JP2757041B2

JP2757041B2 - 電子回路基板の加工方法

Info

Publication number: JP2757041B2
Application number: JP1260978A
Authority: JP
Inventors: 輝代隆塚田
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1989-10-05
Filing date: 1989-10-05
Publication date: 1998-05-25
Anticipated expiration: 2013-05-25
Also published as: JPH03123094A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は，電子回路基板の加工方法に関し，座ぐり，
切断等の機械的加工を迅速に，しかも精度よく，安定し
て実施できる加工方法に関する。

〔従来技術〕

従来，電子回路基板の加工方法としては，例えば樹脂
系の基板の場合には，シャーリング，金型を使用しての
打ち抜き，回転刃物によるミーリング加工，穴明け加工
がある。

一方，セラミック基板の場合には、未焼結のセラミッ
クシートを予め製品サイズと相似形に加工しておき焼成
する方法がある。また，焼成品に対してはダイヤモンド
砥石，レーザーによる切断，溝入れ加工がある。

〔解決しようとする課題〕

ところで，最近電子工業の発達に伴って半導体等の電
子部品材料は小型化あるいは高集積化が進められてお
り，前記小型化あるいは高集積化に適した基板材料が多
種多様になってきた。

一方，基板の形状も複雑となり，基板表面に凹部を設
け，半導体等の電子部品の実装高さを小さくすることも
数多くなってきた。

しかしながら，前述のごとき樹脂系の基板で行われて
いるようなシャーリング，金型を使用しての打ち抜き加
工方法では，迅速に加工できるものの，基板の切断面が
著しく荒れる。そのため，基板上の回路は，切断面から
内側方向に少なくとも0.5mm以上離れていないと回路に
対して線欠け，剥離などの悪影響を及ぼすことになり，
高集積化に対して不利である。

また，切断面から切断粉塵が出やすく，半導体素子の
直接実装時におけるコンタミネーションの原因となる。

一方，回転刃物によるミーリング加工，穴明け加工で
は，高精度で微細な加工ができるが，回転刃物の間隔に
限りがあり，近接した箇所を同時に加工することは困難
である。現状，回転刃物の軸数は１台あたり多くとも６
本である。また加工時間をかなり必要とする欠点も有し
ている。

また，セラミック基板の加工では，まず未焼結のセラ
ミックシートに金型を使用して，打ち抜きなどにより穴
明け，切断等を行い，予め製品サイズと相似形に加工す
る。そして，その後，これを焼成し基板を得る。しか
し，この方法では，焼成収縮によって寸法変化が生じ，
高精度の基板を得ることが困難である。

一方，焼成した基板を加工する方法として，ダイヤモ
ンド砥石，レーザーによる加工があるが，加工速度に限
りがあり，また高価な設備と道具を必要とする。

本発明はかかる問題点に鑑み，複雑な加工形状であっ
ても，高精度でしかも迅速に，かつ長期に亘り安定して
加工することができる，電子回路基板の加工方法を提供
しようとするものである。

〔課題の解決手段〕

本発明は，所望する加工形状と同等もしくは相似形の
加工凸部を有する加工用ヘッドを用い，該加工用ヘッド
を高周波振動させ，上記加工凸部と電子回路基板の被加
工部との間に研磨砥粒を流入させつつ，該加工凸部を被
加工部に加工することにより，電子回路基板の座ぐり，
切断或いは回路切断等の加工を行う加工方法であって，
かつ上記加工凸部は少なくともその表面が軟質金属とセ
ラミック粒子との複合材料層からなることを特徴とする
電子回路基板の加工方法にある。

本発明において最も注目すべきことは，高周波加工用
ヘッドの先端に設けた前記形状の加工凸部を，電子回路
基板の被加工部に対面させ，該加工凸部を高周波振動さ
せた状態で該加工凸部と被加工部との間に研磨砥粒を供
給して，座ぐり，切断等の加工を行うこと，しかも上記
加工凸部は少なくともその表面が前記複合材料層で構成
されていることにある。

前記軟質金属としては，銅，金，ニッケル，半田，ア
ルミニウム，銀，タングステン，モリブデン，クロム，
タンタルのいずれか１種を主成分とした金属を用いるこ
とが好ましい。つまり，これら各金属又はこれら金属の
合金を用いる。これらの軟質金属は延び易い金属であっ
て高周波を吸収するため，摩耗がなく，これにより前記
加工凸部の形状が維持される。

