JP2011151219A - 多層プリント回路基板の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多層プリント回路基板の生産のリードタイムの縮小、高効率化を図ることができ、また、スルーホールにおけるメッキと基板材料との密着性の向上により、内部接続不良の防止、導通不良（抵抗大）を予防することができる多層プリント回路基板の製造装置を提供する。
【解決手段】多層プリント回路基板の製造装置において、複数の処理槽と、複数の移動式処理槽がそれぞれ設けられ、多層プリント回路基板を搬送するコンベアと、複数の処理槽のそれぞれに設けられ、処理槽ごとに独立して前記多層プリント回路基板へのスプレー処理を行うスプレーと、コンベアおよびスプレーを制御する制御装置２６とを備え、制御装置２６は、複数の処理槽に投入される多層プリント回路基板の種類に基づいて、複数の処理槽の移動位置及び移動タイミング及びスプレー処理条件を変更する。
【選択図】図４

Description

本発明は、情報分野あるいはエレクトロニクス分野等に使用される多層プリント回路基板の製造装置に関し、特に、多種類の多層プリント回路基板を生産する際の、生産のリードタイムの縮小、高効率化に関するものである。

従来、異種材料プリント基板の混合生産における、条件を調整する方法として、液温やコンベア速度を可変する方法は、現状の一貫ライン連続処理では多種材料基板混合での多量生産には適しているとはいえない。

理由は、基板の種類ごと、またはロットごとにコンベア速度あるいは処理条件が異なる場合は、処理ロットが完全に終了するまで、次の基板ロットを投入することができず、待ち時間（ロスタイム）が発生するからである。

また、基板材料に応じて処理条件を変える方法として、一設備で、多量の処理液を材料ごとに液槽で入れ替える方法があるが、運用上、不可能である。

また、例えば、特開２００３−３３８６７９号公報（特許文献１）、特開平６−１６４１３０号公報（特許文献２）に記載されたような、基板ごとに処理液組成やリフロー条件を可変する技術があるが、デスミア工程では、樹脂カス除去性が、材料によって異なるため、繰り返し処理を追加することが必要となる場合がある。１つの基板について、繰り返し投入するということは、作業量の増加と、次工程へ進む前に、基板の再度取り出しが必要となり、生産性を低下させるという問題がある。

生産性を向上する方法として、例えば、特開平５−０３１３５３号公報（特許文献３）、特開平１０−３１０２３１号公報（特許文献４）、特開２００５−５９９９９号公報（特許文献５）に記載されたような、移動槽式の生産システムなどが考えられている。

また、多層プリント回路基板の液処理（エッチング、デスミア等）の方法は、これまで、例えば、特開２００８−９８３２７号公報（特許文献６）、特開平６−２４６８７４号公報（特許文献７）に記載されたような、浸漬ディップ方式あるいはスプレー方式が主流である。

特開２００３−３３８６７９号公報 特開平６−１６４１３０号公報 特開平５−０３１３５３号公報 特開平１０−３１０２３１号公報 特開２００５−５９９９９号公報 特開２００８−９８３２７号公報 特開平６−２４６８７４号公報

しかしながら、特許文献３〜５のような従来の方法は、必要に応じて所定位置に小型の槽が移動するのが一般的であり、同一線のライン上で、複数回処理を再投入無しで実現する技術等はなく、細分化された多重槽の移動方式を採用した同一ラインで、ロスタイムを抑制し、多数回の処理をすることはできなかった。

また、従来の多層プリント回路基板の液処理（エッチング、デスミア等）の方法は、これまで、特許文献６、７のように浸漬ディップ方式あるいはスプレー方式が主流であるが、最近のスルーホール小径化、高アスペクト化の生産処理方式には十分には対応できているとはいえないと思われる。

また、多層プリント回路基板の製造において、近年、材料の電気特性等多様なニーズに伴い、多種類の材料基板が生産され、効率良く生産できるプロセスが要求されている。特に、材料の影響を受けやすいのは、スルーホール加工後に、ホール内壁表面に付着した加工残渣（スミア）を除去するデスミア工程あるいはパターン形成におけるエッチング工程である。

湿式で化学的に行われる場合は、同じ溶剤でも材料によって反応の度合い（エッチングレート）が異なるため、望ましくは、材料に応じて条件を変更した方が良い。同じ条件でデスミアを行うと、スミア残りによる接続異常が発生する。一方、デスミア条件のチューニングにおいても、処理時間の延長では改善できず、スミア残りを改善できない材料が存在する。

