JP2013021236A - 溶着力評価装置、溶着力評価方法、及びそのコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】多層配線板のずれが、仮溶着の溶着力不足に起因するものであるか否かを判別可能とする。
【解決手段】多層配線板を構成する各配線板２０１ａ、２０１ｂには、複数のマークが設けられている。仮溶着後、本溶着の前と後に、複数のマークの位置を測定し、本溶着前後のマークの位置ずれを求める。本溶着前後のマークの位置ずれが所定レベル以上で（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、ほぼ等量で同一方向の場合（ステップＳ９；Ｙｅｓ）に、仮溶着の溶着力が不足していると判別し、仮溶着力を増大する（ステップＳ１０）。
【選択図】図５

Description

本発明は、溶着力評価装置、溶着力評価方法、及びそのコンピュータプログラムに関する。

ＩＣチップ、抵抗、コンデンサ等の電子部品を実装する配線板は、電子部品の小型化・高密度実装化に伴い、多層化されて使用されることが多い。多層配線板は、配線パターンが形成された配線板とプリプレグとを順次積層し、加熱加圧してプリプレグを硬化させ、これらを一体化することにより製造される。

各配線板の配線パターンは、それぞれ対応する位置に配置されている必要がある。そのため、特許文献１に開示されているように、各配線板を位置合わせして積層した後、予め配線板とプリプレグの外周を部分的に溶着して仮固定を行って位置ずれを防止した後、全体の本溶着を行っている。

特開２００４−３３５５４４号公報

各配線板の外周にはアライメントマークが設けられており、アライメントマークを調芯用カメラにて読み取ることで、各配線板の位置合わせを行う。その後、各配線板の仮固定、本溶着が行われる。しかし、本溶着後の多層配線板において、各配線板の位置、つまり各配線板のアライメントマークの位置にずれが生じている場合がある。その原因として、仮溶着の溶着力不足に起因するものと、配線板自体に起因するものが考えられる。

しかし、従来の溶着力評価装置や溶着力評価方法では、配線板の位置ずれを検出することしかできず、ずれの原因が、仮溶着の溶着力不足に起因するものであるか、配線板自体に起因するものであるか、を判断することは困難であった。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、配線板のずれが、仮溶着の溶着力不足に起因するものであるか否かを判断することができる溶着力評価装置、溶着力評価方法、及びそのコンピュータプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る溶着力評価装置は、
複数の配線板とプリプレグとが積層された多層配線板を仮溶着し、その後、本溶着を行う溶着装置の溶着力評価装置であって、
各配線板には、位置測定用の複数のマークが設けられており、
本溶着前と本溶着後の前記複数のマークの位置を計測する計測手段と、
前記計測手段により計測された本溶着前後の各マークの位置を照合し、位置ずれを判別する位置ずれ判別手段と、
前記位置ずれ判別手段によって判別された位置ずれに基づいて仮溶着を評価する評価手段と、を備える。

例えば、前記位置ずれ判別手段は、前記マークの本溶着前後の位置ずれの方向と大きさを判別し、
前記評価手段は、前記位置ずれ判別手段によって判別された位置ずれの方向と大きさに基づいて仮溶着を評価する。

前記評価手段は、例えば、前記マークの位置ずれが、同一の方向、同一の大きさであると判別した場合に、仮溶着の溶着力が不十分であると評価する。

上記目的を達成するため、本発明に係る溶着力評価方法は、
複数のマークが設けられている複数の配線板とプリプレグとが積層され、仮溶着後本溶着された配線板の仮溶着を評価する溶着力評価方法であって、
仮溶着後、本溶着前に、前記複数のマークの位置を計測する工程と、
本溶着後、前記複数のマークの位置を計測する工程と、
本溶着前と本溶着後の前記複数のマークの位置を照合し、位置のずれを判別する判別工程と、
前記判別工程において判別された位置のずれに基づいて仮溶着を評価する評価工程と、を有することを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るコンピュータプログラムは、
コンピュータに、
複数のマークが設けられている複数の配線板の仮溶着後、本溶着前に、前記複数のマークの位置を計測するための処理と、
本溶着後、前記複数のマークの位置を計測ための処理と、
本溶着前と本溶着後の前記複数のマークの位置を照合し、位置のずれを判別する処理と、
判別された位置のずれに基づいて仮溶着を評価する処理と、を実行させる。

