JP2009177015A - Solder ball printer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はスクリーン印刷装置に係り、特にハンダボールを基板面上に印刷するためのハンダボール印刷装置に関する。 The present invention relates to a screen printing apparatus, and more particularly to a solder ball printing apparatus for printing a solder ball on a substrate surface.
100〜180μmピッチのボールバンプ形成(直径50〜100μm)において、公知の高精度スクリーン印刷装置を用い、クリームハンダを印刷後にリフローし、ハンダボール形成を実施する印刷法がある。スクリーン印刷装置の1例としては、基板搬入コンベア、基板搬出コンベア、昇降機構を備えたテーブル部、転写パターンを開口部として有するマスク、スキージ、スキージ昇降機構および水平方向移動機構を備えたスキージヘッド、これらの機構を制御する制御装置を備えている。
In ball bump formation (
基板を搬入コンベア部から装置内に搬入後、基板を印刷テーブル部に仮位置決め固定し、この後、基板と回路パターンに対応した開口部を有するマスク(スクリーン)の双方のマークをカメラで認識して、双方のずれ量を位置補正し、基板をスクリーンに位置合わせしてから、基板がスクリーンと接するように印刷テーブルを上昇させ、スキージによってスクリーンを基板に接触させながらスクリーンの開口部にクリームハンダ等のペーストを充填し、さらにテーブルを下降して、基板とスクリーンを離す(版離れさす)ことによってペーストを基板上に転写し、その後、基板を装置から搬出することによって印刷がなされている。 After the substrate is carried into the apparatus from the carry-in conveyor unit, the substrate is temporarily positioned and fixed to the printing table unit. Thereafter, both the mark on the substrate and the mask (screen) having an opening corresponding to the circuit pattern are recognized by the camera. Then, correct the position of both displacements, align the substrate with the screen, lift the print table so that the substrate contacts the screen, and then apply cream solder to the opening of the screen while making the screen contact the substrate with a squeegee. The paste is transferred onto the substrate by lowering the table and separating the screen from the screen (separating the plate), and then printing is performed by unloading the substrate from the apparatus.
また、高精度で微細な穴あけ加工された冶具にハンダボールを振込み、所定のピッチで整列させ直接基板上に移載し、載置後にリフローすることでハンダボール形成するボール振込み法が知られている。 Also known is a ball transfer method in which solder balls are formed by transferring solder balls into jigs that have been drilled with high precision and finely aligned, transferred to a substrate directly at a predetermined pitch, and reflowed after placement. Yes.
更には、特許文献1によれば、マスクを揺動または振動させ所定の開口にハンダボールを充填する方法やブラシの併進運動等による充填後に加熱する工程からなる方法がある。また、特許文献2によれば、ハンダボールをトレイ上に載せておき管で吸着して電極パッドへ再充填する方法がある。
Further, according to
クリームハンダによる印刷法は設備コストが安価であり、一括して大量のバンプ形成が可能であることからスループットが高く製造コストが低く抑えられる利点がある。しかしながら、印刷法は転写体積の均一性確保が難しくフラッタリング処理による、リフロー後のハンダバンプをプレスし高さを平滑化する処理を行っており、工程数が多く設備コストがかかるという問題が存在する。また、デバイスの高密度化に伴い100〜150μmピッチ等へファイン化が進展した場合、印刷歩留まりが悪く生産性が良くないという点が存在する。 The printing method using cream solder has the advantage that the equipment cost is low and a large number of bumps can be formed at once, so that the throughput is high and the manufacturing cost is kept low. However, in the printing method, it is difficult to ensure the uniformity of the transfer volume, and there is a problem that the solder bump after reflow is pressed by the fluttering process to smooth the height, and the number of processes is large and the equipment cost is high. . In addition, when the finer process progresses to a pitch of 100 to 150 μm or the like as the density of the device increases, there is a point that the printing yield is poor and the productivity is not good.
一方、ハンダボール振込み法はハンダボールの分級精度確保により安定した高さのバンプ形成が可能であるが、ハンダボールを高精度なハンダボール吸着冶具を用い、ロボットで一括充填しているため、ファイン化した場合のタクトの増大、冶具・設備価格アップによるバンプ形成コストの増大という問題が存在する。 On the other hand, with the solder ball transfer method, it is possible to form bumps with a stable height by ensuring the classification accuracy of the solder balls. However, since the solder balls are packed together by a robot using a high-precision solder ball adsorption jig, fine solder balls are used. There are problems such as an increase in tact in the case of an increase in cost and an increase in bump formation cost due to an increase in jig / equipment prices.
更には、特許文献1によるスクリーンを揺動または振動させ所定の開口にハンダボールを充填する方法では、ハンダボール粒子径の小径化に伴い粒子間のファンデスワールス力による密着現象や静電気による吸着現象が発生し、マスク開口部に充填できない問題が存在する。また同様にスキージやブラシの併進運動等による充填においても同様な問題が存在する。
Further, in the method of swinging or vibrating the screen according to
また、特許文献2の方法では、リペアはできても、残存フラックスの量が少なくなっている可能性が極めて大であり、一括リフロー時にハンダの濡れ性が悪い場合、ハンダボールは溶けても電極パッド部に対するハンダ付けが不完全となる濡れ不良が発生する恐れがある。
In the method of
本発明の目的は、上記課題を解決するために、フラックス印刷後に、フラックスの状態を検査し、補修することで、印刷法のように一括して大量のバンプ形成が可能であり、かつ、ハンダボール振込み法のように安定した高さのバンプ形成が可能な、安価で高速に効率よく印刷・充填を可能とした生産性の高い超ファインピッチのバンプを形成できる、ハンダボール充填用印刷装置を提供することである。 In order to solve the above problems, the object of the present invention is to inspect and repair the state of the flux after the flux printing, so that a large amount of bumps can be formed in a batch as in the printing method, and soldering is performed. A solder ball filling printing device that can form bumps with a stable height, like the ball transfer method, can form bumps with high productivity and high productivity that enable efficient printing and filling at low cost. Is to provide.
