JP2016219695A - リワーク用の基板保持構造およびその基板保持構造を備えるリワーク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リワーク時の局所加熱により生じる基板の撓みを低減できる基板保持構造を提案する。
【解決手段】基板保持構造１０は、２本のレール１４と、複数の支持部材１６と、複数の規制部材１８と、を備える。複数の支持部材１６は基板２を支持する。複数の規制部材１８は、支持部材１６とは反対側から基板２に当接する。基板２は、Ｘ方向およびＹ方向における周囲が隙間で囲まれる。
【選択図】図２

Description

本発明は、リワーク用の基板保持構造およびその基板保持構造を備えるリワーク装置に関する。

基板に実装されている電子部品の接合不良や部品不良が発生した場合、その電子部品を取り外し、新しい電子部品と交換するリワークが行われる。ＢＧＡやＣＳＰ等の大型電子部品のリワークは、半田ごてでの作業は困難なため、交換対象となる電子部品（以下、「リワーク対象部品」ともいう）を基板に接続している半田を局所加熱によって溶融することでリワーク対象部品を取り外す。取り外したリワーク対象部品の代わりに新しい電子部品が基板に取り付けられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２２３０００号公報

リワーク時の局所加熱により基板に撓みが生じる場合がある。基板に撓みが生じた状態で新たな電子部品を実装すると、その電子部品の半田接合部に歪が生じ易くなる。この歪みは、基板が冷却された後においても残存する。このような状態で、基板に振動あるいは熱ストレスが繰り返し加わると、交換した電子部品の半田接合部に亀裂等の不良が生じる虞がある。また、基板に撓みが生じた状態で新たな電子部品を実装すると、交換後の電子部品の接合不良が発生する虞がある。

本発明者らは、鋭意検討を進めた結果、局所加熱により生じる基板の撓みの低減について、従来の基板保持構造には改善の余地があると考えた。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、リワーク時の局所加熱により生じる基板の撓みを低減できる基板保持構造を提案することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のリワーク用の基板保持構造は、基板を保持するための保持部を備える。保持部は、基板の面に垂直な方向への変形を規制し、基板の面に沿った方向への変形を許容するよう基板を保持する。

本発明の別の態様は、リワーク装置である。この装置は、上記のリワーク用の基板保持構造を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、リワーク時の局所加熱により生じる基板の撓みを低減できる。

第１の実施の形態に係る基板保持構造を示す斜視図である。 支持部材および規制部材を含む基板保持構造の断面図の一部である。 位置決め治具を含む基板保持構造の断面図の一部である。 図４（ａ）、（ｂ）は、基板保持構造に基板を保持させる際の様子を示す図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、基板保持構造に基板を保持させる際の様子を示す図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、基板保持構造に基板を保持させる際の様子を示す図である。 第１の実施の形態に係る基板保持構造と比較すべき、比較例に係る基板保持構造を示す図である。 撓み低減効果の検証結果を示す図である。

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

（第１の実施の形態）
図１〜３は、第１の実施の形態に係る基板保持構造１０を示す。図１は、基板保持構造１０の斜視図である。図２は、支持部材１６および規制部材１８を含む基板保持構造１０の断面図の一部である。図３は、位置決め治具２０を含む基板保持構造１０の断面図の一部である。図１〜３では、リワーク対象部品４が取り外される前の状態を示す。なお、図１〜３では、リワーク対象部品４以外の電子部品の表示を省略している。

基板保持構造１０は、基板２を保持する装置であり、リワーク装置に組み込まれて使用される。基板保持構造１０は、フレーム１２と、２本のレール１４と、複数（ここでは６個）の支持部材１６と、複数（ここでは６個）の規制部材１８と、一対の位置決め治具２０と、補強部材２２を備える。フレーム１２は、平面視で略矩形状を有する。

２本のレール１４は、直線的に延びる細長い部材である。以下では、レール１４が延在する水平方向をＸ方向、それに実質的に直交する水平方向をＹ方向、Ｘ方向とＹ方向の両方に実質的に直交する方向をＺ方向として説明する。

２本のレール１４はＹ方向に互いに離間して配置され、それらの両端はフレーム１２に固定される。２本のレール１４は特に、Ｙ方向に固定位置を変更可能にフレームに固定される。つまり、２本のレール１４のＹ方向の間隔は、調整可能となっている。２本のレール１４の間に基板２が保持される。

支持部材１６は、レール１４に取り付けられる。本実施の形態では、各レール１４に３つの支持部材１６が取り付けられる。支持部材１６は、転動可能に設けられたボール１６ａを有する。ボール１６ａは、２本のレール１４の間に位置し、基板２を支持する。

規制部材１８は、レール１４に取り付けられる。本実施の形態では、支持部材１６とＺ方向で対向するように、各レール１４に３つの規制部材１８が取り付けられる。規制部材１８は、転動可能に設けられたボール１８ａを有する。ボール１８ａは、２本のレール１４の間に位置し、ボール１６ａとは反対側から基板２に当接する。

