JPH07223198A - 穴あけ加工方法及び穴あけ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】プリント配線板のドリル穴あけの際に、穴品質
が良好で、ドリル折れがほとんどない穴あけ加工方法を
提供すること。 【構成】下面に導体層６ｂを備えた被加工基板１を、電
気絶縁材からなるバックアップ板８を介して加工テーブ
ル２の上に固定し、ドリル穴あけし、導体層６ｂとドリ
ル３との電気的接続を電気的接続検知装置７により検知
し、検知した信号に基づいて、ドリル送り量を、スピン
ドル駆動制御装置５により制御するようにした穴あけ加
工方法。バックアップ板への切削深さを最適値にするこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリント配線板に高精
度、高効率にドリル穴あけするプリント配線板の穴あけ
加工方法及びそれを行うに適した穴あけ加工装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】プリント配線板が高密度化、多層化され
るに従い、例えば、穴径が０．３ｍｍ以下、アスペクト
比が１０を越えた小径スルーホールを高精度に穴あけす
る加工技術が不可欠になってきている。高アスペクト比
の小径穴をあける際に要求される条件は、ドリル折れが
ないこと、穴内壁が平滑なこと、穴位置が正確なことで
ある。

【０００３】このような条件の穴をあける方法として
は、同じドリル刃で段階的にドリルを送り加工するステ
ップドリリング法が用いられている。加工装置としては
ドリルの選択交換及び加工テーブルの位置制御をコンピ
ュータにより数値制御した穴あけ加工装置が用いられ
る。また、加工時には通常、加工テーブル上に紙フェノ
ール材からなるバックアップ板を設置し、その上に被加
工基板、さらにその上にアルミ材からなるインサート板
を固定した後に、穴あけ加工している。

【０００４】さらに、ドリル摩耗量の低減、ドリル折れ
の防止、穴位置のずれ量を低減するために、加工条件で
あるドリルの回転数、ドリル一本当りの切削回数、ドリ
ルの送り速度を、被加工基板の材質、穴径、アスペクト
比に対応して、制御管理している。ドリルのストローク
量についてはバックアップ板への切削深さをドリル径と
同等かそれ以下にすることにより、穴内壁の粗さ、スミ
アの低減及びドリル折れ防止をしている。

【０００５】なお、この種の加工装置に関連するものと
して、例えば、多層プリント基板用日立高精度穴明機・
外形加工機 エヌディーシリーズ・エヌアールシリーズ
（ＮＤｓｅｒｉｅｓ・ＮＲｓｅｒｉｅｓ）日立精工
（株）発行カタログ、１８〜１９頁、１９８９年、６月
がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】高密度多層プリント配
線板の穴あけを高効率に行うためには、一本のドリルで
高アスペクト比の小径穴を可能な限り多数穴加工するこ
とが必要である。そのためには、回転数、送り速度、バ
ックアップ板への切削深さを適切に選択し、穴品質が低
下しない程度に切削回数を管理することが重要である。
しかし、これらの加工条件の内、回転数、送り速度、切
削回数については直接的に管理制御できるが、バックア
ップ板への切削深さについては、従来技術では間接的に
予測制御していた。

【０００７】バックアップ板への切削深さが大きくなる
と、切り屑がドリルにからみつき、穴内壁を粗したり、
ドリル折れが発生しやすくなったりする。従って、バッ
クアップ板への切削深さを可能な限り小さくすれば、穴
品質の低下とドリル折れを最小限に抑えることができ
る。

【０００８】上記従来技術は、バックアップ板への切削
深さを予め設定したスピンドルの送り量により制御して
おり、バックアップ板やプリント配線板の板厚公差、ボ
ール盤のスピンドル固定位置の変動等の原因により、切
削深さが変動してしまうという問題があった。切削深さ
の変動量を低減するためには、バックアップ板の切削深
さを頻繁に測定し、スピンドルの送り量を調整する必要
があるが、穴あけ加工作業する上ではこれらの測定調整
作業は実際上不可能である。

