JP4692268B2 - 電子部品実装システムおよび電子部品実装方法 - 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システムおよび電子部品実装方法に関するものである。

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電子部品実装システムは、半田印刷装置、電子部品搭載装置、リフロー装置など複数の電子部品実装用装置を連結して構成されている。このような電子部品実装システムにおいて、品質管理を高い信頼性で行うことを目的として、各装置の間に検査装置を配置した構成の検査機能付き電子部品実装ラインが導入されるようになっている（例えば特許文献１参照）。

この特許文献に示す例においては、印刷装置と電子部品搭載装置との間に印刷検査装置を配置し、印刷検査装置において印刷装置による印刷状態に位置ずれなどの何らかの不正常事態があることが検出されたならば、それを是正するためのフィードバック情報を印刷装置に伝達するとともに、後工程の電子部品搭載装置には不正常事態の影響を是正した上で搭載動作を実行するためのフィードフォワード情報が伝達される。これにより、実装基板製造過程における高度な品質管理が実現される。
特開２００２−１３４８９９号公報

ところで近年電子機器の小型化により、実装される電子部品のサイズも微小化し、これら微小部品の実装に際しては、実装条件をより精細に設定して搭載ヘッドにより精緻な搭載動作を行わせることが求められるようになっている。すなわち微小部品を安定して高位置精度で実装するには、基板上における水平方向の実装位置精度に加えて、吸着ノズルによって電子部品を保持して基板の実装点に着地させる際のノズル下降動作における動作精度を高度に管理することが望ましい。

しかしながら、上述の特許文献に示す従来装置においては、水平方向の実装位置精度は検出および補正の対象とされているものの、高さ方向の位置精度については対象とされていなかった。このため、基板に厚みのばらつきや反り変形が存在している場合には、電子部品を基板の実装点に適正に着地させることができず、部品位置ずれなどの実装不具合を生じる一因となっていた。このように、従来ので実装システムにおいては、基板の高さ方向の位置誤差に起因する実装不具合を有効に防止することが困難であるという問題点があった。

そこで本発明は、基板の高さ方向の位置誤差に起因する実装不具合を防止して、実装品質を確保することができる電子部品実装システム及び電子部品実装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システムは、電子部品搭載装置を含む複数の電子部品実装用装置を連結して構成され基板に電子部品を実装して実装基板を製造する電子部品実装システムであって、前記電子部品搭載装置よりも上流に位置し、前記基板の上面に設定された高さ計測点の高さ位置を計測して計測結果を基板高さデータとして出力する第１の基板高さ計測機能を有する基板高さ計測装置と、前記基板高さ計測装置によって高さ計測が行われた後搬入された基板を対象として、前記高さ計測点のうち少なくとも特定の高さ計測点の高さ位置を再度計測して計測結果を基板高さ補正データとして出力する第２の基板高さ計測機能および搭載ヘッドによって部品供給部から電子部品をピックアップし前記基板に搭載する部品搭載機能とを備えた前記電子部品搭載装置と、前記基板高さデータおよび基板高さ補正データに基づいて前記電子部品搭載装置における搭載ヘッドの部品搭載動作を制御するための制御パラメータを更新するパラメータ更新手段とを備えた。

本発明の電子部品実装方法は、電子部品搭載装置を含む複数の電子部品実装用装置を連結して構成された電子部品実装システムによって基板に電子部品を実装して実装基板を製造する電子部品実装方法であって、前記電子部品搭載装置よりも上流に位置し、基板高さ計測装置に備えられた第１の基板高さ計測機能によって前記基板の上面に設定された高さ計測点の高さ位置を計測して計測結果を基板高さデータとして出力する第１の基板高さ計測工程と、前記第１の基板高さ計測工程後に前記電子部品搭載装置に搬入された基板を対象として第２の基板高さ計測機能によって前記高さ計測点のうち少なくとも特定の高さ計測点の高さ位置を再度計測して計測結果を基板高さ補正データとして出力する第２の基板高さ計測工程と、前記電子部品搭載装置の搭載ヘッドによって部品供給部から電子部品をピックアップし前記基板に搭載する搭載工程とを含み、前記搭載工程実行時において、前記基板高さデータおよび基板高さ補正データに基づいて、前記電子部品搭載装置における搭載ヘッドの部品搭載動作を制御するための制御パラメータを更新する。

