JP2008198925A - 電子部品実装装置および電子部品実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】各電子部品に応じた最適な加熱パターンで半田接合を行うことができ、電子部品実装ラインのコンパクト化およびエネルギー効率の向上を実現することができる電子部品実装装置および電子部品実装方法を提供する。
【解決手段】基板３に電子部品を半田接合により実装する電子部品実装において、部品供給部から搭載ヘッド１５によって電子部品を取り出して基板３上に移送して部品実装位置３ａに搭載する部品搭載機構と、加熱ヘッド１８の熱風噴射ノズル１９によって部品実装位置３ａに搭載された電子部品を局所的に加熱することにより接続用電極３ｂと電子部品の端子との接合部位に予め供給された半田Ｓを加熱溶融させる局所加熱手段とを、同一装置内で基板３を挟んで対向させた配置で備える。これにより、電子部品実装ラインにおいて設備長の長いリフロー炉を排除することが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子部品を半田接合により基板に実装する電子部品実装装置および電子部品実装方法に関するものである。

半導体チップなどの電子部品を基板に実装する方法として、半田接合が広く用いられている。この半田接合では、従来より電子部品の端子または基板の接続用電極のいずれかに電子部品の搭載に先立って予め半田を供給しておき、電子部品の搭載が完了した基板を専用の加熱炉を備えたリフロー装置によって加熱して、搭載された電子部品の半田接合を一括して行う一括リフロー方式が広く採用されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００１−５３４３５号公報

しかしながら、上述のように基板に電子部品を実装した後のすべての電子部品を対象としてリフローを同時に行う従来の一括リフロー方式には、以下のような難点があった。すなわちこの方法では、まず基板に搭載されたすべての電子部品に対して半田溶融温度以上に加熱する同一の加熱プロファイルが適用されることから、耐熱性に劣る電子部品に熱ダメージが発生する可能性が避けがたい。また実装装置によって電子部品が搭載された後の基板は、クリーム半田やフラックスなどの粘性によって基板に保持された状態でリフロー装置に搬送されることから搬送途中での部品位置ずれが発生しやすく、加えて両面実装基板を対象とする場合における裏面の既実装部品の再加熱による落下など、加熱方式に起因する品質上の課題がある。さらに適正な加熱プロファイルを実現するためにリフロー炉が長くなりやすく、実装ラインの長さが増大するという装置レイアウト上の難点とともに、リフロー炉全体を加熱することに起因するエネルギー効率の低下など、従来の半田接合による電子部品実装には幾多の課題が存在する。

そこで本発明は、各電子部品に応じた最適な加熱パターンで半田接合を行うことができ、電子部品実装ラインのコンパクト化およびエネルギー効率の向上を実現することができる電子部品実装装置および電子部品実装方法を提供することを目的とする。

本発明の電子部品実装装置は、部品供給部から取り出した電子部品を基板位置決め部に位置決めされた基板に半田接合により実装する電子部品実装装置であって、前記部品供給部から電子部品を取り出して前記基板上に移送してこの基板に設定された部品実装位置に搭載する部品搭載機構と、前記部品実装位置に搭載された電子部品を前記基板において局所的に加熱することにより前記電子部品と前記基板に設けられた接続用電極とを接合する接合部位に供給された半田を加熱溶融させる局所加熱手段とを備えた。

本発明の電子部品実装方法は、部品供給部から取り出した電子部品を基板位置決め部に位置決めされた基板に半田接合により実装する電子部品実装方法であって、前記部品供給部から電子部品を取り出して前記基板上に移送して部品実装位置に搭載する部品搭載工程と、前記部品実装位置に搭載された電子部品を前記基板において局所的に加熱することにより前記電子部品と前記基板に設けられた接続用電極とを接合する接合部位に供給された半田を加熱溶融させる局所加熱工程とを含む。

本発明によれば、部品供給部から電子部品を取り出して前記基板上に移送して部品実装位置に搭載する部品搭載機構と、部品実装位置に搭載された電子部品を前記基板において局所的に加熱することにより半田を加熱溶融させる局所加熱手段とを備えることにより、従来の一括リフロー方式において必要とされた設備長の長いリフロー炉を排除することが可能となり、各電子部品に応じた最適な加熱パターンで半田接合を行うことができるとともに、電子部品実装ラインのコンパクト化およびエネルギー効率の向上を実現することができる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の斜視図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の部分断面図、図４、図５は本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工程説明図、図６は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置を連結した電子部品実装ラインの構成図、図７は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の斜視図である。

