DE2247831C3 - Verfahren zur Bearbeitung von gedruckten Leiterplatten und/oder von Bearbeitungsvorlagen, z.B. von Druckvorlagen für solche Leiterplatten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Be- 4s arbeitung von gedruckten Leiterplatten und/oder von Bearbeitungsvorlagen, z. B. von Druckwerkzeugen für solche Leiterplatten, wobei sich der Ort der Bearbeitungsvorgänge an Kreuzungspunkten eines realen Rasterfeldes befindet, das mit einer gegebenen maximalen Toleranz von einem vorgegebenen Sollraster aufweicht.

In der Leiterplattenfertigung werden Bearbeitungsvorlagen, Druckvorlagen, Druckwerkzeuge u. dgl. verwendet, welche entsprechend der zu erstellenden gedruckten Leiterplatte die Bildelemente (Lötaugen, Freiätzungen od. dgl.) innerhalb einer Schaltungskonfiguration aufweisen. Beispielsweise verwendet man hierbei geklebte, handgezeichnete oder maschinengezeichnete Druckvorlagen, bei welchen sämtliche Bildelemente innerhalb eines vorbestimmten Rasterfeldes plaziert sind. Um einen hohen Genauigkeitsgrad in der Positionierung der Bildelemente auf der Druckvorlage zu erhalten, verwendet man bevorzugt numerisch gesteuerte Lichtzeichenmaschinen, die sehr genau arbeiten. Im Hinblick auf die Erstellung von Druckwerkzeugen, mittels deren sämtliche schaltschemagemäß vorgesehenen Bildelemente im fotografischen Verfahren auf eine lichtempfindliche Schicht einer Isolierstoffplatte (der späteren Leiterplatte) übertragen werden, sind an die Lagegenaurgkeit der Bildelemente auf der etwa maschinengezeichneten Druckvorlage sehr hohe Anforderungen zu stellen. Solche Toleranzforderungep sind notwendig, da im Fertigungsprozeß die mit den Bildelementen bedruckte Leiterplatte an den Kreuzungsstellen des Rasterfeldes gebohrt werden, wobei hierfür meist numerisch gesteuerte Bohrmaschinen, beispielsweise Mehrspindelbohrmaschinen verwendet werden. Gegenüber den Bohrspindeln dieser Bohrmaschine wird die Leitungsplatte um Rasterschritte verfahren und gebohrt Die Bohrungen sollen dabei weitgehend genau im Mittelpunkt etwa der Lötaugen zu liegen kommen. Entscheidend für die Lagegenauigkeit der erstellten Bohrungen ist dabei die mehr oder weniger große Übereinstimmung der Lage des Null- oder Bezugspunktes der nach einem vorbestimmten Programm arbeitenden Bohrmaschine innerhalb eines Koordina tensystems und damit der einzelnen Rasterschritte des Bohrtisches mit der Lage des Bezugspunktes im vorgegebenen Soll-Rasterfeld. Die relativ enge zulässige Abweichung der tatsächlichen Position der Bildelemenie in einem realen Rasterfeld von einem vorgegebenen Sollraster ergibt sich aus der Summe aus sämtlichen Toleranzen im Fertigungsgang, von der Erstellung der Druckvorlagen bis zum Bohren der Leiterplatten. Jeder Fertigungsschritt ist mit Toleranzen behaftet, die sich im ungünstigsten Falle addieren. Sehr enge Toleranzbereiche sind insbesondere zu fordern bei mehrlagigen gedruckten Leiterplatten, da hierbei eine genaue Fluchtung der Bildelemente in den verschiedenen Lagen Voraussetzung für deren Verwendbarkeit ist. Man ist hierbei bestrebt, die Abweichungen des realen Rasters von dem Sollraster möglichst klein und in engen, noch zulässigen Toleranzbereichen zu halten In der bisherigen Praxis werden die Abweichungen der realen Positionen der Bildelemente von dem Sollraster gemessen. Wird hierbei eine Toleranzüberschreitung festgestellt, muß die betreffende Druckvorlage, das Druckwerkzeug oder die noch zu bohrende Leiterplatte eliminiert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, durch ein geeignetes Verfahren die Auschußquotc bei der Bearbeitung von Leiterplatten, Druckvorlagen, Druckwerkzeugen u. dgl. unter Berücksichtigung der in einem Fertigungsprozeß unvermeidbaren Abweichungen eines realen Rasters von einem Sollraster erheblich zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in ersten Verfahrensschritten Vorzeichen und Betrag der gegenüber dem Sollraster vorhandenen Abweichungen des realen Rasters ermittelt werden und daß in weiteren Verfahrensschritten der Bezugspunkt der im Sollrastermaß erfolgenden Bearbeitungsvorgänge auf Grund der ermittelten Abweichungen in bezug auf wenigstens eine Koordinatenrichtung des Rasters so gewählt wird, daß die maximale Größe der tatsächlichen Abweichungen zwischen den Kreuzungspunkten des realen Rasters und denen des Sollrasters innerhalb einer Rasterpunktreihe möglichst klein ist.

