CN101513156A - 电子元件安装系统和电子元件安装方法 - Google Patents

Abstract

在具有用于测量印刷在电极上的焊膏高度的高度测量仪和电子元件放置设备的安装系统中，基于测量印刷在电极上的焊膏高度的测量结果，判断焊膏的高度是对还是错。此外，基于该判断结果判断是否需要将焊膏传送至焊料隆起，并且，如果判断需要进行传送，则将膏剂传送至保持在安装头中的电子元件。由此，可以在对因印刷故障引起焊料量短缺的板进行处理时通过适当地添加焊料量来保证安装质量。

Description

电子元件安装系统和电子元件安装方法

技术领域

本发明涉及用于将电子元件安装在板上以制造安装板的电子元件安装系统和电子元件安装方法。

背景技术

通过焊接将电子元件安装在板上以制造安装板的电子元件安装系统通过将多个电子元件安装设备连接起来而构成，所述多个电子元件安装设备包括焊料印刷设备、电子元件放置设备和回流设备。在这种电子元件安装系统中，已经引入一种具有检查功能的电子元件安装线，从而以高可靠性进行质量控制，其中检查设备设置在每个设备之间(例如，参见专利文献1)。

在该专利文献中描述的示例中，印刷检查设备设置在印刷设备与电子元件放置设备之间，如果印刷检查设备检测到印刷设备的印刷状况中诸如对准不良的缺陷状况，则用于修正它的反馈信息被传送至印刷设备，并在修正该缺陷状况的影响之后，用于进行放置操作的前馈信息被传送至下游操作中的电子元件放置设备。由此，实现了安装板制造过程中的高质量控制。

[专利文献1]JP-A-2002-134899

顺便提及，随着近年来电子装置的尺寸减小，待安装的电子元件的尺寸也要小型化，并且，在安装这些微型元件时，需要精细地控制印刷在板上的焊料的量。然而，在用于将焊料印刷在板的电极上的丝网印刷过程中，电极越精细，印刷难度就越大，因此在印刷后，由于焊料形状差，可能出现焊料量的分散。并且，如果电子元件在该状态下放置在板上，则可能因为电子元件不能在回流工序中正常地焊接到板上而出现虚焊。以此方式，在传统的电子元件安装系统中，因丝网印刷工序中的印刷故障而出现焊料量的短缺之后，对板没有一个有效的恢复措施，从而导致安装质量差或缺陷比例大的问题。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种可以在因印刷故障而使焊料量短缺的条件下对板进行处理而保证印刷质量的电子元件安装系统和电子元件安装方法。

根据本发明，提供一种电子元件安装系统，该电子元件安装系统具有连接起来的多个电子元件安装设备，用于将电子元件安装在板上以制造安装板，电子元件在下表面上形成有多个焊料隆起(solder bump)，该系统包括：印刷设备，用于将焊膏印刷在板上的对应于焊料隆起而形成的电极上；膏剂高度测量仪，用于测量印刷在电极上的焊膏的高度，并基于测量结果为每个电极单独地判断焊膏的高度是对还是错；电子元件放置设备，具有用于从元件供应部取出电子元件并将电子元件放置在被保持于板保持部中的板上的安装头、用于使安装头在元件供应部与板保持部之间移动的头移动装置、和膏剂传送单元，该膏剂传送单元设置在安装头的移动路径上，用于通过使保持在安装头中的电子元件下降至形成有焊膏的膜的膜形成面而将焊膏传送至焊料隆起；以及膏剂传送判断部，基于膏剂高度测量仪做出的高度的对或错判断结果，判断是否需要膏剂传送单元传送焊膏。