まず図１、図２，図３を参照して、電子部品実装装置の構造を説明する。この電子部品実装装置は、部品供給部から取り出した電子部品を基板位置決め部に位置決めされた基板に半田接合により実装する機能を有するものである。図１、図２において、基台１上にはＸ方向に搬送路２が配設されている。搬送路２は電子部品が実装される基板３を搬送し、搬送路２上に設定された実装ステージに基板３を位置決めする。搬送路２は、基板３を位置決めする基板位置決め部となっている。基板３の部品実装位置３ａには実装される電子部品の端子を半田接合するための接続用電極３ｂが設けられており、接続用電極３ｂと電子部品とを接合する接合部位には、前工程装置である印刷機において予め半田印刷により接合用の半田Ｓが供給されている。なお接合用の半田を接合部位に供給する方法としては、半田印刷のほかに半田プリコートなどを用いることもできる。

搬送路２の一方側（図１において右側）には部品供給部４が設けられており、部品供給部４には複数のテープフィーダ５が装着されている。テープフィーダ５は、電子部品を保持したキャリアテープをピッチ送りすることにより、この電子部品を以下に説明する部品搭載機構によるピックアップ位置に供給する。

基台１のＸ方向の一端部にはリニア駆動機構を備えたＹ軸移動テーブル７がＹ方向に水平に配設されている。Ｙ軸移動テーブル７は水平方向に細長形状で設けられたビーム部材７ａを主体としており、ビーム部材７ａにはリニアレール８が水平方向に配設されている。リニアレール８には、矩形状の２つの結合ブラケット１０Ａ，１０Ｂが、それぞれリニアブロック９を介してＹ方向にスライド自在に装着されている。結合ブラケット１０Ａ，１０Ｂには、それぞれリニア駆動機構（図３に示す固定子１２および可動子１１参照）を備え、Ｙ軸移動テーブル７と同様構成の第１のＸ軸移動テーブル１３Ａ，第２のＸ軸移動テーブル１３Ｂが結合されている。第１のＸ軸移動テーブル１３Ａ，第２のＸ軸移動テーブル１３Ｂには、それぞれ矩形状の結合ブラケット１４Ａ，１４Ｂを介して、搭載ヘッド１５、加熱ヘッド１８が結合されている。

図３に示すように、搭載ヘッド１５は複数（ここでは８個）の単位搭載ヘッド１６を備えた多連型ヘッドであり、それぞれの単位搭載ヘッド１６の下端部には、電子部品を吸着して保持する吸着ノズル１６ａが装着されている。吸着ノズル１６ａは、単位搭載ヘッド１６に内蔵されたノズル昇降機構によって昇降する。Ｙ軸移動テーブル７、Ｘ軸移動テーブル１３Ａを駆動することにより搭載ヘッド１５はＸ方向、Ｙ方向に移動する。これにより、各単位搭載ヘッド１６は部品供給部４のテープフィーダ５から電子部品を取り出して、搬送路２に位置決めされた基板３に移送し基板３に設定された部品実装位置３ａに搭載
する。したがって、Ｙ軸移動テーブル７、第１のＸ軸移動テーブル１３Ａおよび搭載ヘッド１５は、部品供給部４から電子部品を取り出して基板３上に移送して、基板３に設定された部品実装位置３ａに搭載する部品搭載機構を構成する。

部品供給部４と搬送路２との間には部品認識装置６が配設されており、部品供給部４から電子部品を取り出した搭載ヘッド１５が部品認識装置６の上方を移動する際に、部品認識装置６は搭載ヘッド１５に保持された状態の電子部品を撮像して認識する。図２に示すように、搭載ヘッド１５には一体に移動する基板認識用のカメラ１７がＸ軸テーブル１３Ａの下方に位置して結合ブラケット１４Ａを介して取り付けられている。カメラ１７は搭載ヘッド１５とともに搬送路２によって位置決めされた基板３の上方に移動して、基板３に設けられた認識マークを撮像する。

