(57)【要約】【課題】  発塵や半田結合部へのダメージを与えることなくスタブ調整が可能なスタブ切除方法およびスタブ切除装置を提供する。【解決手段】  スタブ５０の先端縁から所定ピッチのスタブを切除できる位置にカッター７の先端を位置させると共にカッター７の先端を基板の表面に所定深さ差込む。次に、カッター７を、スタブ５０の一側端から他側端に亙るようにスタブ５０の先端縁と略平行に走行させて、スタブ５０の先端部をスタブ本体から切り離すと同時に基板から剥離させる。以上の工程を複数回繰り返してスタブ５０を所定長さ切除する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられた高周波回路のスタブを、カッター刃を用いて所定長さ切除する、スタブ切除方法であって、
前記スタブの先端縁から所定ピッチのスタブを切除できる位置に前記カッター刃の先端を位置させると共にカッター刃の先端を前記基板の表面に所定深さ差込む第１の工程と、前記カッター刃を、前記スタブの一側端から他側端に亙るように前記スタブの先端縁と略平行に走行させて、前記スタブの先端部をスタブ本体から切り離すと同時に前記基板から剥離させる第２の工程とを含んで、スタブ分割切除工程を構成し、
前記スタブ分割切除工程を複数回繰り返して前記スタブを所定長さ切除する、スタブ切除方法。
【請求項２】
前記所定ピッチは、２種類以上のピッチからなる、請求項１に記載のスタブ切除方法。
【請求項３】
基板上に設けられた高周波回路のスタブを所定長さ切除する、スタブ切除装置であって、
前記スタブの先端縁から所定ピッチのスタブを切除する切断線上を走行するカッター刃と、
前記カッター刃を保持し、前記カッター刃の先端と前記基板の表面とが略一致する高さを検出する検出機構を有すると共に、前記基板に対して上下動自在の昇降部と、
前記基板を保持するステージと、
前記カッター刃の先端と前記ステージ上の前記基板との相対位置を変化させる送り機構と、
前記昇降部の昇降動作および前記送り機構の送り動作を制御する制御部とを備え
前記制御部に制御されて、前記所定のスタブ切除長さを複数回に分けて切除する、スタブ切除装置。
【請求項４】
前記昇降部の前記検出機構は、昇降部本体に対してリニアガイドを介して上下方向に摺動自在に設けられ、前記カッター刃を保持するカッター保持部と、前記昇降部本体と前記カッター保持部との動きを固定することが可能なクランパと、前記カッター刃および前記カッター保持部を吊り下げるばねとを有して構成される、請求項３に記載のスタブ切除装置。
【請求項５】
前記カッター刃は、切除される前記スタブの先端部の側にのみ刃面が設けられた片刃である、請求項３または４に記載のスタブ切除装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高周波回路に設けられるスタブの長さを調整するための、スタブ切除方法およびスタブ切除装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板上に形成した高周波回路においては、構成部品の個体差、基板実装状態や基板製造におけるばらつきにより、回路特性が大きく変化する。このばらつきは、部品の選別や回路設計では十分抑えきれない。そのため回路中に導体パターンによるスタブを設けている。このスタブの長さを調整することにより、所望の回路特性(例えば、発振回路における周波数や整合回路におけるインピーダンス)に調整する方法が一般的である。以下の説明にて、スタブ長さを調整することによる回路特性調整をスタブ調整と称す。
【０００３】
これまでのスタブ調整による回路特性の調整は、例えば特許文献１に示されるように、ハンドグラインダーを用い、手作業でスタブ長さを調整することにより行なわれていた。
【０００４】
また自動化したスタブ調整方法としては、例えば特許文献２に示される方法がある。特許文献２に記載されたスタブ調整方法においては、超音波カッターの刃先高さと、ワークが乗ったステージの移動を高精度に制御することで、スタブを切断していた。
【特許文献１】特開平９−６４６０５号公報
【特許文献２】特開平５−３４３８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のいずれの先行技術においても、スタブを切断および除去する工程においては、ハンドグラインダーあるいは超音波カッターによりスタブを削り取っている。そのためスタブの切断および除去時に粉状のスタブ屑が発生する。このスタブ屑が回路表面に付着することにより、回路特性が変化してしまうという問題があった。
