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Die
Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs
1 genannten Art zum Bohren von Kontaktierungsbohrungen zum Verbinden
von Kontaktierungsflächen
wenigstens einer ersten Schicht einer Mehrschicht-Leiterplatte mit Kontaktierungsflächen wenigstens
einer zweiten Schicht der Mehrschicht-Leiterplatte.
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Im
Zuge einer zunehmenden Miniaturisierung elektronischer Baugruppen
ist es erforderlich, auf einer vorgegebenen Fläche beispielsweise einer Leiterplatte
eine immer größere Anzahl
von Bauelementen bzw. Leiterbahnen vorzusehen. Aus diesem Grunde
ist es bekannt, Leiterplatten als sogenannte Mehrschicht- oder Multilayer-Leiterplatten
auszulegen, bei der die Leiterplatte aus einer Mehrzahl von schichtartig übereinander
angeordneten einzelnen Leiterplatten besteht, so daß Bauteile
oder Leiterbahnen auf der Vorder- und Rückseite der einzelnen Leiterplatten
und damit aufgrund des schichtartigen Aufbaus auch zwischen den
in der Schichtung aufeinanderfolgenden einzelnen Leiterplatten angeordnet sein
können.
Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, Leiterplatten mit einer
besonders hohen Anzahl von Leiterbahnen zu realisieren, die auf
einer einzelnen Leiterplatte nicht untergebracht werden kön nen. Die
einzelnen Leiterplatten, deren Schichtung eine Mehrschicht-Leiterplatte
bildet, werden, beispielsweise durch Verpressen oder Verkleben, fest
miteinander verbunden.
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Um
eine Übertragung
elektrischer Signale beispielsweise zwischen einer ersten Schicht
und einer zweiten Schicht der Mehrschicht-Leiterplatte zu erzielen,
ist es erforderlich, die Leiterbahnen der Schichten elektrisch leitend
miteinander zu verbinden. Hierzu weisen die Schichten Kontaktierungsflächen auf,
die auch als Pads bezeichnet werden. Die Kontaktierungsflächen können beispielsweise
senkrecht zur Leiterplattenebene der Mehrschicht-Leiterplatte übereinanderliegend
auf den Schichten angeordnet sein. Zum elektrisch leitenden Verbinden
der Kontaktierungsflächen
werden Kontaktierungsbohrungen gebohrt, wobei die Kontaktierungsbohrungen die
Kontaktierungsflächen
mechanisch miteinander verbinden, so daß die elektrisch leitende Verbindung beispielsweise
dadurch hergestellt werden kann, daß die Innenwandungen der Kontaktierungsbohrungen mit
Lot oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material elektrisch leitend
gemacht werden.
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Die
Kontaktierungsbohrungen müssen
hierbei so ausgeführt
werden, daß in
der gewünschten Weise
ein elektrisch leitender Kontakt zwischen den Kontaktierungsflächen ermöglicht ist.
Dies ist ohne weiteres dann möglich,
wenn die Kontaktierungsflächen
senkrecht zur Leiterplattenebene der Mehrschicht-Leiterplatte exakt übereinanderliegend
angeordnet sind. Zu berücksichtigen
ist jedoch, daß beim Verbinden
der Schichten der Mehrschicht-Leiterplatte, beispielsweise durch
Verpressen, ein hoher Flächendruck
in Verbindung mit hohen Temperaturen verwendet wird. Aufgrunddessen
kann bei der Verbindung der Schichten ein Lagenversatz zwischen densel ben
auftreten. Ein solcher Lagenversatz kann darauf beruhen, daß die einzelnen
Schichten schrumpfen oder sich dehnen und/oder sich parallel zur
Leiterplattenebene relativ zueinander verschieben und/oder sich
um eine senkrecht zur Leiterplattenebene verlaufende Achse relativ
zueinander verdrehen.
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Aufgrund
eines auf diese Weise aufgetretenen Lagenversatzes ist es nicht
mehr möglich,
die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Kontaktierungsflächen der
Schichten durch die Kontaktierungsbohrungen zu bilden, sofern der
Lagenversatz außerhalb
vorgegebener Toleranzen liegt. Die Leiterplatte muß dann als
Ausschuß verworfen
werden.
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Um
zu verhindern, daß Leiterplatten,
bei denen der Lagenversatz außerhalb
der vorgegebenen Toleranzen liegt, einer kostenaufwendigen Weiterbearbeitung,
beispielsweise beim Bestücken
mit Bauteilen, unterzogen werden, ist es aus der
DE 33 42 564 C2 bekannt,
den Lagenversatz unter Verwendung einer Röntgen-Meßeinrichtung zu ermitteln.
