JP4226925B2 - 半田付け装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板のリード端子にフレキシブルプリント基板のリード端子を半田付けする半田付け装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリント基板のリード端子にフレキシブルプリント基板のリード端子を半田付けする構成の一例を、図９に示す。この場合、図９（ａ）に示すように、プリント基板１のリード端子２の上に、フレキシブルプリント基板３のリード端子４を載置するように対向させ、フレキシブルプリント基板３の上から図１０に示すヒートツール（加熱ヘッド）５で押圧しながら加熱する。これにより、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、リード端子２の半田２ａとリード端子４の半田４ａが溶融して接合する。
【０００３】
上記構成の場合、半田付けした後の状態では、図９（ｂ）に示すように、プリント基板１とフレキシブルプリント基板３との間に、隙間がある。このため、接合部の補強と防水を兼ねて、図９（ｃ）に示すように、２つの基板１、３間の隙間を樹脂６で封止するようにしている。尚、このようなフレキシブルプリント基板の半田付け方法に関連する技術分野の公知文献として、特許文献１が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２７０８２０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来構成の場合、半田付けを実行した後、２つの基板１、３間の隙間に樹脂６を充填封止する工程を実行しなければならないので、作業工程数が多くなるという不具合があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、樹脂を充填封止する工程を省くことができて、作業工程数を少なくすることができる等の効果を得ることができる半田付け装置を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明においては、フレキシブルプリント基板を熱可塑性樹脂で構成すると共に、半田付けする前にプリント基板を予備加熱する予備加熱手段と、前記フレキシブルプリント基板の上からヒートツールを押し当てて加熱するときに、前記フレキシブルプリント基板と前記ヒートツールとの間にポリテトラフルオロエチレンシートを介在させるシート介在手段とを備えるように構成した。この構成の場合、フレキシブルプリント基板を熱可塑性樹脂で構成したので、半田付けするときの加熱で熱可塑性樹脂が溶けて基板の間の隙間に充填される。これにより、樹脂を充填封止する工程を省くことができ、作業工程数を少なくすることができる。
【０００８】
そして、上記構成の場合、半田付け時の加熱温度を、従来よりも、高く設定する必要があるので、加熱前と加熱後の温度差が大きくなることから、プリント基板に対して加熱むらが発生するおそれがある。これに対して、上記構成においては、予備加熱手段によって、半田付けする前に、プリント基板を予備加熱するように構成したので、温度差が小さくなり、フレキシブルプリント基板に対する加熱むらの発生を防止することができる。
【０００９】
また、上記構成の場合、半田付け時に、フレキシブルプリント基板の熱可塑性樹脂が溶けるため、この溶けた樹脂がヒートツールにくっついてしまうことがある。これに対して、上記構成においては、フレキシブルプリント基板の上からヒートツールを押し当てて加熱するときに、フレキシブルプリント基板とヒートツールとの間にポリテトラフルオロエチレンシートを介在させるようにしたので、溶けた樹脂はポリテトラフルオロエチレンシートひいてはヒートツールにくっつくことがなくなる。
【００１０】
