JP4510272B2 - クリーム半田印刷装置及びその制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品が実装される回路基板の表面にクリーム半田を印刷するクリーム半田印刷装置及びその制御方法に関し、特にクリーム半田印刷用のスクリーンと回路基板とを精度良く位置合わせする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子部品が実装される回路基板の製造において、回路基板上にチップ部品やディスクリート部品等の電子部品を表面実装する際には、主にクリーム半田が使用され、このクリーム半田を所望のパターンにて印刷・塗布するためにクリーム半田印刷装置が広く用いられている。
従来のクリーム半田印刷装置の要部概念構成図を図７に示した。このクリーム半田印刷装置では、まず、印刷用スクリーン５の位置合わせ用マークであるターゲットマーク５ａと、回路基板３の位置合わせ用マークである基板マーク３ａとをセンサ６により認識し、また、場合によっては印刷用スクリーン５のランド用開口部５ｂと回路基板３のランド３ｂも認識して、制御装置７により印刷用スクリーン５と回路基板３の位置を検出する。そして、回路基板３を印刷用スクリーン５に位置合わせ制御して重ね合わせ、その後、回路基板３と印刷用スクリーン５とを密着させた状態で、印刷用スクリーン５上に供給されたクリーム半田を図示しないスキージの移動により回路基板３の表面に印刷する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した回路基板３の基板マーク３ａと印刷用スクリーン５のターゲットマーク５ａ、及びランド３ｂとこれに対応するランド用開口部５ｂとを用いた位置合わせ制御において、ランド３ｂとランド用開口部５ｂとを回路基板全体に亘って精度良く位置合わせすることと、局所的な微小部品の微小ランド部分を正確に位置合わせすることを両立させることは難しい。回路基板３とスクリーン５とが完全に位置合わせされないままクリーム半田を印刷すると、半田の印刷位置にズレ等の不具合が発生して生産品質に問題を生じることになる。
【０００４】
特に最近の電子部品の極小化や高密度化に伴って、面積が極小化したランド３ｂとランド用開口部５ｂとの正確な位置合わせは重要な技術課題となっている。このため、回路基板３とスクリーン５との位置合わせは、最終的には作業者の手作業によって一致状態の確認及びその位置の補正を行っていた。このため、従来の位置合わせ制御では、手作業を伴うために位置合わせ精度にばらつきや精度低下を招き易く、また、補正作業に熟練を要することから生産性を向上する上で支障となる問題があった。その結果、表面実装基板の高密度化の要求に十分な対応ができ難いといった不都合を生じていた。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、印刷用スクリーン及び回路基板の全面に亘ってランドの位置合わせを行うと共に、特に高密度に配置されたランドに対して重点的に位置合わせを行うことが可能なクリーム半田印刷装置及びその制御方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、本発明に係る請求項１記載のクリーム半田印刷装置は、複数のランドの形成された回路基板と前記ランドの位置に対応した複数のランド用開口部の形成された印刷用スクリーンとを位置合わせして重ね合わせ、前記印刷用スクリーンに供給したクリーム半田を前記ランド用開口部から前記回路基板のランド上に印刷するクリーム半田印刷装置において、前記回路基板の全面に亘って画像読取する回路基板画像読取手段と、前記印刷用スクリーンの全面に亘って画像読取するスクリーン画像読取手段と、前記スクリーン画像読取手段及び前記回路基板画像読取手段から出力される画像データから、前記印刷用スクリーンのランド用開口部及び前記回路基板のランドの情報を検出するランド情報検出手段と、前記ランド情報検出手段により検出されたランド用開口部及びランドの情報に基づいて、前記印刷用スクリーンと前記回路基板とを相対的に移動させる移動制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
このクリーム半田印刷装置では、印刷用スクリーンのランド用開口部と回路基板のランドとの位置合わせを、回路基板画像読取手段による回路基板の全面に亘って画像読取された画像データと、スクリーン画像読取手段による印刷用スクリーンの全面に亘って画像読取された画像データから、ランド情報検出手段が印刷用スクリーンのランド用開口部及び回路基板のランドの情報を検出して、この情報に基づいて移動制御手段により印刷用スクリーンと回路基板とを相対的に移動させるようにした。これにより、印刷用スクリーン及び回路基板の全面に亘る画像データに基づいて、存在する全てのランドに対して位置合わせ制御が行えるため、局所的なマーク位置だけによって位置合わせする場合と比較して、位置合わせ精度を格段に向上できる。また、熟練が必要であった手作業による補正が不要になり、位置合わせ工程が簡単化されて生産工数を削減できる。
【０００８】
請求項２記載のクリーム半田印刷装置は、前記ランド情報検出手段が、前記印刷用スクリーンのランド用開口部とこれに対応する前記回路基板のランドに対する面積をそれぞれ検出し、前記移動制御手段は、前記検出された各面積のうち、最小の面積乃至比較的小さな面積を有するランド用開口部及びランドに対して重点的に位置合わせする重み付け手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
このクリーム半田印刷装置では、重み付け手段により面積の小さなランドに対して重点的に位置合わせが行え、微少な位置ずれに対しても大きな影響を受けるランドに対して正確な位置合わせが可能となり、良品生産に大きく寄与することができる。
【００１０】
請求項３記載のクリーム半田印刷装置は、前記ランド情報検出手段が、前記印刷用スクリーンのランド用開口部とこれに対応する前記回路基板のランドに対して、それぞれの隣接位置に存在する他のランド用開口部・ランドとの距離が最短乃至比較的短いランド用開口部及びランドに対して重点的に位置合わせする重み付け手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
このクリーム半田印刷装置では、重み付け手段により隣接するランドとの距離が短いランドに対して重点的に位置合わせが行え、微少な位置ずれに対しても大きな影響を受けるランドに対して正確な位置合わせが可能となり、良品生産に大きく寄与することができる。
【００１２】
請求項４記載のクリーム半田印刷装置は、前記回路基板画像読取手段と前記スクリーン画像読取手段とを、前記印刷用スクリーンと前記回路基板との間に一体化して構成したことを特徴とする。
【００１３】
このクリーム半田印刷装置では、回路基板画像読取手段とスクリーン画像読取手段とが一体化されるため、装置構成が簡素化できる。
【００１４】
請求項５記載のクリーム半田印刷装置は、前記面積位置検出手段が、前記印刷用スクリーンのランド用開口部の検出と、前記回路基板のランドの検出を同時に行うことを特徴とする。
【００１５】
このクリーム半田印刷装置では、面積位置検出手段が、印刷用スクリーンのランド用開口部の検出と回路基板のランドの検出とを同時に行うことにより、読み取り時間が短縮されタクトアップを図ることができる。
【００１６】
請求項６記載のクリーム半田印刷装置の制御方法は、複数のランドの形成された回路基板と前記ランドの位置に対応した複数のランド用開口部の形成された印刷用スクリーンとを位置合わせして重ね合わせ、前記印刷用スクリーンに供給したクリーム半田を前記ランド用開口部から前記回路基板のランド上に印刷するクリーム半田印刷装置の制御方法において、前記回路基板の全面に亘って画像読取する一方、前記印刷用スクリーンの全面に亘って画像読取し、得られた画像データから前記印刷用スクリーンのランド用開口部及び前記回路基板のランドの情報を検出し、該検出されたランド用開口部及びランドの情報に基づいて、前記印刷用スクリーンと前記回路基板とを相対的に移動させることを特徴とする。
【００１７】
このクリーム半田印刷装置の制御方法では、回路基板の全面に亘って画像読取する一方、印刷用スクリーンの全面に亘って画像読取し、得られた画像データから印刷用スクリーンのランド用開口部及び回路基板のランドの情報を検出し、該検出されたランド用開口部及びランドの情報に基づいて、印刷用スクリーンと回路基板とを相対的に移動させることにより、印刷用スクリーン及び回路基板の全面に亘る画像データに基づいて、存在する全てのランドに対して位置合わせ制御が行えるため、局所的なマーク位置だけによって位置合わせする場合と比較して、位置合わせ精度を格段に向上できる。また、熟練が必要であった手作業による補正が不要になり、位置合わせ工程が簡単化されて生産工数を削減できる。
