JP2008130759A - シート送り装置及び方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】圧着ツールにてシートを介して部品を基板に圧着する圧着装置において、大型の基板における圧着工程のタクトの短縮化を図りながら、シートの送り量を必要最少限に制御してコスト低下を図る。
【解決手段】パネル2の部品接合部の長手方向と直交する方向にシート7を送り、圧着ツール11にてシート7を介して部品3をパネル2の部品接合部に加熱・加圧する部品圧着装置1におけるシート送り装置であって、圧着動作毎にシート7を所要長さ巻き取るシート巻取部13と、シート7の張りと弛みを調整するシート弛み調整部14と、シート7を引き出し可能に巻回したシート供給部12と、シート7の送り量を検出する送り量検出部17とを備え、圧着ツール11の押圧動作に伴うシート7の引き出し及び熱伸びによるシート送り補正量をシート送り検出量に加味してシート巻取部13による巻き取り量を制御するようにした。
【選択図】図2

Description

本発明は、シート送り装置及び方法に関し、 特に圧着ツールにてシートを介して部品を基板に圧着する圧着装置におけるシート送り装置及び方法に関するものである。
例えば、液晶パネルやプラズマディスプレイパネルなどのフラットディスプレイパネルの製造工程において、基板としてのパネルにTCP(Tape Carrier Package)やFPC(Flexible Printed Circuit)やCOG(Chip On Glass)などの部品を圧着して実装したり、パネルに実装されたTCPやFPCにプリント回路基板を圧着することでパネルにプリント回路基板を実装したりする工程があり、その圧着工程に部品圧着装置が用いられている。
部品圧着装置で基板に部品を圧着する際には、予め基板に接合部材としての異方性導電材を貼り付け、この異方性導電材を介して部品を基板に仮圧着して部品圧着装置に供給される。部品圧着装置では、基板をバックアップステージで支持した状態で圧着ツールにて部品を加圧して基板に部品を本圧着している。なお、異方性導電材は、熱硬化性樹脂中に樹脂粒子の表面にNi被膜を形成した導電性粒子を分散させて構成され、基板と部品の間で、導電性を得るべき部位を選択的に圧縮させることで、導電性粒子同士が相互に接触してその部位で導電性を確保した状態で基板と部品を接合するものである。
ところで、上記本圧着工程において、はみ出した異方性導電材が圧着ツールの圧着面に付着することがあり、その場合後続する本圧着工程に悪影響を与えることになる。そこで、圧着ツールと部品の間に付着防止用のシートを介して圧着することが知られている。また、基板の平面度や電子部品の厚さ寸法の微小なばらつきを吸収して均一な圧着状態を確保するために緩衝用のシートを介して圧着することも知られている。さらに、これら付着防止用のシートや緩衝用のシートが圧着ツールの熱で損傷するのを防止するため、これらシートと圧着ツールの間に耐熱性シートを介して圧着することも知られている。また、これらのシートの何れかを複合したシートを介して圧着することも知られている。
このように圧着ツールと部品の間に付着防止用のシートを介して圧着する方法におけるシート供給装置として、図8に示すように、シート31を巻回状態で収納した供給リール32から引き出したシート31を圧着ツール30と部品(図示せず)の間を通して巻取モータ34にて回転される巻取リール33に巻き取るように構成し、制御部35に、巻取モータ34を駆動する巻取モータ駆動部36にシート引出し量を指令する引出し量指令部37と、巻取リール33の回転量をエンコーダ38で検出して実際のシート引出し量を演算する引出し量検出部39を備え、引出し量指令部37からの指令により巻取モータ駆動部36を介して巻取モータ34を作動させてシート31を必要量づつ引き出すようにし、さらに引出し量検出部39で検出した実際の引き出し量と指令引出し量とを比較判定部40で比較して、両者が異なった場合には供給リール32のシート巻回収容量が無くなって供給リール32がロックされたものと判断してシート切れを検知するようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、供給ロールから繰り出したシートを、電子部品と圧着ツールの間を通して巻取ロールにて巻き取るようにした送り機構を設け、圧着動作ごとにシートを所要量づつ送るように構成し、さらに圧着ツールによる圧着動作に先立って巻取ロールを所定量逆回転させ、シートを繰り出してたるませることで電子部品上にシートを広げた状態とし、その状態で圧着ツールにより圧着することで圧着時にシートにしわがよって圧着不良が発生するのを防止するようにしたものも知られている(例えば、特許文献2参照)。
