JP5301329B2

JP5301329B2 - 電子部品の実装方法

Info

Publication number: JP5301329B2
Application number: JP2009078244A
Authority: JP
Inventors: 温資岩瀬
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2029-03-27
Also published as: US20090252400A1; JP2009267387A; DE102009016473A1

Description

本発明は、電子部品の実装方法、特に電子部品を基板上の目標位置に高精度に搭載する際に適用して好適な電子部品の実装方法に関する。

電子部品実装装置では、部品供給部から電子部品をピックアップした実装ヘッドを実装エリアに位置決めされている基板上まで移動させて実装を行うが、実際に部品が実装される位置は必ずしも制御データ上に設定されている相対的な位置関係とはならず、様々な要因により位置ずれを生じる。

この実装部品の位置ずれは、機構誤差によるが、必ずしも一様ではなく、基板を位置決めする実装エリア内の各位置で固有の位置ずれ量になることが多い。

図１を用いて上記要因について説明する。この図１は、実装ヘッド１をＸ方向へ移動させるためのＸ軸２と、該実装ヘッド１をＸ軸２と一体でＹ方向へ移動させるための左右のＹ軸３と、実装ヘッド１に付設された基板マークを認識するための基板認識カメラ４と、実装対象の基板Ｓを搬送し、実装エリア内の所定位置に位置決めするレール５との位置関係を示したものである。

図１（Ａ）は、実装ヘッド１を移動させるためのガイドとしても機能するＸ軸２自体に曲がりが発生した場合を、同図（Ｂ）は基板を搬送するための搬送ユニットを構成するレール５とＸ軸２の平行関係が失われている場合を、同図（Ｃ）はＸ軸２、Ｙ軸３の間の直交関係が失われている場合を、それぞれ示す。

これらの位置ずれ要因が重なり合うことにより実装ヘッド１が移動された位置ごとに異なった位置ずれ量が発生することになる。これらは要因の一部であり、他にも位置ずれが発生する要因があるため、実際にはこれらが複雑に絡み合って実装ヘッド１の位置ずれが生じている。

このように実装ヘッド１の実際の位置ずれ量は簡単に予測できないため、実装エリア内の各位置毎に発生している固有の位置ずれ量を取得する手段として、図２にイメージを示すような基準マークＭが格子状に配列形成されている位置ずれ測定用の治具プレートＰを用いる方法が、例えば特許文献１に開示されている。この治具プレートＰは、位置決め誤差が生じないように寸法形状が基準どおりに製作され、かつプレート表面には格子状の基準マークＭが所定精度で設けられている。

このような治具プレートＰを、電子部品を実装する際に位置決めする基板Ｓと同様に実装エリアに位置決めし、該治具プレートＰ上の格子状の基準マークＭを、実装ヘッド１の近傍に固定されている基板認識カメラ４を該実装ヘッド１とともにＸＹ移動させながら、装置上（設計上）のＸＹ座標に対応付けられている各マークを撮像し、画像認識することにより、実装エリア内の各位置における機構誤差による位置ずれ量を取得し、その位置ずれ量を実装時の補正データとして使用している。

実際に電子部品を実装する時には、目標とする実装ヘッドの移動座標を決定する前に、移動先付近の基準マークから補正データとして求めた上記位置ずれ量を元に移動座標を補正することにより、実装エリア内の各位置ごとにばらつきのない高精度な電子部品の実装を実現することができる。

特許３６９７９４８号公報

しかしながら、前記治具プレートを使用する従来の方法は、実装エリア内における基板認識カメラ４、即ち実装ヘッドの位置ずれ量を検出しているものであり、吸着ノズルによる電子部品の実装位置の位置ずれ量とは異なる場合がある。この理由を、実装ヘッド１と基板認識カメラ４との関係を拡大して示す図３を用いて説明する。

この図３に示される実装ヘッド１には、シャフト先端に吸着ノズル６が装着された複数のノズルヘッド７が上下動可能に搭載されている。このノズルヘッド７は、図には１本を代表させて示すように、矢印で示すシャフトの軸中心が、同じく矢印で示す基板認識カメラ４の光軸に対して偏心している場合が多い。従って、基板認識カメラ４（実装ヘッド）の高さと基板Ｓの上面高さの差が大きいほど、目標位置へカメラ基準で移動した座標（偏心無し）と、ノズルヘッド基準で同位置へ移動させた後、ノズルヘッド７を下降したときのノズル６の先端位置の座標（偏心有り）が異なっている。

