电路基板的搬运装置及搬运方法、焊球搭载方法.pdf

本发明提供一种电路基板的搬运装置及搬运方法、焊球搭载方法，通过拍摄CSP(400)的焊盘形成面并利用图像处理识别焊盘排列，根据该焊盘排列的识别结果，进行CSP(400)的搬运定位，即使在要搬运的CSP(400)内焊盘(401)以何种排列状态形成，都可以使各CSP(400)所含的多个焊盘(401)的位置关系与焊球搭载装置所具有的多个焊球吸附管嘴的位置关系总是准确地一致。由此，可以使得在将焊球一次性地搭载在多个BGA上时，不会发生焊球的搭载不良。

1.  一种电路基板的搬运装置，其特征是，具有：
用于利用吸附管嘴将电路基板真空吸附而选取、并向在表面形成有粘接层的搬送托盘搬运的移动机构，
拍摄由所述吸附管嘴选取的电路基板的焊盘形成面的拍摄装置，
处理由所述拍摄装置拍摄的图像并识别焊盘的排列的图像处理机构，以及
根据利用所述图像处理机构识别的结果来决定所述电路基板在所述搬送托盘上的搬运位置的定位机构。

2.  根据权利要求1所述的电路基板的搬运装置，其特征是，在将由所述吸附管嘴选取的电路基板放置在拍摄台上并利用所述拍摄装置拍摄了所述焊盘形成面后，用所述吸附管嘴再次真空吸附由所述定位机构指定的所述电路基板上的位置，由此而将以正确的位置再次选取的电路基板向所述搬送托盘上的规定的位置搬运。

3.  一种电路基板的搬运方法，其特征是，在用吸附管嘴将电路基板真空吸附而选取，并向在表面上形成有粘接层的搬送托盘搬运时，拍摄所述电路基板的焊盘形成面，并利用图像处理识别焊盘排列，从而根据该焊盘排列的识别结果，决定所述电路基板在所述搬送托盘上的搬运位置。

4.  一种焊球搭载方法，其特征是，具有：
用吸附管嘴从焊球收装槽中真空吸附而选取多个焊球的工序，
利用权利要求1所述的电路基板的搬运装置将所述选取的多个焊球一次性地向形成于被搬送托盘搬运的多个电路基板上的多个焊盘搬运的工序，以及
通过对搬运至所述多个焊盘上的多个焊球施加热处理而将所述多个焊球熔接在所述多个焊盘上的工序。

电路基板的搬运装置及搬运方法、焊球搭载方法
技术领域
本发明涉及电路基板的搬运装置及搬运方法、焊球搭载方法，涉及例如用于将搭载焊球之前的多个BGA用半导体组件的电路基板排列搬运至托盘上的装置及在被搬运至该托盘上的BGA用半导体组件的电路基板上搭载焊球的方法。
背景技术
近年来，随着对电子机器的高功能化及小型轻量化的要求，电子机器所使用的半导体组件的内部电路变得更加复杂，与外部交换的信号的数量也逐渐增多。这样，半导体组件的小型化及多管脚化便逐渐提高。作为与此种半导体组件的小型化及多管脚化对应的高密度安装技术，最近正在使用被称为BGA(Ball Grid Array)或者CSP(Chip Size Package)的技术。
BGA是将焊球作为管脚使用的表面安装部件，与将引线框架插入开于基板上的孔中来进行钎焊的类型的以往的插入部件相比，可以缩小管脚间距。CSP是进一步缩小管脚间距而可以将半导体组件的尺寸和内部的半导体芯片的尺寸设为大致相同大小的超小型的LSI，是BGA的一种。
在BGA基板的外表面，以网格状形成有用于搭载焊球的多个焊盘(pad)。在将焊球搭载于BGA基板上时，首先，将粘结性的焊剂涂布在各焊盘上，从焊球收装槽将焊球搬运至其上，利用焊剂的粘结力将焊球暂时固定在焊盘上。其后，通过施加热处理(回流)将焊球熔接在焊盘上。
但是，以往提供有可以将多个焊球成批搬运至焊盘上的焊球搬运装置(例如参照专利文献1～4)。
专利文献1：特开平8-236916号公报
专利文献2：特开平10-189666号公报
专利文献3：特开平11-138257号公报
专利文献4：特开2001-110933号公报
