JP4367524B2 - 電子部品実装システムおよび電子部品実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、キャリアに保持された複数の個片基板に電子部品を半田接合により実装して個片実装基板を製造する電子部品実装システムおよび電子部品実装方法に関するものである。

電子部品を基板に半田接合により実装して実装基板を製造する電子部品実装システムは、半田印刷装置、電子部品搭載装置、リフロー装置など複数の電子部品実装用装置を連結して構成されている。このような電子部品実装システムにおいて、品質管理を高い信頼性で行うことを目的として、各装置間に検査機を配置して、部品実装動作の適否を自動的に判定する機能を付与することが行われている（例えば特許文献１参照）。

この特許文献１に示す例では、半田印刷部、部品装着部、半田付け部など複数の動作作業部を連結して構成された実装基板生産システムにおいて、各部に検査機を配置して所定の監視項目を検出するようにしている。例えば半田印刷部にはクリーム半田印刷検査機が配置されており、印刷機によって印刷された基板について、半田のカスレや印刷位置ずれなどの印刷状態の監視項目が検出される。そしてこれらの検出結果が正常範囲から外れて警告領域にある場合には、上流・下流に位置する設備に対して、動作状態を変えてそれらを是正するための動作制御指示を出力するようにしている。例えば、印刷位置が特定傾向で位置ずれしているような場合には、上流の印刷装置に対してその位置ずれを補正するような動作変更指令が出され、下流の部品装着機に対しては、位置ずれ状態に応じて部品搭載位置を補正するような動作変更指令が出される。
特許第３３４４７３９号公報

ところで近年、電子機器の小型化に伴って小サイズの実装基板が広い範囲で用いられるようになっている。このような小サイズの基板を対象とした部品実装作業は一般に複数の基板を対象として一括して行われる場合が多く、複数の小サイズの個片基板をキャリアに保持させる形態が採用される。しかしながら上述の先行技術例を含め、従来の電子部品実装ラインの検査機能をこのような複数の個片基板をキャリアに保持させた部品実装形態に適用すると、以下のような問題が生じる。すなわち、複数の個片基板をキャリアに保持させる際には、これらの個片基板は必ずしもキャリア内において予め設定された正確な位置に保持されるとは限らず、通常はある範囲内で位置がばらついている。このため、印刷検査機で取得された半田位置情報をそのまま用いることができず、部品搭載工程において搭載位置補正を効率的に行うことができなかった。

そこで本発明は、複数の個片基板をキャリアに保持させた部品実装形態において、半田印刷位置に応じた搭載位置補正を効率よく行うことができる電子部品実装システムおよび電子部品実装方法を提供することを目的とする。

本発明の電子部品実装システムは、キャリアに保持された複数の個片基板に電子部品を半田接合により実装して個片実装基板を製造する電子部品実装システムであって、前記複数の個片基板のそれぞれに形成された電子部品接合用の複数の電極に半田ペーストを一括して印刷する印刷装置と、前記キャリアに形成されたキャリア認識マークの位置および前記個片基板に形成された基板認識マークの位置を認識可能な第１のマーク位置認識部と、前記印刷された半田ペーストの位置を認識する半田位置認識部と、前記第１のマーク位置認識部による前記キャリア認識マークおよび前記基板認識マークのマーク位置認識結果、前記半田位置認識部による半田位置認識結果および個片基板における電極の位置を示す電極位置情報に基づいて各個片基板における半田ペーストの位置ずれを示す半田位置ずれデータを各個片基板毎に算出する半田位置ずれ算出部とを有する印刷検査装置と、前記位置ずれを補正して電子部品を適正な位置に搭載するための位置補正データを前記半田位置ずれデータに基づいて各個片基板毎に求める演算を行う位置補正データ演算部と、部品供給部から搭載ヘッドによって電子部品をピックアップし前記半田ペーストが印刷された各個片基板に搭載する部品搭載機構と、前記キャリア認識マークおよび基板認識マークの位置を認識可能な第２のマーク位置認識部と、前記第２のマーク位置認識部によるマーク位置認識結果と前記位置補正データとを加味して、前記部品搭載機構による電子部品の搭載動作を制御する搭載制御部とを有する電子部品搭載装置とを備えた。

本発明の電子部品実装方法は、キャリアの表面に設けられた密着性樹脂の被膜によって位置が固定された状態で保持された複数の個片基板に電子部品を半田接合により実装して個片実装基板を製造する電子部品実装方法であって、前記複数の個片基板のそれぞれに形成された電子部品接合用の複数の電極に半田ペーストを一括して印刷する印刷工程と、前記キャリアに形成されたキャリア認識マークの位置および前記個片基板に形成された基板認識マークの位置を認識する第１のマーク位置認識工程と、前記印刷された半田ペーストの位置を検出する半田位置認識工程と、前記第１のマーク位置認識工程における前記キャリア認識マークおよび前記基板認識マークのマーク位置認識結果、前記半田位置認識工程における半田位置認識結果および個片基板における電極の位置を示す電極位置情報に基づいて、前記キャリアにおける各個片基板の相対位置および各個片基板における半田ペーストの位置ずれを示す半田位置ずれデータを各個片基板毎に算出する半田位置ずれ算出工程と、前記位置ずれを補正して電子部品を適正な位置に搭載するための位置補正データを前記半田位置ずれデータに基づいて各個片基板毎に求める演算を行う位置補正データ演算工程と、半田ペースト印刷後の前記キャリアを対象として前記キャリア認識マークの位置を認識する第２のマーク位置認識工程と、前記第２のマーク位置認識工程におけるマーク位置認識結果と前記位置補正データとを加味して部品搭載機構による電子部品の搭載動作を制御することにより、部品供給部から搭載ヘッドによって電子部品をピックアップし前記半田ペーストが印刷された各個片基板に搭載する部品搭載工程とを含む。

