JP4569496B2 - 電子部品実装装置および電子部品実装装置における実装状態検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を基板に実装する電子部品実装装置およびこの電子部品実装装置において実装状態を検査する電子部品実装装置における実装状態検査方法に関するものである。

電子部品を基板に実装して実装基板を製造する電子部品実装システムは、半田印刷装置、電子部品実装装置、リフロー装置など複数の装置を連結して構成されており、半田印刷後の基板に対して電子部品が実装される。実装後の基板に対しては、実装状態の正否をリフロー装置に搬入される前に確認するための検査が行われる。この検査においては、実装された電子部品の種類の正誤や、各実装位置における部品の有無・位置ずれなどが確認対象となる。

実装状態を検査するための検査装置として、従来より部品実装後の基板を撮像して得られた画像に基づき、前述の各項目を検査するようにしたものが用いられている（例えば特許文献１参照。）この特許文献例においては、実装前にも基板を撮像して実装前の状態の画像を取得しておき、実装前の画像と実装後の画像とを比較することにより、実装状態を検査するようにしている。
特開２００２−２７１０９９号公報

しかしながら基板を撮像して実装状態を確認する上述先行技術例においては、次のような不具合があった。すなわち撮像によって得られた２次元画像に基づいて検査を行う方法では、平面形状や水平方向の位置を示す２次元情報しか得られないため、部品の浮き上がりや同一位置に電子部品を誤って２重に搭載する部品の重なりなどの不具合は原理的に検出することができない。また上述例では、基板において電子部品が実装される所定領域のみを撮像対象としていることから、基板上の部品実装位置以外に存在する異物は検査対象とはならず、そのまま見過ごされる結果となる。

さらに実装状態の不具合には、基板そのものの反り変形などに起因するものが存在するが、従来技術においてはこのような不具合を検出することができず、現実には異物の有無の確認を含め作業員による目視検査を併用せざるを得ない実情にある。このように、従来技術においては、実装後の基板における多様な不具合を単一の検査によって精度良く検出することが困難であった。

そこで本発明は、実装後の基板における多様な不具合を単一の検査によって精度良く検出することができる電子部品実装装置および電子部品実装装置における実装状態検査方法を提供することを目的とする。

本発明の電子部品実装装置は、部品実装ステージに搬入された基板に電子部品を実装する電子部品実装装置であって、前記基板において実装状態の検査の対象となる検査範囲の全面にわたって所定密度で設定された複数の高さ計測点の高さを走査線に沿って連続的に計測して計測対象位置の上面形状を各走査線位置における断面形状で示す計測線を得る３次元高さ計測を、前記部品実装ステージに搬入される前の基板を対象として実行する実装前高さ計測部と、前記３次元高さ計測後の基板に対して前記部品実装ステージにて部品実装を実行する部品実装機構と、前記部品実装ステージから搬出された部品実装後の基板を対象として前記３次元高さ計測を実行する実装後高さ計測部と、前記実装前高さ計測部の計測結果と前記実装後高さ計測部の計測結果とを比較することにより当該基板の実装状態の良否を判定する判定処理部とを備え、前記判定処理部は、前記電子部品の浮き上がり及び同一の実装位置に同一形状の電子部品を誤って２重に搭載する部品の重なりを検出する。

本発明の電子部品実装装置における実装状態検査方法は、部品実装ステージに搬入された基板に電子部品を実装する電子部品実装装置において、前記基板の実装状態を検査する電子部品実装装置における実装状態検査方法であって、前記基板において実装状態の検査の対象となる検査範囲の全面にわたって所定密度で設定された複数の高さ計測点の高さを走査線に沿って連続的に計測して計測対象位置の上面形状を各走査線位置における断面形状で示す計測線を得る３次元高さ計測を、前記部品実装ステージに搬入される前の基板を対象として実行する実装前高さ計測工程と、前記３次元高さ計測後の基板に対して前記部品実装ステージにて部品実装を実行する部品実装工程と、前記部品実装ステージから搬出された部品実装後の基板を対象として前記３次元高さ計測を実行する実装後高さ計測工程と、前記実装前高さ計測工程における計測結果と前記実装後高さ計測工程における計測結果とを比較することにより当該基板の実装状態の良否を判定する良否判定工程とを含み、前記良否判定工程は、前記電子部品の浮き上がり及び同一の実装位置に同一形状の電子部品を誤って２重に搭載する部品の重なりを検出する。