上記目的を達成するために、本発明は、基板の電極パッド上にフラックスを印刷するフラックス印刷部と、前記フラックスの印刷された電極上にハンダボールを供給するハンダボール充填・印刷部と、ハンダボールの印刷された基板の状態を検査し、不良状態に応じて補修を行う検査・リペア部からなるハンダボール印刷装置において、前記フラックス印刷部と前記ハンダボール充填・印刷部の間に、フラックスの印刷された基板の状態を検査し、不良状態に応じて補修を行うフラックス検査・リペア部を設け、前記ハンダボール充填・印刷部は、前記基板にハンダボールを供給するスクリーンと、前記スクリーンにハンダボールを充填するスリット状体を有する印刷手段を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a flux printing unit for printing a flux on an electrode pad of a substrate, a solder ball filling / printing unit for supplying a solder ball on the electrode on which the flux is printed, and a solder. In the solder ball printing apparatus comprising an inspection / repair unit that inspects the state of the substrate on which the balls are printed and repairs depending on the defective state, between the flux printing unit and the solder ball filling / printing unit, A flux inspection / repair unit is provided for inspecting the state of the printed substrate and repairing it according to a defective state. The solder ball filling / printing unit includes a screen for supplying solder balls to the substrate, and a solder for the screen. A printing means having a slit-like body filled with a ball is provided.
また、前記ハンダボール充填・印刷部は、基板を載置する磁性を帯びた印刷テーブルと、前記基板に接してこの基板の電極上にハンダボールを供給する開口部を有する金属製の前記スクリーンと、前記スクリーンの上方に配置され前記スクリーンの開口部にハンダボールを充填する金属製の前記スリット状体を有する印刷手段を備え、前記印刷テーブルと前記スクリーンの磁気吸引力を、前記スクリーンと前記スリット状体の磁気吸引力より大きく設定した。 The solder ball filling / printing unit includes a magnetic printing table on which a substrate is placed, and the metal screen having an opening that contacts the substrate and supplies solder balls onto the electrodes of the substrate. A printing means having the slit-like metal body disposed above the screen and filled with solder balls in the opening of the screen, the magnetic attraction force of the printing table and the screen, the screen and the slit It was set to be larger than the magnetic attractive force of the body.
また、前記印刷テーブルはネオジウム製磁石を有し、前記スクリーンはニッケルで形成され、前記印刷手段のスリット状体はSUS304で形成されている。
また、前記印刷テーブルと前記スクリーンとの磁気吸引力を10〜100gf/cm2に設定し、前記スクリーンと前記スリット状体との磁気吸引力を0.1〜10gf/cm2に設定した。
The printing table has a neodymium magnet, the screen is made of nickel, and the slit body of the printing means is made of SUS304.
The magnetic attraction force between the printing table and the screen was set to 10 to 100 gf / cm 2 , and the magnetic attraction force between the screen and the slit-like body was set to 0.1 to 10 gf / cm 2 .
また、前記印刷テーブルには表面磁束密度500〜2000Gのネオジウム製磁石が施設されている。 The printing table is provided with neodymium magnets having a surface magnetic flux density of 500 to 2000G.
本発明によれば、ハンダボール充填不良の大きな要因であるフラックス印刷不良を先頭工程において早期に処理することで、生産性を向上させることができる。また、本発明によれば、ハンダボール充填効率を高め、タクト短縮ならびに充填率の高いハンダボール充填・印刷が可能であるため、生産性を向上させることができる。更には、フラックス印刷〜ハンダボール充填〜検査・リペアまでの各装置の稼働効率を高め、タクトを短縮することができるので、ハンダバンプ高さ精度が良く、安定した大量のハンダバンプを一括で安価に高速で形成することが可能である。また装置もシンプルな構成となり設備コストも低く抑えることができる。 According to the present invention, it is possible to improve productivity by processing a flux printing defect, which is a major cause of a solder ball filling defect, at an early stage in the leading process. In addition, according to the present invention, it is possible to improve the solder ball filling efficiency, shorten the tact time, and perform solder ball filling / printing with a high filling rate, thereby improving productivity. Furthermore, since the operation efficiency of each device from flux printing to solder ball filling to inspection / repair can be improved and tact time can be shortened, solder bump height accuracy is good, and a large amount of stable solder bumps can be made at low cost in a batch. It is possible to form with. In addition, the apparatus has a simple configuration, and the equipment cost can be kept low.
以下、図面を参照して、本発明の印刷装置及びバンプ形成方法の好適な実施の形態について説明する。図1に、フラックス印刷部及びハンダボール充填・印刷部における印刷工程の概要を示す。図1(a)にはフラックス印刷工程を、(b)にハンダボール充填・印刷の状況を示す。 Hereinafter, preferred embodiments of a printing apparatus and a bump forming method of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of a printing process in the flux printing unit and the solder ball filling / printing unit. FIG. 1A shows a flux printing process, and FIG. 1B shows a solder ball filling / printing situation.