此外，根据本发明，提供一种电子元件安装方法，用于将电子元件安装在板上以制造安装板，电子元件在下表面上形成有多个焊料隆起，其中多个电子元件安装设备连接起来，该方法包括：印刷步骤，将焊膏印刷在板上对应于焊料隆起而形成的电极上；膏剂高度测量步骤，测量印刷在电极上的焊膏的高度，并基于测量结果为每个电极单独地判断焊膏的高度是对还是错；以及元件放置步骤，在膏剂高度测量步骤之后，通过电子元件放置设备将电子元件放置在板上，该电子元件放置设备具有膏剂传送单元，该膏剂传送单元用于通过在膜形成面上形成焊膏的膜并使保持在安装头中的电子元件下降至形成有焊膏的膜的膜形成面而将焊膏传送至所述多个焊料隆起；其中，在元件放置步骤之前，膏剂传送判断部基于焊料高度测量步骤时的高度的对或错判断结果，判断是否需要膏剂传送单元传送焊膏，并且，如果判断需要进行传送，则执行用于使被保持在安装头中的电子元件下降至膜形成面的膏剂传送操作。

根据本发明，基于测量印刷在电极上的焊膏的高度的测量结果，判断焊膏高度的对或错。基于该判断结果进一步判断是否需要将焊膏传送至焊料隆起，并且，如果判断需要进行传送，则将膏剂传送至保持在安装头中的电子元件，由此可以在对因印刷故障引起焊料量短缺的板进行处理时通过添加适量的焊料来保证安装质量。

附图说明

图1是示出根据本发明一个实施例的电子元件安装系统的构造的框图。

图2是用于解释根据本发明一个实施例的电子元件安装系统中的焊料印刷的解释图。

图3是根据本发明一个实施例的电子元件放置设备的平面图。

图4是用于解释根据本发明一个实施例的电子元件放置设备中的膏剂传送单元的结构的解释图。

图5A至5D是用于解释根据本发明一个实施例的电子元件放置设备中的膏剂传送单元的操作的解释图。

图6是示出根据本发明一个实施例的印刷检查设备中的控制系统的构造的框图。

图7是示出根据本发明一个实施例的电子元件放置设备中的控制系统的构造的框图。

图8是示出根据本发明一个实施例的电子元件安装方法的流程图。

图9A至9C是示出根据本发明一个实施例的电子元件安装方法的工序的解释图。

图10A至10C是示出根据本发明一个实施例的电子元件安装方法的工序的解释图。

图11A至11C是示出根据本发明一个实施例的电子元件安装方法的工序的解释图。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的实施例。

参照图1，首先将在下面描述电子元件安装系统。在图1中，电子元件安装系统具有经由通信网络2连接的电子元件安装线1，该电子安装线由印刷设备M1、印刷检查设备M2、电子元件放置设备M3和回流设备M4构成，这些设备中的每个是电子元件安装设备，并由管理计算机3完全控制。在该实施例中，借助这些多个电子元件安装设备，在下表面上形成有多个用于连接到外部的焊料隆起的电子元件通过焊接安装在板上，以制造安装板。电子元件安装设备可以经由通信网络2连接，而无需使用管理计算机3。

印刷设备M1将用于使电子元件连结到对应于电子元件的焊料隆起阵列而形成的电极的焊膏丝网印刷到安装目标板上。印刷检查设备M2通过拾取焊料印刷之后板的图像来识别焊膏的平面位置而检查印刷状态。电子元件放置设备M3利用安装头将电子元件放置在印刷有焊膏的板上。回流设备M4通过对放置有电子元件的板进行加热并使焊料隆起和焊膏因受热而熔合，而将电子元件焊接到板上。

图2示出印刷设备M1中进行的焊料印刷。印刷设备M1包括印网掩模6和刮板机构8。板保持部(未示出)对安装有电子元件的板5进行定位并将其保持在印网掩模6的下方。与目标安装电子元件连接的电极5a设置在板5的上表面上。刮板机构8设置在印网掩模6的上方，在刮板机构8中，两个印刷刮板9可以在提升机构10的作用下向上移动或向下移动。刮板机构8在水平移动机构(未示出)的作用下可水平移动。通过在板5与印网掩模6的下表面接触且焊膏7供应到印网掩模6的上表面上的状态下，使刮板机构8水平移动，同时使印刷刮板9在印网掩模6的上表面上滑动，焊膏7经由冲在印网掩模6中的图案孔(未示出)而印刷在电极5a上。

