JP4760940B2 - 電子部品実装装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電子部品接合用のペースト接着材が転写または描画された基板に電子部品を搭載する電子部品実装装置に関するものである。
電子部品の実装において、電子部品を搭載する直前に基板にペースト状の接合剤を供給し、このペーストの上に電子部品を搭載する実装方法がある。ペーストを基板に供給するには、シリンジを用いてペーストを所定の形状に描画する方法（特許文献１参照）や、所定の形状を有する転写ピンを用いてペーストを転写する方法（特許文献２参照）等がある。
描画はシリンジに設けられたノズル孔からペーストを吐出しながら行うため、速乾性のペーストの供給には有利であるが少量のペースト供給には適さず、比較的大きな電子部品の実装に用いられることが多い。これに対し転写は少量のペースト供給に適するので、遅乾性のペーストや微小な電子部品の実装に広く用いられている。
特開２００１−１３７７５６号公報 特開２００２−２８５６８号公報
近年、電子機器は更なる小型化と高機能化が要求されており、これに伴って１つの基板に多種多様な電子部品を稠密に実装する機会が増えている。このとき転写によれば大小様々なサイズの電子部品の実装に対応することが可能であるが、基板に供給されるペーストの形状は予め用意した転写ピンの形状に制限されることになる。これに対しシリンジを移動させながらペーストを吐出する描画はペースト形状の自由度が高く、サイズの異なる電子部品に対してそれぞれ最適な形状でペーストを供給することが可能であるが、所定の塗布量を得るために基板表面とノズルとの隙間を管理する必要があり、基板に反りがある場合などには複雑な制御が必要となる。
本発明は、転写と描画の２通りのペースト供給方法を状況に応じて使い分けることができる電子部品実装装置を提供することを目的とする。
請求項１に記載の電子部品実装装置は、複数の電子部品を収納する電子部品収納部と、基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部を挟んで前記電子部品収納部と対向する側に位置し、前記基板にペースト状の接合剤を供給するペースト供給手段と、前記ペーストが供給された前記基板に電子部品を移載する移載ヘッドとを備え、前記ペースト供給手段が、ペーストを貯留するペースト貯留部と、前記ペースト貯留部から前記基板にペーストを転写する転写ヘッドと、前記基板にペーストを吐出して描画する描画ヘッドとを備え、実装する電子部品の品種に応じて前記転写ヘッドもしくは前記描画ヘッドの何れかを選択して前記ペーストの供給を行う。
請求項２に記載の電子部品実装装置は、請求項１に記載の電子部品実装装置であって、前記基板に予め定められた許容値を超える反りが生じている場合には、実装する電子部品の品種に関係なく前記転写ヘッドを選択して前記ペーストの供給を行う。
本発明は、基板に電子部品接合用のペースト接着材を供給する手段として、基板にペースト接着材を転写する転写ヘッドと、基板にペースト接着材を吐出して描画する描画ヘッドを備え、実装する電子部品の品種に応じて何れかのヘッドを選択することができるように構成されているので、対象となる電子部品の品種により適した形状でペースト接着材を供給することができる。
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態における電子部品実装装置の構成図、図２は本発明の実施の形態におけるペースト接着材の形状の説明図、図３乃至図１１は本発明の実施の形態における電子部品実装装置の実装動作の説明図である。
電子部品実装装置１は、図１に示すように、ピックアップヘッド２、ボンディングヘッド３、描画ヘッド４、転写ヘッド５の４つの作業ヘッドと、部品供給テーブル６、部品中継テーブル７、実装テーブル８、ペースト供給テーブル９の４つの作業テーブルと、４つのカメラ１０、１１、１２、１３を主要部として構成されている。作業テーブルは、電子部品実装装置１の奥行き方向に正面側から部品供給テーブル６、部品中継テーブル７、実装テーブル８、ペースト供給テーブル９の順に配列されている。
ピックアップヘッド２は、ピックアップヘッド移動装置１４によって鉛直方向および電子部品実装装置１の奥行き方向（矢印ａ：基板２４の搬送方向（矢印ｂ）に対して直交関係にある方向）に移動可能であり、隣り合う部品供給テーブル６と部品中継テーブル７の間を移動し、ウェハシート１５に貼り付けられているチップ１６をピックアップして部品中継テーブル７に載置する。ウェハシート１５に貼り付けられているチップ１６の位置や向きは、鉛直上方に配置されたカメラ１０による撮像画像の解析によってピックアップ前に確認し、位置ずれが確認された場合は部品供給テーブル６を移動させてチップ１６の位置を修正し、チップ１６の向きに応じてピックアップノズル１７の角度を修正する。