本発明によれば、基板認識マークのマーク位置認識結果、印刷された半田ペーストの半田位置認識結果および個片基板における電極の位置を示す電極位置情報に基づいて各個片基板における半田ペーストの位置ずれを示す半田位置ずれデータを各個片基板毎に算出し、算出された半田位置ずれデータに基づいて位置ずれを補正して電子部品を適正な位置に搭載するための位置補正データを各個片基板毎に求める演算を行い、さらに電子部品搭載装置においてフィードフォワードされた位置補正データとマーク位置認識結果とを加味して部品搭載機構による電子部品の搭載動作を制御する構成を採用することにより、複数の個片基板をキャリアに保持させた部品実装形態において搭載位置補正を効率よく行うことができる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子部品実装システムの構成を示すブロック図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおける印刷装置の構成を示すブロック図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおける印刷検査装置の構成を示すブロック図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおける電子部品搭載装置の構成を示すブロック図、図５、図６，図７，図８は本発明の一実施の形態の電子部品実装システムの対象となるキャリアおよび個片基板の構造説明図、図９は本発明の一実施の形態の電子部品実装システムによる電子部品実装方法を示すフロー図、図１０は本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における位置補正データ作成処理を示すフロー図、図１１，図１２は本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における位置補正データ作成処理の説明図である。

まず図１を参照して電子部品実装システムについて説明する。図１において電子部品実装システムは、印刷装置Ｍ１、印刷検査装置Ｍ２、電子部品搭載装置Ｍ３、リフロー装置Ｍ４の各装置を連結して成る電子部品実装ライン１を通信ネットワーク２によって接続し、全体を管理コンピュータ３によって制御する構成となっている。印刷装置Ｍ１は、キャリアに保持された複数の個片基板の電極上の電子部品接合用の半田ペーストをスクリーン印刷する。印刷検査装置Ｍ２は、印刷後の個片基板における印刷状態の良否判定のための印刷検査とともに、印刷位置ずれ補正のために電子部品搭載装置Ｍ３にフィードフォワードされる位置ずれ補正データを作成する処理を行う。電子部品搭載装置Ｍ３は、半田ペーストが印刷された個片基板に電子部品を搭載する。リフロー装置Ｍ４は、電子部品搭載後の個片基板を加熱することにより、半田を加熱溶融させて電子部品を個片基板に半田接合する。

上記構成の電子部品実装ライン１は、本実施の形態においては携帯電話などの小型電子機器に使用される小サイズの基板に電子部品を実装する用途に用いられるものであり、実装作業におけるワークは複数の個片基板をキャリアに保持させた形態となっている。上記各装置による処理作業および搬送作業は、全て複数の個片基板をキャリアに保持させた状態で行われる。

まず図５〜図７を参照して、対象となる個片基板５および複数の個片基板５を保持するために用いられるキャリア４の構成について説明する。図５は、薄いフィルム状の個片基板５を保持するためのキャリア４を示している。図５（ａ）に示すように、キャリア４の表面には密着性樹脂より成る被膜４ａが設けられており、被膜４ａの上面には、図５（ｂ）に示す個片基板５が貼着される部品装着位置４ｂが複数設定されている。キャリア４の対向する対角位置には、キャリア４の位置認識用のキャリア認識マークＭＡ、ＭＢが形成されている。

個片基板５には複数の電子部品接続用の電極５ａおよび個片基板５の位置認識用の基板認識マークＭａ、Ｍｂが形成されている。個片基板５におけるそれぞれの電極５ａの位置
は、基板認識マークＭａ、Ｍｂによって特定される個片基板座標系における個別の電極５ａ（ｉ）の座標値（ｘｉ、ｙｉ）を示す電極位置情報として、予め印刷装置Ｍ１、印刷検査装置Ｍ２、電子部品搭載装置Ｍ３の各装置に設けられた記憶部または管理コンピュータ３の記憶装置に記憶されている。

個片基板５をキャリア４に保持させる際には、部品装着位置４ｂの形状・配列に応じて開口部が設けられた装着ガイド冶具（図示省略）をキャリア４の上面にセットし、装着ガイド冶具の開口部を介して装着された個片基板５を、図５（ｃ）に示すように、被膜４ａの上面に対して押圧する。これにより、個片基板５の下面と被膜４ａの上面との間の空気が排除され、個片基板５と被膜４ａとは密着されて相対位置が固定された状態となる。個片基板５の取り扱いは、このようにして複数の個片基板５をキャリア４に保持させた状態で行われる。

個片基板５の搬送はキャリア４ごと行われ、各装置で個片基板５に対して作業を行う際には、図６（ａ）に示すように、複数の個片基板５を保持したキャリア４の下面を各装置に設けられた下受け部材６によって下受けした状態で行われる。この状態において、キャリア４に貼り付けられた個片基板５の位置は必ずしも完全な規則配列とはなっておらず、それぞれの個片基板５によって部品装着位置４ｂに対してランダムにずれた状態となることが多い。

