WO2021220649A1

WO2021220649A1 - 半田プリコート形成装置および実装基板製造装置

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Publication number: WO2021220649A1
Application number: PCT/JP2021/010637
Authority: WO
Inventors: 正幸萬谷
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2020-04-28
Filing date: 2021-03-16
Publication date: 2021-11-04
Also published as: JPWO2021220649A1

Abstract

開示される半田プリコート形成装置（１０）は、半田ペースト供給領域ＰＡにおいて基板（１）に半田ペーストを供給する半田ペースト供給部（１００）と、基板（１）に供給された半田ペーストを、半田プリコートを形成するために加熱する加熱装置を含む加熱部（２１０）と、半田ペースト供給部（１００）において基板（１）を搬送する第１の基板搬送部（印刷ステージコンベア（２３１））と、加熱装置による加熱が行われる加熱領域ＨＡにおいて基板（１）を搬送する第２の基板搬送部（基板中継コンベア（２３２））と、第１および第２の基板搬送部を制御する制御部とを含む。

Description

半田プリコート形成装置および実装基板製造装置

　本発明は、半田プリコート形成装置および実装基板製造装置に関する。

　半田接合で基板に電子部品を実装することによって、電子部品実装基板を製造する電子部品実装方法が知られている（例えば特許文献１）。特許文献１の方法は、ソルダーペーストを印刷する工程と、ソルダーペースト上に電子部品を載置してリフロー半田付けを行う工程とを含む。しかしながら、このような方法（ソルダーペースト印刷工法）では、高密度実装に対応できない場合がある。そのため、近年、電子部品が載置される基板のランドに、半田被膜を予め形成しておく方法（半田プリコート工法）が再び脚光を浴びようとしている（例えば特許文献２）。形成される半田被膜は、「半田プリコート」と称される場合がある。

特開２０１３－２４３２２２号公報特開２０１８－１６７２９７号公報

　電子部品実装基板を製造する事業者が、半田プリコート工法で電子部品実装基板を製造しようとした場合は、半田プリコートをあらかじめ形成した基板を入手する必要がある。この入手方法には、半田プリコートを形成した基板を外部から調達するか、自前で準備するかの二つの方法がある。しかしながら、外部から調達すると電子部品実装基板の製造コストが高くなる。また、電子部品実装基板の設計変更に迅速に対応することが難しくなる。

　一方、自前で準備する場合、電子部品実装基板を製造する実装ラインを半田プリコートの形成に流用することは不可能ではない。しかし、その場合には、半田プリコートを形成する場合と電子部品実装基板を製造する場合とで実装ラインの設定等を変更する必要があるため、運用が複雑化して現実的ではない。また、実装ラインは半田プリコート形成専用に作られた設備ではないので、その目的の割には設備の価格は高価であり、またサイズも大型である。

　このような状況において、本発明は、基板に半田プリコートを形成するための半田プリコート形成装置を提供することを、目的の１つとする。本発明は、基板に半田プリコートを形成し、さらに当該基板に電子部品を実装する実装基板製造装置を提供することを、目的の１つとする。

　本発明の一局面は、半田プリコート形成装置に関する。当該装置は、半田プリコートを基板上に形成するための半田プリコート形成装置であって、半田ペースト供給領域において基板に半田ペーストを供給する半田ペースト供給部と、前記基板に供給された前記半田ペーストを、半田プリコートを形成するために加熱する加熱装置を含む加熱部と、前記半田ペースト供給部において前記基板を搬送する第１の基板搬送部と、前記加熱部において前記基板を搬送する第２の基板搬送部と、前記第１および第２の基板搬送部を制御する制御部と、を備える。

　本発明の他の一局面は、実装基板製造装置に関する。当該実装基板製造装置は、基板と前記基板上に半田付けされた電子部品とを含む実装基板を製造するための実装基板製造装置であって、半田ペースト供給領域において基板に半田ペーストを供給する半田ペースト供給部と、前記基板に供給された前記半田ペーストを、半田プリコートを形成するために加熱する加熱装置を含む第１の加熱部と、前記基板に形成された前記半田プリコート上に前記電子部品を搭載する電子部品搭載装置と、前記電子部品が搭載された前記半田プリコートを溶融させることによって前記電子部品を前記基板に半田付けする第２の加熱部と、前記半田ペースト供給部から、前記第１の加熱部、前記電子部品搭載装置、および前記第２の加熱部へ前記基板を搬送する基板搬送装置と、を備える。

　本発明によれば、基板に半田プリコートを形成するための半田プリコート形成装置、および、基板と当該基板上に半田付けされた電子部品とを含む実装基板製造装置が得られる。
　本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本発明の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。

本発明の半田プリコート形成装置の一例を示す図である。本発明の半田プリコート形成装置の一例の一部を示す図である。本発明の半田プリコート形成装置の一例の一部を示す図である。本発明の半田プリコート形成装置で使用される一例の基板とマスクプレートの断面図である。本発明の半田プリコート形成装置で使用される一例の基板とマスクプレートの断面図である。本発明の半田プリコート形成装置で使用される一例の基板とマスクプレートの平面図である。本発明の半田プリコート形成装置を用いた一例のスクリーン印刷の一工程を示す図である。本発明の半田プリコート形成装置を用いた一例のスクリーン印刷の一工程を示す図である。半田プリコートが形成された基板の一例の断面図である。本発明の実装基板製造装置の一例を示す図である。電子部品搭載装置の一例を示す図である。電子部品を基板に実装する一例の工程の説明図である。電子部品を基板に実装する一例の工程の説明図である。電子部品を基板に実装する一例の工程の説明図である。

