JP2008192895A - 電気部品の接続装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電子部品が高密度実装された配線基板にフレキシブル基板等の電気部品を配線基板の限られた接続領域に低荷重で接続する電気部品の接続装置を提供する。
【解決手段】電気部品４の接続装置を独立した２つのユニット２、３で構成し、電気部品４の他端側４ｂと一端側４ａの相対的な高さ位置を変更する高さ位置変更手段を第２ユニット３側に設け、電気部品４を配線基板に接続する第１ユニット２側の小型軽量化を実現したので、電気部品４を配線基板の限られた接続領域に低荷重で接続することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、フレキシブル基板のような少なくとも一部に可撓性領域を含む電気部品の接続装置に関するものである。
可撓性を有するフレキシブル基板は形状変化の自由度が高いため、限られたサイズの筐体内部で配線基板や液晶パネル、カメラモジュール等を電気的に接続するための接続手段として広く用いられている。フレキシブル基板の両端部は接続領域となっており、それぞれに接続用の端子列が形成されている。そのため、フレキシブル基板を配線基板等に接続する場合には、接続が予定された一方の接続領域を保持する第１の保持部（通常は吸着と加熱を兼ねる熱圧着ヘッド）と、他方の接続領域側を保持する第２の保持部を備えた電気部品の接続装置を使用し、フレキシブル基板の変形を是正することで、一方の接続領域に形成された端子列を接続対象となる配線基板等に高精度に接続できるようにしている（特許文献１参照）。
特開２００４−１４８４３６号公報
特許文献１に記載された装置では、他方の接続領域側の高さを接続が予定された一方の接続領域に対して上下させる駆動系を第２の保持部に設けることでフレキシブル基板の形状を変更可能にしている。第１の保持部と第２の保持部はフレキシブル基板をそれぞれ保持した状態で搬送する搬送ヘッドを構成し、トレイに収納されたフレキシブル基板を保持して接続対象の配線基板まで搬送し、位置合わせを行う。従って、第２の保持部に駆動系を設けたことで搬送ヘッドが大型化するとともに重量が増大し、特に低荷重での圧着を必要とする場合への対応が困難となる。また、該装置は高密度実装された配線基板等の限られた接続領域に近接して接続作業を行うことを想定しておらず、電子部品が実装された配線基板にフレキシブル基板を接続する装置としては不適である。
そこで本発明は、電子部品が高密度実装された配線基板にフレキシブル基板等の電気部品を配線基板の限られた接続領域に低荷重で接続する電気部品の接続装置を提供することを目的とする。
請求項１記載の電気部品の接続装置は、少なくとも一部に可撓性領域を含み一端側と他端側との相対的な高さ位置が変更可能な電気部品の表面の一端側を吸着するとともに裏面の一端側に形成された接続端子列を配線基板に形成された接続端子列に対して押圧する第１吸着部と、電気部品の一端側より高い位置で表面の他端側を吸着する第２吸着部を備え、第１吸着部と第２吸着部で吸着した電気部品の接続端子列を配線基板に形成された接続端子列に接続する第１ユニットと、第１ユニットと独立して設けられ、電気部品の裏面の一端側を支持する第１支持部と、電気部品の裏面の他端側を支持する第２支持部と、第１支持部と第２支持部の相対的な高さ位置を変更する第１の高さ位置変更手段を備えた第２ユニットと、第１ユニットと第２ユニットの相対的な高さ位置を変更する第２の高さ位置変更手段を備え、第２ユニットに他端側が一端側より高い位置となる姿勢で支持された電気部品を第１ユニットに受け渡す。
請求項２記載の電気部品の接続装置は請求項１に記載の電気部品の接続装置であって、前記第１吸着部と前記第２吸着部の相対的な高さ位置を変更可能にした。
請求項３記載の電気部品の接続装置は請求項１または２に記載の電気部品の接続装置であって、前記第１吸着部と前記第２吸着部の離間距離を変更可能にした。