その結果、前述した従来の方法のように基板認識カメラ４のみによって基準マークを認識した結果による補正だけでは、電子部品実装時に正確な位置ずれ補正が出来ない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ためのもので、格子状の基準マークを実装ヘッドと一体で移動する基板認識カメラで認識し、該ヘッドのずれを補正して実装する際、実装ヘッド１に搭載されているノズルヘッドの軸心が偏心している場合でも、常に高精度に目標位置に電子部品を実装することができる電子部品の実装方法を提供することを課題とする。

本発明は、電子部品を実装する基板を位置決めする実装エリアに、格子状に基準マークが形成されている治具プレートを位置決めした後、該格子状に形成されている基準マークを実装ヘッドと一体でＸＹ移動する基板認識カメラによりそれぞれ撮像して認識し、各基準マークのカメラ認識によるＸＹ座標と装置上のＸＹ座標とのずれ量から、各基準マークに対応する装置上のＸＹ座標に対する実装ヘッドの位置ずれ量を求めると共に、前記実装エリアに位置決めした基板上に、前記実装ヘッドに搭載されているノズルヘッドにより電子部品を前記位置ずれ量に基づいて実装位置を補正して実装する電子部品の実装方法において、補正用の治具部品を用意し、前記ノズルヘッドにより補正用の治具部品を保持した後、前記治具プレート上の各基準マーク上に前記位置ずれ量に基づいて補正しながら順次位置決めして実装し、実装後の前記治具部品を、前記基板認識カメラによりそれぞれ撮像して認識し、各前記治具部品のカメラ認識によるＸＹ座標と、対応する基準マークの装置上のＸＹ座標とのずれ量を、該基準マークに対する該ノズルヘッドの補正データとして求め、前記ノズルヘッドにより基板上に電子部品を実装する際に、該補正データに基づいて前記各基準マークに対応する装置上のＸＹ座標を補正するようにしたことにより、前記課題を解決したものである。

本発明においては、目標とする装置上の実装位置に対するＸ方向の補正量を、該実装位置をＸ方向に挟む直近の２つの基準マークにそれぞれ対応する補正データから補間して求め、Ｙ方向の補正量を、該実装位置をＹ方向に挟む直近の２つの基準マークにそれぞれ対応する補正データから補間して求めるようにしてもよい。

又、前記ノズルヘッドの補正データを、２以上の異なる温度で予め作成しておき、他の温度で電子部品を実装する際には、異なる温度の補正データから補間して作成した補正データを使用するようにしてもよい。その際、前記実装位置に対する補正量を求める前に、現在の温度を挟む２つの温度で取得した基準マークに対応する補正データから補間して作成した補正データを使用するようにすることが好ましい。

本発明によれば、実装エリアに位置決めされた治具プレートに形成されている格子状の各基準マークを、実装ヘッドと一体で移動する基板認識カメラでそれぞれ撮像して求めた認識位置と、各基準マークの装置上の座標位置との差に基づいて、該実装ヘッドにより電子部品を基板上の目標位置に補正して実装する際、使用するノズルヘッドに固有の位置ずれ量を加味して実装位置を補正することが出来ることから、従来の方法より更に実装精度を向上することができる。

実装ヘッドに発生する位置ずれの要因を例示する説明図実装ヘッドの位置補正に用いられる治具プレートのイメージを示す平面図実装部品に発生する実装ヘッド以外の位置ずれの要因を示す説明図第１実施形態に適用される電子部品実装装置の全体を一部破断して示す斜視図ノズルヘッドの位置補正に使用する治具部品のイメージを示す平面図本実施形態による補正データを作成する手順を示すフローチャート基準マークごとの補正データの計算方法を示す説明図本実施形態により作成される補正データの一例のイメージを示す図表作成された補正データによる実装位置の補正計算の一例を示す説明図第２実施形態による補正方法を示す説明図

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４には、本発明に係る第１実施形態に適用される電子部品実装装置の概要を一部破断して示す。

この実装装置１０では、実装ヘッド１１がＸ軸１２とＹ軸１３により、ＸＹ方向に移動可能になっており、該実装ヘッド１１には前記図３に示したものと同様の複数のノズルヘッドが搭載されている（図４には明示せず）。便宜上、図３と同一の符号を使用すると、各ノズルヘッド７のシャフト先端には、電子部品を吸着する吸着ノズル６が装着され、上下方向と回転方向の移動・位置決めをすることが可能になっている。

この実装ヘッド１１には、基板上の基準マークや実装済み部品を認識する基板認識カメラ１４が付設され、該実装ヘッド１１と一体でＸＹ移動可能になっている。又、ベース上には回路基板を搬送し、クランプ部である実装エリアに位置決めする基板搬送部１５や、より高精度の部品認識を行うための部品認識カメラ１６、ピックアップ位置へ部品を供給する部品供給部１７等が配置されている。

