JP3981259B2 - 基板用支持治具 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばフィルム状で可撓性を有する基板への電子部品の実装動作等において基板を支持する基板用支持治具、該基板用支持治具に基板を支持しながら基板への電子部品の実装及び接合等を行い基板を回路基板として製造する回路基板製造装置、並びに回路基板製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯電話等の電子機器においては、小型軽量化が要求されることからシート状のフレキシブル基板が用いられている。このフレキシブル基板は樹脂シートにプリント配線を施したものであり、1枚のフレキシブル基板に複数の配線パターンを形成し、その配線パターンにIC、コンデンサ、抵抗器、コイル、コネクタ、などの電子部品が実装されてフレキシブルな回路基板を構成する。そして、このフレキシブルな回路基板が機器に組み込まれる。
【0003】
このようなフレキシブルな回路基板は、基板の厚さを薄くできかつ軽量化でき、曲げ、折り畳みが可能なことより機器の複雑な形状に添い機器の可動部に対しても特別な間接部を持つ必要がなく小型化も可能である点が特徴である。特に、樹脂シートの厚さが10μm程度のものも可能であり、銅箔からなる配線パターンを含めて厚さが30ミクロン程度のフレキシブル基板も実用化されている。
【0004】
しかしながら、フェノール紙、ガラスエポキシ樹脂、又はセラミック等を材料とし、大部分の大きさが1辺10mm以上で、その厚みが0.1〜4mmである基板を対象とし、該基板の両端部をベルトで支持して搬送するように構成されている一般の実装設備では、フレキシブル基板は、その剛性が小さいことから、フレキシブル基板単体での搬送は困難である。
【0005】
そこで、従来では、図16に示すように、厚みがあり剛性を有する金属プレート41にフレキシブル基板43を押さえ金具42等で固定し、この金属プレート41を一般の実装設備の搬送系を変更した専用設備に供給し、フレキシブル基板43にクリーム半田44を印刷し、電子部品45を実装し、クリーム半田44をリフローして電子部品45を実装している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フレキシブル基板43を金属プレート41に個々に固定する工程の作業性が悪く、押さえ金具42がフレキシブル基板43の上面より突出するため、クリーム半田44をスクリーン印刷する工程で、専用のスクリーンが必要となり、さらにフレキシブル基板43の複数箇所を押さえ金具42で押さえているので、図17に示すようにフレキシブル基板43の平面度が悪く、スクリーンとの密着性が悪くなる。よって、クリーム半田44の印刷品質を悪化させ、印刷位置のずれやにじみが発生し、高品質の実装を安定して行うことができないという問題がある。
【0007】
複数のフレキシブル基板を位置精度よく搭載しようとすると、押さえ金具が複数必要となり、基板の位置がずれないように固定するため作業が繁雑となる。また、金属プレートを用いているため、実装設備が専用設備となり製造コストが高くなるという問題がある。本発明は、上述の問題点を解決するためになされたもので、基板に対して、電子部品の実装及び接合に関する動作を安定して行うことができ、さらに電子部品が接合された基板の品質を損ねることなく該基板の取り外しが行える、基板用支持具を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明は、基板に電子部品を実装する際に当該基板を着脱自在に保持する基板用支持治具であって、第1面及び第2面を有する板状の材料からなるベース材と、基板に対して付着力を有する材料よりなり、ベース材の第1面上に設けられる付着材とを備え、ベース材の第1面上には、付着領域と、付着領域内の非付着領域とが規定され、付着材は、付着領域内の非付着領域を除く部分に設けられ、ベース材には、第1面から第2面へと非付着領域を貫通する貫通穴が更に形成されるものである。
【0009】
本発明の基板用支持治具によれば、付着材を有する付着領域内に、付着材に仮付着している基板を剥離させるための貫通穴が設けられる。したがって、基板は、付着領域に仮付着された状態で基板用支持治具に支持されて、電子部品の実装及び接合を安定して行える。さらに、電子部品が接合された基板を例えば、カールさせたり、破れ等の損傷を与えることなく基板用支持治具のベース材から確実に剥離できる。
【0010】
また、付着材が設けられない非充填部に貫通穴を開口させることで、付着材へ損傷を与えることを防止できる。基板の非リード部の一部に対応して付着領域を形成することで、基板の剥離時にリード部がカールするのをより的確に防止でき、当該基板そのものが使用不能となるのを防止できる。
【0011】
付着材が所定の硬度を有することから、基板に対して適度な付着力を生じさせることができ、基板への電子部品の装着が容易になる。付着材は、接合材料の加熱温度を超える耐熱性を有することから、接合材料にて電子部品を接合するときの熱により付着材が劣化することはない。
【0012】
付着材は耐磨耗性を有することから、付着材の清掃作業が原因で付着材が基板用支持治具から剥離したり基板の付着性能が劣化したりすることはない。
【0013】
基板用支持治具のベース材に位置決め用マークを設けたことから、基板用支持治具へ基板を仮付着させるときや、基板へ接合材料を設けるとき等における基板用支持治具の位置決めを高精度にて行うことが可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態にかかる、基板用支持治具、回路基板製造装置、及び回路基板製造方法について、図を参照しながら以下に説明する。ここで回路基板製造装置は、基板用支持治具に基板を支持しながら基板への電子部品の実装及び接合等を行い基板を部品実装回路基板として製造する装置であり、回路基板製造方法は、回路基板製造装置にて実行される製造方法である。各図において、同じ構成部分については同じ符号を付している。基板として、本実施形態では、樹脂材にてなるフィルム状で、可撓性を有するフレキシブルな基板でありプリント配線を施した、例えば図3に示すような形状にてなるフレキシブルプリント基板(FPC)を例に採る。尚、図3に示すように短冊状で枚葉式のFPC150の大きさは、例えば幅約30mm、長さ約70mmである。基板用支持治具にて支持される、対象となる基板として、特には、剛性が低いことから単独での搬送が困難であるような基板が適切な例に相当するが、しかしながら対象となる基板は、FPCや、搬送が困難な基板に限定されるものではない。尚、図3に示すように、FPC150には電子部品130が実装されるが、本実施形態では、FPC150の片面のみに実装される。