図1(a)において、基板21に予め設けてある電極パッド22の位置と形状に合わせて開口部を設けたフラックス印刷用スクリーン20上に、フラックスを載せ、スキージ3を移動することで、基板21の電極パッド22上に所定量のフラックス23を印刷する。
In FIG. 1A, the flux is placed on the
本実施例では、スクリーン20はフラックス印刷用のスクリーンで、高精度なパターン位置精度を保障できるように、アディティブ法で製作したメタルスクリーンを使用している。スキージ3としては角スキージ・剣スキージ又は平スキージのいずれかを用いている。フラックス23の粘度・チクソ性に応じたスクリーンギャップと印圧およびスキージ速度を設定し印刷動作を行う。フラックス23の印刷量が少な過ぎると、ハンダボール24を充填する時にハンダボールを電極パッド22上に付着できない。また、ハンダボール印刷後の後工程であるリフロー時に、ハンダ濡れ不良の要因となり、綺麗な形状のハンダバンプが形成できず、ハンダバンプ高さ不良やハンダ接続強度不足の要因ともなる。
In this embodiment, the
また、フラックス23の量が多すぎると、ハンダボール充填・印刷時に、ハンダボール24を電極パッド22上に供給するための後述のスクリーン20bに設けた開口部20d等に、フラックス23が付着することがある。スクリーン開口部にフラックス23が付着すると、ハンダボール24がスクリーンの開口部20dに付着して、電極パッド22上に転写できないという問題が発生する。このようにフラックス印刷は、ハンダボール充填品質において最も重要なファクターを持つ工程である。
On the other hand, if the amount of the
次に、図1(b)に示すように、充填ユニット60(印刷手段)(図7参照)を備えたハンダボール充填・印刷部の主要部で、フラックス23の印刷された基板21の電極パッド22上にハンダボール24を充填・印刷する。ハンダボール24を各電極パッド22に1個ずつ供給するため、スクリーン20bは開口部20dを有し、この開口部20dを電極パッド22上に位置合わせした状態で、供給する。従って、高精度なパターン位置精度を保障できるようにアディティブ法で製作したメタルスクリーンを使用している。
Next, as shown in FIG. 1B, in the main part of the solder ball filling / printing unit provided with the filling unit 60 (printing means) (see FIG. 7), the electrode pad of the
ハンダボール24が基板21とスクリーン20bの間に潜り込み余剰ボール不良とならないよう、基板21とスクリーン20bのギャップがほぼゼロとなるように、基板21を載置する印刷テーブル10(磁石ステージ)にはネオジウム磁石を用い、このハンダボール充填用のスクリーン20bの材質は、印刷テーブル10からの磁力吸引されるように磁性体材料としてニッケルを用いる。
The printing table 10 (magnet stage) on which the
更に、スクリーン20bの裏面(基板21と接触する側)には、フラックス23を印刷済みの基板21が密着した時に、フラックス23のにじみがスクリーン開口部20d周囲に付着しないように、ニッケル製の微小な複数の支柱(ポスト構造)20aをスクリーン20bと一体に成形してある。これにより、フラックス23のにじみの逃げ部を構成している。なお、この逃げ部を構成しても印刷テーブル10による磁気吸着力により、基板21とスクリーン20bの裏面間の隙間はハンダボール直径に比較し極めて小さくなり、ハンダボールの入り込みが無いように近接せしめたものである。
Further, when the printed
また高精度に所定位置の電極パッド22にハンダボール24を供給するため、基板21の4つのコーナーに位置決めマーク(図示せず)を設けてある。基板21側に設けた位置決めマークに対応して、スクリーン20b側にも位置決めマークが設けてある。これらの位置決めマークをCCDカメラ15(図4参照)により視覚認識し、スクリーン20b側に設けてある位置決めマーク位置と、基板21側の位置決めマーク位置が一致するように、高精度に位置合わせを実施する。本実施例において、位置合わせは基板21を搭載している印刷テーブル10を水平方向に移動させることによって行っている。
In addition, positioning marks (not shown) are provided at four corners of the
位置合わせが終了すると、基板21とスクリーン20bの間隔を狭めて、スクリーン20bを基板21に接触させ、充填ユニット(印刷手段)60を動作させて、ハンダボール24をスクリーン20bの開口部20dに充填し、ここからフラックス23の印刷された基板21面上の電極パッド22に供給する。ハンダボール供給用の充填ユニット60(図7参照)の下部側には、スリット状体63が設けてあり、充填ユニット60を揺動・前進動作することで、ハンダボール24を押し転がし回転・振動を与え、スクリーンの開口部20dへ充填する。
When the alignment is completed, the distance between the
図2に、ハンダボール印刷装置の一実施例の工程説明図を示す。本図に示す装置はフラックス印刷部101、フラックス検査・リペア部102、ハンダボール充填・印刷部103、ボール搭載検査・リペア部104までを一体にした装置である。但し、前記各々の部位を単独装置として構成しても良い。また、フラックス検査・リペアの機能をボール搭載検査・リペア部に合わせ持たせる構成も可能である。本装置では、まず、フラックス印刷部(スクリーン印刷方式)101で基板上21の各電極パッド22にフラックス23を印刷する。その後、搬送コンベア(スラックス印刷部側からは搬出コンベアであり、ハンダボール充填・印刷部から見ると基板搬入コンベアとなる)を介してハンダボール充填・印刷部103にてスクリーン20bを介して電極パッド22にハンダボール24を供給する。
FIG. 2 is a process explanatory diagram of an embodiment of a solder ball printing apparatus. The apparatus shown in this figure is an apparatus in which a flux printing unit 101, a flux inspection /
なお、フラックス印刷部101とハンダボール充填・印刷部103で大きく異なる部分は印刷ヘッド部で、フラックス印刷部101はスキージ構造であり、ハンダボール充填・印刷部103はハンダボールを供給するための充填ユニット60で構成されている。検査・リペア部102、104は印刷ヘッド部がディスペンサ型の吸引・供給ヘッド構造となっている。又検査・リペア部ではスクリーンを使用する必要がないためスクリーン取り付け用の版枠受け等が設けられていない。
In addition, the part which is largely different between the flux printing unit 101 and the solder ball filling / printing unit 103 is a print head unit, the flux printing unit 101 has a squeegee structure, and the solder ball filling / printing unit 103 is filled for supplying solder balls. The
図3に、本実施例におけるバンプ形成のフローチャートを示す。基板搬入(STEP1)後に、電極パッド22上に所定量のフラックスを印刷する(STEP2)。次に、フラックス印刷後の電極パッド表面状態を検査する(STEP3)。検査によりNG(不良)の場合、NG部にフラックスを再供給してリペアすると共に、フラックス印刷部101にNG情報をフィードバックし、版下清掃装置45にて自動的にスクリーン清掃を実施する(STEP4)。
FIG. 3 shows a flowchart of bump formation in the present embodiment. After carrying in the substrate (STEP 1), a predetermined amount of flux is printed on the electrode pad 22 (STEP 2). Next, the electrode pad surface state after flux printing is inspected (STEP 3). In the case of NG (defective) by inspection, the flux is re-supplied to the NG part to be repaired, and NG information is fed back to the flux printing part 101, and the
NGとなった基板は、ボール印刷以降の工程を実施しないようNG信号と共に後工程のコンベア上で待機させライン外へ排出することも可能である。インラインのNG基板ストッカー等を使用することで、マガジン一括で排出する構成とすることでも良い。NG基板はライン外の工程で洗浄実施後、再度フラックス印刷に使用可能となる。 It is also possible for the substrate that has become NG to wait on the conveyor in the subsequent process together with the NG signal so as not to carry out the processes after ball printing and to discharge it out of the line. By using an inline NG substrate stocker or the like, the magazine may be discharged in a batch. The NG substrate can be used again for flux printing after being washed in an off-line process.
