JPH1032376A - 基板ホルダの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板を支持する基板ホルダに支持ピンを取り
付ける際、支持ピンを挿入できる隙間を探すのが困難で
あり、また基板を確実に支持することができない場合が
あった。 【解決手段】 電子部品が装着された基板実装面の凹凸
形状を３次元データとして取得する。３次元データは、
データ処理することにより、走査線ごとに部品領域を示
すデータと基板面領域を示すデータとに判別される。こ
の判別されたデータを座標系が確立された平面図に表わ
す。この際、例えば１本の走査線上で基板面領域が連続
する場合には、その連続する座標点どうしを直線で結ぶ
ことにより、基板面領域と部品領域とが明確に判別され
た平面図を得ることができる。よって、この平面図に基
づいて基板ホルダ上の最適な位置に支持ピンを取り付け
ることが可能となる。

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。
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１
ａ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の間の支持可能な領域に相当するピン穴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。

【０００４】

【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。 従来の基板ホルダ３において、支持ピン４の取付位置
を選択する方法は、部品が実装される基板１の図面を用
い、この図面上から基板１を支持可能な領域を探し、こ
れに基づいて所定のピン穴３ａに支持ピン４を嵌着する
か、または実際に電子部品が実装された基板を見ながら
支持ピン４の取付位置を判断していた。したがって、支
持ピン４の取付け位置を決定する作業が繁雑であり、ま
た支持ピン４の位置を決定するための熟練作業が必要と
なっていた。

【０００５】最近の電子機器に用いられる基板１は、
電子部品２の実装密度が高いため、マトリックス状に規
則的に配列されたピン穴３ａのいずれかを選択して支持
ピン４を取り付ける方法では、ピン穴３ａに相当する箇
所の支持ピンが、必ずしも基板上での部品が取り付けら
れていない支持可能な領域に一致するとは限られない。
よって支持ピンにより支持可能な領域を判別するのが困
難であった。

【０００６】支持ピン４が取り付けられた基板ホルダ
３の使用が完了すると、基板ホルダ３から支持ピン４を
取り去っていたため、次に同種の基板に適用される基板
ホルダ３を製造するときに、支持ピン４を取り付ける位
置がデータとして残されておらず、よって、再度、基板
の図面を用い、または基板の実物を見て支持ピン４の取
付けを行なうことが必要になり、技術管理の効率化を図
ることができなかった。

【０００７】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、複雑な形状の部品実装面に合わせて支持ピンの取
付位置を高精度に設定できるようにし、基板の安定した
支持を実現できる基板ホルダを製造できるようにすると
ともに、所定の基板に対する支持ピンの取付位置をデー
タとして残し且つデータとして利用することが可能な基
板ホルダの製造方法を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の基板ホルダの製
造方法は、部品が実装された基板の実装面の凹凸形状を
三次元的に測定する工程と、この測定データに基づいて
前記実装面のうちの支持ピンで支持可能な領域を判別す
る工程と、前記基板を実装面側から支持する基板ホルダ
に対して前記判別に基づいて支持ピンを取り付ける工程
と、を有することを特徴とするものである。

【０００９】前記支持ピンで支持可能な領域を判別する
工程での第１の判別方法は、基板面に沿う面の座標をＸ
−Ｙ座標とし、基板面の高さ方向をＺ座標としたとき
に、実装面の凹凸形状を三次元的に測定したデータを用
いて、Ｘ−Ｙ座標の所定位置でのＺ座標位置が所定値を
基準とした所定範囲内の値であるか否かを判別し、この
所定範囲内に有るＸ−Ｙ座標上の位置を、支持ピンで支
持可能な領域であると判別するものである。

【００１０】上記において、Ｚ座標位置が所定範囲内に
あるデータが、Ｘ−Ｙ座標上にて連続しているときに、
この連続している領域を、支持ピンで支持可能な領域で
あると判別することが好ましい。

