JP2015119134A

JP2015119134A - 電子部品実装システムおよび電子部品実装方法ならびに電子部品実装装置

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Publication number: JP2015119134A
Application number: JP2013263436A
Authority: JP
Inventors: 直樹東; Naoki Azuma; 正幸桑原; Masayuki Kuwabara
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: CN104735966B; US9227387B2; JP6450923B2; US20160081243A1; CN104735966A; US9572295B2; US20150176779A1

Abstract

【課題】電子部品としての発光素子を高い位置合わせ精度で基板にはんだ接合により実装することができる電子部品実装システムおよび電子部品実装方法ならびに電子部品実装装置を提供することを目的とする。
【解決手段】の発光素子２０をはんだ接合により基板３に実装する電子部品実装において、発光素子２０を基板３に固定するための接着剤Ａをランド３ａの間の基板３の上面に配置しておき、発光素子２０における発光部２１の位置ズレ（ΔＷ、ΔＬ）を検出するとともに発光素子２０の裏面側の画像に基づいて当該発光素子２０の位置を検出し、基板３への搭載時には検出された位置ズレと発光素子２０の位置を利用して当該発光素子２０を位置ズレ分だけずらして位置合せして搭載し、次いで接着剤Ａを硬化させて発光素子２０を固定した状態ではんだを溶融させて発光素子２０の端子２０ｂと基板３のランド３ａとを接続する。
【選択図】図７

Description

本発明は、電子部品としての発光素子をはんだ接合により基板に実装する電子部品実装システムおよび電子部品実装方法ならびにこの電子部品実装システムに用いられる電子部品実装装置に関するものである。

照明装置としてＬＥＤなどの発光素子を基板に実装した形態の照明基板が広く用いられるようになっている（例えば特許文献１，２，３参照）。発光素子は単体では光量が小さいことから、これらの特許文献に示す先行技術例では、いずれも多数の発光素子を実装するとともに、素子実装面に複数の集光素子を一体成型した光学アレイを配置して照明基板を形成した構成とすることにより、発光素子からの光の利用効率を高めるようにしている。

近年上述構成の照明基板における発光素子の実装形態として、一般的な部品実装と同様に発光素子を基板にはんだ接合により接続する方法が用いられるようになっている。これにより、発光素子の基板への接続抵抗の減少による省電力化と照明基板の製造コストの低減が促進される。

特開２００４−３４１１０８号公報特開２０１２−４２６７０号公報特開２０１２−２４３７１３号公報

しかしながら発光素子を基板にはんだ接合により実装するに際しては、発光素子における基準位置（発光中心）のばらつきおよびはんだ接合に特有のセルフアライメント作用に起因して、以下に述べるような不都合が生じていた。すなわち発光素子の製造過程においては、素子外形に対する基準位置の位置管理は必ずしも厳密ではなく、個体素子毎に基準位置のばらつきが存在する。

そしてはんだ接合においては、発光素子がはんだ印刷後の基板に実際に搭載された搭載位置と発光素子がはんだ接合された後の接合位置とは、はんだ接合過程において溶融はんだが表面張力により接合用電極に吸い寄せられるセルフアライメント作用によって必ずしも一致しない。このため従来技術では、基準位置を基板に対して精度よく位置合わせすることが求められるタイプの発光素子の実装にはんだ接合を適用することが難しく、新たな改善技術が求められていた。

そこで本発明は、電子部品としての発光素子を高い位置合わせ精度で基板にはんだ接合により実装することができる電子部品実装システムおよび電子部品実装方法ならびに電子部品実装装置を提供することを目的とする。

本発明の電子部品実装システムは、電子部品としての発光素子をはんだ接合により基板に実装する電子部品実装システムであって、前記基板の上面に形成された対をなすランドにはんだペーストを配置するはんだペースト供給部と、前記発光素子を前記基板に固定するための接着剤を前記対をなすランドの間の基板の上面に配置する接着剤塗布部と、前記発光素子の上面における発光部の位置ズレを検出する発光部検出部と、前記発光素子の上面を電子部品実装装置のノズルで吸着保持し、当該吸着ノズルに保持された発光素子の裏面側の画像に基づいて当該発光素子の位置を検出する発光素子位置検出部と、前記発光部検出部にて検出した前記位置ズレと前記発光素子位置検出部にて検出した発光素子の位置を利用して、当該発光部を基板の所定の位置に位置させるために前記基板と前記吸着ノズルを相対的に移動させて当該発光素子を前記位置ズレ分だけずらして前記基板に位置合せする発光素子位置合せ部と、前記吸着ノズルを基板へ下降させて前記発光素子の端子を前記ランドに配置されたはんだペーストに接触させると共に発光素子の本体部を基板に配置された前記接着剤に接触させる発光素子搭載部と、前記接着剤を硬化させて発光素子を基板に固定する接着剤硬化部と、硬化した前記接着剤によって基板に発光素子を固定した状態で前記はんだペースト中のはんだを溶融させて発光素子の端子と基板のランドとを電気的・機械的に接続するリフロー部とを備えた。