本発明によれば、電気部品の接続装置を独立した２つのユニットで構成し、電気部品の他端側と一端側の相対的な高さ位置を変更する高さ位置変更手段を第２ユニット側に設け、電気部品を配線基板に接続する第１ユニット側の小型軽量化を実現したので、電気部品を配線基板の限られた接続領域に低荷重で接続することができる。
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の電気部品の接続装置を示す側面図、図２はフレキシブル基板と配線基板の接続を説明する平面図、図３乃至図８は本発明の実施の形態の電気部品の接続装置によるフレキシブル基板と配線基板の接続方法を説明する側面図、図９はカメラモジュールと配線基板の接続を説明する平面図、図１０は本発明の実施の形態の電気部品の接続装置によるカメラモジュールと配線基板の接続方法を説明する側面図である。
最初に電気部品の接続装置の構成について図１を参照して説明する。接続装置１は、それぞれ独立して昇降可能な第１ユニット２と第２ユニット３で構成されている。第１ユニットは、フレキシブル基板４の表面の一端側４ａを吸着する第１吸着部５と、フレキシブル基板４の表面の他端側４ｂの任意の箇所を吸着する第２吸着部６を備え、フレキシブル基板４を一端側４ａと他端側４ｂの２箇所で吸着して保持する。
第１吸着部５の下端部には熱圧着ツール７が備えられている。熱圧着ツール７の押圧面７ａには吸引孔８と連通する吸着孔７ｂが開口している。吸引孔８は電磁弁９を介して負圧発生装置２７と接続されており、電磁弁９の開閉により、吸着孔７ｂを負圧にする吸着モードか、負圧を解除して大気圧に戻す非吸着モードの何れかに切り換えることができる。吸着モードに切り換えると、負圧となった吸着孔７ｂに吸引されたフレキシブル基板４の表面の一端側４ａを押圧面７ａに吸着することができる。熱圧着ツール７は、近傍に配設されたヒータ１０からの伝熱により昇温する。熱圧着ツール７とヒータ１０は断熱材１１により第１吸着部５の下部に隔離されている。
第２吸着部６の下端部には吸着パッド６ａが備えられている。吸着パッド６ａは、電磁弁１３を介して負圧発生装置２７と接続された吸引孔１２と連通しており、電磁弁１３の開閉により、吸着パッド６ａを負圧にする吸着モードか、負圧を解除して大気圧に戻す非吸着モードの何れかに切り換えることができる。吸着モードに切り換えると、負圧となった吸着パッド６ａにフレキシブル基板４の表面の他端側４ｂを吸着することができる。
第２吸着部６は、水平方向に延伸されたレール１４にスライダ１４ａを介して装着されている。第２吸着部６はレール１４に沿って水平方向に移動可能であり、固定具１４ｂにより任意の位置に固定することができる。レール１４の一端側は、第１吸着部５に鉛直方向に延伸して設置されたレール１５にスライダ１５ａを介して装着されている。レール１４はレール１５に沿って鉛直方向に移動可能であり、固定具１５ｂにより任意の位置に固定することができる。従って、第２吸着部６は、レール１４に沿って水平方向の任意の位置に変位可能であり（矢印ａ参照）、レール１５に沿って鉛直方向の任意の位置に変位可能であるため（矢印ｂ参照）、第１吸着部５に対する相対的な高さ位置や離間距離が変更可能である。これにより第１ユニット２は、フレキシブル基板４の他端側４ｂを任意の箇所で保持することができるとともに他端側４ｂを一端側４ａより高い位置に維持した姿勢でフレキシブル基板４を保持することができる。
第２ユニット３は、フレキシブル基板４の裏面の一端側４ａを支持する第１支持部２０と、フレキシブル基板４の裏面の他端側４ｂを支持する第２支持部２１を備え、フレキシブル基板４を一端側４ａと他端側４ｂの２箇所で支持する。第１支持部２０の上端部には、フレキシブル基板４の裏面の一端側４ａを吸着する吸着面２０ａが形成されている。吸着面２０ａには吸引孔２２と連通する吸着孔２０ｂが開口されている。吸引孔２２は電磁弁２３を介して負圧発生装置２７と接続されており、電磁弁２３の開閉により、吸着孔２０ｂを負圧にする吸着モードか、負圧を解除して大気圧に戻す非吸着モードの何れかに切り換えることができる。吸着モードに切り換えると、負圧となった吸着孔２０ｂに吸引されたフレキシブル基板４の表面の一端側４ａを吸着面２０ａに吸着することができる。