【０００６】
また高周波回路においては、構成部品の個体差により回路特性が大きく変わるため、部品を実装した状態で回路特性調整を行なう必要がある。このとき、ハンドグラインダーや超音波カッターを使用すると、振動や摩擦熱が発生する。この振動や摩擦熱により調整部周辺の半田結合部に、マイクロクラック等のダメージを与えてしまうという問題もあった。
【０００７】
さらに自動化の際は、スタブ下層にある絶縁層へのダメージを減らすため、精密な位置制御が必要である。この場合、スタブや基材表面の位置検出のための位置センサーが必要となり、装置が高価になってしまうという問題もあった。
【０００８】
したがって、この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、発塵や半田結合部へのダメージを与えることなくスタブ調整が可能なスタブ切除方法およびスタブ切除装置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】
【０００９】
この発明に基づいたスタブ切除方法は、基板上に設けられた高周波回路のスタブを、カッター刃を用いて所定長さ切除するスタブ切除方法であって、上記スタブの先端縁から所定ピッチのスタブを切除できる位置に上記カッター刃の先端を位置させると共にカッター刃の先端を上記基板の表面に所定深さ差込む第１の工程と、上記カッター刃を、上記スタブの一側端から他側端に亙るように上記スタブの先端縁と略平行に走行させて、上記スタブの先端部をスタブ本体から切り離すと同時に上記基板から剥離させる第２の工程とを含んで、スタブ分割切除工程を構成し、上記スタブ分割切除工程を複数回繰り返して上記スタブを所定長さ切除する。
【００１０】
この発明に基づいたスタブ切除装置は、基板上に設けられた高周波回路のスタブを所定長さ切除するものであって、上記スタブの先端縁から所定ピッチのスタブを切除する切断線上を走行するカッター刃と、上記カッター刃を保持し、上記カッター刃の先端と上記基板の表面とが略一致する高さを検出する検出機構を有すると共に、上記基板に対して上下動自在の昇降部と、上記基板を保持するステージと、上記カッター刃の先端と上記ステージ上の上記基板との相対位置を変化させる送り機構と、上記昇降部の昇降動作および上記送り機構の送り動作を制御する制御部とを備えている。上記制御部により制御され、上記所定のスタブ切除長さを複数回に分けて切除する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るスタブ切除方法によると、発塵や工具振動によるマイクロクラックなどが発生しないので、これらによる問題を生ずることなく、スタブを切除することができる。
【００１２】
また、本発明に係るスタブ切除装置によると、上記の効果に加えて、昇降部が検出機構を有するので、基板の表面を検出する位置センサーが不要となるうえ、その情報処理に要するタイムラグが発生しないので、スタブ切除を高速で行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態におけるスタブ切除方法について、図１から図１０を参照して説明する。なお、図１は本実施の形態におけるスタブ切除方法の概要を示す斜視図、図２はスタブ切除方法の概要を示す、図３におけるＩＩ−ＩＩ矢視図、図３はスタブ切除方法の概要を示す平面図、図４は、正常にスタブ切除がなされる状態を示す正面図、図５はカッターが差込み不足の場合を示す正面図、図６はカッターが差込み過ぎの場合を示す正面図、図７は切断量が大き過ぎる場合を示す正面図、図８は所定長さのスタブ端部を複数回に分けてカットする状態を示す平面図、図９は片刃のカッターを用いた場合を示す正面図、図１０はカッターを傾斜させて用いた場合を示す正面図である。
【００１４】
以下にスタブ長さの調整の手順について説明するが、この説明において示す数値は、厚さが４０μｍ、幅が２ｍｍのスタブ５０を所定長さ切除する場合を想定している。
【００１５】
まず、長さを調整するスタブ５０の先端縁から所定ピッチのスタブを切除できる位置に、カッター７の刃先位置を合わせる。ここで用いるカッター７は、図１および図２に示すように、スタブ５０の先端部５０ａに向かって斜め上方向に傾斜する刃面７ａとスタブ５０本体の側に向かって傾斜する刃面７ｂとを有している。また、カッター７の刃先線は、切断方向に向かって上昇するように傾斜している。図３に示すように、スタブ５０の端部を切断する状態において、このカッター７の刃先の上記スタブ５０の表面に沿う水平断面は略くさび状となり、前方から後方に向かって、その刃厚が大きくなる。
