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Bohrvorrichtung zum Bohren von Kontaktierungsbohrungen zum Verbinden von Kontaktierungsflächen von Mehrschicht-Leiterplatten - Dokument DE102004049439A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102004049439A1 13.04.2006
Titel Bohrvorrichtung zum Bohren von Kontaktierungsbohrungen zum Verbinden von Kontaktierungsflächen von Mehrschicht-Leiterplatten
Anmelder feinfocus GmbH, 30827 Garbsen, DE
Erfinder Reinhold, Alfred, 31515 Wunstorf, DE
Vertreter Leine & Wagner, 30163 Hannover
DE-Anmeldedatum 08.10.2004
DE-Aktenzeichen 102004049439
Offenlegungstag 13.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.04.2006
IPC-Hauptklasse H05K 3/46(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H05K 3/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Eine Bohrvorrichtung 24 zum Bohren von Kontaktierungsbohrungen 22 zum Verbinden von Kontaktierungsflächen 16 wenigstens einer ersten Schicht 4 einer Mehrschicht-Leiterplatte 2 mit Kontaktierungsflächen 18 wenigstens einer zweiten Schicht 6 der Mehrschicht-Leiterplatte 2 weist Bohrmittel zum Bohren der Kontaktierungsbohrungen 22 und Steuermittel zur Erzeugung von Steuersignalen zur Ansteuerung der Bohrmittel entsprechend den jeweils zu bohrenden Kontaktierungsbohrungen auf. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch in die Vorrichtung 24 integrierte Mittel zur Ermittlung eines Lagenversatzes zwischen der ersten Schicht 4 und der zweiten Schicht 6 der Mehrschicht-Leiterplatte 2 gekennzeichnet, die mit den Steuermitteln 28 verbunden sind und den Steuermitteln 28 ein den ermittelten Lagenversatz repräsentierendes Signal zuführen, wobei die Steuermittel 28 die Steuersignale in Abhängigkeit von dem ermittelten Lagenversatz erzeugen, derart, daß die Bohrmittel die Kontaktierungsbohrungen 22 in Abhängigkeit von dem ermittelten Lagenversatz bohren.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zum Bohren von Kontaktierungsbohrungen zum Verbinden von Kontaktierungsflächen wenigstens einer ersten Schicht einer Mehrschicht-Leiterplatte mit Kontaktierungsflächen wenigstens einer zweiten Schicht der Mehrschicht-Leiterplatte.

Im Zuge einer zunehmenden Miniaturisierung elektronischer Baugruppen ist es erforderlich, auf einer vorgegebenen Fläche beispielsweise einer Leiterplatte eine immer größere Anzahl von Bauelementen bzw. Leiterbahnen vorzusehen. Aus diesem Grunde ist es bekannt, Leiterplatten als sogenannte Mehrschicht- oder Multilayer-Leiterplatten auszulegen, bei der die Leiterplatte aus einer Mehrzahl von schichtartig übereinander angeordneten einzelnen Leiterplatten besteht, so daß Bauteile oder Leiterbahnen auf der Vorder- und Rückseite der einzelnen Leiterplatten und damit aufgrund des schichtartigen Aufbaus auch zwischen den in der Schichtung aufeinanderfolgenden einzelnen Leiterplatten angeordnet sein können. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, Leiterplatten mit einer besonders hohen Anzahl von Leiterbahnen zu realisieren, die auf einer einzelnen Leiterplatte nicht untergebracht werden können. Die einzelnen Leiterplatten, deren Schichtung eine Mehrschicht-Leiterplatte bildet, werden, beispielsweise durch Verpressen oder Verkleben, fest miteinander verbunden.

Um eine Übertragung elektrischer Signale beispielsweise zwischen einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht der Mehrschicht-Leiterplatte zu erzielen, ist es erforderlich, die Leiterbahnen der Schichten elektrisch leitend miteinander zu verbinden. Hierzu weisen die Schichten Kontaktierungsflächen auf, die auch als Pads bezeichnet werden. Die Kontaktierungsflächen können beispielsweise senkrecht zur Leiterplattenebene der Mehrschicht-Leiterplatte übereinanderliegend auf den Schichten angeordnet sein. Zum elektrisch leitenden Verbinden der Kontaktierungsflächen werden Kontaktierungsbohrungen gebohrt, wobei die Kontaktierungsbohrungen die Kontaktierungsflächen mechanisch miteinander verbinden, so daß die elektrisch leitende Verbindung beispielsweise dadurch hergestellt werden kann, daß die Innenwandungen der Kontaktierungsbohrungen mit Lot oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material elektrisch leitend gemacht werden.

Die Kontaktierungsbohrungen müssen hierbei so ausgeführt werden, daß in der gewünschten Weise ein elektrisch leitender Kontakt zwischen den Kontaktierungsflächen ermöglicht ist. Dies ist ohne weiteres dann möglich, wenn die Kontaktierungsflächen senkrecht zur Leiterplattenebene der Mehrschicht-Leiterplatte exakt übereinanderliegend angeordnet sind. Zu berücksichtigen ist jedoch, daß beim Verbinden der Schichten der Mehrschicht-Leiterplatte, beispielsweise durch Verpressen, ein hoher Flächendruck in Verbindung mit hohen Temperaturen verwendet wird. Aufgrunddessen kann bei der Verbindung der Schichten ein Lagenversatz zwischen denselben auftreten. Ein solcher Lagenversatz kann darauf beruhen, daß die einzelnen Schichten schrumpfen oder sich dehnen und/oder sich parallel zur Leiterplattenebene relativ zueinander verschieben und/oder sich um eine senkrecht zur Leiterplattenebene verlaufende Achse relativ zueinander verdrehen.

