专利名称：电子部件安装系统、电子部件安置装置及电子部件安装方法
技术领域：
本发明涉及电子部件安装系统、电子部件安置装置及电子部件安装方 法，其中其上形成有焊料凸点的电子部件通过焊料接合安装在基板上。
背景技术：
作为将诸如半导体元件的电子部件安装在电路基板上的形式，使用焊料
接合(solder joint)通过焊料凸点(solder bump)将半导体封装安装在电路 基板上的方法已被采用，其中在该半导体封装中，半导体元件安装在树脂基 板上(例如，参考专利文献l)。在该文献例子中，封装的下表面被摄像以识 别焊料凸点，由此自动检测凸点布置和凸点位置偏移，并得到用于判断部件
质量和用于位置校正的数据。 JP-A-2000-31589
发明内容
随着电子装置近年的小型化和增强特征的进展，构造于电子装置内的电 子部件例如半导体封装需要高密度安装，且其小型化和薄型化正在进展。因 此，存在的特征为其中形成有焊料凸点的半导体封装由于树脂基板的薄型 化而刚性也降低，使得在焊料接合的回流时间由于加热而容易在半导体封装 内产生翘曲变形。因此，焊料凸点在回流时间由于翘曲变形而浮动，且焊料 凸点未被正常地焊料接合到基板的连接电极上，使得诸如导通不良或接合强 度不足的接合不良容易发生。
因此，本发明的目的是提供一种电子部件安装系统、电子部件安置装置
情形中可以防止接合不良。
本发明的电子部件安装系统，通过连接多个电子部件安装用装置来构成 并将在下表面上具有外部连接用焊料凸点的电子部件安装在基板上，该电子 部件安装系统包括
印刷装置，将焊膏印刷在形成于该基板上的多个电子部件接合用电极； 高度测量装置，对印刷后的基板执行三维测量从而测量印刷的焊膏的高
度位置；
电子部件安置装置，包括用焊膏转印涂敷该电子部件的焊料凸点的焊膏 供给部以及从部件供给部拾取电子部件的集料器，该电子部件安置装置将已
经转印有焊膏的该电子部件安装在已经印刷有焊膏的该基板上；
回流装置，加热已经安装有该电子部件的基板从而加热和熔化该焊料凸
点和焊膏，并将该电子部件焊料接合到该基板上；以及
焊膏转印必要性(necessity)判断装置，基于该高度测量装置对该焊膏 的高度的测量结果，判断是否需要通过该焊膏供给部将焊膏转印到该焊料凸 点。
本发明的电子部件安置装置，将在下表面上具有多个外部连接用焊料凸 点的电子部件安装在基板上，该电子部件安置装置包括
基板定位部，定位基板，该基板具有在先前步骤中已经印刷有焊膏的电
极；
部件安置机构，通过集料器将该电子部件安置在已经印刷有焊膏的该基 板上；
焊膏供给部，用该焊膏转印涂敷该电子部件的焊料凸点；以及 焊膏转印必要性判断装置，基于在先前步骤中对印刷在该电极上的焊膏
的高度位置的测量结果，判断是否需要通过该焊膏供给部将焊膏转印到该焊 料凸点。
本发明的电子部件安装方法，使用通过连接多个电子部件安装用装置而 构成的电子部件安装系统，通过焊料接合将电子部件安装在基板上，该电子 部件安装方法包括
印刷步骤，通过印刷装置将焊膏印刷在形成于该基板上的电子部件接合 用电极；
测量步骤，对印刷后的基板执行三维测量从而测量印刷的焊膏的高度位
置；
电子部件安装步骤，通过集料器从部件供给部拾取电子部件并将已经印
刷有焊膏的该电子部件安装在该基板上；以及
回流步骤，加热已经安装有该电子部件的基板从而加热和熔化该焊料凸
点和焊膏，并将该电子部件焊料接合到该基板上，
其中，基于该焊膏的高度的测量结果，判断是否需要通过该焊膏供给部 将焊膏转印到该焊料凸点；以及对于判断需要转印的情形，执行将焊膏转印 到该焊料凸点上，且该电子部件随后安装在该基板上。