すなわち同一のキャリア４に保持された複数の個片基板５において、各個片基板５にそれぞれ形成された電極５ａの位置は、個々の個片基板５によって異なる位置ずれ傾向で正規の位置から位置ずれした状態となっている。このため、キャリア４における電極５ａの位置を特定するためには、キャリア４に形成されたキャリア認識マークＭＡ、ＭＢに対する各個片基板５の基板認識マークＭａ、Ｍｂの相対位置が必要となる。但し、個片基板５をキャリア４に対して被膜４ａを介して保持させた状態では、それぞれの個片基板５はキャリア４に対して位置が固定された状態となるため、キャリア認識マークＭＡ、ＭＢに対する各個片基板５の基板認識マークＭａ、Ｍｂの相対位置を一度求めて記憶させておけば、以降の工程ではこの相対位置情報をそのまま流用することができる。

図７は、上述の個片基板５のようにキャリア４に密着させて固定的に保持させることが困難な個片基板１０５を対象とするキャリア１０４を示している。図７（ａ）に示すように、キャリア１０４の上面には、図７（ｂ）に示す個片基板１０５が嵌入する凹形状の基板保持部１０４ａが設けられており、基板保持部１０４ａの底面には、キャリア１０４の下面側に貫通する貫通口１０４ｂが設けられている。キャリア１０４の対向する対角位置には、キャリア１０４の位置認識用のキャリア認識マークＭＡ、ＭＢが形成されている。

個片基板１０５には複数の電子部品接続用の電極１０５ａおよび個片基板１０５の位置認識用の基板認識マークＭａ、Ｍｂが形成されている。個片基板１０５におけるそれぞれの電極１０５ａの位置は、個片基板５と同様に基板認識マークＭａ、Ｍｂによって特定される個片基板座標系における個別の電極１０５ａ（ｉ）の座標値（ｘｉ、ｙｉ）を示す電極位置情報として、予め各装置に設けられた記憶部に記憶されている。

個片基板１０５をキャリア１０４に保持させる際には、図７（ｃ）に示すように、個片基板１０５を基板保持部１０４ａ内に載置する。基板保持部１０４ａの形状・寸法は、個片基板１０５が基板保持部１０４ａ内に幾分の寸法的な遊びを以て嵌入するように設定されており、キャリア１０４に保持された複数の個片基板１０５は、それぞれがこの遊び分だけ位置誤差を生じた状態となる。すなわち複数の個片基板１０５は、キャリア１０４に設けられた基板保持部１０４ａに位置決め誤差のある状態で保持され、個片基板１０５の取り扱いは、このような状態で行われる。

個片基板１０５の搬送はキャリア１０４ごと行われ、各装置で個片基板１０５に対して作業を行う際には、図８（ａ）に示すように、複数の個片基板１０５を保持したキャリア１０４の下面を各装置に設けられた下受け部材１０６によって下受けした状態で行われる。このとき、下受け部材１０６に設けられた突部１０６ａが貫通口１０４ｂを貫通して個片基板１０５を基板保持部１０４ａから持ち上げる。そして突部１０６ａに形成された吸着孔１０６ｂから真空吸引することにより、各個片基板１０５は真空吸着により突部１０６ａに位置保持される。

このような構成のキャリア１０４を用いる場合においても、基板保持部１０４ａに嵌入して保持された状態における個片基板１０５の位置は前述の遊び分だけ常に位置誤差を有した状態となっており、しかもキャリア１０４を移動させる都度、位置誤差の状態が変化する。このため、キャリア１０４における電極１０５ａの位置を特定するためには、位置特定が必要とされる度に、各個片基板１０５の基板認識マークＭａ、Ｍｂの位置を認識することが必要となる。

次に各装置の構成について説明する。以下の装置説明においては、キャリア４に保持された個片基板５を対象とする例についてのみ述べているが、キャリア１０４に個片基板１０５を対象とする場合も同様である。まず図２を参照して、印刷装置Ｍ１の構成について説明する。図２において、位置決めテーブル１０上にはキャリア保持部１１が配設されている。キャリア保持部１１は複数の個片基板５を保持するキャリア４をクランパ１１ａによって両側から挟み込んで保持する。キャリア保持部１１の上方には、マスクプレート１２が配設されており、マスクプレート１２にはキャリア４に保持された個片基板５の印刷部位に対応したパターン孔（図示省略）が設けられている。テーブル駆動部１４によって位置決めテーブル１０を駆動することにより、キャリア４はマスクプレート１２に対して水平方向および垂直方向に相対移動する。

マスクプレート１２の上方にはスキージ部１３が配置されている。スキージ部１３は、スキージ１３ｃをマスクプレート１２に対して昇降させるとともにマスクプレート１２に対して所定押圧力で押し付ける昇降押圧機構１３ｂ、スキージ１３ｃを水平移動させるスキージ移動機構１３ａより成る。昇降押圧機構１３ｂ、スキージ移動機構１３ａは、スキージ駆動部１５により駆動される。キャリア４に保持された複数の個片基板５をマスクプレート１２の下面に当接させた状態で、半田ペーストＳが供給されたマスクプレート１２の表面に沿ってスキージ１３ｃを所定速度で水平移動させることにより、各個片基板５のそれぞれに形成された電子部品接合用の複数の電極５ａに半田ペーストＳが図示しないパターン孔を介して一括して印刷される。

