KR100281735B1 - 크림땜납 인쇄 열화검출방법 - Google Patents

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아끼히로 이시하라
쯔요시 스즈끼
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이찌가와 슈우사꾸
아이혼 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 크림땜납인쇄 열화를 사전에 검출하여 최상의 크림땜납 인쇄상태를 유지하는 것을 목적으로 하며, 이 목적을 달성하기 위해 본 발명은 프린트회로기판(PC)에 회로패턴으로부터 독립한 영역에 체크패턴 영역을 설정하고, 금속마스크 (7)에 체크패턴 영역에 대응하여 회로패턴보다 협소피치인 체크협소피치 개구(8a)를 형성하고, 체크패턴영역에 금속마스크의 체크협소피치개구를 통해서 크림땜납 (9)을 인쇄하여 인쇄상태의 열화를 감시하고, 회로패턴의 크림땜납 인쇄상태가 열화하기 전에, 체크패턴 영역의 열화정도를 검출하는 것에 의해 형성된다.

Description

크림땜납(solder paste)인쇄 열화검출방법
본발명은 크림땜납인쇄 열화검출방법에 관한 것으로서, 특히, 크림땜납인쇄 열화를 사전에 검출해서 최상의 크림땜납인쇄 상태를 유지할 수 있는 크림땜납인쇄 열화검출방법에 관한 것이다.
종래로부터 도 8에 도시한 바와같이, 일반적으로는, 프린트회로기판(PC1)에 묘화된 회로패턴의 동전극부분에 크림땜납인쇄(31)에 의해 크림땜납인쇄(크림땜납인쇄 공정)하고, 칩마운타(chip mounter)(33)에 의해 인쇄 크림땜납면에 칩부품을 장착(부품장착공정)하고, 리프로땜납기(reflow soldering machine)(34)에 의해 칩부품에 리프로땜납(리프로땜납 공정)을 행하는 공정으로 많이 시행되어 왔다. 이와 같이 해서, 프린트회로기판(PC1)에 부품이 장착되도록 한 프린트회로기판제품(PR1)이 제조된다.
예를 들면, 1.6㎜ 두께의 프린트회로기판(PC1)에는, QFP(Quad Flat Package), SOP(Small Outline Package)등으로 1.0~0.8㎜의 피치(pitch), 0.65~0.3㎜의 협소피치(fine pitch)로 형성되는 IC를 표면장착하는 회로패턴이 묘화되어 있다.
이 크림땜납 인쇄공정에 있어서, 프린트회로기판(PC1)의 회로패턴(5)(도2)에는 예를들면 스텐레스스틸제, 150μ㎜두께의 금속마스크(7)(도 9(a) 및 9(b))에 에칭해서 천공된 개구(8)을 개재하여 크림땜납인쇄기(31)에 의해 스퀴지(squeegee)(10)로 스크랩핑함으로서 크림땜납(9)의 인쇄가 실행된다.
크림땜납(9)은 주석 63%, 납 37%로 된 주성분에, 용제(flux)로서는 로진, 염소, 브롬(Br), 요소 등 할로겐계의 활성화제 및 파손방지제로서는 치키소제 (thixotropic agent)를 각각 첨가한 것으로 리프로땜납기(34)에 의해 약 183℃에 다다르면 용융하고, 그 이하의 온도에서는 굳어지게 된다.
이러한 크림땜납(9)의 성질로 인해 프린트회로기판(PC1)에 묘화된 회로패턴에서, 특히 협소피치(fine pitch) QFP, SOP)에 대응하는 금속마스크(7)의 개구(8)에는 크림땜납(9)이 막히기 쉽고, 협소 QFP, SOP는 인쇄불량의 원인이된다.
