JP2017220614A - ハンダ付け方法及び加熱ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】高さの異なる固定用ハンダと信号線用ハンダとを同時に加熱してプリント基板とフレキシブル基板とを接合する。【解決手段】ハンダ付け方法は、プリント基板上に、前記プリント基板に設けられている信号線と電気的に接続されている第１のハンダと、前記第１のハンダの両側に前記第１のハンダの高さよりも高さが高い第２のハンダとを配置する工程と、前記第１のハンダ及び前記第２のハンダにフレキシブル基板を搭載する工程と、ヒータチップが備える前記第１のハンダと前記第２のハンダとの接触面を撓ませて、前記接触面の中心部を前記プリント基板に向かって突出した形状とする工程と、加熱され、前記接触面を前記フレキシブル基板に接触させている前記ヒータチップにより前記フレキシブル基板を前記第１のハンダ及び前記第２のハンダに押し付け、前記プリント基板に前記フレキシブル基板を圧着する工程とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、ハンダ付け方法及び加熱ヘッドに関する。

従来、リードを加熱する可撓性の加熱ヒータと、リードに当接した加熱ヒータを加圧し、リードを被接合部材に加圧する加圧ブロックとを具備したボンディングヘッド装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−８９９２４号公報

ところで、プリント基板（以下、ＰＣＢ：Printed Circuit Boardということがある）上にフレキシブル基板（以下、ＦＰＣ：Flexible Printed Circuitsということがある）を実装する場合がある。ＰＣＢ上に、信号線が設けられており、この信号線とＦＰＣとがＰＣＢ上に盛られたハンダを介して電気的に接続される。信号線とＦＰＣとの電気的な接続を行う場合、信号線とＦＰＣとをハンダを介して接続するだけでなく、ＰＣＢとＦＰＣとをハンダを介して接続することがある。この場合、加熱可能な治具を用い、ＰＣＢに盛られた信号線用のハンダ及び固定用のハンダにＦＰＣを押し付け、ＦＰＣとＰＣＢとを圧着することがある。

ここで、固定用のハンダは、信号線用のハンダの両側に配置され、その高さは、信号線用のハンダの高さよりも高くなっていることがある。このような場合、治具のＦＰＣへの接触面が平面であると、高さが高い固定用のハンダが先にＦＰＣに接触して熱せられ、次いで、信号線用のハンダがＦＰＣに接して熱せられる。ＦＰＣの接触するタイミングが異なり、加熱が開始されるタイミングが異なると、固定用のハンダと信号線用のハンダとで温度プロファイルが異なり、両者が均一の温度になるまでに時間がかかる。この結果、ハンダ付け作業に時間がかかり、また、ハンダ接合部の品質にも影響が及ぶと考えられる。特許文献１は、ボンディングヘッド装置であり、このような問題を有するＰＣＢとＦＰＣとのハンダ接合に適用することは困難であると考えられる。

１つの側面では、本明細書開示のハンダ付け方法及び加熱ヘッドは、高さの異なる固定用ハンダと信号線用ハンダとを同時に加熱してプリント基板とフレキシブル基板とを接合することを課題とする。

本明細書開示のハンダ付け方法は、プリント基板上に、前記プリント基板に設けられている信号線と電気的に接続されている第１のハンダと、前記第１のハンダの両側に前記第１のハンダの高さよりも高さが高い第２のハンダとを配置する工程と、前記第１のハンダ及び前記第２のハンダにフレキシブル基板を搭載する工程と、ヒータチップが備える前記第１のハンダと前記第２のハンダとの接触面を撓ませて、前記接触面の中心部を前記プリント基板に向かって突出した形状とする工程と、
加熱され、前記接触面を前記フレキシブル基板に接触させている前記ヒータチップにより前記フレキシブル基板を前記第１のハンダ及び前記第２のハンダに押し付け、前記プリント基板に前記フレキシブル基板を圧着する工程と、を、含む。

