电子部件的移除方法及其装置与流程

1.本发明涉及一种通过电磁感应加热来移除组装在基板上的电子元件的技术。


背景技术：

2.在电子设备中，在将半导体等电子元件组装到电路基板时，进行焊接接合。焊接接合是在将焊料配置在接合对象之间后，加热焊料使其熔融来进行。
3.基板组装有多个电子元件。当电子元件有异常或发生故障时，只移除该电子元件，同时避免影响正常的电子元件。
4.例如，向该电子元件供给热风，使焊料熔融，从基板移除该电子元件(例如专利文献1)。
5.但是，近年来，电子元件趋于小型化。例如，伴随着监视器的高像素化，使用100μm以下的微led。在避免影响相邻的小型电子元件的同时，只对作为移除对象的小型电子元件给与充分的热风，这是困难的。
6.此外，通过供给热风来进行移除的技术虽然可应用于由聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺等耐热性树脂构成的基板，但是，难以应用于由热塑性树脂、纸、布等非耐热性材料构成的基板。作为非耐热性的热塑性树脂的例子，有abs树脂、丙烯酸、聚碳酸酯、聚酯、聚丁烯、聚氨酯、pet(聚对苯二甲酸)等。
7.另一方面，作为点加热技术，有电磁感应加热。也可以通过电磁感应加热来移除在基板上组装的电子元件(例如专利文献2)。
8.图7是关于电磁感应加热的基本原理的概念图。电磁感应加热装置由感应线圈、电源及控制装置构成。
9.当交流电流在感应线圈中流动时，产生强度变化的磁力线。放置在附近的导电物质(具体而言为接合对象，通常由金属形成)受到该变化的磁力线的影响，在金属中有涡电流流动。由于通常金属具有电阻，因而当电流在金属中流动时，产生焦耳热，使得金属自己发热。这种现象称为感应加热。
10.电磁感应所致的发热量q使用下式表示：q＝(v2/r)
×
t，其中，v是施加电压，r是阻抗，t是时间。
11.在电磁感应加热中，由于仅金属发热，因而周边的树脂部分受到的热损伤少。此外，几乎不会对电子元件产生热影响，电子元件不易受到热损伤。
12.在电磁感应加热中，由于仅金属发热，因而能够以较少的能量以较短的时间进行接合。一次接合所需的时间为数秒至十数秒。
13.在电磁感应加热中，如果在同样的磁场内，则能够得到预定的焦耳热，因而接合精度高。此外，如果在同样的磁场内，则能够一次进行多个接合。
14.在电磁感应加热中，容易由控制装置对电源输出量和输出时间进行控制。其结果是，还容易控制加热温度和加热时间。能够设定期望的温度曲线(profile)。
15.电路基板侧的金属端子发热，热传递至焊料，焊料熔融。在移除时也与接合时同样
地使焊料熔融。
16.在电磁感应加热中，通过调整电源输出来进行磁力控制也是容易的。由此，能够在避免影响相邻的电子元件的同时，只对与作为移除对象的电子元件相对应的电路基板侧的金属端子进行加热。
17.综上所述，通过电磁感应加热来移除在电路基板上组装的电子元件的方法能够应对电子元件的小型化。此外，也可以应用于由非耐热性材料构成的基板。
18.专利文献1：日本特开2004-186491号公报
19.专利文献2：日本特开2001-044616号公报


技术实现要素：

20.如上所述，通过电磁感应加热来移除在基板上组装的电子元件的方法能够应对电子元件的小型化。
21.但是，当电子元件进一步小型化时，作为发热对象的金属端子的面积也变得狭小。特别是，在预定面积配置有众多电子元件的情况下，或者在电子元件具有众多端子的情况下(例如，球栅阵列(bga)或芯片尺寸封装(csp))，金属端子的面积更狭小。其结果是，阻抗r变大，无法确保充分的发热量(上述理论式的分母变大)。
22.根据上述理论式，通过使施加电压v增加，或者使施加时间t增加，能够确保发热量q。
23.另一方面，以试作模型进行实际验证，当金属端子面积为约1mm
×
1mm以下时，则根据焊料的种类，散见发热不良等缺陷。当金属端子面积为约500μm
