JPH01501732A

JPH01501732A - ハンダの厚さを測定する方法および装置

Info

Publication number: JPH01501732A
Application number: JP62507146A
Authority: JP
Inventors: ケーリー，エル・ブラウン; ロバート・エー・ハーゲル
Original assignee: ヒューズ・エアクラフト・カンパニー
Priority date: 1986-12-17
Filing date: 1987-11-06
Publication date: 1989-06-15
Also published as: DK458288A; IL84417A; US4745684A; ES2008931A6; DK458288D0; WO1988004881A1; IL84417A0; JPH0557521B2; GR871758B

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】ハンダの厚さを測定する方法および装置発明の背景本発明は、ハンダの厚さを測定する装置に関し、このものは、プローブを使用してハンダの表面を基準位置を測定し、次にこのハンダを溶融し、第２の位置を測定し、これらの位置の差からハンダの厚さを測定し、これによって、このハンダ厚さを非破壊的に測定するものである。

プリント配線基板の銅のトレース部やバット部には、ハンダが被着されており、リードレス・チップ・キャリヤ、フラットパック、およびリード線が軸方向に突出した部品等の電気部品の取付けが容易となるように構成されている。これらのトレース部やパッド部にハンダを被着するには、電気メツキ法が適している。このようなハンダメッキの厚さを調整するには、従来からこのメッキの条件を制御することによってなされていた。すなわち、このハンダの厚さはメッキ工程の条件に対応しているので、この条件を調整することによってメッキの厚さを間接的に制御できる。この厚さを検査するためには、プリント回路板のトレース部等の近傍に試験片を配置し、同じ条件でメッキをおこなう。しかし、このような試験片はメッキの際の電流密度がプリント配線板のトレース部より大きくなる傾向があり、誤差を生じやすい。この試験片上のハンダメッキの厚さは、断面を精密に測定してめられる。しかし、このような測定方法では、生産工程へのフィー特表平１−５０１７３２　（３）ドパツクが困難で、誤差の原因ともなる。

また、このハンダメッキの厚さを非破壊的に検査する方法としてＸ線蛍光法がある。しかし、このＸ線蛍光測定法は、ハンダの厚さが０．００２インチ以下の場合しか測定できない不具合があった。しかし、このハンダメッキの厚さは、たとえばリードレス・チップ・キャリヤ等を取付ける場合には厚いほうが好ましい。

中型のリードレス・チップ・キャリヤを比較的厚いハンダ層で取付けた場合には、このプリント配線板とセラミック製のリードレス・チップ−キャリヤとの熱膨張率の差によって、このハンダ層に機械的な荷重が作用してもこのハンダ層にはクラック等が発生することはない。すなわち、この柔軟で比較的厚いハンダ層がこの応力を吸収するからである。このような場合を考慮すると、０．００２インチ以上の厚さのハンダ層の厚さを測定することが必要になる。

また、このプリント回路板のハンダ層の厚さを測定する別の方法として、ベータ粒子の後方散乱を利用するものがある。

しかし、このようなものは、ストロンチウム９０等の強いベータ線源を必要とする。このような方法では、０．００５インチの厚さまで測定することができる。

しかし、このような測定方法では、ハンダ合金の組成が変わると厚さの測定値が変化してしまう。また、プリント配線板の銅の層が存在することによって、この測定値が変化してしまう。このため、この方法は一般には使用されていない。

このため、ハンダ層やプリント配線板を破壊せずにこのハンダメッキ層の厚さを測定でき、また現在のシステムにおいて充分な精度でかつ迅速、経済的に測定できるハンダ厚さ測定システムが要望されている。また、ハンダ層の厚さによってその精度に制約が生じない測定システムおよび装置が要望されている。さらに、このハンダやプリント基板の材料の組成に影響されないハンダの厚さ測定システムおよび装置の開発が要望されている。

発明の概要本発明の要旨の理解を容易にするため、ここではプリント配線板のハンダ層の厚さを測定する方法および装置について説明する。この装置にはプローブが備えられ、このプローブは低温状態のハンダの表面に接触し、その基準となる高さを測定する。この後、このハンダが加熱され、このプローブが溶融状態のハンダ層内に没入し、プリント配線板の銅のトレース部に接触し、第２の位置が測定される。そして、これら基準の高さと＄２の位置との差から、このハンダ層の厚さがめられる。

