JP5807863B2 - A substrate processing apparatus incorporating a spindle lowering distance information detection mechanism and a spindle lowering distance information detection mechanism - Google Patents

A substrate processing apparatus incorporating a spindle lowering distance information detection mechanism and a spindle lowering distance information detection mechanism Download PDF

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Description

本発明は、先端にドリルを設けたスピンドルを組み込んだ基板加工装置により、多層構造のプリント基板に対して特にブラインドホール加工やザグリ加工等を行うに際して、ドリル先端位置を把握して該多層構造のプリント基板の所望の内層導体層まで的確に加工しうるようにするスピンドル下降距離情報検出機構に関するものである。   The present invention grasps the position of the tip of the drill by performing the drilling process or the counterbore processing on the printed circuit board having a multilayer structure by a substrate processing apparatus incorporating a spindle provided with a drill at the tip. The present invention relates to a spindle lowering distance information detection mechanism that enables accurate processing to a desired inner conductor layer of a printed board.

従来、スピンドルを組み込んだ基板加工装置(以下、単に「装置」と言う。)によるプリント基板(以下、単に「基板」と言う。)に対する加工としては、一般的に、貫通穴加工や外周加工が知られている。尚、貫通穴加工とは、基板上に配置される配線パターンに対するエッチング加工前の基板原材料に対し、部品取り付けのための貫通穴や配線パターンの表と裏を繋ぐためのバイアホール等の穴加工を行うものであり、また、外周加工とは、基板の外周や基板取り付け穴・異形穴の加工を行うものである。
しかし近年では、基板自体が、複数の絶縁層と、その表面あるいは間に設けられた導体層とからなる多層化した基板とされることに伴い、貫通穴加工や配線パターンのエッチング加工等を終えた状態で、該多層化した基板に対する加工として、ブラインドホール加工やザグリ加工等が行われるようになった。尚、ブラインドホール加工とは、バイアホールの一部だけを所望の内層導体層面まで削除することで、余計な配線を取り除く加工を行うものであり、また、ザグリ加工とは、プリント基板の一部を所望の内層導体層面までザグリ、その部分に電子部品を実装したり、あるいは裏面導体の1層だけを残すことでそこで基板を折り曲げられるようにする加工を行うものである。
ここで、所望の内層導体層とは、複数の絶縁層と該絶縁体層の適宜の位置に挟み込まれた内層導体層を有する多層構造の基板において、加工者が絶縁層を穿孔することによって露出させることを望む内層導体層を指す。
Conventionally, as processing for a printed circuit board (hereinafter simply referred to as “substrate”) by a substrate processing apparatus (hereinafter simply referred to as “apparatus”) incorporating a spindle, through-hole processing or peripheral processing is generally performed. Are known. In addition, the through hole processing is a hole processing such as a through hole for component mounting and a via hole for connecting the front and back of the wiring pattern to the substrate raw material before the etching processing for the wiring pattern arranged on the substrate. In addition, the peripheral processing is processing of the outer periphery of the substrate, the substrate mounting hole, and the irregular hole.
However, in recent years, with the substrate itself becoming a multilayered substrate comprising a plurality of insulating layers and a conductor layer provided on or between the insulating layers, through-hole processing, wiring pattern etching processing, etc. have been completed. In this state, blind hole processing, counterbore processing, and the like have been performed as processing on the multilayered substrate. Blind hole processing is to remove unnecessary wiring by removing only part of the via hole to the desired inner conductor layer surface, and counterbore processing is part of the printed circuit board. Is processed until the desired inner layer conductor layer surface is counterbored, an electronic component is mounted on that portion, or only one layer of the back surface conductor is left so that the substrate can be bent there.
Here, the desired inner layer conductor layer refers to a multilayer substrate having a plurality of insulating layers and an inner layer conductor layer sandwiched between appropriate positions of the insulator layers, and is exposed when a worker drills the insulating layer. It refers to the inner conductor layer desired to be made.

しかし、これらブラインドホール加工やザグリ加工においては、例えば図3に示すように3層の絶縁層からなる多層化した基板において、所望の内層導体層を第1の内層導体層9であるとして、第1の絶縁層14側(以下、「表面側」と言い、逆側の第3の絶縁層16側を「裏面側」と言う。)から第1の内層導体層9までザグリ加工を行おうとすれば、加工装置に組み込まれたスピンドル先端のドリルで、第1の絶縁層14に穴を開けることとなるが、その際、第1の絶縁層14の厚さが50乃至100μmであり、その第1の絶縁層14内に入り込んだ形状で第1の内層導体層9が形成され、その第1の内層導体層9の厚さが12乃至25μmであることから、第1の絶縁層14を超えた位置から、第1の内層導体層9の厚さである25μm未満の位置で、ドリルによる穿孔を止める必要がある。しかも、導体層は、その安定的な電気的導通のためにも、できるだけ残存させる必要があることから、第1の絶縁層14を穿孔した上で適切な位置でドリルの穿孔を止めるためには、加工中のドリルの高さ位置の検出精度として、略±2μmの検出精度が要求されることとなる。   However, in these blind hole processing and counterbore processing, for example, in a multilayered substrate composed of three insulating layers as shown in FIG. 3, it is assumed that the desired inner conductor layer is the first inner conductor layer 9 and The counterbore processing is performed from one insulating layer 14 side (hereinafter referred to as “front surface side” and the opposite third insulating layer 16 side is referred to as “back surface side”) to the first inner conductor layer 9. For example, a drill at the tip of the spindle incorporated in the processing apparatus is used to make a hole in the first insulating layer 14. At this time, the thickness of the first insulating layer 14 is 50 to 100 μm. The first inner conductor layer 9 is formed in a shape that penetrates into one insulating layer 14, and the thickness of the first inner conductor layer 9 is 12 to 25 μm, so that it exceeds the first insulating layer 14. 25 μm which is the thickness of the first inner conductor layer 9 Them below, it is necessary to stop drilling by the drill. Moreover, since the conductor layer needs to remain as much as possible for its stable electrical conduction, in order to stop drilling of the drill at an appropriate position after the first insulating layer 14 is drilled. As a detection accuracy of the height position of the drill being processed, a detection accuracy of approximately ± 2 μm is required.

そのため、そのスピンドルのドリルでの穿孔位置を検出して加工を制御する装置あるいは方法として、従来、以下のような装置が考えられていた。すなわち第1の装置として例えば、前記図3記載の基板において表面側から第1の内層導体層9までザグリ加工を行おうとする場合、台座上に装着された多層化された基板の内、ザグリ加工によって露出させたい第1の内層導体層9から電極を引き出して引出電極を設けるとともに、電源の一極と基板加工装置のスピンドルのドリル(あるいはそれと一体となるロータ)とを接続した上、電源の他極には探針を設けて前記引出電極に接触させておくことにより、ドリルが表面側から穿孔して第1の内層導体層9に到り、ドリル先端と第1の内層導体層9が接触することにより電気回路が閉回路となって、電源からの電流が流れることで、それを信号化してドリルの回転を制御するものである。   Therefore, the following apparatuses have been conventionally considered as an apparatus or method for controlling machining by detecting the drilling position of the spindle with a drill. That is, as the first apparatus, for example, when the counterbore processing is to be performed from the surface side to the first inner conductor layer 9 in the substrate shown in FIG. 3, the counterbore processing of the multilayered substrates mounted on the pedestal is performed. The electrode is drawn out from the first inner conductor layer 9 to be exposed by means of the above, and an extraction electrode is provided, and one pole of the power source is connected to a spindle drill (or a rotor integrated therewith) of the substrate processing apparatus. By providing a probe on the other electrode and making contact with the extraction electrode, the drill is drilled from the surface side to reach the first inner layer conductor layer 9, and the tip of the drill and the first inner layer conductor layer 9 are By contacting, the electric circuit becomes a closed circuit, and the current from the power source flows, so that it is signaled and the rotation of the drill is controlled.

また更に、同じくドリルと所望の内層導体層との接触を電気的に検出するものではあるが、第1の装置の欠点である、電源の一極と基板加工装置のスピンドルのドリル(あるいはそれと一体となるロータ)とを接続することの困難さを避けるために、第2の装置として以下のように、ドリルを取り付けるロータとスピンドル本体との間に静電容量が存在することを利用して、高周波電流を印加して静電容量を介する電流の変化を検出するものが実用化されている。すなわち、図4に記載するように、高周波電源である高周波発振器18から同軸ケーブル19を経てGDNライン23を基板加工装置Bの筐体36に接続するとともに、出力ライン24は変流器39の入力巻線40の一端に接続し、更に該入力巻線40の他端とスピンドル本体1を接続する。その際、スピンドル本体1は筐体36に対して絶縁体37で絶縁して設置される。ドリル5を取り付けるロータ3とスピンドル本体1との間には一定の静電容量pが存在する。また、変流器39の出力巻線42は、検波回路21を経由して検出器22に接続されている。   Still further, the contact between the drill and the desired inner conductor layer is also electrically detected. However, one of the disadvantages of the first apparatus is that one pole of the power source and the drill of the spindle of the substrate processing apparatus (or integrated with it). In order to avoid the difficulty of connecting to the rotor), as the second device, using the fact that there is a capacitance between the rotor to which the drill is attached and the spindle body, as follows, A device that detects a change in current via a capacitance by applying a high-frequency current has been put into practical use. That is, as shown in FIG. 4, the GDN line 23 is connected to the housing 36 of the substrate processing apparatus B from the high frequency oscillator 18 that is a high frequency power source through the coaxial cable 19, and the output line 24 is input to the current transformer 39. Connected to one end of the winding 40, and the other end of the input winding 40 and the spindle body 1 are connected. At that time, the spindle main body 1 is installed insulated from the casing 36 by an insulator 37. A certain capacitance p exists between the rotor 3 to which the drill 5 is attached and the spindle body 1. Further, the output winding 42 of the current transformer 39 is connected to the detector 22 via the detection circuit 21.

