(57)【要約】  【課題】電子部品のはんだボール電極に転写されるフラックス膜厚を簡単な構成により正確に検査することができる電子部品実装検査装置ならびに電子部品実装検査方法を提供する。  【解決手段】本発明にかかる電子部品の実装装置は、ノズル部１０１によりはんだボール電極を備える電子部品を吸着してピックし、前記吸着された電子部品のはんだボール電極をフラックスユニット１０８に浸漬してフラックスを転写し、前記電子部品のはんだボール電極が設けられた面を照光部１０３によって照光し、撮像部１０４により前記照光部により照光されたはんだボール電極を撮像し映像信号を取得するとともに、輝度検出部１０５により前記はんだボール電極の輝度を検出して、はんだボール電極部の前記輝度検出部により検出された輝度が予め定めた閾値より高い場合にフラックス転写不良と判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだボール電極を備える電子部品を吸着してピックするノズル部と、前記吸着された電子部品に設けられたはんだボール電極が浸漬されるフラックスユニットと、前記電子部品のはんだボール電極が設けられた面を照光する照光部と、前記電子部品のはんだボール電極が設けられた面を撮像し、輝度を検出する輝度検出部と、前記輝度検出部により検出されたはんだボール電極の輝度が予め定めた閾値より高い場合にフラックス転写不良の判定制御を行う制御部を有する電子部品の実装装置。
【請求項２】
はんだボール電極を備える電子部品を吸着してピックするノズル部と、前記吸着された電子部品に設けられたはんだボール電極が浸漬される、ゲート高さを可変としたフラックスユニットと、前記電子部品のはんだボール電極が設けられた面を照光する照光部と、前記電子部品のはんだボール電極が設けられた面を撮像し輝度を検出する輝度検出部と、前記輝度検出部により検出されたはんだボール電極の輝度が予め定めた閾値より高い場合にフラックス転写不良の判定制御を行う制御部を有する電子部品の実装装置。
【請求項３】
前記照光部は照射強度が変更可能である、請求項１および請求項２に記載の電子部品の実装装置。
【請求項４】
前記制御部は、予め定めた一定の頻度以上でフラックスの転写不良が生じる場合に前記フラックスユニットのゲート高さを変更する、または作業者に対してゲート高さを変更するよう告知を行う、請求項２に記載の電子部品の実装装置。
【請求項５】
はんだボール電極を備える電子部品を吸着してピックするステップと、前記吸着された電子部品に設けられたはんだボール電極をフラックスユニットに浸漬しフラックスを転写するステップと、前記吸着された電子部品のはんだボール電極が設けられた面に照光するステップと、前記吸着された電子部品のはんだボール電極が設けられた面を撮像し輝度を検出するステップと、検出されたはんだボール電極の輝度が予め定めた閾値より高い場合にフラックス転写不良を判定制御するステップを含む電子部品の実装方法。
【請求項６】
はんだボール電極を備える電子部品を吸着してピックするステップと、前記吸着された電子部品に設けられたはんだボール電極をフラックスユニットに浸漬しフラックスを転写するステップと、前記吸着された電子部品のはんだボール電極が設けられた面に照光するステップと、前記吸着された電子部品のはんだボール電極が設けられた面を撮像し輝度を検出するステップと、検出されたはんだボール電極の輝度が予め定めた閾値より高い場合にフラックス転写不良を判定制御するステップと、予め定めた頻度以上にフラックスの転写不良が生じる場合に前記フラックスユニットのゲート高さを変化させるステップを含む電子部品の実装方法。
【請求項７】
