JP5098434B2 - Solder ball printing device - Google Patents
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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.
180〜150μmピッチのボールバンプ形成(直径80〜100μm)において、公知の高精度スクリーン印刷装置を用い、クリームはんだ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はんだ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 board is carried into the device from the carry-in conveyor section, the board is temporarily positioned and fixed on the printing table section, and then the marks on both the board 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 board with the screen, raise the printing table so that the board is in contact with the screen, and apply cream solder to the opening of the screen while making the screen contact the board 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150〜120μm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 150 to 120 μm 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、一括リフロー時にはんだ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はんだ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、超ファインピッチのバンプ形成において、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ハンダボール充填用印刷装置及びバンプ形成方法を提供することである。 The object of the present invention is to form a large number of bumps at a time as in the printing method in forming a bump of ultra fine pitch, and to form a bump having a stable height as in the solder ball transfer method. Another object of the present invention is to provide a highly productive solder ball filling printing apparatus and bump forming method that enable efficient printing and filling at low cost and at high speed.
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、
フラックス印刷部が、複数の電極パッド位置に応じて開口を設けたスクリーンと、基板を載置して固定するテーブルと、基板とスクリーンとの位置合わせを行うために、位置決めマークを撮像する位置決め用カメラと、印刷後のスクリーン開口部の状況を観測する検査用カメラと、スクリーン開口部目詰まり又はスクリーン裏面へのフラックス付着汚れを清掃除去する清掃手段と、検査用カメラで撮像した画像と、予め記録した基準モデルの画像とを比較して印刷不良を判断する判定手段と、判定手段の判定結果に基づいて、次に工程に基板を送るか、ラインから排除するかを決定し、排除する場合はスクリーンの清掃指示を発生する印刷機制御部を設けたものである。
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 device consisting of an inspection / repair unit that inspects the state of the printed board of the ball and repairs it according to the defective state.
For flux positioning, imaging a positioning mark to align a screen with openings corresponding to a plurality of electrode pad positions, a table on which the substrate is placed and fixed, and the substrate and the screen. A camera, an inspection camera for observing the state of the screen opening after printing, a cleaning means for cleaning and removing the screen opening clogging or flux adhering stain on the back of the screen, an image captured by the inspection camera, A decision unit that compares the recorded image of the reference model to judge a printing defect, and a decision to decide whether to send the substrate to the process next or exclude it from the line based on the decision result of the decision unit Is provided with a printing press controller for generating a screen cleaning instruction.
さらに、ハンダボール充填・印刷部は、印刷ヘッドに充填ユニットが設けられ、前記充填ユニットが、筐体と蓋とスリット状の開口を備えたシブ状体からなるボールケースと、ボールケースの下部にシブ状体に間隔を空けてスリット状体を設け、蓋に支持部材を介してシブ状体を水平方向に加振してシブ状体に設けた開口の大きさを可変してハンダボールをスリット状体に供給するための加振手段を設け、前記スリット状体からスクリーンを介して基板上の電極パッドにハンダボールを供給する構成としたものである。 Further, the solder ball filling / printing unit is provided with a filling unit in the print head, and the filling unit is provided with a ball case composed of a shim-like body having a housing, a lid, and a slit-like opening, and a lower part of the ball case. A slit-like body is provided with a gap in the shib-like body, and the solder ball is slit by changing the size of the opening provided in the shib-like body by vibrating the shib-like body in the horizontal direction via a support member on the lid. Excitation means for supplying to the shaped body is provided , and solder balls are supplied from the slit-like body to the electrode pads on the substrate through the screen .
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。 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.
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。 In addition, according to the present invention, it is possible to improve the solder ball filling efficiency, to shorten the tact time and to fill and print the solder balls with a high filling rate, so that productivity can be improved.
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。 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。 Hereinafter, preferred embodiments of a printing apparatus and a bump forming method of the present invention will be described with reference to the drawings.
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。 FIG. 1 shows an outline of a printing process in the flux printing unit and the solder ball filling / printing unit. FIG. 1 (a) shows the flux printing process, and FIG. 1 (b) shows the state of solder ball filling / printing.
