JP2005152826A - 吐出装置および封止装置 - Google Patents

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章博 山本
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Abstract

【課題】電子部品とノズルとの接触による封止剤の塗布異常を防止する。
【解決手段】封止装置のノズル部46には、ノズル461の撓みを検出する撓み検出部47が取り付けられる。撓み検出部47は、ノズル461に接する上部電極471、ノズル461の外径より大きくかつノズル461が挿入される開口473を有する下部電極472、および、上部電極471と下部電極472との電気的導通を検出する検出回路476を備える。ノズル461が回路基板9に実装された電子部品91に接触して撓むと、ノズル461と開口473とが接触し、ノズル461と下部電極472との電気的導通が検出回路476により検出される。これにより、ノズル461の撓みが塗布途上において検出可能となり、電子部品91とノズル461との接触による塗布異常を防止することができる。
【選択図】図5

Description

本発明は、流動体を吐出する吐出装置に関し、好ましくは、吐出装置は回路基板に実装された電子部品を樹脂にて封止する封止装置に利用される。
従来より、プリント基板等の回路基板に実装された電子部品の電極を封止する封止装置では、封止剤を吐出する細いノズルを有する吐出装置が設けられ、電子部品の周囲にノズルからの封止剤を塗布して回路基板と電子部品との間に封止剤が充填される。そして、後工程において封止剤が硬化されることにより、電極が封止される。
なお、特許文献1では、半導体ウエハ等の表面にノズルからレジスト液を供給して塗布する塗布装置において、ノズルの待避位置にて光学的にノズルの折れ曲がりを検出する技術が開示されている。また、特許文献2では、塗布ノズルを用いて自動車のウインドガラスの外周部に高粘調性のシーラ剤(下塗り剤)を塗布する塗装装置において、塗布ノズルに加わる振動を検出する加速度センサにより、ウインドガラスと塗布ノズルとの接触を検知する技術が開示されている。
特開平11−239756号公報 特開平10−286506号公報
ところで、回路基板上の電子部品を封止する封止装置では、ノズルが電子部品に近接した状態で封止剤を吐出しつつ移動するため、ノズルと電子部品とが接触する恐れがある。ノズルと電子部品とが接触した後もノズルの移動が継続されると、異常な塗布が継続されたり、さらには、ノズルからの力を受けて電子部品と回路基板との間の接合が損傷したり、ノズルが塑性変形して曲がってしまう等の問題が生じる。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、塗布対象とノズルとが近接した状態で流動体の塗布が行われる場合において、塗布異常を防止することを目的としている。
請求項1に記載の発明は、流動体を塗布対象に向けて吐出する吐出装置であって、塗布対象に近接する先端の吐出口から流動体を吐出する管状のノズルと、前記ノズルの前記吐出口とは反対側の端部を支持するノズル支持部と、前記ノズルへと流動体を送り出す送出機構と、流動体の吐出途上において前記ノズルの撓みを検出する撓み検出手段とを備える。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の吐出装置であって、前記撓み検出手段が、前記ノズルが撓んだ際に前記ノズルの所定の部位と接触する接触部と、前記所定の部位と前記接触部との電気的導通を検出する検出回路とを備える。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の吐出装置であって、前記撓み検出手段が、前記ノズルに取り付けられた歪みゲージと、前記歪みゲージの抵抗を検出する検出回路とを備える。
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の吐出装置であって、前記ノズルの撓みの度合いに関するしきい値を設定する設定部と、前記設定部により設定された前記しきい値を記憶する記憶部とをさらに備え、前記撓み検出手段が、前記撓みの度合いを検出し、前記撓みの度合いと前記しきい値とを比較して比較結果を出力する。
