JP2010050344A - リワーク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リワーク対象の実装部品の熱による破損を防止できるリワーク装置を提供できる。
【解決手段】基板２に半田付けされた実装部品１０の半田接合部を加熱して半田を溶融させることによって、基板２から実装部品１０を取り外すためのリワーク装置１であって、レーザ光源６Ａ〜６Ｄから出射されたレーザ光を半田接合部に照射するレーザ光照射部５Ａ〜５Ｄと、レーザ光照射部５Ａ〜５Ｄを制御する制御部と、を備え、レーザ光照射部５Ａ〜５Ｄは、レーザ光を整形する光学系を有しており、制御部は、基板２に対する実装部品１０の種類及び位置に関する情報に基づき、光学系を変更することによって、レーザ光の照射領域を半田接合部に対応させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に半田付けされた実装部品を基板から取り外すためのリワーク装置に関する。

従来のリワーク装置として、基板から取り外されるリワーク対象の部品を加熱するためのハロゲンランプと、ハロゲンランプを囲むように配置されると共に、ハロゲンランプの光を集光する略パラボラ形状の凹面鏡と、凹面鏡によって集光された光をリワーク対象の部品に照射する略円柱形状のノズル部と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２６００５３号公報

ところで、上述したような従来のリワーク装置にあっては、ハロゲンランプにより基板に半田付けされた部品全体に光を照射して加熱することで、部品の半田接合部を加熱して半田を溶融させている。しかしながら、このリワーク装置のように、リワーク対象の部品全体を加熱すると、熱によって部品が破損するおそれがあるため、最悪の場合取り外した後の部品の再利用ができなくなるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、リワーク対象の実装部品の熱による破損を防止できるリワーク装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、基板に半田付けされた実装部品の半田接合部を加熱して半田を溶融させることによって、基板から実装部品を取り外すためのリワーク装置であって、半田接合部を加熱するためのレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光を半田接合部に照射するレーザ光照射部と、レーザ光照射部を制御する制御部と、を備え、レーザ光照射部は、レーザ光を整形する光学系を有しており、制御部は、基板に対する実装部品の種類及び位置に関する情報に基づき、光学系を変更することによって、レーザ光の照射領域を半田接合部に対応させることを特徴とする。

このリワーク装置によれば、リワーク対象である実装部品の半田接合部を加熱する光としてレーザ光を用いているので、レーザ光を整形してその照射領域を半田接合部に限定することが容易となる。その結果、実装部品の半田接合部を加熱して半田を溶融させるに際し、実装部品の本体をほとんど加熱することなく、半田を溶融させることが可能となるので、熱による実装部品の破損を防止することができる。そして、光学系の変更によりレーザ光の照射領域を半田接合部に対応可能な構成とすることで、抵抗器やコンデンサ、ＩＣチップ等の様々な形状の部品に対して適用することが容易となり、リワーク装置の汎用性の向上を図ることができる。更に、基板に対する実装部品の種類及び位置に関する情報に基づいて、制御部が光学系の変更などを制御することによって、リワーク作業の迅速化を図ることができる。

また、本発明に係るリワーク装置においては、基板から取り外し可能となった部品の周囲の空気を吸引することで、部品を回収する吸引手段を更に備えることが好ましい。この吸引手段を備えることにより、高温状態の半田接続部を有するリワーク対象の実装部品に接触することなく、実装部品を回収することが可能になる。

また、本発明に係るリワーク装置においては、吸引手段は、実装部品の周囲の気密性を保持するように実装部品を囲む気密性保持部材を有しており、気密性保持部材は、レーザ光を透過させることが好ましい。このような気密保持部材を有することにより、吸引手段は、レーザ光の照射を妨げることなく、実装部品を確実に回収することが可能になる。