本発明によれば、基板高さ計測装置によって基板の上面に設定された高さ計測点の高さ位置を計測して計測結果を基板高さデータとして出力し、電子部品搭載装置に基板が搬入された後に特定の高さ計測点を対象として再度高さ計測を行って基板高さ補正データを取得し、基板高さデータおよび基板高さ補正データに基づいて搭載ヘッドの部品搭載動作を制御する制御パラメータを更新することにより、個々の基板の高さ位置のばらつきを高精度で補正して、基板の高さ方向の位置誤差に起因する実装不具合を防止することができる。

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システムの構成を示すブロック図、図２は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の構成を示すブロック図、図３は本発明の一実施の形態の印刷検査装置の構成を示すブロック図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の構成を示すブロック図、図５は本発明の一実施の形態の電子部品実装システムの制御系のブロック図、図６は本発明の一実施の形態の部品搭載対象となる基板の断面図、図７は本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおける基板高さ計測の説明図、図８は本発明の一実施の形態の部品搭載対象となる基板の平面図、図９は本発明の一実施の形態の電子部品搭載動作における制御パラメータの説明図、図１０は本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおける作業のフロー図、図１１は本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおける作業動作の動作説明図である。

まず図１を参照して電子部品実装システムについて説明する。図１において電子部品実装システムは、いずれも電子部品実装用装置である印刷装置Ｍ１、印刷検査装置Ｍ２、電子部品搭載装置Ｍ３の各装置を連結して成る電子部品実装ライン１を通信ネットワーク２によって接続し、全体を管理コンピュータ３によって制御する構成となっている。これらの複数の電子部品実装用装置によって、基板に電子部品を実装して実装基板を製造する。

印刷装置Ｍ１は、基板の電極に電子部品接合用の半田ペーストをスクリーン印刷する。印刷検査装置Ｍ２は、印刷された半田ペーストの印刷状態を検査するとともに、印刷後の基板の上面に設定された高さ計測点の高さ位置を検出して検出結果を基板高さデータとして出力する。電子部品搭載装置Ｍ３は、半田ペーストが印刷された基板に電子部品を搭載する。

次に各装置の構成について説明する。まず図２を参照して、印刷装置Ｍ１の構成について説明する。図２において、位置決めテーブル１０上には基板保持部１１が配設されている。基板保持部１１は基板４をクランパ１１ａによって両側から挟み込んで保持する。基板保持部１１の上方には、マスクプレート１２が配設されており、マスクプレート１２には基板４の印刷部位に対応したパターン孔（図示せず）が設けられている。テーブル駆動部１４によって位置決めテーブル１０を駆動することにより、基板４はマスクプレート１２に対して水平方向および垂直方向に相対移動する。

マスクプレート１２の上方にはスキージ部１３が配置されている。スキージ部１３は、スキージ１３ｃをマスクプレート１２に対して昇降させるとともにマスクプレート１２に対して所定押圧力（印圧）で押し付ける昇降押圧機構１３ｂ、スキージ１３ｃを水平移動させるスキージ移動機構１３ａより成る。昇降押圧機構１３ｂ、スキージ移動機構１３ａは、スキージ駆動部１５により駆動される。基板４をマスクプレート１２の下面に当接させた状態で、半田ペースト５が供給されたマスクプレート１２の表面に沿ってスキージ１３ｃを所定速度で水平移動させることにより、半田ペースト５は図示しないパターン孔を介して基板４の上面に印刷される。

この印刷動作は、テーブル駆動部１４、スキージ駆動部１５を印刷制御部１７によって制御することにより行われる。この制御に際しては、印刷データ記憶部１６に記憶された印刷データに基づいて、スキージ１３ｃの動作や基板４とマスクプレート１２との位置合わせが制御される。表示部１９は印刷装置の稼動状態を示す各種の指標データや、印刷動作状態の異常を示す異常報知を表示する。通信部１８は通信ネットワーク２を介して管理コンピュータ３や電子部品実装ライン１を構成する他装置との間でのデータ授受を行う。

