JP4799988B2 - 電子部品の実装装置におけるフラックスの転写装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品の実装装置におけるフラックスの転写装置に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ、フリップチップ、抵抗チップ、チップコンデンサーなどの電子部品を基板の所定の位置に搭載するための実装装置が広く知られている。この種の実装装置は、これらの電子部品を真空吸着するノズルを有するヘッドを備え、該ヘッド（具体的にはヘッドを保持しているホルダ）のＸ−Ｙ方向（水平駆動）及びＺ軸方向（鉛直駆動）の移動と、該ヘッド自体のＺ軸周りの回転（θ駆動）を組み合わせながら、パーツフィーダに供えられた電子部品を基板に搭載する。

電子部品の具体的な実装方法として、半田接合を採用する場合、半田の接合性を向上させる目的で、ペースト状のフラックスを電子部品上のバンプ（あるいは基板上のパッド）に転写する方法が広く知られている。

例えば特許文献１において開示されている転写方法では、図６に示すように、電子部品１１２を吸着ヘッド１０７によってピックアップして図示せぬ基板に実装する際に、先ず、移動経路上に配設された認識部１１０上を吸着ヘッド７を移動させて電子部品１１２を認識させる。次いで、認識部１１０に隣接して配置されたフラックス転写装置１１１にて、吸着ヘッド１０７に保持された電子部品１１２のバンプ１１２ａに、フラックス１１４を転写する。このとき、ローラ１１５を回転させて、容器１１３内のフラックス１１４をスクレーパ１１８を介して膜圧調整した上でローラ１１５の上面にまで移動させ、この移動してきたフラックス１１４に対してバンプ１１２ａを接触させるようにする。モータコントローラ１１９によってモータ１１６の回転速度を制御し、吸着ヘッド１０７の水平移動速度に対して、ローラ１１５の表面の周速を適切に組み合わせることにより、吸着ヘッド１０７のノズル１０７ａに対するローラ１１５の相対周速度、すなわちバンプ１１２ａに対するフラックス１１４の相対速度を、フラックス転写に適切な速度に設定する。また、電子部品１１２のバンプ１１２ａへの転写量は、電子部品１１２を吸着している吸着ヘッド１０７のローラ１１５に対する相対高さを変更することによって調整する。

このほか、例えば特許文献２等においては、所定の平面上にフラックスをバンプに見合った高さに張った状態を形成し、ここに電子部品を接触させる方法が開示されている。

特開２０００−２２３９４ 特開２００３−１４２８１４

近年の電子部品の実装は、ますます少量多品種の傾向が強くなっており、且つ１個１個の製品により高度な品質が求められるようになってきている。フラックスは、一般に腐食性を有するため、転写すべきバンプに対応して、必要最小限の転写が行われる必要がある。ところで、一般に、電子部品のバンプは、１列だけで配列されることはほとんどなく、通常は電子部品の表面の縦と横に所定のパターンで複数列に配置されている。

しかしながら、前述したような特許文献１に係る転写方法では、断面が円形のローラ表面に形成したフラックス膜にバンプを接触させてフラックス転写を行っていることから、進行方向の前のバンプから順番に円周の「接点」上で転写が行われていくことになる。転写を行うために、バンプは塗布高さ分だけフラックスに沈み込ませるが、フラックスには粘性があるため、バンプをフラックスに沈み込ませるときとバンプをフラックスから離す時にフラックスにより外力が働く。開示によれば、バンプに対するフラックスの相対速度は、「フラックス転写に適切な速度」に設定されると記載されているが、この外力は、円周との接触位置の近傍で作用するため、極めて局部的に作用し、バンプへの塗布むらを誘引し易く、また、吸着されている電子部品のずれやノズルからの脱落の原因にもなり得る。

また、バンプへのフラックスの塗布量は、フラックス膜へのバンプの沈み込み量を変更することによって調整している。しかし、バンプは電子部品の表面に２次元的に分布しているので、フラックス塗布量を全てのバンプに対して均一に行うには、吸着状態での電子部品の水平精度を含む吸着ヘッドの位置決め精度、ローラの回転軸の水平精度、及びローラの外周面の平滑精度（ローラ半径の均一性）の全てが高度に満足されなければならず、非常に高レベルの製造精度あるいは位置決め精度が要求される。