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Eine
Bohrvorrichtung der betreffenden Art zum Bohren von Kontaktierungsbohrungen
zum Verbinden von Kontaktierungsflächen wenigstens einer ersten
Schicht einer Mehrschicht-Leiterplatte mit Kontaktierungsflächen wenigstens
einer zweiten Schicht der Mehrschicht-Leiterplatte ist bekannt.
Die bekannte Bohrvorrichtung weist Bohrmittel zum Bohren der Kontaktierungsbohrungen
und Steuermittel zur Erzeugung von Steuersignalen zur Ansteuerung der
Bohrmittel entsprechend den jeweils zu bohrenden Kontaktierungbohrungen
auf. Zur Fixierung der Mehrschicht-Leiterplatte, die nachfolgend
kurz als Leiterplatte bezeichnet wird, in der Bohrvorrichtung weist
die Leiterplatte Aufnahmelöcher
auf, mit denen sie auf entsprechende an einem Träger, beispielsweise einem Bohrtisch,
der Bohrvorrichtung vorgesehene Aufnahmestifte aufsteckbar ist.
Durch die Position der Aufnahmelöcher
ist somit die Position der Leiterplatte relativ zu dem Träger festgelegt.
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In
diesem Zusammenhang ist es bekannt, die Position der Aufnahmelöcher in
der Leiterplatte zur Kompensation eines aufgetretenen Lagenversatzes
zu korrigieren. Hierzu wird die Leiterplatte in eine Röntgen-Meßeinrichtung
eingebracht, so daß ein
etwaiger Lagenversatz zwischen den Schichten der Leiterplatte ermittelt
werden kann, wie beispielsweise aus der
DE 33 42 564 C2 bekannt.
Falls ein Lagenversatz ermittelt wird, so kann die Position der
Aufnahmelöcher
so gewählt
werden, daß der
Lagenversatz beim nachfolgenden Bohren der Kontaktierungsbohrungen
vollständig
oder teilweise kompensiert wird, sofern der Lagenversatz innerhalb
bestimmter Grenzen liegt.
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Nach
der Ermittlung des Lagenversatzes und dem Bohren der Aufnahmelöcher in
der Leiterplatte wird die Leiterplatte aus der Röntgen-Meßeinrichtung entnommen und
in die Bohrvorrichtung eingebracht, wo sie auf die Aufnahmestifte
des Trägers aufgesteckt
wird. Daran anschließend
bohren die Bohrmittel der Bohrvorrichtung die gewünschten Kontaktierungsbohrungen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrvorrichtung der im
Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art und ein Verfahren der
im Oberbegriff des Anspruchs 15 genannten Art zum Bohren von Kontaktierungsbohrungen
zum Verbinden von Kontaktierungsflächen wenigstens einer ersten
Schicht einer Mehrschicht-Leiterplatte mit Kontaktierungsflächen wenigstens
einer zweiten Schicht der Mehrschicht-Leiterplatte anzugeben, bei
der bzw. dem die Genauigkeit beim Bohren der Kontaktierungsbohrungen
erhöht
ist.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich der Bohrvorrichtung durch die im Anspruch
1 angegebene Lehre und hinsichtlich des Verfahrens durch die im
Anspruch 15 angegebene Lehre gelöst.
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Der
Grundgedanke der erfindungsgemäßen Lehre
besteht darin, die Ermittlung eines Lagenversatzes zwischen der
ersten Schicht und der zweiten Schicht der Leiterplatte und das
Bohren der Kontaktierungsbohrungen in ein und derselben Vorrichtung durchzuführen. Auf
diese Weise kann die Leiterplatte sowohl während der Ermittlung des Lagenversatzes als
auch während
des Bohrens der Kontaktierungsbohrungen an einem Träger, beispielsweise
einem Bohrtisch der Bohrvorrichtung, fixiert bleiben. Auf diese
Weise ist zuverlässig
verhindert, daß sich
aufgrund von mechanischen Passungstoleranzen in Bezug auf die Aufnahmelöcher und
die Aufnahmestifte Ungenauigkeiten beim Bohren der Kontaktierungsbohrungen
ergeben. Da erfindungsgemäß Aufnahmelöcher in
der Leiterplatte grundsätzlich
nicht erforderlich sind und die Leiterplatte somit aufnahmelochfrei
ausgebildet sein kann, beeinflussen erfindungsgemäß Passungstoleranzen
in Bezug auf die Aufnahmelöcher
die Genauigkeit beim Bohren der Kontaktierungsbohrungen nicht.
