JP6355440B2 - アンダーフィル材の塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、アンダーフィル材の塗布装置に関する。

プリント基板に電子部品、例えばＩＣチップを実装するときには、プリント基板とＩＣチップの間の隙間を埋めるアンダーフィル材を充填した後に硬化させることにより、プリント基板とＩＣチップの間の応力緩和や脱落防止を図っている。アンダーフィル材を充填するときには、最初に、プリント基板上の電極パッドにＩＣチップのハンダバンプを位置決めして配置し、リフロー炉で加熱することにより、ハンダバンプを電極に接合する。続いて、アンダーフィル材を注入したシリンジをＩＣチップに近づけ、シリンジからアンダーフィルをＩＣチップの周囲に吐出させる。アンダーフィル材は、毛細管現象により、ＩＣチップとプリント基板の間の隙間に進入する。この後、アンダーフィル材を硬化させると、プリント基板へのＩＣチップの実装が終了する。

ここで、アンダーフィル材を塗布する塗布装置は、シリンジを三次元座標系内で変位させる駆動手段を具え、予め指定された情報に基づいて指定個所に指定量の樹脂材料を吐出して塗布するように構成されている。

特開平１１−３５４５５５号公報 特開２００１−７９４８３号公報

従来のアンダーフィル材の塗布装置では、シリンジ内のアンダーフィル材がなくなった場合や、シリンジの先端の針部分が詰まってアンダーフィル材を吐出できなくなってしまった場合に、シリンジやシンリンジの先端部を交換することがあった。ここで、シリンジやシリンジの先端部を交換すると、シリンジの先端部の位置が交換前に比べて変化することがある。この場合には、駆動手段でシリンジを予め設定された座標に移動させても。シリンジの先端部の位置がずれてしまい、正しい位置にアンダーフィル材を適量供給することが困難になる。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、シリンジを交換した場合でも正しい位置にアンダーフィル材を供給できるようにすることを目的とする。

実施形態の一観点によれば、プリント基板を位置決めして保持するホルダーと、前記プリント基板上の所定位置に塗布するアンダーフィル材を貯溜するシリンジと、前記シリンジを保持する支持部材と、前記支持部材を移動させる移動機構と、前記シリンジの先端部を位置決めする位置決め部材と、を含み、前記位置決め部材を複数有し、１つの前記位置決め部材は、レール部材に固定され、少なくとも１つの前記位置決め部材は前記レール部材に移動可能に取り付けられていることを特徴とするアンダーフィル材の塗布装置が提供される。

シリンジの交換時などに、位置決め部材を使用してシリンジの先端位置を調整することにより、アンダーフィル材をプリント基板の所望位置に塗布することが可能になる。

図１は、本発明の実施の形態に係るアンダーフィル材の塗布装置の概略構成の一例を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態に係るアンダーフィル材の塗布装置の概略構成の一例を示すもので、図１の一部を拡大した図である。 図３は、本発明の実施の形態に係るアンダーフィル材の塗布装置の概略構成の一例を示すもの、位置調整部の拡大斜視図である。 図４は、本発明の実施の形態に係るアンダーフィル材の塗布工程の一例を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態に係るアンダーフィル材の塗布工程の一例を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態に係るアンダーフィル材の塗布装置の概略構成の一例を示すもの、位置調整部を移動させた図である。 図７は、本発明の実施の形態に係るアンダーフィル材の塗布装置の変形例を示す図である。

発明の目的及び利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素及び組み合わせによって実現され達成される。
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、典型例及び説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない。

アンダーフィル材の塗布装置１（以下、塗布装置１という）は、不図示の作業台上に設置されるベース２を有し、ベース２上の前側部分には、制御装置８によって一方向、例えば、Ｘ方向に移動可能なＸステージ３が取り付けられている。Ｘステージ３は、不図示の駆動機構を有すると共にベース２上でＸ方向に移動可能な第１のスライド部材４を有し、スライド部材４上には、プリント基板５を載置するホルダー６と、位置調整部７が設けられている。