【0015】
図1には、上述の基板用支持治具の機能を果たす一例に相当する可撓性基板用支持治具101が示されている。該可撓性基板用支持治具101は、ベース材110を有し、FPC150を剥離可能に仮付着するための付着材111をベース材110の載置側110aに設け、付着材111にてFPC150を仮付着してベース材110上に支持する板状の治具である。「仮付着」とは、付着材111に対してFPC150を付着した後、付着材111からFPC150を除去可能であることを意味する。ベース材110は、後述する加熱動作による熱を効率よくFPC150に伝導し、冷却の際の放熱を効率よく行うため、熱伝導率の高いアルミニウムやマグネシウムの合金を用いるのが好ましい。その厚みは、後述する加熱動作による熱伝導と機械的強度を考慮して2〜4mm程度が好ましい。さらに可撓性基板用支持治具101は、付着材111を有する付着領域112内にてベース材110を貫通して形成され、仮付着しているFPC150をベース材110から剥離させるための貫通穴116を有する。尚、図1及び図2では、付着領域112にハッチングを施しているが、これは断面を表現したものではなく、付着材111の存在箇所を示すために施したものである。本実施形態では、貫通穴116は、円形形状であるが、該形状に限定されるものではなく、例えば角穴等の形状でもよい。
【0016】
付着領域112は、付着材111が設けられる充填部113と、付着材111が設けられず貫通穴116を開口する非充填部114とから構成される。本実施形態ではベース材110へ付着材111の付着領域112を作製する方法は、以下のように行う。つまりベース材110の載置側110aを、本実施形態ではフライス盤にて凹状に切削して充填部113を形成する。切削された充填部113における載置側110aの表面からの深さは、付着材111の厚みに関係する。該付着材111の厚みは、FPC150と付着材111との密着性や、後述するように可撓性基板用支持治具101の加熱時の熱を効率よくFPC150に伝導するため、薄い方が好ましく、0.1mmから0.6mm程度が最も好ましい。よって、本実施形態では、充填部113の深さは、1mm未満、好ましくは0.5mm前後としている。このとき非充填部114は、切削加工が行われない部分である。よって、非充填部114は、充填部113に比して突出することになる。上述のようにして形成した充填部113には、接着剤を設けた後、付着材111を充填し、加熱、加圧して付着材111を固定する。このように形成される充填部113は、FPC150用の平坦な付着面を有し、可撓性基板用支持治具101から剥がれることなく、FPC150を仮付着できる。付着材111は、載置側110aの表面からほんの僅かに、本実施形態では約0.1mm程度にて、突設するように設けられる。このとき、非充填部114は充填部113に比して突出しておりかつ付着材111の表面張力により、非充填部114に付着材111が設けられることはない。このように、非充填部114を充填部113に比して突出させておくことで、充填部113への付着材111の充填を容易に行える。付着材111は、載置側110aの表面及び非充填部114に対して0.1mm程度高くなる。このように付着材111を高くすることで、後述のように清掃装置260にて付着材111部分の清掃を行うとき、付着材111の端部における拭き残し等の発生を防止することができ、FPC150が直接に載置側110aの表面及び非充填部114に接触しないので、FPC150が載置側110aの表面から剥がれ易くなることを防止できる。
【0017】
付着材111としては、FPC150のような可撓性基板が付着可能でかつ剥離可能な付着力を有する材料であって、本実施形態では後述するように、可撓性基板用支持治具101はFPC150を付着した状態にて加熱されることから、耐熱性を有する材料であり、可撓性基板用支持治具101に付着されているFPC150に対して電子部品が装着されることから、部品装着にふさわしい硬度を有する材料でなければならない。具体的には、付着力を有する材料としては、シリコンゴムや、ポリウレタンゴムが存在する。よって、耐熱性が要求されない場合には、ポリウレタンゴムを使用することも可能である。加熱は、FPC150上に装着された電子部品とFPC150とを接合するための接合材料に対して作用され、接合材料として例えばクリーム半田が使用されているときには加熱によりクリーム半田の溶融を行う。よって耐熱性とは、接合材料に対して実行される動作における条件に耐え得る耐熱性であり、接合材料として鉛フリー半田を含むクリーム半田を使用しているとき加熱温度は約230℃であることから、具体的には約250℃で数分という耐熱性を有すればよいことになり、接合材料として共晶半田を使用しているときには、共晶半田の融点183℃に基づき185℃以上の耐熱性を有すれば良い。
【0018】
このような耐熱性を考慮した場合には、付着材111としては、シリコンゴムが最適である。尚、一般的にはシリコンゴムの耐熱温度は、保証値として約200℃と定義されているが、上述のように付着材111の耐熱性は、接合材料に対して実行される動作における条件に耐え得るものである。よって、約250℃という温度は保証値を超えるが、作用する時間が数分であることから、付着材111にシリコンゴムを用い加熱、降温を繰り返しても、付着性能等に何等支障は生じないことを出願人は確認している。上述のような耐熱性を有する付着材111を使用することで、FPC150を付着した状態で可撓性基板用支持治具101ごと、リフロー加熱することが可能である。
【0019】
付着材111としてゴム材を使用した場合、該ゴム材の硬度を上げると粘着性は低下する傾向にある。よって、FPC150に対して電子部品を装着することを考慮すると、付着材111の硬度は、硬過ぎると付着力が低下することから、下限は20Hsであり、上限は50Hsであるのが好ましく、該上、下限内の値若しくは範囲であれば硬度が原因で問題が生じることはない。最適な値は30Hs又はこの前後の値である。
【0020】
後述するように本実施形態では、可撓性基板用支持治具101、特に付着材111に対して、清掃装置260に備わる洗浄用布261による拭き取り作業が行われる。よって、付着材111は、拭き取り作業によって当該付着材111が可撓性基板用支持治具101から剥がれたり、基板に対する付着機能が低下したりするのを防止する耐磨耗性をも有する必要がある。本実施形態にて使用した付着材111は、出願人の行った実験にて、約24000回の拭き取り作業後においても剥離発生及び付着機能低下が見られないことを確認している。このように付着材111が耐磨耗性を有することで、付着材111に対する拭き取り作業を実施しても付着材111の剥離発生及び付着機能低下は生じず、拭き取り作業との相乗作用により、常に最適な付着機能を発揮できる。