部品中継テーブル７は移動テーブル１８の上部に配置されている。移動テーブル１８は直動装置１９によって基板搬送方向（矢印ｂ）に移動可能である。移動テーブル１８には、部品中継テーブル７の他にノズルストッカ２０やカメラ１３が配置されている。移動テーブル１８の移動経路にはクリーニングヘッド２１が配置されており、移動テーブル１８がクリーニングヘッド２１の下方を通過したときに部品中継テーブル７の上面（チップ載置面）の清掃や不要チップの排除を行う。
ボンディングヘッド３は、ボンディングヘッド移動装置２２、２３によって鉛直方向および電子部品実装装置１の奥行き方向（矢印ａ）に移動可能であり、隣り合う部品中継テーブル７と実装テーブル８の間を移動し、部品中継テーブル７に載置されているチップ１６をピックアップして基板２４に搭載する。基板２４は、図示しない基板搬送装置によって電子部品実装装置１に搬入され、実装テーブル８の上部に固定されている。ボンディングヘッド３は、部品中継テーブル７からチップ１６をピックアップするだけではなく、部品供給テーブル６まで移動して直接ウェハシート１５からピックアップしたり、アーム２５の先端で上下に反転したピックアップヘッド２から受け取ることも可能である。この場合はピックアップヘッド２の反転に伴って上下反転したチップ１６を基板２４に実装するフリップチップ実装となる。
部品中継テーブル７に載置されているチップ１６の位置や向きは、鉛直上方に配置されたカメラ１１による撮像画像の解析によってピックアップ前に確認し、位置ずれが確認された場合は、ボンディングヘッド３の移動（矢印ａ）と部品中継テーブル７の移動（矢印ｂ）によってボンディングノズル２６とチップ１６の位置関係を修正し、チップ１６の向
きに応じてボンディングノズル２６の角度を修正する。またボンディングヘッド３によってピックアップされたチップ１６の位置や向きは、移動テーブル１８に配置されているカメラ１３によって鉛直下方から撮像され、基板２４に実装される前に確認、修正することもできる。
描画ヘッド４は、描画・転写ヘッド移動装置２７、２８によって鉛直方向および電子部品実装装置１の奥行き方向（矢印ａ）に移動可能である。描画ヘッド４は、シリンジ２９の内側に貯留しているペースト接着材を加圧によって下端の吐出ノズル３０から吐出して基板２４に供給する。描画ヘッド４の移動（矢印ａ）と基板２４の移動（矢印ｂ）によって吐出ノズル３０と基板２４の相対的な位置を変えることで、ペースト接着材を所定の形状３１で基板２４に描画することができる。
転写ヘッド５は、描画・転写ヘッド移動装置２７、２８によって鉛直方向および電子部品実装装置１の奥行き方向（矢印ａ）に移動可能である。ペースト供給テーブル９は、転写ヘッド５にペースト接着材を供給するペースト供給部である。ペースト供給テーブル９にはペースト接着材３２が貯留されている。転写ヘッド５は、下端の転写ピン３３をペースト接着材３２に浸し、その後に転写ピン３３を基板２４に押し当てることで、転写ピン３３に付着させた少量のペースト接着材を転写面の形状３４で基板２４に転写する。ペースト接着材の転写量は、転写ピン３３を浸す部分のペースト接着材の深さを調節プレート３５によって調節することにより、もしくは転写ピン３３をペースト接着剤に浸す深さを調節することにより行う。
基板２４に描画されたペースト接着剤の形状３１と、同じく転写されたペースト接着材の形状３４は、実装テーブル８の鉛直上方に配置されたカメラ１２による撮像画像の解析によって確認する。カメラ１２は、ペースト接着剤の上に実装されたチップ１６の位置や向きの確認にも用いられる。
描画ヘッド４および転写ヘッド５によって描画または転写されたペースト接着材の形状について図２を参照して説明する。転写ピン３３の先端の転写面３６は、図２（ａ）に示すようにＸ字形に刻印されている。この転写ピン３３を用いて基板に転写したペースト接着材の形状３４を図２（ｂ）に示している。Ｘ字型の部分は基板に押し付けられるため、実際の幅より広く転写されている。そして転写面３６に刻印された２本の直線３７、３８が交差する部分３９はペースト接着材が多く付着するため、転写量も多くなっている。
