(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板を、加熱冷却が可能なステージ上に搭載する第１の工程と、上記回路基板に半田を供給する第２の工程と、上記ステージの温度を昇温して、上記供給された半田を溶融させるとともに、溶融した半田にチップ部品を実装する第３の工程と、上記ステージの冷却を行う第４の工程とを有し、上記第１の工程の後、上記第２〜第４の工程を複数回繰り返すチップ部品のボンディング方法であって、
上記第１の工程を行うステーション、上記第２の工程を行うステーション、上記第３の工程を行うステーション及び上記第４の工程を行うステーションと、上記第１の工程〜第４の工程を実行するための複数のステージとを配置し、上記複数のステージ夫々を順次上記第１の工程〜第４の工程のステーションへ移送し、上記複数のステージに搭載された回路基板に対して、移送したステーションにおける各工程を並行して実行することを特徴とするチップ部品のボンディング方法。
【請求項２】
第１のステーション〜第４のステーションは、環状に配置することを特徴とする請求項１記載のチップ部品のボンディング方法。
【請求項３】
回路基板を搭載するステージと、このステージを加熱し冷却する加熱冷却手段と、上記回路基板を上記ステージに移送する移送手段と、上記回路基板に半田を供給する半田供給手段と、上記回路基板にチップ部品を搭載する実装手段とを備えたチップ部品のボンディング装置であって、
ステージに回路基板を搭載する移送手段を有する第１のステーション、供給した回路基板に半田を供給する半田供給手段を有する第２のステーション、上記回路基板にチップ部品を搭載する実装手段を有する第３のステーションおよび上記回路基板を冷却する第４のステーション、上記第１のステーション〜第４のステーションに配設される複数のステージ、この複数のステージ夫々を加熱し冷却する加熱冷却手段、上記ステージを第１のステーションから順次第２のステーション、第３のステーション、第４のステーションへと移送する駆動手段を備えたことを特徴とするチップ部品のボンディング装置。
【請求項４】
第１のステーション〜第４のステーションが環状に配置されていることを特徴とする請求項３記載のチップ部品のボンディング装置。
【請求項５】
ステージをテーブル上に配設し、このテーブルを一方向に間欠的に回転させることを特徴とする請求項３記載のチップ部品のボンディング装置。
【請求項６】
加熱冷却手段への給電をスリップリングで行うことを特徴とする請求項５記載のチップ部品のボンディング装置。
【請求項７】
第１のステーションが第４のステーションを兼ねていることを特徴とする請求項３記載のチップ部品のボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板にチップ部品を実装するチップ部品のボンディング方法及びボンディング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回路基板にチップ部品を実装する装置において、熱による半田の酸化およびチップ部品の劣化を防止することは、製品の品質向上および安定化を図る上で重要である。特に、複数のチップ部品を実装する場合、半田の酸化による特性のばらつきが問題となる。
【０００３】
図５は、例えば、特開平３−１１４２８７号公報に記載された従来のチップ部品の実装方法を示す断面図である。図５に示したように、回路基板２２の導体パターン上に、チップ部品２３を半田ペーストで仮固定し位置決めした電子回路装置２４を、加熱炉２５の予熱室２６、加熱室２７を経て加熱炉２５の外へコンベア２８で搬送する間に半田ペーストが溶融し、固化してチップ部品２３が実装される。