JPH1098265A - 半導体パッケージ部品の実装装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微小リードピッチ半導体パッケージ部品を高
い精度で基板に搭載できるようにすること。はんだ付け
後、はんだ付けの良否を簡単に検査できるようにするこ
と。 【解決手段】 プレースメントロボット31に部品を吸着
する吸着ヘッド49と、部品および基板の基準位置マーク
を認識するカメラ49を搭載する。ヒーターロボットには
んだ付け用の加熱ヘッドを搭載する。加熱ヘッドは２分
割されていて、はんだ付け位置へ近づくときと、離れる
ときは開いた状態となり、はんだ付けをするときは吸着
ヘッドを取り囲んで閉じた状態となる。これにより吸着
ヘッド49と同じロボット31に搭載したカメラ59で基準位
置マークの認識が可能になり、搭載精度が高まる。加熱
ヘッドは熱風吹き付け方式とする。はんだがリードの上
面にまわり込むので、はんだ付けの良否の検査が容易に
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、周辺に多数のリー
ドを有する半導体パッケージ部品を基板に実装する装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＴＣＰ（tape carrier package）部品や
ＱＦＰ（quad flat package ）部品などのリードピッチ
の小さい半導体パッケージ部品を基板に実装する場合に
は、クリームはんだ印刷→部品搭載→リフロー炉加熱と
いう工程では対応できないため、基板のパッド部にはん
だをプリコートしておいて、パッド上にフラックスを塗
布後、部品を搭載して、その場でプリコートはんだを加
熱溶融させてはんだ付けを行うという方法がとられてい
る。プリコートはんだを加熱溶融させる手段としてはヒ
ートツール方式が一般的である。この方式は、プリコー
トはんだの上に載置されたリードの上から加熱されたヒ
ートツールを押し当ててはんだを溶融させるものであ
る。

【０００３】このような作業を行うため従来の半導体パ
ッケージ部品の実装装置は、ロボットに半導体パッケー
ジ部品を移送するための吸着ヘッドを搭載し、この吸着
ヘッドを取り囲むようにヒートツールを配置した構造と
なっている。この装置は、吸着ヘッドで部品を吸着して
基板上の所定の位置まで移送し、その位置にセットした
後、吸着ヘッドは部品を吸着したままで、ヒートツール
を下降させてリードに押しつけ、プリコートはんだを溶
融させてはんだ付けを行うものである。

【０００４】一方、部品を基板上の所定の位置にセット
するためには、半導体パッケージ部品と基板の基準位置
マークを認識するためのカメラが必要となるが、このカ
メラは吸着ヘッドが搭載されているロボットとは別のロ
ボットに搭載されている。これは、カメラを吸着ヘッド
と同じロボットに搭載すると、ヒートツールが邪魔にな
って半導体パッケージ部品の基準位置マークを認識でき
ないからである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の実装装置は、ヒ
ートツールをリードに押しつけて加熱する接触加熱方式
をとっているため、全リードに均一にヒートツールが接
触するようヒートツール下面をフラットに保つ必要があ
る。このため、ヒートツールは一体ものとして形成さ
れ、かつ予め吸着ヘッドを囲むように配置された構造と
なっていた。この結果、基準位置マークを認識するカメ
ラと、その認識に基づいて部品を所定位置に移送する吸
着ヘッドとが別なロボットに搭載されている。この構成
では、温度差によるロボット軸の伸縮などの影響を受け
やすく、部品の搭載精度を高めることが困難である。特
に部品のリードピッチが小さくなると、部品の搭載精度
を高くする必要があるので、それに対応できる装置の開
発が望まれている。

【０００６】またヒートツールを押しつける方式では、
ヒートツールとリード上面が密着しているためリード上
へのはんだの回り込みがなく、はんだ付けの状態がよい
所もわるい所も外観がほぼ一様になってしまうため、は
んだ付け不良を見つけ出すことが困難である。加えて、
はんだ付け後のリード検査を行う場合、吸着ヘッドが部
品から離れてから、別のロボットに搭載されたカメラが
部品上まで移動してきて検査を行わなければならず、タ
クトタイムが長くなる問題があった。

