電路基板的搬運裝置及搬運方法、焊球搭載方法
2023-07-26 14:04:16 2
專利名稱：電路基板的搬運裝置及搬運方法、焊球搭載方法
技術領域：
本發明涉及電路基板的搬運裝置及搬運方法、焊球搭載方法，涉及例如用於將搭載焊球之前的多個BGA用半導體組件的電路基板排列搬運至託盤上的裝置及在被搬運至該託盤上的BGA用半導體組件的電路基板上搭載焊球的方法。
背景技術：
近年來，隨著對電子機器的高功能化及小型輕量化的要求，電子機器所使用的半導體組件的內部電路變得更加複雜，與外部交換的信號的數量也逐漸增多。這樣，半導體組件的小型化及多管腳化便逐漸提高。作為與此種半導體組件的小型化及多管腳化對應的高密度安裝技術，最近正在使用被稱為BGA(Ball Grid Array)或者CSP(Chip Size Package)的技術。
BGA是將焊球作為管腳使用的表面安裝部件，與將引線框架插入開於基板上的孔中來進行釺焊的類型的以往的插入部件相比，可以縮小管腳間距。CSP是進一步縮小管腳間距而可以將半導體組件的尺寸和內部的半導體晶片的尺寸設為大致相同大小的超小型的LSI，是BGA的一種。
在BGA基板的外表面，以網格狀形成有用於搭載焊球的多個焊盤(pad)。在將焊球搭載於BGA基板上時，首先，將粘結性的焊劑塗布在各焊盤上，從焊球收裝槽將焊球搬運至其上，利用焊劑的粘結力將焊球暫時固定在焊盤上。其後，通過施加熱處理(回流)將焊球熔接在焊盤上。
但是，以往提供有可以將多個焊球成批搬運至焊盤上的焊球搬運裝置(例如參照專利文獻1～4)。
專利文獻1特開平8-236916號公報專利文獻2特開平10-189666號公報專利文獻3特開平11-138257號公報專利文獻4特開2001-110933號公報此種焊球搬運裝置具有收裝焊球的焊球收裝槽、用於將焊球從焊球收裝槽向BGA基板的焊盤上搬運的焊球搬運器。焊球搬運器具有以與BGA基板的焊盤排列相同的排列並列的多個焊球吸附管嘴。如此構成的焊球搬運裝置如下動作。
首先，使用焊球搬運器的焊球吸附管嘴，將收裝於焊球收裝槽中的多個焊球真空吸附而選取。這裡，1個管嘴真空吸附1個焊球。此後，通過在吸附的狀態下將所保持的多個焊球運送至焊盤上，並在那裡解除真空吸附狀態，而將多個焊球一次性地搬運至多個焊盤上。
當像這樣將多個焊球成批搬運至焊盤上時，有必要使形成於電路基板(例如BGA基板)上的多個焊盤的排列與設於焊球搬運器上的多個焊球吸附管嘴的排列準確地匹配。最近，雖然也提出有排列多個電路基板並將焊球成批搭載於存在於該多個電路基板上的多個焊盤上的裝置，但是，該情況下，對排列的位置則要求更高的精度。
即，在排列配置多個電路基板時，需要使該多個電路基板所包含的全部焊盤的位置關係與多個焊球吸附管嘴的位置關係準確地一致。圖5是表示為了進行該位置匹配而使用的以往的BGA搬運裝置的概要的圖。
圖5中，在專用託盤50上，以大致相等的間隔形成有網格狀的CSP收納部51。此外，在各個CSP收納部51上，放置有多個由搭載焊球之前的BGA構造形成的半導體組件的電路基板(例如CSP)52。
吸附管嘴53將專用託盤50上的CSP52逐個真空吸附而選取，依次搬運至在鋁板上形成了粘接層的搬送託盤55上。此時，用照相機54拍攝被選取的CSP52，利用圖像處理來識別CSP52的外形。此後，根據該外形識別的結果，按照使多個CSP52都朝向相同方向的方式，將多個CSP52排列並置在以大致相等間隔形成於搬送託盤55上的CSP搭載部56上。
像這樣在將多個CSP52等間隔地排列的狀態下，將搬送託盤55向焊球搬運裝置搬送，向各CSP52的焊盤進行焊球的搬運。通過預先將焊球搬運裝置所具有的多個焊球吸附管嘴的排列設為與等間隔地排列的各CSP52上存在的多個焊盤的排列相同的排列，就可以將焊球成批搭載在多個CSP52上。