【0021】
付着領域112の大きさ及び形状は、可撓性基板用支持治具101に付着されるFPC150の大きさ及び形状に基づいて決定される。後述するように、付着領域112に付着されたFPC150は、電子部品の接合後、可撓性基板用支持治具101から剥がす必要がある。本実施形態では、後述するように、接合材料に対する加熱は、可撓性基板用支持治具101を加熱装置240のヒータ部241上に直接載置して、ベース材110及び付着材111を通して行われる。このような観点から、図2に示すように、外部の端子との接続部分であるFPC150のリード部151までも付着領域112の付着材111に付着させる構造とした場合、剥がすときにリード部151がカールする場合や折れ曲がる場合が生じ当該FPC150は使用不可となる。よって、付着領域112は、付着するFPC150におけるリード部151以外の非リード部152の少なくとも一部に対応するように、可撓性基板用支持治具101上に形成される。
【0022】
リード部151は電気的接続部分であるので、汚れ等との接触や付着は好ましくない。本実施形態では形成していないが、リード部151が直接、可撓性基板用支持治具101の載置側110aの表面に接触するのを防止するため、載置側110aの表面の内、リード部151に対応する箇所について、例えば0.5mm程、凹状に切削したリード部接触防止用溝を形成するのが好ましい。
【0023】
付着材111が設けられない非充填部114には、ベース材110をその厚み方向に貫通して貫通穴116が設けられる。このように、付着材111の存在しない部分に貫通穴116をあけることで、付着材111が存在する部分に貫通穴116を形成した場合に貫通穴116の開口部分において付着材111が該開口の周囲に沿って完全に切除されずに残留する、いわゆるバリ等の発生を防止できる。
【0024】
貫通穴116は、後述するように本実施形態では、可撓性基板用支持治具101からFPC150を剥がすとき、FPC150をその裏側150bから突き上げるための取外用ピン251を貫通させるための穴である。よって、貫通穴116は、図3に示すように、1枚のFPC150に対して複数設けられ、FPC150の特に周縁部分、及びFPC150の中央部分に対応するように設置されるのが好ましい。FPC150には、図3に示すように例えば抵抗チップやチップコンデンサ等の電子部品130−1と、例えばQFP等のICやコネクタ等の比較的大型の電子部品130−2とが装着される。尚、電子部品130−1及び電子部品130−2を総称して電子部品130と記す。よって、取外用ピン251によるFPC150の突き上げ動作は、電子部品130の装着場所を除く、図3に示す部品非実装部分153にて行うのが好ましい。よって、貫通穴116も部品非実装部分153に対応するように設けるのが好ましい。
【0025】
上述したように本実施形態では、可撓性基板用支持治具101への付着領域112の形成は、各可撓性基板用支持治具101に充填部113を形成して行った。一方、付着領域112の形成方法としては、充填部113を形成するための型枠を作製し該型枠を各可撓性基板用支持治具101上に設けて付着材111を流し込む方法もある。しかしながら、型枠を作製するよりも可撓性基板用支持治具101毎に、例えばフライス盤で充填部113を形成する方が安価かつ製作容易である。よって、近年のように、多品種で、少量生産され、さらに短期間でモデルチェンジがされる部品実装回路基板用の可撓性基板用支持治具としては、可撓性基板用支持治具101毎に凹状の充填部113を形成し付着材111を設けた治具は、非常に有効である。
【0026】
さらに、可撓性基板用支持治具101には、必要に応じて、予め丸穴、角穴等の位置決め用マーク115が設けられる。尚、図1及び図2に示す位置決め用マーク115の内、左下の丸穴及び右上の長穴が本実施形態では実際に使用する主位置決め用マーク115−1であり、残りの2つは、副位置決め用マーク115−2である。よって、2つの主位置決め用マーク115−1のみを設けてもよい。位置決め用マーク115は、貫通穴の形態に限定されず、例えば、印刷されたマーク等であっても良い。位置決め用マーク115は、可撓性基板用支持治具101上に、FPC150を仮付着するときに、当該可撓性基板用支持治具101の位置決めに利用し、さらに、FPC150の銅箔パターン上にクリーム半田印刷を行うときや、電子部品130を実装するときの粗位置決めに利用できる。
【0027】
一方、FPC150上には、図2及び図3に示すように基板側マーク154が設けられている。該基板側マーク154は、可撓性基板用支持治具101上に、FPC150を仮付着するときに、当該FPC150の位置決めに利用し、さらに、クリーム半田印刷を行うとき、及び電子部品130を実装するときの粗位置決めに利用できる。
【0028】
次に、上述の可撓性基板用支持治具101を用いてFPC150を搬送しながら該FPC150へ電子部品を実装し接合して部品実装回路基板を製造する、本発明の実施形態の一つである回路基板製造装置について以下に説明する。図4に示すように、回路基板製造装置201は、付着装置210と、接合材料供給装置の機能を果たす一例としての接合材料印刷装置220と、部品実装装置230と、加熱装置240と、基板取出装置250とを備え、さらに清掃装置260を備えることもできる。これらの装置210、220、230、240、250、260の順にFPC150を搬送する搬送装置270、及び回路基板製造装置201の全体の動作制御を行う制御装置280をさらに備える。これらの各装置について以下に詳しく説明する。
【0029】
付着装置210は、可撓性基板用支持治具101へFPC150を仮付着する装置であり、図5に示すように、FPC150を保持して可撓性基板用支持治具101の付着領域112へFPC150を押圧して仮付着を行う保持押圧装置211と、認識装置212とを備える。FPC150における近年の銅箔パターンは細密化しており複数のFPC150に対して同時に半田を印刷するときにはFPC150の高い位置精度が要求されることから、認識装置212を備えている。本実施形態では、認識装置212は、図示するように保持押圧装置211に取り付けられている。保持押圧装置211には、図6に示すように、FPC150の部品実装面150aの全面若しくはほぼ全面に接触する平坦な保持面2113にてFPC150を吸着保持する保持部材2111を有する。該保持部材2111内には、少なくとも一つ、好ましくは複数の開口を保持面2113に有する吸引用通路2114が形成されており、該吸引用通路2114は、吸引動作用の吸引装置2112が接続されている。尚、本実施形態にて処理可能なFPC150は、部品実装面150aにのみ電子部品130が表面実装され部品実装面150aに対向する裏面150bには突起物が存在せず裏面150bは平坦な可撓性基板である。
