KR20080046717A - 전자 부품 실장 시스템 및 전자 부품 실장 방법 - Google Patents

전자 부품 실장 시스템 및 전자 부품 실장 방법 Download PDF

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Abstract

기판의 높이 방향의 위치 오차에 기인하는 실장 문제점을 방지하고, 실장 품질을 확보할 수 있는 전자 부품 실장 시스템 및 전자 부품 실장 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
복수의 전자 부품 실장용 장치를 연결하여 구성된 전자 부품 실장 시스템에 있어서, 인쇄 검사 장치의 높이 계측기(22)에 의해 기판의 상면에 설정된 높이 계측점의 높이 위치를 계측하여 계측 결과를 기판 높이 데이터로서 출력하고, 전자 부품 탑재 장치에 기판이 반입된 후에 특정의 높이 계측점을 대상으로 하여 다시 높이 계측을 수행하여 기판 높이 보정 데이터를 취득하고, 기판 높이 데이터 및 기판 높이 보정 데이터에 기초하여 탑재 헤드의 부품 탑재 동작을 제어하는 제어 파라미터를 갱신함으로써, 개개의 기판의 높이 위치 편차를 고정밀도로 보정하여, 기판의 높이 방향의 위치 오차에 기인하는 실장 문제점을 방지할 수 있다.
전자부품, 실장, 탑재장치, 파라미터

Description

전자 부품 실장 시스템 및 전자 부품 실장 방법{ELECTRONIC COMPONENT MOUNTING SYSTEM AND ELECTRONIC COMPONENT MOUNTING METHOD}
본 발명은 전자 부품을 기판에 실장하는 전자 부품 실장 시스템 및 전자 부품 실장 방법에 관한 것이다.
전자 부품을 기판에 땜납 접합에 의해 실장하여 실장 기판을 제조하는 전자 부품 실장 시스템은 땜납 인쇄 장치, 전자 부품 탑재 장치, 리플로우 장치 등 복수의 전자 부품 실장용 장치를 연결하여 구성되어 있다. 이러한 전자 부품 실장 시스템에 있어서, 품질 관리를 높은 신뢰성으로 수행하는 것을 목적으로 하여, 각 장치 사이에 검사 장치를 배치한 구성의 검사 기능을 구비한 전자 부품 실장 라인이 도입되고 있다(예를 들면 일본 특허공개 제2002-134899호).
이 일본 특허공개 제2002-134899호에 나타내는 예에서는, 인쇄 장치와 전자 부품 탑재 장치 사이에 인쇄 검사 장치를 배치하고, 인쇄 검사 장치에 있어서 인쇄 장치에 의한 인쇄 상태에 위치 어긋남 등의 무엇인가 비정상 상태가 있는 것이 검출되면, 그를 시정하기 위한 피드백 정보를 인쇄 장치에 전달함과 동시에, 후공정의 전자 부품 탑재 장치에는 비정상 상태의 영향을 시정한 후에 탑재 동작을 실행하기 위한 피드포워드(feedforward) 정보가 전달된다. 이로 인해, 실장 기판 제조 과정에서의 고도의 품질 관리가 실현된다.
최근 전자 기기의 소형화에 의해, 실장되는 전자 부품의 사이즈도 소형화되어, 이들 소형 부품의 실장에 있어서는, 실장 조건을 보다 정밀하게 설정하여 탑재 헤드에 의해 정교하고 치밀한 탑재 동작을 수행시키는 것이 요구되고 있다. 즉 소형 부품을 안정되게 높은 위치 정밀도로 실장하기 위해서는, 기판 상에서의 수평 방향의 실장 위치 정밀도와 함께, 흡착 노즐에 의해 전자 부품을 지지하여 기판의 실장점에 착지시킬 때의 노즐 하강 동작에서의 동작 정밀도를 고도로 관리하는 것이 바람직하다.
그러나, 상술한 일본 특허공개 2002-134899호에 나타내는 종래 장치에 있어서는, 수평 방향의 실장 위치 정밀도는 검출 및 보정의 대상이 되고 있지만, 높이 방향의 위치 정밀도에 대해서는 대상으로 하고 있지 않았다. 이 때문에, 기판에 두께 편차나 휨 변형이 존재하고 있는 경우에는 전자 부품을 기판의 실장점에 적정하게 착지시킬 수 없어, 부품 위치 어긋남 등의 문제를 일으키는 한 요인이 되고 있었다. 이와 같이, 종래의 실장 시스템에서는, 기판의 높이 방향의 위치 오차에 기인하는 실장 문제를 유효하게 방지하기 어렵다는 문제점이 있었다.
그런 점에서 본 발명은 기판의 높이 방향의 위치 오차에 기인하는 실장 문제점을 방지하여 실장 품질을 확보할 수 있는 전자 부품 실장 시스템 및 전자 부품 실장 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 전자 부품 실장 시스템은, 복수의 전자 부품 실장용 장치를 연결하여 구성되며 기판에 전자 부품을 실장하여 실장 기판을 제조하는 전자 부품 실장 시스템으로서, 상기 기판의 상면에 설정된 높이 계측점의 높이 위치를 계측하여 계측 결과를 기판 높이 데이터로서 출력하는 제 1 기판 높이 계측 기능을 갖는 기판 높이 계측 장치; 상기 기판 높이 계측 장치에 의해 높이 계측이 수행된 후 반입된 기판을 대상으로 하여, 상기 높이 계측점 중 적어도 특정의 높이 계측점의 높이 위치를 계측하여 계측 결과를 기판 높이 보정 데이터로서 출력하는 제 2 기판 높이 계측 기능 및 탑재 헤드에 의해 부품 공급부로부터 전자 부품을 픽업하여 상기 기판에 탑재하는 부품 탑재 기능을 구비한 전자 부품 탑재 장치; 상기 기판 높이 데이터 및 기판 높이 보정 데이터에 기초하여 상기 전자 부품 탑재 장치에서의 탑재 헤드의 부품 탑재 동작을 제어하기 위한 제어 파라미터를 갱신하는 파라미터 갱신 수단을 구비하였다.
