JP2005310843A - プリント配線基板、部品実装方法及び搭載位置確認方法 - Google Patents

プリント配線基板、部品実装方法及び搭載位置確認方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 実装部品の位置ずれを抑制する。
【解決手段】 プリント配線基板１の実装面１ａに半田を印刷するときに、予備マーク６上に半田による第２のアライメントマーク９を一緒に印刷し、この第２のアライメントマーク９を基準にして半田に対する実装部品の搭載位置を補正させることで半田に対する実装部品の位置ずれを抑制できる。
【選択図】 図８

Description

本発明は、実装部品を実装する際に実装される基板の位置補正を行うためのアライメントマークが形成されたプリント配線基板、このプリント配線基板を用いた部品実装方法及びプリント配線基板に実装される実装部品の実装位置を確認する搭載位置確認方法に関する。
一般に、半導体ＩＣチップ等といった実装部品をプリント配線基板の実装面に実装する際は、例えばプリント配線基板の実装面の実装用ランドに例えばクリーム半田をスクリーン印刷し、印刷したクリーム半田上に実装部品を搭載した後に、プリント配線基板ごとリフロー炉を通過させることで半田を加熱溶融し、実装部品をランドに半田付けする。
そして、この方法においては、クリーム半田をスクリーン印刷する際に、プリント配線基板の実装面に予め設けられた例えば略円形状のランド等を目印にアライメントマークを用いて印刷位置の補正を行い、所望の印刷位置に誤差を極力抑えた状態で半田が印刷されるようにする。
また、この方法においては、印刷したクリーム半田上に実装部品を搭載する際にも、上述したアライメントマークを目印にして搭載位置の補正を行い、所定の搭載位置に誤差を極力抑えた状態で実装部品が搭載されるようにする。
しかしながら、この方法においては、半田印刷位置の補正を行うときは半田印刷装置がアライメントマークに基づいて行い、搭載位置の補正を行うときは部品搭載装置がアライメントマーク基づいて行っている。すなわち、プリント配線基板に予め設けられた１つのアライメントマークを用いて各装置が個別に位置補正を行っている。
このため、各装置でアライメントマークを基準にして行う位置補正それぞれに１８０°逆方向の誤差が生じた場合、例えば印刷した半田上に実装部品を搭載させることができなくなる虞がある。なお、アライメントマークを用いて位置補正を行うことは特許文献１で提案されている。
具体的には、図１２に示すように、プリント配線基板１０１の実装面１０１ａに予め設けられたアライメントマーク１０２を基準にして実装用ランド１０３に例えばクリーム半田１０４を印刷する位置を補正したときに、印刷したクリーム半田１０４の位置に図１２中矢印Ｘ方向の誤差が生じ、アライメントマーク１０２を基準にして印刷したクリーム半田１０４に実装部品１０５を搭載する位置を補正したときに、クリーム半田１０４を狙って搭載した実装部品１０５の搭載位置に図１２中反Ｘ方向の誤差が生じた場合、印刷されたクリーム半田１０４上に実装部品１０５を搭載させることができなくなる虞がある。
この場合、クリーム半田１０４上に実装部品１０５が搭載されていない状態でリフロー半田付け法によりプリント配線基板１０１に実装部品１０５を実装させても実装位置不良となることから、製造歩留まりが低下してしまう。
特開平５−２９９７９４号公報
本発明は、プリント配線基板に実装部品を実装したときに起こる半田に対する実装部品の位置ずれを抑え、実装位置不良の発生を抑制できるプリント配線基板、このプリント配線基板に実装部品を実装するときの部品実装方法、及びプリント配線基板に実装される実装部品の実装位置を確認する搭載位置確認方法を提供するものである。
上述した目的を達成する本発明に係るプリント配線基板は、表面にレジストが形成され、実装部品が実装される実装用ランドがレジストの開口部より外部に臨まされ、更に、アライメント用ランドが形成されており、このアライメント用ランドには、半田によりアライメントマークが形成されていることを特徴としている。