そこで、本発明の目的は、多層プリント回路基板の生産のリードタイムの縮小、高効率化を図ることができ、また、スルーホールにおけるメッキと基板材料との密着性の向上により、内部接続不良の防止、導通不良（抵抗大）を予防することができる多層プリント回路基板の製造装置を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

すなわち、代表的なものの概要は、多層プリント回路基板を搬送するコンベア、および多層プリント回路基板へのスプレー処理を行うスプレーを制御する制御装置は、複数の処理槽に投入される多層プリント回路基板の種類に基づいて、複数の処理槽の各槽のスプレー処理のオン／オフ条件を変更するものである。デスミアのスプレー構造においても、基板下方の進行斜め方向からの吸引ノズルを採用することで、高いアスペクト比のスルーホールの液通しに対応できることを可能にする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

すなわち、代表的なものによって得られる効果は、多層プリント回路基板の生産のリードタイムを縮小、高効率化することができる。また、スルーホールにおけるメッキと基板材料との密着性の向上により、内部接続不良の防止、導通不良（抵抗大）予防ができる。

本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置の構成を示す構成図である。 本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置の処理フローを示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置のデスミア処理時間と、スミア残存率の関係を示したグラフである。 本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置のデスミアラインの構成と、処理概要を示した上面図である。 本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置の単槽構成でのみで処理する場合のスプレー発射処理時間を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置の分割槽構成のみで処理する場合のスプレー発射処理時間を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置の多重槽（移動槽）の概要図である。 本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置の単槽（固定槽）の概要図である。 本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置の多重槽（移動槽）と単槽（固定槽）の構成部分概要図である。 本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置のデスミアラインの処理フローを示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置の基板スルーホール内のスプレーデスミア処理の比較例となる従来の処理を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置の基板スルーホール内のスプレーデスミア処理の比較例となる従来の処理を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置の基板スルーホール内のスプレーデスミア処理の比較例となる従来の処理を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置の基板スルーホール内のスプレーデスミア処理を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１により、本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置の構成およびエッチング処理の動作について説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置の構成を示す構成図である。

図１において、多層プリント回路基板の製造装置は、基板読み取り装置１、基板固定装置２、現像ライン３、エッチング条件読み取り装置４、エッチング単槽構成ライン５、剥離ライン６、後処理装置７、投入装置５０、多層プリント回路基板の製造装置全体を制御する制御装置５１から構成されている。

図１に示す例は、エッチングラインにおいて、エッチング単槽構成ライン５の各処理槽ごとに独立したコンベアとスプレー１０、薬液を有しており、基板の種類ごとに、スプレー１０のオン／オフ制御をすることにより、多種類の基板の停滞をなくし、連続生産を可能としたものである。

図１に示す例では、まず、作業者が通常処理材料プリント基板８または特殊処理材料プリント基板９を投入装置５０に投入し、通常処理材料プリント基板８または特殊処理材料プリント基板９を基板読み取り装置１で読み取り、基板固定装置２で通常処理材料プリント基板８または特殊処理材料プリント基板９を固定する。

そして、通常処理材料プリント基板８または特殊処理材料プリント基板９は現像ライン３の装置で現像の後、エッチングの条件をエッチング条件読み取り装置４で読み取り、制御装置５１で各槽のスプレー条件が決定される。

制御装置５１でのスプレー条件としては、通常処理材料プリント基板８のエッチング処理は、特殊処理材料プリント基板９と比較し、エッチング性が良いので、エッチングは、７槽のうち、４槽においてスプレー１０が稼動していれば良い（図１の１１に示すケース）。

また、特殊処理材料プリント基板９の場合は、７槽全てが稼動する必要がある（図１の１２に示すケース）。

また、通常処理材料プリント基板８および特殊処理材料プリント基板９を連続して流す場合は、連動して複数のエッチング槽を処理必要な時間／回数だけＯＮ／ＯＦＦすれば良い（図１の１３に示すケース）。この際、コンベア速度は一定であり、スプレー時間で各処理時間を制御できるように設定する。これにより、条件の異なる製品を連続して投入することが可能となる。

次に、図２により、本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置の処理フローについて説明する。図２は本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置の処理フローを示すフローチャートである。

まず、連続して投入される基板を、まず、投入装置５０に投入した後（Ｓ１００）、基板種類を読み取り（Ｓ１０１）、基板固定装置２で通常処理材料プリント基板８および特殊処理材料プリント基板９に固定治具を取り付け、通常処理材料プリント基板８および特殊処理材料プリント基板９を固定する（Ｓ１０２）。