【０００９】本発明の第１の目的は、穴品質が良好で、
ドリル折れがほとんどないプリント配線板のドリル穴あ
け加工方法を提供することにある。本発明の第２の目的
は、そのような穴あけ加工を行うに適したドリル穴あけ
加工装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の穴あけ加工方法は、少なくとも下面
に導体層を備えたプリント配線板を、電気絶縁材からな
るバックアップ板を介して加工テーブルの上に固定し、
プリント配線板をドリル穴あけし、導体層とドリルとの
電気的接続を検知し、検知した信号に基づいて、ドリル
送り量を制御するようにしたものである。

【００１１】さらに、上記第１の目的を達成するため
に、本発明の穴あけ加工方法は、プリント配線板を、電
気絶縁材からなる第１のバックアップ板とその上の導電
性の第２のバックアップ板を介して加工テーブルの上に
固定し、プリント配線板をドリル穴あけし、第２のバッ
クアップ板とドリルとの電気的接続を検知し、検知した
信号に基づいて、ドリル送り量を制御するようにしたも
のである。

【００１２】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明の穴あけ加工装置は、少なくとも下面に導体層を
備えたプリント配線板を、電気絶縁材からなるバックア
ップ板を介して固定するための加工テーブルと、上記導
体層とドリルとの電気的接続を検知するための検知手段
と、検知手段からの信号に基づいて、ドリル送り量を制
御するための制御手段とより構成したものである。

【００１３】さらにまた、上記第２の目的を達成するた
めに、本発明の穴あけ加工装置は、プリント配線板を、
電気絶縁材からなる第１のバックアップ板とその上の導
電性の第２のバックアップ板を介して固定するための加
工テーブルと、第２のバックアップ板とドリルとの電気
的接続を検知するための検知手段と、検知手段からの信
号に基づいて、ドリル送り量を制御するための制御手段
とより構成したものである。

【００１４】ドリルと、プリント配線板の下面、すなわ
ちドリル突き抜け側の導体層又は第２のバックアップ板
との電気的接続を検知するための検知手段は、第１には
ドリルを介してプリント配線板の加工開始面側の導体層
と、ドリル突き抜け側の導体層又は第２のバックアップ
板とが形成する閉回路、第２にはプリント配線板の加工
開始面側に配置された金属材からなるインサート板と、
ドリルを介してプリント配線板のドリル突き抜け側の導
体層又は第２のバックアップ板とが形成する閉回路、第
３にはドリル、ドリル駆動機構と、プリント配線板のド
リル突き抜け側の導体層又は第２のバックアップ板とが
形成する閉回路のいずれかが形成されたことを検知す
る。

【００１５】上記の回路により、ドリルと、プリント配
線板のドリル突き抜け側の導体層又は第２のバックアッ
プ板との電気的接続を検知し、検知した時点からのスピ
ンドルの送り量を、スピンドル送り制御機構により、予
め設定してある最適値に制御することにより、バックア
ップ板への切削深さを高精度に制御することが可能とな
る。

【００１６】電気接続検知用の接続端子は、第１の閉回
路では、被加工基板の両面の導体層に又は加工開始面側
の導体層と第２のバックアップ板に、第２の閉回路で
は、被加工基板のドリル突き抜け側の導体層又は第２の
バックアップ板とインサート板に、第３の閉回路では、
被加工基板のドリル突き抜け側の導体層又は第２のバッ
クアップ板に各々設ければよい。

【００１７】スピンドルの送り量は、下面に導体層を備
えたプリント配線板を用いたときは、その導体層にドリ
ル径と同じ大きさの穴があくまでか、それ以上にするこ
とが好ましい。また、ドリルによるバックアップ板への
切削深さがドリル径以下となるように、スピンドルの送
り量を制御することが好ましい。そのため、導体層の厚
さにドリル径を加算した値以下に、スピンドルの送り量
を制御することが好ましい。導電性の第２のバックアッ
プ板を用いたときは、第２のバックアップ板の厚さにド
リル径を加算した値以下に、スピンドルの送り量を制御
することが好ましい。