本発明の電子部品実装方法は、電子部品としての発光素子をはんだ接合により基板に実装する電子部品実装方法であって、前記基板の上面に形成された対をなすランドにはんだペーストを配置するはんだペースト供給工程と、前記発光素子を前記基板に固定するための接着剤を前記対をなすランドの間の基板の上面に配置する接着剤塗布工程と、前記発光素子における発光部の位置ズレを検出する発光部検出工程と、前記発光素子の上面を電子部品実装装置のノズルで吸着保持し、当該ノズルに保持された発光素子の裏面側の画像に基づいて当該発光素子の位置を検出する発光素子位置検出工程と、前記発光部検出工程で検出した前記位置ズレと前記発光素子位置検出工程で検出した発光素子の位置を利用して、当該発光部を基板の所定の位置に位置させるために前記基板と前記吸着ノズルを相対的に移動させて当該発光素子を前記位置ズレ分だけずらして前記基板に位置合せする発光素子位置合せ工程と、前記吸着ノズルを基板へ下降させて前記発光素子の端子を前記ランドに配置されたはんだペーストに接触させると共に発光素子の本体部を基板に配置された前記接着剤に接触させる発光素子搭載工程と、前記接着剤を硬化させて発光素子を基板に固定する接着剤硬化工程と、硬化した前記接着剤によって基板に発光素子を固定した状態で前記はんだペースト中のはんだを溶融させて発光素子の端子と基板のランドとを電気的・機械的に接続するリフロー工程とを含む。

本発明の電子部品実装装置は、電子部品としての発光素子をはんだ接合により基板に実装する電子部品実装システムに用いられ、前記基板の上面に形成された対をなすランドにはんだペーストが配置され、さらに前記発光素子を前記基板に固定するための接着剤が前記対をなすランドの間の基板の上面に配置された基板を対象として前記発光素子を実装する電子部品実装装置であって、前記発光素子の上面における発光部の位置ズレを検出する発光部検出部と、前記発光素子の上面を電子部品実装装置の吸着ノズルで吸着保持し、当該ノズルに保持された発光素子の裏面側の画像に基づいて当該発光素子の位置を検出する発光素子位置検出部と、前記発光部検出部にて検出した前記位置ズレと前記発光素子位置検出部にて検出した発光素子の位置を利用して、当該発光部を基板の所定の位置に位置させるために前記基板と前記吸着ノズルを相対的に移動させて当該発光素子を前記位置ズレ分だけずらして前記基板に位置合せする発光素子位置合せ部と、前記吸着ノズルを基板へ下降させて前記発光素子の端子を前記対をなすランドに配置されたはんだペーストに接触させると共に発光素子の本体部を基板に配置された前記接着剤に接触させる発光素子搭載部とを備えた。

本発明によれば、電子部品としての発光素子を高い位置合わせ精度で基板にはんだ接合により実装することができる。

本発明の一実施の形態の電子部品実装システムの構成説明図本発明の一実施の形態（第１実施の形態）の電子部品実装システムの部分平面図本発明の一実施の形態（第１実施の形態）の電子部品実装システムの制御系の構成を示すブロック図本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における実装位置合わせの基準の説明図本発明の一実施の形態の電子部品実装システムの実装対象となる電子部品の平面図本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における実装位置合わせ動作の説明図本発明の一実施の形態の電子部品実装方法を示す工程説明図本発明の一実施の形態（第２実施の形態）の電子部品実装装置の平面図

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して、電子部品実装システム１の構成を説明する。電子部品実装システム１は電子部品としてのＬＥＤなどの発光素子をはんだ接合により基板に実装して照明基板を生産する機能を有しており、実装対象の基板をそれぞれ供給・回収する機能を有する基板供給装置Ｍ１、基板回収装置Ｍ６の間に、複数の電子部品実装用装置であるスクリーン印刷装置Ｍ２、接着剤塗布装置Ｍ３、電子部品実装装置Ｍ４およびリフロー装置Ｍ５を直列に連結して構成された部品実装ライン１ａを主体としている。

部品実装ライン１ａの各装置が備えた基板搬送部は直列に連結されて同一のパスラインを有する基板搬送路を形成する。部品実装作業においては、この基板搬送路に沿って搬送される基板３（図２、図４参照）に対して、スクリーン印刷装置Ｍ２、接着剤塗布装置Ｍ３、電子部品実装装置Ｍ４およびリフロー装置Ｍ５によって発光素子２０（図４、図５、図６参照）を実装するための電子部品実装用作業が行われる。

すなわち、基板供給装置Ｍ１によって供給された基板３はスクリーン印刷装置Ｍ２に搬入され、ここで基板３に部品接合用のはんだペーストＳ（図７参照）を印刷するスクリーン印刷作業が行われる。スクリーン印刷後の基板３は接着剤塗布装置Ｍ３に受け渡され、ここで発光素子２０を基板３に固定するための接着剤Ａ（図７参照）が所定の塗布位置に配置される。接着剤塗布後の基板３は電子部品実装装置Ｍ４に受け渡され、はんだペーストＳが印刷され接着剤Ａが配置された後の基板３に対して、発光素子２０を搭載する部品搭載作業が実行される。

部品搭載後の基板３はリフロー装置Ｍ５に搬入され、ここで所定の加熱プロファイルにしたがって加熱される。すなわちまず接着剤塗布装置Ｍ３にて配置された熱硬化性の接着剤Ａを硬化させるための予備加熱が行われる。これにより、発光素子２０は搭載時の位置を保持した状態で基板３に固定される。次いで半田接合用の本加熱が行われる。このとき、発光素子２０は接着剤Ａによって基板３に固定された状態にあり、この状態ではんだペーストＳ中のはんだが溶融固化することにより、発光素子２０の端子と基板３のランド３ａとを電気的・機械的に接続する。これにより、基板３に発光素子２０を実装した照明基板が完成し、基板回収装置Ｍ６に回収される。

上記構成において、本実施の形態ではリフロー装置Ｍ５は、接着剤塗布装置Ｍ３にて配置された接着剤Ａを硬化させて発光素子２０を基板３に固定する接着剤硬化部として機能するとともに、硬化した接着剤Ａによって基板３に発光素子２０を固定した状態ではんだペーストＳ中のはんだを溶融させて、発光素子２０の端子と基板３のランド３ａとを電気的・機械的に接続するリフロー部として機能する。

