JP5611665B2 - 基板搬送用冶具 - Google Patents

Description

本発明は、薄型基板やフレキシブル基板に電子部品を実装する際に、基板を搬送するために用いる冶具に関するものである。

薄型基板やフレキシブル基板（以下、「基板」という。）のような単独では剛性のないシート状の基板上に電子部品を実装するにあたって、印刷機、実装機、リフロー装置等のコンベアで搬送する場合、変形、打痕発生の恐れ等から単独で直接流すことができないため、キャリアボードと呼ばれる搬送用の冶具に基板を搭載する必要がある。この搭載方法としては、粘着テープで基板を固定する方法、粘着層により固定する方法（粘着式）、吸引式、又は押さえ具式がある。
特開２００９−０５９７９０

ここで、粘着テープで基板を固定する方法は最も初期的なものであるが、この方法ではリフロー処理の度に粘着テープを貼りかえる必要があるため作業効率が悪い。これに対して粘着式は、キャリアボード表面に設けた粘着層上に基板を密着させる方法であり、この粘着層は繰り返しの着脱が可能であるため前記のような問題は生じない。また、吸引式は、キャリアボードに設けた空気孔を通じてキャリアボード裏面から空気を吸引することで基板を密着させる方法であり、基板のキャリアボードからの剥離が容易である。また、押さえ具式は、基板上に磁性体でできた押さえ具を載せ、キャリアボード裏面に設置した磁石と挟みこむことで、基板を固定する方法である。

この中でも粘着式は、粘着剤の種類に応じて様々な粘着力を採ることができ、さらに粘着剤によっては５００回以上のリフローに伴う熱サイクル（常温から２６０℃）を与えても粘着力の劣化が少ないという利点があるため、高い実装精度と生産性を実現することができる。

ここで、粘着式のキャリアボードを用いる場合、基板とキャリアボードの剥離方法として、従来は作業者の手作業によって基板をキャリアボードから剥離する方法、またはキャリアボードに予め貫通穴を設けておき、キャリアボードの裏面からピンを配置した冶具で基板を押し出すことで剥離する方法が用いられてきた。
特開２００２−１８５１２６

前者の方法は、キャリアボードの端から、基板をめくるように引き剥がすため、基板とキャリアボードに局所的に応力が集中し、基板や搭載電子部品を損傷させてしまう等の不具合があった。また、後者では、剥離用のピン先端が基板を押すときに、局所的に力がかかるため、やはり基板や搭載電子部品が破損してしまう恐れがあった。
従来は、これらの問題を、（１）粘着強度が弱い粘着剤を使用して剥離しやすくする事や、（２）剥離の作業速度や押し上げ速度を遅くすることで対応してきたが，（１）はキャリアボード上で基板の張り付き状態が安定しないという弊害をもたらし、（２）は作業効率の著しい低下を招いていた。

一方，前記吸引式搭載方法ではこのような問題は生じないが、基板の変形の程度、傷やごみ等の影響で常に真空を保つことが難しく、基板の密着性が不十分且つ不均一になり、基板が変形し、印刷したソルダーペーストに滲みが生じたり、印刷位置や電子部品の搭載位置に狂いが生じたりするという問題があった。
特開２００５−２６０１４０号

本発明の課題は以上のような不具合を解決するものであり、粘着式のキャリアボードから基板を容易かつ安全に引き剥がすための剥離プレートを内蔵するキャリアボードを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、粘着性を有する面内に、非粘着性の溝が形成されたキャリアボードと、キャリアボードの溝に嵌合するように穴が形成された剥離プレートとを備え、両者が嵌合した状態でのキャリアボードの粘着面が、剥離プレートと同一面または突出するように構成され、キャリアボードと剥離プレートの対となる辺に、剥離用レバーとなる切り込みを交互に設けた基板搬送用冶具を提供する。剥離プレートから突出したキャリアボードの表面の突出長が０〜０．２ｍｍであることが好ましい。また、キャリアボードに形成された溝が１辺５〜１０ｍｍの間隔で縦横に配列し、溝の幅が１〜５ｍｍ間隔であることが好ましい。

本発明によれば、基板に局所的に剥離の応力が集中することを避け、基板や部品などの損傷を防止することができるため、安全かつ速やかに基板をキャリアボードから剥がす事ができる。

