JP2011505075A

JP2011505075A - 印刷基板を製造するためのパネル化方法

Info

Publication number: JP2011505075A
Application number: JP2010535418A
Authority: JP
Inventors: キモパーナネン，
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2011-02-17
Also published as: FI20070910A0; CN101940076A; KR20100082032A; TW200934321A; EP2223580A4; WO2009068741A1; EP2223580A1; US20100263207A1

Abstract

【課題】印刷基板を製造するための新規でかつ改善されたパネル化方法を提供する。
【解決手段】本発明は、仮想パネルを用いて、少なくとも２つの印刷基板モジュールを結合して印刷基板パネルを生成する印刷基板モジュールの結合方法に関する。この印刷基板モジュールの結合方法では、位置決め用タグ部材とそのタグ相補部とを用い、位置決め用タグ部材と前記タグ相補部によって、印刷基板モジュールを印刷基板パネルの目標位置に整列させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、仮想パネルを用いることにより、少なくとも２つの印刷基板モジュールを結合して印刷基板パネルを形成する、印刷基板モジュールの結合方法に関する。

今日、電子機器の製造において印刷基板を使用することは極めて一般的である。１枚の印刷基板は、複数枚のブランク印刷基板、即ち複数の印刷基板モジュールから構成される場合もある。

個々の印刷基板モジュールを加工するのは、印刷基板の製造者にとっても、電子機器の製造者にとっても、面倒で時間のかかる作業である。そこで、複数の印刷基板モジュールを結合させて、１つの、所謂、印刷基板パネルとすることにより、製造能力を高める方向が一般的に指向されている。この場合、印刷基板の製造者は、印刷基板モジュールは切り出すものの、各印刷基板モジュール同士を結合させておくために、各印刷基板モジュール間にある基板素材、所謂、素材連結部（material neck）は残している。素材連結部によって結合された印刷基板モジュールの全体を、印刷基板パネルと呼んでいる。

電子機器の小型化と複雑化が進めば進むほど、電子部品の実装密度は高くなり、印刷基板の製造は困難となってくる。この結果、印刷基板パネル内の印刷基板モジュールが損傷を受けたり、或いは、印刷基板パネル内において、印刷基板モジュールの表面銅層間の基板素材の寸法のばらつきが過度に大きくなったりする可能性がでてくる。通常、この種の不良の印刷基板パネルは取り除かれるが、正常な印刷基板までもが同時に取り除かれることになるため、素材の無駄が非常に大きくなってしまう。つまり、印刷基板モジュールの欠陥によって、電子機器用印刷基板の量産能力と生産量が大きく減少する。

電子機器の生産高は、例えば、ペースト印刷工程が非常に困難となることによって減少する。何故なら、ペースト印刷用のステンシルは、通常、印刷基板パネル上の位置合わせ用マークの助けによって位置決めされるからである。しかしながら、印刷基板パネル内の個々の印刷基板モジュールの位置は、想定された位置と異なる可能性がある。
また、表面実装部品（ＳＭＤ：Surface Mounted Device）の加工工程における、所謂リフロー炉作業によっても、印刷基板パネル内の寸法のばらつきが発生する。印刷基板パネルの反対側に高精度の部品が積載される場合に、リフロー工程の影響は大きくなる。表面実装工程で設定される印刷基板パネルに対する寸法の要求によって、印刷基板パネルの最適サイズは小さくならざるを得ない。この結果、印刷基板パネル上の印刷基板モジュールの数は少なくなるため、電子機器の生産能力は低減する。

本発明は、印刷基板を製造するための新規でかつ改善されたパネル化方法を提供することを目的とする。

本発明の方法は、印刷基板パネルの目標とする位置に印刷基板モジュールを整列させる位置決め用タグ部材とタグ相補部とを用いて印刷基板モジュールを連結する、ことを特徴とするものである。

本発明の基本的な概念は、互いに精度良くぴったり合った位置決め用タグ部材とタグ相補部とを用いて複数の印刷基板モジュールを連結することであり、これによって、各印刷基板モジュールが、相互間で、また印刷基板パネルに対して、正確に位置合わせされる。
マシン・ビジョンの支援によって位置決め用タグ部材とタグ相補部の少なくとも一方を測定することにより、その形状と中心位置に関する正確な情報を取得し、この情報は、所謂、仮想パネルとしての補助データファイルを生成するのに利用される。
印刷基板パネル内の印刷基板モジュールは自由に選択することができるため、印刷基板パネルのアセンブリは、電気的に正常に機能し、かつ寸法が許容範囲内に収まっている印刷基板モジュールのみを利用することができる。

