JP4177814B2 - Ｐｃｂパネルの不良ｐｃｂ単品の交換装置 - Google Patents

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Description

本発明は、プリント回路基板（ＰＣＢ(Printed Circuit Board)）パネルの不良ＰＣＢ単品を交換する装置に関し、より詳しくは、複数のＰＣＢ単品を含んでいるＰＣＢパネルに少なくとも１つの不良ＰＣＢ単品がある場合に、これを良品ＰＣＢ単品に交換することでＰＣＢパネルを良品化する装置に関する。
ＰＣＢは単品としても生産されるが、近年自動化装置による部品実装工程において生産性及び歩留りを向上させるため、同一なパターンを有する複数のＰＣＢ単品を一枚の基板に印刷し、部品実装の後に分離できるように構成したＰＣＢが広く利用されている。
前記ように一枚のボードに複数のＰＣＢ単品を構成したものを配列ＰＣＢパネル(Arrayed PCB Panel)または略してＰＣＢパネルと称し、配列されている単品ＰＣＢの数により２配列ＰＣＢパネル、３配列ＰＣＢパネル、４配列ＰＣＢパネルなどと呼ぶ。
このようなＰＣＢパネルは、部品実装の前に、ＰＣＢパネルに配列された各々のＰＣＢ単品に対して不良検査を行うが、配列されたＰＣＢ単品のいずれか一つでも不良として判定される場合には、不良ＰＣＢ(X-out ＰＣＢ)或いは不良基板(X-out board)と称し、従来は不良判定されたＰＣＢパネル全体を廃棄処分したが、近年はこうのような不良ＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品だけを良品ＰＣＢ単品に交換している。このように不良ＰＣＢ単品を良品ＰＣＢ単品に交換する過程を不良交換過程(X-out replacing process)と称する。
以下にＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品を交換する工程を説明する。
まず、電気通電回路検査及び５倍や１０倍の拡大鏡による肉眼検査を行って電気通電不良や表面の傷あるいはパターンの位置不良などをより分ける不良検査過程を経て、ＰＣＢパネル内の不良ＰＣＢ単品を“Ｘ”の文字で表示する。
続いて、不良ＰＣＢ単品を切断する工程が行われる。この工程は、切断位置、切断形状及び切断長さの情報が、ＰＣＢ単品の形状、厚さ及び接合強度を考慮してプログラムされた切断機(Routing Machine)により行われる。
次に、切断された不良ＰＣＢ単品が除去された所に良品ＰＣＢ単品を元のパターンに合わせて正確に位置を揃える。ここに使用される良品ＰＣＢ単品は、他のＰＣＢパネルや特別に製造された余分のＰＣＢパネルから得られる。
続いて、ＰＣＢパネルと良品ＰＣＢ単品とが連結される部分、即ち、切断機により切り取られた部分に接着剤を注入し、このとき接着剤の流出を防止するため、テープを貼った後に接着剤を注入する。接着剤としては主にエポキシが使用され、エポキシ定量吐出機を使用してプログラムされた定量を注入する。
それから、エポキシが注入されたＰＣＢパネルは熱風乾燥機に投入される。エポキシの硬化が完了して熱風乾燥機から取り出されたＰＣＢパネルに対して、室温で捩れや撓みを検査した後、３次元測定機を利用して、交換された良品ＰＣＢ単品の位置が検査される。更に、拡大鏡による肉眼検査により、ＰＣＢ単品の傷及びエポキシの塗布範囲が検査される。
前記のように再生されたＰＣＢパネルに自動化装置を利用して部品を実装する場合、作業が誤りなしに円滑に行われるためには、良品ＰＣＢ単品に形成されている各部品挿入孔が、回路設計図やガーバーデータ(Gerber Data)によるＰＣＢパネル上の相対的位置に正確に配置されていなければならない。このためには、不良ＰＣＢ単品と交換される良品ＰＣＢ単品が、ＰＣＢパネルに対し正確に位置揃えされた後に、接着工程が行われなければならない。商品の小型化の傾向に伴いＰＣＢパネルが小型化及び高密度化される。このため、不良ＰＣＢ単品を切断したＰＣＢパネルに対する良品ＰＣＢ単品の位置揃え工程は、より高い精度を必要とする。
図１乃至図３は、良品ＰＣＢ単品をＰＣＢパネルに位置揃えして接合するための従来の方式を説明する斜視図であり、平板上のジグ(Zig)に設けられている多数の固定ピンにＰＣＢパネル及び良品ＰＣＢ単品を挿入してＰＣＢパネルに対する良品ＰＣＢ単品の位置揃えを行う。
以下、図１乃至図３を参照して従来のＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品の交換方式を概略的に説明する。
