CN100527920C - 印刷电路板及其部件安装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种印刷电路板，其可以抑制安装在其上面的部件的位置位移。该印刷电路板包括形成在印刷电路板的表面上的保护层；用于接收所要安装的各个部件的焊盘，该焊盘被设置为与没有保护层的开口相离开；以及用于对准的焊盘，借助于焊料在用于对准的焊盘上分别形成对准标记。

Description

印刷电路板及其部件安装方法
相关申请的交叉引用
本发明所包含的主题涉及于2004年4月16日向日本专利局申请的日本专利申请JP2004-122179，其全部内容被包括在此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种设置有对准标记(其用于在需要时在安装部件的时候校准安装在基片上的部件的位置)的印刷电路板、一种将部件安装在这种印刷电路板上的方法以及一种检验安装在这种印刷电路板上的部件的每一安装位置的方法。
背景技术
常规技术是，当在印刷电路板的安装表面上安装诸如半导体IC芯片的部件的时候，典型地通过网板印刷将乳状焊料(creamy solder)沉积在印刷电路板的安装表面的安装焊盘上，并且在将部件安装到印刷的乳状焊料的对应区域上之后，将整个印刷电路板通过回流炉(reflow furnace)，以加热和熔化焊料，并通过焊料将部件粘合到对应的焊盘上。
当在使用上述已知方法进行安装的过程中沉积乳状焊料时，通过参考对准标记以及预先设置在印刷电路板的安装表面上设置的基本上是半圆的焊盘，校准乳状焊料的印刷位置，以使乳状焊料的印刷位置的位置误差最小化，使得焊料可以被精确地沉积在所想要的位置。
另外，当所要安装的部件实际上被放置在乳状焊料(该焊料通过已知方法已经在安装过程中通过网板印刷被沉积)的对应各自区域时，通过参照上述对准标记校准该安装部件的位置，以将该安装部件的位置误差最小化。
使用上述方法，焊料印刷设备通过参照对准标记执行校准通过网板印刷所沉积的乳状焊料的区域的操作，并且部件安装设备也通过参照对准标记执行校准安装部件的位置的操作。换言之，这两个设备通过参照预先设置在印刷电路板上的同一个对准标记来单独地执行各自的位置校准操作。
因此，如果在通过参照对准标记所等同执行的每一位置校准操作中出现180度的误差，则不可能将一个或多于一个的部件正确地安装到通过网板印刷所沉积的乳状焊料的各个区域上。注意到，在日本专利申请公开No.5-299794中公开了上述位置校准方法。
更具体地，参照附图的图1，如果通过参照预先设置在印刷电路板101的安装表面101a上的对准标记102校准沉积在焊盘103上的乳状焊料104的位置，从而对通过网板印刷所沉积的乳状焊料104产生在图1的箭头X方向上的位置误差，随后，通过参照对准标记校准要被安装在通过网板印刷所沉积的乳状焊料104上的部件105的位置，从而在与X方向相反的方向上产生位置误差，则不可能适当地将部件105安装在通过网板印刷所沉积的乳状焊料104上。
在这种情况下，当将没有与乳状焊料104对准的部件105安装到印刷电路板101上、并通过回流焊接(reflow soldering)方法将乳状焊料104加热并熔化时，将会产生安装位置错误的问题。最终结果就是制造产量低。
发明内容
考虑到上述所确定的情况，希望提供一种印刷电路板，其能够在如果有的情况下抑制在安装部件时可以出现的、安装在印刷电路板上的每一部件相对于对应焊料区域的位置位移，还希望提供一种在这种印刷电路板上安装部件的方法，以及一种检验所要安装到这种印刷电路板上的部件的每一安装位置的方法。
根据本发明，通过提供这样一种印刷电路板来实现上述目标，这种印刷电路板包括：形成在印刷电路板的表面上的保护层；用于接收所要安装的各个部件的焊盘，该焊盘被设置为与没有保护层的开口相离开；以及用于对准的焊盘，借助于焊料在用于对准的焊盘上分别形成对准标记。
