JP4331069B2 - 電子部品のリペア装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリント基板に実装される電子部品のはんだ接合部を加熱溶融して電子部品の取り外しおよび再取り付けを行うリペア装置に関する。

プリント基板に実装される電子部品には、高密度実装を可能とする電子部品として、パッケージの下面側に多数のボール状の接続端子を設けたＢＧＡ[Ball Grid Array Package]が使用されている（このＢＧＡには、接続端子のピッチを極小としたＣＳＰ[Chip Size Package]も含まれるものとする）。

このＢＧＡを実装したプリント基板では、ＢＧＡに故障が生じた場合や、ＢＧＡの保守、リサイクル等の理由により、ＢＧＡの交換が必要となる場合があるため、ＢＧＡをプリント基板から取り外し、再びプリント基板に取り付けるリペア技術は不可欠である。

このＢＧＡのリペア工程における再取り付け時の手順を図９に示す。
図９において１はプリント基板、２はこのプリント基板１に実装される電子部品であるＢＧＡを示し、このＢＧＡ２はパッケージの下面側に、はんだ材料によりなる多数のボール状バンプ(はんだ接合部)３を接続端子として有している。

図９(Ａ)に示すように、プリント基板１の表面には、ＢＧＡ２のバンプ３の形状や配列に合わせて、接続用のパッド４が配置形成されている。そして、同図(Ｂ)に示す如くこのパッド４の上(あるいはバンプ３の先端)にフラックス又は、はんだペースト５を塗布し、それから同図(Ｃ)に示すようにＢＧＡ２をプリント基板１上に搭載した後、バンプ３を加熱して溶融させることで、はんだ付けによってパッド４と接合する。

従来、このＢＧＡ等の電子部品のリペアに用いる装置としては、例えば下記の特許文献１〜３に記載されているように、電子部品の中央部を吸着ノズルによって吸着保持し、電子部品のはんだ接合部に熱風を吹き付けてはんだを加熱溶融させることによって電子部品の取り外しおよび再取り付けを行う装置が提案されている。
特開２００３−２１８５１２号公報 特開２００１−１１９１３６号公報 特開平１１−２６９２９号公報

しかしながら、これら従来のリペア装置は、何れも電子部品の中央部を吸着ノズルで吸着するだけの簡単な保持構造であるため、電子部品の取り付け時には加熱によって電子部品に反りや傾きが生じ、その結果、はんだ接合部であるバンプが部分的に大きく潰れてバンプ間が短絡状態となったり、あるいはバンプの一部がパッドに接続されず未接続の状態となる等、接続不良が発生する場合が多くあった。特に前記のＢＧＡでは、バンプとパッドの接続部が外観からチェックできないため、接続不良が生じても発見が難しいという問題がある。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので、電子部品のはんだ接合部を加熱溶融して取り外しおよび再取り付けを行うリペア装置において、電子部品の再取り付け時の反りや傾きを抑制し、電子部品を安定して確実に実装できるリペア装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため本発明は、
プリント基板に実装される電子部品の下面側にはんだ接合部を有し、このはんだ接合部を加熱溶融して電子部品の取り外しおよび再取り付けを行うリペア装置であって、
前記はんだ接合部を溶融させるための熱風をノズルから噴射する加熱手段と、
前記電子部品の略中央部を上面側から押さえるように保持する押さえ部材と、前記電子部品の端部の下面側から保持する複数の可動アーム部材と、を有して構成される部品保持手段と、
を備え、
前記可動アーム部材の先端部は、前記電子部品の再取り付け時に前記電子部品と前記プリント基板との間に挟まれて前記電子部品の必要以上の沈み込み防止する構成としたものである。

また、本発明のリペア装置では、前記可動アーム部材の先端部を、前記電子部品を上下から挟んで保持する形状としてもよい。

さらに本発明のリペア装置においては、前記プリント基板を下側から支える基板支持手段を設け、前記部品保持手段と前記基板支持手段とで前記プリント基板を上下から挟み込む構造とする。

さらに本発明のリペア装置では、前記加熱手段のノズルから噴射される熱風を、前記電子部品に均一に吹き付けるように前記部品保持手段によって誘導する構造とすることが望ましい。

