JP4952674B2

JP4952674B2 - 基板移送装置

Info

Publication number: JP4952674B2
Application number: JP2008179823A
Authority: JP
Inventors: 智昭中西
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2028-07-10
Also published as: JP2010021314A

Description

本発明は、電子部品が実装された基板を移送する装置に関するものである。

従来、電子部品と基板を加熱し、接合部に熱エネルギを付与しつつ接合するときに、急激な温度変化による基板のクラックや反り等の発生を抑制するため、実装前に基板を予備加熱しておき、実装後には緩やかな速度で徐冷させる機能を備えた実装装置が提案されている（特許文献１参照）。
特許第３８５７９４９号公報

特許文献１に開示された実装装置は、基板に生じるクラックや反りに着目した結果、基板を下方からのみ加熱して基板の温度管理を行う構成となっているため、基板の上面側に実装された電子部品については積極的な温度管理が行われることはない。加熱された電子部品と基板は、常温時に比べ熱膨張した状態で接合されるが、電子部品と基板は材質の違いによりそれぞれ熱膨張率が異なるため、実装後の電子部品と基板の両方の温度を適切に管理しないと接合部に応力が集中し、亀裂や破断等の接合不良が生じることがある。

本発明は、実装時に上昇した電子部品と基板の温度を実装後も維持できるようにした基板移送装置を提供することを目的とする。

本発明の基板移送装置は、実装テーブルにおいて電子部品が熱圧着された基板を後工程に移送する基板移送装置であって、実装テーブルにおいて電子部品を実装後の基板を吸着パッドで吸着して基板搬送装置に載置する基板移載装置を備え、前記基板搬送装置は、左右一対のコンベアベルトと、コンベアベルトの間で昇降して基板を下方から加熱するポストヒートブロックと、ポストヒートブロックを昇降させ、ポストヒートブロックの上面と基板の下面との距離のクリアランスを調整するシリンダ機構と、コンベアベルトによって搬送されてきた基板を搬送装置に送り出す基板送り出し手段を有し、基板移載装置によってその上面がコンベアベルトよりも上方となる位置に移動したポストヒートブロックに移載される基板とこの基板に実装された電子部品を基板移載装置に設けられた上加熱手段により上方から加熱するとともに、ポストヒートブロックにより基板を下方から加熱する。

実装後の基板を常時加熱した状態におくことで実装後の放熱による急激な温度低下を回避し、電子部品と基板の接合状態を良好に維持したまま後工程に移送することができる。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の基板移送装置の構成図、図２は本発明の実施の形態の基板送り出し機構の構成図、図３は本発明の実施の形態の基板押し出し装置の構成図、図４は本発明の実施の形態の基板移送装置の一部拡大図、図５、図６、図７は本発明の実施の形態の基板移送装置の動作説明図である。

最初に基板移送装置の構成について図１を参照して説明する。基板移送装置１によって後工程に移送される基板は、実装テーブル２で電子部品３が熱圧着された基板４である。実装テーブル２は、基板移送装置１の基台５に設置された直動テーブル６、７によって水平移動可能である。実装テーブル２の上方には実装ヘッド８が配設されている。実装ヘッド８は下端に電子部品３を吸着し、実装テーブル２の上面に載置されている基板４に向けて下降し、電子部品３の半田バンプ９を基板４の上面の電極１０に圧力をかけながら接触させる。実装ヘッド８に内蔵されているヒータ１１と、実装テーブル２に内蔵されているヒータ１２の発熱によって半田バンプ９が溶融し、電子部品３と基板４を接続する。直動テーブル６、７の駆動により実装テーブル２に載置されている基板４の位置を実装ヘッド８に対して順次変更しながら基板４に複数の電子部品３を実装する。

