JP4463910B2

JP4463910B2 - 電子部品のリード浮き検出方法及び装置

Info

Publication number: JP4463910B2
Application number: JP31050799A
Authority: JP
Inventors: 光正岡林
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 1999-11-01
Filing date: 1999-11-01
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2019-11-01
Also published as: JP2001127498A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品のリード浮き検出方法及び装置、更に詳細には、レーザ装置から電子部品のリードに向ってレーザ光を照射して、リードを含む仮想平面を算出し、この仮想平面に対する各々のリードの浮き量を検出する電子部品のリード浮き検出方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電子部品実装装置においては、部品供給部から供給される電子部品を移載ヘッドの吸着ノズルで吸着し、移載ヘッドをプリント基板上に移動して電子部品を基板上の所定位置に実装している。その場合、電子部品が必ずしも正しい姿勢で吸着されるわけではないので、撮像装置で電子部品を撮像し、その画像を処理して部品の位置決めデータを得ている。また、狭リードピッチ、狭リード幅のＱＦＰ、コネクタのような電子部品を実装する際には、リードが浮きを有していると、リードを基板の電極部にボンディングできないことから、レーザ装置から電子部品のリードに向ってレーザ光を照射して、リードを含む仮想平面を算出し、この仮想平面に対する各々のリードの浮き量を求めることにより、リードの浮きを検出することが知られている（例えば、特公平７−９４９７６号公報）。
【０００３】
具体的には、図６に示すように、ノズル１００に吸着された電子部品１０１のリード１０２に向って、レーザ装置１０３からレーザ光を照射し、各々のリード１０２の基準面Ｓからの高さＺ１、Ｚ２…を求めることにより、リード１０２の浮きを検出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、リードの浮きの原因としては、リードの屈曲変形の他、ノズルの軸心の傾斜誤差△θ１、電子部品を吸着するノズルの下面の傾斜誤差△θ２、更には電子部品のモールド体の上面の傾斜誤差や移載ヘッドをＸＹ方向に移動させるＸＹテーブルの位置誤差等がある。このような機械誤差があると、電子部品１０１は、水平面Ｌに対して角度△θ傾斜し、△Ｚの高さ誤差が生じて、リード１０２の浮きを誤判断する問題がある。
【０００５】
また任意にリード３点を選び、この３点で形成する平面を仮想平面とし、この仮想平面に対する各リードの上下差を求める方法もあるが前記仮想平面は実際の取付け面ではないため、実際に平面に電子部品を配置した状態と大きな誤差が生じるという問題点がある。その他全てのリードの組み合わせを演算して仮想平面を求める方法も考えられるが、演算時間が膨大となり実用面で問題となる。
【０００６】
そこで本発明は、上記のような機械誤差を排除し、リードの浮きを正確に検出することができるとともに、実際に電子部品が実装される時のリード浮きを短い演算時間で検出することが可能な電子部品のリード浮き検出方法及び装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、移載ヘッドのノズルに電子部品を吸着して基板に移送する途中において、この電子部品をレーザ装置の上方に位置せしめ、このレーザ装置から電子部品のリードに向ってレーザ光を照射することにより、リードの３点の高さを検出し、次いでこの３点を含む仮想平面を算出して、各々のリードのこの仮想平面に対する浮き量を求めるようにしたものであり、各リード列毎に前記高さが最も低いリードを２点ずつ抽出し、抽出されたリードの２点と、この２点のあるリード列と対向するリード列で、前記高さが最も低いリードの１点を含む仮想平面を各リード列毎に算出し、各算出された仮想平面に対してリード浮き量を求めることを特徴としている（第１の特徴）。