또한, 본 발명에 따른 전자 부품 실장 방법은, 복수의 전자 부품 실장용 장치를 연결하여 구성된 전자 부품 실장 시스템에 의해 기판에 전자 부품을 실장하여 실장 기판을 제조하는 전자 부품 실장 방법으로서, 기판 높이 계측 장치에 구비된 제 1 기판 높이 계측 기능에 의해 상기 기판의 상면에 설정된 높이 계측점의 높이 위치를 계측하고, 계측 결과를 기판 높이 데이터로서 출력하는 제 1 기판 높이 계측 공정; 상기 제 1 기판 높이 계측 공정 후에 전자 부품 탑재 장치에 반입된 기판을 대상으로 하여 제 2 기판 높이 계측 기능에 의해 상기 높이 계측점 중 적어도 특정의 높이 계측점의 높이 위치를 계측하고, 계측 결과를 기판 높이 보정 데이터로서 출력하는 제 2 기판 높이 계측 공정; 상기 전자 부품 탑재 장치의 탑재 헤드에 의해 부품 공급부로부터 전자 부품을 픽업하여 상기 기판에 탑재하는 탑재 공정을 포함하고, 상기 탑재 공정 실행시에 있어서, 상기 기판 높이 데이터 및 기판 높이 보정 데이터에 기초하여, 상기 전자 부품 탑재 장치에서의 탑재 헤드의 부품 탑재 동작을 제어하기 위한 제어 파라미터를 갱신한다.
본 발명에 따르면, 기판 높이 계측 장치에 의해 기판의 상면에 설정된 높이 계측점의 높이 위치를 계측하여 계측 결과를 기판 높이 데이터로서 출력하고, 전자 부품 탑재 장치에 기판이 반입된 후에 특정의 높이 계측점을 대상으로 하여 다시 높이 계측을 수행하여 기판 높이 보정 데이터를 취득하고, 기판 높이 데이터 및 기판 높이 보정 데이터에 기초하여 탑재 헤드의 부품 탑재 동작을 제어하는 제어 파라미터를 갱신함으로써, 개개의 기판의 높이 위치 편차를 고정밀도로 보정하여, 기판의 높이 방향의 위치 오차에 기인하는 실장 문제점을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 전자 부품 실장 시스템의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예의 스크린 인쇄 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명의 일실시예의 인쇄 검사 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 4는 본 발명의 일실시예의 전자 부품 탑재 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 5는 본 발명의 일실시예의 전자 부품 실장 시스템의 제어계의 블록도.
도 6A와 도 6B는 본 발명의 일실시예의 부품 탑재 대상이 되는 기판의 단면도.
도 7A 내지 도 7C는 본 발명의 일실시예의 전자 부품 실장 시스템에서의 기판 높이 계측의 설명도.
도 8A 내지 도 8C는 본 발명의 일실시예의 부품 탑재 대상이 되는 기판의 평면도.
도 9A 내지 도 9C는 본 발명의 일실시예의 전자 부품 탑재 동작에서의 제어 파라미터의 설명도.
도 10은 본 발명의 일실시예의 전자 부품 실장 시스템에서의 작업 흐름도.
도 11A 내지 도 11C는 본 발명의 일실시예의 전자 부품 실장 시스템에서의 작업 동작의 동작 설명도.
다음으로 본 발명의 실시예를 설명한다. 먼저 도 1을 참조하여 전자 부품 실장 시스템에 대하여 설명한다. 도 1에서 전자 부품 실장 시스템은, 모두 전자 부품 실장용 장치로 사용되는 인쇄 장치(M1), 인쇄 검사 장치(M2), 전자 부품 탑재 장치(M3)의 각 장치를 연결하여 이루어지는 전자 부품 실장 라인(1)을 통신 네트워크(2)에 의해 접속하고, 전체를 관리 컴퓨터(3)에 의해 제어하는 구성으로 되어 있다. 이들 복수의 전자 부품 실장용 장치에 의해, 기판에 전자 부품을 실장하여 실장 기판을 제조한다.
인쇄 장치(M1)는 기판의 전극에 전자 부품 접합용 땜납 페이스트(paste)를 스크린 인쇄한다. 인쇄 검사 장치(M2)는, 인쇄된 땜납 페이스트의 인쇄 상태를 검사함과 동시에, 인쇄 후의 기판의 상면에 설정된 높이 계측점의 높이 위치를 검출하고 검출 결과를 기판 높이 데이터로서 출력한다. 전자 부품 탑재 장치(M3)는 땜납 페이스트가 인쇄된 기판에 전자 부품을 탑재한다.
다음으로 각 장치의 구성에 대하여 설명한다. 먼저 도 2를 참조하여, 인쇄 장치(M2)의 구성에 대하여 설명한다. 도 2에 있어서, 위치 결정 테이블(10) 상에는 기판 지지부(11)가 설치되어 있다. 기판 지지부(11)는 기판(4)을 클램퍼(11a)에 의해 양측에서 끼워 지지한다. 기판 지지부(11)의 상방에는 마스크 플레이트(12)가 설치되어 있고, 마스크 플레이트(12)에는 기판(4)의 인쇄 부위에 대응한 패턴공(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 테이블 구동부(14)에 의해 위치 결정 테이블(10)을 구동함으로써, 기판(4)은 마스크 플레이트(12)에 대하여 수평 방향 및 수직 방향으로 상대 이동한다.