　以下では、本発明の半田プリコート形成装置の一例および実装基板製造装置の一例について、図面を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明で用いる図は、すべて模式的な図である。

　（半田プリコート形成装置）
　本発明に係る半田プリコート形成装置は、半田プリコートを基板上に形成するための半田プリコート形成装置である。当該装置は、半田ペースト供給領域において基板に半田ペーストを供給する半田ペースト供給部と、基板に供給された半田ペーストを、半田プリコートを形成するために加熱する加熱装置を含む加熱部と、半田ペースト供給部において基板を搬送する第１の基板搬送部と、加熱部において基板を搬送する第２の基板搬送部と、第１および第２の基板搬送部を制御する制御部と、を備える。

　制御部は、第１および第２の基板搬送部を制御する。制御部の構成に特に限定はなく、公知の制御部と同様の構成を適用することが可能である。たとえば、制御部は、演算処理装置（ＣＰＵ）と記憶装置（メモリ）とを含んでもよい。記憶装置に、第１および第２の基板搬送部を制御するためのプログラムが格納されてもよい。

　半田プリコート形成装置では、第１および第２の基板搬送部を制御部で制御する。そのため、半田プリコート形成装置によれば、基板搬送の制御が容易である。また、半田プリコート形成装置によれば、半田ペーストの供給と半田プリコートを形成するための加熱とを１つの装置で一貫して行うことが可能である。そのため、半田プリコート形成装置は、電子部品実装基板を製造する製造ラインに用いることによって、製造ラインの構成を短く且つ簡単化することが可能である。すなわち、半田プリコート形成装置は、電子部品実装基板を製造する製造ラインに好ましく用いることができる。

　本発明の半田プリコート形成装置は、加熱部から搬送された基板を冷却する冷却部をさらに含んでもよい。この場合、半田プリコート形成装置は、冷却部において基板を搬送する第３の基板搬送部をさらに含んでもよく、制御部は第３の基板搬送部を制御してもよい。

　本発明の半田プリコート形成装置において、第２の基板搬送部は、第１の基板搬送部によって半田ペースト供給部から搬送された基板を受けて搬送してもよい。

　本発明の半田プリコート形成装置において、半田ペースト供給部は、スクリーン印刷によって基板に半田ペーストを供給してもよい。この場合、半田ペースト供給部は、形成される半田プリコートよりも大きい開口部を有するマスクを用いて半田ペーストをスクリーン印刷してもよい。

　現在、電子部品の微細化に対応して、半田プリコートが形成されるランドも微細化しており、スクリーン印刷で使用するマスクの開口部も微細化している。このようなマスクを用いる場合、適切に半田ペーストを供給するには、微細な半田粒子を含む半田ペーストを用いる必要がある。しかし、微細な半田粒子を含む半田ペーストは高価であるため、電子部品実装基板の製造コストが高くなる。半田プリコートが形成されるランドよりも大きい開口部を有するマスクを用いることによって、安価な半田ペーストを用いることが可能となる。すなわち、半田プリコートを安価に形成することが可能となる。

　本発明の半田プリコート形成装置において、加熱装置は、基板に供給された半田ペーストの一部を局所的に加熱できる局所加熱装置を含んでもよい。この場合、当該局所加熱装置は、マイクロ波による加熱、または誘導加熱（電磁誘導による加熱）を行ってもよい。局所加熱装置は、ホットエアー、ソフトビーム、赤外線、輻射熱などを用いて加熱を行ってもよい。また、加熱装置が局所加熱装置を含む場合、加熱部は、基板の全体を加熱する基板加熱装置を含んでもよい。基板加熱装置で基板全体を補助的に加熱することによって、局所加熱装置で半田を溶融させることが容易になる。

　（実装基板製造装置）
　本発明の実装基板製造装置は、基板と基板上に半田付けされた電子部品とを含む実装基板を製造するための装置である。当該装置は、半田ペースト供給領域において基板に半田ペーストを供給する半田ペースト供給部と、基板に供給された半田ペーストを、半田プリコートを形成するために加熱する加熱装置を含む第１の加熱部と、基板に形成された半田プリコート上に電子部品を搭載する電子部品搭載装置と、電子部品が搭載された半田プリコートを溶融させることによって電子部品を基板に半田付けする第２の加熱部と、半田ペースト供給部から、第１の加熱部、電子部品搭載装置、および第２の加熱部へ基板を搬送する基板搬送装置と、を備える。

　本発明の実装基板製造装置によれば、基板上の半田プリコートの形成から電子部品の半田付けまでを、一貫して効率よく実施できる。

　本発明の実装基板製造装置は、第１の加熱部と電子部品搭載装置との間に配置された冷却部をさらに含んでもよく、冷却部は、第１の加熱部から搬送された基板を冷却してもよい。

　本発明の実装基板製造装置は、第１の加熱部と電子部品搭載装置との間に配置されたフラックス塗布部をさらに含んでもよく、フラックス塗布部は、電子部品が搭載される前の半田プリコート上に半田フラックスを塗布してもよい。なお、実装基板製造装置が上記冷却部を含む場合には、フラックス塗布部は、上記冷却部と電子部品搭載装置との間に配置される。

　本発明の実施の形態の半田プリコート形成装置１０の一例の構成を、図１に模式的に示す。なお、本明細書では基板１が搬送される方向に沿った方向をＸ軸とし、垂直方向をＺ軸とし、Ｘ軸およびＺ軸に垂直な方向をＹ軸とする。またそれぞれの軸に沿った方向をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向とする。