【0030】
認識装置212は、可撓性基板用支持治具101に記されFPC150の位置決め用に使用される位置決め用マーク115、及びFPC150に記されFPC150の位置決め用に使用される基板側マーク154を認識する。付着装置210には、駆動装置213と、支持治具位置決め装置214と、可撓性基板供給装置215とが備わる。駆動装置213は、本実施形態では図示するように、例えばモータにてなる駆動源2131を有するボールネジ機構を有する構造を有し保持押圧装置211及び認識装置212をX方向及びZ方向へ移動させる。支持治具位置決め装置214は、搬送装置270に接続可能であり可撓性基板用支持治具101を保持すると共に駆動源2141によりY方向へ可動である。可撓性基板供給装置215は、可撓性基板用支持治具101へ載置するFPC150の供給を行う。付着装置210に備わる上述の各構成部分は、制御装置280にて動作制御される。尚、具体的な動作説明は、後述の、回路基板製造装置201の動作説明にて行う。
【0031】
次に、接合材料印刷装置220は、図7に示すように、搬送装置270にて搬入された、FPC150を仮付着した可撓性基板用支持治具101を保持し位置決めする治具保持装置221と、該治具保持装置221にて位置決めされたFPC150上に配置されるスクリーンマスク222と、該スクリーンマスク222を通して接合材料120をFPC150へ塗布する塗布装置223とを備える。図8には、治具保持装置221の詳細な構成を示す。治具保持装置221は、治具載置台2213と、FPC150に記された基板側マーク154を撮像する基板認識カメラ2214と、スクリーンマスク222上の位置合わせマークを撮像するマスク認識カメラ2215とを備え、一般的に広く用いられている4軸ステージを用いて構成される。治具載置台2213は、FPC150が仮付着された可撓性基板用支持治具101を挟持部材2211にて保持し、さらにモータを有する駆動部2212にてX、Y、Z、θ方向に可撓性基板用支持治具101を移動及び回転させる装置である。これらの各構成部分は、制御装置280に接続され動作制御される。尚、具体的な動作説明は、後述の、回路基板製造装置201の動作説明にて行う。
【0032】
基板認識カメラ2214によりFPC150上の基板側マーク154が撮像され、該撮像情報は、制御装置280にて画像処理される。よって、可撓性基板用支持治具101に仮付着されているFPC150の位置が正確に把握される。マスク認識カメラ2215にてスクリーンマスク222上の位置合わせマークが撮像され、該撮像情報も画像処理されて正確なスクリーンマスク222の位置が把握される。よって、これら両者の位置情報に基づいて、スクリーンマスク222の穿孔パターンに応じた適正位置にFPC150が位置決めされるように駆動部2212が駆動され、高精度な位置決めがなされる。
【0033】
塗布装置223には、スキージ2231a、2231bと、制御装置280にて動作制御されてスキージ2231a、2231bをY方向に沿って往復動させるスキージ駆動部2232とが備わる。スキージ駆動部2232にてスキージ2231a、2231bがスクリーンマスク222上を移動することで、スクリーンマスク222上に設けた接合材料120は、穿孔パターンを通してFPC150のランド位置に印刷される。
【0034】
部品実装装置230は、図9に示すように、可撓性基板用支持治具101に仮付着されたFPC150へ実装する電子部品130を供給する部品供給装置231と、該部品供給装置231から電子部品130を保持しFPC150へ実装する部品保持装置232とが備わる。当該部品実装装置230では、部品供給装置231として、例えば抵抗チップやチップコンデンサ等の電子部品130−1が収納された部品供給テープを巻回したリールを有し部品供給テープを繰り出して部品供給を行う、いわゆるカセットタイプの部品供給装置231−1と、例えばQFP等のICやコネクタ等の比較的大型の電子部品130−2を供給する、いわゆるトレイタイプの部品供給装置231−2との両方を備えており、それぞれ制御装置280にて動作制御される。尚、電子部品130−1及び電子部品130−2を総称して電子部品130と記す。
【0035】
部品保持装置232は、部品供給装置231から電子部品を保持してFPC150へ実装する部品保持ヘッド2321と、該部品保持ヘッド2321をX及びY方向へ移動する移動装置2322とを備え、それぞれ制御装置280にて動作制御される。部品保持ヘッド2321には、本実施形態では、4つの装着用ヘッドが並設され、それぞれの装着用ヘッドは、電子部品を吸着するノズル2321aと、該ノズル2321aをその軸方向へ昇降させるアクチュエータと、ノズル2321aをその軸周り方向へ回転させるモータとを有する。移動装置2322は、Y方向に平行に延在する一対のY駆動部2322aと、この一対のY駆動部2322aに懸架されX方向に延在するX駆動部2322bとを有し、該X駆動部2322bには部品保持ヘッド2321が取り付けられている。部品保持ヘッド2321は、X駆動部2322bにてX方向へ移動可能であり、X駆動部2322bは、Y駆動部2322aにてY方向へ移動可能である。よって、部品保持ヘッド2321は、X駆動部2322b及びY駆動部2322aにてX及びY方向へ移動自在である。
【0036】
部品実装装置230には、接合材料120が塗布されたFPC150を仮付着した可撓性基板用支持治具101が供給される搬送装置270が通っており、搬送されてきた可撓性基板用支持治具101は、当該可撓性基板用支持治具101を保持する保持テーブル234に保持される。部品実装装置230には、部品保持ヘッド2321のノズル2321aにて吸着された電子部品の保持状態を撮像し正規の保持位置からの二次元的な位置ずれを求めるための認識装置233が備わる。該認識装置233には、撮像カメラの他、例えばLED(発光ダイオード)を多段状に配列した照明部が設けられている。認識装置233は、制御装置280と接続され、撮像情報は、制御装置280にて画像処理され、位置ずれが求められる。求まった位置ずれ情報は、FPC150上の所定の実装位置へ電子部品が実装されるように、部品保持ヘッド2321の移動量の補正用に使用される。尚、該部品保持ヘッド2321の移動量の補正には、ノズル2321aの軸周り方向への回転角度θも含まれる。