마스크 플레이트(12)의 상방에는 스퀴지부(13)가 배치되어 있다. 스퀴지부(13)는 스퀴지(13c)를 마스크 플레이트(12)에 대하여 승강시킴과 동시에 마스크 플레이트(12)에 대하여 소정 가압력(printing pressure)으로 가압하는 승강 가압 기구(13b), 스퀴지(13c)를 수평 이동시키는 스퀴지 이동 기구(13a)로 이루어진다. 승강 가압 기구(13b), 스퀴지 이동 기구(13a)는 스퀴지 구동부(15)에 의해 구동된다. 기판(4)을 마스크 플레이트(12)의 하면에 맞닿게 한 상태에서, 땜납 페이스트(5)가 공급된 마스크 플레이트(12)의 표면을 따라 스퀴지(13c)를 소정 속도로 수평 이동시킴으로써, 땜납 페이스트(5)는 도시하지 않은 패턴공을 통하여 기판(4)의 상면에 인쇄된다.
이 인쇄 동작은 테이블 구동부(14), 스퀴지 구동부(15)를 인쇄 제어부(17)에 의해 제어함으로써 수행된다. 이 제어에 있어서는, 인쇄 데이터 기억부(16)에 기억된 인쇄 데이터에 기초하여, 스퀴지(13c)의 동작이나, 기판(4)과 마스크 플레이트(12)의 위치 맞춤이 제어된다. 표시부(19)는 인쇄 장치의 가동 상태를 나타내는 각종 지표 데이터나, 인쇄 동작 상태의 이상을 나타내는 이상 통지를 표시한다. 통신부(18)는 통신 네트워크(2)를 통하여 관리 컴퓨터(3)나 전자 부품 실장 라인(1)을 구성하는 타장치와의 사이에서의 데이터 교환을 수행한다.
다음으로, 도 3을 참조하여 인쇄 검사 장치(M2)에 대하여 설명한다. 도 3에 있어서, 반송 레일(20)에는 기판(4)이, 클램프 부재(20a)에 의해 양단부가 클램프된 상태로 지지되어 있다. 기판 반송 위치 결정부(21)를 구동함으로써, 반송 레일(20)은 기판(4)을 이하에 설명하는 검사나 계측을 위한 위치에 반송하여 위치 결정한다.
반송 레일(20)에 지지된 기판(4)의 상방에는, 높이 계측기(22) 및 카메라(24)가 배치되어 있다. 높이 계측기(22)는 계측 대상까지의 거리를 정밀하게 계측하는 기능을 가지고 있으며, 기판(4)에 설정된 높이 계측점을 계측하고, 계측 데이터를 기판 높이 계측부(23)에 의해 처리함으로써, 높이 계측점의 높이 위치를 구할 수 있다. 또한 카메라(24)에 의한 촬상 결과를 화상 인식부(25)에 의해 인식 처리함으로써, 땜납 페이스트의 인쇄 상태를 검사할 수 있다. 높이 계측기(22), 카메라(24)는 각각 이동 수단에 의해 수평면 내에서 이동 가능하게 되어 있으며, 기 판(4)의 임의 위치를 높이 계측 대상, 검사 대상으로 할 수 있다.
높이 계측에 의해 취득한 높이 데이터 및 인쇄 상태 검사 결과는 검사/계측 처리부(26)에 의해 데이터 처리되고, 기판 높이 데이터 및 인쇄 상태 검사 결과로서 출력된다. 출력된 데이터는 통신부(28), 통신 네트워크(2)를 통하여 관리 컴퓨터(3)나 타장치에 전송된다. 검사/계측 제어부(26)는 기판 반송 위치 결정부(21), 높이 계측기(22), 카메라(24)를 제어함으로써 검사/계측 동작을 제어한다. 따라서, 인쇄 검사 장치(M2)는 기판(4)의 상면에 설정된 높이 계측점의 높이 위치를 계측하여, 검출 결과를 기판 높이 데이터로서 출력하는 제 1 기판 높이 검출 기능을 갖는 기판 높이 계측 장치로서 기능을 한다.
다음으로, 도 4를 참조하여 전자 부품 탑재 장치의 구성에 대하여 설명한다. 도 4에 있어서 반송 레일(30)에는 기판(4)이, 클램프 부재(30a)에 의해 양단부가 고정된 상태로 지지되어 있다. 반송 레일(30)에 있어서 기판(4)을 고정하는 클램프 부재(30a)는 인쇄 검사 장치(M2)에서의 반송 레일(20), 클램프 부재(20a)와 같은 구조이고, 인쇄 검사시와 아주 동등한 고정 상태로 기판(4)을 지지하도록 하고 있다. 기판 반송 위치 결정부(31)를 구동함으로써, 반송 레일(30)은 기판(4)을 이하에 설명하는 탑재 헤드(34)에 의한 부품 탑재 위치에 반송하여 위치 결정한다.
반송 레일(30)에 지지된 기판(4)의 상방에는 이동 수단(도시 생략)에 의해 이동하는 높이 계측기(32) 및 헤드 구동 기구(도시 생략)에 의해 이동하는 탑재 헤드(34)가 설치되어 있다. 높이 계측기(32)는 높이 계측기(22)와 같은 계측 기능을 가지고 있으며, 본 실시예에서는, 기판(4)에 설정되어 인쇄 검사 장치(M2)에서 이 미 계측 대상이 된 높이 계측점 중, 미리 기판 높이 보정 데이터 취득용으로서 특정된 높이 계측점을 계측 대상으로 하여 높이 계측을 수행한다.
높이 계측기(32)에 의해 계측된 이들 높이 계측점의 계측 데이터를 기판 높이 계측부(33)에 의해 처리함으로써, 상술한 특정의 높이 계측점의 높이 위치를 나타내는 기판 높이 보정 데이터를 구할 수 있다. 높이 계측기(32) 및 기판 높이 계측부(33)는 제 2 기판 높이 계측 기능을 구성한다. 취득된 기판 높이 보정 데이터는 인쇄 검사 장치(M2)에 의해 취득된 기판 높이 데이터를 보정하는 기판 높이 보정 데이터로서, 후술하는 부품 탑재 동작에서 참조된다.