また、本発明に係るリワーク装置においては、実装部品を撮像する撮像手段を更に備え、制御部は、撮像手段によって撮像された実装部品の画像データに基づき、半田接合部に対するレーザ光の照射領域の位置を調整することが好ましい。撮像手段によって撮像された実装部品の画像データを利用することで、半田接合部に対してレーザ光の照射領域の位置をより精度良く合わせることが可能になる。その結果、リワーク対象の実装部品の熱による破損がより確実に防止できる。

本発明によれば、リワーク対象の実装部品の熱による破損が防止できる。

以下、本発明に係るリワーク装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係るリワーク装置の一実施形態の平面図であり、図２は、図１のリワーク装置の縦断面図である。図３は、図１のリワーク装置の構成を示すブロック図である。図４は、図１のＩＣチップの平面図である。図１〜図４に示されるように、リワーク装置１は、基板２に半田付けされたＩＣ（integrated Circuit）チップ（実装部品）１０の半田接合部１０ｂ（すなわちリード１０ａの先端部）を加熱して半田を溶融させることで、基板２からＩＣチップ１０を取り外すためのものである。

リワーク装置１は、基板２が配置されるＸＹステージ３と、ＸＹステージ３が収容される直方体形状の収容体４と、収容体４内に設けられると共に基板２を囲むように四方に配置されたレーザ光照射部５Ａ〜５Ｄと、レーザ光照射部５Ａ〜５Ｄにレーザ光をそれぞれ供給するレーザ光源６Ａ〜６Ｄとを備えている。更に、リワーク装置１は、収容体４の天井に設けられたＣＣＤ（Charge Coupled Devices）カメラ（撮像手段）７と、半田が溶融されたＩＣチップ１０の周囲の空気を吸引することでＩＣチップ１０を回収するバキューム装置（吸引手段）３０と、リワーク装置１の動作を制御するための制御装置（制御部）４０とを備えている。

ＸＹステージ３は、駆動部としてステッピングモータが組み込まれたいわゆる精密ＸＹステージである。ＸＹステージ３の上面には、基板２が配置されており、ステッピングモータの駆動によってＸ軸方向，Ｙ軸方向における基板２の位置を調整する。

レーザ光源６Ａは、半田接合部１０ｂの半田を溶融させるレーザ光を出射するものであり、例えばＹＡＧレーザなどの固体レーザが用いられる。レーザ光源６Ａは、レーザケーブル８Ａを介してレーザ光照射部５Ａに接続されている。レーザ光源６Ａの出射するレーザ光は、光ファイバからなるレーザケーブル８Ａを通じてレーザ光照射部５Ａに供給される。なお、レーザ光源６Ｂ〜６Ｄは、レーザ光源６Ａと同様の構成を有している。

レーザ光照射部５Ａは、レーザ光源６Ａから供給されたレーザ光をＩＣチップ１０の半田接合部１０ｂに向けて照射するものである。レーザ光照射部５Ａは、収容体４内で斜めに設けられた支持梁４ａに固定されたゴニオステージ１５Ａと、ゴニオステージ１５Ａ上に設けられた略円筒形状のレーザヘッド支持部１６Ａと、レーザヘッド支持部１６Ａの先端に設けられた略円筒形状の第１のレーザヘッド１７Ａとを有している。

ゴニオステージ１５Ａは、直交する２軸の交点を中心として各軸回りの傾きを調節可能な２軸ゴニオステージである。ゴニオステージ１５Ａは、第１のレーザヘッド１７Ａによるレーザ光の照射方向を調節するために利用される。

図５は、図１の第１のレーザヘッドの構成図である。図２，５に示されるように、レーザヘッド支持部１６Ａの内部には、レーザ光源６Ａに接続されたレーザケーブル８Ａの先端部１９Ａが配置されている。また、第１のレーザヘッド１７Ａは、レーザ光を整形する第１の光学系１８Ａを有している。レーザケーブル８Ａの先端部１９Ａから出射されたレーザ光Ｌ１は、第１の光学系１８Ａによって整形され、第１のレーザヘッド１７Ａの開口部から照射される。