本発明によれば、仮溶着後、本溶着の前と後にマークの位置を計測、及び比較することによって、多層配線板を構成する配線板の位置ずれに基づいて仮溶着を評価することができ、例えば、位置ずれが仮溶着の溶着力不足に起因するものであるか否かを判断すること等も可能となる。

本発明の実施の形態に係る溶着システムの概略全体図である。 図１に示す仮溶着部の機構を示す断面図である。 図２に示す検査部機の構成を示す側面図である。 仮溶着前の多層配線板を示す概略図である。 溶着及び評価手順を示す工程図である。 （ａ）と（ｂ）は、それぞれ、本溶着前後の配線板上のマークの位置を重ねて示す図であり、（ａ）は位置ずれがほぼ存在しない配線板の例を示す図、（ｂ）は、全てのマークについて位置ずれがほぼ等力同一方向に発生した配線板の例を示す図である。 （ａ）と（ｂ）は、それぞれ、本溶着前後の配線板上のマークの位置を重ねて示す図であり、位置ずれが発生しているが、ずれ量と方向が場所によって異なっている配線板の例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態にかかる溶着力評価能力を備える溶着システム１００を説明する。
前提として溶着システム１００によって溶着され且つ溶着力評価の対象となる多層配線板２００について説明する。

多層配線板２００は、図４に示すように、プリプレグ２０２を間に挟んで配線板２０１ａと２０１ｂを積層して形成されたものである。各配線板２０１ａと２０１ｂの両面には、配線パターンが形成されている。プリプレグ２０２は、板状の絶縁性層間接着剤であり、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が含浸されたガラス繊維等から構成される。なお、多層配線板２００は、溶着システム１００による溶着前には各配線板２０１ａ，２０１ｂとプリプレグ２０２とが積層されているだけであり、相互に固定・固着されてはいない。

各配線板２０１ａ，２０１ｂの両面には、アライメントマーク２１１、４隅評価マーク２１２、溶着位置評価マーク２１３がそれぞれ設けられている。アライメントマーク２１１は、各配線板２０１ａ，２０１ｂの外周部に２カ所ずつ、両面計４カ所設けられている。４隅評価マーク２１２は各配線板２０１ａ，２０１ｂの４隅に１つずつ設けられている。溶着位置評価マーク２１３は、後述する溶着ヘッド部３２の溶着面３２１ａ，３２２ａと各配線板２０１ａ，２０１ｂとが接する位置に設けられている。

アライメントマーク２１１、４隅評価マーク２１２、溶着位置評価マーク２１３は、それぞれ設けられている面によって区別できるように形状・サイズが設定されている。

次に、本実施の形態にかかる溶着システム１００について図面を参照して説明する。
溶着システム１００は、図１に示すように、搬送部２と、仮溶着部３と、検査部４と、本溶着部５と、評価部６と、制御部７とから構成されている。

搬送部２は、Ｘ方向に伸びる一対のガイドレール２１ａ，２１ｂと、搬送台２２とを備え、搬送台２２は、フレーム状に形成され、多層配線板２００の周縁部を載置する。搬送台２２は、制御部７によって制御される駆動機構により駆動され、ガイドレール２１ａ，２１ｂに沿って移動し、多層配線板２００を、載置位置２３，仮溶着部３、検査部４、待機位置２４の順に搬送する。なお、ガイドレール２１ａ，２１ｂの伸びる方向をＸ方向、Ｘ方向に垂直で水平な方向をＹ方向、鉛直方向をＺ方向とする。
搬送部２は、さらに、検査部４で検査された多層配線板２００を本溶着部５に搬送し、本溶着部５により本溶着された多層配線板２００を評価部６に搬送し、評価部６から多層配線板２００を搬出するための図示せぬ搬送ロボットを備える。

