(57)【要約】【課題】導電性ボールが搭載されたモジュールを低コストで製造することができる電子部品実装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。【解決手段】フリップチップなどの電子部品５とバンプ形成用の導電性ボールとを同一の基板に実装する電子部品実装において、電子部品実装装置の部品供給部３に電子部品５を収容するトレイフィーダ４，導電性ボールを供給するボールフィーダ７を含んだ構成とし、移載ヘッド１０に導電性ボール専用の吸着ノズルを装着可能とする。これにより、単一の実装装置によって通常の電子部品とバンプ形成用の導電性ボールの搭載を行うことができ、設備コストを低減して導電性ボールが搭載されたモジュールを低コストで製造することができる。【選択図】　図１
2004023028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を基板に実装する電子部品実装装置であって、電子部品を供給する部品供給手段を複数種類の電子部品について備えた部品供給部と、この部品供給部から複数種類の電子部品を真空吸引により取り出して基板に搭載する搭載手段とを備え、前記部品供給手段は、前記基板に搭載される導電性ボールを供給するボール供給手段を含み、前記搭載手段は、前記導電性ボールを保持可能なボール保持手段を含むことを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項２】
電子部品を基板に実装する電子部品実装方法であって、電子部品を供給する部品供給手段を複数種類の電子部品について備えた部品供給部から電子部品を真空吸引により取り出して基板に搭載する搭載工程において、前記部品供給部に配設されたボール供給手段からボール保持手段によって導電性ボールを取り出して基板に搭載することを特徴とする電子部品実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を基板に実装する電子部品実装装置および電子部品実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子などの電子部品は一般に基板に実装されたモジュールの形態で電子機器に組み込まれる。近年電子機器の小型化に伴ってモジュールの形態も小型化・多様化し、電子部品が実装された小型のモジュールを導電性ボールを介して主基板に実装する形態が広く用いられるようになっている。このようなモジュールは、従来は基板に電子部品を搭載する電子部品実装装置と、基板に導電性ボールを搭載するボール搭載装置を含む複数の部品搭載設備を用いて製造されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に小型のモジュールはＩ／Ｏ数が少ないことから、１つのモジュールに搭載される導電性ボールの個数は少ない。しかしながら、従来方法によるモジュールの製造には、搭載する導電性ボールの個数が少ない場合にあってもボール搭載用の専用装置を必要とし、設備コストが高いという問題点があった。
【０００４】
そこで本発明は、導電性ボールが搭載されたモジュールを低コストで製造することができる電子部品実装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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電子部品実装装置は、電子部品を基板に実装する電子部品実装装置であって、電子部品を供給する部品供給手段を複数種類の電子部品について備えた部品供給部と、この部品供給部から複数種類の電子部品を真空吸引により取り出して基板に搭載する搭載手段とを備え、前記部品供給手段は、前記基板に搭載される導電性ボールを供給するボール供給手段を含み、前記搭載手段は、前記導電性ボールを保持可能なボール保持手段を含む。
【０００６】
請求項２記載の電子部品実装方法は、電子部品を基板に実装する電子部品実装方法であって、電子部品を供給する部品供給手段を複数種類の電子部品について備えた部品供給部から電子部品を真空吸引により取り出して基板に搭載する搭載工程において、前記部品供給部に配設されたボール供給手段からボール保持手段によって導電性ボールを取り出して基板に搭載する。
【０００７】
本発明によれば、基板に実装される部品を供給する部品供給手段に基板に搭載される導電性ボールを供給するボール供給手段を含み、部品を基板に搭載する搭載手段に導電性ボールを保持可能なボール保持手段を含むように構成することにより、単一の実装装置によって通常の電子部品とバンプ形成用の導電性ボールの搭載を行うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
