JP5160368B2 - 表面実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面実装方法、特に基板に対する電子部品の搭載精度を向上する際に適用して好適な表面実装方法に関する。

一般に、表面実装装置においては、搭載ヘッドに装着されている吸着ノズルで吸着保持した電子部品を、該搭載ヘッドをＸＹロボットにより移動させ、所定の搭載領域に位置決めされている基板上の目標位置に搭載することが行なわれている。

このように搭載ヘッドをＸＹ方向に移動させるＸＹロボットには、搭載ヘッドをＸ方向に案内するＸ軸ビームの歪みやたわみに加えて、該ＸビームをＹ方向に案内するＹ軸ガイドレールの歪みやたわみによる直線性の崩れが、電子部品を基板全面に均一に搭載することを妨げる誤差要因になっている。

このような要因による誤差を、表面実装装置自体で補正する従来の技術としては、例えば特許文献１には、複数のマークを記したダミー基板を所定位置に位置決めした状態で搭載ヘッドに備えられている基板マークを検出するためのＣＣＤカメラ等の基板認識カメラによって撮像し、撮像された画像上のマーク位置と理論上のマーク位置との誤差から、ＸＹロボットの誤差量を得て補正量とする方法が提案されている。

又、特許文献２には、搭載領域の全域に複数のマークが設けられたガラス治具基板を位置決めし、該ガラス治具基板に対して搭載ヘッドを用いて電子部品の搭載を実際に行ない、搭載された電子部品とマークを基板認識カメラにより同時に撮像して補正量を取得する方法が提案されている。

ところが、通常、ＸＹロボットの歪みやたわみは、ＸＹ方向への平面的な誤差を生じるだけではない。搭載ヘッドに装着されている吸着ノズルは、理想的にはどのＸＹ座標においても常に基板平面に対しては垂直の関係を保つようにすることが望ましいが、ＸＹロボットの歪みやたわみによって、座標毎に基板平面に対する垂直関係に狂いが生じ、傾斜していることがある。

このような垂直方向からの傾斜成分が吸着ノズルに存在すると、基板認識カメラにより観察される目標座標からの理論上のずれ量と、同目標座標に電子部品を実際に搭載した場合の搭載ずれ量が一致しない誤差要因となるため、前記特許文献１のように単に基板認識カメラで観察されたマークのずれ量だけで補正したのでは、搭載位置に対する高精度な補正が保証されないという問題があった。

そのために、特許文献２のように、ガラス治具基板の全面に実際に電子部品を搭載し、搭載した電子部品を基板認識カメラで観察することにより、搭載位置に対する精度の高い補正量を取得する方法が必要となっている。

特開２００１−１３６０００号公報 特開２００１−２４４６９６号公報

しかしながら、前記特許文献２に開示されている方法には、電子部品をガラス治具基板の全面に実際に搭載し、その電子部品の全てを基板認識カメラにより順次撮像する必要があるため、搭載に使用する電子部品を大量に用意する必要がある上に、データの取得に時間がかかるという問題があった。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、搭載ヘッドに装着されている吸着ノズルの傾斜に起因する誤差を含む電子部品の搭載位置ずれ量を、大量の電子部品を用意することなく、従って短時間で補正データを取得することができる上に、精度の高い補正を実現することができる表面実装方法を提供することを課題とする。

本発明は、下端部に吸着ノズルが装着可能なノズル可動部と共に、下方を撮像する基板認識カメラを有する搭載ヘッドをＸＹ移動させ、該吸着ノズルに吸着された電子部品を、搭載領域に位置決めされている基板上に搭載する表面実装方法において、複数マークが縦横に所定の間隔を隔てた直線上に配列形成されている治具基板を、前記搭載領域に位置決めした状態で、任意の一直線上のマークを基板認識カメラにより認識し、各マークについて得られたＸ方向、Ｙ方向の認識ずれ量を記憶するステップと、得られた認識ずれ量の差がＸ方向、Ｙ方向それぞれについて最大となる各２点の計４点のマークを抽出し、当該４点のマークの近傍にそれぞれ設定した搭載予定位置に実際に電子部品を搭載すると共に、搭載された各電子部品と対応するマークを同一視野内でそれぞれ基板認識カメラにより撮像し、撮像された画像に基づいてマークを基準とする電子部品の搭載ずれ量を取得するステップと、Ｘ方向、Ｙ方向について取得された前記各２点のマークに関する認識ずれ量の差の最大値と、対応する前記搭載ずれ量の差との比を係数として求めるステップと、求められた係数を、前記一直線上の各マークについて記憶されている認識ずれ量に乗算し、該直線上の搭載ずれ量を推定するステップと、推定された搭載ずれ量に基づいて搭載位置を補正して電子部品を基板上に搭載するステップと、を有することにより、前記課題を解決したものである。