【００１８】本発明の加工方法は、通常のサブトラクテ
ィブ法及びセミアディティブ法によるプリント配線板の
製造プロセスに適用される他に、フルアディティブ法に
よる基板のように、穴あけ加工時に基板表面に導体層が
設けられていない場合にも、インサート板と第２のバッ
クアップ板を用いることにより適用できる。

【００１９】

【作用】プリント配線板のドリル穴あけ加工方法では、
コンピュータで数値制御されたボール盤の加工テーブル
上に、通常、紙フェノール材からなるバックアップ板を
設置し、その上に被加工基板、さらに必要ならアルミ材
等からなるインサート板を重ねて、ドリルにより穴あけ
するのが一般的である。

【００２０】バックアップ板の主な働きは、被加工基板
が加工の際変形しないように固定する働きと、バリの発
生防止機能である。しかし、バックアップ板へのドリル
の切削深さが大きくなると、切削屑の穴内壁への付着に
よるレジンスミアの蓄積、切削屑のドリルへのからみつ
きによる穴内壁の粗さ増加、ドリル折れの発生等の様々
な不具合が発生する。特に、高アスペクト比の小径穴を
加工する際には、バックアップ板への切削が過剰である
ときは、ドリル折れの原因となりやすい。ドリル折れが
発生すると、被加工基板は補修が実際上不可能となり、
完全不良となるので、ドリル折れの防止は重要な技術課
題である。

【００２１】図４はバックアップ板へのドリルの切削深
さと加工穴内壁の粗さとドリル折れの発生頻度との関係
を示す特性図である。この特性図から、切削深さがドリ
ル径を越えて大きくなるにつれて、穴内壁の粗さが大き
くなり、ドリル折れが発生しやすくなることが分かる。
従って、切削深さをドリル径以下に制御できれば、ドリ
ル折れを防止し、品質が良好な穴を加工することができ
る。

【００２２】従来、バックアップ板への切削深さは予め
設定したスピンドルの送り量により制御しており、バッ
クアップ板やプリント配線板の板厚公差、ボール盤のス
ピンドル固定位置の変動等の原因により、切削深さは変
動した。切削深さの変動量を低減するためには、バック
アップ板の切削深さを頻繁に測定し、調整する必要があ
るが、穴あけ加工作業する上ではこれらの測定調整作業
を行うことは実際上不可能であった。

【００２３】バックアップ板や被加工基板の板厚変動、
ボール盤のスピンドル固定位置が変動しても、バックア
ップ板の切削深さを制御するために、プリント配線板の
ドリル突き抜け側の導体層又は導電性の第２のバックア
ップ板とドリルとの電気的接続を検知し、検知した時点
からのスピンドルの送り量を制御する方法を用いる。こ
の方法により、バックアップ板の切削深さを高精度に制
御できる。

【００２４】ドリルとドリル突き抜け側の導体層との電
気的接続の検知は、上記の検知回路内に微小電流を印加
して、電気的接続時の電流変化あるいは抵抗変化を検知
することにより可能となる。

【００２５】以上の検知機構により、検知したドリルと
ドリル突き抜け側の導体層との電気的接続信号を制御指
標として、検知時点からのスピンドルの送り量を制御す
ることにより、バックアップ板へのドリルの切削深さを
最適値に高精度に制御することが可能となる。

【００２６】

【実施例】

〈実施例１〉図１は、本発明の一実施例のプリント配線
板の穴あけ加工装置を示す構成図である。本実施例の穴
あけ加工装置は、主に被加工基板１を固定し、加工位置
に従いＸ、Ｙ方向に移動可能な加工テーブル２、ドリル
３、ドリル３を回転させＺ軸方向へ駆動するスピンドル
４、スピンドル４の駆動を数値制御するスピンドル駆動
制御装置５、ドリル３と被加工基板１のドリル突き抜け
側の導体層６ｂとの接触を検知する電気的接続検知装置
７から構成されている。