第２支持部２１の上端部には吸着パッド２１ａが備えられている。吸着パッド２１ａは、電磁弁２５を介して負圧発生装置２７と接続された吸引孔２４と連通しており、電磁弁２５の開閉により、吸着パッド２１ａを負圧にする吸着モードか、負圧を解除して大気圧に戻す非吸着モードの何れかに切り換えることができる。吸着モードに切り換えると、負圧となった吸着パッド２１ａにフレキシブル基板４の表面の他端側４ｂを吸着することができる。
第１支持部２０と第２支持部２１は基部２６に取り付けられており、第２支持部２１は基部２６に内蔵された送りねじ機構やシリンダ機構等により鉛直方向に変位可能である（矢印ｃ参照）。これにより第２ユニット３は、他端側４ｂが一端側４ａより高い位置となる姿勢でフレキシブル基板４を支持することができる。送りねじ機構は第１支持部２０と第２支持部２１の相対的な高さ位置を変更する高さ位置変更手段を構成し、第２ユニット３側に設けられているため、送りねじ機構のような高さ位置変更手段を備える必要のない第１ユニット２の小型軽量化が図られている。
このように構成される電気部品の接続装置１は、第２ユニット３に他端側４ｂが一端側４ａより高い位置となる姿勢で裏面から支持されたフレキシブル基板４を、当該姿勢を維持した状態で第１ユニット２に受け渡し、第１ユニット２がフレキシブル基板４を表面から保持し、図２に示すように、配線基板３０に形成された接続端子列３０ａにフレキシブル基板４の裏面の一端側４ａに形成された接続端子列４ｃを接続する。
次にフレキシブル基板を配線基板に接続する方法について説明する。図３において、第２ユニット３は第１支持部２０と第２支持部２１の２箇所でフレキシブル基板４の裏面を吸着して支持している。フレキシブル基板４をこのような状態で第２ユニット３に吸着させる方法としては、第２ユニット３がトレイ等の収納部に収納されているフレキシブル基板４を直接吸着する方法と、独立した移載装置を使用してトレイから第２ユニット３にフレキシブル基板４を移載する方法がある。前者の場合、第２ユニットをトレイまで移動させるための機構やフレキシブル基板４を上下反転させるための機構が必要となる。何れの方法によっても、吸着面２０ａと吸着パット２１ａの相対的な高さ位置を揃え、トレイに水平姿勢で収納されたフレキシブル基板４をそのままの姿勢を保持した状態で確実に吸着できるようにしている。
第１ユニット２は第２ユニット３の上方に位置しており、熱圧着ツール７が第１支持部２０と鉛直方向において相対し、第２吸着部６が第２支持部２１と鉛直方向において相対している。第２吸着部６は第１吸着部５に対する相対的な高さ位置が予め調整されている。
図４において、第２ユニット３を上昇させ、第１支持部２０に支持されたフレキシブル基板４の一端側４ａの表面を熱圧着ツール７に当接させるとともに、第２支持部２１を第
２ユニット３に対して上昇させ、第２支持部２１に支持されたフレキシブル基板４の他端側４ｂの表面を第２吸着部６の吸着パッド６ａに当接させる。このとき、第２支持部２１を非吸着モードに切り換え、裏面からの吸着が解除された他端側４ｂが上昇に伴い吸着パッド２１ａに対して水平方向に変位しやすくしているので、一端側４ａが吸着面２０ａに対して水平方向に変位することがなく、両者の間に位置ずれが発生しないようになっている。
フレキシブル基板４の一端側４ａの表面が熱圧着ツール７に当接した後も第２ユニット３の上昇を継続し、第１支持部２０と熱圧着ツール７との間に一端側４ａを挟持することで一端側４ａの変位をさらに効果的に抑制することができる。このように熱圧着ツール７に対する一端側４ａの変位を抑制することで、熱圧着ツール７の押圧面７ａに対してフレキシブル基板４の接続端子列４ｃが大きく位置ずれしてしまうことを防止することができる。また、接続端子列４ｃを配線基板３０に形成された接続端子列３０ａに位置合わせする際に、フレキシブル基板４を保持した第１ユニット２の位置補正にかかる負担を軽減することができ、位置合わせ精度の向上にも資する。
