JP7326057B2

JP7326057B2 - 電子部品の製造装置と電子部品の製造方法

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Publication number: JP7326057B2
Application number: JP2019138512A
Authority: JP
Inventors: 正小室; 翔斗木津
Original assignee: ニデックコンポーネンツ株式会社
Priority date: 2019-07-29
Filing date: 2019-07-29
Publication date: 2023-08-15
Anticipated expiration: 2039-07-29
Also published as: JP2021020380A

Description

本発明の実施形態は、例えば印刷基板の表面に半田付けのみで実装される表面実装型の電子部品などを製造する電子部品の製造装置と電子部品の製造方法に関する。

例えば電子部品のハウジングを構成する基板にカバーを接合する場合、レーザ光を用いたレーザ溶着装置が用いられる。レーザ溶着装置は、基板とカバーの接合部の材料をレーザ光により溶融させ、基板とカバーを接合する（例えば特許文献１参照）。

特開２０１９－１０２２４３号公報

電子部品の基板やカバーは、例えば樹脂により構成されており、レーザ光を基板又はカバーを通してカバー又は基板に照射することにより、基板又はカバーが溶融し、これらが接合される。しかし、基板の接部の近傍に、例えば金属製の端子が設けられている場合、金属製の端子は、光を透過しないため、端子が障害となりレーザ光を接合部に照射することができない。

そこで、レーザ光源を傾け、レーザ光を斜めに電子部品照射する方法や、垂直に設けられたレーザ光源に対して電子部品を斜めに設置して、レーザ光を斜めに電子部品に照射する方法や、垂直に設けられたレーザ光源から照射されたレーザ光をミラーによって反射させ、電子部品に斜めに照射させる方法などが開発されている。

しかし、いずれの方法も、装置構成が複雑化するという問題を有している。

本実施形態は、簡単な構成で、障害物を回避して目的の位置にレーザ光を照射させることができる電子部品の製造装置と電子部品の製造方法を提供する。

本実施形態の電子部品の製造装置は、裏面周辺の一部分に不透光材料を有する透光性の第１部材と、前記第１部材の表面に裏面が接合される第２部材と、を有する電子部品が、前記第１部材を上、前記第２部材を下として載置される台と、前記台に対して垂直にレーザ光を発生するレーザ光源と、前記台に載置された前記電子部品の上方に設けられ、前記レーザ光源から発生されたレーザ光を透過し、前記不透光材料の裏側の前記第２部材に前記第１部材を透過して前記レーザ光を導く光学部材と、を具備する。

本実施形態の電子部品の製造方法は、裏面周辺の一部分に不透光材料を有する透光性の第１部材と、前記第１部材の表面に裏面が接合される第２部材と、を有する電子部品を、前記第１部材を上、前記第２部材を下として台に載置し、前記台に載置された前記電子部品の上方に設けられたレーザ光源から発生されたレーザ光を光学部材により透過し、前記不透光材料の裏側の前記第２部材に前記第１部材を透過して前記レーザ光を導く。

本実施形態に係る電子部品の一例を示す斜視図。図１に示す電子部品の裏側を示す斜視図。本実施形態に係る電子部品の製造装置としてのレーザ溶着装置の一例を示す断面図。図３に示すレーザ溶着装置の一部を取り出して示す上面図。本実施形態の第１変形例を示すものであり、レーザ溶着装置の一部を取り出して示す側面図。本実施形態の第２変形例を示すものであり、レーザ溶着装置の一部を取り出して示す側面図。図６の主要部を示す上面図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。図面において、同一部分には、同一符号を付している。

（実施形態）
図１乃至図３は、実施形態に係る電子部品１０を示している。電子部品１０は表面実装部品であり、デュアル・インライン・パッケージ（ＤＩＰ）スイッチ、例えばロータリースイッチの場合を示している。しかし、本実施形態は、スイッチに限定されるものではなく、その他の電子部品に適用することが可能である。

電子部品１０は、ハウジングを構成する第１部材としての基板１１と、第２部材としてのカバー１２と、スイッチ機構１３と、操作子１４と、Ｏリング１５と、複数の端子１６を具備している。

基板１１は、例えば後述するようにレーザ光を透過することが可能な樹脂により形成されている。基板１１の一方の面にはスイッチ機構１３が配置されている。

カバー１２は、レーザ光を吸収して溶融することが可能な樹脂により形成されている。カバー１２は、スイッチ機構１３が収容される凹部１２ａと、凹部１２ａと連通された開口部１２ｂを有している。凹部１２ａ内には、操作子１４が回転可能に挿入される。操作子１４は、スイッチ機構１３に連結され、スイッチ機構１３をオン又はオフに切り替えるために操作される。

