JPH09260831A

JPH09260831A - 基板ホルダおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH09260831A
Application number: JP6668296A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Ikeno; 成雄池野
Original assignee: BANGAADE SYST KK
Current assignee: BANGAADE SYST KK
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】基板を一方の部品実装側の面で支持し基板の
他方の面に部品を実装する場合に、基板の部品の実装密
度が高いものであると、部品実装側から基板を確実に支
持するのが難しくなる。【解決手段】電子部品２が実装された基板１の表面の
凹凸形状を測定し、その三次元データに基づいてホルダ
素材Ｈに、電子部品２が挿入される凹部Ｈａを加工す
る。凹部Ｈａを加工する際、凹部Ｈａの内形寸法を電子
部品２の外形寸法よりもやや大きめにしておくと、基板
１を支持するときに、電子部品２が凹部Ｈａ内に余裕を
もって挿入される。この基板ホルダＨ１で基板１を支持
した状態で、基板１の部品が実装されていない面１ｂに
クリーム半田が塗布され部品が実装される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、両面に部品が実装
される両面基板の製造過程において、一方の面に部品が
実装された基板をこの基板実装面側から支持する基板ホ
ルダおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種電子機器では、両面に電子部品が実
装された両面実装基板が使用される。この両面実装基板
の製造工程では、最初に基板の一方の面にチップ部品ま
たはディスクリート部品などの電子部品が実装されリフ
ロー半田付け工程などにより半田付けされる。次にこの
基板が前記部品の実装面を下向きとして支持され、上向
きとなった他方の基板面にクリーム半田またはペースト
半田がスクリーン印刷工程により塗布され、さらにこの
基板面にチップ部品などの電子部品がマウントされ、加
熱炉に送られて半田付け作業が完了する。

【０００３】前記クリーム半田の塗布工程および電子部
品のマウント工程では、電子部品が実装されている側か
ら基板を支える基板ホルダが使用される。図８は従来の
基板ホルダにより基板が支持された状態を示している。

【０００４】図８では両面実装が可能なプリント配線基
板を符号１で示している。このプリント配線基板１の一
方の実装面１ａには複数の電子部品２がマウントされ且
つ半田付けされている。基板ホルダ３には、複数のピン
穴３ａが一定のピッチでＸ方向とＹ方向にマトリックス
状に配列されて穿設されている。基板１の実装面１ａに
並んでいる電子部品２の間の実装面１ａを支持できる部
分に相当するピン穴３ａが選択され、選択されたピン穴
３ａに支持ピン４が嵌着される。そして、基板１は実装
面１ａを下向きにした状態に設置され、電子部品２の間
から支持ピン４により基板１が支えられる。この支持状
態の基板１の他方の実装面１ｂにクリーム半田がスクリ
ーン印刷により塗布され、部品がマウントされ、さらに
加熱炉に搬入されて、上面側の実装面１ｂへの各種電子
部品の実装が完了する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図８に示すよ
うな基板ホルダ３を用いたプリント配線基板１の支持方
法では、以下に列記する問題が生じている。（１）基板ホルダ３はピン穴３ａがマトリクス状に規則
的に配列されたものであるため、前記ピン穴３ａの位置
が基板１の電子部品２の隙間の位置に必ずしも一致する
とはかぎらない。したがって、電子部品２の間の基板１
の実装面１ａに当たることのできる部分に位置するピン
穴３ａを選択して支持ピン４を取付けた結果、基板１の
面積に対して支持ピン４による支持点の間隔が広くなり
すぎることがある。特に最近のプリント配線基板１で
は、電子部品２の実装密度が高いため、所定の直径を有
する支持ピン４を挿入できる隙間を探すのが困難であ
り、また支持ピン４を挿入できる隙間があってもその位
置がピン穴３ａから外れていることが多く、前記の支持
ピン４の配列間隔が広くならざるを得ない。その結果、
基板１の上面側の実装面１ｂにクリーム半田を塗布する
工程でのスキージの押圧力や、部品を自動マウントする
自動機での加圧力などにより、基板１が湾曲して変形
し、さらには破損するおそれがあった。