本明細書開示の加熱ヘッドは、本体部と、前記本体部に相互に接近及び離間可能に取り付けられている第１取付ブロック及び第２取付ブロックと、前記第１取付ブロックと前記第２取付ブロックとを接近及び離間させる駆動部と、１面側を接触面とした可撓部と、前記可撓部の一端部に設けられ、前記第１取付ブロックに接続される第１取付部と、前記可撓部の他端部に設けられ、前記第２取付ブロックに接続される第２取付部と、を備えるヒータチップと、を、備える。

本明細書開示のハンダ付け方法及び加熱ヘッドによれば、高さの異なる固定用ハンダと信号線用ハンダとを同時に加熱してプリント基板とフレキシブル基板とを接合することができる。

図１（Ａ）は実施形態のハンダ付け装置の概略構成を模式的に示す説明図であり、図１（Ｂ）は実施形態のハンダ付け装置が備える加熱ヘッドを撓ませた状態を示す説明図である。 図２は基板に設けられたパッドを示す説明図である。 図３は加熱ヘッドの説明図である。 図４はハンダ付け方法の工程を示すフローチャートの一例である。 図５は第１取付ブロックと第２取付ブロックとの接近移動量と、ヒータチップの接触面の撓み量との関係を示すマップの一例である。 図６（Ａ）及び図６（Ｂ）はハンダ付けを行うハンダ付け装置の動作を示す説明図である。 図７（Ａ）、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）はハンダ付けを行うハンダ付け装置の動作を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては、説明の都合上、実際には存在する構成要素が省略されていたり、寸法が実際よりも誇張されて描かれていたりする場合がある。

（実施形態）
まず、図１（Ａ）乃至図３を参照しつつ、実施形態のハンダ付け装置１００の概略構成及びＰＣＢ５０について説明する。図１（Ａ）は実施形態のハンダ付け装置の概略構成を模式的に示す説明図であり、図１（Ｂ）は実施形態のハンダ付け装置が備える加熱ヘッドを撓ませた状態を示す説明図である。図２は基板に設けられたパッドを示す説明図である。図３は加熱ヘッドの説明図である。

ハンダ付け装置１００は、加熱ヘッド１、ロボット９、制御部１０、記憶部１１及びセンサ１２を備える。ハンダ付け装置１００は、ＰＣＢ５０に盛られた信号線用ハンダ５１と固定用ハンダ５２を介して、ＰＣＢ５０とＦＰＣ５３とが圧着され、接合される。信号線用ハンダ５１は、第１のハンダに相当し、固定用ハンダ５２は、第２のハンダに相当する。固定用ハンダ５２は、複数並べられた信号線用ハンダ５１の両側に配置されている。

図２を参照すると、ＰＣＢ５０上に複数の信号線パッド５１ａが設けられている。信号線パッド５１ａからは、それぞれ信号線５１ａ１が延びている。複数の信号線パッド５１ａは、並列している。信号線用ハンダ５１は、信号線パッド５１ａ上に盛られている。並列した信号線パッド５１ａの両側には、固定用パッド５２ａが設けられている。固定用ハンダ５２は、固定用パッド５２ａ上に盛られている。固定用パッド５２ａの面積は、信号線パッド５１ａの面積よりも大きい。このため、固定用ハンダ５２の高さは、ＰＣＢ５０とＦＰＣ５３とが接合される以前の状態において、信号線用ハンダ５１の高さよりも高くなっている。

加熱ヘッド１は、本体部２、駆動シャフト４、第１取付ブロック５ａ、第２取付ブロック５ｂ、駆動モータ６、ヒータ７及びヒータチップ８を備える。

本体部２は、ブロック状の部材であり、その両側に駆動シャフト４を支持する支持部３がそれぞれ設けられている。駆動シャフト４は、駆動モータ６と共に駆動部に含まれる。駆動シャフト４は、支持部３に回動可能に支持されており、一端部に第１ネジ部４ａを備えると共に、他端部に第２ネジ部４ｂを備える。駆動シャフト４は、いわゆる左右ネジとなっており、第１ネジ部４ａの螺糸の向きと第２ネジ部４ｂの螺糸の向きが逆向きとなっている。駆動シャフト４は、駆動モータ６によって、正転及び逆転することができる。