【０００８】
また、本発明では、リード列を４辺に備えた電子部品の場合には、各リード列の中で前記高さが最も低いリードを１点各４つのリード列についてそれぞれ抽出し、抽出された４点のうち３点を選んで形成される仮想平面をそれぞれ算出し、各算出された仮想平面に対してリード浮き量を求めることも特徴としている（第２の特徴）。
【０００９】
また、本発明では、第１と第２の特徴を有し、抽出された３点を含む仮想平面をそれぞれ算出し、前記各３点から形成される三角形のうち三角形の中に電子部品の重心が位置する三角形から該三角形に関連する仮想平面が各リードより低い位置にあるような仮想平面を選択し、選択された各仮想平面からリードまでの距離をリード浮き量とし、あらかじめ設定されたリード浮き許容量と比較してリード浮きを検出することも特徴としている。
【００１０】
いずれの発明でも、多数のリードの中から単純に３点を抽出して仮想平面を求めるのに比較して、有効な仮想平面を効率よく見つけ出すことができ、この仮想平面に対する各々のリードの浮き量を求めるようにしているので、機械誤差に基づく高さ誤差を排除し、各々のリードの浮きを正確に検出することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態に基づき本発明を詳細に説明する。
【００１２】
図１は、電子部品をプリント基板に実装する電子部品実装装置の実装工程図である。電子部品実装装置では、一連の処理を経て、狭リードピッチの電子部品を実装する。図１（Ａ）に示す工程では、トレー１に格納されている電子部品２を実装装置の移載ヘッド７に取り付けられている吸着ノズル８が吸着してピックアップする。図１（Ｂ）に示す工程では、吸着された電子部品２の画像を位置決め用カメラ６で撮像し、画像処理装置４を用いて位置決めし、その位置決め情報を得る。そして次の工程に移動する間に、リードの延出した方向が正しくＸＹ方向に向くように、電子部品を回転させて角度補正を行う。
【００１３】
図１（Ｃ）に示す工程では、図１（Ｂ）の工程で得られた位置決め情報を用いて、電子部品２をレーザ装置９の上方に移送し、移載ヘッド７をＸＹ方向に移動させながら、電子部品２の各々のリードに向ってレーザ光を照射してリード高さを測定する。そしてリード浮き検出処理を行い、この結果に異常がなければ、図１（Ｄ）に示す工程で、図１（Ｂ）の工程で得られた位置決め情報に基づいてプリント基板３および実装される電子部品２の補正計算を行い、電子部品２をプリント基板３の所定の位置に装着する。
【００１４】
このような部品搭載において、電子部品のリードが浮きを有していると、リードを基板の電極部にボンディングできないことから、本発明では、図１（Ｃ）に示したように、移載ヘッドのノズルに電子部品を吸着して基板に移送する途中において、この電子部品をレーザ装置の上方に位置せしめ、このレーザ装置から電子部品のリードに向ってレーザ光を照射することにより、リードの３点の高さを検出し、次いでこの３点を含む仮想平面を算出して、各々のリードのこの仮想平面に対する浮き量を検出するようにしている。
【００１５】
日本電子機械工業会規格ＥＩＡＪＥＤ−７４０１−４で、端子最下面の均一性について以下のように定義されている。
【００１６】
「取付け面（仮想平面）より、全ての端子の最下点までの鉛直方向の距離のばらつきを、端子最下面の均一性と呼び、最も離れた端子の最下点までの距離を、ｙにて定義する、
仮想平面の定義
任意の３本の端子の最下点を通る幾何学的平面のうち、他の端子の最下点が全てパッケージ本体側に存在する様な平面を、仮想平面と呼ぶ。但し、その３点で構成された三角形の内部又はその辺上に、パッケージの重心が含まれていること。但し、自重の影響は受けない。」
