(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を移載ヘッドによって基板に移送搭載する電子部品実装装置であって、前記電子部品を供給する部品供給部と、前記基板を位置決めする基板位置決め部と、前記電子部品を吸着して保持する吸着ノズルを複数備えた前記移載ヘッドを前記部品供給部と基板位置決め部との間で移動させるとともに部品供給部における電子部品の取り出し時および基板位置決め部における電子部品の搭載時に移載ヘッドの位置合わせ動作を行うヘッド移動手段と、基板位置決め部に対して進退可能に配設され基板位置決め部の基板上に進出した時に前記基板の電極上に印刷された半田を撮像する撮像手段と、この撮像により得られた画像データに基づいて前記基板の各電極に印刷された半田の位置を検出する半田位置検出手段と、この半田位置検出結果に基づいて前記移載ヘッドによる電子部品の搭載動作における実装座標を演算する実装座標演算手段と、この実装座標に基づいて前記ヘッド移動手段を制御し、前記半田位置検出手段により検出された半田位置を目標位置として電子部品を基板に搭載する制御部とを備え、前記ヘッド移動手段はＹ軸テーブル及び前記基板位置決め部を挟んで前記部品供給部側に設けられてこのＹ軸テーブルと直交する第１のＸ軸テーブルから成り、また前記撮像手段はＹ軸テーブル及び前記基板位置決め部を挟んで前記部品供給部と反対側に設けられてこのＹ軸テーブルと直交する第２のＸ軸テーブルによりＸＹ方向に水平移動することを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項２】
請求項１記載の電子部品実装装置を用いる電子部品実装方法であって、前記移載ヘッドによって部品供給部から電子部品を取り出す部品取り出し工程と、前記基板位置決め部に対して進退可能に配設された撮像手段を基板位置決め部の基板上に進出させて前記基板の電極上に印刷された半田を撮像する撮像工程と、この撮像により得られた画像データに基づいて前記基板の各電極に印刷された半田の位置を検出し、この後、次検出対象の電極の有無を判断し、次検出対象があれば半田位置検出を反覆して全ての検出対象について検出を完了する半田位置検出工程と、この半田位置検出結果に基づいて前記移載ヘッドによる電子部品の搭載動作における実装座標を演算する実装座標演算工程と、この実装座標に基づいて前記ヘッド移動手段を制御して前記半田位置検出工程において検出された半田位置を目標位置として電子部品を基板へ搭載する部品搭載工程とを含み、前記撮像が完了して前記撮像手段が基板の上方から退避した状態で前記移載ヘッドが前記基板の上方に移動して各電極に印刷された半田位置を目標位置として電子部品を搭載することにより、基板位置決め部における前記撮像工程と部品供給部における部品取り出し工程とを同時並行的に行うことを特徴とする電子部品実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を基板に実装する電子部品実装装置および電子部品実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年電子部品の小型化や実装密度の高度化に伴って、基板の電極に電子部品を実装する際の位置精度も高度化している。例えば、０．６ｍｍ×０．３ｍｍ程度の微小サイズの電子部品が既に実用化されており、このような電子部品の実装に際しては、きわめて高い実装位置精度が求められる。このため、電子部品が基板の電極に印刷された半田に対して正しく位置合わせされるように、印刷後の半田を認識して位置を検出することにより電子部品を基板上への搭載する際の目標位置座標を補正する場合がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の実装装置によって上記補正を行う場合には、半田位置検出のための基板上でのカメラの撮像動作と移載ヘッドによる実装動作とを同一サイクル内で行うことからタクトタイムが遅延する傾向にあった。特に１枚の基板内に多数の単位基板が作り込まれた多数枚取り基板では、単位基板毎に半田位置検出を行う必要があることから撮像に要する時間が長く、実装効率の向上を図る上で大きな障害となっていた。
【０００４】