また、ベース２の後側部分には、門型のフレーム１１が取り付けられている。フレーム１１は、Ｘステージ３を跨ぐように配置されており、その上面には、移動機構を構成するＹステージ１２が取り付けられている。Ｙステージ１２は、フレーム１１の前面にＹ方向に平行に敷設されたレール１３と、レール１３に沿って移動する第２のスライド部材１４とを有する。さらに、第２のスライド部材１４の前面には、移動機構を構成するＺステージ１５が取り付けられている。Ｚステージ１５は、Ｙステージ１２の第２のスライド部材１４の前面にＺ方向に沿って敷設されたレール１６と、レール１６に沿って移動する第３のスライド部材１７とを有する。第３のスライド部材１７の前面には、プレート１８が固定されており、プレート１８には２つのシリンジ２１が支持部材２２を介して着脱自在に取り付けられている。

なお、各支持部材２２は、プレート１８に固定しても良いし、一方の支持部材２２をＹ方向にスライド移動可能に取り付けても良い。なお、塗布装置１は、シリンジ２１を１つだけ有しても良いし、３つ以上有しても良い。

図２に一部を拡大して示すように、シリンジ２１の支持部材２２は、上側の上腕部２３と、シリンジ２１の下部に当接する下腕部２４とを有する。上腕部２３は、開口部２５を有する。開口部２５は、シリンジ２１の外形に略等しい形状を有し、前方から挿入するネジ２６によって開口部２５に挿入したシリンジ２１を上腕部２３に押し付けて固定する。シリンジ２１は、円筒形状の本体部３１内にアンダーフィル材を貯溜する空洞が形成されている。また、本体部３１の下部には、針部材３２が着脱自在に取り付けられている。針部材３２は、鉛直下向きに針状の先端部３３が形成されており、下端の吐出口３３Ａからアンダーフィル材を滴下可能になっている。ここで、アンダーフィル材は、例えば、エポキシ樹脂製の液状硬化性樹脂が使用される。

Ｘステージ３のホルダー６の上面には、プリント基板５を位置決めするためのピン４１が複数取り付けられている。また、ホルダー６の側部には、２つのヒンジ４２によってプリント基板５を上側から押さえつけるカバー４３が開閉自在に取り付けられている。カバー４３には、２つの開口部４３Ａが形成されている。各開口部４３Ａは、プリント基板５において電子部品、例えば、ＩＣチップ９を実装する部分とその周囲を露出させる。

この実施の形態では、プリント基板５には、電子機器等に搭載される基板が２つ連結された構成を有する。このために、ＩＣチップ９等の電子部品を実装するポイントが２つずつ配置されている。これに伴って、カバー４３には同じ形状の開口部４３Ａが２つ形成されており、シリンジ２１も２つ取り付けられている。２つのシリンジ２１は、プリント基板５の連結された２つの基板の間で同じ電子部品が実装されるポイントの間の距離に略等しくなっている。従って、塗布装置１では、１つのプリント基板５上の２か所に対して同時にアンダーフィル材を供給することができる。

また、ホルダー６上には、位置調整部７が取り付けられている。位置調整部７は、Ｘステージ３上で、スライド部材４より門型のフレーム１１側に配置されている。さらに、位置調整部７は、各ステージ１２，１５を利用した移動機構によるシリンジ２１の移動範囲内に配置されている。図３に拡大して示すように、位置調整部７は、ブロック５１によって固定されたレール部材５２と、レール部材５２に取り付けられた２つの位置決め部材５３，５４とを有する。レール部材５２は、Ｙ方向に平行に延びている。レール部材５２の一端部には、第１の位置決め部材５３がネジ５５で固定されている。さらに、レール部材５２には、長穴５６がＹ方向に沿って延びている。長穴５６は、第１の位置決め部材５３の固定位置を除いてレール部材５２のほぼ全長にわたって形成されている。長穴５６には、第２の位置決め部材５４がネジ５５によって取り付けられている。第２の位置決め部材５４は、ネジ５５を緩めることにより、長穴５６に沿って移動可能である。各位置決め部材５３，５４は、上面にクロス形のアライメントマーク５７が形成されている。