本実施の形態では、接着剤ＡとしてはんだペーストＳ中のはんだの融点よりも低い温度で硬化反応のピークを迎える熱硬化性接着剤、例えば示差走査熱量計測で計測した硬化反応のピークがはんだの融点よりも低い温度に現れるような熱硬化性接着剤を用いるようにしている。これに対応して、上述の接着剤硬化部は基板３をはんだの融点未満かつ熱硬化性接着剤の硬化反応を促進させる温度以上で加熱する予備加熱部であり、上述のリフロー部は予備加熱部から連続して基板３をはんだの融点以上に加熱する形態となっている。このような加熱態様は、リフロー装置Ｍ５が備えた加熱プロファイル設定機能により実現される。

なお、接着剤塗布装置Ｍ３にて配置される接着剤として、熱硬化性接着剤の替わりに、ＵＶ硬化樹脂などを成分とする光硬化性接着剤を用いるようにしてもよい。この場合には、接着剤塗布装置Ｍ３にて配置された接着剤を硬化させて発光素子２０を基板３に固定する接着剤硬化部として、ＵＶ照射装置など光硬化性接着剤の硬化を促進するための光を照射する光照射部が、リフロー装置Ｍ５の上流側またはリフロー装置Ｍ５の内部に配置される。

次に図２を参照して、スクリーン印刷装置Ｍ２、接着剤塗布装置Ｍ３、電子部品実装装置Ｍ４（第１実施の形態）の構成について説明する。図２において、スクリーン印刷装置Ｍ２、接着剤塗布装置Ｍ３、電子部品実装装置Ｍ４のそれぞれに設けられた基台１Ａ、１Ｂ、１Ｃの中央には、基板搬送方向（Ｘ方向）に基板搬送機構２Ａ、２Ｂ、２Ｃが直列に配設されて、電子部品実装システム１において基板３を搬送する基板搬送路を形成している。

基台１Ａ、１Ｂ、１Ｃの上面には、それぞれＹ軸移動機構４Ａ、４Ｂ、４ＣがＹ方向の両端部に立設されており、Ｙ軸移動機構４Ａ、４Ｂ、４Ｃにはそれぞれスキージテーブル５Ａ、Ｘ軸移動機構５Ｂ、５ＣがＹ方向に移動自在に架設されている。Ｙ軸移動機構４ＢとＸ軸移動機構５Ｂ、Ｙ軸移動機構４ＣとＸ軸移動機構５Ｃは、接着剤塗布装置Ｍ３、電子部品実装装置Ｍ４において以下に説明する各部品実装用作業を行う作業ヘッドを移動させる作業ヘッド移動機構を構成する。

スクリーン印刷装置Ｍ２は基板３を位置決め保持する基板位置決め部６を備えており、基板位置決め部６は基板搬送機構２Ａを介してスクリーン印刷装置Ｍ２に搬入された基板３を、基板位置決め部６の上方に配設されたスクリーンマスク７に対して位置決めする。スキージテーブル５Ａの下面にはスクリーン印刷用のスキージヘッド８がスクリーンマスク７に対して昇降自在に配設されており、スキージヘッド８を下降させた状態でＹ軸移動機構４Ａを駆動することにより、スキージヘッド８はスクリーンマスク７の上面でＹ方向に摺動するスクリーン印刷動作を行う。

スクリーンマスク７には基板３におけるはんだ印刷部位（図４において基板３の上面に形成された対をなすランド３ａ参照）に対応してパターン孔（図示省略）が形成されており、基板位置決め部６に保持された基板３がスクリーンマスク７の下面に当接した状態で、はんだペーストＳが供給されたスクリーンマスク７上でスキージヘッド８にスクリーン印刷動作を行わせることにより、基板３のランド３ａには部品接合用のはんだペーストＳがスクリーン印刷により配置される。すなわちスクリーン印刷装置Ｍ２は、基板３の上面に形成された対をなすランド３ａにはんだペーストＳを配置するはんだペースト供給部となっている。

接着剤塗布装置Ｍ３の基板搬送機構２Ｂは、スクリーン印刷が完了した後の基板３を搬入して位置決めする。Ｘ軸移動機構５Ｂには接着剤Ａを吐出するディスペンサ１０を備えた塗布ヘッド９が装着されており、Ｙ軸移動機構４ＢとＸ軸移動機構５Ｂを駆動して塗布ヘッド９を基板３に対して位置合わせすることにより、基板３の上面の所定の配置位置に接着剤Ａを塗布することができる。本実施の形態では、発光素子２０の基板３への搭載に先立って発光素子固定用の熱硬化性の接着剤Ａを、対をなすランド３ａの間に設定された配置位置に配置するようにしている（図７参照）。すなわち接着剤塗布装置Ｍ３は、発光素子を基板３に固定するための接着剤を、対をなすランド３ａの間の基板３の上面に配置する接着剤塗布部となっている。

電子部品実装装置Ｍ４の基板搬送機構２Ｃは接着剤塗布が完了した後の基板３を搬入して位置決めする。基板搬送機構２Ｃの一方の側方には複数のテープフィーダ１５が配列された部品供給部１４が設けられており、テープフィーダ１５は実装対象の電子部品である発光素子２０を保持したテープをピッチ送りすることにより、部品装着ヘッド１１による部品取り出し位置に発光素子を供給する。なおテープフィーダ１５の替わりに、トレイに保持された状態の発光素子２０を供給するトレーフィーダを部品供給部１４に配置するようにしてもよい。

