JPH09311022A - プリント基板へ実装する電子部品の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プリント回路板に対する電子部品の実装に先
立って、電子部品の測定時間を短縮すること。 【解決手段】 測定対象箇所検知用の第二の光学センサ
系７を有する光学式センサ１を使用し、実装機の移載ヘ
ッド１２によって部品載置台から取り上げられた電子部
品１４をプリント回路板に搭載する前に光学式センサ１
に対面する位置へもたらし、光学式センサの第二の光学
センサ系７によって電子部品の測定対象箇所を検知し、
その結果得られる検知信号にもとづいて光学式センサの
測定用スポット光を測定対象箇所へ指向して測定する動
作を、光学式センサと電子部品の相対的動きの中で、全
測定対象箇所について順次行うこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント基板へ実
装する電子部品の測定方法に係る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、プリント基板への実装は高密度
化が進み、リード挿入方式から表面実装方式が主流とな
って現在に至っている。表面実装方式では、プリント基
板上へはＩＣ、抵抗、コンデンサ等のチップ状電子部品
或いはボールグリッドアレイパッケージ（ＢＧＡパッケ
ージ）等の電子部品が搭載され、実装される。例えばＩ
Ｃに関しては、リードのファインピッチ化が進んでいる
ため、実装に先立ってリードの位置、形状及び高さの測
定を厳格に行う必要がある。リードの位置及び高さが許
容範囲内にないと、搭載後にプリント基板の配線に正し
く整合しなかったり、接着不良を生じたりすることがあ
る。

【０００３】従って、電子部品のリードはプリント基板
への搭載に先立って測定されるのであるが、測定精度が
高く、また測定が比較的速くできるということから一般
に光学式センサが多く用いられている。即ち、リード測
定を行う、ほとんどの実装機は、光学式センサを用い
て、電子部品の各辺のリードを走査する測定動作を行う
ようになされている。各辺のリードを走査できるように
するため、実装機の移載ヘッドまたは光学式センサ、ま
たはその両方がＸ−Ｙテーブ等により相互に左右に移動
できるようになされており（例えば特開平６−２２９７
３０号公報参照）、従って、例えば電子部品の一辺と光
学式センサの相対的移動により、その辺のリードが測定
され、次いでその隣りの辺と光学式センサとの相対的移
動により２番目の辺のリードの測定が行われるというよ
うに、例えばＩＣの場合には各辺についての測定がそれ
ぞれ移載ヘッドと光学式センサとの相対的移動によって
行われなければならず、そのために要する動作時間が高
速実装を困難なものにしている。

【０００４】また、電子部品がボールグリッドアレイパ
ッケージ（ＢＧＡパッケージ）である場合、このＢＧＡ
パッケージをプリント基板に実装するに先立って、ボー
ルの位置及び高さの測定がなされるが、従来方法におい
ては、先ずカメラによる各ボール位置の確認がなされ、
それによって得られたボール位置情報により光学式セン
サを移動させて各ボールの高さを測定するようになされ
ている。このように、カメラにより二次元のボール位置
認識が終った後、各ボールの頂点を測定するようになさ
れているため、やはり実装時間が長くなるという問題が
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、プリ
ント基板へ電子部品を実装するに際し、電子部品のリー
ド乃至ボールの測定を短時間で行い、高速実装を可能に
すると共に、リード乃至ボールの高速測定作業を、特殊
な光学式センサを除いては、実装機が本来備えている機
能を用いて行い、実装機の価格をさほど上げることなく
実施できるようにすることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、本発明に
よれば、被測定対象物へ向けられるスポット光を発生す
る投光器と、被測定対象物からの反射光を受光する受光
器と、投光器からのスポット光を偏向させる偏向器と、
この偏向器を作動させる作動装置とを有する第一の光学
センサ系と、この第一の光学センサ系と一体に設けら
れ、光学式センサと被測定対象物との相対的な動きの中
で、被測定対象物の測定対象箇所を第一の光学センサ系
に先行して検知し、この検知結果にもとずいて上記作動
装置により偏向器を作動させ、投光器のスポット光を上
記の測定対象箇所へ指向させる対象箇所検出のための第
二の光学センサ系とを有している光学式センサを使用す
ることを特徴とするプリント基板へ実装する電子部品の
測定方法であって、実装機の移載ヘッドの吸着ノズルに
よって、側面から外方へ突出する複数のリードを有して
いる電子部品を吸着し、次いで移載ヘッドを動作させて
電子部品を光学式センサに対向する位置へ移動させ、次
いで移載ヘッドを回転させることによって電子部品を回
転させ、同時に上記の光学式センサの第二の光学センサ
系によって、各リードの検知すべき対象箇所を第一の光
学センサ系に先行して検知し、各検知結果に従った信号
を作動装置へ送って偏向器を動作させ、投光器のスポッ
ト光を第二の光学センサ系で検知した対象箇所へ指向
し、電子部品を少なくとも一回転させる中で全てのリー
ドの位置、形状及び高さを測定することを特徴とする、
プリント基板へ実装する電子部品の測定方法によって解
決される。

