JP6329250B2

JP6329250B2 - キャビティ付き多層配線基板の部品実装方法

Info

Publication number: JP6329250B2
Application number: JP2016509823A
Authority: JP
Inventors: 桂資太田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2018-05-23
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: WO2015145728A1; JPWO2015145728A1

Description

本発明は、キャビティ付き多層配線基板の基板表層のランドとキャビティ内のランドにそれぞれ半田を印刷して部品を実装するキャビティ付き多層配線基板の部品実装方法に関する発明である。

近年、部品実装基板の小型化、高集積化のために、配線基板を多層化し、更に、その多層配線基板にキャビティを形成して、基板表層のパッドとキャビティ内のパッドにそれぞれ半田を印刷して半導体チップ等の部品を実装する部品実装構造が多用されるようになってきている。一般に、多層配線基板は、特許文献１（特開２００８−３４５８９号公報）に記載されているように、複数枚のプリント配線板をプリプレグ（接着シート）を挟んで積層接着して多層化したものが多い。

このような多層配線基板のキャビティ内のランドに半田を印刷する場合は、特許文献２（特開２０１０−１４３２２７号公報）や、特許文献３（特開２０１０−２５３７８５号公報）に記載されているように、スクリーン印刷マスクのうちの多層配線基板のキャビティに対応する部分に、下方に突出する凹陥部を形成して、その凹陥部を多層配線基板のキャビティに嵌合させてキャビティ内のランドに半田を印刷するようにしている。この半田印刷工程で、キャビティ内のランドとキャビティ外側の基板表層のランドの両方に同じスクリーン印刷マスクで一括して半田を印刷する場合もあるし、キャビティ内のランドと基板表層のランドにそれぞれ別のスクリーン印刷マスク（別の半田印刷機）を用いて別々に印刷する場合もある。

また、特許文献４（特開２００９−４４５３号公報）に記載されているように、半田印刷工程及び部品実装工程で、ランドに半田を印刷する位置及び部品を実装する位置を決める際に、プリント配線基板の表面にプリント配線技術によりランドと一定の位置関係で形成された基準マーク（フィデューシャルマーク）をカメラで撮像して画像処理により基準マークを認識することで、その基準マークの位置を基準にして、ランドに半田を印刷する位置及び部品を実装する位置を決めて半田印刷及び部品実装を行うことが一般的である。従って、従来のキャビティ付き多層配線基板の半田印刷工程及び部品実装工程では、画像処理により基板表層の基準マークを認識することで、その基板表層の基準マークの位置を基準にして、基板表層のランドとキャビティ内のランドに半田を印刷する位置及び部品を実装する位置を決めて半田印刷及び部品実装を行うようにしている。