この印刷動作は、テーブル駆動部１４、スキージ駆動部１５を印刷制御部１７によって制御することによって行われる。この制御に際しては、印刷データ記憶部１６に記憶された印刷データに基づいて、スキージ１３ｃの動作やキャリア４とマスクプレート１２との位置合わせが制御される。通信部１８は通信ネットワーク２を介して管理コンピュータ３や電子部品実装ライン１を構成する他装置との間でのデータ授受を行う。

次に図３を参照して、印刷検査装置Ｍ２について説明する。図３において、位置決めテーブル２０上にはキャリア保持部２１が配置されており、キャリア保持部２１には複数の個片基板５を保持したキャリア４が保持されている。キャリア保持部２１の上方にはカメラ２３が撮像方向を下向きにして配設されており、カメラ２３は印刷装置Ｍ１によって各個片基板５に半田が印刷された状態のキャリア４を撮像する。検査制御部２８は、テーブル駆動部２２、カメラ２３を制御することにより、検査動作を制御する。検査制御部２８によってテーブル駆動部２２を制御して位置決めテーブル２０を駆動することにより、キ
ャリア４の任意位置をカメラ２３の直下に位置させて撮像することができる。

撮像によって取得した画像データは画像認識部２７によって認識処理され、これにより、キャリア４に形成されたキャリア認識マークＭＡ、ＭＢ、さらに複数の個片基板５のそれぞれに形成された基板認識マークＭａ、Ｍｂの位置を認識することが可能となっている。また取得した画像データを認識処理することにより、印刷装置Ｍ１によってキャリア４に保持された複数の個片基板５において各電極に印刷された半田ペーストの位置が認識される。すなわちカメラ２３および画像認識部２７は、キャリア４に形成されたキャリア認識マークＭＡ、ＭＢの位置および個片基板５に形成された基板認識マークＭａ，Ｍｂの位置を認識可能な第１のマーク位置認識部と、個片基板５に印刷された半田ペーストＳの位置を認識する半田位置認識部とを兼務した形態となっている。

印刷検査処理部２６は印刷された半田ペーストの位置認識結果に基づき、半田印刷状態を良否判定する印刷検査を行う。半田位置ずれ算出部２５は、画像認識部２７が画像データを認識処理することによって得られたマーク位置認識結果、半田位置認識結果および個片基板５における電極の位置を示す電極位置情報（図５（ｂ）、図７（ｂ）参照）に基づいて、各個片基板５における半田ペーストＳの位置ずれを示す半田位置ずれデータを、各個片基板５毎に算出する処理を行う。位置補正データ演算部２４は、各個片基板５における半田ペーストＳの位置ずれを補正して、電子部品を適正な位置に搭載するための位置補正データを、半田位置ずれ算出部２５によって算出された半田位置ずれデータに基づいて各個片基板５毎に求める演算を行う。

次に図４を参照して、電子部品搭載装置Ｍ３の構成について説明する。図４において位置決めテーブル３０上にはキャリア保持部３１が配設されており、キャリア保持部３１は印刷検査装置Ｍ２から搬送されたキャリア４を保持する。キャリア保持部３１の上方には、ヘッド駆動機構３３によって移動する搭載ヘッド３２およびカメラ４０が配設されている。搭載ヘッド３２は電子部品を吸着するノズル３２ａを備えており、搭載ヘッド３２は部品供給部（図示省略）から電子部品７をノズル３２ａによって吸着保持して取り出す。そして搭載ヘッド３２をキャリア４上に移動させて、キャリア４に対して下降させることにより、ノズル３２ａに保持した電子部品をキャリア４に保持された複数の個片基板５に搭載する。搭載ヘッド３２、ヘッド移動機構３３および搭載ヘッド駆動部３５は、部品供給部から搭載ヘッド３２によって電子部品をピックアップし、半田ペーストが印刷された各個片基板５に搭載する部品搭載機構を構成する。

カメラ４０はキャリア４の上面を撮像し、カメラ４０によって取得された画像データは画像認識部３８によって認識処理される。これにより、キャリア４に形成されたキャリア認識マークＭＡ、ＭＢ、さらに複数の個片基板５のそれぞれに形成された基板認識マークＭａ、Ｍｂの位置を認識することが可能となっている。したがって、カメラ４０，画像認識部３８は、キャリア認識マークおよび基板認識マークの位置を認識可能な第２のマーク位置認識部となっている。

ヘッド駆動機構３３、位置決めテーブル３０はそれぞれ搭載ヘッド駆動部３５、テーブル駆動部３４によって駆動される。搭載データ記憶部３６には、実装対象となるキャリア４に保持された個片基板５おける実装位置座標を示す搭載位置データが、実装データとして記憶される。搭載ヘッド３２による部品搭載動作において、搭載制御部３７がこの実装データに基づき、キャリア認識マークＭＡ、ＭＢ、基板認識マークＭａ、Ｍｂのマーク位置認識結果を加味して、テーブル駆動部３４、搭載ヘッド駆動部３５を制御することにより、キャリア４に保持された個片基板５の部品搭載位置へ電子部品が搭載される。

