JP5382005B2

JP5382005B2 - ペーストの塗布方法

Info

Publication number: JP5382005B2
Application number: JP2011001003A
Authority: JP
Inventors: 幸喜岩川; 真二笹栗; 倫史江口; 直樹山内
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2011-01-06
Filing date: 2011-01-06
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2031-01-06
Also published as: JP2012139666A

Description

本発明は、基板などのワークに電子部品を実装するためのペーストを塗布するペーストの塗布方法に関するものである。

電子部品を基板などのワークに実装する実装工法として、塗布ヘッドによりワークの所定位置にペーストを塗布し、実装ヘッドにより塗布されたペースト上に電子部品を実装する工法が知られている（特許文献１）。塗布ヘッドは、ペーストを貯溜するシリンジを内蔵しており、シリンジ内のペーストにエア圧などの吐出圧を加えることにより、その下部に設けられたノズルの下端部からペーストを吐出し、塗布対象物に塗布するようになっている。

特開平１１−２８４０６号公報

上記工法では、第１には、塗布ヘッドのノズルから吐出して塗布されるペーストの塗布量が適量であることが要求される。そこで従来より、塗布ヘッドのシリンジに貯溜されたペーストに加えられるエア圧などの吐出圧を調整することにより、塗布量が適量となるように調整することが知られている。

第２には、ペーストの塗布位置精度を高く維持できることが要求される。ペーストの塗布位置精度は、シリンジ若しくはペーストを吐出するノズルの中心位置（一般に、シリンジの中心位置はノズルの中心位置と同じである）の位置精度に大きく左右される。しかも、この中心位置精度は、塗布ヘッドの移動機構に採用されるリニアモータの発熱の影響などにより塗布ヘッドを含むペースト塗布設備の経時変化等によっても狂いを生じる。したがってペーストの塗布位置の検査は、いつでも手軽に精度よく実行されることが要求される。しかしながら、このような要求を満足できるペーストの塗布方法は未だ提案されていない実情にあった。

そこで本発明は、ペーストの塗布位置の検査を手軽に、しかも高精度で実行できるペーストの塗布方法を提供することを目的とする。

本発明は、ペースト貯溜部を有し、このペースト貯溜部に加えられる吐出圧によりノズルからペーストを吐出してワークに塗布する塗布ヘッドによるペーストの塗布方法であって、前記塗布ヘッドにより捨て打ちステージに第１の形状でペーストを塗布する第１回目の捨て打ち工程と、捨て打ちステージに第１の形状で塗布されたペーストを認識手段により認識する認識工程と、前記認識工程の認識結果に基づいて制御装置が前記吐出圧を算出する工程と、算出された吐出圧は規定範囲内であるか否かの良否を制御装置が判断する判断工程と、前記判断工程の判断結果がＮｏの場合は、前記吐出圧を調整して判断結果がＹｅｓとなるまで前記第１回目の捨て打ち工程と前記認識工程を繰り返す工程と、前記判断結果がＹｅｓになれば、前記塗布ヘッドにより第２の形状でペーストを捨て打ちステージに塗布する第２回目の捨て打ち工程と、捨て打ちステージに第２の形状で塗布された前記ペーストを認識手段により認識し、目標位置からの位置ずれ量を制御装置により補正値として算出する位置ずれ補正値の算出工程と、前記補正値により前記塗布ヘッドのペースト塗布位置を補正してワークにペーストを塗布する工程と、を含む。

本発明は、捨て打ちステージに第１の形状でペーストを塗布し、これを認識手段で認識して吐出圧の良否を判断し、判断結果がＹｅｓ（良）になれば（すなわち、吐出圧が適正になれば）、捨て打ちステージに第２の形状でペーストを塗布し、このペーストを認識手段により認識して、目標位置からの位置ずれ量を補正値として算出するので、このようにして入手された補正値により塗布ヘッドのペースト塗布位置を補正して、ワークの正しい位置にペーストを塗布することができる。特に、吐出圧が適正に調整された第２の形状のペーストを認識するため、吐出圧の過不足に起因して第２の形状が不安定となることがない。その結果、第２の形状が安定することにより第２の形状の中心位置を精度よく画像解析で算出することができ、より精度の高い補正値が得られるため、ペーストの塗布位置精度を高精度に補正することができる。