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装置の平面図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の移載ヘッドの構成を示す図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の実装対象となる基板の斜視図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の真空吸引・制御系の構成を示すブロック図、図５は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置のボールフィーダの断面図、図６は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の動作説明図、図７は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置におけるピックアップミス検出処理のフロー図である。
【０００９】
まず図１を参照して電子部品実装装置の全体構造について説明する。図１において、Ｘ方向に配設された搬送路１には、電子部品の実装対象となる基板２が載置されている。搬送路１は上流側から搬入される基板２を受け取り、電子部品実装位置に位置決めする。搬送路１は基板を位置決めする基板位置決め部となっている。
【００１０】
基板２は小型のモジュール基板であり、図３に示すように基板２にはフリップチップなどの電子部品５を含むチップ型部品が実装され、また基板２の外周部に沿ってバンプ形成用の導電性ボール１６（以下、単に「ボール１６」と略称する。）が搭載される。そして電子部品５やボール１６が搭載された基板２はリフロー工程に送られ、ここで加熱されることにより、電子部品５の半田接合と半田バンプの形成とが同一工程で完了する。
【００１１】
搬送路１の側方には、基板２に実装される電子部品を供給する部品供給部３が配設されている。部品供給部３は、基板２に実装される電子部品５の種類やボール１６に応じ、電子部品を供給する部品供給手段を複数種類の電子部品について備えた構成となっており、部品供給部３には、トレイフィーダ４、テープフィーダ６およびボールフィーダ７（ボール供給手段）が併設されている。
【００１２】
トレイフィーダ４は下面にバンプが形成されたフリップチップなどの電子部品５を収容し、テープフィーダ６は各種のチップ型の電子部品（図示せず）をテープに保持された状態で収容し、後述する移載ヘッドに供給する。またボールフィーダ７は、基板２にフリップチップなどと併せて実装されるボール１６を供給する。すなわち、前述の部品供給手段は、基板２に搭載されるボール１６を供給するボール供給手段を含んだ構成となっている。
【００１３】
搬送路１の上方には、搬送路１と直交するＹ方向に２つのＹ軸テーブル８が基板位置決め部を挟んで配設されており、Ｙ軸テーブル８には、第１のＸ軸テーブル９及び第２のＸ軸テーブル１４が架設されている。第１のＸ軸テーブル９には複数の吸着ノズルを備えた移載ヘッド１０が装着されており、第２のＸ軸テーブル１４には基板認識カメラ１５が装着されている。
【００１４】
図２に示すように移載ヘッド１０はマルチタイプであり、単位移載ヘッド１８を８個備えた構成となっている。これらの単位移載ヘッド１８はそれぞれ下端部に電子部品を吸着して保持する吸着ノズル２０を備え、個別に昇降動作が可能となっている。吸着ノズル２０は単位移載ヘッド１８の下部に設けられた装着部１８ａ（図４参照）に着脱自在に装着され、電子部品の種類に応じて交換されるようになっている。
【００１５】
ここでは吸着ノズル２０として、通常のチップ部品を保持するための吸着ノズル２０Ｂと、ボール１６を保持するための専用の吸着ノズル２０Ａ（ボール保持手段）の２種類を選択して用いることができるようになっている。これらの交換用の吸着ノズル２０Ａ、２０Ｂは、部品供給部３と搬送路１の間に配設されたツールチェンジャー１３に収納される。搭載動作において、移載ヘッド１０がツールチェンジャー１３にアクセスすることにより、各単位移載ヘッド１８には搭載対象の部品に応じた吸着ノズルや、フラックス転写ピンなどの各種のツールが装着される。
【００１６】
移載ヘッド１０には、移載ヘッドと一体的に移動するヘッド付属カメラ１９が装着されており、ヘッド付属カメラ１９と基板認識カメラ１５によって同一対象を撮像することにより、移載ヘッド１０から独立して移動する基板認識カメラ１５の座標系と、移載ヘッド１０の駆動座標系とのキャリブレーションを行えるようになっている。また移載ヘッド１０には、ディスペンサ１７が一体的に移動可能に配設されており、ディスペンサ１７は、電子部品５やボール１６の半田接合用のフラックスを塗布する。
【００１７】
Ｙ軸テーブル８、第１のＸ軸テーブル９を駆動することにより、移載ヘッド１０は部品供給部３と基板位置決め部（搬送路１）上の基板２との間を往復移動する。そして各単位移載ヘッド１８によって、部品供給部３のトレイフィーダ４から電子部品５を、またテープフィーダからは各種のチップ型の電子部品を、さらにボールフィーダ７からはボール１６を取り出し、ピックアップし、基板２に移送し、位置合わせを行った後基板２上の実装点に搭載する。したがって、移載ヘッド１０，Ｙ軸テーブル８、第１のＸ軸テーブル９は、搭載手段となっている。そしてこの搭載手段は、前述のようにボール保持手段を含む構成となっている。