はんだボール電極を備える電子部品を吸着してピックするステップと、前記吸着された電子部品に設けられたはんだボール電極をフラックスユニットに浸漬しフラックスを転写するステップと、前記吸着された電子部品のはんだボール電極が設けられた面に照光するステップと、前記吸着された電子部品のはんだボール電極が設けられた面を撮像し輝度を検出するステップと、検出されたはんだボール電極の輝度が予め定めた閾値より高い場合にフラックス転写不良を判定制御するステップと、予め定めた頻度以上にフラックスの転写不良が生じる場合に前記フラックスユニットのゲート高さを変化させるよう告知するステップを含む電子部品の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子部品の実装装置および実装方法、特にＢＧＡ、ＣＳＰ等のはんだボール電極にフラックスを転写した後に検査して実装する電子部品の実装機および実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にはんだ接合においては、はんだ合金の表面に形成される酸化膜を除去し、はんだ合金溶融時のぬれ性を向上させ、接合を確保するために、はんだ合金の表面にフラックスを供給することが不可欠である。それゆえ、電子部品を搭載したプリント基板等を炉中に入れはんだ接合を行うに先立って、フラックスが確実に供給されているかを検査することは、接合部の品質を確保するために、必要不可欠な課題となっている。
近年、高密度で電子部品を基板上に搭載し機器の小型化を図るために、パッケージ下部にはんだボールを電極として配置したＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）やＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）が実装面積のより一層の縮小のために用いられている。このようなＢＧＡやＣＳＰといったはんだボール電極がパッケージ下部に設けられているパッケージに対するフラックス供給状態の検査として、特許文献１は基板への搭載前にフラックスが転写されたはんだボール電極の画像認識を行い、その画像認識結果からフラックスが転写されたはんだボール電極の直径を求め、その値からはんだボール電極そのものの直径との差を計算し、その差が一定値以下の場合、フラックス転写不良として部品の搭載を行わないとする検査方法を開示している。
しかし、このような従来の方法においては、大きくは二点の問題点が生じる。第一に、パッケージの小型化・高密度化に伴う問題である。近年一層電極間隔の狭ピッチ化やはんだボール電極自体の大きさの縮小が進んできており、それに伴って検査精度の向上がより一層求められてきている。具体的には、パッケージに設けられるはんだボール電極の直径も数百から数十マイクロメートルオーダであるので、フラックスの転写量の検査には数十マイクロメートルオーダでの精度が要求される。そのため、画像認識による径の判定はますます困難になってきており、従来の方法では対応困難である。第二の問題点として、はんだボール電極の形状の問題がある。パッケージに設けられるはんだボールは略球状に形成されているが、これはアトマイズ等の方法により形成されるので、実際には表面に凹凸があるなど歪な形状をしているボール電極も少なからず存在する。そのため、ある断面において検査条件を満たしていても十分なフラックス転写量が得られていない場合が存在する可能性がある。たとえば、真下から撮像した場合に検査条件を満たしていたとしても、少し角度がずれた点から撮像すると検査条件を満たさない、ということもありうる。そのため、形状の不均一性を考慮すると十分な検査精度を確保することは困難である。
【特許文献１】特開２００３−６０３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、本発明は従来技術が持つ問題点を解決し、ＢＧＡやＣＳＰ等のはんだボール電極に供給されるフラックス量を簡単な構成により正確に検査することができる電子部品実装検査装置ならびに電子部品実装検査方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本願第一の解決手段は、はんだボール電極を備える電子部品を吸着してピックするノズル部と、前記吸着された電子部品に設けられたはんだボール電極が浸漬されるフラックスユニットと、前記電子部品のはんだボール電極が設けられた面を照光する照光部と、前記電子部品のはんだボール電極が設けられた面を撮像し、輝度を検出する輝度検出部と、前記
輝度検出部により検出されたはんだボール電極の輝度が予め定めた閾値より高い場合にフラックス転写不良の判定制御を行う制御部から構成されることを特徴とする。
【０００５】