【００１８】
請求項７記載のクリーム半田印刷装置の制御方法は、前記ランド用開口部及びランドの情報が、前記印刷用スクリーンのランド用開口部とこれに対応する前記回路基板のランドに対する面積であって、検出された各面積のうち、最小の面積乃至比較的小さな面積を有するランド用開口部及びランドに対して重点的に位置合わせするように制御することを特徴とする。
【００１９】
このクリーム半田印刷装置の制御方法では、面積の小さなランドに対して重点的に位置合わせが行え、微少な位置ずれに対しても大きな影響を受けるランドに対して正確な位置合わせが可能となり、良品生産に大きく寄与することができる。
【００２０】
請求項８記載のクリーム半田印刷装置の制御方法は、前記ランド用開口部及びランドの情報が、前記印刷用スクリーンのランド用開口部とこれに対応する前記回路基板のランドに対して、それぞれの隣接位置に存在する他のランド用開口部・ランドとの距離であって、検出された各距離のうち、最短の距離乃至比較的短い距離を有するランド用開口部及びランドに対して重点的に位置合わせするように制御することを特徴とする。
【００２１】
このクリーム半田印刷装置の制御方法では、隣接するランドとの距離が短いランドに対して重点的に位置合わせが行え、微少な位置ずれに対しても大きな影響を受けるランドに対して正確な位置合わせが可能となり、良品生産に大きく寄与することができる。
【００２２】
請求項９記載の記録媒体は、複数のランドの形成された回路基板と前記ランドの位置に対応した複数のランド用開口部の形成された印刷用スクリーンとを位置合わせして重ね合わせ、前記印刷用スクリーンに供給したクリーム半田を前記印刷用開口部から前記回路基板のランド上に印刷するクリーム半田印刷装置に用いられ、前記回路基板の全面に亘って画像読取する一方、前記印刷用スクリーンの全面に亘って画像読取し、得られた画像データから前記印刷用スクリーンのランド用開口部及び前記回路基板のランドの情報を検出し、該検出されたランド用開口部及びランドの情報に基づいて、前記印刷用スクリーンと前記回路基板とを相対的に移動させるプログラムが格納されていることを特徴とする。
【００２３】
この記録媒体では、回路基板の全面に亘って画像読取する一方、印刷用スクリーンの全面に亘って画像読取し、得られた画像データから印刷用スクリーンのランド用開口部及び回路基板のランドの情報を検出し、該検出されたランド用開口部及びランドの情報に基づいて、印刷用スクリーンと回路基板とを相対的に移動させるプログラムが格納されるため、これをクリーム半田印刷装置に用いることにより、印刷用スクリーン及び回路基板の全面に亘る画像データに基づいて、存在する全てのランドに対して位置合わせ制御が行え、位置合わせ精度を格段に向上できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るクリーム半田印刷装置及びその制御方法並びに記憶媒体の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係るクリーム半田印刷装置の全体構成を示す斜視図である。クリーム半田印刷装置１００は、クリーム半田を印刷する回路基板３を装置内部に搬入・搬出するための回路基板搬送部Ａと、回路基板搬送部Ａから搬入された回路基板３を載置して印刷用スクリーン５の下面側に移動するテーブル部Ｂと、印刷用スクリーン５の下面側に位置合わせして重ね合わせた回路基板３及び印刷用スクリーン５の上面をスキージが移動することでクリーム半田をスクリーン５を介して回路基板３上に印刷する印刷部Ｃとを備えている。
【００２５】
さらに、このクリーム半田印刷装置１００は、例えばスタンドアロン型のプログラマブルコントローラや、ファクトリーオートメーション（ＦＡ）用のネットワーク対応型の主操作装置（コンピュータ等）によって制御される共に、回路基板３と印刷用スクリーン５とを位置合わせするための制御装置（図示せず）を備えている。
回路基板搬送部Ａは汎用的なローダ、及びアンローダから構成され、テーブル部Ｂは多軸ステージから構成される。
【００２６】
次に、テーブル部Ｂの構成を詳細に説明する。
図２にテーブル部Ｂとスクリーン５と読み取り部の構成を模式的に示した。図２に示すように、テーブル部Ｂは、ローダより搬入された回路基板３を載置して、図に示すＸ，Ｙ，Ｚの各軸方向及びθ方向にモータ制御によって回路基板３を変位可能とする基板載置台１２を備えている。また、テーブル部Ｂは、印刷用スクリーン５の全面を読み取り可能なスクリーン画像読取手段としてのスクリーン読み取り部１３と、回路基板３の全面を読み取り可能な回路基板画像読取手段としての回路基板読み取り部１４とを備えている。
【００２７】
スクリーン読み取り部１３は、印刷用スクリーン５に対してＹ方向に走査させながらＸ方向に対する読み取りを行うことで、スクリーン５のＸ−Ｙ平面の画像を読み取る。従って、この場合はＸ方向が主走査方向、Ｙ方向が副走査方向となる。スクリーン読取部１３の画像読み取り素子１３ａとしては、例えばＣＣＤラインセンサを用いることができる。
回路基板読み取り部１４は、回路基板３に対してＹ方向に走査させながらＸ方向に対する読み取りを行うことで、回路基板３のＸ−Ｙ平面の画像を読み取る。従って、この場合もＸ方向が主走査方向、Ｙ方向が副走査方向となる。画像読み取り素子１４ａとしては、同様にＣＣＤラインセンサを用いることができる。なお、Ｙ方向の走査は、構成の簡単化のためにテーブル部ＢをＹ方向に移動させることで行ってもよい。
【００２８】
ここで、図１及び図２に示すスクリーン読み取り部１３及び回路基板読み取り部１４と、回路基板３及びスクリーン５との位置関係は、図３に概念的に示すように、スクリーン５の上方にスクリーン読み取り部１３が、スクリーン５と回路基板３との間に回路基板読み取り部１４が配設されたものとなる。
【００２９】
次に、制御装置を説明する。
図４は制御装置の主要な構成を示すブロック図である。図４に示すように制御装置７は、スクリーン読み取り部１３のＣＣＤラインセンサ１３ａ、及び回路基板読み取り部１４のＣＣＤラインセンサ１４ａからの画像信号をデジタル変換して取り込むＩ／Ｏ処理回路２０と、Ｉ／Ｏ処理回路２０を介してデジタルデータを取り込み、画像処理等の各種情報処理を行うマイクロコンピュータ２１と、画像データを記憶する画像メモリ２２と、予め定めた制御プログラムを実行するための各種データを記憶しているデータベース２３とを備えている。また、制御装置７は、マイクロコンピュータ２１からの指令により図２に示すテーブル部ＢのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θ軸移動制御用のモータ２４ａ〜２４ｄを駆動するためのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θ軸駆動用のドライバ２６ａ〜２６ｄを備えている。
なお、この制御装置７がランド情報検出手段と移動制御手段に相当する。
【００３０】
さらに、制御装置７は、少なくとも回路基板３と印刷用スクリーン５との位置合わせ制御を実行するためのプログラムが格納された情報記憶媒体（例えば、磁気記録媒体、光磁気記録媒体、光記録媒体等、あるいは、フラッシュメモリ等の固体記憶素子）２８から、プログラムを読み取る読み取り装置２９を備えている。なお、この情報記録媒体２８によるプログラムの提供は、通信ネットワークを介して行うものであってもよい。
【００３１】
次に、本実施形態のクリーム半田印刷装置１００の動作を説明する。
まず、図１を参照してクリーム半田印刷装置１００全体の概略動作について説明する。回路基板搬送部Ａは、ストッカやラインから搬入された回路基板３を受け取り、印刷装置内部に配置されたテーブル部Ｂに回路基板３を搬送する。そして、テーブル部Ｂは、搬送されてきた回路基板３を位置合わせして固定し、印刷部Ｃの印刷用スクリーン５下面側の所定位置に移動させる。また、印刷部Ｃにおける印刷工程が終了すると、テーブル部Ｂは回路基板３を印刷部Ｃから回路基板搬送部Ａの搬送出口側に搬送する。その後、回路基板搬送部Ａは、テーブル部Ｂから回路基板３を取り出して、図示しない搬送出口に印刷済みの回路基板３を排出する。
【００３２】
ここで、本実施形態における回路基板３とスクリーン５との位置合わせ制御の内容を詳細に説明する。
まず、概略的には、本実施形態における位置合わせ制御は、次の（１）〜（３）に示す各制御方法を選択的に切り替えて行っている。
即ち、スクリーン５のターゲットマーク及びランド用開口部の全てと、回路基板３の基板マーク及びランドの全てに対する位置情報を取得した後に、
（１）スクリーン５のランド用開口部と回路基板３のランドのうち、最小面積のもの、或いは最小面積のものを含む予め定めた範囲内の比較的小さい面積のものが特に正確に一致するように、スクリーン５と回路基板３との位置合わせを実行する。