Aufgrund eines auf diese Weise aufgetretenen Lagenversatzes ist es nicht mehr möglich, die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Kontaktierungsflächen der Schichten durch die Kontaktierungsbohrungen zu bilden, sofern der Lagenversatz außerhalb vorgegebener Toleranzen liegt. Die Leiterplatte muß dann als Ausschuß verworfen werden.

Um zu verhindern, daß Leiterplatten, bei denen der Lagenversatz außerhalb der vorgegebenen Toleranzen liegt, einer kostenaufwendigen Weiterbearbeitung, beispielsweise beim Bestücken mit Bauteilen, unterzogen werden, ist es aus der DE 33 42 564 C2 bekannt, den Lagenversatz unter Verwendung einer Röntgen-Meßeinrichtung zu ermitteln.

Eine Bohrvorrichtung der betreffenden Art zum Bohren von Kontaktierungsbohrungen zum Verbinden von Kontaktierungsflächen wenigstens einer ersten Schicht einer Mehrschicht-Leiterplatte mit Kontaktierungsflächen wenigstens einer zweiten Schicht der Mehrschicht-Leiterplatte ist bekannt. Die bekannte Bohrvorrichtung weist Bohrmittel zum Bohren der Kontaktierungsbohrungen und Steuermittel zur Erzeugung von Steuersignalen zur Ansteuerung der Bohrmittel entsprechend den jeweils zu bohrenden Kontaktierungbohrungen auf. Zur Fixierung der Mehrschicht-Leiterplatte, die nachfolgend kurz als Leiterplatte bezeichnet wird, in der Bohrvorrichtung weist die Leiterplatte Aufnahmelöcher auf, mit denen sie auf entsprechende an einem Träger, beispielsweise einem Bohrtisch, der Bohrvorrichtung vorgesehene Aufnahmestifte aufsteckbar ist. Durch die Position der Aufnahmelöcher ist somit die Position der Leiterplatte relativ zu dem Träger festgelegt.

In diesem Zusammenhang ist es bekannt, die Position der Aufnahmelöcher in der Leiterplatte zur Kompensation eines aufgetretenen Lagenversatzes zu korrigieren. Hierzu wird die Leiterplatte in eine Röntgen-Meßeinrichtung eingebracht, so daß ein etwaiger Lagenversatz zwischen den Schichten der Leiterplatte ermittelt werden kann, wie beispielsweise aus der DE 33 42 564 C2 bekannt. Falls ein Lagenversatz ermittelt wird, so kann die Position der Aufnahmelöcher so gewählt werden, daß der Lagenversatz beim nachfolgenden Bohren der Kontaktierungsbohrungen vollständig oder teilweise kompensiert wird, sofern der Lagenversatz innerhalb bestimmter Grenzen liegt.

Nach der Ermittlung des Lagenversatzes und dem Bohren der Aufnahmelöcher in der Leiterplatte wird die Leiterplatte aus der Röntgen-Meßeinrichtung entnommen und in die Bohrvorrichtung eingebracht, wo sie auf die Aufnahmestifte des Trägers aufgesteckt wird. Daran anschließend bohren die Bohrmittel der Bohrvorrichtung die gewünschten Kontaktierungsbohrungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art und ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 15 genannten Art zum Bohren von Kontaktierungsbohrungen zum Verbinden von Kontaktierungsflächen wenigstens einer ersten Schicht einer Mehrschicht-Leiterplatte mit Kontaktierungsflächen wenigstens einer zweiten Schicht der Mehrschicht-Leiterplatte anzugeben, bei der bzw. dem die Genauigkeit beim Bohren der Kontaktierungsbohrungen erhöht ist.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Bohrvorrichtung durch die im Anspruch 1 angegebene Lehre und hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 15 angegebene Lehre gelöst.

Der Grundgedanke der erfindungsgemäßen Lehre besteht darin, die Ermittlung eines Lagenversatzes zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht der Leiterplatte und das Bohren der Kontaktierungsbohrungen in ein und derselben Vorrichtung durchzuführen. Auf diese Weise kann die Leiterplatte sowohl während der Ermittlung des Lagenversatzes als auch während des Bohrens der Kontaktierungsbohrungen an einem Träger, beispielsweise einem Bohrtisch der Bohrvorrichtung, fixiert bleiben. Auf diese Weise ist zuverlässig verhindert, daß sich aufgrund von mechanischen Passungstoleranzen in Bezug auf die Aufnahmelöcher und die Aufnahmestifte Ungenauigkeiten beim Bohren der Kontaktierungsbohrungen ergeben. Da erfindungsgemäß Aufnahmelöcher in der Leiterplatte grundsätzlich nicht erforderlich sind und die Leiterplatte somit aufnahmelochfrei ausgebildet sein kann, beeinflussen erfindungsgemäß Passungstoleranzen in Bezug auf die Aufnahmelöcher die Genauigkeit beim Bohren der Kontaktierungsbohrungen nicht.

