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KR101260429B1 - 전자 부품 실장 시스템, 전자 부품 탑재 장치 및 전자 부품실장 방법 - Google Patents

전자 부품 실장 시스템, 전자 부품 탑재 장치 및 전자 부품실장 방법 Download PDF

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KR101260429B1
KR101260429B1 KR1020087018626A KR20087018626A KR101260429B1 KR 101260429 B1 KR101260429 B1 KR 101260429B1 KR 1020087018626 A KR1020087018626 A KR 1020087018626A KR 20087018626 A KR20087018626 A KR 20087018626A KR 101260429 B1 KR101260429 B1 KR 101260429B1
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South Korea
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electronic component
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solder paste
component mounting
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미츠하야 츠카모토
마사히로 키하라
마사후미 이노우에
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파나소닉 주식회사
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Abstract

하면에 외부 접합용의 복수의 솔더 범프가 형성된 전자 부품을 기판에 실장하는 전자 부품 실장에 있어서, 솔더 페이스트의 인쇄 후의 가판을 대상으로 하여 솔더 페이스트의 높이 위치를 미리 계측해두고 탑재 헤드에 의해 전자 부품을 솔더 페이스트의 인쇄 후의 기판에 탑재하는 부품 탑재 동작에 있어서, 솔더 페이스트의 높이 계측 결과에 기초하여 솔더 범프로의 솔더 페이스트의 전사 필요 여부를 판단하고, 전사 필요로 판단되면 솔더 페이스트의 전자를 실행한 후에 전자 부품을 기판에 탑재한다. 이에 의해, 휨 변형을 발생하기 쉬운 박형 반도체 패키지를 솔더 접합에 의해 실장하는 경우에 있어서 접합 불량을 방지할 수 있게 된다.
솔더 페이스트, 변형

Description

전자 부품 실장 시스템, 전자 부품 탑재 장치 및 전자 부품 실장 방법{ELECTRONIC COMPONENT MOUNTING SYSTEM, ELECTRONIC COMPONENT PLACING APPARATUS, AND ELECTRONIC COMPONENT MOUNTING METHOD}
본 발명은 솔더 범프가 형성된 전자 부품을 기판에 솔더 접합에 의해 실장하는 전자 부품 실장 시스템, 전자 부품 탑재 장치 및 전자 부품 실장 방법에 관한 것이다.
반도체 소자 등의 전자 부품을 회로 기판에 실장하는 형태로서, 반도체 소자를 수지 기판에 실장한 반도체 패키지를 솔더 범프를 통하여 회로 기판에 솔더 접합에 의해 실장하는 방법이 이용되고 있다(예를 들면, 일본 특허공개 2000-315896호 공보 참조). 이 문헌예에서는, 패키지의 하면을 촬상하여 솔더 범프를 인식함으로써, 범프 배치나 위치 어긋남을 자동적으로 검출하고, 부품의 불량 여부 판정이나 위치 보정을 위한 데이터를 취득하도록 하고 있다.
최근, 전자 기기의 소형화 및 고기능화의 진전에 따라, 전자 기기에 들어가는 반도체 패키지 등의 전자 부품은 고실장 밀도가 요구되어 소형화 및 박화가 진행되고 있다. 이 때문에, 솔더 범프가 형성된 반도체 패키지도 수지 기판의 박화에 의해 강성이 저하하여, 솔더 접합을 위한 리플로우시의 가열에 의해 휨 변형을 일으키기 쉽다는 특성이 있다. 이 때문에, 리플로우시에 솔더 범프가 휨 변형에 의해 들뜨게 되고, 솔더 범프가 기판의 접속용 전극에 정상적으로 솔더 접합되지 않아, 도통 불량이나 접합 강도 부족 등의 접합 불량이 생기기 쉽다.
그런 점에서, 본 발명은 박형의 반도체 패키지를 솔더 접합에 의해 실장하는 경우에 있어서의 접합 불량을 방지할 수 있는 전자 부품 실장 시스템, 전자 부품 탑재 장치 및 전자 부품 실장 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
복수의 전자 부품 실장용 장치를 연결하여 구성되며, 하면에 외부 접합용의 솔더 범프가 형성된 전자 부품을 기판에 실장하는 본 발명에 따른 전자 부품 실장 시스템은, 상기 기판에 형성된 전자 부품 접합용의 복수의 전극에 솔더 페이스트를 인쇄하는 인쇄 장치와; 솔더 인쇄 후의 기판을 대상으로 하여 3차원 계측을 실행함으로써, 인쇄된 솔더 페이스트의 높이 위치를 계측하는 높이 계측 수단과; 상기 전자 부품의 솔더 범프에 솔더 페이스트를 전사에 의해 도포하는 솔더 공급부를 구비하고, 탑재 헤드에 의해 부품 공급부로부터 전자 부품을 픽업하여 솔더 페이스트가 전사된 후의 전자 부품을 상기 솔더가 인쇄된 기판에 탑재하는 전자 부품 탑재 장치와; 상기 전자 부품이 탑재된 기판을 가열함으로써 상기 솔더 범프 및 솔더 페이스트를 가열 용융시켜 상기 전자 부품을 기판에 솔더 접합하는 리플로우 장치와; 상기 높이 계측 수단에 의한 솔더 페이스트의 높이 계측 결과에 기초하여 상기 솔더 범프로의 상기 솔더 공급부에 의한 솔더 페이스트의 전사 필요 여부를 판단하는 솔더 페이스트 전사 필요 여부 판단 수단을 구비한다.
