KR100645615B1 - 초음파를 이용한 인쇄회로기판 검사방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파를 이용한 인쇄회로기판의 외관을 검사하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 인쇄회로기판 검사 방법은, 회로 패턴이 형성된 인쇄회로기판의 비아홀 주변부에 초음파를 주사하는 단계; 상기 인쇄회로기판의 비아홀 중심에 초음파를 주사하는 단계; 상기 초음파의 반사파를 수신하는 단계; 상기 초음파의 반사파의 도달 시간으로부터 상기 회로 패턴의 두께를 측정하는 단계; 및 상기 측정치를 기준 데이터와 비교하여 불량을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

인쇄회로기판, PCB, 검사, 딤플, 비아홀

Description

초음파를 이용한 인쇄회로기판 검사방법{Method for inspecting printed circuit boards using ultrasonic wave}

도1은 종래의 AOI 검사 방식 중 하나인 반사광 방식 AOI의 구조를 나타내는 개략도이다.

도2는 종래의 AOI 검사 방식 중 하나인 형광검출 방식의 AOI의 구조를 나타내는 개략도이다.

도3은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 인쇄회로기판 검사 방법의 평면도를 나타낸다.

도4a 내지 도4b는 본 발명에 따른 초음파를 이용한 인쇄회로기판 검사 방법의 단면도를 나타낸다.

도5a 내지 도5d는 본 발명에 따른 초음파를 이용한 인쇄회로기판 검사 방법의 단면도를 나타낸다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 설명

초음파 스캐너 : 41

기판 : 43

회로 패턴 : 44

초음파 감지기 : 45

초음파 발생기 : 46

비아홀 상부 : 47

본 발명은 초음파를 이용한 인쇄회로기판의 외관을 검사하는 방법에 관한 것이다.

휴대폰, 디지털 캠코더, 카메라 등 모바일 단말기의 고기능화 및 경박단소화가 급진전되면서 네오 빌드업 기판의 상용화가 전세계 PCB 업계의 핫이슈로 급부상하고 있다.

빌드업 방식에 의한 기판은 기판 내층을 각기 에칭하여 접착층인 프리프레그를 넣고 프레스로 압착한 뒤 기판 구멍을 한꺼번에 관통하는 일반적인 다층인쇄회로기판(MLB : Multi Layered Board) 제조 방식과는 달리, 레이저 드릴을 이용해 비아홀의 깊이를 조절함으로써 동일 공간에 보다 많은 회로를 입력할 수 있는 기판으로, 현재 대부분의 휴대폰 메인 기판으로 사용되고 있다.

빌드업 기판 기술은 초기에는 레이저로 비아를 뚫어놓고 그 속에 15㎛ 두께로 도금해 표면과 내층에 회로를 연결시킨 뒤 필요에 따라 그 위에 절연층을 입히고 또 레이저로 뚫어 회로를 한층씩 만들던 방식이 주류를 이뤘으나, 어긋난 비아 층 연결을 위한 별도의 회선이 필요한 문제로 인해 최근엔 마이크로 비아 위에 곧바로 마이크로 비아를 올려놓는 '스택 비아(stack via)' 기술이 크게 주목받고 있다.

스택 비아 기술은 기존 제품에 비해 회로 디자인 시간을 최대 30%이상 단축시킬 수 있고 신호 손실이나 신호 간섭 등 전기적 특성이 뛰어나 차세대 기판 공법으로 각광받고 있다.

그러나, 스택 비아 제조시 비아홀 내부를 전해 동도금에 의해 충진하게 되는데, 이 때 동도금은 비아홀 내벽으로부터 성장하므로 충진된 비아홀의 상부가 움푹 패인 형태의 딤플이 발생하거나, 충진이 완전하지 않아서 스택 비아홀 간의 연결이 신뢰성이 떨어지는 결함이 발생하게 된다.

이러한 결함을 찾아내기 위해서 인쇄회로기판 공정마다 검사 공정이 이어지게 된다.

종래 인쇄회로기판의 외관을 검사하는 장치로는 AOI(Automatic Optical Inspection)이 있다. AOI는 영상 센서와 컴퓨터의 패턴 인식기술을 이용하여 기판의 외관상태를 자동으로 검사한다. 영상센서로 검사대상 회로의 패턴정보를 읽어 들인 후 이를 기준데이터와 비교하여 불량을 판독한다. 이때, 비교의 대상이 되는 기준 데이터로 설계 기준을 사용하는 방식과 양품 기판의 데이터를 사용하는 2가지 방식이 있다.

