JP5990775B2

JP5990775B2 - 電子部品実装システムおよび電子部品実装装置ならびに電子部品実装方法

Info

Publication number: JP5990775B2
Application number: JP2012182916A
Authority: JP
Inventors: 友松　道範; 道範友松; 政典池田; 陽介八朔
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-08-22
Filing date: 2012-08-22
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2032-08-22
Also published as: CN103635076B; JP2014041893A; CN103635076A

Description

本発明は、基板に電子部品を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およびこの電子部品実装システムに用いられる電子部品実装装置ならびに電子部品実装方法に関するものである。

電子機器の小型化に伴って回路基板の実装密度も高密度化し、基板の電子部品接合用の電極に電子部品を実装する際の位置精度も精細化している。このような実装位置精度の高度化に対応するため、基板において電極形成に際して生じる電極位置の誤差や、電極に印刷された半田の印刷位置の誤差を各基板毎に計測し、これらの誤差情報を後工程装置に伝達して後工程作業の位置補正情報として用いるフィードフォワード方式が導入されるようになっている（例えば特許文献１）。この特許文献例に示す先行技術では、半田印刷前の基板を対象として取得した印刷前基板検査情報を、半田印刷過程、部品実装過程にフィードフォワードすることにより、電極の位置誤差に起因する実装精度の低下を防止するようにしている。

特開２００８−１９８７３０号公報

近年電子機器のモバイル化・小型化が更に進展し、基板に形成される電子部品接合用の電極のファインピッチ化の傾向が加速している。このため、基板面を保護するために従来は電極部分を除外して形成されていたレジスト膜（保護膜）の形成範囲を変更し、各電極内に部品接合用に設定された範囲を除く部分にまでレジスト膜をオーバラップして形成することが行われるようになっている。この方式ではレジスト膜形成後の基板表面において、それぞれの電極にはレジスト膜が形成されずに電極面が露呈する開口部が形成され、部品接合用の半田を供給するスクリーン印刷工程では、これらの開口部を印刷目標範囲として半田印刷が実行される。そして半田印刷後の基板に対して、電子部品が搭載される。

しかしながら、このような電極にレジスト膜の開口部が形成された形態の基板を対象として、前述の先行技術に示すフィードフォワード方式を適用すると、レジスト膜の形成位置精度に起因して以下のような不都合が生じる。すなわち先行技術においては、後工程に送られる基板情報として基板上に形成された電極の位置情報を用いている。ところが実際に半田印刷の対象となる目標位置はレジスト膜の開口部であるため、電極面における開口部の位置が電極の中心から位置ずれしている場合には、上述のように電極の位置情報をそのままフィードフォワードする方式では、所期の位置補正効果を得ることは難しい。そしてレジスト膜の形成位置精度を向上させようとすれば、成膜工程が複雑化して製造コストの大幅な増加が避けられない。このように従来技術では、保護膜が電極に設定された開口部を除く範囲に形成された形態の基板を対象とする場合に、良好な実装位置精度を確保することが困難であるという課題があった。

そこで本発明は、保護膜が電極に設定された開口部を除く範囲に形成された形態の基板を対象として良好な実装位置精度を確保することができる電子部品実装システムおよび電子部品実装装置ならびに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、基板の電子部品接合用の１対の電極に半田を印刷するスクリーン印刷部と、半田が印刷された前記基板に電子部品を実装する電子部品実装部とを含んで構成され、前記基板に電子部品を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であって、前記基板の表面には保護膜が前記１対の電極に設定された開口部を除く範囲に形成されて、前記１対の電極は前記開口部のみを介して露呈しており、前記スクリーン印刷部による半田印刷に先立って前記開口部を光学的に認識することにより、前記１対の電極の正規位置と開口部の実際の位置との開口位置ずれ量を求める開口部位置ずれ計測部と、求められた前記開口位置ずれ量を開口部位置データとして記憶する開口部位置データ記憶部と、前記スクリーン印刷部によって前記開口部を目標位置として半田を印刷した後に、印刷された前記半田を光学的に認識することにより、前記半田の位置と開口部の位置との半田位置ずれ量を求める半田位置ずれ計測部と、求められた前記半田位置ずれ量を半田位置データとして記憶する半田位置データ記憶部と、前記電子部品実装部による部品実装作業において、前記電子部品を搭載ヘッドによって前記基板へ移送搭載する部品実装機構を制御する実装制御部と、前記開口部位置データより特定される前記１対の電極に対応する前記開口部の重心位置と、前記半田位置データより特定される前記開口部を目標位置として印刷された前記半田の重心位置との中点に設定された前記電子部品を着地させる実装位置を演算する実装位置演算部とを備え、前記実装制御部は、前記部品実装機構を制御することにより、前記電子部品を前記実装位置演算部によって演算された前記実装位置に着地させる。

本発明の電子部品実装装置は、基板に電子部品を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においてスクリーン印刷装置の下流に連結され、このスクリーン印刷装置によって半田が印刷された前記基板に電子部品を実装する電子部品実装装置であって、前記基板の表面には保護膜が１対の電極に設定された開口部を除く範囲に形成されて、前記１対の電極は前記開口部のみを介して露呈しており、前記スクリーン印刷装置による半田印刷に先立って前記開口部を光学的に認識することにより求められた前記１対の電極の正規位置と開口部の実際の位置との開口位置ずれ量を開口部位置データとして記憶する開口部位置データ記憶部と、前記スクリーン印刷装置によって前記開口部を目標位置として半田を印刷した後に、印刷された前記半田を光学的に認識することにより求められた前記半田の位置と開口部の位置との半田位置ずれ量を半田位置データとして記憶する半田位置データ記憶部と、前記電子部品を搭載ヘッドによって前記基板へ移送搭載する部品実装機構を制御する実装制御部と、前記開口部位置データより特定される前記１対の電極に対応する前記開口部の重心位置と、前記半田位置データより特定される前記開口部を目標位置として印刷された前記半田の重心位置との中点に設定された前記電子部品を着地させる実装位置を演算する実装位置演算部とを備え、前記実装制御部は、前記部品実装機構を制御することにより、前記電子部品を前記実装位置演算部によって演算された前記実装位置に着地させる。

