JP2005529775A

JP2005529775A - 基板を支持する方法及び装置

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Publication number: JP2005529775A
Application number: JP2004516016A
Authority: JP
Inventors: ファム−バン−ディエップ，ジェラルド; モリーニ，ジョン・イー
Original assignee: スピードライン・テクノロジーズ・インコーポレイテッド
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2003-06-19
Publication date: 2005-10-06
Also published as: CN100343009C; US20030233750A1; WO2004000500A1; GB2405534A; GB2405534B; AU2003238305A1; DE10392850T5; KR101021357B1; DE10392850B4; US7028391B2; GB0427010D0; KR20050016570A; CN1668418A

Abstract

第１の表面及び第２の表面を有する電子基板（１０）の少なくとも一方の表面上で作業を行うための装置は、フレームと、装置を介して基板（１０）を移動させる搬送システムと、フレームに連結され、基板（１０）上での作業時に基板（１０）に接して支持する非剛性部分を有する基板支持システムであって、基板（１０）上で作業を行う前、及び行っている間、非剛性部分が基板（１０）を撓ませる基板支持システムと、基板（１０）の表面で作業を行う、フレームに連結されたデバイスとを備える。

Description

本発明は、回路基板組立て等、基板を処理するための装置及びその方法に関し、より詳細には回路基板上へのソルダペーストの印刷、回路基板上での材料の分配、回路基板上での構成要素の配置、又はその他の作業時において、回路基板を支持するための装置及び方法に関する。

回路基板を製造するには多くの工程を伴うが、その１つとして、回路基板への電気構成要素の表面実装がある。回路基板の第１の表面に構成要素を表面実装するには、分配器によりソルダペースト又は接着剤を回路基板の第１の表面に蒸着し、次いで、構成要素がソルダペースト又は接着剤に対して圧着される。回路基板の第１の面に構成要素を装着した後、基板を裏返し、工程を繰り返して基板の第２の面に構成要素を表面実装する。ソルダペースト分配器は典型的にはステンシル機であり、典型的にはタレット型装置が構成要素をソルダペースト又は接着剤に圧着する。

回路基板にこれらの製造工程を施す場合、力が回路基板の上側に加えられる間、上面が略同一平面のままでいるように、均一に基板の下面を支持することがしばしば望ましい。製造作業時に回路基板を支持する既知の手段は、Ｂｅａｌｅ、米国特許第５，１５７，４３８号、Ｒｏｓｓｍｅｉｓｌ、米国特許第５，７９４，３２９号、Ｂａｒｏｚｚｉ、米国特許第４，９３６，５６０号、Ｄｏｕｇｈｅｒｔｙ、米国特許第５，１５２，７０７号及びＨｅｒｔｚ、米国特許第６，２６４，１８７号に記載される。

概して、一局面において、本発明は電子基板の表面で作業を行うための装置を提供する。該装置は、フレームと、装置を介して基板を移動させる搬送システムと、フレームに連結され、基板上での作業時に基板に接して支持する非剛性部分を有する基板支持システムであって、基板上で作業を行う前、及び行っている間、非剛性部分が基板を撓ませる基板支持システムと、基板の表面で作業を行う、フレームに連結されたデバイスとを備える。

本発明の実施は、以下の特徴の１つ以上を含んでよい。装置の支持システムは下降位置から上昇位置まで移動可能であり、上昇位置では、非剛性部分は電子基板の一面に接する。非剛性部分は、シリンダの上方位置において基板を支持するシリンダから開放された加圧空気であり得る。あるいは、非剛性部分は発泡体であり得、又は非剛性部分はスポンジであり得る。

本発明のさらなる実施は、以下の特徴の１つ以上を含んでよい。デバイスはステンシルであり得、基板は回路基板であり得る。非剛性部分は回路基板の裏面に接し、回路基板のトポグラフィに適合し得る。