　半田プリコート形成装置１０は、基板１に半田プリコート部を形成する装置である。図１に示すように、半田プリコート形成装置１０は、半田ペースト供給部１００、加熱部２１０、冷却部２２０を含む。これらは基台１０１上にＸ軸方向に一列に並べて配置されている。これらの内部には、Ｘ軸方向に沿って基板を搬送する基板搬送部２３０が配置されている。半田ペースト供給部１００は、基板１に半田ペーストを供給する。加熱部２１０は基板１に供給された半田ペーストを加熱して半田ペーストに含まれる半田粒子を溶融する。冷却部２２０は溶融した半田粒子（以下、「溶融半田」と称する場合がある）を冷却して固化する。基板搬送部２３０は基板１を半田ペースト供給部１００、加熱部２１０、冷却部２２０の順で搬送する。基台１０１の内部には、半田プリコート形成装置１０を制御するための制御部２０が配置されている。制御部２０は、半田ペースト供給部１００、加熱部２１０、冷却部２２０並びに基板搬送部２３０を制御して基板１に半田プリコート部を形成する作業を半田プリコート形成装置１０に実行させる。このように、本発明の半田プリコート形成装置１０は、半田プリコート形成に必要な半田ペースト供給部１００と加熱部２１０とを一体的に備えた装置となっている。

　（半田ペースト供給部）
　実施形態１で示す半田ペースト供給部１００は、スクリーン印刷によって半田ペーストを基板１上に供給する。なお、上述したように、スクリーン印刷以外の方法によって半田ペーストを供給してもよい。理解を容易にするために、図１では、半田ペースト供給部１００、加熱部２１０、および冷却部２２０のそれぞれに基板１が配置されている一例を示す。

　半田ペースト供給部１００は、移動テーブル１０２、昇降機構１０３、印刷ステージ１０４、印刷ヘッド１１３、カメラ部１１５、およびマスクプレート（マスク）１１６、印刷ステージコンベア（第１の基板搬送部）２３１、基板搬入コンベア２３４、基板中継コンベア（第２の基板搬送部）２３２を含む。

　基板搬入コンベア２３４側から印刷ステージ１０４および印刷ヘッド１１３の周辺部を見たときの模式図を、図２、図３に示す。なお、以下の模式図では、説明に不要な部材の図示を省略する場合がある。

　基台１０１には一対の支持フレーム１１がＸ方向に間隔をあけて立設されている。支持フレーム１１に挟まれた基台１０１上には移動テーブル１０２が配置されている。移動テーブル１０２には印刷ステージ１０４を昇降させる昇降機構１０３が配置されている。移動テーブル１０２は、昇降機構１０３を水平方向（Ｘ軸およびＹ軸に沿った方向並びにＺ軸を中心とした水平面内での回転方向。以下、同様である。）に移動させることによって、印刷ステージ１０４を水平方向に移動させる。昇降機構１０３は、印刷ステージ１０４をＺ軸に沿って移動、すなわち昇降させる。

　印刷ステージ１０４は、昇降機構１０３に結合された基部１０４ａを含む。基部１０４ａの上面には支柱１０４ｂが設けられている。支柱１０４ｂの上端部には、Ｘ軸に沿って延びる基板ガイド１０４ｃが結合されている。基板ガイド１０４ｃの内側には、基板１を搬送するためのベルトを含む印刷ステージコンベア２３１が配置されている。

　印刷ステージコンベア２３１は、一方の支持フレーム１１の開口部を貫通して配設された基板搬入コンベア２３４と、他方の支持フレーム１１の開口部を貫通して配設された基板中継コンベア２３２との間で基板１を受け渡すことが可能となっている。基板搬入コンベア２３４によって搬入された基板１は、印刷ステージコンベア２３１に受け渡されて半田ペースト供給領域ＰＡに搬送され、印刷ステージ１０４によって保持される。印刷ステージ１０４において半田ペーストが供給された基板１は、印刷ステージコンベア２３１の半田ペースト供給領域ＰＡから搬出され、基板中継コンベア２３２に受け渡される。本実施の形態では、印刷ステージコンベア２３１は、半田ペースト供給部１００（例えば半田ペースト供給領域ＰＡ）において基板１を搬送する第１の基板搬送部として機能する。基板中継コンベア２３２は、加熱部２１０において基板１を搬送する第２の基板搬送部として機能する。制御部２０は、印刷ステージコンベア２３１（第１の基板搬送部）および基板中継コンベア２３２（第２の基板搬送部）を制御する。

　基部１０４ａの上面には、バックアップ昇降機構１０４ｅが配置されている。バックアップ昇降機構１０４ｅは、基板１を下から支持するバックアップ部１０４ｆを昇降させる。印刷ステージコンベア２３１の半田ペースト供給領域ＰＡに基板１が搬入された状態で、バックアップ部１０４ｆを上昇させることによって、基板１の下面をバックアップ部１０４ｆで支持する。

　１対の基板ガイド１０４ｃの上面のそれぞれには、Ｘ軸に沿って延びるサイドクランパ１０４ｄが設けられている。サイドクランパ１０４ｄは、駆動機構（図示せず）によって開閉される。バックアップ部１０４ｆは基板１の下面を支持すると同時に基板１の上面とサイドクランパ１０４ｄの上面がそろう高さまで基板１を上昇させる。基板１とサイドクランパ１０４ｄの高さがそろった状態でサイドクランパ１０４ｄが閉じることにより、基板１の両側面がサイドクランパ１０４ｄで挟まれ、基板１が固定される。このようにして印刷ステージ１０４は基板１を保持する。

　１対の支持フレーム１１の上端には、印刷ヘッド１１３を支持する支持ビーム１１３ａが直動ガイド機構１１ａを介してＹ方向に移動自在に配置されている。支持ビーム１１３ａの一端部は、送りねじとこれを回転させるモータ等で構成された周知の印刷ヘッド移動機構１１ｂに結合した構成となっている。印刷ヘッド移動機構１１ｂが駆動することによりで印刷ヘッド１１３は、スキージング方向であるＹ方向に往復移動する。

