JP2005223241A - 電子部品接合装置及び方法、並びに電子部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少量、多品種の回路基板について、従来に比べて高い生産性にて製造可能な、電子部品接合装置及び方法、並びに上記電子部品接合装置を備えた電子部品実装装置を提供する。
【解決手段】載置部材（１０５）と加熱ステージ（１０６）とを備え、一つの回路基板（５）とほぼ同じ大きさにてなる載置部材に上記回路基板を接触させて上記加熱装置で加熱するようにした。よって、小型の回路基板に対してロスの発生を低減させることができ、かつ各種の回路基板に対応した加熱を個々に行うことができる。したがって、少量、多品種の回路基板について、従来に比べて高い生産性にて製造可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱源により電子部品を回路基板に接合する電子部品接合装置及び方法、並びに上記電子部品接合装置を備えた電子部品実装装置に関し、特に、小型のモバイル機器に使用される小型、薄型の回路基板を作製するための電子部品接合装置および方法および電子部品実装装置に関する。

従来、モバイル機器等に用いられる液晶モジュールにおいて、液晶表示部の表示制御を行いかつ当該液晶モジュールとマザー基板との電気的接続を行うためにフレキシブル基板（ＦＰＣ）に電子部品を実装している。このＦＰＣには、上記表示制御用のドライバＩＣ、及びコンデンサー等のチップ部品が実装されている。上記ドライバＩＣの接続部は狭ピッチであり、該接続部の汚れが当該液晶モジュールの信頼性を低下させる原因になるため、通常、上記チップ部品の実装前に上記ドライバＩＣは実装される。

上記ドライバＩＣの実装後、図１５に示すように、上記ＦＰＣに半田を供給する半田印刷装置１にて半田をＦＰＣ上に供給し、部品実装機２にて上記チップ部品を上記ＦＰＣ上に装着する。そして、半田を溶融させる熱源を有するリフロー装置３へ搬入して、上記半田を溶融させ上記チップ部品をＦＰＣに接合させている。この場合、厚みが１ｍｍ程度で剛性を有する回路基板であればコンベアによりベルト搬送することもできるが、可撓性のフィルム状の回路基板、例えば上記ＦＰＣの場合には、図１６に示すように、パレット４上にＦＰＣ５を整列、固定してＦＰＣ５を搬送し、リフロー装置３へ搬入する方法が採られる。このときリフロー装置３は、炉内雰囲気を加熱するリフロー装置であり、パレット４上のＦＰＣ５を一括して半田接合する。

又、異なる種類のＦＰＣ５を生産する場合には、各種類に対応した部品を実装したそれぞれのＦＰＣ５が搬送されるが、この場合、炉内雰囲気を加熱するリフロー装置では生産性が悪く、必要な箇所のみを加熱する方が効率が良い。よって、図１７に示すような光ビーム方式による局所加熱によるリフロー装置が有効である。特に光が必要箇所以外に照射されることを防ぐためには、光照射部１１から照射される光をマスク１２の開口１３を通して必要箇所にのみ光を照射する構成が有効である。尚、図１６にて、符号６は上記チップ部品を、符号７は上記ＩＣを、符号８は半田を、それぞれ示している。

同種のＦＰＣ５を大量に生産する場合は、できるだけ大きなパレット４上にＦＰＣ５を配列し、一気に半田接合する方が生産性は向上する。しかしながら、最近では、商品寿命の短さ、機種の多さ、又、高機能化による設計の複雑化や、市場動向の流動性により、回路基板の仕様の決定から生産までの時間がない場合が多く、大きなパレット４による大量生産方法では、生産効率が上がらなくなってきている。

又、図１５に示すような生産設備は、大型基板を処理することを前提としているため、装置自体が大きく、特に炉内雰囲気を加熱するリフロー装置においては均熱加熱のために３〜５ｍの長さが一般的で、２〜３０ｍｍ程度の回路基板の大きさから見ると設備が巨大すぎて、臨機応変な措置を取るのが困難である。尚、図１５に示す、半田印刷装置１、部品実装機２、及びリフロー装置３を備えたシステムでは、その全長は、例えば７ｍにも及ぶ。

又、上記光ビーム方式は、同一部品や少数の部品の場合は有効であるが、液晶モジュールの高機能化に伴い、最近ではＦＰＣ５上のチップ部品６の数及び種類が増える傾向にあり、光の吸収率の異なる部品がＦＰＣ５上に存在するときには、照射条件等の設定が困難となる。例えば黒色の電子部品や弱熱性の電子部品に対しては上記マスク１２で条件を操作することも一方法であるが、隣接する半田が半溶け状態になるなど、マスク１２のみにて個々の部品毎に対応することには限界がある。

一方、このような問題に対処すべく、回路基板の周囲の雰囲気を加熱するのではなく、上記回路基板を載置するステージに加熱装置を備えさせて、上記ステージを介して上記回路基板を加熱することにより、半田の加熱溶融を行なうという装置が考え出されている（例えば、特許文献１参照）。このような装置にあっては、上記回路基板周囲の雰囲気の加熱を行なわず、上記回路基板を直接的に加熱しているため、上記装置よりの加熱に要するエネルギを上記半田の加熱溶融により効率的に使用することができる。
特開２００２−１５１５５３号公報