一方、図3に記載の基板7を検出対象物とし、第1の内層導体層9を所望の内層導体層として、該基板7を筐体36内の絶縁した加工台上に固定するとともに、前記検出対象物たる基板7の上方の所定位置にスピンドルaを位置せしめる。その上で、高周波発振器18から1MHzの高周波電流を印加しつつドリル5を回転させながらスピンドルaを下降させて、基板7に対して穿孔を開始し、ドリル5の先端が第1の内層導体層9である銅箔に接触すると、入力巻線40と接続されたスピンドルaから、前記ロータ3とスピンドル本体1との間の静電容量pを介してロータ3、ドリル5、第1の内層導体層9へと電流が流れ、更に、第1の内層導体層9と筐体36間の静電容量rを介して筐体36へと電流が流れ、高周波発振器18へ戻ることとなる。そして、この新たに生じた電流によって変流器39の鉄芯41に磁束が生じ、出力巻線42に新たに電流が発生して、その新たに発生した電流を検波回路21を経由して検出器22によって検出し、ドリル5が第1の絶縁層14を穿孔して、その先端が第1の内層導体層9に到達したことを検知することができるようになる。その検知結果を制御部(図示せず)に信号として送り、該制御部がドリル5の回転を停止する等、必要な指示を発することとなる。これによって、基板加工装置Bの加工台上に固定された検出対象物たる基板7の所望の内層導体層である第1の内層導体層9の加工台からの高さ位置が判明し、基板の所望の内層導体層である第1の内層導体層9までの穿孔を正確に行うためには、加工前のスピンドルaの当初位置からどれだけの距離を下降させればよいかが、情報として取得されることとなる(該情報を「下降距離情報」と言う。)。   On the other hand, the substrate 7 shown in FIG. 3 is used as a detection target, the first inner conductor layer 9 is used as a desired inner conductor layer, and the substrate 7 is fixed on an insulated processing table in the housing 36, and The spindle a is positioned at a predetermined position above the substrate 7 to be detected. Then, the spindle 5 is lowered while rotating the drill 5 while applying a high frequency current of 1 MHz from the high frequency oscillator 18 to start drilling the substrate 7, and the tip of the drill 5 is the first inner conductor layer. 9, the rotor 3, the drill 5, and the first inner layer conductor from the spindle a connected to the input winding 40 through the electrostatic capacitance p between the rotor 3 and the spindle body 1. A current flows to the layer 9, and further, a current flows to the housing 36 via the electrostatic capacitance r between the first inner conductor layer 9 and the housing 36, and returns to the high-frequency oscillator 18. Then, a magnetic flux is generated in the iron core 41 of the current transformer 39 by this newly generated current, a new current is generated in the output winding 42, and the newly generated current is detected via the detection circuit 21. Detected by the vessel 22, it becomes possible to detect that the drill 5 has drilled the first insulating layer 14 and that the tip has reached the first inner conductor layer 9. The detection result is sent as a signal to a control unit (not shown), and the control unit issues a necessary instruction such as stopping the rotation of the drill 5. As a result, the height position of the first inner layer conductor layer 9 which is a desired inner layer conductor layer of the substrate 7 as the detection target fixed on the processing table of the substrate processing apparatus B from the processing table is determined. In order to accurately perform drilling up to the first inner conductor layer 9, which is a desired inner conductor layer, information on how much distance should be lowered from the initial position of the spindle a before processing is acquired as information. (This information is referred to as “falling distance information”).

しかし、単純にドリル5先端と第1の内層導体層9が接触することにより電気回路が閉回路となって、電源からの電流が流れることでそれを信号化するという前記第1の装置では、実際に電源の一極と基板加工装置のスピンドルにおいて高速回転するドリルあるいはそれと一体となるロータとを接続して閉回路を形成しなければならないという非常に困難な構成をとらなければならないという欠点があった。
また、前記第2の高周波を使用する装置においても、以下のような欠点があった。すなわち、第1に、スピンドル本体を筐体から電気的に絶縁する必要があるが、その絶縁方法が構造的に困難であって高コストとなることである。第2に、スピンドル本体を絶縁物によって電気的に筐体から絶縁しても、スピンドル内のモータ巻線等の電気部品を介してスピンドル本体と筐体との間に静電容量tが存在してしまい、スピンドルのドリル先端が所望の内層導体層と接触していなくとも、この静電容量tを介して電流が流れ、その電流が検出器での電流の検出に際しての外乱要因となって、ドリル先端が所望の内層導体層と接触したか否かの判定を困難にして、判定精度を低いものとしていた。第3に、所望の内層導体層である銅箔の面積自体が小さい場合には、その所望の内層導体層と筐体との間の静電容量rも小さいことから、ドリル5の先端が第1の内層導体層9である銅箔に接触することによって新たに生じる電流も微弱であり、その電流の変化が外乱要因の中に埋もれてしまって、変流器39の出力巻線42に新たに発生する電流を検出しようとしても、判定精度が低くなるため、基板の種類毎に判定基準値を調整しなければならず、そのために加工に要する時間が長くなると言う欠点があった。第4に、ロータがエア軸受けによって支持されているものと、セラミックベアリングで支持されているものがあるが、ザグリ加工用やルータ加工用のスピンドルでは、主としてセラミックベアリングが使用されている。ところがセラミックベアリングの静電容量(すなわち、セラミックベアリングが使用された場合のスピンドル本体とロータとの間の静電容量)は約200pFであるのに対し、エア軸受けの静電容量(すなわち、エア軸受けが使用された場合のスピンドル本体とロータとの間の静電容量)は約1000pFであって、エア軸受けを使用したものに比して、セラミックベアリングを使用した場合は、本体とロータ間の静電容量は略5分の1となるため、スピンドル本体とロータとの間の静電容量を介しての電流の変化を利用した方式では、その変化量が非常に少なく、変化の有無を判定することが困難であって、判定精度を低下させていた。第5に、基板加工においては高精度が要求されるのに対して、前記第2乃至第4記載のように判定精度が低くなることから、例えば同一サイズ及び構造の多数の基板に対して同一のザグリ加工を施す場合でも、その加工精度を維持するために、一枚毎に判定基準値を調整しなければならず、そのために加工に要する時間が長くなるという欠点があった。第6に、前記第1に記載のようにスピンドル本体を筐体から絶縁する必要があることから、スピンドルにアースを接続することができず、スピンドルがいわゆる浮き金属となるため、安全性確保のために別個の対応が必要となって、コストの増大を招来するものであった。
However, in the first device in which the electric circuit becomes a closed circuit by simply contacting the tip of the drill 5 and the first inner layer conductor layer 9, and the current from the power source flows to signal it, In fact, it has the drawback of having a very difficult configuration in which a closed circuit must be formed by connecting one pole of the power source and a drill that rotates at high speed in the spindle of the substrate processing apparatus or a rotor integrated therewith. there were.
In addition, the apparatus using the second high frequency has the following drawbacks. That is, first, it is necessary to electrically insulate the spindle body from the housing, but the insulation method is structurally difficult and expensive. Second, even if the spindle main body is electrically insulated from the housing by an insulator, there is a capacitance t between the spindle main body and the housing via an electric component such as a motor winding in the spindle. Even if the drill tip of the spindle is not in contact with the desired inner conductor layer, a current flows through this capacitance t, and this current becomes a disturbance factor when detecting the current with the detector. It is difficult to determine whether or not the drill tip is in contact with the desired inner conductor layer, and the determination accuracy is low. Third, when the area of the copper foil, which is the desired inner layer conductor layer, is small, the capacitance r between the desired inner layer conductor layer and the housing is also small. The current newly generated by contact with the copper foil which is one inner conductor layer 9 is also weak, and the change in the current is buried in the disturbance factor, so that the output winding 42 of the current transformer 39 is newly added. Even if an attempt is made to detect the current generated in the substrate, the determination accuracy is lowered, and therefore, the determination reference value must be adjusted for each type of substrate, which has the disadvantage that the time required for processing becomes longer. Fourthly, the rotor is supported by an air bearing and the one supported by a ceramic bearing. However, a ceramic bearing is mainly used in a spindle for counterbore processing or router processing. However, the capacitance of the ceramic bearing (that is, the capacitance between the spindle body and the rotor when the ceramic bearing is used) is about 200 pF, whereas the capacitance of the air bearing (that is, the air bearing). (Capacitance between the spindle body and the rotor when the motor is used) is about 1000 pF, and when ceramic bearings are used, the static capacity between the body and the rotor is less than that using air bearings. Since the electric capacity is approximately 1/5, the method using the change in current through the electrostatic capacity between the spindle body and the rotor has a very small amount of change, and the presence or absence of the change is determined. This is difficult, and the determination accuracy is lowered. Fifth, high accuracy is required in substrate processing, but the determination accuracy is low as described in the second to fourth aspects. Therefore, for example, the same for a large number of substrates having the same size and structure. Even when this counterbore process is performed, in order to maintain the process accuracy, the determination reference value must be adjusted for each sheet, which has a drawback that the time required for the process becomes longer. Sixth, since it is necessary to insulate the spindle main body from the housing as described in the first, it is impossible to connect a ground to the spindle, and the spindle becomes a so-called floating metal. Therefore, a separate response is required, which leads to an increase in cost.

