(57)【要約】【課題】ＢＧＡなどの表面実装部品のリペア装置は、部品を取り外す際の熱供給のために高温となったヒータ熱源自体およびヒータユニットの冷却に多くの時間を要する。【解決手段】電子部品を取り外す際の熱供給のために高温となったヒータ熱源およびヒータユニットを短時間で冷却する方法を提供する。これにより所定の温度になるまでの冷却時間を短縮し、短時間で次のリペア作業に移行ができることで、リペア装置の設備稼働率の向上し、リペア作業時の作業工数を低減する。【選択図】図３
2013105829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒータユニットの内部にヒータ熱源と、このヒータ熱源の上部に配置されたファンとを含み、前記ファンが順転して送る風を前記ヒータ熱源が加熱して、電子部品を局所加熱することによって、前記電子部品の取り外しまたは接続を行なうリペア装置において、
前記ヒータユニットの両側面に開閉型放熱フィンと、開かれた開閉型放熱フィンの下部に第２のファンとをさらに備え、
前記電子部品の取り外しまたは接続のあと、前記開閉型放熱フィンを開き、前記第２のファンを稼働して、前記開閉型放熱フィンの内部および表面に冷却風を通過させ、
前記開閉型放熱フィンは、前記ヒータユニットの内部に前記冷却風を導くことを特徴とするリペア装置。
【請求項２】
請求項１に記載のリペア装置であって、
前記ヒータユニットの最上部にシールドをさらに設け、
前記開閉型放熱フィンを開いたとき、前記シールドを開くことを特徴とするリペア装置。
【請求項３】
請求項１に記載のリペア装置であって、
前記ヒータ熱源の下部の前記ヒータユニットに排気絞り部を設け、
この排気絞り部は、前記冷却風の風速を上昇させることを特徴とするリペア装置。
【請求項４】
請求項１に記載のリペア装置であって、
前記第２のファンが稼働したとき、前記ファンを逆転することを特徴とするリペア装置。
【請求項５】
請求項１に記載のリペア装置であって、
第２のヒータユニットの内部に第２のヒータ熱源と、この第２のヒータ熱源の上部に配置された第３のファンとを含み、
前記ヒータユニット内部に前記冷却風を導いているとき、前記第３のファンが順転して送る風を前記第２のヒータ熱源が加熱して、電子部品を局所加熱することを特徴とするリペア装置。
【請求項６】
ヒータユニットの内部にヒータ熱源と、このヒータ熱源の上部に配置されたファンとを含み、前記ファンが順転して送る風を前記ヒータ熱源が加熱して、電子部品を局所加熱することによって、前記電子部品の取り外しまたは接続を行なうリペア装置において、
前記ヒータユニットの４つ側面にペルチェ素子をさらに備え、
前記電子部品の取り外しまたは接続のあと、前記ペルチェ素子に通電して、前記４つの側面を冷却することを特徴とするリペア装置。
【請求項７】
ヒータユニットの内部にヒータ熱源と、このヒータ熱源の上部に配置されたファンとを含み、前記ファンが順転して送る風を前記ヒータ熱源が加熱して、電子部品を局所加熱することによって、前記電子部品の取り外しまたは接続を行ない、前記ヒータユニットの両側面に開閉型放熱フィンと、開かれた開閉型放熱フィンの下部に第２のファンとをさらに備えるリペア装置におけるヒータ冷却方法であって、
前記電子部品の取り外しまたは接続のあと、前記開閉型放熱フィンを開くステップと、前記第２のファンを稼働するステップと、前記開閉型放熱フィンの内部および表面に冷却風を通過させるステップと、前記開閉型放熱フィンによって、前記ヒータユニットの内部に前記冷却風を導くステップとを含むヒータ冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リペア装置およびヒータ冷却方法に係り、特に電子部品のリペア時に高温となったヒータ熱源およびヒータユニットの冷却に要する時間を低減するリペア装置およびヒータ冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＢＧＡ部品などの表面実装部品のリペアはんだ付け方法は、プリント基板上に実装された部品上面側から部品全体を、ヒータ熱源ではんだ溶融温度まで加熱されたエアーを吹き付けて加熱することで、部品裏面側の端子部のはんだを溶融させて、プリント基板とはんだ付けする方法である。また、表面実装部品のリペア取り外し方法も同様である。
【０００３】
リペアはんだ付けおよびリペア取り外しでは、リペアの対象となる部品をスポット的に加熱する。これは、（１）熱膨張による基板の反りの抑制、（２）周辺部品への熱影響の抑制のためである。すなわち、リペアでは、以上を考慮した温度プロファイルとする必要がある。温度プロファイルは、さらに（３）リペア対象部品の耐熱温度も考慮する必要がある。
