JP2007324413A - 熱圧着ヘッド及びこれを用いた実装装置 - Google Patents

熱圧着ヘッド及びこれを用いた実装装置 Download PDF

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Abstract


【課題】短時間で、かつ、高い接続信頼性で電気部品を配線基板上に実装可能な熱圧着ヘッド及びこれを用いた実装装置を提供する。
【解決手段】加熱可能な金属製のヘッド本体５にエラストマーからなる弾性圧着部材７を有する熱圧着ヘッド３であって、ヘッド本体５に圧着対象である電気部品２０に対応する金属押圧部５ｂが一体的に設けられるとともに、弾性圧着部材７が、金属押圧部５ｂの周囲において金属押圧部５ｂの押圧面５０が凹んだ状態で露出するようにヘッド本体５に装着されているものである。ヘッド本体５は、凹部５ａを有する枠状の部材からなり、ヘッド本体５の凹部５ａ内に金属押圧部５ｂが一体形成されるとともに、弾性圧着部材７が凹部５ａ内に収容装着されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、種々の電気部品を配線基板上に実装する技術に関し、特に接着剤を用いて電気部品を実装するための熱圧着ヘッド及びこれを用いた実装装置に関する。
一般に、抵抗器やコンデンサ等の受動部品を配線基板上に実装する場合には、リフロー炉において接続材料としてのはんだを溶融させて実装することが行われている。
一方、ＩＣチップ等の電気部品を配線基板上に実装する場合には、パッケージ化してはんだにより実装したり、ＩＣチップを配線基板上に直接搭載してワイヤーボンディングやフリップチップによって実装することが行われている。
このような電気部品を導電性接着剤等を用いてフリップチップ実装する場合、通常は金属・セラミック等の硬質の圧着ヘッドを用いて熱圧着することが行われている。
その一方、近年、シリコンラバー等の弾性を有する部材を圧着ヘッドに用いて熱圧着することも行われている。
このような弾性部材を圧着ヘッドとして用いた場合、高さの異なる複数の電気部品の圧着が可能になるとともに、ＩＣチップの他に抵抗器・コンデンサ等の異なる種類の電子部品を同時に一括に圧着することができるというメリットがある（例えば特許文献１参照）。
しかし、金属・セラミック等からなる圧着ヘッドを用いた場合には、熱圧着の際に電気部品の周囲の接着剤のフィレット部に対する加熱が不足してボイドが発生することから接続信頼性が低くなるおそれがあるという問題がある。
一方、上述した弾性体からなる圧着ヘッドを用いた場合には、熱圧着の際に圧着ヘッド側からの加熱が十分でないことから実装に長時間を要するという問題がある。
特開２００５−３２９５２号公報
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、短時間で、かつ、高い接続信頼性で電気部品を配線基板上に実装可能な熱圧着ヘッド及びこれを用いた実装装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、加熱可能な金属製のヘッド本体にエラストマーからなる弾性圧着部材を有する熱圧着ヘッドであって、前記ヘッド本体に圧着対象である電気部品に対応する金属押圧部が一体的に設けられるとともに、前記弾性圧着部材が、前記金属押圧部の周囲において前記金属押圧部の押圧面が凹んだ状態で露出するように前記ヘッド本体に装着されているものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ヘッド本体は、凹部状の収容部を有する枠状の部材からなり、当該ヘッド本体の収容部内に前記金属押圧部が一体的に突出形成されるとともに、前記弾性圧着部材が当該収容部内に収容されているものである。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２のいずれか１項記載の発明において、前記金属押圧部の押圧面の大きさが、前記電気部品の被押圧面の大きさより若干小さくなるように構成されているものである。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の発明において、前記金属押圧部の押圧面と前記弾性圧着部材の表面の高さの差が、前記電気部品の厚さ以上となるように構成されているものである。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項記載の発明において、前記弾性圧着部材の前記金属押圧部の周囲の部分が当該金属押圧部上の開口部の外方に向ってテーパ状に形成されているものである。
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項記載の熱圧着ヘッドを備え、配線基板上に配置された電気部品に対して前記熱圧着ヘッドを所定の圧力で押圧するように構成された実装装置である。
本発明の場合、ヘッド本体に圧着対象である電気部品に対応する金属押圧部が一体的に設けられるとともに、この金属押圧部の周囲においてエラストマーからなる弾性圧着部材が金属押圧部の押圧面が凹んだ状態で露出するようにヘッド本体に装着されていることから、熱圧着の際に、電気部品の被押圧面（頂部領域）に対して金属押圧部を密着させて加圧加熱させる一方で、周囲の接着剤のフィレット部に対しては弾性圧着部材によって加圧加熱させることができる。その結果、短時間で電気部品の熱圧着を行うとともに、電気部品の周囲の接着剤のフィレット部に対してもボイドの生じないように熱圧着を行うことができ、これにより接着剤を用いて高信頼性の電気部品の接続を行うことができる。
本発明において、ヘッド本体が、凹部状の収容部を有する枠状の部材からなり、このヘッド本体の収容部内に金属押圧部が一体形成されるとともに、弾性圧着部材が当該収容部内に収容されている場合には、簡素な構成で確実に弾性圧着部材をヘッド本体に装着可能な熱圧着ヘッドを得ることができる。
本発明において、金属押圧部の押圧面の大きさが、電気部品の被押圧面の大きさより若干小さくなるように構成されている場合には、電気部品の周囲の接着剤のフィレット部に対して弾性圧着部材によって確実に加圧加熱してボイドの発生を防止することができる。
本発明において、金属押圧部の押圧面と弾性圧着部材の表面の高さの差が、電気部品の厚さ以上となるように構成されている場合には、電気部品の周囲の接着剤のフィレット部に対して弾性圧着部材によって十分な加圧力が加わるため、より確実にフィレット部においてボイドの発生を防止することができる。
本発明において、弾性圧着部材の金属押圧部の周囲の部分が当該金属押圧部上の開口部の外方に向ってテーパ状に形成されている場合には、弾性圧着部材の押圧面側の開口部を電気部品の頂部領域の大きさより大きくすることにより、熱圧着の際に弾性圧着部材のテーパ部が電気部品の被押圧面の縁部に当接し、その案内動作によって電気部品が金属押圧部の押圧面に対し円滑に密着する。また、弾性圧着部材のテーパ部の縁部によって電気部品の周囲の接着剤のフィレット部を確実に加圧することができ、ボイドの発生を確実に防止することができる。
