JP2009239074A - 電子部品実装用治具、電子部品の実装方法及び取外し方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品を実装基板に搭載、又は実装基板から電子部品を取り外す際に、実装基板の反りを抑制できる電子部品実装用治具を提供する。
【解決手段】ＢＧＡ２をプリント基板３に搭載する場合には、ＢＧＡ２の外形形状に対応する額縁形状であるＢＧＡ押さえ治具１１と、ＢＧＡ２の下面とプリント基板３の上面との隙間に対応する厚みを有し、額縁形状の４辺のうち１辺が開放した形状である基板上面治具１２との間に、ＢＧＡ２を挟んで結合ピン１４によって固定する工程と、プリント基板３に形成されたボルト穴３ｂに結合ピン１４を挿通させると共に、ＢＧＡ押さえ治具１１と略同形状である基板下面治具１３をプリント基板３の裏面に配置して、結合ピン１４の先端から結合ナット１５を用いて固定する工程と、ＢＧＡ２のバンプ端子２ａとプリント基板３のランド３ａとをリペア装置１で加熱し接合する工程と、をこの順に有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品実装用治具、電子部品の実装方法及び取外し方法に関し、更に詳しくは、略平板状の電子部品を実装基板上に搭載する、又は、実装基板から電子部品を取り外すために使用される電子部品実装用治具、電子部品の実装方法及び取外し方法に関する。

実装基板に搭載される電子部品のパッケージとして、パッケージから引き出して球状にした接続端子（バンプ端子ともいう）を、パッケージ下面に格子状に配列したＢＧＡ（ball grid array）が知られている。また、ＢＧＡが搭載された実装基板に対しては、品質を保つために必要に応じてＢＧＡを実装基板から取り外して、新しいＢＧＡを実装基板に搭載する、いわゆるリペアが行われており、この際には、各種治具が用いられる（例えば、特許文献１，２）。

特許文献１には、電子部品（ＢＧＡ）のリペアを行うためのリペア装置であって、電子部品の略中央部を上面側から押さえ部材で保持すると同時に、電子部品の端部を下面側から複数の可動アームで保持する構造について記載されている。

特許文献２には、回路基板のＡ面とＢ面の両面に半導体素子をフリップチップ実装する半導体実装方法であって、回路基板のＡ面及びＢ面で半導体素子Ａ及びＢを実装する位置に開口部を有するプレートＡとプレートＢとの間に、回路基板を介在させて、ビス締め等で固定することが記載されている。

特開２００６−０４１３７５号公報 特開２００１−３２６３２２号公報

特許文献１に記載のリペア装置は、押さえ部材及び可動アームを用いて電子部品（ＢＧＡ）を保持することで、ＢＧＡの反りを回避するものである。しかし、このリペア装置では、実装基板の反りを考慮していない。例えば、このリペア装置を用いてリペアを行った場合には、交換対象（リペア対象）であるＢＧＡへの局部加熱により、実装基板に配置された銅箔（回路パターン）の配置バランスに起因する熱膨張の差によって、実装基板が反ることが考えられる。その結果として、ＢＧＡのバンプ端子と、実装基板のランドとの間で未接合（オープン）不良が発生し、また、バンプ端子のつぶれに起因するバンプ端子間のブリッジが発生するおそれがある。

また、特許文献２では、半導体素子を回路基板（実装基板）上にフリップチップ実装する際の実装基板の反りを、プレートを用いることで抑制しようとしている。しかし、特許文献２の図１１に示すように、フリップチップ実装される半導体素子は、樹脂を用いて熱硬化するときに反ってしまい、この半導体素子が実装される位置に対応する実装基板も反る場合がある。さらに、プレートには、半導体素子が実装基板に実装される位置に相当する箇所には開口部が形成されており、実装基板の反りを抑制することが困難である。