次に、ハンダボール充填・印刷を実施する(STEP5)。ハンダボール充填・印刷後、版離れさせる前にスクリーン上方からスクリーン開口内へのハンダボール充填状況を検査する(STEP6)。検査の結果、充填不足の箇所があった場合、版離れ前に再度、ハンダボール充填・印刷動作を実行(STEP7)する。これにより、ハンダボール充填率を向上させることができる。 Next, solder ball filling and printing are performed (STEP 5). After the solder ball filling and printing, the solder ball filling state from above the screen into the screen opening is inspected before releasing the plate (STEP 6). As a result of the inspection, if there is an insufficiently filled portion, the solder ball filling / printing operation is executed again before releasing the plate (STEP 7). Thereby, the solder ball filling rate can be improved.
STEP6でOKとなったら版離れを実施する(STEP8)。次に、ハンダボール充填後の検査・リペア装置104にて充填状況を検査(STEP9)する。充填状況検査NGの場合は、フラックス供給の上、NGポイントの電極パッド部にハンダボールを再供給する(STEP10)。充填状況検査でOKの場合、リフロー装置(図示せず)にてハンダボールを再溶融し、ハンダバンプが完成する。
When it becomes OK in STEP6, the plate separation is performed (STEP8). Next, the filling state is inspected by the inspection /
図4に、本発明におけるスクリーン印刷装置(主にフラックス印刷部)の概略構成を示す。図4(a)にスクリーン印刷装置の正面から見た構成と、(b)にシステム構成図を示す。さらに図5(a)、(b)にスクリーン印刷装置の動作を説明するための図を示す。 FIG. 4 shows a schematic configuration of a screen printing apparatus (mainly a flux printing unit) in the present invention. FIG. 4A shows a configuration viewed from the front of the screen printing apparatus, and FIG. 4B shows a system configuration diagram. Further, FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining the operation of the screen printing apparatus.
本体フレーム1には図示していない版枠受けが設けられており、版枠受けには印刷パターンを開口部として持つスクリーン20を版枠20c(図6参照)に張ったマスクがセットされるように構成されている。本図では、スクリーン20の上方には、スキージ3を設けた印刷ヘッド2が配置されている。
The
フラックス印刷部101の場合は、印刷ヘッド2にウレタン製のスキージ3を装着している。ハンダボール充填・印刷部103の場合は、印刷ヘッド2にスキージ3に代えてスリット状体63等で構成されている充填ユニット(印刷手段)60を装着している。印刷ヘッド2は印刷ヘッド移動機構6により水平方向に、印刷ヘッド昇降機構4により上下に移動が可能に構成してある。スキージ3を充填ユニット60に置き換えることで、充填ユニット60は印字ヘッド昇降機構4によって上下方向に移動できる。
In the case of the flux printing unit 101, a
スクリーン20の下方には、スクリーン20に対向するように、印刷対象物である基板21を載置して保持するための印刷テーブル10が設けて有る。この印刷テーブル10は、基板21を水平方向(XYθ方向)に移動してスクリーン20との位置合わせを行うXYθテーブル11と、基板21を搬入コンベア25から受け取り、かつ基板21をスクリーン20面に近付けるか又は接触させるためのテーブル昇降機構12とを備えている。
Below the
印刷テーブル10の上面には基板受け取りコンベア26が設けられており、基板搬入コンベア25によって搬入された基板21を印刷テーブル10上に受け取り、印刷が終了すると基板搬出コンベア27に基板21を排出する。
A
スクリーン印刷装置においてはスクリーン20と基板21の位置合わせを自動的に行う機能を備えている。すなわち、CCDカメラ15によって、スクリーン20と基板21のそれぞれに設けられている位置合わせ用マークを撮像し、画像処理して位置ずれ量を求めて、そのずれ量を補正するようにXYθテーブル11を駆動して位置合わせを行うものである。
The screen printing apparatus has a function of automatically aligning the
なお、版離れ制御部39や各部の駆動制御部等からなる印刷制御部36や、CCDカメラ15からの画像信号を処理する画像入力部37備えた印刷機制御部30は、印刷機本体フレームの内部に設けてあり、制御用データの書き換えや、印刷条件の変更等を行なうためのデータ入力部50や、印刷状況等や取込んだ認識マークをモニタするための表示部40が印刷機の外側に、配置してある。
Note that the
印刷機制御部30には、充填ユニット60をコントロールする印刷制御部36を持ち、生産するバンプのピッチやハンダボール粒子径の違い及び使用するメタルマスクの種類によって適切な充填・印刷モードを簡単にセレクト設定できる。
The printing
また、入力画像に応じて相関値を計算する相関値計算部31や、取り込んだ画像や辞書38からのデータに基づいて形状を求める形状推定部32、位置座標を求める位置座標演算部33、寸法計算部34を備え、CCDカメラ15で撮像したデータから、基板21とスクリーン20に設けてある位置認識マークに基づいて、位置ずれ量を求めとめて、XYθテーブル制御部の指令に基づいてXYθテーブル11を駆動して位置合わせを行う構成となっている。
In addition, a correlation
次にハンダボール充填・印刷部を例に取り、印刷装置の動作を説明する。ハンダバンプを形成される基板21は、基板搬入コンベア25によって基板受け取りコンベア26に供給される。印刷テーブル10の位置まで基板21が搬送されると、印刷テーブル10を上昇させることで、基板受け取りコンベア26から印刷テーブル10上へ基板21が受け渡される。印刷テーブル10に受け渡された基板21は、印刷テーブル10の所定の位置に固定される。基板21を固定後、予め登録設定された基板マーク位置にCCDカメラ15を移動する。その状況を図5(a)に示す。
