JP4760615B2 - 電子部品の熱圧着装置 - Google Patents

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本発明は、圧着ツールにて電子部品を基板に圧着する電子部品の熱圧着装置に関し、特に圧着ツールとその側面に配置したヒータブロックとの間に隙間を生じず、圧着ツールの先端に温度むらが発生しないようにした電子部品の熱圧着装置に関するものである。
従来、加熱された圧着ツールの先端を電子部品に押し当ててこの電子部品を基板に圧着する電子部品の熱圧着装置において、固定ブロックに長手方向に沿って配列された複数の高さ調整手段を介して圧着ツールを支持し、この圧着ツールを固定ブロックに固定支持されたヒータブロックの側面に接触させて圧着ツールを加熱するようにするとともに、その際ヒータブロックがヒータの熱により上下に変形しても圧着ツールが相対摺動して変形荷重を受けないように、ばねによって圧着ツールをヒータブロックの側面に押圧するようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、圧着ツールの側面にヒータブロックを接触配置して圧着ツールを加熱するようにした熱圧着装置において、圧着ツールの先端の反り変形の補正を効率的に行えるように、圧着ツールの一側面に、先端温度を制御するヒータブロックと上下方向の反りを補正するヒータブロックを上下2段に配置し、他側面に水平方向の反りを補正するヒータブロックを配置したものも知られている(例えば、特許文献2参照)。
また、圧着ツールの側面にヒータブロックを接触させ、ヒータブロックに、長手方向及び上下方向に複数のヒータを配置し、各ヒータをそれぞれ独立して温度調整することによって、圧着ツールの先端の平面度を調整するようにしたものも知られている(例えば、特許文献3参照)。
特開2002−26494号公報 特開2002−158425号公報 特開平9−186201号公報
ところで、特許文献1に記載された構成では、圧着ツールをヒータブロックの側面にばねにて弾性的に圧接させて摺動できるようにして、ヒータブロックが上下方向に熱変形してもその影響を受けないようにしたものであるが、圧着ツールとヒータブロックをばねで圧接させているだけであるため、圧着ツールとヒータブロックの両者間に場所によって部分的に微小な隙間が発生するのを防止することができず、その部分でヒータブロックから圧着ツールへの熱伝達が悪くなって圧着ツールの先端に温度むらが発生し、熱圧着性能が低下するという問題がある。また、圧着ツールの先端が最高400℃にもなる温度条件で、長期間にわたって安定して所定のばね特性を維持できるばねを得るのは困難であり、上記微小な隙間を無くすようなばねは実際的に実現できないという問題がある。
また、特許文献2や特許文献3に記載された構成でも、圧着ツールにヒータブロックに隙間を生じないように密着させるための機構や構成についての開示がなく、高温での使用時に圧着ツールやヒータブロックが熱変化し、それらの間に隙間を生じて熱伝導が悪くなり、圧着ツールの先端に温度むらが発生するという問題を解決することはできない。
また、上記何れの特許文献においても、ヒータブロックは、ブロック体に穴を形成し、その穴にヒータを挿入配置した構成とされているが、ヒータが損傷した時に交換しようとすると、ヒータブロックを取り外してしまう必要があり、保守に手間がかかるという問題があった。
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、圧着ツールとその側面に配置したヒータブロックとの間に隙間を生じず、圧着ツールの先端に温度むらが発生しないようにして熱圧着性能を向上できる電子部品の熱圧着装置を提供することを目的とする。