如上所述，以往在搭載多個CSP52時，識別CSP52的組件形狀(外形)，使CSP52自身被等間隔地排列。但是，CSP52並不僅是在其組件上沒有焊盤偏移地被配置於相同位置上的部件。所以，即使通過外形識別來排列多個CSP52，該多個CSP52所含的焊盤也未必總是被排列在正確的位置上，從而有焊盤的位置匹配的精度差的問題。
例如，如圖6所示，當根據外形識別對多個焊盤57未被排列於相互一樣的位置上的3個CSP52進行排列時，雖然CSP52自身被正確地等間隔地排列，但是，重要的焊盤57作為整體並為被準確地排列，從而與焊球吸附管嘴的排列不一致。所以，就產生了無法將焊球準確地搭載在各焊盤上的搭載不良的情況。
發明內容
本發明是為了解決此種問題而提出的，其目的在於，能夠使在將多個電路基板排列配置時的各電路基板所包含的焊盤作為整體總是準確地排列，並能夠在將焊球成批搭載在多個電路基板上時不會產生焊球的搭載不良。
為了解決所述問題，本發明的電路基板的搬運裝置具有用於利用吸附管嘴將電路基板真空吸附而選取並向在表面形成有粘接層的搬送託盤上搬運的移動機構、拍攝由所述吸附管嘴選取的電路基板的焊盤形成面的拍攝裝置、處理由所述拍攝裝置拍攝的圖像並識別焊盤的排列的圖像處理機構、以及根據利用所述圖像處理機構的識別結果來決定所述電路基板在所述搬送託盤上的搬運位置的定位機構。
本發明的其他的方式中，在將由所述吸附管嘴選取的電路基板放置在拍攝臺上而利用所述拍攝裝置拍攝了所述焊盤形成面後，用所述吸附管嘴再次真空吸附由所述定位機構指定的所述電路基板上的位置，由此就可以將被在正確的位置再次選取的電路基板向所述搬送託盤上的特定的位置搬運。
另外，利用本發明的電路基板的搬運方法中，在用吸附管嘴將電路基板真空吸附而選取，並向在表面上形成了粘接層的搬送託盤搬運時，拍攝所述電路基板的焊盤形成面，利用圖像處理識別焊盤排列，從而根據該焊盤排列的識別結果，決定所述電路基板在所述搬送託盤上的搬運位置。
另外，利用本發明的焊球搭載方法具有用吸附管嘴從焊球收裝槽中真空吸附而選取多個焊球的工序、利用技術方案1所述的電路基板的搬運裝置將所述選取的多個焊球一次性地向形成於被搬送託盤搬運的多個電路基板上的多個焊盤搬運的工序、以及通過對搬運至所述多個焊盤上的多個焊球施加熱處理而將所述多個焊球熔接在所述多個焊盤上的工序。
本發明由於利用所述技術手段來實現，因此可以使排列配置多個電路基板時的各電路基板中所含的焊盤的位置關係與焊球搭載裝置所具有的焊球吸附管嘴的位置關係總是準確地一致，從而可以在將焊球成批搭載在多個電路基板上時，也不會發生焊球的搭載不良。
圖1是表示本實施方式的電路基板搬運裝置的概略構成例的圖。
圖2是用於說明本實施方式的電路基板搬運裝置的動作的圖。
圖3是表示在本實施方式中被BGA搬運器搬運的多個CSP的排列狀態的圖。
圖4是表示本實施方式的焊球搭載方法的處理工序的圖。
圖5是表示以往的電路基板搬運裝置的動作的圖。
圖6是表示以往例中被BGA搬運器搬運的多個CSP的排列狀態的圖。
圖中10-基臺，11-託盤支架，12-拍攝臺，13-搬運器支架，20-移動機構，21-移動板，22-支撐塊，23-吸附管嘴，30-照相機，40-控制器，41-焊球收裝槽，42-吸附墊，43-焊球，44-焊劑，100-電路基板搬運裝置，200-BGA託盤，300-BGA搬運器，400-CSP，401-焊盤。
具體實施例方式
下面將根據附圖對本發明的一個實施方式進行說明。圖1是表示本實施方式的電路基板搬運裝置的概略構成例的圖。如圖1所示，本實施方式的電路基板搬運裝置100具有基臺10、移動機構20、照相機30、控制器40。
在基臺10上，設有託盤支架11、拍攝臺12、搬運器支架13。託盤支架11是保持用於放置多個搭載焊球之前的BGA構造的半導體組件的電路基板(例如CSP)的專用託盤200的構件。在BGA託盤200上，以大致等間隔形成網格狀的CSP收納部，在各個CSP收納部上，將焊盤形成面朝向上方地放置有多個CSP。
