JP5852770B2 - 電子部品を取り付ける方法及び装置 - Google Patents

Description

以下に説明する本発明は、端子面を備える電子部品を、端子面を備える基板に取り付ける方法に関するものであり、この方法においては、取付け装置により、部品が供給装置から移され、次いで、部品は、部品端子面と基板端子面とが重なり合う位置になるように、取付け装置によって位置決めされ、次いで、レーザーエネルギーを部品端子面に直接的に与えることにより端子面を接触させる。本発明は、更に、請求項９に記載の方法を実施するため取付け装置に関するものである。

電子部品を位置決めした後に、この電子部品を基板に接触させることによって、電子部品を基板に取り付ける方法がよく知られている。これには、特に、チップの基板への接触を、いわゆる「フリップチップ」技術を用いて行う方法がある。

この方法によれば、チップは取付け装置によって、チップの端子面が、基板の端子面に対向して重なり合うように、基板に対して位置決めされる。位置決め後、その結果として、チップ接点と基板接点間に接触が確立され、チップの背面からレーザーエネルギーを与えることによって、チップのシリコン体が加熱され、熱エネルギーが、シリコンを通した熱伝導によって端子面に伝達される。

電子部品端子面に部品本体を介してこのように間接的に影響を与えることは、特に克服すべき熱抵抗に起因して、非常に薄く形成された部品にのみに適しているという事実とは別に、本体材料の熱伝導特性は、端子面と比較すると比較的低いため、この接触に必要とされる、接続接点に付着させられた接点材料が溶融するまでの接触時間が相対的に長くなる。

チップ技術分野からそれ自体公知であり、チップの端子面が基板端子面に対向した状態で、チップが基板上に「供給される」ところの「フリップチップ」又は「フェースダウン」接触法はこれまで、上記した理由のみによって、より大きな部品寸法が確実に関与している、チップ以外の部品には使用されていない。

したがって、本発明は、「フリップチップ」技術と同様の接触を、他の電子部品についても可能にする方法および装置を提案するという目的に基づくものである。

この目的を達成するために、本発明による方法は、請求項１の特徴を含む。

一方では、レーザーエネルギーを部品端子面に直接的に与えることによって、チップの場合よりも著しく大きい質量を有する部品に対しても、多くの時間を必要とする接触に要求される部品端子面の加熱なしに、「フリップチップ」技術に類似した電子部品の接触が可能となる。他方では、部品材料の熱伝導度特性に関係なく、「フリップチップ」技術に類似した電子部品の接触も可能である。本発明による方法を用いて、たとえば、チップの材料として使用されるシリコンと比較して、熱電導特性が低い誘電体から主に形成されるコンデンサ素子を接触させることも可能である。本発明による方法を用いて、通常セラミック材料から形成される誘電体により分離された金属コンデンサ極板に対して、それぞれの金属コンデンサ極板に形成された端子面にレーザーエネルギーを直接的に与えることが可能である。上記のレーザーエネルギーにより、それぞれ端子面のコンデンサ極板が急速に加熱される。

本発明によれば、端子面の加熱時間が短いため、レーザーエネルギーは、部品の移動及び／又は位置決め中に部品にすでに与えられていることことが好ましく、それにより、位置決めの直後に部品端子面及び／又は基板端子面に載せられるはんだの溶融によって接触が行われる。

そのため、部品の移動及び位置決め中に、部品が吸引されるときに、それぞれ部品を取付け装置内に一時的に保持することが、処理するのに特に有利であることがわかる。

少なくともある段階において、部品端子面へのレーザーエネルギーの付与が、部品が吸引されるのと同時に行なわれれば、部品の吸引は、部品端子面の加熱中に放出される端子面材料の揮発成分部分、したがって、たとえば、蒸着成分部分を放散させるためにも同時に用いることが可能である。

本発明による方法は、基板に電子部品を接触させることに対応するだけではなく、更に、特に部品を吸引することによって、かつ、レーザーエネルギーを部品端子面に同時に与えることによって、基板からの部品を取り除くことにも対応する。