なお、この定義の「端子」はリードであり、仮想平面とは、「他の端子の最下点が全てパッケージ本体側に存在する様な平面」であるから、電子部品をプリント基板上に搭載する際の、取付け面を仮想したものとなる。この仮想平面は、本発明において最終的に求められる仮想平面Ｋに対応する。
従って、多くのリードの中から単純に３点を抽出するだけでは上記仮想平面を求めることはできない。そこで、本発明は、仮想平面を効率よく見つけ出し、機械誤差に基づく高さ誤差を排除して、仮想平面に対する各々のリードの浮き量を求めるようにしたものであり、以下にそれを詳細に説明する。
【００１７】
図２は、電子部品２のリード２ａの浮き（Ｚ方向の誤差）を計測している様子を示している。２ｂは電子部品のモールド体であり、これからリード２ａは４方に多数本延出している。またレーザ装置９は、発光部１０の側部に受光部１２を有している。このリード２ａは、リードフレームやフィルムキャリアを打ち抜くなどして形成されている。さて、電子部品２をレーザ装置９の上方に位置せしめ、移載ヘッド７をＸＹ方向に水平移動させながら、各々のリード２ａにレーザ光を照射し、その反射光を受光部１２に受光することにより、各々のリード２ａの基準面Ｓからの高さＺｉを検出する。
【００１８】
１つの電子部品２に対するリード浮き検出動作および取り込まれたデータの処理動作の流れの一例を、図３及び図４に基づいて説明する。
【００１９】
まず、ステップＳ１０で部品実装制御部から電子部品に関する情報を受信する。例えばＱＦＰなのか、端子のピッチと配列等の情報である。ステップＳ１１でＬＥＤ照明を点灯し、電子部品２の底面の２次元画像を取込み、ＬＥＤ照明を消灯する。
【００２０】
次いで、ステップＳ１２で、画像が取り込まれた電子部品２の端子配列計算処理を行う。この計算処理には、種々の方法（アルゴリズム）があるが、ここでは代表的なものを説明する。まず、ＱＦＰなどの四角形の電子部品２の１つの辺のリードの傾きを粗く検出する。次いで、検出されたリードの中から任意に選択された２つのリードの位置を大まかに検出する。最後に、大まかに検出されたリード位置を基にリード位置を精度良く検出する。このようにして、ＱＦＰのような四角形の部品の１つの辺のリードの位置が検出されれば、このリード位置を基に、他の辺のリードについては、リード位置を精度良く検出すればよい。そして検出したリード位置から電子部品２の端子配列における重心位置を求める。
【００２１】
次いで、ステップＳ１３でステップＳ１２の計算処理結果と、ステップＳ１０で受信した電子部品情報を比較して、リードピッチが適正か否か判断する。適正でなければ、ステップＳ２７で端子配置エラーを出力する。一方、適正であればステップＳ１４で端子配列の重心位置、端子配列の傾き（角度）等電子部品検査結果を部品実装制御部へ送信する。部品実装制御部は電子部品２を吸着しているノズルを回転させて端子配列がＸＹ方向に正しく向くように電子部品２の角度補正を行う。端子配列計算処理により端子位置は既知であるから、ステップＳ１５で電子部品２をＸＹ移動させて必要な端子位置にレーザ光を投光させてリードの高さを測定する。
【００２２】
ステップＳ１６では各リード列ごとに近似直線を求める。多重線形回帰
【００２３】
【数１】

【００２４】
より一次式を求めるから
【００２５】
【数２】

【００２６】
よりａ、ｂを求めればよい。ここで、これら２式は多重線形回帰の一般式である。又、ｘ _ｉ、ｘは独立変数一般を示し、ｙは従属変数を示す。ａ _ｉ、ａ _ｎ、ｂは、これら一般式の定数である。
【００２７】
図５において横方向をＸ、縦方向をＹとし、高さ方向はＺとすると、リード列Ａ及びＣの求める近似式はａ＋ｂｙ＝ｚであり（ｙが独立変数でｚが従属変数）、リード列Ｂ及びＤの求める近似式はａ＋ｂｘ＝ｚである（ｘが独立変数でｚが従属変数）。ここで定数ａ、ｂは、それぞれの式で求める線形回帰の定数である。
【００２８】
