CN1984537A - 用于在多层电路板上钻制接触孔的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在多层电路板2上钻制接触孔22的装置24，该接触孔将多层电路板2的至少第一层4的接触面同多层电路板2的至少第二层6的接触面相互连接起来，机构装有用于确定多层电路板2的第一层4与第二层6之间的位置偏移量。按本发明的装置装有用于在多层电路板2上安置至少一个参考点30、32、34的机构，还装有一个机构，该机构可确定相对于参考点30的接触孔22的钻孔坐标，且与所获得的位置偏移量相关。

Description

用于在多层电路板上钻制接触孔的装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于在多层电路板上钻制接触孔的装置，该接触孔将多层电路板的至少第一层的接触面同多层电路板的至少第二层的接触面相互连接起来。

背景技术

随着电子元件的不断微型化，要求在一个给定的面积比如一块电路板上容纳越来越多的电器元件及印制板线。出于这一原因，电路板都采用多层电路板的结构，所谓多层结构是指将一块块独立的电路板层叠放置，采用这样的层结构后，可以在单块电路板正面或者背面设置电器元件或印制板线，同时可以在层叠放置的层与层之间设置电器元件或印制板线。采用这一方式后，尤其可以实现在电路板上设置大量的印制板线，这在单层电路板上是无法实现的。组成多层电路板的单层电路板可以通过例如挤压或者粘合的方式相互牢固地连接起来。

为了在多层电路板的例如第一层与第二层之间传递电信号，要求每层上的印制板线相互导电连接。为此每层都有接触面，该接触面可以作为衬垫。接触面可以例如垂直地设置在多层电路板的电路板平面上，然后将每层电路板层叠放置在一起。为使接触面导电连接，可钻制接触孔，这些接触孔可使接触面间相互机械连接，由此例如建立了导电连接，使得接触孔的内壁采用焊料或者其它导电材料，以保证孔内导电连接。

因此，接触孔的结构必须保证接触面间尽可能以理想的方式建立导电接触。如果接触面垂直地设置在电路板平面上，然后将每层电路板层叠放置在一起，那么上述要求完全可以实现。值得注意的是，如果在连接多层电路板的每层板时，例如采取挤压方式，那么在连接时应在高温下采用较高的表面压力。出于这一原因，层与层在连接时会在其之间发生位置偏移。产生这种位置偏移的原因是，单层电路板的收缩或者拉长，和/或层与层在电路板平面上相对平移，和/或垂直于电路板平面的轴线产生相对转动。

如果位置偏移超过了给定的误差范围，那么由于上述原因产生的位置偏移会导致这样一个问题，无法通过接触孔建立起电路板层接触面的导电连接。这样电路板将被作为废料丢弃。

电路板的位置偏移超出给定误差范围后，为了避免对这些电路板例如在安插电器元件时进行费用昂贵的进一步加工，由DE 33 42 564 C2公开了使用X射线测量设备确定位置偏移量。

为了将多层电路板的至少第一层的接触面与多层电路板的至少第二层的接触面连接起来，使用一种公知的钻孔装置用来钻制接触孔，该钻孔装置具有用来钻制接触孔的钻孔机构和控制机构，该控制机构根据所要钻制的接触孔，通过产生控制信号来控制钻孔机构。为了将多层电路板(以下称为电路板)固定于钻孔装置，电路板上设有安装定位孔，通过该定位孔可以将电路板插装在支架上例如钻孔台的安装销钉上。这样，通过安装定位孔的位置可以将电路板相对于支架的位置确定下来。

这样一来，可以通过修正电路板上安装定位孔的位置来修正所出现的位置偏移。为此，电路板将被放置在X射线测量设备上，以此来确定电路板层与层之间的位置偏移量，这已由DE 33 42 564 C2所公开。如果位置偏移被确定了，那么可以这样来选择安装定位孔的位置，通过下一步钻制接触孔来完全或者部分地补偿位置偏移，当然前提是位置偏移未超出所确定的范围。

