JP4893607B2 - 評価用基板 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を基板に実装する電子部品実装装置において、実装位置精度など装置機能の評価に用いられる評価用基板に関するものである。

電子部品を搭載ヘッドによって保持して基板に移送搭載する電子部品実装装置では、電子部品を基板上に搭載する部品搭載機構が正常に機能しているか、実装位置精度がどの程度確保されているかなど、装置機能を実証的に確認するための評価用基板が使用される。例えば、装置メーカの工場において出荷時に行われる完成検査や、ユーザによって行われる調整や修理後の確認検査などに際し、実際の電子部品または検査用に製作された専用のダミー部品などを評価用基板に実際に搭載し、搭載位置や搭載姿勢を画像認識やレーザ光による変位検出などを用いた測定装置によって測定することにより、実装位置精度などの装置機能を評価する（特許文献１，２参照）。

特許文献１においては、予め基板側マークが設けられたガラス冶具基板に冶具ワークを部品実装機によって装着し、装着後に基板側マークと冶具ワークとをカメラで撮像することにより、Ｘ方向、Ｙ方向やΘ方向のずれ量を測定する例が示されている。また特許文献２においては、測定対象項目として部品の３次元的な位置精度が含まれている場合に行われる高さ測定の例が示されている。
特開２００５−３１７８０６号公報 特開２００３−２４７８１０号公報

ところで電子部品実装装置は近年汎用化が進み、同一の装置によってチップ型など小型の部品からＱＦＰなどパッケージ型の大型の部品を含めて、多品種を実装対象とするようになっている。このため、上述の装置機能の評価に際しても、多種類の部品を対象とする必要がある。従来の評価作業においては、従来より評価用基板として特許文献１に示すようなガラス基板を多品種の電子部品について共用する方法や、あるいは単一種類の電子部品毎に製作された専用基板を各部品種毎に使い分ける方法などが用いられていた。

しかしながら、ガラス基板などを多品種に共用する場合には位置測定作業が複雑となって必要とされる評価対象項目が十分にカバーされず、ユーザの要求する評価精度を満たすことが難しかった。また専用基板を用いる場合には、多種類の評価用基板を準備する必要があり管理コストを要するとともに、評価作業実行に際しては部品種に合わせて基板を交換する煩わしさがあった。このように、従来の装置機能の評価に用いられていた基板は使い勝手や部品管理に難点があり、これらの課題を解消した評価用基板が求められていた。

そこで本発明は、多品種対応性や使い勝手に優れた評価用基板を提供することを目的とする。

本発明の評価用基板は、電子部品を搭載ヘッドによって保持して基板に搭載する電子部品実装装置において、当該装置の機能を評価するために用いられる評価用基板であって、半田接合用の端子を備えたチップ型の電子部品および半田接合用のリードを備えたパッケージ型の電子部品を少なくとも含む複数種類の電子部品をそれぞれ対象として評価用実装動作を行うための形状・サイズが異なる複数のランド群が形成されており、前記ランド群のうち、前記パッケージ型の電子部品よりもランドのサイズが小さい微小部品のランドを前記パッケージ型の電子部品のランドのピッチよりも狭い狭ピッチで配列して実装する狭隣接実装パターンを対象として評価用実装動作を行うための狭隣接ランド群を、複数の前記パッケージ型の電子部品を対象として評価用実装動作を行うためのランド群で挟まれる中央領域に配置した。

本発明によれば、評価用基板に複数種類の電子部品を実装するための形状・サイズが異なるランド群を形成することにより多品種対応性が確保され、さらに前記ランド群のうち、微小部品を狭ピッチで配列した狭隣接ランド群を、複数の前記パッケージ型の電子部品を対象として評価用実装動作を行うためのランド群で挟まれる中央領域に配置することにより、高い測定精度を要する微小部品を測定作業を行いやすい基板の中央に実装することができ、使い勝手に優れた評価用基板が実現される。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の評価用基板の全体構成を示す平面図、図２は本発明の一実施の形態の評価用基板における評価用実装動作の説明図、図３は本発明の一実施の形態の評価用基板におけるランド配置の説明図、図４は本発明の一実施の形態の評価用基板におけるランドの隣接配置パターンの説明図、図５は本発明の一実施の形態の評価用基板における評価用部品実装動作の説明図、図６は本発明の一実施の形態の評価用基板におけるパッケージ型部品用のランド配置および高さ基準マーク配置の説明図である。

