ドリル
【課題】 開口した穴に位置ズレや穴の内壁に凹凸を形成することがないドリルを提供する。
【解決手段】 ドリル１０の切屑排出溝２０のネジレ角度θ１を３０〜５０°にする。これにより、開口するスルーホールの位置ズレを小さくできる。また、ドリルの切屑が適切に排出されるので、開口の際、切り屑に阻害されないから、電機接続性や信頼性に優れるプリント配線板を得ることができる。
【解決手段】 ドリル１０の切屑排出溝２０のネジレ角度θ１を３０〜５０°にする。これにより、開口するスルーホールの位置ズレを小さくできる。また、ドリルの切屑が適切に排出されるので、開口の際、切り屑に阻害されないから、電機接続性や信頼性に優れるプリント配線板を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント配線板用のドリルに関し、特に、プリント配線板を構成する樹脂板の両面の銅箔を積層した銅張り積層板用のドリルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリント配線板の表裏の導通を取るために、スルーホールを形成させている。その一例として、両面銅張積層板に、ドリルにより貫通する開口を形成し、その開口にめっきなどにより導体層を形成し、必要に応じて、エッチングを施すことにより回路を形成させる。これにより、導体回路を有し、表裏の導通を可能にするプリント配線板を製造する。これらの配線板を複数枚用意してプリプレグを介して、更に多層化したプリント配線板を得ている。あるいは、スルーホールを有する配線板をコアとして、層間絶縁層を形成し、多層化したプリント配線板を得ている。近年、プリント配線板の高密度化の要望に伴い、スルーホールの開口径をより小径化することが検討されている。
これらを要望に沿うためには、小径スルーホールを開口するための小型化ドリルが必要となる。その小型化ドリルとしては、例えば、実開平７−３３５１４号や特開２００４−８２３１８号などに開示されている。
特開２００４−８２３１８号では、切屑排出溝を１条のみとし、刃先部の最大外径に対して５／１００以下であるドリルを用いることにより、ドリルの剛性を高め、良好な穴精度を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平７−０３３５１４号公報
【特許文献２】特開２００４−８２３１８号公報
【特許文献３】特開２００４−３４２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来例のドリルでは、開口する基材の材質や開口する条件などの諸条件が変化することにより、開口する穴の位置精度が低下することがあった。つまり、所望の位置からの位置ズレがしてしまう。また、開口した内壁部分において、不用意な凹凸を形成させてしまうことがあった。そのために、位置ズレした開口や凹凸が形成された開口内に導体層を施して、スルーホールを形成させると、電気接続性や信頼性を低下し、ヒートサイクルや高温放置などの信頼性試験を行うと、早期に劣化してしまうことがあった。
【０００５】
ドリルでの穴明けは、加工効率を高めるため、複数枚のプリント配線板を重ね合せて、同時に開口させている。同時加工の際にプリント配線板の枚数によらず、同一位置で同一形状となることが望まされる。上側に置かれたプリント配線板は、相対的に良好な開口を形成できるものの、下側のプリント配線板では、位置ズレ、凹凸の発生が発生していた。
【０００６】
また、ドリルの使用頻度が高くなる（開口するショット数が多くなる）と、例えば、孔を６０００穿設した時点で交換するドリルで、寿命末期である４５００孔穿設した頃から記述した不具合がさらに顕著に現れる。
さらに、開口径が小さくなるにつれて、特に開口径４００μｍ以下の開口を行う際には、その不具合の発生頻度が高まってしまった。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、開口した穴に位置ズレや穴の内壁に凹凸を形成することがないドリルを提供することにある。
【０００８】
また、本発明の目的は、ドリルの使用頻度を高めたとしても、形成したスルーホールが位置ズレ等の不具合を引き起こさないで、電気接続性や信頼性を低下させないドリルを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明者が鋭意研究した結果、被加工物を回転して開口させるため、先端の刃部およびボディの切屑排出溝が形成されたドリルにおいて、ボディの切屑排出溝が連続する１条であり、その切屑排出溝のネジレ角度が３０〜５０°であり、切刃からドリル回転方向に向かって平坦面である第１逃げ面、第２逃げ面、第３逃げ面、第４逃げ面が周方向に沿って順次配置され、軸線付近に、平坦面である逆側第１逃げ面、逆側第２逃げ面が配置されているるドリルを用いることがよいことが分かった。
【００１０】
ネジレ角度が、３０〜５０°の範囲であるドリルを用いると、開口するスルーホールの位置ズレが小さい。言い換えると穴形成精度が向上する。また、ドリルの切屑が適切に排出されるので、開口の際、切り屑に阻害されないから、電機接続性や信頼性に優れるプリント配線板を得ることができる。また、使用に伴うドリルの磨耗を抑えることができるので、従来よりも使用可能回数を延ばすことができ、開口する穴も精度や形状を低下させ難い。
【００１１】
ドリル開口時に切屑で阻害されると、穴の位置ズレが生じることや穴の内壁に、でこぼこが形成される。そのために、電気接続性や信頼性の低下を引き起こすことがある。ドリルに対して、切屑が過剰な応力を掛けやすくなるので、ドリルの磨耗を早めてしまう。
【００１２】
ネジレ角度が３０°未満の場合あるいは、ネジレ角度が５０°を越える場合には、切屑を排出し難くなる。そのために、切屑がドリルによる開口の穿設を阻害し、穴の位置ズレを引き起こしたり、穴の内壁にでこぼこ（凹凸）を形成したりするので、電気接続性や信頼性を低下させてしまう。また、排出されない切屑により、ドリルの磨耗が進行する。そのために、少ない使用回数で、ドリルが劣化してしまう。
【００１３】
ネジレ角度が３５〜４５°の範囲であることがさらに望ましい。この範囲であれば、回転数やドリル進入速度等のドリル開口条件に関わりなく、切屑が効率良く排出できる。そのために、穴の位置ズレや穴の内壁へのでこぼこなどの不具合を引き起こし難くなる。また、ドリルの磨耗も少ないので、より長い期間使用することが可能であり、その開口した穴の精度低下を引き起こさない。
【００１４】
ネジレ角度とは、ドリルを形成するボディと溝との交わる角度を指す。即ち、リーディングエッジとこの上の一点を通るドリル軸に平行な直線とがなす角度を意味する。
【００１５】
ボディ分における溝は、基材などの切屑を排出させるためのものであり、先端の刃部の先端角が１１０〜１５０°であることが望ましい。
先端角が上記範囲にあれば、位置ズレを引き起こし難くなるし、形成される穴の形状も所望のものとなる。銅張り積層板を複数枚重ね合せて開口を穿設しても、上側の銅張り積層板と下側の銅張り積層板とで、開口が同一位置、同一形状となる。
また、ドリルの使用回数が多くなっても、スルーホールの電気接続性や信頼性を低下させ難くなる。
【００１６】
先端の刃部の先端角が１１０°未満であれば、開口した穴の内壁がでこぼこ（凹凸）が形成され易くなる。でこぼこ（凹凸）は、デスミヤ処理を行うと、その凹凸がさらに助長されるので、凹凸の幅が大きくなる。開口した穴に導体層を施し、スルーホールを形成したときに、凹凸が起因となって、導体層の厚みバラツキがついてしまうことがある。そのために、電気特性（インピーダンス、スルーホール内抵抗値など）が低下してしまう。
【００１７】
また、先端の刃部の先端角が１５０°を越えると、開口した穴が所望の位置からズレ易くなる。特に、銅張り積層板を複数枚重ね合わせたとき、下側の銅張り積層板において、位置ズレの傾向が更に顕著に現れる。そのために、穴をスルーホールとして形成した際、他の導体層との電気接続が低下してしまう。また、信頼性試験を行うと、早期に劣化が始まってしまう。
【００１８】
先端の刃部の先端角が１２０〜１４０°間であることがより望ましい。この間であれば、穴の変形や位置ズレを特に引き起こし難いからである。
【００１９】
刃部の先端角とは、先端からドリルを見た際、一枚刃で形成される金属部分がない隙間の角度を指す。これは、ドリルの軸に平行な面に、切れ刃を平行に投影したときの角を意味する。