一方，前記軟質金属ばかりが加工凸部に形成されてい
ると，逆に高周波が被加工部に伝わらなくなり，加工さ
れにくくなる。これを防ぐために，極めて高周波が伝わ
り易い硬質のセラミック粒子を，前記軟質金属の中に分
散させてやることで被加工部に効率良く高周波を伝える
ことができる。ここで，上記セラミック粒子としては，
ダイヤモンド，窒化ホウ素，炭化ケイ素，炭化ホウ素，
炭化タングステン，酸化アルミニウムの１種又は２種以
上を用いることが好ましい。

この理由は，これらのセラミック粒子を極めて硬度が
高く，しかもヤング率が大きいので効率よく高周波を伝
えることができ，また比較的硬度の高い研磨砥粒に対し
て耐摩耗性を有するからである。

本発明において，前記セラミック粒子の大きさは，平
均粒径が２〜80μｍであることが好ましい。平均粒径が
２μｍよりも小さいと，粒子同志の接触点が極めて多く
なり，高周波を伝え難くなる。一方,80μｍよりも大き
いと高周波は伝わり易いが，前記軟質金属によるセラミ
ック粒子の固定力が弱くなり，粒子が脱落し易くなる。
なかでも５〜50μｍであることがより好適である。

そして，前記軟質金属とセラミック粒子との存在比
は，セラミック粒子１容量に対して軟質金属0.2〜３容
量であることが好ましい。この理由は,0.2よりも小さい
と，セラミック粒子を保持することが困難となり，セラ
ミック粒子が脱落し易く，前記加工凸部の形状を保持す
ることが困難となるからである。また,3よりも大きくな
ると，軟質金属が多くなりすぎて，高周波が伝わり難く
なるためである。

なお，前記加工凸部にセラミック粒子と軟質金属との
複合材料層を形成する方法としては，軟質金属とセラミ
ック粒子を同時にプラズマ等で溶射する方法，溶融した
軟質金属中にセラミック粒子を分散させておき，この中
に加工凸部を浸漬する方法がある。また，セラミック粒
子を分散させたメッキ液中で電気メッキを行う方法があ
る。また，セラミック粒子と軟質金属粒子と有機系接着
剤との混合物を加工凸部表面に塗布し，高温に加熱して
接着剤を除去すると共に，軟質金属を溶融接合させる方
法等がある。

また，上記複合材料層は，加工凸部の少なくとも表面
に形成してあれば良い。また，該複合材料層の厚みは,
0.005〜0.4mmとすることが好ましい。0.005mmより小さ
くては耐久性に劣る。一方,0.4mmを越えても耐久性向上
への寄与は少なく，また高価となる。

また，加工時に流入させる上記研磨砥粒としては，炭
化ホウ素（B₄C），窒化ホウ素（BN），炭化ケイ素，窒
化ケイ素，ダイヤモンド，アルミナなどの粒子を用い
る。該粒子の大きさは，粒径５〜400μｍであることが
好ましい。５μｍ未満では加工面の精度は極めて良い
が，加工時間が長い。また,400μｍを越えると，加工速
度は大きくなるが，加工面の精度が低下し，寸法精度も
悪くなる。また，研磨砥粒の流入は，水等の流動体と共
に行うことが好ましい。

また，加工用ヘッドは，高周波加工機の先端に配設さ
れ，該加工用ヘッドの先端に前記のごとく加工凸部を有
する。また，上記加工凸部は，加工形態により,1ないし
複数個配置する。その理由は，前記加工凸部が１ないし
複数個配置することで同時に多数の加工ができ効率的で
あるし，切断，座ぐり，金属部分等，異種の加工も同時
にでき，治具，刃物交換，セット等時間が節約できるか
らである。

加工時に用いる前記高周波の周波数は,10〜25KHzであ
ることが好ましい。

その理由は，樹脂系基板，樹脂−セラミック複合基
板，セラミック基板，ガラス基板などの電子回路基板用
の基材と，加工用金属ヘッドとの共振周波数が,10〜25K
Hzであるからである。例えば，樹脂系基板であれば10〜
14KHz,樹脂−セラミック複合基板であれば12〜18KHz,ガ
ラス基板であれば13〜20KHz,セラミック基板であれば14
〜25KHzを使用することができる。

また，電子回路基板の表面においては，加工を開始す
る側における，電子回路などの金属部分を，上記加工用
ヘッドの加工凸部の形状（上記基板との接触面の形状）
よりも0.005mm以上広く，予め削除してあることが好ま
しい。