【００１６】
次に、スタブ５０が設けられている基板の表面位置を検出し、カッター７の刃先を基板表面から所定の深さまで差込む。以下の説明において、基板表面を基準として、基板へ刃先を差込んだ量を「差込み量」と称す。所定の差込み量とは、カッター７がカット方向に動作する際、カット方向に対し垂直に発生する分力によってスタブが剥離することが実験的に明らかとなっている深さである。その深さは、基板の表面からおよそ０〜４０μｍである。
【００１７】
カッター７によりスタブ５０の先端部５０ａを切除するスタブ切除工程は、次の手順で行なう。まず、スタブ５０の先端縁から所定ピッチのスタブを切除できる位置にカッター７の刃の先端を位置させ、カッター７の刃先を基板の表面に接触させる。次に、カッター７の刃先を所定の差込み量だけ基板に差込んだ後、カッター７を、スタブ５０の一側端から他側端に亙るように、スタブ５０の先端縁と略平行に走行させる。これによりスタブ５０の先端部５０ａがスタブ本体から切り離されると同時に基板から剥離する。このスタブ５０の先端部５０ａが切除されると同時に剥離するメカニズムについて以下に説明する。
【００１８】
カッター７によりスタブ５０を切断する際、図３に示すように、スタブ切断力ＦＣに対し、垂直方向に分力ＦＢが発生する。この分力ＦＢは、スタブ５０へと加わるＦＰと基板へと加わるＦＫとに分解される。
【００１９】
この際、図４に示す場合のように、カッター７の刃先の差込み量Ｄが適切であった場合は、ＦＢの多くはスタブ５０に加わる。その結果、スタブ５０の最大接着力ＦＳＭＡＸ＜ＦＢとなってスタブ５０が基板から剥離する。
【００２０】
しかし、図５に示す場合のように、カッター７の刃先が基板の表面に達していない場合には、当然ながらスタブ５０は切断されない。一方、図６のようにカッター７を差込み過ぎた場合には、分力ＦＢはスタブ５０と基板の両方に加わることとなり、スタブ５０に加わる分力ＦＰは減少する。その結果、スタブ５０の最大接着力ＦＳＭＡＸ≧ＦＢとなりスタブ５０は剥れない。
【００２１】
このように、カッター７の刃先を、基板表面に適切な差込み量だけ差し込んだ状態で、スタブ５０を切除することにより、スタブ５０を基板から剥離させることができ、基板上から除去できる。
【００２２】
一方、差込み量は適切であっても、一回の切除工程で多量のスタブ５０を切除しようとすると、切断されたスタブ５０の先端部５０ａは基板から剥れない。これは、図７に示すように、一回の切除工程におけるスタブ５０の除去量が増加するとスタブ５０の基板への接着面積が増加し、スタブ接着力ＦＳＭＡＸが大きくなる。その結果、ＦＳＭＡＸ≧ＦＢとなるためである。一回のスタブ切除工程で切除できる最大のピッチは、５０μｍである。
【００２３】
スタブ調整において、一回のスタブ切除工程で切除しきれない長さのスタブ５０を切除する必要がある場合には、図１および図８に示すようにスタブ５０が剥れるピッチ（２０〜５０μｍ）で、複数回に分けてスタブ５０の先端部５０ａを切除する。これにより、任意の長さのスタブ５０を切除することができる。
【００２４】
このとき、一回のスタブ切除工程により切除するピッチは、常に一定のピッチで行なうことも可能である。しかし、切除時のカッター７の反りなどの影響を考慮すると、安定して切除できる最小ピッチは、２０μｍであるため、一定のピッチで切除した場合には最大で±１０μｍの誤差が発生する。
【００２５】
そこで、最小ピッチである２０μｍ以上、最大ピッチである５０μｍ以下の範囲の複数のピッチを組合せてスタブ５０を所定長さ切除してもよい。たとえば、５３μｍ切除する場合には、２０μｍ＋３３μｍ切除するようにしてもよい。これにより最小ピッチ以上の長さを切除する場合であれば、最小ピッチのみで切除した場合より正確な長さを切除することができる。
【００２６】
以上の手順により、カッター７をスタブ５０の一側端から他側端に亙るように走行させるのみで、スタブ５０の先端部５０ａを基板から完全に除去することが可能となる。また、この工程を繰り返すことにより、任意の長さのスタブを切除することができる。
【００２７】
本実施の形態においては、両面に刃面７ａ，７ｂを有する両刃のカッター７を用いている。このカッターとして、図９（ａ）に示すような片刃のカッター５７を用いてもよい。図９（ａ）に示すようにスタブを除去する側のみに刃面５７ａを設けて傾斜させ、反対面５７ｂを基板表面に垂直に構成することで、スタブ本体の端面におけるダレやバリの発生を抑制することができ、スタブ本体の端面を、図９（ｂ）に示すような基板と垂直面とすることができる。
