JP2007220837A

JP2007220837A - 電子部品実装方法及び装置

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Publication number: JP2007220837A
Application number: JP2006038734A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ogura; 豊小倉
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2007-08-30
Also published as: CN101026952A

Abstract

【課題】半田の印刷ずれを確実に補償して高精度に電子部品の搭載を行えると共に、基板の生産性を向上できる電子部品実装方法及び装置を提供する。
【解決手段】装置に基板が搬入され所定位置に固定されたら（ステップＳ１）、基板上に形成された基板位置認識用の基板マーク上にカメラを移動し（Ｓ２）、基板マークと、その上ないし近傍に印刷された半田印刷位置認識用の半田マークを同時に撮像する（Ｓ３）。撮像された画像に基づいて基板マークと半田マークの重心位置を検出し（Ｓ４、Ｓ５）、重心位置のずれ量ｎを算出して基板に対する半田の印刷ずれ量を求める（Ｓ６）。そして、ずれ量ｎに基づいて半田の印刷ずれに応じた部品搭載位置の補正量を算出し（Ｓ１０）、その補正量と他の補正量を合わせて部品搭載位置を補正して部品を搭載する（Ｓ１１）。
【選択図】図５

Description

本発明は、半田が印刷された回路基板上に電子部品を搭載する電子部品実装方法及び装置に関するものである。

従来、電子部品実装装置では、電子部品を精度良く回路基板（以下、単に基板という）に搭載するために、基板が装置内に搬入されたときに、搭載の前準備として、搭載を実施する位置に基板を固定し、基板に印刷されている基板マークを認識し、基板の位置ずれを検出して電子部品の基板上への搭載位置を補正していた（例えば下記の特許文献１参照）。

しかしながら、このような構成では、基板上の各電極にクリーム半田を印刷する半田の印刷ずれが考慮されていない。このため、搭載される電子部品が電極に印刷された半田に対して正しく位置合わせされず、実装不良が生じるという問題があった。

これに対して、半田パターンが印刷されている基板を撮像し、基板上の各電極とその上に印刷された半田のそれぞれの位置を検出し、その検出結果に基づいて、各電子部品の搭載位置を補正する構成が知られている（特許文献２参照）。

しかしながら、この構成では、基板上の全ての電極とその上に印刷された半田パターンを撮像し、認識するので、部品の搭載点数ないし基板の電極数によって認識処理に時間がかかってしまい、基板の生産タクトが長くなるという問題があった。

これに対して特許文献３には、基板の半田印刷工程で位置決めマークを複数箇所（例えば２箇所）に印刷しておき、位置決めマークを検出して、印刷パターンの位置ずれを求め、そのずれ量に基づいて部品搭載位置を補正する構成が記載されている。

また、特許文献４には、基板マーク（パターンマーク）を形成した基板上に半田パターンの位置ずれを認識する半田マーク（ペーストマーク）を印刷し、基板の位置ずれを認識した後、半田マークの位置を検出し、基板マークを基準としたときの半田マークの位置の誤差量を算出し、その誤差量並びに基板位置ずれに基づいて搭載位置を補正する構成が記載されている。
特開平５−２６７８９９号公報特開２００３−９２４９６号公報特公平７−１０５６３５号公報特許第３２６４３９５号公報

しかしながら、特許文献３の構成では、基準位置に対する印刷パターンの位置ずれを求めているので、基板の位置ずれが考慮されておらず、例えば基板に対して半田印刷位置が少なからずずれる場合には、電子部品の搭載位置を適切に位置決めすることはできない、という問題があった。

これに対して特許文献４の構成では、基板の位置ずれと半田の印刷ずれの両方が考慮されているが、基板位置認識用の基板マークと半田印刷位置認識用の半田マークの撮像および認識を前後して別々に行なっており、撮像カメラを基板マーク上に移動させるときと、半田マーク上に移動させるときとで、機械的誤差により、それぞれの撮像位置に対する撮像カメラの位置関係がずれてしまい、そのずれ量が搭載位置の補正時の誤差に加わってしまうという問題のほかに、基板マーク位置を撮像した後半田マーク位置へ移動する分時間が余計にかかるという問題があった。

本発明の課題は、このような問題を解決し、半田の印刷位置のずれを補償して高精度に電子部品の搭載を行えると共に、基板の生産性を向上できる電子部品実装方法及び装置を提供することにある。

上記の課題を解決する本発明は、
半田が印刷された基板に電子部品を搭載する電子部品実装方法であって、
基板に形成された基板位置認識用の基板マーク上ないしその近傍に半田印刷位置認識用の半田マークを印刷し、
前記基板マークと半田マークを同時に撮像し、
撮像された画像から基板マークと半田マークの位置を検出して基板に対する半田の印刷ずれ量を算出し、
前記算出された印刷ずれ量に応じた搭載位置の補正を行って部品を搭載することを特徴とする。

