特許 5693770 基板支持治具及び基板支持方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5693770

(24)【登録日】2015年2月13日

(45)【発行日】2015年4月1日

(54)【発明の名称】基板支持治具及び基板支持方法

(51)【国際特許分類】

   H05K 13/04 20060101AFI20150312BHJP

【ＦＩ】

   H05K13/04 Q

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-84708(P2014-84708)

(22)【出願日】2014年4月16日

(62)【分割の表示】特願2012-54720(P2012-54720)の分割

【原出願日】2001年4月23日

(65)【公開番号】特開2014-132698(P2014-132698A)

(43)【公開日】2014年7月17日

【審査請求日】2014年4月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】314006938

【氏名又は名称】ＪＵＫＩオートメーションシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000925

【氏名又は名称】特許業務法人信友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西牟礼 伸治

(72)【発明者】

【氏名】田中 伸宏

【審査官】 山中 なお

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−１１６２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１６８７９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１５０２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１９００００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第０１／０６８２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−０５７４９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｋ １３／００−１３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

平面を有する長方形状のプレート部と、
前記プレート部の平面から突出するように配置された複数の支持用ピンと、を備えた基板を支持するための基板支持治具において、
前記支持用ピンは、弾性を有する材料からなり、先端部の直径が基部の直径より小さく、前記先端部から前記基部に向けて傾斜するとともに、頂部が球面状の円錐状である、
基板支持治具。

【請求項2】

前記複数の支持用ピンは、それぞれ同じ高さで形成されている、
請求項１に記載の基板支持治具。

【請求項3】

前記プレート部の平面は、前記平面の端部に沿って形成された周辺部領域と、前記周辺部領域に囲まれた中央部領域とを備え、
前記中央部領域に配置された支持用ピンの数が、前記周辺部領域に配置された支持用ピンの数よりも少ない
ことを特徴とする請求項１または２に記載の基板支持治具。

【請求項4】

前記支持用ピンは、導電性を有する材料からなる、
請求項１〜３のいずれかに記載の基板支持治具。

【請求項5】

一方の面に電子部品が実装されている基板の前記一方の面を支持部材により下側から支えて平坦に保つように基板を支持する工程を含む基板支持方法において、
前記基板を支持する工程は、
長方形状のプレートの平面から突出するように配置された、弾性を有する材料からなり、先端部の直径が基部の直径より小さく、前記先端部から前記基部に向けて傾斜するとともに、頂部が球面状の円錐状である複数の支持用ピンにより、
前記支持用ピンと前記基板に実装された電子部品とが干渉する場合には、前記一方の面に実装されている前記電子部品と干渉する箇所の前記支持用ピンを弾性変形させて前記基板を下側から平坦に支持し、前記支持用ピンと前記電子部品との干渉が強すぎる場合には、前記電子部品と干渉する箇所の前記支持用ピンを除去し、残りの支持用ピンを弾性変形させて前記基板を下側から平坦に支持すること
を特徴とする基板支持方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子部品等が実装された基板を支持し保持する基板支持治具、及びこの基板支持治具を用いた基板支持方法に関する。

【背景技術】

【0002】

基板上に電子部品を実装する表面実装は、一般に、表面実装を行う本装置による工程の前に、基板供給装置によりはんだ印刷機へ実装用基板を例えば１枚ずつ搬送し、そのはんだ印刷機にてその実装用基板のランドへのはんだ印刷を行う。その後、必要に応じてはんだの印刷状態を検査するはんだ印刷状態検査機にて検査後、本装置である装着機（一般には、高速装着機と汎用機がある。）に搬入される。

【0003】

上記装着機に搬入された実装用基板は、該装着機内の装着ステージ（ＸＹテーブル等）上にて、基板の両端を挟み込むような状態で、基板の位置決め穴に入る位置決めピンにより位置決めピンにて位置決めされる。その後、基板の曲がり、反りを矯正するピン等が配置されたブロックがその基板の下側から上昇し、そのピンにより基板を下側から支えて曲がりや反りがないように平面を保つように保持する。その状態で該基板の上側の面に電子部品が上から装着され、所定の装着シーケンスが終了すると、その基板は次の装着機などに向けて搬出される。