また、特許文献２に係る転写方法のように、平面上に所望の膜厚のフラックスを張る方法にあっては、多種類の膜厚を得ようとした場合には、装置がその分、比例的に大きく且つ複雑になってしまうという問題がある。また、常にフラックスを広い平面に薄く張った状態に維持しておく必要があり、乾燥し易いなど、フラックス自体の品質が劣化し易い、という問題もある。

本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、簡単な構造で、全てのバンプに対して必要最小限のフラックスのみを均一に且つ塗布むらなく転写することができ、且つフラックスの品質の劣化を最小限に抑えることのできるフラックスの転写装置を提供することをその課題としている。

本発明は、電子部品を保持可能な吸着ヘッドを有する実装装置におけるフラックスの転写装置において、フラックスを所定の厚さで連続的に載置した状態で、フラックス供給部からフラックス転写部に進行する移送ベルトと、該フラックス転写部において、転写すべき電子部品を保持した前記吸着ヘッドの移動速度と前記移送ベルトの進行速度とを同期させる制御手段と、を備え、吸着ヘッドの移動と移送ベルトの進行とを同期させながら吸着ヘッドを昇降させ、前記電子部品のバンプに前記移送ベルト上のフラックスを転写する構成とすると共に、前記移送ベルトをエンドレスとし、且つ、前記フラックス供給部を移送ベルトに沿って往復動可能に構成し、前記フラックス供給部の後面壁が前記移送ベルトをエンドレスに構成するためのローラの巻回位置から外れる位置まで移動した際に、前記フラックス供給部の後面壁と前記移送ベルトの間に形成される回収口を開口させることで、転写後に移送ベルト上に残存するフラックスを、前記フラックス供給部に回収可能としたことにより、上記課題を解決したものである。

本発明においては、フラックスは、フラックス供給部から移送ベルト上に所定の厚さで連続的に載置された状態で供給される。供給されたフラックスは、移送ベルトの進行と共にフラックス転写部へと移動してゆくが、この移送ベルトの進行速度と転写すべき電子部品を保持した吸着ヘッドの移動速度とを同期させる。すなわち、電子部品を移送ベルトと一緒に水平方向に移動させながら昇降させ、該電子部品の全てのバンプに移送ベルト上のフラックスを同時に転写する。

これにより、電子部品と移送ベルトが相対的に停止した状態で転写が行われることになり、バンプに対して外力が極部的に働くことがなくなり、塗布むらや吸着されている電子部品にずれが発生したりするのを防止できる。

なお、外力が作用するのを回避するための手法としては、例えば、吸着ヘッド及び移送ベルトの双方を実際に停止させた状態でフラックスの転写を行う方法も考えられる。しかしながら、この方法は、タクトタイムの増大を招くだけでなく、移送ベルトを停止させた際に、フラックスの粘性及び慣性により、該フラックスのみが先に進もうとしてその厚さが変化してしまう恐れがあり、好ましくない。

また、本発明によれば、移送ベルトの進行そのものを供給のための駆動力として利用できることから、必要なときに必要な厚さのフラックスをフラックス供給部からフラックス転写部側へ供給することができ、装置のコンパクト化を図ることができると共に、フラックスの品質の劣化を最小限に抑えることもできる。

なお、本発明には種々のバリエーションが考えられる。

例えば、前記フラックス転写部における前記移送ベルトの進行方向を水平にすると共に、これよりも上流側の前記移送ベルトの進行方向を傾斜させ、この傾斜部分にフラックスを貯留可能なフラックスチャンバを配置することにより、該フラックスチャンバの鉛直方向のトップ高さをより低く抑えた構成を採用できる。

また、前記フラックス転写部においては、前記移送ベルトが水平に配置したバックアッププレート上を移動できるように構成するとよい。

なお、本発明では、前記移送ベルトをエンドレスに構成し、転写後に移送ベルト上に残存するフラックスは、前記フラックス供給部に回収可能としており、且つ、前記フラックス供給部を移送ベルトに沿って往復動可能に構成し、前記フラックス供給部の後面壁が前記移送ベルトをエンドレスに構成するためのローラの巻回位置から外れる位置まで移動した際に、前記フラックス供給部の後面壁と前記移送ベルトの間に形成される回収口を開口させることで、転写後に移送ベルト上に残存するフラックスを、前記フラックス供給部に回収可能としている。これにより、フラックス供給部内のフラックスは、基本的に必要なときにのみ移送ベルト上に載置されるが、転写工程が終了するとフラックス供給部内に保管されることになる。そのため、品質劣化を最小限に抑えることができる。