【０００７】以上のような問題点に鑑み本発明の第１の
目的は、基板に部品を高い精度で搭載することができる
微小リードピッチ半導体パッケージ部品の実装に好適な
実装装置を提供することにある。また本発明の第２の目
的は、はんだ付けした後、はんだ付けの良否を簡単に検
査できる半導体パッケージ部品の実装装置を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため本発明に係る半導体パッケージ部品の実装装置
は、プレースメントロボットとヒーターロボットとを備
え、プレースメントロボットには半導体パッケージ部品
を吸着するための吸着ヘッドと、半導体パッケージ部品
および基板の基準位置マークを認識するためのカメラが
搭載されており、ヒーターロボットには半導体パッケー
ジ部品のリードを基板のパッドにはんだ付けするための
加熱ヘッドが搭載されており、加熱ヘッドは２つ以上に
分割されていて開閉可能であり、はんだ付け位置へ近づ
くときは吸着ヘッドを取り囲むために開いた状態とな
り、はんだ付けをするときは吸着ヘッドを取り囲んで閉
じた状態となり、はんだ付け位置から離れるときは吸着
ヘッドの取り囲みを解くために開いた状態となることを
特徴とするものである。

【０００９】この装置は、吸着ヘッドと加熱ヘッドが別
なロボットに搭載され、加熱ヘッドははんだ付けを行う
ときだけ吸着ヘッドを取り囲むようになっているので、
基準位置マークの認識は吸着ヘッドと同じロボットに搭
載したカメラで行うことが可能となる。したがって部品
の搭載精度を高くできる。

【００１０】また上記第２の目的を達成するため本発明
は、上記の実装装置において、加熱ヘッドを、はんだ付
け部に熱風を吹き付けてはんだを溶融させる非接触タイ
プとしたことを特徴とするものである。非接触でプリコ
ートはんだを溶融させると、溶融したはんだがリードの
上面にまわるので、リードの上面がはんだで覆われてい
るか否かで、はんだ付けの良否を判定することが可能と
なる。

【００１１】また本発明は、さらに好ましくは上記の実
装装置において、第１のロボットに搭載されたカメラで
はんだ付け後のリードの上面を撮影し、得られた画像か
らはんだ付けの良否を判定する検査手段を設けたことを
特徴とするものである。このようにすると、はんだ付け
完了後、吸着ヘッドが部品から離れる前に、部品上に待
機しているカメラで直ちにリードの表面を観察すること
ができる。リードの上面がはんだで覆われているか否か
は、リードの表面がはんだ色に変わっているか否かを観
察すればよいので、画像処理の手法で簡単にはんだ付け
の良否を判定することが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して詳細に説明する。図１は本発明の実装装置の一
実施形態を示す平面図である。図において１１は基板を
搬送するコンベア、１３は搬送されてきた基板を部品実
装のために一時的に持ち上げて支持するリフタである。
また１５はＴＣＰ部品を供給する部品供給ユニット、１
７はＴＣＰ部品をテープから打ち抜き、リードを成形す
る切断・成形ユニットである。

【００１３】ＴＣＰ部品は例えば図２のような形態で供
給される。図２において１９はＴＡＢ（tape automated
bonding）テープ、２１はＴＡＢテープ１９に形成され
た窓、２３は窓２１を横切るリード、２５は上面を樹脂
で封止された半導体チップである。リード２３の内端は
半導体チップ２５の端子に接続されている。ＴＡＢテー
プ１９の周辺はプラスチック製のスライドキャリア２７
で支持されている。

【００１４】図１に示した部品供給ユニット１５は、上
記のようなＴＣＰ部品２９を所要枚数積み重ねて収容し
たコインスタックチューブをセットし、そこからＴＣＰ
部品２９を１枚ずつ供給するものである。切断・成形ユ
ニット１７は、供給されたＴＣＰ部品２９を破線Ｃの位
置で切断した後、リード２３を実装に適する形に成形す
る。なおＴＣＰ部品２９は図２のようなスライドキャリ
ア２７を使用せずに、ＴＡＢテープが連続する形態で供
給することもできる。