しかしながら、回路基板や上記回路基板に実装される電子部品の多様化は益々進んでおり、特に薄型化が進む傾向にある上記回路基板においては、上記回路基板自体に反りや曲がり等が生じ易く、上記ステージを介して上記回路基板に伝熱する方式では、上記ステージと上記回路基板との接触が不十分となる場合が発生し、上記伝熱が不十分となって、上記半田の加熱溶融を確実にかつ効率的に行なえないような場合が起り得るという問題点がある。

従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、少量、多品種の回路基板について、従来に比べて高い生産性にて製造可能な、電子部品接合装置及び方法、並びに上記電子部品接合装置を備えた電子部品実装装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、電子部品が装着された回路基板を載置する載置部材と、上記加熱部材にて上記載置部材を加熱して上記載置部材に接触している上記回路基板を加熱し上記電子部品と上記回路基板とを接合する接合材料を溶融させる加熱装置と、上記載置部材と上記回路基板を加熱装置に押える加圧装置とを備える電子部品接合装置を用いる。

また、上記加圧装置は、突起部を保持し、上記突起部にて上記回路基板と上記載置部材を上記加熱装置に密着させる電子部品接合装置を用いてもよい。

また、上記加圧装置は、凹凸部を保持し、上記凹凸部にて上記回路基板と上記載置部材を上記加熱装置に密着させる電子部品接合装置を用いてもよい。

また、上記加圧装置は、突起部と凹凸部を保持し、上記中間部材を介して、上記回路基板と上記載置部材を上記加熱装置に密着させる電子部品接合装置を用いてもよい。

さらに、上記の電子部品接合装置に熱風装置を備えた電子部品接合装置を用いてもよい。

また、接合材料にて接合される電子部品が装着された回路基板を載置部材上に載置し、
上記電子部品が装着された上記回路基板の電子部品装着面における上記接合材料の配置領域に対応する、上記載置部材に接触する上記回路基板の載置部材接触面における接合材料配置領域を上部から押えることで、上記接合材料配置領域を上記載置部材に接触させながら、上記接触による上記接合材料配置領域における上記回路基板の加熱を行い、上記接合材料を溶融させて、上記電子部品を上記回路基板に接合させることを特徴とする電子部品接合方法を用いてもよい。

本発明によれば、載置部材と加熱装置とを備え、一つの回路基板とほぼ同じ大きさにてなる載置部材に上記回路基板を接触させて上記加熱装置で加熱するようにしたことより、小型の回路基板に対してロスの発生を低減させることができ、かつ各種の回路基板に対応した加熱を個々に行うことができる。したがって、少量、多品種の回路基板について、従来に比べて高い生産性にて製造可能となる。

又、上記回路基板を上記載置部材に保持させる押えユニットを設けたことで、回路基板を載置部材に密着させることができ、回路基板の温度制御をより高い精度で行うことができる。

これにより、上記回路基板に反りや曲がりが生じているような場合であっても、上記接合材料配置領域以外の領域の状態に拘らず、上記接合材料配置領域全体を確実に上記載置部材の上記伝熱部に接触させることができる。従って、上記電子部品の上記回路基板への接合を確実かつ効率的に行うことができる。

又、厚みが０．０２ｍｍから１ｍｍの範囲である回路基板や、フレキシブル基板にてなる回路基板では、上記加熱装置による加熱制御に対する基板の温度応答性が良いことから、各種の回路基板毎に、適切な温度制御にて加熱を行うことが可能となる。

又、上記夫々の態様による効果を得ることができる電子部品接合装置を備える電子部品実装装置を提供することができ、又、上記夫々の態様による効果を得ることができる電子部品の回路基板への接合方法を提供することができる。

又、実装システム全体として、小型化した実装システムにできる。場所をとらず、エネルギー効率のよい実装システムになる。

以下に、本発明の実施形態である、電子部品接合装置および方法について、図１を参照しながら以下に説明する。ここで上記電子部品接合方法は、上記電子部品接合装置にて実行される方法である。又、各図において同じ構成部分については同じ符号を付している。

又、以下の実施形態では、電子部品は、回路基板に表面実装され接合材料により上記回路基板に接合される部品であり、図２に示すような、例えばチップ部品６及びＩＣ７が相当する。又、上記接合材料として、以下の実施形態では半田、つまり作業性よりクリーム半田を例に採るが、これに限定されるものではなく、例えば銀ペーストや導電性接着剤等であってもよい。又、以下の実施形態では、回路基板は、可撓性を有するフレキシブル基板として、例えば、フィルム状のフレキシブル基板、つまりＦＰＣを例に採る。このようなフレキシブル基板は、可撓性を有するという機能特性により、その保持の際に、反りや曲がりや弛みが生じ易く、確実な保持に困難性が伴うという特徴を有している。ただし、このようにフレキシブル基板に限定されるものではなく、例えばその厚みが１ｍｍ以下の基板、例えば０．０２ｍｍから１ｍｍの範囲の基板であっても良い。又、可撓性の有無も問わない。要するに、従来のように同一種で多量に生産される基板ではなく、種類が異なり各種が少量ずつ生産されるような回路基板が相当する。また、あるいは、上記回路基板が、複数のフレキシブル基板がテープ状に連なって形成されたテープ状基板であるような場合であってもよい。この場合、上記テープ状基板から同一種の基板が多量に形成されるような場合であっても、異種の基板が少量ずつ生産されるような場合のいずれの場合であってもよい。