本発明は、電子部品を実装基板に搭載する、又は、実装基板から電子部品を取り外す際に、実装基板の反りを抑制できる電子部品実装用治具、電子部品の実装方法及び取外し方法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、本発明は、略平板状の電子部品を実装基板上に搭載するために使用される電子部品実装用治具であって、
前記電子部品の外形形状に対応する額縁形状を有し、少なくとも一方の面が平坦な第１の部材と、
前記第１の部材と略同形状を有し、前記電子部品の底面と前記実装基板の上面との間の距離に対応する厚みを有する第２の部材と、
前記第１の部材と略同形状を有し、少なくとも一方の面が平坦な第３の部材と、
前記第１〜第３の部材を挿通するボルト部材とを備え、
前記第２の部材には、前記ボルト部材に対応する雌ねじが形成されていることを特徴とする電子部品実装用治具を提供する。

また、本発明は、上述の電子部品実装用治具を用いて、電子部品を実装基板上に搭載する、電子部品の実装方法であって、
前記第１の部材と前記第２の部材との間に前記電子部品を挟んで、前記ボルト部材によって前記電子部品と前記第１及び第２の部材とを固定する工程と、
前記実装基板に形成されたボルト穴に前記ボルト部材の先端を挿通させ、該ボルト部材の先端から前記第３の部材を前記実装基板の裏面にナットを用いて固定する工程と、
前記電子部品の端子と前記実装基板のランドとを加熱し接合する工程と、をこの順に有することを特徴とする電子部品の実装方法を提供する。

さらに、本発明は、上述の電子部品実装用治具を用いて、実装基板から電子部品を取り外す、電子部品の取外し方法であって、
前記第２の部材を前記電子部品と前記実装基板との間に挿入する工程と、
前記第３の部材を前記実装基板の裏面に配置して、前記ボルト部材を前記実装基板の裏面側から挿通し、前記ボルト部材を回転させて、前記第１の部材と前記第２の部材との間で前記実装基板を固定する工程と、
前記電子部品の端子と前記実装基板のランドとを加熱して接合を切り離す工程と、をこの順に有することを特徴とする電子部品の取外し方法を提供する。

本発明の電子部品実装用治具を用いた電子部品の実装方法によると、第１〜第３の部材で電子部品と実装基板とを押さえて固定した状態で、電子部品の端子と実装基板のランドとを加熱し接合するので、電子部品への局部加熱により、実装基板に熱膨張の差が生じても、実装基板の反りを抑制でき、さらに、電子部品の反りも抑制できる。

また、本発明の電子部品実装用治具を用いた電子部品の取外し方法によると、電子部品と実装基板との間に挿入した第２の部材と、実装基板の裏面に配置した第３の部材との間で実装基板を固定した状態で、電子部品の端子と実装基板のランドとを加熱して接合を切り離すので、上記同様に、実装基板に熱膨張の差が生じても、実装基板の反りを抑制できる。

以下、図面を参照して、本発明の例示的な実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電子部品実装用治具を用いて電子部品を実装基板上に搭載する状態をリペア装置と共に示す。リペア装置１は、電子部品（以下、単にＢＧＡという）２を実装基板（以下、プリント基板という）３上に搭載する、又は、プリント基板３からＢＧＡ２を取り外す際に用いられる装置であって、同図（ａ）に示すように、上面ヒーター４と、下面ヒーター５と、バキュームノズル６とを備えている。

リペア装置１は、上面ヒーター４と下面ヒーター５とで囲まれて形成された空間Ｓを有している。この空間Ｓ内には、電子部品実装用治具１０で固定されたＢＧＡ２及びプリント基板３が、図示しない保持部材で保持された状態で配置される。同図では、ＢＧＡ２をプリント基板３に搭載する際に用いられる電子部品実装用治具１０の配置を示している。ＢＧＡ２及びプリント基板３は、同図（ｂ）に示すように、電子部品実装用治具１０で固定された状態で、上面ヒーター４によりＢＧＡ２の上面側から加熱され、さらに、下面ヒーター５によりプリント基板３の下面側から加熱される。