まず図１を参照して、評価用基板１の全体構成を説明する。評価用基板１は樹脂で形成されており、電子部品を搭載ヘッドによって保持して基板に搭載する電子部品実装装置において、当該装置の機能、例えば実装位置精度や実装動作タクトタイムなど、実際の搭載作業動作を実行することによって結果が得られる項目を評価するために用いられる専用基板である。評価用基板１には、通常の実装基板製造過程において実装対象となる電子部品の種類をできるだけ広くカバーすることを目的として、形状・サイズが異なる複数の部品接合用のランド群が形成されている。本実施の形態においては、これらの部品種類のうち半田接合用の端子を備えたチップ型の電子部品および半田接合用のリードを備えたパッケージ型の電子部品など、汎用性の高いタイプを少なくとも含む複数種類の電子部品をそれぞれ対象として評価用実装動作を行うための複数のランド群が形成されている。

評価用基板１は、中心点を原点ＯとするＸＹ座標によって第１象限［１］、第２象限［２］、第３象限［３］、第４象限［４］に区分されており、各象限には以下に説明するランド群が形成されている。第１象限［１］には、クロスマウントランド群２、異形部品ランド群３、多ピンＱＦＰランド群４および狭隣接ランド群５が配置されている。狭隣接ランド群５は第４象限［４］との間にまたがって形成されている。

クロスマウントランド群２はパッケージ型の電子部品のリードに対応したランド列を矩形配列した部品別ランド群２ａを、さらに複数隣接配置して十字形状とした構成となっている。各部品別ランド群２ａのランド列は、複数のランド２１を電子部品のリード配列ピッチに合わせて列状に配置して構成される。評価用実装動作においては、各部品別ランド群２ａを対象として、１つのパッケージ型の電子部品がテスト実装される。

異形部品ランド群３はそれぞれ対をなすランド３１を複数対備えており、各対のランド３１を対象として、コネクタなどの異形部品の評価用実装動作が行われる。各対のランド３１を閉囲する矩形領域の対角位置には、高さ測定用の高さ基準マーク３２が設けられており、異形部品ランド群３に実装された電子部品の３次元実装精度測定を行う際には、高さ基準マーク３２を当該基板領域における基板上面の高さを示す基準高さ位置として用いる。

多ピンＱＦＰランド群４は、多ピンタイプのＱＦＰなど大型のパッケージ部品を対象としたものである。多ピンＱＦＰランド群４は各リード列に対応して矩形状に配置されたランド列４ａを備えており、各ランド列４ａは複数のランド４１を電子部品のリード配列ピッチに合わせて配置して構成される。さらに多ピンＱＦＰランド群４は、対角位置に配置された位置認識用の認識マーク４２を含んでいる。

狭隣接ランド群５は、微小部品を対象とした評価用実装動作のための微小部品用ランド５１や狭隣接実装のための狭隣接ランド５２を、相互に近接した配置として１つの領域内にまとめて配置して構成されている。本実施の形態に示す例では、狭隣接ランド群５を評価用基板１の中心領域に配置するようにしている。

第２象限［２］には、小型のチップ部品ランド群６、チップ部品ランド群７、バンプ付部品ランド群８およびＱＦＰ部品ランド群９が配置されている。チップ部品ランド群６、チップ部品ランド群７はそれぞれ対をなすランド６１、７１を複数対備えており、各対のランド６１、７１を対象として、コンデンサや抵抗などのチップ型の電子部品の評価用実装動作が行われる。バンプ付部品ランド群８は下面に接合用のバンプが設けられたバンプ付き部品（図６に示すバンプ付き部品８４参照）を対象としたものであり、枠状配置で設けられたバンプ接合用の複数のランド８１、位置認識用の認識マーク８２および高さ測定用の高さ基準マーク８３を備えた構成となっている。ＱＦＰ部品ランド群９は、多ピンＱＦＰランド群４と同様にＱＦＰなど大型のパッケージ部品を対象としたものである。ＱＦＰ部品ランド群９は各リード列に対応して矩形状に配置されたランド列９ａを備えており、各ランド列９ａは複数のランド９１より構成される。

