JP5257630B2

JP5257630B2 - プリント基板

Info

Publication number: JP5257630B2
Application number: JP2010267103A
Authority: JP
Inventors: 隆喜愛葉
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2030-11-30
Also published as: JP2012119449A

Description

本発明は、各種ＩＣが固定（実装）されるプリント基板に関するものである。詳細には、パッケージ形状は異なるが、ピンなどの電極配置が同じ（通称：ピン・コンパチブル）であるＩＣが実装された場合においても、それぞれのＩＣの電極が適正なランド位置に固定されていることを視覚的に確認可能なシルク印刷がなされたプリント基板に関するものである。

従来、コンピューター装置などの基板に実装される集積回路として、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ
ＧｒｉｄＡｒｒａｙ）を使用したものがある。このＢＧＡは、集積回路のパッケージ底面にボール状電極を設けたものであって、これを基板側に設けられたランドと固定（はんだ付け）することで実装される。ＢＧＡは、パッケージ周囲に電極を設ける集積回路と比較して、底面の面積を利用した多数の電極を設けることができ、実装面積の縮小を図ることが可能である。一方、電極が底面に設けられたことを理由として、実装後、集積回路側の電極が基板側のランドに対して正しく位置決めされて固定されるか否かを判断することは困難となる。

特許文献１には、このようなＢＧＡを実装するＢＧＡ実装プリント配線板において、ＢＧＡ外周にＢＧＡ位置確認ラインをシルク印刷したＢＧＡ実装プリント基板が開示されている。また、特許文献２には、複数種類の外形を有する部品の実装位置に対応する部品外形の確認ラインを表面に設けたプリント配線基板が開示されている。

特開２０００−１３３８９８号公報特開２００３−１２５８７号公報

一方、集積回路は、通常、実装する方向が決められている。特許文献１の図１、図２に記載されているような左肩部に切り欠きが設けられたパッケージ形状であれば、位置確認ラインとの隙間を判定することで、実装方向についても適正であるか否かを判定することができる。しかしながら、ＩＣのパッケージ形状が矩形形状である場合には、逆方向に実装された場合、位置確認ラインとの位置関係で判断することができない。

本発明は、ＩＣが実装されるプリント基板において、ＩＣを適正な位置、並びに、適正な方向に実装することを可能とすることを目的としている。

本発明に係るプリント基板は、第１のＩＣ、もしくは、第１のＩＣとパッケージ形状が異なるが同じ電極配置の第２のＩＣが固定される共通のランドが表面に形成されたプリント基板において、
前記第１のＩＣ、もしくは、前記第２のＩＣの電極が前記ランドに適正に配置された場合、前記プリント基板上方から視認したときに、適正位置に配置された前記ＩＣの辺の外側に対して僅かな間隔を有するように、前記プリント基板の表面に表示された位置規定マークと、
第１のＩＣ、第２のＩＣのどちらが適正位置に配置された場合においても、前記プリント基板上方から視認したときに、適正位置に配置された前記ＩＣの基準角にて一部分が覆い隠されるように、前記プリント基板の表面に前記位置規定マークと連結して表示された方向規定マークと、を有することを特徴とするものである。

さらに本発明に係るプリント基板において、前記第２のＩＣは、前記第１のＩＣと側辺の長さが異なるパッケージ形状であって、前記位置規定マークは、前記第１のＩＣと前記第２のＩＣの一方の側辺の位置決めを行う第１位置規定マークと、前記第１位置規定マーク側に形成され、前記第１のＩＣの上辺の位置決めを行う第２位置規定マークと、前記第１位置規定マーク側に形成され、前記第２のＩＣの下辺の位置決めを行う第３位置規定マークと、前記第１のＩＣと前記第２のＩＣの他方の側辺の位置決めを行う第４位置規定マークと、前記第２位置規定マーク側に形成され、前記第２のＩＣの上辺の位置決めを行う第５位置規定マークと、前記第２位置規定マーク側に形成され、前記第１のＩＣの下辺の位置決めを行う第６位置規定マークにて形成されることを特徴とするものである。