特開昭61−131804号公報JP 61-131804 A 特開平8−130379号公報JP-A-8-130379

解決しようとする課題は、従来の高周波交流を使用する装置においては、外乱要因が存在する上に検出する電流の変化の絶対量が少ないことから、十分な精度が得られず、また、そのために高精度での加工のために加工時間が長時間化するという問題点とともに、スピンドル本体を筐体から絶縁しなければならないことから高コストとなるという問題点である。   The problem to be solved is that, in the conventional apparatus using high frequency alternating current, there is a disturbance factor and the absolute amount of change in current to be detected is small, and therefore sufficient accuracy cannot be obtained. In addition to the problem that the processing time is increased for high-precision processing, the spindle main body has to be insulated from the casing, resulting in high costs.

本願発明は、基板の加工に際しては、同一サイズ及び構造の多数の基板に対して同一の加工を施すことから、検出対象とする基板を2枚1組として、その1組の内の一方を交互に比較対象物として、加工前においては変流器の出力巻線側には電流が発生しないようにし、一方のスピンドルのドリルが下降して所望の導体層に接触することによって新たに基板からドリル、ロータと電流が流れ、更にロータとスピンドル本体間の静電容量を介してロータ、スピンドル本体、筐体と電流が流れることにより、その電流によって変流器の出力巻線側に生じる電流を検出することで、ドリルの下降距離を検出することとしたものである。そのため、高周波交流電源から変流器の入力巻線を介しての、その1組となる各基板の所望の導体層への接続に際して、変流器の各入力巻線電流が変流器に発生させる磁束が互いに打ち消し合うように接続することとしたものである。   In the present invention, when processing a substrate, the same processing is applied to a large number of substrates having the same size and structure, so that two substrates to be detected are set as one set, and one of the sets is alternated. As a comparison object, before machining, current is not generated on the output winding side of the current transformer, and the drill of one spindle descends and contacts the desired conductor layer to newly drill from the board. , Current flows between the rotor and spindle, and the current flowing between the rotor, spindle main body, and housing through the capacitance between the rotor and spindle main body, thereby detecting the current generated on the output winding side of the current transformer. By doing so, the descending distance of the drill is detected. For this reason, each input winding current of the current transformer is generated in the current transformer upon connection from the high-frequency AC power source through the input winding of the current transformer to the desired conductor layer of each set of boards. The magnetic fluxes to be canceled are connected so as to cancel each other.

本願発明は、スピンドルを組み込んだ基板加工装置におけるスピンドルのドリルの下降距離を検出するスピンドル下降距離情報検出機構であって、高周波交流電源と、巻数の同じ2個の入力巻線と、1個以上の出力巻線を持つ高周波用の変流器を有し、検出対象物たる基板と、同基板と同一の比較対象物たる基板を2枚1組としてそれぞれ独立して基板加工装置の筐体から絶縁して、筐体内の加工台上に固定した上、前記高周波交流電源出力の一方は前記筐体に接続し、他方は前記変流器の2個の入力巻線を介してそれぞれ前記2枚の各基板内に存する所望の導体層に、各入力巻線電流が前記変流器に発生させる磁束が互いに打ち消し合うように接続して、スピンドルのドリル先端と検出対象物たる基板の所望の導体層との接触によって生じる電流の変化を、変流器から出力される電流の変化として検出器により検出してなるものである。   The present invention is a spindle lowering distance information detecting mechanism for detecting the lowering distance of a spindle drill in a substrate processing apparatus incorporating a spindle, and includes a high frequency AC power source, two input windings having the same number of turns, and one or more. A high-frequency current transformer having a plurality of output windings, and a substrate as a detection object and a substrate as a comparison object identical to the same substrate as a set of two pieces, each independently from the housing of the substrate processing apparatus Insulated and fixed on a processing table in a casing, one of the high-frequency AC power supply outputs is connected to the casing, and the other is connected to the two sheets via two input windings of the current transformer. Are connected to a desired conductor layer existing in each substrate so that magnetic fluxes generated by the input winding currents in the current transformers cancel each other, and the desired tip conductor of the substrate serving as the object to be detected and the drill tip of the spindle Caused by contact with the layer The change in current is made is detected by the detector as a change in current output from the current transformer.

これにより、2枚の基板のどちらにもスピンドルのドリルが接触していない状態では、2個の入力巻線に流れる、基板と筐体との間の静電容量に比例した電流は同一であるため、その電流によって生じる磁束が互いに打ち消され、見かけ上、各基板の所望の導体層と筐体間には静電容量が発生していないかのようになり、変流器の出力巻線には出力電流は発生せず、出力巻線側の出力は“0”となる。ところが、検出対象物たる基板に対してスピンドルのドリルが接触すると、ドリルが接触したことによって、その接触した側の入力巻線に流れる電流は、ドリルが固定されているロータとスピンドル本体との静電容量に比例した電流分だけ増加するため、2個の入力巻線に流れる電流が同一ではなくなり、その電流によって生じる磁束もその電流の相違分だけ打ち消されることなく残存し、そのため出力巻線に出力電流が発生することになる。この出力電流を検出器で検出して、ドリルと基板に存する所望の導体層との接触を判定するものである。このように、“1”、“0”信号でその接触の有無を検出できるようにしたものであることから、接触の有無を精密且つ正確にしかも低コストで測定でき、また、当該スピンドル下降距離情報検出機構を組み込めば、スピンドルのドリルを固定するロータとスピンドル本体間の静電容量が小さいセラミックベアリングを用いたスピンドルを組み込んだ基板加工装置においても、基板のバラツキやドリルの消耗、温度変化によるドリルあるいは所望の導体層の膨張あるいは収縮という大きさの変化に対しても、安定してブラインドホール加工やザグリ加工等を正確に行うことができる。   As a result, when the spindle drill is not in contact with either of the two substrates, the current proportional to the capacitance between the substrate and the casing flowing through the two input windings is the same. Therefore, the magnetic fluxes generated by the currents cancel each other, and it appears that there is no capacitance between the desired conductor layer of each board and the housing, and the current winding output winding No output current is generated, and the output on the output winding side is “0”. However, when the spindle drill comes into contact with the substrate that is the object to be detected, the current that flows through the input winding on the contacted side due to the contact with the drill causes a static current between the rotor on which the drill is fixed and the spindle body. Since the current increases in proportion to the capacitance, the currents flowing in the two input windings are not the same, and the magnetic flux generated by the currents remains without being canceled out by the difference between the currents. An output current will be generated. This output current is detected by a detector to determine contact between the drill and a desired conductor layer on the substrate. As described above, since the presence / absence of the contact can be detected by the “1” and “0” signals, the presence / absence of the contact can be accurately and accurately measured at a low cost. Incorporating an information detection mechanism, even in substrate processing equipment that incorporates a spindle using a ceramic bearing with a small capacitance between the rotor that fixes the spindle drill and the spindle body, due to substrate variations, drill wear, and temperature changes Blind hole machining, counterbore machining, etc. can be performed accurately and stably even when the drill or desired conductor layer expands or contracts.

また異なる構成としては、高周波交流電源と、巻数の同じ2個の入力巻線と、1個以上の出力巻線を持つ高周波用の変流器並びに、直列に配されたコンデンサとスイッチを1組として、該コンデンサとスイッチを複数組並列に配してなる模擬基板回路を有し、検出対象物たる基板を基板加工装置の筐体から絶縁して、筐体内の加工台上に固定した上、前記高周波交流電源出力の一方は前記筐体に接続するとともに、前記模擬基板回路の一方端子に接続し、他方は前記変流器の2個の入力巻線を介してそれぞれ、検出対象物たる基板内に存する所望の導体層と、前記模擬基板回路の他方端子に接続し、検出対象物たる基板の所望の導体層と筐体間に生じる静電容量と略等しくなるよう模擬基板回路のスイッチを調整することにより、各入力巻線電流が前記変流器に発生させる磁束の方向が互いに打ち消し合うようにして、スピンドルのドリル先端と所望の導体層との接触によって生じる電流の変化を、変流器から出力される電流の変化として検出器により検出してなるものである。   Another configuration is a high-frequency AC power source, two input windings having the same number of turns, a high-frequency current transformer having one or more output windings, and a pair of capacitors and switches arranged in series. And having a simulated substrate circuit in which a plurality of sets of the capacitor and the switch are arranged in parallel, insulating the substrate as a detection target from the housing of the substrate processing apparatus, and fixing it on the processing table in the housing, One of the high-frequency AC power supply outputs is connected to the housing and connected to one terminal of the simulated board circuit, and the other is a board that is a detection object via two input windings of the current transformer. Connect the desired conductor layer existing inside and the other terminal of the simulated substrate circuit, and switch the simulated substrate circuit so that the capacitance generated between the desired conductor layer of the substrate as the detection target and the housing is substantially equal. By adjusting each input winding The direction of the magnetic flux generated by the current in the current transformer cancels each other, and the change in current caused by the contact between the spindle drill tip and the desired conductor layer is defined as the current output from the current transformer. It is detected by a detector.