本発明の電子部品の熱圧着装置は、加熱された圧着ツールの先端を電子部品に押し当ててこの電子部品を基板に圧着する電子部品の熱圧着装置であって、圧着ツールと、ヒータを保持したヒータブロックと、ヒータブロックを圧着ツールの側面に押し当てて固定するヒータブロック取付手段とを備え、ヒータブロック取付手段に、ヒータブロックの圧着ツール長手方向に沿う水平方向の傾斜角と圧着ツールの先端に対する遠近方向に沿う垂直方向の傾斜角とを調整する角度調整手段を設け、角度調整手段は、ヒータブロックの上部中央部を圧着ツール側面に押し付ける支点押付ボルトと、支点押付ボルトの下部両側にそれぞれ間隔をあけた位置でヒータブロックを圧着ツール側面に押し付ける一対の調整押付ボルトとからなるものである。
この構成によれば、ヒータブロック及び圧着ツールが高温になって、圧着ツールの側面とヒータブロックの接触面間に微小な隙間を発生させるような熱変形を生じた場合でも、角度調整手段でヒータブロックの水平方向と垂直方向の傾斜角を調整することによって、ヒータブロックを圧着ツールの側面に隙間を生じないように押し当てることができ、ヒータブロックの熱を効率的かつ均等に圧着ツールに伝達でき、圧着ツールの先端の温度分布の均一性及び平面度を向上することができ、熱圧着性能を向上することができる。
また、角度調整手段が、ヒータブロックの上部中央部を圧着ツール側面に押し付ける支点押付ボルトと、支点押付ボルトの下部両側にそれぞれ間隔をあけた位置でヒータブロックを圧着ツール側面に押し付ける一対の調整押付ボルトとからなり、ヒータブロックを、その上部中央部とその下部両側の3点で圧着ツール側面に押し付けるようにすると、簡単な構成及び調整作業にて圧着ツール側面にヒータブロックを隙間なく接触させることができる。
また、ヒータブロック取付手段は、ヒータブロックの上部を片持状態で支持し、ヒータブロックはその下部にヒータを保持していると、ヒータブロックを圧着ツールの側面の下部に配置することができ、そのヒータブロックの下部にヒータを保持しているので、ヒータと圧着ツールの先端との距離を短くでき、圧着ツールの先端を所定温度に加熱するのに効率的にかつ制御応答性良く加熱することができる。
また、ヒータブロックを、ヒータブロック取付手段にて圧着ツールの側面に当接して取付けられるとともにその当接面の反対面にヒータを配置したヒータ配置板と、ヒータをヒータ配置板との間で挟持する挟持板にて構成すると、ヒータ損傷などによってヒータを交換する場合に、挟持板を取り外すことによって簡単にヒータだけを交換することができ、ヒータブロックごと交換する場合のようにヒータブロックの着脱に伴う取付調整などを行う必要がなく、メンテナンスの作業性が格段に向上する。
また、圧着ツールの上下反り補正用ヒータが圧着ツールの上方に配設され、ヒータブロック取付手段が、上下反り補正用ヒータより下部に配置された構成とすると、ヒータブロックの熱がその取付手段を介して圧着ツールの上部に伝達されるが、その熱伝達部位が上下反り補正用ヒータより下部に位置しているので、上下反り補正用ヒータを加熱してその部位を熱膨張させることで圧着ツールの上下反りを補正する際に、ヒータブロックからの熱が補正ヒータ付近に伝わりにくく、主にヒータブロックからの伝達熱による熱膨張はそれより下方位置に生じるため、その熱膨張による反りを含めて上下反り補正用ヒータの加熱によって効率的にかつ制御性良く補正することができる。これに対して、ヒータブロック取付手段が上下反り補正用ヒータより上部に配置されている場合には、ヒータブロックからの伝達熱によって生じた熱膨張が、上下反り補正用ヒータの付近を加熱してその部位を熱膨張させることで圧着ツールの上下反りを補正する作用を阻害するために、上下反り補正用ヒータの加熱によって圧着ツールの上下反りを補正することが困難となる。
また、ヒータブロック及びヒータブロック取付手段が、圧着ツールの長手方向に複数配設されていると、圧着ツールが大型化した場合にも、所要数のヒータブロックを配設することで容易に対応することができ、かつ各ヒータブロックを加熱制御することで、圧着ツールの先端の全長にわたって温度むらが発生せず、圧着ツールの先端の温度分布の均一性及び平面度を確保して高い熱圧着性能を得ることができる。
