JP7337188B2 - 部品実装方法および部品実装システム - Google Patents

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Description

本明細書は、部品実装方法および部品実装システムを開示する。
従来、この種の部品実装方法としては、上面に実装位置の基準を有するLEDなどの上面基準型部品を実装する際に、はんだペーストだけでなく接着剤を用いて部品を接合するものが提案されている。例えば、特許文献1の部品実装方法では、接着剤が硬化することで、リフローはんだ付けの際にはんだペーストのセルフアライメント効果を抑えることで、上面基準型部品の上面が傾いたり、上面の基準位置がずれたりするのを防止している。
特表2015-517222号公報
しかしながら、上述した部品実装方法では、接着剤の塗布を、はんだペーストの塗布とは別に行う必要があるから、接着剤塗布工程の追加となって実装作業の効率が低下するおそれがある。また、はんだペーストとは別に接着剤を管理する必要があるから、作業者等がその取り扱いに慣れていない場合には管理負担も増大することになる。
本開示は、接着剤を用いることなく、上面基準型部品を適切に実装することを主目的とする。
本開示は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本開示の部品実装方法は、
SnとSn以外の金属を含む特定のはんだペーストを基板に塗布する塗布工程と、
上面に位置決めの基準を有する上面基準型部品を前記基板上の一以上の基準点に対して位置合わせして配置する配置工程と、
前記基板を加熱して前記部品をリフローはんだ付けするリフロー工程と、
を含む部品実装方法であって、
前記特定のはんだペーストは、前記リフロー工程で前記Snの少なくとも一部が溶融し、溶融したSnと前記Sn以外の金属が金属間化合物を形成することで、前記上面基準型部品を前記基板に固定する
ことを要旨とする。
本開示の部品実装方法は、特定のはんだペーストが、リフロー工程でSnの少なくとも一部が溶融し、溶融したSnとSn以外の金属が金属間化合物を形成することで、上面基準型部品を基板に固定する。特定のはんだペーストが金属間化合物を形成することにより、はんだペーストのセルフアライメント効果が抑えられるから、基板上に位置合わせして配置された上面基準型部品がリフロー工程で位置ずれしたり上面が傾いたりするのを防止することができる。したがって、接着剤を用いることなく、上面基準型部品を適切に実装することができる。
部品実装システム1の構成の概略を示す構成図。 印刷装置10の構成の概略を示す構成図。 実装装置20の構成の概略を示す構成図。 印刷装置10と実装装置20とリフロー装置40とリフロー検査装置45と管理装置50の電気的な接続関係を示すブロック図。 上面基準型部品60の一例を示す上面図。 部品実装処理の一例を示す工程図。 ディスペンサ塗布工程の一例を示すフローチャート。 部品配置工程の一例を示すフローチャート。 ディスペンサ塗布工程および部品配置工程の各処理の説明図。 はんだの種類の一例を示す説明図。 上面基準型部品60を配置してリフローする様子を示す説明図。 上面基準型部品60を配置してリフローする様子を示す説明図。 フィレット形状検査工程の一例を示すフローチャート。 フィレット形状の一例を示す説明図。 フィレット形状の検査基準の各パラメータの一例を示す説明図。
次に、本開示の実施の形態を図面を用いて説明する。図1は部品実装システム1の構成の概略を示す構成図である。図2は印刷装置10の構成の概略を示す構成図である。図3は実装装置20の構成の概略を示す構成図である。図4は印刷装置10と実装装置20とリフロー装置40とリフロー検査装置45と管理装置50の電気的な接続関係を示すブロック図である。なお、図1~図3中の左右方向がX方向であり、前後方向がY方向であり、上下方向がZ方向である。
部品実装システム1は、図1に示すように、印刷装置10や、実装装置20、リフロー装置40、リフロー検査装置45、システム全体を管理する管理装置50などを備える。
印刷装置10は、図2,図4に示すように、基板Bを搬送して固定する基板搬送装置11と、印刷ヘッド13と、印刷ヘッド13をY方向に移動させるヘッド移動装置15と、スクリーンマスクMが固定された固定枠16と、装置全体を制御する印刷制御部19とを備える。スクリーンマスクMは、基板Bの配線パターンに応じたパターン孔(開口部)が形成され、固定枠16に所定のテンションで固定されている。印刷ヘッド13は、X方向に延びる平板状部材のスキージ14がZ方向に昇降可能に取り付けられている。印刷装置10は、スクリーンマスクMのパターン孔にスキージ14を用いてはんだペーストを押し込むことにより、パターン孔を介して下方の基板Bにはんだペーストを塗布して配線パターン(はんだ面)を形成するスクリーン印刷を行う。本実施形態では、後述するように、印刷装置10のスクリーン印刷では、通常はんだペーストS0を塗布する。
印刷制御部19は、図4に示すように、CPU19aを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU19aの他に、ROM19bやRAM19c、HDD19dなどを備える。印刷制御部19には、例えば、印刷ヘッド13の移動位置を検知する図示しない位置センサやスキージ14の昇降位置を検知する図示しない位置センサからの位置信号などが入力される。また、印刷制御部19からは、基板搬送装置11や印刷ヘッド13、ヘッド移動装置15などへの各種制御信号が出力される。
