KR20020020241A

KR20020020241A - 부품의 실장장치 및 실장방법

Info

Publication number: KR20020020241A
Application number: KR1020010054845A
Authority: KR
Inventors: 마사후미 이노우에; 유스케 야마모토; 히카루 오니자키; 요이치 야나이; 야스히로 모리미츠
Original assignee: 모리시타 요이찌; 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2002-03-14
Also published as: JP3656533B2; US20040085701A1; US6983538B2; US20020046462A1; DE10143917A1; US20050015975A1; US7213332B2; KR100431257B1; JP2002084097A

Abstract

이재 헤드에 의해 부품을 픽업하여 기판에 실장하는 부품 실장 장치에서, 기판의 전극에 인쇄된 크림 땜납의 위치를 미리 측정하여 그 측정 결과를 기억시켜 둔다. 그 측정 결과에 따라, 이재 헤드에 의한 부품의 실장 동작에서의 실장 좌표를 연산한다. 실장 동작시에는, 그 땜납 인쇄 위치에 따른 실장 좌표를 이용하여 이재 헤드를 제어하여 부품을 기판의 각 전극에 실장한다. 이에 따라 탑재 상태에서 부품과 인쇄된 크림 땜납과의 위치 어긋남이 발생하지 않는다. 그 결과, 위치 어긋남에 기인하여 리플로우시에 발생하는 실장 불량을 방지할 수 있다.

Description

부품의 실장장치 및 실장방법{Electronic component mounting apparatus and method}

본 발명은, 예컨대 전자 부품을 기판에 실장하기 위한 부품 실장장치 및 실장 방법에 관한 것이다. 특히, 실장시에 기판으로의 땜납 인쇄의 위치 어긋남에 기인하는 실장 불량을 방지할 수 있는 부품 실장장치 및 실장방법에 관한 것이다.

최근, 전자 부품의 소형화나 실장 밀도의 고밀도화에 따라, 기판상에 형성된 전극에 부품을 실장할 때의 위치 정밀도도 고도화하고 있다. 예컨대, 0.6mm×0.3mm정도의 미소 사이즈의 부품이 이미 실용화되어 있고, 이와 같은 부품의 실장시에는, 매우 높은 실장 위치 정밀도가 요구된다. 이 때문에, 종래로부터 이재 헤드를 구동하여 부품을 기판의 전극에 탑재할 때에는, 부품이 전극에 바르게 위치 맞춤되도록, 기판에 설치된 인식 마크를 인식함으로써 전극 위치를 특정하고 있었다.

그러나, 상술한 바와 같은 미소 사이즈의 부품의 실장에는, 이하에 설명하는 실장 위치 정밀도상의 문제에 기인하여, 실장 후에 불균형을 초래할 우려가 있었다.

이하, 종래의 미소 부품을 대상으로 한 실장 방법에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

도 5(a)-도 5(c)는 종래의 부품 실장방법의 공정 설명도이다.

도 5(a)에서, 기판(1)에는 전자 부품이 땜납 접합되는 다수의 전극(1a)이 설치되어 있다. 전극(1a)상에는 실장 공정에 앞서 크림 땜납(S)이 인쇄되어 있다. 실장 공정에서는, 기판(1)의 코너부에 설치된 인식 마크(1b)를 인식함으로써 실장 위치 데이터에 따라 각 전극(1a)의 위치가 특정되어, 이 전극(1a)에 대해 부품(2)이 탑재된다.

그러나, 전극(1a)에 인쇄된 크림 땜납(S)의 인쇄 위치에는, 기판(1)이나 스크린 마스크의 경시 변형에 의해 반드시 전극(1a)의 위치와는 완전하게는 일치하지 않고, 도 5(a)에 도시한 바와 같이 다소 위치 어긋남(d)을 나타내는 경우가 있다. 이 상태에서 상술한 바와 같이 전극(1a)의 위치를 기준으로 하여 부품(2)이 탑재되면, 도 5(b)에 도시한 바와 같이 부품(2) 단자의 중심선은 크림 땜납(2)에 대해 위치 어긋남을 발생한 상태가 된다.

