JP4595857B2 - 電子部品実装システムおよび電子部品実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、半田バンプが形成された電子部品を基板に半田接合により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に関するものである。

半導体素子などの電子部品を回路基板に実装する形態として、半導体素子を樹脂基板に実装した半導体パッケージを半田バンプを介して回路基板に半田接合により実装する方法が用いられるようになっている（例えば特許文献１参照）。この文献例においては、パッケージの下面を撮像して半田バンプを認識することにより、バンプ配置や位置ずれを自動的に検出し、部品の良否判定や位置補正のためのデータを取得するようにしている。
特開２０００−３１５８９６号公報

近年電子機器の小型化・高機能化の進展に伴い、電子機器に組み込まれる半導体パッケージなどの電子部品は、高実装密度が求められて小型化・薄化が進行している。この傾向に伴い、半田バンプが形成された半導体パッケージの樹脂基板も薄化により剛性が低下し、半田接合のためのリフロー時の加熱によって反り変形を生じやすいという特性が顕著となってきている。このため、リフロー時に半田バンプが反り変形により浮き上がって、半田バンプが基板の接続用の電極に正常に半田接合されず、導通不良や接合強度不足などの接合不良が生じやすい。

そこで本発明は、薄型の半導体パッケージを半田接合によって実装する場合における接合不良を防止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、複数の電子部品実装用装置を連結して構成され、下面に外部接合用の複数の半田バンプが形成された電子部品を基板に実装する電子部品実装システムであって、前記基板に前記半田バンプの配列に対応して形成された電子部品接合用の複数の電極に半田ペーストを印刷する印刷装置と、印刷された半田ペーストの平面位置および高さ位置を計測する印刷検査装置と、搭載ヘッドによって前記半田ペーストが印刷された基板に電子部品を搭載する電子部品搭載装置と、前記電子部品が搭載された基板を加熱することにより前記半田バンプおよび半田ペーストを加熱溶融させて前記電子部品を基板に半田接合するリフロー装置と、前記印刷検査装置の計測結果に基づき前記搭載ヘッドによって電子部品を半田ペーストの印刷後の前記基板に搭載する部品搭載動作を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記部品搭載動作において、前記半田ペーストの平面位置に基づいて前記搭載ヘッドの水平方向の位置制御を行うとともに、前記半田ペーストの高さ位置に基づいて前記搭載ヘッドの下降停止位置を制御し、前記水平方向の位置制御において、前記複数の電極のうち外縁部の４隅部にある電極に印刷された半田ペーストの位置ずれに基づき前記電子部品の水平方向の位置合わせを行い、予め各半田ペーストの高さ位置を計測して、最も高さ位置が高い半田ペーストの高さ位置を把握しておき、この半田ペーストの高さ位置を搭載動作における下降停止位置の基準として用いることにより、前記複数の電極に印刷された半田ペーストのうち高さ位置が最も高い半田ペーストを前記半田バンプが押し潰さないように前記搭載ヘッドの下降停止位置の制御を行う。

本発明の電子部品実装方法は、複数の電子部品実装用装置を連結して構成された電子部品実装システムによって、下面に外部接合用の複数の半田バンプが形成された電子部品を基板に実装する電子部品実装方法であって、前記基板に形成された電子部品接合用の電極に半田ペーストを印刷する印刷工程と、印刷された半田ペーストの平面位置および高さ位置を計測する印刷検査工程と、搭載ヘッドによって前記半田ペーストが印刷された基板に電子部品を搭載する部品搭載工程と、前記電子部品が搭載された基板を加熱することにより前記半田バンプおよび半田ペーストを加熱溶融させて前記電子部品を基板に半田接合するリフロー工程とを含み、前記搭載ヘッドによって電子部品を半田ペーストの印刷後の基板に搭載する部品搭載動作において、前記半田ペーストの平面位置に基づいて前記搭載ヘッドの水平方向の位置制御を行うとともに、前記半田ペーストの高さ位置に基づいて前記搭載ヘッドの下降停止位置を制御し、前記水平方向の位置制御において、前記複数の電極のうち外縁部の４隅部にある電極に印刷された半田ペーストの位置ずれに基づき前記電子部品の水平方向の位置合わせを行い、予め各半田ペーストの高さ位置を計測して、最も高さ位置が高い半田ペーストの高さ位置を把握しておき、この半田ペーストの高さ位置を搭載動作における下降停止位置の基準として用いることにより、前記複数の電極に印刷された半田ペーストのうち高さ位置が最も高い半田ペーストを前記半田バンプが押し潰さないように前記搭載ヘッドの下降停止位置の制御を行う。

