(57)【要約】【課題】溶融半田のセルフアライメント効果による電子部品の変位を考慮した電子部品実装ラインおよび電子部品実装ラインにおける位置管理方法を提供する。【解決手段】基板側電極１ａ、１ｂに印刷されたクリーム半田３０ａ、３０ｂの印刷位置を算出する演算手段と、クリーム半田３０ａ、３０ｂの印刷位置ｂ１を基準として基板側電極１ａ、１ｂに電子部品２０を搭載する電子部品搭載手段と、クリーム半田３０ａ、３０ｂの印刷位置を基準として電子部品２０の搭載位置を管理する搭載位置管理手段と、クリーム半田３０ａ、３０ｂを溶融させて電子部品と基板側電極１ａ、１ｂとを接合させる接合手段と、基板側電極位置ａ１を基準として電子部品２０の実装位置を管理する実装位置管理手段と、を備え、溶融したクリーム半田３０ａ、３０ｂが奏するセルフアライメント効果による電子部品２０の変位に対応した位置管理を行う。【選択図】図３
2008072035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クリーム半田が印刷された基板側電極に電子部品を実装する電子部品実装ラインであって、
前記基板側電極に印刷された前記クリーム半田の印刷位置を算出する演算手段と、前記クリーム半田の印刷位置を基準として前記基板側電極に電子部品を搭載する電子部品搭載手段と、前記クリーム半田の印刷位置を基準として電子部品の搭載位置を管理する搭載位置管理手段と、前記クリーム半田を溶融させて電子部品と前記基板側電極とを接合させる接合手段と、前記基板側電極位置を基準として電子部品の実装位置を管理する実装位置管理手段と、を備えた電子部品実装ライン。
【請求項２】
前記基板側電極に印刷された前記クリーム半田の印刷位置が、前記基板側電極に印刷された前記クリーム半田の体積中心の平面位置である請求項１に記載の実装ライン。
【請求項３】
クリーム半田が印刷された基板側電極に電子部品を実装する電子部品実装ラインにおける位置管理方法であって、
前記基板側電極に印刷された前記クリーム半田の印刷位置を算出する印刷位置算出工程と、前記クリーム半田の印刷位置を基準として前記基板側電極に電子部品を搭載する工程と、前記クリーム半田の印刷位置を基準として電子部品の搭載位置を管理する工程と、前記クリーム半田を溶融させて電子部品と前記基板側電極とを接合させる工程と、前記基板側電極位置を基準として電子部品の実装位置を管理する工程と、を含む電子部品実装ラインにおける位置管理方法。
【請求項４】
前記基板側電極に印刷された前記クリーム半田の印刷位置が、前記基板側電極に印刷された前記クリーム半田の体積中心の平面位置である請求項３に記載の電子部品実装ラインにおける位置管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極にクリーム半田が印刷された基板に電子部品を実装する電子部品実装ラインおよび電子部品実装ラインにおける位置管理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
表面に電極が形成されたプリント配線基板等の基板に電子部品を実装する場合、基板側電極に予めクリーム半田を印刷し、このクリーム半田上に部品側電極を搭載した状態でリフローすることにより、溶融半田を部品側電極となじませて接合する方法が広く実施されている。実装品質を確保する上では、基板側電極と部品側電極を正確に接合する必要があるが、基板側電極上に印刷されたクリーム半田が基板側電極に対してずれた位置に印刷されている場合や均一に印刷されていない場合がある。このような場合に、電子部品を設計上の実装基準位置に基づいて両電極が正確に重なり合うように電子部品を搭載すると、リフロー時の溶融半田による表面張力により、電子部品が当初の搭載位置、すなわち実装基準位置からずれてしまったり、部分的に強い表面張力が作用して電子部品が立ち上がるマンハッタン現象が起きたりする等の不具合が生じることがある。
【０００３】
このような不具合を解決するため、一対の基板側電極上に印刷されたクリーム半田の平面形状から面積中心を求め、この面積中心を基準として電子部品を搭載するようにした電子部品実装装置が提案されている（特許文献１参照）。このように、一対の基板側電極上に印刷されたクリーム半田の面積中心を基準として電子部品を搭載することで、リフロー時に溶融半田が基板側電極の表面上を濡れ広がる際に、溶融半田が奏するセルフアライメント効果により電子部品の両端部に形成された部品側電極がそれぞれの基板側電極の中央部に移動し、ほぼ設計上の実装基準位置に自動的に位置補正される。
