JP4659479B2

JP4659479B2 - 可撓性プリント基板の電気検査装置

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Publication number: JP4659479B2
Application number: JP2005035776A
Authority: JP
Inventors: 和夫井上
Original assignee: Nippon Mektron KK
Current assignee: Nippon Mektron KK
Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2025-02-14
Also published as: CN1821766B; TWI279560B; TW200630623A; CN1821766A; JP2006220590A

Description

本発明は電子機器に使用される可撓性プリント基板の電気検査装置に関するものであり、特に、可撓性プリント基板の導体パターンに発生する微小クラックを検出する電気検査装置に関するものである。

可撓性プリント基板は、その特性上薄い材料で作られており、曲がりやすく構成されている。可撓性プリント基板の構成は、導体パターンの表面に、用途によって、絶縁性フィルムや絶縁性の樹脂によって絶縁処理が施されている。また、硬さや厚みを増す必要がある箇所には、補強のためにフィルムやガラスエポキシ積層板、金属板などを追加する。

このような構成の相違により曲げ強度に差異が発生し、この曲がり易さの差が生じている境界付近に曲げ応力や引張応力が加わると、この応力が原因で導体パターンに微小クラックが発生することがある。

微小クラックを検査するために、２つの端部を有して連続する抵抗を、アルミナ基板の少なくとも片面の外周部に略沿う位置に、密着して設けた回路基板を形成し、前記抵抗の両端に交流電流を通電し、第三次高調波歪みを検査などを実施することにより、抵抗の位置する部分の微小クラックの有無を検出できるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、セラミック基板の少なくとも片面に導電性を有する液体を配置し、基板の電気的特性値を測定してクラックを検出する方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。

また、上側板部材と下側板部材との間に可撓性プリント基板を挟持して基板に搭載された実装部品を固定し、実装部品から基板を引き離す方向に力を作用させて基板と部品との間の導通テストを行うことにより、はんだ付けの状態を検査する装置も知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開平７−６６５２０号公報特開平９−３０４３２４号公報特開２００４−２７３７２６号公報

特許文献１記載の発明は、アルミナ基板に予め測定用の抵抗を設けておく必要があり、回路に余計な部品を搭載することになる。また、特許文献２記載の発明は、セラミック基板の少なくとも片面に導電性の液体を配置するため、装置が大がかりとなり、検査も煩雑である。

特許文献３記載の発明は、実装部品のはんだ付けの良否を確認するための装置であり、導体パターンの微小なクラックを検出することは困難である。また、はんだ付け部分や可撓性プリント基板に過剰な応力を加えることになり、正常な製品にダメージを与える危険性をもっている。

また、部品が実装された可撓性プリント基板の場合、実装部品の外側部分であれば、可撓性プリント基板を曲げることにより、従来でも顕微鏡などによる拡大検査で、ある程度の微小クラックの検出は可能であったが、実装部品の下側の微小クラックは、顕微鏡を使用しての拡大検査は不可能であった。

そこで、本発明は、可撓性プリント基板にダメージを与えることなく、また、実装部品の下側であっても、導体パターンに発生する微小クラックを検出するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、可撓性プリント基板を挟持する上ベースと下ベースとを備え、上ベースと下ベースのうち少なくとも何れか一方のベースに彫り込み部を凹設し、該彫り込み部に圧力調整手段を設けるとともに、
前記下ベースには可撓性プリント基板の位置決め用ガイド板が設けられ、かつ、導体パターンへ電気を導通させるための接続端子と、前記上ベースが所定位置まで下がったことを検出する上ベース検出用センサと、前記可撓性プリント基板に設けられている導体パターンの電気抵抗値を測定する抵抗値検出手段を備え、
前記可撓性プリント基板を下ベースの位置決め用ガイド板に載置することで、導体パターンの微小クラックが発生し易い箇所が前記彫り込み部に位置するようにセットされるとともに、前記可撓性プリント基板の導体パターンに前記接続端子が接触し、前記抵抗値検出手段で平坦な状態のときの前記導体パターンの電気抵抗値を初期値として記憶させ、前記上ベースが所定位置まで押し下げられると、前記上ベース検出用センサがオンとなり、前記可撓性プリント基板の導体パターンで微小クラックが発生し易い箇所が前記彫り込み部に膨出して湾曲するように前記圧力調整手段が作動して、前記導体パターンの微小クラックが広がる方向に変形させ、前記抵抗値検出手段が前記導体パターンの電気抵抗値を測定し、前記初期値との差を計算して微小クラックの発生を検出するよう動作することを特徴とする可撓性プリント基板の電気検査装置を提供する。

