JP3680330B2 - クリームはんだ印刷による表面実装システム - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はプリント配線板上にクリームはんだを印刷塗布し、その上に電子部品を搭載して仮止めした後、加熱固着せしめる表面実装システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の製造分野では、この種の表面実装システムを用いたプリント配線板の実装が盛んに取り入れられている。
【０００３】
図３はクリームはんだ印刷による表面実装方法を用いた従来のはんだシステムの一例を示す概略構成配置図である。
図３において、このシステムは、基板供給装置１と、クリームはんだ印刷機２、接続コンベア３、高速チップ搭載機４、接続コンベア５、汎用異形チップ搭載機６、リフロー炉７、及び基板収納装置８とで構成されている。
【０００４】
次に、この実装システムでの処理動作を説明する。まず、基板供給装置１に投入されたプリント配線板は、基板供給装置１内の図示せぬ搬送ベルトに乗せられてクリームはんだ印刷機２まで搬送され、このクリームはんだ印刷機２内でクリームはんだが図示せぬスクリーンを介して所定の位置に印刷される。
次いで、接続コンベア３により高速チップ搭載機４へと送られ、プリント配線板上に微小のチップが搭載され、クリームはんだにより仮止めされる。
その後、接続コンベア５により汎用異形チップ搭載機６へと送られ、ここでＩＣや大型部品等が搭載される。
また、汎用異形チップ搭載機６からはリフロー炉７へと送られ、このリフロー炉７内でリフローはんだ付けが行われて、各部品がプリント配線板に固着され、これにより部品が実装されたプリント配線板が形成される。さらに、この後は基板収納装置８へと送られて収納される。
【０００５】
図４は、クリームはんだ印刷機２と高速チップ搭載機４の従来におけるタイムチャートの一例を示したものである。
図４のタイムチャートにおいて、符号PＴL，PＴP，PＴU，IＴ，IＴW，CＴL，CＴM，CＴUは、それぞれ次の時間を表している。
PＴLは、クリームはんだ印刷機２に搬送されたプリント配線板を、このクリームはんだ印刷機２で「はんだ印刷位置」まで搬送するのに要する基板ローディング用の時間。
PＴPは、クリームはんだ印刷機２でプリント配線板上にクリームはんだを印刷するのに要する印刷所要時間。
PＴUは、印刷の済んだプリント配線板が「はんだ印刷位置」から接続コンベア３上に排出されるまでに要するアンローディング時間。
IＴは、クリームはんだ印刷機２より排出されて来たプリント配線板が接続コンベア３の「排出位置」に到達するまでに要する搬送時間。
IＴWは、接続コンベア３の「排出位置」に排出されて来たプリント配線板が高速チップ搭載機４上に移動されるまでの間、その「排出位置」にストックされて待機している間の時間。
CＴLは、接続コンベアの「排出位置」より取り出されたプリント配線板を、この高速チップ搭載機４で部品を搭載する「部品搭載位置」まで搬送するのに要する基板ローディング用の時間。
CＴMは、高速チップ搭載機４の「部品搭載位置」でプリント配線板上に所定の部品を搭載するのに要する部品搭載時間。CＴUは、所定の部品の搭載が済んだプリント配線板が「部品搭載位置」から接続コンベア５上に排出されるまでに要するアンローディング時間。
また、符号（丸数字）１，２，３，４，５，６は、順次投入されたプリント配線板の番号を示している。
【０００６】
すなわち、図４のタイムチャートを見ると、接続コンベア３の「排出位置」に排出されて来た２番目のプリント配線板は、１番目のプリント配線板が高速チップ搭載機４の「部品搭載位置」から接続コンベア５上に排出されるまでの時間IＴWだけ接続コンベア３の「排出位置」で待機することになる。その後、２番目のプリント配線板が高速チップ搭載機４で処理されている間に、３番目と４番目のプリント配線板がクリームはんだ印刷機２で印刷され、接続コンベア３の「排出位置」には２枚のプリント配線板が待機することになる。さらに、３番目のプリント配線板に部品搭載の処理が行われているときには、接続コンベア３の排出位置に４，５，６番目のプリント配線板が待機することになり、次々と印刷処理済みのプリント配線板が溜まって行くことになり、この数が接続コンベア３の「排出位置」におけるバッファを越えるとクリームはんだ印刷機は動作を一時停止させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の表面実装システムでは、印刷処理済みのプリント配線板が溜まり、この数が接続コンベア３の「排出位置」におけるバッファを越えると、クリームはんだ印刷機は印刷済みプリント配線板の排出待ちとなり停止待機する。