【００２０】
先端部の刃部の２番逃げ角の角度が３０〜５０°であることが望ましい。
図２（Ａ）中に示すように本発明のドリルの先端逃げ面は、複数の平坦な逃げ面から構成された多段面状をなしており、切刃からドリル回転方向に向かって平坦面である第１〜第４逃げ面が周方向に沿って順次配置されている。この内の第２逃げ面の逃げ角度（外周コーナにおいて、軸直角断面と逃げ面とがなす角）を３０〜５０°に設定することが望ましい。
【００２１】
ドリルは、刃部の先端外径が３５０μｍ以下であることが望ましい。
その径により、穴位置精度が向上しやすくなるというメリットを有することとなり、穴の形状も所望のものとなるために、電気接続性や信頼性の低下を引き起こし難くなる。
【００２２】
逆に、先端外径が３５０μｍを越えると、排出される切屑が大きくなるために、穴位置精度が向上され難くなる。なお、５０μｍ以下では、ドリルが折れ易くなり、レーザ加工の方が優位性を有する。ここで、ドリルの径は、５０μｍ〜３５０μｍが望ましく、特に７５μｍ〜３００μｍが好適である。
また、１００μｍ以下のドリルは、加工条件によっては、少ない使用頻度によりドリル折れを引き起こし易くなる。この場合には、加工する基板の絶縁層の厚みを薄くする、基板の重ね枚数を少なくするなどの手法で加工時のトータル厚みを薄くすることで、上記のような穴位置精度を確保しつつ、使用頻度を高めることができる。
【００２３】
所謂アンダーカットドリルにおいては、ボディにおいて円筒状にくびれた首が形成されている。この刃部の先端から首までの部分をマージン部と称する。このマージン部の端部に対して、ボディに形成された切屑排出溝が内側になることが望ましい。即ち、切屑排出溝が首にかからないことが好適である。特に、その距離は、端部から１００μｍ以上内側にあることがより望ましい。それにより、切屑の排出を適切の行うことができ、応力が掛からないために、穴位置精度や形成される穴の形状の低下を引き起こさない。
【００２４】
マージン部の長さとは、先端から首までの距離、即ち、ボデーの長さから首の長さを除いた長さを示す。マージン部の長さは、０．１〜０．３ｍｍであることが望ましい。特に、ドリルの先端外径が２００μｍ以下である場合には、マージン部の長さは、０．１〜０．３ｍｍであることがより望ましい。
マージン部の長さが０．１ｍｍ未満であると、切屑を排出するための溝が形成する領域が小さくなるために、ドリルに応力が掛かりやすくなる。そのために、応力を緩衝できないために、ドリルの曲がりや折れ等の発生頻度が高くなる。また、穴位置精度も低下してしまうことがある。
【００２５】
マージン部の長さが０．３ｍｍを越えると、穴位置精度が低下してしまう。
首を備えるアンダーカットタイプは、小径の穴を形成するために適している。つまり、４００μｍ以下の穴の開口を行うことに向き、さらに特に、２００μｍ以下の穴の開口に好適である。
【００２６】
しかしながら、アンダーカットタイプに、切屑排出するための溝を１本にすると、切屑が排出し難い場合がある。
つまり、溝が形成する位置が、首に掛かってしまうと、切り屑の排出され難くなるので、ドリル自体に過剰な力が掛かってしまう。そのために、位置精度や形成される穴の形状の低下を引き起こし易くなる。
【００２７】
図１８に示すように本願におけるプリント配線板の穴明け用加工装置１００では、銅張積層板や多層プリント配線板６０を載置するためのＸ−Ｙテーブル９０を備える。Ｘ−Ｙテーブル９０には、それぞれＸ軸、Ｙ軸に移動することができるテーブル駆動機構１１４を備える。また、ドリル１０を回転させるスピンドル機構１０６及びスピンドル機構１０６を駆動するためのスピンドル駆動機構１１２を備える。これらのスピンドル１０６に、ドリルの排出用溝が１条であるものを固定させて、回転速度／ドリルの送り速度により、プリント配線板６０に、貫通する開口６６を設けているのである。これらの回転速度としては、少なくとも１００Ｋｐｒｍであることが望ましい。より望ましいのは、２００Ｋｐｒｍ以上である。
【００２８】
これらのテーブル駆動機構１１４、スピンドル駆動機構１１２は、ドリルの穴明けのタイミングに合わせて、駆動させることや穴明けの正確な位置を合わせることも行う。これらを正確に制御するコンピューター１１０との連動がなされる。コンピュータ１１０には、加工データ１０８が入力される。
【００２９】
Ｘ−Ｙテーブル９０の材質は一般的に加工装置で用いられるものを用いることができる。ただ、加工時における熱の影響を受けにくい材質を用いることがより望ましい。Ｘ−Ｙテーブル９０に載置する基板６０は、１枚であってもよいし、２枚以上の複数枚を重ねて（例えば、その一例として、基板を４牧重ねる。）孔明け加工を行ってもよい。この基板の枚数については、ドリル、基板、開口する孔の形状によって適時調整させる。
【００３０】
また、これらのドリルの送り速度は、少なくとも３０ｉｎｃｈ／ｍｉｎであることが望ましい。より望ましいのは、４０ｉｎｃｈ／ｍｉｎ以上である。前述の回転速度と送り速度により、生産性を確保と基板の開口形状が安定する。つまり、基板としての接続性や信頼性が低下しにくくなるのである。
【００３１】
このスピンドル機構１０６に用いるドリル１０としては、ボディに１条の排出溝のネジレ角が３０〜５０°であるものを用いることが望ましい。効率よく切屑が排出されるのである。また、複数枚基板を重ねても、孔形成の不具合が発生しにくくなる。また、複数枚基板を重ねても、孔形成の不具合が発生しにくくなる。
【００３２】
スピンドル機構１０６がドリル回転速度を調整し、前述のスピンドル駆動機構１１２が、ドリルの送り速度、ドリルの上げ下げ、ドリルの移動などを適時、精度よく制御する。このために、コンピューター１１０との連動が成されるのである。
ドリル径は、３００μｍ以下であるものを用いてもよい。これらにより、精度よく小径の穴明けを行うことができる。
【００３３】
加工装置を制御するコンピューター１１０は、加工する際、Ｘ−Ｙテーブルやスピンドルを制御させることや予め決められた位置への穴明けを行わせること、場合によっては、これらの加工装置の機構の駆動タイミングを制御させることなどを行わせる。
【００３４】
本願における加工装置１００は、穴明けを行うプリント基板６０を１枚もしくは２枚以上重ねて、載置するＸ−Ｙテーブル９０と、溝が１条であるドリル１０を傭えるスピンドル機構１０６と、Ｘ−Ｙテーブル９０もしくはスピンドル機構１０６を駆動させる機構１１２、１１４と、駆動および穴明け位置決めなどを制御するコンピューター１１０とを備える。
【００３５】
これ以外の機構としては、基板の位置決めを行う機構が備えられる。これは、基板６０における位置決めマーク６１を撮像するカメラ１０２、カメラ１０２で撮像した画像を画像処理する画像処理装置１０４、位置を算出するなどのためにコンピューター１００とがある。位置決めマーク６１の位置により、正確な加工位置を算出し、Ｘ−Ｙテーブル９０やスピンドル機構１０６などを駆動させる。
【００３６】
また、ドリルの交換時期を把握するために、穴明けのショット数などをカウントする機構を設けてもよい。加工装置内を一定温度にするために温調装置を設けてもよい。加工装置は、ドリルの折れや切屑の飛散などの人体への被害を防止する安全面と、ゴミなどの異物の混入を防止や温度管理という製造面とから考慮して、囲いを設けることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に係るドリルの側面図である。
【図２】図２（Ａ）は、図１中のドリルの先端側を見た正面図であり、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）は、ドリルの先端部の拡大図である。
【図３】ドリルの製造工程の説明図である。
【図４】図４（Ａ）はストレートタイプのドリルを示す側面図であり、図４（Ｂ）はアンダーカットタイプのドリルを示す側面図である。
【図５】プリント配線板の製造工程の説明図である。
【図６】銅張り積層板への貫通孔のドリル穿設の説明図である。
【図７】実施例１と参考例１の評価結果を示す図表である。
【図８】実施例２と参考例２の評価結果を示す図表である。
【図９】実施例３と参考例３の評価結果を示す図表である。
【図１０】実施例４と参考例４の評価結果を示す図表である。
【図１１】実施例５と参考例５の評価結果を示す図表である。
【図１２】実施例６と参考例６の評価結果を示す図表である。
【図１３】実施例７と参考例７の評価結果を示す図表である。
