JP2008072020A - 部品取外し装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大気中に有害物質を放出することなく、少ないエネルギーで短時間に実装部品を取外す。
【解決手段】電子部品７１が配置された空間１００内の気体を、循環ポンプ２１により外部に漏らすことなく加熱炉３０の内部を循環させる。これにより、ヒータ３５_１〜３５_１２によって加熱された後に電子部品７１に噴射された気体の余熱を再利用することができ、少ないエネルギーで短時間に電子部品７１を基板７０から取外すことが可能となる。また、電子部品７１に噴射された気体が外部に漏れることがないので、電子部品７１の加熱中に発生した有害物質が外部に放出されることもない。
【選択図】図１

Description

本発明は、部品取外し装置に係り、更に詳しくは基板に実装された部品を取外す部品取外し装置に関する。

近年、産業廃棄物による環境問題が重視される中、鉛を含むはんだが使用されたプリント基板や電子デバイスの廃材が問題視されている。ＥＵ諸国では、これらの廃材による環境汚染を皮切りに、ＲｏｈＳ（Restriction of the Use of Certain Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment）指令が発令され、鉛は電気製品に使用してはならない有害物質の一つとなった。この鉛フリー化の流れは、全世界に波及することが予想され、我が国おいても、鉛を含まないはんだの研究開発が進められている。

一方、基板実装の分野では、装置の小型化及び多機能化の観点から、高密度実装の技術開発が進められ、近年では、基板への高密度実装が可能なボールグリッドアレイ（ＢＧＡ（Ball Grid Array））が登場するに至っている。このような電子部品は、一度基板に実装されると破壊することなく基板から取外すことが困難であるため、その取外しは、相当な熟練作業者か又は工場に設置された大型の装置により行われていた。そこで、最近では、例えば特許文献１、及び特許文献２に記載された装置のように、小型で、かつ部品を容易に取外すことを可能にしたリペアツールが提案されている。

しかしながら、最近の実装工程では、上述の観点から融点の高い鉛フリーのはんだがよく用いられるようになったため、電子部品を従来より高い温度で加熱する必要がある。このため、特許文献１、及び特許文献２の装置を用いて電子部品の取外しを行った場合には、電子部品の加熱に長時間を要し省エネルギー化の要請に反することとなる。また、電子部品に噴射した温風はそのまま大気中に排気されるため、加熱時にはんだや基板から発生した有害物質も同時に大気中に放出されてしまうという不都合もある。

特開平９−３６５３８号公報 特開２００３−２５８０２６号公報

本発明は上述の事情の下になされたもので、大気中に有害物質を放出することなく、少ないエネルギーで短時間に実装部品を取外すことが可能な部品取外し装置を提供することにある。

本発明は、基板の表面に実装された部品に加熱した気体を噴射して、前記基板から前記部品を取外す部品取外し装置であって、前記基板の表面を覆うことで、前記基板に実装された前記部品を外部空間から隔離する容体と；前記容体内部の気体を吸気して、前記部品に噴射する循環機構と；前記循環機構により前記部品に噴射される気体を加熱する加熱装置と；を備える部品取外し装置である。

これによれば、基板に実装された電子部品に噴射された気体は、外部に放出されることなく、加熱装置によって加熱され、再度循環機構により電子部品に噴射される。すなわち、循環機構によって、気体が電子部品と加熱装置との間を、外部に漏れることなく循環する。これにより、電子部品に噴射された気体の余熱を再利用することができ、少ないエネルギーで短時間に電子部品を基板から取外すことが可能となる。また、電子部品に噴射された気体が外部に漏れることがないので、電子部品の加熱時に発生した有害物質が外部に放出されることもない。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１には一実施形態に係る部品取外し装置１０の概略構成が、基板７０及び該基板７０に実装された電子部品７１とともに示されている。この部品取外し装置１０は、一例として基板７０に実装された電子部品７１に、加熱した例えば空気などの気体を噴射することにより、基板７０と電子部品７１とを接続するはんだを溶解し、電子部品７１を基板７０から取外す装置である。

図１に示されるように、前記部品取外し装置１０は、加熱機構２０、コントロールボックス５０、インターフェイス６０を備えている。

前記加熱機構２０は、基板７０に実装された電子部品７１の周囲に、加熱した気体を循環させることにより、基板７０と電子部品７１とをはんだにより接続するボンディング部７１ａを加熱融解して、基板７０から電子部品７１の取外しを行う装置である。この加熱機構２０は、図１に示されるように、循環ポンプ２１と、該循環ポンプ２１に吸気管２２及び供給管２３を介して接続された加熱炉３０などを有している。