第１の光学系１８Ａは、レーザケーブル８Ａの先端部１９Ａから出射されたレーザ光Ｌ１の光量分布を均一化させるアポタイザレンズ２１と、レーザ光Ｌ１の照射領域を長円形状に整形するシリンドリカルレンズ２２とから構成されている。この第１の光学系１８Ａでは、アポタイザレンズ２１及びシリンドリカルレンズ２２によってレーザ光Ｌ１を整形することで、基板２上に光量分布が均一かつ長円形状の照射領域Ｐ１を形成する（図４参照）。また、第１の光学系１８Ａは、レーザ光Ｌ１の進行方向においてシリンドリカルレンズ２２が移動可能に構成されている。シリンドリカルレンズ２２は、例えばモータによってレーザ光Ｌ１の進行方向に移動する。これにより、第１の光学系１８Ａでは、シリンドリカルレンズ２２の位置を調整することによって照射領域Ｐ１の大きさを調整することができる。

また、レーザヘッド支持部１６Ａは、第１の光学系１８Ａと異なる構成の第２の光学系２６Ａを有する第２のレーザヘッド２５Ａを有している。レーザヘッド支持部１６Ａは、第１の光学系１８Ａを有する第１のレーザヘッド１７Ａと、第２の光学系２６Ａを有する第２のレーザヘッド２５Ａとを切り替え可能に構成されている。このようなレーザヘッドの切替え構成としては、例えばレーザヘッド支持部１６Ａの先端側において、第１のレーザヘッド１７Ａと第２のレーザヘッド２５Ａとが並設された回転盤を設け、この回転盤の回転によりレーザヘッドが切り替わる構成がある。

図６は、図１の基板に半田付けされた抵抗器の平面図であり、図７は、第２のレーザヘッドの構成図である。図７に示されるように、第２のレーザヘッド２５Ａの第２の光学系２６Ａは、レーザケーブル８Ａの端部１９から出射されたレーザ光Ｌ１を集束させる集光レンズ２７を有している。この第２の光学系２６Ａでは、球面レンズである集光レンズ２７によってレーザ光Ｌ１を整形することで、基板２上に楕円形状の照射領域Ｐ２を形成する（図６参照）。また、第２の光学系２６Ａは、レーザ光Ｌ１の進行方向において集光レンズ２７が移動可能に構成されており、例えばモータによって集光レンズ２７を移動させることで照射領域Ｐ２の大きさを調整する。

図１，３に示されるように、ＣＣＤカメラ７は、収容体４の天井に設けられ、上方から基板２に実装されたＩＣチップ１０を撮像する。制御装置４０は、ＸＹステージ３、レーザ光照射部５Ａ〜５Ｄ、レーザ光源６Ａ〜６Ｄ、ＣＣＤカメラ７、バキューム装置３０と電気的に接続されており、リワーク装置１の動作を制御するものである。制御装置４０は、基板２のガーバーデータ（基板２に置けるＩＣチップ１０を含む全部品の種類及び位置に関するデータ）やＣＣＤカメラ７によって撮像されたＩＣチップ１０の画像データなどに基づいて、ＸＹステージ３、レーザ光照射部５Ａ〜５Ｄ、レーザ光源６Ａ〜６Ｄ、及びバキューム装置３０の動作を制御する。

バキューム装置３０は、レーザ光によって半田が溶融されたＩＣチップ１０の周囲の空気を吸引することで、ＩＣチップ１０を回収するものである。バキューム装置３０は、基板２上でＩＣチップ１０を囲むケース（気密保持部材）３１と、一端がケース３１内に接続された吸引管３２と、吸引管３２の他端に接続され、吸引されたＩＣチップ１０を受けるためのフィルタ部３３と、ダクト３４を通じてフィルタ部３３に接続された負圧発生部３５とを有している。

