JP3625186B2 - チップ部品のボンディング方法及びボンディング装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板にチップ部品を実装するチップ部品のボンディング方法及びボンディング装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
回路基板にチップ部品を実装する装置において、熱による半田の酸化およびチップ部品の劣化を防止することは、製品の品質向上および安定化を図る上で重要である。特に、複数のチップ部品を実装する場合、半田の酸化による特性のばらつきが問題となる。
【0003】
図5は、例えば、特開平3−114287号公報に記載された従来のチップ部品の実装方法を示す断面図である。図5に示したように、回路基板22の導体パターン上に、チップ部品23を半田ペーストで仮固定し位置決めした電子回路装置24を、加熱炉25の予熱室26、加熱室27を経て加熱炉25の外へコンベア28で搬送する間に半田ペーストが溶融し、固化してチップ部品23が実装される。なお、図において、29はヒータ、30は予熱室26と加熱室27を仕切る隔壁、31は空気の流れを調整する整流板、32は空気を供給または排出するファンである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来、回路基板にチップ部品を搭載する方法は加熱炉を通過させる等のために、半田の加熱時間および溶融時間が長く半田が酸化され、また、チップ部品が高温雰囲気に長時間曝されるため、チップ部品を搭載した製品の性能低下が生じるという問題があった。
【0005】
本発明は、上記のような問題を解決するものであり、半田の溶融時間およびチップ部品の加熱時間を短くし、半田の表面酸化および製品の性能低下を防止できるチップ部品のボンディング方法及び装置を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第1のチップ部品のボンディング方法は、回路基板を、加熱冷却が可能なステージ上に搭載する第1の工程と、上記回路基板に半田を供給する第2の工程と、上記ステージの温度を昇温して、上記供給された半田を溶融させるとともに、溶融した半田に上記チップ部品を実装する第3の工程と、上記ステージの冷却を行う第4の工程とを有し、上記第1の工程の後、上記第2〜第4の工程を複数回繰り返すチップ部品のボンディング方法であって、
上記第1の工程を行うステーション、上記第2の工程を行うステーション、上記第3の工程を行うステーション及び上記第4の工程を行うステーションと、上記第1の工程〜第4の工程を実行するための複数のステージとを配置し、上記複数のステージ夫々を順次上記第1の工程〜第4の工程のステーションへ移送し、上記複数のステージに搭載された回路基板に対して、移送したステーションにおける各工程を並行して実行するものである。
【0007】
本発明に係る第2のチップ部品のボンディング方法は、上記第1のチップ部品のボンディング方法において、第1のステーション〜第4のステーションは、環状に配置するものである。
【0008】
本発明に係る第1のチップ部品のボンディング装置は、回路基板を搭載するステージと、このステージを加熱し冷却する加熱冷却手段と、上記回路基板を上記ステージに移送する移送手段と、上記回路基板に半田を供給する半田供給手段と、上記回路基板にチップ部品を搭載する実装手段とを備えたチップ部品のボンディング装置であって、
ステージに回路基板を搭載する移送手段を有する第1のステーション、供給した回路基板に半田を供給する半田供給手段を有する第2のステーション、上記回路基板にチップ部品を搭載する実装手段を有する第3のステーションおよび上記回路基板を冷却する第4のステーション、上記第1のステーション〜第4のステーションに配設される複数のステージ、この複数のステージ夫々を加熱し冷却する加熱冷却手段、上記ステージを第1のステーションから順次第2のステーション、第3のステーション、第4のステーションへと移送する駆動手段を備えたものである。
【0009】
本発明に係る第2のチップ部品のボンディング装置は、上記第1のチップ部品のボンディング装置において、ステージは、第1のステーション〜第4のステーションが環状に配置されているものである。
【0010】
本発明に係る第3のチップ部品のボンディング装置は、上記第1のチップ部品のボンディング装置において、ステージをテーブル上に配設し、このテーブルを一方向に間欠的に回転させるものである。
【0011】
本発明に係る第4のチップ部品のボンディング装置は、上記第3のチップ部品のボンディング装置において、加熱冷却手段への給電をスリップリングで行うものである。
【0012】