また、塗布ヘッドの移動機構に採用されるリニアモータの発熱の影響などによる塗布ヘッドを含むペースト塗布設備の経時変化等によって、ペーストの塗布位置には狂いを生じやすいものであるが、本発明によれば、任意のタイミングでペースト塗布位置の補正値更新のための検査を実行できるので、ペーストの塗布位置精度を高精度に維持することができる。

本発明の一実施の形態における電子部品実装装置の全体図本発明の一実施の形態における基板保持ステージの部分平面図本発明の一実施の形態における捨て打ちステージに塗布された第１の形状のペーストの平面図本発明の一実施の形態における捨て打ちステージに塗布された第２の形状のペーストの平面図本発明の一実施の形態におけるシリンジ中心位置補正値検出の動作のフローチャート本発明の一実施の形態における電子部品を基板に実装する動作のフローチャート

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図１は、ペースト塗布装置を含む電子部品実装装置の全体構成を示すものである。

ペースト塗布及び電子部品実装の対象物となるワークである基板１は、テーブル部１０上に位置決めして保持されている。テーブル部１０は可動テーブルであって、Ｘ軸テーブル１１、Ｙ軸テーブル１２を段積みし、Ｙ軸テーブル１２上に基板保持ステージ１３を設置して成っている。基板１はこの基板保持ステージ１３上に保持される。基板保持ステージ１３の側部には、捨て打ちステージ１４が設けられている。なお、捨て打ちステージ１４は基板保持ステージ１３上の側部に設けられても良い。またテーブル部１０の側方には、電子部品供給部１５が設けられている。電子部品供給部１５上には電子部品Ｐが備えられている。

塗布ヘッド２０は、ペースト貯溜部であるシリンジ２１を内蔵しており、またその下部に、シリンジ２１に貯溜されたペーストを吐出するノズル２２を備えている。塗布ヘッド２０のペースト吐出機構２４と塗布ヘッド移動機構２５は、制御装置２６により制御される。制御装置２６の指令により、ペースト吐出機構２４はシリンジ２１内のペーストの液面に吐出圧を加え、これによりノズル２２からペーストが吐出される。ペーストの塗布量は、この吐出圧の大きさを調整することにより調整される。

塗布ヘッド移動機構２５はＸ軸テーブル、Ｙ軸テーブル、Ｚ軸テーブル等のリニアモータを駆動源とした移動機構から成り、制御装置２６の指令により塗布ヘッド２０をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向へ移動させ、基板１の所定位置にノズル２２から吐出されたペーストを塗布する。

実装ヘッド３０は、電子部品Ｐをその下端部に真空吸着して保持するノズル３１と、基板１の所定の箇所や捨て打ちステージ１４上に塗布されたペーストを認識するための認識手段としてのカメラ３２を備えている。実装ヘッド移動機構３３は、Ｘ軸テーブル、Ｙ軸テーブル、Ｚ軸テーブル等のリニアモータを駆動源とした移動機構から成り、制御装置２６の指令により実装ヘッド３０をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向へ移動させ、電子部品供給部１５の電子部品Ｐをピックアップし、基板１の所定位置に実装する。

図２において、捨て打ちステージ１４は、第１エリア１４１と第２エリア１４２を有している。第１エリア１４１は、ペーストの吐出圧検査用エリアであり、また第２エリア１４２はシリンジ中心位置検査用エリアである。

次に、図５のフローチャートを参照して、シリンジ中心位置補正値検出方法を説明する。図５のフローチャートは、ＳＴ１〜ＳＴ７から成るものであるが、このうちＳＴ１〜ＳＴ４は吐出圧を所定圧（ペースト塗布のための適正圧）にするためのステップであり、ＳＴ５〜ＳＴ７は吐出圧を所定圧にした後、シリンジ２１の中心位置とその目標位置からの位置ずれ量（補正値）を求めるステップである。なお、シリンジ２１とノズル２２の中心位置は同一と見なすことができる。