本体部２には、互に接近及び離間可能に第１取付ブロック５ａ及び第２取付ブロック５ｂが取り付けられている。第１取付ブロック５ａと第２取付ブロック５ｂは、互いに接近及び離間できるように設けられている。第１取付ブロック５ａには、ナット部５ａ１が設けられている。第２取付ブロック５ｂにも同様にナット部５ｂ１が設けられている。ナット部５ａ１には、第１ネジ部４ａが螺合しており、ナット部５ｂ１には、第２ネジ部４ｂが螺合している。駆動シャフト４は、左右ネジであるので、駆動シャフト４が正転すると第１取付ブロック５ａと第２取付ブロック５ｂとが接近し、駆動シャフト４が逆転すると第１取付ブロック５ａと第２取付ブロック５ｂとが離間する。

ヒータ７は、ヒータチップ８と電熱線を介して接続されている。ヒータ７に通電されると、ヒータチップ８が加熱される。図３を参照すると、ヒータチップ８は、第１取付部８ａ、第２取付部及び可撓部８ｃを備える。可撓部８ｃの一面側は、ＦＰＣ５３を信号線用ハンダ５１及び固定用ハンダ５２に押し付ける際に、ＦＰＣ５３と接触する接触面となっている。第１取付部８ａは、可撓部８ｃの一端部に設けられている。第２取付部８ｂは、可撓部８ｃの他端部に設けられている。第１取付部８ａと第２取付部８ｂの可撓部８ｃへの取付部と反対側の端部は、解放された状態となっている。第１取付部８ａは、取付穴８ｄを介して第１取付ブロック５ａにピン接合されている。第２取付部８ｂも同様に、取付穴８ｄを介して第２取付ブロック５ｂにピン接合されている。

ヒータチップ８には、信号線用ハンダ５１や固定用ハンダ５２の融点よりも高い温度となることができることが求められる。また、ヒータチップ８には、第１取付ブロック５ａと第２取付ブロック５ｂの動作に伴って変形しても塑性域に入ることがなく、元形状に復帰することができる性質が求められる。このような観点から、ヒータチップ８の素材として、弾性を有するチタン合金が選定されている。なお、ヒータチップ８の素材は、弾性を有するチタン合金に限定されるものではなく、所望の性質を有する従来公知の種々の素材を選定することができる。

ヒータチップ８は、第１取付ブロック５ａと第２取付ブロック５ｂとが離間した状態となっているときに、変形していない状態となっている。すなわち、接触面８ｃ１は、平面となっている。一方、第１取付ブロック５ａと第２取付ブロック５ｂとが接近すると、可撓部８ｃが撓む。これに伴い、接触面８ｃ１が撓み、接触面８ｃ１の中心部がＰＣＢ５０に向かって突出した形状となる。なお、第１取付ブロック５ａと第２取付ブロック５ｂとが接近すると、可撓部８ｃの両側に設けられている第１取付部８ａと第２取付部８ｂを可撓部８ｃの中心部に向かって接近させることになる。接触面８ｃ１は、第１取付ブロック５ａと第２取付ブロック５ｂのこのような動作により、中心部をＰＣＢ５０に向かって突出させた形状に撓むことができる。

加熱ヘッド１は、ロボット９に取り付けられている。ロボット９は、加熱ヘッド１の３次元の移動を実現する。これにより、加熱ヘッド１は、ＰＣＢ５０に向かって下降し、また、ＰＣＢ５０から離れるように上昇することができる。

ロボット９は、電気的に制御部１０に接続されている。ロボット９は、制御部１０によってその動作が制御されている。制御部１０は、駆動モータ６にも電気的に接続されており、駆動モータ６の回転制御を行っている。すなわち、制御部１０は、第１取付ブロック５ａと第２取付ブロック５ｂとの接近量αを制御し、ひいては、可撓部８ｃの撓み量Ｌを制御する。

制御部１０には、記憶部１１が接続されている。記憶部１１には、後に説明するマップ、すなわち、第１取付ブロック５ａと第２取付ブロック５ｂとの接近移動量αと、ヒータチップ８の接触面８ｃ１の撓み量Ｌとの関係を示すマップが格納されている。