根据本发明，提供一种用于将部件安装在印刷电路板用于接收所要安装的部件的各个焊盘上的部件安装方法，其中印刷电路板具有在其表面上形成的保护层、以及用于接收所要安装的各个部件的焊盘，该焊盘被设置为与没有保护层的开口相离开，在印刷电路板上附加地形成用于对准的焊盘，该方法包括：在借助于焊料印刷用于接收所要安装的焊盘的时候，借助于焊料在各个用于对准的焊盘上印刷对准标记；使用对准标记来校准所要安装到形成于用于接收部件的焊盘上的各个焊料区域上的部件的安装位置；将部件安装到形成于用于接收部件的焊盘上的焊料区域上各个校准后的安装位置上；并且通过加热和熔化焊料将部件焊接到各个用于接收部件的焊盘上。
根据本发明，提供一种安装位置检验方法，用于在将部件实际安装到印刷电路板上之前，检验所要安装到印刷电路板上的部件的安装位置，其中印刷电路板具有在其表面上形成的保护层、以及用于接收所要安装的各个部件的焊盘，焊盘设置为与没有保护层的开口相离开，在印刷电路板上附加地形成用于对准的焊盘，通过与周围保护层独立的保护层在用于对准的焊盘上形成各个备用标记，该方法包括：通过参照备用标记校准用于初步锚定所要安装的每一部件的位置。
于是，根据本发明，当通过印刷在用于接收各个部件的焊盘(这些焊盘被设置为与没有保护层的开口相离开)上沉积焊料时，借助于焊料将对准标记集体地印刷在设置于印刷电路板上的各个用于对准的焊盘上，使得有可能通过参照对准标记，相对于对应的焊料片校准所要安装的部件的安装位置，并因此在安装部件的操作期间，相对于对应的焊料片抑制安装部件的位置位移(如果有的话)。
因此，根据本发明，可能解决将所要安装的部件安装到印刷电路板上错误位置的问题，并提高制造产量。
根据本发明，可能进一步的抑制被安装部件的位置位移，因为在将所要安装的部件实际安装到印刷电路板上之前，通过参照备用标记校准用于初步锚定所要安装的每一部件的位置。
附图说明
图1为已知印刷电路板的示意平面图，其中部件的安装位置相对于焊料片偏移；
图2为本发明所应用的印刷电路板的示意平面图，所示为板的内部；
图3为图1的印刷电路板的示意平面图，所示为用于接收所要安装部件的焊盘以及该板的内部；
图4为图1的印刷电路板的示意平面图，所示为备用标记；
图5为图1的印刷电路板的示意平面图，所示为第一对准标记；
图6的流程图描述了根据本发明的部件安装方法；
图7为图1的印刷电路板的示意平面图，所示为通过印刷沉积到板上的焊料片以及该板的内部；
图8为图1的印刷电路板的示意透视图，所示为用于识别第一对准标记的图像拾取元件；
图9为图1的印刷电路板的示意平面图，所示为第二对准标记；
图10为图1的印刷电路板的示意透视图，所示为用于识别第二对准标记的图像拾取元件；
图11的流程图描述了根据本发明的部件位置检验方法；和
图12为图1的印刷电路板的示意透视图，所示为用于识别备用标记的图像拾取元件。
具体实施方式
现在参照附图更详细地描述本发明，附图描述了根据本发明的印刷电路板、在印刷电路板上安装部件的方法、以及验证所要安装到印刷电路板上的部件的每一安装位置的方法的优选实施例。
图2所示为印刷电路板1，其是通过将多个导电层与穿插的绝缘层彼此相互交叠而形成的多基片(multiple substrate)。该基片包括多个电路板，在电路板上设置有电子器件的电子电路。打孔出多基片的每一电路板，以显示出预定的外形，并且将其设置在电子器件的箱柜中。在从多基片打孔出电路板时所产生的边缘中形成对准标记。当通过印刷沉积焊料时以及当校准多基片的位置时使用该对准标记。
印刷电路板1设置有布线图案2，其典型地由分别接收所要安装的部件的铜箔和焊盘3组成。
每一布线图案2是通过典型地借助于光刻法将导电金属(例如铜)的金属层构图为预定图案而准备的布线层。