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Da
sowohl die Ermittlung des Lagenversatzes als auch das Bohren der
Kontaktierungsbohrungen in derselben Vorrichtung, nämlich der
Bohrvorrichtung, vorgenommen werden, wird die Leiterplatte sowohl
während
der Ermittlung des Lagenversatzes als auch während des Bohrens der Kontaktierungsbohrungen
denselben Umgebungsbedingungen, insbesondere hinsichtlich der Temperatur,
ausgesetzt. Auf diese Weise ist verhindert, daß sich die Geometrie der Leiterplatte
insbesondere aufgrund von Temperaturdifferenzen zwischen der Ermittlung
eines Lagenversatzes und dem Bohren der Kontaktierungsbohrungen
verändert.
Eine solche Veränderung
der Geometrie kann bei herkömmlichen
Vorrichtungen insbesondere dann auftreten, wenn die Leiterplatte nach
der Ermittlung des Lagenversatzes aus der Röntgen-Meßeinrichtung entnommen und
in die Bohrvorrichtung eingebracht wird, und zu Ungenauigkeiten
beim Bohren der Kontaktierungsbohrungen führen.
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Auf
diese Weise ist erfindungsgemäß die Präzision beim
Bohren der Kontaktierungsbohrungen in der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung
erhöht.
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Darüber hinaus
ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
besonders einfach und kostengünstig herstellbar,
da gegenüber
dem Stand der Technik der konstruktive Aufwand wesentlich verringert
ist. Während
beim Stand der Technik aufgrund der Tatsache, daß sowohl eine separate Vorrichtung
zur Ermittlung eines Lagenversatzes, beispielsweise in Form einer Röntgen-Meßeinrichtung,
als auch eine separate Bohrvorrichtung erforderlich sind, wesentliche
und teure Komponenten, beispielsweise in Form der Steuerung, eines
Positionierungstisches zur Positionierung der Leiterplatte und eines
Gehäuses,
doppelt vorhanden sein müssen,
sind diese Komponenten bei der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung, in die die
Mittel zur Ermittlung eines Lagenversatzes in die Bohrvorrichtung
integriert sind, nur einmal erforderlich. Die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung
ist somit gegenüber
dem Stand der Technik nicht nur wesentlich einfacher und kostengünstiger
herstellbar, sondern hat auch einen erheblich reduzierten Raumbedarf.
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Unter
Bohren im Sinne der Erfindung wird jedwedes Verfahren verstanden,
mittels dessen die Kontaktierungsflächen zum Erzielen einer elektrisch leitfähigen Verbindung
miteinander verbindbar sind. Insbesondere wird unter Bohren jedwedes
Bilden von Ausnehmungen verstanden, unabhängig davon, ob die Ausnehmungen
mittels eines spanenden oder nichtspanenden Verfahrens gebildet
werden und unabhängig
von der Geometrie der Ausnehmungen.
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Unter
einer Integration der Mittel zur Ermittlung eines Lagenversatzes
in die Bohrvorrichtung wird erfindungsgemäß verstanden, daß die Bohrmittel
und die Mittel zur Ermittlung eines Lagenversatzes so in räumlichem
und/oder Funktionszusammenhang stehen, daß insbesondere die der Ermittlung
des Lagenversatzes und das Bohren der Kontaktierungsbohrungen ohne
Lageveränderung
der Leiterplatte relativ zu einem Träger, der die Leiterplatte hält, erfolgen
kann. Insbesondere wird erfindungsgemäß unter einer Integration der
Mittel zur Ermittlung eines Lagenversatzes in die Bohrvorrichtung
verstanden, daß die
Bohrmittel und die Mittel zur Ermittlung des Lagenversatzes in unmittelbar
räumlicher
Nähe zueinander
angeordnet sind.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, daß die Bohrmittel und
die Mittel zur Ermittlung eines Lagenversatzes an einem gemeinsamen
Grundkörper,
insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse der Vorrichtung aufgenommen
sind. Diese Ausführung
ist besonders kompakt und raumsparend.
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Eine
außerordentlich
vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht einen Träger für die Leiterplatte
vor, wobei der Träger
die Leiterplatte beim Bohren der Kontaktierungsbohrungen im wesentlichen
positionsveränderungsfrei
bezogen auf die Position der Leiterplatte bei der Ermittlung des Lagenversatzes
hält. Bei
dieser Ausführungsform nimmt
die Leiterplatte relativ zu dem Träger sowohl bei der Ermittlung
des Lagenversatzes als auch beim Bohren der Kontaktierungs bohrungen
im wesentlichen dieselbe Position ein. Auf diese Weise sind Fehlausrichtungen
der Kontaktierungsbohrungen, die sich aus einer Lageveränderung
der Leiterplatte relativ zu dem Träger ergeben könnten, zuverlässig vermieden.
