JP4520425B2 - Element mounting method and element mounting apparatus - Google Patents
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Description
この発明は、素子搭載方法および素子搭載装置に関し、詳しくは素子を基板へ搭載する素子搭載方法およびその方法に利用される素子搭載装置に関するものである。 The present invention relates to an element mounting method and an element mounting apparatus, and more particularly to an element mounting method for mounting an element on a substrate and an element mounting apparatus used in the method.
この発明に関する従来技術としては、光エネルギーによりハンダペーストを加熱、溶融する加熱手段と、前記ハンダペーストからの反射光を撮像して予め設定しておいた反射光のレベルとを比較して出力すべき光エネルギーを制御する制御手段とを備えるハンダ付け装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a prior art relating to this invention, a heating means for heating and melting a solder paste by light energy and an image of reflected light from the solder paste are imaged and output in comparison with a preset level of reflected light. 2. Description of the Related Art There is known a soldering apparatus including a control unit that controls light energy (see, for example, Patent Document 1).
また、表面実装部品を搭載する基板に、正規の搭載位置を示す搭載位置表示マークと、正規の搭載位置から位置ずれした量を示す位置ずれ量表示マークを設け、前記部品側の電極にはハンダボールをあらかじめ溶着させておき、前記ハンダボールの直径の半分程度の長さで意図的に位置ずれした状態で前記基板に搭載してから加熱し、前記部品が溶融したハンダの表面張力により移動して、部品により覆われていた搭載位置表示マークを目視できる状態になったことにより、正常にハンダ付けが行われたことを確認する表面実装部品用基板が知られている(例えば、特許文献2参照)。
電子機器の更なる発展、普及に伴い、生産コストを極力低減することが生産現場で強く求められている。そのためには、生産に係る工程を簡易化し、タクトタイム・工数を極力低減することが非常に重要である。しかし、一方、電子装置は精密機器であるため、その生産には高い精度が要求され、また信頼性を確保するために十分な検査工程も必要となっている。
このような状況の下、簡易化と高精度、この相反する条件を高いレベルで満たし、高い信頼性を確保することが電子機器の生産現場で大きな課題となっている。
With the further development and spread of electronic devices, there is a strong demand at production sites to reduce production costs as much as possible. For this purpose, it is very important to simplify the production process and reduce the tact time and man-hours as much as possible. However, since electronic devices are precision instruments, high precision is required for their production, and sufficient inspection processes are necessary to ensure reliability.
Under such circumstances, simplification and high accuracy, satisfying these conflicting conditions at a high level, and ensuring high reliability are major issues at the production site of electronic equipment.
このような観点から従来の技術を見ると、例えば、特許文献1に係る技術では、接合部(ハンダ付け部分)におけるハンダペーストの反射光のレベルにより出力すべきエネルギーを制御するので、まず、適切な反射光レベルを予め設定しておく必要がある。続いて、設定した反射光レベルと比較しながら出力すべき光エネルギーを制御するために、精度よく光を照射し、その反射光を受光して、高精度な画像認識を行うことも必要である。
また、特許文献2に係る技術においては、先ず、部品側の決められた位置に予めハンダボールを溶着しておくという別工程が必要であり、この工程に高精度な溶着技術が必要とされる。また、意図的に位置ずれした状態で搭載するといっても、その許容範囲はハンダボールの直径の半分程度の長さ以内、具体的には約0.2mm以内に制限され、依然として搭載工程での高精度な位置決めが要求されることには変わりがない。
加えて、特許文献2に係る技術では、表面実装部品により覆われていた搭載位置表示マークを目視することにより正常にハンダ付けがなされたことを確認するので、対象となる表面実装部品は自ずと比較的大きな寸法を有するものに限定されてしまう。
Looking at the conventional technology from this point of view, for example, in the technology according to Patent Document 1, the energy to be output is controlled by the level of the reflected light of the solder paste at the joint (soldered portion). It is necessary to set a proper reflected light level in advance. Subsequently, in order to control the light energy to be output while comparing with the set reflected light level, it is also necessary to accurately irradiate light, receive the reflected light, and perform high-accuracy image recognition. .
In the technique according to
In addition, in the technology according to
この発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであり、特別な基板を用いることなく、目視が困難な小型の素子であっても簡易な手法により素子を基板に対してアライメント精度よくハンダ付けできる素子搭載方法を提供するものである。 The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances. Even if it is a small element that is difficult to visually observe without using a special substrate, the element is accurately aligned with the substrate by a simple method. An element mounting method that can be soldered well is provided.