結合ブラケット１４Ｂには、熱風発生源１８ａ、コントローラ１８ｂおよび熱風噴射ノズル１９を備えた加熱ヘッド１８が装着されており、熱風発生源１８ａによって発生した熱風を下端部に装着された熱風噴射ノズル１９から下方に噴射することができるようになっている。熱風発生源１８ａによって発生する熱風の温度、風量およびオンオフ制御は、コントローラ１８ｂによって制御可能となっている。コントローラ１８ｂは装置本体の制御部２０に接続されており、コントローラ１８ｂに制御部２０から制御指令を送ることにより、熱風噴射ノズル１９からの熱風噴射のオンオフや、噴射される熱風の温度・風量を制御することができる。

Ｙ軸移動テーブル７、Ｘ軸移動テーブル１３Ｂを駆動することにより加熱ヘッド１８はＸ方向、Ｙ方向に移動し、これにより加熱ヘッド１８を搬送路２に位置決めされた基板３上の任意位置へ移動させることができる。そして基板３の部品実装位置に搭載された電子部品に熱風噴射ノズル１９を位置合わせした状態で、熱風発生源１８ａを作動させて熱風噴射ノズル１９から電子部品に対して熱風を噴射させることにより、搭載状態の電子部品は基板３において局所的に加熱される。

そしてこの加熱により、電子部品の端子と基板３に設けられた接続用電極３ｂとを接合する接合部位に予め供給された接合用の半田Ｓを加熱溶融させることができる。したがって、Ｙ軸移動テーブル７、第２のＸ軸移動テーブル１３Ｂおよび加熱ヘッド１８は、基板３の部品実装位置３ａに搭載された電子部品を基板３において局所的に加熱することにより、電子部品と基板３に設けられた接続用電極３ｂとを接合する接合部位に供給された半田を加熱溶融させる局所加熱手段（スポットリフロー部）となっている。

本実施の形態においては、前述の部品搭載機構は、基板位置決め部である搬送路２の一方側からこの基板３に対してアクセスする搭載ヘッド１５を備えた構成となっており、また局所加熱手段は搬送路２の他方側（搭載ヘッド１５によるアクセス方向の反対側）から、この基板３に対してアクセスする加熱ヘッド１８を備えた構成となっている。このような構成を採用することにより、搭載ヘッド１５と加熱ヘッド１８を交互に基板３の部品実装位置３ａにアクセスさせることができ、相互の位置的干渉を極力排して動作効率を向上させることが可能となっている。

次に、図４，図５を参照して、この電子部品実装装置によって部品供給部４から取り出した電子部品を基板位置決め部に位置決めされた基板３に半田接合により実装する電子部品実装方法について説明する。まず部品供給部４から電子部品Ｐを取り出して基板３上に移送して、部品実装位置に搭載する部品搭載工程が実行される。すなわち、図４（ａ）に示すように、搭載ヘッド１５が部品供給部４のテープフィーダ５から吸着ノズル１６ａによって電子部品Ｐを取り出す。このとき、加熱ヘッド１８は基板３を挟んで搭載ヘッド１５と対向した位置にて待機状態にあり、基板３において電子部品が実装される部品実装位
置には、予め前工程にて半田Ｓが供給されている（図３参照）。次に、Ｙ軸移動テーブル７、第１のＸ軸移動テーブル１３Ａによって搭載ヘッド１５を移動させ、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、吸着ノズル１６ａに保持した電子部品Ｐを、基板３の部品実装位置３ａへ順次搭載する。

次いで、部品実装位置３ａに搭載された電子部品Ｐを、基板３において局所的に加熱することにより、電子部品Ｐと基板３に設けられた接続用電極３ｂとを接合する接合部位に供給された半田Ｓを加熱溶融させる局所加熱工程が実行される。すなわちＹ軸移動テーブル７、第２のＸ軸移動テーブル１３Ｂによって加熱ヘッド１８を移動させ、図５（ａ）に示すように、基板３の部品実装位置３ａに既に搭載された電子部品Ｐに熱風噴射ノズル１９を位置合わせする。