従って、クリームはんだ印刷機２でプリント配線板上にクリームはんだが印刷されてから、高速チップ搭載機４や汎用異形チップ搭載機６でプリント配線板上に部品が搭載されるまでに、部品によって処理時間の違いが生じ、品質の均一化が難しいと言う問題点があった。特に、今日では実装密度も高くなり、プリント配線板上には多くの部品が搭載されるようになった。この場合、工程時間においてはクリームはんだの印刷時間は変化しないが、部品搭載においては搭載機のスピード等が改善されても自ずと限界が見られる。具体的には、クリームはんだ印刷機２における印刷工程での所要時間は約３０秒程度であるが、高密度の実装の場合では、最初の部品が搭載されてから最後の部品が搭載されるまでの間に１〜２分程度の差が生じる。また、クリームはんだ印刷機２と高速チップ搭載機４の中間にある接続コンベア３の上には、プリント配線板が数分間以上放置なされることになる。
【０００８】
さらに、高速チップ搭載機２や汎用異形チップ搭載機６での搭載部品切れ等が生じたような場合には機械の停止等もあり、印刷済みのプリント配線板の放置がさらに長時間となってしまうことも少なくない。加えて、高密度実装の場合には自ずと狭ピッチにせざるを得ないが、狭ピッチになるに従いはんだ粒子径も小さくなり、はんだの酸化が加速される。このため、印刷済みのプリント配線板を長時間放置しておくことは望ましくなく、品質の低下が問題となっている。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は印刷済みのプリント配線板が放置されている時間を少なくして品質の向上を図ることが可能なクリームはんだ印刷による表面実装システムを提供することにある。さらに、他の目的は、以下に説明する内容の中で順次明らかにして行く。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明にあっては、プリント配線板上にクリームはんだを印刷塗布し、その上に電子部品を搭載して仮止めした後、加熱固着せしめる表面実装システムにおいて、前記プリント配線板を順に搬送する基板供給手段と、前記基板供給手段より送られてくる前記プリント配線板上にクリームはんだを印刷塗布するための印刷手段と、前記クリームはんだの印刷が完了した前記プリント配線板上に前記電子部品を搭載するための部品搭載手段と、前記印刷手段で印刷が完了した前記プリント配線板を前記部品搭載手段まで搬送する搬送手段と、前記部品搭載手段による部品の搭載時間 CTM を CTM1 および CTM2 に２分割するとともに、時間 CTM2 について次式（ａ）を満足するように予め算出しておき、実運転において前記 CTM2 の開始時刻に来たとき、次のプリント配線板用として前記印刷手段へ印刷開始の実行指令を送る制御部とを備えていることを特徴としている。
C Ｔ M2 ＋ C Ｔ U ＝ P Ｔ P ＋ P Ｔ U ＋ I Ｔ ・・・・・・・・式（ａ）
ここで、 C Ｔ U は部品の搭載が済んだプリント配線板が「部品搭載位置」から排出されるまでに要するアンローディング時間、 P Ｔ P は印刷手段でプリント配線板上にクリームはんだを印刷するのに要する印刷時間、 P Ｔ U は印刷の済んだプリント配線板が「はんだ印刷位置」から搬送手段で排出されるまでに要するアンローディング時間、 I Ｔは印刷手段より排出されて来たプリント配線板が搬送手段の「排出位置」に到達するまでに要する搬送時間である。
【００１１】
【作用】
これによれば、クリームはんだ印刷手段による印刷開始の実行指令を送出する手段の制御の下で、クリーム半田が印刷塗布された最新のプリント配線板を、部品を搭載する位置に逐次供給することができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明のクリームはんだ印刷による表面実装システムの一例を示す概略構成ブロック図である。図１において図３と同一符号を付したものは図３と同一のものを示している。そして、本発明を実施するにあたって、そのハード構成自体は図３に示したハード構成と同じであり、従来と大きく異なる点は制御部（ＣＰＵ）での制御方法にある。
【００１３】
図１において、このシステムは、基板供給装置１と、クリームはんだ印刷機２、接続コンベア３、高速チップ搭載機４、接続コンベア５、汎用異形チップ搭載機６、リフロー炉７、及び基板収納装置８とで構成されており、これらは制御部（ＣＰＵ）９により、この制御部９内に予めプログラムされている決められた手順に従って処理される。