本発明では、プリント基板の表面に位置規定マーク、方向規定マークを表示することで、第１のＩＣ、第２のＩＣのどちらが配置された場合においても、その位置、方向が適正なものであるか否かを判定することが可能となる。

本発明の実施形態で使用される２種類のＩＣを示す図。本発明の実施形態に係るプリント基板の表面の様子を示す図。本発明の実施形態に係る位置規定マーク、方向規定マークを説明する図。プリント基板上に適正に配置されたＩＣを示す図。プリント基板上でずれを生じて配置されたＩＣを示す図。プリント基板上に逆方向で配置されたＩＣを示す図。本発明の実施形態に係る方向規定マークを説明するための図。本発明の他の実施形態に係る方向規定マークを説明するための図。カメラを用いたプリント基板検査装置を示す図。

図１は、本発明の実施形態で使用される２種類のＩＣを示す図である。本実施形態では、高さが同じで幅が異なるが共通の電極配置を有する２種類のＩＣのどちらかがプリント基板上に実装されることを想定している。これは、同じ電極配置を有するＩＣであっても、製造メーカーが異なる、あるいは、ＩＣの製造ロットによってパッケージが改変されることを想定したことによるものである。またＩＣには、パッケージ裏面に電極が形成されたＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）が使用されている。図１（Ａ）は、第１のＩＣを示す図であって、図１（Ｂ）は第２のＩＣを示す図であって、どちらもプリント基板に実装した際、基板上方から眺めた図となっている。

各ＩＣパッケージ１ａ、１ｂの左上には、丸印の基準位置マークが印刷されている。ここでは、１番電極の基準角に表示されることとしている。黒塗りの丸印は電極配置位置を示している。各電極は実際にはＩＣの裏面に露出して配置されるため、ＩＣ上方から視認することはできない。この図では、ＩＣを透過した場合の電極位置が示されている。

第１のＩＣのパッケージ長Ｌ１と第２のＩＣのパッケージ長Ｌ２との長さは異なっている。お互いの幅Ｌｗは同じである。この電極配置位置は、第１のＩＣ、第２のＩＣどちらも共通である。お互いを同じランドに配置した場合、お互いのパッケージの上辺（パッケージ上端位置）ではＤ１の長さ、パッケージ下辺（パッケージ下端位置）ではＤ２の長さ、それぞれで異なる。よって、第１のＩＣに対して第２のＩＣをお互いのパッケージ上辺で一致させた位置から、パッケージ下辺の方向へ距離Ｄ１だけずらして配置することで、プリント基板上の同じランドに電極を位置させることとなる。図には参考のため同じラン
ド上に位置させる２箇所の電極の位置関係がＰ１、Ｐ２として示されている。他の電極についても同様である。

図２は、本発明の実施形態に係るプリント基板の表面の様子を示す図である。ここでは、図１に示した第１のＩＣ、第２のＩＣが実装部分だけを表示した図であって、実際のプリント基板上には、他の構成のためのランドや、シルク印刷などが設けられている。

プリント基板表面には、第１のＩＣ、第２のＩＣを固定（はんだ付け）するためのランドが設けられている。ランドは、固定のためのはんだが塗布された電極であって、このランドに対して図１にて説明した第１のＩＣ、もしくは、第２のＩＣを固定することで回路基板が構成される。また、ランド周囲には、ＩＣの位置決め、方向決めをするためのマークがシルク印刷されている。この他、基板上には、積層基板間にて導通を行うスルーホールが設けられている。