탑재 헤드(34)는 전자 부품을 흡착하는 노즐(34a)을 구비하고 있으며, 탑재 헤드(34)는 부품 공급부(도시 생략)로부터 전자 부품을 노즐(34a)에 의해 흡착 지지하여 취출한다. 그리고 탑재 헤드(34)를 기판(4) 상으로 이동시켜, 기판(4) 측으로 하강시킴으로써, 노즐(34a)에 지지된 전자 부품을 기판(4)에 탑재한다. 상기 탑재 동작에 있어서, 탑재 데이터 기억부(36)에 기억된 탑재 데이터, 즉 기판(4) 상에서의 전자 부품의 실장 좌표에 기초하여, 탑재 제어부(37)에 의해 기판 반송 위치 결정부(31), 탑재 헤드 구동부(35)를 제어함으로써, 탑재 헤드(34)에 의한 기판(4)으로의 전자 부품 탑재 위치를 제어할 수 있다.
이 때, 탑재 조건 기억부(40)에 기억된 탑재 조건 데이터, 즉, 탑재 동작에 있어서 탑재 헤드(34)에 의해 노즐(34a)을 승강 구동할 때의 동작 패턴을 상세하게 제어하는 제어 파라미터를 가미하여 탑재 헤드(34)를 제어함으로써, 후술하는 바와 같이 보다 정밀한 탑재 동작을 수행할 수 있다.
표시부(39)는 전자 부품 탑재 장치(M3)의 각종 가동 상태를 나타내는 지표 데이터나 탑재 동작 상태의 이상을 나타내는 이상 통지를 표시한다. 통신부(38)는 통신 네트워크(2)를 통하여 관리 컴퓨터(3)나 전자 부품 실장 라인(1)을 구성하는 타장치와의 사이에서 데이터 교환을 수행한다.
즉, 전자 부품 탑재 장치(M3)는 인쇄 검사 장치(M2; 기판 높이 계측 장치)에 의해 높이 계측이 수행된 후 반입된 기판(4)을 대상으로 하여, 높이 계측점 중 적어도 특정의 높이 계측점의 높이 위치를 계측하고 계측 결과를 기판 높이 보정 데이터로서 출력하는 제 2 기판 높이 계측 기능, 및 탑재 헤드에 의해 부품 공급부로부터 전자 부품을 픽업하여 기판(4)에 탑재하는 부품 탑재 기능을 구비하고 있다.
다음으로 도 5를 참조하여 전자 부품 실장 시스템의 제어계의 구성에 대하여 설명한다. 여기에서는, 전자 부품 실장 과정에서의 제어 파라미터 갱신을 목적으로 한 데이터 교환 기능을 설명한다. 도 5에 있어서, 전체 제어부(50)는 관리 컴퓨터(3)에 의해 실행되는 제어 처리 범위 중의 데이터 교환 기능을 담당하는 것으로, 통신 네트워크(2)를 통하여 전자 부품 실장 라인을 구성하는 각 장치로부터 전송되는 데이터를 수신하고, 미리 정해진 처리 알고리즘에 기초하여 각 장치에 파라미터 갱신용 데이터로서 통신 네트워크(2)를 통하여 출력한다.
즉 도 3에 나타내는 인쇄 검사 장치(M2)에 구비된 검사/계측 처리부(26)는 통신부(28)를 통하여 통신 네트워크(2)에 접속되어 있다. 또한 인쇄 장치(M1), 전자 부품 탑재 장치(M3)에 구비된 각 부(도 2, 4 참조)는 각각 통신부(18, 38)를 통하여 통신 네트워크(2)와 접속되어 있다. 이로 인해, 인쇄 검사 장치(M2)에서의 검 사/계측 공정에서 추출된 데이터에 기초하여 상류측 장치의 제어 파라미터를 수정/갱신하는 피드백 처리나, 하류측 장치의 제어 파라미터를 수정, 갱신하는 피드 포워드 처리가, 각 장치의 가동 중에 수시로 가능한 구성으로 되어 있다. 또한, 관리 컴퓨터(3)를 설치하지 않고, 각 장치의 제어부에 각각 데이터 교환 제어 기능을 갖도록 할 수도 있다.
다음으로 도 6, 도 7을 참조하여, 실장 대상이 되는 기판(4)의 휨 변형 및 이 휨 변형 상태를 검출하는 것을 목적으로 하여, 인쇄 검사 장치(M2) 및 전자 부품 탑재 장치(M3)에서 수행되는 기판 높이 계측에 대하여 설명한다. 도 6(A)는 변형이 없는 정상 상태의 기판(4)을 나타내고 있으며, 전자 부품(6)을 기판(4)에 실장할 때에는 기판(4)에 인쇄된 땜납 페이스트(5)의 상면을 기준으로 하여 실장 높이(H)가 설정된다. 그리고 탑재 헤드(34)에 의한 탑재 동작에서는, 이 실장 높이(H)를 기준으로 하여 탑재 헤드(34)의 동작이 제어된다.
도 6(B)는 실제의 기판(4)의 변형 상태를 나타내고 있는데, 실장 대상이 수지 기판 등 박형이며 강성이 낮은 종류의 기판인 경우에는, 기판(4)은 도 6(B)에 나타내는 바와 같이 위로 볼록한 휨 변형을 일으키기 쉬우며, 기판 내부의 실장 위치에 있어서는 정상 상태에서 상하 방향의 변위(Δh1)가 생기고 있다. 이러한 상태의 기판(4)에 대하여, 도 6(A)에 나타내는 정상 상태의 기판(4)을 대상으로 하는 경우와 동일한 부품 탑재 동작을 탑재 헤드(34)에 수행시키면, 정상적인 부품 탑재가 수행되지 않는 경우가 있다. 이 때문에, 본 실시예의 전자 부품 실장 방법에서는, 전자 부품 탑재의 실행에 앞서 인쇄 검사 장치(M2)에서 기판 높이 계측을 수행 함으로써 상술한 기판(4)의 휨 변형에 의한 변위(Δh1)를 미리 검출하여, 변위(Δh1)에 따라 보정 실장 높이(H*)를 구하도록 하고 있다.