×
500μm以下时，缺陷显著。尽管在电磁感应加热中能够高精度地调整施加电压、施加时间，但是，即使调整施加电压、施加时间，在消除缺陷方面仍然有限。
24.焊料的种类有多种，一般使用从高温焊料(例如，snagcu类焊料，熔点约220℃)到低温焊料(例如，snbi焊料，熔点约140℃)。即使使用低温焊料进行焊接接合，也发生上述缺陷。
25.此外，与微led对应的电路侧端子的尺寸为约25μm
×
25μm至50μm
×
50μm，尚未确立只移除有缺陷的微led的方法。本发明者将未来对这种程度的尺寸的电子元件的移除纳入视野，发现上述缺陷显著化的可能性高。
26.本发明是为了解决上述问题而做出的，目的在于提供一种电子部件的移除技术，即使在金属端子面积狭小的情况下也能够应对。
27.为了解决上述问题，本发明提供一种移除装置，用于从电路基板移除通过焊接接合组装在所述电路基板上的电子部件，包括：吸附部，包括具有中空的吸附喷嘴，用于由所述吸附喷嘴的头端吸附所述电子部件；加热部，包括设置在所述吸附喷嘴的下部的发热体，用于通过电磁感应加热来对所述发热体加热；以及传导部，用于将所述发热体所产生的热传导至所述吸附喷嘴的头端。
28.加热部所产生的热经由传导部传递至电子部件和焊料，焊料熔融。这期间，吸附部维持喷嘴与电子部件的吸附状态。即使在金属端子面积狭小发热量不足的情况下，发热体也发热。由此，能够从电路基板移除通过焊接接合组装在电路基板上的电子部件。
29.本发明较佳所述发热体比所述电路基板的端子大。
30.由此，即使在金属端子面积狭小发热量不足的情况下，发热体也确实发热。
31.本发明较佳所述电路基板的端子尺寸为500
×
500μm以下，更佳250μm
×
250μm以下，进一步更佳100μm
×
100μm以下。
32.当端子尺寸为1mm
×
1mm以下时，在电磁感应加热中，散见发热量不足等缺陷。当端子尺寸为500μm
×
500μm以下时，缺陷显著。面积越狭小，发热量越不足。本发明即使在金属端子面积狭小的情况下，也能够进行移除。
33.本发明较佳还包括安装在所述发热体外部的铁氧体磁芯。
34.由此，在发热体的发热量增加的同时，金属端子的发热量也增加。通过这种相乘效果，焊料确实熔融。
35.为了解决上述问题，本发明提供一种从电路基板移除通过焊接接合组装在所述电路基板上的电子部件的移除方法。使用上述移除装置，通过所述加热部对所述发热体加热，通过所述传导部将所述发热体所产生的热传导至所述吸附喷嘴的头端，使焊料熔融，通过所述吸附部由所述吸附喷嘴的头端吸附所述电子部件，来从电路基板移除通过焊接接合组装在所述电路基板上的电子部件。
36.即使在金属端子面积狭小发热量不足的情况下，发热体也发热。由此，能够从电路基板移除通过焊接接合组装在电路基板上的电子部件。
37.为了解决上述问题，本发明提供一种移除装置，用于从电路基板移除通过焊接接合组装在所述电路基板上的电子部件，包括：吸附部，包括具有中空并且由金属形成的吸附喷嘴，用于由所述吸附喷嘴的头端吸附所述电子部件；以及加热部，用于通过电磁感应加热来对所述吸附喷嘴的头端加热。
38.即使在金属端子面积狭小发热量不足的情况下，金属制喷嘴也发热。由此，能够从电路基板移除通过焊接接合组装在电路基板上的电子部件。
39.为了解决上述问题，本发明提供一种移除装置，用于从电路基板移除通过焊接接合组装在所述电路基板上的电子部件，包括：吸附部，包括具有中空并且由铁氧体形成的吸附喷嘴，用于由所述吸附喷嘴的头端吸附所述电子部件；以及加热部，包括安装在所述吸附喷嘴的头端的发热体，用于通过电磁感应加热来对所述发热体加热。
40.即使在金属端子面积狭小发热量不足的情况下，发热体也发热。由此，能够从电路基板移除通过焊接接合组装在电路基板上的电子部件。
