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
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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
【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。
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。
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。
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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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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- 2004-02-09 JP JP2004031778A patent/JP2005223241A/ja active Pending
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