【０００４】
この温度プロファイルは、はんだ溶融温度まで加熱する過程で、基板の反りの抑制、部品耐熱温度保持のため、予備加熱、中間加熱、本加熱の３領域で構成し、厳密な熱管理が必要である。予め設定した温度プロファイルに従うためには、リペア加熱時に４００℃近くの高温となったヒータ熱源およびヒータユニットを冷却する必要がある。これは、ヒータユニットが高温のままスタートすると、リペア部品および基板に与えるダメージが大きいからである。リペアはんだ付けで説明すると、ヒータユニットが高温のままでＢＧＡ部品のリペアはんだ付けをスタートすると、リペアはんだ付けが終了するころには、ＢＧＡ部品の温度がその耐熱温度である２６０℃を超過し、ＢＧＡ部品の破損につながる。
【０００５】
図１を参照して、リペア作業（リペア取り外し、リペアはんだ付け）の温度プロファイルを説明する。図１において、縦軸は摂氏温度、横軸は開始からの秒単位の経過時間である。図１の加熱領域において、上方の測定値は部品ボディ、下方の測定値は部品のはんだ部分の測定値である。なお、測定値に幅があるのは、それぞれ４点の測定値であるからである。図１の冷却領域において、下方の測定値は部品ボディ、上方の測定値は部品のはんだ部分の測定値である。図１の温度プロファイルにおいて、加熱スタートから３７５秒間加熱されたエアーを吹き付け、Ａ部で加熱エアーの吹き付けを停止し、自然冷却している。このような、一定のプロファイルを得るには、エアーの加熱源であるヒータユニットは、初期値として、５０℃以下である必要がある。したがって、Ａ部で加熱エアーの吹き付けを停止し、ヒータユニットの強制冷却に切り替える。
【０００６】
従来、この冷却は、ヒータ熱源の上部に設置された、送風ファンからプリント基板載置部に向かって冷却風を送風し、予め設定された所定の温度（５０℃）になるまで、冷却を行なっている。しかし、この冷却工程は、上部からの冷却風の送風のみであることから、冷却効率が悪い。すなわち、リペア作業自体が、１０分程度であるのに対し、所定の温度になるまで、３０分程度の冷却時間を要する。換言すれば、次のリペア作業に移行することができず、リペア装置自体の稼働率が低く、リペア作業に多大な工数を要している。
【０００７】
特許文献１は、動作時に発熱する半導体チップが搭載されたモジュールのリペアが容易であるとともに、モジュールの冷却機能を備え、薄型構造に適した電子機器を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−０１５９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＢＧＡなどの表面実装部品のリペア装置は、電子部品の取り外しおよび接続の際に熱を供給する。このために、高温となったヒータ熱源およびヒータユニットの冷却に多くの時間を要する。このため、リペア装置の稼働率は、低い。また、リペア作業に多大な時間を要している。以上から、優れた冷却機構を具備したリペア装置が要求されている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題は、ヒータユニットの内部にヒータ熱源と、このヒータ熱源の上部に配置されたファンとを含み、ファンが順転して送る風をヒータ熱源が加熱して、電子部品を局所加熱することによって、電子部品の取り外しまたは接続を行なうリペア装置において、ヒータユニットの両側面に開閉型放熱フィンと、開かれた開閉型放熱フィンの下部に第２のファンとをさらに備え、電子部品の取り外しまたは接続のあと、開閉型放熱フィンを開き、第２のファンを稼働して、開閉型放熱フィンの内部および表面に冷却風を通過させ、開閉型放熱フィンは、ヒータユニットの内部に冷却風を導くリペア装置により、達成できる。
【００１１】
また、ヒータユニットの内部にヒータ熱源と、このヒータ熱源の上部に配置されたファンとを含み、ファンが順転して送る風をヒータ熱源が加熱して、電子部品を局所加熱することによって、電子部品の取り外しまたは接続を行なうリペア装置において、ヒータユニットの４つ側面にペルチェ素子をさらに備え、電子部品の取り外しまたは接続のあと、ペルチェ素子に通電して、４つの側面を冷却するリペア装置により、達成できる。
【００１２】
