JP2008229789A - 凹部形成方法、凹部形成装置、及び凹部形成用材料 - Google Patents

凹部形成方法、凹部形成装置、及び凹部形成用材料 Download PDF

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Abstract

【課題】高精度の深さを持つ凹部を、短い加工時間で形成することが可能な凹部形成方法、凹部形成装置、及び凹部形成用材料を提供する。
【解決手段】凹部を形成する対象の材料に、その材料の物理的特性とは異なる第1の物理的特性を備えた、凹部と同じ平面形状のシートを内蔵する。そして、切削工具を用いて、材料の第1の面から深さ方向に材料を切削する。このとき、検出装置を用いて、切削箇所の最深部の物理的特性を検出し、それが第1の物理的特性に等しいとき、深さ方向への切削を終了する。また、第1の面に実質的に並行な水平方向にも材料を切削して溝を形成し、第1の面を平面形状と同形状の第1の領域とその他の領域である第2の領域とに区分する。そして最後に、第1の領域内であってシートと第1の面との間の材料を剥離する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、凹部の形成方法に関し、特に剥離可能なシートを用いた凹部形成方法に関する。
従来、種々の装置で用いる材料に、凹部を形成するための凹部形成するための加工(以降、「凹部形成加工」という。)を施すことが行われている。凹部形成加工は、「座ぐり加工」とも呼ばれている。
例えば、電子機器に用いられるプリント配線板に凹部形成加工が施されることがある。電子機器に用いるプリント配線板は、装置の高機能化に伴い、高多層化、高板厚化が進んでいる。多数のプリント配線板からなる電子機器にはブックシェルフ型の筐体が用いられることがある。「ブックシェルフ型」の筐体とは、「書棚」に書物を収納するような形態でプリント配線板等のボードを収納する筐体であり、複数段のボード収納用棚があり、各棚にボードを平行に並べて収納可能とした筺体である。このようなブックシェルフ型の筐体には、プリント配線板支持用のガイドレールがある。このガイドレールの幅を越えた板厚のプリント配線板を挿入するためには、ガイドレートに支持されるプリント配線板の端部を削って薄くする必要がある。
また、半導体パッケージ用のプリント配線板では、放熱性等の向上のためにチップを埋め込むキャビティと呼ばれる凹部を形成する凹部形成加工が必要である。
このように昨今プリント配線板等、種々の材料の凹部形成加工の需要は高くなっているが、凹部形成加工には時間がかかりコスト高となるのが難点である。
図12は従来の凹部形成方法を示す斜視図である。このように、螺旋状の切り刃を持つ切削工具(エンドミル)1201、1202を回転させながら移動させることにより、材料1203の端部1204を薄くしたり、扇形形状等、所定の形状の凹部1205を設けたりする方法がある。このような切削方法を「ルータ加工」という。
あるいは、剥離製シートを用いて基板にキャビティを形成する方法もある。この方法では、まずキャビティと同じ平面形状の剥離製シートを基板の内層に形成するか、あるいは積層することにより基板内に埋め込む。次に、そのシートの周囲に沿って、切削工具を用いて基板の表面からシートまでの深さの溝を形成する。そして最後に、シートと共に基板の上層を剥離し、凹部を形成するというものである。(例えば、特許文献1、2参照。)。
特許文献1及び2の方法は剥離シートを利用して凹部の材料を除去するので、加工の時間が短縮できる。特に、凹部を形成する部分の面積が大きいほど時間の短縮効果が高い。加工時間短縮によりコスト削減効果も得られる。また、シートが埋め込まれた深さで一様に凹部が形成できるので、深さ方向の加工精度が高い。特に内層を露出させる場合には効果が高い。
特開平10−22645号公報 (第2−3頁、第1図、第3図) 特開2001−358247号公報 (第4−5頁、第1−3図)
ところが、従来の凹部形成加工方法には以下のような課題がある。まず、図12の方法では、切削工具1201、1202を用いるプリント配線板の凹部形成加工は、凹部を全て切削によって除去している。そのため、ルータービット(小型のエンドミル)等の切削工具1201、1202を用いて段階的に切削加工する必要があり、加工に長時間を要する。また、プリント配線板の反りの影響により深さ方向の加工精度にばらつきが発生してしまうという問題もある。