次に、図３を参照して、印刷検査装置Ｍ２について説明する。図３において、搬送レール２０には基板４がクランプ部材２０ａによって両端部をクランプされた状態で保持されている。基板搬送位置決め部２１を駆動することにより、搬送レール２０は基板４を以下に説明する検査や計測のための位置に搬送し位置決めする。

搬送レール２０に保持された基板４の上方には、高さ計測器２２およびカメラ２４が配設されている。高さ計測器２２は計測対象までの距離を精密に計測する機能を有しており、基板４に設定された高さ計測点を高さ計測器２２によって計測し、計測データを基板高さ計測部２３によって処理することにより、高さ計測点の高さ位置を求めることができる。またカメラ２４による撮像結果を画像認識部２５によって認識処理することにより、半田ペーストの印刷状態を検査することができる。高さ計測器２２，カメラ２４はそれぞれ移動手段によって水平面内で移動可能となっており、基板４の任意位置を高さ計測対象、検査対象とすることができる。

高さ計測によって取得した高さデータおよび印刷状態検査結果は、検査・計測処理部２６によってデータ処理され、基板高さデータおよび印刷状態検査結果として出力される。出力されたデータは通信部２８、通信ネットワーク２を介して、管理コンピュータ３や他装置に転送される。検査・計測制御部２６は、基板搬送位置決め部２１，高さ計測器２２，カメラ２４を制御することにより、検査・計測動作を制御する。したがって、印刷検査装置Ｍ２は、図１に示すように、電子部品搭載装置Ｍ３よりも上流に位置して、基板４の上面に設定された高さ計測点の高さ位置を計測して、検出結果を基板高さデータとして出力する第１の基板高さ検出機能を有する基板高さ計測装置となっている。

次に図４を参照して電子部品搭載装置の構成について説明する。図４において搬送レール３０には基板４がクランプ部材３０ａによって両端部をクランプされた状態で保持され
ている。搬送レール３０において基板４をクランプするクランプ部材３０ａは、印刷検査装置Ｍ２における搬送レール２０、クランプ部材２０ａと同構造であり、印刷検査時と極力同等なクランプ状態で基板４を保持するようにしている。基板搬送位置決め部３１を駆動することにより、搬送レール３０は基板４を以下に説明する搭載ヘッド３４による部品搭載位置に搬送し位置決めする。

搬送レール３０に保持された基板４の上方には、移動手段（図示省略）によって移動する高さ計測器３２およびヘッド駆動機構（図示省略）によって移動する搭載ヘッド３４が配設されている。高さ計測器３２は高さ計測器２２と同様の計測機能を有しており、本実施の形態においては、基板４に設定され印刷検査装置Ｍ２にて既に計測対象となった高さ計測点のうち、予め基板高さ補正データ取得用として特定された高さ計測点を計測対象として再度高さ計測を行う。

高さ計測器３２によって計測されたこれらの高さ計測点の計測データを基板高さ計測部３３によって処理することにより、前述の特定の高さ計測点の高さ位置を示す基板高さ補正データを求めることができる。高さ計測器３２および基板高さ計測部３３は、第２の基板高さ計測機能を構成する。取得された基板高さ補正データは、印刷検査装置Ｍ２によって取得された基板高さデータを補正する基板高さ補正データとして、後述する部品搭載動作において参照される。

搭載ヘッド３４は電子部品を吸着するノズル３４ａを備えており、搭載ヘッド３４は部品供給部（図示省略）から電子部品をノズル３４ａによって吸着保持して取り出す。そして搭載ヘッド３４を基板４上に移動させて、基板４に対して下降させることにより、ノズル３４ａに保持した電子部品を基板４に搭載する。前記搭載動作において、搭載データ記憶部３６に記憶された搭載データ、すなわち基板４上での電子部品の実装座標に基づいて、搭載制御部３７によって基板搬送位置決め部３１、搭載ヘッド駆動部３５を制御することにより、搭載ヘッド３４による基板４への電子部品搭載位置を制御することができる。

このとき、搭載条件記憶部４０に記憶された搭載条件データ、すなわち、搭載動作において搭載ヘッド３４によってノズル３４ａを昇降駆動する際の動作パターンの詳細を制御する制御パラメータを加味して搭載ヘッド３４を制御することにより、後述するようにより精細な搭載動作を行うことができる。

