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特開2022-69368回路基板に接続された電子部品を除去するための方法及び装置
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022069368
(43)【公開日】2022-05-11
(54)【発明の名称】回路基板に接続された電子部品を除去するための方法及び装置
(51)【国際特許分類】
   H05K 3/34 20060101AFI20220428BHJP
【FI】
H05K3/34 510
【審査請求】有
【請求項の数】15
【出願形態】OL
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021000715
(22)【出願日】2021-01-06
(31)【優先権主張番号】102151
(32)【優先日】2020-10-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】LU
(71)【出願人】
【識別番号】501198796
【氏名又は名称】パック テック-パッケージング テクノロジーズ ゲーエムベーハー
(74)【代理人】
【識別番号】110001911
【氏名又は名称】特許業務法人アルファ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】フェトケ,マティアス
(72)【発明者】
【氏名】コルバソウ,アンドレイ
【テーマコード(参考)】
5E319
【Fターム(参考)】
5E319AA03
5E319AB06
5E319CC46
5E319CD51
5E319CD58
5E319GG15
5E319GG20
(57)【要約】      (修正有)
【課題】回路基板から電子部品を除去する方法及び装置であって、処理速度を向上させることができると共に簡単な設計ツールを使用できる方法及び装置を提供する。
【解決手段】電子部品を除去する方法は、除去すべき電子部品4xと、この電子部品と回路基板6との接触領域とをレーザビーム12により選択的に加熱する工程を含む。この加熱工程と同時に、除去すべき電子部品が真空吸引される。レーザ加熱及び真空吸引により、除去すべき電子部品が回路基板から剥離すると、電子部品が吸引される。これは、欠陥電子部品を除去するための真空吸引ノズル8と、この真空吸引ノズルを介して加熱レーザビームを欠陥部品上に導くレーザビームエミッタ11とを用いることによって達成される。レーザビームによる加熱と真空ノズルによる除去の際の位置決めは、いずれもx-y平面内で行えばよく、すなわち、z平面内の移動は不要である。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
接触領域(5)において回路基板(6)に接続された電子部品(4x)を除去する方法であって、
a)除去すべき前記電子部品(4x)と、前記電子部品(4x)と前記回路基板(6)との前記接触領域(5)とをレーザビーム(12)により選択的に加熱する工程と、
b)前記回路基板(6)から前記電子部品(4x)を除去する工程と、
を備え、
前記工程b)は、前記電子部品(4x)の近傍に真空吸引ノズル(8)を位置決めして、前記電子部品(4x)を真空吸引により除去する工程を含む、方法。
【請求項2】
請求項1に記載の方法であって、
前記レーザビーム(12)は、前記真空吸引ノズル(8)を介して前記除去すべき電子部品(4x)に方向付けられる、方法。
【請求項3】
請求項1又は請求項2に記載の方法であって、さらに、
前記加熱する工程a)の間の温度を制御するために前記工程a)の間の温度を測定する工程を備える、方法。
【請求項4】
請求項3に記載の方法であって、
前記測定される温度が変化したとき、前記工程a)の加熱を停止する、方法。
【請求項5】
請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の方法であって、
前記除去すべき電子部品(4x)とその接触領域(5)とをプロセスガスに曝す、方法。
【請求項6】
請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の方法であって、
前記接触領域(5)には、前記レーザビーム(12)によって加熱されるコンタクトパッドが設けられている、方法。
