JP2003285207A - 基板加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の加工に際しては、切削の際に基板の切
り粉が発生し、切り粉を除去する必要がある。 【解決手段】 移動手段７を移動することで基板８の加
工目標位置と鋭角部２とを位置合わせし、スイッチ９を
オン状態にし、超音波振動発生手段１に超音波振動を付
与しながら操作手段１０で加工部材３を基板８の方向に
降下させ、所定の深さだけ鋭角部２を押下することによ
り、基板８を加工することで、切り粉の発生を抑制した
加工方法を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板に凹状の穴、
貫通孔、分割または切断を施す基板加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板に凹状の穴または貫通孔（以下、両
者を孔と称す）を施す手法としては、周囲に刃物を形成
した棒状部材を回転させながら所望の位置に当接して孔
を形成するいわゆるボール盤が広く用いられている。

【０００３】また、基板を分割または切断（以下、両者
を分割と称す）を施す手法として、基板に当接する端辺
に鋭利な刃物を備えた分割専用の打ち抜き金型で打ち抜
く方法、ボール盤の棒状刃物の側面を分割する所望の位
置に当接し、棒状刃物の回転力で切削するエンドミルと
称される方法等が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これら従来のボール盤
またはエンドミルを用いた基板加工方法では、加工によ
る基板の切り粉と称される削りカスが多量に発生し、切
り粉は粉塵を発生させると共に、加工する基板に付着し
易く、加工後の基板を組み立てる前に付着した切り粉を
除去する工程が必須となり、工程の増加のみならず環境
的に問題が生じていた。また、打ち抜く形状に合わせた
専用の金型を用いると、切り粉は減少させることはでき
るが、形状に合わせた金型を作製することが要請され、
金型の作製費に起因して打ち抜きに要するコストが上昇
し、しかも機種切替に際して形状に合わせた金型を設置
し直す必要が生じ準備に時間を要するためこの意味でも
コスト高の要因となる課題がある。

【０００５】本発明は係る従来の課題を解消するために
なされたもので、加工に伴う切り粉を抑制し、しかも機
種切替にも対応できる基板の孔加工または分割方法を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、加工部材に備
える鋭角部に離隔対向する基台の載置面に基板を載置
し、前記載置面上で基板の所望の位置を前記鋭角部の直
下に移動させ、前記加工部材に超音波振動を付与しなが
ら、前記鋭角部を前記基台方向に近接し、前記鋭角部を
前記所望の位置に当接し、前記基板を加工する基板加工
方法である。

【０００７】上記基板加工方法における基板と鋭角部と
の当接部が矩形状とする。

【０００８】また本発明は、超音波振動発生手段と鋭角
部とを備えた加工部材と、前記超音波振動発生手段に超
音波振動のオン・オフを切り替えるスイッチと、前記鋭
角部に対向する載置面を有する基台と、前記載置面上に
載置した基板を前記載置面上で移動する移動手段と、前
記加工部材を載置面に近接離隔する操作手段と、前記ス
イッチ、前記移動手段及び前記操作手段を制御する制御
手段とを備える基板加工装置である。

【０００９】

【発明の実施の形態】第１の発明は、基板を加工する鋭
角部に超音波振動を付与しながら基板の所望の位置に当
接した後押圧するため、超音波振動による極めて微少な
振幅で極めて高い振動数の振動が熱に変換され、基板の
加工部位を加熱しながら押圧することにより、凹状の穴
または貫通孔加工に際しても切り粉の発生を撲滅するこ
とができ、しかも所望の基板加工位置と加工部材の鋭角
部とを位置決めし当接・押圧するだけで基板に所望の加
工を施すことができるため、凹状の穴または貫通孔加工
でも基板の分割または切断加工でも機種切替に即座に適
応できる。

【００１０】第２の発明は、基板の加工部に当接する鋭
角部の形状に矩形を採用すると、基板の分割または切断
に際して所望の長さの矩形形状を適用でき、分割または
切断に際しての加工時間が短縮することができる。

【００１１】なお、本発明における鋭角部の基板との接
触箇所は、点状、線状あるいは所定の幅を有する面状の
何れでも適応できるが、そもそも鋭角部は超音波振動発
生手段から生じる超音波振動を集中する機能を備えるた
め、点状の場合先端はいわゆる鋭利な針状である必要は
なく、線状の場合も先端はいわゆる鋭利な刃物状である
必要はなく、基板の剛性、超音波振動の振幅や周波数等
に応じて鋭角部の先端形状は先端を面取りした突起状ま
たは接触部位が面状の矩形形状等が適宜選択することが
できる。但し、接触部位が矩形形状の場合には接触面全
面で一様、すなわち、鋭角部の先端と基板との平行度を
保つと共に、鋭角部先端と基板とが密着することが好ま
しい。密着性に劣ると、当接する箇所から優先的に加工
が進行するため、基板の加工部（例えば切断の場合は切
断面）の形状が滑らかな加工が施されない場合がある。

