JP4631796B2 - 電子部品の熱圧着装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電子部品を基板などのワークに熱圧着する電子部品の熱圧着装置に関するものである。
従来、電子部品を基板などのワークに接合する装置として熱圧着装置が知られている。この熱圧着装置は、基板等のワークに対して相対的に昇降するブロック部材、ブロック部材の下部に取り付けられた発熱手段及び発熱手段の下部に設けられて電子部品を真空吸着保持する熱圧着ツールを備えており、ブロック部材により熱圧着ツールで電子部品をワークに押し付けた状態で、発熱手段によって熱圧着ツールを加熱することにより電子部品を昇温させ、これにより半田若しくは熱硬化性接着剤を溶融させて電子部品をワークに接合する構成となっている。
このような熱圧着装置では、ブロック部材に発熱手段からの熱が伝達されると、ブロック部材が熱変形を起こして電子部品の圧着精度が低下するおそれが生じる。このため、発熱手段とブロック部材との間に通気性のある多孔質部材を介装し、発熱手段を冷却するための気体が多孔質部材内にも供給されるようにして、発熱手段とブロック部材との間の断熱を行うようにしたものが知られている(特許文献1)。
特許第3714118号公報
しかしながら、上記従来の熱圧着装置では、多孔質部材に供給された冷却気体が多孔質部材の外側面から外界へ逃げてしまうため、発熱手段の冷却効果が低下し易いものであった。
そこで本発明は、発熱手段とブロック部材との間の高い断熱性能を維持しつつ、発熱手段の冷却効果を向上させることができる電子部品の熱圧着装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載の電子部品の熱圧着装置は、電子部品をワークに対して押圧しながら加熱することにより電子部品をワークに熱圧着する電子部品の熱圧着装置であって、ワークに対して相対的に昇降するブロック部材と、前記ブロック部材の下部に設けられた通気性を有する介装部材と、前記介装部材の下部に設けられた発熱手段と、前記発熱手段の下部に設けられ、電子部品をワークに熱圧着する熱圧着ツールと、前記介装部材の表面に開口する第1の管路を通して前記介装部材に気体を圧送することにより前記発熱手段と前記ブロック部材の間の断熱を行う断熱手段とを備え、前記介装部材の通気性は、前記介装部材の中心側よりも外側面側が低くなっている。
請求項2に記載の電子部品の熱圧着装置は、請求項1に記載の電子部品の熱圧着装置において、前記介装部材が通気性を有する多孔質部材から成り、前記介装部材の外側面にシール部を設けた。
請求項3に記載の電子部品の熱圧着装置は、請求項2に記載の電子部品の熱圧着装置において、前記シール部は前記介装部材の外側面の一部に設けられ、前記シール部が設けられていない前記介装部材の通気性外側面から気体が外界へ放出されるようにした。
請求項4に記載の電子部品の熱圧着装置は、請求項3に記載の電子部品の熱圧着装置において、前記介装部材の前記通気性外側面が前記発熱手段との接触面側に設けられた。
請求項5に記載の電子部品の熱圧着装置は、請求項1乃至4の何れかに記載の電子部品の熱圧着装置において、前記介装部材が通気性を有する多孔質部材から成り、その気孔率は前記介装部材の中心側よりも外側面側が小さくなっている。
請求項6に記載の電子部品の熱圧着装置は、電子部品をワークに対して押圧しながら加熱することにより電子部品をワークに熱圧着する電子部品の熱圧着装置であって、ワークに対して相対的に昇降するブロック部材と、前記ブロック部材の下部に設けられた通気性を有する介装部材と、前記介装部材の下部に設けられた発熱手段と、前記発熱手段の下部に設けられ、電子部品をワークに熱圧着する熱圧着ツールと、前記介装部材の表面に開口する第1の管路を通して前記介装部材に気体を圧送することにより前記発熱手段と前記ブロック部材の間の断熱を行う断熱手段とを備え、前記介装部材の通気性は、前記介装部材の上側よりも下側の前記発熱手段側が高くなっている。
