JP4840997B2 - 部品実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、プリント配線基板等の回路基板の表面を覆うレジストパターンの開口部から露出するランドに半田を印刷して部品を装着する部品実装方法に関する発明である。

一般に、プリント配線基板の表面には、半田付け用のランドを除いて配線パターンを覆うようにレジストパターンが形成され、このレジストパターンの開口部から露出するランドに半田を印刷して部品を装着するようにしている。

従来の部品実装ラインでは、半田印刷工程及び部品装着工程で、ランドに半田を印刷する位置及び部品を装着する位置を決める際に、プリント配線基板の表面にプリント配線技術により半田付け用のランドと同時に形成された基準位置マーク（フィデューシャルマーク）をカメラで撮像して基準位置マークの位置を認識することで、基板マークの位置を基準にして設定した座標系を用いて、ランドに半田を印刷する位置及び部品を装着する位置を決めて半田印刷及び部品装着を行うものが一般的である。

更に、特許文献１（特開２００５−３１０８４３号公報）に記載されているように、ランドに印刷した半田に対する部品の装着位置ずれを防止することを目的として、レジストパターンを形成する工程で、プリント配線基板のアライメント用ランド（基準位置用ランド）の中央に予備マークをレジストで形成し、半田付け用ランドに半田を印刷する工程で、予備マーク上に重ねてアライメントマークを半田で印刷し、部品を装着する工程で、アライメントマークを基準にして、半田付け用ランド上の半田に対する部品の装着位置を補正するようにしたものがある。
特開２００５−３１０８４３号公報（要約等）

一般に、プリント配線基板の生産ラインで、半田付け用のランドを除いて配線パターンを覆うようにレジストパターンが形成されるため、部品実装ラインでは、半田印刷と部品装着等が行われることになる。この部品実装ラインに搬入されるレジストパターン付きのプリント配線基板の中には、図５に示すように、プリント配線基板１１に形成した半田付け用ランド１２に対してレジストパターン１３（点々で示す領域）の開口部１４が位置ずれしたものがある。

このようなレジストパターン１３の位置ずれに対しては、上記特許文献１の技術を用いても、ほとんど役に立たない。つまり、半田付け用ランド１２に対してレジストパターン１３の開口部１４が位置ずれしていると、半田付け用ランド１２のうちのレジストパターン１３の開口部１４から露出する部分（半田２０を印刷可能な部分）が半田付け用ランド１２の片側にずれるため、上記特許文献１の技術を用いても、半田付け用ランド１２上の有効な半田２０の印刷位置（斜線で示す領域）と部品１６の装着位置との間に位置ずれが発生する。このため、半田リフロー時に部品１６が起き上がるツームストーン現象等の半田付け不良が発生する可能性があった。尚、図５に太線で示す矩形状の枠２２は、半田スクリーンマスクの開口部に相当する。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、プリント配線基板等の回路基板の表面を覆うレジストパターンの開口部が半田付け用のランドに対して位置ずれしていても、そのランド上の有効な半田印刷位置に合わせて部品の装着位置を決めることができて、ツームストーン現象等の半田付け不良を未然に防止できる部品実装方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、半田付け用のランドを除いて配線パターンを覆うようにレジストパターンが形成された回路基板のうちの前記レジストパターンの開口部から露出する前記ランドに半田を印刷して部品を装着する部品実装方法において、前記回路基板のうちの前記レジストパターンの開口部から露出する部分には、前記ランドの形成位置を表す第１の座標系の基準位置となる基板マークが前記レジストパターンと重ならないように形成されていると共に、前記レジストパターンには、該レジストパターンの形成位置を表す第２の座標系の基準位置となる複数のレジストマークとしての抜き穴が前記配線パターン上に位置するように形成され、前記回路基板を撮像するカメラの撮像画像に基づいて前記基板マークの位置を認識して前記第１の座標系を検出すると共に、前記カメラの撮像画像に基づいて前記レジストマークの位置を認識して前記第２の座標系を検出し、更に、前記第１の座標系と前記第２の座標系とのずれ量（以下「座標系ずれ量」という）を演算し、半田印刷工程及び部品装着工程で前記ランドに半田を印刷する位置及び部品を装着する位置を決める第３の座標系を設定する際に、前記第１の座標系又は前記第２の座標系を前記座標系ずれ量の所定割合に相当する補正量で補正することで前記第３の座標系を前記第１の座標系と前記第２の座標系との間の中間的な位置に設定し、半田印刷工程及び部品装着工程で前記第３の座標系を用いて前記ランドに半田を印刷する位置及び部品を装着する位置を決め、前記半田印刷工程で前記ランドに半田を印刷すると共に、前記複数のレジストマークから露出する前記配線パターンにそれぞれ半田マークを印刷し、前記部品装着工程で前記カメラの撮像画像に基づいて前記半田マークの位置を認識して、当該半田マークと前記基板マークとの位置関係に基づいて、前記ランドに対する実際の半田印刷位置のずれ量を検出し、検出した半田印刷位置のずれ量が所定値未満のときに部品装着を実行し、当該半田印刷位置のずれ量が所定値以上のときには部品装着を行わないようにしたことを特徴とするものである。このようにすれば、回路基板の表面を覆うレジストパターンの開口部が半田付け用のランドに対して位置ずれしていても、それに合わせて半田印刷位置と部品の装着位置を決めることができて、ツームストーン現象等の半田付け不良を未然に防止できる。
しかも、半田印刷工程でランドに半田を印刷すると共に、複数のレジストマーク（抜き穴）から露出する配線パターンにそれぞれ半田マークを印刷し、部品装着工程でカメラの撮像画像に基づいて半田マークの位置を認識して、当該半田マークと基板マークとの位置関係に基づいて、ランドに対する実際の半田印刷位置のずれ量を検出し、検出した半田印刷位置のずれ量が所定値以上のときに、部品装着を行わないようにしているため、印刷不良の回路基板に無駄な部品装着を行わずに済むという利点がある。

