(57)【要約】  【課題】  位置決めボスを有する部品を基板上の位置決め孔に係合させて位置決めを行なうことにより実装するようにした部品の実装において、とくにその実装精度を高める。  【解決手段】  加熱によって変形が起り易い紙フェノール樹脂基板のパターン加工およびスルーホール加工を行なった後の最後の工程で、打抜きピン４７を用いて位置決め孔３１と認識マークを構成する穴３２を同時に形成し、上記穴から成る認識マーク３２を用いて実装機によって検出スイッチ２０を回路基板１１上に実装し、この検出スイッチ２０のボス３０を位置決め孔３１に係合させる。【選択図】  図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置決め用ボスを有する部品を基板上に実装するとともに、前記ボスを基板の位置決め孔に係合させて位置決めを行なうようにした部品の実装装置において、
前記基板上に穴によって構成される認識マークが形成され、前記認識マークを用いて部品が実装されることを特徴とする部品の実装装置。
【請求項２】
基板が紙フェノール基板であることを特徴とする請求項１に記載の部品の実装装置。
【請求項３】
前記位置決め孔と前記認識マークを構成する穴とがともに円形孔であることを特徴とする請求項１に記載の部品の実装装置。
【請求項４】
前記部品が検出スイッチであって、該検出スイッチの筐体の外表面上に形成されている位置決め用ボスを前記基板の位置決め孔に嵌合させて位置決めを行なうことを特徴とする請求項１に記載の部品の実装装置。
【請求項５】
前記検出スイッチの操作子がシャッタの側板によって押されることによって検出動作を行なうことを特徴とする請求項４に記載の部品の実装装置。
【請求項６】
基板上に位置決め孔と認識マークを構成する穴とを形成しておき、前記認識マークを構成する穴を利用して部品を基板上に実装するとともに、該部品のボスを前記位置決め孔に挿入することを特徴とする部品の実装方法。
【請求項７】
前記位置決め孔と認識マークを構成する穴とを基板上に同時に形成することを特徴とする請求項６に記載の部品の実装方法。
【請求項８】
前記位置決め孔と前記認識マークを構成する穴とを互いに近接して基板上に形成することを特徴とする請求項６に記載の部品の実装方法。
【請求項９】
前記位置決め孔と前記認識マークを構成する穴とを形成する工程をパターン形成およびスルーホール形成の後に行なうことを特徴とする請求項６に記載の部品の実装方法。
【請求項１０】
前記基板が紙フェノール基板であることを特徴とする請求項６に記載の部品の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は部品の実装装置および実装方法に係り、とくに位置決め用ボスを有する部品を基板上に実装するとともに、ボスを基板の位置決め孔に係合させて位置決めを行なうようにした部品の実装装置および実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電子回路は、配線パターンを形成した回路基板上に部品を実装し、上記部品の電極を回路基板の接続用ランドに半田付けすることによって、部品を上記配線パターンを通して互いに接続し、これによって所定の回路を形成する。従って部品を正しく所定の位置に実装しないと、配線パターンに正しく接続されず、回路が正常に動作しなくなる。
【０００３】
そこで一般的に実装の位置精度を高めるには、接続用ランドのそばに配線パターンと同様のパターンによって作った認識マークを配置しておく。実装機による実装の場合には、基板上の上記認識マークをまず認識し、この認識マークによって座標ずれを計算し、プログラムされた座標値と比較することによって認識マークのずれ量を計算し、その結果を装着する部品の座標の補正に利用することによって、基板の変形や部品接続用ランドのずれによる位置ずれの影響を低減するようにしている。
【０００４】
