(57)【要約】【課題】  バックドリル仕様が厳しくなることにより、狙い層の断線率が高まる。板厚・層間厚を考慮して、適正な穴深さで加工することが求められている。【解決手段】  配線領域外に、狙い層とスタブ仕様公差範囲を考慮した前後層のクーポンを設け、クーポン穴明け後の穴底画像により狙い層の深さを特定し、適切なスタブ長となる穴深さを設定する制御方法。【選択図】  図２
2014033006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線領域外に狙い層と前記狙い層の前後に所定の間隔を設けて配置された前後層とを有したクーポンが設けられた多層基板におけるバックドリルスタブ長制御方法であって、
前記狙い層に対する所定の切込量で、前記クーポンの狙い層および前後層にバックドリルで穴をあける穴あけ工程と、
前記穴あけ工程において前記狙い層にあけられた穴の画像である狙い層画像と前記前後層にあけられた穴の画像である前後層画像とを撮像する撮像工程と、
前記撮像工程において撮像された前記狙い層画像および前記前後層画像と、あらかじめ定められた切込量で前記狙い層および前記前後層にあけられるべき穴の画像の組み合わせを示すパターン画像とに基づいて、前記穴あけ工程においてあけられた穴の深さが前記狙い層に対して適正であるか否かを判定する判定工程と、
前記判定工程においてあけられた穴の深さが前記狙い層に対して適正でないと判定した場合、前記狙い層に対して適正となるように前記所定の切込量を補正する補正工程と、を含み、
前記狙い層に対して適正な穴の深さとなるまで前記各工程を繰り返し行い、適正な穴の深さとなった切込量で前記配線領域の狙い層に穴をあける、
ことを特徴とするバックドリルスタブ長制御方法。
【請求項２】
前記判定工程において、前記バックドリルの先端部の全体が前層を貫通し、前記バックドリルの先端部の先端が狙い層を貫通し、前記バックドリルの先端部の先端が後層に達していない場合に、前記穴あけ工程においてあけられた穴の深さが前記狙い層に対して適正であると判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のバックドリルスタブ長制御方法。
【請求項３】
前記判定工程において、前記パターン画像のうちの前記狙い層にあけられるべき穴の画像が前記前後層にあらわれているか否かを判定し、前記画像が前記前後層にあらわれていないと判定した場合、前記補正工程において、所定量だけ深さを深くまたは浅く設定して前記所定の切込量を補正し、
さらに、前記判定工程において、前記画像が前記前後層にあらわれたと判定した場合、前記補正工程において、前記前後層における前記バックドリルの突き抜け量と前記狙い層と前記前後層との間隔とに基づいて、前記バックドリルの補正量を算出する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のバックドリルスタブ長制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント配線板のバックドリル加工の穴明け方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント配線板のスルーホールでは、電気特性を考慮した伝送経路が課題とされる。信号接続に寄与しない余剰部分をスタブと呼び、余剰な容量成分を生じ、特性インピーダンスを低下させ不要な反射を発生させる原因となっている。スルーホール形成後の基板を、再度、ドリル加工することによって不要なスタブを削り取る工法としてバックドリル加工がある。バックドリル加工とは、図１のプリント基板断面１６で示すスルーホール１３で、狙い層１１の伝送経路１２に寄与しないスタブ１０をバックドリル加工で除去１４し、短いスタブ長１５を形成する工法である。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示された技術では、Ｚ軸方向に移動させたドリルが導体層に接触した際に電圧を印加し、電荷を放出させることにより、ドリルが導体層に達したことを検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３３７８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最近ではスタブ長の短化が進み、伝送経路となる狙い層に対して０．５０±０．３０ｍｍであったものが０．３０±０．１５ｍｍと、公差範囲も厳しくなってきている。そのため、狙い層に対して高精度のバックドリル深さを実現する工法が必要となっている。