JPH0871994A - 座ぐり装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高多層プリント基板の位置決めピンの打ち込み
位置検出のための座ぐり加工を高精度、短時間で行う。 【構成】Ｚステージに搭載されたプリント基板２０を座
ぐり加工するドリル１と、集塵装置と、ドリル１の周囲
に設けられる２つの吸引口８ａ，８ｂと、吸引口８ａ，
８ｂの内部に設置される切屑検出のための４つの光電セ
ンサ９，１０，１１，１２と、光電センサ９，１０，１
１，１２の出力を入力してプリント基板２０の銅箔部を
座ぐり加工したことを認識しＺステージ４を制御する制
御部１３と、ドライブ部１４とを有する。座ぐり時に飛
散する切屑の材質の違いを利用し、切屑吸引口に吸引方
向に並んで２カ所の光電センサを設置し座ぐった層数を
計測するため高精度に座ぐり深さを制御できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、座ぐり装置に関し、特
に多層プリント基板の位置決めマークの座ぐり工程に用
いる座ぐり装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】多層プリント基板には、信号層と電源層
との電気的接続や、ＩＣ等の部品実装のための穴あけ工
程が必要である。近年の高多層、高密度実装のプリント
基板では信号層の回路パターン幅がおよそ１００ｕｍ程
度であり、このプリント基板への穴あけは、その位置精
度を５０ｕｍ程度にする必要がある。このため、穴あけ
作業を行うときは、穴あけ装置に対しプリント基板を前
記精度以下の精度にて位置決めして固定する必要があ
る。この固定はプリント基板に位置決め用ピンを打ち込
んで、これを利用するのが一般的である。このピンはプ
リント基板の位置決めマーク上に正確に打ち込まれる必
要がある。多層プリンと基板の場合は、内層の位置決め
マークを認識するために見たい位置決めマークがある層
までの座ぐりが必要になる。図５の断面図に示すように
多層プリント基板の１つの層は銅箔部２１と、絶縁部２
２とからなり銅箔部２１に位置決めマークが形成されて
いる。

【０００３】多層プリント基板では、認識したい位置決
めマークがある層まで座ぐりを行い、これを層数分繰り
返す。ただし、電源層等でパターン幅が大きいため高精
度の穴あけを必要としない層に関しては省くことも多
い。また一方、１０層以上の高多層プリント基板では１
層当りの厚みが５０〜１００ｕｍ程度、銅箔の厚みが１
８〜３５ｕｍ程度と薄くなってきており、この基板の各
層に座ぐりを設けるには１０ｕｍ程度の座ぐり深さ方向
の位置決め精度が必要になる。しかるに基板そのものに
は数ｍｍ程度のそりなどが生じているために、ドリルで
の座ぐり深さ方向の位置決めのみを高精度にしても効果
がなく、基板のそりなどに影響されることなく各層に対
応して精度よく座ぐり加工できる設備が望まれている。

【０００４】このような要求に答える従来の座ぐり装置
は、例えば特願平３−０４６２９０に示されるものがあ
る。この従来の座ぐり装置は、図６に示すように座ぐり
の際の切屑の飛散を防ぐためにプリント基板４２上に配
置される透明のアクリルカバー３５と、アクリルカバー
３５とプリント基板４２との間にレーザ光を放出するＨ
ｅＮｅレーザ発振器３６と、ＨｅＮｅレーザ発振器３６
の出射光を入射し光ビームをドリル３１と直行する面に
広げるシリンドリカルレンズ３７と、透明アクリルカバ
ー３５をはさみＨｅＮｅレーザ発振器３６のレーザ光が
放出される側の反対側に設置される受光素子３８と、ド
リル３１を軸支するスピンドル３２と、ドリル３１を回
転させるモータ３３と、スピンドル３２すなわちドリル
３１をＺ方向に移動させるＺステージ３４と、Ｚステー
ジ３４の駆動を行うドライブ部４０と、制御部３９とで
構成される。