これにより、事前に筐体と検出対象物たる基板の所望の導体層間に生じる静電容量を測定し、模擬基板回路のスイッチを操作してその静電容量と略同一となるようにすることで、比較対象物たる基板を該模擬基板回路で代替することができ、スピンドルのドリルの下降距離情報を検出するために、当該検出対象物たる基板のみを筐体内の加工台上に固定するだけで目的とする加工を正確に行うことができ、多数の基板に対する加工をより短時間に行うことができる。   As a result, the capacitance generated between the housing and the desired conductor layer of the detection target substrate is measured in advance, and the simulated substrate circuit switch is operated so that the capacitance is substantially the same. In order to detect the descending distance information of the spindle drill, it is only necessary to fix the substrate to be detected on the processing table in the housing. The target processing can be accurately performed, and processing on a large number of substrates can be performed in a shorter time.

更に、それらのいずれかのスピンドル下降距離情報検出機構を設けてなるスピンドルを組み込んだ基板加工装置であって、該スピンドル下降距離情報検出機構によって検出された下降距離情報に基づいてスピンドルの作動を制御する機構を設けてなるものである。   Furthermore, the substrate processing apparatus incorporates a spindle provided with any one of the spindle lowering distance information detection mechanisms, and controls the operation of the spindle based on the lowering distance information detected by the spindle lowering distance information detection mechanism. The mechanism which performs is provided.

当該下降距離情報検出機構により検出された情報に基づいてスピンドルの作動が制御されることにより、多数の基板に対する加工作業を短時間且つ正確に行うことができる。   By controlling the operation of the spindle based on the information detected by the descending distance information detection mechanism, it is possible to perform processing on a large number of substrates in a short time and accurately.

本願発明にかかるスピンドル下降距離情報検出機構は、“1”、“0”信号でその接触の有無を検出できることから、セラミックベアリングによりロータが支持されているスピンドルのように、ロータとスピンドル本体間の静電容量が小さいスピンドルでも、ドリル先端が所望の導体層に接触したか否かを正確に検出でき、また、外乱要素を排除できることから、その接触の有無を精度よく的確に検出できる。そのため、基板のバラツキやドリルの消耗、温度変化によるドリルあるいは所望の導体層の膨張あるいは収縮という大きさの変化に対しても、安定してブラインドホール加工やザグリ加工等を正確に行うことができるという優れた効果を有するものである。また、この検出機構によって検出した下降距離情報に基づいてスピンドルの作動を制御することで、絶縁層を正確にドリルによって穿孔して、所望の導体層の表面を的確に露出させることができ、所望の導体層を不必要に削除することなく、当該基板自体の性能を損なうことがなく、更に、スピンドル本体を筐体に対して絶縁する必要もないことから、絶縁のための余計なコストもかからず、また、スピンドル本体をアースすることもでき、安全性をも損なわないという優れた効果を有するものである。
更に、請求項1記載の発明においては、同一サイズ及び構造の基板を2枚1組として、一方を他方の比較対象物として使用することから、検出対象物たる基板の種類が変更されても、その変更後においても同様に同一サイズ及び構造の基板を2枚1組として、一方を他方の比較対象物として使用することから、ドリル先端が所望の導体層に対して接触したか否かを判定する判定基準値を、その変更毎に調整する必要すらなく、その点でも加工時間を短縮化して、加工コストを低減化できるという優れた効果を有するものである。
Since the spindle lowering distance information detecting mechanism according to the present invention can detect the presence or absence of the contact by the “1” and “0” signals, the spindle is supported between the rotor and the spindle body like a spindle in which the rotor is supported by a ceramic bearing. Even with a spindle having a small electrostatic capacity, it is possible to accurately detect whether or not the tip of the drill is in contact with a desired conductor layer, and since it is possible to eliminate disturbance elements, it is possible to accurately detect the presence or absence of the contact. Therefore, it is possible to stably perform blind hole machining, counterbore machining, etc. stably even with changes in the size of drill or desired conductor layer expansion or contraction due to substrate variations, drill wear, and temperature changes. It has an excellent effect. Further, by controlling the operation of the spindle based on the descending distance information detected by this detection mechanism, the insulating layer can be accurately drilled by a drill, and the surface of the desired conductor layer can be accurately exposed, Without unnecessary removal of the conductor layer, the performance of the board itself is not impaired, and further, since the spindle body does not need to be insulated from the housing, there is an extra cost for insulation. In addition, the spindle main body can be grounded, and the safety is not impaired.
Furthermore, in the invention according to claim 1, since two substrates of the same size and structure are used as one set and one is used as the other comparison object, even if the type of the detection object is changed, Even after the change, it is determined whether or not the drill tip is in contact with the desired conductor layer because two substrates of the same size and structure are used as one set and one is used as the other comparison object. Therefore, it is not necessary to adjust the determination reference value for each change, and in this respect, the processing time can be shortened and the processing cost can be reduced.

また、当該スピンドル下降距離情報検出機構を設けてなるスピンドルを組み込んだ基板加工装置においては、スピンドル下降距離情報検出機構によって検出したスピンドルの下降距離情報によってスビンドルの作動を制御することから、多数の同一の基板に対して同一の加工を施す場合に、短時間で正確な加工を可能とする優れた効果を有するものである。   Further, in the substrate processing apparatus incorporating the spindle provided with the spindle lowering distance information detection mechanism, the operation of the spindle is controlled by the spindle lowering distance information detected by the spindle lowering distance information detection mechanism. In the case where the same processing is performed on this substrate, it has an excellent effect of enabling accurate processing in a short time.

図1は、スピンドル下降距離情報検出機構の構成を示す模式図である。(実施例1)FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a spindle lowering distance information detection mechanism. (Example 1) 図2は、別のスピンドル下降距離情報検出機構の構成を示す模式図である。(実施例2)FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of another spindle lowering distance information detection mechanism. (Example 2) 図3は、検出対象物たる基板の構造を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a structure of a substrate as a detection target. 図4は、従来例の模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a conventional example.

低コストで検出精度を向上させるという目的を、同一の基板を2枚1組として用いるとともに、高周波交流電源の出力側から変流器の入力巻線を介しての、その1組となる各基板の所望の導体層への接続に際して、変流器の各入力巻線電流が変流器に発生させる磁束の方向が互いにを打ち消し合うように接続することで実現したものである。すなわち、比較対象物たる基板にも同様の外乱要因が存在することから、その両者の差違によって生ずる変流器の出力巻線側の出力電流はなく、ドリルの先端が所望の導体層に接触することによって、検出対象物たる基板に余分な電流が流れ、その余分な電流によって変流器の各入力巻線電流が変流器に発生させる磁束の方向が打ち消し尽くされないこととなって、変流器の出力巻線側に出力電流が生じ、それを検出器で検出することで、検出対象物たる基板においてドリルの先端と所望の導体層とが接触したことを判定し、その位置や距離を検出するものである。   The purpose of improving the detection accuracy at low cost is to use two identical boards as one set, and each board as one set from the output side of the high frequency AC power supply through the input winding of the current transformer When connecting to the desired conductor layer, each of the input winding currents of the current transformer is connected so that the directions of magnetic fluxes generated in the current transformer cancel each other. That is, since there is a similar disturbance factor in the substrate as a comparison object, there is no output current on the output winding side of the current transformer caused by the difference between the two, and the tip of the drill contacts the desired conductor layer. As a result, excess current flows through the substrate that is the detection target, and the direction of the magnetic flux generated by each input winding current of the current transformer in the current transformer is not canceled out by the excess current. An output current is generated on the output winding side of the detector, and this is detected by the detector to determine that the tip of the drill has contacted the desired conductor layer on the substrate that is the object to be detected. It is to detect.

また、基板1枚のみでもスピンドルの下降距離情報の正確な検出を可能とするために、同一の基板を2枚1組とした場合の、比較対象物たる基板に代えて模擬基板回路を用いることとしたものである。   In addition, in order to enable accurate detection of spindle lowering distance information with only one substrate, a simulated substrate circuit is used instead of the substrate to be compared when two identical substrates are used as one set. It is what.

更に、同一の多数の基板に対して短時間且つ的確に加工を施すことができるようにするために、スピンドルを組み込んだ基板加工装置に、これらのスピンドルの下降距離情報検出機構と、その検出された下降距離情報に基づいてスピンドルの作動を制御する機構を設けたものである。   Furthermore, in order to be able to accurately and accurately process a large number of substrates in a short time, the substrate processing apparatus incorporating the spindles is provided with a mechanism for detecting the descending distance information of these spindles and their detection. A mechanism for controlling the operation of the spindle based on the descending distance information is provided.