本発明によれば、半田ペーストの印刷後の基板を対象として半田ペーストの平面位置と高さ位置を予め計測しておき、搭載ヘッドによって電子部品を半田ペーストの印刷後の基板に搭載する部品搭載動作において、半田ペーストの平面位置に基づいて搭載ヘッドの水平方向の位置制御を行うとともに、半田ペーストの高さ位置に基づいて前記搭載ヘッドの下降停止位置を制御することにより、反り変形を生じやすい薄型の半導体パッケージを半田接合によって実装する場合における接合不良を防止することができる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子部品実装システムの構成を示すブロック図、図２は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の構成を示すブロック図、図３は本発明の一実施の形態の印刷検査装置の構成を示すブロック図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の構成を示すブロック図、図５は本発明の一実施の形態の電子部品実装システムの制御系のブロック図、図６は本発明の一実施の形態の電子部品実装方法を示すフロー図、図７．図８は本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工程説明図、図９，図１０は本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における半田ペーストと半田バンプの位置計測の説明図、図１１は本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における半田バンプの位置合わせおよび半田接合過程の説明図である。

まず図１を参照して電子部品実装システムについて説明する。図１において電子部品実装システムは、いずれも電子部品実装用装置である印刷装置Ｍ１、印刷検査装置Ｍ２、電子部品搭載装置Ｍ３、リフロー装置Ｍ４の各装置を連結して構成される電子部品実装ライン１を通信ネットワーク２によって接続し、全体を管理コンピュータ３によって制御する構成となっている。本実施の形態においては、これらの複数の電子部品実装用装置により、下面に外部接続用の複数の半田バンプが形成された電子部品を基板に半田接合によって実装して実装基板を製造する。

印刷装置Ｍ１は、実装対象の基板に電子部品の半田バンプの配列に対応して形成された電極に、電子部品接合用の半田ペーストをスクリーン印刷する。印刷検査装置Ｍ２は、半田印刷後の基板を撮像して印刷された半田ペーストの平面位置を認識することにより印刷状態を検査するとともに、半田印刷後の基板を対象として３次元計測を実行することにより、印刷された半田ペーストの高さ位置を計測する機能を有している。電子部品搭載装置Ｍ３は、半田ペーストが印刷された基板に搭載ヘッドによって電子部品を搭載する。リフロー装置Ｍ４は、電子部品が搭載された基板を加熱することにより、半田バンプおよび半田ペーストを加熱溶融させて、電子部品を基板に半田接合する。

次に印刷装置Ｍ１、印刷検査装置Ｍ２、電子部品搭載装置Ｍ３の構成について説明する。まず図２を参照して、印刷装置Ｍ２の構成について説明する。図２において、位置決めテーブル１０上には基板保持部１１が配設されている。基板保持部１１は基板４をクランパ１１ａによって両側から挟み込んで保持する。基板保持部１１の上方には、マスクプレート１２が配設されており、マスクプレート１２には基板４の印刷部位に対応したパターン孔（図示せず）が設けられている。テーブル駆動部１４によって位置決めテーブル１０を駆動することにより、基板４はマスクプレート１２に対して水平方向および垂直方向に相対移動する。

マスクプレート１２の上方にはスキージ部１３が配置されている。スキージ部１３は、スキージ１３ｃをマスクプレート１２に対して昇降させるとともにマスクプレート１２に対して所定押圧力（印圧）で押し付ける昇降押圧機構１３ｂ、スキージ１３ｃを水平移動させるスキージ移動機構１３ａより成る。昇降押圧機構１３ｂ、スキージ移動機構１３ａは、スキージ駆動部１５により駆動される。基板４をマスクプレート１２の下面に当接させた状態で、半田ペースト５が供給されたマスクプレート１２の表面に沿ってスキージ１３ｃを所定速度で水平移動させることにより、半田ペースト５は図示しないパターン孔を介して基板４に形成された電極４ａの上面に印刷される（図７（ａ）参照）。

