(57)【要約】【課題】本発明は、粘性を有するペーストを供給量に係りなく高速で供給できるとともに、ペースト成分の分離等を確実に防止でき、信頼性を向上させたペースト供給装置と、このペースト供給装置を用いて製造性の向上を得る実装基板の製造方法を提供する。【解決手段】粘性を有するペーストＰを実装基板Ｚに供給するペースト供給装置Ｓは、インジェクタ４が低粘度のペーストを貯留しかつ給出指示に応じて給出し、給出案内路３がインジェクタから給出されたペーストを案内し、冷却素子５が給出案内路での案内途中でペーストを所定温度に冷却して高粘度化して硬化させ、先端が実装基板と対向して設けられるノズル１が給出案内路から導かれた高粘度化した略硬化状態のペーストを受け入れ、回転刃７がノズルに導かれる高粘度ペーストを回転しながら切断し、切断したペースト片部Ｐｐを加速付勢してノズル先端から実装基板へ放出する。【選択図】    図１
2008296145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低粘度のペーストを貯留し、かつ給出指示に応じて給出するインジェクタと、
このインジェクタから給出された低粘度ペーストを案内する給出案内路と、
この給出案内路に設けられ、案内途中で低粘度ペーストを所定温度に冷却して高粘度化させ略硬化状態となす冷却手段と、
先端が被供給体と対向して設けられ、上記給出案内路から上記略硬化状態の高粘度ペーストが導かれるノズルと、
このノズルに導かれる略硬化状態の高粘度ペーストを回転しながら切断し、かつ切断したペースト片部を加速付勢してノズル先端から被供給体へ放出する切断手段と
を具備することを特徴とするペースト供給装置。
【請求項２】
上記ノズルは、内壁面に付着するペースト残留物を除去する除去手段を備えることを特徴とする請求項１記載のペースト供給装置。
【請求項３】
上記ノズルの近傍部位に設けられ、ノズル先端と上記被供給体との間隙を計測する計測手段と、
この計測手段の計測信号を受けて、ノズル先端と被供給体との間隙が所定範囲内になるようノズル位置を調整する制御手段を備えることを特徴とする請求項１および請求項２のいずれかに記載のペースト供給装置。
【請求項４】
上記被供給体はステージに載置されていて、このステージには被供給体を所定温度に加温保持する温度調整手段を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３記載のペースト供給装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４記載のペースト供給装置を用いて、粘性を有するペーストをノズル先端から実装基板ヘ放出する供給工程を有することを特徴とする実装基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粘性を有するペーストを供給するペースト供給装置と、このペースト供給装置を用いて実装基板の電極にペーストを供給する実装基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、近年、ますます高機能化・小型化が進む携帯電話においては、より多ピン・狭ピッチ化した半導体装置や、より微小サイズ化した電子部品を実装基板に搭載している。これら部品を実装基板に実装するにあたって、実装基板に形成される電極に、はんだペーストや銀ペーストなどの導電性ペーストを、微小量だけ供給する必要がある。
【０００３】
一方、実装基板にはコネクタ部品やシールド部品等の比較的大きな部品も実装する必要があり、これら部品の実装時には充分な量のペーストを供給しなければならない。したがって、１枚の実装基板にペーストを微小量から充分な量に亘って供給する技術が求められる。また、携帯電話は多品種少量生産品であり、様々な設計の基板に対応できることが望ましい。
【０００４】
このような背景から、従来から広く用いられてきたペースト供給方法に代る、新たな方法の開発が盛んである。たとえば、［特許文献１］には、少量の液体材料を供給する方法および装置として、微小量のペーストを予めプログラミングされた任意の場所に高速で供給でき、携帯電話等の多品種少量生産品に適した技術が開示されている。
【０００５】
具体的には、シリンジから供給されたペーストが、ハウジング内に形成されるフロー通路を通ってチャンバに充填される。チャンバ内には加熱素子が備えられ、ペーストは加熱素子によって加熱昇温され粘度が低下する。この低粘度化したペーストに対して、チャンバ内のバルブが押し下げられる。
【０００６】