Da sowohl die Ermittlung des Lagenversatzes als auch das Bohren der Kontaktierungsbohrungen in derselben Vorrichtung, nämlich der Bohrvorrichtung, vorgenommen werden, wird die Leiterplatte sowohl während der Ermittlung des Lagenversatzes als auch während des Bohrens der Kontaktierungsbohrungen denselben Umgebungsbedingungen, insbesondere hinsichtlich der Temperatur, ausgesetzt. Auf diese Weise ist verhindert, daß sich die Geometrie der Leiterplatte insbesondere aufgrund von Temperaturdifferenzen zwischen der Ermittlung eines Lagenversatzes und dem Bohren der Kontaktierungsbohrungen verändert. Eine solche Veränderung der Geometrie kann bei herkömmlichen Vorrichtungen insbesondere dann auftreten, wenn die Leiterplatte nach der Ermittlung des Lagenversatzes aus der Röntgen-Meßeinrichtung entnommen und in die Bohrvorrichtung eingebracht wird, und zu Ungenauigkeiten beim Bohren der Kontaktierungsbohrungen führen.

Auf diese Weise ist erfindungsgemäß die Präzision beim Bohren der Kontaktierungsbohrungen in der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung erhöht.

Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders einfach und kostengünstig herstellbar, da gegenüber dem Stand der Technik der konstruktive Aufwand wesentlich verringert ist. Während beim Stand der Technik aufgrund der Tatsache, daß sowohl eine separate Vorrichtung zur Ermittlung eines Lagenversatzes, beispielsweise in Form einer Röntgen-Meßeinrichtung, als auch eine separate Bohrvorrichtung erforderlich sind, wesentliche und teure Komponenten, beispielsweise in Form der Steuerung, eines Positionierungstisches zur Positionierung der Leiterplatte und eines Gehäuses, doppelt vorhanden sein müssen, sind diese Komponenten bei der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung, in die die Mittel zur Ermittlung eines Lagenversatzes in die Bohrvorrichtung integriert sind, nur einmal erforderlich. Die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung ist somit gegenüber dem Stand der Technik nicht nur wesentlich einfacher und kostengünstiger herstellbar, sondern hat auch einen erheblich reduzierten Raumbedarf.

Unter Bohren im Sinne der Erfindung wird jedwedes Verfahren verstanden, mittels dessen die Kontaktierungsflächen zum Erzielen einer elektrisch leitfähigen Verbindung miteinander verbindbar sind. Insbesondere wird unter Bohren jedwedes Bilden von Ausnehmungen verstanden, unabhängig davon, ob die Ausnehmungen mittels eines spanenden oder nichtspanenden Verfahrens gebildet werden und unabhängig von der Geometrie der Ausnehmungen.

Unter einer Integration der Mittel zur Ermittlung eines Lagenversatzes in die Bohrvorrichtung wird erfindungsgemäß verstanden, daß die Bohrmittel und die Mittel zur Ermittlung eines Lagenversatzes so in räumlichem und/oder Funktionszusammenhang stehen, daß insbesondere die der Ermittlung des Lagenversatzes und das Bohren der Kontaktierungsbohrungen ohne Lageveränderung der Leiterplatte relativ zu einem Träger, der die Leiterplatte hält, erfolgen kann. Insbesondere wird erfindungsgemäß unter einer Integration der Mittel zur Ermittlung eines Lagenversatzes in die Bohrvorrichtung verstanden, daß die Bohrmittel und die Mittel zur Ermittlung des Lagenversatzes in unmittelbar räumlicher Nähe zueinander angeordnet sind.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, daß die Bohrmittel und die Mittel zur Ermittlung eines Lagenversatzes an einem gemeinsamen Grundkörper, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse der Vorrichtung aufgenommen sind. Diese Ausführung ist besonders kompakt und raumsparend.

Eine außerordentlich vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht einen Träger für die Leiterplatte vor, wobei der Träger die Leiterplatte beim Bohren der Kontaktierungsbohrungen im wesentlichen positionsveränderungsfrei bezogen auf die Position der Leiterplatte bei der Ermittlung des Lagenversatzes hält. Bei dieser Ausführungsform nimmt die Leiterplatte relativ zu dem Träger sowohl bei der Ermittlung des Lagenversatzes als auch beim Bohren der Kontaktierungsbohrungen im wesentlichen dieselbe Position ein. Auf diese Weise sind Fehlausrichtungen der Kontaktierungsbohrungen, die sich aus einer Lageveränderung der Leiterplatte relativ zu dem Träger ergeben könnten, zuverlässig vermieden. Insbesondere kann die Leiterplatte während der Ermittlung des Lagenversatzes und während des Bohrens der Kontaktierungsbohrungen durch Fixierungsmittel an dem Träger fixiert sein. Die Fixierung der Leiterplatte an dem Träger kann auf beliebige geeignete Weise erfolgen, beispielsweise durch mechanisches Einspannen oder durch Festsaugen der Leiterplatte an dem Träger über eine Saugvorrichtung.