また、供給ローラと巻取ローラにてテープを所要量づつ送るように構成するとともに、テープのガイドローラをガイドローラ移動手段にて移動させることで上記と同様にテープをたるませるようにしたものも知られている(例えば、特許文献3参照)。
特許第3744503号明細書 特許第3279853号明細書 特開2006−210464号公報
ところで、近年、フラットディスプレイパネルの大型化が進行する一方で、コスト低下に対する要求が強くなっており、基板に電子部品を圧着する圧着工程においても、タクトの短縮を図るとともに、コストのかかる消耗品である上記テープの使用量をできる限り少なくすることが要求されている。
そこで、圧着部位の幅寸法に略対応した幅寸法のテープ状のシートをパネルの側端部の長手方向に沿って供給する構成では、パネルの大型化に伴ってシート供給に時間がかかって圧着タクトが長くなってしまうため、上記各特許文献1〜3に記載されているように、パネルの側端部の略全長にわたる幅の帯状のシートをパネルの側端部の圧着部位に供給するように構成されたシート供給装置が多く採用されるようになっている。
このようにパネルの側端部の圧着部位の長手方向に対して直交する方向にシートを供給するようにした構成では、圧着動作毎のシートの送り量は、圧着部位の幅寸法だけでなく、圧着時にシートの耐熱温度よりも高温の圧着ツールによって熱影響を受けることで変形を生じるため、その変形を生じた部分を確実に回避できる長さ分を送る必要があり、さらにその送り量は巻取モータ4による巻取ロール3の回転量によって設定しているので、巻取ロール3の巻取半径が変化することで変化する等、誤差発生要因があるため、少なくとも上記長さ分を確実に送るために巻取ロール3の回転量を余裕をもって大き目に設定せざるを得ず、そのためシートの総面積の内、圧着部位が占める割合が非常に小さくなり、シートの利用率が低く、シートの使用量が多くなるため、コスト低下に対して大きな阻害要因となっている。
本発明は、上記従来の問題に鑑み、圧着ツールにてシートを介して部品を基板に圧着する圧着装置において、大型の基板における圧着工程のタクトの短縮化を図りながら、シートの送り量を抑制して、精度良く送り制御しコスト低下を図ることができるシート送り装置及び方法を提供することを目的とする。
本発明のシート送り装置は、基板の部品接合部又はその近傍に位置するように部品接合部の長手方向と直交する方向にシートを送り、圧着ツールにてシートを介して部品を基板の部品接合部に加熱・加圧する部品圧着装置におけるシート送り装置であって、圧着動作毎にシートを所要長さ巻き取るシート巻取部と、シートの張りと弛みを調整するシート弛み調整部と、シートを引き出し可能に巻回したシート供給部と、シートの送り量を検出する送り量検出部と、圧着ツールの押圧動作に伴うシートの引き出し及び熱伸びによるシート送り補正量をシート送り量に加味してシート巻取部による巻き取り量を制御する制御部とを備えたものである。
この構成によれば、シートを部品接合部の長手方向と直交する方向に送ることでシート送り時間を短縮して大型の基板における圧着工程のタクトの短縮化を図りながら、圧着動作に伴うシートの引き出し及び熱伸びによるシート送り補正量を加味してシートを送ることによって、シートの送り量を精度良く制御することができ、シートの送りに伴なうシートの使用量を抑制して、精度良く送りコスト低下を図ることができる。
また、制御部を、シート巻取部の停止遅れに伴うシート送り過ぎ量発生後にシート送り量検出部の検出量をリセットしてシート巻取部による巻き取り量を制御するようにすると、シート巻取部の停止遅れに伴うシート送り過ぎ量のばらつきやその積算による送り量の誤差の発生を確実に防止することができる。
