JP6915981B2 - 電子部品実装システム及び電子部品実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板に電子部品を実装して実装基板を製造する電子部品実装システム及び電子部品実装方法に関する。

かかる電子部品実装システム（電子部品実装方法）として、基板に形成された電子部品接合用の電極上に電子部品を搭載する電子部品搭載装置（電子部品搭載工程）と、電子部品搭載後の基板を加熱して電子部品を基板の電極に接合するリフロー装置（リフロー工程）とを含み、さらに、電子部品搭載装置（電子部品搭載工程）とリフロー装置（リフロー工程）との間に検査装置（検査工程）を設けて、リフロー前に電子部品が適切に基板に搭載されているかどうかを検査するものが知られている。

しかし、これまでの検査は単純な外観検査であり、この外観検査では電子部品の背面側から電子部品の搭載位置（正面）を撮像するため、正面にバンプが形成された電子部品（以下「バンプ部品」ともいう。）の場合、電極の位置やバンプの位置がバンプ部品の背面の陰となり、これらの位置を直接検査することはできなかった。すなわち、従来、バンプ部品については確実な搭載品質を検査することができず、その検査結果を搭載品質の維持又は向上に十分に利用することもできなかった。

本発明が解決しようとする課題は、バンプ部品の搭載品質を確実に検査して、その搭載品質の維持又は向上を図ることができる電子部品実装システム及び電子部品実装方法を提供することにある。

本発明の一観点によれば、次の電子部品実装システムが提供される。
「基板に形成された電子部品接合用の電極上に、電子部品の正面に形成されたバンプを重ねるようにして電子部品を搭載する電子部品搭載装置と、電子部品搭載後の基板を加熱して前記バンプを前記電極に接合するリフロー装置と、前記電子部品搭載装置の動作を制御する制御手段とを備える電子部品実装システムにおいて、
前記電子部品搭載装置は、電子部品の供給部から電子部品をピックアップし前記基板の電極上に搭載するノズル部材と、このノズル部材を軸線周りに回転可能に装着した搭載ヘッドと、この搭載ヘッドを水平面内でＸＹ方向に移動させるＸＹ移動機構とを有し、
前記電子部品搭載装置と前記リフロー装置との間に、前記電子部品搭載後の基板における前記電極の位置及び前記バンプの位置を測定可能なＸ線検査装置を設置し、
前記制御手段は、前記Ｘ線検査装置が測定した前記電極の位置及び前記バンプの位置から得られる両者の位置ズレを低減するために電子部品搭載時の前記搭載ヘッドのＸＹ方向の位置の補正量を、基板の領域ごと及び／又は前記ノズル部材の回転角度ごとに、直近所定枚数の基板について統計的に処理することにより計算し、この補正量が電子部品搭載時に反映されるように前記電子部品搭載装置をフィードバック制御し、
さらに前記制御手段は、前記位置ズレの経時的変化を監視し、前記位置ズレが経時的に増加傾向にあるとき、又は前記位置ズレが所定の管理値を超えたときに警報を発することを特徴とする電子部品実装システム。」

本発明の他の観点によれば、次の電子部品実装方法が提供される。
「基板に形成された電子部品接合用の電極上に、電子部品の正面に形成されたバンプを重ねるようにして電子部品を搭載する電子部品搭載工程と、電子部品搭載後の基板を加熱して前記バンプを前記電極に接合するリフロー工程とを含む電子部品実装方法において、
前記電子部品搭載工程では、電子部品の供給部から電子部品をピックアップし前記基板の電極上に搭載するノズル部材と、このノズル部材を軸線周りに回転可能に装着した搭載ヘッドと、この搭載ヘッドを水平面内でＸＹ方向に移動させるＸＹ移動機構とを有する電子部品搭載装置を使用し、
前記電子部品搭載工程と前記リフロー工程との間に、前記電子部品搭載後の基板における前記電極の位置及び前記バンプの位置をＸ線検査装置で測定するＸ線検査工程を含み、
さらに、前記Ｘ線検査工程で測定した前記電極の位置及び前記バンプの位置から得られる両者の位置ズレを低減するように、前記電子部品搭載工程をフィードバック制御する制御工程を含み、
前記制御工程では、前記位置ズレを低減するために電子部品搭載時の前記搭載ヘッドのＸＹ方向の位置の補正量を、基板の領域ごと及び／又は前記ノズル部材の回転角度ごとに、直近所定枚数の基板について統計的に処理することにより計算し、この補正量が電子部品搭載時に反映されるように前記電子部品搭載装置をフィードバック制御し、
さらに前記制御工程では、前記位置ズレの経時的変化を監視し、前記位置ズレが経時的に増加傾向にあるとき、又は前記位置ズレが所定の管理値を超えたときに警報を発することを特徴とする電子部品実装方法。」