表示部３９は電子部品搭載装置Ｍ３の各種の稼動状態を表す指標データや搭載動作状態の異常を示す異常報知を表示する。通信部３８は通信ネットワーク２を介して管理コンピュータ２や電子部品実装ライン１を構成する他装置との間でデータ授受を行う。

すなわち、電子部品搭載装置Ｍ３は、印刷検査装置Ｍ２（基板高さ計測装置）によって高さ計測が行われた後搬入された基板４を対象として、高さ計測点のうち少なくとも特定の高さ計測点の高さ位置を計測して計測結果を基板高さ補正データとして出力する第２の基板高さ計測機能および搭載ヘッドによって部品供給部から電子部品をピックアップし、基板４に搭載する部品搭載機能とを備えている。

次に図５を参照して電子部品実装システムの制御系の構成について説明する。ここでは、電子部品実装過程における制御パラメータ更新を目的としたデータ授受機能を説明する。図５において、全体制御部５０は管理コンピュータ３によって実行される制御処理範囲のうちのデータ授受機能を担うものであり、通信ネットワーク２を介して電子部品実装ラインを構成する各装置から転送されるデータを受信し、予め定められた処理アルゴリズムに基づいて各装置にパラメータ更新用データとして通信ネットワーク２を介して出力する。

すなわち図３に示す印刷検査装置Ｍ２に備えられた検査・計測処理部２６は、通信部２８を介して通信ネットワーク２に接続されている。また印刷装置Ｍ１、電子部品搭載装置Ｍ３に備えられた各部（図２、４参照）は、それぞれ通信部１８、３８を介して通信ネットワーク２と接続されている。これにより、印刷検査装置Ｍ２における検査・計測工程において抽出されたデータに基づいて上流側装置の制御パラメータを修正・更新するフィードバック処理や、下流側装置の制御パラメータを修正、更新するフィードフォワード処理が、各装置の稼動中に随時可能な構成となっている。なお、管理コンピュータ３を設けずに、各装置の制御部にそれぞれデータ授受制御機能を持たせるようにしてもよい。

次に図６，図７を参照して、実装対象となる基板４の反り変形およびこの反り変形状態を検出することを目的として、印刷検査装置Ｍ２および電子部品搭載装置Ｍ３にて行われる基板高さ計測について説明する。図６（ａ）は変形のない正規状態の基板４を示しており、電子部品６を基板４に実装する際には、基板４に印刷された半田ペースト５の上面を基準として実装高さ位置Ｈが設定される。そして搭載ヘッド３４による搭載動作においては、この実装高さ位置Ｈを基準として搭載ヘッド３４の動作が制御される。

図６（ｂ）は実際の基板４の変形状態を示しており、実装対象が樹脂基板など薄型で剛性が低い種類の基板である場合には、基板４は図６（ｂ）に示すように、上に凸の反り変形を生じやすく、基板内部の実装位置においては正規状態に対して上下方向の変位Δｈ１が生じている。このような状態の基板４に対して、図６（ａ）に示す正規状態の基板４を対象とする場合と同様の部品搭載動作を搭載ヘッド３４に行わせると、正常な部品搭載が行われない場合がある。このため、本実施の形態の電子部品実装方法においては、電子部品搭載の実行に先立って印刷検査装置Ｍ２にて基板高さ計測を行うことにより上述の基板４の反り変形による変位Δｈ１を予め検出し、変位Δｈ１に応じて補正実装高さ位置Ｈ＊を求めるようにしている。

さらに、本実施の形態の電子部品実装方法においては、上述の基板４の反り変形に起因する高さ方向の誤差に加えて、図７に示す装置間における高さ差に起因する誤差を補正の対象としている。図７（ａ）において、Ｈ２（ｉ）は、印刷検査装置Ｍ２の搬送レール２０の搬送面の複数点におけるそれぞれの高さ位置を示しており、同様に図７（ｂ）においてＨ３（ｉ）は、電子部品搭載装置Ｍ３の搬送レール３０の搬送面の複数点におけるそれぞれの高さ位置を示している。ここで、（ｉ）は各複数点のそれぞれを示すインデックスである。