이 때문에, 크림땜납인쇄기(31)는 도 10에 도시된 바와같이 크림땜납필터 (17a), 흡인브로어(suction blower)(18)를 가진 흡인기(15), 긁어내기용 블레이드 (scraping blade ; 16), 닦아내기용 블레이드(wiping blade ; 17)를 가진 자체청소기구(20)를 갖추고 있다. 금속마스크(7)의 개구(8)에 크림땜납(19)의 막힘이 발생했을 때는, 크림땜납 인쇄기(31)의 자체청소기구(20)를 작동시키고, 흡인브로어(18)로 금속마스크(7)의 개구(8)에 부착된 크림땜납(19)을 제거하고, 긁어내기용 블레이드(16)로 금속마스크(7)에 부착한 약간의 크림땜납(19)을 긁어내고, 닦아내기용 블레이드(17)로 크림땜납(19)을 닦아내는 클리닝작업이 필요하게 된다.
이 자체청소기능의 실행은 조작자에 의한 수동 조작 또는 계수기설정(기판 매수 설정)에 의한 반자동운전이 일반적이다.
그런데, 종래의 리프로(reflow)프린트회로기판의 제조에 있어서는, 크림땜납인쇄 후의 체크 기능이 없고, 부품 장착과 리프로 후에 많은 불량품이 발생하고 있었다. 그래서, 크림땜납의 인쇄열화, 인쇄불량 등이 후 공정에서 검출되었을 경우, 생산라인을 일시 정지시키고, 작업자(operator)가 불량의 원인을 판단한 후, 인쇄기의 클리닝 등의 조치를 행하고 있다. 이 때문에, 원인 추적은 작업자의 경험에 의존하는 등 많은 난점이 있었다.
본 발명은, 이와같은 난점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명은 작업자의 부담을 경감시키고, 최상의 크림땜납인쇄 상태를 유지할 수 있는 크림땜납인쇄 열화검출방법을 제공함을 목적으로 한다.
이 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 크림땜납인쇄 열화검출방법은 프린트회로기판에 묘화된 회로패턴의 동전극부분에 크림땜납 인쇄기에 의해 금속마스크의 개구를 개재하여 크림땜납을 인쇄하고, 인쇄된 크림땜납 상에 전자부품 마운타에 의해 전자부품을 장착하며, 전자부품이 증착된 프린트회로기판에 리프로땜납기에 의해 리프로땜납을 행하여 프린트회로기판 제품을 제조하는 방법에 있어서, 프린트회로기판에 회로패턴으로 부터 독립한 영역에 체크패턴영역을 설정하고, 금속마스크의 체크패턴 영역에 대응해서 회로패턴보다 협소피치인 체크협소피치 개구를 형성하고, 체크패턴영역에 금속마스크의 체크협소피치 개구를 통해서 크림땜납을 인쇄하여 인쇄상태의 열화를 감시하고, 회로패턴의 크림땜납인쇄 상태가 열화하기 전에, 체크패턴영역의 열화 정도를 검출하는 것으로 이루어진다.
또한, 본 발명의 크림땜납인쇄 열화검출방법은 프린트회로기판에 회로패턴으로부터 독립된 영역에 회로패턴보다도 협소피치의 체크패턴을 묘화하고, 금속마스크에 체크패턴에 대응하는 체크협소피치 개구를 형성하며, 체크패턴에 금속마스크의 체크협소피치 개구를 개재하여 크림땜납을 인쇄하는 것으로 이루어진다.
또한, 본 발명의 크림땜납인쇄 열화검출방법은 금속마스크의 체크협소피치 개구를 개재하여 크림땜납인쇄된 체크패턴을 기판외관검사장치에 의해 감시해서 체크패턴에 이상이 발견되었을 때, 인쇄 상태의 열화라고 판단하는 것으로 이루어진다.