この印刷動作は、テーブル駆動部１４、スキージ駆動部１５を印刷制御部１７によって制御することにより行われる。この制御に際しては、印刷データ記憶部１６に記憶された印刷データに基づいて、スキージ１３ｃの動作や基板４とマスクプレート１２との位置合わせが制御される。表示部１９は印刷装置の稼動状態を示す各種の指標データや、印刷動作状態の異常を示す異常報知を表示する。通信部１８は通信ネットワーク２を介して管理コンピュータ３や電子部品実装ライン１を構成する他装置との間でのデータ授受を行う。

次に、図３を参照して、印刷検査装置Ｍ２について説明する。図３において、搬送レール２０には基板４がクランプ部材２０ａによって両端部をクランプされた状態で保持されている。基板搬送位置決め部２１を駆動することにより、搬送レール２０は基板４を以下に説明する検査や計測のための位置に搬送し位置決めする。

搬送レール２０に保持された基板４の上方には、高さ計測器２２および基板認識カメラ２４が配設されている。高さ計測器２２は計測対象までの距離を精密に計測する機能を有しており、基板４の電極４ａに設定された半田ペースト５を高さ計測器２２によって計測し、計測データを高さ計測部２３によって処理することにより、各電極４ａに印刷された半田ペースト５の高さ位置を求めることができる。また基板認識カメラ２４による撮像結果を画像認識部２５によって認識処理することにより、半田ペースト５の平面位置や印刷面積を検出して、印刷状態すなわち半田ペースト５が正常に印刷されているか否かを検査することができる。高さ計測器２２，基板認識カメラ２４はそれぞれ移動手段によって水平面内で移動可能となっており、基板４の任意位置を高さ計測対象、検査対象とすることができる。

高さ計測によって取得した半田ペースト５の高さ位置を示すデータおよび印刷状態検査結果は、検査・計測処理部２６によってデータ処理される。これにより、印刷後の個別の基板４における印刷状態についての良否判定結果とともに、当該基板に印刷された半田ペースト５の平面位置および高さ位置をそれぞれ示す半田平面位置データおよび半田高さ位置データが出力される。出力されたこれらのデータは、通信部２８、通信ネットワーク２を介して、管理コンピュータ３や他装置に転送される。検査・計測制御部２９は、基板搬送位置決め部２１，高さ計測器２２，基板認識カメラ２４を制御することにより、検査・計測動作を制御する。

次に図４を参照して電子部品搭載装置の構成について説明する。図４において搬送レール３０には基板４がクランプ部材３０ａによって両端部をクランプされた状態で保持されている。搬送レール３０において基板４をクランプするクランプ部材３０ａは、印刷検査装置Ｍ２における搬送レール２０、クランプ部材２０ａと同構造であり、印刷検査時と同じクランプ状態で基板４を保持するようにしている。基板搬送位置決め部３１を駆動することにより、搬送レール３０は前工程にて電極４ａに半田ペースト５が印刷された基板４を以下に説明する搭載ヘッド３２による部品搭載位置に搬送し位置決めする。基板搬送位置決め部３１および搬送レール３０は、前工程にて電極４ａに半田ペースト５が印刷された基板４を位置決めする基板位置決め部となっている。

搬送レール３０に保持された基板４の上方には、ヘッド駆動機構（図示省略）によって移動する搭載ヘッド３２が配設されている。搭載ヘッド３２は電子部品を吸着するノズル３２ａを備えており、搭載ヘッド３２は部品供給部（図示省略）から電子部品をノズル３２ａによって吸着保持して取り出す。そして搭載ヘッド３２を基板４上に移動させて、基板４に対して下降させることにより、ノズル３２ａに保持した電子部品を基板４に搭載する。搭載ヘッド３２および図示しないヘッド駆動機構は、半田ペースト５が印刷された基板４に電子部品を搭載する部品搭載機構を構成する。

搭載ヘッド３２が基板４上へ移動する移動経路には、部品認識カメラ４０が配設されており、搭載ヘッド３２が電子部品３４をノズル３２ａによって保持した状態で部品認識カメラ４０の上方を移動することにより、搭載ヘッド３２に保持された状態の電子部品３４の画像が取得される（図１０（ａ）参照）。そしてこの画像データを画像認識部４１によって認識処理することにより、電子部品３４が認識される。そしてこの電子部品３４の認識により、電子部品３４の下面に形成された半田バンプ３４ａの位置が検出される。部品認識カメラ４０および画像認識部４１は、電子部品搭載装置Ｍ３に備えられた部品認識手段となっている。