Insbesondere kann die Leiterplatte während der Ermittlung des Lagenversatzes
und während
des Bohrens der Kontaktierungsbohrungen durch Fixierungsmittel an
dem Träger
fixiert sein. Die Fixierung der Leiterplatte an dem Träger kann
auf beliebige geeignete Weise erfolgen, beispielsweise durch mechanisches
Einspannen oder durch Festsaugen der Leiterplatte an dem Träger über eine Saugvorrichtung.
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Unter
einem Träger
wird erfindungsgemäß dasjenige
Bauteil verstanden, das die Leiterplatte unmittelbar hält, unabhängig von
dem mechanischen Aufbau des Trägers.
Der Träger
kann beispielsweise rahmenartig oder als Tisch, auf dem die Leiterplatte flach
aufliegt, ausgebildet sein.
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Eine
Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, daß der Träger derart
ausgebildet ist, daß die
Leiterplatte erst nach dem Bohren der Kontaktierungsbohrungen für eine Entnahme
aus der Vorrichtung freigebbar ist. Bei dieser Ausführungsform
können
beispielsweise die Steuermittel mit Fixierungsmitteln, die die Leiterplatte
an dem Träger
fixieren, in Steuerungsverbindung stehen, und die Fixierungsmittel
nach dem Bohren der Kontaktierungsbohrungen so ansteuern, daß die Leiterplatte für eine Entnahme
freigegeben wird.
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Eine
andere außerordentlich
vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, daß die Bohrmittel
wenigstens einen Laser zum Bilden der Kontaktierungsbohrungen aufweisen.
Bei dieser Ausführungsform
können
die Bohrungen aufgrund des Verzichts auf ein spanendes Werkzeug
mit besonders hoher Geschwindig keit und besonders hoher Präzision gebohrt
werden.
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Eine
andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht Positionierungsmittel
zur Positionierung der Leiterplatte relativ zu den Bohrmitteln und/oder
den Mitteln zur Ermittlung des Lagenversatzes vor. Durch entsprechende
Ansteuerung der Positionierungsmittel durch die Steuermittel ist
die Leiterplatte jeweils in eine gewünschte Position relativ zu den
Bohrmitteln bzw. den Mitteln zur Ermittlung des Lagenversatzes bringbar,
so daß die
Bohrmittel und die Mittel zur Ermittlung des Lagenversatzes ortsfest an
einem Grundkörper
der Vorrichtung angeordnet sein können. Auf diese Weise ist der
mechanische Aufbau der Vorrichtung vereinfacht. Die Positionierungsmittel
können
beispielsweise durch einen Präzisions-X-Y-Tisch
gebildet sein, der den Träger
für die Leiterplatte
aufweist oder bildet.
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Eine
Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, daß die Leiterplatte
durch die Positionierungsmittel wenigstens in einer zu der Leiterplattenebene
parallelen Ebene relativ zu den Bohrmitteln und/oder den Mitteln
zur Ermittlung des Lagenversatzes positionierbar ist. Falls entsprechend
den jeweiligen Anforderungen gewünscht, kann
die Leiterplatte jedoch auch in einer zur Leiterplattenebene senkrechten
Richtung relativ zu den Bohrmitteln und/oder den Mitteln zur Ermittlung
des Lagenversatzes positionierbar sein.
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Grundsätzlich kann
die Ermittlung des Lagenversatzes mittels eines beliebigen geeigneten Verfahrens
erfolgen. Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre
sieht vor, daß die
Mittel zur Ermittlung des Lagenversatzes den Lagenversatz mittels
eines bildgebenden Verfahrens ermitteln.
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Eine
besonders vorteilhafte Weiterbildung der er findungsgemäßen Lehre
sieht vor, daß die
Mittel zur Ermittlung des Lagenversatzes wenigstens eine Röntgen-Meßeinrichtung
zur Messung des Lagenversatzes aufweisen. Derartige Röntgen-Meßeinrichtungen
ermöglichen
eine Vermessung der Leiterplatte und damit eine Messung des Lagenversatzes mit
hoher Genauigkeit.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, daß die Röntgen-Meßeinrichtung
wenigstens eine Mikrofocus-Röntgenröhre aufweist.
Bei dieser Ausführungsform
kann die Messung des Lagenversatzes mit besonders hoher Genauigkeit
erfolgen. Die Röntgen-Meßeinrichtung
kann insbesondere als Röntgen-Mikroskop ausgebildet
sein.
