JP2008109001A - 電子部品装着装置及び電子部品装着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント基板上に装着された下側電子部品に上側電子部品を装着する場合の装着レベルの誤差が極力生じないようにした電子部品装着装置及び電子部品装着方法を提供する。
【解決手段】ラインセンサで下側パッケージ部品２２Ａの厚さｔ１を検出し、ＣＰＵは標準ストローク値ＳＴに下側パッケージ部品２２Ａの部品ライブラリデータによる厚さＡから計測された厚さｔ１を引いた値を加算し、その距離分だけ、吸着ノズル２４が下降するように上下軸モータを制御して、プリント基板上に下側パッケージ部品２２Ａを装着する。また、同じく上側パッケージ部品２２Ｂの厚さｔ２を検出し、ＣＰＵは前記ＳＴから計測された厚さｔ１を引いた値から上側パッケージ部品２２Ｂのラインセンサで計測された厚さｔ２を引き、その距離分だけ、吸着ノズル２４が下降するように制御して下側パッケージ部品２２Ａ上に上側パッケージ部品２２Ｂを装着する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品装着装置に関する。詳述すれば、吸着ノズルに吸着保持された下側電子部品をプリント基板上に装着し、この装着された下側電子部品上に前記吸着ノズルにより上側電子部品を装着する電子部品装着装置及び電子部品装着方法に関する。

下側電子部品である下側パッケージ部品をプリント基板上に装着し、この装着された下側パッケージ部品上に上側電子部品である上側パッケージ部品を装着するＰＯＰ（Ｐａｃｋａｇｅ−ｏｎ−Ｐａｃｋａｇｅ）構造の半導体装置は、例えば特許文献１などに開示されている。

ここで、電子部品の装着においては、装着の際の電子部品の割れ対策や装着荷重制御のために、装着レベルの制御が重要である。このため、プリント基板上に装着された下側パッケージ部品上に吸着ノズルにより上側パッケージ部品を装着する電子部品装着装置にあっては、下側パッケージ部品の厚みの公称値を考慮して下側パッケージ部品上に上側パッケージ部品を装着していた。
特開２００５−７２１９０号公報

しかし、下側パッケージ部品の厚みの公称値とプリント基板に装着された下側パッケージ部品の厚さとの間には誤差が発生し、上側パッケージ部品の下側パッケージ部品上への装着の際に、下側パッケージ部品の実際の厚みを考慮していないので、装着レベルの誤差が生じ、装着の際の電子部品の割れ対策等としては不十分であった。

そこで本発明は、プリント基板上に装着された下側電子部品上に上側電子部品を装着する場合の装着レベルの誤差が極力生じないようにすることを目的とする。

このため第１の発明は、吸着ノズルに吸着保持された下側電子部品をプリント基板上に装着し、この装着された下側電子部品上に前記吸着ノズルにより上側電子部品を装着する電子部品装着装置であって、
前記プリント基板への装着前に前記下側電子部品の厚さを及び該下側電子部品上への装着前に前記上側電子部品の厚さを検出する厚さ検出センサと、
前記下側電子部品の前記厚さ検出センサの検出結果に基づいて前記プリント基板上に前記下側電子部品を装着するように制御すると共に前記下側電子部品及び上側電子部品の前記厚さ検出センサの検出結果に基づいて前記下側電子部品上に前記上側電子部品を装着するように制御する制御装置と
を設けたことを特徴とする。

また第２の発明は、吸着ノズルに吸着保持された下側電子部品をプリント基板上に装着し、この装着された下側電子部品上に前記吸着ノズルにより上側電子部品を装着する電子部品装着方法であって、
前記下側電子部品の厚さを厚さ検出センサが検出し、
前記下側電子部品の前記厚さ検出センサの検出結果に基づいてプリント基板上に前記下側電子部品を装着し、
前記上側電子部品の厚さを前記厚さ検出センサが検出し、
前記下側電子部品及び上側電子部品の前記厚さ検出センサの検出結果に基づいて前記下側電子部品上に前記上側電子部品を装着する
ことを特徴とする。

本発明は、プリント基板上に装着された下側電子部品上に上側電子部品を装着する場合の装着レベルの誤差が極力生じないようにすることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の電子部品装着装置について図面を参照しながら説明する。図１は電子部品装着装置の平面図であり、図２はＰＯＰ構造の半導体装置の側面図である。