この発明は、基板上の少なくとも1つの電極の表面に固形ハンダを載置する載置工程と、少なくとも1つの表面実装素子を前記ハンダの上に搭載する搭載工程と、前記ハンダを加熱し溶融させる加熱工程と、前記素子が電極上の所定箇所に位置したことを検知する検知工程と、溶融したハンダを冷却する冷却工程とを備え、前記基板は電極以外の領域がハンダを弾く絶縁材で被覆され、電極はその一部に窪みが形成され、搭載工程において前記素子は電極または固形ハンダと部分的に重なるよう位置ずれして搭載され、検知工程は、加熱工程において溶融したハンダの表面張力によって前記素子が電極上の所定箇所に移動したことを検知し加熱工程における加熱を終了させる工程であることを特徴とする素子搭載方法を提供するものである。 This invention includes a placing step of placing the surface into a solid solder of at least one electrode on a substrate, a mounting step of mounting at least one surface mount device on the solder is melted by heating the solder A heating step; a detection step for detecting that the element is located at a predetermined position on the electrode; and a cooling step for cooling the molten solder, wherein the substrate is covered with an insulating material that repels the solder. In the mounting process, the element is mounted so as to be partially displaced with the electrode or the solid solder, and the detection process is performed by the surface tension of the solder melted in the heating process. The element mounting method is characterized in that it is a process of detecting that the element has moved to a predetermined location on the electrode and terminating the heating in the heating process.
この発明によれば、搭載工程において表面実装素子が基板上の電極、または、電極上に載置されたハンダと部分的に重なるように搭載され、検知工程では、加熱工程において溶融したハンダの表面張力によって前記素子が電極上の所定箇所に移動したことが検知されるので、特別な基板を用いることなく目視が困難な小型の素子であっても、簡易な手法により素子を基板に対してアライメント精度よくハンダ付けできる。
また、表面実装素子が電極上の所定箇所に移動したことが検知されると、加熱が終了されるので、過剰加熱や気泡の発生がない、ムラのないハンダ接合が可能になる。
According to the present invention, in the mounting process, the surface-mounted element is mounted so as to partially overlap the electrode on the substrate or the solder placed on the electrode, and in the detection process, the surface of the solder melted in the heating process Since it is detected that the element has moved to a predetermined location on the electrode due to tension, even if it is a small element that is difficult to see without using a special substrate, the element is aligned with the substrate using a simple method. Can be soldered accurately.
In addition, when it is detected that the surface-mounted element has moved to a predetermined location on the electrode, the heating is terminated, so that it is possible to perform solder bonding without unevenness and without occurrence of overheating and bubbles.
この発明による、素子搭載方法は、基板上の少なくとも1つの電極の表面にハンダを載置する載置工程と、少なくとも1つの表面実装素子をハンダの上に搭載する搭載工程と、ハンダを加熱し溶融させる加熱工程と、前記素子が電極上の所定箇所に位置したことを検知する検知工程と、ハンダを冷却する冷却工程とを備え、前記基板は電極以外の領域がハンダを弾く絶縁材で被覆され、搭載工程において前記素子は電極またはハンダと部分的に重なるよう位置ずれして搭載され、検知工程は、加熱工程において溶融したハンダの表面張力によって前記素子が電極上の所定箇所に移動したことを検知し加熱工程における加熱を終了させる工程であることを特徴とする。 An element mounting method according to the present invention includes a mounting step of mounting solder on a surface of at least one electrode on a substrate, a mounting step of mounting at least one surface mount element on the solder, and heating the solder. A heating step for melting, a detection step for detecting that the element is located at a predetermined position on the electrode, and a cooling step for cooling the solder, wherein the substrate is covered with an insulating material that repels the solder. In the mounting process, the element is mounted so as to be partially displaced so as to partially overlap the electrode or the solder. In the detection process, the element is moved to a predetermined position on the electrode by the surface tension of the solder melted in the heating process. It is a process of detecting and detecting the heating in the heating process.
この発明による素子搭載方法において、基板上の電極とは、基板上に表面実装素子が搭載される電極を意味する。基板上には複数の電極が設けられていてもよい。 In the element mounting method according to the present invention, the electrode on the substrate means an electrode on which a surface mount element is mounted on the substrate. A plurality of electrodes may be provided on the substrate.
載置工程で電極上に載置されるハンダは、特に限定されるものではないが、例えば固形ハンダが用いられる。
固形ハンダを用いることにより、素子を搭載する搭載工程で使用される、例えば公知のチップマウンタ等の搬送装置を利用して、ハンダを基板電極上に載置することが可能になる。なお、ハンダには、環境に悪影響を与えにくい、無鉛ハンダを用いることが好ましい。
The solder placed on the electrode in the placing step is not particularly limited, but for example, solid solder is used.
By using solid solder, it becomes possible to place the solder on the substrate electrode by using a transfer device such as a known chip mounter used in the mounting process for mounting the element. As the solder, it is preferable to use lead-free solder that does not adversely affect the environment.
表面実装素子とは、基板上の電極にハンダを介して接合される電極を有する素子を意味し、例えば太陽電池やダイオードなどの素子が挙げられる。 A surface-mount element means an element having an electrode joined to an electrode on a substrate via solder, and examples thereof include an element such as a solar cell and a diode.
