JP6909535B2 - Substrate processing equipment and substrate processing method - Google Patents
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本発明は、例えば多層プリント基板にドリルで加工を行う基板加工装置及び基板加工方法に関する。 The present invention relates to, for example, a substrate processing apparatus and a substrate processing method for drilling a multilayer printed circuit board.
導体層と絶縁層とが交互に積層された多層プリント基板の穴あけ加工においては、穴が基板全体に貫通せず基板の深さ方向の途中までしかない、いわゆる止まり穴を加工する場合がある。この止まり穴の深さは、特定の内部導体層の表面までとか、特定の内部導体層の表面から指定する深さまでとする等として、導体層の位置と関連付けることが行われる。
従来、止まり穴の加工は、例えば特許文献1に開示されているように、ドリルが基板表面に接触したことを検出し、その表面位置を基準にして深さを決めるようにしている。
In the drilling of a multilayer printed circuit board in which conductor layers and insulating layers are alternately laminated, a so-called blind hole may be formed in which the hole does not penetrate the entire substrate and is only halfway in the depth direction of the substrate. The depth of the blind hole is associated with the position of the conductor layer, such as to the surface of the specific inner conductor layer, from the surface of the specific inner conductor layer to the specified depth, and so on.
Conventionally, in blind hole processing, for example, as disclosed in
ところが、内層導体層の深さは、基板の平面方向で見て一様とは限らない。従って、基板表面を基準にして深さを決める従来の方法では、予め把握してある深さまで穴あけしても、穴が該当する内層導体層の表面まで達しないとか、その表面より深く穴あけしてしまうとかしてしまい、高精度な深さの止まり穴の加工ができない。 However, the depth of the inner conductor layer is not always uniform when viewed in the plane direction of the substrate. Therefore, in the conventional method of determining the depth based on the substrate surface, even if the hole is drilled to a depth that is known in advance, the hole does not reach the surface of the corresponding inner conductor layer, or the hole is drilled deeper than the surface. It is not possible to machine a blind hole with a high precision depth.
そこで本発明は、多層プリント基板の内層導体層を検出できるようにして高精度な深さの加工ができるようにすることを目的とするものである。 Therefore, an object of the present invention is to enable detection of the inner conductor layer of the multilayer printed circuit board so that high-precision machining can be performed.
本願において開示される代表的な基板加工装置は、導体層と絶縁層とが交互に積層され、厚み方向の途中の内部に導体層を有する多層プリント基板に加工を行う基板加工装置において、加工ツールが加工方向に送られて前記導体層に接触したことを検出する導体層検出部と、当該導体層検出部により検出した導体層がいずれの導体層であるかを識別する導体層識別部と、当該導体層識別部の識別結果に基づいて前記加工ツールによる加工の深さを制御する深さ制御部とを有することを特徴とする。 A typical substrate processing apparatus disclosed in the present application is a processing tool in a substrate processing apparatus in which conductor layers and insulating layers are alternately laminated to process a multilayer printed circuit board having a conductor layer inside in the middle of the thickness direction. A conductor layer detection unit that detects that the conductor layer is sent in the processing direction and comes into contact with the conductor layer, and a conductor layer identification unit that identifies which conductor layer the conductor layer detected by the conductor layer detection unit is. It is characterized by having a depth control unit that controls the processing depth by the processing tool based on the identification result of the conductor layer identification unit.
また本願において開示される代表的な基板加工方法は、導体層と絶縁層とが交互に積層され、厚み方向の途中の内部に導体層を有する多層プリント基板に加工を行う基板加工方法において、加工ツールを加工方向に送って前記導体層に接触したことを検出する導体層検出ステップと、当該導体層検出ステップで検出した導体層がいずれの導体層であるかを識別する導体層識別ステップと、当該導体層識別ステップにおける識別結果に基づいて前記加工ツールによる加工の深さを制御する深さ制御ステップとを有することを特徴とする。 Further, a typical substrate processing method disclosed in the present application is a substrate processing method in which conductor layers and insulating layers are alternately laminated to process a multilayer printed circuit board having a conductor layer inside in the middle of the thickness direction. A conductor layer detection step of sending a tool in the machining direction to detect contact with the conductor layer, a conductor layer identification step of identifying which conductor layer the conductor layer detected in the conductor layer detection step is, and a conductor layer identification step. It is characterized by having a depth control step for controlling the processing depth by the processing tool based on the identification result in the conductor layer identification step.
