JP2006113258A - 部品実装装置及び部品実装方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】
基体に微細な部品を自己組織的に実装させる場合であっても、部品の使用効率の向上と、部品の実装歩留まりの向上を可能とする部品実装装置及び部品実装方法を提供することを課題とする。
【解決手段】
液体中に部品を分散させてなる部品分散液を保持する部品分散液保持手段と、前記部品分散液保持手段から前記分散液を受取り、液滴を滴下する部品供給手段とを用いて、前記部品分散液からなる液滴を基板に形成された凹部上に供給する。
【選択図】図1

Description

本発明は、部品実装装置及び部品実装方法に関するもので、より詳しくは、部品の使用効率の向上と、部品の実装歩留まりの向上を可能とする部品実装装置および部品実装方法に関する。
現在の電子機器等においては、素子、半導体チップ、さらにはそれらをプラスチックのような絶縁体に埋め込んだ部品を基板上に多数配置することにより構成されたものが広く用いられている。例えば、発光ダイオードディスプレイ(LEDディスプレイ)のように単体のLEDパッケージを基板上に多数配置して画像表示装置とすることが行われている。
基板に部品等を配置する方法としては、フリップチップボンディング法が知られている。フリップチップボンディング法とは、引き出しリードを無くした部品そのものを基板上に実装する方法である。しかしながら、この方法は、基板に実装された部品が基盤上の突起となるため、部品の実装位置に大きな間隔が必要であり、回路の微細化に限界がある。また、この方法は、一つ一つの部品を個別に基板に実装するため、実装作業が極めて煩雑である。
回路の微細化を可能とし、基板上に部品等を迅速に配置する技術は従来までに多く提案されており、例えば、基板に凹部を形成し、その凹部に嵌合する部品を基板に設置する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この方法は、部品を含んだ流体を基板上に搬送し、凹部と部品とに備えた嵌合構造により、部品を基板上に自己組織させる方法である。
特開平9−120943号公報
しかしながら、上述した特許文献1に記載されている技術は、基板の上面の全ての領域に部品を搬送する必要があるため、各凹部の間隔に対して部品のサイズが小さい場合、部品の使用効率が低下するという問題がある。また、部品が100μm以下になると部品の沈降速度が低下し、実装歩留まりが低下する。
したがって、本発明は、基体に微細な部品を実装する場合であっても、部品の使用効率の向上と、部品の実装歩留まりの向上を可能とする部品実装装置および部品実装方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために本発明の部品実装装置は、凹部が形成された基体と、前記凹部と嵌合する所定の部品を所定の液体中に分散させてなる部品分散液を保持する部品分散液保持手段と、該部品分散液保持手段から前記部品分散液を受け取り、該部品分散液からなる液滴を前記凹部上に供給する部品供給手段とを有することを特徴とする。このように構成することで、部品を凹部の上に集中的に供給することができるため、部品の実装歩留まりを向上させることが可能となる。また、部品の使用効率を向上させることが可能となる。
また、上記構成において前記所定の部品は、発光素子であるとすることができる。このようにすることで、画像表示装置に画素を迅速に実装することが可能となる。
また、上記構成において前記部品供給手段は、所定の間隔で二次元的に配置されているとすることができる。このようにすることで、基体上の複数の箇所に同時に部品を実装することが可能となる。
また、上記構成において前記部品供給手段は、画像表示装置の画素ピッチに対応して二次元的に配置されているとすることができる。このようにすることで、画像表示装置の全ての画素を一度に実装することが可能となる。
また、上記構成において、前記凹部に実装されずに前記基体上に残留した前記部品を回収する部品回収手段を有するとすることができる。このようにすることで、基体に供給されたが実装されなかった部品の再利用が可能となる。
また、上記構成において、前記部品回収手段は、前記基体の前記凹部が形成された面に予めラミネートされた所定の膜を含むとすることができる。このように予めラミネートされた所定の膜を部品の実装後に取り除くことにより、凹部に実装された部品に影響を与えることなく、基体の上に残留した部品を回収することが可能となる。
また、上記構成において、前記基体を前記凹部の形成されている面の反対側から押し上げることにより、前記凹部の開口部を一時的に拡大させる開口部拡大手段を有するとすることができる。このようにすることで、部品の実装歩留まりを向上させることができる。また、凹部と部品の嵌合の精度を高くしても、部品の実装歩留まりが低下することなく凹部に部品を装着させることが可能となる。