請求項5に記載の発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載の吐出装置であって、前記流動体が、樹脂である。
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の吐出装置であって、前記流動体が、封止剤である。
請求項7に記載の発明は、封止装置であって、電子部品が実装された回路基板を保持する基板保持部と、前記電子部品と前記回路基板との間に封止剤を吐出する請求項6に記載の吐出装置と、前記電子部品のエッジに沿って前記ノズルを前記回路基板に対して相対的に移動するノズル移動機構とを備える。
本発明では、吐出途上のノズルの撓みを検出することにより、塗布異常を防止することができる。
請求項2の発明では、ノズルの撓みを容易に検出することができる。
請求項3の発明では、ノズルの撓みの度合いを容易に検出することができる。
請求項4の発明では、ノズルの撓みの度合いに関するしきい値を容易に変更することができる。
請求項7の発明では、ノズルと電子部品との接触によるノズルの撓みを検出することができる。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る封止装置1の構成を示す平面図であり、図2および図3はそれぞれ、封止装置1を(−Y)側から(+Y)方向を向いて見た正面図、および、(−X)側から(+X)方向を向いて見た右側面図である。封止装置1は、プリント基板等の回路基板9上に実装された複数の電子部品91に封止剤を吐出する装置である。なお、1枚の回路基板9に代えて、複数の回路基板が1枚のパレットに保持された状態で取り扱われてもよい。
封止装置1は、図1および図2に示すように電子部品91が実装された回路基板9を(+X)方向に搬送する基板搬送機構3を備え、基板搬送機構3の搬送路のおよそ中央下方には図2および図3に示すように回路基板9を保持して規正する基板保持部2が配置される。さらに、封止装置1は、図1に示すように基板搬送機構3の(+Y)側に、電子部品91と回路基板9との間に樹脂を主成分とするペースト状の封止剤をノズルから吐出する吐出機構4、および、吐出機構4のノズルをX,Y,Z方向に移動するノズル移動機構5を備え、基台11の内部にはこれらの構成を制御する制御部8(図2および図3参照)が設けられる。基板保持部2、基板搬送機構3の一部(中央部分)、吐出機構4およびノズル移動機構5は、基台11上に設けられたステージ12上に取り付けられ、基台11内にはステージ12の(+Y)側を持ち上げて図3中に二点鎖線にて示す状態までステージ12上の各種構成を一体的に傾ける傾斜機構13が設けられる。
基板搬送機構3は、基台11上にX方向に伸びる1組のガイドレール31を備え、ガイドレール31の一部(ステージ12の上方の部位)はステージ12に取り付けられ、その他の部分は基台11に直接取り付けられる。ガイドレール31により案内される回路基板9は、ガイドレール31内に設けられたベルトにより(+X)方向に搬送される。また、基板搬送機構3は複数のモータ32を備え、これらのモータ32により1組のガイドレール31の間の距離の変更やガイドレール31内のベルトの駆動が行われる。
基板保持部2は、図3に示すように、上昇することによりガイドレール31から回路基板9を受け取る支持台21、支持台21を昇降(Z方向に移動)する昇降部22、並びに、支持台21にて突き上げられた回路基板9の位置および姿勢を規正する規正部23を備える。規正部23は、支持台21に支持される回路基板9の(+Y)側に設けられ、回路基板9のエッジに当接して(−Y)側のガイドレール31に設けられた凹部311(図1参照)との間で回路基板9を挟み込むことにより、回路基板9の位置および姿勢を規正する。
吐出機構4は、ヘッド部41および空圧により封止剤の吐出を制御する吐出制御ユニット42を備え、ヘッド部41は、先端に吐出用のノズル部46(図2参照)が取り付けられるとともに封止剤が貯留されるシリンジ411、および、シリンジ411から吐出された封止剤を撮像するためのヘッドカメラ412(図1参照)を備える。シリンジ411は、配管421により吐出制御ユニット42に接続され、吐出制御ユニット42から配管421を介してシリンジ411内に与えられる空気圧が制御されることにより、ノズル部46からの封止剤の吐出が制御される。このように、吐出機構4では吐出制御ユニット42およびシリンジ411により、封止剤をノズル部46へと送り出す機構が構成される。