【００１１】また、前記支持ピンで支持可能な領域を判
別する工程での第２の判別方法は、基板面に沿う面の座
標をＸ−Ｙ座標とし、基板面の高さ方向をＺ座標とした
ときに、実装面の凹凸形状を三次元的に測定したデータ
を用いて、Ｘ−Ｙ座標上での連続する点のＺ座標に基づ
く微分演算を行なって実装面のＺ座標方向への傾きを求
め、この傾きにより部品の位置を判別し、部品が設けら
れていない面を、支持ピンで支持可能な領域であると判
別するものである。

【００１２】本発明の基板ホルダの製造方法では、基板
を支持する基板ホルダに、基板に取り付けた各種の電子
部品に当接又は接触しないように、部品の間に支持ピン
が設けられ、この支持ピンによって基板が支持される。
この支持ピンの取り付け位置を決定するに際し、本発明
では３次元測定器で基板の実装面の凹凸形状が、立体的
に捉えた３次元データとして取得される。この３次元デ
ータに基づいて、部品領域と基板面領域とを判別し、こ
れを所定の座標系として２次元の平面図で表わすなど
し、支持ピンを取り付ける位置が決定される。

【００１３】３次元データはコンピュータのソフトウェ
アにより処理され、基板の実装面での部品領域と基板面
領域との判別が行われるが、その判別の方法として以下
の２つが挙げられる。

【００１４】第１の判別方法は、基板の実装面を測定し
てその凹凸形状に応じた三次元データを得る。基板面を
Ｘ−Ｙ座標、基板の高さ方向をＺ座標としたときに、Ｘ
−Ｙ座標内において、Ｚ座標が所定値例えば０±０．２
ｍｍの範囲にあるか否かを判別し、前記範囲内にある位
置を部品が実装されていない基板面と判断する。例え
ば、Ｘ−Ｙ座標内でのＹ方向への走査線内での各Ｘ−Ｙ
座標点のＺ座標が連続して前記所定値の範囲内であるか
否か判断し、所定値の範囲内が連続している限り、その
領域が部品の実装されていない基板面であると判別す
る。

【００１５】例えばコンピュータの画像上において、Ｘ
−Ｙ座標に基板の平面図を表わし、この平面図内でＺ座
標が前記所定値の範囲内である領域を特定し、この平面
図上の前記領域内に支持ピンの位置を、支持ピンの直径
を加味して設定する。この支持ピンの位置の設定に基づ
き、基板ホルダ上に支持ピンを植設する。前記平面図で
の支持ピンの設置位置の特定は、画像を見ながら入力操
作によって行なってもよいし、Ｚ座標が前記範囲内にあ
る領域内に自動的に支持ピンの配置位置を特定するよう
ソフトウエアにより処理してもよい。

【００１６】また第２の判別方法では、前記三次元デー
タにおいて、例えばＹ方向への走査線上の各位置でのＺ
座標値の変化をＹ軸に対して微分演算し、前記走査線の
傾きを測定する。この傾きにより基板に実装されている
部品の側面を検出する。この検出により、電子部品が存
在していない基板面の領域を特定することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明について図面を参照
して説明する。図１は、本発明における基板ホルダの製
造方法の各工程を示すフローチャート、図２は基板ホル
ダの実装面の三次元データを得る測定装置、図３は測定
装置の検出ヘッドの内部構造を示す概念図である。以
下、基板ホルダに対する支持ピンの取付位置を決定する
方法について、図１に示したフローチャートに沿って説
明する。図１のフローチャートのステップ（１）では、
基板ホルダ３に対する支持ピンの取付位置を決定するに
際し、基板１の実装面の凹凸形状が測定されて三次元デ
ータが得られる。三次元データの取得は、図２及び図３
に示す測定装置を用いて行われる。

【００１８】図２において、Ａは三次元測定器、Ｃはデ
ータ処理用のコンピュータ、Ｂは三次元測定器Ａとコン
ピュータＣとを接続する接続装置をそれぞれ示してい
る。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の三次元座標内で移動する。