この構成によれば、上ベースと下ベースとの間に可撓性プリント基板を挟持し、圧力調整手段で彫り込み部の圧力を調整することにより、可撓性プリント基板の彫り込み部に位置している部分が微小に変形する。もし、この部分の導体パターンに微小クラックが発生していて圧力変形で微小クラックの隙間が広がれば、抵抗値測定手段で測定された電気的抵抗値が上昇するため、微小クラックが発生していることが分かる。

この構成によれば、位置決めガイドにより、可撓性プリント基板の特定部分が彫り込み部にくるように位置決めされる。そして、接続端子が設置されている場所に可撓性プリント基板の導体パターンへ電気を挿通させるべき箇所が位置決めされる。そして、上ベースが所定位置まで下ベースを押し下げたときは、これを上ベース検出用センサが検出し、圧力調整手段が作動するとともに、接続端子から可撓性プリント基板の導体パターンへ電気を導通させて、抵抗値測定手段が導体パターンの電気抵抗値を測定する。

この構成によれば、可撓性プリント基板の導体パターンで微小クラックが発生し易い箇所は、例えばカバーフィルムやガラスエポキシ積層板などを施して厚みや硬さの異なる境界付近、或いは、実装部品のはんだ付け付近であると想定でき、このような微小クラックの発生想定箇所の裏面側が上記彫り込み部にくるように位置決めガイドで位置決めされる。

この構成によれば、圧力調整手段が作動すると、可撓性プリント基板の裏面側が上記彫り込み部に膨出するように湾曲するため、もし、導体パターンの表面に微小クラックが発生していれば、微小クラックの隙間が広がって電気抵抗値が上昇するため、微小クラックの発生が検出できる。

請求項２記載の発明は、上記可撓性プリント基板を上ベースと下ベースとで挟持し、微小クラックが発生し易い箇所が変形したときに、導体パターンの電気抵抗値の変化を４端子法にて測定して微小クラックの有無を検出するように、上記抵抗値検出手段が設けられている請求項１記載の可撓性プリント基板の電気検査装置を提供する。

この構成によれば、導体パターンの電気抵抗値の変化を４端子法で測定する。２端子法で測定した場合は、検査対象部位から検査装置の接点までの接触抵抗が誤差となり、正確な抵抗値を測定できないが、４端子法で測定すれば、電圧測定端子と電流測定端子が別々であるため、接触抵抗の影響を除去することができ、正確な抵抗値を測定できる。

本発明は、上述したように、可撓性プリント基板の導体パターンで微小クラックが発生し易い箇所の裏面側に彫り込み部を設け、圧力調整手段の作動で可撓性プリント基板を彫り込み部側に湾曲するように変形させることにより、導体パターンに微小クラックが存在している場合は微小クラックに隙間が生じて電気抵抗値が上昇する。このため、可撓性プリント基板に過剰な応力を加えてダメージを与えることなく、また、実装部品の下側であっても、微小クラックを確実に検出することができる。

以下、本発明に可撓性プリント基板の電気検査装置について、好適な実施例をあげて説明する。可撓性プリント基板にダメージを与えることなく、導体パターンに発生する微小クラックを検出するという目的を、例えば、可撓性プリント基板の導体パターンで微小クラックが発生し易い箇所の裏面側に彫り込み部を設け、圧力調整手段の作動で可撓性プリント基板を彫り込み部側に湾曲するように変形させ、導体パターンに微小クラックが存在している場合は微小クラックに隙間が生じて電気抵抗値が変化するのを読み取ることにより実現した。

図１は電気検査装置１０の概念図であり、上ベース１１と下ベース１２とが開閉可能に設けられ、上ベース１１と下ベース１２のうち少なくとも何れか一方のベースに彫り込み部１３を凹設し、該彫り込み部１３に圧力調整手段１４を設けてある。同図では、一例として前記上ベース１１に凹設された彫り込み部１３に配管接続部１５が装着され、この配管接続部１５に吸引用配管１６を介して切換バルブ付きの吸引ポンプ１７を接続して圧力調整手段１４が構成されている。

前記下ベース１２には、可撓性プリント基板３０の位置決め用ガイド板１８が設けられ、かつ、可撓性プリント基板３０の導体パターンへ電気を導通されるための接続端子１９と、上ベース１１が所定位置まで下がったことを検出する上ベース検出用センサ２０とが備えられている。後述するように、前記接続端子１９から導体パターンへ電気を通電し、導体パターンの電気抵抗値を測定する抵抗値測定手段が構成される。