本方法は、基板へのはんだ接続部の溶解を機械的にサポートするレーザー付与中にトルクが取付け装置に付与されれば特に有利であることがわかる。

本方法は、それぞれ基板端子面の部品端子面の特性によっては、基板上での部品の位置決め前に、はんだ物がはんだ装置によって基板端子面上へ付着させられてその上で溶融すれば、有利であることがわかる。

基板端子面上へのはんだ物の更なる付着は、はんだ物をはんだ装置によって、先ず、はんだ装置内で少なくとも部分的に液状にし、次いで、はんだ物を、圧力を付与することによって、はんだ装置により基板端子面に対して遠心作用で付着させれば、本方法を実施するのに必要とされる時間間隔に大きな影響を及ぼすことなく行うことができる。

本発明による取付け装置は、請求項９の特徴を含む。

本発明によれば、位置を固定するために部品を収容する部品収容区域内に、部品を吸引する吸引ダクトに接続された吸引開口部と、レーザー放射線を部品に与える放出開口部とを有する接触ノズルを取付け装置上に設け、放出開口部は、部品を支持する部品接触面によって相互に隔てて配置され、各々が部品端子面に割り当てられる２つの放出ウィンドウを有する。

レーザーエネルギーの付与だけでなく部品の吸引も放出ウィンドウを介して可能となるように、放出ウィンドウが吸引開口部の部分的な区域により形成されると、特に有利であることがわかる。

好ましい実施形態によれば、部品接触面は、中央支持ダクトの前面により形成され、これによって、部品に対する幅広の支持基部が創出され、したがって、部品の傾きに強い支持が可能となる。

更なる実施形態によれば、部品接触面は、吸引ダクト内に設けられ、互いに対して反対側に位置するように配置される２つの支持棒の２つの前面により形成され、その結果、最小の努力で支持機能を提供する。

放出間隙が、収容区域で収容された部品内の部品端子面の側に形成されるように、放出ウィンドウが部品端子面より大きく形成されると、特に有利であることがわかる。基板端子面の区域が大きく形成されていれば、これにより、基板上に部品を位置決めした後、部品端子面へのレーザーエネルギーの付与と同時に、放出間隙を介してレーザーエネルギーを基板端子面に与えることができる。

取付け装置の実施形態によれば、レンズ装置下の吸引室を区切る壁部内に、取付け器本体の長手方向の軸線に対して直角に延びる加圧空気供給装置と、加圧空気供給装置の反対側に設けられる加圧空気消散装置とを備える取付け器本体に接触ノズルが設けられると、接触ノズル内に部品を保持するための吸引の生成と同時に、吸引を行うノズル内の横流によって、レーザー付与中に放出される部品接触面の揮発成分部分の放散を行うことができる。これを行うと、放出ウィンドウの区域上にレーザー放射線を集光するためのレンズ装置に、当該の揮発成分が沈積するのを防止することができる。

本発明の好適な実施形態を以下の図面によって更に詳細に説明する。

収容する構成における供給装置を示す図である。 移送する構成における、図１に示す供給装置を示す図である。 図２に示す供給装置からコンデンサを移動する際の取付け装置を示す図である。 基板上に位置決めされるコンデンサへのレーザーエネルギーの付与中の、図３に示す取付け装置を示す図である。 基板端子面の上方での位置決めされたはんだ装置を示す図である。 基板端子へはんだ物を排出した後の、図５に示すはんだ装置を示す図である。 はんだ物が付着した基板端子面へのコンデンサの位置決め中の取付け装置を示す図である。 取付け装置の接触ノズルの第１の実施形態を示す斜視図である。 図８の交差線IX−IXの進路に沿った、図８に示す接触ノズルの長手方向の断面図である。 図８の交差線X−Xの進路に沿った、図８に示す接触ノズルの長手方向の断面図である。 接触ノズル内に収容されたコンデンサを含む、図８に示す接触ノズルの下面図である。 取付け装置の接触ノズルの更なる実施形態を示す図である。 図１２の交差線XIII−XIIIの進路に沿った、図１２に示す接触ノズルの長手方向の断面図である。 図１２の交差線XIV−XIVの進路に沿った、図１２に示す接触ノズルの長手方向の断面図である。 接触ノズル内に収容されるコンデンサを含む、図１２に示す接触ノズルの下面図である。 取付け装置の更なる実施形態を示す図である。