なお、図において、２９はヒータ、３０は予熱室２６と加熱室２７を仕切る隔壁、３１は空気の流れを調整する整流板、３２は空気を供給または排出するファンである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来、回路基板にチップ部品を搭載する方法は加熱炉を通過させる等のために、半田の加熱時間および溶融時間が長く半田が酸化され、また、チップ部品が高温雰囲気に長時間曝されるため、チップ部品を搭載した製品の性能低下が生じるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記のような問題を解決するものであり、半田の溶融時間およびチップ部品の加熱時間を短くし、半田の表面酸化および製品の性能低下を防止できるチップ部品のボンディング方法及び装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１のチップ部品のボンディング方法は、回路基板を、加熱冷却が可能なステージ上に搭載する第１の工程と、上記回路基板に半田を供給する第２の工程と、上記ステージの温度を昇温して、上記供給された半田を溶融させるとともに、溶融した半田に上記チップ部品を実装する第３の工程と、上記ステージの冷却を行う第４の工程とを有し、上記第１の工程の後、上記第２〜第４の工程を複数回繰り返すチップ部品のボンディング方法であって、
上記第１の工程を行うステーション、上記第２の工程を行うステーション、上記第３の工程を行うステーション及び上記第４の工程を行うステーションと、上記第１の工程〜第４の工程を実行するための複数のステージとを配置し、上記複数のステージ夫々を順次上記第１の工程〜第４の工程のステーションへ移送し、上記複数のステージに搭載された回路基板に対して、移送したステーションにおける各工程を並行して実行するものである。
【０００７】
本発明に係る第２のチップ部品のボンディング方法は、上記第１のチップ部品のボンディング方法において、第１のステーション〜第４のステーションは、環状に配置するものである。
【０００８】
本発明に係る第１のチップ部品のボンディング装置は、回路基板を搭載するステージと、このステージを加熱し冷却する加熱冷却手段と、上記回路基板を上記ステージに移送する移送手段と、上記回路基板に半田を供給する半田供給手段と、上記回路基板にチップ部品を搭載する実装手段とを備えたチップ部品のボンディング装置であって、
ステージに回路基板を搭載する移送手段を有する第１のステーション、供給した回路基板に半田を供給する半田供給手段を有する第２のステーション、上記回路基板にチップ部品を搭載する実装手段を有する第３のステーションおよび上記回路基板を冷却する第４のステーション、上記第１のステーション〜第４のステーションに配設される複数のステージ、この複数のステージ夫々を加熱し冷却する加熱冷却手段、上記ステージを第１のステーションから順次第２のステーション、第３のステーション、第４のステーションへと移送する駆動手段を備えたものである。
【０００９】
本発明に係る第２のチップ部品のボンディング装置は、上記第１のチップ部品のボンディング装置において、ステージは、第１のステーション〜第４のステーションが環状に配置されているものである。
【００１０】
本発明に係る第３のチップ部品のボンディング装置は、上記第１のチップ部品のボンディング装置において、ステージをテーブル上に配設し、このテーブルを一方向に間欠的に回転させるものである。
【００１１】
本発明に係る第４のチップ部品のボンディング装置は、上記第３のチップ部品のボンディング装置において、加熱冷却手段への給電をスリップリングで行うものである。
【００１２】
本発明に係る第５のチップ部品のボンディング装置は、上記第１のチップ部品のボンディング装置において、第１のステーションが第４のステーションを兼ねているものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明に係るチップ部品のボンディング装置の実施の形態１を示す斜視図（ａ）および断面図である。図において、１は加熱冷却可能なステージ、２は気体流通孔、３は溝、４は気体流通孔２に連通する気体供給口、５はエアボンベ等から供給される気体の流通を開閉する電磁バルブ等の開閉弁、６は温度検出端子、６ａはステージ１の温度を検出する温度検出素子、７は給電端子、７ａは給電線、８は温度調節計、９は制御手段、１０は回路基板をステージ１上に載置および排出する移送手段、１１は回路基板上に半田を供給する半田供給手段、１２はチップ部品を回路基板上に搭載する実装手段、１３はヒータであり、ヒータ１３は給電線７ａに接続されている。
