JP3779697B2

JP3779697B2 - 回路基板の孔埋め方法

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Publication number: JP3779697B2
Application number: JP2003147623A
Authority: JP
Inventors: 和徳細見; 裕誉小川
Original assignee: Noda Screen Co Ltd
Current assignee: Noda Screen Co Ltd
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2023-05-26
Also published as: JP2004349618A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板の表面に開口するスルーホールをインクによって充填するための孔埋め方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回路基板に形成されたスルーホールやビアホール等を孔埋めする際にはスクリーン印刷が広く行われていた。これは、回路基板に形成されたスルーホールやビアホール等と対応する孔をスクリーン版に形成し、その孔からペーストを通過させることにより、回路基板上に設けられたスルーホールやビアホール等にペーストを充填するものである（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１３６５６０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のスクリーン印刷法では所定のプリントパターンに対応した版を製作する必要があるので、その費用と手間が大きいという問題がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、従来と比較して生産性が高く、コスト低減の可能な回路基板の孔埋め方法および孔埋め装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１の発明は、回路基板の孔埋め方法であって、インクを液滴化させてノズルから吐出させるインク吐出ヘッドによって、回路基板の表面に開口するスルーホールにインクを充填するものであり、かつ、前記スルーホールに対応して孔を形成したスペーサシートを挟みつつ前記スルーホールを連通させるように複数枚の前記回路基板を積層させた状態で前記スルーホールに前記インクを充填することを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の回路基板の孔埋め方法であって、前記スペーサシートに形成された前記孔は前記スルーホールの内径よりも小さくされていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の作用および効果】
上記請求項１の発明によれば、プリント配線板基板の孔にノズルから直接にインクが供給されるから、従来のスクリーン印刷等で必要であった製版等の作業が不要となって生産性が向上するという作用効果を奏する。
【００１５】
また、回路基板のスルーホールにインクを充填する場合には、基板の一面側に例えば粘着フィルム等の閉塞体を宛った状態としておくことにより、充填するインクの粘度が低い場合でも、インクがスルーホールから抜け出さないようにすることができる。なお、この閉塞体が回路基板として不要なものであれば、充填したインクを硬化させた後に取り除いてもよいし、保護膜として機能させ得るものであったり、何らかの機能部材であるならば、そのまま残しておいてもよい。
【００１６】
さらに、スルーホール内にインクを充填する際に、複数枚の回路基板をそれらのスルーホールが連通するように積層させ、その状態でインクを一括に充填すれば（請求項１の発明）、より生産性を向上させることができる。
【００１７】
なお、回路基板を積層してスルーホールにインクを一括に充填する場合には、各回路基板間にそのスルーホールに対応する孔を有するスペーサシートを介在させて積層することが好ましい。次の理由による。回路基板を積層してインクを充填した場合には、インクの硬化後に回路基板を一枚毎に分離することになる。その際、インクの種類によっては、硬化したインクが回路基板の相互間の界面で綺麗に分断されず、一方に偏った状態で引き離されることがある。このため、各回路基板を直接に重ね合わせたときに、硬化したインクが少しでも一方に偏って引き剥がされてしまうと、その反対側の回路基板においては、スルーホールを埋めるインクの表面に凹みができることになる。
【００１８】
これに対し、スペーサシートを介在させて複数の回路基板を積層し、その状態で回路基板の各スルーホール及びスペーサシートの孔にインクを一括に充填すると、回路基板のスルーホール内で硬化したインクが、スペーサシートの孔の中で硬化したインクによってつながれた状態となる。すると、インクの硬化後に回路基板を一枚毎に分離する際、硬化したインクはスペーサシートの孔の部分で分断されるようになり、仮に一方に偏った状態で引き離されたとしても、分断部分が回路基板のスルーホール内に及ぶ可能性が低くなり、スルーホール内で硬化したインクの表面が凹むことを防止できる。この場合、各回路基板において硬化したインクがスルーホールから盛り上がった状態になるが、これは研磨によって平滑にすることができる。