次いで加熱ヘッド１８に内蔵された熱風発生源１８ａを作動させて、熱風噴射ノズル１９から所定の加熱温度の熱風を電子部品Ｐに対して噴射し、電子部品Ｐを局所的に加熱する。そして所定の加熱時間が経過することにより、基板３の接続用電極３ｂと電子部品Ｐとを接続する接続部位に供給された半田が加熱溶融し、電子部品Ｐは基板３の接続用電極に半田接合される。この局所加熱によるリフローにおいては、各電子部品Ｐに応じて加熱温度や加熱時間を制御することにより、対象とする電子部品に応じた最適な加熱パターンを実現することが可能となっている。

次いで、図５（ｂ）に示すように、加熱ヘッド１８を移動させて、次の加熱対象の電子部品Ｐに熱風噴射ノズル１９を位置合わせし、同様に熱風噴射ノズル１９から熱風を噴射させて電子部品Ｐを局所的に加熱する。この加熱ヘッド１８の移動と熱風噴射ノズル１９による熱風の噴射とを、基板３に搭載された全ての加熱対象の電子部品Ｐについて反復実行することにより、当該基板３を対象とした局所加熱によるリフロー工程が完了する。

上記電子部品実装方法では、部品搭載工程において、基板位置決め部である搬送路２の一方側から基板３に対して搭載ヘッド１５をアクセスさせ、局所加熱工程において、搬送路２の他方側から基板３に対して加熱ヘッド１８をアクセスさせるようにしている。これにより、基板３に電子部品を搭載した搭載ヘッド１５が部品実装位置から退避した後に加熱ヘッド１８を部品搭載後の部品実装位置にアクセスする際の位置的干渉を少なくすることができ、動作効率が向上する。

そして上述の局所加熱によるリフローにおいては、半田接合の対象となる部位のみが加熱されることから、一括リフローにおいて基板全体が加熱されることによって生じる熱ダメージの問題、すなわち耐熱性の劣る部品がリフロー時の加熱によって損傷を受ける不具合がない。また本実施の形態においては、電子部品を搭載した後に基板３を移動させることなく局所加熱によるリフローを行うようにしていることから、基板の搬送途中における部品位置ずれに起因する接合不良が発生せず、接合品質を安定させることが可能となっている。

さらに本実施の形態に示すような局所加熱によるリフローを採用することにより、以下に説明するような電子部品実装ラインのコンパクト化が実現される。図６は、このような局所加熱によるリフローを採用した電子部品実装ラインを、専用のリフロー炉を用いた従来の電子部品実装ラインとを対比して示したものである。図６（ａ）は、印刷機Ｍ１の下流に従来構成（搬送路の両側に部品搭載機構が配設された構成）の実装機Ｍ２を３基直列に接続し、さらにその下流にリフロー炉Ｍ３を配置した従来構成の電子部品実装ラインを示しており、この構成におけるライン長はＬとなっている。

図６（ｂ）は、本実施の形態に示す電子部品実装装置と同様構成の実装機Ｍ４、すなわ
ち搬送路２の一方側に部品搭載機構が配設され、他方側に局所加熱手段であるスポットリフロー部が配設された実装機Ｍ４を、印刷機Ｍ１の下流に３基直列に接続して構成された電子部品実装ラインの例を示している。この例では、一括リフローのためのリフロー炉を必要としないことから、ライン長は、図６（ａ）に示すＬよりも大幅に短いＬ１となっている。但し、ここに示すライン構成においては、各実装機Ｍ４において部品搭載機構は片側のみに配設されていることから、ライン全体としての部品搭載能力としては、図６（ａ）に示す電子部品実装ラインにおける部品搭載能力の半分となる。

ここで、図６（ａ）に示す電子部品実装ラインの部品搭載能力と同等の部品搭載能力が必要とされる場合には、図６（ｃ）に示すように、印刷機Ｍ１の下流に実装機Ｍ４を６基直列に接続して電子部品実装ラインを構成する。このように実装機Ｍ４の数を増して部品搭載能力を同等にしても、なおライン長Ｌ２は、図６（ａ）に示す電子部品実装ラインのライン長Ｌよりも短くなり、電子部品実装ラインのコンパクト化が可能となっている。さらに、本実施の形態においてはリフロー炉Ｍ３を必要としないことからライン全体の消費電力が抑制され、エネルギー効率を向上させることが可能となっている。

