JP4421869B2

JP4421869B2 - 実装基板クリーニング方法及び装置

Info

Publication number: JP4421869B2
Application number: JP2003352303A
Authority: JP
Inventors: 正行梶山; 高文鉄矢; 正史松森; 和弘井上
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2023-10-10
Also published as: JP2005116950A

Description

本発明は、実装基板にプラズマを照射してクリーニングする実装基板クリーニング方法及び装置に関するものである。

従来、実装基板に対して実装を行う前に、接合用のランドに生じた酸化膜や、防錆用に形成したプリフラックスやメッキした酸化膜などを除去するクリーニング処理をプラズマ照射によって行う場合、実装基板の全体を真空チャンバーを有するプラズマクリーニング装置に投入して実装基板の全面を一括してクリーニングしたり、アークジェット法により形成されたプラズマガスをアークジェットノズルから吹き付けていた（例えば、特許文献１参照。）。

また、実装基板におけるフラックス残渣を除去する方法として、リフローにて半田付けされた部分にプラズマ発生装置で発生させたプラズマを照射することで、フラックス残渣の有機成分を酸化分解させ、ＣＯ₂やＨ₂Ｏ等にガス化して除去する方法も知られている（例えば、特許文献２参照。）。

一方、近年、対向配置した電極対の対向面に誘電体を設け、その誘電体間のプラズマ発生空間にガスを供給しつつ電極に高電圧を印加することで大気圧下でプラズマを発生し、発生したプラズマを照射する大気圧プラズマ照射手段が実用化されつつあり、この大気圧プラズマ照射手段を用いることも考えられている。
特開２００１−２６７７２９号公報特開平７−１２２５９５号公報

ところが、上記従来の真空チャンバーを有するプラズマクリーニング装置を用いてクリーニングする方法は、装置が大掛かりでコスト高になるとともに、真空チャンバー内でのバッチ処理であるため生産性を向上することができないという問題があり、またアークジェット法により形成されたプラズマガスをアークジェットノズルから吹き付ける方法も同様の問題がある。

一方、大気圧プラズマ照射手段を用いる場合、大気圧プラズマは大面積で均一に発生することが困難であるため、実装基板のような大面積に対してプラズマ照射を行うには、複数の大気圧プラズマ照射手段を配列して大面積に対応する必要があるため、コスト高になるという問題があり、単一の大気圧プラズマ照射手段を用いる場合には実装基板の全面をカバーするように照射域を走査して複数回照射する必要があるため、照射に時間がかかり、クリーニング処理のタクトが長くなるという問題があり、また実装基板の全面に一様に照射するため効率が悪くなるという問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、実装基板の必要な部分にのみプラズマ照射を行うことで、低コストの構成にて短いタクトで確実にクリーニング処理を行うことができる実装基板クリーニング方法及び装置を提供することを課題とする。

本発明の第１発明の実装基板クリーニング方法は、実装基板にプラズマを照射してクリーニングする実装基板クリーニング方法であって、実装基板の設計データ若しくはスクリーン印刷用のスクリーン開口データを読み取る工程と、読み取ったデータに基づいて実装基板に対するプラズマの照射位置を決定する工程と、実装基板が搬入されるとプラズマ照射手段の点火を行う工程と、プラズマ照射手段が点火された状態で、決定した照射位置にプラズマ照射を行うように実装基板とプラズマ照射手段の相対位置を位置決めする工程と、位置決め後プラズマ照射手段からプラズマを照射する工程と、プラズマ照射によるクリーニングを終了した実装基板が搬出されるとプラズマをオフする工程とを含むものである。

この構成によると、実装基板の全面に一様にプラズマを照射するのではなく、実装基板の設計データ若しくはスクリーン印刷用のスクリーン開口データに基づいて決定した必要な部分にのみプラズマを照射してクリーニングを行うので、小面積に対してのみプラズマを照射できる大気圧プラズマ照射手段であっても少ないプラズマ照射手段を用いた低コストの構成にて短いタクトで必要な部分を確実にクリーニングすることができる。

また、第２発明の実装基板クリーニング方法は、実装基板にプラズマを照射してクリーニングする実装基板クリーニング方法であって、実装基板の検査データを読み取る工程と、読み取ったデータに基づいて実装基板に対するプラズマの照射位置を決定する工程と、実装基板が搬入されるとプラズマ照射手段の点火を行う工程と、プラズマ照射手段が点火された状態で、決定した照射位置にプラズマ照射を行うように実装基板とプラズマ照射手段の相対位置を位置決めする工程と、位置決め後プラズマ照射手段からプラズマを照射する工程と、プラズマ照射によるクリーニングを終了した実装基板が搬出されるとプラズマをオフする工程とを含むものである。