拍攝臺12是用於放置從BGA託盤200上選取的CSP而利用照相機300拍攝焊盤形成面的臺。搬運器支架13是保持BGA搬運器300的構件。BGA搬運器300是用於放置從BGA託盤200選取的多個CSP並在排列了多個CSP的狀態下向焊球搭載裝置(未圖示)搬送的搬送託盤。
另外，移動機構20是用於逐個選取放置在BGA託盤200上的CSP並向被搬運器支架13保持的BGA搬運器300依次搬運的移動裝置，具有移動板21、支撐塊22、吸附管嘴23、第1導軌24及第2導軌25。
移動板21被按照可以沿第1導軌24在水平方向(X方向)上移動的方式構成，由未圖示的X軸用馬達驅動。在該移動板21上設有支撐塊22、吸附管嘴23及照相機30，它們會隨著移動板21的移動而在X方向上移動。
支撐塊22在其下部可以水平旋轉地軸向支撐有吸附管嘴23。另外，在支撐塊22上，一體化地設有照相機30。該支撐塊22可以沿垂直於圖1的紙面方向(Y方向)移動，同時，可以沿第2導軌25在上下方向(Z方向)上移動，由未圖示的Y軸用馬達及Z軸用馬達驅動。吸附管嘴23和照相機30會隨著支撐塊22的移動而在Y方向及Z方向上移動。
吸附管嘴23是將放置於BGA託盤200上的CSP真空吸附而選取的構件。如上所述，該吸附管嘴23可以隨著移動板21或支撐塊22的移動而在X方向、Y方向、Z方向上自由移動，同時，其自身可以水平地轉動。吸附管嘴23的水平旋轉由未圖示的旋轉用馬達的驅動來執行。
此外，照相機30是拍攝由吸附管嘴23從BGA託盤200上選取的CSP的焊盤形成面的拍攝裝置。另外，控制器40是控制移動機構20的整體的構件，具有本發明的圖像處理機構及定位機構。
即，控制器40處理由照相機30拍攝的CSP的圖像，識別形成於CSP上的多個焊盤的排列。此後，根據該識別結果，決定BGA搬運器300上的CSP的搬運位置。另外，根據該決定了的位置信息，生成X軸用馬達、Y軸用馬達、Z軸用馬達及旋轉用馬達的驅動信號，向各個馬達供給。
下面，對如上所述構成的電路基板搬運裝置100的動作進行說明。圖2是用於說明電路基板搬運裝置100的動作的圖。首先，吸附管嘴23向BGA託盤200的上方移動，真空吸附而選取1個放置在BGA託盤200的各CSP收納部201中的CSP400。該階段中，吸附管嘴23向預先確定的坐標(放置各個CSP400的場所)移動，吸附1個CSP400。
此後，將在吸附的狀態下保持的CSP400運送至拍攝臺12上，通過在那裡解除真空吸附狀態，將選取的CSP400暫時放置在拍攝臺12上。該狀態下，利用照相機30拍攝CSP400的焊盤形成面。
如上所述，CSP400將焊盤形成面朝向上方地放置於BGA託盤200上，並用吸附管嘴23從上方吸附它而向拍攝臺12搬運，因此即使在拍攝臺12上，CSP400的焊盤形成面也被朝向上方。由於照相機30與保持吸附管嘴23的支撐塊22一體化地設置，存在於與CSP400的焊盤形成面相同一側，因此就可以對多個焊盤401在CSP400上如何排列的情況進行拍攝。
這是與圖5所示的以往的BGA搬運裝置大不相同的一點。即，以往的BGA搬運裝置中，由於在利用吸附管嘴53吸附CSP52的狀態下進行拍攝，因此照相機54不得不被設於與吸附管嘴53相反一側，即被設於焊盤形成面的相反側。所以，以往以CSP52的外形為基準來進行CSP排列的定位。與之相反，本實施方式中，通過拍攝焊盤形成面，以焊盤的排列作為基準來進行CSP的排列的定位。
具體來說，控制器40對由照相機30拍攝的CSP400的圖像進行處理，識別形成於CSP400上的多個焊盤401的排列。例如，識別排列在最外周的焊盤401的邊緣(圖2中以點劃線402表示)，確定在CSP400內的某個區域內(點劃線402內的區域)是否存在多個焊盤401。另外，還確定該區域402的中心部C的位置。