【００１２】第３の発明は、超音波振動をオン・オフす
るスイッチ、載置面に載置した基板を移動する移動手
段、及び加工部材を基板に近接離隔する操作手段を制御
する制御手段を備えるため、凹状の穴または貫通孔加
工、分割または切断加工の何れでも制御手段の変更だけ
で適応できるため、基板加工の自由度と自動化とを同時
に達成することができる。

【００１３】

【実施例】次に、本発明の一実施例について図面を援用
して説明する。図１は本発明の基板分割方法を適用した
装置の一実施態様で、１は超音波振動を発生する超音波
振動発生手段、２は超音波振動発生手段１に固着され超
音波振動を伝達する鋭角部、３は加工部材で主に超音波
振動発生手段１と鋭角部２で構成される。４は支柱５に
沿って上下する腕部で一方は加工部材３を固定し他方は
支柱５に嵌合する。６は支柱５を支持する基盤で、基盤
６の主面には載置面に載置した基板８をＸ−Ｙ方向に自
在に移動する移動手段７を備えている。

【００１４】次に、動作を説明する。先ず、基板８の所
望の位置が鋭角部２の直下に位置するように移動手段７
を操作し、スイッチ９をオンにし超音波振動発生手段１
から鋭角部２に超音波振動を伝達し、しかる後加工部材
３を基板８の所望の加工位置に操作手段１０を操作する
ことで近接して行き、鋭角部２と基板８の加工位置とが
当接した後所定の量だけさらに操作手段１０により鋭角
部２を基板８中に押下する。この押下量が基板８の厚み
未満の場合には鋭角部２と基板８との接触面積の凹状の
穴を加工でき、押下量が基板８の厚み以上の場合には鋭
角部２と基板８との接触面の貫通孔を加工できる（図の
場合には鋭角部２が基板８の厚み方向に埋没した分の鋭
角部２の斜面だけ厚み方向で異なる大きさになる）。所
定の押下量だけ押下した後、操作手段１０により加工部
材３を基板８から離隔する。この一連の操作を繰り返す
ことで、基板８の複数の箇所を加工することができる。
なお、移動手段７のＸ−Ｙ方向の移動、スイッチ９のオ
ン・オフ動作及び操作手段１０は簡易的には何れも手動
であっても対応できるが、この一連の操作を自動化する
ことにより、加工精度が向上すると共に量産化も達成で
きる。

【００１５】図２は図１の基本的な動作を自動化した基
板加工装置の一例である。但し、超音波振動発生手段
１、移動手段７、及び操作手段１０をそれぞれ駆動する
電源は省略したが、それぞれの駆動に応じた電圧を印加
する電源が接続されていること当然である。先ず、基板
８を加工する位置が鋭角部２の直下に来るように制御手
段１１で移動手段７をＸ方向及びＹ方向に制御する。次
に制御手段１１はスイッチ９をオンにし、超音波振動発
生手段１に超音波振動を発生させる。その後、制御手段
１１は操作手段１０に駆動電流を供給し加工部材３を基
板８に近接させて行く。鋭角部２の先端が基板８の表面
（すなわち、鋭角部２に対向する基板８の主面）と当接
後、所定の長さだけさらに鋭角部２を押下し基板８の加
工部を加工し、その後操作手段１０が基板８から離隔す
るように制御手段１１が制御する。基板８に対して加工
すべき箇所全てに亘り加工を終えると、制御手段１１は
動作を終了する。

【００１６】上述した基板加工装置の自動化シーケンス
と、それぞれのステップにおける動作とを説明する。図
３は自動化シーケンスの一例を示す流れ図で、図４〜９
は図３の流れ図での各ステップの動作を説明する斜視図
であり、凹状の穴（すなわち非貫通の穴）を基板８に加
工する例である。ステップ１０１で制御手段１１は基板
８の加工の開始指令を移動手段７に出し、ステップ１０
２で移動手段７は図４に示すように基板８をＸ−Ｙ方向
に移動し、基板８の加工目標位置ａが鋭角部２の直下に
なるようにステップ１０３で確認し位置決め調節する。