また、上記課題を解決するために本発明の部品実装方法は、凹部が形成された基体に、前記凹部と嵌合する部品を実装する部品実装方法であって、所定の液体中に前記部品をさせて部品分散液とする工程と、該部品分散液からなる液滴を前記凹部上に供給する工程と
を有することを特徴とする。このような部品実装方法とすることで、部品を凹部の上に集中的に供給することができるため、部品の実装歩留まりを向上させることが可能となる。また、部品の使用効率を向上させることが可能となる。
また、上記部品実装方法において、前記供給工程の前に、前記凹部が形成された面の反対面側から前記基体を押し上げ、前記凹部の開口部を拡大させる工程を有するとすることができる。このようにすることで、部品の実装歩留まりを向上させることができる。また、凹部と部品の嵌合の精度を高くしても、部品の実装歩留まりが低下することなく凹部に部品を装着させることが可能となる。
また、上記部品実装方法において、前記供給工程の後に、前記凹部に実装されずに前記基体上に残留した前記部品を回収する工程を有するとすることができる。このようにすることで、基体に供給されたが実装されなかった部品の再利用が可能となる。
本発明に係る部品実装装置によると、凹部が形成された基体に凹部と嵌合する部品を実装する場合において、部品を凹部の上に集中的に供給することができるため、部品の実装歩留まりを向上させることが可能となる。また、部品の使用効率を向上させることが可能となる。また、チップ供給手段を二次元的に配置することで、基体の複数の箇所に同時に部品を装着することが可能となるとともに、画像表示装置の画素を一度に装着することが可能となる。また、凹部の開口部を一時的に拡大させることで、実装歩留まりを低下させることなく、凹部と部品との嵌合の精度を高めることが可能となる。さらに、部品回収手段を設けたことで、基体に供給されたが凹部に実装されなかった部品の再利用を行うことが可能となる。
本発明に係る部品実装方法によると、凹部が形成された基体に凹部と嵌合する部品を実装する場合において、部品を凹部の上に集中的に供給することができるため、部品の実装歩留まりを向上させることが可能となる。また、部品の使用効率を向上させることが可能となる。また、凹部の開口部を一時的に拡大させることで、実装歩留まりを低下させることなく、凹部と部品との嵌合の精度を高めることが可能となる。さらに、部品を回収することで、基体に供給されたが凹部に実装されなかった部品の再利用を行うことが可能となる。
以下、本発明を適用した実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本願発明は、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
まず最初に、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、本発明の第1の実施形態における部品実装装置の概略説明図である。部品実装装置10は、実装基板12に形成されたチップ供給用凹部18に発光ダイオード(LED)20a、20b、20cを実装するための装置であり、部品供給手段であるチップ供給ノズル11と、ノズル固定部24と、部品分散液保持手段である攪拌装置13a、13b、13cと、送液ポンプ21a、21b、21cと、テーブル23と、チップ回収容器14と、チップ再生装置15とを備える。また、図2は、チップ供給ノズル11の二次元的な配列を概略的に示すための概略図である。
実装基板12は、LEDディスプレイ用のプラスチック基板であり、その表面にLED20a、20b、20cが実装されるチップ固定用凹部18が形成されている。また、実装基板12には、その表面にマトリックス状の電気接続配線16が配列されており、電気接続配線16が交差するチップ実装位置17にチップ固定用凹部18が形成されている。
チップ供給ノズル11は、チップ実装位置17の上部にそれぞれ配置されており、対応するチップ固定用凹部18にLED20a、20b、20cを供給できるように二次元的に配置されている。したがって、部品実装装置10は、全てのチップ固定用凹部18に同時にLED20a、20b、20cを実装できるとともに、全ての画素を一度に実装することが可能となっている。また、チップ供給ノズル11は、排液口として電子弁を備える一般的なノズルを用いることができる。なお、チップ供給ノズル11は、所定の量の液滴を滴下できるものであれば、排液口として電子弁を有するとしなくとも良く、他の排液機構を有するものでも良い。
攪拌装置13a、13b、13cには、水とLED20a、20b、20cからなる部品分散液25a、25b、25cが保持されている。具体的には、攪拌装置13aには赤色に発色するLED20aが保持され、攪拌装置13bには緑色に発色するLED20bが保持され、攪拌装置13cには青色に発色するLED20cが保持されている。