その理由は，電子回路基板の被加工部の表面に金属部
分があると，前記高周波振動が基板に有効に伝わらず，
加工速度が著しく低下するからである。それ故，金属部
分を上記のごとく広く削除しておくことで，前記金属部
分の影響を受けず，効率のよい加工ができる。

また，電子回路基板を切断（貫通孔形成も含む）する
場合には，被加工部である切断箇所に対応する反対面の
表面に，金属部分を設けておくことが好ましい。そし
て，該金属部分は加工用ヘッドの加工凸部の形状よりも
0.010mm以上広く形成しておくことが好ましい。

その理由は，切断を開始する部分の反対面表面に金属
部分がないと，切断の進行と共に基板が薄くなるにつれ
て，基板強度が低くなる。その結果加工速度を制御し難
くなるため，基板が破損したり，基板表面に剥離が生じ
たりするからである。なお，基板の下に当て板等を使用
してもよいが，高周波振動により前記基板と当て板の間
に隙間が生じて当て板の効果が少ない。当て板等の効果
を十分に出すには完全に接着する等強固に固定するとが
必要であってそのような処理は作業効率を落としてしま
う。

そこで，上記のごとく，前記金属部分を加工用ヘッド
の加工凸部よりも0.010mm以上広く存在させることによ
り，基板の強度を維持させ，かつ該金属部分で前記高周
波振動を吸収させるのである。これにより，基板を貫通
する直前の加工条件は非常に緩和され，基板に対するダ
メージを極めて少なくできるのである。

また，上記金属部分の材質としては，銅，金，ニッケ
ル，半田，アルミニウム，銀，タングステン，モリブデ
ン，クロム，タンタルから選ばれる少なくとも一種を主
成分とした金属であることが好ましい。

また，かかる金属部分は，例えば金属箔のラミネート
−エッチング，金属蒸着などにより形成する。また，金
属粉末を樹脂粉末或いはガラスフリットに分散させたペ
ーストを塗布し，固着させる方法もある。

また，基板における導体回路などの金属部分を切断す
る場合，加工用ヘッドの加工凸部の長さは金属部分の厚
みの２倍以上とすることが好ましい。

その理由は，金属部分の厚みの２倍より小さいと，前
記金属の延びにより，金属部分を完全に切断することが
できない場合がある。そのため，切断部分がつながった
ままとなり，たとえば金属部分が基板の回路であった場
合，絶縁不良となるおそれがあるからである。

〔作用及び効果〕

本発明においては，電子回路基板の被加工部に加工用
ヘッドの前記加工凸部を対面させ，両者の間に研磨砥粒
を流入しつつ，加工凸部より高周波を発振させる。そし
て，該加工凸部を被加工部に加圧する。そのため，被加
工部は，上記研磨砥粒と高周波とによって，研削され
る。それ故，電子回路基板に，座ぐり，切断或いは回路
切断等の加工を施すことができる。

また，ここに注目すべきことは，本発明においては加
工凸部の表面に軟質金属とセラミック粒子とよりなる複
合材料層を設けてある。そして，前記のごとく，軟質金
属は高周波を吸収するために加工時に摩耗することがな
く，また，該軟質金属と混在するセラミック粒子は硬
い。それ故，該セラミック粒子が加工面への高周波伝達
の役割をなすと共に，加工凸部表面の摩耗も防止する。
それ故，加工凸部は長期に亘りその加工面を，精度良く
維持することができる。そのため，加工凸部の交換をす
ることなく長期に亘り安定した加工を行うことができ
る。

また，本発明においては，高周波と研磨砥粒とにより
加工を行うため，細部の加工も容易に行うことができ，
切断面の加工仕上がりの精度も極めて優れている。ま
た，加工速度も，ダイヤモンド砥石等による従来の加工
方法に比して，格段に迅速である。

したがって，本発明によれば，複雑な加工形状であっ
ても，高精度で迅速に，かつ長期に亘り安定して加工す
ることができる電子回路基板の加工方法を提供すること
ができる。

〔実施例〕

第１実施例本発明の実施例にかかる，電子回路基板の加工方法に
つき第１図及び第２図を用いて説明する。

本例を実施するための装置は，加工用ヘッド２と，そ
の先端に設けた加工凸部20と，研磨砥粒31を加工凸部20
と被加工部11との間に供給するための噴射ノズル30とよ
りなる。

