JP4797895B2 - Electronic component mounting apparatus and electronic component mounting method - Google Patents
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Description
本発明は、半田バンプが形成された電子部品を基板に移送搭載して半田接合により実装するための電子部品搭載装置および電子部品実装方法に関するものである。 The present invention relates to an electronic component mounting apparatus and an electronic component mounting method for transferring and mounting an electronic component on which a solder bump is formed on a substrate and mounting the electronic component by solder bonding.
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。半田バンプを介して電子部品を基板に接合する半田接合においては、フラックスや半田ペーストなどの半田接合補助剤を半田バンプに供給した状態で半田バンプを基板の電極に着地させることが行われている。このため、電子部品搭載装置にはフラックスや半田ペーストを転写するための装置が配置される(例えば特許文献1参照)。
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。このため回路基板やこの回路基板に実装される半導体パッケージも剛性が低下し加熱による反り変形を生じやすいものとなっている。このため、下面に半田バンプが形成された半導体パッケージを基板に搭載した後のリフロー過程において、反り変形を生じた部分の半田バンプが浮き上がって、基板の電極との間に隙間を生じる傾向にある。 In recent years, with the progress of miniaturization and high functionality of electronic devices, electronic components incorporated in the electronic devices are required to have a high mounting density and are miniaturized and thinned. For this reason, the circuit board and the semiconductor package mounted on the circuit board also have low rigidity and are likely to be warped by heating. For this reason, in the reflow process after mounting the semiconductor package having the solder bump formed on the lower surface on the substrate, the solder bump of the portion where the warp deformation has occurred tends to float and create a gap between the electrode of the substrate. .
このような半田バンプの浮き上がりに対しては半田ペーストの追加が有効であるが、上述の特許文献例のペースト膜形成装置では全ての半田バンプに対して均一厚さの塗膜によって半田ペーストを供給するようにしているため、反り変形による浮き上がりの程度によっては、ペーストの転写によってもなお半田バンプと電極との間の隙間をカバーすることができない。この結果、半田バンプが基板の接続用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。 Although the addition of solder paste is effective for such solder bump lifting, the above-mentioned patent film example paste film forming apparatus supplies solder paste to all solder bumps with a uniform thickness coating film. Therefore, depending on the degree of lifting due to warpage deformation, the gap between the solder bump and the electrode cannot be covered even by transfer of the paste. As a result, the solder bumps are not properly soldered to the connection electrodes of the substrate, and bonding defects such as poor conduction and insufficient bonding strength are likely to occur.
そこで本発明は、反り変形を生じやすい電子部品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搭載装置および電子部品実装方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an electronic component mounting apparatus and an electronic component mounting method capable of preventing a bonding failure when mounting an electronic component that is likely to be warped and deformed by solder bonding.
本発明の電子部品搭載装置は、下面に複数の半田バンプが形成された電子部品を基板に移送搭載する電子部品搭載装置であって、前記電子部品を供給する部品供給部と、前記基板を保持して位置決めする基板保持部と、前記部品供給部から電子部品を取り出して前記基板保持部に保持された基板に移送搭載する搭載ヘッドと、前記搭載ヘッドを前記部品供給部と基板保持部との間で移動させるヘッド移動手段と、前記搭載ヘッドの移動経路に配設され、前記半田バンプに転写される半田ペーストの塗膜を塗膜形成面に形成し、前記搭載ヘッドに保持された電子部品を前記塗膜形成面に対して下降させることにより前記複数の半田バンプに半田ペーストを転写するためのペースト転写ユニットと、前記ペースト転写ユニットを制御する制御部と、前記電子部品のリフロー過程における反り変形の状態を示す部品反り情報と、前記反り変形の状態に応じた所望転写量の半田ペーストを前記複数の半田バンプに転写するための膜厚分布を示すペースト転写パターンと、前記膜厚分布を実現するために前記ペースト転写ユニットにおいてスキージに前記塗膜形成面上で水平移
動および垂直移動を組み合わせた成膜動作を行わせるためのスキージ移動データとを含むペースト転写情報を、それぞれ電子部品の種類毎に記憶するペースト転写情報ライブラリとを備え、前記電子部品の識別結果および前記ペースト転写情報ライブラリから読み取ったペースト転写情報に基づいて、前記制御部が前記スキージを駆動するスキージ駆動部を制御して前記成膜動作を行わせることにより、前記ペースト転写ユニットにおいて前記複数の半田バンプのそれぞれに当該電子部品の前記反り変形の状態に応じた所望転写量の半田ペーストを転写するための膜厚分布の塗膜を形成する。
An electronic component mounting apparatus according to the present invention is an electronic component mounting apparatus that transports and mounts an electronic component having a plurality of solder bumps formed on its lower surface on a substrate, and holds the substrate with a component supply unit that supplies the electronic component A substrate holding unit for positioning, a mounting head for taking out an electronic component from the component supply unit and transferring and mounting it on the substrate held by the substrate holding unit, and the mounting head between the component supply unit and the substrate holding unit An electronic component which is disposed on the moving path of the mounting head and formed on the coating film forming surface and is held on the mounting head. A paste transfer unit for transferring solder paste to the plurality of solder bumps by lowering the coating film forming surface, and a control unit for controlling the paste transfer unit; Component warpage information indicating the state of warp deformation in the reflow process of the electronic component, and paste transfer indicating a film thickness distribution for transferring a desired transfer amount of solder paste according to the state of warpage deformation to the plurality of solder bumps Paste transfer including a pattern and squeegee movement data for causing the squeegee to perform a film forming operation combining horizontal movement and vertical movement on the coating film forming surface in the paste transfer unit in order to realize the film thickness distribution A paste transfer information library that stores information for each type of electronic component, and the controller drives the squeegee based on the identification result of the electronic component and the paste transfer information read from the paste transfer information library The paste is obtained by controlling the squeegee driving unit to perform the film forming operation. In shooting unit to form respective to the electronic component desired transfer amount of the coating film thickness distribution for transferring a solder paste the corresponding to the state of warping of the plurality of solder bumps.