本発明に係る第5のチップ部品のボンディング装置は、上記第1のチップ部品のボンディング装置において、第1のステーションが第4のステーションを兼ねているものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図に従って説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明に係るチップ部品のボンディング装置の実施の形態1を示す斜視図(a)および断面図である。図において、1は加熱冷却可能なステージ、2は気体流通孔、3は溝、4は気体流通孔2に連通する気体供給口、5はエアボンベ等から供給される気体の流通を開閉する電磁バルブ等の開閉弁、6は温度検出端子、6aはステージ1の温度を検出する温度検出素子、7は給電端子、7aは給電線、8は温度調節計、9は制御手段、10は回路基板をステージ1上に載置および排出する移送手段、11は回路基板上に半田を供給する半田供給手段、12はチップ部品を回路基板上に搭載する実装手段、13はヒータであり、ヒータ13は給電線7aに接続されている。
【0014】
制御手段9は、予め設定された手順並びに加熱温度および加熱保持時間、冷却条件等に従って、移送手段10、半田供給手段11、実装手段12、ヒータ13への電力供給による加熱手段、開閉弁5の開閉により気体を供給口4、気体流通孔2から溝3に流してステージ1を冷却する冷却手段を制御する。
【0015】
本実施の形態の装置においては、まず、移送手段10を操作して図示されていない基板トレイから回路基板をピックアップして、ステージ1上に搭載する。この時、ステージ1はヒータ13に電力が供給されて半田を熱圧着することができる温度まで予加熱してある。次に、半田供給供給手段11を操作して、回路基板のチップ部品実装位置に半田を所定量供給し押し付ける。次に、ヒータ13に電力を供給して半田が溶融する温度まで加熱するとともに、実装手段12を操作してチップ部品を回路基板上に実装し、さらに開閉弁5を開き、ステージ1を急冷した後、移送手段12を操作してチップ部品を実装した製品を図示していない製品トレイに排出する。
【0016】
搭載する部品が複数個の場合には、ステージ1の温度を、半田の熱圧着温度まで冷却し、半田の供給、溶融、チップ部品の搭載、ステージ1の冷却の工程を繰り返す。この工程の繰り返しにおいて、溶融半田はチップ部品の電極部の金属、例えば、金と合金を形成するので、次の繰り返しにおける半田溶融工程において合金化した半田は溶融しない。
【0017】
本実施の形態によれば、加熱冷却手段により加熱冷却が可能なステージ1上に回路基板を搭載し、ステージ1の温度を制御して半田の供給、溶融、チップ部品の搭載を行っているので、半田の溶融時間およびチップ部品が高温雰囲気に曝される時間を短縮し、チップ部品を搭載した製品の性能劣化を抑制することができるとともに、ボンディング装置を小型にすることができる。
【0018】
また、加熱冷却手段をステージ1に内蔵することによって、さらにボンディング装置を小型にすることができる。
【0019】
また、移送手段10、半田供給手段11および実装手段12を備え、これらの操作を制御手段9で制御しているので、回路基板のロード、回路基板へのチップ部品の実装およびチップ部品実装後の回路基板のアンロードに至る工程を自動化することができる。
【0020】
実施の形態2.
図2は、本発明に係るチップ部品のボンディング装置の実施の形態2を示す一部断面側面図であり、図3は、本実施の形態におけるチップ部品のボンディング装置の動作を説明する斜視図である。図において、図1と同一符号は同一部分または相当部分を示す。
【0021】
1a〜1dはヒータおよび温度検出素子を内蔵したステージ、4a〜4dは気体供給口、6a〜6dは温度調節計、14はステージ1a〜1dが設置された回転テーブル、15は回転テーブル14を回転させる回転軸であり、回転軸15は図示していないステップモータ等に連結され、気体供給口4a〜4dから供給される気体が流通するリング状に形成されたリング溝18と気体流通孔2a〜2d、リング溝18間をシールするOリング並びにヒータおよび温度検出素子それぞれに接続されたスリップリング17を備えている。16は固定リングであり、固定リング16には気体供給口4a〜4dが設けられている。
【0022】
ステージ1a〜1dの加熱は、スリップリング17を介してステージ1a〜1dが内蔵するヒータに電力を供給することによって行われ、ステージ1a〜1dの温度は、スリップリング17を介して得られる温度検出素子の信号に基づき、温度調節器6a〜6dによって調節される。また、ステージ1a〜1dの冷却は、開閉弁5を開閉することによって、気体が気体供給口4a〜4d、リング溝18、気体流通孔2a〜2dを経てステージ1a〜1dに供給されることによって行われる。