実装テーブル２の側方に基板搬送装置２０が配設されている。基板搬送装置２０は、実装テーブル２で電子部品３が熱圧着された基板４を後工程に向けて搬送する基板搬送手段であり、ここでは、後工程に基板４を搬送する搬送装置１００まで基板４を搬送する。基板搬送装置２０は、左右一対のコンベアベルト２１と、コンベアベルト２１を水平に張設するプーリ２２、２３と、コンベアベルト２１に駆動力を供給する駆動ローラ２４と、搬送中の基板４を下方から加熱するポストヒートブロック２５と、プーリ２２、２３によって水平に張設された左右一対のコンベアベルト２１の間でポストヒートブロック２５を昇降させ、ポストヒートブロック２５の上面（加熱面）と基板４の下面との距離（クリアランス）を調整するシリンダ機構２６と、一対のコンベアベルト２１の高さを調整するシリンダ機構２７と、水平に張設された一対のコンベアベルト２１によって搬送される基板４の搬送経路を間に形成する一対の搬送ガイド２８とで構成されている。

基板４は幅方向の両端をそれぞれ一対のコンベアベルト２１の水平部分に載置し、一対のコンベアベルト２１の駆動によって長さ方向に搬送される。ポストヒートブロック２５は、プーリ２２、２３によって張設された一対のコンベアベルト２１の水平部分の長さと略同じ長さを有し、搬送中の基板４を下方から常時加熱することができる。

基板移載装置３０は、基板４の搬送方向に延伸されたアーム３１と、アーム３１に下向きに取り付けられた吸着パッド３２と、同じくアーム３１に取り付けられたヒートブロック３３とで構成されている。吸着パッド３２は、図外の真空発生源と連結して基板４の上面を吸着するものであり、基板４の四隅と対応する位置にそれぞれ一個ずつ配置されている。ヒートブロック３３は、基板４の幅方向に離れて配置された吸着パッド３２の間に配設されている。ヒートブロック３３の基板４の長さ方向における長さは、基板移送装置１で少なくとも基板４のうち最大の長さを有する基板４の長さを考慮して定められるものであり、吸着パッド３２で吸着した基板４の全長がヒートブロック３３の全長に収まるようにする。出来れば、コンベアベルト２１の水平部分の長さと同じであることが望ましい。

送りねじ機構４０は、実装テーブル２と基板搬送装置２０に跨ってこれらの上方に配設された水平ねじ４１と、水平ねじ４１を水平軸周りに回転させる水平モータ４２と、水平ねじ４１に螺合し、水平ねじの４１の回転に伴って水平方向に移動する水平ナット４３と、水平ナット４３に配設された鉛直ねじ４４と、鉛直ねじ４４を鉛直軸周りに回転させる鉛直モータ４５と、鉛直ねじ４４に螺合し、鉛直ねじの４４の回転に伴って鉛直方向に移動する鉛直ナット４６とで構成されている。

鉛直ナット４６に取り付けられたアーム３１は、水平ねじ４１の回転によって水平方向に移動し、鉛直ねじ４４の回転によって鉛直方向に移動することができる。アーム３１を主体とする基板移載装置３０は、実装後の基板４を吸着パッド３２で吸着し、実装テーブル２から基板搬送装置２０に移動させ、ポストヒートブロック２５に載置する。

実装後の基板４を吸着する吸着パッド３２を備えた基板移載装置３０は、電子部品３が実装された基板４を保持する基板保持手段である。また、送りねじ機構４０によって移動する基板移載装置３０は、保持された基板を移動させる基板移動手段である。また、基板搬送装置２０は、基板移載装置３０によって移動された基板４を搬送する基板搬送手段である。

基板送り出し機構５０は、コンベアベルト２１によって搬送されてきた基板４を搬送装置１００に送り出す機能を有する基板送り出し手段である。基板送り出し機構５０は、コンベアベルト２１の下流側端部で基板４を挟んで上下に対向する送りローラ５１と押さえローラ５２を備えている。図２に示すように、送りローラ５１は、プーリ２３と同軸で搬送ガイド２８に枢支され、コンベアベルト２１の駆動により回転するプーリ２３と同期して回転する。押さえローラ５２は、直動ガイド機構５３によって鉛直方向にのみ移動が規制されており、引張ばね５４の引張力によって送りローラ５１に向けて下方に付勢されている。