本発明によれば、基板の検査対象範囲の全面にわたって所定密度で設定された高さ計測点の基準面に対する高さを走査線に沿って連続的に計測して計測対象位置の上面形状を各走査線位置における断面形状で示す計測線を得る３次元高さ計測を実装前および実装後の基板に対して実行し、実装前の３次元高さ計測の計測結果と実装後の３次元高さ計測の計測結果とを比較して３次元情報に基づいて実装状態の良否を判定し、電子部品の浮き上がり及び同一の実装位置に同一形状の電子部品を誤って２重に搭載する部品の重なりを検出することにより、実装後の基板における多様な不具合を単一の検査によって精度良く検出することができる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置を構成する単位実装装置の平面図、図３、図４は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置に備えられた高さ計測装置の機能説明図、図５は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置に備えられた高さ計測装置による高さ計測結果を示す図、図６は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図、図７は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における実装状態検査方法のフロー図、図８は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における実装状態検査の説明図である。

まず図１を参照して、電子部品実装装置の構成を説明する。図１において電子部品実装装置１は、単位実装装置２Ａ、２Ｂ、２Ｃを直列に接続して構成されている。これらのうち、単位実装装置２Ａ、２Ｂは同一構成であり、単位実装装置２Ｃは、電子部品を供給する部品供給部の構成のみが単位実装装置２Ａ、２Ｂと異なっている。

電子部品実装装置１には上流側（図において左側）の基板供給装置（図示省略）から実装対象の基板４が供給され、受取コンベア３Ａを経由して最上流の単位実装装置２Ａに搬入される。そして各実装装置において所定の電子部品が実装された基板４は、最下流の単位実装装置２Ｃから受渡コンベア３Ｂを経由して下流側装置（図示省略）に搬出される。

受取コンベア３Ａ、受渡コンベア３Ｂには、それぞれ第１の高さ計測装置５Ａ、第２の高さ計測装置５Ｂが配置されている。第１の高さ計測装置５Ａは電子部品が実装される前の基板４の上面を対象として３次元高さ計測（部品実装前高さ計測）を行い、第２の高さ計測装置５Ｂは電子部品が実装された後の基板４を対象として、３次元高さ計測（部品実装後高さ計測）を行う。本実施の形態の電子部品実装装置１では、後述するように、これらの高さ計測結果に基づいて実装状態の検査を行うようにしている。

次に図２を参照して、各実装装置の構造を説明する。図２において、基台６の上面には
、Ｘ方向（基板搬送方向）に基板搬送コンベア７が配設されている。基板搬送コンベア７は上流側装置から受け渡された基板４を、以下に説明する部品実装機構による実装動作が行われる部品実装ステージに搬入し位置決めする。基板搬送コンベア７の両側には、それぞれ部品供給部８が配置されており、部品供給部８には複数のテープフィーダ９が配列されている。テープフィーダ９は電子部品を保持したキャりアテープをピッチ送りすることにより、電子部品を以下に説明する搭載ヘッド１２によるピックアップ位置に供給する。なお単位実装装置２Ｃにおいては、片側の部品供給部８に電子部品が格子配列されたトレイを供給するトレイフィーダが配設されている（図１参照）。

基台６の端部にはＹ軸テーブル１０が配設されており、Ｙ軸テーブル１０は２つのＸ軸テーブル１１をＹ方向に駆動する。それぞれのＹ軸テーブル１０には搭載ヘッド１２が装着されており、Ｙ軸テーブル１０およびＸ軸テーブル１１を駆動することにより、搭載ヘッド１２はＸ方向およびＹ方向に移動する。これにより搭載ヘッド１２は、部品供給部８から電子部品を取り出して基板搬送コンベア７の部品実装ステージに位置決めされた基板４に電子部品を移送搭載する。従って、Ｙ軸テーブル１０、Ｘ軸テーブル１１、搭載ヘッド１２は、第１の高さ計測装置５Ａによる３次元高さ計測後の基板４に対して基板搬送コンベア７の部品実装ステージにて部品実装を実行する部品実装機構となっている。