次に、現像ライン３による現像工程（Ｓ１０３）を経て、エッチング条件読み取り装置４でエッチング条件の読み取りおよび確認を行う（Ｓ１０４）。このデータは、制御装置５１へ送られ、制御装置５１により、通常処理材料プリント基板８および特殊処理材料プリント基板９がエッチング槽を通過していくときの槽別スプレーＯＮ／ＯＦＦ情報、スプレー圧力等の情報を判定し（Ｓ１０５）、予めエッチング単槽構成ライン５の各スプレー槽の制御系へ指示し（Ｓ１０６）、条件別のエッチング処理を行う（Ｓ１０７）。

次に、剥離ライン６でレジストを剥離し（Ｓ１０８）、後処理装置７で後処理を行い、通常処理材料プリント基板８および特殊処理材料プリント基板９を固定治具から取り外し（Ｓ１０９）、通常処理材料プリント基板８および特殊処理材料プリント基板９の測定などを行う（Ｓ１１０）。

このように、通常処理材料プリント基板８および特殊処理材料プリント基板９の異種材料基板が、混合して連続投入されたとしても、同じコンベア速度で、スプレー１０のみの条件を自動で変化させることで、途切れなく基板を流すことができる。

次に、図３〜図９により、本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置のデスミア処理について説明する。図３〜図９は本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置のデスミア処理を説明するための説明図であり、図３はデスミア処理時間と、スミア残存率の関係を示したグラフ、図４はデスミアラインの構成と、処理概要を示した上面図、図５は単槽構成でのみで処理する場合のスプレー発射処理時間を示す図、図６は分割槽構成のみで処理する場合のスプレー発射処理時間を示す図、図７は多重槽（移動槽）の概要図、図８は単槽（固定槽）の概要図、図９は多重槽（移動槽）と単槽（固定槽）の構成部分概要図である。

スルーホール穴あけ加工後に行うデスミア処理工程において、時間を長くするよりも、処理工程１式の繰り返し数を多くする方がスミア除去効率を飛躍的に向上できる場合がある。

この実験データは、図３に示すとおりである。

図３において、曲線１４は、デスミアの一連の処理（膨潤→デスミア→中和）を、従来の処理の各処理時間を短縮して３回実施したもので、曲線１５は、従来の処理と同じ時間で２回実施したものである。また、縦軸はスミア除去率、横軸は膨潤時間とデスミア（過マンガン酸）時間の累計時間である。

曲線１４の各処理時間条件は、１回目は従来の１／５、２回目は従来の２／５で行った。従来の処理（曲線１５）を１回と曲線１４の処理の分割２回の除去率が同等であるということから、累計処理時間が３／５であっても、２回繰り返し処理であれば、同じ効果があるということが分かる。

更に、従来の処理を２／５追加して３回処理を実施（累計時間は、従来の処理１回に相当）では、スミア除去１００％である。これは、従来の処理時間で１回行ったスミア除去率に比べ、２倍の効果があることを示している。

ここで注意すべき点は、デスミア処理が過剰となっても不具合が起こるということである。基板材は、材料中に、クロスと呼ばれる樹脂繊維材が構造材として含まれ、過剰処理で構造破壊（白化）が発生し得ることが確認されている。したがって、デスミア条件は、各材料で最適な条件にする必要がある。

以上の複数回処理の効果を、多重槽処理に応用した設備概要を図４に示す。図４において、槽別の薬液分類を水洗槽１６、膨潤液槽１７、デスミア槽１８、中和液槽１９で示した。

また、基板は、通常材料基板２０、異種材料基板２１の２種類で示した。異種材料基板２１は、デスミア性が低く、従来の処理ではスミア残りが発生し、複数回の処理が必要なものとする。

図４においては、各デスミア処理槽を（１）〜（８）に独立した処理単位としてスプレー、コンベアを独立して制御できる仕組みとし、更に、（２）〜（７）の処理槽は、全て多重式・移動可能な槽分割構造の多重移動槽２７とした。

基板の投入後、基板読み取り装置２５で基板種類を読み取り、次に、制御装置２６で各コンベアの動作を決定する。デスミアが通常材料基板２０のみが連続投入されている場合（図４の２２）は、単一槽のみの処理で可能であるため、分割槽が必要でなく、そのまま、次工程の乾燥炉２９へ流すことができる。

異種材料基板２１のみが連続投入されている場合（図４の２３）は、（２）〜（７）の処理槽が移動し、全て多重移動槽２７で流せば、停滞なく、各処理時間１／２で２回の処理ができ、従来の処理のタクトを増すことなく実施することができる。