ノズル移動機構5は、ヘッド部41をY,X,Z方向にそれぞれ移動するY方向移動機構51、X方向移動機構52およびZ方向移動機構53を備える。Y方向移動機構51は図1に示すように、モータ511、モータ511に接続されるボールねじ512、ボールねじ512が挿入されたナット513、および、2本のガイド部材514を備え、モータ511が制御部8の制御によりボールねじ512を回転することにより、ナット513が固定された吐出機構4全体がナット513と共にガイド部材514に案内されてY方向に滑らかに移動する。
X方向移動機構52およびZ方向移動機構53もY方向移動機構51とほぼ同様な構成となっており、X方向移動機構52は、図1および図2に示すように、モータ521、モータ521に接続されるボールねじ522、ボールねじ522が挿入されたナット523、および、ガイド部材524(図2参照)を備え、モータ521が駆動されることにより、ヘッド部41がガイド部材524に沿ってX方向に滑らかに移動する。Z方向移動機構53は、図2に示すモータ531、ボールねじ532、ナットおよびガイド部材534を備え、モータ531の駆動により、ヘッド部41がガイド部材534に沿ってZ方向に滑らかに移動する。
図1に示すように、ステージ12上には、封止剤を吐出するノズルをクリーニングするノズルクリーニング機構6、アンダーカメラ71、ノズル高さ検査部72および塗布テストステージ73が設けられる。ノズルクリーニング機構6は、ノズルの先端に付着した封止剤を拭い取って除去する除去部材を備える。アンダーカメラ71はノズルの先端を下方((−Z)側)から撮像し、ノズル高さ検査部72はノズル461の先端の高さを検出し、塗布テストステージ73にはテスト用の塗布が行われる。
図4は、ノズル部46近傍を拡大して示す断面図である。ノズル部46は、シリンジ411から送り出された封止剤を内部の流路461bを経由して先端の吐出口461aから吐出する管状のノズル461、および、シリンジ411に接続されるとともにノズル461の吐出口461aとは反対側の端部を支持するノズル支持部462を備える。ノズル部46には、ノズル461の撓みを検出する撓み検出部47が取り付けられる。略円筒状のノズル461は金属等の導電性材料にて形成される。
撓み検出部47は、ノズル支持部462近傍においてノズル461を保持する上部電極471、ノズル461が挿入される略円形の開口473を有する下部電極472、および、上部電極471と下部電極472との電気的な導通を検出する検出回路476を備える。上部電極471および下部電極472は、それぞれ端子474および端子475を介して検出回路476に電気的に接続される。上部電極471、下部電極472、端子474および端子475は、絶縁体にて形成された電極取付部材477に取り付けられる。下部電極472は、ノズル461の外径より大きい開口473の中心がノズル461の中心と一致するように配置され、通常の状態(ノズル461が撓んでいない状態)では、ノズル461と下部電極472とは非接触とされる。
図5は、図4と同様にノズル部46近傍を拡大して示す断面図であり、ノズル461が回路基板9に実装された電子部品91の側面に当接して撓んだ状態を示している。図5に示すように、撓み検出部47では、ノズル461が撓んだ際に、ノズル461の開口473に挿入された部位と下部電極472とが接触し、ノズル461(上部電極471)と下部電極472との電気的導通が検出回路476により検出されることにより、ノズル461の撓みが検出される。なお、ノズル461は、全体が導電性材料にて形成される必要はなく、ノズル461が撓んだ際に下部電極472と接触する部位と上部電極471と接する部位との間において導電性を有するのであるならば、他の部分は絶縁材料にて形成されてもよい。
開口473の直径は、ノズル461が塑性変形しない範囲の力であって、かつ、電子部品91と回路基板9との間の接合に影響を与えない大きさの剪断力によってノズル461が撓んだ際に、ノズル461と下部電極472とが接触する大きさとされる。本実施の形態では、ノズル461の外側面と下部電極472との間の距離は60μmとされ、例えば、ノズル461の下端が約0.4mmだけ水平方向に変位することによりノズル461と下部電極472とが接触する。このとき、ノズル461に作用する力は、電子部品91のシェア強度(1.6N)よりも十分に小さい0.5Nであり、また、この力によってノズル461は塑性変形しない。