また、LED20a、20b、20cは、攪拌装置13a、13b、13cが備える攪拌機能により水中に分散した状態になっており、一般的な送液用ポンプである送液ポンプ21a、21b、21cによりノズル固定部24を介してチップ供給ノズル11に送られる。なお、攪拌装置13a、13b、13cにはそれぞれ、液滴に含めて実装できるだけの十分な密度でLED20a、20b、20cが投入されている。また、LED20a、20b、20cを分散させる液体は水でなくとも、LED20a、20b、20cの分散を円滑に行うことができて、LED20a、20b、20cと実装基板12との電気的接続を阻害しないものであれば良く、具体的には、エチルアルコール等のアルコール水溶液が挙げられる。
また、チップ供給ノズル11を固定するノズル固定部24には流路が設けられており、LED20a、20b、20cが、実装されるチップ固定用凹部18に対応するチップ供給ノズル11に送られるようになっている。
チップ回収容器14は、実装基板12を設置するテーブル23の下部に設置されており、チップ供給ノズル11から供給されたLED20a、20b、20cのうち、実装基板12に実装されなかったLED20a、20b、20cを回収するための容器である。図示しない放水手段を用いて、実装基板12の表面を洗い流すことで、実装されなかったLED20a、20b、20cがチップ回収容器14に流れ落ちる構成になっている。また、放水手段を用いずに、テーブル23を傾けて振動させる等の方法で、LED20a、20b、20cをチップ回収容器14に入れても良い。このように、チップ回収容器14を設置することで、LED20a、20b、20cの再利用が可能となる。
なお、図6に示すように、実装基板12にポリプロピレン、ポリスチレン等からなる樹脂フィルム22を予めラミネートしておき、LED20a、20b、20cの実装後に樹脂フィルム22を取り除くとすれば、実装されたLED20a、20b、20cに影響を与えることなく、実装されなかったLED20a、20b、20cを回収することが可能となる。
また、部品実装装置10は、チップ回収容器14に排水溝を設けて、回収されたLED20a、20b、20cをチップ回収容器14の下部に設置したチップ再生装置15に収納できる構成としている。なお、チップ再生装置15は、回収されたLED20a、20b、20cを次回の実装に使用できるように適宜必要な処理を行うための装置である。
以上のように構成される部品実装装置10を用いて、実装基板12にLED20a、20b、20cを実装する手順を以下に説明する。
まず最初に、部品分散液25a、25b、25cを用意する。具体的には、部品分散液19aは、攪拌装置13aが保持する水にLED20aを高密度で分散させたものである。また、部品分散液19bは、攪拌装置13bが保持する水にLED20bを高密度で分散させたものである。また、部品分散液19cは、攪拌装置13cが保持する水にLED20cを高密度で分散させたものである。
次に、図3に示すように、チップ供給ノズル11a、11b、11cが、それぞれ対応するチップ固定用凹部18a、18b、18cの上部に位置するように位置合わせを行う。ここで、チップ供給ノズル11aは赤色に発色するLED20aを供給するノズルであり、チップ供給ノズル11bは緑色に発色するLED20bを供給するノズルであり、チップ供給ノズル11cは青色に発色するLED20cを供給するノズルである。また、チップ固定用凹部18aはLED20aが実装される窪みであり、チップ固定用凹部18bはLED20bが実装される窪みであり、チップ固定用凹部18cはLED20cが実装される窪みである。
次に、図4に示すように、チップ固定用凹部18a、18b、18cに液滴19a、19b、19cを同時に供給する。ここで、液滴19aは、部品分散液25aからなる液滴である。また、液滴19bは、部品分散液25bからなる液滴である。また、液滴19cは、部品分散液25cからなる液滴である。このように、チップ固定用凹部18a、18b、18cに集中的に液滴19a、19b、19cを供給することで、LED20a、20b、20cの実装歩留まりを向上させることが可能であるとともに、LED20a、20b、20cの使用効率を向上させることが可能である。
液滴19a、19b,19cに含まれた状態でチップ固定用凹部18a、18b、18c上に供給された複数のLED20a、20b、20cは、液滴19a、19b、19c中を重力により沈降し、自己組織的にチップ固定用凹部18a、18b、18cに装着される。また、LED20a、20b、20cの実装後、実装基板12上に残留したLED20a、20b、20cは、図示しない放水手段を用いて実装基板12の表面に水を流すことによりチップ回収容器14にて回収される。このとき、チップ固定用凹部18a、18b、18cに装着されたLED20a、20b、20cが流れないように注意する必要がある。なお、実装基板12の表面に樹脂フィルム22を予めラミネートしていた場合は、実装基板12の表面を水で流すことなく、樹脂フィルム22を取り除くだけでよい。図5に、LED20a、20b、20cの実装が完了した様子を示す。