本発明の電子部品実装方法は、基板に電子部品を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において、スクリーン印刷装置によって半田が印刷された前記基板に電子部品を実装する電子部品実装方法であって、前記基板の表面には保護膜が１対の電極に設定された開口部を除く範囲に形成されて、前記１対の電極は前記開口部のみを介して露呈しており、前記スクリーン印刷装置による半田印刷に先立って前記開口部を光学的に認識することにより求められた前記１対の電極の正規位置と開口部の実際の位置との開口位置ずれ量を開口部位置データとして記憶する開口部位置データ記憶工程と、前記スクリーン印刷装置によって前記開口部を目標位置として半田を印刷した後に、印刷された前記半田を光学的に認識することにより求められた前記半田の位置と開口部の位置との半田位置ずれ量を半田位置データとして記憶する半田位置データ記憶工程と、前記電子部品を搭載ヘッドによって前記基板へ移送搭載する部品実装機構を制御する実装制御工程と、前記開口部位置データより特定される前記１対の電極に対応する前記開口部の重心位置と、前記半田位置データより特定される前記開口部を目標位置として印刷された前記半田の重心位置との中点に設定された前記電子部品を着地させる実装位置を演算する実装位置演算工程とを含み、前記実装制御工程において、前記部品実装機構を制御することにより、前記電子部品を前記実装位置演算工程において演算された前記実装位置に着地させる。

本発明によれば、保護膜が１対の電極に設定された開口部を除く範囲に形成された形態の基板を対象とする電子部品実装において、半田印刷に先立って開口部を光学的に認識することにより求められた１対の電極の正規位置と開口部の実際の位置との開口位置ずれ量を開口部位置データとして記憶させ、さらに開口部を目標位置として半田を印刷した後に、印刷された半田を光学的に認識して求められた半田の位置と開口部の位置との半田位置ずれ量を半田位置データとして記憶させ、電子部品を基板へ移送搭載する部品実装機構を制御する実装制御工程において、部品搭載機構を制御して電子部品を開口部位置データより特定される１対の電極に対応する開口部の重心位置と、半田位置データより特定される開口部を目標位置として印刷された半田の重心位置との中点に設定された実装位置に着地させることにより、保護膜が電極に設定された開口部を除く範囲に形成された形態の基板を対象として、良好な実装位置精度を確保することができる。

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電子部品実装システムの作業対象となる基板の構成説明図本発明の一実施の形態の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電子部品実装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による電子部品実装処理のフロー図本発明の一実施の形態の電子部品実装処理の工程説明図本発明の一実施の形態の電子部品実装処理の工程説明図本発明の一実施の形態の電子部品実装処理の工程説明図

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して基板に電子部品を半田接合により実装して実装基板を製造する機能を有する電子部品実装システム１の構成について説明する。図１において電子部品実装システム１は、スクリーン印刷装置Ｍ１、印刷検査装置Ｍ２、電子部品実装装置Ｍ３、リフロー装置Ｍ４の各装置を連結して成る電子部品実装ライン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。

スクリーン印刷装置Ｍ１は、作業対象の基板に電子部品接合用のペースト状の半田（クリーム半田）をスクリーン印刷する。印刷検査装置Ｍ２は、印刷後の個片基板における印刷状態の良否判定のための印刷検査とともに、印刷位置ずれ補正のために電子部品実装装置Ｍ３にフィードフォワードされる位置ずれ補正データを作成する処理を行う。電子部品実装装置Ｍ３は、半田が印刷された個片基板に電子部品を実装する。リフロー装置Ｍ４は、電子部品実装後の個片基板を加熱することにより、半田を加熱溶融させて電子部品を個片基板に半田接合する。

ここで、電子部品実装システム１の作業対象となる基板の形態について図２を参照して説明する。本実施の形態においては、図２（ａ）に示すように、個片基板５を板状部材に複数枚保持させた形態のキャリア４が作業対象となっている。個片基板５は携帯電話などのモバイル機器に用いられる薄型基板であり、半導体装置などのファインピッチ部品が高密度に実装される。キャリア４には対角位置にキャリア認識マーク４ｍが形成されており、電子部品実装システム１の各装置においてキャリア認識マーク４ｍを光学的に位置認識することにより、キャリア４の位置決めが行われる。

図２（ｂ）に示すように、個片基板５の表面には、複数種類の電子部品接合用の電極７Ａ〜７Ｄが、接合対象の電子部品の種類・サイズに応じた形状・配列で形成されている。ここでは、電極７Ｂに接合される電子部品はファインピッチ部品であり、電極７Ｂは他の電極と比較してサイズが小さい微細電極となっている。そして個片基板５の表面および電極７Ａ〜７Ｄを部分的に覆って、個片基板５の表面を保護する保護膜であるレジスト膜６が形成されており、個片基板５の対角位置には位置認識用の基板認識マーク５ｍが形成されている。

