JP2019140353A - バックアップピン、バックアップピン組み立て体および部品実装機 - Google Patents

Abstract

【課題】静電気を除去しやすく、基板との接触面の表面性状の変化が少なく、耐久性に優れたバックアップピンおよびバックアップピン組み立て体、このバックアップピン組み立て体を備える部品実装機を提供する。【解決手段】本開示のバックアップピンは、導電性を有するセラミックスからなり、被対象物との接触面を備える。該接触面は、粗さ曲線から求められるコア部のレベル差Ｒｋが０．１μｍ以上１．５μｍ以下であるとともに、粗さ曲線から求められる突出山部高さＲｐｋが０．０８μｍ以上０．９μｍ以下である。また、本開示のバックアップピン組み立て体は、上記バックアップピンと、導電性を有し、前記バックアップピンに電気的に繋がる本体部と、を備える。本開示の部品実装機は、上記バックアップピン組み立て体を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、バックアップピン、バックアップピン組み立て体および部品実装機に関する。

部品の実装には部品実装機が用いられており、部品が電子部品であれば、電子部品実装機である。このような装置を用いての基板への電子部品の実装にあたり、電子部品の搭載位置において、基板の下面からの基板の支持にバックアップピンが用いられている（例えば、特許文献１を参照）。

特許第５９２５５０８号公報

近年では、携帯機器の小型化に伴い、電子部品の実装密度が高くなっている。実装密度の向上に関し、基板上に実装される電子部品の位置決めは重要なファクターであるが、基板が静電気を帯びていると、電子部品の実装時に位置ずれを起こしたり、電子部品を破壊や損傷させたりするおそれがある。

また、今般においては、実装速度の向上と、生産効率の向上が望まれていることから、バックアップピンには基板との接触面の表面性状の変化が少なく、耐久性に優れていることが求められている。

本開示は、このような事情を鑑みて案出されたものであり、静電気を除去しやすく、基板との接触面の表面性状の変化が少なく、耐久性に優れたバックアップピンおよびバックアップピン組み立て体、このバックアップピン組み立て体を備える部品実装機を提供することを目的とする。

本開示のバックアップピンは、導電性を有するセラミックスからなり、被対象物との接触面を備える。該接触面は、粗さ曲線から求められるコア部のレベル差Ｒｋが０．１μｍ以上１．５μｍ以下であるとともに、粗さ曲線から求められる突出山部高さＲｐｋが０．０８μｍ以上０．９μｍ以下である。

本開示のバックアップピン組み立て体は、上記バックアップピンと、導電性を有し、前記バックアップピンに電気的に繋がる本体部と、を備える。

本開示の部品実装機は、上記バックアップピン組み立て体を備える。

本開示のバックアップピンおよびバックアップピン組み立て体は、基板が帯びている静電気を流しやすい。

本開示の部品実装機は、高い信頼性を有するとともに、生産性に優れる。

本開示のバックアップピン組み立て体の一例を示す斜視図である。 本開示のバックアップピン組み立て体を備えた部品実装機の概略図である。

本開示のバックアップピン、バックアップピン組み立て体、このバックアップピン組み立て体を備える部品実装機について、図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。

本開示のバックアップピン組み立て体１０は、図１に示すように、バックアップピン１と本体部２とを備える。この本体部２は、導電性を有するものである。そして、バックアップピン１と本体部２とは、電気的に繋がっているものであり、嵌合や螺合により直接に接するものであってもよいし、導電性を有する接着剤による接合されているものであってもよい。なお、図１においては、円柱状のバックアップピン１を示しているが、角柱状であってもよく、軸方向における形状が変化するものであっても構わない。

そして、本開示のバックアップピン１は、導電性を有するセラミックスからなり、被対象物である基板との接触面１ａを備える。ここで、導電性を有するセラミックスとしては、導電性成分を含むジルコニア質セラミックス、導電性成分を含むアルミナ質セラミックス、導電性成分を含むジルコニア−アルミナ複合質セラミックスおよび導電性成分を含む炭化珪素質セラミックスなどが挙げられる。なお、導電性成分としては、例えば、酸化鉄、酸化クロム、酸化チタン、酸化マンガン、酸化ニッケルなどが挙げられる。ここで、導電性を有するセラミックスの具体的な抵抗値は、１０^３Ω以上１０^１１Ω以下である。