請求項7に記載の電子部品の熱圧着装置は、請求項1乃至6の何れかに記載の電子部品の熱圧着装置において、前記発熱手段の表面に開口する第2の管路を通して気体を圧送することにより前記発熱手段の冷却を行う冷却手段と、前記断熱手段による前記介装部材への気体供給及び前記冷却手段による前記発熱手段への気体供給それぞれの制御を行う制御手段とを備えた。
請求項8に記載の電子部品の熱圧着装置は、請求項7に記載の電子部品の熱圧着装置において、前記第2の管路を、前記第1の管路よりも前記介装部材の中心側に設けた。
本発明に係る電子部品の熱圧着装置では、介装部材の通気性が上記のように構成されており、断熱手段から介装部材内に供給された気体は効率よく発熱手段に供給されるので、発熱手段とブロック部材との間の高い断熱性能を維持しつつ、発熱手段の冷却効果を向上させることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の一実施の形態に係る電子部品の熱圧着装置の正面図、図2は本発明の一実施の形態に係る電子部品の熱圧着装置に備えられた熱圧着ヘッドの上下反転分解斜視図、図3は本発明の一実施の形態に係る電子部品の熱圧着装置に備えられた熱圧着ヘッドの断面図であり、図2の矢視III−III(図2中に示すX方向)から見た図、図4は本発明の一実施の形態に係る電子部品の熱圧着装置に備えられた熱圧着ヘッドの断面図であり、図2の矢視IV−IV(図2中に示すY方向)から見た図である。
図1に示すように、この電子部品の熱圧着装置(以下、単に熱圧着装置と称する)1は、基板保持部10と基板保持部10の上方に備えられた電子部品保持部20とから成る。基板保持部10は、水平面内(XY面内)で移動自在な可動テーブル11と、可動テーブル11の上面に設けられたステージ12と、ステージ12の上面に設けられた基板載置部13とを備える。基板載置部13にはワークである基板80が載置され、基板80は可動テーブル11の水平移動によって水平面内で移動する。
電子部品保持部20は、基板80に対して昇降するZ軸テーブル21と、このZ軸テーブル21から下方に張出して設けられたブロック部材22と、ブロック部材22の下部に
設けられた熱圧着ヘッド30とから成る。
図2〜図4において、熱圧着ヘッド30は、ブロック部材22の下部に取り付けられた断熱性材料からなる断熱部材31と、断熱部材31の下部に設けられた通気性のある多孔質部材から成る介装部材32と、介装部材32の下部に設けられた発熱手段たるヒータ(例えばセラミックヒータ)34と、ヒータ34の下部に設けられた熱圧着ツール35とを備えている。断熱部材31、介装部材32及びヒータ34は、熱圧着ツール35の下方から挿通された複数のボルト37によってブロック部材22の下面に一体的に取り付けられている。なお、ボルト37が挿通されるボルト穴36は図2に示すように、ヒータ34を上下に貫通した孔36a、介装部材32を上下に貫通した孔36b、断熱部材31を上下に貫通した孔36c及びブロック部材22に設けられた孔36dが同軸上に配置されて成る。
図3に示すように、熱圧着ヘッド30の中央部には電子部品吸着管路41が上下方向に延びて設けられている。この電子部品吸着管路41は、断熱部材31を上下に貫通した管路41a、介装部材32を上下に貫通した管路41b、ヒータ34を上下に貫通した管路41c及び熱圧着ツール35を上下に貫通した管路41dが同軸上に配置されて成る。また、上記電子部品吸着管路41を挟む位置には、熱圧着ツール吸着管路42が上下方向に延びて設けられている。各熱圧着ツール吸着管路42は、断熱部材31を上下に貫通した管路42a、介装部材32を上下に貫通した管路42b及びヒータ34を上下に貫通した管路42cが同軸上に配置されて成り、管路42cはヒータ34の下面に矩形状に設けられて下方に開口した吸引溝42d(図2も参照)に連通している。
図3において、介装部材32に設けられた上記管路41b,42bは、介装部材32が通気性のある多孔質部材から成ることにより空気漏れを生ずるおそれがあるため、断熱部材31に設けられた管路41aと介装部材32に設けられた管路41bとに跨る位置には第1の管部材45が、また断熱部材31に設けられた管路42aと介装部材32に設けられた管路42bとに跨る位置には第2の管部材46がそれぞれ挿設されている。これらの管部材45,46は例えば金属や耐熱性の樹脂等の気密性の高い材料から成る。