本発明に係る部品実装方法は、表面にレジストが形成され、実装部品が実装される実装用ランドがレジストの開口部より外部に臨まされたプリント配線基板の実装用ランドに実装部品を実装するに際して、プリント配線基板には、更に、アライメント用ランドが形成されており、部品実装用ランドに半田を印刷するとき、アライメント用ランドにも半田によりアライメントマークを印刷し、アライメントマークにより、実装用ランドに印刷された半田上に搭載される実装部品の搭載位置を補正し、実装ランドに印刷された半田上の補正された搭載位置に実装部品を搭載し、半田を加熱溶融して実装部品を実装用ランドに半田付けすることを特徴としている。
本発明に係る搭載位置確認方法は、表面にレジストが形成され、実装部品が実装される実装用ランドがレジストの開口部より外部に臨まされたプリント配線基板に実装部品を実装する前に、プリント配線基板に実装される実装部品の搭載位置を確認するに際して、プリント配線基板には、更に、アライメント用ランドが形成されており、このアライメント用ランドには、レジストで周囲のレジストと独立した予備マークが形成され、実装用ランドに実装部品を仮止めするときに、予備マークにより、実装部品が仮止めされる位置を補正することを特徴としている。
本発明によれば、プリント配線基板におけるレジストの開口部より外部に臨む部品実装用ランドに半田を印刷するときに、プリント配線基板に更に形成されたアライメント用ランドにも半田によるアライメントマークを一括して印刷することで、このアライメントマークを基準にして半田に対する実装部品の搭載位置を補正できることから、実装部品を実装したときに起こる半田に対する実装部品の位置ずれを抑制できる。
これにより、本発明によれば、プリント配線基板に実装部品を実装したときの実装不良を抑えることができ、製造歩留まりを向上できる。
本発明よれば、プリント配線基板に実装部品を実装する前に、予備マークにより、実装部品が仮止めされる位置を補正することから、実装部品の位置ずれを更に抑制させることができる。
以下、本発明が適用されたプリント配線基板、部品実装方法、及び搭載位置確認方法について、図面を参照して説明する。
図１に示すプリント配線基板１は、一又は複数の導電層が絶縁層を介して積層された多面取り基板であり、この基板には、一の電気機器の電気回路が構成された回路基板が複数設けられている。多面取り基板に設けられた各回路基板は、所定形状に打ち抜かれ、電気機器の筐体内に配設される。多面取り基板より回路基板が打ち抜かれたとき残る余白部には、半田を印刷する際や実装部品を実装する際に多面取り基板の位置を補正するときに用いられるアライメントマークが設けられている。
このプリント配線基板１には、銅箔等で形成された配線パターン２及び実装部品が実装される部品実装用ランド３が設けられている。
配線パターン２は、例えば銅等といった導電性金属からなる金属層にフォトリソグラフィ技術等を施すことで得られる所定のパターンにパターニングされた配線層である。
そして、プリント配線基板１においては、多層配線基板の場合、各層に形成された配線パターン２は例えばビアやスルーホール等といった導体により層間接続される。また、この場合、層内の配線パターン２を例えばグランド層や信号線層として機能させることも可能である。
部品実装用ランド３は、配線パターン２をパターン形成するときに一括して形成され、例えば実装部品が半田付け等で実装される領域である。
そして、この部品実装用ランド３においては、プリント配線基板１の最上層で配線パターン２ごと後述するレジスト層４で被覆され、このレジスト層４を選択的に除去した開口部４ａから臨む領域、いわゆる有効ランド３ａに実装部品が半田付けされる。
また、プリント配線基板１には、最上層に形成された配線パターン２及び部品実装用ランド３を被覆するレジスト層４が設けられている。そして、レジスト層４は、例えば選択的にエッチング処理等が施されて開口部４ａが形成され、この開口部４ａより下層の部品実装用ランド３を露出させる。
そして、プリント配線基板１においては、レジスト層４に設けられた開口部４ａから臨む部品実装用ランド３に実装部品が半田付けされることになる。すなわち、図２に示すように、開口部４ａから臨む部品実装用ランド３が実際に実装部品の実装に使用される有効ランド３ａとなる。
プリント配線基板１においては、図３に示すように、実装面１ａに実装部品が実装された実装基板となる領域以外の領域、すなわち多面取り基板より回路基板が打ち抜かれたとき残る余白部の所定の位置に設けられた開口部４ａから臨むアライメント用ランド５上にレジストからなる予備マーク６が複数形成されている。