まず、ＳＴ１において塗布ヘッド２０を第１エリア１４１（図２）上に移動させ、そこで所定の描画手順でペーストを第１の形状で塗布する（第１回目の捨て打ち工程）。図３は、この描画例を示している。本例では、一辺がＬｍｍの正方形（面積Ｓ１）中にペースト２３で×形状を描画しているが、吐出圧を算出しやすい形状であれば他の形状でも良い。次にＳＴ２において、塗布ヘッド２０を第１エリア１４１から退去させ、実装ヘッド３０のカメラ３２を第１エリア１４１に移動させ、描画したペースト２３を画像認識し、制御装置２６は認識結果に基づいて吐出圧を算出する。カメラ３２はＣＣＤカメラであり、撮像された画像から制御装置２６は描画された×形状の面積Ｓ２を算出する。そして面積Ｓ１と面積Ｓ２の比から吐出圧を算出する。

次に、ステップＳＴ３で算出された吐出圧は規定範囲内であるか否かの良否を制御装置２６が判断し、Ｎｏ（不良）であればＳＴ４で吐出圧を調整し、ステップＳＴ１〜ＳＴ３を繰り返す。ＳＴ３の判断結果がＹｅｓ（良）になれば、吐出圧の調整動作は終了し、ＳＴ５以下のステップに移行する。なお、以上のような面積の比を算出し、算出した結果から適正な吐出圧を求めることは公知であり、第２の形状は吐出圧の調整を実行しやすい形状に設定される。

ステップＳＴ５では、吐出圧が適正圧に調整された塗布ヘッド２０により、第２エリア１４２にペーストを第２の形状（本例では点形状）で塗布する。図４は、点形状に塗布されたペースト２３を示している。第２の形状とは、点形状のような画像解析によって中心位置を求めやすい形状である。次いで、塗布ヘッド２０を第２エリア１４２から退去させ、実装ヘッド３０のカメラ３２を点形状のペースト２３の上方へ移動させ、このペースト２３を画像認識し、この画像認識結果に基づいて制御装置２６は点形状のペースト２３の中心位置（Ｘ，Ｙ座標位置）Ｏ_２を算出する（以上、ＳＴ６）。

次に、ＳＴ７において、算出した点形状のペースト２３の中心位置Ｏ_２とペーストを塗布した時のシリンジ２１の制御データ上の中心位置Ｏ_１、すなわち目標位置を比較し、目標位置からの位置ずれ量、すなわち両位置の位置ずれ量を補正値（Δｘ，Δｙ）として取得する。以上により、シリンジ中心位置補正値検出作業は終了する。シリンジ（ノズル）の中心位置は、ペーストの塗布位置と見なすことができる。

ＳＴ５〜ＳＴ７で補正値（Δｘ，Δｙ）を取得するのに先立って、ＳＴ１〜ＳＴ４で吐出圧を調整するのは、以下の理由による。すなわち、適正な吐出圧でペーストを第２の形状（点形状）で塗布した場合、ペーストはシリンジ（ノズル）の中心を中心として塗布されるので、塗布されたペーストの中心はシリンジの中心と見なすことができる。勿論、ＳＴ５〜ＳＴ７を複数回繰り返して、その平均値を補正値としてもよい。

ところが、吐出圧が過大な場合には、点形状に塗布したペーストは大きく広がるのであるが、必ずしもノズルの中心を中心として円心状に広がるのではなく、いびつに変形した形状で広がりやすい。したがっていびつに変形して広がったペーストの中心を求めても、これは大きな狂いを含んでいる。また吐出圧が過小の場合も同様であって、塗布されたペーストは必ずしもノズル（シリンジ）の中心を中心とする円心状に縮小するものではなく、いびつな形状に変形して縮小しやすいので、上記過大な場合と同様の狂いを生じやすい。以上の理由により、ＳＴ１〜ＳＴ４で吐出圧を適正圧（塗布されたペーストから、シリンジの正しい中心位置を求めやすい吐出圧）に調整した後で、ＳＴ５〜ＳＴ７を実行して上記補正値を求めるのである。

次にこのようにして取得されたシリンジ２１の中心位置の目標位置からの位置ずれ量（Δｘ，Δｙ）を電子部品実装時のペースト塗布装置の補正量として使用して、電子部品供給部１５に備えられた電子部品Ｐを基板１の所定の座標位置に実装する方法を図６のフローチャートを参照して説明する。

まず、基板１をテーブル部１０上に位置決めする（ＳＴ１１）。次に、シリンジ２１の位置補正値更新の要・不要を判断する（ＳＴ１２）。そしてＹｅｓであれば、上述した図５のフローチャートを実行してシリンジ中心位置の補正値（Δｘ，Δｙ）を検出する（ＳＴ１３）。