【００３３】
（２）スクリーン５のランド用開口部と回路基板３のランドのうち、隣接位置の他のランド用開口部・ランドとの距離が最短のもの、或いは距離が最短のものを含む予め定めた範囲内の比較的近接した距離のものが特に一致するように、スクリーン５と回路基板３との位置合わせを実行する。
【００３４】
（３）スクリーン５のランド用開口部と回路基板３のランドのうち、比較的面積が小さく、且つ、隣接位置の他のランド用開口部・ランドとの距離が比較的短いものが特に正確に一致するように、スクリーン５と回路基板３との位置合わせを実行する。
【００３５】
上記各制御方法（１）〜（３）においては、各ランドに対する面積やランド同士の近接距離の範囲を予め定めている。この面積及び近接距離の範囲は、撮像した画像データから取得したスクリーン５のターゲットマーク及びランド用開口部の全てと、回路基板３の基板マーク及びランドの全てに対するそれぞれの面積及び近接距離を求め、得られた各面積及び距離データの最大値及び最小値から相対的なしきい値を決定することで設定してもよく、面積及び近接距離の任意の絶対値をしきい値として範囲を設定してもよい。なお、これら面積及び近接距離の設定された範囲は、データベース２３に格納される。
【００３６】
ここで、図５に本実施形態における位置合わせの制御を説明するフローチャートを示した。以降、このフローチャートに基づいて説明する。
まず最初に、制御装置７が初期設定データの取り込みを行う（ステップ１、以降はＳ１と記す）。初期設定データには、基板サイズや上記の各制御方法に対する設定データ等が含まれる。
次に、スクリーン５側の制御と回路基板３側の制御とを順次、あるいは並列に行う。具体的には、まずスクリーン５側の制御では、スクリーン読み取り部１３のＣＣＤラインセンサ１３ａが、スクリーン５の基板サイズに応じた範囲を走査して読み取り、得られたスクリーン画像データから複数点（ｎ点）のターゲットマーク及びランド用開口部を画像処理により検出する。この検出された個々のマーク及びランド用開口部の識別データ（Ｓ1〜Ｓn）を、図４に示すＩ／Ｏ処理回路２０を通じてマイクロコンピュータ２１が取り込む（Ｓ２）。
【００３７】
次に、図３に示すマイクロコンピュータ２１は、スクリーン５のターゲットマーク及びランド用開口部の各識別データ（Ｓ1〜Ｓn）に対して、位置検出処理を施して、位置データ（ＸS1，ＹS1）〜（ＸSn，ＹSn）を求める（Ｓ３）。
【００３８】
この位置データ（ＸS1，ＹS1）〜（ＸSn，ＹSn）のうち、ターゲットマークの位置データにより多軸ステージの座標系に対するスクリーン５の位置と向き、即ち、スクリーン５自体のＸ−Ｙ平面座標（ＸS，ＹS）と回転角度θSを求める（Ｓ４）。ここで、各位置データは、予めＣＡＤデータ等の設計データとして登録されているため、画像データから検出した座標と設計データの座標とを照合することによってもスクリーンの位置と向きが検出できる。得られたスクリーン５の位置と向きのデータ（ＸS，ＹS，θS）は一旦メモリに記憶する。
【００３９】
一方、回路基板側の制御では、回路基板読み取り部１４のＣＣＤラインセンサ１４ａが、回路基板３の基板サイズの全面を走査して読み取り、得られた回路基板画像データから複数点（ｎ点）の基板マーク及びランドを検出する。この検出された個々のマーク及びランドの識別データ（Ｐ1〜Ｐn）を、図４に示すＩ／Ｏ処理回路２０を通じてマイクロコンピュータ２１が取り込む（Ｓ５）。
【００４０】
次に、図３に示すマイクロコンピュータ２１は、回路基板３の基板マーク３ａ及びランド３ｂの各識別データ（Ｐ1〜Ｐn）に対して、位置検出処理を施して位置データ（ＸP1，ＹP1）〜（ＸPn，ＹPn）を求める（Ｓ６）。
【００４１】
この位置データ（ＸP1，ＹP1）〜（ＸPn，ＹPn）のうち、基板マーク３ａの位置データにより多軸ステージの座標系に対する回路基板３の位置と向き、即ち、回路基板３自体のＸ−Ｙ平面座標（ＸP，ＹP）と回転角度θPを求める（Ｓ７）。回路基板３の位置と向きは、スクリーン側の制御の場合と同様に各位置データの座標と設計データの座標とを照合することによっても検出できる。得られた回路基板３の位置と向きのデータ（ＸP，ＹP，θP）は一旦メモリに記憶する。
【００４２】
次に、得られたスクリーン５の位置データ（ＸS，ＹS，θS）と回路基板３の位置データ（ＸP，ＹP，θP）に基づいて、スクリーン５と回路基板３とを仮想的に（データ上で）重ね合わせる。このとき、スクリーン５のランド用開口部５ｂと回路基板３のランド３ｂの位置は、必ずしも全部が一致しているとは限らないので、上述の（１）〜（３）の位置合わせ制御を用いて、更に高精度に位置合わせを行う。
【００４３】
まず、（１）の位置合わせ制御方法を用いた場合を説明する。この制御方法では、スクリーン５のランド用開口部と回路基板３のランドの各面積Ａiをそれぞれ設計データや撮像した画像データから求め、さらに求めたランド用開口部及びランドの各面積のうち、最大面積Ａmaxと最小面積Ａminとを求める。
次に、スクリーン５のランド用開口部位置（Ｘsi，Ｙsi）と回路基板３のランド位置（Ｘpi，Ｙpi）とのずれを、線形モデルを想定して補正する。（１）式は、回路基板３のランド位置（Ｘpi，Ｙpi）に対するスクリーン５のランド用開口部位置（Ｘsi，Ｙsi）との関係を線形モデルとして表したものである。
【００４４】
【数１】
ここで、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆはパラメータである。このモデルを当てはめたときの残差二乗和Ｅは（２）式で表される。
【数２】
【００４５】
ここで、Ｗiは重み係数であり、前記ランド情報検出手段に備わる重み付け手段によって設定される。即ち、重み係数Ｗiは、ランドの面積が小さいほど大きく、ランド面積が大きいほど小さく設定される。この制御方法では、重み係数Ｗiを（３）式に示すようにしている。
【数３】
Ｓは重み付けの度合いを変更するためのパラメータで、Ｑiはランドの面積比で（４）式から求められる。
【数４】
【００４６】
次に、（２）式の残差二乗和Ｅを最小にするようなパラメータａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆを解析的に求め、これらのパラメータに基づいてスクリーン５に対する回路基板３の移動量を決定する（Ｓ８）。この移動量に基づいてテーブル部Ｂの多軸ステージを駆動制御してスクリーン５と回路基板３とを重ね合わせる（Ｓ９）。そして、この状態でクリーム半田の印刷を行う（Ｓ１０）。
このようにして、面積が小さいランドに対して重点的に高精度で位置合わせを行うことができ、クリーム半田を高い位置合わせ精度で回路基板３のランド３ｂ上に印刷することができる。
なお、上記位置合わせの制御は、マイクロコンピュータ２１からの指令により多軸ステージのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θ軸移動制御用のモータ２４ａ〜２４ｄを駆動することで行う。
【００４７】
また、（２）式の残差二乗和Ｅを最小にするパラメータａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆを求める際、面積の小さいランドが局所的に纏まって存在する場合に、この面積の小さいランドが存在する領域だけ残差二乗和Ｅを求めるようにしてもよい。この方法によれば、回路基板の一部分だけを処理するために処理内容が単純化でき、処理速度を向上できる。
【００４８】
次に、（２）の位置合わせ制御方法を用いた場合を説明する。この制御方法では、スクリーン５のランド用開口部とこれに対応する回路基板３のランド全てに対し、それぞれの隣接位置に存在する他のランド用開口部・ランドとの距離が最短のものを抽出し、抽出した隣接ランドとの距離Ｌiを各ランドそれぞれに対して求める。さらに求めた距離Ｌiのうち、最長距離Ｌmaxと最短距離Ｌminとを求める。
次に、スクリーン５のランド用開口部位置（Ｘsi，Ｙsi）と回路基板３のランド位置（Ｘpi，Ｙpi）とのずれを、前記同様に線形モデルを想定して（１），（２），（３）式を用いて補正する。
ここでの重み係数Ｗiは、（５）式のＱｉを用いて求められる。この場合の重み係数Ｗiは、隣接ランドとの距離が短いほど大きく、距離が長いほど小さく設定される。
【数５】
【００４９】
そして、同様に（２）式の残差二乗和Ｅを最小にするようなパラメータａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを解析的に求め、これらのパラメータに基づいてスクリーン５に対する回路基板３の移動量を決定する。これにより、隣接ランドとの距離が短いランドに対して重点的に高精度で位置合わせを行うことができる。