特許文献1及び2の方法は、形成する溝の深さを剥離シートの深さと正確に一致させる必要があるので、切削工具の深さ方向の位置制御が困難である。剥離シートが薄いときにはより困難である。また、シートが内蔵されている深さが精度不足等により一定でない場合には、シート位置よりも深い溝を形成してしまう可能性もある。
(発明の目的)
本発明は上記のような技術的課題に鑑みて行われたもので、高精度の深さを持つ凹部を、短い加工時間で形成することが可能な凹部形成方法、凹部形成装置、及び凹部形成用材料を提供することを目的とする。
本発明の凹部加工方法は、凹部と同じ平面形状であって第1の物理的特性を備えるシートを内蔵し、第1の物理的特性とは異なる第2の物理的特性を備える材料への凹部形成方法であって、所定の切削工具を用いて、材料の第1の面から第1の面と対向する第2の面への方向である深さ方向に材料を切削する工程と、所定の検出装置を用いて、切削箇所の最深部の物理的特性である第3の物理的特性を検出する工程と、第3の物理的特性が第1の物理的特性に等しいとき、深さ方向への切削を終了する工程と、深さ方向及び第1の面に実質的に並行な水平方向に材料を切削して溝を形成し、第1の面を平面形状と同形状の第1の領域とその他の領域である第2の領域とに区分する工程と、第1の領域内であってシートと第1の面との間の材料を剥離する工程を備えることを特徴とする。
そして、材料は、第1の層及び1の層よりも第1の面から見て下層である第2の層を含む複数の層からなり、シートを第1の層と第2の層との間に内蔵し、第1の領域内であって第1の面から見て第2の層よりも上層の材料を、シートから剥離する工程を備えてもよい。
凹部形成装置として、凹部と同じ平面形状であって第1の物理的特性を備えるシートを内蔵し、第1の物理的特性とは異なる第2の物理的特性を備える材料へ凹部を形成するための切削装置であって、材料の第1の面から第1の面と対向する第2の面への方向である深さ方向に材料を切削する切削部と、切削箇所の最深部の物理的特性である第3の物理的特性を検出する検出部と、第3の物理的特性が第1の物理的特性に等しいとき、深さ方向への切削を終了させ、深さ方向及び第1の面に実質的に並行な水平方向に材料を切削して溝を形成し、第1の面を平面形状と同形状の第1の領域とその他の領域である第2の領域とに区分する制御部と、
第1の領域内であってシートと第1の面との間の材料を剥離する剥離部を備えてもよい。
材料は、第1の層及び1の層よりも第1の面から見て下層である第2の層を含む複数の層からなり、シートを第1の層と第2の層との間に内蔵し、剥離部は、第1の領域内であって第1の面から見て第2の層よりも上層の材料を、シートから剥離してもよい。
また、凹部形成用材料として、凹部と同じ平面形状であって第1の物理的特性を備えるシートを内蔵し、第1の物理的特性とは異なる第2の物理的特性を備え、所定の切削工具を用いて、材料の第1の面から第1の面と対向する第2の面への方向である深さ方向に切削し、所定の検出装置を用いて、切削箇所の最深部の物理的特性である第3の物理的特性を検出し、第3の物理的特性が第1の物理的特性に等しいとき、深さ方向への切削を終了し、深さ方向及び第1の面に実質的に並行な水平方向に切削して溝を形成し、第1の面を平面形状と同形状の第1の領域とその他の領域である第2の領域とに区分し、第1の領域内であってシートと第1の面との間を剥離することにより凹部が形成される材料を作成してもよい。
このとき、凹部形成用材料は、第1の層及び第2の層を含む複数の層からなり、シートを第1の層と第2の層との間に内蔵し、第1の領域内の凹部形成用材料を、シートから剥離させることにより除去することにより凹部が形成されるようにしてもよい。 上記の物理的特性は、材料の導電率であっても、材料の弾性率であってもよい。シートは、表面に第1の物理的特性を備える塗料を塗布したものであってもよい。
本発明の凹部形成方法は、材料に内蔵したシートとそのシートと同形状の溝を用いて凹部形成部分を剥離し、凹部を形成する。このとき、溝の底部の物理的特性を検出することによって、溝の深さを制御する。
そのため、本発明の凹部形成方法は、シートの深さに等しい溝を容易に形成することができる。また、本発明の凹部形成方法は、シートが薄い場合や、シートが内蔵されている深さが一定でない場合にも正確にシートと同じ深さの溝を形成することができる。
