(57)【要約】【課題】再実装部品のはんだ接合部の品質を向上させる。【解決手段】リペア装置は、電子部品がはんだにより実装されたプリント基板を保持する基板ステージ１０と、リペア部品を加熱および吸着可能なノズル１８を有する加熱・吸着ノズル機構部１３と、はんだ高さを計測可能なレーザー変位計を有する計測機構部１４と、はんだペースト又はフラックスを塗布するためのディスペンサー機構部１５とを具備する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品をはんだ付け実装したプリント基板を保持する基板ステージと、
部品を加熱かつ吸着可能なノズルを有する加熱・吸着ノズル機構部と、
はんだ高さを計測可能なレーザー変位計を有する計測機構部と、
はんだペースト又はフラックスを塗布するためのディスペンサー機構部と
を具備してなることを特徴とする、電子部品のリペア装置。
【請求項２】
電子部品をはんだ付け実装したプリント基板上のリペア部品を加熱してはんだを溶融して取り除く第１の工程と、
該リペア部品を取り除いたプリント基板ランド上のはんだ残渣高さを計測する第２の工程と、
前記はんだ残渣にはんだペーストを塗布する第３の工程と、
前記はんだ残渣にフラックスを塗布する第４の工程と、
前記はんだ残渣を再度加熱溶融させた後にフラックスを塗布する第５の工程と、
前記はんだ残渣上に修理部品又は新品部品を搭載する第６の工程と、
該部品を加熱してプリント基板にはんだ付け実装する第７の工程とからなり、前記第１の工程と第２の工程を実施した後、前記第２の工程による計測結果に基づいて前記第３〜第５の工程から１の工程を選択して実施し、その後第６の工程と第７の工程を実施することを特徴とする、電子部品のリペア方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品のリペア装置及びリペア方法に関するものである。特に、微小な表面実装部品を狭ピッチ実装したプリント基板をリペアするのに適したリペア装置及びリペア方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯情報端末、モバイル機器などの小形・軽量化が急激に進んでおり、それに伴いチップ部品に関しても、サイズ１００５（１ｍｍ×０．５ｍｍ）から０６０３（０．６ｍｍ×０．３ｍｍ）へ小型化が進んでいる。更に、チップ部品の実装には、プリント基板の配線パターンや電極パッドの配置を工夫して無駄なスペースの無い高密度実装基板設計が求められており、例えばチップ部品では実装間隔０．２ｍｍ程度の実装が行われている。
【０００３】
チップ部品をプリント配線基板にはんだ付けする従来の一般的方法は、プリント基板にチップ部品を取り付けるためのランドを形成し、印刷マスクを用いてはんだペーストをランドの全面に印刷・塗布し、この上にチップ部品２を載置し、リフロー加熱してはんだ付けするものである。
【０００４】
図９は、はんだ付け不良例を示す模式図である。上記のような高密度実装を行う場合、図９に示すようにリフロー加熱時にはんだ１の一部がランド上から流れ出し、チップ部品２とチップ部品２との間に、はんだボール３やはんだブリッジ４を生じ、部品同士を短絡させてしまうという不良が生じる可能性がある。また、部品装着機の搭載精度などの問題から、搭載時の部品位置ズレ５などにより隣接部品と接触あるいははんだ付けされてしまう可能性がある。
【０００５】
プリント基板のリペアとして、不良実装部品の交換、位置ずれ部品の交換、はんだブリッジの除去などがある。これは、一旦プリント基板に実装した部品を取り外し、はんだペーストを供給し、その後に修理部品または新しい部品を取り付ける、リペア工程と呼ばれる工程が必要とされる。リペア工程では、一般に、リペア対象部品及びその周辺をはんだ溶融温度以上に加熱し、はんだを溶融させて部品を取り外し、プリント基板ランドに残ったはんだを、はんだ吸引器や銅編み線にフラックスをコーティングしたウィックに吸収させるなどの方法で取り除き、糸はんだあるいははんだペーストを新たに供給して、加熱することにより部品の取り付けが行われる。加熱方法としては、はんだごて、熱風の吹き付け、ハロゲンランプなどの光加熱などがある。
