JP2017013092A - プリント配線板の製造装置とプリント配線板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ビア導体やスルーホール導体用の開口を高い生産性と高い位置精度で製造することが難しい。
【解決手段】 実施形態に係るプリント配線板の製造装置は、レーザ発信器1と、加工ヘッド部２と、Ｘ−Ｙテーブル３と、高さ測定器４と、高さ調整器５と、を有する。そして、プリント配線板２０は第１と第２の加工エリアを有し、プリント配線板はＸ−Ｙテーブルに置かれ、高さ測定器で第１の加工エリアの高さが測定され、その後、Ｘ−Ｙテーブルにより加工ヘッド部の下に第１の加工エリアが移動され、第１の加工エリアの高さに基づき高さ調整器により加工ヘッド部の高さが調整され、加工ヘッド部を介して、第１の加工エリアにレーザを照射することで第１の加工エリアに開口が形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プリント配線板の製造装置とプリント配線板の製造方法に関する。

特許文献１は、レーザ加工機を開示している。特許文献１は、非接触で対象加工物表面のの凹凸を測定している。そして、その結果に基づいて、特許文献１は焦点位置の修正を行っている。

特開昭５７−１５９４号公報

{特許文献１の課題}
特許文献１は、特許文献１の図１にレーザ加工機を開示している。特許文献１の図１中の符号１はレーザであり、特許文献１の図１中の符号８は平行光源である。図１によれば、レーザと平行光は同じ光路を通り加工物に至る。そして、特許文献１は、平行光で加工物表面の凹凸を測定している。従がって、凹凸が測定されている時、レーザ加工は不可能と考えられる。従って、特許文献１によれば、加工時間が長くなると考えられる。製造コストが高くなると考えられる。

本発明に係るプリント配線板の製造装置は、レーザ発信器と、加工ヘッド部と、Ｘ−Ｙテーブルと、高さ測定器と、高さ調整器と、を有する。そして、前記プリント配線板は第１と第２の加工エリアを有し、前記プリント配線板は前記Ｘ−Ｙテーブルに置かれ、前記高さ測定器で前記第１の加工エリアの高さが測定され、その後、前記Ｘ−Ｙテーブルにより前記加工ヘッド部の下に前記第１の加工エリアが移動され、前記第１の加工エリアの前記高さに基づき前記高さ調整器により前記加工ヘッド部の高さが調整され、前記加工ヘッド部を介して、前記第１の加工エリアにレーザを照射することで前記第１の加工エリアに開口が形成される。

本発明に係るプリント配線板の製造方法は、第１と第２の加工エリアを有する途中基板を準備することと、レーザ発信器と加工ヘッド部とＸ−Ｙテーブルと高さ測定器と高さ調整器とを有する装置を準備することと、前記Ｘ−Ｙテーブルに前記途中基板を置くことと、前記高さ測定器で前記第１の加工エリアの高さを測定することと、前記Ｘ−Ｙテーブルにより前記加工ヘッド部の下に前記第１の加工エリアを移動することと、前記第１の加工エリアの前記高さに基づき、前記高さ調整器により前記加工ヘッド部の高さを調整することと、前記加工ヘッド部を介して、前記第１の加工エリアにレーザを照射することで前記第１の加工エリアに開口を形成すること、とを有する。そして、前記測定することは前記移動することの前に完了している。

本発明の実施形態によれば、加工時間が短くなる。加工の位置精度が高くなる。開口の径のバラツキが小さくなる。開口内に形成されるビア導体やスルーホール導体を介する接続信頼性が高くなる。

図１（Ａ）は、本発明の実施形態に係るプリント配線板の製造装置の模式図であり、図１（Ｂ）はレーザの光路を示す模式図である。 不適切な高さにより発生する不具合を示す模式図。 高さや基準面を示す模式図。

図１（Ａ）や図２（Ａ）、図２（Ｂ）にＸ軸とＹ軸とＺ軸が示されている。
図１（Ａ）は、本発明の実施形態に係るプリント配線板を製造するための装置１００の模式図である。プリント配線板はビア導体やスルーホール導体を有する。製造装置１００は、ビア導体やスルーホール導体用の開口を形成するための装置である。装置１００は、レーザ発信器１と加工ヘッド部２とＸ−Ｙテーブル３と高さ測定器４と高さ調整器５とを有する。レーザ発信器１よりレーザが発信される。そして、レーザは加工ヘッド部２に至る。その後、加工ヘッド部２を介して、Ｘ−Ｙテーブル３に固定されているプリント配線板の途中基板２０の加工点にレーザが照射される。