また基板上に実装される部品の中には、その外筐の所定の位置に位置決め用ボスを有し、このボスを基板に予め形成された位置決め用の穴に嵌合させて装着を行なうものもある。このようなボス付き部品の場合に、この部品を精度よく装着することは、部品のボスを基板のボス穴にどこまで一致させられるかによる。これはパターンによる認識マークを用いて位置補正をしても限界がある。なぜならば部品のボスが挿入されるボス穴は通常金型加工されているために、パターンとの間にずれが必ず存在するからである。よってパターンによる認識マークでいくら位置補正をしても、根本的に存在するパターン−金型間の位置ずれが補正できない。しかもパターンはこれを形成した後に加えられる熱等による変形の影響を受けるために、さらに位置精度が悪化する。従ってその影響も重なって位置精度が劣化する。従って現状においては、精度が落ちてもボス穴の大きさを大きくして挿入エラーを減少させるか、精度が必要な場合には手半田付けを行なうようにしている。
【０００５】
一方で従来のガラス繊維とエポキシ樹脂を主材料とする回路基板材料に代えて、紙を主材料とする紙基板が用いられる傾向にある。紙基板は板紙を積層してフェノール樹脂を含浸することによって形成され、エポキシ樹脂製の基板よりも大幅なコストの低減を図ることが可能になる。ところが紙基板はとくに熱に伴う変形が大きく、これによって実装精度が低下する問題がある。
【０００６】
図１３はスルーホールに銀ペーストを用いる銀スルー紙基板１の対角位置に配した認識マーク２を認識してから、この基板１上に配置したパターンから成る各場所の位置の座標を補正計算した場合に、どの程度本来の位置、すなわち設計値からずれるかを測定するための試験用の紙基板を示している。この紙基板による測定の結果によれば、実際に部品を実装した場合に、上記のすれ量に相当する量だけずれた状態で部品が実装される可能性を生ずる。このずれを減少させるには、通常認識マークを目的とする実装部品の近くに配置することによって対応している。
【０００７】
図１４は両面リフローを行なう紙基板において、リフロー前におけるずれ量の分布を示しており、リフロー前においては３σが最大でも０．２ｍｍ程度の変形量にとどまる。これに対して１回リフローを行なうと、図１５に示すように３σで０．３ｍｍ程度になる。すなわちリフローを行なうと、そのときに基板に加えられる熱によって基板が変形し、ずれ量が増大することを示している。そしてこの結果から明らかなように、とくに紙基板においては熱を加えると変形が増加することが明白に示される。
【０００８】
なお金型によって位置決め穴を形成する場合に、上記位置決め穴は最終工程で形成することになるために、リフロー前の状態では図１４の状態よりもよいものの、リフロー後はやはりかなり変形してしまうことが予想される。
【０００９】
なお特開昭６１−１９２００号公報には、プリント基板上の部品実装位置の確認を、上記基板上に形成されるかまたは基板を貫通して形成され、しかも部品の実装位置との相対位置関係が一律に定められていない条件で配置されたパターン、または穴から所定距離を設定して行なうようにした位置認識方式が提案されている。しかるにここで実装される部品は位置決め用ボスを有する部品ではない。
【特許文献１】特開昭６１−１９２００号公報
【特許文献２】特開平１１−１１１７７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本願発明の課題は、位置決め用ボスを有する部品を基板上の所定の位置に正しく実装するようにした部品の実装装置および実装方法を提供することである。
【００１１】
本願発明の別の課題は、位置決め用ボスを有する部品を基板上に予め形成されている位置決め孔に係合させて位置決めを行なう場合において、上記位置決め孔に対してより正確に形成されている認識手段を用いて上記部品を正しく実装するようにした部品の実装装置および実装方法を提供することである。
【００１２】
本願発明のさらに別の課題は、パターンから成る認識マークによって実装を行なう場合における実装精度の低い変形し易い基板においても、部品を高精度に実装することができる部品の実装装置および実装方法を提供することである。
【００１３】
本願発明のさらに別の課題は、位置決め用ボスを有する部品を紙フェノール基板上に予め形成された位置決め孔に係合させて位置決めを行ないながら高精度に実装を行なう部品の実装装置および実装方法を提供することである。
【００１４】
本願発明の上記の課題および他の課題は、以下に述べる本願発明の技術思想およびその実施の形態によって明らかにされよう。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