この構成においても、実装基板の検査データに基づいて決定した部分にのみプラズマを照射してクリーニングを行うので、低コストの構成にて短いタクトで必要な部分を確実にクリーニングすることができる。例えば、半田接合検査によって接合不良が頻発する箇所が判明した場合に、その接合不良が発生するランドに対してクリーニングを行うことによって接合不良の発生を確実に抑制することができる。

また、以上の実装基板クリーニング方法において、実装基板のプラズマ照射位置の高さを検出する工程と、検出した高さデータに基づいてプラズマ照射手段の高さを調整する工程とを有すると、実装基板の照射箇所に対して効率的にプラズマ照射を行うことができる。すなわち、プラズマ中で発生したラジカルの寿命は数μｓｅｃ程度であり、照射距離が長いと途中でラジカルが消滅してクリーニング効果が激減するため照射距離を制御することは重要であり、プラズマ照射位置の高さに合わせてプラズマ照射手段の高さを数ｍｍ〜数１０ｍｍ程度に調整することにより、最適なクリーニング作用を得ることができる。

また、第３発明の実装基板クリーニング方法は、実装基板にプラズマを照射してクリーニングする実装基板クリーニング方法であって、実装基板が搬入されるとプラズマ照射手
段の点火を行う工程と、プラズマ照射手段が点火された状態で、実装基板のプラズマ照射位置の高さを検出する工程と、検出した高さデータに基づいてプラズマ照射ユニットの高さを調整する工程と、高さ調整後プラズマ照射手段からプラズマを照射する工程と、プラズマ照射によるクリーニングを終了した実装基板が搬出されるとプラズマをオフする工程とを含むものであり、プラズマ照射手段の高さを制御することによる上記効果を単独で奏することができる。

また、以上の実装基板クリーニング方法において、実装基板における接合用のランド部に対してプラズマを照射してクリーニングを行うと、ランドの濡れ性が向上して信頼性の高い接合状態が確保されて効果的である。なお、実装基板に実装したリード部品のリード切断端面にプラズマを照射してクリーニングを行っても、リード切断端面の濡れ性が改善されてフィレット形成に効果的である。

本発明によれば、実装基板の全面に一様にプラズマを照射するのではなく、実装基板の設計データやスクリーン印刷用のスクリーン開口データなどに基づいて決定した必要な部分にのみプラズマを照射してクリーニングを行うので、小面積に対してのみプラズマを照射できる大気圧プラズマ照射手段であっても少ないプラズマ照射手段を用いた低コストの構成にて短いタクトで必要な部分を確実にクリーニングすることができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の実装基板クリーニング方法及び装置の第１の実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。

図１において、１は実装基板で、実装基板移送手段２にて移動及び位置決めが行われる。３は基板搬入検出センサ、４は基板搬出検出センサで、その検出信号が制御コントローラ５に入力され、制御コントローラ５は基板搬入検出センサ３の検出信号に基づいて実装基板１の原点位置認識を行い、実装基板移送手段２を制御して実装基板１の位置を制御する。また、基板搬出検出センサ４の検出信号に基づいて実装基板１の搬出を確認する。

６は実装基板１に対してプラズマを照射して照射部位のクリーニングを行うプラズマ照射手段であり、本実施形態では、対向配置した電極対の対向面に誘電体を設け、その誘電体間のプラズマ発生空間にガスを供給しつつ電極に高電圧を印加することで大気圧下でプラズマを発生し、発生したプラズマを照射する大気圧プラズマ照射手段を用いている。なお、他の構成の大気圧プラズマ照射手段を適用しても良く、さらには任意のアークジェット法などによるプラズマ照射手段を適用することもできるが、上記の大気圧プラズマ照射手段はコンパクトかつ簡便な構成で低コストにて構成することができて好適である。７はプラズマ照射手段６におけるプラズマ点火を確認する点火確認センサであり、その検出信号が制御コントローラ５に入力されている。