【請求項7】
請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の方法であって、
前記除去すべき電子部品(4x)は、回路基板(6)に半田付けされている、方法。
【請求項8】
請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の方法であって、
前記除去すべき電子部品は、LEDであり、特にマイクロLED(4x)である、方法。
【請求項9】
請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載の方法を実行する装置であって、
レーザビームエミッタ(11)と、
前記回路基板(6)から電子部品(4x)を除去する除去手段(2)と、
前記レーザビームエミッタ(11)から前記レーザビーム(12)を前記除去すべき電子部品(4x)に方向付けて前記除去すべき電子部品(4x)を加熱し、前記除去手段(2)を制御して前記加熱された電子部品(4x)を前記回路基板(6)から除去する制御及び駆動手段(14)と、
を備え、
前記除去手段(2)は、吸引口(10)を有する真空吸引ノズル(8)である、装置。
【請求項10】
請求項9に記載の装置であって、
前記レーザビームエミッタ(11)からのレーザビーム(12)は、前記真空吸引ノズル(8)及び前記吸引口(10)を介して前記除去すべき電子部品(4x)に方向付けられる、装置。
【請求項11】
請求項9に記載の装置であって、
前記レーザビームエミッタ(11)は、前記真空吸引ノズル(8)の外側に固定的に取り付けられている、装置。
【請求項12】
請求項9から請求項11までのいずれか一項に記載の装置であって、さらに、
前記除去すべき電子部品(4x)の温度と前記接触領域(5)の温度とを測定する温度センサ(16)を備え、
前記温度センサ(16)は、前記制御及び駆動手段(14)に接続されている、装置。
【請求項13】
請求項12に記載の装置であって、
前記温度センサは、IR温度センサ(16)である、装置。
【請求項14】
請求項13に記載の装置であって、
前記IR温度センサ(16)は、前記除去すべき電子部品(4x)の近傍に終端を有する導光ファイバ(20)を含む、装置。
【請求項15】
請求項9から請求項14までのいずれか一項に記載の装置であって、
前記制御及び駆動手段(14)は、前記真空吸引ノズル(8)と前記レーザビーム(12)とを平面内に位置決めするよう構成されている、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の、回路基板から電子部品を除去する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
平面状の回路基板上にマトリクス状に配置された複数のミニLED又はマイクロLEDを有するディスプレイ技術の分野では、欠陥があるLEDを交換又は除去する作業が必要とされることが多い。これは、通常、欠陥があるLEDを加熱し、次いで把持ツールを用いてこれを機械的に除去することによって行われる。加熱は、高温窒素又は接触加熱によって行われる。
【0003】
KR101890934B1には、レーザビームを用いて欠陥があるマイクロLEDを加熱し、真空ピペットのような把持具でこれを除去する方法が開示されている。このようなシステムの欠点は、加熱レーザをx-y平面内で位置決めする必要がある一方、把持ツールをx-y-z空間内で位置決めする必要がある点である。このため処理速度が低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
したがって、本発明の目的は、基板から電子部品を除去するための方法及び装置であって、処理速度を向上させることができると共に簡単なツール設計を使用できる方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
この目的は、請求項1に記載の方法及び請求項9に記載の装置により解決される。
【0006】
除去方法は、除去すべき欠陥電子部品と、この電子部品と回路基板との接触領域とをレーザビームにより選択的に加熱する工程を含む。この加熱工程と同時に、除去すべき電子部品が真空吸引される。レーザ加熱及び真空吸引により、除去すべき電子部品が回路基板から剥離すると、電子部品が吸引される。これは、欠陥電子部品を除去するための真空吸引ノズルと、この真空吸引ノズルを介して加熱レーザビームを欠陥部品上に導くレーザビームエミッタとを用いることによって達成される。
