(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極部の構造がはんだバンプにより構成されるパッケージ型電子部品をプリント基板上の所定位置へ装着する表面実装部品装着機にあって、
前記パッケージ型電子部品の画像を撮影する撮影手段と、
該撮影手段により撮影された前記パッケージ型電子部品の全体の１フレーム分の画像情報を記憶する全体画像情報記憶手段であって、
前記画像情報の多値化画像データを、あるしきい値で２値化処理して、２値化画像データを作成し、該２値化画像データをラベリング処理して明るい領域の塊を検出し、それぞれの塊にラベルをつける画像情報を記憶する全体画像情報記憶手段と、
前記１フレーム分の画像情報の中から特定の領域の画像情報を読み出して、前記電子部品のはんだバンプ部のバンプピッチ、バンプサイズ、バンプ数およびバンプ配置情報などの、前記パッケージ型電子部品の品質良否判定と姿勢を検出するための部品データを自動的に演算して作成する部品データ演算手段であって、
検出した前記明るい領域の塊の縦横サイズをチェックしてボール形状以外の塊を画像データから除外し、
それぞれの前記ラベル付けされた塊の中心位置をボール中心位置座標とし、
全ての前記塊の縦横サイズの平均をボールサイズとし、
前記多値化画像データを縦方向と横方向にプロジェクション処理して、縦方向と横方向のプロジェクションデータを作成し、
前記縦方向のプロジェクションデータで０以外のデータが連続しているところをボールと判定して、おおまかな横方向ボールピッチと横方向ボール位置を決定し、
前記横方向のプロジェクションデータで０以外のデータが連続しているところをボールと判定して、おおまかな縦方向ボールピッチと縦方向ボール位置を決定し、
前記おおまかな横方向ボールピッチとおおまかな縦方向ボールピッチと縦方向ボール位置と横方向ボール位置から領域決定マトリックス線位置を決定し、それぞれのマトリックス線によって仕切られた全ての領域内にボール中心位置が存在しているかどうか調べ、ボール配置データに記憶し、
前記ボール配置データと前記ボール中心位置座標から横方向ボールピッチと縦方向ボールピッチを計算して決定し、
前記ボール配置データから横方向ボール数と縦方向ボール数を決定する部品データ演算手段と、
該部品データ演算手段により作成された部品データを保存する部品データ記憶手段とを有することを特徴とする表面実装部品装着機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電極部の構造がはんだバンプ若しくはスプリング端子により構成されるパッケージ型電子部品をプリント基板上の所定位置へ装着する表面実装部品装着機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＳＰ（チップ・サイズ・パッケージ）やＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）等のはんだバンプ部にボール形状を持つ電子部品若しくはその他の形状のはんだバンプを持つ電子部品の画像を撮像し、その画像データを演算し位置計測及び形状検査をして、電子部品の中心位置を算出したり部品形状の良否判定を行うに際して、前記電子部品をプリント基板上の所定位置へ装着する表面実装部品装着機では、画像処理装置に予め「ボールピッチ」、「ボールサイズ」、「ボール数」、「ボール配置情報」などの部品形状データを与えておく必要があった。
【０００３】
また、近年、はんだバンプ部にボール形状を持つ電子部品はボールバンプ形状の小型化が進み、従来と比べ、ボール径はψ０．８ｍｍ程度であったものがφ０．２５ｍｍ程度若しくはそれ以下になり、ボールピッチは１．０ｍｍ程度であったものが、０．５ｍｍ程度若しくはそれ以下になり、ボール配列はある程度規則性を持っていたものが、不規則な配置になってきている。
【０００４】