또한, 하면에 외부 접합용의 복수의 솔더 범프가 형성된 전자 부품을 기판에 탑재하는 본 발명에 따른 전자 부품 탑재 장치는, 앞공정에서 전극에 솔더 페이스트가 인쇄된 상기 기판을 위치 결정하는 기판 위치 결정부와; 상기 솔더 페이스트가 인쇄된 기판에 탑재 헤드에 의해 전자 부품을 탑재하는 부품 탑재 기구와; 상기 전자 부품의 솔더 범프에 솔더 페이스트를 전사에 의해 도포하는 솔더 공급부와; 상기 앞공정에서 전극에 인쇄된 솔더 페이스트의 높이 위치를 계측한 결과에 기초하여, 상기 솔더 범프로의 상기 솔더 공급부에 의한 솔더 페이스트의 전사 필요 여부를 판단하는 솔더 페이스트 전사 필요 여부 판단 수단을 구비한다.
복수의 전자 부품 실장용 장치를 연결하여 구성된 전자 부품 실장 시스템에 의해 기판에 전자 부품을 솔더 접합에 의해 실장하는 본 발명에 따른 전자 부품 실장 방법은, 인쇄 장치에 의해 상기 기판에 형성된 전자 부품 접합용의 전극에 솔더 페이스트를 인쇄하는 인쇄 공정과; 솔더 인쇄 후의 기판을 대상으로 3차원 계측을 실행함으로써, 인쇄된 솔더 페이스트의 높이 위치를 계측하는 계측 공정과; 탑재 헤드에 의해 부품 공급부로부터 전자 부품을 픽업하여 상기 솔더가 인쇄된 기판에 탑재하는 전자 부품 탑재 공정과; 상기 전자 부품이 탑재된 기판을 가열함으로써 상기 솔더 범프 및 솔더 페이스트를 가열 용융시켜 상기 전자 부품을 기판에 솔더 접합하는 리플로우 공정을 포함하고, 상기 솔더 페이스트의 높이 계측 결과에 기초하여 상기 솔더 범프로의 상기 솔더 공급부에 의한 솔더 페이스트의 전사 필요 여부를 판단하고, 전사 필요라고 판단되면 솔더 범프로의 솔더 페이스트의 전사를 실행한 후에 상기 기판에 탑재한다.
본 발명에 따르면, 솔더 페이스트의 높이 계측 결과에 기초하여 솔더 범프로의 솔더 페이스트의 전자 필요 여부를 판단하고, 전사 필요라고 판단되면, 솔더 범프 상에 솔더 페이스트의 전사를 실행한 후에 전자 부품을 기판에 탑재한다. 이에 의해, 박형의 반도체 패키지를 솔더 접합에 의해 기판 상에 실장하는 경우에 있어서의 접합 불량을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 부품 실장 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크린 인쇄 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 검사 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 부품 탑재 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 부품 실장 시스템의 제어계의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 부품 실장 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7 내지 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 부품 실장 방법의 공정 설 명도이다.
본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 먼저, 도 1을 참조하여 전자 부품 실장 시스템에 대하여 설명한다. 도 1에 있어서 전자 부품 실장 시스템은, 전자 부품 실장용 장치인 인쇄 장치(M1), 인쇄 검사 장치(M2), 전자 부품 탑재 장치(M3), 리플로우 장치(M4)의 각 장치를 모두 연결하여 전자 부품 실장 라인(1)을 구성하고, 이들 장치들은 통신 네트워크(2)에 의해 접속되고, 전자 부품 실장 시스템(1)의 전체를 관리 컴퓨터(3)에 의해 제어하는 구성으로 되어 있다. 본 실시예에서는, 이들 복수의 전자 부품 실장용 장치에 의해, 하면에 외부 접속용의 복수의 솔더 범프가 형성된 전자 부품을 기판에 솔더 접합에 의해 실장하여 실장 기판을 제조한다.