実装装置に関する主要な発明は、位置決め用ボスを有する部品を基板上に実装するとともに、前記ボスを基板の位置決め孔に係合させて位置決めを行なうようにした部品の実装装置において、
前記基板上に穴によって構成される認識マークが形成され、前記認識マークを用いて部品が実装されることを特徴とする部品の実装装置に関するものである。
【００１６】
ここで基板が紙フェノール基板であってよい。また前記位置決め孔と前記認識マークを構成する穴とがともに円形孔であってよい。また前記部品が検出スイッチであって、該検出スイッチの筐体の外表面上に形成されている位置決め用ボスを前記基板の位置決め孔に嵌合させて位置決めを行なってよい。また前記検出スイッチの操作子がシャッタの側板によって押されることによって検出動作を行なってよい。
【００１７】
実装方法に関する主要な発明は、基板上に位置決め孔と認識マークを構成する穴とを形成しておき、前記認識マークを構成する穴を利用して部品を基板上に実装するとともに、該部品のボスを前記位置決め孔に挿入することを特徴とする部品の実装方法に関するものである。
【００１８】
ここで前記位置決め孔と認識マークを構成する穴とを基板上に同時に形成してよい。また前記位置決め孔と前記認識マークを構成する穴とを互いに近接して基板上に形成してよい。また前記位置決め孔と前記認識マークを構成する穴とを形成する工程をパターン形成およびスルーホール形成の後に行なってよい。また前記基板が紙フェノール基板であってよい。
【００１９】
一般に基板に部品を実装する場合に、一般的に位置精度を高めるには通常部品ランドのそばにパターンで作った認識マークを配置し、実装機はまずその認識マークの部分を見て座標ずれを計算し、プログラムされた座標値と比較することで認識マークのずれ量を計算し、その結果を装着する部品の座標の補正に利用することによって、基板の変形やランド位置のずれによる位置ずれの影響を低減させている。
【００２０】
しかるにボス付き部品の場合には、精度よく装着することは、部品のボスを基板のボス穴にどこまで一致させるかにかかっている。これはパターンによる認識マークを用いて位置補正しても限界がある。なぜならばボス穴は通常金型加工されるために、パターンとの位置ずれが必ず存在するからである。よってパターンによる認識マークでいくら位置補正しても、基本的に存在するパターン−金型間の位置ずれが補正できない。
【００２１】
パターンはエッチングにより形成された際基板変形を伴う。これによって位置ずれが生ずる。またスルーホールを銀ペーストで導通させる銀スルー基板の場合には、パターン形成後に銀ペーストを印刷し、この銀ペーストを硬化させるために最大１５０℃で数時間の加熱を行なう。よってさらに基板の変形や収縮が起きる。とくに紙フェノール樹脂基板の場合には、その変形度合はガラスエポキシ基板よりも大きい。金型加工は最後に行なわれるために、パターンやＮＣ加工による穴と比較すると熱の影響がほとんどない分最も精度がよくなる。
【００２２】
そこで本発明は、ボス穴にボス付き部品のボスを挿入して装着するようにした部品の実装装置および実装方法において、ボス穴と同じく金型で加工される穴を認識マークとして利用することによって、パターンの位置ずれや、金型の穴との位置ずれを大幅に低減し、精度良く実装するようにした実装装置および実装方法を提供するものである。
【００２３】
銀スルー紙基板のように位置精度が悪い基板であるほど、穴認識マークを配置することによって装着精度の向上および不良率の低減に効果が顕著に生ずる。なお基板としては必ずしも紙基板には限らず、どのような基板でもよい。穴認識マークの穴加工法はボス穴と同じ方法および工程で形成される穴であれば金型加工であっても、ＮＣ加工であってもよい。また穴認識マークの寸法は、実装機が認識できるものであればよい。またランドではなく、ソルダーレジストやシルク印刷であっても、あるいはまた基板のままでも、実装機が認識できるものであればよい。このような認識用の穴の配置位置は、部品のボス穴の近くであると精度が出るが、必ずしもボス穴の近くでなくても、必要な精度がとれる範囲であれば離れていてもかまわない。
【発明の効果】
【００２４】
部品実装装置に関する主要な発明は、位置決め用ボスを有する部品を基板上に実装するとともに、ボスを基板の位置決め孔に係合させて位置決めを行なうようにした部品の実装装置において、基板上に穴によって構成される認識マークが形成され、認識マークを用いて部品が実装されるものである。