本発明は、印刷基板モジュール間における印刷基板パネルの表面銅層の寸法精度を向上させ、印刷基板パネル間における寸法のばらつきを減少させるという利点を有する。また、製造用の印刷基板パネルから不良の印刷基板モジュールを取り除き、印刷基板パネル内の印刷基板モジュールの数を増加させるという利点もある。
これらの改善により、従来に比べて、印刷基板の生産量と生産能力を大幅に増大させることが可能となる。また、本方法により、印刷基板モジュールの結合に必要な工程を最小限にすることができ、簡素な自動製造工程が実現できる。このことは、投資コストと生産量の関係が重要となる大量生産の観点から、特に有利である。

本発明の一実施形態の基本概念は、マシン・ビジョンによって、位置決め用タグ部材とタグ相補部の少なくとも一方の形状を測定することである。

本発明の第２の実施形態の基本概念は、マシン・ビジョンによって、位置決め用タグ部材とタグ相補部の少なくとも一方の中心点を測定することである。

本発明の第３の実施形態の基本概念は、位置決め用タグ部材とタグ相補部の少なくとも一方の中心点を決定するために、位置決め用タグ部材とタグ相補部の少なくとも一方とマシン・ビジョンの同一画面に表示される基準点を使用することである。

本発明の第４の実施形態の基本概念は、印刷基板モジュールを、その端部のそれぞれにおいて、２つ以上の位置決め用タグ部材によって印刷基板パネルに結合することである。

本発明の第５の実施形態の基本概念は、印刷基板モジュールを、その端部のそれぞれにおいて、１つの位置決め用タグ部材によって印刷基板パネルに結合することである。

本発明の第６の実施形態の基本概念は、印刷基板モジュールの結合に用いる連結部を形成すること、或いは、印刷基板とは異なる材料で位置決め用タグ部材を別途作成することである。

本発明に係るいくつかの実施形態は、以下の添付図面に、より一層具体的に記述される。
印刷基板パネルを模式的に示す図。図１の印刷基板モジュールの結合部の詳細を模式的に示す図。印刷基板モジュールの第２の結合部の詳細を模式的に示す。印刷基板モジュールの第３の結合部の詳細を模式的に示す図。

説明を判り易くするため、各図では、本発明の実施形態を簡略化して示している。また、各図において、同じ構成には同じ参照符号を付している。

図１は、印刷基板パネル１を示す図である。印刷基板パネル１は、２またはそれ以上の印刷基板モジュール２を具備している。図１は、３つの印刷基板モジュール２を図示している。それぞれの印刷基板モジュール２は１つの印刷基板パネルを形成するように結合されている。各印刷基板モジュール２は、電気的、寸法的に良好であることが既にわかっている印刷基板モジュールの中から選択するようにしても良く、これによって生産量や生産能力が改善される。
図１に示す実施形態では、各印刷基板モジュール２は、２つの所謂連結部(neck part)３によって結合されている。各印刷基板モジュール２は、遊びのない形状嵌合式固定手段(clearance-free shape-locking) によって連結部３に結合されている。この遊びのない形状嵌合式固定手段は、１つまたはそれ以上の位置決め用タグ部材(positioning tag)４と位置決め用タグ部材４のカウンタパートであるタグ相補部(counterpart)５とから構成される。図２−図４は、この遊びのない形状嵌合式固定手段を形成する代替方法を示している。

図２は、図１に示す印刷基板パネル１の詳細を示す図である。印刷基板パネル１に結合させるために、印刷基板モジュール２には、例えば機械加工された位置決め用タグ部材４が設けられている。位置決め用タグ部材４の形状は、その形状が、印刷基板モジュール２を印刷基板パネル１に一体化するための遊びのない形状嵌合式固定手段を形成することができさえすれば、図２に示す形状に対して大きく異なってもよい。
位置決め用タグ部材４は、図１に示すように、印刷基板モジュール２のそれぞれの端部に例えば２つ、即ち、印刷基板モジュール２の１つあたりに４つの位置決め用タグ部材４を設けてもよい。
さらにより多くの位置決め用タグ部材４を設けても良いが、この種の結合部では、各部の許容範囲内の寸法のばらつきによって、印刷基板パネル１に結合される印刷基板モジュール２の内部に応力が生じる可能性がある。そこで、印刷基板モジュール２の各端部に、２、またはそれ以上の位置決め用タグ部材４に換えて、１つの大きな位置決め用タグ部材４を使用することにより、このねじれ力を最小化してもよい。