【００１９】
なお、スペーサシートとしては合成樹脂フィルムが適する。また、スルーホールに対応させてスペーサシートに形成する孔はスルーホールの径よりも小さいことが望ましい。その部分の硬化したインク強度が弱くなり、回路基板の分離時にその部分でインクが分断されるようになるからである。
【００２０】
また、インクの充填を複数回に分けて行い、その１回のインクの充填量を孔の容積の１／２以下とすることが好ましい。例えば粘性等の理由によって孔の内部に進入しにくいインクであっても、少量ずつ充填することによって孔の内部に進入し易くなるからである。
【００２１】
なお、スルーホールの径に対するノズルの開口部の直径の比は、１／１００以上１以下が好ましい。ノズルの開口部の直径がスルーホール径の１／１００未満の場合には、スルーホール内にインクを充填するのに何回も噴射しなければならないので時間がかかり、ノズルの開口部の直径がスルーホールの径よりも大きい場合には、噴射されたインクの液滴がスルーホール表面を塞いでスルーホール底部に空気が残留した状態となりやすいためである。
【００２９】
なお、いずれの発明においても孔埋め用のインクとしては、エポキシ系、ポリイミド／アミド系、アクリル系、エステル系、フッ素樹脂、ＰＰＳ(ポリフェニレンサルファイド)、ＰＰＯ(ポリフェニレンオキサイド)、ＰＥＴ(ポリエチレンテレフタレート)、ＢＴレジン等の樹脂又はこれらの樹脂前駆体を、溶媒に溶解又は分散させたものや、銅、銀、カーボン、シリカガラス、アルミナ、炭酸ナトリウム等のパウダを溶媒に分散させたもの、さらにこれらの複合体、エマルションなどを使用することができる。
【００３０】
インクの溶媒には水のほか、トルエン、キシレン等の炭化水素類、塩化エチル、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素類、イソプロピルアルコール、テルピネオール等のアルコール類、メチル−ｔ−ブチルエーテル等のエーテル類、メチルエチルケトン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸−ｎ−ブチル等のエステル類、ブチルカルビトール等のグリコールエーテル類などを使用することができる。
【００３１】
インクには、必要に応じて、界面活性剤、乳化剤、重合開始剤、重合抑制剤、粘度調整剤などを添加してもよい。
【００３２】
また、インクの粘度は、１０^−４Ｐａ・ｓ以上１０Ｐａ・ｓ以下のものが好適に用いられる。インクの粘度が１０^−４Ｐａ・ｓ未満となるようインクを調製した場合には、インク中の揮発成分（主として溶媒成分）が多くなり、インクを孔に充填・乾燥した後の残留成分が少なくなる為、充填量が不足する傾向がある。一方、インクの粘度が１０Ｐａ・ｓを超える場合には、インクを液滴化させてインク吐出ヘッドのノズルより噴射することが困難になる。なお、インク中の樹脂前駆体の粘度が充分に低い場合には、溶媒に溶解させることなく使用することができる。
【００３３】
回路基板の孔にインクを充填させるための孔埋め装置のインク吐出ヘッドとしては、例えば
（１）インクの流路に圧電素子を設け、この圧電素子に電圧を印加することで圧電素子が変形してインクの流路が狭められ、その結果、流路に充填されていたインクが液滴化してノズルから吐出される機構
（２）加圧されたインクが供給されるインクの流路にバルブを設け、そのバルブを短時間だけ開放して閉じることによって加圧されたインクが液滴化して流路先端のノズルより吐出される機構
（３）インクの流路内に加熱素子を埋設し、その加熱素子に通電してインクを局部的に加熱することにより、インク又はインクに含まれる溶媒を膨張させ、その結果、流路に充填されていたインクが吐出される機構
（４）上述のインク吐出機構に加え、ノズルから吐出される液滴化したインクを荷電制御すると共にノズルの近傍に偏向板を設け、インクが吐出される際に偏向板に印加される偏向電圧を変化させることにより、インク液滴の飛翔方向を制御する機構
等があり、インクの粘度やインク溶媒の有無、吐出量や吐出速度、基板とインク吐出ヘッドのノズルとの間隔などにより適宜選択することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
＜第１参考例＞
以下、本発明を具体化した第１参考例について図１ないし８を参照して説明する。
【００３５】
本発明に係る回路基板用の孔埋め装置は、孔埋め装置本体１０と、これを制御する制御用コンピュータ５０とを備える。孔埋め装置本体１０は、ほぼ矩形をなして水平に設置される装置フレーム１１上に、回路基板１００を載置して固定するための基板保持機構５０と、後述するインク吐出ヘッド３０を基板保持機構５０に対して相対的に移動させる移動機構４７とを設けた構成である。
【００３６】