実装装置20は、図3~図4に示すように、基台20aや、筐体20b、部品供給装置21、基板搬送装置22、ヘッド移動装置25、実装ヘッド30、実装制御部29などを備える。部品供給装置21は、例えば部品が所定ピッチで収容されたテープを送り出すことで部品を供給するテープフィーダである。テープは、上面にフィルムが貼着されており、供給位置の手前で当該フィルムが剥がされ、部品が露出した状態で供給位置へ送り出されるようになっている。基板搬送装置22は、図3の前後に間隔を開けて設けられ左右方向に架け渡された1対のコンベアベルトを有しており、コンベアベルトにより基板Bを図中左から右へと搬送する。ヘッド移動装置25は、実装ヘッド30が取り付けられるX軸スライダ25aと、X軸スライダ25aがX方向に移動可能に取り付けられると共にY方向に移動可能に構成されたY軸スライダ25bとを備え、実装ヘッド30をXY方向に移動させる。また、実装装置20は、これらの他に、パーツカメラ26やマークカメラ27なども備える。パーツカメラ26は、基台20a上に設けられており、実装ヘッド30にピックアップされた部品を下方から撮像する。また、マークカメラ27は、実装ヘッド30に設けられており、部品供給装置21により供給される部品を上方から撮像したり、基板Bに付された位置決め基準マーク(基準点)を上方から撮像したりする。
実装ヘッド30は、実装ツール32やグルーツール34(図9参照)などを含む複数種類のツールが着脱可能に構成され、装着されるツールによって異なる機能が与えられる。例えば、実装ヘッド30は、実装ツール32が装着されると、部品供給装置21により供給される部品の上面を実装ツール32が備える吸着ノズルで吸着して基板B上へ配置するする配置動作(実装動作)が可能となる。また、実装ヘッド30は、グルーツール34が装着されると、グルーツール34が備えるディスペンサによって基板B上にはんだペーストを塗布する塗布動作が可能となる。本実施形態では、後述するように、通常はんだペーストS0とは異なる種類の特定はんだペーストS1をグルーツール34のディスペンサによって塗布する。
また、実装装置20は、基台20a上に、実装ツールステーション35やグルーツールステーション36、ノズルステーション37なども備える。実装ツールステーション35は、実装ツール32を収容する収容部として構成される。グルーツールステーション36は、グルーツール34を収容する収容部として構成される。ノズルステーション37は、複数の吸着ノズルを収容する収容部として構成される。
実装制御部29は、図4に示すように、CPU29aを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU29aの他に、ROM29bやRAM29c、HDD29dなどを備える。実装制御部29には、例えば、実装ヘッド30の移動位置を検知する図示しない位置センサからの位置信号や、パーツカメラ26やマークカメラ27からの画像信号などが入力される。また、実装制御部29からは、部品供給装置21や基板搬送装置22、ヘッド移動装置25、パーツカメラ26、マークカメラ27、実装ヘッド30などへの各種制御信号が出力される。
リフロー装置40は、図4に示すように、部品が配置された基板Bを搬送する基板搬送装置42と、基板搬送装置42により搬送される基板Bを加熱する加熱部43と、装置全体を制御するリフロー制御部41とを備える。リフロー装置40は、加熱部43で基板Bを所定のリフロー温度(例えば220℃や260℃など)に加熱することにより基板B上のはんだを溶融させる。溶融したはんだは、冷却により固化することで、部品が基板B上に電気的に接続、固定される。
リフロー検査装置45は、図4に示すように、基板BをX方向に搬送して固定する基板搬送装置47と、基板Bに実装されリフロー後の部品を撮像する検査カメラ48と、検査カメラ48をY方向に移動させるカメラ移動装置49と、装置全体を制御するリフロー検査制御部46とを備える。リフロー検査制御部46は、CPU46aを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU46aの他に、ROM46bやRAM46c、HDD46dなどを備える。リフロー検査制御部46には、例えば、検査カメラ48の移動位置を検知する図示しない位置センサからの位置信号や、検査カメラ48からの画像信号などが入力される。また、リフロー検査制御部46からは、基板搬送装置47や検査カメラ48、カメラ移動装置49などへの各種制御信号が出力される。リフロー検査制御部46は、検査カメラ48により撮像された画像に基づいて、リフロー処理後の基板B上の部品の状態を検査する。HDD46dには、検査に必要な基準パラメータなどの各種検査条件が記憶されている。リフロー検査制御部46は、検査カメラ48により撮像された画像から部品の位置ずれや回転角度ずれ、はんだのフィレット形状などを計測し、基準パラメータと比較して基準範囲内に収まっているか否かに基づいて良否を判定する。
管理装置50は、例えば、汎用のコンピュータであり、図4に示すように、CPU52aやROM52b、RAM52c、HDD52dなどにより構成される。管理装置50には、入力デバイス56からの入力信号が入力される。また、管理装置50からは、ディスプレイ58への表示信号が出力される。HDD52dには、基板Bの生産プログラムやその他の生産情報を含むジョブ情報が記憶されている。ここで、生産プログラムは、実装装置20において、どの基板Bにどの部品をどの順番で実装するか、また、そのように実装した基板Bを何枚作製するかを定めたプログラムをいう。また、生産情報には、実装対象の部品に関する部品情報(部品の種類やその供給位置)や、使用するツールに関するツール情報、使用するはんだの種類や目標塗布位置(XY座標)、部品の目標配置位置(XY座標)などが含まれる。管理装置50は、印刷装置10の印刷制御部19や実装装置20の実装制御部29、リフロー装置40のリフロー制御部41と通信可能に接続され、各種情報や制御信号をやり取りする。
ここで、図5は、上面基準型部品60の一例を示す上面図である。上面基準型部品60は、部品本体61の上面に発光部(位置決め対象)62が設けられ、部品本体61の下面に電極63(図9参照)が設けられたSMD-LED(Surface Mount Device-Light Emitting Diode)である。実装装置20は、このような上面基準型部品60を基板Bに実装する場合、発光部62の発光中心である位置決め対象中心FCを基準として、基板Bに付された位置決め基準マークに対して位置合わせして配置することが求められる。上面基準型部品60は、図示するように、その製造過程において、部品外形に対する発光部62の位置にバラツキが存在する。例えば、図5Aでは発光部62の発光中心(位置決め対象中心FC)は、その理想位置(例えば部品中心PC)に対してずれはないが、図5Bでは発光部62の発光中心が、その理想位置に対してX方向にΔX、Y方向にΔYずれている様子を示す。この場合、上面基準型部品60は、実装工程において、基準となる位置決め対象中心FCが基板B上の目標配置位置と一致するように、位置補正して基板Bに配置される。