本発明によれば、Ｘ線検査の活用により電極の位置及びバンプの位置を測定し、両者の位置ズレを低減するように、電子部品搭載装置（電子部品搭載工程）をフィードバック制御するので、バンプ部品の搭載品質を確実に検査して、その搭載品質の維持又は向上を図ることができる。

本発明の一実施形態の電子部品実装システムを示すシステム構成図である。 図１の電子部品実装システムにおける電子部品搭載装置の構成を示す概念図である。 図１の電子部品実装システムにおけるＸ線検査装置の機能を示す概念図である。 ノズル部材の回転角度ごとに補正量を計算して、その補正量に応じて電子部品搭載装置をフィードバック制御する要領を示す概念図である。 基板の領域ごとに補正量を計算して、その補正量に応じて電子部品搭載装置をフィードバック制御する要領を示す概念図である。

図１は、本発明の一実施形態の電子部品実装システムを示すシステム構成図である。図１において電子部品実装システムは、電子部品搭載装置１、Ｘ線検査装置２、リフロー装置３及び外観検査装置４の各装置を連結して成り、各装置を通信ネットワーク５によって接続し、全体を制御手段としての管理コンピュータ６によって制御する構成となっている。

以下、各装置の構成、機能を説明しつつ、図１の電子部品実装システムによる電子部品実装方法を説明する。

電子部品搭載装置１は、基板に形成された電子部品接合用の電極上に、バンプ部品の正面に形成されたバンプを重ねるようにしてバンプ部品を搭載する。本実施形態において電子部品搭載装置１は、図２に概念的に示すように、搭載ヘッド１ａと、この搭載ヘッドを水平面内でＸＹ方向に移動させるＸＹ移動機構とを有する。また、図２には表れていないが搭載ヘッド１ａには、１本又は複数本のノズル部材がその軸線周りに回転可能に装着されており、このノズル部材によって、バンプ部品の供給部からバンプ部品をピックアップし基板の電極上に搭載する。なお、通常、ノズル部材は、搭載ヘッドに回転可能に装着されるスピンドルと、このスピンドルの先端に着脱可能に装着されるノズル本体とを含むが、本発明ではこれらを総称してノズル部材という。

Ｘ線検査装置２は、電子部品搭載装置１とリフロー装置３との間に設置され、電子部品搭載後の基板における電極の位置及びバンプの位置を測定する。本実施形態のＸ線検査装置２の機能を図３を参照して説明すると、Ｘ線検査装置２は、図３（ａ）に示すように基板１０に搭載されたバンプ部品１１の背面側からＸ線を照射して、基板１０に形成されている電極１０ａの位置及びバンプ部品１１のバンプ１１ａの位置を測定する。図３（ｂ）には電極１０ａの位置の測定結果、図３（ｃ）にはバンプ１１ａの測定結果をそれぞれ概念的に示し、図３（ｄ）には図３（ｂ）と図３（ｃ）とを重ね合せた測定結果を概念的に示している。このようにＸ線検査装置２によれば、バンプ部品１１が搭載された基板１０について、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように電極１０ａの位置及びバンプ１１ａの位置をそれぞれ個別に測定することができ、また、図３（ｄ）に示すように電極１０ａの位置及びバンプ１１ａの位置を同時に測定することもできる。なお、図３（ａ）中の符号１１ｂは、電極１０ａとバンプ１１ａとを接合するための半田、フラックス等を含む接合材であり、予め電子部品搭載装置１の前工程においてディップ処理などによりバンプ１１ａに付着させたものである。