更に、上記構成の場合、半田付け後に、前記ヒートツールに付着した前記ポリテトラフルオロエチレンシートを引き剥がす剥離手段を備えるように構成した。この構成によれば、ヒートツールに付着したポリテトラフルオロエチレンシートを容易に引き剥がすことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について、図１ないし図８を参照しながら説明する。まず、図２及び図３は、本実施例の基板接続装置１１の全体構成を概略的に示す上面図である。尚、図３は、プリント基板等をセットしていない状態の基板接続装置１１を示す図である。
【００１２】
上記図２及び図３に示すように、基板接続装置１１は、予備加熱用受け台１２と、加熱ステージ１３と、ヒートツール１４（図４参照）と、基板排出用受け台１５とから構成されている。予備加熱用受け台１２は、剛性を有するプリント基板１６と、フレキシブルプリント基板１７とを載置すると共に、プリント基板１６を予備加熱する機能を有している。
【００１３】
加熱ステージ１３は、図４にも示すように、Ｘ−Ｙテーブル１８と、このＸ−Ｙテーブル１８上に設けられた基板載置部１９と、この基板載置部１９の内側に設けられた基板加熱部２０とから構成されている。Ｘ−Ｙテーブル１８は、ボールねじ２１により図２中左右方向（即ち、図４中左右方向）に移動可能に設けられていると共に、ボールねじ２２により図２中上下方向（即ち、図４中の紙面に直交する方向）に移動可能に設けられている。尚、図２及び図３には、加熱ステージ１３を左端位置に位置させた状態と、右端位置に位置させた状態とを、両方一緒に図示している。
【００１４】
また、基板載置部１９上に、プリント基板１６が載置支持されて、移動しないように固定される構成となっている。更に、基板加熱部２０は、Ｘ−Ｙテーブル１８上にねじ止めされたベース２３と、このベース２３上にシリコン部材２４及び断熱材２５等を介して取り付けられたヒータ２６と、このヒータ２６上に取り付けられたアルミニウム部材２７とから構成されている。この場合、基板載置部１９上に載置されたプリント基板１６の下面は、基板加熱部２０の上面に当接するように構成されている。これにより、プリント基板１６は、基板加熱部２０のヒータ２６によりアルミニウム部材２７を介して予備加熱される構成となっている。
【００１５】
更に、加熱ステージ１３（Ｘ−Ｙテーブル１８）を図２中の右端位置（即ち、半田付け位置）へ移動させると、図４に示すように、加熱ステージ１３の上方に半田付け用のヒートツール１４が配置されるように構成されている。ヒートツール１４は、図示しないシリンダにより上下方向へ移動可能に設けられている。
【００１６】
また、予備加熱用受け台１２に載置されているプリント基板１６とフレキシブルプリント基板１７を、Ｘ−Ｙテーブル１８上に移動させるに際しては、図５に示すような搬送装置２８を使用する。この搬送装置２８は、基板１６、１７を吸着するバキューム２９と、このバキューム２９を図５中上下方向へ移動させるシリンダ３０と、このシリンダ３０を図５中左右方向（図２中上下方向）へ移動させる移動装置３１とから構成されている。
【００１７】
この構成の場合、バキューム２９により基板１６（または基板１７）を吸着した後、シリンダ３０により基板１６を上方へ持ち上げ、更に、移動装置３１により基板１６を図５中左方へ移動させ、この後、シリンダ３０により基板１６を下降させてＸ−Ｙテーブル１８の基板載置部１９上に載置し、バキューム２９の吸着を解除するようにしている。
【００１８】
また、半田付けした後の基板１６、１７をＸ−Ｙテーブル１８から基板排出用受け台１５上に移動させるに際しては、上記した搬送装置２８とほぼ同じ構成の搬送装置を使用する。尚、図２に示すように、基板排出用受け台１５上の基板１６、１７を、基板接続装置１１の外部へ取り出す作業と、基板接続装置１１の外部にある基板１６、１７を、予備加熱用受け台１２上に載置する作業は、作業者３２が手作業で行うことが好ましい。また、これらの移動作業を、上記した搬送装置２８とほぼ同じような構成の搬送装置を使用して自動的に行うように構成しても良い。
【００１９】