本発明によれば、多層プリント基板の内層導体層を検出して高精度な深さの加工ができるようになる。 According to the present invention, it becomes possible to detect the inner conductor layer of the multilayer printed circuit board and perform high-precision machining with a high accuracy.
以下、本発明の一実施例を図1〜4を用いて説明する。
図2は本発明の一実施例となるドリル加工装置の構成を示す図である。図2での各構成要素や接続線は、主に本実施例を説明するために必要と考えられるものを示してあり、ドリル加工装置として必要な全てを示している訳ではない。
図2において、1は穴あけ加工をすべき多層プリント基板、2は多層プリント基板1を樹脂材から成る下板3を介して載置する加工テーブル、4は多層プリント基板1に穴をあけるためのドリル、5はドリル4を回転させるモータ内蔵型のスピンドル6を保持するスピンドルユニットである。スピンドルユニット5は、スピンドル垂直駆動部8により垂直方向に駆動される。
加工テーブル2は、多層プリント基板1に穴をあけようとする位置にドリル4が向くよう、加工テーブル駆動部7により水平方向に駆動され、位置決めされるようになっている。3は多層プリント基板1と加工テーブル2との間に介在する下板であり、何らかの原因でドリル4が多層プリント基板1を突き抜けて加工テーブル2に接触するのを防止する役目をするものである。多層プリント基板1には止まり穴以外に貫通穴もあける場合があり、この場合にも下板3はドリル4が加工テーブル2に接触するのを防止する役目をする。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a drilling apparatus according to an embodiment of the present invention. Each component and connecting line in FIG. 2 mainly show what is considered necessary for explaining this embodiment, and does not show all necessary for a drilling apparatus.
In FIG. 2, 1 is a multi-layer printed circuit board to be drilled, 2 is a processing table on which the multi-layer printed
The processing table 2 is horizontally driven and positioned by the processing
スピンドル6の下方側には穴あけ加工時に多層プリント基板1を押付けるためのプレッシャフット9が係合している。このプレッシャフット9はシリンダ10を介してスピンドルユニット5に連結されており、スピンドルユニット5が下降する場合、多層プリント基板1の上面位置に接触するまではスピンドルユニット5と共に下降する。
スピンドルユニット5とプレッシャフット9は互いに高さ方向に所定の間隔を保って係合していて、スピンドルユニット5が下降する場合、途中までは共に下降し、プレッシャフット9が多層プリント基板1の上面位置に接触すると、その後はプレッシャフット9がその位置にとどまり、スピンドルユニット5だけ独立に下降し、ドリル4で穴あけができるようになる。穴あけを終え、スピンドルユニット5を上昇させると、ある位置からプレッシャフット9も共に上昇するようになっている。
A
The
11は、スピンドルユニット5に固定された検出器12とプレッシャフット9に固定されたロッド13とから構成される基板上面センサである。プレッシャフット9が上昇して検出器12がロッド13の先端を光学的に検出するとON信号、プレッシャフット9が下降して検出器12がロッド13の先端を検出しなくなるとOFF信号を出力するようになっている。
従って、スピンドルユニット5を下降させた場合、プレッシャフット9が多層プリント基板1の表面に到達し、プレッシャフット9だけがそれ以上下降できなくなって、スピンドルユニット5とプレッシャフット9が垂直方向に互いにずれたことを検出した時、基板上面センサ11はON信号を出力する。また、その後スピンドルユニット5を上昇させた場合、プレッシャフット9が多層プリント基板1の上面位置から離れる時、基板上面センサ11はOFF信号を出力する。
Reference numeral 11 denotes a substrate top surface sensor composed of a detector 12 fixed to the
Therefore, when the
14はスピンドル6の回転制御や加工テーブル駆動部7、スピンドル垂直駆動部8等を制御してドリル加工装置の全体を制御する全体制御部である。全体制御部14の内部には、多層プリント基板1内にある導体層を検出する毎にそれが何番目の導体層であるかを識別する導体層識別部15と加工すべき止まり穴の深さを制御する深さ制御部16が設けられている。導体層識別部15は、導体層の検出回数をカウントすることによりその時の導体層が何番目であるかを識別するようになっている。
全体制御部14は、ここで説明する以外の制御機能を有し、図示されていないブロックにも接続されている。全体制御部14は、例えばプログラム制御の処理装置を中心にして構成され、その中の各構成要素や接続線は、論理的なのものも含むものとする。また各構成要素の一部は全体制御部14と別個に設けられていてもよい。
The