【００２８】
また、図１０に示すように、本実施の形態と同様の両刃のカッター７を傾けて用いても良い。スタブ本体の端面に接する刃面７ｂが、基板表面と垂直となるように構成することで、片刃のカッターを用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【００２９】
本実施の形態のスタブ切除方法によると、従来行なわれていたハンドグラインダーや超音波カッターによる切除のように、発塵や工具振動によるマイクロクラックなどが発生しないので、これらによる問題を生ずることなく、スタブを切除することができる。
【００３０】
次に、本実施の形態で用いるスタブ切除装置について図１１から図１５を用いて説明する。図１１から図１５は、スタブ切除装置の構造およびそれを用いた切除工程を説明する側面図である。
【００３１】
本実施の形態のスタブ切除装置は、スタブ５０の先端縁から所定ピッチのスタブを切除する切断線上を走行するカッター５７と、カッター５７を保持し、カッター５７の先端と基板６０の表面とが略一致する高さを検出する検出機構を有すると共に、基板６０に対して上下動自在の昇降部と、基板６０を保持するステージ１２と、カッター５７の先端とステージ１２上の基板６０との相対位置を変化させる送り機構と、昇降部の昇降動作および送り機構の送り動作を制御する制御部とを備えている。昇降部の検出機構は、昇降部本体４に対してリニアガイド２，６を介して上下方向に摺動自在に設けられカッター５７を保持するカッター保持部６，８，９と、昇降部本体４とカッター保持部６，８，９との動きを固定することが可能なクランパ３と、カッター５７およびカッター保持部６，８，９を吊り下げるばね１０とを有して構成されている。なお、ここでは片刃のカッター５７を用いているが、もちろん両刃のカッター７を用いても良い。
【００３２】
本実施の形態におけるスタブ切除工程においては、カッター５７の刃先の差込み量を調整する必要がある。基板６０はその厚さにばらつきがあるため、正確に刃先の差込み量を調整するためには、基板６０の表面の高さを検出する必要がある。本実施の形態のスタブ切除装置においては、基板６０の表面の検出において、高価な位置センサーを使用しない検出機構を採用し、装置の低コスト化を実現している。以下にこの検出機構の構造と検出手順について説明する。
【００３３】
上記の昇降部は、Ｚ軸自動ステージ１対して昇降自在に取り付けられている。昇降部は、プレート状の昇降部本体４とそれ以外とからなる。昇降部本体４の正面側には、クランパ３およびキャリア２が固定されている。このキャリア２と後述するリニアガイドレール６とで構成されるリニアガイド２，６を介してカッター保持部６，８，９を昇降自在に保持する。
【００３４】
カッター保持部６，８，９は、プレート状のカッター保持プレート８と、カッター保持プレート８の正面に設けられた、カッター５７を保持するカッターホルダ９とで構成されている。カッター保持部プレート８の背面には、上下方向に延びるリニアガイドレール６が設けられている。上述のようにリニアガイドレール６とキャリア２とでリニアガイド２，６を構成している。リニアガイドレール６が、キャリア２によりガイドされながら摺動することで、カッター保持プレート８は上下動することができる。この上下動は、クランパ３を作動させることにより固定することができる。
【００３５】
また、昇降部本体４の上端には、上部が水平方向に屈曲した、上部ばねフック５が設けられ、カッター保持プレート８の上端には、下部ばねフック１１が設けられている。この上部ばねフック５と下部ばねフック１１との間には、コイルばね１０が設けられており、このばね１０で吊り下げることで、カッター保持部６，８，９およびカッター５７の自重をキャンセルしている。ばね１０としてばね係数が小さいものを使用することで、ばねの伸縮による自重のキャンセル量変化を抑えている。
【００３６】
次に、このスタブ切除装置を用いた、基板６０の表面の検出手順について説明する。まず、クランパ３を開いた状態(ブレーキ開の状態)で、カッター５７の刃先が基板表面より明らかに下になる位置まで昇降部を下げる。すると昇降部を下げる過程において、図１２に示すようにカッター５７の刃先が基板６０表面に接触する。カッター５７の刃先が基板６０の表面に接触した後は、カッター５７およびカッター保持部６，８，９がリニアガイド２，６を介して昇降部本体４に対して相対的に移動する。このとき、図１３に示すように、カッター５７の刃先は、基板６０の表面に接触した位置を保つ。カッター保持部６，８，９およびカッター５７は、ばね１０により自重をキャンセルされているため、基板６０へのカッター５７の刃先食い込みは極めて少ない。