当印刷电路板1是多层布线基片时，形成在各层上的布线图案2通过导体(例如偏斜和/或穿通孔)互连起来。各层的某些布线图案2可以用作包括接地层和一个或多于一个的信号线层的功能层。
用于接收部件的焊盘3全部在形成布线图案2的时候形成。它们是典型地通过焊接而实际安装所要安装的部件的区域。
使用保护层4(此后将对其进行详细描述)覆盖用于接收部件的焊盘3和印刷电路板1的最上层布线图案2。通过选择性地除去保护层4所产生的开口区域4a称作为有效焊盘。将所要安装的部件实际地安装到并焊接到各个有效焊盘3a上。
如上所提到的，印刷电路板1包括覆盖布线图案2以及形成在最上层的用于接收部件的焊盘3的保护层4。典型地通过选择性地蚀刻保护层4以露出设置在下层上的用于接收部件的焊盘3，从而形成开口4a穿过保护层4。
将所要安装的部件焊接到用于接收部件的各个焊盘3上，其中焊盘3通过穿过保护层4形成的对应各个开口4a而露出来。换言之，将通过对应的各个开口4a所露出的、用于接收部件的焊盘3用于实际地安装所要安装的部件，如图3所示。
现在参照图4，在用于对准的焊盘上形成保护层的多个备用标记6，其中用于对准的焊盘通过各个对应的开口4a而露出来，而开口4a形成在当从多基片打孔出电路板时所产生的边缘、或者所要安装的部件实际被安装到印刷电路板1的安装表面1a的区域之外的区域中的预定位置。
在典型地通过蚀刻处理形成穿过保护层4的开口4a的时候，用开口4a集体地形成备用标记6。该备用标记6在校准和检验所要安装的部件的位置时用作许多对准标记。虽然用于对准的焊盘5集体地在形成布线图案2的时候形成，就像上述用于安装部件的焊盘3一样，但是它们并非必须与布线图案连接。相反，在使用备用标记作为对准标记时，它们被用做使得备用标记6清晰可见的下层。
参照图5，在各个用于对准的焊盘5上形成多个对准标记7，以便将通过印刷所沉积的焊料片8的位置(此后将对其进行更详细的描述)校准到在从印刷电路板1的多基片打孔出电路板时所形成边缘中的各个预定位置。
第一对准标记7具有基本上是圆形的外形，并且是通过典型地借助于蚀刻处理除去用于接收部件的焊盘3上的保护层4而形成的。成为第一对准标记7的用于对准的焊盘5并非必须与布线图案2连接。相反，它们用于通过它们的金属光泽使得第一对准标记7变得清晰可见。
现在，将在下面参照图6的流程图描述将所要安装的部件实际地安装到印刷电路板1上的操作。
当将所要安装的部件被实际地安装到印刷电路板1上时，首先通过焊料印刷装置(未示出)将焊料片8(其典型地为乳状焊料)沉积到布线图案2和有效焊盘3a(其穿过如图7中所示的某些开口4a被露出)。
在步骤S1中，用于通过印刷而沉积焊料的焊料印刷设备借助于如图8所示的图像拾取元件10(其典型地可以是CCD(电荷耦合器件)图像传感器)采集位于沿印刷电路板1边缘的第一对准标记7的图像，并且使其控制部分(未示出)(其典型地可以是设置在该设备中的CPU(中央处理单元))识别两个或多于两个的第一对准标记7相对于印刷电路板1的位置。此时，由于第一对准标记7的亮图案与环绕第一对准标记7的保护层4的暗区域的暗图案之间的亮度差，正确地识别具有金属光泽的第一对准标记7和环绕该第一对准标记7的保护层4的暗区域。
然后在步骤S2中，该焊料印刷设备借助于控制部分、使用通过图像拾取元件10所获得的第一对准标记7的位置信息以及预先存储在控制部分中的印刷数据校准印刷位置，并且根据校准后的印刷位置信息，将焊料片8沉积到印刷电路板1的安装表面1a上所露出的各个有效焊盘3a上。
此时，焊料印刷设备也通过印刷在各个备用标记6上沉积焊料片作为第二对准标记9，使得覆盖备用标记6，如图9中所示。第二对准标记9具有基本上为圆形的外形，并且用作用于在安装所要安装的部件的步骤中校准所要安装的部件的安装位置(此后将对其进行更加详细的描述)的对准标记。
然后在步骤S3中，部件安装设备(未示出)放置印刷电路板1，在印刷电路板1上，在步骤S2中通过印刷在位置中沉积有焊料片8。