さて、上記プリント基板１６は、図２に示すように、所定の間隙ｄを置くように配置された２枚のプリント基板１６ａ、１６ｂから構成されている。各プリント基板１６ａ、１６ｂの上記間隙ｄに臨む端部の上面には、半田付け用の複数のリード端子３３（図１（ａ）参照）が設けられており、これらリード端子３３の表面部には半田層３４が設けられている。そして、プリント基板１６、即ち、プリント基板１６ａ、１６ｂは、剛性を有するプラスチックやセラミック等の基板で構成されている。
【００２０】
また、フレキシブルプリント基板１７の図２中の上端部及び下端部の各下面には、プリント基板１６ａ、１６ｂのリード端子３３と半田付けするためのリード端子３５（図１（ａ）参照）が設けられている。これらリード端子３５の表面部には半田層３６が設けられている。そして、フレキシブルプリント基板１７は、熱可塑性樹脂（例えば、ＬＣＤ、ＰＥＥＫ、ＰＥＩ、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＰＳ）で構成されている。
【００２１】
この構成の場合、図１（ａ）に示すように、プリント基板１６ａ、１６ｂのリード端子３３上にフレキシブルプリント基板１７のリード端子３５を載せるように、プリント基板１６ａ、１６ｂ上にフレキシブルプリント基板１７を載置した状態で、約５００℃程度の温度のヒータツール１４を下降させて、該ヒートツール１４によってフレキシブルプリント基板１７を押さえ付けるようにして加熱すると、半田層３４、３６が溶融してリード端子３３とリード端子３５が半田付けされる（図１（ｂ）参照）。
【００２２】
このとき、フレキシブルプリント基板１７は、ヒータツール１４の熱により溶融することから、図１（ｂ）に示すように、プリント基板１６とフレキシブルプリント基板１７との間の隙間には、フレキシブルプリント基板１７の基材である樹脂（熱可塑性樹脂）３７が充填されて封止される構成となっている。
【００２３】
ここで、フレキシブルプリント基板１７の上からヒートツール１４を押し当てて加熱するときには、図７（ａ）に示すように、フレキシブルプリント基板１７とヒートツール１４との間にポリテトラフルオロエチレンシート４１が介在されるように構成されている。このポリテトラフルオロエチレンシート４１を介在させる構成は、シート供給装置（シート介在手段）４２によって実現されている。このシート供給装置４２は、加熱ステージ１３の半田付け位置に、該加熱ステージ１３の上方に位置してヒートツール１４と共に配置されている。
【００２４】
上記シート供給装置４２は、図７及び図８に示すように、供給ローラ４３と、巻取りローラ４４と、案内ローラ４５、４６と、剥離バー（剥離手段）４７とから構成されている。この構成の場合、ポリテトラフルオロエチレンシート４１をセットするに当たっては、ヒートツール１４を上昇させておく（図７（ｂ）参照）。この状態で、供給ローラ４３から供給されたポリテトラフルオロエチレンシート４１を、案内ローラ４５、４６により案内させることにより、フレキシブルプリント基板１７及びプリント基板１６の上面に沿うように配置し、巻取りローラ４４に巻き取るようにしている。そして、剥離バー４７は、図示しない駆動機構により左右方向へ移動可能に設けられている（図７（ｂ）及び図７（ｃ）参照）。
【００２５】
さて、２つの基板１６、１７を半田付けするときには、図７（ａ）及び図８に示すように、ヒートツール１４を下降させて、該ヒートツール１４によりポリテトラフルオロエチレンシート４１の上からフレキシブルプリント基板１７を押圧して加熱するように構成されている。
【００２６】
この後、半田付け、並びに、フレキシブルプリント基板１７を構成する樹脂の溶融充填が完了したら、図７（ｂ）に示すように、ヒートツール１４を上昇させる。このとき、ポリテトラフルオロエチレンシート４１は、ヒートツール１４の下面に付着している。そこで、剥離バー４７を右から左へ移動させることにより、ヒートツール１４の下面からポリテトラフルオロエチレンシート４１を剥がす（図７（ｃ）参照）。尚、このように剥がした後は、剥離バー４７を左から右へ移動させて元の位置に戻しておく。
【００２７】