【0037】
このように構成された部品実装装置230では、制御装置280に予め格納された実装情報に従い、所定の部品供給装置231から部品保持ヘッド2321が電子部品を吸着し、その保持姿勢が認識装置233にて認識された後、部品保持ヘッド2321はFPC150上の所定の実装位置へ電子部品を実装する。
【0038】
次に、加熱装置240は、本実施形態では、図10に示すように搬送装置270の搬送路の下方に配置され、加熱用テーブル241、断熱部242、ベース部243、及び電源部244を備え、ベース部243の上に断熱部242、加熱用テーブル241の順で積み重ねられる。本実施形態では、図11に示すように、搬送装置270による搬送方向であるX方向に沿って、2組の加熱装置240が並設された構成を有し、一度に2枚の可撓性基板用支持治具101を加熱できる。加熱用テーブル241は、いわゆるセラミックスヒータにてなり、電源部244からセラミックスヒータのヒータ線へ電流が供給され、接合材料120の機能を果たす一例である半田を溶融させる温度まで発熱する。セラミックスヒータ以外の、いわゆるコンスタントヒートのヒータの場合では、昇、降温に対する応答性が数十秒から数分を要し、生産性が悪く実用的でないが、セラミックスヒータの場合、1秒以下でも応答可能であり温度プロファイルを設定することが可能となる。加熱用テーブル241の温度は、温度センサ、例えば加熱用テーブル241内に設けた熱電対245にて測定され、制御装置280へ送出される。電源部244は、制御装置280に接続されており、制御装置280は、熱電対245から供給される温度情報と、回路基板の温度制御用として予め設定された温度プロファイルとに基づいて加熱用テーブル241の温度をフィードバック制御する。尚、加熱用テーブル241の温度制御を容易にするため、加熱用テーブル241及びベース部243には、例えば空気供給による冷却装置を接続するのが好ましい。
【0039】
加熱装置240は、本実施形態では、ベース部243の下部に設けた上下駆動部246にて上下動され、上昇位置に配置されたとき、加熱用テーブル241と可撓性基板用支持治具101の非載置側110bとが接触し、かつ可撓性基板用支持治具101が加熱用テーブル241と押さえ部材247との間に挟まれ固定されると共に、加熱用テーブル241の熱により可撓性基板用支持治具101を介してFPC150及び半田120が加熱される。そして半田120が溶融した後、上下駆動部246にて加熱装置240を下動させて加熱用テーブル241と可撓性基板用支持治具101とを非接触とし加熱動作を停止する。
【0040】
次に、基板取出装置250は、図12に示すように可撓性基板用支持治具101に備わる貫通穴116に進入可能である取外用ピン251と、可撓性基板用支持治具101の厚み方向101cへ取外用ピン251及び可撓性基板用支持治具101を相対的に移動させ可撓性基板用支持治具101に仮付着しているFPC150について貫通穴116を貫通する取外用ピン251による突き上げにより可撓性基板用支持治具101から剥離させる剥離用駆動装置252と、剥離用駆動装置252にて可撓性基板用支持治具101からFPC150が剥離されるとき、FPC150を保持する可撓性基板保持装置253とを備える。剥離用駆動装置252の設置場所において、FPC150を仮付着した可撓性基板用支持治具101は、搬送装置270による搬送が停止され搬送装置270にて支持されかつ固定される。上述のように取外用ピン251と可撓性基板用支持治具101とは相対的に移動させる構成を採れるが、本実施形態では、搬送装置270に保持され固定されている可撓性基板用支持治具101に対して、剥離用駆動装置252にて取外用ピン251が進退する形態を採る。
【0041】
剥離用駆動装置252には、可撓性基板用支持治具101に設けられている貫通穴116に対応して取外用ピン251を立設したピン取付板2521と、該ピン取付板2521を、Z方向に相当する厚み方向101cへ移動させるピン昇降装置2522とが備わる。該ピン昇降装置2522は、制御装置280にて動作制御される。可撓性基板保持装置253には、可撓性基板用支持治具101から取り外されるFPC150の全面を保持する取外用部材2531と、該取外用部材2531を厚み方向101cへ移動させ、X、Y方向にも移動させる取外用部材移動装置2532と、取外用部材2531に接続されFPC150を取外用部材2531へ吸着させる吸引装置2533とが備わる。取外用部材移動装置2532及び吸引装置2533は、制御装置280にて動作制御される。尚、具体的な動作については、後述の、回路基板製造装置201の動作説明にて行う。
【0042】
次に、清掃装置260について説明する。図15に示すように、該清掃装置260には、洗浄液を含み付着領域112特には付着材111の塵埃を除去する、具体的には拭い取る、洗浄用布261と、該洗浄用布261を付着領域112特には付着材111に接触させ、可撓性基板用支持治具101及び洗浄用布261を相対的に移動させる移動装置262とが備わる。洗浄用布261は、芯に巻回された帯状で、塵の自己発生が少ない布であり、塵埃除去装置263に取り付けられる。該塵埃除去装置263には、塵埃除去前の新品の洗浄用布261が装着される供給側ロール2631と、駆動源2633にて回転され、塵埃を拭い取った洗浄用布を巻き取る巻取側ロール2632と、押圧ローラ2634と、洗浄液供給装置2636とが備わる。押圧ローラ2634は、供給側ロール2631と、巻取側ロール2632との間に設けられ、例えばシリコンゴム等の弾性材にてなり、可撓性基板用支持治具101の付着材111を有する付着領域112に対して洗浄用布261を押圧し付着領域112上特には付着材111上の塵埃を除去するローラであり、押圧機能を果たす一例としてのスプリング2635にて可撓性基板用支持治具101へ付勢されている。洗浄液供給装置2636は、押圧ローラ2634にて付着領域112に押圧される直前の洗浄用布261へ洗浄液を供給する装置であり、制御装置280にて動作制御される。洗浄液としては、アルコールやアセトン等の溶剤を使用できる。尚、本実施形態では洗浄用布261は、上述のように付着領域112に対して洗浄を行うが、押圧ローラ2634と共に可撓性基板用支持治具101の載置側110aの全面を洗浄するように構成してもよい。
【0043】