図１には四つのアレイ、即ち四つのＰＣＢ単品２０１からなるＰＣＢパネル２００が図示されている。前記四つのＰＣＢ単品２０１の中で不良ＰＣＢ単品２０１ａを良品ＰＣＢ単品２０１ｂに交換する場合、まず、不良ＰＣＢ単品２０１ａをＰＣＢパネルから除去するために、図１に示すように、不良ＰＣＢ単品２０１ａとＰＣＢパネルとの連結部分であるブリッジ２０２付近を、該ブリッジ２０２と共に切り離す。即ち、ブリッジ部分を含む切り離し部分が、ＰＣＢパネル側に十分に広がるようにする。切断形状は、ＰＣＢ単品の形状、厚さ及び（良品）ＰＣＢ単品の接合部の強度を考慮して設計され、図１に示す形状の他に、図３に示す形状やその他の形状にすることができる。
このように不良ＰＣＢ単品２０１ａが除去されたＰＣＢパネル２００及び不良ＰＣＢ単品２０１ａと交換される良品ＰＣＢ単品２０１ｂをジグ１００に結合させる。
ジグ１００はベークライト板１０１に多数の固定ピン１０６，１０７を圧入して構成されるものである。これら固定ピン１０６，１０７は、ＰＣＢ単品２０１及びＰＣＢパネル２００にそれぞれ形成された固定ホールに挿入され、このことで、ＰＣＢ単品２０１及びＰＣＢパネル２００の位置が固定される。この状態で、良品ＰＣＢ単品２０１ｂは、ＰＣＢパネル２００から不良ＰＣＢ単品２０１ａが除去された所に固定される。このとき、良品ＰＣＢ単品２０１ｂに形成された固定ホールにもジグの固定ピン１０６が挿入され、このことで良品ＰＣＢ単品２０１ｂが、除去された不良ＰＣＢ単品２０１ａの位置に位置揃えされる。
良品ＰＣＢ単品２０１ｂの位置揃えの後、良品ＰＣＢ単品２０１ｂとＰＣＢパネル２００との間の空間にエポキシを注入して硬化させることで両者を結合する。
しかし、前記のような従来のＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品の交換方式では、ＰＣＢパネル２００と、交換された良品ＰＣＢ単品２０１ｂとの位置揃え精度がジグ上の固定ピンのみに依存するので、要求される高い精度を得ることに限界があり、従って、再生ＰＣＢパネルの歩留りが極めて低いという問題点がある。
即ち、精密なジグの製作のためには精密な位置に正確な直径の固定ピン挿入ホールを加工できる高価な精密ドリル装置が必要となり、更にジグに圧入される固定ピンも高い精度で加工する必要があり、固定ピン挿入ホール及び固定ピンが高精度で加工されたとしても圧入過程中に誤差が発生する可能性があるなど、高精度ＰＣＢパネルに要求される高精度のジグを製作すること自体が大変難しいだけでなく、使用過程中に板の変形やピンの変位などが発生しやすいので不良発生の原因となり、この場合ジグ全体を交換しなければならないので高い維持費用がかかるという問題点がある。
本発明の目的は、前記のような従来のＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品の交換方式の問題点を解決するために提案されたものであり、ＰＣＢパネルと、交換された良品ＰＣＢ単品との相対位置を実時間で補正して位置揃えすることで、高精度ジグを使用せずに高い精度の位置揃えを行うことができるＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品の交換装置を提供することにある。
前記の目的を達成するための本発明に係るＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品の交換装置は、ＰＣＢパネルにおける不良ＰＣＢ単品を除去した所に良品ＰＣＢ単品を接合することで該不良ＰＣＢ単品を良品ＰＣＢ単品に交換する装置として、前記良品ＰＣＢ単品が配置される位置補正テーブルと、上部に、前記不良ＰＣＢ単品が除去されたＰＣＢパネルが配置され、前記位置補正テーブルが位置する位置補正孔が形成されているパネル据付テーブルと、上部に前記パネル据付テーブルが締結部材により着脱可能に設けられる据付テーブル設置台と、前記位置補正テーブルを前記パネル据付テーブルに対して相対運動するように駆動することで、前記ＰＣＢパネルに対する前記良品ＰＣＢ単品の位置を補正する位置補正駆動部と、前記位置補正テーブル及び前記パネル据付テーブルにそれぞれ配置された良品ＰＣＢ単品上及びＰＣＢパネル上の特定点の位置を読み取る撮影カメラと、前記撮影カメラにより読み取られる前記特定点を該撮影カメラの下部へ順次移動させる読取位置変更駆動部と、前記位置補正駆動部及び読取位置変更駆動部の作動を制御し、かつ前記撮影カメラ、前記位置補正駆動部及び前記読取位置変更駆動部の作動結果を入力するとともに、該作動結果に基づいて位置補正データを算出することにより前記位置補正駆動部を制御する制御部と、を具備するものである。