カバー１２の凹部１２ａの周囲には、レーザ光を吸収して溶融される図示せぬ突起が連続的に設けられていてもよい。突起は、溶融された状態において、カバー１２を基板１１に固定する。しかし、突起は、省略することも可能である。すなわち、凹部１２ａの周囲のカバー１２を溶融し、カバー１２を基板１１に十分に接合でき、凹部１２ａ内の気密性を保持することが可能であれば、突起は省略できる。

操作子１４とカバー１２との間は気密構造とされ、カバー１２の内部への水分や塵埃の侵入が防止される。具体的には、操作子１４の周囲とカバー１２の間には、例えばゴム製のＯリング１５が設けられる。

スイッチ機構１３の構成は、本実施形態の本質ではないため、具体的な構成は示していない。しかし、スイッチ機構１３は、図示せぬ複数の固定接点と、コモン接点と、操作子１４に連結され、固定接点とコモン接点を電気的に接続する可動接点などを含むことが可能である。

図２に示すように、基板１１の裏面で、基板１１の平行する２つの辺の近傍には、複数の端子１６が設けられている。これら端子１６は、レーザ光を透過しない材料（不透光材料）、例えば金属により構成され、複数の固定接点とコモン接点にそれぞれ接続される。

（製造装置）
図３は、本実施形態に係る電子部品の製造に適用されるレーザ溶着装置２１の一例を示している。

レーザ溶着装置２１は、基台２２、載置台としての第１治具２３、押圧部材２４、プリズム２５、第２治具２６などを具備している。例えば金属製の基台２２は、開口部２２ａを有し、開口部２２ａ内に金属製の第１治具２３が配置される。第１治具２３は、押圧部材２４の上に載置される。

電子部品１０は、第１治具２３の上に裏返しで載置される。すなわち、透光性の樹脂により形成された基板１１が上側で、不透光の樹脂により形成されたカバー１２が下側に位置される。

電子部品１０の上には、例えばガラス製のプリズム２５が載置される。プリズム２５の形状は、例えば四角錐であり、正方形の底部が電子部品１０の上に載置される。プリズム２５の底部の面積は、電子部品１０の底部の面積より大きく、例えばプリズム２５の中央部が電子部品１０の中央部に一致して配置される。

プリズム２５の形状は、四角錐に限定されるものではなく、例えば電子部品１０の底部の形状や、後述するレーザ光の走査パターンに応じて変形することが可能である。

プリズム２５は、金属製の第２治具２６により押えられる。第２治具２６は、電子部品１０の上面の面積より大きな面積の開口部２６ａを有し、第２治具２６の開口部２６ａの周囲がプリズム２５の周囲に当接される。この状態において、第１治具２３が押圧部材２４によって、プリズム２５側に押圧されることにより、第１治具２３とプリズム２５の間の電子部品１０は、これらにより押えられる。

第２治具２６の開口部２６ａの上方には、レーザ光源２７が配置されている。レーザ光源２７は、プリズム２５の底辺に沿って移動することが可能とされている。レーザ光源２７は、垂直方向にレーザ光２７ａを発生する。レーザ光源２７から発生されたレーザ光２７ａは、プリズム２５の斜面に照射される。プリズム２５により屈折され、プリズム２５内を透過したレーザ光２７ａは、プリズム２５の底面から電子部品１０に照射される。

（電子部品の製造方法）
電子部品１０の製造時、先ず、カバー１２の凹部１２ａ内に、基板１１に設けられたスイッチ機構１３及び操作子１４が収容され、操作子１４が開口部１２ｂから露出される。

次いで、図２に示すように、電子部品１０が裏返しとされ、図３に示すように、電子部品１０がレーザ溶着装置２１の第１治具２３とプリズム２５との間にセットされる。このため、基板１１はカバー１２に押し付けられ、プリズム２５の底部は、基板１１と面接触される。

この状態において、レーザ光源２７から発生されたレーザ光２７ａが第２治具２６の開口部２６aからプリズム２５を通して電子部品１０に照射される。プリズム２５に対するレーザ光２７ａの照射位置は、図２、図４に示すように、電子部品１０（基板１１及びカバー１２）の周囲より外側であり、図２、図４に破線の矢印で示すように、凹部１２ａの周囲に沿ってレーザ光２７ａが移動される。