根据本发明，基于该焊膏的高度的测量结果，判断是否需要将焊膏转印
到焊料凸点；对于判断需要转印的情形，执行将焊膏转印到焊料凸点上，且
该电子部件随后安装在该基板上。由此可以防止薄型化半导体封装通过焊料 接合安装在基板上时出现不良接合。
图1为示出本发明一个实施例中电子部件安装系统的构造的框图，
图2为示出本发明 一个实施例中丝网印刷装置的构造的框图，
图3为示出本发明一个实施例中印刷检测装置的构造的框图，
图4为示出本发明一个实施例中电子部件安置装置的构造的框图，
图5为示出本发明一个实施例中电子部件安装系统内的控制系统的框
图，
图6为示出本发明一个实施例中电子部件安装方法的流程图，以及 图7、 8和9为用于解释本发明一个实施例中电子部件安装方法的步骤 的图示。
具体实施例方式
接着，参考图示描述本发明的实施例。首先参考图1,将描述电子部件 安装系统。在图1的电子部件安装系统中，印刷装置M1、印刷检查装置M2、 电子部件安置装置M3和回流(reflow)装置M4均为电子部件安装装置， 这些装置连接以构成电子部件安装线(mounting line) 1,其装置通过通信网 络2来连接，且整个电子部件安装系统1由控制计算机3控制。在该实施例 中，通过这些多个电子部件安装装置，在表面上具有多个外部连接用焊料凸 点的电子部件被焊料接合到基板并安装在基板上，由此制造安装基板。
印刷装置M1将用于接合电子部件的焊膏丝网印刷在形成于基板上的电 极上，其中电子部件将与该电子部件的焊料凸点的布置相对应地安装在该基 板上。印刷检查装置M2具有对印刷后的基板摄像的功能以识别印刷的焊膏
的平面位置从而检查印刷状态，且进一步执行印刷后的基板的三维测量从而
测量印刷的焊膏的高度位置。电子部件安置装置M3通过集料器(loading head)将电子部件安装在其上已经印刷焊膏的基板上。回流装置M4施加热 量到其上已经印刷焊膏的基板，从而加热和熔化焊料凸点和焊膏并将电子部 件焊料接合到基板上。
接着，将描述印刷装置M1、印刷检查装置M2和电子部件安置装置M3 的构造。参考图2,将描述印刷装置M1的构造。在图2,基板保持部11布 置在定位平台10上。基板保持部11使用夹持件11a从基板4两侧保持基板 4。在基板保持部11上方布置有掩模板12，且掩模板12设置有与基板4的 印刷部位相对应的图案孔(未示出)。平台驱动部14驱动定位平台10,使得 基板4相对于掩模板12垂直和水平地移动。
在掩模板12上方布置有刮板部13。刮板部13包括升降压紧机构13b 和刮板移动机构13a，升降压板机构13b相对于掩模板12升降移动刮板13c 并通过预定压力(通过预定的施加压)将刮板13c压紧在掩模板12上，且 刮板移动机构13a水平地移动刮板13c。升降压紧机构13b和刮板移动机构 13a是由刮板驱动部15驱动。在基板4与掩模—反12下表面接触的状态下， 刮板13c按照预定速度沿掩模板12的表面水平地移动，焊膏5已供给在掩 模板12的表面上，焊膏5由此通过未示出的图案孔印刷在形成于基板4上 的电极4a上表面上(参考图7 (a))。
通过印刷控制部17控制平台驱动部14和刮板驱动部15来执行该印刷 操作。在该控制中，基于存储于印刷数据存储器16的印刷数据，控制刮板 13c的操作以及基板4和掩模板12之间的对准。显示部19显示表示印刷装 置工作状态的各种指标数据以及表示印刷工作状态异常的异常信息。通信部 18通过通信网络2在印刷装置和控制计算机3或者构成电子部件安装线r 的另 一装置之间执行数据传输和接收。