仮溶着部３は図２に示すように、架台３１、溶着ヘッド部３２、調芯用カメラ３３、基板吸着機構３４、調芯機構３５、から構成されている。

架台３１は、搬送部２の両側部に配置され、制御部７によって制御される駆動機構により図１におけるＸ方向及びＹ方向に移動する。架台３１の所定位置には、３対の溶着ヘッド部３２が配置されている。

各溶着ヘッド部３２は、上側溶着ヘッド３２１と下側溶着ヘッド３２２とから構成されている。上側溶着ヘッド３２１と下側溶着ヘッド３２２は、それぞれ一端が架台３１に取り付けられており、他端部に円形の溶着面３２１ａ，３２２ａが形成されている。上側溶着ヘッド３２１と下側溶着ヘッド３２２の他端部にはヒータが内蔵されており、溶着面３２１ａ，３２２ａは所定の温度に加熱されている。上側溶着ヘッド部３２１と下側溶着ヘッド３２２は、駆動機構等により駆動され、Ｚ方向に移動し、多層配線板２００を挟み込むように溶着面３２１ａ，３２２ａを多層配線板２００に押しあて、多層配線板２００を仮溶着する。

調芯用カメラ３３は、２組の上側調芯用カメラ３３ａと２組の下側調芯用カメラ３３ｂとが、多層配線板２００を挟んで対向する位置に設けられている。上側調芯用カメラ３３ａと下側調芯用カメラ３３ｂとは、多層配線板２００の上面及び下面のアライメントマーク２１１を撮像する。

基板吸着機構３４は、Ｚ方向に移動可能かつＺ軸周りに回動可能に構成されており、Ｚ方向に移動して、配線板２０１ａを吸着して持ち上げ、プリプレグ２０２及び配線板２０１ｂから分離した状態で配線板２０１ａを保持し、また、配線板２０１ａを保持したままＺ軸周り方向に回動させる。

調芯機構３５は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動可能に構成されており、Ｚ軸方向に移動して、配線板２０１ｂを吸着し、吸着した状態でＸ方向、Ｙ方向へ移動させ、基板吸着機構３４とともに配線板２０１ａ，２０１ｂ同士の位置調節を行う。

検査部４は、図１及び図３に示すように、Ｘ線源４１、Ｘ線カメラ４２、Ｘ線カメラ移動機構４３を備える。

Ｘ線源４１は、Ｘ線カメラ４２に向かってＸ線を照射する。
Ｘ線カメラ４２は、Ｘ線源４１で発生させたＸ線を検出することによって、アライメントマーク２０１、４隅評価マーク２０２及び溶着位置評価マーク２０３の位置を計測する。

Ｘ線カメラ移動機構４３は、Ｘ方向に伸びる一対のレール４３１と、Ｙ方向に伸びる一対のレール４３２とを備えている。Ｘ線カメラ移動機構４３は、制御部７によって制御される駆動機構によって、レール４３１，４３２上に載置されているＸ線源４１及びＸ線カメラ４２を、Ｘ方向、Ｙ方向に移動させる。

図１に示す本溶着部５は、上下２枚のホットプレート５１，５２を備える。各ホットプレート５１，５２は内蔵されているヒータによって加熱される。各ホットプレート５１，５２の間には、仮溶着された多層配線板２００が配置され、ヒータによってホットプレート５１，５２を加熱しながら、多層配線板２００を加圧する。

評価部６は、検査部４と実施的に同一の構成を有する。

制御部７は、コンピュータを備え、上記各部の動作を制御するためのプログラムを記憶し、コンピュータが該プログラムを実行することにより、上記各部の溶着動作及び溶着評価動作を制御する。また、制御部７は、仮溶着の際に、ヒータに供給するエネルギー量を制御するための設定データを記憶している。

次に、溶着システム１００により配線板２００を溶着する溶着工程及び溶着力評価工程について、図５を参照しつつ説明する。

まず、配線板２０１ａ，２０１ｂとプリプレグ２０２とが積層されている未溶着の多層配線板２００を、搬送部２の載置位置２３に位置する搬送台２２に載置する。制御部７は、駆動機構を介して搬送台２２を駆動し、ガイドレール２１ａ，２１ｂに沿って多層配線板２００を仮溶着部３へ搬送する。