コンベアベルト２１によって送りローラ５１の位置まで搬送されてきた基板４は、押さえローラ５２によって送りローラ５１に押し付けられ、送りローラ５１の回転によって下流に向けて送り出される。基板４をコンベアベルト２１のみで搬送する場合、基板４の全体がコンベアベルト２１に載置されている間はよいが、基板４がコンベアベルト２１の下流側端部に到達すると、基板４の先端部分がコンベアベルト２１から飛び出し、後端側の部分のみがコンベアベルト２１上に残ることになり、コンベアベルト２１に作用する荷重が減少し、基板４とコンベアベルト２１の間に十分な摩擦力が作用しなくなる結果、基板４とコンベアベルト２１の間に滑りが生じ、基板４が搬送されなくなる状況に陥ることがある。

従って、基板４を送りローラ５１に押し付ける押さえローラ５２の働きにより、基板４の位置に関わらず押さえローラ５２と基板４の間に十分な摩擦力が作用するようにすることで、基板４を確実に搬送することができる。

基板押し出し装置６０は、コンベアベルト２１および送りローラ５１によって搬送された基板４を基板搬送装置２０から完全に押し出し、搬送装置１００に移動させる基板押し出し手段として機能する。図３（ａ）は基板押し出し装置６０の非作動状態、図３（ｂ）は基板押し出し装置６０の作動状態を示している。基板押し出し装置６０は、基板４の搬送方向に移動する可動部材６１と、可動部材６１に鉛直方向に移動可能に装着された送り爪６２と、可動部材６１を基板４の搬送方向に移動させるシリンダ機構６３と、可動部材６１の移動方向を基板４の搬送方向と同方向に規制する水平レール６４およびガイド６５で構成されている。

水平レール６４は基板搬送装置２０の上方に水平方向に延伸して固定されている。ガイド６５は水平レール６４に水平移動自在に装着されている。可動部材６１は上部にガイド６５が取り付けられており、水平レール６４に沿って水平移動可能である。シリンダ機構６３は水平に伸縮するロッド６６を備え、ロッド６６の先端に可動部材６１が取り付けられている。可動部材６１は側部に鉛直レール６７を備え、鉛直レール６７にはガイド６８が鉛直方向に移動自在に装着されている。送り爪６２は側部にガイド６８が取り付けられており、鉛直レール６７に沿って鉛直移動可能である。可動部材６１と送り爪６２は引張ばね６９で連結されており、送り爪６２は引張ばね６９の引張力によって鉛直下方に付勢されている。

送り爪６２には移動方向において下方に斜角をなす傾斜面７０が形成されている。基板押し出し装置６０の非作動状態において、送り爪６２は傾斜面７０と接触する支持ローラ
７１によって支えられている。支持ローラ７１は所定の位置に固定されており、傾斜面７０が支持ローラ７１と接触する箇所によって送り爪６２の高さが定まるようになっている。

図３（ａ）に示すように、基板押し出し装置６０が非作動状態にあるとき、すなわちシリンダ機構６３のロッド６６が縮んだ状態にあるとき、送り爪６２の下端に突出する基板接触部７２はコンベアベルト２１によって搬送中の基板４と干渉しないような高さにある。そして、図３（ｂ）に示すように、基板押し出し装置６０が作動状態にあるとき、すなわちシリンダ機構６３のロッド６６が伸びた状態にあるとき、送り爪６２は搬送装置１００の直前まで移動し、基板接触部７２で基板４を搬送装置１００に押し出している。

送り爪６２は、水平移動開始直後は傾斜面７０の傾斜に沿って下降し、下限に達したらそのまま水平移動に移行する。この下限は基板接触部７２が基板４に側方から接触することができる高さに設定されている。そして、基板接触部７２が送りローラ５１の位置より上流側で下限に達するようになっている。基板接触部７２は、送りローラ５１によって送り出された基板４の後端に接触し、これを下流に向けて押すことで基板４を基板搬送装置２０から押し出し、搬送装置１００に移動させる。