まず、インク吐出ヘッド３０の移動機構４７について説明する。装置フレーム１１の右端寄りの位置には、装置フレーム１１の短辺と平行に右リニアガイド１２Ｒが設けられ、ここに右スライダ１３Ｒが摺動可能に取り付けられている。右スライダ１３Ｒは上方から見て略Ｊ字形をしており、図示しないボールネジ機構のナットユニットが固定され、そのボールネジ機構のネジ軸（図示せず）をＹ軸サーボモータ１４によって駆動することで、右リニアガイド１２Ｒ上を自由に移動できるようにしている。なお、その移動方向は図１において示した矢印Ｙ方向である。Ｙ軸サーボモータ１４は後述する制御用コンピュータ７０により制御される。
【００３７】
一方、装置フレーム１１の左端寄りの位置には、左リニアガイド１２Ｌが右リニアガイド１２Ｒと平行に設けられ、ここに左スライダ１３Ｌが、左リニアガイド１２Ｌ上を矢印Ｙ方向に沿って自由に摺動できるように設けられている。
【００３８】
上述の右リニアガイド１２Ｒと左リニアガイド１２Ｌとの間には、横リニアガイド１５が、右スライダ１３Ｒと左スライダ１３Ｌとの間に架け渡されて設けられている。これにより、横リニアガイド１５は、左右の各右スライダ１３Ｒ、１３Ｌと一体となってＹ軸サーボモータ１４によって図１のＹ方向に駆動される。
【００３９】
この横リニアガイド１５には後に詳述するインク吐出ヘッド３０が左右方向（前記Ｙ方向と直交する方向であって、図１の矢印Ｘに示す方向）に往復動可能に設けられており、次に図２も参照してインク吐出ヘッド３０の支持構造を説明する。
【００４０】
同図に示すように、横リニアガイド１５には鼓型をなすスライダ１６が摺動自在に設けられている。このスライダ１６にはＬ字ブラケット１７がその縦辺１７Ａを下向きにして固定されており、そのＬ型ブラケット１７及びこれにボルト１８を介して固定した補助ブラケット１９にボールネジ機構のナットユニット２０Ａが一体に固定されている。一方、そのボールネジ機構のネジ軸２０Ｂ（図２にのみ図示）は横リニアガイド１５に沿って延びており、これを前記右スライダ１３Ｒ上に設けたＸ軸サーボモータ２１によって駆動することで、Ｌ型ブラケット１７を図１の左右方向（Ｘ方向）に沿って自由な位置に移動することができるようにしている。
【００４１】
上記Ｌ型ブラケット１７の縦辺１７Ａには、３枚のフレームプレート２２Ａ〜２２Ｃをコ字型に組み合わせて構成した軸受けブラケット２３が２本のボルト２４によって固定されている。そして、この軸受けブラケット２３の縦型のフレームプレート２２Ｂには上下方向（前記Ｘ軸及びＹ軸の双方に対して直交するＺ軸方向）に延びるガイドレール２５が固定され、そのガイドレール２５にヘッド支持ホルダ２６が移動可能に支持されている。このヘッド支持ホルダ２６には、図示しないナットユニットが設けられ、これを貫通するネジ軸２７によってボールネジ機構が構成されている。従って、そのネジ軸２７をＬ型ブラケット１７及び軸受けブラケット２３の上に配置したＺ軸サーボモータ２８によって回転駆動することで、ヘッド支持ホルダ２６をガイドレール２５に案内させながら上下方向（図２の矢印Ｚ方向）の所望の位置に移動することができ、これらによりホルダ駆動機構２９が構成されている。
【００４２】
このヘッド支持ホルダ２６には、インク吐出ヘッド３０をそのノズル３３Ａ（図５に図示）を下向きにして固定すると共に、回路基板１００との間の距離を測定するための距離測定手段に相当するレーザ変位計３６がブラケット３７を介して取り付けられている。このレーザ変位形４０は、出射窓３８から下向きにレーザ光を出射し、その下に配置した回路基板１００からの反射光に基づいて回路基板１００との間の距離を測定するようになっており、その測定信号はケーブルダクト３９内に挿通した図示しない伝送ケーブルを通して制御用コンピュータ７０に送られる。制御用コンピュータ７０では、後述するようにしてレーザ変位計３６と回路基板１００との間の距離が設定値になるようにＺ軸サーボモータ２８を駆動してヘッド支持ホルダ２６を上下動させるから、そのヘッド支持ホルダ２６に固定されているインク吐出ヘッド３０と回路基板１００との間の距離も一定にされることになる。
【００４３】
さて、上記インク吐出ヘッド３０は詳細には図３及び図４に示す構成である。ここで、３１は隔壁体で、これは例えばシリコン基板の異方性エッチングによって製造されたもので、ここには例えば６カ所にインク溜め３１Ａと、これらに連なるインク供給路３１Ｂと、そのインク供給路３１Ｂを近接して挟む箇所に位置するヒータ収容室３１Ｃとがともに上下に開口する形で形成されている。隔壁体３１の上面側にはやはりシリコン基板製のカバー３２が設けられ、ここに前記各インク供給路３１Ｂに独立に連なる６個のインク供給口３２Ａが形成されている。一方、下面側には、ノズル板３３が設けられ、ここに各インク溜め３１Ａに連なる計６個のノズル３３Ａが形成されている。
【００４４】