そして、本開示のバックアップピン１は、接触面１ａ先端部の表面１ａは、粗さ曲線から求められるコア部のレベル差Ｒｋが０．１μｍ以上１．５μｍ以下であるとともに、粗さ曲線から求められる突出山部高さＲｐｋが０．０８μｍ以上０．９μｍ以下である。

ここで、粗さ曲線から求められるコア部のレベル差Ｒｋおよび突出山部高さＲｐｋとは、ＪＩＳ Ｂ ０６７１−２（２００２）に規定されており、以下の定義による。まず、粗さ曲線の測定点の４０％を含む負荷曲線の中央部分において、負荷長さ率の差を４０％にして引いた負荷曲線の割線が、最も緩い傾斜となる直線を等価直線とする。次に、この等価直線が負荷長さ率０％と１００％との位置で縦軸と交わる２つの高さ位置の間をコア部とする。このコア部の上側レベルと、コア部の下側レベルとの差がＲｋである。そして、コア部の上において突出した山部の平均高さが突出山部高さＲｐｋである。

本開示のバックアップピン１は、導電性を有するセラミックスからなり、接触面１ａの表面性状が上記範囲を満たしていることにより、基板が静電気を帯びていたとしても、バックアップピン１に逃がすことができる。また、基板との接触面の表面性状の変化が少ないため、耐久性に優れる。

これに対し、粗さ曲線から求められるコア部のレベル差Ｒｋが０．１μｍ未満であるときには、基板との接点が増えることにより基板を傷つけるおそれがある。また、粗さ曲線から求められるコア部のレベル差Ｒｋが１．５μｍを超えるときには、接触の機会が減るため、基板が帯びた静電気を逃がしにくくなる。

さらに、粗さ曲線から求められる突出山部高さＲｐｋが０．０８μｍ未満であるときには、突出部の高さが低く、山の頂きがなだらかな部分を有することから、基板との接触時に静電気を生じさせるおそれがある。また、粗さ曲線から求められる突出山部高さＲｐｋが０．９μｍを超えるときには、突出部の高さが高く、山の頂きが尖った部分を有することから、基板を傷つけやすくなる。

なお、本開示におけるバックアップピン１に関し、粗さ曲線から求められるコア部のレベル差Ｒｋおよび突出山部高さＲｐｋの数値は、株式会社東京精密製のＳＵＲＦＣＯＭ １４００Ｄという接触式の測定器を用いて得られた値により設定されたものである。測定においては、触針径が２μｍの触針を用い、測定長さを０．２５ｍｍ、カットオフ波長の値を０．０２５ｍｍ、走査速度を０．０６ｍｍ／秒、傾斜補正を最小二乗曲線補正として測定したものである。なお、接触面１ａにおいて、少なくとも３ヵ所以上測定し、算出した平均値を、粗さ曲線から求められるコア部のレベル差Ｒｋおよび突出山部高さＲｐｋの値とする。

また、本開示のバックアップピン１は、接触面１ａにおける粗さ曲線から求められる算術平均粗さＲａが０．０３μｍ以上０．３μｍ以下であってもよい。このような構成を満足するときには、基板との接触の機会を有しつつも、基板に傷をつけるおそれが少ない。

また、本開示のバックアップピン１は、接触面１ａにおける粗さ曲線から求められる凹凸の平均間隔ＲＳｍが１５μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。このような構成を満足するときには、多すぎることのない接触の機会で基板が帯びた静電気を逃がすことができることから、基板に傷をつけるおそれが少ない。接触面１ａにおける粗さ曲線から求められる凹凸の平均間隔ＲＳｍが１５μｍ以上６０μｍ以下であれば、基板との接触の機会が増えるため、静電気をより逃がしやすくなる。

また、本開示のバックアップピン１は、接触面１ａにおける粗さ曲線から求められる最大山高さＲｐの最大値と最小値との差が０．５μｍ以下であってもよい。このような構成を満たしているときには、高さバラツキが少ないということであることから、長期にわたる基板の支持において高さが安定するため、実装精度が向上する。