図１において、電子部品装着装置１の基台２上にＡビーム３及びＢビーム４のＹ方向への移動を案内する一対のレール５が配置されている。前記Ａビーム３及びＢビーム４はＸ方向に長く、この長手方向に沿って装着ヘッド７、８がＸ軸モータ１３、１５によりそれぞれ移動可能に配設されている。従って、前記装着ヘッド７、８は、ＸＹ方向に移動可能になされている。

また、Ａ側のＹ軸モータ１０により回動されるボールネジ軸１１がＡビーム３に固定された図示しないナットに螺合しており、このＡビーム３はボールネジ軸１１の回動によりレール５に沿って移動可能である。Ｂビーム４は同様な構造のボールネジ軸１２がＢ側のＹ軸モータ１４により回動されることで、レール５に沿って移動する。

更に、前記基台２の図１における上下位置には、それぞれ部品供給台６が形成され、この部品供給台６上には種々の電子部品を供給する部品供給装置１６が着脱可能に搭載されている。尚、部品供給装置１６には、いわゆる収納テープ供給方式の部品供給装置や、スティック供給方式の部品供給装置や、トレイ供給方式の部品供給装置等がある。

また、３０は前記部品供給台６上に着脱可能に搭載されるフラックス転写装置で、ある部品供給装置１６から供給された突起電極（半田バンプ）を有する電子部品、図２に示したように、例えばＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）や、プリント基板１８上に装着された下側電子部品である下側パッケージ部品２２Ａ上に上側電子部品である上側パッケージ部品２２Ｂを装着するＰＯＰ（Ｐａｃｋａｇｅ−ｏｎ−Ｐａｃｋａｇｅ）構造の半導体装置２２等に対して、上側パッケージ部品２２Ｂの突起電極２２Ｃにフラックスを転写するものである。下側パッケージ部品２２Ａの上面周縁部にはランド２２Ｄが設けられており、このランド２２Ｄ上に上側パッケージ部品２２Ｂのフラックスが転写された突起電極２２Ｃを装着するものである。

そして、前記装着ヘッド７、８は、各部品供給装置１６から真空吸着により取り出した電子部品をプリント基板１８の所望の位置に搬送して実装するものである。また、前記プリント基板１８は、基台２上に設置された搬送コンベア２０により搬送され、所定の作業ステージ位置で図示しない固定機構により位置決め固定される。

更に、前記部品供給装置１６から装着ヘッド７、８の吸着ノズル２４により取り出された電子部品は部品認識カメラ２１により、その吸着ノズル２４に対する吸着位置ずれ状況、部品落下状況、更にはフラックス転写状況等が撮像され認識処理装置１９により認識処理される。１７は基板認識カメラで、前記プリント基板１８に付された位置決めマーク（図示せず）を撮像し、前記認識処理装置１９により認識処理される。

２５は厚さ検出センサとしてのラインセンサで、前記吸着ノズル２４に吸着保持された前記半導体装置２２を構成する下側パッケージ部品２２Ａの所定部位、即ち下面の突起電極２２Ｃの下端から上面のランド２２Ｄの上端までの厚さｔ１や、同じく吸着ノズル２４に吸着保持された前記半導体装置２２を構成する上側パッケージ部品２２Ｂの所定部位、即ち下面の突起電極２２Ｃの下端から上端までの厚さｔ２を検出する（図２参照）。

前記ラインセンサ２５は水平方向に直進する光ビームを発する投光器２６と、該光ビームを受光可能であるようにＣＣＤ素子が垂直方向の直線上に多数個並設されてなる受光器２７とより構成されている。投光器２６はＬＥＤの光をレンズで集光して平行に直進する光線を発光するようにしてもよいし、レーザーを用いてこのようにしてもよい。ＣＣＤ素子は１０ｍｍ程度の上下幅に１０００個程度が並設して受光器２７を実現できる。このＣＣＤ素子は１個１個が受光量を検出でき、受光量のシキイ値を決めてやることによりＯＮ／ＯＦＦセンサとして使用できる。そのＯＮ／ＯＦＦ出力により下側パッケージ部品２２Ａや上側パッケージ部品２２Ｂにより遮光されている部分が厚さとして検出できる。