前記搭載動作において、搭載データ記憶部３６に記憶された搭載データ、すなわち基板４上での電子部品の実装座標に基づいて、搭載制御部３７によって基板搬送位置決め部３１、搭載ヘッド駆動部３３を制御することにより、搭載ヘッド３２による基板４への電子部品搭載位置を制御することができる。このとき、搭載条件記憶部３５に記憶された搭載条件データ、すなわち、搭載動作において搭載ヘッド３２によってノズル３２ａを昇降駆動する際の動作パターンの詳細を制御する制御パラメータを加味して搭載ヘッド３２を制御することにより、後述するようにより精細な搭載動作を行うことができる。

ここでは、制御パラメータとして、搭載ヘッド３２によって電子部品を基板４に対して位置合わせする際の水平方向の位置補正パラメータと、搭載ヘッド３２を下降させて電子部品を基板４に着地させる際の下降停止位置を示すパラメータを、印刷検査装置Ｍ２において計測された半田ペースト５の平面位置および高さ位置を示すデータに基づいて、各電子部品毎に更新するようにしている。上述の構成において、搭載制御部３７は、前工程にて印刷された半田ペーストの平面位置および高さ位置を刷検査装置Ｍ２によって計測した結果に基づき、搭載ヘッド３２によって電子部品を半田ペースト５の印刷後の基板４に搭載する部品搭載動作を制御する制御手段となっている。

表示部３９は電子部品搭載装置Ｍ３の各種の稼動状態を表す指標データや搭載動作状態の異常を示す異常報知を表示する。通信部３８は通信ネットワーク２を介して管理コンピュータ３や電子部品実装ライン１を構成する他装置との間でデータ授受を行う。

次に図５を参照して電子部品実装システムの制御系の構成について説明する。ここでは
、電子部品実装過程における制御パラメータ更新を目的としたデータ授受機能を説明する。図５において、全体制御部５０は管理コンピュータ３によって実行される制御処理範囲のうちのデータ授受機能を担うものであり、通信ネットワーク２を介して電子部品実装ラインを構成する各装置から転送されるデータを受信し、予め定められた処理アルゴリズムに基づいて各装置にパラメータ更新用データとして通信ネットワーク２を介して出力する。

すなわち図３に示す印刷検査装置Ｍ２に備えられた検査・計測処理部２６は、通信部２８を介して通信ネットワーク２に接続されている。また印刷装置Ｍ１、電子部品搭載装置Ｍ３に備えられた各部（図２、４参照）は、それぞれ通信部１８、３８を介して通信ネットワーク２と接続されている。これにより、印刷検査装置Ｍ２における検査・計測工程において抽出されたデータに基づいて上流側装置の制御パラメータを修正・更新するフィードバック処理や、下流側装置の制御パラメータを修正、更新するフィードフォワード処理が、各装置の稼動中に随時可能な構成となっている。なお、管理コンピュータ３を設けずに、各装置の制御部にそれぞれデータ授受制御機能を持たせるようにしてもよい。

なお上記電子部品実装システムの構成においては、印刷装置Ｍ１と電子部品搭載装置Ｍ３との間に独立して設けられた印刷検査装置Ｍ２を挟んだ構成となっているが、印刷検査装置Ｍ２の機能を印刷装置Ｍ１もしくは電子部品搭載装置Ｍ３に付属させるようにしてもよい。すなわち印刷装置Ｍ１において印刷後の基板４を対象として計測や撮像が可能なように高さ計測器２２や基板認識カメラ２４を配設し、高さ計測部２３、基板認識カメラ２４、画像認識部２５、検査・計測処理部２６、検査データ記憶部２７および検査・計測制御部２８の機能を印刷検査装置Ｍ２の制御機能に付加する。これにより、印刷後の基板４を対象として印刷装置Ｍ１内部で同様の検査および計測を行うことができる。電子部品搭載装置Ｍ３にこれらの機能を付属させる場合においても同様であり、この場合には電子部品搭載装置Ｍ３の内部において、印刷装置Ｍ１から直接搬入された基板４に対して同様の検査および計測が部品搭載動作に先だって実行される。