또한, 본 실시예의 전자 부품 실장 방법에서는, 상술한 기판(4)의 휨 변형에 기인하는 높이 방향의 오차와 함께, 도 7에 나타내는 장치 간에서의 높이 차에 기인하는 오차를 보정의 대상으로 하고 있다. 도 7(A)에 있어서, H2(i)는 인쇄 검사 장치(M2)의 반송 레일(20)의 반송면의 복수점에서의 각각의 높이를 나타내고 있으며, 마찬가지로 도 7(B)에서 H3(i)는 전자 부품 탑재 장치(M3)의 반송 레일(30)의 반송면의 복수점에서의 각각의 높이를 나타내고 있다. 여기에서, (i)는 각 복수점의 각각을 나타내는 표시이다.
이들 H2(i), H3(i)는 설계 데이터 상에서는 동일한 반송 패스라인 상의 각 점으로서, 본래는 동일 높이로 되어 있어야 한다. 그러나 복수의 장치를 연결하여 구성된 반송 라인에서는, 장치마다 반송 컨베어의 높이에 어느 정도 높이차가 존재할 수 밖에 없어, H2(i), H3(i)의 높이에는 편차가 생긴다.
이 때문에, 반송 레일(20)이나 반송 레일(30)에 의해 기판(4)을 지지하여 위치 결정한 상태에 있어서, 상술한 편차로 인해, 인쇄 검사 장치(M2)에서 반송 레일(20)에 지지된 상태와, 전자 부품 탑재 장치(M3)에서 반송 레일(30)에 지지된 상태에서, 기판(4) 상면의 높이는 서로 다르게 된다. 그리고 반송 레일(20), 반송 레일(30)에서 기판(4)의 단부를 클램프 부재(20a, 30a)로 각각 파지(把持)하는 경우에 고정 상태에 편차가 있는 경우, 또는 반송면이나 고정면에 먼지 등 무엇인가 이물질이 껴 있는 경우에는, 기판(4) 상면의 높이의 일치성이 점차 없어진다.
인쇄 검사 장치(M2)에서 기판(4)의 높이 계측점을 계측하여 얻어진 기판(4)의 높이 계측 정보를 전자 부품 탑재 장치(M3)에서의 부품 탑재 동작에 반영시킬 수 있기 위해서는, 반송 레일(20)에 기판(4)이 지지된 상태가 반송 레일(30)에 기판(4)이 지지된 경우에도 잘 재현되어야 한다. 그러나 상술한 바와 같이 실제 조건으로서, 장치마다 서로 다른 반송 레일에 의해 기판(4)을 지지하여 위치 결정한 상태에서 정밀한 일치성은 기대할 수 없으므로, 어떠한 방법에 의해 장치간의 높이차를 보정할 필요가 있다.
이 때문에, 본 실시예에 나타내는 전자 부품 실장 방법에 있어서는, 기판(4)의 4 모서리의 코너 위치에 설치된 인식 마크(4m)를 높이 기준점(특정의 높이 계측점)으로 정해 두고, 인쇄 검사 장치(M2), 전자 부품 탑재 장치(M3)에서 동일한 인식 마크(4m)의 높이를 계측한 결과에 기초하여 장치 간의 높이 차를 보정하도록 하고 있다. 즉 반송 레일(20)에 지지된 상태의 기판(4)에서의 인식 마크(4m)의 높이를 계측하여, 각 인식 마크(4m(i))에 대하여 H2m(i)를 얻는다. 마찬가지로, 반송 레일(30)에 지지된 상태의 기판(4)에서의 인식 마크(4m)의 높이를 계측하여, 각 인식 마크(4m(i))에 대하여 H3m(i)을 얻는다. 그리고 동일한 인식 마크(4m(i))에 대하여 얻어진 높이 변화량(Δh1m(i))(=H2m(i)-H3m(i))(i=1~4)을, 기판 높이 보정 데이터로서 구한다. 물론 높이 기준점으로, 인식 마크(4m) 이외의 다른 특징점을 이용할 수도 있다.
이어서, 구해진 Δhm(i)(i=1~4)을 이용하여, 도 7(c)에 나타내는 바와 같이, 반송 레일(20)에 지지된 상태의 기판(4)에서의 각 인식 마크(4m)에 의해 규정되는 평면(PL1) 상의 점과, 반송 레일(30)에 지지된 상태의 기판(4)에서의 각 인식 마크(4m)에 의해 규정되는 평면(PL2) 상의 점을 상호 대응시키는 3차원의 좌표 변환식을 구한다. 이로 인해, 기판(4) 상의 임의의 점에서의 평면(PL1)과 평면(PL2) 사이의 높이 차(Δh2)를 연산에 의해 구할 수 있으며, 따라서 도 6에서 나타낸 기판(4)의 휨 변형에 기인하는 변위(Δh1) 뿐만 아니라, 장치 간의 높이 차 등에 기인하는 높이 변화량(Δh2)을 더 고려하여 실장 높이의 보정을 수행하는 것이 가능해진다.
이러한 실장 높이의 보정을 수행하기 위한 높이 계측점의 설정 형태로서, 실장 대상이 되는 기판(4)의 변형 상태나 전자 부품(6)의 종류에 따라, 도 8에 나타내는 두 가지 방법이 선택 가능하다. 즉, 기판(4)의 변형 거동이 일정한 경향을 나타내지 않고 변형 상태가 불규칙한 경우나, 실장되는 전자 부품이 극히 고정밀도의 실장 높이 제어를 필요로 하는 경우에는, 도 8(A)에 나타내는 바와 같이, 인쇄 검사 장치(M2)에 있어서 4 모서리의 코너 위치에 설치된 인식 마크(4m)와 함께, 땜납 인쇄 후의 부품 실장 위치(P)를 높이 계측점으로서 그대로 이용하여, 전극(4a)에 인쇄된 땜납 페이스트(5)의 상면의 높이 위치를 직접 계측한다. 그리고 전자 부품 탑재 장치(M3)에서는, 도 8(C)에 나타내는 인식 마크(4m)만을 높이 계측 대상으로 하고, 이 높이 계측 결과에 기초하여 연산에 의해 구해진 상술한 높이 변화량(Δh2)을 인쇄 검사 장치(M2)에서의 계측 결과에 가미하여 보정 실장 높이(H*)를 구한다.
