(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に部品を表面実装する方法であって、
前記部品が実装される実装部と、前記実装部において前記部品が実装される設計上の第１の実装位置に対し特定の位置関係を有する第１の基準と、前記部品が実際に実装されるべき第２の実装位置に対し特定の位置関係を有する第２の基準とを備える基板と共に、前記第１の基準と前記第１の実装位置との位置関係に関する第１の位置関係情報と、前記第１の基準と前記第２の基準との位置関係に関する設計上の第２の位置関係情報とを準備する準備工程、
前記基板を所定の検査位置に配置し、前記第１の基準に関する第１の位置情報及び前記第２の基準に関する第２の位置情報を取得し、取得した前記第１の位置情報及び前記第２の位置情報と前記設計上の第２の位置関係情報とに基づき、前記第１の基準に対する前記第２の基準の実際の位置関係と設計上の位置関係との間の誤差を算出する検査工程、
前記基板を前記検査位置から所定の部品実装作業位置へ移送する移送工程、並びに、
前記部品実装作業位置において、前記基板における前記第１の基準に関する第３の位置情報を取得し、取得した前記第３の位置情報と前記第１の位置関係情報とに基づき算出した前記第１の実装位置を前記誤差に基づき補正して前記第２の実装位置を算出し、前記部品を前記第２の実装位置に実装する実装工程、
を含む部品の表面実装方法。
【請求項２】
前記第１の基準は、前記基板の表面に形成された認識マークに基づき設定され、前記第１の位置情報は、光反射方式で取得した前記認識マークの位置情報であり、
前記第２の基準は、前記基板を貫通して形成された貫通孔に基づき設定され、前記第２の位置情報は、光透過方式で取得した前記貫通孔の位置情報である、
請求項１記載の部品の表面実装方法。
【請求項３】
前記部品は指向性を有する信号を出力するものである、請求項２記載の部品の表面実装方法。
【請求項４】
前記部品は、発光ダイオード、半導体レーザー等の発光素子、及び、超音波振動子のうちの少なくとも１つを含む、請求項３記載の部品の表面実装方法。
【請求項５】
基板に部品を表面実装するための表面実装システムであって、
前記基板を検査する検査装置、前記基板に部品を表面実装する実装装置、前記基板を前記検査装置から前記実装装置へ移送する移送装置、及び、これらの装置の動作を制御する制御装置を含み、
前記基板は、前記部品が実装される実装部、前記実装部における前記部品が実装される設計上の第１の実装位置に対し特定の位置関係を有する第１の基準、及び、前記部品が実際に実装されるべき第２の実装位置に対し特定の位置関係を有する第２の基準を備え、
前記検査装置は、前記第１の基準に関する第１の位置情報を取得する第１の情報取得手段、及び、前記第２の基準に関する第２の位置情報を取得する第２の情報取得手段を備え、
前記実装装置は、前記第１の基準に関する第３の位置情報を取得する第３の情報取得手段、及び、前記部品を前記基板の表面に搭載する部品搭載手段を備え、
前記制御装置は、
前記第１の基準と前記第１の実装位置との位置関係に関する第１の位置関係情報、及び、前記第１の基準と前記第２の基準との位置関係に関する設計上の第２の位置関係情報を保有する記憶手段、
前記検査装置で取得した前記第１の位置情報及び前記第２の位置情報と前記設計上の第２の位置関係情報とに基づき前記第１の基準に対する前記第２の基準の実際の位置関係と設計上の位置関係との間の誤差を算出する機能、前記実装装置で取得した前記第３の位置情報と前記第１の位置関係情報とに基づき算出した前記第１の実装位置を前記誤差に基づき補正して前記第２の実装位置を算出する機能を有する演算手段、並びに、
前記演算手段の演算結果に基づき、前記部品を前記第２の実装位置に搭載するように前記部品搭載手段を制御する指示手段を備える、
表面実装システム。
【請求項６】
前記第１の基準は、前記基板の表面に形成された認識マークに基づき設定され、前記第１の位置情報取得手段は、光反射方式で前記認識マークの位置情報を取得するものであり、
前記第２の基準は、前記基板を貫通して形成された貫通孔に基づき設定され、前記第２の位置情報取得手段は、光透過方式で前記貫通孔の位置情報を取得するものである、
請求項５記載の表面実装システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面に部品を表面実装するための方法及びこの方法を実施するための表面実装システムに関し、特に、基板における部品の最適な実装位置が設計位置とは異なる場合に対処し得る部品の表面実装方法及び表面実装システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品や電子デバイス等の各種部品を基板に実装する手段として代表的なものは表面実装と挿入実装である。
【０００３】
表面実装は、基板表面に部品をはんだで接合する手段である（特許文献１〜４参照）。表面実装の手順は、配線回路を表面又は内部に形成した基板（生基板、ベアボードとも言う）を準備し、この基板の表面に印刷装置ではんだを所定のパターンで印刷し、印刷したはんだパターンに合わせて部品をチップマウンター等の実装装置により基板表面の所定位置に搭載した後、リフロー装置によりはんだを加熱溶融して、部品を基板表面に通電可能に固定するという工程を実行するのが一般的である。
【０００４】