図1は、本願発明にかかる第1の実施例を示す模式図である。aはスピンドルであって、最初に検出対象物となる基板7の側に設けられ、スピンドル本体1と該スピンドル本体1に対してセラミックベアリングによって支持されるロータ3、及び該ロータ3に支持されたザグリ加工用のドリル5からなり、bは同じスピンドルであって、最初に比較対象物となる基板8の側に設けられ、スピンドル本体2に対してセラミックベアリングによって支持されるロータ4、及び該ロータ4に支持されたザグリ加工用のドリル6からなる。Aは当該スピンドルa、bによってザグリ加工等を行う基板加工装置である。そして、本願発明のスピンドルの下降距離情報検出機構K・1は、後述する2枚1組となった基板7、8と、2台のスピンドルa、b及び検出装置17並びにそれらを回線により接続した電気回路により構成されている。尚、本実施例ではスピンドルa、bが2本の場合を示しているが、各基板7,8を交互に検出対象物と比較対象物とすることによって、両基板7,8についてそれぞれ下降距離情報を検出することとなる。また、通常、1台の加工装置に2の倍数のスピンドルが設けられていることから、その場合は本実施例にかかるスピンドルの下降距離情報検出機構K・1を、スピンドル2台を1セットとして1個ずつ設ければよい。ところで、前記両スピンドルa、bは、図示しないものの、基板加工装置Aの筐体36にたいして、水平方向(紙面横方向)のX軸方向に関しては連動するように、また、垂直方向のZ軸方向に関しては個別に駆動できるように構成されている。一方、奥行き方向のY軸方向に関しては、加工台が駆動することにより、そこに固定された基板7、8が連動する。また、電気的にはスピンドルa、bはそれぞれ筐体36と導通状態となっている。ところで、前記両スピンドルa、bにおける各ロータ3、4は、それぞれスピンドル本体1、2に対してセラミックベアリングによって支持されていることから、各スピンドル本体1、2と各ロータ3、4間は絶縁されている。しかし、各スピンドル本体1、2と各ロータ3、4間にはそれぞれ静電容量p、qが存在することから、高周波的には導通していると言えることとなる(尚、図1において静電容量p、qの存在を示すために、各スピンドル本体1、2と各ロータ3、4間がコンデンサを介して接続されているように点線で記載されているが、この記載は単に各スピンドル本体1、2と各ロータ3、4間に静電容量p、qが存在していることを模式的に表すために記載したに過ぎないものであって、実際に何らかの接続や部品が存在している訳ではない。これ以外の点線で記載されたコンデンサを介しての接続も、同趣旨である。)。一方、各スピンドルa、bにおいて、各ロータ3、4と各ドリル5、6間はそれぞれ導通している。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment according to the present invention. a is a spindle, which is provided on the side of the substrate 7 to be detected first, and is supported by the spindle body 1, the rotor 3 supported by the ceramic body with ceramic bearings, and the rotor 3. It comprises a counterbored drill 5, and b is the same spindle, which is first provided on the side of the substrate 8 to be compared, and supported by a ceramic bearing with respect to the spindle body 2, and the rotor 4 comprises a drill 6 for counterboring supported by 4. A is a substrate processing apparatus that performs counterbore processing or the like by the spindles a and b. The spindle descending distance information detecting mechanism K · 1 according to the present invention is configured by connecting a pair of substrates 7 and 8 to be described later, two spindles a and b, a detecting device 17, and a line. It is constituted by an electric circuit. In this embodiment, the case where there are two spindles a and b is shown. However, when the substrates 7 and 8 are alternately set as detection objects and comparison objects, the lowering distances of both the boards 7 and 8 are obtained. Information will be detected. In addition, since a spindle having a multiple of 2 is usually provided in one processing apparatus, the spindle descending distance information detection mechanism K · 1 according to this embodiment is set to two spindles as one set. One piece may be provided. By the way, although the two spindles a and b are not shown in the drawing, they are linked to the housing 36 of the substrate processing apparatus A in the horizontal (horizontal direction) X-axis direction, and the vertical Z-axis direction. Are configured to be individually driven. On the other hand, with respect to the Y-axis direction in the depth direction, when the processing table is driven, the substrates 7 and 8 fixed thereto are interlocked. In addition, the spindles a and b are electrically connected to the housing 36, respectively. By the way, since the rotors 3 and 4 in the spindles a and b are supported by ceramic bearings with respect to the spindle bodies 1 and 2, respectively, the spindle bodies 1 and 2 and the rotors 3 and 4 are insulated from each other. Has been. However, since the capacitances p and q exist between the spindle bodies 1 and 2 and the rotors 3 and 4, respectively, it can be said that they are electrically connected at high frequencies (in FIG. In order to indicate the presence of the electric capacities p and q, the spindle main bodies 1 and 2 and the rotors 3 and 4 are indicated by dotted lines so that they are connected via capacitors. It is only described to schematically show that the capacitances p and q exist between the main bodies 1 and 2 and the rotors 3 and 4, and there are actually some connections and parts. Other than this, the connection through the capacitor indicated by the dotted line has the same meaning.) On the other hand, in each spindle a and b, the rotors 3 and 4 and the drills 5 and 6 are electrically connected.

ところで、検出対象物である基板7は、前記筐体36の床面に対して電気的に絶縁され、前述のようにY軸方向に駆動する加工台(図示せず)上に固定され、また比較対象物たる基板8も、同じく筐体36の床面に対して電気的に絶縁された加工台上に固定されており、両基板7、8同士も絶縁されている。両基板7、8は後述するような同一の構造並びに形状及び大きさを有した多層構造の基板であり、基板加工装置AのZ軸方向(高さ方向)及びX軸方向(紙面横方向)は同一位置にあり、Y軸方向(紙面奥行き方向)に対しては連動して移動できるように加工台上に固定されている。また、両基板7、8の内部構造は図3に示すように多層構造となっており、3層となった絶縁層14、15、16と表面及び裏面導体層12、13、並びに第1の絶縁層14と第2の絶縁層15との間の一部分において挟み込まれている第1の内層導体層9、10、及び第2の絶縁層15と第3の絶縁層16との間の一部分において挟み込まれている第2の内層導体層11からなっている。導体層9、10、11、12、13はいずれも銅箔であり、その厚さは12乃至25μmである。また、各絶縁層14、15、16は熱可塑性樹脂製であって、それぞれその厚さは50乃至100μmである。尚、本実施例においては、第1の内層導体層9の表面までスピンドルaで穿孔して、第1の内層導体層9の表面を露出させるために必要なスピンドルaの下降距離情報を検出することを目的とすることから、第1の内層導体層9が所望の内層導体層であり、図1及び図2並びに図4では、各基板7、8の内部構造は省略し、その所望の導体層として導通の対象となる第1の内層導体層9、10のみを大きく記載している。そして、各基板7、8の第1の内層導体層9、10と筐体36との間にはそれぞれ静電容量r、sが存在することとなる。   By the way, the substrate 7 as the detection object is electrically insulated from the floor surface of the housing 36 and fixed on the processing table (not shown) that is driven in the Y-axis direction as described above. The substrate 8 as a comparison object is also fixed on a processing table which is also electrically insulated from the floor surface of the housing 36, and both the substrates 7 and 8 are also insulated. Both substrates 7 and 8 are multi-layered substrates having the same structure, shape and size as will be described later, and are Z-axis direction (height direction) and X-axis direction (paper surface lateral direction) of substrate processing apparatus A. Are fixed on the processing table so that they can move in conjunction with the Y-axis direction (the depth direction of the paper). Further, the internal structure of both the substrates 7 and 8 is a multilayer structure as shown in FIG. 3, and the insulating layers 14, 15, and 16 formed in three layers, the front and back conductor layers 12 and 13, and the first layers The first inner conductor layers 9 and 10 sandwiched in a part between the insulating layer 14 and the second insulating layer 15, and a part between the second insulating layer 15 and the third insulating layer 16 The second inner conductor layer 11 is sandwiched between the second inner conductor layers 11. The conductor layers 9, 10, 11, 12, and 13 are all copper foils, and the thickness thereof is 12 to 25 μm. Each of the insulating layers 14, 15, 16 is made of a thermoplastic resin and has a thickness of 50 to 100 μm. In the present embodiment, the spindle a is drilled to the surface of the first inner conductor layer 9, and the descending distance information of the spindle a necessary for exposing the surface of the first inner conductor layer 9 is detected. For this purpose, the first inner conductor layer 9 is a desired inner conductor layer. In FIGS. 1, 2 and 4, the internal structure of each of the substrates 7 and 8 is omitted, and the desired conductor is omitted. Only the first inner-layer conductor layers 9 and 10 that are to be conductive as layers are greatly illustrated. Capacitances r and s exist between the first inner conductor layers 9 and 10 of the substrates 7 and 8 and the housing 36, respectively.

一方、17は検出装置であって、高周波発振器18、同軸ケーブル19、変流器20、検波回路21及び検出器22とからなり、高周波発振器17は略0.5乃至2MHzの高周波の交流を出力して、その出力された高周波の交流は同軸ケーブル19を経て、そのGNDライン23は筐体36に接続し、もう一方の出力ライン24は変流器20の2個の同巻数の入力巻線、すなわち各一端が互いに接続された第1の入力巻線25と第2の入力巻線26の中間に接続される。両入力巻線25、26はmと指示された側から右回りに同数巻回され、第1の入力巻線25の巻き終わりと、第2の入力巻線26の巻始めが接続して、そこに前記出力ライン24が接続される。そして、第1の入力巻線25の巻始めの端部は検出対象物たる基板7の所望の導体層である第1の内層導体層9に接続され、また、第2の入力巻線26の巻き終わりの端部は比較対象物たる基板8の第1の内層導体層10に接続される。変流器20の2個の入力巻線25、26が同巻数である上、出力ライン24がその2個の入力巻線25、26の中間に接続されていることから、各入力巻線25、26は逆巻の同巻数のコイルとなって、変流器20の鉄芯27に発生させる磁束の方向は打ち消し合こととなり、出力巻線28側には電流は発生しないこととなる。そして、変流器20の出力巻線28の両端は4個のダイオードからなる検波回路21に接続し、該検波回路21は検出器22に接続している。   On the other hand, 17 is a detection device comprising a high-frequency oscillator 18, a coaxial cable 19, a current transformer 20, a detection circuit 21, and a detector 22. The high-frequency oscillator 17 outputs a high-frequency alternating current of approximately 0.5 to 2 MHz. Then, the output high-frequency alternating current passes through the coaxial cable 19, the GND line 23 is connected to the housing 36, and the other output line 24 is the two input windings of the current transformer 20 with the same number of turns. That is, each end is connected between the first input winding 25 and the second input winding 26 that are connected to each other. Both input windings 25 and 26 are wound in the clockwise direction from the side designated m, and the winding end of the first input winding 25 and the winding start of the second input winding 26 are connected, The output line 24 is connected there. The winding start end of the first input winding 25 is connected to the first inner layer conductor layer 9 which is a desired conductor layer of the substrate 7 as the detection target, and the second input winding 26 The end of the winding end is connected to the first inner conductor layer 10 of the substrate 8 as a comparison object. Since the two input windings 25 and 26 of the current transformer 20 have the same number of turns, and the output line 24 is connected between the two input windings 25 and 26, each input winding 25 , 26 become coils of the same number of reverse turns, the directions of the magnetic flux generated in the iron core 27 of the current transformer 20 cancel each other, and no current is generated on the output winding 28 side. Then, both ends of the output winding 28 of the current transformer 20 are connected to a detection circuit 21 composed of four diodes, and the detection circuit 21 is connected to a detector 22.

