JP2008258631A - 可撓性材料の付着方法 - Google Patents

可撓性材料の付着方法 Download PDF

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Abstract

【課題】基板と可撓性材料を高精度で位置合わせして付着させる方法を提供すること。
【解決手段】複数のマークが設けられている可撓性材料を、そのマークに対応するマークが設けられている基板に付着させる付着方法において、可撓性材料のイメージデータを獲得する段階と、基板のイメージデータを獲得する段階と、その基板のマーク間を結ぶ少なくとも1本の線と、その線に対応する可撓性材料のマーク間を結ぶ線との誤差角を算出する段階と、その誤差角を用いて計算された角度だけ可撓性材料か基板を回転させる段階と、基板のマークとこれらに対応する可撓性材料のマーク間の少なくとも一つの変位を算出する段階と、その算出された変位を用いて可撓性材料か基板を移動させる段階と、を含む付着方法を提供する。
【選択図】図8

Description

本発明は、可撓性材料の付着方法に係り、より詳しくは、基板のパターンなどを保護するための各種可撓性材料を基板に付着させる可撓性材料の付着方法に関する。
PCB(printed circuit board)やFPCB(Flexible printed circuit board)などの基板には、回路を構成する導電性パターンがプリントされている。基板の製造工程および使用中にパターンを保護するために、ポリイミドフィルム(polyimide film)などのカバーレイを基板の表面に付着させており、電子部品が実装されるべき基板の部位にはカバーレイを付着させていない。カバーレイの一面には粘着剤(adhesive)が塗布されている。この粘着剤は、熱が加えられると、溶けて基板の表面に付着する。カバーレイの粘着剤は、離型紙によって保護されており、カバーレイ、粘着剤および離型紙からなるカバーレイシート(coverlay sheet)はロールに巻かれている。一方、カバーレイは、基板以外にも半導体のリードを保護するために付着させる。
本発明は、例えばカバーレイなどの可撓性材料を基板などに付着させる方法に関する。このような基板と可撓性材料とを付着させるに当っては、基板と可撓性材料とのパターンが一致するように正確に高精度で整合させて付着させることが重要である。
そこで、本発明は、上述した従来の技術の問題点を解決するためのもので、その目的とするところは、基板と可撓性材料とを高精度で整合させて付着させる方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、複数のマークが設けられている可撓性材料を、この可撓性材料のマークに対応するマークが設けられている基板に付着させる可撓性材料付着方法において、(a)前記可撓性材料のイメージデータを獲得する段階と、(b)前記基板のイメージデータを獲得する段階と、(c)前記基板のマーク間を結ぶ少なくとも1本の線と、前記基板の線に対応する前記可撓性材料のマーク間を結ぶ線との誤差角を算出する誤差角算出段階と、(d)前記誤差角を用いて計算された角度だけ前記可撓性材料と前記基板のうち少なくとも一つを回転させる誤差角補正段階と、(e)前記誤差角補正段階を行った後、前記基板のマークとこれらに対応する前記可撓性材料のマーク間の少なくとも一つの変位を算出する変位算出段階と、(f)前記変位算出段階で得られた前記変位を用いて計算された値だけ前記可撓性材料と前記基板のうち少なくとも一つを移動させる誤差変位補正段階とを含む、可撓性材料の付着方法を提供する。
上述したように、本発明に係る可撓性材料の付着方法によれば、基板と可撓性材料とのパターンを正確に整合させて高精度で付着させることにより、不良率を減少させ且つ生産性を大きく向上させることができるという効果がある。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
まず、図1を参照して、本発明に係る可撓性材料の付着方法を実施するための可撓性材料の付着装置100を説明する。前記可撓性材料の付着装置100は、PCBやFPCBなどの様々な基板10に、例えばカバーレイ、フィルム、シートなどの多様な可撓性材料20を付着させる。可撓性材料20の裏面に粘着剤22が塗布されている。この粘着剤22は、熱が加えられると、溶けて基板20の表面に付着する。
本実施例では、図3および図4に示すように、基板10と可撓性材料20の製品パターンの周りにそれぞれ4つのマークが設けられている場合を例として説明する。