【特許文献１】特開２００２−８４０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電子部品の実装分野では、実装品質を確保するため、リフロー前後における電子部品の位置管理を行っている。ところが、リフロー時の溶融半田によるセルフアライメント効果により電子部品はリフロー前後で変位するため、リフロー前の電子部品の搭載位置を管理するための基準位置とリフロー後の電子部品の実装位置を管理するための基準位置との２つの基準位置を設定し、それぞれの基準位置に基づいて電子部品の位置管理を行う必要がある。
【０００５】
そこで本発明は、溶融半田のセルフアライメント効果による電子部品の変位を考慮した電子部品実装ラインおよび電子部品実装ラインにおける位置管理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、クリーム半田が印刷された基板側電極に電子部品を実装する電子部品実装ラインであって、前記基板側電極に印刷された前記クリーム半田の印刷位置を算出する演算手段と、前記クリーム半田の印刷位置を基準として前記基板側電極に電子部品を搭載する電子部品搭載手段と、前記クリーム半田の印刷位置を基準として電子部品の搭載位置を管理する搭載位置管理手段と、前記クリーム半田を溶融させて電子部品と前記基板側電極とを接合させる接合手段と、前記基板側電極位置を基準として電子部品の実装位置を管理する実装位置管理手段と、を備えた。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記基板側電極に印刷された前記クリーム半田の印刷位置が、前記基板側電極に印刷された前記クリーム半田の体積中心の平面位置である。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、クリーム半田が印刷された基板側電極に電子部品を実装する電子部品実装ラインにおける位置管理方法であって、前記基板側電極に印刷された前記クリーム半田の印刷位置を算出する印刷位置算出工程と、前記クリーム半田の印刷位置を基準として前記基板側電極に電子部品を搭載する工程と、前記クリーム半田の印刷位置を基準として電子部品の搭載位置を管理する工程と、前記クリーム半田を溶融させて電子部品と前記基板側電極とを接合させる工程と、前記基板側電極位置を基準として電子部品の実装位置を管理する工程と、を含む。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記基板側電極に印刷された前記クリーム半田の印刷位置が、前記基板側電極に印刷された前記クリーム半田の体積中心の平面位置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、基板側電極に印刷されたクリーム半田の印刷位置を基準として、基板側電極に搭載された電子部品の搭載位置を管理し、基板側電極位置を基準として基板側電極と接合された電子部品の実装位置を管理するので、リフロー時に溶融したクリーム半田が奏するセルフアライメント効果による電子部品の変位に対応した位置管理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態について適宜図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態の電子部品実装ラインの構成図、図２（ａ）は基板に電子部品を実装した状態を示す側面図、図２（ｂ）は基板側電極にクリーム半田を印刷した状態を示す側面図、図３（ａ）は基板側電極に正常位置でクリーム半田を印刷した状態を示す平面図、図３（ｂ）は基板側電極に対してずれた位置にクリーム半田を印刷した状態を示す平面図、図３（ｃ）は基板側電極に電子部品を搭載した状態を示す平面図、図４は本発明の実施の形態の電子部品実装ラインにおける位置管理フローチャートである。
【００１２】
