JP6785650B2 - 部品実装装置及び部品実装方法 - Google Patents

Description

この発明は、基板に電子部品を実装する部品実装装置及び部品実装方法に関する。

従来から、プリント基板（以下、基板と称す）上に半導体チップ等の電子部品を実装する場合、リフロー工程が用いられている。リフロー工程では、基板上のパッドにクリームはんだを塗布した後、パッド上に電子部品を配置し、電子部品の耐熱温度以下に設定された炉の中に基板をベルトコンベア等で所定時間流している。このリフロー工程では、数十から数百の電子部品を短時間にはんだ付けできるため、昨今では一般的な製造工程となっている。

しかしながら、精密位置決め又は耐熱性等が要求される電子部品を基板上に実装する場合、リフロー工程では対応できない。
例えば、光電スイッチ等に使用されるＬＥＤ等の光学部品等は、光軸を一律にする必要があるため、精密な位置決めが求められる。しかしながら、この光学部品をリフロー工程で実装しようとすると、位置決め精度にバラつきが生じ、光軸を所定範囲内に調整できなくなる。

そこで、上記のような精密位置決め又は耐熱性等が要求される電子部品に対しては、リフロー工程後の後付け実装が必要となり、レーザ工法はその手段の１つである。このレーザ工法を用いることで、電子部品の微小な電極端子に直接はんだ付けを行うことができ、上記要求を満たすことができる。なお、レーザ工法では、レーザ吸収率の関係上、照射対象面に対し、予備はんだを行っておくことが望ましい。
例えば、２つの電極端子を有するＬＥＤを基板に実装する場合、基板上のパッドにクリームはんだを塗布することで予備はんだを行う。その後、ＬＥＤ以外の電子部品を基板に載せてリフロー工程を行う。その後、ＬＥＤを予備はんだを行ったパッド上に位置決めし、当該パッド上のはんだにレーザを照射することではんだ付けを行う。

一方、光学部品等の電子部品を基板に実装する場合、位置精度（水平（ＸＹ）方向の精度）に加え、基板に対して高さ（Ｚ）方向にも制限が加えられる。
ここで、電子部品の両側（複数箇所）に対してはんだ付けが必要な場合、基板上の両側のパッドに対して予備はんだを行うと、基板に対する高さ方向の位置精度が達成できず、プロセス構築が困難となる。

例えば図７Ａに示すように、基板１０１上の両側のパッド１０３ａ，１０３ｂに対して予備はんだを行い、電子部品１０２を載せたとする。そして、図７Ｂに示すように、一方のパッド１０３ａ上のはんだに対してレーザを照射してはんだ付けを行うと、他方のパッド１０３ｂ上に存在するはんだの厚みが邪魔をする。そのため、電子部品１０２を基板１０１側に加圧しながらはんだ付けを行っても、電子部品１０２を基板１０１側に押し込むことができない。その結果、図７Ｃに示すように、電子部品１０２と基板１０１との間にはんだが残り、高さ方向の要求仕様（例えば最大０．１ｍｍ）を満たせない。

これに対し、両側のパッドに対し、同時に２つのレーザを照射する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開昭６２−２４８５６４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された従来技術では、２つのレーザを照射する装置が必要となり、高価であるという課題がある。また、予備はんだを３箇所以上行う場合には、その分レーザが必要となり、簡単には対応できないという課題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、簡易な構成で、高さ方向の要求仕様を満たすことができる部品実装装置を提供することを目的としている。

この発明に係る部品実装装置は、基板に設けられた複数の導体パターンに対して予備はんだを行う予備はんだ部と、予備はんだ部による処理の後、複数の導体パターン上に電子部品を位置決めする部品位置決め部と、部品位置決め部による処理の後、電子部品を基板側に加圧しながら、複数の導体パターンのうち、当該電子部品に対して一側面側の導体パターン上のはんだを加熱することではんだ付けを行う第１はんだ付け部と、第１はんだ付け部による処理の後、複数の導体パターンのうち、当該電子部品に対して他側面側の導体パターン上のはんだを加熱することではんだ付けを行う第２はんだ付け部とを備え、予備はんだ部は、一側面側の導体パターンに対しては全面に予備はんだを行い、他側面側の導体パターンに対しては、電子部品が対向する箇所には予備はんだを行わずに、当該電子部品が対向する箇所以外の箇所に予備はんだを行うことを特徴とする。