また，上記加工凸部20の中央より下方の側面及び下端
面（被加工物との接触面）には，軟質金属とセラミック
粒子よりなる複合材料層６が被覆してある。

そして加工に当っては，上記加工凸部20を高周波振動
させつつ，加工凸部20と被加工部11との間に研磨砥粒31
を水と共に流入し，かつ加工凸部20を被加工部11上に加
圧する。これにより，被加工部11が座ぐり加工される。
この加工によって発生する加工粉は，研磨砥粒と共に加
工部分より排出される。

以下に，その具体例を説明する。

即ち電子回路基板の基材は，コージェライトセラミッ
ク−エポキシ樹脂であり，ヤング率5.7×10³kg/mm²であ
る。一方、加工凸部は，加工用下面が10×10mmの正方
形，高さ2mmで，その表面に設けた複合材料層は平均粒
系15μｍのダイヤモンド粒子を分散させたクロム層が厚
み80μｍに形成されている。この複合材料層６は，ダイ
ヤモンド粒子を分散させたメッキ液中で，電気メッキす
ることにより形成したものである。

複合材料層中におけるダイヤモンド粒子とクロムの存
在割合（容量比）は，ダイヤモンド粒子：クロム＝1:0.
82であった。

次に，加工に当たっては，前記加工凸部20を振動数16
KHz,印加荷重2kgを加えながら，加工面に押し当てた。
研磨砥粒はB₄ C120＃であり,0.15kg/lの水分散液をノズ
ルより供給した。

その結果，深さ0.5mmの座ぐり加工に要した時間は28
秒であり，極めて早い時間で加工できた。

一方，上記と同じ条件で,300個の被加工物について連
続加工を行った。その結果，加工凸部のコーナ部の曲率
半径は当初0.1mmであったものが0.2mmに変化したにすぎ
なかった。このことより，本例の加工凸部は耐摩耗性に
優れていることが分る。

一方，上記加工凸部をS45C鋼で作製し，その表面には
複合材料層を設けることなく，上記と同じ条件で加工を
行った。その結果，加工は25秒で終了した。しかし，連
続加工においては,100個加工の段階で，加工凸部のコー
ナーの曲率半径が0.1mmから0.5mmに摩耗してしまった。

また，別の比較例として，同一基材に超硬製の直径2m
mのエンドミルを用い，回転数30000rpmでミーリング加
工を実施した。その結果，実質の加工時間は35秒であっ
たが,1つの座ぐり毎に超硬製の上記エンドミルが著しく
摩耗してしまい，交換が必要であった。

上記のごとく，本例によれば，精度良く，かつ迅速に
電子回路基板を加工することができる。しかも，加工凸
部の形状を長期間に亘り安定して維持することができ
る。

第２実施例本例は，第３図及び第４図に示すごとく，コ字状の座
ぐり加工を行うものである。

本例においては，電子回路基板１の上面，つまり加工
を開始する側に銅箔４が設けられている。それ故，該銅
箔４は，被加工部13において，加工凸部22の外形よりも
大きい形状に予め削除し，開口部41を設けてある。

また，加工凸部22の表面には，第１実施例と同様に複
合材料層６が設けてある。その他の研磨砥粒の流入等は
第１実施例と同様である。

以下に，その具体例を示す。

即ち，電子回路基板１の表面に厚み35μｍの銅箔４が
接着された基板において，コの字状の座ぐり加工を行っ
た。この加工に先立って，基板上の銅箔４を，加工用金
属ヘッド２の加工凸部22の外形に対して,0.01mm大きく
削除して開口部41を設けた。そして，第１実施例と同様
に深さ0.5mmの座ぐり加工を行った。その結果加工時間
は28秒であった。

一方，比較例として，上記開口部41の形状を加工凸部
22に対して同一とした場合，および銅箔４をまったく削
除しなかった場合の加工時間は，それぞれ35秒，及び68
秒であった。

第３実施例本例は，第５図及び第６図に示すごとく，電子回路基
板１をロ字形に切断するものである。このロ字形切断部
15の下面，即ち切断を開始する側と反対面には，金属部
分としての銅箔45が，樹脂による接着ラミネートの方法
により予め設けてある。

その他，加工凸部表面への複合材料層６の形成，その
他加工方法は第１実施例と同様である。

以下に，その具体例を示す。

基材としては，ガラス−エポキシ樹脂基板（FR-4），
ヤング率1.8×10³kg/mm²のものを用いた。振動数は14KH
zであり，他条件は第１実施例と同様である。この基板
を50×50mmの正方形に切断した。