図3に示されてように、基板10の中央を基準として四方に第1マーク〜第4マークM〜Mが配置されている。対角線方向に配置された第1マークMと第3マークMとを結ぶ線が第1軸線Lとなり、第1軸線Lに交差する、対角線方向に配置された第2マークMと第4マークMとを結ぶ線が第2軸線Lとなる。基板10の第1マーク〜第4マークM〜Mは、基板10の表面にプリントされるか、或いは孔として設けられる。
図4に示されているように、可撓性材料20には、基板10の第1マーク〜第4マークM〜Mと整合させて基板10上に可撓性材料20を接合し得るように第5マーク〜第8マークM〜Mが設けられている。対角線方向に配置された第5マークMと第7マークMとを結ぶ線が第3軸線Lとなり、第3軸線Lに交差する、対角線方向に配置された第6マークMと第8マークMとを結ぶ線が第4軸線Lとなる。可撓性材料20の第5マーク〜第8マークM〜Mは孔として設けられてもよい。
図1および図2を参照すると、可撓性材料の付着装置100は、基板10を固定する固定手段として、真空テーブル110、および基板10上に可撓性材料20を運搬して付着させるロボット120を備える。ロボット120は、可撓性材料20を真空ヘッド(vacuum head)122によって吸着してX軸方向、Y軸方向、Z軸方向にそれぞれ直線往復運動し、Z軸方向の中心軸により回転運動するように構成されている。真空テーブル110の内側には基板10の加熱のために第1ヒーター130が取り付けられており、真空ヘッド122の内側には可撓性材料20の加熱のために第2ヒーター140が取り付けられている。
図2を参照すると、可撓性材料の付着装置100は、基板10の第1マーク〜第4マークM〜Mと可撓性材料20の第5マーク〜第8マークM〜Mのイメージデータを獲得してロボット120を制御するイメージ処理装置150を備える。イメージ処理装置150は、真空テーブル110に吸着されている基板10のイメージを獲得してイメージデータを出力する第1カメラ152と、ロボット120に吸着されている可撓性材料20のイメージを獲得してイメージデータを出力する第2カメラ154と、第1カメラ152および第2カメラ154から入力される基板10のイメージデータおよび可撓性材料20のイメージデータをプログラムによって処理し、基板10の第1マーク〜第4マークM〜Mと可撓性材料20の第5マーク〜第8マークM〜Mとを整合させて付着させることができるようにロボット120の作動を制御するコンピュータ156とから構成されている。コンピュータ156は、基板10と可撓性材料20のイメージデータをモニター158などの表示装置を介して表示する。ロボット120の作動は、コンピュータ156に接続されているコントローラによって制御できる。
以下、上述した可撓性材料の付着装置100を用いて基板に可撓性材料を付着させる本発明に係る可撓性材料の付着方法について、図8を参照して説明する。
第2カメラ154は、ロボット120にホールドされている可撓性材料20のイメージデータを獲得して出力し、コンピュータ156は、第2カメラ154から入力される可撓性材料20のイメージデータを処理して第5マーク〜第8マークM〜Mそれぞれの座標値を算出する。
真空テーブル110の上面に基板10がロードされると、第1カメラ152は、基板10のイメージを獲得してイメージデータを出力し、コンピュータ156は、第1カメラ152から入力される基板10のイメージデータを処理して第1マーク〜第4マークM〜Mそれぞれの座標値を算出する。
次いで、コンピュータ156は、前記獲得された基板10と可撓性材料20のイメージデータを処理して基板と可撓性材料との大きさの誤差を計算する大きさ誤差検査段階(S100)を行う。
すなわち、コンピュータ156は、第1マーク〜第8マークM〜Mの座標値を処理して第1マーク〜第4マークM〜Mの順序に従って第1マーク〜第4マークM〜M間の第1距離〜第4距離D〜Dと、第5マーク〜第8マークM〜Mの順序に従って第5マーク〜第8マークM〜M間の第5距離〜第8距離D〜Dを算出する。
コンピュータ156は、第1距離〜第4距離D〜Dと第5距離〜第8距離D〜Dが許容誤差を満足するかを判断する(S102)。
コンピュータ156は、第1距離〜第4距離D〜Dと第5距離〜第8距離D〜Dが許容誤差を満足しなければ、第1ヒーター130および第2ヒーター140の作動を制御して基板10と可撓性材料20のうちいずれか一つを加熱し、或いは基板10と可撓性材料20それぞれを同時に加熱することにより、基板10と可撓性材料20との大きさの誤差を減少させる加熱段階(S104)を行う。第1ヒーター130および第2ヒーター140の作動によって基板10と可撓性材料20を加熱した後、さらに基板10と可撓性材料20のイメージデータを獲得する段階に復帰する。