上述のように、移動装置262は、可撓性基板用支持治具101及び洗浄用布261を相対的に移動させるように構成できるが、本実施形態では、塵埃除去装置263を固定し、可撓性基板用支持治具101を移動させるように構成している。移動装置262には、駆動源2621を有し可撓性基板用支持治具101をX方向へ移動させるための移動機構にて構成され、本実施形態のように搬送装置270にて代用することもできる。よって、本実施形態では移動装置262は搬送装置270に同じである。以上のように構成される清掃装置260では、駆動源2633にて巻取側ロール2632が回転して巻き取られる洗浄用布261が押圧ローラ2634にて可撓性基板用支持治具101に押圧されながら、可撓性基板用支持治具101は移動装置262にて搬送される。よって、常に新しい洗浄用布261にて、効率的に可撓性基板用支持治具101の清掃を行える。
【0044】
以上説明したように構成される回路基板製造装置201における動作、つまり回路基板製造方法について以下に説明する。該回路基板製造方法は、制御装置280に格納された回路基板製造用プログラムに従い、制御装置280にて動作制御されて実行される。上述のように構成された付着装置210において、可撓性基板供給装置215によりFPC150が当該付着装置210に搬入されると共に、搬送装置270にて、支持治具位置決め装置214へ可撓性基板用支持治具101が搬入される。可撓性基板用支持治具101は、支持治具位置決め装置214にて規定位置へ配置される。駆動装置213が動作し、認識装置212にて可撓性基板用支持治具101の位置決め用マーク115が撮像され、該撮像情報は、制御装置280へ送出される。次に、認識装置212にてFPC150の基板側マーク154を撮像し、該撮像情報を制御装置280へ送出する。次に、保持押圧装置211を駆動させて保持部材2111にてFPC150の部品載置面150aの全面を吸着する。
【0045】
制御装置280では、回路基板製造用プログラムに基づいて可撓性基板用支持治具101における規定の基板載置位置にFPC150が載置されるように、位置決め用マーク115及び基板側マーク154の撮像情報に基づいて駆動装置213及び支持治具位置決め装置214を作動させ、位置合わせを行い、保持部材2111に保持されているFPC150を可撓性基板用支持治具101の基板載置位置へ載置して、付着材111へ押圧する。該押圧動作にて、FPC150は、基板載置位置にて、付着材111によって仮付着される。尚、図5では、1枚の可撓性基板用支持治具101に2枚のFPC150が仮付着可能な場合を図示しており、一方、図2では4枚のFPC150が仮付着可能な場合を示している。1枚の可撓性基板用支持治具101に仮付着されるFPC150の数は任意であり、可撓性基板用支持治具101の大きさや、目標生産能力等により、決定される。
【0046】
本実施形態では、該押圧後、再度、認識装置212にて位置決め用マーク115及び基板側マーク154を撮像して、制御装置280にて規定の基板載置位置に対するFPC150の位置ズレ量を確認しておく。上述のように押圧後、再度、認識装置212にて位置決め用マーク115及び基板側マーク154を撮像することで、可撓性基板用支持治具101上に規定数のFPC150が仮付着されているか否かをも確認する。上述のように、可撓性基板用支持治具101にFPC150が仮付着する形態を採ることで、FPC150の部品載置面150aの平坦度が確保された状態で、FPC150と可撓性基板用支持治具101とを一体化させることができる。よって、以降の実装工程においては一般の電子回路基板の基板と同様にFPC150を取り扱うことが可能となる。可撓性基板用支持治具101に複数のFPC150を支持させる場合でも、各FPC150を付着領域112上へ載置し押圧する動作のみでよく、従来のように押さえ金具を必要としないことから、従来に比べて作業が非常に容易であり、上述のように自動化できる。よって、製造コストも低減される。FPC150が仮付着された可撓性基板用支持治具101は、搬送装置270にて搬送方向であるX方向へ搬送され、次段の接合材料印刷装置220へ供給される。
【0047】
接合材料印刷装置220では、FPC150を仮付着した可撓性基板用支持治具101は、治具保持装置221にて保持されて位置決めされる。尚、該位置決め動作の際に、規定の基板載置位置に対するFPC150の位置ズレ量が考慮されて位置決めされる。該位置決め後、スクリーンマスク222がFPC150上に設置され、設置後、スクリーンマスク222を通して塗布装置223にて、接合材料120としてのクリーム半田がFPC150上の電子部品130の実装箇所に塗布される。塗布後、FPC150上からスクリーンマスク222が外される。
【0048】
本実施形態では、上述したようにFPC150は、可撓性基板用支持治具101に仮付着された状態で保持されることから、図16及び図17に示した従来の金属プレート41のようにフレキシブル基板43を固定するための押さえ金具42は必要ない。よって、スクリーンマスク222を通してFPC150へ接合材料120を印刷するとき、押さえ金具42を考慮した特別なスクリーンマスクは必要なく、一般的に使用される形態のスクリーンマスク222が使用され、該スクリーンマスク222は、FPC150の部品載置面150aに密着できる。従って、接合材料120の印刷品質が悪化することはなく、印刷位置のずれやにじみの発生もない。よって、次工程にて、高品質の部品実装を安定して行うことが可能となる。
【0049】
このように接合材料120が塗布されたFPC150を仮付着した可撓性基板用支持治具101は、搬送装置270にてX方向へ搬送され、次段の部品実装装置230へ供給される。
【0050】
部品実装装置230では、部品供給装置231から供給される電子部品130を部品保持装置232にて保持した後、FPC150上における所定の実装場所へ実装する。尚、制御装置280内には、電子部品130の種類と、FPC150上の実装場所との関係を示す、いわゆる実装情報が予め格納されており、部品保持装置232は、実装情報に従い電子部品130の実装が行われる。該実装動作の際に、規定の基板載置位置に対するFPC150の位置ズレ量が考慮されて位置決めされる。このように電子部品130が実装されたFPC150を仮付着した可撓性基板用支持治具101は、搬送装置270にてX方向へ搬送され、次段の加熱装置240へ供給される。
【0051】
加熱装置240に搬入された、FPC150を仮付着した可撓性基板用支持治具101は、搬送装置270における規定位置にて保持固定される。そして、上述したように、上下駆動部246にて、可撓性基板用支持治具101の下方から加熱用テーブル241を上昇させて可撓性基板用支持治具101に接触させ、さらに上昇させることで、可撓性基板用支持治具101を加熱用テーブル241と押さえ部材247との間に挟み固定する。そして加熱用テーブル241を加熱することで、可撓性基板用支持治具101を介してFPC150及び接合材料120としての半田を加熱する。このときの加熱制御は、制御装置280に予め格納している温度プロファイルに従い実行される。温度プロファイルは、例えば電子部品130の種類に対応して適切な加熱制御が可能なように複数種類を備えることもできる。半田が溶融した後、上下駆動部246にて加熱装置240を下動させて加熱用テーブル241と可撓性基板用支持治具101とを非接触とし加熱動作を停止する。溶融した半田は、加熱終了により凝固し、これにより電子部品130は、FPC150上に固定される。
