JPH02162789A

JPH02162789A - 直接描画方法

Info

Publication number: JPH02162789A
Application number: JP63316151A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Taguchi; 田口　克彦; Midori Yanagisawa; 柳沢　緑
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 1988-12-16
Filing date: 1988-12-16
Publication date: 1990-06-22
Anticipated expiration: 2010-04-26
Also published as: JPH0737895B2; DE3941318A1; FR2640812A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は直接描画方法、更に詳細には光源からの反射光
を受光する高さセンサを用い反射面からの垂直方向の距
離を検出して厚膜回路基板などの回路基板に描画を行な
う直接描画方法に関する。

［従来の技術］厚膜回路形成技術は、ハイブリッドＩＣの製造に用いら
れており、ハイブリッドＩＣは厚膜回路を基板上に形成
し、ディスクリートな回路素子を介して半田付は等によ
って実装して形成されている。現在のハイブリッドＩＣ
は、薄膜ＩＣと同様に高密度化、多層化が要求されてお
り、このため絶縁体を挟んで複数の導体パターンを何層
にも積層する構造となっている。

このように厚膜回路は、直接描画装置を用いて以下のよ
うに直接描画することにより作られている。

まず、セラミックなどから成る回路基板をＸおよびＹ方
向に移動されるＸＹテーブル上の所定位置に位置決めし
、この回路基板に対して導体および絶縁体を形成するペ
ーストを吐出するインクノズルをＸＹテーブルに対して
垂直に配置する。ノズルからのペーストの吐出および吐
出停止２ＸＹテーブルのＸＹ平面における移動をあらか
じめ決定されたプログラムに応じて数値制御することに
よって、回路基板上に各種の回路膜を形成するようにし
ている。その際、回路基板の凹凸は光学距離センサを備
えた高さセンサによって検出され、ノズルの高さはＺ軸
方向に沿って自動的に制御されている。

このように厚膜回路を形成する場合、回路基板の正確な
高さを測定し、その上で描画を行なわなければならない
。上述した光学距離センサは、このような基板からの凹
凸の高さを測定するために用いられており、近年容易に
高精度な検出が可能で、しかもコストが安く実現できる
ことでポジション・センシング・デバイスＰＳＤ　（以
下位置検出素子という）を利用した距離センサが多く使
用されている。

［発明が解決しようとする課題］このような光学距離センサにおいて、被測定部にあたる
光は点ではな（ガウス分布をするため、任意の狭い距離
データが必要であっても、目的とする場所以外の場所の
影響を受けてしまうという問題がある。このことは位置
検出素子が受光した光の重心の位置を出力することにも
起因している。従って例えば描画装置で、基板上に回路
パターンが形成されており、それをライン上に走査する
ことによって高さを測定する場合、回路基板上から回路
パターンへ至る遷移領域において、光量変化信号が鈍っ
た形状になり、それにより高さ方向の距離の測定が不正
確になるという問題がある。

これを解決するために、光学距離センサの検出範囲を広
（すれば良いが、レンズの収差が問題となり、収差で線
形精度が悪（なるので、測定精度が悪化し、又レンズの
口径を大きくすると、より広範囲の光量変化を拾うこと
になり、上述した欠点が助長されることになる。

特に、この距離の測定の不正確さは、光学距離センサの
測定スポットが、発光軸と反射光軸で作られる面と直角
方向にあたる回路パターンのエツジ部にかかったときに
大きくなる。

従って本発明はこのような課題を解決するためになされ
たもので、回路基板の距離データを正確に測定でき正確
な回路パターンを描画することが可能な直接描画方法を
提供することを課題とする。

［課題を解決するための手段］上述した課題を解決するため、本発明では、光源からの
反射光を受光する高さセンサを用い反射面からの垂直方
向の距離を検出して回路基板に描画を行なう直接描画方
法において、高さセンサと回路基板を第１の方向に相対
的に移動させ所定ピッチでラインごとに順次走査して回
路基板の第１の方向における距離データを求め、次に、
高さセンサと回路基板を第１の方向とほぼ直交する第２
の方向に相対的に移動させ回路基板を所定ピッチでライ
ンごとに順次走査して回路基板の第２の方向における距
離データを求め、第２の方向の走査により求められた回
路基板の所定点における距離データを第１の方向の走査
により求められた対応する所定点の距離データで補正す
ることにより回路基板に描画を行なう構成を採用した。