バルブがチャンバ下端に設けられるバルブシートに接触してからも、さらに押し下げられてバルブシートを変形させる。これらの動作により、低粘度のペーストはバルブシートの排出口に充填され、さらにバルブシートの排出口から吐出されて実装基板に付着する。結局、微小量のはんだが実装基板に非接触の状態で供給されることとなる。
【特許文献１】特表２００２−５１３６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかるに、上述した技術によると、以下に挙げるような課題がある。  
チャンバ内に充填されるペーストをバルブシートに設けられる排出口に円滑に導くことや、ペースト中にバルブが円滑に移動するためには、ペーストに高い流動性が求められる。さらに、バルブシートの排出口から吐出されるペーストは、自らの重力によって確実に切れることが必要であり、そのためにペーストは低粘度のものを用いている。
【０００８】
しかしながら、低粘度のペーストを高速で吐出すると、実装基板に付着（着滴）した状態で、ペーストを構成するフラックス成分の一部が、はんだ成分から分離して飛散する虞れがある。特にフラックス成分は、電極に対して酸化還元作用をなし、はんだの濡れ性を確保する作用をなすが、はんだ成分から分離すれば所望の効果が得られない。
【０００９】
さらに、電極に付着したペーストのフラックス分が滲み出て、隣り合う電極をペースト同士が短絡する虞れがある。球状のバルブと平板状のバルブシートとの間に、はんだボール（はんだ成分）が押し潰され、バルブとバルブシートの少なくとも一方に固着して、必要量のペーストを供給できない。バルブの上下動にともなう、バルブとペーストとの摩擦により、バルブ周辺のペーストの物性が劣化する、などの不安材料がある。
【００１０】
本発明は上記事情にもとづきなされたものであり、その目的とするところは、粘性を有するペーストを、供給量に係りなく高速で供給できるとともに、ペースト成分の分離等を確実に防止でき、信頼性を向上させたペースト供給装置と、このペースト供給装置を用いて製造性の向上を得る実装基板の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を満足するため本発明の粘性を有するペーストを実装基板に供給するペースト供給装置において、インジェクタは低粘度のペーストを貯留しかつ給出指示に応じて給出し、給出案内路はインジェクタから給出された低粘度ペーストを案内し、冷却手段は給出案内路に設けられ案内途中で低粘度ペーストを所定温度に冷却して高粘度化させ略硬化状態となし、ノズルは先端が被供給体と対向して設けられ給出案内路から略硬化状態の高粘度ペーストが導かれ、切断手段はノズルに導かれる略硬化状態の高粘度ペーストを回転しながら切断しかつ切断したペースト片部を加速付勢してノズル先端から被供給体へ放出する。
【００１２】
上記目的を満足するため本発明の実装基板の製造方法は、上記ペースト供給装置を用いて、ペーストをノズル先端から実装基板へ放出する供給工程を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ペーストを高速で供給できるとともに、ペースト成分の分離等を防止して信頼性を向上させたペースト供給装置と、このペースト供給装置を用いて製造性の向上を得る実装基板の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、図面にもとづいて説明する。  
図１は、ペースト供給装置Ｓの概略の構成図である。  
このペースト供給装置Ｓは、基板ステージＫ上に載置される被供給体である実装基板Ｚの上方部位に、実装基板Ｚと対向して配置される。
【００１５】
上記ペースト供給装置Ｓは、中心軸が垂直方向に向けられ、内径がφ０．２ｍｍの円筒体からなるノズル１を備えている。このノズル１の先端（下端）ａと基板ステージＫ上に載置される実装基板Ｚとの距離ｅは、約２００μｍ程度に保持される。
【００１６】
上記ノズル１内の上部には、除去手段であるクリーニング用ピストン２が昇降自在に嵌め込まれている。このクリーニング用ピストン２には操作杆２ａが接続されていて、操作杆２ａは図示しない昇降駆動源に連結される。すなわち、昇降駆動源を駆動することにより、上記クリーニング用ピストン２がノズル１内部を昇降移動するようになっている。
【００１７】
上記ノズル１の先端ａから上部側へ距離を存した位置に給出案内路３が接続されていて、この開口部ｄがノズル１内に臨まされている。上記給出案内路３は内径がφ０．１ｍｍのパイプからなり、ノズル１の軸方向とは直交する水平方向に延出される。