図１（Ｂ）は、レーザの光路１Ｌと加工ヘッド部２などを示している。加工ヘッド部２はレーザをスキャンするための２つのガルバノミラーＧＸ、ＧＹとガルバノミラーを動かすモーターＭＸ、ＭＹとレーザを集光するためのレンズfを有する。レーザは、ガルバノミラーＧＸによりＸ方向にスキャンされ、ガルバノミラーＧＹによりＹ方向にスキャンされる。ガルバノミラーＧＸはモーターＭＸにより動かされ、ガルバノミラーＧＹはモーターＭＹにより動かされる。レンズfの例はｆθレンズである。

Ｘ−Ｙテーブル３はステージ面３１Ｆを有するステージ３１ＳとステージをＸ方向とＹ方向に動かす駆動部３１Ｄを有する。ステージ面３１Ｆは原点を通るＸ−Ｙ平面上に位置している。途中基板２０はステージ面３１Ｆ上に置かれている。駆動部３１Ｄにより、ステージ３１ＳはＸ-Ｙ平面上を移動する。例えば、所定の大きさの加工エリアに開口が形成される。所定の大きさの加工エリアの加工が完了すると、駆動部３１Ｄにより、ステージ３１Ｓは移動する。次の加工エリアが加工ヘッド部２の下に到達するとステージ３１Ｓが静止する。そして、次の加工エリアにレーザで開口が形成される。次の加工エリアの加工が完了すると、ステージ３１Ｓは移動する。このような動作が繰り返される。

高さ測定器４はステージ３１Ｓ上の途中基板２０の高さを測定するための部品である。高さ測定器４により、途中基板２０の加工点Ｐの高さが測定される。加工エリアの代表点Ｄの高さＨが測定される。図３に示されるように、加工点Ｐや代表点Ｄは途中基板２０の上面ＵＦ上に位置している。途中基板２０の上面ＵＦはステージ面３１Ｆから離れている面である。加工点Ｐにレーザが照射されるので、加工点Ｐや代表点Ｄの高さは重要である。図３に示されるように、例えば、高さＨの基準面はステージ面３１Ｆである。
例えば、高さＨは非接触式な方法で測定される。例えば、光学式反射センサーや過電流式センサー、レーザ式センサー、レーザ変位計を用いることで高さＨを非接触式で測定することが出来る。光学的な方法で高さを測定することが好ましい。

高さ調整器５は高さ測定器４の測定結果に基づき加工ヘッド部２の高さＨＰを調整するための部品である。高さ調整器５は高さ測定器４の測定結果に基づきfθレンズfの高さＨＦを調整するための部品である。高さ調整器５により、例えば、加工ヘッド部２と途中基板２０との間の距離Ｋ１が略一定に保たれる。例えば、加工ヘッド部２と加工エリアとの間の距離Ｋ１が略一定に保たれる。例えば、ｆθレンズｆと途中基板との間の距離Ｋ２が略一定に保たれる。例えば、ｆθレンズｆと加工エリアとの間の距離Ｋ２が略一定に保たれる。距離Ｋ１と距離Ｋ２は略同じ距離でもよい。レーザの照射位置の精度が高くなる。焦点が合いやすいので、略同じ形状の開口が得られる。高さＨＰ、ＨＦや距離Ｋ１、Ｋ２は図３に示されている。

図１（Ｂ）に示されるように、装置１００は、レーザ発信器１と加工ヘッド部２の間に、レーザの方向を変えるミラー６６やレーザの密度を調整するレンズやレーザの径を調整するマスク６２を有しても良い。レーザの密度を調整するレンズは図に示されていない。

２つのガルバノミラーＧＸ、ＧＹでスキャンされるレーザのエリア（加工エリア）の大きさは、例えば、６０mm×６０mmである。プリント配線板の製品エリアの大きさが、例えば、４８０mm×４８０mmであると、途中基板２０は６４（８×８）の加工エリアに分割される。加工エリア毎にレーザが途中基板２０に照射される。

高さＨが適切でない時、予想される不具合が図２（Ａ）や図２（Ｂ）に示される。図２（Ａ）では、レーザが加工点Ｐに垂直に照射されている。しかしながら、高さＨが不適切なため、レーザの焦点が加工点Ｐに合っていない。そのため、例えば、ビア導体用の開口の径が目標値より大きくなる。もしくは、ビア導体用の開口の径が目標値より小さくなる。図２（Ｂ）では、高さＨについて、適切な例ＥＸＧと不適切な例ＥＸＢが示されている。例ＥＸＧの高さは高さＨＧであり、例ＥＸＢの高さは高さＨＢである。図２（Ｂ）では、レーザが加工点Ｐに対し斜めに照射されている。例ＥＸＧと例ＥＸＢで高さが異なる。そのため、例ＥＸＧと例ＥＸＢでは、レーザの照射位置が異なる。例ＥＸＧでは、レーザは目標点ＴＰに照射されている。それに対し、例ＥＸＢでは、レーザは目標点ＴＰに照射されていない。到達点ＢＰにレーザが照射されている。高さＨが適切でないと、目標の位置に開口を形成することができない。このように、開口の形状や開口の位置を適切に形成するため、高さＨは重要である。

