(57)【要約】【課題】本発明の目的は、グリーンシートにレーザ加工で形成される穴個々に、不完全穴や非貫通穴の有無などの検査を行い、レーザ加工装置の保守点検のための情報提供ができる品質判定方法を提供することである。【解決手段】本発明は、レーザ加工でスルーホールが形成されているべき部位個々について開口部の穴特徴量を画像処理で求め、穴特徴量が同程度の穴の発生連続性に基づきレーザ加工装置の保守点検が必要であるかどうかを判定することを特徴としている。本発明において、前記穴特徴量が開口部の面積又は平均径であり、穴特徴量が所定の閾値を下回ったスルーホールの発生連続性に基づきスルーホール形成具の保守点検が必要であるかどうかを判定することが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ加工でスルーホールが形成されているべき部位個々について開口部の穴特徴量を画像処理で求め、穴特徴量が同程度の穴の発生連続性に基づきレーザ加工装置の保守点検が必要であるかどうかを判定することを特徴とするスルーホール品質判定方法。
【請求項２】
前記穴特徴量が開口部の面積又は平均径であり、穴特徴量が所定の閾値を下回ったスルーホールの発生連続性に基づきスルーホール形成具の保守点検が必要であるかどうかを判定する請求項１記載のスルーホール品質判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グリーンシートなどシート材に形成されたスルーホールの品質判定方法に関し、特にレーザ加工で形成されたスルーホールの品質判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層チップコンデンサー等の積層部品は、導体パターンが印刷されたセラミックスグリーンシートを積層し、焼成することにより製造される。グリーンシートに印刷される導体パターンは複数層間で電気的に接続される場合が多く、グリーンシートには導体パターンに連なるスルーホールが所定位置に形成される。電気的接続は、スルーホールに導体を埋め込むことによって行われるため、スルーホールの良否は積層部品の品質に大きく影響し、スルーホール形成具の保守点検は重要である。
【０００３】
スルーホール（以下穴と略す）の形成には、従来から打ち抜きピンで打ち抜く機械的方法が用いられているが、打ち抜きピンは非常に小径で細長いため壊れやすく、かつグリーンシートのセラミックス粒子やグリーンシートを保持するキャリアフィルムにより切刃部が摩耗していく。打ち抜きピンが折損すると穴が全く形成されず完全な導通不良となってしまうし、切刃部が摩耗するとバリなどが発生して導体が埋め込まれ難くなり、導通の信頼性が悪くなる。
【０００４】
上記問題を解決すべく種々の提案がなされている。例えば下記特許文献１には、各打ち抜きピンに打撃センサーを設ける方法が開示されている。すなわち、打撃センサーが検知した場合は、打ち抜きピンがグリーンシートを貫通し正常に穴あけが行われたと判定し、検知しなかった場合は、打ち抜きピンが折損していると判定するものである。また、例えば下記特許文献２には、工具の耐用使用回数をあらかじめ決めておき、実使用回数の積算値と比較することで工具寿命を管理する方法が開示されている。また、下記特許文献３には、発光部と受光部からなる透過センサーの間にグリーンシートを挟み、所定のエリア単位で、そこに含まれる複数穴を通過するトータル光の受光レベルを検出し、判定レベルと比較することで非貫通穴の有無を光学的に判定し、工具の折損を検出するという方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１４８７００号公報
【特許文献１】特公平４−５１２４９号公報
【特許文献１】特開平４−３００２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の方法は、打ち抜きピンが完全に折損してグリーンシートを押圧しない場合は検出可能であるが、打ち抜きピンやダイ穴が摩耗している場合や、打ち抜きピン軸心と型に設けられ打ち抜きピンが嵌合する打ち抜き用ダイ穴との軸心がずれていたりする場合は、打ち抜きピンはグリーンシートを貫通するため、正常な穴明けと判定してしまう。しかし、形成された穴は、開口部にバリが出っ張ったりした不完全穴であり、導通の信頼性が問題となる。このように、打ち抜き具の摩耗や調整不良等は検知できず、また、打ち抜きピンの数が増えると打撃センサーの取り付けが複雑になる、という問題がある。
特許文献２の方法は、穴明けする対象物の性状（例えば厚さや材質）に応じて工具の寿命を設定しなければならず、また、工具自体の寿命のバラツキや、工具の取付け状態の違いによっても工具寿命は変わり、適切な耐用使用回数を決めることが難しいという問題がある。また、突発的な破損に対しては対処できない。