本実施の形態においては、さらに印刷検査装置Ｍ２によって演算され電子部品搭載装置
Ｍ３にフィードフォワードされた位置補正データを加味して動作制御を行うようにしている。すなわち、搭載制御部３７は、第２のマーク位置認識部である画像認識部３８によるマーク位置認識結果と位置補正データとを加味して、部品搭載機構による電子部品の搭載動作を制御するようになっている。通信部３９は通信ネットワーク２を介して管理コンピュータ３や電子部品実装ライン１を構成する他装置との間で、上述の位置補正データなどの各種のデータ授受を行う。

なお上記電子部品実装システムの構成においては、印刷装置Ｍ１と電子部品搭載装置Ｍ３との間に独立して設けられた印刷検査装置Ｍ２を挟んだ構成となっているが、印刷検査装置Ｍ２の機能を印刷装置Ｍ１もしくは電子部品搭載装置Ｍ３に付属させるようにしてもよい。すなわち印刷装置Ｍ１において印刷後のキャリア４を対象として撮像が可能なようにカメラ２３を配設し、位置補正データ演算部２４，半田位置ずれ算出部２５，印刷検査処理部２６，画像認識部２７、検査制御部２８の機能を印刷装置Ｍ１の制御機能に付加する。これにより、印刷後のキャリア４を対象として印刷装置Ｍ１内部で同様の検査処理および演算処理を行うことができる。電子部品搭載装置Ｍ３にこれらの機能を付属させる場合においても同様であり、この場合には電子部品搭載装置Ｍ３の内部において、印刷装置Ｍ１から直接搬入されたキャリア４に対して同様の検査が部品搭載動作に先だって実行される。また半田位置ずれ算出部２５の演算機能のみを、電子部品搭載装置Ｍ３によって実行させるようにしてもよい。

この電子部品実装システムは上記の様に構成されており、以下電子部品実装方法について図９のフローに沿って説明する。上流側の基板供給部（図示省略）から供給されるキャリア４は、まず印刷装置Ｍ１に搬入されてキャリア保持部１１に保持される。キャリア４には、図６（ｂ）に示すように、複数の個片基板５が保持されており、これらの個片基板５には、電子部品の実装点に対応する位置に複数の電子部品接合用の電極５ａが対をなして形成されている。そしてこれらの個々の電極５ａに対して、半田ペーストＳを一括して印刷する（印刷工程）（ＳＴ１）。

次いで、印刷後のキャリア４は印刷検査装置Ｍ２に搬入される。ここでは、印刷後のキ
ャリア４をカメラ２３によって撮像し、撮像によって取得された画像データを画像認識部２７が認識処理することにより、印刷検査処理部２６によって印刷良否判定のための印刷検査が行われ、印刷位置ずれ補正のための位置補正データを各個片基板５毎に作成する処理が、半田位置ずれ算出部２５、位置補正データ演算部２４によって行われる（ＳＴ２）。この後、演算された位置補正データを、電子部品搭載装置Ｍ３にフィードフォワードする（ＳＴ３）。

そして電子部品搭載装置Ｍ３にて、カメラ４０によってキャリア４を撮像して得られた画像データを画像認識部３８によって認識処理することによって得られたマーク位置認識結果と、印刷検査装置Ｍ２からフィードフォワードされた位置補正データとを加味して部品搭載機構を制御して、各個片基板５に電子部品を搭載する（ＳＴ４）。この後、各個片基板５に電子部品が搭載された後のキャリア４をリフロー装置Ｍ４に搬入し、各個片基板５に搭載された電子部品を一括して半田接合する（ＳＴ５）。これにより、電子部品を半田接合により実装した個片実装基板の製造が完了する。

ここで、上述のフローの（ＳＴ２）に示す位置補正データ作成処理について、図１０のフローに則して、図１１，図１２を参照しながら説明する。なお、図１１，図１２に示す例では、対象が個片基板５が固定的に貼り付けられたキャリア４である場合を示している。まず、図１１（ａ）に示すように、半田ペーストＳが印刷された後の個片基板５を保持したキャリア４を撮像して、各個片基板５の基板認識マークＭａ、Ｍｂの位置を認識する（ＳＴ１１）。なお、図１１において直交座標系ＸＹはカメラ２３に備えられた光学座標
系を示しており、直交座標系ｘｙは、基板認識マークＭａ、Ｍｂの位置によって特定される個別の個片基板５の座標系を示している。また、図１１（ｂ）、（ｃ）においては、各電極５ａに印刷された半田ペーストＳの図示は適宜省略している。個片基板５を対象としたマーク位置認識においては、個片基板５が固定的に貼り付けられたキャリア４のキャリア認識マークＭＡ、ＭＢを併せて位置認識する。これにより、キャリア４における各個片基板５の固定的な相対位置が検出され、この相対位置情報は、位置補正データと併せて電子部品搭載装置Ｍ３へフィードフォワードされる。

次に、基板認識マークＭａ、Ｍｂの位置認識結果と個片基板５の電極位置情報（図５（ｂ）参照）とに基づいて、当該個片基板５における各電極５ａの位置を算出する（ＳＴ１２）。すなわち、図１１（ａ）において認識された基板認識マークＭａ、Ｍｂの２点位置から、直交座標系ＸＹとは別の個片基板５に固有の直交座標系ｘｙを設定し、この直交座標系ｘｙにおける各電極５ａ（ｉ）の位置（ｘｉ，ｙｉ）を算出する。個片基板５の電極位置情報は、各装置の記憶部に予め記憶されており、必要に応じて読み出されるようになっている。