また、本発明は、
半田が印刷された基板に電子部品を搭載する電子部品実装装置であって、
基板位置認識用の基板マーク上ないしその近傍に印刷された半田印刷位置認識用の半田マークを、基板マークとともに同時に撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された画像に基づいて基板マークと半田マークの位置を検出し、基板に対する半田の印刷ずれ量を算出する算出手段とを有し、
前記算出された印刷ずれ量に応じた搭載位置の補正を行って部品を搭載することを特徴とする。

本発明では、基板に対する半田の印刷ずれ量を検出して、部品搭載位置の補正が行われるので、基板に半田を印刷するときに発生する半田の印刷位置ずれを確実に補償することができる。また、本発明では、基板マークと半田マークが撮像手段の同一視野内にあり、同時に撮像できるので、精度よく、しかも短時間に基板の位置ずれ量と基板に対する半田の印刷ずれ量を求めることができる、という効果が得られる。

以下、添付した図を参照して、本発明を実施するための最良の形態の実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例の電子部品実装装置を概略示す図である。同図に示すように、電子部品実装装置１は、中央部から少し後方で左右方向（Ｘ軸方向）に延在する回路基板搬送路１５と、装置１の前部（図示の下側）に配設され、基板１０に実装される電子部品（以下、単に部品という）を供給する部品供給部１４と、これらの上方に配設されたＸ軸移動機構１１とＹ軸移動機構１２を備えている。

Ｘ軸移動機構１１は、部品を吸着する吸着ノズル１３ａを備えた吸着ヘッド部１３をＸ軸方向に移動させ、またＹ軸移動機構１２は、Ｘ軸移動機構１１並びに吸着ヘッド部１３をＹ軸方向に移動させる。また吸着ヘッド部１３は、図１には図示されていないが、吸着ノズル１３ａを垂直方向（Ｚ軸方向）に昇降可能に移動させるＺ軸移動機構を備え、また吸着ノズルをノズル軸（吸着軸）を中心に回転させるθ軸移動機構を備えている。

また、吸着ヘッド部１３には、基板１０上に形成された基板位置認識用の基板マークを撮像する撮像手段としての基板認識カメラ１７が基板１０を照明する不図示の照明手段と共に取り付けられている。

また、部品供給部１４の側部には、吸着ノズル１３ａに吸着された部品を下方から撮像する部品認識カメラ１６が吸着された部品を照明する不図示の照明手段と共に配置されている。なお、吸着ヘッド部１３には、煩雑さを避けるために図示されていないが、高精度の認識を要求されない部品を認識するために、レーザーユニットが搭載されている。

また、電子部品実装装置１の前面上部には、装置の動作状態などを表示するオペレーションモニター１８が設けられている。さらに、装置全体の制御と、画像処理などを行う制御部１９が本体内に設けられている。

図２は電子部品実装装置１の制御系の構成を示している。図１中の制御部１９は、図２のコントローラ２０、画像処理装置２７及び記憶装置３０などから構成される。

コントローラ２０は、装置全体を制御するマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）、並びにＲＡＭ、ＲＯＭなどからなる。このコントローラ２０に以下の２１〜３１の構成が接続される。

Ｘ軸モータ２１は、Ｘ軸移動機構１１の駆動源で、吸着ヘッド部１３をＸ軸方向に移動させる。また、Ｙ軸モータ２２は、Ｙ軸移動機構１２の駆動源で、Ｘ軸移動機構１１と吸着ヘッド部１３をＹ軸方向に駆動し、それにより吸着ヘッド部１３はＸ軸方向とＹ軸方向に移動可能となる。

Ｚ軸モータ２３は、吸着ノズル１３ａのＺ軸駆動機構の駆動源で、吸着ノズル１３ａをＺ軸方向（高さ方向）に昇降させる。また、θ軸モータ２４は、吸着ノズル１３ａのθ軸回転機構の駆動源で、吸着ノズル１３ａをそのノズル中心軸（吸着軸）を中心にして回転させる。

画像処理装置２７は、Ａ／Ｄ変換器２７ａ、メモリ２７ｂ及びＣＰＵ２７ｃから構成され、部品認識カメラ１６で撮像された部品２のアナログの画像信号は、Ａ／Ｄ変換器２７ａによりデジタル信号に変換されてメモリ２７ｂに格納され、ＣＰＵ２７ｃが部品画像データに基づいて吸着された部品２の吸着中心に対する部品中心の位置ずれと吸着角度のずれを認識する。