なお、シリンジ２１の中心位置若しくは補正値は、図５のフローチャートで検出されるのであるが、シリンジ２１の中心位置は上述したように塗布ヘッドの移動機構に採用されるリニアモータの発熱の影響などによるペースト塗布設備の経時変化等により狂いを生じる。したがって、電子部品の実装中に、ステップＳＴ１２、１３を適宜実行することが必要となるのである。このＳＴ１２、１３は、例えば塗布ヘッド２０が所定回数（例えば１０回）ペースト塗布を行う毎に実行してもよいし、あるいは所定時間毎（例えば１０分間に１回）実行してもよく、その実行の頻度やタイミングは自由に決定できる。

次に、ＳＴ１４において塗布ヘッド２０により基板１上にペーストを塗布し、ＳＴ１５で実装ヘッド３０は電子部品供給部１５の電子部品Ｐをピックアップし、ＳＴ１６でＳＴ１４で塗布されたペースト上に電子部品Ｐを実装する。この実装作業は、全電子部品の実装が終了するまで繰り返される（ＳＴ１７）。

このように、本発明は、捨て打ちステージに第１の形状でペーストを塗布し、これを認識手段で認識して吐出圧の良否を判断し、判断結果がＹｅｓ（良）になれば（すなわち、吐出圧が適正になれば）、捨て打ちステージに第２の形状でペーストを塗布し、このペーストを認識手段により認識して、目標位置からの位置ずれ量を補正値として算出するので、このようにして入手された補正値により塗布ヘッドのペースト塗布位置を補正して、ワークの正しい位置にペーストを塗布することができる。特に、吐出圧が適正に調整された第２の形状のペーストを認識するため、吐出圧の過不足に起因して第２の形状が不安定となることがない。その結果、第２の形状が安定することにより第２の形状の中心位置を精度よく画像解析で算出することができ、より精度の高い補正値が得られるため、ペーストの塗布位置精度を高精度に補正することができる。

なお、本発明の実施の形態では、認識手段としてのカメラ３２は実装ヘッド３０に備えられる構成としたが、認識手段としてのカメラ３２はテーブル部１０上方に固定して備え、認識の際は、捨て打ちステージ１４上に塗布されたペーストがカメラ３２の下方となるようにテーブル部１０をＸ方向、Ｙ方向に移動させてもよい。

本発明によれば、ペースト塗布位置の補正値を入手して、塗布ヘッドによりワークの正しい位置にペーストを塗布することができ、また任意のタイミングでペースト塗布位置の補正値更新のための検査を実行できるので、ペーストの塗布位置精度を高精度に維持することができ、電子部品実装分野において特に有用である。

１基板
１４捨て打ちステージ
２０塗布ヘッド
２１シリンジ
２２ノズル
２３ペースト
２６制御装置
３０実装ヘッド
３１ノズル
３２カメラ

Claims

ペースト貯溜部を有し、このペースト貯溜部に加えられる吐出圧によりノズルからペーストを吐出してワークに塗布する塗布ヘッドによるペーストの塗布方法であって、
前記塗布ヘッドにより捨て打ちステージに第１の形状でペーストを塗布する第１回目の捨て打ち工程と、
捨て打ちステージに第１の形状で塗布されたペーストを認識手段により認識する認識工程と、
前記認識工程の認識結果に基づいて制御装置が前記吐出圧を算出する工程と、
算出された吐出圧は規定範囲内であるか否かの良否を制御装置が判断する判断工程と、
前記判断工程の判断結果がＮｏの場合は、前記吐出圧を調整して判断結果がＹｅｓとなるまで前記第１回目の捨て打ち工程と前記認識工程を繰り返す工程と、
前記判断結果がＹｅｓになれば、前記塗布ヘッドにより第２の形状でペーストを捨て打ちステージに塗布する第２回目の捨て打ち工程と、
捨て打ちステージに第２の形状で塗布された前記ペーストを認識手段により認識し、目標位置からの位置ずれ量を制御装置により補正値として算出する位置ずれ補正値の算出工程と、
前記補正値により前記塗布ヘッドのペースト塗布位置を補正してワークにペーストを塗布する工程と、
を含むことを特徴とするペーストの塗布方法。
前記第１の形状は×形状であり、前記第２の形状は点形状であることを特徴とする請求項１記載のペースト塗布方法。