KR100381674B1 - 기준홀 천공기 및 이송위치 보정방법 - Google Patents

Abstract

다층인쇄회로기판 내층에 배치된 3개 이상의 가이드 마크를 관측하여 각 가이드 마크의 위치 이상을 반영한 기준홀 좌표를 구한다.

도 6 (a)에서 PL2 상의 기준홀(H1∼H4)(한 예로서 4개인 경우)의 설계상 좌표값으로부터 각 기준홀을 단위질점으로 간주하여 중심(重心) Hg를 구하고, 중심을 원점으로 하는 UV 좌표계를 만든다. 마찬가지로 천공기에 고정한 Xm, Ym 0(기계) 좌표로 측정한 PL1 상의 가이드 마크(P1∼P4)도 기준홀과 마찬가지로 그 중심 Pg를 원점으로 하는 XY 좌표계로 나타내고, 중심 Hg, Pg를 중첩시킨다. 도 6 (b)에서 대응하는 가이드 마크(P1)와 기준홀(H1)의 거리 L1을 정의하고 L1∼L4의 제곱의 합 Q가 최소가 되는 각 α를 구한다. U축을 α기울인 상태에서 Xm, Ym의 기계 좌표계로 H1∼H4의 좌표를 변환하고 이 좌표에서 천공한다.

Description

기준홀 천공기 및 이송위치 보정방법 {GUIDE HOLE PERFORATING MACHINE AND METHOD FOR COMPENSATING A FEEDING ERROR}

본 발명은 다층인쇄회로기판의 가이드 마크를 관측하여 이에 대응하는 기준홀을 뚫는 천공기에 관한 것으로, 특히 3개 이상의 가이드 마크에 대응한 기준홀을 뚫을 때 유용한 천공기에 관한 것이다.

최근 IC칩, 저항, 커패시터 등의 표면장착용 전자부품의 소형화와 더불어 이들을 장착하는 인쇄회로기판도 고 밀도화가 요구되어 다층화 되는 것이 많다. 일반용에서도 4층, 6층 등의 다층인쇄회로기판이 사용되고, 산업용에서는 층수가 훨씬 더 많은 고 다층인쇄회로기판이 사용되는 추세이다.

다층인쇄회로기판은 외부에 노출된 안팎 2층의 도체층과 노출되지 않는 여러 층의 내층 도체층으로 구성되고, 각 도체층 사이에 절연성 기판이 삽입되어 이들 기판에 의해 도체층이 접착된 구조이다.

다층인쇄회로기판의 도체층으로는 예를 들면 두께 18 ㎛ 정도의 동박(銅箔)을 사용한다.

기판재료로는 열 경화성 유리·에폭시수지를 사용하는 것이 주류이고, 고 다층 회로기판에는 유리·폴리이미드수지, 유리·BT수지 등의 내열 수지도 사용된다.

6층 이상의 다층인쇄회로기판은 단순히 내층의 도체수가 많을 뿐이므로 다층인쇄회로기판의 제조법으로, 이하 도 13 및 도 14를 참조하여 6층 다층인쇄회로기판의 제조법을 간단히 설명한다.

도 13 (a)는 6층 회로기판의 구성을 모식적으로 나타낸 사시도이고, (b)는 내층이 되는 양면 회로기판의 도체부분에 형성된 인쇄 패턴을 모식적으로 나타낸 평면도이다. (c)는 후술하는 레이업 시에 사용되는 지그판의 측면도를 나타낸다. 도 14는 6층 회로기판의 단면으로, (a)는 고온 프레스 공정 전을, (b)는 고온 프레스로 기판이 열 경화되고 도체층을 접착하여 1매의 다층 기판이 된 상태를 각각 나타낸다.

도 13 (a)에 나타낸 바와 같이 6층 다층 회로기판(60)은 노출된 2층의 도체층(62)과 내층이 되는 2매의 내면 인쇄회로기판(61) 사이에 프리프레그(64, 64a)를 끼워 형성된다.

내층을 구성하는 양면인쇄회로기판(61)에는 안팎의 동박면에 최종 제품이 되는(도면에서는 6개의) 단일회로기판 패턴(61a) 등이 통상 식각에 의해 형성된다.

적어도 2개의 위치결정용 가이드홀(65)이 상기 양면 회로기판(61)에 미리 형성되고, 이 가이드홀(65)을 기준으로 하여 안팎 양면의 패턴(61a) 등이 형성되므로 양면인쇄회로기판(61) 안팎의 패턴은 평면적으로는 상호 그 위치가 확보되어 있다. 이와 같이 2매의 양면회로기판(61)에는 좌표위치가 동일한 가이드홀(65)을 사용하여 패턴(61a) 등이 형성된다.

내층기판이 되는 양면인쇄회로기판(61)에 형성된 패턴에는 단일회로기판의 패턴(61a) 외에 후공정에 사용하는 기준홀용의 가이드 마크(66) 및 안팎 식별용 기준홀의 위치를 나타내는 가이드 마크(66a)가 복수 개 준비되고, 식각 공정에서 이들 가이드 마크도 형성된다.

식각이 완료된 복수 매의 내층용 양면인쇄회로기판을 중첩시켜 각각의 회로기판의 도체부에 형성된 패턴의 위치관계를 바르게 정렬하는 것을 레이업(lay up)이라 한다.

양면인쇄회로기판(61)에 패턴(61a) 등을 형성할 때 사용한 가이드홀(65)의 중심거리와 동일한 중심거리를 갖는 핀(68a)을 설치한 지그판(68)이 준비된다. 식각이 완료된 1매의 양면기판(61)을 그 가이드홀(65)에 지그판(68)의 핀(68a)을 삽입 관통시켜 지그판(68) 위에 놓는다. 그 위에 가이드홀(65)이 뚫린 가열 전의 기판 재료(프리프레그라 한다)(64a)를 놓는다. 또한 다른 1매의 양면회로기판(61)을 그 가이드홀(65)에 지그판(68)의 핀(68a)을 삽입 관통시켜 지그판(68) 위에 포갠다. 이 단계에서 2매의 양면회로기판(61)과 그 사이의 프리프레그(64a)의 외주를 가(假) 고정하여 레이업을 완료한다.

이와 같이 상기 기준홀(65)은 레이업 시의 기준홀로서도 사용되어 레이업용 기준홀이라 부를 수도 있다. 이후 혼동의 염려가 있는 경우는 기준홀(65)을 레이업용 기준홀(65)라 부르는 경우도 있다.

도 14의 단면도에 나타낸 바와 같이, 레이업된 2매의 양면인쇄회로기판(61)의 양쪽에 프리프레그(64)와 도체 재료인 동박(62)을 놓고 고온 프레스로 가압 가열하면, 동박(62)과 양면기판(61) 사이에 삽입된 프리프레그(64, 64a)가 열 경화하여 (절연)기판(63)으로 변화하고 각 도체간의 접착도 완료되어 1매의 다층인쇄회로기판(60)이 된다.

이 후, 다층기판의 내층 패턴에 대응한 새로운 기준홀을 뚫어 이 새로운 기준홀을 기준으로 하여 최외층의 도체 회로 패턴의 식각, 관통홀의 천공 가공 등을 행한다. 또한 도금 공정, 방청처리 공정 등을 실시하여 기계가공으로 단일회로기판으로 분할하고, 필요한 외형 형상으로 잘라내어 다층인쇄회로기판을 완성한다.

이미 설명한 바와 같이 내층기판을 형성하는 양면회로기판의 도체층에는 단일회로기판의 패턴(61a) 외에 기준홀을 위한 가이드 마크(66, 66a) 등이 복수 개 준비되고, 식각 공정에서 이들 가이드 마크도 식각된다. 이들 가이드 마크의 좌표는 단일회로기판의 패턴(61a)과 어떤 위치관계를 갖도록 결정되어 있으므로 이들 가이드 마크의 위치를 측정하면 전기회로를 구성하는 패턴의 좌표가 판명된다.

상기 다층 기판(60)의 내층에 형성된 가이드 마크(66)에 대응한 새로운 기준홀을 뚫는 데에는 통상, X선 (기준홀) 천공기를 사용한다.

전술한 바와 같이 고온 프레스로 가압 가열된 다층회로기판의 앞뒤 양쪽 외면은 깨끗한 도체층으로 덮여 있어, 육안으로 가시광선을 사용하여 내층에 형성된 가이드 마크를 명료하게 투시하는 것은 불가능하다.

현재로서는 미약한 X선으로 다층 기판을 투시하여 내층기판에 형성된 가이드 마크 위치를 측정하는 방식이 일반적이지만 초음파 기타 다른 측정법도 다양하게 연구되고 있다. 결국, 가시광선 이외의 것을 사용하여 내층기판에 형성된 가이드마크 위치를 측정하는 방식으로 일괄할 수 있다.

통상, 2개의 가이드 마크(66)를 측정하여 다음 공정 이후에서 사용하는 기준홀을 2개 천공하는 방식이 사용된다. 실제로는 안팎, 앞뒤 식별용으로 3개째의 기준홀이 천공되는 경우도 많지만 이 기준홀은 단순히 안팎, 앞뒤 식별용으로 다음 공정 이후의 정밀도에는 직접 관계하지 않는다.

이후, 다층인쇄회로기판은 각각 공정 전용으로 준비된 지그판에 설치된 핀에 상기 기준홀을 삽입 관통시켜 지그판에 부착된다.

다층인쇄회로기판 제조시에 고온 프레스로 가압 가열되기 때문에 내층기판이 다소 변형되는 것은 피하기 어렵고, 내층기판의 가이드 마크(66)도 최초 설정된 좌표와 달라지며, 그 거리도 설계값과는 달라지는 경우가 많다. 또한 변형의 정도 또는 내층기판의 위치에 따라 부분적으로 다른 경우도 생각할 수 있다.

그러나, 후공정에서 사용되는 기준홀은 지그판에 설치된 핀에 삽입 관통되어 사용되므로 2개의 기준홀의 중심거리, 즉 기준홀 간격을 지그판의 핀 간격과 동일하게 하는 편이 실용상 좋다.

따라서, 가이드 마크(66)의 중심에 기준홀을 뚫지 않고 가이드 마크에 대해 2개의 기준홀이 소정의 기준홀 간격을 유지하도록 기준홀을 뚫는 방식을 중간점 방식이라 한다.

다음에, 도 15 (a)에 따라 2홀 중간점 방식에 대해 설명한다. 도 15 (a)는 2홀 중간점 방식의 원리를 설명하는 모식도이며, 도면 중에 도면부호 50은 천공기에 고정된 기계 좌표계(Xm, Ym)를 나타내고, 다층인쇄회로기판의 내층에 형성된 가이드 마크(66)를 P1, P2로 나타내고, 천공기로 천공할 기준홀을 H1, H2로 나타낸다.