図1(a)において、基板21に予め設けてある電極パッド22の形状に合わせて開口部を設けたスクリーン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. 1 (a), 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。
In this embodiment, the
また、ハンダボール印刷後の後工程であるリフロー時に、はんだ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はんだ接続強度不足の要因ともなる。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スクリーン20に設けた開口部等に、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。
Further, during reflow, which is a post-process after solder ball printing, it becomes a cause of solder wettability, a solder bump having a beautiful shape cannot be formed, and it becomes a cause of poor solder bump height and insufficient solder connection strength. If the amount of the
次に、図1(b)に示すように、充填ユニット60(図7参照)を備えたハンダボール充填・印刷部で、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を電極パッド22に充填するためのスクリーン20bは、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, the
このハンダボール充填用のスクリーン20bの材質は、ハンダボール24が基板21とスクリーン20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20のギャップがゼロとなるように、基板を載置する磁石ステージ(印刷テーブル10)からの磁力吸引を可能とした磁性体材料を用いる。
The solder
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周囲に付着しないように、樹脂製または金属製の微小な支柱20aを設けてある。これにより、フラックス23にじみの逃げ部を構成したものである。なお、以後スクリーン20bと支柱20aの組み合わせたものをハンダボール印刷用のスクリーン20と称する。
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20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20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。
Further, 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20の間隔を狭めて、スクリーン20を基板21に接触させ、充填ユニット60を動作させて、ハンダボール24をスクリーン20の開口部からフラックス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、ハンダボール24をスクリーン開口部へ充填する。
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を示す。本図に示す装置はフラックス印刷部、ハンダボール充填・印刷部、検査・リペア部までを一体にした装置である。但し、各々の部位を単独装置として構成しても良い。本装置では、まず、フラックス印刷部(スクリーン印刷方式)で基板上の各電極パッド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・印刷部にてフラックスを介して電極パッドにハンダボールを供給する。
FIG. 2 shows an embodiment of a solder ball printing apparatus. The apparatus shown in this figure is an apparatus in which a flux printing unit, a solder ball filling / printing unit, and an inspection / repair unit are integrated. However, each part may be configured as a single device. In this apparatus, first,
なお、フラックス印刷部とハンダボール充填・印刷部で大きく異なる部分は、印刷ヘッド部で、フラックス印刷部はスキージ構造であり、ハンダボール充填・印刷部はハンダボールを供給するための充填ユニットで構成されている。検査・リペア部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。 The part that differs greatly between the flux printing part and the solder ball filling / printing part is the print head part, the flux printing part has a squeegee structure, and the solder ball filling / printing part consists of a filling unit for supplying solder balls. Has been. The inspection / repair part has a dispenser type suction / supply head structure in the print head part. Further, since it is not necessary to use a screen in the inspection / repair section, there is no plate frame holder for attaching the screen.
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スクリーン開口状況を検査する(STEP3)。検査によりNGの場合、NG基板ストック部に基板を搬出し、版下清掃装置45にて自動的に清掃を実施する(STEP4)。その後、必要に応じフラックスを供給補充する。 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 (STEP 2). Next, the screen opening state after flux printing is inspected (STEP 3). In the case of NG by inspection, the substrate is carried out to the NG substrate stock portion, and cleaning is automatically performed by the block cleaning device 45 (STEP 4). Thereafter, the flux is supplied and replenished as necessary.
また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。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。 In addition, the board which has become NG is made to stand by on the conveyor in the subsequent process together with the NG signal so as not to perform the processes after ball printing, and is discharged 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 / printing is 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 (STEP 9) by the inspection / repair device after the solder ball filling. In the case of the filling status inspection NG, the solder balls are supplied again to the electrode pad portion at the NG point after supplying the flux (STEP 10). In the case of OK in the filling state inspection, the solder ball is remelted by the reflow device, and the solder bump is completed.
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 a flux printing unit, 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 substrate receiving conveyor 26 is provided on the upper surface of the printing table 10. The
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 printing control unit 36 including the plate
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 value calculation unit 31 that calculates a correlation value according to an input image, a shape estimation unit 32 that calculates a shape based on the captured image and data from the dictionary 38, a position coordinate calculation unit 33 that calculates a position coordinate, dimensions A calculation unit 34 is provided, and based on position recognition marks provided on the
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, the operation of the printing apparatus will be described taking the solder ball filling / printing unit as an example. 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、(b)に1つの電極群を設けた開口の状況を、(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20k部に十分充填され、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. FIG. 6A shows the state of the entire screen, the state of the opening in which one electrode group is provided in FIG. 6B, and the state of the opening after printing 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20k部の状況は、正常な印刷状態で開口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6c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 opening 20k of 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
図7に、ハンダボール印刷ヘッド(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20と面接触するように構成してある。
FIG. 7 shows the structure of the solder ball printing head (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20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 gap of the slit-like body 63 with respect to the
図8に、ハンダボール収納部であるボールケース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. 8 shows a horizontal vibration mechanism that vibrates a shib-like body 62 provided in a ball case as a solder ball storage portion in the horizontal direction. A
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-like body 62 and the ball case vibrate the
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、駆動用モータ68により偏芯カム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20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20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20の開口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。
That is, the horizontal swing mechanism in the horizontal direction rotates the eccentric cam by the driving
図10に充填ヘッドにヘラ状体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20を基板21面から離す時、すなわち版離れを行い基板上へハンダボールを転写する時に、スクリーン20の版面状にハンダボール24の残りがあると、スクリーン20の開口を通してハンダボール24が基板21上に落下し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20に密着した状態でハンダボール20を充填ユニット60の外部にはみ出さないようにする。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration in which a spatula is provided on the filling head. After the
また、ヘラ状体69は磁性体材料を用い、スリット状体63同様に磁力でスクリーン20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をボールケースの外周部全領域に設けるように構成しても良い。
Further, the spatula-
図11に、充填ユニット部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20の版面上へのボール残りはほぼ無いようにできる。しかし、スクリーン20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. 11, the figure of the structure which provides an air curtain in a filling unit part is shown. With the
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12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12(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. 12 is a diagram for explaining a screen filling state inspection after solder ball printing. 12 (a) and 12 (b) are the same as FIG. 6 and will not be described here.