プリント配線板の高密度化の要求が強くなっている。ビア導体と接続するパッドとビア導体用の開口との間のアライメント精度が高いと、ビア導体と接続するパッドの大きさを小さくすることができる。高密度なプリント配線板を提供することができる。そのため、目標の位置にレーザを照射することは重要である。レーザの位置精度を高くすることは重要である。

製造装置１００は、ＣＣＤカメラを有しても良い。途中基板２０の四隅に形成されているターゲットマークの位置が測定される。誤差が補正されてから加工が開始される。

図１（Ａ）にプリント配線板の途中基板２０が示されている。途中基板２０はＸ−Ｙテーブルのステージ３１Ｓに固定されている。途中基板１０は複数の加工エリアＰＡを有する。図１（Ａ）では、加工エリアＰＡの境界に点線が描かれている。図１（Ａ）の例では、途中基板は６４個の加工エリアＰＡを有している。各加工エリアに符号が付けられている。例えば、加工エリア（１、１）は第１の加工エリアであり、加工エリア（１、７）が第２の加工エリアである。第１の加工エリアと第２の加工エリアとの間に５つの加工エリアＰＡが存在している。第１の加工エリアと第２の加工エリアとの間の加工エリアＰＡの数は５に限定されない。第１の加工エリアと第２の加工エリアとの間の加工エリアＰＡの数は、０、または、１、または、複数である。従って、第２の加工エリアは第１の加工エリア（１、１）の次の加工エリア（１、２）でもよい。第２の加工エリアは加工エリア（２、２）でもよい。

レーザ加工は加工エリアＰＡ毎に行われる。加工順は予め決められている。実施形態では、図１（Ａ）に示されている矢印の順で加工が行われる。第１の加工エリア（１、１）からレーザ加工が開始される。第１の加工エリア（１、１）のレーザ加工が開始される前に、最初の加工エリア（第１の加工エリア）が高さ測定器４の下にＸ−Ｙテーブル３により移動される。第１の加工エリア（１、１）内の所定箇所（代表点）の高さＨが高さ測定器４で測定される。各加工エリア内の高さＨを測定する箇所は一点、または、複数である。

高さＨに基づき、加工ヘッド部２は、Ｚ軸方向に、高さ調整器５により移動される。第１の加工エリア（１、１）と加工ヘッド部２との間の距離Ｋ１が適切な距離に調整される。第１の加工エリア（１、１）とｆθレンズｆとの間の距離Ｋ２が適切な距離に調整される。

加工ヘッド部２、もしくは、ｆθレンズｆの高さが調整されると、第１の加工エリア（１、１）が加工ヘッド部２の下にＸ−Ｙテーブル３により移動される。あるいは、第１の加工エリア（１、１）が加工ヘッド部２の下に移動すると、加工ヘッド部２、もしくは、ｆθレンズｆの高さが調整される。あるいは、第１の加工エリア（１、１）が加工ヘッド部２の下に向かっている時、加工ヘッド部２、もしくは、ｆθレンズｆの高さが調整される。
第１の加工エリア以外の加工エリアと加工ヘッド部２との間の距離Ｋ１の調整方法は同様である。第１の加工エリア以外の加工エリアとｆθレンズｆとの間の距離Ｋ２の調整方法は同様である。

レーザ発信器１から加工ヘッド部２を介して複数の加工点を有する第１の加工エリア（１、１）にレーザが照射される。第１の加工エリア（１、１）に複数の開口が形成される。実施形態では、加工エリアＰＡの高さＨに関連して、加工ヘッド部２、または、ｆθレンズｆの高さが調整されている。従って、目標の径を有する開口を形成することができる。適切な形状を有する開口を形成することができる。高い精度で目標の位置に開口を形成することができる。開口が形成されている時、実施形態では、加工前の別の加工エリアの高さＨを測定することができる。
第１の加工エリアと同じく、各加工エリアは複数の加工点を有する。各加工エリアに複数の開口がレーザで形成される。