加熱工程において利用される加熱方法は、ハンダを融点以上に加熱し、溶融させることができる方法であればよい。したがって、加熱方法にはハンダに対して熱を放射する方法、何らかの媒体を介した熱伝導によりハンダを加熱する方法、高温の気体やガスを吹き付ける方法など、様々な方法が利用できる。なお、ここで加熱方法は、ハンダを徐々に加熱する方法であってもよいし、また、急速に加熱する方法であってもよい。
また、加熱温度はハンダの融点近傍の温度とすることが望ましいが、具体的な温度はハンダの種類により異なる。
The heating method used in the heating step may be any method that can heat and melt the solder to a melting point or higher. Therefore, various methods such as a method of radiating heat to the solder, a method of heating the solder by heat conduction through some medium, and a method of blowing a high-temperature gas or gas can be used as the heating method. Here, the heating method may be a method of gradually heating the solder, or a method of heating rapidly.
The heating temperature is preferably near the melting point of the solder, but the specific temperature differs depending on the type of solder.
検知工程において利用される検知方法は、表面実装素子が電極上の所定箇所に位置したことを検知できる方法であればよい。したがって検知方法には、表面実装素子を撮像し、所定箇所に移動したことを画像認識によって判断する方法、表面実装素子の移動に伴って変化する電気抵抗を検出し、所定の閾値と比較することにより表面実装素子が所定箇所に移動したことを判断する方法、X線等を照射して素子と基板電極の重なり具合を検査する方法など、光学的、電気的または電磁的な様々な方法が利用できる。 The detection method used in the detection step may be any method that can detect that the surface-mounted element is located at a predetermined location on the electrode. Therefore, the detection method includes imaging the surface mount element and judging by image recognition that it has moved to a predetermined location, detecting the electric resistance that changes as the surface mount element moves, and comparing it with a predetermined threshold value. Various optical, electrical, or electromagnetic methods are used, such as a method for determining that a surface-mounted device has moved to a predetermined location by a method, a method for inspecting the overlap between the device and the substrate electrode by irradiating X-rays, etc. it can.
冷却工程において利用される方法は、溶融されたハンダから熱を奪うか、或いは放出させ、ハンダを固化させることができる方法であればよい。したがって、冷却方法には、何らかの媒体を介した熱伝導を利用して放熱・冷却する方法、または冷却に適した温度の気体や液体に接触させる方法など、様々な方法が利用できる。また、ここで冷却方法は、徐冷または急冷のいずれであってもよい。 The method used in the cooling step may be any method that can take heat from the molten solder or release it to solidify the solder. Therefore, various methods such as a method of radiating and cooling using heat conduction through some medium or a method of contacting with a gas or a liquid having a temperature suitable for cooling can be used as the cooling method. Further, here, the cooling method may be either slow cooling or rapid cooling.
ハンダを弾く絶縁材とは、溶融したハンダが広がることなく粒状となり、付着し難い性質を備えた絶縁性の物質であればよく、特に限定されるものではないが、例えばソルダーレジスト等が挙げられる。このような絶縁材の上では、溶融したハンダが粒状となり一箇所に留まり難くなる。 The insulating material that repels solder is not particularly limited as long as it is an insulating material that has a property that the molten solder does not spread and becomes granular and difficult to adhere, and examples thereof include a solder resist. . On such an insulating material, the molten solder becomes granular and it is difficult to stay in one place.
この発明による素子搭載方法において、基板は、電極よりも大きい放熱部を備えていてもよい。
このような構成によれば、ハンダを加熱し溶融させる工程において、基板を加熱することにより、放熱部を介して基板の電極に熱を伝導させ、電極を全体的にハンダの融点温度以上に均一に加熱することができるので、溶融したハンダに気泡等を発生させることなく、電極上に表面実装素子を良好な状態でハンダ付けすることが可能になる。
In the element mounting method according to the present invention, the substrate may include a heat radiating portion larger than the electrode.
According to such a configuration, in the step of heating and melting the solder, the substrate is heated to conduct heat to the electrode of the substrate through the heat radiating portion, so that the electrode is entirely uniform above the melting point temperature of the solder. Therefore, it is possible to solder the surface mount element on the electrode in a good state without generating bubbles or the like in the melted solder.
この発明による素子搭載方法は、基板の電極および表面実装素子の電極の少なくとも一方にフラックスを塗布する工程をさらに備えていてもよい。
このような構成によれば、基板の電極および表面実装素子の電極のうち、少なくとも一方の電極にハンダがなじみやすくなり、ハンダ付けを確実に行うことが可能になる。
なお、ここでフラックスは、ハンダ付けする際に金属表面の酸化物を溶解し、同時に酸化を防ぎ、ハンダの界面張力を低下させるものであればよく、具体的な種類については特に限定されるものではない。
The element mounting method according to the present invention may further include a step of applying a flux to at least one of the substrate electrode and the surface mount element electrode.