上述した特許文献１に開示された技術では、Ｚ軸方向にドリルを移動させてドリルの動作を制御しているが、例えば、導体層における電圧値の計測誤差が生じた場合には、狙い層に対する精度を保つことができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、不要なスタブを削り取るバックドリル加工において、高精度のバックドリル深さを実現することが可能なバックドリルスタブ長制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるバックドリルスタブ長制御方法は、配線領域外に狙い層と前記狙い層の前後に所定の間隔を設けて配置された前後層とを有したクーポンが設けられた多層基板におけるバックドリルスタブ長制御方法であって、前記狙い層に対する所定の切込量で、前記クーポンの狙い層および前後層にバックドリルで穴をあける穴あけ工程と、前記穴あけ工程において前記狙い層にあけられた穴の画像である狙い層画像と前記前後層にあけられた穴の画像である前後層画像とを撮像する撮像工程と、前記撮像工程において撮像された前記狙い層画像および前記前後層画像と、あらかじめ定められた切込量で前記狙い層および前記前後層にあけられるべき穴の画像の組み合わせを示すパターン画像とに基づいて、前記穴あけ工程においてあけられた穴の深さが前記狙い層に対して適正であるか否かを判定する判定工程と、前記判定工程においてあけられた穴の深さが前記狙い層に対して適正でないと判定した場合、前記狙い層に対して適正となるように前記所定の切込量を補正する補正工程と、を含み、前記狙い層に対して適正な穴の深さとなるまで前記各工程を繰り返し行い、適正な穴の深さとなった切込量で前記配線領域の狙い層に穴をあける、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、不要なスタブを削り取るバックドリル加工において、高精度のスタブ長加工が可能なバックドリルスタブ長制御方法を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】スルーホール(バックドリル)構成を示す図である。
【図２】クーポンの配置、構成を示す図である。
【図３】カメラ搭載穴明機に搭載する自動処理するシステム構成を示す図である。
【図４】システムの基本動作手順を示す図である。
【図５】カメラ画像取得状態を示す図である。
【図６】狙い層深さによる画像パターンを示す図である。
【図７】適正な画像パターンを得るための論理を示す図である。
【図８】適正な画像パターンとの寸法構成を示す図である（ＣＣＤカメラの場合）。
【図９】適正な画像パターンとの寸法構成を示す図である（Ｘ線カメラの場合）。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかるバックドリルスタブ長制御方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
図２は、プリント配線板の配線領域外２２にクーポン２３が設けられた様子を示す図である。図２に示すように、プリント配線板の配線領域外２２にクーポン２３を設けておく。クーポン２３には、狙い層１１に対して、スタブ長仕様の公差を考慮した間隔を有して隣接した前層２５、及び後層２６の２層を配置する。狙い層１１と前層２５、および後層２６は、それぞれ個別に配置する。
【００１２】
図３は、カメラ搭載穴明機に組み込んでスタブ長の制御を自動処理する制御システムであり、使用するカメラ３３は、ＣＣＤカメラまたはＸ線カメラとする。この制御システムは、カメラ３３が、プリント配線板１６のクーポン２３にスピンドル３４で加工した穴の画像を撮像して取り込み、画像処理部３２が、パターン認識と径測定を行う。そして、ＮＣ（Numerical  Control）制御装置３１が、バックドリル加工の適切な深さを計算し、配線領域２１にスピンドル３４で加工するシステムである。
【００１３】
図４は、図３に示した制御システムの基本動作手順を示したものである。ＮＣ制御装置３１が、スピンドル３４の動作を制御し、プリント配線板クーポン部４１に狙い層１１を目標とした設計切込量にて穴加工を行う。そして、カメラ３３が穴底の画像を取り込み、画像処理部３２が狙い層１１の実際の深さを算出する。さらに、画像処理部３２が狙い層１１に対して適切なスタブ長１５が得られる穴加工深さを算出し、その算出値に従ってＮＣ制御装置３１がバックドリル加工を実施する。
【００１４】