本発明の電子部品実装方法は、電子部品を供給する部品供給部と、前記基板を保持して位置決めする基板保持部と、前記部品供給部から電子部品を取り出して前記基板保持部に保持された基板に移送搭載する搭載ヘッドと、前記搭載ヘッドを前記部品供給部と基板保持部との間で移動させるヘッド移動手段と、前記搭載ヘッドの移動経路に配設され、前記塗膜形成面上で水平移動および垂直移動を組み合わせた成膜動作を行うスキージにより前記半田バンプに転写される半田ペーストの塗膜を塗膜形成面に形成するペースト転写ユニットと、前記ペースト転写ユニットを制御する制御部と、前記電子部品のリフロー過程における反り変形の状態を示す部品反り情報と、前記反り変形の状態に応じた所望転写量の半田ペーストを前記複数の半田バンプに転写するための膜厚分布を示すペースト転写パターンと、前記膜厚分布を実現するために前記ペースト転写ユニットにおいてスキージに前記塗膜形成面上で水平移動および垂直移動を組み合わせた成膜動作を行わせるためのスキージ移動データとを含むペースト転写情報を、それぞれ電子部品の種類毎に記憶するペースト転写情報ライブラリとを備えた電子部品搭載装置によって、下面に複数の半田バンプが形成された電子部品を基板に移送搭載して実装する電子部品実装方法であって、前記部品供給部から搭載ヘッドによって電子部品を取り出す工程と、前記ペースト転写ユニットの前記塗膜形成面に対して前記搭載ヘッドに保持された電子部品を下降させることにより、前記半田バンプに半田ペーストを転写するペースト転写工程と、前記電子部品を前記基板に搭載して前記半田バンプを前記基板の電極に前記半田ペーストを介して着地させる部品搭載工程とを含み、前記ペースト転写工程に先だって実行される前記成膜動作において、電子部品の識別結果および前記ペースト転写情報ライブラリから読み取ったペースト転写情報に基づいて、前記制御部が前記スキージを駆動するスキージ駆動部を制御することにより、前記複数の半田バンプのそれぞれに当該電子部品の前記反り変形の状態に応じた所望転写量の半田ペーストを転写するための膜厚分布の塗膜を形成する。 The electronic component mounting method of the present invention includes a component supply unit that supplies an electronic component, a substrate holding unit that holds and positions the substrate, and an electronic component that is taken out from the component supply unit and held by the substrate holding unit. A mounting head to be transported and mounted on the substrate; a head moving means for moving the mounting head between the component supply unit and the substrate holding unit; and a moving path of the mounting head, on the coating film forming surface. A paste transfer unit that forms a coating film of a solder paste transferred to the solder bumps on a coating film forming surface by a squeegee that performs a film forming operation combining horizontal movement and vertical movement; and a control unit that controls the paste transfer unit; The component warpage information indicating the state of warp deformation in the reflow process of the electronic component, and the solder paste having a desired transfer amount according to the state of warp deformation Paste transfer pattern showing the film thickness distribution for transfer to the amplifier, and film forming operation combining horizontal movement and vertical movement on the coating film forming surface with the squeegee in the paste transfer unit to realize the film thickness distribution An electronic component mounting apparatus having a paste transfer information library that stores paste transfer information including squeegee movement data for each type of electronic component, and a plurality of solder bumps formed on the lower surface. An electronic component mounting method in which a component is transported and mounted on a substrate for mounting, the step of taking out the electronic component by the mounting head from the component supply unit, and the mounting head with respect to the coating film forming surface of the paste transfer unit Paste transfer process for transferring the solder paste onto the solder bumps by lowering the held electronic components And a component mounting step of mounting the electronic component on the substrate and landing the solder bump on the electrode of the substrate through the solder paste, and in the film forming operation performed prior to the paste transfer step The control unit controls a squeegee driving unit that drives the squeegee based on the electronic component identification result and the paste transfer information read from the paste transfer information library. A coating film having a film thickness distribution is formed to transfer a desired transfer amount of solder paste in accordance with the warped deformation state of the component.
本発明によれば、半田バンプに半田ペーストを供給するペースト転写工程に先だって実行される成膜動作において、ペースト転写情報ライブラリから読み取ったペースト転写情報に基づいて、複数の半田バンプのそれぞれに当該電子部品のリフロー過程における反り変形の状態に応じた所望転写量の半田ペーストを転写するための膜厚分布の塗膜を形成することにより、反り変形を生じやすい電子部品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。 According to the present invention, in the film forming operation that is performed prior to the paste transfer process for supplying the solder paste to the solder bumps, each of the plurality of solder bumps is subjected to the electronic transfer based on the paste transfer information read from the paste transfer information library. When mounting electronic components that tend to be warped by soldering by forming a coating film with a film thickness distribution to transfer a desired transfer amount of solder paste according to the state of warping deformation in the part reflow process Bonding failure can be prevented.
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電子部品実装システムにおける半田印刷の説明図、図3は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の平面図、図4は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置におけるペースト転写ユニットの構造説明図、図5は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置におけるペースト転写ユニットの動作説明図、図6は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の制御系の構成を示すブロック図、図7は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置におけるペースト転写情報ライブラリのデータ構成を示す図、図8は本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における部品反り情報およびスキージ移動データの説明図、図9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10、図11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12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の転写量と半田接合不良との関係を示す説明図である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an electronic component mounting system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of solder printing in the electronic component mounting system according to an embodiment of the present invention, and FIG. Fig. 4 is a plan view of an electronic component mounting apparatus according to an embodiment, Fig. 4 is a structural explanatory diagram of a paste transfer unit in the electronic component mounting apparatus according to an embodiment of the present invention, and Fig. 5 is an electronic component according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the control system of the electronic component mounting apparatus according to the embodiment of the present invention, and FIG. 7 is the electronic component mounting according to the embodiment of the present invention. FIG. 8 is a diagram showing a data structure of a paste transfer information library in the apparatus, FIG. 8 is an explanatory diagram of component warpage information and squeegee movement data in an electronic component mounting method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is an embodiment of the present invention. FIG. 10 and FIG. 11 are process explanatory views of an electronic component mounting method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 12 is an electronic component mounting method according to an embodiment of the present invention. It is explanatory drawing which shows the relationship between the transfer amount of a solder paste, and a solder joint defect.
