TW201444442A - 用於將印刷電路板加工的裝置與方法 - Google Patents

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Abstract

本發明是關於一種用於加工處理，尤其是用以鑽鑿具有多個導體層(Ln)之印刷電路板(PCB)，的裝置與方法。該裝置具有承載一可交換鑽鑿機具(1)的鑽鑿旋軸(2)。該鑽鑿機具(1)具有一側邊表面，此側邊表面至少在一些區段內具有一非導體層(9)，以及一核心(8)，此核心至少在一些區段內為傳導性的。

Description

用於將印刷電路板加工的裝置與方法
本發明是關於一種用於加工處理，尤其是用於利用承載一可交換鑽鑿機具的鑽鑿旋軸以鑽鑿具有多個導體層之印刷電路板，的裝置與方法。此外，本發明是關於一種，特別是藉由利用此一裝置，用以對印刷電路板進行加工的方法。
多層式印刷電路板不僅提供有多個穿透鑽孔，同時大部份亦由於更高的運用率而設有許多盲孔(blind hole)，這些盲孔自表面延伸達位於該印刷電路板內部的一些導體層。由於愈來愈高度的微型化，並因而厚度減少，所以對於盲孔的深度(即相對於電路板的表面所測得者)會要求僅數微米(μm)的容忍度。在以往，是藉由對鑽頭配備有一校準單元，並且除用於鑽頭饋入的測量單元外，亦另配備有一用於深度的第二測量單元，以嘗試滿足此項要求。在此，當將該鑽頭安置在該機具內之後，該鑽頭即通過該校準單元，下降並同時對該第二測量系統提供零脈衝，而控制系統可藉以識別出該機具頂端相對於該印刷電路板之表面的相應位置。不過，鑽鑿深度的精準度會受到下述之非精準度所影響，即如鑽鑿旋軸、z軸前進、CNC、饋送平板、第二深度測量單元和鑽鑿機具的機械架置方式(例如因為熱膨脹之故)，以及該印刷電路板材料的任何不均勻度、環境影響(例如污染)與機 器維護作業。此外，由於其他的測量單元以及含有例如雷射的校準單元之故，所以機械性負荷會相對較高。
自DE 43 40 249 A1案文，已知一種用於印刷電路板之深度鑽鑿的裝置，其中可令一承載有鑽鑿機具的鑽鑿旋軸在放置於一加工桌台上的印刷電路板之導體表面層的方向上下降，並且可藉由一高度測量單元以相對於該印刷電路板表面測量出該鑽鑿機具的相應高度調整，從而能夠在該鑽鑿機具與該導體表面層或第n導體層之間產生一電壓差，並可利用當該鑽鑿機具的頂端在該鑽鑿機具與該導體表面層之間接觸到該表面層時所能分接的信號以決定該鑽鑿深度的零位準，同時，若有必要，可利用當該鑽鑿機具的頂端接觸到該第n導體層時所分接的信號來決定鑽鑿深度的結束位準。該系統的可靠度與精準度非常地高；不過，為將一電壓關聯於各個的個別導體層，如此會導致負荷增加。
本發明之目的即在於提議一種如前文起始處所引述的單元，以及一種用於導體層加工而能藉由較簡易的設定方式提供高鑽鑿精準度的方法。
根據本發明，可藉由一種如前文起始處所引述的裝置以解決此項問題，該鑽鑿機具大致上具有一側邊表面，該側邊表面至少在一些區段內供設有非導體層，以及具有一核心，該核心至少在一些區段內為傳導性的。換言之，本發明是基於一種具有非導體表面的鍍層機具。在一第一加工步驟中，當該機具首先是在其整體上設置有該非導體鍍層時，後續可在該機具(核心)的切鑿邊緣處完成該鑽鑿機具的核心，藉以移除此鍍層。之 後，此時或許在該機具之切鑿邊緣的頂端供設有一導體鍍層，藉以封定硬質金屬與非導體鍍層之間的平移。如此可獲以改善抗防提早磨損的保護效果。
本發明的概念是基於一非導體鍍層可相對於既經鑽鑿的導體層來絕緣該鑽鑿機具；換言之，無論該機具是否鑽鑿過導體層，抑或既已鑽鑿過多少導體層，皆可在該鑽鑿機具之頂端與一接觸於該鑽鑿機具之頂端的導體層間進行測量。如此，即無須對各個的個別導體層提供某一電壓；相反地，所有的導體層皆可擁有相同的電壓或甚至是不同電壓。為捕捉到該鑽鑿機具的頂端相對於該印刷電路板的位置，在鑽鑿前進的方向上於該印刷電路板的多個覆層之間就必須存在有一絕緣層。有利地，此層可為一空氣層，亦即該等覆層相對於彼此具有一極為微小的距離。
