JP7035404B2 - 基板搬送治具および実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、回路基板への電子部品の実装技術に関するものであり、特に、はんだ接合部の信頼性を向上する技術に関するものである。

通信機器等の小型化や高性能化にともなって、使用される回路基板や電子装置の高密度化や高集積化が進み、回路基板と半導体装置等の電子部品の接合部の位置精度や信頼性への要求が高くなっている。電子部品をはんだによって回路基板に実装する際に、回路基板上に印刷されたペースト状のはんだを溶融状態にするリフロー処理が施される。

リフロー処理の際にはんだを溶融状態にしたとき、はんだペースト中のフラックス成分等によってはんだの内部にボイドが発生する。リフロー処理後の冷却によってはんだが固化するまでに内部から排出されなかったボイドは、はんだが固化するときにはんだ内に固定化されて残留する。はんだ内にボイドが残留すると、接合強度や放熱性の低下が生じる。また、高周波信号を処理する回路基板と電子部品を接続している場合には、はんだ内のボイドによって高周波特性の悪化が生じ得る。そのため、リフロー処理を施した後に、はんだ内のボイドの残留は、出来るだけ抑制されていることが望ましく、関連する技術の開発が行われている。そのような、リフロー処理を施した後のはんだ内のボイドの残留を抑制する技術としては、例えば、特許文献１のような技術が開示されている。

特許文献１は、半導体装置をはんだによって回路基板に実装する際にリフロー処理を施すリフロー炉等に関するものである。特許文献１では、はんだのリフロー処理を行う際に、回路基板の位置決め治具、回路基板、半導体装置および装置の案内板のいずれかを振動させることで、はんだ層のむらを除去することができるとしている。

特開昭６０－１８０６６４号公報

しかしながら、特許文献１の技術は次のような点で十分ではない。特許文献１には、はんだのリフロー処理を行う際に、回路基板の位置決め治具、回路基板、半導体装置および装置の案内板のいずれかを振動させることが示されている。しかし、特許文献１には、振動をどのように加えたらよいかについては具体的には開示されていない。そのため、例えば、はんだペーストが固体状態の際に振動を加えた場合には、半導体装置の位置が振動によってずれ、回路基板に対する半導体装置の位置精度が低下する恐れがある。よって、特許文献１の技術は、回路基板にはんだによって電子部品を接合する際のリフロー処理において、位置精度維持しつつはんだ内のボイドの残留を抑制する技術としては十分ではない。

本発明は、上記の課題を解決するため、リフロー処理の際に電子部品の位置ずれを防止しつつ、はんだ内のボイドの残留を抑制することができる基板搬送治具を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するため、本発明の基板搬送治具は、基板保持手段と、振動手段と、振動制御手段を備えている。基板保持手段は、はんだとはんだを介して載置された電子部品を表面に有する回路基板を保持する。振動手段は、回路基板上のはんだに振動素子から発生させた振動を加える。振動制御手段は、はんだが溶融している状態であることを検出したときに、振動素子に電力を供給して振動素子を振動させる。

本発明の実装方法は、はんだとはんだを介して載置された電子部品を表面に有する回路基板を保持する。本発明の実装方法は、回路基板を加熱炉において加熱し、はんだが溶融している状態であることを検出したときに、振動素子に電力を供給して振動を発生させ、はんだに振動素子から発生させた振動を加える。

本発明によると、リフロー処理の際に電子部品の位置ずれを防止しつつ、はんだ内のボイドの残留を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態の構成の概要を示す図である。 本発明の第２の実施形態の基板搬送治具の構成を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態の基板搬送治具の構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態の基板搬送治具に回路基板をセットした状態の例を示す図である。 本発明の第２の実施形態の制御部の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態においてリフロー処理を行う際の基板搬送治具の動作フローを示す図である。 リフロー処理時の温度変化の例を示す図である。 リフロー処理時のボイド発生の例を模式的に示した図である。 本発明の第２の実施形態の基板搬送治具の他の構成の例を示した図である。 本発明の第２の実施形態の基板搬送治具の他の構成の例を示した図である。 本発明の第３の実施形態の基板搬送治具の構成を示す平面図である。 本発明の第３の実施形態の基板搬送治具の構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態の制御部の構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態においてリフロー処理を行う際の基板搬送治具の動作フローを示す図である。 本発明の第４の実施形態の基板搬送治具の構成を示す平面図である。 本発明の第４の実施形態の基板搬送治具の構成を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態におけるリフロー処理のフローを示す図である。 本発明の第４の実施形態の基板搬送治具の他の構成の例を示した平面図である。 本発明の第４の実施形態の基板搬送治具の他の構成の例を示した断面図である。 本発明の第４の実施形態の基板搬送治具の他の構成の例を示した図である。 本発明の第５の実施形態の基板搬送治具の構成を示す平面図である。 本発明の第５の実施形態の基板搬送治具の構成を示す断面図である。 本発明の第５の実施形態の制御部の構成を示す図である。 本発明の第５の実施形態におけるリフロー処理のフローを示す図である。 本発明の第５の実施形態の他の構成の例におけるリフロー処理のフローを示す図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態の基板搬送治具の構成の概要を示した図である。本実施形態の基板搬送治具は、基板保持手段１と、振動手段２と、振動制御手段３を備えている。基板保持手段１は、はんだとはんだを介して載置された電子部品を表面に有する回路基板を保持する。振動手段２は、回路基板上のはんだに振動素子から発生させた振動を加える。振動制御手段３は、はんだが溶融している状態であることを検出したときに、振動素子に電力を供給して振動素子を振動させる。