搭載ヘッド１２には一体的に移動する基板認識カメラ１３が装着されており、搭載ヘッド１２とともに基板４上に移動した基板認識カメラ１３は基板４を撮像する。この撮像結果を認識処理部２９（図５参照）によって認識処理することにより、基板４の位置が認識される。搭載ヘッド１２が部品供給部８から基板４に至る移動経路には、部品認識カメラ１４が配設されている。電子部品を保持した搭載ヘッド１２が部品認識カメラ１４の上方を移動することにより、搭載ヘッド１２の保持された状態の電子部品が部品認識カメラ１４によって撮像される。この撮像結果を認識処理部２９によって認識処理することにより、電子部品の種類や位置ずれ状態が検出される。

部品供給部８と基板搬送コンベア７との間にはノズル収納部１５が配設されている。ノズル収納部１５は搭載ヘッド１２に装着される種類の異なる吸着ノズルが複数装着されており、搭載ヘッド１２がノズル収納部１５にアクセスしてノズル交換動作を実行することにより、搭載ヘッド１２には部品種類に応じた吸着ノズルが装着される。

次に図３、図４を参照して、第１の高さ計測装置５Ａ、第２の高さ計測装置５Ｂについて説明する。図３に示すように、第１の高さ計測装置５Ａはレーザ変位計などの高さ計測器を移動機構（図示省略）によってＹ方向に移動自在に構成した３次元スキャナ２０を備えている。３次元スキャナ２０は下方の計測対象物に対して高さ計測器を移動させながら計測対象物の高さを検出することにより、計測対象物の形状を立体的に検出する機能を有している。受取コンベア３Ａによる基板４のＸ方向への移動と、３次元スキャナ２０による高さ計測器のＹ方向への移動とを組み合わせることにより、高さ計測器を基板４上において格子状に移動させて、Ｘ方向走査線２２Ｘ、Ｙ方向走査線２２Ｙに沿った線上における任意位置の高さ情報を取得することができる。

このとき、高さ計測器を走査線に沿って移動させながら連続的に高さ計測を行うことにより、計測対象位置の上面形状を各走査線位置における断面形状で示す計測線が得られる（図５に示す計測線Ｃ参照）。このとき、走査線の起点・終点は、基板４において実装状態検査の対象となる検査範囲に応じて設定される。例えば、基板４３の外縁範囲を含めて全範囲を検査対象とする場合には、図３に示すように、走査線を基板４の全面に走らせる。また一部のみが検査対象となる場合には、その範囲のみに走査線を設定する。

なお３次元スキャナ２０による計測過程において所定インターバル毎に高さ計測を行う
ようにすれば、計測対象面の高さを所定密度の高さ計測点の高さを示すドットで表した点列が得られる。すなわち連続的に高さ計測を行うことにより、高密度で設定された高さ計測点による分解能の高い計測結果が得られ、所定インターバル毎に高さ計測を行うことにより、そのインターバルに応じた分解能の高さ計測結果が得られる。このインターバルは、検査対象の基板に必要とされる検査精度を勘案して決定されるものであり、いずれの方法によっても、検査範囲の全面にわたって所定密度で設定された高さ計測点の高さが計測される。

すなわち第１の高さ計測装置５Ａは、前述の複数の高さ計測点の高さを計測する３次元高さ計測を部品実装ステージに搬入される前の基板４を対象として実行する実装前高さ計測部となっている。この実装前高さ計測において、Ｘ方向走査線２２Ｘ、Ｙ方向走査線２２Ｙの起点・終点および配列ピッチを基板種類に応じて設定することにより、検査範囲の全面にわたって必要な計測密度で高さ計測結果を得ることができる。

この実装前高さ計測により、図５（ａ）に示すように、実装前の基板４の反り変形状態や、基板４の表面４ａにおける異物Ａの付着を示す特異形状ａが、計測線（または点列）Ｃによって表される。そして基板４の変形が許容される度合いを超えているような場合や、部品実装動作に支障を来すような異物付着が検出された場合など、実装対象とすることが不適当であると判定された場合には、当該基板４は実装対象とすることができない不具合基板である旨の報知がなされる。

図４に示すように、第２の高さ計測装置５Ｂは第１の高さ計測装置５Ａと同様の３次元スキャナ２０を備えた構成となっており、単位実装装置２Ａ，２Ｂ，２Ｃによる部品実装後の基板４に対して、同様の３次元スキャンを実行する。したがって第２の高さ計測装置５Ｂは、部品実装ステージから搬出された部品実装後の基板４を対象として３次元高さ計測を実行する実装後高さ計測部となっている。