本実施形態では、図６に示すフローチャートに従って、前記治具プレートＰの格子状の各基準マークＭごとに、使用するノズルヘッドによる補正データを作成する。

まず、図４に示した実装装置において、前記図２に示したように格子状に基準マークＭが形成されている治具プレートＰを基板搬送路１５の実装エリアに、電子部品を実装する基板の場合と同様に位置決めしてセットする（ステップ１）。

次に、治具プレートＰ上のコーナー（角部）にある基準マークを認識することにより、該治具プレートＰ自体の実装エリアにおける装着ずれ量を算出し、各基準マークＭの位置を装置上のＸＹ座標により規定する（ステップ２、３）。

次いで、１つのノズルヘッド７の吸着ノズル６により治具部品Ｇを吸着する（ステップ４）。この治具部品Ｇは、図５に上から見たイメージを示すように、ほぼ正方形の中心に正方形の中心マークｍが形成されたシリコンやガラス等の透明材料で高精度に作成された補正用の治具で、電子部品と同様に吸着保持可能になっていると共に、表裏両面から中心マークｍをカメラ認識可能になっている。

次に、基板認識カメラ１４を、位置決めされている治具プレートＰ上のｎ番目（最初はｎ＝１）の基準マーク（以下、基準マークｎとも記す）の座標へ、マーク認識により算出された治具プレートＰの装着ずれ量を補正しながら移動させ、後述する図７中Ｍ１で示す基準マーク１の認識を行う（ステップ５、６）。

次いで、前記吸着ノズル６で吸着している治具部品Ｇを、図４に示した部品認識カメラ１６を用いて画像認識し、認識結果から吸着ずれがあれば補正して格子状の基準マーク１の中心位置へ該治具部品Ｇをその中心が一致するように従来方法に従って実装（載置）する（ステップ７）。その後、再び基板認識カメラ１４を基準マーク１の位置へ移動させ、今度は今実装した治具部品Ｇのマークｍの位置認識を行う（ステップ８）。

この治具部品Ｇのマークｍの認識結果から、治具プレートＰのマークＭの認識結果を減算することにより、実装ヘッド１１に搭載されているノズルヘッド７の基準マーク１に対する位置ずれ量を算出することができる（ステップ９）。以上のステップ６〜９の動作を全ての基準マークＭについて実行する（ステップ１０〜１３）。

この基準マーク１について位置ずれ量の算出方法のイメージを、治具プレートＰの左上部を拡大した図７を用いて説明する。

Ｍ１で示す基準マーク１上に、あるノズルヘッド７で吸着した治具部品Ｇを、上述した方法で位置決めして実装した場合の偏心に起因する位置ずれ量は次式で与えられる。

ノズルヘッドの位置ずれ量
＝治具部品のマーク認識結果（マークｍの中心座標）
−治具プレートのマーク認識結果（マークＭ１の中心座標）

即ち、治具プレートＰ上の基準マークＭを実装ヘッド１１上の基板認識カメラ１４により認識して行う従来の補正方法では、基準マークＭごとに使用するノズルヘッドに起因する位置ずれが生じることになる。

そこで、本実施形態では、以上のステップ６〜９の動作を治具プレートＰの全格子状の基準マークＭに対して実行すると共に（ステップ１０〜１３）、実装ヘッド１１に搭載されている６本の全ノズルヘッド７についてステップ６〜１３の動作を実行し（ステップ１４）、図８にヘッド（１）〜（６）で示す各ノズルヘッドごとに基準マークＭ別の位置ずれ量テーブル（補正データ）を作成することにより、各ノズルヘッド、各基準マークごとの補正に対応できるようにする。

以上詳述したように、基準マークＭ別の位置ずれ量テーブルを使用することにより、電子部品の実装時には目標とするＸＹ移動座標への正確な位置補正が可能となる。具体的な補正方法を図９を参照して説明する。

今、図９（Ａ）に、前記図７の場合と同様に、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ６で示す隣接する基準マーク１、２、６に近い、図中Ｏで示す目標の実装位置に、例えばヘッド（１）を使って電子部品を実装する場合を考える。この場合は、実装位置Ｏに直近の基準マーク１、２、６の補正データを参照する。

先ず、実装位置ＯのＸ座標について、該実装位置Ｏを挟む直近の２点の基準マーク１、基準マーク６の位置ずれ量をヘッド（１）について図８に示したテーブルから検索し、図９（Ｂ）に示すように該当する２点（Ｍ１、Ｍ６）のデータ（Ｘ方向ずれ量）から、該実装位置ＯのＸ座標に基づいて直線補間してＸ方向の位置ずれ量を求める。

