DE10040303C2

DE10040303C2 - Process for the defined deep drilling of blind holes (blind vias) in multilayer printed circuit boards (multilayer)

Info

Publication number: DE10040303C2
Application number: DE2000140303
Authority: DE
Inventors: Volker Nissen; Lev Avakimov
Original assignee: Volker Nissen; Lev Avakimov
Current assignee: AVAKIMOV, LEV, 30163 HANNOVER, DE; NISSEN, VOLKER, PROF.DR., 96450 COBURG, DE
Priority date: 2000-08-17
Filing date: 2000-08-17
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2020-08-18
Also published as: DE10040303A1

Abstract

Beim herkömmlichen Tiefenbohren mehrlagiger Leiterplatten entstehen hohe Ausschussquoten. Dies hat zwei Ursachen. Erstens wird oft beim Herstellen der Leiterplatte die gewünschte Dicke der Lagen aus technisch-physikalischen Gründen verfehlt. Zweitens beruhen die mit CNC-Maschinen ausgeführten Bohrungen auf programmierten Tiefen, die aus Messungen mit visueller Kontrolle von der Oberfläche der Leiterplatte abgeleitet sind. Unser Verfahren ermöglicht ein wesentlich präziseres Bohren und senkt dadurch die Ausschussquote. Im Gegensatz zu konkurrierenden Vorschlägen ist es praktikabel und wirtschaftlich einsetzbar. DOLLAR A Die Erfindung bezieht sich darauf, dass bei der Herstellung der Leiterplatte (BS = Bestückungsseite, LS = Lötseite) jede zu bohrende Innenlage (IL) nach dem Herstellen des Leiterbildes zusätzliche Sondierungs-Pads (3), also Beschichtungen aus leitfähigem Material auf der Unter- bzw. Oberseite der IL, erhält. Diese Sondierungs-Pads erhalten die Innenlagen an den gleichen Stellen. Die Sondierungs-Pads werden über Leiterbahnen mit dem metallisierten Rand (5) jeder Innenlage verbunden. Durch den metallisierten Rand erfolgt eine Durchbohrung und Aufbringen einer leitenden Beschichtung (6). Bei anschließenden Sondierungsbohrungen mit automatisierter Kontaktmessung (7) im Bereich der Sondierungs-Pads unter sukzessiver Verkleinerung des Bohrwerkzeug-Durchmessers werden die Tiefen von der Oberfläche bis zu jeder Innenlage bzw. Abstände der Innenlagen gemessen, ...Conventional deep drilling of multilayer printed circuit boards results in high reject rates. There are two reasons for this. First, the desired thickness of the layers is often missed for technical and physical reasons when manufacturing the printed circuit board. Second, the holes made with CNC machines are based on programmed depths derived from measurements with visual control from the surface of the circuit board. Our process enables much more precise drilling and thus reduces the reject rate. In contrast to competing proposals, it is practical and economical to use. DOLLAR A The invention relates to the fact that in the manufacture of the printed circuit board (BS = component side, LS = solder side), each inner layer (IL) to be drilled after the conductor pattern has been produced, additional probing pads (3), i.e. coatings made of conductive material on the Underside and top of the IL, respectively. These probing pads receive the inner layers in the same places. The probing pads are connected to the metallized edge (5) of each inner layer via conductor tracks. A hole is drilled through the metallized edge and a conductive coating (6) is applied. Subsequent probing bores with automated contact measurement (7) in the area of the probing pads while successively reducing the diameter of the drilling tool, the depths are measured from the surface to each inner layer or the distances between the inner layers, ...

Description

1 Introduction

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum definierten Tiefenbohren von mehrlagigen Leiterplatten (Multilayer) oder vergleichbaren Verbundmaterialien.The invention relates to a method for the defined deep drilling of multilayer Printed circuit boards (multilayer) or comparable composite materials.