本発明においては、前記任意の一直線が、Ｘ方向及びＹ方向の各一直線であるようにしてもよい。

本発明によれば、治具基板に格子上に配列形成されているマークの１列（任意の一直線上のマーク）について基板認識カメラにより認識ずれ量を求め、その中の４つのマークに対してのみ実際に電子部品を搭載し、その搭載ずれ量のみに基づいて、該列に対する係数を求め、それ以外のマークについては該係数を認識ずれ量に乗算して求めるようにしたので、該列の全てのマークについてノズル軸の傾斜を考慮した精度の高い搭載ずれ量を推定することができる。このように１つの直線上のマークについて搭載ずれ量を求めることにより、例えばＸ方向について対応する位置に対する精度の高い補正が実現でき、該直線と直交する一直線上のマークについて同様に処理することにより、Ｙ方向について対応する位置に対する精度の高い補正が実現できる。従って、全てのマークに対して実際に電子部品を実装して各マーク毎の補正量を取得する場合に比べて、少ない部品点数で済むことから、短時間でデータを取得することができる上に、高精度の補正ができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る一実施形態の表面実装装置を模式的に示す概略平面図である。

この表面実装装置では、搭載ヘッド１０が、ＸＹロボットを構成するＸ軸ビーム１２によりＸ方向（横方向）に案内移動されると共に、該Ｘ軸ビーム１２と一体で左右のＹ軸ガイドレール１４によりＹ方向（縦方向）に案内移動されるようになっている。

又、この表面実装装置では、フロント側部品供給部１６及びリア側部品供給部１８からなるフィーダにそれぞれ供給される電子部品を、搭載ヘッド１０により保持した後、搭載領域に位置決めされている基板Ｓ上の目標位置に搭載する。

図２には、図１における搭載ヘッド１０を正面から見た状態を拡大して示す。この搭載ヘッド１０には、図示されているように複数のヘッド可動部２０が配設され、それぞれ下端部に装着される吸着ノズル２２により電子部品Ｐを吸着保持したり、リリースしたりするための電磁弁、該吸着ノズル２２を上下動させるためのＺ軸サーボモータ及び吸着ノズル２２を回転させるためのθ軸サーボモータを備えている。

又、この搭載ヘッド１０には、レーザを照射した際の遮光幅によりノズル中心に対する部品吸着位置のずれを検出する機能を有する部品認識装置２４が備えられている。

又、この搭載ヘッド１０には、ＣＣＤカメラからなる基板認識カメラ２６が備えられ、この基板認識カメラ２６によって位置決めされている基板Ｓ上の基準マーク（図示せず）を認識することができる共に、後述する治具基板のマークを認識することができるようになっている。

更に、この搭載ヘッド１０では、前記フロント側部品供給部１６、リア側部品供給部１８から電子部品Ｐを吸着し、基板Ｓの目標搭載位置に移動する間に、前記部品認識装置２４によって吸着した電子部品Ｐのノズル中心からのずれ量や角度ずれを認識することが可能であり、搭載ヘッド１０は移動中に認識したこれらＸＹ及びθのずれ量をノズル可動部２０により補正し、基板Ｓ上の目標位置に電子部品Ｐを搭載するようになっている。

図３は、本実施形態において使用される治具基板３０を模式的に示した平面図であり、該治具基板３０はガラスでできた基板の縦横に、基板認識カメラ２６で認識可能な複数のマークＭが一定間隔の直線上に配列形成されている。

本実施形態においては、前記図１に示した基板Ｓが位置決めされている搭載領域に、該基板Ｓの代わりに図３に示した治具基板３０を、マークＭの配列方向とＸＹ方向を合せて位置決めする。

そして、この治具基板３０に配列形成されている多数のマークＭにおける任意の横方向（もしくは縦方向）一列（直線上）のマークＭを基板認識カメラ２６で認識し、各々の理論座標に対するカメラによる認識ずれ量、即ちＸＹロボットに起因するずれ量を補正値として記憶すると共に、得られたずれ量の中から、Ｘ方向ずれ量の差が最大となる２点と、Ｙ方向ずれ量の差が最大となる２点の、計４点のマークを抽出する。