【００１９】図３に示されるように、前記検出ヘッド１
３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１ａ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２５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。また、三
次元測定器Ａは、例えば接触子を被測定部材に直接接触
させることにより、基板１の実装面１ａの凹凸形状を三
次元的に測定できるものであってもよい

【００２０】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Ｙ方向
ヘ直線的に走査し、この走査線をＸ方向ヘ所定のピッチ
で移動させていく。この間、Ｘ−Ｙ座標面の各位置にお
いて、基板１の実装面１ａの高さｈａのＺ座標情報が得
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。

【００２１】図１のフローチャート（２）では、三次元
データに基づいて、例えば以下に示すようなデータ処理
が行われる。なお、図４（Ａ）は、基板１の実装面１ａ
の一部を示す平面図、（Ｂ）はその断面図である。図４
（Ａ）（Ｂ）に示す基板１の実装面１ａに対し、検出ヘ
ッド１３がＹ方向へ走査しその走査線が短いピッチでＸ
方向へシフトしていき、Ｘ−Ｙ座標上での各位置のＺ座
標が得られる。

【００２２】基板１の実装面１ａの基板表面を予めＺ座
標の基準値としておく。例えば基板１の表面の位置での
Ｚ座標を「０」としておくと、検出ヘッド１３から得ら
れるＸ−Ｙ−Ｚの三次元の座標データのうち、Ｚ座標が
「０」となる領域が、部品２ａ、２ｂ、２ｃが設けられ
ていない領域すなわち支持ピンで基板１を支持できる領
域である。ただし、実際の基板１の表面には歪みや板厚
の変動により正確な平面となっていないため、Ｚ座標の
前記基準値「０」に対して±０．２ｍｍ程度の誤差範囲
を与えておき、Ｚ座標が０±０．２ｍｍの値となる部分
を、電子部品２ａ，２ｂ，２ｃが実装されていない支持
ピンでの支持可能領域と判別する。さらに、Ｙ方向への
走査線上の所定ピッチの各位置でのデータ、および座標
上でＸ方向に隣接するデータにおいて、Ｚ座標が０±
０．２ｍｍであるデータが連続している場合、その連続
領域を、電子部品２ａ，２ｂ，２ｃが実装されていない
領域、すなわち支持ピンで支持可能な基板面の領域と特
定する。

【００２３】図５は、部品が存在する領域と基板面の領
域とを識別する前記方法を示すソフトウエアのフローチ
ャートである。図５のフローチャートのステップ（６）
では、３次元データを基づいて基板表面のＺ座標の基準
値（例えばＺ＝０）の決定が行われる。この基準値は予
め決められたものであってもよいし、例えば図４（Ａ）
での走査線ｘ0のように、電子部品が実装されていない
領域を検出ヘッド１３で走査し、走査線ｘ0上でのＺ座
標の測定値の平均を基準値とし、この基準値をＺ座標の
基準値（例えば「０」値）に設定してもよい。

【００２４】図５のステップ（７）では、Ｚ座標の基準
値（基板表面の座標値）を特定した後に、その後のＸ−
Ｙ座標の各点での測定値のＺ座標（図３に示すｈａ）と
前記基準値（例えば「０」）と比較する。ここで、基準
値「０」には、基板の歪みなどの誤差を考慮するための
マージンが与えられる。このマージンは、前記のように
−０．２ｍｍから＋０．２ｍｍの範囲内である。ステッ
プ（７）において、各点のＺ座標値「ｈａ」が前記範囲
内（基準値「０」±０．２ｍｍ）にあれば、そのＸ−Ｙ
座標は、基板面の領域であると判別される。また、Ｚ座
標値「ｈａ」が０＋０．２ｍｍよりも大きい場合には、
電子部品２ａ，２ｂ，２ｃが位置している領域であると
判別する。