【００１４】
そして、この表面実装システムでの処理動作は、まず基板供給装置１に投入されたプリント配線板が、基板供給装置１内の図示せぬ搬送ベルトに乗ってクリームはんだ印刷機２に搬送され、このクリームはんだ印刷機２内でクリームはんだが図示せぬスクリーンを介して所定の位置に印刷される。
次いで、接続コンベア３により高速チップ搭載機４へと送られ、ここでプリント配線板上に微小のチップが搭載され、クリームはんだにより仮止めされる。
その後、接続コンベア５によつて汎用異形チップ搭載機６へと送られ、ここでＩＣや大型部品等が搭載される。
また、汎用異形チップ搭載機６からはリフロー炉７へと送られ、このリフロー炉７内でリフローはんだ付けが行われて、各部品がプリント配線板に固着される。すると、部品が実装されたプリント配線板が形成され、その後は基板収納装置８へと送られて収納されるもので、このプリント配線板の基本的な流れは、従来と同じである。そして、従来のシステムと本発明のシステムとで大きく異なる点は、搬送方法にある。これについて、図２のタイムチャートを用いて詳細に説明する。
【００１５】
図２に示すタイムチャートは、図４に示した従来システムの場合のタイムチャートと同様に、クリームはんだ印刷機２と高速チップ搭載機４の部分におけるタイムチャートを示したものである。
また、図２のタイムチャートにおいて、符号PＴL，PＴW，PＴP，PＴU，IＴ，CＴL，CＴM，CＴUは、図４に示したタイムチャートの場合と同様にそれぞれ次の時間を表している。
PＴLは、クリームはんだ印刷機２に搬送されたプリント配線板を、このクリームはんだ印刷機２で「はんだ印刷位置」まで搬送するのに要する基板ローディング用の時間。
PＴWは「はんだ印刷位置」でプリント配線板にはんだが開始されるまでに要する印刷待ち時間。
PＴPは、クリームはんだ印刷機２でプリント配線板上にクリームはんだを印刷するのに要する印刷所要時間。
PＴUは、印刷の済んだプリント配線板が「はんだ印刷位置」から接続コンベア３上に排出されるまでに要するアンローディング時間。
IＴは、クリームはんだ印刷機２より排出されて来たプリント配線板が接続コンベア３の「排出位置」に到達するまでに要する搬送時間。
CＴLは、接続コンベアの「排出位置」より取り出されたプリント配線板を、この高速チップ搭載機４で部品を搭載する「部品搭載位置」まで搬送するのに要する基板ローディング用の時間。
CＴMは、高速チップ搭載機４の「部品搭載位置」でプリント配線板上に所定の部品を搭載するのに要する部品搭載時間。
CＴUは、所定の部品の搭載が済んだプリント配線板が「部品搭載位置」から接続コンベア５上に排出されるまでに要するアンローディング時間。
また、符号（丸数字）１，２，３，４は、順次投入されたプリント配線板の番号を示している。
【００１６】
そして、図２のタイムチャートにおいて、ここでは、部品の搭載時間CＴMを２分割し、時間CＴM1と時間CＴM2にしている。また、高速チップ搭載機４は次式（ａ）を略満足するように、時間CＴM2を予めシミュレーションモードにて計算して求めておく。
【００１７】
CＴM2＋CＴU＝PＴP＋PＴU＋IＴ …（ａ）
【００１８】
そして、実運転中に部品搭載のステップがCＴM2時間の開始時刻に来たとき、クリームはんだ印刷機２への印刷開始の実行指令を制御部９より送出する。すると、２番目のプリント配線板にて明らかのように、クリームはんだ印刷機２はローディング完了後、PＴPの開始時刻まで待機するようになっている。また、高速チップ搭載機４が１番目のプリント配線板の処理が終了して、このプリント配線板をアンロードすると、これと同時に２番目のプリント配線板が高速チップ搭載機４にローディングされ、部品搭載が開始される。このように、２番目以降のプリント配線板は、印刷されたプリント配線板が接続コンベア上に溜まってしまうと言うことがなく、逐次最新の印刷済みのプリント配線板が高速チップ搭載機４に搭載されることになる。
【００１９】
したがって、この実施例の方法によれば、クリームはんだ印刷機２から高速チップ搭載機４との間にプリント配線板を溜めることなく処理して行くことができ、処理の流れがスムースになってはんだの酸化を最小限に抑えることができるとともに、クリームはんだの印刷から部品の搭載が終わるまでの時間を略一定にすることができ、品質の均一化が可能になる。