【図１４】実施例８と参考例８の評価結果を示す図表である。
【図１５】実施例９と参考例９の評価結果を示す図表である。
【図１６】実施例９と参考例９の破損結果を示す図表である。
【図１７】比較例の評価結果を示す図表である。
【図１８】本発明に係るプリント配線板の穴明け用加工装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
（ドリル）
先ず、図３を参照して第１実施形態のドリルの製造工程について説明する。
１．ドリルの材料の準備
本願発明のドリルに用いられる金属としては、鉄、コバルト、ニッケルなどを含んだ合金である。これらの金属をドリルのシャンクの径と同等もしくはそれよりも径を大きくした円柱５０を準備する（図３（Ａ））。超硬合金を用いることがより望ましい。
【００３９】
２．ドリルの加工
準備した円柱５０において、ドリルのボディ４０を形成するために研削を行う（図３（Ｂ））。つまり、所望の先端外径となるまで、研削を行う。これにより、ドリルのシャンク１２とボディ４０が構成される。このとき必要に応じてボディにおいて、ボディ分の一部に首（円筒状にくびれた部分）を形成させることにより、アンダーカット形状のドリルをしてもよい。
【００４０】
次に、ドリルのボディ４０において、切屑排出用の切屑排出溝２０を螺旋状に形成する（図３（Ｃ））。その溝２０は一本で形成されて、このとき、溝２０とボディ４０との交点のネジレ角度を所望のものとする。このときの角度としては、３０〜５０°することがより望ましい。このときの溝２０と溝２０との間隔は均一であってもよいし、次第に溝間隔を変更したものであってもよい。これは、開口する径、開口させるために材質などによって適時決められる。
【００４１】
次に、ドリルの先端部である刃部３０を加工する（図３（Ｄ））。加工順序については、特に限定されないが、刃部を成す１番角、２番逃げ角を加工して、その後、溝各部分を研削加工して、それぞれの逃げ角と呼ばれる部分を平面もしくは円錐等の形状に加工をする。これにより、刃部３０とボディ４０とシャンク１２からなり、ボディ４０に切屑排出用の１本の切屑排出溝２０が形成された１枚刃のドリルを得ることができる。
【００４２】
図１にドリル１０の側面図を、図２（Ａ）にドリルの先端側を見た正面図を、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）にドリルの先端部の拡大図を示す。
図１中に示すように、ドリル１０の刃部３０の先端径Ｄ１は０．１１５mmに、シャンク１２の径Ｄ２は２mmに設定されている。切刃長さＬ１は１．８mmに、ボディ長さＬ２は２．０mmに全長は３１．７５mmに、マージン長さＬ４は０．２５mmに、リリーフ長さＬ５は１mmに設定されている。一方、切屑排出溝２０のネジレ角θ１は４０°に設定されている。
【００４３】
図２（Ｃ）中に示す溝幅Ｌ６は０．１４５mmに設定されている。図２（Ｂ）中に示す先端角θ２は１５０°に設定されている。
【００４４】
図２（Ａ）に示すようにドリルの先端逃げ面は、複数の平坦な逃げ面から構成された多段面状をなしており、切刃３１からドリル回転方向（図中反時計回り方向）に向かって平坦面である第１逃げ面３２Ａ、第２逃げ面３２Ｂ、第３逃げ面３２Ｃ、第４逃げ面３２Ｄが周方向に沿って順次配置されている。また、軸線付近に、平坦面である逆側第１逃げ面３２Ｅ、逆側第２逃げ面３２Ｆが配置されている。第４逃げ面３２Ｄ及び逆側第２逃げ面３２Ｆに隣接して、断面略円弧状の二番取り面３３が設けられている。第１逃げ面３２Ａの逃げ角は１０°に、第２逃げ面３２Ｂの逃げ角は４０°に設定されている。
【００４５】
（プリント配線板のドリル加工方法）
１．銅張積層板
本願発明のドリルで開口させる絶縁性基材としては、有機系の絶縁性基材であれば使用でき、具体的には、アラミド不織布−エポキシ樹脂基材、ガラス布エポキシ樹脂基材、アラミド不織布−ポリイミド基材、ガラス布ビスマレイミドトリアジン樹脂基材、ガラス布ポリフェニレンエーテル樹脂基材、ＦＲ−４、ＦＲ−５から選ばれるリジッド（硬質）の積層基材、あるいは、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）フィルム、ポリイミド（ＰＩ）などのフィルムからなるフレキシブル基材から選ばれる１種であることが望ましい。
【００４６】
上記絶縁性樹脂基材の厚さは、１０〜８００μｍ、好ましくは２０〜４００μｍであり、５０〜３００μｍが最適である。これらの範囲より薄くなると強度が低下して取扱が難しくなり、逆に厚すぎると小径のスルーホールの形成および導体層の形成が難しくなるからである。
【００４７】
絶縁基材の銅箔の厚さは、５〜５０μｍ、好ましくは８〜３０μｍであり、１２〜２５μｍがより好適である。その理由は、小径のスルーホール形成をドリル加工によって設ける際に、薄すぎるとパターン形成を阻害してしまうからであり、逆に厚すぎるとエッチングにより、ファインパターンを形成し難いからである。
これらの片面もしくは両面銅張積層板として準備したものを用いる。
【００４８】
２．加工条件
ドリル１０での加工を行うために、図６に示すようにＸ−Ｙテーブル９０上に、加工するための積層板よりも大きい当て板（ベーク板）９２をおいて、その上に、片面もしくは両面銅張積層板６０を１枚もしくは複数枚重ねる。その上に、必要に応じて、銅張積層板上には、アクリルに膨潤剤が含浸されて表層にアルミニュームなどの金属層が設けられたエントリーシート９４を載せて、加工を行ってもよい。エントリーシート９４内の膨潤剤がドリル開口の際、潤滑剤の役目を果たす。
【００４９】
このときにドリル加工条件としては、
回転数 ：１００〜５００ｋrpm
送り速度：３０〜２００ inch／min.
ショット数２０００Shot以上まで用いることが望まれる。
【００５０】
ここで、回転数が１００ｋrpm未満であると、効率的に加工を行うことができない。一方、回転数が５００ｋrpmを越えると、ドリルの発熱により寿命が短くなる。
送り速度が３０inch／min.未満であると効率的に加工を行うことができない。一方、送り速度が２００inch／min.を越えると、ドリルの負担が大きくなり、折れ易くなる。
特に回転数１００〜３００ｋrpm、送り速度４０〜１２０inch／min.が、加工効率とドリル寿命の観点からより望ましい。
【００５１】
ドリルを開口した銅張積層板に、サブトラ工法やテンティング方により、スルーホール、スルーホールのランド及び導体回路を形成した基板を形成する。
【００５２】
さらに、多層にするために、プレス法などにより、基板を積層してもよいし、該スルーホールが形成された基板をコア基板として、アディテイブ法により多層化してもよい。
【００５３】
[実施例１]
１．ドリルの材料の準備
鉄、コバルトなどの合金で形成された金属を用意する。これを円形に形成するドリル径よりも太くし、かつ、ドリルを回転する加工装置の径にあわせたものを準備した。
【００５４】
２．ドリルの加工
まず、ドリルのボディを成す部分を加工する。それにより、ドリルのシャンクとボディ分が形成される。このとき、ボディ分の刃部の先端外径は、予め設定された径にあわせる。
その後、切屑を排出するために切屑排出溝を１本形成する。このとき、ドリルのネジレ角度は予め設定された角度になるように設定されている。
それから、１枚刃の形成させるために、１番角、２番逃げ角を形成して、その後、それぞれの逃げ角を形成させる工程などを経て、下記に示した実施例１と参考例１のドリルを作成した。実施例１では、図４（Ａ）に示すように、アンダーカットの無いストレートタイプのドリルを用いた。
【００５５】
【表１】
【００５６】
３．ドリルの穴明け加工
（１）ドリル加工
図５（Ａ）に示す両面銅張り積層板（材質：ガラスエポキシ樹脂あるいはポリイミド樹脂：絶縁層６２の厚み２００μｍ ；片面の銅箔６４の厚み１２μｍ）６０を、図６に示すようにドリル加工装置（日立ビア社製 品番：ＮＤ−Ｎシリーズ）のドリル加工用のＸ−Ｙテーブル９０上に４枚重ねた。両面銅張り積層板６０の下側に捨て板（バックアップボード）９２をおいた。両面銅張り積層板６０の上側にはドリル加工用のエントリーシート９４を置いた。
その状態で下記に示したドリル条件で、開口径１００μｍの開口を行った。このとき、４枚処理した毎に、ドリルのショット数を１Ｓｈｏｔとして換算した。
【００５７】
＜ドリル加工条件＞
回転数 ：１６０ｋrpm
送り速度：４０inch／min.