全体制御部14は、加工テーブル駆動部7の内部にある送り位置情報により、加工テーブル2の2次元位置を認識しながら加工テーブル駆動部7を制御するようになっており、またスピンドル垂直駆動部8の内部にある送り位置情報により、ドリル4の先端の現在の高さ位置を認識しながらスピンドル垂直駆動部8を制御するようになっている。
The
図3は図2におけるスピンドル6をさらに詳しく説明するための図であり、図2と同じものには同じ番号を付けてある。図3において、スピンドル6はモータを内蔵する構造となっており、ロータシャフト31がモータの回転子となっている。32はロータシャフト31と静電結合させるために固定子側にロータシャフト31に近接して取付けられた電極で、アースとの間で検出されるキャパシタの端子でもある。33は電極32に接続された共振検出部で、全体制御部14は共振検出部33からの共振検出信号Sを受信するようになっている。
FIG. 3 is a diagram for explaining the
図4は図3における共振検出部33を詳しく説明するための図である。図3と同じものには同じ番号をつけてある。図4において、41は電極32とアース間で検出されるキャパシタで、そのキャパシタンスは、ドリル4の先端が多層プリント基板1の導体層に接触した状態と接触していない状態では大きく変動し、前者では小さくなる。
42は二次側が電極32と接続されたトランスで、その二次側がキャパシタ41と接続された状態となっている。43はドリル4の先端が多層プリント基板1の導体層に接触した状態でのキャパシタ41が並列共振を起こす周波数の交流を発振させる発振回路、44はキャパシタ41に並列共振が起きてトランス42の一次側からみたインピーダンスが上がって一次側の両端電圧が下がったことを検出し、共振検出信号Sを送出する共振検出回路である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the resonance detection unit 33 in FIG. 3 in detail. The same items as in FIG. 3 are numbered the same. In FIG. 4, reference numeral 41 denotes a capacitor detected between the
Reference numeral 42 denotes a transformer whose secondary side is connected to the
上記ドリル加工装置は以下のように動作する。加工すべき多層プリント基板1が、例えば、図1に示すように、導体層L1〜L4と樹脂からなる絶縁層R1〜R3が、導体層と絶縁層とが交互になるように積層されている場合を例にとり、図1及び図2を用いて説明する。導体層L1〜L4の各々は銅箔、絶縁層R1〜R3の各々は樹脂から成っているとする。
The drilling apparatus operates as follows. The multilayer printed
全体制御部14は、スピンドル制御線Rによりスピンドル6を制御し、ドリル4を回転させながら、スピンドルユニット5をスピンドル垂直駆動部8により下降させていく。先ず、プレッシャフット9が多層プリント基板1の表面に接触すると、基板上面センサ11からの検出信号が全体制御部14に入力され、全体制御部14はその時のスピンドル垂直駆動部8の送り位置情報に基づいて、多層プリント基板1の表面の高さ位置を認識できるようになっている。
The
スピンドルユニット5がさらに下降して、ドリル4が加工方向に進むと、ドリル4の先端が多層プリント基板1の表面にある1番目の導体層L1にt1の時点で接触し、共振検出部33から共振検出信号Sが出力され全体制御部14の導体層識別部15で受信される。これにより、予め初期値がゼロになっている導体層識別部15がカウントアップされ、その内容が「1」となるので、ドリル4が接触したのは1番目の導体層L1であることが導体層識別部15で識別される。
When the
スピンドルユニット5がさらに下降していけば、次にドリル4の先端が2番目の導体層L2にt3の時点で接触し、共振検出部33から共振検出信号Sが発生し、導体層識別部15はカウントアップされ、その内容が「2」となるので、ドリル4が接触したのは2番目の導体層L2であることが導体層識別部15で識別される。
If the
以後、スピンドルユニット5がさらに下降していけば、同様にして、ドリル4の先端が導体層L3、L4に接触する毎に時刻t5、t7の時点で共振検出部33から共振検出信号Sが発生し、導体層識別部15がカウントアップされ、その内容が「3」、「4」と一つずつ増えていき、ドリル4が導体層L3、L4に接触したことが導体層識別部15で認識される。
After that, if the
全体制御部14の深さ制御部16は、以下のようにして導体層識別部15の識別結果に基づき止まり穴の深さを制御する。
例えば、止まり穴の深さを内層導体層である2番目の導体層L2の表面までとしたい場合には、導体層識別部15の内容が「2」になったt3の時点でスピンドル垂直駆動部8の駆動を止める。
また、止まり穴の深さを内層導体層である3番目の導体層L3の表面からDだけ進んだ位置までとしたい場合には、導体層識別部15の内容が「3」になったt5の時点以後のスピンドル垂直駆動部8の送り量がDになった時点でスピンドル垂直駆動部8の駆動を止める。
The
For example, when the depth of the blind hole is desired to reach the surface of the second conductor layer L2 which is the inner conductor layer, the spindle vertical drive unit is at the time when the content of the conductor layer identification unit 15 becomes "2". Stop driving 8.
