TWI778606B - 加工站及加工工件的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種用於借助至少一個工具加工板狀的工件的加工站。上述加工站包括用於獲得關於孔位置的資料的測量儀、在工件中創建孔的鏜削機以及用於處理至少一個測量儀的資料和/或用於控制至少一個鏜削機的資料處理裝置。在此，至少一個資料處理裝置適用且配置為通過在目標孔位置和/或目標孔深度與由至少一個測量儀確定的工件中現有孔的實際位置和/或實際深度之間進行比較，並且調整孔位置和/或孔深度，以便借助至少一個鏜削機創建孔。

Description

加工站及加工工件的方法
本發明涉及一種用於借助工具加工板狀的工件的加工站、例如用於加工印刷電路板的鏜削站或銑削站以及一種用於加工板狀的工件的方法。
現代印刷電路板產品需要精確地鏜削，以便確保產品的功能性。這些孔例如鍍銅，用於在印刷電路板的各個層之間建立連接。圖1中示出在各種加工狀態下的在印刷電路板1中具有在厚度方向上彼此偏置的導電層的孔。圖1左側示出使兩個內層3彼此連接的直通接觸孔2。但應用於高頻範圍(>5GHz)時，實際連接部位4的長而突出的末端(這裡是銅層)會引起訊號干擾。因此，再度鏜削出直徑更大的孔2，從而去除銅層。餘留的短軸5(Stub)應具有儘量符合定義的長度。短軸5過長會對電訊號產生負面影響；短軸5過短會導致機械問題，因為它們無法留在孔中。這種過程又稱為“背鏜(Back Drilling)”。
可以採用不同方式完成這種背鏜。在最簡單的情況下，將鏜削執行到預定深度。然而，這並未考慮到因壓制過程而導致各層不在標稱的z位置，並且印刷電路板的厚度可變。
因此，專利文獻US 2016/0052068 A1揭示了一種方法，該方法能夠產生深孔，該深孔是基於來自通孔的資訊，並借助獲得參考位置而獲得更精確的鏜削結果。
實際的鏜削過程是另一不確定性來源。由於鏜床的定位精度、印刷電路板在機臺上的定位偏差、鏜頭的柔韌性、污染等原因，預鏜削未能相對於板狀的工件平面精確地設置在預期位置(在x和y方向上的偏差)。然而，預鏜削的直徑與背鏜時的直徑之間的差異很小將導致極小的處理視窗。圖2左側示出鍍銅的通孔2與銅層4，中間以虛線十字表示位於其上方的鏜頭6的理想位置。由於直通鏜削過程中的誤差以及鏜削機在背鏜期間的定位精度，就可能發生在背鏜期間未完全去除銅4的情況。圖2右側示出所得的短軸5具有非預期的裂片7(Sliver)。
有鑑於此，本發明的目的是提供用於加工印刷電路板或類似板狀的工件的加工站和方法，其能夠避免在背鏜或其他加工步驟期間對精度產生上述負面影響。
本發明用以達成上述目的的解決方案是根據請求項1所述的加工站以及根據請求項7所述的方法。本發明的有利設計方案參閱附屬項。
根據本發明的用於借助至少一個工具加工板狀的工件的加工站例如是用於加工至少一個印刷電路板的鏜削站。
根據某一實施例，這樣的加工站可以包括：至少一個測量儀，用於獲得工件中的孔、尤其是參考孔和/或通孔的位置的資料；至少一 個鏜削機，用於在工件中創建孔、尤其是通孔和/或深孔；以及至少一個資料處理裝置，用於處理來自至少一個測量儀的資料和/或用於控制至少一個鏜削機。為了相對於層或孔的實際位置以更高的精度進行加工，至少一個資料處理裝置可以適用且配置為在目標孔位置和/或目標孔深度與由至少一個測量儀確定的工件中現有孔的實際位置和/或實際深度之間進行比較，並且調整孔位置和/或孔深度，以便借助至少一個鏜削機創建孔。
為此較佳的是，至少一個測量儀和/或至少一個資料處理裝置適用且配置為配準工件。這樣的配準用於獲得有關工件記憶體在的層、孔等以及它們可能位置的資料。在某些情況下，這類資訊可能無法在視覺上從工件外部獲得到，或者只能在有限的程度上獲得到。故在工件中引入通孔之前，可以獲得有關工件內部至少一個點的資訊，以便調整孔位置。