本発明のＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品の交換装置によれば、ＰＣＢパネルと良品ＰＣＢ単品との相対位置を位置補正駆動部により実時間で補正して位置揃えすることで高精度ジグを使用せず高い精度の位置揃えを行うことができる。
本発明によると、従来の不良ＰＣＢ単品を交換するに際して絶対的に必要とされる機械的ジグを使用せずに精密な位置揃えが可能になり、従って、高精度で一様な製品を生産することが可能になり、生産性及び歩留りを向上させることができる。また、従来のジグ製作及び補修にかかる費用及び時間を節約することができ、不良ＰＣＢ単品交換工程が簡略化しかつ自動化を達成できるので、生産単価を画期的に低減させる効果もある。
以下、本発明に係るＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品の交換装置の好ましい実施形態を添付の図面を参照して説明する。
本実施形態に対する説明は発明の複数の可能な実施形態の一つであり、これは発明の説明の便宜のためであり、発明を後述の実施形態に限定するものではない。
図４は本発明の一実施形態に係るＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品の交換装置のブロック図を示し、図５は本発明の一実施形態に係るＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品の交換装置の斜視図を示し、図６は本発明の一実施形態に係るＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品の交換装置の一部破断斜視図を示し、図７は良品ＰＣＢ単品のＰＣＢパネルへの設置状態図を示し、図８はＰＣＢパネルの位置ベクトル及び良品ＰＣＢ単品の位置ベクトルによる位置補正作用の説明図を示し、図９は本発明の他の実施形態に係るＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品の交換装置のブロック図を示す。
本発明の不良ＰＣＢ単品交換装置は、不良ＰＣＢ単品と交換される良品ＰＣＢ単品２０１ｂが配置される位置補正テーブル１０と、上部に、前記不良ＰＣＢ単品が除去されたＰＣＢパネル２００が配置され、前記位置補正テーブル１０が位置する位置補正孔２１が形成されているパネル据付テーブル２０と、上部に前記パネル据付テーブル２０がボルトなどの締結部材により着脱可能に設けられる据付テーブル設置台３０と、前記位置補正テーブル１０を前記パネル据付テーブル２０に対して相対運動するように駆動することで、前記ＰＣＢパネル２００に対する前記良品ＰＣＢ単品２０１ｂの位置を補正する位置補正駆動部４０と、前記位置補正テーブル１０及び前記パネル据付テーブル２０にそれぞれ配置された良品ＰＣＢ単品上及びＰＣＢパネル上の特定点の位置を読み取る撮影カメラ５０と、前記撮影カメラ５０により読み取られる前記特定点を該撮影カメラ５０の下部へ順次移動させる読取位置変更駆動部６０と、前記位置補正駆動部４０及び読取位置変更駆動部６０の作動を制御し、かつ前記撮影カメラ５０、前記位置補正駆動部４０及び前記読取位置変更駆動部６０の作動結果を入力するとともに、該作動結果に基づいて位置補正データを算出することにより前記位置補正駆動部４０を制御する制御部７０と、で構成されている。
制御部７０はパーソナルコンピューターやＰＬＣで構成され、撮影カメラ５０を通して伝達される画像情報を表示するためのビデオモニター７１と、制御に必要な設計データまたはガーバーデータ(Gerber Data)及びその他の必要な情報を入力するキーパッド７２と、入力されたデータ及び処理アルゴリズムが記憶されているメモリと、を含んで構成される。
位置補正テーブル１０及びパネル据付テーブル２０は、ベークライト板または透明アクリル板で製作されるが、下部からの照明が可能となるように透明アクリル板で製作するのが好ましい。これらテーブル１０，２０には、上部に配置される良品ＰＣＢ単品２０１ｂ及びＰＣＢパネル２００を安定的に支持するように多数の真空吸入孔１０ａ，２０ａがそれぞれ形成されており、テーブル１０，２０の下部には、真空ポンプ(図示せず)に連結されて吸入力を発生させる吸入カップ２０ｂが結合されている。
