(57)【要約】  【課題】  プリント基板に多種多様の反りがあっても、電子部品が確実に実装できる電子部品の実装方法を提供する。  【解決手段】  実装装置１の部品実装位置Ｂに位置決めされたプリント基板４の局部的な反りを測定するため、予め設定された基準位置からプリント基板４までの高さを、複数の測定点を組として複数組に亘って測定する工程と、測定により得られた測定値を組毎に平均化して、各組毎に平面形状を演算する工程と、演算により得られた平面形状データにより、実装ヘッド１３に設けられた部品実装手段１５のストロークを補正する工程と、ストロークが補正された部品実装手段１５によりプリント基板４に電子部品５を実装する工程とを具備したことにより、プリント基板４に多種多様の反りがあっても、電子部品５が確実に実装できる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ軸及びＹ軸方向へ移動自在な実装ヘッドを有する実装装置を使用してプリント基板に電子部品を実装する電子部品の実装方法であって、前記実装装置の部品実装位置に位置決めされた前記プリント基板の局部的な反りを測定するため、予め設定された基準位置から前記プリント基板までの高さを、複数の測定点を組として複数組に亘って測定する工程と、前記測定により得られた測定値を組毎に平均化して、各組毎に平面形状を演算する工程と、前記演算により得られた平面形状データにより、前記実装ヘッドに設けられた部品実装手段のストロークを補正する工程と、ストロークが補正された前記部品実装手段により前記プリント基板に前記電子部品を実装する工程とを具備したことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項２】
前記プリント基板の局部的な反りを測定するに当って、前記プリント基板をマトリックス状に区画して、各升目の隅部を測定点に設定し、かつ前記升目を１組として前記測定点の複数個所を測定することを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装方法。
【請求項３】
Ｘ軸及びＹ軸方向へ移動自在な実装ヘッドと、前記実装ヘッドに昇降自在に設けられ、かつ部品供給手段より電子部品を取り出して前記プリント基板に実装する部品実装手段とを備えた実装装置であって、前記実装ヘッドに設けられ、かつ実装装置の部品実装位置に位置決めされた前記プリント基板の局部的な反りを測定するため、予め設定された基準位置から前記プリント基板までの高さを、複数の測定点を組として複数組に亘って測定する高さ測定手段と、前記測定により得られた測定値を組毎に平均化して、各組毎に平面形状を演算すると共に、前記演算により得られた平面形状データにより、前記部品実装手段のストロークを補正する制御手段とを具備したことを特徴とする電子部品の実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板へ電子部品を実装する電子部品の実装方法及び実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器等に使用されているプリント基板には多数の電子部品が実装されているが、これら電子部品の多くは、実装装置により自動的にプリント基板の所定位置に実装されている。
【０００３】
プリント基板に電子部品を実装する従来の実装装置は、基板搬送用コンベヤにより搬送されてきたプリント基板を所定位置に位置決めしてクランプによりクランプしたら、Ｘ軸及びＹ軸方向に移動自在な実装ヘッドによりピックアップした電子部品をプリント基板の所定位置へ移動して実装している。
【０００４】
またプリント基板の裏面側は複数のバックアップピンにより支持するようになっていて、プリント基板が多少裏面側へ湾曲（下反り）していても、バックアップピンにより下反りが矯正できるようになっている。
【０００５】
しかしプリント基板が表面側に湾曲（上反り）している場合はバックアップピンでは矯正できないため、このようなプリント基板に実装ヘッドにより電子部品を実装した場合、電子部品がプリント基板に衝突して、プリント基板や電子部品が破損する問題が生じる。
【０００６】
かかる問題を改善するため、所定の基準位置からプリント基板の実装位置までの高さを測定し、得られた高さに基づいて実装位置に対する部品実装時の実装ヘッドの高さを調整することにより、プリント基板に上反りがあっても電子部品が正確かつ適切に実装できるようにした電子部品の実装方法及び実装装置が提案されている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−１８５１９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし近年では、電子機器等の高機能化や高性能化により、使用するプリント基板が高密度化及び薄型化されている上、人体への悪影響や環境汚染への配慮から、鉛を含まない無鉛はんだの使用が普及しているが、無鉛はんだは従来の共晶はんだに比べて融点が高いことから、リフローはんだ付けを採用した場合にプリント基板の反りが多種多様となる。
