JP2021062389A - Joint device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パルスヒート方式の接合装置に関するものである。 The present invention relates to a pulse heat type joining device.
厚膜プリント配線板、薄膜プリント配線板などのリード線の接続、プリント配線板へのICリードの接続などに、パルスヒート方式の接合装置が用いられている。この接合装置では、被接合物を加圧する加熱電極(ヒータチップまたはヒータツール)に取り付けた温度センサ(熱電対)によって加熱電極の温度を測定し、測定された温度が予め設定された温度になるように加熱電極に供給する電流を制御している(特許文献1参照)。 A pulse heat type joining device is used for connecting lead wires of thick-film printed wiring boards, thin-film printed wiring boards, and the like, and connecting IC leads to printed wiring boards. In this joining device, the temperature of the heating electrode is measured by a temperature sensor (thermocouple) attached to the heating electrode (heater chip or heater tool) that pressurizes the object to be joined, and the measured temperature becomes a preset temperature. The current supplied to the heating electrode is controlled in this way (see Patent Document 1).
しかしながら、従来の接合装置では、加熱電極の温度を高精度に制御したとしても、必ずしも被接合物に、適切に熱が供給されているとは言えず、例えば、接合不良を見落とすなどのことが発生している。 However, in the conventional joining device, even if the temperature of the heating electrode is controlled with high accuracy, it cannot be said that heat is properly supplied to the object to be joined. For example, a joining defect may be overlooked. It has occurred.
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、被接合物の接合不良を確実に検出できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to ensure that a bonding defect of an object to be joined can be detected.
本発明に係る接合装置は、被接合物が第1面に載置される基台と、基台の上方に向かい合って配置され、接合時に被接合物と当接する加熱電極と、加熱電極に電流を供給する電源と、第1面に隣接する基台の第2面に接して設けられ、基台の第2面からの熱流を測定する熱流センサとを備え、加熱電極は、被接合物を、基台の側に押さえて加圧するパルスヒート方式の電極である。 The joining device according to the present invention has a base on which the object to be joined is placed on the first surface, a heating electrode which is arranged facing above the base and comes into contact with the object to be joined at the time of joining, and a current on the heating electrode. A heat flow sensor provided in contact with the second surface of the base adjacent to the first surface and measuring the heat flow from the second surface of the base is provided, and the heating electrode is provided with an object to be joined. , It is a pulse heat type electrode that presses against the base side to pressurize.
上記接合装置の一構成例において、基台の第2面に、第1面と第2面との境界に沿って、熱流センサが複数設けられている。 In one configuration example of the joining device, a plurality of heat flow sensors are provided on the second surface of the base along the boundary between the first surface and the second surface.
上記接合装置の一構成例において、基台は、耐熱ガラスから構成されている。 In one configuration example of the joining device, the base is made of heat-resistant glass.
上記接合装置の一構成例において、基台の熱流センサが設けられている第2面に、熱流センサを挾んで配置され、基台より高い熱伝導性を有する放熱ブロックをさらに備える。 In one configuration example of the joining device, the heat flow sensor is arranged on the second surface where the heat flow sensor of the base is provided, and a heat radiation block having higher thermal conductivity than the base is further provided.
上記接合装置の一構成例において、放熱ブロックは、溝を備え、基台は、溝に嵌合している。 In one configuration example of the joining device, the heat dissipation block is provided with a groove, and the base is fitted in the groove.
上記接合装置の一構成例において、放熱ブロックを冷却する冷却機構をさらに備える。 In one configuration example of the joining device, a cooling mechanism for cooling the heat dissipation block is further provided.
以上説明したように、本発明によれば、被接合物が第1面に載置される基台の第2面に熱流センサを設けたので、被接合物の接合不良が確実に検出できる。 As described above, according to the present invention, since the heat flow sensor is provided on the second surface of the base on which the object to be joined is placed on the first surface, it is possible to reliably detect the bonding failure of the object to be joined.