この実装後高さ計測において得られた高さ計測結果は、基板４に実装された電子部品Ｐの外形形状を与える。すなわち、図５（ｂ）に示すように、基板４の表面形状を示す計測線Ｃに基板４に実装された状態における電子部品Ｐの形状線ｐを組み合わせた計測結果が得られる。そして後述するように、この実装後高さ計測による計測結果と、既に取得された実装前高さ計測によって得られた計測結果とを比較対照することにより、基板４における電子部品の実装状態の良否を判定することができる。

次に図６を参照して、電子部品実装装置１の制御系の構成を説明する。図６において、全体制御部２３は電子部品実装装置１が属する電子部品実装ライン全体の制御を行うホストコンピュータであり、ライン制御部２４、判定処理部２５を含んでいる。ライン制御部２４は、実装ラインに属する各装置の全体制御を行う。認識処理部２５は第１の高さ計測装置５Ａ、第２の高さ計測装置５Ｂから送られる計測結果に基づいて、実装状態の良否判定を行う。判定結果は、ＬＡＮを介して下流側装置へ伝達される。全体制御部２３は単位実装装置２Ａ、２Ｂ、２Ｃの制御装置に設けられた実装制御部２６にＬＡＮを介して接続されており、実装制御部２６は、基板搬送コンベア７を駆動する基板搬送機構２７、部品実装機構２８および認識処理部２９を制御する。

次に図７に示すフローを参照して、電子部品実装装置１における実装状態検査について説明する。実装作業が開始されると、まず、上流側装置から受け取りコンベア３Ａに基板４が供給される。そしてこの基板４を対象として、部品実装前の基板４を第１の高さ計測装置５Ａの３次元スキャナ２０によって読み取り（ＳＴ１）、これにより部品実装前基板情報（ＸＹＺ情報）を取得する（ＳＴ２）（実装前高さ計測工程）。

この後、基板４を対象として部品実装が実行される。すなわち、基板４はまず単位実装装置２Ａに搬入されて部品実装が行われた後、単位実装装置２Ｂ、２Ｃへと順次搬送されて同様に部品実装が実行される。そして部品実装後の基板４は受渡コンベア３Ｂに搬入され、ここで第２の高さ計測装置５Ｂによって部品実装後の基板４を３次元スキャナ２０によって読み取り（ＳＴ４）、部品実装後基板情報（ＸＹＺ情報）を取得する（ＳＴ５）（実装後高さ計測工程）。

部品実装前基板情報および部品実装後基板情報はいずれも全体制御部２３に送られ、ここで、認識処理部２５によって実装前後の基板情報を比較する（ＳＴ６）。すなわち、実装前高さ計測によって得られた計測線と、実装後高さ計測によって得られた計測線とを比較する。これにより、基板４の実装状態の良否判定が行われ（ＳＴ７）（良否判定工程）、判定結果は下流側装置へ出力される。すなわち判定処理部２５は、実装前高さ計測部である第１の高さ計測装置５Ａの計測結果と、実装後高さ計測部である第２の高さ計測装置５Ｂの計測結果とを比較することにより、当該基板の実装状態の良否を判定する。

例えば、部品実装が正しく実装された場合には、図８（ａ）に示すように、基板４における正規の実装位置に存在する電子部品Ｐ対応する正しい位置に電子部品を表す形状線ｐが正しく現れる。このとき、基板４において電子部品Ｐが位置ずれしている場合にはその位置ずれ状態に応じて形状線ｐの位置がずれて現れる。

また図８（ｂ）に示すように、搭載時の誤動作によって電子部品Ｐが立ち姿勢となった場合には、電子部品Ｐを示す形状線ｐもその姿勢状態をそのまま表す形状で現れる。さらには図８（ｃ）に示すように、同一形状の電子部品Ｐを誤って同一位置に２重に搭載する誤動作が発生した場合には、それらの状態をそのまま示す形状線ｐ＊が現れる。これにより、電子部品Ｐの実装状態の良否を正確に把握することが可能となっている。

そして、図８（ｄ）に示すように、検査範囲内の任意位置に異物Ａが付着している場合には、その位置に当該異物を示す形状線ａが現れる。このとき、実装前高さ計測における計測結果を参照することにより、当該異物Ａが実装前から既に存在していたものであるか否かが明瞭に判断され、異物混入発生元の特定を容易に行うことができる。