また、（２）式の残差二乗和Ｅを最小にするパラメータａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆを求める際、隣接ランドとの距離の短いランドが局所的に存在する場合に、この距離の短いランドが存在する領域だけ残差二乗和Ｅを求めるようにしてもよい。この方法によれば、回路基板の一部分だけを処理するために処理内容が単純化でき、処理速度を向上できる。
【００５０】
次に、（３）の位置合わせ制御方法を用いた場合を説明する。この制御方法は、（１）の制御方法と（２）の制御方法を組み合わせた制御方法である。即ち、スクリーン５のランド用開口部と回路基板３のランドの各面積Ａiをそれぞれ設計データや撮像した画像データから求め、さらに求めたランド用開口部及びランドの各面積のうち、最大面積Ａmaxと最小面積Ａminとを求める。これと共に、スクリーン５のランド用開口部とこれに対応する回路基板３のランド全てに対し、それぞれの隣接位置に存在する他のランド用開口部・ランドとの距離が最短のものを抽出し、抽出した隣接ランドとの距離Ｌiを各ランドそれぞれに対して求める。さらに求めた距離Ｌiのうち、最長距離Ｌmaxと最短距離Ｌminとを求める。そして、重み係数Ｗiを（６）式のＱｉを用いて求める。この他の処理は前記同様である。
この制御方法によれば、面積が小さく、隣接ランドとの距離が短いランドに対して重点的に高精度で位置合わせを行うことができる。
【００５１】
【数６】
【００５２】
以上説明したように、本実施形態においては、スクリーン５のターゲットマーク５ａ及びランド用開口部５ｂの全てと、回路基板３の基板マーク３ａ及びランド３ｂの全てに対する位置情報を取得し、特に、面積の小さなランドに対して、また、隣接するランドとの距離が短いランドに対して重点的に位置合わせを行っているため、微少な位置ずれに対しても大きな影響を受けるランドに対して正確な位置合わせが可能となる。
この結果、スクリーン５のランド用開口部と回路基板３のランドの位置合わせにおいて、熟練が必要な手作業による補正が不要になり、位置合わせ精度が向上し、より高密度な実装回路基板に対しても十分対応可能となる。また同時にクリーム半田印刷の生産性を向上でき、良品生産に大きく寄与することができる
なお、本実施形態の重み付け方法は上述の方法に限定されることなく、周知のいずれの方法を用いても同様な効果を得ることができる。
【００５３】
次に、本発明に係るクリーム半田印刷装置の変形例を説明する。
図６は、本変形例のクリーム半田印刷装置におけるスクリーンと回路基板と読み取り部との位置関係を概念的に示す図である。
この変形例のクリーム半田印刷装置２００は、スクリーン読み取り部と回路基板読み取り部とを一体化したスクリーン／回路基板読み取り部３５を、スクリーン５と回路基板３との間に副走査方向に移動可能に取り付けている。このスクリーン／回路基板読み取り部３５には、スクリーン読み取り用のＣＣＤラインセンサ３５ａをスクリーン５側に向けて、回路基板読み取り用のＣＣＤラインセンサ３５ｂを回路基板３側に向けて配設している。他の構成は前述した実施形態のものと同様である。
【００５４】
図６に示す構成によれば、スクリーン／回路基板読み取り部３５のＣＣＤラインセンサ３５ａは、スクリーン５のターゲットマーク及びランド用開口部の全てをスクリーン下面側から読み取る。また、ＣＣＤラインセンサ３５ｂは、回路基板３の基板マーク及びランドの全てを回路基板上面側から読み取る。このように、読み取り部が単一のスクリーン／回路基板読み取り部３５からなるので装置構成を簡素化できる。
そして、図６に示すように、スクリーン５と回路基板３の位置を上下方向に略重なる位置に固定することにより、１回のスクリーン／回路基板読み取り部３５の副走査方向の移動によって、スクリーン５と回路基板３との双方の画像を同時に読み取ることができる。この構成によれば読み取り時間が短縮され、タクトアップを図ることができる。
【００５５】
また、上記の２つのＣＣＤラインセンサを備えたスクリーン／回路基板読み取り部３５に代えて、単一のＣＣＤラインセンサを片面だけに設けた読み取り部とし、読み取り対象に応じてＣＣＤラインセンサの読み取り面を上下切り替えできるように読み取り部を反転自在に支持した構成としてもよい。この場合、例えば最初にスクリーン５側にＣＣＤラインセンサを向けてスクリーン５を下側から読み取り、次に読み取り部を１８０゜反転させて回路基板３の上側を読み取ることができる。この構成によれば、単一のセンサで双方を読み取ることができるため、装置構造を簡素化できコストダウンを図ることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るクリーム半田印刷装置及びその制御方法によれば、印刷用スクリーンのランド用開口部と回路基板のランドの、それぞれ全ての位置情報を取得し、最も位置ずれに対して影響を受け易すくなる、最小の面積乃至比較的小さな面積を有するランド用開口部及びランドや、隣接位置に存在する他のランド用開口部・ランドとの距離が最短乃至比較的短いランド用開口部及びランドを重点的に位置合わせする制御を行うことで、局所的なマーク位置だけによって位置合わせする場合と比較して、位置合わせ精度を格段に向上できる。また、熟練が必要であった手作業による補正が不要になり、位置合わせ工程が簡単化されて生産工数を削減できる。
また、本発明に係る記録媒体によれば、回路基板及び印刷用スクリーンの全面に亘って画像読取し、得られた画像データから印刷用スクリーンのランド用開口部及び回路基板のランドの情報を検出し、該検出されたランド用開口部及びランドの情報に基づいて、印刷用スクリーンと回路基板とを相対的に移動させるプログラムが格納されるため、これをクリーム半田印刷装置に用いることにより、印刷用スクリーン及び回路基板の全面に亘る画像データに基づいて、存在する全てのランドに対して位置合わせ制御が行え、位置合わせ精度を格段に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るクリーム半田印刷装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】テーブル部とスクリーンと読み取り部の構成を模式的に示した図である。
【図３】スクリーン読み取り部及び回路基板読み取り部と、回路基板及びスクリーンとの位置関係を概念的に示す図である。
【図４】制御装置の主要な構成を示すブロック図である。
【図５】位置合わせの制御を説明するフローチャートである。
【図６】クリーム半田印刷装置の変形例におけるスクリーンと回路基板と読み取り部との位置関係を概念的に示す図である。
【図７】従来のクリーム半田印刷装置の要部概念構成図である。
【符号の説明】
３ 回路基板
３ｂ ランド
５ 印刷用スクリーン
５ｂ ランド用開口部
７ 制御装置
１３ 印刷用スクリーン読取部
１３ａ，１４ａ ＣＣＤラインセンサ
１４ 回路基板読取部
２１ マイクロコンピュータ
２８ 記憶媒体
１００，２００ クリーム半田印刷装置
Ａ 回路基板搬送部
Ｂ テーブル部
Ｃ 印刷部
Ａi 面積
Ｌi 距離
Ｗi 重み係数
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品が実装される回路基板の表面にクリーム半田を印刷するクリーム半田印刷装置及びその制御方法に関し、特にクリーム半田印刷用のスクリーンと回路基板とを精度良く位置合わせする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子部品が実装される回路基板の製造において、回路基板上にチップ部品やディスクリート部品等の電子部品を表面実装する際には、主にクリーム半田が使用され、このクリーム半田を所望のパターンにて印刷・塗布するためにクリーム半田印刷装置が広く用いられている。
従来のクリーム半田印刷装置の要部概念構成図を図７に示した。このクリーム半田印刷装置では、まず、印刷用スクリーン５の位置合わせ用マークであるターゲットマーク５ａと、回路基板３の位置合わせ用マークである基板マーク３ａとをセンサ６により認識し、また、場合によっては印刷用スクリーン５のランド用開口部５ｂと回路基板３のランド３ｂも認識して、制御装置７により印刷用スクリーン５と回路基板３の位置を検出する。そして、回路基板３を印刷用スクリーン５に位置合わせ制御して重ね合わせ、その後、回路基板３と印刷用スクリーン５とを密着させた状態で、印刷用スクリーン５上に供給されたクリーム半田を図示しないスキージの移動により回路基板３の表面に印刷する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した回路基板３の基板マーク３ａと印刷用スクリーン５のターゲットマーク５ａ、及びランド３ｂとこれに対応するランド用開口部５ｂとを用いた位置合わせ制御において、ランド３ｂとランド用開口部５ｂとを回路基板全体に亘って精度良く位置合わせすることと、局所的な微小部品の微小ランド部分を正確に位置合わせすることを両立させることは難しい。回路基板３とスクリーン５とが完全に位置合わせされないままクリーム半田を印刷すると、半田の印刷位置にズレ等の不具合が発生して生産品質に問題を生じることになる。