【００１４】
制御手段９は、予め設定された手順並びに加熱温度および加熱保持時間、冷却条件等に従って、移送手段１０、半田供給手段１１、実装手段１２、ヒータ１３への電力供給による加熱手段、開閉弁５の開閉により気体を供給口４、気体流通孔２から溝３に流してステージ１を冷却する冷却手段を制御する。
【００１５】
本実施の形態の装置においては、まず、移送手段１０を操作して図示されていない基板トレイから回路基板をピックアップして、ステージ１上に搭載する。この時、ステージ１はヒータ１３に電力が供給されて半田を熱圧着することができる温度まで予加熱してある。次に、半田供給供給手段１１を操作して、回路基板のチップ部品実装位置に半田を所定量供給し押し付ける。次に、ヒータ１３に電力を供給して半田が溶融する温度まで加熱するとともに、実装手段１２を操作してチップ部品を回路基板上に実装し、さらに開閉弁５を開き、ステージ１を急冷した後、移送手段１２を操作してチップ部品を実装した製品を図示していない製品トレイに排出する。
【００１６】
搭載する部品が複数個の場合には、ステージ１の温度を、半田の熱圧着温度まで冷却し、半田の供給、溶融、チップ部品の搭載、ステージ１の冷却の工程を繰り返す。この工程の繰り返しにおいて、溶融半田はチップ部品の電極部の金属、例えば、金と合金を形成するので、次の繰り返しにおける半田溶融工程において合金化した半田は溶融しない。
【００１７】
本実施の形態によれば、加熱冷却手段により加熱冷却が可能なステージ１上に回路基板を搭載し、ステージ１の温度を制御して半田の供給、溶融、チップ部品の搭載を行っているので、半田の溶融時間およびチップ部品が高温雰囲気に曝される時間を短縮し、チップ部品を搭載した製品の性能劣化を抑制することができるとともに、ボンディング装置を小型にすることができる。
【００１８】
また、加熱冷却手段をステージ１に内蔵することによって、さらにボンディング装置を小型にすることができる。
【００１９】
また、移送手段１０、半田供給手段１１および実装手段１２を備え、これらの操作を制御手段９で制御しているので、回路基板のロード、回路基板へのチップ部品の実装およびチップ部品実装後の回路基板のアンロードに至る工程を自動化することができる。
【００２０】
実施の形態２．
図２は、本発明に係るチップ部品のボンディング装置の実施の形態２を示す一部断面側面図であり、図３は、本実施の形態におけるチップ部品のボンディング装置の動作を説明する斜視図である。図において、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示す。
【００２１】
１ａ〜１ｄはヒータおよび温度検出素子を内蔵したステージ、４ａ〜４ｄは気体供給口、６ａ〜６ｄは温度調節計、１４はステージ１ａ〜１ｄが設置された回転テーブル、１５は回転テーブル１４を回転させる回転軸であり、回転軸１５は図示していないステップモータ等に連結され、気体供給口４ａ〜４ｄから供給される気体が流通するリング状に形成されたリング溝１８と気体流通孔２ａ〜２ｄ、リング溝１８間をシールするＯリング並びにヒータおよび温度検出素子それぞれに接続されたスリップリング１７を備えている。１６は固定リングであり、固定リング１６には気体供給口４ａ〜４ｄが設けられている。
【００２２】
ステージ１ａ〜１ｄの加熱は、スリップリング１７を介してステージ１ａ〜１ｄが内蔵するヒータに電力を供給することによって行われ、ステージ１ａ〜１ｄの温度は、スリップリング１７を介して得られる温度検出素子の信号に基づき、温度調節器６ａ〜６ｄによって調節される。また、ステージ１ａ〜１ｄの冷却は、開閉弁５を開閉することによって、気体が気体供給口４ａ〜４ｄ、リング溝１８、気体流通孔２ａ〜２ｄを経てステージ１ａ〜１ｄに供給されることによって行われる。
【００２３】
また、制御手段９は、予め設定された手順並びに加熱温度および加熱保持時間、冷却条件等に従って、回転テーブル１４の回転、移送手段１０、半田供給手段１１、実装手段１２、ヒータへの電力供給による加熱手段、開閉弁５の開閉による冷却手段を制御する。