인쇄 장치(M1)는 실장 대상의 기판에 전자 부품의 솔더 범프의 배열에 대응하여 형성된 전극에, 전자 부품 접합용의 솔더 페이스트를 스크린 인쇄한다. 인쇄 검사 장치(M2)는 솔더 인쇄 후의 기판을 촬상하여 인쇄된 솔더 페이스트의 평면 위치를 인식함으로써 인쇄 상태를 검사함과 동시에, 솔더 인쇄 후의 기판을 대상으로 하여 3차원 계측을 실행함으로써, 인쇄된 솔더 페이스트의 높이 위치를 계측하는 기능을 가지고 있다. 전자 부품 탑재 장치(M3)는 솔더 페이스트가 인쇄된 기판에 탑재 헤드에 의해 전자 부품을 탑재한다. 리플로우 장치(M4)는 전자 부품이 탑재된 기판을 가열함으로써, 솔더 범프 및 솔더 페이스트를 가열 용융시켜, 전자 부품을 기판에 솔더 접합한다.
다음으로, 인쇄 장치(M1), 인쇄 검사 장치(M2), 전자 부품 탑재 장치(M3)의 구성에 대하여 설명한다. 먼저, 도 2를 참조하여, 인쇄 장치(M1)의 구성에 대하여 설명한다. 도 2에 있어서, 위치 결정 테이블(10) 상에는 기판 지지부(11)가 설치되어 있다. 기판 지지부(11)는 기판(4)을 클램퍼(11a)에 의해 양측에서 끼워 지지한다. 기판 지지부(11)의 상방에는, 마스크 플레이트(12)가 설치되어 있고, 마스크 플레이트(12)에는 기판(4)의 인쇄 부위에 대응한 패턴공(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 테이블 구동부(14)에 의해 위치 결정 테이블(10)을 구동함으로써, 기판(4)은 마스크 플레이트(12)에 대하여 수평 방향 및 수직 방향으로 상대 이동한다.
마스크 플레이트(12)의 상방에는 스퀴지부(13)가 배치되어 있다. 스퀴지부(13)는 스퀴지(13c)를 마스크 플레이트(12)에 대하여 승강시킴과 동시에 마스크 플레이트(12)에 대하여 소정 압력(인쇄 압력)으로 가압하는 승강 가압 기구(13b), 스퀴지(13c)를 수평 이동시키는 스퀴지 이동 기구(13a)로 이루어진다. 승강 가압 기구(13b) 및 스퀴지 이동 기구(13a)는 스퀴지 구동부(15)에 의해 구동된다. 기판(4)을 마스크 플레이트(12)의 하면에 접촉시킨 상태에서, 솔더 페이스트(5)가 공급된 마스크 플레이트(12)의 표면을 따라 스퀴지(13c)를 소정 속도로 수평 이동시킴으로써, 솔더 페이스트(5)는 도시하지 않은 패턴공을 통하여 기판(4)에 형성된 전극(4a)의 상면에 인쇄된다(도 7(a) 참조).
이 인쇄 동작은 테이블 구동부(14), 스퀴지 구동부(15)를 인쇄 제어부(17)에 의해 제어함으로써 수행된다. 이 제어에 있어서는, 인쇄 데이터 기억부(16)에 기억된 인쇄 데이터에 기초하여, 스퀴지(13c)의 동작이나 기판(4)과 마스크 플레이트(12) 간의 위치 맞춤이 제어된다. 표시부(19)는 인쇄 장치의 가동 상태를 나타내는 각종 지표 데이터나, 인쇄 동작 상태의 이상을 나타내는 이상 통지를 표시한다. 통신부(18)는 통신 네트워크(2)를 통하여 관리 컴퓨터(3)나 전자 부품 실장 라인(1)을 구성하는 타장치 사이에서의 데이터 송수신을 수행한다.
다음으로, 도 3을 참조하여 인쇄 검사 장치(M2)에 대하여 설명한다. 도 3에 있어서, 반송 레일(20)에는 기판(4)이 클램프 부재(20a)에 의해 양단부가 클램프된 상태로 지지되어 있다. 기판 반송 위치 결정부(21)를 구동함으로써, 반송 레일(20)은 기판(4)을 이하에 설명하는 검사나 계측을 위한 위치로 반송하여 위치 결정한다.