【００１５】図１の装置は、ＴＣＰ部品を基板に搭載す
るプレースメントロボット３１と、基板に搭載されたＴ
ＣＰ部品のリード部分をはんだ付けのために加熱するヒ
ーターロボット３３とを備えている。図１において、３
５はプレースメントロボット３１のヘッド、３７はプレ
ースメントロボット３１のＸ軸、３９は同じくＹ軸、４
１はヒーターロボット３３のヘッド、４３はヒーターロ
ボット３３のＸ軸（Ｙ軸は図示を省略）である。

【００１６】プレースメントロボット３１のヘッド３５
の部分は図３および図４のような構造になっている。ヘ
ッド３５はＺ軸サーボモーター４５とボールネジ４７に
より上下するようになっている。ヘッド３５の下端には
ＴＣＰ部品を吸着する吸着ヘッド４９が取り付けられて
いる。吸着ヘッド４９はＳ軸サーボモーター５１と減速
ギア５３により回転できるようになっている。またヘッ
ド３５には、基準位置マーク認識のための、ミラー５
５、レンズ５７、カメラ（ＣＣＤイメージセンサ）５９
およびライト６１が１対ずつ搭載されている。これらの
ユニットはＴＣＰ部品の対角線上および基板の部品搭載
領域の対角線上にある２つの基準位置マークを検出する
ものである。

【００１７】次にヒーターロボット３３のヘッド４１の
部分は図５および図６のような構造になっている。ヘッ
ド４１はＺ軸シリンダ６３により上下するようになって
いる。ヘッド４１の下端には２分割型の加熱ヘッド６５
およびヒーター６７が開閉アーム６９に支持された状態
で取り付けられている。またヘッド４１の片側にはフラ
ックス供給用のシリンジ７１およびノズル７３が、反対
側には接着剤供給用のシリンジ７５およびノズル７７が
取り付けられている。

【００１８】加熱ヘッド６５は図７に示すようなセラミ
ック製の正方形（部品が長方形の場合は長方形）の枠体
で、図８のように左右に開閉できるように２分割されて
いる。加熱ヘッド６５の２つの半割部材にはそれぞれ熱
風供給用のヒーター６７の先端部が接続されている。ヒ
ーター６７は図９に示すように空気供給管７９の先端に
セラミック等ができた耐熱管８１を接続し、耐熱管８１
の中に電熱線８３を収容したものである。空気供給管７
９から供給される空気は耐熱管８１を通過するうちに電
熱線８３で加熱され、はんだを溶融する温度の熱風とな
って加熱ヘッド６５内に供給される。加熱ヘッド６５の
各辺には図１０のように下方に向けてスリット状の熱風
吹き出し口８５が形成されており、この吹き出し口８５
から熱風が下方に向けて吹き出すようになっている。

【００１９】加熱ヘッド６５は、２つの半割部材を閉じ
た状態で、図１０のように吸着ヘッド４９を取り囲む大
きさになっている。また熱風吹き出し口８５は、吸着ヘ
ッド４９がＴＣＰ部品２９を吸着し、基板８７に搭載し
たときに、ＴＣＰ部品２９のリード２３の真上に位置す
るように形成されている。この加熱ヘッド６５は、吸着
ヘッド４９に保持されたＴＣＰ部品２９が基板８７の所
定の位置（はんだ付け位置）に搭載された後に、図８の
ように開いた状態ではんだ付け位置に接近し、はんだ付
け位置にくると図７、図１０のように閉じて吸着ヘッド
４９を取り囲み、この状態で熱風を吹き出してはんだ付
けを行い、はんだ付けが終わると再び図８のように開い
てはんだ付け位置から離れるようになっている。この操
作はヒーターロボット３３のヘッド４１に設けた開閉駆
動装置により行われる。