【0007】
レーザビームによる加熱と真空ノズルによる除去の際の位置決めは、いずれもx-y平面内で行えばよく、すなわち、z平面内の移動は不要である。これにより、処理速度が向上する。
【0008】
好ましくは、レーザビームは、真空吸引ノズルを介して方向付けされる。これにより、真空吸引ノズルを位置決めすることにより、同時にレーザビームが正しいスポット上に位置決めされる。
【0009】
これに代えて、レーザビームを真空ノズルの外側に取り付け、レーザビームを側面から真空ノズルの吸引口の下の欠陥部品の位置に方向付けしてもよい。ここでも、1つの装置のみをx-y平面内で位置決めすればよい。
【0010】
従来の修理プロセスとは異なり、ツール開口部が部品の外側輪郭よりも大きく、このため、剥離した部品が真空チャネルを通過できる。物理的接触によって部品を取り除くには100μmより遥かに小さい部品を取り扱うための工具の設計及び製造が必要であるが、本発明では、そのような設計及び製造が不要であり、最小ピッチに関する除去プロセスが向上している。
【0011】
好ましくは、加熱工程中に、欠陥電子部品の温度及びその位置における温度を測定して、加熱工程中にレーザビームを用いて温度を制御する。これにより、欠陥部品の位置において熱及び温度が過剰になることはなく、欠陥部品の位置での回路基板の焼損が回避される。
【0012】
好ましい実施形態では、測定温度が変化したとき、加熱が停止される。この温度の著しい変化は、欠陥部品が真空吸引によって基板から取り外されたことを示している。レーザビームを停止することにより、基板の焼損が回避される。
【0013】
温度は、好ましくは、加熱スポットに接触することなく、適切な光学系を有するIRセンサによって測定される。IRセンサは、ビームスプリッタを使用して、レーザ相互作用領域の外側又は光レーザ経路の一部のいずれかに配置できる。
【0014】
あるいは、温度センサは、加熱スポットの近傍に位置する自由端を有する導光ファイバを備える。これによっても、加熱スポットの温度を測定できる。
【0015】
好ましい実施形態では、半田の酸化を回避するために及び/又は回路基板からの欠陥部品の除去プロセスに積極的に影響を与えるために、加熱スポットにプロセスガスが受動的又は能動的に適用される。
【0016】
更なる下位請求項は、更なる好ましい実施形態を対象とする。
【0017】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【0018】
図1】本発明の第1の実施形態に基づく欠陥マイクロLEDを含むマイクロLEDのマトリクス及び除去ツールを示す図である。
図2】レーザビームが真空吸引ノズルを介して方向付けされる本発明の第1の実施形態の詳細を示す断面図である。
図3】レーザビームが側方から吸引ノズル開口の下のスポットに方向付けられる本発明の第2の実施形態を表す断面図である。
図4】光学系が加熱スポットに方向付けられたIR温度センサを備える第3の実施形態を表す図である。
図5】自由端が加熱スポットの近傍に位置する導光ファイバを備えたIR温度センサを備える第4の実施形態を表す図である。
図6】ビームスプリッタによってレーザ経路内に結合されたIR温度センサを備える第5の実施形態を表す図である。
図7】本発明の第3、第4及び第5の実施形態における様々な構成要素の相互接続を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
図1及び図2は、本発明の第1の実施形態を示している。図2は、本発明の第1の実施形態の詳細な断面図である。電子部品除去ツール2は、除去すべき欠陥マイクロLED4xの上方に位置決めされる。欠陥マイクロLED4x及び他の複数のマイクロLED4は、図1に示すように、回路基板6上の接触領域5にマトリクス状に配置され、例えば、半田によって回路基板6に取り付けられている。
【0020】