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Eine
andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, daß die Steuermittel
derart programmiert sind, daß die
Ansteuerung der Bohrmittel nur dann erfolgt, wenn der ermittelte
Lagenversatz der Schichten relativ zueinander einen vorgegebenen
Wert überschreitet.
Bei dieser Ausführungsform
werden die Kontaktierungsbohrungen nur dann gebohrt, wenn anhand
des ermittelten Lagenversatzes festgestellt wird, daß mittels
der Kontaktierungsbohrungen die gewünschte elektrisch leitende
Verbindung zwischen den Schichten der Leiterplatte erzielbar ist.
Wird demgegenüber
festgestellt, daß der Lagenversatz
einen vorgegebenen Wert unterschreitet, aufgrund dessen eine gewünschte elektrisch
leitende Kontaktierung der Schichten mittels der Kontaktierungsbohrungen
nicht möglich
ist, so kann die Leiterplatte verworfen werden. Auf diese Weise
ist eine zeit- und kostenaufwendige Weiterbearbeitung von solchen
Leiterplatten vermieden, die aufgrund eines außerhalb vorgegebener Toleranzen
liegenden Lagenversatzes nicht funktionsfähig sein können und dementsprechend verworfen
werden müssen.
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Entsprechend
den jeweiligen Anforderungen können
die Mittel zur Ermittlung eines Lagenversatzes den Lagenversatz
anhand der Kontaktierungsflächen
der Schichten der Leiterplatte und/oder anhand von in oder auf den
Schichten der Leiterplatte angeordneten Markierungen ermitteln.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren wird
die Leiterplatte von einem Träger
beim Bohren der Kontaktierungsbohrungen relativ zu dem Träger im wesentlichen
positionsänderungsfrei
bezogen auf die Position der Leiterplatte bei der Ermittlung des Lagenversatzes
gehalten. Auf diese Weise können die
Kontaktierungsbohrungen erfindungsgemäß mit hoher Genauigkeit gebohrt
werden, ohne daß diese Genauigkeit
durch Positionsänderungen
der Leiterplatte relativ zu dem Träger, die beim Stand der Technik
dadurch auftreten, daß die
Leiterplatte von einem Träger
einer Vorrichtung zur Ermittlung eines Lagenversatzes abgenommen
und auf einen Träger
einer separaten Bohrvorrichtung aufgesetzt wird, beeinträchtigt ist.
Wesentlich ist in diesem Zusammenhang die Freiheit von Positionsänderungen
der Leiterplatte relativ zu dem Träger in einer zur Leiterplattenebene parallelen
Ebene.
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Vorteilhafte
und zweckmäßige Weiterbildungen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind in den Ansprüchen
16 bis 19 angegeben.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten stark schematisierten
Zeichnung näher erläutert, die
ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung
zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
darstellt. Dabei bilden alle beschriebenen oder in der Zeichnung
dargestellten Merkmale für
sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung,
unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung
sowie unabhängig von
ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in
der Zeichnung.
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Es
zeigt:
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1 in
perspektivischer, stark schematisierter Darstellung die Schichten
einer Mehrschicht-Leiterplatte vor dem Verbinden der Schichten miteinander,
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2 einen
Vertikalschnitt durch die Leiterplatte gemäß 1, wobei
aus Darstellungsgründen lediglich
zwei Schichten gezeigt sind und wobei eine Kontaktierungsbohrung
gezeigt ist, deren Innenwandung mit einem elektrisch leitfähigen Material
versehen ist,
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3 eine
Ansicht von oben auf die Leiterplatte gemäß 2 bei einem
ersten Lagenversatz der Schichten der Leiterplatte zueinander,
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4 in
gleicher Darstellung wie 3 die Leiterplatte gemäß 2 bei
einem zweiten Lagenversatz der Schichten zueinander,
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5 in
gleicher Darstellung wie 3 die Leiterplatte gemäß 2 bei
einem dritten Lagenversatz der Schichten zueinander und
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6 eine
schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung
zur Durchführung
eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
wobei Komponenten der Bohrvorrichtung teilweise nach Art eines Blockschalt bildes
dargestellt sind.
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In
den Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. sich entsprechende Bauteile
mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist
stark schematisiert eine Mehrschicht-Leiterplatte 2 dargestellt,
die nachfolgend kurz als Leiterplatte bezeichnet wird. Die Leiterplatte 2 weist
einen schichtartigen Aufbau auf, wobei Schichten 4, 6, 8 der
Leiterplatte 2 jeweils durch eine einzelne Leiterplatte
gebildet sind. Die Schichten 4, 6, 8 der
Leiterplatte 2 sind fest miteinander verbunden, beispielsweise
durch Verpressen oder Verkleben. Aus Darstellungsgründen sind
die Schichten 4, 6, 8 in 1 im
nicht miteinander verbundenen Zustand gezeigt. Lediglich beispielshalber
besteht die Leiterplatte 2 gemäß 1 aus drei
Schichten. Die Zahl der Schichten ist jedoch in weiten Grenzen wählbar. Die
Leiterplatte 2 kann beispielsweise aus lediglich zwei Schichten
oder auch aus mehr als drei Schichten bestehen.