ステップＳ１７で求めた近似直線の傾きを持って各リード高さを通る直線を引き、Ｚ軸切片が最小となる２点のリードを抽出する。又、抽出したリードについては、以下において、該当リードの最下点の高さや、該最下点のａ１（ｌ，ｍ，ｎ）のような３次元データを取り扱ってゆく。なお、図５の例においては、リード列Ａではａ１とａ２、リード列Ｂではｂ１とｂ２、リード列Ｃではｃ１とｃ２、リード列Ｄではｄ１とｄ２が抽出された切片が最小となるリードの最下点の座標を示している。
【００２９】
以下３点のリードで構成する三角形を抽出するが、前記８点のリードの組み合わせから三角形を抽出することは組み合わせの数が多く演算時間が長くなる。そこで本実施形態では、一つのリード列に三角形の２点が存在する場合と、一つのリード列に三角形の１点が存在する場合の典型的な二つの事例に分けた工程で三角形を抽出することとする。
【００３０】
ステップＳ１８で３点のリードで構成する三角形を抽出する。まず図５（Ａ）に示すように、三角形の一辺がリード列にある場合から始める。リード列Ａを選択し、ステップＳ１７で求めたａ１とａ２を採用する。次にリード列Ａに対向するリード列Ｃを選択し、ステップＳ１７で求めたｃ１とｃ２の中から高さの低いｃ１を採用し、三角形ａ１ａ２ｃ１を構成する。なお、このように形成された三角形の中に電子部品の重心Ｇが位置しない場合は、この三角形は抽出しないようにする。
【００３１】
ステップＳ１９では電子部品２の重心Ｇに最も近い三角形の一辺を抽出する。重心Ｇから三角形の各辺に引いた垂線の短い辺を選ぶ。ステップＳ２０ではステップＳ１９で抽出した一辺に平行で、重心Ｇを通る直線を求めて、この直線と三角形の他の二辺との交点を求める。
【００３２】
ステップＳ２１ではステップＳ２０で求めた交点が、規定範囲内にあるかどうかの判定を行う。各データはａ１（ｌ，ｍ，ｎ）のように３次元のデータを有している。そしてリード列ＡのデータのＸは同一のプラスの値であり、リード列ＣのデータのＸは同一のマイナスの値である。また、リード列ＢのデータのＹは同一のプラスの値であり、リード列ＤのデータのＹは同一のマイナスの値である。このＸとＹの値の範囲が上記の規定範囲内を形成する。規定範囲内であれば次のステップに進むが、規定範囲外であればステップＳ１８に戻り、別の三角形を抽出する。例えば次にリード列Ｂを選び、ｂ１とｂ２の二点とｄ１とｄ２の低い方の１点で構成される三角形である。
【００３３】
ステップＳ２１で抽出された三角形が規定範囲内であると判定された場合は、ステップＳ２２ではこの三角形で構成される面の式を求める。すなわち仮想平面を算出する。この仮想平面Ｋの基準面Ｓに対する高さＺｏは（図２）、平面方程式ａ＋ｂＸ＋ｃＹ＝Ｚから、簡単に算出することができる。
【００３４】
次いでステップＳ２３で予め検出された各々の全てのリード高さと、仮想平面Ｋの高さＺｏの高低差を求める。つまり、各リードの高さをＺｉとすれば△Ｚ＝Ｚｉ−Ｚｏを求める。続いて、ステップＳ２４で各リードの高さがすべて仮想平面より上にあるかどうかの判定を行う。ステップＳ２３で求めた△Ｚの値がプラスであればそのリードの高さは仮想平面より上にあり、マイナスであれば下にある。マイナスの△Ｚがあれば、ステップＳ１８に戻り、次の三角形を抽出する。
【００３５】
ステップＳ２５ではステップＳ２４で求めた△Ｚの最大値を抽出してメモリーに保存する。ステップＳ２６は全てのリード列について三角形を抽出したかの判定を行い、終わっていれば次に進む。
【００３６】
続くステップＳ２８では、先に各リード列から２点ずつ抽出したデータのうち低い方を選択する。図５（Ｂ）の事例ではａ１，ｂ２，ｃ１，ｄ１が選択されている。ステップＳ２９はステップＳ２８で選択された４点で構成される三角形を抽出する。例えば図５（Ｂ）で示すａ１ｂ２ｃ１で構成される三角形である。
【００３７】
ステップＳ３０からＳ３７は先に記載したステップＳ１９からＳ２６と同一手順であるから記載は省略する。
【００３８】