また、画像処理装置２７は、基板認識カメラ１７で撮像される基板位置認識用の基板マークと半田印刷位置認識用の半田マークの画像を、Ａ／Ｄ変換器２７ａによりデジタル信号に変換してメモリ２７ｂに格納し、ＣＰＵ２７ｃがその画像データに基づいて基板マークと半田マークの位置を検出し、後述するように、基板の位置ずれ量と半田の印刷ずれ量を求める。そして、コントローラ２０は、カメラ１６、１７の撮像画像から求められる各ずれ量に基づいて部品２の搭載位置を補正し、基板１０上の正しい搭載位置に部品２を搭載する。

キーボード２８とマウス２９は、部品データなどのデータを入力するために用いられる。

記憶装置３０は、フラッシュメモリなどで構成され、キーボード２８とマウス２９により入力された部品データ、及び不図示のホストコンピュータから供給される部品データなどを格納するのに用いられる。

表示装置（モニタ）３１は、部品データ、演算データ、及び部品認識カメラ１６で撮像した部品２の画像、基板認識カメラ１７で撮像された基板マークや半田マークの画像を画面３１ａに表示する。

図３は、基板の電極に半田を印刷するためのステンシルの一例を示している。ステンシル３２には、部品の端子が接続される基板上の電極に半田を印刷するための複数の孔３３が各電極に対応した位置のそれぞれに形成されている。また、半田印刷位置認識用の半田マークを基板に印刷するための孔４１〜４３が、ステンシル３２の三方の角部の所定位置のそれぞれに形成されている。半田マークは、一つでもよいが、精度を上げるために、通常複数個（２〜４個）印刷されるので、その数に応じた孔がステンシルに形成される。

図４は、図３のステンシル３２を用いて半田印刷を行なった基板１０を示している。基板１０上には、予め基板位置認識用の基板マーク５１〜５３が、所定位置に印刷されている。ステンシル３２の電極用の孔３３を介して、基板１０の各電極上に半田６４が印刷されると共に、半田マーク用の孔４１〜４３を介して半田マーク６１〜６３が印刷される。ここで、半田マーク用の孔４１〜４３の各位置は、基板マーク５１〜５３の各位置に対応しており、各半田マーク６１〜６３は、その中心（重心）の位置が各基板マーク５１〜５３の中心の位置に一致するように、各基板マーク５１〜５３上に印刷される。また、孔４１〜４３は、基板マーク５１〜５３より小さく、それにより半田マーク６１〜６３は、それぞれ基板マーク５１〜５３上に基板マークより小さく印刷される。

実際には、半田印刷時、ステンシル３２と基板１０には位置ずれが生じるので、それに応じて半田マーク６１〜６３は、基板マーク５１〜５３から位置ずれして印刷され、電極上の半田も電極から位置ずれして印刷される。図４では、煩雑さを避けるために、電極上の半田６４は位置ずれしていない状態で示されている。

以下、図５に示すフローチャートにしたがって、部品の搭載動作を説明する。

搭載動作に先立ち、図３に示したステンシル３２を用いて基板１０に半田印刷を行い、図４に示したように、基板１０の電極に半田６４と半田マーク６１〜６３を印刷する。

ステップＳ１では、半田印刷された基板１０が、図１の基板搬送路１５上を搬送され、所定位置に固定される。

ステップＳ２では、Ｘ軸移動機構１１とＹ軸移動機構１２により吸着ヘッド部１３をＸ、Ｙ軸方向に移動させ、基板認識カメラ１７を、最初の基板マーク５１上に臨む所定位置に移動させる。

ステップＳ３では、基板認識カメラ１７で、基板マーク５１とその上に印刷された半田マーク６１を同時に撮像し、撮像された画像がメモリ２７ｂに格納される。図６には、撮像された基板マーク５１と半田マーク６１の画像が図示されている。

ステップＳ４とＳ５では、画像処理装置２７のＣＰＵ２７ｃが、撮像された画像を処理し、例えばパターンマッチングによりあるいはエッジを検出して、基板マーク重心５１ａの位置（Ｘ１、Ｙ２）と半田マーク重心６１ａの位置（Ｘ２、Ｙ２）を検出し、ステップＳ６で、両重心位置のずれ量ｎを算出する。このずれ量ｎは、基板１０に対する半田の印刷ずれ量（誤差量）を示している。

ステップＳ７で、ずれ量ｎの値が所定の許容限界値ｍより大きいと判定された場合は、半田印刷不良と判定して図５の処理動作を終了し、基板上への部品の搭載動作を禁止する。なお、このときに半田印刷不良をユーザーに警告する情報を出力するようにする。