前記循環ポンプ２１は、吸気口から吸気した気体を排気口から排出するポンプであり、前記吸気管２２及び前記供給管２３それぞれは、一端が前記循環ポンプ２１の吸気口及び排気口にそれぞれ接続され、他端が加熱炉３０の内部に挿入されている。これらの吸気管２２と供給管２３とは、循環ポンプ２１から加熱炉３０に向かう途中で、図２のＸＹ断面図に示されるように、供給管２３の内部に吸気管２２が配置された状態で、加熱炉３０の上方（−Ｚ側）から内部に引き込まれている。そして、加熱炉３０の内部では、加熱炉３０のＺＸ断面を吸気管２２及び供給管２３とともに示す図である図３（Ａ）に示されるように、吸気管２２の端部が供給管２３の端部よりも下方に突出した状態となっている。

前記加熱炉３０は、図３（Ａ）に示されるように、供給管２３に固定された外壁部材３１、吸気管２２に固定された内壁部材３２、該内壁部材３２の外周面に沿って固体された例えば１２個のヒータ３５_１〜３５_１２、及び吸気管２２の端部に装着された吸着部材３３を含んで構成されている。

図３（Ａ）、及び加熱炉３０を下方（−Ｚ側）から見た図である図３（Ｂ）を総合するとわかるように、前記外壁部材３１は、下面が開放された略４角錐形状の中空部材であり上部には供給管２３の外径と同径の円形開口３１ａが形成されている。また、この外壁部材３１の−Ｚ側端部下面には、例えばテフロン（登録商標）ゴムを素材とする保護部材３７が取り付けられている。詳述すると、外壁部材３１の−Ｚ側端部近傍の断面を示す図である図４（Ａ）に示されるように、外壁部材３１の−Ｚ側端部下面には、その外縁に沿ってＴ字状の環状溝３１ｂが形成されている。そして、この環状溝３１ｂに、例えば断面が正方形の環状部材から下面側のコーナー部分を切り取る加工を施すことにより形成された保護部材３７が機械的に嵌め込まれている。図４（Ｂ）に示されるように、環状溝３１ｂと保護部材３７との間には、若干の遊び（クリアランス）が設けられており、保護部材３７は環状溝３１ｂに嵌め込まれた状態で熱膨張することが可能となっている。更に、図３（Ａ）に示されるように、外壁部材３１の外周面には、加熱炉３０の内部を外部空間と熱的に絶縁する断熱材３１ｃが貼り付けられている。

前記内壁部材３２は、外壁部材３１とほぼ同形状で、大きさが僅かに小さい部材であり、上部には吸気管２２の外径と同径の円形開口３２ａが形成されている。

上述のように構成された、外壁部材３１及び内壁部材３２は、図３（Ａ）に示されるように、外壁部材３１が円形開口３１ａに挿入された供給管２３に固定され、内壁部材３２が、外壁部材３１の内部に収容された状態で、円形開口３２ａに挿入された吸気管２２に固定されている。これにより、基板７０に実装された電子部品７１の周囲に気体を噴射する噴射口３８が形成され、循環ポンプ２１から供給管２３を介して加熱炉３０の内部に供給される気体は、図３（Ａ）中の矢印に示されるように、外壁部材３１と内壁部材３２とで規定される空間１０１を介して、内壁部材３２の内部空間１００へ供給される。そして、内部空間１００に供給された気体は、フィルタ２６で気体中の有害物質が除去された状態で循環ポンプ２１に戻されるようになっている。

前記１２個のヒータ３５_１〜３５_１２は、一例として外部から供給される電気エネルギーを熱エネルギーに変換して、噴射口３８から噴出される気体を加熱する電気ヒータであり、図３（Ｂ）に示されるように、内壁部材３２の外周面に沿って等間隔に配置されている。

前記吸着部材３３は、図３（Ａ）に示されるように、長手方向をＺ軸方向とする筒状部３３ａと、該筒状部３３ａの下端部に形成された円形のフランジ部３３ｂの２部分を有している。この吸着部材３３の筒状部３３ａの内周面には雌螺子部が形成されており、この雌螺子部が吸気管２２の端部に形成された雄螺子部に螺合することで、吸気管２２の端部に装着されている。このため、作業者等は、吸気管２２に対して吸着部材３３を回転させることで吸着部材３３の位置を上下させ、電子部品７１との距離を調整することが可能となっている。