（第１実施形態）
図１から図４には、本実施形態の電子部品接合装置１１６が示されている。尚、図２には、上記電子部品接合装置１１６にて処理される回路基板に相当する上記ＦＰＣ５が示される。該ＦＰＣ５は、例えば、液晶モジュールとマザー基板との接続を行うための基板であり、片面実装基板であり、該ＦＰＣ５の部品実装面５ａには、ＩＣ７の他、未硬化のクリーム半田８が塗布された箇所に複数のチップ部品６が載置（すなわち、装着）されている。尚、本実施形態では、当該電子部品接合装置１１６に搬入される前に、上記ＩＣ７は、ＦＰＣ５に実装されているものとする。

電子部品接合装置１１６は、上述のＦＰＣ５を載置する載置部材１０５と、該載置部材１０５を加熱して載置部材１０５に接触しているＦＰＣ５を加熱し、これにより電子部品６をＦＰＣ５に接合するクリーム半田８を溶融させる加熱ステージ１０６と、ＦＰＣ５と該載置部材１０５を、加熱ステージ１０６に押しつける押えユニット１００とを備える。

上記載置部材１０５は、ＦＰＣ５を載置し保持する機能と、ＦＰＣ５に熱を伝える機能とを併せ持ち、各種の回路基板に対応可能なように上記加熱ステージ１０６に対して容易に交換可能である。該載置部材１０５は、０．５ｍｍから５ｍｍ程度の厚さで、アルミニウム、銅、マグネシウム、セラミック等の熱伝導性の良い材料にてなるものが好ましい。特に２ｍｍ程度の厚みのアルミニウム材を用いると、安価で均熱性も図られ好適である。本実施形態では、載置部材１０５は、処理するＦＰＣ５の大きさに対応して、３５ｍｍ×３５ｍｍの正方形にてなる。なお、ここで上記「均熱性」とは、例えば、物体に熱が付加された場合に変化される当該物体の表面温度分布の均一性のことであり、例えば、その表面温度分布が、±５℃以内となるような略均一な温度分布を有するような特性のことをいう。

さらに、図１の拡大図である図３に示すように、押えユニット１００は、附属の針１０１で、ＦＰＣ基板５と搭載部材１０５を、加熱ステージ１０６に押しつける。図示するように本実施形態ではＦＰＣ５の部品１０４の周縁部分を押えつけるように複数の針１０１が配置しているが、針１０１の数及び位置は保持する回路基板に対応して決定される。たとえば、基板５の周辺４箇所の場合もある。又、針１０１は、押え板１０２につながれている。さらに、アーム１０３で加圧される。上記載置部材１０５の下部には、加熱機構である加熱ステージ１０６がある。

アーム１０３は、加圧機構１２０により、移動させられる。そして、針１０１が基板５や基板５上の各種パターンを傷つけず、しっかりおさえることができる適正な圧力をかけられる。また、アーム１０３の代わりに、押え板１０２の上に重しを載せてもよい。重しの場合、機構、制御が簡単になること、機構が簡単になること、スペースが小さくなることなど効果がある。

上記加熱ステージ１０６は、図示しないが、加熱ステージ１０６、冷却ステージ１０７及び電源部１１０を備え、加熱ステージ１０６上に上記載置部材１０５が設置される。

上記加熱ステージ１０６は、いわゆるセラミックスヒータにてなり、電源部１１０から上記セラミックスヒータのヒータ線へ電流が供給され発熱する。セラミックスヒータ以外の、いわゆるコンスタントヒートのヒータの場合では、昇、降温に対する応答性が数十秒から数分を要し、生産性が悪く実用的でないが、セラミックスヒータの場合、１秒以下でも応答可能であり、下記のように温度プロファイルを設定することが可能となる。加熱方法は、このヒーターに限定せずに、いろいろな方法をとることができる。

加熱ステージ１０６の温度は、温度センサ、例えば加熱ステージ１０６内に設けた熱電対にて測定され、制御部１０８へ送出される。電源部１１０は、制御部１０８に接続されており、制御部１０８は、熱電対から供給される温度情報と、回路基板の温度制御用として予め設定された温度プロファイルとに基づいて加熱ステージ１０６の温度をフィードバック制御する。