【０００６】
このようなリペア装置として、プリント基板ランドに残ったはんだをはんだ吸引器を用いて除去するリワーク装置が、特開２００２−１６４６４８号公報（特許文献１）に記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１６４６４８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のリペア工程において、プリント基板ランドに残ったはんだを取り除く方法として、はんだ吸引器や銅編み線にフラックスをコーティングしたウィックに吸収させる方法等がある。リペア対象部品が小さくかつ狭ピッチ、例えば０６０３チップ部品が実装間隔０．２ｍｍ、の場合、約１．２ｍｍ×０．８ｍｍのスペース内の、０．４ｍｍ×０．４ｍｍランド上のはんだを除去しなければならない。
【０００９】
はんだ吸引器では、吸引ノズルの目詰まり、強度不足などの理由で先端外径は２ｍｍ程度が限界であり、上記のはんだ除去には吸引ノズルが大きすぎて使用できない。また、ウィックでは、幅の狭いウィックをはんだ上に置き、その上から微細な先端のはんだごてを用いて加熱する方法が考えられるが、はんだごての先端が細すぎて十分な熱容量がなく、十分にはんだを溶融できず、はんだを除去できないだけでなくウィックがランドにはんだ付けされてしまう可能性がある。
【００１０】
また、実装部品が小型なのでランド上のはんだを除去せずにはんだペースト又はフラックスを塗布して加熱し、はんだ付けする方法が考えられる。しかし、はんだ残渣が多い場合、はんだペーストを塗布して加熱するとはんだ過多となり、隣接部品とブリッジを生じる可能性、はんだ接合部信頼性に影響を及ぼす可能性がある。はんだ残渣が少ない場合、フラックス塗布のみでは接合強度不足になる可能性が高いという問題がある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のリペア装置は、電子部品がはんだにより実装されたプリント基板を保持する基板ステージと、リペア部品を加熱、吸着可能なノズルを有する加熱・吸着ノズル機構部と、はんだ高さを計測可能なレーザー変位計を有する計測機構部と、はんだペースト又はフラックスを塗布するためのディスペンサー機構部とを具備することを特徴とする。加熱手段としては微小領域の局所加熱が可能な熱風、キセノンランプ、半導体レーザーなどを使用することができる。
【００１２】
本発明のリペア方法は以下の工程よりなる。電子部品がはんだにより実装されたプリント基板上のリペア部品を上記の局所加熱手段を用いて加熱してはんだを溶融し、リペア部品を吸着ノズルで吸着して取り除く。次いで、リペア部品を取り除いたプリント基板ランド上のはんだ残渣高さをレーザー変位計を用いて計測する。
【００１３】
この計測結果に基づき、ディスペンサーによりはんだ残渣にはんだペーストを塗布する、はんだ残渣にフラックスを塗布する、はんだ残渣を再度局所加熱手段を用いて加熱溶融させた後にフラックスを塗布する、という３種の工程から１つを選択実行する。その後、はんだ残渣上に修理部品又は新品部品を搭載し、搭載部品を加熱してはんだを溶融させ、プリント基板にはんだにより実装し、リペア工程が終了する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明のリペア装置及びリペア方法について図を用いて説明する。図１は本発明のリペア装置の概略正面図であり、図２は概略側面図である。
【００１５】
プリント基板を保持する基板ステージ１０、基板ステージをＸＹ方向に可動自在なＸＹ方向可動ステージ１１が設けられている。ＸＹ方向可動ステージ１１下方にはプリント基板を予熱するための予熱ヒーター１２が付設されており、プリント基板を下方から予熱することができる。
【００１６】
基板ステージ１０上方には、部品を加熱及び吸着するための加熱・吸着ノズル機構部１３、はんだ残渣の高さを計測するためのレーザー変位計を備えた計測機構部１４、はんだペースト又はフラックスを塗布するディスペンサー機構部１５が設けられている。各機構部は、Ｚ軸昇降ユニット１６、Ｘ軸位置調整機構１７を有している。加熱・吸着ノズル１８は、リペア対象となる部品及びその周辺に熱風を吹き付けて加熱し、はんだを溶融させた後、吸着ノズル１９で部品を吸着除去する。また、再度部品を実装する際に、ランド上への部品搭載及び加熱を行う。加熱・吸着ノズル機構部１３には赤外線熱電対２０が取り付けてあり、加熱時に部品の温度を測定することができる。
