JPS62173075A - レ−ザハンダ付け方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 例　技術分野 この発明は自動化されたレーザハンダ付け方法に関する
。

トランジスタ等の素子をハンダ付けするには、従来、人
手によっていた。人手によるハンダ付けは、ハンダ量が
一定せず、熱量も一定でない。しかし、熟練すれば、良
好にハンダ付けすることができる。

高周波素子である場合は、位置決めが重要であるし、ハ
ンダ量なども一定しており、与える熱量なども一定であ
ることが望ましい。

（イ）従来技術とその問題点 電子回路部品をプリント基板の上に自動的に実装する装
置は既に存在する。これらは低周波用の素子であって、
高周波特性が厳しく要求されないものである。予めプリ
ンＩ・基板に穴が穿たれており、素子のリードピンは穴
に合うように折り曲げられる。リードピンの先がプリン
ト基板の穴に差しこまれる。プリント基板の裏面で、自
動的にハンダとてかピンを、基板のリードパターンにハ
ンダ付けする。余分のピンを自動的に切りとる。このよ
うな自動実装は、穿孔することにより素子の位置決めが
なされてしまう。

高周波用の素子の場合、リードを折曲げずにハンダ付け
する事が望まれる。このようなものは前述の自動ハンダ
付け法ではハンダ付けをすることができない。

リードピンがないチップ部品の場合、リフロー炉へ入れ
る事により、部品の全部を一括してハンダ付けする事が
できる。これはハイブリッドＩＣなどにチップ部品を付
ける場合に適する。しかし、リフロー炉へ入れてハンダ
付けを行なう方法は、部品の位置がズレやずいという欠
点があり、高周波素子のハンダ付けには使う事ができな
い。

（つ）　　　目　　　　　　　的 高周波素子のハンダ付けを自動的に行なう事のできる方
法を与える事が本発明の目的である。

高周波特性がバラつかないように、高周波素子を位置決
めの狂いが起らないようにハンダ付けする方法を与える
４■が本発明の第２の目的である。

江）本発明の方法 高周波素子は、僅かな位置ずれがあっても、電気的特性
が大きく低下する。このため、ハンダ伺けに際して、精
密な位置決めが必要とされる。

位置決めを自動的に行なうために、テレビカメラと、画
像処理装置、ロボッＩ・、コンピュータなどを用いる。

実装面に目標点Ｓと、目標点Ｓに於て交わる方向と位置
とを定めるための目標線Ｕとを予め定めておく。

素子の方にも、素子中心Ｃと基準線Ｗを決めておく。

素子を実装面に置いた時、目標点Ｓと素子中心Ｃとが合
致し、目標線Ｕ（！：基準線ｗ、：！：が合致した時が
、正しい位置であるとする。

目標線Ｕと基準線Ｗとが合致ずれは、目標点Ｓさ、素子
中心Ｃは合致する。線は２本の線の組合わせであるから
、点よりも情報量が多いからである。しかし、素子の位
置を座標で表現する場合は、ＳとＣの座標を使うのが便
利である。

従って、点Ｓ、Ｃの三次元座標と、回転角の４つのパラ
メータにより、素子と実装面の相対的な位置を表現する
事ができるのである。

テレビカメラと画像処理装置によって、実装面上の目標
点Ｓ１目標線Ｕを観察する。テレビカメラで撮像された
ものを画像処理することにより、画面上で目標点Ｓ１目
標線Ｕを固定することができる。

ロボットは素子を持って移動させるものである。

真空チャックによって素子を持上げ、三次元変位及び回
転変位させることができる。

目標線ｕ１目標点Ｓと、素子中心Ｃ１素子の基準線Ｗの
差（ズレという）をコンピュータで計算する。ズレ量に
対応する距離、角度だけ、ロボットにより、素子を移動
させ実装面上に置く。

こうすると、ｕ＝ｗ、Ｓ＝Ｃとなるはずである。

しかし、素子を実装面に置いた時に、なんらかの原因で
、位置ずれが起こる可能性がある。

そこで、もういちと、テレビカメラ、画像処理装置を用
いて、実装面と素子の位置関係を観察し、ズレを計算す
る。ズレがＯであるか、ある許容量以下であれば、真空
チャックで固定した状態で、レーザハンダ付けを行なう
。

