(57)【要約】【課題】電子部品とプリント基板のはんだ接合部を均一に加熱することが可能な電子部品の交換機構、および電子部品の交換方法を提供する。【解決手段】加熱によって電子部品とプリント基板とを接合するはんだを溶融することで電子部品を交換する電子部品交換機構であって、加熱された熱風を電子部品に吹付けるための流路を有した内側ノズルと、内側ノズルとノズル外側の雰囲気との間に熱風での断熱層を設けるための流路を内側ノズルとの間に形成するための外側ノズルと、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱空気を電子部品と、この電子部品を搭載したプリント基板とに吹き当てて、前記電子部品と前記プリント基板とを接合するはんだを溶融して、前記電子部品を交換する電子部品交換装置において、
前記加熱空気の通過領域を形成する外側ノズルと内側ノズルとを備え、
前記外側ノズルと前記内側ノズルとの間を断熱層として、前記内側ノズルの内部の前記加熱空気の温度を均一化することを特徴とする電子部品交換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子部品交換装置であって、
前記外側ノズルは、角パイプ形状であり、前記内側ノズルは、中空鼓形状であることを特徴とする電子部品交換装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電子部品交換装置であって、
前記外側ノズルと前記内側ノズルは接合され、一体型の構造となっていることを特徴とする電子部品交換装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の電子部品交換装置であって、
前記外側ノズルと前記内側ノズルとの間を通過する第１の加熱空気と前記内側ノズルの内部を通過する第２の加熱空気とは、熱源が異なることを特徴とする電子部品交換装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載の電子部品交換装置であって、
さらに、前記プリント基板を反吹き当て方向から加熱する遠赤外線ヒータを備えることを特徴とする電子部品交換装置。
【請求項６】
加熱空気の通過領域を形成する外側ノズルと内側ノズルとを備え、前記加熱空気を電子部品と、この電子部品を搭載したプリント基板とに吹き当てて、前記電子部品と前記プリント基板とを接合するはんだを溶融して、前記電子部品を交換する電子部品交換方法において、
前記外側ノズルと前記内側ノズルとの間を断熱層とするステップと、前記内側ノズルの内部の前記加熱空気の温度を均一化するステップと、を含む電子部品交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板に実装した電子部品の交換装置および交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の高性能化、多機能化に伴い、プリント基板に実装される電子部品も部品裏面（非活性面）に電極を有する高密度実装が可能なＢＧＡ（Ball Grid Array）等の採用が増加している。
【０００３】
部品裏面に電極を有するＢＧＡ等の交換には、特許文献１に記載されている電子部品上面側および電子部品下面の基板側から電極部のはんだを加熱溶融して交換する方法がある。この技術は、交換対象の電子部品を上側と下側から局部的に加熱することで、周辺の部品のはんだを溶融させて交換する技術である。
【０００４】
図１を参照して、電子部品上面側および電子部品下面のプリント基板側から電極部のはんだを加熱溶融して交換するリペア装置１００の構成を説明する。図１において、リペア装置１００は、エアー加熱用ヒータ１３０と、送風用ファン１５０と、ホットエアノズル１６０と、吸着ビット１７０と、下面側ヒータ１８０と、を有する。
【０００５】
エアー加熱用ヒータ１３０は、電子部品１を実装したプリント基板２に取り付け状態で電子部品１の上面を加熱する。送風用ファン１５０は、加熱したエアー４とを吹付けて電極部のはんだを加熱溶融する。ホットエアノズル１６０は、電子部品１を覆いエアー４を電子部品に吹出すための流路を形成する。吸着ビット１７０は、バキュームで電子部品１を吸着して上下に駆動することで電子部品の取外し、搭載をする。