도 8(B)는 인쇄 검사 장치(M2)에 있어서 4 모서리의 코너 위치에 설치된 인 식 마크(4m)와 함께, 기판(4)에 미리 실장 위치와는 관계없이 설정된 높이 계측점(4b)을 대상으로 하여 높이 계측을 수행하는 예를 나타내고 있다. 이 경우에는 기판(4)의 전체 변형 형상을 추정하기에 적절한 높이 계측점의 배열(예를 들면 격자(matrix) 배열)을 설정해 두고, 인쇄 검사 장치(M2)에서 이들 복수의 계측점의 높이 계측을 수행하여, 이 높이 계측 결과로부터 기판(4)의 표면 형상을 3차원적으로 추정한다. 즉, 기판(4)의 임의 위치에서의 상하 방향의 변위(Δh1)를 수치 연산에 의해 근사적으로 구한다. 그리고 전자 부품 탑재 장치(M3)에서는, 도 8(C)에 나타내는 인식 마크(4m)만을 높이 계측 대상으로 하여, 이 높이 계측에 의해 구해진 상술한 높이 변화량(Δh2)을 인쇄 검사 장치(M2)에서의 계측 결과에 가미하여 보정 실장 높이(H*)를 구한다.
본 실시예에서는 기판 높이 데이터 및 기판 높이 보정 데이터에 기초하여, 상술한 보정 실장 높이(H*) 뿐만 아니라, 이하에 설명하는 바와 같이, 부품 탑재 동작에서의 제어 파라미터, 즉 속도 파라미터, 위치 파라미터 및 하중 파라미터의 갱신/수정을 수행하도록 하고 있다. 이들 제어 파라미터는, 종래 장치에서는 미리 부품 종류에 따라 고정값으로 설정되어 있던 것이지만, 본 실시예에서는 이들 제어 파라미터를 각 부품 종류마다 기판 높이 데이터 및 기판 높이 보정 데이터에 따라 다른 값을 갖는 데이터 테이블의 형태로 탑재 조건 기억부(40)에 기억시키도록 하고 있다.
그리고 인쇄 검사 장치(M2)가 각 기판에 대하여 기판 높이 계측을 수행할 때마다, 전자 부품 탑재 장치(M3)는 기판 높이 계측 결과를 기판 높이 데이터로서 수 취하고, 또한 전자 부품 탑재 장치(M3)에 구비된 제 2 기판 높이 계측 기능에 의해 구해진 기판 높이 보정 데이터를 상술한 기판 높이 데이터에 가미한 기판 높이 산출 결과에 따른 파라미터값을 탑재 제어부(37)가 데이터 테이블로부터 읽어 내어 기설정치와 치환함으로써, 제어 파라미터를 미세 조정하도록 하고 있다.
따라서 탑재 제어부(37)는 기판 높이 데이터 및 기판 높이 보정 데이터에 기초하여, 전자 부품 탑재 장치(M3)에서의 탑재 헤드(34)의 부품 탑재 동작을 제어하는 제어 파라미터를 갱신하는 파라미터 갱신 수단이 되고 있다. 이와 같이 기판 높이 데이터를 기판 높이 보정 데이터에 의해 더 보정하여 구해진 기판 높이 연산 결과에 따라 제어 파라미터를 갱신함으로써, 탑재 헤드(34)에 의한 부품 탑재 동작을 보다 정밀하게 제어하여, 부품 위치 어긋남이나 탑재 에러를 일으키는 일 없이 부품 탑재를 수행함과 동시에, 후공정의 리플로우(reflow) 시에 땜납 접합 조건을 적정하게 확보하여, 높은 정밀도로 신뢰성이 우수한 부품 실장을 수행할 수 있다.
속도 파라미터는 도 9(A)에 나타내는 바와 같이, 탑재 헤드(34)를 기판(4)에 대하여 승강시키는 헤드 승강 속도(V)의 속도 패턴을 규정하는 제어 파라미터이다. 위치 파라미터는 도 9(B)에 나타내는 바와 같이, 부품(6)을 노즐(34a)에 의해 지지한 탑재 헤드(34)를 하강시킬 때의 전자 부품(6)의 하한 정지 위치(HL)를 규정하는 제어 파라미터이다. 또한 하중 파라미터는 도 9(C)에 나타내는 바와 같이, 탑재 헤드(34)에 의해 전자 부품(6)을 기판(4)에 대하여 가압하는 가압력(F)을 규정하는 제어 파라미터이다.
또한 제어 파라미터는 상기 항목에 한정되는 것이 아니라, 상기 이외의 항목 을 기판 높이 계측 결과와 링크(rink)시킬 수도 있다. 예를 들면 전자 부품(6)을 기판(4) 상에 착지시킨 후에 노즐(34a)이 땜납 페이스트(5)에 지지된 전자 부품(6)의 상면으로부터 이탈할 때에는, 노즐(34a)로부터 정압 공기를 분출시키는 에어 블로우가 수행되는데, 이 에어 블로우에서의 블로우 압력이나, 에어 분출의 타이밍을 가변의 제어 파라미터로서 채용하여, 기판 높이 계측 결과에 따라 이들 제어 파라미터를 변경하도록 할 수도 있다.
다음으로, 도 10, 도 11을 참조하여, 이 전자 부품 실장 시스템에 의해 수행되는 전자 부품 실장 작업에 대하여 설명한다. 이 전자 부품 실장 작업에서는 도 10에 나타내는 바와 같이, 먼저 인쇄 장치(M1)에 의해 기판(4)에 땜납 페이스트(5)가 인쇄된다(ST1). 이어서, 기판(4)은 인쇄 검사 장치(M2)로 보내지고, 여기에서 땜납 인쇄 상태의 검사와 함께, 도 11(A)에 나타내는 바와 같이, 높이 계측기(22)를 기판(4)의 높이 계측점으로서의 부품 탑재 위치 및 높이 기준점으로서의 인식 마크(4m)의 상방에 위치시켜, 기판 높이 계측이 실행된다(ST2).