また、送り量検出部をシート供給部に配置すると、シート供給軸部でシート切れが発生した時点で直ちに検出することができ、シート切れの認識が遅れたまま生産を継続することによる不良品の発生や生産性の低下を防止することができる。
また、本発明のシート送り方法は、基板の部品接合部の長手方向と直交する方向にシートを所定の張り状態で所要長さ送った後、基板の部品接合部又はその近傍に位置するようシートを弛ませ、圧着ツールにてシートを介して部品を基板の部品接合部に加熱・加圧して基板に部品を圧着させ、圧着動作に伴うシートの引き出し及び熱伸びによるシート送り補正量を検出し、圧着後シートを元の張り状態に戻し、所定のシート送り量にシート送り補正量を加味してシート送り量を制御するものである。
この構成によれば、上記のように圧着工程のタクトの短縮化を図りながら、圧着動作に伴うシートの引き出し及び熱伸びによるシート送り補正量を加味してシートを送ることができ、シートの送りに伴なうシートの使用量を抑制して安定して送り、コスト低下を図ることができる。
また、圧着ツールの圧着動作実行前にシート送り検出量をリセットしてシートを送ることによって、送り検出量の誤差が積算せず、圧着動作毎にシートを精度良く必要最小限の所要量ずつ送ることが可能である。
また、シート送り停止遅れに伴うシート送り過ぎ量発生後にシート送り検出量をリセットしてシートを送ることによって、シート送り停止遅れに伴うシート送り過ぎ量のばらつきやその積算による送り量の誤差の発生を確実に防止することができる。
本発明のシート送り装置及び方法によれば、シートを部品接合部の長手方向と直交する方向に送ることでシート送り時間を短縮して大型の基板における圧着工程のタクトの短縮化を図りながら、圧着動作に伴うシートの引き出し及び熱伸びによるシート送り補正量を加味してシートを送ることによって、シートの送り量を抑制して、精度良く送り制御しコスト低下を図ることができる。
以下、本発明のシート送り装置及び方法の一実施形態について、図1〜図7を参照しながら説明する。本実施形態は、基板の一例である液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイ(FPD)におけるパネルに、TCPやFPCなどの部品を本圧着するものである。
図1、図2において、1は部品圧着装置で、パネル2にTCPなどの部品3が仮圧着された状態で供給され、その部品3を加熱・加圧してパネル2に本圧着する装置である。具体的には、パネル2は、その側端部に接合材としての異方性導電材(ACF)(図示せず)を介して部品3が仮圧着された状態で供給され、部品3を加熱・加圧することで、異方性導電材にて部品3の電極とパネル2の電極が電気的に接続された状態で部品3がパネル2に接合される。
部品圧着装置1は、パネル2に本圧着を行う所定位置にパネル2を搬入し、本圧着後搬出するパネル移載装置(図示せず)と、パネル2の圧着部位を下方から支持するバックアップステージ4と、バックアップステージ4と協働してパネル2と電子部品3を本圧着する圧着装置5と、圧着装置5の圧着ヘッド6とバックアップステージ4上の電子部品3との間に帯状のシート7を送給するシート送り装置8とを備えている。21は、これらの各装置の動作制御を行う制御部である。
本実施形態では、シート7として、圧着時にはみ出した異方性導電材が付着し難い材料としてポリテトラフルオルエチレンのシート7aと、パネル2や部品3の寸法ばらつきを吸収して均一な圧着状態を確保するためのクッション性を有する材料であるシリコンゴムのシートと圧着ヘッド6の熱による物性の劣化を抑制するため耐熱温度の高い材料であるポリイミドのシートとをラミネートした緩衝シート7bの2層のシート7a、7bを使用し、これらのシート7a、7bを積層状態でかつ各別に所要量ずつ送給できるように構成されている。なお、使用するシート7は、これに限定されるものではなく、圧着条件によって必要とされる特性に応じて、各種物性のシートの何れか又は複数のシートを重ねた状態で使用し、あるいはこれらのシートの何れかを予めラミネートした複合シートを使用すればよい。また、圧着ヘッド6から部品3への熱伝導性を向上ためには金属箔を積層し、コーティング層を形成しても良い。