【０００６】
ホットエアノズル１６０は、リペア装置１００から着脱が可能であり、大きさの異なるものと交換することで、電子部品１のサイズに合わせてエアーを吹付ける範囲を変更する。下面側ヒータ１８０は、プリント基板２側から電子部品１の部品電極部を加熱する。
なお、リペア装置１００の動作は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置を備えた外部コントローラによって制御されている。
【０００７】
図２を参照して、リペア装置で電子部品を交換する場合の部品取外し工程フローを説明する。図２において、部品取外し工程は、初めにリペア装置１００に交換する電子部品１を実装したプリント基板２を取付ける（Ｓ１０１）。交換する電子部品１のサイズ以上かつ隣接部品に干渉しないサイズのホットエアノズル１６０を取付ける（Ｓ１０２）。
【０００８】
電子部品１がホットエアノズル１６０の開口範囲に収まるよう位置合わせをする（Ｓ１０３）。上面側のエアー加熱用ヒータ１３０で加熱したエアー４を送風用ファン１５０にてホットエアノズル１６０を経由して電子部品１の上面を加熱する。同時に、下面側ヒータ１８０からプリント基板２および電気部品１の下面を加熱する。これらによって、電子部品１の電極とプリント基板２のパッドとを接合しているはんだを溶融する（Ｓ１０４）。吸着ビット１７０にて電子部品１をバキューム吸着して取外す（Ｓ１０５）。
【０００９】
図３を参照して、図１に示したリペア装置１００にて電子部品１を再接続する工程フローを説明する。図３において、部品取付け工程は、初めにプリント基板２の電子部品パッドにはんだペーストを印刷する（Ｓ２０１）。リペア装置１００に電子部品パッドにはんだペーストを印刷したプリント基板２を取付ける（Ｓ２０２）。リペア装置１００に、取付ける電子部品１のサイズ以上かつ隣接部品に干渉しないサイズのホットエアノズル１６０を取付ける（Ｓ２０３）。
【００１０】
電子部品１がホットエアノズル１６０の開口範囲に収まるよう位置合わせをして、吸着ビット１７０にて電子部品１をバキューム吸着する（Ｓ２０４）。吸着して保持した電子部品１をはんだペーストを印刷したプリント基板２の電子部品パッド上に搭載する（Ｓ２０５）。
【００１１】
電子部品１の搭載後、上面側のエアー加熱用ヒータ１３０で加熱したエアー４を送風用ファン１５０にてホットエアノズル１６０を経由して電子部品１の上面を加熱し、下面側ヒータ１８０からプリント基板２および電気部品１の下面を加熱することで電子部品１の電極とプリント基板２のパッド間のはんだペーストを溶融して電子部品１とプリント基板２のパッドをはんだ付け接合する（Ｓ２０６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−０４１３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来技術では、ホットエアノズル内の高温のエアーが、ホットエアノズル外周面部からホットエアノズル外側の室温雰囲気へと熱が奪われてエアー温度の損失が発生する。このため、電子部品とプリント基板のはんだ接合部を均一に加熱することが困難になっている。このため、ホットエアノズル中央部と外周面部でのはんだ接合部温度に偏差が生じる。
【００１４】
ホットエアノズルの中央部と比較して外周面部の温度が低下する。このため、外周面部のはんだが溶融するまで、長時間にわたり高温で加熱する必要がある。つまり、はんだが溶融温度に達する前に電子部品およびプリント回路基板の耐熱温度を超過してしまう場合がある。
【００１５】
さらに、高温での局部的な長時間加熱とはんだ溶融タイミングの差異により、プリント基板の反りと電子部品の溶融したはんだ箇所への沈み込みの影響で、はんだ未接続やはんだショート等のはんだ接続不良が発生する場合がある。
【００１６】
交換対象の電子部品サイズに対して大型のホットエアノズルを使用することで、ホットエアノズル内のエアー温度の偏差が小さい範囲で加熱することができる。しかし、高密度実装のプリント基板では、交換対象の電子部品にきわめて近い位置に隣接部品が配置され、大型のホットエアノズルと隣接部品が干渉してしまう。このため、大型のホットエアノズルの使用は困難である。