センサ１２は、制御部１０と電気的に接続されている。センサ１２は、信号線用ハンダ５１と固定用ハンダ５２の高さを測定する。

つぎに、図４乃至図７を参照しつつ、実施形態のハンダ付け方法について、説明する。図４はハンダ付け方法の工程を示すフローチャートの一例である。図５は第１取付ブロックと第２取付ブロックとの接近移動量と、ヒータチップの接触面の撓み量との関係を示すマップの一例である。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）はハンダ付けを行うハンダ付け装置の動作を示す説明図である。図７（Ａ）、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）はハンダ付けを行うハンダ付け装置の動作を示す説明図である。ハンダ付けはハンダ付け装置１００を用いて行うことができる。ただし、同様の方法を実現できるものであれば、使用する装置は、実施形態のハンダ付け装置に限定されず、他の装置を用いてもよい。

まず、ステップＳ１では、図３で示したようなＰＣＢ５０に設けられている信号線パッド５１ａ及び固定用パッド５２ａ上に、リフローによってそれぞれハンダを盛り、信号線用ハンダ５１と固定用ハンダ５２を設けておく。

ステップＳ２では、センサ１２により、信号線用ハンダ５１の高さｈ１と固定用ハンダ５２の高さｈ２を計測する。図６（Ａ）に示すように、高さｈ１と高さｈ２は、いずれも、ＰＣＢ５０の上面を基準として計測されている。なお、信号線用ハンダ５１の頂部と撓みが生じていない状態の接触面８ｃ１までの距離をＨ０とする。

ステップＳ３では、図６（Ｂ）に示すように、信号線用ハンダ５１及び固定用ハンダ５２上に、ＦＰＣ５３を搭載する。なお、ＦＰＣ５３の厚さはｔである。

ステップＳ４では、ヒータチップ８が備える接触面８ｃ１を撓ませて、接触面８ｃ１の中心部をＰＣＢ５０に向かって突出した形状とする。具体的に、図７（Ａ）における矢示６１のように第１取付ブロック５ａと第２取付ブロック５ｂとを接近移動させる。この際、接近移動量αは、記憶部１１に予め記憶されているマップに基づいて決定される。マップは、図５に示すように、撓み量Ｌとの関係で規定される。撓み量Ｌは、信号線用ハンダ５１の高さｈ１と固定用ハンダ５２の高さｈ２との差分に相当する。従って、制御部１０は、ステップＳ２で測定した高さｈ１と高さｈ２の差分を算出して撓み量Ｌを取得し、マップに当て嵌めて、その撓み量Ｌに相当する接近移動量αを求める。そして、制御部１０は、接近移動量αとなるように、駆動モータ６に駆動指令を発する。これにより、図７（Ａ）に示すように、接触面８ｃ１の中心部が、撓み量Ｌ分だけＰＣＢ５０側に突出する。

ステップＳ５では、図７（Ｂ）における矢示６２のように加熱ヘッド１を下降させる。これにより、加熱され、接触面８ｃ１をＦＰＣ５３に接触させているヒータチップ８によりＦＰＣ５３を信号線用ハンダ５１及び固定用ハンダ５２に押し付ける。これにより、ＰＣＢ５０にＦＰＣ５３を圧着する。加熱ヘッド１はロボット９の動作によって下降するが、加熱ヘッド１の下降量ΔＨは、以下式１によって得られる。
式１ ΔＨ＝Ｈ０−（ｔ＋Ｌ）

ΔＨ：加熱ヘッドの下降量
Ｈ０：信号線用ハンダの頂部と撓みが生じていない状態の接触面までの距離
ｔ：ＦＰＣの厚さ
Ｌ：接触面の撓み量

接触面８ｃ１を撓ませた状態で加熱ヘッド１を下降させることで、図７（Ｂ）に示すように接触面８ｃ１を信号線用ハンダ５１と固定用ハンダ５２に同時に接触させることができる。これにより、信号線用ハンダ５１に対する加熱と固定用ハンダ５２に対する加熱を同時に開始することができる。この結果、信号線用ハンダ５１と固定用ハンダ５２の温度プロファイルの均一化を図ることができ、また、ハンダ付け作業に要する時間を短縮することができる。さらに、搭載部品に対する過熱の影響を抑制することができる。