使用ドリルの形状：表１に示したドリル
評価ショット数 3000Shot 6000Shot
これにより、基板６０内に、開口径１００μｍの貫通孔６６を設けた（図５（Ｂ）参照）。
ドリル加工後に、両面銅張積層板は、過マンガン酸などによりデスミヤ処理を施した。
【００５８】
４．スルーホール内の導体形成
無電解めっき膜６６、電解めっき膜６８の順で設け、貫通孔６６の内壁及び積層板６０の表層に導体層を形成した（図５（Ｃ）参照）。このときのめっき条件はそれぞれ以下のような条件で行った。
無電解めっき
〔電解銅めっき水溶液〕
ＮｉＳＯ４ ：０．００３mol／ｌ
酒石酸 ：０．２００mol／ｌ
硫酸銅 ：０．０３０mol／ｌ
ＮａＯＨ ：０．０５０mol／ｌ
α、α‘−ビビリジル ：１００ｍｇ／ｌ
ポリエチレングリコール ：０．１０ｇ／ｌ
【００５９】
〔無電解めっき条件〕
液温５０℃で４０分間浸漬させた。
電解めっき
〔電解銅めっき水溶液〕
硫酸 ：１６０ ｇ／ｌ
硫酸銅 ： ７７ ｇ／ｌ
添加剤（アトテックジャパン製、商品名：カパラシドＧＬ）
：１ ml／ｌ
〔電解めっき条件〕
電流密度 ：２ Ａ／ｄｍ２
時間 ：３０ 分
温度 ：２５ ℃
【００６０】
５．回路形成
導体層を形成した上にエッチングレジストを形成し、配線が描画されたマスクを載置して、露光・現像を行う。それにより、レジストによりスルーホール（含むランド）と導体回路を形成される。その後、硫酸系などのエッチング液でレジスト非形成部にエッチングを施して、エッチングレジストを剥離した。それにより、スルーホール、スルーホール７２のランド及び導体回路７４が形成された（図５（Ｄ）参照）。
【００６１】
６．スルーホールの穴埋め
穴埋め樹脂７６として熱硬化性樹脂もしくは光硬化性樹脂を用いて、印刷により、スルーホール７２の穴埋めを行った（図５（Ｅ）参照）。このとき、スルーホール部分が開口したマスクを用いて行ってもよい。スルーホールに対して過剰に穴埋め樹脂を形成させて、半硬化あるいは硬化させた後、研削を行い、基板表面を平滑化した。これにより、スルーホールが穴埋めされて、平滑化された基板を得られた。
【００６２】
７．ソルダーレジスト層の形成
基板６０の両面に、導通試験を行う部分の端子に該当する開口させて、ソルダーレジスト７６を形成した。
【００６３】
[実施例２]
実施例２及び参考例２は、実施例１とほぼ同じであるが、ドリル加工に用いたドリルは表２に示されたもので行った。
【００６４】
【表２】
【００６５】
[実施例３]
実施例３及び参考例３は、実施例１とほぼ同じであるが、ドリル加工に用いたドリルは表３に示されたもので行った。
【００６６】
【表３】
【００６７】
[実施例４]
実施例４及び参考例４は、実施例１とほぼ同じであるが、ドリル加工に用いたドリルは表４に示されたもので行った。
【００６８】
【表４】
【００６９】
[実施例５]
実施例５及び参考例５は、実施例１とほぼ同じであるが、ドリル加工に用いたドリルは表５に示されたもので行った。
【００７０】
【表５】
【００７１】
[実施例６]
実施例６及び参考例６は、実施例１とほぼ同じであるが、ドリル加工に用いたドリルは図４（Ｂ）に示すように首４２が設けられたアンダーカットタイプのものであり、表６に示されたもので行った。
【００７２】
【表６】
【００７３】
[実施例７]
実施例７及び参考例７は、実施例１とほぼ同じであるが、ドリル加工に用いたドリルは表７に示されたもので行った。
【００７４】
【表７】
【００７５】
[実施例８]
実施例８及び参考例８は、実施例１とほぼ同じであるが、ドリル加工に用いたドリルはアンダーカットタイプのものであり、表８に示されたもので行った。
【００７６】
【表８】
【００７７】
[実施例９]
実施例９及び参考例９は、実施例１とほぼ同じであるが、ドリル加工に用いたドリルは、先端外径を表９に示されたもので行った。
また、実施例９においては、先端外径１００μｍ以下であるドリルについては、ドリル加工する際、両面銅張積層板の重ね枚数を２枚及び３枚で、同様の評価を行った。
【００７８】
【表９】
【００７９】
[比較例]
比較例は、実施例１とほぼ同じであるが、ドリル加工に用いたドリルは表１０に示されたもので行った。
【００８０】
【表１０】
【００８１】
＜評価項目＞
（１） 穴位置精度
ショット数 3000Shot 6000Shotにおけるスルーホールの形成される位置について評価をした。つまり、ランドとの中心部分における形成されるスルーホールの中心点の位置ズレ距離を比較した。
○：位置ズレ範囲３５μｍ以内
△：位置ズレ範囲５０μｍ以内
×：位置ズレ範囲５０μｍ超
【００８２】
（２）スルーホールの断面
ショット数 3000Shot 6000Shotにおけるスルーホールの断面のクロスカットを行い、導体層側面の凹凸の有無を調べた。
〇：開口部の凹凸最大高さ ８μｍ以内
△：開口部の凹凸最大高さ １０μｍ以内
×：開口部の凹凸最大高さ１０μｍ超
【００８３】
（３）スルーホールの導通測定
ショット数3000Shot 6000Shotにおけるスルーホールの両面での導通の有無を確認した。
〇：導通有り
×：導通異常
【００８４】
（４） 信頼性試験
ヒートサイクル試験（１２５℃／３ｍｉｎ.⇔―６５℃／３ｍｉｎ.）を１サイクルとして、導通異常が確認されるサイクル数まで繰り返し、断線などの導通試験で信頼性の評価を行った。最大サイクルは３０００であった。なお、１５００サイクル、２０００サイクル、３０００サイクルごとに導通試験を行った。
２５００サイクルをクリアしたものについては、実質上の使用に際して問題を引き起こさなかった。
【００８５】
（５）ドリル破損評価
実施例９及び比較例９については、1000Shot 3000Shot 6000Shot におけるドリルの破損の有無（○：破損なし ×：破損有り）を評価した。また、実施例９におけるドリルの先端外径が１００μｍ以下においては、重ね枚数が３枚、２枚における場合も同様の評価を行った。
【００８６】
ここで、実施例１と参考例１の評価結果を図７に、実施例２と参考例２の評価結果を図８に、実施例３と参考例３の評価結果を図９に、実施例４と参考例４の評価結果を図１０に、実施例５と参考例５の評価結果を図１１に、実施例６と参考例６の評価結果を図１２に、実施例７と参考例７の評価結果を図１３に、実施例８と参考例８の評価結果を図１４に、実施例９と参考例９の評価結果を図１５に、実施例９と参考例９の破損結果を図１６に、比較例の評価結果を図１７に示す。
【００８７】
以上の評価結果から、ドリルの切屑排出溝のネジレ角度が３０〜５０°の範囲であれば、開口するスルーホールの位置ズレが小さいことが分かる。また、使用可能回数を延ばすことができ、開口する穴も精度や形状を低下させ難いことが明らかになった。
【００８８】
ネジレ角度が３０°未満の場合あるいは、ネジレ角度が５０°を越える場合には、電気接続性や信頼性を低下させてしまう。また、少ない使用回数でドリルが劣化してしまうことが判明した。
【００８９】
ネジレ角度が３５〜４５°の範囲であることがさらに望ましい。この範囲であれば、より長い期間の使用することが可能であり、その開口した穴の精度低下を引き起こさない。
【００９０】
先端の刃部の先端角が１１０〜１５０°であることが望ましい。位置ズレを引き起こし難くなるし、形成される穴の形状も所望のものとなる。また、ドリルの使用回数が多くなっても、スルーホールの電気接続性や信頼性を低下させ難くなる。
【００９１】
先端の刃部の先端角が１１０°未満では、電気特性、信頼性が低下してしまう。一方、先端の刃部の先端角が１５０°を越えると、開口した穴が所望の位置からズレ易くなる。そのために、穴をスルーホールとして形成した際、他の導体層との電気接続が低下してしまう。また、信頼性試験を行うと、早期に劣化が始まってしまう。
【００９２】
先端の刃部の先端角が１２０〜１４０°間であれば、位置ズレを特に引き起こし難いことが判明した。また、先端部の刃部の２番逃げ角が３０〜５０°の範囲では、信頼性が低下しないことも分かった。
【００９３】
ドリルの先端外径が１００μｍ〜３５０μｍの間では使用する際、破損しないし、プリント配線板への影響もあまりないと言える。重ね枚数も特に制限することなく使用することができた。１００μｍ未満では破損の発生頻度も高まった。しかしながら、重ね枚数を制限するなどの加工条件を変更することにより、多Ｓｈｏｔ数においても使用できることが確認できた。但し、５０μｍ以下では、その限りでないことも確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
上述した実施例では、ドリルをプリント配線板用の銅張り積層板の穴明けに用いた例を挙げたが、本願のドリルは、種々の樹脂と金属との積層体の穴明けに好適に用い得るものである。
【符号の説明】
【００９５】
１０ ドリル
１２ シャンク
３０ 刃部
３１ 切刃
３２Ａ 第１逃げ面
３２Ｂ 第２逃げ面
３２Ｃ 第３逃げ面
３２Ｄ 第４逃げ面
３２Ｅ 逆側第１逃げ面
３２Ｆ 逆側第２逃げ面
３３ 二番取り面
θ１ ネジレ角
θ２ 先端角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント配線板用のドリルに関し、特に、プリント配線板を構成する樹脂板の両面の銅箔を積層した銅張り積層板用のドリルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリント配線板の表裏の導通を取るために、スルーホールを形成させている。その一例として、両面銅張積層板に、ドリルにより貫通する開口を形成し、その開口にめっきなどにより導体層を形成し、必要に応じて、エッチングを施すことにより回路を形成させる。これにより、導体回路を有し、表裏の導通を可能にするプリント配線板を製造する。これらの配線板を複数枚用意してプリプレグを介して、更に多層化したプリント配線板を得ている。あるいは、スルーホールを有する配線板をコアとして、層間絶縁層を形成し、多層化したプリント配線板を得ている。近年、プリント配線板の高密度化の要望に伴い、スルーホールの開口径をより小径化することが検討されている。
これらを要望に沿うためには、小径スルーホールを開口するための小型化ドリルが必要となる。その小型化ドリルとしては、例えば、実開平７−３３５１４号や特開２００４−８２３１８号などに開示されている。