概して、他の局面において、本発明は電子基板上で作業を行う方法を提供する。該方法は、基板を処理機に搭載する工程と、電子基板の下方位置に支持システムを移動させる工程と、基板の一面を支持システムの部材と接触させる工程であって、ここで、接触した部材は基板に従う工程と、基板上で製造作業を行う工程と、処理機から基板を取り外す工程とを含む。

本発明のさらなる実施は、電子基板上にソルダペーストを印刷し、ステンシル及びスキ
ージを使用して印刷を遂行する工程を含んでよい。基板が処理機から取り外された後、支持システムがホームポジションに戻され得る。支持システムに接触されている間、基板は略非平面姿勢で保持され得、製造作業時に基板に加えられる力に反応して、基板が撓むことを可能とし得る。さらに、加圧空気がシリンダから基板の方向に開放されて、基板を支持し得る。また、製造作業を行っている間、電子基板は発泡体上に設置され得る。

概して、他の局面において、本発明は製造作業時において電子基板を支持するための装置を提供する。該装置は、フレームと、フレームに連結され、非剛性的に電子基板を支持するための支持手段を備え、該非剛性的に支持するための手段が、製造作業前及び製造作業時において電子基板を撓ませる。

本発明の実施は、以下の特徴の１つ以上を含んでよい。装置は、支持手段を電子基板と接する位置から、電子基板から取り外される位置へと移動させるための手段を備え得る。装置は基板上にソルダペーストを蒸着するためのステンシル及びスキージを備え得る。

本発明は、以下の図、詳細な説明及び請求項を検討することにより、さらに十分理解されるものである。

本発明をより理解するために、参照として本明細書に組み込まれる図面を参照する。

回路基板上にソルダペーストを印刷するスクリーンプリンタ又はステンシルプリンタを参照して、本発明の実施形態を以下に説明する。当業者には理解されるように、本発明の実施形態は、電子構成要素等の回路基板以外の電子基板及びピックアンドプレース機又は分配機等のスクリーンプリンタ以外の機械で使用され得る。

図１では、ソルダペーストを回路基板に塗布する本発明の一実施形態によるプリンタ５の内部構成要素が示される。このプリンタは、参照により組み込まれる米国特許第５，７９４，３２９号に記載されるスクリーンプリンタを改良したものである。

図１に示すように、プリンタ５はトラクタ送り機構１２、縁部トラクタ機構１４、剛性支持台１６、基板支持機構２０、可動ガントリ２４、コントローラ２３、スキージ／接着剤塗布器２８、及びキャリッジ３２上に担持されるカメラ３０を備える。支持機構２０は支持台１６上に配置され、取り付けられる。キャリッジ３２上に担持されるカメラ３０は動作の直線Ｘ軸においてガントリ２４に沿って移動可能である。ガントリ２４は動作の直線Ｙ軸においてトラック２６に沿って移動可能である。スキージ／接着剤塗布器２８は、回路基板１０のレベルより上の位置でプリンタ５に取り付けられる。

プリンタ５に送り込まれる回路基板１０は通常、あるパターンのパッド又はその他、通常はソルダペーストが蒸着される導電性の表面領域を有する。プリンタのコントローラに指示されると、トラクタ送り機構１２は回路基板１０を、カメラ３０が回路基板１０の画像を記録する位置へと供給する。画像はコントローラに送られ、コントローラは縁部トラクタ機構１４がソルダステンシルの下方で、剛性支持台１６の上にある第２の位置に回路基板１０を移動させるように信号を送る。支持台１６の上方位置に到達すると、回路基板１０は製造作業の所定位置に着く。回路基板１０上で作業を首尾よく行うために、回路基板１０は支持機構２０に支持される。コントローラの指示で支持機構２０が回路基板１０の下から上げられる。ソルダステンシルと回路基板１０は正しく位置合わせされると、ステンシルがソルダペーストを塗布するために基板１０に向かって下げられる、又は回路基板が支持機構によりステンシルに向かって上げられ得る。回路基板１０の上方に位置付けられたスキージ／接着剤塗布器２８は図１において透視で示される。接着剤塗布器２８は
、ステンシル上に配給され、スキージによって塗布されたソルダペースト又は接着剤の量を変化させ得る。スキージ２８はステンシルを横切って軽くこすり、これによりステンシルを介してソルダペーストを回路基板１０上に押し出す。ソルダペーストを回路基板１０上に蒸着した後、支持機構２０は、コントローラに制御されて回路基板の位置から離れて下方に移動する。次いで、コントローラはトラクタ機構１８を用いて、電気構成要素１１が回路基板上に取り付けられる次の位置への回路基板１０の移動を制御する。