가이드 마크(P1, P2)를 관측하면 그 좌표값은 기계 좌표계(50)로 표현되고, P1(x1, y1), P2(x2, y2)를 얻을 수 있다. 이로부터 용이하게 P1, P2 사이의 거리 B를 구할 수 있다.

다층인쇄회로기판의 변형량은 이 거리 B와 기준홀(H1, H2)의 소정 (설계상의) 간격 A의 차이라고 생각할 수 있다.

직관적으로, 기준홀(H1, H2)이 소정 간격 A를 갖고 P1, H1의 거리와 P2, H2의 거리를 같게, 더욱이 P1, P2를 연결하는 직선 상에 오도록 기준홀(H1, H2)을 배치하면 된다고 생각된다.

현재, (P1, H1), (P2, H2)의 거리 C는 [(B-A)/2]의 절대값이 되고, P1, P2를 통과하는 직선이 기계 좌표계의 Xm축과 이루는 각 α는 다음 식의 α의 탄젠트로부터 구할 수 있다.

이들로부터 기준홀이 되는 H1, H2의 좌표값을 계산할 수 있다. 따라서 기준홀은 이 좌표값에서 뚫으면 된다.

현재, (기준홀) 천공기로는 상기 기능을 갖는, 이른바 2홀 중간점식 천공기가 일반적으로 사용된다. 가이드 마크 2개를 관측하여 기준홀의 좌표를 계산한 경우, 주로 가이드 마크를 연결하는 직선 근방에서의 회로기판의 변형을 보정하는 것으로 생각된다.

또한 도 13 (a)와 (b)에 나타낸 바와 같이 기준홀용의 2개의 가이드 마크(66)의 위치는 인쇄회로기판의 1변 중앙 부근과 이 변과 평행한 변의 역시 중앙 부근의 모두 바깥쪽 가장자리에 가까운 위치에 형성되는 경우가 많다. 이로부터 도 13 (b)에 사선을 넣은 영향범위(70)에 상당하는 내층기판의 중앙부분의 변형에 따라서 기준홀의 좌표가 정해진다.

2홀 중간점 방식 천공기(71)의 실제 구성을 도 15 (b)와 도 16을 참조하여 설명한다.

도 15 (b)는 함체(71a)를 투시한 평면도이고, 도 16 (a)는 작업자쪽에서 본 정면도로 역시 함체(71a)를 투시하여 그린 것이다. 도 16 (b)는 X선 카메라(76)로 이동대(80)에 놓인 다층인쇄회로기판(도시 생략)의 가이드 마크를 관측하는 중의 모식도이고, (c)는 스핀들의 선단에 장착된 드릴(77b)로 도시하지 않은 다층인쇄회로기판에 기준홀을 뚫는 상태를 나타낸 모식도이다. 그리고, 평면을 나타내는 도 15 (a)에서는 이동대(80)를 둘 이상으로 나누거나 오른쪽의 X 이동가대(73)를 생략하여 나타낸다.

함체(71a)에 고정된 가대(72) 위에 직선 가이드(73a)와 볼 나사(73b)가 설치되어 2대의 채널형 X 이동가대(73)를 이동 가능하게 지지한다. X 이동가대(73)의 최상부에 X선 발생장치(74)가 고정되고, 하부에는 직선 가이드(78a)와 볼 나사(78b)가 설치되어 Y 이동가대(78)를 이동 가능하게 지지한다.

2대의 X 이동가대(73)는 서로 반대 방향으로 기계 좌표계의 Xm축에 평행하게 움직이며, 홀을 뚫을 다층인쇄회로기판의 크기에 따라 그 간격이 가변된다.

Y 이동가대(78)는 독립하여 기계 좌표계의 Ym축에 평행하게 움직이고, 그 위에 X선 카메라(76)와 드릴 회전기구인 스핀들(77)이 소정 간격 S를 두고 고정된다.

이동대(80)는 2대의 X 이동가대(73) 중간에 배치되어, 기계 좌표계의 Ym축에 평행하게 이동한다. 이동대의 중앙 근처에 배치된 직선 가이드(80a)와 볼 나사(80b)에 의해 80A의 위치에서 다층인쇄회로기판(도시 생략)을 이동대(80) 위에 얹고, 도 15 (b)에서 이동대(80)로서 표시한 천공 위치까지 끌어들인다.

도 16 (b)에 나타낸 바와 같이 X선 발생장치(74)에 내장된 X선 발생관(74a)에서 방사된 X선은 X축 방호관(75)과 그 선단에 이동할 수 있게 배치된 클램퍼(75a)에 뚫린 홀을 통과하여 도시하지 않은 다층인쇄회로기판의 가이드 마크를 투과하여 아래의 X선 카메라(76)에 입사한다.

X선 카메라(76)의 위치(기계 좌표계에 의한 좌표값)는 이미 알고 있으므로 X선 카메라(76)로 찍은 가이드 마크의 화면상의 위치를 측정하면 가이드 마크의 좌표를 알 수 있다. 좌우 X선 카메라(76)의 화상에서 2개의 가이드 마크의 좌표를 알 수 있다.

이 2개의 가이드 마크의 좌표로부터 앞서 설명한 방법으로 기준홀의 좌표를 계산한다.

도 16 (c)에 나타낸 바와 같이 스핀들(77)이 S만큼 이동하여 X선 카메라의 위치를 차지한다. 스핀들이 놓인 Y 이동가대(78)는 Ym축 방향으로 이동하는 동시에 X축 방향으로도 미동(微動)할 수 있게 되어 있으므로 Xm축 방향과 Ym축 방향의미세 조정을 행하여 기준홀의 좌표 H1(X1, Y1), H2(X2, Y2) 바로 밑에 드릴(77b)을 위치시켜 홀을 뚫는다.

이 때, X선 방호관(75)의 하단에 배치된 클램퍼(75a)는 하강하여 다층인쇄회로기판의 천공부 주변을 눌러 천공 시 다층인쇄회로기판의 이동을 방지한다.

도 16 (c)의 일점쇄선으로 표시한 위치까지 Y 이동가대(78)를 이동하여 안팎 식별용 기준홀을 뚫는다. 이동량이 많으므로 정밀도에 문제가 없는 안팎 식별용 기준홀의 천공에만 사용한다. 또한 총 이동량이 큰 이동대(80)는 이동에 수반되는 요잉(yawing) 등의 오차가 커지므로 통상 천공 시에는 이동대(80)과 그 위에 놓인 다층인쇄회로기판은 이동시키지 않는다.

그런데, 2개의 기준홀을 사용한 다층인쇄회로기판의 후공정의 관통홀 천공 가공에서 불량품 발생률에 장소에 따른 차가 있음이 판명되었다. 일반적으로 다층인쇄회로기판의 도체 패턴은 단일회로기판의 패턴을 수 개 탑재한 다수 탑재 방식으로 설계되며, 가이드 마크로부터 멀리 떨어진 다층회로기판 주변부의 단일회로기판의 관통홀 천공 공정 불량률이 높은 경향인 것을 발견할 수 있다.

이미 설명한 바와 같이 가이드 마크 2개를 측정하는 2홀 중간점 방식 천공기로 뚫은 기준홀은 2개의 가이드 마크를 잇는 직선 근방의 변형은 보정하지만 이 직선과 수직방향의 변형은 무시된다. 따라서 다층인쇄회로기판의 면적이 넓어지면 불량이 되는 회로 패턴이 많아져 수율이 저하된다.

또한 천공기와 같은 통상 대량생산에 사용되는 산업기계에서는 측정기 각각의 구조 정밀도는 비용 측면에서 채용할 수 없고, 경년변화도 고려한 큰 이동량인 경우의 지지기구나 이송기구의 이동방향의 기울기 보정과, 요잉 그 외의 영향에 의한 이동량의 부분적인 어긋남의 보정을 저 비용으로 행하여야 한다는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 기준홀 천공기와 이송위치 보정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 (기준홀) 천공기의 구성을 모식적으로 나타내는 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 (기준홀) 천공기의 구성을 모식적으로 나타내는 정면도 및 측면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 (기준홀) 천공기의 구성을 모식적으로 나타내는 평면도이다.

도 4는 천공기의 이동대 구조를 설명하는 모식도이다.

도 5는 천공기의 X선 카메라와 스핀들을 놓는 Y 이동가대의 움직임을 나타내는 투영도이다.

도 6은 다수 홀 기준의 중간점 천공의 원리를 설명하는 모식도이다.

도 7은 다점 중간점 방식 가이드홀을 뚫은 레이업 전의 단일 양면회로기판과 레이업용 지그판에 의한 레이업 공정을 설명하는 모식도이다.

도 8은 레이업 전의 단일 양면회로기판에 가이드홀을 가공하는 천공기의 구성을 설명하는 사시도이다.

도 9는 도 8에 나타낸 천공기의 주요부를 설명하는 투영도이다.

도 10은 이동대의 급송 방향과 이동량 편차 보정방법을 설명하는 모식도이다.

도 11은 클램퍼 구조를 나타내는 모식적인 사시도 및 단면도이다.

도 12는 수평방향으로 이동하는 클램퍼의 구조를 나타내는 단면도 및 기능을 설명하는 모식도이다.

도 13은 다층인쇄회로기판의 구조를 설명하는 모식도이다.

도 14는 다층인쇄회로기판의 구조를 설명하는 단면도이다.

도 15는 종래의 2홀 중간점 (기준홀) 천공기의 기준홀 위치를 구하는 쪽과 기계의 구성을 모식적으로 나타낸 평면도이다.