この予備マーク６は、開口部４ａを形成するときのレジスト層４に施されるエッチング処理等により、開口部４ａと共に一括して形成される。そして、この予備マーク６は、実装部品の搭載位置を確認するときの位置補正で用いるアライメントマークとして機能する。また、アライメント用ランド５は、上述した部品実装用ランド３と同様、配線パターン２をパターン形成するときに一括して形成されるが、必ずしも配線パターン２に接続されている必要はなく、アライメントマークとなる予備マーク６を際立たせるための下地層として機能する。
また、プリント配線基板１においては、図４に示すように、多面取り基板より回路基板が打ち抜かれたとき残る余白部の所定の位置に、後述する半田８を印刷するときに半田８の印刷位置を補正させるための第１のアライメントマーク７がアライメントマーク用ランド５上に複数形成されている。
この第１のアライメントマーク７は、部品実装用ランド３上のレジスト層４をエッチング処理等で略円形状に除去することで形成され、予備マーク６と同様、開口部４ａと共に一括して形成される。また、第１のアライメントマーク７となるアライメントマーク用ランド５は、必ずしも配線パターン２に接続されている必要はなく、金属光沢により第１のアライメントマーク７を際立たせるように作用する。
ここで、プリント配線基板１に実装部品を実装させる部品実装方法について図５に示すフローチャートを参照にして説明する。
このプリント配線基板１に実装部品を実装する際は、先ず、図６に示すように、開口部４ａから臨む配線パターン２や有効ランド３ａ上に半田８として例えばクリーム半田等を図示しない半田印刷装置で印刷する。
具体的に、半田を印刷する半田印刷装置は、ステップＳ１にて、例えばＣＣＤ（charge-coupled device）イメージセンサ等の図７に示す撮像素子１０を用いてプリント配線基板１の縁端に位置する第１のアライメントマーク７を撮像し、プリント配線基板１に対する第１のアライメントマーク７の位置を装置内に備わるＣＰＵ（central processing unit）等からなる図示しない制御部に２カ所以上認識させる。このとき、金属光沢を示す第１のアライメントマーク７は明パターン且つ第１のアライメントマーク７の周囲のレジスト層４は暗パターンとして輝度の違いで適切に認識される。
次に、半田印刷装置は、ステップＳ２にて、撮像素子１０により取り込まれた第１のアライメントマーク７の位置情報と、予め制御部内等に格納された印刷データとにより制御部によって印刷位置の補正が行われ、補正された印刷位置情報に基づいてプリント配線基板１の実装面１ａから露呈する有効ランド３ａ上に半田８を印刷する。
このとき、半田印刷装置は、図８に示すように、予備マーク６上にも、具体的には予備マーク６を覆うように第２のアライメントマーク９として半田を印刷する。この第２のアライメントマーク９は、略円形状を成し、後述する実装部品を実装する工程において、実装部品の搭載位置を補正させるためのアライメントとして機能する。
次に、ステップＳ２にて半田８が印刷されたプリント配線基板１を、ステップＳ３にて、図示しない部品搭載装置に投入する。
次に、部品搭載装置は、図９に示すように、ステップＳ４にて、撮像素子１１を用いて予備マーク６上に形成されたクリーム半田からなる第２のアライメントマーク９を撮像し、プリント配線基板１に対する第２のアライメントマーク９の位置を装置内に備わる制御部に２カ所以上認識させる。このとき、金属光沢を示す第２のアライメントマーク９の周囲の部品実装用ランド３は明パターン且つクリーム半田からなる第２のアライメントマーク９は暗パターンとして輝度の違いで適切に認識される。
次に、部品搭載装置は、ステップＳ５にて、撮像素子１１により取り込まれた第２のアライメントマーク９の位置情報と、後述する搭載位置確認方法にて調整された搭載位置データとにより制御部によって実装部品の搭載位置の補正が行われ、補正された搭載位置データに基づいてプリント配線基板１の実装面１ａに実装部品を所定の位置に搭載する。なお、後述する搭載位置確認を行わない場合、第２のアライメントマーク９の位置情報と、予め制御部内等に格納された搭載位置データとによって搭載位置の補正を行う。
このとき、部品搭載装置は、半田からなる第２のアライメントマーク９を基準にして半田８に対する実装部品の搭載位置を補正できることから、半田８に対する実装部品の位置ずれを抑制できる。
次に、所定の位置に実装部品が搭載されたプリント配線基板１は、ステップＳ６にて、部品搭載装置より取り出される。