電子部品吸着管路41の上端部はブロック部材22内に形成された第1の内部真空管路43に接続され、各熱圧着ツール吸着管路42の上端部はそれぞれブロック部材22内に形成された第2の内部真空管路44に接続される。
図4に示すように、熱圧着ヘッド30における電子部品吸着管路41を挟む位置には第2の管路としてのヒータ冷却管路47が上下方向に延び、ヒータ34の表面に開口して設けられている。各ヒータ冷却管路47は、それぞれ断熱部材31を上下に貫通した管路47a及び介装部材32を上下に貫通してヒータ34の表面に開口した管路47bが同軸上に配置されて成る。また、これらのヒータ冷却管路47の外側位置には、断熱部材31を上下方向に貫通して延び、介装部材32の表面に開口した第1の管路としての介装部材冷却管路48が設けられている。なお、これらのヒータ冷却管路47及び介装部材冷却管路48は、上述の熱圧着ツール吸着管路42が配設される面と直交する面内に配設されている(図2参照)。
各ヒータ冷却管路47の上端部はブロック部材22内に形成された第1の内部冷却管路51に接続されており、各介装部材冷却管路48の上端部はブロック部材22内に形成された第2の内部冷却管路52に接続されている。
図3に示すように、第1の内部真空管路43はブロック部材22の外部を延びた第1の外部真空管路53を介して真空源55に繋がっており、真空源55が第1の外部真空管路
53、第1の内部真空管路43及び電子部品吸着管路41を介して空気を吸引することにより、熱圧着ツール35の下面に真空吸着力を発生させることができる。第1の外部真空管路53中には第1のバルブ56が介装されており、第1のバルブ56の開度調節を制御装置70から行うことによって熱圧着ツール35の下面に発生する真空吸着力の大きさを調整することができる。
また、各第2の内部真空管路44はブロック部材22の外部を延びた第2の外部真空管路54を介して真空源55に繋がっており、真空源55から第2の外部真空管路54、第2の内部真空管路44及び熱圧着ツール吸着管路42を介して空気の吸引を行うことにより、ヒータ34の下面に真空吸着力を発生させることができる。熱圧着ツール35はこのヒータ34の下面に発生した真空吸着力によってヒータ34の下面に保持されるが、ヒータ34の下面に発生する真空吸着力のオンオフは、第2の外部真空管路54中に介装された第2のバルブ57の開閉調節を制御装置70から行うことによってなされる。
図4に示すように、各第1の内部冷却管路51はブロック部材22の外部を延びた第1の外部冷却管路61を介してエア源63に繋がっており、エア源63から圧送されたエアは、第1の外部冷却管路61、第1の内部冷却管路51及びヒータ冷却管路47を通ってヒータ34の上面に供給される。すなわちこの熱圧着装置1は、第1の外部冷却管路61、第1の内部冷却管路51及びヒータ冷却管路47から成り、エア源63からヒータ34にエアを圧送することによりヒータ34の冷却を行う冷却手段を有している。ここで、第1の外部冷却管路61中には第3のバルブ64が介装されており、この第3のバルブ64の開度調節を制御装置70から行うことによってヒータ34に供給するエア(空気)の量を調節することができる。
また、各第2の内部冷却管路52はブロック部材22の外部を延びた第2の外部冷却管路62を介してエア源63に繋がっており、エア源63から圧送されたエアは、第2の外部冷却管路62、第2の内部冷却管路52及び介装部材冷却管路48を通って介装部材32の上面に供給される。すなわちこの熱圧着装置1は、第2の外部冷却管路62、第2の内部冷却管路52及び介装部材冷却管路48から成り、エア源63から介装部材32にエアを圧送することによりヒータ34とブロック部材22との間の断熱を行う断熱手段を有している。ここで、第2の外部冷却管路62中は第4のバルブ65が介装されており、この第4のバルブ65の開度調節を制御装置70から行うことによって介装部材32に供給するエアの量を調節することができる。
介装部材32を構成する多孔質部材は、セラミック焼結体など微細な気孔を含んで通気性を有する材質から成り、その外側面にはシール部33が設けられている。シール部33は介装部材32の通気性が、介装部材32の中心側よりも外側面側が低くなるように設けられるものであり、介装部材32の外側面に金属コーティングを施したり、介装部材32の外側面に薄い帯状の金属板を接着したりすること等によって形成される。