また１本発明では、光源からの反射光を受光する高さセ
ンサを用い反射面からの垂直方向の距離を検出して回路
基板に描画を行なう直接描画方法において、高さセンサ
と回路基板を第１の方向に相対的に移動させ所定ピッチ
でラインごとに順次走査して回路基板の第１の方向にお
ける距離データを求め、第１の方向における各ラインの
遷移領域における距離データを補正し、次に、高さセン
サと回路基板を第１の方向とほぼ直交する第２の方向に
相対的に移動させ回路基板を所定ピッチでラインごとに
順次走査して回路基板の第２の方向における距離データ
を求め、第２の方向における各ラインの距離データを比
較し、所定値以上の差がある場合にそのラインの距離デ
ータを第１の方向の走査により得られた対応する距離デ
ータと置き換え、第２の方向の走査により得られた距離
データに基づき回路基板に描画を行なう構成を採用して
いる。

［作　用］このような構成では、高さセンサと回路基板を第１の方
向および第１の方向とほぼ直交する第２の方向に相対的
に移動させ所定ピッチでラインごとに順次走査して回路
基板の第１と第２の方向における距離データをそれぞれ
求め、第２の方向の走査により求められた回路基板の所
定点における距離データを第１の方向の走査により求め
られた対応する所定点の距離データで補正することによ
り回路基板に描画を行なうようにしているので、正確な
距離データを求めることが可能になり、正確な描画を行
なえるようになる。

特に、光学距離センサの測定スポットが、発光軸と反射
光軸で作られる面と直角方向にあたる回路パターンのエ
ツジ部にかかったときに測定誤差が大きくなるので、別
に求めた光量データを基にそのエツジ部の高さデータを
補正するようにしている。

また、光学距離センサの発光軸と反射光軸で作られる面
に沿った方向を第１の方向に、さらにそれと直交する方
向を第２の方向に選び、第２の方向における各ラインの
距離データを比較し、所定値以上の差がある場合にその
ラインの距離データを第１の方向の走査により得られた
対応する距離データと置き換え、第２の方向の走査によ
り得られた距離データに基づき回路基板に描画を行なう
ことにより、特に回路パターンのエツジ部に現れる測定
誤差を確実に補正することが可能になる。

［実施例１以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

第１図には、本発明方法が用いられる直接描画装置が、
また第２図には第１図の装置の制御系の構成が図示され
ている。

第１図、第２図において符号ｌはセラミックなどから成
る回路基板で、ＸおよびＹ方向に移動されるＸＹテーブ
ル２上の所定位置に位置決めされる。この基板１に対し
て導体および絶縁体を形成するペースト３ａを吐出する
インクペン４のノズル３はＸＹテーブル２に対して垂直
に配置され、ＸＹ平面に垂直なＺ軸方向にモータ５を介
して移動される。また、このＸＹテーブル２には光量基
準片８が配置される。

ノズル３からのペースト３ａの吐出および吐出停止、Ｘ
Ｙテーブル２のＸＹ平面における移動をあらかじめ決定
されたプログラムに応じて数値制御することによって、
回路基板１上に各種の回路膜を形成することができる。

その際、回路基板ｌの凹凸は上述した光学距離センサに
対応する高さセンサ６によって検出され、ノズル３の高
さはＺ軸方向に沿ってモータ５を介して自動的に制御さ
れる。

第２図には高さセンサに用いられる位置検出素子１１並
びに高さセンサ６が図示されている。同図においてレー
ザーダイオード等の光源１２から出たレーザ光が集光レ
ンズ１３、偏光フィルタ１５を介して回路基板１に照射
され、その回路基板からの反射光が、偏光フィルタ１６
、集光レンズ１４を介して位置検出素子１１上に集光さ
れる。