図５において、第１吸着部５と第２吸着部６を吸着モードに切り換えるとともに第１支持部２０と第２支持部２１を非吸着モードに切り換え、その後第２ユニット３を下降させることで第２ユニット３から第１ユニット２にフレキシブル基板４が受け渡される。第１ユニット２に受け渡されたフレキシブル基板４は、他端側４ｂが一端側４ａより高い位置となる姿勢で保持され、第１ユニット２の最下部に位置する熱圧着ツール７に一端側４ａが吸着された状態となる。
図６において、第１ユニット２を移動させ、フレキシブル基板４を配線基板３０の上方に搬送し、接続端子列４ｃと配線基板３０に形成された接続端子列３０ａとの位置合わせを行う。第１ユニット２は小型軽量化により慣性マスが軽減されているため、より高速で高精度の位置合わせが可能になっている。
配線基板３０は、その表面の接続端子列３０ａが形成された接続領域以外の領域に多種多数の電子部品３１が実装されている。また裏面の略全面にも電子部品３１が実装されている。配線基板３０は、適宜間隔をおいた数本の支持ピン３２で裏面側から支持されている。支持ピン３２は、配線基板３０の裏面の電子部品３１が実装されていない箇所で配線基板３０を支持し、搬送レール３３に沿って配線基板３０が搬入される際には下方へ移動し、フレキシブル基板４の接続後には再度下方へ移動して電子部品３１と干渉しないように退避する。
図７において、第１ユニット２を下降させ、昇温した熱圧着ツール７により一端側４ａを配線基板３０の接続領域に押圧する。配線基板３０の接続領域には、半田粒子等の低融点導電体を散在させたペースト状の熱硬化性樹脂が塗布されており、加熱により熱硬化性樹脂の硬化が進行しながら半田粒子が溶融し、フレキシブル基板４の一端側４ａと配線基板３０の接続領域が硬化した熱硬化性樹脂で接着されるとともに接続端子列４ｃと接続端子列３０ａが溶融した半田粒子と融着する。これにより、配線基板３０に形成された接続端子列３０ａとフレキシブル基板４の一端側４ａに形成された接続端子列４ｃが導電可能に接続され、熱硬化性樹脂の接着力により接続信頼性が確保される。
フレキシブル基板４は、第１ユニット２の最下部に位置する熱圧着ツール７に一端側４ａが吸着された状態であるため、接続の際に配線基板３０に接触するのは一端側４ａのみであり、他端側４ｂは配線基板３０から離れた位置にある。従って、既に実装されている電子部品３１に干渉させることなくフレキシブル基板４を配線基板３０と接続させることが可能である。また、接続の際に熱圧着ツール７が配線基板３０の接続領域を下方に押圧
するため、配線基板３０を下方から支持しておく必要があるが、熱圧着ツール７は低融点の半田粒子を接続端子列４ｃと接続端子列３０ａの間で押し潰して両端子列に融着させる程度の荷重を加えるだけなので、適宜配置した数本の支持ピン３２であっても配線基板３０に過大な変形を生じさせることなく十分に荷重に耐えることができる。また、熱圧着ツール７が設けられる第１ユニット２は小型軽量化が図られているので、支持ピン３２に過大な負担とならない低荷重での圧着や配線基板３０の限られた接続領域に近接して作業を行う装置として好適である。従って、配線基板３０には、フレキシブル基板４の一端側４ａとの接続領域が最低限確保されていれば、接続領域の裏面にあたる領域を含む全領域に電子部品３１が高密度に実装されている場合であってもフレキシブル基板４と接続することができる。
図８において、配線基板３０とフレキシブル基板４の接続が終了すると、第１吸着部５と第２吸着部６を非吸着モードに切り換えて第１ユニット２を上昇させる。フレキシブル基板４が接続された配線基板３０は搬出され、代わって未接続の配線基板が搬入される。第１ユニット２は第２ユニット３から新たなフレキシブル基板を受け取り、未接続の配線基板に接続する。