ケース３１は、レーザ光を透過させるガラス製の部材である。ケース３１は、ＩＣチップ１０の周囲の気密性を保持するようにＩＣチップ１０を囲んでいる。バキューム装置３０では、負圧発生部３５が発生させた負圧によりケース３１内の空気を吸引し、レーザ光によって半田が溶融されたＩＣチップ１０を吸引管３２に吸い込み、フィルタ部３３によってＩＣチップ１０を受け止めることで、ＩＣチップ１０が回収される。

リワーク装置１では、このようなバキューム装置３０を備えることにより、高温状態の半田接合部１０ｂを有するリワーク対象のＩＣチップ１０に接触することなく、ＩＣチップ１０を回収することが可能になるので、リワーク作業の安全性の向上が図られる。また、バキューム装置３０は、レーザ光を透過させると共にＩＣチップ１０の周囲の気密性を保持するようにＩＣチップ１０を囲むケース３１を備えることによって、レーザ光の照射を妨げることなく、ＩＣチップ１０を確実な回収を実現している。

以上の構成を有するリワーク装置１における制御装置４０の動作について図面を参照して説明する。図８は、図３の制御装置の動作を示すフローチャートである。以下の説明では、基板２に半田付けされたＩＣチップ１０及び抵抗器（実装部品）１２がリワークの対象部品である場合について示す。

図８に示されるように、制御装置４０は、基板２のガーバーデータを読み込むことで、基板２上の全部品の種類及び位置を認識する（Ｓ１）。その後、リワーク対象としてＩＣチップ１０及び抵抗器１２が指定される。なお、ここで、制御装置４０は、ＣＣＤカメラ７を用いて基板２に対するＩＣチップ１０及び抵抗器１２の位置を認識するようにしてもよい。これにより、制御装置４０は、ガーバーデータのみに基づいてＩＣチップ１０及び抵抗器１２の位置を認識する場合と比べて、ＩＣチップ１０及び抵抗器１２の位置をより正確に認識することができる。

次に、制御装置４０は、最初のリワーク対象としてＩＣチップ１０を選択する。そして、ガーバーデータよりＩＣチップ１０が４つのライン状の半田接合部１０ｂを有することを認識する（図４参照）。制御装置４０は、４本のレーザ光を同時に照射するために４つのレーザ光源６Ａ〜６Ｄを作動させると共に、レーザ光照射部５Ａ〜５Ｄのレーザヘッドとして、ＩＣチップ１０のライン状の半田接合部１０ｂに対応した第１の光学系１８Ａ〜１８Ｄを有する第１のレーザヘッド１７Ａ〜１７Ｄを選択する（Ｓ２）。

その後、ＸＹステージ３によって、ＩＣチップ１０がレーザ光照射部５Ａ〜５Ｄの中心に位置するように基板２が移動される（Ｓ３）。その後、ケース３１がＩＣチップ１０を囲むように被せられ、ＩＣチップ１０の周囲の気密性を保持する。ここで、レーザ光照射部５Ａ〜５Ｄから弱い出力でレーザ光を照射させ、基板２上に４つの照射領域Ｐ１を形成する。そして、この状態で、ＣＣＤカメラ７によってＩＣチップ１０及び４つの照射領域Ｐ１を撮像する。制御装置４０は、この画像データに基づいて、ＸＹステージ３による基板２の位置調整やゴニオステージ１５Ａ〜１５Ｄによる第１のレーザヘッド１７Ａ〜１７Ｄの照射方向の調整を行うことで、ＩＣチップ１０の半田接合部１０ｂに対して照射領域Ｐ１を合わせる（図４参照）。