このようにスピンドルの下降距離情報検出機構K・1が構成されることから、検出対象物である基板7と比較対象物である基板8は同一構造並びに同一形状及び大きさである上、それぞれ独立して筐体36から絶縁されて同じ高さの加工台上に固定されているため、高周波発振器18から1MHzの高周波の交流が流されると、一方では高周波発振器18、同軸ケーブル19、出力ライン24、第1の入力巻線25、基板7の第1の内層導体層9と接続されるとともに、出力ライン24から分かれて、第2の入力巻線26、基板8の第1の内層導体層10と接続され、また、他方は高周波発振器18、同軸ケーブル19、GNDライン23、筐体36と接続されることとなる。また、各基板7、8の所望の導体層である第1の内層導体層9、10と筐体36との間にそれぞれ存在する静電容量r、sは、各第1の内層導体層9、10の面積及び、各第1の内層導体層9、10と筐体36との距離が等しいことから、一般的には略100乃至2000pFの間の値であって、同一の値となる。そのため、両スピンドルa、bのいずれものドリル5、6が、それぞれ各基板7、8の第1の内層導体層9、10と接触していない状態では、第1の入力巻線25には、第1の入力巻線25と筐体36との間の静電容量rに比例した電流が流れ、また、第2の入力巻線26には、第2の入力巻線26と筐体36との間の静電容量sに比例した電流が流れるものの、その双方の静電容量r、sが等しい上、第1の入力巻線25と第2の入力巻線26の巻数が同一で互いに逆方向に巻回されていることから、変流器20の鉄芯27に発生する交番磁束は打ち消され、変流器20の出力巻線28には出力電流が発生せず、検出器22が電流を検出することはない。   Since the spindle descending distance information detection mechanism K · 1 is configured in this way, the substrate 7 as the detection object and the substrate 8 as the comparison object have the same structure, the same shape and size, and are independent of each other. Since the high frequency alternating current of 1 MHz is applied from the high frequency oscillator 18, the high frequency oscillator 18, the coaxial cable 19, and the output line 24 are isolated from the casing 36 and fixed on the processing table having the same height. The first input winding 25 is connected to the first inner layer conductor layer 9 of the substrate 7 and is separated from the output line 24 to be separated from the second input winding 26 and the first inner layer conductor layer 10 of the substrate 8. The other is connected to the high-frequency oscillator 18, the coaxial cable 19, the GND line 23, and the housing 36. Further, the capacitances r and s existing between the first inner conductor layers 9 and 10 which are desired conductor layers of the substrates 7 and 8 and the housing 36 are respectively determined by the first inner conductor layers 9 and 9. 10 and the distance between each of the first inner conductor layers 9 and 10 and the housing 36 are generally equal to each other between about 100 to 2000 pF. Therefore, when the drills 5 and 6 of both spindles a and b are not in contact with the first inner layer conductor layers 9 and 10 of the substrates 7 and 8, respectively, A current proportional to the capacitance r between the first input winding 25 and the housing 36 flows, and the second input winding 26 has a second input winding 26 and a housing 36. A current proportional to the capacitance s between the two flows, but both the capacitances r and s are equal, and the number of turns of the first input winding 25 and the second input winding 26 is the same and opposite to each other. Since the winding is wound in the direction, the alternating magnetic flux generated in the iron core 27 of the current transformer 20 is canceled out, no output current is generated in the output winding 28 of the current transformer 20, and the detector 22 Will not be detected.

そこでステップ1として、スピンドルa、bをそれぞれ、スピンドルaのドリル5先端から検出対象物たる基板7までの距離と、スピンドルbのドリル6先端から比較対象物たる基板8までの距離とが等しくなるように同一平面上に設置した上、スピンドルaを作動させ、そのドリル5が基板7の表面側から所望の導体層である第1の内層導体層9まで穿孔し、第1の内層導体層9に接触すると、第1の内層導体層9と筐体36間の静電容量rだけでなく、新たに、高周波発振器18、同軸ケーブル19、出力ライン24、第1の入力巻線25、基板7の第1の内層導体層9、ドリル5、ロータ3、ロータ3とスピンドル本体1間に存在する静電容量p、スピンドル本体1、筐体36、GNDライン23、同軸ケーブル19、高周波発振器18へと戻る回路が形成されることになり(尚、絶縁されているロータ3とスピンドル本体1間の静電容量pは、一般的には略100乃至400pFである。)、その静電容量pに応じて流れる電流が増加する。そのため、第1の入力巻線25を流れる電流が増加し、第1の入力巻線25と第2の入力巻線26のそれぞれを流れる電流に差異が生じることとなって、両入力巻線25、26によって生じる磁束は打ち消し合えなくなる。その結果、変流器20の出力巻線28に出力電流が発生し、その出力電流を検波回路21で整流したものを検出器22で検出する。検出器22では、検波回路21からの出力電流が一定の設定値を超えると、検出信号としての信号を出力するように設定されている。   Therefore, in Step 1, the distances from the tip of the drill 5 of the spindle a to the substrate 7 that is the object to be detected are equal to the distance from the tip of the drill 6 of the spindle b to the substrate 8 that is the object to be compared. In this way, the spindle a is operated and the drill 5 drills from the surface side of the substrate 7 to the first inner conductor layer 9 which is a desired conductor layer, and the first inner conductor layer 9 , The high frequency oscillator 18, the coaxial cable 19, the output line 24, the first input winding 25, and the substrate 7 are newly added in addition to the capacitance r between the first inner conductor layer 9 and the housing 36. To the first inner conductor layer 9, the drill 5, the rotor 3, the capacitance p existing between the rotor 3 and the spindle body 1, the spindle body 1, the housing 36, the GND line 23, the coaxial cable 19, and the high-frequency oscillator 18. A return circuit is formed (note that the capacitance p between the insulated rotor 3 and the spindle body 1 is generally about 100 to 400 pF), depending on the capacitance p. The current flowing through increases. For this reason, the current flowing through the first input winding 25 increases, and a difference occurs in the current flowing through each of the first input winding 25 and the second input winding 26. , 26 cannot cancel each other. As a result, an output current is generated in the output winding 28 of the current transformer 20, and the output current rectified by the detection circuit 21 is detected by the detector 22. The detector 22 is set to output a signal as a detection signal when the output current from the detection circuit 21 exceeds a certain set value.

スピンドルaの加工作業開始前の当初位置と、検出対象物たる基板7の固定される加工台の高さは、事前に一定の位置に設定されており、加工によってスピンドルaのドリル5が所望の導体層である第1の内層導体層9に接触したことを検出することによって、当該台の表面からその基板7の第1の内層導体層9の位置までの高さ(以下、「所望の導体層の高さ」と言う。)が測定されるとともに、それを加工するスピンドルaの当初位置からその基板7の第1の内層導体層9までの下降距離が判明し、基板加工装置Aの制御部に記憶させることができる。   The initial position of the spindle a before the processing operation is started and the height of the processing table on which the substrate 7 to be detected is fixed are set to a predetermined position in advance, and the drill 5 of the spindle a is desired by the processing. By detecting contact with the first inner conductor layer 9 which is a conductor layer, the height from the surface of the base to the position of the first inner conductor layer 9 on the substrate 7 (hereinafter referred to as “desired conductor”). The height of the layer ") is measured, and the descending distance from the initial position of the spindle a that processes the layer to the first inner conductor layer 9 of the substrate 7 is determined, and the control of the substrate processing apparatus A is performed. Can be stored.

次に、ステップ2として、ステップ1では検出対象物であった基板7を比較対象物とし、逆にステップ1では比較対象物であった基板8を検出対象物として、ステップ1と同様に、今度はスピンドルbを作動させて、前記スピンドルaを作動させた場合と同じ操作を行うことにより、検出対象物たる基板8の第1の内層導体層10の位置までの高さが測定されるとともに、それを加工するスピンドルbの当初位置からその基板8の第1の内層導体層10までの下降距離が判明し、基板加工装置Aの制御部に記憶させることができる。   Next, as step 2, the substrate 7 that was the detection target in step 1 is set as the comparison target, and conversely in step 1, the substrate 8 that was the comparison target is set as the detection target. Is to operate the spindle b and perform the same operation as when the spindle a is operated to measure the height to the position of the first inner conductor layer 10 of the substrate 8 as the detection target, The descending distance from the initial position of the spindle b for processing it to the first inner conductor layer 10 of the substrate 8 can be determined and stored in the control unit of the substrate processing apparatus A.