【００２４】
図３に示したように、回転テーブル１４の周囲の環状に配置された移送ステーション（第１のステーション）Ａ、半田を供給し熱圧着する半田熱圧着ステーション（第２のステーション）Ｂ、半田溶融・チップ部品搭載ステーション（第３のステーション）Ｃおよび冷却ステーション（第４のステーション）Ｄには各ステーションに対応して移送手段１０、半田供給手段１１および実装手段１２が配置されている。
【００２５】
ステージ１ａ〜１ｄはそれぞれ、半田を熱圧着できる温度まで予加熱されている。
【００２６】
まず、移送手段１０を操作して図示されていない基板トレイから回路基板をピックアップして、ステージ１ａ上に搭載する。回転テーブル１４を一方向に間欠的に回転させ、各ステージ１ａ〜１ｄをそれぞれ隣のステーションに移動させ、ステージ１ａ上の回路基板には、半田供給手段１１を操作して所定量の半田を供給・熱圧着し、この供給・熱圧着の操作と並行して、ステージ１ｂには、移送手段１０を操作して新たな回路基板を搭載する。
【００２７】
さらに、回転テーブル１４を回転させ、各ステージ１ａ〜１ｄをそれぞれ隣のステーションに移動させ、ステージ１ａの温度を昇温し半田を溶融させると共に実装手段１２を操作してチップ部品を実装する。このチップ部品の実装の操作と並行して、ステージ１ｂ上の回路基板には、半田供給手段１１を操作して所定量の半田を供給・熱圧着し、ステージ１ｃ上には、移送手段１０を操作して新たな回路基板を搭載する。
【００２８】
さらに、回転テーブル１４を回転させ、各ステージ１ａ〜１ｄをそれぞれ隣のステーションに移動させ、ステージ１ａを冷却（回路基板を冷却）し、ステージ１ｂの温度を昇温し半田を溶融させると共に実装手段１２を操作してチップ部品を実装する。この冷却およびチップ部品の実装の操作と並行して、ステージ１ｃ上の回路基板には、半田供給手段１１を操作して所定量の半田を供給・熱圧着し、ステージ１ｄ上には、移送手段１０を操作して新たな回路基板を搭載する。
【００２９】
さらに、回転テーブル１４を回転させ、各ステージ１ａ〜１ｄをそれぞれ隣のステーションに移動させ、ステージ１ａ上のチップ部品を実装した回路基板を移送手段１０を操作して図示していない製品トレイに排出するとともに、新たな回路基板を搭載する。これと並行して、ステージ１ｂを冷却し、ステージ１ｃの温度を昇温し半田を溶融させると共に実装手段１２を操作してチップ部品を実装し、ステージ１ｄ上の回路基板には、半田供給手段１１を操作して所定量の半田を供給・熱圧着する。
【００３０】
複数のチップ部品を実装する場合は、冷却ステーションＤにおいて、各ステージ１ａ〜１ｄの温度を、半田が熱圧着できる温度まで冷却し、半田の供給、半田溶融およびチップ部品の実装、チップ部品実装後のステージ冷却を複数回繰り返す。
【００３１】
以上のように、本実施の形態においては、回路基板のステージ１ａ〜１ｄへの移送と予熱操作、回路基板への半田の供給工程、半田溶融とチップ部品の搭載工程およびチップ部品を搭載した回路基板の冷却工程の各工程を並行して行うので作業時間が短縮される。
【００３２】
また、加熱冷却手段を備えたステージ１ａ〜１ｄ上に回路基板を載置し、ステージ１ａ〜１ｄの温度を制御して半田の供給、溶融、チップ部品の搭載を行っているので、半田の溶融時間およびチップ部品が高温雰囲気に曝される時間を短縮し、チップ部品を搭載した製品の性能劣化を抑制することができる。
【００３３】
また、移送手段１０、半田供給手段１１および実装手段１２を備え、これらの操作を制御手段９で制御しているので、回路基板のロード、回路基板へのチップ部品の実装およびチップ部品実装後の回路基板のアンロードに至る工程を自動化することができる。
【００３４】
また、移送ステーションＡ、半田熱圧着ステーションＢ、半田溶融・チップ部品搭載ステーションＣおよび冷却ステーションＤは環状に配置されているので、ボンディング装置が小型化される。
【００３５】