본 발명의 크림땜납인쇄 열화검출방법에 의하면, 프린트회로기판에 설정된 체크패턴 영역에 대응해서 회로패턴보다도 더 협소피치인 체크협소피치 개구를 형성하고, 체크패턴 영역에 금속마스크의 체크협소피치 개구를 개재하여 크림땜납을 인쇄하여 인쇄상태의 열화를 감시하고, 회로패턴에의 크림땜납인쇄 상태가 열화하기 전에, 체크패턴영역의 열화정도를 검출해서 크림땜납 인쇄기의 자체청소기구를 작동시킴으로서, 회로패턴의 인쇄열화를 미연에 방지하고, 모든 제품에 있어 양질의 안정된 공정을 유지할 수 있다. 또한, 생산라인의 일시 정지회수를 줄이고, 생산성을 향상시키며, 또한 작업자의 부담을 경감시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 크림땜납인쇄 열화검출방법을 바람직한 실시예에 따라 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명의 크림땜납인쇄 열화검출방법에 있어서, 프린트회로기판에 부품이 장착된 프린트회로기판 제품을 제조하는 공정의 흐름도.
제2도는 본 발명의 크림땜납인쇄 열화검출방법에 있어서의 프린트회로기판을 일부 확대한 평면도.
제3a도 및 제3b도는 각각 본 발명의 크림땜납인쇄 열화검출방법에 있어서, 프린트회로기판에 금속마스크를 개재하여 크림땜납인쇄하는 공정을 도시한 크림땜납인쇄기의 부분단면도.
제4도는 본 발명의 크림땜납인쇄 열화검출방법에 있어서, 회로패턴 보다도 1랭크 더 협소한 패턴을 선택할 수 있도록 피치간격을 각각 변화시켜 미리 형성한 체크패턴의 평면도.
제5도는 본 발명의 크림땜납인쇄 열화검출방법에 있어서, 크림땜납의 인쇄상태를 인식하기 위한 기판외관검사장치의 입면도.
제6도는 본 발명의 크림땜납인쇄 열화검출방법에 있어서, 크림땜납의 인쇄상태의 열화를 기판외관검사장치로 화상처리를 행하여 감시하는 수법을 도시한 설명도.
제7a도 및 제7b도는 각각 본 발명의 크림땜납인쇄 열화검출방법에 있어서, 크림땜납의 인쇄상태의 열화를 기판외관검사장치로 화상처리를 행하여 인쇄열화라고 판단하는 수법을 도시한 설명도.
제8도는 종래의 프린트회로기판에 부품이 장착된 프린트회로기판제품을 제조하는 공정의 흐름도.
제9a도 및 제9b도는 각각 종래의 프린트회로기판에 금속마스크를 사이에 끼워 크림땜납인쇄하는 공정을 도시한 크림땜납 인쇄기의 부분단면도.
제10도는 종래의 크림땜납인쇄기의 자체청소기구를 도시한 설명도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
PC : 프린트회로기판 PR : 프린트회로기판 제품
1 : 크림땜납인쇄기(soldre paste printing machine)
2 : 기판외관검사장치(visual tester) 3 : 전자부품 마운타
4 : 리프로땜납기(reflow soldering machine)
5 : 회로패턴 6 : 동전극(銅電極)부분
7 : 금속마스크(metal mask) 8 : 개구
8a : 체크협소피치(check fine pitch) 개구
9 : 크림땜납(solder paste)
9a, 9a1, 9a2, 9a3, 9a4: 인쇄된 크림땜납
11 : 회로패턴으로부터 독립한 영역 12 : 체크패턴영역
21 : 체크패턴
도 1에 도시된 바와 같이, 프린트회로기판(PC)에 크림땜납 인쇄기(1)에 의해 크림땜납을 인쇄(크림땜납인쇄공정)하고, 기판외관검사장치(visual tester)(2)로 크림땜납인쇄를 외관검사(기판외관검사 공정)하고, 인쇄된 크림땜납 상에 칩부품과 IC등의 전자부품(도시되지 않음)을 전자부품 마운타(mounter ; 3)에 의해 전자부품을 장착(부품 장착 공정)하고, 전자부품이 장착된 프린트회로기판에 리프로땜납기 (4)에 의해 리프로땜납(리프로땜납 공정)을 행하는 공정에 의해 전자부품이 장착된 프린트회로기판 제품(PR)을 제조한다.