管理コンピュータ６は、Ｘ線検査装置２が測定した電極の位置及びバンプの位置から得られる両者の位置ズレ（以下、単に「位置ズレ」という。）を低減するように、電子部品搭載装置１をフィードバック制御する。具体的には本実施形態において管理コンピュータ６は、前記位置ズレを低減するために電子部品搭載時の搭載ヘッド１ａ（図２参照）のＸＹ方向の位置の補正量（以下、単に「補正量」という。）を計算し、この補正量が電子部品搭載時に反映されるように電子部品搭載装置１をフィードバック制御する。さらに具体的には管理コンピュータ６は、基板の領域ごと、搭載ヘッド１ａに回転可能に装着されたノズル部材の回転角度ごと等の観点から前記補正量を計算することができる。これらの補正量は、Ｘ線検査装置２が測定した前記位置ズレの情報（データ）を、基板の領域ごと、ノズル部材の回転角度ごとといった観点から、所定数（例えば直近１００枚の基板について）、統計的に処理することによって得ることができる。

図４には、ノズル部材の回転角度ごとに補正量を計算して、その補正量に応じて電子部品搭載装置１をフィードバック制御する要領を概念的に示している。すなわち、ノズル部材が複数ある場合はノズル部材ごとに、そのノズル部材の回転角度（例えば、０°、９０°、１８０°、２７０°）と位置ズレとを紐付けして統計処理を行うと、図４に示すように、ノズル部材の回転角度ごとに位置ズレの傾向が異なることがある（図４には１本のノズル部材について示している。）。例えば、ノズル部材の軸線が鉛直方向からずれて傾いていると、ノズル部材は回転に伴い、いわゆる首振り運動をするので、その回転角度ごとに位置ズレの傾向が異なることがある。この場合、管理コンピュータ６は、ノズル部材の回転角度ごとに補正量（本実施形態においてこの補正量は、電子部品搭載時の搭載ヘッドのＸＹ方向の位置の補正量になる。）を計算し、その補正量が電子部品搭載時にノズル部材の回転角度ごとに反映されるように電子部品搭載装置１をフィードバック制御する。そうすれば、ノズル部材の回転角度ごとの位置ズレを低減することができる。

次に図５には、基板の領域ごとに補正量を計算して、その補正量に応じて電子部品搭載装置１をフィードバック制御する要領を概念的に示している。すなわち、基板を仮想的に複数の領域１、２、３、４・・・に分割し、ノズル部材が複数ある場合はノズル部材ごとに、基板の領域と位置ズレとを紐付けして統計処理を行うと、図５に示すように、基板の領域ごとに位置ズレの傾向が異なることがある。例えば、図２に示した電子部品搭載装置のＸ方向ビーム１ｂに歪みや撓みがあると、基板の領域ごとに位置ズレの傾向が異なることがある（図５には１本のノズル部材について示している。）。この場合、管理コンピュータ６は、そのノズル部材について基板の領域ごとに補正量を計算し、その補正量が、電子部品搭載時に基板の領域ごとに反映されるように電子部品搭載装置１をフィードバック制御する。そうすれば、基板の全領域について位置ズレを低減して０に近づけることができる。

そして、図４に例示したノズル部材の回転角度ごとの補正量と図５に例示した基板の領域ごとの補正量とを組み合せることにより、ノズル部材の回転角度ごと及び基板の領域ごとの位置ズレがいずれも低減され、ノズル部材ごとに位置ズレの絶対値を０に近づけることができる。なお、前述のとおり図４及び図５は、１本のノズル部材についての位置ズレの傾向を示しており、ノズル部材が複数ある場合はノズル部材ごとに図４及び図５のような位置ズレの傾向が得られ、ノズル部材ごとに各補正量を計算してフィードバック制御する。

ここで、管理コンピュータ６は、位置ズレの経時的変化を監視し、位置ズレが経時的に増加傾向にあるときは警報を発するようにすることもでき、また、位置ズレが所定の管理値を超えたときにも警報を発するようにすることができる。

図１に戻って、リフロー装置３は電子部品搭載後の基板を加熱して、電子部品（バンプ部品）を基板の電極に接合する。そして、外観検査装置４は、接合後の基板上における電子部品（バンプ部品）の実装状態を検査する。以上により実装基板が製造される。