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。なお管理コンピュータ3を使用せず、各電子部品実装用装置を通信ネットワーク2によって接続する構成でもよい。
First, an electronic component mounting system will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the electronic component mounting system is an electronic component mounting line configured by connecting the printing device M1, the printing inspection device M2, the electronic component mounting device M3, and the reflow device M4, all of which are devices for mounting electronic components. 1 is connected by a
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。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。 The printing apparatus M1 screen-prints a solder paste for joining an electronic component on an electrode formed on the substrate to be mounted corresponding to the arrangement of the solder bumps of the electronic component. The print inspection apparatus M2 inspects the print state by recognizing the planar position of the printed solder paste by imaging the board after solder printing. The electronic component mounting apparatus M3 mounts electronic components on a substrate on which a solder paste is printed by using a mounting head. The reflow device M4 heats and melts the solder bumps and the solder paste by heating the substrate on which the electronic component is mounted, and solder-bonds the electronic component to the substrate.
図2は、印刷装置M1にて行われる半田印刷を示している。印刷装置M1はスクリーンマスク6およびスキージ機構8を備えており、スクリーンマスク6の下方には、基板保持部(図示省略)によって電子部品が実装される基板5が位置決めされて保持される。基板5の上面には実装対象の電子部品が接続される電極5a、5bが設けられている。スクリーンマスク6の上方には、2つの印刷スキージ9を昇降機構10によって昇降自在とした構成のスキージ機構8が配設されており、スキージ機構8は水平移動機構(図示省略)によって水平移動自在となっている。基板5をスクリーンマスク6の下面に当接させ、さらにスクリーンマスク6の上面に半田ペースト7を供給した状態で、印刷スキージ9をスクリーンマスク6の上面に摺接させながらスキージ機構8を水平移動させることにより、スクリーンマスク6に形成されたパターン孔(図示省略)を介して半田ペースト7が電極5a、5bに印刷される。
FIG. 2 shows solder printing performed in the printing apparatus M1. The printing apparatus M1 includes a
次に、図3を参照して電子部品搭載装置M3の構造を説明する。図3において、基台11の中央部には搬送路12がX方向(基板搬送方向)に配列されている。搬送路12は、電子部品が実装される基板5を搬送し、電子部品実装位置に基板5を保持して位置決めする。したがって、搬送路12は基板5を保持して位置決めする基板保持部となっている。搬送路12の両側には、電子部品を供給する第1の部品供給部13Aおよび第2の部品供給部13Bが配設されている。
Next, the structure of the electronic component mounting apparatus M3 will be described with reference to FIG. In FIG. 3, a
第1の部品供給部13Aには、複数のテープフィーダ14が並設されている。テープフィーダ14は、端子型のチップ部品などの電子部品を保持したテープをピッチ送りして、以下に説明する搭載ヘッドのピックアップ位置にこれらの電子部品を供給する。第2の部品供給部13Bには、2つのトレイフィーダ15が並列に配設されており、2つのトレイフィーダ15はそれぞれ種類の異なる電子部品16を格子配列で搭載ヘッドのピックアップ位置に供給する。電子部品16には、BGAなど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や、小型のバンプ付き部品などが含まれる。本実施の形態においては、電子部品16として上述の半導体パッケージなど、下面に形成された複数の半田バンプによって基板と接続されるものを対象としている。
A plurality of
基台11のX方向の両端部には、Y軸テーブル17AおよびY軸ガイド17Bが配設されており、Y軸テーブル17A,Y軸ガイド17BにはX軸テーブル18が架設されている。さらにX軸テーブル18には搭載ヘッド19が装着されている。搭載ヘッド19は複数の単位搭載ヘッド20を備えた多連型の搭載ヘッドであり、基板認識カメラ21と一体的に移動する。
A Y-axis table 17A and a Y-axis guide 17B are disposed at both ends of the base 11 in the X direction, and an X-axis table 18 is installed on the Y-axis table 17A and the Y-axis guide 17B. Further, a mounting
X軸テーブル18、Y軸テーブル17Aを駆動することにより搭載ヘッド19はXY方向に移動し、第1の部品供給部13Aおよび第2の部品供給部13Bから電子部品を単位搭載ヘッド20の吸着ノズル20a(図10参照)によって取り出して、搬送路12上に位置決め保持された基板5に移送搭載する。X軸テーブル18、Y軸テーブル17Aは、搭載ヘッド19を第1の部品供給部13Aおよび第2の部品供給部13Bと搬送路12との間で移動させるヘッド移動手段を構成する。
By driving the X-axis table 18 and the Y-axis table 17A, the