各インク溜め３１Ａ内には、それぞれ圧電素子３４がインク溜め３１Ａの内壁に形成した段差部３１Ｄに載せた状態で、かつ上下方向の湾曲変形が許容された状態で収容され、カバー３２に設けた電極３４Ａを通して各圧電素子３４に個別に交流のパルス電圧を印加することができる。また、各ヒータ収容室３１Ｃにはヒータ３５がそれぞれ収容され、これらもカバー３２に設けた電極（図示せず）を通して通電することで、各インク溜め３１Ａ及びインク供給路３１Ｂ内のインクを個別に加熱することができるようになっている。なお、インク吐出ヘッド３０には温度センサ５４（図６にのみ図示）が設けられ、インク吐出ヘッド３０の温度を監視してヒータ３５の通断電を制御することでインク溜め３１Ａ及びインク供給路３１Ｂ内のインクが所定の温度範囲内に維持されるようにしている。
【００４５】
なお、図示はしないが、カバー３２に設けた各インク供給口３２Ａには独立のインク供給管を通してタンクからインクを供給できるようになっている。また、圧電素子３４には、積層されたチタン酸ジルコン酸鉛（通称ＰＺＴ）を用いているが、例えば、水晶、酸化亜鉛のほかチタン・鉛・バリウム・カルシウム・ストロンチウム・ジルコニウム等の酸化物・複合酸化物等の他の圧電性材料を使用することもできる。
【００４６】
装置フレーム１１上において、回路基板１００を固定するための基板保持機構４０は、装置フレーム１１上に設けたＸＹθテーブルであるワークテーブル４１を備える。このワークテーブル４１は、例えば装置フレーム１１に対しＸ，Ｙ方向に移動可能とした図示しない補助テーブルに対して、ＸＹ平面に垂直（Ｚ軸に平行）な回転軸（図示せず）を中心に回転可能に支持した構成である。Ｘ方向にはＸ軸補正用サーボモータ４２によって、Ｙ方向にはＹ軸補正用サーボモータ４３によって、θ方向回転はθ補正用サーボモータ４４によって駆動される。そして、そのワークテーブル４１上には、回路基板１００の上端縁及び下端縁を挟んで回路基板１００をワークテーブル４１に固定するための、一対のチャック装置４５が設けられている。
【００４７】
また、ワークテーブル４１の上方には基板検出用ＣＣＤカメラ４６が装置フレーム１１に対して固定的に設けられ、これがワークテーブル４１上に載置された回路基板１００を撮影し、その映像信号を制御用コンピュータ５０に与えるようになっている。
【００４８】
制御用コンピュータ５０は、キーボード５０Ａ、ディスプレイ５０Ｂ、ハードディスクドライブ５０Ｃを含む構成となっている。
【００４９】
以上の機械的構成に対して本実施形態の電気的構成は図６に示す通りであり、次にその動作を本実施形態における回路基板の孔埋め方法と共に説明する。
【００５０】
まず、回路基板１００には、予め設定された位置に例えば直径０．０７〜２．００ｍｍの貫通孔がＮＣ機５３によって形成され、全面を銅メッキコーティングしてスルーホール１０１が形成されている（図７参照）。銅メッキコーティング後のスルーホール１０１の直径は、例えば０．０３〜１．９６ｍｍである。また、回路基板１０１の一方の面（図７の下面）側に粘着フィルム１０２（本発明の閉塞体に相当）を真空ラミネータ（図示せず）を用いて貼り付け、スルーホール１０１の下面側の開口が閉塞されている。これは、後工程のスルーホール１０１の孔埋め時に、上面側から充填するインクが下面側から漏出しないようにするためである。なお、回路基板１００に貼付する粘着フィルム１０２は、例えば加熱によりその粘着性を失うものや、紫外線の照射によりその粘着性を失うものなどを好適に使用できる。
【００５１】
さて、上述のようにスルーホール１０１を閉塞した回路基板１００は孔埋め装置１０のワークテーブル４１上に載置され、チャック装置５５により挟んでワークテーブル４１に固定される。
【００５２】
一方、制御用コンピュータ５０のＣＰＵ５１は、通信用のインターフェース５２を介して回路基板１００の孔開け加工を行うＮＣ機５３の制御装置と接続され、そのＮＣデータから回路基板１００の厚さ、スルーホール１０１の孔位置、孔径等に関する情報を取得する。すなわち、この実施形態ではＣＰＵ５１及びインターフェース５２が、回路基板１００における孔の位置情報を取得する孔位置情報取得手段と、孔の容量に関する容量情報を取得する容量情報取得手段とに相当する。
【００５３】
また、前記基板検出用ＣＣＤカメラ４６からの映像信号はＣＰＵ５１に与えられ、予め回路基板１００に印刷された複数のアライメントマークをＣＰＵ５１における周知の画像処理によって検出することで、回路基板１００の位置を検出する。すなわち、ＣＣＤカメラ４６及びＣＰＵ５１は、ワークテーブル４１に載置された回路基板１００の位置を検出する基板位置検出手段に相当する。
【００５４】
ＣＰＵ５１では、前記アライメントマークの位置を装置フレーム１１に関して固定的な座標系の上に予め定めた原点位置からのＸ方向、Ｙ方向及び回転角θの偏差として把握する。そして、各偏差が０となるように、Ｘ軸補正用サーボモータ５２、Ｙ軸補正用サーボモータ５３及びθ補正用サーボモータ５４を駆動してワークテーブル４１を移動及び／又は回転させることで、回路基板１００の孔開け加工時に設定されていた回路基板１００自体の原点を、この孔埋め装置１０の原点に一致させる。このようにワークテーブル４１を移動させて回路基板１００の原点位置を孔埋め装置１０の原点位置に一致させる理由は、作業者又はロボットによって回路基板１００をワークテーブル４１に固定する際には固定位置にばらつきが発生することを避け得ないため、その固定位置のばらつきを修正して全ての回路基板１００を孔埋め装置１０において予め定めた正規の位置に配置するためである。