このため、オペレータが実際の電子部品をノギスやメジャーで計測して「ボールピッチ」、「ボールサイズ」、「ボール数」、「ボール配置情報」などの部品形状データを作成したり、オペレータが電子部品のカタログ等を参照して部品形状データを作成したりしているので、部品形状データを正確に計測できなかったり、データ入力に非常に時間がかかり、オペレータ（操作者）の負担が大きくて作業性が悪いのが現状である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記問題点を解決させるため、本発明では、電極部の構造がはんだバンプ若しくはスプリング端子により構成されるパッケージ型電子部品を撮像するカメラを用いて撮影された画像情報から、その電子部品の形状寸法等の部品データ（「バンプピッチ」「バンプサイズ」「バンプ数」「バンプ配置情報」等のデータ）を自動的に演算して作成することにより、部品データをオペレータが手作業で作成・入力することを不要とするものである。
【０００６】
また、本発明では、電極部の構造がはんだバンプ若しくはスプリング端子により構成されるパッケージ型電子部品を搬送してプリント基板上の所定位置に装着する際に、搬送手段に把持された状態の前記電子部品の形状寸法等の画像データを自動的に取り込むとともに、前記電子部品の形状良否判定と、搬送手段に対する前記電子部品の姿勢を自動的に検出することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するための本発明の手段は、
電極部の構造がはんだバンプ若しくはスプリング端子により構成されるパッケージ型電子部品をプリント基板上の所定位置へ装着する表面実装部品装着機にあって、
前記パッケージ型電子部品の画像を撮影する撮影手段と、
該撮影手段により撮影された前記パッケージ型電子部品の全体の１フレーム分の画像情報を記憶する全体画像情報記憶手段と、
前記１フレーム分の画像情報の中から特定の領域の画像情報を読み出して、前記電子部品のはんだバンプ部のバンプピッチ、バンプサイズ、バンプ数およびバンプ配置情報などの、前記パッケージ型電子部品の品質良否判定と姿勢を検出するための部品データを自動的に演算して作成する部品データ演算手段と、
該部品データ演算手段により作成された部品データを保存する部品データ記憶手段とを有することを特徴とする表面実装部品装着機にある。
【０００８】
また、電極部の構造がはんだバンプ若しくはスプリング端子により構成されるパッケージ型電子部品をプリント基板上の所定位置へ装着する表面実装部品装着機にあって、
前記パッケージ型電子部品の画像を撮影する撮影手段と、
該撮影手段により撮影された前記パッケージ型電子部品の全体の１フレーム分の画像情報を記憶する全体画像情報記憶手段と、
前記１フレーム分の画像情報の中から特定の領域の画像情報を読み出して、前記電子部品のはんだバンプ部のバンプピッチ、バンプサイズ、バンプ数およびバンプ配置情報などの、前記パッケージ型電子部品の品質良否判定と姿勢を検出するための部品データを自動的に演算して作成する部品データ演算手段と、
該部品データ演算手段により作成された部品データを保存する部品データ記憶手段と、
部品供給部の電子部品を組み付けたステージに保持されたプリント基板上の所定位置へ搬送する搬送手段と、
前記部品データに基づいて前記電子部品が前記搬送手段に保持された状態における前記電子部品の基準位置と前記搬送手段の基準位置とのずれ量を算出するずれ量算出手段と、
前記ずれ量に基づいて、前記電子部品を前記プリント基板上の所定位置に対して装着する際における補正値を算出する補正値算出手段とを有することを特徴とする表面実装部品装着機にある。
【０００９】
さらに、多値化画像データを、あるしきい値で２値化処理して、２値化画像データを作成し、該２値化画像データをラベリング処理して明るい領域の塊を検出し、それぞれの塊にラベルをつける画像情報を記憶する全体画像情報記憶手段を具備することを特徴とする前記表面実装部品装着機にある。
【００１０】
【作用】
前記構成を有する電子部品の部品データ記録装置にあって、撮影手段により撮影された電子部品の１フレーム分の画像情報が記憶手段に記憶され、その記憶された画像情報から電子部品の形状寸法等の、前記電子部品の姿勢を検出するための部品データ（「バンプピッチ」、「バンプサイズ」、「バンプ数」、「バンプ配置情報」等）が自動的に演算して作成される。したがって、作業者が手作業で部品データを入力する必要がなく、部品データの作成作業の効率アップを大幅に図ることができる。