吐出ノズル３０の先端には、図２（ｃ）に示すような小さな孔４０が空いており、この孔４０から孔４０の面積と同じ断面積のペースト接着材が帯状に吐出する。孔４０の径は目詰まり防止の観点から必要以上に小さくすることはできないため、図２（ｄ）に示すように、描画されたペースト接着材３２の量は、図２（ｂ）に示す転写の場合に比べて多くなる。そのため、描画ヘッド４は、極めて少量のペースト接着材しか必要としない微小チップ実装に対しては用いられない場合があり、比較的大型のチップ実装に用いられることが多い。また、描画の場合は所定の塗布量を得るために基板表面と吐出ノズル３０との隙間を管理する必要があり、基板に反りがある場合などには複雑な制御が必要となる。
これとは逆に転写ヘッド５は、少量のペースト接着材の供給に優れるため、微小チップの実装に用いられることが多い。また、転写ヘッド５は、転写ピン３３を基板２４に押し付けることで基板２４の上反りした箇所であっても平坦に均してしまうので、より正確な位置に転写を行うことができるという利点がある。従って、電子部品実装装置１は、微小チップに対しては転写ヘッド５を優先的に使用し、これ以外のチップに対しては、基板２４に顕著な反りが存在しなければ描画ヘッド４を使用し、顕著な上反りのある箇所については転写ピン３３をチップのサイズに対応したものに交換した転写ヘッド５を使用するこ
とが望ましい。
描画ヘッド４と転写ヘッド５の選択については、チップ１６のサイズや基板２４の反り具合について予め設定したパラメータと、チップのサイズに関するデータや基板の反りに関するデータに基づいて、電子部品実装装置１の制御系が何れかのヘッドを自動で選択する。
電子部品実装装置１におけるチップ実装動作について図３乃至図１１を参照して説明する。図３において、部品供給テーブル６にはチップ５０が保持されている。ピックアップヘッド２のピックアップノズル１７とボンディングヘッド３のボンディングノズル２６はチップ５０の品種に対応したものを装着している。ノズルストッカ２０には様々なチップの品種に対応したピックアップノズル１７やボンディングノズル２６が保管されている。部品供給テーブル６のチップの品種が変更されると、ピックアップヘッド２やボンディングヘッド３がノズルストッカ２０の位置まで移動し、対応するノズルを装着する。チップの品種に対してはノズルの種類の他にペースト供給方法も対応付けられており、ここでは対象となるチップ５０が微小チップではないので、描画ヘッド４を用いて基板２４にペースト接着材を供給する。
図４において、ピックアップヘッド２がエジェクタ５１の補助を受けて吸着したチップ５０を部品中継テーブル７まで運搬する。描画作業を終えた描画ヘッド４は基板２４の側方に退避し、ボンディングヘッド３にボンディング作業のための領域を提供する。チップ５０は別品種のチップと交換するため部品供給テーブル６からウェハシート１５ごと取り外される。
図５において、作業を終えたピックアップヘッド２が部品中継テーブル７の側方に退避し、ボンディングヘッド３が部品中継テーブル７に置かれたチップ５０を吸着する。その間に部品供給テーブル６ではチップ５０に換えて微小チップ５２が準備されている。
図６において、ボンディングヘッド３がチップ５０を基板２４に実装する。チップ５０の実装箇所には事前にペースト接着材が所定の形状に描画されており、この上からチップ５０を実装する。この間にピックアップヘッド２と転写ヘッド５は次の作業の準備を行う。ピックアップヘッド２は、次にピックアップする微小チップ５２用のピックアップノズル５３と交換する。このピックアップノズル５３はノズルストッカ２０に予め保管されている。一方、転写ヘッド５は描画ヘッド４よりも相対的に下方となるように高さ方向の位置を変更され、ペースト供給テーブル９に貯留されているペースト接着材に転写ピン３３を浸す。
図７において、ピックアップヘッド２がエジェクタ５１の補助を受けて微小チップ５２を吸着する。その間に転写ヘッド５はペースト接着材に浸した転写ピン３３を基板２４に押し付け、ペースト接着材を基板２４に転写する。その間にボンディングヘッド３は次に実装する微小チップ５２用のボンディングノズル５４と交換する。
図８において、ピックアップヘッド２が微小チップ５２を部品中継テーブル７まで運搬する。ボンディングノズル５４の交換を終えたボンディングヘッド３は、ピックアップヘッド２に作業のための領域を提供するため、上昇位置に退避している。また、転写作業を終えた転写ヘッド５は、基板２４の側方に退避し、ボンディングヘッド３にボンディング作業のための領域を提供する。微小チップ５２は別品種のチップと交換するため部品供給テーブル６から除かれている。
図９において、作業を終えたピックアップヘッド２が部品中継テーブル７の側方に退避