【００５５】
さて、次にＣＰＵ５１は、回路基板１００のＮＣデータに基づき各スルーホールの位置を算出し（この時点では回路基板１００の座標軸と孔埋め装置１０の座標軸とは重なっている）、Ｘ軸サーボモータ２１及びＹ軸サーボモータ１４を駆動してインク吐出ヘッド３０をスルーホール１０１の真上に移動させる。そして、ＣＰＵ５１は、前記ＮＣデータから取得した回路基板１００の厚さ及びスルーホール１０１のための貫通孔の孔径に基づきスルーホール１０１の容積を計算し、その容積に応じた回数だけインク吐出ヘッド３０の圧電素子３４を駆動する。圧電素子３４の駆動は、圧電素子３４の各層間に埋設された層間電極（図示せず）に交流のパルス電圧を印加して行う。例えば負のパルス電圧が印加されると、その瞬間、圧電素子３４は所定の方向に湾曲するように変形してインク溜め３１Ａ内にインクが流入する。そして、次に正のパルス電圧が印加されると、圧電素子３４は逆方向に湾曲し、インク溜め３１Ａ内のインクがノズル３３Ａから押し出され、液滴として噴射される。
【００５６】
インク吐出ヘッド３０のノズル３３Ａから時間当たり吐出できるインク量は、インクの粘度や圧電素子３４に印加するパルス電圧の電圧及び周波数等に依存する。印加電圧としては１Ｖ〜１ｋＶ、周波数としては１Ｈｚ〜１００ｋＨｚの範囲が好ましく、圧電素子３４の種類やインク溜め３１Ａの容積等に応じて最適値を設定すればよい。一方、各スルーホール１０１に充填すべきインク量はスルーホール１０１の容積、インクに含まれる溶媒の蒸散量及びインクの硬化収縮率などを考慮して決定され、溶媒蒸散量及びインクの硬化収縮率は予め実験により決定しておくことができる。そして、ＣＰＵ５１はＮＣデータから取得した各スルーホール１０１の径寸法の情報に基づき各スルーホール１０１の容積を個別に算出できるから、各スルーホール１０１毎に必要なインク吐出量を算出でき、それに応じてインクの吐出（ショット）回数（印加パルス数）を決定する。これにより、ノズル３３Ａから供給されるインク供給量がスルーホール１０１の容量情報に基づいて最適値に決定される。すなわち、ＣＰＵ５１はインク吐出制御手段及びインク供給量制御手段として機能する。
【００５７】
ここで、１ショット（１パルス分）のインク吐出量は、ほぼ１〜１０００００ｐｌ（ピコリットル）の範囲で設定できるが、これがスルーホール１０１の容積の１／２以下となるように設定し、複数ショットによって１個のスルーホール１０１を充填するようにすることが好ましい。これにより、スルーホール１０１内の空気を順次押し出しつつインクを充填できるからである。
【００５８】
図８はスルーホール１０１内にインクを充填する様子を模式的に示している。回路基板１００のスルーホール１０１上にインク吐出ヘッド３０が移動され、ここで複数ショットにわたりインク液滴が吐出される（図８（ｂ）は複数ショットのうちの途中の状況を示す）。そして、インクの硬化収縮や溶剤揮散を考慮してスルーホール１０１の容積よりも多めのインクを供給しておくが（図８（ｃ）参照）、インク硬化後に回路基板１００の平坦性が必要とされる場合には、同図（ｄ）に示すように平滑に研磨すればよい。
【００５９】
さて、１個のスルーホール１０１に対しそこに必要なショット数のインクが供給されると、ＣＰＵ５１からの信号によりインク吐出ヘッド３０は次のスルーホール１０１の上方へ移動され、上記と同様にしてそのスルーホール１０１内に必要量のインクが充填される。
【００６０】
このようなインク充填が全てのスルーホール１０１に対して繰り返され、全てのスルーホール１０１にインクが充填されると、ＣＰＵ５１からの信号によってＸ軸サーボモータ２１及びＹ軸サーボモータ１４が駆動され、インク吐出ヘッド３０が原点位置に復帰して孔埋め動作が終了し、ワークテーブル４１のチャック装置４５が解放される。
【００６１】
そこで、ワークテーブル４１から回路基板１００を取り外し、紫外線照射又は加熱によりスルーホール１０１内のインクを硬化させた後、裏面の粘着フィルム１０２を剥離すれば、スルーホール１０１の孔埋め作業が完了する。なお、孔埋めされた回路基板１００をビルドアップ基板のコア基板として利用する等、回路基板１００の表面が平坦であることが望ましい場合には、前述したように、スルーホール１０１上に隆起したインクを研磨して除去すればよい。
【００６２】
なお、本実施形態では、インク吐出ヘッド３０は例えば計６個のノズル３３Ａを備える構成としている。これは次のような使用形態を可能にする。例えば、インクの粘度が高い等の理由によって、インクのショット間隔（圧電素子３４に印加するパルス間隔）を短くできない場合には、隣り合うインク溜め３１Ａに同一のインクを供給しておき、あるノズル３３Ａから１ショット目のインクを吐出したら直ちにインク吐出ヘッド３０をそのノズル３３Ａの１ピッチ分だけ移動させて隣のノズル３３Ａから２ショット目のインクを吐出し、次の３ショット目は更にインク吐出ヘッド３０をノズル３３Ａの１ピッチ分移動させてその隣のノズル３３Ａから吐出させるか、或いは、インク吐出ヘッド３０を１ピッチ分戻して１ショット目のノズル３３Ａから吐出させるようにする。これにより、高速でインクを充填できるようになる。また、例えばスルーホール１０１内に電気的特性や物理的・化学的特性が異なるインクを充填したい場合には、隣り合うインク溜め３１Ａに異なる種類のインクを供給しておき、あるノズル３３Ａからスルーホール１０１内の底部にだけ貯まる量のインクを吐出しておき、次にインク吐出ヘッド３０をノズル３３Ａの１ピッチ分だけ移動させて隣のノズル３３Ａから前とは異なる種類のインクをスルーホール１０１の残りの容積を満たすように吐出させることもできる。