【０００８】
このため、前記特許文献１に記載された電子部品の実装方法のように、所定の基準位置からプリント基板の実装位置までの高さを測定し、得られた高さに基づいて実装位置に対する部品実装時の実装ヘッドの高さを調整するようにしたものでは、プリント基板の多種多様な反りには対応することができず、その結果プリント基板に電子部品が衝突して電子部品やプリント基板が破損したり、電子部品の跳び、電子部品の位置ずれや欠品、プリント基板より電子部品が浮き上がる等の実装不良等を防止できない問題がある。
【０００９】
本発明はかかる従来の問題を改善するためになされたもので、プリント基板に多種多様の反りがあっても、電子部品が確実に実装できる電子部品の実装方法及び実装装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電子部品の実装方法は、Ｘ軸及びＹ軸方向へ移動自在な実装ヘッドを有する実装装置を使用してプリント基板に電子部品を実装する電子部品の実装方法であって、実装装置の部品実装位置に位置決めされたプリント基板の局部的な反りを測定するため、予め設定された基準位置からプリント基板までの高さを、複数の測定点を組として複数組に亘って測定する工程と、測定により得られた測定値を組毎に平均化して、各組毎に平面形状を演算する工程と、演算により得られた平面形状データにより、実装ヘッドに設けられた部品実装手段のストロークを補正する工程と、ストロークが補正された部品実装手段によりプリント基板に電子部品を実装する工程とを具備したものである。
【００１１】
前記方法により、高密度化や薄型化、リフローはんだ付けを採用したために、多種多様な反りが局部的に生じたプリント基板であっても、反りに応じてストロークを補正した部品実装手段によりプリント基板に電子部品を実装することができることから、プリント基板に電子部品が衝突して電子部品やプリント基板が破損したり、電子部品の跳び、電子部品の位置ずれや欠品、プリント基板より電子部品が浮き上がる等の実装不良等を確実に防止することができる。
【００１２】
本発明の電子部品の実装方法は、プリント基板の局部的な反りを測定するに当って、プリント基板をマトリックス状に区画して、各升目の隅部を測定点に設定し、かつ升目を１組として測定点の複数個所を測定するようにしたものである。
【００１３】
前記方法により、実装密度や実装する電子部品のサイズ、プリント基板の局部的な反りの度合い等に応じて升目の大きさを選択することにより、きめの細かい測定位置の設定が可能となる上、座標により測定位置の設定が可能になるため、プログラムの作成が容易になると共に、プリント基板の反りの少ない場合は升目の大きさを大きく設定することにより測定個所を少なくすることができるため、実装効率の向上が図れるようになる。
【００１４】
本発明の電子部品の実装装置は、Ｘ軸及びＹ軸方向へ移動自在な実装ヘッドと、実装ヘッドに昇降自在に設けられ、かつ部品供給手段より電子部品を取り出してプリント基板に実装する部品実装手段とを備えた実装装置あって、実装ヘッドに設けられ、かつ実装装置の部品実装位置に位置決めされたプリント基板の局部的な反りを測定するため、予め設定された基準位置からプリント基板までの高さを、複数の測定点を組として複数組に亘って測定する高さ測定手段と、測定により得られた測定値を組毎に平均化して、各組毎に平面形状を演算すると共に、演算により得られた平面形状データにより、部品実装手段の下降ストロークを補正する制御手段とから構成したものである。
【００１５】
前記構成により、高密度化や薄型化、リフローはんだ付けを採用したために、多種多様な反りが局部的に生じたプリント基板であっても、反りに応じてストロークを補正した部品実装手段によりプリント基板に電子部品を実装することができることから、プリント基板に電子部品が衝突して電子部品やプリント基板が破損したり、電子部品の跳び、電子部品の位置ずれや欠品、プリント基板より電子部品が浮き上がる等の実装不良等を確実に防止することができる。
【００１６】
また既存の実装装置に測定用のプログラムを入力するだけで実施することができるため、経済的である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の電子部品の実装方法及び実装装置によれば、多種多様な反りが局部的に生じたプリント基板であっても、反りに応じてストロークを補正した部品実装手段によりプリント基板に電子部品を実装することができることから、プリント基板に電子部品が衝突して電子部品やプリント基板が破損したり、電子部品の跳び、電子部品の位置ずれや欠品、プリント基板より電子部品が浮き上がる等の実装不良等を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施の形態を、図面を参照して詳述する。