簡単な構造で、全てのバンプに対して必要最小限のフラックスのみを均一に且つ塗布むらなく転写することができ、且つフラックスの品質の劣化を最小限に抑えることのできるフラックス転写装置を得ることができる。

以下図面に基づいて本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

図２（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施形態に係るフラックスの転写装置の一例を示す全体概略図及び矢視ＩＩＢ視図、図３は、図２の矢視ＩＩＩ方向から見た斜め平面図であり、図１は、図２（Ａ）の要部拡大図である。

このフラックスの転写装置１０は、移送ベルト１２と、フラックスチャンバ１４と、吸着ヘッド１６と、制御手段１８と、を備える。

前記移送ベルト１２は、フラックスＦを載置可能な所定の幅Ｗ１を有し（図３参照）、エンドレスに所定の方向Ｘに進行可能である。前記フラックスチャンバ１４は、移送ベルト１２の表面１２Ａに被さるように配置され、移送ベルト１２の表面１２Ａに当接可能な供給ゲート２０を有する共に、フラックスＦを貯留可能である。前記吸着ヘッド１６は、電子部品を吸着・保持した状態で水平及び上下方向に移動することが可能なもので、この種の実装装置において標準的に設けられているものを本実施形態の一構成要素としてそのまま使用する。前記制御手段１８は、前記移送ベルト１２の駆動機構（後述）及び前記吸着ヘッド１６の駆動機構（図示略）のいずれか一方または双方を制御して移送ベルト１２の進行速度と吸着ヘッド１６の移動速度とを同期させる。

以下、各部の構成についてより詳細に説明する。

フレーム３０には、モータＭ１に連結された駆動ローラ３２及び従動ローラ３４が設けられている。従動ローラ３４の回転により、アイドラローラ３６、３７を介して移送ベルト１２がほぼ３角形状にエンドレスに回転する。移送ベルト１２はアイドラローラ３６の軸３６Ａに付いているテンショナねじ３８により一定の張力で張られている。移送ベルト１２の幅Ｗ１（図３参照）は、フラックスチャンバ１４の幅Ｗ２より大きく設定されている。

アイドラローラ３６、３７の間における移送ベルト１２の内側にはバックアッププレート４０が配置されている。このバックアッププレート４０は、アイドラローラ３６を基点として傾斜しており、その上面はアイドラローラ３６及び３７との接線上に位置決めされている。フラックスチャンバ１４は、この移送ベルト１２の進行方向ＸがＸ１の方向（角度）に傾斜された部分に配置されている。フラックスチャンバ１４の鉛直方向のトップ高さはＨ１又はＨ２である（図４参照：後述）。

また、アイドラローラ３７と従動ローラ３４との間の移送ベルト１２の内側にはバックアッププレート４２が水平に配置されている。このバックアッププレート４２は、その上面がアイドラローラ３７と従動ローラ３４との接線上に且つ水平に位置決めされている。フラックス転写部Ａは、このアイドラローラ３７によって移送ベルト１２の進行方向が水平方向Ｘ２に変更された部分に配置されている。

フラックスチャンバ１４は、ベルト進行方向Ｘ１に対して上面壁４８、右面壁５０、左面壁５２、及び後面壁５３の４面を有すると共に、前面壁は前記供給ゲート２０が兼用し、下面側は移送ベルト１２に対して開口している。フラックスチャンバ１４の下側開口部５５は、ベルト進行方向下流側（供給側）はＷ３、上流側（回収側）はＷ４であって、上流側の方が広く形成されている。

フラックスチャンバ１４は、アーム７６のフック部７６Ａに掛けられて位置決めされている。アーム７６は、アームスプリング７８により引っ張られて、アームヒンジ７５を支点としてフラックスチャンバ１４をバックアッププレート４０の上を通る移送ベルト１２に押し付けるように機能する。即ち、フラックスチャンバ１４は移送ベルト１２の表面１２Ａに密着している。