接着，参考图3描述印刷检查装置M2。在图3,基板4由传输导轨20 保持，处于基板4两端被夹持构件20a夹持的状态。通过驱动基板传输定位 部21，传输导轨20将基板传输并置于用于下述检查和测量的位置。
在传输导轨20保持的基板4上方布置有高度计22和基板识别相机24。 高度计22具有精确地测量到测量对象的距离的功能。基板4的高度以及印 刷在基板4的电极4a上的焊膏5的高度由高度计22测量，且测量数据由高
度测量部23来处理，由此得到基板4表面的高度位置以及印刷在每个电极
4a上的焊膏5的高度位置。因此，为印刷检查装置M2提供的该高度测量功 能变为高度测量手段，其测量印刷的焊膏5的高度位置。
在本实施例所示的电子部件安装方法中，基板4上焊膏5的数量是基于 该高度测量结果来推定，且用于将安装在基板4上的电子部件的焊料接合的 焊料数量是否足够被判断。为此，印刷在每个电极4a上的焊膏5可以是直 接的高度测量对象。备选地，使用预先设置在基板4上的多个基板高度测量 垫作为测量对象来发现基板4的翘曲变形状态，可以从该结果推定焊膏5的 高度位置。
此外，基板识别相机24摄像结果被图像识别部识别，由此检测焊膏5 的平面位置及印刷面积，且可以检查印刷状态是否正常，即，焊膏5是否正 常地印刷。高度计22和基板识别相机24可以通过移动装置在水平面内分別 移动，且可以取基板4的任意位置作为高度测量对象或检查对象。
高度测量得到的焊膏5或基板4的高度数据以及印刷状态检查结果通过 检查/测量处理部26被数据处理。由此，连同表示每个印刷后的基板4上的 印刷状态是否良好的结果，表示印刷在基板上的焊膏5的高度位置的焊料高 度位置数据以及基板翘曲变形数据被输出。这些输出数据通过通信部28和 通信网络2传输到控制计算机3及其他装置。检查/测量控制部29通过控制 基板传输定位部21 、高度计22和基板识别相机24来控制检查/测量操作。
接着参考图4描述电子部件安置装置的构造。在图4中，基板4被传输 导轨30保持，处于基板4的两端被夹持构件30a夹持的状态。传输导轨30 中夹持基板4的夹持构件30a具有与印刷检查装置M2中传输导轨20内的 夹持构件20a相同的结构，并将基板4保持在与印刷检查时相同的夹持状态。 通过驱动基板传输定位部31,传输导轨30将基板4传输并置于集料器32 的下述部件安装位置，其中在该基板4上，在先前步骤中焊膏5已经印刷在 电极4a上。基板传输定位部31和传输导轨30作为执行基板4的定位的基 板定位部，其中在先前步骤中焊膏已经印刷在电极4a上。
在传输导轨30保持的基板4上方布置有集料器32,集料器32由集料器 驱动机构(未示出)移动。集料器32具有吸着电子部件的管嘴32a,并通过 管嘴32a吸着和保持电子部件以从部件供给部(未示出)取出电子部件。随 后，集料器32在基板4上方移动并相对于基板4向下移动，由管嘴32a保
持的电子部件安装在基板4上。集料器32和未示出的集料器驱动机构构成
部件安置机构，该部件安置结构将电子部件安装在其上已经印刷焊膏5的基 板4上。在该部件安置结构的安装操作中，基于存储于安装数据存储器36 内的安装数据，即，基于基板4上电子部件的安装坐标，安装控制部37控 制基板传输定位部31和集料器驱动部33，通过集料器32的基板4上的部件 安装位置因此可以被控制。
在集料器32在基板4上方移动的移动路径中布置有焊料供给部40，该 焊料供给部40在预定涂层厚度状态下供给焊膏5。使用焊料供给部40从而 通过转印(transfer)而将焊膏施加在电子部件34的焊料凸点34a上。也就 是说，通过管嘴32a来保持电子部件34的集料器32在焊料供给部40上方 移动，其中该电子部件34在其下表面上具有焊料凸点34a，该电子部件34 相对于焊料供给部40向下移动，且悍料凸点34a与焊膏5接触，电子部件 34由此通过转印而涂敷有焊膏5 (见图8 )。