さらに、ヒータユニットの内部にヒータ熱源と、このヒータ熱源の上部に配置されたファンとを含み、ファンが順転して送る風をヒータ熱源が加熱して、電子部品を局所加熱することによって、電子部品の取り外しまたは接続を行ない、ヒータユニットの両側面に開閉型放熱フィンと、開かれた開閉型放熱フィンの下部に第２のファンとをさらに備えるリペア装置におけるヒータ冷却方法であって、電子部品の取り外しまたは接続のあと、開閉型放熱フィンを開くステップと、第２のファンを稼働するステップと、開閉型放熱フィンの内部および表面に冷却風を通過させるステップと、開閉型放熱フィンによって、ヒータユニットの内部に冷却風を導くステップとを含むヒータ冷却方法により、達成できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のリペア装置は、短時間で次の作業に移行ができる。また、リペア作業時の作業工数低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】リペア作業の温度プロファイルである。
【図２】リペア装置の斜視図である。
【図３】リペア装置の部分断面を加えた正面図である。
【図４】ペルチェ素子取り付け部の正面図である。
【図５】ヒータユニットの温度プロファイルである。
【図６】リペア装置の斜視図である。
【図７】リペア装置の部分断面を加えた正面図である。
【図８Ａ】開閉型放熱フィンの斜視図である。
【図８Ｂ】開閉型放熱フィンの縦断面図である。
【図９】リペア装置の斜視図である。
【図１０】リペア装置の部分断面を加えた正面図である。
【図１１】リペア装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の形態について実施例を用い、図面を参照しながら、詳細に説明する。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】
【００１６】
図２を参照して、リペア装置の構成を説明する。図２において、リペア装置１００は、可動パレット１０と、架枠３０と、ヒータユニット１と、ペルチェ素子２と、電源ユニット３と、吸着ノズル１１とから構成されている。
【００１７】
可動パレット１０は、プリント基板９を載置し、ｘｙ面内でプリント基板９を移動する。架枠３０は、ヒータユニット１を取り付ける。ヒータユニット１は、ｚ方向に移動し、プリント基板９に加熱エアーを吹き付ける。ペルチェ素子２は、ヒータユニット１の４周に取り付けられ、ヒータユニット１を冷却する。電源ユニット３は、ペルチェ素子２の電源である。吸着ノズル１１は、プリント基板９上のＢＧＡ部品を吸着して、取り外す。吸着ノズル１１は、また、新規ＢＧＡ部品を吸着して、プリント基板９に搭載する。ペルチェ素子２と電源ユニット３とは、＋電極４と−電極５とで接続されている。
【００１８】
図３を参照して、ヒータユニット１の内部構造を説明する。図３において、ヒータユニット１は、角筒状の形状であり、その内部にヒータ熱源６と、送風ファン１４とを備える。プリント基板９に実装されたＢＧＡ部品５０をプリント基板から取り外す際に、リペア装置１００は、ヒータ熱源６を加熱し、送風ファン１４で加熱エアーをＢＧＡ部品５０に送る。なお、ヒータユニット１の底面には図示しない排気孔が多数形成されている。また、リペア装置１００は、ヒータ熱源６の温度測定用の温度センサ１２−３、１２−４と、ヒータユニット側面の温度センサ１２−１、１２−２を備える。
【００１９】
加熱エアーが電子部品端子部８を溶融させた時点で、リペア装置１００は、吸着ノズル１１をｚ方向に下げ、真空ポンブ３２を動作させる。吸着ノズル１１がＢＧＡ部品を吸着したところで、リペア装置１００は、ヒータユニットを−ｚ方向に移動して、ＢＧＡ部品５０をプリント基板から取り外す。なお、リペアはんだ付けは、逆の順に接続する。
【００２０】
制御部３１は、ヒータ熱源６と、送風ファン１４と、真空ポンプ３２とを制御する。真空ポンプは、ヒータユニット１の側面と底面とに形成された図示しない中空部により、吸着ノズル１１と接続されている。また、ヒータユニットの４側面には、ペルチェ素子２が低熱損失に取り付けられている。
【００２１】
ヒータユニット１の冷却過程において、制御部３１は、ヒータ熱源６をＯＦＦする。また、制御部３１は、図示しない制御線で電源ユニット８を稼働し、ペルチェ素子２でヒータユニット１の外側を冷却する。
【００２２】
図４を参照して、ペルチェ素子２のヒータユニット１への取り付け構造を説明する。図４において、ペルチェ素子２は、２枚の放熱板（吸熱板）間に挟んだＮ型半導体１５とＰ型半導体１６とから構成されている。ここでは、ヒータユニット１に接続した側を吸熱板、他側を放熱板とするように、ペルチェ素子２に流す電流の向きを決定する。