According to such a configuration, the solder is easily adapted to at least one of the electrode of the substrate and the electrode of the surface mount element, and the soldering can be surely performed.
Here, the flux may be any material that dissolves the oxide on the metal surface when soldering, and at the same time prevents oxidation and lowers the interfacial tension of the solder, and the specific type is particularly limited. is not.
この発明による素子搭載方法において、表面実装素子の少なくとも1つは太陽電池素子であってもよい。
このような構成によれば、簡易な手法により太陽電池素子を基板の電極上にアライメント精度よくハンダ付けすることができ、簡易な方法で集光型の太陽電池基板を歩留まりよく生産することが可能になる。
In the element mounting method according to the present invention, at least one of the surface mount elements may be a solar cell element.
According to such a configuration, the solar cell element can be soldered onto the electrode of the substrate with a simple method with a simple method, and a concentrating solar cell substrate can be produced with a high yield by a simple method. become.
この発明による素子搭載方法において、基板は複数の電極を備え、搭載工程は基板の複数の電極上に複数の表面実装素子をそれぞれ同時に搭載する工程であってもよい。
このような構成によれば、溶融されたハンダの表面張力を利用して、複数の電極に複数の表面実装素子を、1回の加熱工程でハンダ付けすることが可能になり、また、以降の冷却工程等も、電極や表面実装素子の数に係らずそれぞれ1回で済ますことができるので、生産効率を向上させることが可能になる。
In the element mounting method according to the present invention, the substrate may be provided with a plurality of electrodes, and the mounting step may be a step of simultaneously mounting a plurality of surface mount elements on the plurality of electrodes of the substrate.
According to such a configuration, it becomes possible to solder a plurality of surface mount elements to a plurality of electrodes in a single heating process using the surface tension of the melted solder, Since the cooling process and the like can be performed only once regardless of the number of electrodes and surface mount elements, production efficiency can be improved.
また、この発明は、別の観点からみると、基板上の少なくとも1つの電極の表面にハンダを載置する載置部と、少なくとも1つの表面実装素子をハンダの上に搭載する搭載部と、ハンダを加熱し溶融させる加熱部と、前記素子が電極上の所定箇所に位置したことを検知する検知部と、ハンダを冷却する冷却部とを備え、前記基板は電極以外の領域がハンダを弾く絶縁材で被覆され、搭載部は前記素子を電極またはハンダと部分的に重なるよう位置ずれして搭載し、検知部は、加熱部で溶融させられたハンダの表面張力によって前記素子が電極上の所定箇所に移動したことを検知し加熱部による加熱を終了させることを特徴とする素子搭載装置を提供するものである。 Further, according to another aspect of the present invention, a mounting portion for mounting solder on the surface of at least one electrode on the substrate, a mounting portion for mounting at least one surface mount element on the solder, A heating unit that heats and melts the solder, a detection unit that detects that the element is located at a predetermined position on the electrode, and a cooling unit that cools the solder are provided, and the substrate has a region other than the electrode that repels the solder. Covered with an insulating material, the mounting portion mounts the element so that it partially overlaps the electrode or the solder, and the detection portion is mounted on the electrode by the surface tension of the solder melted by the heating portion. It is an object of the present invention to provide an element mounting device characterized in that it is detected that it has moved to a predetermined location and heating by a heating unit is terminated.
この発明による素子搭載装置において載置部とは、基板上の電極の表面にハンダを載置することができる機能を有するものであればよい。載置部には、所定の場所からハンダを把持し、把持したハンダを基板上の電極付近まで搬送し、搬送したハンダを電極表面に載置する機能を有する、公知のマウンタ等が用いられてもよい。 In the element mounting apparatus according to the present invention, the mounting portion may be any device having a function capable of mounting solder on the surface of the electrode on the substrate. For the mounting part, a known mounter having a function of gripping the solder from a predetermined place, transporting the gripped solder to the vicinity of the electrode on the substrate, and mounting the transported solder on the electrode surface is used. Also good.
搭載部とは基板上の電極の表面に載置されたハンダの上に表面実装素子を搭載することができる機能を有するものであればよい。搭載部には、所定の場所から表面実装素子を把持し、把持した表面実装素子を基板上の電極付近まで搬送し、搬送した表面実装素子を、電極表面に載置されたハンダの上に搭載する機能を有する、公知のマウンタ等が用いられてもよい。
また、搭載部に用いられるマウンタ等は、前述の載置部において用いられるものと兼用されてもよい。したがって搭載部は載置部を兼ねていてもよい。
The mounting portion only needs to have a function capable of mounting a surface mount element on solder mounted on the surface of an electrode on a substrate. The mounting part grips the surface mount device from a predetermined location, transports the gripped surface mount device to the vicinity of the electrode on the board, and mounts the transported surface mount device on the solder placed on the electrode surface A known mounter or the like having a function to perform may be used.