【００２５】
従ってこのような部品実装装置によれば、基板上に形成された穴から成る認識マークを用いて部品を基板上に実装するとともに、この部品の位置決め用ボス穴を基板の位置決め孔に係合させて位置決めを行なうことにより、部品が基板上に正しく配置されるとともに、そのボスが基板の位置決め孔に正しく係合される。
【００２６】
実装方法に関する主要な発明は、基板上に位置決め孔と認識マークを構成する穴とを形成しておき、認識マークを構成する穴を利用して部品を基板上に実装するとともに、該部品のボスを位置決め孔に挿入するようにしたものである。
【００２７】
従ってこのような部品の実装方法によれば、認識マークを構成する穴を利用して部品を基板上に正しく位置決めし、しかもこの部品のボスを位置決め孔に挿入して部品を基板上に正しく実装できるようになる。とくに基板上の位置決め孔と認識マークを構成する穴とを同時に形成することによって、両者の位置ずれが大幅に低減されるために、部品の実装精度が大幅に改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本実施の形態の部品の実装装置および実装方法は、カーオーディオを構成するＣＤプレーヤのフロントパネルの背面側の回路基板に応用したものである。まずこのＣＤプレーヤのフロントパネルの概要を説明すると、図１に示すように合成樹脂成形体から成るＣＤプレーヤのフロントパネル１０は回路基板１１の前面側に配されるとともに、液晶表示パネル１３が配置されている。なおこの回路基板１１がキー基板を構成している。そしてフロントパネル１０には横長の窓１２が形成され、この窓を通して液晶表示パネル１３の表示を見ることができるようになっている。また上記横長の窓１２の上部には横長のスリット状開口１４が形成され、この開口１４によってコンパクトディスク１５をプレーヤの内部に挿入できるようにしている。
【００２９】
上記コンパクトディスク１５を挿入するためのスリット状開口１４を開閉自在に覆うようにシャッタ１６が配されている。すなわちシャッタ１６はその両側に側板１７、１８を備えるとともに、これらの側板１７、１８が上記フロントパネル１０の両側の上を摺動することによって、開閉動作を行なうようにしている。そして上記回路基板１１の前面側には多数のキースイッチ１９とともに、側部に検出スイッチ２０が配されている。この検出スイッチ２０の操作子２１が上記シャッタ１６の側板１７によって押され、これによって検出スイッチ２０がＯＮ／ＯＦＦ検出動作されるようになっている。
【００３０】
図２は上記シャッタ１６の開閉動作を示し、図２Ａはシャッタ１６がコンパクトディスク１５を挿入するスリット状開口１４を閉じた状態を示し、図２Ｂはコンパクトディスク１５を挿入するためにシャッタ１６が下方へ移動してスリット状開口１４を開いた状態を示している。
【００３１】
また図３は上記シャッタ１６がスリット状開口１４を開いたときのその側板１７と検出スイッチ２０との配置関係を示しており、シャッタ１６がスリット状開口１４を閉じた場合には図３Ａに示すように、側板１７は検出スイッチ２０の操作子２１から離れる。これに対して図３Ｂに示すように、シャッタ１６が下降すると、その側板１７が検出スイッチ２０の操作子２１を押し、これによってシャッタ１６の開放動作を検出している。
【００３２】
上記キースイッチ１９および検出スイッチ２０を実装する回路基板１１は例えば図４に示すように、それらが複数結合された集合基板２５として製作される。そしてこの集合基板２５を分割ライン２６のところで分割することによって、図５に示すような個々の回路基板１１に分割される。なお集合基板２５の状態において図４に示す検出スイッチ実装位置２７に図５に示すように検出スイッチ２０が実装される。
【００３３】
検出スイッチ２０は上述の如くシャッタ１６の開閉を検出するためのものであって、図６に示すようにその筐体の一方の外表面に一対のボス３０を突出するように備え、これらのボス３０が図７に示す回路基板１１の一対の位置決め孔３１内にそれぞれ嵌合し、これによって位置決めが行なわれるようになっている。しかもこのような検出スイッチ２０を実装する際に、実装機が回路基板１１の検出スイッチ２０の実装位置を認識する必要がある。このような認識のために穴から成る認識マーク３２がこの検出スイッチ２０の実装位置の近傍であって回路基板１１の表面に設けられる。なおこの認識マーク３２は予め形成されたパターン３３と同心円状に形成される。また上記検出スイッチ２０の実装位置の近傍には縦長の逃げ孔３４が形成され、この逃げ孔３４によって上記シャッタ１６が開いたときにその側板１７の先端部を逃がすようにしている。