Bei der Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte werden die verschiedenen Lagen aufeinandergelegt, gepresst und ca. 2 Stunden getempert. Das Ergebnis ist eine aus mehreren Lagen bestehende Multilayer-Leiterplatte, zunächst noch ohne Bohrungen. Zwei Arten von Bohrungen werden auf der Leiterplatte angebracht:
When producing a multilayer printed circuit board, the various layers are placed on top of one another, pressed and annealed for approx. 2 hours. The result is a multilayer printed circuit board consisting of several layers, initially without holes. Two types of holes are made on the circuit board:

1. Holes that go through all levels of the circuit board from the component side to through Go solder side.
2. Deep drilling of so-called "blind vias" (blind holes). That kind of holes are at the center of our considerations.

Im Gegensatz zu den durchgehenden Bohrungen sind die Sacklöcher, dadurch gekennzeichnet, dass sie nur bis zu einer bestimmten Lage der Leiterplatte führen.In contrast to the through holes, the blind holes are characterized by that they only lead to a certain position of the circuit board.

Beim herkömmlichen Tiefenbohren von Leiterplatten ergibt sich folgendes Grundproblem:
Beim Herstellen der Leiterplatte kann die gewünschte Dicke der einzelnen Lagen geringfügig verfehlt werden. Ein Grund, neben weiteren, liegt darin, dass die Prepregs (Isolator plus Kleber) im Herstellungsprozess in nicht exakt vorhersehbarer Weise schrumpfen.The following basic problem arises with conventional deep drilling of printed circuit boards:
When manufacturing the printed circuit board, the desired thickness of the individual layers can be slightly missed. One reason, among others, is that the prepregs (insulator plus adhesive) shrink in the manufacturing process in a way that is not exactly predictable.

Dadurch ergeben sich häufig zu flache oder zu tiefe Bohrungen, so dass nach der anschliessenden galvanotechnischen Kontaktierung kein korrekter elektrischer Kontakt zustandekommen kann und Ausschuss erzeugt wird.This often results in holes that are too shallow or too deep, so that after the subsequent galvanotechnical contacting no correct electrical contact can come about and scrap is generated.

Hauptproblem ist das Fehlen einer sicheren Möglichkeit, um die tatsächliche Tiefe der einzelnen Innenlagen im Abstand von der Bestückungsseite bzw. den Abstand der Innenlagen zueinander vor dem eigentlichen Bohrprozess zu bestimmen. Das Problem wird dadurch noch verschlimmert, dass diese Angaben nicht an jeder Stelle der Leiterplatte genau identisch sein müssen. Da andererseits beim Tiefenbohren von Leiterplatten mit grosser Genauigkeit gearbeitet werden muss, ist in der betrieblichen Praxis fehlerhaftes Bohren und damit eine hohe Ausschussquote praktisch unvermeidlich, wenn die einzelnen Lagen der Leiterplatte dünn sind. Hier spielt auch die Komplexität des Bohrmusters eine Rolle.The main problem is the lack of a secure way to ascertain the actual depth of each Inner layers at a distance from the component side or the distance between the inner layers to be determined before the actual drilling process. This will add to the problem exacerbated that this information is not exactly identical at every point on the circuit board have to. On the other hand, when deep drilling PCBs with great accuracy must be worked, is incorrect drilling in operational practice and thus a high Reject rate practically inevitable if the individual layers of the circuit board are thin. The complexity of the drilling pattern also plays a role here.

2 State of the art

In der DE 43 40 249 A1 werden Probebohrungen zur Ermittlung der Tiefenlage und Berücksichtigung beim späteren Bohren der Leiterplatte beschrieben. Die Probebohrungen und die späteren Sacklochbohrungen werden dabei auf dieselbe Weise vorgenommen. Insbesondere wird der Durchmesser des Bohrers bei der Probebohrung (wie auch bei der Sacklochbohrung) nicht verändert.DE 43 40 249 A1 describes test bores for determining the depth and Consideration when drilling the circuit board later. The test bores and the later blind holes are made in the same way. In particular the diameter of the drill in the test drilling (as well as in the blind hole) not changed.