図３は、本発明の実施形態に係る位置規定マーク、方向規定マークを説明する図である。図２で説明したシルク印刷は、この図に示されるように各部分が、位置規定マーク、方向規定マークを有して形成されている。図に示すＡ１〜Ａ６は、第１のＩＣ、第２のＩＣの位置規定マークである。Ａ５の線幅（線の太さ）の中心位置とＡ２の線幅（線の太さ）の中心位置との間の距離はＤ１離れており、同様に、Ａ３の線幅の中心とＡ６の線幅の中心とはＤ２だけ離れているので、第１のＩＣ、もしくは、第２のＩＣが適正位置、すなわち、各ＩＣの電極とプリント基板上のランドとが十分に接触する位置となったとき、各ＩＣのパッケージの辺に対して僅かな間隔を有するように表示されている。この位置規定マークＡ１〜Ａ６は、必ずしも連続したラインで形成されている必要はなく、Ａ１、Ａ４、Ａ６に示されるようにスルーホールなどの配置によって分断されて表示されてもよい。

図４（Ａ）は、第１のＩＣがプリント基板上の適正位置、適正方向に配置されたときの上面図、すなわち、第１のＩＣを上方から眺めた図である。第１のＩＣにて隠されたプリント基板の表面、並びに、第１のＩＣの電極は、実際には観察することはできないが、ここでは説明のためそれらを透過した状態で示している。

位置規定マークＡ１、Ａ４は第１のＩＣの両側辺の位置決めを行う。また、位置規定マークＡ２、Ａ６は、それぞれ第１のＩＣの上辺、下辺の位置決めを行う。なお、ここでいう上辺、下辺とは、側辺と区別するとともに対向する辺を示すための便宜上の呼称であって、実際のプリント基板上においては上下の関係は特段設けられていない。

第１のＩＣのパッケージ１ａの側辺に対して、位置規定マークＡ１、Ａ４の内側は僅かな隙間を有して、また、パッケージ１ａの上辺、下辺に対しては、それぞれ位置規定マークＡ２、Ａ６の内側が僅かな隙間を有して形成される。この僅かな隙間とは、位置ずれの許容範囲に応じて設定される。すなわち、プリント基板上方からＩＣを観察したときに、ＩＣパッケージ１ａの辺と位置規定マークＡ１、Ａ４、Ａ２、Ａ６とが接触して見える場合には、各ＩＣの電極とプリント基板上のランド接触しない、もしくは、十分な接触状態でないとして判定される。

適正位置、適正方向に配置された第１のＩＣは、図示されるようにプリント基板上の各ランドに対して、第１のＩＣの電極が十分に接触したものとなる。また、位置規定マークＡ１〜Ａ６の表示色は、プリント基板の表面色、並びに、各ＩＣの色を考慮して選定される。例えば、プリント基板の表面色が緑色であって、第１のＩＣ、第２のＩＣのパッケージ色が黒色である場合、すなわち、両色ともに暗色系の場合には、位置規定マークＡ１〜Ａ６の明色系の白色が選定される。このようにプリント基板の表面色、各ＩＣのパッケージ色と、位置規定マークＡ１〜Ａ６の表示色が高いコントラストなすように選定すること
で、目視、あるいは、画像認識による隙間を容易にすることが可能となる。なお、後述する方向規定マークＢの表示色についても同様である。

図４（Ｂ）は、第２のＩＣがプリント基板上の適正位置、方向に配置されたときの上面図、すなわち、第２のＩＣを上方から眺めた図である。プリント基板は図４（Ａ）と同じものである。位置規定マークＡ１、Ａ４は第２のＩＣの両側辺の位置決めを行う。本実施形態では第１のＩＣと同じ幅であるため、この位置決めについては図４（Ａ）と同様である。一方、第２のＩＣの上辺、下辺の位置決めは、それぞれ位置規定マークＡ５、Ａ３にて行われる。第２のＩＣが適正位置に配置されたことは、第２のＩＣのパッケージ１ｂの各辺と対応する位置規定マークの内側が僅かな隙間を有することで判定される。このように適正位置に配置されたときには、プリント基板上のランドと、第２のＩＣの電極が十分に接触することがみてとれる。