這種配準過程可以包括分析整個印刷電路板，以確定各個層彼此相對的位移。這可例如借助X射線來實現。然後依據一實施例，從測量資料匯出一個或多個參考孔的位置。例如，預先引入參考孔，使得在全部層上形成儘量最佳的平均，以在直通鏜孔期間儘量精確地鏜通各個層的預期接觸部位。
根據某一實施方式，至少一個鏜削機可以具有用於識別所選擇的內層作為參考的設備。鏜削機尤其是構造為使得可以在創建通孔期間針對隨後的鍍銅進行內層識別。這可以通過幾個步驟來完成，例如可以旋轉面板，以從正面和背面進行鏜削。這裡，例如記錄有關各個層的實際z位置的資訊，例如參閱專利文獻US 2016/0052068 A1。
至少一個資料處理裝置可以適用且配置為基於識別所選擇的內層或全部內層的測量資料來調整孔深度。可選地，還可以測量通孔的孔位置，即，印刷電路板表面中的x位置和y位置。
根據獨立的發明構思，在對印刷電路板鍍銅之後測量孔，以使背鏜期間的軸向偏移的影響最小化。在此，至少一個測量儀和/或至少一個資料處理裝置例如適用且配置為在對印刷電路板鍍銅之後測量孔。為此，可能存在不同的變型方案：在第一實例中，可以借助諸如入射光、透射光或觸覺的測量方法，在根據本發明的加工站的單獨測量機上離線進行測量。替選地或附加地，可以借助適當的方法，例如利用加工站的CCD相機，在根據本發明的加工站的鏜削機上線上進行測量。
在根據本發明的加工站中的測量範圍也可變：在第一實例中，加工站可以配置為僅測量所選擇的參考孔。另外，根據本發明的加工站也可配置為測量全部孔。然而，在鏜削機上進行測量可能會花費很長時間。根據另一實例，根據本發明的加工站可以配置為借助區域掃描法測量多個或全部孔，即CCD相機捕捉多個孔的圖像並通過資訊處理對其進行評估，使得能夠以足夠的精度確定所有獲得的孔的中心點。最後，根據某一實例，根據本發明的加工站可配置為測量具有高密度的孔(例如，球柵陣列)的所選擇的區域中的全部孔。依據一實施例，借助資料處理裝置來智慧地確定所選擇的區域。
至少一個資料處理裝置可以進一步適用且配置為基於在對印刷電路板鍍銅之後測量孔的測量資料來調整孔位置和/或孔深度。在此情形下，基於測量資料調整孔位置(x座標和y座標)，目的是在背鏜過程中 儘量精確地在預鏜孔的中心鏜削深孔。根據測量方法，可以借助於有關參考孔的資訊對全部孔位置進行平均調整，或者通過資料對相應的孔進行直接調整，或者對所測量的孔進行直接調整以及對其餘的孔進行平均調整。此外，可以基於在創建通孔時所確定的資料，例如針對每個孔單獨計算孔深度。
根據本發明的方法適用於加工板狀的工件，尤其是用於在上述類型的加工站中加工印刷電路板。依據一實施例，所述方法包括以下步驟：提供至少一個板狀的工件；確定至少一個板狀的工件中的參考孔的位置；向至少一個板狀的工件中引入通孔，同時或隨後確定該通孔的孔位置；在進一步加工之後，尤其是在對印刷電路板鍍銅之後，重新測量例如鍍銅的通孔的孔位置；基於前述步驟中確定的資料，調整孔位置和/或孔深度；以及基於調適的孔位置和/或孔深度的資料，向板狀的工件中引入深孔。換而言之，根據本發明的方法，可以調適所有三個空間方向上的孔座標。
因此，本發明的基本方面在於，無論加工站的具體設計如何，皆能完成測量方法的不同實施方式的過程鏈，並相應地完成各種下游補償方法，以便根據應用領域和工件獲得方法的理想組合。
另一獨立的發明構思涉及沿著過程鏈在根據本發明的加工站的各個元件中提供介面，以便能夠在測量步驟、處理步驟和加工步驟之間交換資料。這裡也可以採用演算法，這些演算法能夠在區域掃描期間智慧地選擇待獲得的孔。