図6および図7は封止装置1の動作の流れを示す図である。以下、図6および図7、並びに、他の図を参照しながら封止装置1の動作について説明する。
封止装置1により回路基板9上の電子部品91に封止剤が吐出される際には、まず、電子部品91が実装された回路基板9が、封止装置1の(−X)側から基板搬送機構3のガイドレール31に受け入れられ、ベルトにより吐出機構4の(−Y)側まで搬送される(ステップS11)。続いて、図3に示すように回路基板9の下方の支持台21が昇降部22により上昇し、回路基板9がガイドレール31から支持台21へと渡される。さらに、規正部23が(−Y)側に移動し、図1に示すように、回路基板9が(−Y)側のガイドレール31の凹部311と規正部23との間に挟まれて位置および姿勢が規正され、回路基板9が保持される(ステップS12)。傾斜機構13により、ステージ12の(+Y)側が(−Y)側の端部を支点として持ち上げられ、回路基板9を含むステージ12上の全ての構成が一体的に図3中に二点鎖線にて示す状態まで傾けられる(ステップS13)。
次に、図1に示すY方向移動機構51およびX方向移動機構52により、ヘッド部41のノズル461がノズル高さ検査部72へと移動して先端の高さが検出され、Z方向移動機構53によりノズル461の先端の高さが調整される。そして、ノズルクリーニング機構6の上方へとノズル461が移動して、ノズルクリーニング機構6によりクリーニングされる(ノズル461に付着した封止剤が除去される。)(ステップS14)。ノズル461はアンダーカメラ71の上方へとさらに移動し、ノズル461の先端が撮像されてクリーニング後の状態が検査される。クリーニングが不十分な場合は再度ノズルクリーニング機構6によりクリーニングが行われる。
その後、ノズル461は塗布テストステージ73の上方へと移動し、吐出制御ユニット42の制御により塗布テストステージ73上に試験的に塗布が行われ、塗布状態がヘッドカメラ412により撮像されて検査される(ステップS15)。
塗布試験が完了すると、ノズル461がノズル移動機構5により回路基板9の上方へと移動する。ノズル461は、回路基板9の上方において、1つの電子部品91の(+Y)側のエッジ近傍へとさらに移動し(ステップS21)、制御部8により、ノズル461が1つの電子部品91における所定の吐出開始位置(すなわち、電子部品91の(+Y)側のエッジの一方の端部)に位置したことが確認されると、ノズル移動機構5によりノズル461の回路基板9に対するX方向の相対移動が開始され、ノズル461から封止剤の吐出が開始される(ステップS22)。
これにより、ノズル461の先端部が電子部品91の(+Y)側のエッジに沿ってX方向へと移動しつつノズル461の吐出口461aから封止剤が吐出され、封止剤は、回路基板9の傾きに沿って電子部品91と回路基板9との間に(−Y)方向へと流れ込み、表面張力の作用を受けて電子部品91と回路基板9との間の空間に留まる。
制御部8により、ノズル461が1つの電子部品91に対する塗布終了位置に達したことが確認されると、ノズル461の移動および封止剤の吐出が一旦停止され、封止剤を塗布する次の電子部品91の存否が確認される(ステップS23)。次の電子部品91が存在する場合には、ノズル461が次の電子部品91の(+Y)側のエッジ近傍へと移動し、封止剤の塗布が繰り返される(ステップS21〜S23)。1枚の回路基板9上の全ての電子部品91に対する封止剤の塗布が終了すると、ステージ12が水平に戻され(ステップS24)、回路基板9がガイドレール31により下流((+X)側)へと搬送され、他の装置(例えば、封止剤硬化装置)へと搬出される(ステップS25)。
ところで、封止装置1ではステージ12が傾けられてからステージ12が水平に戻されるまでの間、図4に示した撓み検出部47によるノズル461の撓みの検出が並行して継続的に行われる。図8は撓み検出の動作の流れを示す図である。