フラックスチャンバ１４は、チャンバ移動シリンダ５８によりチャンバ移動ガイド６０がチャンバ移動ガイドレール６２に沿って移動することで、結果としてチャンバ移動フレーム６４と共にバックアッププレート４０の上面に倣って待機位置から回収位置まで往復動可能である。フラックスチャンバ１４には供給ゲート２０が設けられ、該供給ゲート２０を開くとゲート下部と移送ベルト１２との間にすき間Ｓ、幅Ｗ３の開口部６８が形成される。この供給ゲート２０は、ゲートモータＭ２により回転するゲートカム７０に押されて時計方向に回転し、回転角度に応じて開口部６８の隙間Ｓの高さが変化するようになっている。

なお、移送ベルト１２が回転すると、フラックスチャンバ１４内のフラックスＦは移送ベルト１２に粘着しながら開口部６８を通過する。フラックス膜Ｆｆは、開口部６８とフラックス供給側の開口幅Ｗ３によって供給形状が規制され、移送ベルト１２上に開口部６８の高さＳに相当する厚さｔで、幅が供給側の開口幅Ｗ３のシート状に整形された状態でフラックスチャンバ１４から供給されることになる。

アイドラローラ３７の下流側には、開口部６８中から出てくるフラックス膜Ｆｆの厚さｔを検出するための膜厚検出センサ８０が配置されている。膜厚検出センサ８０で計測されたフラックス膜Ｆｆの厚さｔが転写対象の電子部品８６のバンプ８８に最適な膜厚と異なっている場合には、ゲートモータＭ２がフィードバック制御されて供給ゲート２０が駆動されることによって開口部６８の高さＳが調整される構成とされている。

フラックスチャンバ１４の後壁５３がアイドラローラ３６の巻回位置Ｐ１から外れる位置にまで後退すると、フラックスチャンバ１４の下側開口部（回収口）５５の一部が開き、転写後に移送ベルト１２上に残存するフラックスＦを該フラックスチャンバ１４内に回収できるようになっている。なお、図の符号８４は、吸着ヘッド１６の先端に設けられたノズル、を示している。吸着ヘッド１６はこの種の実装装置に電子部品８６を吸着・移動させるために標準的に装備されているものそのものであり、制御手段１８からの指令に基づき、図示せぬ駆動手段を介して所定の方向に所定の速度で移動できる。

次にこのフラックスの転写装置１０の作用を説明する。

フラックスチャンバ１４は、図４（Ａ）で示す待機位置では、供給ゲート２０は閉じており、また下側開口部５５も閉じており、フラックスＦの乾燥を防ぐために密閉状態とされている。移送ベルト１２は、この時点では回転していない。フラックス転写を行うべき電子部品８６が選択されると、吸着ヘッド１６が、図示せぬ部品供給装置から該当する電子部品８６を吸着し、フラックス転写部Ａに搬送する。

一方、チャンバ移動シリンダ５８によりフラックスチャンバ１４を含むフラックス供給部Ｂが、傾斜状態にある移送ベルト１２に沿って後退し、図４（Ｂ）で示す下側開口部５５が開く位置にまで移動する。この結果、フラックス供給部Ｂを（例えば図５に示されるように、単純に両者Ａ、Ｂとも同じ水平面上に配置した場合の高さＨ０に比べ）より低く設定することができるようになるだけでなく、実際の移動状態では更にフラックスチャンバ１４の鉛直方向のトップ高さをＨ１からＨ２にまで低めることができる。

ここで、供給ゲート２０を開くと共に、吸着ヘッド１６と同期した速度で移送ベルト１２が回転を始める。一方、電子部品８６のバンプ８８の大きさに応じたフラックス膜Ｆｆの形成厚さｔに関するデータが図示せぬ制御手段１８から送られ、必要とされる厚さｔ（幅Ｗ３）のフラックス膜Ｆｆが形成される。このとき膜厚検出センサ８０がフラックスチャンバ１４から出てくるフラックス膜Ｆｆの厚さｔを測定し、ゲートモータＭ２の駆動を介して供給ゲート２０の開度がフィードバック制御されるため、精度の高いフラックス膜Ｆｆを形成することができる。なお、図の符号Ｆｆｓが、フラックス膜Ｆｆの最先端である。