特開２００８−３４５８９号公報特開２０１０−１４３２２７号公報特開２０１０−２５３７８５号公報特開２００９−４４５３号公報

ところで、キャビティ付き多層配線基板の製造工程で、基板表層と基板下層を積層接着する際に、基板表層に対してキャビティ内のランドを形成した基板下層が位置ずれすることがある。このため、従来のように、画像処理で認識した基板表層の基準マークの位置を基準にして、基板表層のランドとキャビティ内のランドに半田を印刷する位置及び部品を実装する位置を決めて半田印刷及び部品実装を行うと、キャビティ内のランドに対して半田印刷位置と部品実装位置が位置ずれすることがある。また、半田印刷位置と部品実装位置は別々の機械（半田印刷機と部品実装機）で位置決めされるため、各機械で基板表層の基準マークの位置を基準にしても、各機械の位置決め誤差によりキャビティ内の半田印刷位置と部品実装位置との間に位置ずれが生じることがある。これらの原因により、多層配線基板のキャビティ内のランドの位置と半田印刷位置と部品実装位置との間に位置ずれが生じて、多層配線基板のキャビティ内のランドへの部品の半田付け信頼性が低下する可能性があった。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、多層配線基板の基板表層とキャビティ内の両方のランドに部品を半田付けする場合に、多層配線基板の基板表層のランドへの部品の半田付け信頼性を確保しながら、キャビティ内のランドへの部品の半田付け信頼性も向上できるキャビティ付き多層配線基板の部品実装方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、キャビティ付き多層配線基板の基板表層のランドとキャビティ内のランドにそれぞれ半田を印刷して部品を実装するキャビティ付き多層配線基板の部品実装方法において、半田印刷機で前記基板表層の基準位置部を画像処理により認識して該基板表層の基準位置部の位置を基準にして半田印刷位置を決めて該基板表層のランドと前記キャビティ内のランドに半田を一括して又は別々に印刷する半田印刷工程と、部品実装機で前記基板表層の基準位置部を画像処理により認識して該基板表層の基準位置部の位置を基準にして該基板表層の部品実装位置を決めてその部品実装位置に部品を実装する基板表層部品実装工程と、前記部品実装機又は別の部品実装機で前記キャビティ内で他の半田印刷部と画像処理により区別可能な形状又はパターンを持つ特定の半田印刷部を画像処理により認識して該キャビティ内の特定の半田印刷部の位置を基準にして該キャビティ内の部品実装位置を決めてその部品実装位置に部品を実装するキャビティ内部品実装工程とを含むことを特徴とするものである。ここで、基板表層部品実装工程とキャビティ内部品実装工程は、どちらを先に行っても良い。

要するに、本発明では、基板表層のランドへの部品実装は、従来同様に、基板表層の基準位置部を画像処理により認識して該基板表層の基準位置部の位置を基準にして行うことで、基板表層のランドへの部品の半田付け信頼性を確保できる。一方、多層配線基板のキャビティ内のランドへの部品実装は、キャビティ内の特定の半田印刷部を画像処理により認識して該キャビティ内の特定の半田印刷部の位置を基準にして行うため、キャビティ内の半田印刷部と部品の端子との位置合せ精度を向上させて、部品実装後のリフロー時に溶解した半田の表面張力により部品の端子をランドの中心へ引き寄せるセルフアライメント効果を十分に発揮させることが可能となり、キャビティ内のランドに部品の端子を確実に半田付けすることができて、キャビティ内のランドへの部品の半田付け信頼性も向上できる。

この場合、基板表層の基準位置部は、該基板表層に設けられた基準マークであっても良いし、基板表層のパッドと一定の位置関係で形成された配線パターン等の導体パターンのうちの画像処理により区別可能な部分を基準位置部としても良い。

また、本発明は、基板表層部品実装工程において、部品実装機で基板表層の特定の半田印刷部を画像処理により認識する動作を追加し、該基板表層の基準位置部の位置を基準にして決められた該基板表層の部品実装位置を該基板表層の特定の半田印刷部の位置に基づいて補正し、補正後の部品実装位置に部品を実装するようにしても良い。このようにすれば、基板表層の半田印刷位置と部品実装位置との間の位置ずれをより小さくできるため、セルフアライメント効果を十分に発揮させて、基板表層のパッドへの部品の半田付け信頼性を更に向上できる。

図１は本発明の一実施例におけるキャビティ付き多層配線基板を示す縦断面図である。図２はキャビティ付き多層配線基板の積層工程を説明する縦断面図である。図３は部品実装ラインの一例を示すブロック図である。図４は半田印刷工程実行プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。図５は部品実装工程実行プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１及び図２に基づいて本実施例のキャビティ付き多層配線基板１１の構成を説明する。

本実施例の多層配線基板１１は、例えば２枚のプリント配線板１２，１３をプリプレグ１４を挟んで積層接着して多層化したものである。以下の説明では、上側のプリント配線板１２を「基板表層１２」と呼び、下側のプリント配線板１３を「基板下層１３」と呼んで説明する。基板表層１２には、キャビティ１５を形成するための開口部が形成され、更に、基板表層１２の表面には、部品を実装するためのランド１６と配線パターン１７と基準位置部となる基準マーク１８（図３参照）がプリント配線技術により一定の位置関係で形成されている。基板表層１２の表面には、ランド１６を除く部分にソルダーレジスト１９がコーティングされている。基板表層１２の所定位置には、上下に貫通するスルーホール２０が形成され、このスルーホール２０に充填した導体２１により基板表層１２表面の配線パターン１７とランド１６が基板表層１２下面に形成された配線パターン２２と接続されている。尚、基板表層１２の下面には、配線パターン２２を形成しない構成としても良い。