도 16은 종래의 2홀 중간점 (기준홀) 천공기의 구성을 모식적으로 나타내는 정면도 및 측면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 천공기 2 : 함체

3 : 가대 4 : X선 발생장치

4a : X선 발생관 5 : X선 방호관

5a : 홀 6 : X선 카메라

7 : 스핀들 7a : 척

7b : 드릴 7c : 에어 실린더

8 : 스핀들 가대 9 : 클램퍼

9a : 에어 실린더 9b : 클램퍼 지지기구

9c : 클램퍼 나사 10 : X 이동가대

11 : Y 이동가대 12 : 이동대

10a, 11a, 12a : 직선 가이드(LM 가이드) 10b, 11b, 12b : 볼 나사

13 : 검사홀(1, 2홀) 13a : 검사홀(3, 4홀)

14 : X축 지그판 15 : Y축 지그판

14h, 15h : 지그판 작은 홀 14s, 15s : 소형 나사

16 : 홀 천공 위치(1, 2홀) 16a : 홀 천공 위치(3, 4홀)

17 : 작업자 위치(흰 화살표) 18 : 절삭 부스러기(chip)

31 :(양면 회로기판용) (기준홀) 천공기

32, 32a : CCD 카메라 39 : 클램퍼

39b : 클램퍼 지지기구 30c : 클램퍼 나사

50 : 기계 좌표계(Xm, Ym, Zm, 기계 원점 Om)

P1∼P4 : 가이드 마크 Pg : 가이드 마크의 중심

H1∼H4 : (가상) 기준홀 Hg : (가상) 기준홀의 중심

α: 회전각(U축과 X축으로 이루어지는 각도)

60 : 다층인쇄회로기판 61, 61A : 양면회로기판

61a, 61aA : 단일회로기판의 패턴 62 : 도체

63 : (절연)기판 64 : 프리프레그(prepreg)

64a, 64aA : 프리프레그(기준홀 붙음)

65, 65A, 65B : (레이업(lay up)용) 기준홀

66, P : 가이드 마크 67, H : 기준홀

68, 68A : 레이업 지그판 68a, 68aA, 68aB : 위치결정 핀

69 : 최대 회로기판 외형 69a : 최소 회로기판 외형

70 : 영향 범위 Ha : 안팎 식별용 가이드 마크

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 직교하는 Xm축과 Ym축을 갖는 기계 좌표계를 설정한 기준홀 천공기 함체에 고정된 가대와,

다층인쇄회로기판의 구성요소인 인쇄회로기판의 도체층에 형성된 적어도 3점의 가이드마크를 관측하는 관측장치와,

상기 인쇄회로기판에 기준홀을 뚫는 천공장치와,

Xm축과 Ym축에 평행한 이송 방향을 가지며, 인쇄회로기판과 관측장치 및 천공장치의 상대위치를 변환하는 이송장치와,

관측장치에 의해 관측된 가이드 마크의 좌표로부터 천공위치를 산출하여 이송장치를 제어하는 제어장치를 구비하여,

적어도 3점의 가이드 마크의 관측값에서 각 가이드 마크를 단위질점으로 치환한 것으로 간주한 때의 중심위치를 좌표원점으로 하여 Xm축에 평행하게 X축, Ym축에 평행하게 Y축을 갖는 XY 좌표계로 각 가이드 마크의 좌표값을 나타내며,

가이드 마크와 동수이고, 또 설계시의 가이드 마크 좌표와 동일한 좌표를 갖는 가상 기준홀의 설계시 좌표로부터 가상 기준홀을 단위질점으로 치환한 것으로간주한 때의 중심위치를 좌표원점으로 하여 직교 UV 좌표축을 갖는 좌표계로 각 가상 기준홀의 좌표값을 나타낸 경우에 가이드 마크의 중심과 가상 기준홀의 중심을 중첩시켜, 중심을 회전중심으로 하여 UV 좌표계를 회전시켜서 인쇄회로기판의 기준홀의 좌표를 정하는 기준홀 천공기를 제공한다.

상기 천공기는 U축과 X축이 이루는 각(角)이 각 가이드 마크와 대응하는 가상 기준홀과의 거리의 제곱을 모든 가이드 마크에 대해 합한 제곱의 합을 최소로 하는 각이 된다.

또한 관측장치로서 가시광 영역에서 동작하는 촬상장치를 구비한 다층회로기판의 내층이 되는 양면회로기판 전용의 기준홀 천공기도 제공한다.

또한 직교하는 Xm축, Ym축 및 Zm축을 갖는 기계 좌표계를 설정한 기준홀 천공기 함체에 고정된 가대와,

다층인쇄회로기판의 구성요소인 인쇄회로기판의 도체층에 형성된 적어도 3점의 가이드 마크를 관측하는 관측장치와,

상기 인쇄회로기판에 기준홀을 뚫는 천공장치와,

Xm축과 Ym축에 평행한 이송 방향을 가지며, 인쇄회로기판과 관측장치 및 천공장치의 상대위치를 변환하는 이송장치를 구비한 기준홀 천공기에 있어서,

천공장치의 클램퍼 지지기구와 스핀들이 동일한 이동가대에 설치되고, 홀이 뚫려 있지 않은 클램퍼재(材)를 클램퍼 지지기구를 사이에 두고 소정위치에 배치하며, 상기 기준홀을 뚫는 드릴로 상기 클램퍼재에 천공한 후에, 클램퍼로 사용하는 기준홀 천공기를 제공한다.

또한, 상기 클램퍼 지지기구가 Zm축에 직각인 평면 내로 이동하여 클램퍼와 드릴의 상대위치를 변경하는 기준홀 천공기도 제공한다.

또한, 직교하는 Xm축, Ym축을 갖는 기계 좌표계를 설정한 기준홀 천공기 함체에 고정된 가대와,

다층인쇄회로기판의 구성요소인 인쇄회로기판의 도체층에 형성된 적어도 3점의 가이드 마크를 관측하는 관측장치와,

상기 인쇄회로기판에 기준홀을 뚫는 천공장치와,

Xm축과 Ym축에 평행한 이송 방향을 가지며, 인쇄회로기판과 관측장치 및 천공장치의 상대위치를 변환하는 이송장치와,

관측장치에 의해 관측된 가이드 마크의 좌표로부터 천공위치를 산출하여 이송장치를 제어하는 제어장치

를 구비한 기준홀 천공기의 상기 이송장치의 이송위치 보정방법으로서,

이송장치의 이동대에 놓인 테스트 회로기판에 임의 간격으로 제1, 제2 기준홀을 뚫고, 임의 간격을 고정하여 Ym방향으로 이동대를 임의 거리 L을 이동하여 제3, 제4 기준홀을 뚫으며, 테스트 회로기판 좌우에 뒤집어서 상기 이동대 위에 얹고 제2 기준홀을 제1 기준홀 천공위치에, 제1 기준홀을 제2 기준홀 천공위치에 두고, 다시 이동대를 임의 거리 L 이동하여 관측장치로 관측하여, Xm방향의 편차 길이δ를 얻은 경우에을 상기 이동대의 이동방향의 기울기로서 상기 제어장치에 기억하여 상기 이동대의 이송위치를 보정하는 보정방법을 제공한다.

또한 Ym축에 평행하게 이동대에 2개의 지그판을 탑재하여 지그판의 작은 홀 위치를 상기 관측장치로 관측하고, 관측값을 상기 제어장치에 기억하여 상기 이동대의 이송위치를 보정하는 이송위치 보정방법도 제안한다.

본 발명은 기준홀 천공 시에 한 방향의 직선상의 보정이 아닌 평면적인 회로기판의 변형 상태를 관측하여 기준홀을 뚫는다.

예를 들면, 내층기판의 네 귀퉁이에 형성된 4개의 가이드 마크의 위치를 측정하고, 그 기준위치로부터의 편차를 읽어 전체로서 편차가 최소가 되는 위치에 기준홀을 뚫으므로 현재의 2홀 중간점 방식 천공기로서는 얻을 수 없는 고 정밀도로 기준홀을 설정할 수 있다.

본 발명의 실시예인 다점 중간점 방식의 기준홀 천공기(이하 천공기라 약칭한다)를 도 1∼도 3을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 천공기(1)의 외관 사시도이며, 함체(2)를 투시하여 나타낸 것이다.

도 2, 3은 천공기를 투영도로서 나타낸 것이며, 도 2 (a)는 천공기(1)의 정면도이고, 도 2 (b)는 측면도이다. 도 3 (a), (b)는 천공기(1)의 이동대(12) 위치를 변경시킨 평면도이고, 도 2, 도 3 모두 함체(2)를 투시하여 내부를 나타낸 것이다.

또한 각 도에 기입한 기계 좌표계( Xm, Ym, Zm, 원점 Om)는 천공기(1)의 부동부분(예를 들면 함체(2)나 가대(3))에 고정된 좌표계로 이송장치의 각종 기계부분의 이동방향이 이 좌표축에 평행하다. X선 카메라로 다층 기판의 가이드 마크를 관측하여 얻는 좌표값이나 기준홀의 천공 좌표도 기본적으로 이 좌표계를 이용하여산출한다.

그리고, 도 1의 흰 화살표(17)는 작업자의 정위치이고 작업자는 화살표 방향(Ym축의 정방향)을 향해 서서 가이드 마크 관측, 기준홀 천공을 행할 다층인쇄회로기판을 투입하고, 천공이 끝나면 천공기(1)에서 꺼낸다.

이하의 설명에서 가공물과 기준홀은 모두 4개이고, 대응하는 가이드 마크와 기준홀의 설계상 좌표값이 같은 경우를 설명한다. 가이드 마크와 기준홀 수가 3개 이상이면 동일한 방법으로 처리할 수 있다. 단, 후술하는 바와 같이 실제로 천공되어 후공정에 사용되는 기준홀이 반드시 가이드 마크의 개수와 설계상의 좌표위치가 동일한 것은 아니므로 이 경우 계산에 사용하는 (가이드 마크의 설계상 좌표값과 동일한 좌표를 갖는) 기준홀을 가상 기준홀이라 하여 구별한다.

2홀 중간점 방식에서도 인쇄회로기판의 안팎 앞뒤 식별용 홀을 합하면 3홀이 되지만 상기한 바와 같이 2홀 방식의 안팎 앞뒤 식별용 홀은 정밀도에는 관계하지 않으므로 다점 중간점 방식은 아니다. 또한 다점 중간점 방식에서는 안팎 앞뒤 식별용으로 4홀의 배치를 대칭이 아닌 1개만 위치를 조금 옮기는 등 별도로 기준홀을 추가하지 않고 해결하는 연구를 하는 경우가 많다.

천공기(1)의 함체(2) 내부에 가대(3)가 고정된다. 좌우 1쌍의 X 이동가대(10)는 대략 채널형으로 형성되어, 좌우에 거울상(鏡像) 관계를 이루는 형상이다. X 이동가대(10)는 가대(3) 상단에 배치된 직선 가이드(10a)에 의해 지지되며, 볼 나사(10b)와 이것과 결합하는 X 이동가대(10)의 하면에 부착된 볼 너트(도시 생략)에 의해 기준홀을 천공하는 회로기판의 크기에 따라 미리 Xm축에 평행하게 이동하여 가이드 마크를 관측할 수 있는 위치에 대기한다.

그리고, X 이동가대(10)를 개별적으로 구동하기 위하여 볼 나사(10b)는 각 X 이동가대(10)마다 배치된다.

X 이동가대(10)의 상부에 X선 발생장치(4)가 고정되고 하부에는 직선 가이드(11a)가 부착된다. 그리고 Y 이동가대(11)가 상기 직선 가이드(11a)에 의해 지지된다. 볼 나사(11b)와 이것과 결합하는 Y 이동가대(11)의 하면에 부착된 볼 너트(도시 생략)에 의해 Y 이동가대(11)는 Ym축에 평행하게 이동 가능하다.

Y 이동가대(11)는 채널형으로 형성되고 상부에 X선 방호관(5)이 배치되며, 도 2에 나타낸 바와 같이 이것과 나란하게 클램퍼(9)와 클램퍼(9)를 상하로 이동시키는 에어 실린더(9a)가 설치된다. 하부에는 스핀들(7)과 X선 카메라(6)가 고정된다.