当确定位置偏移并在电路板上钻好安装定位孔后，电路板将被从X射线测量设备上取走，然后被放置到钻孔装置上并被插装在支架的安装销钉上。紧接着钻孔装置上的钻孔机构钻出理想的接触孔。

发明内容

本发明的任务提供了根据权利要求1所述方式的装置，通过该装置可准备一块多层电路板，在下一步的钻制接触孔时，在钻孔装置上可以提高接触孔的位置精度。

本发明的任务将通过权利要求1中所述的原则予以解决。

按本发明原则的基本思想在于，通过一个优选的尤其是光学可探测的参考点来确定钻接触孔的坐标位置，而参考点可通过合适的方式标定在多层电路板上(以下简称为电路板)。按照本发明，钻孔坐标并不是绝对值，比如根据钻孔装置的坐标系统确定，而是相对于参考点的相对值。这样一来，按照本发明，钻孔坐标在电路板的位置被任意改变后仍可以根据参考点被唯一确定。在探测到参考点位置后，可以根据钻孔坐标来钻制接触孔。

通过这一方式，接触孔的位置不再和机械误差相互关联。而在现有技术条件下，钻安装定位孔和将电路板通过安装销钉安置在钻孔装置的支架上都影响到接触孔的位置精度。按照本方式，接触孔的位置精度基本上可以得到提高。

在电路板上形成接触孔时，按本发明的装置首先通过确定多层电路板的层与层之间的位置偏差后，才能准备钻制接触孔。此外要在电路板上确定至少一个参考点。接触孔的钻孔坐标的确定与参考点相关，同时依赖于所确定的位置偏移量。

接着可将电路板从本发明的装置中取下来，并将其放到钻孔装置上。在钻孔装置上，首先要探测出参考点的位置。紧接着，由控制信号控制钻孔装置的钻孔机构。在按本发明的装置中，该控制信号包含相对于参考点的钻孔坐标。通过这样的信号，钻孔机构可以通过探测出的参考点位置钻制接触孔。

参考点的数量和大小可以在较大范围内选取。如果在电路板上仅确定一个参考点，那么对本发明而言基本上足够了。当然按照本发明也可以实现在电路板表面上确定更多的参考点，而这些参考点相互之间保证一定的距离。在这种结构型式下，按照本发明，尤其可以实现在准备电路板时就确定参考点间的相互距离。在探测出参考点并确定出各参考点之间的相互距离后，例如在钻孔装置上就可以获知这些参考点间的距离是否发生过变化。这样的变化可能产生于电路板的拉伸、收缩或者其它形变。然后根据所确定的形变可以在必要时修正钻孔坐标。与此相对应的是，如果参考点的位置相互之间和/或其大小没有发生改变，那么可以使用相对于参考点的钻孔坐标并用来钻制接触孔，而不需要对其修正。

参考点的形状也可以在较大范围内选取。可以使用比如虚线或者几何图形来表示参考点。根据旋转非对称的参考点，尤其可以确定出电路板垂直于电路板平面的旋转位置。

按照本发明设计的机构可以通过任意合适的方式来确定至少一个参考点。按本发明原则的一个具有特别优点的进一步构造，该机构设有用来确定至少一个参考点的至少一台激光器，通过激光器发射的激光束可以将参考点安置到多层电路板上。提供合适的标记激光器作为相当简单和价格便宜的标准工具。它可以在电路板上用参考点作出精确标记。

本发明所使用的参考点可以通过任何合适的方式探测出来。它可以例如是一个电学可测或者机械可测的标记。按本发明原则的一个具有特别优点的进一步构造为，至少一个参考点是一个光学可探测的标记。通过这一方式可以很简单地探测出参考点。

按照本发明可以实现在多层电路板内部标记参考点。为了特别简单而高效地探测出参考点，按本发明原则的一个具有优点的进一步构造为，用来标记至少一个参考点的机构在多层电路板表面进行多个参考点的标记。