次に、本実施の形態に示す電子部品実装システムによって、下面に複数の半田バンプ３４ａが形成された電子部品３４を基板４に実装する電子部品実装方法について、図６のフローに沿って各図を参照しながら説明する。まず、印刷装置Ｍ１によって、図７（ａ）に示すように、基板４の電極４ａに半田ペースト５を印刷する（印刷工程）（ＳＴ１）。次いで印刷後の基板４は印刷検査装置Ｍ２に搬入され、ここで図７（ｂ）に示すように、電極４ａに印刷された半田ペースト５の平面位置および高さ位置を、基板認識カメラ２４、高さ計測器２２によって計測する（印刷検査工程）（ＳＴ２）。

すなわち、図９（ａ）に示すように、基板４上に電子部品における半田バンプの配列に対応した位置に印刷された複数の半田ペースト５の画像を基板認識カメラ２４によって撮像し、この画像を認識処理することにより、各半田ペースト５の平面位置を認識する。本実施の形態においては、これら複数の半田ペースト５のうち、対角の４隅部に位置する半田ペースト５＊の位置（◎で示す）を検出して、これら複数の半田ペースト５の全体位置を代表させるようにしている。

後述するように、薄型の樹脂基板に半導体素子を実装した構成の半導体パッケージにおいては反り変形のため、外縁部に位置する半田バンプが基板４の電極４ａとの半田接合において最もクリティカルな存在となることが知られている。すなわち、半導体パッケージは製造過程における熱履歴によって既に反り変形を有している場合があり、さらに基板に搭載された後のリフロー過程において加熱により外縁部が上方に反る変形挙動を示すため、外縁部に位置する半田バンプほど、基板の電極から浮き上がって電極に印刷された半田ペースト５との間に隙間を生じる傾向にある。そしてこのような隙間の存在に加えて、半
田バンプと半田ペースト５とが水平方向にも位置ずれしている場合には、リフロー過程において半田バンプが溶融した半田と半田ペースト５が溶融した半田が相互に接触しない確率が相乗的に増大する。

このため、実装対象の電子部品がこのような反り変形を生じやすい半導体パッケージである場合には、半田接合条件が最もクリティカルとなる外縁部の半田バンプと半田ペースト５との水平方向の位置ずれを極力小さくしておくことが求められる。このため本実施の形態においては、４隅部の半田ペースト５＊の位置を検出して、これらの半田ペースト５＊と半田バンプとの位置ずれを極小にするような部品搭載位置を求めるようにしている。

また高さ計測器２２による３次元計測においては、基板４上の各半田ペースト５の高さ位置が計測され、図９（ｂ）に示すように、各断面に位置する半田ペースト５の高さ位置が個別に求められる。本実施の形態においてはこれら複数の高さ計測結果から、最も高い高さ位置を与える半田ペースト５ａを検出して、この半田ペースト５ａの高さ位置を、電子部品３４を半田ペースト５に着地させる際の基準高さ位置として用いる。

すなわち電子部品が実装される基板４についても、製造段階において生じた変形により部品搭載時において基板４の表面が上下方向に反り変形を生じている場合がある。このような場合、反り変形の凸部に位置する電極４ａに印刷された半田ペースト５は他の部分よりも高い位置にあるため、搭載動作においてはこのような高い位置にある半田ペースト５に半田バンプが最初に着地する。そして高さ方向のばらつきを無視して予め与えられた設計データ通りの搭載動作を実行させると、高い位置にある半田ペースト５に対して半田バンプが余分に押し込まれ、印刷された半田ペースト５が半田バンプによって押しつぶされて水平方向にはみ出す結果となる。

そして半田バンプ間における半田ペースト５のはみ出しは、バンプ間ピッチが小さいファインピッチ実装においては電極間の電気的な短絡の要因となるため、絶対に避けなければならない不具合である。このため本実施の形態においては、予め各半田ペースト５の高さ位置を計測して、最も高さ位置が高い半田ペースト５ａの高さ位置を把握しておき、この半田ペースト５ａの高さ位置を搭載動作における下降停止位置の基準として用い、上述の半田ペーストの押しつぶしが発生しないようにしている。ここでは、下降停止位置の基準として、半田ペースト５ａの上面に対して半田バンプ３４ａの下端部が所定押し込み量Δｈ（図１１（ａ）参照）だけ沈み込む高さ位置を、ノズル３２ａの下端部の下降停止位置ＨＬとして規定するようにしている。