従って、発明の凹部形成方法は、高精度の深さを持つ凹部を、短い加工時間で形成することができるという効果がある。
次に、本発明の最良の実施の形態の凹部形成方法について、図面を参照して詳細に説明する。図1は最良の実施の形態を示す側面図である。図2は最良の実施の形態に使用する剥離シートの斜視図である。図3は剥離シートを貼付したプリント配線板のコア材の斜視図である。図4は剥離シートを貼付したコア材と他の層との積層を示す斜視図である。図5は剥離シートを貼付した層を内蔵した多層プリント配線板の斜視図である。図6は、切削工具を用いて溝を形成したプリント配線板の上面図及び側面図である。図7は、Vカット加工、ルータ加工による溝の形成方法を示す斜視図である。図8は、凹部を除去したプリント配線板の斜視図である。
まず始めに、本発明の凹部形成加工に使用する剥離シートについて説明する。剥離シートの材料は、プリント配線板の材料(エポキシ等)とは融着しない材料とし、積層プレス時の熱と圧力に耐えられるものを使用する。材料の例としては、テフロン(登録商標)などがある。また、プリント配線板の積層プレス中に位置がずれないようにするために、剥離シートの片面は接着シールとしてもよい。
次に、本発明の凹部形成加工の手順について説明する。始めに、凹部と同形状のテープ状の剥離シート201、又は凹部と同形状にカットした剥離シート202を準備する。図2は、剥離シート201、202の例である。次に、プリント配線板の内層となるコア材301に、剥離シート201、202を図3のように貼付する。
そして、通常の多層のプリント配線板の製造と同様に、コア材301と、その他の内層材料(コア材、プリプレグ等)401、402、403、404、405、406を図4のように重ね合わせる。その後、積層プレスし、外層の回路形成、レジスト形成等の通常の多層基板と同様の製造工程を経ると、図5のように、凹部形成加工前のプリント配線板101が完成する。プリント配線板101内には剥離シート201、202が内蔵されている。
剥離シート201、202を内蔵したプリント配線板101に対して、図6のように、剥離シート201、202の深さまでVカット加工又はルータ加工にて溝601、602を形成する。図6(a)はプリント配線板101の上面図、図6(b)はプリント配線板101の側面図である。
図7に、Vカット加工、ルータ加工を用いた、溝601、602の形成方法を示す。「Vカット加工」とは、周囲に刃を備えた円形のカッター701を回転させ、V字形の溝601を形成する加工方法である。「ルータ加工」とは、螺旋状の切り刃を持つエンドミル702を回転させながら移動させることにより、溝602を設ける加工方法である。
そして最後に、図8のように、凹部801、802を剥離し、除去することで、凹部形成加工が完了する。
ここで、本発明の特徴である、溝601、602の形成方法について説明する。本実施の形態では、剥離シート201、202の電気抵抗を測定し、溝601、602の深さを制御する。そのために、剥離シート201、202の溝が形成される側の表面の電気抵抗を、プリント配線板の材質よりも低くしておく。例えば、剥離シート201、202が絶縁性であるならば、剥離シート201、202の溝が形成される側の表面に導電性塗料を塗布すればよい。あるいは、通常、プリント配線板の材料には絶縁物が用いられるので、剥離シート201、202そのものを、導電性材料を用いて作成してもよい。
そして、図1のように、プリント配線板101に内蔵された剥離シート201、202と切削工具102との間の電気抵抗を、テスタ103を用いて測定する。図1(a)は、切削工具102が剥離シート201、202に接触していない状態を示す。そして、図1(b)のように、電気抵抗が有限の値になったことを確認することにより、切削工具102が剥離シート201、202に接触したことを検知する。これにより、正確に剥離シートの深さに等しい溝が形成できる。なお、切削工具102は、図7のカッター701、又はエンドミル702のいずれであってもよい。
切削工具102が導体でない場合は、導体製の接触棒(図示しない)を切削工具の近傍に備え、接触棒と剥離シート間の電気抵抗を測定すればよい。