【0004】

そして、所定の装着機による装着を終えた基板は、その後、リフロー炉に搬入され、そこでの電子部品のはんだ接合を終えると、検査機に移載され、検査を受ける。該検査機は、カメラ、レーザー等により部品の位置ずれ、欠品、立ち等を画像処理によって判定し、良品、不良品の区分け、不良箇所の表示をし、その後、搬出する。そして、これを以て、表面実装が終了する。なお、接着剤を塗布する場合は、上記印刷機に代えて塗布機を用い、リフロー炉に代えて硬化炉を用いる点ではんだを塗布する場合と相違するに過ぎず、それ以外の点では印刷の場合と略同様である。

【0005】

基板に実装する電子部品の装着後の高さは、予め、実装する電子部品の厚みと、部品ピックアップ部の高さ等により決まっており、基板の表面が全面的に設定された高さにきちんと位置していれば正しく装着されるようになっている。しかし、装着時、基板が下方に反ったりすると、電子部品ははんだ（或いは接着剤）が塗布された面まで達せず、そのため、実装すべき部品が空中に放出されたかの如き状態になることがある。このため、装着位置の精度を所定通りに確保することができないという問題がある。

【0006】

また、電子部品が実装された基板を検査機において検査する場合においても、その基板が下方に撓むと、検査機のカメラのピント高さが変わるため、画像データが精確に取り込まれず、誤判定をもたらすおそれが生じる。
したがって、(a)実装用の基板に対してはんだ或いは接着剤を塗布するとき、(b)はんだ或いは接着剤が塗布された実装用の基板に電子部品を実装するとき、または、(c)電子部品が実装された基板を検査機により検査するときなどには、基板を下側から平坦な状態を保つように支えることが必要となる。

【0007】

基板を支えるものの第１の従来例として、図２（Ａ）に示すようなプレートａに格子状に孔ｂを多数配設したものを用意し、その各孔ｂに、図２（Ｂ）に示すような金属或いは樹脂からなる支持用ピンｃを差込み、これらの多数の支持用ピンｃにて基板を下側から支えるものがある。なお、ピンとして、内部に圧縮ばねを入れ上下方向の逃がし構造を持つものを使用する場合もある。

【0008】

第２の従来例として、図３（Ａ）に示すように、プレートｄを磁性体で形成し、或いはプレートｄに磁性体を内蔵させ、図３（Ｂ）に示すように、基部に磁性体ｅを埋込んだ支持用ピンｆを用い、磁力でプレートｄ上に支持用ピンｆを上向きで保持し、この支持用ピンｆにて基板を支えるようにしたものがある。

【0009】

第３の従来例として、図４に示すように、実装用の基板の下面の形状に合わせて凹凸を上面に形成した例えばアルミニウム等の金属或いは樹脂からなるブロックｇを用い、該ブロックｇの上記凹凸を形成した面にて基板を支えるようにしたものがある。

【0010】

第４の従来例としては、図５に示すように、導電性を有するブロック状発泡マットを用意し、その一方の表面を格子状に一定深さまでカットすることにより複数の突起ｈを、例えば千鳥に配設し、該複数の突起ｈにて基板を支えるようにしたプレートｉがある。

【0011】

特許文献１には、バックアップピンの交換の手間とコストを抑えることができるプリント基板支持装置が記載されている。また、特許文献２には、プリント基板を対象とした自動実装、検査装置の電子部品の実装または測定作業において電子部品とプリント基板を損傷しないようにしたバックアッププレートが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特開平８−１４８８９９号公報