基板10と可撓性材料20は、温度、湿度、張力などの影響によって伸縮する可能性がある。このような場合、基板10の第1マーク〜第4マークM〜Mと可撓性材料20の第5マーク〜第8マークM〜Mそれぞれに位置誤差が発生するおそれがある。
基板10と可撓性材料20の伸縮性および位置誤差によって、第1マーク〜第4マークM〜Mに第5マーク〜第8マークM〜Mそれぞれを許容誤差の範囲内で整合することができない場合が発生する。例えば、第1マークMと第4マークM間の第4距離Dが200mmであり、第5マークMと第8マークM間の第8距離Dが196mmである場合、第1マークMと第5マークMとが整合するように基板10と可撓性材料20は接合することができるが、第4マークMと第8マークMは許容誤差の範囲内で整合させることができない。
真空テーブル110の上面に基板10が吸着されている状態で第1ヒーター130が作動すると、第1ヒーター130の熱を加えられる基板10は熱膨張する。ロボット120の真空ヘッド122に可撓性材料20が吸着されている状態で第2ヒーター140が作動すると、第2ヒーター140の熱を伝達された可撓性材料20は熱膨張する。このような基板10と可撓性材料20の熱膨張によって、第1マーク〜第4マークM〜Mの座標値に第5マーク〜第8マークM〜Mの座標値が一致し或いは許容誤差の範囲以内に調節できる。したがって、基板10上に可撓性材料20を正確に付着させることができる。前記大きさ誤差計算段階(S100)〜加熱段階(S104)は、基板10と可撓性材料20の伸縮性、精密性などを考慮して省略可能である。
一方、基板10と可撓性材料20の加熱は、基板10と可撓性材料20の寸法と熱変形率を考慮した第1ヒーター130および第2ヒーター140の作動による予備加熱によって実施できる。
すなわち、大きさ誤差計算段階を数回行い、基板10と可撓性材料20を加熱する温度が把握されると、以後の作業からは大きさ誤差計算段階(S100)を一々行うことなく、前で把握された温度で真空テーブル110と真空ヘッド122をそれぞれ予備加熱して可撓性材料20を基板10に付着させる作業を繰り返し行う方法で、本発明に係る可撓性材料の付着方法を行うこともできる。
以下、基板10に対して可撓性材料20を整列してそれぞれのマークが正確に一致するように付着させる方法について説明する。
まず、第2カメラ154を用いて可撓性材料20のイメージデータを獲得する段階((a)段階、S106)と、第1カメラ152を用いて基板10のイメージデータを獲得する段階((b)段階、S108)をそれぞれ行う。
その後、基板10のマークM〜M間を結ぶ軸線L、Lと、この軸線L、Lに対応する可撓性材料20のマークM〜M間を結ぶ軸線L、Lとの誤差角を算出する誤差角算出段階((c)段階、S110)を行う。
すなわち、図5を参照すると、コンピュータ156は、第1マーク〜第8マークM〜Mの座標値を処理し、基板10の中央を通過して第1マークMと第3マークMとを結ぶ第1軸線Lと、可撓性材料20の中央を通過して第5マークMと第7マークMとを結ぶ第3軸線L3とが成す第1角度θを算出する。また、第2マークMと第4マークMとを結ぶ第2軸線Lと、第6マークMと第8マークMとを結ぶ第4軸線Lとが成す第2角度θを算出する。コンピュータ156は、第1角度θと第2角度θの平均値(θ+θ)/2を算出する((c)段階、S110)。第1角度θが6.1°であり、第2角度θが3.8°である場合、平均値は4.95°となる。
次に、誤差角を用いて計算された角度だけ可撓性材料20と基板10のうち少なくとも一つを回転させる誤差角補正段階((d)段階、S112)を行う。
図6を参照すると、コンピュータ156は、ロボット120の作動を制御して第1角度θと第2角度θの平均値(θ+θ)/2に対する負方向の回転角度値−((θ+θ)/2)で可撓性材料20を回転させる。第1角度θが6.1°であり、第2角度θが3.8°である場合、回転角度値は−4.95°となる。可撓性材料20の回転後、第1角度θ’は1.15°、第2角度θ’は1.15°となる。
図6に示されているように、誤差角補正段階((d)段階、S112)が完了すると、回転後の第5マーク〜第8マークM’〜M’それぞれの座標値は第1マーク〜第4マークM〜Mそれぞれの座標値に対してX軸変位軸とY軸変位値を持つ。
このようなX軸変位値とY軸変位値を正すために、コンピュータ156を用いて基板10のマークとこれに対応する可撓性材料20のマーク間の変位を算出する変位算出段階((e)段階、S114)を行う。すなわち、コンピュータ156は回転後の第5マーク〜第8マークM’〜M’それぞれのX軸変位値とY軸変位値を算出する((e)段階、S114)。