【００２０】なお加熱ヘッド６５は、図１１に示すよう
に各辺ごとに４分割し、その各々にヒーター６７を接続
して熱風を供給できるようにしておき、吸着ヘッドに接
近するときと吸着ヘッドから離れるときは４つの部材の
うちの１つの部材だけを開き、はんだ付けをするときは
その１つの部材を閉じて４つの部材で吸着ヘッドを取り
囲むようにすることもできる。

【００２１】次に以上のように構成された実装装置の動
作を説明する。まず図１のコンベア１１により搬送され
てきた基板が所定の位置にくると、コンベア１１が停止
し、リフタ１３が基板を持ち上げて、定位置に支持す
る。この状態でプレースメントロボット３１が動作し、
カメラ５９で基板の基準位置マークを検出し、基板の部
品搭載位置を確認する。

【００２２】その一方で、部品供給ユニット１５から図
２の形態のＴＣＰ部品２９が１枚、切断・成形ユニット
１７に供給される。切断・部品供給ユニット１７は、こ
のＴＣＰ部品２９を破線Ｃの位置で切断し、リード２３
をはんだ付けに適する形に成形した後、その部品を吸着
ヘッド４９が受け取れる位置に送り出す。この間にヒー
ターロボット３３は接着剤ノズル７７を基板の部品搭載
位置に移動させ、パッドの内側に部品固定用の接着剤を
塗布する。その後ヒーターロボット３３はフラックスノ
ズル７３を基板のパッド上に移動させ、パッド上にフラ
ックスを塗布する。

【００２３】次にプレースメントロボット３１は吸着ヘ
ッド４９をＴＣＰ部品２９上に移動させ、ＴＣＰ部品２
９を吸着し、ＴＣＰ部品を実装位置へ移送する。移送す
る過程でカメラ５９がＴＣＰ部品の基準位置マークを検
出し、ＴＣＰ部品の吸着ヘッド４９に対する位置を確認
する。その後、カメラで確認した基板の基準位置マーク
とＴＣＰ部品の基準位置マークに基づいて、ＴＣＰ部品
を基板上に搭載する。基板およびＴＣＰ部品の基準位置
マークの検出は吸着ヘッド４９と同じロボット３１に搭
載されたカメラで行っているので、基準位置マークに対
する吸着ヘッド４９の移動精度は極めて高く、ＴＣＰ部
品を高精度で基板に搭載することができる。

【００２４】この後はヒーターロボット３３が動作し、
加熱ヘッド６５を開いた状態ではんだ付け位置に移動さ
せ、はんだ付け位置にきたところで加熱ヘッド６５を閉
じ、図１０のように吸着ヘッド４９を取り囲む。この状
態で熱風を吹き出し、パッド上のはんだを溶融させてリ
ードをパッドにはんだ付けする。その後、加熱ヘッド６
５を開いて待機位置に後退させる。

【００２５】これで部品実装が完了するが、この状態で
は吸着ヘッド４９のまわりに加熱ヘッド６５がないか
ら、プレースメントロボット３１に搭載されたカメラ５
９で、はんだ付け後のリードの状態を観察できる。上記
のように熱風により非接触ではんだ付けを行うと、溶融
したはんだがリードの上面に回り込むため（ヒートツー
ル押しつけの場合はこれがない）、はんだ付けが良好に
行われた場合にはリードの上面がリードの元の色（リー
ドが金メッキしてあれば金色）からはんだ色に変色す
る。またはんだ付けの状態がよくない場合は、リード上
面にリードの元の色が残る。したがってリードの上面の
色または濃度からはんだ付けの良否をその場で判定する
ことが可能となる。

【００２６】具体的には、図１２に示すようにカメラ
（ＣＣＤイメージセンサ）５９で検出した画像信号をＡ
／Ｄ変換器８９でデジタル化し、画像メモリ９１に記憶
させた後、画像処理プロセッサ９３によりリード表面の
色または濃度を検出し、それを比較器９５で予め設定し
てある色基準または濃度基準９７と比較して、基準に達
して（基準範囲に入って）いれば良、いなければ不良と
判定し、その結果を表示器９９に表示する。