【００３４】
ここで本実施の形態においては回路基板１１として紙フェノール基板が用いられる。紙フェノール基板は図８に示すように複数枚の、例えば６枚の板紙３８と両側の表層に２枚の銅箔３９とを積層するとともに、積層された板紙にフェノール樹脂を含浸させて成形される。そしてこのような紙フェノール基板上には上記銅箔３９をエッチングして図９に示すようにパターン４１が形成され、さらに貫通孔４２の内表面に銀ペースト４３から成る導電層を形成してスルーホールとする。なお銀ペースト４３はその硬化のために１５０℃前後で数時間の加熱を行なって硬化させている。
【００３５】
上述のようなパターン４１やスルーホールを形成した後に、図１０に示すようにベース４６に植設された打抜きピン４７を用いて、この回路基板１１上に位置決め孔３１と認識マークを構成する穴３２と外形を形作るスリットとを一緒に形成する。すなわち位置決め孔３１と認識マーク３２を構成する穴とを同時に形成するとともに、これらの打抜き工程を最後の工程としている。従ってこれらの位置決め孔３１や認識マーク３２は熱による回路基板１１の変形の影響を受けない。また位置決め孔３１と認識マーク３２との間の相互の位置ずれが発生しない特徴を有する。
【００３６】
なお検出スイッチ２０と認識マークを構成する穴３２との位置関係は、図１１に示すようにこの検出スイッチ２０の実装位置に対してその近傍であってしかも所定の位置に配することができる。またここで一対の認識マーク３２間の距離と認識マーク３２と検出スイッチ２０の実装位置との間の距離を近づけておくと位置精度が高まる利点がある。
【００３７】
図１２は上記打抜きによって形成された認識マークを構成する穴３２の状態を示しており、その表側が図１２Ａに示され、裏側が図１２Ｂに示される。
【００３８】
このように本実施の形態のカーオーディオ用のＣＤプレーヤのフロントパネル１０の裏側に配される回路基板１１には、穴から成る認識マーク３２が図１２に示すように形成される。ここで通常の認識マークとは異なり、検出スイッチ２０を実装する実装機はこの穴３２の回りのランドから成るパターン３３との色やコントラストの違いによってこの穴３２を認識する。穴３２は図１０に示すように貫通穴であって、上記位置決め孔から成るボス穴３１が金型穴であれば認識マークのための穴３２も金型穴にする。また位置決め孔３１がＮＣ穴である場合には、認識マークの穴３２もＮＣ穴になる。
【００３９】
認識マークの配置例は図１１に示されるように、なるべく検出スイッチ２０やその位置決め孔３１のそばに配置することによって、回路基板１１の変形による位置ずれの影響を減らすことができる。
【００４０】
このような基板は図１および図５に示すように、シャッタ１６の開閉を検出する検出スイッチ２０がキースイッチ１９とともに搭載され、この検出スイッチ２０の操作子２１をシャッタ１６の側板１７が押圧操作することによって必要な検出動作を行なう。従ってこのような検出スイッチ２０は回路基板１１上に高い位置精度で実装することが要求される。
【００４１】
検出スイッチ２０を実装する実装機は目的の部品を装着する際に、プログラムによってこの検出スイッチ２０の側に配される認識マーク３２を認識し、その座標がプログラムされている認識マークの座標とどの位ずれているかを計算し、その結果を用いてプログラムされている目的の部品の座標を補正して装着する。実装機のこのような動作は従来と同じであるが、認識マーク３２が位置決め孔３１に対して高い位置精度で形成されているために、検出スイッチ２０の実装の精度が大幅に改善される。
【００４２】