手作業によりキャリアボードから基板を剥離する場合、冶具の剛性が基板に比べて高いため、基板の広い領域がほぼ同時にキャリアボードから剥がれるので、基板に局所的な応力が集中するという問題は生じ難いので、基板や搭載電子部品の損傷を防ぎつつ、すばやく剥離作業を行うことができる。

また、キャリアボードに貫通穴を設け、裏側からピンを配置した冶具で基板を押し出して剥離する方法の場合でも、ピン先端を剥離プレートに接触するように、キャリアボードの貫通穴の位置を設計すれば、上記のようにピン先端が基板を直接押す場合に局所的な応力が基板に加わるという問題は生じないので、同様に基板や搭載電子部品の損傷を防ぐことができ、すばやく剥離作業を行うことができる。

キャリアボードと剥離プレートの図 キャリアボード開口部形状バリエーション 剥離プレートを設置したキャリアボードのセットアップ形態 特殊な形状の基板のセットアップ形態 剥離プレートと押し上げ冶具で剥離する工程 手作業で剥離を行う場合の加工 剥離プレートを用いて手作業で剥離する工程 剥離プレートを用いないで、手作業で剥離する工程 剥離プレートを用いないで、押し上げ冶具で剥離する工程 特殊形状の基板を実装する場合の専用剥離プレートとキャリアボード

添付図面を参照しながら、本発明の剥離プレート内蔵キャリアボードと、これを使用する方法について説明する。

図１において、剥離プレート１１の材質としてはキャリアボードと同程度かそれ以上の耐熱性硬質材料であればよく、具体的にはステンレス材又は、アルミ材、若しくはガラスエポキシ樹脂等が良いが、加工時の変形を抑えるためにはＳＵＳ３０４が好ましい。

剥離プレートの穴形状１３の加工方法としては、レーザ加工、エッチング加工、めっき法、放電加工、機械加工、又はパンチング加工などがあるが、加工精度と生産性を考慮するとエッチング加工またはレーザ加工又はパンチング加工が好ましい。

剥離プレートの穴１３の形状と寸法及び配置は、基板の回路パターンに応じて変化させることが可能である。形状は円形、方形などの単純な形状はもちろん、図２のように六角形（２１）や八角形（２２）などの多角形や、より複雑な形状も採ることができる。この点、加工性を考慮すると、図１（１３）の様に同じ形状と寸法の穴を一定の間隔で規則正しく配置することが好ましい。また、穴の間隔は、剥離プレートの耐久性を考慮すると、素材やキャリアボードの粘着剤の粘着力を考慮して、剥離時に冶具が変形しない程度以上に設ける必要がある。特に、一辺が５ｍｍ〜１０ｍｍの四角形を１ｍｍ〜５ｍｍ間隔で格子状に配置した場合、どのような回路パターンの基板にも使えるため、より好ましい。

剥離プレートの厚みは、素材やキャリアボードの粘着剤の粘着力を考慮して、剥離時に変形しない程度以上にする必要があるが、０．５ｍｍ〜１ｍｍであれば剥離プレートの素材や粘着剤の粘着力によらずに使用できるため、好ましい。

キャリアボード（１４）は耐熱性硬質材料であればよく、具体的にはステンレス材又は、アルミ材、若しくはガラスエポキシ樹脂が挙げられる。

キャリアボードの表面（基板の接触面）には、図１の様に角溝１７が形成されており、剥離プレートはこの角溝に組み込まれる。このとき、剥離プレートの穴に嵌る部分には粘着層１６を有し、剥離プレートの格子枠が嵌る角溝内部は粘着層を持たない構造になっている。

さらに、キャリアボードの面内の角溝の幅は、キャリアボードと剥離プレートの着脱を容易にするために、剥離プレートを設置した際に僅かな隙間ができるように設定すること好ましく、設置後に剥離プレートがずれないよう設定することがより好ましいが、特に０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ以下である場合、剥離プレートの良好な着脱と安定した設置が実現できるため、特に好ましい。また、角溝の深さは、キャリアボードに剥離プレートを設置し、その上に基板を貼り付けたとき基板が略平坦になるように、剥離プレートの厚さと同程度にすることが求められるが、剥離プレートを嵌合させたときの粘着層の突出長が０〜０．２ｍｍ以内であることが望ましい。