本実施形態の基板搬送治具は、振動制御手段３において、はんだが溶融している状態であることを検出したときに、振動手段２の振動素子に振動を発生させ、はんだに振動を加えている。本実施形態の基板搬送治具では、はんだが溶融しているときに、はんだに振動を加えることではんだ内に生じたボイドの排出を促進し、固化した後のはんだ内のボイドの残留を抑制することができる。また、本実施形態の基板搬送治具では、はんだが溶融しているときにのみ振動を加えるので、回路基板に対する電子部品の位置ずれを抑制することができる。その結果、本実施形態の基板搬送治具を用いることで、リフロー処理の際に電子部品の位置ずれを防止しつつ、はんだ内のボイドの残留を抑制することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図２および図３は、本実施形態の基板搬送治具１０の構成の概要を示す図である。図２は、本実施形態の基板搬送治具１０の平面図を示している。また、図３は、本実施形態の基板搬送治具１０の断面図を示している。

本実施形態の基板搬送治具１０は、回路基板上に印刷されたはんだペーストのリフロー処理を行う際に、リフロー炉内で回路基板を搬送する際に用いる搬送トレイである。

本実施形態の基板搬送治具１０は、本体部１１と、振動部１２と、制御部１３と、電源部１４を備えている。

本体部１１は、基板搬送治具１０の構造材としての機能と、搬送対象の基板を保持する機能とを有する。本体部１１は、耐熱性の樹脂、金属またはそれらの複合材によって形成されている。金属で形成されている場合には、搬送する対象の回路基板と接する面は、絶縁されている。また、本実施形態の本体部１１は、第１の実施形態の基板保持手段１に相当する。

振動部１２は、振動を発生させる振動素子である。振動部１２には、例えば、ピエゾ素子を用いることができる。振動部１２には、回転によって振動を発生させる小型モータ等の他の方式の振動素子を用いてもよい。振動部１２は、制御部１３を介して電源部１４から電力の供給を受けているときに振動する。また、本実施形態の振動部１２は、第１の実施形態の振動手段２に相当する。

図４は、本実施形態の基板搬送治具１０上に、回路基板２０１をセットした場合の例を示した図である。本実施形態の基板搬送治具１０には、図５のように回路基板２０１上のはんだ２０３上に半導体装置等の電子部品２０２が載置された状態で、回路基板２０１がセットされる。本実施形態の基板搬送治具１０は、はんだ２０３が形成された回路基板２０１の下部にある振動部１２によって、溶融しているときにはんだ２０３に振動を加えることで、はんだ２０３内からボイドを除去する。

制御部１３は、振動部１２における振動の発生の開始と停止を制御する機能を有する。図５は、本実施形態の制御部１３の構成を示すブロック図である。制御部１３は、温度計測部１０１と、振動制御部１０２と、スイッチ部１０３をさらに備えている。

温度計測部１０１は、回路基板周辺の温度として基板搬送治具１０上の温度を計測する機能を有する。温度計測部１０１は、熱電対を用いて構成されている。温度計測部１０１の熱電対は、本体部１１の複数の箇所に備えられていてもよい。複数の箇所に備えられた熱電対によって温度を計測する場合には、計測された温度の平均値が回路基板周辺の温度として用いられる。温度計測部１０１は、温度の計測結果を振動制御部１０２に出力する。

振動制御部１０２は、温度の計測結果を基に振動素子への電力の供給を制御することで振動の発生の開始と停止を制御する機能を有する。振動制御部１０２は、温度計測部１０１から送られてくる温度の計測結果が基準温度以上であるとき、振動部１２に電力を供給する制御信号をスイッチ部１０３に送る。基準温度は、はんだが溶融する温度としてあらかじめ設定されている。振動制御部１０２は、基準温度未満となったときに振動部１２への電力の供給を停止する制御信号をスイッチ部１０３に送る。