【０００７】
また、特許文献３の方法は、複数の穴を通過するトータル光に対して判定レベルと比較し、非貫通穴の有無を判定するものであり、個々の穴について評価するものではない。従って、検査エリア内の対象穴数が少ない場合には、非貫通穴がある場合とない場合の受光レベル差は大きいため判定は容易であるが、対象穴数が多い場合は、受光レベル差が小さくなるため判定レベルの設定が難しく、非貫通穴を見逃す恐れがある。また、前述したように、工具折損ではなく、摩耗などの原因でバリが発生する不完全穴に対しては、受光レベルが穴明け毎に変動するため、さらに判定レベルの設定は難しく、不完全穴有無の判定は難しい。このように、検査エリア内の対象穴数が一定であっても判定レベルの設定は難しいのに加え、穴数が変わると判定レベルも変化させなければならず、工場生産レベルで適切に使いこなすことは難しい。
また、最近では機械的な打ち抜きピン方式に代り、レーザを照射して穴明けを行う方法も用いられているが、前記公知例では対応することはできない。
【０００８】
従って本発明の目的は、グリーンシートにレーザ加工で形成される穴個々に、不完全穴や非貫通穴の有無などの検査を行い、レーザ加工装置の保守点検のための情報提供ができる品質判定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、レーザ加工でスルーホールが形成されているべき部位個々について開口部の穴特徴量を画像処理で求め、穴特徴量が同程度の穴の発生連続性に基づきレーザ加工装置の保守点検が必要であるかどうかを判定することを特徴としている。
本発明において、前記穴特徴量が開口部の面積又は平均径であり、穴特徴量が所定の閾値を下回ったスルーホールの発生連続性に基づきスルーホール形成具の保守点検が必要であるかどうかを判定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、レーザ加工で形成される多数の穴の開口部を個々に定量的に評価し、適宜発生位置情報を加えてデータ処理を行うので、レーザ加工装置の不具合を種々の角度から判定することができ、保守点検時期を的確に指示することが可能となり、グリーンシートに形成される穴の品質を常に良い状態に維持することができる。また、製品不良となるような不良穴が発生した時、早い段階で情報を出すことができるので、生産性向上に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の概念を現わすフローチャートである。
【図２】穴明け加工装置の主要部構造である。
【図３】穴明けされたグリーンシートの模式図である。
【図４】正常な打ち抜き具による穴形成を示す図である。
【図５】摩耗した打ち抜き具による穴形成を示す図である。
【図６】軸心ずれの打ち抜き具による穴形成を示す図である。
【図７】穴検査装置の構成図である。
【図８】穴検査装置の載置部を示す図である。
【図９】メンテナンス直後及び摩耗した打ち抜き具で形成した穴平均径の分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、打ち抜きピンを用いた穴あけ加工装置により、多数の穴が形成されたキャリアフィルム付きグリーンシートを例に説明する。図１に、グリーンシートに形成された穴の品質判定フローの概要を示すが、本発明の特徴は、形成された穴個々について穴特徴量を計測し、これをもとに穴の品質を判定する点にある。
【００１３】
まず、図２をもとに穴あけ加工装置１について説明する。
Ｎ本の打ち抜きピンＰ（Ｐ１、Ｐ２、…、ＰＮ）が所定のピッチで上金型２に取り付けられており、下金型３には、上金型２に取り付けられた打ち抜きピンＰに対応し、上金型２が下降したときに、打ち抜きピンＰが嵌入するようなダイ穴Ｄ（Ｄ１、Ｄ２、…、ＤＮ）が設けられている。グリーンシート４は、Ｘ−Ｙ移動手段６に保持されて下金型３上を移動でき、グリーンシート４が所定の位置に位置決めされるのに同期して上金型２が下降し、グリーンシート４に同時にＮ個の穴あけが行われる。打ち抜きピン１本が担当する穴明けエリアは、打ち抜きピン取り付けピッチで決めることができ、通常積層部品１個〜数個分の範囲とする。即ち、打ち抜きピン１本で１個〜数個分の積層部品に必要な個数の穴を明ける。図３は、打ち抜きピン１本で積層部品１個分の穴を明けた状態を示し、打ち抜きピンＰ１（Ｐ２、Ｐ３、…、ＰＮ）で、積層部品１個分のエリアＳ１（Ｓ２、Ｓ３、…、ＳＮ）にｎ個（図３では１６個）の穴を明けたことを表している。穴位置や個数は、グリーンシート４をＸ−Ｙ方向に移動することで制御することができる。
【００１４】