现在参照图3，下面将描述电子元件放置设备M3的结构。在图3中，运送路径12在基座11的中心部沿X方向(板运送方向)延伸。运送路径12运送安装并保持有电子元件的板5，并将板5定位在电子元件安装位置。因此，运送路径12作为用于保持并定位板5的板保持部。供应电子元件的第一元件供应部13A和第二元件供应部13B设置在运送路径12的两侧。

多个带式馈送器14设置在第一元件供应部13A中。这些带式馈送器14按节距馈送保持电子元件(例如，终端芯片型元件)的带，并将电子元件供应到安装头的拾取位置，正如下面所描述的。两个盘式馈送器15在第二元件供应部13B中并行设置。该两个盘式馈送器15将不同种类的电子元件16以栅阵列的形式供应到安装头的拾取位置。电子元件16包括半导体器件安装在薄型树脂板上的半导体封装件(例如，BGA)和具有隆起的小元件。在该实施例中，电子元件16经由形成在下表面上的多个焊料隆起与板连接，例如半导体封装件。

Y轴工作台17A和Y轴引导装置17B设置在基座11的沿X方向的两个端部。X轴工作台18安装在Y轴工作台17A和Y轴引导装置17B之间。此外，安装头19附接在X轴工作台18上。安装头19为具有多个单元安装头20的复合型，并与板识别照相机21整体移动。

通过驱动X轴工作台18和Y轴工作台17A，安装头19在X-Y方向上移动。电子元件通过单元安装头20的吸附喷嘴20a(参见图10)而被从第一元件供应部13A和第二元件供应部13B中取出，并放置在定位并保持于运送路径12上的板5上。X轴工作台18和Y轴工作台17A构成用于使安装头19在第一元件供应部13A和第二元件供应部13B与运送路径12之间移动的头移动装置。

元件识别照相机23、喷嘴储料器22和膏剂传送单元24设置在运送路径12与第二元件供应部13B之间的安装头19的移动路径上。当从每个元件供应部拾取电子元件的安装头19在元件识别照相机23的上方经过以到达板5的途中，保持在安装头19中的电子元件被识别。

喷嘴储料器22根据放置在板5上的电子元件的种类而容纳多种吸附喷嘴。当安装头19访问喷嘴储料器22时，根据待放置的电子元件选择并附接上吸附喷嘴。膏剂传送单元24具有形成焊膏薄膜的功能，通过在膜形成面上将焊料组分混合成焊剂而使焊膏薄膜具有粘性。通过使保持于安装头19中的电子元件下降至膏剂传送单元24的膜形成面，将焊膏传送并供应至形成在电子元件下表面上的多个焊料隆起。焊膏的传送和供应旨在通过在将焊料隆起与板5的电极焊接在一起时增加焊料量而提高焊点的可靠性。

参照图4，下面将描述设置在电子元件放置设备M3中的膏剂传送单元24的构成。在图4中，光滑的膜形成面25a设置在基部25的上表面上。通过用刮板28铺开(spread)焊膏7的膜形成操作，待传送并供应至形成于电子元件16上的焊料隆起16a的焊膏7的膜7a形成在膜形成面25a上。

基部25设置有垂直移动机构26和水平移动机构27，用于允许刮板28执行膜形成操作。刮板28附接在水平移动机构27上。垂直移动机构26、水平移动机构27和刮板28由刮板驱动部45(见图7)驱动。即，通过驱动水平移动机构27而使刮板28水平移动，并且通过驱动垂直移动机构26而进一步使刮板28与水平移动机构27一起整体地向上或向下移动。因此，刮板28由刮板驱动部35驱动以在膜形成面25a上进行水平移动和垂直移动相结合的膜形成操作。由此，焊膏7的膜形成在膜形成面25a上。