基板搬送機構２Ｃと部品供給部１４との間には部品認識カメラ１３が配設されている。Ｘ軸移動機構５Ｃには発光素子２０を吸着保持する吸着ノズルを複数備えた部品装着ヘッド１１が装着されており、Ｘ軸移動機構５Ｃの下面には部品装着ヘッド１１と一体的に移動する基板認識カメラ１２が設けられている。Ｙ軸移動機構４ＣとＸ軸移動機構５Ｃは部品装着ヘッド１１を移動させる装着ヘッド移動機構１６を構成し、装着ヘッド移動機構１６を駆動することにより、部品装着ヘッド１１は基板認識カメラ１２とともに部品供給部１４、基板３の上方の任意位置に移動自在となっている。

部品装着ヘッド１１が基板３の上方へ移動することにより、基板認識カメラ１２によって基板３の上面に設定された基板認識マーク３ｃ（図６（ｂ）参照）などの認識対象が撮像される。また部品装着ヘッド１１が部品供給部１４の上方へ移動することによりテープフィーダ１５から発光素子２０を取り出すことができ、これにより、発光素子２０を基板搬送機構２Ｃに位置決め保持された基板３に移送搭載する部品搭載動作が実行される。

部品装着ヘッド１１の部品供給部１４から基板３への移動過程において、部品装着ヘッド１１は部品認識カメラ１３の上方へ移動し、ここで部品認識カメラ１３は部品装着ヘッド１１に保持された状態の発光素子２０を下方から撮像する。部品装着ヘッド１１による発光素子２０の基板３への搭載動作においては、基板認識カメラ１２による基板３の撮像結果と部品認識カメラ１３による発光素子２０の撮像結果とを認識処理した認識結果に基づいて、発光素子２０と基板３との位置合わせが行われる。

ここで発光素子２０と基板３との位置合わせの詳細について、図４〜図６を参照して説明する。まず図４は、電子部品としての発光素子２０が設計指示通りに精度よく製造され、各部の位置ずれなどの寸法誤差がない理想部品の状態を示している。図４（ａ）に示すように、発光素子２０は機能面である上面に発光部２１が形成された矩形形状の本体部２０ａを主体としており、本体部２０ａの長手方向の両端には、はんだ接合用の端子２０ｂが形成されている。発光部２１は発光源であるＬＥＤの上面を蛍光体で覆った構成となっている。設計指示では、発光素子２０において発光部２１は本体部２０ａの中心点に対して対称配置されており、発光素子２０の中心位置を示す部品中心ＰＣと発光部２１の中心位置を示す発光部位置ＦＣとは一致するようになっている。

図４（ｂ）は、複数の発光素子２０がはんだ接合により実装される基板３を部分的に示しており、基板３の実装面には複数のはんだ接合用のランド３ａがそれぞれ対をなして形成されている。各対のランド３ａの中心点は発光素子２０を実装する際の目標となる実装座標点３ｂであり、発光素子２０が半田接合により実装された状態において発光素子２０の発光部位置ＦＣが実装座標点３ｂと一致することが求められる。

図４（ｃ）は、図４（ａ）に示す理想部品を基板３に実装した状態を示している。なお図４、図６においては、はんだ接合用のはんだペーストＳや位置固定用の接着剤の図示を省略している。この状態では、発光素子２０が実装された各対のランド３ａにおいて、各発光素子２０の発光部位置ＦＣが実装座標点３ｂと一致することが目標とされる。このとき、前述のように理想部品の場合には発光部位置ＦＣと部品中心ＰＣとは一致しているため、部品中心ＰＣを実装座標点３ｂに位置合わせすることにより、所望の位置合わせ目標が達成される。

図５は、生産現場において実際に用いられている発光素子２０を示している。発光素子２０の製造過程においては、本体部２０ａの外形形状に対する発光部２１の位置管理は必ずしも厳密ではなく、個体素子毎に発光部位置ＦＣのばらつきが存在する。例えば、本体部２０ａにＬＥＤを実装する際の位置ずれや、ＬＥＤ実装後に個片に切り出す際の誤差などによって、発光部２１の中心位置である発光部位置ＦＣと発光素子２０の中心位置である部品中心ＰＣとは一致せず、長さ方向、幅方向にそれぞれ位置ズレ（ΔＷ、ΔＬ）が存在する。このため、このような位置ズレ（ΔＷ、ΔＬ）を有する発光素子２０を図４（ｃ）に示す位置合わせ基準、すなわち部品中心ＰＣを実装座標点３ｂに合わせて実装すると、本来実装座標点３ｂと一致させるべき発光部位置ＦＣが位置ズレした状態となってしまう。

このような不具合を解消するため、本実施の形態の電子部品実装システム１では、図６に示すように、発光素子２０の基板３への搭載前に実際の発光素子２０における発光部位置ＦＣと部品中心ＰＣとの位置ズレ（ΔＷ、ΔＬ）を画像認識により検出し、検出された位置ズレ（ΔＷ、ΔＬ）に基づいて発光素子２０の基板３への搭載位置を補正して、搭載状態における発光部位置ＦＣの位置ずれの発生を防止するようにしている。

図６（ａ）は、搭載前の発光素子２０を示しており、この状態の発光素子２０が位置ズレ（ΔＷ、ΔＬ）の検出対象となる。本実施の形態では、部品装着ヘッド１１によって部品供給部１４から発光素子２０を取り出す際に、基板認識カメラ１２によって図６（ａ）に示す状態の発光素子２０の上面を個々に撮像するようにしている。これにより、発光素子２０の中心位置としての部品中心ＰＣの位置および発光部２１の中心位置としての発光部位置ＦＣの位置を認識し、これらの認識結果より、図５に示す位置ズレ（ΔＷ、ΔＬ）を各発光素子２０毎に検出する。