In ersten Verfahrensschritten wird hierbei die Lagegenauigkeit der Kreuzungsstellen des realen Rasters gegenüber dem Sollraster für jeden Meßpunkt, beispielsweise jeder einzelnen Lage einer mehrlagigen Leiterplatte ermittelt. Diese Fehler oder Abweichungen, bedingt durch Materialfehler, durch Einflüsse beim fototechnischen Verfahren oder durch Maschinenein-

flüsse zeigen in den meisten Fällen eine bestimmte Tendenz. In der Auswirkung kann dies zu Toleranzüberschreitungen gegenüber dem Sollraster in einer Vorzugsrichtung führen. Ein solcher Trend ist feststellbar, wenn etwa vorzugsweise sämtliche Meßpunkte nach positiver oder negativer Richtung abweichen. Bei Mehrlagenschaltungen wird die Lage der entsprechenden Meßpunkte auf den Einzellagen zueinander untersucht Entsprechend dem festgestellten Trend kann nun, durch j«;eignete Wahl des Bezugspunktes die vorgegebene zulässige Toleranz aufgeteilt werden. Liegt beispielsweise der lineare Verzug der einzelnen MeB-punkte über eine getarnte Lage in positiver Richtung, so kann die gesamte zulässige Toleranz in positiver wie in negativer Richtung ausgenützt werden, indem der Bezugspunkt für sämtliche Bildpunkte in die Mitte gelegt wird, wobei die beiden äußeren Rasterpunkte des realen Rasters mit positiven Vorzeichen der Abweichung innerhalb der zulässigen Toleranz liegen. Es wird, mit anderen Worten, zunächst festgestellt, ob Abweichungen zwischen dem realen Raster, verwirklicht durch die vorhandenen Bildelemente auf der Druckvorlage, auf dem Druckwerkzeug oder auf der Leiterplatte unc dem Sollraster vorhanden sind und welches Vorzeichen und welchen Betrag diese Abweichungen besitzen. Solche Abweichungen, die z. B. durch Addition der einzelnen Abweichungen einer Rasterpunktreihe außerhalb des vorgegebenen zulässigen Toleranzbereiches liegen und die bisher zur Eliminierung der Druckvorlage od. dgl. führen mußten, können dadurch kornpensiert werden, daß der Bezugspunkt, etwa die Nullstellung einer Bohrmaschine oder die Paßbuchsen eines Druckwerkzeuges gegenüber seiner Soll-Lage verschoben wird, derart, daß die maximale Größe der tatsächlichen Abweichungen des realen Rasters gegenüber dem Sollraster möglichst klein sind und innerhalb des zulässigen Toleranzbereiches liegen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet sich die Möglichkeit, die bei bisherigen Verfahren zulässigen Toleranzen für Lageabweichungen von Bildelementen etwa bis zum Faktor »zwei« zu erweitern. Es ist augenfällig, daß durch eine solche flexible Toleranzaufteilung gemäß der Ermdung der Ausschuß an Druckvorlagen, Druckwerkzeugen oder aber Leiterplatten auf eii Minimum herabgesetzt werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Festlegung des genannten Bezugspunktes durch entsprechende an den Druckwerkzeugen der Leiterplatten angebrachte Passungen. Diese Passungen, die z. B. durch in Isolierwerkstoff eingedrückte oder so eingeformte Paßbuchsen realisiert werden können, sind insbesondere bei der Herstellung von mehrlagigen Leiterplatten erforderlich. Sie bestimmten die Stellung der einzelnen Lagen der Leiterplatte zueinander. Wie eingangs schon erwähnt, muß gerade bei einer solchen Mehrlagenbauweise ein sehr enger Toleranzbereich hingenommen werden. Gemäß dem Verfahren kann eine Kompensation der Abweichungen der einzelnen Bildelemente-Muster der einzelnen Lagen erfolgen durch die Festlegung des Bezugspunktes an Hand der realen, vom Sollraster abweichenden Rasterverhältnisse.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gegeben, daß der optimale Bezugspunkt des Bearbeitungsvorganges einzeln für jede Rasterpunktreihe oder für eine Gruppe von Rasterpunktreihen einer ersten Koordinatenrichtung ermittelt wird und daß bei der Verschiebung der Bearbeitungsvorrichtung in der zweiten Koordinatenrichtung eine der unterschiedlichen Lage der Bezugspunkte in den einzelnen Rasterpunktreihen oder Gruppen der ersten Koordinatenrichtung entsprechende Lagekorrektur der Bearbeitungüvorrichtung erfolgt Diese Verfahrensweise kann insbesondere beim Bohren der etwa im vollständigen Raster von Leiterplatten vorgesehenen Durchtrittslöcher angewendet werden. Die durch Messung über Trend und tatsächliche Abweichung ermittelten Korrekturen des Bezugspunktes in Abhängigkeit von der jeweiligen Lage der Bildelemente ergeben eine Kurve, gemäß welcher z. B. der Bohrmaschinen-Nullpunkt korrigiert werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Rasterschemas nachstehend beschrieben.