特開２００４−８２３１８号では、切屑排出溝を１条のみとし、刃先部の最大外径に対して５／１００以下であるドリルを用いることにより、ドリルの剛性を高め、良好な穴精度を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平７−０３３５１４号公報
【特許文献２】特開２００４−８２３１８号公報
【特許文献３】特開２００４−３４２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来例のドリルでは、開口する基材の材質や開口する条件などの諸条件が変化することにより、開口する穴の位置精度が低下することがあった。つまり、所望の位置からの位置ズレがしてしまう。また、開口した内壁部分において、不用意な凹凸を形成させてしまうことがあった。そのために、位置ズレした開口や凹凸が形成された開口内に導体層を施して、スルーホールを形成させると、電気接続性や信頼性を低下し、ヒートサイクルや高温放置などの信頼性試験を行うと、早期に劣化してしまうことがあった。
【０００５】
ドリルでの穴明けは、加工効率を高めるため、複数枚のプリント配線板を重ね合せて、同時に開口させている。同時加工の際にプリント配線板の枚数によらず、同一位置で同一形状となることが望まされる。上側に置かれたプリント配線板は、相対的に良好な開口を形成できるものの、下側のプリント配線板では、位置ズレ、凹凸の発生が発生していた。
【０００６】
また、ドリルの使用頻度が高くなる（開口するショット数が多くなる）と、例えば、孔を６０００穿設した時点で交換するドリルで、寿命末期である４５００孔穿設した頃から記述した不具合がさらに顕著に現れる。
さらに、開口径が小さくなるにつれて、特に開口径４００μｍ以下の開口を行う際には、その不具合の発生頻度が高まってしまった。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、開口した穴に位置ズレや穴の内壁に凹凸を形成することがないドリルを提供することにある。
【０００８】
また、本発明の目的は、ドリルの使用頻度を高めたとしても、形成したスルーホールが位置ズレ等の不具合を引き起こさないで、電気接続性や信頼性を低下させないドリルを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明者が鋭意研究した結果、被加工物を回転して開口させるため、先端の刃部およびボディの切屑排出溝が形成されたドリルにおいて、ボディの切屑排出溝が連続する１条であり、その切屑排出溝のネジレ角度が３０〜５０°であり、切刃からドリル回転方向に向かって平坦面である第１逃げ面、第２逃げ面、第３逃げ面、第４逃げ面が周方向に沿って順次配置され、軸線付近に、平坦面である逆側第１逃げ面、逆側第２逃げ面が配置されているるドリルを用いることがよいことが分かった。
【００１０】
ネジレ角度が、３０〜５０°の範囲であるドリルを用いると、開口するスルーホールの位置ズレが小さい。言い換えると穴形成精度が向上する。また、ドリルの切屑が適切に排出されるので、開口の際、切り屑に阻害されないから、電機接続性や信頼性に優れるプリント配線板を得ることができる。また、使用に伴うドリルの磨耗を抑えることができるので、従来よりも使用可能回数を延ばすことができ、開口する穴も精度や形状を低下させ難い。
【００１１】
ドリル開口時に切屑で阻害されると、穴の位置ズレが生じることや穴の内壁に、でこぼこが形成される。そのために、電気接続性や信頼性の低下を引き起こすことがある。ドリルに対して、切屑が過剰な応力を掛けやすくなるので、ドリルの磨耗を早めてしまう。
【００１２】
ネジレ角度が３０°未満の場合あるいは、ネジレ角度が５０°を越える場合には、切屑を排出し難くなる。そのために、切屑がドリルによる開口の穿設を阻害し、穴の位置ズレを引き起こしたり、穴の内壁にでこぼこ（凹凸）を形成したりするので、電気接続性や信頼性を低下させてしまう。また、排出されない切屑により、ドリルの磨耗が進行する。そのために、少ない使用回数で、ドリルが劣化してしまう。
【００１３】
ネジレ角度が３５〜４５°の範囲であることがさらに望ましい。この範囲であれば、回転数やドリル進入速度等のドリル開口条件に関わりなく、切屑が効率良く排出できる。そのために、穴の位置ズレや穴の内壁へのでこぼこなどの不具合を引き起こし難くなる。また、ドリルの磨耗も少ないので、より長い期間使用することが可能であり、その開口した穴の精度低下を引き起こさない。
【００１４】
ネジレ角度とは、ドリルを形成するボディと溝との交わる角度を指す。即ち、リーディングエッジとこの上の一点を通るドリル軸に平行な直線とがなす角度を意味する。
【００１５】
ボディ分における溝は、基材などの切屑を排出させるためのものであり、先端の刃部の先端角が１１０〜１５０°であることが望ましい。
先端角が上記範囲にあれば、位置ズレを引き起こし難くなるし、形成される穴の形状も所望のものとなる。銅張り積層板を複数枚重ね合せて開口を穿設しても、上側の銅張り積層板と下側の銅張り積層板とで、開口が同一位置、同一形状となる。
また、ドリルの使用回数が多くなっても、スルーホールの電気接続性や信頼性を低下させ難くなる。
【００１６】
先端の刃部の先端角が１１０°未満であれば、開口した穴の内壁がでこぼこ（凹凸）が形成され易くなる。でこぼこ（凹凸）は、デスミヤ処理を行うと、その凹凸がさらに助長されるので、凹凸の幅が大きくなる。開口した穴に導体層を施し、スルーホールを形成したときに、凹凸が起因となって、導体層の厚みバラツキがついてしまうことがある。そのために、電気特性（インピーダンス、スルーホール内抵抗値など）が低下してしまう。
【００１７】
また、先端の刃部の先端角が１５０°を越えると、開口した穴が所望の位置からズレ易くなる。特に、銅張り積層板を複数枚重ね合わせたとき、下側の銅張り積層板において、位置ズレの傾向が更に顕著に現れる。そのために、穴をスルーホールとして形成した際、他の導体層との電気接続が低下してしまう。また、信頼性試験を行うと、早期に劣化が始まってしまう。
【００１８】
先端の刃部の先端角が１２０〜１４０°間であることがより望ましい。この間であれば、穴の変形や位置ズレを特に引き起こし難いからである。
【００１９】
刃部の先端角とは、先端からドリルを見た際、一枚刃で形成される金属部分がない隙間の角度を指す。これは、ドリルの軸に平行な面に、切れ刃を平行に投影したときの角を意味する。
【００２０】
先端部の刃部の２番逃げ角の角度が３０〜５０°であることが望ましい。
図２（Ａ）中に示すように本発明のドリルの先端逃げ面は、複数の平坦な逃げ面から構成された多段面状をなしており、切刃からドリル回転方向に向かって平坦面である第１〜第４逃げ面が周方向に沿って順次配置されている。この内の第２逃げ面の逃げ角度（外周コーナにおいて、軸直角断面と逃げ面とがなす角）を３０〜５０°に設定することが望ましい。
【００２１】
ドリルは、刃部の先端外径が３５０μｍ以下であることが望ましい。
その径により、穴位置精度が向上しやすくなるというメリットを有することとなり、穴の形状も所望のものとなるために、電気接続性や信頼性の低下を引き起こし難くなる。
【００２２】
逆に、先端外径が３５０μｍを越えると、排出される切屑が大きくなるために、穴位置精度が向上され難くなる。なお、５０μｍ以下では、ドリルが折れ易くなり、レーザ加工の方が優位性を有する。ここで、ドリルの径は、５０μｍ〜３５０μｍが望ましく、特に７５μｍ〜３００μｍが好適である。
また、１００μｍ以下のドリルは、加工条件によっては、少ない使用頻度によりドリル折れを引き起こし易くなる。この場合には、加工する基板の絶縁層の厚みを薄くする、基板の重ね枚数を少なくするなどの手法で加工時のトータル厚みを薄くすることで、上記のような穴位置精度を確保しつつ、使用頻度を高めることができる。
【００２３】
所謂アンダーカットドリルにおいては、ボディにおいて円筒状にくびれた首が形成されている。この刃部の先端から首までの部分をマージン部と称する。このマージン部の端部に対して、ボディに形成された切屑排出溝が内側になることが望ましい。即ち、切屑排出溝が首にかからないことが好適である。特に、その距離は、端部から１００μｍ以上内側にあることがより望ましい。それにより、切屑の排出を適切の行うことができ、応力が掛からないために、穴位置精度や形成される穴の形状の低下を引き起こさない。
【００２４】
マージン部の長さとは、先端から首までの距離、即ち、ボデーの長さから首の長さを除いた長さを示す。マージン部の長さは、０．１〜０．３ｍｍであることが望ましい。特に、ドリルの先端外径が２００μｍ以下である場合には、マージン部の長さは、０．１〜０．３ｍｍであることがより望ましい。
マージン部の長さが０．１ｍｍ未満であると、切屑を排出するための溝が形成する領域が小さくなるために、ドリルに応力が掛かりやすくなる。そのために、応力を緩衝できないために、ドリルの曲がりや折れ等の発生頻度が高くなる。また、穴位置精度も低下してしまうことがある。
【００２５】
マージン部の長さが０．３ｍｍを越えると、穴位置精度が低下してしまう。
首を備えるアンダーカットタイプは、小径の穴を形成するために適している。つまり、４００μｍ以下の穴の開口を行うことに向き、さらに特に、２００μｍ以下の穴の開口に好適である。
【００２６】
しかしながら、アンダーカットタイプに、切屑排出するための溝を１本にすると、切屑が排出し難い場合がある。
つまり、溝が形成する位置が、首に掛かってしまうと、切り屑の排出され難くなるので、ドリル自体に過剰な力が掛かってしまう。そのために、位置精度や形成される穴の形状の低下を引き起こし易くなる。
【００２７】
図１８に示すように本願におけるプリント配線板の穴明け用加工装置１００では、銅張積層板や多層プリント配線板６０を載置するためのＸ−Ｙテーブル９０を備える。Ｘ−Ｙテーブル９０には、それぞれＸ軸、Ｙ軸に移動することができるテーブル駆動機構１１４を備える。また、ドリル１０を回転させるスピンドル機構１０６及びスピンドル機構１０６を駆動するためのスピンドル駆動機構１１２を備える。これらのスピンドル１０６に、ドリルの排出用溝が１条であるものを固定させて、回転速度／ドリルの送り速度により、プリント配線板６０に、貫通する開口６６を設けているのである。これらの回転速度としては、少なくとも１００Ｋｐｒｍであることが望ましい。より望ましいのは、２００Ｋｐｒｍ以上である。