搬送路12と第2の部品供給部13Bとの間の搭載ヘッド19の移動経路には、ラインカメラ23,ノズルストッカ22,ペースト転写ユニット24が配設されている。それぞれの部品供給部から電子部品をピックアップした搭載ヘッド19が基板5へ移動する途中で、搭載ヘッド19がラインカメラ23の上方を通過することにより、搭載ヘッド19に保持された状態の電子部品を認識する。
A line camera 23, a
ノズルストッカ22は、基板5に搭載される電子部品の種類に応じた吸着ノズルを複数種類収納しており、搭載ヘッド19がノズルストッカ22にアクセスすることにより、搭載対象の電子部品に応じた吸着ノズルを選択して装着することができるようになっている。ペースト転写ユニット24は、半田成分をフラックスに混入して粘性体とした半田ペーストを薄膜状態にして塗膜形成面に形成する機能を有している。
The
搭載ヘッド19に保持された電子部品をペースト転写ユニット24の塗膜形成面に対して下降させることにより、電子部品の下面に形成された複数の半田バンプには、半田ペーストが転写により供給される。この半田ペーストの転写による供給は、半田バンプを基板5の電極と半田接合する際の半田量を追加することによって、半田接合の信頼性を向上させることを目的として行われるものである。
By lowering the electronic component held by the mounting
次に図4を参照して、電子部品搭載装置M3に備えられたペースト転写ユニット24の構成について説明する。図4において、ベース部25の上面には平滑な塗膜形成面25aが設けられており、塗膜形成面25aには電子部品16に形成された半田バンプ16aに転写により供給するための半田ペースト7の塗膜7aが、スキージ28により半田ペースト7を延展する成膜動作によって形成される。
Next, the configuration of the
ベース部25には、スキージ28に成膜動作を行わせる垂直移動機構26、水平移動機構27が設けられており、スキージ28は水平移動機構27に装着されている。垂直移動機構26,水平移動機構27、スキージ28は、スキージ駆動部35(図6参照)によって駆動される。すなわち、水平移動機構27を駆動することによりスキージ28は水平移動し、さらに垂直移動機構26を駆動することによりスキージ28は水平移動機構27と一体的に昇降する。したがって、スキージ28はスキージ駆動部36によって駆動されて、塗膜形成面25a上で水平移動および垂直移動を組み合わせた成膜動作を行う。これにより、塗膜形成面25aには半田ペースト7の塗膜が形成される。
The
図5はスキージ28による成膜動作の1パターン例を示している。図5(a)はスキージ28によって塗膜形成面25a上面に半田ペースト7を初期膜厚t1で延展して均一な膜厚の塗膜7aを形成した状態を示している。この後、所望の膜厚分布を得るための成膜動作が開始される。すなわち図5(b)、図5(c)に示すように、スキージ28に垂直
移動機構26、水平移動機構27によって水平移動および垂直移動を所定パターンで組み合わせた成膜動作を行わせることにより、塗膜7aの所定範囲に半田ペースト7が所望の断面形状でえぐり取られた形状の膜厚変更部7bを形成する。この膜厚変更部7bは、図5(d)に示す例では中央部の膜厚がt2、周辺部の膜厚がt1であるような膜厚分布となっており、スキージ28の成膜動作のパターンを変更することにより、ペースト転写ユニット24において任意の膜厚分布で塗膜7aを形成することができるようになっている。
FIG. 5 shows one pattern example of the film forming operation by the
次に図6を参照して、制御系の構成について説明する。制御部30はCPUを備えた全体制御部であり、以下に説明する各部の動作や処理を制御する。搭載データ記憶部31は、実装データなど、搭載ヘッド19による搭載動作を制御するために必要とされるデータを記憶する。部品データ記憶部33およびスキージ移動データ記憶部34は、ペースト転写ユニット24にて実行される成膜動作を制御するためのペースト転写情報を電子部品の種類毎に記憶するペースト転写情報ライブラリ32を構成している。
Next, the configuration of the control system will be described with reference to FIG. The
ヘッド駆動部35は、搭載ヘッド19を移動させるための搭載ヘッド駆動モータ19Mを駆動する。スキージ駆動部36は、垂直移動機構26、水平移動機構27の駆動源である垂直方向駆動モータ26M、水平方向駆動モータ27Mを駆動する。認識部37は、基板認識カメラ21および部品認識カメラ23によって取得された画像データを認識処理することにより、基板5の位置認識や、搭載ヘッド19に保持された状態における電子部品16の識別ならびに位置検出を行う。
The
図7を参照して、ペースト転写情報ライブラリ32のデータ構成を説明する。図7(a)は、部品データ記憶部33に記憶される部品データを示しており、ここでは、部品種類A、B、C、D・・・毎に、部品反り情報33a、ペースト転写パターン33bが記憶されている。部品反り情報33aは電子部品のリフロー過程における反り変形の状態を示すものであり、ペースト転写パターン33bはこの反り変形の状態に応じた所望転写量の半田ペーストを複数の半田バンプに転写するための膜厚分布を示すものである。
The data structure of the paste
そして図7(b)に示すように、スキージ移動データ記憶部34には、ペースト転写パターン33bにリンクしてスキージ移動パターン34aが記憶されている。スキージ移動パターン34aは、ペースト転写パターン33bに示す膜厚分布を実現するために、ペースト転写ユニット24においてスキージ28に塗膜形成面25a上で水平移動および垂直移動を組み合わせた成膜動作を行わせるための動作パターンのデータである。部品反り情報33a、ペースト転写パターン33b、スキージ移動パターン34aは、いずれもペースト転写情報を構成する。
As shown in FIG. 7B, the squeegee movement
以下、部品反り情報33aの具体例について、図8を参照して説明する。本実施の形態に示す電子部品16のように、BGAなど薄型の樹脂基板を主体とする半導体パッケージは変形しやすく、特に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ある。そしてこの反り変形の傾向は一様ではなく、電子部品16の平面サイズ、厚み寸法、基板構成、すなわち樹脂材料や内部配線状態など、種々の要素によって、以下に例示するように異なった変形挙動を示す。
すなわち図8(a)の(イ)に示す電子部品16A(部品種類A)は、全体がほぼフラットな状態で反り変形を生じない特性であり、部品反り情報33aは「反り無し」として規定されている。
Hereinafter, a specific example of the part warpage information 33a will be described with reference to FIG. Like the
That is, the electronic component 16A (component type A) shown in (a) of FIG. 8A has a characteristic that the entire portion is substantially flat and does not warp, and the component warp information 33a is defined as “no warp”. ing.