膜厚検出センサ８０によって形成されたフラックス膜Ｆｆの厚さｔが意図する値に安定したことが確認されると、吸着ヘッド１６は移動しながら下降し、電子部品８６のバンプ８８を移送ベルト１２に接触させる（図４（Ｃ））。次に、図４（Ｄ）、（Ｅ）に示すように、吸着ヘッド１６は移動しながら上昇してバンプ８８は移送ベルト１２から離れ、バンプ８８へのフラックス転写が完了する。図４（Ｅ）は、転写が完了してバンプ８４にフラックスＦが転写された状態を示している。

フラックス転写部Ａにおける移送ベルト１２は、バックアッププレート４２によって水平にバックアップされているため、電子部品８６がノズル８４に対して若干斜めに吸着されているような場合であっても、このバックアッププレート４２側からの反力を受けて電子部品８６は正しく水平に矯正された状態でフラックスＦの転写を受けることができる。

移送ベルト１２が回転すると、新しいフラックス膜Ｆｆが次々と連続的に形成されるため、フラックス転写は連続して行うことができる。また、転写すべき電子部品８６が変わって形成すべきフラックス膜Ｆｆの厚さｔが異なっても、ゲートモータＭ２の駆動によって供給ゲート２０の開度を変更し、開口部６８の高さＳを変えることにより、容易に対応できる。

一連の転写工程が終了すると、供給ゲート２０を閉じる。すると、新たなフラックス膜Ｆｆの形成がここで中止される。しかしながら、この位置では、下側開口部５５が開かれたままであるため、図４（Ｆ）に示されるように、転写後に移送ベルト１２上に残存するフラックス膜Ｆｆが、フラックスチャンバ１４内に回収される。

移送ベルト１２が一周分以上回転してフラックス膜の回収が完了すると、フラックスチャンバ１４は図４（Ａ）に示す待機状態に戻り、フラックス回収口７４がゲートスプリング６９の作用によって閉じられ、フラックスチャンバ１４が密閉される。なお、図の符号Ｆｆｅは、フラックス膜Ｆｆの最後尾である。

本実施形態によれば、移送ベルト１２を一方向に回転させ、固定されたフラックスチャンバ１４の開口部６８から均一な厚さで連続的にフラックス膜Ｆｆを形成することができる。その上で、制御手段１８によって移送ベルト１２の進行速度を吸着ヘッド１６の移動速度と同期するように制御し、バックアッププレート４２によってバックアップされながら平面を保ったまま移動する移送ベルト１２上にフラックス膜Ｆｆを形成しているため、フラックス転写動作時に移送ベルト１２や吸着ヘッド１６を停止させる必要がなく、外力の発生もない。また、電子部品８６の全てのバンプ８８を同時にフラックス膜Ｆｆに接触させ、同時に引き離すことができるため、電子部品８６の姿勢が安定した状態でフラックス転写作業を行うことができる。すなわち、吸着された電子部品８６の水平精度に関係なく、均一なフラックス塗布を行うことができる。

また、移送ベルト１２はバックアッププレート４０、４２によってバックアップされながら回転しているため、フラックス転写部において電子部品８６のバンプ８８を移送ベルト１２の表面１２Ａの上に所定の力で押し付けながらフラックス転写と搬送が同時に行えるため、全てのバンプ８８にフラックス膜Ｆｆの高さまでの均一なフラックス塗布を短いタクトタイムで行うことができる。

また、フラックスチャンバ１４内のフラックスＦは、基本的に必要なときにのみ移送ベルト１２上に載置されるが、１周するたびにフラックスチャンバ１４に回収され、転写工程が終了すると完全に密閉された状態に保管されることになる。そのため、品質劣化を最小限に抑えることができる。

なお、上記実施形態においては、移送ベルト１２が傾斜している部分にフラックスチャンバ１４を配置して、そのトップ高さＨ１（あるいはＨ２）を低めて、吸着ノズル１６の上下動を極力抑制するようにしていたが、本発明に係るフラックスの供給・回収措置は、フラックスチャンバを必ずしも傾斜させた部分に配置する必要はない。例えば、図５に示されるように、フラックスチャンバ９０自体を水平を維持した状態でフラックス転写部Ａと面一に配置するようにしても良い。