位置検出素子１１は、レーザ光がどこに結像されるかに
従って、その両端から得られる電流ｉ１．ｉ２に異なる
電流を発生させるものである。例えば回路基板１のパタ
ーンにレーザ光が照射された場合は、位置検出素子ｌｌ
の路中失点にレーザ光が集光された場合両端の電流値１
１．１２が等しくなり、又基板ｌと異なる面（高さ）で
反射された場合にはそれぞれ結像点が異なり、それに従
って電流値ｉ１．ｉ２に差が発生し、基板１からの垂直
方向、即ち高さ方向の距離を計るようにしたものである
。この場合、Ｚ方向における距離は（Ｌ　Ｌ−ｉ２）／
　（ｉ　ｌ＋ｉ２）に比例し、又位置検出素子１１が受
ける光量は（ｉｌ＋ｉ２）に比例する値となることが知
られており、それぞれ演算部１８．１７において距離デ
ータ並びに光量データが求められる。

第２図において符号９はＸＹテーブル２をＸＹ力方向移
動させるためのモータを制御するモータコントローラド
ライバである。モータコントローラドライバ９はマイク
ロプロセッサなどから成るＣＰＵｌ０によって制御され
る。また、ノズル３の高さも、ＣＰＵｌ０によって制御
されるモータコントローラドライバ９により調節される
。

又ノズル３の膜形成位置における回路基ｍｌからの高さ
は、高さセンサ６によって検出される。

この高さセンサは、上述したように位置検出素子１１を
有し、更にレーザーダイオード等の光源１２並びにこの
光源を回路基板１上に集光させる集光レンズ１３１回路
基板１で反射された光を位置検出素子ｌｌ上に集光させ
る集光レンズ１４から構成され、集光レンズ１３．１４
と回路基！ｆｉｌの反射点とを結ぶ光軸にそれぞれ偏光
フィルタ１５．１６が配置される。これらの両方の偏光
フィルタの偏光特性は同一の方向に選らばれる。

上述したように位置検出素子１１の両端からは電流ｉ１
．ｉ２が得られ、これらの電流値から演算部１７．１８
を介して（ｉｌ＋ｉ２）に比例する光量データ、並びに
（ｉ　１−ｉ２）／　（ｉ　１＋ｉ２）に比例する距離
データがそれぞれ得られ。

これらのデータはＩ１０部１９を介してＣＰＵ１Ｏに入
力され、そこで、後述するように光量データによる距離
データの補正が行なわれる。

高さセンサ６は、回路基板ｌがＸＹテーブル２によりＸ
Ｙ力方向移動するので１回路基板上と相対的に移動する
ことから、回路基板ｌをライン状に走査することとなる
。従って高さセンサ６から得られる光量データ並びに距
離データは順次メモリ２０の距離データマツプの格納部
２０ａに格納される。また、このメモリには、描画デー
タ格納部２０ｂが設けられており、そこに格納された描
画データがｃｐｕｉ　ｏに取り入れられ、そこでＸＹテ
ーブル２の移動データ、並びにインクペン４を上下させ
るモータ５の制御データを処理し、これらデータをモー
タコントローラドライバ９に入力して、インクペン４を
所定の高さに調節しながらノズル３を介して回路基板ｌ
上にペーストを吐出し、描画を行なっていく。

次にこのように構成された装置の動作を説明する。

まず測定にあたっては、ＣＰＵｌ０は、第３図のステッ
プＳｌに図示したように、ＸＹテーブル２を駆動し、高
さセンサ６のスポットが光量基準片８に照射されるよう
に移動させる。続いてステップＳ２で示したように基準
片８の光量データを高さセンサ６により取得し、それを
メモリ２゜に格納する。続いてＣＰＵ　１０はＸＹテー
ブル２をＸ方向に駆動し、１９４２分の距離データ並び
に光量データを取得する（スッテブＳ３）。

この場合、上述したような位置検出素子を用いた場合、
第４図（Ａ）、（Ｂ）に図示したように高さセンサ６の
測定スポット６ａが発光軸６ｂと反射光軸６ｃで作られ
る面と直角方向にあたる回路基板上のパターン１ａのエ
ツジ部にかかったとき、距離データは、その誤差が太き
（なる。すなわち、第４図（Ｂ）に図示したように、走
査方向なＸとして、前端のエツジ部１ｂのときはセンサ
出カフａは、正の方向に大きくなりすぎ、また、後端の
エツジ部１ｃに達したときは、センサ出ヵ７ｂは、負の
方向に大きなデータとなる。

