JP2022069368A - 回路基板に接続された電子部品を除去するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板から電子部品を除去する方法及び装置であって、処理速度を向上させることができると共に簡単な設計ツールを使用できる方法及び装置を提供する。【解決手段】電子部品を除去する方法は、除去すべき電子部品４ｘと、この電子部品と回路基板６との接触領域とをレーザビーム１２により選択的に加熱する工程を含む。この加熱工程と同時に、除去すべき電子部品が真空吸引される。レーザ加熱及び真空吸引により、除去すべき電子部品が回路基板から剥離すると、電子部品が吸引される。これは、欠陥電子部品を除去するための真空吸引ノズル８と、この真空吸引ノズルを介して加熱レーザビームを欠陥部品上に導くレーザビームエミッタ１１とを用いることによって達成される。レーザビームによる加熱と真空ノズルによる除去の際の位置決めは、いずれもｘ－ｙ平面内で行えばよく、すなわち、ｚ平面内の移動は不要である。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の、回路基板から電子部品を除去する方法及び装置に関する。

平面状の回路基板上にマトリクス状に配置された複数のミニＬＥＤ又はマイクロＬＥＤを有するディスプレイ技術の分野では、欠陥があるＬＥＤを交換又は除去する作業が必要とされることが多い。これは、通常、欠陥があるＬＥＤを加熱し、次いで把持ツールを用いてこれを機械的に除去することによって行われる。加熱は、高温窒素又は接触加熱によって行われる。

ＫＲ１０１８９０９３４Ｂ１には、レーザビームを用いて欠陥があるマイクロＬＥＤを加熱し、真空ピペットのような把持具でこれを除去する方法が開示されている。このようなシステムの欠点は、加熱レーザをｘ－ｙ平面内で位置決めする必要がある一方、把持ツールをｘ－ｙ－ｚ空間内で位置決めする必要がある点である。このため処理速度が低下する。

したがって、本発明の目的は、基板から電子部品を除去するための方法及び装置であって、処理速度を向上させることができると共に簡単なツール設計を使用できる方法及び装置を提供することである。

この目的は、請求項１に記載の方法及び請求項９に記載の装置により解決される。

除去方法は、除去すべき欠陥電子部品と、この電子部品と回路基板との接触領域とをレーザビームにより選択的に加熱する工程を含む。この加熱工程と同時に、除去すべき電子部品が真空吸引される。レーザ加熱及び真空吸引により、除去すべき電子部品が回路基板から剥離すると、電子部品が吸引される。これは、欠陥電子部品を除去するための真空吸引ノズルと、この真空吸引ノズルを介して加熱レーザビームを欠陥部品上に導くレーザビームエミッタとを用いることによって達成される。

レーザビームによる加熱と真空ノズルによる除去の際の位置決めは、いずれもｘ－ｙ平面内で行えばよく、すなわち、ｚ平面内の移動は不要である。これにより、処理速度が向上する。

好ましくは、レーザビームは、真空吸引ノズルを介して方向付けされる。これにより、真空吸引ノズルを位置決めすることにより、同時にレーザビームが正しいスポット上に位置決めされる。

これに代えて、レーザビームを真空ノズルの外側に取り付け、レーザビームを側面から真空ノズルの吸引口の下の欠陥部品の位置に方向付けしてもよい。ここでも、１つの装置のみをｘ－ｙ平面内で位置決めすればよい。

従来の修理プロセスとは異なり、ツール開口部が部品の外側輪郭よりも大きく、このため、剥離した部品が真空チャネルを通過できる。物理的接触によって部品を取り除くには１００μｍより遥かに小さい部品を取り扱うための工具の設計及び製造が必要であるが、本発明では、そのような設計及び製造が不要であり、最小ピッチに関する除去プロセスが向上している。

好ましくは、加熱工程中に、欠陥電子部品の温度及びその位置における温度を測定して、加熱工程中にレーザビームを用いて温度を制御する。これにより、欠陥部品の位置において熱及び温度が過剰になることはなく、欠陥部品の位置での回路基板の焼損が回避される。

好ましい実施形態では、測定温度が変化したとき、加熱が停止される。この温度の著しい変化は、欠陥部品が真空吸引によって基板から取り外されたことを示している。レーザビームを停止することにより、基板の焼損が回避される。

温度は、好ましくは、加熱スポットに接触することなく、適切な光学系を有するＩＲセンサによって測定される。ＩＲセンサは、ビームスプリッタを使用して、レーザ相互作用領域の外側又は光レーザ経路の一部のいずれかに配置できる。

あるいは、温度センサは、加熱スポットの近傍に位置する自由端を有する導光ファイバを備える。これによっても、加熱スポットの温度を測定できる。

好ましい実施形態では、半田の酸化を回避するために及び／又は回路基板からの欠陥部品の除去プロセスに積極的に影響を与えるために、加熱スポットにプロセスガスが受動的又は能動的に適用される。

更なる下位請求項は、更なる好ましい実施形態を対象とする。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。