挿入実装は、部品のリード線を基板に形成した挿入穴（スルーホールとも言う）に挿し通して部品を固定する手段である（特許文献５参照）。挿入実装の手順は、配線回路を表面又は内部に形成すると共に挿入穴を形成した基板を準備し、この基板に対し、手挿入もしくは挿入部品用の自動挿入機によりリード線が挿入穴を挿通するように部品を配置した後、裏面側に突出したリード線部分をフローはんだ装置等ではんだ付けするという工程を実行するのが一般的である。
【０００５】
実装する部品の種類によっては、１枚の基板に対し表面実装と挿入実装の両方を実行する混載実装が実施される場合もある（特許文献６参照）。
【０００６】
ところで、基板にはんだを印刷する工程、部品を基板表面の所定位置に搭載する工程、及び部品のリード線を基板の挿入穴に挿通させる工程等の位置精度が要求される工程を実行する際には、基板におけるはんだの印刷位置、部品の搭載位置、挿入穴の位置等を正確に知る必要がある。
【０００７】
そのため、特許文献１〜４では、基板に予め認識マーク（基準マーク、フィデューシャルマーク等とも言う）を設けておき、上記の各工程を実行するに当たり、カメラやセンサ等を用いて認識マークの位置を光学的に検出し、これを実装位置の基準とすることが行われている。特許文献５では、挿入穴を形成した基板の下方から発光モジュールにより光を照射した状態で、カメラにより基板を上方から撮像することによって、挿入穴の位置を検出することが記載されている。更に、特許文献６には、１つの基板に対し部品の表面実装及び挿入実装の両方を実行する混載実装技術において、基板に設けた認識マークにより基板の位置認識を行うこと、及び、はんだ印刷後の基板をカメラで撮像した画像を処理して、部品が表面実装される電極の位置と部品のリード線が挿入実装される挿入穴の位置とを検出することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−２１４６９２号公報
【特許文献２】実開昭６２−１９０３７０号公報
【特許文献３】特開２００１−１２７３９９号公報
【特許文献４】特開２００２−１００８９９号公報
【特許文献５】特開２０１６−１５２２３５号公報
【特許文献６】特開２０１４−１０７５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図６は、部品が表面実装された基板の一例を示す模式図であって、設計位置に貫通孔が形成されている状態を示すものである。
【００１０】
図６において、１１は基板、２１は基板１１の表面に実装される部品、Ｍ１は円形の第１の認識マーク、Ｍ２は同じく円形の第２の認識マーク、ｈ１は円形の貫通孔、ｈ２は長円形の貫通孔である。第１の認識マークＭ１及び第２の認識マークＭ２は、通常、基板１１の表面にエッチングで配線回路を形成する際に同時に形成される。尚、基板１１の表面の配線回路については図示を省略した。貫通孔ｈ１、ｈ２は、基板１１を製品に組み込む際に取付孔として使用される。
【００１１】
ここで例えば基板１１が自動車等のヘッドライト装置に組み込まれるものであり、基板１１に表面実装される部品２１がＬＥＤ（light  emitting  diode：発光ダイオード）である場合、光照射方向の精度を確保するため、部品（ＬＥＤ）２１は、基板１１を製品に取り付けるための貫通孔ｈ１、ｈ２に対し最適な位置関係となる位置に実装される必要がある。図６を参照して、円形の貫通孔ｈ１の重心ｑ１と長円形の貫通孔ｈ２の重心ｑ２を結ぶ直線を軸ｘ２、重心ｑ１を通り軸ｘ２に直交する直線を軸ｙ２とし、第１の認識マークＭ１の中心Ｐ１を通り軸ｘ２、ｙ２に平行な直線をそれぞれＸ１、Ｙ１とし、部品２１の実装位置の基準点をｒとする。基準点ｒは、例えば部品の重心や、ＬＥＤの場合は発光中心に設定される。貫通孔ｈ１、ｈ２を基準として機能を適切に発揮する位置に部品２１が実装されているとき、その実装位置は、軸ｘ２、ｙ２に対する、部品２１の基準点ｒの離隔情報（α２，β２）で特定することができる。又、この実装位置は、第１の認識マークＭ１の中心Ｐ１を基準としても特定され、具体的には、軸Ｘ１、Ｙ１に対する、部品の基準点ｒの離隔情報（α１，β１）で特定することができる。
【００１２】
基準点ｒの位置を特定する上記離隔情報は、ＣＡＤ（computer-aided  design）等の設計情報に含まれる。そして従来の表面実装方法では、実装工程において貫通孔を検出せずに、第１、第２の認識マークＭ１、Ｍ２を基準として、部品２１の基準点ｒの位置を特定している。即ち、カメラやセンサ等を用い光反射方式で第１の認識マークＭ１及び第２の認識マークＭ２を検出し、検出した第１の認識マークＭ１の画像から求めた中心Ｐ１の位置情報と、中心Ｐ１を通る軸Ｘ１、Ｙ１に対する離隔情報（α１，β１）とを用いることで、基準点ｒの位置を特定し、部品２１を設計位置に実装している。
【００１３】
上述のように、ＬＥＤデバイス等の部品を基板に表面実装する実装ラインでは、従来、基板表面に形成した認識マークを基準とする設計上の実装位置に部品を実装するよう設定されている。これは、基板１１に貫通孔ｈ１、ｈ２がＣＡＤデータ等の設計情報通りの位置に形成されていることを前提としているからである。しかしながら基板１１における認識マークの形成はエッチング処理で行われ、貫通孔の形成はプレス加工やドリル加工で行われ、別個の工程である。しかも、エッチング処理と貫通孔の形成加工とは異なる加工業者で実施される場合もある。このため、貫通孔の実際の形成位置と認識マークを基準とした設計上の形成位置との間に誤差が生じる可能性が高い。製品が実際に使用される場面では、基板を製品に取り付けるために基板に形成した貫通孔に対する部品の実装位置が、機能を発揮する上で重要である。このため、認識マークに対する貫通孔の形成位置が設計通りではなく誤差を含んでいる場合、実装工程において設計情報に従う部品実装を実行したときに、貫通孔に対する部品の実装位置が適切ではなくなり、その結果、ＬＥＤ等の光照射方向が不良になるおそれがある。