【０００４】
特に最近の電子部品の極小化や高密度化に伴って、面積が極小化したランド３ｂとランド用開口部５ｂとの正確な位置合わせは重要な技術課題となっている。このため、回路基板３とスクリーン５との位置合わせは、最終的には作業者の手作業によって一致状態の確認及びその位置の補正を行っていた。このため、従来の位置合わせ制御では、手作業を伴うために位置合わせ精度にばらつきや精度低下を招き易く、また、補正作業に熟練を要することから生産性を向上する上で支障となる問題があった。その結果、表面実装基板の高密度化の要求に十分な対応ができ難いといった不都合を生じていた。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、印刷用スクリーン及び回路基板の全面に亘ってランドの位置合わせを行うと共に、特に高密度に配置されたランドに対して重点的に位置合わせを行うことが可能なクリーム半田印刷装置及びその制御方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、本発明に係る請求項１記載のクリーム半田印刷装置は、複数のランドの形成された回路基板と前記ランドの位置に対応した複数のランド用開口部の形成された印刷用スクリーンとを位置合わせして重ね合わせ、前記印刷用スクリーンに供給したクリーム半田を前記ランド用開口部から前記回路基板のランド上に印刷するクリーム半田印刷装置において、前記回路基板の全面に亘って画像読取する回路基板画像読取手段と、前記印刷用スクリーンの全面に亘って画像読取するスクリーン画像読取手段と、前記スクリーン画像読取手段及び前記回路基板画像読取手段から出力される画像データから、前記印刷用スクリーンのランド用開口部及び前記回路基板のランドの情報を検出するランド情報検出手段と、前記ランド情報検出手段により検出されたランド用開口部及びランドの情報に基づいて、前記印刷用スクリーンと前記回路基板とを相対的に移動させる移動制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
このクリーム半田印刷装置では、印刷用スクリーンのランド用開口部と回路基板のランドとの位置合わせを、回路基板画像読取手段による回路基板の全面に亘って画像読取された画像データと、スクリーン画像読取手段による印刷用スクリーンの全面に亘って画像読取された画像データから、ランド情報検出手段が印刷用スクリーンのランド用開口部及び回路基板のランドの情報を検出して、この情報に基づいて移動制御手段により印刷用スクリーンと回路基板とを相対的に移動させるようにした。これにより、印刷用スクリーン及び回路基板の全面に亘る画像データに基づいて、存在する全てのランドに対して位置合わせ制御が行えるため、局所的なマーク位置だけによって位置合わせする場合と比較して、位置合わせ精度を格段に向上できる。また、熟練が必要であった手作業による補正が不要になり、位置合わせ工程が簡単化されて生産工数を削減できる。
【０００８】
請求項２記載のクリーム半田印刷装置は、前記ランド情報検出手段が、前記印刷用スクリーンのランド用開口部とこれに対応する前記回路基板のランドに対する面積をそれぞれ検出し、前記移動制御手段は、前記検出された各面積のうち、最小の面積乃至比較的小さな面積を有するランド用開口部及びランドに対して重点的に位置合わせする重み付け手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
このクリーム半田印刷装置では、重み付け手段により面積の小さなランドに対して重点的に位置合わせが行え、微少な位置ずれに対しても大きな影響を受けるランドに対して正確な位置合わせが可能となり、良品生産に大きく寄与することができる。
【００１０】
請求項３記載のクリーム半田印刷装置は、前記ランド情報検出手段が、前記印刷用スクリーンのランド用開口部とこれに対応する前記回路基板のランドに対して、それぞれの隣接位置に存在する他のランド用開口部・ランドとの距離が最短乃至比較的短いランド用開口部及びランドに対して重点的に位置合わせする重み付け手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
このクリーム半田印刷装置では、重み付け手段により隣接するランドとの距離が短いランドに対して重点的に位置合わせが行え、微少な位置ずれに対しても大きな影響を受けるランドに対して正確な位置合わせが可能となり、良品生産に大きく寄与することができる。
【００１２】
請求項４記載のクリーム半田印刷装置は、前記回路基板画像読取手段と前記スクリーン画像読取手段とを、前記印刷用スクリーンと前記回路基板との間に一体化して構成したことを特徴とする。
【００１３】
このクリーム半田印刷装置では、回路基板画像読取手段とスクリーン画像読取手段とが一体化されるため、装置構成が簡素化できる。
【００１４】
請求項５記載のクリーム半田印刷装置は、前記面積位置検出手段が、前記印刷用スクリーンのランド用開口部の検出と、前記回路基板のランドの検出を同時に行うことを特徴とする。
【００１５】
このクリーム半田印刷装置では、面積位置検出手段が、印刷用スクリーンのランド用開口部の検出と回路基板のランドの検出とを同時に行うことにより、読み取り時間が短縮されタクトアップを図ることができる。
【００１６】
請求項６記載のクリーム半田印刷装置の制御方法は、複数のランドの形成された回路基板と前記ランドの位置に対応した複数のランド用開口部の形成された印刷用スクリーンとを位置合わせして重ね合わせ、前記印刷用スクリーンに供給したクリーム半田を前記ランド用開口部から前記回路基板のランド上に印刷するクリーム半田印刷装置の制御方法において、前記回路基板の全面に亘って画像読取する一方、前記印刷用スクリーンの全面に亘って画像読取し、得られた画像データから前記印刷用スクリーンのランド用開口部及び前記回路基板のランドの情報を検出し、該検出されたランド用開口部及びランドの情報に基づいて、前記印刷用スクリーンと前記回路基板とを相対的に移動させることを特徴とする。
【００１７】
このクリーム半田印刷装置の制御方法では、回路基板の全面に亘って画像読取する一方、印刷用スクリーンの全面に亘って画像読取し、得られた画像データから印刷用スクリーンのランド用開口部及び回路基板のランドの情報を検出し、該検出されたランド用開口部及びランドの情報に基づいて、印刷用スクリーンと回路基板とを相対的に移動させることにより、印刷用スクリーン及び回路基板の全面に亘る画像データに基づいて、存在する全てのランドに対して位置合わせ制御が行えるため、局所的なマーク位置だけによって位置合わせする場合と比較して、位置合わせ精度を格段に向上できる。また、熟練が必要であった手作業による補正が不要になり、位置合わせ工程が簡単化されて生産工数を削減できる。
【００１８】
請求項７記載のクリーム半田印刷装置の制御方法は、前記ランド用開口部及びランドの情報が、前記印刷用スクリーンのランド用開口部とこれに対応する前記回路基板のランドに対する面積であって、検出された各面積のうち、最小の面積乃至比較的小さな面積を有するランド用開口部及びランドに対して重点的に位置合わせするように制御することを特徴とする。
【００１９】
このクリーム半田印刷装置の制御方法では、面積の小さなランドに対して重点的に位置合わせが行え、微少な位置ずれに対しても大きな影響を受けるランドに対して正確な位置合わせが可能となり、良品生産に大きく寄与することができる。
【００２０】
請求項８記載のクリーム半田印刷装置の制御方法は、前記ランド用開口部及びランドの情報が、前記印刷用スクリーンのランド用開口部とこれに対応する前記回路基板のランドに対して、それぞれの隣接位置に存在する他のランド用開口部・ランドとの距離であって、検出された各距離のうち、最短の距離乃至比較的短い距離を有するランド用開口部及びランドに対して重点的に位置合わせするように制御することを特徴とする。
【００２１】
このクリーム半田印刷装置の制御方法では、隣接するランドとの距離が短いランドに対して重点的に位置合わせが行え、微少な位置ずれに対しても大きな影響を受けるランドに対して正確な位置合わせが可能となり、良品生産に大きく寄与することができる。
【００２２】