本発明の第１の実施形態に基づく欠陥マイクロＬＥＤを含むマイクロＬＥＤのマトリクス及び除去ツールを示す図である。 レーザビームが真空吸引ノズルを介して方向付けされる本発明の第１の実施形態の詳細を示す断面図である。 レーザビームが側方から吸引ノズル開口の下のスポットに方向付けられる本発明の第２の実施形態を表す断面図である。 光学系が加熱スポットに方向付けられたＩＲ温度センサを備える第３の実施形態を表す図である。 自由端が加熱スポットの近傍に位置する導光ファイバを備えたＩＲ温度センサを備える第４の実施形態を表す図である。 ビームスプリッタによってレーザ経路内に結合されたＩＲ温度センサを備える第５の実施形態を表す図である。 本発明の第３、第４及び第５の実施形態における様々な構成要素の相互接続を示す概略図である。

図１及び図２は、本発明の第１の実施形態を示している。図２は、本発明の第１の実施形態の詳細な断面図である。電子部品除去ツール２は、除去すべき欠陥マイクロＬＥＤ４ｘの上方に位置決めされる。欠陥マイクロＬＥＤ４ｘ及び他の複数のマイクロＬＥＤ４は、図１に示すように、回路基板６上の接触領域５にマトリクス状に配置され、例えば、半田によって回路基板６に取り付けられている。

除去ツール２は、除去すべきマイクロＬＥＤ４上に位置する吸引口１０を有する真空吸引ノズル８を備える。また、除去ツール２は、レーザビームエミッタ１１を備え、真空吸引ノズル８の中心を介して及び吸引口１０を介して、加熱用レーザビーム１２を除去すべきマイクロＬＥＤ４ｘ上に方向付ける。レーザビーム１２からの熱により、マイクロＬＥＤ４ｘが回路基板６から剥離され、剥離されたマイクロＬＥＤ４ｘが真空吸引ノズル８に吸引されて回路基板６から除去される。除去ツール２の位置決め、レーザビームエミッタ１１の真空吸引及び制御は、制御及び駆動手段１４によって行われる。レーザビーム１２は、径が小さく、集光できるため、欠陥マイクロＬＥＤ４ｘとその接触領域５のみを加熱できる。これにより、隣接するマイクロＬＥＤ４の焼損が回避される。除去プロセスの間、除去ツール２は、ｘ－ｙ平面内のみで位置決めされ、ｚ方向への移動は不要である。このため、除去速度が高められる。

図３は、図２と同様の断面図であり、本発明の第２の実施形態を示す。図３に示す第２の実施形態では、レーザビーム１２は、真空吸引ノズル８の外側から吸引口１０の下の領域に導かれる。これは、除去ツール２の外側にレーザビームエミッタ１１を固定的に取り付け、吸引口１０の下方領域にレーザビーム１２を方向付けることによって達成される。これにより、真空吸引ノズル８の位置決めと同時に、除去すべき欠陥マイクロＬＥＤ４ｘ上にレーザビーム１２が位置決めされる。他の全ての特徴は、第１の実施形態の特徴と同じである。

図４は、本発明の第３の実施形態を示す概略図である。第１の実施形態の特徴に加えて、ＩＲ温度センサ１６は、欠陥マイクロＬＥＤ４ｘ及びその近傍の温度を非接触で測定するためのＩＲ光学系１８を備える。加熱工程中に欠陥マイクロＬＥＤ４ｘの温度を測定することにより、制御及び駆動手段１４を介してレーザビームエミッタ１１から放出される熱エネルギを制御することによって除去プロセス中の温度を制御できる。

図５に示す第４の実施形態では、ＩＲ光学系１８に代えて、モノフィラメント導光ファイバ２０がＩＲ温度センサ１６に接続され、導光ファイバ２０の自由端が、加熱されるマイクロＬＥＤ４ｘの近傍に配置される。

ＩＲ温度センサ１６によって測定される温度は、欠陥マイクロＬＥＤ４ｘが液体半田と共に回路基板６から剥離すると、大きく変化することが分かった。この急激な温度変化を指標として用いて、加熱プロセスを停止させ、すなわち、レーザビーム１２の出射を数ミリ秒以内に停止させ、これにより、回路基板６又は非欠陥マイクロＬＥＤ４の焼損が回避される。

温度は、好ましくは、ＩＲセンサ１６によって、加熱スポット、除去すべきマイクロＬＥＤ４ｘに接触することなく、適切な光学系１８を用いて測定される。ＩＲセンサ１６は、除去ツール２の外側に配置され、ＩＲ放射は、図３、図４及び図５に示すように、除去ツール２の外側からＩＲセンサに導かれ、又は図６に示すように、ビームスプリッタ２５を用いて、レーザビーム１２の外側の真空吸引ノズル８の内側から導かれる。