控制器40根據如此確定的區域402及其中心部C的位置信息，控制X軸用馬達、Y軸用馬達、Z軸用馬達及旋轉用馬達的驅動。由此吸附管嘴23對由控制器40確定的中心部C的位置進行真空吸附，再次選取拍攝臺12上的CSP 400。此時，通過根據需要使吸附管嘴23旋轉任意角度，就可以使得多個焊盤401的排列狀態與未圖示的焊球搬運裝置所具有的多個焊球吸附管嘴的排列狀態準確地吻合。
然後，吸附管嘴23在以與焊球吸附管嘴的排列狀態吻合的正確的位置關係重新選取了CSP400的狀態下，移動至BGA搬運器300的上方。此後，通過在BGA搬運器300上的預先確定的位置(以網格狀等間隔地形成的CSP搭載部301的中心部和由控制器40指定的CSP400的中心部C一致的位置)解除真空吸附狀態，將選取的CSP400放置在BGA搬運器300上。
如圖2中所示，BGA搬運器300在鋁板302的上表面形成粘接層303，被放置的CSP400被粘接層303的粘接力暫時固定。通過逐個反覆進行如上的從BGA託盤200向BGA搬運器300的CSP400的搬運動作，將多個CSP400以排列好的狀態搭載在BGA搬運器300上。
圖3是表示被搬運至BGA搬運器300上的多個CSP400的排列狀態的圖。如圖3所示，根據本實施方式，即使在搬運的CSP400內多個焊盤401以何種狀態形成，在將這些CSP400向BGA搬運器300搬運的狀態下，各CSP400所含的全部焊盤401都作為整體被準確地排列，從而與焊球吸附管嘴的排列總是一致。
圖4是表示如上所示在將焊球搭載於搬運至BGA搬運器300的多個CSP400的焊盤401上時的工序的圖。首先，如圖4(a)所示，用吸附墊42真空吸附而選取收裝於焊球收裝槽41中的焊球43。圖4中雖然沒有詳細圖示，但是在吸附墊42中設有多個吸附管嘴，用各個吸附管嘴將焊球逐個吸附。吸附管嘴的排列與圖3所示的多個CSP400中所含的多個焊盤401的排列一致。
然後，如圖4(b)所示，在利用本實施方式的電路基板搬運裝置100向BGA搬運器300搬運的多個CSP400上形成的焊盤上塗布粘結性的焊劑44。此後，如圖4(c)所示，向塗布了焊劑44的各個焊盤一次性地搬運利用吸附墊42選取的多個焊球43。
圖4(c)的例子中，如符號305所示，將縱2個×橫2個共計4個CSP400作為單位，以一次的操作一次性地搬運多個焊球43。其後，對利用塗布於焊盤上的焊劑44的粘接力暫時固定的焊球43施加熱處理(回流)，通過將焊球43熔接在焊盤上而結束焊球43的搭載。
如上詳細說明所示，根據本實施方式，由於拍攝CSP400的焊盤形成面並利用圖像處理識別焊盤排列，根據該焊盤排列的識別結果進行CSP400的搬運定位，因此，即使在要搬運的CSP400內焊盤以何種排列狀態形成，都可以使各CSP400所含的多個焊盤的位置關係與多個焊球吸附管嘴的位置關係總是準確地一致。這樣就可以將焊球一次性地搭載在多個CSP400上，從而可以使得在此時不會發生焊球的搭載不良。
而且，所述實施方式中，雖然對在從拍攝臺12再次選取CSP400時，在由控制器40指定的正確的位置上吸附CSP400，按照該吸附的位置將CSP400搬運至BGA搬運器300的特定位置的例子進行了說明，但是本發明並不限定於此。例如，也可以在從拍攝臺12選取CSP400時，在適當的位置吸附CSP400，在搬運至BGA搬運器300時，將CSP400搭載在由控制器40指定的正確的位置上。
另外，所述實施方式中，雖然對將焊球一次性地搭載在4個CSP400上的例子進行了說明，但是該數量只不過是個例子。如果使用本實施方式的電路基板搬運裝置100，則由於可以高精度地進行CSP400的定位，因此在焊球搭載裝置的容量容許的範圍內，可以一次性地將焊球搭載在任意個CSP400上。反過來說，通過使用本實施方式的電路基板搬運裝置100，就可以充分地利用焊球搭載裝置的成批搭載能力。