ステップＳ３８ではステップＳ２５とＳ３６で保存した△Ｚの中から最も大きな値をリード浮き量として採用する。ステップＳ３９はステップＳ３８で採用されたリード浮き量とあらかじめ決めたしきい値を比較する。しきい値以上であれば、ステップＳ４０でリード浮きエラーとし、しきい値以下であればリード浮きなしとして処理を終了とする。なおリード浮きエラーが検出された場合には、その電子部品２の基板３への実装は中止する。
【００３９】
なお、上記実施形態は、ＱＦＰのように四方にリードが延びた電子部品であったが、これに限定されることなく、左右あるいは上下にリードが延びたリード列を２辺に有する電子部品のリード浮き検査にも適用することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、移載ヘッドのノズルに電子部品を吸着して基板に移送する途中において、この電子部品をレーザ装置の上方に位置せしめ、このレーザ装置から電子部品のリードに向ってレーザ光を照射することによりリード高さを測定し、次いで電子部品の取付け面となる仮想平面を算出して、各々のリードのこの仮想平面に対する浮き量を求めている。その場合、本発明では、多数のリードの中から単純に３点を抽出して仮想平面を求めるのに比較して、有効な仮想平面を効率よく見つけ出すことができるので、リードの屈曲変形、ノズルの軸心の傾斜誤差、電子部品を吸着するノズルの下面の傾斜誤差、電子部品のモールド体の上面の傾斜誤差、移載ヘッドをＸＹ方向に移動させるＸＹテーブルの位置誤差等の様々な原因に起因するリードの浮きを簡単かつ迅速に求めることができる。しかも、電子部品を移載ヘッドのノズルに吸着して基板に移送する途中において、すなわち電子部品を基板に実装する作業の途中において、リードの浮きを検出できるので、電子部品を基板に実装するのに要するタクトタイムを大幅に短縮し、高速度かつ高能率で電子部品を基板に実装することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子部品の搭載の流れを説明する説明図である。
【図２】電子部品のリードの高さを検出する構成を示した構成図である。
【図３】リード浮きを検出する流れを示したフローチャート図である。
【図４】リード浮きを検出する流れを示したフローチャート図である。
【図５】仮想平面を算出する過程を示した説明図である。
【図６】機械的な誤差に基づくリード浮きを示した説明図である。
【符号の説明】
２電子部品
３プリント基板
８吸着ノズル
９レーザ装置

Claims

本体部より、外方へ延出した複数のリードが一列に並んだリード列を複数備えた電子部品のリード浮き検査方法において、
移載ヘッドのノズルに電子部品を吸着して基板に移送する途中において、この電子部品をレーザ装置の上方に位置せしめ、
このレーザ装置から電子部品のリードに向って下方からレーザ光を照射することによりリードの最下点の高さを検出し、
次いで各リード列毎に、該高さが最も低いリードを２点ずつ抽出し、
抽出されたリードの２点と、この２点のあるリード列と対向するリード列で、前記高さが最も低いリードの１点の３点を含む仮想平面を各リード列毎に算出し、
各算出された仮想平面に対して各仮想平面からリードまでの距離をリード浮き量とし、あらかじめ設定されたリード浮き許容量と比較してリード浮き量を求めるようにしたことを特徴とする電子部品のリード浮き検出方法。
前記３点からなる各三角形のうち三角形の中に電子部品の重心が位置する三角形から該三角形に関連する仮想平面が各リードより低い位置にあるような仮想平面を選択し、
リード列を４辺に備えた電子部品の場合には、各リード列の中で前記高さが最も低いリードを１点各４つのリード列についてそれぞれ抽出し、
抽出された４点のうち３点を含む仮想平面をそれぞれ算出し、
前記各３点から形成される三角形のうち三角形の中に電子部品の重心が位置する三角形から該三角形に関連する仮想平面が各リードより低い位置にあるような仮想平面を選択することを特徴とする請求項１に記載の電子部品のリード浮き検出方法。