此种焊球搬运装置具有收装焊球的焊球收装槽、用于将焊球从焊球收装槽向BGA基板的焊盘上搬运的焊球搬运器。焊球搬运器具有以与BGA基板的焊盘排列相同的排列并列的多个焊球吸附管嘴。如此构成的焊球搬运装置如下动作。
首先，使用焊球搬运器的焊球吸附管嘴，将收装于焊球收装槽中的多个焊球真空吸附而选取。这里，1个管嘴真空吸附1个焊球。此后，通过在吸附的状态下将所保持的多个焊球运送至焊盘上，并在那里解除真空吸附状态，而将多个焊球一次性地搬运至多个焊盘上。
当像这样将多个焊球成批搬运至焊盘上时，有必要使形成于电路基板(例如BGA基板)上的多个焊盘的排列与设于焊球搬运器上的多个焊球吸附管嘴的排列准确地匹配。最近，虽然也提出有排列多个电路基板并将焊球成批搭载于存在于该多个电路基板上的多个焊盘上的装置，但是，该情况下，对排列的位置则要求更高的精度。
即，在排列配置多个电路基板时，需要使该多个电路基板所包含的全部焊盘的位置关系与多个焊球吸附管嘴的位置关系准确地一致。图5是表示为了进行该位置匹配而使用的以往的BGA搬运装置的概要的图。
图5中，在专用托盘50上，以大致相等的间隔形成有网格状的CSP收纳部51。此外，在各个CSP收纳部51上，放置有多个由搭载焊球之前的BGA构造形成的半导体组件的电路基板(例如CSP)52。
吸附管嘴53将专用托盘50上的CSP52逐个真空吸附而选取，依次搬运至在铝板上形成了粘接层的搬送托盘55上。此时，用照相机54拍摄被选取的CSP52，利用图像处理来识别CSP52的外形。此后，根据该外形识别地结果，按照使多个CSP52都朝向相同方向的方式，将多个CSP52排列并置在以大致相等间隔形成于搬送托盘55上的CSP搭载部56上。
像这样在将多个CSP52等间隔地排列的状态下，将搬送托盘55向焊球搬运装置搬送，向各CSP52的焊盘进行焊球的搬运。通过预先将焊球搬运装置所具有的多个焊球吸附管嘴的排列设为与等间隔地排列的各CSP52上存在的多个焊盘的排列相同的排列，就可以将焊球成批搭载在多个CSP52上。
如上所述，以往在搭载多个CSP52时，识别CSP52的组件形状(外形)，使CSP52自身被等间隔地排列。但是，CSP52并不仅是在其组件上没有焊盘偏移地被配置于相同位置上的部件。所以，即使通过外形识别来排列多个CSP52，该多个CSP52所含的焊盘也未必总是被排列在正确的位置上，从而有焊盘的位置匹配的精度差的问题。
例如，如图6所示，当根据外形识别对多个焊盘57未被排列于相互一样的位置上的3个CSP52进行排列时，虽然CSP52自身被正确地等间隔地排列，但是，重要的焊盘57作为整体并为被准确地排列，从而与焊球吸附管嘴的排列不一致。所以，就产生了无法将焊球准确地搭载在各焊盘上的搭载不良的情况。
发明内容
本发明是为了解决此种问题而提出的，其目的在于，能够使在将多个电路基板排列配置时的各电路基板所包含的焊盘作为整体总是准确地排列，并能够在将焊球成批搭载在多个电路基板上时不会产生焊球的搭载不良。
为了解决所述问题，本发明的电路基板的搬运装置具有：用于利用吸附管嘴将电路基板真空吸附而选取并向在表面形成有粘接层的搬送托盘上搬运的移动机构、拍摄由所述吸附管嘴选取的电路基板的焊盘形成面的拍摄装置、处理由所述拍摄装置拍摄的图像并识别焊盘的排列的图像处理机构、以及根据利用所述图像处理机构的识别结果来决定所述电路基板在所述搬送托盘上的搬运位置的定位机构。
本发明的其他的方式中，在将由所述吸附管嘴选取的电路基板放置在拍摄台上而利用所述拍摄装置拍摄了所述焊盘形成面后，用所述吸附管嘴再次真空吸附由所述定位机构指定的所述电路基板上的位置，由此就可以将被在正确的位置再次选取的电路基板向所述搬送托盘上的特定的位置搬运。
另外，利用本发明的电路基板的搬运方法中，在用吸附管嘴将电路基板真空吸附而选取，并向在表面上形成了粘接层的搬送托盘搬运时，拍摄所述电路基板的焊盘形成面，利用图像处理识别焊盘排列，从而根据该焊盘排列的识别结果，决定所述电路基板在所述搬送托盘上的搬运位置。