以下、本発明の実施の形態に係る接合装置について図1を参照して説明する。この接合装置は、基台101、加熱電極102、電源103、温度センサ104、制御部105、熱流センサ106a,106b,106cを備える。
Hereinafter, the joining device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This joining device includes a
基台101は、被接合物115が上面(第1面)に載置される。基台101は、例えば、耐熱ガラスから構成されている。また、基台101は、例えば直方体とされている。
On the
加熱電極102は、基台101の上方に向かい合って配置され、接合時に被接合物115と当接する。加熱電極102は、例えば鉄系金属、モリブデン、タングステンなどの金属から構成されたヒータチップまたはヒータツールである。加熱電極102は、被接合物115を、基台101の側に押さえて加圧するパルスヒート方式の電極である。図示しない加圧機構により、加熱電極102は上下移動可能とされ、基台101の第1面との間で、被接合物115を挾み、被接合物115を基台101の側に押し付けて加圧可能とされている。
The
電源103は、加熱電極102に電流を供給する。温度センサ104は、加熱電極102の温度を測定する。温度センサ104は、例えば、熱電対から構成されている。制御部105は、温度センサ104が測定した温度をもとに加熱電極102に供給する電流を制御する。例えば、温度センサ104が測定した温度と、制御部105に設定された温度条件との差が0となるように、制御部105は、加熱電極102に供給する電流を制御する。
The
熱流センサ106a,106b,106cは、上面に隣接する基台101の側面(第2面)に接して設けられ、基台101の側面からの熱流を測定する。例えば、ビスマス−テルル系の熱流センサ106a,106b,106cである。この例では、複数の熱流センサ106a,106b,106cを設けている。熱流センサ106a,106b,106cは、基台101の側面に、上面と側面との境界に沿って、配列されている。熱流センサ106a,106b,106cは、基台101の側面に接している面と、この面と反対側の面との間の温度差に起因する熱流に応じた信号を出力する。熱流センサ106a,106b,106cの各々で測定された熱流は、これらが接続する計測器111で計測される。
The
なお、加熱電極102は、基台101の側方に向かい合って配置することもできる。この場合、被接合物115は、基台101の側面(第1面)に載置し、熱流センサ106a,106b,106cは、基台101の上面および下面のいずれかの面(第2面)に接して設けることができる。
The
ここで、図2に例示するように、基台101は、放熱ブロック107の溝108に嵌合して固定することができる。放熱ブロック107は、基台101より高い熱伝導性を有する材料から構成されている。放熱ブロック107は、例えば、銅やアルミニウムなどの金属から構成することができる。この構成とすることで、放熱ブロック107の溝108の側面は、基台101の熱流センサ106a,106b,106cが設けられている側面に、熱流センサ106a,106b,106cを挾んで配置される状態となる。なお、放熱ブロック107を冷却する冷却機構を用いることもできる。
Here, as illustrated in FIG. 2, the
また、放熱ブロック107は、2つの部分から構成することもできる。例えば、図3に示すように、第1放熱ブロック107aと第2放熱ブロック107bとから構成することができる。第1放熱ブロック107aには、一体とした状態で溝108となる切欠き108aが形成されている。第1放熱ブロック107aの面171aと、第2放熱ブロック107bの面171bとを当接させて一体とすることで、放熱ブロック107とすることができる。また、ボルト(不図示)などを用いて切欠き108aに基台101を固定し、この状態で第1放熱ブロック107aと第2放熱ブロック107bとを一体とすれば、図2に示す構成とすることができる。
Further, the
上述した実施の形態によれば、通電されている加熱電極102により加熱される被接合物115への熱流量が、熱流センサ106a,106b,106cにより測定されるので、被接合物115に供給されている熱の状態を、正確に把握することができる。熱流センサ106a,106b,106cの測定結果を用いることで、被接合物115に対する加熱の良否判定が可能となる。
According to the above-described embodiment, the heat flow rate to the object to be joined 115 heated by the energized
ここで、基台101および基台101に対する熱流センサ106a,106b,106cの配置について、より詳細に説明する。
Here, the arrangement of the
まず、基台の上面に熱流センサを配置し、この上に被接合物が載置される構成とすることで、被接合物に供給される熱流が、最も正確に測定できるものとなる。しかしながら、被接合物には、接合のための圧力が加わるため、上記構成では、熱流センサにも接合の圧力が加わる。このような状態では、接合のための圧力の大きさの違いによる接触熱伝達の変化が、測定結果に影響する。また、加わる圧力のために、熱流センサを破壊してしまう場合もある。これに対し、基台101の側面に熱流センサを配置し、基台101を伝導する熱流を測定する構成とすることで、上述した圧力による問題が発生しない。