また、ステージ１ａ〜１ｄを回転テーブル１４上に配設し、回転テーブル１４を回転させることによって、回路基板を移送ステーションＡ、半田熱圧着ステーションＢ、半田溶融・チップ部品搭載ステーションＣおよび冷却ステーションＤの間で移動させるようにしているので、ボンディング装置が小型化される。
【００３６】
なお、本実施の形態において、図３に示した冷却ステーションＤを省略し、移送ステーションＡを冷却ステーションとして兼用することによって、ボンディング装置がさらに小型化される。
【００３７】
実施の形態３．
図４は、本発明に係るチップ部品のボンディング装置の実施の形態３を示す側面図である。図において、図２と同一符号は同一部分または相当部分を示す。
【００３８】
本実施の形態においては、コンベア２０に沿って移送ステーションＡ（予熱を併せて行う）、半田熱圧着ステーションＢ、半田溶融・チップ部品搭載ステーションＣおよび冷却ステーションＤを配置し、各ステーションＡ〜Ｄには加熱冷却手段２１ａ〜２１ｄを設ける。加熱冷却手段２１ａ〜２１ｄは、ヒータ等の加熱手段と温度検出素子と気体流通孔とを内蔵し、加熱手段と開閉弁５の開閉によって気体流通孔に供給される気体による冷却手段によって加熱冷却され、温度検出素子の信号を受けた温度調節計６ａ〜６ｄによって温度調節され、開閉弁５の開閉およびヒータへの電力供給並びに各ステーションＡ〜Ｄの操作は制御手段９によって制御される。コンベア２０には、加熱冷却手段２１ａ〜２１ｄに対応するようにステージ１ａ〜１ｄが複数設置され、ステージ１ａ〜１ｄは移送ステーションＡ〜Ｄを巡回するように構成されている。
【００３９】
本実施の形態においては、回路基板のステージ１ａ〜１ｄへの移送と予熱操作、回路基板への半田の供給・熱圧着工程、半田溶融とチップ部品の搭載工程およびチップ部品を搭載した回路基板の冷却工程の各工程を並行して行うので作業時間が短縮される。
【００４０】
また、加熱冷却手段を備えたステージ１ａ〜１ｄ上に回路基板を搭載し、ステージ１ａ〜１ｄの温度を制御して半田の供給・熱圧着、溶融、チップ部品の搭載を行っているので、半田の溶融時間およびチップ部品が高温雰囲気に曝される時間を短縮し、チップ部品を搭載した製品の性能劣化を抑制することができる。
【００４１】
また、移送手段１０、半田供給供給手段１１および実装手段１２の操作を制御手段９で制御しているので、回路基板のロード、回路基板へのチップ部品の実装およびチップ部品実装後の回路基板のアンロードに至る工程を自動化することができる。
【００４２】
なお、上記実施の形態２および３においては、４つのステーションＡ〜Ｄに対応した４つのステージ１ａ〜１ｄを設ける場合を示したが、ステーションＡ〜Ｄ１つ１つに対応させる必要はなく、例えば、ステーションＢ，Ｄに対応するステージを１つ設けるようにしてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
本発明に係る第１のチップ部品のボンディング方法によれば、回路基板を、加熱冷却が可能なステージ上に搭載する第１の工程と、上記回路基板に半田を供給する第２の工程と、上記ステージの温度を昇温して、上記供給された半田を溶融させるとともに、溶融した半田に上記チップ部品を実装する第３の工程と、上記ステージの冷却を行う第４の工程とを有し、上記第１の工程の後、上記第２〜第４の工程を複数回繰り返すチップ部品のボンディング方法であって、上記第１の工程を行うステーション、上記第２の工程を行うステーション、上記第３の工程を行うステーション及び上記第４の工程を行うステーションと、上記第１の工程〜第４の工程を実行するための複数のステージとを配置し、上記複数のステージ夫々を順次上記第１の工程〜第４の工程のステーションへ移動させて、上記複数のステージの搭載された回路基板に対して、移動したステーションにおける各工程を並行して実行するものであるので、作業時間が短縮される。
【００４４】
また、半田の溶融時間およびチップ部品が高温雰囲気に曝される時間を短縮し、チップ部品を搭載した製品の性能劣化を抑制することができる。
【００４５】