【００２７】加工テーブル２上には、例えば、紙フェノ
ール材やガラスエポキシ材等からなるバックアップ板８
を設置し、その上に、少なくともその両面に導体層６
ａ、６ｂを有する被加工基板１を、さらにその上に、例
えば、アルミ材からなるインサート板９を固定し、被加
工基板１の加工開始面側の導体層６ａとドリル突き抜け
側の導体層６ｂをリード線１０を介して電気的接続検知
装置７に接続する。

【００２８】ドリル３が被加工基板１のドリル突き抜け
側の導体層６ｂと接触すると、ドリル３を介して加工開
始面側の導体層６ａとドリル突き抜け側の導体層６ｂと
が閉回路を形成するために、電気的接続が電気的接続検
知装置７により検知される。検知信号がスピンドル駆動
制御装置５に送られると、スピンドル駆動制御装置５
は、検知信号受信時点からのスピンドル４のＺ軸方向へ
の送り量を予め設定してある最適値に達するように制御
する。

【００２９】なお、被加工基板１として、下面の導体層
６ｂがないような基板を用いるときは、被加工基板１と
バックアップ板８の間に、導電性の第２のバックアップ
板、例えば、アルミ膜からなる第２のバックアップ板を
配置し、被加工基板の加工開始面側の導体層と第２のバ
ックアップ板とが閉回路を形成するようにしてもよい。

【００３０】〈実施例２〉図２は、本発明の他の実施例
の穴あけ加工装置を示す構成図である。電気的接続を検
知するリード線１０はインサート板９とドリル突き抜け
側の導体層６ｂに接続されている。電気的接続は、ドリ
ル３を介して形成されたインサート板９とドリル突き抜
け側の導体層６ｂからなる閉回路により検知される。検
知信号の処理とスピンドル４の送り量を制御する機構は
実施例１の穴あけ加工装置と同様である。

【００３１】なお、本実施例においても、被加工基板１
として、下面の導体層６ｂがないような基板を用いると
きは、被加工基板１とバックアップ板８の間に、導電性
の第２のバックアップ板、例えば、アルミ膜からなる第
２のバックアップ板を配置し、インサート板と第２のバ
ックアップ板とが閉回路を形成するようにしてもよい。

【００３２】〈実施例３〉図３は、本発明のさらに他の
実施例の穴あけ加工装置を示す構成図である。電気的接
続を検知するリード線１０は、被加工基板１のドリル突
き抜け側の導体層６ｂに接続されている。電気的接続
は、スピンドル４、ドリル３、被加工基板１のドリル突
き抜け側の導体層６ｂからなる閉回路により検知され
る。検知信号の処理とスピンドル４を制御する機構は実
施例１の穴あけ加工装置と同様である。

【００３３】なお、本実施例においても、被加工基板１
として、下面の導体層６ｂがないような基板を用いると
きは、被加工基板１とバックアップ板８の間に、導電性
の第２のバックアップ板、例えば、アルミ膜からなる第
２のバックアップ板を配置し、スピンドル４、ドリル
３、第２のバックアップ板が閉回路を形成するようにし
てもよい。

【００３４】〈実施例４〉実施例１、２、３の穴あけ加
工装置を用いてプリント配線板を穴あけ加工した例につ
いて、表１を用いて説明する。表１のデータは、サブト
ラクティブ法により内層回路を形成し、積層接着させた
６層積層基板に、上記各実施例の加工装置を用いて穴あ
け加工した際のバックアップ板の切削深さ、加工穴内壁
の粗さ、ドリル折れの発生頻度を示すものである。

【００３５】基板の銅箔厚さは１８μｍ、板厚は１．６
ｍｍ、絶縁材はエポキシ樹脂ガラス布基材である。イン
サート板には０．１５ｍｍ厚さのアルミ板、バックアッ
プ板には１．５ｍｍ厚さの紙フェノール板を用いた。ド
リルは０．３ｍｍ径のＷＣ系超硬合金ドリルを用い、ド
リル回転数は８００００ｒｐｍ、ドリルの送り速度は
０．０３ｍｍ／ｒｅｖ、ドリル一本当りの加工数は３０
００穴でステップドリリング加工した。加工穴内壁の粗
さは、加工した穴部分を切断し、顕微鏡により測定し
た。ドリル折れの発生頻度は、所定の加工数を行う前
に、ドリル折れが１回発生するドリルの加工本数であ
る。また、従来の加工装置は、電気的接続検知装置を具
備していない加工装置であり、バックアップ板へのスピ
ンドルの送り量を０．３０ｍｍに設定して加工した場合
のデータである。