【００１７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電子部品とプリント基板のはんだ接合部を均一に加熱することが可能な電子部品の交換機構、および電子部品の交換方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述した課題は、加熱空気を電子部品と、この電子部品を搭載したプリント基板とに吹き当てて、電子部品とプリント基板とを接合するはんだを溶融して、電子部品を交換する電子部品交換装置において、加熱空気の通過領域を形成する外側ノズルと内側ノズルとを備え、外側ノズルと内側ノズルとの間を断熱層として、内側ノズルの内部の加熱空気の温度を均一化する電子部品交換装置により、達成できる。
【００１９】
また、加熱空気の通過領域を形成する外側ノズルと内側ノズルとを備え、加熱空気を電子部品と、この電子部品を搭載したプリント基板とに吹き当てて、電子部品とプリント基板とを接合するはんだを溶融して、電子部品を交換する電子部品交換方法において、外側ノズルと内側ノズルとの間を断熱層とするステップと、内側ノズルの内部の加熱空気の温度を均一化するステップと、を含む電子部品交換方法により、達成できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、電子部品とプリント基板のはんだ接合部を均一に加熱することが可能な電子部品の交換機構、および電子部品の交換方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来のリペア装置の構成を説明する部分断面図である。
【図２】部品取外し工程のフローである。
【図３】部品取付け工程のフローである。
【図４】電子部品交換装置の構成を説明する部分断面図である。
【図５】内側ノズルと外側ノズルの断面図である。
【図６】内側ノズルと外側ノズルの下面図である。
【図７】温度プロファイルの例を示す図である。
【図８】実施例２に係る電子部品の交換機構の構成図である。
【図９】実施例３に係る電子部品の交換機構の構成図である。
【図１０】実施例４に係る電子部品の交換機構の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、実施例を用い図面を参照しながら説明する。なお、実質同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。
【実施例１】
【００２３】
図４を参照して、電子部品交換装置を説明する。なお、図４は、断面部分について断面部分のみを図示する。図４において、電子部品交換装置２００は、送風用ファン１５０と、エアー加熱用ヒータ１３０と、外側ノズル１４０と、内側ノズル１９０と、吸着ビット１７０とを含んで構成されている。電子部品交換装置２００を構成する各部は、図示しない演算装置を備えた外部コントローラによって制御されている。
【００２４】
エアー加熱用ヒータ１３０は、電子部品１およびプリント基板２を加熱するためにエアーを加熱する。送風用ファン１５０は、加熱したエアー４を電子部品１上面に吹付けて電極部のはんだを加熱溶融する。内側ノズル１９０は、電子部品１を覆い、エアー４を電子部品１に吹出すための流路を形成する。外側ノズル１４０は、内側ノズル１９０の外側の雰囲気との間にエアー４の断熱層を設ける。吸着ビット１７０は、電子部品１を真空吸着して上下に駆動することで電子部品の取外し、搭載をする。
【００２５】
内側ノズル１９０と外側ノズル１４０には、エアー加熱用ヒータ１３０と送風用ファン１５０から加熱したエアー４が供給される。内側ノズル１９０と外側ノズル１４０とは、一体であり、電子部品交換装置２００から着脱が可能である。内側ノズル１９０と外側ノズル１４０とは、大きさの異なるものと交換することで、電子部品１のサイズに合わせて熱風を吹付ける範囲を変更する。なお、符号３０については、図７で後述する。
【００２６】