実装面と素子の位置関係が正しくないとき、つまりズレ
が大きい時は、ハンダ付けを行なわない。

この場合、ズレ分だけ再び素子を移動させる。このよう
にして、素子を実装面に置くたびに位置決めの適否を検
査し、正しくなければ、素子を正しい方向へと移動させ
、位置決めが適正な時になってはじめて、レーザハンダ
付けする。

第１図は本発明のレーザハンダ付け方法の構成図である
。

ハンダ付けされるべき高周波用の半導体素子１は真空チ
ャック２によって把持される。真空チャック２は、ロボ
ット７によって、ＸＹＺ方向の平行移動及び回転ができ
るようになっている。

カメラ３が実装面５の上方に設けられる。カメラ３は、
実装面５の目標点Ｓ１目標線Ｕ及び、半導体素子２の素
子中心、基準線などを観察する。

半導体素子１は、高周波用の素子であって、リード６は
平坦な金属板である。素子自体も平板である。プリント
基板に穴を穿ちピンを曲げて穴に挿入するという事はな
い。従って、半導体素子１を実装面５に置いても滑った
り回転したりする可能性がある。

カメラ３で撮像したものは、画像処理装置１０によって
線画像にされて、認識される。画像の各部分は画素とい
う単位に分解される。画素内の色調を　２ｎ　　段階に
クラス分けする。単純には、２値化画像（ｎ＝１　）（
！：する。２値化は、画素の明暗を、基準の明るさと比
較し、白と黒の２値にこするものである。

２値化画像を微分すると、物体の輪郭線が浮かび上って
くる。これを細線化処理し、物体の形状を正しく認識す
る。

コンピュータ９は、画像処理装置１０からデータを受は
取り、実装面５に於ける目標点Ｓ１目標線Ｕを記憶する
。

ロボツｌ−７の真空チャック２は半導体素子１の一定の
位置を一定の方位に沿って支持している。

従って、素子中心と基準線に対する真空チャック２の相
対位置は予め決まっている。

ロボットコントローラ８はロボット７を動かし、コンピ
ュータ９に記憶された目標点Ｓ１目標線Ｕに、半導体素
子の素子中心０１基準線Ｗが合致するように半導体素子
１を実装面５の上に置く。

実装面５には、予じめリード６に沿うようハンダが印刷
しである。リード６に向けてレーザ゛出射口４が設けら
れている。

レーザはＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザなどである。

レーザ光をレーザ゛出射口４まで導くには、多関節ミラ
ー又は赤外用光ファイバを用いる。

真空チャック２は、半導体素子１を支持し、素子１を実
装面５へ置いた後は、素子１を押えている。カメラ３の
視野をさえぎらないように、真空チャック２はくの字形
に曲っている。

真空チャック２て押えた状態でハンダ付けする。

リード６にレーザ光が尚るとハンダが溶ける。ハンダが
液状になり、浮力を受けて素子が動くという可能性があ
るが真空チャック２で押えているからハンダ付け工程の
間に素子が動くことはない。

真空チャック２によって素子を正しく目標点Ｓ１目標線
Ｕに置いたはずであるが、素子を置く際に、真空チャッ
クと素子との間で位置ずれが起こる可能性がある。また
、最初の真空チャックと素子の相対関係が狂っていると
いう可能性もある。

そこで、もういちど位置関係を確かめる事にする。カメ
ラ３によって実装面５を撮像する。

真空チャック２や素子のため、素子中心Ｃ１目標点Ｓは
見えない。しかし、リード（又は基準線Ｗ）、及び実装
面上の目標線Ｕを見る事ができる。

これらの線分の位置を確かめる。

もしも基準線Ｗと目標線Ｕとが合致していれば、正しく
位置決めされているわけである。真空チャック２で素子
１を押えたままレーザ光を当ててリード６をハンダ付け
する。