當在該鑽鑿機具中背朝該鑽鑿旋軸的側邊表面及/或圓錐表面內時，可提供一袋部或類似加深及/或凸出以固定該非導體鍍層及/或該導體鍍層，從而改善該(等)鍍層之間的連接。藉此方式，鍍層可固附於該鑽鑿機具並且延長停機時間。
或另者，亦可首先將一導體鍍層施佈於該鑽鑿機具，然後接著至少在該側邊表面的區域裡令其以該非導體鍍層鍍置。
作為鍍置該鑽鑿機具的替代者，其或至少在其側邊表面會完全地含有一非導體材料，藉此可將導體接線整合至該鑽鑿機具內而達該核心(切鑿邊緣)。
優選上，可在一經放置於加工桌台上的印刷電路板之導體層的方向上令該鑽鑿旋軸下降，從而能夠在該鑽鑿機具與該第n導體層之間 產生一電壓差△V。因此可利用當該鑽鑿機具的頂端接觸到該第n導體層時所分接的信號來決定鑽鑿深度並且/或是決定該印刷電路板裡該第n導體層的位置。
較佳地，該鑽鑿機具係經供充以一電壓Vd，此電壓不等於0伏特，而該等導體層則是供充以0伏特的電壓Vn。換句話說，印刷電路板的所有位置皆為接地。然當該等個別覆層例如由於電容效應之故而自我充電時，本裝置與方法亦能運作。
該鑽鑿機具的電壓Vd可為藉由該機具轉子的直接機械性接觸所施加，例如透過電極。然而，可有利地按照電感方式或電容方式，亦即無接觸方式，將此Vd施加於該鑽鑿機具。
在大部分情況下，印刷電路板會擁有一表面層(進處)以供加工處理。為亦同時捕捉其位置，可按類似方式接地或者具有一不同於該鑽鑿機具之電壓Vd的經定義電壓。該導體表面層的電壓Ve可為藉由直接接觸所建立，然在本發明的有利具體實施例裡，此電壓係經產生故而一與該鑽鑿旋軸相關聯的壓料板係經供充以一電壓Ve，此者由像是金屬的導體材料所組成且可下降至該表面層並與其相接觸。
在已知單元中，鑽鑿機具與相應導體層之間的接觸通常是藉由一接觸鑽鑿模組所捕捉。根據本發明，在接觸鑽鑿模組與鑽鑿裝置之間，可佈設一配備有微處理器的額外電路板以供進行信號處理。換言之，鑽鑿機具和導體層與一(導引和)控制單元連接，此單元具有至少一經配備以分析該電壓差△V的微處理器。然而，通常並無需提供此微處理器。相反地，在驅動控制系統或CNC裡可利用適當軟體來進行分析。
當鑽鑿旋軸具有一驅動器以供下降至經連接於該控制單元的印刷電路板時，可依照由該微處理器所偵得的電壓差△V來啟動此驅動器。這是對應於一種線上功能，其中該機器運作如一深度鑽鑿機器，並且可按一經定義方式在該第n覆層處或其之後停止。為此目的，該微處理器可與該鑽鑿機具的驅動伺服系統併同地運作。
然亦可在不同層級處由該微處理器、CNC和外部的資料備製設施(即如分析/資料庫)來執行資料捕捉作業，藉以在測量功能中決定所有覆層的拓形。
從而可將各個覆層描述如一單一表面。這僅能在該微處理器或該控制單元之內達成。或另者，可令一顯示單元關聯於該控制單元，藉以能夠依照由該微處理器所偵知的電壓差△V來顯示出導體層的位置。
在根據本發明的裝置裡亦可提供一高度測量單元，而藉此單元可測量出該鑽鑿機具相對於印刷電路板之表面的相應高度。最好，此高度測量單元是耦接於該控制單元，而其方式是連同於該電壓差△V的所分析信號以達成前述的測量功能及/或線上功能。
根據本發明的測量原理並不限於鑽鑿，而是能夠類似地適用於研磨或相仿的材料加工處理。因而當如在前文與後文中所述針對於「鑽鑿」時，實非表示侷限於此。