このような変位算出段階((e)段階、S114)は、誤差角補正段階((d)段階、S112)を行った後、第1カメラ152と第2カメラ154を用いて基板10と可撓性材料20のイメージをさらに獲得して変位を算出する方法で行うこともでき、前記(a)段階(S106)と(b)段階(S108)を行って得られた可撓性材料10と基板20のイメージから、誤差角算出段階((c)段階、S110)で算出された誤差角だけ回転した後の変位をコンピュータ156を用いて計算して算出する方法で行うこともできる。
次に、変位算出段階((e)段階、S114)を行って得られた変位値を用いて計算された値だけ前記可撓性材料と基板のうち少なくとも一つを移動させる誤差変位補正段階((f)段階、S116)を行う。
本実施例では、X軸変位値とY軸変位値それぞれの最大値と最小値の平均値だけ可撓性材料20を移動させる場合を例として説明する。
すなわち、第5マーク〜第8マークM’〜M’それぞれのX軸変位値とY軸変位軸のうちX軸最大値XMax、X軸最小値XMin、Y軸最大値YMaxおよびY軸最小値YMinを算出する。コンピュータ156は、X軸最大値XMaxとX軸最小値XMinの平均値(XMax+XMin)/2を算出し、Y軸最大値YMaxとY軸最小値YMinの平均値(YMax+YMin)/2を算出する。
図7を参照すると、X軸平均値(XMax+XMin)/2とY軸平均値(YMax+YMin)/2が算出されると、コンピュータ156は、ロボット120の作動を制御してX軸平均値(XMax+XMin)/2に対する負方向のX軸移動値−((XMax+XMin)/2)とY軸平均値(YMax+YMin)/2に対する負方向のY軸移動値−((YMax+YMin)/2)に可撓性材料20を移動させる((f)段階、S116)。
最後に、コンピュータ156は、ロボット120の作動を制御して基板10上に可撓性材料20を付着させる。
Figure 2008258631
表1に示すように、可撓性材料20の回転後、X軸最大値XMaxが2.22mmであり、X軸最小値XMinが−1.22mmである場合、X軸平均値(XMax+XMin)/2は0.5mmとなる。可撓性材料20の回転後、Y軸最大値YMaxが2.26mmであり、Y軸最小値YMinが−1.58mmである場合、Y軸平均値(YMax+YMin)/2は0.34mmとなる。
図6および図7に示されているように、可撓性材料20がX軸とY軸方向にそれぞれ−0.5mmと−0.34mm移動すると、第1マーク〜第4マークM〜Mそれぞれの座標値に対する移動後の第5マーク〜第8マークM”〜M”のX軸およびY軸変位値は、X軸最大値1.72mm、X軸最小値1.37mm、Y軸最大値1.92mm、Y軸最小値1.18mmとなる。したがって、移動後の第5マーク〜第8マークM”〜M”のX軸およびY軸変位値は、回転後の第5マーク〜第8マークM’〜M’のX軸およびY軸変位値に比べて全体的に偏差が大きく減少したことが分かる。そして、移動後の第1角度および第2角度θ”、θ”は、回転後の第1角度および第2角度θ’、θ’と同じ又はほぼ変動がない。このように基板10の第1マーク〜第4マークM〜Mと可撓性材料20の第5マーク〜第8マークM〜Mそれぞれの4点を認識した後、認識される4点を基準として可撓性材料20の回転と移動によって基板10上に可撓性材料20を正確に付着させることができる。
以上、本発明に係る可撓性材料の付着方法を好適な実施例を挙げて説明したが、本発明の権利範囲は前述した図示の方法に限定されるものではない。
例えば基板と可撓性材料の製品パターンに4個のマークが設けられている場合を例として説明したが、2個、6個など、多様な個数のマークが設けられている場合にも本発明の可撓性材料の付着方法を適用することができる。
また、前記誤差変位補正段階((f)段階、S116)を行うにおいて、X軸変位の最大値と最小値の平均値だけ負方向に可撓性材料を動かし、Y軸変位の最大値と最小値の平均値だけ負方向に可撓性材料を動かすと説明したが、X軸変位の平均値だけ負方向に可撓性材料を動かし、Y軸変位の平均値だけ負方向に可撓性材料を動かす方法で誤差変位補正段階を行うことも可能である。また、可撓性材料を動かさず基板を動かす方法で誤差変位補正段階を行うことも可能である。
また、前記大きさ誤差計算段階(S100)を行うにおいて、基板のマーク間の距離とこれに対応する可撓性材料のマーク間の距離とを比較する方法で大きさ誤差を計算すると説明したが、他の多様な方法で大きさの誤差を計算することが可能である。例えば、基板のイメージデータと可撓性材料のイメージデータをコンピュータで処理し、前記誤差角補正段階で説明した方法と類似の方法で仮想的に基板に対して可撓性材料を回転させて各マーク間の変位を計算した後、その変位値から、基板または可撓性材料を加熱する温度を算出することができる。また、角度または変位を補正していないまま、基板に対して可撓性材料を試験的に付着させてみた後、基板に可撓性材料が付着している状態で基板と可撓性材料の対応するマーク間の変位を算出して基板と可撓性材料との大きさの誤差を計算することもできる。場合によっては、基板と可撓性材料における、それぞれ3つ以上のマークによって取り囲まれる面積を計算し、基板と可撓性材料の大きさを比較することもできる。