図8(a)の(ロ)に示す電子部品16B(部品種類B)は、反り変形が比較的小さく両端部が小さい変位量d1だけ上方に変位した形でほぼ全体が湾曲形状で反り変形する特性を有しており、図8(a)の(ハ)に示す電子部品16C(部品種類C)は、反り変形
が大きく両端部がd1よりも大きい変位量d2だけ上方に変位した形で同様にほぼ全体が湾曲形状で反り変形する特性を有している。これらの部品種類B、Cについては、部品反り情報33aはそれぞれ「上湾曲反り(小)」、「上湾曲反り(大)」として規定されている。また図8(a)の(ニ)に示す電子部品16Dは、中央部分の変形が少なく両端部のみが局部的に変位量d3だけ持ち上げられるような変形特性を有する例であり、部品反り情報33aは「端部上反り」として規定されている。
The electronic component 16B (component type B) shown in (b) of FIG. 8 (a) is warped and deformed in a generally curved shape with the warpage deformation being relatively small and both ends thereof being displaced upward by a small displacement d1. The electronic component 16C (component type C) shown in (c) of FIG. 8A has the same warp deformation and both ends are displaced upward by a displacement amount d2 larger than d1. Furthermore, almost the whole has a characteristic of warping and deforming in a curved shape. For these component types B and C, the component warpage information 33a is defined as “upward curvature warp (small)” and “upper curvature warp (large)”, respectively. The electronic component 16D shown in (d) of FIG. 8A is an example having a deformation characteristic such that the central portion is hardly deformed and only both end portions are locally lifted by the displacement amount d3. Is defined as “end-up warp”.
前述のようにこの反り変形は部品種類によって多様に異なっており、図8(a)の例示と反り方向が反対の場合もある。すなわち、電子部品の中央部が両端部に対して相対的に持ち上げられ、全体として上に凸となるような変形挙動を示す場合も存在する。これらの部品反り情報は、対象となる複数の電子部品をリフロー過程と同じ加熱条件で加熱して変形量を実測することにより求められ、求められたデータはライブラリデータとしてまとめられ、電子部品搭載装置M3にて操作盤面から直接に、または通信ネットワーク2を介して管理コンピュータ3によって、ペースト転写情報ライブラリ32にこれらの情報が書き込まれる。
As described above, the warpage deformation varies in various ways depending on the part type, and the warpage direction may be opposite to the illustration in FIG. That is, there is a case in which the central part of the electronic component is lifted relatively with respect to both end parts and exhibits a deformation behavior such that the whole is convex upward. These parts warpage information is obtained by heating a plurality of target electronic parts under the same heating conditions as in the reflow process and measuring the amount of deformation, and the obtained data is collected as library data, and the electronic part mounting device In M3, the information is written in the paste
次に、部品反り情報33aとリンクさせて記憶されるペースト転写パターン33bについて説明する。上述のように電子部品がリフロー過程において反り変形挙動を示す場合には、下面に形成された半田バンプが基板の電極と離れる方向に変位することから、リフロー過程の半田溶融時において、基板の電極上に印刷された半田ペーストが溶融した溶融半田と半田バンプが溶融した溶融半田とが一体化せず、いわゆる「半田オープン」となって正常な半田接合が阻害される場合がある。
Next, the
このような接合不良を防止するため、本実施の形態においては、リフロー過程における加熱によって部品反り変形の程度、すなわち半田バンプ16aが電極5aから離れる方向に変位する程度に応じて、半田バンプ16aに半田ペースト7を転写により追加供給し、「半田オープン」の発生を防止するようにしている。この半田ペースト7の追加供給は、ペースト転写ユニット24によって形成された塗膜7aに、単位搭載ヘッド20を保持された電子部品16を下降させて半田バンプ16aを塗膜7aに接触させることにより行われる。
In order to prevent such a bonding failure, in the present embodiment, the solder bump 16a is applied to the solder bump 16a according to the degree of component warpage deformation by heating in the reflow process, that is, the degree to which the solder bump 16a is displaced away from the
このときそれぞれの半田バンプ16aには、上述の「半田オープン」を防止するために必要とされる適正量の半田ペースト7が転写により供給される。すなわち図8(b)に示すように、反り変形により変位した半田バンプ16a*の、平均的な半田バンプ16に対する高さ差Δhに応じて、塗膜形成面25aに形成される塗膜7aの膜厚分布が設定され、ペースト転写パターン33bは、このような膜厚分布のパターンを規定するものである。
At this time, an appropriate amount of
例えば、図8(a)の(イ)に示す電子部品16Aのように反り変形がほとんどないものについては、それぞれの半田バンプ16aに均一な所望供給量の半田ペースト7を転写する。すなわち、図8(b)(イ)に示すように、均一な全体膜厚t0の塗膜7aによりペースト転写を行うペースト転写パターンP1(均一塗膜パターン)が設定され、部品データ記憶部33に部品種類Aとリンクされて記憶される。
For example, for an electronic component 16A shown in (a) of FIG. 8A that has almost no warp deformation, a uniform desired supply amount of
これに対し、図8(a)(ロ)、(ハ)に示す電子部品16B、16Cのように、全体が湾曲した状態で反り変形を示すものに対しては、図8(b)(ロ)、(ハ)に示すように、その反り程度、すなわち両端部の変位量d1,d2に応じた全体膜厚t1、t2の塗膜7aをまず形成し、次いで全体の湾曲状態に応じた膜厚変更部7bを形成して、膜厚分布が各半田バンプ16aの高さ差Δhに応じたものとなるようにした上でペースト転写を行う。これらの場合には、ペースト転写パターンP2(湾曲小パターン)、ペースト転写
パターンP3(湾曲大パターン)が設定され、それぞれ部品データ記憶部33に部品種類B,Cとリンクされて記憶される。
On the other hand, the electronic components 16B and 16C shown in FIGS. 8A, 8B, and 8C are warped and deformed as a whole as shown in FIGS. ), (C), a film 7a having a total film thickness t1, t2 corresponding to the degree of warpage, that is, displacements d1, d2 at both ends is first formed, and then a film corresponding to the entire curved state After the thickness changing portion 7b is formed so that the film thickness distribution corresponds to the height difference Δh of each solder bump 16a, paste transfer is performed. In these cases, a paste transfer pattern P2 (small curve pattern) and a paste transfer pattern P3 (large curve pattern) are set and stored in the component data storage unit 33 linked to the component types B and C, respectively.