スイッチ部１０３は、振動部１２への電力の供給の有無を切り替える機能を有する。スイッチ部１０３は、振動制御部１０２から送られてくる制御信号を基に電源部１４から振動部１２への電力の供給の有無を切り替える。スイッチ部１０３は、振動部１２へ電力を供給することを示す制御信号を振動制御部１０２から受け取ると、電源部１４と振動部１２を電気的に接続された状態にする。また、スイッチ部１０３は、振動部１２へ電力の供給を停止することを示す制御信号を振動制御部１０２から受け取ると、電源部１４と振動部１２を電気的に接続されていない状態にする。また、本実施形態の制御部１３は、第１の実施形態の振動制御手段３に相当する。

電源部１４は、基板搬送治具１０の各部位に電力を供給する機能を有する。電源部１４は、スイッチ部１０３が電源部１４と振動部１２を電気的に接続している状態のとき、スイッチ部１０３を介して振動部１２に電力を供給する。また、電源部１４は、振動制御部１０２に電力を供給する。電源部１４は、リチウムイオン電池等の２次電池によって構成されている。電源部１４の電池は、基板搬送治具１０から取り外した状態で充電が行われる。基板搬送治具１０に充電用の端子を形成し、電池を基板搬送治具１０に取り付けたまま充電を行えるようにしてもよい。また、電源部１４は、１次電池を用いて構成されていてもよい。

本実施形態の基板搬送治具１０を用いてリフロー処理を行う際の動作について説明する。図６は、リフロー処理を行う際の本実施形態の基板搬送治具１０の動作フローの概要を示した図である。

始めに、基板搬送治具１０上にリフロー処理を施す回路基板が図５のようにセットされる。回路基板がセットされた基板搬送治具１０は、リフロー装置内に搬入される。リフロー装置内の加熱炉に基板搬送治具１０が挿入された際に、制御部１３の温度計測部１０１は、基板搬送治具１０上の温度を計測し、計測結果を振動制御部１０２に出力する（ステップＳ１１）。温度の計測結果がはんだの溶融温度としてあらかじめ設定された基準温度未満のとき（ステップＳ１２でＮｏ）、ステップＳ１１における温度の計測が継続して行われる。

温度の計測結果がはんだの溶融温度としてあらかじめ設定された基準温度以上のとき（ステップＳ１２でＹｅｓ）、振動制御部１０２は、スイッチ部１０３に電源部１４と振動部１２を接続する制御信号を送る。電源部１４と振動部１２を接続する制御信号を受け取ると、スイッチ部１０３は、電源部１４と振動部１２を電気的に接続された状態にする。電源部１４と振動部１２が接続状態になると、電源部１４から振動部１２の振動素子に電力が供給される。

電力が供給されると、振動部１２の振動素子は、振動を発生させる（ステップＳ１３）。振動部１２が発生させた振動は、回路基板を介してはんだ接合部に伝播する。振動を発生させている温度領域では、はんだは溶融状態であるため、はんだ中に発生した気体のボイドは振動によって外部に排出される。

振動を発生させている際に、温度計測部１０１は、継続して温度を計測して計測結果を振動制御部１０２に送る（ステップＳ１４）。

温度の計測結果がはんだの溶融温度としてあらかじめ設定された基準温度以上のとき（ステップＳ１５でＮｏ）、ステップＳ１４における温度の計測が継続して行われる。このとき、はんだは溶融状態であり、振動の発生も継続されている
温度の計測結果がはんだの溶融温度としてあらかじめ設定された基準温度未満のとき（ステップＳ１５でＹｅｓ）、振動制御部１０２は、スイッチ部１０３に電源部１４と振動部１２の接続を切断する制御信号を送る。電源部１４と振動部１２の接続を切断する制御信号を受け取ると、スイッチ部１０３は、電源部１４と振動部１２を電気的に切断された状態にする。電源部１４と振動部１２が電気的に切断された状態になると、電源部１４から振動部１２の振動素子への電力の供給が停止され、振動の発生が停止する（ステップＳ１６）。

振動の発生が停止されたとき、周囲の温度は、はんだの溶融温度未満であるため、はんだはボイドが除去された状態で徐々に固化し、回路基板と電子部品の接合が完了する。電子部品の接合が完了した回路基板がセットされた基板搬送治具１０がリフロー装置から外に搬出されると、回路基板が取り除かれる。回路基板が取り除かれた基板搬送治具１０は、他の回路基板のリフロー処理に用いられる。

図７は、リフロー処理を行う際の回路基板周辺の温度変化の例を示した図である。図７の横軸は、リフロー処理が開始されてからの経過時間を示している。図７の例では、リフロー装置に基板搬送治具が挿入されると、昇温が開始され予備加熱炉において一定時間の加熱が行われている。予備加熱が行われた後、はんだの溶融温度以上の加熱炉において本加熱が行われる。本加熱の際は、はんだは溶融状態になる。本加熱を行った後、基板搬送治具は、冷却ユニットにおいて冷却が行われる。冷却が行われると、はんだが固化してはんだを介した回路基板と電子部品の接合が完了する。