シール部33は介装部材32の外側面の一部に設けられており、シール部33が設けられていない介装部材32の通気性外側面32aからは、上記断熱手段によって介装部材32に圧送されて介装部材32の内部を通った気体(エア)が外界へ放出されるようになっている。本実施の形態では、図3及び図4に示すように、シール部33の下縁は介装部材32とヒータ34との接触面よりも上方に位置しており、介装部材32の通気性外側面32aはヒータ34との接触面側に設けられている。しかし、通気性外側面32aは必ずしも本実施の形態のように介装部材32とヒータ34との接触面側に設けられていなくてもよく、介装部材32の上下方向中間部に通気性外側面32aが設けられていてもよいし、シール部33を介装部材32の外側面全体に設けた上で、シール部33の各所に小孔が設けられているのであってもよい。また、介装部材32の下面、すなわち介装部材32のヒ
ータ34と接触する面には、介装部材32の上記通気性外側面32aに開口する複数の通気溝(スリット)32bが設けられている。
ヒータ34は図示しない電力供給源から電力の供給がなされている間のみ発熱し、昇温する。一方、ヒータ34への電力供給が停止されるとヒータ34は降温するが、エア源63からのエアをヒータ34及び介装部材32に供給してヒータ34の熱を奪うことによってヒータ34を強制冷却することができる。
このような構成の熱圧着装置1により電子部品90を基板80へ表面実装するには、熱圧着ツール35の下面に電子部品90を真空吸着させた後、その熱圧着ツール35の直下に基板80を位置させ、ブロック部材22を下降させて電子部品90の下面に設けられた半田バンプ91を基板80の電極81(図1参照)上に位置させつつ、電子部品90を基板80に対して押圧する。そしてヒータ34に給電を行い、ヒータ34を加熱することによって半田バンプ91を溶融させて電子部品90を基板80に接合、すなわち熱圧着させる。
電子部品90の基板80への熱圧着が終了したら、次いで冷却手段によるヒータ34の冷却を行う。制御装置70により第3のバルブ64が開弁されると、エア源63からの供給エアがヒータ冷却管路47を通してヒータ34に圧送され、ヒータ34の熱を奪ったエアは、介装部材32の通気性外側面32aから外部に流出する。これにより熱圧着工程終了後のヒータ34は急速に冷却される。
また、上記電子部品90の熱圧着工程でヒータ34において発生した熱がブロック部材22に伝達されるのを防止するため、電子部品90の基板80への取り付け中は常時、断熱手段によりヒータ34とブロック部材22との間の断熱を行う。制御装置70により第4のバルブ65が開弁されると、エア源63からの供給エアが介装部材冷却管路48を通して介装部材32に圧送され、介装部材32内を通ったエアは介装部材32の通気性外側面32aから外部に流出する。ヒータ34とブロック部材22との間には断熱部材31が介在しており、ヒータ34とブロック部材22との間の断熱はこの断熱部材31によって或る程度達成されるが、介装部材32に圧送されたエアは介装部材32の内部全体に至ってヒータ34からブロック部材22に伝達される熱を奪って外界に放出するので、ヒータ34とブロック部材22との間の断熱効果は断熱部材31のみによる場合よりも大きなものとなる。
上記介装部材32へのエア供給はヒータ34の昇温時、降温時を問わず常時行うが、熱圧着工程終了後にヒータ34を急速冷却する際には第4のバルブ65の開度を大きくするなどして、より多くのエアが介装部材32に供給されるようにする。ヒータ34の冷却時には、ヒータ34の冷却速度を高め得る量の付加的なエアを、ヒータ34とブロック部材22との間の断熱に要するエアに加算した形で介装部材32に供給する必要があるからである。
本実施の形態では、介装部材32の外側面にシール部33が設けられており、これにより介装部材32の通気性は介装部材32の中心側よりも外側面側が低くなっているので、エア源63から介装部材32内に供給されたエアは効率よくヒータ34に供給され、ヒータ34の冷却時における冷却効果を高めることができる。すなわち本熱圧着装置1では、ヒータ34とブロック部材22との間の高い断熱性能を維持しつつ、ヒータ34の冷却効果を向上させることができるものとなっている。