従って、第５図（Ａ）に図示したように高さセンサ６の
発光軸６ｂと受光軸６Ｃで形成される面と平行な方向Ｘ
に沿って回路基板１をＡの方向に所定のピッチでずらし
各ラインＡｔ、Ａ２、・・・Ａｎに沿って順次走査して
所定クロックでサンプリングしたデータを連続させると
、第５図（Ｂ）に図示したような距離データが得られる
。同図から明らかなように、回路パターンｌａの前端お
よび後端部のエツジのところでデータ誤差が太き（なっ
ていることが理解できる。

この不正データは、以下のようにして補正することがで
きる。

°一般的に回路基板ｌはセラミックで構成されるので、
アルミナに特有な反射率を有し、又回路パターンは、例
えば、抵抗の場合黒色になるので、その反射率並びに高
さ方向の距離データは異なることになる。この時の高さ
センサ６から得られる光量データが第７図の中段に図示
されており、回路基板から抵抗に至る遷移領域において
、光量は急激な変化を示すことになる。尚図中して示し
たものは基準偏光量に所定の規定値を加算した値に相当
する光量データである。

この遷移領域（回路パターンのエツジ部）に達した場合
に上述したように高さセンサの距離データは、レーザ光
スポットが実際には点状ではなくガウス分布状になり、
広がりを持つ領域となるので第７図の上段Ｘ、Ｙに図示
したように距離データが不正確になる。このため第３図
のステップＳ４において一ラインのデータにつき、基準
片光量＋規定値を横切る点Ｐを中心に前後するΔＰの所
定距離の範囲に渡って距離データを除去する。

続いてステップＳ５で図示したように除去された部分の
データを所定距離能れたところの距離データでそれぞれ
置き換えるようにし、距離データを引き延ばす。即ちＰ
ｌの部分の領域における距離データは時点ｔｌにおいて
得られる距離データに置き換えられ、またＰ２の領域に
おける距離データは時点ｔ２において得られる距離デー
タで置き換えられる。このようにして、光量変化による
距離データ補正が行なわれたｌライ２分の、所定クロッ
クでサンプリングされたデータがメモリ２０の格納部２
０ａに格納される（第３図のステップ８．６）。

続いて、ステップＳ７において他にも測定すべきライン
（Ａ１．Ａ２、・・・Ａｎ）があるかどうかが判断され
、回路基板１の所定領域にわたってステップＳ３からス
テップＳ６に行なった動作を繰り返す。

続いて、本発明によれば、第６図（Ａ）に図示したよう
に回路基板ｌをＸとほぼ直交する方向Ｙに沿って移動さ
せる。このとき、第５図と同様にＢ方向に所定ピッチず
らしてラインＢｌ。

Ｂ２、・・・Ｂｎに沿ってそれぞれ走査し、所定クロッ
クで距離データをサンプリングし、そのデータを連続さ
せると第６図（Ｂ）に図示したようなデータが得られる
。

このようなデータを得るため、ＣＰＵ　１０は、ＸＹテ
ーブル２をＹ方向に移動し、ｌラインの距離データを取
得する（ステップＳ８）、続いて。

ステップＳ９において、次のラインの距離データを取得
する。このような距離データの取得において、正しい距
離データが得られるライン（例えば、Ｂ２、Ｂ３）と、
走査ラインが回路パターンのエツジ部にかかり、不正な
距離データが得られるライン（例えば、Ｂ１）が存在す
る。

距離データが正しいか、あるいは不正であるかは、前後
のラインの距離データを比較し、距離データがあらかじ
め設定された既定値より大きいかあるいは小さいかを調
べることにより識別できるので、ステップＳＩＯで前回
得られたｌライ２分の距離データと今回得られた距離デ
ータを比較する。

その比較の結果、距離データの差が既定値以上の場合は
、今回のデータを捨て、その代りにステップＳ６で得ら
れたデータで置き換える。すなわち、例えばラインＢ１
の各サンプリングした回路パターンの所定点における距
離データを、その所定点に対応した。ＡＩ、Ａ２、・・
・Ａｎのラインの走査により得られた距離データで置き
換える。

このようにして補正した距離データをメモリ２０の格納
部２０ａに格納しくステップ５１３）、他にも第６図に
示す方向Ｙに測定すべきラインがあれば、ステップＳ９
からステップＳ１３を繰り返す（ステップ５１４）。