반송 레일(20)에 지지된 기판(4)의 상방에는 높이 계측기(22) 및 기판 인식 카메라(24)가 설치되어 있다. 높이 계측기(22)는 계측 대상까지의 거리를 정밀하게 계측하는 기능을 가지며, 기판(4) 표면의 높이나 기판(4)의 전극(4a)에 인쇄된 솔더 페이스트(5)를 높이 계측기(22)에 의해 계측하여, 계측 데이터를 높이 계측부(23)에 의해 처리함으로써, 기판(4)의 표면의 높이 위치나 각 전극(4a)에 인쇄된 솔더 페이스트(5)의 높이 위치를 구할 수 있다. 따라서 인쇄 검사 장치(M2)에 구비된 높이 계측 기능은 인쇄된 솔더 페이스트(5)의 높이 위치를 계측하는 높이 계측 수단이 된다.
본 실시예에 나타내는 전자 부품 실장 방법에서는, 이 높이 계측 결과에 기 초하여 기판(4)에서의 솔더 페이스트(5)의 양을 추정하고, 이 기판(4)에 실장되는 전자 부품의 솔더 접합에 있어서의 솔더량이 정상적인 솔더 접합을 확보하기에 충분한 양인지 여부를 판단하도록 하고 있다. 이 목적을 위해서는, 각 전극(4a)에 인쇄된 솔더 페이스트(5)를 직접 높이 계측 대상으로 할 수도 있고, 기판(4)에 미리 설정된 복수의 기판 높이 계측점을 계측 대상으로 하여 기판(4)의 휨 변형 상태를 구해, 이 결과에 의해 솔더 페이스트(5)의 높이 위치를 추정하도록 할 수도 있다.
또한, 기판 인식 카메라(24)에 의한 촬상 결과를 화상 인식부(25)에 의해 인식 처리함으로써, 솔더 페이스트(5)의 평면 위치나 인쇄 면적을 검출하여, 인쇄 상태 즉 솔더 페이스트(5)가 정상적으로 인쇄되고 있는지 여부를 검사할 수 있다. 높이 계측기(22) 및 기판 인식 카메라(24)는 각각 이동 수단에 의해 수평면 내에서 이동 가능하게 되어 있어, 기판(4)의 임의 위치를 높이 계측 대상 또는 검사 대상으로 할 수 있다.
높이 계측에 의해 취득한 솔더 페이스트(5)나 기판(4)의 높이 데이터 및 인쇄 상태 검사 결과는 검사/계측 처리부(26)에 의해 데이터 처리된다. 이로 인해, 인쇄 후의 개별 기판(4)에서의 인쇄 상태에 대한 불량 여부 판정 결과와 함께, 해당 기판에 인쇄된 솔더 페이스트(5)의 높이 위치를 나타내는 솔더 높이 위치 데이터나 기판 휨 변형 데이터가 출력된다. 출력된 이들 데이터는 통신부(28) 및 통신 네트워크(2)를 통하여, 관리 컴퓨터(3)나 타장치로 전송된다. 검사/계측 제어부(29)는 기판 반송 위치 결정부(21), 높이 계측기(22), 및 기판 인식 카메라(24)를 제어함으로써 검사/계측 동작을 제어한다.
다음으로, 도 4를 참조하여 전자 부품 탑재 장치의 구성에 대하여 설명한다. 도 4에 있어서 반송 레일(30)에는 기판(4)이 클램프 부재(30a)에 의해 양단부가 클램프된 상태로 지지되어 있다. 반송 레일(30)에 있어서 기판(4)을 클램프하는 클램프 부재(30a)는 인쇄 검사 장치(M2)에서의 반송 레일(20)의 클램프 부재(20a)와 같은 구조이고, 인쇄 검사시와 같은 클램프 상태로 기판(4)을 지지하도록 하고 있다. 기판 반송 위치 결정부(31)를 구동함으로써, 반송 레일(30)은 앞 공정에서 전극(4a)에 솔더 페이스트(5)가 인쇄된 기판(4)을 이하에 설명하는 탑재 헤드(32)에 의한 부품 탑재 위치로 반송하여 위치 결정한다. 기판 반송 위치 결정부(31) 및 반송 레일(30)은, 앞 공정에서 전극(4a)에 솔더 페이스트(5)가 인쇄된 기판(4)을 위치 결정하는 기판 위치 결정부로 기능한다.
반송 레일(30)에 지지된 기판(4)의 상방에는 헤드 구동 기구(도시하지 않음)에 의해 이동하는 탑재 헤드(32)가 설치되어 있다. 탑재 헤드(32)는 전자 부품을 흡착하는 노즐(32a)을 구비하고 있으며, 탑재 헤드(32)는 부품 공급부(도시하지 않음)로부터 전자 부품을 노즐(32a)에 의해 흡착 지지하여 취출한다. 그리고 탑재 헤드(32)를 기판(4) 상으로 이동시키고 기판(4)에 대하여 하강시킴으로써, 노즐(32a)에 지지된 전자 부품을 기판(4)에 탑재한다. 탑재 헤드(32) 및 도시하지 않은 헤드 구동 기구는, 솔더 페이스트(5)가 인쇄된 기판(4)에 전자 부품을 탑재하는 부품 탑재 기구를 구성한다. 이 부품 탑재 기구에 의한 탑재 동작에 있어서, 탑재 데이터 기억부(36)에 기억된 탑재 데이터, 즉, 기판(4) 상에서의 전자 부품의 실장 좌표에 기초하여, 탑재 제어부(37)에 의해 기판 반송 위치 결정부(31) 및 탑재 헤드 구동 부(33)를 제어함으로써, 탑재 헤드(32)에 의한 기판(4)으로의 전자 부품 탑재 위치를 제어할 수 있다.