図４に正常な状態の打ち抜き部の示すが、図４（ａ）に示すように、下金型３上にキャリアフィルム５付きのグリーンシート４が位置決めされ、図４（ｂ）に示すように打ち抜きピンＰが下降することにより穴加工が行われる。穴加工は、キャリアフィルム５から剥離されたグリーンシート４に対して行う場合もあるが、５０μm程度の薄いグリーンシートは、図４に示すようにキャリアフィルム５と共に穴明けを行うことが多い。打ち抜きピンＰの先端やダイ穴Ｄの入口に摩耗がなく、また軸心にもずれがない場合、図４（ｃ）に示すようなエッジのシャープな正常穴１０が形成される。図４（ｃ）は、上図が正常穴１０の開口部エッジを上から見た模式図で、下図はその断面図である。
【００１５】
穴あけ加工回数が増加するに伴い、打ち抜きピンＰやダイ穴Ｄなどの打ち抜き具の先端部は、グリーンシート４のセラミックス粒子や、グリーンシート４を保持するキャリアフィルム５との接触で摩耗していく。図５（ａ）に示すように、打ち抜き具先端が摩耗等で丸まってくると、切れ味が悪くなるとともに、せん断するのに良好な隙間が広がって行き、図５（ｂ）に示すようにエッジの周囲にバリ１２を有する不完全穴１１が形成され易くなる。また、打ち抜き具に摩耗がない場合であっても、打ち抜き具の取付け関係位置が悪く、図６（ａ）に示すように、打ち抜きピンＰとダイ穴Ｄの軸心にずれがあると、図６（ｂ）に示すようにエッジの片側にバリ１２が残った不完全穴１１が形成されてしまう。バリ１２を有する不完全穴１１は、開口部にバリが出っ張り、開口面積が狭くなるため、穴への導体の埋め込みがスムースにできなくなり、導体パターン間の導通不良を起こし易くなる。このように、バリ１２が発生する場合は、早期にバリ１２の発生を検知し、打ち抜き具の保守点検などのメンテナンスを行うことが望ましい。
【００１６】
次に、図７をもとに、穴を定量評価する穴検査装置２０について説明する。
穴明け加工されたグリーンシート４が位置決めセットされる載置部２１と、載置部２１の上方に配設されたビデオカメラあるいはラインセンサカメラ等の画像撮像手段２２と、載置部２１をＸ−Ｙ方向に位置決め制御することができるＸＹステージ２３と、ＸＹステージ２３を制御するステージ制御部２４と、画像撮像手段２２からの画像情報を処理する画像処理部２５と、画像処理部２５とステージ制御部２４とが電気的に接続された結果判定部２６とを備えている。
【００１７】
図８に載置部２１を示す。載置部２１は、グリーンシート４が載る拡散板２１ａの下方に発光部２１ｂを設けたものである。発光部２１ｂは、多数の発光ダイオードや光ファイバを用いて構成することができるが、グリーンシート４の下方から照明できれば特に限定するものではない。載置部２１から出た光はグリーンシート４に形成された貫通穴を透過するので、画像撮像手段２２は透過光を受光し開口部を明瞭に撮像することができ、画像処理部２５は開口部の面積や平均径などを穴特徴量として計測することができる。ステージ制御部２４にはグリーンシート４の穴が形成されるべき全ての部位或いは設定した部位の位置情報が収納されている。従って、計測された穴特徴量とその位置情報は結果判定部２６で穴情報として記憶される。
【００１８】
次に、穴品質判定について説明する。
ＸＹステージ２３を移動し、グリーンシート４上の所定の穴部を画像撮像手段２２で撮像し、穴特徴量を計測する。所定位置に穴が形成されていなかったり、穴がほとんど塞がっていると、開口部面積又は平均径は零かほぼ零と計算され、内側に向いたバリがあれば、その投影面積の大きさに応じて開口部面積又は平均径は小さく計算されるので、穴特徴量は定量的に算出できる。計測すべき全穴部の穴特徴量算出が終了すると、予め結果判定部２６に収納しておいた論理に基づいて、穴情報から所定の穴特徴量を有する穴の個数やその発生位置などを処理し、打ち抜き具全体の摩耗程度の判定や、打ち抜きピン個々の摩耗や突発的損傷の判定を行ったり、また製品不良となるような不良穴の抽出などを行う。
【００１９】
以下、穴品質判定のための主な論理の例を、図９及び図１を参照しながら説明する。なお、穴特徴量は平均穴径を用いている。図９は、直径２００μｍの打ち抜きピンを用いて穴明けをした時の、１枚のグリーンシートに形成された全穴部について計測した平均穴径の発生個数分布を示した一例であり、図９（ａ）は打ち抜き具を交換した直後のもので、図９（ｂ）は１８０万回打ち抜き後のものである。
【００２０】
（１）打ち抜き具全体の摩耗判定
１）対象とするグリーンシートについて、計測対象全穴の穴特徴量を求め、図９に示すような平均穴径の発生個数分布を求める。
２）平均穴径が摩耗判定用に設定した閾値１（例えば１００μｍ）より小さい穴を不完全穴としてその個数を求め、全計測穴数に対する比率を求め、不完全穴発生率として算出する。