次いで、抽出された４点のマーク近傍に電子部品Ｐを実際に搭載し、搭載された電子部品Ｐの理論座標からのずれ量を、該電子部品ＰとマークＭとを基板認識カメラ２６により同一視野内に撮像して認識する。本来であれば、マーク中心を目標位置に電子部品Ｐを搭載するべきであるが、マークＭ上に搭載すると該マークＭと搭載された電子部品Ｐとの位置関係を画像上で把握することができなくなるため、対象のマークＭに対して一定距離だけ離れた位置関係にあるマークＭの近傍の理論座標（搭載予定位置）上に搭載する。

このように基板認識カメラ２６による認識ずれ量の差が最大となったマークＭの近傍座標へ電子部品Ｐを搭載した際の搭載ずれ量を求め、後述する（１）式に示すように（搭載ずれ量の差／認識ずれ量の差の最大値）の比を係数として算出し、算出された係数を横一列（もしくは縦一列）の直線上の基板認識カメラ２６による各認識ずれ量に乗算することにより、代表４点のマークに対する認識結果から横一列（もしくは縦一列）の搭載補正量を推定し、生産時に基板上に電子部品Ｐを搭載する際の補正に反映させるようにする。

以下、本実施形態について、具体例を挙げて詳細に説明する。

ここでは、Ｘ方向を代表させ、横一列の直線上に対する補正量の算出方法について説明する。

まず補正データの取得方法について、前記図３に示した治具基板３０における任意の横一列のマークを基板認識カメラ２６により画像認識し、各々の認識結果から得られたｎ個の理論座標からの認識ずれ量：(ｄＸccd[0],ｄＹccd[0]),(ｄＸccd[1],ｄＹccd[1])..(ｄＸccd[n-1],ｄＹccd[n-1])を、ＸＹロボットによる位置ずれに対する補正値として記憶する。なお、各ずれ量の添字ccdは基板認識カメラ２６によるマークＭのみの認識を意味する。

図４には、マーク認識イメージを模式的に示す。１つマークＭの中心（理論座標）に基板認識カメラ２６の中心（図中ccd認識中心）が一致するようにＸＹロボットにより搭載ヘッド１０を移動させ、停止させた際の両中心間の差が、ここで言う認識ずれ量である。

次に、記憶したｎ個のずれ量から、＋側に最もずれたマークＭと、−側に最もずれたマークＭを、Ｘ方向、Ｙ方向のそれぞれに対して抽出する。図５には、Ｘ方向一列のマークＭについて、Ｙ方向を例とした認識ずれ量と、その最大値、最小値の関係のグラフイメージを示す。図示は省略するが、同列のマークＭについてＸ方向のずれ量も同様に得られる。

これにより、Ｘ方向について認識ずれ量の差が最大となる２点(ｄＸccdMax, ｄＸccdMin)、Ｙ方向について認識ずれ量の差が最大となる２点(ｄＹccdMax, ｄＹccdMin)の、計４点のマークＭが抽出される事になる。前記図５には、Ｙ方向に対してのみ併記する。

以上の方法により抽出された４点のマークＭに対し、基板認識カメラ２６が同一視野内で撮像可能な一定距離だけ離れた搭載予定位置（理論座標）に電子部品Ｐを実際に搭載し、今度は基板認識カメラ２６により、各マークＭの中心から搭載された電子部品Ｐの中心までの距離を認識し、理論上の搭載座標（マーク中心から(Ｘ,Ｙ)の搭載予定位置）と実際に電子部品Ｐが搭載された位置（マーク中心から(Ｘ＋Ｘ’,Ｙ＋Ｙ’)の実際搭載位置）とのずれ量(Ｘ’,Ｙ’)を取得する。この場合の１つのマークＭに対する部品認識のイメージを図６に模式的に示す。

得られたずれ量から、Ｘ方向用の２点の認識結果からはＸ’に相当するＸ方向搭載ずれ量：ｄＸheadMax、ｄＸheadMinを、Ｙ方向用の２点の認識結果からはＹ’に相当するＹ方向搭載ずれ量：ｄＹheadMax、ｄＹheadMinを記憶する。前記図５には、Ｙ方向を例としたマーク中心の理論座標を基準とした搭載ずれ量のグラフイメージを併せて示す。

次に取得された補正データの利用方法であるが、前記の方法で抽出された、Ｘ方向とＹ方向について最大、最小の各２点からなる計４点の結果を利用して、基板認識カメラ２６による認識ずれ量の差の最大値と、この２点に対応する前記搭載ずれ量の差の比を次式で計算し、係数Ｋｙを求める。