然后在步骤S4中，部件安装设备借助于图像拾取元件11采集形成在各个备用标记6上的、乳状焊料的第二对准标记9的图像(如图10中所示)，并且使包含在设备中的其控制部分识别两个或多于两个的第二对准标记9相对于印刷电路板1的位置。此时，由于第二对准标记9的亮图案与环绕各个第二对准标记9、用于接收所要安装的部件的暗焊盘3的暗图案之间的亮度差，正确地识别具有金属光泽的第二对准标记9和环绕各个第二对准标记9、用于接收所要安装的部件的暗焊盘3。
然后在步骤S5中，部件安装设备借助于控制部分、使用通过图像拾取元件11所获得的第二对准标记9的位置信息以及通过安装位置检验方法(此后将对其进行更加详细的描述)调节的安装位置数据来校准所要安装的部件的安装位置，并且根据校准后的安装位置信息，将所要安装的部件实际地安装到印刷电路板1的安装表面1a上的预定各个位置上。如果不进行检验安装位置的操作，则根据第二对准标记9的位置信息以及预先存储在控制部分中的安装位置数据来校准安装位置。
由于部件安装设备能够通过参照由焊料构成的第二对准标记9而校准所要安装的部件相对于焊料片8的安装位置，从而有可能抑制所要安装的每一部件相对于焊料片8的位置位移(如果有的话)。
然后在步骤S6中，从部件安装设备中取出其上面在预定的各个位置处安装有部件的印刷电路板1。
接下来在步骤S7中，对印刷电路板1(其上面现在安装了部件)进行焊料回流处理，其中将印刷电路板1通过回流炉。更具体地，在回流炉中将焊料片8加热并熔化。接下来，熔化的焊料片8被硬化，并且所要安装的部件被焊接到暴露在安装表面1上的布线图案2以及有效焊盘3a上。于是，所要安装的部件实际地被安装到印刷电路板1的安装表面1a上。
使用上述安装方法，当通过印刷将焊料片8沉积到印刷电路板1的安装表面1a上时，通过沉积焊料形成第二对准标记9，并且接下来通过参照第二对准标记9，相对于焊料片8校准所要安装的部件的安装位置。于是，有可能相对于焊料片8抑制所要安装的每一部件的位置位移(如果有的话)。
因此，使用上述方法，有可能解决将所要安装的部件安装到印刷电路板1上错误位置的问题，并提高制造产量。
虽然根据上述方法，通过印刷将第二对准标记9沉积在对应的各个备用标记6上，但是并非必须使用备用标记6，并且如果省略了检验接收所要安装的部件的位置的步骤(如此后所述)，则第二对准标记9可以通过印刷直接被沉积在对应的各个用于对准的焊盘5上。
通过在将所要安装的部件实际地安装到印刷电路板1上之前检验部件要安装在印刷电路板1上的位置，能够进一步抑制所要安装的每一部件的位置位移(如果有的话)。换言之，在生产安装基片之前执行如下处理步骤，作为准备步骤。
过去，用于校准通过印刷而沉积的焊料片的位置的对准标记也用于校准各个部件所安装的位置，以便在将部件实际安装到印刷电路板上之前检验部件所要安装的位置。因此，使印刷电路板(其具有应用到其还没有通过印刷沉积焊料的安装表面上的双面带)通过部件安装设备，使得临时地将所要安装的部件安装到各个双面带上，以调整所安装部件的位置。
然而，使用根据本发明的部件安装方法，由于乳状焊料的第二对准标记9用于校准所安装部件的位置，所以将双面带应用到印刷电路板1的安装表面1a通过印刷沉积焊料片8的地方是不可行的。因此，通过如此后所描述的安装位置检验方法调整部件的安装位置。
现在，下面将参照图11的流程图描述根据本发明的用于检验部件所要安装到印刷电路板1上的位置的安装位置检验方法。
当检验各个部件所要安装到印刷电路板1上的位置时，首先在步骤S11中，将双面带应用到各个部件将要安装到的印刷电路板1的安装表面1a上的位置(其中在电路板1上面没有通过印刷沉积焊料片)，并且将印刷电路板1放入部件安装设备。