次に、図３の本発明の電子部品装着装置１に係る制御ブロック図に基づいて、以下説明する。４０は本装着装置１を統括制御する制御部としてのＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）で、該ＣＰＵ４０にはバスラインを介して、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）４２及びＲＯＭ（リ−ド・オンリー・メモリ）４３が接続されている。そして、ＣＰＵ４０は前記ＲＡＭ４２に記憶されたデータに基づいて、前記ＲＯＭ４３に格納されたプログラムに従い、電子部品装着装置１の部品装着動作に係る動作を統括制御する。即ち、ＣＰＵ４０は、インターフェース４４及び駆動回路４５を介して装着ヘッド７、８をＸ方向に移動させるＸ軸モータ１３、１５、前記Ａビーム３、Ｂビーム４をＹ方向に移動させるＹ軸モータ１０、１４、吸着ノズル２４を昇降させる上下軸モータ５０、吸着ノズル２４を回転させるθ軸モータ５１などの駆動を制御している。

前記ＲＡＭ４２には、部品装着に係る装着データが記憶されており、その装着順序毎（ステップ番号毎）に、プリント基板内でのＸ座標、Ｙ座標及び角度情報や、各部品供給装置１６の配置番号情報等が記憶されている。また、前記ＲＡＭ４２には、前記各部品供給装置１６の配置番号に対応した各電子部品の種類（部品ＩＤ）に関する部品配置データが記憶されている。更には、各電子部品（部品ＩＤ）毎に種別、Ｘ方向のサイズ、Ｙ方向のサイズ、厚さ方向のサイズ等から構成される部品ライブラリデータも格納されている。

１９はインターフェース４４を介して前記ＣＰＵ４０に接続される認識処理装置で、部品認識カメラ２１により撮像して取込まれた画像の認識処理を行なうと共に基板認識カメラ１７により撮像して取込まれた画像の認識処理を行なう。尚、前記部品認識カメラ２１や基板認識カメラ１７により撮像された画像は表示装置としてのモニタ４８に表示される。そして、前記モニタ４８には種々のタッチパネルスイッチ４９が設けられ、作業者がタッチパネルスイッチ４９を操作することにより、電子部品装着に係る種々の設定を行うことができる。

次に、電子部品装着装置１の動作について、以下説明する。先ず、電子部品装着装置１の作業テーブル位置に前記プリント基板１８が搬送コンベア２０により搬送され、位置決め機構により位置決め固定される。続いて、ＣＰＵ４０がＸ軸モータ１３、１５及びＹ軸モータ１０、１４を制御することにより、基板認識カメラ１７が前記プリント基板１８の位置決めマーク上方に来るように前記装着ヘッド７、８を移動させて、前記位置決めマークを撮像し、認識処理装置１９が認識処理し該プリント基板１８の位置を把握する。

次いで、ＣＰＵ４０がＸ軸モータ１３、１５及びＹ軸モータ１０、１４を制御することにより、前記装着ヘッド７、８が所望の部品供給装置１６の電子部品取り出し位置までＸＹ移動して行き、そこで上下軸モータ５０を制御することにより吸着ノズル２４を下降させて吸着位置まで供給された下側パッケージ部品２２Ａを吸着して取り出す。

そして、吸着ノズル２４が部品供給装置１６から取り出した下側パッケージ部品２２Ａを吸着保持した状態で、前述の如く吸着ノズル２４を移動させることによりラインセンサ２５の投光器２６と受光器２７との間に位置せしめ、当該下側パッケージ部品２２Ａの厚さｔ１を検出し、ＣＰＵ４０はＲＡＭ４２に当該下側パッケージ部品２２Ａの厚さデータを格納させる。

続いて、装着ヘッド７、８が再び部品認識カメラ２１上方までＸＹ移動して行き、そこで、部品認識カメラ２１が吸着ノズル２４に吸着保持された下側パッケージ部品２２Ａを撮像し、この撮像された画像を認識処理装置１９が認識処理して、その装着ヘッド７、８の吸着ノズル２４に対する下側パッケージ部品２２Ａの吸着位置ずれ状況、部品落下状況を認識する。

そして、認識異常がない場合には、前記装着ヘッド７、８が半田ペーストが印刷されたプリント基板１８の所望の電極パッド上までＸＹ移動し、そこで下降して電極パッド上に下側パッケージ部品２２Ａの突起電極２２Ｃが位置するように実装させる。この場合、ＣＰＵ４０は認識処理装置１９による認識処理結果に基づいて、プリント基板１８の位置ズレ及び下側パッケージ部品２２Ａの位置ズレを補正すべく、ＣＰＵ４０はＸ軸駆動モータ１３、１５、Ｙ軸モータ１０、１４及びθ軸モータ５１を制御する。