これらの発光素子２０が実装される基板３においては、基板３に形成された基板認識マーク３ｃを基板認識カメラ１２によって認識することにより、各対のランド３ａについて実装座標点３ｂの位置を検出する。そして発光素子２０を基板３に実装する搭載動作では、図６（ｃ）に示すように、発光部位置ＦＣが実装座標点３ｂに一致するように、部品装着ヘッド１１による部品搭載位置を補正する。すなわち、部品中心ＰＣを実装座標点３ｂに位置合わせする位置合わせにおいて、位置ズレ（ΔＷ、ΔＬ）だけ搭載位置を補正した上で、発光素子２０をランド３ａに着地させる。

次に図３を参照して、電子部品実装装置Ｍ４（第１実施の形態）の制御系の構成を説明する。電子部品実装装置Ｍ４において、制御部３０は、内部処理機能として部品搭載処理部３１、基板認識処理部３２、部品上面認識処理部３３、部品位置認識処理部３４、部品搭載座標演算部３５の各部を備えており、さらに基板情報３６ａ、部品情報３６ｂを記憶する記憶部３６を内蔵している。基板情報３６ａ、部品情報３６ｂは、それぞれ実装作業対象となる基板３、発光素子２０についての設計情報であり、これらの情報により基板３におけるランド３ａ、実装座標点３ｂの位置座標、実装座標点３ｂと基板認識マーク３ｃとの位置関係、発光素子２０の形状などが示される。また制御部３０には、基板搬送機構２Ｃ、部品認識カメラ１３、基板認識カメラ１２、部品装着ヘッド１１、装着ヘッド移動機構１６、テープフィーダ１５が接続されている。

部品搭載処理部３１は、基板搬送機構２Ｃ、部品装着ヘッド１１、装着ヘッド移動機構１６、テープフィーダ１５を制御することにより、テープフィーダ１５から発光素子２０を取り出して基板３に移送搭載する部品搭載処理を実行する。この部品搭載処理においては、以下に説明する部品搭載座標演算部３５によって実行される部品搭載座標演算結果が参照される。

基板認識処理部３２は、基板３に形成された基板認識マーク３ｃ（図６（ｂ）参照）を基板認識カメラ１２によって撮像した撮像結果を認識処理することにより、基板３における発光素子２０の実装座標点３ｂ（図４（ｂ）、図６（ｂ）参照）の位置を検出する。部品上面認識処理部３３は、部品装着ヘッド１１による取り出し動作において基板認識カメラ１２によって発光素子２０の上面を撮像した撮像結果を認識処理することにより、発光素子２０の部品中心ＰＣおよび発光素子２０の上面に形成された発光部２１の発光部位置ＦＣの位置を認識し、位置ズレ（ΔＷ、ΔＬ）（図５参照）を検出する。したがって基板認識カメラ１２および部品上面認識処理部３３は、発光素子２０の上面における発光部２１の位置ズレを検出する発光部検出部となっている。

部品位置認識処理部３４は、部品装着ヘッド１１の吸着ノズルによって保持された発光素子２０の裏面側を部品認識カメラ１３によって撮像した撮像結果を認識処理することにより、吸着ノズルによって保持された状態における発光素子２０の位置を認識する。したがって、部品認識カメラ１３および部品位置認識処理部３４は、発光素子２０の上面を電子部品実装装置Ｍ４の吸着ノズルで吸着保持し、当該吸着ノズルに保持された発光素子２０の裏面側の画像に基づいて当該発光素子２０の位置を検出する発光素子位置検出部となっている。

部品搭載座標演算部３５は、基板認識処理部３２、部品上面認識処理部３３、部品位置認識処理部３４による認識処理結果に基づき、部品装着ヘッド１１に保持された発光素子２０の発光部位置ＦＣを基板３の実装座標点３ｂに位置合わせするための部品搭載座標を演算する処理を行う。そして演算された部品搭載座標に基づいて、部品搭載処理部３１が装着ヘッド移動機構１６を制御することにより、発光素子２０を保持した部品装着ヘッド１１の吸着ノズルを基板３に対して相対的に移動させて、発光部２１を基板３の所定の位置である実装座標点３ｂに位置させる。このとき、部品位置認識処理部３４によって認識された発光素子２０の位置に対して、発光素子２０を図６に示す位置ズレ（ΔＷ、ΔＬ）分だけずらして基板３に位置合わせする。

上記構成において、装着ヘッド移動機構１６、部品搭載処理部３１、部品搭載座標演算部３５は、発光部検出部にて検出した位置ズレ（ΔＷ、ΔＬ）と発光素子位置検出部にて検出した発光素子２０の位置を利用して、当該発光部２１を基板３の所定の位置に位置させるために、基板３と部品装着ヘッド１１の吸着ノズルを相対的に移動させて当該発光素子２０を位置ズレ（ΔＷ、ΔＬ）分だけずらして基板３に位置合せする発光素子位置合せ部を構成する。

そしてこのようにして基板３に対して位置合わせされた発光素子２０を保持した吸着ノズルを基板３に対して下降させることにより、発光素子２０の端子２０ｂはランド３ａに配置されたはんだペーストＳに接触する。これとともに発光素子２０の本体部２０ａは、基板３に配置された接着剤Ａに接触する（図７に示す（ＳＴ４）参照）。したがって、部品搭載処理部３１および部品装着ヘッド１１は、吸着ノズルを基板３へ下降させて発光素子２０の端子２０ｂをランド３ａに配置されたはんだペーストＳに接触させるとともに、発光素子２０の本体部２０ａを基板３に配置された接着剤Ａに接触させる発光素子搭載部となっている。

次に図７を参照して、電子部品実装システム１によって発光素子２０をはんだ接合により基板３に実装する電子部品実装方法について説明する。図７においては、電子部品実装方法を示す工程フローの各ステップ毎に、当該ステップにおける作業内容を示す工程説明図を付記している。