　図２に示すように、印刷ヘッド１１３は支持ビーム１１３ａから下方に延出して設けられた後スキージ１１３ｂ、前スキージ１１３ｃを備えている。支持ビーム１１３ａの上面に設けられたスキージ駆動部１１３ｄを駆動することにより、スキージング方向に応じて後スキージ１１３ｂ、前スキージ１１３ｃのいずれかが下降する。

　印刷ヘッド１１３の下方にはマスクプレート１１６が水平な状態で配置されている。マスクプレート１１６には厚さ方向に貫通した開口が形成されている。この開口は開口部（パターン孔）１１６ａ（図４Ａ参照）であり、基板１に形成されたランド１ｂの配置や形状に対応して形成されている。半田ペースト供給部１００は、マスクプレート１１６の上面に供給された半田ペーストＰ（図３、図５Ａ参照）を後スキージ１１３ｂまたは前スキージ１１３ｃのいずれかで移動させることで半田ペーストＰを所定の印刷パターンで基板１上に供給するスクリーン印刷を実行する。

　ここで図４Ａ～図４Ｃを参照して、半田プリコートが形成される基板１とスクリーン印刷で使用するマスクプレート１１６の例について説明する。図４Ａは基板とマスクプレートの断面図、図４Ｂは基板とマスクプレートを位置合わせして重ねた状態を示す断面図、図４Ｃは基板とマスクプレートを位置合わせして重ねた状態を示す平面図である。図４Ｂは図４Ｃの線Ａ－Ａにおける断面図である。図４Ａに示すように、基板１は、板状部１ａと、板状部１ａ上に形成された複数のランド１ｂとを含む。ランド１ｂは、配線パターンの一部であり、半田プリコートが形成される部分である。

　図４Ａに示すように、マスクプレート１１６には、複数の開口部１１６ａが形成されている。開口部１１６ａの位置は、ランド１ｂの位置に対応している。ただし、実施形態１で示す一例では、開口部１１６ａは、対応するランド１ｂよりも大きい。すなわち、開口部１１６ａの面積は、対応するランド１ｂの面積よりも大きい。従って、マスクプレート１１６に基板１を理想的な状態で完璧に位置合わせすると、ランド１ｂは開口部１１６ａの内側に位置する。

　ランド１ｂのサイズが小さい場合に、ランド１ｂと同じ形状（すなわち同じ面積）を有する開口部１１６ａを採用すると、スクリーン印刷によって開口部１１６ａに充填される半田粒子が足りなくなる場合がある。これを回避するために半田粒子の粒径を非常に小さくした半田ペーストを用いることも考えられるが、その場合には高価な半田ペーストを用いる必要がある。従って、本実施の形態のように対応するランド１ｂの面積よりも大きい開口部１１６ａを採用することによって、半田が不足するという課題とコストの課題を解決することが可能となる。

　マスクプレート１１６の下方にはカメラ部１１５が配置されている。カメラ部１１５は支持フレーム１１に固定された周知のカメラ移動機構（図示省略）によってＸ方向とＹ方向へ移動できるようになっている。カメラ部１１５は、印刷ステージ１０４に保持された基板１とマスクプレート１１６を撮影するカメラを内蔵している。基板１の表面には基板１の位置を認識させるための基板基準マーク（図示せず）が形成されている。一方、マスクプレート１１６にも同様な目的のマスク基準マークまたは孔が形成されている。制御部２０は、カメラ部１１５によって基板基準マークとマスク基準マークとを撮影して画像を取得し、取得した画像の画像認識を行って基板１とマスクプレート１１６の相対的な位置ずれを計算する。そして移動テーブル１０２を駆動して両者の位置ずれがゼロまたは最小になるように印刷ステージ１０４の位置を調節して基板１とマスクプレート１１６の位置合わせを行う。

　（加熱部）
　次に加熱部２１０の構成について説明する。加熱部２１０は、半田ペースト供給部１００から延びた基板中継コンベア２３２の下流側を覆う筐体２１３と、筐体２１３の内部に配置された基板加熱装置２１１と局所加熱装置２１２（加熱装置）を含む。筐体２１３には、加熱によって発生した半田ペーストＰからの揮発成分を排気するための通気孔２１５が形成されている。

　局所加熱装置２１２は、基板中継コンベア２３２の上方に配置されおり、筐体２１３に配置された移動機構２１６によって水平方向へ移動可能になっている。局所加熱装置２１２としては、マイクロ波による加熱または誘導加熱等、基板１を局所的にあるいは半田ペーストＰを局所的に加熱するものであればよい。基板中継コンベア２３２上には加熱領域ＨＡが設けてあり、局所加熱装置２１２は、加熱領域ＨＡに位置する基板１の半田ペーストＰの一部を局所的に加熱して当該一部の半田ペーストＰに含まれる半田を溶融させる。基板加熱装置２１１は基板中継コンベア２３２の下方に配置され、加熱領域ＨＡに位置する基板１の全体を下方から加熱する。基板加熱装置２１１による加熱は、局所加熱装置２１２による半田の溶融を容易にするために補助的に基板１を加熱する。なお、基板加熱装置２１１がなくても半田ペーストＰ内の半田を溶融することができる場合には、基板加熱装置２１１を省略してもよい。