一方、基板下層１３の上下両面にも配線パターン２５，２６がプリント配線技術により形成され、該基板下層１３の所定位置には、上下に貫通するスルーホール２７が形成され、このスルーホール２７に充填した導体２８により基板下層１３の上下両面の配線パターン２５，２６が接続されている。基板下層１３上面の配線パターン２５と基板表層１２下面の配線パターン２２との間は、両者間に挟み込まれたプリプレグ１４によって絶縁されている。また、基板下層１３のうちのキャビティ１５の底面となる部分には、部品を実装するためのランド２９が形成され、このランド２９を除く部分にはソルダーレジスト３０がコーティングされている。

以上のように構成された多層配線基板１１の基板表層１２のランド１６とキャビティ１５内のランド２９には、後述する半田印刷工程で半田が印刷されて半田印刷部３１，３２が形成される。

次に、図３を用いて、後述する半田印刷工程、基板表層部品実装工程及びキャビティ内部品実装工程を実行する部品実装ライン４０の構成を説明する。

多層配線基板１１を搬送する搬送ライン４１の最上流（先頭）には、半田印刷工程を実行する半田印刷機４２が配置されている。この半田印刷機４２には、多層配線基板１１の基板表層１２のランド１６とキャビティ１５内のランド２９に半田を印刷するためのスクリーン印刷マスク（図示せず）が設けられ、このスクリーン印刷マスクのうちの多層配線基板１１のキャビティ１５に対応する部分には、下方に突出する凹陥部（図示せず）が形成され、その凹陥部を多層配線基板１１のキャビティ１５に嵌合させてキャビティ１５内のランド２９に半田を印刷するようにしている。

また、半田印刷機４２は、多層配線基板１１の基板表層１２の基準マーク１８を撮像する撮像装置（図示せず）と、この撮像装置の画像を処理する画像処理装置等を搭載し、画像処理により基板表層１２の基準マーク１８を認識することで、その基準マーク１８の位置を基準にして、多層配線基板１１の基板表層１２のランド１６とキャビティ１５内のランド２９に半田を印刷する位置を決めて半田印刷を行うようにしている。この半田印刷機４２は、スクリーン印刷マスクの下面のマスク基準マークを上記撮像装置で撮像してそのマスク基準マークを認識することで、マスク基準マークの位置を基にスクリーン印刷マスクの位置を認識して、スクリーン印刷マスクと多層配線基板１１とを位置合わせする機能を搭載している。

搬送ライン４１のうちの半田印刷機４２の下流側には、後述する基板表層部品実装工程及びキャビティ内部品実装工程を実行する１台又は複数台の部品実装機４３が配列されている。各部品実装機４３には、それぞれ部品を供給する複数のフィーダ４４が交換可能にセットされている。図示はしないが、各部品実装機４３は、フィーダ４４から供給される部品を吸着して多層配線基板１１に実装する吸着ノズルを保持する実装ヘッドと、多層配線基板１１の基板表層１２の基準マーク１８とキャビティ１５内の特定の半田印刷部３２を撮像する撮像装置と、この撮像装置の画像を処理する画像処理装置等を搭載し、画像処理により基板表層１２の基準マーク１８を認識して該基板表層１２の基準マーク１８の位置を基準にして該基板表層１２の部品実装位置を決めてその部品実装位置に部品を実装すると共に、キャビティ１５内の特定の半田印刷部３２を画像処理により認識して該キャビティ１５内の特定の半田印刷部３２の位置を基準にして該キャビティ１５内の部品実装位置を決めてその部品実装位置に部品を実装するようにしている。この際、認識対象となる特定の半田印刷部３２は、画像処理により他の半田印刷部３２と区別可能な形状やパターンの半田印刷部３２である。