按本发明原则的另一个具有优点的进一步构造为，用来确定位置偏移的机构利用一个图示方法获知位置偏移量。

为了特别准确而高效地确定位置偏移，上述结构型式的一个具有优点的进一步构造为，用来确定位置偏移的机构设有至少一台X射线测量装置，该装置用于测量位置偏移量，其中按照一个具有优点的进一步构造，X射线测量装置装有至少一个微焦X射线管。

在按本发明确定钻孔坐标时，它可以是一个二维坐标，通过在电路板表面的X和Y方向坐标来定义接触孔位置。当然它也可以是一个三维坐标，除了在电路板表面的X和Y方向坐标来定义接触孔位置外，例如还可以定义各接触孔的深度。

权利要求8中给出了如何使用本发明装置中的钻孔装置用来钻制接触孔。

按照本发明，钻孔装置装有用来探测多层电路板上的至少一个参考点位置的机构，同时控制机构通过控制信号来控制钻孔机构，接触孔的钻孔坐标相对于参考点，这样钻孔机构根据探测到的参考点的位置来钻接触孔。按本发明的钻孔装置能够钻制接触孔，并具有较高的位置准确度，完全或者最大可能地排除了机械误差。

按本发明的钻孔装置的一个具有优点的进一步构造为，传感器机构装有至少一个用来探测光学可探测标记的光学传感器。该光学传感器优选由一个摄像头组成。在这种结构型式下，可以花费较低的设备费用和较高的精度探测出参考点。

按本发明的钻孔装置的一个具有特别优点的进一步构造为，钻孔机构装有至少一台用来钻制接触孔的激光器。通过该激光器可以以很高的精度和很快的速度钻出接触孔。

按本发明的用于钻制接触孔的系统，该接触孔将多层电路板的至少第一层的接触面同多层电路板的至少第二层的接触面连接起来，权利要求12中作出了定义。

装置是按照权利要求1至7中之一项的，而钻孔装置则是按照权利要求8至11项的。在按本发明的系统中，钻孔装置通过参考点确定接触孔的钻孔坐标，钻孔装置通过信号与控制装置连接。控制装置将所要加工的多层电路板的全套数据传输出去，该全套数据包含了相对于参考点的接触孔的钻孔坐标。按照本发明，控制装置对移动到钻孔坐标下的钻孔机构进行控制，这样钻孔机构通过参考点的探测位置钻制接触孔。在按本发明的系统中，用来准备多层电路板的装置和钻孔装置最好在空间上相互分离与独立。

本发明在下面将根据所附的简要示意图进行详细说明。该示意图表示了按本发明的钻孔装置的一个实施例，用来实施按本发明的方法。因此，所有要求、描述或在示意图上表示的特征都可以通过其本身或以任意组合的方式来组成本发明的对象，而同专利权利要求或其引述没有关系，也不取决于说明书或附图的表述或描述。