【００１８】
Ｙ軸テーブル８、第２のＸ軸テーブル１４を駆動することにより、基板認識カメラ１５はＸＹ方向に水平移動し、搬送路１に位置決めされた基板２に対して進退する。そして基板認識カメラ１５が基板２の上方の任意位置に進出した状態において、下方の基板２の任意位置を撮像する。
【００１９】
部品供給部３と搬送路１との間の移載ヘッド１０の移動経路には、部品認識カメラ１２及びフラックス転写部１１が設けられている。部品供給部３にてフリップチップなどの電子部品を取り出した移載ヘッド１０が部品認識カメラ１２上を通過する際に、部品認識カメラ１２は吸着ノズル２０に保持された状態のこれらの電子部品を下方から撮像する。これにより、電子部品が認識され電子部品の識別や位置の検出が行われる。
【００２０】
そしてこの後移載ヘッド１０がフラックス転写部１１に移動し、ここで保持した電子部品５をフラックス転写部１１の塗布面に対して昇降させることにより、電子部品５のバンプやチップ型部品の接合用端子には半田接合用のフラックスが塗布される。なお、ボール１６へのフラックス塗布については、ディスペンサ１７によって基板２上に直接塗布する方法と、フラックス転写部１１によって膜状に供給されるフラックスを、搭載ヘッド１０に装着されたワンポイント転写ピンによって基板２に転写する方法のいずれを用いてもよい。
【００２１】
ここで図４を参照して、吸着ノズル２０から真空吸引する真空吸引・制御系の構成について説明する。図４に示すように、単位移載ヘッド１８において吸着ノズル２０が装着される装着部１８ａには真空バルブ２１が接続されており、真空バルブ２１は真空吸引源である真空ポンプ２３に接続されている。装着部１８ａに吸着ノズル２０が装着された状態で真空ポンプ２３を駆動し、真空バルブ２１を開状態にすることにより、吸着ノズル２０の下端部の吸着面に設けられた吸着孔より真空吸引する。吸着ノズル２０から真空ポンプ２３に至る回路は、真空吸引時に空気が通過する真空吸引回路となっている。装着部１８ａには、フィルタ１８ｂが内蔵されており、吸着ノズル２０から吸引された空気がフィルタ１８ｂを通過することにより、真空吸引時に空気とともに吸引された異物がフィルタ１８ｂによって捕集される。
【００２２】
真空バルブ２１と真空ポンプ２３の間の真空吸引回路には、流量センサ２２が介設されている。流量センサ２２は、内部を流れる流体の温度差を検出することにより、真空吸引によって単位時間当たりに真空吸引回路内を流れる空気の量を、流量の経時的な変化を示す流量パターンとして計測する。流量センサ２２の計測結果は、判定部２４に送られる。
【００２３】
判定部２４は、流量センサ２２の流量計測結果を記憶部２６に記憶されている流量データと比較することにより、吸着ノズル２０の下端部における電子部品の有無や吸着状態などの、真空吸引系の状態の判定を行う。すなわち、流量計測結果が、ボール正常吸着状態を示すしきい値よりも小さい場合には、ボール１６が吸着ノズル２０Ａによって正常にピックアップされたと判定し、反対に流量計測結果がしきい値よりも大きい場合には、吸着ノズル２０Ａにボール１６が保持されていないと判定する。判定結果は制御部２５に送られ、制御部２５は判定結果に基づいて報知部２７を制御することにより、ボールピックアップミスの報知を行う。
【００２４】
次に図５を参照して、ボールフィーダ７の構造について説明する。図５において、ボールフィーダ７は横長長板状の基底部３２と、基底部３２の後部に立設されたホルダ３３を有しており、ホルダ３３にカセット３４が着脱自在に装着されている。カセット３４の内部には、ボール１６が大量に収納されている。カセット３４内には窒素ガスが供給されており、ボール１６はこの窒素ガスの圧力によって基底部３２内に設けられたトンネル４４内に送り込まれ、トンネル４４内を前方に搬送されて先端部に到達する。もちろん吸引によってボール１６を搬送してもよい。
【００２５】
３６は、基底部３２の先端部の上面を開閉するカバー板、３７，３８，３９は、カバー板３６を駆動するためのリンク機構を構成するレバー、４０はレバー３９を弾発するスプリングである。電子部品実装装置の押圧ロッド４２がレバー３９の上部を押圧すると、レバー３９はピン４１を中心に揺動し、これによりレバー３７，３８も揺動し、カバー板３６は前後方向（矢印ａ）へスライドして基底部３２の先端部のピックアップ位置を開閉する。カバー板３６が後退することにより先端部に露呈したボール１６は、単位移載ヘッド１８の吸着ノズル２０Ａによってピックアップされる。
【００２６】
この電子部品実装装置は上記のように構成されており、以下動作について説明する。前述のように複数種類の電子部品５およびボール１６を含む基板２を実装対象とする電子部品実装方法においては、移載ヘッド１０の各単位移載ヘッド１８に装着される吸着ノズルやフラックス転写ピンを順次交換しながら、搭載動作が実行される。すなわち、部品供給部３から電子部品を真空吸引により取り出して基板２に搭載する搭載工程において、部品供給部３に配設されたボールフィーダ７（ボール供給手段）から吸着ノズル２０Ａ（ボール保持手段）によってボール１６を取り出して基板２に搭載する。