41.为了解决上述问题，本发明提供一种从电路基板移除通过焊接接合组装在所述电路基板上的电子部件的移除方法。使用上述移除装置，通过所述加热部对所述吸附喷嘴的头端加热，使焊料熔融，通过所述吸附部由所述吸附喷嘴的头端吸附所述电子部件，来从电路基板移除通过焊接接合组装在所述电路基板上的电子部件。
42.即使在金属端子面积狭小发热量不足的情况下，喷嘴的头端也发热。由此，能够从电路基板移除通过焊接接合组装在电路基板上的电子部件。
43.为了解决上述问题，本发明提供一种移除装置，用于从电路基板移除通过能热熔融的方式组装在所述电路基板上的电子部件，包括：吸附部，包括具有中空的吸附喷嘴，用于由所述吸附喷嘴的头端吸附所述电子部件；加热部，包括设置在所述吸附喷嘴的下部的发热体，用于通过电磁感应加热来对所述发热体加热；以及传导部，用于将所述发热体所产生的热传导至所述吸附喷嘴的头端。
44.本技术除了适用于解除焊接接合以外，也可以适用于解除通过能热熔融的方式进行的接合。例如，可以通过解除afc(异方性导电膜)接合或导电粘合剂接合，来从电路基板移除电子部件。
45.根据本发明，即使在金属端子面积狭小的情况下，也能够将电子部件从电路基板移除。
附图说明
46.图1是第一实施方式的装置概要(立体图)。
47.图2是第一实施方式的装置概要(剖面图)。
48.图3是第一实施方式的动作说明图。
49.图4是第二实施方式的动作说明图。
50.图5是第三实施方式的装置概要(剖面图)。
51.图6是第四实施方式的装置概要(剖面图)。
52.图7是电磁感应的基本原理。
具体实施方式
53.《第一实施方式的结构》
54.图1是第一实施方式的装置概要的立体图，图2是剖面图。
55.装置由喷嘴50、吸入装置60、加热装置70以及控制装置80构成(参照图3)。
56.喷嘴50的主要部分(或全部)由高耐热性并且高热传导性的材质构成。例如，可以列举陶瓷、红宝石、蓝宝石、钻石等。在当前的2019年，在陶瓷中，具有最小孔径10μm的陶瓷加工精度，本发明能够充分地实现。
57.喷嘴50具有中空51。中空51的一端吸附电子元件，中空51的另一端与吸入装置60连接。由此，喷嘴50能够经由中空51进行吸附。为了应对微小电子元件，喷嘴50的头端较佳呈纺锤状地逐渐变细。
58.在喷嘴50的下部，以卷绕于喷嘴50的方式设置有发热体71。发热体71一般由金属材料构成。作为金属材料，有金、银、铜、铝、镍、铬等。作为将发热体71配置在喷嘴50的下部的方法，可以例如是通过蒸镀或电镀来使喷嘴50与筒状的发热体71嵌合。
59.在喷嘴50的外周配置有线圈72。反而言之，在线圈的内部空间中配置喷嘴50。发热体71、线圈72以及电源(参照图7)构成加热装置(加热部)70。当由电源向线圈72供给电流时，产生磁场，位于磁场范围的发热体71发热。
60.《第一实施方式的动作》
61.图3是第一实施方式的动作说明图。其中，相对于在图1、图2中在喷嘴躯干部设置发热体71，图3略有不同，即，在喷嘴纺锤部设置发热体71。虽然为了更靠近焊料，较佳在喷嘴纺锤部设置发热体71，但是，在将发热体71设置于喷嘴纺锤部的加工困难的情况下，也可以将发热体71设置于喷嘴躯干部。动作原理是共通的。
62.在电路基板10组装有多个电子元件(例如led)20。具体而言，在电路基板10形成有配线电路11(省略图示)和电路侧端子12。电子元件20具有电子元件侧端子22。电路侧端子12与电子元件侧端子22经由焊料30接合。
63.以下说明在多个电子元件中的一个电子元件有异常或故障的情况下，只移除该电子元件，与此同时避免影响相邻的正常电子元件的动作。
64.在本装置中，通过控制装置80来使吸入装置60与加热装置70联动。
65.当吸入装置60动作时，在喷嘴50的中空51内产生负压。当在此状态下，使喷嘴50靠近电子元件20时，喷嘴50的头端吸附在电子元件20的表面上。这里，吸入装置60、喷嘴50的中空51以及喷嘴50的头端构成吸附部。