상기 크림땜납인쇄 공정에 있어서, 프린트회로기판(PC)에는 묘화된 회로패턴 (5 ; 도 2참조)의 동전극부분(6)이 미리 형성되어 있다. 여기서, 동전극부분(6)은 박(箔), 전기도금, CVD 등의 수법에 의해 프린트회로기판(PC)에 막이 형성된다. 또한, 동전극부분(6)에 사용되는 동은 동 또는 동합금을 의미한다.
프린트회로기판(PC)의 회로패턴(5)은 QFP(Quad Flat Package), SOP(Small Outline Package) 등에 의해 1.0~0.8㎜의 피치, 0.65~0.3㎜의 협소피치(fine pitch)로 형성되는 IC를 표면장착하도록 묘화되어 있다.
프린트회로기판(PC)의 회로패턴(5)의 동전극부분(6)과 금속마스크(metal mask)(7)(도 3(a))에 미리 형성된 개구(8)를 대응하도록 위치결정하고, 프린트회로기판(PC)상에 금속마스크(7)을 얹어놓고, 금속마스크(7) 위에 페이스트상의 크림땜납 (9)을 투여하고, 크림땜납 인쇄기(1)의 스퀴지(squeegee ; 10)를 프린트회로기판 (PC) 평면상에 스크랩핑하면, 금속마스크(7)의 동전극부분(6)에는 금속마스크(7)의 개구(8)를 개재하여 크림땜납인쇄기(1)에 의해서 크림땜납(9)이 인쇄된다.
상기 프린트회로기판(PC)와 금속마스크(7)를 서로 분리하면(도 3(b)), 프린트회로기판(PC)의 회로패턴(5)의 동전극부분(6)에는 크림땜납이 인쇄된 크림땜납(9)이 형성된다.
상기 프린트회로기판(PC)에는 회로패턴(5)에서 독립한 영역(11 ; 도 2) 상에 1개 또는 복수개의 체크패턴영역(12)이 설정된다. 상기 체크패턴영역(12)은 프린트회로기판(PC)의 회로패턴(5)에서 독립한 각각의 주변부에 설치하는 것이 바람직하다. 단 체크패턴영역(12)은 프린트회로기판(PC)의 회로패턴(5)에서 독립되어 있는 한, 프린트회로기판(PC)에 묘화된 회로패턴(5)의 내부에 형성할 수도 있다.
상기 금속마스크(7)에는 체크패턴영역(12)에 대응해서 회로패턴(5)보다도 더 협소피치인 체크협소피치 개구(8a)가 형성된다. 체크협소피치 개구(8a)는 예들들면 세로줄무늬 형상으로 형성된다. 예를들면, 프린트회로기판(PC)의 회로패턴(5)이 0.5㎜피치인 QFP(Quad Flat Package), SOP(Small Outline Package) 등의 IC를 표면장착하도록 묘화되어 있으면, 금속마스크(7)의 체크협소피치 개구(8a)는 0.3㎜의 협소피치로 형성된다. 또한, 금속마스크(7)의 체크패턴영역(12)에 대응해서 회로패턴(5)보다도 협소피치인 체크협소피치 개구(8a)를 형성하는 것은, 크림땜납인쇄에서 피치간격이 좁은 패턴이 인쇄열화가 빨리 진행되는 특성이 있다고 미리 알고 있었기 때문이다. 본 발명은 그 특성을 활용하고, 회로패턴(5)으로 채용되고 있는 QFP, SOP피치보다도 1랭크 더 가느다란 피치인 협소피치 개구(8a)를 금속마스크(7)에 형성하고, 이 협소피치 개구(8a)를 이용해서 회로패턴(5)에의 크림땜납(9)의 인쇄상태가 열화하기 전에, 체크패턴영역(12)의 열화정도를 사전에 검출함으로서 크림땜납인쇄열화를 검출하는 것이다.
그래서, 프린트회로기판(PC)의 회로패턴(5)에 있어서, 동전극부분(6)에 크림땜납(9)을 금속마스크(7)의 개구(8)를 개재하여 크림땜납 인쇄기(1)에 의해 크림땜납을 인쇄함과 동시에, 체크패턴영역(12)에 금속마스크(7)의 체크협소피치 개구 (8a)를 개재하여 크림땜납을 인쇄하여 크림땜납(9a)을 형성한다.