Next, taking the solder ball filling / printing section as an example, the operation of the printing apparatus will be described. The
続いてCCDカメラ15が基板21及びスクリーン20に設けられた位置認識用マーク(図示せず)を撮像し、印刷機制御部30に転送する。印刷機制御部内の画像入力部37では、画像データからスクリーン20と基板21の位置ずれ量を求め、その結果に基づいて印刷機制御部30は印刷テーブル10を移動させるXYθテーブル制御部35を動作させてスクリーン20に対する基板21の位置を修正・位置合わせする。
Subsequently, the
位置合わせ動作完了後の状況を図5(b)に示す。まず、CCDカメラ15が印刷テーブル10と干渉しない位置まで所定量退避動作する。CCDカメラ15が退避完了後、印刷テーブル10が上昇し、基板21とマスク20を接触させる。その状態で印刷ヘッド昇降機構4を動作させてスキージ(図ではスキージ3を示しているが、ハンダボール充填工程では充填ユニット60の先端のスリット状体63となる。)をスクリーン面に接触させる。次に、スリット状体63を加振・揺動させながらスクリーン面上を印刷ヘッド駆動用のモータ2gを回転駆動することにより水平移動させて、スリット状体63の開口からスクリーン面に設けた開口を介して基板21の電極パッド22部にハンダボール24を充填する。
The situation after the alignment operation is completed is shown in FIG. First, a predetermined amount of retraction is performed until the
印刷ヘッド2は水平方向に一定距離ストロークした後に上昇する。そして、印刷テーブル10が下降し、スクリーン20と基板21が離れ、スクリーン20の開口部に充填されたハンダボール24は基板21に転写される。そして、ハンダボール24が印刷された基板21は基板搬出コンベア27を経て次工程に送られる。
The
なお、前述のように、基板21とスクリーン20には相対的に同一な箇所に認識位置合わせ用マークが2ケ以上設けられている。この双方のマーク各々を、上下方向2視野を有する特殊なCCDカメラ15により、スクリーン20のマークは下から認識し、基板21のマークは上から認識して、所定箇所に設けてあるマーク全ての位置座標を読み取り、スクリーン20に対する基板21のずれ量を位置演算・補正し、基板21をスクリーン20に対して位置合わせする。
As described above, the
図6に、フラックスを印刷後のスクリーンの開口状態を示す。図6(a)はスクリーン全体の状体を、図6(b)に1つの電極群を設けた開口部の状況を、図6(c)にフラックス23を印刷した後の開口部の状況を示している。フラックス23の印刷後における通常のスクリーン20の開口状況を図6(c)に示す。適切なスクリーンギャップ(スクリーンと基板の間隔)と印圧(スキージのスクリーンへの押し付け力)およびスキージ速度の設定により、フラックス23がスクリーン20の開口部20kに十分充填され、スキージ3の通過と同時に基板21とスクリーン20が版離れすることで、確実に基板21の電極パッド22部へフラックス23が転写できる。なおスクリーン20は版枠20cに固定されている。
FIG. 6 shows the opening state of the screen after printing the flux. 6A shows the state of the entire screen, FIG. 6B shows the state of the opening provided with one electrode group, and FIG. 6C shows the state of the opening after the
スクリーン印刷用のフラックス23の粘度、チクソ性およびスクリーン20の開口20kの径がファインであることが影響し、印刷後のスクリーン20の開口部20kの状況は、正常な印刷状態で開口部内から完全にフラックス23が無くなるのでは無く、薄く皮膜ができる状況となる。
The viscosity of the
フラックス23のにじみ・飛散・乾燥等の要因で、スクリーン20の開口部20kが目詰りしたり、版離れ又は転写性が悪くなってくると、印刷結果が不均一な状況となる。その印刷状態は、基板21を確認せずとも印刷用のスクリーン20を確認することで合否が判定可能である。図6(c)の(1)はスクリーン開口部が正常な状態を、(2)は部分的に目詰り起こした状態を、(3)は全体的に目詰りを起こした状態を示している。基板側への転写量が多い部分では、スクリーンの開口側へのフラックスの残留量が少なく、反対に基板側への転写量が少ない部分では、スクリーンの開口側へのフラックスの残留量が多くなる。即ち基板21への印刷状態を反転した状態がスクリーン20側で観察できる。
If the
スクリーン20の開口状態の合否判定は次のようにしてなされる。CCDカメラ15でスクリーン20の開口状態が撮像され、この撮像された画像は画像入力部37を介して印刷機制御部30に取り込まれる。次いで、予め辞書38に記憶されているスクリーン20の開口状態の基準モデルの画像と、上記で取り込まれたスクリーン20の開口状態の画像が比較され、寸法計算部34で「正常」か「不良(NG)」かの判定がなされる。判定の結果、「正常」はスクリーン開口部が正常な状態を示し、「不良(NG)」はスクリーン開口部が部分的に目詰り起こした状態、又は全体的に目詰りを起こした状態を示す。
Whether the
フラックスを印刷した後に、不良(NG)と判定されたスクリーン20の開口状態を図6(c)の(2)及び(3)に示す。(2)は完全に印刷が不均一となり模様がまだらになって見える。この検出には白黒カメラによるパターンマッチングにて簡単に判定が可能である。
The opening state of the
一方(3)のようなNGの場合は、フラックス23が基板21に印刷されずにスクリーン20の開口20k部に多く残っている。このため、フラックス残りの程度が色の濃さの違いにより判定が可能であるため、画像処理による濃淡グレースケールモデルによる比較で簡単に判定できる。もしくは、カラーカメラを使用した色差比較等にて判定することでも良い。
On the other hand, in the case of NG as shown in (3), the
なお、スクリーン20の開口部の状況を位置決め用のCCDカメラ15で確認するにはスクリーン20の下部から上方向へ照明を当て、スクリーン20の上方に配置したCCDカメラで確認する方法が安定した画像が取れる。スクリーン20の上方から下方向へ照明を当てる方法を取ることでも良い。CCDカメラ15は上下にカメラ(撮像部)を有するために、位置決めマークを撮像する位置決用カメラとして用いられるときは上向きと下向きのカメラが使用され、印刷後のスクリーン20の開口部の状況を観測する検査用カメラとして用いられるときは上部のカメラが使用される。
In order to confirm the state of the opening of the