このように、フラックスチャンバ９０を水平に配置するようにした場合には、フラックスＦの粘度が多少低目であっても、該フラックスＦを、より確実にフラックスチャンバ９０内に回収・収容することができる。なお、その他の構成については、前述した実施形態と基本的に同様であるため、図中で同一または類似する機能を有する部分に同一の符号を付すにとどめ、重複説明を省略する。

本発明においては、移送ベルトの進行速度を吸着ヘッドの移動速度等を同期させるようにしているが、このうち、いずれの方を主とし、いずれの方を従として追従させるかについては特に限定されない。駆動方法によって速度の制御が容易なものと難しいものとがあるため、採用している駆動方法に応じて適宜に設計してよい。

また、本発明においては、例えば供給ゲートの開度を可変とする構成等を含め、移送ベルト上にフラックス膜をどのようにして形成・載置するかについても特に上記方法に限定されない。

電子部品の実装装置において基板のバンプにフラックスを転写する装置に適用できる。

本発明の実施形態に係るフラックス転写装置の要部拡大断面図 上記転写装置の全体概略正面図及び矢視ＩＩＢ視図 上記転写装置の矢視ＩＩＩ視図 上記転写装置におけるフラックスの供給・回収作用を説明するための工程 本発明の他の実施形態に係るフラックス転写装置の構成例を示す要部概略正面 従来のフラックス転写方法を示す、各部材の概略断面図

符号の説明

１２…移送ベルト
１４…フラックスチャンバ
１６…ベルトガイド機構
１８…制御手段
２０…供給ゲート
３０…フレーム
３２…駆動ローラ
３４…従動ローラ
３６、３７…アイドラローラ
３８…テンショナねじ
４０、４２…バックアッププレート
６８…開口部
８２…電子部品
８４…バンプ
Ｆ…フラックス
Ｆｆ…フラックス膜
Ｆｆｓ…フラックス膜の形成始点
Ｆｆｅ…フラックス膜の形成終点
Ｓ…開口部の高さ
ｔ…フラックス膜の厚さ
Ｗ３…フラックス膜の幅

Claims (3)

1. 電子部品を保持可能な吸着ヘッドを有する実装装置におけるフラックスの転写装置において、
   フラックスを所定の厚さで連続的に載置した状態で、フラックス供給部からフラックス転写部に進行する移送ベルトと、
   該フラックス転写部において、転写すべき電子部品を保持した前記吸着ヘッドの移動速度と前記移送ベルトの進行速度とを同期させる制御手段と、を備え、
   吸着ヘッドの移動と移送ベルトの進行とを同期させながら吸着ヘッドを昇降させ、前記電子部品のバンプに前記移送ベルト上のフラックスを転写する構成とすると共に、
   前記移送ベルトをエンドレスとし、且つ、前記フラックス供給部を移送ベルトに沿って往復動可能に構成し、
   前記フラックス供給部の後面壁が前記移送ベルトをエンドレスに構成するためのローラの巻回位置から外れる位置まで移動した際に、前記フラックス供給部の後面壁と前記移送ベルトの間に形成される回収口を開口させることで、転写後に移送ベルト上に残存するフラックスを、前記フラックス供給部に回収可能とした
   ことを特徴とする電子部品の実装装置におけるフラックスの転写装置。
2. 請求項１において、
   前記フラックス転写部における前記移送ベルトの進行方向を水平にすると共に、
   これよりも上流側の前記移送ベルトの進行方向を傾斜させ、この傾斜部分に前記フラックスを貯留可能なフラックス供給部を配置することにより、該フラックス供給部の鉛直方向のトップ高さをより低く抑えた
   ことを特徴とする電子部品の実装装置におけるフラックスの転写装置。
3. 請求項１または２のいずれかにおいて、
   前記フラックス転写部において、前記移送ベルトが水平に配置したバックアッププレート上を移動できるように構成した
   ことを特徴とする電子部品の実装装置におけるフラックスの転写装置。

Images