【００１９】
図１は電子部品の実装ラインを示す正面図、図２は実装装置に設けられた実装ヘッド付近の拡大正面図、図３は同拡大平面図、図４は制御手段のブロック図、図５はプリント基板の高さ測定時の作用説明図、図６は部品実装時の作用を示すフローチャートである。
【００２０】
図１に示す電子部品の実装ラインは、プリント基板４の搬送方向（矢印Ａ）に対して上流側から下流側へ複数基（実施の形態では３基の場合を示している）の実装装置１が順次配置されており、実装装置１の上流側には、印刷機やディスペンサ、はんだ検査機等の前工程を実施する機器２が、そして下流側には、リフローはんだ付け装置や硬化炉等の後工程を実施する機器３が設置されている。
【００２１】
プリント基板４へ電子部品５を実装する実装装置１は、図３に示すように基台１ａを有していて、この基台１ａの上方に前工程で処理が完了したプリント基板４を実装装置１内へ搬入する基板搬送手段６が設置されている。
【００２２】
基板搬送手段６は例えばコンベアにより形成されていて、プリント基板４のサイズに応じて間隔が調整できるようになっており、基板搬送手段６により実装装置１内に搬入されたプリント基板４は、基台１ａ上の部品実装位置Ｂに設置された位置決め手段（図示せず）へ載置されるようになっており、位置決め手段は、プリント基板４を下方から支持する複数のバックアップピンと、所定位置に位置決めされたプリント基板４の両側をクランプして固定するクランパとから構成されている。
【００２３】
基板搬送手段６の上方には、基板搬送方向Ａに離間し、かつ基板搬送方向Ａと直交するＹ軸方向に並設された一対のガイドレール７が設置されていて、これらガイドレール７にＹ軸キャリヤ８がＹ軸方向に移動自在に支承されており、各Ｙ軸キャリヤ８の間には、Ｙ軸と直交するＸ軸方向に支持フレーム９が横架されている。
【００２４】
下流側に位置するガイドレール７の側面には、Ｙ軸駆動手段１０を構成するボールねじ軸１０ａの両端側が回転自在に支承されていて、このボールねじ軸１０ａの一端側に、基台１ａ上に設けられたサーボモータよりなるＹ軸駆動モータ１０ｂが接続されており、ボールねじ軸１０ａに螺合されたボールナット（図示せず）は、一方のＹ軸キャリヤ８に取り付けられていて、Ｙ軸駆動モータ１０ｂによりボールねじ軸１０ａを正逆回転させることにより、Ｙ軸キャリヤ８を介して支持フレーム９をＹ軸方向へ移動できるようになっている。
【００２５】
支持フレーム９は桁状に形成されていて、一方の側面に上下方向に離間して一対のガイドレール１２が設置されており、これらガイドレール１２に実装ヘッド１３がＸ軸方向へ移動自在に支承されていると共に、各ガイドレール１２の間にＸ軸駆動手段１４を構成するボールねじ軸１４ａの両端側が回転自在に支承されている。
【００２６】
ボールねじ軸１４ａの一端側には、支持フレーム９の下流側端部に設けられたサーボモータよりなるＸ軸駆動モータ１４ｂが接続されており、ボールねじ軸１４ａに螺合されたボールナット（図示せず）は、実装ヘッド１３に取り付けられていて、Ｘ軸駆動モータ１４ｂによりボールねじ軸１４ａを正逆回転させることにより、実装ヘッド１３をＸ軸方向へ移動できるようになっている。
【００２７】
実装ヘッド１３の前面には、図２に示すように縦方向に設けられた複数本の吸着ノズルよりなる部品実装手段１５がＸ軸方向に並設されていて、これら部品実装手段１５の下端側ノズル部１５ａにより、部品供給手段１６に収容された電子部品５が吸着できるようになっている。
【００２８】
部品供給手段１６は、Ｙ軸方向に離間し、かつ部品実装位置Ｂを挟んで対向するよう基台１ａ上に設置された複数列のテープフィーダ１６ａより構成されていて、各テープフィーダ１６ａより１個づつ送り出される電子部品５を実装ヘッド１３に設けられた部品実装手段１５のノズル部１５ａが吸着するようになっており、テープフィーダ１６ａは、電子部品５がなくなったり、実装する電子部品５が変った場合に交換できるようになっている。
【００２９】
実装ヘッド１３に設けられた部品実装手段１５は、プリント基板４に実装する電子部品５の向きが変った場合にも対応できるよう旋回手段１３ａにより旋回できる上、昇降手段１３ｂにより各部品実装手段１５が独立して昇降できるようになっており、上流側に位置する部品実装手段１５の近傍には、部品実装位置Ｂに位置決めされたプリント基板４の上面までの高さを検出する高さ測定手段１７が設けられている。
【００３０】