【００１７】
計測機構部１４は、レーザー変位計２１によりはんだ残渣の高さを計測し、その結果を基にその後の処理プロセスを決定する。ディスペンサー機構部１５は、はんだペースト入りのシリンジ２２およびフラックス入りのシリンジ２２を備えており、必要に応じてどちらかをプリント基板ランド上に供給する。
【００１８】
基板ステージと各機構部との間には、リペア部品と加熱・吸着ノズル１８等の位置合わせをするための光学系ユニット２３が備えられており、モニタ２４画像を見ながら基板ステージ１０をＸＹ方向に移動させて位置合わせを行い、位置合わせ後に光学系ユニット２３をスライドさせることにより収納することができる。
【００１９】
次に、本リペア装置のリペア方法及び各部の動作について図３から図５に示すフローチャートを用いて説明する。
【００２０】
リペア部品の取外しは、図３に示すフローチャートに従って行われる。まず、リペア部品の実装されたプリント基板を、基板ステージ１０にセットする（Ｓ１）。光学系ユニット２３を用いて、加熱・吸着ノズル１８とリペア部品の位置合わせを行う。基板ステージ１０のＸ方向位置調整機構２５及びＹ方向位置調整機構２６により、調整することができる（Ｓ２）。
【００２１】
次に、予熱ヒーター１２と加熱・吸着ノズル１８が有するヒーターのスイッチをオンにする（Ｓ３）。これにより、予熱ヒーター１２がプリント基板のプリヒートを開始する。加熱・吸着ノズル１８が有するヒーターは送風しながら昇温し、一定時間経過後、加熱・吸着ノズル１８を下降させてリペア部品を加熱する（Ｓ４）。ガス圧力・流量調整部３２には圧空が接続してあり、圧力及びガス流量を調整して加熱・吸着ノズル１８が有するヒーターへの送風を制御する。熱風流量約１．５ｌ／ｍｉｎ、リペア部品と熱風噴出し口との距離が約５ｍｍの場合の温度プロファイルを図６に示す。ヒーター温度調整部２７で温度設定を行い、所望の加熱温度プロファイルが得られるように調整する。リペア部品に熱風を吹き付け（Ｓ５）、赤外線熱電対２１により温度モニタしながら設定温度になるまで加熱する（Ｓ６）。設定温度に達したら吸着ノズル１９を下降し、リペア部品と接触させる（Ｓ７）。この際、吸着制御部２８で吸着ノズルを吸引モードに切り替えて下降させ、吸着制御部２８の微小圧力センサーにより部品吸着を確認し、吸着ノズル１９の下降を止める（Ｓ８）。次いで加熱・吸着ノズル１８を上昇させてリペア部品をプリント基板から取り外す（Ｓ９）。加熱・吸着ノズル１８がホームポジションに戻った時点で、予熱ヒーター１２及び加熱・吸着ノズル１８が有するヒーターをオフにする（Ｓ１０）。
【００２２】
加熱・吸着ノズル機構部１３を部品交換ステージ２９上に移動させ、吸着ノズル１９の吸引をオフしてリペア部品を離脱させる（Ｓ１１）。これにより、リペア部品のプリント基板からの取り外し工程が終了する。
【００２３】
次に、計測機構部１４を、リペア部品を取り外したプリント基板ランド上に移動させ、レーザー変位計２１を用いてはんだ残渣高さを計測し、はんだ残渣に応じてディスペンサー機構部１５を用いてはんだペーストまたはフラックスをランド上に供給する。図４は、この工程のフローチャートを示す。
【００２４】
図７に示すように、ランド上のはんだ残渣３０をレーザー変位計でスキャンする（Ｓ２０）。例えば、０６０３チップの場合、幅１ｍｍスキャンすることにより２つのランド上のはんだ残渣３０高さを計測することができる。図８に代表的な３種のはんだ残渣計測結果を示す。（ａ）は部品取り外し時に部品電極側にはんだが付着しランド７上にほとんどはんだが残らない場合を、（ｂ）はランド７にはんだが残留した場合を、（ｃ）ははんだが凸状に残った場合について示している。
【００２５】