由於僅在鑽鑿機具的頂端接觸到第n導體層時才開始煞停程序，鑽鑿機具的快速前進速率在足夠迅速地煞停前進方面會呈現一些困難(如此會達成盲孔)，故而根據本發明的進一步改進，提議針對於該第n導體層深度的預定可能位置首先會鑽鑿一測試鑽孔。在後續的深度鑽鑿 中，接著會於觸抵該第n導體層的表面之前(即目前已知的大約深度位置)依一較短距離將鑽鑿機具的前進速度切換至一較低設定值，從而當鑽鑿機具的頂端接觸到第n導體層時的「煞停路徑」會足夠地短。
由於該第n導體層在該印刷電路板內的深度位置會因製造容忍度之故而改變，因此可能會對深度鑽鑿精準度造成影響，從而在本發明的進一步具體實施例裡即提供，對於各次深度鑽鑿，在觸抵該第n導體層前直接將前進速率切換至較低設定值時，會將在該第n導體層之先前深度鑽鑿中所決定的深度位置納入考量。從而，在經驗上，導體層在該印刷電路板內的深度位置並非不規律而僅為逐漸地改變。按此方式，在個別的次一深度鑽鑿中，會考量到相鄰盲孔結束之處的深度位置。
除前文中對於根據本發明之解決方案所解釋的優點外(即避免許多會對深度鑽鑿精準度造成影響的因素)，亦可達到與此相關聯的自動z軸調整及速度優勢，並可進一步監視任何鑽鑿失效問題。
本發明之目的亦可透過一種用於藉由一可交換鑽鑿機具以對多個經設置在彼此上方之導體層進行加工的方法所解決，該機具含有導體區段以及非導體區段，從而可在該鑽鑿機具與該第n導體層之間產生一電壓差△V，並且從而可利用當該鑽鑿機具的頂端接觸到該第n導體層時所分接的信號以決定鑽鑿深度及/或決定該第n導體層的位置。最好，可利用前述類型的裝置以實作本方法。
可完成決定該鑽鑿機具之頂端相對於該導體層相應位置的位置，從而可測量該鑽鑿機具的前進，或僅測量時間，並同時可測量該鑽鑿機具之信號在當該鑽鑿機具頂端接觸到該印刷電路板之一導體性(例如接 地)位置時、且亦當離開此位置時個別出現的變化，因此可透過該傳導性鑽鑿機具以建立或再度中斷以相應位置之電壓進行的接觸。在圖繪該電壓曲線時(參見圖4)，當該鑽鑿機具之頂端對該印刷電路板的傳導性(例如接地)位置進行各次接觸時，電壓曲線裡就會出現不規律變化，而當該鑽鑿機具之頂端離開該該印刷電路板的傳導性(例如接地)位置時，此電壓曲線裡就會出現逆反的不規律變化。然此變化並非當接觸到一位置時般地不規律，理由是當燧石(flint)抽出時會產生某一延遲。
根據本發明的方法可供適用於在像是鑽鑿處理之完成加工外的各種其他主題，例如覆層結構分析以進行疊層檢查作業，或是用於背板鑽鑿的新製程。
根據本發明用於多層式測量或加工處理之方法的程序可供下列步驟：鑽鑿或啄鑿(pecking)處理(亦即按較大厚度的多片鑽鑿)；捕捉測量資料；依x及y座標識別個別位準(在測量模式下或者在線上模式下)；檢視個別資料集組的可用度；比較生產損失的資料集組；產生並備製表面以及評估一鑽鑿程式。
1‧‧‧鑽鑿機具
2‧‧‧鑽鑿旋軸
3‧‧‧壓料板
4‧‧‧加工桌台
5‧‧‧機具轉子
6‧‧‧高度測量單元
7‧‧‧信號分析
8‧‧‧核心
9‧‧‧非導體鍍層
10‧‧‧導體鍍層
11‧‧‧袋部
PCB‧‧‧印刷電路板
Le‧‧‧表面層[進處]
Ln‧‧‧第n導體層
Vd‧‧‧電壓(鑽鑿)
Ve‧‧‧電壓(表面層或壓料板)
Vn‧‧‧電壓(第n導體層)
自後文的示範性具體實施例說明，並藉助於隨附圖式，即可獲知本專利申請案的其他目標、優點與可能應用。因此，該等全部所述及/或所示特性本身或是其任何組合構成本發明的主題項目，即使是無關於該等在申請專利範圍中的彙總說明或其等參照亦然。
所示附圖為：圖1顯示具有本發明特性而以垂直截面顯示的鑽鑿裝置。
圖2顯示根據較佳具體實施例而以垂直截面顯示的鑽鑿機具。
圖3顯示具有印刷電路板而以垂直截面顯示之鑽鑿機具的一部份，及圖4顯示當鑽鑿穿過根據圖3之多層式印刷電路板時之一電壓曲線的範例。