以下は、こうして構成された本実施形態の部品実装システム1の動作、特に上面基準型部品60を含む各部品を基板Bに実装するための各工程についての説明である。図6は部品実装処理の一例を示す工程図である。この部品実装処理の各工程は、管理装置50のCPU52aの指令により印刷装置10や実装装置20、リフロー装置40でそれぞれ実行される。部品実装処理には、スクリーン印刷工程(S10)と、ディスペンサ塗布工程(S20)と、部品配置工程(S30)と、リフロー工程(S40)と、リフロー検査工程(S50)とを含む。スクリーン印刷工程では、CPU52aは、基板Bに通常はんだペーストS0を塗布するスクリーン印刷を印刷装置10に実行させる。ディスペンサ塗布工程では、CPU52aは、基板Bへの実装対象の部品に上面基準型部品60がある場合に、その上面基準型部品60の配置位置に、グルーツール34により特定はんだペーストS1を塗布するディスペンサ塗布を実装装置20に実行させる。部品配置工程では、CPU52aは、基板Bへの上面基準型部品60や上面基準型部品60以外の通常部品(非上面基準型部品,下面基準部品)の配置を実装装置20に実行させる。なお、通常部品は、上面に発光部62などの位置決め対象が設けられていないために上面を基準に配置する必要がなく、下面を撮像して下面の中心位置などを基準に配置される部品である。本実施形態では、1つの基板Bに上面基準型部品60と通常部品とが混在して配置されるものとする。リフロー工程では、CPU52は、部品が配置された基板Bのリフロー処理をリフロー装置40に実行させる。リフロー検査工程では、CPU52は、リフロー処理が行われた基板Bの外観検査をリフロー検査装置45に実行させる。以下、ディスペンサ塗布工程と、部品配置工程と、リフロー検査工程の詳細を順に説明する。
図7はディスペンサ塗布工程の一例を示すフローチャートであり、図8は部品配置工程の一例を示すフローチャートであり、図9はディスペンサ塗布工程および部品配置工程の各処理の説明図である。図7のディスペンサ塗布工程では、実装制御部29のCPU29aは、まず、基板Bに実装する実装対象の部品に上面基準型部品60があるか否かを判定し(S100)、上面基準型部品60がないと判定すると、そのままディスペンサ塗布工程を終了する。一方、CPU29aは、上面基準型部品60があると判定すると、ヘッド移動装置25を制御して実装ヘッド30をグルーツールステーション36の上方に移動し、実装ヘッド30にグルーツール34を装着する(S110、図9A)。なお、実装ヘッド30に実装ツール32が装着されている場合、CPU29aは、先に実装ヘッド30を実装ツールステーション35の上方に移動し、実装ツール32を実装ツールステーション35に格納した後、S110の処理を行う。次に、CPU29aは、管理装置50から受信したジョブ情報に含まれる上面基準型部品60の目標配置位置を取得する(S120)。続いて、CPU29aは、ヘッド移動装置25を制御して実装ヘッド30(グルーツール34)を上面基準型部品60の目標配置位置の上方に移動し、実装ヘッド30を制御して特定はんだペーストS1を基板Bに塗布する(S130、図9B)。そして、CPU29aは、上面基準型部品60の次の目標配置位置があるか否かを判定し(S140)、次の目標配置位置があると判定すると、S120に戻り処理を行う。一方、CPU29aは、次の目標配置位置がないと判定すると、ディスペンサ塗布工程を終了する。
ここで、図10ははんだの種類の説明図である。本実施形態では、通常はんだペーストS0と特定はんだペーストS1との2種類のはんだペーストが用いられる。通常はんだペーストS0は、印刷装置10のスクリーン印刷により塗布され、上面基準型部品60以外の通常部品の実装箇所に用いられる。特定はんだペーストS1は、実装装置20でグルーツール34によりディスペンサ塗布され、上面基準型部品60の実装箇所に用いられる。各はんだペーストS0,S1は、はんだ粉と、フラックスとが混合されたペースト状の材料である。通常はんだペーストS0は、例えば鉛フリーはんだとして一般的に用いられる、Sn-Ag系はんだやSn-Ag-Cu系はんだなどが用いられる。本実施形態では、通常はんだペーストS0として、Agが3.0質量%、Cuが0.5質量%、残部がSnである、Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)が用いられる。一方、特定はんだペーストS1は、例えばSn-Cu系はんだやSn-Au系はんだなどが用いられる。例えばSn-Cu系はんだが用いられる場合、特定はんだペーストS1では、Snが35質量%以上85質量%以下であることが好ましく、50質量%以上65質量%以下であることがより好ましい。また、Cuが15質量%以上65質量%以下であることが好ましく、35質量%以上50質量%以下であることがより好ましい。このような割合とすることで、リフロー工程ではんだペーストが加熱された際に、Cuの周囲に後述する金属間化合物(IMC)を十分に形成することができる。なお、Cuが15質量%未満であると金属間化合物の十分な形成が見込めなかったり、Cuが65質量%超過であると材料コストが必要以上に上昇したりするため、このような割合とすることが好ましい。
図8の部品配置工程では、実装制御部29のCPU29aは、まず、ヘッド移動装置25を制御して実装ヘッド30を実装ツールステーション35の上方に移動し、実装ヘッド30に実装ツール32を装着する(S200、図9C)。なお、実装ヘッド30にグルーツール34が装着されている場合、CPU29aは、先に実装ヘッド30をグルーツールステーション36の上方に移動し、グルーツール34をグルーツールステーション36に格納した後、S200の処理を行う。