また、図1では、剥離シート201、202はプリント配線板101の外部にまで引き出されている。プリント配線板101の周囲に接しない凹部を形成する場合のように、剥離シートをプリント配線板の周囲に引き出せない場合は、切削工具の近傍に接触棒を2本備え、2本の接触棒間の電気抵抗を測定すればよい。
なお、本実施形態では、凹部を形成する加工対象の材料がプリント配線板であるので、加工対象の材料は複数の層から構成されている。しかし、加工対象の材料が複数の層から構成されていることは必須の条件ではない。例えば、シートと樹脂を一体成型することによりシートを内蔵した材料にも本発明は同様に適用することができる。
(最良の実施の形態の効果)
以上のように、本発明の凹部形成方法は、プリント配線板の凹部形成加工を行う箇所の内層に剥離シートを内蔵する。そして、剥離シートとプリント配線板の導電性が異なることを利用して剥離シートと切削工具が接触したことを検知し、剥離シートの深さに等しい溝を形成する。
そのため、正確に剥離シートの深さに等しい溝を形成することが可能で、凹部を形成する部分のみを精度よく除去することができ、凹部の深さ方向の加工ばらつきが発生しないという効果がある。
本発明の凹部形成方法を用いることにより、深さが階段状に変化する凹部を形成することができる。図9は、本発明の第1の実施例の、深さが階段状に変化する凹部の形成方法を示す側面図である。本実施例では3段階の深さを持つ凹部を形成する。
このような凹部を形成するために、まず剥離シート901、902、903をプリント配線板101の異なる層に内蔵する(図9(a))。そして、図7と同様の方法で、溝904、905、906、907を形成する。このとき、図1の方法で、溝904、905、906、907の深さを制御する。そして、凹部908、909、910を除去する(図9(c))。詳細は、最良の実施の形態と同様なので説明は省略する。
なお、当然ながら、剥離シート901、902、903の形状(大きさ、形)は同一である必要はない。
(実施例1の効果)
以上のように、実施例1によると、異なる層に剥離シートを貼付し、それぞれの層の剥離シートを用いて異なる深さで凹部を順に形成する。
そのため、深さが階段状に変化する凹部を容易に形成することができるという効果がある。
本発明の凹部形成方法を用いることにより、深さが傾斜状、あるいは曲面状に変化する凹部を形成することができる。図10は、本発明の第2の実施例の、深さが傾斜状に変化する凹部を形成したプリント配線板の斜視図である。本実施例では、底面、側面と、底面と側面間の傾斜面を持つ凹部を形成する。
このような凹部を形成するために、まず凹部形成対象の材料1001に図10(b)のような形状の剥離シート1002を内蔵する。そして、図7に示したルータ加工を用いて、辺1003、1004、1005、1006に沿って溝を形成する。このとき、必要な溝の深さは一定ではないので、図1の方法で、溝の深さを制御する。
そして、辺1003、1004、1005、1006のすべて沿って溝を形成した後、凹部1007を除去する。詳細は、最良の実施の形態及び第1の実施例と同様なので説明は省略する。
なお、本実施例で形成する凹部は、斜面1008、1009を備えるが、斜面でなく、曲面を備える凹部を形成することもできる。
(実施例2の効果)
以上のように、実施例1によると、傾斜面、あるいは曲面を備える剥離シートを材料に内蔵し、剥離シートの電気的特性を検出しながら、シートの深さまで溝を形成することにより、異なる深さの凹部を形成することができる。
そのため、傾斜面、あるいは曲面を備える凹部であっても容易に形成することができるという効果がある。
本発明の凹部形成方法を実行する装置の構成例を示す。図11は、本発明の第3の実施例の、凹部形成装置の構成を示すブロック図である。
本凹部形成装置は、制御部1101、切削工具1102、切削工具駆動部1103、凹部剥離装置1104、剥離装置駆動部1105を備える。切削装置駆動部1103は、モータ等を用いて、切削工具1102の垂直方向、水平方向の位置を制御する。凹部剥離装置1104は凹部形成対象の材料1106から剥離する凹部を吸着し、除去する。剥離装置駆動部1105は、凹部剥離装置1104に対して、垂直方向、水平方向の位置の制御、及び吸着動作、解放動作の制御を行う。
制御部1101は、材料1106と剥離シート1107間の電気抵抗を測定する。そのために、切削工具1102に電圧を印加し、切削工具1102と剥離シート1107間の電流値を測定する。そして、電気抵抗が、材料1106の電気抵抗R2から剥離シート1107の電気抵抗R1になったことを検知するまで、切削工具駆動部1103に対して、切削工具1102を降下させる。