スクリーン20の状態を検査後、検査結果がスクリーン開口部の目詰まりやフラックスの付着汚れ等のNG信号を寸法計算部34から発報した場合、印刷機制御部30の指令により印刷装置内に具備した版下清掃装置45(図5参照)にて自動的に清掃を実施し、必要に応じフラックス23を供給補充する。またNGとなった基板は、ハンダボール印刷以降の工程を実施しないようNG信号と共に、印刷機制御部30の指令により後工程のコンベア上で待機させライン外へ排出する。インラインのNG基板ストッカー等を使用することでマガジン一括で排出することでも良い。NG基板はライン外の工程で洗浄実施後、再度フラックス印刷に使用可能となる。
After the state of the
次に、図7に内径側照明を使用したカメラによるパッド表面検査方法について説明する。電極パッド22部に印刷転写されたフラックス23は、反射光方式による顕微鏡観察では、照明光がフラックス23を容易に通過してしまうため、フラックス23の有無の識別が困難である。転写されたフッラクス23の直径が電極パッド22径よりも大きい場合や、転写位置ズレが生じて電極パッド22の外に転写された場合においては、反射光方式での顕微鏡観察にてフラックス23の有無判別が可能であるが、電極パッド22上に形成されたフラックス23の有無判別が難しいため、転写面積の適否判断が出来ない。
Next, a pad surface inspection method using a camera using inner diameter side illumination will be described with reference to FIG. The
そこで図7の最下図に示すように、内径側照明15Lを使用したCCDカメラ15による検査方法を用いれば、転写されたフラックス23に対し上方からではなく、フラックス23の外周方向に照明が当たることで、被写体を浮き上がらせる効果により、フラックス23の判別が可能となる。自動検査については前記同様にCCDカメラ15に具備する照明を下向き照明から内径照明15Lに切り替えることで対応可能となる。
Therefore, as shown in the lowermost diagram of FIG. 7, if the inspection method using the
また、内径照明を持たせたCCDカメラ15に電極パッド22と垂直方向に上下する機構と位置計測機構を併用することで、フラックス23の頂点部及び底辺部の位置を関係を測定することで、フラックス23の高さ及びフラックス23の量が計測できる。
In addition, by using a
使用照明の波長は可視光領域の中でも紫外領域側に近い波長をもたせたブルーライトとすると判別性が良くなる。 The discriminability is improved when the wavelength of the illumination used is blue light having a wavelength close to the ultraviolet region side in the visible light region.
更には、フラックス23に蛍光材料を含有させ、紫外線領域の波長をもつ照明にて印刷結果を観察することで、フラックス23に含有した蛍光材料からの光で容易にフラックス23の判別が可能となる。
Furthermore, the fluorescent material is contained in the
図8に、ハンダボール印刷ヘッド(印刷手段、充填ユニット60)の構造を示す。充填ユニット60は、筐体61と蓋64とシブ状体62で形成される空間にハンダボール24を収納するボールケースと、シブ状体62に対して下方に間隔をあけて設けられたスリット状体63から構成されている。シブ状体62は供給対象のハンダボール24の直径に適合するように、網目状の開口或いは連続した長方形状のスリット等の開口を持つ極薄の金属板で形成してある。シブ状体62の下部には、スリット状体63を配置し、スリット状体63がスクリーン20bと面接触するように構成してある。
FIG. 8 shows the structure of a solder ball printing head (printing means, filling unit 60). The filling
本図に記載の無い印刷ヘッド昇降機構4により、スクリーン20bに対するスリット状体63の接触度合い・ギャップを微調整可能となっている。スリット状体63は、磁性体材料を用い、対象のハンダボール24の直径及びスクリーン20の開口寸法に適合するように、網目状の開口或いは連続した長方形状のスリット等の開口を持つ極薄の金属板で形成してある。
The degree of contact and the gap of the slit-
スクリーン20bは、印刷パターン部に支柱(ポスト構造)20aを持つスクリーン及び支柱をニッケル製で一体的に形成され、基板載置部に表面磁束密度500〜2000Gとしたネオジウム製のシート状の磁石を敷設した印刷テーブル10とを設けている。そして、スクリーン20bと印刷テーブル10の磁力による吸着力を10〜100gf/cm2とすることで、基板21の表面とスクリーン20bとをハンダボール直径以上の隙間が出来ないよう近接させることが可能となる。上記吸着力が弱すぎるとスクリーン20bの下部と基板21表面に隙間があき、ハンダボール24が入り込み不良要因となる。
The
印刷終了後に基板21がスクリーン20bから離れる時は、印刷テーブル10の下降速度及び加速度を制御することで、スクリーン20bの引き剥がし動作が基板の周囲から中央部に向って流れるように行われることで均一な版離れが実施できる。しかし、前記磁力による吸着力がスクリーンのテンションに対し強すぎると制御が出来なくなる。
また印刷手段(充填ユニット)60のスリット状体63とスクリーン20bの磁気吸着力が、基板載置部に表面磁束密度500〜2000Gとしたネオジウム製シート磁石10sを敷設した印刷テーブル10により、0.1〜10gf/cm2となるように設定している。印刷手段(充填ユニット)60を構成する印刷用スリット状体63、及びボール回収用スリット状体をSUS304製とし、スクリーンをニッケル製とすることで、スクリーン上のハンダボールに対してスリット状体63が、前記印刷テーブル10から生じる磁力にてスクリーン20bに垂直方向に均一にソフトに作用することで微小ボールをスリット状体63の中に保持しながら、なおかつボールに変形ダメージを与えないようにしてスクリーンの開口部20dに充填する動作が効率よく行えるようになる。
When the
Further, the magnetic attraction force between the slit-
図9に、印刷手段のハンダボール収納部であるボールケース61に設けてあるシブ状体62を水平方向に加振する水平振動機構を示す。蓋64の上部に、ボールケース側面に平行な位置に加振手段65を取り付けた支持部材70を設けた構成とした。この構成により、ボールケース側面側から加振手段65により加振することで、シブ状体62を加振するものである。シブ状体62を振動させることで、シブ状体62に設けてあるスリット状の開口がハンダボール24の直径より大きく開くことができる。
FIG. 9 shows a horizontal vibration mechanism that vibrates a shim-
これにより、シブ状体62のスリット部から、ボールケースに収納したハンダボール24がスリット状体63上に落下する。スリット状体63上に落下させるハンダボール24の量、すなわちハンダボール24の供給量は加振手段65による加振エネルギーを可変することで調整可能である。