將一印刷電路板PCB設置在一加工桌台4上(若有必要可予隔離)，此者應儘可能地水平，並且儘可能提供一水平表面。該印刷電路板PCB係經繪示為具有例如兩個導體層，即該導體表面層Le和第n導體層Ln。在多數情況下，這兩個導體層Le、Ln之間會有一空氣層，另者者，位於該第n導體層Ln的下方，圖1顯示多個絕緣層。在該印刷電路板PCB上方處架設有一鑽鑿旋軸2，此者可旋轉並可調整高度，其中是藉由一機具轉子5以持握一鑽鑿機具1。該鑽鑿旋軸2及/或該機具轉子5為電性絕緣。
在本發明的特定具體實施例裡，該鑽鑿旋軸2為關聯於一金屬性(亦即傳導性)壓料板3，此者可在開始進行深度鑽鑿之前先下降至該印刷電路板PCB的導體表面層Le。可藉由一高度測量單元6以對該鑽鑿旋軸2或機具轉子5，並因此該鑽鑿機具1，的高度調整進行測量。
根據本發明，在該鑽鑿機具1與該導體表面層Le和該第n導體層Ln之間可產生一電壓差△V，藉此對該鑽鑿旋軸22供充以例如一v伏特(v≠0)的電壓Vd，對該表面層Le或與其相接觸的壓料板3供充以一電壓Ve，同時對該第n導體層Ln則是供充以一電壓Vn，而Ve和Vn可為相等，例如0伏特，亦即所有覆層皆為接地。若該鑽鑿機具1的頂端在深度鑽鑿開始處接觸到該表面層Le，則可於該鑽鑿機具1與該表面層Le之間分 接有一信號，可將此信號供應至一控制單元的信號分析單元7(未予進一步詳細圖示)，俾藉由高度測量單元6決定該鑽鑿深度的零位準。在此之後，該鑽鑿機具1於鑽鑿過程中前進，並且由例如該高度測量單元6連續地測量該鑽鑿旋軸2或該機具轉子5的高度調整，直到觸抵一目標深度為止，於此時即關閉該鑽鑿機具1的前進作業。
當由盲孔所觸抵的第n導體層Ln具有Vn≠Vd的一電壓時，一旦該鑽鑿機具1的頂端接觸到該第n導體層Ln，可在這兩個元件之間分接一信號，並且為更佳地決定該鑽鑿深度的最終位準而將其供應至高度測量單元6，此時即可停止該鑽鑿機具1的前進動作。如此，即可依高精準度方式達到該盲孔的所欲深度。
圖式中略圖顯示該機具轉子5的機械性接觸以供充一電壓Vd。然確亦可依電感方式或電容方式將該電壓Vd施加於該鑽鑿機具1。
圖2為顯示鑽鑿機具1的放大視圖。可觀察到該鑽鑿機具1的核心8是由導體材料所組成，此材料通常為硬質金屬；以及一非導體鍍層9，這是施佈在外部的側邊表面和一部份的錐尖頂端(切鑿邊緣)，即位於圖2中鑽鑿機具1的底部上，並從而使朝向外側的導體核心8絕緣。在圖2裡該鑽鑿機具1頂端(切鑿邊緣)的最下方區段處，該非導體鍍層9則是由一導體鍍層10所取代。或另者，不以該導體鍍層10的是，可僅去除在此區段內的非導體鍍層9。另一種可能方式是由下述組成：首先將一導體層施佈於該鑽機，然後施佈一非導體層，並且後續再度去除在該機具(核心)之切鑿邊緣處前方的非導體層，然無需完全地去除該導體層。
在核心8裡，於圖2下方頂端的附近處供設有一圍繞袋部 11，而該非導體鍍層9則是固附於其。不以該圍繞袋部11，或是除此之外，亦可供設個別凹入。或另者，在切鑿邊緣處可呈現有至少一凸出。
圖3顯示一由鑽鑿機具1所製作而進入一多層式印刷電路板內的鑽孔。然為簡明理由，圖3中並未顯示出該鑽鑿機具1的非導體鍍層9。
圖4顯示在該鑽鑿機具1處以及例如該印刷電路板PCB之併合接地層Le或Ln處所分接的電壓於時間上的電壓曲線。該等陡峭斜度是表示多個位置，在此些位置處，該鑽鑿機具的導體頂端接觸到一導體，例如該印刷電路板之接地位置，以及在此該導體頂端分離於該位置並且返回到該印刷電路板PCB之兩個平板間的(例如空氣填充)絕緣中介空間。因此，對於該位置Le，可觀察到一旦該鑽鑿機具1碰到該平板Le，該電壓首先會下降，並且接著只要該鑽鑿機具1保持接觸於該導體平板Le，該電壓就會大致維持固定，並且當該鑽鑿機具1分離於該平板Le且僅透過該鑽鑿機具1中以非導體鍍層9所絕緣的區段仍接觸於該位置Le時，該電壓最後再度揚升。