【0052】
このように可撓性基板用支持治具101を加熱用テーブル241上に載置して加熱する方法を採ったことで、炉内の空気を攪拌して回路基板を加熱して半田付けを行ういわゆるリフロー方法に比べると、FPC150のようなフィルム状で軽量な基板の場合であっても、気流が原因で吹き飛ばされることを防止できる。
【0053】
このように電子部品130が接合されたFPC150を仮付着した可撓性基板用支持治具101は、搬送装置270にてX方向へ搬送され、次段の基板取出装置250へ供給される。
【0054】
基板取出装置250では以下の動作が行われる。即ち、FPC150を仮付着した可撓性基板用支持治具101が搬送装置270にて当該基板取出装置250に搬入されるとき、図12に示すように、取外用ピン251を立設したピン取付板2521は下降位置2523に配置され、取外用ピン251は貫通穴116に進入しておらず、取外用部材2531もFPC150の上方の待機位置2534に配置される。次に、可撓性基板用支持治具101からFPC150を取り外すときには、まず、取外用部材移動装置2532にて取外用部材2531を待機位置2534から、図13に示すように、FPC150に接する接触位置2535まで移動させる。
【0055】
取外用部材2531には、FPC150の部品実装面150aに実装されている電子部品130に対応して、該電子部品130を収納する凹部2536を予め設けている。よって、取外用部材2531は、部品実装面150aの全面に密着可能であり、取外用部材2531がFPC150に接触後、吸引装置2533による吸引動作により、取外用部材2531はFPC150を吸着可能となる。一方、図13に示すように、ピン昇降装置2522を作動させ、下降位置2523から、可撓性基板用支持治具101に仮付着しているFPC150の裏面150bに取外用ピン251の先端251aが接するピン接触位置2524まで、ピン取付板2521を移動させる。該動作により、取外用ピン251は貫通穴116に進入し、先端251aは裏面150bに接する。
【0056】
次に、ピン昇降装置2522及び取外用部材移動装置2532を同期して作動させ、ピン取付板2521及び取外用部材2531を同時に同方向へ同速度にて移動させる。即ち、図14に示すように、ピン取付板2521は、ピン接触位置2524からさらに上昇し、取外用ピン251は可撓性基板用支持治具101を貫通する。一方、取外用部材2531は、接触位置2535から待機位置2534方向へ移動する。従って、FPC150は、取外用部材2531に吸着された状態で、その裏面150b側から取外用ピン251にて突き上げられ、裏面150bの全面がほぼ同時に可撓性基板用支持治具101の付着材111から剥離させる。該剥離後においても、取外用部材2531に吸着されかつ取外用ピン251にて支持されながら、取外用部材2531が待機位置2534まで戻る。
【0057】
取外用部材2531が待機位置2534まで戻った後、ピン昇降装置2522が駆動され、ピン取付板2521は下降位置2523まで戻る。そして、FPC150が取り外された可撓性基板用支持治具101は、搬送装置270にてX方向へ搬送され、次段の清掃装置260へ搬入される。一方、FPC150は、取外用部材2531にてFPC収納部へ搬送され、収納される。該収納動作後、取外用部材2531は、待機位置2534に配置される。
【0058】
このように、基板取出装置250によれば、可撓性基板用支持治具101に仮付着しているFPC150は、部品実装面150aの全面が取外用部材2531にて吸着された状態で、FPC150の裏面150b側から取外用ピン251にて突き上げられて裏面150bの全面がほぼ同時に付着材111から剥離されることから、FPC150が、例えばカールした状態や、FPC150のリード部151が折れ曲がる状態になるのを防止できる。
【0059】
清掃装置260では、搬送装置270にてX方向へ搬送されてきた可撓性基板用支持治具101に対して、該可撓性基板用支持治具101を搬送させながら、押圧ローラ2634を押圧し、かつ巻取側ロール2632にて洗浄用布261を巻き取りながら、かつ押圧ローラ2634にて付着領域112に押圧される直前の洗浄用布261へ洗浄液供給装置2636にて洗浄液を供給して、付着領域112の清掃を行う。該清掃動作を行うことで、付着力のある付着材111の表面に付着した塵埃を除去できる。よって、次に再びFPC150を仮付着するとき、塵埃が原因でFPC150の仮付着力が低下するという問題は発生しない。このように清掃された可撓性基板用支持治具101は、再び、付着装置210へ供給され、上述のようにFPC150を支持治具として使用される。
尚、本実施形態では上述のように、清掃装置260は、基板取出装置250の次段で最終工程部分に設置した。これは、付着材111が最も清浄な状態でFPC150の仮付着を行う観点から好ましいが、清掃装置260の設置位置は本実施形態に限定されるものではない。即ち、可撓性基板用支持治具101上にFPC150が仮付着されていない状態であれば、いずれの工程の間に設けてもかまわない。本実施形態では、付着材111からFPC150を取り外す度に、清掃装置260にて付着材111の清掃を行うようにしているが、該方法に限定されるものではなく、例えば、一定回数毎に清掃を行ったり、又は汚れ検出装置を設け付着材111が所定の汚れに達したときのみ清掃を行ったりするように構成することもできる。
【0060】
以上説明したように本実施形態の回路基板製造装置201によれば、例えばFPC150のように、可撓性を有しそれ自体の剛性が低い基板であっても、可撓性基板用支持治具101を用いることで安定した搬送が可能であり、かつ接合材料120の塗布、電子部品130の実装、及び接合を安定して行える。さらに、加熱装置240では、FPC150を仮付着した可撓性基板用支持治具101を載置して接触することで可撓性基板用支持治具101の加熱を行う加熱用テーブル241を設けたことにより、従来のリフロー炉のように加熱した炉内雰囲気にて基板の加熱を行う場合に比べて、装置構成をコンパクト化できる。よって、スペース、コスト等の点で、従来のリフロー炉に比べて有利である。
【0061】