次に、CPU29aは、管理装置50から受信したジョブ情報に含まれる部品の実装順に基づいて、次の対象部品が上面基準型部品60であるか否かを判定し(S210)、上面基準型部品60であると判定すると、基板Bに付された位置決め基準マークに対して位置決め対象中心FCを位置合わせして上面基準型部品60の配置処理を行う(S220)。S220では、CPU29aは、部品供給装置21において、テープの上面に貼着されたフィルムFの剥離により露出した上面基準型部品60の上面をマークカメラ27で撮像する(図9D)。そして、CPU29aは、撮像された上面画像を処理して、部品外形と上面の位置決め対象中心FCの位置とを認識し、位置決め対象中心FCの位置と部品外形に対する理想位置(部品中心PC)とのX方向およびY方向の位置ずれ(図5B参照)が解消するように上面基準型部品60の目標配置位置を補正する。また、CPU29aは、実装ツール32の吸着ノズルに上面基準型部品60を吸着し、実装ヘッド30(実装ツール32)をパーツカメラ26上に移動させて、吸着ノズルに吸着した上面基準型部品60の下面をパーツカメラ26で撮像する。そして、CPU29aは、撮像された下面画像を処理して、部品外形を認識し、部品外形と吸着中心(吸着ノズルの中心)とのX方向およびY方向の位置ずれが解消するように上面基準型部品60の目標配置位置を補正して、上面基準型部品60を基板Bに配置する(図9E)。
一方、CPU29aは、S210で上面基準型部品60でないと判定すると、通常部品の配置処理を行う(S230)。S230では、CPU29aは、実装ツール32の吸着ノズルに通常部品を吸着し、実装ヘッド30(実装ツール32)をパーツカメラ26上に移動させて、吸着ノズルに吸着した通常部品の下面をパーツカメラ26で撮像する。そして、CPU29aは、撮像された下面画像を処理して、部品外形を認識し、部品外形と吸着中心(吸着ノズルの中心)とのX方向およびY方向の位置ずれが解消するように通常部品の目標配置位置を補正して、通常部品を基板Bに配置する。こうして部品を基板Bに配置すると、CPU29aは、実装順に基づいて実装対象の次の部品があるか否かを判定し(S240)、次の部品があると判定すると、S210に戻って処理を行い、次の部品がないと判定すると、部品配置工程を終了する。
こうして部品の配置が完了した基板Bは、リフロー装置40に送られて、リフロー処理が行われる。図11,図12は上面基準型部品60を配置してリフローする様子を示す説明図である。図11は上面基準型部品60を通常はんだペーストS0を用いてはんだ接合する比較例の場合を示し、図12は上面基準型部品60を特定はんだペーストS1を用いてはんだ接合する本実施形態の場合を示す。また、図11A,図12Aが部品配置後の様子、図11B図,11C,図12Bがリフロー処理後の様子を示す。なお、フィレット形状S0fは、リフロー処理後における通常はんだペーストS0の接合部の形状を示し、フィレット形状S1fは、リフロー処理後における特定はんだペーストS1の接合部の形状を示す。図11A,図12Aでは、いずれも部品本体61(部品外形)の部品中心PCに対し、上面の発光部62の位置決め対象中心FCの位置がずれているものを示す。また、位置決め対象中心FCが目標配置位置Cxに合うように、ずれを補正して配置された様子を示す。このため、部品中心PCが図中左側にずれて、位置決め対象中心FCが目標配置位置Cxに一致する状態となっている。
ここで、上述したように、特定はんだペーストS1は、通常はんだペーストS0よりもCuの含有量が高くなっている。Cuの融点(約1085℃)は、Snの融点(約232℃)やリフロー温度(260℃など)よりも高いため、リフロー工程でCuは溶融し難くSnが溶融し易いものとなる。溶融したSnは、Cuの表面と反応し、Cuの周囲にCuSn合金などの金属間化合物(IMC)を形成する。特定はんだペーストS1は、通常はんだペーストS0よりもCuの含有量が大きく金属間化合物の形成が促進されるため、金属間化合物がネットワーク状に結合した接合層が比較的強固に形成される。一方、通常はんだペーストS0は、特定はんだペーストS1に比べてSn以外のCuやAgの含有量が小さく、金属間化合物の強固な接合層が形成され難いため、特定はんだペーストS1に比してリフロー工程時にペースト形状の変化が大きくなる。これらのことから、リフロー工程時に溶融したはんだの表面張力により部品の微細な位置ずれを溶融時にセンタリングする、セルフアライメント効果は、通常はんだペーストS0で大きく、特定はんだペーストS1で小さい(殆どない)ものとなる。なお、このセルフアライメント効果は、部品外形に対して作用する。
図11の比較例では、通常はんだペーストS0が用いられるため、上面基準型部品60は、リフロー工程時のセルフアライメント効果によりはんだペーストの塗布位置に対して部品外形がセンタリングされる。このため、部品配置工程で上面の位置決め対象中心FCのずれを補正して上面基準型部品60が配置されていても、その補正を打ち消すように部品外形がセンタリングされて、位置決め対象中心FCが位置ずれした状態ではんだ接合される場合がある(図11B)。また、通常はんだペーストS0は、ペースト形状の変化が大きいため、加熱ムラなどにより図11の左右のはんだペースト間で支持力に差が生じて上面基準型部品60が傾いた状態ではんだ接合される場合もある(図11C)。これらの場合、部品本体61の上面の発光部62の位置が目標配置位置からずれたり、発光部62の光軸が傾いたりすることになる。また、図示は省略するが、上面基準型部品60の発光部62の上面高さにおけるバラツキが大きくなる場合もある。このため、上面基準型部品60を覆うようにレンズが配置されるものでは、発光部62の上面高さのバラツキによってレンズを介した照射状況も変化してしまう。これらのことから、発光部62が設計通りの方向や位置、範囲に光を精度よく照射することが困難となる。近年はLEDからの光の照射に比較的高い精度が求められるため、このような発光部62の位置ずれや光軸の傾き、上面高さのバラツキなどが問題となる。