First, by arranging the heat flow sensor on the upper surface of the base and placing the object to be joined on it, the heat flow supplied to the object to be joined can be measured most accurately. However, since the pressure for joining is applied to the object to be joined, the pressure for joining is also applied to the heat flow sensor in the above configuration. In such a state, the change in contact heat transfer due to the difference in the magnitude of the pressure for joining affects the measurement result. In addition, the applied pressure may destroy the heat flow sensor. On the other hand, by arranging the heat flow sensor on the side surface of the
次に、基台の材料について説明する。接合装置による接合においては、通常、被接合物が載置される基台の材質は、断熱材から構成する。これば、加熱電極からの熱量を効率良く被接合物に供給するためでる。仮に、基台を金属などの高い熱伝導率の材料から構成すると、基台側の放熱量が大き過ぎ、被接合物の温度が上がらない。また、この場合、電源が過剰な電流を消費し、電源容量オーバーなどの不都合が生じる。 Next, the material of the base will be described. In joining by a joining device, the material of the base on which the object to be joined is placed is usually composed of a heat insulating material. This is to efficiently supply the amount of heat from the heating electrode to the object to be joined. If the base is made of a material having a high thermal conductivity such as metal, the amount of heat radiated from the base side is too large and the temperature of the object to be joined does not rise. Further, in this case, the power supply consumes an excessive current, which causes inconvenience such as over power supply capacity.
一方、基台の断熱性能が高過ぎると熱流センサへの熱量の移動が起こりにくく、熱流値を検出することができない。実施の形態に係る接合装置の構成では、接合における断熱性と熱流センサの熱流測定とはトレードオフの関係にあるが、これをちょうど良く満たせる熱物性値を有する材質が、耐熱ガラス(代表物性値:熱伝導率1W/m・k、比熱750J/kg・K、密度2.2g/cm3)であることが、発明者らの実験により突きとめることができた。よく知られているように、熱流センサを用いることでは,熱電対では測定できない微小熱流を測定できる。 On the other hand, if the heat insulating performance of the base is too high, it is difficult for the amount of heat to be transferred to the heat flow sensor, and the heat flow value cannot be detected. In the configuration of the joining device according to the embodiment, there is a trade-off relationship between the heat insulating property in joining and the heat flow measurement of the heat flow sensor, but a material having a thermal physical property value that can satisfy this is a heat-resistant glass (representative physical property value). : It was found by the experiments of the inventors that the thermal conductivity was 1 W / m · k, the specific heat was 750 J / kg · K, and the density was 2.2 g / cm 3). As is well known, by using a heat flow sensor, it is possible to measure a minute heat flow that cannot be measured by a thermocouple.