然后在步骤S12中，部件安装设备使其包括的CCD图像传感器等的图像拾取元件11采集沿印刷电路板1的边缘设置的备用标记6的图像(如图12中所示)，并使其控制部分识别两个或多于两个备用标记6相对于印刷电路板1的位置。此时，由于备用标记6的亮图案与环绕各个备用标记6的用于接收所要安装部件的暗焊盘3的暗图案之间的亮度差，正确地识别具有金属光泽的备用标记6和环绕各个备用标记6的用于接收所要安装部件的暗焊盘3。
此后在步骤S13中，部件安装设备借助于控制部分、使用通过图像拾取元件11所获得的备用标记6的位置信息以及预先存储在控制部分中的用于接收各个部件的位置数据来校准部件所要安装的位置，并根据用于接收各个部件的校准后的位置信息，实际地将所要安装的部件安装到设置于印刷电路板1的安装表面1a上的各个双面带上。结果，安装的部件借助于各个双面带初步锚定(anchor)到印刷电路板1的安装表面1a上。于是，部件被初步安装到印刷电路板1上。
然后在步骤S14中，可视地确定部件是否被正确地安装到印刷电路板1上的各个预定位置上。
如果在步骤S14中确定部件被正确地安装到印刷电路板1的安装表面1a上的各个预定位置，则部件安装设备进行到步骤S15。另一方面，如果在步骤S14中确定部件没有被正确地安装到印刷电路板1的安装表面1a上的各个预定位置，则部件安装设备进行到步骤S16，其中其通过参照初步锚定的部件的状态调整部件要安装到印刷电路板1的安装表面1a上位置。在调整操作之后，卸下所有初步安装的部件，然后从步骤S12开始重复。
于是，如果在步骤S14中确定部件已经被正确地安装到印刷电路板1的安装表面1a上的各个预定位置，则部件安装设备进行到步骤S15，其中其将其图像拾取元件11所识别的对准标记的大小从备用标记6的大小改变到第二对准标记9的大小，从而图像拾取元件11能够识别第二对准标记9。结果，部件安装设备能够将所要安装的部件安装到印刷电路板1上，其中通过印刷以最小的位置位移沉积焊料片8。
可以理解的是，只要所选择的印刷电路板1的类型换成其它的某种类型，则在实际地将部件安装到印刷电路板上之前，只需要执行检验用于接收各个部件的位置的操作一次。
本领域的熟练技术人员应该理解的是，在所附权利要求书或者其等同物的范围内，根据设计要求和其它因素可以进行各种修改、组合、下层组合以及替换。

Claims (5)

1.一种印刷电路板，包括：
形成在所述印刷电路板的表面上的保护层；
用于接收所要安装的各个部件的焊盘，所述焊盘通过穿过保护层形成的各个开口而露出来；以及
用于对准的焊盘，通过焊料分别在所述用于对准的焊盘上形成有第一对准标记，其中所述用于对准的焊盘不同于所述用于接收所要安装的各个部件的焊盘。
2.根据权利要求1的印刷电路板，其中借助于独立于周围保护层的保护层分别在所述用于对准的焊盘上形成备用标记，并且第二对准标记分别被形成在所述备用标记上。
3.根据权利要求1的印刷电路板，其中所述第一对准标记被识别装置识别为亮图案，而环绕所述第一对准标记的保护层被所述识别装置识别为暗图案。
4.一种用于将部件安装到具有在其表面上形成的保护层以及用于接收所要安装的各个部件的焊盘的印刷电路板的用于接收所要安装的部件的各个焊盘上的部件安装方法，所述焊盘通过穿过保护层形成的各个开口而露出来，在所述印刷电路板上附加地形成有用于对准的焊盘，其中所述用于对准的焊盘不同于所述用于接收所要安装的各个部件的焊盘，所述方法包括以下步骤：
在借助于焊料印刷用于接收所要安装的部件的焊盘的时候，借助于焊料在各个用于对准的焊盘上印刷对准标记；
通过使用所述对准标记，校准要安装到形成于用于接收部件的焊盘上的各个焊料区域上的部件的安装位置；以及
将所述部件安装到形成于用于接收部件的焊盘上的焊料区域上的校准后的各个安装位置上，并通过加热和熔化所述焊料将所述部件焊接到用于接收部件的各个焊盘上。
5.根据权利要求4的方法，其中识别装置用来将用于对准的焊盘识别为亮图案，而将所述对准标记识别为暗图案。
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