図５は、プリント基板上でずれを生じて配置されたＩＣを示す図であって、図４同様、各ＩＣが配置されたプリント基板を上方から眺めた図となっている。図５（Ａ）は第１のＩＣについて、図５（Ｂ）は第２のＩＣについて示されている。両図に示されるように、ずれを生じた場合には、各位置規定マークＡ１〜Ａ６と、ＩＣパッケージ１ａ、１ｂの各辺が接触することとなる。図５（Ａ）に示される第１のＩＣの例では、プリント基板上のランドと第１のＩＣの電極は全て接触しているものの、十分に接触していないものも散見される。このような場合、接触不良の原因となるため不良品として除外されることとなる。図５（Ｂ）に示される第２のＩＣの例では、さらに大きいずれが生じたものとなっており、プリント基板上のランドと第２のＩＣは接触していないものが散見される。このような場合、製品として機能しないため不良品と判定される。

一方、本実施形態のように、ＩＣのパッケージ形状が矩形形状である場合、位置規定マークＡ１〜Ａ６に対して隙間を有して配置された場合であっても、ＩＣの上下方向が適正方向でないとランドと電極が接触しない場合がある。図６は、このような場合を示した図であって、プリント基板上に第１のＩＣが逆方向で配置された様子が示されている。プリント基板上のランドと、第１のＩＣの電極が対応していないものが見てとれる。

本発明では、このようにＩＣパッケージが逆方向に配置された場合の判別を容易にしている。そのため、プリント基板上には方向規定マークＢが表示されている。この方向規定マークＢは、第１のＩＣ、第２のＩＣのどちらにおいても、それらが適正位置に配置されたときＩＣの基準角にて一部分が覆い隠される、すなわち、ＩＣを上方から観察したときに、ＩＣの基準角付近のパッケージ辺とこの方向規定マークＢが接触するように観察されるように表示されるマークである。なお、ＩＣの基準角としては、方向の基準となる１番電極が位置する角などであって、ＩＣパッケージの表面には位置を示す基準位置マークが印刷されている。

ＩＣが適正方向となるように実装されているか否かを判別するには、実装されたＩＣを上方から観察したときに、基準角付近において、ＩＣパッケージが方向規定マークと接触しているか否かを判定することで行われる。図７は、本発明の実施形態に係る方向規定マークを説明するための図であって、図７（Ａ）は、ＩＣが装着されていない場合が示されている。また、図７（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ図４（Ａ）、（Ｂ）に示される各ＩＣが適正位置、方向に配置されている場合の方向規定マークＢ付近の様子が示されている。

図７（Ａ）は、方向規定マークＢを示したものであって、本実施形態では、シルク印刷にて表示される三角形状で示されている。この方向規定マークＢは、第１のＩＣ、第２のＩＣのどちらが適正位置に配置されたときにおいても、各ＩＣパッケージの２つの辺に接触するような形状であればよく、なるべく単純な形状にすることが好ましい。

図７（Ｂ）は、第１のＩＣが適正位置、適正方向となるように配置された図である。この図では、ＩＣパッケージ１ａの表面に丸印で印刷されている基準位置マーク付近においてＩＣパッケージ１ａの辺と方向規定マークＢが２箇所（破線で囲まれた箇所）で接触して見えるように観察される。

一方、図７（Ｃ）には、第２のＩＣが適正位置、適正方向となるように配置された図である。この図においてもＩＣパッケージ１ｂの表面の基準位置マーク付近で、ＩＣパッケージ１ｂの辺と方向規定マークＢが２箇所（破線で囲まれた箇所）で接触して見えるように観察される。本実施形態の方向規定マークＢは、第１のＩＣ、第２のＩＣどちらが配置された場合においても同じ基準で、正しい方向に配置されているか否かを判定することが可能となっている。