【００１８】
給出案内路３の水平方向部分はわずかでしかなく、給出案内路３の水平方向部の先端は垂直方向に折曲げ形成されて、ノズル１の軸方向と並行である。そして、給出案内路３の垂直部分上端にはインジェクタ４が設けられ、かつ給出案内路３の全外周面には冷却素子（冷却手段）５が取付けられる。
【００１９】
上記インジェクタ４は、銀ペーストやはんだペースト等の導電性を有するペーストＰを収容する容器である。ここに収容されるペーストＰは、φ１０μｍのＳｎＡｕＣｕ合金のはんだボールと、フラックスとから構成されていて、粘性を有する。すなわち、ペーストＰは通常の状態で液状に近い低粘度をなす。
【００２０】
上記インジェクタ４底面の給出案内路３が接続される接続口には、圧縮空気で作動する図示しないピストンを備えていて、このピストンの往復動作にともないインジェクタ４に収容するペーストＰを一定量ずつ、インジェクタ４から給出案内路３へ給出するようになっている。
【００２１】
上記冷却素子５は、インジェクタ４から出て給出案内路３に沿って導かれるペーストＰを、約−２０℃に冷却するよう制御される。したがって、インジェクタ４内に収容されるペーストＰは通常の低粘度状態にあるが、給出案内路３を導かれる途中で冷却素子５により冷却されて高粘度化し、硬化することとなる。
【００２２】
一方、上記ノズル１において、上記給出案内路３が接続される部位とは中心軸を介して対向する部位には、周方向に沿って所定の幅寸法で、かつ垂直方向に沿って長い切欠き部６が設けられる。この切欠き部６の幅寸法は、上記給出案内路３を構成するパイプの内径と同一、もしくはわずかに大に形成される。
【００２３】
上記切欠き部６には、切断機構（切断手段）である回転刃７が取付けられている。この回転刃７は、たとえばステンレス製であり、表面にフッ素樹脂材がコーティングされている。すなわち、回転刃７の表面にペーストＰが付着しようとしても、フッ素樹脂材コーティングによって極めて付着し難い状態にある。
【００２４】
上記回転刃７は、ノズル１に設けられる上記切欠き部６に嵌り込める幅（周）方向寸法と、縦（垂直）方向寸法に形成される。縦方向の半分位置に、幅方向に亘って支軸部８が設けられていて、この支軸部８は上記ノズル１の周壁に回転自在に支持される。そして、支軸部８には図示しない回転駆動源が連結されていて、回転刃７を回転駆動できる。
【００２５】
上記支軸部８から両縦方向の両側に、図の側面視で三角形状の刃部９ａ，９ｂが設けられる。上記刃部９ａ，９ｂは支軸部８を間にして一対（２組）設けられていて、実際に切断作用をなすのは、三角形状の先端部ｃで行うように製作されている。
【００２６】
上記回転刃７の取付け位置と寸法設定から、回転刃７を回転駆動することにより、一対の刃部９ａ，９ｂが交互にノズル１内に挿入し、かつノズル１内から外部へ突出する。そして、回転刃７が水平姿勢となった状態で、ノズル１内に挿入する一方の刃部９ａ／９ｂは給出案内路３のノズル１に接続する開口部ｄのわずか上方部位にある。
【００２７】
さらに回転刃７が回転すれば、上記刃部９ａ／９ｂの先端は給出案内路３の接続開口部ｄに極く近い位置を通過し、ノズル１外部へ突出する。ペーストＰが給出案内路３の開口部ｄからノズル１内へ給出されていれば、当然、回転刃７の刃部９ａ／９ｂ先端ｃはペーストＰに接触することになる。
【００２８】
このようにして、上記クリーニング用ピストン２を備え、先端にインジェクタ４が設けられる給出案内路３を接続し、回転刃７を取付けたノズル１は、図に一点鎖線で示す装置本体１０に取付けられる。上記装置本体１０は図示しないＸＹロボットに支持されていて、水平のＸ方向とＹ方向に位置調整自在となっている。
【００２９】
上記装置本体１０は実装基板Ｚの電極の位置を認識するための図示しない認識カメラを備え、図示しない昇降機構により昇降自在であり、上記ノズル１の先端ａと実装基板Ｚとの間の距離を可変調整できるようになっている。
【００３０】
ペースト供給装置Ｓは、上記ノズル１先端ａと実装基板Ｚとの距離ｅを計測するレーザー変位計（計測手段）１１を備えている。このレーザー変位計１１が計測した計測信号は、制御部（制御手段）１２ヘ送られて演算され、制御信号に変えられる。
【００３１】
さらに、制御部１２から上記昇降機構へ制御信号が送られ、昇降機構は装置本体１０を上昇もしくは下降移動して、ノズル先端ａと実装基板Ｚとの間の距離ｅを常に一定に保持するようになっている。
【００３２】
すなわち、後述するように、ノズル先端ａからペーストＰが実装基板Ｚに向って放出されるので、ノズル先端ａと実装基板Ｚとの間の距離ｅの設定が極めて重要な条件となっている。これに対して、実装基板Ｚは合成樹脂材から形成されていることから平面度が低く、部分的に凹凸状となっている。