この後、上述のように得られた計測結果を電子部品搭載装置Ｍ３へ送信する（ＳＴ３）とともに、基板４は電子部品搭載装置Ｍ３に搬入される。電子部品搭載装置Ｍ３では、搭載ヘッド３２によって電子部品を基板４に移送する途中において、電子部品３４の下面における半田バンプ３４ａの位置を認識する（ＳＴ４）。本実施の形態においては、基板４における半田ペースト５の平面位置と同様に、図１０（ａ）に示すように、電子部品３４の下面の複数の半田バンプ３４ａのうち、対角の４隅部に位置する半田バンプ３４ａ＊の位置（×で示す）を検出するようにしている。そして搭載制御部３７は、このようにして求められた半田バンプ３４ａの位置認識結果と、半田ペースト５の位置計測結果とに基づいて、搭載条件記憶部３５に記憶された搭載動作の制御パラメータを更新する処理を行う（ＳＴ５）。

まず図１０（ｂ）に示すように、４隅部に位置する４つの半田ペースト５＊の位置と４つの半田バンプ３４ａ＊の位置を重ね合わせた場合に、それぞれの隅部における位置ずれを示すｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４が略等しくなるような重ね合わせ状態を座標演算により求める。そして基板４と電子部品３４との水平方向の相対位置においてこのような関係が実
現される電子部品３４の位置が、実際の搭載動作における補正後実装点となる。

すなわち、図１０（ｂ）に示す状態における電子部品３４の部品中心と設計上の実装座標データによって与えられる正規の実装点Ｍｐとの位置ずれ量ΔＭｐ（方向を加味した２次元の位置ずれ量）を、電子部品の水平方向の位置合わせのための制御パラメータとして求める。そして実際の部品搭載動作においては、搭載データ記憶部３６に記憶された実装データに示す実装点ＭｐをΔＭｐだけ補正した補正後実装点Ｍｐ＊を目標として、電子部品３４が搭載ヘッド３２によって搭載される。

この水平方向の位置合わせのための制御パラメータとともに、下降位置制御のための制御パラメータが更新される。すなわち、印刷検査装置Ｍ２から送信された計測データに基づき、前述のように、搭載制御部３７はノズル３２ａの下端部の下降停止位置ＨＬを当該電子部品における半田ペースト５ａの高さ位置に応じて演算し、新たな制御パラメータとして更新する。すなわち、制御手段である搭載制御部３７は、部品搭載動作において、半田ペースト５の平面位置に基づいて搭載ヘッド３２の水平方向の位置制御を行うとともに、半田ペースト５の高さ位置に基づいて、搭載ヘッド３２の下降停止位置を制御するようにしている。

そして搭載ヘッド３２の水平方向の位置制御において、複数の電極４ａのうち外縁部の４隅部にある電極に印刷された半田ペースト５＊の位置ずれに基づき電子部品３４の水平方向の位置合わせを行い、複数の電極４ａに印刷された半田ペースト５のうち高さ位置が最も高い半田ペースト５ａを半田バンプ３４ａが押し潰さないように、搭載ヘッド３２の下降停止位置の制御を行う形態を採用している。

なお本実施の形態においては、電子部品の水平方向の位置合わせに際して、電子部品３４において外縁部の４隅部にある電極に対応する半田バンプ３４ａ＊の位置を電子部品搭載装置Ｍ３に備えられた部品認識手段によって認識し、この認識結果を加味するようにしているが、電子部品の種類により、半田バンプの位置精度が確保されているものを対象とする場合には、４隅部の半田バンプを特定して検出しなくてもよい。このような場合には、半田バンプの平均位置に基づいて電子部品の位置合わせを行うことができる。

次いで、更新された制御パラメータにより搭載動作を実行する（ＳＴ６）。図１１を参照して、このようにして更新された制御パラメータを用いて実行される部品搭載動作および部品搭載後のリフロー過程における挙動を説明する。基板４は反り変形を生じた状態にあり、電極４ａ上に印刷された半田ペースト５の高さ位置はばらついており、ここでは略中央に位置する電極４ａ上に印刷された半田ペースト５が最も高さ位置が高い半田ペースト５ａに該当している。なお図１１では、半田ペースト５ａに対応した半田バンプ３４ａおよび外縁部の対角に位置する半田ペースト５＊に対応した半田バンプ３４ａ＊のみを図示して、他の半田ペースト５や半田バンプ３４ａの図示は省略している。