この場合、請求項２のように、第３の座標系を決める際の補正量に反映する座標系ずれ量の割合（所定割合）を１／２とすると良い。こようにすれば、第３の座標系を第１の座標系と第２の座標系との間の中間位置に設定することができる。

また、請求項３のように、座標系ずれ量に基づいて回路基板の不良の有無を判定し、回路基板の不良を検出したときに、当該不良の回路基板に対する半田印刷及び部品装着を行わないようにしても良い。このようにすれば、不良の回路基板に対して無駄な半田印刷や部品装着を行わずに済む。

また、本発明の技術思想を部品実装装置のみに適用し、半田印刷装置には適用しないようにしても良い。この場合でも、レジストパターンの開口部の位置ずれに応じて部品の装着位置を決めることができて、ツームストーン現象等の半田付け不良を防止する効果を期待できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
図２、図３、図４に示すように、本実施例で用いるプリント配線基板等の回路基板１１の表面には、半田付け用のランド１２を除いて配線パターン１７を覆うようにレジストパターン１３（点々で示す領域）が形成されている。更に、この回路基板１１の表面には、プリント配線技術により配線パターン１７とランド１２を形成するのと同時に、複数の基板マーク１８（フィデューシャルマーク）が形成され、複数の基板マーク１８を基準にしてランド１２の形成位置を表す第１の座標系が一義的に決まるようになっている。基板マーク１８は、レジストパターン１３で覆われず、露出している。

また、レジストパターン１３には、複数のレジストマーク１９（抜き穴）が形成され、複数のレジストマーク１９を基準にしてレジストパターン１３の形成位置を表す第２の座標系が一義的に決まるようになっている。本実施例では、レジストマーク１９は、配線パターン１７（銅箔部）上に形成されている。

この回路基板１１のうちのレジストパターン１３の開口部１４から露出するランド１２には、半田２０（斜線で示す領域）が印刷されている。尚、図２、図４に太線で示す矩形状の枠２２は、半田スクリーンマスクの開口部に相当する。本実施例では、ランド１２に半田２０を印刷するのと同時に、複数のレジストマーク１９（抜き穴）から露出する配線パターン１７（銅箔部）にそれぞれ半田マーク２１が印刷され、これらの半田マーク２１を基準にしてランド１２上の実際の半田２０の印刷位置（ランド１２に対する実際の半田２０の印刷位置のずれ量）を画像処理により検出できるようになっている。

図１に示すように、本実施例の部品実装システム（生産ライン）は、レジストパターン１３付きの回路基板１１に半田２０を印刷する半田印刷装置３１と、回路基板１１のランド１３上の半田印刷部分に部品１６を装着する部品実装装置３２と、ランド１２に印刷された半田２０をリフロー加熱するリフロー加熱装置（図示せず）等をコンベアで連結して構成されている。