【００２３】
図５を参照して、ヒータユニットの側面温度を測定する温度センサ１２−１、１２−２の温度プロファイルを説明する。図５において、縦軸はヒータユニット１の側面温度（℃）である。横軸は加熱開始からの経過時間（分）である。破線は自然対流と輻射のみよる冷却のプロファイルである。一方、実線はペルチェ素子２による冷却のプロファイルである。なお、図５は、図１で説明した部品とは異なる熱質量の部品に対する温度プロファイルなので、加熱時間が異なっている。
【００２４】
図５において、加熱スタート時の側面温度は５０℃であり、加熱スタートから２１分で加熱を終了し、冷却過程にはいる。破線は、自然対流と輻射による冷却の特性である。一方、実線は、加えてペルチェ素子２による冷却特性である。図５から明白なように、自然対流と輻射のみによる冷却では、５０℃まで３２分かかるのに対し、ペルチェ素子２による冷却を付加することで、５０℃までの冷却を１１分とすることができる。
【実施例２】
【００２５】
図６ないし図８を参照して、実施例２を説明する。まず、図６を参照して、リペア装置１００Ａの構成を説明する。なお、ここでは、図２を参照して説明したリペア装置１００との差分のみ説明する。図６において、リペア装置１００Ａは、ペルチェ素子およびその電源を備えない。一方、リペア装置１００Ａは、ヒータユニット１ｘ方向および−ｘ方向の両側に開閉型の放熱フィン１３を具備している。リペア装置１００Ａは、さらにその下部に冷却ファン１７を設けている。また、リペア装置１００Ａは、自照式スイッチ１９を備える。放熱フィン１３は、ｚ軸に平行な軸を中心としてｚｘ平面に平行な面に観音開きする。
【００２６】
図７を参照して、リペア装置１００Ａの冷却方法を説明する。実施例２において、リペア方法（部品取り外し、部品はんだ付け）は、実施例１に記載のものと同等である。すなわち、実施例２は、予め取得した温度プロファイルに従い、温度プロファイル上の所定の温度になった時点でｚ軸を稼働させてヒータユニット１を上昇させる。ヒータユニット１が、最上部に達した時点（ヒータユニット１の冷却開始位置に達した時点）で、リペア装置１００Ａは、スイッチ１９ａを点灯し、冷却ファン１７および排気ファン２０が駆動する。それと同時に、リペア装置１００Ａは、スイッチ１９ｂをＯＮして、開閉型放熱フィン開閉機構１８を駆動させ、開閉型放熱フィン１３を開放する。
【００２７】
開閉型放熱フィン１３には、その内側に冷却風誘導板２１形成されている。開閉型放熱フィン１３は、冷却ファン１７上に位置して、冷却風２２をヒータユニット１の内部に導く。また、加熱エアーを送風したファン２０は逆回転して、ヒータ熱源６を強制冷却する。
【００２８】
図８を参照して、放熱フィン１３の構造を説明する。図８において、放熱フィン１３は、筒状の形状をした風の流路３３を設けられている。放熱フィン１３は、冷却風２２ａを誘導し、放熱フィン１３自体を強制的に冷却する。
【００２９】
冷却終了温度は、ヒータ熱源６およびヒータユニット１に取り付けられた温度センサ１２によって次のリペア作業を開始できる所定の温度である。予め定めた所定の温度となったところで、リペア装置１００Ａは、冷却ファン１７および排気ファン２０の駆動を停止し、スイッチ１９ｂをＯＦＦすることで開閉型放熱フィン制御機構１８を稼働させ開閉型放熱フィン１３を閉じ、次のリペア作業に移行できる。
【００３０】
実施例２によれば、リペア作業終了後に高温となったヒータ熱源６およびヒータユニット１を冷却風誘導板２１を具備した開閉型放熱フィン１３を用いることで、直接冷却することが可能となり、所定の温度になるまでの冷却時間を短縮し、短時間で次の作業への移行が可能である。
【実施例３】
【００３１】
図９および図１０を参照して、実施例３を説明する。まず、図９を参照して、リペア装置１００Ｂの構造を説明する。図９において、リペア装置１００Ｂは、実施例２のリペア装置１００Ａと対比して、加熱時にヒータユニット１上部からの熱が奪われるのを防ぐために、排気シールド２３によって密封された排気ファン２０を設けている。この結果、図９（ａ)に示すように実施例２よりもリペア作業時の気密性が保持される。一方、ヒータユニット１の冷却時には、図９（ｂ）に示すように排気シールド２３を開放し、排気効率を向上させる。
【００３２】