図８は、振動を加えずにリフロー処理を行った場合の例を模式的に示した図である。ペースト状のはんだを印刷した状態において、リフロー炉内において温度が上昇するとボイドが発生し始める。ボイドは、はんだペースト中のフラックス、回路基板や電子部品から発生する溶剤や水分に起因して発生する。はんだが溶融状態のとき、ボイドの位置や大きさは、変化する。冷却工程において温度が降下すると、はんだが固化し排出されなかったボイドは、はんだ内に残留する。一方で、本実施形態の基板搬送治具１０は、はんだの溶融状態において、はんだ部分に振動を加わるためボイドの排出が促進される。そのため、本実施形態の基板搬送治具１０を用いることで冷却後のはんだ内のボイドの残留を抑制することができる。

本実施形態の基板搬送治具１０は、図９および図１０のような構成としてもよい。図９および図１０は、本実施形態の基板搬送治具１０の他の構成の例を、基板搬送治具１０－１および基板搬送治具１０－２としてそれぞれ示したものである。図９は、振動部１２が本体部１１－１の裏面側に形成されている構成の例を示している。また、図１０は、本体部１１－２に形成された突起部分で回路基板２０１の裏面側を保持している例を示している。このように、本実施形態の基板搬送治具１０では、回路基板を水平に保持し、はんだ接合部に振動を加えられる構成であれば、本体部１１の形状や振動部１２の位置を柔軟に設計することができる。

また、本実施形態では、はんだが溶融状態であることを制御部１３の温度計測部１０１で計測した温度を基に判断しているが、はんだの溶融状態は、はんだの濡れ力の変化によって判断してもよい。そのような構成とする場合には、温度計測部１０１に代えて、基板搬送治具１０に濡れ力センサを備える構成とする。また、基板搬送治具１０に電子部品の高さを検出するセンサを備えて、リフロー処理時の電子部品の高さの変化を計測することではんだの溶融状態を検出する構成であってもよい。

本実施形態の基板搬送治具１０は、温度計測部１０１において温度を計測し、計測した温度がはんだの溶融温度を超えたときに、振動部１２において振動を発生させている。そのため、本実施形態の基板搬送治具１０を用いてリフロー処理を行うことで、はんだ溶融時にのみ振動を加えることができる。はんだ溶融時にのみ振動を加えることで、はんだ上の電子部品の位置が接合前に振動によってずれることを防止することができる。そのため、電子部品の回路基板へ接合する際の位置精度が向上する。また、はんだ溶融時に振動を加えることで、はんだ中のボイドを排除することができるので、はんだが固化した後のはんだ中のボイドの残留を抑制することができる。はんだ中のボイドの残留を抑制することではんだ接合部の信頼性が向上する。また、本実施形態では、基板搬送治具１０において、はんだの溶融状態を判断してはんだに振動を加えるので、リフロー装置に振動の発生機構等は不要なため装置の構成の複雑化を避けることができる。以上より、本実施形態の基板搬送治具１０を用いることで、リフロー処理の際にリフロー装置の構造を複雑化することなく電子部品の位置ずれを防止しつつ、はんだ内のボイドの残留を抑制することができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１１および図１２は、本実施形態の基板搬送治具２０の構成の概要を示した図である。図１１は、本実施形態の基板搬送治具２０の平面図を示している。また、図１２は、本実施形態の基板搬送治具２０の断面図を示している。

本実施形態の基板搬送治具２０は、回路基板上に印刷されたはんだペーストのリフロー処理を行う際に、リフロー炉内で回路基板を搬送する際に用いる搬送トレイである。第２の実施形態の基板搬送治具２０は、周囲の温度がはんだの溶融温度以上になったときに振動を加えているが、本実施形態の基板搬送治具２０は、処理が開始されてからの経過時間に基づいて振動の開始と停止の制御を行うことを特徴とする。

本実施形態の基板搬送治具２０は、本体部２１と、振動部２２と、制御部２３と、電源部２４を備えている。本実施形態の本体部２１、振動部２２および電源部２４の構成と機能は、第２の実施形態の同名称の部位と同様である。

制御部２３は、振動部２２における振動の発生の開始と停止を制御する機能を有する。図１３は、本実施形態の制御部２３の構成を示すブロック図である。制御部２３は、時間計測部１１１と、振動制御部１１２と、スイッチ部１１３をさらに備えている。本実施形態のスイッチ部１１３の構成と機能は、第２の実施形態のスイッチ部１０３と同様である。

時間計測部１１１は、リフロー処理が開始されてからの時間を計測する機能を有する。時間計測部１１１は、リフロー処理が開始されてからの時間を計測し、計測した結果を振動制御部１０２に送る。リフロー処理の開始は、例えば、基板搬送治具２０をリフロー装置にセットする際に、開始スイッチを押すことで入力される。温度計測計をさらに備える構成とし、温度が基準以上となったときにリフロー処理が開始されたとみなし、経過時間の計測を開始する構成としてもよい。また、リフロー装置の入り口部において無線信号を発して、基板搬送治具２０が無線信号を受信した際に経過時間の計測を開始する構成としてもよい。