Unter einem Träger wird erfindungsgemäß dasjenige Bauteil verstanden, das die Leiterplatte unmittelbar hält, unabhängig von dem mechanischen Aufbau des Trägers. Der Träger kann beispielsweise rahmenartig oder als Tisch, auf dem die Leiterplatte flach aufliegt, ausgebildet sein.

Eine Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, daß der Träger derart ausgebildet ist, daß die Leiterplatte erst nach dem Bohren der Kontaktierungsbohrungen für eine Entnahme aus der Vorrichtung freigebbar ist. Bei dieser Ausführungsform können beispielsweise die Steuermittel mit Fixierungsmitteln, die die Leiterplatte an dem Träger fixieren, in Steuerungsverbindung stehen, und die Fixierungsmittel nach dem Bohren der Kontaktierungsbohrungen so ansteuern, daß die Leiterplatte für eine Entnahme freigegeben wird.

Eine andere außerordentlich vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, daß die Bohrmittel wenigstens einen Laser zum Bilden der Kontaktierungsbohrungen aufweisen. Bei dieser Ausführungsform können die Bohrungen aufgrund des Verzichts auf ein spanendes Werkzeug mit besonders hoher Geschwindigkeit und besonders hoher Präzision gebohrt werden.

Eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht Positionierungsmittel zur Positionierung der Leiterplatte relativ zu den Bohrmitteln und/oder den Mitteln zur Ermittlung des Lagenversatzes vor. Durch entsprechende Ansteuerung der Positionierungsmittel durch die Steuermittel ist die Leiterplatte jeweils in eine gewünschte Position relativ zu den Bohrmitteln bzw. den Mitteln zur Ermittlung des Lagenversatzes bringbar, so daß die Bohrmittel und die Mittel zur Ermittlung des Lagenversatzes ortsfest an einem Grundkörper der Vorrichtung angeordnet sein können. Auf diese Weise ist der mechanische Aufbau der Vorrichtung vereinfacht. Die Positionierungsmittel können beispielsweise durch einen Präzisions-X-Y-Tisch gebildet sein, der den Träger für die Leiterplatte aufweist oder bildet.

Eine Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, daß die Leiterplatte durch die Positionierungsmittel wenigstens in einer zu der Leiterplattenebene parallelen Ebene relativ zu den Bohrmitteln und/oder den Mitteln zur Ermittlung des Lagenversatzes positionierbar ist. Falls entsprechend den jeweiligen Anforderungen gewünscht, kann die Leiterplatte jedoch auch in einer zur Leiterplattenebene senkrechten Richtung relativ zu den Bohrmitteln und/oder den Mitteln zur Ermittlung des Lagenversatzes positionierbar sein.

Grundsätzlich kann die Ermittlung des Lagenversatzes mittels eines beliebigen geeigneten Verfahrens erfolgen. Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, daß die Mittel zur Ermittlung des Lagenversatzes den Lagenversatz mittels eines bildgebenden Verfahrens ermitteln.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, daß die Mittel zur Ermittlung des Lagenversatzes wenigstens eine Röntgen-Meßeinrichtung zur Messung des Lagenversatzes aufweisen. Derartige Röntgen-Meßeinrichtungen ermöglichen eine Vermessung der Leiterplatte und damit eine Messung des Lagenversatzes mit hoher Genauigkeit.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, daß die Röntgen-Meßeinrichtung wenigstens eine Mikrofocus-Röntgenröhre aufweist. Bei dieser Ausführungsform kann die Messung des Lagenversatzes mit besonders hoher Genauigkeit erfolgen. Die Röntgen-Meßeinrichtung kann insbesondere als Röntgen-Mikroskop ausgebildet sein.

Eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, daß die Steuermittel derart programmiert sind, daß die Ansteuerung der Bohrmittel nur dann erfolgt, wenn der ermittelte Lagenversatz der Schichten relativ zueinander einen vorgegebenen Wert überschreitet. Bei dieser Ausführungsform werden die Kontaktierungsbohrungen nur dann gebohrt, wenn anhand des ermittelten Lagenversatzes festgestellt wird, daß mittels der Kontaktierungsbohrungen die gewünschte elektrisch leitende Verbindung zwischen den Schichten der Leiterplatte erzielbar ist. Wird demgegenüber festgestellt, daß der Lagenversatz einen vorgegebenen Wert unterschreitet, aufgrund dessen eine gewünschte elektrisch leitende Kontaktierung der Schichten mittels der Kontaktierungsbohrungen nicht möglich ist, so kann die Leiterplatte verworfen werden. Auf diese Weise ist eine zeit- und kostenaufwendige Weiterbearbeitung von solchen Leiterplatten vermieden, die aufgrund eines außerhalb vorgegebener Toleranzen liegenden Lagenversatzes nicht funktionsfähig sein können und dementsprechend verworfen werden müssen.