図１０を参照して、リペア装置１００Ｂの冷却方法を説明する。リペア装置１００Ｂは、予め取得した温度プロファイルに従い、温度プロファイル上の所定の温度になった時点でｚ軸を稼働させてヒータユニット１を上昇させる。リペア装置１００Ｂは、最上部に達したところ、すなわちヒータユニット１の冷却開始位置に達したところでスイッチ１９ａを点灯し、冷却ファン１７を駆動する。それと同時に、リペア装置１００Ｂは、スイッチ１９ｂをＯＮすることで、開閉型放熱フィン開閉機構１８および排気シールド開閉機構２８を駆動させ開閉型放熱フィン１３および排気シールド２３が開放する。なお、図示の簡便のため、図１０では、排気シールド２３は、閉じた状態を図示している。
【００３３】
また、ヒータユニット１内に流れる流量は、ほぼ一定であると仮定すると、入ってきた流量と排気される流量はほぼ同じである。これを考慮すると、図１０に示すようにヒータユニット１の内径を小さく、すなわち断面積を小さくすることで、リペア装置１００Ｂは、風速を上げ、ヒータ熱源６の冷却を促進している。
【実施例４】
【００３４】
図１１を参照して、実施例４を説明する。図１１を参照して、リペア装置１００Ｃを説明する。図１１において、リペア装置１００Ｃは、架枠３０に回転軸である主軸２５とモータ２６が取り付けられている。リペア装置１００Ｃは、主軸に対するｙ方向および−ｙ方向の対照位置に２台のヒータユニット１がｚ方向に稼働なように取り付けられている。また、２台のヒータユニット１は、断熱シールド２７で熱的に分離されている。各ヒータユニット１毎に開閉型放熱フィン１３および冷却ファン１７を具備する。
【００３５】
リペア装置１００Ｃは、予め取得した温度プロファイルに従い、温度プロファイル上の所定の温度になった時点で、スイッチ１９ａを点灯し、冷却ファン１７を駆動する。それと同時に、リペア装置１００Ｃは、スイッチ１９ｂをＯＮすることで、ヒータユニット１−１を支える主軸２５に直結したモータ２６によりヒータユニット１−１が回転し、高温となったヒータ熱源６およびヒータユニット１−１に対し、断熱シールド２７によって分断されていた常温のままのヒータユニット１−２がヒータユニット１−１と入れ替わる。この時、ヒータユニット１−２は、常温のままである。ＢＧＡ部品５０のリペア作業が終了したと同時に次のリペア作業に移行することができる。本実施例における冷却方法は、ヒータユニット１−２で次のリペア作業を実施している一方で、先に使用したヒータユニット１−１を冷却する方法である。逆に、ヒータユニット１−１で次のリペア作業を実施している一方で、先に使用したヒータユニット１−２を冷却する。なお、ヒータユニット１の断面構造、冷却方法は、実施例２の図７と同様である。
【００３６】
本実施例によれば、リペア作業終了後に高温となったヒータ熱源６およびヒータユニット１−１の冷却を待つことなく、次のリペア作業に移行することができる。さらにヒータユニット１−２で次のリペア作業を実施しながら先のリペア作業時に高温となったヒータユニット１−１を所定の温度まで冷却することが可能である。冷却方式については、冷却風誘導板２１を具備した開閉型放熱フィン１３を用いることで、直接冷却することが可能となり、さらに所定の温度になるまでの冷却時間を短縮することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１…ヒータユニット、２…ペルチェ素子、３…電源ユニット、４…＋電極、５…−電極、６…ヒータ熱源、７…エアー、８…電子部品端子部、９…プリント基板、１０…可動パレット、１１…吸着ノズル、１２…温度センサ、１３…開閉型放熱フィン、１４…送風ファン、１５…Ｎ型半導体、１６…Ｐ型半導体、１７…冷却ファン、１８…開閉型放熱フィン開閉機構、１９…スイッチ、２０…排気ファン、２１…冷却風誘導板、２２…冷却風、２３…排気シールド、２５……主軸、２６…モータ、２７…断熱シールド、２８…排気シールド開閉機構、３０…架枠、３１…制御部、３２…真空ポンプ、３３…流路、５０…ＢＧＡ部品、１００…リペア装置。
【図１】
2013105829.tif 000003
【図２】
2013105829.tif 000004
【図３】
2013105829.tif 000005
【図４】
2013105829.tif 000006
【図５】
2013105829.tif 000007
【図６】
2013105829.tif 000008
【図７】
2013105829.tif 000009
【図８Ａ】
2013105829.tif 000010
【図８Ｂ】
2013105829.tif 000011
【図９】
2013105829.tif 000012
【図１０】
2013105829.tif 000013
【図１１】
2013105829.tif 000014