そこで本発明は、電子部品を効率よく基板に実装することができる電子部品実装装置および電子部品実装方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電子部品実装装置は、電子部品を移載ヘッドによって基板に移送搭載する電子部品実装装置であって、前記電子部品を供給する部品供給部と、前記基板を位置決めする基板位置決め部と、前記電子部品を吸着して保持する吸着ノズルを複数備えた前記移載ヘッドを前記部品供給部と基板位置決め部との間で移動させるとともに部品供給部における電子部品の取り出し時および基板位置決め部における電子部品の搭載時に移載ヘッドの位置合わせ動作を行うヘッド移動手段と、基板位置決め部に対して進退可能に配設され基板位置決め部の基板上に進出した時に前記基板の電極上に印刷された半田を撮像する撮像手段と、この撮像により得られた画像データに基づいて前記基板の各電極に印刷された半田の位置を検出する半田位置検出手段と、この半田位置検出結果に基づいて前記移載ヘッドによる電子部品の搭載動作における実装座標を演算する実装座標演算手段と、この実装座標に基づいて前記ヘッド移動手段を制御し、前記半田位置検出手段により検出された半田位置を目標位置として電子部品を基板に搭載する制御部とを備え、前記ヘッド移動手段はＹ軸テーブル及び前記基板位置決め部を挟んで前記部品供給部側に設けられてこのＹ軸テーブルを直交する第１のＸ軸テーブルから成り、また前記撮像手段はＹ軸テーブル及び前記基板位置決め部を挟んで前記部品供給部と反対側に設けられてこのＹ軸テーブルと直交する第２のＸ軸テーブルによりＸＹ方向に水平移動する。
【０００６】
請求項２記載の電子部品実装方法は、請求項１記載の電子部品実装装置を用いる電子部品実装方法であって、前記移載ヘッドによって部品供給部から電子部品を取り出す部品取り出し工程と、前記基板位置決め部に対して進退可能に配設された撮像手段を基板位置決め部の基板上に進出させて前記基板の電極上に印刷された半田を撮像する撮像工程と、この撮像により得られた画像データに基づいて前記基板の各電極に印刷された半田の位置を検出し、この後、次検出対象の電極の有無を判断し、次検出対象があれば半田位置検出を反覆して全ての検出対象について検出を完了する半田位置検出工程と、この半田位置検出結果に基づいて前記移載ヘッドによる電子部品の搭載動作における実装座標を演算する実装座標演算工程と、この実装座標に基づいて前記ヘッド移動手段を制御して前記半田位置検出工程において検出された半田位置を目標位置として電子部品を基板へ搭載する部品搭載工程とを含み、前記撮像が完了して前記撮像手段が基板の上方から退避した状態で前記移載ヘッドが前記基板の上方に移動して各電極に印刷された半田位置を目標位置として電子部品を搭載することにより、基板位置決め部における前記撮像工程と部品供給部における部品取り出し工程とを同時並行的に行う。
【０００７】
本発明によれば、半田印刷後の基板を撮像することによって検出された半田位置検出結果に基づいて移載ヘッドによる電子部品の搭載動作における実装座標を演算し、この実装座標に基づいてヘッド移動手段の位置合わせを行って電子部品を基板へ搭載するようにした電子部品実装において、半田位置検出のための撮像工程と移載ヘッドによる部品取り出し工程とを同時並行的に行うことにより、搭載状態において電子部品と印刷された半田との位置ずれを防止するとともに、タクトタイムを短縮して効率のよい電子部品の実装を実現することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
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装置の平面図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の実装対象となる基板の部分平面図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の制御系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装置による実装座標更新処理のフロー図、図５、図６は本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工程説明図である。
【０００９】
まず図１を参照して電子部品実装装置の全体構造について説明する。図１において、Ｘ方向に配設された搬送路１には、電子部品の実装対象となる基板２が載置されている。搬送路１は上流側から搬入される基板２を受け取り、電子部品実装位置に位置決めする。したがって搬送路１は基板２を位置決めする基板位置決め部となっている。ここで搬入される基板２の電極には、前工程においてクリーム半田が印刷されており、このクリーム半田上に電子部品が搭載される。
【００１０】
搬送路１の手前側には電子部品を供給する部品供給部３が配設されている。部品供給部３には、多数のテープフィーダ４が並設されている。テープフィーダ４は各種の電子部品をテープに保持された状態で収容し、以下に説明する移載ヘッドによる取り出し位置に電子部品を供給する。