搬送ライン４１のうちの部品実装機４３の下流側には、リフロー装置４５が設けられ、部品実装機４３で部品を実装した多層配線基板１１をリフロー装置４５に搬入して、該リフロー装置４５内で該多層配線基板１１の基板表層１２のランド１６の半田印刷部３１とキャビティ１５内のランド２９の半田印刷部３２を加熱して、これらのランド１６，２９に部品の端子をリフロー半田付けするようにしている。

ところで、キャビティ１５付き多層配線基板１１の製造工程で、基板表層１２と基板下層１３を積層接着する際に、基板表層１２に対してキャビティ１５内のランド２９を形成した基板下層１３が位置ずれすることがある。このため、従来のように、画像処理で認識した基板表層１２の基準マーク１８の位置を基準にして、基板表層１２のランド１６とキャビティ１５内のランド２９に半田を印刷する位置及び部品を実装する位置を決めて半田印刷及び部品実装を行うと、キャビティ１５内のランド２９に対して半田印刷位置と部品実装位置が位置ずれすることがある。また、半田印刷位置と部品実装位置は別々の機械（半田印刷機４２と部品実装機４３）で位置決めされるため、各機械４２，４３で基板表層１２の基準マーク１８の位置を基準にしても、各機械４２，４３の位置決め誤差によりキャビティ１５内の半田印刷位置と部品実装位置との間に位置ずれが生じることがある。これらの原因により、多層配線基板１１のキャビティ１５内のランド２９の位置と半田印刷位置と部品実装位置との間に位置ずれが生じて、多層配線基板１１のキャビティ１５内のランド２９への部品の半田付け信頼性が低下する可能性があった。

このような課題を解決するために、本実施例では、半田印刷機４２で多層配線基板１１の基板表層１２の基準マーク１８を画像処理により認識して該基板表層１２の基準マーク１８の位置を基準にして半田印刷位置を決めて該基板表層１２のランド１６とキャビティ１５内のランド２９に半田を一括して又は別々に印刷する半田印刷工程を実行した後、部品実装機４３で基板表層１２の基準マーク１８を画像処理により認識して該基板表層１２の基準マーク１８の位置を基準にして該基板表層１２の部品実装位置を決めてその部品実装位置に部品を実装する基板表層部品実装工程と、多層配線基板１１のキャビティ１５内の特定の半田印刷部３２を画像処理により認識して該キャビティ１５内の特定の半田印刷部３２の位置を基準にして該キャビティ１５内の部品実装位置を決めてその部品実装位置に部品を実装するキャビティ内部品実装工程とを実行するようにしている。ここで、基板表層部品実装工程とキャビティ内部品実装工程とは、同じ部品実装機４３で実行しても良いし、別々の部品実装機４３で実行しても良い。

上述した半田印刷工程は、半田印刷機４２によって図４の半田印刷工程実行プログラムに従って次のようにして自動的に実行される。まず、ステップ１０１で、多層配線基板１１をコンベア（図示せず）により半田印刷機４２内に搬入して、クランプ装置（図示せず）で該多層配線基板１１をクランプする。この後、ステップ１０２に進み、多層配線基板１１の基板表層１２の基準マーク１８を撮像装置で撮像して、画像処理により基板表層１２の基準マーク１８の位置を認識すると共に、スクリーン印刷マスクの下面のマスク基準マークを上記撮像装置で撮像してそのマスク基準マークを認識する。

この後、ステップ１０３に進み、多層配線基板１１の基板表層１２の基準マーク１８を基準にして半田印刷位置を決定すると共に、スクリーン印刷マスクの下面のマスク基準マークの位置を基にスクリーン印刷マスクの位置を認識して、スクリーン印刷マスクと多層配線基板１１とを位置合わせする。