さらに、図8(a)(ニ)に示す電子部品16Dのように、中央部分の変形が少なく両端部のみが局部的に反り変形を生じている場合には、図8(b)(ニ)に示すように、変位量d3に応じた全体膜厚t3の塗膜7aを形成した後、その変形状態に応じた膜厚変更部7bを形成した上で、ペースト転写を行う。この場合には、ペースト転写パターンP4(端部増厚パターン)が設定され部品データ記憶部33に部品種類Dとリンクされて記憶される。 Further, as in the electronic component 16D shown in FIGS. 8A and 8D, when there is little deformation in the central portion and only both end portions are locally warped and deformed, FIG. 8B and FIG. As shown in FIG. 5, after forming the coating film 7a having the total film thickness t3 corresponding to the displacement d3, the paste transfer is performed after forming the film thickness changing portion 7b corresponding to the deformation state. In this case, a paste transfer pattern P4 (edge thickening pattern) is set and stored in the component data storage unit 33 linked to the component type D.
そしてこのようにして設定されたペースト転写パターンP1、P2,P3,P4・・に基づき、スキージ移動パターンS1、S2,S3,S4・・が生成される。すなわち、垂直駆動機構26、水平駆動機構27を駆動してスキージ28に上述のそれぞれのペースト転写パターンで示す膜厚分布の塗膜を形成させるための制御データが、制御部30によって生成される。これらの制御データは、スキージ移動データ記憶部34に、ペースト転写パターンP1、P2,P3,P4・・とリンクして記憶される。
Based on the paste transfer patterns P1, P2, P3, P4,... Thus set, squeegee movement patterns S1, S2, S3, S4,. That is, the
なお上記例では、ペースト転写情報ライブラリ32内での各データのリンクについて、部品データ記憶部33においては部品反り情報33a、ペースト転写パターン33bをそれぞれ部品種類にリンクさせ、さらにスキージ移動データ記憶部34においてはペースト転写パターン33bにスキージ移動パターン34aをリンクさせた構成を示しているが、データ相互のリンクの方式は任意であり、スキージ移動パターン34aを部品種類と直接リンクさせる構成を用いてもよい。
In the above example, regarding the link of each data in the paste
本実施の形態においては、以下の記載によって説明するように、認識部37による電子部品の識別結果およびペースト転写情報ライブラリ32から読み取ったペースト転写情報に基づいて、制御部30がスキージ駆動部35を制御してスキージ28に成膜動作を行わせることにより、ペースト転写ユニット24において、複数の半田バンプ16aのそれぞれに当該電子部品の反り変形の状態に応じた所望転写量の半田ペースト7を転写するための膜厚分布の塗膜7aを形成するようにしている。
In the present embodiment, as will be described below, the
次に、この電子部品実装システムによる電子部品実装方法について、図9のフローに沿って各図を参照して説明する。この電子部品実装方法は、下面に複数の半田バンプ16aが形成された電子部品16を基板5に移送搭載して実装するものである。まずここでは第2の部品供給部13Bから、搭載ヘッド19によって電子部品16を取り出す(ST1)。
Next, an electronic component mounting method by this electronic component mounting system will be described with reference to each drawing along the flow of FIG. In this electronic component mounting method, the
次いで電子部品の種類を識別する(ST2)。すなわち搭載ヘッド19が基板5へ移動する移動経路において、部品認識カメラ23上を通過することにより、搭載ヘッド19に保持された状態の電子部品16が部品認識カメラ23によって撮像され、さらに取得された画像を認識部37によって認識処理することにより、電子部品16の種類が識別される。なお、部品実装作業における実装シーケンスが予め固定的に設定されていて、シーケンスプログラム上で各実装動作における電子部品の種類が特定可能な場合には、ここで特定される電子部品の種類を識別結果とみなしてもよい。
Next, the type of electronic component is identified (ST2). That is, the
次いで識別結果に基づき、部品種類に対応したペースト転写パターンを、制御部30が部品データ記憶部33からデータを読み出すことにより取得する(ST3)。そしてこのペースト転写パターンに対応するスキージ移動パターンを、制御部30がスキージ移動データ記憶部34から読み出すことにより取得する(ST4)。次いで、制御部30がスキージ駆動部36をこのスキージ移動パターンに基づいて制御することにより、スキージ2
8にペースト転写パターンに応じた成膜動作を行わせる(ST5)。すなわち、以下に説明するペースト転写工程に先だって実行されるこの成膜動作においては、電子部品16の識別結果およびペースト転写情報ライブラリ32から読み取ったペースト転写情報に基づいて、制御部30がスキージ駆動部36を制御することにより、複数の半田バンプ16aのそれぞれに当該電子部品の反り変形の状態に応じた所望転写量の半田ペースト7を転写するための膜厚分布の塗膜7aを形成する。
Next, based on the identification result, the
8 is caused to perform a film forming operation corresponding to the paste transfer pattern (ST5). That is, in this film forming operation executed prior to the paste transfer process described below, the
