JP4797895B2 - 電子部品搭載装置および電子部品実装方法 - Google Patents

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。

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）。
特開２００５−３０５８０６号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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 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 本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の平面図 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 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 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 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 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 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 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 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 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

符号の説明

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

Claims (2)

1. 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ことを特徴とする電子部品搭載装置。
2. 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ことを特徴とする電子部品実装方法。

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