本発明によれば、ハンダの厚さを非破壊的に測定することができ、ハンダ合金の組成やプリント配線板の組成、およびハンダ層の厚さ当に制約されずに正確かつ迅速にこのハンダ層の厚さを測定できるものである。

また、本発明によればハンダの厚さを迅速に測定でき、製造ライン等においてこのハンダの厚さを直ちに測定できるものである。そして、必要に応じてこのハンダのメッキ工程を調整することができる。

また、本発明は経済的に設置でき、また操作が簡単であって、ハンダの厚さを正確に測定でき、広く使用するとかできるハンダ厚さ測定装置を提供することができる。

本発明のさらに別の特徴は、添附した図面を参照した説明によって明白となる。

図面の簡単な説明第１図は、本発明の実施例野ハンダ厚さ測定装置の斜視図である。

第２図は、上記装置の一部を拡大し一部を破断して示す正面図である。

第３図は、基準高さを測定している状態における上記の装置の一部をさらに拡大しかつ破断した正面図である。

第４図は、第２の測定状態を示す第３図に対応した図である。

実施例の詳細な説明第１図において、１０はテーブルであり、このテーブル１０はこのハンダ厚さ測定装置の全ての部品を支持するように構成されている。この装置の電気的な部品は、ベース１４内に収容されており、またこのベースは脚とともにこのテーブルを支持している。また、このテーブルの上板１２にはＸ−Ｙベース１８が設けられ、その上にはＸ−Ｙテーブル２０が設けられ、この上に測定すべきプリント回路板１６が装着される。この位置決は、コンピュータプログラムによって自動的に制御されることが好ましい。第３図および第４図に示すように、このプリント配線板１６には、１または複数の回路トレース部２２が形成され、このトレース部は銅材料で形成され、このプリント回路板１６の電気絶縁性の部分の上に形成されている。この回路トレース部２２は各種の方法で形成されるものであるが、この実施例は複数の層から構成され、貫通孔を確実に通過するように構成されている。たとえば、この銅の回路トレース部２２の上には電気銅でない銅の層２４が形成され、さらにその上には電気銅の層２６が形成されている。この銅層２６は接続パッドを形成する。そして、この銅層２６の少なくともパッド部分の上には、ノ１ンダ層２８がメッキまたは他の方法で被着されている。説明を明瞭にするため、第３図および第４図には第１図および第２図に示すパッド３０の部分を示し、この部分にはノ＼ンダ層２８が被着されている。このパッドの部分は、このプリント回路板１６の電気的接続部分である。そして、このパッド３０上のハンダ層２８の厚さを測定するものである。

また、第１図および第２図に示すように、テーブル１２の上にはブリッジ３２が移動しないように固定され、測定機器をこのテーブルの上面およびＸ−Ｙテーブル２０に対して支持するように構成されている。このフレーム３４にはトランスレータ３６が設けられ、このＸ−Ｙテーブル２０に対して直角に上下方向に摺動自在に設けられている。よって、このトランスレータ３６はＺ方向に移動するように構成されている。このトランスレータ３６が２方向に移動して上昇位置にある場合には、上記のプリント回路板１６と離間し、このプリント回路板に対して接離するように構成されている。また、このトランスレータ３６が下降した場合には、ストッパ３８゜４０が当接し、このトランスレータ３６の下降位置を規制するように構成されている。このトランスレータが下降した状態において、このトランスレータは固定位置に保持され、この状態で測定がなされる。

また、トランスジューサ４６にはプローブ４２が摺動自在に設けられている。第２図に示すように、このトランスジューサ４６の本体は上記のトランスレータ３６に取付けられている。このトランスジューサはリニア形のトランスジューサであって、上記のプローブ４２の位置を測定するように構成されている。このトランスジューサとしては、可変ディファレンシャルトランスジューサ、光学スライド定規、レーザ干渉計その他の形式のものが使用できる。そして、上記のトランスレータが下降した場合には、第３図に示すようにパッド３０上のハンダ２８にプローブ４２が接触する。このプローブの在室としては、ハンダに対して濡れ性がなく、熱伝導率および熱膨張率の低いものが適当である。具体的にはインコネル合金が適当である。