Moreover, the mounter etc. used for a mounting part may be combined with what is used in the above-mentioned mounting part. Therefore, the mounting part may also serve as the mounting part.
加熱部とは、ハンダを融点以上に加熱し、溶融させることができる機能を有するものであればよい。したがって加熱部には、特に限定されるものではないが、例えば公知のホットプレート、オーブン、リフロー装置など、様々な装置が利用できる。 What is necessary is just to have a function in which a heating part can be made to heat and melt solder more than melting point. Accordingly, the heating unit is not particularly limited, and various devices such as a known hot plate, oven, and reflow device can be used.
検知部とは、表面実装素子が電極上の所定箇所に位置したことを検知できる機能を有するものであればよい。したがって検知部には、表面実装素子を撮像し、所定箇所に移動したことを画像認識によって判断する機能、表面実装素子の移動に伴って変化する電気抵抗を検出し、所定の閾値と比較することにより表面実装素子が所定箇所に移動したことを判断する機能、X線等を照射して表面実装素子と基板の重なり具合を検査する機能など、光学的、電気的または電磁的な機能を有する様々な装置が利用できる。 What is necessary is just to have a function which can detect that the surface mounting element was located in the predetermined location on an electrode with a detection part. Therefore, the sensing unit picks up the surface-mounted element, detects the movement to a predetermined location by image recognition, detects the electric resistance that changes with the movement of the surface-mounted element, and compares it with a predetermined threshold value. Various functions that have optical, electrical, or electromagnetic functions, such as a function for determining that a surface-mounted element has moved to a predetermined position, a function for inspecting the overlap between a surface-mounted element and a substrate by irradiating X-rays, etc. Devices are available.
冷却部とは、溶融されたハンダから熱を奪うか、或いは放出させ、ハンダを固化できる機能を有するものであればよい。したがって冷却部には、特に限定されるものではないが、例えば公知のコールドプレート、空冷用ファン、冷却ガス噴射装置など様々な装置が利用できる。 The cooling unit may have any function that can remove heat from the molten solder or release it to solidify the solder. Accordingly, the cooling unit is not particularly limited, and various devices such as a known cold plate, an air cooling fan, and a cooling gas injection device can be used.
この発明による素子搭載装置は、基板の電極および表面実装素子の電極の少なくとも一方にフラックスを塗布する塗布部をさらに備えていてもよい。
このような構成によれば、基板の電極および表面実装素子の電極のうち、少なくとも一方の電極にハンダがなじみやすくなり、ハンダ付けを確実に行うことが可能になる。
なお、塗布部には、特に限定されるものではないが、例えば公知のディスペンサ等が用いられてもよい。
The element mounting apparatus according to the present invention may further include an application unit that applies a flux to at least one of the substrate electrode and the surface mount element electrode.
According to such a configuration, the solder is easily adapted to at least one of the electrode of the substrate and the electrode of the surface mount element, and the soldering can be surely performed.
In addition, although it does not specifically limit for an application part, For example, a well-known dispenser etc. may be used.
この発明による素子搭載装置において、検知部は表面実装素子が電極上の所定箇所に位置したことを画像認識を用いて検知してもよい。
このような構成によれば、公知の画像認識装置等を利用して、比較的簡易な手段により、表面実装素子が基板電極上の所定箇所に移動したことを検知することが可能になる。
なお、ここで画像認識装置は、特に限定されるものではないが、例えば、撮像装置、画像解析装置およびデータ記憶装置から構成されていてもよい。より具体的には撮像装置としてCCDカメラが、また、画像解析装置およびデータ記憶装置として、CPU、制御プログラムを格納したROM、各種設定条件を格納したRAM、I/Oポートを備えたコンピュータが用いられてもよい。
In the element mounting apparatus according to the present invention, the detection unit may detect that the surface mount element is located at a predetermined position on the electrode using image recognition.
According to such a configuration, it is possible to detect that the surface-mounted element has moved to a predetermined location on the substrate electrode by a relatively simple means using a known image recognition device or the like.
Here, the image recognition device is not particularly limited, but may be configured of, for example, an imaging device, an image analysis device, and a data storage device. More specifically, a CCD camera is used as an imaging device, and a CPU, a ROM storing a control program, a RAM storing various setting conditions, and a computer having an I / O port are used as an image analysis device and a data storage device. May be.
以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.
図1は本発明の実施例に係る電子部品搭載装置(素子搭載装置)の概略的な構成を示す斜視図、図2は太陽電池セル(表面実装素子)を搭載するレシーバ基板を示す斜視図、図3は、図2に示されるレシーバ基板に固形ハンダ、太陽電池セルおよびダイオードが搭載される状況を示す説明図、図4は本発明の実施例による電子部品搭載装置によって集光型太陽電池基板を製造する工程を示す工程図、図5は太陽電池セルが太陽電池搭載部に移動したことを検知する工程を説明する説明図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an electronic component mounting apparatus (element mounting apparatus) according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing a receiver substrate on which solar cells (surface mounted elements) are mounted. FIG. 3 is an explanatory view showing a situation in which solid solder, solar cells and diodes are mounted on the receiver substrate shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a concentrating solar cell substrate by an electronic component mounting apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a process of detecting that the solar battery cell has moved to the solar battery mounting part.