振動制御部１１２は、処理開始からの経過時間の計測結果を基に振動素子の振動の有無を制御するスイッチ機能を有する。振動制御部１１２は、時間計測部１１１から送られてくる処理開始からの経過時間が振動開始の基準時間以上であるとき、振動部１２に電力を供給する制御信号をスイッチ部１１３に送る。振動開始の基準時間は、処理を開始してからはんだが溶融するまでの時間を基にあらかじめ設定されている。振動制御部１１２は、処理開始からの経過時間が振動を停止する基準時間以上となったときに振動部２２への電力の供給を停止する制御信号をスイッチ部１１３に送る。振動を停止する基準時間は、リフロー処理を開始したときから加熱工程を終了し冷却工程に入るまでの時間を基にあらかじめ設定されている。

本実施形態の基板搬送治具２０を用いてリフロー処理を行う際の動作について説明する。図１４は、リフロー処理を行う際の本実施形態の基板搬送治具２０の動作フローの概要を示した図である。

始めに、基板搬送治具２０上にリフロー処理を施す回路基板が第２の実施形態と同様にセットされる。回路基板がセットされた基板搬送治具２０は、リフロー装置内に搬入される。リフロー装置内の加熱炉に基板搬送治具２０が挿入された際に、制御部２３の時間計測部１１１は、リフロー処理の開始を検知する（ステップＳ２１）。リフロー処理の開始を検知すると、時間計測部１１１は、リフロー処理の開始時からの経過時間の計測を行う（ステップＳ２２）。時間計測部１１１は、計測した経過時間の情報を振動制御部１１２に送る。

経過時間の情報と受け取ると、振動制御部１１２は、受け取った経過時間の情報と、振動を開始する基準時間を比較する。経過時間が振動を開始する時間としてあらかじめ設定された基準時間未満のとき（ステップＳ２３でＮｏ）、ステップＳ２２における経過時間の計測が継続して行われる。

経過時間が振動を開始する基準時間以上のとき（ステップＳ２３でＹｅｓ）、振動制御部１１２は、スイッチ部１１３に電源部２４と振動部２２を接続する制御信号を送る。電源部２４と振動部２２を接続する制御信号を受け取ると、スイッチ部１１３は、電源部２４と振動部２２を電気的に接続された状態にする。電源部２４と振動部２２が接続状態になると、電源部２４から振動部２２の振動素子に電力が供給される。

電力が供給されると、振動部２２の振動素子は、振動を発生させる（ステップＳ２４）。振動部２２が発生させた振動は、回路基板を介してはんだ接合部に伝播する。振動を発生させている温度領域でははんだは溶融状態であるため、はんだ中に発生した気体のボイドは振動によって外部に排出される。

振動を発生させている際に、時間計測部１１１は、継続して経過時間を計測して計測結果を振動制御部１１２に送る。経過時間が振動を停止する基準時間未満のとき（ステップＳ２５でＮｏ）、ステップＳ２４における時間の計測が継続して行われる。このとき、振動の発生も継続されている
経過時間が振動を停止する時間としてあらかじめ設定された基準時間以上のとき（ステップＳ２５でＹｅｓ）、振動制御部１１２は、スイッチ部１１３に電源部２４と振動部２２の接続を切断する制御信号を送る。電源部２４と振動部２２の接続を切断する制御信号を受け取ると、スイッチ部１１３は、電源部２４と振動部２２を電気的に切断された状態にする。電源部２４と振動部２２が電気的に切断された状態になると、電源部２４から振動部２２の振動素子への電力の供給が停止され、振動の発生が停止する（ステップＳ２６）。

振動の発生が停止されたとき冷却工程に入っているため、はんだはボイドが除去された状態で徐々に固化し、回路基板と電子部品の接合が完了する。電子部品の接合が完了した回路基板がセットされた基板搬送治具２０がリフロー装置から外に搬出されると、回路基板が取り除かれる。回路基板が取り除かれた基板搬送治具２０は、他の回路基板のリフロー処理に用いられる。

本実施形態の基板搬送治具２０は、時間計測部１１１において処理開始からの経過時間を計測し、経過時間がはんだの溶融する時間として設定されている基準時間を超えたときに、振動部２２において振動を発生させている。そのため、本実施形態の基板搬送治具２０も、第２の実施形態の基板搬送治具１０と同様にはんだ溶融時にのみ振動を加えることができる。その結果、本実施形態の基板搬送治具２０を用いることで、リフロー装置の構造を複雑化することなく、電子部品の位置ずれとはんだ内のボイドを抑制することができる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１５および図１６は、本実施形態の基板搬送治具３０の構成の概要を示したものである。図１５は、本実施形態の基板搬送治具３０の平面図を示している。また、図１６は、本実施形態の基板搬送治具３０の断面図を示している。