【００２８】
これらのテーブル駆動機構１１４、スピンドル駆動機構１１２は、ドリルの穴明けのタイミングに合わせて、駆動させることや穴明けの正確な位置を合わせることも行う。これらを正確に制御するコンピューター１１０との連動がなされる。コンピュータ１１０には、加工データ１０８が入力される。
【００２９】
Ｘ−Ｙテーブル９０の材質は一般的に加工装置で用いられるものを用いることができる。ただ、加工時における熱の影響を受けにくい材質を用いることがより望ましい。Ｘ−Ｙテーブル９０に載置する基板６０は、１枚であってもよいし、２枚以上の複数枚を重ねて（例えば、その一例として、基板を４牧重ねる。）孔明け加工を行ってもよい。この基板の枚数については、ドリル、基板、開口する孔の形状によって適時調整させる。
【００３０】
また、これらのドリルの送り速度は、少なくとも３０ｉｎｃｈ／ｍｉｎであることが望ましい。より望ましいのは、４０ｉｎｃｈ／ｍｉｎ以上である。前述の回転速度と送り速度により、生産性を確保と基板の開口形状が安定する。つまり、基板としての接続性や信頼性が低下しにくくなるのである。
【００３１】
このスピンドル機構１０６に用いるドリル１０としては、ボディに１条の排出溝のネジレ角が３０〜５０°であるものを用いることが望ましい。効率よく切屑が排出されるのである。また、複数枚基板を重ねても、孔形成の不具合が発生しにくくなる。また、複数枚基板を重ねても、孔形成の不具合が発生しにくくなる。
【００３２】
スピンドル機構１０６がドリル回転速度を調整し、前述のスピンドル駆動機構１１２が、ドリルの送り速度、ドリルの上げ下げ、ドリルの移動などを適時、精度よく制御する。このために、コンピューター１１０との連動が成されるのである。
ドリル径は、３００μｍ以下であるものを用いてもよい。これらにより、精度よく小径の穴明けを行うことができる。
【００３３】
加工装置を制御するコンピューター１１０は、加工する際、Ｘ−Ｙテーブルやスピンドルを制御させることや予め決められた位置への穴明けを行わせること、場合によっては、これらの加工装置の機構の駆動タイミングを制御させることなどを行わせる。
【００３４】
本願における加工装置１００は、穴明けを行うプリント基板６０を１枚もしくは２枚以上重ねて、載置するＸ−Ｙテーブル９０と、溝が１条であるドリル１０を傭えるスピンドル機構１０６と、Ｘ−Ｙテーブル９０もしくはスピンドル機構１０６を駆動させる機構１１２、１１４と、駆動および穴明け位置決めなどを制御するコンピューター１１０とを備える。
【００３５】
これ以外の機構としては、基板の位置決めを行う機構が備えられる。これは、基板６０における位置決めマーク６１を撮像するカメラ１０２、カメラ１０２で撮像した画像を画像処理する画像処理装置１０４、位置を算出するなどのためにコンピューター１００とがある。位置決めマーク６１の位置により、正確な加工位置を算出し、Ｘ−Ｙテーブル９０やスピンドル機構１０６などを駆動させる。
【００３６】
また、ドリルの交換時期を把握するために、穴明けのショット数などをカウントする機構を設けてもよい。加工装置内を一定温度にするために温調装置を設けてもよい。加工装置は、ドリルの折れや切屑の飛散などの人体への被害を防止する安全面と、ゴミなどの異物の混入を防止や温度管理という製造面とから考慮して、囲いを設けることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に係るドリルの側面図である。
【図２】図２（Ａ）は、図１中のドリルの先端側を見た正面図であり、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）は、ドリルの先端部の拡大図である。
【図３】ドリルの製造工程の説明図である。
【図４】図４（Ａ）はストレートタイプのドリルを示す側面図であり、図４（Ｂ）はアンダーカットタイプのドリルを示す側面図である。
【図５】プリント配線板の製造工程の説明図である。
【図６】銅張り積層板への貫通孔のドリル穿設の説明図である。
【図７】実施例１と参考例１の評価結果を示す図表である。
【図８】実施例２と参考例２の評価結果を示す図表である。
【図９】実施例３と参考例３の評価結果を示す図表である。
【図１０】実施例４と参考例４の評価結果を示す図表である。
【図１１】実施例５と参考例５の評価結果を示す図表である。
【図１２】実施例６と参考例６の評価結果を示す図表である。
【図１３】実施例７と参考例７の評価結果を示す図表である。
【図１４】実施例８と参考例８の評価結果を示す図表である。
【図１５】実施例９と参考例９の評価結果を示す図表である。
【図１６】実施例９と参考例９の破損結果を示す図表である。
【図１７】比較例の評価結果を示す図表である。
【図１８】本発明に係るプリント配線板の穴明け用加工装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
（ドリル）
先ず、図３を参照して第１実施形態のドリルの製造工程について説明する。
１．ドリルの材料の準備
本願発明のドリルに用いられる金属としては、鉄、コバルト、ニッケルなどを含んだ合金である。これらの金属をドリルのシャンクの径と同等もしくはそれよりも径を大きくした円柱５０を準備する（図３（Ａ））。超硬合金を用いることがより望ましい。
【００３９】
２．ドリルの加工
準備した円柱５０において、ドリルのボディ４０を形成するために研削を行う（図３（Ｂ））。つまり、所望の先端外径となるまで、研削を行う。これにより、ドリルのシャンク１２とボディ４０が構成される。このとき必要に応じてボディにおいて、ボディ分の一部に首（円筒状にくびれた部分）を形成させることにより、アンダーカット形状のドリルをしてもよい。
【００４０】
次に、ドリルのボディ４０において、切屑排出用の切屑排出溝２０を螺旋状に形成する（図３（Ｃ））。その溝２０は一本で形成されて、このとき、溝２０とボディ４０との交点のネジレ角度を所望のものとする。このときの角度としては、３０〜５０°することがより望ましい。このときの溝２０と溝２０との間隔は均一であってもよいし、次第に溝間隔を変更したものであってもよい。これは、開口する径、開口させるために材質などによって適時決められる。
【００４１】
次に、ドリルの先端部である刃部３０を加工する（図３（Ｄ））。加工順序については、特に限定されないが、刃部を成す１番角、２番逃げ角を加工して、その後、溝各部分を研削加工して、それぞれの逃げ角と呼ばれる部分を平面もしくは円錐等の形状に加工をする。これにより、刃部３０とボディ４０とシャンク１２からなり、ボディ４０に切屑排出用の１本の切屑排出溝２０が形成された１枚刃のドリルを得ることができる。
【００４２】
図１にドリル１０の側面図を、図２（Ａ）にドリルの先端側を見た正面図を、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）にドリルの先端部の拡大図を示す。
図１中に示すように、ドリル１０の刃部３０の先端径Ｄ１は０．１１５mmに、シャンク１２の径Ｄ２は２mmに設定されている。切刃長さＬ１は１．８mmに、ボディ長さＬ２は２．０mmに全長は３１．７５mmに、マージン長さＬ４は０．２５mmに、リリーフ長さＬ５は１mmに設定されている。一方、切屑排出溝２０のネジレ角θ１は４０°に設定されている。
【００４３】
図２（Ｃ）中に示す溝幅Ｌ６は０．１４５mmに設定されている。図２（Ｂ）中に示す先端角θ２は１５０°に設定されている。
【００４４】
図２（Ａ）に示すようにドリルの先端逃げ面は、複数の平坦な逃げ面から構成された多段面状をなしており、切刃３１からドリル回転方向（図中反時計回り方向）に向かって平坦面である第１逃げ面３２Ａ、第２逃げ面３２Ｂ、第３逃げ面３２Ｃ、第４逃げ面３２Ｄが周方向に沿って順次配置されている。また、軸線付近に、平坦面である逆側第１逃げ面３２Ｅ、逆側第２逃げ面３２Ｆが配置されている。第４逃げ面３２Ｄ及び逆側第２逃げ面３２Ｆに隣接して、断面略円弧状の二番取り面３３が設けられている。第１逃げ面３２Ａの逃げ角は１０°に、第２逃げ面３２Ｂの逃げ角は４０°に設定されている。
【００４５】
（プリント配線板のドリル加工方法）
１．銅張積層板
本願発明のドリルで開口させる絶縁性基材としては、有機系の絶縁性基材であれば使用でき、具体的には、アラミド不織布−エポキシ樹脂基材、ガラス布エポキシ樹脂基材、アラミド不織布−ポリイミド基材、ガラス布ビスマレイミドトリアジン樹脂基材、ガラス布ポリフェニレンエーテル樹脂基材、ＦＲ−４、ＦＲ−５から選ばれるリジッド（硬質）の積層基材、あるいは、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）フィルム、ポリイミド（ＰＩ）などのフィルムからなるフレキシブル基材から選ばれる１種であることが望ましい。
【００４６】
上記絶縁性樹脂基材の厚さは、１０〜８００μｍ、好ましくは２０〜４００μｍであり、５０〜３００μｍが最適である。これらの範囲より薄くなると強度が低下して取扱が難しくなり、逆に厚すぎると小径のスルーホールの形成および導体層の形成が難しくなるからである。
【００４７】
絶縁基材の銅箔の厚さは、５〜５０μｍ、好ましくは８〜３０μｍであり、１２〜２５μｍがより好適である。その理由は、小径のスルーホール形成をドリル加工によって設ける際に、薄すぎるとパターン形成を阻害してしまうからであり、逆に厚すぎるとエッチングにより、ファインパターンを形成し難いからである。
これらの片面もしくは両面銅張積層板として準備したものを用いる。
【００４８】
２．加工条件
ドリル１０での加工を行うために、図６に示すようにＸ−Ｙテーブル９０上に、加工するための積層板よりも大きい当て板（ベーク板）９２をおいて、その上に、片面もしくは両面銅張積層板６０を１枚もしくは複数枚重ねる。その上に、必要に応じて、銅張積層板上には、アクリルに膨潤剤が含浸されて表層にアルミニュームなどの金属層が設けられたエントリーシート９４を載せて、加工を行ってもよい。エントリーシート９４内の膨潤剤がドリル開口の際、潤滑剤の役目を果たす。
【００４９】
このときにドリル加工条件としては、
回転数 ：１００〜５００ｋrpm
送り速度：３０〜２００ inch／min.