【００１４】
この従来の技術的課題は、前述した特許文献１〜６の技術で解決するのが困難である。特許文献１〜４の技術は、認識マークを基準にして部品を実装するだけであるので、貫通孔の位置ずれに対処できない。特許文献５の技術は、下方からの光照射により挿入穴を検出するが、基板の表面に形成した認識マークを検出できない。特許文献６の技術は、カメラにより撮影した画像を処理して認識マーク及び挿入穴の位置を認識できるとしているが、光反射方式で画像認識する種類のカメラによる撮像では、貫通孔の正確な重心位置を割り出すのが困難である。
【００１５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、部品の最適な実装位置が設計位置とは異なる場合に対処し得る部品の表面実装方法及び表面実装システム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】
【００１６】
上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、基板の表面に部品を表面実装する方法であって、部品が実装される実装部と、実装部において部品が実装される設計上の第１の実装位置に対し特定の位置関係を有する第１の基準と、部品が実際に実装されるべき第２の実装位置に対し特定の位置関係を有する第２の基準とを備える基板と共に、第１の基準と第１の実装位置との位置関係に関する第１の位置関係情報と、第１の基準と第２の基準との位置関係に関する設計上の第２の位置関係情報とを準備する準備工程、基板を所定の検査位置に配置し、第１の基準に関する第１の位置情報及び第２の基準に関する第２の位置情報を取得し、取得した第１の位置情報及び第２の位置情報と設計上の第２の位置関係情報とに基づき、第１の基準に対する第２の基準の実際の位置関係と設計上の位置関係との間の誤差を算出する検査工程、基板を検査位置から所定の部品実装作業位置へ移送する移送工程、並びに、部品実装作業位置において、基板における第１の基準に関する第３の位置情報を取得し、取得した第３の位置情報と第１の位置関係情報とに基づき算出した第１の実装位置を誤差に基づき補正して第２の実装位置を算出し、部品を第２の実装位置に実装する実装工程、を含む部品の表面実装方法である。
【００１７】
このように構成すると、準備工程で準備した基板に対し、検査工程において、第１の基準及び第２の基準それぞれの位置情報を取得し、これら位置情報と予め準備された設計上の第２の位置関係情報とに基づき、第１の基準に対する第２の基準の実際の位置関係と設計上の位置関係との間の誤差を算出する。次いで移送工程により部品実装作業位置へ移送した基板に対し、実装工程で、第１の基準の位置と予め準備された第１の位置関係情報とから求められる第１の実装位置を、検査工程で取得した誤差の情報に基づき補正して第２の実装位置を算出し、ここに部品を実装する。これにより、第２の実装位置に部品を実装した基板が製造される。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成において、第１の基準は、基板の表面に形成された認識マークに基づき設定され、第１の位置情報は、光反射方式で取得した認識マークの位置情報であり、第２の基準は、基板を貫通して形成された貫通孔に基づき設定され、第２の位置情報は、光透過方式で取得した貫通孔の位置情報であるものである。
【００１９】
このように構成すると、検査工程では、認識マークの位置情報を光反射方式で取得すると共に、実際に形成された貫通孔の位置情報を光透過方式で取得する。実装工程では、光反射方式を用いて取得した認識マークの位置情報から第１の実装位置を算出し、これを検査工程において取得した誤差の情報で補正して第２の実装位置を算出する。貫通孔に対する部品の実装位置が適切になる。
【００２０】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明の構成において、部品は指向性を有する信号を出力するものである。
【００２１】
このように構成すると、指向性を有する信号を出力する部品が、基板に形成した貫通孔に対し適切な第２の実装位置に実装される。
【００２２】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明の構成において、部品は、発光ダイオード、半導体レーザー等の発光素子、及び、超音波振動子のうちの少なくとも１つを含むものである。
【００２３】
このように構成すると、発光素子又は超音波振動子を含む部品が、基板に形成した貫通孔に対し適切な第２の実装位置に実装される。
【００２４】