この発明によれば、上記のように構成したので、簡易な構成で、高さ方向の要求仕様を満たすことができる。

この発明の実施の形態１に係る部品実装装置の構成例を示す図である。 この発明の実施の形態１における加圧部の構成例を示す図である。 この発明の実施の形態１における制御部の構成例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る部品実装装置の動作例を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１における予備はんだ部により予備はんだが行われた基板を示す図である。 図６Ａ〜図６Ｃは、この発明の実施の形態１に係る部品実装装置の動作例を説明する図である。 図７Ａ〜図７Ｃは、従来の部品実装装置の動作例を説明する図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る部品実装装置の構成例を示す図である。
部品実装装置は、光学部品等の電子部品１０２を基板１０１に実装する装置であり、以下ではレーザ工法を用いた場合を示す。この部品実装装置は、はんだ供給部１、部品移動部２、レーザ照射部３、加圧部４及び制御部５を備えている。なお、図５，６に示すように、部品実装装置が用いる基板１０１には、電子部品１０２が配置される複数のパッド（導体パターン）１０３（図５，６ではパッド１０３ａ，１０３ｂ）が設けられている。

はんだ供給部１は、基板１０１上の所定の供給スポットに対し、はんだを供給する。
部品移動部２は、電子部品１０２を基板１０１に対して相対的に移動させる。なお、部品移動部２は、電子部品１０２を移動させてもよいし、基板１０１を移動させてもよい。
レーザ照射部３は、基板１０１上の所定の照射スポットに対し、レーザを照射する。
加圧部４は、電子部品１０２を基板１０１側に加圧する。なお、加圧部４は、図２に示すように、電子部品１０２の両側面を把持しながら、ガイド（不図示）に沿って電子部品１０２を基板１０１側に加圧する。

制御部５は、はんだ供給部１、部品移動部２、レーザ照射部３及び加圧部４を制御する。この制御部５は、図３に示すように、予備はんだ部５１、部品位置決め部５２、第１はんだ付け部５３及び第２はんだ付け部５４を備えている。なお、制御部５は、システムＬＳＩ等の処理回路や、メモリ等に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ等により実現される。

予備はんだ部５１は、はんだ供給部１により、基板１０１上の上記複数のパッド１０３に対してクリームはんだを塗布することで予備はんだを行う。この際、予備はんだ部５１は、例えば、上記複数のパッド１０３のうち、電子部品１０２の一側面側に位置するパッド１０３に対しては、全面に予備はんだを行う。また、予備はんだ部５１は、上記複数のパッド１０３のうち、電子部品１０２の他側面側に位置するパッド１０３に対しては、当該電子部品１０２が対向する箇所以外の箇所に予備はんだを行う。

部品位置決め部５２は、予備はんだ部５１による処理の後、部品移動部２により、上記複数のパッド１０３上に、電子部品１０２を位置決めする。

第１はんだ付け部５３は、部品位置決め部５２による処理の後、加圧部４により電子部品１０２を基板１０１側に加圧しながら、レーザ照射部３により、上記複数のパッド１０３のうち、当該電子部品１０２に対して一側面側のパッド１０３上のはんだにレーザを照射することではんだ付けを行う。

第２はんだ付け部５４は、第１はんだ付け部５３による処理の後、レーザ照射部３により、上記複数のパッド１０３のうち、当該電子部品１０２に対して他側面側のパッド１０３上のはんだにレーザを照射することではんだ付けを行う。なおこの際、第２はんだ付け部５４は、加圧部４により電子部品１０２を基板１０１側に加圧しながら、レーザ照射部３により、上記複数のパッド１０３のうち、当該電子部品１０２に対して他側面側のパッド１０３上のはんだにレーザを照射することが望ましい。

次に、実施の形態１に係る部品実装装置の動作例について、図４〜６を参照しながら説明する。なお以下では、図５に示すように、基板１０１上に、電子部品１０２の両側に位置する２つのパッド１０３ａ，１０３ｂが設けられた場合を示す。なお図５では、パッド１０３ａ，１０３ｂに対して予備はんだが行われ、電子部品１０２が載せられた状態を示している。また、図５における符号５０１は、レーザの照射スポットを示している。