図２は、印刷基板モジュール２の一端の表面銅層の上に設けた基準点６もさらに示している。基準点６は、位置合わせ用に特別に設けられた点でも、表面実装部品の接合のための所謂銅パッドでも良い。或いは、実際の使用目的に関係なく、位置決め用タグ部材４の近傍の適切な領域に設けられた、位置決め、位置合わせに適した他の点でも良い。基準点６と位置決め用タグ部材４とは、マシン・ビジョン・カメラの同一フレーム内に現れなければならず、基準点６の選択と配置は、この条件のみによって規定される。

印刷基板モジュール２の位置決め用タグ部材４の形状と、印刷基板モジュール２の端部の基準点６に関連付けられた位置決め用タグ部材４の中心位置とは、マシン・ビジョンによって測定される。ここで、マシン・ビジョンとは、典型的には、少なくとも、カメラ、コンピュータ、及びこのコンピュータ上で動作し、カメラのフレーム画像を自動的にデータに変換する画像処理プログラムを具備するシステムである。
この場合、まず、位置決め用タグ部材４の中心位置のＸ座標とＹ座標が、隣接する基準点６に関連付けて決定され、これらのデータによって、所謂、結合点座標系が生成される。さらに、位置決め用タグ部材４の形状が、タグ相補部５を機械加工するために、メモリに保存される。
他の実施形態では、位置決め用タグ部材４と基準点６との間の距離を決定するため、位置決め用タグ部材４の中心位置に換えて、位置決め用タグ部材４の外周形状を直接使用することもできる。上記に加えて、他の測定や決定を実施してもよい。
好ましくは、寸法精度の要求に応じた高解像度のカメラを使用すべきである。何故なら、実現可能な最も良好な寸法精度は、使用するカメラの解像度と、選択される画像領域の大きさに依存するからである。この場合、画像領域の大きさは、例えば、１２＊９ｍｍであり、カメラの解像度は、これに対応して６メガピクセル以上である。
画像領域と基準点は、位置決め用タグ部材４と基準点６とが同時に１つのフレームに入るように選択される。

複数の基準点６の間の複数の距離が測定され、これらから、所謂、モジュール座標系が求められる。この測定は、１台のカメラによって行われるが、２台以上のカメラを使用しても良い。複数の基準点６を測定することによって、例えば、印刷基板モジュール２の質量中心を求めることができ、所謂、仮想パネルの決定に使用できる。

仮想パネルは、目標とされる、図面に合致した印刷基板パネルに関して、測定された印刷基板モジュール２から提供されうる最良の全体像を表現するものである。
仮想パネルの結合点座標系とモジュール座標系を決定することに加えて、マシン・ビジョン・カメラを用いて、印刷基板モジュール２の表裏の表面銅層の間のオフセットを測定しても良い。この場合には、位置決め用タグ部材４に対する基準点６の位置は、印刷基板モジュール２の両面において独立に決定される。
この場合、１台、或いは複数のカメラで、印刷基板モジュール２の両面を順番に撮像して測定しても良い。或いは、複数のカメラを印刷基板モジュール２の両面にそれぞれ配置し、印刷基板モジュール２の両面を同時に撮像して測定しても良い。
この測定の際には、結合点座標系とモジュール座標系を決定するために用いたカメラと同じカメラを使用することが特に好ましい。また、これら座標系の決定のための測定と、オフセット測定とを同時に行うことがさらに好ましい。
オフセット（即ち、印刷基板モジュール２の表銅層面と裏銅層面の相互の入れ替え）は、印刷基板パネル１の両面を許容誤差範囲内に維持するため、各印刷基板モジュール２で、同じ大きさで同じ方向であるべきである。したがって、寸法精度の高い最終的な印刷基板パネル１を作成するためには、オフセットの測定は非常に重要である。

仮想パネル計算の結果は、タグ相補部５を機械加工して切り抜くための経路データとして用いられる。仮想パネルは、各種の計算モデルを使用して様々な方法で生成することができ、その目的は、印刷基板モジュール２の測定値から、最良の方法で、図面に合致した、目標とする印刷基板パネル１に対応する全体像を作成することである。仮想パネルは、例えば、結合点座標系とモジュール座標系の組み合わせ、印刷基板モジュール２の表面銅層に関するオフセット情報、及び位置決め用タグ部材４の形状情報等を用いて実現することができる。