請求項５記載の発明は、基板に部品を表面実装するための表面実装システムであって、基板を検査する検査装置、基板に部品を表面実装する実装装置、基板を検査装置から実装装置へ移送する移送装置、及び、これら装置の動作を制御する制御装置を含み、基板は、部品が実装される実装部、実装部における部品が実装される設計上の第１の実装位置に対し特定の位置関係を有する第１の基準、及び、部品が実際に実装されるべき第２の実装位置に対し特定の位置関係を有する第２の基準を備え、検査装置は、第１の基準に関する第１の位置情報を取得する第１の情報取得手段、及び、第２の基準に関する第２の位置情報を取得する第２の情報取得手段を備え、実装装置は、第１の基準に関する第３の位置情報を取得する第３の情報取得手段、及び、部品を基板の表面に搭載する部品搭載手段を備え、制御装置は、第１の基準と第１の実装位置との位置関係に関する第１の位置関係情報、及び、第１の基準と第２の基準との位置関係に関する設計上の第２の位置関係情報を保有する記憶手段、検査装置で取得した第１の位置情報及び第２の位置情報と設計上の第２の位置関係情報とに基づき第１の基準に対する第２の基準の実際の位置関係と設計上の位置関係との間の誤差を算出する機能、実装装置で取得した第３の位置情報と第１の位置関係情報とに基づき算出した第１の実装位置を誤差に基づき補正して第２の実装位置を算出する機能を有する演算手段、並びに、演算手段の演算結果に基づき、部品を第２の実装位置に搭載するように部品搭載手段を制御する指示手段を備える、表面実装システムである。
【００２５】
このように構成すると、準備された基板に対し、検査装置は、第１の基準に関する第１の位置情報及び第２の基準に関する第２の位置情報を取得し、移送装置が基板を検査装置から実装装置へ移送し、実装装置は、第１の基準に関する第３の位置情報を取得する。そして制御装置の演算手段が、第１の位置情報及び第２の位置情報と記憶手段が保有する設計上の第２の位置関係情報とに基づき第１の基準に対する第２の基準の実際の位置関係と設計上の位置関係との間の誤差を算出し、第３の位置情報と記憶手段が保有する第１の位置関係情報とから算出される第１の実装位置を、誤差の情報を用いて補正して第２の実装位置を算出し、実装装置の部品搭載手段が指示手段により制御されて部品を第２の実装位置に搭載する。
【００２６】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明の構成において、第１の基準は、基板の表面に形成された認識マークに基づき設定され、第１の位置情報取得手段は、光反射方式で認識マークの位置情報を取得するものであり、第２の基準は、基板を貫通して形成された貫通孔に基づき設定され、第２の位置情報取得手段は、光透過方式で貫通孔の位置情報を取得するものである。
【００２７】
このように構成すると、検査工程では、認識マークの位置情報を光反射方式で取得すると共に、実際に形成された貫通孔の位置情報を光透過方式で取得する。実装工程では、光反射方式を用いて認識マークの位置情報を取得し、この情報と検査工程において取得した誤差の情報とを用いて、第２の実装位置を算出する。貫通孔に対し適切な第２の実装位置に部品を実装できる。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように、請求項１記載の発明は、設計上の第１の実装位置ではなく、部品が機能を発揮する上で必要とされる第２の実装位置に部品を実装することができるから、実際の使用時における製品に組み込まれた状態において、部品の機能を確実に発揮させることのできる基板製品の提供が可能である。実装工程では、第１の基準の位置から算出した第１の実装位置を予め検査工程で取得した誤差の情報で補正して第２の実装位置を算出するから、第２の基準の位置情報を取得せずに第２の実装位置を特定することができる。依って、第１の基準の位置取得手段だけを備える実装装置を使用することが可能なので、実装装置の構造が複雑になるのを回避できる。個別の基板ごとに誤差を算出して第２の実装位置を算出することができるから、誤差の大きさにばらつきがあっても、部品を確実に第２の実装位置に実装することが可能であり、基板の不良率を低減させることができる。
【００２９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の効果に加えて、認識マークと貫通孔とを有する一般的な構成の基板を対象とすることができる。貫通孔を基板の取付用とした場合に、部品を実際の貫通孔に対し適切な第２の実装位置に実装することができるから、製品に組み付けた状態で部品の機能を確実に発揮させることができる。実装工程において認識マークの位置情報を光反射方式で取得するのは汎用的な手法であるから、従来と同様の実装装置を用いて、基板の不良率を低減させることができる。
【００３０】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明の効果に加えて、貫通孔を用いて基板を取り付けたときに、部品の実装位置が貫通孔に対し適切になるから、指向性を有する信号の出力方向を、製品設計通りにすることができる。
【００３１】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明の効果に加えて、貫通孔を用いて基板を取り付けたときに、発光素子又は超音波振動子の実装位置が貫通孔に対し適切になるから、光照射方向又は超音波の出力方向を、製品設計通りにすることができる。
【００３２】