【０００５】ドリル３１の回転軸と直角な方向からＨｅ
Ｎｅレーザ発振器３６からのレーザ光を照射する。この
レーザ光はシリンドリカルレンズ３７によりドリル３１
の回転軸と直交する面内にある幅を有している。

【０００６】切屑はこのレーザ光を反射し、その反射光
の一部は透明アクリルカバー３５を経て受光素子３８に
入射する。プリント基板４２の絶縁部からの切屑による
反射光量は銅箔部からのものに比べて約１／２である。
従ってドリル３１がプリント基板４２の絶縁部を切削し
て座ぐり加工しているときより銅箔部を座ぐり加工して
いるときの方が受光素子３８への入射光量が多くなり、
受光素子３８への入射光量が一定以上となった時に銅箔
部を座ぐり加工しているものと判定できる。従ってドリ
ル３１がプリント基板４２を座ぐり進むときの受光素子
３８への入射光量が一定以上になった回数を制御部３９
で計数し、この数値が座ぐりの目標とする銅箔層の基板
の上面からの層数に一致した時にｚステージ３４の駆動
を停止するようにドライブ部４０で制御することによ
り、座ぐり深さを決定する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この従来の座ぐり装置
では、ドリルの周辺に飛散する切屑の一部分の反射光を
検出することになるため、特に薄い銅箔層の検出感度が
低い。このため本来座ぐり工程を自動化したい高多層プ
リント基板に多く採用される薄い銅箔層が検出されない
場合があり実用的でないという問題点があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の座ぐり装置は、
対象物を座ぐり加工するドリルと、このドリルを軸方向
に移動させるＺステージと、前記対象物上の前記ドリル
の周囲を覆い囲む吸引口部と、この吸引口部の内部に接
続された吸引口と、この吸引口の内部に互いにその光軸
をほぼ直交させて設置された光軸径１ｍｍ以下の投光部
及びこの投光部から出射された光を直接受光することは
ない受光部を有する第１の光電センサと、この第１の光
電センサと同様に前記吸引口の内部に設置された投光部
及び受光部を有し前記第１の光電センサに対し前記ドリ
ルから遠ざかる位置に設置された第２の光電センサと、
前記吸引口を介して前記吸引口部内の前記対象物の切屑
を吸引する集塵装置と、前記第１の光電センサの受光部
が受光してから一定の時間内に前記第２の光電センサの
受光部が受講した時に前記対象物の金属部の座ぐり加工
を認識する制御部とを備え、制御部はドリルを回転させ
ながらＺステージに前記ドリルを下降させて対象物を座
ぐり加工し、第１の光電センサの受光部が受光した時点
で前記Ｚステージによる前記ドリルの下降を停止させ、
その後一定の時間内に前記第２の光電センサの受光部が
受光しなければ銅箔部の座ぐり加工はなかったものと認
識して前記Ｚステージによる前記ドリルの下降を再開さ
せ、前記第２の光電センサの受光部が受光すれば金属部
の座ぐり加工があったものと認識するようにできる。

【０００９】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。

【００１０】図１は本発明の一実施例の座ぐり装置の斜
視図である。図２は図１の主要部分の断面図である。

【００１１】図１に示す座ぐり装置は、プリント基板２
０を座ぐり加工するためのドリル１と、ドリル１の回転
を支持するスピンドル２と、ドリル１を回転駆動するモ
ータ３とからなるドリル機構系と、ドリル機構系を搭載
するＺステージ４と、座ぐり時に生ずる切屑を吸引する
集塵装置５と、座ぐり加工時のプリント基板２０上のド
リル１の周囲の円形部分を覆い囲む吸引口部６と、吸引
部６の円周上の相対する２カ所に設けられる吸引口８
ａ、８ｂと集塵装置５とを結ぶ吸引管７と、吸引口８ａ
の内部に互いにその光軸を直交させて（投光部Ｅから出
射される光が直接には受光部Ｒに入射しないように）設
置された光束径１ｍｍ以下の投光部Ｅと受光部Ｒとを有
する光電センサ９と、光電センサ９と同様に吸引口８ａ
の内部に設置され光電センサ９に隣接して光電センサ９
よりも外側すなわちドリル１から遠ざかる位置に設置さ
れた光電センサ１０と、ドリル１に対し２つの光電セン
サ９，１０と対称の位置で吸引口８ｂの内部に設置され
た２つの光電センサ１１，１２と、光電センサ９，１
０，１１及び１２からの信号を入力する制御部１３と、
制御部１３からの信号を入力しその値に応じてＺステー
ジ４の駆動を行うドライブ部１４と、プリント基板２０
を固定するテーブル１５とで構成される。なお、図に示
さないがＺステージ４とテーブル１５とはＸＹ方向に相
対的に移動可能である。