そして、図７（ｃ）に示すように、巻取りローラ４４を回転駆動して、ポリテトラフルオロエチレンシート４１を設定長さ分、即ち、加熱されて厚み寸法が変化した部分だけ巻き取る。これにより、加熱終了毎に、加熱済のポリテトラフルオロエチレンシート４１をフレキシブルプリント基板１７とヒートツール１４との間から送り出した後、未加熱のポリテトラフルオロエチレンシート４１をフレキシブルプリント基板１７とヒートツール１４との間に送り込む構成となっている。換言すると、ヒートツール１４で加熱するときには、未加熱のポリテトラフルオロエチレンシート４１がフレキシブルプリント基板１７とヒートツール１４との間に介在される構成となっている。
【００２８】
次に、基板接続装置１１を使用して、プリント基板１６（プリント基板１６ａ、１６ｂ）にフレキシブルプリント基板１７を半田付けする作業工程について、図６の作業工程フローチャートも参照して説明する。まず、図６のステップＳ１において、プリント基板１６を予備加熱用受け台１２上に載置してセットすると共に、ステップＳ２において、フレキシブルプリント基板１７を予備加熱用受け台１２上に載置してセットする。尚、これらのセット作業は、作業者３２が手作業で行う。
【００２９】
続いて、ステップＳ３へ進み、予備加熱用受け台１５によってプリント基板１６を例えば約５０秒間予備加熱する（予備加熱工程）。この後、ステップＳ４へ進み、予備加熱用受け台１５上のプリント基板１６を、搬送装置２８によって吸着して持ち上げ、Ｘ−Ｙテーブル１８へ移動させ、Ｘ−Ｙテーブル１８の基板載置部１９上に載置する。これと共に、ステップＳ５へ進み、予備加熱用受け台１５上のフレキシブルプリント基板１７を、搬送装置２８によって吸着して持ち上げ、Ｘ−Ｙテーブル１８へ移動させ、Ｘ−Ｙテーブル１８の基板載置部１９上に載置する。
【００３０】
尚、上記ステップＳ４において、プリント基板１６をＸ−Ｙテーブル１８の基板載置部１９上に載置した後は、基板加熱部２０（図４参照）によってプリント基板１６を予備加熱するように構成されている（予備加熱工程）。
【００３１】
そして、ステップＳ６へ進み、図示しないカメラによりプリント基板１６を撮影し、画像認識処理を実行することによりプリント基板１６の位置合わせを実行する。これと共に、ステップＳ７へ進み、図示しないカメラによりフレキシブルプリント基板１７を撮影し、画像認識処理を実行することによりフレキシブルプリント基板１７の位置合わせを実行する。
【００３２】
続いて、ステップＳ８へ進み、プリント基板１６上にフレキシブルプリント基板１７を重ね合わせる処理を実行する。この場合、搬送装置２８とほぼ同様な構成の搬送装置により、フレキシブルプリント基板１７を吸着して持ち上げ、プリント基板１６上に移動させて載置する。このとき、プリント基板１６ａ、１６ｂのリード端子３３上にフレキシブルプリント基板１７のリード端子３５が載置するようにセットする。
【００３３】
この後、ステップＳ９へ進み、Ｘ−Ｙテーブル１８を半田付け位置（熱圧着ポジション）、即ち、図２中の右端位置へ移動させる。続いて、ステップＳ１０へ進み、１回目の半田付け（熱圧着）を実行する。この場合、例えば、プリント基板１６ａとフレキシブルプリント基板１７とが重ね合わされている部分３８（図２参照）上に、ヒートツール１４を下降させて、加熱すると共に押圧する。
【００３４】
更に、このとき、図７（ａ）及び図８に示すように、シート供給装置４２によって、フレキシブルプリント基板１７とヒートツール１４との間に、ポリテトラフルオロエチレンシート４１を介在させる。
【００３５】
これにより、図１（ｂ）に示すように、プリント基板１６ａのリード端子３３とフレキシブルプリント基板１７のリード端子３５とが半田付けされると共に、フレキシブルプリント基板１７の樹脂３７が溶けて、プリント基板１６とフレキシブルプリント基板１７との間の隙間に充填封止される。この場合、ヒートツール１４と加熱ステージ１３（Ｘ−Ｙテーブル１８）とシート供給装置４２等から半田付け装置が構成されている。次いで、ステップＳ１１へ進み、ヒートツール１４を上昇させ、加熱を止めて、基板１６、１７を冷却する。