シート7の厚さは、0.05〜0.3mm程度のものが好適に用いられるが、その中でポリテトラフルオルエチレンのシートは、熱伝導率が0.245W/(m・K)と低いので、厚いと熱伝達が悪くなるため、0.05〜0.1mm程度の薄いシートが用いられる。一方、シリコンゴムのシートは、熱伝導率が0.42W/(m・K)と比較的高いので、ある程度厚くても熱伝達を確保できるとともに、より高いクッション性を得るように0.2〜0.3mm程度の厚いシートが用いられる。
バックアップステージ4は、石英やセラミックスからなるステージ部材4aを台部4b上に設置して構成され、圧着工程で、ステージ部材4aの上面にパネル2の側端部を載置し、圧着ヘッド6との間でパネル2の側端部と電子部品3を挟み、加熱加圧して圧着するものである。
圧着装置5は、その圧着ヘッド6がバックアップステージ4の直上に対向するように配設され、この圧着ヘッド6を門型のフレーム9に設置されたヘッド駆動部10にて上下移動及び加圧するように構成されている。圧着ヘッド6は、その下端にシート7を介して部品3の圧着部位を押圧する圧着ツール11が装着され、かつこの圧着ツール11を加熱するヒータ(図示せず)が内蔵されている。
シート送り装置8は、圧着装置5の一側に配置したシート供給部12と、圧着装置5の他側に配置したシート巻取部13と、シート7の張りと弛みを調整するシート弛み調整部14と、圧着ツール11とパネル2に仮圧着された部品3との間に通したシート7を部品3の圧着時に部品3上に沿うように弛ませるシート弛みローラ15a、15bとを備えている。なお、シート供給部12とシート巻取部13とシート弛み調整部14は、各シート7a、7bに対してそれぞれ各別に設けられているが、実質的に同一の構成であるので、以下の説明ではシート7(7a及び7b)として説明する。
シート供給部12は、シート7を巻回した供給ロール16を所定の制動力を作用させた状態で回転自在に支持することでシート7を引き出し可能に構成されている。また、供給ロール16から引き出される直前のシート7に回転自在なローラを弾性的に圧接させ、このローラに連動回転するようにエンコーダを配設して構成された送り量検出部17にてシート7の送り量を検出するように構成されている。
シート巻取部13は、シート7を巻回して巻き取る巻取ロール18と、巻取ロール18を回転駆動する巻取りモータ19にて構成され、送り量検出部17によりシート7の巻取量を検出しつつ巻取ロール18を回転駆動することで、シート7を所定の送り量づつ送るように構成されている。
シート弛み調整部14は、一対のガイドローラ20a、20bと、これらのガイドローラ20a、20b間でガイドローラ20a、20bに対して遠近方向に移動可能に配設された調整ローラ20cから成り、調整ローラ20cをガイドローラ20a、20b間に位置させたときにシート7に所定の弛みを発生し、ガイドローラ20a、20bに対して所定距離離れた位置に位置させることで、シート7が張られた状態になるように構成されている。
シート弛みローラ15a、15bは、図2に実線で示すように、シート7が張られた状態でその上に位置する上昇位置と、図2に仮想線で示すように、シート7を部品3に沿わせるように位置する下降位置との間で上下移動可能に構成され、下降位置に位置するときにはシート弛み調整部14にてシート7に弛みを発生させた状態とされる。22a、22bは、各シート7a、7bのシート供給部12に配設されたガイドローラ、23a、23bは、シート弛みローラ15a、15bの外側に配設されたガイドローラである。
次に、 以上の構成の部品圧着装置1にてパネル2に部品3を圧着する圧着工程を、主として図3の動作フロー図と図4の動作説明図を参照して説明する。
図3、図4において、まず部品3が仮圧着されたパネル2を部品圧着装置1に搬入し、部品3が仮圧着されたパネル2の側端部をバックアップステージ4上に配置し(ステップS1)、送り量検出部17のエンコーダのカウント値をクリアする(ステップS2)(図4(a)参照)。次に、シート弛み調整部14の調整ローラ20cをガイドローラ20a、20b間に移動させて張り状態から弛み状態に変更する(ステップS3)(図4(b)参照)。次に、シート弛みローラ15a、15bを下降位置に移動させ、シート7を部品3上に沿うように位置させる(ステップS4)(図4(c)参照)。