なお、図示は省略するが、前記位置決め用ガイド板１８には、可撓性プリント基板３０を所定箇所に位置決めするガイドピンと前記接続端子１９用の貫通孔が設けられている。また、前記上ベース検出用センサ２０としては、近接センサのほかにリミットスイッチなどのスイッチを使用することもでき、また、該上ベース検出用センサ２０は、下ベース１２ではなく、上ベース１１の外周部或いは上下動機構部に装着してもよい。

次に、上記電気検査装置１０の動作を説明する。検査対象の可撓性プリント基板３０を下ベース１２の位置決め用ガイド板１８に載置すれば、微小クラックが発生し易い箇所が彫り込み部１３に位置するようにセットされ、可撓性プリント基板３０の導体パターンに接続端子１９が接触する。

前記上ベース１１が所定位置まで押し下げられると、上ベース検出用センサ２０がオンとなり、切換バルブが切り換わり吸引ポンプ１７がオンとなって圧力調整手段１４が作動する。したがって、彫り込み部１３に装着された配管接続部１５から空気の吸引が始まり、この吸引により可撓性プリント基板３０が引張られて前記彫り込み部１３の部分が僅かに変形する。

可撓性プリント基板３０の導体パターンに微小クラックが発生している場合は、可撓性プリント基板３０の変形によって微小クラックの隙間が広がり、抵抗値測定手段で測定された導体パターンの電気抵抗値が上昇するため、微小クラックが発生していることが検出できる。このときの電気抵抗値の上昇は数十ミリΩ以上となる。

また、予め可撓性プリント基板が平坦な状態のときに導体パターンの電気抵抗値を初期値として記憶させ、その後に前記吸引ポンプ１７をオンして吸引したときに導体パターンの電気抵抗値を測定する。このときの測定値と前記初期値との差を計算して微小クラックの発生を検出すれば、より正確な検出を行うことが可能となる。何れの測定方法でも、電気抵抗値の測定は４端子法にて測定することが望ましい。

ここで、４端子法について簡単に説明する。図２（１）は２端子法での回路図を示し、両方の端子Ｔ₁，Ｔ₂と被測定体Ｒ_xとの接触抵抗の影響があって抵抗値が実際よりも高く検出される。図２（２）は４端子法での回路図を示し、電流印加用の端子Ｔ₁，Ｔ₂と、電圧印加用のＴ₃，Ｔ₄とを分離することにより、接触抵抗の影響を除去することができ、高精度の測定が可能である。

次に、導体パターンに発生している微小クラックを検出する原理について説明する。図３に示すように、可撓性プリント基板３０がベースフィルム３１の表面に接着剤３２を介して導体パターン３３が設けられ、この導体パターン３３に破線Ａで示すような微小クラックが発生しているものとする。

この微小クラックは導体金属の結晶間に生じる亀裂であるため、平坦な状態や導体パターン３３が内側になる曲げ変形では、微小クラック部分の導体が密に接触した状態となっているので、抵抗値検出手段で測定される電気抵抗値に変化は発生せず、微小クラックは検出できない。また、導体パターン３３の厚み方向全体にクラックが発生している場合でも、接触点が多数存在しているため電気抵抗値の上昇が小さく、測定装置の誤差や導体抵抗の誤差が合算された場合に電気抵抗値の上昇分は誤差範囲となって、クラックの検出ができない。

そこで、本発明においては、図４に示すように、可撓性プリント基板３０の特性を利用して、ベースフィルム３１が内側になるように曲げ変形させることにより、破線Ｂで示すように微小クラックが開いて、クラック内の接触点が大幅に減少する。したがって、この接触点の減少により導体パターン３３の電気抵抗値が上昇するため、前述したように、抵抗値検出手段で電気抵抗値の変化を測定することにより、微小クラックの有無を容易かつ確実に検出することが可能となる。なお、可撓性プリント基板３０の変形量は、微小クラック部分が数ミクロン移動するだけでよいため、正常な可撓性プリント基板３０に微小クラックを発生させるようなことはない。

一般的に、可撓性プリント基板ではカバーフィルムのある部分とない部分では曲げ強度に差異があり、特に、カバーフィルムの境界付近では曲げ応力が集中して微小クラックが発生し易い。この微小クラックを検出するためには、導体パターンの微小クラックが広がる方向に変形させる必要がある。すなわち、可撓性プリント基板のベースフィルム側から吸引することにより、導体パターンに発生した微小クラックが広がって、電気抵抗値が変化することにより、クラックの有無を検出することができる。この方法によれば、ベースフィルムの裏面に補強用フィルムやガラスエポキシ積層板が貼り合わされている場合でも微小クラックの検出が可能である。