除去ツール2は、除去すべきマイクロLED4上に位置する吸引口10を有する真空吸引ノズル8を備える。また、除去ツール2は、レーザビームエミッタ11を備え、真空吸引ノズル8の中心を介して及び吸引口10を介して、加熱用レーザビーム12を除去すべきマイクロLED4x上に方向付ける。レーザビーム12からの熱により、マイクロLED4xが回路基板6から剥離され、剥離されたマイクロLED4xが真空吸引ノズル8に吸引されて回路基板6から除去される。除去ツール2の位置決め、レーザビームエミッタ11の真空吸引及び制御は、制御及び駆動手段14によって行われる。レーザビーム12は、径が小さく、集光できるため、欠陥マイクロLED4xとその接触領域5のみを加熱できる。これにより、隣接するマイクロLED4の焼損が回避される。除去プロセスの間、除去ツール2は、x-y平面内のみで位置決めされ、z方向への移動は不要である。このため、除去速度が高められる。
【0021】
図3は、図2と同様の断面図であり、本発明の第2の実施形態を示す。図3に示す第2の実施形態では、レーザビーム12は、真空吸引ノズル8の外側から吸引口10の下の領域に導かれる。これは、除去ツール2の外側にレーザビームエミッタ11を固定的に取り付け、吸引口10の下方領域にレーザビーム12を方向付けることによって達成される。これにより、真空吸引ノズル8の位置決めと同時に、除去すべき欠陥マイクロLED4x上にレーザビーム12が位置決めされる。他の全ての特徴は、第1の実施形態の特徴と同じである。
【0022】
図4は、本発明の第3の実施形態を示す概略図である。第1の実施形態の特徴に加えて、IR温度センサ16は、欠陥マイクロLED4x及びその近傍の温度を非接触で測定するためのIR光学系18を備える。加熱工程中に欠陥マイクロLED4xの温度を測定することにより、制御及び駆動手段14を介してレーザビームエミッタ11から放出される熱エネルギを制御することによって除去プロセス中の温度を制御できる。
【0023】
図5に示す第4の実施形態では、IR光学系18に代えて、モノフィラメント導光ファイバ20がIR温度センサ16に接続され、導光ファイバ20の自由端が、加熱されるマイクロLED4xの近傍に配置される。
【0024】
IR温度センサ16によって測定される温度は、欠陥マイクロLED4xが液体半田と共に回路基板6から剥離すると、大きく変化することが分かった。この急激な温度変化を指標として用いて、加熱プロセスを停止させ、すなわち、レーザビーム12の出射を数ミリ秒以内に停止させ、これにより、回路基板6又は非欠陥マイクロLED4の焼損が回避される。
【0025】
温度は、好ましくは、IRセンサ16によって、加熱スポット、除去すべきマイクロLED4xに接触することなく、適切な光学系18を用いて測定される。IRセンサ16は、除去ツール2の外側に配置され、IR放射は、図3図4及び図5に示すように、除去ツール2の外側からIRセンサに導かれ、又は図6に示すように、ビームスプリッタ25を用いて、レーザビーム12の外側の真空吸引ノズル8の内側から導かれる。
【0026】
図6は、光学系18によって、真空吸引ノズル8の外側から吸引口10の下の除去すべきマイクロLED4xにIR放射を方向付けることに代えて、ビームスプリッタ25によってレーザ経路内に結合されたIR温度センサを有する第5の実施形態を表す図である。ビームスプリッタ25は、レーザビームからのIR放射をフィルタリングし、適切な光学系18を用いてIR温度センサ16に反射する。
【0027】
図7は、本発明の第3、第4及び第5の実施形態における様々な構成要素の相互接続を示す概略図である。更に、図7には、加熱された除去すべきマイクロLED4xに向けてプロセスガス24を供給するプロセスガスノズル22が示されている。プロセスガスは、加熱工程中の液化半田の酸化を回避するのに役立ち、加熱工程中の加熱ダイナミクスを支援することができる。プロセスガスの供給も同様に制御及び駆動手段14によって制御される。使用されるプロセスガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム又はホルミドガス(formid-gas)であってもよい。
【0028】
マイクロLED4、4xは、通常、回路基板6に半田付けされている。同様に、接着剤を使用して、マイクロLED4、4x又は他の電子部品を回路基板6に取り付けてもよい。
【0029】
様々な実施形態を組み合わせることができる。異なる温度測定構成は、レーザビーム12を除去すべきマイクロLED4xに導く異なる方法と組み合わせることができる。同様に、プロセスガスの適用は、上述の組み合わせと組み合わせることができる。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
【手続補正書】
【提出日】2022-03-16