Das Bohrwerkzeug hat in diesem Patent ein Potential Pb. Für die Bestimmung des Nullpegels sowie die Positionierung und Bestimmung des Bohrwerkzeugzustandes (Bohrbruchkontrolle) muß ein Potential Po auf der Oberfläche vorhanden sein. Die n-te Innenlage hat ein Potential von Pn. Berührt anfangs die Spitze des Bohrwerkzeuges die leitende Oberfläche, erfolgt die Bestimmung des Nullpegels. In diesem Fall dient die Spitze des Bohrwerkzeuges als Sensorschalter (abgreifbare Signal von der leitenden Oberfläche). Nach der Bestimmung des Nullpegels erfolgt die Bohrung bis zur gewünschten Innenlage. Hier ergibt sich folgendes inhaltliches Problem mit dem im Patent DE 43 40 249 A1 dargestellten Verfahren: Da nach Durchbohrung der leitenden Oberfläche mit unverändertem Durchmesser des Bohrers weitergebohrt wird, bleibt im weiteren Verlauf der Kontakt zwischen der leitenden Oberfläche und dem drehenden Bohrwerkzeugkörper geschlossen und die Bohrspitze hat kein Potential (Pb) mehr. Die Messung der Bohrtiefe ist aber nur dann möglich, wenn die Spitze des Bohrwerkzeuges das Potential (Pb) trägt. In der Konsequenz ergibt sich bei diesem Verfahren für die Innenlagen kein abgreifbares Signal. Das bedeutet, daß mit diesem Bohrverfahren das Problem der Bestimmung der richtigen Bohrtiefe für ein automatisches Bohren bis zur n-ten Innenlage bestehen bleibt.The drilling tool has a potential Pb in this patent. For the determination of the zero level as well as the positioning and determination of the condition of the drilling tool (drill break control) there must be a potential Po on the surface. The nth inner layer has potential von Pn. If the tip of the drilling tool initially touches the conductive surface, the Determination of the zero level. In this case, the tip of the drilling tool serves as Sensor switch (signal that can be picked up from the conductive surface). After determining the The level is drilled to the desired inner position. Here is what follows problem in terms of content with the method described in patent DE 43 40 249 A1: Drilling through the conductive surface with the same diameter as the drill is drilled further, the contact between the conductive surface remains in the further course and the rotating drill body closed and the drill bit has no potential (Pb) more. The measurement of the drilling depth is only possible if the tip of the Drilling tool carries the potential (Pb). The consequence of this procedure is no tapped signal for the inner layers. That means that with this drilling method Problem of determining the correct drilling depth for automatic drilling down to the nth Inner layer remains.

Nachteil des Patentes DE 43 40 249 A1:
Disadvantage of patent DE 43 40 249 A1:

- There are no possibilities with this drilling method in test bores Measure drilling depth of inner layers and later blind holes based on this drill the defined inner layers automatically.

In der JP 07 15 147 A und der DE 30 45 433 C2 arbeiten die in beiden Patenten dargestellten Verfahren grundsätzlich nach dem gleichen Prinzip. Wiederum trägt die Spitze des Bohrwerkzeuges ein elektrisches Potential. Die einzelnen Innenlagen verfügen im Randbereich der Leiterplatte über seitlich versetzte Streifen leitender Folie, die über direkte Steckverbinder und Leitungen an das Steuergerät (Widerstandsmeßgeräte) angeschlossen sind. Bei der Berührung der Bohrspitze des Bohrwerkzeuges mit der leitenden Folie der jeweiligen Innenlage fließt elektrischer Strom über die Steckerleiste und Leitung zum Steuergerät (Widerstandmessgerät). Die Bohrtiefe wird gespeichert und wird beim automatischen Bohren von Sacklöchern verwendet.JP 07 15 147 A and DE 30 45 433 C2 work as shown in both patents The principle is the same. Again, the top of the Drilling tool an electrical potential. The individual inner layers have in the edge area the printed circuit board via laterally offset strips of conductive film, via direct connectors and cables are connected to the control unit (resistance measuring devices). In the Touching the drill tip of the drilling tool with the conductive foil of the respective inner layer electrical current flows through the connector and cable to the control unit (Ohmmeter). The drilling depth is saved and is used for automatic drilling used by blind holes.