AOI를 이용하면 랜드부의 애뉼러 링의 최소치 및 전원의 접지 상태까지 검사할 수 있다. 또한, 배선패턴의 폭을 측정할 수 있고 홀의 누락도 검사할 수 있다.

도1은 종래의 AOI 검사 방식 중 하나인 반사광 방식 AOI의 구조를 나타내는 개략도이다.

이 방식은 광원(11)으로부터 백색광을 PCB 기판(15)에 조사하고, 반사되는 광을 검출하는 방식으로 검사를 행한다. 구리면(배선패턴 부분)(14)은 광을 반사하고, 기판의 보강 기재는 광을 난반사하므로 배선부분은 밝게, 보강기재는 어둡게 보이며, 이로써 배선패턴을 인식한다. 반사광은 렌즈(13)를 통해 CCD 카메라(12)에서 검출하여 미리 주어진 기준 데이터(Reference Data)와 비교하여 일치하지 않는 포인트를 검출하거나, 설계규칙(Design Rule)을 확인하여 이에 위배되는 형태를 불량으로 검출한다.

도2는 종래의 AOI 검사 방식 중 하나인 형광검출 방식의 AOI의 구조를 나타내는 개략도이다.

기판(15)에 레이저(24)를 조사하여 보강기재로부터 형광이 발생되도록 하고, 이를 검출하는 방식으로 검사를 진행한다. 이 경우, 보강 기재 부분은 포지티브 영상이, 배선 패턴(26) 부분은 네거티브 영상이 각각 검출된다.

이 방식은 회전하는 다각 거울(polygon mirror)(21)을 이용하여 레이저(24)를 기판(25)의 전면에 조사하고, 이 때 발생되는 형광을 렌즈(23)를 통해 PMT(photo Multiplier Tube ; 광 증폭소자)로 검출함으로써 배선패턴(26)을 인식하여 미리 주어진 기준 데이터(Reference Data)와 비교하여 일치하지 않는 포인트를 검출하거나, 설계규칙(Design Rule)을 확인하여 이에 위배되는 형태를 불량으로 검 출 한다.

그러나, 이러한 종래의 AOI 검사 장치는 빛을 조사하여 반사되어 돌아오는 빛을 감지하여 그 강도를 측정하여 불량을 검출하는 방식이지만, 스택 비아에서 발생하는 딤플이나 미(未)필링 같은 불량은 미세한 광도차를 나타내므로 종래의 AOI 방식으로는 이러한 불량은 발견할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 종래의 AOI 방식의 검사 방법은 실질적으로 결함이라 볼 수 없는 기판 산화 및 표면 얼룩의 경우에도 폴스 알람(false alarm)을 발생시키는 문제점이 있다.

본 발명은 스택 비아홀 등을 포함하는 인쇄회로기판 제조 공정에서 딤플이나 미필링 현상을 검출할 수 있는 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또다른 목적은 인쇄회로기판 제조 기술에서 종래의 광학 검사 장비의 최대 단점인 기판 산화 및 표면 얼룩으로 인한 폴스 알람을 방지할 수 있는 인쇄회로기판 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 인쇄회로기판 검사 방법은, 회로 패턴이 형성된 인쇄회로기판의 비아홀 주변부에 초음파를 주사하는 단계; 상기 인쇄회로기판의 비아홀 중심에 초음파를 주사하는 단계; 상기 초음파의 반사파를 수신하는 단계; 상기 초음파의 반사파의 도달 시간으로부터 상기 회로 패턴의 두께를 측정하는 단계; 및 상기 측정치를 기준 데이터와 비교하여 불량을 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 인쇄회로기판의 검사에 빛을 사용하는 대신 초음파를 사용하여 불량을 검출한다. 두께 2∼3 ㎛의 진동막에 전압을 가하면 초음파가 발생하고 물체에 부딪혀 반사되어 되돌아오는 초음파를 다시 이 진동자에 의하여 감지한다. 물체까지의 거리가 멀수록 반사하여 되돌아오기까지의 시간이 길어지기 때문에 물체까지의 거리를 알 수 있다.

이러한 초음파를 원리를 이용하여 검사하고자 하는 기판에 초음파를 쏘아 반사되어 돌아오는 초음파를 진동자로 감지하여 거리를 측정함으로써 검사하고자 하는 기판의 외관형태 데이터를 얻을 수 있다. 이 데이터를 불량이 없는 상태의 초음파 발생기에서 기판사이 거리를 나타내는 데이터와 비교하여 불량을 검출한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도3은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 인쇄회로기판 검사 방법의 평면도를 나타내고, 도4a는 단면도를 나타내며, 도4b는 인쇄회로기판의 일부(42)를 확대한 도면이다.