図２（ｃ）に示すように、個片基板５の表面においてレジスト膜６はそれぞれの電極７の位置に対応してレジスト膜６に設定された開口部８を除く範囲に形成されている。すなわちそれぞれの電極７は、開口部８のみを介して個片基板５の表面に露呈される。電極７にこのような開口部８を設けることにより、電極間のピッチが従来と比較してより狭小な個片基板５を作業対象とする場合にあっても、スクリーン印刷時に隣接する電極間でクリーム半田が滲みにより過度に接近して印刷されることによる不具合を防止することができる。ここで、開口部８のサイズは、対応する電極７のサイズに応じて設定されており、微細電極である電極７Ｂに対応する開口部８は、開口部８のうち開口サイズがより小さい微細開口部８Ｂとなっている。

このように個片基板５をレジスト膜６で覆うことにより電極７毎に開口部８を形成する過程においては、必ずしも図２（ｃ）（イ）に示すように、電極７の電極中心７ｃと開口部８の開口中心８ｃとが一致するとは限らず、一般には図２（ｃ）（ロ）に示すように、電極７の電極中心７ｃと開口部８の開口中心８ｃとはある位置ずれ量（Δｘ，Δｙ）で位置ずれ状態にある。このような位置ずれは、レジスト膜６の形成過程において種々の要因によって生じ、しかも個々の個片基板５によって，また同一の個片基板５内でも電極７の配置位置によって位置ずれ量（Δｘ，Δｙ）がばらついている場合がある。

そしてこのように電極７に対して開口部８が位置ずれしている状態の個片基板５を対象として、従来技術による部品実装方法，すなわち半田印刷や部品実装において個片基板５における電極７の位置を基準とする方法を適用すると、本来半田接合部位として機能すべき開口部８から位置ずれした部位を基準として半田印刷や部品実装が行われることなり、半田位置不良や実装位置不良を招く要因となる。

このような不都合を解消するため、本実施の形態に示す電子部品実装システム１では、以下に説明する構成によって電極７に対する開口部８の位置ずれに起因する不都合を抑制するようにしている。すなわち図１に示す電子部品実装システム１において、個片基板５の電子部品接合用の電極７に半田を印刷する機能を有するスクリーン印刷装置Ｍ１を、開口部位置ずれ計測部Ｍ１Ａとスクリーン印刷部Ｍ１Ｂとで構成するようにしている。

開口部位置ずれ計測部Ｍ１Ａは、開口部８の位置を光学的に認識することにより、電極７の正規位置と開口部８の実際の位置との位置ずれ量（図２（ｃ）（ロ）に示す位置ずれ量（Δｘ，Δｙ）参照）を求める位置ずれ計測処理を行う。電極７の正規位置は、設計上の電極位置を示す基板データと基板認識マーク５ｍの認識結果から求められる。ここで、図３を参照して、開口部位置ずれ計測部Ｍ１Ａの構成を説明する。なお、本実施の形態においては、開口部位置ずれ計測部Ｍ１Ａ，印刷検査装置Ｍ２として同様の構成・機能を有する検査装置を用いていることから、図３にてこれら開口部位置ずれ計測部Ｍ１Ａ，印刷検査装置Ｍ２を併せて説明する。

図３において、テーブル駆動部１２によって水平方向および上下方向に駆動される位置決めテーブル１１上にはキャリア保持部１０が配置されている。キャリア保持部１０には、開口部位置ずれ計測部Ｍ１Ａにおいては上流側装置から搬入され複数の個片基板５を保持したキャリア４が、また印刷検査装置Ｍ２においては半田印刷後の複数の個片基板５を保持したキャリア４が、それぞれ保持される。

キャリア保持部１０の上方にはカメラ１３が撮像方向を下向きにして配設されている。カメラ１３は開口部位置ずれ計測部Ｍ１Ａにおいては上流側装置から搬入された半田印刷前の複数の個片基板５を、また印刷検査装置Ｍ２においては半田印刷後の複数の個片基板５をそれぞれ撮像する。検査制御部１４は、テーブル駆動部１２、カメラ１３を制御することにより、検査動作を制御する。検査制御部１４によってテーブル駆動部１２を制御して位置決めテーブル１１を駆動することにより、キャリア４の任意位置をカメラ１３の直下に位置させて撮像することができる。

撮像によって取得した画像データは画像認識部１５によって認識処理され、これにより、キャリア４に形成されたキャリア認識マーク４ｍ、さらに複数の個片基板５のそれぞれに形成された基板認識マーク５ｍの位置を認識することが可能となっている。そしてこの基板認識マーク５ｍのマーク位置認識結果より取得された位置基準に基づき、以下の位置ずれデータ取得が行われる。

すなわち開口部位置ずれ計測部Ｍ１Ａにおいては、取得した画像データを認識処理することにより、キャリア４に保持された複数の個片基板５において、電極７に形成された開口部８の実際の位置が認識される。また、印刷検査装置Ｍ２においては、取得した画像データを認識処理することにより、スクリーン印刷装置Ｍ１によってキャリア４に保持された複数の個片基板５において各電極に印刷された半田の位置が認識される。

検査処理部１６は、開口部位置ずれ計測部Ｍ１Ａ，印刷検査装置Ｍ２のそれぞれに割り当てられた検査処理を実行する。すなわち開口部位置ずれ計測部Ｍ１Ａにおいては、上述の開口部８の位置が許容範囲内であるか否かを判定する。また印刷検査装置Ｍ２においては、印刷された半田の位置認識結果に基づき、半田印刷量の過不足や位置ずれなどの半田印刷状態を良否判定する印刷検査を行う。