在该实施例中，如下文所述，通过基板4上焊膏5的状态来判断是否需 要焊膏5的转印。由安装控制部37对印刷检查装置M2内的测量结果和安 装数据存储器36内存储的容许值数据进行比较参照来执行该判断。因此， 安装控制部37作为焊膏转印需要与否判断装置，其基于印刷检查装置M2 设有的高度测量装置得到的焊膏5高度的测量结果，判断是否需要由焊料供 给部40将焊膏5转印在焊料凸点34a上。
显示部39显示表示电子部件安置装置M3的各种工作状态的指标数据 以及表示安装工作状态异常的异常信息。通信部38通过通信网络2在电子 部件安置装置和控制计算机3或者构成电子部件安装线1的另一装置之间执 行数据传输和接收。
接着，参考图5描述电子部件安装系统的控制系统的构造。这里将描述 目的为在电子部件安装工艺中更新控制参数的数据传输和接收功能。在图5, 整体控制部50在控制计算机3执行的控制处理范围内实现数据传输和接收
传输的数据，并基于预先设定的处理算法通过通信网络2将数据传输到每个 装置作为参数更新数据。
也就是说，图3所示为印刷检查装置M2设置的检查/测量处理部26通 过通信部28连接到通信网络2。此外，各个为印刷装置M1和电子部件安置
装置M3设置的各个部件(参考图2和4 )通过通信部18、 38连接到通信网 络2。由此可以在每个装置正在工作的任何时间进行反馈处理和前馈处理， 其中该反馈处理基于在印刷检查装置M2内在检查/测量步骤中得到的数据 来校正/更新上游装置的控制参数，该前馈处理校正/更新下游装置的控制参 数。此外，可以不设置控制计算机3，只要在每个装置的控制部内设置数据 传输和接收控制功能。
在上述电子部件安装系统的构造中，印刷检查装置M2独立地置于印刷 装置M1和电子部件安置装置M3之间。然而，印刷4全查装置M2的功能可 以附加到印刷装置Ml或电子部件安置装置M3。也就是说，在印刷装置Ml 中，高度计22和基板识别相机24布置成使得可以执行印刷后基板4的高度 测量和印刷检查，且高度测量部23、基板识别相机24、图像识别部25、检 查/测量处理部26、检查数据存储器27和检查/测量控制部29的功能添加到 印刷装置M1的控制功能。由此，对于印刷后的基板4，可以在印刷装置M1 内执行类似于印刷检查装置M2内的印刷检查和高度测量。此外，对于这些 功能附加到电子部件安置装置M3的情形，可以类似地执行印刷检查和高度 测量。这种情况下，在电子部件安置装置M3内，在部件安装操作之前，对 从印刷装置Ml直接传输的基板4执行类似的印刷检查和高度测量。
接着，参考各个图示沿着图6的流程描述使用本实施例的电子部件安装 系统将下表面上具有多个焊料凸点34a的电子部件34安装在基板4上的电 子部件安装方法。首先，通过印刷装置Ml,如图7(a)所示，焊膏5印刷 在基板4的电极4a上(印刷步骤)(ST1 )。接着，印刷后的基板4传输在印 刷检查装置M2内，且针对基板4执行印刷检查和高度测量，如图7(b)所 示(ST2)。也就是说，对印刷在电极4a上的焊膏5摄像并由基板识别相机 24进行识别以执行印刷检查，且通过高度计22测量焊膏5的高度位置(测 量步骤)。
在高度计22的高度测量中，测量基板4上每个焊膏5的高度位置，且 分别得到每个部分内焊膏5的高度位置。基于这些多个高度测量结果，确定 焊膏5高度的偏差Ah。