ハンダボール充填・印刷後におけるスクリーン20へのハンダボール充填状態を図12(c)の(1)〜(3)に示す。スクリーン20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 of 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20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 performing the plate separation operation, it is possible to correct the rejected product to a non-defective product by checking the filling state on the plate surface of the
図13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14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14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. 13 is a diagram for explaining the repair work in the inspection / repair unit after filling the solder balls. FIG. 14 is a diagram for explaining a filling failure situation after filling the solder balls. As shown in FIG. 14, 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15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. 15 illustrates a schematic configuration of the inspection / repair apparatus. 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…印刷テーブル、11…XYθテーブル、15…カメラ、20…スクリーン、21…基板、30…印刷機制御部、34…寸法計算部、45…清掃装置、60…充填ユニット、63…スリット状体、65…加振手段、69…ヘラ状体。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記フラックス印刷部が、複数の電極パッド位置に応じて開口を設けたスクリーンと、前記基板を載置して固定するテーブルと、基板とスクリーンとの位置合わせを行うために、位置決めマークを撮像して位置決めを行うため位置決め用カメラと、印刷後のスクリーン開口部の状況、及び基板上に印刷されたフラックスの状態を観測するための検査用カメラと、スクリーン開口部目詰まり又はスクリーン裏面へのフラックス付着汚れを清掃除去する清掃手段と、前記検査用カメラで撮像した基板の画像と、予め記録した基準モデルの画像とを比較して印刷不良を判断する判定手段と、前記判定手段の判定結果に基づいて、次に工程に基板を送るか、ラインから排除するかを決定し、排除する場合はスクリーンの清掃指示を発生する印刷機制御部を設け、前記フラックスを印刷後、ハンダボール充填・印刷部において、充填ユニットを水平方向に加振しながらスクリーン上を水平方向に移動させてハンダボールをフラックス上に充填する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,
The flux printing unit images a positioning mark in order to align a screen having openings corresponding to a plurality of electrode pad positions, a table on which the substrate is placed and fixed, and the substrate and the screen. In order to perform positioning, a positioning camera, an inspection camera for observing the state of the screen opening after printing, and the state of the flux printed on the substrate, and the flux on the screen opening clogging or the back of the screen A cleaning unit that cleans and removes adhering dirt, a determination unit that determines a printing defect by comparing an image of a substrate captured by the inspection camera, and a reference model image that is recorded in advance, and a determination result of the determination unit Based on this, it is decided whether to send the substrate to the process next or remove it from the line, and if it does, press control to generate the screen cleaning instruction After the flux is printed, in the solder ball filling / printing unit, the solder ball is filled on the flux by moving the filling unit horizontally on the screen while vibrating the filling unit in the horizontal direction. Ball printing device.
前記ハンダボール充填・印刷部は、印刷ヘッドに充填ユニットが設けられ、
前記充填ユニットが、筐体と蓋と連続した長方形状のスリットの開口を有する極薄の金属板で形成されたシブ状体を筐体に設けて形成したボールケースと、前記ボールケースの下部に前記シブ状体に間隔を空けて磁性材料で形成され網目状の開口または連続した長方形状のスリットの開口持つ極薄の金属板で形成されたスリット状体を設け、前記蓋に支持部材を介して前記シブ状体を水平方向に加振してシブ状体に設けた開口の大きさを可変してハンダボールをスリット状体に供給するための加振手段を設け、前記スリット状体からスクリーンを介して基板上の電極パッドにハンダボールを供給する構成としたことを特徴とするハンダボール印刷装置。 The solder ball printer according to claim 1,
The solder ball filling / printing unit is provided with a filling unit in a print head,
A ball case in which the filling unit is formed by providing an extremely thin metal plate formed of an ultra-thin metal plate having a rectangular slit opening continuous with the case and a lid; and a lower part of the ball case. The shib-like body is provided with a slit-like body formed of an ultrathin metal plate having a mesh-like opening or a continuous rectangular slit opening formed of a magnetic material with a space therebetween, and a support member is provided on the lid. And vibrating the shib-like body in the horizontal direction to change the size of the opening provided in the shib-like body and providing a vibrating means for supplying the solder ball to the slit-like body, from the slit-like body to the screen A solder ball printing apparatus characterized in that a solder ball is supplied to an electrode pad on a substrate via a substrate.
前記充填ユニットのボールケースの周囲に磁性体材料によるヘラ状体を具備したことを特徴とするハンダボール印刷装置。 The solder ball printing apparatus according to claim 2,
A solder ball printing apparatus comprising a spatula made of a magnetic material around a ball case of the filling unit.
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