まず基板３はスクリーン印刷装置Ｍ２に搬入され、ここで基板３を対象としてスクリーン印刷が行われる（ＳＴ１）。すなわち、基板３の上面に形成された対をなすランド３ａに、スクリーン印刷によりはんだペーストＳを配置する（はんだペースト供給工程）。次いで基板３は接着剤塗布装置Ｍ３に搬入され、ここで熱硬化性接着剤の塗布が行われる（ＳＴ２）。

すなわち、発光素子２０を基板３に固定するための接着剤Ａを、対をなすランド３ａの間の基板３の上面に配置する（接着剤塗布工程）。ここでは接着剤Ａとして、はんだペーストＳ中のはんだの融点よりも低い温度で硬化反応のピークを迎える硬化特性の熱硬化性接着剤が用いられる。そして塗布位置は、基板３の上面において実装座標点３ｂの両側で搭載後の発光素子２０の本体部２０ａの下面に接触する位置に設定される。

次いで基板３は電子部品実装装置Ｍ４に搬入される。電子部品実装装置Ｍ４では、まず発光部位置（位置ズレ）検出が行われる（ＳＴ３）。すなわち、部品装着ヘッド１１を部品供給部１４の上方へ移動させ、部品装着ヘッド１１に付属した基板認識カメラ１２によってテープフィーダ１５に保持されている発光素子２０の上面を撮像し、撮像結果を部品上面認識処理部３３によって認識処理することにより、部品中心ＰＣおよび発光部位置ＦＣを認識して発光素子２０における発光部の位置ズレ（ΔＷ、ΔＬ）（図５参照）を検出する（発光部検出工程）。

次いで電子部品である発光素子２０を搭載するための電子部品搭載を、部品搭載処理部３１が部品装着ヘッド１１、装着ヘッド移動機構１６を制御することにより実行する（ＳＴ４）。電子部品搭載では、まず部品装着ヘッド１１の吸着ノズルによって発光素子２０の上面を吸着保持してテープフィーダ１５から取り出し、発光素子２０を部品認識カメラ１３の上方に移動させて当該吸着ノズルに保持された発光素子２０の裏面側を部品認識カメラ１３によって撮像する。そしてこの撮像結果を部品位置認識処理部３４によって認識処理することにより、発光素子２０の位置を認識する。すなわち撮像により取得された発光素子２０の裏面側の画像に基づいて当該発光素子２０の位置を検出する（発光素子位置検出工程）。

次に、発光部検出工程で検出した位置ズレ（ΔＷ、ΔＬ）と発光素子位置検出工程で検出した発光素子２０の位置を利用して、当該発光部２１を基板３の所定の位置に位置させるために基板３と吸着ノズルを相対的に移動させて、当該発光素子２０を位置ズレ（ΔＷ、ΔＬ）分だけずらして基板３に位置合せする（発光素子位置合せ工程）。次いで、部品装着ヘッド１１の吸着ノズルを基板３へ下降させて、発光素子２０の端子２０ｂをランド３ａに配置されたはんだペーストＳに接触させるとともに、発光素子２０の本体部２０ａを基板３に配置された接着剤Ａに接触させる（発光素子搭載工程）。この搭載状態では発光素子２０は発光部位置ＦＣが実装座標点３ｂに位置合わせされた状態で基板３の上面に保持されており、基板３はこの状態でリフロー装置Ｍ５に搬入される。

リフロー装置Ｍ５では、予め設定された加熱プロファイルに従って基板３の加熱が行われ、これによりまず接着剤Ａを硬化させて発光素子２０を基板３に固定する（接着剤硬化工程）。本実施の形態では、接着剤Ａとして熱硬化性樹脂を用いており、はんだペーストＳ中のはんだの融点未満かつ熱硬化性の接着剤Ａの硬化反応を促進させる温度以上で基板３を加熱する予備加熱工程が前述の接着剤硬化工程に該当する（ＳＴ５）。この予備加熱により、接着剤Ａは硬化して発光素子２０を基板３に固定する接着部Ａ＊となる。

次いで基板３がリフロー装置Ｍ５内を移動することにより、加熱プロファイルに従ってはんだ接合のための加熱過程に移行する。この加熱過程では、硬化した接着剤Ａより成る接着部Ａ＊によって基板３に発光素子２０を固定した状態で、はんだペーストＳ中のはんだを溶融させ（ＳＴ６）、これにより発光素子２０の端子２０ｂと基板３のランド３ａとを電気的・機械的に接続する（リフロー工程）。このリフロー工程はリフロー装置Ｍ５内において予備加熱工程から連続しており、基板３をはんだの融点以上に加熱することにより行われる。

そしてはんだが固化することにより、発光素子２０の端子２０ｂと基板３のランド３ａとをはんだ接合して固定するはんだ部Ｓ＊が形成される。このはんだ接合において、はんだの溶融は発光素子２０が基板３に接着部Ａ＊によって固定した状態で行われることから、リフロー過程において溶融はんだの表面張力によって端子２０ｂがランド３ａに吸い寄せられるセルフアライメント作用が妨げられる。したがって、発光素子２０は（ＳＴ４）に示す状態を保持したまま基板３にはんだ接合され、はんだ接合後においても発光部２１の発光部位置ＦＣと基板３の実装座標点３ｂとが正しく位置合わせされた状態が保持される。

なお上記実施例で接着剤Ａとして用いられる熱硬化性接着剤に替えて、光硬化性樹脂を用いるようにしてもよい。この場合には、前述の接着剤硬化工程は光硬化性接着剤の硬化を促進するための光を照射する光照射工程となる。さらに、熱硬化性接着剤、光硬化性接着剤以外の接着剤であっても、（ＳＴ２）に示す接着剤塗布の後（ＳＴ６）に示すはんだ溶融までの間に、自然硬化などによって硬化がある程度進行して前述のセルフアライメント作用を妨げるのに十分な固着力を生じるような硬化特性を有するものであれば、本発明において用いることができる。