【００２７】このように本発明の装置を使用すれば、は
んだ付け後、その場ではんだ付けの良否を判定すること
ができるので、後工程を簡略化できる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、基
板および半導体パッケージ部品の基準位置マークの認識
を吸着ヘッドと同じロボットに搭載したカメラで行うこ
とができるので、検出される基準位置マークの位置とそ
れに基づいて吸着ヘッドがプレースされる位置との間に
誤差が生じ難く、基板への部品の搭載精度を高くでき
る。

【００２９】また加熱ヘッドを熱風ではんだを溶融させ
る方式にすれば、リード上面がはんだで覆われているか
否かを観察することにより、はんだ付けの良否を判定で
きるので、はんだ付けの良否の検査を容易に行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る実装装置の一実施形態を示す平
面図。

【図２】 図１の装置で基板に実装する部品の一例を示
す平面図。

【図３】 図１の装置のプレースメントロボットのヘッ
ド部分の、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は底面図。

【図４】 図１の装置のプレースメントロボットのヘッ
ド部分の側面図。

【図５】 図１の装置のヒーターロボットのヘッド部分
の、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は接着剤
用シリンジを省略した状態の左側面図。

【図６】 図１の装置のヒーターロボットのヘッド部分
の右側面図。

【図７】 図１の装置に使用した加熱ヘッドを示す斜視
図。

【図８】 図７の加熱ヘッドの開いた状態を示す平面
図。

【図９】 図７の加熱ヘッドに熱風を供給するヒーター
の断面図。

【図１０】 図７の加熱ヘッドが吸着ヘッドを取り囲ん
で熱風を吹き出す状態を示す断面図。

【図１１】 本発明で使用する加熱ヘッドの他の例を示
す平面図。

【図１２】 本発明の装置に使用されるはんだ付け状態
検査装置のブロック図。

【符号の説明】

１１：コンベア １３：リフタ １５：部品供給ユニット １７：切断・成形ユニット １９：ＴＡＢテープ ２３：リード ２５：半導体チップ ２９：ＴＣＰ部品 ３１：プレースメントロボット ３３：ヒーターロボット ３５：プレースメントロボットのヘッド ４１：ヒーターロボットのヘッド ４９：吸着ヘッド ５５：ミラー ５７：レンズ ５９：カメラ ６５：加熱ヘッド ６７：ヒーター ８５：熱風吹き出し口 ８７：基板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プレースメントロボットとヒーターロボッ
   トとを備え、プレースメントロボットには半導体パッケ
   ージ部品を吸着するための吸着ヘッドと、半導体パッケ
   ージ部品および基板の基準位置マークを認識するための
   カメラが搭載されており、ヒーターロボットには半導体
   パッケージ部品のリードを基板のパッドにはんだ付けす
   るための加熱ヘッドが搭載されており、加熱ヘッドは２
   つ以上に分割されていて開閉可能であり、はんだ付け位
   置へ近づくときは吸着ヘッドを取り囲むために開いた状
   態となり、はんだ付けをするときは吸着ヘッドを取り囲
   んで閉じた状態となり、はんだ付け位置から離れるとき
   は吸着ヘッドの取り囲みを解くため開いた状態となるこ
   とを特徴とする半導体パッケージ部品の実装装置。
2. 【請求項２】加熱ヘッドが、はんだ付け部に熱風を吹き
   付けてはんだを溶融させる非接触タイプであることを特
   徴とする請求項１記載の半導体パッケージ部品の実装装
   置。
3. 【請求項３】プレースメントロボットに搭載されたカメ
   ラではんだ付け後のリードを撮影し、得られた画像から
   はんだ付けの良否を判定する検査手段を設けたことを特
   徴とする請求項１または２記載の半導体パッケージ部品
   の実装装置。