次に、実装部品が搭載されたプリント配線基板１には、ステップＳ７にて、リフロー炉を通過させる半田リフロー処理が施される。具体的には、リフロー炉内で半田８を加熱溶融した後に、半田８を養生させることで実装部品を実装面１から臨む配線パターン３や有効ランド３ａに半田付けする。このようにして、プリント配線基板１の実装面１ａに実装部品を実装させる。
以上で説明した実装方法によれば、プリント配線基板１の実装面１ａに半田８を印刷するときに、半田による第２のアライメントマーク９も一緒に印刷し、この第２のアライメントマーク９を基準にして半田８に対する実装部品の搭載位置を補正できることから、実装部品を搭載したときに半田８に対する実装部品の位置ずれを抑制できる。
これにより、この方法によれば、プリント配線基板１に実装部品を実装したときの実装位置不良を抑えることができ、製造歩留まりを向上できる。
なお、以上の方法では、予備マーク６上に第２のアライメントマーク９を印刷したが、後述する実装部品の搭載位置を確認する工程を行わない場合、必ずしも予備マーク６は必要ではなく、第２のアライメントマーク９をアライメント用ランド５上に直接印刷させてもよい。
また、以上で説明した実装部品をプリント配線基板１に実装させる前に、実際にプリント配線基板１に実装部品が実際に搭載される位置を確認することで、実装部品の位置ずれを更に抑制させることができる。すなわち、実装基板を生産する前の準備工程として以下で説明する工程を行う。
従来では、プリント配線基板に部品実装させる前の実装部品の搭載位置を確認するために、半田印刷の位置補正に用いたアライメントマークを部品搭載の位置補正でも使用することから、例えば両面テープを半田が印刷される前の実装面に貼り付けたプリント配線基板を部品搭載装置に通し、両面テープ上に実装部品を仮搭載することで部品搭載位置の調整を行っていた。
しかしながら、本発明の実装方法ではクリーム半田による第２のアライメントマーク９を部品搭載の位置補正で用いることから、半田８が印刷されたプリント配線基板１の実装面１ａに両面テープを貼り付けることは困難であり、以下に説明する搭載位置確認方法によって部品搭載位置の調整を行う。
具体的に、プリント配線基板１に実装部品を搭載させる位置を確認する搭載位置確認方法について図１０に示すフローチャートを参照にして説明する。
プリント配線基板１に実装部品を実際に搭載させる位置を確認する際は、先ず、ステップＳ１１にて、半田印刷が施されていないプリント配線基板１の実装面１ａの実装部品が搭載される位置に両面テープを貼り付け部品搭載装置に投入する。
次に、部品搭載装置は、ステップＳ１２にて、例えばＣＣＤイメージセンサ等の図１１に示す撮像素子１１を用いてプリント配線基板１の縁端に位置する予備マーク６を撮像し、プリント配線基板１に対する予備マーク６の位置を装置内に備わるＣＰＵ等からなる図示しない制御部に２カ所以上認識させる。このとき、金属光沢を示す予備マーク６の周囲の部品実装用ランド３は明パターン且つレジストからなる予備マーク６は暗パターンとして輝度の違いで適切に認識される。
次に、部品搭載装置は、ステップＳ１３にて、撮像素子１１により取り込まれた予備マーク６の位置情報と、予め制御部内等に格納された搭載位置データとにより制御部によって実装部品の搭載位置の補正が行われ、補正された搭載位置情報に基づいてプリント配線基板１の実装面１ａに備わる両面テープ上に実装部品を搭載する。これにより、実装部品は、プリント配線基板１の実装面１ａに両面テープによって仮止め、すなわち仮搭載される。
次に、実装部品が仮搭載されたプリント配線基板１は、ステップＳ１４にて、目視により実装部品が所定の位置に搭載されているかどうか判定される。
そして、実装部品がプリント配線基板１の実装面１ａの所定の位置に搭載されている場合は、ステップＳ１５に進む。一方、実装部品がプリント配線基板１の実装面１ａの所定の位置に搭載されていない場合は、ステップＳ１６に進み、実装部品の仮止め位置の状態を基準にして実装部品がプリント配線基板１の実装面１ａの所定の位置に搭載され部品搭載装置を調整し、調整後に仮搭載された実装部品を全て取り外して再びステップＳ１２以降の工程を行う。
次に、ステップＳ１４で実装部品がプリント配線基板１の実装面１ａの所定の位置に搭載されていると判定した場合、ステップＳ１５にて、部品搭載装置の撮像素子１１がアライメントマークを認識するサイズを予備マーク６の大きさから第２のアライメントマーク９の大きさに変更し、撮像素子１１が第２のアライメントマーク９を認識できるようにする。これにより、部品搭載装置においては、半田８が印刷されたプリント配線基板１に、実装部品を更に位置ずれを抑制させた状態で搭載させることが可能となる。