【００１２】モータ３により回転するドリル１は鉛直
（Ｚ）方向の移動、位置決めをＺステージ４で行う。ド
リル１が回転し、Ｚ方向に加工してプリント基板２０と
接触し始めると切屑が飛び出してくる。この切屑はドリ
ル１がプリント基板２０をＺ方向に下降するにつれ、絶
縁部からでる切屑と銅箔部からでる切屑とが交互に繰り
返されて出てくる。これらの切屑は、集塵装置５により
吸引されることによって、吸引口部６を経て、吸引口８
ａ，８ｂで２分されて吸引管７を経て集塵される。２分
された切屑の一方が吸引口８ａを通過する際に、光電セ
ンサ９及び１０の光軸を横切る。切屑が銅箔の場合に光
電センサ９の投光部Ｅから出射される光は散乱し、その
うちの一部が受光部Ｒで検出され受光部Ｒの受光量が多
くなる。従って、光電センサ９の出力はオンになる。切
屑が絶縁部すなわちポリイミドなどの樹脂の場合光電セ
ンサ９の投光部Ｅから出射される光の散乱は、切屑が銅
箔の場合に比べて、その材質の反射率の差から約１／２
以下になる。このとき受光部Ｒの受光量は少く光電セン
サ９の出力はオフのままである。光電センサ１０も同様
に切屑が銅箔の場合のみその出力がオンになる。光電セ
ンサ１０は光電センサ９よりドリル１に対し距離が離れ
ているため、切屑が銅箔の場合に光電センサ９に遅れて
出力がオンになる。２分された切屑の他の一方が吸引口
８ｂを通過する際も同様である。制御部１３は光電セン
サ９及び１１の出力がオンになり、光電センサ９または
１１と光電センサ１０または１２との距離と集塵される
際の吸引口８ａ，８ｂ内の空気、切屑の流速とから計算
される時間に誤差分の時間を加えた時間ｔの間に光電セ
ンサ１０及び１２の出力がオンになった場合に、ドリル
１が１層分の座ぐりを行ったと認識する。

【００１３】光電センサ９及び１１は切屑の形状によっ
ては銅箔層でなくともその出力がオンになる場合があ
り、これら光電センサ９及び１１のみでは誤検出の可能
性が高い。このため一定の距離を隔てて２段階に切屑を
検出できるようにさらに光電センサ１０及び１２も設置
する。このとき、Ｚステージ４は制御部１３により以下
の動作を行うように制御される。光電センサ９及び１１
の出力がオンになった時点でＺステージ４の下降動作を
停止する。この後、前記時間ｔ内に光電センサ１０及び
１２の出力がオンにならなければ、銅箔層を検出してい
ないと認識し、下降動作を再開し、時間ｔ内に光電セン
サ１０及び１２の出力もオンになった時に銅箔層を座ぐ
り加工したものと認識する。所定の回数までこの銅箔層
の座ぐり加工を認識するまでは、さらにＺステージ４の
加工動作を再開し、座ぐり加工を続行する。