半田印刷装置３１は、搬入されてくる回路基板１１の基板マーク１８とレジストマーク１９を撮像可能なカメラ（図示せず）を搭載し、半田印刷装置３１の制御コンピュータ（制御手段）は、カメラの撮像画像に基づいて基板マーク１８の位置を認識して、ランド１２の形成位置を表す第１の座標系を検出する第１の座標系検出手段として機能すると共に、レジストマーク１９の位置を認識してレジストパターン１３の形成位置を表す第２の座標系を検出する第２の座標系検出手段として機能し、更に、これら第１及び第２の両座標系検出手段の検出値に基づいて前記第１の座標系と前記第２の座標系とのずれ量（以下「座標系ずれ量」という）を演算する座標系ずれ量演算手段として機能する。具体的には、座標系ずれ量の検出は、レジストマーク１９の中心と基板マーク１８の中心との間のＸ方向距離とＹ方向距離を計測して、その計測値と設計値（理論値）との誤差を座標系ずれ量として求めれば良い。

そして、半田印刷装置３１の制御コンピュータは、前記第１の座標系（又は前記第２の座標系）と座標系ずれ量とに基づいて、ランド１２に半田２０を印刷する位置を決める第３の座標系を設定する第３の座標系設定手段として機能する。具体的には、第１の座標系（又は第２の座標系）を座標系ずれ量の所定割合（例えば１／２）に相当する補正量で補正することで第３の座標系を前記第１の座標系と前記第２の座標系との間の中間位置に設定し、この第３の座標系を用いてランド１２に半田２０を印刷する位置を決めて半田印刷を実行する。

更に、半田印刷装置３１の制御コンピュータは、座標系ずれ量が許容値以上であるか否かで回路基板１１の不良の有無を判定する不良基板検出手段として機能し、回路基板１１の不良が検出されたときには、表示部（図示せず）にエラー表示を行い、半田印刷装置３１の動作を停止させて、当該不良の回路基板１１に対する半田印刷を行わないようにする。

一方、部品実装装置３２は、半田印刷装置３１から搬送されてくる回路基板１１の基板マーク１８とレジストマーク１９を撮像可能なカメラ（図示せず）を装着ヘッドに搭載し、部品実装装置３２の制御コンピュータ（制御手段）は、カメラの撮像画像に基づいて基板マーク１８の位置を認識して、ランド１２の形成位置を表す第１の座標系を検出する第１の座標系検出手段として機能すると共に、レジストパターン１３の形成位置を表す第２の座標系を検出する第２の座標系検出手段として機能し、更に、これら第１及び第２の両座標系検出手段の検出値に基づいて前記第１の座標系と前記第２の座標系とのずれ量（座標系ずれ量）を演算する座標系ずれ量演算手段として機能すると共に、前記第１の座標系（又は前記第２の座標系）と座標系ずれ量とに基づいて、部品１６を装着する位置を決める第３の座標系を設定する第３の座標系設定手段として機能する。

具体的には、第１の座標系（又は第２の座標系）を座標系ずれ量の所定割合（例えば、１／２）に相当する補正量で補正することで第３の座標系を前記第１の座標系と前記第２の座標系との間の中間位置に設定し、この第３の座標系を用いて部品１６を装着する位置を決めて部品装着を実行する。

更に、部品実装装置３２の制御コンピュータは、カメラの撮像画像に基づいて半田マーク２１の位置を認識して、この半田マーク２１の位置と基板マーク１８との位置関係に基づいて、ランド１２に対する実際の半田印刷位置のずれ量を検出する半田印刷位置ずれ量検出手段として機能する。具体的には、半田印刷位置のずれ量の検出は、半田マーク２１の中心と基板マーク１８の中心との間のＸ方向距離とＹ方向距離を計測して、その計測値と設計値（理論値）との誤差を半田印刷位置のずれ量として求めれば良い。そして、部品実装装置３２の制御コンピュータは、検出した半田印刷位置のずれ量が許容値以上のときには、半田印刷不良と判断して、表示部（図示せず）にエラー表示を行い、部品実装装置３２の動作を停止させて、当該半田印刷不良の回路基板１１に対する部品装着を行わないようにする。

以上説明した本実施例によれば、回路基板１１の基板マーク１８とレジストマーク１９をカメラで撮像して、その撮像画像に基づいて、ランド１２の形成位置を表す第１の座標系とレジストパターン１３の形成位置を表す第２の座標系をそれぞれ検出して両者の座標系ずれ量を演算し、第１の座標系（又は第２の座標系）を座標系ずれ量の所定割合（例えば１／２）に相当する補正量で補正することで第３の座標系を第１の座標系と第２の座標系との間の中間位置に設定し、この第３の座標系を用いてランド１２に半田２０を印刷する位置と部品１６を装着する位置を決めて半田印刷と部品装着を実行するようにしたので、図４に示すように、回路基板１１の表面を覆うレジストパターン１３の開口部１４がランド１２に対して位置ずれしていても、それに合わせて半田２０の印刷位置と部品１６の装着位置を決めることができて、ツームストーン現象等の半田付け不良を未然に防止することができる。