另外，利用本发明的焊球搭载方法具有：用吸附管嘴从焊球收装槽中真空吸附而选取多个焊球的工序、利用技术方案1所述的电路基板的搬运装置将所述选取的多个焊球一次性地向形成于被搬送托盘搬运的多个电路基板上的多个焊盘搬运的工序、以及通过对搬运至所述多个焊盘上的多个焊球施加热处理而将所述多个焊球熔接在所述多个焊盘上的工序。
本发明由于利用所述技术手段来实现，因此可以使排列配置多个电路基板时的各电路基板中所含的焊盘的位置关系与焊球搭载装置所具有的焊球吸附管嘴的位置关系总是准确地一致，从而可以在将焊球成批搭载在多个电路基板上时，也不会发生焊球的搭载不良。
附图说明
图1是表示本实施方式的电路基板搬运装置的概略构成例的图。
图2是用于说明本实施方式的电路基板搬运装置的动作的图。
图3是表示在本实施方式中被BGA搬运器搬运的多个CSP的排列状态的图。
图4是表示本实施方式的焊球搭载方法的处理工序的图。
图5是表示以往的电路基板搬运装置的动作的图。
图6是表示以往例中被BGA搬运器搬运的多个CSP的排列状态的图。
图中：10-基台，11-托盘支架，12-拍摄台，13-搬运器支架，20-移动机构，21-移动板，22-支撑块，23-吸附管嘴，30-照相机，40-控制器，41-焊球收装槽，42-吸附垫，43-焊球，44-焊剂，100-电路基板搬运装置，200-BGA托盘，300-BGA搬运器，400-CSP，401-焊盘。
具体实施方式
下面将根据附图对本发明的一个实施方式进行说明。图1是表示本实施方式的电路基板搬运装置的概略构成例的图。如图1所示，本实施方式的电路基板搬运装置100具有基台10、移动机构20、照相机30、控制器40。
在基台10上，设有托盘支架11、拍摄台12、搬运器支架13。托盘支架11是保持用于放置多个搭载焊球之前的BGA构造的半导体组件的电路基板(例如CSP)的专用托盘200的构件。在BGA托盘200上，以大致等间隔形成网格状的CSP收纳部，在各个CSP收纳部上，将焊盘形成面朝向上方地放置有多个CSP。
拍摄台12是用于放置从BGA托盘200上选取的CSP而利用照相机300拍摄焊盘形成面的台。搬运器支架13是保持BGA搬运器300的构件。BGA搬运器300是用于放置从BGA托盘200选取的多个CSP并在排列了多个CSP的状态下向焊球搭载装置(未图示)搬送的搬送托盘。
另外，移动机构20是用于逐个选取放置在BGA托盘200上的CSP并向被搬运器支架13保持的BGA搬运器300依次搬运的移动装置，具有移动板21、支撑块22、吸附管嘴23、第1导轨24及第2导轨25。
移动板21被按照可以沿第1导轨24在水平方向(X方向)上移动的方式构成，由未图示的X轴用马达驱动。在该移动板21上设有支撑块22、吸附管嘴23及照相机30，它们会随着移动板21的移动而在X方向上移动。
支撑块22在其下部可以水平旋转地轴向支撑有吸附管嘴23。另外，在支撑块22上，一体化地设有照相机30。该支撑块22可以沿垂直于图1的纸面方向(Y方向)移动，同时，可以沿第2导轨25在上下方向(Z方向)上移动，由未图示的Y轴用马达及Z轴用马达驱动。吸附管嘴23和照相机30会随着支撑块22的移动而在Y方向及Z方向上移动。
吸附管嘴23是将放置于BGA托盘200上的CSP真空吸附而选取的构件。如上所述，该吸附管嘴23可以随着移动板21或支撑块22的移动而在X方向、Y方向、Z方向上自由移动，同时，其自身可以水平地转动。吸附管嘴23的水平旋转由未图示的旋转用马达的驱动来执行。
此外，照相机30是拍摄由吸附管嘴23从BGA托盘200上选取的CSP的焊盘形成面的拍摄装置。另外，控制器40是控制移动机构20的整体的构件，具有本发明的图像处理机构及定位机构。