图5A至5D示出刮板28所进行的膜形成操作的一个示例。图5A示出一操作示例，其中，通过用刮板28在膜形成面25a的上表面的整个范围上铺开膜厚度t1的焊膏7，而在膜形成面25a上形成具有均匀膜厚度的膜7a。当使焊膏7均匀地传送至作为传送目标的焊料隆起16a时，膜形成操作按照图5所示进行。

相反，当焊膏7仅传送至多个焊料隆起16a中一些特定的焊料隆起时，或者当传送量对于作为传送目标的每个焊料隆起16a改变时，通过改变膜形成范围或膜厚度来执行膜形成操作，正如下面所描述的。即，借助垂直移动机构26和水平移动机构27，使刮板28以预定的图案执行水平移动和垂直移动相结合的膜形成操作，如图5B和5C所示。

由此，可以在膜形成面25a的特定范围A中形成具有任意膜厚度t、任意平面形状和任意膜厚度分布的膜7a，如图5D所示。由此，在将焊膏7传送并供应至焊料隆起16a时，可以选择性地将期望量的焊膏7传送并供应至电子元件16的多个焊料隆起16a中的一些特定焊料隆起，正如后面所描述的。

参照图6，下面将描述印刷检查设备M2的功能和控制系统的构造。在图6中，在印刷设备M1中进行焊料印刷之后的板5由运送定位机构35运送，然后定位并保持在预定的检查位置。作为运送定位机构35的驱动源的运送驱动电机35M由驱动部34驱动。高度测量仪37和照相机39设置在板5的上方，并具有下述功能。

照相机39拾取板5的一部分的图像，以进行印刷检查。并且，检查部38通过对该拾取的图像进行识别处理来检查焊膏的印刷状态。高度测量仪37具有精确地测量到测量目标的距离的功能，并通过对印刷在电极5a上的焊膏7进行测量并对测量部36中的测量数据进行处理来测量已印刷状态下的焊膏7的高度。测量焊膏7的高度等于测量印刷在电极5a上的焊膏7的厚度，即，印刷在每个电极5a上的焊膏7的印刷量。

膏剂高度存储部31存储高度测量仪37和测量部36的高度测量结果作为膏剂高度测量数据。并且，对于存储在膏剂高度存储部31中的膏剂高度测量数据，膏剂高度短缺判断部32判断印刷在每个电极5a上的焊膏7的高度是否足够。即，通过比较膏剂高度测量数据与预先存储在膏剂高度短缺判断部32中的基准高度数据，来判断印刷在电极5a上的焊膏7的高度是对还是错。

该高度对或错的判断结果和印刷状态检查结果经由通信部33和通信网络2传送至管理计算机3或其它设备。检查控制部30具有控制用于检查和测量操作的驱动部34、高度测量部36和照相机39的功能。因此，印刷检查设备M2是测量印刷在电极5a上的焊膏7的高度、并基于该测量结果对于每个电极单独地判断焊膏7的高度是对还是错的膏剂高度测量设备。

参照图7，下面将描述电子元件放置设备M3中的控制系统的构造。放置控制部40是具有CPU的总控制部，控制每个部分的操作或过程，正如下面所述的。膏剂传送判断部41基于印刷检查设备M2传送来的膏剂高度的对或错判断结果来判断是否需要膏剂传送单元24传送焊膏7。该判断基于预先设定的基准来进行，即，被判断为高度短缺的电极数量占电极总数的百分比或为每个高度短缺的程度单独预先设定的阈值。

如果膏剂传送判断部41判断需要进行焊膏的传送，则刮板移动数据存储部42存储在膏剂传送单元24中进行的膜形成操作的图案，即，刮板28的水平和垂直移动相结合的操作图案。头驱动部44驱动安装头19。刮板驱动部45驱动作为垂直移动机构26和水平移动机构27的驱动源的垂直方向驱动电机26M和水平方向驱动电机27M。放置控制部40基于高度测量结果和存储在刮板移动数据存储部42中的刮板移动数据来控制刮板驱动部45，以形成与用于修正板5上的每个电极5a的焊膏高度分布所需的膏剂传送量分布相对应的膜7a。