【００１１】
搬送路１の上方には、搬送路１と直交するＹ方向に２つのＹ軸テーブル５Ａ，５Ｂが基
板位置決め部を挟んで配設されており、Ｙ軸テーブル５Ａ，５Ｂには、第１のＸ軸テーブル６及び第２のＸ軸テーブル１１が架設されている。第１のＸ軸テーブル６には複数の吸着ノズル８を備えた移載ヘッド７が装着されており、第２のＸ軸テーブル１１には基板認識カメラ１２が装着されている。図１に示すように、第１のＸ軸テーブル６は、搬送路（基板位置決め部）１を挟んで部品供給部３側に設けられており、また第２のＸ軸テーブル１１は搬送路（基板位置決め部）１を挟んで部品供給部３の反対側に設けられている。
【００１２】
Ｙ軸テーブル５Ａ、第１のＸ軸テーブル６を駆動することにより、移載ヘッド７は部品供給部３と基板位置決め部（搬送路１）上の基板２との間を往復移動する。そして部品供給部３のテープフィーダ４から電子部品をピックアップし、基板２に移送搭載する。したがってＹ軸テーブル５Ａ、第１のＸ軸テーブル６は、移載ヘッド移動手段となっている。
【００１３】
Ｙ軸テーブル５Ｂ、第２のＸ軸テーブル１１を駆動することにより、基板認識カメラ１２はＸＹ方向に水平移動し、搬送路１に位置決めされた基板２に対して進退する。そして基板認識カメラ１２が基板２の上方の任意位置に進出した状態において、下方の基板２の任意位置を撮像する。これにより、基板２上の認識対象の位置や形状を検出することができる。すなわち、後述するように基板２に形成された認識マークの位置や電子部品が接合される電極２ａの位置が検出されると共に、電極２ａ上に印刷されたクリーム半田Ｓを撮像することにより、クリーム半田Ｓの位置を検出することができる。
【００１４】
なお移載ヘッド７には移載ヘッド７と一体的に移動するヘッド付属カメラ９が装着されており、ヘッド付属カメラ９と基板認識カメラ１２によって同一対象を撮像することにより、移載ヘッド７から独立して移動する基板認識カメラ１２の座標系と、移載ヘッド７の駆動座標系とのキャリブレーションを行えるようになっている。
【００１５】
部品供給部３と搬送路１との間の移載ヘッド７の移動経路には、部品認識カメラ１０が設けられている。部品供給部３にて電子部品を取り出した移載ヘッド７が部品認識カメラ１０上を通過する際に、部品認識カメラ１０は吸着ノズル８に保持された状態の電子部品を下方から撮像する。これにより、電子部品が認識され電子部品の識別や位置の検出が行われる。
【００１６】
次に図２を参照して、実装対象の基板２について説明する。図２（ａ）に示すように、基板２には電子部品の接続用の端子が半田接合される電極２ａが多数形成されている。上下に対をなす２つの電極２ａは、１つのチップ型の電子部品の２つの端子に対応して設けられている。すなわち電極２ａの中点を示すＰ１，Ｐ２，Ｐ３が、これらの電子部品の実装点であり、基板２に設けられた認識マークＡと各点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３との相対位置座標（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）、（ｘ３、ｙ３）が、各実装点の位置を示す実装座標となっている。これらの実装座標は、後述するように各基板品種ごとの実装データとしてデータ記憶部に記憶されている。
【００１７】
図２（ｂ）は、電子部品実装の前工程においてクリーム半田Ｓが印刷された状態の基板２を示しており、各電極２ａには電極形状に対応したクリーム半田Ｓがスクリーン印刷装置によって印刷される。ここで、印刷工程におけるマスクプレートの位置合わせ誤差など各種の要因によって、クリーム半田Ｓは必ずしも電極２ａの位置と一致しておらず、電極２ａによって位置ずれを示す場合がある。
【００１８】
すなわち、上下に対をなす２電極に印刷されたクリーム半田Ｓの中点Ｐ’１、Ｐ’２、Ｐ’３は、図２（ａ）に示すＰ１，Ｐ２，Ｐ３とは一致せず各電極毎にばらついている。本実施の形態に示す電子部品実装方法では、電子部品を搭載する際の目標位置として、本来の実装データ上の目標位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の代わりに、Ｐ’１、Ｐ’２、Ｐ’３を目標位置とすることにより、電子部品の端子がクリーム半田Ｓと位置ずれを生じることによるリフロー時の不具合を防止するようにしている。
【００１９】
次に図３を参照して電子部品実装装置の制御系の構成を説明する。図３において、ＣＰＵ２０は制御部であり、電子部品実装装置全体の動作や処理に必用な演算を行う。プログラム記憶部２１は、移載ヘッド７による実装動作を実行するための動作プログラムや基板認識・部品認識などの認識処理のための処理プログラムなど各種のプログラムを記憶する。データ記憶部２２は、図２（ａ）に示す実装データなどの各種データを記憶する。
