JP4704895B2 - 電子回路基板の生産管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、最適な生産順により電子回路基板を生産する生産管理方法に関する。

従来、生産効率を上げることによって、生産時間を短縮するため、生産される基板の枚数や各基板に実装される部品の類似性から生産順を決めていた。しかし、実際に生産時間を短縮するためには、基板の生産枚数や部品の類似性だけでは充分に生産効率化が図れず、そのほかに生産効率に関係する要因が存在する。そのため、特許文献１に示すように、様々な要因を考慮して生産効率を向上させるための生産方法が知られている。

この特許文献１の生産方法は、まず、最初に実装処理を行うプリント基板Ｐを基準として、該プリント基板Ｐに実装される部品に重複して実装される部品の種類が多く、その重複する部品を供給するテープフィーダの位置に重複するもの（部品種一致度）が多い順に生産順序が設定される。次に、前記「部品種一致度」では生産順序の設定ができなかったプリント基板がある場合については、基準基板Ｐを基準に先に実装処理を行うプリント基板Ｐの当該処理に使われる部品供給部ユニットのうち重複するもの（部品供給一致度）が多い順にプリント基板Ｐの生産順序が設定される。また、同様にして、リフロー炉温度が近くてリフロー装置の温度調整が少なくて済む（リフローＩＤ）順。また、同様に基板受け台の支持ピンに重複するものが多い（基板受け台ＩＤ）順。また、実装部品種からみて段取替えを行うことなく実装処理が可能な（グループ）順。また、例えばプリント基板Ｐのサイズが近くてコンベヤの間隔調整が短時間で行える（ユーザ設定）順。等が考慮されて生産順序が設定されるようになっている。
特開２００５−１５９１６０号公報（第１２頁、図５）

上記従来の技術では、生産効率を上げるため各種基板種情報を考慮した様々な要因は記載されているが、実装される電子部品種が、リフロー炉における温度条件によって、破損して使用できなくなる等の制約要因については何ら検討されていない。

本発明は係る従来の問題点に鑑みてなされたものであり、電子回路基板に実装される電子部品の温度に関する性質とリフロー炉温度との関係に着目して、生産順を決定する生産管理方法を提供することである。

上述した課題を解決するために、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、半田によりスクリーン印刷が行われた基板に電子部品を実装する実装装置と、該実装装置によって電子部品が実装された前記基板を、加熱することにより前記半田を溶かして前記電子部品を前記基板に固着させるリフロー炉と、を備えた電子回路基板生産装置によって、複数種類の基板の各面に異なった種類の電子部品が実装された基板を各面毎にリフローする電子回路基板の生産管理方法において、実装される電子部品の温度条件に関する制約条件情報を前記複数種類の基板の各面毎に取得する制約条件取得工程と、前記電子部品を実装した基板の各面をリフローする炉内の最高温度として基板面リフロー最高温度条件情報を前記複数種類の基板の各面毎に取得する基板面リフロー最高温度条件情報取得工程と、前記基板の一方の面の基板面リフロー最高温度条件が該基板の他方の面に実装される電子部品の前記制約条件を超過するか否かを判定する制約条件超過判定工程と、リフロー炉内の最高温度を高い温度から段階的に下降させるリフロー炉内温度段階的下降工程と、前記基板の一方の面の基板面リフロー最高温度条件が該基板の他方の面に実装される電子部品の前記制約条件を超過する基板は、前記リフロー炉内温度段階的下降工程におけるリフロー炉内の最高温度が、該基板の前記一方の面の基板面リフロー最高温度と一致する段階において、前記基板の前記一方の面をリフローし、前記基板の前記他方の面は、前記リフロー内の最高温度が前記他方の面に実装される電子部品の前記制約条件を満足する段階において実装するとともにリフローする段階的実装・リフロー工程と、を備えることである。