さらに、本開示のバックアップピン１は、接触面１ａにおける粗さ曲線から求められるスキューネスＲｓｋが負の値であってもよい。このような構成を満たすときには、粗さ曲線から求められるスキューネスＲｓｋが正の値であるときよりも、粗さ曲線における山部の頂きの形状が丸みを帯びていることから、より基板を傷つけるおそれが少なくなる。

ここで、粗さ曲線から求められる算術平均粗さＲａ、粗さ曲線から求められる凹凸の平均間隔ＲＳｍ、粗さ曲線から求められる最大山高さＲｐ、粗さ曲線から求められるスキューネスＲｓｋとは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２０１３）に規定された値のことをいう。そして、測定条件としては、上述した粗さ曲線から求められるコア部のレベル差Ｒｋおよび突出山部高さＲｐｋの測定条件と同じで良い。なお、粗さ曲線から求められる最大山高さＲｐの最大値と最小値との差については、接触面１ａにおいて少なくとも５ヵ所以上で測定を行い、最大値と最小値から算出すればよい。

そして、本開示のバックアップピン組み立て体１０は、本開示のバックアップピン１を備え、導電性を有する本体部２と電気的に繋がっているものであることから、基板が静電気を帯びていたとしても、バックアップピン１を介して本体部２に逃がすことができる。また、基板との接触面の表面性状の変化が少なく、耐久性に優れるため、本開示のバックアップピン組み立て体１０は、高い信頼性を有する。ここで、本体部２の材質としては、例えば、ステンレス、アルミニウム合金等の金属である。

そして、本開示のバックアップピン組み立て体１０は、上述したように、バックアップピン１と本体部２とが嵌合や螺合により直接に接するものであってもよいし、導電性を有する接着剤による接合されるものであってもよい。

ここで、接着剤としては、ジビニルベンゼン、ビスフェノールＦ、ポリグリシジルエーテル、ビニルシクロヘキシンジオキシド、ジシクロペンタジエンオキシド、エポキシ樹脂、ウレタン、シリコン、アクリルなどを含有する接着剤が挙げられ、このような接着剤に導電性成分を付与したものが導電性接着剤である。ここで、導電性接着剤における導電性とは、抵抗値が１０^１１Ω以下のことであり、導電性成分としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｎの単一もしくは複合物からなるものが挙げられる。

なお、ジビニルベンゼンを含有する接着剤を用いたときには、弾力性に富み、２００℃程度の温度でも塑性変形しないことから、高温の環境下でもバックアップピン組み立て体１０を使用することができる。

次に、本開示の部品実装機１００について、図２の概略図を用いて説明する。なお、以下においては、実装品が電子部品であるため、電子部品実装機１００と記載して説明する。

図２に示す電子部品実装機１００は、吸着ノズル組み立て体２０を備える電子部品搬送機１５と、吸着ノズル組み立て体２０に吸着された電子部品１１に向けて光を照射するライト１２と、電子部品１１を映すＣＣＤカメラ１３と、ＣＣＤカメラ１３で撮影した画像を処理するための画像解析装置１４とで構成されている。そして、本開示のバックアップピン組み立て体１０は、ベース部３０に装着され、基板４０に電子部品１１を実装する際に基板４０を支える部材である。

本開示の電子部品実装機１００は、本開示のバックアップピン組み立て体１０を備えるものであり、高い信頼性を有するものであることから、実装部品の位置ずれが起こりにくいため実装速度の向上を図ることができるとともに、交換頻度が少ないため生産効率が向上する。

次に、本開示のバックアップピンの製造方法の一例について説明する。なお、ここでは、バックアップピンが、導電性成分を含むジルコニア質セラミックスからなる場合を例に挙げて説明する。

まず、安定化剤を含有するジルコニア粉末（以下、単にジルコニア粉末と記載する。）を準備する。このとき、安定化剤としてはイットリア、セリア、マグネシア等を用いればよく、これら安定化剤を２〜８モル％程度含有していれば、実用上で強度的に十分なジルコニア質セラミックスとなる。そして、ジルコニア粉末に溶媒を加えてボールミルやビーズミル等を用いて、平均粒径が０．２〜０．５μｍとなるまで粉砕し、これを第１スラリーとする。

次に、酸化鉄粉末、酸化クロム粉末および酸化チタン粉末を含む導電性成分粉末に溶媒を加えてボールミルやビーズミル等を用いて平均粒径が０．１〜０．５μｍとなるまで粉砕し、これを第２スラリーとする。なお、導電性成分粉末には、酸化マンガン粉末や酸化ニッケル粉末も用いることができる。