次に、それぞれの個片基板５において位置補正基準エリアに位置する半田ペーストの位置を認識する（ＳＴ１３）。ここで位置補正基準エリアとは、図１１（ｃ）に示すように、矩形形状の個片基板５の１対の対角位置に設定された領域Ｒ１，Ｒ２を意味している。これらの領域Ｒ１，Ｒ２からそれぞれ代表位置として１点づつ選定された１対の電極５ａ（１）、（２）に対して印刷された半田ペーストＳ（１）、（２）の位置ずれ量を求めることにより、当該個片基板５の全体エリアにおける半田ペーストＳ（ｉ）の位置ずれ量を推定することができる。

すなわち、図１２（ａ）に示すように、電極５ａ（１）、（２）の中心点Ｃ１，Ｃ３、半田ペーストＳ（１）、（２）の重心点Ｃ２，Ｃ４を画像認識により求める。次いで、Ｃ１〜Ｃ２、Ｃ３〜Ｃ４の変位量をこれらの位置補正基準エリアにおける半田ペーストＳの電極５ａに対する位置ずれ量として求め（ＳＴ１４）、求めた位置ずれ量から、当該個片基板５内の任意点における位置ずれ量を導出するための座標変換式Ｆ（Ｘ，Ｙ、Θ）を求める（ＳＴ１５）。換言すれば、中心点Ｃ１，Ｃ３がそれぞれ重心点Ｃ２，Ｃ４に重なるような座標変換式を求める。

そして求めた座標変換式Ｆ（Ｘ，Ｙ、Θ）を用いて、当該個片基板５内の各電極５ａ（ｉ）における半田位置ずれ量を算出する（ＳＴ１６）。すなわち、中心点Ｃ（ｉ）を座標変換式Ｆ（Ｘ，Ｙ、Θ）によって座標変換したＣ（ｉ＋１）が、半田ペーストＳ（ｉ）の重心点であると推定し、Ｃ（ｉ）〜Ｃ（ｉ＋１）の変位量を電極５ａ（ｉ）における半田位置ずれ量として算出し、さらにこの演算を個片基板５内の全ての電極５ａについて実行する。

すなわち本実施の形態では、半田位置認識部は、各個片基板５において位置補正基準エリアとして予め定められた領域Ｒ１，Ｒ２に印刷された半田ペーストＳ１，Ｓ２の位置を代表位置として認識するようにしている。これにより、従来必要とされた個々の電極毎に半田印刷位置の算出のための撮像や画像認識処理を行うことなく、半田位置ずれ量の算出を効率よく実行することが可能となっている。もちろん、各個片基板５において全ての電極５ａを対象として半田位置認識を行うことにより、半田位置ずれデータを算出するようにしてもよい。

次いで位置補正データの演算が行われる。すなわち上述のように算出された各電極５ａにおける半田位置ずれを補正して、電子部品を適正な位置に搭載するための位置補正データを各実装点毎のオフセット値として算出する（ＳＴ１７）。ここでは位置補正データの形態として、隣接する１対の電極５ａに半田接合される端子型の電子部品７を対象として実装点を補正する例を示している。図１２（ｂ）に示すように、実装データで示される電極基準での実装点は電極５ａの中点である電極位置Ｐａであり、これに対し、実際に印刷された半田ペーストＳの位置を搭載位置とする半田基準での実装点は２つの電極５ａに印刷された半田ペーストＳの重心位置を示す半田印刷位置Ｐｓである。なお求められた電極位置Ｐａと半田印刷位置Ｐｓとの相対位置ずれ量が、位置ずれ許容上限として予め設定された閾値よりも大きい場合には印刷不良であり、印刷検査処理部２６によって不良判定がなされる。

そして相対位置ずれ量が閾値以内であれば、図１２（ｃ）に示すように、電極位置Ｐａと半田印刷位置Ｐｓとに基づき設定される部品搭載位置Ｐｍと、電極位置Ｐａとの偏差を示すオフセット値（ΔＸ、ΔＹ）を算出する。ここで、部品搭載位置Ｐｍは、電極位置Ｐａと半田印刷位置Ｐｓを結ぶ直線上に、Ｐａ−Ｐｓの中点よりも半田印刷位置Ｐｓ寄りの位置に設定される。印刷された半田ペーストＳが電極から位置ずれしている場合には、半田印刷位置Ｐｓそのものを部品搭載位置Ｐｍとするよりも、半田印刷位置Ｐｓから電極位置Ｐａ側に幾分ずらした位置を部品搭載位置Ｐｍとした方が、良好な半田接合結果が得られることが経験的に知られている。

最適な部品搭載位置を求めるためには、基板の電極形状や電子部品のサイズ・形状、半田ペーストの粘度などの組み合わせによって、個別の実装不良の発生度数分布は種々異なることから、部品搭載位置Ｐｍを小刻みにずらして実装を試行し、部品搭載位置Ｐｍの位置と実装不良の発生度合いとの関連を予め実験的に求めておくことが望ましい。そして全体としての実装不良の発生が最も少なくなるような位置に部品搭載位置Ｐｍを設定する。

このオフセット値の算出はキャリア４に保持されたそれぞれの個片基板５の各電極５ａの全てについて行われ、これらのオフセット値は位置補正データとして電子部品搭載装置Ｍ３にフィードフォワードされる。そして電子部品搭載装置Ｍ３においては、搭載データ記憶部３６に記憶された実装データ、すなわち対象となる個片基板５における実装点の位置を示す実装座標データに、カメラ４０によってキャリア４を撮像して求められたマーク認識結果およびフィードフォワードされた位置補正データとを加味して、部品搭載動作が実行される。