【００１７】ステップ１０３で位置決めが完了したこと
を確認した後、制御手段１１はステップ１０４で超音波
振動発生手段１に超音波振動を発生させる指令をスイッ
チ９に与え、その後図５に示したようにステップ１０５
で制御手段１１は操作手段１０に対し降下指令を与え、
加工目標位置ａに向かって超音波振動発生手段１が超音
波を発生させながら加工部材３を降下し、図６に示した
ように鋭角部２の先端が加工目標位置ａに到達した後、
ステップ１０６で所定の深さだけさらに押下し基板８の
加工目標位置ａに穴加工を施す。

【００１８】穴加工の終了を制御手段１１が検出する
と、ステップ１０７で図７に示すように操作手段１０に
対して上昇指令を出し、ステップ１０８で所定の高さま
で加工部材３が上昇したことを制御手段１１が検出した
後、ステップ１０９で基板８に他の加工目標位置の有無
を制御手段１１で判定し、他の加工目標位置がない場合
はステップ１１０で加工を終了する。このようにして図
７に示したように、加工目標位置ａに穴１２が形成でき
る。穴１２の側壁形状は、基本的に鋭角部２の形状が転
写されるが、例えば鋭角部２の先端を基材２中に埋没さ
せている時間の調整及び／または例えば埋没している状
態で鋭角部２を加工部周囲を面方向に移動する等の手法
により、さらなる加工は可能である。ステップ１０９に
おいて他に加工目標位置ｂが存在する場合は、ステップ
１０２に戻り、図８に示したように他の加工目標位置ｂ
直上に鋭角部２の先端を位置決めし、ステップ１０３で
位置決めを確認した後、ステップ１０４で超音波振動発
生手段１に超音波振動を発生させる指令を与え、その後
図９に示したようにステップ１０５で制御手段１１は操
作手段１０に降下指令を送り、加工目標位置ｂに向かっ
て加工部材３を降下・押下し、以下同様の工程を繰り返
し穴加工を終了する。

【００１９】以上のように、本実施例では超音波振動を
鋭角部先端部に集中させることにより発熱及び／または
振動衝撃で加工するため、従来技術のような切り粉の発
生を完全に抑制できる。

【００２０】なお、通常ではステップ１０８とステップ
１０９との間でスイッチ９をオフにし、超音波振動発生
手段１から生じる超音波振動を止める。また、本実施例
ではステップ１０５及び１０６で降下工程と押下工程と
を連続して行う例で説明したが、鋭角部２の先端が加工
目標位置に達するまでの降下工程と、所定の深さだけ基
板８の厚みを加工する押下工程とを別工程とすることも
勿論可能であり、別工程とすると押下工程の精度を向上
できるため、加工精度を向上させる目的では好ましい。
また、超音波振動発生手段１に超音波振動の発生を開始
するスイッチング工程は、図６に示した鋭角部２が加工
目標位置ａに当接するとき以前に行えば良く、例えばス
テップ１０１とステップ１０２との間であっても、また
上述のように降下工程と押下工程とを分ける場合には当
該降下工程・押下工程間であっても良いこと勿論であ
る。

【００２１】本発明の基板加工方法の他の実施例を図１
０〜１２を参照して説明する。本実施例では、基板８に
対し当接する鋭角部の先端を矩形形状とした点と、基板
加工目標位置に貫通孔を形成する点とが上述の実施例と
異なるだけで、動作シーケンスは図３と同じである。す
なわち、鋭角部１３を基板８の加工目標位置ｃの直上に
位置するように位置決めする位置決め工程と、位置決め
工程の後鋭角部１３を加工目標位置ｃに近接降下する降
下工程とを図１０に示すように行い、図１１に示すよう
に加工目標位置ｃに鋭角部１３の先端を当接した後、基
板８の厚みだけ押下することにより略長方形の貫通孔１
４を基板８に形成し、図１２に示すように間隙１５を介
して他の加工目標位置ｄ直上に鋭角部１３を移動手段７
で移動した後、降下工程及び押下工程を行う。このよう
にすることにより本実施例では、間隙１５を介してミシ
ン目状に貫通孔１４を基板８に加工することができる。
本実施例における貫通孔１４の加工に際して従来技術の
ような切り粉が発生することはなく、また加工目標位置
ｃ及びｄの相互の位置関係も、例えば図２で説明した制
御部１１のプログラムを変える及び／または鋭角部１３
の先端部の幅や長さを変える簡単な操作で種々の加工に
対応できるため、例えば専用の打ち抜き金型を機種毎に
用意する必要性もなく、金型の取り替えに要する時間も
大幅に短縮できる。