Das Rasterschema zeigt einzelne Rasterpunktreihen Al bis Ä5 einer Koordinatenrichtung (z. B. x-Koordinate) eines zv^idimensionalen Rasterfeldes. Jede Reihe Ri bis Ä5 enthält fünf Rasterpunkte 51 bis 55. Die Rasterpunktreihe Ri stellt ein vorgegebenes Sollraster dar, wobei die einzelnen Kreuzungspunkte Ri 51. Ri S2 — Ri S5 voneinander gleichen Abstand haben.

Es wird unterstellt, daß die Rasterpunktreihen Rl, R3 und A4 ein reales Rasterfeld bilden mit den Kreuzungspunkten R2Si ... bis A455. Auf diesen Kreuzungspunkten sollen etwa die verschiedenen Bildelemente einer gedruckten Schaltung, wie Lötaugen, Freiätzungen, Leiterbahnen od. dgl. liegen, wobei angenommen werden kann, daß diese Bildelemente auf einer Isolierstoffplatte im Druckverfahren aufgebracht sind und daß an einigen oder an allen Kreuzungsstellen Durchtrittsöffnungen gebohrt werden sollen. Das Rasterschema zeigt, daß das reale Raster in den Rasterpunktreihen R2 bis A4 unterschiedlich stark von dem Sollraster Ri abweichen. Bei R2 liegt ein linear ansteigender Verzug der einzelnen Kreuzungsstellen in positiver Richtung vor, während bei R3 ein linear ansteigender Verzug in negativer Richtung festzustellen ist. Bei den Rasterpunktreihen Rl und RZ liegen die durch Addition der Einzelabweichungen erhaltenden Gesamtabweichungen a noch innerhalb eines zulässigen Toleranzbereiches, der gleich oder größer ist als a + d. Demgegenüber ist bei der Rasterpunktreihe R\ bereits an der Kreuzungsstelle A4 53 eine Abweichung mit dem Betrag a und mit positivem Vorzeichen festzustellen, welche bereits an der Grenze des zulässigen Toleranzbereiches liegt Die Kreuzungsstellen RA 54 und RA 55 liegen außerhalb des zulässigen Toleranzbereiches, dessen Bezugspunkt die Kreuzungsstelle RA Si ist. Wenn man beispeilsweise annimmt, daß sich an den Kreuzungsstellen RA 54 und A4 55 Lötungen einer gedruckten Schaltung befinden, so werden beim Bohren mittels einer z. B. numerisch gesteuerten Bohrmaschine, deren Bohrspindeln auf Mikrometergenauigkeit in bezug auf einen Maschinen-Nullpunkt eingestellt sind und die gemäß dem Sollraster Ri schrittweise Vorschubbewegungen ausführt, an Stellen außerhalb der Lötaugenkonturen die Bohrungen gesetzt Die Leiterplatte ist damit unbrauchbar.

In der Rasterpunktreihe R5 sind bezüglich der Lage der einzelnen Kreuzungspunkte R5 55 eines realen Rasterfeldes wiederum absolute Abweichungen gegenüber dem Sollraster Ri festzustellen, die den Abweichungen der Rasterpunktreihe RA entsprechen. Gemäß dem erörterten Verfahren wird die Lagegenauigkeit dieses realen Rasters gegenüber dem Sollraster Ri durch Messung ermittelt Es wird geprüft, ob die Meß-

inkte einer Leiterplatte oder der Einzellagen einer lehrlagenschaltung vorzugsweise nach positiver oder lach negativer Richtung abweichen. Bei Mehrlagenschaltungen wird die Lage der einander entsprechenden Meßpunkte auf den Einzellagen zueinander untersucht Entsprechend dem ermittelten Trend der Abweichungen kann nun, durch geeignete Wahl des Bezugspunktes die zulässige Toleranz aufgeteilt werden. Hat beispielsweise der lineare Verzug (Abweichung) über die gesamte Rasterpunktreihe oder über das gesamte Rasterfeld eine positive Tendenz, so kann der gesamte zulässige Toleranzbereich in positiver und in negativer Richtung ausgenützt werden, indem der Bezugspunkt RS S3, wie an Hand der Rasterpunktreihe Λ5 verdeutlicht, für sämtliche Bildelemente (Kreuzungsstellen) dieser Rasterpunktreihe bzw. des Rasterfeldes in die Mitte gelegt wird, von welchem Bezugspunkt KS 53 die beiden äußeren Kreuzungspunkte in positiver Richtung abweichen, und zwar mit dem Teilungsvielfach c als auch mit der einfachen Teilung b korrekt innerhalb des zulässigen, vorgegebenen Toleranzbereiches.