【００６３】
このように本実施形態によれば、インク吐出ヘッド３０からインクを吐出させることでスルーホール１０１の孔埋めを行うことができるから、従来のスクリーン印刷法による場合に必須であった製版工程を不要とすることができる。従って、製版に要する時間を短縮できるばかりか、回路基板１００の仕様変更や少量多品種生産にも柔軟に対応でき、生産性を大幅に向上させることができる。しかも、本実施形態ではインクを複数回にわたって吐出させてスルーホール１０１内にインクを充填するようにしたから、スルーホール１０１内に空気が残留しにくくなり、高品質の孔埋めを行うことができる。さらに、回路基板１００の孔埋めを行ったＮＣ機７３のＮＣデータを利用し、そこからスルーホール１０１の位置情報を取得する構成であるから、合理的かつ正確にインク吐出ヘッド３０の位置制御を行うことができる。また、併せてＮＣデータからスルーホール１０１の容積情報を取得し、それに応じてインクのショット回数を制御するようにしているから、各スルーホール１０１に必要最小限のインクを高速で充填することができる。
【００６４】
＜第２参考例＞
以下に、本発明に係る第２参考例について図９を参照して説明する。
第２実施形態に係る孔埋め装置６０には略矩形の装置フレーム６１が設けられており、装置フレーム６１上にその長辺と平行に２本のＸ軸リニアガイド６２，６２が固定され、両Ｘ軸リニアガイド６２の間にボールネジ機構のネジ軸６３が設けられている。図示はしないが、各Ｘ軸リニアガイド６２にはスライダが移動自在に設けられ、そこに前記ネジ軸６３と螺合するナットユニットを備えた補助テーブルが固定され、その補助テーブルに第１実施形態と同様の構成のＸＹθテーブルであるワークテーブル６４が取り付けられている。これにより、ネジ軸６３をＸ軸サーボモータ６５にて駆動することにより、補助テーブルひいてはワークテーブル６４を図９の一点鎖線で示すワーク供給位置と二点鎖線で示すワーク取り出し位置との間で横方向（Ｘ軸方向）に往復移動できるようにしている。なお、上記ワークテーブル６４には、第１実施形態と同様に回路基板１００を固定するためのチャック装置６６が設けられている。
【００６５】
一方、装置フレーム６１のほぼ中央には、図９において上下方向に延びるようにＹ軸リニアガイド７０が設けられている。これは、装置フレーム６１のほぼ中央において前記Ｘ軸リニアガイド６２，６２を上下から挟む位置に設けた２個の補助ブラケット７１，７１間に掛け渡すようにして設けられている。各補助ブラケット７１は、装置フレーム６１に固定されたＸ軸方向に延びる各１対の補助リニアガイド７２にＸ軸方向に移動可能に支持されており、それぞれＸ軸補助サーボモータ７３，７３を個別に駆動することにより補助リニアガイド７２に沿ってＸ軸方向に移動させることができる。ここに説明したＹ軸リニアガイド７０の支持構造は、Ｙ軸リニアガイド７０のＹ軸（前記Ｘ軸と直交する仮想的な軸）に対する傾斜角度を微調整するためのもので、例えば上側の補助ブラケット７１を左に移動させ、下側の補助ブラケット７１を停止又は右に移動させれば、Ｙ軸リニアガイド７０を上端が左寄りになる傾斜状態に傾けることができる。
【００６６】
Ｙ軸リニアガイド７０には、前記第１実施形態と同様のインク吐出ヘッド３０が同様な支持構造によって支持されている。このインク吐出ヘッド３０をＹ軸リニアガイド７０に沿って移動させるためには、上側の補助ブラケット７１に取り付けたＹ軸サーボモータ７４を駆動するようになっている。
【００６７】
なお、前記ワークテーブル６４がワーク供給位置にあるときにワークテーブル６４上に固定された回路基板１００を撮影するために、ワークテーブル６４を上下から斜めに挟む位置に一対の基板検出用ＣＣＤカメラ７５が装置フレーム６１に固定されている。
【００６８】
以上の機械的構成に対して第２実施形態の電気的構成は図１０に示す通りであり、次にその動作を回路基板の孔埋め方法と共に説明する。なお、孔埋めを行う回路基板１００は前記第１実施形態と同様なものであり、電気的構成の多く（Ｘ軸補助サーボモータ７３以外）は第１実施形態と同一であるから、同一部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００６９】
まず、ワークテーブル６４を図９に一点鎖線で示すワーク供給位置に移動させ、ここで回路基板１００をワークテーブル６４上にセットし、チャック装置６６により挟んでワークテーブル６４に固定する。すると、前記基板検出用ＣＣＤカメラ７５からの映像信号がＣＰＵ７１に与えられ、前記第１実施例と同様にして回路基板１００の位置が検出される。そこで、ＣＰＵ７１は、Ｘ軸補正用サーボモータ４２、Ｙ軸補正用サーボモータ４３及びθ補正用サーボモータ４４を駆動してワークテーブル６４を移動及び／又は回転させることで、回路基板１００の孔開け加工時に設定されていた回路基板１００自体の原点を、この孔埋め装置１０の原点に一致させる。