請求項５記載の発明は、実装装置は、第２の基準の位置情報を取得しなくても、第１の基準の位置情報を取得するだけで、部品を第２の基準に対し適切な位置関係にある第２の実装位置に搭載することができるから、実際の使用時に機能を適切に発揮できる基板製品を提供できる。又、個別の基板ごとに誤差を算出するから、誤差の大きさにばらつきがあっても、部品を確実に第２の実装位置に実装することが可能である。従って、製品の不良率を低減させることができる。
【００３３】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明の効果に加えて、認識マークと貫通孔とを有する一般的な構成の基板を対象とすることができる。貫通孔を基板取付用とした場合に、部品を実際の貫通孔に対し適切な第２の実装位置に実装することができるから、製品に組み付けた状態での機能の発揮を確実にできる。実装工程において認識マークの位置情報を光反射方式で取得するのは汎用的な手法であるから、従来と同様の実装装置を用いて、基板の不良率を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態による表面実装システムの概略構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態による表面実装システムの概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態による部品の表面実装方法を説明するフローチャートである。
【図４】部品を表面実装する基板の一例を示す模式図であって、検査工程において、貫通孔の実際の形成位置と設計位置との間の誤差を検出する手順を示すものである。
【図５】部品を表面実装する基板の一例を示す模式図であって、実装工程において、貫通孔の形成位置の誤差に基づき部品の実装位置を補正する要領を説明するものである。
【図６】部品が表面実装された基板の一例を示す模式図であって、設計位置に貫通孔が形成されている状態を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は本発明の実施の形態による表面実装システムの概略構成を示す構成図であり、図２は本発明の実施の形態による表面実装システムの概略構成を示すブロック図であり、図３は本発明の実施の形態による部品の表面実装方法を説明するフローチャートであり、図４は部品を表面実装する基板の一例を示す模式図であって、検査工程において、貫通孔の実際の形成位置と設計位置との間の誤差を検出する手順を示すものであり、図５は部品を表面実装する基板の一例を示す模式図であって、実装工程において、貫通孔の形成位置の誤差に基づき部品の実装位置を補正する要領を説明するものである。
【００３６】
図１を参照して、本例の表面実装システムＳは、取付用の貫通孔が形成された基板にＬＥＤ等の部品を表面実装するためのものであり、上流側から順に、基板を供給するローダー５、基板の状態検査を行う検査装置１、基板表面における部品が実装される実装部にクリームはんだ等ではんだ印刷を行う印刷装置２、はんだ印刷パターンに従って部品を基板表面に搭載する実装装置３（３Ａ〜３Ｃ）、はんだを加熱溶融して部品を基板表面に固定するリフロー装置４、部品の表面実装が完了した実装基板を搬出するアンローダー７が連結される。又、各装置間には基板の移送を行う移送装置６が配置される。更に、これら装置の動作を実装プログラムに従って制御する制御装置８が備えられる。尚、図示する実施の形態では３台の実装装置３Ａ〜３Ｂを連結しているが、基板に実装する部品の種類及び個数に応じ、実装装置の台数を増減させてもよい。又、図示は省略するが、印刷装置２と実装装置３との間に、はんだの印刷状態を検査する第２の検査装置を配置してもよく、実装装置３とリフロー装置４との間に、部品の実装状態を検査する第３の検査装置を配置してもよい。
【００３７】
図４に示すように、部品が表面実装される基板１０は、基板１０の位置及び姿勢を把握するための基準となる第１の認識マークＭ１及び第２の認識マークＭ２と、基板１０を製品等に組み込む際に取付孔として利用される第１の貫通孔Ｈ１及び第２の貫通孔Ｈ２とを備える。第１及び第２の認識マークＭ１、Ｍ２は、通常、基板１０の表面にエッチングで配線回路と共に形成される。但し、配線回路については図示を省略した。第１、第２の貫通孔Ｈ１、Ｈ２は、プレス加工やドリル加工により形成される。
【００３８】
図２を参照して、検査装置１は、基板１０の第１、第２の認識マークＭ１、Ｍ２を検出する認識マーク検出手段１ａと、第１、第２の貫通孔Ｈ１、Ｈ２を検出する貫通孔検出手段１ｂとを有する。認識マーク検出手段１ａには、例えば光反射方式で認識マークの画像を検出するＣＣＤカメラ等の撮像装置が使用される。貫通孔検出手段１ｂには、例えば光透過方式で貫通孔部分を検出する発光器と受光器との組み合わせから成る撮像装置が使用される。
【００３９】
印刷装置２は、クリームはんだを用いて、基板１０の表面に、部品の実装レイアウトに応じたパターンにはんだを印刷するためのものであり、認識マークを検出するための認識マーク検出手段２ａと、はんだ印刷手段２ｂとを有する。認識マーク検出手段２ａで検出した認識マークの位置を基準として、はんだ印刷手段２ｂが、基板１０の表面における所定の部位にはんだを印刷する。
【００４０】