先に述べたように、回路基板１０はトラクタ送り機構１２に入り、ソルダペーストの蒸着が生じる台１６の上方位置で停止する。回路基板１０のソルダペーストを印刷する工程の間、スキージにより基板１０の上面に力が加わる。ソルダペーストが均等に塗布されるためには、回路基板１０は支持機構２０を用いて支持され、回路基板１０の上側に加わっている力に対抗する。支持機構は台１６の表面上でプリンタに取り付けられる。支持機構２０は、基板１０に接する非剛性支持体を備える。例えば、支持土台４０において変形可能材料４２を含んでよく、この変形可能材料は、支持機構の回路基板１０に極めて接近した部分となる。あるいは、支持機構２０は、発泡体又はスポンジ等の支持土台に含まれる必要のない変型可能又は非剛性材料でもよい。支持機構２０は、回路基板の方向に加圧空気を開放し、これにより空気が回路基板１０の表面と接して、印刷時に回路基板を所定位置に保持する複数の空気シリンダであり得る。

支持機構２０全体が回路基板１０の表面まで上昇可能であり、印刷時は非剛性支持が基板１０の裏面トポグラフィと接することが可能なようにプリンタフレームに取り付けられる。あるいは、支持機構２０は所定の位置に留まるように設計され、一方回路基板が支持機構２０に向かって移動される。支持機構２０が基板下位置に移動されると、回路基板１０のトポグラフィに適合する、又はさらなる力が回路基板１０に加えられたとき回路基板１０に従う非剛性部材の能力ゆえに、支持システムは均等に回路基板１０の裏面を支持する。

図２Ａ及び図２Ｂでは、支持機構２０がより詳細に示される。支持機構はベース４４、筐体４０及び非剛性構成要素４２を備える。詳細には、図２Ａは、上昇位置にあり、基板クランプ５０を用いて所定位置に保持される回路基板１０に接している支持機構２０を示す。図２Ｂは、矢印５２により定義される方向にステンシル及び回路基板を横切って移動されるスキージ２８を示す。支持機構の最上体の非剛性又は弾性ゆえに、回路基板１０はわずかに湾曲又は屈曲するようにある程度撓む。基板クランプ５０により所定位置に保持される回路基板１０は、その表面上で行われる工程のために所定位置に保持されつつ、支持機構の非剛性の最上体の上でアーチ状になり得る。図２Ｂにおいて、スキージ２８は基板１０の上に位置付けられるステンシル５４の表面と接し、これにより圧力を基板に加える。スキージは矢印５２の方向に移動する。スキージ２８により加えられた力は、図２Ｂに描かれるように、基板の位置が略平面となるようにする、又は反対方向に湾曲させることにより、回路基板１０上にソルダペーストを十分かつ均等に薄く塗るように働く。回路基板１０及びステンシル５４は、固定された平らでかつ硬直した姿勢で保持されるというよりも、スキージ２８からの力に従う。