그리고, 그 상태로 기판(1)이 리플로우 공정에 보내어져 가열되면, 크림 땜납(S)의 용융 과정에서, 도 5(c)에 도시한 바와 같이 부품(2)의 화살표 방향의 회전 이동이 발생하는 경우가 있다. 이 현상은, 부품(2)의 단자의 중심선에 대해 크림 땜납(S)의 접촉 부위의 분포가 불균일하게 되는 것에 기인하는 것이다. 즉, 땜납 접합 과정에서, 용융 땜납이 단자 표면을 적셔 확산할 때의 표면 장력에 의한 흡인력이, 부품(2)의 중심선에 대해 비대칭으로 작용함으로써 발생한다. 그리고, 이 상태에서 크림 땜납(S)이 고화하면, 화살표 방향의 위치 어긋남이 그대로 잔류하는 실장 불량이 된다. 이와 같이 종래의 부품 실장 방법에는, 땜납 인쇄시의 위치 어긋남에 기인하여 실장 불량이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 과제를 해결하는 것으로, 부품 실장시의 땜납 인쇄 위치 어긋남에 기인하는 실장 불량을 방지할 수 있는 부품 실장장치 및 실장방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 부품 실장 장치는, 이재 헤드에 의해 부품 공급부로부터 부품을 픽업하여 기판에 실장하는 것으로서, 다음의 구성을 가진다.

(a) 기판을 이재 헤드에 대해 상대적으로 위치 결정하기 위한 위치 결정기(positioner)와, (b) 기판의 전극에 인쇄된 땜납의 위치 측정 결과를 기억하기 위한 제1 메모리와, (c) 상기 측정 결과에 따라 이재 헤드에 의한 부품의 실장 동작에서의 실장 좌표를 연산하기 위한 연산기와, (e) 상기 실장 좌표에 따라 위치결정기를 구동하는 콘트롤러를 포함한다.

또, 본 발명의 실장 방법은, 이재 헤드에 의해 부품 공급부로부터 부품을 픽업하여 기판에 실장하는 부품 실장 방법에서, 다음의 공정을 가진다.

(a) 기판의 전극에 인쇄된 땜납의 위치 측정 결과를 기억하는 공정과, (b) 상기 측정 결과에 따라, 이재 헤드에 의한 부품의 실장 동작에서의 실장 좌표를 연산하는 공정과, (c) 상기 실장 좌표에 따라 기판을 이재 헤드에 대해 상대적으로 위치 결정하도록 위치 결정기를 제어하는 공정을 포함한다.

본 발명에 의하면, 땜납 인쇄 위치 측정 결과에 따라 이재 헤드에 의한 부품의 실장 동작에서의 실장 좌표를 연산하여, 이 실장 좌표에 따라 기판을 이재 헤드에 대해 상대적으로 위치 결정한다. 따라서, 탑재 상태에서 부품과 인쇄된 땜납과의 위치 어긋남이 발생하지 않는다. 그 결과, 그 위치 어긋남에 기인하여 리플로우시에 발생하는 실장 불량을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에서의 부품 실장장치의 평면도,

도 2는 본 발명의 실시예에서의 부품 실장장치의 제어 시스템의 구성 블록도,

도 3은 본 발명의 실시예에서의 부품 실장장치의 실장 좌표 데이터 작성 처리의 플로우도,

도 4(a)-도 4(c)는 본 발명의 실시예에서의 부품 실장방법의 공정 설명도,

도 5(a)-도 5(c)는 종래의 부품 실장방법의 공정 설명도이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에서의 부품 실장장치의 평면도, 도 2는 본 발명의 실시예에서의 부품 실장장치의 제어 시스템의 구성 블록도, 도 3은 본 발명의 실시예에서의 부품 실장장치의 실장 좌표 데이터 작성 처리의 플로우도, 도 4(a)-도 4(c)는 본 발명의 실시예에서의 부품 실장 방법의 공정 설명도이다.

먼저, 도 1을 참조하여 부품 실장장치의 구조를 설명한다.

도 1에서, 부품 공급부(3)에는 파트 피더(4)가 다수개 나열되어 설치되어 있다. 파트 피더(4)는 피더 베이스(도시하지 않음)에 장착되어, 피드 나사(5)를 회전 구동함으로써 가로 방향으로 이동한다.

공급부(3) 바로 앞 쪽에는 로터리 헤드(6)가 배치되어 있다. 그 로터리 헤드(6)는 주축(O)을 중심으로 화살표(a) 방향으로 회전한다. 로터리 헤드(6)의 외주상에는, 다수의 이재 헤드(7)가 구비되어 있다. 각 헤드(7)는, 다수의 흡착 노즐(도시하지 않음)을 구비하고 있다. 헤드(7)는 흡착 스테이션의 픽업 위치(P)에서 승강 동작을 행한다. 그리고, 헤드(7)는 파트 피더(4)로부터 부품을 픽업한다. 이 때, 나사(5)에 의해 파트 피더(4)를 가로로 이동시킴으로써, 원하는 부품을 픽업할 수 있다.