上記空間Ｓ内の温度は、例えば２４０℃程度まで上昇するので、ＢＧＡ２のバンプ端子２ａと、プリント基板３のランド３ａとの間で半田が溶融して接合し、プリント基板３上にＢＧＡ２が搭載される。なお、プリント基板３上に搭載されているＢＧＡ２を、プリント基板３から取り外す際には、加熱により半田等を溶融させて接合を切り離す。

バキュームノズル６は、ＢＧＡ２を吸着又は吸着解除する機構を有しており、リペア対象となるＢＧＡ２をプリント基板３から取り外す際（図３参照）や、新たなＢＧＡ２をプリント基板３上に実装する工程（図４（ａ）参照）で使用される。

次に、図１及び図２を参照して、電子部品実装用治具１０の構成について説明する。電子部品実装用治具１０は、ＢＧＡ押さえ治具（第１の部材、又は第３の部材）１１と、基板上面治具（第２の部材）１２と、基板下面治具（第３の部材、又は第１の部材）１３と、これらの各治具１１〜１３を挿通する４つのボルト（結合ピン）１４と、結合ピン１４にねじ込み可能な４つのナット（結合ナット）１５等とを備える。

ＢＧＡ押さえ治具１１は、図２（ａ）に示すように、ＢＧＡ２の外形形状に対応する額縁形状を有し、少なくとも一方の面が平坦であり、さらに、結合ピン１４が挿通する４つの貫通孔（ボルト穴）１１ａを有する。基板上面治具１２は、図２（ｂ）に示すように、ＢＧＡ押さえ治具１１と略同様にＢＧＡ２の外形形状に対応する額縁形状であって、額縁の４辺のうち１辺が開放した形状を有する。また、基板上面治具１２は、ＢＧＡ２の底面（下面）とプリント基板３の上面との間の距離（隙間）に対応する厚みを有している。さらに、基板上面治具１２は、結合ピン１４に対応する雌ねじ１２ｂが形成された４つボルト穴１２ａを有する。

基板下面治具１３は、図２（ｃ）に示すように、ＢＧＡ押さえ治具１１と同一形状を有し、少なくとも一方の面が平坦であり、さらに、結合ピン１４が挿通する４つのボルト穴１３ａを有する。各治具１１〜１３は、ＢＧＡ２及びプリント基板３よりも高い強度を有し、さらに、リペア時での温度で変形しなければ、例えばＳＵＳ材等、適宜の材質を用いてもよい。なお、ＢＧＡ押さえ治具１１と基板下面治具１３とは、同一形状として図示したが、これに限られず、基板下面治具１３は、額縁形状の幅等を適宜変更してもよい。また、プリント基板３は、図１に示すように、結合ピン１４が挿通する４つのボルト穴（貫通穴）３ｂを有する。

次に、図３を参照して、電子部品実装用治具１０を用いて、プリント基板３に搭載されているＢＧＡ２を、プリント基板３から取り外す工程について説明する。まず、リペア対象のＢＧＡ２の下面と、プリント基板３の上面との隙間に、基板上面治具１２を挿入する。このとき、基板上面治具１２は、額縁の１辺が開放した形状であるから、上記隙間に容易に配置できる。なお、隙間は、半田により接合されている、ＢＧＡ２のバンプ端子２ａと、プリント基板３の対応するランド３ａとで規定されている。

続いて、基板下面治具１３をプリント基板３の裏面（下面）に配置して、４本の結合ピン１４を、プリント基板３の裏面側から挿通して、基板下面治具１３のボルト穴１３ａ、プリント基板３のボルト穴３ｂを貫通させる。更に、結合ピン１４を回転させて、基板上面治具１２のボルト穴１２ａに形成された雌ねじ（ネジ溝）１２ｂで固定する。これにより、基板上面治具１２と基板下面治具１３との間でプリント基板３が固定される。