図1に示される電子部品搭載装置100は、基板受入れステージ1、フラックス塗布ステージ2、ディスペンサ(塗布部)3、パーツ搭載ステージ4、パーツストッカー5、ホットプレート(加熱部)6、画像認識装置(検知部)7、コールドプレート(冷却部)8、搬送ロボット(載置部、搭載部)9、基板取出しステージ10、操作部11により主に構成される。
また、図2〜4に示されるレシーバ基板(基板)12は、基板(放熱部)13、表面絶縁コーティング14、太陽電池搭載部(電極)15、ダイオード搭載部(電極)16、裏面電極取出し端子17、表面絶縁コーティング上に形成された配線パターン23から構成される。
基板13は、銅等の電気伝導性および熱伝導性に優れた金属で形成される。
加えて、表面絶縁コーティング14は、ソルダーレジストのような電気抵抗および絶縁耐圧が高く、ハンダ濡れ性が悪いもので形成される。
なお、太陽電池搭載部15およびダイオード搭載部16は、表面絶縁コーティング14が形成されておらず、基板13の表面が露出し、電極として機能する。
さらに、太陽電池搭載部15およびダイオード搭載部16には窪み24がそれぞれ形成されている。
以下に電子部品搭載装置100を用いてレシーバ基板12に部品が搭載され、ハンダ付けされる工程を、図1および図4に基づいて説明する。
An electronic
The receiver substrate (substrate) 12 shown in FIGS. 2 to 4 includes a substrate (heat dissipating part) 13, a
The board |
In addition, the
In addition, the solar
Further, the solar
Hereinafter, a process in which components are mounted on the
オペレータにより、操作部11の作業開始ボタンが押されると、図1に示されるようにレシーバ基板12が電子部品搭載装置100の基板受入れステージ1にセットされる。
次いでレシーバ基板12は搬送ロボット9により、基板受入れステージ1からフラックス塗布ステージ2に搬送される。
When the operator presses the work start button of the operation unit 11, the
Next, the
この電子部品搭載装置100において用いられる搬送ロボット9は、真空吸引による吸着装置を備えており、素子や固形ハンダのようなサイズものから、基板程度のサイズものまでを電子部品搭載装置100上の所望の箇所から吸着し、さらに、吸着したものを電子部品搭載装置100上の所望の箇所まで搬送、載置できる機能を有している。そのため、搬送ロボット9は電子部品搭載装置100上の基板受入れステージ1から基板取出しステージ10の間を軌道に沿って自由に移動でき、またその吸着部分は、前記軌道と直交する奥行き方向、上下方向に自由に移動できる。
The transfer robot 9 used in the electronic
フラックス塗布ステージ2に搬送されたレシーバ基板12には、ディスペンサ3により太陽電池搭載部15に6mg、ダイオード搭載部16に1.5mgのフラックスがそれぞれ塗布される(図4(a))(塗布されたフラックスについては図示せず)。
フラックスを塗布することにより、太陽電池搭載部15およびダイオード搭載部16にハンダがなじみやすくなり、ハンダ接合を確実に行うことができる。
The
By applying the flux, the solder can be easily adapted to the solar
次にレシーバ基板12はフラックス塗布ステージ2からパーツ搭載ステージ4に搬送ロボット9により搬送される。
レシーバ基板12をパーツ搭載ステージ4上に搬送した後、搬送ロボット9は太陽電池接合用固形ハンダ18(8mm×6mm×0.2mm)をパーツストッカー5から取り出して、太陽電池搭載部15に載置する。また、同様に、ダイオード接合用固形ハンダ20をパーツストッカー5から取り出して、ダイオード搭載部16に載置する。(図4(b))。
太陽電池接合用固形ハンダ18およびダイオード接合用固形ハンダ20は、共に固形ハンダであるため、搬送ロボット9による吸着、載置が可能である。
これにより本実施例の電子部品搭載装置100において、フラックス塗布以外の工程をすべて搬送ロボット9により行うことが可能である。
なお、太陽電池接合用固形ハンダ18およびダイオード接合用固形ハンダ20はともに環境に悪影響を与えにくい無鉛ハンダであることが好ましい。
Next, the
After the
Since both the solar cell bonding
Thereby, in the electronic
Both the solar cell bonding
続けて搬送ロボット9は太陽電池セル19をパーツストッカー5から取り出して、太陽電池搭載部15に載置された太陽電池接合用固形ハンダ18上に、太陽電池搭載部15よりX軸方向およびY軸方向においてそれぞれ約50%ずつ位置ずれさせて搭載する(図4(c))。
また、同様にダイオード21をパーツストッカー5から取り出して、ダイオード搭載部16上のダイオード接合用固形ハンダ20上に、ダイオード搭載部16よりX軸方向およびY軸方向においてそれぞれ約50%ずつ位置ずれさせて搭載する(図4(d))。
Subsequently, the transfer robot 9 takes out the
Similarly, the
全てのパーツの搭載が完了したら、レシーバ基板12は、搬送ロボット9によりホットプレート6に搬送される。