次に、本圧着動作を行う(ステップS5)(図4(d)参照)。この本圧着動作においては、圧着ツール11を下降させ、圧着ツール11にてシート7を介して部品3をパネル2に加熱・加圧することで圧着動作を行い、その後圧着ツール11を上昇させる。次に、シート弛みローラ15a、15bを上昇位置に移動させた後(ステップS6)(図4(e)参照)、シート弛み調整部14の調整ローラ20cをガイドローラ20a、20bから離間した位置に移動させて弛み状態から張り状態に変更する(ステップS7)(図4(f)参照)。
次に、パネル2をバックアップステージ4上から取り出して部品圧着装置1から搬出し(ステップS8)、シート7の送り動作を行う(ステップS9、S10)(図4(g)参照)。このシート7の送り動作は、シート7を0.5mm分送るように巻取りモータ19を回転させた後(ステップS9)、送り量検出部17のエンコーダによるシート7の送り量の検出値が、シート送り設定値以上となったか否かの判定を行い(ステップS10)、シート7の送り量の検出値がシート送り設定値以上となるまで、以上の0.5mmずつの送り動作を繰り返す。送り量の検出値がシート送り設定値以上となると、生産完了か否かの判定を行い(ステップS11)、生産完了でない場合はステップS1にリターンして以上の動作を繰り返し、生産完了の場合はそのまま終了する。
以上のシート7の送り動作において、ステップS5の図4(d)に示す本圧着動作時には、図5に拡大して示したように、シート7が高温の圧着ツール11に接触することで多少の熱伸びを発生するとともに、圧着ツール11の下降動作に伴ってシート7が引っ張られることで、それらを総合した長さ分だけシート供給部12からシート7が引き出されることになる。この引き出された長さ分は送り量検出部17で検出され、その検出値がシート送り補正量とし、次のステップS9、S10でのシート7の送り動作時におけるシート送り設定値に加味される。このようにしてシート7を送ることによって、シート7の送り量が精度良く制御される。かくして、高温の圧着ツール11により熱影響を受けた部分を回避するための長さ分を考慮して精度良くシート7を送ることができ、その結果シート7の使用量を低減してコスト低下を図ることができる。
また、ステップS9、S10でシート7の送り動作を停止する際には、巻取りモータ19が直ちに停止することはできず、多少の送り過ぎ量の発生は避けることはできない。そこで、この送り過ぎ量がシート送り量設定値に影響を与えて送り量の精度を低下させることがないように、上記の如く、ステップS2で送り量検出部のエンコーダカウント値をクリアするようにしている。なお、ステップS2の処理は、ステップS9、S10の処理の直後に行うようにしてもよい。
また、シート7を交換し、あるいはシート送りユニットを用いる場合にはそれを新たにセットしたときに、精度の良い送りを実現するためには、巻取ロール18の回転駆動系におけるギヤの噛み合わせ部の遊びやシート7の弛みを取る必要がある。そこで、そのような場合には、図6に示すように、スタート後に、まずシート7の交換後や、シート送りユニットのセット後であるかの判定を行い(ステップS12)、判定が肯定的な場合には巻取りモータ19を適当量回転させてシート7の初期送りを行い(ステップS13)、その後通常のシート送り動作に移行するようにするのが好適である。
以上のシート送り制御によるシート7の送り動作を、図7に縦軸にシート送り量、横軸に時間を取ったグラフで示している。図7において、本圧着動作に伴う引き出し量を検出して巻取りモータ19によるシート送り時の送り量の設定値を補正していることで、トータルのシート送り量設定値は精度良く一定に保持されている。なお、シート7の実送り量は、そのシート送り量設定値に巻取りモータ19の停止遅れによるシート送り過ぎ量を付加した量となる。そこで、このシート送り過ぎ量を、毎回送り量検出部17で検出し、その検出量分だけ、次回のシート送り量設定値を減少して設定するようにしても良い。
以上の実施形態によれば、部品3とパネル2の接合部の長手方向と直交する方向にシート7を送るようにしているので、シート送り時間を短縮して大型のパネル2における圧着工程のタクトの短縮化を図りながら、圧着動作に伴うシート7の引き出し及び熱伸びによるシート送り補正量を加味してシート7を送るようにしているので、シート7の送り量を精度良く制御することができ、その結果シート7の送り量に伴なうシート7の使用量を抑制できてコスト低下を図ることができる。