尽管偏差Ah主要是由基板4的翘曲变形导致，但也会由印刷装置Ml 内印刷状态的变动导致。该变动也^皮检测为焊膏5高度的偏差。对于只有由 基板4翘曲变形导致的偏差被使用的情形，不仅焊膏5被用作直接高度测量
的对象，而且基板4的翘曲变形状态也可以从多个基板高度测量点的测量结
果^r测到，由此推定焊膏5高度的偏差Ah。
随后，如此得到的测量结果发送到电子部件安置装置M3 (ST3)，且基 板4传输到电子部件安置装置M3。安装控制部37基于所发送的测量结果来 判断是否需要焊膏的转印(ST4)。也就是说，对于基板4上焊膏5高度的偏 差Ah超出预先设定和存储于安装数据存储器36内的容许值的情形，由于焊 料数量沿高度方向的分布而产生的不良连接的可能性高，使得安装控制部37 判断需要通过转印添加焊膏5。对于偏差Ah为容许值以下的情形，安装控 制部37判断无需通过转印添加焊膏5。
对于安装控制部37已经判定需要焊膏转印的情形，焊膏转印操作被执 行(ST5)。也就是说，如图8 (a)所示，通过吸着管嘴32a保持电子部件 34的集料器32在焊料供给部40上方移动，焊料供给部40中形成焊膏5的 涂层膜，且接着吸着管嘴32a如图8 (b)所示向下移动以使焊料凸点34a与 焊膏5的涂层膜接触。随后，如图8(c)所示，吸着管嘴32a向上移动，预 定数量的焊膏5由此通过转印供给到焊料凸点34a。
在焊膏转印操作执行之后，或者在ST4中判断不需要焊膏转印的情形 下，电子部件安装操作被执行(电子部件安装步骤)(ST6)。图9 (a)示出 这样的状态，其中在焊膏转印操作已经执行之后，步骤转到电子部件安装操 作。也就是说，在该状态下，由于基板4的翘曲变形，印刷在位于外缘部侧 上的电极4a上的焊膏5的高度位置低于印刷在位于中心的电极4a上的焊膏 5的高度位置。
在电子部件安装4喿作中，坪料凸点34a首先与印刷在电极化上的焊膏5 对准。接着，吸着管嘴32a向下移动，焊料凸点Ma由此通过焊膏5着陆在 电极4a上，如图9 (b)所示。此时，由于焊膏5预先转印在焊料凸点34a 上，即使在高度位置低于中心部的外缘部侧上的电极4a中，通过转印添加 到焊料凸点34a的焊膏5确保与印刷在电极4a上的焊膏5接触。
随后，其上已经安装电子部件的基板4传输到回流装置M4 (ST7),且 加热到焊料熔点以上的温度。由此，焊料凸点34a以及焊膏5内的焊料熔化， 且电子部件34焊料接合到基板4上的电极4a (回流步骤)(S丁8 )。此时， 电子部件34导致热变形，并显示外缘部向上翘曲的变形行为。因此，位于 外缘部的焊料凸点34a与电子部件34 —起变形，使得焊料凸点34a和电极
4a之间的距离增大。
此外在该情形中，同样在外缘部侧上的电极4a内，利用转印通过追加 供给焊膏而增加数量的焊膏5处于与焊料凸点34a和电极4a均接触的状态。 因此，如图9(c)所示，通过熔化焊料凸点34a而得到的焊料成份与通过熔 化焊膏5内的焊料而得到的焊料成份整合，由此形成将电子部件34电连接 到电极4a的焊料接合部5*。
如上所述，在该实施例中，基于通过预先测量基板4上焊膏5的高度位 置而得到的高度测量结果来判断是否需要焊膏转印到焊料凸点，其中该基板 4上已经印刷有焊膏5。在判断需要转印的情况下，在焊膏转印已经执行之 后，电子部件安装在基板上。由此可以防止容易导致翘曲变形的薄型化半导 体封装通过焊料接合安装在基板上时出现不良接合。
本申请是基于并主张2006年3月29日申请的日本专利申请No. 2006-91201的优先权利益，其全部内容引用结合于此。
工业应用性
本发明的电子部件安装系统和电子部件安装方法具有可以防止容易导