制御装置８は、塗布装置１の動作を司るもので、プリント基板５の位置の制御と、シリンジ２１の位置の制御と、シリンジ２１内のアンダーフィル材の吐出制御とを行う。さらに、制御装置８には、作業者が操作する操作部６１が接続されている。シリンジ２１は、不図示の加圧源に接続されており、制御装置８から出力される信号に基づいてシリンジ２１の内圧を上昇させ、アンダーフィル材を吐出させる。

なお、アンダーフィル材の塗布対象は、プリント基板５に限定されない。図１に示す例では、プリント基板５は、Ｙ方向に同じ形状の基板が２つ連結された基板になっているが、プリント基板５の形状は図１に示す形状に限定されない。また、プリント基板５に実装され、アンダーフィル材を充填する部品は、ＩＣチップ９に限定されない。

次に、塗布装置１を使用した塗布作業について説明する。なお、プリント基板５には、予め電極やその他の回路が形成されているものとする。また、プリント基板５に実装される電子部品であるＩＣチップ９は、半導体素子が形成されており、複数のハンダバンプが例えばＢＧＡを形成している。そして、ＩＣチップのハンダバンプはリフロー炉によりプリント基板５の電極に接合されている。

最初に、各ステージ３，１２，１５を初期位置に移動させる。続いて、アンダーフィル材を収容させたシリンジ２１を支持部材２２の開口部２５に挿入し、ネジ２６で固定する。この後、作業者は、操作部６１を操作し、Ｙステージ１２及びＺステージ１５を駆動させ、シリンジ２１の先端を位置決め部材５３，５４の上方で、かつアライメントマーク５７の中心と一致する位置に配置する。Ｘステージ１２が初期位置に待機しているので、位置決め部材５３，５４の位置は、塗布装置１の原点から予め定められた座標に配置されている。このために、位置決め部材５３，５４のアライメントマーク５７上に吐出口３３Ａを配置することで、シリンジ２１の位置が塗布装置１の原点に対して予め定められた座標に配置される。これにより、シリンジ２１の先端部の位置がずれていた場合には、シリンジ２１の位置が正しい位置に修正される。

次に、プリント基板５をホルダー６に取り付ける。プリント基板５には、予め貫通孔４０が形成されているので、貫通孔４０にホルダー６のピン４１が通るようにプリント基板５を載せると、ホルダー６にプリント基板５が位置決めして載置される。このとき、プリント基板５は、ＩＣチップ９が上向きになるように載置される。プリント基板５をホルダー６上に載置した、カバー４３を閉じる。プリント基板５がカバー４３によって上から押さえ付けられると共に、開口部４３Ａを通して、ＩＣチップ９の実装領域が露出する。

作業者が操作部６１を操作して、アンダーフィル材の塗布作業を開始させると、制御装置８が各ステージ１２，１５を駆動させ、シリンジ２１の先端部を予め定められた位置に移動させる。例えば、図４に示すように、この位置は、ＩＣチップ９の近傍で、アンダーフィル材１０の注入ポイントである。各シリンジ２１を所定の位置に移動させたら、制御装置８は、シリンジ２１からアンダーフィル材１０を所定量だけ吐出させる。

例えば、図５に模式的に示すように、シリンジ２１の下端の吐出口３３ＡからＩＣチップ９の近傍のプリント基板５上に吐出されたアンダーフィル材１０は、毛細管現象により、ＩＣチップ９とプリント基板５の隙間に進入し、ＩＣチップ９とプリント基板５の間の隙間がアンダーフィル材１０で埋められる。なお、この隙間は、プリント基板５の電極パッド５ＡにＩＣチップ９のハンダバンプ９Ａを接合させることにより形成されたものである。複数箇所にアンダーフィル材１０を供給する場合には、各ステージ３，１２，１５を駆動させてシリンジ２１を移動させ、アンダーフィル材１０を供給する。プリント基板５上の必要な箇所にアンダーフィル材１０を充填したら、制御装置８はシリンジ２１をプリント基板５の上方から退避させる。この後、カバー４３を開いて、プリント基板５を取り出す。そして、他のプリント基板５に対してアンダーフィル材１０を塗布する場合には、前記の動作を繰り返す。