각 헤드(7)는, 로터리 헤드(6)의 주축(O)을 중심으로 하는 원주상에 배치되어 있고, 구동 기구(도시하지 않음)에 의해, 각 헤드(7)의 축심(헤드의 자전 중심)둘레에 회전한다. 이 회전 동작에 의해, 헤드(7)에 설치된 다수의 흡착 노즐의 선택이나, 흡착 노즐에 유지된 부품의 수평 회전 방향의 각도 설정 등을 행한다.

위치(P)에서 픽업된 부품은, 로터리 헤드(6)의 회전에 의해 화살표(a) 방향으로 순차 이동한다. 이동 도중에서는 높이 계측 스테이션(8)이 배치되어 있다. 그 스테이션(8)에서는, 헤드(7)에 유지된 상태의 부품의 높이를 계측한다.

스테이션(8)에 인접하여 부품 인식 스테이션(9)이 설치되어 있다. 헤드(7)의 흡착 노즐에 유지된 부품은, 그 스테이션(9)에서 카메라(도시하지 않음)에 의해 아래쪽에서 촬상된다. 그리고, 그 촬상 결과를 화상 처리함으로써, 부품을 평면에서 본 치수, 즉 길이나 폭 치수가 검출된다.

로터리 헤드(6)의 바로 앞에는 XY 테이블(11)이 배치되어 있다. 그 테이블(11)은, 기판(1)을 수평 방향으로 위치 결정한다. 따라서, 테이블(11)은 기판(1)을 이재 헤드(7)에 대해 상대적으로 위치결정하는 위치 결정기로 되어 있다. 스테이션(9)으로부터 이동한 이재 헤드(7)가 기판(1) 윗쪽에 위치하는 실장 스테이션의 실장 위치(M)에 도달하여, 거기에서 승강 동작을 행함으로써, 부품을 기판(1)에 실장한다.

테이블(11)에 인접하여 카메라(13)가 배치되어 있다. 테이블(11)을 구동하여 기판(1)을 카메라(13)의 아래쪽까지 이동시킨다. 그리고, 기판(1)상의 소정의 인식점을 카메라(13)로 촬상함으로써, 인식 대상의 위치나 형상을 검출할 수 있다. 예컨대, 도 4(a)에 도시한 바와 같이, 기판(1)에 형성된 인식 마크(1b)의 위치나 전극(1a)의 위치가 검출되는 동시에, 전극(1a)상에 인쇄된 크림 땜납(S)을 촬상함으로써, 전극(1a)에 대한 땜납(S)의 위치 어긋남을 검출한다.

다음에, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에서의 부품 실장 장치의 제어 시스템의 구성을 설명한다.

도 2에서, 콘트롤러(제어기)(20)는, 예컨대 CPU이고, 부품 실장 장치 전체의 동작이나 연산 처리를 제어한다. 제1 메모리인 땜납 인쇄 위치 측정 결과 메모리(23)는, 땜납 인쇄 위치의 측정 결과를 기억한다. 제2 메모리인 실장 위치 데이터 메모리(21)는 실장되는 부품의 실장점의 위치를 도시한 실장 좌표를 기억한다. 땜납 인쇄 위치 측정기(22)는, 기판 인식용 카메라(13)에 의해 각 전극 위치를 촬상하여 얻어진 화상 데이터로부터 도 4(a)에 도시한 바와 같이, 각 전극상에 인쇄된 크림 땜납(S)의 위치를 측정하여, 기판(1)의 인식 마크(1b)에 대한 상대 위치 좌표 데이터로서 출력한다.

그리고, 콘트롤러(20)는 메모리(23)에 기억된 땜납 인쇄 위치 측정 결과를 독출하여, 이 땜납 인쇄 위치에 따라 부품의 실장 좌표를 연산한다. 즉, 콘트롤러(20)는 실장 좌표 연산기가 되어 있다. 연산된 실장 좌표는, 메모리(21)에 보내지고, 그에 따라 실장 좌표가 갱신된다. 즉, 당초는 설계 데이터상에서의 전극의 위치 좌표에 따라 결정된 실장 좌표가 기억되어 있고, 땜납 인쇄 위치 측정 후에 그 측정 결과에 따라 실장 좌표를 덮어쓰는 형태로 데이터 갱신된다. 테이블 구동기(24)는 기판을 유지하여 이동시키는 XY 테이블(11)을 구동한다. 이 테이블(11)의 구동은 상술한 실장 좌표에 따라 콘트롤러(20)에 의해 구동기(24)를 제어함으로써 행해진다.