탑재 헤드(32)가 기판(4) 상으로 이동하는 이동 경로에는, 소정 막두께로 도포될 수 있도록 솔더 페이스트(5)를 공급하는 솔더 공급부(40)가 설치되어 있다. 솔더 공급부(40)는 전자 부품(34)의 솔더 범프(34a)에 솔더 페이스트(5)를 전사에 의해 도포하기 위하여 이용된다. 즉, 하면에 솔더 범프(34a)가 형성된 전자 부품(34)을 노즐(32a)에 의해 지지한 탑재 헤드(32)를 솔더 공급부(40)의 상방으로 이동시키고, 전자 부품(34)을 솔더 공급부(40)에 대하여 하강시켜, 솔더 범프(34a)를 솔더 페이스트(5)에 접촉시킴으로써, 솔더 범프(34a)에는 솔더 페이스트(5)가 전사에 의해 도포된다(도 8 참조).
본 실시예에서는, 후술하는 바와 같이, 솔더 페이스트(5)의 전사의 필요 여부를 기판(4)에서의 솔더 페이스트(5)의 상태에 의해 판단하도록 하고 있다. 이 판단은 탑재 제어부(37)가 인쇄 검사 장치(M2)에서의 계측 결과를 탑재 데이터 기억부(36)에 기억된 허용치 데이터와 비교 참조함으로써 수행된다. 따라서, 탑재 제어부(37)는, 인쇄 검사 장치(M2)에 구비된 높이 계측 수단에 의한 솔더 페이스트(5)의 높이 계측 결과에 기초하여 솔더 범프(34a)로의 솔더 공급부(40)에 의한 솔더 페이스트(5)의 전사 필요 여부를 판단하는 솔더 페이스트 전사 필요 여부 판단 수단으로서 기능한다.
표시부(39)는 전자 부품 탑재 장치(M3)의 각종 가동 상태를 나타내는 지표 데이터나 탑재 동작 상태의 이상을 나타내는 이상 통지를 표시한다. 통신부(38)는 통신 네트워크(2)를 통하여 관리 컴퓨터(3)나 전자 부품 실장 라인(1)을 구성하는 타장치와의 사이에서 데이터 송수신을 수행한다.
다음으로, 도 5를 참조하여 전자 부품 실장 시스템의 제어계의 구성에 대하여 설명한다. 여기에서는, 전자 부품 실장 과정에서의 제어 파라미터 갱신을 목적으로 한 데이터 송수신 기능을 설명한다. 도 5에 있어서, 전체 제어부(50)는 관리 컴퓨터(3)에 의해 실행되는 제어 처리 범위 중의 데이터 송수신 기능을 담당하는 것으로, 통신 네트워크(2)를 통하여 전자 부품 실장 라인을 구성하는 각 장치로부터 전송되는 데이터를 수신하여, 미리 정해진 처리 알고리즘에 기초하여 각 장치에 파라미터 갱신용 데이터로서 통신 네트워크(2)를 통하여 출력한다.
즉, 도 3에 나타내는 인쇄 검사 장치(M2)에 구비된 검사/계측 처리부(26)는 통신부(28)를 통하여 통신 네트워크(2)에 접속되어 있다. 또한, 인쇄 장치(M1) 및 전자 부품 탑재 장치(M3)에 구비된 각 부(도 2, 4 참조)는 각각 통신부(18, 38)를 통하여 통신 네트워크(2)와 접속되어 있다. 이로 인해, 인쇄 검사 장치(M2)에서의 검사/계측 공정에서 추출된 데이터에 기초하여 상류측 장치의 제어 파라미터를 수정/갱신하는 피드백 처리나, 하류측 장치의 제어 파라미터를 수정/갱신하는 피드포워드 처리가, 각 장치의 가동 중에 수시로 가능한 구성으로 되어 있다. 또한, 관리 컴퓨터(3)를 설치하지 않고, 각 장치의 제어부에 각각 데이터 송수신 제어 기능을 갖게 할 수도 있다.