本発明に係る第２のチップ部品のボンディング方法によれば、第１のステーション〜第４のステーションは、環状に配置するものであるので、ボンディング装置を小型化することができる。
【００４６】
本発明に係る第１のチップ部品のボンディング装置によれば、回路基板を搭載するステージと、このステージを加熱し冷却する加熱冷却手段と、上記回路基板を上記ステージに移送する移送手段と、上記回路基板に半田を供給する半田供給手段と、上記回路基板にチップ部品を搭載する実装手段とを備えたチップ部品のボンディング装置であって、
ステージに回路基板を搭載する移送手段を有する第１のステーション、供給した回路基板に半田を供給する半田供給手段を有する第２のステーション、上記回路基板にチップ部品を搭載する実装手段を有する第３のステーションおよび上記回路基板を冷却する第４のステーション、上記第１のステーション〜第４のステーションに配設される複数のステージ、この複数のステージ夫々を加熱し冷却する加熱冷却手段、上記ステージを第１のステーションから順次第２のステーション、第３のステーション、第４のステーションへと移動させる駆動手段を備えたものであるので、ステージに回路基板を搭載する工程、回路基板に半田を供給する工程、チップ部品の搭載工程およびチップ部品を搭載した回路基板の冷却工程の各工程を並行して行うことができ、作業時間が短縮される。
【００４７】
また、半田の溶融時間およびチップ部品が高温雰囲気に曝される時間を短縮し、チップ部品を搭載した製品の性能劣化を抑制することができる。
【００４８】
本発明に係る第２のチップ部品のボンディング装置によれば、第１のステーション〜第４のステーションが環状に配置されているものであるので、ボンディング装置が小型化される。
【００４９】
本発明に係る第３および第４のチップ部品のボンディング装置によれば、ステージをテーブル上に配設し、このテーブルを一方向に間欠的に回転させるものであるので、ボンディング装置が小型化される。
【００５０】
本発明に係る第５のチップ部品のボンディング装置によれば、第１のステーションが第４のステーションを兼ねているものであるので、ボンディング装置がさらに小型化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るチップ部品ボンディング装置の実施の形態１を示す斜視図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図２】本発明に係るチップ部品ボンディング装置の実施の形態２を示す一部断面側面図である。
【図３】本発明に係るチップ部品ボンディング装置の実施の形態２の動作を説明する斜視図である。
【図４】本発明に係るチップ部品ボンディング装置の実施の形態３を示す側面図である。
【図５】従来のチップ部品ボンディング装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ  ステージ、２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ  気体流通孔、
３  溝、４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ  気体供給口、５  開閉弁、６  温度検出端子、
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ  温度検出素子、７  給電端子、７ａ  給電線、
８  温度調節計、９  制御手段、１０  移送手段、１１  半田供給手段、
１２  実装手段、１３  ヒータ、１４  回転テーブル、１５  回転軸、
１６  固定リング、１７  スリップリング、１８  リング溝、１９  Ｏリング、
２０  コンベア、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ  加熱冷却手段。
【図１】
0003625186.tif 000002
【図２】
0003625186.tif 000003
【図３】
0003625186.tif 000004
【図４】
0003625186.tif 000005
【図５】
0003625186.tif 000006