【特許文献2】特開平８−２０４３９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

ところで、上述した従来の基板支持治具には、それぞれ欠点があった。そして、その欠点の重大さはそれぞれ無視できなくなりつつある。というのは、表面実装技術の進歩は止まるところを知らず、実装の高密度化、高化、高精度化が進んでいるからであり、また、実装用の基板は薄くなる傾向にあり、リフロー及び硬化工程中の熱により反り、ひずみが発生し易くなっているからである。また、それに伴ってはんだクリームや接着剤の塗布時、電子部品の実装時、検査時における基板の電子部品の実装面の平坦度、安定性が高いことの重要性が高まりつつあるからである。

【0014】

そこで、具体的に従来例の欠点を述べると、第１の従来例については、基板の下面（特に、両面実装基板の先行実装面）に実装部品が配置されている場合、その実装部品の配置位置及び部品高さは機種、仕様により異なり、様々である。このため、各支持用ピンｃは、格子状に配置された孔ｂにしか取り付けられないという取付位置の制約を受ける。この取付位置の制約によって、基板の良好な支持をするために必要な支持位置に、支持用ピンｃを配置できない場合が生じるという問題が発生する。

【0015】

また、支持用ピンｃは硬く弾力がないので、その配置位置によって実装部品と干渉したときその実装部品の破損、欠落等の問題をもたらすおそれがある。また、段取り換え時の位置セット時には、段取り換え毎にその都度、基板に合わせて支持用ピンｃを移動させる必要があり、その移動には無視できない時間がかかるので、段取りに時間がかかり、生産時間の短縮を阻害する大きな要因となり、特に多品種生産には不向きであるという欠点もある。

【0016】

第２の従来例については、支持用ピンｆは磁力によりプレートｄ上に保持されているので、位置の設定の自由度は第１の従来例よりも高くなる。しかし、支持用ピンｆの配置位置によっては、ピンｆと実装部品とが干渉し、破損、欠落等の問題をもたらすおそれがある。また、段取り換え時の位置セット時における問題、すなわち、段取り換えの都度、基板に合わせて支持用ピンｆを移動させる必要がある。この点については第１の従来例と同様である。

【0017】

第３の従来例には、基板支持用のブロックｇを製作するのに時間と費用を要し、汎用性、機種変更追従性が低く、製作したらその機種に対して専用治具化する傾向が強くなる。したがって、これから益々多くなる少量多品種生産には不向きであるという欠点がある。

【0018】

第４の従来例は、上述した各従来例の欠点を改良したものであり、支持する基板の機種に応じてブロック状の発泡マットの一表面をカットすることにより、その機種に最適に支持部を配置することが容易であり、使い捨てにしてもコストはほとんどかからない。その点では優れていると言える。しかしながら、カット時にカットくず、ごみが発生し、そのカットくず、ごみが残り、基板を支持したときそのカットくず、ごみがその基板に付着する場合があるという欠点がある。また、弾性を有する板状のものを使用するため、形状が安定しにくく歩留まり低下の原因になるという問題もあった。

【0019】

本発明は、このような問題点を解決すべく為されたものであり、実装基板を載置したときに、実装済み部品と干渉してもダメージがなく、不要な支持部の除去が容易で、機種変更に対する追従性が高い基板支持治具、及びこの基板支持治具を用いた実装基板の支持方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0020】

本発明の基板支持治具は、平面を有する長方形状のプレート部と、プレート部の平面から突出するように配置された複数の支持用ピンを備える。そして、これら複数の支持用ピンは、弾性を有する材料からなり、先端部の直径が基部の直径より小さく、先端部から基部に向けて傾斜するとともに、頂部が球面状の円錐状になるように形成されている。

【0021】

特に、好ましくは、複数の支持用ピンは、導電性を有し、それぞれ同じ高さで形成されている。また、プレート部の平面は、平面の端部に沿って形成された周辺部領域と、周辺部領域に囲まれた中央部領域とを備え、中央部領域に配置された支持用ピンの数が、周辺部領域に配置された支持用ピンの数よりも少なくなるように形成されている。