仮想パネルが生成されると、各基準点６の図面上での対応点からの距離が等しくなるまで、モジュール座標系を平面状に、例えば質量中心回りに回転させることができる。もし、測定された実際の印刷基板モジュール２の他の面が同一でないとすると、印刷基板モジュール２の質量中心の座標と、印刷基板モジュール２の回転量を最適化する必要がある。また、もし、印刷基板モジュール２を回転させたにもかかわらず、各基準点６を許容誤差範囲内に収めることができない場合は、その印刷基板モジュール２を印刷基板パネル１から取り除く必要がある。また、反対面の表面銅層のオフセットが限度を超えているならば、通常、その印刷基板モジュール２は取り除かれねばならない。

各印刷基板モジュール２を結合する連結部３は、各印刷基板モジュール２の位置決め用タグ部材４の形状に対応するように、仮想パネルデータに基づいて機械加工され、タグ相補部５の中心点は、それぞれの位置決め用タグ部材４の中心点のＸ、Ｙ座用に基づいて決定される。この場合、連結部３には、各位置決め用タグ部材４に対する専用のタグ相補部５が設けられることになり、これらの位置決め用タグ部材４と連結部３によって、印刷基板モジュール２は印刷基板パネルの中に整列、位置決めされ、最良の印刷基盤パネルが実現される。

各印刷基板モジュール２は、測定と仮想パネル生成のため、通常、基板モジュールコンベアによって、マシン・ビジョン・ステーションに搬送される。測定が終了した印刷基板モジュール２は、好ましくは、短期間中間保存庫に運ばれる。短期間中間保存庫は、いわば、モジュールライブラリとして役立つものであり、ここから、可能な限りの最良の印刷基板パネル１を作成するために、最良最適な印刷基板モジュール２が選択される。
その後、印刷基板モジュール２は、組み立てステーションに搬送され、その場所で、印刷基板モジュール２と連結部３は配列され、互いに圧入される。この圧入によって、位置決め用タグ部材４とタグ相補部５は、印刷基板モジュール２を印刷基板パネル１内の目標位置に整列させる。
位置決め用タグ部材４と連結部３との結合には、遊びのない形状嵌合式固定手段が使用される。必要であれば、形状嵌合式固定手段の間に接着剤を使用しても良い。また、結合部にラッカーを塗布しても良いが、これは必ずしも必要ではない。
印刷基板モジュール２が最終的に完成すると、形状嵌合式固定手段はプレス加工によって除去され、位置決め用タグ部材４は、例えば切断加工によって、印刷基板モジュール２から取り除かれる。

図３は、位置決め用タグ部材４が連結部３に配置され、タグ相補部５と基準点６とが印刷基板モジュール２に配置される実施形態を示す図である。この実施形態でも、上述した方法と完全に対応する方法で、仮想パネルが決定され、各部の製造と組み立てが行われる。ただし、印刷基板モジュール２では、位置決め用タグ部材４ではなく、タグ相補部５の形状と中心位置が決定されることになる。そして、タグ相補部５の形状と中心位置のデータに基づいて、座標系が生成され、また、連結部３の位置決め用タグ部材４が機械加工される。
この実施形態においては、印刷基板モジュール２が完成した後に、形状嵌合式固定手段が取り外されると、印刷基板モジュール２を機械加工する必要がない。なぜなら、印刷基板モジュール２には切り取るべき位置決め用タグ部材４が無いからである。この実施形態では、形状嵌合式固定手段の取り外しは加圧によって行われるため、塵埃が発生せず、また時間もかからずコストも低くできる。つまり、製造工程中の、所謂、パネル解体工程において、特に有利である。

図４は、印刷基板モジュール２を結合するための、分離された連結部３を使用することのない実施形態を示す図である。連結部３に換えて、各印刷基板モジュール２には、端部７が設けられている。そして、こんどはこの端部７の中に機械加工されたタグ相補部５と、基準点６が設けられている。この実施形態では、位置決め用タグ部材４は分離片として形成されている。この分離片（位置決め用タグ部材４）は、隣接する印刷基板モジュール２のタグ相補部５の形状に対応して機械加工される。
印刷基板パネルが完成すると、端部７は、例えば切断加工によって、印刷基板モジュール２から除去される。それ以外の点では、仮想パネルの決定や、各部の製造、組み立ては、図２に関して説明した方法と同じ方法によって行われる。