Nachteile beider Patente (JP 07 15 147 A und DE 30 45 433 C2):
Disadvantages of both patents (JP 07 15 147 A and DE 30 45 433 C2):

- A multi-pin connector must be installed in each multilayer. this leads to for a substantial increase in circuit board costs. The procedures are therefore for the practical use in series production too expensive.
- After the test drilling, only automatic drilling of the blind holes is possible be blind drilled based on the stored depth values because it is impossible to connect each usage pad to the power strip.

Es existiert derzeit kein in der Praxis wirtschaftlich einsetzbares Verfahren zur automatischen Bestimmung und Kontrolle der Bohrtiefe beim Bohren von Sacklöchern. Daher ergibt sich die Aufgabe, ein wirtschaftlich realisierbares Verfahren zu entwickeln, dass ein definiertes Tiefenbohren von Sacklöchern in mehrlagigen Leiterplatten (Multilayer) oder vergleichbaren Verbundmaterialien bei deutlicher Reduzierung des Ausschusses ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches gelöst.There is currently no automatic method that can be used economically in practice Determination and control of the drilling depth when drilling blind holes. Hence the Task to develop an economically feasible process that a defined Deep drilling blind holes in multilayer printed circuit boards (multilayer) or comparable Composite materials made possible with a significant reduction in scrap. This task is solved by the features of the claim.

3 New procedure for the defined deep drilling of blind holes in multilayer printed circuit boards (our suggestion)

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to figures.

Fig. 1 zeigt beispielhaft den Blick von oben (von der Bestückungsseite BS) auf eine mehrschichtige Leiterplatte (Multilayer). Fig. 1 shows an example of the view from above (from the component side BS) on a multilayer printed circuit board (multilayer).

Fig. 2 bis 6 zeigen den schematischen Aufbau der Konstruktion zum Tiefenbohren bei mehrschichtigen Leiterplatten nach unserem Verfahren sowie ausgewählte Phasen der Sondierungsbohrungen zur Ermittlung der Tiefen und Abstände von Innenlagen. Fig. 7 illustriert abschliessend unsere Vorgehensweise im Überblick. Figs. 2 to 6 show the schematic configuration of the construction for deep drilling in multilayer printed circuit boards according to our method and selected stages of exploratory wells to determine the depth and spacing of inner layers. Fig. 7 finally illustrates our procedure in an overview.

Legende für alle Figuren: BS = Bestückungsseite, LS = Lötseite, ILn = Innenlagen, 1 = Nutzungs-Pad, 2 = Leiterbahnen der Innenlage, 3 = Pad für Sondierungsbohrung, 4 = Leiterbahn vom Sondierungs-Pad zum metallisierten Rand, 5 = der metallisierte Rand, 6 = die Bohrung für die galvanische Durchkontaktierung von BS nach LS durch die Ränder der Innenlagen, 7 = Sondierungsbohrung, 8 = Nutzungsbohrung (Sackloch). Fett schwarz markierte Stellen kennzeichnen leitfähige Bereiche (Cu).Legend for all figures: BS = component side, LS = solder side, ILn = inner layers, 1 = Usage pad, 2 = conductor tracks of the inner layer, 3 = pad for probe drilling, 4 = conductor track from the probe pad to the metallized edge, 5 = the metallized edge, 6 = the hole for the galvanic through-plating from BS to LS through the edges of the inner layers, 7 = Exploratory borehole, 8 = service borehole (blind hole). Places marked in bold black indicate conductive areas (Cu).

Kern unseres Vorschlages für ein verändertes Verfahren zum Tiefenbohren bei mehrschichtigen Leiterplatten ist es, einerseits bereits den Herstellungsprozess der Leiterplatte unter Verwendung heute geläufiger Techniken geringfügig abzuändern, damit andererseits anschliessend mittels Sondierungsbohrungen auf später nicht verwendeten Abschnitten der Leiterplatte die tatsächliche Tiefe der Innenlagen vorab bestimmt werden kann.The core of our proposal for a modified method for deep drilling in multi-layer systems Printed circuit boards, on the one hand, are already using the manufacturing process of the printed circuit board Techniques that are familiar today, to be changed slightly, and then, on the other hand, by means of Probe holes on sections of the circuit board that will not be used later actual depth of the inner layers can be determined in advance.