66.另一方面，当交流电流在线圈72中流动时，产生强度变化的磁力线。放置在附近的导电物质(在本技术中为金属制发热体71)受到该变化的磁力线的影响，在金属中有涡电流流动。由于通常金属具有电阻，因而当电流在金属中流动时，产生焦耳热，使得金属(发热体71)自己发热。这种现象称为感应加热。
67.加热装置70所产生的热从发热体71经由热传导性优异的喷嘴50，被传导至电子元件20及焊料30。喷嘴50本身构成传导部。
68.由此，焊料30熔融，电路侧端子12与电子元件侧端子21的接合被解除。另一方面，电子元件20与喷嘴50维持吸附状态，从而当喷嘴50离开电路基板10时，能够从电路基板10移除电子元件20。然后，当吸入装置60停止动作时，电子元件20与喷嘴50的吸附状态被解除，能够回收电子元件20。
69.《备注》
70.本技术所要解决的问题是端子12的面积狭小，无法确保由端子12发出充分的发热量。但是，通过电磁感应加热，端子12并不是完全不自行发热。在端子12中的发热也被传导至焊料30。因此，端子12也较佳由金属构成。
71.另一方面，在完全不希望端子12本身发热的情况下，还可以是导电性聚合物、导电性碳等。此外，配线比端子12的尺寸更细，对电磁感应加热没有贡献，所以不考虑。
72.配线和端子12由导电性材料形成。一般而言，是包括金、银、铜、铝、镍、铬等的金属类材料。配线和端子12通过通常已知的方法(印刷、蚀刻、金属蒸镀、镀覆、银盐等)来形成。
73.《第一实施方式的尺寸研究》
74.本技术所要解决的问题是在端子12的面积狭小的情况下，无法确保由端子12发出充分的发热量。因此，各尺寸之间的互相关系非常重要。以下，概略说明第一实施方式中的各尺寸。
75.以试作模型进行实际验证，当金属端子面积为约1mm
×
1mm以下时，则根据焊料的种类，散见发热不良等缺陷。当金属端子面积为约500μm
×
500μm以下时，缺陷显著。本发明者研究的是未来金属端子面积为约25μm
×
25μm至50μm
×
50μm的电子元件(例如微led)的移除。
76.因此，金属端子面积为1mm
×
1mm以下，较佳500μm
×
500μm以下，更佳250μm
×
250μm以下，进一步更佳100μm
×
100μm以下。
77.以金属端子面积为250μm
×
250μm并且具有4个端子的约1mm
×
1mm的电子元件为例，来说明各尺寸之间的互相关系。
78.在电路基板10组装有多个电子元件20。电子元件的间隔与电子元件的尺寸相当。在上述例子中是1mm的间隔。
79.这里，当喷嘴的直径为3mm(≈电子元件的尺寸 两个相邻的间隔)以上时，担心对
相邻的电子元件产生影响。因此，喷嘴的直径较佳为3mm(≈电子元件的尺寸 两个相邻的间隔)以下。另一方面，因为通过喷嘴50的头端与电子元件20的接触而产生热传导，因此，喷嘴的直径较佳为约1mm(相当于电子元件的尺寸)以上。吸入孔(中空51)的直径较佳为约100至200μm。
80.当喷嘴的直径为1mm时，发热体71在周向上的长度为约3mm。当发热体71在轴向上的长度为2.5mm(金属端子的尺寸的约10倍)时，发热体的面积为金属端子面积的120倍，能够确保充分的面积。即，发热体71比金属端子12充分地大。
81.以金属端子面积为50μm
×
50μm并且具有4个端子的约200μm
×
200μm的电子元件为另一个例子，来说明各尺寸之间的互相关系。
82.在电路基板10组装有多个电子元件20。电子元件的间隔与电子元件的尺寸相当。在上述例子中是200μm的间隔。
83.这里，当喷嘴的直径成为600μm(≈电子元件的尺寸 两个相邻的间隔)以上时，担心对相邻的电子元件产生影响。因此，喷嘴的直径较佳为600μm(≈电子元件的尺寸 两个相邻的间隔)以下。另一方面，因为通过喷嘴50的头端与电子元件20的接触而产生热传导，因此，喷嘴的直径较佳为约200μm(相当于电子元件的尺寸)以上。吸入孔(中空51)的直径较佳为约20至40μm。在当前的2019年，在陶瓷中，具有最小孔径10μm的陶瓷加工精度，本发明能够充分地实现。