これらのＨ２（ｉ）、Ｈ３（ｉ）は、設計データ上では同一の搬送パスライン上の各点であり、本来は同一高さとなっているはずである。しかしながら複数の装置を連結して構成された搬送ラインにおいては、装置毎に搬送コンベアの高さに幾分の高さ差が存在することが避けがたく、Ｈ２（ｉ）、Ｈ３（ｉ）の高さはばらつく。

このため、搬送レール２０や搬送レール３０によって基板４を保持して位置決めした状態において、上述のばらつきに起因して、印刷検査装置Ｍ２において搬送レール２０に保持された状態と、電子部品搭載装置Ｍ３において搬送レール３０に保持された状態とで、基板４の上面の高さは異なったものとなる。そして搬送レール２０、搬送レール３０にて基板４の端部をクランプ部材２０ａ、３０ａでそれぞれ把持する場合におけるクランプ状態にばらつきがある場合、さらには搬送面やクランプ面にゴミなど何らかの夾雑物が挟み込まれている場合には、基板４の上面の高さはさらに再現性に乏しいものとなる。

印刷検査装置Ｍ２にて基板４の高さ計測点を計測して得られた基板４の高さ計測情報を電子部品搭載装置Ｍ３における部品搭載動作に反映させることができるためには、搬送レ
ール２０に基板４が保持された状態が、搬送レール３０に基板４が保持された場合において再現性良く実現されていなければならない。しかしながら上述のように、実際条件として、装置毎に異なる搬送レールによって基板４を保持して位置決めした状態において厳密な再現性は期待できず、何らかの方法によって装置間の高さ差を補正する必要がある。

このため、本実施の形態に示す電子部品実装方法においては、基板４の４隅のコーナ位置に設けられた認識マーク４ｍを高さ基準点（特定の高さ計測点）として定めておき、印刷検査装置Ｍ２、電子部品搭載装置Ｍ３にて同一の認識マーク４ｍの高さを計測した結果に基づいて、装置間の高さ差を補正するようにしている。すなわち搬送レール２０に保持された状態の基板４における認識マーク４ｍの高さを計測し、各認識マーク４ｍ（ｉ）についてＨ２ｍ（ｉ）を得る。同様に、搬送レール３０に保持された状態の基板４における認識マーク４ｍの高さを計測し、各認識マーク４ｍ（ｉ）についてＨ３ｍ（ｉ）を得る。そして同一の認識マーク４ｍ（ｉ）について得られた高さ変化量Δｈ１ｍ（ｉ）（＝Ｈ２ｍ（ｉ）−Ｈ３ｍ（ｉ））（ｉ＝１〜４）を、基板高さ補正データとして求める。もちろん高さ基準点として、認識マーク４ｍ以外のその他の特徴点を用いてもよい。

次いで、求められたΔｈｍ（ｉ）（ｉ＝１〜４）を用いて、図７（ｃ）に示すように、搬送レール２０に保持された状態の基板４における各認識マーク４ｍによって規定される平面ＰＬ１上の点と、搬送レール３０に保持された状態の基板４における各認識マーク４ｍによって規定される平面ＰＬ２上の点とを相互に対応させる３次元の座標変換式を求める。これにより、基板４上の任意の点における平面ＰＬ１と平面ＰＬ２との間の高さ差Δｈ２を演算によって求めることができ、したがって図６にて示した基板４の反り変形に起因する変位Δｈ１に、さらに装置間の高さ差などに起因する高さ変化量Δｈ２を加味した実装高さの補正を行うことが可能となる。

このような実装高さの補正を行うための高さ計測点の設定態様として、実装対象となる基板４の変形状態や電子部品６の種類に応じて、図８に示す２通りの方法が選択可能である。すなわち、基板４の変形挙動が一定の傾向を示さず変形状態が不規則であるような場合や、実装される電子部品が極めて高精度の実装高さ制御を必要とする場合には、図８（ａ）に示すように、印刷検査装置Ｍ２において４隅のコーナ位置に設けられた認識マーク４ｍとともに、半田印刷後の部品実装位置Ｐを高さ計測点としてそのまま用い、電極４ａに印刷された半田ペースト５の上面の高さ位置を直接計測する。そして電子部品搭載装置Ｍ３においては、図８（ｃ）に示す認識マーク４ｍのみを高さ計測対象とし、この高さ計測結果に基づいて演算により求められた前述の高さ変化量Δｈ２を印刷検査装置Ｍ２における計測結果に加味して、補正実装高さ位置Ｈ＊を求める。