参照图8的流程图，下面将描述用在该电子元件安装系统中的电子元件安装方法。该电子元件安装方法包括将下表面上形成有多个焊料隆起16a的电子元件16放置在板5上并对其进行安装。首先，在印刷设备M1中将焊膏7印刷在作为安装目标的板5上(印刷工序)(ST1)。由此，焊膏7丝网印刷在形成于板5上的每个电极5a上，如图9A所示。

将印刷后的板5运送到印刷检查设备M2，在此处检查每个电极5a的印刷状态，并测量膏剂高度(膏剂高度测量工序)(ST2)。即，使高度测量仪37相继在电极5a的上方移动，并测量膜7a的上表面的高度，然后将测量结果存储在膏剂高度存储部31中，如图9B所示。在该示例中，因印刷设备M1中的印刷故障，在多个电极5a中的两个电极5a*(由箭头表示)上未印刷有正常量的焊膏7，因而得到与其它正常的焊料印刷点相比偏低的高度测量结果。

接下来，膏剂高度短缺判断部32判断测量到的膏剂高度是对还是错(ST3)。这里，如果对于所有的电极5a来讲高度是正常的且不存在高度短缺，则操作直接前进至用于执行元件放置操作的电子元件放置工序(ST7)。如果存在高度短缺，则膏剂传送判断部41判断是否需要传送膏剂以额外地供应焊膏7(ST4)。这里，如果判断高度短缺极微小且对下游操作没有不利影响，则按照与前述相同的方式进行元件放置操作。

相反，如果高度短缺的程度在范围上不是可忽略的且短缺量如图9B中的示例那样，则在(ST4)判断需要膏剂传送，由此按照后面将要描述的那样进行膏剂传送。在该实施例中，为了防止焊膏7过多地添加到没有高度短缺的电极5a的不一致情况，执行用于适当地设定膏剂传送范围和传送量的工序(ST5)。

即，膜7a形成在膏剂传送单元24的膜形成面25a上，其尺寸根据在对应于被判断为高度短缺的电极5a的位置处所需的传送量而确定，如图9C所示。该处理是在放置控制部40通过参照印刷检查设备M2中获得的高度测量结果和存储在刮板移动数据存储部42中的膜形成操作图案来驱动刮板驱动部45时进行的。即，膏剂传送单元24基于焊料高度测量工序中的测量结果在膜形成面25a上形成膜7a。

接下来，执行膏剂传送操作(ST6)。即，从第二元件供应部13B中取出电子元件16的安装头19移动到膏剂传送单元24的上方，并且单元安装头20定位成使得对应于形成在膜形成面25a上的膜7a的焊料隆起16a可以正确地对准，如图10A所示。然后，通过使保持在安装头19中的电子元件16下降至膜形成面25a，使作为传送目标的焊料隆起16a，即，在对应于被判断为高度短缺的电极5a的位置处的焊料隆起16a，与膜7a接触(膏剂传送工序)，如图10B所示。由此，将期望传送量的焊膏7传送至电子元件16中的需要该传送的焊料隆起16a，如图10C所示。

接下来，将电子元件16放置在板5上(ST7)。即，使安装头19移动，以将保持着传送了焊膏7后的电子元件16的单元安装头20定位在板5上，使得焊料隆起16a与板5的电极5a对准，如图11A所示。由此，传送了焊膏7以修正高度短缺的焊料隆起16a位于在膏剂高度测量中被判断为高度短缺的电极5a*的正上方。接下来，通过使电子元件16下降而将电子元件16放置在板5上，并使焊料隆起16a经由焊膏7落在板5的电极5a上(元件放置工序)，如图11B所示。