狙い層１１がほぼ設計上の計算位置にある場合は、カメラ３３で取り込んだ穴底の画像に各層が撮像される。具体的には、図５に示すように、前層２５、狙い層１１、及び後層２６における画像が、ＣＣＤカメラ画像５１、及びＸ線カメラ画像５２でそれぞれ得られる。すなわち、スピンドリル３４が前層２５の位置にある場合、ＣＣＤカメラ画像５１ではスピンドル３４の形状に伴って円形状の画像が撮像され、Ｘ線カメラ画像５２ではその円形状の画像および前層２５の輪郭画像が撮像される。また、スピンドリル３４が後層２６の位置にある場合、前層２５の場合と同様にＣＣＤカメラ画像５１ではスピンドル３４の形状に伴って円形状の画像が撮像され、Ｘ線カメラ画像５２ではその円形状の画像および前層２５の輪郭画像を含んだ画像が撮像される。
【００１５】
一方、スピンドリル３４が狙い層１１の位置にある場合、ＣＣＤカメラ画像５１では、スピンドル３４が狙い層１１を突き抜けた下側部分の画像Ｒ１１と、狙い層１１の部分の画像Ｒ１２と、スピンドル３４が狙い層１１を突き抜けていない上側部分の画像Ｒ１３とが画像として撮像され、狙い層１１の部分の画像は図５に示すようにドーナツ状となっている。また、Ｘ線カメラ画像５２では、ＣＣＤカメラ画像５１と同様にスピンドル３４が狙い層１１を突き抜けた下側部分の画像Ｒ２１と、狙い層１１の部分の画像Ｒ１２およびスピンドル３４が狙い層１１を突き抜けていない上側部分の画像Ｒ１３を含む画像とが撮像される。後述するように、画像処理部３２は、スピンドリルの先端部の全体が前層２５を貫通し、スピンドリルの先端部の先端が狙い層１１を貫通し、スピンドリルの先端部の先端が後層２６に達していない場合に、あけられた穴の深さが狙い層１１に対して適正であると判定する。このような判定を行うことにより、狙い層１１に対する加工が行われることを確実かつ容易に判定することができる。
【００１６】
このように、カメラ３３で取り込んだ穴底画像は、図６に示すパターンＡ６１、Ｂ６２、Ｃ６３、Ｄ６４、及びＥ６５に分類される。これらのパターンは、ＮＣ制御装置３１あるいは画像処理部３２の不図示のメモリ等の記憶媒体にあらかじめ記憶されている。図６に示すように、これらのパターンの画像（以下、パターン画像データと呼ぶ。）は、穴深さを識別するためのパターンと、カメラの種類と、そのカメラの種類に応じて撮像された前層、狙い層、後層の各層における画像とが対応付けられている。例えば、パターンＣ６３は、図５に示したような各層における画像の組み合わせとなっており適正なパターンであると判断できるため、図４に示した基本動作手順どおりの動作となる。しかし、他のパターン（Ｃ６１、Ｃ６２、Ｃ６４、Ｃ６５）は、それぞれパターンＣ６３の画像を得るため、クーポンの再加工が必要となる。続いて、カメラ３３がＣＣＤカメラの場合を例に、図６および図７を用いてその論理について説明する。
【００１７】
図７は、上述したクーポンを再加工する場合の処理手順を示すフローチャートである。図７に示すように、まず、ＮＣ制御装置３１は、スピンドリル３４を制御して、図２に示したようなクーポン２３の穴開けを行う（ステップＳ７１）。その後、カメラ３３が開けられた穴の画像を撮像し、画像処理部３２が、撮像された画像が図６に示したパターンのうちどのパターンに分類されるか否かを判定する（ステップＳ７２）。具体的には、画像処理部３２は、撮像された画像が図６に示したパターン画像データの中のどのパターンの画像に分類されるか判定する。
【００１８】
そして、画像処理部３２は、撮像された画像がパターンＣ６３に分類されると判定した場合には、ステップＳ７３に進み、適正な加工すべき穴の深さを算出する（ステップＳ７３）。具体的には、加工穴深さ８６（図８）から狙い層深さ８５の差分、及びスタブ長１５の差分を算出する。その後、ＮＣ制御装置３１は、算出された差分の位置までスピンドリル３４によって穴開けさせるように、配線領域バックドリル加工７４を行う（ステップＳ７４）。
【００１９】
一方、ステップＳ７２において、画像処理部３２がパターンＢ６２に分類されると判定した場合、狙い層１１が設計上の計算位置より浅くなっている状態であるため、画像処理部３２は、前層２５画像からパターンＣが得られる穴深さを算出し（ステップＳ７６）、ＮＣ制御装置３１は、穴の加工深さを深くしてクーポンの再加工を行う（ステップＳ７７）。そして、ステップＳ７２に戻って、以降の処理を繰り返す。
【００２０】
例えば、画像処理部３２は、撮像された画像がパターンＢ６２に分類されると判定した場合、図６に示した前層２５の最小円（図５に示したＲ１１に部分に対応する部分）におけるドリル突き抜け量（図８を用いて後述）と、前層２５と狙い層１１との間隔との差により、パターンＣを得るべき穴深さの位置を算出し、穴の深さがその位置となるように、ＮＣ制御装置３１がクーポンを再加工する。