なお上記実施の形態においては、図３に示すように、１つの熱風噴射ノズル１９を備えた加熱ヘッド１８によって局所加熱によるリフローを行う例を示したが、図７に示す加熱ヘッド１８Ａのように、複数の熱風噴射ノズル１９を備えるようにしてもよい。このとき、搭載ヘッド１５における単位搭載ヘッド１６の配列と同様の配列で熱風噴射ノズル１９を加熱ヘッド１８Ａに備えるようにすることにより、搭載ヘッド１５による部品搭載動作と、加熱ヘッド１８Ａによる局所加熱動作とを同期させて、動作効率を向上させることが可能となる。

また上記実施の形態においては、電子部品を局所的に加熱する加熱ヘッド１８の構成として、熱風発生源１８ａから発生した熱風を熱風噴射ノズル１９によって電子部品に対して噴射する構成を示したが、レーザ加熱方式など限定された範囲を局所的に加熱できるものであれば、これ以外の構成によって電子部品を加熱するようにしてもよい。

さらに上記実施の形態では、基板３の接続用電極３ｂに予め接合用の半田を印刷により供給する例を示したが、本発明はこのような半田供給形態には限定されず、電子部品の基板への搭載に先立って接続用電極と電子部品とを接合する接合部位に半田を供給する形態であれば、電子部品における接続用電極３ｂとの接合部位に半田バンプを形成する方法など、予め電子部品側に半田を供給する形態を採用してもよい。

本発明の電子部品実装装置および電子部品実装方法は、各電子部品に応じた最適な加熱パターンで半田接合を行うことができ、電子部品実装ラインのコンパクト化およびエネルギー効率の向上を実現することができるという効果を有し、基板に電子部品を実装して実装基板を製造する分野において有用である。

本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の斜視図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の部分断面図 本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工程説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工程説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置を連結した電子部品実装ラインの構成図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の斜視図

符号の説明

２ 搬送路
３ 基板
３ａ 部品実装位置
３ｂ 接続用電極
４ 部品供給部
７ Ｙ軸移動テーブル
１３Ａ 第１のＸ軸移動テーブル
１３Ｂ 第２のＸ軸移動テーブル
１５ 搭載ヘッド
１８ 加熱ヘッド

Claims (4)

1. 部品供給部から取り出した電子部品を基板位置決め部に位置決めされた基板に半田接合により実装する電子部品実装装置であって、
   前記部品供給部から電子部品を取り出して前記基板上に移送してこの基板に設定された部品実装位置に搭載する部品搭載機構と、前記部品実装位置に搭載された電子部品を前記基板において局所的に加熱することにより前記電子部品と前記基板に設けられた接続用電極とを接合する接合部位に供給された半田を加熱溶融させる局所加熱手段とを備えたことを特徴とする電子部品実装装置。
2. 前記部品搭載機構は、前記基板位置決め部の一方側からこの基板に対してアクセスする搭載ヘッドを備え、前記局所加熱手段は、前記基板位置決め部の他方側からこの基板に対してアクセスする加熱ヘッドを備えたことを特徴とする請求項１記載の電子部品実装装置。
3. 部品供給部から取り出した電子部品を基板位置決め部に位置決めされた基板に半田接合により実装する電子部品実装方法であって、
   前記部品供給部から電子部品を取り出して前記基板上に移送して部品実装位置に搭載する部品搭載工程と、前記部品実装位置に搭載された電子部品を前記基板において局所的に加熱することにより前記電子部品と前記基板に設けられた接続用電極とを接合する接合部位に供給された半田を加熱溶融させる局所加熱工程とを含むことを特徴とする電子部品実装方法。
4. 前記部品搭載工程において、前記基板位置決め部の一方側からこの基板に対して搭載ヘッドをアクセスさせ、前記局所加熱工程において、前記基板位置決め部の他方側からこの基板に対して加熱ヘッドをアクセスさせることを特徴とする請求項３記載の電子部品実装方法。

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