図８（ｂ）は、印刷検査装置Ｍ２において４隅のコーナ位置に設けられた認識マーク４ｍとともに、基板４に予め実装位置とは無関係に設定された高さ計測点４ｂを対象として高さ計測を行う例を示している。この場合には、基板４の全体変形形状を推定するのに適切な高さ計測点の配列（例えば格子配列）を設定しておき、印刷検査装置Ｍ２においてこれらの複数の計測点の高さ計測を行い、この高さ計測結果から、基板４の表面形状を３次元的に推定する。すなわち、基板４の任意位置における上下方向の変位Δｈ１を数値演算により近似的に求める。そして電子部品搭載装置Ｍ３においては、図８（ｃ）に示す認識マーク４ｍのみを高さ計測対象とし、この高さ計測によって求められた前述の高さ変化量Δｈ２を印刷検査装置Ｍ２における計測結果に加味して、補正実装高さ位置Ｈ＊を求める。

本実施の形態においては、基板高さデータおよび基板高さ補正データに基づいて、上述の補正実装高さ位置Ｈ＊のみならず、以下に説明するように、部品搭載動作における制御パラメータ、すなわち速度パラメータ、位置パラメータおよび荷重パラメータの更新・修
正を行うようにしている。これらの制御パラメータは、従来装置においては予め部品種類に応じて固定値に設定されていたものであるが、本実施の形態においては、これらの制御パラメータを各部品種類ごとに基板高さデータおよび基板高さ補正データに応じて異なった値を持つデータテーブルの形で搭載条件記憶部４０に記憶させるようにしている。

そして印刷検査装置Ｍ２が各基板について基板高さ計測を行うごとに、電子部品搭載装置Ｍ３は基板高さ計測結果を基板高さデータとして受け取り、さらに電子部品搭載装置Ｍ３に備えられた第２の基板高さ計測機能によって求められた基板高さ補正データを前述の基板高さデータに加味した基板高さ算出結果に応じたパラメータ値を搭載制御部３７がデータテーブルから読み取って既設定値と置き換えることにより、制御パラメータを微調整するようにしている。

したがって搭載制御部３７は、基板高さデータおよび基板高さ補正データに基づいて、電子部品搭載装置Ｍ３における搭載ヘッド３４の部品搭載動作を制御する制御パラメータを更新するパラメータ更新手段となっている。このように基板高さデータを基板高さ補正データによってさらに補正して求められた基板高さ演算結果に応じて、制御パラメータを更新することにより、搭載ヘッド３４による部品搭載動作をより精細に制御して、部品位置ずれや搭載ミスを生じることなく部品搭載を行うとともに、後工程のリフロー時における半田接合条件を適正に確保し、高精度で信頼性に優れた部品実装を行うことができる。

速度パラメータは、図９（ａ）に示すように、搭載ヘッド３４を基板４に対して昇降させるヘッド昇降速度Ｖの速度パターンを規定する制御パラメータである。位置パラメータは、図９（ｂ）に示すように、部品６をノズル３４ａによって保持した搭載ヘッド３４を下降させる際の電子部品６の下限停止位置ＨＬを規定する制御パラメータである。また荷重パラメータは、図９（ｃ）に示すように、搭載ヘッド３４によって電子部品６を基板４に対して押圧する押圧力Ｆを規定する制御パラメータである。

なお制御パラメータは上記項目には限定されず、上記以外の項目を基板高さ計測結果とリンクさせてもよい。例えば電子部品６を基板４上に着地させた後に、ノズル３４ａが半田ペースト５に保持された電子部品６の上面から離脱する際には、ノズル３４ａから正圧空気を噴出させるエアブローが行われるが、このエアブローにおけるブロー圧力や、エアー噴出のタイミングを可変の制御パラメータとして採用し、基板高さ計測結果に応じてこれらの制御パラメータを変更するようにしてもよい。