附图说明

图1是多层电路板的各层相互连接前的各层次透视的简要示意图。

图2是按图1所示电路板的垂直向截面图，为了描绘清楚，图中仅显示了两层电路板，并示意了一个接触孔，该接触孔的内壁设有一种导电材料。

图3是按图2所示电路板的俯视图，电路板的层与层相互之间没有位置偏移。

图4是类似于图3的视图，按图2所示的电路板的层与层相互之间存在着第一种位置偏移。

图5是类似于图3的视图，按图2所示的电路板的层与层相互之间存在着第二种位置偏移。

图6是按本发明的装置的侧视原理图，该装置准备在多层电路板上钻制接触孔。

图7是标记有参考点的多层电路板的俯视示意图。

图8是类似于图6的视图，按本发明的钻孔装置钻制接触孔。

图9是按本发明的系统的信号流程图，该系统由一个按图6所示的装置和一个按图8所示的钻孔装置组成。

图中，相同及相应的部件采用相同的标号。

具体实施方式

图1中简要示意地显示了多层电路板2，下文简称为电路板。电路板2设有一个层叠结构，其中电路板2的各层4、6、8都是独立的电路板。电路板2的各层4、6、8相互之间紧固连接，例如通过挤压或者粘合的方式连接。为了描述清楚，图1中所示的各层4、6、8不是处在相互连接的状态。按图1所示的电路板2例如仅由三层组成。当然层数可以在较大范围内选择。电路板2例如可以仅由两层组成，或者也可以由三层以上组成。

在对电路板2加工时，各层4、6、8上设有印制板线。图1中，层次4上印制板线的标号为10，层次6上印制板线的标号为12，层次8上印制电路板线的标号为14。印制板线10、12、14由一种导电材料组成，并通过同样由导电材料组成的接触面16、18、20相互连接。由图中所示的实施例可以看出，这些接触面从俯视角度基本上构成环形。接触面16、18、20可通过一个接触孔相互连接，图1中接触孔的标号为22。

图2表示了按图1所示电路板2的一个垂直向截面。在理想情况下，为了导电连接接触面16、18、20，在电路板2上钻出的接触孔22与接触面16、18、20同轴。钻好接触孔22后，在接触孔22的内壁安置导电材料，比如焊料。通过这一理想的方式在接触面16、18、20间建立起导电连接。

图3为按图2所示电路板的俯视图。在各层4、6、8相互连接时，各层4、6、8相互之间会产生相对位置偏移。因此接触面16、18、20不再以理想的、垂直于电路板平面的方式准确地层叠放置。位置偏移的原因可能是，各层4、6、8中的至少一层尤其发生了拉伸或者收缩，各层4、6、8在平行于电路板平面时产生相对平移，和/或各层4、6、8沿垂直于电路板平面的轴线发生相对转动和/或剪切。图3中的电路板2没有出现这样的位置偏移，因此接触面16、18、20垂直于电路板平面相互层叠放置。正如图3中所示，当接触孔22形成后，接触面16、18、20基本上为环形。在这一情况下，接触孔22以理想的方式同轴于接触面16、18、20。环形接触面16、18、20的径向宽度为D。

图4所示的电路板2发生了位置偏移，由此接触孔22不再同轴于所有的接触面16、18、20。因此接触孔22的位置应选择为，对于所有接触面16、18、20给定一个尽可能大的残余径向宽度D。如果接触面16、18、20上的残余径向宽度D低于一个预定值的话，那么电路板2不能再使用而必须丢弃。

图5所示的电路板2也发生了位置偏移。但是即使在优化了接触孔22的位置后，该位置偏移也太大了，以至于不能保证所有接触面16、18、20的环形径向宽度是一个给定的最小值。在大多数情况下，图5中所示的电路板上的接触面16、18在钻好接触孔后不再形成环形，其外周会被切断。这样的电路板同样不能再使用而必须丢弃。

图6表示了按本发明装置24的一个原理草图，该装置24准备在多层电路板2上钻制接触孔。电路板的至少第一层4通过接触面同电路板的至少第二层6连接起来。装置24装有用来确定多层电路板2的各层4、6、8间以及图中未作出标号的其它各层间位置偏移的机构。在本实施例中，该机构装有一个微焦X射线管26，它可以通过一个图示的方法确定电路板2上各层4、6、8相互之间和其它各层相互之间的位置偏移。通过X射线检测电路板2上位置偏移的方式和方法，专业人士一般都已熟悉，所以这里就不进一步说明了。

按照本发明，装置24装有用于在电路板2上标记至少一个参考点的机构。该机构在实施例中装有一台激光器28。通过激光器28的激光束可将一个或多个参考点标记到电路板2上。在本实施例中，每一个参考点都是一个光学可探测的标记。