最初に、本発明の実施の形態の電子部品実装ラインについて図１乃至図３を参照しながら説明する。図１において、電子部品実装生産ラインは、基板に所定の処理を施す複数の装置を連続的に配置し、各装置における処理動作を管理コンピュータ２に備えられたライン制御部２ａによってコントロールするように構成されている。ラインの最上流に配設された基板検査装置３は、電子部品の実装対象となる基板の状態検査を行う。基板検査装置３の下流に配設された印刷装置４は、基板に形成された電極に対してクリーム半田の印刷を行う。印刷装置４の下流に配設された印刷検査装置５は、電極に印刷されたクリーム半田の印刷位置を含めた印刷状態の検査を行う。印刷検査装置５の下流に配設された電子部品搭載装置６は、クリーム半田が印刷された電極に電子部品を搭載する。電子部品搭載装置６の下流に配設された搭載位置管理装置７は、電極上に搭載された電子部品の位置管理を行う。搭載位置管理装置７の下流に配設されたリフロー装置８は、クリーム半田を溶融させて電子部品の電極と基板の電極とを接合させる。リフロー装置８の下流に配設された実装位置管理装置９は、電極上に実装された電子部品の位置管理を行う。なお、ラインを構成する各装置間には、不良基板をラインから排出する基板排出機構が設けられており、上流の装置において不良と判断された基板を下流に搬送することなくラインから排出できるようになっている。
【００１３】
図２（ａ）において、基板１に設けられた一対の基板側電極１ａ、１ｂに、電子部品２
０の両側に設けられた部品側電極２０ａ、２０ｂがそれぞれクリーム半田３０ａ、３０ｂによって接合されている。このように、相対する電極である基板側伝電極１ａと部品側電極２０ａ、基板側伝電極１ｂと部品側電極２０ｂが精度よく接合されることで、電気的、物理的に強固な接合が実現され高い製品品質を確保することができる。図３（ａ）において、実装基準位置ａ１は、一対の基板側電極１ａ、１ｂの略中央にあたる位置に予め設定されており、この実装基準位置ａ１が、一対の基板側電極１ａ、１ｂの位置を示す基板側電極位置となっている。
【００１４】
印刷装置４では、クリーム半田３０ａ、３０ｂが各基板側電極１ａ、１ｂからはみ出すことがない正常位置に印刷されるが（図３（ａ）参照）、基板１の製作精度や印刷精度等の影響で、各基板側電極１ａ、１ｂに対してずれた位置に印刷されることがある（図３（ｂ）参照）。クリーム半田３０ａ、３０ｂが正常位置に印刷されていれば、実装基準位置ａ１を基準として電子部品２０を一対の基板側電極１ａ、１ｂに搭載し、その後のリフローにより相対する電極同士が精度よく実装されるが、正常位置に印刷されていない場合にも実装基準位置ａ１を基準として搭載すると、接合の際に不具合が生じることがある。例えば、リフロー時に溶融するクリーム半田３０ａ、３０ｂの表面張力が電子部品２０に作用し、電子部品２０が当初の搭載位置である実装基準位置ａ１から変位したり、部分的に強い表面張力が作用し、電子部品２０が立ち上がるマンハッタン現象が起きたりする等の接合不良が生じやすい。
【００１５】
そのため、本実施の形態の電子部品実装ラインでは、基板側電極位置である実装基準位置ａ１を基準とするのではなく、クリーム半田３０ａ、３０ｂの印刷位置を基準として電子部品２０の搭載を行うようにしている。このように搭載すると、リフロー時の溶融したクリーム半田３０ａ、３０ｂが基板側電極１ａ、１ｂの表面上を濡れ広がる際に、表面張力が基板側電極１ａ、１ｂと部品側電極２０ａ、２０ｂに適切に働くため  電子部品２０の部品側電極２０ａ、２０ｂがそれぞれ基板側電極１ａ、１ｂの中央部に向けて移動する（セルフアライメント効果）。これにより、電子部品２０は、リフロー前の搭載位置から実装基準位置ａ１近傍に位置補正された状態で一対の基板側電極１ａ、１ｂに接合される。
【００１６】
図３（ｂ）において、電子部品２０を搭載する際の基準となるクリーム半田３０ａ、３０ｂの印刷位置は、クリーム半田３０ａ、３０ｂの体積中心ｂ１の平面位置である。クリーム半田３０ａ、３０ｂの印刷不良には、図３（ｂ）に示す平面的な位置ずれの他に、図２（ｂ）に示す立体的な印刷量の不均一があるため、クリーム半田３０ａ、３０ｂの印刷量を体積で測定し、その体積中心ｂ１の平面位置を電子部品２０の搭載基準位置とすることで、セルフアライメント効果による位置補正機能が十分発揮できるようにしている。
【００１７】