【００２５】さらに図５に示すステップ（８）では、Ｙ
方向またはＸ方向での連続する点のデータにおいて、Ｚ
座標が０±０．２ｍｍの範囲内にある点が連続している
か否かを判断し、連続して０±０．２ｍｍ以内のＺ座標
が得られているとき、その領域を基板表面の領域と判別
する（ステップ（９））。また、Ｚ座標が０＋０．２ｍ
ｍを越えている領域を、電子部品が実装されている領域
と判断する（ステップ（１０））。

【００２６】図７は、部品の実装されている領域か、基
板表面の領域かを判別するデータ処理の第２の判別方法
を示すフローチャートである。例えば、三次元データを
得るための検出ヘッド１３が図４に示す走査線ｘn上を
走査し、このｘn上の各点のＺ座標を得るとすると、ｘn
上の座標を得る点は、図４に示すα1，α2，…よりもさ
らに微細なピッチで得られることになり、ｘn上の点と
して例えば電子部品２ｃの側面（イ）および（ロ）上の
各点のＺ座標も得られる。したがって、各測定点におけ
るＺ座標の変化率を演算することにより、部品の側面
（イ）および（ロ）を検出でき、これにより基板表面の
領域か、または、部品が実装されている領域か否か判別
することができる。

【００２７】すなわち図７のステップ（１１）では、Ｙ
方向への走査線上の各位置でのＺ座標値の変化をＹ方向
への移動距離で微分する。この微分値（ｄＺ／ｄＹ）
は、実装面１ａの凹凸の傾斜を意味している。ステップ
（１２）では前記微分値が所定値Ｋよりも大きいか否か
判別し、大きい場合には、例えば図４に示す電子部品２
ｃの側面（イ）であると判断する。前記微分値が所定値
Ｋ以下のとき、ほぼ平面の状態が継続している。よって
図７のステップ（１３）により、この平面が図５に示し
た基準値（例えば０±０．２ｍｍ）の範囲内か否か判断
し、この範囲内にある場合には、基板の表面の領域であ
ると判別する（ステップ（１４））。

【００２８】また、前記微分値が一度所定値Ｋよりも大
きくなったときには、微分値が−Ｋの値以下になるか否
か判別し（ステップ（１５））、−Ｋ以下にならないと
きには、部品の領域であると判断し（ステップ（１
６））、微分値が−Ｋ以下となり、その後の平面のＺ座
標が前記０±０．２ｍｍ以内のときに、基板表面と判別
する。

【００２９】図７に示す判別方法では、Ｚ座標の変化率
を判別に使用しているため、基板表面の反りや歪みと、
部品の実装箇所との区別を明確に識別することができ
る。また部品の側面の位置を知ることができ、支持ピン
の位置を部品の側面に接近させるときの限界位置を知る
ことも可能である。前記図５または図７に示した判別方
法により、三次元データによりＸ−Ｙ座標のどの領域が
基板表面であり、どの領域が部品実装領域であるかの判
別ができる。

【００３０】図１に示すステップ（３）では、前記判別
に基づいてコンピュータＣにて、基板表面と部品が実装
されている領域とを識別した平面図を作成し、これを画
面に表示する。図６は表示画面の一例であり、多数の横
線を付している部分が、基板表面すなわち部品が実装さ
れていない領域と判別された領域である。ステップ
（４）では、図６に示す横線を付している領域内に、支
持ピンを配列する。この配列の方法としては、例えば、
図４に示すＸ−Ｙ座標上での所定ピッチの点（ｘ0，ｙ
0）、（ｘ0，ｙ1）や、格子状の交叉点α1，α2，α3，
…などの全てに支持ピンを配列する場所を想定してお
く。そして、図６に示す平面図において、横線が付され
ている基板表面領域以外の部分での支持ピンの設置位置
を除去する。例えば図４においてα2，α3，α4の点
は、部品上であるための、支持ピンの設置位置から除去
する。

