JP6654523B2

JP6654523B2 - バックドリル加工の深さ測定方法及び測定装置

Info

Publication number: JP6654523B2
Application number: JP2016148266A
Authority: JP
Inventors: 堀田恭平; 時永勝典; 薗田耕平; 荒木裕次郎; 高光秀幸
Original assignee: Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2016-07-28
Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2020-02-26
Anticipated expiration: 2036-07-28
Also published as: JP2018018963A

Description

本発明は、バックドリル加工が行われた多層基板に対してバックドリル加工の深さを測定する方法及び装置に関する。

多層プリント基板のＬＳＩ（大規模集積回路）等の電子部品を実装するために、内層にある所定の導体配線層と接続するための端子として、貫通穴を形成し、それに導電メッキを施している。しかしながら、その貫通穴のメッキ部が目的とする導体配線層までの距離よりも長いため、その長すぎる部分（以下、スタブという）を短くしなければ、インピーダンス不整合や信号遅延、波形なまりが発生するという問題がある。

そこで、メッキした後に前記貫通穴の径より僅かに大きな径のドリルで、前記導体配線層の手前までバックドリル加工（スタブ除去加工）し、スタブとなるメッキ層を取り除くことが必要である。

バックドリル加工では、いかに余分なスタブを取り除くことが出来るかが重要であり、高精度な深さ制御を実現するために、例えば特許文献１と２に開示される技術があるが、基板に凹凸があったり層が多くなったりすると、必ずしも目標通りの深さに加工されているとは限らない。従って、あたためてバックドリル加工の深さを測定する必要が生じるが、特許文献１と２ではその点についての言及はない。

特開2009-4585号公報特開2014-113662号公報

そこで、本発明は、バックドリル加工が行われた基板に対してバックドリル加工の深さを測定できるようにすることを目的とするものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なバックドリル加工の深さ測定方法は、バックドリル加工された穴を有する基板を接地されているテーブルに載置し、前記バックドリル加工において導電メッキ部が除去された部分の径より小さく導電メッキ部が除去されていない部分の径より大きい径の接触部を備える工具であって導電性を有するものを前記基板のバックドリル加工された穴に挿入し、前記接触部が前記穴に残された導電メッキ部に接触して前記基板に形成された前記導電メッキ部と電気的に接続された検査用の穴を介して電流が流れ始める時点を検出し、当該検出時点に基づいてバックドリル加工の深さを検出する。

また、本願において開示される発明のうち、代表的なバックドリル加工の深さ測定装置は、基板にドリルでバックドリル加工を行う場合には当該ドリルを保持し前記バックドリル加工において導電メッキ部が除去された部分の径より小さく導電メッキ部が除去されていない部分の径より大きい径の接触部を備える工具であって導電性を有するものを保持することができるスピンドルと、バックドリル加工された前記基板を載置するためのテーブルであって接地されているものと、前記スピンドルと前記テーブルを互いに水平方向に相対移動させる水平駆動部と、前記スピンドルと前記テーブルを互いに垂直方向に相対移動させる垂直駆動部と、前記スピンドルに保持された前記工具がバックドリル加工された穴に挿入されて前記接触部が前記穴に残された導電メッキ部に接触して前記基板に形成された前記導電メッキ部と電気的に接続された検査用の穴を介して流れる電流を検出する電流検出部と、前記水平駆動部と前記垂直駆動部を制御する全体制御部であって前記電流検出部での検出時点に基づいてバックドリル加工の深さを検出するものとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、バックドリル加工が行われた基板に対してバックドリル加工の深さを測定できるようになる。

本発明の一実施例を説明するための図である。図１におけるバックドリル加工の深さを測定するための深さ測定工具の断面模式図である。

図１は、本発の一実施例を説明するための図である。図１において、１はプリント基板に穴あけを行う場合に当該プリント基板が載置されるテーブルであり、接地されている。２はプリント基板に穴あけを行う場合にドリルを保持し回転させるスピンドル、３はテーブル１を水平な２次元方向（図において、左右方向と紙面に垂直な方向）に移動させスピンドル２に対して水平方向の相対移動を行わせるテーブル水平駆動部、４はスピンドル２を垂直方向に移動させテーブル１に対して垂直方向の相対移動を行わせるスピンドル垂直駆動部、５はスピンドル２の先端側に図示を省略するシリンダを介して契合しているプレッシャフットであり、スピンドル２が降下する場合、途中までは共に移動し、それ以後はスピンドル２と独立に垂直方向に移動できるようになっている。プレッシャフット５の下端には、プリント基板に穴あけを行う場合にその上面を押し付けるためのブッシュ６が取付けられている。