即ち、ＣＰＵ４０は上下軸モータ５０を制御して前記吸着ノズル２４を所定距離下降移動させると共に、平面方向及び角度方向において補正移動させ、位置ズレ無く、プリント基板１８上に下側パッケージ部品２２Ａを装着するが、この場合、前記吸着ノズル２４の下降に係る前記上下軸モータ５０の制御は、以下のように行われる。初めに、ＣＰＵ４０は標準ストローク値ＳＴに、ＲＡＭ４２に格納された下側パッケージ部品２２Ａの部品ライブラリデータによる厚さＡからラインセンサ２５により計測された厚さｔ１を引いた値を加算し、即ちＳＴ＋（Ａ−ｔ１）を計算し、その距離分だけ、前記吸着ノズル２４が下降するように前記上下軸モータ５０を制御する。

なお、前記標準ストローク値ＳＴは、下側パッケージ部品２２Ａの部品ライブラリデータによる厚さＡに基づく吸着ノズル２４の下降量である。

次に、プリント基板１８上に装着された平面視四角形状の前記下側パッケージ部品２２Ａの対向する角部を基板認識カメラ１７が撮像する。即ち、図４に示すように、左上角部の撮像画像ＳＧの中心部を認識領域ＮＲとして認識処理装置１９が認識処理し、１０個のランド２２Ｄのうちのコーナー部のランド２２Ｄ１をパターンマッチングにより見つけ出し、同様に右下角部の撮像画像の中心部を認識領域として認識処理装置１９が認識処理し、これらの認識処理結果に基づいてＣＰＵ４０が１０個のランド２２Ｄのうちのコーナー部のランド２２Ｄ１をパターンマッチングにより見つけ出して、当該下側パッケージ部品２２Ａの位置を算出して把握し、ＲＡＭ４２に格納する。

次いで、ＣＰＵ４０がＸ軸モータ１３、１５及びＹ軸モータ１０、１４を制御することにより、前記装着ヘッド７、８が所望の部品供給装置１６の電子部品取り出し位置までＸＹ移動して行き、そこで上下軸モータ５０を制御することにより吸着ノズル２４を下降させて吸着位置まで供給された上側パッケージ部品２２Ｂを吸着して取り出す。

そして、吸着ノズル２４が部品供給装置１６から取り出した上側パッケージ部品２２Ｂを吸着保持した状態で、該吸着ノズル２４を移動させることによりラインセンサ２５の投光器２６と受光器２７との間に位置せしめ、当該上側パッケージ部品２２Ｂの厚さｔ２を検出し、ＣＰＵ４０はＲＡＭ４２に当該上側パッケージ部品２２Ｂの厚さデータを格納させる。

続いて、上側パッケージ部品２２Ｂを吸着保持した吸着ノズル２４を部品認識カメラ２１上方までＸＹ移動させ、そこで、部品認識カメラ２１が吸着ノズル２４に吸着保持された上側パッケージ部品２２Ｂを撮像し、この撮像された画像を認識処理装置１９が認識処理して、その装着ヘッド７、８の吸着ノズル２４に対する上側パッケージ部品２２Ｂの吸着位置ずれ状況、部品落下状況を認識する。

そして、装着ヘッド７、８は部品認識カメラ２１上方から前記フラックス転写装置３０のフラックス転写位置まで、ＸＹ移動して行き、そこでフラックスに吸着ノズル２４に吸着保持された上側パッケージ部品２２Ｂの突起電極（半田バンプ）２２Ｃが浸るまで下降させる。

続いて、吸着ノズル２４が転写位置に下降して、上側パッケージ部品２２Ｂの突起電極２２ＣにフラックスＦを転写した後、装着ヘッド７、８が再び部品認識カメラ２１上方までＸＹ移動して行き、そこで、部品認識カメラ２１が吸着ノズル２４に吸着保持された上側パッケージ部品２２Ｂを撮像し、この撮像された画像を認識処理装置１９が認識処理して、その装着ヘッド７、８の吸着ノズル２４に対する上側パッケージ部品２２Ａの吸着位置ずれ状況、部品落下状況、そしてフラックス転写状況を認識する。