一対の位置決め治具２０はそれぞれ、レール１４に載置される載置部２０ａと、レール１４と基板２との間に進入する進入部２０ｂと、を有する。進入部２０ｂと基板２およびレール１４とがＹ方向で当接するようレール１４の位置を調整することで、基板２をＹ方向に位置決めできる。また、このように位置決めした上で位置決め治具２０をレール１４から取り外すことによって、基板２とレール１４との間に隙間が確保される。

補強部材２２は、リワーク対象部品４の近傍の基板２の部分を支持する。補強部材２２は、Ｘ方向に伸びる２つの基部２２ａと、基部２２ａから上方（すなわちＺ方向）に突出する複数の突起部２２ｂと、を含む。基部２２ａは、Ｙ方向に固定位置を変更可能にフレーム１２に固定される。突起部２２ｂは、Ｘ方向に固定位置を変更可能に基部２２ａに固定される。突起部２２ｂは、基板２に当接して基板２を支持する。本実施の形態では、突起部２２ｂは円柱形状を有し、基板２と当接する突起部２２ｂの面は円形状を有する。なお、突起部２２ｂは転動可能なボールを有し、このボールが基板２を支持するようにしてもよい。

基部２２ａを固定するＹ方向の位置と、突起部２２ｂを固定するＸ方向の位置とをそれぞれ調整することによって、補強部材２２は所望の位置で基板２を支持できる。ここで、リワーク対象部品４を基板２から取り外すときには、リワーク対象部品４が接続されている基板の部分を局所加熱する。そのため、局所加熱されて柔らかくなった基板２の部分が、その自重で下方に垂れて基板２変形する虞がある。補強部材２２は、柔らかくなった基板２の部分が自重で垂れるのをひいては基板が変形するのを抑止する。

続いて、基板保持構造１０に基板２を保持させるときの流れについて説明する。図４〜図６は、基板保持構造１０に基板２を保持させるときの様子を示す。なお、図４（ａ)、図５（ａ）、図６（ａ）は、図２に対応する。図４（ｂ)、図５（ｂ）、図６（ｂ）は、図３に対応する。

まず、図４（ａ）、（ｂ）のごとく、支持部材１６、位置決め治具２０、補強部材２２を準備する。続いて図５（ａ）、（ｂ）のごとく、基板２を支持部材１６に載せる。このとき、レール１４と基板２との間に進入部２０ｂが進入し、かつ、Ｙ方向において進入部２０ｂと基板２およびレール１４とが当接するようレール１４の位置を調整し、その位置でレール１４を固定する。

続いて図６（ａ）のごとく、規制部材１８を準備する。具体的には、基板２に対してボール１６ａとは反対側においてボール１８ａを基板２に当接させる。規制部材１８を準備したら、図６（ｂ）のごとく、位置決め治具２０を取り外す。

以上のようにして、基板２は、転動可能なボール１６ａおよびボール１８ａによってＺ方向に挟み込まれ、かつ、Ｘ方向およびＹ方向における周囲が隙間で囲まれた状態で、保持される。このように保持された基板２に対して、リワーク対象部品４のリワークが行われる。なお、リワーク対象部品４を取り外した基板の部分を整地する場合や、取り外したリワーク対象部品４に代わって新しい電子部品を取り付ける場合も、基板２を局所加熱する。この場合も図４〜図６の流れで基板２を基盤保持構造１０に保持させればよい。

（比較例）
図７は、本実施の形態に係る基板保持構造１０と比較すべき比較例に係る基板保持構造１１０を示す図である。図７は図２に対応する。基板保持構造１１０は、フレーム（不図示）と、２本のレール１１４と、複数の規制部材１１８と、補強部材２２を備える。

２本のレール１１４は、直線的に延びる細長い部材であり、その断面は略Ｌ字状である。２本のレール１１４は、Ｙ方向に互いに離間して配置され、Ｙ方向に固定位置を変更可能にフレームに固定される。本実施の形態では、基板２は、２本のレール１１４上に載置され、２本のレール１１４にＹ方向に挟み込まれて固定される。規制部材１１８は、所定の付勢力で基板２をレール１４に押しつけ、基板２をレール１１４に固定する。

以下、これを踏まえて本実施の形態に係る基板保持構造１０の効果を説明する。本実施の形態に係る基板保持構造１０によると、基板２は、転動可能なボール１６ａおよびボール１８ａにＺ方向に挟み込まれて保持される。したがって、基板２のＺ方向（すなわち基板２の面に垂直な方向）への変形が規制される。また、基盤保持構造１０によると、転動可能なボール１６ａおよびボール１８ａによってＺ方向に挟み込まれて保持され、かつ、Ｘ方向およびＹ方向における周囲が隙間で囲まれた状態で保持される。したがって、リワーク対象部品４のリワークのために基板２を局所加熱したとき、レール１４によって基板２の熱膨張（すなわち変形）は規制されず、基板２はＸＹ方向には自由に変形できる。