次に、実装位置ＯのＹ座標について、該実装位置Ｏを挟む直近の２点の基準マークを同様に検索し、図９（Ｃ）に示すように該当する基準マーク１、２の２点（Ｍ１、Ｍ２）のデータ（Ｙ方向ずれ量）から、該実装位置ＯのＹ座標に基づいて直線補間してＹ方向の位置ずれ量を求める。

以上詳述した本実施形態によれば、ノズルヘッドごと、基準マークＭ別に作成された位置ずれ量テーブルから、電子部品を目標の実装位置に実装するために、該部品を吸着するノズルヘッドの移動座標を決定する前に、移動先付近の位置ずれ量データから移動座標の補正を行うようにしたことにより、実装位置ごとにばらつきのない高精度な実装を行うことが可能となる。

次に、本発明に係る第２実施形態について説明する。

本実施形態は、前記第１実施形態で説明した各ノズルヘッドごとの基準マークＭ別の位置ずれ量（補正データ）を２以上の異なる温度で取得することにより、実装時の温度変化による機構変位量を補正し、さらに精度を向上させたものである。

ここでは、図１０の（Ａ）、（Ｂ）に２５℃と３５℃の例を基準マーク１に対するヘッド（２）のデータを太線で囲んでそれぞれ代表させて示すように、前記図８に示したような位置ずれ量テーブル（補正データ）を作成しておく。

そして、前記図９（Ａ）の場合と同様に、基準マーク１、２、６が直近である実装位置に、図１０（Ｃ）に示すように、２５℃と３５℃の間の現在温度で電子部品を実装する場合であれば、現在温度の位置ずれ量をこれら基準マーク１、２、６について、現在の温度を挟む２つの温度で取得した同図（Ａ）、（Ｂ）の位置ずれ量から補間して作成し、その補間データを用いて前記第１実施形態の場合と同様に補正して実装する。

本実施形態によれば、異なる温度について、ノズルヘッドごとに基準マーク別に作成された位置ずれ量テーブルをもつことにより、温度変化により機構が変位した場合でも高精度な電子部品の実装が可能となる。

６…吸着ノズル
７…ノズルヘッド
１０…電子部品実装装置
１１…実装ヘッド
１２…Ｘ軸
１３…Ｙ軸
１４…基板認識カメラ
１５…基板搬送部
１６…部品認識カメラ
１７…部品供給部
Ｐ…治具プレート
Ｍ…基準マーク
Ｇ…治具部品
ｍ…中心マーク

Claims

電子部品を実装する基板を位置決めする実装エリアに、格子状に基準マークが形成されている治具プレートを位置決めした後、該格子状に形成されている基準マークを実装ヘッドと一体でＸＹ移動する基板認識カメラによりそれぞれ撮像して認識し、各基準マークのカメラ認識によるＸＹ座標と装置上のＸＹ座標とのずれ量から、各基準マークに対応する装置上のＸＹ座標に対する実装ヘッドの位置ずれ量を求めると共に、前記実装エリアに位置決めした基板上に、前記実装ヘッドに搭載されているノズルヘッドにより電子部品を前記位置ずれ量に基づいて実装位置を補正して実装する電子部品の実装方法において、
補正用の治具部品を用意し、
前記ノズルヘッドにより治具部品を保持した後、前記治具プレート上の各基準マーク上に前記位置ずれ量に基づいて補正しながら順次位置決めして実装し、
実装後の治具部品を、前記基板認識カメラによりそれぞれ撮像して認識し、各治具部品のカメラ認識によるＸＹ座標と、対応する基準マークの装置上のＸＹ座標とのずれ量を、該基準マークに対する該ノズルヘッドの補正データとして求め、
前記ノズルヘッドにより基板上に電子部品を実装する際に、該補正データに基づいて前記各基準マークに対応する装置上のＸＹ座標を補正することを特徴とする電子部品の実装方法。
目標とする装置上の実装位置に対するＸ方向の補正量を、該実装位置をＸ方向に挟む直近の２つの基準マークにそれぞれ対応する補正データから補間して求め、Ｙ方向の補正量を、該実装位置をＹ方向に挟む直近の２つの基準マークにそれぞれ対応する補正データから補間して求めることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装方法。
前記ノズルヘッドの補正データを、２以上の異なる温度で予め作成しておき、他の温度で電子部品を実装する際には、異なる温度の補正データから補間して作成した補正データを使用することを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装方法。