【００１１】
また、前記構成を有する電子部品の搬送組み付け装置にあっては、メモリに記録された部品データと、実際に搬送される過程の電子部品の画像データとを比べることにより、「どのような種類の電子部品が搬送されているかどうか」「その電子部品の良否判定はどうか」および「搬送手段に対して所定の位置に保持された状態となっているかどうか」を自動的に検出することができ、検出されたずれ量に基づいて電子部品を装着すべきプリント基板に対して正確に位置決めすることができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１は電子部品ｂが載置された部品供給部１から搬送装置２により部品装着部３に搬送される部品搬送工程を示す概略図である。この電子部品ｂはＩＣチップを樹脂ないしセラミック等のパッケージに封入して形成されており、例えば、図４に示すように、四角形の本体部Ｃａとこの下面から突出した多数のはんだバンプ部Ｃｂとを有し、この電子部品ｂは部品装着部３に保持されたプリント基板４に搬送装置２によって組み付けられるようになっている。
【００１４】
搬送装置２は装着ヘッド２ａを有しており、該装着ヘッド２ａの下端面に真空吸引用の開口が形成された吸着ノズル５が設けられており、該吸着ノズル５は、図１に示すように、電子部品ｂを下端面に吸着保持する。
【００１５】
搬送装置２は部品供給部１と部品装着部３との間を水平方向に移動するＸ軸方向と、これと直角な水平方向のＹ軸方向とに移動し、装着ヘッド２ａは上下方向つまりＺ軸方向に移動するとともに、吸着ノズル５を回転させる方向つまりθ方向に移動する。したがって、電子部品ｂは図１において、移動軌跡６で示すように移動されて、プリント基板４に組み付けられる。
【００１６】
部品供給部１と部品装着部３の間には、電子部品ｂを撮影するカメラ７が装着ヘッド２ａに対向して配置されている。このカメラ７は、図２，図３に示すように、装着ヘッド２ａとともに搬送装置２によってＸ−Ｙ移動し且つ装着ヘッド２ａに対して該カメラ７と照明灯８と光像入射手段９とで構成される検出手段１０として走行しながら若しくは停止して前記装着ヘッド２ａに取り付けられた吸着ノズル５に吸着保持された電子部品ｂを撮影するものである。
【００１７】
図５は部品搬送装置の制御回路を示すブロック図であり、カメラ７からの画像情報は画像処理装置１１内の画像処理用ＣＰＵ１２により信号処理されて１フレーム分の二次元画像データが画像メモリ１３に記憶される。この画像処理用ＣＰＵ１２はメインＣＰＵ１４に接続され、さらに画像処理用のＣＲＴ１５に接続されている。
【００１８】
装着ヘッド２ａを前述のようにＺ軸方向およびθ軸方向に駆動するための装着ヘッド駆動部には、モータドライバー１７を介してメインＣＰＵ１４から制御信号が送られ、搬送装置２を前述のようにＸおよびＹ軸方向に駆動するための搬送装置駆動部１８には、モータドライバー１９を介してメインＣＰＵ１４から制御信号が送られるようになっている。
【００１９】
プリント基板４に装着される電子部品ｂの部品データは、図１に示すカメラ７によって撮影した１フレーム分の画像情報を、まず画像メモリ１３に記憶し、その画像情報を処理することにより得られる。例えば、図４に示す電子部品ｂの場合には、符号Ａ〜Ｆで示された寸法等が読み取られるべき部品データとなる。
【００２０】
図６は部品データを保存する手順を示すフローチャートであり、まず、ステップＳ１では、ＣＳＰやＢＧＡ等のはんだバンプ部にボール形状を持つ電子部品の画像情報を撮像した画像データは１画素ごとに２５６階調の明るさを表す数値で記憶されているので、その２５６階調で記憶されている多値化画像データをあるしきい値で２値化処理して２値化画像データを作成する。
【００２１】
次にステップＳ２では、図７（ａ）に示したように、ステップＳ１で求めた２値化画像データをラベリング処理して明るい領域の塊を検出し、それぞれの塊にラベルをつける。
【００２２】
ステップＳ３では、図７（ｂ）に示したように、検出した塊の縦横サイズをチェックしてボール形状以外の塊を画像データから除外する。
【００２３】