【００３３】
そこで、上記レーザー変位計（計測手段）１１を備え、このレーザー変位計１１が計測した計測信号を受ける制御部（制御手段）１２を備え、この制御部１２から制御信号を受けて制御される昇降機構を備えている。
【００３４】
さらに、上記実装基板Ｚを載置する上記基板ステージＫは、温度調整機構（温度調整手段）を構成する加熱ヒータＨを備えるとともに、基板ステージＫの温度を計測する図示しない温度計を備えている。
【００３５】
上記温度計が計測した基板ステージＫの温度信号は上記制御部１２へ送られ、制御部１２は演算して加熱ヒータＨに加熱制御信号を送る。加熱ヒータＨは基板ステージＫを加熱し、基板ステージＫ上に載置される実装基板Ｚは所定の温度範囲に加熱保持されるようになっている。
【００３６】
なお、上記制御部１２には、上記クリーニング用ピストン２の昇降駆動源と、上記冷却素子５と、上記インジェクション４内のピストンと、上記回転刃７の回転駆動源、および装置本体１０を水平移動し、もしくは昇降移動させる駆動源なども電気的に接続されていて、それぞれが制御信号を受ける。
【００３７】
つぎに、ペースト供給装置Ｓの作用について、図１および図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）にもとづいて説明する。なお、図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）はペーストＰの供給を順に示す説明図であるので、一部の構成部品については図示を省略している。
【００３８】
たとえば、直径が１００〜２００μｍで複数の電極を備えた実装基板Ｚを基板ステージＫ上に載置する。既に、基板ステージＫは加熱ヒータＨにより加熱されていて、載置された実装基板Ｚは直ちに温度上昇する。上記制御部１２は実装基板Ｚが約５０℃になるように、加熱ヒータＨをＯＮ−ＯＦＦ制御する。
【００３９】
一方、インジェクタ４内には低粘度のペーストＰが収容されていて、制御部１２からの給出信号によりインジェクタ４内に備えたピストンが作動してペーストＰを給出案内路３へ給出する。この給出案内路３に取付けられる冷却素子５は既に作用していて、給出案内路３を案内されるペーストＰを冷却する。
【００４０】
ペーストＰは冷熱を吸収して粘度が上昇し、高粘度化して硬化する。完全な固形化には至らないが、固形に近い略硬化状態となって給出案内路３を移動し、その先端は給出案内路３の開口部ｄから出てノズル１内に突出する。高粘度で略硬化したペーストＰがノズル１に給出される状態を、図２（Ａ）に概略的に示している。
【００４１】
同時に、ノズル１に取付けられる回転刃７は回転しており、一方の刃部、たとえば９ａが切欠き部６からノズル１内に侵入して略水平状態になり、給出案内路３からノズル１内に給出されたペーストＰに接触する。そして、図２（Ｂ）に示すように、刃部９ａの先端ｃが給出案内路３の開口部ｄからノズル１内に突出しているペーストＰを切断する。
【００４２】
上記ペーストＰは略硬化状態になっているので、刃部９ａにより確実に切断されて直径が約１０μｍ程度で、容量が約８×１０−４ｍｍ３程度の微小片部Ｐｐとなる。回転刃７の回転はさらに継続し、刃部９ａは切断したペーストＰの微小片部Ｐｐを回転方向であるノズル１先端ｃ方向へ加速付勢する。
【００４３】
図２（Ｃ）に示すように、ペーストＰの微小片部Ｐｐはノズル１の先端ｃからある程度の速度をもって放出される。すなわち、ペースト片部Ｐｐはノズル先端ｃに対向して配置される実装基板Ｚの電極に対して強く投げつけられた状態で着地する。実装基板Ｚは基板ステージＫに備えた上記加熱ヒータＨによって約５０℃に加熱されているから、実装基板Ｚの電極に投げつけられたペースト片部Ｐｐは直ちに加熱される。
【００４４】
したがって、実装基板Ｚ上のペーストＰはタック性を回復して飛散することはない。ペーストを構成するはんだボールとフラックス成分は、インジェクタ４に収容されている状態をそのまま保持する。
【００４５】
このようにして、インジェクタ４から給出案内路３を介してノズル１内に継続して略硬化状態の低粘度ペーストＰが給出され、かつ回転刃７は継続して回転する。先にペーストＰを切断した刃部９ａはノズル１外部に出る一方で、他方の刃部９ｂがノズル１内に挿入し、上述したように低粘度ペーストＰを切断する。
【００４６】