続いてステップＳ１５において全てのラインの走査が終
るとメモリ２０ｂに格納された描画データと、ステップ
Ｓ１３でＹ方向の各ライン走査で得られ、上述したよう
な処理により補正したメモリ２０ａに格納された高さデ
ータを基にＸＹテーブル及びペン上下モータ５を上下し
て描画し、ノズル３からペースト３ａを吐出し、所定の
描画を行なう。

以上説明した実施例において、ＸとＹの方向の走査によ
り求められた回路基板の各サンプリング点における距離
データをさらに比較することにより、不正な距離データ
を正常な距離データで置き換え、距離データに重畳され
たノイズ等を除去することができるので、正確な距離デ
ータを求めることが可能になる。

また、本発明は、空気圧によってペーストを吐出させる
タイプの直接描画装置への適用に限定されるものではな
く、モータによってピストンを押圧してペーストを吐出
させるタイプのものにも適用できるものである。

［発明の効果］以上説明したように本発明では、高さセンサと回路基板
を第１の方向および第１の方向とほぼ直交する第２の方
向に相対的に移動させ所定ピッチでラインごとに順次走
査して回路基板の第１と第２の方向における距離データ
をそれぞれ求め、第２の方向の走査により求められた回
路基板の所定点における距離データを第１の方向の走査
により求められた対応する所定点の距離データで補正す
ることにより回路基板に描画を行なうようにしているの
で、正確な距離データを求めることが可能になり、大き
すぎる距離データの描画による回路パターンの断線や、
小さすぎる距離データによるノズルと回路基板の衝突な
どがなくなり、精密で安定した正確な描画を行なうこと
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法が適用される直接描画装置の構成
を示した斜視図、第２図は第１図の制御系の構成を示し
たブロック図、第３図は、制御の流れを説明するフロー
チャート図、第４図（Ａ）、（Ｂ）は、距離データ取得
の状態を示した斜視図、及び距離データを示した説明図
、第５図＜Ａ）　　　（Ｂ）は第１の方向における走査
と、それにより得られる距離データを示した斜視図、第
６図（Ａ）、（Ｂ）は第１の方向と直交する第２の方向
における走査と、それにより得られる距離データを示し
た斜視図、第７図は、距離データ、光量データ並びに補
正後の距離データを示した特性図である。ｌ−・・回路基板　　　１ａ・・・回路パターン２・・
・ＸＹテーブル　３・・・ノズル６・・・高さセンサ　
　１０・・・ＣＰＵ２０・・・メモリ

Claims

【特許請求の範囲】１）光源からの反射光を受光する高さセンサを用い反射
面からの垂直方向の距離を検出して回路基板に描画を行
なう直接描画方法において、高さセンサと回路基板を第
１の方向に相対的に移動させ所定ピッチでラインごとに
順次走査して回路基板の第１の方向における距離データ
を求め、次に、高さセンサと回路基板を第１の方向とほぼ直交す
る第２の方向に相対的に移動させ回路基板を所定ピッチ
でラインごとに順次走査して回路基板の第２の方向にお
ける距離データを求め、第２の方向の走査により求めら
れた回路基板の所定点における距離データを第１の方向
の走査により求められた対応する所定点の距離データで
補正することにより回路基板に描画を行なうことを特徴
とする直接描画方法。２）光源からの反射光を受光する高さセンサを用い反射
面からの垂直方向の距離を検出して回路基板に描画を行
なう直接描画方法において、高さセンサと回路基板を第
１の方向に相対的に移動させ所定ピッチでラインごとに
順次走査して回路基板の第１の方向における距離データ
を求め、第１の方向における各ラインの遷移領域における距離デ
ータを補正し、次に、高さセンサと回路基板を第１の方向とほぼ直交す
る第２の方向に相対的に移動させ回路基板を所定ピッチ
でラインごとに順次走査して回路基板の第２の方向にお
ける距離データを求め、第２の方向における各ラインの
距離データを比較し、所定値以上の差がある場合にその
ラインの距離データを第１の方向の走査により得られた
対応する距離データと置き換え、第２の方向の走査によ
り得られた距離データに基づき回路基板に描画を行なう
ことを特徴とする直接描画方法。