一つの基板マークとその上に印刷された半田マークだけでも、基板に対する半田の印刷ずれ量を求めることができるが、精度を上げるために、他の基板マーク５２、５３の位置にカメラ１７を順次移動させ、ステップＳ３〜Ｓ７の処理を繰り返す。

すべての基板マークについて処理を終了したら（ステップＳ８）、最終的に基板に対する半田の印刷ずれ量を求める。たとえば、一組の基板マークと半田マークだけを用いる場合は、印刷ずれ量を、両マークの重心位置のＸ座標の差、Ｙ座標の差として求める。また、二組の基板マークと半田マークを用いる場合には、傾き補正ができるので、傾き補正を行った後の二組の基板マークと半田マークの重心座標（Ｘ、Ｙ）の差の平均値を、印刷ずれ量とし、また、三組の基板マークと半田マークを用いる場合には、二つの傾きを得られるので、その平均値で傾き補正を行い、傾き補正を行った後の三組の基板マークと半田マークの重心座標（Ｘ、Ｙ）の差の平均値を、印刷ずれ量とする。

このようにして印刷ずれ量を求めたら、この印刷ずれ量に重み係数（補正係数）ｋを乗算して搭載補正量を求める（ステップＳ１０）。この重み係数は、部品の種類に応じて決めることができ、たとえば０．５であり、搭載精度が要求される部品の場合には、重み係数を０．５より大きな値とする。続いて、このようにして求められた補正量で搭載位置を補正して部品を基板上に搭載する（ステップＳ１１）。

なお、搭載位置の補正を行うとき、部品の吸着ずれと基板の基準位置に対する位置ずれがある場合には、これらのずれ量も補正するようにする。部品の吸着ずれは、部品認識カメラ１６で撮像された部品２の画像処理により部品の中心位置と吸着角度を検出することにより求めることができ、また、基板の位置ずれは、基板マーク５１〜５３の位置を検出することにより求められる。本実施例では、基板マークと半田マークが同時に撮像され、各マークの位置が検出されるので、基板に対する半田の印刷ずれ量と、基板の基準位置に対する位置ずれ量を短時間に求めることができるという利点がある。

なお、以上の実施例では、半田マークの印刷位置を基板マーク上にしたが、基板マークと半田マークが基板認識カメラ１７の同一視野内に収まり同時に撮像できるのであれば、基板マークの近傍の位置に半田マークを印刷するようにしてもよい。

本発明の電子部品実装装置の全体の概略構成を示した斜視図である。同装置の制御系の構成を示したブロック図である。回路基板の半田印刷に用いられるステンシルの一例を示す平面図である。同ステンシルを用いて半田印刷を行なった回路基板を示す平面図である。本発明での部品搭載の流れを示すフローチャート図である。基板認識カメラで撮像された基板マークと半田マークの画像を示す説明図である。

符号の説明

１電子部品実装装置
２電子部品
１０回路基板
１１Ｘ軸移動機構
１２Ｙ軸移動機構
１３吸着ヘッド部
１６部品認識カメラ
１７基板認識カメラ
２０コントローラ
２７画像処理装置
３２ステンシル
４１、４２、４３半田マーク用の孔
５１、５２、５３基板マーク
６１、６２、６３半田マーク
６４電極上の半田

Claims

半田が印刷された基板に電子部品を搭載する電子部品実装方法であって、
基板に形成された基板位置認識用の基板マーク上ないしその近傍に半田印刷位置認識用の半田マークを印刷し、
前記基板マークと半田マークを同時に撮像し、
撮像された画像から基板マークと半田マークの位置を検出して基板に対する半田の印刷ずれ量を算出し、
前記算出された印刷ずれ量に応じた搭載位置の補正を行って部品を搭載することを特徴とする電子部品実装方法。
前記算出された半田の印刷ずれ量に重み係数が乗算され、重み係数が乗算された印刷ずれ量に応じた搭載位置の補正が行われることを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装方法。
前記半田の印刷ずれ量が、所定の許容限界値を超えたときは、搭載動作を禁止することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品実装方法。
半田が印刷された基板に電子部品を搭載する電子部品実装装置であって、
基板位置認識用の基板マーク上ないしその近傍に印刷された半田印刷位置認識用の半田マークを、基板マークとともに同時に撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された画像に基づいて基板マークと半田マークの位置を検出し、基板に対する半田の印刷ずれ量を算出する算出手段とを有し、
前記算出された印刷ずれ量に応じた搭載位置の補正を行って部品を搭載することを特徴とする電子部品実装装置。