実装装置３は、チップマウンターとも呼ばれるものであり、基板１０の表面を撮像するカメラ等の基板認識手段３ａと、基板１０の表面におけるはんだ印刷部位に部品を搭載する部品搭載手段３ｃとを有する。更に、図示は省略したが、実装装置３は、実装する部品を取り込むための部品供給手段を備える。本例の基板認識手段３ａは、光反射方式で基板画像を撮影するものであり、撮影した画像を処理することにより、はんだの印刷部位と共に認識マークの形成位置に関する情報が取得される。従って本例の基板認識手段３ａは、認識マーク検出手段３ｂを含んでいる。実装装置３は、基板認識手段３ａによって取得したはんだ位置情報に基づき、又は、認識マーク検出手段３ｂで検出した認識マークの位置情報に基づき、部品搭載手段３ｃにより、部品を所定の実装位置に搭載する。
【００４１】
リフロー装置４は、基板１０に印刷されたはんだを加熱溶融するための加熱手段４ａを有する。表面に部品を搭載した基板１０をリフロー装置４で加熱して印刷したはんだを溶融させた後、これを冷却して固化させることにより、部品を配線回路と通電可能な状態で基板１０の表面に固定することができる。
【００４２】
制御装置８は、各装置と電気的に通信可能なように接続され、基板１０に部品を表面実装するのに必要な実装プログラム、各装置の制御データ、及び、表面実装の実施対象となる基板及び部品に関する各種データを保有する記憶手段８ａ、実装プログラム及び各種データに基づき演算を行う演算手段８ｂ、各装置に対して動作命令を出力する指令手段８ｃを有し、コンピュータを主体として構成される。
【００４３】
以下、上記のように構成した表面実装システムＳを用いた、基板に対する部品の表面実装方法の各工程について説明する。
【００４４】
［準備工程］
準備工程では、部品の表面実装を実行する対象となる基板と、この基板に関する設計情報とを準備する。図４を参照して、基板１０は公知の製品（生基板、ベアボード等）を使用でき、その表面には、エッチングにより配線回路（不図示）と共に、円形の第１の認識マークＭ１及び第２の認識マークＭ２が形成されている。又、プレス加工やドリル加工等により、円形の第１の貫通孔Ｈ１及び長円形の第２の貫通孔Ｈ２が形成されている。第１、第２の貫通孔Ｈ１、Ｈ２は、基板１０を製品に組み込む際に取付孔として使用されるものである。又、本例において、基板１０の表面に設けられる実装部とは、例えば、部品を実装するためにはんだが印刷される領域である。又、第１の認識マークＭ１の中心をＰ１、貫通孔Ｈ１の重心をＱ１、貫通孔Ｈ２の重心をＱ２とすると、中心Ｐ１が第１の基準、重心Ｑ１が第２の基準である。
【００４５】
基板１０に関する設計情報としては、基板の寸法、配線回路の形態、はんだ印刷位置、実装する部品の種類、個数及び実装位置等の基本情報と共に、第１の認識マークＭ１の中心Ｐ１を基準とする、部品の設計上の実装位置（第１の実装位置）２０ａに関する情報、及び、設計上の貫通孔ｈ１、ｈ２の形成位置に関する情報が準備される。即ち、図４及び図６を参照して、基板に設計通りに貫通孔が形成されていると仮定したときの、部品の第１の実装位置２０ａは、設計上の貫通孔ｈ１、ｈ２に対し最適となる実装位置である。但し、ここでは、中心Ｐ１に対する位置関係情報（第１の位置関係情報）として保有される。具体的には、設計上の貫通孔ｈ１、ｈ２それぞれの重心ｑ１、ｑ２を結ぶ直線を軸ｘ２、重心ｑ１を通り軸ｘ２に直交する直線を軸ｙ２とし、第１の認識マークＭ１の中心Ｐ１を通り軸ｘ２、軸ｙ２に平行な直線をそれぞれ軸Ｘ１、軸Ｙ１とする。そうすると、部品の第１の実装位置２０ａの基準点をｒとすると、中心Ｐ１に対する基準点ｒの第１の位置関係情報は、中心Ｐ１を通る軸Ｘ１、軸Ｙ１に対する離隔情報（α１，β１）として表すことができる。尚、基準点ｒは、部品の重心や、ＬＥＤの場合は発光中心に設定される。同様に、設計上の貫通孔ｈ１、ｈ２の位置についても、中心Ｐ１を基準とする情報として保有され、具体的には、貫通孔ｈ１の重心をｑ１とすると、中心Ｐ１に対する重心ｑ１の位置関係情報（第２の位置関係情報）は、軸Ｘ１、軸Ｙ１に対する重心ｑ１の離隔情報（Ａ，Ｂ）として表すことができる。
【００４６】
これらの設計情報は予め、制御装置の記憶手段等に保存される。又、上記の数値α１、β１、Ａ、Ｂには、±０．０５ｍｍ程度の交差が許容される。
【００４７】
［検査工程］
図３、図４を参照して、ローダーから搬入された基板は検査装置へ供給（Ｆ１）され所定の検査処理が実行される。検査処理は、光反射方式で第１、第２の認識マークＭ１、Ｍ２を検出して、第１の基準（中心Ｐ１）の位置情報を取得する手順と、光透過方式で第１、第２の貫通孔Ｈ１、Ｈ２を検出して、第２の基準（重心Ｑ１）の位置情報を取得する手順と、実際に形成された第１、第２の貫通孔Ｈ１、Ｈ２の形成位置と設計上の貫通孔ｈ１、ｈ２の形成位置との誤差を算出する手順とを含む。即ち、カメラ等の撮像装置で基板の表面を撮影し、撮影した画像を処理して、第１、第２の認識マークＭ１、Ｍ２を検出する（Ｆ２）。そして、第１の認識マークＭ１の形状から中心Ｐ１を特定し、その位置情報（第１の位置情報）を取得する（Ｆ３）。他方、第１、第２の貫通孔Ｈ１、Ｈ２については、光源と撮像装置との組み合わせを用いた光透過方式でこれらを検出し（Ｆ４）、第１の貫通孔Ｈ１の形状から重心Ｑ１を特定し、その位置情報（第２の位置情報）を取得する（Ｆ５）。
【００４８】