この構成により、はんだボール電極を備える電子部品のフラックスの転写状態を高精度に検出することができ、フラックス不足に伴う接合不良を抑制した電子部品の実装を行うことができる。
本願第二の解決手段は、はんだボール電極を備える電子部品を吸着してピックするノズル部と、前記吸着された電子部品に設けられたはんだボール電極が浸漬される、ゲート高さを可変としたフラックスユニットと、前記電子部品のはんだボール電極が設けられた面を照光する照光部と、前記電子部品のはんだボール電極が設けられた面を撮像し輝度を検出する輝度検出部と、前記輝度検出部により検出されたはんだボール電極の輝度が予め定めた閾値より高い場合にフラックス転写不良の判定制御を行う制御部から構成されることを特徴とする。
この構成により、はんだボール電極を備える電子部品のフラックスの転写状態を高精度に検出することができるとともに、装置の周辺温度などの動作環境が変化し、反り等の影響が発生する場合に適切なフラックス転写量を確保し、フラックス不足に伴う接合不良を抑制した電子部品の実装を行うことができる。
【０００６】
本願第三の解決手段は、本願第一の解決手段および本願第二の解決手段における照光部の照射強度を調整することを可能にしたことを特徴とする。この構成により、使用するフラックスの種類やはんだボール電極径などの条件が変化した場合に、より適切なフラックス転写不良の検出条件の設定が可能になる。
【０００７】
本願第四の解決手段は、第二の解決手段における制御部は予め定めた一定の頻度以上で転写不良が生じる場合に前記フラックスユニットのゲート高さを変更する制御を行う、または作業者に対してゲート高さを変更するよう告知を行うよう構成されていることを特徴とする。
この構成により、はんだボール電極を備える電子部品のフラックスの転写状態を高精度に検出することができるとともに、実装条件が随時変化する場合に、適切なフラックス転写量を確保し、フラックス不足に伴う接合不良を抑制した電子部品の実装を行うことができる。
【０００８】
本願第五の解決手段は、はんだボール電極を備える電子部品を吸着してピックするステップと、前記吸着された電子部品に設けられたはんだボール電極をフラックスユニットに浸漬しフラックスを転写するステップと、前記吸着された電子部品のはんだボール電極が設けられた面に照光するステップと、前記吸着された電子部品のはんだボール電極が設けられた面を撮像し輝度を検出するステップと、検出されたはんだボール電極の輝度が予め定めた閾値より高い場合にフラックス転写不良を判定制御するステップから構成されることを特徴とする。
【０００９】
この構成により、はんだボール電極を備える電子部品のフラックスの転写状態を高精度に検出することができ、フラックス不足に伴う接合不良を抑制した電子部品の実装方法を行うことができる。
本願第六の解決手段は、はんだボール電極を備える電子部品を吸着してピックするステップと、前記吸着された電子部品に設けられたはんだボール電極をフラックスユニットに浸漬しフラックスを転写するステップと、前記吸着された電子部品のはんだボール電極が設けられた面に照光するステップと、前記吸着された電子部品のはんだボール電極が設けられた面を撮像し輝度を検出するステップと、検出されたはんだボール電極の輝度が予め定めた閾値より高い場合にフラックス転写不良を判定制御するステップと、予め定めた頻度以上にフラックスの転写不良が生じる場合に前記フラックスユニットのゲート高さを変化
させるステップから構成されることを特徴とする。
この構成により、はんだボール電極を備える電子部品のフラックスの転写状態を高精度に検出することができ、フラックス不足に伴う接合不良を抑制した電子部品の実装方法を行うことができる。
本願第七の解決手段は、はんだボール電極を備える電子部品を吸着してピックするステップと、前記吸着された電子部品に設けられたはんだボール電極をフラックスユニットに浸漬しフラックスを転写するステップと、前記吸着された電子部品のはんだボール電極が設けられた面に照光するステップと、前記吸着された電子部品のはんだボール電極が設けられた面を撮像し輝度を検出するステップと、検出されたはんだボール電極の輝度が予め定めた閾値より高い場合にフラックス転写不良を判定制御するステップと、予め定めた頻度以上にフラックスの転写不良が生じる場合に前記フラックスユニットのゲート高さを変化させるよう告知するステップから構成されることを特徴とする。