【００２１】
さらに、ステップＳ７２において、画像処理部３２がパターンＤ６４に分類されると判定した場合、狙い層１１が設計上の計算位置より深くなっている状態であるため、後層２６画像からパターンＣが得られる穴深さを算出し（ステップＳ７６）、加工深さを浅くしてクーポンの再加工を行い（ステップＳ７７）、上述した場合と同様に、ステップＳ７２に戻って、以降の処理を繰り返す。
【００２２】
例えば、画像処理部３２は、撮像された画像がパターンＤ６４に分類されると判定した場合、図６に示した後層２６の最小円（図５に示したＲ１１に部分に対応する部分）におけるドリル突き抜け量（図８を用いて後述）と、狙い層１１と後層２６との間隔との差により、パターンＣを得るべき穴深さの位置を算出し、穴の深さがその位置となるように、ＮＣ制御装置３１がクーポンを再加工する。
【００２３】
また、ステップＳ７２において、画像処理部３２がパターンＡ６１に分類されると判定した場合、狙い層１１が設計上の計算位置より大きく浅くなっている状態であり、また、ステップＳ７２において、画像処理部３２がパターンＥ６５に分類されると判定した場合、狙い層１１が設計上の計算位置より大きく浅くなっている状態であるため、Ｘ線カメラとＣＣＤカメラではパターン確認後のクーポンの再加工７７の方法が異なる。
【００２４】
具体的には、カメラがＣＣＤカメラである場合は、画像処理部３２によってパターンＡ６１に分類された場合、画像による深さ判断は不可である為、まず、画像処理部３２が、あらかじめ定められた固定値（例えば、０．１０ｍｍ）分だけ深くなるように計算位置を設定した後、ＮＣ制御装置３１が、ステップＳ７７においてクーポンの再加工を行う。そして、その再加工を行った後に撮像された画像のパターン分類（ステップＳ７２）において、画像がパターンＢ６２に分類されない場合、さらに初期の加工深さに対して固定値で浅くまたは深くなるように計算位置を設定して穴の切込量を補正した上で、ステップＳ７７においてＮＣ制御装置３１がクーポンの再々加工を行う。
【００２５】
また、これと同様に、画像処理部３２によってパターンＥ６５に分類された場合、画像処理部３２が、あらかじめ定められた固定値（例えば、０．１０ｍｍ）分だけ浅くなるように計算位置を設定した後、ＮＣ制御装置３１が、ステップＳ７７においてクーポンの再加工を行う。そして、その再加工を行った後に撮像された画像のパターン分類（ステップＳ７２）において、パターンＤ６４に分類されない場合、さらに初期の加工深さに対して固定値で浅くまたは深くなるように計算位置を設定して穴の切込量を補正した上で、ステップＳ７７においてＮＣ制御装置３１がクーポンの再々加工を行う。
【００２６】
すなわち、画像処理部３２は、図６に示したパターン画像データのうちの狙い層１１にあけられるべき穴の画像が前層２５または後層２６にあらわれているか否かを判定し、その画像が前層２５または後層２６にあらわれていないと判定した場合、所定量だけ深さを深くまたは浅く設定して切込量を補正し、さらに、画像が前層２５または後層２６にあらわれたと判定した場合、前層２５または後層２６におけるスピンドリル３４の突き抜け量と狙い層１１と前層２５または後層２６との間隔の差分を算出することにより、適正なパターンＣ６３の画像を得るためのスピンドリル３４の補正量を算出し、ＮＣ制御装置３１がクーポンを加工する。
【００２７】
以上のように、パターンＡ６１またはパターンＥ６５に分類された場合であっても、ステップＳ７５において、画像処理部３２が、まず最初に、上述した固定値で穴深さを深く(または浅く)設定して、ＮＣ制御装置３１がクーポンを再加工した上で、さらに画像処理部３２がパターンＢ６２またはパターンＤ６４の画像を得て繰り返し穴の切込量を補正し、最終的に、ＣＣＤカメラによって撮像された画像が、図５に示したパターンＣ６３に分類されるようになっている。このような段階を経てパターンＣ６３の画像を得ることができるので、より一層緻密な補正が必要な場合であっても、その操作に対応することができる。
【００２８】