図１に戻り、コントロールボックス５０は、主制御装置５１、ヒータ制御装置５２、及びポンプ制御装置５３を備えている。

前記ヒータ制御装置５２は、主制御装置５１からの指令に基づいて、温度センサ３６を介して電子部品７１近傍の温度を監視しながら、ヒータ３５_１〜３５_１２を駆動して、循環ポンプ２１から供給された気体を所定の温度まで加熱する。なお、温度センサ３６での検出結果、及びヒータ３５_１〜３５_１２の駆動状況はヒータ制御装置５２から主制御装置５１へ随時通知されるようになっている。

前記ポンプ制御装置５３は、主制御装置５１からの指令に基づいて、循環ポンプ２１の始動及び停止を行うとともに、圧力センサ２４を介して吸気管２２の内部圧力を監視する。そして、内部圧力が所定の閾値を上回った場合には、圧力調整弁２５を開放して吸気管２２の内部圧力がほぼ大気圧と同じになるように調整する。なお、圧力センサ２４での検出結果、及び循環ポンプ２１の駆動状況は、ポンプ制御装置５３から主制御装置５１へ随時通知されるようになっている。

前記主制御装置５１は、例えばＣＰＵなどを含む計算機を備え、作業者等によりインターフェイス６０へ入力された指令や設定値に基づいて、ヒータ制御装置５２及びポンプ制御装置５３を統括的に制御する。

前記インターフェイス６０は、作業者等が装置の運転指令や停止指令を入力したり、電子部品７１を加熱する温度を設定するための入力部６０ａと、装置の運転状態や、炉内温度及び圧力などの各ステータスやパラメータを表示する表示部６０ｂとを備えている。

次に、上述のように構成された部品取外し装置１０の動作について説明する。前提として、図３（Ａ）に示されるように、加熱炉３０は基板７０の表面に設置されているものとし、電子部品７１は、例えば下面にはんだボールの端子が格子状に配置されたＬＳＩ素子（ＢＧＡ）であり、基板７０に対して例えば融点が２３０℃程度の鉛フリーはんだで実装されているものとする。また、加熱炉３０の内部の圧力は起動時には大気圧と同等であるものとする。

主制御装置５１は、インターフェイス６０を介して、作業者による目標温度（ここでは２５０℃とする）の入力、及び運転開始指令の入力が完了すると、ポンプ制御装置５３へ循環ポンプ２１の運転を指示するとともに、ヒータ制御装置５２へ目標温度を通知する。

ポンプ制御装置５３は、主制御装置５１から運転指令を受けると、循環ポンプ２１を運転する。また、上述したように、ポンプ制御装置５３は、吸気管２２の内部圧力を圧力センサ２４を介して常時監視し、必要に応じて圧力調整弁２５を開閉することで、吸気管２２の内部圧力、すなわち電子部品７１の加熱が行われる空間１００の気圧が、大気圧と同程度になるように調整する。

一方、ヒータ制御装置５２は、主制御装置５１から目標温度が通知されると、温度センサ３６を介して電子部品７１の周囲温度と目標温度との偏差を算出し、この偏差に基づいてヒータ３５_１〜３５_１２を駆動し、噴射口３８から噴射される気体を加熱する。

上記のように、ヒータ制御装置５２とポンプ制御装置５３とが協働すると、加熱炉３０内の気体は、循環ポンプ２１により吸気管２２を介して吸気される。そして、図３（Ａ）中の矢印に示されるように、気体は供給管２３を介して加熱炉３０の空間１０１へ供給され、ここでヒータ３５_１〜３５_１２により加熱された後に、噴射口３８から電子部品７１の周囲へ噴射される。噴射口３８から噴出された気体は、基板７０の上面に沿ってボンディング部７１ａに達し、ボンディング部７１ａとの間で熱交換が行われた後に、再度吸気管２２を介して吸気される。このように、循環ポンプ２１による循環が継続することで、加熱炉３０の内部空間１００へ噴射される気体の温度は徐々に上昇し、目標温度である２５０℃に達した後は、ヒータ制御装置５２により、例えばヒータ３５_１〜３５_１２の出力が調整されることで一定（２５０℃）に維持される。

一方、加熱炉３０の内部を上述のように気体が循環すると、電子部品７１のボンディング部７１ａの温度が徐々に上昇する。そして、ボンディング部７１ａが２３０℃近傍まで加熱されるとボンディング部７１ａでのはんだの融解がはじまり、最終的に電子部品７１と基板７０とが分離し、図５（Ａ）に示されるように、電子部品７１は吸気管２２の端部に装着された吸着部材３３に吸着される。

