JP2510688B2 - 過剰はんだ除去装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、印刷回路基板上に搭載された半導体チップ
等の部品交換時に生じる基板上の電極部の過剰はんだを
除去する過剰はんだ除去装置に係り、特に短時間に過剰
はんだを除去して電極部の残留はんだを均一とするのに
好適なはんだ除去装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、基板上の電極部の残留はんだを除去する装置と
しては、実開昭55−68381号に記載のようなポンプの吸
引作用により溶融はんだを吸い取る装置、実開昭57−11
5277号に記載のような金属繊維の毛細管現象により溶融
はんだを吸い取る工具等が知られている。第14図に前者
のポンプの吸引作用によるはんだ除去装置の構造を示す
る。はんだごて１の中に通路穴２が明いており、この先
にはポンプ３が接続されている。作業は、基板４上の不
用箇所のはんだ５にはんだごて１を押当ててはんだ５を
溶かし、ポンプ３の吸引によりはんだごて１の通路２か
ら溶けたはんだ５を吸い取ることによって行なう。第15
図に後者の金属繊維の毛細管現象によるはんだ除去工具
の構造を示す。工具は、はんだごて６の先端を覆ってい
るキャツプ形の金属繊維７から成っており、はんだごて
６を基板上の不用箇所のはんだに押付けはんだを溶か
し、先端の金属繊維７で溶かしたはんだを吸い取ること
ではんだ除去を行なう。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術のうち、前者のポンプの吸引作用による
はんだ除去装置では、基板上の半導体チップ等の部品搭
載領域内における電極１つずつあるいは一部分しかはん
だを除去できないので、除去作業に長時間を要し、基板
に熱的損傷を与える恐れがある。また、過剰はんだ除去
後、電極間に残留はんだ高さのばらつきが出て半導体チ
ップ等の再搭載時に接続信頼性を低下させる恐れがある
という問題があった。後者の金属繊維の毛細管現象によ
るはんだ除去工具では、高密度実装の基板について配慮
されておらず、そのままで適用したのでは半導体チップ
の場合、チップ搭載領域が非常に小さいため、チップ搭
載領域のまわりにある論理変更用パッドや論理変更用パ
ッドに接続布線されている論理変更用ワイヤ等に熱的お
よび機械的損傷を与える恐れがある。また、はんだを吸
い取る金属繊維の表面積が大きいため、はんだが取れ過
ぎてしまい、電極面が酸化して半導体チップの再搭載時
の接続信頼性、はんだぬれ性を低下させる恐れがあると
いう問題があった。

本発明の目的は、半導体チップ等の部品搭載領域内の
過剰はんだを、論理変更用接続パッドおよび論理変更用
ワイヤ等に影響をおよぼすことなく短時間に電極上の残
留はんだが均一な膜状になるように除去する装置を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため本発明は、印刷回路基板の下
面から基板全体を残留はんだの融点以下の一定温度で予
熱するプリヒータを有し、印刷回路基板の過剰はんだを
除去すべき任意の部品搭載領域を所定位置に位置決め可
能な基板位置決めユニットと、部品搭載領域と同じ大き
さのはんだぬれ性の良い金属板を該基板位置決めユニッ
トで位置決めされた部品搭載領域の上に供給する金属板
供給ユニットと、該金属板供給ユニットで供給された金
属板の上に該金属板と同じ大きさの面で接触し、かつ基
板の傾斜にならう機構と該金属板を吸着する機構を有し
た加熱ブロック（ヒータ内蔵）を押し付け該金属板を通
して下の部品搭載領域のはんだを溶融温度に加熱するか
熱ヘッドユニットと、金属板供給時には該金属板と部品
搭載領域との相対ずれを、また加熱ブロック押付け時に
は該金属板と加熱ブロックとの相対ずれをそれぞれ確認
するためのテレビカメラおよびテレビモニタとを備え、
はんだ除去すべき部品搭載領域の上に供給された金属板
に溶融した過剰はんだを転写して除去するようにしたこ
とを特徴とする。

〔作用〕

基板位置決めユニットで位置決めされ、予熱された印
刷回路基板の過剰はんだを除去すべき部品搭載領域の上
に、金属板供給ユニットで部品搭載領域と同じ大きさの
はんだぬれ性の良い金属板を供給し、部品搭載領域に位
置合せする。次に、加熱ヘッドユニットにより、該金属
板の上に加熱ブロックを基板の傾斜にならって均一に押
し付け、金属板の下の部品搭載領域のはんだのみを溶か
して金属板にそのはんだを転写させ、転写後、該金属板
を加熱ブロックに吸着して引き上げることにより、部品
搭載領域内の過剰はんだを除去する。金属板と部品搭載
領域との位置合せおよび金属板と加熱ブロックとの位置
合せは、テレビカメラおよびテレビモニタを用いて行な
う。