또한, 상기 전자 부품 실장 시스템의 구성에서는, 인쇄 장치(M1)와 전자 부품 탑재 장치(M3) 사이에 독립적으로 설치된 인쇄 검사 장치(M2)를 배치한 구성으 로 되어 있지만, 인쇄 검사 장치(M2)의 기능을 인쇄 장치(M1) 혹은 전자 부품 탑재 장치(M3)에 부속시키도록 할 수도 있다. 즉, 인쇄 장치(M1)에 있어서 인쇄 후의 기판(4)을 대상으로 하여 높이 계측이나 인쇄 검사가 가능하도록 높이 계측기(22)나 기판 인식 카메라(24)를 설치하여, 높이 계측부(23), 기판 인식 카메라(24), 화상 인식부(25), 검사/계측 처리부(26), 검사 데이터 기억부(27) 및 검사/계측 제어부(28)의 기능을 인쇄 검사 장치(M2)의 제어 기능에 부가한다. 이로 인해, 인쇄 검사 장치(M2)에서 이루어지는 인쇄 후의 기판(4)을 대상으로 하는 인쇄 검사 및 높이 계측이, 인쇄 장치(M1) 내부에서도 동일하게 수행될 수 있다. 전자 부품 탑재 장치(M3)에 이들 기능을 부속시키는 경우에도 마찬가지이며, 이러한 경우에는 전자 부품 탑재 장치(M3)의 내부에 있어서, 인쇄 장치(M1)로부터 직접 반입된 기판(4)에 대하여 동일한 인쇄 검사 및 높이 계측이 부품 탑재 동작에 앞서 실행된다.
다음으로, 본 실시예에 나타내는 전자 부품 실장 시스템에 의해, 하면에 복수의 솔더 범프(34a)가 형성된 전자 부품(34)을 기판(4)에 실장하는 전자 부품 실장 방법에 대하여, 도 6의 흐름을 따라 각 도면을 참조하면서 설명한다. 먼저, 인쇄 장치(M1)에 의해, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 기판(4)의 전극(4a)에 솔더 페이스트(5)를 인쇄한다(인쇄 공정; ST1). 이어서 인쇄 후의 기판(4)은 인쇄 검사 장치(M2)에 반입되고, 여기에서, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이 기판(4)을 대상으로 하여 인쇄 검사 및 높이 계측을 실행한다(ST2). 즉, 기판 인식 카메라(24)에 의해 전극(4a)에 인쇄된 솔더 페이스트(5)를 촬상하여 인식함으로써 인쇄 검사를 수행하고, 높이 계측기(22)에 의해 솔더 페이스트(5)의 높이 위치를 계측한다(계측 공정).
높이 계측기(22)에 의한 높이 계측에서는 기판(4) 상의 각 솔더 페이스트(5)의 높이 위치가 계측되어, 각 단면에 위치하는 솔더 페이스트(5)의 높이 위치가 개별적으로 구해진다. 그리고, 도 7(c)에 나타내는 바와 같이, 이들 복수의 높이 계측 결과로부터 솔더 페이스트(5)의 높이의 편차(Δh)를 구한다.
편차(Δh)는 대부분의 경우에는 기판(4)의 휨 변형에 기인하는 것이지만, 인쇄 장치(M1)에서의 인쇄 상태의 편차에 의해서도 생기는 경우가 있으며, 이러한 편차도 솔더 페이스트(5)의 높이의 편차로서 검출된다. 또한, 기판(4)의 휨 변형에 기인하는 편차만을 대상으로 하는 경우에는, 솔더 페이스트(5)를 직접 높이 계측 대상으로 하는 대신에, 기판(4)의 복수의 기판 높이 계측점을 계측한 결과로부터 기판(4)의 휨 변형 상태를 검출하고, 이 검출 결과로부터 솔더 페이스트(5)의 높이의 편차(Δh)를 추정하도록 할 수도 있다.
이후, 상술한 바와 같이 얻어진 계측 결과를 전자 부품 탑재 장치(M3)에 송신함(ST3)과 동시에, 기판(4)은 전자 부품 탑재 장치(M3)에 반입된다. 그리고 탑재 제어부(37)는 보내져 온 계측 결과에 기초하여 솔더 페이스트 전사 필요 여부 판단을 수행한다(ST4). 즉, 기판(4)에서의 솔더 페이스트(5)의 높이의 편차(Δh)가 미리 정해져 탑재 데이터 기억부(36)에 기억된 허용치를 넘어서는 경우에는 솔더량의 높이 방향의 분포에 기인하는 접합 불량이 발생할 확율이 높으므로 솔더 페이스트(5)를 전사에 의해 추가할 필요 있음으로 판단하고, 허용치 이하인 경우에는 필요 없음으로 판단한다.