また、発光素子２０の上面における発光部２１の位置ズレを検出する発光部検出部の構成として、図８に示す電子部品実装装置Ｍ４Ａ（第２実施の形態）のように、テープフィーダ１５から取り出した発光素子２０を撮像のために仮置きする仮置きステージ１９を備えた構成を用いてもよい。電子部品実装装置Ｍ４Ａは、図２に示す電子部品実装装置Ｍ４において、部品認識カメラ１３に隣接して仮置きステージ１９を配置するとともに、テープフィーダ１５から取り出した発光素子２０を仮置きステージ１９上に移載する移載手段を追加した構成となっている。移載手段は、Ｙ軸移動機構４ＣによってＹ方向に移動するＸ軸移動機構５Ｄに部品移載ヘッド１８を装着した構成となっており、部品移載ヘッド１８はＹ軸移動機構４Ｃ、Ｘ軸移動機構５Ｄより成る移載ヘッド移動機構１７によって部品供給部１４および仮置きステージ１９の上方で任意位置に移動自在となっている。

電子部品実装装置Ｍ４Ａによる電子部品搭載動作は、以下のように行われる。なお図中の実線矢印は部品移載ヘッド１８の移動を、破線矢印は部品装着ヘッド１１の移動をそれぞれ示している。まず部品移載ヘッド１８によってテープフィーダ１５から発光素子２０を連続的にピックアップするとともに、部品装着ヘッド１１が基板３上に移動して基板認識カメラ１２によって基板３の基板認識マーク３ｃを撮像して実装座標点３ｂの位置を認識する。次に、部品移載ヘッド１８は吸着保持した複数の発光素子２０を仮置きステージ１９に仮置きし、次いで部品装着ヘッド１１を仮置きステージ１９上に移動させて、仮置きされた複数の発光素子２０を基板認識カメラ１２によって撮像する。

そして撮像結果を図３に示す部品上面認識処理部３３によって認識処理することにより、第１実施の形態と同様に、発光素子２０の部品中心ＰＣと発光部２１の発光部位置ＦＣとの位置ズレ（ΔＷ、ΔＬ）が検出される。なお、部品装着ヘッド１１に付属する基板認識カメラ１２によって仮置きステージ１９上の発光素子２０を撮像する替わりに、部品移載ヘッド１８に同様機能のカメラを設けてこのカメラによって発光素子２０の撮像を行うようにしてもよい。

この後、仮置きステージ１９上の発光素子２０をピックアップした部品装着ヘッド１１は部品認識カメラ１３上に移動し、ここで部品認識カメラ１３によって部品装着ヘッド１１に保持された発光素子２０を下方から撮像し、この撮像結果を部品位置認識処理部３４によって認識処理することにより、発光素子２０の位置を認識する。次いで部品装着ヘッド１１は基板３上に移動し、吸着ノズルに吸着保持した発光素子２０を基板３の実装座標点３ｂに搭載する。このとき、基板認識カメラ１２、部品認識カメラ１３による撮像によって認識された実装座標点３ｂ、位置ズレ（ΔＷ、ΔＬ）および発光素子２０の位置関係に基づいて、部品搭載動作が行われる。

電子部品実装装置Ｍ４Ａに示す構成によれば、テープフィーダ１５からの発光素子２０の取り出しを部品移載ヘッド１８によって連続的に行い、発光素子２０の基板３への搭載を部品装着ヘッド１１によって行うことから、第１の実施の形態に示す電子部品実装装置Ｍ４と比較して部品搭載作業の作業効率を向上させることが可能となっている。

上記説明したように、本実施の形態では、電子部品としての発光素子２０をはんだ接合により基板３に実装する電子部品実装において、発光素子２０を基板３に固定するための接着剤Ａをランド３ａの間の基板３の上面に配置しておき、発光素子２０における発光部２１の位置ズレ（ΔＷ、ΔＬ）を検出するとともに発光素子２０の裏面側の画像に基づいて当該発光素子２０の位置を検出し、発光部検出工程で検出した位置ズレ（ΔＷ、ΔＬ）と発光素子位置検出工程で検出した発光素子２０の位置を利用して当該発光部２１を基板３の所定の位置に位置させるために当該発光素子２０を位置ズレ（ΔＷ、ΔＬ）分だけずらして基板３に位置合せして搭載し、次いで接着剤Ａを硬化させて発光素子２０を基板３に固定した状態ではんだを溶融させて発光素子２０の端子２０ｂと基板３のランド３ａとを電気的・機械的に接続するようにしている。

これにより、発光素子２０における発光部位置にばらつきがある場合にあっても、発光部２１を基板３の基準位置に対して正しく位置合わせして搭載することができるとともに、リフロー過程におけるはんだ溶融時のセルフアライメント作用による発光素子２０の移動を接着剤Ａによって防止することができ、発光素子２０を高い位置合わせ精度で基板３にはんだ接合により実装することができる。

本発明の電子部品実装システムおよび電子部品実装方法ならびに電子部品実装装置は、電子部品としての発光素子を高い位置合わせ精度で基板にはんだ接合により実装することができるという効果を有し、ＬＥＤなどの発光素子を基板に実装して照明基板を製造する分野において有用である。

１電子部品実装システム
３基板
３ａランド
３ｂ実装座標点
２０発光素子
２０ａ本体部
２０ｂ端子
２１発光部
ＰＣ部品中心
ＦＣ発光部位置
Ａ接着剤
Ｓはんだペースト
Ｍ２スクリーン印刷装置
Ｍ３接着剤塗布装置
Ｍ４、Ｍ４Ａ電子部品実装装置
Ｍ５リフロー装置