Entsprechend den jeweiligen Anforderungen können die Mittel zur Ermittlung eines Lagenversatzes den Lagenversatz anhand der Kontaktierungsflächen der Schichten der Leiterplatte und/oder anhand von in oder auf den Schichten der Leiterplatte angeordneten Markierungen ermitteln.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Leiterplatte von einem Träger beim Bohren der Kontaktierungsbohrungen relativ zu dem Träger im wesentlichen positionsänderungsfrei bezogen auf die Position der Leiterplatte bei der Ermittlung des Lagenversatzes gehalten. Auf diese Weise können die Kontaktierungsbohrungen erfindungsgemäß mit hoher Genauigkeit gebohrt werden, ohne daß diese Genauigkeit durch Positionsänderungen der Leiterplatte relativ zu dem Träger, die beim Stand der Technik dadurch auftreten, daß die Leiterplatte von einem Träger einer Vorrichtung zur Ermittlung eines Lagenversatzes abgenommen und auf einen Träger einer separaten Bohrvorrichtung aufgesetzt wird, beeinträchtigt ist. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang die Freiheit von Positionsänderungen der Leiterplatte relativ zu dem Träger in einer zur Leiterplattenebene parallelen Ebene.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 16 bis 19 angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten stark schematisierten Zeichnung näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt. Dabei bilden alle beschriebenen oder in der Zeichnung dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.

Es zeigt:

1 in perspektivischer, stark schematisierter Darstellung die Schichten einer Mehrschicht-Leiterplatte vor dem Verbinden der Schichten miteinander,

2 einen Vertikalschnitt durch die Leiterplatte gemäß 1, wobei aus Darstellungsgründen lediglich zwei Schichten gezeigt sind und wobei eine Kontaktierungsbohrung gezeigt ist, deren Innenwandung mit einem elektrisch leitfähigen Material versehen ist,

3 eine Ansicht von oben auf die Leiterplatte gemäß 2 bei einem ersten Lagenversatz der Schichten der Leiterplatte zueinander,

4 in gleicher Darstellung wie 3 die Leiterplatte gemäß 2 bei einem zweiten Lagenversatz der Schichten zueinander,

5 in gleicher Darstellung wie 3 die Leiterplatte gemäß 2 bei einem dritten Lagenversatz der Schichten zueinander und

6 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei Komponenten der Bohrvorrichtung teilweise nach Art eines Blockschaltbildes dargestellt sind.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. sich entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In 1 ist stark schematisiert eine Mehrschicht-Leiterplatte 2 dargestellt, die nachfolgend kurz als Leiterplatte bezeichnet wird. Die Leiterplatte 2 weist einen schichtartigen Aufbau auf, wobei Schichten 4, 6, 8 der Leiterplatte 2 jeweils durch eine einzelne Leiterplatte gebildet sind. Die Schichten 4, 6, 8 der Leiterplatte 2 sind fest miteinander verbunden, beispielsweise durch Verpressen oder Verkleben. Aus Darstellungsgründen sind die Schichten 4, 6, 8 in 1 im nicht miteinander verbundenen Zustand gezeigt. Lediglich beispielshalber besteht die Leiterplatte 2 gemäß 1 aus drei Schichten. Die Zahl der Schichten ist jedoch in weiten Grenzen wählbar. Die Leiterplatte 2 kann beispielsweise aus lediglich zwei Schichten oder auch aus mehr als drei Schichten bestehen.

Im Fertigungszustand der Leiterplatte 2 weisen die Schichten 4, 6, 8 Leiterbahnen auf, von denen in 1 eine Leiterbahn der Schicht 4 mit den Bezugszeichen 10, eine Leiterbahn der Schicht 6 mit dem Bezugszeichen 12 und eine Leiterbahn der Schicht 8 mit dem Bezugszeichen 14 versehen ist. Die Leiterbahnen 10, 12, 14 bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material und sind mit Kontaktierungsflächen 16 bzw. 18 bzw. 20 aus elektrisch leitfähigem Material verbunden, die bei diesem Ausführungsbeispiel in der Draufsicht im wesentlichen kreisförmig ausgebildet sind. Die Kontaktierungsflächen 16, 18, 20 sind durch eine Kontaktierungsbohrung miteinander verbindbar, die in 1 bei dem Bezugszeichen 22 angedeutet ist.

2 zeigt einen Vertikalschnitt durch die Leiterplatte 2 gemäß 1. Zum elektrisch leitenden Verbinden der Kontaktierungsflächen 16, 18, 20 wird die Leiterplatte 2 so durchbohrt, daß die Kontaktierungsbohrung 22 im Idealfall koaxial zu den Kontaktierungsflächen 16, 18, 20 verläuft. Nach dem Bohren der Kontaktierungsbohrung 22 wird deren Innenwandung mit einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise einem Lot, versehen, das in der gewünschten Weise eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Kontaktierungsflächen 16, 18, 20 herstellt.