図３Ａ〜図３Ｃでは、支持機構２０の特定の実施形態がより詳細に示される。一実施形態では、非剛性支持４２は、ゲルを含むための支持土台として機能する筐体４０に含まれる低デュロメーターゲルである。低デュロメーターゲル４２は、パーツ番号ＭＰＰ−Ｖ３７Ａのもとで、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ、ＭｉｎｎｅａｐｏｌｉｓにあるＮｏｒｔｈｓｔａｒ
Ｐｏｌｙｍｅｒ，ＬＬＣにより製造され流通されるポリウレタンゲルである。図３Ａでは、支持機構が回路基板１０に向かって矢印４１の方向に移動して、プリンタ５内の基板１０を支持する様子が示されている。回路基板の裏面には電気構成要素１１が装着されている。

図３Ｂは、印刷作業が発生した後、基板１０に接する低デュロメーターゲルを有する支持機構２０を示す。図３Ｂにおいて、ステンシル４５は基板１０とまだ接している。ゲル４２の基板１０との接触によって生じる圧縮のもとで、ゲル４２は図３Ｂに示すように、回路基板１０の裏面トポグラフィに適合し、回路基板１０に対して均等に分配された支持を提供する。ゲル４２は圧縮時でも筐体４０内に含まれたままであるような粘度である。コントローラにより制御されて、回路基板１０の処理終了時にゲル４２及び支持土台４０は基板１０の表面から矢印４３の方向に離れ、支持機構２０の全体は図３Ｃに示すようにホームポジションに戻り、次の回路基板１０が処理のために位置合わせされるまでそこに留まる。図３Ｃに示すように、低デュロメーターゲル４２は、支持機構２０がホームポジションにあるときは弛緩状態に戻る。そのとき低デュロメーターゲル４２は、次の印刷サイクル時に基板トポグラフィーに適合する準備ができている。

あるいは、これより図４Ａ〜図４Ｃ及び図５を参照して説明する本発明の他の実施形態において、前述の支持機構２０の代わりに支持機構１２０を使って、印刷時に回路基板を支持してもよい。支持機構１２０はベース４４、電磁空洞６４、磁性巻線６５及び変形可能材料１４２を備える。変形可能材料１４２は、ラテックスにより作られてもよい薄壁の管６２に含まれたレオマグネティック流体であり、部分的に電磁空洞６４内に配置される。一実施形態では、レオマグネティック流体は、ＭＲＦ−１３２ＡＤ、ＭＲＦ−１３２ＬＤ、ＭＲＦ−２４１ＧＳ、ＭＲＦ−２４０Ｂ５及びＭＲＦ−３３６ＡＧを含むパーツ番号のもとで、ＮｏｒｔｈＣａｒｏｌｉｎａ，ＣａｒｙのＬｏｒｄＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから製造され、入手可能な鉄等の小さな磁性粒子と油等の粘性流体又は水との混合物である。一実施形態では、電磁空洞は鉄等の磁性材料からなる。通常の磁性巻線６５は電磁空洞６４のベースに並ぶ。電磁空洞６４は接続線６６を介して、コントローラの制御の元で電流を供給する源に取り付けられる。図５に示されるように、電磁空洞６４は支持機構１２０のベース４４の長さに亘って並べられ得る。

支持機構１２０は以下のように動作する。裏面に電気構成要素１１が装着された回路基板１０はソルダペーストの蒸着のため、台１６の上に位置付けられる。支持機構１２０はコントローラの制御のもとで、レオマグネティック材料が回路基板１０の裏面に接するまで矢印１４１の方向に移動される。支持機構１２０が回路基板１０の裏面に接近する間、レオマグネティック流体１４２は、自由または弛緩状態にある。弛緩状態では、レオマグネティック流体１４２は、基板１０に接すると基板１０のトポグラフィに容易に適合する。レオマグネティック流体１４２が基板１０に接している間、電磁空洞６４は直流電源にも接続された接続線６６を介して電流で通電される。磁界は磁性巻線６５の電流の方向及び強さに比例する。レオマグネティック流体１４２において粒子を並べるのに十分な強さの磁界を生成するには十分な電流が与えられなければならない。電磁空洞６４からのエネルギはレオマグネティック流体１４２の管６２を流動状態から硬直状態へと変化させる。硬直状態の間は、レオマグネティック流体１４２は製造作業時に十分な基板支持を提供する。