다층인쇄회로기판을 탑재하는 이동대(12)는 Ym축과 평행하게 배치되고 함체 중앙부분에 고정된 직선 가이드(12a)와 볼 나사(12b)에 의해 지지되고 구동되어 Ym축에 평행하게 운동한다.

이동대(12)는 12A 위치에서 가공물인 기준홀을 뚫는 다층인쇄회로기판을 얹고, Ym축을 따라 이동하여 가이드 마크 측정, 기준홀 천공위치로 끌어들인다.

그리고, 볼 나사(10b, 11b, 12b)를 구동하여 X 이동가대(10)와 Y 이동가대(11) 및 이동대(12)의 이동을 제어하는 제어장치는 도시하지 않았다.

여기서, 천공기의 주요 구성요소로서 X선 발생장치(4), X선 방호관(5) 및 X선 카메라(6)로 가이드 마크의 관측장치를 형성하고, 스핀들(7)과 클램퍼(9)로 천공장치를 형성하며, X 이동가대(10), Y 이동가대(11), 이동대(12) 및 이들을 지지하고 구동하는 직선 가이드(10a, 11a, 12a), 볼 나사(10b, 11b, 12b) 등으로 구동장치를 형성한다.

또한 도시되지 않은 제어장치는 일련의 천공작업 순서에 따라 상기한 각종 장치의 제어를 행한다. 또한 제어장치는 관측장치로 관측한 가이드 마크의 X선 상으로부터 좌표값을 산출하고 이 좌표값과 미리 입력한 기준홀의 설계 좌표로부터 기준홀 천공위치를 계산하는 것이 최대 역할이다.

또한, 후술하는 바와 같이 레이업 전의 양면회로기판에 레이업용의 기준홀을 다점 중간점 방식으로 천공한다. 전용(專用) 기준홀 천공기의 경우는 관측장치에 가시광선용 CCD카메라를 사용하는 경우도 있다.

도 4를 참조하여 이동대(12)의 세부를 설명한다. (a)는 이동대(12)의 평면도이고, (b)는 Xm축, Zm축을 포함하는 평면에 평행하게 절단한 단면도이다.

이동대(12)는 통상 금속제로서 평탄한 판형으로 형성되고 가이드 마크 투시와 기준홀 천공을 위한 검사홀(1, 2홀용)(13), 검사홀(3, 4홀용)(13a)이 좌우에 천공되어 있다.

다층인쇄회로기판(60)은 그 외형의 크기에 따라서 회로기판의 선단부분이 가지런하도록 하고, 직사각형의 파선으로 나타낸 최대 회로기판 외형(69)과 최소 회로기판 외형(69a) 사이에 놓인다. 기준홀인 1, 2홀은 검사홀(13)을 사용하여 화살표(16)의 범위에서, 기준홀인 3, 4홀은 검사홀(13a)을 사용하여 화살표(16a)의 범위에서 천공을 행한다.

X축 지그판(14) 및 Y축 지그판(15)에 대해서는 뒤에서 상세하게 설명한다.

4홀의 기준홀을 뚫는 작업 순서를 이하에 설명한다.

먼저, 홀을 뚫을 회로기판의 외형 치수와 (설계상의) 기준홀 좌표로부터 X 이동가대(10)의 Xm축을 따른 위치를 결정하고, 미리 X 이동가대(10)는 그곳에 이동하여 대기한다.

이동대(12)가 (도 1의) 12A 위치이고, 작업자는 다층인쇄회로기판(60)을 이동대(12) 위의 소정 위치에 얹는다. 회로기판(60)은 이동 테이블(12)에 가고정된다. 이동 테이블(12)은 X선 카메라(4)에 내장된 X선 발생관(4a)의 아래에 가이드 마크(P1, P2)가 오는 위치로 이동한다.

후술하는 바와 같이, 가이드 마크(P1, P2)를 X선으로 투시하고 X선 카메라(6)로 관측하여, 그 좌표값을 측정한다. 좌표값은 도시하지 않은 제어장치의 메모리에 기억된다.

가이드 마크(P3, P4)가 X선 발생관(4a)의 아래로 오는 거리만큼 이동대(12)는 Ym 방향으로 이동한다. 이어서 X선을 조사하고 X선 카메라(6)로 가이드 마크(P3, P4)를 관측하여 그 좌표값을 기억한다.

여기서, 계산방법은 후술하지만 가이드 마크 4점의 좌표로부터 기준홀(H1∼ H4)의 좌표를 계산하고, 먼저 스핀들(7)이 기준홀(H3, H4)의 좌표까지 이동하여 기준홀(H3, H4)을 뚫는다.

이동대(12)가 이동하여 가이드 마크(P1, P2)를 X선으로 투시한 위치까지 되돌아가고, 스핀들(7)이 기준홀(H1, H2)의 좌표까지 이동하여 기준홀( H1, H2)을 뚫는다.

이동대가 투입위치 12A까지 움직여 천공이 완료된 회로기판(60)을 작업자가 꺼내면 기준홀 가공 공정이 종료된다.

상기 기준홀 가공 공정을 도 5를 참조하여 X, Y 이동가대에 탑재된 기기류의 동작에 기초하여 설명한다.

도 5 (a)는 작업자 위치에서 왼쪽의 X 이동가대(10), Y 이동가대(11)를 본 정면도이고, (b)는 그 평면도로 X 이동가대(10)의 상반부를 없애고 Y 이동가대(11)의 상면을 나타낸다. (c), (d)는 Xm축의 양(plus)의 방향에서 본 X 이동가대(10)를 나타내며, (c)는 X선 카메라(6)로 가이드 마크를 관측할 때를, (d)는 스핀들로 천공할 때를 모식적으로 나타낸다.

가이드 마크(P1, P2)의 관측은 Y 이동가대(11)가 (c)에 나타낸 X선 관측위치에 있을 때 행한다. X선 발생관(4a)의 바로 아래에 X선 방호관(5)과 X선 카메라(6)가 온다.

도시하지 않은 제어장치의 명령에 의해 X축 발생장치가 동작하며 X선 발생관(4a)에서 방사된 X선은 X선 방호관의 중심에 뚫린 홀(5a)을 통과하여, 도시하지 않았지만 이동대(12) 위에 놓인 회로기판(60)의 내층 가이드 마크(P2)를 투시하여 X선 카메라(6)로 화상으로 포착되고, 포착된 화상은 제어장치 내의 계산기로 전송되어 가이드 마크(P2)의 좌표가 계산되고 기억된다.

기준홀의 천공은 스핀들 선단의 드릴(7b)로 행한다. 천공 시에는 계산된 X 이동가대(10)가 기준홀(H1)의 Xm 좌표축까지 이동하고, Y 이동가대(11)가 기준홀의Ym 좌표축까지 이동한다. 실제로는 도 5 (c)에 나타낸 바와 같이 X선 카메라(6)의 중심과 스핀들(7)의 중심과의 거리 S만큼 떨어져 있으므로 Y 이동가대(11)가 S만큼 많이 이동한다. 스핀들(7)은 에어 터빈 또는 고주파 모터를 회전원(回轉源)으로 하는 고속 모터이고, 회전축에 부착된 척(7a)을 통하여 통상 초경합금제의 드릴(7b)을 장착하여 회로기판에 기준홀을 천공한다. 또한 도시하지 않았지만 스핀들(7)을 상하로 움직이는 에어 실린더 또는 서보 모터에 의해 드릴(7b)의 천공을 위한 이송을 행한다.

스핀들(7)의 바로 아래에 배치된 클램퍼(9)는 에어 실린더(9a)의 액추에이터(actuator)에 부착되며 하강하면 이동대(12)에 놓인 회로기판(60)을 눌러 천공시 회로기판(60)의 이동을 방지한다.

그리고, 천공 시에 X 이동가대(10)를 움직이지 않고 Y 이동가대에 미소량 X 방향의 이동이 가능하도록 구성하여 드릴(7b)을 천공위치에 이동시키는 경우도 있다.

도 6을 참조하여 다점 중간점 방식을 설명한다. 도 6 (a)는 가이드 마크(P1∼P4), 기준홀(H1∼H4) 및 각종 좌표계와의 관계를 모식적으로 설명한 사시도이고, (b)는 (a)와 동일한 관계를 기계 좌표계의 Xm, Ym축을 포함하는 평면으로 투영한 설명도이다. 이하의 설명에서 기준홀(H)의 개수는 모두 4개인 경우를 설명하지만 기준홀 수는 3개 이상이면 동일한 방법으로 처리할 수 있다.

전술한 바와 같이, 상기 기준홀(H1∼ H4)은 가상 기준홀로 한다. 즉, 설계상은 가이드 마크(P1)에 대응하는 기준홀(H1)의 위치관계는 동일하고, 설계상 대응하는 양자의 좌표는 동일하다. 따라서, 고온 프레스 공정 등에서 가이드 마크의 위치가 어긋나지 않았다고 가정하면, 가이드 마크(P1∼P4)와 그것에 대응하는 기준홀(H1∼H4)을 합치면 완전히 중첩된다.

다층인쇄회로기판(60)의 내층에 형성된 가이드 마크를 X선 카메라로 관측하여 기계 좌표계의 Xm, Ym축에 의한 가이드 마크의 좌표값을 얻을 수 있으며, 도 6 (a)에서 PL1 평면상에 나타낸다. 이 좌표값을 P1(m1, n1), P2(m2, n2), P3(m3, n3), P4(m4, n4)로 한다.

여기서 각 가이드 마크에 단위질점이 배치되었다고 가정하여 중심 Pg(gx, gy)를 구한다.

다음에, 중심(Pg)을 원점으로 하는 X, Y축을 갖는 좌표계로 변환하여 P1(x1, y1), P2(x2, y2), P3(x3, y3), P4(x4, y4)로 한다. 여기서,

한편, 도 6 (a)에서 PL2 평면상에 나타낸 기준홀의 좌표와, 최초 UD, VD축을 갖는 설계상의 좌표계로 나타나 있다. 가이드 마크와 마찬가지로 기준홀도 단위질점이 배치되었다고 가정하여 동일한 계산으로 그 중심(Hg)을 원점으로 하여 UD축에 평행인 U축, VD축에 평행인 V축을 갖는 좌표계로 좌표변환한다.

(설계상의) 좌표값을 H1(M1, N1), H2(M2, N2), H3(M3, N3), H4(M4, N4)로 하여 중심 Hg(Gx, Gy)를 구한다.

Hg를 원점으로 하는 U, V축을 갖는 좌표계로 좌표변환하여, H1(U1, V1), H2(U2, V2), H3(U3, V3), H4(U4, V4)를 얻는다.

평면 PL1과 평면 PL2를 가이드 마크의 중심(Pg)과 기준홀의 중심(Hg)을 일치시켜 중첩시킨다. Zm축에 평행하게 투영하면 도 6 (b)를 얻을 수 있다.