すなわち、設計上の実装位置に対して、キャリア４の位置決めおよび個片基板５の相対位置ずれに起因する位置ずれ誤差をマーク認識結果によって補正し、さらに印刷検査装置Ｍ２からフィードフォワードされる位置補正データによって半田位置ずれを補正した上で、部品搭載動作を行う。この場合には、キャリア４に形成されたキャリア認識マークＭＡ、ＭＢに対する各個片基板５の相対位置は印刷検査装置Ｍ２において既に取得され、位置補正データとともに電子部品搭載装置Ｍ３にフィードフォワードされていることから、キャリア４のキャリア認識マークＭＡ、ＭＢのみを位置認識すればよい。

上述の電子部品実装方法は、キャリア４に位置が固定された状態で保持された複数の個片基板５に電子部品を半田接合により実装して個片実装基板を製造する電子部品実装方法に関するものであり、以下の各工程を含んだ形態となっている。まず印刷装置Ｍ１によって、複数の個片基板５のそれぞれに形成された電子部品接合用の複数の電極５ａに半田ペーストＳを一括して印刷する（印刷工程）。次に、印刷後のキャリア４を印刷検査装置Ｍ２に搬入し、キャリア４をカメラ２３によって撮像した画像データを認識処理することにより、キャリア４に形成されたキャリア認識マークＭＡ，ＭＢの位置および個片基板５に形成された基板認識マークＭａ，Ｍｂの位置を認識する（第１のマーク位置認識工程）とともに、個片基板５に印刷された半田ペーストＳの位置を検出する（半田位置認識工程）。

印刷検査装置Ｍ２においては、第１のマーク位置認識工程における基板認識マークＭａ、Ｍｂを対象としたマーク位置認識結果、半田位置認識工程における半田位置認識結果および個片基板５における電極５ａの位置を示す電極位置情報に基づいて、各個片基板５における半田ペーストＳの位置ずれを示す半田位置ずれデータを各個片基板５毎に算出する（半田位置ずれ算出工程）。この半田位置ずれ算出は、図１０に示す（ＳＴ１２）〜（ＳＴ１６）に示す方法に従って行われる。

次いで位置補正データ演算部２４によって、半田ペーストＳの位置ずれを補正して電子部品を適正な位置に搭載するための位置補正データを、半田位置ずれデータに基づいて各個片基板５毎に求める演算を行い（位置補正データ演算工程）、この位置補正データは電子部品搭載装置Ｍ３にフィードフォワードされる。なおこの位置補正データとともに、第１のマーク位置認識工程において求められたキャリア４における各個片基板５の相対位置を示す相対位置情報がフィードフォワードされる。そして電子部品搭載装置Ｍ３においては、以下の各工程が実行される。まず、半田ペースト印刷後のキャリア４をカメラ４０によって撮像することにより、キャリア認識マークＭＡ，ＭＢの位置を認識する（第２のマーク位置認識工程）。

次いで、第１のマーク位置認識工程および第２のマーク位置認識工程におけるマーク位置認識結果と、印刷検査装置Ｍ２からフィードフォワードされた位置補正データとを加味して、部品搭載機構による電子部品の搭載動作を制御することにより、部品供給部から搭載ヘッド３２によって電子部品をピックアップし、半田ペーストＳが印刷された各個片基板５に搭載する（部品搭載工程）。

また、同様の電子部品実装ライン１を用いて、図７に示すキャリア１０４に設けられた基板保持部１０４ａに位置決め誤差のある状態で保持された複数の個片基板１０５を対象として個片実装基板を製造する場合には、上述の電子部品実装方法と比較して、以下の工程における作業処理内容が異なっている。まず、印刷検査装置Ｍ２にて実行される第１のマーク認識工程においては、個片基板１０５のそれぞれに形成された基板認識マークＭａ，Ｍｂの位置のみを認識する。キャリア１０４においては、個片基板１０５は常に基板保持部１０４ａ内で寸法的な遊びに起因する位置誤差を有しており、キャリア１０４内における個片基板１０５の相対位置は常に変動しており、この相対位置を予め求めておく利点がないからである。半田位置ずれ算出工程および位置補正データ演算工程については、キャリア４、個片基板５を対象とする上述例と同様である。

また、印刷後の個片基板１０５を保持したキャリア１０４を電子部品搭載装置Ｍ３に搬入して行われる第２のマーク位置認識工程においては、保持された個片基板１０５の全ての基板認識マークＭａ，Ｍｂを認識する。これは、印刷検査装置Ｍ２における第１のマーク位置認識工程でキャリア１０４に対する個片基板１０５の相対位置を示す相対位置情報が取得されていないことによる。そして電子部品搭載動作においては、基板認識マークＭａ，Ｍｂのマーク位置認識結果と印刷検査装置Ｍ２からフィードフォワードされた位置補正データとを加味して、部品搭載機構が制御される。