【００２２】本発明の基板加工方法の別の実施例を図１
３及び１４を参照して説明する。本実施例では、間隙１
６を介して予め形成された貫通孔１７を備える基板８を
用いて、間隙１６に鋭角部１３の先端部を当接・押下す
ることにより、基板８を分割する例である。すなわち、
図１３に示すように移動手段７を操作することで基板８
を鋭角部１３の先端部に位置合わせする。次に、鋭角部
１３を降下した後基板８の厚みだけ押下することによ
り、間隙１６部に貫通孔が形成され、図１４に示すよう
に分割部１８で基板８は基板８’と基板８”とに分割で
きる。以上のように本実施例では、分割時に切り粉の発
生を抑制した基板８の分割を可能と成せ、例えば多層配
線基板に電気部品を実装した後配線基板を所定の大きさ
に分割する工程に応用でき、しかも分割に際しては間隙
１６の位置のみ例えばプログラムにより特定することで
対応できるため、打ち抜き専用の金型を逐一組み替える
手間も省け、多品種少量生産の生産効率を向上すること
ができる。なお、本実施例における間隙１６の幅は、鋭
角部１３の先端部の幅以下にすると、１回の切断工程で
切断を完了することができると共に、先端部の損傷も最
小限にすることができるため好ましい。

【００２３】なお、本発明に適用する超音波振動発生手
段１は工業的に用いられる超音波振動発生装置が適用で
き、周波数帯域は１５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ程度が工業的
に利用得きる。また、例えば図１５に示した振幅増幅部
（ホーンとも言う）２０の形状及び材質の選択により鋭
角部１９に付与する超音波振動の振動振幅は１μｍ〜２
２μｍ程度まで変化することができる。ホーンの材質と
しては鉄、アルミニウム、チタン等が挙げられ、材質に
よる振幅増幅効果は鉄＜アルミニウム＜チタンである。
鋭角部に適用する材質は、少なくとも先端部に生じる熱
より高い耐熱性と形状加工性とを備えることが要請さ
れ、ステンレススチール、アルミニウム、鉄、チタン等
が基板８に応じて適宜選択して用いることができる。な
お、本発明に適応できる基板の材質としては、付与する
超音波振動を吸収する可塑性を有する材質以外であれば
適用でき、熱硬化性樹脂、ガラス繊維等の強度補強材を
混入した熱可塑性または熱硬化性樹脂等が好ましい。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば切削切り
粉の発生を抑制できる基板加工方法を提供することがで
き、また機種切替等に際しても金型等の装置を組み替え
ることなく基板の加工に対応できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基板加工方法の一実施例を説明する要
部断面図

【図２】基板加工装置の一実施例を説明する構成図

【図３】本発明の基板加工方法の一実施例の工程を説明
する流れ図

【図４】同基板加工方法における位置決め工程を説明す
る要部斜視図

【図５】同基板加工方法における降下工程を説明する要
部斜視図

【図６】同基板加工方法における押下工程を説明する要
部斜視図

【図７】同基板加工方法における上昇工程を説明する要
部斜視図

【図８】同基板加工方法における位置決め工程を説明す
る要部斜視図

【図９】同基板加工方法における降下工程を説明する要
部斜視図

【図１０】本発明の別の基板加工方法における位置決め
工程及び降下工程を説明する要部斜視図

【図１１】同基板加工方法における押下工程を説明する
要部斜視図

【図１２】同基板加工方法における位置決め工程を説明
する要部斜視図

【図１３】本発明の他の基板加工方法における位置決め
工程及び降下工程を説明する要部斜視図

【図１４】同基板加工方法における上昇工程を説明する
要部斜視図

【図１５】加工部材の一例を説明する断面構成図

【符号の説明】

１ 超音波振動発生手段 ２ 鋭角部 ３ 加工部材 ７ 移動手段 ８ 基板 ９ スイッチ １０ 操作手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工部材に備える鋭角部に離隔対向する
   基台の載置面に基板を載置し、 前記載置面上で基板の所望の位置を前記鋭角部の直下に
   移動させ、 前記加工部材に超音波振動を付与しながら、前記鋭角部
   を前記基台方向に近接し、前記鋭角部を前記所望の位置
   に当接し、前記基板を加工することを特徴とする基板加
   工方法。
2. 【請求項２】 基板と鋭角部との当接部が矩形状である
   ことを特徴とする請求項１記載の基板加工方法。
3. 【請求項３】 超音波振動発生手段と鋭角部とを備えた
   加工部材と、 前記超音波振動発生手段に超音波振動のオン・オフを切
   り替えるスイッチと、 前記鋭角部に対向する載置面を有する基台と、 前記載置面上に載置した基板を前記載置面上で移動する
   移動手段と、 前記加工部材を載置面に近接離隔する操作手段と、 前記スイッチ、前記移動手段及び前記操作手段を制御す
   る制御手段とを備えることを特徴とする基板加工装置。