そして、認識異常がない場合には、前記装着ヘッド７、８が下側パッケージ部品２２Ａ上方までＸＹ移動し、そこで下降して下側パッケージ部品２２Ａのランド２２Ｄ上に上側パッケージ部品２２Ｂの突起電極２２Ｃが位置するように実装させる。この場合、ＣＰＵ４０は上側パッケージ部品２２Ｂの厚さデータを考慮して上下動モータ５０を制御すると共に、認識処理装置１９による認識処理結果に基づいて、プリント基板１８上に装着された下側パッケージ部品２２Ａの位置ズレ及び上側パッケージ部品２２Ｂの位置ズレを補正すべく、ＣＰＵ４０はＸ軸駆動モータ１３、１５、Ｙ軸モータ１０、１４及びθ軸モータ５１を制御する。

即ち、ＣＰＵ４０は上下軸モータ５０を制御して前記吸着ノズル２４を所定距離下降移動させると共に、平面方向及び角度方向において補正移動させ、位置ズレ無く、下側パッケージ部品２２Ａ上に上側パッケージ部品２２Ｂを装着するが、この場合、前記吸着ノズル２４の下降に係る前記上下軸モータ５０の制御は、以下のように行われる。初めに、ＣＰＵ４０は前記標準ストローク値ＳＴに、下側パッケージ部品２２Ａの部品ライブラリデータによる厚さＡから下側パッケージ部品２２Ａのラインセンサ２５により計測された厚さｔ１を引いた値を加え、その値から上側パッケージ部品２２Ｂのラインセンサ２５により計測された厚さｔ２を引き、即ちＳＴ＋（Ａ−ｔ１）−ｔ２を計算し、その距離分だけ、前記吸着ノズル２４が下降するように前記上下軸モータ５０を制御する。

従って、下側パッケージ部品２２Ａに過度のストレスを与えることなく、下側パッケージ部品２２Ａ上に上側パッケージ部品２２Ｂを装着でき、しかも前記吸着ノズル２４を平面方向及び角度方向において補正移動させて位置ズレ無く、下側パッケージ部品２２Ａ上に上側パッケージ部品２２Ｂを装着できる。

以下、同様にプリント基板１８上に必要な電子部品が装着され、半田をリフローすることで、プリント基板１８上に各電子部品が固定される。

以上のように本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

本発明フラックス転写装置が適用される電子部品装着装置の平面図である。 ＰＯＰ構造の半導体装置の側面図である。 制御ブロック図である。 下側パッケージ部品の撮像画像を示す図である。

符号の説明

１ 電子部品装着装置
１８ プリント基板
１９ 認識処理装置
２１ 部品認識カメラ
２２Ａ 下側パッケージ部品
２２Ｂ 上側パッケージ部品
２２Ｃ 突起電極
２４ 吸着ノズル
２５ ラインセンサ
４０ ＣＰＵ
４２ ＲＡＭ
５０ 上下軸モータ

Claims (2)

1. 吸着ノズルに吸着保持された下側電子部品をプリント基板上に装着し、この装着された下側電子部品上に前記吸着ノズルにより上側電子部品を装着する電子部品装着装置であって、
   前記プリント基板への装着前に前記下側電子部品の厚さを及び該下側電子部品上への装着前に前記上側電子部品の厚さを検出する厚さ検出センサと、
   前記下側電子部品の前記厚さ検出センサの検出結果に基づいて前記プリント基板上に前記下側電子部品を装着するように制御すると共に前記下側電子部品及び上側電子部品の前記厚さ検出センサの検出結果に基づいて前記下側電子部品上に前記上側電子部品を装着するように制御する制御装置と
   を設けたことを特徴とする電子部品装着装置。
2. 吸着ノズルに吸着保持された下側電子部品をプリント基板上に装着し、この装着された下側電子部品上に前記吸着ノズルにより上側電子部品を装着する電子部品装着方法であって、
   前記下側電子部品の厚さを厚さ検出センサが検出し、
   前記下側電子部品の前記厚さ検出センサの検出結果に基づいてプリント基板上に前記下側電子部品を装着し、
   前記上側電子部品の厚さを前記厚さ検出センサが検出し、
   前記下側電子部品及び上側電子部品の前記厚さ検出センサの検出結果に基づいて前記下側電子部品上に前記上側電子部品を装着する
   ことを特徴とする電子部品装着方法。

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