Process step 1 Execution of the probing pads and perforations

Nach dem Herstellen der Leiterbilder auf den Innenlagen der Leiterplatte soll nach unserem Verfahren dafür gesorgt werden, dass in später nicht verwendeten Teilen der Platte jede zu bohrende Innenlage Sondierungs-Pads (Beschichtung aus leitfähigem Material, z. B. Kupfer) erhält. Hier gibt es eine teilweise Vergleichbarkeit unseres Verfahrens mit dem Vorgehen, daß in der Druckschrift DE 30 45 433 C2 beschrieben ist. Die Sondierungspads werden in unserem Verfahren auf der Unter- bzw. Oberseite der Innenlagen angebracht. Diese Sondierungs-Pads erhalten die Innenlagen an den gleichen Stellen.After making the circuit diagrams on the inner layers of the circuit board, our Procedures are made to ensure that each part of the plate that is not used later drilling inner layer of probing pads (coating made of conductive material, e.g. copper) receives. There is a partial comparison of our procedure with the procedure that is described in the publication DE 30 45 433 C2. The probing pads are in our Process attached to the bottom or top of the inner layers. These probing pads get the inner layers in the same places.

Die Sondierungs-Pads werden über Leiterbahnen mit dem metallisierten Rand jeder Innenlage verbunden. Durch den metallisierten Rand erfolgt eine Durchbohrung und Aufbringen einer leitenden Beschichtung im Rahmen einer galvanotechnischen Kontaktierung. So ergeben sich elektrische Verbindungen zwischen der Bestückungsseite, der Lötseite und den durchbohrten Rändern der Innenlagen. Fig. 1 zeigt beispielhaft den Blick von oben (von der Bestückungsseite BS) auf die mehrschichtige Leiterplatte (Multilayer). The probing pads are connected to the metallized edge of each inner layer via conductor tracks. A hole is drilled through the metallized edge and a conductive coating is applied as part of a galvanic contact. This results in electrical connections between the component side, the solder side and the perforated edges of the inner layers. Fig. 1 shows an example of the view from above (from the component side BS) on the multilayer circuit board (multilayer).

Bei anschliessenden Sondierungsbohrungen im Bereich der Sondierungs-Pads werden die Tiefen von der Oberfläche bis zu jeder Innenlage bzw. Abstände der Innenlagen gemessen, gespeichert und später im eigentlichen Bohrvorgang der Leiterplatte verwendet. Dies kann (muss aber nicht) besonders vorteilhaft mittels Bohrvorrichtung mit Kontaktmessgerät erfolgen. Dadurch ist ein höherer Automatisierungsgrad erreichbar.With subsequent probing holes in the area of the probing pads, the Depths measured from the surface to each inner layer or distances of the inner layers, saved and later used in the actual drilling process of the circuit board. This can (but does not have to) be particularly advantageous using a drilling device with a contact measuring device. This enables a higher degree of automation to be achieved.

Heute wird zwar regulär mit der Kupferbeschichtungstechnik beim Herstellen der Leiterbilder gearbeitet, die Beschichtung für die hier geschilderten Zwecke der Sondierungs-Pads findet aber nicht statt. Ebensowenig wird heute die Durchbohrung des metallisierten Plattenrandes mit galvanotechnischer Kontaktierung für die hier geschilderten Zwecke gemacht.Today, copper plating technology is becoming a regular feature in the production of conductor patterns worked, but the coating for the purposes of the probe pads described here takes place not instead. Nor is the drilling of the metallized plate edge with today galvanotechnical contact made for the purposes described here.

Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau der Konstruktion zum Tiefenbohren bei mehrschichtigen Leiterplatten nach unserem Verfahren. In diesem Beispiel ist bis IL4 zu bohren. Zu beachten sind insbesondere die elektrischen Potentiale und die mit dem Bohrwerkzeug verbundene Leuchtdiode (LD). Fig. 2 shows the schematic structure of the construction for deep drilling in multilayer printed circuit boards according to our method. In this example, drill to IL4. Particular attention should be paid to the electrical potentials and the light emitting diode (LD) connected to the drilling tool.

Process step 2 exploratory drilling

Moderne Bohrmaschinen zum Kontaktbohren für die Leiterplattenindustrie haben im allgemeinen ein Potential an der Spitze des Bohrwerkzeuges. Dies ist für das von uns entwickelte Verfahren nützlich, da wir von einer solchen Beschaffenheit des Bohrwerkzeuges ausgehen. Wir treffen bei den nachfolgenden Erläuterungen unseres Verfahrens die Annahme, dass unser Bohrwerkzeug so beschaffen ist, dass es ein elektrisch positives Potential hat. Diese Annahme hat keinen grundsätzlichen Charakter und dient nur der besseren Erläuterung unseres Verfahrens.Modern drilling machines for contact drilling for the PCB industry have in generally a potential at the tip of the drilling tool. This is for us developed methods useful because we are of such a nature of the drilling tool out. In the following explanations of our process, we make the assumption that our drilling tool is designed in such a way that it has an electrically positive potential. This Assumption has no fundamental character and only serves to explain ours better Process.

Über eine Leuchtdiode LD und metallische Kontaktelemente der Bohrmaschine (z. B. Niederhalter, Klemmvorrichtung) läuft ein negatives Potential zu den Oberflächen BS, IL2, IL3, IL4 und LS. Wird eine dieser Oberflächen vom Bohrwerkzeug kontaktiert, so schliesst sich dank der oben erwähnten Sondierungs-Pads der Stromkreislauf und die Leuchtdiode leuchtet auf. So haben wir, in Verbindung mit einem sukzessiven Wechsel auf Bohrer mit geringerem Durchmesser, eine Möglichkeit festzustellen, wann das Bohrwerkzeug eine bestimmte Innenlage erreicht hat. Das ist die Voraussetzung für eine verbesserte Kontrolle der Bohrtiefe gegenüber der gängigen Bohrpraxis.Via a light-emitting diode LD and metallic contact elements of the drilling machine (e.g. Hold-down device, clamping device) runs a negative potential to the surfaces BS, IL2, IL3, IL4 and LS. If one of these surfaces is contacted by the drilling tool, it closes thanks to the probe pads mentioned above the circuit and the light emitting diode lights up on. So we have, in connection with a gradual change to drills with less Diameter, a way to determine when the drilling tool is a particular one Has reached inner position. This is the prerequisite for improved control of the drilling depth compared to common drilling practice.

Anstelle einer Leuchtdiode kann der Kontakt auch auf andere Weise angezeigt werden. Man kann das hier vorgestellte Sondierungsbohren auch ganz ohne automatisierte Kontaktmessung durchführen. In diesem Fall muss die erreichte Bohrtiefe vom Bediener durch optische Kontrolle mit Hilfe von Lupe oder Mikroskop festgestellt werden. Dieses Vorgehen ist allerdings weniger exakt und schwer automatisierbar. (Hinweis: Wird keine automatisierte Kontaktmessung verwendet, so können folgende Elemente des Herstellungsprozesses der Leiterplatte entfallen: der metallisierte Rand der Innenlagen, die Verbindung der Sondierungs- Pads zum Rand, die Durchbohrung des Randes.)Instead of a light-emitting diode, the contact can also be displayed in another way. you the probe drilling presented here can also be done without automated contact measurement carry out. In this case, the drilling depth must be visualized by the operator Check with a magnifying glass or microscope. This procedure is however less precise and difficult to automate. (Note: Will not be automated Contact measurement used, the following elements of the manufacturing process of the No printed circuit board: the metallized edge of the inner layers, the connection of the probing Pads to the edge, piercing the edge.)