【００３６】
続いて、ステップＳ１２へ進み、剥離バー４７を右から左へ移動させることにより、ヒートツール１４の下面からポリテトラフルオロエチレンシート４１を剥がす（図７（ｃ）参照）。これと共に、図７（ｃ）に示すように、巻取りローラ４４を回転駆動して、ポリテトラフルオロエチレンシート４１を設定長さ分巻き取る。これにより、未加熱のポリテトラフルオロエチレンシート４１がフレキシブルプリント基板１７とヒートツール１４との間に介在される。
【００３７】
この後、ステップＳ１３へ進み、２回目の半田付け（熱圧着）を実行する。この場合、例えばＸ−Ｙテーブル１８を図２中上方へ設定距離移動させることにより、プリント基板１６ｂとフレキシブルプリント基板１７とが重ね合わされている部分３９上に、ヒートツール１４を下降させて、加熱すると共に押圧する。
【００３８】
このとき、図７（ａ）及び図８に示すように、シート供給装置４２によって、フレキシブルプリント基板１７とヒートツール１４との間に、ポリテトラフルオロエチレンシート４１を介在させる。
【００３９】
これにより、プリント基板１６ｂのリード端子３３とフレキシブルプリント基板１７のリード端子３５とが半田付けされると共に、フレキシブルプリント基板１７の樹脂３７が溶けて、プリント基板１６とフレキシブルプリント基板１７との間の隙間に充填封止される。また、フレキシブルプリント基板１７とヒートツール１４との間に、ポリテトラフルオロエチレンシート４１が介在しているから、溶けた樹脂がヒートツール１４にくっつくことがない。
【００４０】
次いで、ステップＳ１４へ進み、ヒートツール１４を上昇させ、加熱を止めて、基板１６、１７を冷却する。続いて、ステップＳ１５へ進み、剥離バー４７を右から左へ移動させることにより、ヒートツール１４の下面からポリテトラフルオロエチレンシート４１を剥がす（図７（ｂ）参照）。これと共に、図７（ｃ）に示すように、巻取りローラ４４を回転駆動して、ポリテトラフルオロエチレンシート４１を設定長さ分巻き取る。これにより、未加熱のポリテトラフルオロエチレンシート４１がフレキシブルプリント基板１７とヒートツール１４との間に介在されるようになる。
【００４１】
この後、ステップＳ１６へ進み、Ｘ−Ｙテーブル１８上の半田付け（熱圧着）された基板１６、１７を基板排出用受け台１５上へ移動させる基板排出処理を実行する。この場合、前記搬送装置２８とほぼ同じ構成の搬送装置によって、Ｘ−Ｙテーブル１８上の基板１６、１７を吸着して持ち上げ、基板排出用受け台１５上へ移動させて載置する。これにより、プリント基板１６にフレキシブルプリント基板１７を半田付けすると共に熱圧着する作業工程が完了する。この後、作業者３２は、基板排出用受け台１５上の基板１６、１７を基板接続装置１１の外部へ取り出す。
【００４２】
このような構成の本実施例においては、フレキシブルプリント基板１７を熱可塑性樹脂で構成すると共に、半田付けする前に、プリント基板１６を予備加熱するように構成した。この構成の場合、フレキシブルプリント基板１７を熱可塑性樹脂で構成したので、半田付けするときの加熱で熱可塑性樹脂が溶けて基板の間の隙間に充填される。これにより、樹脂を充填封止する工程を省くことができ、作業工程数を少なくすることができる。
【００４３】
そして、上記構成の場合、半田付け時の加熱温度を、従来よりも、高く（例えば５００℃程度）設定する必要があるので、加熱前と加熱後の温度差が大きくなることから、プリント基板１６に対して加熱むらが発生するおそれがある。
【００４４】
これに対して、上記実施例においては、予備加熱用受け台１５やＸ−Ｙテーブル１８（予備加熱手段）によって、半田付けする前に、プリント基板１６を予備加熱するように構成したので、半田付けの前後のプリント基板１６の温度差が小さくなり、プリント基板１６に対する加熱むらの発生を防止することができる。これにより、基盤１６、１７の熱圧着及び半田付けを良好に実行することができる。
【００４５】