第３象限［３］、第４象限［４］には、それぞれ第１象限［１］、第２象限［２］と同様のランド群が形成されている。すなわち、第３象限［３］には、クロスマウントランド群２、異形部品ランド群３、多ピンＱＦＰランド群４および狭隣接ランド群５が、原点Ｏについて第１象限［１］におけるこれらのランド群と点対称に配置されている。同様に第４象限［４］には、チップ部品ランド群６、チップ部品ランド群７、バンプ付部品ランド群８およびＱＦＰ部品ランド群９が、原点Ｏについて第２象限［２］におけるこれらのランド群と点対称に配置されている。

すなわち、評価用基板１には、同一構成・形状の複数のランド群が、原点Ｏについて点対称の配置で２つずつ形成されている。これにより、電子部品を吸着保持するノズルの回転動作を伴う部品実装機構の回転位置精度の評価を簡便容易に且つ高精度で行えるようになっている。例えば、本実施の形態に示す評価用基板１を用いて、同一種類の電子部品（例えば第１象限［１］、第３象限［３］の多ピンＱＦＰランド群４に実装される電子部品）を対象として評価用にテスト実装する場合には、図２に示すような評価用実装動作を行う。

この場合には、第１象限［１］、第３象限［３］に点対称位置にある２つの実装点Ｐ１（ｘ１，ｙ１），Ｐ２（−ｘ１，−ｙ１）を対象として電子部品を実装する。まず実装点Ｐ１（ｘ１，ｙ１）を目標として電子部品を規定の実装方向（矢印ａ方向）で搭載する。次いで実装点Ｐ２（−ｘ１，−ｙ１）を目標として電子部品を規定の実装方向（矢印ａ方向）で搭載する。

この２回の評価用実装動作においては、平面位置制御用には２つのデータｘ１，ｙ１を用いて搭載ヘッド移動機構を制御し、実装点Ｐ１における実装方向（矢印ａ）を、実装点Ｐ２における実装方向（矢印ｂ）に反転させるために、ノズル回転機構に対して１８０°回転の指令を行う。これにより、ノズル回転動作において最も大きな回転誤差の生じやす
い１８０°回転の場合の実装位置精度評価の結果が得られる。すなわちこの場合には、実装後の電子部品の実装方向が直交軸（ＸＹ軸）に対してどれだけ角度誤差を生じているかを観察することのみで、回転位置精度の評価を簡便容易に行うことが可能となっている。

次に図３を参照して、評価用基板１における狭隣接ランド群５の配置形態について説明する。図３（ａ）に示すように、狭隣接ランド群５は、評価用基板１の中心点を含んで設定された中央領域Ｒ内に配置されている。本実施の形態においては、クロスマウントランド群２、多ピンＱＦＰランド群４、バンプ付部品ランド群８、ＱＦＰ部品ランド群９など、パッケージ型の電子部品を対象として評価用実装動作を行うためのランド群を、評価用基板１における中央部近傍を避けて配置するようにしている。すなわち、中央領域Ｒはこのようなパッケージ型の電子部品を対象として評価用実装動作を行うためのランド群によって挟まれる位置に対応しており、このようにして設定された中央領域Ｒには、微小部品を狭ピッチで配列して実装する狭隣接実装パターンを対象として評価用実装動作を行うための狭隣接ランド群が配置される。

微小部品を狭ピッチで配列して実装する狭隣接実装パターンでは、実装後の位置精度評価のための観察作業などの難度が高いことから、このような評価作業が実行しやすい部位を選定する必要があるが、本実施の形態に示すように、評価用基板１の中央近傍の中央領域Ｒをこのような狭隣接ランド群５の配置領域として選定することにより、実装後の評価作業の作業性を向上させることが可能となっている。なおこのような目的のために適正とされる評価用基板１における中央領域Ｒの範囲の目安としては、図３（ｂ）に示す矩形状の評価用基板１の長辺寸法Ａ，短辺寸法Ｂに対する矩形の中央領域Ｒのａ、ｂの割合を、ａ／Ａについては０．１以上０．９以下の範囲に設定するのが望ましく、０．７以上０．８５以下に設定すると更に良い。また、ｂ／Ｂについては０．０５以上０．５以下に設定するのが望ましく、０．１以上０．２以下の範囲に設定すると更に良い。なお、これらの数値範囲は好適な範囲の目安であって、必ずしもこれらの数値範囲に限定されるものではない。