　基板中継コンベア２３２上は、半田ペースト供給部１００で半田ペーストＰが供給された基板１を受け取って加熱領域ＨＡへ搬送する。そして、局所加熱装置２１２による半田の溶融が終わると、加熱領域ＨＡから基板１を搬出して後述する冷却部２２０へ送る。本実施の形態では、基板中継コンベア２３２が、加熱装置による加熱が行われる加熱領域ＨＡにおいて基板１を搬送する第２の基板搬送部となっている。基板中継コンベア２３２は、半田ペースト供給部１００から加熱部２１０まで延びており、両者で共用されている。これにより、基板１の半田ペースト供給部１００から加熱部２１０への搬送をスムーズに行うことができ、半田プリコート製造装置の簡略化および小型化を実現できる。本実施の形態において、基板中継コンベア２３２の筐体２１３で覆われた区間は、加熱部２１０において基板を搬送する第２の基板搬送部に該当する。なお、基板中継コンベア２３２を、加熱領域ＨＡを通る区間とそれ以外の区間に区切られた複数の基板搬送コンベアで構成してもよい。この場合、加熱領域ＨＡを通る区間の基板搬送コンベアが第２の基板搬送部に該当する。

　（冷却部）
　次に冷却部２２０の構成について説明する。冷却部２２０は、基板搬出コンベア２３３を覆う筐体２２４と、筐体２２４の内部に配置された冷却ファン（冷却装置）２２１とを含む。筐体２２４には、冷却用の空気を導入および排出するための通気孔２２０ａおよび２２０ｂが形成されている。冷却ファン２２１を作動させることによって基板搬出コンベア２３３上の基板１を冷却する。これにより、加熱部２１０で溶融した半田を冷却して固化させる。本実施の形態において、基板搬出コンベア２３３は基板搬送部２３０を構成する基板搬送コンベアに属するものであり、冷却部において基板を搬送する第３の基板搬送部に該当する。

　本実施の形態の半田プリコート形成装置１０は以上のような構成である。以下、半田プリコート形成装置１０の動作とともに半田プリコート形成方法を説明する。制御部２０は、基板搬入コンベア２３４と印刷ステージコンベア２３１とを作動させて半田プリコートが形成されていない基板１を半田ペースト供給領域ＰＡへ搬送する。制御部２０は、半田ペースト供給領域ＰＡに基板１が搬送されてきたらバックアップ昇降機構１０４ｅを作動させてバックアップ部１０４ｆに基板１を支持させ、サイドクランパ１０４ｄによって基板をクランプさせる。これにより、印刷ステージ１０４は基板１を保持する。

　次に、マスクプレート１１６に対する基板１の水平方向の位置を位置合わせする。位置合わせは、まず、基板１をマスクプレート１１６に当接させる前に、印刷ステージ１０４に保持された基板１の基板基準マークをカメラ部１１５で撮影する。そして、撮影された画像を処理することによって、基板１の水平位置に関する位置情報が取得される（基板認識）。なお、マスクプレート１１６の水平位置に関する位置情報はあらかじめカメラ部１１５で撮像したマスク基準マークより取得されている（マスク認識）。制御部２０は、基板１の水平位置に関する位置情報とマスクプレート１１６の水平位置に関する位置情報より基板１とマスクプレート１１６の相対的な位置ずれを計算し、移動テーブル１０２を駆動して両者の位置ずれがゼロまたは最小になるように印刷ステージ１０４の位置を調節する。

　次に、制御部２０は、昇降機構１０３を駆動することによって基板１を上昇させてマスクプレート１１６の下面に当接させる。図４Ｂにはマスクプレート１１６の下面に基板１が接触した状態を示している。

　次に、制御部２０は、印刷ヘッド１１３を作動させて半田ペーストＰを基板１上にスクリーン印刷する。スクリーン印刷では、まずマスクプレート１１６の上面の半田ペーストＰを後スキージ１１３ｂまたは前スキージ１１３ｃを用いてマスクプレート１１６上を移動させる。これによって、開口部１１６ａを通過した半田ペーストＰの一部が開口部１１６ａに充填される。図５Ａには、後スキージ１１３ｂでスクリーン印刷している様子を示す。後スキージ１１３ｂがマスクプレート１１６の上面に接した状態で矢印Ｘ１の方向へ移動すると、マスクプレート１１６の上面の半田ペーストＰは後スキージ１１３ｂによって押されてマスクプレート１１６上を移動する。そして、半田ペーストＰが開口部１１６ａを通過するとその一部が開口部１１６ａ内に充填されてランド１ｂの表面に供給される。

　次に、制御部２０は、昇降機構１０３を駆動することによって基板１をマスクプレート１１６から引き離す（版離れ）。図５Ｂは、引き離された基板１とマスクプレート１１６とを示す断面図である。基板１をマスクプレート１１６から引き離すと、開口部１１６ａに充填された半田ペーストＰはマスクプレート１１６から分離されてランド１ｂへ転写される。ランド１ｂに転写された半田ペーストＰは、基板１の表面に島状に分布するが、ランド１ｂ間の距離が小さい場所では、隣接するランド１ｂ上の半田ペーストＰがつながった連結部Ｐ１を形成してしまう場合がある。

　次に、制御部２０は、サイドクランパ１０４ｄとバックアップ昇降機構１０４ｅを作動させてサイドクランパ１０４ｄによる基板１の固定を解除するとともにバックアップ部１０４ｆを下降させて基板１を印刷ステージコンベア２３１のベルト上に載置する。そして、制御部２０は、印刷ステージコンベア２３１および基板中継コンベア２３２を作動させて基板１を加熱部２１０内の加熱領域ＨＡに搬送する。