【0023】
また、制御手段9は、予め設定された手順並びに加熱温度および加熱保持時間、冷却条件等に従って、回転テーブル14の回転、移送手段10、半田供給手段11、実装手段12、ヒータへの電力供給による加熱手段、開閉弁5の開閉による冷却手段を制御する。
【0024】
図3に示したように、回転テーブル14の周囲の環状に配置された移送ステーション(第1のステーション)A、半田を供給し熱圧着する半田熱圧着ステーション(第2のステーション)B、半田溶融・チップ部品搭載ステーション(第3のステーション)Cおよび冷却ステーション(第4のステーション)Dには各ステーションに対応して移送手段10、半田供給手段11および実装手段12が配置されている。
【0025】
ステージ1a〜1dはそれぞれ、半田を熱圧着できる温度まで予加熱されている。
【0026】
まず、移送手段10を操作して図示されていない基板トレイから回路基板をピックアップして、ステージ1a上に搭載する。回転テーブル14を一方向に間欠的に回転させ、各ステージ1a〜1dをそれぞれ隣のステーションに移動させ、ステージ1a上の回路基板には、半田供給手段11を操作して所定量の半田を供給・熱圧着し、この供給・熱圧着の操作と並行して、ステージ1bには、移送手段10を操作して新たな回路基板を搭載する。
【0027】
さらに、回転テーブル14を回転させ、各ステージ1a〜1dをそれぞれ隣のステーションに移動させ、ステージ1aの温度を昇温し半田を溶融させると共に実装手段12を操作してチップ部品を実装する。このチップ部品の実装の操作と並行して、ステージ1b上の回路基板には、半田供給手段11を操作して所定量の半田を供給・熱圧着し、ステージ1c上には、移送手段10を操作して新たな回路基板を搭載する。
【0028】
さらに、回転テーブル14を回転させ、各ステージ1a〜1dをそれぞれ隣のステーションに移動させ、ステージ1aを冷却(回路基板を冷却)し、ステージ1bの温度を昇温し半田を溶融させると共に実装手段12を操作してチップ部品を実装する。この冷却およびチップ部品の実装の操作と並行して、ステージ1c上の回路基板には、半田供給手段11を操作して所定量の半田を供給・熱圧着し、ステージ1d上には、移送手段10を操作して新たな回路基板を搭載する。
【0029】
さらに、回転テーブル14を回転させ、各ステージ1a〜1dをそれぞれ隣のステーションに移動させ、ステージ1a上のチップ部品を実装した回路基板を移送手段10を操作して図示していない製品トレイに排出するとともに、新たな回路基板を搭載する。これと並行して、ステージ1bを冷却し、ステージ1cの温度を昇温し半田を溶融させると共に実装手段12を操作してチップ部品を実装し、ステージ1d上の回路基板には、半田供給手段11を操作して所定量の半田を供給・熱圧着する。
【0030】
複数のチップ部品を実装する場合は、冷却ステーションDにおいて、各ステージ1a〜1dの温度を、半田が熱圧着できる温度まで冷却し、半田の供給、半田溶融およびチップ部品の実装、チップ部品実装後のステージ冷却を複数回繰り返す。
【0031】
以上のように、本実施の形態においては、回路基板のステージ1a〜1dへの移送と予熱操作、回路基板への半田の供給工程、半田溶融とチップ部品の搭載工程およびチップ部品を搭載した回路基板の冷却工程の各工程を並行して行うので作業時間が短縮される。
【0032】
また、加熱冷却手段を備えたステージ1a〜1d上に回路基板を載置し、ステージ1a〜1dの温度を制御して半田の供給、溶融、チップ部品の搭載を行っているので、半田の溶融時間およびチップ部品が高温雰囲気に曝される時間を短縮し、チップ部品を搭載した製品の性能劣化を抑制することができる。
【0033】
また、移送手段10、半田供給手段11および実装手段12を備え、これらの操作を制御手段9で制御しているので、回路基板のロード、回路基板へのチップ部品の実装およびチップ部品実装後の回路基板のアンロードに至る工程を自動化することができる。
【0034】
また、移送ステーションA、半田熱圧着ステーションB、半田溶融・チップ部品搭載ステーションCおよび冷却ステーションDは環状に配置されているので、ボンディング装置が小型化される。
【0035】
また、ステージ1a〜1dを回転テーブル14上に配設し、回転テーブル14を回転させることによって、回路基板を移送ステーションA、半田熱圧着ステーションB、半田溶融・チップ部品搭載ステーションCおよび冷却ステーションDの間で移動させるようにしているので、ボンディング装置が小型化される。
【0036】
なお、本実施の形態において、図3に示した冷却ステーションDを省略し、移送ステーションAを冷却ステーションとして兼用することによって、ボンディング装置がさらに小型化される。
【0037】
実施の形態3.