Claims

電子部品としての発光素子をはんだ接合により基板に実装する電子部品実装システムであって、
前記基板の上面に形成された対をなすランドにはんだペーストを配置するはんだペースト供給部と、
前記発光素子を前記基板に固定するための接着剤を前記対をなすランドの間の基板の上面に配置する接着剤塗布部と、
前記発光素子の上面における発光部の位置ズレを検出する発光部検出部と、
前記発光素子の上面を電子部品実装装置の吸着ノズルで吸着保持し、当該ノズルに保持された発光素子の裏面側の画像に基づいて当該発光素子の位置を検出する発光素子位置検出部と、
前記発光部検出部にて検出した前記位置ズレと前記発光素子位置検出部にて検出した発光素子の位置を利用して、当該発光部を基板の所定の位置に位置させるために前記基板と前記吸着ノズルを相対的に移動させて当該発光素子を前記位置ズレ分だけずらして前記基板に位置合せする発光素子位置合せ部と、
前記吸着ノズルを基板へ下降させて前記発光素子の端子を前記ランドに配置されたはんだペーストに接触させると共に発光素子の本体部を基板に配置された前記接着剤に接触させる発光素子搭載部と、
前記接着剤を硬化させて発光素子を基板に固定する接着剤硬化部と、
硬化した前記接着剤によって基板に発光素子を固定した状態で前記はんだペースト中のはんだを溶融させて発光素子の端子と基板のランドとを電気的・機械的に接続するリフロー部とを備えたことを特徴とする電子部品実装システム。
前記接着剤が前記はんだの融点よりも低い温度で硬化反応のピークを迎える熱硬化性接着剤であり、前記接着剤硬化部が前記はんだの融点未満かつ前記熱硬化性接着剤の硬化反応を促進させる温度以上で基板を加熱する予備加熱部であり、前記リフロー部が前記予備加熱部から連続して基板を前記はんだの融点以上に加熱することを特徴とする請求項１記載の電子部品実装システム。
前記接着剤が光硬化性接着剤であり、前記接着剤硬化部が前記光硬化性接着剤の硬化を促進するための光を照射する光照射部であることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装システム。
電子部品としての発光素子をはんだ接合により基板に実装する電子部品実装方法であって、
前記基板の上面に形成された対をなすランドにはんだペーストを配置するはんだペースト供給工程と、
前記発光素子を前記基板に固定するための接着剤を前記対をなすランドの間の基板の上面に配置する接着剤塗布工程と、
前記発光素子における発光部の位置ズレを検出する発光部検出工程と、
前記発光素子の上面を電子部品実装装置のノズルで吸着保持し、当該ノズルに保持された発光素子の裏面側の画像に基づいて当該発光素子の位置を検出する発光素子位置検出工程と、
前記発光部検出工程で検出した前記位置ズレと前記発光素子位置検出工程で検出した発光素子の位置を利用して、当該発光部を基板の所定の位置に位置させるために前記基板と前記吸着ノズルを相対的に移動させて当該発光素子を前記位置ズレ分だけずらして前記基板に位置合せする発光素子位置合せ工程と、
前記吸着ノズルを基板へ下降させて前記発光素子の端子を前記ランドに配置されたはんだペーストに接触させると共に発光素子の本体部を基板に配置された前記接着剤に接触させる発光素子搭載工程と、
前記接着剤を硬化させて発光素子を基板に固定する接着剤硬化工程と、
硬化した前記接着剤によって基板に発光素子を固定した状態で前記はんだペースト中のはんだを溶融させて発光素子の端子と基板のランドとを電気的・機械的に接続するリフロー工程とを含むことを特徴とする電子部品実装方法。
前記接着剤が前記はんだの融点よりも低い温度で硬化反応のピークを迎える熱硬化性接着剤であり、前記接着剤硬化工程が前記はんだの融点未満かつ前記熱硬化性接着剤の硬化反応を促進させる温度以上で基板を加熱する予備加熱工程であり、前記リフロー工程が前記予備加熱工程から連続して基板を前記はんだの融点以上に加熱することを特徴とする請求項４記載の電子部品実装方法。
前記接着剤が光硬化性接着剤であり、前記接着剤硬化工程が前記光硬化性接着剤の硬化を促進するための光を照射する光照射工程であることを特徴とする請求項４記載の電子部品実装方法。
電子部品としての発光素子をはんだ接合により基板に実装する電子部品実装システムに用いられ、前記基板の上面に形成された対をなすランドにはんだペーストが配置され、さらに前記発光素子を前記基板に固定するための接着剤が前記対をなすランドの間の基板の上面に配置された基板を対象として前記発光素子を実装する電子部品実装装置であって、
前記発光素子の上面における発光部の位置ズレを検出する発光部検出部と、
前記発光素子の上面を電子部品実装装置の吸着ノズルで吸着保持し、当該ノズルに保持された発光素子の裏面側の画像に基づいて当該発光素子の位置を検出する発光素子位置検出部と、
前記発光部検出部にて検出した前記位置ズレと前記発光素子位置検出部にて検出した発光素子の位置を利用して、当該発光部を基板の所定の位置に位置させるために前記基板と前記吸着ノズルを相対的に移動させて当該発光素子を前記位置ズレ分だけずらして前記基板に位置合せする発光素子位置合せ部と、
前記吸着ノズルを基板へ下降させて前記発光素子の端子を前記対をなすランドに配置されたはんだペーストに接触させると共に発光素子の本体部を基板に配置された前記接着剤に接触させる発光素子搭載部とを備えたことを特徴とする電子部品実装装置。