次に、ステップ3として、前記の記憶された情報によってスピンドルa、bの各々の下降距離を制御させつつ、スピンドルa、bのドリル5、6によって基板を穿孔加工すれば、正確且つ迅速に所望の導体層を露出させることができる。   Next, in step 3, if the substrate is drilled by the drills 5 and 6 of the spindles a and b while controlling the descending distances of the spindles a and b based on the stored information, the desired result can be obtained accurately and quickly. The conductor layer can be exposed.

尚、より実際的には、1枚の基板自体あるいはその所望の導体層においても微妙な捻れや歪みが存在することから、1枚の検出対象物たる基板7(及び8)に対してそれぞれ同様な検出を数箇所行い、各検出箇所での所望の導体層の高さを測定し、その平均値をもってその所望の導体層の高さとし、また、スピンドルa、bの下降距離であると認定し、その下降距離情報を加工装置Aの制御部に記憶させて、スピンドルa、bのドリル5、6による基板の穿孔加工を制御するのがよい。   More practically, since there is a slight twist or distortion in one substrate itself or its desired conductor layer, the same applies to each substrate 7 (and 8) that is a detection target. Several detections are made, the height of the desired conductor layer at each detection point is measured, the average value is taken as the height of the desired conductor layer, and it is recognized that it is the descending distance of the spindles a and b. The descending distance information may be stored in the control unit of the processing apparatus A to control the drilling of the substrate by the drills 5 and 6 of the spindles a and b.

このように、同一の基板を2枚1組として使用した上、その2枚の基板7、8に印加する高周波の交流によって、2個の入力巻線25、26を有する変流器20に発生する磁束の方向が打ち消し合うため、ロータ3(または4)とスピンドル本体1(または2)との静電容量p(またはq)以外の外乱は全てキャンセルすることができ、スピンドルaのドリル5と所望の導体層との接触の有無(またはスピンドルbのドリル6と所望の導体層との接触の有無)を電流の変化ではなく、ロータ3(または4)とスピンドル本体1(または2)間の静電容量p(またはq)に基づき電流が流れたか否かの“1”あるいは“0”の信号によって検出できることとなり、ロータがスピンドル本体にセラミックベアリングによって支持されているザグリ加工やルータ加工用のスピンドルのように、その静電容量が小さいスピンドルの場合でも、判定が容易になる。更に、スピンドル1、2を筐体36から完全に電気的に絶縁する必要がなく、スピンドル1、2をアースすることもでき、安全性を向上させることができる。
また、スピンドルa、bによる基板7、8の加工に際して、スピンドルa、bの正確な下降距離情報を入手できることから、当該下降距離情報に基づき当該基板7及び8と同一の多数の基板を正確に加工でき、結果として低コストで加工できることとなる。
In this way, the same substrate is used as a pair, and is generated in a current transformer 20 having two input windings 25 and 26 by high-frequency alternating current applied to the two substrates 7 and 8. Since the directions of the magnetic flux to be canceled out, all disturbances other than the capacitance p (or q) between the rotor 3 (or 4) and the spindle body 1 (or 2) can be canceled, and the drill 5 of the spindle a The presence or absence of contact with the desired conductor layer (or the presence or absence of contact between the drill 6 of the spindle b and the desired conductor layer) is not a change in current, but between the rotor 3 (or 4) and the spindle body 1 (or 2). Based on the capacitance p (or q), it can be detected by a signal of “1” or “0” indicating whether or not a current has flowed, and the counterbore is supported by a ceramic bearing on the spindle body. As in the spindle for engineering or router processing, even if the spindle capacitance thereof is small, thereby facilitating the determination. Furthermore, it is not necessary to completely insulate the spindles 1 and 2 from the housing 36, and the spindles 1 and 2 can be grounded, thereby improving safety.
In addition, when the substrates 7 and 8 are processed by the spindles a and b, accurate information on the descending distances of the spindles a and b can be obtained. Based on the descending distance information, a number of substrates identical to the substrates 7 and 8 can be accurately obtained. As a result, it can be processed at low cost.

図2に示すK・2はスピンドルの下降距離情報検出機構についての他の実施例を示すものであり、実施例1が、基板2枚、スピンドル2台、検出装置1台を1組として検出対象物たる基板7、8の所望の導体層の位置をステップ1、ステップ2というように時間をずらして検出するものであるのに対し、その構成、特徴を残しつつ、時間をずらすことで生ずる同一の多数の基板を加工する際に生じる加工スピードの低下等を防止することができるものである。当該実施例2では、検出対象物たる基板1枚、スピンドル1台、検出装置1台を1組とし、検出対象物たる基板7の比較対象物となる基板8に代わって、模擬基板回路29を検出装置30に組み込んだものである。すなわち、模擬基板回路29は、8個のコンデンサ32と8個のディップスイッチ31がそれぞれ直列に配され、その直列に配されたコンデンサ32とディップスイッチ31を1組として、それら8組を並列に配してなるものである。これらのコンデンサ32は、それぞれ異なる容量のものであり、ここではそれぞれ10pF、22pF、48pF、100pF、220pF、470pF、1000pF、2200pFの容量の物を使用している。そして高周波発振器18から、同軸ケーブル19、出力ライン24、第1の入力巻線25、検出対象物である基板7の第1の内層導体層9へと接続されるとともに、前記出力ライン24からは第2の入力巻線26から前記模擬基板回路29の端子33に接続される。更に、その必要に応じて前記実施例1と同じように使用できるよう、第2の入力巻線26から模擬基板回路29への接続の途中で分岐されて、比較対象物である基板8の第1の内層導体層10への接続ができるようにされている。また高周波発振器18から、同軸ケーブル19、GNDライン23、筐体36へと続く接続のGNDライン23の途中で分岐して、前記模擬基板回路29の他の端子34に接続する。   K · 2 shown in FIG. 2 shows another embodiment of the spindle lowering distance information detection mechanism. In the first embodiment, two substrates, two spindles, and one detection device are detected as one set. While the position of the desired conductor layer on the substrate 7 or 8 is detected by shifting the time as in Step 1 and Step 2, the same occurs by shifting the time while leaving the configuration and characteristics. Thus, it is possible to prevent a reduction in processing speed or the like that occurs when processing a large number of substrates. In the second embodiment, one substrate, which is a detection target, one spindle, and one detection device, is used as a set, and a simulated substrate circuit 29 is provided in place of the substrate 8 which is a comparison target of the substrate 7 which is a detection target. It is incorporated in the detection device 30. That is, in the simulated circuit board 29, eight capacitors 32 and eight dip switches 31 are arranged in series, respectively. The capacitor 32 and the dip switch 31 arranged in series are one set, and these eight sets are arranged in parallel. It is made up of. These capacitors 32 have different capacities, and here, capacitors of 10 pF, 22 pF, 48 pF, 100 pF, 220 pF, 470 pF, 1000 pF, 2200 pF are used. The high-frequency oscillator 18 is connected to the coaxial cable 19, the output line 24, the first input winding 25, and the first inner conductor layer 9 of the substrate 7 that is the detection target, and from the output line 24 The second input winding 26 is connected to the terminal 33 of the simulated substrate circuit 29. Further, in order to be able to be used in the same manner as in the first embodiment as necessary, it is branched in the middle of the connection from the second input winding 26 to the simulated board circuit 29, and the second board 8 which is a comparison object. Connection to one inner conductor layer 10 is made possible. The high-frequency oscillator 18 branches in the middle of the connection GND line 23 that continues to the coaxial cable 19, the GND line 23, and the housing 36, and is connected to the other terminal 34 of the simulated substrate circuit 29.

このようにして、事前に、検出対象物である基板7を基板加工装置A’の加工台上に固定した状態での、基板7の所望の導体層である第1の内層導体層9と筐体36間の静電容量rを測定しておき、それに略同一の静電容量となるよう、模擬基板回路29の8個のディップスイッチ31を適宜通電状態とする。その結果、模擬基板回路29に生じた静電容量が比較対象物たる基板8の代替物となり、実施例1の場合と同様に、スピンドルaを作動させて検出対象物たる基板7の第1の内層導体層9にそのドリル5が接触すると、その作動させたスピンドルaのスピンドル本体1とロータ3間の静電容量pを介して電流が流れ、そのために変流器20内の両入力巻線25、26に生じる磁束が打ち消し合われず、出力巻線28側に磁束が発生して電流が生じることから、その電流の存在を検出器22で検出することにより、スピンドルaのドリル5が基板7の所望の導体層である第1の内層導体層9に接触したことが判明することとなる。この接触情報に基づくその後の処理は実施例1の場合と同様である。
また、この実施例2においては、模擬基板回路29の8個のディップスイッチ31全てをOFFとした上、比較対象物たる基板8を加工台上に固定して、第2の入力巻線26と該基板8の所望の導体層である第1の内層導体層10を接続すれば、実施例1の検出装置としても使用できるものである。
In this way, the first inner conductor layer 9 as the desired conductor layer of the substrate 7 and the housing in a state where the substrate 7 as the detection target is fixed on the processing table of the substrate processing apparatus A ′ in advance. The capacitance r between the bodies 36 is measured, and the eight dip switches 31 of the simulation board circuit 29 are appropriately energized so that the capacitances are substantially the same. As a result, the capacitance generated in the simulated substrate circuit 29 becomes an alternative to the substrate 8 that is the comparison target, and the spindle a is operated to activate the first of the substrate 7 that is the detection target as in the first embodiment. When the drill 5 comes into contact with the inner conductor layer 9, a current flows through the capacitance p between the spindle body 1 and the rotor 3 of the activated spindle a, and therefore both input windings in the current transformer 20. Since the magnetic flux generated in 25 and 26 does not cancel each other and a magnetic flux is generated on the output winding 28 side to generate a current, the presence of the current is detected by the detector 22, so that the drill 5 of the spindle a is moved to the substrate 7. It is found that the first inner conductor layer 9 which is the desired conductor layer is in contact with the first inner conductor layer 9. Subsequent processing based on this contact information is the same as in the first embodiment.
In the second embodiment, all the eight dip switches 31 of the simulated board circuit 29 are turned off, and the board 8 as a comparison object is fixed on the processing table, and the second input winding 26 and If the first inner conductor layer 10 which is a desired conductor layer of the substrate 8 is connected, it can also be used as the detection apparatus of the first embodiment.