여기서, 평면 PL1을 고정하고, 중첩된 중심(Pg 및 Hg)을 회전중심으로 하여 평면 PL2를 회전시킨다고 생각하여 X축과 U축이 만드는 각을 α라 한다. 각 α의 탄젠트는 다음 식으로 구할 수 있다.

여기서, Σ는 첨자 i = 1∼4인 각 좌표값에 대해 계산하고 분모, 분자마다 그 합을 구한다.

α가 결정되면 UV 좌표계로부터 XY 좌표계로 다음 식을 사용하여 변환한다.

기계 좌표계 Xm, Ym으로의 변환은 단순히 중심 Pg(gx, gy)의 좌표값을 더하면 얻을 수 있다. 이렇게 하여 얻은 기계 좌표계에 따른 각 기준홀의 좌표계에 따라 기준홀의 천공을 행한다.

그리고, 상기한 각 가이드 마크의 좌표의 측정값으로부터 실제로 천공하는 기준홀의 좌표를 구하기까지의 계산시간은 현재의 개인용 컴퓨터 정도의 연산속도이면 매우 짧은 시간에 끝나며, 문제되지는 않는다.

이상, 계산의 순서만을 설명하였지만 계산 순서 중에서 다음 2가지 점이 본 발명의 요점이다.

첫째로, 다점으로 구성된 가이드 마크 군과 같은 수의 다점으로 구성된 (가상) 기준홀 군(群)을 각각 단위질점이 배치된 질점계로 간주하여 중심을 구하고, 중심끼리 일치하도록 중첩시키는 점이다.

운동 역학적으로 2개의 질점계의 운동을 비교하는 데에 관성능률이 최소인 회전축을 구하고, 그 축을 일치시켜 비교하는 경우가 많다. 관성능률이 최소인 회전축은 질점계의 중심을 통과하는 축 중에서 질점이 분포하는 평면에 수직인 회전축이다. 도 6 (a)의 평면 PL1, PL2가 이 평면에 상당한다. 이 축을 채용하면 관성능률의 축 위치에 따른 변화는 모두 배제된다.

따라서, 만약 가이드 마크의 좌표에 변화가 없으면 가이드 마크와 기준홀을 이 축(즉 중심)에서 중첩시키면 대응하는 가이드 마크와 기준홀이 중첩하는 것은 이미 서술하였다. 대응하는 가이드 마크와 기준홀의 위치가 일치하지 않는 것은 모든 가이드 마크의 좌표 변화에 의한 것이라 해도 된다.

즉, 가이드 마크가 분포하는 평면과 기준홀이 분포하는 평면을 중첩시키고, 또 양자의 중심을 일치시킴으로써 그 외의 영향을 최대한 배제하여 내층기판의 변형에 의한 가이드 마크 위치의 편차만이 반영된다.

둘째로, 가이드 마크와 기준홀의 중심을 일치시키지 않으면 남은 자유도는 무게중심(重心)을 중심(中心)으로 오로지 회전만 하게 되고, 도 6 (a)에 나타낸 평면 PL1 내의 회전에 한정된다. 따라서 대응하는 각각의 가이드 마크와 기준홀의 거리가 최소가 되는 회전각 α를 찾으면 최선의 기준홀 위치가 된다.

도 6 (b)에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 가이드 마크(P1)와 기준홀(H1)의 거리(L1)는 다음 식 (7)로 나타낼 수 있다.

여기서, 기준홀(H1)의 XY 좌표계의 좌표값 X1, Y1은 앞의 식 (6)에서 변환된다. 거리를 양의 값만으로 하면 제곱근을 구하지 않고 제곱한 채로 비교하면 된다. L1∼Ln의 제곱의 합 Q를 각(角) α의 함수로 하여 다음과 같이 식 (8)로 나타낸다.

α= 0 근처에서 함수 Q는 연속이고, 미분 가능하며 극소값(최소값)을 가지므로 α에 대하여 편미분하여 도함수의 값을 0으로 하는 α를 구한다.

또한 다음 식 (10)∼(12)의 관계를 얻을 수 있다.

이들을 위의 식 (9)에 대입하여 정리하면 다음 식 (13)을 얻는다.

즉, α의 탄젠트를 이미 모두 알고 있는 가이드 마크 좌표의 측정값과 기준홀의 좌표값으로부터 계산할 수 있다. α는 통상 ±45°이내이므로 α의 탄젠트로부터 α의 사인(sine), 코사인을 구할 수 있다.

이미 알고 있는 모든 가이드 마크 좌표의 측정값과 기준홀의 좌표값으로부터 α의 탄젠트를 구하는 계산식이 둘째로 중요한 점이 된다.

이상에서 한 예로서 각 가이드 마크, 기준홀의 가중치는 같은 것으로 하고, 양자의 거리 합을 최소로 하는 방법을 설명하였지만 측정된 가이드 마크 좌표에 대해 기준홀 좌표를 구하는 방법은 여러 가지 방식이 있다. 예를 들면 직교 2직선까지의 각 질점으로부터의 거리 제곱의 합을 최소로 하는 직교 회귀직선도 약간 변형하면 사용할 수 있고, 또한 각 가이드 마크에 가중치를 주거나 가이드 마크의 분포를 선택하여 기준홀의 회전각을 가감하는 것도 가능하다.

현실적으로 천공되는 기준홀과 가상 기준홀의 개수, 위치가 다른 이유는 주로 생산상의 여건에 의한 경우가 많다.

인쇄회로기판의 여러 곳의 편차를 충실하게 반영하려면 1매의 인쇄회로기판에 형성된 가이드 마크의 수를 많게 할수록 좋고, 예를 들면 8개의 가이드 마크를 관측하여 계산을 행하지만, 실제로 지그판의 위치결정 핀에 삽입 관통되는 기준홀은 (안팎 식별을 고려해도) 3개로 충분하고, 지그판의 제작 비용도 경감된다.

이와 같이 가상 기준홀과 실제로 사용되는 기준홀이 다르더라도 가상 기준홀과 실제로 천공되는 기준홀의 좌표를 동일한 좌표계로 기술하면 좌표변환은 용이하다.

이상에서 설명한 바와 같이 복수의 양면인쇄회로기판이 레이업되고, 고온 프레스 공정을 거쳐 다층인쇄회로기판이 된 것을 측정하여 여러 패턴의 평균적인 좌표계를 구하는 방법이 현재 많이 사용된다.

그러나, 고온 프레스 공정 후에 가이드 마크의 정밀 측정을 행하는 것은 고온 프레스 공정에서 발생한 오차를 포함한 각 가이드 마크의 위치를 측정하는 것이 되고, 일정 수준 이상의 제품 정밀도를 얻기 어려운 경우도 있다.

이를 위해서는 레이업 공정과 고온 프레스 공정에서의 각 층의 패턴의 어긋남(패턴의 좌표 오차)를 최대한 작게 할 필요가 있다.

레이업 공정, 고온 프레스 공정을 재점검하여 그 오차를 줄이도록 검토하면 다음과 같은 개선점이 나타난다.

첫째로, 레이업용 기준홀의 좌표 정밀도를 높일 필요가 있다.

둘째로, 레이업할 때의 지그판의 핀과 양면회로기판의 기준홀의클리어런스(clearance)를 작게 한다.

셋째로, 지그판의 핀 수를 많게 하여 양면회로기판을 외주 수 개소에서 지지한다. (필연적으로 양면회로기판의 기준홀 수도 증가시킬 필요가 있다.)

이러한 점들을 개선하면 레이업과 고온 프레스 공정에서 각각 내층에 형성된 단일회로기판의 패턴 어긋남을 줄일 수 있으며, 완성한 다층회로기판을 투시한 때 각 층의 단일회로기판의 패턴 위치의 편차가 줄어들 것이라 생각된다.

따라서, 하나의 개선책으로서 먼저, 레이업 전의 단일 양면회로기판의 단계에서 수많은 가이드 마크를 관측한다. 이들 관측값으로부터 높은 정밀도의 좌표계를 정함에 있어 이미 본안에서 설명한 중심을 불변으로 하고, 좌표 관측값의 제곱의 합을 최소로 하는 다점 중간점 방식을 사용하여 좌표계를 구한다. 이렇게 얻은 좌표계에 따라 기준홀의 좌표를 복수 개 구한다. 기준홀의 수는 이론적으로는 2개로 충분하지만 양면회로기판의 부분적인 편차를 방지하려면 외주에 4개 이상의 기준홀을 형성하는 것이 바람직하다.

이렇게 하여 기준홀의 좌표 (위치) 정밀도를 향상시키는 동시에 천공기에 사용하는 에어 스핀들 등의 드릴 구동수단의 정밀도를 향상시켜 드릴 지름을 관리하여 홀 지름의 정밀도를 향상시킨다.

다음에 지그판에 형성된 핀 좌표 정밀도와 핀 지름 정밀도를 향상시켜 상기 기준홀에 대응하는 핀을 설치한다. 실제로는 지그판 여러 곳의 강성도 향상시킬 필요가 있다.

고온 프레스 공정에서 사용하는 지그판의 정밀도와 강성을 높이거나 홀 지름의 정밀도를 높이려면 종래 방법의 연장선상에 있는 것으로 대응할 수 있다.

다층회로기판의 각 도체층에 형성된 도체 패턴의 각층의 어긋남을 최소로 하려면 양면회로기판의 단계에서 각 도체 패턴의 좌표계를 정밀하게 관측하고 레이업 공정에 반영하여야 한다. 신뢰성 높은 레이업용 기준홀이 필요해진다.

이 목적으로 사용할 수 있는 기준홀 천공기로서 요구되는 기준홀의 좌표 정밀도의 엄격함 때문에 이미 설명한 다점 중간점 방식의 기준홀 천공기가 유효하게 사용된다.

도 7을 참조하여 상기 천공기로 형성한 기준홀(65A, 65B)을 갖는 내층용 양면회로기판(61A)을 레이업하는 상태를 설명한다. 도 7은 다층인쇄회로기판을 구성하는 복수 매의 양면회로기판(61A), 프리프레그(64aA) 및 레이업 지그판(68A)을 모식적인 사시도로서 나타낸 것이다.

도 7에서는 이들 양면회로기판(61A)에는 그 네 귀퉁이에 4개의 기준홀(65A)이 형성되어 있지만 중간에도 기준홀(65B)을 형성하면 더욱 바람직하다.

레이업 지그판(68A)에는 양면회로기판의 외주부에 상당하는 4곳의 위치결정 핀(68aA)이 설치되며, 그 좌표위치는 레이업되는 양면회로기판(61A)에 형성된 복수개의 기준홀 좌표위치와 동일하다. 양면회로기판(61A)에 기준홀(65B)이 형성되는 경우는 파선으로 나타낸 위치결정 핀(68aB)이 설치된다.