本発明の装置によれば、１回の動作で部品搭載領域全
体の過剰はんだを除去できるため、短時間の作業で基板
に熱的損傷を与えることが少なく、はんだ除去後の部品
搭載領域内の電極間の高さのばらつきがない均一なはん
だ除去ができる。また、転写する金属板の大きさは部品
搭載領域と同じ大きさであり、金属板の下のはんだのみ
を溶かせるため、その周囲の論理変更用パッドや論理変
更用ワイヤおよび他の搭載された部品に悪影響を与える
ことがない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第13図により説明
する。第１図は本実施例の装置全体を示す斜視図、第２
図は第１図の各ユニットの拡大図、第３図以降は各ユニ
ットの動作を説明する図で、その中で第３図、第４図は
基板位置決め動作の説明図、第５図から第７図までは銅
板供給動作の説明図、第８図から第13図までははんだ除
去動作の説明図である。

本実施例では、はんだを転写する金属板として銅板を
使用しているが、これに限定されるものではなく、はん
だぬれ性の良い金属板であればよい。

第１図に示してあるように本実施例は、架台10上に取
付けられた加熱ヘッドユニット11、基板位置決めユニッ
ト12、銅板供給ユニット14、銅板位置合せ用テレビカメ
ラ15、テレビモニタ16、およびフラックス供給用ディス
ペンサ17から構成されている。

第２図（ａ）に示すように加熱ヘッドユニット11は、
架台10に締結されたスタンド18と、該スタンド18に水平
方向に可動なようにリニアガイド19を介して支持されシ
リンダ20で駆動されるベース21と、該ベース21に垂直方
向に可動なようにリニアガイド（図示しない）を介して
支持されシリンダ22で駆動されるカムベース23と、該カ
ムベース23に垂直方向のリニアガイド（図示しない）を
介して支持され、モータ24駆動のカム25の偏心により上
下動するカムホロワ26を介して駆動されるヘッドベース
27と、該ヘッドベース27に断熱プレート28を介して取付
けられた加熱ヘッド部29から主に構成されている。第２
図（ｂ）に加熱ヘッド部29の詳細を示す。加熱ヘッド部
29は、断熱プレート28に取付けられたヘッドブロック30
と、該ヘッドブロック30に圧入された位置決めピン31に
より位置決めされ、該位置決めピン31から外れることに
より自由状態となる加熱ブロック（ヒータ32内蔵）33
と、該加熱ブロック33を位置決めピン31に戻す力を働か
せる基板押付バネ34と、ヘッドブロック30にねじ込まれ
ばね34の戻し力を調整する押付力調整ねじ35と、加熱ブ
ロック33の吸着口37を延長する排気パイプ38から構成さ
れている。基板位置決めユニット12は、第２図（ｃ）に
示すように、架台10に締結されたベース39と、該ベース
39にθ方向微動回転可能なθステージ40を介して取付け
られたXY粗動ステージユニット41、XY微動ステージ42
と、ヒータを内蔵するプリヒータプレート43と、該プリ
ヒータプレート43からの熱を遮断する断熱プレート44
と、プリヒータプレート43の３本の位置決めピン45によ
り位置決めされ着脱可能なパレット46から構成されてい
る。XY粗動ステージユニット41は、θステージ40に取付
けられたプレート50と、該プレート50にＸ方向移動可能
なようにリニアガイド51を介して取付けられたＸプレー
ト52と、該Ｘプレート52にＹ方向移動可能なようにリニ
アガイド53を介して取付けられたＹプレート54から構成
されており、Ｘプレート52に付いた基板47の部品搭載ピ
ッチごとに穴の明いた粗動プレート55の穴56に、プレー
ト50にステー57を介して取付けられたノブ58と挿入する
ことにより基板47をＸ方向に粗位置決め可能となってい
る。Ｙ方向についても同様に粗位置決め可能となってい
る。さらに、第２図（ｄ）に示すように銅板供給ユニッ
ト14は、架台10に締結されたポールベース59と、該ポー
ルベース59に水平方向に可動なように、リニアガイド60
を介して取付けられたブロック61と、該ブロック61に垂
直方向に可動のＺ軸ステージ62を介して取付けられたチ
ャツク63と、ポールベース59に取付けらられた銅板位置
決めブロック64と、該銅板位置決めブロック64に対して
図示する矢印の方向に可動な銅板位置決めピン65とから
主に構成されている。チャツク63の水平方向の移動は、
ブロック61に取付けられた取手68を握り人手により行な
い、ポールベース59に取付けられたストッパ66にブロッ
ク61のカムホロワ67が当たることにより両端の位置出し
が可能となっている。また、チャック63には銅板71を吸
着するための吸着穴70が明いていて、穴70には図示しな
いが真空吸引源につながるチューブが接続されている。