本実施形態の基板搬送治具３０は、回路基板上に印刷されたはんだペーストのリフロー処理を行う際に、リフロー炉内で回路基板を搬送する際に用いる搬送トレイである。第２および第３の実施形態の基板搬送治具は、温度または計測時間によってはんだの溶融状態を判断し、振動を発生させている。本実施形態の基板搬送治具３０は、そのような構成に代えて、リフロー処理による高温加熱時に熱電変換素子によって電力が生成された際に振動を発生させることを特徴とする。

本実施形態の基板搬送治具３０は、本体部３１と、振動部３２と、発電部３３を備えている。本実施形態の本体部３１および振動部３２の構成と機能は、第２の実施形態の同名称の部位とそれぞれ同様である。また、振動部３２は、発電部３３から電力の供給を受けているときに振動する。

発電部３３は、熱電変換素子によって構成されている。発電部３３に生じた電力は、振動部３２に送られる。熱電変換素子には、例えば、スピンゼーベック素子を用いることができる。スピンゼーベック素子は、絶縁性の熱電変換材料と、導電性の熱電変換材料を積層することで形成されている。絶縁性の熱電変換材料には、例えば、イットリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ：Yttrium Iron Garnet、Ｙ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２）が用いられる。また、導電性の熱電変換材料には、例えば、Ｐｔなどの遷移金属またはそれらを含む合金材料が用いられる。

本実施形態の基板搬送治具３０の動作について説明する。図１７は、本実施形態のリフロー処理のフローの概要を示した図である。

始めに、基板搬送治具３０上にリフロー処理を施す回路基板が第２の実施形態と同様にセットされる。回路基板がセットされた基板搬送治具３０は、リフロー装置内に搬入される。リフロー装置内の加熱炉に基板搬送治具３０が挿入された際に温度が上昇すると、発電部３３の熱電変換素子に起電力が生じ、リフロー炉の熱が電力に変換される（ステップＳ３１）。熱電変換素子で熱から変換された電力は、振動部３２に出力される（ステップＳ３２）。電力が供給されると、振動部３２の振動素子は、振動を発生させる（ステップＳ３３）。振動部３２において振動が発生すると、振動は、回路基板を介してはんだ接合部に伝播する（ステップＳ３４）。振動を発生させている温度領域でははんだは溶融状態であるため、はんだ中に発生した気体のボイドは振動によって外部に排出される（ステップＳ３５）。

冷却工程に入ると、熱電変換素子の周囲の温度が低下するので熱起電力は生じなくなり、振動部３２の振動は、停止する。はんだはボイドが除去された状態で徐々に固化し、回路基板と電子部品の接合が完了する。電子部品の接合が完了した回路基板がセットされた基板搬送治具３０がリフロー装置から外に搬出されると、回路基板が取り除かれる。回路基板が取り除かれた基板搬送治具３０は、他の回路基板のリフロー処理に用いられる。

本実施形態の基板搬送治具３０は、図１８および図１９のような構成としてもよい。図１８および図１９は、本実施形態の基板搬送治具３０の他の構成の例である基板搬送治具３０－１の構成を平面図と断面図としてそれぞれ示したものである。図１８および図１９に示す基板搬送治具３０－１は、本体部３１－１上に振動部３２および発電部３３をそれぞれ２つ備えている。振動部３２および発電部３３は、３つ以上であってよい。また、図２０は、本実施形態の基板搬送治具３０において複数の回路基板を同時にセットできるように設定された基板搬送治具３０－２を示している。図２０では、本体部３１－２上に回路基板をセットする位置がそれぞれ形成され、各回路基板に対応する振動部３２および発電部３３が形成されている。

本実施形態の基板搬送治具３０は、リフロー処理時に高温環境下に存在するとき、発電部３３の熱電変換素子で生じた電力によって振動部３２において振動を発生させている。そのため、本実施形態の基板搬送治具３０は、より簡略な構成によって、はんだの溶融時に振動を発生させ、はんだ内のボイドの除去を行うことができる。

（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図２１および図２２は、本実施形態の基板搬送治具４０の構成の概要を示したものである。図２１は、本実施形態の基板搬送治具４０の平面図を示している。また、図２２は、本実施形態の基板搬送治具４０の断面図を示している。

本実施形態の基板搬送治具４０は、回路基板上に印刷されたはんだペーストのリフロー処理を行う際に、リフロー炉内で回路基板を搬送する際に用いる搬送トレイである。第２の実施形態の基板搬送治具１０は、電源部１４から振動部１２に電力を供給しているが、本実施形態の基板搬送治具４０は、熱電変換素子を用いた発電部３４から振動部３２に電力を供給することを特徴としている。

本実施形態の基板搬送治具４０は、本体部４１と、振動部４２と、制御部４３と、発電部４４を備えている。

本実施形態の本体部４１と振動部４２の構成と機能は、第２の実施形態の同名称の部位とそれぞれ同様である。また、本実施形態の発電部４４の構成と機能は、第４の実施形態の発電部３４と同様である。本実施形態の発電部４４は、制御部４３を介して振動部４２に電力を供給する。