請求項１に係る発明によると、基板の一方の面の基板面リフロー最高温度が他方の面に実装される電子部品の制約条件を超過する場合でも、リフロー炉内の最高温度を段階的に下降させながら、基板面リフロー最高温度が一致する基板の一方の面をリフローし、他方の面は、前記一方の面をリフローした後に、該他方の面に実装される電子部品の制約条件を満足する段階において実装してリフローする。そのため、基板の一方の面のリフローによって他方の面に実装された電子部品を損なうことがなく、電子回路基板の生産において歩留まりを向上させて生産コストを低減することが可能である。また、リフロー炉内の最高温度を段階的に下降させながらリフローを行なうので、リフロー炉の温度設定を容易かつ迅速に行うことができる。

本発明に係る電子回路基板の生産に使用する生産装置の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。図１は実装装置１とリフロー炉３１とを備えた電子回路基板生産装置２の概要を示す正面図であり、図２は第１実施形態の生産順序を決定する手順を示すフローチャートである。

実装装置１は、４台の実装機３が直列に配置され、最上流側の実装機３の上手側には搬入テーブル５が、最下流側の実装機３の下手側には搬出テーブル７が設けられている。各実装機３にはコンベヤベルト９を備えた基板搬送装置１１が夫々設けられ、基板搬送装置１１によって基板１３が搬送方向であるＸ方向に搬送される。この基板搬送装置１１には図略のクランプ装置が備えられ、該クランプ装置によって基板１３が実装のため位置決め固定されるようになっている。基板搬送装置１１の上側にはＸ方向に延在する移動台１５が、Ｘ方向に直交するＹ方向に延びる図略の固定レールに、Ｘ方向とＹ方向とに移動可能に支持されている。移動台１５には部品移載装置１７と図略の基板認識カメラとが取り付けられている。

部品移載装置１７は、前記移動台１５に着脱可能に取り付けられる支持ベース１９と、この支持ベース１９にＸ方向及びＹ方向と直角なＺ方向に昇降可能に支持されてボールねじ（図略）を介してサーボモータ（図略）により昇降が制御される部品実装ヘッド２１と、この部品実装ヘッド２１から下方に突設された吸着ノズル２３から構成される。この部品移載装置１７によって、図略の部品供給装置に置かれた電子部品が前記位置決め固定された基板１３まで運ばれ、基板１３の表面に実装されるようになっている。実装された基板１３は基板搬送装置１１によって下流側にある搬出テーブル７に送られる。搬出テーブル７の下流側には後述するリフロー炉の基板搬送機構が設けられ、実装された基板１３が受け渡されるようになっている。

リフロー炉３１は、基板１３を保持して所定の搬送経路に沿って搬送する基板搬送機構３３と、基板１３に加熱処理を行う複数の加熱ユニット３５と、加熱ユニット３５により加熱された基板１３を冷却する冷却ユニット３７とを備えている。基板搬送機構３３は搬送方向に延在する１組の図略のガイドレールを備え、該ガイドレール内に設けられたベルト３９により基板１３を搬送する。

基板搬送機構３３のベルト３９の上下には加熱ユニット３５を構成する複数の吹出しノズル４１が各１列配設されている。この実施形態では上流側の上下４個ずつの吹き出しノズルを有する加熱ユニット３５が、基板１３を例えば約１６０℃に予備加熱し、下流側の上下２個ずつの吹き出しノズルを有する加熱ユニット３５が基板１３を例えば約２３０℃に本加熱するものである。加熱ユニット３５の下流側には上下に２個ずつの吹出しノズル４３を有する冷却ユニット３７が設けられている。これらの加熱ユニット３５及び冷却ユニット３７を通過する間に、基板１３は所定の温度プロファイルを形成しながら加熱され、基板搬送機構３３の出口側にある冷却ユニット３７で冷却される。また、基板搬送機構３３の出口から前記実装機３の前記搬入テーブル５に、図略の還流搬送装置によって、リフローされた基板１３が搬送可能に構成されている。

上記のように構成された電子回路基板生産装置を使用して基板１３に電子部品を実装してリフローする方法の第１の実施形態について、図２に示すフローチャートに基づき以下に説明する。

まず電子部品の部品種情報より、基板の表・裏に実装される電子部品について耐熱温度情報を取得する。この実施形態では、図３に示すように、基板Ａには表面に耐熱温度が最低値において３００℃の電子部品、裏面に同耐熱温度が最低値において２５０℃の電子部品が夫々実装される（ステップＳ１０１）。