既述のように、ノズル461が一定量以上撓むと、ノズル461と開口473のエッジとが接触し、検出回路476により端子474と端子475との間の電気的導通として検出される。この撓みの有無の確認は、撓み検出が終了されるまで制御部8において高速に繰り返し行われる(ステップS31,S32)。電子部品91への封止剤の塗布や試験的塗布を開始する時、あるいは、塗布途上においてノズル461の撓みが万一検出されると、制御部8の制御によりノズル461の移動および/または封止剤の吐出が速やかに停止され(ステップS33)、異常の発生が作業者に通知される(ステップS34)。なお、ノズルクリーニング時等のようにノズルが正常な範囲内で撓むおそれがある場合には、撓み検出の処理は一時的に中断されてもよい。少なくとも電子部品91への封止剤の塗布が行われている間に撓み検出が継続的に行われることにより、塗布時のノズル461の撓みを検出することが実現される。
以上に説明したように、封止装置1の吐出機構4では、ノズル461と下部電極472との電気的導通を検出することにより、電子部品91との接触によるノズル461の撓みを容易に検出することができるようにされている。そして、封止剤の吐出途上においてノズルの撓みを継続的に検出することにより、塗布異常を未然に防止することが実現される。なお、電子部品用の封止装置では、ノズル461が電子部品91に非常に近接した状態で移動するため、撓み検出機能を有する吐出機構4はこのような封止装置に特に適しているといえる。
また、封止装置1では、撓み検出部47によりノズル461の撓みが検出された場合、装置の動作が速やかに停止されるため、電子部品91と回路基板9との間の接合がノズル461により損傷を受けたり、ノズル461が塑性変形してしまうことも防止される。なお、塗布時以外においてノズル461が移動される際にもノズル461の撓み検出を行うことにより、塗布対象以外の電子部品や回路基板9にノズル461が接触した場合においても、回路基板9やノズル461の損傷を防止することができる。
図9は、第2の実施の形態に係る封止装置のノズル461近傍を示す図である。第2の実施の形態に係る封止装置では、図4に示す撓み検出部47に代えて図9に示す撓み検出部47aが設けられる。その他の基本構成は図1ないし図3に示す封止装置1と同様であり、以下の説明において同符号を付す。
撓み検出部47aは、ノズル461のノズル支持部462側の端部近傍に取り付けられた歪みゲージ471a、歪みゲージ471aに接続される検出回路476a、および、しきい値を記憶するメモリ477aを備える。
歪みゲージ471aは、薄い絶縁体のベースの上に設けられた格子上の抵抗線(または、フォトエッチング加工により形成された抵抗箔)472aを有し、ノズル461の表面に専用接着剤により接着されている。ノズル461が撓むと抵抗線472aが歪み、歪みゲージ471aの抵抗が変化する。撓み検出部47aでは、歪みゲージ471aの端子間の電圧および/または電流を計測することにより、検出回路476aにより歪みゲージ471aの抵抗が検出され、これに基づいてノズル461の撓みの度合い(以下、「撓み量」という。)が検出される。
撓み検出部47aは、作業者の指示に従ってノズル461の撓み量に関するしきい値を設定する設定部478aをさらに備え、設定部478aにより設定されたしきい値はメモリ477aに記憶される。
第2の実施の形態に係る封止装置の基本動作は、図6および図7に示した第1の実施の形態における動作と同様であり、撓み検出においてノズル461の撓み量が撓み検出部47aにより検出されるという点でのみ相違している。第2の実施の形態における撓み検出では、検出回路476aにより歪みゲージ471aの抵抗が継続的に計測され、ノズル461の撓み量が繰り返し検出される。そして、検出されたノズル461の撓み量と、メモリ477aに予め記憶されたしきい値とが比較されて比較結果が出力され、撓み量がしきい値よりも大きい場合には、ノズル461の異常な撓みが検出されたとみなされて(図8:ステップS31)、ノズル461の移動および/または封止剤の吐出が速やかに停止され(ステップS33)、ノズル461の撓みが検出された旨が作業者に通知される(ステップS34)。
第2の実施の形態に係る封止装置の吐出機構4では、歪みゲージ471aの抵抗を検出することにより、電子部品91との接触によるノズル461の撓み量を容易に検出することができる。そして、封止剤の吐出途上においてノズルの撓みを継続的に検出することにより、塗布異常を未然に防止することが実現される。また、撓み検出部47aによりノズル461の撓み量がしきい値を超えた場合に装置の動作を速やかに停止することにより、第1の実施の形態と同様に、回路基板9やノズルの461の損傷を防止することも実現される。