이에 따라, 대상으로 하는 실장 위치에 인쇄된 땜납 페이스트(5)의 상면의 높이 위치를 나타내는 보정 실장 높이(H; 도 6(B) 참조)가 계측에 의해 직접 구해져, 기판 높이 데이터로서 출력된다. 다음으로, 기판(3)을 전자 부품 탑재 장치(M3)에 보냄과 동시에, 계측 결과를 기판 높이 데이터로 하여 통신 네트워크(2)를 통해 전자 부품 탑재 장치(M3)에 전송한다(ST3). 그리고 전자 부품 탑재 장치(M3)가 계측 결과를 수취하고(ST4), 이어서 전자 부품 탑재 장치에 의해 높이 기준점의 높이 계측을 수행하여, 기판 높이 보정 데이터를 구한다(ST5).
그리고 수취한 기판 높이 데이터와 장치(M3)의 계측 결과로부터 구해진 기판 높이 보정 데이터에 기초하여, 탑재 헤드(34)의 실장 조건을 결정한다(ST6). 즉 상술한 제어 파라미터를, 기판 높이 데이터 및 기판 높이 보정 데이터에 기초하여 각 실장 위치마다 갱신한다. 여기에서는, 실장 대상 기판이 전자 부품 실장 장치(M3)에 보내질 때마다, 각 기판마다 계측된 기판 높이 데이터가 전자 부품 실장 장치(M3)에 전송되어, 연속 생산 중에 제어 파라미터의 갱신을 실시간으로 수행할 수 있도록 되어 있다.
그리고 갱신된 제어 파라미터를 이용하여 탑재 헤드(34)에 부품 탑재 동작을 수행시켜, 기판(4)에 전자 부품(6)을 실장한다(ST7). 즉, 도 11(A)에 나타내는 바와 같이, 전자 부품(6)을 노즐(34a)에 의해 지지한 탑재 헤드(34)를 적정한 속도 패턴으로 하강시켜, 보정 실장 높이(H*)에 대응하는 하한 정지 위치(HL)까지 전자 부품(6)의 하면을 하강시키고, 이 후 적정한 가압 하중에 의해 전자 부품(6)을 가압한다.
이에 따라, 전자 부품(6)은 하강 속도의 설정이 부적절함에 따른 탑재 위치 어긋남을 일으키는 일 없이 올바른 위치에 정밀도 높게 착지하고, 또한 땜납 페이스트(5)의 상면으로부터 적정 양만큼 밀어 넣어진 위치에서 정지한다. 따라서 기판(4)은 전자 부품(6)의 접합용 단자가 기판(4)의 전극(4a)에 대하여 적정 두께의 땜납 페이스트를 개재시킨 상태에서 위치 맞춤된다. 그리고 이 상태로 리플로우(reflow) 장치에 보내져 가열됨으로써, 적정한 땜납 접합 조건으로 전자 부품(6)의 단자를 전극(4a)에 접합할 수 있다.
즉 상술한 전자 부품 실장 방법은 인쇄 검사 장치(M2)에 구비된 제 1 기판 높이 계측 기능에 의해, 기판(4)의 상면에 설정된 높이 계측점의 높이 위치를 계측하고, 계측 결과를 기판 높이 데이터로서 출력하는 제 1 기판 높이 계측 공정과, 제 1 기판 높이 계측 공정 후에 전자 부품 탑재 장치(M3)에 반입된 기판(4)을 대상으로 하여, 제 2 기판 높이 계측 기능에 의해 높이 계측점 중 적어도 특정의 높이 계측점인 높이 기준점의 높이 위치를 계측하고, 계측 결과를 기판 높이 보정 데이터로서 출력하는 공정과, 전자 부품 탑재 장치(M3)의 탑재 헤드(34)에 의해 부품 공급부로부터 전자 부품(6)을 픽업하여 기판(4)에 탑재하는 탑재 공정을 포함하며, 탑재 공정 실행시에 있어서, 기판 높이 데이터 및 기판 높이 보정 데이터에 기초하여, 전자 부품 탑재 장치(M3)에서의 탑재 헤드(34)의 부품 탑재 동작을 제어하기 위한 제어 파라미터를 갱신하는 형태로 되어 있다.
그리고 제어 파라미터로서, 탑재 헤드(34)를 기판(4)에 대하여 승강시키는 헤드 승강 속도의 속도 패턴을 규정하는 속도 파라미터와, 탑재 헤드(34)를 하강시킬 때의 하한 정지 위치를 규정하는 위치 파라미터와, 탑재 헤드(34)에 의해 전자 부품(6)을 기판(4)에 대하여 가압하는 가압력을 규정하는 하중 파라미터 중 적어도 하나를 이용하고 있다.
이와 같이 부품 탑재 공정 실행시에 있어서, 기판 높이 데이터에 기초하여 탑재 헤드(34)의 부품 탑재 동작을 제어하기 위한 제어 파라미터를 갱신함으로써, 박형의 수지 기판 등 휘어지기 쉬워 휨 변형을 일으키기 쉬운 기판을 실장 대상으로 하는 경우에도, 개개의 기판의 높이 위치의 편차를 보정하여, 기판의 높이 방향 의 위치 오차에 기인하는 실장 문제점을 방지할 수 있다. 또한 종래 방법에 있어서, 이러한 변형하기 쉬운 기판을 대상으로 하는 경우에 필요했던 휨 교정용의 베어링 핀을 설치할 필요가 없어, 기판 베어링 기구를 간략화할 수 있다.