高さ測定手段１７は、予め設定された基準位置からプリント基板４の表面までの高さを無接触で測定が可能な例えば距離センサが使用されていて、実装ヘッド１３の移動に伴いプリント基板４上面の複数の測定点Ｃの高さを短時間で測定できるようになっており、高さ測定手段１７により測定された測定値は図４に示す制御手段１８へ送られて、プリント基板４の座標毎の高低差が瞬時に演算されるようになっている。
【００３１】
また実装装置１の基台１ａ上には、例えば一方のテープフィーダ１６ａの上流側近傍に、部品認識手段２０が設置されている。
【００３２】
部品認識手段２０は、部品実装手段１５が吸着した電子部品５を識別するもので、電子部品５を下方から照明する照明灯と、電子部品５を撮像するＣＣＤカメラと、照明灯及びＣＣＤカメラを収容するハウジング（何れも図示せず）等からなり、ＣＣＤカメラにより撮像された電子部品５の画像は、制御手段１８へ送られて画像処理され、電子部品５の識別が行われるようになっている。
【００３３】
次に前記構成された実装装置１を使用して、プリント基板４に電子部品５を実装する実装方法を、図４、図５及び図６を参照して説明する。
【００３４】
実装装置１を制御する制御手段１８には、プリント基板４のどの位置にどんな電子部品５を実装するかを指示する実装プログラムが予め入力されている。
【００３５】
この実装プログラムには、電子部品５の実装位置の他に実装ヘッド１３に設けられた部品実装手段１５の下降ストロークや、プリント基板４への押し込み量等が部品毎にプログラムされているが、プリント基板４に多種多様な反りがあった場合、予めプログラムされた部品実装手段１５の下降ストロークや、プリント基板４への押し込み量では、多種多様な反りに対応できず、実装不良が発生する原因となる。
【００３６】
これを防止するため制御手段１８には、実装プログラムとは別にプリント基板４の複数点の高さを測定する測定プログラムが組み込まれている。
【００３７】
例えば図５に示すように、プリント基板４をマトリック状に区画し、各升目の４隅を１組の測定点Ｃとして基準位置からの高さを測定し、得られた測定値を測定点Ｃの座標とともに制御手段１８へ送って、演算部１８ａで各測定値の平均値から各升目の平面形状データを演算している。
【００３８】
またプリント基板４をマトリックス状に区画する場合、升目の大きさを細かくするほど測定精度は上がるが、測定点Ｃの数が多くなって測定に時間がかかるため実装効率が低下する。
【００３９】
そこでマトリックスの升目の大きさは、プリント基板４の実装密度や、局部的な反りの度合い等から判断して決めることが望ましい。
【００４０】
制御手段１８に実装プログラム及び測定点Ｃを指示するプログラムの入力が完了したら、実装ラインの運転を開始すると、前工程で処理されたプリント基板４が基板搬送手段６により初段の実装装置１の部品実装位置Ｂに設けられた位置決め手段へと搬入され、図６に示すフローチャートのステップＳ１で位置決め手段により位置決めされた後、クランパにより固定される。
【００４１】
その後制御手段１８より送られる制御信号によりＸ軸駆動手段１４及びＹ軸駆動手段１０が制御されて、高さ測定手段１７が設けられた実装ヘッド１３がプリント基板４上をＸ軸及びＹ軸方向へ移動され、最初に高さを測定するプリント基板４の測定点Ｃに高さ測定手段が停止されて、始めの升目の隅部４個所の測定点Ｃにおける基準位置からプリント基板４の表面までの高さがフローチャートのステップＳ２で測定され、４点を１組とした測定値が測定点Ｃの座標とともに制御手段１８へ送られる。
【００４２】
制御手段１８はフローチャートのステップＳ３で、高さ測定手段１７より送られてきた４点を１組とする測定値から平面関数を求めて、１升目分の平均値から平面形状を演算し、平面形状データとして升目の座標毎に記憶手段１８ｂに記憶させる。
【００４３】
以上のようにして升目全体の平面形状を演算し、平面形状データを記憶手段１８ｂに記憶したら、次に実装プログラムを実行して、プリント基板４に電子部品５の実装を開始する。
【００４４】
電子部品５の実装に当っては、制御手段１８より送られてくる制御信号によりＸ軸駆動手段１４及びＹ軸駆動手段１０が制御されて、始めに実装する電子部品５が収容されたテープフィーダ１６ａへ実装ヘッド１３が移動され、実装ヘッド１３に設けられた部品実装手段１５のノズル部１５ａが電子部品５を吸着する。
【００４５】
その後実装ヘッド１３がテープフィーダ１６ａの上流側に設けられた部品認識手段２０へと移動されて、部品実装手段１５に吸着された電子部品５の識別が行われ、プリント基板４に実装する電子部品５であることが確認されると、実装ヘッド１３がプリント基板４の始めに電子部品５を実装する位置へと移動される。
【００４６】