【０００７】本発明のこの構成によれば、電子部品を吸
着した移載ヘッドを定置の光学式センサに対して少なく
とも一回転させる間に、電子部品の各片のリードの測定
が行えるものである。即ち、光学式センサは電子部品の
回転中に次々にその測定位置に至る各リードの測定対象
箇所を第二の光学センサ系によって検出し、この検出に
よって得られたデータを用いて、第一の光学センサ系の
投光器からの光が対応リードの測定対象箇所を通るよう
に偏向器を操作し、そのときの受光器の受光量、受光位
置にもとずいて、所定の演算処理を行って測定対象箇所
の位置、形状及び高さを測定するものであり、従って、
短時間の中に測定が完了する。そして実装機の移載ヘッ
ドの回転動作は、上記の特殊な光学式センサ以外は、本
来それに備っている機能を用いるものであるから、測定
のために特別の装置を必要とせず、従って、実装機の価
格を上げることなく、高速の測定が可能である。

【０００８】請求項２の構成によれば、移載ヘッドに吸
着された電子部品を定置の状態におく一方、光学式セン
サを電子部品に対して回転可能に保持するものであっ
て、この構成によれば、僅かに光学式センサの回転装置
を設けるのみで、高速の測定が可能となる。

【０００９】請求項３に記載の発明は、被測定対象物へ
向けられるスポット光を発生する投光器と、被測定対象
物からの反射光を受光する受光器と、投光器からのスポ
ット光を偏向させる偏向器と、この偏向器を作動させる
作動装置とを有する第一の光学センサ系と、この第一の
光学センサ系と一体に設けられ、光学式センサと被測定
対象物との相対的な動きの中で、被測定対象物の測定対
象箇所を第一の光学センサ系に先行して検知し、この検
知結果にもとずいて上記作動装置により偏向器を作動さ
せ、投光器のスポット光を上記の測定対象箇所へ指向さ
せる対象箇所検出のための第二の光学センサ系とを有し
ている光学式センサを使用することを特徴とするプリン
ト基板へ実装する電子部品の測定方法であって、実装機
の移載ヘッドの吸着ノズルによって、平面的に整列した
ボールグリッドを有するＢＧＡパッケージを吸着し、次
いで移載ヘッドを動作させてＢＧＡパッケージを光学式
センサに対向する位置へ移動させ、次いで移載ヘッドを
作動して光学式センサによる操作がボール毎に行われる
ように光学式センサとＢＧＡパッケージを相対的に動か
し、その間に上記の光学式センサの第二の光学センサ系
によって、各ボールの頂点を第一の光学センサ系に先行
して検知し、各検知結果に従った信号を作動装置へ送っ
て偏向器を動作させ、投光器のスポット光を第二の光学
センサ系で検知した頂点位置へ指向し、ボールの走査を
一順して行う中で全てのボールの位置、高さを測定する
ことを特徴とするものであって、この方法によれば、位
置確認用のカメラを別途設け、それによる各ボール位置
の位置確認を必要とすることなく、ＢＧＡパッケージと
光学式センサとの間の一度の走査運動を行うだけで測定
が完了するので測定時間が短縮され高速実装が可能とな
り、また光学式センサを定置とし、移載ヘッドを走査運
動を行うよう作動させれば、その走査は移載ヘッドが本
来備えている運動機能を用いて行い得るので、実装機の
価格を上げることなく高速の実装が可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明方法に用いられる光
学式センサの概略図を示しており、図中１は光学式セン
サ、２はスポット光を発生させるための投光器、３は被
測定対象物４（例えばＩＣのリード）にて反射された投
光器２からのスポット光の反射光を受光する受光器であ
って、投光器２からのスポット光はセンサ１のケーシン
グに取り付けられた投光レンズ５によって屈折収束され
て被測定対象物４へ投射され、また反射光は同じくセン
サ１のケーシングに取り付けられた受光レンズ６によっ
て屈折収束されて受光器３に入射する。投光器２はレー
ザ投光器であることが好ましい。また、受光器３は例え
ばＰＳＤ素子やラインセンサから成っている。被測定対
象物４の高さは、上記の光学式センサ１によって、三角
測量の原理を応用して行われるものであって、ＰＳＤ素
子を用いる場合、同素子における集光位置を基に、演算
処理（回路又はソフトウエアで実現）で被測定物までの
距離を導き出すことによって求められる。この三角測距
法の代わりに合集点法を用いることもできる。