第１の加工エリア（１、１）の高さＨの結果に基づいて加工ヘッド部２やｆθレンズｆの高さの調整が行われている時、第２の加工エリアの高さＨが測定されてもよい。加工ヘッド部２やｆθレンズｆの高さの調整が行われるとき、第２の加工エリアの高さＨの測定が同時に行われてもよい。第２の加工エリアが加工ヘッド部２の下に移動し、それから、第２の加工エリアの高さＨを測定する必要が無い。加工時間を短縮することができる。
第１の加工エリア（１、１）に開口が形成されている時、第２の加工エリアの高さＨが測定されてもよい。第１の加工エリア（１、１）のレーザ加工と第２の加工エリアの高さＨの測定が同時に行われる。第２の加工エリアが加工ヘッド部２の下に移動し、それから、第２の加工エリアの高さＨを測定する必要が無い。加工時間を短縮することができる。
第１の加工エリア（１、１）のレーザ加工が完了する前に、第２の加工エリアの高さＨの測定が完了している。最初の加工エリア（第１の加工エリア）（１、１）のレーザ加工が開始される前に最初の加工エリア（１、１）の高さＨを測定することができる。最初の加工エリアのレーザ加工が開始される前に、最初の加工エリアとそれ以外の加工エリアの高さＨを測定することができる。最初の加工エリアのレーザ加工前に、少なくとも３つの加工エリアの高さＨの測定が完了していることが好ましい。３つの加工エリアは、１番目と２番目と３番目に加工される加工エリアである。加工ヘッド部２と高さ測定器４が離れる。加工ヘッド部の振動等の影響が小さくなる。高さＨの測定の精度が高くなる。
加工ヘッド部２の高さが調整されている時、高さＨの測定が行われてもよい。

実施形態では、最初の加工エリアのレーザ加工前に複数の加工エリアの高さＨの測定が完了している。レーザ加工が開始される前に、複数の加工前の加工エリアの高さ測定が完了している。最初から６番目までの加工エリアの高さＨが測定されている。レーザ加工の開始前に高さＨの測定が完了している加工エリアの数は６に限定されない。

第１の加工エリア（１、１）のレーザ加工が行われているとき、第２の加工エリア（１、７）の高さＨが高さ測定器４で測定される。レーザ加工中に高さＨの測定は完了する。タクトタイムが短くなる。生産性が向上する。１つの加工エリアのレーザ加工と複数の加工エリアの高さ測定が同時に行われても良い。

第１の加工エリアのレーザ加工が完了する。第１の加工エリアのレーザ加工が完了すると、第１の加工エリア（１、１）の次の加工エリア（１、２）が加工ヘッド部２の下に移動する。

加工エリア（１、２）の高さＨの測定は完了している。測定結果に基づき、加工ヘッド部２、もしくは、ｆθレンズfの高さが調整される。

加工エリア（１、２）のレーザ加工が行われる。このとき、加工前であって、高さＨ測定前の加工エリアの高さＨの測定が行われる。

加工エリア（１、２）に複数の開口が形成される。加工エリア（１、２）のレーザ加工が完了する。

同様な動作が繰り返される。第２の加工エリア（１、７）がＸ−Ｙテーブル３により加工ヘッド部２の下に移動される。加工ヘッド部２又はレンズの高さが調整される。第２の加工エリア（１，７）にレーザにより開口が形成される。次の加工エリアが加工ヘッド部２の下に移動する。同様な動作が繰り返され、全ての加工エリアに開口が形成される。

実施形態では、最初の加工エリア（１、１）のレーザ加工が開始される前に複数の加工エリアの高さＨの測定が完了している。そして、レーザ加工が開始されると、レーザ加工とレーザ加工中の加工エリア以外の加工前の加工エリアの高さＨの測定が同時に行われている。

加工中の加工エリアは加工エリアＸであり、加工エリアＸの加工中に高さＨを測定している加工エリアは加工エリアＹである。加工エリアＸと加工エリアＹとの間に存在している加工エリアの高さＨの測定は完了している。加工エリアＸと加工エリアＹとの間に存在している加工エリアの数は３以上であることが好ましい。加工ヘッド部２の駆動の影響が小さくなるので、高さＨの測定の精度が高くなる。加工エリアＸと加工エリアＹとの間に存在している加工エリアの数が６であると、生産性と精度が高い。加工エリアＸと加工エリアＹとの間に存在してる加工エリアの数は０でもよい。

実施形態のプリント配線板の製造装置及びプリント配線板の製造方法では、加工エリア毎に高さＨが調整されている。そのため、プリント配線板の途中基板がうねりを有しても、うねりの影響を小さくすることができる。開口を正確な位置に形成することができる。目標に近い開口の径が得られる。目標に近い開口の形状が得られる。