次に、本実施例の各機構の動作を第３図により説明す
る。まず、第３図に示すように基板位置出しブロック49
により位置決めされた基板47がセットされたパレット46
を、基板位置決めユニット12のプリヒータプレート43に
取付けられた３本の位置決めピン45を基準に取付け、プ
リヒータプレート43および図示しない温度調節器によ
り、基板47をはんだ融点以下の一定の温度に予熱する。
予熱後、第４図に示すように、基板47上のはんだ除去す
べき部品搭載領域73が第１図において前進した加熱ヘッ
ド部29の加熱ブロック33の真下となるように、XY粗動ス
テージユニット41のノブ58をはんだ除去すべき部品搭載
領域73に対応する粗動プレート55の穴45に入れXYそれぞ
れの粗位置決めをする。その後、この部品搭載領域73に
ディスペンサ17によりフラックス72を滴下し供給する。
このことによりはんだのぬれ性が増し、はんだ除去し易
くなる。次に、銅板供給ユニット14の銅板位置決めブロ
ック64に部品搭載領域73と同じ大きさの銅板71をおき、
銅板位置決めピン65を図示する矢印の方向に動かすこと
により銅板71を位置決めする。位置決めされた銅板71を
第６図に示すように銅板供給ユニット14のＺ軸ステージ
62のハンドル69で下降させたチャック63で吸着し、銅板
71を持ち上げ、銅板供給ユニット14の取手68を握り、ブ
ロック61に取付けられたカムホロワ67がストッパ66に当
たるまでチャック63を基板47側へ移動し、銅板71を搬送
する。ここで、第７図に示すように粗位置決めされた部
品搭載領域73と搬送された銅板71には相対位置ずれが生
じているため、位置合せを行なう必要があり、この状態
を上部からとらえたテレビカメラ15を通して映るテレビ
モニタ16上で、銅版71が部品搭載領域73の周囲の論理変
更用接続パッド74にかかることなく部品搭載領域73内に
入るように基板位置決めユニット12のXY微動ステージ4
2、θステージ40を微動させて位置合せを行なう。銅板7
1と部品搭載領域73との位置合せ後、チャック63を降下
させ、吸着を切り、銅板71を部品搭載領域73に乗せ後退
する。以上が銅板供給動作である。次に、加熱ヘッドユ
ニット11によるはんだ除去動作を説明する。まず、供給
された銅板71上に加熱ヘッドユニット11の加熱ブロック
33の下面（銅板と同じ大きさになっている）が乗るよう
に銅板71と加熱ブロック33との位置合せを行なう必要が
ある。しかし、加熱ブロック33の構造から直接位置合わ
せできないため、第８図に示すように予め加熱ヘッド部
29が前進した位置を上部からとらえたテレビカメラ15を
通して映るテレビモニタ16上マーキング75しておき、間
接的に銅板71とテレビモニタ16上のマーキング75をXY微
動ステージ42、θステージ40により位置合せすることに
より、銅板71と加熱ブロック33の位置合せを行なう。次
に、シリンダ20により加熱ヘッド部29を前進させ、下降
させる。下降動作は第９図に示すように、（ａ）の状態
にある加熱ヘツド部29を（ｂ）のようにシリンダ22によ
りカムベース23、ヘッドベース27、断熱プレート28を介
して一段目の下降をさせ、次にカム25を回転させること
によりカム25の偏心からカムホロワ26、ヘッドベース2
7、断熱プレート28を介して二段目の下降をさせ、
（ｃ）のように加熱ブロック33の下面を基板47上の銅板
71に接触させる。下降を２段とし２段目の下降を一定速
度での下降を可能としているカム駆動方式をとっている
ため、銅板71との接触時、基板47に大きな衝撃を与える
ことなく、はんだを溶かすための銅板との接触時間を設
定することができる。銅板71との接触時、第10図に示す
ように加熱ブロック33は、位置出しピン31から外れ自由
状態となることから、基板47に傾きがあっても、基板の
傾斜にならい、基板押付ばね34により常に銅板71に対し
て垂直に力が加えられる。このことから、供給された銅
板71に対して片当りせず均一に加熱でき、第11図に示す
ように、予め設定した時間、銅板71を通して下の部品搭
載領域の残留はんだ76を、はんだ溶融温度に加熱した
後、加熱ブロック33の吸着口37で銅板71を吸着し引き上
げることにより、電極部77上の溶融した過剰はんだ78を
銅板71に転写して取り除き、部品搭載領域73において均
一なはんだ除去が行なえる。