なお、プリント配線基板に部品実装させる前に部品の搭載位置を確認することは、例えばプリント配線基板１の品種等が切り替わらない限り基本的に一回行えばよい。
本発明が適用されたプリント配線基板を示す平面図である。 同プリント配線基板の部品実装用ランドを示す透視平面図である。 同プリント配線基板の予備マークを示す透視平面図である。 同プリント配線基板の第１のアライメントマークを示す透視平面図である。 部品実装方法を説明するフローチャートである。 同プリント配線基板に印刷される半田を示す透視平面図である。 撮像素子が第１のアライメントマークを認識している状態を示す斜視図である。 同プリント配線基板の第２のアライメントマークを示す透視平面図である。 撮像素子が第２のアライメントマークを認識している状態を示す斜視図である。 搭載位置確認方法を説明するフローチャートである。 撮像素子が予備マークを認識している状態を示す斜視図である。 従来のプリント配線基板において半田に対して実装部品が位置ずれを起こした状態を示す平面図である。
符号の説明
１ プリント配線基板、１ａ 実装面、２ 配線パターン、３ 部品実装用ランド、３ａ 有効ランド、４ レジスト層、４ａ 開口部、５ アライメント用ランド、６ 予備マーク、７ 第１のアライメントマーク、８ 半田、９ 第２のアライメントマーク、１０，１１ 撮像素子

Claims (7)

  1. 表面にレジストが形成され、実装部品が実装される実装用ランドが上記レジストの開口部より外部に臨まされたプリント配線基板において、
    更に、アライメント用ランドが形成されており、このアライメント用ランドには、半田によりアライメントマークが形成されていることを特徴とするプリント配線基板。
  2. 上記アライメント用ランドには、上記レジストで周囲のレジストと独立した予備マークが形成され、
    上記予備マーク上に、上記アライメントマークが形成されていることを特徴とする請求項１記載のプリント配線基板。
  3. 上記アライメント用ランドは、認識手段により明パターンとして認識され、上記アライメントマークは、認識手段により暗パターンとして認識されるように形成されていることを特徴とする請求項１記載のプリント配線基板。
  4. 表面にレジストが形成され、実装部品が実装される実装用ランドが上記レジストの開口部より外部に臨まされたプリント配線基板の上記実装用ランドに上記実装部品を実装する部品実装方法において、
    上記プリント配線基板には、更に、アライメント用ランドが形成されており、上記部品実装用ランドに半田を印刷するとき、上記アライメント用ランドにも半田によりアライメントマークを印刷し、
    上記アライメントマークにより、上記実装用ランドに印刷された半田上に搭載される上記実装部品の搭載位置を補正し、
    上記実装ランドに印刷された半田上の補正された搭載位置に上記実装部品を搭載し、上記半田を加熱溶融して上記実装部品を上記実装用ランドに半田付けすることを特徴とする部品実装方法。
  5. 上記アライメント用ランドを、認識手段により明パターンとして認識させ、上記アライメントマークを、認識手段により暗パターンとして認識させることを特徴とする請求項４記載の部品実装方法。
  6. 上記プリント配線基板には、上記アライメント用ランド上の上記レジストを開口して更なるアライメントマークを形成し、
    この更なるアライメントマークにより、上記半田の印刷位置の補正することを特徴とする請求項４記載の部品実装方法。
  7. 表面にレジストが形成され、実装部品が実装される実装用ランドが上記レジストの開口部より外部に臨まされたプリント配線基板に上記実装部品を実装する前に、上記プリント配線基板に実装される上記実装部品の搭載位置を確認する搭載位置確認方法において、
    上記プリント配線基板には、更に、アライメント用ランドが形成されており、このアライメント用ランドには、上記レジストで周囲のレジストと独立した予備マークが形成され、
    上記実装用ランドに上記実装部品を仮止めするときに、上記予備マークにより、上記実装部品が仮止めされる位置を補正することを特徴とする搭載位置確認方法。
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