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
接触領域(5)において回路基板(6)に接続された電子部品(4x)を除去する方法であって、
a)除去すべき前記電子部品(4x)と、前記電子部品(4x)と前記回路基板(6)との前記接触領域(5)とをレーザビーム(12)により選択的に加熱する工程と、
b)前記回路基板(6)から前記電子部品(4x)を除去する工程と、
を備え、
前記工程b)は、前記電子部品(4x)の近傍に真空吸引ノズル(8)を位置決めして、加熱され剥離された前記電子部品(4x)を前記真空吸引ノズル(8)内に吸引して前記回路基板(6)から前記電子部品(4x)を除去する工程を含む、方法。
【請求項2】
請求項1に記載の方法であって、
前記レーザビーム(12)は、前記真空吸引ノズル(8)を介して前記除去すべき電子部品(4x)に方向付けられる、方法。
【請求項3】
請求項1又は請求項2に記載の方法であって、さらに、
前記加熱する工程a)の間の温度を制御するために前記工程a)の間の温度を測定する工程を備える、方法。
【請求項4】
請求項3に記載の方法であって、
前記測定される温度が変化したとき、前記工程a)の加熱を停止する、方法。
【請求項5】
請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の方法であって、
前記除去すべき電子部品(4x)とその接触領域(5)とをプロセスガスに曝す、方法。
【請求項6】
請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の方法であって、
前記接触領域(5)には、前記レーザビーム(12)によって加熱されるコンタクトパッドが設けられている、方法。
【請求項7】
請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の方法であって、
前記除去すべき電子部品(4x)は、回路基板(6)に半田付けされている、方法。
【請求項8】
請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の方法であって、
前記除去すべき電子部品は、LEDであり、特にマイクロLED(4x)である、方法。
【請求項9】
請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載の方法を実行する装置であって、
レーザビームエミッタ(11)と、
前記回路基板(6)から電子部品(4x)を除去する除去手段(2)と、
前記レーザビームエミッタ(11)から前記レーザビーム(12)を前記除去すべき電子部品(4x)に方向付けて前記除去すべき電子部品(4x)を加熱し、前記除去手段(2)を制御して前記加熱された電子部品(4x)を前記回路基板(6)から除去する制御及び駆動手段(14)と、
を備え、
前記除去手段(2)は、加熱され剥離された前記電子部品(4x)を前記回路基板(6)から真空吸引ノズル(8)内に吸引するために、前記電子部品(4x)より大きい吸引口(10)を有する真空吸引ノズル(8)である、装置。
【請求項10】
請求項9に記載の装置であって、
前記レーザビームエミッタ(11)からのレーザビーム(12)は、前記真空吸引ノズル(8)及び前記吸引口(10)を介して前記除去すべき電子部品(4x)に方向付けられる、装置。
【請求項11】
請求項9に記載の装置であって、
前記レーザビームエミッタ(11)は、前記真空吸引ノズル(8)の外側に固定的に取り付けられている、装置。
【請求項12】
請求項9から請求項11までのいずれか一項に記載の装置であって、さらに、
前記除去すべき電子部品(4x)の温度と前記接触領域(5)の温度とを測定する温度センサ(16)を備え、
前記温度センサ(16)は、前記制御及び駆動手段(14)に接続されている、装置。
【請求項13】
請求項12に記載の装置であって、
前記温度センサは、IR温度センサ(16)である、装置。
【請求項14】
請求項13に記載の装置であって、
前記IR温度センサ(16)は、前記除去すべき電子部品(4x)の近傍に終端を有する導光ファイバ(20)を含む、装置。
【請求項15】
請求項9から請求項14までのいずれか一項に記載の装置であって、
前記制御及び駆動手段(14)は、前記真空吸引ノズル(8)と前記レーザビーム(12)とを平面内に位置決めするよう構成されている、装置。
【外国語明細書】