即如可自圖4所見，無論該鑽鑿機具1的前進速率如何，確可僅藉由電壓曲線上的變化並且藉由分析電壓變化的數量來識別各個的個別位置。若當鑽鑿孔洞時的前進速率改變，電壓曲線的特徵變化可能會更為靠近或相離較遠。
1‧‧‧鑽鑿機具
2‧‧‧鑽鑿旋軸
3‧‧‧壓料板
4‧‧‧加工桌台
5‧‧‧機具轉子
6‧‧‧高度測量單元
7‧‧‧信號分析
PCB‧‧‧印刷電路板
Le‧‧‧表面層[進處]
Vd‧‧‧電壓(鑽鑿)
Ve‧‧‧電壓(表面層或壓料板)
Vn‧‧‧電壓(第n導體層)

Claims (10)

  1. 一種用於利用承載一可交換鑽鑿機具(1)的鑽鑿旋軸(2)以鑽鑿具有多個導體層(Ln)之印刷電路板(PCB)的裝置，其中該鑽鑿機具(1)具有一側邊表面以及一核心(8)，該側邊表面至少在一些區段內供設有一非導體鍍層(9)，且該核心至少在一些區段內具傳導性。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該鑽鑿機具(1)的核心(8)係經供設有一導體鍍層(10)。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之裝置，其中在該鑽鑿機具(1)中背朝該鑽鑿旋軸(2)的側邊表面及/或圓錐表面裡供設有一袋部(11)或類似凹入及/或凸出，用以接附該非導體鍍層(9)及/或該導體鍍層(10)。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之裝置，其中該鑽鑿旋軸(2)在位於一加工桌台(4)上的印刷電路板(PCB)內之導體層(Ln)的方向上下降，因此在該鑽鑿機具(1)與第n導體層(Ln)之間產生一電壓差(△V)，並因此利用當該鑽鑿機具(1)的頂端接觸到該第n導體層(Ln)時所分接的信號，以決定鑽鑿深度及/或用於決定該第n導體層(Ln)在該印刷電路板(PCB)內的位置。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之裝置，其中該鑽鑿機具(1)係經供充以v伏特(v≠0)的一電壓(Vd)，並且該等導體層(Ln)係經供充以0伏特的一電壓。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之裝置，其中該鑽鑿機具(1)及該等導體層(Ln)係經連接於一控制單元，該控制單元具有經配備以對該電壓差(△V)進行分析的至少一微處理器。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之裝置，其中該鑽鑿旋軸(2)具有用以下降至經連接於該控制單元之印刷電路板(PCB)的一驅動器，故而能夠依照由 該微處理器所偵得的電壓差(△V)來致動該驅動器。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之裝置，其中該控制單元係經關聯於一顯示單元，而藉由該顯示單元即可基於由該微處理器所偵得的電壓差(△V)來顯示該等導體層(Ln)的位置。
  9. 如申請專利範圍第1或2項所述之裝置，其中一高度測量單元(6)係經額外地供設，而藉由該高度測量單元即可相對於該印刷電路板(PCB)的表面測量出該鑽鑿機具(1)的相應高度調整。
  10. 一種用於藉由一可交換鑽鑿機具(1)以對經設置在彼此上方之數個導體層(Ln)進行加工的方法，該可交換鑽鑿機一些區段具傳導性並且在一些區段不具傳導性，從而在該鑽鑿機具(1)與第n導體層(Ln)之間產生一電壓差(△V)，並從而利用當該鑽鑿機具(1)的頂端接觸到該第n導體層(Ln)時所分接的信號，以決定鑽鑿深度及/或用於決定該第n導體層(Ln)的位置。
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