図１は、ピボットフィーダ２０として構成された供給装置であって、ピボット軸２１周りに回転することができ、かつ、コンベヤ用ベルト２３内に配置されたコンデンサ２４を収容するための収容装置２２を有する供給装置を示す。

コンデンサ２４を含むコンベヤベルト２３が、図平面に対して直角に、ベルト搬送装置２５により同期して前方に移動するが、このコンデンサは、ここでは詳細には示していない所定の破壊点を介してコンベヤベルト２３に接続されている。図１に示した、収容に関する構成においては、図示されている実施形態では吸引が行なわれる収容ヘッド２６によって収容位置に配置されるコンデンサ２４に接触した状態で、収容装置２２が回転する。コンデンサ２４はベルトコンベヤ２３から分離され、コンデンサ２４を吸引すると同時に収容装置２２がピボット軸２１周りに回転することにより、露出された状態で図２に示される移送位置に移送される。

図３は、移動位置における取付け装置２７を示す。移動位置においては、コンデンサ２４が接触ノズル２８内に形成された収容区域２９内に配置されるように、コンデンサ２４の上方に接触ノズル２８を位置した状態で、取付け装置２７が配置される。

図３に示す、移動位置における取付け装置２７では、接触ノズル２８の吸引ダクト３０内に生じた真空をコンデンサ２４に適用し、それによってコンデンサ２４が取付け装置２７のピボット供給装置２０から移されて、基板３３の端子面３１、３２に置かれる。このとき、コンデンサ２４の端子面３４、３５は、基板３３の端子面３１、３２と重なり合う位置において、端子面３４、３５の接触区域３６内に少なくとも位置する（図４）。

更に、図４から理解されるように、コンデンサ２４の端子面３４、３５は、コンデンサ２４の接点側３７の反対側に位置する背面側３８まで延びている。図４に示す、取付け装置２７の接触位置では、レーザー放射線８４は、コンデンサ２４の背面側３８でコンデンサの端子面３４、３５に直接的に与えられ、それにより、対応する端子面３４、３５の直接的な加熱を介して基板３３の端子面３１、３２内への熱伝導が確保される。図４に示すように、コンデンサ２４の端子面３４、３５へレーザーエネルギーを直接与えるのと同時に、端子面３４、３５の間に配置されるセラミック誘電体３９にもレーザーエネルギーを与えてもよい。しかしながら、同様に、レーザーエネルギーがコンデンサ２４の端子面３４、３５だけに与えられるように、取付け装置２７内でレンズ平面４０に配置されるレンズ装置（ここでは詳細に図示しない）によって、ビーム成形、又はレーザー放射線の集光を行ってもよい。

基板３３の端子面３１、３２へのはんだ物４２の付着を図５及び図６に示す。この付着は、はんだ装置４１によって行われ、そして、取付け装置２７によるコンデンサ２４の位置決め及び接触の前に行われる。特に、基板３３の端子面３１、３２が、コンデンサの端子面３４、３５との直接接触のためには十分に金属被覆されていないときに、場合により、このような随意的なはんだの付着を付加的に行ってもよい。はんだ装置４１は、排出開口部４４を有する排出ノズル４３を備え、この排出ノズル４３の直径Ｄは、固体として構成されるはんだ材料付着物４２の直径ｄより小さい寸法にされる。基板３３の選択された端子面３１、３２の上方に位置する、図５に示すはんだ装置４１の排出位置に基づいて、排出ノズル４３がはんだ物４２の背面からレーザーエネルギー４５を与えることによって、はんだ物４２の少なくとも部分的な溶融が加圧４６と同時に行なわれる。この溶融と加圧とは、図６に示すように、少なくとも部分的に溶融したはんだ物４２が基板３３の端子面３１、３２に対して遠心作用でその上に配置されるように行われる。これによって、基板３３の端子面３１、３２をはんだ物４２で完全に湿らせることができ、必要な場合、その後、レーザーエネルギー供給４５を所定の期間にわたって維持することができる。