2매의 양면회로기판(61A) 사이에 (가이드홀 있는) 프리프레그(64aA)를 끼워 도 7의 괄호 A로 묶인 1세트로 하여 레이업 지그판(68A)의 위치결정 핀(68aA)에 삽입 관통되어 지그판 위에 놓인다. 또한 도 7의 괄호 B로 묶인 양면회로기판(61A)과 프리프레그(64aA)를 1세트로 하여 차례대로 레이업 지그판(68A) 위에 놓인다.

이들 복수의 양면회로기판(61A)과 프리프레그(64aA)를 가고정하여 레이업을 종료하는 점은 앞서 설명한 레이업 공정과 다름없다. 또한 다음 공정인 고온 프레스에 의한 공정도 동일하여 레이업 시의 각 층의 도체층의 위치결정 정밀도 향상에 의해 형성된 다층회로기판의 좌표 정밀도가 향상된다.

다음에 도 8과 도 9를 참조하여, 단일 양면회로기판의 패턴 형성과 동시에 형성된 가이드 마크를 관측하여 레이업 시에 사용하는 복수개의 기준홀을 뚫는 다점 중간점 방식의 기준홀 천공기(이하 천공기라 약칭한다)를 설명한다. 도 8은 본 발명의 천공기(31)의 외관 사시도이며, 함체(2)를 투시하여 나타낸 것이다.

도 9는 천공기(31)의 주요부를 투시도로 나타낸 것이며, 각 도에 기입한 기계 좌표계(Xm, Ym, Zm, 원점 Om)는 앞서 (도 1∼도 5를 참조하여) 설명한 천공기(1)와 동일하게 붙여져 있다.

그리고, 용도, 형상이 동일한 부재는 도 1 등과 동일한 도면부호를 부여하고, 도 8의 흰 화살표(71)는 작업자의 정위치인 것, 작업 시의 작업자의 방향 등도 도 1과 다름없다.

양면회로기판의 기준홀 측정에는 X선 관측장치를 탑재한 천공기를 사용해도 되지만 측정대상인 양면회로기판은 도체 패턴과 가이드 마크가 노출되어 있으며 가이드 마크는 가시광으로 식별 가능하다. 양면회로기판 전용으로 사용하는 것이라면 천공기(31)의 관측장치로서 가시광 영역에서 동작하는 촬상장치, 예를 들면 CCD 카메라 등을 사용할 수 있다.

도 8에서는 CCD 카메라가 동일한 곳의 상하에 2대, 그 시야의 중심을 맞춰 배치되어 있지만 측정대상인 양면회로기판의 종류에 따라서는 CCD 카메라 1대로 측정 가능한 경우도 있다. 즉, 가이드 마크가 양면회로기판 1면에만 형성되는 경우나 1면이 접지용 패턴 등으로 정밀도가 불필요한 경우는 CCD 카메라 1대로 한쪽 면만을 관측하면 된다.

천공기(31)의 함체(2)의 내부에 가대(3)가 고정되고, X 이동가대(10x)가 가대(3)의 상단에 배치된 직선 가이드(10a)에 의해 지지되며, 볼 나사(10b)의 회전에 의해 기준홀을 뚫는 회로기판의 크기에 따라 가이드 마크가 관측 가능한 위치에 대기한다. X 이동가대(10x)는 CCD 카메라용이고 상부에 설치되던 X선 발생장치, 방호관 등이 불필요하므로 높이는 낮춰져 있다.

X 이동가대(10x) 위에 직선 가이드(11a)가 부착되고, Y 이동가대(11)는 이 직선 가이드(11a)로 지지되며, 볼 나사(11b)에 의해 Y 이동가대(11)는 Ym축에 평행하게 이동 가능한 것은 (도 1 등을 참조하여 설명한) 천공기(1)와 동일하다.

Y 이동가대(11)는 상호 거울상 관계를 가지고 채널형으로 형성되며, 상부에 CCD 카메라(32)가 설치되고, 이것과 나란하게 클램퍼(9)와 클램퍼(9)를 상하로 이동시키는 에어 실린더(9a)가 설치된다. 하부에는 CCD 카메라(32a)가 상부 CCD 카메라(32)와 시야 중심을 맞춰 배치되고, 또한 Ym축 방향으로 거리 S를 두고 스핀들(7)이 설치된다.

Ym축과 평행으로 배치된 함체 중앙부분에 고정된 직선가이드(12a)와 볼 나사(12b)에 의해 지지되고 구동되며 양면회로기판을 탑재하는 이동대(12)는 Ym축에 평행에 운동한다.

이동대(12)는 가공물인 양면회로기판을 얹어 Ym축을 따라 이동하여 가이드 마크 측정, 기준홀 천공위치로 끌어들인다.

여기서, 천공기의 주요 구성요소로서 CCD 카메라(32, 32a)는 가이드 마크 관측장치를 형성하고, 스핀들(7)과 클램퍼(9)는 천공장치를 형성하며, X 이동가대(10), Y 이동가대(11), 이동대(12) 및 이를 지지하고 구동하는 직선 가이드(10a, 11a, 12a), 볼 나사(10b, 11b, 12b) 등으로 구동장치를 형성하고, 또한 도시하지 않은 제어장치는 일련의 천공작업 순서에 따라 상기 각종 장치의 제어를 행한다. 또한 관측장치로 관측한 가이드 마크 상으로부터 좌표값을 산출하고, 이 좌표값과 미리 입력된 기준홀의 설계좌표로부터 기준홀 천공위치를 계산하는 것이 최대의 역할인 등, X선 카메라에서 CCD 카메라로 바뀐 관측장치를 제외하고는 천공기(1)와 동일하다고 생각해도 된다.

또한 천공기(31)를 사용하여, 양면회로기판에 기준홀을 뚫는 작업순서도 천공기(1)의 그것과 동일하다. 이미 설명한 바와 같이 다층회로기판을 구성하는 양면회로기판에 레이업용 기준홀을 뚫으려면 다층회로기판에 기준홀을 형성하는 데 사용한 다점 중간점 방식의 계산방식을 그대로 이용할 수 있다

이 천공기(31)를 사용하고 다점 중간점 방식을 적용하여 레이업 전의 양면회로기판에 복수의 기준홀 가공을 행하면 고 정밀도, 고 강성의 지그판 사용과 상호 작용하여 레이업 공정, 고온 프레스 공정의 정밀도 향상을 기대할 수 있다.

이와 같이, 기준홀 천공기는 고온 프레스 공정 후의 양면회로기판 등이 접착되어 일체가 된 다층인쇄회로기판 및 레이업 공정 전의 다층인쇄회로기판의 부재로서의 양면인쇄회로기판에 대해 기준홀 천공을 행한다. 즉, 기준홀 천공기는 다층인쇄회로기판과 양면인쇄회로기판을 총칭한 다층인쇄회로기판의 구성요소인 인쇄회로기판에 대한 유효한 기준홀을 형성할 수 있다.

다음에, 이동대(12)의 이송 정밀도를 향상하는 방법을 설명한다. 종래의 2홀용 중간점 방식에서는 가이드 마크의 측정 정밀도에 관계하는 것은 Xm 방향의 이송량뿐이고, Ym 방향의 이송량이 문제가 되는 것은 X선 카메라(6)와 스핀들(7)과의 거리를 이동할 때 뿐으로 이동대(12)의 전체 이동거리의 수분의 1에 지나지 않는다.

그런데, 4홀 이상의 가이드 마크는 통상 회로기판의 네 귀퉁이에 배치되고, 그 거리는 대략 회로기판의 각 변의 길이에 필적한다.

만약, Ym 방향의 이동거리에 오차를 포함하거나, 이동대의 이동방향이 Ym축과 평행하지 않고 어긋나 있으면 3, 4번 가이드홀 좌표의 측정값은 크게 어긋나 산출된 기준홀 좌표의 오차가 지나치게 클 염려가 있다.

천공기는 일반적으로 가공에 사용되는 산업기계이므로 그 구성부품의 강성을 증가시켜 각 부분의 정밀도를 향상시키는 등의 기본적인 대책은 비용적인 면에서는 이로운 대책은 아니다. 경년변화에 따라 어긋나는 양이 변하는 경우도 있어 가끔 편차 양을 측정하여 보정하는 것이 실용적이다.

여기서는 처음에 이동대(12)의 이동방향의 각도 오차 보정법을, 이어서 길이 측정값을 보정하는 방법을 설명한다.

도 10을 참조하여 좌표축의 각도 오차 측정법을 설명한다. 도 10 (a), (b)는 테스트 회로기판을 사용한 각도 오차 검출방법을 설명하는 모식도이고, (c)∼ (e)는 Ym축에 평행한 지그판을 부착한 이동대와 지그판을 상세하게 설명하는 도면이다.

이동대(12)의 이송방향이 Ym축에 대해 θ도 기울어져 있고, 회로기판을 거리 L만큼 이송하면 Xm축 방향으로 δ만큼의 편차가 발생한다고 가정한다.

먼저, 가이드 마크가 없는 깨끗한 회로기판(60)을 준비한다. X, Y 이동가대(10, 11)의 위치는 고정하고, 이 회로기판(60)을 이동대에 얹고, 도 10 (a)에 나타낸 바와 같이 임의의 간격 K로 H1, H2 홀을 뚫고, 이어서 Y방향으로 임의의 L만큼 이동대를 이동하여 회로기판(60)을 이동시켜, H3, H4 홀을 뚫는다. 표적이 되는 가이드 마크가 없으므로 천공기는 X선 카메라의 중앙에 홀을 뚫는다.

천공한 회로기판의 좌우가 거꾸로 되도록 뒤집고, 도 10 (b)에 나타낸 바와 같이 천공 시와 뒤집은 때의 회로기판(60)의 H1와 H2, H2와 H1이 각각 일치하도록 이동대에 얹는다. 이동대를 L만큼 이동하여 홀 H3과 H4의 좌표를 측정하면 이들의 Xm축 좌표값은 편차 δ의 2배인 2δ로 관측된다.

실제로는, 뒤집은 홀을 X선 카메라의 시야 내에 두어 그 좌표를 측정하면 좌표 변환하여 상기 2δ의 수치를 구할 수 있고, L 값으로부터 θ를 용이하게 구할 수 있다. 이 θ를 기억시켜 두고, 통상의 천공 시에 보정값으로 사용함으로써 이동대의 이동방향의 각도 오차 보정을 소프트웨어적으로 행할 수 있다.

깨끗한 회로기판을 사용하지 않고 통상의 작업 시에 실제로 기준홀을 뚫은다층인쇄회로기판(60)을 뽑아 내어 뒤집어서 좌표를 측정하면 되고, 적당한 시간간격으로 이동대(12)의 이송 방향의 기울기를 감시할 수 있다.

