(57)【要約】【課題】  本発明は、多層プリント基板の内層導体層を検出できるようにして高精度な深さの加工ができるようにすることを目的とするものである。【解決手段】導体層と絶縁層とが交互に積層され、厚み方向の途中の内部に導体層を有する多層プリント基板に加工を行う基板加工装置において、加工ツールが加工方向に送られて前記導体層に接触したことを検出する導体層検出部と、当該導体層検出部により検出した導体層がいずれの導体層であるかを識別する導体層識別部と、当該導体層識別部の識別結果に基づいて前記加工ツールによる加工の深さを制御する深さ制御部とを有することを特徴とする。【選択図】図１
2018111160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体層と絶縁層とが交互に積層され、厚み方向の途中の内部に導体層を有する多層プリント基板に加工を行う基板加工装置において、加工ツールが加工方向に送られて前記導体層に接触したことを検出する導体層検出部と、当該導体層検出部により検出した導体層がいずれの導体層であるかを識別する導体層識別部と、当該導体層識別部の識別結果に基づいて前記加工ツールによる加工の深さを制御する深さ制御部とを有することを特徴とする基板加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板加工装置において、前記導体層識別部は前記導体層検出部による導体層検出回数をカウントすることにより導体層を識別することを特徴とする基板加工装置。
【請求項３】
請求項１あるいは２に記載の基板加工装置において、前記深さ制御部は、導体層識別部が特定の導体層を識別したら前記加工ツールの送りを止めることを特徴とする基板加工装置。
【請求項４】
請求項１、２あるいは３に記載の基板加工装置において、前記深さ制御部は、導体層識別部が特定の導体層を識別しかつ以後の前記加工方向への送り量が所定の数値になったら前記加工ツールの送りを止めることを特徴とする基板加工装置。
【請求項５】
請求項１、２、３あるいは４に記載の基板加工装置において、前記導体層検出部は、前記加工ツールが前記導体層に接触した時のアースとの間のキャパシタンスの変化を検出して導体層に接触したことを検出することを特徴とする基板加工装置。
【請求項６】
導体層と絶縁層とが交互に積層され、厚み方向の途中の内部に導体層を有する多層プリント基板に加工を行う基板加工方法において、加工ツールを加工方向に送って前記導体層に接触したことを検出する導体層検出ステップと、当該導体層検出ステップで検出した導体層がいずれの導体層であるかを識別する導体層識別ステップと、当該導体層識別ステップにおける識別結果に基づいて前記加工ツールによる加工の深さを制御する深さ制御ステップとを有することを特徴とする基板加工方法。
【請求項７】
請求項６に記載の基板加工方法において、前記導体層識別ステップでは、前記導体層検出ステップにおける導体層検出回数をカウントすることにより導体層を識別することを特徴とする基板加工方法。
【請求項８】
請求項６あるいは７に記載の基板加工方法において、前記深さ制御ステップでは、前記導体層識別ステップにおいて特定の導体層を識別したら前記加工ツールの送りを止めることを特徴とする基板加工方法。
【請求項９】
請求項６、７あるいは８に記載の基板加工方法において、前記前記深さ制御ステップでは、前記導体層識別ステップにおいて特定の導体層を識別しかつ以後の前記加工方向への送り量が所定の数値になったら前記加工ツールの送りを止めることを特徴とする基板加工方法。
【請求項１０】
請求項６、７、８あるいは９に記載の基板加工方法において、前記導体層検出ステップでは、前記加工ツールが前記導体層に接触した時のアースとの間のキャパシタンスの変化を検出して導体層に接触したことを検出することを特徴とする基板加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば多層プリント基板にドリルで加工を行う基板加工装置及び基板加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
導体層と絶縁層とが交互に積層された多層プリント基板の穴あけ加工においては、穴が基板全体に貫通せず基板の深さ方向の途中までしかない、いわゆる止まり穴を加工する場合がある。この止まり穴の深さは、特定の内部導体層の表面までとか、特定の内部導体層の表面から指定する深さまでとする等として、導体層の位置と関連付けることが行われる。