印刷検査装置５は、クリーム半田３０ａ、３０ｂの体積中心ｂ１を測定する体積分布測定手段５ａを備えている。体積分布測定手段５ａは、各クリーム半田３０ａ、３０ｂの表面の各測点にレーザ光を照射し、各測点にて反射されたレーザ光の反射角から、三角測量の応用により各測点の高さを測定する。このようにして測定された各測点の高さを基板面方向に積算するとクリーム半田３０ａ、３０ｂの立体形状を得ることができる。なお、クリーム半田３０ａ、３０ｂに混入していたエアや、クリーム半田３０ａ、３０ｂを基板側電極１ａ、１ｂに印刷する際に巻き込まれたエアがクリーム半田３０ｂ内に残留しボイド３１が発生していることがある。この場合、クリーム半田３０ｂの表面で反射してしまうレーザ光ではボイド３１の存在を捕捉できないので、Ｘ線をクリーム半田３０ｂの各測点に高さ方向に照射し、透過画像の濃度レベルにより各測点の高さ方向におけるクリーム半田量を測定し、これらのクリーム半田量を基板面方向に積算してクリーム半田の体積分布を算出することにより、ボイドの影響を考慮したクリーム半田の真の体積分布を得ることができる。
【００１８】
演算部２ｂは、基板側電極に印刷されたクリーム半田の印刷位置を算出する演算手段として機能し、体積分布測定手段５ａにより上述した方法で測定されたクリーム半田３０ａ、３０ｂの立体形状あるいは体積分布から、各クリーム半田３０ａ、３０ｂの体積中心ｂ２、ｂ３を測定し、さらに一対のクリーム半田３０ａ、３０ｂ全体の体積中心ｂ１を測定する。また、体積中心ｂ２、ｂ３の平面位置のずれからクリーム半田３０ａ、３０ｂの印刷位置のずれ角θを算出する演算手段としても機能する。
【００１９】
記憶部２ｃには、実装基準位置ａ１が実装基準位置データとして記憶されている。また、演算部２ｂにより算出された体積中心ｂ１およびずれ角θが搭載基準位置データおよび搭載基準角データとして記憶される。なお、記憶部２ｃには、一対の基板側電極１ａ、１ｂに対するクリーム半田３０ａ、３０ｂの印刷位置のずれ量を許容する印刷位置ずれ許容値が予め記憶されている。位置ずれ量が許容値内であれば、セルフアライメントによる位置補正が可能であると判断され、電子部品搭載工程に移行するが、許容値を超えていると、セルフアライメントによる位置補正が不可能であると判断され、当該基板１を下流に搬送することなく排出するとともに報知部１０からオペレータにエラー警告を報知する。
【００２０】
電子部品搭載装置６は、クリーム半田の印刷位置を基準として基板側電極に電子部品を搭載する搭載手段６ａを備え、記憶部２ｃに記憶された搭載基準位置データおよび搭載基準角データに基づいて電子部品２０を一対の基板側電極１ａ、１ｂに搭載する（図３（ｃ）参照）。
【００２１】
搭載位置管理装置７は、クリーム半田の印刷位置を基準として電子部品の搭載位置の管理を行う搭載位置管理手段として機能し、記憶部２ｃに記憶された搭載基準位置データおよび搭載基準角データに基づいて、一対の基板側電極１ａ、１ｂに搭載された電子部品２０の位置管理を行う。記憶部２ｃには、一対の基板側電極１ａ、１ｂに搭載された電子部品２０のクリーム半田３０ａ、３０ｂの印刷位置に対する搭載位置ずれ量を許容する搭載位置ずれ許容値が予め記憶されている。位置ずれ量が許容値内であれば、クリーム半田３０ａ、３０ｂの印刷位置に電子部品２０が搭載されていると判断され、リフロー工程に移行する。一方、位置ずれ量が許容値を超えていると、当該基板１を下流に搬送することなく排出するとともに報知部１０からオペレータにエラー警告を報知する。
【００２２】
リフロー装置８は、加熱によりクリーム半田３０ａ、３０ｂを溶融させ、電子部品２０の部品側電極２０ａ、２０ｂと基板側電極１ａ、１ｂとを接合させる接合手段として機能する。
【００２３】
実装位置管理装置９は、基板側電極位置を基準として電子部品の実装位置を管理する実装位置管理手段として機能し、記憶部２ｃに記憶された実装基準位置データに基づいて、一対の基板側電極１ａ、１ｂに実装された電子部品２０の位置管理を行う。記憶部２ｃには、一対の基板側電極１ａ、１ｂに実装された電子部品２０の実装基準位置ａ１に対する実装位置ずれ量を許容する実装位置ずれ許容値が予め記憶されている。位置ずれ量が許容値内であれば、溶融したクリーム半田３０ａ、３０ｂの奏するセルフアライメント効果により、電子部品２０が基準実装位置ａ１近傍まで位置補正された状態で一対の基板側電極１ａ、１ｂに適切に接合されていると判断される。一方、位置ずれ量が許容値を超えていると、電子部品２０が一対の基板側電極１ａ、１ｂに適切に接合されていないと判断され、当該基板１を下流に搬送することなく排出するとともに報知部１０からオペレータにエラー警告を報知する。
【００２４】