前記角溝を形成する工程は、キャリアボード表面に粘着層を形成する前またはした後のどちらに行ってもよいが、粘着層を形成した後の方が、工程が簡単にできるので好ましい。また、この角溝の形成工法は、機械加工、エッチング、レーザ加工などが考えられるが、精度や加工効率を考えると、機械加工が好ましい。

また、角溝の形状は、Ｕ溝形状、Ｖ溝形状など任意の形を採ることが可能であるが、加工の容易性や剥離プレートとの嵌合を考慮すると、凹型であることが好ましい。

前記粘着層を形成する工法としては、粘着性のシートをキャリアボードに貼付する方法、粘着性物質をキャリアボード表面に印刷する方法が主に用いられているが、キャリアボード表面に粘着力を与えられるものであれば、これらに限られるものではない。

図３のように、キャリアボード３２の角溝に剥離プレート３１の格子枠を嵌め、剥離プレートの格子穴にキャリアボードの粘着層が嵌るように組み合わせる（ｂ）。このとき、キャリアボードの粘着層は剥離プレートの穴から露出している形態になる（３３）。そこでこの上に基板を設置し、キャリアボードの粘着層に基板を接着することでセットアップ（ｃ）を行う（ 以下、この形態を「セットアップ形態」という。）。

ここで、図４の様に基板４１がＬ字形で、キャリアボード４２が方形である場合のように、両者の形状が異なっていたり、基板の面内にネジ穴が設置されているなどで、基板に部分的に穴４３が開いていたりすると、セットアップ形態でキャリアボードの粘着層が表面に露出する状態になる。このような場合、セットアップ形態においては、キャリアボードの表面及び剥離プレートが部分的に表面に露出する外観になるが、ペースト印刷時にメタルマスク印刷版を基板に接触させた際に、メタルマスクがキャリアボードに接着してしまい、メタルマスクの破損や印刷不具合の原因となる恐れがある。従って、前記のような特殊な形状をした基板を用いる場合には、あらかじめセットアップ形態で粘着層が露出する部分の粘着力を喪失させる必要がある。

この方法としては例えばレーザ照射、エッチング、又は機械加工による粘着層の除去、及び非粘着材料の塗布が考えられるが、粘着層の粘着力をなくすことができれば、これらに限られるものではない。なお、メタルマスクの表面を梨地加工しても、同様にメタルマスクがキャリアボードの粘着層に接着することを防ぐことができる。

以下、本発明の剥離プレート内蔵キャリアボードとこれを用いた基板の剥離方法について具体的に説明する。

〔参考例〕
図５本発明の参考例であって、剥離プレートと押し上げ冶具を用いて剥離作業をする場合である。５１と５３はセットアップ形態、５２と５４は押し上げ冶具の俯瞰図と断面図である。５５と５６は押し上げ冶具で剥離プレートを持ち上げて基板を剥離させた状態の俯瞰図と断面図を示す。剥離プレートは、一辺２５０ｍｍの正方形で、厚さ０．８ｍｍのＳＵＳ３０４材にエッチング加工をし、一辺８．３ｍｍの正方形の穴を格子状に１．７ｍｍ間隔の配置で作成した。キャリアボードはガラスエポキシ樹脂製で、表面には機械加工により、幅２．１ｍｍ、深さ０．８ｍｍの角溝を７．９ｍｍ間隔で縦横に格子状に形成した。基板は、一辺２００ｍｍの正方形で、厚さ０．２ｍｍの基板である。まず、リフロー前にキャリアボードに剥離プレートを嵌合させ、その上から基板を貼り付け、セットアップ形態５１を形成する。次に、メタルマスク印刷版を用いて、ハンダペーストを基板に印刷し、ハンダ印刷部に電子部品を搭載した後、これをリフロー炉に通してハンダペーストを溶融させて電子部品を実装した（ａ）。リフロー処理後、キャリアボードの貫通穴に、ピンを貫通させるように押し上げ冶具を装着し、剥離プレートと共に基板を押し下げる（ｂ）。このようにピンで剥離プレートを押し上げる構造になっていることより、剥離プレートで基板を剥離させることが可能となり、基板に局所的なストレスを与えずに剥離させることができるため、基板やハンダ接合部、電子部品などの損傷を伴わずに剥離することができた。