図4は、本発明に係るチップ部品のボンディング装置の実施の形態3を示す側面図である。図において、図2と同一符号は同一部分または相当部分を示す。
【0038】
本実施の形態においては、コンベア20に沿って移送ステーションA(予熱を併せて行う)、半田熱圧着ステーションB、半田溶融・チップ部品搭載ステーションCおよび冷却ステーションDを配置し、各ステーションA〜Dには加熱冷却手段21a〜21dを設ける。加熱冷却手段21a〜21dは、ヒータ等の加熱手段と温度検出素子と気体流通孔とを内蔵し、加熱手段と開閉弁5の開閉によって気体流通孔に供給される気体による冷却手段によって加熱冷却され、温度検出素子の信号を受けた温度調節計6a〜6dによって温度調節され、開閉弁5の開閉およびヒータへの電力供給並びに各ステーションA〜Dの操作は制御手段9によって制御される。コンベア20には、加熱冷却手段21a〜21dに対応するようにステージ1a〜1dが複数設置され、ステージ1a〜1dは移送ステーションA〜Dを巡回するように構成されている。
【0039】
本実施の形態においては、回路基板のステージ1a〜1dへの移送と予熱操作、回路基板への半田の供給・熱圧着工程、半田溶融とチップ部品の搭載工程およびチップ部品を搭載した回路基板の冷却工程の各工程を並行して行うので作業時間が短縮される。
【0040】
また、加熱冷却手段を備えたステージ1a〜1d上に回路基板を搭載し、ステージ1a〜1dの温度を制御して半田の供給・熱圧着、溶融、チップ部品の搭載を行っているので、半田の溶融時間およびチップ部品が高温雰囲気に曝される時間を短縮し、チップ部品を搭載した製品の性能劣化を抑制することができる。
【0041】
また、移送手段10、半田供給供給手段11および実装手段12の操作を制御手段9で制御しているので、回路基板のロード、回路基板へのチップ部品の実装およびチップ部品実装後の回路基板のアンロードに至る工程を自動化することができる。
【0042】
なお、上記実施の形態2および3においては、4つのステーションA〜Dに対応した4つのステージ1a〜1dを設ける場合を示したが、ステーションA〜D1つ1つに対応させる必要はなく、例えば、ステーションB,Dに対応するステージを1つ設けるようにしてもよい。
【0043】
【発明の効果】
本発明に係る第1のチップ部品のボンディング方法によれば、回路基板を、加熱冷却が可能なステージ上に搭載する第1の工程と、上記回路基板に半田を供給する第2の工程と、上記ステージの温度を昇温して、上記供給された半田を溶融させるとともに、溶融した半田に上記チップ部品を実装する第3の工程と、上記ステージの冷却を行う第4の工程とを有し、上記第1の工程の後、上記第2〜第4の工程を複数回繰り返すチップ部品のボンディング方法であって、上記第1の工程を行うステーション、上記第2の工程を行うステーション、上記第3の工程を行うステーション及び上記第4の工程を行うステーションと、上記第1の工程〜第4の工程を実行するための複数のステージとを配置し、上記複数のステージ夫々を順次上記第1の工程〜第4の工程のステーションへ移動させて、上記複数のステージの搭載された回路基板に対して、移動したステーションにおける各工程を並行して実行するものであるので、作業時間が短縮される。
【0044】
また、半田の溶融時間およびチップ部品が高温雰囲気に曝される時間を短縮し、チップ部品を搭載した製品の性能劣化を抑制することができる。
【0045】
本発明に係る第2のチップ部品のボンディング方法によれば、第1のステーション〜第4のステーションは、環状に配置するものであるので、ボンディング装置を小型化することができる。
【0046】
本発明に係る第1のチップ部品のボンディング装置によれば、回路基板を搭載するステージと、このステージを加熱し冷却する加熱冷却手段と、上記回路基板を上記ステージに移送する移送手段と、上記回路基板に半田を供給する半田供給手段と、上記回路基板にチップ部品を搭載する実装手段とを備えたチップ部品のボンディング装置であって、
ステージに回路基板を搭載する移送手段を有する第1のステーション、供給した回路基板に半田を供給する半田供給手段を有する第2のステーション、上記回路基板にチップ部品を搭載する実装手段を有する第3のステーションおよび上記回路基板を冷却する第4のステーション、上記第1のステーション〜第4のステーションに配設される複数のステージ、この複数のステージ夫々を加熱し冷却する加熱冷却手段、上記ステージを第1のステーションから順次第2のステーション、第3のステーション、第4のステーションへと移動させる駆動手段を備えたものであるので、ステージに回路基板を搭載する工程、回路基板に半田を供給する工程、チップ部品の搭載工程およびチップ部品を搭載した回路基板の冷却工程の各工程を並行して行うことができ、作業時間が短縮される。