針１０１の詳細を、図４にて示す。針１０１は、弾性体のばね１１２で押えられる。ばね１１２は、ホルダー１１１にて、針１０１とともに支持される。ばね１１２により、針１０１の回路基板５を押える力を均質に調整する。ＦＰＣ回路基板５に傷をつけないように、ばね１１２のばね定数が選択される。ばねでなく、弾性体でもよい。針１０１の配置は、基板５の部品１０４の配置で異なる。部品１０４の周辺を押えるために、周辺部を押えように配置する。針１０１の配置は、基板５と部品１０４の接続部分の半田、接着材にふれないように設定される。

針１０１の基板５と接する部分は、熱がつたわらないように、断熱部材をコートまたは、保護シートとしてもつとよい。または、針１０１と押え板１０２の間に、熱が伝達しないように、断熱材を会して押えてもよい。この断熱材料として、耐熱性の材料、シリコンゴムやフッ素系ゴムが利用できる。特に、フッ素系は汚れにくくよい。定期的に交換、あるいは、洗浄することが必要である。または、基板５上の一面に薄いシート状のものをかぶせ、押えユニット１００で押えてもよい。この場合、この薄いシートは、１回ごとまたは、決まった回数後に、交換すれば、洗浄の問題がなくなる。または、押えユニット１００を交換可能としておき、交換後洗浄すれば、繰り返し使用できる。洗浄は、ローラー式のものでも、超音波洗浄機でもよい。交換しない機構で洗浄してもよい。

さらに加熱ステージ１０６の下部には、下記図５から図７に示す温度プロファイルに沿った温度制御を行うため、強制的に加熱ステージ１０６の冷却が可能なように冷却ステージ１０７が設けられている。冷却方法としては水冷でも、空冷でもよい。または、加熱時は、加熱ステージ１０６と冷却ステージ１０７を離し、冷却時は、接触させてもよい。

加圧ユニット１００、加熱ステージ１０６、冷却ステージ１０７はそれぞれ制御部１０８に接続され、動作と制御がされる。

上記温度プロファイルとしては、例えば図５から図７に示すような形態が考えられ、例えば、接合材料の種類、回路基板上に接合される電子部品の種類及び個数、並びに回路基板の材質及び厚み等の各パラメータに応じて、最適な温度プロファイルが選択される。選択方法としては、制御部１０８内の記憶部１０９に上記各パラメータに対応して各種の温度プロファイルを格納しておき、処理すべき回路基板及び電子部品に関する情報を入力することで、制御部１０８にて自動的に最適な温度プロファイルを抽出する方法や、作業者が選択した温度プロファイルを入力する方法等、当業者が想到可能な方法を採ることができる。

又、図５から図７に示す各値は、一例として、ａ０は室温、ａ１は接合材料の融点、本実施形態では接合材料は共晶半田であるので１８３℃、ａ２は２３０℃、ｂ１は１５０℃、ｂ２は２２０℃であり、ｔ１は１秒、ｔ２は３秒、ｔ３は４秒、ｔ４は１０秒、ｔ５は６秒である。

特に電子部品６，７に加熱温度の制約がある場合、当該制約される加熱温度をａ２としてこのａ２以下に加熱上限温度ｂ２を温度設定すれば良い。又、ＦＰＣ５は、部品を実装していない上記裏面５ｂからのみ加熱されるため、電子部品６，７は最後に加熱されることになる。この点においても上記加熱制約があるときには有効である。

又、半田溶融時における半田ボールの発生を抑える必要がある場合には、図５に示すように、同温を時刻ｔ１から時刻ｔ２まで維持する予熱動作を設けると好適である。一方、電子部品が比較的大きく半田ボールの影響が無視できるような場合では、図６に示すように、上記予熱動作を設けず、一気に半田を溶融させても良い。又、半田の溶融及び回路基板への電子部品の接合に要する時間の短縮を図りたい場合には、図７に示すように、予め予熱温度ｂ１から開始して、半田接合終了後も温度ｂ１を維持する方法も可能である。

以上のように構成される電子部品接合装置１１６について、当該電子部品接合装置１１６の動作、つまり電子部品接合方法について以下に説明する。該電子部品接合方法、換言するとリフロー方法は、厚みが薄い回路基板に特に有効な方法であり、目安として１ｍｍ以下の厚みの基板に好適である。特に、本実施形態のように、フィルム状の回路基板、つまり上記ＦＰＣ５は、温度制御に対する追従性が良く、より効果がある。回路基板の材質としては、１ｍｍ以下の回路基板ではガラスエポキシ樹脂や、紙フェノール樹脂が好ましく、フィルム状の回路基板ではポリイミドを用いたものが好ましい。これは０．０１から０．１ｍｍ程度と非常に薄い回路基板でありながら、強度と耐熱性を併せ持っているからである。