【００１４】図３はドリル１がプリント基板２０を座ぐ
りながら進むときの光電センサ９及び１０の受光部の受
光する光量の変動を示すグラフである。図４はドリル１
がプリント基板２０を座ぐりながら進むときの光電セン
サ９及び１０の出力を示すグラフである。光電センサが
銅箔の切屑からの反射光を受光したか否かを判別するた
めの図３に点線で示すしきい値を設定して、これ以上の
光量を光電センサ９又は１０が受光したときその光電セ
ンサの出力をオンとする。光電センサ９，１０，１１，
１２の出力を見ることにより座ぐった層数を認識でき
る。制御部１３は予め座ぐりたい層までに通過する銅箔
部の数を入力し、この数と前述の認識した層数との差が
零に成るまでドライブ部１４に駆動信号を出力し、Ｚス
テージ４を駆動することによりドリル１の座ぐり深さを
制御できる。なお、上述の実施例ではプリント基板を座
ぐり加工する例を示したが、本発明は金属板と、合成樹
脂板との積層板などの対象物の座ぐり加工にも適用でき
る。また第１及び第２の光電センサを設けた吸引口は上
述の実施例のように２カ所設けるほか、何カ所設けても
よい。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、座ぐり時
に飛散する切屑の材質の違いによる光の反射率の差を利
用し、切屑の吸引方向の２か所に検出のための光電セン
サを設けて時間をずらして切屑の通過を検出して、座ぐ
り深さを制御しているのでプリント基板のそり、各層の
厚みのバラツキに影響されずに正確に銅箔部の層までの
深さの座ぐりを自動的に形成でき、プリント基板の製造
工数を短縮できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の斜視図である。

【図２】図１の吸引口部６の内部を示す断面図である。

【図３】図１の実施例における座ぐり深さ方向の位置と
切屑からの反射光量による光電センサ９及び１０の受光
量との関係をしめすグラフである。

【図４】図３に示す光量を受光したときの光電センサ９
及び１０の出力を示すグラフである。

【図５】本発明の座ぐりの対象とする多層プリント基板
の一例の構造を示す断面図である。

【図６】従来の座ぐり装置の一例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ ドリル ２ スピンドル ３ モータ ４ Ｚステージ ５ 集塵装置 ６ 吸引口部 ７ 吸引管 ８ａ，８ｂ 吸引口 ９，１０，１１，１２ 光電センサ １３ 制御部 １４ ドライブ部 １５ テーブル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物を座ぐり加工するドリルと、この
   ドリルを軸方向に移動させるＺステージと、前記対象物
   上の前記ドリルの周囲を覆い囲む吸引口部と、この吸引
   口部の内部に接続された吸引口と、この吸引口の内部に
   互いにその光軸をほぼ直交させて設置された光軸径１ｍ
   ｍ以下の投光部及びこの投光部から出射された光を直接
   受光することはない受光部を有する第１の光電センサ
   と、この第１の光電センサと同様に前記吸引口の内部に
   設置された投光部及び受光部を有し前記第１の光電セン
   サに対し前記ドリルから遠ざかる位置に設置された第２
   の光電センサと、前記吸引口を介して前記吸引口部内の
   前記対象物の切屑を吸引する集塵装置と、前記第１の光
   電センサの受光部が受光してから一定の時間内に前記第
   ２の光電センサの受光部が受講した時に前記対象物の金
   属部の座ぐり加工を認識する制御部とを含むことを特徴
   とする座ぐり装置。
2. 【請求項２】 制御部はドリルを回転させながらＺステ
   ージに前記ドリルを下降させて対象物を座ぐり加工し、
   第１の光電センサの受光部が受光した時点で前記Ｚステ
   ージによる前記ドリルの下降を停止させ、その後一定の
   時間内に前記第２の光電センサの受光部が受光しなけれ
   ば銅箔部の座ぐり加工はなかったものと認識して前記Ｚ
   ステージによる前記ドリルの下降を再開させ、前記第２
   の光電センサの受光部が受光すれば金属部の座ぐり加工
   があったものと認識する請求項１記載の座ぐり装置。
3. 【請求項３】 対象物は多層プリント基板である請求項
   １又は２記載の座ぐり装置。