よって、不良チェックに際しては、まず、図４にて説明したように、適正位置に固定されているか否か、すなわち、ＩＣパッケージ１ａもしくは１ｂの各辺が、各ＩＣに対応した位置規定マークＡ１〜Ａ６と隙間を有して固定されているかが判定される。適正位置に固定されていることが判定された場合、上述した方向規定マークＢと基準位置マークが表示されている基準角との関係にて、方向についての判定が行われる。位置、方向についての両判定をクリアすることで製品としての品質を保つことが可能となる。

具体的には、プリント基板検査装置（図９、後述）で以下の検査手順プログラムを実行することで、プリント基板に実装された後の第１のＩＣ及び第２のＩＣの位置、方向を判定することができる。プリント基板検査装置は、カメラなどの撮像手段と、以下に示す検査手順プログラム（１）〜（５）を実行する制御手段（図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、撮像手段との通信インタフェース、判定結果の表示インタフェース）とを備えており、プリント基板の検査装置による不良チェックに際しては、以下の手順で行う。

（１）制御手段は、ＲＯＭに記憶された検査手順プログラムをＲＡＭ上で実行することで、撮像手段に対しプリント基板上に配置されたＩＣ各辺の周囲、少なくとも方向規定マークと位置規定マーク、位置決定マークＡ１〜Ａ６とが撮影範囲に含まれるようにして、プリント基板上面からプリント基板を撮影指示する。なお、制御手段には、予めどのＩＣ（ＩＣ１もしくはＩＣ２）について検査を行うかが設定されている。

（２）制御手段は、撮像手段が撮像した画像情報を、通信インタフェースを介して取得する。

（３）制御手段は、取得した画像情報に対して位置認識などによる画像処理を施してプリント基板のＩＣ位置規定マーク、位置規定マーク、位置決定マークＡ１〜Ａ６それぞれの位置関係を特定し、プリント基板上に配置されたＩＣが、適正位置に固定されているか否か、すなわち、ＩＣパッケージ１ａもしくは１ｂの各辺が、各ＩＣに対応した位置決定マークＡ１〜Ａ６と隙間を有して固定されているかの判定処理を実行する。前記判定処理では、前記ＩＣパッケージ１ａもしくは１ｂの各辺が、各ＩＣに対応した位置決定マークＡ１〜Ａ６と隙間を有して固定されていればＯＫと判定する。

（４）次に、制御手段は、（３）にてＩＣが適正位置に固定されていることがＯＫ判定した場合に、上述した方向規定マークＢと基準位置マークが表示されている基準角との関係にて、方向についての判定処理を実行する。前記判定処理は、予めＲＯＭに記憶した方向規定マークＢと基準位置マークが表示されている基準角との関係にて、方向についての判定用のデータと比較して一致していれば、ＯＫと判定する。

（５）制御手段は上記（３）、（４）の位置、方向についての両ＯＫ判定をクリアした表示処理を、表示インタフェースを介して実行する。前記表示処理は、例えばＬＣＤディスプレイなどに「ＯＫ」文字を表示する。

（１）〜（５）の手順で実施することでＩＣが実装されたプリント基板の製品としての品質を保つことが可能となる。なお、位置判定、方向判定については、カメラで撮像した画像情報に対して画像認識を行う制御手段が検査手順プログラム（１）〜（５）によって、撮像手段を制御しながら位置と方向とを判定を行っても、人間が目視で行うものであってもよい。

図８は、本発明の他の実施形態に係る方向規定マークを説明するための図であって、方向規定マークＢの表示形態が異なっている。図７では三角形状であったのに対し、この方向規定マークＢはライン状に形成されたものとなっている。この方向規定マークＢにおいても、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）に示されるように、第１のＩＣ、第２のＩＣどちらが配置された場合であっても、ＩＣパッケージ１ａもしくは１ｂの表面の基準位置マーク付近で、ＩＣパッケージ１ａもしくは１ｂの辺と方向規定マークＢが２箇所（破線で囲まれた箇所）で接触を観察することで、方向についての判定が可能となる。