　次に、制御部２０は、加熱領域ＨＡに位置する基板１の半田ペーストＰを局所加熱装置２１２によって加熱して、半田ペーストＰに含まれている半田を溶融する。加熱領域ＨＡに搬送されてきた基板１は、基板加熱装置２１１によって加熱される。これは局所加熱装置２１２による半田の溶融を容易にするためであり補助的な加熱である。基板加熱装置２１１による加熱が所定時間経過すると、制御部２０は、移動機構２１６を作動させて、基板１に供給された半田ペーストＰに局所加熱装置２１２を順次対峙させていく。これにより、半田ペーストＰ内の半田が溶融してランド１ｂの表面に塗れ広がる。なお、隣接するランド１ｂ間に連結部Ｐ１がある場合でも、局所加熱装置２１２でランド１ｂ上の半田を先に溶融させるので連結部Ｐ１の半田は溶融した半田に引き寄せられる。そのため、いわゆる半田ブリッジは発生しない。

　次に、制御部２０は、局所加熱装置２１２による半田の溶融作業が終わると、基板中継コンベア２３２と基板搬出コンベア２３３を作動させて基板１を冷却部２２０へ搬送する。冷却部２２０は、冷却ファン２２１を作動させて通気孔２２０ａおよび／または通気孔２２０ｂから取り込んだ空気を基板１に吹き付けて冷却する。なお、基板１を特別に冷却する必要がない場合には、冷却部２２０による冷却を省略してもよい。

　冷却された基板１は、基板搬出コンベア２３３を駆動することによって冷却部２２０から排出される。このようにして、基板１上のランド１ｂに半田プリコート２が形成される（図６）。

　半田プリコート形成装置１０は単独で使用することも可能であるが、実装基板製造装置に組み込んだ状態で使用可能である。次に、半田プリコート形成装置１０を備えた実装基板製造装置４００について図７、図８を参照して説明する。なお、図８では、半田フラックス３の図示を省略する。

　本発明の実施の形態の実装基板製造装置４００の構成の上面図を図７に模式的に示す。実装基板製造装置４００は、ローダー８０、半田プリコート形成装置１０、半田プリコート検査装置３０、フラックス塗布装置（フラックス塗布部）４０、電子部品搭載装置（電子部品搭載部）５０ａ，５０ｂ，５０ｃ、部品搭載状態検査装置６０、リフロー装置（第２の加熱部）７０、およびアンローダー９０を含む。半田プリコート形成装置１０は、半田ペースト供給部１００と、加熱部（第１の加熱部）２１０と、冷却部２２０と、基板１を搬送する基板搬送部２３０とを備えている。基板搬送部２３０は、基板１を供給するローダー８０から受け取った基板１を、半田ペースト供給部１００、加熱部２１０、冷却部２２０の順に搬送する。なお、半田プリコート形成装置１０は、これまで説明したものと同じであるので詳細な説明は省略する。

　半田プリコート検査装置３０は、基板１に形成された半田プリコート２（図６）の形状を検査するものである。半田プリコート検査装置３０は、カメラや三次元計測機等、光学的な計測装置を用いて半田プリコート２の形状や体積を計測し、あらかじめ定めた基準を満たすかどうかを判断する。半田プリコート検査装置３０は、基板１を搬送する基板搬送コンベア３３０を備えている。基板搬送コンベア３３０は、半田プリコート検査装置３０の基板搬送部２３０から、半田プリコート２が形成された基板１を受け取って装置内へ搬送し、検査を終えた基板１を下流の装置へ搬出する。

　フラックス塗布装置４０は、半田プリコート２に半田フラックス３（図９Ａ参照）を塗布する。フラックス塗布装置４０は、スクリーン印刷、ディスペンサ、噴霧器等の塗布機構を備えている。また、フラックス塗布装置４０は、基板１を搬送する基板搬送コンベア３４０を備えている。基板搬送コンベア３４０は、半田プリコート検査装置３０から受け取った基板１を装置４０内へ搬入し、フラックスを塗布した基板１を下流の装置へ搬出する。

　電子部品搭載装置５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、半田フラックス３で覆われた半田プリコート２に電子部品４を搭載する。電子部品搭載装置５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、基板１を搬送する基板搬送コンベア３５０ａ，３５０ｂ，３５０ｃを備えている。基板搬送コンベア３５０ａ，３５０ｂ，３５０ｃは上流の装置から受け取った基板１をそれぞれの装置内へ搬入し、電子部品４を搭載した基板１を下流の装置へ搬出する。なお、電子部品搭載装置５０ｂ，５０ｃは電子部品搭載装置５０ａと同一構成であるため、ここからは電子部品搭載装置５０ａについてのみ詳細に説明し、電子部品搭載装置５０ｂ，５０ｃの説明は省略する。

　図８を参照して、電子部品搭載装置５０ａは、基板搬送コンベア３５０ａの側方に配置された複数の部品供給ユニット５８と、搭載ヘッド５１と、基板支持部５５とを備えている。基板搬送コンベア３５０ａは、Ｘ方向に平行に延びた一対の基板ガイド５３Ｌ，５３Ｒと、基板ガイド５３Ｌ、５３Ｒの対向する面に設けたベルトコンベア５４Ｌ，５４Ｒとを備えている。

　ベルトコンベア５４Ｒ，５４Ｌは基板１のＹ方向の両端部を下方から支持し、図示しない駆動源によって駆動されて基板１をＸ方向へ搬送する。基板搬送コンベア３５０ａのＸ方向における中間部分は、基板１に電子部品４を搭載する作業エリアＷとなっている。この作業エリアＷの下方には、基板１を下から支持する基板支持部５５が配置されている。