【０００６】（２）プリント配線基板１の機種ごとに、
支持ピン４のピン穴３ａへの嵌着位置を変更しなくては
ならず、基板製造工程での段取り工数が多くかかる。ま
た、所定の機種のプリント配線基板１に対する部品実装
が完了した後に、支持ピン４をピン穴３ａから抜いてし
まうと、元の状態に復元するのが困難であるため、同じ
機種のプリント配線基板１に対する部品実装を再度行う
場合にも、最初の実装と同じだけの段取り工数が必要に
なり、作業効率が低下する。

【０００７】上記の問題点を解決する手段として、プリ
ント配線基板１の一方の実装面１ａに電子部品２を実装
し半田付けしたのちに、実装面１ａに型取り材を流して
実装面１ａの凹凸形状に合わせた型を形成し、この型内
にシリコーンゴムなどを流し込んで基板ホルダを成形す
るものがある。しかし、この基板ホルダでは、前記型取
りを行った結果、基板ホルダの凹部と、実際の基板に実
装された電子部品との間に余裕がなくなる。よって、こ
の基板ホルダにプリント配線基板１の部品を嵌着させ、
支持した場合、基板１が基板ホルダに密着し、基板１を
基板ホルダから抜き出すのが困難になる。また型取りの
時の誤差や成形後の基板ホルダの収縮などにより、基板
１に実装された部品が基板ホルダの凹部に嵌着できない
こともあり得る。

【０００８】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、基板の部品実装面を確実に支持することができ、
且つ基板を設置するのが容易な基板ホルダ、およびこの
基板ホルダを高精度に製造できる基板ホルダの製造方法
を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、部品が実装さ
れた基板を、前記部品が実装された側から支持する基板
ホルダにおいて、ホルダ表面には前記部品が介入する凹
部が形成されており、この凹部は部品の外面に対し隙間
を有し、この凹部が形成されていない部分が前記基板に
当たる支持面とされていることを特徴とするものであ
る。

【００１０】または、前記凹部の底面が部品の頂面を支
えることにより前記基板が支持されることを特徴とする
ものとなる。

【００１１】また本発明による基板ホルダの製造方法
は、部品が実装された基板の前記部品実装面の凹凸形状
を三次元的に測定する工程と、この三次元の測定データ
を基にして前記部品による凸形状よりも大きい凹部を加
工するための加工データを演算する工程と、この加工デ
ータに基づいて、ホルダ素材に前記部品の外面に余裕を
有する凹部を形成し且つ前記ホルダ素材の表面に前記凹
部以外の基板支持面を残す加工を行う工程と、を有する
ことを特徴とするものである。

【００１２】または、前記ホルダ素材に、前記部品の外
側面に余裕を有し且つ部品の高さと一致する深さを有し
て部品の頂面を支えることが可能な凹部を加工する工
程、を有することを特徴とするものである。

【００１３】本発明の基板ホルダは、基板の一方の部品
実装面の形状に合わせた凹部が形成されているが、この
凹部は基板に実装された部品の外面に対し隙間を有する
容積となっている。第１の構成例では、凹部は部品の全
外面に対し隙間を有しており、凹部以外の部分に、部品
の間に介入して基板表面を支持する支持面が形成されて
いる。また第２の構成例は、部品の実装密度が高く、部
品の間に前記支持面を形成する余裕部分が少ないような
場合に好適なものであり、部品の側面に対しては凹部が
余裕を有して形成されているが、凹部の深さは全ての部
品あるいはいずれか選択した複数の部品の高さ寸法と一
致し、部品の頂面が凹部の底面に当たることにより基板
が支持される。よって、基板の部品実装密度が高くて
も、基板ホルダで確実に且つ安定して支持できる。