按照本发明，装置24还装有图6中未显示的机构，该机构用来确定相对于参考点的接触孔的钻孔坐标，并与所确定的位置偏移量相关。

为了准备在电路板2上钻接触孔，需要固定电路板2的位置，并且通过微焦X射线管26来确定电路板2各层的位置偏移量。微焦X射线管可以扫描电路板2上的相关表面。微焦X射线管的位置由X和Y方向坐标确定，也就是图6中平行于图纸平面，以及移入或移出该图纸平面。

按照本发明，使用激光器28将至少一个参考点以一个光学可探测的标记形式，在电路板2的表面进行确定。

紧接着，通过用于确定接触孔钻孔坐标的机构，确定相对于参考点的钻孔坐标，并与所获得的位置偏移量相关。因此可以装设一个合适的控制装置，该控制装置例如可以装有电脑芯片，这样使得钻孔坐标最优化，并且相对于参考点以及根据所获得的位置偏移量来确定钻孔坐标。所获得的钻孔坐标定义了相对于参考点、所要钻制的接触孔的位置，然后作为电路板2的全套数据可以储存到存储器中。

图7为电路板2的俯视图。在该实施例中，电路板2表面设置了三个相隔一定距离的参考点30、32、34。

当电路板2做好钻制接触孔的准备后，可将电路板2从按本发明的装置24上取下来，放置到按本发明的钻孔装置上。

图8表示了按本发明钻孔装置36的一个原理草图。按本发明的钻孔装置36装有用于钻制接触孔的钻孔机构。在该实施例中，钻孔机构装有一台激光器38，通过该激光器可以在电路板2上以很高的位置精度和很高的几何形状精度钻出接触孔。

按本发明的钻孔装置36还装有用于探测设置在电路板2上参考点30、32、34位置的机构。在该实施例中，钻孔装置装有一个由CCD摄像头40组成的光学传感器。按本发明的钻孔装置36还装有图8中未示出的控制机构，控制机构通过控制信号控制激光器38。该控制信号包含相对于参考点的通过按本发明装置24(参看图6)确定的接触孔的钻孔坐标。

为了扫描电路板2的表面，CCD摄像头40和激光器38的位置由X和Y方向坐标确定，也就是平行于图纸平面，以及移入或移出该图纸平面。

在探测参考点30、32、34的位置和钻制接触孔的过程中，电路板2被固定在钻孔装置36上。

当探测出参考点30、32、34的位置后，控制机构通过相应的控制信号控制钻孔机构。控制信号包含了相对于参考点的接触孔的钻孔坐标。这样，钻孔机构通过探测出的参考点30、32、34的位置来钻出接触孔。

按照本发明，要通过由参考点30、32、34的位置所确定的位置来钻制接触孔，这样接触孔的位置精度就与电路板2在钻孔装置36上的绝对位置没有关系了。由此，接触孔的位置精度按照本发明将不受机械条件的影响，而仅仅与探测出的参考点30、32、34的精度和激光器38的位置精度相关。因为无论探测出的参考点30、32、34的位置还是激光器38的定位，相对于电路板2都能保证很高的精度，所以通过上述方式使接触孔达到了特别高的位置精度。

按照本发明，相对于参考点30、32、34所获得的钻孔坐标可以用来钻出接触孔，而不用进一步修正。按照本发明，还可以确定参考点30、32、34的位置是否发生变化，以此例如确定电路板2在获得钻孔坐标后是否发生拉伸或者收缩。在此，传递给钻孔装置36的全套数据可以包含比如关于参考点30、32、34间的距离信息或者它们之间的相对位置信息。如果利用CCD摄像头40在按本发明的钻孔装置上确定了参考点30、32、34的位置后，参考点30、32、34的位置发生了变化，例如由于电路板2的拉伸或者收缩原因，那么钻孔坐标会相应改变。