具体的には、図３に示すように、レーザ光源２７は、基台２２と垂直にレーザ光２７ａを発生する。レーザ光２７ａは、プリズム２５の斜面からプリズム２５内に入射され、プリズム２５の底面から基板１１に照射される。プリズム２５の底面から出射されるレーザ光２７ａは、基板１１に対して斜めに入射される。このため、基板１１に入射されたレーザ光２７ａは、基板１１に設けられた端子１６の裏側に位置するカバー１２に照射される。したがって、端子１６の裏側に位置するカバー１２を溶融させることができ、端子１６の裏側において、カバー１２と基板１１を接合させることができる。

図２、図４において、破線２８は、レーザ光２７ａの照射軌跡を示し、破線１７は、カバー１２と基板１１が接合されたレーザ溶着部を示している。このように、レーザ光２７ａをプリズム２５により屈折させることにより、レーザ光２７ａの照射軌跡２８より内側にレーザ溶着部１７を形成することができる。このため、基板１１の周囲に不透光部材としての端子１６が配置されている場合においても、端子１６の裏側において、基板１１とカバー１２を接合することが可能である。

尚、電子部品１０は、気密構造を得るため、レーザ光２７ａは、カバー１２の凹部１２ａの周囲に照射した。しかし、気密構造である必要がない場合、レーザ光２７ａは、カバー１２の凹部１２ａの周囲に連続的に照射する必要はなく、部分的に照射してもよい。すなわち、レーザ光２７ａの照射パターンは、目的に応じて変更可能である。

（実施形態の効果）
上記実施形態によれば、電子部品１０に対して、プリズム２５を通してレーザ光２７ａを照射している。このため、レーザ光源２７から基台２２に対して垂直に発生されたレーザ光２７ａを電子部品１０に対して斜めに照射することができる。したがって、電子部品１０が端子１６などのレーザ光２７ａを透過しない材料を有している場合においても、端子１６の裏側にレーザ光２７ａを照射することができる。よって、小型の電子部品１０の基板１１とカバー１２を確実に溶着することができる。

しかも、端子１６などのレーザ光２７ａを透過しない材料を有する電子部品１０においても、カバー１２の凹部１２ａの全周囲にレーザ溶着部１７を形成することができる。このため、表面実装型の電子部品１０を気密構造とすることができ、洗浄可能な電子部品とすることができる。

また、プリズム２５を用いてレーザ光２７ａを屈折させることにより、レーザ光源２７が基台２２に対して垂直な方向にしかレーザ光２７ａを発生することができない場合においても、レーザ光２７ａを電子部品１０に対して斜めに照射させることができる。したがって、レーザ溶着装置２１の構成を大きく変更することなく、レーザ光２７ａの照射位置を変更することができるため、製造装置のコストの上昇を抑えることが可能である。

さらに、レーザ光源を例えば斜めに設置し、斜めのレーザ光源から斜めにレーザ光を発生させて電子部品の全周囲にレーザ光を照射する場合、レーザ光源を第２治具２６の開口部２６ａより大きな範囲で移動させる必要がある。このため、大きなスペースを必要とし、レーザ溶着装置２１が大型化する。しかし、本実施形態のように、プリズム２５を用いてレーザ光２７ａを屈折させる場合、レーザ光源２７を第２治具２６の開口部２６ａの範囲で移動させればよい。このため、レーザ溶着装置２１の大型化を防止することが可能である。

（第１変形例）
図５は、本実施形態の第１変形例を示している。

上記実施形態において、プリズム２５は、レーザ溶着時に電子部品１０から発生した熱を放熱させる部材を兼用している。しかし、プリズム２５とは別に放熱用の透明板を設けることも可能である。

図５は、電子部品１０とプリズム２５との間に透明板３１を設けた場合を示している。透明板３１は、透光性の例えばガラスにより構成されている。透明板３１の厚みや材料を適宜選択することにより、放熱効率を向上させることが可能である。

また、透明板３１の屈折率を適宜選択することにより、電子部品１０に対するレーザ光２７ａの照射位置を最適化することが可能である。

（第２変形例）
図６、図７は、本実施形態の第２変形例を示している。

図６に示すように、第２変形例において、光学部材は、例えば凸レンズ（以下、単にレンズと称す）４１である。電子部品１０の上には、透明板４２が設けられ、透明板４２の上にレンズ４１が設けられる。透明板４２は、例えばレンズ４１の表面形状と同様の凹部４２ａを有しており、凹部４２ａ内にレンズ４１が設けられる。