【0022】

また、本発明の基板の支持方法は、一方の面に電子部品が実装されている基板の一方の面を支持部材により下側から支えて平坦に保つように基板を支持する工程を含む。この基板を支持する工程に用いられる支持部材は、長方形状のプレートの一方の表面から突出するように配置された、弾性を有する材料からなり、先端部の直径が基部の直径より小さく、先端部から基部に向けて傾斜するとともに、頂部が球面状の円錐状である複数の支持用ピンを備えている。
そして、この支持用ピンと基板に実装された電子部品とが干渉する場合には、一方の面に実装されている電子部品と干渉する箇所の支持用ピンを弾性変形させて基板を下側から平坦に支持するようにする。また、支持用ピンと電子部品との干渉が強すぎる場合には、電子部品と干渉する箇所の支持用ピンを除去し、残りの支持用ピンを弾性変形させて基板を下側から平坦に支持するようにする。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、基板支持治具の支持用ピンの先端部を基部に比べて細くしているので、基板に実装されている電子部品の凹凸に応じて支持用ピンの先端が曲がりやすく、フレキシブルである。したがって、支持用ピンに電子部品が当接しても、その先端部が電子部品に密着して電子部品を支えることができるので、基板を平坦な状態で支えることができる。
また、基部の直径を先端部に比べて太くしているので、支持用ピンの強度を維持し、基板を確実に支えることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】（Ａ）〜（Ｆ）は本発明の実施形態例に関係する基板支持治具の第１の実施例を示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は背面図、（Ｃ）は正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は底面図である。

【図2】（Ａ）、（Ｂ）は第１の従来例を示すもので、（Ａ）は基板支持治具の斜視図、（Ｂ）は支持用ピンを示す斜視図である。

【図3】（Ａ）、（Ｂ）は第２の従来例を示すもので、（Ａ）は基板支持治具の斜視図、（Ｂ）は支持用ピンの斜視図である。

【図4】第３の従来例を示す斜視図である。

【図5】第４の従来例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

本発明の基板支持治具は、基本的には、発泡弾性材料からなるプレート部と、該プレート部の一主表面に一体に突出形成された複数の同じ高さの支持用ピンとが一体に形成されてなる。上記発泡弾性材料としては、支持用ピンの切除が容易である硬度のものを用いるとよい。というのは、例えば両面実装基板をその先行生産面にて支持するとき等に生じる電子部品の支持用ピンの干渉が強すぎる場合には、その支持用ピンを適宜切除して干渉を回避することができるからである。そして、そのような条件を満たすものとして好適な発泡弾性材料例は発泡ウレタンである。発泡ウレタンは、安価で、加工性がよいからである。

【0026】

また、発泡弾性材料として導電性を持つものを用いるとよい。というのは、基板に対するはんだあるいは接着剤の塗布、電子部品の実装等の際に摩擦などにより帯電が生じ、その帯電が放電すると、電子部品が破壊されるおそれがある。導電性を有する発泡弾性材料であれば、破壊の原因となる帯電を防止することができる。なお、発泡ウレタン等の発泡弾性材料の弾性率、圧縮率は発泡の度合いに応じて変えることができるので、支持対象基板の種類、状態などに応じてそれに適した弾性率、圧縮率の基板支持治具を提供するようにしてもよい。実際上、ロット単位で基板支持治具の支持用ピンの弾性率、圧縮率を変えることが可能である。

【0027】

ここで、支持用ピンは先端が球面状に形成するとよい。というのは、支持用ピンが基板の下面に接するときその下面に与えるダメージをより小さくすることができるからである。

【0028】

＜本発明の実施形態例＞
以下、本発明の実施形態例（以下、「本例」ということもある）について、図面を参照して詳細に説明する。図１（Ａ）〜（Ｆ）は本発明の実施形態例に関連する基板支持治具の第１の実施例を示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は背面図、（Ｃ）は正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は底面図である。図面において、プレート部１は、一定の厚さ（例えば５ｍｍ）を有し、平面形状は長方形（縦例えば４２ｍｍ、横例えば１２６ｍｍ）である。