一方、図11の本実施形態では、セルフアライメント効果の小さい特定はんだペーストS1が用いられるため、リフロー処理中にセルフアライメント効果による部品の移動が殆ど生じることがない。このため、上面基準型部品60は、部品配置工程で補正された配置位置を維持したまま、はんだ接合されることになる(図12B)。また、特定はんだペーストS1は、金属間化合物の接合層が比較的強固に形成されるため、溶融しながらも図12の左右のはんだペースト間で支持力の差が大きくなるのを抑えて上面基準型部品60を支えることができる。このため、上面基準型部品60が傾いた状態となるのを防止することができる。これらのことから、特定はんだペーストS1を用いることで、溶融したはんだのセルフアライメント効果により、発光部62の位置(位置決め対象中心FC)が目標配置位置とずれたり、発光部62の光軸が傾いたりするのを防止することができる。なお、特定はんだペーストS1は、ペースト形状を維持する力が比較的強いため、通常はんだペーストS0よりも、リフロー処理後の発光部62の上面高さが高い位置となることがある。ただし、その上面高さも比較的安定していることから、予め実験やシミュレーションなどによって狙いの上面高さとなるようにはんだの塗布量などのパラメータを調整したり、上述したレンズの高さを調整したりすればよい。
以下は、リフロー検査工程の説明である。ここでは、はんだ接合部であるフィレット形状の検査工程を説明する。図13はフィレット形状検査工程の一例を示すフローチャートである。フィレット形状検査工程では、リフロー検査制御部46のCPU46aは、まず、基板B上の所定の検査範囲を撮像するように、基板搬送装置47や検査カメラ48、カメラ移動装置49を制御し(S300)、撮像された画像から検査位置を設定する(S310)。次に、CPU46aは、設定した検査位置に塗布されていたはんだペーストが通常はんだペーストS0であるか否かを判定し(S320)、通常はんだペーストS0であると判定すると、通常はんだペーストS0用の基準パラメータを設定してフィレット形状S0fを検査する(S330)。一方、CPU46aは、S220で通常はんだペーストS0でなく特定はんだペーストS1であると判定すると、特定はんだペーストS1用の基準パラメータを設定してフィレット形状S1fを検査する(S340)。
ここで、図14はフィレット形状の一例を示す説明図であり、図15はフィレット形状の検査基準の各パラメータの一例を示す説明図である。図14A,図15Aでは、部品の上面に発光部62のない通常部品を接合するための通常はんだペーストS0のフィレット形状S0fを示す。また、図14B,図15Bでは、上面基準型部品60を接合するための特定はんだペーストS1のフィレット形状S1fを示す。図示するように、特定はんだペーストS1のフィレット形状S1fは、通常はんだペーストS0のフィレット形状S0fよりも、膨らみが小さく潰れたような形状となる傾向にある。これは、金属間化合物の接合層の強度が異なるため、溶融した際の濡れ広がり性などに差が出るためと考えられる。検査パラメータは、このような傾向の違いに応じて予め定められてHDD46dに記憶されるものとした。例えば、フィレット形状S0fの基準パラメータとして幅W0や高さH0,長さL0が定められ、フィレット形状S1fの基準パラメータとして幅W1や高さH1,長さL1が定められる。なお、基準パラメータとして、幅や高さ,長さの全てがはんだペーストの種類に応じて定められる必要はなく、少なくともいずれか1つが定められていればよい。特に高さは変わりやすいため、基準パラメータとして高さH0,H1が定められるものが好ましい。
こうしてフィレット形状の検査を行うと、CPU46aは、検査したフィレット形状が基準パラメータの基準範囲内であるか否かを判定する(S350)。CPU46aは、基準範囲内であると判定すると、フィレット形状が良好の旨を検査位置に対応付けてHDD46dに記憶し(S360)、基準範囲外であると判定すると、フィレット形状が不良の旨を検査位置に対応付けてHDD46dに記憶する(S370)。そして、CPU46aは、撮像した検査範囲内において次の検査位置があるか否かを判定し(S380)、次の検査位置があると判定するとS310に戻り処理を行う。一方、CPU46aは、次の検査位置がないと判定すると、基板上の次の検査範囲があるか否かを判定し(S390)、次の検査範囲があると判定するとS300に戻り処理を行い、次の検査範囲がないと判定すると、検査処理ルーチンを終了する。
ここで、本実施形態の構成要素と本開示の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の部品実装処理のS20(図7)のディスペンサ塗布工程が塗布工程に相当し、部品実装処理のS30(図8)の部品配置工程が配置工程に相当し、部品実装処理のS40のリフロー工程がリフロー工程に相当する。部品実装処理のS50のリフロー検査工程(図13のフィレット形状検査工程)が検査工程に相当する。また、部品実装システム1が部品実装システムに相当する。印刷装置10と実装装置20(実装ヘッド30にグルーツール34を装着した場合)とが塗布部に相当し、実装装置20(実装ヘッド30に実装ツール32を装着した場合)が配置部に相当し、リフロー装置40がリフロー部に相当し、リフロー検査装置45が検査部に相当する。
以上説明した本実施形態の部品実装処理では、特定はんだペーストS1を用いて上面基準型部品60を基板Bに配置し、リフロー工程で特定はんだペーストS1に金属間化合物が形成されることにより、はんだペーストのセルフアライメント効果を抑えることができる。このため、基板B上に位置合わせして配置された上面基準型部品60がリフロー工程で位置ずれしたり上面が傾いたりするのを防止することができるから、接着剤を用いることなく、上面基準型部品60を適切に実装することができる。
また、特定はんだペーストS1は、Snよりも高融点でリフロー工程の加熱温度よりも高融点のCuがリフロー工程で溶融せず形状を維持するから、溶融したSnがCuの周囲に強固な金属間化合物の接合層を形成してセルフアライメント効果を抑えるものとなる。