〔実施例１〕
図６及び図７は本発明の一実施例であり、剥離プレートを用いて手作業で剥離を行う剥離方法である。剥離プレートとキャリアボードは参考例と同様の方法で作製し、参考例と同様の手順で電子部品の実装を行った。図６は手作業で剥離を行うための加工を示している。キャリアボードと剥離プレートにそれぞれ互い違いに切欠きを加工している。図７は剥離過程の図であり、前記切欠きをレバーのようにして上下に押すことで、剥離プレートが基板をキャリアボードから剥離する（ａ）。このように剥離プレートを用いることで、基板に剥離応力が集中することを避けることができるので、基板やハンダ接合部、電子部品などの損傷を伴わずに剥離することができた（ｂ）。

〔比較例１〕
比較例として図８は剥離プレートを使わずに、手作業で剥離を行った場合を示す。（ａ）は剥離前の状態を、（ｂ）、（ｃ）は剥離中の状態を示す。（ｂ）では、基板８２の部品やハンダ接合部に圧縮応力が集中するため、部品の割れやハンダ接合部８１の損傷が発生した（ｃ）。また、基板や搭載電子部品の損傷を避けるため、剥離速度を遅くした場合、作業効率が半分以下に低下した。

〔比較例２〕
比較例として図９は剥離プレートを使わずに、押し上げ冶具を用いて剥離を行った場合を示す（ａ）。この場合、ピン先端から圧力が直接基板にかかるため、基板にストレスが生じ（ｂ）、ハンダ接合部の損傷が発生した（ｃ）。また、基板や搭載電子部品の損傷を避けるため、剥離速度を遅くした場合、作業効率が半分以下に低下した。

〔実施例２〕
図１０は前記４１のような特殊な形状をした基板を使用する場合に、専用の剥離プレートとキャリアボードを用いて多面付けした実施例である。特殊形状基板１０１の載置パターンに対応し、専用剥離プレート１０３の穴とキャリアボード１０３の角溝を成形した。これらを組み合わせて、セットアップ形態１０４を得る。

〔比較例３〕
実施例１、実施例２において、粘着層の粘着強度は１８０°剥離試験で０．４Ｎ／ｍｍ程度であり、リフロー中基板をキャリアボードに十分確りと固定できる。一方、剥離プレートを用いずに、比較例１、比較例２と同様な手法で、剥離速度を維持しつつハンダ接合部などに損傷を与えないで基板をキャリアボードから剥離しようとすると、粘着層の粘着強度は０．１Ｎ／ｍｍ程度ものを用いなければならなかった。この粘着強度では基板を十分確りと固定できず、リフロー中の炉内の熱風の風圧で簡単に剥離してしまう結果となった。

１１ １２ ３１ 剥離プレート
１３ 粘着層用穴
１４ １５ ３２ ５７ キャリアボード
１６ 粘着層
１７ １８ ３３ 貫通穴
２１ 粘着層用穴（六角形）
２２ 粘着層用穴（八角形）
２３ 粘着層用穴（四角形）
３４ キャリアボードに剥離プレートをセットした状態
４１ Ｌ字型の基板
４２ リフローキャリアの粘着層
４３ 基板上の穴
３５ ８２ ９２ 基板
５１ ５３ セットアップ形態
６１ ６２ 手作業で剥離を行う場合の加工
５２ ５４ 押し上げ冶具
５５ ５６ 剥離後の基板と剥離プレート
８１ ９１ 電子部品
８３ 剥離方向
８４ ９４ 曲げストレスによりハンダ接合部の破損
９３ 押し上げ方向
１０１ 異型基板
１０２ 異型基板用剥離プレート
１０３ 異型基板用キャリアボード

Claims (3)

1. 粘着性を有する面内に、非粘着性の溝が形成されたキャリアボードと、
   前記キャリアボードの前記溝に嵌合するように穴が形成された剥離プレートとを備え、
   前記両者が嵌合した状態での前記キャリアボードの粘着面が、前記剥離プレートと同一面または突出するように構成され、
   前記キャリアボードと前記剥離プレートの対となる辺に、剥離用レバーとなる切り込みを交互に設けた基板搬送用冶具。
2. 前記剥離プレートから突出した前記キャリアボードの表面の突出長が０〜０．２ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の基板搬送用冶具。
3. 前記キャリアボードに形成された前記溝が１辺５〜１０ｍｍの間隔で縦横に配列し、前記溝の幅が１〜５ｍｍ間隔であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の基板搬送用冶具。