上記説明したように、本実施の形態に示す実装状態検査においては、基板の検査対象範囲の全面にわたって所定密度で設定された高さ計測点の基準面に対する高さを計測する３次元高さ計測を、部品実装前および部品実装後の基板に対して実行し、実装前高さ計測の計測結果と実装後高さ計測の計測結果とを比較して、３次元情報に基づいて当該基板の実装状態の良否を判定するようにしている。

これにより、撮像によって得られた２次元画像に基づいて検査を行う場合における不都合点、すなわち撮像による方法では平面形状や水平方向の位置を示す２次元情報しか得られないため、部品の浮き上がりや同一位置に電子部品を誤って２重に搭載する部品の重なりなどの不具合は原理的に検出することができないのに対し、本実施の形態のように３次元情報に基づいて検査を行うことにより、このような不具合も確実に検出することが可能となっている。

また予め基板の全面を検査範囲に設定しておくことにより、基板上の部品実装位置以外に存在する異物をも含めて検査対象とすることができ、異物が存在する基板をそのまま下流側装置に渡す不具合を確実に防止することができる。さらに基板そのものの反り変形などに起因する実装状態の不具合のように、従来技術においては検出することができず、併用して行われる作業員による目視検査に頼らざるを得ない検査不具合についても対応可能となっており、実装後の基板における多様な不具合を単一の検査によって精度良く検出す
ることができる。

本発明の電子部品実装装置および電子部品実装装置における実装状態検査方法は、実装後の基板における多様な不具合を単一の検査によって精度良く検出することができるという効果を有し、電子部品を基板に半田接合により実装して実装基板を製造する分野に利用可能である。

本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置を構成する単位実装装置の平面図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置に備えられた高さ計測装置の機能説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置に備えられた高さ計測装置の機能説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置に備えられた高さ計測装置による高さ計測結果を示す図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置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電子部品実装装置における実装状態検査方法のフロー図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における実装状態検査の説明図

符号の説明

１ 電子部品実装装置
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ 単位実装装置
４ 基板
５Ａ 第１の高さ計測装置（実装前高さ計測部）
５Ｂ 第２の高さ計測装置（実装後高さ計測部）
７ 基板搬送コンベア
１２ 搭載ヘッド
２０ ３次元スキャナ
２３ 全体制御部

Claims (2)

1. 部品実装ステージに搬入された基板に電子部品を実装する電子部品実装装置であって、
   前記基板において実装状態の検査の対象となる検査範囲の全面にわたって所定密度で設定された複数の高さ計測点の高さを走査線に沿って連続的に計測して計測対象位置の上面形状を各走査線位置における断面形状で示す計測線を得る３次元高さ計測を、前記部品実装ステージに搬入される前の基板を対象として実行する実装前高さ計測部と、前記３次元高さ計測後の基板に対して前記部品実装ステージにて部品実装を実行する部品実装機構と、前記部品実装ステージから搬出された部品実装後の基板を対象として前記３次元高さ計測を実行する実装後高さ計測部と、前記実装前高さ計測部の計測結果と前記実装後高さ計測部の計測結果とを比較することにより当該基板の実装状態の良否を判定する判定処理部とを備え、
   前記判定処理部は、前記電子部品の浮き上がり及び同一の実装位置に同一形状の電子部品を誤って２重に搭載する部品の重なりを検出することを特徴とする電子部品実装装置。
2. 部品実装ステージに搬入された基板に電子部品を実装する電子部品実装装置において、前記基板の実装状態を検査する電子部品実装装置における実装状態検査方法であって、
   前記基板において実装状態の検査の対象となる検査範囲の全面にわたって所定密度で設定された複数の高さ計測点の高さを走査線に沿って連続的に計測して計測対象位置の上面形状を各走査線位置における断面形状で示す計測線を得る３次元高さ計測を、前記部品実装ステージに搬入される前の基板を対象として実行する実装前高さ計測工程と、前記３次元高さ計測後の基板に対して前記部品実装ステージにて部品実装を実行する部品実装工程と、前記部品実装ステージから搬出された部品実装後の基板を対象として前記３次元高さ計測を実行する実装後高さ計測工程と、前記実装前高さ計測工程における計測結果と前記実装後高さ計測工程における計測結果とを比較することにより当該基板の実装状態の良否を判定する良否判定工程とを含み、
   前記良否判定工程は、前記電子部品の浮き上がり及び同一の実装位置に同一形状の電子部品を誤って２重に搭載する部品の重なりを検出することを特徴とする電子部品実装装置における実装状態検査方法。

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