続いて、レーザ光源６Ａ〜６Ｄから出射したレーザ光をレーザ光照射部５Ａ〜５Ｄから照射させ、ＩＣチップ１０の半田接合部１０ｂを加熱して半田を溶融させる（Ｓ４）。その後、ＣＣＤカメラ７によってＩＣチップ１０を撮像する（Ｓ５）。制御装置４０は、ＣＣＤカメラ７によって撮像されたＩＣチップ１０の画像データに基づいて、ＩＣチップ１０が回収可能であるか否か（半田接合部１０ｂの半田が十分に溶融しているか否か）を判断する（Ｓ６）。ＩＣチップ１０が回収可能であると判断した場合、ステップＳ７に進む。ＩＣチップ１０が回収可能ではないと判断した場合には、ステップＳ４に戻り、もう一度レーザ光の照射を行う。

ステップＳ７では、バキューム装置３０により回収可能となったＩＣチップ１０の周囲の空気を吸引して、ＩＣチップ１０の回収を行う。その後、制御装置４０は、他にリワーク対象の部品があるか否かを判断する（Ｓ８）。制御装置４０は、次のリワーク対象として抵抗器１２を選択し、ステップＳ２へ戻る。

ステップＳ２では、ガーバーデータより抵抗器１２が２つの点状の半田接合部１２ｂを有することを認識する（図６参照）。制御装置４０は、２本のレーザ光を同時に照射するために２つのレーザ光源６Ａ，６Ｃを作動させると共に、レーザ光照射部５Ａ，５Ｃのレーザヘッドを、第２のレーザヘッド２５Ａ，２５Ｃに切り替える。そして、第２のレーザヘッド２５Ａ，２５Ｃの有する第２の光学系２６Ａ，２６Ｃにより、レーザ光源６Ａ，６Ｃから出射されたレーザ光の照射領域Ｐ２が抵抗器１２の点状の半田接合部１２ｂ（すなわち抵抗器１２のリード１２ａの先端近傍）の形状にほぼ一致するように整形される。

その後、ステップＳ３において、抵抗器１２の半田接合部１２ｂに対して照射領域Ｐ２を合わせる（図６参照）。そして、ステップＳ４において、レーザ光照射部５Ａ，５Ｃからレーザ光を照射して、半田接合部１２ｂの半田を溶融させる。その後、ステップＳ７において、抵抗器１２を回収する。そして、ステップＳ８において、制御装置４０が他にリワーク対象の部品がないと判断して、リワーク作業を終了する。

以上説明したように、リワーク装置１によれば、リワーク対象であるＩＣチップ１０の半田接合部１０ｂを加熱する光としてレーザ光を用いているので、レーザ光を整形してその照射領域Ｐ１を半田接合部１０ｂに限定することが容易となる。その結果、ＩＣチップ１０の半田接合部１０ｂを加熱して半田を溶融させるに際し、ＩＣチップ１０の本体をほとんど加熱することなく、半田を溶融させることが可能となるので、熱によるＩＣチップ１０の破損を防止することができる。

また、リワーク装置１は、第１の光学系１８Ａと第２の光学系２６Ａとを変更することにより、レーザ光の照射領域が長円形状や楕円形状をなすようにレーザ光を整形して、ＩＣチップ１０におけるライン状の半田接合部１０ｂや抵抗器１２における点状の半田接合部１２ｂにレーザ光の照射領域を対応可能な構成を有している。これにより、様々な形状の部品をリワーク対象とすることが容易となり、リワーク装置１の汎用性の向上を図ることができる。更に、基板２に対するＩＣチップ１０の種類及び位置に関する情報に基づいて、制御装置４０がリワーク装置１の動作を制御することによって、リワーク作業の迅速化を図ることができる。

更に、リワーク装置１は、制御装置４０がＣＣＤカメラ７によって撮像されたＩＣチップ１０の画像データに基づき、半田接合部１０ｂに対するレーザ光の照射領域Ｐ１をより精度よく調整することができるので、リワーク対象のＩＣチップ１０の熱による破損がより確実に防止できる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。

例えば、光学系は、上述した第１及び第２の光学系に限られず、リワーク対象の実装部品の形状に応じて様々な構成のものが用いられ、変更可能な光学系の数は２つに限られない。