位置ずれ算出部１７は、画像認識部１５が画像データを認識処理することによって得られたマーク位置認識結果、開口部位置認識結果および半田位置認識結果に基づいて、開口部位置ずれ計測部Ｍ１Ａにおいては電極７の正規位置と当該電極７に形成された開口部８の実際の位置との位置ずれ量を、また印刷検査装置Ｍ２においては各個片基板５における半田Ｓの位置ずれを示す半田位置ずれ量を、各個片基板５毎に算出する処理を行う。

したがって、カメラ１３、画像認識部１５、位置ずれ算出部１７は、スクリーン印刷部Ｍ１Ｂによって開口部８を目標位置として半田を印刷した後に、印刷された半田Ｓを光学的に認識することにより、半田Ｓの位置と開口部８の位置との半田位置ずれ量を求める半田位置ずれ計測部を構成する。

位置ずれデータ記憶部１８は、位置ずれ算出部１７によって算出された位置ずれデータ、すなわち開口部位置ずれ計測部Ｍ１Ａにおいては開口部８の位置ずれ量を示す開口部位置ずれデータ、また印刷検査装置Ｍ２においては半田Ｓの位置ずれ量を示す半田位置ずれデータをそれぞれ記憶する。したがって、開口部位置ずれ計測部Ｍ１Ａにおける位置ずれデータ記憶部１８は、求められた開口部８の電極７に対する位置ずれ量を開口部位置データとして記憶する開口部位置データ記憶部となっている。

また印刷検査装置Ｍ２においては、位置ずれデータ記憶部１８は、スクリーン印刷装置Ｍ１によって開口部８を目標位置として半田を印刷した後に、印刷された半田を光学的に認識することにより求められた半田の位置と開口部８の位置との半田位置ずれ量を半田位置データとして記憶する半田位置データ記憶部となっている。

次に図４を参照して、スクリーン印刷部Ｍ１Ｂの構成および機能を説明する。図４において、テーブル駆動部２２によって水平方向および上下方向に駆動される位置決めテーブル２１上には、キャリア保持部２０が配設されている。キャリア保持部２０は複数の個片基板５を保持するキャリア４をクランパ２０ａによって両側から挟み込んで保持する。キャリア保持部２０の上方には、スクリーンマスク２３が配設されており、スクリーンマスク２３にはキャリア４に保持された個片基板５における開口部８に対応したパターン孔（図７，図８に示すパターン孔２３ａ参照）が設けられている。

テーブル駆動部２２によって位置決めテーブル２１を駆動することにより、キャリア４はスクリーンマスク２３に対して水平方向および垂直方向に相対移動し、これにより個片基板５はスクリーンマスク２３に対して位置合わせされる。すなわち位置決めテーブル２１およびテーブル駆動部２２は、個片基板５とスクリーンマスク２３とを相対的に位置合わせする位置合わせ機構となっている。

スクリーンマスク２３の上方にはスクリーン印刷機構２４が配置されている。スクリーン印刷機構２４は、スキージ２４ｃをスクリーンマスク２３に対して昇降させるとともにスクリーンマスク２３に対して所定押圧力で押し付ける昇降押圧機構２４ｂ、スキージ２４ｃを水平移動させるスキージ移動機構２４ａより成る。昇降押圧機構２４ｂ、スキージ移動機構２４ａは、スキージ駆動部２５により駆動される。

スクリーン印刷機構２４は、スクリーンマスク２３に個片基板５を当接させ、スクリーンマスク２３上に半田Ｓが供給された状態でスキージング動作を行うことにより個片基板５の開口部８に半田Ｓを印刷する機能を有している。すなわち、キャリア４に保持された複数の個片基板５をスクリーンマスク２３の下面に当接させた状態で、半田Ｓが供給されたスクリーンマスク２３の表面に沿ってスキージ２４ｃを所定速度で水平移動させることにより、各個片基板５のそれぞれに形成された複数の開口部８に、半田Ｓがパターン孔２３ａを介して一括して印刷される。

このスクリーン印刷作業は、スクリーン印刷機構２４と前述の位置合わせ機構を印刷制御部２６が制御することによって行われる。この制御に際しては、データ記憶部２７に記憶されたデータが参照される。すなわちデータ記憶部２７には開口部位置ずれ計測部Ｍ１Ａによって計測された開口部８の位置ずれ状態を示す開口部位置データ２７ａおよび当該個片基板５においてパターン孔２３ａと開口部８との位置合わせをどのように行うかを明確にするために予め設定された位置合わせ指針２７ｂが記憶されている。そして複数の個片基板５とスクリーンマスク２３とを位置合わせする際には、位置合わせ指針２７ｂに規定された位置合わせ優先度にしたがって、開口部８とパターン孔２３ａとの位置合わせを行う。

すなわちキャリア４に保持された複数の個片基板５における開口部８の配置が全て設計データ通りであって、スクリーンマスク２３におけるパターン孔２３ａの形状・配置を示すガーバーデータと一致している場合には、単にスクリーンマスク２３，キャリア４に設定された基準位置（例えばマスクセンター位置、キャリアセンター位置）を合致させればよいが、実際には様々な要因により、特に個片基板５における開口部８の位置は、正規位置から位置ずれしている場合が多い。