また、放熱特性が部分的に大きい加熱対象物の場合に、放熱特性の大きい部分に対応するヒータブロックの温度を高く設定すると、そのような加熱対象物の場合にも圧着ツールの先端の温度分布の均一性及び平面度を確保して高い熱圧着性能を維持できる。
本発明の電子部品の熱圧着装置によれば、ヒータブロック及び圧着ツールが高温になって、圧着ツールの側面とヒータブロックの接触面間に微小な隙間を発生させるような熱変形を生じた場合でも、角度調整手段でヒータブロックの水平方向と垂直方向の傾斜角を調整することによって、ヒータブロックを圧着ツールの側面に隙間を抑制するように押し当てることができ、ヒータブロックの熱を効率的かつ均等に圧着ツールに伝達でき、圧着ツールの先端の温度分布の均一性及び平面度を向上することができ、熱圧着性能を向上することができる。
以下、本発明の電子部品の熱圧着装置の各実施形態について、図1〜図7を参照しながら説明する。
(第1の実施形態)
まず、本発明の電子部品の熱圧着装置の第1の実施形態について、 図1〜図6を参照して説明する。本実施形態の熱圧着装置は、フラットパネルディスプレイ(FPD)の一例である液晶パネルに接合されたTCPやFPCなどの電子部品を、プリント基板を熱圧着するものである。
図1において、熱圧着装置1は、所定の供給位置(図示せず)で液晶パネル2を受け取って支持した状態で、水平なX方向及びY方向に移動及び位置決めするとともに、任意のX、Y位置で垂直軸芯回りの任意の回転位置に位置決め可能な移動位置決め手段3と、この移動位置決め手段3で支持されて移動する液晶パネル2の側端縁部の移動範囲の一側部に配置された圧着手段4を備えている。圧着手段4は、下端に圧着面5aを有する圧着ツール5を有する圧着ヘッド部6と、圧着ヘッド部6を昇降駆動して圧着力を負荷する加圧手段7と、圧着面5aに対向してその下方に固定設置され、圧着部位を下方から受けて支持する圧着ステージ8にて構成されている。
本実施形態では、液晶パネル2の1又は複数の側端縁部に予め電子部品(ICやTCPやFPCなど)9が接合されており、熱圧着装置1にて、図2に示すように、その電子部品9をプリント基板10に熱圧着するものである。プリント基板10は、図1の圧着ステージ8の奥側(移動位置決め手段3とは反対側)に配設された部品供給手段(図示せず)にてその圧着部位が圧着ステージ8上に位置するように供給される。
次に、本発明の要部である圧着ヘッド部6の構成について、図3を参照して説明する。圧着ヘッド部6は、圧着ツール5とほぼ同一長さでかつ断面形状が縦長の長方形でその下端両側に取付フランジ12が突設された形状で、上下方向中間部に断熱材13が介在されたヘッド本体11を備えており、このヘッド本体11の下端面11aに圧着ツール5の上端面が当接されている。ヘッド本体11の断熱材13より下部位置に、 ほぼ全長にわたるように複数(図示例では3つの)上下反り補正用ヒータ14が配設され、それぞれの中央部近傍に熱電対からなる温度検出センサ15が配設されている。上下反り補正用ヒータ14は、具体的には、図3(b)に示すように、ヘッド本体11の一側部に凹入形成された配置凹部16内に収容配置され、蓋部材17にて挟圧固定され、上下反り補正用ヒータ14の交換・補修を容易に行えるように構成されている。
取付フランジ12の下面外側部には、その長手方向に等間隔置きに複数(図示例では5つ)の取付ブラケット18が垂設され、取付フランジ12と取付ブラケット18にて、ヒータブロック20の上部中央部を片持状態で支持してヒータブロック20を圧着ツール5の側面に押し当てて固定するヒータブロック取付手段19が構成されている。ヒータブロック20は、ヒータブロック取付手段19にて圧着ツール5の側面に当接して取付けられるヒータ配置板22と挟持板23との間でヒータ21を挟持した構成とされ、ヒータ配置板22の下部にヒータ21は配置されかつヒータ21の中央の下部に温度検出センサ24が配設されている。
各ヒータブロック20は、制御部(図示せず)にて温度検出センサ24による検出温度が所定温度となるように各別に温度制御されている。また、図2に示すように、プリント基板10の形状が圧着ツール5の長手方向に均一でなく、部分的に面積の大きい部分が存在してその部分の放熱特性が大きい場合には、その放熱特性の大きい部分に対応するヒータブロック20の加熱温度が高く設定されている。