電子部品１は、ＢＧＡを示している。しかし、電子部品１のプリント基板２への接続方法は、ＢＧＡに限らず、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package）、ＬＧＡ（Land Grid Array）、ＣＳＰ（Chip Size/Scale Package）であってもよい。
【００２７】
図５を参照して、内側ノズル１９０と外側ノズル１４０とによる断熱効果について説明する。図５において、外側ノズル１４０は、角パイプ形状である。これに対して、内側ノズル１９０は、鉛直方向と３０度の角度をもった中空鼓形状である。また、内側ノズル１９０は、外側ノズル１４０の内部に２ｍｍ離して、図示しない接続部で接続されている。
【００２８】
図５において、内側ノズル１９０内部に供給されるエアー４ａと、内側ノズル１９０と外側ノズル１４０との間隙部に供給されるエアー４ｂは、同じ温度のエアーである。しかし、エアー４ｂは、外側ノズル１４０の外周面部からノズル外側の室温雰囲気へと熱が奪われて、外側ノズル１４０面側のエアー温度が低下する。このとき、間隙部において、内側ノズル１９０面側のエアー温度は、室温雰囲気への熱が奪われ続ける外側ノズル１４０面側のエアー温度と比較して高温の状態である。
【００２９】
エアー４ａは、内側ノズル外周面部から、内側ノズル面側のエアー４ｂへと熱損失が発生する。しかし、内側ノズル面側のエアー４ｂは、高温を保っているため、エアー４ａからエアー４ｂへの熱損失は小さい。すなわち、エアー４ｂは、エアー４ａとノズル外側の室温雰囲気との間の断熱層となり、エアー４ａの温度を均一に保つことで、電子部品１とプリント基板２のはんだ接合部を均一に加熱する。
【００３０】
内側ノズル１９０は、外側ノズル１４０より約２ｍｍ内側に配置されている。内側ノズル１９０と外側ノズル１４０との間に加熱したエアーの体積を大きく確保するため、内側ノズル１９０の中央部に向かうにつれて、内側に約３０°傾斜した構造となっている。
【００３１】
ここでは、内側ノズル１９０が外側ノズル１４０の約２ｍｍ内側の距離に配置している。しかし、交換対象の電子部品の隣接部品と干渉しない位置であれば、いずれの距離で配置しても構わない。また、内側ノズル１９０の中央部に向かうにつれて、内側に約３０°傾斜した構造を取っている。しかし、内側ノズル１９０と外側ノズル１４０との間に加熱したエアーの体積を確保でき、かつ交換対象の電子部品と干渉しなければ、いずれの箇所に対していずれの角度で傾斜しても構わない。
【００３２】
図６を参照して、内側ノズル１９０と外側ノズル１４０との接続構造を説明する。図６において、内側ノズル１９０と外側ノズル１４０は、４隅を溶接で接合して接合部１１を設けることで一体型の構造となっており、内側ノズル１９０と外側ノズル１４０との間隙にエアーの流路を形成している。
【００３３】
ここで、内側ノズル１９０と外側ノズル１４０との４隅を溶接で接合することで一体型構造としている。しかし、間隙にエアーの流路が形成されれば、いずれの箇所をいずれの方法で接合しても構わない。また、内側ノズル１９０と外側ノズル１４０は、一体型でなくとも構わない。具体的には、ねじ止めでも構わない。
【００３４】
図７を参照して、内側ノズル中央部のはんだ接合部（図４の３０ａ）と内側ノズル外周部のはんだ接続部３０ｂの温度プロファイルを説明する。図７において、縦軸は摂氏温度、横軸は加熱開始からの時間である。また、上は中央部３０ａの温度プロファイル、下は外辺部３０ｂの温度プロファイルである。
【００３５】
図７に示すように内側ノズルと外側ノズルとの間に加熱したエアーの断熱層を設けて、内側ノズル内のエアー温度を均一に保つことで、ホットエアノズル中央部３０ａのはんだ接合部温度とホットエアノズル外周部３０ｂのはんだ接続部温度との差を２〜３℃とすることができた。
なお、断熱層を設けないとき、温度差は、１０〜２０℃である。
【実施例２】
【００３６】
図８を参照して、電子部品交換装置２００Ａの構成を説明する。図８において、電子部品交換装置２００Ａは、実施例１の電子部品交換装置２００に内側ノズル１９０と外側ノズル１４０との間隙の流路へのエアー供給のための第２のエアー加熱用ヒータ１３０−２と第２の送風用ファン１５０−２を追加した