상기 프린트회로기판(PC)에 크림땜납이 인쇄된 크림땜납(9a)의 인쇄상태의 열화를 기판외관검사장치(2)로 화상처리를 행하여 감시하고, 프린트회로기판(PC)의 회로패턴(5)에의 크림땜납(9)의 인쇄상태가 열화하기 전에, 체크패턴영역(12)의 열화정도를 검출하고, 크림땜납(9a)의 손상, 번짐 등을 기판외관검사장치(2)로 검출한다.
상기 기판외관검사장치(2)는 열화정도를 검출하기 위해 크림땜납(9a)의 인쇄상태를 인식하기 위한 링 조명광(13 ; 도 5 참조)과 프린트회로기판(PC)에 대해 수직방향에 설치된 CCD카메라(14)로 구성되어 있다. 링 조명광(13)에서 방사된 광은, 크림땜납(9a1, 9a2, 9a3, 9a4: 도 6 참조)의 크림땜납 인쇄부에서 반사하여, CCD카메라(14)에 입력된다. 카메라 화상은 수평에 가까운 크림땜납(9a1, 9a2, 9a3, 9a4)의 인쇄부는 밝고, 수평에 가깝지 않은 다른 곳은 어두운 화상이 된다. 그래서, 크림땜납(9a1, 9a2, 9a3, 9a4)의 패턴 사이에 검사윈도우(15a, 15b, 15c)가 설치된다.
도 7(a)에 도시한 크림땜납 인쇄 번짐부(9c), 도 7(b)에 도시한 크림땜납 인쇄 손상부(9b)에 의해 검사윈도우(15a, 15b, 15c)상에서 이상(예를들면, 휘도평균의 변화)화면이 나타나는 경우, 각각을 번짐, 손상이라고 판단하고, 크림땜납인쇄기 (1)의 자체청소기구(20 ; 도 1 참조)에 클리닝의 휘드백(feedback) 신호(S1)를 출력한다. 휘드백 신호(S1)를 받은 크림땜납인쇄기(1)는 자체청소기구(20 ; 도 10)를 작동시켜서, 크림땜납필터(17a), 흡인브로어(suction blower)(18)를 가진 흡인기(15)로 금속마스크(7)의 개구(8)에 부착한 페이스트상의 크림땜납(19)을 흡인하고, 긁어내기용 블레이드(16)로 금속마스크(7)의 표면에 부착한 약간의 크림땜납(19)을 제거하고, 닦아내기용 블레이드(17)로 크림땜납(19)을 닦아낸다.
이와 같이 하여 상기 프린트회로기판(PC)에 크림땜납이 인쇄된 크림땜납 (9a)의 인쇄상태의 열화를 기판외관검사장치(2)로 화상처리를 행하여 감시하고, 프린트회로기판(PC)의 회로패턴(5)에의 크림땜납(9)의 인쇄상태가 열화하기 전에, 체크패턴영역(12)의 열화 정도를 검출하여, 크림땜납(9a)의 손상, 번짐등을 기판외관검사장치(2)로 검출하고, 화상의 이상(도 7)이 발견되었을 때 금속마스크(7)을 크림땜납인쇄기(1)의 자체청소기구(20)에 의해 클리닝해서 항상 최상의 크림땜납 상태를 유지시킨다.
다른 방법으로서, 프린트회로기판(PC)에 회로패턴(5)으로부터 독립한 영역(11)상에서 회로패턴(5)보다도 더 협소피치인 체크패턴(21 ; 도 2)을 묘화하고, 금속마스크(7)(도 3)에 체크패턴(21)에 대응하는 체크협소피치 개구(8a)를 형성하고, 체크패턴(21)에 금속마스크(7)의 체크협소피치 개구(8a)를 개재하여 크림땜납(9a)을 인쇄해도 된다.