また、上記構成の場合、半田付け時に、フレキシブルプリント基板１７の熱可塑性樹脂が溶けるため、この溶けた樹脂がヒートツール１４にくっついてしまうことがある。これに対して、上記実施例においては、フレキシブルプリント基板１７の上からヒートツール１４を押し当てて加熱するときに、シート供給装置４２によって、フレキシブルプリント基板１７とヒートツール１４との間にポリテトラフルオロエチレンシート４１を介在させるようにしたので、溶けた樹脂はポリテトラフルオロエチレンシート４１ひいてはヒートツール１４にくっつくことがなくなる。
【００４６】
更に、上記実施例によれば、半田付け後に、ヒートツール１４に付着したポリテトラフルオロエチレンシート４１を引き剥がす剥離バー４７を備えるように構成したので、ヒートツール１４に付着したポリテトラフルオロエチレンシート４１を容易に引き剥がすことができる。
【００４７】
さて、１度加熱されたポリテトラフルオロエチレンシート４１は、その厚み寸法が変化するため、この加熱済のポリテトラフルオロエチレンシート４１を次の半田付けにそのまま使用すると、半田付け条件が変化してしまい、半田付けの品質が悪くなるおそれがある。これに対して、上記実施例によれば、シート供給装置４２によって、ヒートツール１４で加熱するときに、未加熱のポリテトラフルオロエチレンシート４１をフレキシブルプリント基板１７とヒートツール１４との間に介在させるように構成したので、半田付け条件が変化することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）は本発明の一実施例を示すプリント基板とフレキシブルプリント基板を重ね合わせた状態の部分縦断面図、（ｂ）は半田付けした後のプリント基板及びフレキシブルプリント基板の部分縦断面図
【図２】 基板接続装置の上面図
【図３】 プリント基板及びフレキシブルプリント基板をセットしていない状態の基板接続装置の上面図
【図４】 加熱ステージの側面図
【図５】 予備加熱用受け台、加熱ステージ及び搬送装置の側面図
【図６】 作業工程のフローチャート
【図７】 （ａ）はシート供給装置、ヒートツール、基板等を示す側面図、（ｂ）は（ａ）においてヒートツールを上昇させた状態を示す図、（ｃ）は（ｂ）において剥離バーを動作させると共にポリテトラフルオロエチレンシートを巻き取る様子を示す図
【図８】 シート供給装置、ヒートツール、基板等を示す正面図
【図９】 従来構成を示す図１相当図
【図１０】 プリント基板、フレキシブルプリント基板及びヒートツールの部分斜視図
【符号の説明】
１１は基板接続装置、１２は予備加熱用受け台（予備加熱手段）、１３は加熱ステージ、１４はヒートツール、１５は基板排出用受け台、１６はプリント基板、１７はフレキシブルプリント基板、１８はＸ−Ｙテーブル（予備加熱手段）、１９は基板載置部、２０は基板加熱部、２７はアルミニウム部材、２８は搬送装置、３３はリード端子、３４は半田層、３５はリード端子、３６は半田層、３７は樹脂（熱可塑性樹脂）、４１はポリテトラフルオロエチレンシート、４２はシート供給装置（シート介在手段）、４３は供給ローラ、４４は巻取りローラ、４７は剥離バー（剥離手段）を示す。

Claims (1)

1. 剛性を有するプリント基板のリード端子にフレキシブルプリント基板のリード端子を半田付けする半田付け装置において、
   前記フレキシブルプリント基板を熱可塑性樹脂で構成すると共に、
   半田付けする前に前記プリント基板を予備加熱する予備加熱手段と、
   前記フレキシブルプリント基板の上からヒートツールを押し当てて加熱するときに、前記フレキシブルプリント基板と前記ヒートツールとの間にポリテトラフルオロエチレンシートを介在させるシート介在手段とを備え、
   前記シート介在手段は、半田付け後に前記ヒートツールに付着した前記ポリテトラフルオロエチレンシートを引き剥がす剥離手段を備えていることを特徴とする半田付け装置。

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