次に、基板面リフロー炉温度条件情報としての基板面リフロー最高温度を取得する。リフロー炉３１の温度は主に使用される半田の種類に合わせて基板面毎に設定される。例えば鉛の入った半田では、溶融温度が１９０℃程であり、錫、銀、銅からなるいわゆる鉛フリー半田では溶融温度が２２０℃程である。また、実装される電子部品が多層、大型である場合や、高密度実装の場合では熱が均一に伝わりにくいため、加熱のための温度勾配を緩やかにしたり、リフロー炉３１内の温度を高めに設定したりする等の温度プロファイルが設定されている。本実施形態では図３に示すように、図略の温度プロファイルより設定されている表面の基板面リフロー最高温度は２６０℃、同じく裏面の基板面リフロー最高温度は２２０℃となっている（ステップＳ１０３）。

次に基板面リフロー最高温度と実装される電子部品の耐熱温度とを実装される基板の両面について比較する。基板面リフロー最高温度は、基板Ａの表面は上記のように２６０℃、同裏面は２２０℃であるのに対し、電子部品の耐熱温度は、前述のように、基板Ａの表面には３００℃、同裏面には２５０℃のものが実装されるようになっている（ステップＳ１０５）。

そして、基板Ａの一方の面の基板面リフロー最高温度が、基板Ａの他方の面に実装される電子部品の耐熱温度より高いものがあるかを判断する。本実施形態では基板Ａの裏面に実装される電子部品の耐熱温度より基板Ａの表面の基板面リフロー最高温度が高いと判断されステップＳ１０９へ移行する（ステップＳ１０７）。

そして、先に基板面リフロー最高温度条件を満たす面を生産するよう順番を設定し、該当する基板Ａの表面に電子部品を実装し、前記基板面リフロー最高温度２６０℃でリフローする。次に、基板Ａの裏面に電子部品を実装し、基板面リフロー最高温度が２２０℃となるように設定して基板Ａの裏面をリフローする。このように実装してリフローすることにより、実装される電子部品が基板面リフロー最高温度によって破損しないので、歩留りを向上させ生産コストを低減することができる（ステップＳ１０９）。

本実施例では該当しないが、ステップＳ１０７において、基板の一方の面の基板面リフロー最高温度が、その基板の他方の面に実装される電子部品の耐熱温度より高いものがない場合、基板１３の各面を生産効率の良い順に実装・リフローする。リフロー炉３１は一般に炉内の温度を上昇させるよりも下降させるのに時間を要するため、低い温度条件でリフローする基板の面から先に実装してリフローする。これにより、トータルの生産時間を短縮して生産コストの削減を図ることができる（ステップＳ１１１）。

次に、基板１３に電子部品を実装してリフローする方法の第２の実施形態について、図４に示すフローチャートに基づき以下に説明する。本実施形態に使用される電子回路基板生産装置の構成は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

まず電子部品の部品種情報より、基板の表・裏の両面に実装される電子部品について耐熱温度情報を取得する。第２の実施形態においては、図５に示すように、基板Ｌにおいては耐熱温度３００℃と２５０℃のものが、基板Ｍにおいては耐熱温度２８０℃と２６０℃のものが、基板Ｎにおいては耐熱温度２７０℃と２３０℃のものが夫々表裏に実装されるようになっている（ステップＳ２０１）。

次に、基板の面毎に、基板面リフロー炉温度条件情報として基板面リフロー最高温度を取得する。本実施形態では図５に示すように、図略の温度プロファイルにおける基板面リフロー最高温度について、基板Ｌの表面は２７０℃、同裏面は２２０℃。同じく基板Ｍの表面は２５０℃、同裏面は２３０℃、基板Ｎの表面は２４０℃、同裏面は２１０℃でリフローされることが設定されている（ステップＳ２０３）。