まず、回路基板、本例ではＦＰＣ５をのせた載置部材１０５を、加熱ステージ１０６に置く。そして押えユニット１００を作動させ、加熱ステージ１０６に押えユニット１００を介して載置部材１０５を押え、載置部材１０５を加熱ステージ１０６に密着、固定する。このＦＰＣ５の密着固定のための圧力は、基板５に傷がつかない押え力で行なうことができる。これにより加熱ステージ１０６に対し載置部材１０５が密着固定され、かつ載置部材１０５の表面にＦＰＣ５がなじんで密着保持され、加熱ステージ１０６の熱が効率よくＦＰＣ５に伝わることになる。加熱ステージ１０６による加熱動作は、上述した温度プロファイルに従い制御部１０８により制御され、半田８が溶融して、ＦＰＣ５上に電子部品６が半田にて接合される。該接合後、加圧ユニット１００の動作を停止して加圧を止め、載置部材１０５からＦＰＣ５が取り外される。

上述した電子部品接合装置１１６によれば、加熱される一つの回路基板とほぼ同じ大きさにてなる載置部材１０５に上記回路基板を接触させて上記加熱ステージ１０６で加熱するようにしたことより、小型の回路基板に対してロスの発生を低減させることができ、かつ各種の回路基板に対応した加熱を個々に行うことができる。したがって、少量、多品種の回路基板について、従来に比べて高い生産性にて製造可能となる。

具体的には、従来のリフロー炉においては、上記加熱に要する所定数量の回路基板当りの単位エネルギとして、２０ｋＷ程度必要としていたのに対して、本第１実施形態の電子部品接合装置１１６においては、上記単位エネルギとして、１ｋＷ程度にまで削減することができる。

又、加熱される一つの回路基板とほぼ同じ大きさにてなる載置部材１０５に上記回路基板を接触させて上記加熱ステージ１０６で加熱するようにしたことより、従来のような、雰囲気循環型のリフロー装置は不要となる。そして各電子部品接合装置１１６は、例えば３５ｍｍ×３５ｍｍの大きさにてなるＦＰＣ５の場合、例えば３５ｍｍ×３５ｍｍの大きさにて構成することができる。よって、従来に比べて非常にコンパクトな、回路基板の加熱接合装置を提供することができる。

上述した実施形態の電子部品接合装置１１６では、載置部材１０５の表面には、一つのＦＰＣ５が載置され、載置部材１０５の大きさはＦＰＣ５の大きさと同じであるか、若しくは僅かに大きい。しかしながら、載置部材１０５に対する回路基板の大きさは、このような本実施形態の例に限定されるものではなく、例えば図８に示す電子部品接合装置１０２のように、上述の電子部品接合装置１１６を複数台、横方向に並設し、これら複数の載置部材１０５上に一つの回路基板を載置するようにしてもよい。又、並設する方向は、上記横方向に限定されるものではなく、縦方向、さらには縦、横両方向でもよい。又、一つの載置部材１０５の表面１０５ａに複数のＦＰＣ５を載置してもよい。

このように構成することで、回路基板の大きさに関係なく、本実施形態の電子部品接合装置１１６を適用することが可能となる。又、現状、セラミックスヒータ自体、大型のものがあまり存在せず、又、大型のセラミックスヒータの開発費が膨大であることに鑑みると、上述の並設構造は有効な手段である。

又、上述の並設構造を採ることで、一つの回路基板における加熱領域の全域に対して一つの加熱制御を行うこともできるし、又、一つの回路基板における加熱領域内における複数の箇所においてそれぞれ異なる加熱制御を行うことも可能となり、汎用性を一層持ち合わせることができる。

さらに又、より局部的に回路基板の加熱条件を変化させる必要がある場合には、図９に示す電子部品接合装置１１６のように、回路基板５の上方の熱源１１３から光ビーム、レーザ、又はホットエア等を照射するように構成することもできる。尚、図８及び図９と図１０では、上記電源部１１０、上記押えユニット１００、上記加熱ステージ１０６、冷却ステージ１０７、及び制御部１０８の図示は、図１と同様であり一部省略している。

さらに、図１０でしめすように、針の代わりに、型１１４で押えてもよい。この型１１４は、基板５のパターンに合わせて、作成されていて、部品などが搭載されていない基板５の部分を押える。型１１の基板５と接触する部分には、断熱性のある材料、例えば、シリコンゴムを用い、熱が逃げないようにしている。型１１４自身の中身を中空の真空状態で作成すると断熱されるのでさらによい。また、型１１４の内部にヒータを用いて、基板５上面より加熱してもよい。この場合、ＦＰＣ基板の上面と下面でことなる温度設定ができるという特徴がある。ただし、発生するガス成分をにがせる経路をあけておく必要がある。

さらに、図１１（ａ）でしめすように、針１０１と押え１１５を用いて、基板５と部品１０４を押えることもできる。これは、図９、図１０の場合に対して、基板５上の部品実装密度が高くなった基板に対して有効である。針１０１が基板５を直接押える基板５上の場所がなく、部品１０４上を押えるというものである。また、部品１０４に耐熱性がない場合、その部分の熱を奪うために、押え１１５を接触させてもよい。別の変形例として、図１１（ｂ）のように、基板５は、針１０１−１で、部品４は針１０１−２で押える。この場合、針１０１−１と針１０１−２の配置、高さを基板５の部品４のパターンにあわせる必要がある。基板５に対する部品４などの、実装密度が上がるにつれて、この方法は有効である。