通常は、第11図で示すように平板銅板71のみで均一な
状態ではんだ除去が行なえるが、部品搭載領域内の電極
部間のはんだ残留量のばらつきが大きい場合には、第12
図に示すような溝の付いた溝付き銅板79と平板銅板71を
組合せて行なう。第13図に溝付銅板79によるはんだ除去
動作を示す。最初に溝付銅板79を用い、基板表面に対し
て一定高さに銅板を保持する。よって、残留量の多いは
んだ溝の底に接するが、残留量の少ないはんだは接しな
い。この状態で加熱し、溝付銅板79を引き上げることに
より残留量の多いはんだのみが除去されることになり、
部品搭載領域内の電極部間のはんだ残留量の大きなばら
つきをまず少なくする。次に、平板銅板71を用いて第11
図のようにはんだ除去することで、よればらつきの少な
いはんだ除去が行なえる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、印刷回路基板上の半導体チップ等の
部品交換時に部品搭載領域に残留する過剰はんだを、部
品搭載領域の周囲の論理変更用接続パッドや論理変更用
ワイヤに影響を与えることなく、また基板や他の搭載部
品に熱的影響を与えることなく短時間で除去し、部品搭
載領域内の各電極上の残留はんだ量を均一にすることが
できる。これにより、設計変更、製造不良等による半導
体チップ等の部品の交換に容易に対応できるようにす
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の装置全体の斜視図、第２図
は第１図に示す各ユニットの拡大図、第３図は基板位置
決めユニットにパレットを供給する動作の説明図、第４
図は、XY位置決め動作およびフラックス供給の説明図、
第５図は銅板位置決めブロックでの銅板位置決め動作の
説明図、第６図は銅板搬送動作の説明図、第７図は銅板
と部品搭載領域を位置合せする動作の説明図、第８図は
銅板と加熱ブロックを位置合せする動作の説明図、第９
図は加熱ヘッド部下降動作の説明図、第10図は加熱ブロ
ックの基板傾斜ならい動作の説明図、第11図は銅板によ
るはんだ除去動作の説明図、第12図は銅板の種類を示す
図、第13図は溝付銅板を使用したはんだ除去動作の説明
図、第14図、第15図は従来技術の説明図である。 10……架台、11……加熱ヘッドユニット、12……基板位
置決めユニット、14……銅板供給ユニット、15……テレ
ビカメラ、16……テレビモニタ、17……ディスペンサ、
24……モータ、25……カム、26……カムホロワ、29……
加熱ヘッド部、31……位置決めピン、32……ヒータ、33
……加熱ブロック、34……基板押付ばね、37……吸着
口、40……θステージ、41……XY粗動ステージユニッ
ト、42……XY微動ステージ、43……プリヒータプレー
ト、45……位置決めピン、46……パレット、47……基
板、62……Ｚ軸ステージ、63……チャック、64……銅板
位置決めブロック、65……銅板位置決めピン、70……吸
着穴、71……銅板、72……フラックス、73……部品搭載
領域、74……回路変更用接続パッド、75……マーキン
グ、76……残留はんだ、77……電極部、79……溝付銅
板。

フロントページの続き (72)発明者 白井 貢 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社 日立製作所神奈川工場内 (56)参考文献 特開 平２−5443（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−162465（ＪＰ，Ａ) 特公 平１−44017（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭60−34814（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭56−35023（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】印刷回路基板上に複数個の半導体チップ等
   の部品を搭載したモジュールから部品を機械的、熱的に
   取り除いた後、印刷回路基板の当該部品搭載領域内の電
   極部に残留する過剰はんだを取り除く過剰はんだ除去装
   置において、印刷回路基板の下面から基板全体を残留は
   んだの融点以下の一定温度で予熱するプリヒータを有
   し、印刷回路基板の過剰はんだを除去すべき任意の部品
   搭載領域を所定位置に位置決め可能な基板位置決めユニ
   ットと、部品搭載領域と同じ大きさのはんだぬれ性の良
   い金属板を該基板位置決めユニットで位置決めされた部
   品搭載領域の上に供給する金属板供給ユニットと、該金
   属板供給ユニットで供給された金属板の上に該金属板と
   同じ大きさの面で接触し、かつ、基板の傾斜にならう機
   構と該金属板を吸着する機構を有した加熱ブロック（ヒ
   ータ内蔵）を押し付け該金属板を通して下の部品搭載領
   域のはんだを溶融温度に加熱する加熱ヘッドユニット
   と、金属板供給時には該金属板と部品搭載領域との相対
   ずれを、また加熱ブロック押付け時には該金属板と加熱
   ブロックとの相対ずれをそれぞれ確認するためのテレビ
   カメラおよびテレビモニタとを備え、はんだ除去すべき
   部品搭載領域の上に供給された金属板に溶融した過剰は
   んだを転写して除去するようにしたことを特徴とする過
   剰はんだ除去装置。