次に図４，図５を参照して、評価用基板１におけるクロスマウントランド群２の構成およびクロスマウントランド群２を対象として実行される評価用実装動作について説明する。クロスマウントランド群２は、平面視して矩形の外形を有する樹脂モールドの各辺から、所定の配列ピッチで外側に延出した接続用のリードを有するＱＦＰ型部品などのパッケージ型の電子部品を対象とする実装評価動作用に専用に準備されたランド群である。

本実施の形態においては、クロスマウントランド群２のランド配置パターンは、上述の電子部品を５つ十字型に配列した形態で隣接させる実装パターンを用いて実装評価動作を行うことが可能なランド配置となっている。ここで示す実装パターンは、中心に位置する１つの電子部品とこの電子部品の各辺に隣接する４つの電子部品とを相隣接させた実装パターンである。そしてクロスマウントランド群２におけるランドの配置パターンは、このような実装パターンに対応して、個別部品のランド群を隣接させた隣接配置パターンとなっている。

クロスマウントランド群２の構成を説明する。図４においてクロスマウントランド群２を構成する部品別ランド群２ａは、１つの電子部品に対応して設けられるランド群を示しており、部品別ランド群２ａは、電子部品の各辺から延出するリードに対応して列状に設けられたランド列２ｂを矩形に配列した構成となっている。クロスマウントランド群２において、十字配列の中央に位置する部品別ランド群２ａ＊のランド列２ｂ＊には、隣接する部品別ランド群２ａのランド列２ｂが同一エリアに重複して設けられている。ランド列２ｂ＊とランド列２ｂが同一エリアに重なることにより、２つのランド列が重なって配置された重複配置ランド列２ｃが形成される。重複配置ランド列２ｃにおいては、部品別ラ
ンド群２ａ＊に属するランド２１＊は、隣接する部品別ランド群２ａに属するランド２１の配列ピッチｐの中間、すなわち中点ｐ／２に位置する。

すなわち、クロスマウントランド群２に電子部品をテスト実装した状態では、図５に示すように、中央に位置する部品別ランド群２ａ＊に実装された電子部品２２＊と対をなして、電子部品２２が隣接した部品別ランド群２ａに実装される。そしてこれら対をなす電子部品２２＊、電子部品２２の相対向する２辺から所定の配列ピッチｐでそれぞれ延出する複数のリード２３＊、２３に対応する２つのランド列２ｂ＊、ランド列２ｂは、上述のように同一エリアに重なった重複配置ランド列２ｃを形成する。そして重複配置ランド列２ｃにおいては、一方の電子部品２２＊のリード２３＊が他方の電子部品２２のリード２３の配列ピッチの中間に位置する配置で、同一エリア内に重複して位置している。

すなわち、本実施の形態におけるクロスマウントランド群２で示される隣接配置パターンは、図５に示すように、対をなす電子部品の相対向する２辺から所定の配列ピッチでそれぞれ延出する複数のリードに対応して列状に設けられた２つのランド列が、一方の電子部品のリードに対応するランドが他方の電子部品のリードに対応するランドの配列ピッチの中間に位置する配置で、同一エリア内に重複して設けられた重複配置ランド列を有する形態となっている。

そして重複配置ランド列２ｃは、中央に位置する部品別ランド群２ａ＊の４辺、すなわち十字配列の中央に位置する一の電子部品２２＊とそれぞれ４方向に相隣接する４つの他の電子部品２２についてそれぞれ設けられた形態となっている。そしてこれらの４つの重複配置ランド列２ｃのうち、隣接する２つの重複配置ランド列２ｃは、図４に示すように、相互に直交する配列となっている。