また、ヒータが設けられ、このヒータによってハンダ層２８が加熱溶融され、上記のプローブがこのハンダ層内に侵入してその厚さを測定する。このヒータとしては、レーザまたは赤外線放射のものが適当である。また、この加熱は高温の空気によって加熱するものでもよい。また、このパッド上のハンダ２８を誘導加熱するものでもよい。上記のプローブ４２の近傍にはモリブデン製のヒータビン４４が設けられ、このビンの先端面は平面に形成され、二のビンはヘアピンヒータ５０に取付けられている。このヘアピンヒータ５０は本体５８に取付けられ、この本体はガイド６０に案内されて移動するように構成されている。また、必要に応じてこのヒータビンはスプリング６２によって下方に押圧され、パッド３０に接触するように構成されている。そして、配線６４゜６６を介してこのヘアピンヒータ５０に電力が供給され、このヒータビン４４が加熱されるように構成されている。

そして、まずこのハンダの基準高さが測定された後、このパッド上のハンダ２８が充分な温度まで加熱される。そして、このプローブ４２はこれを下降させるスプリングの付勢力によって下降され、第４図に示すように銅の層２６の上面に接触する。この状態では、ヒータへの電力供給は停止され、このプローブおよびパッドは冷却され、熱膨張の影響が排除される。そして、この第２の状態において、このプローブの位置がトランスジューサ４６によって測定され、その測定値信号はコンピュータ４８に送られる。そして、この測定値から上記の最初の基準位置が差引かれ、これらの差がこのハンダ層の厚さとして記録される。

そして、この第２の位置での測定が終了したら、プローブ４２が引抜かれる。このプローブ４２は小さなものであるので、これを引抜いた後もこのパッド３０上のハンダ層２８はあまり変形せず、このプリント配線板１６の後の工程には影響がない。よって、この測定は非破壊的になされる。

また、このプローブ４２の近傍には基準センサプローブ５４が設けられている。

この基準センサプローブは第２図に示すように線形のトランスジューサ５６に取付けられている。

このトランスジューサ５６は前記のトランスジューサ４８と同様な構成のものであり、上記の基準センサブロー１５４はスプリングによって下方に付勢されている。このトランスジューサ５６はコンピュータ４８に接続され、この測定値はこのコンピュータに送られる。このトランスジューサ５６は、上記プローブ４２によって基準位置を測定する際と第２の位置を測定する際の間のプリント配線板１６の位置の変化を測定する。これら２つの測定の間におけるこの基準センサプローブ５４の測定値の変化は、上記ハンダの厚さの測定値に加えられる。したがって、このトランスジューサ５６と基準センサプローブ５４によって、測定中におけるこのプリント配線板１６の２方向の位置変化による誤差が補正される。

以上、実施例について本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、当業者であれば本発明の要旨を逸脱することなく各種の変更を加えることは容易である。よって、本発明は以下の請求の範囲によって規定される。