次に、基板Ｌ、基板Ｍ、基板Ｎにおいて、基板の一方の面の基板面リフロー最高温度が、その基板の他方の面に実装される電子部品の耐熱温度より高いものがあるかを判断する。この実施形態では基板Ｌ表面の基板面リフロー最高温度が、同裏面に実装される電子部品の耐熱温度が高く、また基板Ｎ表面の基板面リフロー最高温度が同裏面に実装される電子部品の耐熱温度よりも高い（ステップＳ２０５）。ステップＳ２０５において、該当する基板として基板Ｌと基板ＮとがありステップＳ２０７へ移行する。

ここでは、基板Ｌと基板Ｎをグループ化する（ステップＳ２０７）。

次に基板面リフロー最高温度が高い順に生産順序を設定する。ここでは、基板Ｌの表面、基板Ｎの表面、基板Ｌの裏面、基板Ｎの裏面の順に生産順序を設定する（ステップＳ２０９）。

そして、基板Ｌの表面について、実装し、リフロー炉内の最高温度を２７０℃に設定してリフローする。次に、基板Ｎの表面について、実装し、リフロー炉内の最高温度を２４０℃に設定してリフローする。このように、段階的にリフロー炉内の最高温度を下げていって、各段階において基板面リフロー最高温度が一致する基板の面を、実装してリフローする（ステップＳ２１１）。

このように設定されている基板面リフロー最高温度の高い基板の面から順に、リフロー炉内の最高温度を段階的に下降させながら実装・リフローすることによって、実装される電子部品の熱による破損を防止するとともに、温度下降に合わせて生産効率良く実装・リフローすることができる。

ステップＳ２０７でグループ化されなかった基板Ｍについては、別に集められて（ステップＳ２１３）、生産効率の良い順に実装・リフローする。生産効率として、前記基板面リフロー最高温度が低い順に行うというものの他に、例えば、スクリーンマスクの模様が同じであるか、また該模様が近いものであるため実装のときに基板を支持するサポートピンの位置が同じであるか等が検討される。これによると、スクリーンマスクが同じものや近いものをグループ化して生産することにより、段取り替えを削減し、生産効率を向上させることができる（ステップＳ２１５）。

なお、本実施形態では該当しないが、ステップＳ２０５において、実装される電子部品が破損する基板がない場合にも、ステップＳ２１５へ移行し、各基板の面について生産効率が良い順に実装・リフローする（ステップＳ２１５）。

次に、基板１３に電子部品を実装してリフローする方法の第３の実施形態について、以下に説明する。本実施形態に使用される電子回路基板生産装置の構成は、第１の実施形態と同様であり、説明を省略する。また、方法の手順を示すフローチャートは、第１の実施形態とほぼ同様であるので記載を省略する。

本実施形態においては、基板Ｏには耐熱温度が２７０℃の電子部品が表裏において夫々実装される。しかし、基板Ｏの表面には、電子部品の制約情報より、図６に示すように、１８０℃以上が２００秒間まで、裏面には１８０℃以上で１５０秒間まで加熱が可能な電子部品が実装されている。また、図略の温度プロファイルにおいてリフロー炉温度条件は、基板Ｏの表面は１８０℃以上で１８０秒間維持されてリフローされ、同裏面は１８０℃以上で１３０秒間維持されてリフローされることが設定されている。

この実施形態では、基板Ｏの表面のリフロー温度条件では、同裏面に実装される電子部品が破損する。そのため、基板Ｏの表面を実装してリフローし、その後、同裏面を実装し、１８０℃以上で１３０秒間維持してリフローする。このように、基板の一方の面にリフローされる際の所定のリフロー時間では耐えられない電子部品を該基板の他方の面に実装する場合でも、リフローにより該電子部品を破損することなく電子回路基板の生産をすることができる。

次に、基板１３に電子部品を実装してリフローする方法の第４の実施形態について、以下に説明する。本実施形態に使用される電子回路基板生産装置の構成は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。また、方法の手順を示すフローチャートは、第１の実施形態とほぼ同様であるので記載を省略する。

本実施形態においては、例えば１回しかリフローできない電子部品が、基板Ｔの裏面に実装される場合である。この場合基板Ｔの裏面は、まず基板Ｔの表面を実装してリフローし、その後に実装されて１回だけリフローされる。これによって、再度のリフローによって電子部品が破損することが防止される。