第２図に正しく位置決めされている素子の平面図を示す
。

正しく位置決めされている、という事は、形式的に言え
ばｗ＝ｕ、Ｓ＝Ｃ吉いう事である。

もしも、基準線Ｗと目標線Ｕとが不一致である、とすれ
ば、位置が狂っているわけである。形式的に言えばｗ％
　ｕ　、　Ｓ　％　Ｇという事である。第３図に平面図
を示す。

この場合、テレビカメラ３で撮像し、画像処理装置１０
、コンピュータ９で計算したデータにより、基準線Ｗと
目標線Ｕの相異を計算することができる。

形式的に言えは（Ｗ−ｕ）が計算できる、という事であ
る。そこで、（ｗ−ｕ）がＯになるような、移動量（ｘ
、ｙ方向）と回転量を計算する。

計算値に基づいて、ロボットコントローラ８はロボット
７を駆動し、真空チャック２によって把持された素子１
を、目標点Ｓ１目標線Ｕに合致するように置き直す。

このように、本発明に於ては、ハンダ付けする前に、位
置決めの正否を確かめ、位置決めが正しければハンダ付
けし、誤まっていれば、再び素子の位置決めを行なう。

修正した位置が、正しいかどうかを再び、ＴＶカメラ３
、画像処理装置１０、コンピュータ９によって判断する
。ここで正しければハンダ付けする。

しかし、再度の位置決めにも拘わらず、素子の位置が狂
っている場合（ＷＮｕ）がある。この場合、みたび位置
決めの動作を行なう。

何度か繰返している内に、素子の基準線Ｗと目標線Ｕと
が合致するようになる。

この時レーザ光を当てて、リードを実装面にハンダ付け
する。

（オ）効　果 （１）高周波素子などのハンダ付けに於ては、厳しい位
置決め精度が要求される。本発明は、真空チャック、Ｔ
Ｖカメラと画像処理装置、コンピュータを使い、自動的
に素子を実装面に置くようにするので、位置決め精度が
向上する。

（２）真空チャックによって素子を実装面に置いた後、
再び位置関係を調べ、狂っていれば、もういぢど位置決
めを行なうので、位置関係が狂ったままハンダ付けする
という事がない。

これにより、歩留まりが著しく向上する。

（３）　　レーザによってハンダ付けするから、非接触
である。ハンダ付け操作そのものにより位置ズレが起こ
るという事はない。

（４）　　レーザによってハンダ付けするから、人手に
よってハンダ伺けするのに比べて、バンク量、温度、ハ
ンダ時間などのパラメータが安定し、品質の揃ったハン
ダ付けが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザハンダ付け方法を説明するため
の構成図。 第２図は素子が正しく位置決めされている状態を示す平
面図。 第３図は素子の位置が狂っている状態を示す平面図。 １・・・・・・半導体素子 ２・・・・・・真空チャック ３・・・・・・ＴＶカメラ ４・・・・・・レーザ′出射口 ５・・・・・実　装　面 ６・・・・・・リード ７・・・・・・ロボット ８・・・・・・ロボットコントローラ ９・・・・・・コンピュータ １０・・・・・画像処理装置 発明者　　相原孝穂

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体素子及び実装面を撮像するテレビカメラと、撮
   像された対象物についてのデータを画像処理する画像処
   理装置と、実装面の目標線と半導体素子の基準線のズレ
   量を計算するコンピュータと、計算されたズレ量に対応
   する距離、角度だけ半導体素子を移動させるロボットと
   、半導体素子のリードに光を照射し実装面にハンダ付け
   するためのレーザとよりなり、半導体素子の基準線と実
   装面の目標線のズレ量を計算し、ロボットによつて、計
   算されたズレ量だけ半導体素子を移動させて位置決めし
   、この後、再び画像処理装置及びコンピュータを用いて
   、半導体素子の基準線と実装面の目標線のズレ量を計算
   し、位置決めの適否を判定し、位置決めが適正である時
   のみレーザハンダ付けするようにした事を特徴とするレ
   ーザハンダ付け方法。