ＦＩＧ、２宝静ｉ１査報告国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】

１．ハンダの厚さを測定する装置であって：測定すべきハンダ層が被着された物品を保持する保持手段を備え；低温状態において上記ハンダ層の上面に当接する高さ測定プローブを備え；低温状態において上記ハンダ層の上面に接触した上記プローブの第１の位置を測定する手段を備え；上記低温状態における上記ハンダ層の上面の位置を高さを記録する手段と；上記ハンダ層を溶融するまで加熱し、上記プローブをこのハンダ層内に侵入させこのハンダ層の底に接する第２の位置まで移動させる加熱手段を備え；上記ハンダ層の底に相当する第２の位置を測定する手段を備え；さらに、上記プローブの一方の位置から他方の位置を差引き、上記ハンダ層の厚さを算出する手段とを備えたことを特徴とする装置。
２．前記保持する手段はテーブルを備え、また前記プローブはこのテーブルに対応して配置されていることを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の装置。
３．前記テーブルはＸ−Ｙテーブルを備え、このＸ−Ｙテーブルは前記ハンダ層を前記プローブに対して位置決するものであることを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の装置。
４．前記プローブは、前記テーブルの上方に設けられたブリッジに支持されていることを特徴とする前記請求の範囲第２項記載の装置。
５．前記ブリッジに移動自在に設けられたトランスレータを備え、このトランスレータは前記テーブルに接離するように移動し、また前記テーブルに向けて移動する動きはストッパによって規制され、前記プローブはこのトランスレータに取付けられていることを特徴とする前記請求の範囲第４項記載の装置。
６．前記測定する手段はリニア形のトランスジューサであり、このトランスジューサは前記トランスレータに装着される本体と、前記プローブを保持する可動部材とを備えていることを特徴とする前記請求の範囲第５項記載の装置。
７．前記トランスジューサはコンピュータのメモリに接続され、前記プローブが前記第１の位置にある状態における前記トランスジューサからの第１の信号が上記のメモリに送られ、また前記プローブが前記第２の位置にある場合における前記トランスジューサからの第２の信号が上記メモリに送られることを特徴とする前記請求の範囲第６項記載の装置。
８．前記テーブルはＸ−Ｙテーブルを備え、前記ハンダ層を前記プローブに対して横方向に位置決するものであることを特徴とする前記請求の範囲第７項記載の装置。
９．基準センサプローブを備え、この基準センサプローブは前記プリント配線板のパッドの近傍でハンダで被覆されていない部分に接触するような位置に配置され、この基準センサプローブは、前記プローブによる第１および第２の測定の間の前記プリント配線板の移動によるハンダの厚さの誤差を補正するように接続されていることを特徴とする前記請求の範囲第７項記載の装置。
１０．基準センサプローブを備え、この基準センサプローブは前記プリント配線板のパッドの近傍でハンダで被覆されていない部分に接触するような位置に配置され、この基準センサプローブは、前記プローブによる第１および第２の測定の間の前記プリント配線板の移動によるハンダの厚さの誤差を補正するように接続されていることを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の装置。
１１．前記トランスレータには基準センサプローブが設けられ、この基準センサプローブは前記プリント回路板のパッドの近傍のハンダ層が被着されていない部分に当接するように配置され、この基準センサプローブは、前記プローブによる第１および第２の測定の間の前記プリント配線板の移動によるハンダの厚さの誤差を補正するように接続されていることを特徴とする前記請求の範囲第５項記載の装置。
１２．前記の加熱手段は通電加熱ヒータピンを備え、このヒータピンは前記ハンダ層に接触してこのハンダ層を溶融するまで加熱し、前記プローブをその第２の測定位置まで移動させることを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の装置。
１３．前記加熱手段は、前記トランスレータに設けられた電気ヒータと、この電気ヒータに熱的に接続されたヒータピンとを備え、このヒータピンは前記ハンダ層に接触してこのハンダ層を溶融するまで加熱し、前記プローブをその第２の測定位置まで移動させることを特徴とする前記請求の範囲第５項記載の装置。
１４．前記の加熱手段は通電加熱ヒータピンを備え、このヒータピンは前記ハンダ層に接触してこのハンダ層を溶融するまで加熱し、前記プローブをその第２の測定位置まで移動させることを特徴とする前記請求の範囲第９項記載の装置。
１５．ハンダの厚さを測定する方法であって：厚さ測定プローブをハンダ層の上面に位置させる工程を備え；低温で溶融していない状態のハンダ層における上記厚さ測定プローブの第１の位置を記録する工程を備え；上記ハンダ層を溶融するまで加熱し、上記のプローブをこのハンダ層の底の第２の位置まで移動させる工程を備え；このプローブの第２の位置を記録する工程を備え；また、上記第２の位置の測定値から第１の位置の測定値を差引き、上記ハンダ層の厚さを算出する工程とを備えたことを特徴とする方法。
１６．前記プローブが前記第２の位置にあり、かつこの第２の位置の測定をおこなう前に、前記ハンダ層を冷却し、温度変化による測定誤差を減少させる工程を備えたことを特徴とする前記請求の範囲第１５項記載の方法。
１７．前記測定すべきハンダ層はプリント回路板のパッド上に被着されており、この部分の近傍にはハンダ層の被着されていない部分があるものにおいて：前記第１の測定および第２の測定をおこなうと同時に、上記プリント配線板の上記ハンダの被着していない部分の位置を測定し、これらの差から測定の際のプリント配線板の移動を算出し、ハンダ層の厚さの算出の際の誤差を補正する工程を備えたことを特徴とする前記請求の範囲第１５項記載の方法。
１８．前記測定すべきハンダ層はプリント回路板のパッド上に被着されており、この部分の近傍にはハンダ層の被着されていない部分があるものにおいて：前記第１の測定および第２の測定をおこなうと同時に、上記プリント配線板の上記ハンダの被着していない部分の位置を測定し、これらの差から測定の際のプリント配線板の移動を算出し、ハンダ層の厚さの算出の際の誤差を補正する工程を備えたことを特徴とする前記請求の範囲第１６項記載の方法。