随后，将放置有电子元件16的板5运送到回流设备M4。然后，连同电子元件16一起，对板5进行加热，直至焊料熔化温度或更高，从而使焊料隆起16a和焊膏7中的焊料组分熔化并通过电子元件16与板5焊接起来而连结(回流工序)(ST8)，如图11C所示。此时，通过传送膏剂额外地供应至焊料隆起16a的焊膏7补偿了因印刷设备M1中的印刷故障而导致焊料量较少的电极5a*中焊料量的短缺，由此使连结焊料隆起16a和电极5a的焊料量不会不足。因此，电子元件16的焊料隆起16a熔合的焊料组分，连同焊膏7中的焊料熔合的焊料组分一起，通常将所有的焊料隆起16a与电极5a连接在一起，从而极好地形成将电子元件16与电极5a电连接的焊点16b，而不会导致诸如电气连接不合格或接点强度缺乏的虚焊，如图11C所示。

即，在上述电子元件安装方法中，在元件放置工序之前，膏剂传送判断部41基于焊料高度测量仪做出的对或错的高度判断结果来判断是否需要膏剂传送单元24传送焊膏。如果判断需要传送，则进行用于使保持在安装头19中的电子元件下降至膜形成面25a的膏剂传送操作。由此，在对因印刷故障引起的焊料量短缺的板进行处理时，适当地加入焊料量，以保证安装质量。

工业实用性

本发明的电子元件安装系统和电子元件安装方法具有可以在对因印刷故障引起焊料量短缺的板进行处理时保证安装质量的效果，并有效地用于借助焊接将电子元件安装在板上以制造安装板的领域。

本申请基于并要求享有2006年9月11日提交的日本专利申请No.2006-245229的优先权，其全部公开内容在此引作参考。

Claims (4)

1.一种电子元件安装系统，具有连接起来的多个电子元件安装设备，用于将电子元件安装在板上以制造安装板，电子元件在下表面上形成有多个焊料隆起，所述系统包括：

印刷设备，用于将焊膏印刷在所述板上的对应于所述焊料隆起而形成的电极上；

膏剂高度测量仪，用于测量印刷在所述电极上的焊膏的高度，并基于测量结果为每个所述电极单独地判断所述焊膏的高度是对还是错；

电子元件放置设备，具有用于从元件供应部取出电子元件并将所述电子元件放置在被保持于板保持部中的板上的安装头、用于使所述安装头在所述元件供应部与板保持部之间移动的头移动装置、以及膏剂传送单元，该膏剂传送单元设置在所述安装头的移动路径上，用于通过使保持在所述安装头中的电子元件下降至形成有焊膏的膜的膜形成面，而将焊膏传送至所述焊料隆起；和

膏剂传送判断部，基于所述膏剂高度测量仪做出的所述高度的对或错判断结果，判断是否需要所述膏剂传送单元传送焊膏。

2.根据权利要求1的电子元件安装系统，其中，所述膏剂传送单元基于所述焊料高度测量仪的测量结果，在所述膜形成面上形成所述膜。

3.一种电子元件安装方法，用于将电子元件安装在板上以制造安装板，电子元件在下表面上形成有多个焊料隆起，其中多个电子元件安装设备连接起来，所述方法包括：

印刷步骤，将焊膏印刷在所述板上的对应于所述焊料隆起而形成的电极上；

膏剂高度测量步骤，测量印刷在所述电极上的焊膏的高度，并基于测量结果为每个所述电极单独地判断所述焊膏的高度是对还是错；以及

元件放置步骤，在所述膏剂高度测量步骤之后，通过电子元件放置设备将电子元件放置在所述板上，该电子元件放置设备具有膏剂传送单元，该膏剂传送单元用于通过在膜形成面上形成焊膏的膜并使保持在所述安装头中的电子元件下降至形成有焊膏的膜的膜形成面，而将焊膏传送至所述多个焊料隆起；

其中，在所述元件放置步骤之前，膏剂传送判断部基于所述焊料高度测量步骤时的所述高度的对或错判断结果，判断是否需要所述膏剂传送单元传送焊膏，并且，如果判断需要进行传送，则执行用于使被保持在所述安装头中的电子元件下降至所述膜形成面的膏剂传送操作。

4.根据权利要求3的电子元件安装方法，其中，所述膏剂传送单元基于所述焊料高度测量步骤时的测量结果，在所述膜形成面上形成所述膜。

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