本実施形態では上述のように、電子部品130をFPC150に接合させる接合材料120としてクリーム半田を例に採ったが、これに限定するものではない。例えば熱硬化性樹脂を含有した導電性ペースト等の公知の材料を使用できる。接合材料120をFPC150上へ設ける方法として、本実施形態では上述のように接合材料印刷装置220による印刷方法を用いるが、該方法に限定するものではない。例えばディスペンサを用いる塗布方法や、転写方法等の公知の方法を採ることができる。
【0062】
本実施形態では上述のように、基板取出装置250は、剥離用駆動装置252にて、可撓性基板用支持治具101に備わる貫通穴116に取外用ピン251を進入させて、可撓性基板用支持治具101からFPC150を取り外したが、FPC150の取り外し方法は、該形態に限定されるものではない。例えば、貫通穴116へ気体を供給してその圧力によって取り外しを行うように構成することもできる。よって貫通穴116は、取外用ピン251のみが進入するための穴ではなく、FPC150を可撓性基板用支持治具101から剥離させるための穴と定義できる。
【0063】
【発明の効果】
本発明は、フレキシブルプリントに電子部品を実装して回路基板を製造するオートーメーションライン等に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態における基板用支持治具の平面図である。
【図2】図1に示す基板用支持治具にフレキシブルプリント基板を付着させた状態における基板用支持治具の平面図である。
【図3】フレキシブルプリント基板の平面図である。
【図4】本発明の他の実施形態における回路基板製造装置の全体構成を示す図である。
【図5】図4に示す付着装置の斜視図である。
【図6】図5に示す保持部材の断面図である。
【図7】図4に示す接合材料印刷装置を示す図である。
【図8】図7に示すスクリーンマスク及び治具保持装置辺りの拡大図である。
【図9】図4に示す部品実装装置を示す図である。
【図10】図4に示す加熱装置を示す図である。
【図11】図10に示す加熱装置の配置状態を説明するための斜視図である。
【図12】図4に示す基板取出装置を示す図である。
【図13】図12に示す基板取出装置にて実行される基板取り出し動作を説明するための図である。
【図14】 図12に示す基板取出装置にて実行される基板取り出し動作を説明するための図である。
【図15】 図4に示す清掃装置を示す図である。
【図16】 フレキシブル基板を保持するための従来の金属プレート、及び該金属プレートに基板を載置した状態を示す斜視図である。
【図17】 図16に示す金属プレート及び基板の側面図である。
【符号の説明】
101・・・可撓性基板用支持治具、110・・・ベース材、110a・・・載置側、110b・・・非載置側、111・・・付着材、112・・・付着領域、113・・・充填部、114・・・非充填部、115・・・位置決め用マーク、150・・・FPC、151・・・リード部、152・・・非リード部、120・・・半田、130・・・電子部品、201・・・回路基板製造装置、210・・・付着装置、211・・・保持押圧装置、212・・・認識装置、220・・・接合材料印刷装置、221・・・治具保持装置、222・・・スクリーンマスク、223・・・塗布装置、230・・・部品実装装置、231・・・部品供給装置、232・・・部品保持装置、240・・・加熱装置、241・・・加熱用テーブル、250・・・基板取出装置、251・・・取出ピン、252・・・剥離用駆動装置、253・・・可撓性基板保持装置、260・・・清掃装置、261・・・洗浄用布、262・・・移動装置、280・・・制御装置、2111・・・保持部材
Claims (11)
- 基板に電子部品を実装する際に、当該基板を着脱自在に保持する基板用支持治具であって、
第1面及び第2面を有する板状の材料からなるベース材と、
前記基板に対して付着力を有する材料よりなり、前記ベース材の前記第1面上に設けられる付着材とを備え、
前記ベース材の前記第1面上には、付着領域と、前記付着領域内の非付着領域とが規定され、
前記付着材は、前記付着領域内の前記非付着領域を除く部分に設けられ、
前記ベース材には、前記第1面から前記第2面へと前記非付着領域を貫通して、前記基板を剥離させるための貫通穴が更に形成される、基板用支持治具。 - 基板に電子部品を実装する際に、当該基板を着脱自在に保持する基板用支持治具であって、
第1面及び第2面を有する板状の材料からなるベース材と、
前記基板に対して付着力を有する材料よりなり、前記ベース材の前記第1面上に設けられる付着材とを備え、
前記ベース材の前記第1面上には、付着領域と、前記付着領域内の非付着領域とが規定され、
前記付着材は、前記付着領域内の前記非付着領域を除く部分に設けられ、
前記ベース材には、前記第1面から前記第2面へと前記非付着領域を貫通する貫通穴が更に形成され、
前記付着領域内の前記非付着領域を除く部分は、凹部に形成され、
前記付着材は、前記凹部の内部に設けられることを特徴とする、基板用支持治具。 - 前記非付着領域は、前記付着領域内に島状に設けられることを特徴とする、請求項1または2に記載の基板用支持治具。
- 前記基板は、外部の端子との接続部分であるリード部と、前記リード部以外の非リード部とからなり、
前記付着領域は、前記非リード部を保持できる形状に形成されることを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の基板用支持治具。 - 前記第1面と前記第2面との間の距離は、2mmから4mmの範囲で選ばれることを特徴とする、請求項1または2に記載の基板用支持治具。
- 前記凹部の深さは、0.1mmから0.5mmの範囲で選ばれることを特徴とする、請求項2に記載の基板用支持治具。
- 前記付着材の硬度は、20から50Hsの範囲で選ばれることを特徴とする、請求項1または2に記載の基板用支持治具。
- 前記付着材は、前記基板に前記電子部品を接合する接合材料を溶融させる加熱温度を超える温度に対する耐熱性を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の基板用支持治具。
- 前記加熱温度を超える温度とは185℃以上であることを特徴とする、請求項8に記載の基板用支持治具。
- 前記付着材は耐磨耗性を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の基板用支持治具。
- 前記ベース材には、前記基板の位置決めに用いられる位置用マークが設けられていることを特徴とする、請求項1または2に記載の基板用支持治具。
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