とくにこの検出スイッチ２０はその可動部を構成する操作子２１がシャッタ１６の側板１７で押されることによってＯＮ／ＯＦＦ動作をする。そしてこのＯＮ／ＯＦＦをする位置、すなわち検出位置がずれると、本来意図したシャッタ１６の回動位置でないところで検出スイッチ２０が検出動作をしてしまうことになり、誤動作や動作不良につながる。従来の検出スイッチ２０の搭載される場所は金属部品上の回路基板１１であったために、その金属部品の寸法精度の高さの故に、搭載される回路基板１１の位置精度が高く、ボス穴３１を大きく穿けて検出スイッチ２０の装着を容易にしても、検出スイッチ２０が設計の意図する位置範囲でＯＮ／ＯＦＦしていた。
【００４３】
ところが検出スイッチ２０が搭載される回路基板１１が合成樹脂製のフロントパネル１０に組込まれるようにすると、このモールド製のフロントパネル１０が金属と比べて成形時の変形が大きいために、搭載される回路基板１１の位置ずれが大きくなり、結果として検出スイッチ２０の位置ずれも大きくなる。すなわち検出スイッチ２０のばらつきが大きくなって、設計の意図する位置検出範囲を逸脱するようになる可能性がある。ばらつきを小さくするには、成形されるフロントパネル１０の成形精度を向上するか、あるいは検出スイッチ２０の回路基板１１に対する実装の位置精度を高める必要がある。本実施の形態においてはとくに従来大きめにして実装を容易にしていた位置決め孔３１の直径を小さくし、しかも認識マーク３２との間の相対的な位置ずれを小さくすることによって、検出スイッチ２０の実装精度を高めることにより、上記の問題を解決している。
【００４４】
以上本願発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願に含まれる発明の技術思想の範囲内で各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態は、カーステレオ用のＣＤプレーヤのフロントパネルの背面に配される回路基板１１上における検出スイッチ２０の実装に関するものであるが、本願発明はその他各種の部品を実装するための他の目的の回路基板にも広く応用可能である。また認識マーク３２の配置等についてもその目的に応じて任意に変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本願発明は、位置決め用ボスを有する部品を実装するようにした部品の実装装置および実装方法に広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】ＣＤプレーヤのフロントパネルの部分の要部分解斜視図である。
【図２】シャッタの開閉動作を示すフロントパネルの要部縦断面図である。
【図３】検出スイッチの切換え動作を示すフロントパネルの要部縦断面図である。
【図４】回路基板を分割する前の集合基板の平面図である。
【図５】集合基板を分割した回路基板の平面図である。
【図６】検出スイッチの裏面の要部斜視図である。
【図７】検出スイッチの実装を示す要部分解斜視図である。
【図８】紙フェノール基板の構造を示す要部拡大断面図である。
【図９】パターンとスルーホールの形成を示す回路基板の縦断面図である。
【図１０】回路基板に対する位置決め孔と認識マークのための打抜き動作を示す要部縦断面図である。
【図１１】認識マークの配置を示す要部平面図である。
【図１２】認識マークの表側と裏側の平面図である。
【図１３】紙フェノール基板の認識マークの配置を示す平面図である。
【図１４】リフローを行なう前におけるパターン位置精度の分布を示すグラフである。
【図１５】リフロー後におけるパターン位置精度の分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１‥‥銀スルー紙基板、２‥‥認識マーク、１０‥‥フロントパネル、１１‥‥回路基板、１２‥‥横長の窓、１３‥‥液晶表示パネル、１４‥‥スリット状開口、１５‥‥コンパクトディスク、１６‥‥シャッタ、１７、１８‥‥側板、１９‥‥キースイッチ、２０‥‥検出スイッチ、２１‥‥操作子、２５‥‥集合基板、２６‥‥分割ライン、２７‥‥検出スイッチ実装位置、３０‥‥ボス、３１‥‥位置決め孔、３２‥‥認識マーク（穴）、３３‥‥パターン、３４‥‥逃げ孔、３８‥‥板紙、３９‥‥銅箔、４１‥‥パターン、４２‥‥貫通孔、４３‥‥銀ペースト、４６‥‥ベース、４７‥‥打抜きピン
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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