さらに、設定部478aを介して作業者がしきい値を設定することができるため、ノズル461の種類や電子部品91の回路基板9に対する接合強度(シェア強度)等の条件が変更された場合であっても、条件の変化に対応して容易に適切なしきい値へと変更することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、第2の実施の形態に係る封止装置において、ノズル461の撓み量に対して複数のしきい値が設定されてもよく、より具体的には、電子部品91との接触によりノズル461が撓み始めた時点を検出するためのしきい値と、ノズル461の撓み量がノズル461の移動を停止すべき大きさになった時点を検出するためのしきい値とが設定されてもよい。
本実施の形態に係る封止装置には、複数のヘッド部41が設けられてもよく、複数のヘッド部41により複数の回路基板9に対して並行して封止剤の塗布が行われてもよい。
吐出機構4は、電子部品の封止以外に、電子部品固定用の接着剤等の樹脂の回路基板への塗布や基板に対するクリームはんだの塗布、さらには、機械部品等の他の様々な塗布対象への様々な粘度の樹脂を主成分とする材料の塗布等、塗布対象に向けて流動体の吐出が行われる様々な塗布処理に用いられてよい。
第1の実施の形態に係る封止装置を示す平面図 封止装置を示す正面図 封止装置を示す右側面図 ノズル部近傍を拡大して示す断面図 ノズル部近傍を拡大して示す断面図 封止装置の動作の流れを示す図 封止装置の動作の流れを示す図 撓み検出の流れを示す図 第2の実施の形態に係る封止装置のノズル部近傍を示す図
符号の説明
1 封止装置
2 基板保持部
4 吐出機構
5 ノズル移動機構
9 回路基板
42 吐出制御ユニット
47,47a 撓み検出部
91 電子部品
411 シリンジ
461 ノズル
461a 吐出口
462 ノズル支持部
471a 歪みゲージ
472 下部電極
476,476a 検出回路
477a メモリ
478a 設定部
S11〜S15,S21〜S25,S31〜S34 ステップ

Claims (7)

  1. 流動体を塗布対象に向けて吐出する吐出装置であって、
    塗布対象に近接する先端の吐出口から流動体を吐出する管状のノズルと、
    前記ノズルの前記吐出口とは反対側の端部を支持するノズル支持部と、
    前記ノズルへと流動体を送り出す送出機構と、
    流動体の吐出途上において前記ノズルの撓みを検出する撓み検出手段と、
    を備えることを特徴とする吐出装置。
  2. 請求項1に記載の吐出装置であって、
    前記撓み検出手段が、
    前記ノズルが撓んだ際に前記ノズルの所定の部位と接触する接触部と、
    前記所定の部位と前記接触部との電気的導通を検出する検出回路と、
    を備えることを特徴とする吐出装置。
  3. 請求項1に記載の吐出装置であって、
    前記撓み検出手段が、
    前記ノズルに取り付けられた歪みゲージと、
    前記歪みゲージの抵抗を検出する検出回路と、
    を備えることを特徴とする吐出装置。
  4. 請求項1に記載の吐出装置であって、
    前記ノズルの撓みの度合いに関するしきい値を設定する設定部と、
    前記設定部により設定された前記しきい値を記憶する記憶部と、
    をさらに備え、
    前記撓み検出手段が、前記撓みの度合いを検出し、前記撓みの度合いと前記しきい値とを比較して比較結果を出力することを特徴とする吐出装置。
  5. 請求項1ないし4のいずれかに記載の吐出装置であって、
    前記流動体が、樹脂であることを特徴とする吐出装置。
  6. 請求項5に記載の吐出装置であって、
    前記流動体が、封止剤であることを特徴とする吐出装置。
  7. 封止装置であって、
    電子部品が実装された回路基板を保持する基板保持部と、
    前記電子部品と前記回路基板との間に封止剤を吐出する請求項6に記載の吐出装置と、
    前記電子部品のエッジに沿って前記ノズルを前記回路基板に対して相対的に移動するノズル移動機構と、
    を備えることを特徴とする封止装置。
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