次に、図１０，図１１を参照して、この電子部品実装システムによって行われる電子部品実装作業について説明する。この電子部品実装作業においては、図１０に示すように、まず印刷装置Ｍ１によって基板４に半田ペースト５が印刷される（ＳＴ１）。次いで、基板４は印刷検査装置Ｍ２に送られ、ここで半田印刷状態の検査とともに、図１１（ａ）に示すように、高さ計測器２２を基板４の高さ計測点としての部品搭載位置および高さ基準点としての認識マーク４ｍの上方に位置させて、基板高さ計測が実行される（ＳＴ２）。

これにより、対象とする実装位置に印刷された半田ペースト５の上面の高さ位置を示す補正実装高さ位置Ｈ（図６（ｂ）参照）が計測により直接求められ、基板高さデータとして出力される。次に、基板３を電子部品搭載装置Ｍ３に送るとともに、計測結果を基板高さデータとして電子部品搭載装置Ｍ３へ通信ネットワーク２を介して通信する（ＳＴ３）。そして電子部品搭載装置Ｍ３が計測結果を受け取り（ＳＴ４）、次いで、電子部品搭載装置によって高さ基準点の高さ計測を行って、基板高さ補正データを求める（ＳＴ５）。

そして受け取った基板高さデータと自装置の計測結果より求められた基板高さ補正データに基づいて、搭載ヘッド３４の実装条件を決定する（ＳＴ６）。すなわち前述の制御パ
ラメータを、基板高さデータおよび基板高さ補正データに基づいて各実装位置毎に更新する。ここでは、実装対象の基板が電子部品実装装置Ｍ３に送られる都度、各基板毎に計測された基板高さデータが電子部品実装装置Ｍ３に通信され、連続生産中に制御パラメータの更新をリアルタイムで行えるようになっている。

そして更新された制御パラメータを用いて搭載ヘッド３４に部品搭載動作を行わせて、基板４に電子部品６を実装する（ＳＴ７）。すなわち、図１１（ａ）に示すように、電子部品６をノズル３４ａによって保持した搭載ヘッド３４を適正な速度パターンで下降させ、補正実装高さ位置Ｈ＊に対応する下限停止位置ＨＬまで電子部品６の下面を下降させ、この後適正な押圧荷重によって電子部品６を押圧する。

これにより、電子部品６は下降速度の設定が不適切であることに起因する搭載位置ずれを生じることなく正しい位置に精度良く着地し、さらに半田ペースト５の上面から適正押し込み量だけ押し込まれた位置で停止する。したがって基板４は、電子部品６の接合用の端子が基板４の電極４ａに対して適正厚みの半田ペーストを介在させた状態で位置合わせされる。そしてこの状態でリフロー装置に送られて加熱されることにより、適正な半田接合条件で電子部品６の端子を電極４ａに接合することができる。

すなわち上述の電子部品実装方法は、印刷検査装置Ｍ２に備えられた第１の基板高さ計測機能によって、基板４の上面に設定された高さ計測点の高さ位置を計測して、計測結果を基板高さデータとして出力する第１の基板高さ計測工程と、第１の基板高さ計測工程後に電子部品搭載装置Ｍ３に搬入された基板４を対象として、第２の基板高さ計測機能によって高さ計測点の少なくとも特定の高さ計測点である高さ基準点の高さ位置を計測して計測結果を基板高さ補正データとして出力する工程と、電子部品搭載装置Ｍ３の搭載ヘッド３４によって部品供給部から電子部品６をピックアップし基板４に搭載する搭載工程とを含み、搭載工程実行時において、基板高さデータおよび基板高さ補正データに基づいて、電子部品搭載装置Ｍ３における搭載ヘッド３４の部品搭載動作を制御するための制御パラメータを更新する形態となっている。

そして制御パラメータとして、搭載ヘッド３４を基板４に対して昇降させるヘッド昇降速度の速度パターンを規定する速度パラメータと、搭載ヘッド３４を下降させる際の下限停止位置を規定する位置パラメータと、搭載ヘッド３４によって電子部品６を基板４に対して押圧する押圧力を規定する荷重パラメータのうちの少なくとも１つを用いている。