ＰＣＢパネル２００が、制御部７０に記憶され予め決められたデータと略一致するように配置された場合には、読取点を探す時間の節約ができ、これのためにＰＣＢパネル２０の配置位置を案内する案内部材２０ｄが、パネル据付テーブル２０に形成されたガイド溝２０ｃにスライド可能に設けられている。
前記位置補正駆動部４０及び読取位置変更駆動部６０は、特定の構成に限らず、Ｘ−Ｙ方向の往復運動や回転運動を可能にする構成であればどのような形態でも可能であって、本実施形態の場合、読取位置変更駆動部６０は、ガイドレール６１ａにより案内されかつ駆動モーター６１ｂ及びボールスクリュー６１ｃにより直線往復運動する第１支持台６１と、この第１支持台６１の上に設けられかつガイドレール６２ａ、駆動モーター６２ｂ及びボールスクリュー６２ｃにより第１支持台６１に対して直角方向に往復運動する第２支持台６２とを備えている。この第２支持台６２の上に、据付テーブル設置台３０及び位置補正駆動部４０が設けられて、Ｘ−Ｙ座標の位置変位が可能に構成されている。本発明の他の実施形態として、図９に図示されたように読取位置変更駆動部６０により撮影カメラ５０を駆動させるように構成することも可能である。
位置補正駆動部４０は、Ｘ−Ｙ座標の位置変位が可能な支持台４１，４２上に設けられたステップモーター４３により回転変位が可能に構成されており、良品ＰＣＢ単品２０１ｂの据付を容易にできるように高さ方向の変位も可能に構成することが好ましい。
以下、前記のように構成されたＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品の交換装置の作用及び交換方法について説明する。
最初に、不良ＰＣＢ単品が予め除去されたＰＣＢパネル２００をパネル据付テーブル２０に配置する。この際、不良ＰＣＢ単品が除去された空間部位が位置補正孔２１上に置かれるように配置し、ＰＣＢパネル２００の左側下端部が案内部材２０ｄに触れるように配置する。そして、位置補正テーブル１０の上に、不良ＰＣＢ単品２０１ａとの交換用の良品ＰＣＢ単品２０１ｂを配置する。
この際、ＰＣＢパネル２００及び良品ＰＣＢ単品２０１ｂは真空吸入孔１０ａ，２０ａを通して真空吸着されてそれぞれのテーブルに動かないように堅固に固定される。
その後、読取位置変更駆動部６０により位置補正テーブル１０及びパネル据付テーブル２０が駆動されて、撮影カメラ５０によりＰＣＢパネル２００の基準マーク(Fiducial Mark)２１０，２１１の中心点を読み取る。この撮影カメラ５０により読み取られた中心点は、制御部７０に記憶することが可能である。この制御部７０は、それら２つの点をつなぐ位置ベクトルＡを計算する。また、良品ＰＣＢ単品上で予め決められた二つの点を読み取って、制御部７０においてそれら二つの点の位置ベクトルＢを計算して記憶する。良品ＰＣＢ単品上の二つの点は、部品挿入孔またはプリントパターン上の点であってもよい。
制御部７０は、前記ベクトルＢの前記ベクトルＡに対する相対位置が、前記ＰＣＢパネルと前記良品ＰＣＢ単品との位置が揃ったときの位置Ｃになるように位置補正駆動部４０を作動させることで自動的に位置補正を行う。
続いて、前記良品ＰＣＢ単品２０１ｂと前記ＰＣＢパネル２００とを、それらの位置関係を維持するためにテープにより互いに連結する。その際、テーピングの方向、角度及び長さは、良品ＰＣＢ単品２０１ｂとＰＣＢパネル２００との間のギャップに注入されるエポキシの膨張によって良品ＰＣＢ単品２０１ｂがＸ、Ｙ及びＺのどの方向にも変位しないようにエポキシの膨張係数を考慮して決定される。
その後、テープで連結された良品ＰＣＢ単品２０１ｂ及びＰＣＢパネル２００の間のギャップにエポキシを注入する。このとき、連結された良品ＰＣＢ単品２０１ｂ及びＰＣＢパネル２００を、ギャップの一方の側がテープにより塞がれた状態でひっくり返して、他方の側からエポキシ定量吐出機により所定量のエポキシをギャップに注入する。
続いて、エポキシが注入されたＰＣＢパネルを乾燥機に入れて乾燥させる。この際、もしテープが乾燥過程で変形すると、ＰＣＢパネル内で良品ＰＣＢ単品２０１ｂの補正された位置が変化するおそれがある。そのため、前記テープは高温でも変形しない材質で形成される。この乾燥の後、テープを除去することで、不良ＰＣＢ単品が良品ＰＣＢ単品に交換されてなる良品化されたＰＣＢパネルが完成する。