本発明に係る可撓性材料の付着方法を実施するための可撓性材料付着装置の構成を概略的に示す正面図である。 図1に示した可撓性材料の付着装置を制御するためのイメージ処理装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係る可撓性材料の付着方法が適用される基板の一例を示す平面図である。 本発明に係る可撓性材料の付着方法が適用される可撓性材料の一例を示す平面図である。 本発明に係る可撓性材料の付着方法によって基板に可撓性材料を付着させる過程を説明するための図である。 本発明に係る可撓性材料の付着方法によって基板に可撓性材料を付着させる過程を説明するための図である。 本発明に係る可撓性材料の付着方法によって基板に可撓性材料を付着させる過程を説明するための図である。 本発明に係る可撓性材料の付着方法の一実施例を説明するためのフローチャートである。
符号の説明
10 基板
20 可撓性材料
22 粘着材
100 可撓性材料の付着装置
110 真空テーブル
120 ロボット
122 真空ヘッド
130 第1ヒーター
140 第2ヒーター
150 イメージ処理装置
152 第1カメラ
154 第2カメラ
156 コンピュータ
158 モニター
第1マーク
第2マーク
第3マーク
第4マーク
第5マーク
第6マーク
第7マーク
第8マーク
第1距離
第2距離
第3距離
第4距離
第5距離
第6距離
第7距離
第8距離
第1軸線
第2軸線
第3軸線
第4軸線

Claims (6)

  1. 複数のマークが設けられている可撓性材料を、この可撓性材料のマークに対応するマークが設けられている基板に付着させる可撓性材料付着方法において、
    (a)前記可撓性材料のイメージデータを獲得する段階と、
    (b)前記基板のイメージデータを獲得する段階と、
    (c)前記基板のマーク間を結ぶ少なくとも1本の線と、前記基板の線に対応する前記可撓性材料のマーク間を結ぶ線との誤差角を算出する誤差角算出段階と、
    (d)前記誤差角を用いて計算された角度だけ前記可撓性材料と基板のうち少なくとも一つを回転させる誤差角補正段階と、
    (e)前記基板のマークとこれらに対応する前記可撓性材料のマーク間の少なくとも一つの変位を算出する変位算出段階と、
    (f)前記変位算出段階で得られた前記変位を用いて計算された値だけ前記可撓性材料と前記基板のうち少なくとも一つを移動させる誤差変位補正段階とを含むことを特徴とする、可撓性材料の付着方法。
  2. 前記(a)段階〜(f)段階を行う前に、前記基板と前記可撓性材料のうち少なくとも一つを加熱して膨張させることにより、前記基板と前記可撓性材料との大きさの誤差を減少させる加熱段階を行うことを特徴とする、請求項1に記載の可撓性材料の付着方法。
  3. 前記加熱段階を行う前に、前記基板と前記可撓性材料のイメージデータを獲得して前記基板と前記可撓性材料との大きさの誤差を計算する大きさ誤差計算段階を行い、
    前記大きさの誤差を減少させるように前記加熱段階を行うことを特徴とする、請求項2に記載の可撓性材料の付着方法。
  4. 前記誤差角補正段階は、前記誤差角の平均値を計算し、その平均値に対する負方向の回転角度値で前記可撓性材料と前記基板のうちいずれか一つを回転させることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の可撓性材料の付着方法。
  5. 前記誤差変位補正段階は、
    それぞれX軸変位の最大値と最小値の平均値だけ負方向に前記可撓性材料と前記基板のうちいずれか一つを移動させ、
    それぞれY軸変位の最大値と最小値の平均値だけ負方向に前記可撓性材料と前記基板のうちいずれか一つを移動させることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の可撓性材料の付着方法。
  6. 前記誤差変位補正段階は、
    それぞれX軸変位の平均値だけ負方向に前記可撓性材料と前記基板のうちいずれか一つを移動させ、
    それぞれY軸変位の平均値だけ負方向に前記可撓性材料と前記基板のうちいずれか一つを移動させることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の可撓性材料の付着方法。
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