（第２実施形態）
次に、上述した電子部品接合装置１１６を用いて構成される電子部品実装装置（「実装システム」とも記載する）について説明する。尚、回路基板の一例として、上記ＦＰＣ５を例にとる。

図１３に示す上記実装システム２０１は、ＦＰＣ５にクリーム半田８を塗布する半田供給装置２１０、ＦＰＣ５へチップ部品６を装着する電子部品装着装置の一例である部品装着装置２２０、及び上記電子部品接合装置１１６を有し上記クリーム半田８を溶融させてチップ部品６をＦＰＣ５に接合させる上記電子部品接合装置１１６を備え、半田供給装置２１０、部品装着装置２２０、電子部品接合装置１１６の順にＦＰＣ５が搬送されるように、これらは配列されている。尚、上記ＩＣ７が予め実装されたＦＰＣ５が半田供給装置２１０に供給される。又、半田供給装置２１０は、半田印刷装置又は半田ディスペンス装置のいずれの構成でも良い。

上述の電子部品接合装置１１６における説明にて述べたように、電子部品接合装置１１６では、回路基板を載置部材１０６上に押えて加熱するように構成し、かつ一つの載置部材１０６の大きさは回路基板の大きさに対応していることから、上記電子部品接合装置１１６の占める面積は、従来のリフロー装置に比べると格段に小さくなる。よって、上記実装システム２０１の全長Ｉは、本例の場合例えば約２．５ｍにおさめることができる。

図１２を参照して上記電子部品接合装置１１６について説明する。

電子部品接合装置１１６は、加熱部２３５と、前段の部品装着装置２２０からＦＰＣ５を当該電子部品接合装置１１６に搬入するための搬入装置２３１と、当該電子部品接合装置１１６からＦＰＣ５を次工程へ搬出するための搬出装置２３３と、上記搬入装置２３１から上記加熱部２３５へ、及び加熱部２３５から上記搬出装置２３３へＦＰＣ５の搬送を行う搬送装置２３２と、これらの構成部分の動作制御を行う制御装置２３６とを備える。

上記搬入装置２３１には、上記ＦＰＣ５を吸着保持し、搬送方向であるＸ方向へ駆動装置２３１１にて往復動する搬入台２３１２を備え、搬入装置２３１の動作は、制御装置２３６にて制御される。上記搬出装置２３３には、上記ＦＰＣ５を吸着保持し、上記Ｘ方向へ駆動装置２３３１にて往復動する搬出台２３３２を備え、搬出装置２３３の動作は、制御装置２３６にて制御される。

上記加熱部２３５は、第１ステージ２３５−１及び第２ステージ２３５−２の２つのステージから構成されており、第１ステージ２３５−１及び第２ステージ２３５−２のそれぞれは、図１に示す電子部品接合装置１１６を２台、縦方向、つまり図１２に示すＹ方向に配列した構成にてなる。よって加熱部２３５では合計４台の電子部品接合装置１１６が使用されている。これは、当該実装システム２０１にて処理する１枚のＦＰＣ５が、電子部品接合装置１１６の上記載置部材１０５を２つ上記Ｙ方向に並べた大きさに相当するからである。尚、当該実装システム２０１にて処理するＦＰＣ５の具体的なサイズは、３５ｍｍ×７０ｍｍである。このように、上記ステージのサイズは、当該実装システム２０１の形態に限定されるものではなく、処理する回路基板の大きさに応じて決定すればよい。又、加熱部２３５に設ける上記ステージの数も本例に限定されるものではなく、一つ以上であればよく、実装システムに対して要求される処理能力に基づいて決定される。

又、図１２では、それぞれの上記ステージ２３５−１、２３５−２を構成する各電子部品接合装置１１６に備わる上記電源部１１０、押えユニット１００、加圧機構１２０、冷却ステージ１０７の図示は、図１と同様に解せることから省略しており、又、上記制御部１０８は制御装置２３６に代わる。したがって、第１ステージ２３５−１及び第２ステージ２３５−２のそれぞれについて、上述した、制御部１０８による電子部品接合装置１１６に対する温度制御と同じ温度制御が制御装置２３６の動作制御により実行される。

上記搬送装置２３２は、上記搬入装置２３１の搬入台２３１２から上記加熱部２３５の第１ステージ２３５−１及び第２ステージ２３５−２へＦＰＣ５を搬送する搬入吸着装置２３２１と、第１ステージ２３５−１及び第２ステージ２３５−２から上記搬出装置２３３の搬出台２３３２へＦＰＣ５の搬送を行う搬出吸着装置２３２２と、上記搬入吸着装置２３２１及び上記搬出吸着装置２３２２を設けた搬送アーム２３２３を、ＦＰＣ５の厚み方向でありＸ方向及びＹ方向に直交するＺ方向へ移動させるＺ−駆動装置２３２４と、該Ｚ−駆動装置２３２４をＹ方向へ移動させるＹ−駆動装置２３２５と、該Ｙ−駆動装置２３２５をＸ方向へ移動させるＸ−駆動装置２３２６と、を備える。又、上記搬入吸着装置２３２１及び上記搬出吸着装置２３２２には、図示を省略している、吸引装置が含まれる。このような構成を有する搬送装置２３２は、制御装置２３６にて動作制御される。