このため本実施の形態においては、位置合わせ指針２７ｂにて当該個片基板５に形成された開口部８のうち、必要とされる実装精度の観点から位置合わせにおいてより優先される開口部８を予め特定しておくようにしている。ここでは、電極７Ｂに対応する開口部８のように、開口サイズがより小さい微細開口部をより優先して位置合わせするように、位置合わせ指針２７ｂが設定されている。通信部２８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を構成する他装置との間でのデータ授受を行う。なお位置合わせ指針２７ｂの内容としては、上述方式以外にも、基板種や部品種、半田の種類などに応じて、各種の位置合わせ指針を設定することができる。

次に図５を参照して、電子部品実装装置Ｍ３（電子部品実装部）の構成および機能を説明する。図５において，テーブル駆動部３２によって水平方向および上下方向に駆動される位置決めテーブル３１上には、キャリア保持部３０が配設されている。キャリア保持部３０は印刷検査装置Ｍ２から搬送され、半田印刷後の複数の個片基板５が保持されたキャリア４を保持する。キャリア保持部３０の上方には、ヘッド移動機構３３によって移動する実装ヘッド３４およびカメラ３５が配設されている。

実装ヘッド３４は電子部品を吸着するノズル３４ａを備えており、実装ヘッド３４は部品供給部（図示省略）から電子部品９をノズル３４ａによって吸着保持して取り出す。そして実装ヘッド３４をキャリア４上に移動させて、キャリア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キャリア４に保持された複数の個片基板５に実装する。実装ヘッド３４、ヘッド移動機構３３および実装ヘッド駆動部３６は、部品供給部から実装ヘッド３４によって電子部品をピックアップし、半田が印刷された各個片基板５にここでは実装する部品実装機構を構成する。

カメラ３５はキャリア４の上面を撮像し、カメラ３５によって取得された画像データは画像認識部３８によって認識処理される。これにより、キャリア４に形成されたキャリア認識マーク４ｍ、さらに複数の個片基板５のそれぞれに形成された基板認識マーク５ｍの位置を認識することが可能となっている。したがって、カメラ３５，画像認識部３８は、キャリア認識マークおよび基板認識マークの位置を認識可能な第２のマーク位置認識部となっている。

ヘッド移動機構３３、位置決めテーブル３１はそれぞれ実装ヘッド駆動部３６、テーブル駆動部３２によって駆動される。データ記憶部３９には、作業対象となるキャリア４に保持された個片基板５おける実装位置座標を示す実装位置データが実装データとして記憶されるほか、開口部位置データ３９ａ、半田位置データ３９ｂが記憶されている。開口部位置データ３９ａは、開口部位置ずれ計測部Ｍ１Ａによって取得されたデータが通信ネットワーク２および通信部４０を介して転送され、データ記憶部３９記憶される。半田位置データ３９ｂは、印刷検査装置Ｍ２によって取得されたデータが同様に通信ネットワーク２および通信部４０を介して転送され、データ記憶部３９記憶される。

実装ヘッド３４による部品実装動作において、実装制御部３７がこの実装データに基づき、キャリア認識マーク４ｍ、基板認識マーク５ｍの位置認識結果を加味して、テーブル駆動部３２、実装ヘッド駆動部３６を制御することにより、キャリア４に保持された個片基板５の実装位置へ電子部品が実装される。

本実施の形態においては、さらにデータ記憶部３９にフィードフォワードされ記憶された位置補正データとを加味して動作制御を行うようにしている。すなわち、実装制御部３７は内部処理機能として実装位置演算部３７ａを備えており、実装位置演算部３７ａは画像認識部３８によるキャリア認識マーク４ｍ、基板認識マーク５ｍの位置認識結果とフィードフォワードされた開口部位置データ３９ａおよび半田位置データ３９ｂとを加味して、適正な実装位置を演算する処理を行う。そして部品実装機構による電子部品の実装動作においては、実装制御部３７は実装位置演算部３７ａによって演算された実装位置に着地させるようになっている。通信部４０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を構成する他装置との間で、上述の開口部位置データ３９ａおよび半田位置データ３９ｂなどの各種のデータ授受を行う。

なお上記電子部品実装システム１の構成においては、個別の開口部位置ずれ計測部Ｍ１Ａとスクリーン印刷部Ｍ１Ｂとでスクリーン印刷装置Ｍ１を構成した例を示したが、開口部位置ずれ計測部Ｍ１Ａの機能を同一装置でスクリーン印刷部Ｍ１Ｂに組み込んでスクリーン印刷装置Ｍ１を構成してもよい。また電子部品実装システム１ではスクリーン印刷装置Ｍ１と電子部品実装装置Ｍ３との間に独立して設けられた印刷検査装置Ｍ２を挟んだ構成となっているが、印刷検査装置Ｍ２の機能をスクリーン印刷装置Ｍ１もしくは電子部品実装装置Ｍ３に付属させるようにしてもよい。

すなわちスクリーン印刷装置Ｍ１において印刷後のキャリア４を対象として撮像が可能なようにカメラ１３を配設し、位置ずれ算出部１７，検査処理部１６，画像認識部１５、検査制御部１４の機能をスクリーン印刷装置Ｍ１の制御機能に付加する。これにより、印刷後のキャリア４を対象としてスクリーン印刷装置Ｍ１内部で同様の検査処理および演算処理を行うことができる。電子部品実装装置Ｍ３にこれらの機能を付属させる場合においても同様であり、この場合には電子部品実装装置Ｍ３の内部において、スクリーン印刷装置Ｍ１から直接搬入されたキャリア４に対して同様の検査が部品実装動作に先立って実行される。また位置ずれ算出部１７の演算機能のみを、電子部品実装装置Ｍ３によって実行させるようにしてもよい。