　基板支持部５５は、基板１の下面を支持する複数のバックアップピン５６と、バックアップピン５６を昇降させるバックアップピン昇降部５７とを備えている。また、基板ガイド５３Ｌ、５３Ｒの作業エリアＷに該当する箇所には、ベルトコンベア５４Ｌ，５４Ｒの上方を覆う上面押さえ５９Ｌ，５９Ｒが装着されている。ベルトコンベア５４Ｒ，５４Ｌによって基板１が作業エリアＷへ搬入された状態でバックアップピン昇降部５７が駆動すると、バックアップピン５６は基板１を押し上げるとともにそのＹ方向の両端部の上面を上面押さえ５９Ｌ，５９Ｒに押し付ける。これにより、基板１は複数のバックアップピン５６と一対の上面押さえ５９Ｌ，５９Ｒによって上下から挟まれた状態で作業エリアＷに一時的に固定される。電子部品搭載装置５０ａの基板搬送コンベア３５０ａは、上流から受け取った基板１を装置内の作業エリアＷへ搬入し、電子部品４の搭載を終えた基板１を下流の装置へ搬出する。

　電子部品搭載装置５０ａは、搭載ヘッド５１と、搭載ヘッド５１をＸ方向とＹ方向へ移動させる移動機構（図示せず）とを含む。搭載ヘッド５１は、電子部品４を吸引して保持する複数の吸着ノズル５２を備えており、さらに吸着ノズル５２に昇降動作並びにＺ軸を中心に回転させるノズル駆動機構（図示せず）を内蔵している。搭載ヘッド５１は、部品供給ユニット５８によって供給された電子部品４を吸着ノズル５２で保持して、作業エリアＷに一時的に固定された基板１へ搭載する作業を実行する。

　部品搭載状態検査装置６０は、基板１における電子部品４の搭載状態を検査するものである。検査項目としては、電子部品４の、搭載ズレ、姿勢不良、有無等がある。部品搭載状態検査装置６０は、カメラや三次元計測機等の光学的な計測装置を用いて電子部品４の搭載位置、姿勢、有無等の搭載状態を認識し、あらかじめ定めた基準を満たすかどうかを判断する。部品搭載状態検査装置６０は、基板１を搬送する基板搬送コンベア３６０を備えている。基板搬送コンベア３６０は、電子部品搭載装置５０ｃの基板搬送コンベア３５０ｃから電子部品４が搭載された基板１を受け取って装置内へ搬送し、検査を終えた基板１を下流の装置へ搬出する。

　リフロー装置７０は、基板１を搬送する基板搬送コンベア３７０で搬送される基板を加熱する複数の加熱装置（図示省略）と、加熱された基板１を冷却する冷却装置（図示省略）とを含む。加熱装置は、半田の融点よりも高い温度になるまで基板１を加熱して半田プリコートを溶融させる。冷却装置は、基板１に冷却用のエアーを吹き付けて基板１を冷却して溶融した半田プリコートを固化する。リフロー装置７０は、基板搬送コンベア３７０によって加熱装置から冷却装置の順で基板１を搬送することにより、電子部品４を基板１に半田付けする。基板搬送コンベア３７０は、半田付けを終えた基板１（電子部品実装基板）をアンローダー９０へ搬出する。アンローダー９０は、基板を基板搬送コンベア３７０から回収する。

　図１を参照して、実装基板製造装置４００は、半田プリコート形成装置１０の基板搬送部２３０と、各装置に備えられた基板搬送コンベア３３０、３４０、３５０ａ，３５０ｂ，３５０ｃ、３６０、３７０とによって構成された基板搬送装置３００を備えている。基板搬送装置３００は、半田プリコート形成装置１０の半田ペースト供給部１００から、加熱部２１０（第１の加熱部）、部品搭載装置（５０ａ，５０ｂ，５０ｃ）、リフロー装置７０（第２の加熱部）へ基板１を搬送する。このように、半田プリコート形成装置１０からリフロー装置７０までの各装置を連結することにより、基板１への半田プリコートの形成から電子部品４を基板１に半田付けする工程を連続して行うことができる実装基板製造装置４００を実現することができる。

　次に、実装基板製造装置４００における実装基板の製造方法の一例について、以下に説明する。まず、ローダー８０が半田プリコート形成装置１０に基板１を供給する。半田プリコート形成装置１０はローダー８０から受け取った基板１に半田プリコート２を形成し、半田プリコート２を形成した基板１を半田プリコート検査装置３０へ搬出する。なお、半田プリコート形成装置１０による半田プリコート２の形成方法の説明は上述した内容と重複するので省略する。

　次に、半田プリコート形成装置１０は基板１に形成された半田プリコート２の検査を行い、検査を終えた基板１をフラックス塗布装置４０へ搬出する。フラックス塗布装置４０は、図９Ａに示すように、半田プリコート２を覆うように半田フラックス３を塗布する。図９Ａには、半田フラックス３を複数の半田プリコート２を覆う範囲で基板１上に一様に塗布した一例を示す。しかし、個々の半田プリコート２に対応するように点状に半田フラックス３を塗布してもよい。半田プリコート形成装置１０は、半田フラックス３を塗布した基板１を電子部品搭載装置５０ａへ搬出する。

　次に、電子部品搭載装置５０ａは、半田フラックス３が塗布された基板１に電子部品４を搭載する。図９Ｂに示した一例では、電子部品４は、２つの端子部４ａと、素子部４ｂとを含む。電子部品搭載装置５０ａは、端子部４ａを半田プリコート２に位置合わせして電子部品４を半田フラックス３が塗布された半田プリコート２上に配置する。電子部品４の搭載作業は、基板搬送コンベア３５０ａによって作業エリアＷに搬入され、作業エリアＷにおいて基板支持部５５で一時固定された基板１に対して行われる。搭載ヘッド５１は、部品供給ユニット５８から供給された電子部品４を吸着ノズル５２で保持して作業エリアＷの基板１に搭載する（図８）。搭載された電子部品４は、粘着性を有する半田フラックス３により基板１に仮固定される。これにより、基板１が搬送による振動で半田プリコート２から位置ズレすることが防止される。電子部品搭載装置５０ａは、電子部品の搭載作業を終えた基板１を、下流の電子部品搭載装置５０ｂへ搬出する。そして、電子部品搭載装置５０ｂ，５０ｃでも同様に電子部品の搭載作業が行われる。