そして、切断されたペースト片部Ｐｐは刃部９ｂによって加速付勢され、実装基板Ｚの同じ電極へ放出される。たとえば、１つの電極に対して４個のペースト片部Ｐｐを付着させたら、その電極に対するバッドの形成が終了する。そこで、ＸＹテーブルを駆動して装置本体１０を移動し、次の電極にノズル１の位置を合わせ、以上の作用を繰り返す。
【００４７】
当然ながら、大型の電子部品接続用の電極に対しては切断されたペースト片部Ｐｐの個数を増やす。全ての電極にペースト片部Ｐｐを指定個数分だけ付着させたあと、ペースト供給装置Ｓの作用を停止して、各電極に対応する電子部品の端子部を、ペースト片部Ｐｐを介してマウントする。この状態でリフロー炉に通し加熱すれば、ペースト片部Ｐｐが溶融して電子部品を実装基板Ｚに実装できる。
【００４８】
なお、現在、電子部品を実装基板に実装するにあたって、はんだペーストを実装基板の電極にスクリーン印刷し、これによって形成されるパッドを介して電極に電子部品をマウントし、リフロー炉を通してはんだを溶融させ、電子部品を実装していた。
【００４９】
実装基板に形成される電極の大きさは、肉眼で識別するのに困難に近い極小サイズのものから、容易に識別可能なある程度は大きなサイズのものがある。はんだを実装基板にスクリーン印刷するのに、はんだの供給量はマスクの孔の大きさで調節しなければならない。
【００５０】
ところが、マスクの厚さは一定であるので、極小サイズの電極に対してマスクに設けられる孔は、当然、極小サイズにしなければならない。そのため、全ての孔にはんだを供給しスクリーン印刷しようとしても、極小サイズの電極に対する孔にははんだを供給できないことがある。
【００５１】
このような１枚の実装基板Ｚに極小サイズの電極から、ある程度は大きなサイズの電極が混在している場合に、現在のスクリーン印刷に代って上述したペースト供給装置Ｓを使用すれば、いずれの大きさの電極であっても、必要な量のペーストＰを高速で、かつ確実に供給できて有利である。
【００５２】
上記回転刃７の回転にともなってノズル１からペーストＰの供給を所定回数（たとえば、１０００回）行った後は、図３に示すようにクリーニング用ピストン２を下降し、ノズル１の内壁面に付着しているペーストＰの残留物ｐを除去する。
【００５３】
特に図示していないが、基板ステージＫ上にノズル１内壁面から掻き出されたペースト残留物ｐを受ける容器を用意するとよい。上記クリーニング用ピストン２は、昇降移動を複数回は繰り返して、ノズル１内壁面に付着しているペースト残留物ｐを確実に掻き出すこととする。
【００５４】
なお、上記実施の形態では、レーザー変位計１１を備えてノズル１先端ａと実装基板Ｚとの距離ｅを計測し、ノズル１の位置を調整して上記距離ｅを一定範囲に保持している。よって、実装基板Ｚの電極に対するノズル１からのペースト片部Ｐｐ供給精度を高く保持できる。
【００５５】
また、ペーストＰが供給される実装基板Ｚは、上述の実施の形態では平板状をなしているが、実際には様々なデザインの実装基板Ｚに対してもペーストＰの供給が可能である。そのため、実装基板Ｚに対して所定範囲（約３ｍｍ）までは、ノズル１先端の位置を移動できるよう設定されている。
【００５６】
すなわち、この装置は通常のスクリーン印刷方式のペースト供給装置よりも上記距離の変動に対して寛容であり、たとえば０．５ｍｍ程度の段差のある実装基板に対しても適用できる。ただし、非接触でペーストＰを供給するので、供給の位置精度がある程度低下することは避けられない。
【００５７】
なお、本発明は上述した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できる。そして、上述した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できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明における一実施の形態に係る、ペースト供給装置の概略の構成図。
【図２】同実施の形態に係る、ペーストの供給を順に説明する図。
【図３】同実施の形態に係る、ノズルの内壁面に付着する残留物を除去する作用説明図。
【符号の説明】
【００５９】
Ｐ…ペースト、４…インジェクタ、３…給出案内路、５…冷却素子（冷却手段）、１…ノズル、Ｐｐ…ペースト片部、７…回転刃（切断手段）、２クリーニング用ピストン（除去手段）、１１…レーザー変位計（計測手段）、１２…制御部（制御手段）、Ｋ…基板ステージ、Ｈ…加熱ヒータ（温度調整手段）、Ｚ…実装基板。
【図１】
2008296145.tif 000003
【図２】
2008296145.tif 000004
【図３】
2008296145.tif 000005