ホットプレート6上に搬送されたレシーバ基板12は、ハンダ融点まで加熱される。ハンダ融点はハンダの種類によって異なるが、本実施例においては230℃まで加熱される。
レシーバ基板12の基板13は、銅等の電気伝導性および熱伝導性に優れた金属で形成されているので、ホットプレート6の熱は基板13を介して、レシーバ基板12表面の太陽電池搭載部15およびダイオード搭載部16に速やかに伝導する。
上述の熱伝導により、太陽電池搭載部15およびダイオード搭載部16の表面温度は短時間でハンダ融点に達し、太陽電池搭載部15およびダイオード搭載部16上にそれぞれ載置されているハンダ18および20はすぐに溶融する。
このように、基板13を媒体とした熱伝導を利用して、太陽電池搭載部15およびダイオード搭載部16の全域に熱を伝導させ、これにより各搭載部上に載置されたハンダが加熱、溶融するので、加熱不足や過剰加熱がなく、気泡が発生しないムラのないハンダ接合が可能になる。
また、太陽電池セル19やダイオード21などの素子は裏面が薄膜であるため局所的な加熱により破損するおそれがあり、熱源が直接素子に触れないこのような加熱方法は、素子の破損を防止することにも貢献する。
When the mounting of all the parts is completed, the
The
Since the
Due to the above-described heat conduction, the surface temperatures of the solar
Thus, using heat conduction using the
Moreover, since elements such as the
ハンダが溶融すると、溶融したハンダ18に載った太陽電池セル19にはハンダ18の表面張力による、いわゆるセルフアライメント機能が作用し、レシーバ基板12上の太陽電池搭載部15に移動する(図4(e))。
表面絶縁コーティング14のハンダ濡れ性が悪いことも相乗効果となり、フラックスが塗布されてハンダ濡れ性が良くなった太陽電池搭載部15以外のレシーバ基板12上において、溶融したハンダは広がることなく、弾かれて粒状となり、太陽電池搭載部15に移動する。溶融前のハンダに搭載されていた太陽電池セル19も、ハンダが溶融すると、ハンダの移動に従って太陽電池搭載部15に移動する。
移動したハンダは、ハンダ濡れ性の良い太陽電池搭載部15上で、窪み24を中心として太陽電池搭載部15の全域に均一に広がるので、ハンダ上の太陽電池セル19は太陽電池搭載部15上の所定箇所へ正確に配置される。
同様のプロセスでダイオード21もダイオード搭載部16上の所定箇所に移動して、正確に配置される(図4(e))。
When the solder melts, a so-called self-alignment function due to the surface tension of the
The poor solder wettability of the
The moved solder spreads uniformly over the entire area of the solar
In the same process, the
上述のように、太陽電池セル19およびダイオード21が、太陽電池搭載部15およびダイオード搭載部16上の所定箇所にそれぞれ移動する過程において、画像認識装置7は、画像認識により、太陽電池セル19およびダイオード21が太陽電池搭載部15およびダイオード搭載部16上の所定箇所にそれぞれ移動したことを検知する。
詳しくは図5に示されるように、あらかじめ太陽電池搭載部15の隅に画像認識装置7のセンサ部22を合わせておき、センサ部22内のコントラストの変化を感知することにより、画像認識装置7はセンサ部22に目標物が入ったことを検知する。
ハンダの溶融前、太陽電池セル19はX軸方向およびY軸方向にそれぞれ約50%位置ずれしてセットされているので、太陽電池セル19は太陽電池搭載部15の隅の部分を覆っており、太陽電池搭載部15の隅は画像認識装置7のセンサ部22に入っていない。
ハンダが溶融すると、セルフアライメント機能により溶融したハンダ上の太陽電池セル19が太陽電池搭載部15に移動する。
太陽電池セル19の隅が、太陽電池搭載部15の隅と重なるように画像認識装置7のセンサ部22に入ると、隅の部分と他の部分とのコントラストの差が大きいため、このコントラストの変化により画像認識装置7は、太陽電池セル19の隅が太陽電池搭載部15の隅に一致するように移動したことを検知することができる。
これにより、太陽電池セル19が太陽電池搭載部15上の所定箇所に正確に配置されたことが検知され、ハンダの加熱を終了するタイミングとして認識される。
この画像認識装置7による検知手段は、目標位置を太陽電池搭載部15の隅部分に設定することで当初目的を達成することができる。このため基板上に目標箇所となる基準マーク等を別途設ける必要がなく、検知や検査のための作業工数が増加することもない。
また、ダイオード21がダイオード搭載部16上の所定箇所へ移動するのを検知することに関しても、同様である。
As described above, in the process in which the
Specifically, as shown in FIG. 5, the
Before the solder is melted, the
When the solder is melted, the
When the corner of the
Thereby, it is detected that the
The detection means by the image recognition device 7 can achieve the initial purpose by setting the target position at the corner portion of the solar