【００１４】また本発明の基板ホルダの製造方法では、
基板の部品実装面の三次元データを基にして、ホルダ素
材に凹部を形成しているため、データ処理により基板ホ
ルダの凹凸形状を任意に形成できる。また、一度、基板
ホルダを加工したデータは保存できるため、基板ホルダ
を保存しない場合であっても、同じ基板ホルダを再製作
することが容易である。

【００１５】

【発明の実施の形態】基板ホルダを製造する装置は、図
１（Ａ）に示す三次元測定器Ａ、データ処理用のコンピ
ュータＣ、三次元測定器ＡとコンピュータＣとを接続す
る接続装置Ｂ、および図１（Ｂ）に示す加工装置（マシ
ニングセンタ）Ｄとから構成されている。

【００１６】三次元測定器Ａは、架台１１の上にＸ方向
ヘ移動する基板設置テーブル１２が設けられ、この基板
設置テーブル１２には、一方の実装面１ａに各種電子部
品２が実装されたプリント配線基板１が前記電子部品２
を上向きとして設置される。検出ヘッド１３は、基板１
の実装面１ａに直角に対向するものであり、検出ヘッド
１３は、Ｙガイド１４によってＹ方向ヘ移動できるよう
に支持され、Ｙガイド１４はＺガイド１５によってＺ方
向ヘ移動できるように支持されている。基板設置テーブ
ル１２はＸ方向ヘ、検出ヘッド１３はＹ方向ヘ、Ｙガイ
ド１４はＺ方向ヘ、それぞれサーボモータやステッピン
グモータなどの制御モータにより駆動され、その結果、
基板設置テーブル１２上の基板１と、検出ヘッド１３と
が相対的にＸ−Ｙ−Ｚの三次元方向ヘ移動する。

【００１７】図２は前記検出ヘッド１３の内部構造を示
している。この検出ヘッド１３では、駆動回路２２によ
り半導体レーザ２１が駆動され、半導体レーザ２１から
発せられたレーザ光が投光レンズ２３により、基板１の
実装面１ａに照射される。レーザ光は基板１の実装面１
ａでの凹凸形状に応じて拡散反射されるが、この反射成
分が受光レンズ２４により受光され、光検出素子２５に
結像する。光検出素子２５はＣＣＤ素子または、ＰＮＰ
半導体層から成るＰＳＤ素子などであり、被検出物であ
る基板１の反射面の高さｈａが変わると、光検出素子２
５での光検知スポットＳの位置が変わる。実際の検出ヘ
ッド１３では、半導体レーザ２１からの出射光路の周囲
を囲むようにして受光レンズ２４と光検出素子２５が複
数組配置されており、被検出物のレーザ光を反射する面
がどの方向を向いていても、前記高さｈａを検出できる
ようになっている。

【００１８】コンピュータＣには画像処理のためのソフ
トウエアが格納されている。前記三次元測定器Ａでは、
検出ヘッド１３が基板１の実装面１ａの上を最初にＸ方
向ヘ直線的に走査し、この走査線をＹ方向ヘ所定のピッ
チで移動させていく。この間、Ｘ−Ｙ平面での基板１の
実装面１ａの各位置での高さｈａのＺ軸情報が得られ
る。このデータがコンピュータＣにより処理され、基板
１の実装面１ａ上の電子部品２の凹凸形状を表わす三次
元データが作成される。さらに、この三次元データから
基板ホルダを加工するための加工データが演算される。