８はプラズマ照射手段６を移動させて照射位置を制御するプラズマ照射位置制御ユニットである。実装基板１のクリーニングには、実装基板移送手段２により実装基板１を移動させつつ、プラズマ照射位置制御ユニット８にてプラズマ照射手段６を実装基板１の移動方向と直交する方向に位置制御して実装基板１の所要位置にプラズマを照射する。また、実装基板移送手段２により実装基板１を所定位置に位置決めした状態で、プラズマ照射位置制御ユニット８にてプラズマ照射手段６の位置を制御して実装基板１の所要位置にプラズマを照射してもよい。

制御コントローラ５には、ＣＡＤデータ、実装データ（部品の形状、種類、実装位置情報データ）、スクリーン印刷用のスクリーン開口データ（以下、ガーバデータと称することがある。）や、印刷工程後の検査データ、実装終了後の検査データ、リフロー工程後の検査データなどが入力されている。制御コントローラ５は、これらのデータに基づいて実装基板移送手段２、プラズマ照射手段６、及びプラズマ照射位置制御ユニット８の動作制御を行う。

以上の構成において、ＣＡＤデータ若しくはガーバデータに基づいて実装基板１の半田接合用のランドをクリーニングする場合の制御コントローラ５における動作制御を図２を参照して説明する。まず、ＣＡＤデータ若しくはガーバデータなどからクリーニングの対象とする実装基板１におけるランド位置のデータを取り込み（ステップＳ１１）、次にそのランド部分に効率的にプラズマ照射できるように照射位置を決定する（ステップＳ１２）。次に、基板搬入検出センサ３からの信号に実装基板１の搬入まで待機し（ステップＳ１３）、実装基板１が搬入されるとプラズマ照射手段６の点火を行うとともに点火確認センサ７にて点火の確認を行い、点火しなかった場合には点火を３回まで繰り返し、それでも点火を確認できない場合はエラーメッセージを出力して中断する（ステップＳ１４〜Ｓ１７）。

実装基板１が搬入され、プラズマ照射手段６が点火された状態で、実装基板１を実装基板移送手段２にて実装基板１を移動させつつ、若しくは所定位置に位置決めして、実装基板１のランド部分に対してのみプラズマ照射手段６にてプラズマを照射し（ステップＳ１８）、プラズマ照射によるクリーニングを終了した実装基板１が基板搬出センサ４を通過するとプラズマをオフする（ステップＳ１９）。そして、同種の実装基板１が搬入される間は、以上のステップＳ１３〜Ｓ１９を繰り返し、最終の実装基板１が搬出されると動作を終了する（ステップＳ２０）。

次に、実装検査データに基づいて実装基板１における半田接合不良などの実装不良箇所に対応するランドに対してクリーニングを行う場合の制御コントローラ５における動作制御を図３を参照して説明する。まず、実装検査データから濡れ不良、半田不良などの不良
内容の不良箇所のデータを取り込み（ステップＳ２１）、次にその不良箇所に効率的にプラズマ照射できるように照射位置を決定する（ステップＳ２２）。次に、基板搬入検出センサ３からの信号に実装基板１の搬入まで待機し（ステップＳ２３）、実装基板１が搬入されるとプラズマ照射手段６の点火を行うとともに点火確認センサ７にて点火の確認を行い、点火しなかった場合には点火を３回まで繰り返し、それでも点火を確認できない場合はエラーメッセージを出力して中断する（ステップＳ２４〜Ｓ２７）。

実装基板１が搬入され、プラズマ照射手段６が点火された状態で、実装基板１を実装基板移送手段２にて実装基板１を移動させつつ、若しくは所定位置に位置決めして、実装基板１の不良箇所に対応するランド部分に対してのみプラズマ照射手段６にてプラズマを照射し（ステップＳ２８）、プラズマ照射によるクリーニングを終了した実装基板１が基板搬出センサ４を通過するとプラズマをオフする（ステップＳ２９）。そして、同種の実装基板１が搬入される間は、以上のステップＳ２３〜Ｓ２９を繰り返し、最終の実装基板１が搬出されると動作を終了する（ステップＳ３０）。

なお、以上の説明では、ＣＡＤデータ若しくはガーバデータに基づいて実装基板１の半田接合用のランドをクリーニングする場合と、実装検査データに基づいて実装基板１における半田接合不良などの実装不良箇所に対応するランドに対してクリーニングを行う場合をそれぞれ別途に行う例を説明したが、同時に併用して実施しても良いことは言うまでもない。さらに、各種検査データから実装基板だけでなく、スクリーンマスクの特定の箇所にプラズマを照射してクリーニングしても良い。