그리고, 솔더 페이스트 전사 필요라고 판단되면, 솔더 페이스트 전사 동작을 실행한다(ST5). 즉, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 흡착 노즐(32a)에 의해 전자 부품(34)을 지지한 탑재 헤드(32)를, 솔더 페이스트(5)의 도포막이 형성된 솔더 공급부(40)의 상방으로 이동시키고, 이어서, 도 8(b)에 나타내는 바와 같이, 흡착 노즐(32a)을 하강시켜 솔더 범프(34a)를 솔더 페이스트(5)의 도포막에 접촉시킨다. 이 후, 도 8(c)에 나타내는 바와 같이, 흡착 노즐(32a)을 상승시킴으로써, 솔더 범프(34a)에는 소정량의 솔더 페이스트(5)가 전사에 의해 공급된다.
솔더 페이스트 전사 동작을 실행 후, (ST4)에서 솔더 페이스트 전사 불필요라고 판단된 경우에는, 전자 부품 탑재 동작을 실행한다(전자 부품 탑재 공정; ST6). 도 9(a)는 솔더 페이스트 전사 동작을 실행한 후에 전자 부품 탑재 동작으로 이행한 상태를 나타내고 있다. 즉, 이 상태에서는, 기판(4)의 휨 변형에 의해 외연부측의 전극(4a)에 인쇄된 솔더 페이스트(5)의 높이 위치가, 중앙부에 위치하는 전극(4a) 상의 솔더 페이스트(5)보다 낮은 상태에 있다.
전자 부품 탑재 동작에서는, 먼저 솔더 범프(34a)를 전극(4a)에 인쇄된 솔더 페이스트(5)에 위치 맞춤한다. 이어서 흡착 노즐(32a)을 하강시킴으로써, 도 9(b)에 나타내는 바와 같이, 솔더 범프(34a)를 솔더 페이스트(5)를 통하여 전극(4a)에 착지시킨다. 이때, 솔더 범프(34a)에는 솔더 페이스트(5)가 미리 전사되어 있기 때문에, 중앙부보다도 높이 위치가 낮은 상태에 있는 외연부측의 전극(4a)에서도, 전극(4a)에 인쇄된 솔더 페이스트(5)와 솔더 범프(34a)에 전사되어 추가된 솔더 페이스트(5)가 확실하게 접촉한다.
이후, 전자 부품 탑재 후의 기판(4)은 리플로우 장치(M4)에 반입되어(ST7), 솔더 융점 온도 이상으로 가열된다. 이로 인해, 솔더 범프(34a)와 솔더 페이스트(5) 중의 솔더을 용융시켜, 전자 부품(34)을 기판(4)의 전극(4a)에 솔더 접합한다(리플로우 공정; ST8). 이때, 전자 부품(34)은 열변형을 일으켜 외연부측이 위쪽으로 휘는 변형 특성을 나타내기 때문에, 외연부에 위치하는 솔더 범프(34a)는 전자 부품(34)과 함께, 전극(4a)과의 사이의 간격이 증대하도록 변위한다.
이러한 경우에도, 전사에 의해 추가 공급되어 양이 증대한 솔더 페이스트(5)는, 외연부측의 전극(4a)에 있어서도 솔더 범프(34a) 및 전극(4a) 모두에 접촉한 상태가 된다. 이 때문에, 도 9(c)에 나타내는 바와 같이, 솔더 범프(34a)가 용융된 솔더 성분은 솔더 페이스트(5) 중의 솔더가 용융된 솔더 성분과 일체되어, 전자 부품(34)을 전극(4a)에 전기적으로 접속하는 솔더 접합부(5*)를 형성한다.
상기 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는, 솔더 페이스트(5)의 인쇄 후의 기판(4)을 대상으로 하여 솔더 페이스트(5)의 높이 위치를 미리 계측한 높이 계측 결과에 기초하여 솔더 범프로의 솔더 페이스트의 전사 필요 여부를 판단하고, 전사 필요라고 판단되면, 솔더 페이스트의 전사를 실행한 후에 전자 부품을 기판에 탑재하도록 하고 있다. 이로 인해, 휨 변형을 일으키기 쉬운 박형의 반도체 패키지를 솔더 접합에 의해 실장하는 경우에서의 접합 불량을 방지할 수 있다.
본 발명은, 2006년3월 29일에 출원된 일본 특허 출원 No.2006-91201호를 우선권으로 하며, 그 내용은 본 발명에 참조로서 포함된다.
본 발명의 전자 부품 실장 시스템 및 전자 부품 실장 방법은 휨 변형을 일으키기 쉬운 박형의 반도체 패키지를 솔더 접합에 의해 실장하는 경우에 있어서의 접합 불량을 방지할 수 있다는 효과를 가지며, 전자 부품을 기판에 솔더 접합에 의해 실장하여 실장 기판을 제조하는 분야에 이용 가능하다.