ここで、前述のように、シール部33は介装部材32の外側面の一部に設けられており、介装部材32の内部を通ったエアはシール部33が設けられていない介装部材32の通
気性外側面32aから外界へ放出されるが、その介装部材32の内部を通ったエアの外界への流出口である介装部材32の通気性外側面32aがヒータ34との接触面側に設けられていることから、介装部材32の内部を通ったエアはヒータ34の上面に到達し易くなり、ヒータ34の冷却効果がより高められる。また、介装部材32の下面、すなわち介装部材32のヒータ34との接触面には、通気性外側面32aに開口する通気溝32bが設けられており、介装部材32の内部を通ったエアはこれらの通気溝32bを積極的に流れるようになるので、このことによってもヒータ34の冷却効果が高められる。
また、前述のように、本熱圧着装置1では、介装部材冷却管路48を通して介装部材32にエアを圧送することによりヒータ34とブロック部材22との間の断熱を行う断熱手段、ヒータ冷却管路47を通してヒータ34にエアを圧送することによりヒータ34の冷却を行う冷却手段に加えて、断熱手段による介装部材32へのエア供給及び冷却手段によるヒータ34へのエア供給それぞれの制御を行う第3のバルブ64、第4のバルブ65、及び制御装置70からなる制御手段を備えており、断熱手段による介装部材32へのエア供給と、冷却手段によるヒータ34へのエア供給とはそれぞれ別個に制御されるようになっている。このため、電子部品90の熱圧着工程終了後に行うヒータ34の強制冷却時以外にも介装部材32にエアを供給することが可能であり、ヒータ34とブロック部材22との間の断熱をヒータ34の強制冷却時以外にも行うことができるので、ヒータ34とブロック部材22との間の断熱性能を高めることができる。
また、本熱圧着装置1では、ヒータ34にエアを供給するヒータ冷却管路47が、介装部材32にエアを供給する介装部材冷却管路48よりも介装部材32の中心側に設けられているので、熱圧着ツール35のほぼ中心位置に吸着保持される電子部品90を効率よく冷却することができる。
ところで、上述の実施の形態では、介装部材32の通気性が、介装部材32の中心側よりも外側面側が低くなるようにするため、多孔質部材の外側面にシール部33を設けるようにしていたが、多孔質部材の外側面にシール部33を設けるのではなく、多孔質部材の気孔率が、介装部材32の中心側よりも外側面側の方が小さくなるようにしてもよい。これは、1つの多孔質部材の気孔率が中心側から外側面側にかけて変化するようにしてもよいし、気孔率の異なる複数の部材を同心円状に配置するようにしてもよい。
また、上述の実施の形態に示したように、介装部材32の通気性が、介装部材32の中心側よりも外側面側が低くなるようにする代わりに、介装部材32の通気性が、介装部材32の上側よりも下側のヒータ34側が高くなるようにしてもよい。後者の介装部材32の構成は、上述の実施の形態に示した介装部材32、すなわち多孔質部材から成る介装部材32の外側面の一部にシール部33を設け、かつシール部33が設けられていない介装部材32の通気性外側面32aがヒータ34との接触面側に位置するようにした介装部材の構成そのものであり、上述の実施の形態に示した効果を得ることができる。
これまで本発明の好ましい実施の形態について説明してきたが、本発明は上述の実施の形態に示したものに限定されない。例えば、上述の実施の形態では、介装部材32及びヒータ34にエア(空気)を供給するようになっていたが、介装部材32及びヒータ34に供給するのは気体であればよく、エアに限られない。エア以外の気体の例としては、例えば窒素ガスなどが好ましい。また、上述の実施の形態では、ブロック部材22がワークである基板80に対して昇降する構成となっていたが、ブロック部材22はワークに対して相対的に昇降するのであればよく、基板80がブロック部材22に対して昇降する構成であってもよい。
本発明に係る電子部品の熱圧着装置によれば、発熱手段とブロック部材との間の高い断熱性能を維持しつつ、発熱手段の冷却効果を向上させることができる。