본 실시예의 부품 실장 장치는, 상기와 같이 구성되어 있다.

다음에, 동 부품 실장장치에 의한 실장 방법에 대해서, 도 3, 도 4(a) 내지 도 4(c)를 참조하여 설명한다. 여기에서는, 전 공정에서 크림 땜납이 인쇄된 기판을 대상으로 하여 부품 실장하는 데 즈음하여, 미리 각 전극마다 크림 땜납의 인쇄 위치를 측정하여 그 인쇄 위치 측정 결과에 따라 실장 위치를 결정하는 것이다.

먼저, 도 3에서, 땜납 인쇄 후의 기판(1)을 XY 테이블(11)에 재치한다(ST1). 이어서, 기판(1)의 인식 마크(1b)(도 4(a) 참조)를 카메라(13)로 촬상하여, 기판(1)의 위치를 인식한다(ST2). 다음에, XY 테이블(11)을 구동하여 인쇄 위치 측정 대상의 전극(1a)을 카메라(13)의 아래쪽에 위치시킨다(ST3). 다음에,카메라(13)로 전극(1a)을 촬상하여 화상 데이터를 취득한다(ST4). 이 각 전극(1a) 촬상시에 XY 테이블(11)의 이동에는, 미리 설계 데이터에 따라 작성되어 실장 위치 데이터 메모리(21)에 기억된 실장 위치가 이용된다.

이어서, 구해진 화상 데이터에 따라, 도 4(a)에 도시한 바와 같이 전극(1a)상에 인쇄된 크림 땜납(S)의 인쇄 위치를 인식 마크(1b)에 대한 인쇄점(A)(한 쌍의 전극(1a)에 인쇄된 크림 땜납의 무게 중심 위치)의 상대 좌표(xa, ya)로서 측정한다(ST5). 이 위치 인식은, 땜납 인쇄 위치 측정기(22)에 의해 행해진다.

그 후, 다음 측정 대상의 전극(1a)의 유무가 판단된다(ST6). 다음 측정 대상이 있으면 ST3으로 되돌아가 땜납 인쇄 위치의 측정을 반복하고, ST6에서 모든 측정 대상에 대해서 측정 완료로 판단되면, 땜납 인쇄 위치의 측정 결과를 땜납 인쇄 위치 측정 결과 메모리(23)에 기억시킨다(ST7). 그리고, 구해진 땜납 인쇄 위치 측정 결과에 따라, 실장 동작시에 이용되는 실장 위치 데이터를 작성하여 실장 위치 데이터 메모리(21)에 기억시킨다(ST8). 이에 따라, 땜납의 위치 어긋남을 가미한 실장위치 데이터 작성 처리를 완료한다.

이어서, 땜납 인쇄 위치 측정 완료의 기판(1)에 대해 실장 동작이 개시된다. 여기에서는, 각 전극(1a)에 부품(2)을 탑재할 때에, 상술한 땜납 인쇄 위치 측정 결과에 따라 작성된 실장 좌표에 따라 부품(2)이 탑재된다. 즉, 도 4(b)에 도시한 바와 같이, 인쇄된 크림 땜납(S)이 전극(1a)에 대해 위치 어긋남을 발생하는 경우에는, 부품(2)은 전극(1a) 자체의 위치가 아니라 크림 땜납(S)의 인쇄점(A)을 목표 위치로 탑재된다. 따라서, 탑재된 부품(2)의 단자(2a)는 전극(1a)에 대해서는 위치어긋남 상태에 있기는 하지만, 크림 땜납(S)에 대해서는 위치 어긋남을 발생하지 않고 탑재된다.

그리고 그 후, 각 전극 위치에 부품이 탑재된 전극(1)은 리플로우 공정으로 보내어지고, 여기에서 가열됨으로써 크림 땜납(S)이 용융하여, 단자(2a)는 전극(1a)에 땜납 접합된다. 이 때, 가열 전에는 전극(1a)에 대해 위치 어긋남 상태에 있었던 단자(2a)는, 크림 땜납(S)이 용융할 때의 셀프 얼라인먼트 효과, 즉 용융 땜납이 전극(1a) 표면을 따라 적셔 확산되는 작용에 의해 전극(1a)으로 끌리어 오게 되어, 도 4(c)에 도시한 바와 같이 전극(1a)에 대해 바른 위치 및 자세로, 위치 어긋남을 발생하지 않고 땜납 접합된다.