【００２０】
画像認識部２３は、ヘッド付属カメラ９、部品認識カメラ１０や基板認識カメラ１２の撮像によって得られた画像データを認識処理する。これにより、基板認識カメラ１２と移載ヘッド７の座標系相互のキャリブレーションや、移載ヘッド７に保持された状態の電子部品の位置認識、基板２に印刷されたクリーム半田Ｓの位置検出など、各種認識処理が行われる。したがって、画像認識部２３は半田位置検出手段となっている。
【００２１】
実装座標演算部２４は、画像認識部２３によって検出された半田位置検出結果に基づき、移載ヘッド７による電子部品の搭載動作における実装座標を演算する。すなわち、図２（ｂ）に示すように、各電極２ａに対応したクリーム半田Ｓの位置に基づき、半田中点Ｐ’１、Ｐ’２、Ｐ’３の認識マークＡに対する相対位置座標（ｘ’１、ｙ’１）、（ｘ’２、ｙ’２）、（ｘ’３、ｙ’３）を、半田位置ずれを補正した新たな実装座標として算出する。
【００２２】
算出された実装座標は、データ記憶部２２に送られ、これにより実装座標が更新される。すなわち、当初は設計データ上での電極の位置座標に基づいて決定された実装座標が記憶されており、半田位置検出後に検出結果に基づき実装座標を上書きする形でデータ更新される。
【００２３】
機構駆動部２５は、ＣＰＵ２０によって制御され以下の各機構を駆動する。基板搬送機構２６は、搬送路１における基板２の搬送機構である。ヘッド移動機構２７（ヘッド移動手段）は、Ｙ軸テーブル５Ａ及び第１のＸ軸テーブル６によって移載ヘッド７を移動させる。この移載ヘッド７が基板２上で部品搭載動作を行う際には、前述の更新された実装データに基づいて、ヘッド移動機構２７が駆動される。カメラ移動機構２８は、Ｙ軸テーブル５Ｂ及び第２のＸ軸テーブル１１によって基板認識カメラ１２を移動させる。ＣＰＵ２０がヘッド移動手段を制御する際には、更新された実装座標に基づいて、移載ヘッド７を基板２に対して位置合わせする。
【００２４】
この電子部品実装装置は上記のように構成されており、以下、この電子部品実装装置による実装方法について説明する。ここでは、前工程でクリーム半田Ｓが印刷された基板２を対象として電子部品を実装するに際し、予め各電極毎にクリーム半田Ｓの印刷位置を検出し、この半田位置検出結果に基づいて実装座標を更新する処理を行うようにしている。この実装座標更新処理について、図４を参照して説明する。
【００２５】
まず図４において、半田印刷後の基板２が搬送路１上を搬送され、基板位置決め部に位置決めされる（ＳＴ１）。次いで基板認識カメラ１２を基板２上に進出させ、基板２の認識マークＡ（図２参照）を基板認識カメラ１２で撮像し、基板２の位置を認識する（ＳＴ２）。次にカメラ移動機構２８を駆動して位置検出対象の電極２ａ上に基板認識カメラ１２を位置させ（ＳＴ３）、基板認識カメラ１２で電極２ａを撮像して画像データを取得する（ＳＴ４）。各電極２ａ撮像時の基板認識カメラ１２の移動には、予め設計データに基づいて作成されデータ記憶部２２に記憶された実装位置が用いられる。
【００２６】
次いで、求められた画像データに基づいて、図２（ｂ）に示すように電極２ａ上に印刷されたクリーム半田Ｓを画像認識部２３によって認識して半田位置を検出する（ＳＴ５）。この後、次検出対象の電極２ａの有無が判断され（ＳＴ６）、次検出対象があればＳＴ３に戻って半田位置検出を反復し、ＳＴ６にて全ての検出対象について検出完了と判断されたならば、この半田位置検出結果に基づき、実装座標演算部２４によって、認識マークＡに対する印刷点Ｐ’１，Ｐ’２，Ｐ’３・・・（１対の電極２ａに印刷されたクリーム半田の重心位置）の相対座標（ｘ’１、ｙ’１）、（ｘ’２、ｙ’２）、（ｘ’３、ｙ’３）・・・を、実装座標として算出し、データ記憶部２２に記憶させる（ＳＴ８）。これにより、半田位置ずれを加味した実装位置データ作成処理を完了する。
【００２７】
また上記（ＳＴ１）〜（ＳＴ８）の動作と並行して、図５（ａ）に示すように、移載ヘッド７は部品供給部３のテープフィーダから電子部品を吸着ノズル８によって取り出し、次いで図５（ｂ）に示すように部品認識カメラ１０上へ移動する。そしてここで移載ヘッド７が部品認識カメラ１０上を所定のスキャン速度で水平移動することにより、複数の吸着ノズル８によって保持された状態の電子部品が順次下方から撮像される。
【００２８】