次に、第１スラリーと第２スラリーとを混合した後、スプレードライヤーで噴霧乾燥することにより顆粒とする。ここで、第１スラリーと第２スラリーとの質量比率は、例えば、６０：４０〜８５：１５である。また、この混合時に分散剤を加えてもよい。分散剤の添加量としては、例えば、ジルコニア粉末および導電性成分粉末の合計１００質量部に対し、０．１〜１．０質量部である。

次に、この顆粒と熱可塑性樹脂とワックス等とをニーダに投入して加熱しながら混練して坏土を得る。そして、得られた坏土をペレタイザーに投入することにより、インジェクション成形（射出成形）用の原料となるペレットを得る。なお、ニーダに投入する熱可塑性樹脂としては、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリスチレン、アクリル系樹脂等を用いることがでる。なお、熱可塑性樹脂の添加量としては、ジルコニア粉末および導電性成分粉末の合計１００質量部に対し、１０〜２５質量部程度添加すればよい。また、ニーダを用いての混練条件は、加熱温度を１００〜１７０℃、混練時間を０．５〜３時間に設定すればよい。そして、所望形状が得られる成形型を備えるインジェクション成形機（射出成形機）にペレットを投入して射出成形することで成形体を得ることができる。

ここで、この成形型の内面の表面性状が、成形体の表面に転写される。よって、所望の表面性状の先端部の表面を得るには、焼成後のバレル研磨等の表面処理による研磨量を考量した表面性状を内面に有する成形型を使用し、成形体を作製すればよい。

その後、成形体を脱脂し、大気雰囲気中において、１３００〜１５００℃の温度で１〜３時間保持して焼成する。これにより、バックアップピンとなる焼結体を得ることができる。そして、バレル研磨等を必要に応じて行うことによって、バックアップピンを得ることができる。

なお、成形体を得るための他の方法としては、金型プレス法、押し出し法を用いても良い。この場合、成形体を得た後に、先端部の表面となる部分を切削加工したり、焼成後に研磨加工したりすることにより所望の表面性状を有するバックアップピンを得ることができる。

また、本体部を準備して、バックアップピンと本体部とを組み合わせることにより、本開示のバックアップピン組み立て体を得ることができる。なお、接着剤を用いる場合は、例えば、導電性成分としてＡｕを添加したジビニルベンゼンを含有する導電性接着剤を用意し、バックアップピンにおいて本体部に対向する部分に導電性接着剤を塗布してから、本体部と組み合わせればよい。

１ ：バックアップピン
１ａ：接触面
２ ：本体部
１０ ：バックアップピン組み立て体
１１ ：電子部品
１２ ：ライト
１３ ：ＣＣＤカメラ
１４ ：画像解析装置
１５ ：電子部品搬送機
２０ ：吸着ノズル組み立て体
３０ ：ベース部
４０ ：基板
１００ ：部品実装機（電子部品実装機）

Claims (7)

1. 導電性を有するセラミックスからなり、被対象物との接触面を備え、
   該接触面は、粗さ曲線から求められるコア部のレベル差Ｒｋが０．１μｍ以上１．５μｍ以下であるとともに、粗さ曲線から求められる突出山部高さＲｐｋが０．０８μｍ以上０．９μｍ以下である、バックアップピン。
2. 前記接触面は、粗さ曲線から求められる凹凸の平均間隔ＲＳｍが１５μｍ以上１００μｍ以下である、請求項１に記載のバックアップピン。
3. 前記接触面は、粗さ曲線から求められる最大山高さＲｐの最大値と最小値との差が０．５μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載のバックアップピン。
4. 前記接触面は、粗さ曲線から求められるスキューネスＲｓｋが負の値である、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のバックアップピン。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のバックアップピンと、
   導電性を有し、前記バックアップピンに電気的に繋がる本体部と、を備えたバックアップピン組み立て体。
6. 前記バックアップピンと前記本体部との間に、前記バックアップピンおよび前記本体部に接する導電性接着剤を有する、請求項５に記載のバックアップピン組み立て体。
7. 請求項５または請求項６に記載のバックアップピン組み立て体を備える、部品実装機。

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