本発明によれば、短時間で、かつ、高い接続信頼性で電気部品を配線基板上に実装可能な熱圧着ヘッド及びこれを用いた実装装置を提供することができる。
以下、本発明に係る熱圧着ヘッド及びこれを用いた実装装置の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）は、本実施の形態の実装装置を示す概略部分断面図、図１（ｂ）は、同実装装置における熱圧着ヘッドの押圧側の部分を示す図である。
また、図２（ａ）（ｂ）は、同熱圧着ヘッドの押圧面と電気部品の頂部領域の寸法関係を示す説明図である。
図１（ａ）（ｂ）に示すように、本実施の形態の実装装置１は、配線パターン（図示せず）が形成された配線基板１０を載置する基台２と、圧着対象であるＩＣチップ等の電気部品２０を加圧及び加熱する熱圧着ヘッド３を備えている。
ここで、基台２は所定の金属からなり、その内部には、図示しない加熱用のヒーターが設けられている。そして、基台２上に載置された配線基板１０上の所定の位置に接着剤３０を介して電気部品２０が配置されるようになっている。
なお、本発明の場合、接着剤３０としては、絶縁性接着剤、異方導電性接着剤のいずれも使用することができる。
一方、熱圧着ヘッド３は、例えばステンレス等の金属材料からなるヘッド本体５を有しており、このヘッド本体５の内部には、加熱用のヒーター６が設けられている。
本実施の形態のヘッド本体５は、例えば箱形枠状の金属部材からなり、基台２と対向する部分に凹部（収容部）５ａが設けられている。
そして、ヘッド本体５の凹部５ａの電気部品に対応する位置（例えば本実施の形態の場合は中央部分）には、後述する金属押圧部５ｂが例えば一体成形によりヘッド本体と一体的に設けられている。
さらに、ヘッド本体５の凹部５ａには、例えばプレート状のエラストマー（シリコーンゴム等）からなる弾性圧着部材７が凹部５ａ内に密着するように装着されている。
本発明の場合、弾性圧着部材７は、金属押圧部５ｂの周囲において金属押圧部５ｂの押圧面５０が凹んだ状態で露出するように装着されている。
本実施の形態の金属押圧部５ｂは、四角柱状に形成され、その先端部には矩形平面状の押圧面５０が形成されている。
本発明の場合、金属押圧部５ｂの押圧面５０の大きさは特に限定されることはないが、電気部品２０の周囲の接着剤３０のフィレット部に対してボイドの生じないように弾性圧着部材７によって確実に加圧加熱する観点からは、電気部品２０の押圧される面の大きさより若干小さくなるように構成することが好ましい。
例えば、本実施の形態の場合は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、金属押圧部５ｂの押圧面５０の大きさ（外形）が、電気部品２０の頂部領域（被押圧面）２１の大きさ（外形）より若干小さくなるように構成することが好ましい。
一方、本発明の場合、特に限定されることはないが、電気部品２０の周囲の接着剤３０のフィレット部に対してボイドの生じないようにより確実に加圧する観点からは、例えば、図２（ａ）に示すように、金属押圧部５ｂの押圧面５０と弾性圧着部材７の表面の高さの差Ｈが、電気部品の厚さｈ以上となるように構成することが好ましい。
さらに、本発明の場合、特に限定されることはないが、金属押圧部５ｂの押圧面５０を電気部品２０の頂部領域２１に対して円滑に密着させ、かつ、周囲の接着剤３０のフィレット部に対してボイドの生じないようにより確実に加圧する観点からは、弾性圧着部材７の金属押圧部５ｂの周囲の部分を開口部８の外方に向ってテーパ状に形成することが好ましい。
すなわち、弾性圧着部材７の開口壁面部分に所定の角度のテーパ部７ａを形成し、弾性圧着部材７の押圧面５０上の開口部８を電気部品２０の頂部領域２１の大きさより大きくすることにより、熱圧着の際に弾性圧着部材７のテーパ部７ａが電気部品２０の頂部領域２１の縁部に当接し、その案内動作によって電気部品２０が金属押圧部５ｂの押圧面５０に対し円滑に密着する。また、弾性圧着部材７のテーパ部７ａの縁部によって電気部品２０の周囲の接着剤３０のフィレット部を確実に加圧してボイドの発生を防止することが可能になる。
なお、弾性圧着部材７に設けるテーパ部７ａの角度は、金属押圧部５ｂの押圧面５０と電気部品２０の頂部領域２１の大きさ、及び、金属押圧部５ｂの押圧面５０に対する弾性圧着部材７の表面の高さＨに応じて適宜設定することができる。
以上述べた本実施の形態によれば、ヘッド本体５に圧着対象である電気部品２０に対応する金属押圧部５ｂが一体的に設けられるとともに、この金属押圧部５ｂの周囲においてエラストマーからなる弾性圧着部材７が金属押圧部５ｂの押圧面５０が凹んだ状態で露出するようにヘッド本体５に装着されていることから、電気部品２０の頂部領域２１に対して金属押圧部５ｂを密着させて加圧加熱させる一方で、周囲の接着剤３０のフィレット部に対しては弾性圧着部材７によって加圧加熱させることができる。その結果、短時間で電気部品２０の熱圧着を行うとともに、電気部品２０の周囲の接着剤３０のフィレット部に対してもボイドの生じないように熱圧着を行うことができ、これにより接着剤３０を用いて高信頼性の電気部品２０の接続を行うことができる。
特に、本実施の形態によれば、ヘッド本体５が、凹部５ａを有する枠状の部材からなり、このヘッド本体５の凹部５ａ内に金属押圧部５ｂが一体形成されるとともに、弾性圧着部材７が当該収容部内に収容されていることから、簡素な構成で確実に弾性圧着部材７をヘッド本体５に装着可能な熱圧着ヘッドを得ることができる。
また、本実施の形態によれば、金属押圧部５ｂの押圧面５０の大きさが、電気部品２０の頂部領域２１の大きさより若干小さくなるように構成されていることから、電気部品２０の周囲の接着剤３０のフィレット部に対して弾性圧着部材７によって確実に加圧加熱してボイドの発生を防止することができる。
なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、上述の実施の形態においては、ヘッド本体に金属押圧部を一つ設けるようにしたが、本発明はこれに限られず、ヘッド本体に金属押圧部を複数設け、複数の電気部品を同時に熱圧着するように構成することもできる。
また、金属押圧部及び押圧面の配置、形状についても、熱圧着の対象となる電気部品に応じて適宜変更することができる。
さらに、本発明は、ＩＣチップ、コンデンサ等の種々の電気部品に適用することができるものである。
（ａ）：本発明に係る実装装置の実施の形態を示す概略部分断面図（ｂ）：同実装装置における熱圧着ヘッドの押圧側の部分を示す図 （ａ）（ｂ）：同熱圧着ヘッドの押圧面と電気部品の頂部の寸法関係を示す説明図
符号の説明
１…実装装置
２…基台
３…熱圧着ヘッド
５…ヘッド本体
５ａ…凹部（収容部）
５ｂ…金属押圧部
６…ヒーター
７…弾性圧着部材
７ａ…テーパ部
８…開口部
２０…電気部品
２１…頂部領域（被押圧面）
３０…接着剤
５０…押圧面