通電されたときのレオマグネティック流体１４２の構成は、基板１０に電気構成要素が装着されていようがいまいが、基板１０の表面を硬直して支持するようになっている。図４Ｃに示すように電磁空洞６４が電流で通電されたままである限りは、レオマグネティック流体１４２は通電されるか硬直状態にある。レオマグネティック流体は、レオマグネティック流体１４２の通電を停止し、再び通電したりすることなしに、第１の回路基板１０と同じトポグラフィを有する多くの回路基板１０が大量生産可能なように、第１の回路基板１０に適合する形状で通電されたままである。基板１０の処理が終了すると、コントローラは支持機構１２０を矢印方向１４３に下降位置へと導く。

第２のタイプの基板の処理が望まれる場合は、電磁空洞６４は通電を停止し、これによってレオマグネティック流体１４２を流動状態に戻す。支持機構１２０がホームポジションに戻ると、他の印刷サイクルのためにシステムはリセットする。レオマグネティック流体１４２は再構成されて、新しい回路基板１０の下面に対してレオマグネティック流体を押圧して、もう一度電流で電磁空洞６４を通電することにより、異なる構成の電気構成要素１１を備える他のセットの回路基板組立てを支持する。

上述の本発明の実施形態において、非剛性支持として使用されるときの低デュロメーターゲルは収納容器を完全に満たす。当業者に理解されるように、その他の構成には支持筐体に含まれる帯状の低デュロメーターゲル又は回路基板の裏面を十分に支持するゲルの有利な構成を含んでもよい。

上述の本発明の実施形態において、変形可能な材料として使用されるレオマグネティック流体は電磁空洞の１つの集合体に含まれ、そのすべてが支持システムを構成する。当業者に理解されるように、その他の構成にはレオマグネティック流体の単一容器が十分に通電されて基板の表面に適合するように、レオマグネティック流体を含む単一の電磁空洞を含んでもよい。電磁空洞の集合体はさらに、支持機構のベースの幅を横切って並べられてもよい。本発明のさらなる実施形態では、接続線が各電磁空洞に取り付けられ、電磁空洞を通電する電流を供給し、その電磁空洞はその後、レオマグネティック流体を通電し、それを硬直させる。当業者には理解されるように、その他の構成には集合体の電磁空洞のすべてに電流を供給する単一セットの接続線を含んでもよい。

本発明のさらなる実施形態では、支持機構は、コントローラにより指示されると、製造時に回路基板の裏面に向かって上向き方向に移動するように、プリンタフレームに取り付けられる。当業者に理解されるように、その他の構成には固定位置にある支持機構を含み、これにより製造時には基板が支持機構の変形可能材料まで下げられてもよい。

このように本発明の少なくとも１つの例示的な実施形態を説明したが、種々の変更、変形及び改良は当業者には容易に考えられるものである。このような変更、変形及び改良は本発明の範囲及び精神内にあることが意図される。従って、前述の説明は単に例示を目的とし、限定として意図されない。本発明の限定は、請求項及びその均等物においてのみ定義される。

本発明の一実施形態による印刷装置の平面図である。本発明の一実施形態による、準備段階にある非剛性支持機構の概略図である。本発明の一実施形態による、搭載段階にある非剛性支持機構の概略図である。本発明の一実施形態において、準備段階にある支持ゲルの概略図である。本発明の一実施形態において、適合段階にある支持ゲルの概略図である。本発明の一実施形態において、搭載後の段階にある支持ゲルの概略図である。本発明の一実施形態において、通電前の段階にあるレオマグネティック流体の概略図である。本発明の一実施形態において、搭載段階にあるレオマグネティック流体の概略図である。本発明の一実施形態において、通電段階にあるレオマグネティック流体の概略図である。本発明の一実施形態において、レオマグネティック流体支持システムの平面図の概略図である。