３）不完全穴発生率が判定値α（例えば１％）より小さい場合は、まだ継続使用可能と判定する。なお、不完全穴の穴情報は、製品品質管理や穴形成具保守点検用の履歴データが必要となったような場合利用できるため、記録として残しておくとよい。
４）不完全穴発生率が判定値α以上の場合は、打ち抜きピン或いはダイ穴が摩耗限界に達したと判定し、不完全穴の穴情報を記録するとともに、打ち抜き具の保守点検指令を出す。
なお、打ち抜きピン側とダイ穴側のどちらを主にチェックすべきかは、例えば不完全穴発生率が判定値α以上となる発生回数で区分けすることができる。即ち発生回数が所定回数Ｍ（例えば３回）より小さければ、打ち抜きピン側の摩耗であるとし、所定回数Ｍ以上となった時は、ダイ穴側も摩耗しているとする。また、打ち抜き具の交換・再組み立てを行った時、軸心のずれなど組立不良がある場合は、稼動再開後早い段階で不完全穴発生率が大きくなる状況が継続するので、直ぐに見出すことができる。
【００２１】
（２）打ち抜きピン毎の摩耗や突発的損傷の判定
打ち抜きピンが、１個又は複数個まとめて交換できるような分割式取り付け構造の場合に適用することができる。
１）対象とするグリーンシートについて、計測対象全穴の穴特徴量を求め、図９に示すような平均穴径の発生個数分布を求める。
２）平均穴径が、摩耗判定用に設定した前記閾値１又は別途設定した閾値１'より小さい穴である不完全穴について、穴情報を記録として残すとともに、分割式取り付け構造から予め決まってくる穴明けエリア毎に形成された不完全穴個数を求め、所定数以上であるかどうか比較する。
３）不完全穴個数が所定数以上ある穴明けエリアについては、該当する打ち抜きピンが摩耗又は破損していると判定し、保守点検指令を出す。
【００２２】
（３）不良穴の抽出
１）対象とするグリーンシートについて、計測対象全穴の穴特徴量を求め、図９に示すような平均穴径の発生個数分布を求める。
２）平均穴径が、不良穴判定用閾値２（例えば４０μｍ）より小さい穴を不良穴とし、その個数と発生位置を求めて製品不良数を算出し、該穴情報を記録として残すとともに、該グリーンシートに不良穴があることを判定する。
３）該判定信号と該穴情報を外部に出力する。不良穴が存するエリアの積層部品はほぼ不良品となるので、後工程で容易に不良発生箇所がわかるマッピング形態で出力するとよい。
なお、不良穴の発生は、ほとんどが打ち抜きピンの折損によるものであるが、正常穴が打ち抜かれた場合であっても、打ち抜かれた部材が打ち抜きピン先端に付着したり、静電気による吸着などの原因で貫通穴に入り込んで開口部を塞いでしまい発生することがある。しかし、前者は決まった箇所で継続的に発生するのに対し、後者は規則性が弱いので、該穴情報をもとに区別することができ、この点を付加した保守点検指令を出すこともできる。
【００２３】
なお、前記各論理に基づく保守点検指令の内、打ち抜き具の全体的摩耗判定からの保守点検指令に対しては、直ぐに打ち抜きピン又は下金型をチェックし、調整や交換などを行うことが望ましいが、他からの保守点検指令は、対象製品などに合せて適宜判定条件を付加したものとするとよい。即ち、小型の積層電子部品のように、１枚のグリーンシートに多数の製品が形成される場合は、穴不良による製品歩留りの低下と、穴明け加工機など生産設備を停止させることによる稼働率低下との損得勘定を比較検討して、装置のメンテナンスをする方が合理的であるからである。
【００２４】
以上、３種類の穴品質判定方法を説明したが、これらを組合わせて用いることができるし、他の論理をもとに判定することもできる。即ち、上記は打ち抜きピンを用いた穴形成で説明したが、穴がレーザなど他の手段で形成される場合でも適用することができる。この時、穴情報を求め結果判定部に記憶することは同じであるが、穴形成手段が異なれば不具合発生原因や発生状況は異なるので、該穴形成手段の特徴を考慮した論理を用いる。例えば、レーザの場合は、１箇所から照射するレーザビームで全穴を順次形成するという大きな特徴があるため、不完全穴発生率を求める代わりに、穴特徴量が同程度の穴の発生連続性をチェックするような品質判定論理とし、レーザ発振器が不具合であるかどうかを判定するようにするとよい。
【符号の説明】
【００２５】
１    穴加工装置
２    上金型
３    下金型
６    Ｘ−Ｙ移動テーブル
４    グリーンシート
５    キャリアフィルム
１０  正常スルーホール
１１  不完全スルーホール
１２  バリ
２０  穴検査装置
２１  載置台
２２  撮像装置
２５  画像処理部
２４  ステージ制御部
２６  結果判定部
Ｄ    ダイ穴
Ｐ    打ち抜きピン
Ｓ    製品エリア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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