基板通過確認センサ７３は、送りローラ５１によって送り出された基板４の後端が所定の位置を通過したことを確認し、基板押し出し装置６０を非作動状態から作動状態に切り換える。これによりシリンダ機構６３がロッド６６を縮んだ状態から一行程だけ伸縮させる。

基板押し出し装置６０は、図１に示すように基板搬送装置２０の上方に基板移載装置３０が位置したときに、水平方向において基板移載装置３０の下流側端部と基板搬送装置２０の下流側端部の間に位置するように配置されている。ここでは、基板押し出し装置６０をヒートブロック３３の側方に配置し、基板４の上方から送り爪６２を下降させて基板４を押し出すようにしているが、基板押し出し装置６０を基板搬送装置２０側に配置し、基板４の下方から送り爪を上昇させて基板４を押し出すようにしてもよい。この場合、ポストヒートブロック２５の下流側端部は基板搬送装置２０の下流側端部まで延伸させず、ポストヒートブロック２５の下流側端部と基板搬送装置２０の下流側端部の間に基板押し出し装置を配置する。これに伴い、ヒートブロック３３の下流側には基板押し出し装置６０の配置が不要となるので、ヒートブロック３３をさらに下流側に延伸することも可能である。

次に搬送中の基板の加熱について図１、図４を参照して説明する。基板搬送装置２０によって搬送される基板４は、両側部が一対のコンベアベルト２１に載置されており、一対のコンベアベルト２１の駆動によって水平方向に搬送される。基板移載装置３０は、基板４の上方に位置し、ヒートブロック３３の下面と基板４の上面（電子部品３を含む）の間を所定の距離に維持している。ポストヒートブロック２５は、基板４の下面と所定の距離をおいた位置に上面（加熱面）が位置するように高さ調整されている。

基板搬送装置２０によって搬送される基板４の上方に位置するヒートブロック３３と、下方に位置するポストヒートブロック２５は、それぞれ搬送中の基板４を上方から加熱する上加熱手段、下方から加熱する下加熱手段として機能する。

基板移送装置１は、基板４の加熱をヒートブロック３３とポストヒートブロック２５の輻射熱で行うため、基板４の周囲の気密性が熱効率に大きな影響を与える。ここでは、図４に示すように、基板移載装置３０にヒートブロック３３の上方および側方を覆う上カバー３４を設け、基板搬送装置２０に上カバー３４を側方から覆う下カバー２９を設け、基
板４の搬送時に上カバー３４と下カバー２９が重なって基板４の周囲に気密性の高い空間３５を形成するようにしている。
またヒートブロック３３はポストヒートブロック２５より短いため、ヒートブロック３３の下流側に保温カバー３６を配置し、基板４の熱が上方に逃げないようにしている。

次に基板移送装置が行う基板移送動作について図５乃至図７を参照して説明する。図５（ａ）において、基板移載装置３０が実装後の基板４を実装テーブル２から基板搬送装置２０に移載する。基板４の上面には電子部品３が実装されており、ヒートブロック３３によって上方から加熱されることで電子部品３と基板４の両方が加熱される。ポストヒートブロック２５は、その上面がコンベアベルト２１の平面部分より上方となる位置に移動しており、基板移載装置３０は基板４をポストヒートブロック２５に直に載置する。ポストヒートブロック２５は輻射加熱より効率的な直加熱によって基板４を下方から加熱する。

実装後の基板４は、実装テーブル２から基板移載装置３０への移動中は上方から輻射加熱された状態にあり、基板搬送装置２０に移動した直後はこれに加えて下方から直加熱された状態にある。移動中の基板４は上方から加熱されているだけなので、移動距離を可能な限り短くすることが基板４と電子部品３の温度維持の上で望ましい。そのため、ここでは基板搬送装置２０を実装テーブル２と同じ高さにして基板移載装置３０の昇降距離を短縮するようにしている。