合的优点，且可以用于通过焊料接合将电子部件安装在基板上以制造安装基 板的领域。
权利要求
1. 一种电子部件安装系统，通过连接多个电子部件安装用装置来构成并将在下表面上具有外部连接用焊料凸点的电子部件安装在基板上，所述电子部件安装系统包括:印刷装置，将焊膏印刷在形成于所述基板上的多个电子部件接合用电极；高度测量装置，对印刷后的基板执行三维测量从而测量印刷的焊膏的高度位置；电子部件安置装置，包括用焊膏转印涂敷所述电子部件的焊料凸点的焊膏供给部以及从部件供给部拾取电子部件的集料器，所述电子部件安置装置将已经转印有焊膏的所述电子部件安装在已经印刷有焊膏的所述基板上；回流装置，加热已经安装有电子部件的所述基板从而加热和熔化所述焊料凸点和焊膏，并将所述电子部件焊料接合到所述基板上；以及焊膏转印必要性判断装置，基于所述高度测量装置对所述焊膏的高度的测量结果，判断是否需要通过所述焊膏供给部将焊膏转印到所述焊料凸点。
2. 如权利要求1所述的电子部件安装系统，其中所述焊膏的高度的测 量结果为从所述高度的多个测量结果得到的所述焊膏的高度的偏差。
3. —种电子部件安置装置，将在下表面上具有多个外部连接用焊料凸 点的电子部件安装在基板上，所述电子部件安置装置包括基板定位部，定位所述基板，所述基板具有在先前步骤中已经印刷有焊 膏的电极；部件安置机构，通过集料器将所述电子部件安置在已经印刷有焊膏的所 述基板上；焊膏供给部，用所述焊膏转印涂敷所述电子部件的焊料凸点；以及 焊膏转印必要性判断装置，基于在先前步骤中对印刷在所述电极上的焊膏的高度位置的测量结果，判断是否需要通过所述悍膏供给部将焊膏转印到 所述焊料凸点。
4. 如权利要求3所述的电子部件安置装置，其中所述焊膏的高度位置 的测量结果为从所述高度的多个测量结果得到的所述焊膏的高度的偏差。
5. —种电子部件安装方法，使用通过连接多个电子部件安装用装置而 构成的电子部件安装系统，通过焊料接合将电子部件安装在基板上，所述电 子部件安装方法包括印刷步骤，通过印刷装置将焊膏印刷在形成于所述基板上的电子部件接合用电极；测量步骤，对印刷后的基板执行三维测量从而测量印刷的焊膏的高度位置；电子部件安装步骤，通过集料器从部件供给部拾取电子部件并将已经印刷有焊膏的所述电子部件安装在所述基板上；以及回流步骤，加热已经安装有电子部件的所述基板从而加热和熔化所述焊 料凸点和焊膏，并将所述电子部件焊料接合到所述基板上，其中，基于所述焊膏的高度的测量结果，判断是否需要通过所述焊膏供给部将焊膏转印到所述焊料凸点；以及对于判断需要转印的情形，执行将焊膏转印到所述焊料凸点上，且所述电子部件随后安装在所述基板上。
6.如权利要求5所述的电子部件安装方法，其中所述焊膏的高度的测 量结果为从所述高度的多个测量结果得到的所述焊膏的高度的偏差。
全文摘要
本发明涉及电子部件安装系统、电子部件安置装置及电子部件安装方法，其中在下表面上具有多个外部连接用焊料凸点的电子部件安装在基板上，在预先测量已经印刷有焊膏的基板上该焊膏的高度位置并通过集料器将电子部件安装在已经印刷有焊膏的基板上的电子部件安装操作中，基于该焊膏的高度的测量结果，判断是否需要将焊膏转印到该焊料凸点。对于判断需要转印的情形，执行焊膏的转印，且该电子部件随后安装在该基板上。由此可以防止容易导致翘曲变形的薄型化半导体封装通过焊料接合安装在基板上时出现不良接合。
文档编号H05K13/04GK101379897SQ200780004949
公开日2009年3月4日 申请日期2007年3月26日 优先权日2006年3月29日
发明者井上雅文, 塚本满早, 木原正宏, 西昭一 申请人:松下电器产业株式会社