(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品を順次吸着し、回路基板の該当位置に搭載していく部品搭載装置において、
部品搭載中の回路基板の裏面の基板温度を、該回路基板の裏側から測定する温度センサと、
該基板温度の変移による回路基板の伸縮に応じて、部品搭載位置を自動補正する制御手段と、
を備えたことを特徴とする部品搭載装置。
【請求項２】
前記基板温度の変移による回路基板の伸縮に応じて、回路基板をクランプする手段に設定する基板幅を自動調整するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の部品搭載装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品を順次吸着し、回路基板の該当位置に搭載していく部品搭載装置に係り、特に、部品搭載中の回路基板の温度変移によって生じる、その寸法の伸縮による部品の搭載精度低下を抑えることで、一方の面の部品搭載及びリフロー後、熱膨張している両面基板の他方の面に部品搭載する際の、回路基板の縮小による搭載精度低下を抑えことができ、又装置内の発熱によって部品搭載中の回路基板が熱膨張して生じる搭載精度低下を抑えことができる部品搭載装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、部品搭載装置の基幹構成要素が部品搭載装置内の発熱の影響で熱膨張し、実装精度低下を生じさせてしまため、熱膨張による位置ずれのオフセット量を求め、実装動作を停止させることなく、該オフセット量によって部品搭載位置を補正するようにしている。
【０００３】
例えば特許文献１では、回路基板に対する実装を開始する前に、実装精度にかかわる基幹構成要素毎に温度を計測し、計測された温度に対応するオフセット量を求めるようにしている。例えば、その図２に示されるように、吸着ノズル１３に温度センサ１０を取り付けて温度を計測し、計測された温度に対応するオフセット量によって、吸着ノズル１３の位置を補正するようにしている。
【０００４】
又、特許文献２では、例えばその図６に示されるように、移載ヘッド２２の熱変形によるノズル２４の傾斜を、観察装置４０により、発光部３２から下方へ発光された光束Ｌ，Ｌ’の位置を観察することで把握するようにしている。そして、光束Ｌ，Ｌ’の位置の変位量を補正するように、ヘッド部２０の移動ストロークを補正し、電子部品を基板に搭載する。これにより、移載ヘッドの温度上昇にともなうノズルの下端部の変位による実装位置精度の低下を抑えるようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１８６７９５号公報（図２）
【特許文献２】特開平１１−２８９１９８号公報（図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これら特許文献１及び特許文献２を含め、従来の部品搭載装置では、部品搭載に際して該装置内に実装される基板に対しての温度補正機能がなかったため、実装基板の温度変移による基板伸縮によって、搭載位置がずれてしまうという問題があった。特に、搭載点数が多く、搭載時間が長い場合にこの問題が発生し易い。
【０００７】
部品搭載装置の装置内温度が高い場合は、搭載時間中、基板の温度が上昇して熱膨張が発生し、部品の搭載位置がずれてしまうという問題がある。あるいは、両面基板の場合、一方の面の部品搭載及びリフロー後、リフローによって温度上昇し熱膨張していた基板は、この後に他方の面に部品搭載する際、基板温度が低下していくにつれて基板が縮小し、部品の搭載精度低下が生じるという問題がある。
【０００８】
なお、回路基板の熱膨張係数は、エポキシ基板やガラス基板などその基板素材によって異なるものとなっているが、従来は考慮されていなかった。
【０００９】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、部品搭載中の回路基板の
温度変移によって生じる、その寸法の伸縮による部品の搭載精度低下を抑えることで、一方の面の部品搭載及びリフロー後、熱膨張している両面基板の他方の面に部品搭載する際の、回路基板の縮小による搭載精度低下を抑えることができ、又装置内の発熱によって部品搭載中の回路基板が熱膨張して生じる搭載精度低下を抑えることができる部品搭載装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、部品を順次吸着し、回路基板の該当位置に搭載していく部品搭載装置において、部品搭載中の回路基板の裏面の基板温度を、該回路基板の裏側から測定する温度センサと、該基板温度の変移による回路基板の伸縮に応じて、部品搭載位置を自動補正する制御手段と、を備えたことにより、前記課題を解決したものである。
【００１１】