이 리플로우 과정에서, 상술한 바와 같이 단자(2a)와 크림 땜납(S)과의 사이의 위치 어긋남이 발생하지 않도록 실장 좌표가 설정되므로, 부품(2)을 회전 방향으로 이동시키는 외력이 작용하지 않아, 셀프 얼라인먼트 효과가 방해되지 않는다.

상기 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는 실장 위치 데이터의 작성을 실물 기판에서의 땜납 인쇄 위치의 측정 결과에 따라 행하도록 하고 있다. 이에 따라, 기판상에서의 땜납 인쇄 위치의 오차에 기인하는 부품의 실장 위치 어긋남을 방지할 수 있다. 그 결과, 높은 실장 정밀도를 필요로 하는 미소 사이즈의 부품을 실장 대상으로 하는 경우에서도, 땜납 접합 후의 부품의 위치 어긋남을 방지하여 실장 불량을 감소시킬 수 있게 된다.

또, 본 실시예에서는, 부품 실장 장치에 구비한 카메라에 의해 땜납 인쇄 위치 측정을 행하는 예를 도시하고 있지만, 스크린 인쇄 장치에 구비된 검사 기능을이용해도 좋다. 또, 부품 실장 장치와는 별도의 전용의 외관 검사 장치에 의해 미리 땜납 인쇄 위치를 측정하도록 해도 좋다.

본 발명에 의하면, 땜납 인쇄 위치 측정 결과에 따라 이재 헤드에 의한 부품의 실장 동작에서의 실장 좌표를 연산하여, 그 실장 좌표에 따라 기판을 이재 헤드에 대해 상대적으로 위치 결정하도록 했으므로, 탑재 상태에서 부품과 인쇄된 땜납과의 위치 어긋남이 발생하지 않아, 이 위치 어긋남에 기인하여 리플로우시에 발생하는 실장 불량을 방지할 수 있다.

Claims

이재 헤드에 의해 부품 공급부로부터 부품을 픽업하여 기판에 실장하는 부품 실장장치에 있어서,

(a) 상기 기판을 이재 헤드에 대해 상대적으로 위치 결정하기 위한 위치 결정기(positioner)와,

(b) 상기 기판의 전극에 인쇄된 땜납의 위치 측정 결과를 기억하기 위한 제1 메모리와,

(c) 상기 측정 결과에 따라, 상기 이재 헤드에 의한 부품의 실장 동작에서의 실장 좌표를 연산하기 위한 연산기와,

(e) 상기 실장 좌표에 따라, 상기 위치 결정기를 구동하는 콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 실장장치.
제1항에 있어서,

상기 실장 좌표를 기억하기 위한 제2 메모리를 구비하는 것을 특징으로 하는 부품 실장장치.
제1항에 있어서,

상기 측정 결과는, 동 부품 실장장치에 구비된 측정기에 의해 측정된 결과인 것을 특징으로 하는 부품 실장장치.
제1항에 있어서,

상기 측정 결과는, 기판의 전극에 땜납을 인쇄하기 위한 스크린 인쇄 장치에 구비된 검사 기능에 의해 측정된 결과인 것을 특징으로 하는 부품 실장장치.
제1항에 있어서,

상기 위치 측정결과는, 동 부품 실장장치와는 별도의 외관 검사 장치에 의해 측정된 결과인 것을 특징으로 하는 부품 실장장치.
이재 헤드에 의해 부품 공급부로부터 부품을 픽업하여 기판에 실장하는 부품 실장방법에 있어서,

(a) 상기 기판의 전극에 인쇄된 땜납의 위치 측정 결과를 기억하는 공정과,

(b) 상기 측정결과에 따라, 상기 이재 헤드에 의한 부품의 실장 동작에서의 실장 좌표를 연산하는 공정과,

(c) 상기 실장 좌표에 따라 상기 기판을 상기 이재 헤드에 애해 상대적으로 위치 결정하도록 위치 결정기를 제어하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 실장방법.
제6항에 있어서,

또 상기 기판의 인식 마크에 의해 상기 기판의 위치를 인식하는 공정과,

상기 기판의 전극의 화상 데이터를 취득하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 실장방법.
제7항에 있어서,

또, 상기 화상 데이터에 따라, 상기 전극상에 인쇄된 땜납의 인쇄 위치를 상기 기판의 인식 마크에 대한 상대 좌표로서 측정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 실장방법.