3 zeigt eine Draufsicht auf die Leiterplatte 2 gemäß 2. Beim Verbinden der Schichten 4, 6, 8 miteinander kann ein Lagenversatz der Schichten 4, 6, 8 relativ zueinander auftreten, aufgrund dessen die Kontaktierungsflächen 16, 18, 20 dann nicht mehr in der gewünschten Weise senkrecht zur Leiterplattenebene exakt übereinanderliegen. Ein Lagenversatz kann insbesonder durch eine Dehnung oder Schrumpfung wenigstens einer der Schichten 4, 6, 8, durch eine Verschiebung der Schichten 4, 6, 8 parallel zur Leiterplattenebene relativ zueinander und/oder eine Verdrehung der Schichten 4, 6, 8 relativ zueinander um eine senkrecht zur Leiterplattenebene verlaufende Achse und/oder durch eine Scherung auftreten. 3 stellt eine Leiterplatte 2 dar, bei der ein solcher Lagenversatz nicht aufgetreten ist, so daß die Kontaktierungsflächen 16, 18, 20 senkrecht zur Leiterplattenebene aufeinanderfolgend übereinanderliegen. Wie aus 3 ersichtlich ist, sind die Kontaktierungsflächen 16, 18, 20 nach dem Bilden der Kontaktierungsbohrung 22 im wesentlichen ringförmig, wobei in diesem Falle die Kontaktierungsbohrung 22 in der gewünschten Weise koaxial zu den Kontaktierungsflächen 16, 18, 20 verläuft. Die ringförmigen Kontakierungsflächen 16, 18, 20 haben eine radiale Breite D.

4 stellt eine Leiterplatte 2 dar, bei der ein Lagenversatz aufgetreten ist, aufgrunddessen die Kontaktierungsbohrung 22 nicht mehr zu sämtlichen Kontaktierungsflächen 16, 18, 20 koaxial ist. Die Position der Kontaktierungsbohrung 22 wird hierbei so gewählt, daß sich für sämtliche Kontaktierungsflächen 16, 18, 20 eine möglichst große verbleibende radiale Breite D ergibt. Unterschreitet die verbleibende radiale Breite D der Kontaktierungsflächen 16, 18, 20 einen vorbestimmten Wert, so kann die Leiterplatte 2 nicht weiterverwendet werden und muß verworfen werden.

5 stellt eine Leiterplatte 2 dar, bei der ein Lagenversatz aufgetreten ist, der so groß ist, daß auch nach Optimierung der Position der Kontaktierungsbohrung 22 nicht sichergestellt werden kann, daß sämtliche Kontaktierungsflächen 16, 18, 20 ringförmig mit einer vorgegebenen minimalen radialen Breite sind. Vielmehr sind bei der in 5 dargestellten Leiterplatte die Kontaktierungsflächen 16, 18 nach dem Bohren der Kontaktierungsbohrung nicht mehr ringförmig, sondern in Radialrichtung an ihrem äußeren Umfang unterbrochen. Auch eine solche Leiterplatte kann nicht weiterverwendet werden, sondern muß verworfen werden.

In 6 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung 24 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bohren der Kontaktierungsbohrungen 22 zum Verbinden der Kontaktierungsfläche 16, 28 der Schichten 4, 6, 8 der Leiterplatte 2 dargestellt. Die Bohrvorrichtung 24 weist Bohrmittel zum Bohren der Kontaktierungbohrungen 22 auf, die bei diesem Ausführungsbeispiel einen Laser 26 aufweisen. Die Art und Weise des Bohrens mittels Laserstrahlung ist dem Fachmann für sich genommen bekannt und wird daher nicht näher erläutert. Der Laser 26 ist mit Steuermitteln 28 zur Erzeugung von Steuersignalen zur Ansteuerung des Lasers 26 entsprechend den jeweils zu bohrenden Kontaktierungbohrungen 22 verbunden, deren Funktion weiter unten näher erläutert wird.

Die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung 24 weist ferner in die Vorrichtung 24 integrierte Mittel zur Ermittlung eines Lagenversatzes auf, die bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine Röntgen-Meßeinrichtung gebildet sind, die bei diesem Ausführungsbeispiel als Röntgenmikroskop ausgebildet ist und eine Mikrofocus-Röntgenröhre 32 aufweist. Die Röntgenröhre 32 dient zum Durchstrahlen der Leiterplatte 2, die auf einem Träger 34 angeordnet ist. Auf der der Röntgenröhre 32 abgewandten Seite des Trägers 34 ist ein Röntgenbild-Detektor 36 angeordnet, dessen Ausgangssignal den Steuermitteln 28 zuführbar ist. Die Röntgenröhre 32 ist durch die Steuermittel 28 ansteuerbar. Der Träger 34 ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit Positionierungsmitteln zur Positionierung des Trägers 34 und damit der Leiterplatte 2 relativ zu dem Laser 26 und der Röntgenröhre 32 verbunden. Die Positionierungsmittel können beispielsweise durch einen Präzisisons-X-Y-Tisch gebildet sein, mittels dessen der Träger 34 und damit die Leiterplatte 2 präzise und mit hoher Genauigkeit reproduzierbar relativ zu dem Laser 26 und der Röntgenröhre 32 positionierbar ist. Die Positionierungsmittel sind bei diesem Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, daß der Träger 34 in die Zeichenebene hinein bzw. heraus und parallel zur Zeichenebene, also in X- und Y-Richtung, positionierbar ist.