本実施形態によれば、実装基板１のＣＡＤデータやガーバデータや実装検査データなどに基づいて決定した必要な部分にのみプラズマ照射手段６からプラズマを照射してクリーニングを行うので、プラズマ照射手段６として小面積に対してのみプラズマを照射できる大気圧プラズマ照射手段を適用しても、単一若しくは少ないプラズマ照射手段６を設備した低コストの構成にて短いタクトで実装基板１に対してその必要な部分を確実にクリーニングすることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の実装基板クリーニング方法及び装置の第２の実施形態について、図４、図５を参照して説明する。なお、本実施形態の説明においては、上記第１の実施形態と同一の構成要素については同一参照符号を付して説明を省略し、主として相違点についてのみ説明する。

本実施形態では、図４に示すように、搬入された実装基板１の任意の部位の高さを検出する高さ検出センサ９を設け、またプラズマ照射位置制御ユニット８にはプラズマ照射手段６の高さ位置を制御する機能を設けている。そして、高さ検出センサ９の検出データを制御コントローラ５に入力し、実装基板１のプラズマ照射を行う部分の高さデータに基づいてプラズマ照射手段６の高さ位置を制御するように構成されている。

以上の構成において、実装基板１のプラズマを照射してクリーニングすべき部分の高さに応じてプラズマ照射手段６の高さを調整する場合の制御コントローラ５における動作制御を図５を参照して説明する。まず、基板搬入検出センサ３からの信号に実装基板１の搬入まで待機し（ステップＳ３１）、実装基板１が搬入されるとプラズマ照射手段６の点火を行うとともに点火確認センサ７にて点火の確認を行い、点火しなかった場合には点火を３回まで繰り返し、それでも点火を確認できない場合はエラーメッセージを出力して中断する（ステップＳ３２〜Ｓ３５）。

実装基板１が搬入され、プラズマ照射手段６が点火された状態で、高さ検出センサ９にて実装基板１の所要部分の高さを計測し（ステップＳ３６）、その計測結果に応じて制御コントローラ５がプラズマ照射位置制御ユニット８の高さ制御機能を作動させてプラズマ照射手段６の高さ調整を行う（ステップＳ３７）。その状態で実装基板１を実装基板移送手段２にて実装基板１を移動させつつ、若しくは所定位置に位置決めして、実装基板１のランド部分に対してのみプラズマ照射手段６にてプラズマを照射し（ステップＳ３８）、プラズマ照射によるクリーニングを終了した実装基板１が基板搬出センサ４を通過するとプラズマをオフする（ステップＳ３９）。そして、同種の実装基板１が搬入される間は、以上のステップＳ３１〜Ｓ３９を繰り返し、最終の実装基板１が搬出されると動作を終了する（ステップＳ４０）。

なお、図５の説明においては説明を簡略するため、第１の実施形態で説明したようにＣＡＤデータやガーバデータや実装検査データなどに基づいて実装基板１におけるプラズマを照射すべき部位を制御する点の説明を省略したが、その制御と併用することができることは言うまでもない。一方、本実施形態は一般的にプラズマ照射手段６から実装基板１に対してプラズマを照射してクリーニングを行う場合にラジカルを確実に活用することができるので、単独で実施しても効果を奏することができる。

本実施形態によれば、プラズマ中で発生したラジカルの寿命が数μｓｅｃ程度と短く、プラズマの照射距離が長いと途中でラジカルが消滅してクリーニング効果が激減してしまうのに対して、プラズマ照射する部位に対してプラズマ照射手段６の高さを数ｍｍ〜数１０ｍｍ程度に調整することにより、プラズマ中で発生したラジカルを確実にクリーニングすべき面に効率的に照射することができ、最適なクリーニング作用を得ることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の実装基板クリーニング装置を適用した実装ラインに係る第３の実施形態について、図６を参照して説明する。