従来、止まり穴の加工は、例えば特許文献１に開示されているように、ドリルが基板表面に接触したことを検出し、その表面位置を基準にして深さを決めるようにしている。
【０００３】
ところが、内層導体層の深さは、基板の平面方向で見て一様とは限らない。従って、基板表面を基準にして深さを決める従来の方法では、予め把握してある深さまで穴あけしても、穴が該当する内層導体層の表面まで達しないとか、その表面より深く穴あけしてしまうとかしてしまい、高精度な深さの止まり穴の加工ができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2014-113662号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、多層プリント基板の内層導体層を検出できるようにして高精度な深さの加工ができるようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願において開示される代表的な基板加工装置は、導体層と絶縁層とが交互に積層され、厚み方向の途中の内部に導体層を有する多層プリント基板に加工を行う基板加工装置において、加工ツールが加工方向に送られて前記導体層に接触したことを検出する導体層検出部と、当該導体層検出部により検出した導体層がいずれの導体層であるかを識別する導体層識別部と、当該導体層識別部の識別結果に基づいて前記加工ツールによる加工の深さを制御する深さ制御部とを有することを特徴とする。
【０００７】
また本願において開示される代表的な基板加工方法は、導体層と絶縁層とが交互に積層され、厚み方向の途中の内部に導体層を有する多層プリント基板に加工を行う基板加工方法において、加工ツールを加工方向に送って前記導体層に接触したことを検出する導体層検出ステップと、当該導体層検出ステップで検出した導体層がいずれの導体層であるかを識別する導体層識別ステップと、当該導体層識別ステップにおける識別結果に基づいて前記加工ツールによる加工の深さを制御する深さ制御ステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、多層プリント基板の内層導体層を検出して高精度な深さの加工ができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例となるドリル加工装置の動作を説明するための図である。
【図２】本発明の一実施例となるドリル加工装置の構成を示す図である。
【図３】図２におけるスピンドルをさらに詳しく説明するための図である。
【図４】図３における共振検出部をさらに詳しく説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１０】
以下、本発明の一実施例を図１〜４を用いて説明する。
図２は本発明の一実施例となるドリル加工装置の構成を示す図である。図２での各構成要素や接続線は、主に本実施例を説明するために必要と考えられるものを示してあり、ドリル加工装置として必要な全てを示している訳ではない。
図２において、１は穴あけ加工をすべき多層プリント基板、２は多層プリント基板１を樹脂材から成る下板３を介して載置する加工テーブル、４は多層プリント基板１に穴をあけるためのドリル、５はドリル４を回転させるモータ内蔵型のスピンドル６を保持するスピンドルユニットである。スピンドルユニット５は、スピンドル垂直駆動部８により垂直方向に駆動される。
加工テーブル２は、多層プリント基板１に穴をあけようとする位置にドリル４が向くよう、加工テーブル駆動部７により水平方向に駆動され、位置決めされるようになっている。３は多層プリント基板１と加工テーブル２との間に介在する下板であり、何らかの原因でドリル４が多層プリント基板１を突き抜けて加工テーブル２に接触するのを防止する役目をするものである。多層プリント基板１には止まり穴以外に貫通穴もあける場合があり、この場合にも下板３はドリル４が加工テーブル２に接触するのを防止する役目をする。
【００１１】
スピンドル６の下方側には穴あけ加工時に多層プリント基板１を押付けるためのプレッシャフット９が係合している。このプレッシャフット９はシリンダ１０を介してスピンドルユニット５に連結されており、スピンドルユニット５が下降する場合、多層プリント基板１の上面位置に接触するまではスピンドルユニット５と共に下降する。
スピンドルユニット５とプレッシャフット９は互いに高さ方向に所定の間隔を保って係合していて、スピンドルユニット５が下降する場合、途中までは共に下降し、プレッシャフット９が多層プリント基板１の上面位置に接触すると、その後はプレッシャフット９がその位置にとどまり、スピンドルユニット５だけ独立に下降し、ドリル４で穴あけができるようになる。穴あけを終え、スピンドルユニット５を上昇させると、ある位置からプレッシャフット９も共に上昇するようになっている。