ステップＳ４では、図７（ｃ）に示したように、それぞれのラベル付けされた塊の中心位置をボール中心位置座標とする。
【００２４】
ステップＳ５では、図７（ｄ）に示したように、全ての塊の縦横サイズの平均を「ボールサイズ」と決定する。
【００２５】
ステップＳ６では、図７（ｅ）に示したように、前記多値化画像データを縦方向と横方向にプロジェクション処理して、縦方向と横方向のプロジェクションデータを作成する。
【００２６】
ステップＳ７では、図７（ｅ）に示したように、縦方向のプロジェクションデータで０以外のデータが連続しているところをボールと判定して、おおまかな横方向ボールピッチと横方向ボール位置を決定する。
【００２７】
ステップＳ８では、図７（ｅ）に示したように、横方向のプロジェクションデータで０以外のデータが連続しているところをボールと判定して、おおまかな縦方向ボールピッチと縦方向ボール位置を決定する。
【００２８】
ステップＳ９では、図７（ｆ）に示したように、おおまかな横方向ボールピッチとおおまかな縦方向ボールピッチと縦方向ボール位置と横方向ボール位置から領域決定マトリックス線位置を決定し、それぞれのマトリックス線によって仕切られた全ての領域内にボール中心位置が存在しているかどうか調べ、「ボール配置データ」に記憶する。
【００２９】
ステップＳ１０では、「ボール配置データ」と「ボール中心位置座標」から「横方向ボールピッチ」と「縦方向ボールピッチ」を計算して決定する。
【００３０】
ステップＳ１１では、「ボール配置データ」から「横方向ボール数」と「縦方向ボール数」を決定する。
【００３１】
このようにして求められた部品データは、ステップＳ１２で格納し得るデータに処理され、さらにステップＳ１３においては、部品データとして正しいか否かが判断される。
【００３２】
部品データが正確でない場合には、ステップＳ１４でＣＲＴ１５にエラー表示がなされ、正確な部品であると判断された場合には、ステップＳ１５において、部品データがＣＲＴ１５に表示されるとともに、画像メモリ１３に保存される。部品データの保存は、画像メモリ１３に保存することなく、フロッピーディスク等の記憶媒体に保存するようにしても良い。
【００３３】
図８は、パッケージ型電子部品の品質良否判定と姿勢を検出するための部品データを自動的に演算して作成する際の画像処理アルゴリズムを示すものである。
【００３４】
図１で示す電子部品の搬送装置を用いて搬送されることになる全ての種類の電子部品の部品データを、上述した手順により予めメモリに格納しておき、装着ヘッド２ａにより部品供給部１から部品装着部３に電子部品ｂを搬送してプリント基板４に装着する際には、どのような種類の電子部品ｂが装着ヘッド２ａに保持されているかが判断され、その部品形状の良否判定がなされる。さらに、装着ヘッド２ａに対するずれ量が補正されて、所定の位置に電子部品ｂが装着されることになる。
【００３５】
その他、図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、電極部の構造が、スプリング端子により構成されるパッケージ型電子部品として、ウエーハ・レベルＣＳＰ技術「ＭＯＳＴ：マイクロスプリング・オン・シリコン・テクノロジー技術」を使った「ダイレクト・ラムバス」のモジュール２０がある。
【００３６】
ＭＯＳＴの最も大きな特徴は、ウエーハ上に微小なマイクロスプリング２１を使った点であり、このマイクロスプリング２１とボード２２をはんだ接続し、モジュール２０に仕上げる時にも本装置が利用される。
【００３７】
このマイクロスプリング２１によって次の５つの効果が得られることになる。
（１）弾性によってボード搭載時の応力を緩和でき接続信頼性を上げる。
（２）放熱性が上がるためヒートシンクを減らせる。
（３）Ｓ字形状の曲げ方によって再配線パターンを変更できる。
（４）長さや形状によってインピーダンスを最適化し電気特性を改善できる。
（５）金属結合によってはんだを不要にできる可能性がある。
といった点である。