次に、本発明の実施の形態の電子部品実装ラインにおける電子部品の実装位置管理方法について図１の電子部品実装ラインの構成図および図４の位置管理フローチャートを参照
しながら説明する。
【００２５】
前工程から移行された基板に設けられた基板側電極にクリーム半田が印刷され（ＳＴ１）、クリーム半田の印刷状態の検査が行われる（ＳＴ２）。この検査において、基板側電極に印刷されたクリーム半田の印刷位置が算出される（ＳＴ３）。クリーム半田の印刷位置の基板側電極位置印刷位置に対する印刷位置ずれ量がずれ量許容値と比較され（ＳＴ４）、印刷位置ずれ量が許容値内であれば、クリーム半田の印刷位置が搭載基準位置データと搭載基準角データとして記憶され（ＳＴ５）、次工程に移行する。一方、印刷位置ずれ量が許容値を超えていれば印刷位置が不良であると判断され、エラー警告が報知される（ＳＴ６）。次工程においては、搭載基準位置データおよび搭載基準角データに基づいて基板側電極に電子部品が搭載される（ＳＴ７）。なお、基板には複数の基板側電極が設けられているため、全ての基板側電極に対する印刷状態の検査結果が搭載基準位置データと搭載基準角データとして記憶され、対応するデータに基づいて全ての基板側電極に電子部品が搭載される（ＳＴ８）。
【００２６】
全ての基板側電極に電子部品が搭載されると、クリーム半田の印刷位置を基準として電子部品の搭載位置管理が行われる（ＳＴ９）。クリーム半田の印刷位置に対する電子部品の搭載位置ずれ量が搭載位置ずれ量許容値と比較され（ＳＴ１０）、搭載位置ずれ量が許容値内であれば次工程に移行し、許容値を超えていれば搭載位置が不良であると判断され、エラー警告が報知される（ＳＴ１１）。次工程においては、リフローによる加熱処理が行われ、クリーム半田を溶融させて電子部品と基板側電極とを接合させる（ＳＴ１２）。リフロー後、基板側電極位置を基準として電子部品の実装位置管理が行われる（ＳＴ１３）。基板側電極位置に対する電子部品の実装位置ずれ量が実装位置ずれ許容値と比較され（ＳＴ１４）、実装位置ずれ量が許容値内であれば次工程に移行し、許容値を超えていれば電子部品の実装位置が不良であると判断され、エラー警告が報知される（ＳＴ１５）。
【００２７】
このように、本実施の形態の電子部品実装ラインでは、リフロー前の電子部品の搭載位置を管理するための搭載基準位置と、リフロー後の電子部品の実装位置を管理するための実装基準位置の２つの異なる基準位置を設定し、それぞれの基準位置に基づいて位置管理を行うようになっている。従って、電子部品実装ラインにおける各段階で最適な位置管理を行うことが可能となり、より上流で不良基板を排出することで、歩留まりの向上を図るとともに製品品質の向上を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明によれば、基板側電極に印刷されたクリーム半田の印刷位置を基準として、基板側電極に搭載された電子部品の搭載位置を管理し、基板側電極位置を基準として基板側電極と接合された電子部品の実装位置を管理するので、リフロー時に溶融したクリーム半田が奏するセルフアライメント効果による電子部品の変位に対応した位置管理を行うことができるという利点を有し、予めクリーム半田が施された基板に電子部品を実装する分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態の電子部品実装ラインの構成図
【図２】（ａ）基板に電子部品を実装した状態を示す側面図（ｂ）基板側電極にクリーム半田を印刷した状態を示す側面図
【図３】（ａ）基板側電極に正常位置でクリーム半田を印刷した状態を示す平面図（ｂ）基板側電極に対してずれた位置にクリーム半田を印刷した状態を示す平面図（ｃ）基板側電極に電子部品を搭載した状態を示す平面図
【図４】本発明の実施の形態の電子部品実装ラインにおける位置管理フローチャート
【符号の説明】
【００３０】
１ａ、１ｂ  基板側電極
２ｂ  演算部
６  電子部品搭載装置
７  搭載位置管理装置
８  リフロー装置
９  実装位置管理装置
２０  電子部品
３０ａ、３０ｂ  クリーム半田
ａ１  実装基準位置（基板側電極位置）
ｂ１  体積中心の平面位置（クリーム半田の印刷位置）
【図１】
2008072035.tif 000003
【図２】
2008072035.tif 000004
【図３】
2008072035.tif 000005
【図４】
2008072035.tif 000006