【００１２】
１１は、スピンドルユニット５に固定された検出器１２とプレッシャフット９に固定されたロッド１３とから構成される基板上面センサである。プレッシャフット９が上昇して検出器１２がロッド１３の先端を光学的に検出するとＯＮ信号、プレッシャフット９が下降して検出器１２がロッド１３の先端を検出しなくなるとＯＦＦ信号を出力するようになっている。
従って、スピンドルユニット５を下降させた場合、プレッシャフット９が多層プリント基板１の表面に到達し、プレッシャフット９だけがそれ以上下降できなくなって、スピンドルユニット５とプレッシャフット９が垂直方向に互いにずれたことを検出した時、基板上面センサ１１はＯＮ信号を出力する。また、その後スピンドルユニット５を上昇させた場合、プレッシャフット９が多層プリント基板１の上面位置から離れる時、基板上面センサ１１はＯＦＦ信号を出力する。
【００１３】
１４はスピンドル６の回転制御や加工テーブル駆動部７、スピンドル垂直駆動部８等を制御してドリル加工装置の全体を制御する全体制御部である。全体制御部１４の内部には、多層プリント基板１内にある導体層を検出する毎にそれが何番目の導体層であるかを識別する導体層識別部１５と加工すべき止まり穴の深さを制御する深さ制御部１６が設けられている。導体層識別部１５は、導体層の検出回数をカウントすることによりその時の導体層が何番目であるかを識別するようになっている。
【００１４】
全体制御部１４は、ここで説明する以外の制御機能を有し、図示されていないブロックにも接続されている。全体制御部１４は、例えばプログラム制御の処理装置を中心にして構成され、その中の各構成要素や接続線は、論理的なのものも含むものとする。また各構成要素の一部は全体制御部１４と別個に設けられていてもよい。
【００１５】
全体制御部１４は、加工テーブル駆動部７の内部にある送り位置情報により、加工テーブル２の２次元位置を認識しながら加工テーブル駆動部７を制御するようになっており、またスピンドル垂直駆動部８の内部にある送り位置情報により、ドリル４の先端の現在の高さ位置を認識しながらスピンドル垂直駆動部８を制御するようになっている。  
【００１６】
図３は図２におけるスピンドル６をさらに詳しく説明するための図であり、図２と同じものには同じ番号を付けてある。図３において、スピンドル６はモータを内蔵する構造となっており、ロータシャフト３１がモータの回転子となっている。３２はロータシャフト３１と静電結合させるために固定子側にロータシャフト３１に近接して取付けられた電極で、アースとの間で検出されるキャパシタの端子でもある。３３は電極３２に接続された共振検出部で、全体制御部１４は共振検出部３３からの共振検出信号Ｓを受信するようになっている。
【００１７】
図４は図３における共振検出部３３を詳しく説明するための図である。図３と同じものには同じ番号をつけてある。図４において、４１は電極３２とアース間で検出されるキャパシタで、そのキャパシタンスは、ドリル４の先端が多層プリント基板１の導体層に接触した状態と接触していない状態では大きく変動し、前者では小さくなる。
４２は二次側が電極３２と接続されたトランスで、その二次側がキャパシタ４１と接続された状態となっている。４３はドリル４の先端が多層プリント基板１の導体層に接触した状態でのキャパシタ４１が並列共振を起こす周波数の交流を発振させる発振回路、４４はキャパシタ４１に並列共振が起きてトランス４２の一次側からみたインピーダンスが上がって一次側の両端電圧が下がったことを検出し、共振検出信号Sを送出する共振検出回路である。
【００１８】
上記ドリル加工装置は以下のように動作する。加工すべき多層プリント基板１が、例えば、図１に示すように、導体層Ｌ１〜Ｌ４と樹脂からなる絶縁層Ｒ１〜Ｒ３が、導体層と絶縁層とが交互になるように積層されている場合を例にとり、図１及び図２を用いて説明する。導体層Ｌ１〜Ｌ４の各々は銅箔、絶縁層Ｒ１〜Ｒ３の各々は樹脂から成っているとする。
【００１９】
全体制御部１４は、スピンドル制御線Ｒによりスピンドル６を制御し、ドリル４を回転させながら、スピンドルユニット５をスピンドル垂直駆動部８により下降させていく。先ず、プレッシャフット９が多層プリント基板１の表面に接触すると、基板上面センサ１１からの検出信号が全体制御部１４に入力され、全体制御部１４はその時のスピンドル垂直駆動部８の送り位置情報に基づいて、多層プリント基板１の表面の高さ位置を認識できるようになっている。