多層配線板２００を仮溶着部３に搬送すると、制御部７は、調芯用カメラ３３ａと３３ｂによって、各配線板２０１ａと２０１ｂの外表面のアライメントマーク２０１の位置をそれぞれ計測する。次に、基板吸着機構３４によって配線板２０１ａを吸着して上方（＋Ｚ軸方向）に持ち上げる。一方、調芯機構３５は、配線板２０１ｂを吸着し、上方に押し上げて、搬送台２２から分離させる。続いて、基板吸着機構３４と調芯機構３５は、アライメントマーク２１１が一致するように、配線板２０１ａを回転させ、配線板２０１ｂをＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ移動する。位置調整後、基板吸着機構３４と調芯機構３５とは、配線板２０１ａと配線板２０１ｂとをプリプレグ２０２を介して押圧し、調芯用カメラ３３ａ、３３ｂによる位置測定を実行する。制御部７は、配線板２０１ａと２０１ｂのアライメントマーク２１１の位置のずれが所定の許容値内に収まるまで、上記の計測、位置調節を繰り返すように、基板吸着機構３４、調芯機構３５、調芯用カメラ３３ａと３３ｂを制御する。

各配線板２０１ａと２０１ｂのアライメントマーク２１１の位置のずれが所定の許容値内に収まったら、制御部７は、溶着ヘッド部３２に内蔵されたヒータに予め設定されている所定量のエネルギーを供給することにより、溶着面３２１ａと３２２ａを加熱する。さらに制御部７は、上側及び下側溶着ヘッド３２１と３２２をＺ方向に駆動して、溶着面３２１ａと３２２ａとを多層配線板２００を挟み込むように押し当てる。

プリプレグ２０２に含浸されたエポキシ樹脂は、溶着ヘッド部３２の溶着面３２１ａ，３２２ａに対応する部分が溶融され、溶融したエポキシ樹脂が冷却固化することによりプリプレグ２０２と配線板２０１ａ，２０１ｂとが、６つの溶着位置評価マーク２１３の位置で仮溶着される（ステップＳ１）。

次に、上側及び下側溶着ヘッド部３２１，３２２の溶着面３２１ａ，３２２ａを、Ｚ方向にそれぞれ移動させ、多層配線板２００から離す。続いて、仮溶着された多層配線板２００を搬送台２２の上に戻す。

その後、多層配線板２００を、搬送部２によって検査部４に搬送する。そして、Ｘ線源４１とＸ線カメラ４２をＸ線カメラ移動機構４３によって移動させつつ、アライメントマーク２１１、４隅評価マーク２１２、溶着位置評価マーク２１３の位置をそれぞれ計測し、制御部７内のメモリに記録する（ステップＳ２）。

その後、搬送部２は、多層配線板２００を待機位置２４まで搬送する。
搬送部２の図示せぬ搬送ロボットは、仮溶着された多層配線板２００を本溶着部５に搬送する。そして、多層配線板２００をホットプレート５１と５２の間に載置し、ホットプレート５１，５２で加熱・加圧し、多層配線板２００を本溶着する（ステップＳ３）。即ち、加熱によりプリプレグ２０２に浸漬されたエポキシ樹脂を全面に渡って溶融しその後冷却・固化することにより、配線板２０１ａとプリプレグ２０２を、プリプレグ２０２と配線板２０１ｂとを固着する。

本溶着後、多層配線板２００を搬送部２によって評価部６に搬送し、Ｘ線カメラによってアライメントマーク２１１、４隅評価マーク２１２、溶着位置評価マーク２１３の位置をそれぞれ計測し、制御部７内のメモリに記録する（ステップＳ４）。

制御部７は、メモリに記録した本溶着前と本溶着後のアライメントマーク２１１、４隅評価マーク２１２、溶着位置評価マーク２１３の位置ずれ量とずれ方向を配線板２０１ａ，２０１ｂ毎に判定する（ステップＳ５）。

例えば、制御部７は、配線板２０１ｂ上のアライメントマーク２１１、４隅評価マーク２１２、溶着位置評価マーク２１３の位置を基準として、配線板２０１ｂ及び２０１ａのアライメントマーク２１１、４隅評価マーク２１２、溶着位置評価マーク２１３のずれ量とずれ方向を判定する。