次に図５を参照して、クロスマウントランド群２を対象として実行される評価用実装動作について説明する。この評価用実装動作においては、まず図４に示す中央に位置する部品別ランド群２ａ＊に、実装点ＭＰ＊を目標位置として電子部品２２＊をテスト実装する。次いで、部品別ランド群２ａ＊の右側に隣接する部品別ランド群２ａに、実装点ＭＰ１を目標位置として電子部品２２（１）をテスト実装する。このとき、実装点ＭＰ１は実装点ＭＰ＊に対してリード２３の配列ピッチｐのｐ／２に等しいΔｙだけＹ方向にオフセットして設定されており、テスト実装における実装位置精度が良好な場合には、電子部品２２（１）のリード２３は、電子部品２２＊のリード２３＊の中間に正しく位置する。これに対し、何らかの原因により実装位置精度が不良であれば、電子部品２２（１）のリード２３は、電子部品２２＊のリード２３＊の中間に正しく位置せず、目視観察によって不良状態を容易に確認することができる。

この後、部品別ランド群２ａ＊の上方に隣接する部品別ランド群２ａに、実装点ＭＰ２を目標位置として、電子部品２２（２）をテスト実装する。ここでは、電子部品２２（２）を保持する吸着ノズルを９０°回転させるノズルΘ軸回転動作が実行される。このとき、実装点ＭＰ２は実装点ＭＰ＊に対してリード２３の配列ピッチｐのｐ／２に等しいΔｘだけＸ方向にオフセットして設定されており、テスト実装における実装位置精度がノズルΘ軸の回転位置決め精度を含めて良好な場合には、電子部品２２（２）のリード２３は、電子部品２２＊のリード２３＊の中間に正しく位置する。これに対し、何らかの原因により実装位置精度が不良であれば、電子部品２２（２）のリード２３は、電子部品２２＊のリード２３＊の中間に正しく位置せず、目視観察によって不良状態を容易に確認することができる。

なお上記実施の形態においては５つの電子部品を十字型に配列して、中心に位置する電子部品２３＊と、電子部品２３＊の各辺に隣接する４つの電子部品２３とで形成される４
対の相隣関係を有する実装パターンを有し、これらの相隣関係に対応したランドの隣接配置パターンを備えた例を示しているが、本発明はこのような実装パターンには限定されない。すなわち狭い配列ピッチｐで隔てられたリード２３を互い違いに位置合わせする評価用実装動作を実行可能な実装パターンであれば、電子部品を１対のみ組み合わせる実装パターンでもよく、または本実施の形態に示す十字配列以外の形態で電子部品を複数対で相隣接させる実装パターンであってもよい。このとき複数の重複配置ランド列２ｃのうち、隣接する２つの重複配置ランド列２ｃが相互に直交する配列となる実装パターンとすることにより、前述のようにノズルΘ軸の回転位置決め精度の評価を容易に行うことができる。

次に図６を参照して、評価用基板１におけるバンプ付部品ランド群８の構成および機能について説明する。図６において、バンプ付き部品を対象としたバンプ付部品ランド群８は、枠状配置で設けられたバンプ接合用の複数のランド８１、バンプ付部品ランド群８の位置検出用の認識マーク８２および認識マーク８２とは別個に設けられた高さ測定用の高さ基準マーク８３で構成されている。バンプ付部品ランド群８には、下面にバンプ８４ａが設けられたバンプ付き部品８４がテスト実装される。

正しい位置に実装された状態におけるバンプ付き部品８４の外形線から所定寸法だけ外側にオフセットした位置には、参照基準線８５が設けられている。参照基準線８５は、バンプ付部品ランド群８にバンプ付部品８４がテスト実装されてランド８１の上方が覆われた状態において、当該バンプ付部品８４が正しい位置にあるか否かを目視観察する際の参照用として設けられるものである。テスト実装されたバンプ付部品８４が参照基準線８５に対して均一な間隔を保って位置している場合には、当該部品は正しい位置に実装されていると判定される。