【００１０】
この構成により、はんだボール電極を備える電子部品のフラックスの転写状態を高精度に検出することができ、フラックス不足に伴う接合不良を抑制した電子部品の実装方法を行うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電子部品の実装装置および電子部品の実装方法によれば、はんだボール電極を備える電子部品のフラックスの転写状態を高精度に検出することができ、フラックス不足に伴う接合不良を抑制した電子部品の実装を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下図を参照して本発明における電子部品の実装装置の実施の形態を説明する。第一の実施の形態では、電子部品の実装装置の構成および基本的な動作について説明する。第二の実施形態以下では、種々の変形例を説明する。
（第一の実施形態）
図１は、本発明における電子部品の実装装置の全体構成を示すブロック図である。本実施形態における電子部品の実装装置は、ノズル部１０１、駆動部１０２、照射部１０３、撮像部１０４、輝度検出部１０５、制御部１０６、テーブル部１０７およびフラックスユニット１０８から構成される。
【００１３】
ノズル部１０１は部品供給フィーダからはんだボール電極が設けられた電子部品１０９を吸着するためのノズルを有している。駆動部１０２は前記ノズル部をＸ軸方向、Ｙ軸方向（なお基板１１０の平面をXY平面とする）、Ｚ軸方向（基板１１０に垂直な軸方向）およびθ軸方向（XY平面上での回転方向）に駆動するモータで構成され、ノズル部の駆動が行われる。これにより、フラックスユニット１０８上へノズル部１０１が移動し、ノズル部１０１に吸着された電子部品のはんだ電極にフラックスが転写されるとともに、基板１１０が載置されたテーブル部１０７上へ移動し、基板１１０上への電子部品の搭載が行われる。本実施形態においては、駆動部１０２がノズル部をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向およびθ軸方向に駆動するように構成しているが、この構成に限定されるものではなく、駆動部１０２は基板１１０が載置されるテーブル部１０７に接続し、テーブル部を駆動させることでＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向およびθ軸方向の位置あわせを行ってもよい。照射部１０３は発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源を用いて、吸着された電子部品のはんだボール電極が設けられた面に対して光を照射する。撮像部１０４は前記照射部１０３によって光が照射された電子部品のはんだボール電極が設けられた面の画像を撮像するためＣＣＤ等の撮像素子が設けられており、前記電子部品のはんだ電極が設けられた面の画像信号を取得する。輝度検出部１０５は前記撮像部１０４により取得された画像信号から、信号解析を行い、電子部品１０９のはんだボール電極部分の輝度レベルを算出する。この輝度レベルの算出方式は任意である。例えば、フラックスが転写された状態の輝度を、フ
ラックスが全く転写されていない状態の輝度で正規化した相対的輝度レベルでも、輝度の単位であるｃｄ／m２などの絶対的な輝度レベルでもよい。制御部１０６は、駆動部１０２の位置あわせ制御を行うとともに、前記輝度検出部で検出された電子部品１０９のはんだボール電極部分の輝度レベルに基づき、電子部品１０９のはんだボール電極へのフラックス転写状態を判別し、電子部品１０９を基板１１０上への搭載を行うか否かの判定を行う。フラックスユニット１０８にははんだ合金の表面に形成されている酸化皮膜の除去するためのフラックスが充填されており、駆動部１０２によりノズル部１０１をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させることでフラックスユニット１０８の上方へ位置させるとともに、Ｚ軸方向に昇降させ電子部品１０９のはんだボール電極部を浸漬させることでフラックスの転写を行う。
【００１４】