Claims (6)

  1. 加熱可能な金属製のヘッド本体にエラストマーからなる弾性圧着部材を有する熱圧着ヘッドであって、
    前記ヘッド本体に圧着対象である電気部品に対応する金属押圧部が一体的に設けられるとともに、
    前記弾性圧着部材が、前記金属押圧部の周囲において前記金属押圧部の押圧面が凹んだ状態で露出するように前記ヘッド本体に装着されている熱圧着ヘッド。
  2. 前記ヘッド本体は、凹部状の収容部を有する枠状の部材からなり、当該ヘッド本体の収容部内に前記金属押圧部が一体形成されるとともに、前記弾性圧着部材が当該収容部内に収容されている請求項１記載の熱圧着ヘッド。
  3. 前記金属押圧部の押圧面の大きさが、前記電気部品の被押圧面の大きさより若干小さくなるように構成されている請求項１又は２のいずれか１項記載の熱圧着ヘッド。
  4. 前記金属押圧部の押圧面と前記弾性圧着部材の表面の高さの差が、前記電気部品の厚さ以上となるように構成されている請求項１乃至３のいずれか１項記載の熱圧着ヘッド。
  5. 前記弾性圧着部材の前記金属押圧部の周囲の部分が当該金属押圧部上の開口部の外方に向ってテーパ状に形成されている請求項１乃至４のいずれか１項記載の熱圧着ヘッド。
  6. 請求項１乃至５のいずれか１項記載の熱圧着ヘッドを備え、
    配線基板上に配置された電気部品に対して前記熱圧着ヘッドを所定の圧力で押圧するように構成された実装装置。
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