以上の実施形態の説明からわかるように、本発明によれば、Ｘ線検査の活用により電極の位置及びバンプの位置を測定し、両者の位置ズレを低減するように、電子部品搭載装置（電子部品搭載工程）をフィードバック制御するので、バンプ部品の搭載品質を確実に検査して、その搭載品質の維持又は向上を図ることができる。

なお、以上の実施形態では、フィードバック制御に用いる補正量を、基板の領域ごと、ノズル部材の回転角度ごとの観点から計算する例を示したが、例えば搭載ヘッドが複数ある場合、搭載ヘッドごといった他の観点から補正量を計算することもできる。

１ 電子部品搭載装置
１ａ 搭載ヘッド
１ｂ Ｘ方向ビーム
２ Ｘ線検査装置
３ リフロー装置
４ 外観検査装置
５ 通信ネットワーク
６ 管理コンピュータ（制御手段）
１０ 基板
１０ａ 電極
１１ バンプ部品
１１ａ バンプ
１１ｂ 接合材

Claims (2)

1. 基板に形成された電子部品接合用の電極上に、電子部品の正面に形成されたバンプを重ねるようにして電子部品を搭載する電子部品搭載装置と、電子部品搭載後の基板を加熱して前記バンプを前記電極に接合するリフロー装置と、前記電子部品搭載装置の動作を制御する制御手段とを備える電子部品実装システムにおいて、
   前記電子部品搭載装置は、電子部品の供給部から電子部品をピックアップし前記基板の電極上に搭載するノズル部材と、このノズル部材を軸線周りに回転可能に装着した搭載ヘッドと、この搭載ヘッドを水平面内でＸＹ方向に移動させるＸＹ移動機構とを有し、
   前記電子部品搭載装置と前記リフロー装置との間に、前記電子部品搭載後の基板における前記電極の位置及び前記バンプの位置を測定可能なＸ線検査装置を設置し、
   前記制御手段は、前記Ｘ線検査装置が測定した前記電極の位置及び前記バンプの位置から得られる両者の位置ズレを低減するために電子部品搭載時の前記搭載ヘッドのＸＹ方向の位置の補正量を、基板の領域ごと及び／又は前記ノズル部材の回転角度ごとに、直近所定枚数の基板について統計的に処理することにより計算し、この補正量が電子部品搭載時に反映されるように前記電子部品搭載装置をフィードバック制御し、
   さらに前記制御手段は、前記位置ズレの経時的変化を監視し、前記位置ズレが経時的に増加傾向にあるとき、又は前記位置ズレが所定の管理値を超えたときに警報を発することを特徴とする電子部品実装システム。
2. 基板に形成された電子部品接合用の電極上に、電子部品の正面に形成されたバンプを重ねるようにして電子部品を搭載する電子部品搭載工程と、電子部品搭載後の基板を加熱して前記バンプを前記電極に接合するリフロー工程とを含む電子部品実装方法において、
   前記電子部品搭載工程では、電子部品の供給部から電子部品をピックアップし前記基板の電極上に搭載するノズル部材と、このノズル部材を軸線周りに回転可能に装着した搭載ヘッドと、この搭載ヘッドを水平面内でＸＹ方向に移動させるＸＹ移動機構とを有する電子部品搭載装置を使用し、
   前記電子部品搭載工程と前記リフロー工程との間に、前記電子部品搭載後の基板における前記電極の位置及び前記バンプの位置をＸ線検査装置で測定するＸ線検査工程を含み、
   さらに、前記Ｘ線検査工程で測定した前記電極の位置及び前記バンプの位置から得られる両者の位置ズレを低減するように、前記電子部品搭載工程をフィードバック制御する制御工程を含み、
   前記制御工程では、前記位置ズレを低減するために電子部品搭載時の前記搭載ヘッドのＸＹ方向の位置の補正量を、基板の領域ごと及び／又は前記ノズル部材の回転角度ごとに、直近所定枚数の基板について統計的に処理することにより計算し、この補正量が電子部品搭載時に反映されるように前記電子部品搭載装置をフィードバック制御し、
   さらに前記制御工程では、前記位置ズレの経時的変化を監視し、前記位置ズレが経時的に増加傾向にあるとき、又は前記位置ズレが所定の管理値を超えたときに警報を発することを特徴とする電子部品実装方法。

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