又、上記部品搭載装置において、前記基板温度の変移による回路基板の伸縮に応じて、回路基板をクランプする手段に設定する基板幅を自動調整するようにしたことにより、前記課題を解決したものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、温度変移により基板の伸縮が発生しても、搭載精度の低下を防止できる。又、基板素材の線膨張係数を計測することで、精度の高い補正を行うことができる。更に、基板素材の線膨張係数に応じた補正を、搭載動作を停止することなく行なうことができる。更には、温度変移により基板の伸縮が発生しても、基板幅の調整を行うことで安定した基板クランプ状態を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明が適用された実施形態の部品搭載装置を部品フィーダ３７側から見た斜視図である。図２は、該部品搭載装置のサポートテーブル１０を部品フィーダ３７側から見た側面図である。図３は、該サポートテーブル１０を上方から見た平面図である。
【００１５】
まず図１において、回路基板１に搭載する部品を吸着するノズルが取り付けられているヘッド部２０、及び該ヘッド部２０を上下動作させるＺ軸動作機構部は、Ｘ軸ガントリ３０及びＸ軸モータ３２によってＸ軸方向に、又、Ｙ軸ガントリ３４及び３５及び図示されないＹ軸リニアモータによってＹ軸方向に移動及び位置決めされる。
【００１６】
又、搬送装置３９によって左方から搬入された回路基板１は、部品搭載中、サポートテーブル１０においてクランプピン１４によりクランプされる。又、部品搭載装置において必要なすべての部品の搭載が完了した回路基板１は、搬送装置３９によって右方に搬出される。なお、搬送装置３９において回路基板１は、搬送レール１２上を搬送される。
【００１７】
次に、図２及び図３に示すように、クランプされる回路基板１の下方位置には、該回路基板１の裏面の基板温度を測定するための温度センサ４０が設けられている。本実施形態において温度センサ４０は非接触型温度センサが用いられているが、接触型温度センサを用いるようにしてもよい。但し、温度センサ４０として非接触型温度センサを用いることで、基板温度を能率よく測定することができ、又温度センサ４０自体の配置の自由度も向上する。
【００１８】
ここで、ヘッド部２０の移動範囲には部品撮影用カメラ２４が設けられ、該部品撮影用カメラ２４によって、ヘッド部２０の吸着ノズルに吸着されている部品を撮影し、該部品の位置や傾きを検出するようになっている。又、ヘッド部２０にはＢＯＣカメラ２２が設けられている。
【００１９】
図４は、本実施形態により部品搭載する回路基板１の上面の概要を示す平面図である。
【００２０】
図示されるように、回路基板１の四隅の内の３つの近傍には、基板マークとも称するＢＯＣマーク５Ａ〜５Ｃが印刷されている。部品搭載装置のサポートテーブル１０において回路基板１がクランプされた状態で、これらＢＯＣマーク５Ａ〜５Ｃそれぞれは、その上方にヘッド部２０を移動させて該ＢＯＣカメラ２２によって撮影され、この撮影の際のヘッド部２０の移動位置や撮影結果に基づいて、制御装置５０は、クランプされている回路基板１を上から見た時の、これらＢＯＣマーク５Ａ〜５Ｃの位置を検出する。更に制御装置５０は、これらＢＯＣマーク５Ａ〜５Ｃの位置検出に基づいて、クランプされている回路基板１を上から見た時の、該回路基板１の位置や傾きや伸縮を検出する。
【００２１】
なお、基板温度の温度変移によって回路基板１が伸びた場合、ＢＯＣマーク５Ａを基準として、ＢＯＣマーク５Ｂは矢印Ａ１の方向に移動し、ＢＯＣマーク５Ｃは矢印Ａ３の方向に移動する。あるいは、基板温度の温度変移によって回路基板１が縮んだ場合、ＢＯＣマーク５Ａを基準として、ＢＯＣマーク５Ｂは矢印Ａ２の方向に移動し、ＢＯＣマーク５Ｃは矢印Ａ４の方向に移動する。
【００２２】
なお、回路基板１の線膨張係数がプラスであると、基板温度の上昇に伴って回路基板１は伸び、基板温度の下降に伴って回路基板１は縮む。あるいは、線膨張係数がマイナスであると、基板温度の上昇に伴って回路基板１は縮み、基板温度の下降に伴って回路基板１は伸びる。
【００２３】
図５は、本実施形態の部品搭載装置の制御構成を示すブロック図である。
【００２４】
制御装置５０は、外部記憶装置５６からＲＡＭ（Random  Access  Memory）５４に読み出され、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）５２によって実行されるソフトウェア・プログラムによって、部品搭載装置の全体的な動作を制御するものである。
【００２５】