次いで、この固定された状態で、ＢＧＡ２及びプリント基板３を電子部品実装用治具１０と共に、図１に示すリペア装置１の空間Ｓに配置して、ＢＧＡ２のバンプ端子２ａと、プリント基板３のランド３ａを加熱して接合を切り離す。その後に、図１に示すバキュームノズル６を降下させて、ＢＧＡ２の上面を吸着することで、ＢＧＡを取り外す。

このとき、上記したように、基板上面治具１２と基板下面治具１３との間でプリント基板３が固定されているので、ＢＧＡ２への局部加熱により、プリント基板３に熱膨張の差が生じても、少なくともＢＧＡ２に対応するエリアにおけるプリント基板３の反りを抑制できる。

その後に、プリント基板３のランド３ａに付着した半田を半田吸取線等で除去する。最後に、電子部品実装用治具１０である結合ピン１４、基板下面治具１３、基板上面治具１２を、例えばこの順で取り外す。

さらに続いて、図１及び図４を参照して、電子部品実装用治具１０を用いて、プリント基板３にＢＧＡ２を搭載する工程について説明する。なお、図３を参照して既に説明したように、プリント基板３からリペア対象となるＢＧＡ２が既に取り外されており、以下の工程では新しいＢＧＡ２が搭載されることになる。そのための準備として、まず、プリント基板３側又はＢＧＡ２のバンプ端子２ａ側に、図４（ａ）に示すように、クリーム半田３ｃが印刷機により印刷される。

次いで、新しいＢＧＡ２を挟むように、ＢＧＡ２の上面にＢＧＡ押さえ治具１１を配置し、ＢＧＡ２の下面に基板上面治具１２を配置して、４本の結合ピン１４をＢＧＡ押さえ治具１１のボルト穴１１ａに挿通させて、次に、基板上面治具１２のボルト穴１２ａに形成されたネジ溝１２ｂで固定する。

続いて、上記各治具１１，１２で固定されたＢＧＡ２をプリント基板３に実装する。即ち、プリント基板３に形成されたボルト穴３ｂに結合ピン１４を挿通させる。このとき、リペア装置１での画像による位置合わせ機能を用いて実装してもよく、また、プリント基板３のボルト穴３ｂを目安にして結合ピン１４を挿通させて、位置決めを簡易に行ってもよい。なお、プリント基板３のボルト穴３ｂに結合ピン１４を挿通させる際には、上記各治具１１，１２で固定されたＢＧＡ２の上面を、図１に示すバキュームノズル６で吸着した状態で適宜位置を調整してもよい。

次に、図４（ｂ）に示すように、基板下面治具１３をプリント基板３の裏面に配置して、ボルト穴３ｂから突出した結合ピン１４の先端に、結合ナット１５を取り付けて固定する。これにより、電子部品実装用治具１０を用いてＢＧＡ２とプリント基板３とが完全に固定される。

続いて、この固定された状態で、図１（ｂ）に示すように、リペア装置１の空間Ｓ内で、ＢＧＡ２のバンプ端子２ａとプリント基板３のランド３ａとを加熱して半田を溶融して接合し、ＢＧＡ２をプリント基板３に搭載する。このとき、リペア装置１によるＢＧＡ２への局部加熱により、プリント基板３に熱膨張の差が生じても、プリント基板３におけるＢＧＡ２に対応するエリアでの反りを抑制できる。最後に、例えば、結合ナット１５、結合ピン１４、ＢＧＡ押さえ治具１１、さらに基板上面治具１２を、この順で取り外す。

このように、上記各工程では、各治具１１〜１３、結合ピン１４、結合ナット１５、プリント基板３のボルト穴３ｂ等を用いて、ＢＧＡ２とプリント基板３とを、ネジ止めして機械的に固定する。そのため、リペア時での局部加熱により、プリント基板３が反ってしまっても、少なくとも、リペア対象のＢＧＡ２に対応するエリアが電子部品実装用治具１０によって固定されているので、プリント基板３の反りが抑制される。