即，控制器40处理由照相机30拍摄的CSP的图像，识别形成于CSP上的多个焊盘的排列。此后，根据该识别结果，决定BGA搬运器300上的CSP的搬运位置。另外，根据该决定了的位置信息，生成X轴用马达、Y轴用马达、Z轴用马达及旋转用马达的驱动信号，向各个马达供给。
下面，对如上所述构成的电路基板搬运装置100的动作进行说明。图2是用于说明电路基板搬运装置100的动作的图。首先，吸附管嘴23向BGA托盘200的上方移动，真空吸附而选取1个放置在BGA托盘200的各CSP收纳部201中的CSP400。该阶段中，吸附管嘴23向预先确定的坐标(放置各个CSP400的场所)移动，吸附1个CSP400。
此后，将在吸附的状态下保持的CSP400运送至拍摄台12上，通过在那里解除真空吸附状态，将选取的CSP400暂时放置在拍摄台12上。该状态下，利用照相机30拍摄CSP400的焊盘形成面。
如上所述，CSP400将焊盘形成面朝向上方地放置于BGA托盘200上，并用吸附管嘴23从上方吸附它而向拍摄台12搬运，因此即使在拍摄台12上，CSP400的焊盘形成面也被朝向上方。由于照相机30与保持吸附管嘴23的支撑块22一体化地设置，存在于与CSP400的焊盘形成面相同一侧，因此就可以对多个焊盘401在CSP400上如何排列的情况进行拍摄。
这是与图5所示的以往的BGA搬运装置大不相同的一点。即，以往的BGA搬运装置中，由于在利用吸附管嘴53吸附CSP52的状态下进行拍摄，因此照相机54不得不被设于与吸附管嘴53相反一侧，即被设于焊盘形成面的相反侧。所以，以往以CSP52的外形为基准来进行CSP排列的定位。与之相反，本实施方式中，通过拍摄焊盘形成面，以焊盘的排列作为基准来进行CSP的排列的定位。
具体来说，控制器40对由照相机30拍摄的CSP400的图像进行处理，识别形成于CSP400上的多个焊盘401的排列。例如，识别排列在最外周的焊盘401的边缘(图2中以点划线402表示)，确定在CSP400内的某个区域内(点划线402内的区域)是否存在多个焊盘401。另外，还确定该区域402的中心部C的位置。
控制器40根据如此确定的区域402及其中心部C的位置信息，控制X轴用马达、Y轴用马达、Z轴用马达及旋转用马达的驱动。由此吸附管嘴23对由控制器40确定的中心部C的位置进行真空吸附，再次选取拍摄台12上的CSP 400。此时，通过根据需要使吸附管嘴23旋转任意角度，就可以使得多个焊盘401的排列状态与未图示的焊球搬运装置所具有的多个焊球吸附管嘴的排列状态准确地吻合。
然后，吸附管嘴23在以与焊球吸附管嘴的排列状态吻合的正确的位置关系重新选取了CSP400的状态下，移动至BGA搬运器300的上方。此后，通过在BGA搬运器300上的预先确定的位置(以网格状等间隔地形成的CSP搭载部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)解除真空吸附状态，将选取的CSP400放置在BGA搬运器300上。
如图2中所示，BGA搬运器300在铝板302的上表面形成粘接层303，被放置的CSP400被粘接层303的粘接力暂时固定。通过逐个反复进行如上的从BGA托盘200向BGA搬运器300的CSP400的搬运动作，将多个CSP400以排列好的状态搭载在BGA搬运器300上。
图3是表示被搬运至BGA搬运器300上的多个CSP400的排列状态的图。如图3所示，根据本实施方式，即使在搬运的CSP400内多个焊盘401以何种状态形成，在将这些CSP400向BGA搬运器300搬运的状态下，各CSP400所含的全部焊盘401都作为整体被准确地排列，从而与焊球吸附管嘴的排列总是一致。