一方、比較例に係る基板保持構造１１０では、レール１１４によってＸ方向の基板２の変形が規制されているため、基板２を局所加熱したときに基板２はＸ方向に変形できない。そのため、Ｘ方向に変形しようとする応力が例えばＺ方向に働く。したがって、基板２はＺ方向に変形しようとする、すなわち基板２に撓みが生じてしまう。これに対して、本実施の形態に係る基板保持構造１０によれば、上述のようにＸＹ方向に自由に変形できるため、比較例のような撓みが生じるのを低減できる。

本発明者らは、実施の形態に係る基板保持構造１０による撓み低減効果を確かめるため、実施の形態に係る基板保持構造１０と比較例に係る基板保持構造１１０とを用いて検証を行った。具体的には、各基板保持構造について、リワーク対象部品４のリワークを行い、リワーク対象部品４が実装される所定の四角い領域における２つの対角線方向の撓み量を測定した。

図８は、検証結果を示す図である。図８において、縦軸は撓み量を示し、横軸は撓み量を測定したタイミングを示す。「初期」は、リワーク処理を実施する前のタイミングを示す。「取外し／整地後」は、リワーク対象部品４を基板２から取り外して整地した後のタイミングを示す。「取付け後」は、整地された部分に新しい電子部品を半田付けした後のタイミングを示す。

図８のごとく、実施の形態に係る基板保持構造１０によると、比較例に係る基板保持構造１１０に比べ、一方の対角線方向の撓みが平均４４％減少し、もう一方の対角線方向の撓みが平均６９％減少する。これより、実施の形態に係る基板保持構造１０は、比較例に係る基板保持構造１１０に比べ、撓み低減効果が優れていることがわかる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る基板保持構造は、基本的には、図７の比較例に係る基板保持構造１１０と同様の構成を有する。ただし、本実施の形態に係る基板保持構造では、２本のレール１１４は、Ｙ方向にスライド移動可能にフレームに取り付けられる。したがって、リワーク対象部品４のリワークのために基板２を局所加熱したときに、２本のレール１１４ごと基板２はＹ方向に膨張（すなわち変形）できる。つまり、基板２は、第１の実施の形態に係る基板保持構造１０と同様に、ＸＹ方向には自由に熱膨張できる。このため、第２の実施の形態に係る基板保持構造によると、第１の実施の形態に係る基板保持構造１０によって奏される作用効果と同様の作用効果が奏される。

以上、実施の形態に係る基板保持構造の構成について説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。また、実施の形態同士の組み合わせも可能である。以下、変形例を示す。

（変形例１）
第１の実施の形態では、支持部材１６は転動可能に設けられたボール１６ａを有し、このボール１６ａにより基板２を支持する場合について説明したが、これに限られない。支持部材１６は、基板２がＸＹ方向に変形するのを妨げないよう基板２を支持できればよく、基板２に接触する支持部材１６の部分（以下、「接触部」と呼ぶ）が転動しなくても、基板２と点で接触するボール形状でなくてもよい。したがって、支持部材１６の接触部は、例えば円柱状であってもよい。なお、接触部は、この好ましくは、テフロン（登録商標）などの摩擦係数が小さい材料で形成されてもよい。あるいは、摩擦係数が小さい材料で覆われていてもよい。
規制部材１８についても支持部材１６と同様のことが言える。

（変形例２）
実施の形態では特に言及しなかったが、規制部材１８は、基板２が局所加熱されたときに基板２が変形するのを抑止しない程度に基板２を付勢してもよい。この場合、基板２の位置がずれるのを抑止できる。なお、付勢力の大きさは、実験により定めればよい。

１０ 基板保持構造、 １４ レール、 １６ 支持部材、 １８ 規制部材。

Claims (6)

1. 基板を保持するための保持部を備え、
   前記保持部は、前記基板の面に垂直な方向への変形を規制し、前記基板の面に沿った方向への変形を許容するよう前記基板を保持することを特徴とするリワーク用の基板保持構造。
2. 前記保持部は、前記基板の面に沿った方向における前記基板の周囲に隙間を確保した状態で前記基板を保持することを特徴とする請求項１に記載のリワーク用の基板保持構造。
3. 前記保持部は、前記基板の第１の面を支持する支持部材と、前記基板の第２の面に当接する規制部材と、を含むことを特徴とする請求項２に記載のリワーク用の基板保持構造。
4. 前記支持部材または前記規制部材の少なくとも一方は、前記基板に当接する転動可能なボールを有することを特徴とする請求項３に記載のリワーク用の基板保持構造。
5. 前記保持部は、前記基板の面に沿った方向にスライド可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のリワーク用の基板保持構造。
6. 請求項１から５のいずれかに記載のリワーク用の基板保持構造を備えることを特徴とするリワーク装置。

Images