Zur bezogen auf die Position der Leiterplatte 2 bei der Ermittlung des Lagenversatzes positionsänderungsfreien Fixierung der Leiterplatte 2 an dem Träger 34 sind Fixierungsmittel vorgesehen, die bei diesem Ausführungsbeispiel eine Vakuum-Saugeinrichtung aufweisen, die in 6 bei dem Bezugszeichen 38 angedeutet ist und durch in dem Träger 34 gebildete Ausnehmungen 40 hindurch die Leiterplatte 2 ansaugt und so an dem Träger 34 fixiert. Die Vakuum-Saugeinrichtung kann durch die Steuermittel 28 beispielsweise derart ansteuerbar sein, daß die Fixierung der Leiterplatte 2 an dem Träger 34 erst dann gelöst wird, wenn sämtliche Kontaktierungsbohrungen 22 gebohrt worden sind.

Erfindungsgemäß sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Bohrmittel in Form des Lasers 26 und die Mittel zur Ermittlung eines Lagenversatzes in Form der Röntgenröhre 32 und des Röntgenbild-Detektors 36 in einem gemeinsamen Gehäuse 42 aufgenommen, das die in seinem Inneren durch die Röntgenröhre 32 erzeugte Röntgenstrahlung nach außen hin abgeschirmt wird.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung 24 ist wie folgt.

Zum Bohren von Kontaktierungsbohrungen 22 in der Leiterplatte 2 wird diese zunächst auf den Träger 34 aufgebracht und mittels der Vakuum-Saugeinrichtung 38 an dem Träger 34 fixiert. Daran anschließend steuert eine erste Steuereinheit 44 der Steuermittel 28 die Positionierungsmittel so an, daß sich der Träger 34 und damit die Leiterplatte 2 relativ zu der Röntgenröhre 32 in eine Position bewegt, in der ein etwaiger Lagenversatz der Schichten 4, 6, 8 der Leiterplatte 2 relativ zueinander ermittelt werden kann. Die Art und Weise der Ermittlung des Lagenversatzes ist für sich genommen dem Fachmann allgemein bekannt und wird daher hier nicht näher erläutert.

Die durch Durchstrahlung der Leiterplatte 2 mittels der Röntgenröhre 32 erzeugten Röntgenbilder werden von dem Röntgenbild-Detektor 36 aufgenommen und einer Auswerteeinheit 46 der Steuermittel 28 zugeführt, die aus den aufgenommenen Röntgenbildern einen etwaigen Lagenversatz der Schichten 4, 6, 8 der Leiterplatte 2 relativ zueinander ermittelt. Die Ansteuerung der Röntgenröhre 32 erfolgt hierbei durch eine zweite Steuereinheit 48 der Steuermittel 28. Nach Auswertung der aufgenommenen Röntgenbilder und Ermittlung des Lagenversatzes wird zunächst festgestellt, ob die Leiterplatte 2 weiterbearbeitet werden kann, beispielsweise anhand einer Auswertung der beim Bilden der Kontaktierungsbohrungen 22 zu erwartenden verbleibenden radialen Breiten der Kontaktierungsflächen 16, 18, 20.

Falls die Leiterplatte 2 nicht weiterverarbeitet werden kann und dementsprechend verworfen werden muß, wird ein entsprechendes Signal erzeugt, aufgrunddessen ein Benutzer die Leiterplatte 2 aus der Bohrvorrichtung 24 entnehmen kann.

Falls die Leiterplatte demgegenüber weiterverarbeitet werden kann, erzeugt die erste Steuereinheit 44 der Steuermittel Steuersignale zur Ansteuerung des Lasers 26 entsprechend den jeweils zu bohrenden Kontaktierungsbohrungen und Steuersignale zur Ansteuerung der Positionierungsmittel. Die Positionierungsmittel positionieren den Träger 34 und damit die Leiterplatte 2 daraufhin relativ zu dem Laser 26 so, daß mittels des Lasers 26 die gewünschten Kontaktierungsbohrungen gebohrt werden können.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Leiterplatte 2 sowohl während der Ermittlung des Lagenversatzes als auch während des Bohrens der Kontaktierungsbohrungen 22 positionsänderungsfrei an dem Träger 34 fixiert, so daß die Kontaktierungsbohrungen 22 mit hoher Genauigkeit gebildet werden können und Ungenauigkeiten, die auf eine Positionsänderung der Leiterplatte 2 relativ zu dem Träger 34 zurückzuführen sein könnten, zuverlässig vermieden sind. Die Position des Trägers 34 relativ zu dem Laser 26 ist hierbei durch die erste Steuereinheit 44 der Steuermittel 28 mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit durch Ansteuerung der Positionierungsmittel steuerbar.

Dadurch, daß die Ermittlung eines Lagenversatzes und das Bohren der Kontaktierungsbohrungen in ein und derselben Vorrichtung, nämlich der Bohrvorrichtung 24 erfolgen, sind die Kontaktierungsbohrungen 22 mit hoher Genauigkeit erzeugbar. Darüber hinaus ist das Bohren von Kontaktierungsbohrungen an der Leiterplatte 2 besonders zeitsparend und damit rationell durchführbar. Rüstzeiten, die bei Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik im Zusammenhang mit dem Entnehmen der Leiterplatte 2 aus einer Vorrichtung zur Ermittlung des Lagenversatzes und das Einlegen der Leiterplatte in eine Bohrvorrichtung auftreten, sind vollständig vermieden. Dies senkt die Personalkosten.