【0029】

支持用ピン２は上記プレート部１の一方の主表面に一体に突出形成されており、基部における直径（例えば６ｍｍ）より先端部における直径がやや小さくなる円錐形になっている。また、支持用ピン２の頂部は球面状（ドーム状）に形成されており、そのプレート部１の表面からの高さは例えば１５ｍｍである。支持用ピン２の頂部を球面状にするのは基板の下面に当たったときのダメージをより小さくするためである。

【0030】

支持用ピン２はプレート部１の一方の主面に多数個（例えば３９個）設けられており、この多数の支持用ピン２、２、・・・により基板をその下面にて支持することができる。プレート部１の表面に多数の支持用ピン２、２、・・・を一体に形成した基板支持治具は、導電性を有する発泡ウレタンにより型成形により形成される。

【0031】

このような基板支持治具は、下面（プレート部１の支持用ピン２が形成された主面と反対側の面）を接着剤等により他のプレート、板と簡単に接合でき、高さを設備と合うように容易に調整することができる。また、一つのプレート部１の側面を他の基板支持治具のプレート部１の側面に接合することにより複数の基板支持治具を一体化して基板支持治具を大きくすることができるので、基板支持治具の大きさを支持対象となる基板に合わせて適宜設定することができる。

【0032】

そして、本例の基板支持治具は、発泡ウレタンの一体成形品からなるので、加工くず、ごみ等が発生しない。従って、支持をする基板を加工くず、ごみなどで汚染するおそれが生じない。

【0033】

また、各支持用ピン２は先端面が球面にされているので、支持する基板の下面に既に電子部品が実装され（基板が両面実装タイプで既に一方の面に電子部品が実装されており、その面を下にして基板をその電子部品実装済み面にて支持しようとする場合）、その電子部品と干渉が生じたとしても、その電子部品にダメージを与えるおそれは少ない。また、干渉が若干強いとしても、各支持用ピン２は発泡ウレタンからなり、弾性を有するので、その弾性により圧縮、変形して電子部品にダメージを与えることなく、基板を支えることができ、その状態で基板を上に押し上げることができる。

【0034】

また、干渉が強すぎる場合、例えば基板の下面に実装されている電子部品の高さが高いような場合には、その干渉に係る支持用ピン２を切除すれば良く、その切除は、基板支持治具が発泡ウレタンからなるので、簡単に為し得る。従って、実装基板の設計時に支持用ピン２の配置に関する制約が不要となり、例え支持用ピン２についての配置ミスがあっても電子部品の破損トラブルが起きたり、面倒な改修作業が必要となったりしない。そして、 発泡ウレタン等の発泡弾性材料は、極めて安価であり、多数の支持用ピン２の配置数、配置パターンを適宜種類数用意し、標準化して低コストで使用することが可能である。

【0035】

なお、基板を支持する基板支持治具のその基板に対する当たりの柔らかさ、支持用ピン２の切除のし易さは、概ね基板支持治具の弾性率、圧縮率により決まるが、それは、発泡時の発泡度により調整することができる。したがって、支持対象基板の種類、状態などに応じてそれに適するように弾性率、圧縮率を例えばロット単位で変えることが可能である。また、発泡時に表面処理することができ、その表面処理により耐久性を高めることも可能である。

【0036】

また、発泡ウレタンには例えば導電性粉末材料を含有させること等により導電性を持たせたので、基板やそれに実装された電子部品と基板支持治具との摩擦による帯電を防止することができる。したがって、帯電により生じる放電により電子部品が破壊されるおそれをなくすことができる。

【0037】

なお、基板支持治具に支持対象基板の反りを矯正するために、その支持対象基板に応じて支持用ピンの形状或いはその先端の形状或いは材質を変えるようにしてもよい。その例として、支持用ピンを例えば四角錐状にするとか、その先端面の曲面の曲率を変えるとか、部分的に発泡度を変えるとか、色を部分的に変えて表示、マーク、区分け等を形成できるようにすること等が挙げられる。

【符号の説明】

【0038】

１・・・プレート部、２・・・支持用ピン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】