この後、ステップ１０４に進み、多層配線基板１１の基板表層１２のランド１６とキャビティ１５内のランド２９にそれぞれ半田を印刷して半田印刷部３１，３２を形成する。この際、基板表層１２のランド１６への半田印刷とキャビティ１５内のランド２９への半田印刷は、同じスクリーン印刷マスクで一括して行っても良いし、別々のスクリーン印刷マスク（別々の半田印刷機）で別々に行うようにしても良い。この後、ステップ１０５に進み、半田印刷後の多層配線基板１１をコンベア（図示せず）により半田印刷機４２から搬出して部品実装機４３へ送る。以後、半田印刷機４２は、上記ステップ１０１〜１０５の動作を繰り返すことで、搬入される多層配線基板１１のランド１６，２９に半田を印刷して搬出する動作を繰り返す。

一方、基板表層部品実装工程及びキャビティ内部品実装工程は、部品実装機４３によって図５の部品実装工程実行プログラムに従って次のようにして自動的に実行される。尚、図５の部品実装工程実行プログラムは、基板表層部品実装工程及びキャビティ内部品実装工程を同じ部品実装機４３で実行するプログラムである。

図５の部品実装工程実行プログラムでは、まず、ステップ２０１で、半田印刷機４２から搬出された半田印刷後の多層配線基板１１をコンベア（図示せず）により部品実装機４３内に搬入して、クランプ装置（図示せず）で該多層配線基板１１をクランプする。この後、ステップ２０２に進み、多層配線基板１１の基板表層１２の基準マーク１８を撮像装置で撮像して、画像処理により基板表層１２の基準マーク１８の位置を認識し、次のステップ２０３で、キャビティ１５内の特定の半田印刷部３２を撮像装置で撮像して、画像処理により特定の半田印刷部３２の位置を認識する。

この後、ステップ２０４に進み、多層配線基板１１の基板表層１２の基準マーク１８の位置を基準にして該基板表層１２の部品実装位置を決定し、次のステップ２０５で、キャビティ１５内の特定の半田印刷部３２の位置を基準にして該キャビティ１５内の部品実装位置を決定する。

この後、ステップ２０６に進み、上記ステップ２０４で決定した基板表層１２の部品実装位置に部品を実装し、次のステップ２０７で、上記ステップ２０５で決定したキャビティ１５内の部品実装位置に部品を実装する。尚、上記ステップ２０２〜２０７の動作の順序は適宜変更しても良い。この後、ステップ２０８に進み、部品実装後の多層配線基板１１をコンベア（図示せず）により部品実装機４３から搬出してリフロー装置４５へ送り、リフロー半田付けする。以後、部品実装機４３は、上記ステップ２０１〜２０８の動作を繰り返すことで、搬入される半田印刷後の多層配線基板１１に部品を実装して搬出する動作を繰り返す。

尚、基板表層部品実装工程とキャビティ内部品実装工程とを別々の部品実装機４３で実行する場合は、一方の部品実装機４３で、上記ステップ２０１→２０２→２０４→２０６→２０８の順序で基板表層部品実装工程を実行し、他方の部品実装機４３で、上記ステップ２０１→２０３→２０５→２０７→２０８の順序でキャビティ内部品実装工程を実行するようにすれば良い。

以上説明した本実施例では、多層配線基板１１の基板表層１２のランド１６への部品実装は、従来同様に、基板表層１２の基準マーク１８を画像処理により認識して該基板表層１２の基準マーク１８の位置を基準にして行うことで、基板表層１２のランド１６への部品の半田付け信頼性を確保できる。一方、多層配線基板１１のキャビティ１５内のランド２９への部品実装は、キャビティ１５内の特定の半田印刷部３２を画像処理により認識して該キャビティ１５内の特定の半田印刷部３２の位置を基準にして行うため、キャビティ１５内の半田印刷部３２と部品の端子との位置合せ精度を向上させて、部品実装後のリフロー時に溶解した半田の表面張力により部品の端子をランド２９の中心へ引き寄せるセルフアライメント効果を十分に発揮させることが可能となり、キャビティ１５内のランド２９に部品の端子を確実に半田付けすることができて、キャビティ１５内のランド２９への部品の半田付け信頼性を向上できる。