次にフラックスの転写膜厚と検出される輝度レベルとの関係を示すグラフを図２に示す。図２において、フラックス転写膜厚の増加に伴い、検出される輝度レベルが低下する様子が示されている。この関係から、溶融時のぬれ性が十分得られるフラックス転写膜厚の下限値を予め測定しておき、それに考慮して一定の閾値となる輝度を設定しておくことで、電子部品１０９のはんだボール電極部の輝度レベルを測定し、フラックス転写状態の良否判定を行うことが出来る。
次に本実施形態における電子部品の実装装置の動作を説明する。図３に本実施形態における電子部品の実装装置の動作フローチャートを示す。以下、図３に従って本実施形態における電子部品の実装装置の動作を説明する。まず、フィーダから電子部品１０９の供給を受け、ノズル部１０１が電子部品１０９を吸着する（ステップ１）。次に制御部１０６は電子部品１０９を吸着したノズル部１０１をフラックスユニット１０８上へ位置させるように、駆動部１０２に対してノズル部１０１をＸ軸方向およびＹ軸方向へ移動させる制御を行うとともに、Ｚ軸方向へ昇降させ、電子部品１０９に設けられたはんだボール電極にフラックスの転写を行う（ステップ２）。次に照射部１０３によって、フラックスが転写された電子部品１０９のはんだボール電極が設けられた面に光を照射するとともに、撮像部１０４により照射部１０３によって光が照射された電子部品１０９のはんだボール電極が設けられた面を撮像し、画像信号を取得する（ステップ３）。そして取得した画像信号からはんだボール電極の輝度レベルを算出し、はんだボール電極部の輝度レベルが一定の閾値以上の場合、制御部１０６は、フラックスの転写不良と判定するとともに、制御信号を出力し、その出力に基づきその電子部品１０９の基板１１０上への搭載を行わないよう制御を行う（ステップ４）。はんだボール電極の輝度レベルが一定の閾値以下の場合、次のはんだボール電極に同様の輝度レベルの検出を行い、すべてのはんだボール電極について輝度レベルが一定の閾値以下の場合、制御部１０６は電子部品１０９を実装可能と判定する（ステップ５）。本実施形態においては、各々のはんだボールの転写状態を判定するように構成したが、すべてのはんだボールについて判定を行わず、効率化のために代表的な電極についてのみ転写状態の判定を行うように構成してもよい。また、フラックスユニットに充填するフラックスの種類は特に制限されないが、フラックスに顔料を添加することで、フラックス転写膜厚の変化に伴う輝度の変化が急峻になるので、フラックスに顔料を添加してもよい。
【００１５】
図４に照射部１０３が照射する光の強度を変化させた場合に検出される輝度レベルとフラックス転写膜厚の関係を示す。図４から光の強度によって膜厚が薄いときと膜圧が厚いときの輝度レベル差が顕著になっている。そのため、照射部が照射する光の強度を可変とすることで、用いるフラックスの種類等の条件が変わったときにも柔軟に対応することができる。以上、本実施形態によると、フラックスの膜厚を直接測定することなくフラックスの転写状態が判定できるので、数十マイクロメーターレベルでの高精度の画像認識が必要なく簡易かつ正確なフラックス転写状態判定が可能になる。
（実施の形態２）
図５は第二の実施形態における電子部品の実装装置の全体構成を示すブロック図である。
なお、図１の第一の実施形態における電子部品実装装置と同じ部分については同様の符号を付している。第二の実施形態においては、第一の実施形態の構成に加え、フラックスユニット４０１が制御部４０６に接続されている。図６に本実施携帯におけるフラックスユニットの模式図を示す。図６（Ａ）はフラックスユニット４０８の平面図、図６（Ｂ）はフラックスユニット４０８の断面図を示している。このような往復スキージ方式のフラックスユニットでは、往路では掻き取りスキージによりフラックスユニット底面のフラックスが掻きとられ、復路において成膜スキージにより一定の厚さにフラックスが成膜される。このフラックス膜厚は、成膜スキージ下端とフラックス槽底面との距離であるゲート高さによって決定される。そしてフラックスをフラックス膜に浸漬した際の転写量は、この膜厚によって大きく影響される。本実施の形態におけるフラックスユニットはスキージの交換または位置の制御によりこのゲート高さが可変となるように構成されている。