従来のＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品の交換方式を概略的に示す図である。 従来のＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品の交換方式を概略的に示す図である。 従来のＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品の交換方式を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係るＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品の交換装置のブロック図である。 本発明の一実施形態に係るＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品の交換装置の斜視図である。 本発明の一実施形態に係るＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品の交換装置の一部破断斜視図である。 良品ＰＣＢ単品のＰＣＢパネルへの設置状態図である。 ＰＣＢパネルの位置ベクトル及び良品ＰＣＢ単品の位置ベクトルによる位置補正作用を説明する図である。 本発明の他の実施形態に係るＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品の交換装置のブロック図である。
符号の説明
１０ 位置補正テーブル
２０ パネル据付テーブル
２１ 位置補正孔
３０ 据付テーブル設置台
４０ 位置補正駆動部
５０ 撮影カメラ
６０ 読取位置変更駆動部
７０ 制御部
２００ ＰＣＢパネル
２０１ａ 不良ＰＣＢ単品
２０１ｂ 良品ＰＣＢ単品

Claims (4)

  1. ＰＣＢパネルにおける不良ＰＣＢ単品を除去した所に良品ＰＣＢ単品を接合することで該不良ＰＣＢ単品を良品ＰＣＢ単品に交換する装置において、
    前記良品ＰＣＢ単品が配置される位置補正テーブルと、
    上部に、前記不良ＰＣＢ単品が除去されたＰＣＢパネルが配置され、前記位置補正テーブルが位置する位置補正孔が形成されているパネル据付テーブルと、
    上部に前記パネル据付テーブルが締結部材により着脱可能に設けられる据付テーブル設置台と、
    前記位置補正テーブルを前記パネル据付テーブルに対して相対運動するように駆動することで、前記ＰＣＢパネルに対する前記良品ＰＣＢ単品の位置を補正する位置補正駆動部と、
    前記位置補正テーブル及び前記パネル据付テーブルにそれぞれ配置された良品ＰＣＢ単品上及びＰＣＢパネル上の特定点の位置を読み取る撮影カメラと、
    前記撮影カメラにより読み取られる前記特定点を該撮影カメラの下部へ順次移動させる読取位置変更駆動部と、
    前記位置補正駆動部及び読取位置変更駆動部の作動を制御し、かつ前記撮影カメラ、前記位置補正駆動部及び前記読取位置変更駆動部の作動結果を入力するとともに、該作動結果に基づいて位置補正データを算出することにより前記位置補正駆動部を制御する制御部と、を具備することを特徴とするＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品の交換装置。
  2. 前記読取位置変更駆動部は、前記据付テーブル設置台の下部に設けられて、該据付テーブル設置台を前記撮影カメラに対して相対運動するように駆動することを特徴とする請求項１に記載のＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品の交換装置。
  3. 前記特定点は、ＰＣＢパネル上に形成されている二つの基準マーク及び前記良品ＰＣＢ単品上で予め決められた二つの点であり、前記制御部は、前記二つの基準マークをつなぐベクトルと前記二つの点をつなぐベクトルとの相対位置が、前記ＰＣＢパネルと前記良品ＰＣＢ単品との位置が揃ったときの位置になるように前記位置補正駆動部を作動させることを特徴とする請求項１又は２に記載のＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品の交換装置。
  4. 前記位置補正テーブル及びパネル据付テーブルには、多数の真空吸入孔が形成されており、該位置補正テーブル及びパネル据付テーブルの下部には、真空ポンプに連結されている吸入カップが結合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＰＣＢパネルの不良ＰＣＢ単品の交換装置。
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