図１１（ａ）は、ノズル３２ａによって吸着保持された電子部品３４を基板４に対して下降させ、ノズル３２ａの下端部が制御パラメータである下降停止位置ＨＬにて停止した状態を示している。このとき、半田バンプ３４ａは半田ペースト５ａの上面に対してΔｈだけ沈み込む位置で停止するため、過大な押し込みによって半田ペースト５が押しつぶされて周囲に広げられることがない。そして高さ位置が低い半田ペースト５に対応した半田バンプ３４ａは、半田ペースト５とは接触せず幾分かの隙間を保ったままとなる。

水平方向の位置合わせは、図１０（ｂ）に示す状態が実現されるように行われる。これにより、半田ペースト５の印刷位置精度やバンプ形成精度に起因して生じる半田ペースト５＊と半田バンプ３４ａ＊との相対位置ずれは、各対角位置についてほぼ均一なものとな
り、いずれかの外縁部において半田ペースト５と半田バンプ３４ａとの位置ずれが偏って発生することがない。

この後、電子部品搭載後の基板４はリフロー装置Ｍ４に搬入される（ＳＴ７）。図１１（ｂ）、（ｃ）は、部品搭載後の基板４をリフロー装置Ｍ４にて加熱して電子部品３４を半田ペースト５を介して電極４ａに半田接合する過程を示している。電子部品３４が基板４とともに加熱されることにより、電極４ａ上の半田ペースト５が軟化して半田バンプ３４ａは半田ペースト５に沈み込み、電子部品３４の基板４上における高さは加熱につれて低下する。このとき、同時に電子部品３４は熱変形を生じ、外縁部側が上向きに反るような変形挙動を示すことから、外縁部に位置する半田バンプ３４ａ＊は電子部品３４とともに上方へ変位し、対応する半田ペースト５＊との間の隙間が増大する。

この後さらに加熱を継続して、半田バンプ３４ａと半田ペースト５中の半田を溶融させて、電子部品３４を基板４の電極４ａに半田接合する（リフロー工程）（ＳＴ８）。この半田接合においては、既に半田バンプ３４ａが沈み込んでいる半田ペースト５ａにおいて半田の溶融が進行することにより、電子部品３４は自重による沈み込みとともに、溶融半田が電極４ａの表面で濡れ拡がることによる表面張力の作用によって、電子部品３４は基板４に対して引き付けられて全体が下降する。

これにより、当初は浮き上がった状態の半田バンプ３４ａ＊も、電子部品３４の下降によって半田ペースト５＊に接触するようになり、半田バンプ３４ａ＊は半田ペースト５＊中の半田成分を介して電極４ａと半田接合される。このとき、半田バンプ３４ａ＊と半田ペースト５＊との水平方向の相対位置ずれには偏りがなく、精度管理レベルに応じて定まる所定範囲を超えないことから、水平方向の位置ずれに起因して接合不良が発生する確率は極めて小さくなる。

上記説明したように、本実施の形態においては、半田ペースト５の印刷後の基板４を対象として半田ペースト５の平面位置と高さ位置を予め計測しておき、搭載ヘッド３２によって電子部品３４を半田ペースト５の印刷後の基板４に搭載する部品搭載動作において、半田ペースト５の平面位置に基づいて搭載ヘッド３２の水平方向の位置制御を行うとともに、半田ペースト５の高さ位置に基づいて搭載ヘッド３２の下降停止位置を制御するようにしている。これにより、反り変形を生じやすい薄型の半導体パッケージを半田接合によって実装する場合における接合不良を防止することができる。

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は、反り変形を生じやすい薄型の半導体パッケージを半田接合によって実装する場合における接合不良を防止することができるという効果を有し、電子部品を基板に半田接合により実装して実装基板を製造する分野に利用可能である。

本発明の一実施の形態の電子部品実装システムの構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態の印刷検査装置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搭載装置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システムの制御系のブロック図 本発明の一実施の形態の電子部品実装方法を示すフロー図 本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工程説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工程説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における半田ペーストと半田バンプの位置計測の説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における半田ペーストと半田バンプの位置計測の説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における半田バンプの位置合わせおよび半田接合過程の説明図