また、通常材料基板２０と、異種材料基板２１が混合して連続投入されるケースを図４の２４に示す。

通常材料基板２０がまず投入された場合は、（２）の場所は、単一槽となっている必要がある。続いて、異種材料基板２１が投入された場合は、（２）の場所が分割槽部となっていることが必要であり、（２）の部分は、図４で上方向に移動する必要がある。

そこで、先に投入された通常材料基板２０は、単一槽中でスプレー処理を行いながら、多重槽が移動し、分割槽部へ異種材料基板２１が入るようにすれば良い。このような動作を同一ラインで連続して行うためには、基板種類に応じて次に準備すべき槽が、基板の進む方向にくるように移動するよう、予め制御装置２６で情報を構築し、各処理槽の制御系へ情報伝達するようにする。

また、（８）の部分での払い出し基板種類と位置によって、次に進むべき処理槽に合わせて移動できないケースが発生する（図４の中で、（４）の位置と（５）の位置の場合）。このような場合は、基板を処理槽中で、必要な時間のみスプレー動作し、次槽が移動完了するまで処理槽中で停止するような仕組みとする（図４での分割槽の右側は全て水洗槽となっており、処理槽中で停止しても影響がない）。

また、基板が、処理槽間をコンベアで移動中に、多重移動槽２７が移動して基板を破損しないように、各移動槽のコンベア入口と出口には、基板の有無を検知するセンサを設置し、インタロックを備えている。

このような多重移動方式での槽移動は、コンベア間の正確な位置決めを行うために、比較的振動の少ないリニアモーター１軸ステージで移動する。各多重移動槽の溶液配管および電気、信号系配管は、固定ではなく、ケーブルベアーに固定したフレキシブルな曲げ等に対応できるものとしている。

また、処理槽の入口、出口には自動開閉扉を有し、基板の移動時のみ開く機構としている。以上のように、独立した多重移動槽２７を備え、異種材料基板を連続投入して流すことができ、槽が移動中もスプレー処理を行い、連続処理できるデスミア設備は、従来の単なる移動槽式処理設備とは、大きく性能および構造において異なるものとなっている。

また、基板ごとに処理した場合の処理時間（スプレー発射時間）は、図５および図６に示すとおりである。図５が通常材料基板２０に対応するものであり、図６が異種材料基板２１に対応するものである。図６に示すように、時間を１／２に分割し、２回処理を行うケースは、図５に示す通常材料基板の処理時間と同じ所要時間で行うことができる。

次に、各処理槽の構造について詳細に説明する。図７において、多重移動槽の構造は、単一処理槽と、分割処理槽が結合したものとなっており、リニアモーターステージ３１の上に固定されている。手前の分割処理槽は、左側が処理液（膨潤、デスミア液、中和液）槽３０、右側が水洗槽３３の構造である。

基板は、搬送コンベア３５で搬送し、処理液スプレー３７を有している。槽の処理長さは、最大基板の２倍以上必要である。基板の破損を防止するために基板有無を検出する基板有無検出センサ３６が設置されている。また、出口側には、開閉扉３２が設けられている。

図８において、固定単一槽の構造は、図７に比べて、処理槽が１つであり、床に固定されている。

多重移動槽と単一槽を組み合わせた概観は、図９に示すとおりであり、基板の受け渡しは、タイミングに応じて開閉扉が作動し、コンベアどうしが隣接して動作することにより行う。

次に、図１０により、本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置のデスミアラインの処理について説明する。図１０は本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置のデスミアラインの処理フローを示すフローチャートである。

まず、基板が投入されると（Ｓ２００）、基板読み取り装置２５で基板種類を読み取り（Ｓ２０１）、制御装置２６へ転送する。制御装置２６では、この情報に基づき、通常材料基板２０の処理を行うか、異種材料基板２１の処理を行うかを判定する（Ｓ２０２）。

次に、制御装置２６では、個別のコンベア動作、移動タイミング、スプレー動作を判定し、各処理槽ごとの制御系へ指示信号を出し、水洗処理、膨潤処理、デスミア処理、中和処理などの処理を行う（Ｓ２０３）。

後に投入してくる基板の情報によっても、随時、データは更新することができるものとする。このような処理によって、最適なデスミア処理が行えるばかりでなく、複数回処理が必要でも、繰り返し作業を不要とし、一環して同じ時間で、停滞時間（ロスタイム）も最小限に抑えて基板を流すことができる。