그리고, 금속마스크(7)의 체크협소피치 개구(8a)를 개재하여 크림땜납인쇄된 체크패턴(21)을 기판외관검사장치(2)에 의해 감시해서, 체크패턴(21)에 이상(도 7)이 발견되었을 때는 인쇄상태의 열화라고 판단하고, 크림땜납 인쇄기(1)의 자체청소기구(20)를 동작시켜 금속마스크(7)을 클리닝한다.
또한, 도 4에 도시한 바와같이 체크패턴(21)은 회로패턴(5)에서 사용된 피치보다도 1랭크 더 협소한 피치를 갖는 체크패턴을 선택할 수 있도록 피치 간격을 각각 변화시킨 체크패턴(21a, 21b, 21c)을 사전에 형성해 두어도 된다. 이 경우, 체크패턴(21a, 21b, 21c)의 각 피치에 대응시켜서 금속마스크(7)의 체크협소피치 개구(8a)도 각각 형성된다.
또한, 상술한 실시예에서는 금속마스크의 체크협소피치 개구를 세로줄무늬 모양으로 형성하였으나, 본 발명의 크림땜납인쇄 열화검출방법은, 체크협소피치 개구를 격자(格子)모양, 물방울무늬(dot) 모양으로 형성하여도 상기 실시예와 같은 효과를 나타낸다.
이상의 설명에서 밝혀진 바와같이 본 발명의 크림땜납인쇄 열화검출방법에 의하면, 프린트회로기판에 설정된 체크패턴영역에 대응해서 회로패턴보다도 더 협소피치인 체크협소피치 개구를 형성하고, 체크패턴영역에 금속마스크의 체크협소피치 개구를 개재해서 크림땜납인쇄하여 인쇄상태의 열화를 감시하고, 회로패턴에의 크림땜납 인쇄상태가 열화하기 전에 체크패턴영역의 열화정도를 검출하여, 크림땜납인쇄기의 자체청소기구를 작동시킴으로서, 회로패턴의 인쇄열화를 미연에 방지하고, 모든 제품에 있어 품질의 안정된 공정을 유지할 수 있다. 또한, 생산라인의 일시정지를 감소시키고, 생산성을 향상시키며, 또한 작업자의 부담을 경감시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 프린트회로기판에 묘화된 회로패턴의 동전극부분에 크림땜납인쇄기에 의해 금속마스크의 개구를 개재하여 크림땜납인쇄하고, 인쇄된 크림땜납 상에 전자부품을 전자부품마운타에 의해 장착하고, 상기 전자부품이 장착된 프린트회로기판에 리프로땜납기에 의해 리프로땜납을 행하여 프린트회로기판 제품을 제조하는 방법에 있어서, 상기 프린트회로기판에 상기 회로패턴으로부터 독립한 영역상에 체크패턴 영역을 설정하고, 상기 금속마스크에 상기 체크패턴영역에 대응하여 상기 회로패턴보다도 협소피치인 체크협소피치개구를 형성하고, 상기 체크패턴영역에 상기 금속마스크의 체크협소피치개구를 개재시켜서 크림땜납인쇄하여 인쇄상태의 열화를 감시하고, 상기 회로패턴에의 크림땜납인쇄 상태가 열화하기 전에, 상기 체크패턴영역의 열화정도를 검출하는 것을 특징으로 하는 크림땜납인쇄 열화검출방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프린트회로기판에 상기 회로패턴으로 부터 독립한 영역상에 상기 회로패턴보다도 협소피치인 체크패턴을 묘화하고, 상기 금속마스크에 상기 체크패턴에 대응하는 체크협소피치 개구를 형성하고, 상기 체크패턴에 상기 금속마스크의 체크협소피치 개구를 개재하여 크림땜납을 인쇄하는 것을 특징으로 하는 크림땜납인쇄 열화검출방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 금속마스크의 체크협소피치 개구를 개재하여 크림땜납이 인쇄된 상기 체크패턴을 기판외관검사장치에 의해 감시하여 상기 체크패턴에 이상이 발견되었을 때 인쇄상태의 열화라고 판단하는 것을 특징으로 하는 크림땜납인쇄 열화검출방법.
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