【００７０】
次にＣＰＵ７１は、回路基板１００のＮＣデータに基づき各スルーホール１０１の位置を算出し、そのＸ軸上の位置座標に応じて、それらのうち最も左側に位置するものがＹ軸リニアガイド７０に沿って移動するインク吐出ヘッド３０のノズル３３Ａの移動軌跡の真下に位置するようにＸ軸サーボモータ６５を駆動してワークテーブル６４を移動させる。そして、ＣＰＵ７１は、スルーホール１０１のＹ軸上の位置座標に応じてＹ軸サーボモータ７４を駆動することで、インク吐出ヘッド３０を移動させてそのノズル３３Ａをスルーホール１０１の真上に位置させ、スルーホール１０１の容積に応じた回数だけノズル３３Ａからインクを吐出させる。１個のスルーホール１０１に対しそこに必要なショット数のインクが供給されると、ＣＰＵ７１からの信号によりインク吐出ヘッド３０がＹ軸方向に移動されることで、次のスルーホール１０１の上方へ移動され、上記と同様にしてそのスルーホール１０１内に必要量のインクが充填される。そして、そのワークテーブル６４の位置でＹ軸方向に並ぶ全てのスルーホール１０１についてインク充填を終えると、ＣＰＵ７１からの信号によってＸ軸サーボモータ６５が駆動されてワークテーブル６４がＸ軸方向に移動され、インク吐出ヘッド３０が未充填のスルーホール１０１のうち最も左側に位置するスルーホール列の上方に位置するようになり、その列のスルーホール１０１に対して上述したと同様にしてインク充填が行われ、このようにワークテーブル６４が順次左側に移動されながら全てのスルーホール１０１に対してインク充填が行われる。
【００７１】
全てのスルーホール１０１に対するインク充填が終了すると、ワークテーブル６４は左端のワーク取り出し位置に移動されてチャック装置６６が解放されるから、ここでインク充填が終了した回路基板１００を取り出すことができる。
【００７２】
このように本実施形態では、ワークテーブル６４をＸ軸方向に順次移動させつつ、インク吐出ヘッド３０をＹ軸方向に移動させて各スルーホール１０１に対するインク充填を行うようにしている。従って、本実施形態では前記第１実施形態と同様な効果が得られる上に、インク吐出ヘッド３０はＹ軸方向にだけ移動させれば済むから、構造が簡単になるという利点がある。また、回路基板１００のセット及び取り出しをＹ軸リニアガイド７０から離れた位置で行うことができるので、その作業性が向上するという利点も得られる。
【００７３】
＜変形例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した参考例によって限定されるものではなく、例えば次のような変形例も考慮し得る。
【００７４】
（１）上記各参考例では、インクをスルーホール１０１に完全に充填してからその硬化を行わせるようにしたが、例えばスルーホール１０１の容積が大きい場合やインクの溶媒の含有量が多いような場合において、インクの乾燥、硬化後にインクの内部応力によりクラックが発生する可能性があるときには、インクの充填および硬化のサイクルを複数回に分割して行うことも可能である。すなわち、例えば図１１に示すように、まずスルーホール１０１内に全体を満たさない所定料のインクを充填する（図１１（ａ）（ｂ）参照）。次に、これを硬化させた後、再度、同じスルーホール１０１にインク吐出ヘッド３０からインクを供給し（同図（ｃ）参照）、これを再び硬化させるのである（同図（ｄ）参照）。このようにインク充填工程とインク硬化工程とを複数回繰り返してスルーホールのインク充填を行うようにすれば、多量のインクを一度に硬化させる必要がなくなるから、クラック発生を確実に防止することができる。
【００７５】
（２）上記各参考例では、回路基板１００をワークテーブル４１，６４に１枚ずつ供給するようにしたが、同一の回路基板１００を複数枚重ねて一括してそれらのスルーホール１０１にインクを充填してもよい。この場合、スルーホール１０１に対応して孔を形成したフィルム状のスペーサシート１０３を挟みつつ積層することが望ましい。このようにすれば、硬化収縮や溶剤の揮散を考慮してスルーホール１０１の実容積以上のインクを供給できるからである。更にこの場合、図１２に示すように、各回路基板１００の間に挟むフィルム状のスペーサシート１０３に形成する孔１０３Ａは、スルーホール１０１の内径よりも小さくしておくことが好ましい。このようにすれば、孔１０３Ａ内で硬化したインクの強度はスルーホール１０１内で硬化したインクに比べて弱くなるから、図１２（ｃ）に示すように、回路基板１００の分離時にその部分でインクが破断することになり、この結果、スルーホール１０１内に位置するインクが欠ける等の破断の影響が及ぶことを防止することができる。
【００７６】
（３）上記各参考例では、インク吐出ヘッド３０にヒータ３５を設け、ここに通電することによりインクを加熱してインクの粘度調整を行うようにしたが、これに限られず、使用するインクの粘度が高い場合には、インクタンクに圧縮空気を供給してインクをインク吐出ヘッド３０側に押し出すようにしてもよい。