本発明のリペア装置は、ノズルの先端部に設けた部品保持手段において、電子部品の略中央部を押さえ部材で保持すると同時に、電子部品の端部を複数の可動アーム部材で保持する構造としたことで、電子部品は反りや傾きが生じることなくしっかりと固定保持され、その状態でノズルから熱風を噴射して電子部品の再取り付け動作を行うことにより、はんだ接合部の潰れや未接続などの接続不良が発生することはなく、電子部品を安定して確実に実装することが可能となる。

さらに本発明のリペア装置では、電子部品の再取り付け時に、電子部品とプリント基板との間に挟まれる可動アーム部材の先端部により、電子部品の必要以上の沈み込みが防止されるので、はんだ接合部の潰れをより確実に防止することができる。

また本発明のリペア装置では、可動アーム部材の先端部を、電子部品を上下から挟んで保持する形状とすることで、電子部品の固定をより確実にすることができる。

さらに本発明のリペア装置においては、プリント基板を下側から支える基板支持手段を設け、部品保持手段と基板支持手段とでプリント基板を上下から挟み込む構造とすることにより、プリント基板の反りも抑えることができるので、電子部品の再取り付け時の接続不良を一段と確実に防止することができる。

さらに本発明のリペア装置では、加熱手段のノズルから噴射される熱風を、電子部品に均一に吹き付けるように部品保持手段によって誘導する構造とすることで、はんだ接合部を均一に加熱溶融させ、電子部品をより安定して確実に実装することが可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
図１は、本発明によるリペア装置の主要部の構成を示す側面図である。このリペア装置は、下基部１０に立設された支持台１１にプリント基板１を載置固定し、このプリント基板１に対して電子部品であるＢＧＡ２の取り外しおよび取り付けを行うものである。

このリペア装置は、ＢＧＡ２の下面側に設けられたはんだ接合部であるバンプ３を溶融させるための高温の熱風を発生させる加熱手段(図示せず)を内蔵し、この加熱手段から発せられた熱風Ｈが、プリント基板１の上方に配置された上基部１２より突出する上側ノズル１３および下基部１０より突出する下側ノズル１４からＢＧＡ２に向けて噴射されるようになっている。

そしてこのリペア装置において上側ノズル１３の先端部には、ＢＧＡ２を保持するための部品保持手段１５が設けられている。この部品保持手段１５は、ＢＧＡ２の略中央部を上面側から押さえるように保持する押さえ部材１６と、ＢＧＡ２の端部に係合し、ＢＧＡ２を挟むように保持する複数の可動アーム部材１７と、を有して構成される。

可動アーム部材１７は、ＢＧＡ２の角部に対応して各々が軸部１８を支点として開閉するように回動自在に設けられ、その先端部１７ａが鉤状に折曲されてＢＧＡ２の端部に係合し、ＢＧＡ２を下面側から保持する構造となっている。ここで可動アーム部材１７は、ＢＧＡ２とプリント基板１との間に入り込む先端部１７ａの厚みを、バンプ３の大きさに合わせて可変調整できるものとする。このように構成される部品保持手段１５は、上基部１２と上側ノズル１３との間に設けられた昇降機構２１によって上側ノズル１３と一体にプリント基板１に対し上下移動されるようになっている。

さらにこのリペア装置においては、下側ノズル１４の先端部に、プリント基板１を下側から支える基板支持手段１９が設けられている。この基板支持手段１９は、前記部品保持手段１５の押さえ部材１６および可動アーム１７と対向し、プリント基板１の下面側を支持する支持部材２０を有して構成され、前記部品保持手段１５とこの基板支持手段１９とで上下からプリント基板１を挟み込む構造としてある。この基板支持手段１９もまた前記部品保持手段１５と同様に、下基部１０と下側ノズル１４との間に設けられた昇降機構２２によって下側ノズル１４と一体にプリント基板１に対し上下移動されるようになっている。

このリペア装置において、上下のノズル１３，１４、部品保持手段１５および基板支持手段１９は、ＢＧＡ２に合わせた大きさや形状に製作するか、あるいは、ＢＧＡ２に合わせて大きさや形状を変化させることのできる構造とする必要がある。また、部品保持手段１５および基板支持手段１９は、熱風による本来の加熱を妨げないような構成とし、その材質としては、プリント基板１やＢＧＡ２を傷付けず、かつ耐熱性が高い樹脂材を使用することが望ましい。この樹脂材としては、例えばテフロンの商標名で知られるテトラフロロエチレン樹脂が好適である。