次に、図１１〜図１４により、本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置の基板スルーホール内のスプレーデスミア処理について説明する。図１１〜図１３は本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置の基板スルーホール内のスプレーデスミア処理の比較例となる従来の処理を示す図、図１４は本発明の一実施の形態に係る多層プリント回路基板の製造装置の基板スルーホール内のスプレーデスミア処理を示す図である。

基板スルーホール内のデスミア処理は、従来、効率良く処理するために、水平に流し、スプレーを基板表面に吹き付けることによって行っていた。

図１１に示す比較例は、上側搬送ローラ３８、下側搬送ローラ４３によって送られる基板３９に対し、基板下面で平行に液噴出ノズル４２から液を噴出することによって、基板の表裏に流速差を生じさせ、ベルヌーイ則に基づいて基板スルーホール４０に液を通すものである。

図１２に示す比較例は、上下から、基板に対し、垂直にスプレーするものである。図１３に示す比較例は、液噴出ノズル４２からの吹き付けを斜め方向にしたものであり、この場合、フィン治具４４で効果を高めている。

これらの比較例では、穴のアスペクト比（基板厚さ／穴径）が２０以上の場合は厳しい場合が多い。理由は、液噴出による乱流の発生や、エアーがホール内に入ることによって液の流れが安定しない場合があるためである。

最近の動向として、アスペクト比は、２５以上のものも少なくない。

そこで、本実施の形態では、図１４に示すように、基板進行方向斜め下部から斜め吸引ノズル４５で液を吸引し、液吸引ポンプ４６で吸引量の液を上から補給する循環方式にすることにより、安定した流れを実現することが可能である。

前述した特許文献７に示した例は、基板下部全体の処理液を吸引する方法をとっているが、デスミア処理のような流し処理槽方式には適用することはできない。あくまで本実施の形態の構成は、基板の進行方向の斜め下部からの吸引という構成であり、処理方法の性質そのものを異にする。

本実施の形態のスプレーデスミア処理では、高アスペクト比スルーホール内のスミアを効率良く除去できるので、メッキの信頼性も向上することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明は、情報分野あるいはエレクトロニクス分野等に使用される多層プリント回路基板の製造装置に関し、多種類の多層プリント回路基板を生産する装置やシステムなどに広く適用可能である。

１…基板読み取り装置、２…基板固定装置、３…現像ライン、４…エッチング条件読み取り装置、５…エッチング単槽構成ライン、６…剥離ライン、７…後処理装置、８…通常処理材料プリント基板、９…特殊処理材料プリント基板、１０…スプレー、２０…通常材料基板、２１…異種材料基板、２５…基板読み取り装置、２６…制御装置、２７…多重移動槽、２８…固定単一槽、２９…乾燥炉、３０…処理液槽、３１…リニアモーターステージ、３２…開閉扉、３３…水洗槽、３４…処理槽、３５…搬送コンベア、３６…基板有無検出センサ、３７…処理液スプレー、３８…上側搬送ローラ、３９…基板、４０…基板スルーホール、４２…液噴出ノズル、４３…下側搬送ローラ、４５…斜め吸引ノズル、４６…液吸引ポンプ。

Claims (3)

1. 複数の処理槽と、
   前記複数の処理槽のそれぞれに設けられ、多層プリント回路基板を搬送するコンベアと、
   前記複数の処理槽のそれぞれに設けられ、前記処理槽ごとに独立して前記多層プリント回路基板へのスプレー処理を行うスプレーと、
   前記コンベアおよび前記スプレーを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記複数の処理槽に投入される多層プリント回路基板の種類に基づいて、前記複数の処理槽の各槽の前記スプレー処理のオン／オフ条件を変更することを特徴とする多層プリント回路基板の製造装置。
2. 請求項１に記載の多層プリント回路基板の製造装置において、
   前記処理槽の一部は、単一処理槽および細かく分割された分割処理槽が結合され、結合された前記処理槽が単独移動可能な構造を持ち、前記多層プリント回路基板の処理を、前記単一処理槽および前記分割処理槽のどちらかで行い、
   前記制御装置は、前記複数の処理槽に投入される多層プリント回路基板の種類に基づいて、前記処理槽の前記単一処理槽および前記分割処理槽のどちらかを選択することを特徴とする多層プリント回路基板の製造装置。
3. 請求項１または２に記載の多層プリント回路基板の製造装置において、
   前記スプレーによるスプレー処理は、前記多層プリント回路基板を前記処理槽の処理液中に水平方向に浸漬させ、進行方向に斜め下方から前記処理液を吸引し、前記多層プリント回路基板の上から前記処理液を補給することにより、上下の流れを生じさせることを特徴とする多層プリント回路基板の製造装置。

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