图4是表示如上所示在将焊球搭载于搬运至BGA搬运器300的多个CSP400的焊盘401上时的工序的图。首先，如图4(a)所示，用吸附垫42真空吸附而选取收装于焊球收装槽41中的焊球43。图4中虽然没有详细图示，但是在吸附垫42中设有多个吸附管嘴，用各个吸附管嘴将焊球逐个吸附。吸附管嘴的排列与图3所示的多个CSP400中所含的多个焊盘401的排列一致。
然后，如图4(b)所示，在利用本实施方式的电路基板搬运装置100向BGA搬运器300搬运的多个CSP400上形成的焊盘上涂布粘结性的焊剂44。此后，如图4(c)所示，向涂布了焊剂44的各个焊盘一次性地搬运利用吸附垫42选取的多个焊球43。
图4(c)的例子中，如符号305所示，将纵2个×横2个共计4个CSP400作为单位，以一次的操作一次性地搬运多个焊球43。其后，对利用涂布于焊盘上的焊剂44的粘接力暂时固定的焊球43施加热处理(回流)，通过将焊球43熔接在焊盘上而结束焊球43的搭载。
如上详细说明所示，根据本实施方式，由于拍摄CSP400的焊盘形成面并利用图像处理识别焊盘排列，根据该焊盘排列的识别结果进行CSP400的搬运定位，因此，即使在要搬运的CSP400内焊盘以何种排列状态形成，都可以使各CSP400所含的多个焊盘的位置关系与多个焊球吸附管嘴的位置关系总是准确地一致。这样就可以将焊球一次性地搭载在多个CSP400上，从而可以使得在此时不会发生焊球的搭载不良。
而且，所述实施方式中，虽然对在从拍摄台12再次选取CSP400时，在由控制器40指定的正确的位置上吸附CSP400，按照该吸附的位置将CSP400搬运至BGA搬运器300的特定位置的例子进行了说明，但是本发明并不限定于此。例如，也可以在从拍摄台12选取CSP400时，在适当的位置吸附CSP400，在搬运至BGA搬运器300时，将CSP400搭载在由控制器40指定的正确的位置上。
另外，所述实施方式中，虽然对将焊球一次性地搭载在4个CSP400上的例子进行了说明，但是该数量只不过是个例子。如果使用本实施方式的电路基板搬运装置100，则由于可以高精度地进行CSP400的定位，因此在焊球搭载装置的容量容许的范围内，可以一次性地将焊球搭载在任意个CSP400上。反过来说，通过使用本实施方式的电路基板搬运装置100，就可以充分地利用焊球搭载装置的成批搭载能力。
另外，所述实施方式中，虽然对将照相机30一体化地设于支撑块22上而照相机30也与支撑块22一起移动的构成进行了说明，但是，也可以将照相机30固定在拍摄台12的上方。
另外，所述实施方式中，虽然对将CSP400在将焊盘形成面朝向上方的状态下放置在拍摄台12上并从其上方进行拍摄的例子进行了说明，但是并不限定于此。例如，取代拍摄台12，设置按照仅保持CSP400的周边部的方式构成的支架，在将焊盘形成面朝向下方的状态下，将CSP400保持在支架上。这样，也可以利用设于其下方的照相机拍摄焊盘形成面。总之，只要形成可以拍摄焊盘形成面的状态，可以采用任意的构成。
另外，所述实施方式中，虽然对利用图像处理识别存在于CSP400上的多个焊盘401的边缘和中心部C的例子进行了说明，但是这也只是一个例子。例如也可以检测出存在于四角或者1个对角上的焊盘的位置，从而根据该位置信息识别各焊盘的排列状态。另外，也可以不是中心部C，而以其他的任意1点或者多点作为基准，将CSP400向BGA搬运器300上的规定位置搬运。
此外，所述实施方式只不过是为了实施本发明而具体化的一个例子，本发明的技术范围并不由此被限定性地解释。即，本发明可以不脱离其精神或其主要特征地以各种形式来实施。
(工业上的利用可能性)
本发明例如对于在将焊球成批搭载于多个BGA上时，使排列配置该多个BGA时的各BGA中所含的焊盘的位置关系可以与焊球吸附管嘴的位置关系总是准确地一致的情况，十分有用。另外，对于将焊球成批搭载于BGA以外的半导体组件或者其他的半导体部件、基板上的情况，或者对于将焊剂、膏状钎焊料一起涂布的情况，也十分有用。