又、該制御に際しては、温度センサ４０から温度検知信号を入力する温度センサ信号入力部６６、ヘッド部２０に取り付けられている吸着ノズルを制御するノズル制御部６８、ＢＯＣカメラ２２を制御するカメラ制御部７０、部品撮影用カメラ２４を制御する部品認識装置制御部７２、ヘッド部２０のＸＹＺ軸移動の機構を制御するＸＹＺ軸移動機構制御部７６、部品フィーダ３７を制御する部品供給装置制御部７８、搬送装置３９を制御する基板搬送装置制御部８０、及び、サポートテーブル１０に関わる回路基板１のクランプ／アンクランプ動作を制御する基板クランプ装置制御部８２のそれぞれが、Ｉ／Ｏ装置５８を介して制御装置５０と共に協調して、それぞれ該当部位を制御することになる。
【００２６】
なお、これらＣＰＵ５２、ＲＡＭ５４、外部記憶装置５６、及びＩ／Ｏ装置５８は、内部バス６０によって互いに接続されている。
【００２７】
以下、本実施形態の作用について説明する。
【００２８】
図６は、本実施形態の動作を示すフローチャートである。
【００２９】
まず、ステップＳ１１０では、搬送装置３９により、回路基板１をサポートテーブル１０まで搬入する。ステップＳ１１２では、クランプピン１４を上昇させることで、搬入された回路基板１をサポートテーブル１０においてクランプする。該クランプによって、回路基板１は部品搭載が可能な状態となる。
【００３０】
ステップＳ１１４では、制御装置５０は、部品搭載にあたってまず回路基板１の位置を把握すべく、ＢＯＣカメラ２２によってＢＯＣマーク５Ａ〜５Ｃそれぞれを撮影し、それぞれの位置を認識する。又、ステップＳ１１６では、制御装置５０は、該認識結果に基づいて、クランプされている回路基板１を上から見た時の、該回路基板１の位置や傾きや伸縮を検出する。
【００３１】
続いて、ステップＳ１１８では、温度センサ４０により、クランプされている回路基板１の裏面の基板温度を測定する。次にステップＳ５０では、回路基板１に対する部品搭載が、すべて完了したか判定する。完了で有ればステップ１３８に進み、次工程が受付可能になっていれば該ステップＳ１３８において、部品搭載が完了した回路基板１を次工程装置に搬出する。
【００３２】
あるいは、ステップＳ５０で未完了と判定された場合、次にステップＳ１２２では、温度センサ４０により、クランプされている回路基板１の裏面の基板温度を測定する。そして、ステップＳ１２４では、今回の該ステップＳ１２２における測定結果の基板温度と、過去に測定した基準とする基板温度（基準基板温度）との差から、温度変移の有無を判定する。この基準基板温度は、前述したステップＳ１１８における測定結果の基板温度としている。
【００３３】
温度変移なしと判定された場合は、ステップＳ１２６において、吸着ノズルで該当部品を吸着し、回路基板１上のその該当搭載位置に該部品を搭載する。この搭載の際には、前述のステップＳ１１４や後述するステップＳ１３２における回路基板１の位置や傾きや伸縮の検出結果に基づいて、搭載位置の補正を行う。
【００３４】
あるいは、ステップＳ１２４において温度変移有りと判定された場合は、ステップ１３２に進み、新たに、クランプされている回路基板１を上から見た時の、該回路基板１の位置や傾きや伸縮を検出する。
【００３５】
具体的には、制御装置５０は、該ステップＳ１３２において、前述のステップＳ１１４と同様に、ＢＯＣカメラ２２によってＢＯＣマーク５Ａ〜５Ｃを撮影し、ＢＯＣマーク５Ａ〜５Ｃのそれぞれの位置を認識する。そして前述のステップＳ１１６と同様に、制御装置５０は、該認識結果に基づいて、クランプされている回路基板１を上から見た時の、該回路基板１の位置や傾きや伸縮を検出する。又、該検出の後、後の処理に用いるために、制御装置５０は、基板温度の変移量、及び回路基板１の伸縮量から、現在部品を搭載している回路基板１の線膨張係数を算出する。
【００３６】
該算出の際、上記の基板温度の変移量は、今回の基板温度測定結果と基準基板温度との差から求められ、又、上記の回路基板１の伸縮量は、これら基板温度測定結果及び基準基板温度に対応して認識したＢＯＣマーク５Ａ〜５Ｃの位置の変化から求められる。
【００３７】
あるいは、該ステップＳ１３２では、制御装置５０において予め回路基板１の線膨張係数が得られている場合、前述のステップＳ１１４と同様のＢＯＣマーク５Ａ〜５Ｃの位置認識は行なわず、制御装置５０は、今回の基板温度測定結果と基準基板温度との差に該線膨張係数を乗算するなどして、現在のＢＯＣマーク５Ａ〜５Ｃの位置を算出することで、これらＢＯＣマーク５Ａ〜５Ｃの検出位置を修正する。そして、該ステップＳ１３２において制御装置５０は、該算出結果のＢＯＣマーク５Ａ〜５Ｃのそれぞれの位置に基づいて、クランプされている回路基板１を上から見た時の、該回路基板１の位置や傾きや伸縮を検出する。
【００３８】
上述のように、回路基板１の線膨張係数が得られている場合としては、部品搭載する回路基板１の線膨張係数を、オペレータが予め入力している場合がある。あるいは、同じ回路基板１の部品搭載を連続して行なっているため、前の回路基板１でその回路基板１の線膨張係数が既に算出されている場合がある。
【００３９】