【００３６】実施例１、２、３は、各々、ドリルとドリ
ル突き抜け側の導体層との接触を検知する電気的接続検
知装置を具備した上記実施例の加工装置を用いて加工し
た結果である。検知時点からのスピンドルの送り量は
０．３０ｍｍに設定した。

【００３７】従来例では、被加工基板、インサート板、
バックアップ板の板厚変動又はスピンドルの固定位置の
変動等の原因により、バックアップ板への切削深さが設
定値の０．３ｍｍを越え過剰に大きくなる場合がある。
それに従い、加工穴内壁の粗さが大きくなり、またドリ
ル折れの発生頻度も高くなっている。

【００３８】それに対し、本発明の実施例１、２、３に
示した加工装置では、バックアップ板への切削深さの再
現精度が高く、０．３ｍｍを大きく越えることはない。
従って、従来例に比べ加工穴内壁の粗さも小さくなり、
ドリル折れの発生も実質上防止できた。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、バックアップ板やプリ
ント配線板の厚さが変動しても、また、スピンドルの固
定位置が変動しても、スピンドルの送り量を常に適正に
制御することにより、加工穴内壁の粗さの低減とドリル
折れ発生を防止することができ、品質に優れた穴を高効
率、高精度に加工することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の穴あけ加工装置を示す構成
図である。

【図２】本発明の実施例２の穴あけ加工装置を示す構成
図である。

【図３】本発明の実施例３の穴あけ加工装置を示す構成
図である。

【図４】加工穴内壁の粗さ、ドリル折れ発生頻度に及ぼ
すバックアップ板への切削深さの影響を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１…被加工基板 ２…加工テーブル ３…ドリル ４…スピンドル ５…スピンドル駆動制御装置 ６ａ、６ｂ…導体層 ７…電気的接続検知装置 ８…バックアップ板 ９…インサート板 １０…リード線

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも下面に導体層を備えたプリント
   配線板を、電気絶縁材からなるバックアップ板を介して
   加工テーブルの上に固定し、プリント配線板をドリル穴
   あけし、該導体層とドリルとの電気的接続を検知し、検
   知した信号に基づいて、ドリル送り量を制御することを
   特徴とする穴あけ加工方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の穴あけ加工方法において、
   上記ドリル送り量の制御は、上記バックアップ板への切
   削深さがドリル径以下となるように制御することを特徴
   とする穴あけ加工方法。
3. 【請求項３】プリント配線板を、電気絶縁材からなる第
   １のバックアップ板とその上の導電性の第２のバックア
   ップ板を介して加工テーブルの上に固定し、プリント配
   線板をドリル穴あけし、該第２のバックアップ板とドリ
   ルとの電気的接続を検知し、検知した信号に基づいて、
   ドリル送り量を制御することを特徴とする穴あけ加工方
   法。
4. 【請求項４】少なくとも下面に導体層を備えたプリント
   配線板を、電気絶縁材からなるバックアップ板を介して
   固定するための加工テーブルと、上記導体層とドリルと
   の電気的接続を検知するための検知手段と、検知手段か
   らの信号に基づいて、ドリル送り量を制御するための制
   御手段とを有することを特徴とする穴あけ加工装置。
5. 【請求項５】プリント配線板を、電気絶縁材からなる第
   １のバックアップ板とその上の導電性の第２のバックア
   ップ板を介して固定するための加工テーブルと、第２の
   バックアップ板とドリルとの電気的接続を検知するため
   の検知手段と、検知手段からの信号に基づいて、ドリル
   送り量を制御するための制御手段とを有することを特徴
   とする穴あけ加工装置。