通過組合來自配準、直通鏜孔和測量(通孔鍍銅之前和/或之後)的過程步驟的資訊，根據本發明能夠實現有利地調適所有三個空間方 向上的孔座標。這樣就能基於調整孔位置和孔深度來進行適應性深鏜(Adapted Depth Drilling)。
1:工件
2:孔
3:內層
4:連接部位
5:短軸(Stub)
6:鏜頭位置
7:裂片(Sliver)
10:鏜削機
11:工作臺
12:背襯層
13:鏜軸
14:鏜頭
15:覆蓋層
16:測量儀
17:資料處理裝置
圖1示出印刷電路板中的孔的剖視圖。
圖2示出孔的俯視圖或側視圖。
圖3示意性示出根據本發明的加工站。
圖4示出根據本發明的方法的步驟。
下面結合實施例和附圖對本發明予以詳述。在本文中，即使與申請專利範圍中的概括或對其的引述無關，所有描述和/或圖示的特徵本身或任意組合也構成本發明的主題。
圖3示出加工站與其加工設備，例如鏜削機10，其具有平坦的工作臺11和設置於其上的背襯層(Backup)12。鏜削機10還具有至少一個帶有鏜頭(鏜具)14的鏜軸13。在圖3的圖示中放大波紋的工件1(例如夾層部件，諸如印刷電路板)放置在背襯層12上。工件1通常是基本上板狀的部件，其根據板厚部分地具有十分之幾毫米的不平整度。覆蓋層(Entry)15又置於工件1上。有別於圖3的圖示，例如可以在工作臺11與背襯層12之間設置載體等。覆蓋層還可以具有多層結構，例如具有導電頂層。在圖3的圖示中，部件的寬度例如是X方向，而部件的厚度例如是Z方向。
加工站還具有測量儀16，該測量儀16適用於以非破壞性方式檢查工件1。測量儀16連接到資料處理裝置17，該資料處理裝置17又連接到鏜削機10。
該加工站適合於執行以下方法的過程鏈中的各個步驟，圖4中示意性示出這些步驟及其順序。
根據某一實施例，用於製造具有深孔的印刷電路板的工藝鏈可以尤其包括以下步驟：
1)首先，可以執行各種製造和提供印刷電路板的上游步驟(曝光、蝕刻、壓制等)。這通常不會在加工站中完成。
2)此後，配準印刷電路板。在對整個印刷電路板的分析期間，將確定各個層彼此相對的位移。這可例如借助X射線來實現。從測量資料匯出參考孔的位置。這樣引入參考孔，使得在全部層上形成儘量最佳的平均，以在直通鏜孔期間鏜通各個層的預期接觸部位。可以從配準過程中獲取有關印刷電路板內部支點的資訊，以便後續調適x位置和y位置。這也可以在加工站外部完成。
3)隨後，進行直通鏜孔，即為後續的鍍銅創建通孔。這可以通過幾個步驟來完成，例如可以旋轉面板，以從正面和背面進行鏜削。這裡，記錄有關各個層的實際z位置的資訊(例如參閱專利文獻US 2016/0052068 A1)。可以在相應的機器上在內層識別的情況下進行直通鏜孔，其中使用專用設備來識別所選擇的內層作為參考。
4)可選地，可以在進一步加工之前，尤其是在內部塗覆之前，測量通孔的孔位置。
5)例如在根據本發明的加工站外部對印刷電路板進行鍍銅。
6)然後，作為步驟4中的測量的附加或替選，測量鍍銅的通孔的孔位置。在對印刷電路板鍍銅之前和/或之後測量孔位置，以使背鏜期間軸向偏移的影響最小化。為此，可能存在不同的變型方案：
a)借助諸如入射光、透射光或觸覺的測量方法，在單獨的測量機上離線測量(在步驟4和步驟6中)，
b)借助如目前已在機器上使用的適當方法，諸如使用CCD相機，在鏜削機上線上測量(僅在步驟6中)。
在此，測量範圍也可變：
c)僅測量所選擇的參考孔(變型a和b)，
d)測量全部孔(變型a和b)，
e)借助區域掃描法測量全部孔(變型b)，即CCD相機捕捉多個孔的圖像並通過資訊處理對其進行評估，使得能夠以足夠的精度確定所有獲得的孔的中心點。
f)測量具有高密度的孔的所選擇的區域中的全部孔(例如球柵陣列；智慧地確定所選擇的區域)(變型a和b)。