【００２０】
スピンドルユニット５がさらに下降して、ドリル４が加工方向に進むと、ドリル４の先端が多層プリント基板１の表面にある１番目の導体層Ｌ１にｔ１の時点で接触し、共振検出部３３から共振検出信号Sが出力され全体制御部１４の導体層識別部１５で受信される。これにより、予め初期値がゼロになっている導体層識別部１５がカウントアップされ、その内容が「１」となるので、ドリル４が接触したのは１番目の導体層Ｌ１であることが導体層識別部１５で識別される。
【００２１】
スピンドルユニット５がさらに下降していけば、次にドリル４の先端が２番目の導体層Ｌ２にｔ３の時点で接触し、共振検出部３３から共振検出信号Sが発生し、導体層識別部１５はカウントアップされ、その内容が「２」となるので、ドリル４が接触したのは２番目の導体層Ｌ２であることが導体層識別部１５で識別される。
【００２２】
以後、スピンドルユニット５がさらに下降していけば、同様にして、ドリル４の先端が導体層Ｌ３、Ｌ４に接触する毎に時刻ｔ５、ｔ７の時点で共振検出部３３から共振検出信号Sが発生し、導体層識別部１５がカウントアップされ、その内容が「３」、「４」と一つずつ増えていき、ドリル４が導体層Ｌ３、Ｌ４に接触したことが導体層識別部１５で認識される。
【００２３】
全体制御部１４の深さ制御部１６は、以下のようにして導体層識別部１５の識別結果に基づき止まり穴の深さを制御する。
例えば、止まり穴の深さを内層導体層である２番目の導体層Ｌ２の表面までとしたい場合には、導体層識別部１５の内容が「２」になったｔ３の時点でスピンドル垂直駆動部８の駆動を止める。
また、止まり穴の深さを内層導体層である３番目の導体層Ｌ３の表面からＤだけ進んだ位置までとしたい場合には、導体層識別部１５の内容が「３」になったｔ５の時点以後のスピンドル垂直駆動部８の送り量がＤになった時点でスピンドル垂直駆動部８の駆動を止める。
【００２４】
なお、以上の実施例では、多層プリント基板１の１番目の導体層Ｌ１が外層導体層である場合であるが、１番目の導体層Ｌ１の上に絶縁層があって導体層Ｌ１が内層導体層となっていても、導体層識別部１５と深さ制御部１６の動作は変わらない。
また、以上の実施例において、外層導体層である１番目の導体層Ｌ１の上に、ドリル４の食いつきを良くし、バリ等の発生を防ぐための上板を乗せるようにしてもよい。ここで、上板が例えばアルミニウムの如き金属導体から成る場合は、この上板は導体層となるから、１番目の導体層Ｌ１を合わせて一つの導体層として検出されるので、以下のように対処する。                
すなわち、考慮すべきは、止まり穴の深さを１番目の導体層Ｌ１の表面からＤだけ進んだ位置までとしたい場合であるが、上板の厚さＤＸを予め把握しておき、導体層識別部１５の内容が「１」になったｔ１の時点からのスピンドル垂直駆動部８の送り量がＤ＋ＤＸになった時点でスピンドル垂直駆動部８の駆動を止めればよい。
【００２５】
以上の実施例では、導体層識別部１５は導体層の検出回数をカウントすることによりその時の導体層が何番目であるかを識別するようになっているが、他の方法でもよい。例えば、導体層Ｌ１〜Ｌ４のそれぞれについて、基板表面からの深さの範囲Ｈ１ａ〜Ｈ１ｂ、Ｈ２ａ〜Ｈ２ｂ、Ｈ３ａ〜Ｈ３ｂ、Ｈ４ａ〜Ｈ４ｂが予め把握してあれば、これらの範囲で共振検出部３３から共振検出信号Sが出力されたら、その時検出したのは、導体層Ｌ１〜Ｌ４の各々であると識別するようにしてもよい。
【００２６】
以上、本発明を多層プリント基板にドリルで止まり穴をあける場合の実施例で説明したが、本発明は座ぐり加工を行う場合にも、導体層と関連した高精度な深さで溝を加工することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１：多層プリント基板、２：加工テーブル、３：下板  ４：ドリル、
５：スピンドルユニット、６：スピンドル、７：加工テーブル駆動部、
８：スピンドル垂直駆動部、１４：全体制御部、１５：導体層識別部、
１７：深さ制御部、３１：ロータシャフト、３２：電極、３３：共振検出部、
４１：キャパシタ、４２：トランス、４３：発振回路、４４：共振検出回路、
Ｌ１〜Ｌ４：導体層、Ｒ１〜Ｒ３：絶縁層、Ｓ：共振検出信号、
Ｒ：スピンドル制御線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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