次に、放熱ブロックについて説明する。基台101の熱流センサ106a,106b,106cが設けられている側面に、これらを挾んで放熱ブロック107を配置することで、熱流センサ106a,106b,106cの表面側と裏面側との温度差を大きく保つことができ、測定の感度を上げることができる。上述したように表面側と裏面側との温度差を大きく保つ観点より、放熱ブロック107は、例えば室温の状態を維持するために、可能な範囲で大きな体積とすることが好ましい。また、水冷などによる冷却機構により、冷却することがより好ましい。
Next, the heat dissipation block will be described. By arranging the
次に、複数の熱流センサ106a,106b,106cを用いた、様々な不良判定について説明する。例えば、熱流センサ106aと熱流センサ106cとの測定結果の違いにより、接合不良を判定することができる。例えば、一方の熱流センサによる測定結果が、他方の熱流センサによる測定結果より低い場合、はんだ溶け不足や異方性導電フィルムの硬化不足などが判定できる。このように、複数の熱流センサを用いることで、より正確な接合良否判定が可能となる。
Next, various defect determinations using the plurality of
また、ヒータチップやヒータツールの平行度偏りに起因する、一端側と他端側との温度バラツキも判定できる。例えば、温度センサ104を用いた加熱電極102の温度が、図4Aの(a)に示すように変化している場合、上述した平行度偏りがなければ、熱流センサ106aによる測定結果(b)と熱流センサ106cによる測定結果(c)との間に差はない。これに対し、上述した平行度偏りがある場合、図4Bに示すように、熱流センサ106aによる測定結果(b)と熱流センサ106cによる測定結果(c)との間に差が発生する。このように、異なる箇所に配置した熱流センサの測定結果の差により、ヒータチップやヒータツールの平行度偏りが判定でき、パルスヒートヘッドの稼働状態監視に応用できる。
Further, it is possible to determine the temperature variation between one end side and the other end side due to the parallelism bias of the heater tip and the heater tool. For example, when the temperature of the
また、次に示すように、接合の良否判定を実施することもできる。まず、図5Aに示すように、基準となる熱流波形(熱流の時間変化)を設定する。この例では、図5Aの(a)に示す、温度センサ104で測定される加熱電極102の温度の時間変化、熱流センサ106aで測定される熱流の時間変化(b)、熱流センサ106bで測定される熱流の時間変化(c)、熱流センサ106cで測定される熱流の時間変化(d)が設定される。また、熱流波形のピーク値における上下限閾値を設定する。
Further, as shown below, it is also possible to carry out a quality determination of joining. First, as shown in FIG. 5A, a reference heat flow waveform (time change of heat flow) is set. In this example, the time change of the temperature of the
実際の接合処理において、熱流センサ106a,106b,106cを用いて熱流W/m2を監視する。この監視において、例えば、図5Bに示すように、熱流センサ106a,106b,106cで測定される熱流ピーク値が、設定されている上下限閾値を超えた場合に、警報を出力する。このようにして警報を出力することで、使用者に、実施中の接合処理について、異常が発生していることを通知できる。なお、基準となる熱流波形に対する測定された熱流波形の乖離量が、設定されている閾値を超えた場合に、警報を出力することもできる。これらの処理は、例えば、計測器111に組み込んだ制御プログラムにより実施できる。
In the actual joining process, the heat flow W / m 2 is monitored by using the
なお、上述した実施の形態における制御部105、計測器111は、図6に示すように、CPU(Central Processing Unit;中央演算処理装置)301と主記憶装置302と外部記憶装置303とネットワーク接続装置304となどを備えたコンピュータ機器とし、主記憶装置302に展開されたプログラムによりCPU301が動作する(プログラムを実行する)ことで、制御部105、計測器111における上述した各機能が実現されるようにすることもできる。上記プログラムは、上述した実施の形態で示した制御部105、計測器111の各機能をコンピュータが実行するためのプログラムである。ネットワーク接続装置304は、ネットワーク305に接続する。また、各機能は、複数のコンピュータ機器に分散させることもできる。
As shown in FIG. 6, the control unit 105 and the measuring
また、上述した実施の形態における制御部105、計測器111は、FPGA(field-programmable gate array)などのプログラマブルロジックデバイス(PLD:Programmable Logic Device)により構成することも可能である。
Further, the control unit 105 and the measuring
以上に説明したように、本発明によれば、被接合物が第1面に載置される基台の第2面に熱流センサを設けたので、被接合物の接合不良を確実に検出できるようになる。従来は、例えば、ヒータチップやヒータツールの温度を監視することで、被接合物にも所定の加熱がされているものと想定して良否判定をしていた。この場合、加圧が不均等であった場合などの原因により、被接合物に適切な加熱がされず、接合不良が発生していることを見逃す場合があった。これに対し、本発明によれば、被接合物におけける接合不良が確実に検出できる。 As described above, according to the present invention, since the heat flow sensor is provided on the second surface of the base on which the object to be joined is placed on the first surface, it is possible to reliably detect the bonding failure of the object to be joined. Will be. Conventionally, for example, by monitoring the temperature of a heater tip or a heater tool, it is assumed that a predetermined heating is also applied to the object to be joined, and a pass / fail judgment is made. In this case, it may be overlooked that the object to be joined is not properly heated due to reasons such as uneven pressurization, resulting in poor joining. On the other hand, according to the present invention, a joining defect in the object to be joined can be reliably detected.