Further, when the depth of the blind hole is desired to be set to a position advanced by D from the surface of the third conductor layer L3 which is the inner conductor layer, the content of the conductor layer identification unit 15 is "3". When the feed amount of the spindle
なお、以上の実施例では、多層プリント基板1の1番目の導体層L1が外層導体層である場合であるが、1番目の導体層L1の上に絶縁層があって導体層L1が内層導体層となっていても、導体層識別部15と深さ制御部16の動作は変わらない。
また、以上の実施例において、外層導体層である1番目の導体層L1の上に、ドリル4の食いつきを良くし、バリ等の発生を防ぐための上板を乗せるようにしてもよい。ここで、上板が例えばアルミニウムの如き金属導体から成る場合は、この上板は導体層となるから、1番目の導体層L1を合わせて一つの導体層として検出されるので、以下のように対処する。
すなわち、考慮すべきは、止まり穴の深さを1番目の導体層L1の表面からDだけ進んだ位置までとしたい場合であるが、上板の厚さDXを予め把握しておき、導体層識別部15の内容が「1」になったt1の時点からのスピンドル垂直駆動部8の送り量がD+DXになった時点でスピンドル垂直駆動部8の駆動を止めればよい。
In the above embodiment, the first conductor layer L1 of the multilayer printed
Further, in the above embodiment, an upper plate for improving the bite of the
That is, what should be considered is the case where the depth of the blind hole is desired to be from the surface of the first conductor layer L1 to the position advanced by D, but the thickness DX of the upper plate is grasped in advance and the conductor layer. The drive of the spindle
以上の実施例では、導体層識別部15は導体層の検出回数をカウントすることによりその時の導体層が何番目であるかを識別するようになっているが、他の方法でもよい。例えば、導体層L1〜L4のそれぞれについて、基板表面からの深さの範囲H1a〜H1b、H2a〜H2b、H3a〜H3b、H4a〜H4bが予め把握してあれば、これらの範囲で共振検出部33から共振検出信号Sが出力されたら、その時検出したのは、導体層L1〜L4の各々であると識別するようにしてもよい。 In the above embodiment, the conductor layer identification unit 15 identifies the number of the conductor layer at that time by counting the number of times the conductor layer is detected, but other methods may be used. For example, for each of the conductor layers L1 to L4, if the depth ranges H1a to H1b, H2a to H2b, H3a to H3b, and H4a to H4b from the substrate surface are known in advance, the resonance detection unit 33 is located in these ranges. When the resonance detection signal S is output from the conductor layer S, it may be identified that each of the conductor layers L1 to L4 is detected at that time.
以上、本発明を多層プリント基板にドリルで止まり穴をあける場合の実施例で説明したが、本発明は座ぐり加工を行う場合にも、導体層と関連した高精度な深さで溝を加工することができる。 The present invention has been described above with reference to an example in which a blind hole is drilled in a multilayer printed circuit board. can do.
1:多層プリント基板、2:加工テーブル、3:下板 4:ドリル、
5:スピンドルユニット、6:スピンドル、7:加工テーブル駆動部、
8:スピンドル垂直駆動部、14:全体制御部、15:導体層識別部、
17:深さ制御部、31:ロータシャフト、32:電極、33:共振検出部、
41:キャパシタ、42:トランス、43:発振回路、44:共振検出回路、
L1〜L4:導体層、R1〜R3:絶縁層、S:共振検出信号、
R:スピンドル制御線
1: Multi-layer printed circuit board 2: Processing table 3: Lower plate 4: Drill,
5: Spindle unit, 6: Spindle, 7: Machining table drive unit,
8: Spindle vertical drive unit, 14: Overall control unit, 15: Conductor layer identification unit,
17: Depth control unit, 31: Rotor shaft, 32: Electrode, 33: Resonance detection unit,
41: Capacitor, 42: Transformer, 43: Oscillation circuit, 44: Resonance detection circuit,
L1 to L4: conductor layer, R1 to R3: insulating layer, S: resonance detection signal,
R: Spindle control line
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