本願に開示された方法によって、印刷基板パネル１内の表面銅層の位置・寸法精度を、隣接するモジュール間において、また、印刷基板パネル１内の基準点６に対する関係においても、改善することができる。また、良好であると確認された印刷基板モジュールのみを用いて印刷基板パネルを生成するため、製造プロセスの生産高を改善することができる。
また、モジュール間を結合する連結部３や、分離した位置決め用タグ部材４では、印刷基板モジュール２の材料とは異なる材料を使用することができる。この材料は、常温まで冷却するとき、印刷基板モジュール２の材料よりも、その形状がより良好に回復する材料、例えば金属、であることが好ましい。これにより、表面実装部品（ＳＭＤ）をリフロー炉処理した後の印刷基板パネル１の寸法精度を改善することができる。
さらに、モジュール間を結合する連結部３や、分離した位置決め用タグ部材４では、印刷基板モジュール２の材料として通常使用されるＦＲ４よりも価格の安い材料、例えばＦＲ２、を使用することができる。

本願に開示された特徴は、他の特徴にかかわらず、そのまま使用できる場合もある。一方、本願に開示された特徴は、必要に応じて各種の組み合わせを提供するために組み合わせても良い。

図面、およびこれに関連する記述は、本発明の概念を説明する目的のみを意図するものであり、本発明の詳細は、特許請求の範囲内において、異なっても良い。

Claims

仮想パネルを用いて、少なくとも２つの印刷基板モジュール（２）を結合して印刷基板パネル（１）を生成する印刷基板モジュールの結合方法において、
位置決め用タグ部材（４）とそのタグ相補部（５）とを用いて、前記印刷基板モジュール（２）を相互結合し、
前記位置決め用タグ部材（４）と前記タグ相補部（５）は、前記印刷基板モジュール（２）を、前記印刷基板パネル（１）の目標位置に整列させて結合させるように、形成される、
ことを特徴とする印刷基板モジュールの結合方法。
位置決め用タグ部材（４）、またはそのタグ相補部（５）の少なくとも形状を、マシン・ビジョンを用いて測定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の印刷基板モジュールの結合方法。
位置決め用タグ部材（４）、またはそのタグ相補部（５）の少なくとも中心位置を、マシン・ビジョンを用いて測定する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の印刷基板モジュールの結合方法。
前記位置決め用タグ部材（４）または前記タグ相補部（５）の中心位置、或いは、前記位置決め用タグ部材（４）または前記タグ相補部（５）外周形状を決定するときに基準点（６）を使用し、この基準点（６）は、前記位置決め用タグ部材（４）または前記タグ相補部（５）と前記マシン・ビジョンの同じフレームに収まる、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の印刷基板モジュールの結合方法。
前記各印刷基板モジュール（２）は、その夫々の端部において、少なくとも２つの位置決め用タグ部材（４）によって前記印刷基板パネル（１）に結合される、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の印刷基板モジュールの結合方法。
前記各印刷基板モジュール（２）は、その夫々の端部において、１つの位置決め用タグ部材（４）によって前記印刷基板パネル（１）に結合される、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の印刷基板モジュールの結合方法。
前記印刷基板モジュール（２）の結合に使用される前記連結部（３）、または、前記印刷基板モジュール（２）の結合に使用され前記印刷基板モジュール（２）と分離された位置決め用タグ部材（４）は、前記印刷基板モジュール（２）の材料以外の材料から生成される、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の印刷基板モジュールの結合方法。
前記印刷基板モジュール（２）の結合に使用される前記連結部（３）、または、前記印刷基板モジュール（２）の結合に使用され前記印刷基板モジュール（２）と分離された位置決め用タグ部材（４）は、常温まで冷却するとき、印刷基板モジュール（２）の材料よりも、その形状がより良好に回復する材料、例えば金属、から生成される、
ことを特徴とする請求項７に記載の印刷基板モジュールの結合方法。
前記印刷基板モジュール（２）の結合に使用される前記連結部（３）、または、前記印刷基板モジュール（２）の結合に使用され前記印刷基板モジュール（２）と分離された位置決め用タグ部材（４）は、印刷基板モジュール（２）の材料よりも価格の安い、ＦＲ２のような材料から生成される、
ことを特徴とする請求項７に記載の印刷基板モジュールの結合方法。