高さ基準マーク８３は、バンプ付部品ランド群８の近傍における評価用基板１の上面の高さ基準マークとして用いられるものであり、評価用基板１の上面に貼着された銅箔などの配線膜１ａをエッチングしてランド８１や認識マーク８２を形成するパターニング工程において、これらのランドとともに配線膜１ａを部分的に残置することにより形成されたものである。したがって高さ基準マーク８３の上面はバンプが接合されるランド８１の表面の高さと関連付けられた高さ基準面として用いることができる。すなわち、評価用基板１におけるランド群の少なくとも一部には、ランド群を構成するランド８１の表面の高さと関連付けられた高さ基準面を有する高さ基準マーク８３が付随して設けられている。

バンプ付部品ランド群８にバンプ付き部品８４をテスト実装する評価用実装動作においては、バンプ付き部品８４の３次元形状測定（矢印ｃ）とともに、高さ基準マーク８３の上面を対象とした高さ測定（矢印ｄ）とを併せて行う。これにより、バンプ付き部品８４の３次元形状を、評価用基板１の高さ基準面としての高さ基準マーク８３の上面に対しての相対高さｈとして求めることができる。これにより、対象とする評価用基板１が薄型の樹脂基板など撓みやすい特性のものであって、評価用基板１に反り変形を生じている場合にあっても、３次元部品実装精度を高精度で測定することが可能となっている。なお、異形部品ランド群３における高さ基準マーク３２も同様の機能を有している。

上記説明したように本実施の形態においては、評価用基板にチップ型の電子部品およびパッケージ型の電子部品を少なくとも含む複数種類の電子部品をそれぞれ対象として評価用実装動作を行うための形状・サイズが異なる複数のランド群を形成することにより、多品種対応性に優れた評価用基板を実現することができる。

またパッケージ型の電子部品を実装するためのランド配置パターンとして、相隣接する電子部品の相対向する辺に設けられたリードに対応するランドを同一エリアに重複させた
重複配置ランド列を設けることにより、実装位置精度を目視によって確認することが可能となり、さらにランド群のうち、微小部品を狭ピッチで配列した狭隣接ランド群を、複数のパッケージ型の電子部品を対象として評価用実装動作を行うためのランド群で挟まれる中央領域に配置することにより、高い測定精度を要する微小部品を測定作業を行いやすい基板の中央に実装することができ、使い勝手に優れた評価用基板が実現される。

本発明の評価用基板は、多品種対応性や使い勝手に優れるという利点を有し基板に電子部品を実装して実装基板を製造する分野に利用可能である。

本発明の一実施の形態の評価用基板の全体構成を示す平面図 本発明の一実施の形態の評価用基板における評価用実装動作の説明図 本発明の一実施の形態の評価用基板におけるランド配置の説明図 本発明の一実施の形態の評価用基板におけるランドの隣接配置パターンの説明図 本発明の一実施の形態の評価用基板における評価用部品実装動作の説明図 本発明の一実施の形態の評価用基板におけるパッケージ型部品用のランド配置および高さ基準マーク配置の説明図

符号の説明

１ 評価用基板
２ クロスマウントランド群
２ａ 部品別ランド群
２ｂ ランド列
２ｃ 重複配置ランド列
３ 異形部品ランド群
４ 多ピンＱＦＰランド群
５ 狭隣接ランド群
６、７ チップ部品ランド群
８ バンプ付部品ランド群
９ ＱＦＰ部品ランド群
２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１、９１ ランド
２２、２２＊ 電子部品
２３、２３＊ リード
３２、８３ 高さ基準マーク
４２、８２ 認識マーク

Claims (1)

1. 電子部品を搭載ヘッドによって保持して基板に搭載する電子部品実装装置において、当該装置の機能を評価するために用いられる評価用基板であって、
   半田接合用の端子を備えたチップ型の電子部品および半田接合用のリードを備えたパッケージ型の電子部品を少なくとも含む複数種類の電子部品をそれぞれ対象として評価用実装動作を行うための形状・サイズが異なる複数のランド群が形成されており、
   前記ランド群のうち、前記パッケージ型の電子部品よりもランドのサイズが小さい微小部品のランドを前記パッケージ型の電子部品のランドのピッチよりも狭い狭ピッチで配列して実装する狭隣接実装パターンを対象として評価用実装動作を行うための狭隣接ランド群を、複数の前記パッケージ型の電子部品を対象として評価用実装動作を行うためのランド群で挟まれる中央領域に配置したことを特徴とする評価用基板。

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