Claims

第１の表面及び第２の表面を有する電子基板の少なくとも一方の表面上で作業を行うための装置であって、
フレームと、
装置を介して基板を移動させる搬送システムと、
フレームに連結され、基板上での作業時に基板に接して支持する非剛性部分を有する基板支持システムであって、基板上で作業を行う前、及び行っている間、非剛性部分が基板を撓ませる基板支持システムと、
基板の表面で作業を行う、フレームに連結されたデバイスとを具備する、装置。
支持システムが下降位置から上昇位置まで移動可能であり、上昇位置では、非剛性部分が電子基板の一面に接する、請求項１に記載の装置。
非剛性部分が発泡体である、請求項２に記載の装置。
非剛性部分がスポンジである、請求項２に記載の装置。
非剛性部分が低デュロメーターゲルである、請求項２に記載の装置。
非剛性部分がレオマグネティック流体である、請求項２に記載の装置。
非剛性部分が少なくとも１つの電磁空洞を含み、レオマグネティック流体が少なくとも部分的に電磁空洞内に配置される、請求項６に記載の装置。
レオマグネティック流体を収容する薄壁の管をさらに具備する、請求項７に記載の装置。
少なくとも１つの電磁空洞が複数の電磁空洞であり、レオマグネティック流体の管が複数の電磁空洞のそれぞれに配置される、請求項８に記載の装置。
デバイスがステンシルであり、基板が回路基板である、請求項１に記載の装置。
電子基板上で作業を行う方法であって、
基板を処理機に搭載する工程と、
電子基板の下方位置に支持システムを移動させる工程と、
基板の一面を支持システムの非剛性部材と接触させる工程であって、非剛性部材が基板により接触されるとそれに適合する工程と、
基板上で製造作業を行う工程と、
処理機から基板を取り外す工程とを含む、方法。
電子基板上にソルダペーストを印刷する工程をさらに含み、ステンシル及びスキージを使用して印刷を遂行する、請求項１１に記載の方法。
基板が処理機から取り外された後、支持システムをホームポジションに戻す工程をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
接触する工程が、支持システムによる接触の間は略非平面姿勢で基板を保持する工程をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
基板上で作業を行う間、基板に加えられる力に反応して、基板を撓ませる工程をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
製造作業を行っている間、発泡体上に電子基板を置く工程をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
製造作業を行っている間、低デュロメーターゲル上に電子基板を置く工程をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
製造作業を行っている間、少なくとも部分的に電磁空洞内に配置されるレオマグネティック流体上に電子基板を置く工程をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
電磁空洞を通電して、電磁空洞内に少なくとも部分的に配置されるレオマグネティック流体を固化する工程をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
電磁空洞の通電を停止する工程をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
製造作業時に電子基板を支持するための装置であって、
フレームと、
フレームに連結され、非剛性的に電子基板を支持するための支持手段であって、製造作業前、及び製造作業時において非剛性的に支持するための手段が電子基板を撓ませる支持手段とを具備する、装置。
支持手段を、電子基板と接する位置から、電子基板から取り外される位置へと移動させるための手段をさらに具備する、請求項２１に記載の装置。
基板上にソルダペーストを印刷するためのステンシルをさらに具備する、請求項２２に記載の装置。
ソルダペーストを基板上に蒸着するためのスキージをさらに具備する、請求項２３に記載の装置。
非剛性的に支持するため手段が発泡体である、請求項２１に記載の装置。
非剛性的に支持するため手段がスポンジである、請求項２１に記載の装置。
非剛性的に支持するため手段が低デュロメーターゲルである、請求項２１に記載の装置。
非剛性的に支持するため手段がレオマグネティック流体である、請求項２１に記載の装置。
レオマグネティック流体を固化するための手段をさらに具備する、請求項２８に記載の装置。