ステップＳ１３４では、基板温度の変移によって、回路基板１の幅が変化が場合、正しく回路基板１を搬送し又クランプできるように、搬送レール１２の幅を自動的に調整したり、正しくクランプできるようにクランプピン１４の位置を自動的に調整したりする。このステップＳ１３４の後には、再びステップＳ１２０の直前に分岐する。
【００４０】
なお、図７は、本実施形態において、本発明を適用しない場合の比較例の動作を示すフローチャートである。
【００４１】
本発明を適用しない場合は、ステップＳ１１６の後は、ステップＳ１２０及びステップＳ１２６により、その回路基板１に必要なすべての部品を搭載し、搭載完了後にはステップＳ１３８において回路基板１を搬出する。
【００４２】
以上に説明したように、本実施形態では、回路基板１への部品搭載を中断することなく、温度センサ４０により回路基板１の基板温度の変移を検知し、ＢＯＣマーク５Ａ〜５Ｃの検出位置を修正して、クランプされている回路基板１の位置や傾きや伸縮を修正することで、該基板温度変移に応じて部品搭載位置を補正することができる。
【００４３】
又、回路基板１の基板温度の変移に応じて、搬送レール１２の幅を自動的に調整したり、クランプピン１４の位置を自動的に調整したりしているので、安定した回路基板１の搬送やクランプが可能になっている。確実にクランプすることで、温度変化によって生じ易い回路基板１の反りを押さえ込むこともできる。
【００４４】
なお、回路基板１の基板温度の変移による反りなどで、その回路基板１におけるＺ軸方向の部品搭載位置が変化することも考えられる。このような場合は、前述のステップＳ１３２において、Ｚ軸方向の部品搭載位置の変化を測定し、その後のステップＳ１２６での部品搭載で、Ｚ軸方向の部品搭載位置を補正するようにしてもよい。
【００４５】
本実施形態では、Ｘ軸及びＹ軸の軸移動の駆動に、それぞれＸ軸モータ３２及び図示されないＹ軸リニアモータを用いることで、搭載点数の増大にも対処できるようになっている。他方、軸移動にリニアモータを採用すると、モータの発熱が装置内にこもりがちになり、装置内温度が上昇し易くなる。従って、部品搭載中に基板温度が上昇変移して、回路基板１が熱膨張し易くなる。特に、搭載点数が多いと、回路基板１に必要な部品すべてを搭載するための搭載時間が長引くなり、基板温度上昇や回路基板１の熱膨張もし易くなる。本実施形態では、このような悪条件にも対処し、部品搭載精度を維持することができる。
【００４６】
なお、本実施形態の変形例として、温度センサ４０に、接触型温度センサを用いるようにしてもよい。接触型温度センサは非接触型より通常安価である。この場合、回路基板１に接触させる接触型の温度センサ４０の温度検出部位が基板温度に順応し、基板温度が適正な精度で検出されるまでに時間を要する。このため、回路基板１を部品搭載装置に搬入する前に予め、該回路基板１の基板温度を測定しておき、該基板温度を、前述のステップＳ１１８で測定される基板温度に代えて用いるようにしてもよい。又、ステップＳ１２４における温度変移の判定も、温度センサ４０が基板温度に順応するまでは、暫定的に温度変移なしとして、ステップＳ１３２に進む判定としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明が適用された実施形態の部品搭載装置を部品フィーダ側から見た斜視図
【図２】上記実施形態におけるサポートテーブルを部品フィーダ側から見た側面図
【図３】前記実施形態におけるサポートテーブルを上方から見た平面図
【図４】前記実施形態により部品搭載する回路基板の上面の概要を示す平面図
【図５】前記実施形態の部品搭載装置の制御構成を示すブロック図
【図６】前記実施形態の動作を示すフローチャート
【図７】前記実施形態において、本発明を適用しない比較例の動作を示すフローチャート
【符号の説明】
【００４８】
１…回路基板
５Ａ〜５Ｃ…ＢＯＣマーク
１０…サポートテーブル
１２…搬送レール
１４…クランプピン
２０…ヘッド部
２２…ＢＯＣカメラ
２４…部品撮影用カメラ
３０…Ｘ軸ガントリ
３２…Ｘ軸モータ
３４、３５…Ｙ軸ガントリ
３７…部品フィーダ
３９…搬送装置
４０…温度センサ
５０…制御装置
５２…ＣＰＵ
５４…ＲＡＭ
５６…外部記憶装置
６０…内部バス
６６…温度センサ信号入力部
６８…ノズル制御部
７０…カメラ制御部
７２…部品認識装置制御部
７６…ＸＹＺ軸移動機構制御部
７８…部品供給装置制御部
８０…基板搬送装置制御部
８２…基板クランプ装置制御部
【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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【図７】
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