X선 발생장치, X선 카메라, 천공 스핀들 등의 X축의 길이 보정에, 다수의 홀이 이미 알고 있는 홀 간격으로 배치된 지그판을 이동대에 부착하여 얹고, 이 지그판의 홀을 투시한 X선을 X선 카메라로 측정하여 이동대 이송기구의 고르지 못한 이송에 의한 오차를 보정하는 방법은 이미 본 출원인에 의해 제안되어 있다(일본국 공개특허 평3-277411 참조).

이동대의 이동량도 이동대의 이동방향인 Ym축에 평행하게 상기와 동종인 지그판을 이동대에 부착함으로써 보정할 수 있다.

즉, 도 10 (c)에 나타낸 바와 같이 이동대(12)의 좌우 2곳에 Ym축에 평행하게 Y축 지그판(15)을 고정한다.

상세한 것은 도 10 (d)에 평면도를, (e)에 측면쪽 단면을 나타냈으나 Y축 지그판(15)은 예를 들면 얇은 금속판에 간격 h로 다수의 지그판 작은 홀(15h)을 뚫은 것으로 작은 나사(15s)로 이동대(12)에 고정된다. 지그판 작은 홀(15h)의 간격 h는 정밀하게 측정되어 이미 알고 있다.

X선 카메라로 각 지그판 작은 홀(15h)을 투과하여 측정할 수 있도록 이동대(12)에는 검사홀(15n)이 형성된다. 검사홀(15n)은 도면과 같이 지그판 작은 홀(15h)의 1개 또는 수 개에 대응하는 둥근 홀이나 긴 홀 등의 임의의 형상이어도 된다. 또한, (e)의 단면도와 같이 Y축 지그판(15)과 이동대(12)의 표면을 동일면으로 하면 작업 시에 회로기판을 얹을 때 편리하다.

이동대(12)를 움직여 X선 카메라로 지그판 작은 홀 (15h)의 Ym축 좌표를 관측하면 이동대(12)의 이송량(볼 나사(12b)의 회전수)의 편차가 판명된다. 이 어긋난 양을 보정값으로 사용한다. 천공기의 제어장치의 메모리에 이 보정값을 기억시켜서 이동대(12)의 이송을 수정할 수 있다.

이상에서 설명한 이동대(12)의 이송방향과 이동량 2가지를 보정함으로써 이동거리가 긴데도 불구하고 비교적 이송 정밀도가 낮은 이동대를 사용하여 기준홀 천공에 필요한 이송 정밀도를 얻을 수 있다.

다음에, 효과적인 클램퍼 구조를 설명한다. 기준홀 천공시 드릴과 반대방향에서 회로기판(60)을 눌러 회로기판(60)의 이동이나 변형을 방지하는 것이 클램퍼의 주된 역할이다.

도 11을 참조하여 상세 구조를 설명한다. 도 11 (a), (b)는 새로운 구조의 클램퍼(9)의 동작 모식도이고, (c)는 종래의 클램퍼(75a)의 구조를, (d)에 새로운 방식의 클램퍼(9)를 모두 종단면도로 나타낸 것이다.

새로운 클램퍼(9)는 스핀들(7)의 바로 위에 위치하여 스핀들(7)이 설치된 Y 이동가대(11)의 상부에 고정된 에어 실린더(9a)의 액추에이터에 고정된다. 따라서 천공 시에는 클램퍼(9)와 스핀들(7)의 Xm, Ym축 평면에서의 위치관계는 항상 일정하다. 후술하는 바와 같이 클램퍼는 가공물의 로트(lot) 변경 시나 드릴 교환 시에 수평으로 이동할 수 있는 구조가 되는 경우도 있으나 처음에 고정된 상태로서 설명한다.

천공 시 이외에는 (a)와 같이 이동대(12)에 놓인 회로기판(60)과는 접촉하지않는 에어 실린더(9a)가 클램퍼(9)를 끌어올린다. 천공 시에만 (b)와 같이 클램퍼(9)는 하강하여 회로기판(60)을 누른다.

도 11 (c)는 종래 사용된 클램퍼(75a)를 나타내며 도 15, 16에 나타낸 2홀 중간점 방식 천공기에 사용된다. X선 방호관(75)의 선단에 부착되어 천공 시에는 도시하지 않은 구동기구에 의해 하강하여 회로기판(60)을 누른다. 아래에서 스핀들 선단의 드릴(77b)에 의해 천공된다.

이러한 클램퍼(75a)의 결점은 천공 시에 드릴(77b) 선단으로 도체(62)를 눌러 변형시키고, 얇은 원추형의 절삭 부스러기(chip)(18)가 발생한다는 것이다. 드릴(77b)의 상승에 따라 절삭 부스러기(18)의 외주가 완전히 절단되면 원추형인 채로 회로기판(60)으로부터 분리되므로 문제는 없다.

종종, 절삭 부스러기(18)의 외주의 일부가 그대로 남는 경우가 있다. 드릴(77b)의 상승에 의해 절삭 부스러기(18)도 눌려져 올라가지만 드릴(77b)이 하강하면 현재 뚫린 홀을 덮듯이 되돌아온다.

정확하게 기준홀이 천공되었는지를 확인하기 위하여 천공 후에 X선 카메라로 홀을 관측하는 경우가 있으며, 이 때 홀을 덮은 절삭 부스러기(18)로 인해 홀 좌표가 어긋나게 측정된다.

절삭 부스러기(18)와 도체(62)는 손을 대면 바로 떨어질 정도로 매우 가늘게 이어져 있지만 공기를 세게 내부는 정도로는 좀처럼 떨어지지 않아 대책에 고심하는 문제이다.

도 11 (d)에 나타낸 단면도를 참조하여 새로운 클램퍼(9)를 설명한다.

컵형의 클램프 지지기구(9b)가 에어 실린더(9a)의 액추에이터 선단에 고정된다. 클램퍼 지지기구(9b)의 컵 내에 클램퍼(9)가 한 예로 클램퍼 나사(9c)로 고정된다.

클램퍼(9)의 형상은 클램퍼 지지기구(9b)의 컵에 수용되고 하단이 클램퍼 지지기구(9b)의 하단보다 약간 돌출하면 된다. 클램퍼(9)에는 최초에 드릴(7b)이 통과하는 홀은 뚫려 있지 않다. 클램퍼(9)의 재질은 회로기판(60)을 눌렀을 때 도체(62)에 흠을 내지 않는 것으로 드릴(7b)로 천공 가능하면 무엇이든 된다. 일반적으로는 베이클라이트(bakelite), 천공 시의 열에 연화하지 않는 플라스틱, 목재 등을 널리 사용할 수 있다.

클램퍼(9)의 사용법을 설명한다. 상술한 바와 같이 스핀들(7)과 클램퍼(9)는 Y 이동가대에 부착되며, 그 평면적인 위치관계는 천공 시에는 불변이다.

먼저, 홀이 뚫려 있지 않은 클램퍼(재; 材)(9)가 클램퍼 지지기구(9b)에 클램퍼 나사(9c)로 고정된다. 다음에 드릴(7b)로 클램퍼(재)(9)에 홀을 뚫는다. 실제로 기준홀의 천공에 사용하는 드릴(7b)로 클램퍼재에 홀을 뚫어 비로소 클램퍼(9)가 된다. 이 때문에 클램퍼(9)의 홀은 통상 드릴(7b) 위치와 일치하고 홀 지름도 드릴 지름에 상당한다. 반드시, 다층인쇄회로기판에 기준홀을 뚫는 그 드릴(7b)로 깨끗한 클램퍼재에 홀을 뚫는 것이 필요하다.

이 후, 실제로 회로기판(60)에 홀을 뚫는다. 이 때도 클램퍼(9)에 뚫린 홀과 드릴(7b)의 위치는 항상 일치하므로 절삭 부스러기(18)는 드릴(7b)이 클램퍼(9)의 홀을 상승함에 따라 확실히 도체(62)로부터 떨어져 나가 드릴(7b)의 선단에 실린 채 홀의 안쪽으로 운반된다.

처음에 클램퍼(9)에 드릴(7b)로 깊이 홀을 뚫으면 상당한 수의 홀 가공이 가능하지만, 도 11 (d)에 일점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 미리 클램퍼(9)의 상부에 공동(空洞)부(9d)를 만들어 두면 절삭 부스러기(18)는 이 공동부(9d)에 쌓이고, 드릴(7b)의 수명에 상당하는 홀 수만큼의 절삭 부스러기(18)를 수용할 수 있다. 이 공동부(9d)는 클램퍼 지지기구(9b)에 설치해도 된다.

또한 클램퍼 지지기구(9b)에 홀을 뚫어 공동부(9d)와 연결하면 공기 흡입 등으로 절삭 부스러기(18)를 이 홀을 통하여 배출하는 방책도 고려할 수 있다.

본 클램퍼를 사용함으로써 절삭 부스러기(19)가 도체(62)로부터 분리되지 않는 사고를 완전히 방지하는 동시에 회로기판(60)을 누르는 위치를 드릴(7b) 매우 가까이로 할 수 있어 회로기판(60)에 지나친 굽힘 응력(bending stress)이 걸리는 것을 방지하는 효과도 함께 갖는 것이다.

이상 설명한 바와 같은 클램퍼는 호칭 지름(nominal diameter)이 동일한 드릴(7b)을 사용한다면 드릴 교환을 해도 천공 위치는 거의 변함이 없고, 클램퍼의 홀 지름이 마모하여 사용한도 이상으로 확대되기까지 클램퍼를 계속 사용할 수 있다.

또한, 통상 기준홀로서 사용되는 홀 지름은, 예를 들면 홀 지름 3 ㎜∼5 ㎜ 범위에서 호칭 지름으로서 3종류 정도가 사용된다. 여기서, 적어도 2종류 이상의 홀이 뚫릴 정도의 크기의 클램퍼로 하고, 클램퍼가 수평으로 이동하여 드릴(7b)에 대한 상대위치가 변화되도록 하면 작업 로트가 변경되어 천공작업에 사용하는드릴(7b)의 호칭 지름이 변경되어도 클램퍼의 스핀들에 대한 상대위치를 이동시켜 클램퍼는 교환하지 않고 완료할 수 있다.

물론, 클램퍼와 드릴의 상대위치 변경은 실제 천공작업 중에는 이루어지지 않고, 예를 들면 드릴 교환 직후 등의 이른바 준비작업 중에 이루어진다.

천공작업 대상인 인쇄회로기판의 기판재료로는 전술한 바와 같이 열경화성 유리·에폭시수지 등이 사용된다. 그 절삭성이 좋지 않기 때문에 드릴(7b)의 수명은 짧고 상당히 빈번하게 드릴(7b)을 교환할 필요가 생긴다.