なお、第１ユニットと第２ユニットの相対的な高さ位置を変更する高さ位置変更手段として、本実施の形態では第１ユニット２と第２ユニット３をそれぞれ独立して昇降させるようにしているが、何れか一方が昇降して他方に接離するように構成してもよい。また、フレキシブル基板４は、その全体が可撓性を備えているが、少なくとも一部に可撓性領域を含み一端側と他端側との相対的な高さ位置が変更可能な電気部品であっても配線基板３０と接続させることが可能である。
例えば図９に示すように、カメラモジュール４０に可撓性を有する配線群４１を予め接続した電気部品の場合、図１０に示すように、配線群４１の接続端子列４１ａが形成された一端側４１ｂを第１支持部２０から第１吸着部５に受け渡し、カメラモジュール４０自体を第２支持部２１から第２吸着部６に受け渡すことで第２ユニット３から第１ユニット２に電気部品が受け渡される。
本発明によれば、電気部品の接続装置を独立した２つのユニットで構成し、電気部品の他端側と一端側の相対的な高さ位置を変更する高さ位置変更手段を第２ユニット側に設け、電気部品を配線基板に接続する第１ユニット側の小型軽量化を実現することで、電気部品を配線基板の限られた接続領域に低荷重で接続することができるという利点を有し、電子部品が高密度実装された配線基板にフレキシブル基板のような少なくとも一部に可撓性領域を含み一端側と他端側との相対的な高さ位置が変更可能な電気部品を接続する分野において有用である。
本発明の実施の形態の電気部品の接続装置を示す側面図 フレキシブル基板と配線基板の接続を説明する平面図 本発明の実施の形態の電気部品の接続装置によるフレキシブル基板と配線基板の接続方法を説明する側面図 本発明の実施の形態の電気部品の接続装置によるフレキシブル基板と配線基板の接続方法を説明する側面図 本発明の実施の形態の電気部品の接続装置によるフレキシブル基板と配線基板の接続方法を説明する側面図 本発明の実施の形態の電気部品の接続装置によるフレキシブル基板と配線基板の接続方法を説明する側面図 本発明の実施の形態の電気部品の接続装置によるフレキシブル基板と配線基板の接続方法を説明する側面図 本発明の実施の形態の電気部品の接続装置によるフレキシブル基板と配線基板の接続方法を説明する側面図 カメラモジュールと配線基板の接続を説明する平面図 本発明の実施の形態の電気部品の接続装置によるカメラモジュールと配線基板の接続方法を説明する側面図
符号の説明
１ 電気部品の接続装置
２ 第１ユニット
３ 第２ユニット
４ フレキシブル基板
４ａ 一端側
４ｂ 他端側
４ｃ 接続端子列
５ 第１吸着部
６ 第２吸着部
２０ 第１支持部
２１ 第２支持部
３０ 配線基板
３０ａ 接続端子列
４０ カメラモジュール
４１ 配線群
４１ａ 接続端子列
４１ｂ 一端部

Claims (3)

  1. 少なくとも一部に可撓性領域を含み一端側と他端側との相対的な高さ位置が変更可能な電気部品の表面の一端側を吸着するとともに裏面の一端側に形成された接続端子列を配線基板に形成された接続端子列に対して押圧する第１吸着部と、電気部品の一端側より高い位置で表面の他端側を吸着する第２吸着部を備え、第１吸着部と第２吸着部で吸着した電気部品の接続端子列を配線基板に形成された接続端子列に接続する第１ユニットと、
    第１ユニットと独立して設けられ、電気部品の裏面の一端側を支持する第１支持部と、電気部品の裏面の他端側を支持する第２支持部と、第１支持部と第２支持部の相対的な高さ位置を変更する第１の高さ位置変更手段を備えた第２ユニットと、
    第１ユニットと第２ユニットの相対的な高さ位置を変更する第２の高さ位置変更手段を備え、
    第２ユニットに他端側が一端側より高い位置となる姿勢で支持された電気部品を第１ユニットに受け渡す電気部品の接続装置。
  2. 前記第１吸着部と前記第２吸着部の相対的な高さ位置を変更可能にした請求項１に記載の電気部品の接続装置。
  3. 前記第１吸着部と前記第２吸着部の離間距離を変更可能にした請求項１または２に記載の電気部品の接続装置。
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