図７は、取付け装置２７によってはんだ物４２が付着させられた基板３３の端子面３１、３２上において、次いで行われるコンデンサ２４の位置決めを示す。その後、図４に示すような方法を実施する段階と同様に、コンデンサ２４の端子面３４、３５と基板３３の端子面３１、３２との間にはんだ材料接触を確立することにより、基板３３はコンデンサ２４に接触する。

図８は、取付け装置４８の接触ノズル４７を示しており、これは、特に図９及び図１０の補足概要から理解されるように、吸引ダクト５３内で互いに対して反対に配置された支持棒５４、５５の前面５１、５２によって形成された端子面５０により区切られた収容区域４９を裏側に有している。接触ノズル４７において、２つの放出ウィンドウ５９、６０は、それぞれ吸引ダクト５３において支持棒５４、５５によって相互に隔てて配置され、ここでは詳細に示していないレンズ平面５６に配置されるレンズ装置によって位置合わせされる第１及び第２の部分レーザー放射線５７、５８が、接触ノズル４７から放出ウィンドウ５９、６０を介して放出される。放出ウィンドウ５９、６０の外方は、本実施の形態では接触ノズル４７におけるＵ字形状縁部接続素子６１、６２によって区切られる（図８）。

接触ノズル４７の底面図において、図１１は、縁部接続素子６１、６２とコンデンサ２４の間の放出ウィンドウ５９、６０の区域において形成される放出間隙６３、６４を示す。放出間隙６３、６４の寸法によって、コンデンサ２４の端子面３４、３５を通り過ぎて接触ノズル４７から漏れる放射線部分の大きさが定まる。これにより、コンデンサ２４の端子面３４、３５にレーザーエネルギーを直接与えることに加えて、必要な場合に基板３３（図４）の端子面３１、３２へレーザー放射線を直接与えることができる。

図１２から図１５は、取付け装置６６の接触ノズル６５を示しており、これは、端子面６７の形態を変更する一方、放出ウィンドウ６８及び６９の形成方法を変えることによって、図８〜図１１に示した接触ノズル４７とは異なっている。

接触ノズル６５の端子面６７は、吸引ダクト５３内に設けられる支持ダクト７１のフレーム状の前面７０により形成される。フレーム状の前面７０は、端子面６７上でコンデンサ２４を支持するための比較的幅が広い支持基部を提供する。

図１５に示すように、接触ノズル６５の縁部接続素子７２、７３が互いからわずかな距離を隔てて配置されることにより、放出間隙７４、７５が相対的に小さく形成される。

更なる実施形態において、図１６は、接触ノズル７９を含む取付け装置７６を示し、この接触ノズル７９は継手ナット６７によって取付け器本体７８に固定され、それによって移動可能であり、したがって交換可能である。接触ノズル７９と、レンズ平面８０内に配置されるレンズ装置８１との間の吸引室８５内で真空を発生させるために、取付け器本体７８の壁部には、取付け装置７６の長手方向の軸線とレンズ装置８１の光軸とのそれぞれに対して直角に、かつ、互いに対して正反対に配置される加圧空気供給装置８２及び加圧空気消散装置８３が設けられる。取付け器本体７８内に加圧空気供給装置８２及び加圧空気消散装置８３を設けることにより、取付け装置７６の吸引室８５内に加圧空気の直交流が生じ、これにより、一方では所望の真空をもたらすことができ、他方ではコンデンサの接触中にはんだ付着から放出される揮発成分部分を吸引室８５から確実に放散させることができる。したがって、これらの揮発成分部分は、レンズ装置８１に沈着せず、したがって、取付け装置の放出電力を低下させることもない。

Claims (14)