図８（ａ）では、はんだ残渣３０高さの最大値が２５μｍよりも小さい。このはんだ残渣では、次にチップ部品をはんだ付けするためには、はんだの量が少なく、適当でない。また、図８（ｂ）では、はんだ残渣３０高さの最大値が約８０μｍである。このはんだ残渣は、次にチップ部品をはんだ付けするために適量である。さらに、はんだ残渣の表面形状が、なだらかな曲面となっているため、次にチップ部品をはんだ付けするのに適当な表面形状となっている。図８（ｃ）では、はんだ残渣３０の高さの最大値が２００μｍを超えている。このはんだ残渣は、次にチップ部品をはんだ付けするために充分な量である。しかしながら、はんだ残渣の表面形状が凸状であるため、次にチップ部品を搭載する場合の位置決めが困難である。
【００２６】
例えば、はんだ残渣の高さの最大値のしきい値Ｈ１を７０μｍ、しきい値Ｈ２をとして１００μｍとすると、この２つのしきい値Ｈ１，Ｈ２を用いて、ランド上のはんだ残渣を、図８（ａ）〜（ｂ）に示した３種に分類することができる。
【００２７】
計測結果から得られるはんだ残渣の最大値がＨ１以下かどうか比較する（Ｓ２１）。計測結果から得られるはんだ残渣の最大値がしきい値Ｈ１以下の場合は、図８（ａ）に示した状態であり、ランド７上のはんだ量が不足している。このため、ランド７上にはんだを補充する必要がある。したがって、計測結果から得られるはんだ残渣の最大値がＨ１以下の場合は、はんだペーストを充填したシリンジ２２とプリント基板ランドとを光学系ユニット２３を用いて位置合わせし（Ｓ２２）、シリンジ２２をプリント基板と所定の距離、例えば約１２０μｍ、まで下降させる（Ｓ２３）。ギャップ設定はディスペンサー機構部１５のＺ方向調整機構３４で行うことができる。次いで、シリンジ２２に圧空を送り、はんだペーストを吐出し、はんだ残渣上にはんだペーストを塗布し、シリンジ２２をホームポジションに上昇させる（Ｓ２４）。これによりはんだ残渣上にはんだペーストが約４０〜５０μｍ塗布される。  計測結果から得られるはんだ残渣の最大値がしきい値Ｈ１を超えてしきい値Ｈ２以下の場合は、図８（ｂ）に示した状態であり、ランド７上には次のチップ部品をんだ付けするのに適量な量および適当な表面形状のはんだが存在する。このため、ランド７上のはんだ残渣を用いて、次にチップ部品をはんだ付けする際のはんだの融点を下げて酸化物の生成を防止するためのフラックスを塗布する必要がある。したがって、計測結果から得られるはんだ残渣の最大値がＨ１以下の場合、フラックスを充填したシリンジ２２とプリント基板ランドとを光学系ユニット２３を用いて位置合わせし（Ｓ２６）、シリンジ２２をプリント基板と所定の距離、例えば約１２０μｍ、まで下降させる（Ｓ２７）。ギャップ設定はディスペンサー機構部１５のＺ方向調整機構３４で行うことができる。次いで、シリンジ２２に圧空を送り、フラックスを吐出し、はんだ残渣上にフラックスを約３０〜４０μｍ塗布し、シリンジ２２をホームポジションに上昇させる（Ｓ２８）。
【００２８】
計測結果から得られるはんだ残渣の最大値がしきい値Ｈ２を超える場合は、ランド７上のはんだ残渣は、図８（ｃ）に示した状態であり、次のチップ部品をんだ付けするのに適量であるが、表面形状が凸状であるためチップ部品の位置決めが困難である。このため、ランド７上のはんだ残渣の表面形状をなだらかな曲面にするとともに、次にチップ部品をはんだ付けする際のはんだの融点を下げて酸化物の生成を防止するためのフラックスを塗布する必要がある。したがって、計測結果から得られるはんだ残渣の最大値がしきい値Ｈ２を超える場合、加熱・吸着ノズル１８とプリント基板ランドとを光学系ユニット２３を用いて位置合わせする（Ｓ３０）。加熱・吸着ノズル１８ヒーターのスイッチをオンにし（Ｓ３１）、加熱・吸着ノズルを下降させる（Ｓ３２）。はんだ残渣に熱風を吹き付けて設定温度まで加熱し（Ｓ３３，Ｓ３４）、はんだを再溶融させる。設定温度に達したら加熱・吸着ノズル１８を上昇させ（Ｓ３５）、ホームポジションに戻った時点で、加熱・吸着ノズル１８ヒーターをオフにする（Ｓ３６）。これにより、ランド７上のはんだ残渣が溶融した時点で、はんだの表面張力によりその表面形状がなだらかな曲面になる。また、ランド７からはみ出したはんだ残渣は、ランド７内に引き寄せられる。その結果、次にチップ部品をはんだ付けする際に、はんだボールやはんだブリッジが発生するのを防止することができる。
【００２９】