【００１１】光学式センサ１は更に第二の光学センサ系
７を有しており、このセンサ系は例えばラインセンサか
ら成るものであって、上記の高さ測定系（２、５、６、
３、）による測定に先立って、被測定物の測定対象箇所
を認識する作用を行うものである。ラインセンサは、対
象物４の映像（明暗像）をセンサ１のケーシングに設け
られたレンズ８によって素子に結像させ、これを明暗像
に正確に一致した電気信号（ビデオパルス）に変換し、
ビデオパルス信号を出力し、ビデオパルス出力を処理し
て、「急に出力がなくなるときには端面である」とか
「出力の一番高いところが頂点である」とかを認識す
る。第二の光学センサ系７はラインセンサの他にＰＳＤ
やＣＣＤカメラであってもよい。

【００１２】第二の光学センサ系７で得られた測定対象
箇所の信号は、適当な処理の後センサ１内に設けられた
スキャンユニット９へ送信される。スキャンユニット９
は投光器２からのスポット光を偏向させる、ミラー等か
ら成る偏向器１０と、この偏向器を作動させる作動装置
１１とを有している。作動装置１１は例えばガルバノメ
ータから成り、このガルバノメータは、入力信号に対し
て、高速、高精度に追従走査する。即ち、入力した信号
に基づいて、ミラー１０の角度を制御する。

【００１３】上記光学式センサ１の作動について説明す
る。センサ１をＩＣのリードに対して矢印の方向に移動
させる（リード４の方を移動させてもよい）運動を行い
ながら、高さ位置測定に先行して第二の光学センサ系７
によってリード４ｄの測定対象箇所を認識し（図１では
リード４ａ〜４ｃの高さ測定は既に終了している）、認
識された位置信号はスキャンユニット９のガルバノメー
タ１１へ伝達され、その信号に応じてガルバノメータ１
１はミラー１０の角度制御を行い、投光器２からのスポ
ット光をリード４ｄ上の測定対象箇所へ指向する。その
反射光は上記のように受光器３に入射し高さ検出が行わ
れる。また、受光信号と回転動作の関係より、適当な演
算を行えばリードの位置及び形状測定を同時に行うこと
ができる。

【００１４】図２は本発明方法の一実施形態を示すもの
であって、図中１２は一般の実装機の移載ヘッドであっ
て、この移載ヘッドは電子部品を吸着するための吸着ノ
ズル１３を有している。実装機において移載ヘッド１２
は上下左右に自在に移動可能であり、また回転可能であ
る。実装機の作動の際、移載ヘッド１２は吸着ノズル１
３により部品載置台上の一つの電子部品（例えばＩＣ）
１４の中心部を吸着して取り上げ、次いで移動して、一
定位置に搬送定置されているプリント基板上の所定位置
に電子部品を搭載する。その途中、移載ヘッド１２は定
置の光学式センサ１に対向する位置に電子部品１４をも
たらし、センサ１が電子部品のリード１４ａを走査する
ことができる箇所で電子部品を回転させる。電子部品の
一回転の間に、上記のようにして、各辺のリードの位
置、高さ及び形状が測定される。