抽出された三角形の中に電子部品の重心が位置する三角形であるかを判定するために、前記重心に最も近い三角形の一辺を抽出し、前記一辺に平行で前記重心を通る直線が前記三角形の他の二辺と、ＸＹ座標の所定範囲内で交わるときにのみ該三角形に関連する仮想平面が各リードより低い位置にあるかどうかを判定することを特徴とする請求項２に記載の電子部品のリード浮き検出方法。
各リード列毎にリード高さに関する近似直線を算出して、前記近似直線の傾きをもって各リード高さを通る直線のＺ軸（高さ方向）切片が最も低いリードを２点ずつ抽出することを特徴とする請求項１に記載の電子部品のリード浮き検出方法。
本体部より、外方へ延出した複数のリードが一列に並んだリード列を４辺に備えた電子部品のリード浮き検出方法において、
移載ヘッドのノズルに電子部品を吸着して基板に移送する途中において、この電子部品をレーザ装置の上方に位置せしめ、
このレーザ装置から電子部品のリードに向って下方からレーザ光を照射することによりリードの最下点の高さを検出し、
各リード列の中で前記高さが最も低いリードを１点各４つのリード列についてそれぞれ抽出し、
抽出された４点のうち３点を選んで形成される仮想平面をそれぞれ算出し、
各算出された仮想平面に対してリード浮き量を求めるようにしたことを特徴とする電子部品のリード浮き検出方法。
本体部より、外方へ延出した複数のリードが一列に並んだリード列を複数備えた電子部品のリード浮き検出装置において、
移載ヘッドのノズルに吸着された電子部品の下方に配置されたレーザ装置と、
このレーザ装置から電子部品のリードに向って下方からレーザ光を照射してリードの最下点の高さを検出する手段と、
各リード列毎に該高さが最も低いリードを２点ずつ抽出する手段と、
抽出されたリードの２点と、この２点のあるリード列と対向するリード列で、前記高さが最も低いリードの１点の３点を含む仮想平面を各リード列毎に算出する手段と、
各算出された仮想平面に対して各仮想平面からリードまでの距離をリード浮き量とし、あらかじめ設定されたリード浮き許容量と比較してリード浮き量を算出する手段と、
を有することを特徴とする電子部品のリード浮き検出装置。
前記３点からなる各三角形のうち三角形の中に電子部品の重心が位置する三角形から該三角形に関連する仮想平面が各リードより低い位置にあるような仮想平面を選択する手段と、
リード列を４辺に備えた電子部品の場合には、各リード列の中で前記高さが最も低いリードを１点各４つのリード列についてそれぞれ抽出する手段と、
抽出された４点のうち３点を含む仮想平面をそれぞれ算出する手段と、
前記各３点から形成される三角形のうち三角形の中に電子部品の重心が位置する三角形から該三角形に関連する仮想平面が各リードより低い位置にあるような仮想平面を選択する手段と、
を有することを特徴とする請求項６に記載の電子部品のリード浮き検出装置。
各リード列毎にリード高さに関する近似直線を算出して、前記近似直線の傾きをもって各リード高さを通る直線のＺ軸（高さ方向）切片が最も低いリードを２点ずつ抽出することを特徴とする請求項６に記載の電子部品のリード浮き検出装置。
抽出された三角形の中に電子部品の重心が位置する三角形であるかを判定するために、前記重心に最も近い三角形の一辺を抽出し、前記一辺に平行で前記重心を通る直線が前記三角形の他の二辺と、ＸＹ座標の所定範囲内で交わるときにのみ該三角形に関連する仮想平面が各リードより低い位置にあるかどうかを判定することを特徴とする請求項７に記載の電子部品のリード浮き検出装置。
本体部より、外方へ延出した複数のリードが一列に並んだリード列を４辺に備えた電子部品のリード浮き検出装置において、
移載ヘッドのノズルに吸着された電子部品の下方に配置されたレーザ装置と、
このレーザ装置から電子部品のリードに向って下方からレーザ光を照射してリードの最下点の高さを検出する手段と、
各リード列の中で前記高さが最も低いリードを１点各４つのリード列についてそれぞれ抽出する手段と、
抽出された４点のうち３点を選んで形成される仮想平面をそれぞれ算出する手段と、
各算出された仮想平面に対するリード浮き量を算出する手段と、
を有することを特徴とする電子部品のリード浮き検出装置。