この時用いた加工用金属ヘッド２の加工凸部25は，第
５図，第６図のごとく幅1mmでロの字形状である。ま
た，電子回路基板１の切断部15に対応する反対側の表面
において，銅箔45が設けてある。該銅箔45は，前記加工
凸部25のロ字形状の幅よりも0.050mm広く存在するよう
にした。その結果切断加工時間は,26秒であった。

また，比較のため，銅箔部分45を加工用ヘッドの加工
凸部25の形状と同じにした場合，銅箔部分を設けなかっ
た場合の加工時間は，それぞれ25秒,22秒であった。し
かして，この比較例の場合の方が，上記発明の場合より
も加工速度は大きい。しかし，銅箔部分を設けなかった
場合は，加工後に，基材が下端から0.8mm剥離してい
た。また，銅箔部分を加工用ヘッドの加工凸部と同じに
した場合は，基材が下端から0.3mm剥離していた。

そして，銅箔部分が加工用ヘッドの加工凸部よりも0.
050mm広く存在するようにした本発明の場合には，ほと
んど剥離は生じていなかった。

第４実施例本例は，第７図及び第８図に示すごとく，電子回路基
板１上に接着された銀ペースト配線５を，部分的に切断
しようとするものである。

加工用ヘッド２に設けた加工凸部27の形状は，切断箇
所51の形状より若干大きくしてある。該加工凸部27に
は，第１実施例と同様の複合材料層６が形成してある。

以下にその具体例を示す。

電子回路基板としては，アルミナセラミック基板，ヤ
ング率21×10³kg/mm²である基板を用いた。振動数は16K
Hzであり，他条件は，第１実施例と同様である。

基材表面に密着された銀ペースト配線５は，厚み15μ
ｍで，該配線のうち幅0.12mmの配線部分を切断した。こ
の時，加工用ヘッド２の加工凸部27の形状は，銀ペース
ト配線部分の切断箇所51より0.1mm大きくした。その結
果，銀ペースト配線は完全に切断された。

一方，比較のために，基板の銀ペースト配線５の切断
部分51の形状と，前記加工凸部27の形状とを同一として
切断を行った。その結果，切断所望部分に前記銀ペース
ト配線部分が約23μｍ残存し，ショートを生じた。

また，上記第２〜第４実施例いずれの場合も，本発明
による場合は，その加工面の精度，加工凸部の耐久性は
極めて優れていた。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は第１実施例の加工装置を示し，第１
図はその正面図，第２図は第１図のＡ−Ａ線矢視断面
図，第３図及び第４図は第２実施例の加工装置を示し，
第３図はその正面図，第４図は第３図のＢ−Ｂ線矢視断
面図，第５図及び第６図は第３実施例の加工装置を示
し，第５図はその正面図，第６図は第５図のＣ−Ｃ線矢
視断面図，第７図及び第８図は第４実施例の加工装置を
示し，第７図はその正面図，第８図は第７図のＤ−Ｄ線
矢視断面図である。 11,13,15,51……被加工部,2……加工用ヘッド,20,22,2
5,27……加工凸部,31……研磨砥粒,4,45……銅箔,5……
銀ペースト配線,6……複合材料層，

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所望する加工形状と同等もしくは相似形の
加工凸部を有する加工用ヘッドを用い，該加工用ヘッド
を高周波振動させ，上記加工凸部と電子回路基板の被加
工部との間に研磨砥粒を流入させつつ，該加工凸部を被
加工部に加圧することにより，電子回路基板の座ぐり，
切断或いは回路切断等の加工を行う加工方法であって，
かつ上記加工凸部は少なくともその表面が軟質金属とセ
ラミック粒子との複合材料層からなることを特徴とする
電子回路基板の加工方法。
【請求項２】第１請求項において，前記軟質金属は，
銅，金，ニッケル，半田，アルミニウム，銀，タングス
テン，モリブデン，クロム，タンタルの何れか１種を主
成分とした金属であることを特徴とする電子回路基板の
加工方法。
【請求項３】第１又は第２請求項において，前記セラミ
ック粒子は，ダイヤモンド，窒化ホウ素，炭化ケイ素，
炭化ホウ素，炭化タングステン，酸化アルミニウムの１
種又は２種以上であることを特徴とする電子回路基板の
加工方法。
【請求項４】第１又は第３請求項において，前記セラミ
ック粒子の平均粒径は２μｍ〜80μｍであり，かつ前記
軟質金属に対するセラミック粒子の割合は容積比でセラ
ミック粒子：軟質金属＝1:0.2〜３であることを特徴と
する電子回路基板の加工方法。