이 드릴 교환작업은, 예를 들면 도 11 (a) 등에 나타낸 바와 같이 통상 드릴 척(7a)에서 드릴(7b)을 뽑아 내고 새 드릴과 교환하므로 클램퍼(9)가 드릴의 바로 상부에 있으면 시계도 나쁘고 드릴 교환을 방해하게 된다. 따라서 드릴 교환을 위하여 클램퍼가 드릴의 바로 위 위치까지 대피할 수 있는 수평 이동기구를 장착 구비하는 것이 보통이다. 이 이동기구에 약간의 기능을 추가하여 드릴(7b)에 대해 클램퍼의 상대위치가 변경되지 않도록 하여도 그로 인한 비용 상승분은 얼마 되지 않는다.

다음에 도 12를 참조하여 클램퍼(39)와 이동기구가 부착된 클램퍼 지지기구(39b)를 설명한다. 도 12 (a)는 클램퍼(39)와 클램퍼 지지기구(39b)를 단면도로 나타낸 것이고, 도 11 (d)와 거의 동일한 구성이다.

도 12 (b)∼(e)는 클램퍼(39)와 드릴(7b)의 상대위치를 설명하는 모식도이다.

도 12 (a)에서 클램퍼 지지기구(39b)는 도면의 화살표 방향으로, 예를 들면Ym축에 평행하게 이동할 수 있다. 중앙 축부(軸部)에서 에어 실린더(9a)의 액추에이터와 연결되어 인쇄회로기판을 누르기 위하여 상하로 이동한다. 도시하지 않았지만 이동을 위한 기구로서는, 예를 들면 클램퍼 지지기구(39b)를 직선 가이드로 지지하고, 선형 모터, 에어 실린더 등으로 구동하는 각종 알려진 이동수단을 이용할 수 있다. Zm축에 직각인 평면 내의 이동이면 위의 예와 같은 직선적으로 이동해도 되며, 예를 들면 원운동이어도 지장 없다.

클램퍼 지지기구(39b)에 클램퍼(39)가 부착된다. 부착방법도 임의의 방법을 채용할 수 있지만 한 예로서, 도 12에서는 클램퍼 지지기구(39b)에 계단식 장착부를 설치하여 상하 받침으로 하고 클램퍼(39)를 삽입하여 작은 나사(39c)를 고정하는 간단한 구조이다. 클램퍼(39)는 복수개의 천공이 가능하게 앞서 (도 11을 참조하여) 설명한 클램퍼(9)보다 대형으로 형성된다.

클램퍼 지지기구(39b)는 드릴(7b)에 대해 도 12 (b)∼(e)에 나타낸 바와 같이 예를 들면, 4종의 위치로 이동하여 정지할 수 있다.

클램퍼(39)는 도 12 (b) 위치에서는 호칭 지름(직경)이 D1인 드릴(7b)로 천공된다. 클램퍼 지지기구가 이 위치에 있으면 호칭지름 D1인 드릴(7b)에 대응할 수 있다. 마찬가지로 클램퍼(39)가 도 12 (c)의 위치에서 호칭 지름 D2인 드릴(7b)에, 도 12 (d)의 위치에서 호칭 지름 D3인 드릴(7b)에 대응한 홀을 뚫고, 3종류의 호칭 지름을 갖는 드릴(7b)에 대응할 수 있다. 클램퍼(39)의 정지위치가 증가되면 더욱 더 다양한 종류의 호칭 지름의 드릴에 대응할 수도 있다.

도 12 (e)는 드릴 교환위치를 나타내며, 클램퍼(39)는 드릴(7b)의 위로부터완전히 이동한다. 즉, 드릴(7b)의 회전 구동수단인 스핀들(70) 선단에 장착 구비된 척(7a)에서 드릴(7b)을 위에서 뽑아 교환하는 것을 방해하지 않는 장소에 클램퍼(39)는 대피한다.

또한, 다수의 가공물을 동일 호칭 지름인 드릴로만 천공하는 경우도 클램퍼에 복수개의 홀을 형성할 수 있으므로 클램퍼의 교환시기를 대폭 늘릴 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 다층인쇄회로기판에 기준홀을 뚫는 천공기에 다점 중간점 방식을 도입함으로써 회로기판의 광범위한 변형에 대응한 기준홀의 천공이 가능해지며 다음 공정 이후의 회로기판의 수율 향상에 기여할 수 있다.

레이업 단계에서 다점 중간점 방식을 적용한 천공기를 사용하여, 고온 프레스 공정의 편차를 최소로 억제하고, 중첩되는 다층회로기판의 정밀도 향상을 꾀할 수 있는 것도 큰 효과이다.

이동대의 이동에 수반하는 각도, 길이 편차의 발생을 소프트웨어적으로 보정하는 소프트웨어의 탑재로 비교적 어굿남이 발생하기 쉬운 구조의 이동대임에도 불구하고 높은 정밀도의 기준홀을 얻을 수 있다.

또한 클램퍼 구조의 개선에 의해 절삭 부스러기의 확실한 분리를 기대할 수 있고, 홀 위치 확인을 위한 좌표 관측시의 문제를 감소시키는 효과도 크다. 클램퍼 지지기구를 독립하여 이동 가능하게 하면 드릴 교환 시에 방해가 되지 않고 클램퍼 교환의 빈도를 감소시켜 편리성의 향상을 꾀할 수 있다.

Claims (7)

1. 직교하는 Xm축과 Ym축을 갖는 기계 좌표계를 설정한 기준홀 천공기 함체에 고정된 가대,

   다층인쇄회로기판의 구성요소인 인쇄회로기판의 도체층에 형성된 적어도 3점의 가이드마크를 관측하는 관측장치,

   상기 인쇄회로기판에 기준홀을 뚫는 천공장치,

   Xm축과 Ym축에 평행한 이송 방향을 가지며, 상기 인쇄회로기판과 상기 관측장치 및 상기 천공장치의 상대위치를 변환하는 이송장치, 그리고

   상기 관측장치에 의해 관측된 상기 가이드 마크의 좌표로부터 천공위치를 산출하여 상기 이송장치를 제어하는 제어장치

   를 포함하며,

   적어도 3점의 상기 가이드 마크의 관측값으로부터 각 가이드 마크를 단위질점으로 치환한 것으로 간주한 때의 중심(重心)위치를 좌표원점으로 하여 상기 Xm축에 평행하게 X축을, 상기 Ym축에 평행하게 Y축을 갖는 XY 좌표계로 상기 각 가이드 마크의 좌표 값을 나타내고,

   상기 가이드 마크와 동수(同數)이고, 설계시의 상기 가이드 마크 좌표와 동일한 좌표를 갖는 가상 기준홀의 설계시 좌표로부터 상기 가상 기준홀을 단위질점으로 치환한 것으로 간주한 때의 중심위치를 좌표원점으로 하여 직교 UV 좌표축을 갖는 좌표계로 상기 각 가상 기준홀의 좌표값을 나타낸 경우에,

   상기 가이드 마크의 상기 중심과 상기 가상 기준홀의 상기 중심을 중첩시키고, 상기 중심을 회전중심으로 하여 상기 UV 좌표계를 회전시켜서 상기 인쇄회로기판의 상기 기준홀의 좌표를 정하는

   기준홀 천공기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 U축과 상기 X축이 이루는 각(角)이, 상기 각 가이드 마크와 대응하는 상기 가상 기준홀과의 거리의 제곱을 상기 모든 가이드 마크에 대해 합한 제곱의 합을 최소로 하는 각이 되는 기준홀 천공기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 관측장치는 가시광 영역에서 동작하는 촬상장치를 구비한 기준홀 천공기.
4. 직교하는 Xm축, Ym축 및 Zm축을 갖는 기계 좌표계를 설정한 기준홀 천공기 함체에 고정된 가대,

   다층인쇄회로기판의 구성요소인 인쇄회로기판의 도체층에 형성된 적어도 3점의 가이드 마크를 관측하는 관측장치,

   상기 인쇄회로기판에 기준홀을 뚫는 천공장치, 그리고

   상기 Xm축과 상기 Ym축에 평행한 이송방향을 가지며, 상기 인쇄회로기판과 상기 관측장치 및 상기 천공장치의 상대위치를 변환하는 이송장치를 구비한 기준홀 천공기로서,

   상기 천공장치의 클램퍼 지지기구와 스핀들이 동일한 이동가대에 설치되며,

   홀이 뚫려 있지 않은 클램퍼재(材)를 상기 클램퍼 지지기구를 사이에 두고 소정위치에 배치하고, 상기 기준홀을 뚫는 드릴로 상기 클램퍼재에 천공한 후에 클램퍼로 사용하는

   기준홀 천공기.
5. 제4항에 있어서,

   상기 클램퍼 지지기구가 상기 Zm축에 직각인 평면 내로 이동하여 상기 클램퍼와 상기 드릴의 상대위치를 변경하는 기준홀 천공기.
6. 직교하는 Xm축, Ym축을 갖는 기계 좌표계를 설정한 기준홀 천공기 함체에 고정된 가대,

   다층인쇄회로기판의 구성요소인 인쇄회로기판의 도체층에 형성된 적어도 3점의 가이드 마크를 관측하는 관측장치,

   상기 인쇄회로기판에 기준홀을 뚫는 천공장치,

   상기 Xm축과 상기 Ym축에 평행한 이송방향을 가지며, 상기 인쇄회로기판과 상기 관측장치 및 상기 천공장치의 상대위치를 변환하는 이송장치, 그리고

   상기 관측장치에 의해 관측된 상기 가이드 마크의 좌표로부터 천공위치를 산출하여 상기 이송장치를 제어하는 제어장치

   를 구비한 기준홀 천공기의 상기 이송장치의 이송위치 보정방법으로서,

   상기 이송장치의 이동대에 놓인 테스트 회로기판에 임의 간격으로 제1, 제2 기준홀을 뚫는 단계,

   상기 임의 간격을 고정하여 Ym방향으로 상기 이동대를 임의 거리 L 이동하여 제3, 제4 기준홀을 뚫는 단계,

   상기 테스트 회로기판 좌우를 뒤집어서 상기 이동대 위에 얹어 상기 제2 기준홀을 상기 제1 기준홀 천공위치에, 상기 제1 기준홀을 상기 제2 기준홀 천공위치에 두는 단계, 그리고

   다시 상기 이동대를 임의 거리 L 이동하여 상기 관측장치로 상기 제3 기준홀과 상기 제4 기준홀을 관측하여 Xm방향의 편차 길이δ를 얻은 경우에,을 상기 이동대의 이송방향의 기울기로서 상기 제어장치에 기억하여 상기 이동대의 이송방향을 보정하는 단계

   를 포함하는 이송위치 보정방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 Ym축에 평행하게 상기 이동대의 좌우에 2개의 지그판을 탑재하여 지그판의 작은 홀 위치를 상기 관측장치로 관측하고, 관측값을 상기 제어장치에 기억하여 상기 이동대의 이동량을 보정하는 단계를 더 포함하는 이송위치 보정방법.