본 출원은 2005년 12월 22에 출원된 일본 특허 제2005-369653호에 기초하고, 그 우선권의 이익을 주장하며, 그 내용 전체는 참조로서 본 출원에 통합되어 있다.
본 발명의 전자 부품 실장 시스템 및 전자 부품 실장 방법은, 개개의 기판의 높이 위치 편차를 고정밀도로 보정하여, 기판의 높이 방향의 위치 오차에 기인하는 실장 문제점을 방지할 수 있다는 효과를 가지며, 전자 부품을 기판에 땜납 접합에 의해 실장하여 실장 기판을 제조하는 분야에 이용 가능하다.

Claims (8)

  1. 복수의 전자 부품 실장용 장치를 연결하여 구성되며 기판에 전자 부품을 실장하여 실장 기판을 제조하는 전자 부품 실장 시스템으로서,
    상기 기판의 상면에 설정된 높이 계측점의 높이 위치를 계측하여 계측 결과를 기판 높이 데이터로서 출력하는 제 1 기판 높이 계측 기능을 갖는 기판 높이 계측 장치;
    상기 기판 높이 계측 장치에 의해 높이 계측이 수행된 후 반입된 기판을 대상으로 하여, 상기 높이 계측점 중 적어도 특정의 높이 계측점의 높이 위치를 계측하여 계측 결과를 기판 높이 보정 데이터로서 출력하는 제 2 기판 높이 계측 기능 및 탑재 헤드에 의해 부품 공급부로부터 전자 부품을 픽업하여 상기 기판에 탑재하는 부품 탑재 기능을 구비한 전자 부품 탑재 장치; 및
    상기 기판 높이 데이터 및 기판 높이 보정 데이터에 기초하여 상기 전자 부품 탑재 장치에서의 탑재 헤드의 부품 탑재 동작을 제어하기 위한 제어 파라미터를 갱신하는 파라미터 갱신 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 전자 부품 실장 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기판 높이 계측 기능에 의해 취득된 상기 높이 계측점은 기판의 4 모서리 코너 위치와 부품 실장 위치에 제공되는 인식 마크의 위치이고,
    상기 제 2 기판 높이 계측 기능에 의해 취득된 상기 특정의 높이 계측점은 기판의 4 모서리 코너에 제공되는 인식 마크의 위치인 것을 특징으로 하는 전자 부품 실장 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기판 높이 계측 기능에 의해 취득된 상기 높이 계측점에서 높이는 기판의 4 모서리 코너 위치와 격자로 배치되는 복수의 계측점에 제공되는 인식 마크의 위치이고,
    상기 제 2 기판 높이 계측 기능에 의해 취득된 상기 특정의 높이 계측점은 기판의 4 모서리 코너에 제공되는 인식 마크의 위치인 것을 특징으로 하는 전자 부품 실장 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어 파라미터는, 상기 탑재 헤드를 상기 기판에 대하여 승강시키는 헤드 승강 속도의 속도 패턴을 규정하는 속도 파라미터와, 상기 탑재 헤드를 하강시킬 때의 하한 정지 위치를 규정하는 위치 파라미터와, 상기 탑재 헤드에 의해 전자 부품을 기판에 대하여 가압하는 가압력을 규정하는 하중 파라미터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 실장 시스템.
  5. 복수의 전자 부품 실장용 장치를 연결하여 구성된 전자 부품 실장 시스템에 의해 기판에 전자 부품을 실장하여 실장 기판을 제조하는 전자 부품 실장 방법으로서,
    기판 높이 계측 장치에 구비된 제 1 기판 높이 계측 기능에 의해 상기 기판의 상면에 설정된 높이 계측점의 높이 위치를 계측하고, 계측 결과를 기판 높이 데이터로서 출력하는 제 1 기판 높이 계측 공정;
    상기 제 1 기판 높이 계측 공정 후에 전자 부품 탑재 장치에 반입된 기판을 대상으로 하여 제 2 기판 높이 계측 기능에 의해 상기 높이 계측점 중 적어도 특정의 높이 계측점의 높이 위치를 계측하고, 계측 결과를 기판 높이 보정 데이터로서 출력하는 제 2 기판 높이 계측 공정; 및
    상기 전자 부품 탑재 장치의 탑재 헤드에 의해 부품 공급부로부터 전자 부품을 픽업하여 상기 기판에 탑재하는 탑재 공정을 포함하고,
    상기 탑재 공정 실행시에 있어서, 상기 기판 높이 데이터 및 기판 높이 보정 데이터에 기초하여, 상기 전자 부품 탑재 장치에서의 탑재 헤드의 부품 탑재 동작을 제어하기 위한 제어 파라미터를 갱신하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 실장 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 기판 높이 계측 기능에 의해 취득된 상기 높이 계측점은 기판의 4 모서리 코너 위치와 부품 실장 위치에 제공되는 인식 마크의 위치이고,
    상기 제 2 기판 높이 계측 기능에 의해 취득된 상기 특정의 높이 계측점은 기판의 4 모서리 코너에 제공되는 인식 마크의 위치인 것을 특징으로 하는 전자 부품 실장 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 기판 높이 계측 기능에 의해 취득된 상기 높이 계측점에서 높이는 기판의 4 모서리 코너 위치와 격자로 배치되는 복수의 계측점에 제공되는 인식 마크의 위치이고,
    상기 제 2 기판 높이 계측 기능에 의해 취득된 상기 특정의 높이 계측점은 기판의 4 모서리 코너에 제공되는 인식 마크의 위치인 것을 특징으로 하는 전자 부품 실장 방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 제어 파라미터는, 상기 탑재 헤드를 상기 기판에 대하여 승강시키는 헤드 승강 속도의 속도 패턴을 규정하는 속도 파라미터와, 상기 탑재 헤드를 하강시킬 때의 하한 정지 위치를 규정하는 위치 파라미터와, 상기 탑재 헤드에 의해 전자 부품을 기판에 대하여 가압하는 가압력을 규정하는 하중 파라미터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 실장 방법.
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