【００７７】
（４）また、インク吐出ヘッド３０の圧電素子３４を駆動したときに確実にノズル３３Ａからインク液滴が吐出されない等の不安定性がある場合には、ノズル３３Ａの先にＬＥＤやレーザ素子等の投光素子と、フォトダイオード等の受光素子とを対向して設け、投受光素子間を液滴が通過するときに受光素子への入射光量が減少することに基づいて通過液滴の数を計測する液滴カウンタを構成してもよい。この場合、スルーホール１０１の容積に応じた液滴数が液滴カウンタによって計測されたことを条件に圧電素子３４の駆動を終えるようにすることで、各スルーホール１０１に必要最小限量のインクを供給することができる。
【００７８】
（５）上記各参考例では、インク吐出ヘッド３０をX軸及びY軸の各サーボモータによって移動するようにしたが、駆動手段としてはリニアモータやエアシリンダを用いてもよい。また、必ずしも直交二軸に沿って移動させなくても、インク吐出ヘッドを多軸駆動可能なロボットアームの先端に取り付けて所要の位置に移動させるようにしてもよい。さらには、インク吐出ヘッドを移動させるに限らず、インク吐出ヘッドを固定して回路基板を固定する基板載置機構側を移動させてもよく、或いは、双方を移動させてもよい。
【００７９】
（６）複数種類のインクを充填する場合などのように、インク吐出ヘッドが複数備えられた装置の場合には、それぞれのインク吐出ヘッドに対応して複数の移動機構を設けるようにすれば、生産性を向上させることができる。
【００８０】
（７）インク吐出ヘッド３０の隔壁体３１には、インクとの化学的作用が少なくインクを汚染し難いことから、アルミナ、フォルステライト等のセラミック材料、異方性エッチングされたＳｉ基板などを使用することが好ましい。このうち、寸法精度が良いことから異方性エッチングされたＳｉ基板などが好ましい。
【００８１】
（８）インクの粘度調整のための加熱方法としては、上記各実施形態で説明したヒータ３５に限らず、特に導電性粒子を含むインクにあっては、電磁誘導加熱等を使用することができる。また、正確な温度コントロールが必要であれば、加熱素子３４の近傍にＰｔ測温抵抗体やアルメル−クロメル熱電対等からなる温度検出手段を設けてもよい。
【００８２】
（９）速乾性インクを使用するためにノズル３３Ａが詰まりやすい場合には、ノズル３３Ａを洗浄するための洗浄装置を配設してもよい。
【００８３】
（１０）上記各参考例では、ＮＣ装置７３からのＮＣデータを利用してスルーホール１０１の位置を検出する構成としたが、これに限らず、例えば回路基板１００をＣＣＤカメラで撮影して画像処理することによりスルーホールの位置情報を取得することとしてもよい。また、ＮＣデータに基づき把握されるスルーホールの位置と、実際の位置とが回路基板の温度変動による熱膨張等によって相違するような場合で、その誤差を修正するには次のように構成することができる。回路基板１００に予め複数の基準マークを形成しておき、実際に孔埋めを行う前にＣＣＤカメラによってそれらのマークを撮影してマーク間の寸法を実測する。そして、その寸法とＮＣデータ上の設計値との割合を求め、各スルーホールのＸ，Ｙ座標の値を上記割合に基づいて比例配分することで修正するのである。
【００８４】
（１１）上記各参考例では、回路基板とヘッド支持ホルダとの間の距離をレーザ変位計３６によって測定することとしたが、これに限らず、超音波の反射波を計測して距離を測定する方法、レーザーの干渉に基づいて距離を測定する方法、レーザー光とカメラのオートフォーカスシステムとを組み合わせた距離測定方法、触針による距離測定方法等を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１参考例の孔埋め装置の平面図
【図２】同じくインク吐出ヘッドの支持構造を示す側断面図
【図３】同じくインク吐出ヘッドの分解斜視図
【図４】同じくインク吐出ヘッドの斜視図
【図５】同じくインク吐出ヘッドの模式断面図
【図６】同じく本参考例の制御の概略を示すブロック図
【図７】同じくプリント配線基板の断面図
【図８】同じくプリント配線基板への孔埋め操作の手順の概略を示す模式断面図
【図９】本発明に係る第２参考例の孔埋め装置の平面図
【図１０】同じく本参考例の制御の概略を示すブロック図
【図１１】変形例（１）に係る回路基板への孔埋め操作の手順の概略を示す模式断面図
【図１２】変形例（２）に係る回路基板への孔埋め操作の手順の概略を示す模式断面図

Claims

インクを液滴化させてノズルから吐出させるインク吐出ヘッドによって、回路基板の表面に開口するスルーホールにインクを充填する回路基板の孔埋め方法であって、
前記スルーホールに対応して孔を形成したスペーサシートを挟みつつ前記スルーホールを連通させるように複数枚の前記回路基板を積層させた状態で前記スルーホールに前記インクを充填することを特徴とする回路基板の孔埋め方法。
前記スペーサシートに形成された前記孔は前記スルーホールの内径よりも小さくされていることを特徴とする請求項１に記載の回路基板の孔埋め方法。