　次に、部品搭載状態検査装置６０は、電子部品搭載装置５０ｃから搬出された基板１に搭載されている電子部品４の搭載状態を検査する。検査を終えたら下流のリフロー装置７０へ基板を搬出する。

　次に、リフロー装置７０は、基板１を加熱して電子部品４の半田付けを行う。リフロー装置７０は、基板搬送コンベア３７０で搬送される基板１を、基板搬送コンベア３７０の上下に配置された加熱装置で加熱して、複数の電子部品４が配置された基板１上の半田プリコート２を溶融させる。そして、基板搬送コンベア３７０の終端側に配置された冷却装置で基板１を冷却して溶融した半田プリコートを固化させる。これによって、電子部品４が、半田接合部５（溶融後に固化した半田プリコート）を介してランド１ｂと電気的に接続される。すなわち、電子部品４が基板１に実装される。このようにして、電子部品実装基板１ｘが製造される。

　本実施の形態は以上であるが、本発明を逸脱しない範囲で変更してもよい。半田ペースト供給部としては、基板の所定の領域に半田ペーストを供給できるものであればスクリーン印刷以外でもよく、ディスペンサなどの塗布装置で構成してもよい。ただし、コストや生産性を考慮すればスクリーン印刷を採用する本実施の形態が好ましい。また、加熱装置としては、局所加熱である必要はなく。基板全体を加熱するものやホットプレートに基板を載置して加熱するものでもよい。

　本発明は、半田プリコート形成装置および実装基板製造装置に利用できる。
　本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形および改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、すべての変形および改変を包含する、と解釈されるべきものである。

１：基板
２：半田プリコート
５：半田接合部
１０：半田プリコート形成装置
２０：制御部
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ：電子部品搭載装置
１００：半田ペースト供給部
２１０：加熱部
２１１：基板加熱装置
２１２：局所加熱装置
２２０：冷却部
２３０：基板搬送部
２３１：印刷ステージコンベア（第１の基板搬送部）
２３２：基板中継コンベア（第２の基板搬送部）
２３３：基板搬出コンベア（第３の基板搬送部）
２３４：基板搬入コンベア
３００：基板搬送装置
４００：実装基板製造装置
ＨＡ：加熱領域
Ｐ：半田ペースト
ＰＡ：半田ペースト供給領域

Claims

　半田プリコートを基板上に形成するための半田プリコート形成装置であって、
　半田ペースト供給領域において基板に半田ペーストを供給する半田ペースト供給部と、
　前記基板に供給された前記半田ペーストを、半田プリコートを形成するために加熱する加熱装置を含む加熱部と、
　前記半田ペースト供給部において前記基板を搬送する第１の基板搬送部と、
　前記加熱部において前記基板を搬送する第２の基板搬送部と、
　前記第１および第２の基板搬送部を制御する制御部と、
　を備えた、半田プリコート形成装置。
　前記加熱部から搬送された前記基板を冷却する冷却部をさらに含む、請求項１に記載の半田プリコート形成装置。
　前記冷却部において前記基板を搬送する第３の基板搬送部をさらに含み、
　前記制御部は前記第３の基板搬送部を制御する、請求項２に記載の半田プリコート形成装置。
　前記第２の基板搬送部は、前記第１の基板搬送部によって前記半田ペースト供給部から搬送された前記基板を受けて搬送する、請求項１～３のいずれか１項に記載の半田プリコート形成装置。
　前記半田ペースト供給部は、スクリーン印刷によって前記基板に前記半田ペーストを供給する、請求項１～４のいずれか１項に記載の半田プリコート形成装置。
　前記加熱装置は、前記基板に供給された前記半田ペーストの一部を局所的に加熱できる局所加熱装置を含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の半田プリコート形成装置。
　前記局所加熱装置は、マイクロ波による加熱、または誘導加熱を行う、請求項６に記載の半田プリコート形成装置。
　前記加熱部は、前記基板の全体を加熱する基板加熱装置を含む、請求項６または７に記載の半田プリコート形成装置。
　基板と前記基板上に半田付けされた電子部品とを含む実装基板を製造するための実装基板製造装置であって、
　半田ペースト供給領域において基板に半田ペーストを供給する半田ペースト供給部と、
　前記基板に供給された前記半田ペーストを、半田プリコートを形成するために加熱する加熱装置を含む第１の加熱部と、
　前記基板に形成された前記半田プリコート上に前記電子部品を搭載する電子部品搭載装置と、
　前記電子部品が搭載された前記半田プリコートを溶融させることによって前記電子部品を前記基板に半田付けする第２の加熱部と、
　前記半田ペースト供給部から、前記第１の加熱部、前記電子部品搭載装置、および前記第２の加熱部へ前記基板を搬送する基板搬送装置と、
　を備えた、実装基板製造装置。
　前記第１の加熱部と前記電子部品搭載装置との間に配置された冷却部をさらに含み、
　前記冷却部は、前記第１の加熱部から搬送された前記基板を冷却する、請求項９に記載の実装基板製造装置。
　前記第１の加熱部と前記電子部品搭載装置との間に配置されたフラックス塗布部をさらに含み、
　前記フラックス塗布部は、前記電子部品が搭載される前の前記半田プリコート上に半田フラックスを塗布する、請求項９または１０に記載の実装基板製造装置。