実装テーブル２と同じ高さにある基板搬送装置２０は、それより高い位置にある搬送装置１００と高さを合わせる必要があるため、最初に、図５（ｂ）に示すように基板移載装置３０が上昇し、次に、図６（ａ）に示すように基板搬送装置２０が上昇し、コンベアベルト２１の高さを搬送装置１００のコンベアベルト１０１の高さに合わせる。先に上昇する基板移載装置３０は、基板搬送装置２０が上昇してきたときに基板４の上面（実装されている電子部品３を含む）が吸着パッド３２やヒートブロック３３に接触しないような高さまで上昇しておく。

基板移載装置３０が上昇を開始してから基板搬送装置２０が上昇を完了するまでの間は基板４とヒートブロック３３の距離が広がるため、基板４を上方から加熱する熱効率が低下することになるが、その間はポストヒートブロック２５が下方から直に加熱した状態となっているので、基板４および電子部品３の温度が低下することはない。

なお、基板移載装置３０と基板搬送装置２０を一定の間隔を保ちながら同時に上昇させることも可能である。この場合は上昇中も基板４を上方から加熱した状態に維持できるので、時間差をもって上昇させる場合に比べさらに効果的に基板４および電子部品３の温度維持を図ることができる。

図６（ｂ）において、ポストヒートブロック２５を下降させて基板４をコンベアベルト２１に移載する。コンベアベルト２１によって搬送装置１００に向けて搬送中の基板４は、ヒートブロック３３とポストヒートブロック２５によって上下両方向から輻射加熱された状態にあるので、上面に実装された電子部品３を含め全体の温度が維持される。

図７（ａ）において、基板通過確認センサ７３が送りローラ５１によって送り出された基板４の後端が所定の位置を通過したことを確認し、基板押し出し装置６０を非作動状態から作動状態に切り換える。

図７（ｂ）において、基板押し出し装置６０が作動し、送り爪６２が基板４を基板搬送装置２０から押し出し、搬送装置１００に移動させる。

基板移送装置１は以上の工程を経て基板４を後工程に搬送する。実装後の基板４は、基板移載装置３０によって基板搬送装置２０まで移動される間は、ヒートブロック３３によって上方から加熱され、基板搬送装置２０によって搬送レールに向けて搬送される間は、ヒートブロック３３とポストヒートブロック２５によって上下両方向から加熱された状態に維持される。従って、基板移送装置１によれば、実装時の加熱によって膨張した状態で接合された電子部品３と基板４の温度低下を回避することが可能であり、電子部品３と基板４の接合状態を良好に維持したまま後工程に移送することができる。

本発明は電子部品を熱圧着によって基板に実装する分野において有用である。

本発明の実施の形態の基板移送装置の構成図本発明の実施の形態の基板送り出し機構の構成図本発明の実施の形態の基板押し出し装置の構成図本発明の実施の形態の基板移送装置の一部拡大図本発明の実施の形態の基板移送装置の動作説明図本発明の実施の形態の基板移送装置の動作説明図本発明の実施の形態の基板移送装置の動作説明図

符号の説明

１基板移送装置
３電子部品
４基板
２０基板搬送装置
２５ポストヒートブロック
３０基板移載装置
３３ヒートブロック
５１送りローラ
６０基板押し出し装置

Claims

実装テーブルにおいて電子部品が熱圧着された基板を後工程に移送する基板移送装置であって、実装テーブルにおいて電子部品を実装後の基板を吸着パッドで吸着して基板搬送装置に載置する基板移載装置を備え、
前記基板搬送装置は、左右一対のコンベアベルトと、コンベアベルトの間で昇降して基板を下方から加熱するポストヒートブロックと、ポストヒートブロックを昇降させ、ポストヒートブロックの上面と基板の下面との距離のクリアランスを調整するシリンダ機構と、コンベアベルトによって搬送されてきた基板を搬送装置に送り出す基板送り出し手段を有し、
基板移載装置によってその上面がコンベアベルトよりも上方となる位置に移動したポストヒートブロックに移載される基板とこの基板に実装された電子部品を基板移載装置に設けられた上加熱手段により上方から加熱するとともに、ポストヒートブロックにより基板を下方から加熱することを特徴とする基板移送装置。