また制御部４０６は、第一の実施形態同様、輝度検出部の出力に応じてフラックス転写の良否判定を行うとともに、フラックス転写不良が予め定めた頻度以上で場合にフラックスユニット４０１に対してゲート膜厚を変化させるように制御を行う。
次に本実施形態における電子部品の実装装置の動作を説明する。図７に本実施形態における電子部品の実装装置の動作フローチャートを示す。まず、電子部品１０９の供給を受け、ノズル部１０１が電子部品１０９を吸着する（ステップ１）。次に制御部４０６は電子部品１０９を吸着したノズル部１０１をフラックスユニット１０９上へ位置させるように、駆動部１０２に対してノズル部をＸ軸方向およびＹ軸方向へ移動させる制御を行うとともに、Ｚ軸方向へ昇降させ、電子部品１０９のはんだボール電極にフラックスの転写を行う（ステップ２）。次に照射部１０３によって、フラックスが転写された電子部品１０９のはんだボール電極が設けられた面に光を照射するとともに、撮像部１０４により照射部１０３によって光が照射された電子部品１０９のはんだボール電極が設けられた面を撮像し、画像信号を取得する（ステップ３）。そして取得した画像信号からはんだボール電極部の輝度レベルを算出し、はんだボール電極の輝度レベルがそれぞれ一定の閾値以上の場合、制御部４０６はフラックスの転写不良と判定するとともに、制御信号を出力し、その出力に基づき電子部品１０９の基板１１０上への搭載を行わないよう制御を行う（ステップ４）。はんだボール電極の輝度レベルが一定の閾値以下の場合、次のはんだボール電極に同様の輝度レベルの検出を行い、すべてのはんだボール電極について輝度レベルが一定の閾値以下の場合、制御部１０６は電子部品１０９を実装可能と判定する（ステップ５）。また、制御部４０６は一定の頻度で転写不良が生じる場合にフラックスユニットにおける成膜スキージのゲート高さの制御を行いフラックス転写量の確保を行う（ステップ６）。
この構成により、高精度の画像認識が必要なく簡易かつ正確なフラックス転写状態判定が可能になるとともに、フラックス転写量を適応的に制御できるので、温度などの装置の使用環境が変化し、実装される電子部品にそり等が生じてフラックス転写量が変化してしまう場合にも対応することができる。なお本実施形態においては、フラックスユニットを制御部４０６に接続し、ゲートの高さを自動制御することとしているが、フラックスユニットに制御部を接続せず一定の頻度以上で転写不良が生じる場合に作業者に対して告知を行い、手動でスキージの交換等のゲート高さの調整を行い、フラックス転写量の確保を行うように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
以上のように、本発明にかかる電子部品の実装装置および電子部品の実装方法は、電子部品のはんだボール電極フラックス転写不良を高精度に検出することで接合不良を防止可能であり、より軽量・小型・高機能の電子機器の製造に大きく寄与しうるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明第一の実施形態の電子部品の実装装置のブロック図
【図２】フラックスの転写膜厚と検出される輝度レベルとの関係を示す図
【図３】本発明の第一の実施例における電子部品の実装装置の動作フロー図
【図４】照射部１０３の照射する光の強度を変化させた際の輝度レベルとフラックス転写膜厚の関係を示す図
【図５】本発明第二の実施形態の電子部品の実装装置のブロック図
【図６】本発明第二の実施形態におけるフラックスユニットの構成図
【図７】本発明第二の実施形態における電子部品の実装装置の動作フロー図
【符号の説明】
【００１８】
１０１  ノズル部
１０２  駆動部
１０３  照射部
１０４  撮像部
１０５  輝度検出部
１０６  制御部
１０７  テーブル部
１０８  フラックスユニット
１０９  電子部品
１１０  基板
４０６  制御部
４０８  フラックスユニット
６０１  掻きとりスキージ
６０２  成膜スキージ
６０３  フラックス槽
【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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