Bei der Bearbeitung von mit Bildelementen verschiedener Art bedruckten oder geätzten Leiterplatten mittels einer Bohrmaschine liegen entsprechend den ermittelten Abweichungen in den einzelnen Rasterpunkireihen z. B. RA, R5 die aus dem Meßverfahren generierten Bezugspunkte beispeilsweise auf einer Kurve. Nach dem Bohren in einer ersten Koordinatenrichtung (z. B. x-Richtung) entsprechend dem speziell bei dieser Rasterpunktreihe ermittelten Bezugspunkt bzw. dem danach bestimmten Maschinen-Nullpunkt wird beim Verschieben der Bohrspindel in der zweiten Koordinatenrichtung (y-Richtung) entsprechend dem Kurvenverlauf bzw. der Lage des Bezugspunktes der zweiten Rasterpunktreihe eine Lagekorrektur des Maschinen-Nullpunktes und damit eine Lagekorrektur der Bearbeitungsvorrichtung vorgenommen.

Entsprechendes gilt bei der Erstellung von Druckwerkzeugen. Derartige Druckwerkzeuge, auch Masterplatten bezeichnet, bestehen beispielsweise aus Glasplatten, auf denen mit den unvermeidlichen Abweichungen vom Sollraster die gewünschten Bildelemente-Muster in einem realen Rasterfeld etwa in einem fototechnischen Verfahren aufgebracht sind. Durch ein weiteres fototechnisches Verfahren wird das Bildelemente-Muster des jeweiligen Druckwerkzeuges auf die mit einer lichtempfindlichen Schicht belegte Leiterplatte übertragen. Insbesondere bei der Erstellung von mehrlagigen Leiterplatten müssen, um eine lagemäßige Übereinstimmung der einander entsprechenden Bildelemente auf den einzelnen, zusammengestellten Lagen zu erhalten, die PaÜbuchsen in den unterschiedlichen Druckwerkzeugen für die einzelnen Lagen so positioniert werden, daß die Abweichungen der realen Rasterfelder kompensiert werden können. Die Paßbuchsen bilden hierbei die der Kreuzungsstelle R5 S3 gemäO dem Rasterschema entsprechenden Bezugspunkte.

Die Abweichungen der Bildelemente und ihr Trenc sowie ein Vergleich dieser Abweichungen innerhalt einer z. B. mehrlagigen Leiterplatte kann durch Daten Verarbeitungsanlagen unter Benützung entsprechende Untersuchungsprogramme in einfacher Weise durchge führt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche: "~

1. Verfahren zur Bearbeitung von gedruckten Leiterplatten und/oder von Bearbeitungsvorlagen z. B. von Druckwerkzeuger. für solche Leiterplatten, wobei sich der Ort der Bearbeitungsvorgänge an Kreuzungspunkten eines realen Rasterfeldes befindet, das mit einer gegebenen maximalen Toleranz von einem vorgegebenen Sollraster abweicht, dadurch gekennzeichnet, daß in ersten Verfahrensschritten Vorzeichen und Betrag der gegenüber dem-SoIlpaster vorhandenen Abweichungen (a) des realen Rasters ermittelt werden und daß in weiteren Verfahrensschritten der Bezugspunkt (Ä5 53) der im Sollrastermaß erfolgenden Bearbeitungsvorgänge auf Grund der ermittelten Abweichungen in bezug auf wenigstens eine Koordinatenrichtung des Rasters so gewählt wird, daß die maximale Größe der tatsächlichen Abweichungen zwisehen den Kreuzungspunkten (z. B. Ä5 51) des realen Rasters und denen des Sollrasters (/71) innerhalb einer Rasterpunktreihe (RS) möglichst klein ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Festlegung des genannten Bezugspunktes durch entsprechende an den Druckwerkzeugen der Leiterplatten angebrachte Passungen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optimale Bezugspunkt jo (z. B. R5 53) des Bearbeitungsvorganges einzeln für jede Rasterpunktreihe (Ä5) oder für eine Gruppe von Rasterpunktreihen einer ersten Koordinatenrichtung ermittelt wird und daß bei der Verschiebung der Bearbeitungsvorrichtung in der zweiten Koordinatenrichtung eine der unterschiedlichen Lage der Bezugspunkte in den einzelnen Rasterpunktreihen oder Gruppen der ersten Koordinatenrichtung entsprechende Lagekorrektur der Bearbeitungsvorrichtung erfolgt.