また、例えCＴM2時間中に、高速チップ搭載機４が部品切れ等で停止しても、さらなる次のプリント配線板の印刷は行われないので、一枚のプリント配線板のみが待機することになり、その後のプリント配線板の印刷状態の劣化を未然に防ぐこともできる。
さらに、高速チップ搭載機４において、比較的長時間のメンテナンス等により停止した場合にも、同様に次の印刷は行われないので、その後のプリント配線板の印刷を停止でき、無駄を防止することができる。
【００２０】
なお、上記実施例では、制御部９内に組み込まれたプログラムに従って制御する場合について説明したが、実装システムを統合監視する上位ホストコンピュータのリモート指令によって制御するようにしても良いものである。
また、上記実施例では、クリームはんだ印刷機２と高速チップ搭載機４との関係で説明したが、システムの形態によっては高速チップ搭載機４を無くして、直ちに汎用異形搭載機６につながる場合もあるが、この場合でも同様の考え方により実現可能である。
さらに、印刷開始のタイミングが一定周期になり得るのであれば、クリーム半田印刷機２にインターバルタイマを設けておき、このインターバルタイマで時間PＴWを設定して印刷タイミングを制御することも可能である。この場合では、高速チップ搭載機４より印刷実行指令を送る必要は無く、容易に実現できる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、クリームはんだ印刷手段による印刷開始の実行指令を送出する手段の制御の下で、クリーム半田が印刷塗布された直後のプリント配線板を、部品を搭載する位置に逐次供給することができるので、途中の位置にプリント配線板を溜めることなく順次処理することができ、処理の流れがスムースになってはんだの酸化を最小限に抑えることができる。また、クリームはんだの印刷から部品の搭載が終わるまでの時間を略一定にすることができ、品質の均一化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例を示す概略構成ブロック図である。
【図２】 本発明の要部構成部分におけるタイムチャートである。
【図３】 従来のシステムの一例を示す概略構成配置図である。
【図４】 従来の要部構成部分におけるタイムチャートである。
【符号の説明】
１ 基板供給装置
２ クリームはんだ印刷機
３ 接続コンベア
４ 高速チップ搭載機
５ 接続コンベア
６ 汎用異形チップ搭載機
７ リフロー炉
８ 基板収納装置
９ 制御部

Claims (2)

1. プリント配線板上にクリームはんだを印刷塗布し、その上に電子部品を搭載して仮止めした後、加熱固着せしめる表面実装システムにおいて、
   前記プリント配線板を順に搬送する基板供給手段と、
   前記基板供給手段より送られてくる前記プリント配線板上にクリームはんだを印刷塗布するための印刷手段と、
   前記クリームはんだの印刷が完了した前記プリント配線板上に前記電子部品を搭載するための部品搭載手段と、
   前記印刷手段で印刷が完了した前記プリント配線板を前記部品搭載手段まで搬送する搬送手段と、
   前記部品搭載手段による部品の搭載時間 CTM を CTM1 および CTM2 に２分割するとともに、時間 CTM2 について次式（ａ）を満足するように予め算出しておき、実運転において前記 CTM2 の開始時刻に来たとき、次のプリント配線板用として前記印刷手段へ印刷開始の実行指令を送る制御部とを備えていることを特徴とするクリームはんだ印刷による表面実装システム。
   C Ｔ M2 ＋ C Ｔ U ＝ P Ｔ P ＋ P Ｔ U ＋ I Ｔ ・・・・・・・・式（ａ）
   ここで、
   C Ｔ U は部品の搭載が済んだプリント配線板が「部品搭載位置」から排出されるまでに要するアンローディング時間、
   P Ｔ P は印刷手段でプリント配線板上にクリームはんだを印刷するのに要する印刷時間、
   P Ｔ U は印刷の済んだプリント配線板が「はんだ印刷位置」から搬送手段で排出されるまでに要するアンローディング時間、
   I Ｔは印刷手段より排出されて来たプリント配線板が搬送手段の「排出位置」に到達するまでに要する搬送時間である。
2. 前記電子部品を搭載する部品搭載手段は第１と第２の手段とでなり、前記第１の手段と前記第２の手段との間には第１の手段での部品の実装が終わったプリント配線板を第２の手段に搬送するための手段を設けている請求項１に記載のクリームはんだ印刷による表面実装システム。

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