【００３８】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）ＣＳＰやＢＧＡ等のパッケージ型電子部品の形状寸法等の、その電子部品の姿勢を検出するための部品データが撮影手段で撮影された電子部品の画像情報を自動的に演算処理することにより作成されるので、予め部品データを操作者が作成することが不要となり、部品データの作成効率が飛躍的に向上し、且つ操作者の負担が大幅に軽減される。
（２）実際に装着されるＣＳＰやＢＧＡ等のパッケージ型電子部品から、その形状寸法のその電子部品の姿勢を検出するための部品データを自動的に演算して作成するので、予め操作者により入力された部品データを使用することがなくなり、部品データと実際の電子部品との寸法差に起因するトラブルを完全に回避できる。
（３）ＣＳＰやＢＧＡ等のパッケージ型電子部品をプリント基板に搬送して組み付ける搬送装置が、該電子部品の部品データを格納する機能を有するので、格納された部品データと実際に搬送される電子部品とを比較して、搬送される電子部品の適否を判別することができる。
（４）部品データを利用することにより、搬送装置に保持された状態の電子部品が搬送装置に対して所望の位置に保持されているか否かと、所望の位置に対してどの程度ずれているかを判別することができ、電子部品をプリント基板に装着する際に、ずれ量を補正して所望の位置に電子部品を装着することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるＣＳＰやＢＧＡ等のはんだバンプ部にボール形状を持つ電子部品の搬送組み付け装置を示す概略図である。
【図２】電子部品の搬送組み付け装置の装着ヘッド部の概略斜視図である。
【図３】図１において装着ヘッドとカメラとの関係図である。
【図４】ＣＳＰやＢＧＡ等のはんだバンプ部にボール形状を持つ電子部品の一例と部品データの一覧を示す概念図である。
【図５】電子部品の搬送組み付け装置の制御回路を示すブロック図である。
【図６】部品データを保存する手順を示すメインフローチャートである。
【図７（ａ）】図６におけるステップＳ２の説明図である。
【図７（ｂ）】図６におけるステップＳ３の説明図である。
【図７（ｃ）】図６におけるステップＳ４の説明図である。
【図７（ｄ）】図６におけるステップＳ５の説明図である。
【図７（ｅ）】図６におけるステップＳ６〜ステップＳ８の説明図である。
【図７（ｆ）】図６におけるステップＳ９の説明図である。
【図８】画像処理アルゴリズムを示す図である。
【図９（ａ）】通常の表面実装ラインを使ってマイクロスプリングとボードをはんだ接続し、モジュールに仕上げたことを示す図である。
【図９（ｂ）】マイクロスプリングの外観図である。
【符号の説明】
ｂ    電子部品
Ｃａ  モールド部
Ｃｂ  リード部
１    部品供給部
２    搬送装置
２ａ  装着ヘッド
３    部品装着部
４    プリント基板
５    吸着ノズル
６    移動軌跡
７    カメラ（撮影手段）
８    照明灯
９    光像入射手段
１０  検出手段
１１  画像処理装置
１２  画像処理用ＣＰＵ
１３  画像メモリ
１４  メインＣＰＵ
１５  ＣＲＴ
１６  装着ヘッド駆動部
１７  モータドライバー
１８  搬送装置駆動部
１９  モータドライバー
２０  モジュール
２１  マイクロスプリング
２２  ボード
【図１】
0004119039.tif 000002
【図２】
0004119039.tif 000003
【図３】
0004119039.tif 000004
【図４】
0004119039.tif 000005
【図５】
0004119039.tif 000006
【図６】
0004119039.tif 000007
【図７（ａ）】
0004119039.tif 000008
【図７（ｂ）】
0004119039.tif 000009
【図７（ｃ）】
0004119039.tif 000010
【図７（ｄ）】
0004119039.tif 000011
【図７（ｅ）】
0004119039.tif 000012
【図７（ｆ）】
0004119039.tif 000013
【図８】
0004119039.tif 000014
【図９（ａ）】
0004119039.tif 000015
【図９（ｂ）】
0004119039.tif 000016