最後に、チップ回収容器14にて回収されたLED20a、20b、20cは、チップ再生装置15に送られ、適宜必要な再生処理が行われる。以上のように、部品実装装置10を用いて、LED20a、20b、20cを実装基板12に実装することにより、従来と比較して格段に迅速に画像表示装置に画素を実装することができる。
以上、本発明の第1の実施形態について説明した。なお本発明は、以上の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において各構成要素を適宜変更可能である。例えば、所定の部品を実装させる基体が柔軟性を備える素材からなるフレキシブル基板であれば部品実装装置を以下のように構成することもできる。
図7は、本発明における第2の実施形態であり、フレキシブル基板に所定の半導体チップを装着する部品実装装置の概略説明図である。部品実装装置30は、フレキシブル基板42に形成されたチップ固定用凹部48に所定の半導体チップ50を実装するための装置であり、部品供給手段であるチップ供給ノズル41と、ノズル固定部44と、部品分散液保持手段である攪拌装置43と、送液ポンプ51と、第1ロール部33と、第2ロール部32と、開口部拡大手段である第3ロール部31と、第4ロール部34と、チップ回収容器44と、チップ再生装置45とを備える。
フレキシブル基板42は、ポリイミドからなる基板であり、その表面にチップ固定用凹部48と所定の配線(図示せず)とが形成されている。また、フレキシブル基板42は、第1ロール部33に巻きついた状態で支持され、第1ロール部33、第2ロール部32、第3ロール部31および第4ロール部34の回転により順次、部品実装装置30に供給される。
チップ供給ノズル41は、チップ固定用凹部48の上部にそれぞれ配置されており、対応するチップ固定用凹部48に半導体チップ50を供給できるようにノズルに二次元的に配置されている。また、チップ供給ノズル41は、排液口として電子弁を備える一般的なノズルを用いることができる。なお、チップ供給ノズル11は、所定の量の液滴を滴下できるものであれば、排液口として電子弁を有するとしなくとも良く、他の排液機構を有するものでも良い。
攪拌装置43には、水と半導体チップ50とからなる部品分散液55が保持されている。また、半導体チップ50は、攪拌装置43が備える攪拌機能により水中に分散した状態になっており、一般的な送液用ポンプである送液ポンプ51によりノズル固定部44を介してチップ供給ノズル41に送られる。なお、攪拌装置43には、液滴に含めて実装できるだけの十分な密度で半導体チップ50が投入されている。また、半導体チップ50を分散させる液体は水でなくとも、半導体チップ50の分散を円滑に行うことができ、半導体チップ50とフレキシブル基板42との電気的接続を阻害しないものであれば良く、具体的には、エチルアルコール等のアルコール水溶液が挙げられる。
チップ回収容器44は、第3ロール部31と第4ロール部34にて支持されるフレキシブル基板42の下部に配置され、チップ供給ノズル41から供給された半導体チップ50のうち、フレキシブル基板42に実装されなかった半導体チップ50を回収するための容器である。図示しない放水手段を用いて、フレキシブル基板42の表面を洗い流すことで、実装されなかった半導体チップ50がチップ回収容器14に流れ落ちる構成になっている。また、チップ回収容器44に排水溝を設けて、回収された半導体チップ50をチップ回収容器44の下部に設置したチップ再生装置15に収納できる構成としている。なお、チップ再生装置55は、回収された半導体チップ50を次回の実装に使用できるように適宜必要な処理を行うための装置である。
第1ロール部は、フレキシブル基板42を巻きつけて支持するための回転するロールである。また、第2ロール部と第4ロール部は、それぞれ1対の回転するロールにより構成され、フレキシブル基板42を第3ロール部に導くためのガイド装置である。第3ロール部31は、チップ供給ノズル41の下部に設置され、フレキシブル基板42を支持するための回転するロールである。また、第3ロール部31は、第2ロール部32と第4ロール部34の間に設置され、フレキシブル基板42を押し上げて山なり形状にするように設置されている。
以上のように構成される部品実装装置30を用いて、フレキシブル基板42に半導体チップ50を実装する手順を以下に説明する。
まず最初に、攪拌装置43を用いて、水と半導体チップ50とからなる部品分散液55を調製する。次に、第1ローラ部33、第2ローラ部32、第3ローラ部31、第4ローラ部34をそれぞれ所定の方向に回転させて、半導体チップ50が実装されるべきチップ固定用凹部48をチップ供給ノズル41の下に移動させる。フレキシブル基板42はチップ固定用凹部48の形成された面の反対側から押し上げられた山なり形状になっているため、チップ固定用凹部48をチップ供給ノズル41の下に移動させることにより、チップ固定用凹部48の開口部が拡大する。