請求項９記載の記録媒体は、複数のランドの形成された回路基板と前記ランドの位置に対応した複数のランド用開口部の形成された印刷用スクリーンとを位置合わせして重ね合わせ、前記印刷用スクリーンに供給したクリーム半田を前記印刷用開口部から前記回路基板のランド上に印刷するクリーム半田印刷装置に用いられ、前記回路基板の全面に亘って画像読取する一方、前記印刷用スクリーンの全面に亘って画像読取し、得られた画像データから前記印刷用スクリーンのランド用開口部及び前記回路基板のランドの情報を検出し、該検出されたランド用開口部及びランドの情報に基づいて、前記印刷用スクリーンと前記回路基板とを相対的に移動させるプログラムが格納されていることを特徴とする。
【００２３】
この記録媒体では、回路基板の全面に亘って画像読取する一方、印刷用スクリーンの全面に亘って画像読取し、得られた画像データから印刷用スクリーンのランド用開口部及び回路基板のランドの情報を検出し、該検出されたランド用開口部及びランドの情報に基づいて、印刷用スクリーンと回路基板とを相対的に移動させるプログラムが格納されるため、これをクリーム半田印刷装置に用いることにより、印刷用スクリーン及び回路基板の全面に亘る画像データに基づいて、存在する全てのランドに対して位置合わせ制御が行え、位置合わせ精度を格段に向上できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るクリーム半田印刷装置及びその制御方法並びに記憶媒体の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係るクリーム半田印刷装置の全体構成を示す斜視図である。クリーム半田印刷装置１００は、クリーム半田を印刷する回路基板３を装置内部に搬入・搬出するための回路基板搬送部Ａと、回路基板搬送部Ａから搬入された回路基板３を載置して印刷用スクリーン５の下面側に移動するテーブル部Ｂと、印刷用スクリーン５の下面側に位置合わせして重ね合わせた回路基板３及び印刷用スクリーン５の上面をスキージが移動することでクリーム半田をスクリーン５を介して回路基板３上に印刷する印刷部Ｃとを備えている。
【００２５】
さらに、このクリーム半田印刷装置１００は、例えばスタンドアロン型のプログラマブルコントローラや、ファクトリーオートメーション（ＦＡ）用のネットワーク対応型の主操作装置（コンピュータ等）によって制御される共に、回路基板３と印刷用スクリーン５とを位置合わせするための制御装置（図示せず）を備えている。
回路基板搬送部Ａは汎用的なローダ、及びアンローダから構成され、テーブル部Ｂは多軸ステージから構成される。
【００２６】
次に、テーブル部Ｂの構成を詳細に説明する。
図２にテーブル部Ｂとスクリーン５と読み取り部の構成を模式的に示した。図２に示すように、テーブル部Ｂは、ローダより搬入された回路基板３を載置して、図に示すＸ，Ｙ，Ｚの各軸方向及びθ方向にモータ制御によって回路基板３を変位可能とする基板載置台１２を備えている。また、テーブル部Ｂは、印刷用スクリーン５の全面を読み取り可能なスクリーン画像読取手段としてのスクリーン読み取り部１３と、回路基板３の全面を読み取り可能な回路基板画像読取手段としての回路基板読み取り部１４とを備えている。
【００２７】
スクリーン読み取り部１３は、印刷用スクリーン５に対してＹ方向に走査させながらＸ方向に対する読み取りを行うことで、スクリーン５のＸ−Ｙ平面の画像を読み取る。従って、この場合はＸ方向が主走査方向、Ｙ方向が副走査方向となる。スクリーン読取部１３の画像読み取り素子１３ａとしては、例えばＣＣＤラインセンサを用いることができる。
回路基板読み取り部１４は、回路基板３に対してＹ方向に走査させながらＸ方向に対する読み取りを行うことで、回路基板３のＸ−Ｙ平面の画像を読み取る。従って、この場合もＸ方向が主走査方向、Ｙ方向が副走査方向となる。画像読み取り素子１４ａとしては、同様にＣＣＤラインセンサを用いることができる。なお、Ｙ方向の走査は、構成の簡単化のためにテーブル部ＢをＹ方向に移動させることで行ってもよい。
【００２８】
ここで、図１及び図２に示すスクリーン読み取り部１３及び回路基板読み取り部１４と、回路基板３及びスクリーン５との位置関係は、図３に概念的に示すように、スクリーン５の上方にスクリーン読み取り部１３が、スクリーン５と回路基板３との間に回路基板読み取り部１４が配設されたものとなる。
【００２９】
次に、制御装置を説明する。
図４は制御装置の主要な構成を示すブロック図である。図４に示すように制御装置７は、スクリーン読み取り部１３のＣＣＤラインセンサ１３ａ、及び回路基板読み取り部１４のＣＣＤラインセンサ１４ａからの画像信号をデジタル変換して取り込むＩ／Ｏ処理回路２０と、Ｉ／Ｏ処理回路２０を介してデジタルデータを取り込み、画像処理等の各種情報処理を行うマイクロコンピュータ２１と、画像データを記憶する画像メモリ２２と、予め定めた制御プログラムを実行するための各種データを記憶しているデータベース２３とを備えている。また、制御装置７は、マイクロコンピュータ２１からの指令により図２に示すテーブル部ＢのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θ軸移動制御用のモータ２４ａ〜２４ｄを駆動するためのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θ軸駆動用のドライバ２６ａ〜２６ｄを備えている。
なお、この制御装置７がランド情報検出手段と移動制御手段に相当する。
【００３０】
さらに、制御装置７は、少なくとも回路基板３と印刷用スクリーン５との位置合わせ制御を実行するためのプログラムが格納された情報記憶媒体（例えば、磁気記録媒体、光磁気記録媒体、光記録媒体等、あるいは、フラッシュメモリ等の固体記憶素子）２８から、プログラムを読み取る読み取り装置２９を備えている。なお、この情報記録媒体２８によるプログラムの提供は、通信ネットワークを介して行うものであってもよい。
【００３１】
次に、本実施形態のクリーム半田印刷装置１００の動作を説明する。
まず、図１を参照してクリーム半田印刷装置１００全体の概略動作について説明する。回路基板搬送部Ａは、ストッカやラインから搬入された回路基板３を受け取り、印刷装置内部に配置されたテーブル部Ｂに回路基板３を搬送する。そして、テーブル部Ｂは、搬送されてきた回路基板３を位置合わせして固定し、印刷部Ｃの印刷用スクリーン５下面側の所定位置に移動させる。また、印刷部Ｃにおける印刷工程が終了すると、テーブル部Ｂは回路基板３を印刷部Ｃから回路基板搬送部Ａの搬送出口側に搬送する。その後、回路基板搬送部Ａは、テーブル部Ｂから回路基板３を取り出して、図示しない搬送出口に印刷済みの回路基板３を排出する。
【００３２】
ここで、本実施形態における回路基板３とスクリーン５との位置合わせ制御の内容を詳細に説明する。
まず、概略的には、本実施形態における位置合わせ制御は、次の（１）〜（３）に示す各制御方法を選択的に切り替えて行っている。
即ち、スクリーン５のターゲットマーク及びランド用開口部の全てと、回路基板３の基板マーク及びランドの全てに対する位置情報を取得した後に、
（１）スクリーン５のランド用開口部と回路基板３のランドのうち、最小面積のもの、或いは最小面積のものを含む予め定めた範囲内の比較的小さい面積のものが特に正確に一致するように、スクリーン５と回路基板３との位置合わせを実行する。
【００３３】
（２）スクリーン５のランド用開口部と回路基板３のランドのうち、隣接位置の他のランド用開口部・ランドとの距離が最短のもの、或いは距離が最短のものを含む予め定めた範囲内の比較的近接した距離のものが特に一致するように、スクリーン５と回路基板３との位置合わせを実行する。
【００３４】
（３）スクリーン５のランド用開口部と回路基板３のランドのうち、比較的面積が小さく、且つ、隣接位置の他のランド用開口部・ランドとの距離が比較的短いものが特に正確に一致するように、スクリーン５と回路基板３との位置合わせを実行する。
【００３５】
上記各制御方法（１）〜（３）においては、各ランドに対する面積やランド同士の近接距離の範囲を予め定めている。この面積及び近接距離の範囲は、撮像した画像データから取得したスクリーン５のターゲットマーク及びランド用開口部の全てと、回路基板３の基板マーク及びランドの全てに対するそれぞれの面積及び近接距離を求め、得られた各面積及び距離データの最大値及び最小値から相対的なしきい値を決定することで設定してもよく、面積及び近接距離の任意の絶対値をしきい値として範囲を設定してもよい。なお、これら面積及び近接距離の設定された範囲は、データベース２３に格納される。
【００３６】
ここで、図５に本実施形態における位置合わせの制御を説明するフローチャートを示した。以降、このフローチャートに基づいて説明する。
まず最初に、制御装置７が初期設定データの取り込みを行う（ステップ１、以降はＳ１と記す）。初期設定データには、基板サイズや上記の各制御方法に対する設定データ等が含まれる。