Das Vorgehen in den einzelnen Phasen beim Sondierungsbohren mit automatisierter Kontaktmessung verdeutlichen die Fig. 2 bis 6 vor dem Hintergrund unseres Beispiels.The procedure in the individual phases for probing drilling with automated contact measurement is illustrated in FIGS. 2 to 6 against the background of our example.

Phase 1: In der Ausgangssituation steht ein Bohrwerkzeug mit Bohrspindel in Bohrposition. Die Bohrspitze hat keinen elektrischen Kontakt zur Oberfläche BS unsere Leiterplatte. Die Leuchtdiode leuchtet nicht. (Fig. 2)Phase 1 : In the initial situation, a drilling tool with a drilling spindle is in the drilling position. The drill tip has no electrical contact to the surface of our PCB. The LED does not light up. ( Fig. 2)

Phase 2: Das Bohrwerkzeug hat Kontakt zur Oberfläche BS. Der elektrische Stromkreislauf wird so geschlossen und die Leuchtdiode leuchtet auf. (Fig. 3)Phase 2 : The drilling tool is in contact with the surface BS. The electrical circuit is closed and the LED lights up. ( Fig. 3)

Phase 3: Die Bohrung wird soweit fortgesetzt, dass sie die Schicht BS durchstößt (Fig. 4). Das Bohrwerkzeug wird an dieser Stelle gewechselt. Der neue Bohrer ist kleiner als der vorherige, das heisst, er hat einen geringeren Durchmesser als der vorige Bohrer. Das ist notwendig, um beim nächsten Bohrschritt wieder eine präzises Kontaktsignal erhalten zu können. Bohrspäne und die Erschütterung beim Bohren könnten sonst dazu führen, das bei weiterhin gleichem Bohrerdurchmesser der elektrische Kontakt aus der BS erhalten bleibt, was unerwünscht ist.Phase 3 : The drilling is continued until it penetrates the layer BS ( Fig. 4). The drilling tool is changed at this point. The new drill is smaller than the previous one, which means that it has a smaller diameter than the previous drill. This is necessary so that a precise contact signal can be obtained again in the next drilling step. Drilling chips and the vibration during drilling could otherwise lead to electrical contact from the BS being maintained if the drill diameter remains the same, which is undesirable.

Phase 4: Die Bohrung wird mit dem neuen, kleineren Bohrwerkzeug fortgesetzt bis zur Schicht IL2. Beim Kontakt mit der Oberfläche dieser Schicht schliesst sich der Stromkreislauf von neuem und die Leuchtdiode leuchtet auf. Dadurch weiss der Bediener der Bohrmaschine, dass die Bohrung nun Schicht IL2 erreicht hat. (Fig. 5)Phase 4 : Drilling is continued with the new, smaller drilling tool up to layer IL2. Upon contact with the surface of this layer, the circuit closes again and the LED lights up. As a result, the operator of the drilling machine knows that the drilling has now reached layer IL2. ( Fig. 5)

Phase 5: Beim weiteren Bohren wird die Schicht IL2 durchstossen. Erneut wird nun das Bohrwerkzeug gewechselt und ein Bohrer mit kleinerem Durchmesser verwendet.Phase 5 : When drilling further, the layer IL2 is pierced. Again the drilling tool is changed and a drill with a smaller diameter is used.

Phase 6: Die Bohrung wird fortgesetzt bis zur Oberfläche der Schicht IL3. Hier schliesst sich erneut der elektrische Kreislauf und die Leuchtdiode leuchtet wieder auf.Phase 6 : Drilling continues to the surface of layer IL3. Here the electrical circuit closes again and the LED lights up again.

Phase 7: Das Bohrwerkzeug hat die Schicht IL3 durchbohrt. Nun wird ein letztes Mal das Bohrwerkzeug gewechselt und ein Bohrer mit nochmals kleinerem Durchmesser montiert. Phase 7 : The drilling tool has pierced layer IL3. Now the drilling tool is changed one last time and a drill with an even smaller diameter is installed.