図６は、光学系１８によって、真空吸引ノズル８の外側から吸引口１０の下の除去すべきマイクロＬＥＤ４ｘにＩＲ放射を方向付けることに代えて、ビームスプリッタ２５によってレーザ経路内に結合されたＩＲ温度センサを有する第５の実施形態を表す図である。ビームスプリッタ２５は、レーザビームからのＩＲ放射をフィルタリングし、適切な光学系１８を用いてＩＲ温度センサ１６に反射する。

図７は、本発明の第３、第４及び第５の実施形態における様々な構成要素の相互接続を示す概略図である。更に、図７には、加熱された除去すべきマイクロＬＥＤ４ｘに向けてプロセスガス２４を供給するプロセスガスノズル２２が示されている。プロセスガスは、加熱工程中の液化半田の酸化を回避するのに役立ち、加熱工程中の加熱ダイナミクスを支援することができる。プロセスガスの供給も同様に制御及び駆動手段１４によって制御される。使用されるプロセスガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム又はホルミドガス（ｆｏｒｍｉｄ－ｇａｓ）であってもよい。

マイクロＬＥＤ４、４ｘは、通常、回路基板６に半田付けされている。同様に、接着剤を使用して、マイクロＬＥＤ４、４ｘ又は他の電子部品を回路基板６に取り付けてもよい。

様々な実施形態を組み合わせることができる。異なる温度測定構成は、レーザビーム１２を除去すべきマイクロＬＥＤ４ｘに導く異なる方法と組み合わせることができる。同様に、プロセスガスの適用は、上述の組み合わせと組み合わせることができる。

Claims (15)

1. 接触領域（５）において回路基板（６）に接続された電子部品（４ｘ）を除去する方法であって、
   ａ）除去すべき前記電子部品（４ｘ）と、前記電子部品（４ｘ）と前記回路基板（６）との前記接触領域（５）とをレーザビーム（１２）により選択的に加熱する工程と、
   ｂ）前記回路基板（６）から前記電子部品（４ｘ）を除去する工程と、
   を備え、
   前記工程ｂ）は、前記電子部品（４ｘ）の近傍に真空吸引ノズル（８）を位置決めして、前記電子部品（４ｘ）を真空吸引により除去する工程を含む、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記レーザビーム（１２）は、前記真空吸引ノズル（８）を介して前記除去すべき電子部品（４ｘ）に方向付けられる、方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の方法であって、さらに、
   前記加熱する工程ａ）の間の温度を制御するために前記工程ａ）の間の温度を測定する工程を備える、方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、
   前記測定される温度が変化したとき、前記工程ａ）の加熱を停止する、方法。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の方法であって、
   前記除去すべき電子部品（４ｘ）とその接触領域（５）とをプロセスガスに曝す、方法。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の方法であって、
   前記接触領域（５）には、前記レーザビーム（１２）によって加熱されるコンタクトパッドが設けられている、方法。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の方法であって、
   前記除去すべき電子部品（４ｘ）は、回路基板（６）に半田付けされている、方法。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の方法であって、
   前記除去すべき電子部品は、ＬＥＤであり、特にマイクロＬＥＤ（４ｘ）である、方法。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の方法を実行する装置であって、
   レーザビームエミッタ（１１）と、
   前記回路基板（６）から電子部品（４ｘ）を除去する除去手段（２）と、
   前記レーザビームエミッタ（１１）から前記レーザビーム（１２）を前記除去すべき電子部品（４ｘ）に方向付けて前記除去すべき電子部品（４ｘ）を加熱し、前記除去手段（２）を制御して前記加熱された電子部品（４ｘ）を前記回路基板（６）から除去する制御及び駆動手段（１４）と、
   を備え、
   前記除去手段（２）は、吸引口（１０）を有する真空吸引ノズル（８）である、装置。
10. 請求項９に記載の装置であって、
    前記レーザビームエミッタ（１１）からのレーザビーム（１２）は、前記真空吸引ノズル（８）及び前記吸引口（１０）を介して前記除去すべき電子部品（４ｘ）に方向付けられる、装置。
11. 請求項９に記載の装置であって、
    前記レーザビームエミッタ（１１）は、前記真空吸引ノズル（８）の外側に固定的に取り付けられている、装置。
12. 請求項９から請求項１１までのいずれか一項に記載の装置であって、さらに、
    前記除去すべき電子部品（４ｘ）の温度と前記接触領域（５）の温度とを測定する温度センサ（１６）を備え、
    前記温度センサ（１６）は、前記制御及び駆動手段（１４）に接続されている、装置。
13. 請求項１２に記載の装置であって、
    前記温度センサは、ＩＲ温度センサ（１６）である、装置。
14. 請求項１３に記載の装置であって、
    前記ＩＲ温度センサ（１６）は、前記除去すべき電子部品（４ｘ）の近傍に終端を有する導光ファイバ（２０）を含む、装置。
15. 請求項９から請求項１４までのいずれか一項に記載の装置であって、
    前記制御及び駆動手段（１４）は、前記真空吸引ノズル（８）と前記レーザビーム（１２）とを平面内に位置決めするよう構成されている、装置。

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