次に開口部が拡大したチップ固定用凹部48の上に、部品分散液55からなる液滴49を供給する。このときの様子を図8に示す。このように、液滴49を供給する際に、チップ固定用凹部48の開口部を拡大させることで、半導体チップ50がチップ固定用凹部48に沈降する確率が高まり、半導体チップ50の実装歩留まりを向上させることが可能である。また、チップ固定用凹部48と半導体チップ50の嵌合をより精密なものとしても、実装歩留まりが低下することがない。
半導体チップ50がチップ固定用凹部48に実装されたことを確認した後、第1ローラ部33、第2ローラ部32、第3ローラ部31、第4ローラ部34をそれぞれ所定の方向に回転させて、次に半導体チップ50が実装されるべきチップ固定用凹部48をチップ供給ノズル41の下に移動させる。また、第3ローラ部31と第4ローラ部34とで支持されているフレキシブル基板42の表面に水を流して、チップ固定用凹部48に装着されずにフレキシブル基板42上に残留している半導体チップ50をチップ回収容器44にて回収する。
最後に、チップ回収容器14にて回収された半導体チップ50は、チップ再生装置15に送られ、適宜必要な再生処理が行われる。
以上、本発明の第2の実施形態について説明した。なお本発明は、以上の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において各構成要素を適宜変更可能である。
本発明の第1の実施形態における部品実装装置の概略説明図である。 同部品実装装置の部品供給手段の二次元的な配列を示す概略説明図である。 同部品実装装置を用いて部品の実装を行う様子を示す概略説明図である。 同部品実装装置を用いて部品の実装を行う様子を示す概略説明図である。 同部品実装装置を用いて部品の実装を行う様子を示す概略説明図である。 同部品実装装置において、部品の回収を行う様子を示す概略説明図である。 本発明の第2の実施形態における部品実装装置の概略説明図である。 同部品実装装置を用いて部品の実装を行う様子を示す概略説明図である。
符号の説明
10、30...部品実装装置
11、11a、11b、11c、41...チップ供給ノズル
12...実装基板
13a、13b、13c、43...攪拌装置
14、44...チップ回収容器
15、45...チップ再生装置
16...電気接続配線
17...チップ実装位置
18、18a、18b、18c、48...チップ固定用凹部
19a、19b、19c、49...液滴
20a、20b、20c...LED
21a、21b、21c、51...送液ポンプ
22...樹脂フィルム
23...テーブル
24、44...ノズル固定部
25a、25b、25c、55...部品分散液
31...第3ローラ部
32...第2ローラ部
33...第1ローラ部
34...第4ローラ部
42...フレキシブル基板
50...半導体チップ

Claims (10)

  1. 凹部が形成された基体と、
    前記凹部と嵌合する所定の部品を所定の液体中に分散させてなる部品分散液を保持する部品分散液保持手段と、
    該部品分散液保持手段から前記部品分散液を受け取り、該部品分散液からなる液滴を前記凹部上に供給する部品供給手段と
    を有することを特徴とする部品実装装置。
  2. 前記所定の部品は、発光素子であることを特徴とする請求項1記載の部品実装装置。
  3. 前記部品供給手段が、所定の間隔で二次元的に配置されていることを特徴とする請求項1記載の部品実装装置。
  4. 前記部品供給手段が、画像表示装置の画素ピッチに対応して二次元的に配置されていることを特徴とする請求項1記載の部品実装装置。
  5. 前記凹部に実装されずに前記基体上に残留した前記部品を回収する部品回収手段を有することを特徴とする請求項1記載の部品実装装置。
  6. 前記部品回収手段は、前記基体の前記凹部が形成された面に予めラミネートされた所定の膜を含むことを特徴とする請求項5記載の部品実装装置。
  7. 前記基体を前記凹部の形成されている面の反対側から押し上げることにより、前記凹部の開口部を一時的に拡大させる開口部拡大手段を有することを特徴とする請求項1記載の部品実装装置。
  8. 凹部が形成された基体に、前記凹部と嵌合する部品を実装する部品実装方法であって、
    所定の液体中に前記部品を分散させて部品分散液とする工程と、
    該部品分散液からなる液滴を前記凹部上に供給する供給工程と
    を有することを特徴とする部品実装方法。
  9. 前記供給工程の前に、前記凹部が形成された面の反対面側から前記基体を押し上げ、前記凹部の開口部を拡大させる工程を有することを特徴とする請求項8記載の部品実装方法。
  10. 前記供給工程の後に、前記凹部に実装されずに前記基体上に残留した前記部品を回収する工程を有することを特徴とする請求項8記載の部品実装方法。


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