さらに、当該加熱接合装置２３０には、加熱部２３５にて加熱中のＦＰＣ５から発生するヒュームを吸引するダクト２３４１を有する吸引装置２３４を備えている。このダクトの中に、
以上のような構成を有する実装システム２０１における動作について、加熱接合装置２３０における動作を中心に、以下に説明する。

部品装着装置２２０から搬送されたＦＰＣ５は、加熱接合装置２３０に備わる搬入装置２３１の搬入台２３１２上に供給される。搬送装置２３２に備わるＸ−駆動装置２３２６、Ｙ−駆動装置２３２５、Ｚ−駆動装置２３２４、及び搬入吸着装置２３２１がそれぞれ駆動され、ＦＰＣ５は、搬入吸着装置２３２１にて吸着保持されて加熱部２３５の第１ステージ２３５−１上に載置され、吸着保持される。そして、ＦＰＣ５は、第１ステージ２３５−１上に保持されながら、上記加熱ステージ１０６によって上記温度プロファイルに基づいて加熱、つまりリフロー動作が行われる。該加熱中に発生するヒュームは、吸引装置２３４のダクト２３４１で吸引される。

次に当該加熱接合装置２３０に搬入される第２番目のＦＰＣ５も、上記第１番目のＦＰＣ５と同様に取り扱われるが、該第２番目のＦＰＣ５は、現在空いている第２ステージ２３５−２へ供給され、加熱、温度制御され、ＦＰＣ５と上記チップ部品６との接合がなされる。さらに次の第３番目のＦＰＣ５については、搬入吸着２３１で吸着しておき、最初に搬送した第１番目のＦＰＣ５について第１ステージ２３５−１での加熱が終了し搬送装置２３２の搬出吸着装置２３２２にて第１ステージ２３５−１から搬出装置２３３の搬出台２３３２へ取り出された後、直ちに第１ステージ２３５−１へ供給され加熱される。

上記搬出台２３３２へ載置され吸着されているＦＰＣ５は、保持され次工程へ搬出される。以上の動作を繰り返すことで、順次、ＦＰＣ５が処理される。

上述の加熱接合装置２３０を備えた実装システム２０１によれば、加熱接合装置２３０は、上述したように、従来に比べて非常にコンパクトに構成されることから、実装システム２０１の全体を従来に比べてコンパクト化することができる。

上述の実装システム２０１は、図１３に示すように、半田供給装置２１０、部品装着装置２２０、及び電子部品接合装置１１６を、回路基板の搬送方向、つまり上記Ｘ方向に沿って列状に配置した構成にてなるが、実装システムの全体構成は上述の形態に限定されるものではなく、図１４に示すようなロータリータイプの実装システム２５０を構成することもできる。

上記実装システム２５０には、円形状で周縁部に作業部２５８を一定間隔にて設けたロータリーテーブル２５７が当該実装システム２５０の中央部分に間欠回転可能に装備され、該ロータリーテーブル２５７を取り囲みかつ上記作業部２５８の停止位置に対応して、回路基板へ半田を供給する半田供給装置２６１と、半田が供給された回路基板へチップ部品６を装着する部品装着装置２６２と、上述の電子部品接合装置１１６を備え上記半田を加熱し回路基板に上記チップ部品６を接合させる加熱接合装置２６３とが配置され、さらに当該実装システム２５０全体の動作制御を司る制御装置２５６が備わる。さらに又、前工程から当該実装システム２５０へ回路基板を搬入するための搬入装置２５１、当該実装システム２５０から次工程へ回路基板を搬出する搬出装置２５３、及び回路基板を上記作業部２５８へ搬送する搬送装置２５２も備わる。又、回路基板の加熱中に発生するヒュームを吸引する吸引装置も設けられている。

このように構成される実装システム２５０は以下のように動作する。

上記搬入装置２５１を介して回路基板が搬送装置２５２にて作業部２５８に載置され、ロータリーテーブル２５７の回転により半田供給装置２６１へ搬送される。半田供給装置２６１では、回路基板に半田が供給される。そして再びロータリーテーブル２５７が回転し、回路基板は部品装着装置２６２へ搬送される。部品装着装置２６２では、半田が供給されている回路基板へ上記チップ部品６が装着される。そして再びロータリーテーブル２５７が回転し、回路基板は加熱接合装置２６３へ搬送される。加熱接合装置２６３では、回路基板の加熱そして回路基板への部品の接合が行われる。そして再びロータリーテーブル２５７の回転により回路基板は搬出装置２５３へ搬送され、搬送装置２５２にて搬出装置２５３へ載置される。搬出装置２５３は回路基板を次工程へ搬出する。