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Im
Fertigungszustand der Leiterplatte 2 weisen die Schichten 4, 6, 8 Leiterbahnen
auf, von denen in 1 eine Leiterbahn der Schicht 4 mit
den Bezugszeichen 10, eine Leiterbahn der Schicht 6 mit dem
Bezugszeichen 12 und eine Leiterbahn der Schicht 8 mit
dem Bezugszeichen 14 versehen ist. Die Leiterbahnen 10, 12, 14 bestehen
aus einem elektrisch leitfähigen
Material und sind mit Kontaktierungsflächen 16 bzw. 18 bzw. 20 aus
elektrisch leitfähigem
Material verbunden, die bei diesem Ausführungsbeispiel in der Draufsicht
im wesentlichen kreisförmig
ausgebildet sind. Die Kontaktierungsflächen 16, 18, 20 sind
durch eine Kontaktierungsbohrung miteinander verbindbar, die in 1 bei
dem Bezugszeichen 22 angedeutet ist.
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2 zeigt
einen Vertikalschnitt durch die Leiterplatte 2 gemäß 1.
Zum elektrisch leitenden Verbinden der Kontaktierungsflächen 16, 18, 20 wird die
Leiterplatte 2 so durchbohrt, daß die Kontaktierungsbohrung 22 im
Idealfall koaxial zu den Kontaktierungsflächen 16, 18, 20 verläuft. Nach
dem Bohren der Kontaktierungsbohrung 22 wird deren Innenwandung
mit einem elektrisch leitfähigen
Material, beispielsweise einem Lot, versehen, das in der gewünschten
Weise eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Kontaktierungsflächen 16, 18, 20 herstellt.
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3 zeigt
eine Draufsicht auf die Leiterplatte 2 gemäß 2.
Beim Verbinden der Schichten 4, 6, 8 miteinander
kann ein Lagenversatz der Schichten 4, 6, 8 relativ
zueinander auftreten, aufgrund dessen die Kontaktierungsflächen 16, 18, 20 dann
nicht mehr in der gewünschten
Weise senkrecht zur Leiterplattenebene exakt übereinanderliegen. Ein Lagenversatz
kann insbesonder durch eine Dehnung oder Schrumpfung wenigstens
einer der Schichten 4, 6, 8, durch eine
Verschiebung der Schichten 4, 6, 8 parallel
zur Leiterplattenebene relativ zueinander und/oder eine Verdrehung
der Schichten 4, 6, 8 relativ zueinander
um eine senkrecht zur Leiterplattenebene verlaufende Achse und/oder
durch eine Scherung auftreten. 3 stellt
eine Leiterplatte 2 dar, bei der ein solcher Lagenversatz
nicht aufgetreten ist, so daß die
Kontaktierungsflächen 16, 18, 20 senkrecht zur
Leiterplattenebene aufeinanderfolgend übereinanderliegen. Wie aus 3 ersichtlich
ist, sind die Kontaktierungsflächen 16, 18, 20 nach
dem Bilden der Kontaktierungsbohrung 22 im wesentlichen
ringförmig,
wobei in diesem Falle die Kontaktierungsbohrung 22 in der
gewünschten
Weise koaxial zu den Kontaktierungsflächen 16, 18, 20 verläuft. Die
ringförmigen
Kontakie rungsflächen 16, 18, 20 haben eine
radiale Breite D.
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4 stellt
eine Leiterplatte 2 dar, bei der ein Lagenversatz aufgetreten
ist, aufgrunddessen die Kontaktierungsbohrung 22 nicht
mehr zu sämtlichen Kontaktierungsflächen 16, 18, 20 koaxial
ist. Die Position der Kontaktierungsbohrung 22 wird hierbei
so gewählt,
daß sich
für sämtliche
Kontaktierungsflächen 16, 18, 20 eine
möglichst
große
verbleibende radiale Breite D ergibt. Unterschreitet die verbleibende
radiale Breite D der Kontaktierungsflächen 16, 18, 20 einen
vorbestimmten Wert, so kann die Leiterplatte 2 nicht weiterverwendet
werden und muß verworfen
werden.