次に、基板１３に電子部品を実装してリフローする方法の第５の実施形態について、以下に説明する。本実施形態に使用される電子回路基板生産装置の構成は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。また、方法の手順を示すフローチャートは、第１の実施形態とほぼ同様であるので記載を省略する。

本実施形態においては、図７に示すように、電子部品の制約情報としての耐温度勾配条件より、基板Ｕの表面には３０秒間に１００℃以上冷却すると破損する電子部品が、同裏面には５０秒間に１００℃以上冷却すると破損する電子部品が実装される。また図略の温度プロファイルより、リフロー温度条件として基板Ｕの表面は４０秒間に１００℃冷却し、同裏面は６０秒間に１００℃冷却する温度勾配が設定されている。

この実施形態においては、この基板の表面のリフロー温度条件である４０秒間に１００℃冷却すると基板Ｕの裏面に実装される電子部品が破損する。そのため、先に基板Ｕの表面を実装し、４０秒間に１００℃の温度勾配で冷却するリフローを行って、その後、同裏面を実装し、６０秒間に１００℃の温度勾配で冷却するリフローを行う。なお、本実施形態においては、耐温度勾配条件について冷却時のものとしたが、これに限定されず、加熱時の耐温度勾配条件であってもよい。

なお、上記実施形態においては、基板面リフロー炉温度条件及び制約条件を夫々単独の条件で使用とするものとしたが、このように使用するものに限定されず、夫々複数の基板面リフロー炉温度条件及び複数の制約条件を組合わせて生産順序を決定するようにしてもよい。

本発明の実施に使用される電子回路基板生産装置の概略図。 第１の実施形態における生産管理方法のフローチャート。 基板の面に実装される電子部品の耐熱温度とリフロー炉内最高温度を示す図。 第２の実施形態における生産管理方法のフローチャート。 基板の各面に実装される電子部品の耐熱温度とリフロー炉内最高温度を示す図。 第３の実施形態における所定の温度以上でリフローされる時間長さと、基板の面に実装される電子部品の該時間長さに耐えうるリフローされる時間長さとを示す図。 第５の実施形態におけるリフローの温度勾配条件と基板の面に実装される電子部品の耐温度勾配条件とを示す図。

符号の説明

１…実装装置、２…電子回路基板生産装置、１３…基板、３１…リフロー炉。

Claims (1)

1. 半田によりスクリーン印刷が行われた基板に電子部品を実装する実装装置と、該実装装置によって電子部品が実装された前記基板を、加熱することにより前記半田を溶かして前記電子部品を前記基板に固着させるリフロー炉と、を備えた電子回路基板生産装置によって、複数種類の基板の各面に異なった種類の電子部品が実装された基板を各面毎にリフローする電子回路基板の生産管理方法において、
   実装される電子部品の温度条件に関する制約条件情報を前記複数種類の基板の各面毎に取得する制約条件取得工程と、
   前記電子部品を実装した基板の各面をリフローする炉内の最高温度として基板面リフロー最高温度条件情報を前記複数種類の基板の各面毎に取得する基板面リフロー最高温度条件情報取得工程と、
   前記基板の一方の面の基板面リフロー最高温度条件が該基板の他方の面に実装される電子部品の前記制約条件を超過するか否かを判定する制約条件超過判定工程と、
   リフロー炉内の最高温度を高い温度から段階的に下降させるリフロー炉内温度段階的下降工程と、
   前記基板の一方の面の基板面リフロー最高温度条件が該基板の他方の面に実装される電子部品の前記制約条件を超過する基板は、前記リフロー炉内温度段階的下降工程におけるリフロー炉内の最高温度が、該基板の前記一方の面の前記基板面リフロー最高温度と一致する段階において、前記基板の前記一方の面をリフローし、前記基板の前記他方の面は、前記リフロー内の最高温度が前記他方の面に実装される電子部品の前記制約条件を満足する段階において実装するとともにリフローする段階的実装・リフロー工程と、
   を備えることを特徴とする電子回路基板の生産管理方法。

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