部品実装装置の動作例では、図４に示すように、まず、予備はんだ部５１は、はんだ供給部１により、一方のパッド１０３（図５ではパッド１０３ａ）に対しては全面に予備はんだを行う（ステップＳＴ１）。また、予備はんだ部５１は、はんだ供給部１により、他方のパッド１０３（図５ではパッド１０３ｂ）に対しては電子部品１０２が対向する箇所以外の箇所に予備はんだを行う（ステップＳＴ２）。すなわち、図５に示すように、予備はんだ部５１は、パッド１０３ａに対しては従来と同様に全面に予備はんだを行うが、パッド１０３ｂに対しては、電子部品１０２が対向する箇所以外の箇所に対して、つまり部分的に予備はんだを行う。

なお、予備はんだ部５１は、リフローにより予備はんだを行ってもよい。これにより、簡易に予備はんだの形成が可能となる。なお、リフローによる部分的な予備はんだは、その部分的な予備はんだの範囲を部品公差より算出し、パッド１０３上の当該予備はんだの範囲外の領域に対するマスクを準備することで、実施可能である。

次いで、部品位置決め部５２は、部品移動部２により、パッド１０３ａ，１０３ｂ上に、電子部品１０２を位置決めする（ステップＳＴ３）。この部品位置決め部５２による処理は、従来と同様である。図６Ａは基板１０１上に電子部品１０２が載せられた状態を示している。

次いで、第１はんだ付け部５３は、加圧部４により電子部品１０２を基板１０１側に加圧しながら、レーザ照射部３により上記一方のパッド１０３（図ではパッド１０３ａ）上のはんだに対してレーザを照射することではんだ付けを行う（ステップＳＴ４）。すなわち、図６Ｂに示すように、第１はんだ付け部５３は、全面に予備はんだが行われたパッド１０３ａに対し、レーザを照射して加熱することではんだを溶かし、電子部品１０２を基板１０１側に押し込む。ここで、パッド１０３ｂに対しては電子部品１０２が対応する箇所には予備はんだが行われていないため、電子部品１０２は基板１０１側に平行に押し込まれ、基板１０１の高さ方向の仕様を満たすことができる。

また、予備はんだ部５１は、パッド１０３ｂに対しては全面に予備はんだを行っている。そのため、図５に示すように、第１はんだ付け部５３が電子部品１０２の電極の近くをレーザで加熱することで、予備はんだで塗布されたはんだのみではんだ付けを行うことができ、はんだを追加で供給する必要が無くなる（局所加熱効果）。よって、はんだ付けが容易となる。

また、加圧部４は、図２に示すように、電子部品１０２の両側面を把持し、ガイドに沿って電子部品１０２を基板１０１側に加圧している。そのため、電子部品１０２を平行に保つことができる。

次いで、第２はんだ付け部５４は、レーザ照射部３により上記他方のパッド１０３（図ではパッド１０３ｂ）上のはんだに対してレーザを照射することではんだ付けを行う（ステップＳＴ５）。なお、第２はんだ付け部５４では、はんだ付けの際にはんだの追加供給が必要となる。
また、第２はんだ付け部５４は、上記はんだ付けを行う際に、加圧部４により電子部品１０２を基板１０１側に加圧しながら行うことが望ましい。これは、はんだ部分の断面形状はフィレット形状であり、電子部品１０２の片側のみがはんだ付けされた状態では、未はんだ部分を浮き上がらせる方向に力が働き、電子部品１０２と基板１０１との間に隙間が生じ易く、プロセスが不安定になるためである。
以上により、電子部品１０２を基板１０１側に押し込むことができ、高さ方向の要求仕様を満たすことができる。

なお、実施の形態１に係る部品実装装置で用いられる基板１０１では、表面処理として金フラッシュ処理は施せない。これは、金とはんだの主材料である錫が反応し易く、部分的な予備はんだが難しいためである。

また上記では、予備はんだ部５１が、電子部品１０２に対して一側面側のパッド１０３に対しては全面に予備はんだを行い、他側面側のパッド１０３に対して部分的に予備はんだを行う場合を示した。しかしながら、これに限らず、予備はんだ部５１は、全てのパッド１０３に対して部分的に予備はんだを行うようにしてもよい。