実施例２における電子部品交換装置２００Ａでは、第２のエアー加熱用ヒータ１３０−２と第２の送風用ファン１５０−２にて、内側ノズル１９０と外側ノズル１４０との間隙の流路へエアを供給することで、はんだを加熱溶融するための流路を流れる第１のエアー１６と断熱層を設けるための流路を流れる第２のエアー１７とでエアー温度を変化させることができる。
【００３７】
ホットエアノズル外周面部から、ホットエアノズル外側の室温雰囲気へのエアー温度の損失が大きく、実施例１を用いても内側ノズル１９０内のエアー温度に偏差が生じて電子部品１とプリント基板２のはんだ接合部を均一に加熱することができない場合においても、実施例２を用いて断熱層を設けるための流路に、より高温の第２のエアー１７を供給することで、内側ノズル内のはんだを加熱溶融するための流路を流れる第１のエアー１６の温度を均一に保つことができ、電子部品１とプリント基板２のはんだ接合部を均一に加熱する。
【実施例３】
【００３８】
図９を参照して、電子部品交換装置２００Ｂの構成を説明する。図９において、電子部品交換装置２００Ｂは、実施例１の電子部品交換装置２００に下面側ヒータとして遠赤外線ヒータ１８０を追加した電子部品交換装置２００Ｂを示したものである。
【００３９】
実施例３における電子部品交換装置２００Ｂでは、下面側の遠赤外線ヒータ１８０により、プリント基板２側から電子部品１の部品電極部を加熱することができる。
【００４０】
高多層化した高板厚のプリント基板での電子部品交換の際、プリント基板への熱伝導により、実施例１を用いても電子部品１とプリント基板２のはんだ接合部を均一に加熱することができない場合においても、実施例３を用いて下面側の遠赤外線ヒータ１８０により、プリント基板２側から電子部品１の部品電極部を加熱することで、電子部品１とプリント基板２のはんだ接合部を均一に加熱する。
【実施例４】
【００４１】
図１０を参照して、電子部品交換装置２００Ｃの構成を説明する。図１０において、電子部品交換装置２００Ｃは、実施例１の電子部品交換装置２００に下面側の加熱機構として、実施例１の上面側の加熱機構を追加した電子部品交換装置２００Ｃを示したものである。
【００４２】
実施例４における電子部品交換装置２００Ｃでは、下面側から第２のエアー加熱用ヒータ１３０−３と加熱したエアーをプリント基板２側に吹付けて電子部品１の部品電極部のはんだを加熱溶融するための第２の送風用ファン１５０−３により、第２の内側ノズル１９と第２の外側ノズル２０との間に加熱したエアーの断熱層を設けて、第２の内側ノズル２０内のエアー温度を均一に保つことができる。
【００４３】
高多層化した高板厚のプリント基板での電子部品交換の際、プリント基板への熱伝導により、実施例１を用いても電子部品１とプリント基板２のはんだ接合部を均一に加熱することができない場合においても、実施例４を用いて下面側の加熱機構により、プリント基板２側から電子部品１の部品電極部を加熱することで、電子部品１とプリント基板２のはんだ接合部を均一に加熱する。
【００４４】
以上、記述したように、内側ノズル１９０と外側ノズル１４０との間に加熱したエアーの断熱層を設けて、内側ノズル１９０内のエアー温度を均一に保つ機構を備えた交換方式により、電子部品１とプリント基板２のはんだ接合部を均一に加熱することを可能とするものである。
【００４５】
なお、本発明は、上記実施の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することができる。また、上記実施の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、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１…電子部品、２…プリント基板、４…エアー、１１…溶接部、１００…リペア装置、１３０…エアー加熱用ヒータ、１４０…外側ノズル、１５０…送風用ファン、１６０…ホットエアノズル、１７０…吸着ビット、１８０…下面側ヒータ、１９０…内側ノズル、２００…電子部品交換装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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