1. 端子面（３４、３５）を備える電子部品（２４）を、端子面（３１、３２）を備える基板（３３）に取り付ける方法であって、
   取付け装置（２７、４８、６６、７６）の接触ノズル（２８、４７、６５、７９）の部品収容区域（２９、４９）内に前記部品を収容し、前記部品を吸引した状態で供給装置（２０）から移動し、次いで、
   前記部品の接点側（３７）から部品裏側（３８）まで延びる部品端子面と基板端子面とが重なり合う位置になるように、前記取付け装置により前記部品を前記基板上に位置決めし、次いで、
   前記装置の接触ノズル内で、前記接触ノズルに設けられた２つの放出ウィンドウ（５９、６０、６８、６９）を通して、前記電子部品（２４）の前記部品裏側（３８）の前記部品端子面のみにレーザーエネルギーを直接的に与えて、前記部品端子面に熱を発生させ；
   前記部品端子面にはんだ材料を供給して、前記はんだ材料を前記熱によって溶融させ、前記部品端子面と前記基板端子面との間に電気的な接合を確立する
   ことを含む方法。
2. 前記部品（２４）の移動及び位置決め中に、前記部品を吸引することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 少なくともある段階において、前記部品端子面（３４、３５）へのレーザーエネルギーの付与は、前記部品の吸引と同時に行われることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記部品の前記移動及び／又は前記位置決め中に、前記部品（２４）にレーザーエネルギーを与えることを特徴とする、請求項１から３の何れか１つに記載の方法。
5. 前記基板（３３）からの前記部品の移動を、前記部品（２４）を吸引し、そして、同時にレーザーエネルギーを前記部品端子面（３４、３５）に与えることによって行うことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
6. 前記レーザーの付与中に、前記取付け装置（２７、４８、６６、７６）にトルクを与えることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記部品（２４）を前記基板（３３）上に位置決めするに先立って、はんだ装置（４１）によって、前記基板の前記端子面（３１、３２）にはんだ材料（４２）を付着させ、そして、前記端子面で溶融することを特徴とする、請求項の１から６の何れか１つに記載の方法。
8. 前記はんだ物（４２）を、前記はんだ装置（４１）により、先ず、前記はんだ装置内で少なくとも部分的に液状にし、次いで、加圧によって前記基板（３３）の前記端子面（３１、３２）に対して付着させることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 端子面（３４、３５）を備える電子部品（２４）を、端子面（３１、３２）を備える基板（３３）に取り付ける装置（２７、４８、６６、７６）であって、
   前記装置（２７、４８、６６、７６）は、接触ノズル（２８、４７、６５、７９）を備えており、
   前記接触ノズルは、位置を固定するために前記部品を収容する部品収容区域（２９、４９）内に、前記部品を吸引する吸引ダクト（５３）に接続された吸引開口部と、レーザー放射線を前記部品に与える放出開口部とを有しており、
   前記放出開口部は、２つの放出ウィンドウ（５９、６０、６８、６９）を有しており、前記２つの放出ウィンドウは、前記部品を支持する部品接触面（５０、６７）によって相互に隔てて配置され、その各々が、前記部品収容区域（２９、４９）内に収容された前記電子部品（２４）の部品裏側（３８）の部品端子面（３４、３５）のみに前記接触ノズル内でレーザーエネルギーを直接的に与えて、前記部品端子面に熱を発生させることを可能にすることを特徴とする取付け装置。
10. 前記放出ウィンドウ（５９、６０、６８、６９）は、前記吸引開口部の部分的な区域によって形成されていることを特徴とする、請求項９に記載の取付け装置。
11. 前記部品接触面（６７）は、中央支持ダクト（７１）の前面（７０）によって形成されていることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の取付け装置。
12. 前記部品接触面（５０）は、前記吸引ダクト（５３）内に設けられ、互いに対して反対側に位置するように配置される２つの支持棒（５４、５５）の２つの前面（５１、５２）によって形成されることを特徴とする、請求項９又は１０による取付け装置。
13. 前記放出ウィンドウ（５９、６０、６８、６９）は、前記収容区域（２９、４９）内に収容された部品（２４）内の前記部品端子面の側に放出間隙（６３、６４、７４、７５）が形成されるように、前記部品端子面（３４、３５）より大きく設けられていることを特徴とする、請求項９から１２の何れか１つに記載の取付け装置。
14. 前記接触ノズル（７９）は取付け器本体（７８）に設けられ、前記取付け器本体（７８）は、レンズ装置（８１）の下方の吸引室（８５）を区切る壁内に、前記取付け器本体の長手方向の軸線に対して直角に延びる加圧空気供給装置（８２）と、前記加圧空気供給装置の反対側に位置する加圧空気消散装置（８３）とを備えることを特徴とする、請求項９から１３の何れか１つに記載の取付け装置。

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