【００２７】
次に、図６および図７を参照して、上述の搭載過程において行われるボールピックアップミスの検出について説明する。本実施の形態の電子部品実装装置では、通常サイズの電子部品と微小サイズのボール１６とを同一装置によって実装するようにしていることから、確実な実装を確保するため、吸着によるピックアップが困難なボール１６については、ピックアップ時の流量計測によってボールピックアップミスの検出を行うようにしている。
【００２８】
実装動作が開始され、ボール１６の搭載動作に移行すると、吸着ノズル２０Ａが装着された単位移載ヘッド８は部品供給部３上へ移動し、図６（ａ）に示すように、単位移載ヘッド１８をボールフィーダ７のボールピックアップ位置の上方に位置合わせする。次いで図６（ｂ）に示すように、吸着ノズル２０をボールフィーダ７に対して下降させる（ＳＴ１）。そして吸着ノズル２０の下端部をボールフィーダ７のピックアップ位置に露呈したボール１６に当接させて、吸着ノズル２０から真空吸引することにより、ボール１６を吸着保持させる吸着動作を行う（ＳＴ２）。
【００２９】
この吸着動作において、吸着ノズル２０の下端部に常にボール１６が正常な状態で吸着保持されているとは限らず、吸着ノズル２０を上昇させた後に図６（ｃ）に示すような不具合が発生する場合がある。図６（ｃ）において、（イ）は吸着ノズル２０Ａによってボール１６が正常に取り出された状態を示している。これに対し、（ロ）はボール１６が正常に吸着ノズル２０の吸着孔に吸着保持されず、吸着ノズル２０Ａがボール１６を吸着保持せずにボールフィーダ７に残したまま上昇するボールピックアップミスを示している。
【００３０】
このようなボールピックアップミスを検出するために、（ＳＴ２）にて吸着ノズル２０Ａから真空吸引する吸着動作を開始した後に、流量センサ２２による真空吸引回路内の流量計測を開始する（ＳＴ３）。この後、所定の吸着動作時間経過後に吸着ノズル２０Ａは上昇する（ＳＴ４）が、この後にも流量計測は所定時間継続する。
【００３１】
そして所定の計測時間経過後に、この流量計測結果は判定部２４に送られ、判定部２４はこの流量計測結果を記憶部２６に記憶されたしきい値と比較することにより、吸着ノズル２０Ａの下端部におけるボール１６の有無の判定を行う（ＳＴ５）。そしてボール１６が正常に吸着保持されていれば、実装動作を継続し（ＳＴ６）、部品無しであれば（ＳＴ１）に戻って吸着動作を反復実行する。これにより、確実なピックアップが困難なボール１６のピックアップ動作において、ボールピックアップミスを検出することができ、基板２へのボール１６の搭載ミスを防止することができる。
【００３２】
上記説明したように、本実施の形態に示す電子部品実装装置を用いることにより、通常の電子部品とバンプ形成用のボールとを同一の基板に実装する実装作業を、単一の実装装置によって行うことできる。従来は、このような基板を生産する場合には、小型のモジュールのように１枚の基板に搭載されるボール数が少ない場合にあってもボール搭載用の専用装置を必要とし、設備コストの上昇が避けられなかった。これに対し、本実施の形態によれば設備コストを低減することができ、導電性ボールが搭載されたモジュールを低コストで製造することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、基板に実装される部品を供給する部品供給手段に基板に搭載される導電性ボールを供給するボール供給手段を含み、部品を基板に搭載する搭載手段に導電性ボールを保持可能なボール保持手段を含むように構成したので、単一の実装装置によって通常の電子部品とバンプ形成用の導電性ボールの搭載を行うことができ、導電性ボールが搭載されたモジュールを低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の移載ヘッドの構成を示す図
【図３】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の実装対象となる基板の斜視図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の真空吸引・制御系の構成を示すブロック図
【図５】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置のボールフィーダの断面図
【図６】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の動作説明図
【図７】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置におけるピックアップミス検出処理のフロー図
【符号の説明】
２　基板
３　部品供給部
４　トレイフィーダ
５　電子部品
６　テープフィーダ
７　ボールフィーダ
１０　移載ヘッド
１６　ボール
１８　単位移載ヘッド
２０Ａ、２０Ｂ　吸着ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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