参考例の方法が示される。参考例では、加工エリアＰＡが加工ヘッド部２の下に到達し、その後、加工ヘッド部２下の加工エリアＰＡの高さＨが測定される。その後、加工ヘッド部２の高さが調整される。それから、加工エリアＰＡが加工される。このような方法で全ての加工エリアが加工される。参考例では、１つの加工エリアを加工するための時間（単位加工時間）は、高さＨを測定する時間Ｔ１と高さを調整する時間Ｔ２と加工する時間Ｔ３を含む。
それに対し、実施形態では、加工エリアＰＡが加工ヘッド部の下に移動する前に、高さＨの測定が完了している。そのため、実施形態の単位加工時間は、加工ヘッド部２やｆθレンズｆの高さを調整する時間Ｔ２と加工する時間Ｔ３を含むが、高さＨを測定する時間Ｔ１を含まない。そのため、実施形態によれば、加工時間を短くすることができる。生産量を多くすることができる。精度の高い開口が短時間で生産される。

１ レーザ発信器
２ 加工ヘッド部
３ Ｘ−Ｙテーブル
４ 高さ測定器
５ 高さ調整器
２０ プリント配線板の途中基板
Ｈ 加工エリアの高さ
Ｋ１ 途中基板と加工ヘッド部との間の距離
Ｋ２ 途中基板とｆθレンズとの間の距離

Claims (6)

1. レーザ発信器と、
   加工ヘッド部と、
   Ｘ−Ｙテーブルと、
   高さ測定器と、
   高さ調整器と、を有するプリント配線板の製造装置であって、
   前記プリント配線板は第１と第２の加工エリアを有し、前記プリント配線板は前記Ｘ−Ｙテーブルに置かれ、前記高さ測定器で前記第１の加工エリアの高さが測定され、その後、前記Ｘ−Ｙテーブルにより前記加工ヘッド部の下に前記第１の加工エリアが移動され、前記第１の加工エリアの前記高さに基づき前記高さ調整器により前記加工ヘッド部の高さが調整され、前記加工ヘッド部を介して、前記第１の加工エリアにレーザを照射することで前記第１の加工エリアに開口が形成される。
2. 請求項１のプリント配線板の製造装置であって、さらに、前記第１の加工エリアに前記開口が形成されている時、前記高さ測定器で前記第２の加工エリアの高さが測定され、前記第１の加工エリアの加工が終了してから、前記Ｘ−Ｙテーブルにより前記加工ヘッド部の下に前記第２の加工エリアが移動され、前記第２の加工エリアの前記高さに基づき、前記高さ調整器により前記加工ヘッド部の高さが調整され、前記加工ヘッド部を介して、前記第２の加工エリアにレーザを照射することで前記第２の加工エリアに開口が形成される。
3. 請求項１のプリント配線板の製造装置であって、前記加工ヘッド部はミラーとレンズを有し、前記レンズと前記第１の加工エリアとの間の距離を調整することで、前記加工ヘッド部の高さが調整される。
4. 第１と第２の加工エリアを有する途中基板を準備することと、
   レーザ発信器と加工ヘッド部とＸ−Ｙテーブルと高さ測定器と高さ調整器とを有する装置を準備することと、
   前記Ｘ−Ｙテーブルに前記途中基板を置くことと、
   前記高さ測定器で前記第１の加工エリアの高さを測定することと、
   前記Ｘ−Ｙテーブルにより前記加工ヘッド部の下に前記第１の加工エリアを移動することと、
   前記第１の加工エリアの前記高さに基づき、前記高さ調整器により前記加工ヘッド部の高さを調整することと、
   前記加工ヘッド部を介して、前記第１の加工エリアにレーザを照射することで前記第１の加工エリアに開口を形成すること、とを有するプリン配線板の製造方法であって、
   前記測定することは前記移動することの前に完了している。
5. 請求項４のプリン配線板の製造方法であって、さらに、前記第１の加工エリアに前記開口が形成されている時、前記高さ測定器で前記第２の加工エリアの高さを測定することと、前記Ｘ−Ｙテーブルにより前記加工ヘッド部の下に前記第２の加工エリアを移動することと、
   前記第２の加工エリアの前記高さに基づき、前記高さ調整器により前記加工ヘッド部の高さを調整することと、前記加工ヘッド部を介して、前記第２の加工エリアにレーザを照射することで前記第２の加工エリアに開口を形成すること、とを有する。
6. 請求項４のプリン配線板の製造方法であって、前記加工ヘッド部はミラーとレンズを有し、前記加工ヘッド部の高さを調整することは、前記レンズの高さを調整することを含む。

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