レンズ４１の開口径は、電子部品１０の底部の対角線の長さより大きく、レンズ４１の中心が電子部品１０の底部の中央部に一致して配置される。

透明板４２及びレンズ４１の形状は、図６に示す形状に限定されるものではなく、例えば電子部品１０の底部の形状や、後述するレーザ光の走査パターンに応じて変形することが可能である。

また、透明板４２とレンズ４１は、一体化することも可能である。さらに、レンズ４１を安定に保持することができ、レンズ４１により放熱することが可能であれば、透明板４２は、省略することも可能である。

レーザ光源２７は、レンズ４１に対して電子部品１０と反対側に配置される。レンズ４１に対するレーザ光２７ａの照射位置は、電子部品１０（基板１１及びカバー１２）の周囲より外側である。電子部品１０は、レンズ４１の中心と図示せぬ焦点との間に配置され、レンズ４１の焦点距離は、レンズ４１及び透明板４２を通過したレーザ光２７ａがカバー１２の凹部１２ａの周囲に照射されるように設定されている。

上記構成において、図６、図７に示すように、レーザ光源２７から発生されたレーザ光２７ａは、レンズ４１の図示せぬ光軸と平行にレンズ４１に照射される。レンズ４１に入射されたレーザ光２７ａは、レンズ４１の焦点方向に屈折され、透明板４２を通過して電子部品１０に照射される。

レーザ光２７ａは、電子部品１０の周囲に沿って移動され、レンズ４１を通過したレーザ光２７ａは、カバー１２の凹部１２ａの周囲に照射される。このため、カバー１２の凹部１２ａの周囲が溶融され、レーザ溶着部１７において、基板１１に溶着される。

第２変形例によれば、レンズ４１によってレーザ光２７ａを屈折させることにより、端子１６の裏側にレーザ光２７ａを導くことができる。したがって、第２変形例によっても、上記実施形態及び第１変形例と同様の効果を得ることが可能である。

その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０…電子部品、１１…基板、１２…カバー、１３…スイッチ機構、１４…操作子、１６…端子、２５…プリズム、２７…レーザ光源、３１、４２…透明板、４１…レンズ。

Claims

裏面周辺の一部分に不透光材料を有する透光性の第１部材と、前記第１部材の表面に裏面が接合される第２部材と、を有する電子部品が、前記第１部材を上、前記第２部材を下として載置される台と、
前記台に対して垂直にレーザ光を発生するレーザ光源と、
前記台に載置された前記電子部品の上方に設けられ、前記レーザ光源から発生されたレーザ光を透過し、前記不透光材料の裏側の前記第２部材に前記第１部材を透過して前記レーザ光を導く光学部材と、
を具備することを特徴とする電子部品の製造装置。
前記光学部材は、プリズムであることを特徴とする請求項１記載の電子部品の製造装置。
前記プリズムの形状は、四角錐であることを特徴とする請求項２記載の電子部品の製造装置。
前記光学部材は、凸レンズであることを特徴とする請求項１記載の電子部品の製造装置。
前記光学部材と前記電子部品との間に設けられた透光性の透明板をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の電子部品の製造装置。
前記光学部材は、前記第１部材と面接触し、前記第１部材からの熱を放熱することを特徴とする請求項１記載の電子部品の製造装置。
前記第１部材と前記第２部材は、接合された状態で気密構造を構成することを特徴とする請求項１記載の電子部品の製造装置。
裏面周辺の一部分に不透光材料を有する透光性の第１部材と、前記第１部材の表面に裏面が接合される第２部材と、を有する電子部品を、前記第１部材を上、前記第２部材を下として台に載置し、
前記台に載置された前記電子部品の上方に設けられたレーザ光源から発生されたレーザ光を光学部材により透過し、前記不透光材料の裏側の前記第２部材に前記第１部材を透過して前記レーザ光を導く、
ことを特徴とする電子部品の製造方法。
前記光学部材は、プリズムであることを特徴とする請求項８記載の電子部品の製造方法。
前記プリズムの形状は、四角錐であることを特徴とする請求項９記載の電子部品の製造方法。
前記光学部材は、凸レンズであることを特徴とする請求項８記載の電子部品の製造方法。
前記光学部材と前記電子部品との間に設けられた透光性の透明板をさらに具備することを特徴とする請求項８記載の電子部品の製造方法。
前記光学部材は、前記第１部材と面接触し、前記第１部材からの熱を放熱することを特徴とする請求項８記載の電子部品の製造方法。
前記第１部材と前記第２部材は、接合された状態で気密構造を構成することを特徴とする請求項８記載の電子部品の製造方法。