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5 stellt
eine Leiterplatte 2 dar, bei der ein Lagenversatz aufgetreten
ist, der so groß ist,
daß auch
nach Optimierung der Position der Kontaktierungsbohrung 22 nicht
sichergestellt werden kann, daß sämtliche
Kontaktierungsflächen 16, 18, 20 ringförmig mit
einer vorgegebenen minimalen radialen Breite sind. Vielmehr sind
bei der in 5 dargestellten Leiterplatte
die Kontaktierungsflächen 16, 18 nach
dem Bohren der Kontaktierungsbohrung nicht mehr ringförmig, sondern
in Radialrichtung an ihrem äußeren Umfang
unterbrochen. Auch eine solche Leiterplatte kann nicht weiterverwendet
werden, sondern muß verworfen
werden.
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In 6 ist
ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung 24 zur
Durchführung
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Bohren der Kontaktierungsbohrungen 22 zum Verbinden der
Kontaktierungsfläche 16, 28 der
Schichten 4, 6, 8 der Leiterplatte 2 dargestellt.
Die Bohrvorrichtung 24 weist Bohrmittel zum Bohren der
Kontaktierungbohrungen 22 auf, die bei diesem Ausführungsbeispiel einen
Laser 26 aufweisen. Die Art und Weise des Bohrens mittels
Laserstrahlung ist dem Fachmann für sich genommen bekannt und
wird daher nicht näher
erläutert.
Der Laser 26 ist mit Steuermitteln 28 zur Erzeugung
von Steuersignalen zur Ansteuerung des Lasers 26 entsprechend
den jeweils zu bohrenden Kontaktierungbohrungen 22 verbunden,
deren Funktion weiter unten näher
erläutert
wird.
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Die
erfindungsgemäße Bohrvorrichtung 24 weist
ferner in die Vorrichtung 24 integrierte Mittel zur Ermittlung
eines Lagenversatzes auf, die bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine Röntgen-Meßeinrichtung
gebildet sind, die bei diesem Ausführungsbeispiel als Röntgenmikroskop
ausgebildet ist und eine Mikrofocus-Röntgenröhre 32 aufweist.
Die Röntgenröhre 32 dient
zum Durchstrahlen der Leiterplatte 2, die auf einem Träger 34 angeordnet
ist. Auf der der Röntgenröhre 32 abgewandten
Seite des Trägers 34 ist
ein Röntgenbild-Detektor 36 angeordnet,
dessen Ausgangssignal den Steuermitteln 28 zuführbar ist. Die
Röntgenröhre 32 ist
durch die Steuermittel 28 ansteuerbar. Der Träger 34 ist
bei diesem Ausführungsbeispiel
mit Positionierungsmitteln zur Positionierung des Trägers 34 und
damit der Leiterplatte 2 relativ zu dem Laser 26 und
der Röntgenröhre 32 verbunden. Die
Positionierungsmittel können
beispielsweise durch einen Präzisisons-X-Y-Tisch
gebildet sein, mittels dessen der Träger 34 und damit die
Leiterplatte 2 präzise
und mit hoher Genauigkeit reproduzierbar relativ zu dem Laser 26 und
der Röntgenröhre 32 positionierbar
ist. Die Positionierungsmittel sind bei diesem Ausführungsbeispiel
derart ausgebildet, daß der Träger 34 in
die Zeichenebene hinein bzw. heraus und parallel zur Zeichenebene,
also in X- und Y-Richtung, positionierbar ist.
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Zur
bezogen auf die Position der Leiterplatte 2 bei der Ermittlung
des Lagenversatzes positionsänderungsfreien
Fixierung der Leiterplatte 2 an dem Träger 34 sind Fixierungsmittel
vorgesehen, die bei diesem Ausführungsbeispiel
eine Vakuum-Saugeinrichtung aufweisen, die in 6 bei
dem Bezugszeichen 38 angedeutet ist und durch in dem Träger 34 gebildete
Ausnehmungen 40 hindurch die Leiterplatte 2 ansaugt
und so an dem Träger 34 fixiert.
Die Vakuum-Saugeinrichtung kann durch die Steuermittel 28 beispielsweise
derart ansteuerbar sein, daß die Fixierung
der Leiterplatte 2 an dem Träger 34 erst dann gelöst wird,
wenn sämtliche
Kontaktierungsbohrungen 22 gebohrt worden sind.
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Erfindungsgemäß sind bei
diesem Ausführungsbeispiel
die Bohrmittel in Form des Lasers 26 und die Mittel zur
Ermittlung eines Lagenversatzes in Form der Röntgenröhre 32 und des Röntgenbild-Detektors 36 in
einem gemeinsamen Gehäuse 42 aufgenommen,
das die in seinem Inneren durch die Röntgenröhre 32 erzeugte Röntgenstrahlung
nach außen
hin abgeschirmt wird.