実施例2に示す下降距離情報検出機構K・2を2組装備すれば、実施例1のように、ステップ1、ステップ2のような手順を踏むことなく同時に2枚の基板の下降距離情報を入手することができ、加工スピードが向上できる。但し、実施例2では、実施例1と異なり、基板の種類が変わった場合は、加工対象物たる基板と筐体間の静電容量に合わせて、模擬基板回路29の8個のディップスイッチ31の設定を変える必要があることは自明のことである。   If two sets of the descent distance information detection mechanism K · 2 shown in the second embodiment are installed, the descent distance information of the two substrates can be simultaneously obtained without following the procedure of steps 1 and 2 as in the first embodiment. It can be obtained and the processing speed can be improved. However, in the second embodiment, unlike the first embodiment, when the type of the substrate is changed, the eight dip switches 31 of the simulated substrate circuit 29 are matched with the capacitance between the substrate to be processed and the housing. It is self-evident that you need to change your settings.

尚、実施例1と2のいずれも、内層導体層だけでなく表面あるいは裏面導体層までのスピンドルの下降距離情報を検出するために使用できることは、言うまでもない。   Needless to say, both the first and second embodiments can be used to detect not only the inner conductor layer but also the descending distance information of the spindle to the front or back conductor layer.

高周波交流電流を印加することによって静電容量の等しいものの一方に生じる電流の変化を検出して、2個の導体物の接触の有無を判定するものであるため、スピンドルのドリルによる基板加工だけでなく、機械装置による加工に際して導体物の接触の有無を判定する用途にも広く適用することができる。   By applying a high-frequency alternating current, it detects the change in the current that occurs in one of the ones with the same capacitance, and determines whether or not the two conductors are in contact. In addition, the present invention can be widely applied to uses for determining the presence or absence of contact of conductors during processing by a mechanical device.

A、A’ 基板加工装置
B 基板加工装置
a、b スピンドル
p、q、r、s 静電容量
K・1 下降距離情報検出機構
K・2 下降距離情報検出機構
1、2 スピンドル本体
3、4 ロータ
5、6 ドリル
7、8 基板
9、10 第1の内層導体層
11 第2の内層導体層
12 表面導体層
13 裏面導体層
14 第1の絶縁層
15 第2の絶縁層
16 第3の絶縁層
17 検出装置
18 高周波発振器
19 同軸ケーブル
20 変流器
21 検波回路
22 検出器
23 GNDライン
24 出力ライン
25 第1の入力巻線
26 第2の入力巻線
27 鉄芯
28 出力巻線
29 模擬基板回路
30 検出装置
31 ディップスイッチ
32 コンデンサ
33 端子
34 端子
35 切換スイッチ
36 筐体
37 絶縁体
38 検出装置
39 変流器
40 入力巻線
41 鉄芯
42 出力巻線
t 静電容量
A, A ′ Substrate processing device B Substrate processing device a, b Spindle p, q, r, s Capacitance K · 1 Descent distance information detection mechanism K · 2 Descent distance information detection mechanism 1, 2 Spindle body 3, 4 Rotor 5, 6 Drill 7, 8 Substrate 9, 10 First inner conductor layer 11 Second inner conductor layer 12 Front conductor layer 13 Back conductor layer 14 First insulating layer 15 Second insulating layer 16 Third insulating layer DESCRIPTION OF SYMBOLS 17 Detection apparatus 18 High frequency oscillator 19 Coaxial cable 20 Current transformer 21 Detection circuit 22 Detector 23 GND line 24 Output line 25 1st input winding 26 2nd input winding 27 Iron core 28 Output winding 29 Simulation board circuit DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 Detection apparatus 31 Dip switch 32 Capacitor 33 Terminal 34 Terminal 35 Changeover switch switch 36 Case 37 Insulator 38 Detection apparatus 39 Current transformer 40 Input winding 41 Iron 42 output winding t capacitance

Claims (3)

スピンドルを組み込んだ基板加工装置におけるスピンドルのドリルの下降距離を検出するスピンドル下降距離情報検出機構であって、高周波交流電源と、巻数の同じ2個の入力巻線と、1個以上の出力巻線を持つ高周波用の変流器を有し、検出対象物たる基板と、同基板と同一の比較対象物たる基板を2枚1組としてそれぞれ独立して基板加工装置の筐体から絶縁して、筐体内の加工台上に固定した上、前記高周波交流電源出力の一方は前記筐体に接続し、他方は前記変流器の2個の入力巻線を介してそれぞれ前記2枚の各基板内に存する所望の導体層に、各入力巻線電流が前記変流器に発生させる磁束の方向が互いに打ち消し合うように接続して、スピンドルのドリル先端と検出対象物たる基板の所望の導体層との接触によって生じる電流の変化を、変流器から出力される電流の変化として検出器により検出してなる、スピンドル下降距離情報検出機構。   A spindle lowering distance information detection mechanism for detecting the lowering distance of a spindle drill in a substrate processing apparatus incorporating a spindle, comprising a high-frequency AC power source, two input windings having the same number of turns, and one or more output windings Insulating from the housing of the substrate processing apparatus independently as a set of two substrates that are the detection target and a substrate that is the same comparison target as the substrate, In addition to being fixed on a processing table in the casing, one of the high-frequency AC power output is connected to the casing, and the other is connected to each of the two substrates via two input windings of the current transformer. Are connected so that the directions of magnetic fluxes generated by the input winding currents in the current transformers cancel each other, and the drill tip of the spindle and the desired conductor layer of the substrate as the detection object Current generated by contact The changes made are detected by the detector as a change in current output from the current transformer, the spindle descends a distance information detecting mechanism. スピンドルを組み込んだ基板加工装置におけるスピンドルのドリルの下降距離を検出するスピンドル下降距離情報検出機構であって、高周波交流電源と、巻数の同じ2個の入力巻線と、1個以上の出力巻線を持つ高周波用の変流器並びに、直列に配されたコンデンサとスイッチを1組として、該コンデンサとスイッチを複数組並列に配してなる模擬基板回路を有し、検出対象物たる基板を基板加工装置の筐体から絶縁して、筐体内の加工台上に固定した上、前記高周波交流電源出力の一方は前記筐体に接続するとともに、前記模擬基板回路の一方端子に接続し、他方は前記変流器の2個の入力巻線を介してそれぞれ、検出対象物たる基板内に存する所望の導体層と、前記模擬基板回路の他方端子に接続し、検出対象物たる基板の所望の導体層と筐体間に生じる静電容量と略等しくなるよう模擬基板回路のスイッチを調整することにより、各入力巻線電流が前記変流器に発生させる磁束が互いに打ち消し合うようにして、スピンドルのドリル先端と所望の導体層との接触によって生じる電流の変化を、変流器から出力される電流の変化として検出器により検出してなる、スピンドル下降距離情報検出機構。 A spindle lowering distance information detection mechanism for detecting the lowering distance of a spindle drill in a substrate processing apparatus incorporating a spindle, comprising a high-frequency AC power source, two input windings having the same number of turns, and one or more output windings A high-frequency current transformer and a simulated substrate circuit in which a plurality of capacitors and switches arranged in series are arranged in parallel, and a substrate as a detection object is a substrate Insulated from the housing of the processing apparatus, fixed on the processing table in the housing, and one of the high-frequency AC power output is connected to the housing and connected to one terminal of the simulated substrate circuit, the other is The desired conductor layer existing in the substrate as the detection target and the other terminal of the simulated circuit board are connected via the two input windings of the current transformer, and the desired conductor of the substrate as the detection target. layer By adjusting the switches of the simulated circuit board circuit so that the capacitance generated between the casings is approximately equal, the magnetic flux generated by the current transformer in each input winding current cancels each other, and the spindle tip of the spindle A spindle descent distance information detection mechanism, in which a change in current caused by contact between a current transformer and a desired conductor layer is detected by a detector as a change in current output from a current transformer. 請求項1あるいは請求項2記載のスピンドル下降距離情報検出機構を有し、該スピンドル下降距離情報検出機構によって検出された下降距離情報に基づいてスピンドルの作動を制御する機構を設けてなる、スピンドルを組み込んだ基板加工装置。   A spindle having a spindle lowering distance information detecting mechanism according to claim 1 or 2, and comprising a mechanism for controlling the operation of the spindle based on the lowering distance information detected by the spindle lowering distance information detecting mechanism. Embedded substrate processing equipment.
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