また上記では、第１はんだ付け部５３及び第２はんだ付け部５４がレーザを用いてはんだ付けを行う場合を示した。しかしながら、これに限らず、はんだごて等の他の方法を用いて、はんだ付けを行ってもよい。

以上のように、この実施の形態１によれば、基板１０１に設けられた複数のパッド１０３に対して予備はんだを行う予備はんだ部５１と、予備はんだ部５１による処理の後、複数のパッド１０３上に電子部品１０２を位置決めする部品位置決め部５２と、部品位置決め部５２による処理の後、電子部品１０２を基板１０１側に加圧しながら、複数のパッド１０３のうち、当該電子部品１０２に対して一側面側のパッド１０３上のはんだを加熱することではんだ付けを行う第１はんだ付け部５３と、第１はんだ付け部５３による処理の後、複数のパッド１０３のうち、当該電子部品１０２に対して他側面側のパッド１０３上のはんだを加熱することではんだ付けを行う第２はんだ付け部５４とを備え、予備はんだ部５１は、少なくとも他側面側のパッド１０３に対して、電子部品１０２が対向する箇所以外の箇所に予備はんだを行うので、簡易な構成で、高さ方向の要求仕様を満たすことができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ はんだ供給部
２ 部品移動部
３ レーザ照射部
４ 加圧部
５ 制御部
５１ 予備はんだ部
５２ 部品位置決め部
５３ 第１はんだ付け部
５４ 第２はんだ付け部
１０１ 基板
１０２ 電子部品
１０３，１０３ａ，１０３ｂ パッド（導体パターン）

Claims (5)

1. 基板に設けられた複数の導体パターンに対して予備はんだを行う予備はんだ部と、
   前記予備はんだ部による処理の後、前記複数の導体パターン上に電子部品を位置決めする部品位置決め部と、
   前記部品位置決め部による処理の後、前記電子部品を前記基板側に加圧しながら、前記複数の導体パターンのうち、当該電子部品に対して一側面側の導体パターン上のはんだを加熱することではんだ付けを行う第１はんだ付け部と、
   前記第１はんだ付け部による処理の後、前記複数の導体パターンのうち、当該電子部品に対して他側面側の導体パターン上のはんだを加熱することではんだ付けを行う第２はんだ付け部とを備え、
   前記予備はんだ部は、前記一側面側の導体パターンに対しては全面に予備はんだを行い、前記他側面側の導体パターンに対しては、前記電子部品が対向する箇所には予備はんだを行わずに、当該電子部品が対向する箇所以外の箇所に予備はんだを行う
   ことを特徴とする部品実装装置。
2. 前記第２はんだ付け部は、前記電子部品を前記基板側に加圧しながら、前記複数の導体パターンのうち、当該電子部品に対して他側面側の導体パターン上のはんだを加熱することではんだ付けを行う
   ことを特徴とする請求項１記載の部品実装装置。
3. 前記第１はんだ付け部及び前記第２はんだ付け部は、レーザを用いてはんだ付けを行う
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の部品実装装置。
4. 前記電子部品は光学部品である
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の部品実装装置。
5. 予備はんだ部が、基板に設けられた複数の導体パターンに対して予備はんだを行い、
   部品位置決め部が、前記予備はんだ部による処理の後、前記複数の導体パターン上に電子部品を位置決めし、
   第１はんだ付け部が、前記部品位置決め部による処理の後、前記電子部品を前記基板側に加圧しながら、前記複数の導体パターンのうち、当該電子部品に対して一側面側の導体パターン上のはんだを加熱することではんだ付けを行い、
   第２はんだ付け部が、前記第１はんだ付け部による処理の後、前記複数の導体パターンのうち、当該電子部品に対して他側面側の導体パターン上のはんだを加熱することではんだ付けを行い、
   前記予備はんだ部は、前記一側面側の導体パターンに対しては全面に予備はんだを行い、前記他側面側の導体パターンに対しては、前記電子部品が対向する箇所には予備はんだを行わずに、当該電子部品が対向する箇所以外の箇所に予備はんだを行う
   ことを特徴とする部品実装方法。

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