도3, 도4a 및 4b를 참조하면, 회로 패턴(44)이 형성된 인쇄회로기판(43) 위로 초음파 스캐너(41)를 이동시키면서 주사한다. 초음파 스캐너(41)는 초음파 발생기(46) 및 초음파 감지기(45)를 가진다.

d(거리) = V(속력) × t(시간)

초음파를 인쇄회로기판에 쏘아 되돌아오는데까지 걸린 시간을 위 식으로 환산하여 초음파 스캐너(41)에서 인쇄회로기판(43) 상의 회로 패턴(44) 및 회로 패턴이 없는 부분의 표면까지 정확한 거리를 알 수 있다.

d1 : 초음파 스캐너(41)에서 기판(43)상의 회로가 없는 부위까지의 거리

d2 : 초음파 스캐너(41)에서 기판(43)상의 회로 패턴까지의 거리

라 하면,

회로 패턴 두께 = d1 - d2

가 된다.

도5a 내지 도5b는 본 발명에 따른 초음파를 이용한 비아홀의 딤플 검사 방법의 단면도를 나타낸다. 도5a의 점선 부분에 대한 확대도이다.

비아홀은 전기 동도금에 의해 내벽이 충진되는데 이상적인 경우 비아홀의 상부(47)가 평탄해야 하지만, 전기 동도금은 비아홀의 내벽으로부터 성장하기 때문에 중심이 움푹 패인 형태가 된다. 비아홀의 외부와 중심부의 높이 차이가 소정 값 이내이면 문제가 없으나, 그 차가 크면 접속 불량 등이 발생하여 인쇄회로기판의 신뢰도에 영향을 주게 된다. 특히 비아홀이 스택 비아홀인 경우 즉, 상기 비아홀의 상부(47)에 또 다른 비아홀이 적층될 경우 접속 불량이 발생할 확률이 높아진다.

도5a 및 도5b에 도시된 같이 비아홀의 외부로 초음파를 주사하고 그 반사파를 수신한다.

그리과 나서, 도5c에서,

d21 : 초음파 스캔너에서 비아홀 상부 평탄면까지의 거리

d22 : 초음파 스캔너에서 비아홀의 딤플 바닥면까지의 거리

라 하면,

딤플의 깊이 = d21 - d22

가 된다.

도5c에 도시된 바와 같이, 비아홀의 평탄해야 할 비아홀 상부(47)에 딤플이 발생하면 단차(d21-d22)로 인해 발생한 초음파 복귀 지연 시간을 거리로 환산하여 딤플 발생 여부 및 딤플 크기를 측정할 수 있다.

이렇게 하여 얻어진 거리 데이터를 양품 판정 기준이 되는 거리 스펙 데이터와 비교하여 불량을 검출한다.

본 발명에 따른 일 실시예에서, 초음파 스캐너에서 회로까지의 거리 X라고 하면 이 거리에 공차 범위를 설정하고 이 공차 범위를 벗어나면 불량으로 인식한다.

본 발명에 따른 초음파를 이용한 인쇄회로기판 검사 방법에 따르면, 스택 비 아 형성 공정에서 문제를 발생시키는 딤플 또는 미필링을 검출하여 불량제품의 진행을 사전에 예방함으로써 공정 손실을 감소시키고 제품 신뢰도를 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 초음파를 이용한 인쇄회로기판 검사 방법에 따르면, 광학 검사 장비의 최대단점인 기판산화 및 표면 얼룩으로 인한 폴스 알람을 방지할 수 있어 검사 시간 단축 및 불량 유출을 미연에 막을 수 있다.

Claims (3)

1. 회로 패턴이 형성된 인쇄회로기판의 비아홀 주변부에 초음파를 주사하는 단계;

   상기 인쇄회로기판의 비아홀 중심에 초음파를 주사하는 단계;

   상기 초음파의 반사파를 수신하는 단계;

   상기 초음파의 반사파의 도달 시간으로부터 상기 회로 패턴의 두께를 측정하는 단계; 및

   상기 측정치를 기준 데이터와 비교하여 불량을 검출하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판 검사 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 측정치를 기준 데이터와 비교하는 단계는,

   불량이 없는 인쇄회로기판에 초음파를 주사하여 기준 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판 검사 방법.

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