また、シート巻取部13の停止遅れに伴うシート送り過ぎ量発生後に送り量検出部17の検出量をリセットしてシート巻取部13による巻き取り量を制御するようにしているので、シート巻取部13の停止遅れに伴うシート送り過ぎ量のばらつきやその積算による送り量の誤差の発生を確実に防止することができる。
また、送り量検出部17をシート供給部12に配置しているので、シート供給部12でシート切れが発生した時、その時点で直ちに検出することができるため、シート切れの検出が遅れたまま生産を継続することによる不良品の発生や生産性の低下を防止することができる。
以上の実施形態の説明では、パネル2に異方性導電材を介して仮圧着されたTCPなどの部品3を本圧着するようにした例についてのみ説明したが、本発明は、任意の基板に異方性導電材や非導電性接合材などの各種接合材を介して仮固定された電子部品を加熱加圧して接合する部品圧着装置やパネル2に接合されたTCPやFPCなどの部品にプリント基板を異方性導電材を介して直接本圧着(仮圧着せず)して接合する部品圧着装置にも適用することが出来る。
本発明のシート送り装置及び方法によれば、シートを部品接合部の長手方向と直交する方向に送ることでシート送り時間を短縮して大型の基板における圧着工程のタクトの短縮化を図りながら、圧着動作に伴うシートの引き出し及び熱伸びによるシート送り補正量を加味してシートを送ることによって、シートの送り量を抑制して、精度良く制御しコスト低下を図ることができるので、各種基板に部品を圧着する部品圧着装置に好適に利用することができる。
本発明のシート送り装置を適用した部品圧着装置の一実施形態の全体斜視図。 同実施形態の概略構成を示す正面図。 同実施形態の動作フロー図。 同実施形態における各動作状態の説明図。 圧着時のシートの挙動の説明図。 同実施形態において、シート交換時の初期送り動作処理のフロー図。 同実施形態におけるシートの送り動作の説明図。 従来例の圧着装置におけるシート送り装置の概略構成図。
符号の説明
1 部品圧着装置
2 パネル(基板)
3 部品
7 シート
8 シート送り装置
11 圧着ツール
12 シート供給部
13 シート巻取部
14 シート弛み調整部
17 送り量検出部
21 制御部

Claims (6)

  1. 基板の部品接合部又はその近傍に位置するように部品接合部の長手方向と直交する方向にシートを送り、圧着ツールにてシートを介して部品を基板の部品接合部に加熱・加圧する部品圧着装置におけるシート送り装置であって、圧着動作毎にシートを所要長さ巻き取るシート巻取部と、シートの張りと弛みを調整するシート弛み調整部と、シートを引き出し可能に巻回したシート供給部と、シートの送り量を検出する送り量検出部と、圧着ツールの押圧動作に伴うシートの引き出し及び熱伸びによるシート送り補正量をシート送り量に加味してシート巻取部による巻き取り量を制御する制御部とを備えたことを特徴とするシート送り装置。
  2. 制御部は、シート巻取部の停止遅れに伴うシート送り過ぎ量発生後にシート送り量検出部の検出量をリセットしてシート巻取部による巻き取り量を制御することを特徴とする請求項1記載のシート送り装置。
  3. 送り量検出部をシート供給部に配置したことを特徴とする請求項1又は2記載のシート送り装置。
  4. 基板の部品接合部の長手方向と直交する方向にシートを所定の張り状態で所要長さ送った後、基板の部品接合部又はその近傍に位置するようシートを弛ませ、圧着ツールにてシートを介して部品を基板の部品接合部に加熱・加圧して基板に部品を圧着させ、圧着動作に伴うシートの引き出し及び熱伸びによるシート送り補正量を検出し、圧着後シートを元の張り状態に戻し、所定のシート送り量にシート送り補正量を加味してシート送り量を制御することを特徴とするシート送り方法。
  5. 圧着ツールの圧着動作実行前にシート送り検出量をリセットしてシートを送ることを特徴とする請求項4記載のシート送り方法。
  6. シート送り停止遅れに伴うシート送り過ぎ量発生後にシート送り検出量をリセットしてシートを送ることを特徴とする請求項4記載のシート送り方法。
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