その後は電気抵抗を確認しながら、剥離シート1107の周囲に沿って水平に移動させる。剥離シート1107の周囲に沿って水平に移動させるには、剥離シートの形状に基づき、切削工具1102の位置を数値制御すればよい。あるいは、電気抵抗がR1とR2間で変化することを検知することにより、剥離シート1107の周囲を確認することもできる。
なお、最良の実施の形態、及び第1、第2、第3の実施例では、材料1106と剥離シート1107間の電気抵抗を測定することにより、切削工具1102と剥離シート1107の接触を検知している。しかし、切削工具1102と剥離シート1107の接触を検知する方法は、電気抵抗による方法には限定されず、切削工具1102と剥離シート1107の他の物理的特性の差を利用することもできる。
例えば、材料1106と剥離シート1107の弾性の差を利用する方法もある。すなわち、材料1106に対して相対的に柔らかい(弾性率(ヤング率)が小さい)剥離シート1107を用いて、切削工具1102を下方向に降下させるのに必要な力の大きさを測定することにより、接触を検知することもできる。
(実施例3の効果)
以上のように、実施例3の凹部形成装置を用いると、剥離シートを内蔵した材料に対して、電気的特性を検出しながら溝を自動的に形成し、不要部分を剥離し凹部を形成することができる。
そのため、正確な深さの凹部を容易に形成することができるという効果がある。
本発明の最良の実施の形態を示す側面図である。 最良の実施の形態に使用する剥離シートの斜視図である。 剥離シートを貼付したプリント配線板のコア材の斜視図である。 剥離シートを貼付したコア材と他の層との積層を示す斜視図である。 剥離シートを貼付した層を内蔵した多層プリント配線板の斜視図である。 切削工具を用いて溝を形成したプリント配線板の上面図及び側面図である。 Vカット加工、ルータ加工による溝の形成方法を示す斜視図である。 凹部を除去したプリント配線板の斜視図である。 本発明の第1の実施例の凹部形成方法を示す側面図である。 本発明の第2の実施例の凹部を形成した材料の斜視図である。 第3の実施例の凹部形成装置の構成を示すブロック図である。 従来の凹部形成方法を示す斜視図である。
符号の説明
101 プリント配線板
102 切削工具
103 テスタ
201、202 剥離シート
301 コア材
401、402、403、404、405、406 内層材料
601、602 溝
701 カッター
702 エンドミル
801、802 凹部
901、902、903 剥離シート
904、905、906、907 溝
908、909、910 凹部
1001 材料
1002 剥離シート
1003、1004、1005、1006 辺
1007 凹部
1008、1009 斜面
1101 制御部
1102 切削工具
1103 切削工具駆動部
1104 凹部剥離装置
1105 剥離装置駆動部
1106 材料
1107 剥離シート
1201、1202 切削工具(エンドミル)
1203 材料
1204 端部
1205 凹部

Claims (15)

  1. 凹部と同じ平面形状であって第1の物理的特性を備えるシートを内蔵し、前記第1の物理的特性とは異なる第2の物理的特性を備える材料への凹部形成方法であって、
    所定の切削工具を用いて、前記材料の第1の面から前記第1の面と対向する第2の面への方向である深さ方向に前記材料を切削する工程と、
    所定の検出装置を用いて、前記切削箇所の最深部の物理的特性である第3の物理的特性を検出する工程と、
    前記第3の物理的特性が前記第1の物理的特性に等しいとき、前記深さ方向への切削を終了する工程と、
    前記深さ方向及び前記第1の面に実質的に並行な水平方向に前記材料を切削して溝を形成し、前記第1の面を前記平面形状と同形状の第1の領域とその他の領域である第2の領域とに区分する工程と、
    前記第1の領域内であって前記シートと前記第1の面との間の前記材料を剥離する工程
    を備えることを特徴とする凹部形成方法。
  2. 前記材料は、第1の層及び前記1の層よりも前記第1の面から見て下層である第2の層を含む複数の層からなり、前記シートを前記第1の層と前記第2の層との間に内蔵し、