図５は下ベース１２に彫り込み部１３を凹設し、該彫り込み部１３に吸引用貫通口２１を設けた構成を示し、可撓性プリント基板３０の導体パターン３３には一部分に接着剤３４を介してカバーフィルム３５が貼着されている。前述したように、破線Ｃで示すカバーフィルム３５の境界付近に微小クラックが発生し易いので、この部分が外側になるように変形させるために、ベースフィルム３１が下側になる状態で可撓性プリント基板３０を下ベース１２に載置する。

図１にて説明した位置決め用ガイド板１８及び接続端子１９は、可撓性プリント基板３０の検査箇所が図５に示す彫り込み部１３にくるようにセットされており、この状態で上ベースを所定位置まで押し下げれば、上ベース検出用センサがオンとなって切換バルブが切り換わり、下ベース１２の吸引用貫通口２１から空気の吸引が始まる。図６に示すように、この吸引によって可撓性プリント基板３０が引張られ、ベースフィルム３１側が前記彫り込み部１３に膨出するように湾曲する。

したがって、破線Ｃで示す検査箇所に万一微小クラックが存在していれば、図４にて説明したように、可撓性プリント基板３０に発生した微小クラック（図４では破線Ｂ部分）が広がって、導体パターン３３の電気抵抗値が変化することにより、クラックの有無を検出することができる。

吸引以外の圧力調整手段としては、可撓性プリント基板３０の部品実装面から加圧する方法がある。例えば、図７に示すように、上ベース１１に上部彫り込み部１３ａを凹設するとともに加圧用貫通口２２を設け、下ベース１２に下部彫り込み部１３ｂと貫通穴２３を設ける。上ベース１１の加圧用貫通口２２には加圧ポンプ（図示せず）の吐出口を接続する。

図５及び図６の場合と同様に、可撓性プリント基板３０の検査箇所が図７に示す彫り込み部１３ｂにくるように位置決めし、この状態で、上ベース１１を所定位置まで押し下げれば、上ベース検出用センサがオンとなって切換バルブが切り換わり、上ベース１１の加圧用貫通口２２から圧縮空気が注入され、図８に示すように、この加圧によって可撓性プリント基板３０が押圧され、ベースフィルム３１側が前記彫り込み部１３に膨出するように湾曲する。

図示は省略するが、前述の空気による加圧に代えて、発砲ウレタンなどの固形物体にて可撓性プリント基板３０の部品実装面を加圧しても、同様の作用効果を得ることが可能である。発砲ウレタンなどの固形物体は、繰り返して使用することができるので、検査装置のコストダウンに寄与できる。

一般的に、可撓性プリント基板に部品を実装する場合は、はんだリフローやはんだフリーなどによりばんだ付けを行い、可撓性プリント基板及び実装部品ははんだ溶融温度以上に加熱され、固相温度以下になると実装部品が可撓性プリント基板に固定される。加熱により可撓性プリント基板及び実装部品がともに膨張し、その後の冷却によりともに収縮する。

実装部品と可撓性プリント基板とでは線膨張係数が大きく異なることが多い。例えば、セラミック部品では線膨張係数が約７ppm/℃であるのに対して、可撓性プリント基板の導体パターンとして使用されている銅の線膨張係数は約１７ppm/℃と、かなり大きな開きがある。したがって、鉛フリーはんだ付け時では、セラミック部品と銅との収縮差は次式のようになる。［１７(ppm)−７(ppm)］×２４０(℃)＝２４００(ppm)となる。

図９に示すように、可撓性プリント基板３０に実装部品３６をはんだ付けした場合は、破線Ｄ及びＥで示すカバーフィルム３５とはんだ３７との境界部分が最も強度が弱く、この部分に応力が集中して微小クラックが発生し易い。

そこで、図１０に示すように、下ベース１２に彫り込み部１３を凹設するとともに、該彫り込み部１３に吸引用貫通口２１を設け、例えば図９の破線Ｄで示す検査箇所が図１０に示す彫り込み部１３にくるように可撓性プリント基板３０を位置決めし、この状態で上ベースを所定位置まで押し下げれば、切換バルブが切り換わって、下ベース１２の吸引用貫通口２１から空気の吸引が始まる。図１１に示すように、この吸引によって可撓性プリント基板３０が引張られ、ベースフィルム３１側が前記彫り込み部１３に膨出するように湾曲する。

したがって、破線Ｄで示す検査箇所に万一微小クラックが存在していれば、可撓性プリント基板３０に発生した微小クラックが広がって、導体パターン３３の電気抵抗値が変化することにより、クラックの有無を検出することができる。このように、実装部品３６の下側で従来は微小クラックの検査が不可能であった箇所でも、可撓性プリント基板３０のベースフィルム３１側を彫り込み部１３へ吸引することにより、容易かつ確実に微小クラックの有無を検出することが可能となる。