【００３７】
昇降部を下げ終えたところで、クランパ３を閉じて（ブレーキ閉の状態)、リニアガイドレール６を昇降部本体４に対して固定する。これにより、図１３に示す、基板６０の表面にカッター５７の先が接触した位置を保持できる。これらの動作により、基板６０の表面の位置を検出することが可能となる。
【００３８】
この検出方法を用いることにより、基板６０の表面検出用の位置センサーは不要となり、また、センサーからの信号を処理する制御部も不要となる。さらに、位置センサーによる表面位置検出では、位置情報フィードバックに情報処理速度により決まるタイムラグが存在するが、本検出方法ではこのタイムラグは存在しないため自動ステージを高速で移動させることができる。
【００３９】
基板６０の表面にカッター５７の刃先を接触させた状態から、さらに昇降部を降下させ、刃先を基板６０の表面に所定量差込み、図１４に示す状態とする。続いて、ステージ１２を図１４に矢印で示す方向に送り、スタブ５０の先端部５０ａを切除する。
【００４０】
スタブを複数回で切除する場合には、第一回目のスタブ切除工程の後、一旦昇降部を上昇させ、ステージ１２を元の位置に戻すと共に、スタブ５０の長さ方向に所定ピッチ送り、カッター５７を再度所定深さ差込む。続いてステージ１２を図１４の矢印の方向に送ることでスタブ５０の先端部５０ａを切除する。この工程を繰り返すことで、任意の長さのスタブを切除することができる。
【００４１】
以上の工程は、図示しない制御器に制御されて行なわれる。また、制御器に、任意のスタブ切除長さを入力すれば、１種類のピッチでの切除であればカット回数を、複数のピッチの組合せでの切除であればそれぞれのカット回数を算出し、それに基づきスタブ５０が所定長さ切除される。複数のピッチの組合せでの切除において、最後の１回のカット量を可変として、そのカット量を算出させることももちろん可能である。また、制御器に周波数測定機を接続することにより、目標周波数と測定結果から必要なスタブ切除長さも算出することができる。
【００４２】
スタブを切除したときに発生する導体屑は、図１５に示すように、集塵機に接続されたノズル１３より吸引されて、基板上から完全に取り除かれる。この吸引装置は、スタブ切除装置と一体に設けても良いし、これに近接させて別体として設けても良い。
【００４３】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明に基づいた実施の形態におけるスタブ切除方法の概要を示す斜視図である。
【図２】この発明に基づいた実施の形態におけるスタブ切除方法の概要を示す、図３におけるＩＩ−ＩＩ矢視図である。
【図３】この発明に基づいた実施の形態におけるスタブ切除方法の概要を示す平面図である。
【図４】正常にスタブ切除がなされる状態を示す正面図である。
【図５】カッターが差込み不足の場合を示す正面図である。
【図６】カッターが差込み過ぎの場合を示す正面図である。
【図７】切断量が大き過ぎる場合を示す正面図である。
【図８】所定長さのスタブ先端部を複数回に分けてカットする状態を示す平面図である。
【図９】片刃のカッターを用いた場合を示す正面図である。
【図１０】カッターを傾斜させて用いた場合を示す正面図である。
【図１１】この発明に基づいた実施の形態におけるスタブ切除装置の構造およびそれを用いた切除工程を示す側面図である。
【図１２】この発明に基づいた実施の形態におけるスタブ切除装置の構造およびそれを用いた切除工程を示す側面図である。
【図１３】この発明に基づいた実施の形態におけるスタブ切除装置の構造およびそれを用いた切除工程を示す側面図である。
【図１４】この発明に基づいた実施の形態におけるスタブ切除装置の構造およびそれを用いた切除工程を示す側面図である。
【図１５】この発明に基づいた実施の形態におけるスタブ切除装置の導体屑吸引装置を示す側面図である。
【符号の説明】
【００４５】
２  キャリア、３  クランパ、４  昇降部本体、６  リニアガイドレール、７，５７  カッター、７ａ，５７ａ  刃面、８  カッター保持プレート、９  カッターホルダ、１２  ステージ、５０  スタブ、５０ａ  スタブ先端部。
【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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