７はスピンドル２と連結されたずれ検出器である。このずれ検出器７は、スピンドル２とプレッシャフット５とを共に降下させた場合、スピンドル２と共に降下し、ブッシュ６がプリント基板の上面位置に到達し、プレッシャフット５だけがそれ以上降下できなくなって、スピンドル２とプレッシャフット５が垂直方向に互いにずれた時を検出し、例えばプログラム制御の処理装置によって実現される全体制御部８へ検出信号を出力するものである。

プリント基板に穴あけを行う場合、テーブル水平駆動部３やスピンドル垂直駆動部４が全体制御部８によって制御されるようになっている。穴あけを行うための制御機構としては、他に種々の要素と接続線を有するが、以上までは穴あけ装置として良く知られている構成である。

１１はテーブル１の上に載置されたバックドリル加工の深さを測定すべき多層のプリント基板である。１２はバックドリル加工された貫通穴、１３と１４は内部配線層、１５は貫通穴１２の上部表面に形成された上部外層端子、１６は貫通穴１２の下部表面に形成された下部外層端子、１７は内部配線層１３と１４を接続する導電メッキ部である。ここの構造は、貫通穴１２の全長にわたって内側に導電メッキが施された後、最上位側にある内部配線層１３の位置よりも上側部分及び最下位側にある内部配線層１４の位置よりも下側部分がバックドリル加工によって除去され、内部配線層１３と１４間に導電メッキ部１７が残された形になっている。プリント基板１１の回路形成のためのエリアである回路用領域１８には、このような貫通穴１２が多数形成されている。

１９はプリント基板１１の本来の回路形成のためのエリアでない検査用領域２０に形成された検査用貫通穴である。この検査用貫通穴１９に形成された導電メッキ部２１は上部外層端子２２、下部外層端子２３及び内部配線層２４と接続されている。貫通穴１２の導電メッキ部１７が接続された最上位側の内部配線層１３あるいは最下位側にある内部配線層１４は、特定の検査用貫通穴２０に形成された導電メッキ部２１と接続された内部配線層２４と同じであるか電気的接続されており、その上部外層端子２２と下部外層端子２３に接続されている。検査用領域１９にはこのような検査用貫通穴２０がいくつか形成されており、それぞれ回路用領域１８のいずれかの貫通穴１２の導電メッキ部１７と接続されている。

次に、バックドリル加工の深さを測定する場合について説明する。９はバックドリル加工の深さを測定するための深さ測定工具で、スピンドル２で保持できる構造になっている。
深さ測定工具９は、例えば、図２の断面模式図に示すように、円形の導体から成り、先端部９１と中央部９２とスピンドル２で保持する後端部（シャンク部）９３を含む。中央部９２の径は、図１における貫通穴１２の導電メッキ部１７が残っているバックドリル非加工部分の径より大きく、導電メッキ部１７が除去されたバックドリル加工部分の径より小さくなっている。従って、深さ測定工具９がバックドリル加工された貫通穴１２に挿入された場合、残されている導電メッキ部１７に中央部９２の先端部９１付近が接触するまでは、すり抜ける形となる。

貫通穴１２のバックドリル加工の深さを測定する場合、全体制御部８の制御の下で、以下のように動作する。
先ず、テーブル水平駆動部３によりテーブル１を水平な２次元方向に移動させ、貫通穴１２の座標データに基づき、深さ測定工具９を貫通穴１２の上方位置に合わせる。ここで、電源線２５からスピンドル２の駆動用モータに電流検出用の電源を供給すると、駆動用モータには固定子と回転子間に静電容量が存在するので、深さ測定工具９は所定の電位に保たれる。次に、スピンドル２を回転させない状態で、スピンドル垂直駆動部４によりスピンドル２を降下させていく。ブッシュ６がプリント基板１１の上面位置に到達し、プレッシャフット５だけがそれ以上降下できなくなって、ずれ検出器７でスピンドル２とプレッシャフット５が垂直方向に互いにずれた時を検出すると、全体制御部８はその時のスピンドル垂直駆動部４での送り位置Ｐ1を貫通穴１２の座標データとともに記憶部１０に記憶しておく。