同時に制御手段１８は、予め記憶手段１８ｂに記憶されている実装位置の平面形状データを読み出して、フローチャートのステップＳ４で、予め設定されている部品実装手段１５の下降ストロークを平面形状データにより補正し、適正下降ストロークを設定する。
【００４７】
すなわち電子部品５を実装するプリント基板４の実装位置が下反りしている場合は、部品実装手段１５の下降ストロークが増加するように補正し、逆に上反りしている場合は、部品実装手段１５の下降ストロークが減少するように補正する。
【００４８】
以上のようにして、プリント基板４の局部的な反りに応じて部品実装手段１５の下降ストロークが適正値に設定されたら、部品実装手段１５により電子部品５をプリント基板５の上面に当接するまで下降させた後、さらに予め設定された押し込み量だけ部品実装手段１５を下降させて、フローチャートのステップＳ５でプリント基板４に電子部品５を実装する。
【００４９】
以下前記動作を繰り返して、初段の実装装置１が実装すべき電子部品５の全てを実装したら、フローチャートのステップＳ６で位置決め手段のクランパを解放して、基板搬送手段６によりプリント基板４を次の実装装置１へ搬送し、前記と同様に電子部品５の実装を行うもので、初段の実装装置１で測定したプリント基板４の各実装位置における平面形状データを各実装装置１に予め送って、各実装装置１の制御手段１８に設けられた記憶手段１８ｂに記憶させておくことにより、プリント基板４が搬入される毎にプリント基板４の実装位置の高さを測定する必要がなくなるので、実装効率が向上するが、各実装装置１にプリント基板４が搬入される毎にプリント基板４の実装位置の高さ測定を行うようにしてもよい。
【００５０】
また最下流に位置する実装装置１により全ての電子部品５の実装が完了したら、基板搬送手段６によりプリント基板４は後工程を実施する機器３へと搬送されて、リフローはんだ付け等の後工程処理が行われる。
【００５１】
なお前記実施の形態では、プリント基板４をマトリックス状に区画して、各升目の４隅の高さを１組として測定したが、升目の周辺の複数点、例えば３点や５点を測定して平面形状データを得るようにしてもよく、電子部品５の実装位置が升目に跨るような場合は、隣接する升目も含めた範囲を測定して、得られた測定値を１組として平均化してもよいと共に、プリント基板４をマトリックス状に区画せず、電子部品５の実装位置周辺の複数個所の高さを測定して、実装位置の平面形状データを得るようにしてもよい。
【００５２】
また前記実施の形態では、プリント基板４全体の高さを先に測定してから電子部品５の実装を行うようにしたが、実装位置の高さ測定と電子部品５の実装を交互に繰り返しながらプリント基板４に電子部品５を実装するようにしてもよく、高さ測定手段１７にラインセンサ等を使用して、プリント基板４の局部的な反りを面として検出するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の電子部品の実装方法は、多種多様な反りが局部的に生じたプリント基板であっても、反りに応じてストロークを補正した部品実装手段によりプリント基板に電子部品を実装することができることから、プリント基板へ電子部品を実装する電子部品の実装方法に最適である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態になる電子部品の実装方法を実施する実装ラインの正面図
【図２】本発明の実施の形態になる電子部品の実装装置に設けられた実装ヘッド付近の拡大正面図
【図３】本発明の実施の形態になる電子部品の実装装置の平面図
【図４】本発明の実施の形態になる電子部品の実装装置に設けられた制御手段の平面図
【図５】本発明の実施の形態になる電子部品の実装方法を示す作用説明図
【図６】本発明の実施の形態になる電子部品の実装方法を示すフローチャート
【符号の説明】
【００５５】
１      実装装置
４      プリント基板
５      電子部品
１３      実装ヘッド
１５      部品実装手段
１６      部品供給手段
１７      高さ測定手段
１８      制御手段
１８ｂ    記憶手段
Ｂ      部品実装位置
【図１】
2006019469.tif 000003
【図２】
2006019469.tif 000004
【図３】
2006019469.tif 000005
【図４】
2006019469.tif 000006
【図５】
2006019469.tif 000007
【図６】
2006019469.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成16年7月15日(2004.7.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2006019469.tif 000009