在した回転方向の位置ずれ量Δθは、このセルフアライメント作用によってほぼ解消される。

上記説明したように、本実施の形態に示す狭隣接部品を対象とする部品実装方法においては、吸着ノズル９ａにおける部品Ｐの直交方向および回転方向の位置ずれを含む位置ずれ量を測定し、この位置ずれ量に基づいて部品Ｐの搭載位置を補正した場合に吸着ノズル９ａと既実装部品Ｐ＊とが干渉するか否かを判定し、既実装部品Ｐ＊と吸着ノズル９ａとが干渉すると判定されたならば、位置ずれ量のうち直交方向の位置ずれ量のみに基づいて部品Ｐの搭載位置を補正した場合に、吸着ノズル９ａと既実装部品Ｐ＊とが干渉するか否かをさらに判定するようにしている。

そしてこの干渉判定において既実装部品Ｐ＊と干渉しないと判定されたならば、直交方向の位置ずれ量のみに基づいて部品Ｐを基板３に実装し、位置補正の対象とならなかった回転方向の位置ずれについてはリフロー過程におけるセルフアライメント作用により位置ずれを解消するようにしている。

これにより、吸着ノズルにおける部品の位置ずれ量の許容値を設定することにより既実装部品と吸着ノズルとの干渉を回避する従来技術における課題、すなわち許容値の設定適否によって、部品搭載動作において吸着ノズルが既実装部品と干渉して、既実装部品の位置ずれなどの不具合が増大し、または干渉が実際には発生しないにもかかわらず吸着エラーとなる頻度が増大するなどの課題を解決して、生産性の低下抑制することが可能となっている。

本発明の部品実装方法は、狭隣接実装における生産性の低下を抑制することができるという効果を有し、微少部品を高実装密度で実装する狭隣接実装分野において有用である。

１部品実装装置
３基板
３ａ実装点
６部品認識カメラ
９実装ヘッド
９ａ吸着ノズル
Ｓはんだペースト
Ｐ部品
Ｐ＊既実装部品
ＰＣ部品中心
Δｘ，Δｙ，Δθ 位置ずれ量

Claims

吸着ノズルにより部品を吸着して基板に実装する部品実装方法であって、
前記吸着ノズルの吸着面における部品の直交方向および回転方向の位置ずれを含む位置ずれ量を測定する工程と、
前記位置ずれ量に基づいて部品の搭載位置を補正した場合に、前記吸着ノズルと既実装部品とが干渉するか否かを判定する第１の干渉判定工程と、
前記第１の干渉判定工程において既実装部品と干渉すると判定されたならば、前記位置ずれ量のうち回転方向の位置ずれ量を除いた直交方向の位置ずれ量に基づいて部品の搭載位置を補正した場合に、前記吸着ノズルと既実装部品とが干渉するか否かを判定する第２の干渉判定工程とを含み、
前記第２の干渉判定工程において既実装部品と干渉しないと判定されたならば、前記直交方向の位置ずれ量に基づいて部品を基板に実装することを特徴とする部品実装方法。