また、可撓性プリント基板３０の部品実装面から加圧して変形させてもよい。例えば、図１２に示すように、上ベース１１に上部彫り込み部１３ａを凹設するとともに加圧用貫通口２２を設け、下ベース１２に下部彫り込み部１３ｂと貫通穴２３を設ける。そして、上ベース１１の加圧用貫通口２２から圧縮空気や圧縮ガスを注入すれば、図１３に示すように、この加圧によって可撓性プリント基板３０が押圧され、ベースフィルム３１側が前記彫り込み部１３ｂに膨出するように湾曲する。

なお、本実施の形態では、可撓性プリント基板３０のベースフィルム３１を下ベース１２側にして下ベースの彫り込み部へ変形させているが、これとは逆に、ベースフィルム３１を上ベース１１側にして上ベース１１の彫り込み部へ変形させてもよい。また、上ベースと下ベースを水平状態に設置するのではなく、垂直状態あるいは傾斜状態に設置して可撓性プリント基板を挟持させてもよい。

而して、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

実施例１を示し、電気検査装置の概念図。（１）２端子法の回路図、（２）は４端子法の回路図。微小クラックを検出する原理について説明図で、可撓性プリント基板が平坦な状態の断面図。微小クラックを検出する原理について説明図で、可撓性プリント基板が変形した状態の断面図。実施例２を示し、可撓性プリント基板が平坦な状態の断面図。図５に示す可撓性プリント基板が変形した状態の断面図。実施例２の変形例を示し、可撓性プリント基板が平坦な状態の断面図。図７に示す可撓性プリント基板が変形した状態の断面図。実施例３を示し、部品が実装された可撓性プリント基板の断面図。図９に示す可撓性プリント基板が平坦な状態の断面図。図９に示す可撓性プリント基板が変形した状態の断面図。実施例３の変形例を示し、可撓性プリント基板が平坦な状態の断面図。図１２に示す可撓性プリント基板が変形した状態の断面図。

符号の説明

１０電気検査装置
１１上ベース
１２下ベース
１３彫り込み部
１３ａ上部彫り込み部
１３ｂ下部彫り込み部
１４圧力調整手段
１５配管接続部
１６吸引用配管
１７吸引ポンプ
１８位置決め用ガイド板
１９接続端子
２０上ベース検出用センサ
２１吸引用貫通口
２１加圧用貫通口
２３貫通穴
３０可撓性プリント基板
３１ベースフィルム
３２接着剤
３３導体パターン
３４接着剤
３５カバーフィルム
３６実装部品
３７はんだ

Claims

可撓性プリント基板を挟持する上ベースと下ベースとを備え、上ベースと下ベースのうち少なくとも何れか一方のベースに彫り込み部を凹設し、該彫り込み部に圧力調整手段を設けるとともに、
前記下ベースには可撓性プリント基板の位置決め用ガイド板が設けられ、かつ、導体パターンへ電気を導通させるための接続端子と、前記上ベースが所定位置まで下がったことを検出する上ベース検出用センサと、前記可撓性プリント基板に設けられている導体パターンの電気抵抗値を測定する抵抗値検出手段を備え、
前記可撓性プリント基板を下ベースの位置決め用ガイド板に載置することで、導体パターンの微小クラックが発生し易い箇所が前記彫り込み部に位置するようにセットされるとともに、前記可撓性プリント基板の導体パターンに前記接続端子が接触し、前記抵抗値検出手段で平坦な状態のときの前記導体パターンの電気抵抗値を初期値として記憶させ、前記上ベースが所定位置まで押し下げられると、前記上ベース検出用センサがオンとなり、前記可撓性プリント基板の導体パターンで微小クラックが発生し易い箇所が前記彫り込み部に膨出して湾曲するように前記圧力調整手段が作動して、前記導体パターンの微小クラックが広がる方向に変形させ、前記抵抗値検出手段が前記導体パターンの電気抵抗値を測定し、前記初期値との差を計算して微小クラックの発生を検出するよう動作することを特徴とする可撓性プリント基板の電気検査装置。
上記可撓性プリント基板を上ベースと下ベースとで挟持し、微小クラックが発生し易い箇所が変形したときに、導体パターンの電気抵抗値の変化を４端子法にて測定して微小クラックの有無を検出するように、上記抵抗値検出手段が設けられている請求項１記載の可撓性プリント基板の電気検査装置。