吸着部材３３に電子部品７１が吸着されると、吸気管２２の内部圧力は急峻に低下する。ポンプ制御装置５３は、吸気管２２の内部圧力の監視中に、内部圧力の急峻な低下を確認すると、電子部品７１が基板７０から分離したと判断し、その旨を主制御装置５１へ通知する。そして、主制御装置５１は、電子部品７１の取外し完了をインターフェイス６０の表示部６０ｂに表示する。

以上説明したように、本実施形態に係る部品取外し装置１０では、電子部品７１が配置された空間１００内の気体は、循環ポンプ２１によって、外部に漏れることなく、吸気管２２及び供給管２３を介して加熱炉３０の内部を循環される。したがって、ヒータ３５_１〜３５_１２によって加熱された後に、電子部品７１に噴射された気体の余熱を再利用することができ、少ないエネルギーで短時間に電子部品７１を基板７０から取外すことが可能となる。また、電子部品７１に噴射された気体は、外部に漏れることがないので、電子部品７１の加熱中に発生した有害物質が外部に放出されることもない。

また、本実施形態に係る部品取外し装置１０では、基板７０から分離した電子部品７１に、循環ポンプ２１の吸引力が作用するような位置に、吸着部材３３が設けられている。したがって、電子部品７１が基板７０から分離した後は、図５（Ｂ）に示されるように、加熱炉３０を基板７０から引き上げることで、電子部品７１を基板７０と干渉させることなく取り外すことが可能となる。なお、この場合には噴射口３８からの気体は、図中の矢印に示されるように下方に噴射される。したがって、加熱炉３０を基板７０から引き上げることで、噴射口３８から噴射された気体が基板７０に到達することはない。

また、気体の循環中は、フィルタ２６により気体に含まれる有害物質が除去されるので、加熱炉３０を基板７０から引き上げたとしても、外部に有害物質が放出されることがない。

また、本実施形態に係る部品取外し装置１０では、作業者等が、吸気管２２に対して吸着部材３３を回転させることで吸着部材３３の位置を上下させ、電子部品７１との距離を調整することができる。したがって、電子部品７１の厚みにかかわらす、吸着部材３３を循環ポンプ２１の吸引力が効率的に作用する位置に配置することができ、電子部品７１をミスなく吸着することが可能となっている。この場合には、例えば、図６（Ａ）に示されるように、吸気管２２の外周面にメモリＭ１を設けるか、又は図６（Ｂ）に示されるように、吸気管２２の下面に基準マークＭＲを設け、吸着部材３３の下面に基準マークＭＲに対するメモリＭ２を設けることで、吸着部材３３の変位の調整が容易になる。

また、本実施形態に係る部品取外し装置１０では、噴射口３８が電子部品７１の周囲を包囲するように形成されている。したがって、電子部品７１のボンディング部７１ａを温度むらなく加熱することが可能となる。

また、本実施形態に係る部品取外し装置１０では、吸気管２２に圧力調整弁２５が設けられている。したがって、加熱炉３０内の気体が熱膨張しても、吸気管２２から適当な量の気体を放出することで、加熱炉３０の内部を外気圧と同等の圧力に維持することが可能となる。

また、本実施形態に係る部品取外し装置１０では、基板７０の表面を覆う外壁部材３１の端部に保護部材３７が取り付けられている。したがって、基板７０と外壁部材３１との間の気密性を向上するとともに、基板７０に傷等が発生することを回避することが可能となる。

また、本実施形態に係る部品取外し装置１０では、外壁部材３１の外周面に断熱材３１ｃが貼り付けられている。したがって、加熱炉３０内の保温性を向上するとともに、作業者の接触事故を防止することが可能となる。

また、本実施形態に係る部品取外し装置１０では、電子部品７１の取り外し完了がインターフェイス６０の表示部６０ｂに表示される。したがって、作業者が部品取外しを容易に認識することができ、電子部品７１の過熱による損傷を回避することが可能となる。

なお、本実施形態では、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示されるように、吸着部材３３が電子部品７１の鉛直上方に配置されている場合について説明したが、これに限らず、例えば図７に示されるように、吸着部材３３を加熱炉３０の中心からオフセットして配置してもよい。この場合には、電子部品７１の端部に吸引力を集中させることができ、この端部を引きあげるように電子部品７１を基板７０から剥離することが可能となる。