本発明の一実施の形態に係る電子部品の熱圧着装置の正面図 本発明の一実施の形態に係る電子部品の熱圧着装置に備えられた熱圧着ヘッドの上下反転分解斜視図 本発明の一実施の形態に係る電子部品の熱圧着装置に備えられた熱圧着ヘッドの断面図であり、図2の矢視III−III(図2中に示すX方向)から見た図 本発明の一実施の形態に係る電子部品の熱圧着装置に備えられた熱圧着ヘッドの断面図であり、図2の矢視IV−IV(図2中に示すY方向)から見た図
符号の説明
1 電子部品の熱圧着装置
22 ブロック部材
31 断熱部材
32 介装部材
32a 通気性外側面
33 シール部
34 ヒータ(発熱手段)
35 熱圧着ツール
47 ヒータ冷却管路(第2の管路、冷却手段)
48 介装部材冷却管路(第1の管路、断熱手段)
51 第1の内部冷却管路(冷却手段)
52 第2の内部冷却管路(断熱手段)
61 第1の外部冷却管路(冷却手段)
62 第2の外部冷却管路(断熱手段)
63 エア源
64 第3のバルブ(制御手段)
65 第4のバルブ(制御手段)
70 制御装置(制御手段)
80 基板(ワーク)
90 電子部品

Claims (8)

  1. 電子部品をワークに対して押圧しながら加熱することにより電子部品をワークに熱圧着する電子部品の熱圧着装置であって、ワークに対して相対的に昇降するブロック部材と、前記ブロック部材の下部に設けられた通気性を有する介装部材と、前記介装部材の下部に設けられた発熱手段と、前記発熱手段の下部に設けられ、電子部品をワークに熱圧着する熱圧着ツールと、前記介装部材の表面に開口する第1の管路を通して前記介装部材に気体を圧送することにより前記発熱手段と前記ブロック部材の間の断熱を行う断熱手段とを備え、
    前記介装部材の通気性は、前記介装部材の中心側よりも外側面側が低くなっていることを特徴とする電子部品の熱圧着装置。
  2. 前記介装部材が通気性を有する多孔質部材から成り、前記介装部材の外側面にシール部を設けたことを特徴とする請求項1に記載の電子部品の熱圧着装置。
  3. 前記シール部は前記介装部材の外側面の一部に設けられ、前記シール部が設けられていない前記介装部材の通気性外側面から気体が外界へ放出されるようにしたことを特徴とする請求項2に記載の電子部品の熱圧着装置。
  4. 前記介装部材の前記通気性外側面が前記発熱手段との接触面側に設けられたことを特徴とする請求項3に記載の電子部品の熱圧着装置。
  5. 前記介装部材が通気性を有する多孔質部材から成り、その気孔率は前記介装部材の中心側よりも外側面側が小さくなっていることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の電子部品の熱圧着装置。
  6. 電子部品をワークに対して押圧しながら加熱することにより電子部品をワークに熱圧着する電子部品の熱圧着装置であって、ワークに対して相対的に昇降するブロック部材と、前記ブロック部材の下部に設けられた通気性を有する介装部材と、前記介装部材の下部に設けられた発熱手段と、前記発熱手段の下部に設けられ、電子部品をワークに熱圧着する熱圧着ツールと、前記介装部材の表面に開口する第1の管路を通して前記介装部材に気体を圧送することにより前記発熱手段と前記ブロック部材の間の断熱を行う断熱手段とを備え、
    前記介装部材の通気性は、前記介装部材の上側よりも下側の前記発熱手段側が高くなっていることを特徴とする電子部品の熱圧着装置。
  7. 前記発熱手段の表面に開口する第2の管路を通して前記発熱手段に気体を圧送することにより前記発熱手段の冷却を行う冷却手段と、前記断熱手段による前記介装部材への気体供給及び前記冷却手段による前記発熱手段への気体供給それぞれの制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の電子部品の熱圧着装置。
  8. 前記第2の管路を、前記第1の管路よりも前記介装部材の中心側に設けたことを特徴とする請求項7に記載の電子部品の熱圧着装置。
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