    前記第1の領域内であって第1の面から見て前記第2の層よりも上層の前記材料を、前記シートから剥離する工程
    を備えることを特徴とする請求項1記載の凹部形成方法。
  3. 前記物理的特性は、前記材料の導電率である
    ことを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の凹部形成方法。
  4. 前記物理的特性は、前記材料の弾性率である
    ことを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の凹部形成方法。
  5. 前記シートは、表面に第1の物理的特性を備える塗料を塗布したものである
    ことを特徴とする請求項1乃至4記載の凹部形成方法。
  6. 凹部と同じ平面形状であって第1の物理的特性を備えるシートを内蔵し、前記第1の物理的特性とは異なる第2の物理的特性を備える材料へ凹部を形成するための切削装置であって、
    前記材料の第1の面から前記第1の面と対向する第2の面への方向である深さ方向に前記材料を切削する切削部と、
    前記切削箇所の最深部の物理的特性である第3の物理的特性を検出する検出部と、
    前記第3の物理的特性が前記第1の物理的特性に等しいとき、前記深さ方向への切削を終了させ、前記深さ方向及び前記第1の面に実質的に並行な水平方向に前記材料を切削して溝を形成し、前記第1の面を前記平面形状と同形状の第1の領域とその他の領域である第2の領域とに区分する制御部と、
    前記第1の領域内であって前記シートと前記第1の面との間の前記材料を剥離する剥離部
    を備えることを特徴とする切削装置。
  7. 前記材料は、第1の層及び前記1の層よりも前記第1の面から見て下層である第2の層を含む複数の層からなり、前記シートを前記第1の層と前記第2の層との間に内蔵し、
    前記剥離部は、前記第1の領域内であって第1の面から見て前記第2の層よりも上層の前記材料を、前記シートから剥離する
    ことを特徴とする請求項6記載の切削装置。
  8. 前記物理的特性は、前記材料の導電率である
    ことを特徴とする請求項6又は7のいずれかに記載の切削装置。
  9. 前記物理的特性は、前記材料の弾性率である
    ことを特徴とする請求項6又は7のいずれかに記載の切削装置。
  10. 前記シートは、表面に第1の物理的特性を備える塗料を塗布したものである
    ことを特徴とする請求項6乃至9記載の切削装置。
  11. 凹部と同じ平面形状であって第1の物理的特性を備えるシートを内蔵し、前記第1の物理的特性とは異なる第2の物理的特性を備える凹部形成用材料であって、
    所定の切削工具を用いて、前記材料の第1の面から前記第1の面と対向する第2の面への方向である深さ方向に切削し、
    所定の検出装置を用いて、前記切削箇所の最深部の物理的特性である第3の物理的特性を検出し、
    前記第3の物理的特性が前記第1の物理的特性に等しいとき、前記深さ方向への切削を終了し、
    前記深さ方向及び前記第1の面に実質的に並行な水平方向に切削して溝を形成し、前記第1の面を前記平面形状と同形状の第1の領域とその他の領域である第2の領域とに区分し、
    前記第1の領域内であって前記シートと前記第1の面との間を剥離する
    ことにより凹部が形成される凹部形成用材料。
  12. 前記凹部形成用材料は、第1の層及び第2の層を含む複数の層からなり、前記シートを前記第1の層と前記第2の層との間に内蔵し、
    前記第1の領域内の前記凹部形成用材料を、前記シートから剥離させることにより除去することにより凹部が形成される
    ことを特徴とする請求項11記載の凹部形成用材料。
  13. 前記物理的特性は、前記材料の導電率である
    ことを特徴とする請求項11又は12のいずれかに記載の凹部形成用材料。
  14. 前記物理的特性は、前記材料の弾性率である
    ことを特徴とする請求項11又は12のいずれかに記載の凹部形成用材料。
  15. 前記シートは、表面に第1の物理的特性を備える塗料を塗布したものである
    ことを特徴とする請求項11乃至14記載の凹部形成用材料。
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