Claims (6)

  1. 복수의 전자 부품 실장용 장치를 연결하여 구성되며, 하면에 외부 접합용의 솔더 범프가 형성된 전자 부품을 기판에 실장하는 전자 부품 실장 시스템으로서,
    상기 기판에 형성된 전자 부품 접합용의 복수의 전극에 솔더 페이스트를 인쇄하는 인쇄 장치와;
    솔더 인쇄 후의 기판을 대상으로 하여 3차원 계측을 실행함으로써, 인쇄된 솔더 페이스트의 높이 위치를 계측하는 높이 계측 수단과;
    상기 전자 부품의 솔더 범프에 솔더 페이스트를 전사에 의해 도포하는 솔더 공급부를 구비하고, 탑재 헤드에 의해 부품 공급부로부터 전자 부품을 픽업하여 솔더 페이스트가 전사된 후의 전자 부품을 상기 솔더가 인쇄된 기판에 탑재하는 전자 부품 탑재 장치와;
    상기 전자 부품이 탑재된 기판을 가열함으로써 상기 솔더 범프 및 솔더 페이스트를 가열 용융시켜 상기 전자 부품을 기판에 솔더 접합하는 리플로우 장치와;
    상기 높이 계측 수단에 의한 솔더 페이스트의 높이 계측 결과를 기억부에 기억된 허용값 데이터와 비교참조함으로써 상기 솔더 범프로의 상기 솔더 공급부에 의한 솔더 페이스트의 전사 필요 여부를 판단하는 솔더 페이스트 전사 필요 여부 판단 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 전자 부품 실장 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 솔더 페이스트의 높이 계측 결과는, 복수의 상기 높이 계측 결과로부터 구해진 높이 편차인 것을 특징으로 하는 전자 부품 실장 시스템.
  3. 하면에 외부 접합용의 복수의 솔더 범프가 형성된 전자 부품을 기판에 탑재하는 전자 부품 탑재 장치로서,
    앞공정에서 전극에 솔더 페이스트가 인쇄된 상기 기판을 위치 결정하는 기판 위치 결정부와;
    상기 솔더 페이스트가 인쇄된 기판에 탑재 헤드에 의해 전자 부품을 탑재하는 부품 탑재 기구와;
    상기 전자 부품의 솔더 범프에 솔더 페이스트를 전사에 의해 도포하는 솔더 공급부와;
    상기 앞공정에서 전극에 인쇄된 솔더 페이스트의 높이 위치를 계측한 결과를 기억부에 기억된 허용값 데이터와 비교참조함으로써 상기 솔더 범프로의 상기 솔더 공급부에 의한 솔더 페이스트의 전사 필요 여부를 판단하는 솔더 페이스트 전사 필요 여부 판단 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 전자 부품 탑재 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 솔더 페이스트의 높이 계측 결과는, 복수의 상기 높이 계측 결과로부터 구해진 높이 편차인 것을 특징으로 하는 전자 부품 탑재 장치.
  5. 복수의 전자 부품 실장용 장치를 연결하여 구성된 전자 부품 실장 시스템에 의해 기판에 전자 부품을 솔더 접합에 의해 실장하는 전자 부품 실장 방법으로서,
    인쇄 장치에 의해 상기 기판에 형성된 전자 부품 접합용의 전극에 솔더 페이스트를 인쇄하는 인쇄 공정과;
    솔더 인쇄 후의 기판을 대상으로 3차원 계측을 실행함으로써, 인쇄된 솔더 페이스트의 높이 위치를 계측하는 계측 공정과;
    탑재 헤드에 의해 부품 공급부로부터 전자 부품을 픽업하여 상기 솔더가 인쇄된 기판에 탑재하는 전자 부품 탑재 공정과;
    상기 전자 부품이 탑재된 기판을 가열함으로써 상기 솔더 범프 및 솔더 페이스트를 가열 용융시켜 상기 전자 부품을 기판에 솔더 접합하는 리플로우 공정을 포함하고,
    상기 솔더 페이스트의 높이 계측 결과를 기억부에 기억된 허용값 데이터와 비교참조함으로써 상기 솔더 범프로의 상기 솔더 공급부에 의한 솔더 페이스트의 전사 필요 여부를 판단하고, 전사 필요라고 판단되면 솔더 범프로의 솔더 페이스트의 전사를 실행한 후에 상기 기판에 탑재하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 실장 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 솔더 페이스트의 높이 계측 결과는, 복수의 상기 높이 계측 결과로부터 구해진 높이 편차인 것을 특징으로 하는 전자 부품 실장 방법.
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