また、上面基準型部品60には特定はんだペーストS1を用い、通常部品にはセルフアライメント効果が大きい通常はんだペーストS0を用いる。外形形状のみを基準として配置される通常部品については、通常はんだペーストS0のセルフアライメント効果により、微細な位置ずれを修正して適切な位置に実装することができる。一方、上面の発光部62の位置(位置決め対象中心FC)が重要となる上面基準型部品60については、セルフアライメント効果により外形形状のセンタリングが行われることで位置ずれしたり上面が傾いたりするのを適切に防止することができる。また、通常はんだペーストS0は比較的広範囲で用いられることが多いためスクリーン印刷で塗布するものとし、特定はんだペーストS1はディスペンサ塗布で上面基準型部品60の配置位置に適量を無駄なく塗布することができる。Cuなどの含有量の多い特定はんだペーストS1は、比較的高価であるから、無駄なく塗布することで必要以上にコストがかかるのを抑えることができる。
また、リフロー検査工程では、通常はんだペーストS0用の基準パラメータと特定はんだペーストS1用の基準パラメータとを使い分けてフィレット形状を検査するから、フィレット形状の外観検査を適切に行うことができる。
また、特定はんだペーストS1は、Snの含有量が50質量%以上65質量%以下であり、Cuの含有量が35質量%以上50質量%以下であるから、リフロー工程で金属間化合物の接合層を十分に形成して高い強度を確保することができる。
また、上面基準型部品60は、SMD-LEDであり、特定はんだペーストS1を用いることで発光部62の位置が目標配置位置と異なったり、発光部62の光軸が傾いたりするのを適切に防止して、光の照射を高精度で行うことができる。
なお、本開示は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
例えば、上述した実施形態では、特定はんだペーストS1としてSn-Cu系はんだを例示して、Cuが15質量%以上65質量%以下であることが好ましく、35質量%以上50質量%以下であることがより好ましいものとしたが、これに限られるものではない。例えば、特定はんだペーストS1では、通常はんだペーストS0よりも金属間化合物を形成しやすくなるように、通常はんだペーストS0よりもCuやAuなどの含有量が多くなるものであればよい。また、特定はんだペーストS1では、例えばNiなど更に他の金属を含むものとしてもよい。
上述した実施形態では、特定はんだペーストS1のSn以外の金属は、Snよりも高融点であってリフロー工程の加熱温度よりも高融点の金属であるものとしたが、これに限られず、少なくともSnよりも高融点の金属であるものなどとしてもよい。
上述した実施形態では、通常はんだペーストS0と特定はんだペーストS1とを実装対象部品に応じて使い分けるものとしたが、これに限られるものではない。例えば、基板Bの実装対象部品に上面基準型部品60を含む場合、その基板Bの全ての部品を特定はんだペーストS1を用いて実装するものなどとしてもよい。
上述した実施形態では、通常はんだペーストS0の塗布をスクリーン印刷で行い、特定はんだペーストS1の塗布をディスペンサ塗布で行ったが、これに限られるものではない。塗布範囲の大小や上面基準型部品60の配置数などによって、通常はんだペーストS0の塗布をディスペンサ塗布で行い、特定はんだペーストS1の塗布をスクリーン印刷で行うものなどとしてもよい。また、ディスペンサ塗布を実装装置20で行うもの、即ち印刷装置10だけでなく、実装ヘッド30にグルーツール34が装着された実装装置20が塗布部に相当するものとしたが、これに限られず、はんだペーストの塗布は印刷装置10で行い実装装置20では行わないものとしてもよい。その場合、印刷装置10が塗布部に相当し、実装装置20が配置部に相当し、実装装置20は実装ヘッド30にグルーツール34を装着不能な構成であってもよい。また、通常はんだペーストS0および特定はんだペーストS1のいずれかを、ピン転写で行ってもよい。あるいは、通常はんだペーストS0と特定はんだペーストS1とを異なる方法で塗布するものに限られず、同じ方法で塗布してもよい。
上述した実施形態では、上面基準型部品60としてSMD-LEDを例示したが、これに限られず、上面に位置決めの基準を有する部品であればよい。
上述した実施形態では、リフロー検査工程において、通常はんだペーストS0用の基準パラメータと特定はんだペーストS1用の基準パラメータとを使い分けてフィレット形状を検査したが、これに限られるものではない。リフロー検査工程における他の形状や寸法、位置などの検査において、はんだペーストの種類に応じて検査の基準パラメータが選択的に設定されるものでもよい。また、検査工程だけでなく、塗布工程ではんだペーストの種類に応じて塗布に関するパラメータを選択的に設定してもよいし、部品配置工程ではんだペーストの種類に応じて部品の配置に関するパラメータを選択的に設定してもよいし、リフロー工程ではんだペーストの種類に応じて基板Bの加熱に関するパラメータを選択的に設定してもよい。即ち、部品の実装に関する各種パラメータをはんだペーストの種類に応じて選択的に設定可能なものとしてもよい。
例えば、部品配置工程では、部品の配置に関するパラメータとして、部品を配置する際に部品を基板Bに押し付ける力や部品を配置する高さ方向の位置(ノズルが吸着解除する位置)などを、はんだペーストの種類に応じて設定可能とすればよい。上述したように、特定はんだペーストS1を用いると、通常はんだペーストS0よりもリフロー処理後の部品の上面高さが高くなることがある。このため、部品の配置に関するパラメータを、はんだペーストの種類に応じて設定可能とすることで、より適切に部品を実装することが可能となる。また、リフロー工程では、基板Bの加熱に関するパラメータとして、例えば、加熱温度や加熱時間などを、はんだペーストの種類に応じて設定可能とすればよい。1つの基板Bに通常はんだペーストS0と特定はんだペーストS1とが混在している場合、基板Bの加熱に関するパラメータとして特定はんだペーストS1用のパラメータを用いるものとしてもよい。また、通常はんだペーストS0と特定はんだペーストS1との塗布範囲の大小や上面基準型部品60の配置数などを考慮して、いずれのパラメータを用いるかを決定してもよい。あるいは、リフロー工程では、通常はんだペーストS0のみが用いられた場合の加熱パラメータと、特定はんだペーストS1のみが用いられた場合の加熱パラメータと、通常はんだペーストS0と特定はんだペーストS1とが混在して用いられた場合の加熱パラメータとを使い分けてもよい。