Anspruch[de]
  1. Bohrvorrichtung zum Bohren von Kontaktierungsbohrungen zum Verbinden von Kontaktierungsflächen wenigstens einer ersten Schicht einer Mehrschicht-Leiterplatte mit Kontaktierungsflächen wenigstens einer zweiten Schicht der Mehrschicht-Leiterplatte,

    mit Bohrmitteln zum Bohren der Kontaktierungsbohrungen und

    mit Steuermitteln zur Erzeugung von Steuersignalen zur Ansteuerung der Bohrmittel entsprechend den jeweils zu bohrenden Kontaktierungsbohrungen,

    gekennzeichnet durch

    in die Vorrichtung (24) integrierte Mittel zur Ermittlung eines Lagenversatzes zwischen der ersten Schicht (4) und der zweiten Schicht (6) der Mehrschicht-Leiterplatte (2), die mit den Steuermitteln (28) verbunden sind und den Steuermitteln ein den ermittelten Lagenversatz repräsentierendes Signal zuführen, wobei die Steuermittel (28) die Steuersignale in Abhängigkeit von dem ermittelten Lagenversatz erzeugen, derart, daß die Bohrmittel die Kontaktierungsbohrungen (22) in Abhängigkeit von dem ermittelten Lagenversatz bohren.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrmittel und die Mittel zur Ermittlung eines Lagenversatzes an einem gemeinsamen Grundkörper angeordnet, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse (42) der Vorrichtung aufgenommen sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Träger (34) für die Leiterplatte, wobei der Träger (34) die Leiterplatte (2) beim Bohren der Kontaktierungsbohrungen (22) im wesentlichen positionsänderungsfrei bezogen auf die Position der Leiterplatte (2) bei der Ermittlung des Lagenversatzes hält.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Fixierungsmittel zur während der Ermittlung eines Lagenversatzes und/oder des Bohrens der Kontaktierungsbohrungen (22) im wesentlichen positionsänderungsfreien Fixierung der Leiterplatte (2) an dem Träger (34).
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (34) derart ausgebildet ist, daß die Leiterplatte (2) erst nach dem Bohren der Kontaktierungsbohrungen (22) für eine Entnahme aus der Vorrichtung (24) freigebbar ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrmittel wenigstens einen Laser (26) zum Bilden der Kontaktierungsbohrungen (22) aufweisen.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Positionierungsmittel zur Positionierung der Leiterplatte (2) relativ zu den Bohrmitteln und/oder den Mitteln zur Ermittlung des Lagenversatzes.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (2) durch die Positionierungsmittel wenigstens in einer zu der Leiterplattenebene parallelen Ebene relativ zu den Bohrmitteln und/oder den Mitteln zur Ermittlung des Lagenversatzes positionierbar ist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ermittlung eines Lagenversatzes den Lagenversatz mittels eines bildgebenden Verfahrens ermitteln.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ermittlung des Lagenversatzes wenigstens eine Röntgen-Meßeinrichtung zur Messung des Lagenversatzes aufweisen.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgen-Meßeinrichtung wenigstens eine Mikrofocus-Röntgenröhre (32) aufweist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (28) derart programmiert sind, daß die Ansteuerung der Bohrmittel nur dann erfolgt, wenn der ermittelte Lagenversatz der Schichten (4, 6, 8) relativ zueinander einen vorgegebenen Wert unterschreitet.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ermittlung eines Lagenversatzes den Lagenversatz anhand der Kontaktierungsflächen (16, 18, 20) der Schichten (4, 6, 8) der Leiterplatte (2) ermitteln.
  14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ermittlung eines Lagenversatzes den Lagenversatz anhand von in oder auf den Schichten (4, 6, 8) der Leiterplatte (2) angeordneten Markierungen ermitteln.
  15. Verfahren zum Bohren von Kontaktierungsbohrungen zum Verbinden von Kontaktierungsflächen wenigstens einer ersten Schicht einer Mehrschicht-Leiterplatte mit Kontaktierungsflächen wenigstens einer zweiten Schicht der Mehrschicht-Leiterplatte,

    bei dem ein Lagenversatz zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht der Mehrschicht-Leiterplatte ermittelt wird,

    bei dem Steuersignale zur Ansteuerung von Bohrmitteln zum Bohren der Kontaktierungsbohrungen erzeugt werden, wobei die Steuermittel die Steuersignale in Abhängigkeit von dem ermittelten Lagenversatz erzeugen, derart, daß die Kontaktierungsbohrungen in Abhängigkeit von dem ermittelten Lagenversatz erzeugt werden, wobei die Leiterplatte während der Ermittlung des Lagenversatzes und während des Bohrens relativ zu dem Träger im wesentlichen positionsänderungsfrei gehalten wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierungsbohrungen mittels Laserstrahlung gebohrt werden.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagenversatz mittels eines bildgebenden Verfahrens ermittelt wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagenversatz mittels einer Röntgen-Meßeinrichtung ermittelt wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Röntgen-Meßeinrichtung mit wenigstens einer Mikrofocus-Röntgenröhre verwendet wird.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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