【００１９】図１（Ｂ）に示す加工装置（マシニングセ
ンタ）Ｄでは、コンピュータＣにより演算された加工デ
ータに基づき、ＮＣ制御による切削加工が行われる。加
工装置Ｄは、架台３１上にＹ方向ヘ移動するワークテー
ブル３２が設けられ、このワークテーブル３２上にホル
ダ素材Ｈが設置される。加工ヘッド３３はＸガイド３４
によりＸ方向ヘガイドされ、Ｘガイド３４はＺガイド３
５によりＺ方向ヘガイドされる。ワークテーブル３２、
加工ヘッド３３およびＸガイド３４は各方向ヘサーボモ
ータにより駆動され、ワークテーブル３２上のホルダ素
材Ｈと加工ヘッド３３とが相対的にＸ−Ｙ−Ｚの三次元
方向ヘ移動する。また架台３１上の工具ホルダ３６に
は、加工ヘッド３３のスピンドル軸３３ａに装着される
工具（ツール）Ｔが複数種類保持されており、加工ヘッ
ド３３に保持される工具Ｔの自動交換が可能となってい
る。

【００２０】なお、ワークテーブル３２上に設置される
ホルダ素材Ｈは、所定の厚さの板材であり、プラスチッ
ク、セラミック非導電性合金などの非導電性材料で形成
されたものである。

【００２１】上記装置を用いて本発明の基板ホルダを製
造する方法を、図７に示すフローチャートの順に説明す
る。一方の実装面１ａへの電子部品２の実装が完了した
プリント配線基板１を図１（Ａ）に示す三次元測定器Ａ
の基板設置テーブル１２上に設置する。この基板１は実
際に電子部品２を実装したものが使用されるが、あるい
は実際の基板１および電子部品２と同じ実装状態で且つ
同じ寸法の模型を用いてもよい。

【００２２】三次元測定器Ａにより、検出ヘッド１３を
Ｘ方向に直線的に且つＹ方向ヘ所定のピッチで走査させ
基板１の実装面１ａの凹凸状態を測定する。コンピュー
タＣでは、検出ヘッド１３で検出された検出出力に基づ
き、基板１の実装面１ａの凹凸形状に応じた三次元デー
タを作成する（図７の）。コンピュータＣの画像処理
ソフトでは、前記三次元データをＸ−Ｙ平面に対して対
称に反転させ、基板１に実装された電子部品２の凸形状
が凹形状となるような三次元データとする（）。次
に、反転された三次元データを基に、まずＸ−Ｙ平面に
おいて、ホルダ素材Ｈの表面に凹部を形成する位置とそ
の面積を演算し、加工装置Ｄでの工具ＴのＸ方向とＹ方
向ヘの移動距離および移動軌跡を割り出す（）。さら
に三次元データのＺ軸の数値により、凹部の加工深さを
演算し、加工装置Ｄにおける工具ＴのＺ軸方向ヘの送り
量を割り出す（）。

【００２３】上記の加工データの演算値が加工装置Ｄに
与えられ、加工工具（ツール）Ｔが選択され（）、ホ
ルダ素材Ｈと加工ヘッド３３との相対移動により、ホル
ダ素材Ｈが加工され（）、基板ホルダが完成する。

【００２４】図４と図５に示すように、本発明の基板ホ
ルダは、基板１に実装された電子部品２の体積に対し充
分に余裕のある容積の凹部Ｈａが形成されるが、この凹
部Ｈａを加工するためのＸ−Ｙ平面の加工領域の演算
（）、加工深さの演算（）および加工工具の選択
（）についてさらに詳しく説明する。

【００２５】図３にて破線で示しているのは、基板１に
実装された電子部品２の凸形状の測定データを反転させ
た三次元データに基づく凹形状である。基板１に実装さ
れた電子部品２の反転データである凹形状２ａの幅寸法
（電子部品２の幅寸法に等しい）をＷ１、深さ寸法をｈ
１としたとき、実際のホルダ素材Ｈでは、前記幅寸法Ｗ
１よりも大きい幅寸法Ｗ２および、深さ寸法ｈ１よりも
深い寸法ｈ２となるように、凹部Ｈａを加工する。