また、レーザ光照射部の数は、１つであっても、２つ以上であってもよく、レーザ光源の数は、レーザ光照射部の数と同数に限られず、例えばレーザ光源から出射されたレーザ光を複数本のレーザー光に分割する分割用光学系を用いることで、レーザ光源の数を少なくしてもよい。

また、バキューム装置３０は、ケース３１などの気密保持部材を利用するものに限られず、例えば吸引管３２に屈曲自在な蛇腹部を設けて移動可能に構成し、吸引管３２の吸引口をＩＣチップ１０に被せることで、ＩＣチップ１０を吸引する態様であってもよい。この場合、レーザ光の照射により半田が溶融した後、レーザ光の照射を止めてから吸引管３２を基板２上に移動させ、その吸引口をＩＣチップ１０に被せることで、レーザ光の照射を妨げることなくＩＣチップ１０を回収できる。

また、第１の光学系１８Ａ〜１８Ｄは、アポタイザレンズ４２とシリンドリカルレンズ４３とから構成されるものに限られず、レーザ光源４１の仕様やシール層２３の大きさ等に応じて様々な構成が採用される。

また、レーザヘッドの切り替えは、制御装置４０ではなく、手作業によって行われてもよい。

本発明に係るリワーク装置の一実施形態の平面図である。 図１のリワーク装置の縦断面図である。 図１のリワーク装置の構成を示すブロック図である。 図１のＩＣチップの平面図である。 第１の光学形を有する図１のレーザヘッドの構成図である。 図１の基板に半田付けされた抵抗器の平面図である。 第２の光学系を有するレーザヘッドの構成図である。 図３の制御装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１…リワーク装置、２…基板、３…ＸＹステージ、４…収容体、５Ａ〜５Ｄ…レーザ光照射部、６Ａ〜６Ｄ…レーザ光源、７…ＣＣＤカメラ（撮像手段）、１０…ＩＣチップ（実装部品）、１０ｂ…半田接合部、１２…抵抗器（実装部品）、１２ｂ…半田接合部、１６Ａ〜１６Ｄ…レーザヘッド支持部、１７Ａ〜１７Ｄ…第１のレーザヘッド、１８Ａ〜１８Ｄ…第１の光学系、２５Ａ〜２５Ｄ…第２のレーザヘッド、２６Ａ〜２６Ｄ…第２の光学系、３０…バキューム装置（吸引手段）、３１…ケース（気密保持部材）、４０…制御装置（制御部）Ｌ１…レーザ光、Ｐ１，Ｐ２…照射領域。

Claims (4)

1. 基板に半田付けされた実装部品の半田接合部を加熱して半田を溶融させることによって、前記基板から前記実装部品を取り外すためのリワーク装置であって、
   前記半田接合部を加熱するためのレーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射された前記レーザ光を前記半田接合部に照射するレーザ光照射部と、
   前記レーザ光照射部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記レーザ光照射部は、前記レーザ光を整形する光学系を有しており、
   前記制御部は、前記基板に対する前記実装部品の種類及び位置に関する情報に基づき、前記光学系を変更することによって、前記レーザ光の照射領域を前記半田接合部に対応させることを特徴とするリワーク装置。
2. 前記基板から取り外し可能となった前記実装部品の周囲の空気を吸引することで、前記実装部品を回収する吸引手段を更に備えていることを特徴とする請求項１記載のリワーク装置。
3. 前記吸引手段は、前記実装部品の周囲の気密性を保持するように前記実装部品を囲む気密性保持部材を有しており、
   前記気密性保持部材は、前記レーザ光を透過させることを特徴とする請求項２記載のリワーク装置。
4. 前記実装部品を撮像する撮像手段を更に備え、
   前記制御部は、前記撮像手段によって撮像された前記実装部品の画像データに基づき、前記半田接合部に対する前記レーザ光の前記照射領域の位置を調整することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項記載のリワーク装置。

Images