この電子部品実装システム１は上記の様に構成されており、以下この電子部品実装システム１によって実行される電子部品実装方法について、図６のフローに沿って各図を参照しながら説明する。上流側の基板供給部（図示省略）から供給され複数の個片基板５が保持されたキャリア４は、まずスクリーン印刷装置Ｍ１に受け渡される。ここではキャリア４はスクリーン印刷部Ｍ１Ｂによる半田印刷に先立って開口部位置ずれ計測部Ｍ１Ａに搬入され、開口部位置ずれ計測が実行される（ＳＴ１）。

すなわち、図７（ａ）に示すように、キャリア保持部１０に保持されたキャリア４の上方にカメラ１３を位置させ、複数の個片基板５を順次撮像する。そして個別の個片基板５毎に、基板認識マーク５ｍの位置を基準として求められる電極７の正規位置と開口部８の実際の位置との開口位置ずれ量を求める。ここでは、図７（ｂ）に示すように、電極７の正規位置の中心点を示す電極中心７ｃと開口部８の中心点を示す開口中心８ｃとの位置ずれ量（Δｘ、Δｙ）を画像認識により求める。

そして求められた位置ずれ量（Δｘ、Δｙ）を、開口部位置データとして位置ずれデータ記憶部１８に記憶するとともに、スクリーン印刷部Ｍ１Ｂにフィードフォワードしてデータ記憶部２７に開口部位置データ２７ａとして記憶させる（ＳＴ２）（開口部位置データ記憶工程）。

次いでキャリア４はスクリーン印刷部Ｍ１Ｂに搬入され、半田印刷が実行される。ここではまず一括して印刷の対象となる複数の個片基板５とスクリーンマスク２３との位置合わせが行われる（位置合わせ工程）（ＳＴ３）。ここでは、データ記憶部２７に記憶された開口部位置データ２７ａおよび予め設定された位置合わせ指針２７ｂに基づいて、図７（ｃ）に示すように、スクリーンマスク２３のパターン孔２３ａと電極７に対応して形成された開口部８との位置合わせを実行する。

ここで図８を参照して、開口部位置データ２７ａおよび位置合わせ指針２７ｂに基づく位置合わせの具体例について説明する。ここでは、前述のように、図２（ｂ）に示す構成の個片基板５において、微細電極である電極７Ｂに対応する微細開口部８Ｂをより優先して位置合わせするように位置合わせ指針２７ｂが設定された例について説明する。

図８（ａ）は、レジスト膜６で被覆された個片基板５をスクリーンマスク２３の下面に当接させて位置合わせした状態を示している。ここで、図８（ａ）は、通常サイズの電極７に対応する開口部８、電極７Ｂに対応する微細開口部８Ｂに、パターン孔２３ａが位置合わせされた状態をそれぞれ示している。すなわち、図８（ａ）（ロ）では、微細開口部８Ｂは優先して位置合わせする対象となることから、パターン孔２３ａと開口部８とが極力一致するように、印刷制御部２６によってテーブル駆動部２２を制御する。このとき、優先して位置合わせする対象とならない他の開口部８については、図８（ａ）（イ）に示すように、対応するパターン孔２３ａと位置が完全には一致せず、位置ずれが残留した状態となる。

このようにして個片基板５との位置合わせが完了したならば、スクリーン印刷が実行される（ＳＴ４）。すなわち開口部８に対応してパターン孔２３ａが設けられたスクリーンマスク２３に個片基板５を当接させ、スクリーンマスク２３上に半田Ｓが供給された状態で、スキージ２４ｃを摺動させるスキージング動作を行う。これにより、個片基板５に形成された電極７上の開口部８に半田Ｓを印刷する（スクリーン印刷工程）。

すなわち、図８（ｂ）（ロ）では、パターン孔２３ａと微細開口部８Ｂとが高精度で一致していることから、半田Ｓは微細開口部８Ｂを正しく充たした状態で印刷される。これに対し図８（ｂ）（イ）では、パターン孔２３ａと開口部８とが一致していないことから、半田Ｓは開口部８から位置ずれした状態で印刷される。

このようにして印刷が完了した後、印刷後の複数の個片基板５を保持したキャリア４は印刷検査装置Ｍ２に搬入され、印刷状態の検査とともに半田位置計測が行われる（ＳＴ５）。ここでは、図８（ｃ）に示すように、カメラ１３を半田印刷後の個片基板５の上方へ位置させ、複数の個片基板５を順次撮像する。これにより、図８（ｄ）に示すように、個片基板５においてそれぞれの開口部８に半田Ｓが印刷された画像が取得される。

そしてこの画像を認識処理することにより、開口部８の開口中心８ｃと半田Ｓの半田中心Ｓｃとの位置との半田位置ずれ量ΔＳｘ，ΔＳｙとが求められ、半田位置データとして位置ずれデータ記憶部１８に記憶されるとともに、フィードフォワードデータとして通信ネットワーク２を介して電子部品実装装置Ｍ３に伝達される。すなわち、ここではスクリーン印刷装置Ｍ１によって開口部８を目標位置として半田Ｓを印刷した後に、印刷された半田Ｓを光学的に認識することにより求められた半田Ｓの位置と開口部８の位置との半田位置ずれ量を半田位置データとして記憶する（ＳＴ６）（半田位置データ記憶工程）。