符号の説明

１ 電子部品実装ライン
４ 基板
４ａ 電極
５ 半田ペースト
２２ 高さ計測器
２４ 基板認識カメラ
３２ 搭載ヘッド
３４ 電子部品
３４ａ 半田バンプ
４０ 部品認識カメラ
Ｍ１ 印刷装置
Ｍ２ 印刷検査装置
Ｍ３ 電子部品搭載装置
Ｍ４ リフロー装置

Claims (4)

1. 複数の電子部品実装用装置を連結して構成され、下面に外部接合用の複数の半田バンプが形成された電子部品を基板に実装する電子部品実装システムであって、
   前記基板に前記半田バンプの配列に対応して形成された電子部品接合用の複数の電極に半田ペーストを印刷する印刷装置と、印刷された半田ペーストの平面位置および高さ位置を計測する印刷検査装置と、搭載ヘッドによって前記半田ペーストが印刷された基板に電子部品を搭載する電子部品搭載装置と、前記電子部品が搭載された基板を加熱することにより前記半田バンプおよび半田ペーストを加熱溶融させて前記電子部品を基板に半田接合するリフロー装置と、前記印刷検査装置の計測結果に基づき前記搭載ヘッドによって電子部品を半田ペーストの印刷後の前記基板に搭載する部品搭載動作を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記部品搭載動作において、前記半田ペーストの平面位置に基づいて前記搭載ヘッドの水平方向の位置制御を行うとともに、前記半田ペーストの高さ位置に基づいて前記搭載ヘッドの下降停止位置を制御し、
   前記水平方向の位置制御において、前記複数の電極のうち外縁部の４隅部にある電極に印刷された半田ペーストの位置ずれに基づき前記電子部品の水平方向の位置合わせを行い、予め各半田ペーストの高さ位置を計測して、最も高さ位置が高い半田ペーストの高さ位置を把握しておき、この半田ペーストの高さ位置を搭載動作における下降停止位置の基準として用いることにより、前記複数の電極に印刷された半田ペーストのうち高さ位置が最も高い半田ペーストを前記半田バンプが押し潰さないように前記搭載ヘッドの下降停止位置の制御を行うことを特徴とする電子部品実装システム。
2. 前記電子部品において前記外縁部の４隅部にある電極に対応する半田バンプの位置を前記電子部品搭載装置に備えられた部品認識手段によって認識し、この認識結果を加味して前記電子部品の水平方向の位置合わせを行う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。
3. 複数の電子部品実装用装置を連結して構成された電子部品実装システムによって、下面に外部接合用の複数の半田バンプが形成された電子部品を基板に実装する電子部品実装方法であって、
   前記基板に形成された電子部品接合用の電極に半田ペーストを印刷する印刷工程と、印刷された半田ペーストの平面位置および高さ位置を計測する印刷検査工程と、搭載ヘッドによって前記半田ペーストが印刷された基板に電子部品を搭載する部品搭載工程と、前記電子部品が搭載された基板を加熱することにより前記半田バンプおよび半田ペーストを加熱溶融させて前記電子部品を基板に半田接合するリフロー工程とを含み、
   前記搭載ヘッドによって電子部品を半田ペーストの印刷後の基板に搭載する部品搭載動作において、前記半田ペーストの平面位置に基づいて前記搭載ヘッドの水平方向の位置制御を行うとともに、前記半田ペーストの高さ位置に基づいて前記搭載ヘッドの下降停止位置を制御し、
   前記水平方向の位置制御において、前記複数の電極のうち外縁部の４隅部にある電極に印刷された半田ペーストの位置ずれに基づき前記電子部品の水平方向の位置合わせを行い、予め各半田ペーストの高さ位置を計測して、最も高さ位置が高い半田ペーストの高さ位置を把握しておき、この半田ペーストの高さ位置を搭載動作における下降停止位置の基準として用いることにより、前記複数の電極に印刷された半田ペーストのうち高さ位置が最も高い半田ペーストを前記半田バンプが押し潰さないように前記搭載ヘッドの下降停止位置の制御を行うことを特徴とする電子部品実装方法。
4. 前記電子部品において前記外縁部の４隅部にある電極に対応する半田バンプの位置を前記電子部品搭載装置に備えられた部品認識手段によって認識し、この認識結果を加味して前記電子部品の水平方向の位置合わせを行うことを特徴とする請求項３記載の電子部品実装方法。

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