このように部品搭載工程実行時において、基板高さデータに基づいて搭載ヘッド３４の部品搭載動作を制御するための制御パラメータを更新することにより、薄型の樹脂基板など撓みやすくて反り変形を生じやすい基板を実装対象とする場合にあっても、個々の基板の高さ位置のばらつきを補正して、基板の高さ方向の位置誤差に起因する実装不具合を防止することができる。また従来方法において、このような変形しやすい基板を対象とする場合に必要とされた反り矯正用の下受けピンを設ける必要が無く、基板下受け機構を簡略化することができる。

本発明の電子部品実装システムおよび電子部品実装方法は、個々の基板の高さ位置のばらつきを補正して、基板の高さ方向の位置誤差に起因する実装不具合を防止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システムの構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態の印刷検査装置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搭載装置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システムの制御系のブロック図 本発明の一実施の形態の部品搭載対象となる基板の断面図 本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおける基板高さ計測の説明図 本発明の一実施の形態の部品搭載対象となる基板の平面図 本発明の一実施の形態の電子部品搭載動作における制御パラメータの説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおける作業のフロー図 本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおける作業動作の動作説明図

符号の説明

１ 電子部品実装ライン
４ 基板
４ｍ 認識マーク
５ 半田ペースト
６ 電子部品
２２、３２ 高さ計測器
３４ 搭載ヘッド
Ｍ１ 印刷装置
Ｍ２ 印刷検査装置
Ｍ３ 電子部品搭載装置

Claims (4)

1. 電子部品搭載装置を含む複数の電子部品実装用装置を連結して構成され基板に電子部品を実装して実装基板を製造する電子部品実装システムであって、
   前記電子部品搭載装置よりも上流に位置し、前記基板の上面に設定された高さ計測点の高さ位置を計測して計測結果を基板高さデータとして出力する第１の基板高さ計測機能を有する基板高さ計測装置と、
   前記基板高さ計測装置によって高さ計測が行われた後搬入された基板を対象として、前記高さ計測点のうち少なくとも特定の高さ計測点の高さ位置を再度計測して計測結果を基板高さ補正データとして出力する第２の基板高さ計測機能および搭載ヘッドによって部品供給部から電子部品をピックアップし前記基板に搭載する部品搭載機能とを備えた前記電子部品搭載装置と、
   前記基板高さデータおよび基板高さ補正データに基づいて前記電子部品搭載装置における搭載ヘッドの部品搭載動作を制御するための制御パラメータを更新するパラメータ更新手段とを備えたことを特徴とする電子部品実装システム。
2. 前記制御パラメータは、前記搭載ヘッドを前記基板に対して昇降させるヘッド昇降速度の速度パターンを規定する速度パラメータと、前記搭載ヘッドを下降させる際の下限停止位置を規定する位置パラメータと、前記搭載ヘッドによって電子部品を基板に対して押圧する押圧力を規定する荷重パラメータのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１記載の電子部品実装システム。
3. 電子部品搭載装置を含む複数の電子部品実装用装置を連結して構成された電子部品実装システムによって基板に電子部品を実装して実装基板を製造する電子部品実装方法であって、
   前記電子部品搭載装置よりも上流に位置し、基板高さ計測装置に備えられた第１の基板高さ計測機能によって前記基板の上面に設定された高さ計測点の高さ位置を計測して計測結果を基板高さデータとして出力する第１の基板高さ計測工程と、
   前記第１の基板高さ計測工程後に前記電子部品搭載装置に搬入された基板を対象として第２の基板高さ計測機能によって前記高さ計測点のうち少なくとも特定の高さ計測点の高さ位置を再度計測して計測結果を基板高さ補正データとして出力する第２の基板高さ計測工程と、
   前記電子部品搭載装置の搭載ヘッドによって部品供給部から電子部品をピックアップし前記基板に搭載する搭載工程とを含み、
   前記搭載工程実行時において、前記基板高さデータおよび基板高さ補正データに基づいて、前記電子部品搭載装置における搭載ヘッドの部品搭載動作を制御するための制御パラメータを更新することを特徴とする電子部品実装方法。
4. 前記制御パラメータは、前記搭載ヘッドを前記基板に対して昇降させるヘッド昇降速度の速度パターンを規定する速度パラメータと、前記搭載ヘッドを下降させる際の下限停止位置を規定する位置パラメータと、前記搭載ヘッドによって電子部品を基板に対して押圧する押圧力を規定する荷重パラメータのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項３記載の電子部品実装方法。

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