【００３１】さらに、部品領域以外の点においても、部
品にあまりにも接近している点は、実質的に支持ピンを
設置できないため、画面上から除去する。さらに、図７
に示した微分演算を行なうものでは、部品の側面（イ）
（ロ）の位置が明確であるため、部品の側面の下端と点
との間に支持ピンを挿入できる領域があるかないかの判
断が容易である。この場合も部品の側面に接近している
点は支持ピンの設置位置とせず、その位置を除去する。
前記の支持ピンを設置する点を設定する作業は、画面を
見ながら、人のキー操作により行なってもよいし、図６
に示すような、基板表面の領域と部品の領域との識別デ
ータに基づいて、ソフトウエアにより自動的に設定して
もよい。

【００３２】以上の工程により、基板ホルダに支持ピン
を取り付ける位置をコンピュータのデータとして確定で
きる。このデータを基にして、ＮＣ制御などの自動機に
より、または自動機を用いることなく、基板ホルダに支
持ピンを植設し、または溶接する。製造後の基板ホルダ
では、支持ピンの位置が基板の表面に確実に当たるよう
になり、基板１の部品実装面１ａを基板ホルダで確実に
保持できるようになる。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、基板のど
の位置を支持することが最適であるかを容易に知ること
ができる。よって、基板の実装面を確実に支持可能な基
板ホルダが製造可能となる。また、これらはコンピュー
タによって自動化して行なうことができるので、作業効
率を向上させるこが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における基板ホルダに支持ピンを取り付
けるためのフローチャート、

【図２】基板ホルダの測定装置を示す概念図、

【図３】測定装置に設けられた検出ヘッドの内部構造を
示す概念図

【図４】（Ａ）は基板実装面の一例を示す平面図、
（Ｂ）はその断面図、

【図５】部品領域と基板面領域とを判別する第１の方法
を示すフローチャート、

【図６】部品領域と基板面領域とが判別された平面図画
像の説明図、

【図７】第２の判別方法をに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】

１ 基板（プリント配線基板） ２，２ａ，２ｂ，２ｃ 電子部品 ３ 基板ホルダ ４ 支持ピン ｈａ ３次元データのＺ軸座標

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 部品が実装された基板の実装面の凹凸形
   状を三次元的に測定する工程と、この測定データに基づ
   いて前記実装面のうちの支持ピンで支持可能な領域を判
   別する工程と、前記基板を実装面側から支持する基板ホ
   ルダに対して前記判別に基づいて支持ピンを取り付ける
   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。
2. 【請求項２】 支持ピンで支持可能な領域を判別する工
   程では、基板面に沿う面の座標をＸ−Ｙ座標とし、基板
   面の高さ方向をＺ座標としたときに、実装面の凹凸形状
   を三次元的に測定したデータを用いて、Ｘ−Ｙ座標の所
   定位置でのＺ座標位置が所定値を基準とした所定範囲内
   の値であるか否かを判別し、この所定範囲内に有るＸ−
   Ｙ座標上の位置を、支持ピンで支持可能な領域であると
   判別する請求項１記載の基板ホルダの製造方法。
3. 【請求項３】 Ｚ座標位置が所定範囲内にあるデータ
   が、Ｘ−Ｙ座標上にて連続しているときに、この連続し
   ている領域を、支持ピンで支持可能な領域であると判別
   する請求項２記載の基板ホルダの製造方法。
4. 【請求項４】 支持ピンで支持可能な領域を判別する工
   程では、基板面に沿う面の座標をＸ−Ｙ座標とし、基板
   面の高さ方向をＺ座標としたときに、実装面の凹凸形状
   を三次元的に測定したデータを用いて、Ｘ−Ｙ座標上で
   の連続する点のＺ座標に基づく微分演算を行なって実装
   面のＺ座標方向への傾きを求め、この傾きにより部品の
   位置を判別し、部品が設けられていない面を、支持ピン
   で支持可能な領域であると判別する請求項１記載の基板
   ホルダの製造方法。