制御部４３は、振動部４２における振動の発生の開始と停止を制御する機能を有する。図２３は、本実施形態の制御部４３の構成を示すブロック図である。制御部４３は、振動制御部１２１と、スイッチ部１２２と、クロック生成部１２３をさらに備えている。

振動制御部１２１は、振動部４２における振動の発生間隔を制御する機能を有する。振動制御部１２１は、クロック生成部１２３から入力されるクロックを元にあらかじめ設定された間隔でスイッチ部１２２のオンとオフを制御する。振動制御部１２１がスイッチ部１２２のオンとオフを制御することで、振動部４２への電力の供給の有無の制御が行われる。

スイッチ部１２２は、振動部４２への電力の供給の有無を切り替える機能を有する。スイッチ部１２２は、振動制御部１２１から送られてくる制御信号を基に発電部４４から振動部４２への電力の供給の有無を切り替える。スイッチ部１２２は、振動部４２へ電力を供給することを示す制御信号を振動制御部１２１から受け取ると、スイッチをオン状態、すなわち、発電部４４と振動部４２が電気的に接続された状態にする。また、スイッチ部１２２は、振動部４２へ電力の供給を停止することを示す制御信号を振動制御部１２１から受け取ると、スイッチをオフ状態、すなわち、発電部４４と振動部４２が電気的に接続されていない状態にする。

クロック生成部１２３は、あらかじめ設定された周波数のクロックを生成する。クロック生成部１２３は、生成したクロックを振動制御部１２１に出力する。また、振動制御部１２１およびクロック生成部１２３は、発電部４４から供給される電力を元に動作する。振動制御部１２１およびクロック生成部１２３は、２次電池等から供給される電力によって動作してもよい。また、本実施形態の基板搬送治具４０は、温度計測部や時間計測部をさらに備える構成とし、はんだの溶融状態を温度または経過時間によって判断する構成であってもよい。

本実施形態の基板搬送治具４０の動作について説明する。図２４は、本実施形態のリフロー処理のフローの概要を示した図である。

始めに、基板搬送治具４０上にリフロー処理を施す回路基板が第２の実施形態と同様にセットされる。回路基板がセットされた基板搬送治具４０は、リフロー装置内に搬入される。リフロー装置内の加熱炉に基板搬送治具４０が挿入された際に温度が上昇すると、発電部４４の熱電変換素子に起電力が生じ、リフロー炉の熱が電力に変換される（ステップＳ４１）。熱電変換素子で熱から変換された電力は、制御部４３に出力される。

電力が供給されると、制御部４３の振動制御部１２１は、クロック生成部１２３から入力されるクロックに基づいてスイッチ部１２２を制御し、スイッチ部１２２のオンとオフの切り替えを行う。クロックに基づいてスイッチ部１２２のオンとオフの切り替えが行われることで振動部４２の振動素子に間欠的に電力が供給される（ステップＳ４２）。

電力の供給をうけると、振動部４２の振動素子は、振動を発生させる。電力の供給を受けているときにのみ振動素子は振動するので、振動素子から間欠的に振動が発生する（ステップＳ４３）。振動部４２において間欠的に振動が発生すると、振動は、回路基板を介してはんだ接合部にパルス波として伝播する（ステップＳ４４）。振動を発生させている温度領域でははんだは溶融状態であるため、はんだ中に発生した気体のボイドは振動によって外部に排出される（ステップＳ４５）。

冷却工程に入ると、周囲の温度が低下するので熱起電力は生じなくなり、振動部４２の振動は、停止する。はんだはボイドが除去された状態で徐々に固化し、回路基板と電子部品の接合が完了する。電子部品の接合が完了した回路基板がセットされた基板搬送治具４０がリフロー装置から外に搬出されると、回路基板が取り除かれる。回路基板が取り除かれた基板搬送治具４０は、他の回路基板のリフロー処理に用いられる。

また、本実施形態の基板搬送治具４０ではクロック生成部１２３が生成するクロックに基づいてスイッチを切り替えることで間欠的に振動素子を振動させているが、発電部４４と制御部４３の間にキャパシタを形成して間欠的に振動させてもよい。また、そのような構成とするときに、複数のキャパシタと振動素子を用いて、スイッチ素子の切り替えによって間欠的な振動を発生させてもよい。図２５は、複数のキャパシタと振動素子を形成して間欠的に振動を発生させる場合の動作フローの例を示したものである。

始めに、基板搬送治具上にリフロー処理を施す回路基板が第２の実施形態と同様にセットされる。回路基板がセットされた基板搬送治具は、リフロー装置内に搬入される。リフロー装置内の加熱炉に基板搬送治具が挿入された際に温度が上昇すると、発電部の熱電変換素子に起電力が生じ、リフロー炉の熱が電力に変換される（ステップＳ５１）。熱電変換素子で熱から変換された電力は、複数のキャパシタに保持される（ステップＳ５２）。