上記説明したように、本実施の形態に示す電子部品実装方法においては、基板認識マークＭａ，Ｍｂのマーク位置認識結果、印刷された半田ペーストＳの半田位置認識結果および個片基板５における電極５ａの位置を示す電極位置情報に基づいて各個片基板５における半田ペーストＳの位置ずれを示す半田位置ずれデータを各個片基板５毎に算出し、算出された半田位置ずれデータに基づいて位置ずれを補正して電子部品を適正な位置に搭載するための位置補正データを各個片基板５毎に求める演算を行い、さらに電子部品搭載装置Ｍ３においてフィードフォワードされた位置補正データとマーク位置認識結果とを加味し
て部品搭載機構による電子部品の搭載動作を制御する構成を採用している。これにより、キャリア内において個片基板の位置がばらついている場合にあっても、搭載位置補正を効率よく行うことができる。

本発明の電子部品実装システムおよび電子部品実装方法は、複数の個片基板をキャリアに保持させた部品実装形態において、半田印刷位置に応じた搭載位置補正を効率よく行うことができるという効果を有し、キャリアに保持された複数の個片基板に電子部品を半田接合により実装して個片実装基板を製造する分野に有用である。

本発明の一実施の形態の電子部品実装システムの構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおける印刷装置の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおける印刷検査装置の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおける電子部品搭載装置の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態の電子部品実装システムの対象となるキャリアおよび個片基板の構造説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装システムの対象となるキャリアおよび個片基板の構造説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装システムの対象となるキャリアおよび個片基板の構造説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装システムの対象となるキャリアおよび個片基板の構造説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装システムによる電子部品実装方法を示すフロー図 本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における位置補正データ作成処理を示すフロー図 本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における位置補正データ作成処理の説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における位置補正データ作成処理の説明図

符号の説明

１ 電子部品実装ライン
４、１０４ キャリア
１０４ａ 基板保持部
４ａ 被膜
５、１０５ 基板
５ａ、１０５ａ 電極
７ 電子部品
２３、４０ カメラ
Ｓ 半田ペースト
ＭＡ，ＭＢ キャリア認識マーク
Ｍａ，Ｍｂ 基板認識マーク

Claims (4)

1. キャリアに保持された複数の個片基板に電子部品を半田接合により実装して個片実装基板を製造する電子部品実装システムであって、
   前記複数の個片基板のそれぞれに形成された電子部品接合用の複数の電極に半田ペーストを一括して印刷する印刷装置と、
   前記キャリアに形成されたキャリア認識マークの位置および前記個片基板に形成された基板認識マークの位置を認識可能な第１のマーク位置認識部と、前記印刷された半田ペーストの位置を認識する半田位置認識部と、前記第１のマーク位置認識部による前記キャリア認識マークおよび前記基板認識マークのマーク位置認識結果、前記半田位置認識部による半田位置認識結果および個片基板における電極の位置を示す電極位置情報に基づいて各個片基板における半田ペーストの位置ずれを示す半田位置ずれデータを各個片基板毎に算出する半田位置ずれ算出部とを有する印刷検査装置と、
   前記位置ずれを補正して電子部品を適正な位置に搭載するための位置補正データを前記半田位置ずれデータに基づいて各個片基板毎に求める演算を行う位置補正データ演算部と、
   部品供給部から搭載ヘッドによって電子部品をピックアップし前記半田ペーストが印刷された各個片基板に搭載する部品搭載機構と、前記キャリア認識マークおよび基板認識マークの位置を認識可能な第２のマーク位置認識部と、前記第２のマーク位置認識部によるマーク位置認識結果と前記位置補正データとを加味して、前記部品搭載機構による電子部品の搭載動作を制御する搭載制御部とを有する電子部品搭載装置とを備えたことを特徴とする電子部品実装システム。
2. 前記半田位置認識部は、各個片基板において位置補正基準エリアとして予め定められた領域に印刷された半田ペーストの位置を代表位置として認識することを特徴とする請求項１記載の電子部品実装システム。
3. 前記位置補正データ演算部は、前記印刷検査装置に設けられていることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装システム。
4. キャリアの表面に設けられた密着性樹脂の被膜によって位置が固定された状態で保持さ
   れた複数の個片基板に電子部品を半田接合により実装して個片実装基板を製造する電子部品実装方法であって、
   前記複数の個片基板のそれぞれに形成された電子部品接合用の複数の電極に半田ペーストを一括して印刷する印刷工程と、
   前記キャリアに形成されたキャリア認識マークの位置および前記個片基板に形成された基板認識マークの位置を認識する第１のマーク位置認識工程と、前記印刷された半田ペーストの位置を検出する半田位置認識工程と、前記第１のマーク位置認識工程における前記キャリア認識マークおよび前記基板認識マークのマーク位置認識結果、前記半田位置認識工程における半田位置認識結果および個片基板における電極の位置を示す電極位置情報に基づいて、前記キャリアにおける各個片基板の相対位置および各個片基板における半田ペーストの位置ずれを示す半田位置ずれデータを各個片基板毎に算出する半田位置ずれ算出工程と、
   前記位置ずれを補正して電子部品を適正な位置に搭載するための位置補正データを前記半田位置ずれデータに基づいて各個片基板毎に求める演算を行う位置補正データ演算工程と、
   半田ペースト印刷後の前記キャリアを対象として前記キャリア認識マークの位置を認識する第２のマーク位置認識工程と、前記第２のマーク位置認識工程におけるマーク位置認識結果と前記位置補正データとを加味して部品搭載機構による電子部品の搭載動作を制御することにより、部品供給部から搭載ヘッドによって電子部品をピックアップし前記半田ペーストが印刷された各個片基板に搭載する部品搭載工程とを含むことを特徴とする電子部品実装方法。

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