スピンドル垂直駆動部４によりスピンドル２がさらに降下すると、深さ測定工具９の先端部９１が貫通穴１２の導電メッキ部１７と導通するようになり、そこで電源線２５から深さ測定工具９、内部配線層１３、内部配線層２４、検査用貫通穴２０の導電メッキ部２１及び下部外層端子２３を経由して接地されているテーブル１に電流が流れ始めるようになる。
ここで、電流検出部２６が電源線２５に流れる電流を検出すると、電流検出部２６の検出信号を受けた全体制御部８はスピンドル垂直駆動部４のそれ以上の送りを止めるとともに、その時のスピンドル垂直駆動部４での送り位置Ｐ２を貫通穴１２のバックドリル加工最終位置と決定し、貫通穴１２の座標データとともに記憶部１０に格納する。その後、全体制御部８は今回検出の送り位置Ｐ２と先に記憶しておいた送り位置Ｐ１とに基づいて貫通穴１２のバックドリル加工の深さを算出し、貫通穴１２の座標データとともに記憶部１０に格納する。
プリント基板１１に形成された他の貫通穴１２の場合も、同様にして、貫通穴１２のバックドリル加工の深さを算出し、その座標データとともに記憶部１０に格納する。

以上により、貫通穴１２の最上位側にある内部配線層１３の位置よりも上側部分のバックドリル加工の深さを測定することができる。最下位側にある内部配線層１４の位置よりも下側部分のバックドリル加工の深さを測定する場合は、プリント基板１１の上下を反転させ、上記と同様に行えばよい。

以上の実施例によれば、プリント基板１１の各貫通穴１２について、バックドリル加工の深さを測定でき、そのデータを記憶部１０に格納することができる。

なお、以上の実施例においては、プリント基板１１の上面位置の送り位置Ｐ１を各貫通穴毎に検出することにしたが、上面位置の変動が少ないことが判っているなら、特定の貫通穴の上面位置を代表としてバックドリル加工の深さを算出するようにしてもよい。

また、以上の実施例においては、スピンドル２の駆動用モータに電流検出用の電源を供給することにより、スピンドル２側から深さ測定工具９を所定の電位に保つようにしたが、別な手段で測定工具９を所定の電位に保つようになっていてもよい。

また、図２に示した深さ測定工具９では、中央部９２の径は一定としたが、先端部９１付近以外は小さくなっていてもよい。

１：テーブル２：スピンドル３：テーブル水平駆動部４：スピンドル垂直駆動部
５：プレッシャフット５：ブッシュ７：ずれ検出部８：全体制御部
９：深さ測定工具１０：記憶部１１：プリント基板１２：貫通穴
１３、１４、２４：内部配線層１５、２２：上部外層端子、
１６、２３：下部外層端子１７、２１：導電メッキ部１８：回路用領域、
１９：検査用領域２０：検査用貫通穴２５：電源線２６：電流検出部

Claims

バックドリル加工された穴を有する基板を接地されているテーブルに載置し、前記バックドリル加工において導電メッキ部が除去された部分の径より小さく導電メッキ部が除去されていない部分の径より大きい径の接触部を備える工具であって導電性を有するものを前記基板のバックドリル加工された穴に挿入し、前記接触部が前記穴に残された導電メッキ部に接触して前記基板に形成された前記導電メッキ部と電気的に接続された検査用の穴を介して電流が流れ始める時点を検出し、当該検出時点に基づいてバックドリル加工の深さを検出することを特徴とするバックドリル加工の深さ測定方法。
基板にドリルでバックドリル加工を行う場合には当該ドリルを保持し前記バックドリル加工において導電メッキ部が除去された部分の径より小さく導電メッキ部が除去されていない部分の径より大きい径の接触部を備える工具であって導電性を有するものを保持することができるスピンドルと、バックドリル加工された前記基板を載置するためのテーブルであって接地されているものと、前記スピンドルと前記テーブルを互いに水平方向に相対移動させる水平駆動部と、前記スピンドルと前記テーブルを互いに垂直方向に相対移動させる垂直駆動部と、前記スピンドルに保持された前記工具がバックドリル加工された穴に挿入されて前記接触部が前記穴に残された導電メッキ部に接触して前記基板に形成された前記導電メッキ部と電気的に接続された検査用の穴を介して流れる電流を検出する電流検出部と、前記水平駆動部と前記垂直駆動部を制御する全体制御部であって前記電流検出部での検出時点に基づいてバックドリル加工の深さを検出するものとを備えることを特徴とするバックドリル加工の深さ測定装置。