次に、図10(a)に示すように、ペースト転写ユニット24の塗膜形成面25aに対して搭載ヘッド19に保持された電子部品16を下降させることにより、半田バンプ16aに半田ペースト7を転写する(ペースト転写工程)(ST6)。すなわち図10(b)に示すように、単位搭載ヘッド20に保持された電子部品16を塗膜7aに対して下降させて、各半田バンプ16aを塗膜7aに接触させことにより、図10(c)に示すように、電子部品16のそれぞれの半田バンプ16aには、所望転写量の半田ペースト7が転写される。
Next, as shown in FIG. 10A, the
次いで電子部品16を基板5へ搭載する(ST7)。すなわち搭載ヘッド19を移動させて、図11(a)に示すように、半田ペースト7の転写後の電子部品16を保持した単位搭載ヘッド20を基板5上に位置させ、半田バンプ16aを基板5の電極5aに位置合わせする。次いで電子部品16を下降させて、図11(b)に示すように、電子部品16を基板5に搭載して半田バンプ16aを基板5の電極5aに半田ペースト7を介して着地させる(部品搭載工程)。
Next, the
この後、電子部品16が搭載された基板5はリフロー装置M4に搬入される。そして図11(c)に示すように、基板5を電子部品16とともに半田融点温度以上に加熱して、半田バンプ16aおよび半田ペースト7中の半田成分を溶融させることにより、電子部品16を基板5に半田接合する(リフロー工程)(ST8)。このとき、電子部品16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16aは、電子部品16とともに電極5aとの間の間隔が増大するように変位する。
Thereafter, the
このような場合でも、各半田バンプ16aには当該電子部品16の部品反り情報に基づき、前述の所望転写量の半田ペースト7が転写により追加供給されていることから、反り変形により電極5aと半田バンプとの間隔が増大した部分において半田バンプ16aと電極5aとを半田接合するための半田量が不足することがない。すなわち、図11(c)に示すように、電子部品16の半田バンプ16aが溶融した半田成分は、半田ペースト7中の半田が溶融した半田成分と一体となって全ての半田バンプ16aを電極5aに正常に繋ぎ、導通不良や接合強度不足などの接合不良を生じることなく、電子部品16を電極5aに電気的に接続する半田接合部16bを良好に形成する。
Even in such a case, each solder bump 16a is additionally supplied with the desired transfer amount of the
図12はこのような薄型の半導体パッケージを半田接合により実装する場合に生じやすい接合不良の例を示すものである。図12(a)は、このようにリフロー過程において両端部が情報に反りやすい電子部品16に対して、半田ペースト7の追加供給を行わずに搭載した例を示している。この場合には、リフロー過程において反り変形が生じた際、中央部に位置する半田バンプ16aは基板の電極5aと良好に半田接合するが、両端部近傍の半田バンプ16aの位置では半田ペースト7の量が不足する。この結果、本来電子部品16と電極5aとを完全に繋ぐべき半田接合部16bが健全に形成されず、未接合部Cを有する接合不良となる。
FIG. 12 shows an example of bonding failure that is likely to occur when such a thin semiconductor package is mounted by solder bonding. FIG. 12A shows an example in which the
また図12(b)は、このような電子部品16に対して、各半田バンプ16aに同一転写量の半田ペースト7の追加供給を行った例を示している。この場合には、リフロー過程
において反り変形が生じた際、両端部近傍の半田バンプ16aの位置では、半田ペースト7の量が追加により適正量となって良好に半田接合が行われるが、中央部に位置する半田バンプ16aについては半田ペースト7の量が適正量よりも過剰となる。この結果この範囲においては過剰な半田が溶融状態において流動し、隣接する電極5a相互が半田によって連結される半田ブリッジBが発生する。
FIG. 12B shows an example in which the
これに対し本実施の形態に示す電子部品実装方法においては、前述のようにペースト転写情報ライブラリ32に電子部品の種類毎に記憶されたペースト転写情報に基づいて複数の半田バンプ16aのそれぞれに当該電子部品の反り変形の状態に応じた所望転写量の半田ペースト7が転写されることから、リフロー過程において各半田バンプ16aに半田ペースト7の過不足が生じることがない。 これにより、リフロー過程において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基板に実装する場合における上述の接合不良を防止することができる。
On the other hand, in the electronic component mounting method shown in the present embodiment, each of the plurality of solder bumps 16a is applied to each of the plurality of solder bumps 16a based on the paste transfer information stored for each type of electronic component in the paste
本発明の電子部品搭載装置および電子部品実装方法は、反り変形を生じやすい電子部品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、半田バンプが形成された薄型の半導体パッケージを基板に半田接合により実装する分野に有用である。 The electronic component mounting apparatus and the electronic component mounting method according to the present invention have an effect of preventing bonding failure when mounting an electronic component that is likely to be warped and deformed by solder bonding, and are thin with solder bumps formed thereon. This is useful in the field of mounting a semiconductor package to a substrate by solder bonding.