另外，所述實施方式中，雖然對將照相機30一體化地設於支撐塊22上而照相機30也與支撐塊22一起移動的構成進行了說明，但是，也可以將照相機30固定在拍攝臺12的上方。
另外，所述實施方式中，雖然對將CSP400在將焊盤形成面朝向上方的狀態下放置在拍攝臺12上並從其上方進行拍攝的例子進行了說明，但是並不限定於此。例如，取代拍攝臺12，設置按照僅保持CSP400的周邊部的方式構成的支架，在將焊盤形成面朝向下方的狀態下，將CSP400保持在支架上。這樣，也可以利用設於其下方的照相機拍攝焊盤形成面。總之，只要形成可以拍攝焊盤形成面的狀態，可以採用任意的構成。
另外，所述實施方式中，雖然對利用圖像處理識別存在於CSP400上的多個焊盤401的邊緣和中心部C的例子進行了說明，但是這也只是一個例子。例如也可以檢測出存在於四角或者1個對角上的焊盤的位置，從而根據該位置信息識別各焊盤的排列狀態。另外，也可以不是中心部C，而以其他的任意1點或者多點作為基準，將CSP400向BGA搬運器300上的規定位置搬運。
此外，所述實施方式只不過是為了實施本發明而具體化的一個例子，本發明的技術範圍並不由此被限定性地解釋。即，本發明可以不脫離其精神或其主要特徵地以各種形式來實施。
(工業上的利用可能性)本發明例如對於在將焊球成批搭載於多個BGA上時，使排列配置該多個BGA時的各BGA中所含的焊盤的位置關係可以與焊球吸附管嘴的位置關係總是準確地一致的情況，十分有用。另外，對於將焊球成批搭載於BGA以外的半導體組件或者其他的半導體部件、基板上的情況，或者對於將焊劑、膏狀釺焊料一起塗布的情況，也十分有用。
權利要求
1.一種電路基板的搬運裝置，其特徵是，具有用於利用吸附管嘴將電路基板真空吸附而選取、並向在表面形成有粘接層的搬送託盤搬運的移動機構，拍攝由所述吸附管嘴選取的電路基板的焊盤形成面的拍攝裝置，處理由所述拍攝裝置拍攝的圖像並識別焊盤的排列的圖像處理機構，以及根據利用所述圖像處理機構識別的結果來決定所述電路基板在所述搬送託盤上的搬運位置的定位機構。
2.根據權利要求1所述的電路基板的搬運裝置，其特徵是，在將由所述吸附管嘴選取的電路基板放置在拍攝臺上並利用所述拍攝裝置拍攝了所述焊盤形成面後，用所述吸附管嘴再次真空吸附由所述定位機構指定的所述電路基板上的位置，由此而將以正確的位置再次選取的電路基板向所述搬送託盤上的規定的位置搬運。
3.一種電路基板的搬運方法，其特徵是，在用吸附管嘴將電路基板真空吸附而選取，並向在表面上形成有粘接層的搬送託盤搬運時，拍攝所述電路基板的焊盤形成面，並利用圖像處理識別焊盤排列，從而根據該焊盤排列的識別結果，決定所述電路基板在所述搬送託盤上的搬運位置。
4.一種焊球搭載方法，其特徵是，具有用吸附管嘴從焊球收裝槽中真空吸附而選取多個焊球的工序，利用權利要求1所述的電路基板的搬運裝置將所述選取的多個焊球一次性地向形成於被搬送託盤搬運的多個電路基板上的多個焊盤搬運的工序，以及通過對搬運至所述多個焊盤上的多個焊球施加熱處理而將所述多個焊球熔接在所述多個焊盤上的工序。
全文摘要
本發明提供一種電路基板的搬運裝置及搬運方法、焊球搭載方法，通過拍攝CSP(400)的焊盤形成面並利用圖像處理識別焊盤排列，根據該焊盤排列的識別結果，進行CSP(400)的搬運定位，即使在要搬運的CSP(400)內焊盤(401)以何種排列狀態形成，都可以使各CSP(400)所含的多個焊盤(401)的位置關係與焊球搭載裝置所具有的多個焊球吸附管嘴的位置關係總是準確地一致。由此，可以使得在將焊球一次性地搭載在多個BGA上時，不會發生焊球的搭載不良。
文檔編號H05K3/34GK1617295SQ20041005605
公開日2005年5月18日 申請日期2004年8月10日 優先權日2003年8月11日
發明者間野昭浩, 上野幸宏, 浦澤裕德, 田中昭廣 申請人:新瀉精密株式會社