例えば、本溶着前後の、配線板２０１ａ及び２０１ｂの溶着位置評価マーク２１３の位置のずれ量が許容範囲内で（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、かつ、アライメントマーク２１１と４隅評価マーク２１２の位置のずれ量も、それぞれ、所定の許容範囲内の場合（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、仮溶着及び本溶着が正常に完了しているので、溶着工程を終了し、多層配線板２００を、搬送機構によって図示しない溶着済み多層配線板置き場に搬送する（ステップＳ８）。

一方、いずれかの配線板の本溶着前と後の溶着位置評価マーク２１３の位置のずれ量が許容範囲より大きいと判別された場合（ステップＳ６；Ｎｏ）、位置のずれが同じ方向で同じ大きさであるか否かを判別する（ステップＳ９）。位置ずれが同じ方向で同じ大きさであると判別された場合（ステップＳ９；Ｙｅｓ）、仮溶着の溶着力が不充分であったため、本溶着の際に、一方の配線板が他方の配線板に対して動いてしまったことが原因であると考えられる。
そこで、仮溶着の溶着力を高めるため、ヒータに供給するエネルギーを大きくするように設定を補正する（ステップＳ１０）。
例えば、溶着ヘッド部３２の溶着面３２１ａ，３２２ａの温度を高くするように、ヒータに流す電流の電流供給時間を現在の設定値よりも大きい値に補正する、或いはヒータに流す電流の値をより大きい値に補正する。その後、配線板２００を廃棄させる（ステップＳ１１）。

一方、ステップＳ７でＮｏと判別された場合及びステップＳ９でＮｏと判別された場合には、仮溶着の溶着力自体に問題は無く、他の原因で位置ずれが発生していると考えられる。そこで、仮溶着の溶着力に問題が無いことを報知し（ステップＳ１２）、その後、ステップＳ１１に進み、配線板２００を廃棄する。

上述の評価動作を図６（ａ）〜図７（ｂ）を参照して、具体的に説明する。
図６（ａ）は、本溶着前の各マークの位置を実線で、本溶着後のマークの位置を破線で示す。この図の例では、本溶着前の前後で各マークの位置はほとんど変化していない。全ての配線板でこのようなずれならば、ステップＳ６及びＳ７で、Ｙｅｓとなり、その配線板２００は、正常と判別される。

一方、図６（ｂ）は、他の例であり、配線板２０１ｂを基準にしたときに、配線板２０１ａの各マークの本溶着前の位置を実線で、本溶着後のマークの位置を破線で示す。この図の例では、本溶着後で各マークが、同じ方向でほぼ同一量だけずれている。従って、ステップＳ９で、Ｙｅｓと判別され、仮溶着力が増強される（ステップＳ１０）。

また、いずれか１つの配線板２０１の各マークの本溶着前後の位置が図７（ａ）、（ｂ）に示す位置関係の場合、ステップＳ９ではＮｏと判別される。この場合、位置ずれの原因は、仮溶着の強度不足ではなく、配線板の膨張であると考えられる。そこで、ステップＳ１２では、位置ずれの原因は、仮溶着の強度不足以外である旨が報知される。

このように本実施形態では、本溶着前と本溶着後のアライメントマーク２０１、４隅評価マーク２０２、溶着位置評価マーク２０３の位置を照合し、位置のずれの大きさ、方向を判別することで、仮溶着の溶着力が充分であるか否かを判断することができる。多層配線板２００の位置のずれの原因を容易に判断することができるため、即座に適切な対応を取ることが可能となり、多層配線板２００の製品品質の安定化、及び生産性の向上を図ることができる。

以上、一実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、その応用及び変形等は任意である。
例えば、上記実施の形態では、搬送部２と仮溶着部３と検査部４とを一体構成とし、本溶着部５と評価部６を別体としたが、構成自体は任意である。例えば、各部を別体で構成してもよい。また、検査部４と評価部６と、１台で共用してもよい。