図６において、ライン外から実装基板１が投入されると、実装基板クリーニング装置１１にてＣＡＤデータや実装データやガーバデータやクリーム半田印刷検査機の検査データや半田付け検査機の検査データに基づいて所要部位のプラズマクリーニング処理が行われる。次いで、実装基板１はクリーム半田印刷機１２で所要のランド部にクリーム半田が印刷され、その後クリーム半田印刷検査機１３にてカケ、にじみ、ズレ、半田無し等の印刷状態の適否が検査され、その検査結果に応じてクリーム半田印刷機１２及び実装基板クリーニング装置１１の調整・管理が行われる。次に、接着剤塗布機１４にて部品装着位置に接着剤が塗布された後、高速装着機１５及び多機能装着機１６にて電子部品が装着され、その後部品装着検査機１７にて欠品、立ち装着、装着ズレ、極性不良などが検査され、その検査結果に応じて高速装着機１５及び多機能装着機１６の調整・管理が行われる。次に、リフロー炉１８にてクリーム半田のリフロー半田付けが行われた後、半田付け検査機１９にて半田付け不良の検査が行われる。検査データは、基板別、ＮＧ内容別、部品名別などの解析やＮＧ画像の解析が行われ、その結果に応じてリフロー炉１８、装着機１５、１６、クリーム半田印刷機１２、及び実装基板クリーニング装置１１の調整管理が行われる。

本実施形態の実装ラインによれば、実装基板１のプラズマクリーニング処理を必要とする箇所に対してのみ必要に応じて適切に行うことので、生産性良く品質の高い実装を行うことができる。

本発明に係る実装基板クリーニング方法及び装置は、実装基板の設計データ、スクリーン印刷用のスクリーン開口データ、検査データなどに基づいて決定した必要な部分にのみプラズマを照射してクリーニングを行うので、少ないプラズマ照射手段を用いた低コストの構成にて短いタクトで必要な部分を確実にクリーニングすることができ、各種実装基板のクリーニングに有用である。

本発明の第１の実施形態の実装基板クリーニング装置の概略構成図である。同実施形態におけるクリーニング工程の制御フロー図である。同実施形態における他のクリーニング工程の制御フロー図である。本発明の第２の実施形態の実装基板クリーニング装置の概略構成図である。同実施形態におけるクリーニング工程の制御フロー図である。本発明の第３の実施形態の実装ラインの構成図である。

符号の説明

１実装基板
２実装基板移送手段
５制御コントローラ
６プラズマ照射手段
８プラズマ照射位置制御ユニット
９高さ検出センサ

Claims

実装基板にプラズマを照射してクリーニングする実装基板クリーニング方法であって、実装基板の設計データ若しくはスクリーン印刷用のスクリーン開口データを読み取る工程と、読み取ったデータに基づいて実装基板に対するプラズマの照射位置を決定する工程と、実装基板が搬入されるとプラズマ照射手段の点火を行う工程と、プラズマ照射手段が点火された状態で、決定した照射位置にプラズマ照射を行うように実装基板とプラズマ照射手段の相対位置を位置決めする工程と、位置決め後プラズマ照射手段からプラズマを照射する工程と、プラズマ照射によるクリーニングを終了した実装基板が搬出されるとプラズマをオフする工程とを含むことを特徴とする実装基板クリーニング方法。
実装基板にプラズマを照射してクリーニングする実装基板クリーニング方法であって、実装基板の検査データを読み取る工程と、読み取ったデータに基づいて実装基板に対するプラズマの照射位置を決定する工程と、実装基板が搬入されるとプラズマ照射手段の点火を行う工程と、プラズマ照射手段が点火された状態で、決定した照射位置にプラズマ照射を行うように実装基板とプラズマ照射手段の相対位置を位置決めする工程と、位置決め後プラズマ照射手段からプラズマを照射する工程と、プラズマ照射によるクリーニングを終了した実装基板が搬出されるとプラズマをオフする工程とを含むことを特徴とする実装基板クリーニング方法。
実装基板のプラズマ照射位置の高さを検出する工程と、検出した高さデータに基づいてプラズマ照射ユニットの高さを調整する工程とを有することを特徴とする請求項１又は２記載の実装基板クリーニング方法。
実装基板にプラズマを照射してクリーニングする実装基板クリーニング方法であって、実装基板が搬入されるとプラズマ照射手段の点火を行う工程と、プラズマ照射手段が点火された状態で、実装基板のプラズマ照射位置の高さを検出する工程と、検出した高さデータに基づいてプラズマ照射ユニットの高さを調整する工程と、高さ調整後プラズマ照射手段からプラズマを照射する工程と、プラズマ照射によるクリーニングを終了した実装基板が搬出されるとプラズマをオフする工程とを含むことを特徴とする実装基板クリーニング方法。
実装基板における接合用のランド部に対してプラズマを照射してクリーニングを行うことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の実装基板クリーニング方法。