次いで、Ｓ２６からＳ２８を行い、はんだ残渣上にフラックスを塗布する。
次に、はんだあるいはフラックスの塗布されたプリント基板に対して修理部品あるいは新部品を実装する。
【００３０】
図５は、部品を再実装する際のフローチャートを示す。まず、部品交換ステージ２４上に交換部品をセットする（Ｓ４０）。加熱・吸着ノズル１８を部品交換ステージ２４上に移動させ（Ｓ４１）、加熱・吸着ノズル１８を下降し、吸着ノズル１９と交換部品とを接触させる。この際、吸着制御部２７で吸着ノズル１９を吸引モードに切り替えて下降させ、吸着制御部２７の微小圧力センサーにより部品吸着を確認し、加熱・吸着ノズル１８の下降を止める（Ｓ４２）。次いで、加熱・吸着ノズル１８を上昇させて交換部品を吸着した状態で基板ステージ１０上へ加熱・吸着ノズル機構部１３を移動させる（Ｓ４３）。吸着された部品とプリント基板ランドとを光学系ユニット２３を用いて位置合わせする（Ｓ４４）。加熱・吸着ノズル１８を下降させ（Ｓ４５）、交換部品をランド上に載置した後、吸着ノズル１９の吸引をオフにする（Ｓ４６）。加熱・吸着ノズル１８は上昇し、一旦ホームポジションに戻る（４７）。次に、予熱ヒーター１２と加熱・吸着ノズル１８ヒーターのスイッチをオンにする（Ｓ４８）。これにより、予熱ヒーター１２がプリント基板のプリヒートを開始する。加熱・吸着ノズル１８ヒーターは送風しながら昇温し、一定時間経過後、加熱・吸着ノズルを下降させて交換部品を加熱する（Ｓ４９）。交換部品に熱風を吹き付け（Ｓ５０）、赤外線熱電対２１によりモニタ２４しながら設定温度になるまで加熱する（Ｓ５１）。設定温度に達したら加熱・吸着ノズル１８を上昇させ（Ｓ５２）、ホームポジションに戻った時点で、予熱ヒーター１２及び加熱・吸着ノズル１８ヒーターをオフにする（Ｓ５３）。
【００３１】
以上の工程により、リペア工程が完了する。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明よれば、０６０３チップなどの微小な部品を狭ピッチに実装したプリント基板のリペアを行う場合に、リペア部品除去後のはんだ残渣に応じてはんだペースト塗布又はフラックス塗布を行うため、はんだ過多、はんだボール、隣接部品とのはんだブリッジなどが起こらず、部品再実装プロセスで再び不良を生じることがなく、かつはんだ接合部のはんだ量が最適に保たれるため、再実装部品のはんだ接合部の品質の向上が図れる。
【００３３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリペア装置の概略を示す正面図である。
【図２】本発明のリペア装置の概略を示す側面図である。
【図３】リペア部品取り外し手順を示すフローチャートである。
【図４】ペースト又はフラックス塗布手順を示すフローチャートである。
【図５】部品の再実装手順を示すフローチャートである。
【図６】代表的な部品加熱温度プロファイルを示す図である。
【図７】はんだ残渣高さ計測法を示す模式図である。
【図８】代表的なはんだ残渣高さ計測結果を示す図である。
【図９】はんだ付け不良例を示す模式図である。
【符号の説明】
１  はんだ、２  チップ部品、３  はんだボール、４  はんだブリッジ、５  部品位置ズレ、６  プリント基板、７  ランド、１０  基板ステージ、１１  ＸＹ方向稼動ステージ、１２  予熱ヒーター、１３  加熱・吸着ノズル機構部、１４  計測機構部、１５  ディスペンサー機構部、１６  Ｚ軸昇降ユニット、１７Ｘ軸位置調整機構、１８  加熱・吸着ノズル、１９  吸着ノズル、２０  赤外線熱電対、２１  レーザー変位計、２２  シリンジ、２３  光学系ユニット、２４  モニタ、２５  Ｘ方向位置調整機構、２６  Ｙ方向位置調整機構、２７  ヒーター温度調整部、２８  吸着制御部、２９  部品交換ステージ、３０  はんだ残渣、３１  レーザー光、３２  ガス圧力・流量調整部、３３  コントロールパネル、３４  Ｚ方向調整機構。
【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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