【0047】
また、半田の溶融時間およびチップ部品が高温雰囲気に曝される時間を短縮し、チップ部品を搭載した製品の性能劣化を抑制することができる。
【0048】
本発明に係る第2のチップ部品のボンディング装置によれば、第1のステーション〜第4のステーションが環状に配置されているものであるので、ボンディング装置が小型化される。
【0049】
本発明に係る第3および第4のチップ部品のボンディング装置によれば、ステージをテーブル上に配設し、このテーブルを一方向に間欠的に回転させるものであるので、ボンディング装置が小型化される。
【0050】
本発明に係る第5のチップ部品のボンディング装置によれば、第1のステーションが第4のステーションを兼ねているものであるので、ボンディング装置がさらに小型化される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るチップ部品ボンディング装置の実施の形態1を示す斜視図(a)および断面図(b)である。
【図2】本発明に係るチップ部品ボンディング装置の実施の形態2を示す一部断面側面図である。
【図3】本発明に係るチップ部品ボンディング装置の実施の形態2の動作を説明する斜視図である。
【図4】本発明に係るチップ部品ボンディング装置の実施の形態3を示す側面図である。
【図5】従来のチップ部品ボンディング装置を示す断面図である。
【符号の説明】
1,1a,1b,1c,1d ステージ、2,2a,2b,2c,2d 気体流通孔、
3 溝、4,4a,4b,4c,4d 気体供給口、5 開閉弁、6 温度検出端子、
6a,6b,6c,6d 温度検出素子、7 給電端子、7a 給電線、
8 温度調節計、9 制御手段、10 移送手段、11 半田供給手段、
12 実装手段、13 ヒータ、14 回転テーブル、15 回転軸、
16 固定リング、17 スリップリング、18 リング溝、19 Oリング、
20 コンベア、21a,21b,21c,21d 加熱冷却手段。

Claims (7)

  1. 回路基板を、加熱冷却が可能なステージ上に搭載する第1の工程と、上記回路基板に半田を供給する第2の工程と、上記ステージの温度を昇温して、上記供給された半田を溶融させるとともに、溶融した半田にチップ部品を実装する第3の工程と、上記ステージの冷却を行う第4の工程とを有し、上記第1の工程の後、上記第2〜第4の工程を複数回繰り返すチップ部品のボンディング方法であって、
    上記第1の工程を行うステーション、上記第2の工程を行うステーション、上記第3の工程を行うステーション及び上記第4の工程を行うステーションと、上記第1の工程〜第4の工程を実行するための複数のステージとを配置し、上記複数のステージ夫々を順次上記第1の工程〜第4の工程のステーションへ移送し、上記複数のステージに搭載された回路基板に対して、移送したステーションにおける各工程を並行して実行することを特徴とするチップ部品のボンディング方法。
  2. 第1のステーション〜第4のステーションは、環状に配置することを特徴とする請求項1記載のチップ部品のボンディング方法。
  3. 回路基板を搭載するステージと、このステージを加熱し冷却する加熱冷却手段と、上記回路基板を上記ステージに移送する移送手段と、上記回路基板に半田を供給する半田供給手段と、上記回路基板にチップ部品を搭載する実装手段とを備えたチップ部品のボンディング装置であって、
    ステージに回路基板を搭載する移送手段を有する第1のステーション、供給した回路基板に半田を供給する半田供給手段を有する第2のステーション、上記回路基板にチップ部品を搭載する実装手段を有する第3のステーションおよび上記回路基板を冷却する第4のステーション、上記第1のステーション〜第4のステーションに配設される複数のステージ、この複数のステージ夫々を加熱し冷却する加熱冷却手段、上記ステージを第1のステーションから順次第2のステーション、第3のステーション、第4のステーションへと移送する駆動手段を備えたことを特徴とするチップ部品のボンディング装置。
  4. 第1のステーション〜第4のステーションが環状に配置されていることを特徴とする請求項3記載のチップ部品のボンディング装置。
  5. ステージをテーブル上に配設し、このテーブルを一方向に間欠的に回転させることを特徴とする請求項3記載のチップ部品のボンディング装置。
  6. 加熱冷却手段への給電をスリップリングで行うことを特徴とする請求項5記載のチップ部品のボンディング装置。
  7. 第1のステーションが第4のステーションを兼ねていることを特徴とする請求項3記載のチップ部品のボンディング装置。
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