ここで、本開示の部品実装方法は、以下のように構成してもよい。例えば、本開示の部品実装方法において、前記特定のはんだペーストは、前記Sn以外の金属が、前記Snよりも高融点であって前記リフロー工程の加熱温度よりも高融点の金属であるものとしてもよい。こうすれば、リフロー工程でSnが溶融しても、Sn以外の金属は溶融せず形状を維持するから、溶融したSnがその周囲に金属間化合物を形成することになる。このため、はんだペーストのセルフアライメント効果がより抑えられるものとなる。
本開示の部品実装方法において、前記上面基準型部品の実装には、前記特定のはんだペーストを用い、上面に位置決めの基準を有さない他の部品の実装には、前記特定のはんだペーストよりも前記リフロー工程におけるセルフアライメント効果が大きい他のはんだペーストを用いるものとしてもよい。こうすれば、他の部品は、セルフアライメント効果により微細な位置ずれを修正して適切な位置に実装しつつ、上面基準型部品は位置ずれしたり上面が傾いたりするのを防止することができる。
本開示の部品実装方法において、前記塗布工程では、前記特定のはんだペーストと前記他のはんだペーストとを、それぞれスクリーン印刷、ピン転写、ディスペンサ塗布のいずれかで塗布するものとしてもよい。こうすれば、各はんだペーストの使用量や使用範囲などに応じて適切な手法で塗布することができる。
本開示の部品実装方法において、前記基板の外観の検査工程を含み、前記配置工程における前記部品の配置に関するパラメータと、前記リフロー工程における前記基板の加熱に関するパラメータと、前記検査工程における検査の基準に関するパラメータとのうち少なくともいずれかのパラメータが選択的に設定可能とされており、前記部品の実装に用いられるはんだペーストの種類が前記特定のはんだペーストおよび前記他のはんだペーストのいずれであるかに基づいて、前記パラメータが選択されるものとしてもよい。こうすれば、はんだペーストの種類に応じて部品の配置や基板の加熱、基板の外観検査を適切に行うことができる。
本開示の部品実装方法において、前記特定のはんだペーストは、前記Snの含有量が50質量%以上65質量%以下であり、前記Sn以外の金属の含有量が35質量%以上50質量%以下であるものとしてもよい。こうすれば、リフロー工程において、溶融せずに形状を維持する金属を十分に含有するものとなるから、金属間化合物により高い強度を確保することができる。
本開示の部品実装方法において、前記上面基準型部品は、SMD-LEDであるものとしてもよい。このような、SMD-LEDは、部品の傾きを防いで精度よく光を照射することが要求されるから、本開示を適用する意義が高い。
本開示の他の部品実装方法は、SnとSn以外の金属を含む特定のはんだペーストおよび該特定のはんだペーストとは異なる他のはんだペーストの少なくとも一方を用いて、基板に部品を実装する部品実装方法であって、前記部品の実装に関するパラメータが選択的に設定可能とされており、前記部品の実装に用いられるはんだペーストの種類が前記特定のはんだペーストおよび前記他のはんだペーストのいずれであるかに基づいて、前記パラメータが選択されることを要旨とする。こうすれば、はんだペーストの種類に応じて部品の実装を適切に行うことができる。
本開示の部品実装システムは、SnとSn以外の金属を含む特定のはんだペーストを基板に塗布し、上面に位置決めの基準を有する上面基準型部品を前記基板上の一以上の基準点に対して位置合わせして配置し、前記基板を加熱して前記部品をリフローはんだ付けする部品実装システムであって、前記特定のはんだペーストは、前記リフローはんだ付けする際に前記Snの少なくとも一部が溶融し、溶融したSnと前記Sn以外の金属が金属間化合物を形成することで、前記上面基準型部品を前記基板に固定することを要旨とする。したがって、上述した部品実装方法と同様に、接着剤を用いることなく、上面基準型部品を適切に実装することができる。
本開示の部品実装システムは、はんだペーストを基板に塗布する塗布部と、SMD-LEDを含む部品を前記基板上の一以上の基準点に対して位置合わせして配置する配置部と、前記基板を加熱して前記部品をリフローはんだ付けするリフロー部と、前記基板の外観検査を行う検査部と、を備える部品実装システムであって、前記SMD-LEDの実装には、特定のはんだペーストを用い、前記SMD-LED以外の他の部品の実装には、前記特定のはんだペーストよりも前記リフロー部のリフローにおけるセルフアライメント効果が大きい他のはんだペーストを用い、前記配置部における前記部品の配置に関するパラメータと、前記塗布部における前記はんだペーストの塗布に関するパラメータと、前記リフロー部における前記基板の加熱に関するパラメータと、前記検査部における検査の基準に関するパラメータとのうち少なくともいずれかのパラメータが選択的に設定可能とされており、前記部品の実装に用いられるはんだペーストの種類が前記特定のはんだペーストおよび前記他のはんだペーストのいずれであるかに基づいて、前記パラメータが選択されることを要旨とする。したがって、上述した部品実装方法と同様に、接着剤を用いることなく、上面基準型部品を適切に実装することができる。また、はんだペーストの種類に応じてはんだペーストの塗布(印刷)や部品の配置、基板の加熱、基板の外観検査を適切に行うことができる。
本開示は、部品実装システムの製造産業などに利用可能である。