尚、例えば、第１番目の回路基板が加熱接合装置２６３にて加熱されているとき、第２番目の回路基板には部品装着装置２６２にて部品装着がなされ、第３番目の回路基板には半田供給装置２６１にて半田が供給される。このように複数の回路基板に対してそれぞれ異なる処理が同時になされる。

上記実装システム２５０のように、ロータリーテーブル２５７を備えた形態を採ることで、実装システム２５０の横幅をさらに小さくすることができる。

又、ロータリーテーブル２５７の停止位置を８分割にすると、半田供給装置２６１と部品装着装置２６２との間に、回路基板への半田の供給状態を検査するための認識カメラや、半田供給不備部分への半田追加用の装置をさらに設けることができ、有効活用することができる。又、加熱接合装置２６３は、作業部２５８内や、搬出装置２５３や、ロータリーテーブル２５７と搬出装置２５３との間に設けることもできる。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

また、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明は、フレキシブルプリント配線板を始めとする薄板のプリント配線板に部品を接合する分野において、電子部品接合装置及び方法、並びに回路基板、並びに電子部品実装装置に有効に利用される。

本発明の第１実施形態における電子部品接合装置の構造の模式説明図 図１に示す電子部品接合装置にて加熱されるのに好適な回路基板の斜視図 図１に示す電子部品接合装置を構成する載置部材の斜視図 図１に示す電子部品接合装置を構成する針の斜視図 図１に示す電子部品接合装置にて実行される温度制御にて使用される温度プロファイルの一例を示すグラフ 図１に示す電子部品接合装置にて実行される温度制御にて使用される温度プロファイルの他の例を示すグラフ 図１に示す電子部品接合装置にて実行される温度制御にて使用される温度プロファイルのさらに別の例を示すグラフ 図１に示す電子部品接合装置の変形例を示す斜視図 図１に示す電子部品接合装置の他の変形例を示す図 図１に示す電子部品接合装置の他の変形例を示す図 図１に示す電子部品接合装置の他の変形例を示す図 図８に示す電子部品接合装置を加えた実装システムを示す図 図８に示す電子部品接合装置を加えた別の実装システムを示す図 図８に示す電子部品接合装置を加えた別の実装システムを示す図 従来の実装システムを示す図 従来の基板を示す図 従来の基板加熱を示す図

符号の説明

５ 回路基板（ＦＰＣ）
６ 電子部品（チップ部品）
７ ＩＣ
８ 半田
１００ 押えユニット
１０１ 針
１０２ 押え板
１０３ アーム
１０４ 部品
１０５ 載置部材
１０６ 加熱ステージ
１０７ 冷却ステージ
１０８ 制御部
１０９ 記憶部
１１０ 電源部
１１６ 電子部品接合装置
１２０ 加圧機構
２０１ 実装システム
２５０ 実装システム

Claims (10)

1. 電子部品が装着された回路基板を載置する載置部材と、
   加熱部材にて上記載置部材を加熱して上記載置部材に接触している上記回路基板を加熱し上記電子部品と上記回路基板とを接合する接合材料を溶融させる加熱装置と、
   上記載置部材と上記回路基板を加熱装置に押える加圧装置と
   を備えることを特徴とする電子部品接合装置。
2. 上記加圧装置は、突起部を保持し、上記突起部にて上記回路基板と上記載置部材を上記加熱部材に密着させる請求項１記載の電子部品接合装置。
3. 上記加圧装置は、凹凸部を保持し、上記凹凸部にて上記回路基板と上記載置部材を上記加熱部材に密着させる請求項１記載の電子部品接合装置。
4. 上記加圧装置は、突起部と凹凸部を保持し、上記突起部と上記凹凸部を介して、上記回路基板と上記載置部材を上記加熱部材に密着させる請求項１に記載の電子部品接合装置。
5. さらに、熱風装置を備える請求項１〜４のいずれかに記載の電子部品接合装置。
6. 上記回路基板は、厚みが０．０２ｍｍから１ｍｍの範囲にてなる請求項１から５のいずれか１つに記載の電子部品接合装置。
7. 上記回路基板は、フレキシブル基板である請求項１から５のいずれか１つに記載の電子部品接合装置。
8. 上記回路基板に上記接合材料を介して上記電子部品を装着する電子部品装着装置と、
   請求項１から５のいずれか１つに記載の電子部品接合装置とを備えることを特徴とする電子部品実装装置。
9. 接合材料にて接合される電子部品が装着された回路基板を載置部材上に載置し、
   上記電子部品が装着された上記回路基板の電子部品装着面における上記接合材料の配置領域に対応する、上記載置部材に接触する上記回路基板の載置部材接触面における接合材料配置領域を上部から押えることで、上記接合材料配置領域を上記載置部材に接触させながら、上記接触による上記接合材料配置領域における上記回路基板の加熱を行い、上記接合材料を溶融させて、上記電子部品を上記回路基板に接合させることを特徴とする電子部品接合方法。
10. 回路基板に接合材料を介して上記電子部品を装着する電子部品装着装置と、請求項１から９のいずれか１つに記載の電子部品接合装置とを備えることを特徴とする電子部品実装装置。

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