ショット数２０００Shot以上まで用いることが望まれる。
【００５０】
ここで、回転数が１００ｋrpm未満であると、効率的に加工を行うことができない。一方、回転数が５００ｋrpmを越えると、ドリルの発熱により寿命が短くなる。
送り速度が３０inch／min.未満であると効率的に加工を行うことができない。一方、送り速度が２００inch／min.を越えると、ドリルの負担が大きくなり、折れ易くなる。
特に回転数１００〜３００ｋrpm、送り速度４０〜１２０inch／min.が、加工効率とドリル寿命の観点からより望ましい。
【００５１】
ドリルを開口した銅張積層板に、サブトラ工法やテンティング方により、スルーホール、スルーホールのランド及び導体回路を形成した基板を形成する。
【００５２】
さらに、多層にするために、プレス法などにより、基板を積層してもよいし、該スルーホールが形成された基板をコア基板として、アディテイブ法により多層化してもよい。
【００５３】
[実施例１]
１．ドリルの材料の準備
鉄、コバルトなどの合金で形成された金属を用意する。これを円形に形成するドリル径よりも太くし、かつ、ドリルを回転する加工装置の径にあわせたものを準備した。
【００５４】
２．ドリルの加工
まず、ドリルのボディを成す部分を加工する。それにより、ドリルのシャンクとボディ分が形成される。このとき、ボディ分の刃部の先端外径は、予め設定された径にあわせる。
その後、切屑を排出するために切屑排出溝を１本形成する。このとき、ドリルのネジレ角度は予め設定された角度になるように設定されている。
それから、１枚刃の形成させるために、１番角、２番逃げ角を形成して、その後、それぞれの逃げ角を形成させる工程などを経て、下記に示した実施例１と参考例１のドリルを作成した。実施例１では、図４（Ａ）に示すように、アンダーカットの無いストレートタイプのドリルを用いた。
【００５５】
【表１】
【００５６】
３．ドリルの穴明け加工
（１）ドリル加工
図５（Ａ）に示す両面銅張り積層板（材質：ガラスエポキシ樹脂あるいはポリイミド樹脂：絶縁層６２の厚み２００μｍ ；片面の銅箔６４の厚み１２μｍ）６０を、図６に示すようにドリル加工装置（日立ビア社製 品番：ＮＤ−Ｎシリーズ）のドリル加工用のＸ−Ｙテーブル９０上に４枚重ねた。両面銅張り積層板６０の下側に捨て板（バックアップボード）９２をおいた。両面銅張り積層板６０の上側にはドリル加工用のエントリーシート９４を置いた。
その状態で下記に示したドリル条件で、開口径１００μｍの開口を行った。このとき、４枚処理した毎に、ドリルのショット数を１Ｓｈｏｔとして換算した。
【００５７】
＜ドリル加工条件＞
回転数 ：１６０ｋrpm
送り速度：４０inch／min.
使用ドリルの形状：表１に示したドリル
評価ショット数 3000Shot 6000Shot
これにより、基板６０内に、開口径１００μｍの貫通孔６６を設けた（図５（Ｂ）参照）。
ドリル加工後に、両面銅張積層板は、過マンガン酸などによりデスミヤ処理を施した。
【００５８】
４．スルーホール内の導体形成
無電解めっき膜６６、電解めっき膜６８の順で設け、貫通孔６６の内壁及び積層板６０の表層に導体層を形成した（図５（Ｃ）参照）。このときのめっき条件はそれぞれ以下のような条件で行った。
無電解めっき
〔電解銅めっき水溶液〕
ＮｉＳＯ４ ：０．００３mol／ｌ
酒石酸 ：０．２００mol／ｌ
硫酸銅 ：０．０３０mol／ｌ
ＮａＯＨ ：０．０５０mol／ｌ
α、α‘−ビビリジル ：１００ｍｇ／ｌ
ポリエチレングリコール ：０．１０ｇ／ｌ
【００５９】
〔無電解めっき条件〕
液温５０℃で４０分間浸漬させた。
電解めっき
〔電解銅めっき水溶液〕
硫酸 ：１６０ ｇ／ｌ
硫酸銅 ： ７７ ｇ／ｌ
添加剤（アトテックジャパン製、商品名：カパラシドＧＬ）
：１ ml／ｌ
〔電解めっき条件〕
電流密度 ：２ Ａ／ｄｍ２
時間 ：３０ 分
温度 ：２５ ℃
【００６０】
５．回路形成
導体層を形成した上にエッチングレジストを形成し、配線が描画されたマスクを載置して、露光・現像を行う。それにより、レジストによりスルーホール（含むランド）と導体回路を形成される。その後、硫酸系などのエッチング液でレジスト非形成部にエッチングを施して、エッチングレジストを剥離した。それにより、スルーホール、スルーホール７２のランド及び導体回路７４が形成された（図５（Ｄ）参照）。
【００６１】
６．スルーホールの穴埋め
穴埋め樹脂７６として熱硬化性樹脂もしくは光硬化性樹脂を用いて、印刷により、スルーホール７２の穴埋めを行った（図５（Ｅ）参照）。このとき、スルーホール部分が開口したマスクを用いて行ってもよい。スルーホールに対して過剰に穴埋め樹脂を形成させて、半硬化あるいは硬化させた後、研削を行い、基板表面を平滑化した。これにより、スルーホールが穴埋めされて、平滑化された基板を得られた。
【００６２】
７．ソルダーレジスト層の形成
基板６０の両面に、導通試験を行う部分の端子に該当する開口させて、ソルダーレジスト７６を形成した。
【００６３】
[実施例２]
実施例２及び参考例２は、実施例１とほぼ同じであるが、ドリル加工に用いたドリルは表２に示されたもので行った。
【００６４】
【表２】
【００６５】
[実施例３]
実施例３及び参考例３は、実施例１とほぼ同じであるが、ドリル加工に用いたドリルは表３に示されたもので行った。
【００６６】
【表３】
【００６７】
[実施例４]
実施例４及び参考例４は、実施例１とほぼ同じであるが、ドリル加工に用いたドリルは表４に示されたもので行った。
【００６８】
【表４】
【００６９】
[実施例５]
実施例５及び参考例５は、実施例１とほぼ同じであるが、ドリル加工に用いたドリルは表５に示されたもので行った。
【００７０】
【表５】
【００７１】
[実施例６]
実施例６及び参考例６は、実施例１とほぼ同じであるが、ドリル加工に用いたドリルは図４（Ｂ）に示すように首４２が設けられたアンダーカットタイプのものであり、表６に示されたもので行った。
【００７２】
【表６】
【００７３】
[実施例７]
実施例７及び参考例７は、実施例１とほぼ同じであるが、ドリル加工に用いたドリルは表７に示されたもので行った。
【００７４】
【表７】
【００７５】
[実施例８]
実施例８及び参考例８は、実施例１とほぼ同じであるが、ドリル加工に用いたドリルはアンダーカットタイプのものであり、表８に示されたもので行った。
【００７６】
【表８】
【００７７】
[実施例９]
実施例９及び参考例９は、実施例１とほぼ同じであるが、ドリル加工に用いたドリルは、先端外径を表９に示されたもので行った。
また、実施例９においては、先端外径１００μｍ以下であるドリルについては、ドリル加工する際、両面銅張積層板の重ね枚数を２枚及び３枚で、同様の評価を行った。
【００７８】
【表９】
【００７９】
[比較例]
比較例は、実施例１とほぼ同じであるが、ドリル加工に用いたドリルは表１０に示されたもので行った。
【００８０】
【表１０】
【００８１】
＜評価項目＞
（１） 穴位置精度
ショット数 3000Shot 6000Shotにおけるスルーホールの形成される位置について評価をした。つまり、ランドとの中心部分における形成されるスルーホールの中心点の位置ズレ距離を比較した。
○：位置ズレ範囲３５μｍ以内
△：位置ズレ範囲５０μｍ以内
×：位置ズレ範囲５０μｍ超
【００８２】
（２）スルーホールの断面
ショット数 3000Shot 6000Shotにおけるスルーホールの断面のクロスカットを行い、導体層側面の凹凸の有無を調べた。
〇：開口部の凹凸最大高さ ８μｍ以内
△：開口部の凹凸最大高さ １０μｍ以内
×：開口部の凹凸最大高さ１０μｍ超
【００８３】
（３）スルーホールの導通測定
ショット数3000Shot 6000Shotにおけるスルーホールの両面での導通の有無を確認した。