尚、本実施例では、第３の座標系を決める際の補正量に反映する座標系ずれ量の割合（所定割合）を１／２としたが、これよりも少し大きくても小さくても良く、要は、第３の座標系を第１の座標系と第２の座標系との間の中間的な位置に設定するように座標系ずれ量の所定割合を設定すれば良い。

以上説明した本実施例のように、本発明の技術思想を半田印刷装置３１と部品実装装置３２の両方に適用する場合は、半田印刷装置３１と部品実装装置３２のそれぞれの制御コンピュータで個別に座標系ずれ量を検出するようにすれば良いが、半田印刷装置３１の制御コンピュータで検出した座標系ずれ量を部品実装装置３２の制御コンピュータに送信することで、部品実装装置３２側では、座標系ずれ量を検出する処理を省略するようにしても良い。

また、本発明の技術思想を部品実装装置３２のみに適用し、半田印刷装置３１には適用しないようにしても良い。この場合でも、レジストパターン１３の開口部１４の位置ずれに応じて部品１６の装着位置を決めることができて、ツームストーン現象等の半田付け不良を防止する効果を期待できる。

本発明の一実施例の部品実装システム（生産ライン）の構成を概略的に示すブロック図である。 本発明の一実施例における部品を実装した回路基板の主要部の構成を概略的に示す平面図である。 図２の側面図である。 本発明の一実施例における回路基板の表面を覆うレジストパターンの開口部が位置ずれしている場合の半田印刷位置と部品装着位置を概略的に示す平面図である。 従来の回路基板の表面を覆うレジストパターンの開口部が位置ずれしている場合の半田印刷位置と部品装着位置を概略的に示す平面図である。

符号の説明

１１…回路基板、１２…半田印刷用のランド、１３…レジストパターン、１４…開口部、１６…部品、１７…配線パターン、１８…基板マーク、１９…レジストマーク、２０…半田、２１…半田マーク、３１…半田印刷装置、３２…部品実装装置

Claims (3)

1. 回路基板の表面に半田付け用のランドを除いて配線パターンを覆うようにレジストパターンを形成した後、当該回路基板のうちの前記レジストパターンの開口部から露出する前記ランドに半田を印刷して部品を装着する部品実装方法において、
   前記回路基板のうちの前記レジストパターンの開口部から露出する部分には、前記ランドの形成位置を表す第１の座標系の基準位置となる基板マークが前記レジストパターンと重ならないように形成されていると共に、前記レジストパターンには、該レジストパターンの形成位置を表す第２の座標系の基準位置となる複数のレジストマークとしての抜き穴が前記配線パターン上に位置するように形成され、
   前記回路基板を撮像するカメラの撮像画像に基づいて前記基板マークの位置を認識して前記第１の座標系を検出すると共に、前記カメラの撮像画像に基づいて前記レジストマークの位置を認識して前記第２の座標系を検出し、更に、前記第１の座標系と前記第２の座標系とのずれ量（以下「座標系ずれ量」という）を演算し、半田印刷工程及び部品装着工程で前記ランドに半田を印刷する位置及び部品を装着する位置を決める第３の座標系を設定する際に、前記第１の座標系又は前記第２の座標系を前記座標系ずれ量の所定割合に相当する補正量で補正することで前記第３の座標系を前記第１の座標系と前記第２の座標系との間の中間的な位置に設定し、半田印刷工程及び部品装着工程で前記第３の座標系を用いて前記ランドに半田を印刷する位置及び部品を装着する位置を決め、
   前記半田印刷工程で前記ランドに半田を印刷すると共に、前記複数のレジストマークから露出する前記配線パターンにそれぞれ半田マークを印刷し、
   前記部品装着工程で前記カメラの撮像画像に基づいて前記半田マークの位置を認識して、当該半田マークと前記基板マークとの位置関係に基づいて、前記ランドに対する実際の半田印刷位置のずれ量を検出し、検出した半田印刷位置のずれ量が所定値未満のときに部品装着を実行し、当該半田印刷位置のずれ量が所定値以上のときには部品装着を行わないことを特徴とする部品実装方法。
2. 前記所定割合は、１／２であることを特徴とする請求項１に記載の部品実装方法。
3. 前記座標系ずれ量に基づいて回路基板の不良の有無を判定し、回路基板の不良を検出したときに、当該不良の回路基板に対する半田印刷及び部品装着を行わないことを特徴とする請求項１又は２に記載の部品実装方法。

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