次に、これら位置情報に基づき、制御装置の演算手段で、第１、第２の貫通孔Ｈ１、Ｈ２の形成位置の誤差を算出する。図４を参照して、第１の貫通孔Ｈ１の重心Ｑ１と第２の貫通孔Ｈ２の重心Ｑ２とを結ぶ直線を軸Ｘ２、重心Ｑ１を通り軸Ｘ２に直交する直線を軸Ｙ２とし、第１の認識マークＭ１の中心Ｐ１を通り軸Ｘ２、軸Ｙ２それぞれに平行な直線をそれぞれ軸Ｘ１、軸Ｙ１とする。ここで、設計上の貫通孔ｈ１の重心ｑ１を通る軸ｘ２、ｙ２の、軸Ｘ１、Ｙ１に対する離隔（Ａ，Ｂ）と、実際の貫通孔Ｈ１の重心Ｑ１を通る軸Ｘ２、Ｙ２の、軸Ｘ１、Ｙ１に対する離隔（Ａ′，Ｂ′）とを比較する。第１、第２の貫通孔Ｈ１、Ｈ２が設計通りの位置に形成されているならば、重心Ｑ１の中心Ｐ１に対する離隔は（Ａ、Ｂ）で一致する。しかし、第１、第２の貫通孔Ｈ１、Ｈ２が設計位置に対し位置ずれを起こしている場合、その離隔（Ａ′，Ｂ′）は例えば（Δα、Δβ）で表される誤差を含むこととなる。そこで、この（Δα、Δβ）を誤差の情報として、制御装置の記憶手段に保存する（Ｆ６）。
【００４９】
尚、中心Ｐ１を通る軸Ｘ１、Ｙ１については、後段の実装工程において、貫通孔の位置とは独立して読み出せるように、第１、第２の認識マークＭ１、Ｍ２の位置情報や基板１０の形態情報等と関連付けされて記憶される。
【００５０】
［印刷工程］
検査工程を終えた基板は、印刷装置へ移送される。印刷装置は、認識マーク検出手段により基板の第１、第２の認識マークＭ１、Ｍ２を検出して、基板の位置や姿勢等を確認する。そして、はんだ印刷手段により、例えば、メタルマスクとメタルスキージを用いて、基板表面にクリームはんだを所定パターンに印刷する（Ｆ７）。
【００５１】
［実装工程］
はんだが印刷された基板は、実装装置へ移送され、部品の表面実装が実行される。一般的には、実装プログラムに従って複数の部品が基板に実装されるが、ここでは、ＬＥＤを含む部品を表面実装する場合について説明する。
【００５２】
基板が実装装置に移送されると、実装装置の基板認識手段が、画像処理により基板１０を認識する（Ｆ８）。そして、図５を参照して、認識マーク検出手段で第１、第２の認識マークＭ１、Ｍ２を検出し（Ｆ９）、第１の認識マークＭ１の形状から中心Ｐ１の位置情報（第３の位置情報）を取得する（Ｆ１０）。又、第１の認識マークＭ１と第２の認識マークＭ２との位置関係に基づき、中心Ｐ１を通る軸Ｘ１、軸Ｙ１を設定する。軸Ｘ１、Ｙ１は離隔の数値に基準を与えるものである。続いて、部品の設計上の位置である第１の実装位置２０ａの基準点ｒに対応する離隔（α１，β１）の情報を取得し（Ｆ１１）、これを、実際に形成した第１の貫通孔Ｈ１と設計位置の貫通孔ｈ１との間の誤差（Δα，Δβ）の情報で補正して（Ｆ１２）、補正離隔（α３，β３）＝（α１-Δα，β１+Δβ）を求める。中心Ｐ１を基準とする補正離隔（α３，β３）によって与えられる点Ｒ１は、実際に形成された第１、第２の貫通孔Ｈ１、Ｈ２に対し適正な部品の実装位置である第２の実装位置２０ｂにおける基準点Ｒ１となる（Ｆ１３）。
【００５３】
このようにして、基準点Ｒ１の位置を算出した後、部品実装手段によりＬＥＤ等の部品を、基準点Ｒ１により特定される第２の実装位置２０ｂに搭載する（Ｆ１４）。
【００５４】
［リフロー工程］
部品が適正位置に搭載された基板は、リフロー装置へ移送され、予め定められた加熱プログラムに従って基板が加熱される（Ｆ１５）。その結果、溶融したはんだが冷却して固化することにより、部品が基板に対し通電可能に固定される。
【００５５】
リフロー装置での加熱処理が終了し、部品が表面実装された基板は、アンローダーで搬出され（Ｆ１６）、更に必要な処理を行うための作業場所へ移送される。
【００５６】
尚、上述の各工程は、基板ごとに実行されるものであり、第１の貫通孔及び第２の貫通孔に関する実際の形成位置情報、及び、実際の形成位置と設計上の形成位置との間の誤差に関する情報は、基板ごとに個別に取得され保存される。
【００５７】
以上のように構成された本例の表面実装システム及び表面実装方法は、次のような効果を奏する。
【００５８】
（１）準備工程において、基板における認識マークに対する部品の設計上の実装位置を表す第１の位置関係情報と、認識マークに対する貫通孔の設計上の形成位置を表す第２の位置関係情報とを準備し、検査工程において、設計上の第２の位置関係情報を用いて貫通孔の実際の形成位置と設計上の形成位置との間の誤差を算出し、実装工程において、第１の位置関係情報を用いて求めた部品の設計上の第１の実装位置を、誤差の情報に基づき補正して第２の実装位置を求め、ここに部品を実装する。従って、設計上の第１の実装位置ではなく、部品が機能を発揮する上で必要とされる第２の実装位置に部品を実装することができるから、実際の使用時における製品に組み込まれた状態において、部品の機能を確実に発揮させることができる。特に、ＬＥＤは一般に、発光中心と外形中心とが製造上のばらつきのために一致しないことが多いので、実装位置の基準を、外形中心ではなく、発光位置の中心に設定することにより、より高精度の発光位置制御が可能になる。
【００５９】
（２）実装工程では、貫通孔の検出を行わずに部品の第２の実装位置を算出するから、認識マークを検出する光反射方式の検出手段だけを備える実装装置を使用することが可能であり、実装装置の構造が複雑になるのを回避できる。
【００６０】
（３）個別の基板ごとに誤差を算出して部品の第２の実装位置を算出することができるから、基板ごとに誤差の大きさにばらつきがあっても、部品を確実に第２の実装位置に実装することが可能であり、基板の不良率を低減させることができる。
【００６１】
（４）認識マークと貫通孔とを有する一般的な構成の基板を対象とすることができるから、従来と同様の実装装置を用いて、基板の不良率を低減させることができる。
【００６２】