Phase 8: Die Bohrung wird fortgesetzt bis zur Oberfläche der Schicht IL4. Dort schliesst sich erneut der Stromkreis und die Leuchtdiode leuchtet wieder. (Fig. 6) Damit ist das Bohrziel in unserem Beispiel erreicht.Phase 8 : Drilling continues to the surface of layer IL4. There the circuit closes again and the LED lights up again. ( Fig. 6) The drilling target in our example has been reached.

Die bisherige in einzelnen Phasen beschriebene Bohrung mit mehrfachem Wechsel des 4 Bohrwerkzeuges dient nur als Sondierungsbohrung vor dem eigentlichen Bohrvorgang, mit dem letztlich die fertigen Bohrungen der Leiterplatte erstellt werden. Sondierungsbohrungen werden in Abschnitten der Leiterplatte durchgeführt, der später abgetrennt und entsorgt werden. Die in Sondierungsbohrungen ermittelten Tiefenwerte werden gespeichert. Der Gedanke der Sondierungsbohrung wird auch in den oben zum Stand der Technik aufgeführten drei Patentschriften vertreten, doch anders umgesetzt als in unserem Verfahren (mit den beim Stand der Technik beschriebenen Nachteilen).The previous drilling described in individual phases with multiple changes of 4 drilling tool only serves as a probing hole before the actual drilling process with which ultimately the finished holes of the circuit board are created. Exploratory wells will be performed in sections of the circuit board, which will later be separated and disposed of. In the Depth values determined from probing holes are saved. The thought of Exploratory well is also in the three prior art listed above Represent patents, but implemented differently than in our process (with those at the stand the disadvantages described in the technology).

Die mit den Sondierungsbohrungen ermittelten Tiefen der Innenlagen bzw. Abstände der einzelnen Innenlagen zueinander werden anschliessend im Prozess des eigentlichen Tiefenbohrens verwendet, um mit größerer Präzision zu bohren, als beim herkömmlichen Vorgehen im Durchschnitt erreichbar ist. Dadurch lässt sich die Ausschussquote drastisch senken. Auch bei den Nutzungsbohrungen wird immer mit Kontaktmessgerät gebohrt, damit festgestellt werden kann, wann das Bohrwerkzeug die Oberfläche der Leiterplatte kontaktiert (Nullpunkt! Ab hier zählen die gespeicherten Tiefen der Innenlagen).The depths of the inner layers or the distances between the The individual inner layers are then mutually connected in the process of the actual one Deep drilling is used to drill with greater precision than the conventional one Approach is achievable on average. This makes the reject rate drastic reduce. Even with the usage bores, drilling is always carried out with a contact measuring device can be determined when the drilling tool contacts the surface of the circuit board (Zero point! The stored depths of the inner layers count from here).

Es können mehrere Sondierungsbohrungen je Leiterplatte durchgeführt werden. Ausschlaggebend für die Bohrung von Sacklöchern in Nutzungspads ist später die räumliche Nähe der Tiefenbohrungen zur Sondierungsbohrung. Alternativ können die Ergebnisse verschiedener Sondierungsbohrungen interpoliert werden.Several probing holes can be made per circuit board. Spatial later is decisive for drilling blind holes in usage pads Proximity of the deep wells to the exploratory well. Alternatively, the results different probing holes are interpolated.

Fig. 7 illustriert abschliessend unsere Vorgehensweise im Überblick. Fig. 7 finally illustrates our procedure in an overview.

Claims

1. Process for the defined deep drilling of blind holes (blind vias) in multilayer printed circuit boards (multilayer) in the
In areas of the printed circuit board / inner layers (IL) not required for conductor structures, congruent probing pads (contacting surfaces) made of conductive material for test bores are provided, these being electrically connected to the metallic edge frame of the respective inner layer,
complete drilling of the edge frame and metallization of the hole is carried out,
In the area of the probing pads, test bores / test bores are carried out using a contact measuring device for precise depth determination between the surface of the circuit board and the respective inner layer, the diameter of the drill being successively reduced (avoidance of undesired electrical contacts),
the determined depths or their removed electrical signals are stored and
the blind holes (usage holes) are drilled using the determined depth values.