【００２６】例えば、一般的な加工で行われるように、
所定の工具Ｔを用いて三次元データの凹形状２ａの幅寸
法Ｗ１を加工できるよう工具Ｔの移動軌跡を算出し、実
際の加工データでは、工具Ｔの移動位置を三次元データ
の幅寸法Ｗ１よりもわずかに膨らむ軌跡に修正する。ま
たは、所定の工具Ｔの径に基づいて前記凹形状２ａの幅
寸法Ｗ１を加工できるように工具Ｔの移動軌跡を演算
し、実際の加工データでは、演算した工具Ｔの半径ｒよ
りもやや大きい半径の工具を選択するような指示が含ま
れる。このようなデータ処理および加工処理により、ホ
ルダ素材Ｈに加工される凹部Ｈａの内幅寸法Ｗ２は、電
子部品２の幅寸法よりも充分に大きくなり、電子部品２
が基板ホルダの凹部Ｈａ内に余裕をもって挿入できるよ
うになる。

【００２７】また、第１の構成例では、三次元データの
凹形状２ａの深さｈ１（電子部品２の高さに等しい）よ
りも、ホルダ素材Ｈに加工する凹部Ｈａの深さ寸法ｈ２
を深くする。したがって図７のでは、工具ＴのＺ方向
ヘの送り込み寸法を三次元データの深さｈ１よりも長く
設定する。

【００２８】その結果、加工が完了した基板ホルダＨ１
では、図４に示すように、ホルダ素材Ｈの表面に、基板
１に実装された複数の各電子部品２の側面および頂面に
対して隙間を有する大きめの凹部Ｈａが形成される。ま
た凹部Ｈａが形成されていない部分、すなわち隣接する
凹部Ｈａの境界部分にホルダ素材Ｈの表面が残され、こ
の残された部分が基板１を受ける支持面Ｈｂとなる。

【００２９】この基板ホルダＨ１は、基板１の電子部品
２が実装された実装面１ａに対向し、基板ホルダＨ１上
に基板１が設置される。このとき各電子部品２は基板ホ
ルダＨ１の凹部Ｈａ内に隙間を有して挿入され、支持面
Ｈｂにより電子部品２の間から基板１が支持される。

【００３０】第２の構成例では、図３において三次元デ
ータの凹形状２ａの深さ寸法（電子部品２の高さ寸法）
ｈ１と、ホルダ素材Ｈに加工される凹部Ｈａの深さ寸法
とが一致するようにする。図５はこのような凹部Ｈａを
有する基板ホルダＨ２を示している。この構成例では、
基板１に実装された電子部品２の頂面が凹部Ｈａの底面
Ｈｃに支えられ、この電子部品２の頂面を支えることに
より、基板１が基板ホルダＨ２上に支持される。

【００３１】図５に示すように、電子部品２の頂面を支
える基板ホルダＨ２は、基板１の実装密度が高く、部品
２と部品２の間に、図４に示すような支持面Ｈｂを形成
できないものであっても、支持が可能である。また、ホ
ルダのある領域では図４に示す支持面Ｈｂを形成し、他
の領域では、図５に示すように凹部Ｈａの底面Ｈｃで電
子部品２を支えるようにし、基板の実装面１ａと電子部
品２の頂面の双方を支持できるものであってもよい。

【００３２】図６（Ａ）（Ｂ）は、基板１に実装された
部品が密集している場合に、図４に示す基板ホルダＨ１
の支持面Ｈｂの位置および形状を設定するためのデータ
処理手法の一例を示している。例えば電子部品２の密集
状態が図６（Ａ）で示すものである場合に、部品間の隙
間の大きい（イ）と（ロ）の部分にホルダ素材Ｈを残し
て支持面Ｈｂとし、隙間が狭い（ハ）（ニ）（ホ）の部
分では、ホルダ素材Ｈを残さず、隣接する部品のために
形成する凹部Ｈａ間を貫通して連続させるように加工す
る。その結果、基板１に当たる支持面Ｈｂは図６（Ｂ）
でハッチングで示す平面形状となる。このように図６
（Ｂ）に示す加工処理を行うことにより、三次元データ
に基づいて、隣接する電子部品２の間隔が狭い部分に凹
部Ｈａを形成するときに、極端に薄肉の支持面Ｈｂが形
成されるのを防止できる。