（５）認識マークに対する貫通孔の位置関係情報を集積することにより、基板の製造精度の把握、管理ができる。集約した認識マークに対する貫通孔の位置ずれの情報を基板製造業者に提供することにより、基板製造業者において基板製造条件の調整を行い、貫通孔の位置ずれの低減を図ることができる。
【００６３】
尚、上記の実施の形態では、第１の基準を第１の認識マークの中心とし、第２の基準を第１の貫通孔の重心に設定したが、これに限定されない。第１の基準と第２の基準とは別工程で形成されるものであればよく、例えば、端縁部に形成した切欠や、基板表面に形成した突起を基準として使用してもよい。
【００６４】
又、第２の基準である第１の貫通孔の重心の検出を、光透過方式による検出手段で行うものとしたが、例えば、貫通孔の開口縁部に反射膜を形成し、この反射膜を光反射方式で検出して、貫通孔の重心を割り出すようにしてもよい。
【００６５】
更に、基板に表面実装する部品は、ＬＥＤ以外に、指向性を有する信号を出力するものを対象とすることができる。具体的には、半導体レーザー等の発光素子、超音波振動子が挙げられる。この場合、貫通孔を使用して基板を製品に取り付けたときに、光照射方向又は超音波の出力方向を、製品設計通りにすることができる。
【００６６】
更に、はんだ印刷工程に加えて、又ははんだ印刷工程に代えて、ボンドを基板に塗布するボンド塗布工程を導入し、部品をボンドで基板に固定するようにしてもよい。
【００６７】
更に、基板は、部品の表面実装と挿入実装の両方が行われるものであってもよい。この場合、検査工程において、光透過方式で基板取付用の貫通孔を検出する際に、部品のリード線挿入用の挿入穴の位置の情報も同時に取得し、実装工程において、表面実装と併せて部品の挿入実装を実行する際に、挿入穴の位置情報を利用するようにしてもよい。
【００６８】
更に、上記の例では、制御装置を独立して設置する構成としたが、例えば検出装置に制御装置の機能を組み込み、検出装置と下流の各装置とを信号の送受信が可能に接続する構成としてもよい。或いは、制御装置を、各装置に付属させた制御部をネットワーク接続して成る分散配置型の装置として構成してもよい。
【００６９】
更に、制御装置において取得される離隔情報の寸法は、処理を実行する装置それぞれが採用する寸法単位に合わせて単位変換を行ってもよい。例えば、ミリメートルと画素数との相互変換等である。
【００７０】
更に、上記の例では、第１の基準（Ｐ１）に対する第１の実装位置（ｒ）及び第２の基準（ｑ１）の設計上の離隔情報を、第１の基準（Ｐ１）を通る軸Ｘ１、Ｙ１それぞれに対する距離として表したが、例えば第１の基準（Ｐ１）からの距離と、軸Ｘ１に対する角度とで表してもよい。
【００７１】
更に、制御装置が各装置におけるキャリブレーションを行う工程を導入してもよい。キャリブレーションの実行時期は、管理者の指令により任意の時点で行ってもよく、定期的に行うものであってもよい。キャリブレーションを実行することにより、例えば、認識マーク検出手段等における原点の位置が継時的変化により変位したのを修正することができる。
【００７２】
更に、印刷装置、実装装置、又はリフロー装置の下流に別の検査装置を配置し、はんだの印刷後、部品の搭載後、又はリフロー装置による加熱処理後それぞれにおいて、基板状態を確認する検査工程を導入してもよい。
【符号の説明】
【００７３】
Ｓ…表面実装システム
１…検査装置
１ａ…認識マーク検出手段
１ｂ…貫通孔検出手段
２…印刷装置
２ａ…認識マーク検出手段
２ｂ…はんだ印刷手段
３…実装装置
３ａ…基板認識手段
３ｂ…認識マーク検出手段
３ｃ…部品搭載手段
４…リフロー装置
４ａ…加熱手段
４ｂ…はんだ印刷手段
５…ローダー
６…移送装置
７…アンローダー
８…制御装置
８ａ…記憶手段
８ｂ…演算手段
８ｃ…指令手段
１０…基板
１１…基板
２０ａ…第１の実装位置
２０ｂ…第２の実装位置
Ｍ１…第１の認識マーク
Ｍ２…第２の認識マーク
Ｈ１…第１の貫通孔
Ｈ２…第２の貫通孔
ｈ１…貫通孔（設計上）
ｈ２…貫通孔（設計上）
Ｐ１…第１認識マークの中心（第１の基準）
Ｑ１…第１の貫通孔の重心（第２の基準）
Ｑ２…第２の貫通孔の重心
ｑ１…貫通孔の重心（設計上）
ｑ２…貫通孔の重心（設計上）
ｒ…第１の実装位置の基準点
Ｒ１…第２の実装位置の基準点
尚、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
【要約】
【課題】部品の最適な実装位置が設計位置とは異なる場合に対処し得る部品の表面実装方法及び表面実装システムを提供する。
【解決手段】検査装置において基板の認識マーク及び貫通孔を検出して、貫通孔の実際の形成位置と設計上の形成位置との誤差を算出し、実装装置において、設計上の第１の実装位置を誤差の情報で補正して、部品を実装すべき第２の位置情報を算出し、ここに部品を実装する。設計上の第１の実装位置ではなく、部品が機能を発揮する上で必要とされる第２の実装位置に部品を実装できるから、実際に製品に組み込まれた状態において、部品の機能を確実に発揮させることができる。実装工程で、貫通孔を検出せずに第２の実装位置を特定できるから、実装装置の構造が複雑になるのを回避できる。
【選択図】  図３【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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