図６（ａ）はこのようにして撮像が完了した状態を示している。そしてこの撮像によって得られた画像を画像認識部２３によって認識処理することにより、電子部品の識別や位置検出が行われる。この状態においては、基板認識カメラ１２は基板２の上方から退避しており、移載ヘッド７の基板２上への進出を妨げない。
【００２９】
この後、図６（ｂ）に示すように移載ヘッド７は基板２上に移動し、ここで複数の吸着ノズル８がそれぞれ保持した電子部品を基板２の実装点に搭載する。この搭載動作においては、各電極２ａに電子部品を搭載する際に、前述の半田検出結果に基づいて更新された実装座標に従って電子部品が搭載される。すなわち、図２（ｂ）に示すように印刷されたクリーム半田Ｓが電極２ａに対して位置ずれを生じている場合には、電子部品は電極２ａそのもの位置ではなくクリーム半田Ｓの印刷点Ｐ’１，Ｐ’２，Ｐ’３・・を目標位置として搭載される。したがって搭載された電子部品の端子は、電極２ａに対しては位置ずれ状態にあるものの、クリーム半田Ｓに対して位置ずれを生じることなく搭載される。
【００３０】
そしてこの後、各電極位置に電子部品が搭載された基板２はリフロー工程に送られ、ここで加熱されることによりクリーム半田Ｓが溶融して、電子部品の端子は電極２ａに半田接合される。このとき、加熱前には電極２ａに対して位置ずれ状態にあった端子は、クリーム半田Ｓが溶融する際のセルフアライメント効果、すなわち溶融半田が電極２ａ表面に沿って濡れ広がる作用によって、電極２ａに引き寄せられ、電極２ａに対して正しい位置・姿勢で、位置ずれを生じることなく半田接合される。
【００３１】
上記説明したように、本実施の形態では、実装位置データの作成を実物基板における半田印刷位置の測定結果に基づいて行うようにしている。これにより、基板上での半田印刷位置のばらつきに起因する電子部品の実装位置ずれを防止することができ、高い実装精度を要する微小サイズの電子部品を実装対象とする場合においても、半田接合後の電子部品の位置ずれを防止して実装不良を減少させることが可能となる。
【００３２】
上記実施の形態に示す電子部品実装方法は、搬送路１に対して進退可能に配設された基板認識カメラ１２を基板２上に進出させて基板２を撮像する撮像工程と、この撮像により得られた画像データに基づいて基板２の電極２ａに印刷された半田の位置を検出する半田位置検出工程と、この半田位置検出結果に基づいて移載ヘッド７による電子部品の搭載動作における実装座標を演算する実装座標演算工程と、この実装座標に基づいてヘッド移動手段による位置合わせを行って電子部品を基板２へ搭載する部品搭載工程とを含んだものとなっている。
【００３３】
そして、上記各工程を実行する際に、基板認識カメラ１２による半田位置検出のための撮像工程と移載ヘッド７による部品取り出し工程とを同時並行的に行い、半田位置検出結果に基づいて実装座標を算出した後、直ちに部品搭載工程に移行できるようになっている。これにより、撮像工程と部品取り出し工程とを同一サイクル内で行う従来の方法と比較して、タクトタイムを短縮して効率のよい電子部品実装を行うことができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、基板を撮像することによって検出された半田位置検出結果に基づいて移載ヘッドによる電子部品の搭載動作における実装座標を演算し、この実装座標に基づいてヘッド移動手段の位置合わせを行って電子部品を基板へ搭載するようにした電子部品実装において、半田位置検出のための撮像工程と移載ヘッドによる部品取り出し工程とを同時並行的に行うようにしたので、搭載状態において電子部品と印刷された半田との位置ずれを防止するとともに、タクトタイムを短縮して効率のよい電子部品の実装を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の実装対象となる基板の部分平面図
【図３】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置による実装座標更新処理のフロー図
【図５】本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工程説明図
【図６】本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工程説明図
【符号の説明】
１  搬送路
２  基板
２ａ  電極
３  部品供給部
７  移載ヘッド
８  吸着ノズル
１０  部品認識カメラ
１２  基板認識カメラ
２０  ＣＰＵ
２３  画像認識部
２４  実装座標演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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