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and many modifications and combinations can be carried out by a person having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. That is clear.
101…基台、102…加熱電極、103…電源、104…温度センサ、105…制御部、106a,106b,106c…熱流センサ、111…計測器、115…被接合物。 101 ... base, 102 ... heating electrode, 103 ... power supply, 104 ... temperature sensor, 105 ... control unit, 106a, 106b, 106c ... heat flow sensor, 111 ... measuring instrument, 115 ... object to be joined.
Claims (6)
前記基台の上方に向かい合って配置され、接合時に前記被接合物と当接する加熱電極と、
前記加熱電極に電流を供給する電源と、
前記第1面に隣接する前記基台の第2面に接して設けられ、前記基台の第2面からの熱流を測定する熱流センサと
を備え、
前記加熱電極は、前記被接合物を、前記基台の側に押さえて加圧するパルスヒート方式の電極であることを特徴とする接合装置。 The base on which the object to be joined is placed on the first surface,
A heating electrode, which is arranged so as to face the upper side of the base and comes into contact with the object to be joined at the time of joining,
A power supply that supplies an electric current to the heating electrode and
A heat flow sensor provided in contact with the second surface of the base adjacent to the first surface and measuring the heat flow from the second surface of the base is provided.
The heating electrode is a bonding device characterized by being a pulse heat type electrode that presses and pressurizes the object to be bonded to the side of the base.
前記基台の第2面に、第1面と第2面との境界に沿って、前記熱流センサが複数設けられていることを特徴とする接合装置。 In the joining apparatus according to claim 1,
A joining device characterized in that a plurality of the heat flow sensors are provided on the second surface of the base along the boundary between the first surface and the second surface.
前記基台は、耐熱ガラスから構成されていることを特徴とする接合装置。 In the joining apparatus according to claim 1 or 2.
The base is a joining device characterized in that it is made of heat-resistant glass.
前記基台の前記熱流センサが設けられている第2面に、前記熱流センサを挾んで配置され、前記基台より高い熱伝導性を有する放熱ブロックをさらに備えることを特徴とする接合装置。 In the joining apparatus according to claim 3,
A joining device characterized in that the heat flow sensor is arranged on a second surface of the base on which the heat flow sensor is provided, and a heat radiation block having higher thermal conductivity than the base is further provided.
前記放熱ブロックは、溝を備え、前記基台は、前記溝に嵌合していることを特徴とする接合装置。 In the joining apparatus according to claim 4,
A joining device, wherein the heat radiating block is provided with a groove, and the base is fitted in the groove.
前記放熱ブロックを冷却する冷却機構をさらに備えることを特徴とする接合装置。 In the joining apparatus according to claim 4 or 5,
A joining device further comprising a cooling mechanism for cooling the heat radiation block.
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JP2019005797A (en) * | 2017-06-28 | 2019-01-17 | 日本アビオニクス株式会社 | Ultrasonic welding device |
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- 2019-10-11 JP JP2019187634A patent/JP7319165B2/en active Active
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