ヒータブロック取付手段19には、ヒータブロック20の圧着ツール5長手方向に沿う水平方向の傾斜角と圧着ツール5の先端に対する遠近方向に沿う垂直方向の傾斜角とを調整する角度調整手段25が設けられている。角度調整手段25は、ヒータブロック20の上部中央部を圧着ツール5の側面に押し付ける支点押付ボルト26と、支点押付ボルト26の下部両側にそれぞれ間隔をあけた位置でヒータブロック20を圧着ツール5の側面に押し付ける一対の調整押付ボルト27a、27bと、一対の調整押付ボルト27a、27bの中間位置でヒータブロック20を圧着ツール5より離れる方向に調整する引張りボルト28にて構成されている。
この角度調整手段25においては、図4(a)に示すように、支点押付ボルト26にて上部中央部を圧着ツール5の側面に押し付けた状態で、その下部位置の引き上げボルト28による圧着ツール5より離れる方向の調整量を任意に調整することで、圧着ツール5の先端の圧着面5aに対する遠近方向に沿う垂直方向、すなわち上下方向におけるヒータブロック20の傾斜角αを調整し、また、図4(b)に示すように、引張りボルト28の両側の左右一対の調整押付ボルト27a、27bの押し付け量を任意に調整することで、圧着ツール5長手方向に沿う水平方向におけるヒータブロック20の傾斜角βを調整することができる。
以上の構成によれば、ヒータブロック20及び圧着ツール5が高温になって、圧着ツール5の側面とヒータブロック20の接触面間に微小な隙間を発生させるような熱変形が生じるような場合に、角度調整手段25にて、図4(a)、(b)で説明したようにヒータブロック20の垂直方向の傾斜角αと水平方向の傾斜角βを調整することによって、ヒータブロック20を圧着ツール5の側面に隙間を生じないように押し当てることができる。かくして、ヒータブロック20の熱を効率的かつ均等に圧着ツール5に伝達でき、圧着ツール5の圧着面5aの温度分布の均一性及び平面度を向上することができ、熱圧着性能を向上することができる。
また、角度調整手段25が、ヒータブロック20の上部中央部を圧着ツール5の側面に押し付ける支点押付ボルト26と、支点押付ボルト26の下部両側にそれぞれ間隔をあけた位置でヒータブロック20を圧着ツール5の側面に押し付ける一対の調整押付ボルト27a、27bを有する構成とし、ヒータブロック20を、その上部中央部とその下部両側の3点で圧着ツール5の側面に押し付けるようにしているので、簡単な構成及び調整作業にて圧着ツール5の側面にヒータブロック20を隙間なく接触させることができる。
また、ヒータブロック取付手段19が、ヒータブロック20の上部を片持状態で支持するように構成され、ヒータブロック20はその下部にヒータ21を保持した構成されているので、ヒータブロック20を圧着ツール5の側面の下部に配置することができ、そのヒータブロック20の下部にヒータ21を保持しているので、ヒータ21と圧着ツール5の先端の圧着面5aとの距離を短くでき、圧着面5aを所定温度に加熱するのに効率的にかつ制御応答性良く加熱することができる。
また、ヒータブロック20が、ヒータブロック取付手段19にて圧着ツール5の側面に当接して取付けられるヒータ配置板22と挟持板23との間で挟持した構成としているので、ヒータ21の損傷などによってヒータ21を交換する場合に、挟持板23を取り外すことによって簡単にヒータ21だけを交換することができる。かくして、ヒータブロック20ごと交換する場合のようにヒータブロック20の着脱に伴う取付・調整作業などを行う必要がなく、メンテナンスの作業性が格段に向上する。