Ｋｙ＝(ｄＹheadMax − ｄＹheadMin)/(ｄＹccdMax − ｄＹccdMin) ・・・（１）

そして、算出された係数Ｋｙを最初に横一列分のデータとして保管しておいたｎ個の理論座標からのずれ量に掛け算する事により、搭載ずれ量に対する横一列分の補正値を算出する。図７には、Ｙ方向を例として算出された前記図５に対応するずれ量のグラフイメージを示す。ここでは簡略化のため、１ノズル可動部分についての方法を記載したが、係数は表面実装装置が有するノズル可動部２０の個数分取得する必要がある。

また、同一の方法を治具基板のＹ方向の任意の縦一列分（直線上）のマークＭに対して適用すれば、Ｙ方向に対する同様の補正値を取得することができる。

従って、Ｘ方向及びＹ方向の任意の一直線上についてそれぞれ同様に係数を求めることにより、搭載領域全体に対する電子部品Ｐの搭載位置を正確に補正することが可能となる。

又、認識ずれ量の差が最大となるマークのみから搭載ずれ量を取得するようにしたので、係数の計算精度を上げることができる。

以上詳述したように本実施形態によれば、以下の効果が得られる。

（１）Ｘ軸ビーム１２のねじれやたわみに対し、基板認識カメラ２６による認識ずれ量と、実搭載による搭載ずれ量の２種類を取得することにより、ＸＹロボットによるずれ量とノズル可動部の倒れ（垂直方向に対する傾斜）によるずれ量との両者の差を正しく補正することが可能となる。

（２）搭載によるずれ量を、基板認識カメラ２６による認識ずれ量の差が最大となるポイントにのみ電子部品Ｐを搭載し、基板認識カメラ２６による認識ずれ量の差の最大値と、対応する搭載ずれ量の差の比を係数として求め、それを一直線上の他の認識ずれ量に掛ける事によって、該直線方向の搭載によるずれ量を推定する仕組みを設けた事により、データ取得のための搭載に使用する部品数を削減することができ、従って補正用データの取得時間を削減することができる。

本発明に係る一実施形態の表面実装装置を模式的に示す概略平面図 本実施形態の表面実装装置が備えている搭載ヘッドを模式的に示す概略正面図 本実施形態に適用される治具基板を模式的に示す平面図 基板認識カメラによるマーク認識の画像イメージを示す説明図 直線上に配列されたマークと基板認識カメラによる認識ずれ量の関係のイメージを示す説明図 基板認識カメラにより実搭載部品とマークを同一画像上で認識している画像イメージを示す説明図 電子部品の搭載位置のずれ量の係数による推定イメージを示す説明図

符号の説明

１０…搭載ヘッド
１２…Ｘ軸ビーム
１４…Ｙ軸ガイドレール
１６…フロント側部品供給部
１８…リア側部品供給部
２０…ヘッド可動部
２２…吸着ノズル
２４…部品認識装置
２６…基板認識カメラ
３０…治具基板
Ｍ…マーク
Ｐ…電子部品
Ｓ…基板

Claims (2)

1. 下端部に吸着ノズルが装着可能なノズル可動部と共に、下方を撮像する基板認識カメラを有する搭載ヘッドをＸＹ移動させ、該吸着ノズルに吸着された電子部品を、搭載領域に位置決めされている基板上に搭載する表面実装方法において、
   複数マークが縦横に所定の間隔を隔てた直線上に配列形成されている治具基板を、前記搭載領域に位置決めした状態で、任意の一直線上のマークを基板認識カメラにより認識し、各マークについて得られたＸ方向、Ｙ方向の認識ずれ量を記憶するステップと、
   得られた認識ずれ量の差がＸ方向、Ｙ方向それぞれについて最大となる各２点の計４点のマークを抽出し、当該４点のマークの近傍にそれぞれ設定した搭載予定位置に実際に電子部品を搭載すると共に、搭載された各電子部品と対応するマークを同一視野内でそれぞれ基板認識カメラにより撮像し、撮像された画像に基づいてマークを基準とする電子部品の搭載ずれ量を取得するステップと、
   Ｘ方向、Ｙ方向について取得された前記各２点のマークに関する認識ずれ量の差の最大値と、対応する前記搭載ずれ量の差との比を係数として求めるステップと、
   求められた係数を、前記一直線上の各マークについて記憶されている認識ずれ量に乗算し、該直線上の搭載ずれ量を推定するステップと、
   推定された搭載ずれ量に基づいて搭載位置を補正して電子部品を基板上に搭載するステップと、を有することを特徴とする表面実装方法。
2. 前記任意の一直線が、Ｘ方向及びＹ方向の各一直線であることを特徴とする請求項１に記載の表面実装方法。

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