1 電子部品実装ライン
5 基板
7 ペースト
7a 塗膜
13A 第1の部品供給部
13B 第2の部品供給部
16 電子部品
16a 半田バンプ
19 搭載ヘッド
20 単位搭載ヘッド
24 ペースト転写ユニット
25a 塗膜形成面
28 スキージ
32 ペースト転写情報ライブラリ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記電子部品を供給する部品供給部と、前記基板を保持して位置決めする基板保持部と、前記部品供給部から電子部品を取り出して前記基板保持部に保持された基板に移送搭載する搭載ヘッドと、前記搭載ヘッドを前記部品供給部と基板保持部との間で移動させるヘッド移動手段と、前記搭載ヘッドの移動経路に配設され、前記半田バンプに転写される半田ペーストの塗膜を塗膜形成面に形成し、前記搭載ヘッドに保持された電子部品を前記塗膜形成面に対して下降させることにより前記複数の半田バンプに半田ペーストを転写するためのペースト転写ユニットと、前記ペースト転写ユニットを制御する制御部と、
前記電子部品のリフロー過程における反り変形の状態を示す部品反り情報と、前記反り変形の状態に応じた所望転写量の半田ペーストを前記複数の半田バンプに転写するための膜厚分布を示すペースト転写パターンと、前記膜厚分布を実現するために前記ペースト転写ユニットにおいてスキージに前記塗膜形成面上で水平移動および垂直移動を組み合わせた成膜動作を行わせるためのスキージ移動データとを含むペースト転写情報を、それぞれ電子部品の種類毎に記憶するペースト転写情報ライブラリとを備え、
前記電子部品の識別結果および前記ペースト転写情報ライブラリから読み取ったペースト転写情報に基づいて、前記制御部が前記スキージを駆動するスキージ駆動部を制御して前記成膜動作を行わせることにより、前記ペースト転写ユニットにおいて前記複数の半田バンプのそれぞれに当該電子部品の前記反り変形の状態に応じた所望転写量の半田ペーストを転写するための膜厚分布の塗膜を形成することを特徴とする電子部品搭載装置。 An electronic component mounting apparatus for transporting and mounting an electronic component having a plurality of solder bumps formed on the lower surface thereof,
A component supply unit for supplying the electronic component; a substrate holding unit for holding and positioning the substrate; and a mounting head for taking out the electronic component from the component supply unit and transferring and mounting it on the substrate held by the substrate holding unit; A head moving means for moving the mounting head between the component supply unit and the substrate holding unit; and a coating film of a solder paste disposed on a moving path of the mounting head and transferred to the solder bumps A paste transfer unit for transferring a solder paste to the plurality of solder bumps by lowering an electronic component formed on a forming surface and held on the mounting head with respect to the coating film forming surface; and the paste transfer unit A control unit for controlling
Component warpage information indicating the state of warp deformation in the reflow process of the electronic component, and paste transfer indicating a film thickness distribution for transferring a desired transfer amount of solder paste according to the state of warpage deformation to the plurality of solder bumps Paste transfer including a pattern and squeegee movement data for causing the squeegee to perform a film forming operation combining horizontal movement and vertical movement on the coating film forming surface in the paste transfer unit in order to realize the film thickness distribution A paste transfer information library that stores information for each type of electronic component,
Based on the identification result of the electronic component and the paste transfer information read from the paste transfer information library, the control unit controls the squeegee driving unit that drives the squeegee to cause the film forming operation to be performed. An electronic component characterized in that a coating film having a film thickness distribution is formed on each of the plurality of solder bumps in a transfer unit to transfer a desired transfer amount of solder paste in accordance with the warped deformation state of the electronic component. On-board equipment.
前記電子部品のリフロー過程における反り変形の状態を示す部品反り情報と、前記反り変形の状態に応じた所望転写量の半田ペーストを前記複数の半田バンプに転写するための膜厚分布を示すペースト転写パターンと、前記膜厚分布を実現するために前記ペースト転写ユニットにおいてスキージに前記塗膜形成面上で水平移動および垂直移動を組み合わせた成膜動作を行わせるためのスキージ移動データとを含むペースト転写情報を、それぞれ電子部品の種類毎に記憶するペースト転写情報ライブラリとを備えた電子部品搭載装置によって、下面に複数の半田バンプが形成された電子部品を基板に移送搭載して実装する電子部品実装方法であって、
前記部品供給部から搭載ヘッドによって電子部品を取り出す工程と、前記ペースト転写ユニットの前記塗膜形成面に対して前記搭載ヘッドに保持された電子部品を下降させることにより、前記半田バンプに半田ペーストを転写するペースト転写工程と、前記電子部品を前記基板に搭載して前記半田バンプを前記基板の電極に前記半田ペーストを介して着地させる部品搭載工程とを含み、
前記ペースト転写工程に先だって実行される前記成膜動作において、電子部品の識別結果および前記ペースト転写情報ライブラリから読み取ったペースト転写情報に基づいて、前記制御部が前記スキージを駆動するスキージ駆動部を制御することにより、前記複数の半田バンプのそれぞれに当該電子部品の前記反り変形の状態に応じた所望転写量の半田ペーストを転写するための膜厚分布の塗膜を形成することを特徴とする電子部品実装方法。 A component supply unit for supplying an electronic component, a substrate holding unit for holding and positioning the substrate, a mounting head for taking out the electronic component from the component supply unit and transferring and mounting it on the substrate held by the substrate holding unit; A head moving means for moving the mounting head between the component supply unit and the substrate holding unit, and a moving path of the mounting head, which combines horizontal movement and vertical movement on the coating film forming surface. A paste transfer unit for forming a coating film of a solder paste transferred to the solder bump by a squeegee that performs a film operation on a coating film forming surface;
Component warpage information indicating the state of warp deformation in the reflow process of the electronic component, and paste transfer indicating a film thickness distribution for transferring a desired transfer amount of solder paste according to the state of warpage deformation to the plurality of solder bumps Paste transfer including a pattern and squeegee movement data for causing the squeegee to perform a film forming operation combining horizontal movement and vertical movement on the coating film forming surface in the paste transfer unit in order to realize the film thickness distribution Electronic component mounting with electronic component mounting equipment equipped with a paste transfer information library that stores information for each type of electronic component, by transporting and mounting electronic components with multiple solder bumps on the bottom surface A method,
Removing the electronic component from the component supply unit by the mounting head, and lowering the electronic component held by the mounting head with respect to the coating film forming surface of the paste transfer unit, whereby solder paste is applied to the solder bumps. A paste transfer step of transferring, and a component mounting step of mounting the electronic component on the substrate and landing the solder bump on the electrode of the substrate via the solder paste,
In the film forming operation performed prior to the paste transfer step, the control unit controls the squeegee driving unit that drives the squeegee based on the identification result of the electronic component and the paste transfer information read from the paste transfer information library. And forming a coating film having a film thickness distribution on each of the plurality of solder bumps to transfer a desired transfer amount of the solder paste according to the warped deformation state of the electronic component. Component mounting method.
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