7)隨後，借助資料處理裝置中的測量結果比較孔位置，並在必要時進行調整。基於來自步驟6的測量資料，調整孔位置(x座標和y座標)。其目的是在背鏜過程中儘量精確地在預鏜孔的中心鏜削深孔。根據測量方法，能夠實現借助於有關參考孔的資訊對全部孔位置進行平均調整(變型c)，或者通過來自變型d和e的資料對相應的孔進行直接調整，或者對所測量的孔進行直接調整以及對其餘的孔進行平均調整(變型f)。
8)附加地，基於來自步驟3的資料，針對每個孔單獨計算孔深度，並在必要時調整孔深度(例如，參閱專利文獻US 2016/0052068 A1)。
9)然後，使用調適後的資料進行深鏜。在機器10上使用帶有來自步驟7和8的資訊的程式，以便在適應性位置深鏜到指定的深度。

Claims (9)

  1. 一種用於借助至少一個工具加工板狀的工件的加工站，用於加工至少一個印刷電路板的鏜削站，其包括：至少一個測量儀，該至少一個測量儀用於獲得該工件中的孔、參考孔和通孔的位置的資料；至少一個鏜削機，該至少一個鏜削機用於在該工件中創建孔、尤其是通孔和深孔；以及至少一個資料處理裝置，該至少一個資料處理裝置用於處理來自該至少一個測量儀的資料和用於控制該至少一個鏜削機，其特徵在於，該至少一個資料處理裝置適用且配置為通過在目標孔位置和目標孔深度與由該至少一個測量儀確定的該工件中現有孔的實際位置和實際深度之間進行比較，並且調整孔位置和孔深度，尤其是所有三個空間方向上的孔座標，以便借助該至少一個鏜削機創建孔，其中，該測量儀和資料處理裝置包含該工件內部至少一個支點的資訊，其中，調整該孔深度之係根據該支點的資訊與該目標孔位置的鄰近區域內的參考孔的實際深度調整。
  2. 如請求項1所述的加工站，其中，該至少一個鏜削機具有用於識別所選擇的內層作為參考的設備。
  3. 如請求項2所述的加工站，其中，該至少一個資料處理裝置適用且配置為基於識別所選擇的內層的測量資料來調整孔深度。
  4. 如請求項1所述的加工站，其中，該至少一個測量儀和該至少一個資料處理裝置適用且配置為在對印刷電路板鍍銅之後測量孔。
  5. 如請求項4所述的加工站，其中，該至少一個資料處理裝置適用且配置為基於在對印刷電路板鍍銅之後測量孔的測量資料來調整孔位置。
  6. 一種用於在如請求項1-5中任一項所述的加工站中加工板狀的工件、尤其是加工印刷電路板的方法，其中，該方法包括以下步驟：a)提供至少一個板狀的工件；b)確定該至少一個板狀的工件中的參考孔的位置以及一工件內部至少一個支點的資訊；c)向該至少一個板狀的工件中引入通孔，同時或隨後確定該通孔的孔位置；d)在進一步加工之後，尤其是在對印刷電路板鍍銅之後，重新測量鍍銅的通孔的孔位置；e)基於在步驟d)中確定的資料，調整孔位置和孔深度，調整所有三個空間方向上的孔座標；以及f)基於在步驟e)中調整的孔位置和孔深度的資料，向該板狀的工件中引入一深孔，其中調整孔深度的資料之依據係根據該支點的資料與引入該深孔的鄰近區域內的參考孔的實際深度調整。
  7. 如請求項6所述的方法，其中，在步驟c)中，借助鏜削機記錄有關各個層的實際z位置的資訊；和 在步驟d)中，在單獨的測量機上離線進行測量和在鏜削機上線上進行測量；和在步驟e)中，基於有關該參考孔的資料對全部孔位置進行平均調整，對該孔進行直接調整，或者對各個孔的直接調整和對其餘孔的平均調整進行組合。
  8. 如請求項6或7所述的方法，其中，在步驟d)中，僅測量所選擇的參考孔或借助區域掃描法測量全部孔，或者測量該板狀的工件的選擇區域中、尤其是高孔密度的區域中的全部孔。
  9. 如請求項6或7所述的方法，其中，在步驟e)中，基於來自步驟c)的資料，針對每個孔單獨調整孔深度。
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