图9表示了系统的一个信号流程图，该系统由一个按图6所示的本发明的装置和一个本发明的钻孔装置组成。

控制装置42控制微焦X射线管，微焦X射线管用于扫描电路板2，确定位置偏移；控制装置42同时控制激光器28，激光器28在电路板2上确定参考点30、32、34。参考点30、32、34的位置信号和所获得的位置偏移信号被传递给中间机构44，该中间机构44用来确定相对于参考点30、32、34的接触孔的钻孔坐标，并与所获得的位置偏移量相关。中间机构44通过上述数据计算相对于参考点30、32、34的接触孔的钻孔坐标，并将相应的全套数据传递给本发明钻孔装置36的控制机构46。CCD摄像头40获得参考点30、32、34的位置，并将其传递给控制机构46，由此控制机构46根据参考点30、32、34的钻孔坐标来控制激光器38钻出接触孔。

Claims (12)

1.一种用于在多层电路板上钻制接触孔的装置，该接触孔将多层电路板的至少第一层的接触面同多层电路板的至少第二层的接触面相互连接起来，利用机构来确定多层电路板的第一层与第二层之间的位置偏移量，

其特征在于，通过一个机构在多层电路板(2)上安置至少一个参考点(30)，还通过一个机构确定相对于参考点(30)的接触孔(22)的钻孔坐标，并与所获得的位置偏移量相关。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，用于安置至少一个参考点的机构装有至少一台激光器(28)，通过激光器发射的激光束可以将参考点(30)安置到多层电路板(2)上。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述至少一个参考点(30)是一个光学可探测的标记。

4.根据前述权利要求之一项所述的装置，其特征在于，用来标记至少一个参考点(30)的机构在多层电路板(2)表面对该参考点(30)或多个参考点(30、32、34)作出标记。

5.根据前述权利要求之一项所述的装置，其特征在于，用来确定位置偏移的机构利用一个图示方法获知位置偏移量。

6.根据前述权利要求之一项所述的装置，其特征在于，用来确定位置偏移的机构设有至少一台用于测量位置偏移量的X射线测量装置。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述X射线测量装置装有至少一个微焦X射线管(26)。

8.一种用于钻制接触孔的钻孔装置，该接触孔将多层电路板的至少第一层的接触面同多层电路板的至少第二层的接触面连接起来，利用钻孔机构钻制接触孔，利用控制机构根据所要钻制的接触孔，通过产生控制信号来控制钻孔机构，

其特征在于，通过所述机构探测多层电路板上的至少一个参考点(30)的位置，其中控制机构通过控制信号来控制钻孔机构，接触孔(22)的钻孔坐标相对于参考点，这样钻孔机构根据探测到的参考点(30)的位置来钻制接触孔(22)。

9.根据权利要求8所述的钻孔装置，其特征在于，传感器机构装有至少一个用来探测光学可探测标记的光学传感器。

10.根据权利要求9所述的钻孔装置，其特征在于，所述光学传感器由一个摄像头(40)组成。

11.根据权利要求8至10中之一项所述的钻孔装置，其特征在于，所述钻孔机构装有至少一台用来钻制接触孔(22)的激光器(38)。

12.一种用于钻制接触孔(22)的系统，该接触孔将多层电路板(2)的至少第一层(4)的接触面同多层电路板(2)的至少第二层(6)的接触面连接起来，

该系统装有一个按权利要求1至7中之一项的装置(24)，用于在多层电路板(2)上钻制接触孔(22)，

该系统装有一个按权利要求8至11中之一项的钻孔装置(36)，用于钻制接触孔(22)，

其中，所述装置相对于参考点(30)确定接触孔(22)的钻孔坐标，并通过信号传输与控制机构相连接，控制机构将所要加工的多层电路板(2)的全套数据传输出去，该全套数据包含了相对于参考点(30)的接触孔(22)的钻孔坐标，

其中，所述控制机构对移动到钻孔坐标下的钻孔机构进行控制，这样钻孔机构通过参考点(30)的探测位置钻制接触孔(30)。

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