〇：導通有り
×：導通異常
【００８４】
（４） 信頼性試験
ヒートサイクル試験（１２５℃／３ｍｉｎ.⇔―６５℃／３ｍｉｎ.）を１サイクルとして、導通異常が確認されるサイクル数まで繰り返し、断線などの導通試験で信頼性の評価を行った。最大サイクルは３０００であった。なお、１５００サイクル、２０００サイクル、３０００サイクルごとに導通試験を行った。
２５００サイクルをクリアしたものについては、実質上の使用に際して問題を引き起こさなかった。
【００８５】
（５）ドリル破損評価
実施例９及び比較例９については、1000Shot 3000Shot 6000Shot におけるドリルの破損の有無（○：破損なし ×：破損有り）を評価した。また、実施例９におけるドリルの先端外径が１００μｍ以下においては、重ね枚数が３枚、２枚における場合も同様の評価を行った。
【００８６】
ここで、実施例１と参考例１の評価結果を図７に、実施例２と参考例２の評価結果を図８に、実施例３と参考例３の評価結果を図９に、実施例４と参考例４の評価結果を図１０に、実施例５と参考例５の評価結果を図１１に、実施例６と参考例６の評価結果を図１２に、実施例７と参考例７の評価結果を図１３に、実施例８と参考例８の評価結果を図１４に、実施例９と参考例９の評価結果を図１５に、実施例９と参考例９の破損結果を図１６に、比較例の評価結果を図１７に示す。
【００８７】
以上の評価結果から、ドリルの切屑排出溝のネジレ角度が３０〜５０°の範囲であれば、開口するスルーホールの位置ズレが小さいことが分かる。また、使用可能回数を延ばすことができ、開口する穴も精度や形状を低下させ難いことが明らかになった。
【００８８】
ネジレ角度が３０°未満の場合あるいは、ネジレ角度が５０°を越える場合には、電気接続性や信頼性を低下させてしまう。また、少ない使用回数でドリルが劣化してしまうことが判明した。
【００８９】
ネジレ角度が３５〜４５°の範囲であることがさらに望ましい。この範囲であれば、より長い期間の使用することが可能であり、その開口した穴の精度低下を引き起こさない。
【００９０】
先端の刃部の先端角が１１０〜１５０°であることが望ましい。位置ズレを引き起こし難くなるし、形成される穴の形状も所望のものとなる。また、ドリルの使用回数が多くなっても、スルーホールの電気接続性や信頼性を低下させ難くなる。
【００９１】
先端の刃部の先端角が１１０°未満では、電気特性、信頼性が低下してしまう。一方、先端の刃部の先端角が１５０°を越えると、開口した穴が所望の位置からズレ易くなる。そのために、穴をスルーホールとして形成した際、他の導体層との電気接続が低下してしまう。また、信頼性試験を行うと、早期に劣化が始まってしまう。
【００９２】
先端の刃部の先端角が１２０〜１４０°間であれば、位置ズレを特に引き起こし難いことが判明した。また、先端部の刃部の２番逃げ角が３０〜５０°の範囲では、信頼性が低下しないことも分かった。
【００９３】
ドリルの先端外径が１００μｍ〜３５０μｍの間では使用する際、破損しないし、プリント配線板への影響もあまりないと言える。重ね枚数も特に制限することなく使用することができた。１００μｍ未満では破損の発生頻度も高まった。しかしながら、重ね枚数を制限するなどの加工条件を変更することにより、多Ｓｈｏｔ数においても使用できることが確認できた。但し、５０μｍ以下では、その限りでないことも確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
上述した実施例では、ドリルをプリント配線板用の銅張り積層板の穴明けに用いた例を挙げたが、本願のドリルは、種々の樹脂と金属との積層体の穴明けに好適に用い得るものである。
【符号の説明】
【００９５】
１０ ドリル
１２ シャンク
３０ 刃部
３１ 切刃
３２Ａ 第１逃げ面
３２Ｂ 第２逃げ面
３２Ｃ 第３逃げ面
３２Ｄ 第４逃げ面
３２Ｅ 逆側第１逃げ面
３２Ｆ 逆側第２逃げ面
３３ 二番取り面
θ１ ネジレ角
θ２ 先端角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚重ねた銅張り積層板に開口を穿設させるため、先端の刃部およびボディに切屑排出溝が形成されたドリルにおいて、
ボディの切屑排出溝が１条であり、
その切屑排出溝のネジレ角度が３０〜５０°であり、
切刃からドリル回転方向に向かって平坦面である第１逃げ面、第２逃げ面、第３逃げ面、第４逃げ面が周方向に沿って順次配置され、軸線付近に、平坦面である逆側第１逃げ面、逆側第２逃げ面が配置されていることを特徴とするドリル。
【請求項２】
前記先端の刃部の先端角が１１０〜１５０°であることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
【請求項３】
前記先端部の刃部の２番逃げ角が３０〜５０°であることを特徴とする請求項１または２に記載のドリル。
【請求項４】
前記刃部の先端外径が３５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のドリル。
【請求項５】
ドリルが首を備えるアンダーカットドリルであって、
前記切屑排出溝が首にかからないことを特徴とする請求項１に記載のドリル。
【請求項６】
ボデーの長さから首の長さを除いた長さが０．１〜０．３ｍｍであることを特徴とする請求項５に記載のドリル。
【請求項１】
複数枚重ねた銅張り積層板に開口を穿設させるため、先端の刃部およびボディに切屑排出溝が形成されたドリルにおいて、
ボディの切屑排出溝が１条であり、
その切屑排出溝のネジレ角度が３０〜５０°であり、
切刃からドリル回転方向に向かって平坦面である第１逃げ面、第２逃げ面、第３逃げ面、第４逃げ面が周方向に沿って順次配置され、軸線付近に、平坦面である逆側第１逃げ面、逆側第２逃げ面が配置されていることを特徴とするドリル。
【請求項２】
前記先端の刃部の先端角が１１０〜１５０°であることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
【請求項３】
前記先端部の刃部の２番逃げ角が３０〜５０°であることを特徴とする請求項１または２に記載のドリル。
【請求項４】
前記刃部の先端外径が３５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のドリル。
【請求項５】
ドリルが首を備えるアンダーカットドリルであって、
前記切屑排出溝が首にかからないことを特徴とする請求項１に記載のドリル。
【請求項６】
ボデーの長さから首の長さを除いた長さが０．１〜０．３ｍｍであることを特徴とする請求項５に記載のドリル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−１５６６５８（Ｐ２０１１−１５６６５８Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１５６１０（Ｐ２０１１−１１５６１０）
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【分割の表示】特願２００５−２００２５９（Ｐ２００５−２００２５９）の分割
【原出願日】平成１７年７月８日（２００５．７．８）
【出願人】（００００００１５８）イビデン株式会社 (856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【分割の表示】特願２００５−２００２５９（Ｐ２００５−２００２５９）の分割
【原出願日】平成１７年７月８日（２００５．７．８）
【出願人】（００００００１５８）イビデン株式会社 (856)
【Ｆターム（参考）】
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