また、ヒータブロック取付手段19が、図5(a)に示すように、圧着ツール5の上下反り補正用ヒータ14より下部に配置されているので、ヒータブロック20の熱はその取付手段19を介して矢印29の如く圧着ツール5の上部に伝達されるが、その熱伝達部位が上下反り補正用ヒータ14より下部に位置しているので、上下反り補正用ヒータ14を加熱してその部位を熱膨張させることで圧着面5aの上下反りを補正する際に、ヒータブロック20からの伝達熱による熱膨張はそれより下方位置に生じているため、図5(b)に示すように、ヒータブロック20からの伝達熱による熱膨張は圧着面5aの両端を引き上げるような変形を生じさせるように作用し、これに対して上下反り補正用ヒータ14を加熱して熱膨張させることによって、ヒータブロック20からの熱膨張による反りを含めて効率的にかつ制御性良く補正することができる。一方、図6(a)に示すように、ヒータブロック取付手段19が上下反り補正用ヒータ14より上部に配置されている場合には、ヒータブロック20の熱はその取付手段19を介して矢印30の如く上下反り補正用ヒータ14より上部に伝達されるので、図6(b)に示すように、ヒータブロック20からの伝達熱による熱膨張は圧着面5aの両端を押し下げるような変形を生じさせるように作用し、これに対して上下反り補正用ヒータ14を加熱してその部位を熱膨張させることで圧着面5aの上下反りを補正しようとしてもその補正作用を阻害されるため、上下反り補正用ヒータ14の加熱によって圧着面5aの上下反りを補正することが困難となる。
また、ヒータブロック20及びヒータブロック取付手段19を、圧着ツール5の長手方向に複数配設しているので、圧着ツール5が大型化した場合にも、所要数のヒータブロック20を配設することで容易に対応することができ、かつ各ヒータブロック20を加熱制御することによって、圧着ツール5の先端の圧着面5aの温度むらが全長にわたって発生せず、圧着面5aの温度分布の均一性及び平面度を向上して、熱圧着性能を向上することができる。
また、圧着ツール5の長手方向に沿って部分的に面積の大きいプリント基板10の圧着を行う場合に、面積が大きく放熱特性が大きい部分に対応するヒータブロック20の温度を高く設定するようにしているので、そのようなプリント基板10を圧着する場合にも、圧着時における圧着ツール5の圧着面5aの温度分布の均一性及び平面度を確保して高い熱圧着性能を維持できる。
(第2の実施形態)
次に、本発明の部品実装装置の第2の実施形態について、図7を参照して説明する。尚、本実施形態の説明では、上記第1の実施形態と同一の構成要素については同一の参照符号を付して説明を省略し、主として相違点についてのみ説明する。
上記実施形態では、角度調整手段25が、支点押付ボルト26と、一対の調整押付ボルト27a、27bと、引張りボルト28にて構成されたものを例示したが、本実施形態では、図7(a)〜(d)に示すように、支点押付ボルト31と、一対の調整押付ボルト32a、32bにて構成し、ヒータブロック20の上部を、その中央位置とその下部両側の3点で圧着ツール5の側面に押し付けることによって、ヒータブロック20を圧着ツール5の側面に沿わせて当接させ、両者間に隙間が生じないようにしている。
なお、本実施形態の角度調整手段25では、3本の押付ボルトにてヒータブロック20の3点位置を押し付けるだけであり、圧着ツール5を交換等のために取り外した状態では、各ヒータブロック20が下方に脱落することになるため、図7(d)に示すように、支点押付ボルト31の先端に圧入係合部33を設け、ヒータブロック20のヒータ配置板22の上部中央位置に、圧入係合部33が嵌入する凹部34を設けることで、支点押付ボルト31にてヒータブロック20を保持するように構成されている。
本実施形態においては、角度調整手段25が3本の押付ボルトだけで構成されているので、部品点数が少なく、調整作業も容易である。
以上の実施形態の説明では、本発明の熱圧着装置を、液晶パネル2などのフラットパネルディスプレイに接合されたTCPやFPCなどの電子部品9をプリント基板10に熱圧着する場合に適用した例についてのみ示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、フラットパネルディスプレイにICやTCPやFPCなどの電子部品を熱圧着する場合にも当然同様に適用でき、さらに任意の各種基板に各種電子部品を熱圧着する場合にも好適に適用することができる。