また、この場合には、例えば、吸着部材３３に最も近いヒータ３５_１,３５_１２からの出力を最も高くし、最も遠いヒータ３５_７,３５_６からの出力を最も低くすることで、噴射口３８から噴射される気体の温度分布を、吸着部材３３に近い位置から遠い位置にかけて低くすることができる。これにより、電子部品７１の吸着をより確実にすることが可能となる。

また、本実施形態に係る部品取外し装置１０では、加熱炉３０の空間１０１を介して電子部品７１に気体が噴射されたが、これに限らず、例えば電子部品７１に外周に沿って複数のノズルを配置し、供給管２３からの気体を前記複数のノズルを介して電子部品７１に噴射してもよい。

以上説明したように、本発明の部品取外し装置は、基板に実装された実装部品の取り外しに適している。

本発明の一実施形態に係る部品取外し装置１０の概略構成を示す図である。 吸気管２２及び供給管２３の断面図である。 図３（Ａ）は、加熱炉３０のＺＸ断面を吸気管２２及び供給管２３とともに示す図であり、図３（Ｂ）は、加熱炉３０を下方（−Ｚ側）から見た図である。 図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、保護部材３７の取り付け方法を説明するための図である。 図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、部品取外し装置１０の動作を説明するための図である。 図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、吸着部材３３に設けられたメモリを示す図である。 部品取外し装置１０の変形例を示す図である。

符号の説明

１０…部品取外し装置、２０…加熱機構、２１…循環ポンプ、２２…吸気管、２３…供給管、２４…圧力センサ、２５…圧力調整弁、２６…フィルタ、３０…加熱炉、３１…外壁部材、３１ａ…円形開口、３１ｂ…環状溝、３１ｃ…断熱材、３２…内壁部材、３２ａ…円形開口、３３…吸着部材、３３ａ…筒状部、３３ｂ…フランジ部、３５_１〜３５_１２…ヒータ、３６…温度センサ、３７…保護部材、３８…噴射口、５０…コントロールボックス、５１…主制御装置、５２…ヒータ制御装置、５３…ポンプ制御装置、６０…インターフェイス、６０ａ…入力部、６０ｂ…表示部、７０…基板、７１…電子部品、７１ａ…ボンディング部。

Claims (12)

1. 基板の表面に実装された部品に加熱した気体を噴射して、前記基板から前記部品を取外す部品取外し装置であって、
   前記基板の表面を覆うことで、前記基板に実装された前記部品を外部空間から隔離する容体と；
   前記容体内部の気体を吸気して、前記部品に噴射する循環機構と；
   前記循環機構により前記部品に噴射される気体を加熱する加熱装置と；を備える部品取外し装置。
2. 前記循環機構は、前記容体内部の気体を吸気するときに、前記部品に吸引力が作用する位置に設けられた吸気部を有していることを特徴とする請求項１に記載の部品取外し装置。
3. 前記吸気部は、前記部品に対する位置が可変であることを特徴する請求項１又は２に記載の部品取外し装置。
4. 前記吸気部は、前記基板と平行な面内における位置が、前記部品に対してオフセットするように設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の部品取外し装置。
5. 前記循環機構は、前記部品の周囲に沿って前記気体を噴射する噴射部を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の部品取外し装置。
6. 前記加熱装置は、前記部品に噴射される気体を、前記噴射口からの噴射位置に応じた温度分布に基づいて加熱することを特徴とする請求項５に記載の部品取外し装置。
7. 前記加熱装置は、前記部品に噴射される気体を、前記吸気部に近い位置から遠い位置にかけて温度が低くなる温度分布に基づいて加熱することを特徴とする請求項６に記載の部品取外し装置。
8. 前記循環機構は、前記吸気した気体の圧力が前記外部空間の気体の圧力より高くなった場合に、前記吸気した気体を外部に放出する調圧機構を備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の部品取外し装置。
9. 前記容体は、前記基板の表面を、前記基板よりも柔軟な保護部材を介して覆うことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の部品取外し装置。
10. 前記容体の外部は、容体内部からの熱を断熱する断熱部材で被覆されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の部品取外し装置。
11. 前記容体から吸気される気体の圧力を監視して、前記気体の圧力が予め設定された圧力よりも低下したことにより、前記部品が前記基板から取外されたことを検知する検知機構を更に備える請求項１〜１０のいずれか一項に記載の部品取外し装置。
12. 前記容体から吸気される気体から有害物質を除去するフィルタを更に備える請求項１〜１１のいずれか一項に記載の部品取外し装置。

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