ここで図８（ｄ）（イ）では、パターン孔２３ａと開口部８との位置ずれに応じた半田位置ずれ量ΔＳｘ，ΔＳｙが取得され、また図８（ｄ）（ロ）では、パターン孔２３ａと微細開口部８Ｂとが高精度で一致していることから、開口中心８ｃと半田中心Ｓｃとはほとんど重なった状態となり、位置ずれ量はきわめて小さい。

そして半田位置計測後の個片基板５を保持したキャリア４は電子部品実装装置Ｍ３に搬入され、部品実装機構による部品実装作業の対象となる。この部品実装作業は、電子部品９を実装ヘッド３４によって個片基板５へ移送搭載する部品実装機構を、データ記憶部３９に記憶された開口部位置データ３９ａ、半田位置データ３９ｂに基づき実装制御部３７によって制御することによって実行される（ＳＴ７）（実装制御工程）。

この実装制御工程においては、実装位置演算部３７ａによって開口部位置データ３９ａ、半田位置データ３９ｂに基づき、実装対象の電子部品９を個片基板５に着地させるべき実装位置を設定する演算を行い、設定された実装位置に実装ヘッド３４によって電子部品９を着地させる。図９は、この実装位置演算の実行例を示している。ここでは、個片基板５に形成された１対の電極７のそれぞれに対応する開口部８に、方形チップ型の電子部品９の両端部に形成された端子部９ａを半田Ｓを介して着地させる実装形態を対象としている。

なお、開口部位置データ３９ａ、半田位置データ３９ｂのデータ形態として、ここでは位置ずれ量を用いているが、当該個片基板５における座標値、すなわち基板認識マーク５ｍを基準とする基板座標系における座標値によって開口部位置、半田位置を特定するようにしてもよい。いずれの方法によっても実質的に等価の演算結果を得ることができる。

この実装形態では、図９（ａ）に示すように、図８（ｃ）、（ｄ）において求められた１対の開口部８の重心位置８＊と、半田Ｓの重心位置Ｓ＊とに基づいて電子部品９を着地させるべき実装位置を求める。すなわち、重心位置８＊と重心位置Ｓ＊との中点を求め、この中点を実装位置ＰＭに設定して実装座標を求める。そして個片基板５に電子部品９を実装する際には、このようにして演算された実装位置ＰＭを目標として、実装ヘッド３４の位置制御を行う。

実装位置ＰＭを上記のような方法で設定することにより、以下に説明するような効果を得る。すなわち、半田Ｓの印刷位置が開口部８の位置と一致せずに位置ずれ生じている場合において、開口部８の位置を基準として電子部品９を実装してリフローに送った場合には、半田の表面張力の不均一によって「チップ立ち」が発生しやすい。また、検出された半田位置を基準にして電子部品９を実装してリフローに送った場合には、溶融半田が隣接する電極に吸い寄せられることによって「ブリッジ」が発生しやすい。これに対し、実装位置ＰＭを上記方法で設定することにより、「チップ立ち」のような開口部位置基準において発生しやすい実装不良の発生確率を低減させるともに、「ブリッジ」のような半田位置基準において発生しやすい実装不良の発生確率を低減することができ、全体としての実装不良の発生率を低く抑えることが可能となる。

なお上記実施の形態では、実装位置ＰＭを開口部８の重心位置８＊と半田Ｓの重心位置Ｓ＊との中点に設定する例を示しているが、基板・電子部品・半田の種類の組み合わせに応じて、実装位置ＰＭを開口部８の重心位置８＊と半田Ｓの重心位置Ｓ＊のいずれか側に偏った位置に設定してもよい。この場合には、基板の電極形状や電子部品のサイズ・形状、半田Ｓの粘度などの組み合わせによって、個別の実装不良の発生度数分布は種々異なることから、実装位置ＰＭを小刻みにずらして実装を試行し、実装位置ＰＭの位置と実装不良の発生度合いとの関連を予め実験的に求めておく。そして全体としての実装不良の発生が最も少なくなるような位置に実装位置ＰＭを設定する。

この後、電子部品が実装された個片基板５を保持したキャリア４はリフロー装置Ｍ４に搬入される。そしてここで所定の温度プロファイルに従って個片基板５を加熱することにより、半田Ｓ中の半田成分が溶融し、電子部品９の端子部９ａは開口部８内で露呈された電極７に半田接合される。これにより電子部品実装システム１による電子部品実装処理の一連の作業処理が完了し、その後必要に応じて実装後検査が実行される。

上記説明したように本実施の形態では、レジスト膜６が電極７に設定された開口部８を除く範囲に形成された形態の個片基板５を対象とするスクリーン印刷において、開口部８の位置を光学的に認識して電極７の正規位置と開口部８の実際の位置との位置ずれ量を開口部位置データとして求めておき、スクリーン印刷に先立って実行される個片基板５とスクリーンマスク２３とを位置合わせする位置合わせ工程において、開口部位置データに基づいて位置合わせを実行するようにしている。これにより、開口部８の位置ずれに起因する印刷不良を排除して良好な印刷位置精度を確保することができる。