なお、シリンジ２１の位置を位置決め部材５３，５４で修正する工程は、次にシリンジ２１を交換するまでは省略できる。なお、シリンジ２１の交換とは、シリンジ２１を支持部材２２から取り外す場合や、シリンジ２１の本体部３１は支持部材２２から取り外さずに、先端部３３のみを交換する場合が含まれる。

ここで、図６に矢印で示すように、塗布装置１は、第２の位置決め部材５４の位置をＹ方向で変化させることが可能になっている。第２の位置決め部材５４の位置を変更する場合には、レール部材５２に固定していたネジ５５を緩め、予め定められた位置に第２の位置決め部材５４を移動させた後、再びネジ５５でレール部材５２に固定する。これにより、第１の位置決め部材５３を基準にしたアンダーフィル材１０の塗布工程と、第２の位置決め部材５４を基準にしたアンダーフィル材１０の塗布工程が可能になる。

また、Ｙ方向における塗布位置の配置間隔が異なるプリント基板５に対してアンダーフィル材１０を塗布する場合には、第２の位置決め部材５４の位置をプリント基板５上の塗布位置に合わせて変化させる。続いて、第２の位置決め部材５４の上方のシリンジ２１の支持部材２２をＹ方向に移動させ、シリンジ２１の先端位置を第２の位置決め部材５４のアライメントマーク５７の中心に一致させる。図７に一例を示すように、支持部材２２をＹ方向に移動させる機構としては、プレート１８上にレール７１をＹ方向に平行に敷設し、支持部材２２を矢印に示すようにレール７１に沿って移動可能に取り付けることがあげられる。また、プレート１８に長穴をＹ方向に平行に形成し、長穴に挿入したネジで支持部材２２をプレート１８に固定しても良い。

以上、説明したように、シリンジ２１の移動範囲内に位置決め部材５３，５４を配置したので、シリンジ２１の交換時などに、シリンジ２１の先端位置を位置決め部材５３，５４のアライメントマーク４７に合わせることで、シリンジ２１の位置を修正することが可能になる。これによって、アンダーフィル材をプリント基板５上の所望の位置に塗布することが可能になる。また、第２の位置決め部材５３を移動可能に配置したので、塗布対象の変更に伴うシリンジ２１の位置の変更や、複数のシリンジ２１の間隔を変更する場合であっても、アンダーフィル材をプリント基板５上の所望の位置に塗布することが可能になる。

ここで挙げた全ての例及び条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明及び概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例及び条件に限定することなく解釈するものであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換及び変形を施すことができる。

１ 塗布装置
５ プリント基板
６ ホルダー
１０ アンダーフィル材
１２ Ｙステージ
１５ Ｚステージ
２１ シリンジ
２２ 支持部材
５２ レール部材
５３ 第１の位置決め部材
５４ 第２の位置決め部材

Claims (2)

1. プリント基板を位置決めして保持するホルダーと、
   前記プリント基板上の所定位置に塗布するアンダーフィル材を貯溜するシリンジと、
   前記シリンジを保持する支持部材と、
   前記支持部材を移動させる移動機構と、
   前記シリンジの先端部を位置決めする位置決め部材と、
   を含み、
   前記位置決め部材を複数有し、１つの前記位置決め部材は、レール部材に固定され、少なくとも１つの前記位置決め部材は前記レール部材に移動可能に取り付けられていることを特徴とするアンダーフィル材の塗布装置。
2. 前記シリンジを複数有し、前記支持部材は１つの前記シリンジに対して、他の前記シリンジの位置を前記位置決め部材の移動方向と平行に移動可能に構成したことを特徴とする請求項１に記載のアンダーフィル材の塗布装置。

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