制御部は、スイッチ素子を切り替えて複数のキャパシタから順に放電を行い、振動素子に電力を出力する（ステップＳ５３）。電力の供給をうけると、振動素子は、それぞれ振動を発生させる。順に電力の供給を受けて振動するので、複数の振動素子から間欠的に振動が発生する（ステップＳ５４）。

それぞれの振動素子から間欠的に振動が発生すると、振動は、パルス波として回路基板を介してはんだ接合部に伝播する（ステップＳ５５）。振動を発生させている温度領域でははんだは溶融状態であるため、はんだ中に発生した気体のボイドは振動によって外部に排出される（ステップＳ５６）。

冷却工程に入ると、周囲の温度が低下するので熱起電力は生じなくなり、振動素子の振動は、停止する。はんだはボイドが除去された状態で徐々に固化し、回路基板と電子部品の接合が完了する。電子部品の接合が完了した回路基板がセットされた基板搬送治具がリフロー装置から外に搬出されると、回路基板が取り除かれる。回路基板が取り除かれた基板搬送治具は、他の回路基板のリフロー処理に用いられる。

本実施形態の基板搬送治具４０は、はんだの溶融時に間欠的にはんだ接合部に振動を加えている。そのため、本実施形態の基板搬送治具４０は、電子部品の位置ずれをより抑制しつつ、ボイドをはんだの外に排出することができる。

１０ 基板搬送治具
１１ 本体部
１１－１ 本体部
１１－２ 本体部
１２ 振動部
１３ 制御部
１４ 電源部
２０ 基板搬送治具
２１ 本体部
２２ 振動部
２３ 制御部
２４ 電源部
３１ 本体部
３１－１ 本体部
３１－２ 本体部
３２ 振動部
３３ 発電部
４１ 本体部
４２ 振動部
４３ 制御部
４４ 発電部
１０１ 温度計測部
１０２ 振動制御部
１０３ スイッチ部
１１１ 時間計測部
１１２ 振動制御部
１１３ スイッチ部
１２１ 振動制御部
１２２ スイッチ部
１２３ クロック生成部
２０１ 回路基板
２０２ 電子部品
２０３ はんだ

Claims (9)

1. はんだと前記はんだを介して載置された電子部品を表面に有する回路基板を保持する基板保持手段と、
   前記はんだのリフロー処理を行う際の熱を電力に変換する熱電変換手段と、
   前記回路基板上の前記はんだに振動素子から発生させた振動を加える振動手段と、
   前記はんだが溶融している状態であることを検出したときに、前記熱電変換手段において熱から変換された前記電力を前記振動素子に供給して前記振動素子を振動させる振動制御手段と
   を備えることを特徴とする基板搬送治具。
2. 前記熱電変換手段から出力される電力を保持する蓄電手段をさらに備え、
   前記振動制御手段は、前記蓄電手段に保持された電力を放電させて、前記振動素子に電力を供給することを特徴とする請求項１に記載の基板搬送治具。
3. あらかじめ設定された周波数のクロックを出力するクロック生成手段をさらに備え、
   前記振動制御手段は、前記振動がパルス波として前記はんだに加わるように前記振動素子に電力を供給することを特徴とする請求項１または２に記載の基板搬送治具。
4. 加熱が開始されてからの経過時間を計測する時間計測手段をさらに備え、
   前記振動制御手段は、前記時間計測手段が計測した前記経過時間があらかじめ設定された基準時間以上となったときに、前記はんだが溶融している状態であることを検出することを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の基板搬送治具。
5. 前記基板保持手段は、複数の前記回路基板を保持し、
   前記振動手段は、前記回路基板をそれぞれ振動させる前記振動素子を有していることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の基板搬送治具。
6. はんだと前記はんだを介して載置された電子部品を表面に有する回路基板を保持し、
   前記回路基板を加熱炉において加熱し、
   前記加熱炉において加えられる熱を電力に変換し、
   前記はんだが溶融している状態であることを検出したときに、熱から変換された前記電力を振動素子に供給して振動を発生させ、
   前記はんだに前記振動素子から発生させた振動を加えることを特徴とする実装方法。
7. 熱から変換された電力を蓄電手段により保持し、
   前記蓄電手段に保持された電力を放電させて、前記振動素子に電力を供給することを特徴とする請求項６に記載の実装方法。
8. 前記振動素子に間欠的に電力を供給し、
   前記はんだにパルス波として振動を加えることを特徴とする請求項６または７に記載の実装方法。
9. 加熱が開始されてからの経過時間を計測し、
   計測した前記経過時間があらかじめ設定された基準時間以上となったときに、前記はんだが溶融している状態であることを検出することを特徴とする請求項６から８いずれかに記載の実装方法。

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