なお、Ｘ線カメラでは、画像処理部３２によって画像がパターンＡ６１に分類された場合には、パターンＢ６２が得られるまで、画像処理部３２は上述した固定値で徐々に深い方向となるように計算位置を設定し、その後、ＮＣ制御装置３１がステップＳ７７においてクーポンの再加工を行い、以降、パターンＢ６２の場合と同様の方法により、処理を繰り返す。一方、画像処理部３２によって画像がパターンＥ６５に分類された場合には、パターンＤ６４が得られるまで、画像処理部３２は上述した固定値で徐々に浅い方向となるように計算位置を設定し、その後、ＮＣ制御装置３１がステップＳ７７においてクーポンの再加工を行い、以降、パターンＤ６４の場合と同様の方法により、処理を繰り返す。以上のような処理を繰り返し行って穴深さを算出または穴の切込量を補正してクーポンを再加工することにより、狙い層１１の深さを算出できる図５のパターンＣ６３を得る。
【００２９】
上述の説明において、ＣＣＤカメラまたはＸ線カメラを用いた場合について示しているが、カメラとしてＣＣＤカメラを用いた場合には、Ｘ線カメラに比べて小型化が可能であり、また、より低廉な価格で上述した処理を実現することができる。一方、カメラとしてＸ線カメラを用いた場合には、例えば、ＣＣＤカメラでは穴が浅すぎる場合と深すぎる場合（図６のパターンＡおよびパターンＥ）のように区別がつかない場合であっても、その区別が可能となるので、より穴の浅さや深さの判断が容易となる。
【００３０】
続いて、図８を用いて、上述した処理で得られたパターンＣ６３の画像により、画像処理で狙い層１１の深さを算出する方法を図８により説明する。図８において、基板上面８７からの狙い層深さ８５を狙い層１１の深さとする。狙い層深さ８５は、基板上面８７からの穴加工深さ８６から狙い層銅厚さ８２、及びドリル突き抜け量８３を引いた値となる。狙い層銅厚さ８２は、基板設計寸法から決まり、ドリル突き抜け量８３は、ドリル先端角８１、及び画像処理で得た切削円半径８４から、例えば、下記の式により算出する。
【００３１】
「ドリル突き抜け量８３」＝「切削円半径８４」×tan(９０°−「ドリル先端角８１」÷２)
さらに、適正なスタブ長を得る穴深さは、狙い層深さ８５からスタブ長（図１)１５を引くことで得られる。
【００３２】
なお、図８では、ＣＣＤカメラによるパターンＣ６３の画像を用いて狙い層１１の深さを算出した場合について説明しているが、Ｘ線カメラに場合には、図９に示すように、中央の円形部分（図５に示したＲ２１）の半径が切削円半径８４となる。
【００３３】
以上のような処理を行うことにより、最終的にスタブ長仕様を満足する穴深さでバックドリル加工を行なうことができる。具体的には、プリント配線板の配線領域外に、伝送経路となる狙い層の深さを確認できるパターンを作り、狙い層を目標とした設計切込量で穴明けを行い、ＣＣＤカメラまたはＸ線カメラで穴底の画像を取り込む。そして、画像処理部３２によって狙い層の実際の深さを算出するとともに、さらに狙い層に対して適切なスタブ長が得られる穴加工深さを算出しまたは切込量を補正し、ＮＣ制御装置３１が配線領域にバックドリル加工を行うので、不要なスタブを削り取るバックドリル加工において、信号伝送経路となる狙い層に対して高精度のバックドリル深さを実現することが可能となる。
【符号の説明】
【００３４】
１０  スタブ
１１  狙い層
１２  伝送経路
１３  スルーホール
１４  バックドリル加工で除去（した状態)
１５  スタブ長
１６  プリント配線板断面
２１  配線領域
２２  配線領域外
２３  クーポン
２４  断面
２５  前層
２６  後層
３１  ＮＣ制御装置
３２  画像処理
３３  カメラ
３４  スピンドル
４１  プリント配線板クーポン部
４２  プリント配線板配線領域
５１  ＣＣＤカメラ画像
５２  Ｘ線カメラ画像
６１  パターンＡ
６２  パターンＢ
６３  パターンＣ
６４  パターンＤ
６５  パターンＥ
７１  クーポン穴明け
７２  画像パターンで分類
７３  適正な穴深さ算出
７４  配線領域バックドリル加工
７５  固定値で穴深さを深く（浅く）設定
７６  パターンＣが得られる穴深さ算出
７７  クーポンの再（再々）加工
８１  ドリル先端角
８２  狙い層銅厚さ
８３  ドリル突き抜け量
８４  切削円半径
８５  狙い層深さ
８６  穴加工深さ
８７  基板上面。
【図１】
2014033006.tif 000003
【図２】
2014033006.tif 000004
【図３】
2014033006.tif 000005
【図４】
2014033006.tif 000006
【図５】
2014033006.tif 000007
【図６】
2014033006.tif 000008
【図７】
2014033006.tif 000009
【図８】
2014033006.tif 000010
【図９】
2014033006.tif 000011