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Die
Funktionsweise der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung 24 ist
wie folgt.
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Zum
Bohren von Kontaktierungsbohrungen 22 in der Leiterplatte 2 wird
diese zunächst
auf den Träger 34 aufgebracht
und mittels der Vakuum-Saugeinrichtung 38 an dem Träger 34 fixiert.
Daran anschließend
steuert eine erste Steuereinheit 44 der Steuermittel 28 die
Positionierungsmittel so an, daß sich
der Träger 34 und
damit die Leiterplatte 2 relativ zu der Röntgenröhre 32 in
eine Position bewegt, in der ein etwaiger Lagenversatz der Schichten 4, 6, 8 der
Leiterplatte 2 relativ zueinander ermittelt werden kann.
Die Art und Weise der Ermittlung des Lagenversatzes ist für sich genommen
dem Fachmann allgemein bekannt und wird daher hier nicht näher erläutert.
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Die
durch Durchstrahlung der Leiterplatte 2 mittels der Röntgenröhre 32 erzeugten
Röntgenbilder
werden von dem Röntgenbild-Detektor 36 aufgenommen
und einer Auswerteeinheit 46 der Steuermittel 28 zugeführt, die
aus den aufgenommenen Röntgenbildern
einen etwaigen Lagenversatz der Schichten 4, 6, 8 der
Leiterplatte 2 relativ zueinander ermittelt. Die Ansteuerung
der Röntgenröhre 32 erfolgt
hierbei durch eine zweite Steuereinheit 48 der Steuermittel 28.
Nach Auswertung der aufgenommenen Röntgenbilder und Ermittlung
des Lagenversatzes wird zunächst
festgestellt, ob die Leiterplatte 2 weiterbearbeitet werden
kann, beispielsweise anhand einer Auswertung der beim Bilden der
Kontaktierungsbohrungen 22 zu erwartenden verbleibenden radialen
Breiten der Kontaktierungsflächen 16, 18, 20.
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Falls
die Leiterplatte 2 nicht weiterverarbeitet werden kann
und dementsprechend verworfen werden muß, wird ein entsprechendes
Signal erzeugt, aufgrunddessen ein Benutzer die Leiterplatte 2 aus der
Bohrvorrichtung 24 entnehmen kann.
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Falls
die Leiterplatte demgegenüber
weiterverarbeitet werden kann, erzeugt die erste Steuereinheit 44 der
Steuermittel Steuersignale zur Ansteuerung des Lasers 26 entsprechend
den jeweils zu bohrenden Kontaktierungsbohrungen und Steuersignale zur
Ansteuerung der Positionierungsmittel. Die Positionierungsmittel
positionieren den Träger 34 und
damit die Leiterplatte 2 daraufhin relativ zu dem Laser 26 so,
daß mittels
des Lasers 26 die gewünschten Kontaktierungsbohrungen
gebohrt werden können.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist
die Leiterplatte 2 sowohl während der Ermittlung des Lagenversatzes
als auch während
des Bohrens der Kontaktierungsbohrungen 22 positionsänderungsfrei
an dem Träger 34 fixiert,
so daß die
Kontaktierungsbohrungen 22 mit hoher Genauigkeit gebildet werden
können
und Ungenau igkeiten, die auf eine Positionsänderung der Leiterplatte 2 relativ
zu dem Träger 34 zurückzuführen sein
könnten,
zuverlässig vermieden
sind. Die Position des Trägers 34 relativ zu
dem Laser 26 ist hierbei durch die erste Steuereinheit 44 der
Steuermittel 28 mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit
durch Ansteuerung der Positionierungsmittel steuerbar.
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Dadurch,
daß die
Ermittlung eines Lagenversatzes und das Bohren der Kontaktierungsbohrungen
in ein und derselben Vorrichtung, nämlich der Bohrvorrichtung 24 erfolgen,
sind die Kontaktierungsbohrungen 22 mit hoher Genauigkeit
erzeugbar. Darüber
hinaus ist das Bohren von Kontaktierungsbohrungen an der Leiterplatte 2 besonders zeitsparend
und damit rationell durchführbar.
Rüstzeiten,
die bei Vorrichtungen gemäß dem Stand
der Technik im Zusammenhang mit dem Entnehmen der Leiterplatte 2 aus
einer Vorrichtung zur Ermittlung des Lagenversatzes und das Einlegen
der Leiterplatte in eine Bohrvorrichtung auftreten, sind vollständig vermieden.
Dies senkt die Personalkosten.