本発明の電子部品の熱圧着装置によれば、ヒータブロック及び圧着ツールが高温になって、圧着ツールの側面とヒータブロックの接触面間に微小な隙間を発生させるような熱変形を生じた場合でも、角度調整手段でヒータブロックの水平方向と垂直方向の傾斜角を調整することによって、ヒータブロックを圧着ツールの側面に隙間を生じないように押し当てることができ、ヒータブロックの熱を効率的かつ均等に圧着ツールに伝達でき、圧着ツールの先端の温度分布の均一性及び平面度を向上することができ、熱圧着性能を向上することができるので、各種基板に電子部品を熱圧着する熱圧着装置に好適に利用することができる。
本発明の電子部品の熱圧着装置の第1の実施形態の全体概略構成を示す斜視図。 同実施形態の要部を拡大して示した斜視図。 同実施形態の要部の詳細構成を示し、(a)は正面図、(b)は(a)のA−A矢視拡大断面図、(c)は(a)の部分拡大図。 同実施形態における角度調整方法を示し、(a)は図3(c)のB−B矢視断面図、(b)は図3(c)のC−C矢視断面図。 同実施形態における圧着ヘッドの反り調整の説明図であり、(a)は図3(b)と同様の断面図、(b)は調整状態の説明図。 同実施形態とは異なった構成とした場合の圧着ヘッドの反り調整の説明図であり、(a)は図3(b)と同様の断面図、(b)は調整不能状態の説明図。 本発明の電子部品の熱圧着装置の第2の実施形態における角度調整手段を示し、(a)は正面図、(b)は(a)のD−D矢視断面図、(c)は(a)のE−E矢視断面図、(d)は(c)のF部拡大詳細図。
符号の説明
1 熱圧着装置
5 圧着ツール
5a 先端の圧着面
9 電子部品
10 プリント基板
14 上下反り補正用ヒータ
19 ヒータブロック取付手段
20 ヒータブロック
21 ヒータ
22 ヒータ配置板
23 挟持板
25 角度調整手段
26 支点押付ボルト
27a、27b 調整押付ボルト
31 支点押付ボルト
32a、32b 調整押付ボルト

Claims (6)

  1. 加熱された圧着ツールの先端を電子部品に押し当ててこの電子部品を基板に圧着する電子部品の熱圧着装置であって、圧着ツールと、ヒータを保持したヒータブロックと、ヒータブロックを圧着ツールの側面に押し当てて固定するヒータブロック取付手段とを備え、ヒータブロック取付手段に、ヒータブロックの圧着ツール長手方向に沿う水平方向の傾斜角と圧着ツールの先端に対する遠近方向に沿う垂直方向の傾斜角とを調整する角度調整手段を設け、角度調整手段は、ヒータブロックの上部中央部を圧着ツール側面に押し付ける支点押付ボルトと、支点押付ボルトの下部両側にそれぞれ間隔をあけた位置でヒータブロックを圧着ツール側面に押し付ける一対の調整押付ボルトとからなることを特徴とする電子部品の熱圧着装置。
  2. ヒータブロック取付手段は、ヒータブロックの上部を片持状態で支持し、ヒータブロックはその下部にヒータを保持していることを特徴とする請求項1記載の電子部品の熱圧着装置。
  3. ヒータブロックは、ヒータブロック取付手段にて圧着ツールの側面に当接して取付けられるとともにその当接面の反対面にヒータを配置したヒータ配置板と、ヒータをヒータ配置板との間で挟持する挟持板にて構成したことを特徴とする請求項1又は2に記載の電子部品の熱圧着装置。
  4. 圧着ツールの上下反り補正用ヒータが圧着ツールの上方に配設され、ヒータブロック取付手段は、上下反り補正用ヒータより下部に配置したことを特徴とする請求項1〜の何れかに記載の電子部品の熱圧着装置。
  5. ヒータブロック及びヒータブロック取付手段が、圧着ツールの長手方向に複数配設されていることを特徴とする請求項1〜の何れかに記載の電子部品の熱圧着装置。
  6. 放熱特性が部分的に大きい加熱対象物の場合に、放熱特性の大きい部分に対応するヒータブロックの温度を高く設定することを特徴とする請求項記載の電子部品の熱圧着装置。
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