なお、ステップＳ５の工程の開始は、ステップＳ４の工程が完全に終了する前となってもよい。すなわち、第１取付ブロック５ａと第２取付ブロック５ｂとを接近させつつ、加熱ヘッド１の下降を開始してもよい。

ステップＳ６では、図７（Ｃ）に示すように、第１取付ブロック５ａと第２取付ブロック５ｂとを離間移動させる。すなわち、ＦＰＣ５３を信号線用ハンダ５１及び固定用ハンダ５２に押し付けた後、接触面８ｃ１の撓みを解除する。接触面８ｃ１の撓みを解除することで、接触面８ｃ１は、平滑面に復帰する。この結果、信号線用ハンダ５１と固定用ハンダ５２とが同じ高さにならされ、ＦＰＣ５３も平らな状態とされる。

ステップＳ７では、ロボット９の動作により、加熱ヘッド１を上昇させる。これにより、一連の工程が終了する。

本実施形態のハンダ付け方法によれば、ＦＰＣ５３を信号線用ハンダ５１と固定用ハンダ５２を介してＰＣＢ５０に接合するときに、ヒータチップ８が有する接触面８ｃ１を撓ませる。これにより、信号線用ハンダ５１の高さと固定用ハンダ５２の高さが異なっていても、信号線用ハンダ５１と固定用ハンダ５２を同時に加熱し始めることができる。この結果、ハンダ付け作業の時間を短縮することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１ 加熱ヘッド
２ 本体部
３ 支持部
４ 駆動シャフト
５ａ 第１取付ブロック
５ｂ 第２取付ブロック
６ 駆動モータ
７ ヒータ
８ ヒータチップ
８ａ 第１取付部
８ｂ 第２取付部
８ｃ 可撓部
８ｃ１ 接触面
９ ロボット
１０ 制御部
１１ 記憶部
１２ センサ
５０ プリント基板
５１ 信号線用ハンダ
５２ 固定用ハンダ
５３ フレキシブル基板
１００ ハンダ付け装置

Claims (5)

1. プリント基板上に、前記プリント基板に設けられている信号線と電気的に接続されている第１のハンダと、前記第１のハンダの両側に前記第１のハンダの高さよりも高さが高い第２のハンダとを配置する工程と、
   前記第１のハンダ及び前記第２のハンダにフレキシブル基板を搭載する工程と、
   ヒータチップが備える前記第１のハンダと前記第２のハンダとの接触面を撓ませて、前記接触面の中心部を前記プリント基板に向かって突出した形状とする工程と、
   加熱され、前記接触面を前記フレキシブル基板に接触させている前記ヒータチップにより前記フレキシブル基板を前記第１のハンダ及び前記第２のハンダに押し付け、前記プリント基板に前記フレキシブル基板を圧着する工程と、
   を、含むハンダ付け方法。
2. 前記接触面の撓み量を、前記第１のハンダの高さと前記第２のハンダの高さとの差に基づいて決定する請求項１に記載のハンダ付け方法。
3. 前記接触面を有する可撓部の両側を前記可撓部の中心部に向かって接近させて、前記接触面を撓ませる請求項１又は２のいずれか１項に記載のハンダ付け方法。
4. 前記フレキシブル基板を前記第１のハンダ及び前記第２のハンダに押し付けた後、前記接触面の撓みを解除する工程を含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載のハンダ付け方法。
5. 本体部と、
   前記本体部に相互に接近及び離間可能に取り付けられている第１取付ブロック及び第２取付ブロックと、
   前記第１取付ブロックと前記第２取付ブロックとを接近及び離間させる駆動部と、
   １面側を接触面とした可撓部と、前記可撓部の一端部に設けられ、前記第１取付ブロックに接続される第１取付部と、前記可撓部の他端部に設けられ、前記第２取付ブロックに接続される第２取付部と、を備えるヒータチップと、
   を、備える加熱ヘッド。

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