次に、スクリーン５側の制御と回路基板３側の制御とを順次、あるいは並列に行う。具体的には、まずスクリーン５側の制御では、スクリーン読み取り部１３のＣＣＤラインセンサ１３ａが、スクリーン５の基板サイズに応じた範囲を走査して読み取り、得られたスクリーン画像データから複数点（ｎ点）のターゲットマーク及びランド用開口部を画像処理により検出する。この検出された個々のマーク及びランド用開口部の識別データ（Ｓ1〜Ｓn）を、図４に示すＩ／Ｏ処理回路２０を通じてマイクロコンピュータ２１が取り込む（Ｓ２）。
【００３７】
次に、図３に示すマイクロコンピュータ２１は、スクリーン５のターゲットマーク及びランド用開口部の各識別データ（Ｓ1〜Ｓn）に対して、位置検出処理を施して、位置データ（ＸS1，ＹS1）〜（ＸSn，ＹSn）を求める（Ｓ３）。
【００３８】
この位置データ（ＸS1，ＹS1）〜（ＸSn，ＹSn）のうち、ターゲットマークの位置データにより多軸ステージの座標系に対するスクリーン５の位置と向き、即ち、スクリーン５自体のＸ−Ｙ平面座標（ＸS，ＹS）と回転角度θSを求める（Ｓ４）。ここで、各位置データは、予めＣＡＤデータ等の設計データとして登録されているため、画像データから検出した座標と設計データの座標とを照合することによってもスクリーンの位置と向きが検出できる。得られたスクリーン５の位置と向きのデータ（ＸS，ＹS，θS）は一旦メモリに記憶する。
【００３９】
一方、回路基板側の制御では、回路基板読み取り部１４のＣＣＤラインセンサ１４ａが、回路基板３の基板サイズの全面を走査して読み取り、得られた回路基板画像データから複数点（ｎ点）の基板マーク及びランドを検出する。この検出された個々のマーク及びランドの識別データ（Ｐ1〜Ｐn）を、図４に示すＩ／Ｏ処理回路２０を通じてマイクロコンピュータ２１が取り込む（Ｓ５）。
【００４０】
次に、図３に示すマイクロコンピュータ２１は、回路基板３の基板マーク３ａ及びランド３ｂの各識別データ（Ｐ1〜Ｐn）に対して、位置検出処理を施して位置データ（ＸP1，ＹP1）〜（ＸPn，ＹPn）を求める（Ｓ６）。
【００４１】
この位置データ（ＸP1，ＹP1）〜（ＸPn，ＹPn）のうち、基板マーク３ａの位置データにより多軸ステージの座標系に対する回路基板３の位置と向き、即ち、回路基板３自体のＸ−Ｙ平面座標（ＸP，ＹP）と回転角度θPを求める（Ｓ７）。回路基板３の位置と向きは、スクリーン側の制御の場合と同様に各位置データの座標と設計データの座標とを照合することによっても検出できる。得られた回路基板３の位置と向きのデータ（ＸP，ＹP，θP）は一旦メモリに記憶する。
【００４２】
次に、得られたスクリーン５の位置データ（ＸS，ＹS，θS）と回路基板３の位置データ（ＸP，ＹP，θP）に基づいて、スクリーン５と回路基板３とを仮想的に（データ上で）重ね合わせる。このとき、スクリーン５のランド用開口部５ｂと回路基板３のランド３ｂの位置は、必ずしも全部が一致しているとは限らないので、上述の（１）〜（３）の位置合わせ制御を用いて、更に高精度に位置合わせを行う。
【００４３】
まず、（１）の位置合わせ制御方法を用いた場合を説明する。この制御方法では、スクリーン５のランド用開口部と回路基板３のランドの各面積Ａiをそれぞれ設計データや撮像した画像データから求め、さらに求めたランド用開口部及びランドの各面積のうち、最大面積Ａmaxと最小面積Ａminとを求める。
次に、スクリーン５のランド用開口部位置（Ｘsi，Ｙsi）と回路基板３のランド位置（Ｘpi，Ｙpi）とのずれを、線形モデルを想定して補正する。（１）式は、回路基板３のランド位置（Ｘpi，Ｙpi）に対するスクリーン５のランド用開口部位置（Ｘsi，Ｙsi）との関係を線形モデルとして表したものである。
【００４４】
【数１】
【数２】
ここで、Ｗiは重み係数であり、前記ランド情報検出手段に備わる重み付け手段によって設定される。即ち、重み係数Ｗiは、ランドの面積が小さいほど大きく、ランド面積が大きいほど小さく設定される。この制御方法では、重み係数Ｗiを（３）式に示すようにしている。
【数３】
【数４】
次に、（２）式の残差二乗和Ｅを最小にするようなパラメータａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆを解析的に求め、これらのパラメータに基づいてスクリーン５に対する回路基板３の移動量を決定する（Ｓ８）。この移動量に基づいてテーブル部Ｂの多軸ステージを駆動制御してスクリーン５と回路基板３とを重ね合わせる（Ｓ９）。そして、この状態でクリーム半田の印刷を行う（Ｓ１０）。
このようにして、面積が小さいランドに対して重点的に高精度で位置合わせを行うことができ、クリーム半田を高い位置合わせ精度で回路基板３のランド３ｂ上に印刷することができる。
なお、上記位置合わせの制御は、マイクロコンピュータ２１からの指令により多軸ステージのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θ軸移動制御用のモータ２４ａ〜２４ｄを駆動することで行う。
【００４７】
また、（２）式の残差二乗和Ｅを最小にするパラメータａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆを求める際、面積の小さいランドが局所的に纏まって存在する場合に、この面積の小さいランドが存在する領域だけ残差二乗和Ｅを求めるようにしてもよい。この方法によれば、回路基板の一部分だけを処理するために処理内容が単純化でき、処理速度を向上できる。
【００４８】
次に、（２）の位置合わせ制御方法を用いた場合を説明する。この制御方法では、スクリーン５のランド用開口部とこれに対応する回路基板３のランド全てに対し、それぞれの隣接位置に存在する他のランド用開口部・ランドとの距離が最短のものを抽出し、抽出した隣接ランドとの距離Ｌiを各ランドそれぞれに対して求める。さらに求めた距離Ｌiのうち、最長距離Ｌmaxと最短距離Ｌminとを求める。
次に、スクリーン５のランド用開口部位置（Ｘsi，Ｙsi）と回路基板３のランド位置（Ｘpi，Ｙpi）とのずれを、前記同様に線形モデルを想定して（１），（２），（３）式を用いて補正する。
ここでの重み係数Ｗiは、（５）式のＱｉを用いて求められる。この場合の重み係数Ｗiは、隣接ランドとの距離が短いほど大きく、距離が長いほど小さく設定される。
【数５】
そして、同様に（２）式の残差二乗和Ｅを最小にするようなパラメータａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを解析的に求め、これらのパラメータに基づいてスクリーン５に対する回路基板３の移動量を決定する。これにより、隣接ランドとの距離が短いランドに対して重点的に高精度で位置合わせを行うことができる。
また、（２）式の残差二乗和Ｅを最小にするパラメータａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆを求める際、隣接ランドとの距離の短いランドが局所的に存在する場合に、この距離の短いランドが存在する領域だけ残差二乗和Ｅを求めるようにしてもよい。この方法によれば、回路基板の一部分だけを処理するために処理内容が単純化でき、処理速度を向上できる。
【００５０】
次に、（３）の位置合わせ制御方法を用いた場合を説明する。この制御方法は、（１）の制御方法と（２）の制御方法を組み合わせた制御方法である。即ち、スクリーン５のランド用開口部と回路基板３のランドの各面積Ａiをそれぞれ設計データや撮像した画像データから求め、さらに求めたランド用開口部及びランドの各面積のうち、最大面積Ａmaxと最小面積Ａminとを求める。これと共に、スクリーン５のランド用開口部とこれに対応する回路基板３のランド全てに対し、それぞれの隣接位置に存在する他のランド用開口部・ランドとの距離が最短のものを抽出し、抽出した隣接ランドとの距離Ｌiを各ランドそれぞれに対して求める。さらに求めた距離Ｌiのうち、最長距離Ｌmaxと最短距離Ｌminとを求める。そして、重み係数Ｗiを（６）式のＱｉを用いて求める。この他の処理は前記同様である。
この制御方法によれば、面積が小さく、隣接ランドとの距離が短いランドに対して重点的に高精度で位置合わせを行うことができる。
【００５１】
【数６】
以上説明したように、本実施形態においては、スクリーン５のターゲットマーク５ａ及びランド用開口部５ｂの全てと、回路基板３の基板マーク３ａ及びランド３ｂの全てに対する位置情報を取得し、特に、面積の小さなランドに対して、また、隣接するランドとの距離が短いランドに対して重点的に位置合わせを行っているため、微少な位置ずれに対しても大きな影響を受けるランドに対して正確な位置合わせが可能となる。