その結果として、ＢＧＡ２のバンプ端子２ａとプリント基板３のランド３ａの接合には影響を与えず、バンプ端子２ａとランド３ａとの間での、オープン不良や、バンプ端子２ａのつぶれに起因するバンプ端子２ａ間のブリッジ等を防止できる。また、ＢＧＡ２の上面は、ＢＧＡ押さえ治具１１で固定されているので、ＢＧＡ２のパッケージの反りも抑制できる。つまり、電子部品実装用治具１０によれば、リペアを安定して行うことが可能となる。なお、リペアを行う際に、既存のリペア装置をそのまま使用することもできる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の電子部品実装用治具、電子部品の実装方法及び取外し方法は、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る電子部品実装用治具を用いてＢＧＡをプリント基板上に搭載する状態をリペア装置と共に示す図。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれＢＧＡ押さえ治具、基板上面治具、基板下面治具を示す図。 電子部品実装用治具を用いてプリント基板からＢＧＡを取り外す状態を示す図。 （ａ）及び（ｂ）は、電子部品実装用治具を用いてＢＧＡをプリント基板上に搭載する状態を示す図。

符号の説明

１：リペア装置
２：電子部品（ＢＧＡ）
２ａ：バンプ端子
３：実装基板（プリント基板）
３ａ：ランド
３ｂ，１１ａ，１２ａ，１３ａ：ボルト穴（貫通穴）
４：上面ヒーター
５：下面ヒーター
６：バキュームノズル
１０：電子部品実装用治具
１１：ＢＧＡ押さえ治具
１２：基板上面治具
１２ｂ：ネジ溝（雌ねじ）
１３：基板下面治具
１４：結合ピン
１５：結合ナット

Claims (5)

1. 略平板状の電子部品を実装基板上に搭載するために使用される電子部品実装用治具であって、
   前記電子部品の外形形状に対応する額縁形状を有し、少なくとも一方の面が平坦な第１の部材と、
   前記第１の部材と略同形状を有し、前記電子部品の底面と前記実装基板の上面との間の距離に対応する厚みを有する第２の部材と、
   前記第１の部材と略同形状を有し、少なくとも一方の面が平坦な第３の部材と、
   前記第１〜第３の部材を挿通するボルト部材とを備え、
   前記第２の部材には、前記ボルト部材に対応する雌ねじが形成されていることを特徴とする電子部品実装用治具。
2. 前記第２の部材が、額縁の４辺のうち１辺が開放した形状を有する、請求項１に記載の電子部品実装用治具。
3. 前記第１及び第３の部材が、前記ボルト部材が挿通するボルト穴を有する、請求項１又は２に記載の電子部品実装用治具。
4. 請求項１〜３の何れか一に記載の電子部品実装用治具を用いて、電子部品を実装基板上に搭載する、電子部品の実装方法であって、
   前記第１の部材と前記第２の部材との間に前記電子部品を挟んで、前記ボルト部材によって前記電子部品と前記第１及び第２の部材とを固定する工程と、
   前記実装基板に形成されたボルト穴に前記ボルト部材の先端を挿通させ、該ボルト部材の先端から前記第３の部材を前記実装基板の裏面にナットを用いて固定する工程と、
   前記電子部品の端子と前記実装基板のランドとを加熱し接合する工程と、をこの順に有することを特徴とする電子部品の実装方法。
5. 請求項１〜３の何れか一に記載の電子部品実装用治具を用いて、実装基板から電子部品を取り外す、電子部品の取外し方法であって、
   前記第２の部材を前記電子部品と前記実装基板との間に挿入する工程と、
   前記第３の部材を前記実装基板の裏面に配置して、前記ボルト部材を前記実装基板の裏面側から挿通し、前記ボルト部材を回転させて、前記第１の部材と前記第２の部材との間で前記実装基板を固定する工程と、
   前記電子部品の端子と前記実装基板のランドとを加熱して接合を切り離す工程と、をこの順に有することを特徴とする電子部品の取外し方法。

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