As a result, the
本図に示した加振手段65は、エアーロータリー式バイブレータを用い、圧縮エアー圧力をデジタル制御により微調整することで振動数を制御できるものである。圧縮エアー流量を可変することでも振動数を可変しても良い。また、シブ状体62およびボールケースは加振手段65により、ボールケースに収納されたハンダボール24に振動を与え、ハンダボール24間に働くファンデスワールス力による吸引力を相殺し分散させる。前記分散効果により、ハンダボール24の材料や生産環境における温度・湿度の影響でハンダボール供給量が変化しないよう生産効率を配慮した調整が可能となる。
The vibration means 65 shown in the figure uses an air rotary vibrator, and can control the frequency by finely adjusting the compressed air pressure by digital control. The frequency may be varied by changing the compressed air flow rate. Further, the shib-
図9に、充填ユニット60の水平揺動機構を示す。スリット状体63は磁性材料を用いて形成されている。磁性材料を使用することで磁石内臓ステージ(印刷テーブル10)からの磁力により、磁性材料で形成されたスクリーン20に対しスリット状体63が吸着可能としたものである。図9に示すように、水平揺動機構は次のように構成されている。支持部材70の上部にリニアガイド67を設け、前記リニアガイド67が移動できるようにリニアレールを設けた充填ユニット支持部材71が設けてある。この充填ユニット支持部材71には駆動用モータ68が設けてあり、この駆動用モータ軸に設けた偏芯カム66が取り付けられ、偏芯カム66が回転することで支持部材が左右方向に移動する構成となっている。
FIG. 9 shows a horizontal swing mechanism of the filling
すなわち、水平方向に水平揺動機構は、図10に示すように駆動用モータ68により偏芯カム66を回転させることにより、任意のストローク量にてスリット状体63に揺動動作を与えるものである。スリット状体63は、磁力によりスクリーン20bに吸着された状態で揺動動作するので、スリット状体63とスクリーン20b間に隙間が空かずに確実にハンダボール24を転がすことが可能である。また、スリット状体63の開口サイズにより、ハンダボール24を確実にスリット状体63の開口部20dに補足しながら効率の良い充填動作が可能である。スクリーン20と揺動動作のサイクル速度は、駆動用モータ68を速度制御することで任意に可変でき、ラインバランスを考慮したハンダボール24の充填タクトを設定することができる。また、ハンダボール24の材料の種類、スクリーン20bの開口部20dおよび環境条件に適合したサイクル速度に調整することで充填率を制御可能とした。
In other words, the horizontal swing mechanism in the horizontal direction gives a swing operation to the slit-
図11に充填ヘッドにヘラ状体(ハンダボール回収手段)を設けた構成の図を示す。充填ユニット60により基板21上にハンダボール24を供給した後に、スクリーン20bを基板21面から離す時、すなわち版離れを行い基板21上へハンダボールを転写する時に、スクリーン20bの版面状にハンダボール24の残りがあると、スクリーン20bの開口を通してハンダボール24が基板21上に落下、過剰ハンダボールの不良の原因となる。そのため、本実施例では充填ユニット60の進行方向にボールケースに対して間隔を空けて、ヘラ状体69をスリット状体63と略同じ高に設けてある。ヘラ状体69の先端は極薄で平坦精度の高い状態に研磨しており、スクリーン20bに密着した状態でハンダボール24を充填ユニット60の外部にはみ出さないようにする。このようにヘラ状体69により余分な半田ボールを回収することが可能となる。
FIG. 11 shows a diagram of a configuration in which the filling head is provided with a spatula (solder ball collecting means). After the
また、ヘラ状体69は磁性体材料を用いれば、スリット状体63同様に磁力でスクリーン20bに吸着するので、ハンダボール24を充填ユニット60の外部へ出さないようにできる。なお、ヘラ状体69をボールケース61の外周部全領域に設けるように構成しても良い。
Further, if the spatula-
更には、ヘラ状体69をハンダボール直径より十分大きな孔を具備した多孔室発泡体により形成することでハンダボール24を効率よく補足しながら印刷が可能となる。
Furthermore, the spatula-
図12に、充填ユニット60にエアーカーテンを設ける構成の図を示す。ヘラ状体69で、スクリーン20bの版面上へのボール残りはほぼ無いようにできるが、スクリーン20bの版面の微小変位によるボール残りの影響が考えられる。そこで、本実施例では、過剰ハンダボールによる不良をゼロにするために、エアーカーテンを設置したものである。すなわち印刷ヘッド2を構成するヘッド昇降機構(上下移動モータ)4を支持するモータ支持部材にエアー噴出口75を設けて充填ユニットの周囲にエアーカーテンを形成するようにしたものである。この噴出口75には図示しない圧縮空気供給源から圧縮空気が供給されるように構成されている。
In FIG. 12, the figure of the structure which provides an air curtain in the filling
このエアーカーテンにより、充填ユニットが基板端面方向へ移動する時に圧縮エアーにより、はみ出たボールを充填ユニット動作方向側へ押し転がすことで、版面上へのボール残りが無いようにする。 By this air curtain, when the filling unit moves in the direction of the substrate end face, the protruding ball is pushed and rolled by the compressed air toward the filling unit operation direction side, so that there is no remaining ball on the plate surface.
図13に、ハンダボール印刷後のスクリーンの充填状態検査について説明する図を示す。図13(a)、(b)は図6と同じものであるのでここでの説明は省略する。 FIG. 13 is a diagram for explaining the screen filling state inspection after solder ball printing. 13 (a) and 13 (b) are the same as those in FIG. 6, and a description thereof is omitted here.