【００１５】図３は本発明方法の他の実施形態を示して
おり、この形態では電子部品１４を吸着した移載ヘッド
１２は光学式センサ１に対して定置され、他方光学式セ
ンサ１は回転ステージ１５上に設置されて回転可能にな
されている。回転ステージ１５上における光学式センサ
１の位置は、図４に示すように回転ステージの回転中心
から半径方向へ偏位しており、一方電子部品１４の回転
中心は回転ステージの回転中心と同軸上に置かれてい
る。光学式センサ１の回転ステージ１５の中心からの偏
位量を調節するために、回転ステージ１５と光学式セン
サ１との間に偏位量調整機構としての送りステージを別
途付加してもよい。

【００１６】電子部品リードの測定は、前記の実施形態
と同様に、移載ヘッド１２が部品載置台より所要の電子
部品を吸着して取り上げ、プリント基板上へ移送するま
での間において行われるものであって、その途次におい
て、移載ヘッド１２は電子部品１４を搬送して同部品を
光学式センサ１上方に所定高さ位置で移載ヘッドの回転
中心、即ち電子部品の中心が回転ステージ１５の回転中
心に一致する位置に保持し、次いで回転ステージ１５を
回転させ、光学式センサ１を回転させて、電子部品１４
の四辺のリード１４ｂの位置、高さ及び形状を、上記と
同様にして測定するものである。

【００１７】図５は電子部品としてボールグリッドアレ
イパッケージ（ＢＧＡパッケージ）をプリント基板上に
実装する実施形態を示しており、実装機の移載ヘッド１
２に吸着されたＢＧＡパッケージ１６は実装に先立って
光学式センサ１の上方の測定位置にもたらされ、ボール
グリッドの位置、高さ及び配列が測定される。縦横に整
列されているボールグリッドをすべて測定するために、
移載ヘッド１２と光学式センサ１は２次元的に相対運動
せしめられる。例えば縦横の走査によってボールグリッ
ドの横の列一列毎に順次走査が行われる。あるいは、回
転と縦又は横の走査を組み合わせ、回転時に同じ円周上
にあるボール毎に順次走査が行われる。それらの走査
は、移載ヘッド１２が本来備えている縦、横、上下、回
転の各運動機能によって達成できる。移載ヘッド１２を
移動させる代りに定置とし、光学式センサを上記の走査
のために移動させてもよい。

【００１８】

【発明の効果】上記のように本発明によれば、電子部品
のリード、ＢＧＡパッケージのボールグリッドの位置、
高さ及び形状の測定が短時間の中にできるので実装速度
を大幅に速めることができ、またその測定作業の大部分
は実装機本来の機能を使用して達成して行うことができ
るので実装機価格をさほど高めることがないことから、
実装作業の大幅な改善が図れるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で使用される光学式センサの概略説明図
である。