またこのリペア装置において、可動アーム部材１７を開閉動作させるための駆動手段としては、手動式と電動式のどちらを採用してもよい。さらに上下のノズル１３，１４を上下移動させる昇降機構２１，２２も、手動式と電動式のどちらでもよいが、ＢＧＡ２の接合時の圧力を制御できるものでなければならない。

以上の如く構成される本実施例のリペア装置においては、ＢＧＡ２の略中央部を上面側から押さえ部材１６で保持すると同時に、ＢＧＡ２の端部を下面側から複数の可動アーム部材１７で保持する構造としたことにより、ＢＧＡ２は反りや傾きが生じることなくしっかりと部品保持手段１５に固定保持される。

そしてこの部品保持手段１５では、バンプ３が加熱溶融されてＢＧＡ２が沈み込む状態となっても、ＢＧＡ２とプリント基板１との間に挟まれる可動アーム部材１７の先端部１７ａの厚みよりＢＧＡ２とプリント基板１の間隔が狭くなることはなく、これによってＢＧＡ２の必要以上の沈み込みが防止される。

またこのリペア装置においては、バンプ３を溶融させるための熱風をプリント基板１の上下に配置されたノズル１３と１４から均等に噴射するとともに、部品保持手段１５と基板支持手段１９とでプリント基板１を上下から挟み込む構造としたことにより、プリント基板１の反りの発生も抑制することができる。

さらにこのリペア装置では、上側ノズル１３から噴射される熱風Ｈの拡散が部品保持手段１５によって抑えられ、即ち可動アーム部材１７が熱風ＨをＢＧＡ２に均一に吹き付けるように誘導する構造となっており、これによってバンプ３を均一に加熱溶融させることができる。また、下側ノズル１４から噴射される熱風Ｈに対しても、基板支持手段１９が同様に作用し、バンプ３が均一に加熱溶融される。

図２は、部品保持手段の他の構成例を示す。
即ちこの例の部品保持手段１５は、可動アーム部材１７の先端部１７ａを二股状に形成し、ＢＧＡ２を上下から挟んで保持する形状としたものであり、これによってＢＧＡ２をより確実に固定することができる。

図３は、部品保持手段のさらに他の構成例を示す。
即ちこの例の部品保持手段１５は、可動アーム部材１７をスライドレール２３に沿って内外方向に平行にスライドさせて開閉する構造としたものである。

続いて、図４〜図８を参照し、本実施例のリペア装置によるＢＧＡの再取り付け動作について説明する。
このＢＧＡの取り付け動作の前には、予め図９(Ｂ)に示すように、プリント基板１のパッド４上(あるいはバンプ３の先端)にフラックス又は、はんだペースト５を塗布しておく。そして先ず、図４に示すように、支持台１１に載置されたプリント基板１の上方において、接合しようとするＢＧＡ２を部品保持手段１５に保持させる。このとき、前述した如く部品保持手段１５では、ＢＧＡ２の略中央部を上面側から押さえ部材１６で保持すると同時に、ＢＧＡ２の端部を下面側から複数の可動アーム部材１７で保持する構造により、ＢＧＡ２は反りや傾きが生じることなくしっかりと固定保持される。

次に、この状態から昇降機構２１を動作させて、図５に示すように上側ノズル１４と一体に部品保持手段１５を降下させ、プリント基板１上にＢＧＡ２を載せる状態とする。この状態では、基板支持手段１９がプリント基板１を下側から支え、前述した如く部品保持手段１５と基板支持手段１９とでプリント基板１が上下から挟み込まれる状態となるので、プリント基板１の反りの発生が抑えられる。またこの状態では、後にバンプ３が溶融した時にＢＧＡ２が沈み込むことを考慮し、昇降機構１８によってＢＧＡ２をプリント基板１に弱い力で押し付けるようにしておく。