【００３３】本発明の基板ホルダＨ１（図４）またはＨ
２（図５）で基板１の部品実装面を支持すると、その支
持状態が安定するため、上に向いている実装面１ｂにク
リーム半田をスクリーン印刷するとき、および実装面１
ｂに部品をマウントするときに、基板１に大きな応力が
作用することがなく、また基板１が撓むようなことがな
い。また、基板１を基板ホルダから外すときに、電子部
品２が凹部Ｈａ内から簡単に抜け出ることができる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明では、部品が実装さ
れた基板を安定して支持する基板ホルダを提供できる。
また基板を基板ホルダから外すのを容易に行える。また
実際の基板の凹凸形状に応じた三次元データに基づいて
基板ホルダが加工されるため、データを保存することに
より、同じ機種の基板を支える基板ホルダを再製作した
り、または同じ基板ホルダを多数製作することもでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】基板ホルダを製造する装置を示すものであり、
（Ａ）は三次元測定器とコンピュータを示す正面図、
（Ｂ）は加工装置の正面図、

【図２】三次元測定器の検出ヘッドの内部構造を示すブ
ロック図、

【図３】ホルダ素材が工具で加工されている状態を示す
断面図、

【図４】第１の構成例の基板ホルダを示す断面図、

【図５】第２の構成例の基板ホルダを示す断面図、

【図６】（Ａ）は密集した部品配置を示す平面図、
（Ｂ）は凹部の加工形状と支持面の加工形状を示す平面
図、

【図７】本発明の基板ホルダの加工方法を示すフローチ
ャート、

【図８】従来の基板ホルダを示す断面図、

【符号の説明】

Ａ三次元測定器ＣコンピュータＤ加工装置Ｈホルダ素材Ｈ１、Ｈ２基板ホルダＨａ凹部Ｈｂ支持面Ｔ工具１基板２電子部品

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】部品が実装された基板を、前記部品が実
装された側から支持する基板ホルダにおいて、ホルダ表
面には前記部品が介入する凹部が形成されており、この
凹部は部品の外面に対し隙間を有し、この凹部が形成さ
れていない部分が前記基板に当たる支持面とされている
ことを特徴とする基板ホルダ。
【請求項２】部品が実装された基板を、前記部品が実
装された側から支持する基板ホルダにおいて、ホルダ表
面には前記部品が介入する凹部が形成されており、この
凹部は部品の外側面に対し隙間を有し、この凹部の底面
が部品の頂面を支えることにより前記基板が支持される
ことを特徴とする基板ホルダ。
【請求項３】部品が実装された基板の前記部品実装面
の凹凸形状を三次元的に測定する工程と、この三次元の
測定データを基にして前記部品による凸形状よりも大き
い凹部を加工するための加工データを演算する工程と、
この加工データに基づいて、ホルダ素材に前記部品の外
面に余裕を有する凹部を形成し且つ前記ホルダ素材の表
面に前記凹部以外の基板支持面を残す加工を行う工程
と、を有することを特徴とする基板ホルダの製造方法。
【請求項４】部品が実装された基板の前記部品実装面
の凹凸形状を三次元的に測定する工程と、この三次元の
測定データを基にして前記部品による凸形状よりも大き
い凹部を加工するための加工データを演算する工程と、
この加工データに基づいて、ホルダ素材に前記部品の外
側面に余裕を有し且つ部品の高さと一致する深さを有し
て部品の頂面を支えることが可能な凹部を加工する工程
と、を有することを特徴とする基板ホルダの製造方法。