【図２】本発明方法の一実施形態を説明する概略図であ
る。

【図３】本発明方法の他の実施形態を説明する概略図で
ある。

【図４】図３を上から見た平面図である。

【図５】本発明方法の更に他の実施形態を説明する概略
図である。

【符号の説明】

１‥‥光学式センサ ２‥‥投光器 ３‥‥受光器 ４‥‥被測定対象物 ５‥‥投光レンズ ６‥‥受光レンズ ７‥‥第二の光学センサ系 ８‥‥レンズ ９‥‥スキャンユニット １０‥‥偏向器 １１‥‥作動装置 １２‥‥移載ヘッド １３‥‥吸着ノズル １４‥‥電子部品 １４ａ‥リード １５‥‥回転ステージ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定対象物へ向けられるスポット光を
   発生する投光器と、被測定対象物からの反射光を受光す
   る受光器と、投光器からのスポット光を偏向させる偏向
   器と、この偏向器を作動させる作動装置とを有する第一
   の光学センサ系と、この第一の光学センサ系と一体に設
   けられ、光学式センサと被測定対象物との相対的な動き
   の中で、被測定対象物の測定対象箇所を第一の光学セン
   サ系に先行して検知し、この検知結果にもとずいて上記
   作動装置により偏向器を作動させ、投光器のスポット光
   を上記の測定対象箇所へ指向させる対象箇所検出のため
   の第二の光学センサ系とを有している光学式センサを使
   用することを特徴とするプリント基板へ実装する電子部
   品の測定方法であって、実装機の移載ヘッドの吸着ノズ
   ルによって、側面から外方へ突出する複数のリードを有
   している電子部品を吸着し、次いで移載ヘッドを動作さ
   せて電子部品を光学式センサに対向する位置へ移動さ
   せ、次いで移載ヘッドを回転させることによって電子部
   品を回転させ、同時に上記の光学式センサの第二の光学
   センサ系によって、各リードの検知すべき対象箇所を第
   一の光学センサ系に先行して検知し、各検知結果に従っ
   た信号を作動装置へ送って偏向器を動作させ、投光器の
   スポット光を第二の光学センサ系で検知した対象箇所へ
   指向し、電子部品を回転させる中で全てのリードの位
   置、形状及び高さを測定することを特徴とする、プリン
   ト基板へ実装する電子部品の測定方法。
2. 【請求項２】 被測定対象物へ向けられるスポット光を
   発生する投光器と、被測定対象物からの反射光を受光す
   る受光器と、投光器からのスポット光を偏向させる偏向
   器と、この偏向器を作動させる作動装置とを有する第一
   の光学センサ系と、この第一の光学センサ系と一体に設
   けられ、光学式センサと被測定対象物との相対的な動き
   の中で、被測定対象物の測定対象箇所を第一の光学セン
   サ系に先行して検知し、この検知結果にもとずいて上記
   作動装置により偏向器を作動させ、投光器のスポット光
   を上記の測定対象箇所へ指向させる対象箇所検出のため
   の第二の光学センサ系とを有している光学式センサを使
   用することを特徴とするプリント基板へ実装する電子部
   品の測定方法であって、実装機の移載ヘッドの吸着ノズ
   ルによって、側面から外方へ突出する複数のリードを有
   している電子部品を吸着し、次いで移載ヘッドを動作さ
   せて電子部品を上記の光学式センサに対向する位置へ移
   動させ、次いでこの対向状態を維持したまま光学式セン
   サを回転させると共に光学式センサの第二の光学センサ
   系によって、各リードの検知すべき対象箇所を第一の光
   学センサ系に先行して検知し、各検知結果に従った信号
   を作動装置へ送って偏向器を動作させ、投光器のスポッ
   ト光を第二の光学センサ系で検知した対象箇所へ指向
   し、光学式センサを回転させる中で全てのリードの位
   置、形状及び高さを測定することを特徴とする、プリン
   ト基板へ実装する電子部品の測定方法。
3. 【請求項３】 被測定対象物へ向けられるスポット光を
   発生する投光器と、被測定対象物からの反射光を受光す
   る受光器と、投光器からのスポット光を偏向させる偏向
   器と、この偏向器を作動させる作動装置とを有する第一
   の光学センサ系と、この第一の光学センサ系と一体に設
   けられ、光学式センサと被測定対象物との相対的な動き
   の中で、被測定対象物の測定対象箇所を第一の光学セン
   サ系に先行して検知し、この検知結果にもとずいて上記
   作動装置により偏向器を作動させ、投光器のスポット光
   を上記の測定対象箇所へ指向させる対象箇所検出のため
   の第二の光学センサ系とを有している光学式センサを使
   用することを特徴とするプリント基板へ実装する電子部
   品の測定方法であって、実装装置の移載ヘッドの吸着ノ
   ズルによって、平面的に整列したボールグリッドを有す
   るＢＧＡパッケージを吸着し、次いで移載ヘッドを動作
   させてＢＧＡパッケージを光学式センサに対向する位置
   へ移動させ、次いで移載ヘッドを作動して光学式センサ
   による操作がボール列毎に行われるように光学式センサ
   とＢＧＡパッケージを相対的に動かし、その間に上記の
   光学式センサの第二の光学センサ系によって、各ボール
   の頂点を第一の光学センサ系に先行して検知し、各検知
   結果に従った信号を作動装置へ送って偏向器を動作さ
   せ、投光器のスポット光を第二の光学センサ系で検知し
   た頂点位置へ指向し、ボールの走査を一順して行う中で
   全てのボールの位置、高さを測定することを特徴とす
   る、プリント基板へ実装する電子部品の測定方法。