The same applies to the detection of the
上述の検知がなされると、ホットプレート6の加熱を終了し、接合状態を安定させるため、上述の工程を終え得られたレシーバ基板12は約10秒間その状態のまま保持される。その後レシーバ基板12は、搬送ロボット9によりホットプレート6からコールドプレート8に搬送される。
なお、太陽電池セル19が太陽電池搭載部15上の所定箇所に移動したことが画像認識装置7により検知されると、ホットプレート6による加熱が終了されるので、過剰加熱や気泡の発生がない、ムラのないハンダ接合が可能になる。
コールドプレート8上に搬送されたレシーバ基板12は、約60秒間保持され、温度が40℃以下になると、搬送ロボット9により基板取出しステージ10に搬送される。
最後に、基板取出しステージ10上に搬送されたレシーバ基板12が取り出されることにより一連の作業は完了する。
When the above detection is made, the heating of the
When the image recognition device 7 detects that the
The
Finally, the series of operations is completed when the
以上の作業工程で示されるように、太陽電池セル19やダイオード21等の、目視が困難な小型の素子を基板に搭載する場合においても、溶融したハンダの表面張力によるセルフアライメント機能を利用するという簡易な手法により、素子を基板に対してアライメント精度よくハンダ付けすることが可能になる。
As shown in the above work process, the self-alignment function based on the surface tension of the molten solder is used even when a small element such as the
なお、本実施例において利用されるセルフアライメント機能を有効に作用させるための、太陽電池搭載部15、固形ハンダ18および太陽電池セル19間の位置ずれの許容範囲は、太陽電池搭載部15と固形ハンダ18、および、固形ハンダ18と太陽電池セル19がそれぞれ一部分でも重なってさえいればよい。
本実施例においては、画像認識装置7のセンサ部22を設定する都合上、X軸方向およびY軸方向それぞれ約50%ずつ位置ずれして搭載したが、実験レベルでは、太陽電池搭載部15上の固形ハンダ18に、太陽電池セル19を、その面積の1%程度の面積の分だけ重ねさえすれば、セルフアライメント機能を働かせることが可能である。
In addition, the tolerance | permissible_range of the positional offset between the solar
In the present embodiment, for the convenience of setting the
さらに、図6に示されるように、太陽電池搭載部15に対して固形ハンダ18はその面積の90%分位置ずれして載置され、位置ずれして載置された固形ハンダ18に対して、太陽電池セル19が、さらにその面積の90%分位置ずれして搭載された場合でもセルフアライメント機能を働かせることが可能である。この場合、太陽電池搭載部15と太陽電池セル19の位置ずれは、その面積で合計約180%分あり、直接的にはまったく重なっていないにもかかわらず、溶融したハンダの表面張力に伴うセルフアライメント機能により、太陽電池セル19を太陽電池搭載部15上の所定箇所に移動させることができる。
また、セルフアライメント機能による簡易かつ正確なハンダ接合を実現するためには、太陽電池セル19などの素子の電極と、太陽電池搭載部15などの基板の電極との面積の関係は次の範囲になることが望ましい。
素子の電極の面積×0.01<基板の電極の面積<素子の電極の面積×2
Further, as shown in FIG. 6, the
In addition, in order to realize simple and accurate solder bonding by the self-alignment function, the area relationship between the electrode of the element such as the
Element electrode area × 0.01 <Substrate electrode area <Element electrode area × 2
1・・・・・・基板受入れステージ
2・・・・・・フラックス塗布ステージ
3・・・・・・ディスペンサ
4・・・・・・パーツ搭載ステージ
5・・・・・・パーツストッカー
6・・・・・・ホットプレート
7・・・・・・画像認識装置
8・・・・・・コールドプレート
9・・・・・・搬送ロボット
10・・・・・基板取出しステージ
11・・・・・操作部
12・・・・・レシーバ基板
13・・・・・基板
14・・・・・表面絶縁コーティング
15・・・・・太陽電池搭載部
16・・・・・ダイオード搭載部
17・・・・・裏面電極取出し端子
18・・・・・太陽電池接合用固形ハンダ
19・・・・・太陽電池セル
20・・・・・ダイオード接合用固形ハンダ
21・・・・・ダイオード
22・・・・・センサ部
23・・・・・配線パターン
24・・・・・窪み
100・・・・電子部品搭載装置
1 ....
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