また、スクリーン印刷部Ｍ１Ｂによる半田印刷に先立って開口部８を光学的に認識することにより求められた電極７の正規位置と開口部８の実際の位置との開口位置ずれ量を開口部位置データとして記憶させ、さらにスクリーン印刷部Ｍ１Ｂによって開口部８を目標位置として半田Ｓを印刷した後に、印刷された半田Ｓを光学的に認識することにより求められた半田Ｓの位置と開口部８の位置との半田位置ずれ量を半田位置データとして記憶させ、電子部品９を実装ヘッド３４によって個片基板５へ移送搭載する部品実装機構を制御する実装制御工程において、開口部位置データおよび半田位置データに基づいて部品搭載機構を制御することにより、電子部品９を開口部８と印刷された半田Ｓとの間に設定された実装位置に着地させるようにしている。これにより、レジスト膜６が電極７に設定された開口部８を除く範囲に形成された形態の個片基板５を対象として、良好な実装位置精度を確保することができる。

本発明の電子部品実装システム、電子部品実装装置および電子部品実装方法は、保護膜が電極に設定された開口部を除く範囲に形成された形態の基板を対象として良好な実装位置精度を確保することができるという効果を有し、複数の電子部品実装用装置を連結した部品実装ラインによって基板に電子部品を実装する分野において有用である。

１電子部品実装システム
２通信ネットワーク
３管理コンピュータ
４キャリア
５個片基板
６レジスト膜
７、７Ａ〜７Ｄ電極
８開口部
９電子部品
Ｓ半田

Claims

基板の電子部品接合用の１対の電極に半田を印刷するスクリーン印刷部と、半田が印刷された前記基板に電子部品を実装する電子部品実装部とを含んで構成され、前記基板に電子部品を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であって、
前記基板の表面には保護膜が前記１対の電極に設定された開口部を除く範囲に形成されて、前記１対の電極は前記開口部のみを介して露呈しており、
前記スクリーン印刷部による半田印刷に先立って前記開口部を光学的に認識することにより、前記１対の電極の正規位置と開口部の実際の位置との開口位置ずれ量を求める開口部位置ずれ計測部と、
求められた前記開口位置ずれ量を開口部位置データとして記憶する開口部位置データ記憶部と、
前記スクリーン印刷部によって前記開口部を目標位置として半田を印刷した後に、印刷された前記半田を光学的に認識することにより、前記半田の位置と開口部の位置との半田位置ずれ量を求める半田位置ずれ計測部と、
求められた前記半田位置ずれ量を半田位置データとして記憶する半田位置データ記憶部と、
前記電子部品実装部による部品実装作業において、前記電子部品を搭載ヘッドによって前記基板へ移送搭載する部品実装機構を制御する実装制御部と、
前記開口部位置データより特定される前記１対の電極に対応する前記開口部の重心位置と、前記半田位置データより特定される前記開口部を目標位置として印刷された前記半田の重心位置との中点に設定された前記電子部品を着地させる実装位置を演算する実装位置演算部とを備え、
前記実装制御部は、前記部品実装機構を制御することにより、前記電子部品を前記実装位置演算部によって演算された前記実装位置に着地させることを特徴とする電子部品実装システム。
基板に電子部品を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においてスクリーン印刷装置の下流に連結され、このスクリーン印刷装置によって半田が印刷された前記基板に電子部品を実装する電子部品実装装置であって、
前記基板の表面には保護膜が１対の電極に設定された開口部を除く範囲に形成されて、前記１対の電極は前記開口部のみを介して露呈しており、
前記スクリーン印刷装置による半田印刷に先立って前記開口部を光学的に認識することにより求められた前記１対の電極の正規位置と開口部の実際の位置との開口位置ずれ量を開口部位置データとして記憶する開口部位置データ記憶部と、
前記スクリーン印刷装置によって前記開口部を目標位置として半田を印刷した後に、印刷された前記半田を光学的に認識することにより求められた前記半田の位置と開口部の位置との半田位置ずれ量を半田位置データとして記憶する半田位置データ記憶部と、
前記電子部品を搭載ヘッドによって前記基板へ移送搭載する部品実装機構を制御する実装制御部と、
前記開口部位置データより特定される前記１対の電極に対応する前記開口部の重心位置と、前記半田位置データより特定される前記開口部を目標位置として印刷された前記半田の重心位置との中点に設定された前記電子部品を着地させる実装位置を演算する実装位置演算部とを備え、
前記実装制御部は、前記部品実装機構を制御することにより、前記電子部品を前記実装位置演算部によって演算された前記実装位置に着地させることを特徴とする電子部品実装装置。
基板に電子部品を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において、スクリーン印刷装置によって半田が印刷された前記基板に電子部品を実装する電子部品実装方法であって、
前記基板の表面には保護膜が１対の電極に設定された開口部を除く範囲に形成されて、前記１対の電極は前記開口部のみを介して露呈しており、
前記スクリーン印刷装置による半田印刷に先立って前記開口部を光学的に認識することにより求められた前記１対の電極の正規位置と開口部の実際の位置との開口位置ずれ量を開口部位置データとして記憶する開口部位置データ記憶工程と、
前記スクリーン印刷装置によって前記開口部を目標位置として半田を印刷した後に、印刷された前記半田を光学的に認識することにより求められた前記半田の位置と開口部の位置との半田位置ずれ量を半田位置データとして記憶する半田位置データ記憶工程と、
前記電子部品を搭載ヘッドによって前記基板へ移送搭載する部品実装機構を制御する実装制御工程と、
前記開口部位置データより特定される前記１対の電極に対応する前記開口部の重心位置と、前記半田位置データより特定される前記開口部を目標位置として印刷された前記半田の重心位置との中点に設定された前記電子部品を着地させる実装位置を演算する実装位置演算工程とを含み、
前記実装制御工程において、前記部品実装機構を制御することにより、前記電子部品を前記実装位置演算工程において演算された前記実装位置に着地させることを特徴とする電子部品実装方法。