ハンダボール充填・印刷後におけるスクリーン20bへのハンダボール充填状態を図13(c)の(1)〜(3)に示す。スクリーン20bの開口にハンダボール24が全て充填された状態が(1)のように観察することができる。(2)は、ハンダボール充填が不完全な状態を示す。(3)は、充填時に複数のハンダボール24同士が吸着されたダブルボール状態およびスクリーンの版面上に過剰なハンダボールが残っている状態を示す。
The solder ball filling state on the
前記(2)、(3)の状態で版離れし、後工程に基板を流しても不合格品を生産してしまうことになる。そこで版離れ動作を実施する前に、スクリーン20bの版面上の充填状況を検査することで、充填ユニット60により充填・印刷動作をリトライすることで、不合格品を良品に修正することが可能である。この検出には良品モデルと比較するパターンマッチングにて判定が可能である。ハンダボール充填・印刷後に印刷ヘッド側に取り付けたラインセンサカメラにてエリア単位で一括認識を行う。NGであれば再度ハンダボール充填・印刷を実行する。合格であれば、版離れ動作を実行し後工程へ基板21を排出する。
Even if the plate is released in the states (2) and (3) and the substrate is passed to the subsequent process, a rejected product is produced. Therefore, before carrying out the plate separation operation, it is possible to correct the rejected product to a non-defective product by retrying the filling / printing operation by the filling
図14に、ハンダボール充填後に検査・リペア部でのリペア作業について説明するため図を示す。図15に、ハンダボール充填後の充填不良状況について説明する図を示す。図15に示すように、ハンダボール充填不良には、ボール無し、ダブルボール、位置ずれボール潰れのほか、過剰ボールなどの不良モードがある。 FIG. 14 is a diagram for explaining the repair work in the inspection / repair unit after filling the solder balls. FIG. 15 is a diagram for explaining a filling failure situation after solder ball filling. As shown in FIG. 15, the solder ball filling failure includes failure modes such as no balls, double balls, misaligned balls, and excessive balls.
検査・リペア部では、まず、ハンダボール充填・印刷完了後、基板上の充填状況をCCDカメラで確認する。そして、不良が検出されると、不良箇所の位置座標を求める。ダブルボール、位置ずれボール、潰れの他、過剰ボールなどの不良の場合は、ハンダボールの位置へ吸引用の真空吸着ノズル86を移動し、真空吸着し不良ボール捨てステーションへ移動し、真空破壊によりボールを落下・廃棄するための廃棄ボックスを備えてある。
In the inspection / repair unit, first, after the solder ball filling / printing is completed, the filling state on the substrate is confirmed by a CCD camera. When a defect is detected, the position coordinates of the defective part are obtained. In the case of defects such as double balls, misaligned balls, crushing, and excessive balls, the
また、ハンダボール24の供給不足で供給されていない電極パッド部を検出した場合は、ハンダボール収納部84に収納されている正常なハンダボール24をディスペンサ87により吸着して、フラックス供給部85に蓄えられているフラックス23にハンダボール24を吸着したディスペンサ87を移動して、ハンダボール24をフラックス23に浸漬することで、ハンダボール24にフラックス23を添加する。フラックス23を添加したハンダボール24を吸着したディスペンサ87を基板の欠陥部に移動し、欠陥部にハンダボールを供給することでリペア作業が完了する。
When an electrode pad portion that is not supplied due to insufficient supply of the
なお、先の検査で、潰れボール、位置ずれボールなどで不良ボールを取り除いた場合は、上述のリペア作業で欠陥を修復することが可能である。 In the previous inspection, when the defective ball is removed with a crushed ball, a misaligned ball, or the like, the defect can be repaired by the repair work described above.
図16に、検査・リペア装置の概略構成について説明する図を示す。なお、本図では、検査・リペア部が1つの独立した装置として示してある。 FIG. 16 illustrates a schematic configuration of the inspection / repair device. In this figure, the inspection / repair unit is shown as one independent device.
搬入側コンベア88上を検査対象基板82が検査部コンベア90上を白抜き矢印方向に搬送されてくる。検査部コンベア90の上部には門型フレーム80が設けてあり、門型フレーム80の搬入側コンベア88側には基板搬送方向(白抜き矢印方向)に対して直角方向にラインセンサ81が設けてある。このラインセンサ81によって基板21上の電極パッド22に印刷したハンダボール24の状態を検出するようにしてある。
The
また、門型フレーム80を支持する一方の足側には、正常なハンダボールを収納したハンダボール収納部84と、フラックス供給部85が設けてある。他方の足側には廃棄ボックスが設けてある。門型のフレーム部にはリニアモータにより左右に移動可能に、不良ハンダボールを吸引除去するための真空吸着ノズル86と、基板上の欠陥を補修するためのディスペンサ87が設けてある。これらで真空吸着ノズル86やディスペンサ87はハッチングした矢印方向に移動できるようになっている。
Further, on one foot side that supports the
検査部コンベア90は白抜き矢印方向に往復動できるように構成されており。基板の欠陥位置に応じてディスペンサや真空吸着ノズル位置に欠陥位置を合わせることができるように構成してある。又検査・リペアの終了した基板は搬出コンベア89によって搬出され、リフロー装置に送られる。上述の構成とすることにより、図14で説明した動作で検査リペアを行うことが可能となる。
The
以上のように、基板の電極パッド部にハンダボールを正確に供給でき、かつ、不良品の発生を極力防止できる印刷装置を実現することができる。 As described above, it is possible to realize a printing apparatus that can accurately supply solder balls to the electrode pad portion of the substrate and can prevent generation of defective products as much as possible.
1…印刷機、2…印刷ヘッド、3…スキージ、10、10b…印刷テーブル、10s…ネオジウム製磁石、11…XYθテーブル、15…カメラ、20、20b…スクリーン、20a…支柱、20d…開口部、21…基板、30…印刷機制御部、34…寸法計算部、45…清掃装置、60…印刷手段(充填ユニット)、63…スリット状体、65…加振手段、69…ヘラ状体、101…フラックス印刷部、102…フラックス検査・リペア部、103…ハンダボール充填・印刷部、104…検査・リペア部。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記フラックス印刷部と前記ハンダボール充填・印刷部の間に、フラックスの印刷された基板の状態を検査し、不良状態に応じて補修を行うフラックス検査・リペア部を設け、前記ハンダボール充填・印刷部は、前記基板にハンダボールを供給するスクリーンと、前記スクリーンにハンダボールを充填するスリット状体を有する印刷手段を備えたことを特徴とするハンダボール印刷装置。 A flux printing unit that prints flux on the electrode pads of the substrate, a solder ball filling / printing unit that supplies solder balls onto the flux-printed electrode, and a state of the substrate on which the solder balls are printed, In the solder ball printing device consisting of the inspection / repair unit that repairs depending on the defective state,
A flux inspection / repair unit is provided between the flux printing unit and the solder ball filling / printing unit to inspect the state of the substrate on which the flux has been printed and repairs depending on the defective state. The part includes a screen for supplying a solder ball to the substrate, and a printing unit having a slit-like body for filling the screen with the solder ball.
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