1 部品実装システム、10 印刷装置、11,22,42,47 基板搬送装置、13 印刷ヘッド、14 スキージ、15 ヘッド移動装置、16 固定枠、19 印刷制御部、19a,29a,46a,52a CPU、19b,29b,46b,52b ROM、19c,29c,46c,52c RAM、19d,29d,46d,52d HDD、20 実装装置、20a 基台、20b 筐体、21 部品供給装置、25 ヘッド移動装置、25a X軸スライダ、25b Y軸スライダ、26 パーツカメラ、27 マークカメラ、29 実装制御部、30 実装ヘッド、32 実装ツール、34 グルーツール、35 実装ツールステーション、36 グルーツールステーション、37 ノズルステーション、40 リフロー装置、41 リフロー制御部、43 加熱部、45 リフロー検査装置、46 リフロー検査制御部、48 検査カメラ、49 カメラ移動装置、50 管理装置、56 入力デバイス、58 ディスプレイ、60 上面基準型部品、61 部品本体、62 発光部、B 基板、FC 位置決め対象中心、M スクリーンマスク、PC 部品中心、S はんだ、S0 通常はんだペースト、S1 特定はんだペースト。

Claims (9)

  1. SnとSn以外の金属を含む特定のはんだペーストを基板に塗布する塗布工程と、
    上面に位置決めの基準を有する上面基準型部品を前記基板上の一以上の基準点に対して位置合わせして配置する配置工程と、
    前記基板を加熱して前記部品をリフローはんだ付けするリフロー工程と、
    を含む部品実装方法であって、
    前記特定のはんだペーストは、前記リフロー工程で前記Snの少なくとも一部が溶融し、溶融したSnと前記Sn以外の金属が金属間化合物を形成することで、前記上面基準型部品を前記基板に固定するものであり、前記Snの含有量が50質量%以上65質量%以下であり、前記Sn以外の金属の含有量が35質量%以上50質量%以下である
    部品実装方法。
  2. 請求項1に記載の部品実装方法であって、
    前記特定のはんだペーストは、前記Sn以外の金属が、前記Snよりも高融点であって前記リフロー工程の加熱温度よりも高融点の金属である
    部品実装方法。
  3. 請求項1または2に記載の部品実装方法であって、
    前記上面基準型部品の実装には、前記特定のはんだペーストを用い、
    上面に位置決めの基準を有さない他の部品の実装には、前記特定のはんだペーストよりも前記リフロー工程におけるセルフアライメント効果が大きい他のはんだペーストを用いる
    部品実装方法。
  4. 請求項3に記載の部品実装方法であって、
    前記塗布工程では、前記特定のはんだペーストと前記他のはんだペーストとを、それぞれスクリーン印刷、ピン転写、ディスペンサ塗布のいずれかで塗布する
    部品実装方法。
  5. 請求項3または4に記載の部品実装方法であって、
    前記基板の外観の検査工程を含み、
    前記配置工程における前記部品の配置に関するパラメータと、前記リフロー工程における前記基板の加熱に関するパラメータと、前記検査工程における検査の基準に関するパラメータとのうち少なくともいずれかのパラメータが選択的に設定可能とされており、
    前記部品の実装に用いられるはんだペーストの種類が前記特定のはんだペーストおよび前記他のはんだペーストのいずれであるかに基づいて、前記パラメータが選択される
    部品実装方法。
  6. 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の部品実装方法であって、
    前記上面基準型部品は、SMD-LEDである
    部品実装方法。
  7. SnとSn以外の金属を含む特定のはんだペーストおよび該特定のはんだペーストとは異なる他のはんだペーストの少なくとも一方を用いて、基板に部品を実装する部品実装方法であって、
    前記部品の実装に関するパラメータが選択的に設定可能とされており、
    前記部品の実装に用いられるはんだペーストの種類が前記特定のはんだペーストおよび前記他のはんだペーストのいずれであるかに基づいて、前記パラメータが選択され、
    前記特定のはんだペーストは、前記Snの含有量が50質量%以上65質量%以下であり、前記Sn以外の金属の含有量が35質量%以上50質量%以下である
    部品実装方法。
  8. SnとSn以外の金属を含む特定のはんだペーストを基板に塗布し、上面に位置決めの基準を有する上面基準型部品を前記基板上の一以上の基準点に対して位置合わせして配置し、前記基板を加熱して前記部品をリフローはんだ付けする部品実装システムであって、
    前記特定のはんだペーストは、前記リフローはんだ付けする際に前記Snの少なくとも一部が溶融し、溶融したSnと前記Sn以外の金属が金属間化合物を形成することで、前記上面基準型部品を前記基板に固定するものであり、前記Snの含有量が50質量%以上65質量%以下であり、前記Sn以外の金属の含有量が35質量%以上50質量%以下である
    部品実装システム。
  9. はんだペーストを基板に塗布する塗布部と、
    SMD-LEDを含む部品を前記基板上の一以上の基準点に対して位置合わせして配置する配置部と、
    前記基板を加熱して前記部品をリフローはんだ付けするリフロー部と、
    前記基板の外観検査を行う検査部と、
    を備える部品実装システムであって、
    前記SMD-LEDの実装には、SnとSn以外の金属を含む特定のはんだペーストを用い、前記SMD-LED以外の他の部品の実装には、前記特定のはんだペーストよりも前記リフロー部のリフローにおけるセルフアライメント効果が大きい他のはんだペーストを用い、
    前記配置部における前記部品の配置に関するパラメータと、前記塗布部における前記はんだペーストの塗布に関するパラメータと、前記リフロー部における前記基板の加熱に関するパラメータと、前記検査部における検査の基準に関するパラメータとのうち少なくともいずれかのパラメータが選択的に設定可能とされており、
    前記部品の実装に用いられるはんだペーストの種類が前記特定のはんだペーストおよび前記他のはんだペーストのいずれであるかに基づいて、前記パラメータが選択され、
    前記特定のはんだペーストは、前記Snの含有量が50質量%以上65質量%以下であり、前記Sn以外の金属の含有量が35質量%以上50質量%以下である
    部品実装システム。
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