84.当喷嘴的直径为300μm时，发热体71在周向上的长度为约0.9mm。当发热体71在轴向上的长度为1.2mm(金属端子的尺寸的约24倍)时，发热体的面积为金属端子面积的432倍，能够确保充分的面积。即，发热体71比金属端子12充分地大。
85.《第一实施方式的效果》
86.通过由在吸附喷嘴50也设置的发热体71的加热，即使在电路侧的金属端子12的面积狭小的情况下，也能够从电路基板10移除电子元件20。此时，对相邻的电子部件没有影响。
87.《第二实施方式》
88.图4是第二实施方式的动作说明图。同时也说明概要结构。第二实施方式是第一实施方式的变形例。
89.即，在喷嘴50及发热体71周围外装铁氧体磁芯73。这里，发热体71、线圈72、铁氧体磁芯73以及电源(参照图7)构成加热装置(加热部)70。
90.当电源向线圈72供给电流时，产生磁场，磁场沿着铁氧体磁芯73聚焦。其结果是，发热体71的发热量增加。此外，金属端子12的发热量也增加。通过这种相乘效果，焊料30确实熔融。
91.通过吸入装置60与加热装置70的联动来从电路基板10移除电子元件20的动作与第一实施方式相同。
92.《第三实施方式》
93.图5是第三实施方式的装置概要的剖面图。在第一及第二实施方式中，为了确保微小孔的中空51，在喷嘴的主要部分使用加工精度高的陶瓷。与之相对地，在第三实施方式中，喷嘴55的主要部分(或全部)由金属构成。
94.在能够得到与陶瓷同水准的金属加工精度的情况下，或者在不要求像第一及第二
实施方式那样微小孔的情况下，能够适用第三实施方式。
95.这里，金属制喷嘴55、线圈72以及电源(参照图7)构成加热装置(加热部)70。当电源向线圈72供给电流时，产生磁场，位于磁场范围的金属制喷嘴55发热。喷嘴55所产生的热经由喷嘴55的头端被传导至电子元件20及焊料30。由此，焊料30熔融。
96.通过吸入装置60与加热装置70的联动来从电路基板10移除电子元件20的动作与第一实施方式相同。
97.《第四实施方式》
98.图6是第四实施方式的装置概要的剖面图，是将第二实施方式的技术思想与第三实施方式的技术思想相结合。
99.即，喷嘴56的主要部分由铁氧体磁芯构成。在喷嘴56的头端，嵌合金属制的发热安装件74。
100.发热安装件74具有插入部与接触部。发热安装件74的插入部插入中空51中。发热安装件74的接触部能够在喷嘴的头端位置与电子元件接触。
101.这里，铁氧体磁芯制喷嘴56、线圈72、发热安装件74以及电源(参照图7)构成加热装置(加热部)70。当电源向线圈72供给电流时，产生磁场，磁场沿着铁氧体磁芯56聚焦。位于磁场范围的发热安装件74发热。发热安装件74所产生的热被传导至电子元件20及焊料30。由此，焊料30熔融。
102.通过吸入装置60与加热装置70的联动来从电路基板10移除电子元件20的动作与第一实施方式相同。
103.《其他》
104.本技术除了适用于解除焊接接合以外，也可以适用于解除通过能热熔融的方式进行的接合。例如，可以通过解除afc(异方性导电膜)接合或导电粘合剂接合，来从电路基板移除电子部件。
105.附图标记说明
106.10：电路基板
107.11：配线电路
108.12：电路侧端子
109.20：电子元件
110.22：电子元件侧端子
111.30：焊料
112.50：喷嘴(陶瓷制)
113.51：中空
114.55：喷嘴(金属制)
115.56：喷嘴(铁氧体磁芯制)
116.60：吸入装置
117.70：加热装置
118.71：发热体
119.72：线圈
120.73：铁氧体磁芯
121.74：发热安装件
122.80：控制装置