上記実施の形態では、検査部４においてＸ線源４１とＸ線カメラ４２を移動させて、多層配線板２００上のマーク２０１、２０２、２０３の位置を計測している。しかし、これに限定されず、Ｘ線源４１とＸ線カメラ４２を固定とし、多層配線板２００を移動させて計測を行ってもよい。

上記実施の形態では、調芯用カメラ４２、４３としてＣＣＤカメラを使用したが、Ｘ線カメラを使用することも可能である。

また、上記の実施の形態では、仮溶着の溶着力が不充分であると判断された場合、溶着機１の仮溶着工程３において仮溶着力を高める制御が行われている。しかし、警告音等により作業員に仮溶着の溶着力が不充分であることを報知するようにしてもよい。

上記実施の形態では、プリプレグ２０２には熱硬化性のエポキシ樹脂が含浸されているが、加熱により溶融し、配線板同士を溶着（接着）可能な樹脂であれば使用可能である。用途に応じて、ポリイミドやＢＴ樹脂等の耐熱樹脂を使用することもできる。

上記実施の形態では、配線板を２枚積層する例で、本願発明を説明したが、積層される配線板の数は任意である。この場合も、各配線板の間には、プリプレグが配置される。この場合、所定の配線板（例えば、最下層の配線板）を基準として、他の配線板のマーク群が同一方向にほぼ同一量だけずれていれば、仮溶着力が不足であると判断される。

２ 搬送部
３ 仮溶着部
４ 検査部
５ 本溶着部
６ 評価部
７ 制御部
２１ａ、２１ｂ ガイドレール
２２ 搬送台
２３ 載置位置
２４ 待機位置
３１ 架台
３２ 溶着ヘッド部
３３ 調芯用カメラ
３４ 基板吸着機構
３５ 調芯機構
４１ Ｘ線源
４２ Ｘ線カメラ
４３ Ｘ線カメラ移動機構
５１，５２ ホットプレート
１００ 溶着システム
２００ 多層配線板
２０１ａ、２０１ｂ 配線板
２０２ プリプレグ
２１１ アライメントマーク
２１２ ４隅評価マーク
２１３ 溶着位置評価マーク

Claims (5)

1. 複数の配線板とプリプレグとが積層された多層配線板を仮溶着し、その後、本溶着を行う溶着装置の溶着力評価装置であって、
   各配線板には、位置測定用の複数のマークが設けられており、
   本溶着前と本溶着後の前記複数のマークの位置を計測する計測手段と、
   前記計測手段により計測された本溶着前後の各マークの位置を照合し、位置ずれを判別する位置ずれ判別手段と、
   前記位置ずれ判別手段によって判別された位置ずれに基づいて仮溶着を評価する評価手段と、を備えることを特徴とする溶着力評価装置。
2. 前記位置ずれ判別手段は、前記マークの本溶着前後の位置ずれの方向と大きさを判別し、
   前記評価手段は、前記位置ずれ判別手段によって判別された位置ずれの方向と大きさに基づいて仮溶着を評価する、ことを特徴とする請求項１に記載の溶着力評価装置。
3. 前記評価手段は、前記マークの位置ずれが、同一の方向、同一の大きさであると判別した場合に、仮溶着の溶着力が不十分であると評価する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の溶着力評価装置。
4. 複数のマークが設けられている複数の配線板とプリプレグとが積層され、仮溶着後本溶着された配線板の仮溶着を評価する溶着力評価方法であって、
   仮溶着後、本溶着前に、前記複数のマークの位置を計測する工程と、
   本溶着後、前記複数のマークの位置を計測する工程と、
   本溶着前と本溶着後の前記複数のマークの位置を照合し、位置のずれを判別する判別工程と、
   前記判別工程において判別された位置のずれに基づいて仮溶着を評価する評価工程と、を有することを特徴とする溶着力評価方法。
5. コンピュータに、
   複数のマークが設けられている複数の配線板の仮溶着後、本溶着前に、前記複数のマークの位置を計測するための処理と、
   本溶着後、前記複数のマークの位置を計測ための処理と、
   本溶着前と本溶着後の前記複数のマークの位置を照合し、位置のずれを判別する処理と、
   判別された位置のずれに基づいて仮溶着を評価する処理と、を実行させるコンピュータプログラム。

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