し、ボンディングヘッド３が部品中継テーブル７に置かれた微小チップ５２を吸着する。その間に部品供給テーブル６では微小チップ５２に換えてチップ５５が準備されている。
図１０において、ボンディングヘッド３が微小チップ５２を基板２４に実装する。微小チップ５２の実装箇所にはペースト接着材が転写されており、この上から微小チップ５２を実装する。この間にピックアップヘッド２は、次にピックアップするチップ５５用のピックアップノズル５６と交換する。このピックアップノズル５６はノズルストッカ２０に予め保管されている。
図１１において、ピックアップヘッド２がエジェクタ５１の補助を受けてチップ５５を吸着する。その間に描画ヘッド４は転写ヘッド５よりも相対的に下方となるように高さ位置を変更され、基板２４にペースト接着材を供給し、ボンディングヘッド３は次に実装するチップ５５用のボンディングノズル５７と交換する。
このように電子部品実装装置１においては、対象となるチップが微小なものかそれ以外のものかによってピックアップヘッド２およびボンディングヘッド３に装着するノズルを適合するものに交換し、さらに描画ヘッド４もしくは転写ヘッド５の何れかを用いて基板２４にペースト接着材を供給する。これにより、チップの品種に応じた最適な形状でペースト接着材の供給を行うことができるので、チップと基板との接合品質の向上が期待できる。
なお、前述した電子部品実装装置１の実装動作に加え、基板２４の実装箇所に予め定められた許容値を超える反りが生じている場合には、チップの品種に関係なく転写ヘッド５を使用するようにしてもよい。転写ヘッド５は、転写時に転写ピン３３を基板２４に押し付けるので、基板２４の反りをある程度矯正した状態でより正確な位置にペースト接着材を供給することができる。また、基板上面の高さを検出する検出装置を用いて基板ごとに反りを検出するようにすれば、より適切に描画ヘッドと転写ヘッドを使い分けることができる。
本発明は、基板に電子部品接合用のペースト接着材を供給する手段として、基板にペースト接着材を転写する転写ヘッドと、基板にペースト接着材を吐出して描画する描画ヘッドを備え、実装する電子部品の品種に応じて何れかのヘッドを選択することができるように構成されているので、対象となる電子部品の品種により適した形状でペースト接着材を供給することができるという利点があり、１台の電子部品実装装置で多品種の電子部品を実装する際に有用である。
本発明の実施の形態における電子部品実装装置の構成図 本発明の実施の形態におけるペースト接着材の形状の説明図 本発明の実施の形態における電子部品実装装置の実装動作の説明図 本発明の実施の形態における電子部品実装装置の実装動作の説明図 本発明の実施の形態における電子部品実装装置の実装動作の説明図 本発明の実施の形態における電子部品実装装置の実装動作の説明図 本発明の実施の形態における電子部品実装装置の実装動作の説明図 本発明の実施の形態における電子部品実装装置の実装動作の説明図 本発明の実施の形態における電子部品実装装置の実装動作の説明図 本発明の実施の形態における電子部品実装装置の実装動作の説明図 本発明の実施の形態における電子部品実装装置の実装動作の説明図
１ 電子部品実装装置
２ ピックアップヘッド
３ ボンディングヘッド
４ 描画ヘッド
５ 転写ヘッド
６ 部品供給テーブル
７ 部品中継テーブル
８ 実装テーブル
９ ペースト供給テーブル
１６、５０、５５ チップ
２４ 基板
５２ 微小チップ

Claims (2)

  1. 複数の電子部品を収納する電子部品収納部と、
    基板を支持する基板支持部と、
    前記基板支持部を挟んで前記電子部品収納部と対向する側に位置し、前記基板にペースト状の接合剤を供給するペースト供給手段と、
    前記ペーストが供給された前記基板に電子部品を移載する移載ヘッドと、
    を備え、
    前記ペースト供給手段が、ペーストを貯留するペースト貯留部と、前記ペースト貯留部から前記基板にペーストを転写する転写ヘッドと、前記基板にペーストを吐出して描画する描画ヘッドとを備え、実装する電子部品の品種に応じて前記転写ヘッドもしくは前記描画ヘッドの何れかを選択して前記ペーストの供給を行うことを特徴とする電子部品実装装置。
  2. 前記基板に予め定められた許容値を超える反りが生じている場合には、実装する電子部品の品種に関係なく前記転写ヘッドを選択して前記ペーストの供給を行うことをすることを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装装置。
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