この結果、スクリーン５のランド用開口部と回路基板３のランドの位置合わせにおいて、熟練が必要な手作業による補正が不要になり、位置合わせ精度が向上し、より高密度な実装回路基板に対しても十分対応可能となる。また同時にクリーム半田印刷の生産性を向上でき、良品生産に大きく寄与することができる
なお、本実施形態の重み付け方法は上述の方法に限定されることなく、周知のいずれの方法を用いても同様な効果を得ることができる。
【００５３】
次に、本発明に係るクリーム半田印刷装置の変形例を説明する。
図６は、本変形例のクリーム半田印刷装置におけるスクリーンと回路基板と読み取り部との位置関係を概念的に示す図である。
この変形例のクリーム半田印刷装置２００は、スクリーン読み取り部と回路基板読み取り部とを一体化したスクリーン／回路基板読み取り部３５を、スクリーン５と回路基板３との間に副走査方向に移動可能に取り付けている。このスクリーン／回路基板読み取り部３５には、スクリーン読み取り用のＣＣＤラインセンサ３５ａをスクリーン５側に向けて、回路基板読み取り用のＣＣＤラインセンサ３５ｂを回路基板３側に向けて配設している。他の構成は前述した実施形態のものと同様である。
【００５４】
図６に示す構成によれば、スクリーン／回路基板読み取り部３５のＣＣＤラインセンサ３５ａは、スクリーン５のターゲットマーク及びランド用開口部の全てをスクリーン下面側から読み取る。また、ＣＣＤラインセンサ３５ｂは、回路基板３の基板マーク及びランドの全てを回路基板上面側から読み取る。このように、読み取り部が単一のスクリーン／回路基板読み取り部３５からなるので装置構成を簡素化できる。
そして、図６に示すように、スクリーン５と回路基板３の位置を上下方向に略重なる位置に固定することにより、１回のスクリーン／回路基板読み取り部３５の副走査方向の移動によって、スクリーン５と回路基板３との双方の画像を同時に読み取ることができる。この構成によれば読み取り時間が短縮され、タクトアップを図ることができる。
【００５５】
また、上記の２つのＣＣＤラインセンサを備えたスクリーン／回路基板読み取り部３５に代えて、単一のＣＣＤラインセンサを片面だけに設けた読み取り部とし、読み取り対象に応じてＣＣＤラインセンサの読み取り面を上下切り替えできるように読み取り部を反転自在に支持した構成としてもよい。この場合、例えば最初にスクリーン５側にＣＣＤラインセンサを向けてスクリーン５を下側から読み取り、次に読み取り部を１８０゜反転させて回路基板３の上側を読み取ることができる。この構成によれば、単一のセンサで双方を読み取ることができるため、装置構造を簡素化できコストダウンを図ることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るクリーム半田印刷装置及びその制御方法によれば、印刷用スクリーンのランド用開口部と回路基板のランドの、それぞれ全ての位置情報を取得し、最も位置ずれに対して影響を受け易すくなる、最小の面積乃至比較的小さな面積を有するランド用開口部及びランドや、隣接位置に存在する他のランド用開口部・ランドとの距離が最短乃至比較的短いランド用開口部及びランドを重点的に位置合わせする制御を行うことで、局所的なマーク位置だけによって位置合わせする場合と比較して、位置合わせ精度を格段に向上できる。また、熟練が必要であった手作業による補正が不要になり、位置合わせ工程が簡単化されて生産工数を削減できる。
また、本発明に係る記録媒体によれば、回路基板及び印刷用スクリーンの全面に亘って画像読取し、得られた画像データから印刷用スクリーンのランド用開口部及び回路基板のランドの情報を検出し、該検出されたランド用開口部及びランドの情報に基づいて、印刷用スクリーンと回路基板とを相対的に移動させるプログラムが格納されるため、これをクリーム半田印刷装置に用いることにより、印刷用スクリーン及び回路基板の全面に亘る画像データに基づいて、存在する全てのランドに対して位置合わせ制御が行え、位置合わせ精度を格段に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るクリーム半田印刷装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】テーブル部とスクリーンと読み取り部の構成を模式的に示した図である。
【図３】スクリーン読み取り部及び回路基板読み取り部と、回路基板及びスクリーンとの位置関係を概念的に示す図である。
【図４】制御装置の主要な構成を示すブロック図である。
【図５】位置合わせの制御を説明するフローチャートである。
【図６】クリーム半田印刷装置の変形例におけるスクリーンと回路基板と読み取り部との位置関係を概念的に示す図である。
【図７】従来のクリーム半田印刷装置の要部概念構成図である。
【符号の説明】
３ 回路基板
３ｂ ランド
５ 印刷用スクリーン
５ｂ ランド用開口部
７ 制御装置
１３ 印刷用スクリーン読取部
１３ａ，１４ａ ＣＣＤラインセンサ
１４ 回路基板読取部
２１ マイクロコンピュータ
２８ 記憶媒体
１００，２００ クリーム半田印刷装置
Ａ 回路基板搬送部
Ｂ テーブル部
Ｃ 印刷部
Ａi 面積
Ｌi 距離
Ｗi 重み係数
Claims (6)
- 複数のランドの形成された回路基板と前記ランドの位置に対応した複数のランド用開口部の形成された印刷用スクリーンとを位置合わせして重ね合わせ、前記印刷用スクリーンに供給したクリーム半田を前記ランド用開口部から前記回路基板のランド上に印刷するクリーム半田印刷装置において、
前記回路基板の全面に亘って画像読取する回路基板画像読取手段と、
前記印刷用スクリーンの全面に亘って画像読取するスクリーン画像読取手段と、
前記スクリーン画像読取手段及び前記回路基板画像読取手段から出力される画像データから、前記印刷用スクリーンのランド用開口部及び前記回路基板のランドの情報を検出するランド情報検出手段と、
前記ランド情報検出手段により検出されたランド用開口部及びランドの情報に基づいて、前記印刷用スクリーンと前記回路基板とを相対的に移動させる移動制御手段とを備え、
前記ランド情報検出手段は、前記印刷用スクリーンのランド用開口部とこれに対応する前記回路基板のランドに対する面積をそれぞれ検出し、前記移動制御手段は、前記検出された各面積のうち、ランドの面積が小さいほどランド用開口部及びランドに対して重点的に位置合わせする重み付け手段を備えたことを特徴とするクリーム半田印刷装置。 - 前記ランド情報検出手段は、前記印刷用スクリーンのランド用開口部とこれに対応する前記回路基板のランドに対して、それぞれの隣接位置に存在する他のランド用開口部・ランドとの距離が短いほどランド用開口部及びランドに対して重点的に位置合わせする重み付け手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のクリーム半田印刷装置。
- 前記回路基板画像読取手段と前記スクリーン画像読取手段とを、前記印刷用スクリーンと前記回路基板との間に一体化して構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のクリーム半田印刷装置。
- 前記面積位置検出手段は、前記印刷用スクリーンのランド用開口部の検出と、前記回路基板のランドの検出を同時に行うことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載のクリーム半田印刷装置。
- 複数のランドの形成された回路基板と前記ランドの位置に対応した複数のランド用開口部の形成された印刷用スクリーンとを位置合わせして重ね合わせ、前記印刷用スクリーンに供給したクリーム半田を前記ランド用開口部から前記回路基板のランド上に印刷するクリーム半田印刷装置の制御方法において、
前記回路基板の全面に亘って画像読取する一方、前記印刷用スクリーンの全面に亘って画像読取し、得られた画像データから前記印刷用スクリーンのランド用開口部及び前記回路基板のランドの情報を検出し、該検出されたランド用開口部及びランドの情報に基づいて、前記印刷用スクリーンと前記回路基板とを相対的に移動させ、
前記ランド用開口部及びランドの情報は、前記印刷用スクリーンのランド用開口部とこれに対応する前記回路基板のランドに対する面積であって、検出された各面積のうち、ランドの面積が小さいほどランド用開口部及びランドに対して重点的に位置合わせするように制御することを特徴とするクリーム半田印刷装置の制御方法。 - 前記ランド用開口部及びランドの情報は、前記印刷用スクリーンのランド用開口部とこれに対応する前記回路基板のランドに対して、それぞれの隣接位置に存在する他のランド用開口部・ランドとの距離であって、検出された各距離のうち、距離が短いほどランド用開口部及びランドに対して重点的に位置合わせするように制御することを特徴とする請求項５記載のクリーム半田印刷装置の制御方法。
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