尚、基板表層１２の基準位置部は、該基板表層１２に設けられた基準マーク１８に限定されず、プリント配線技術により基板表層１２のパッド１６と一定の位置関係で形成された配線パターン１７等の導体パターンのうちの画像処理により区別可能な部分を基準位置部としても良い。

また、基板表層部品実装工程において、部品実装機４３で基板表層１２の特定の半田印刷部３１を撮像装置で撮像して、画像処理により該基板表層１２の特定の半田印刷部３１の位置を認識する動作を追加し、該基板表層１２の基準マーク１８（基準位置部）の位置を基準にして決められた該基板表層１２の部品実装位置を該基板表層１２の特定の半田印刷部３１の位置に基づいて補正し、補正後の部品実装位置に部品を実装するようにしても良い。このようにすれば、基板表層１２の半田印刷位置と部品実装位置との間の位置ずれをより小さくできるため、セルフアライメント効果を十分に発揮させて、基板表層１２のパッド１６への部品の半田付け信頼性を更に向上できる利点がある。尚、認識対象となる特定の半田印刷部３１は、画像処理により他の半田印刷部３１と区別可能な形状やパターンの半田印刷部３１である。

その他、本発明は、上記実施例に限定されず、例えば、多層配線基板１１の積層数を３層以上に構成したり、１枚の多層配線基板１１に複数のキャビティ１５を形成したり、多層配線基板１１の製造方法を適宜変更しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。

１１…多層配線基板、１２…基板表層（プリント配線板）、１３…基板下層（プリント配線板）、１４…プリプレグ、１５…キャビティ、１６…ランド、１７…配線パターン、１８…基準マーク（基準位置部）、２９…ランド、３１，３２…半田印刷部、４０…部品実装ライン、４１…搬送ライン、４２…半田印刷機、４３…部品実装機、４５…リフロー装置

Claims

キャビティ付き多層配線基板の基板表層のランドとキャビティ内のランドに半田を印刷して部品を実装するキャビティ付き多層配線基板の部品実装方法において、
半田印刷機で前記基板表層の基準位置部を画像処理により認識して該基板表層の基準位置部の位置を基準にして半田印刷位置を決めて該基板表層のランドと前記キャビティ内のランドに半田を一括して又は別々に印刷する半田印刷工程と、
部品実装機で前記基板表層の基準位置部を画像処理により認識して該基板表層の基準位置部の位置を基準にして該基板表層の部品実装位置を決めてその部品実装位置に部品を実装する基板表層部品実装工程と、
前記部品実装機又は別の部品実装機で前記キャビティ内で他の半田印刷部と画像処理により区別可能な形状又はパターンを持つ特定の半田印刷部を画像処理により認識して該キャビティ内の特定の半田印刷部の位置を基準にして該キャビティ内の部品実装位置を決めてその部品実装位置に部品を実装するキャビティ内部品実装工程と
を含むことを特徴とするキャビティ付き多層配線基板の部品実装方法。
前記基板表層の基準位置部は、該基板表層に設けられた基準マーク又は前記基板表層のパッドと一定の位置関係で形成された導体パターンのうちの画像処理により区別可能な部分であることを特徴とする請求項１に記載のキャビティ付き多層配線基板の部品実装方法。
前記基板表層部品実装工程において、前記部品実装機で前記基板表層の特定の半田印刷部を画像処理により認識する動作を追加し、該基板表層の基準位置部の位置を基準にして決められた該基板表層の部品実装位置を該基板表層の特定の半田印刷部の位置に基づいて補正し、補正後の部品実装位置に部品を実装することを特徴とする請求項１又は２に記載のキャビティ付き多層配線基板の部品実装方法。