続いてこの状態から、図６のように上下のノズル１３，１４より熱風Ｈを噴射し、ＢＧＡ２のバンプ３を加熱溶融させてプリント基板１のパッド４に接合する。このとき、前述したようにＢＧＡ２は、反りや傾きが生じることなくしっかりと部品保持手段１５に固定保持されているので、バンプ３の潰れや未接続などの接続不良が発生することはなく、プリント基板１に対し安定して確実に接合される。また、バンプ３が溶融されてＢＧＡ２が沈み込む状態となっても、ＢＧＡ２とプリント基板１との間に挟まれる可動アーム部材１７の先端部１７ａにより、ＢＧＡ２の必要以上の沈み込みが防止されるので、バンプ３の潰れをより確実に防止することができる。さらに、上下のノズル１３，１４から噴射された熱風Ｈは、部品保持手段１５および基板支持手段１９に誘導されてＢＧＡ２に向けて均一に吹き付けられるので、バンプ３をむらなく加熱溶融させてＢＧＡ２をより確実に接合することができる。

こうしてプリント基板１にＢＧＡ２を接合した後、所要の冷却時間をおき、バンプ３が冷えて固まってから、図７に示すように部品保持手段１５の可動アーム部材１７を開き、ＢＧＡ２の保持を解除する。そして最後に、図８に示す如く、昇降機構２１を動作させて上側ノズル１３と一体に部品保持手段１５を上昇させることで、ＢＧＡの取り付け工程が完了する。なお、このＢＧＡの取り付け完了後、基板支持手段１９は図７の位置のままでも問題はないが、図８のようにこの基板支持手段１９を下側ノズル１４と一体に昇降機構２２によって降下させることで、支持台１１からプリント基板１を取り外す際に、プリント基板１の下面側に実装された部品が基板支持手段１９と接触することを防止することができる。

このように本実施例のリペア装置によれば、ＢＧＡの再取り付け動作を安定して行うことができ、多ピンで狭ピッチのＣＳＰや、バンプが融点の高い鉛フリー組成のＢＧＡにおいても確実な実装が可能である。

なお、ＢＧＡの取り外しについては詳細な説明を省略するが、ＢＧＡの取り外し動作は、以上の図４〜図８の取り付け動作と逆の動作によって行われることになる。

本発明によるリペア装置の主要部の構成を示す側面図である。 部品保持手段の他の構成例である。 部品保持手段のさらに他の構成例である。 本発明によるリペア装置におけるＢＧＡの取り付け動作の説明図で、部品保持手段によってＢＧＡを保持した状態である。 同、プリント基板にＢＧＡを載せた状態である。 同、ノズルから熱風を噴射した状態である。 同、部品保持手段によるＢＧＡの保持を解除した状態である。 同、ＢＧＡの取り付け動作が完了した状態である。 ＢＧＡの取り付け手順の説明図である。

符号の説明

１…プリント基板、２…ＢＧＡ(電子部品)、３…バンプ(はんだ接合部)、１３，１４…ノズル、１５…部品保持手段、１６…押さえ部材、１７…可動アーム部材、１７ａ…先端部、１９…基板支持手段、Ｈ…熱風

Claims (4)

1. プリント基板に実装される電子部品の下面側にはんだ接合部を有し、このはんだ接合部を加熱溶融して電子部品の取り外しおよび再取り付けを行うリペア装置であって、
   前記はんだ接合部を溶融させるための熱風をノズルから噴射する加熱手段と、
   前記電子部品の略中央部を上面側から押さえるように保持する押さえ部材と、前記電子部品の端部を下面側から保持する複数の可動アーム部材と、を有し、前記加熱手段のノズルの先端部において前記電子部品を保持する部品保持手段と、
   を備え、
   前記可動アーム部材の先端部は、前記電子部品の再取り付け時に前記電子部品と前記プリント基板との間に挟まれて前記電子部品の必要以上の沈み込み防止することを特徴とする電子部品のリペア装置。
2. 請求項１に記載の電子部品のリペア装置において、
   前記可動アーム部材の先端部を、前記電子部品を上下から挟んで保持する形状としたことを特徴とする電子部品のリペア装置。
3. 請求項１又は２に記載の電子部品のリペア装置において、
   前記プリント基板を下側から支える基板支持手段を設け、前記部品保持手段と前記基板支持手段とで前記プリント基板を上下から挟み込む構造としたことを特徴とする電子部品のリペア装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の電子部品のリペア装置において、
   前記加熱手段のノズルから噴射される熱風を、前記電子部品に均一に吹き付けるように前記部品保持手段によって誘導する構造としたことを特徴とする電子部品のリペア装置。

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