図９は、カメラを用いたプリント基板検査装置を示す図である。ここではプリント基板に実装（固定）されたＩＣをカメラにて上方から撮影し、撮影した画像情報に対して画像認識を行うこととしている。画像認識では、前述した位置判定、方向判定の順で製品の不良検査が実行される。画像認識によるプリント基板の検査方法は、例えば、特開平７−１７４５１９号公報などがあり、既に周知なので詳細は述べない。

以上、本発明によるプリント基板では、プリント基板の上面から観察したときに、ピン配置は共通であって、長さが異なるＩＣが適切に配置されているかを直接判断することができる。なお、この判断（検査）は、カメラによる画像認識を用いることとしても、人間が目視で行うこととしてもよい。本実施形態では、位置規定マークＡ、方向規定マークＢと各ＩＣとの接触関係を観察することで、位置判定、方向判定を行うことが可能となる。したがって、人間が目視でチェックする場合には疲労を抑えることが可能となり、また、画像処理でチェックする場合には判定アルゴリズムの簡略化を図ることが可能となる。そして、どちらにおいても製品チェックの精度を高めることが可能となる。

なお、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、例えば、ＩＣパッケージの種類が、ＬＧＡ（ＬａｎｄＧｒｉｄＡｒｒａｙ）やＰＧＡ（ＰｉｎＧｒｉｄＡｒｒａｙ）に対しても適用することができる。これらのＩＣパッケージは、上面からみたときのパッケージＢＧＡと形状が類似した形状となっている。具体的には、いずれのパッケージも、上から見た外形の形状は四角形であり、その四角形の四辺のうちの１辺の隅（角付近）の位置に基準位置マークも備え、更に、上から見たときに電極も見えない形状である。よって、ＬＧＡ，ＰＧＡなどを実装するプリント基板にも、本発明を適用することで、ＢＧＡの場合と同様に、不良検査がしやすくなる効果が得られる。

１ａ…ＩＣパッケージ（第１のＩＣ）
１ｂ…ＩＣパッケージ（第２のＩＣ）

Claims

第１のＩＣ、もしくは、第１のＩＣとパッケージ形状が異なるが同じ電極配置の第２のＩＣが固定される共通のランドが表面に形成されたプリント基板において、
前記第１のＩＣ、もしくは、前記第２のＩＣの電極が前記ランドに適正に配置された場合、前記プリント基板上方から視認したときに、適正位置に配置された前記ＩＣの辺の外側に対して僅かな間隔を有するように、前記プリント基板の表面に表示された位置規定マークと、
第１のＩＣ、第２のＩＣのどちらが適正位置に配置された場合においても、前記プリント基板上方から視認したときに、適正位置に配置された前記ＩＣの基準角にて一部分が覆い隠されるように、前記プリント基板の表面に前記位置規定マークと連結して表示された方向規定マークと、を有することを特徴とする
プリント基板。
前記第２のＩＣは、前記第１のＩＣと側辺の長さが異なるパッケージ形状であって、
前記位置規定マークは、
前記第１のＩＣと前記第２のＩＣの一方の側辺の位置決めを行う第１位置規定マークと、
前記第１位置規定マーク側に形成され、前記第１のＩＣの上辺の位置決めを行う第２位置規定マークと、
前記第１位置規定マーク側に形成され、前記第２のＩＣの下辺の位置決めを行う第３位置規定マークと、
前記第１のＩＣと前記第２のＩＣの他方の側辺の位置決めを行う第４位置規定マークと、
前記第２位置規定マーク側に形成され、前記第２のＩＣの上辺の位置決めを行う第５位置規定マークと、
前記第２位置規定マーク側に形成され、前記第１のＩＣの下辺の位置決めを行う第６位置規定マークにて形成されることを特徴とする
請求項１に記載のプリント基板。