KR100917612B1 - 기판의 가공 방법 - Google Patents

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Abstract

기판의 가공 방법이 개시된다. 복수의 스캐닝 영역으로 구획된 기판 표면의 기복을 스캐닝하여 각 스캐닝 영역의 기판의 두께를 저장하는 단계, 기판 두께의 평균값을 산정하는 단계, 홀 가공 위치의 기판 두께와 평균값을 비교하는 단계, 비교결과에 따라 가공 헤드의 높이를 조절하는 단계, 가공 헤드로 기판을 천공하여 홀을 형성하는 단계를 포함하는 기판의 가공 방법은, 왜곡된 기판 표면 상태에서도 홀의 가공 품질 차이를 최소화 할 수 있고, 보상 높이에 대해 서보시스템(servo system)과 연동하는 압전체의 빠른 피드백(feedback) 효과로 공정시간을 단축시킬 수 있다.
기판 두께, 평균값, 가공 헤드, 기준값, 레이저

Description

기판의 가공 방법{Method for machining printed circuit board}
본 발명은 기판의 가공 방법에 관한 것이다.
최근 인쇄 회로 기판(이하 PCB)을 개발할 때, 유저의 소형화, 박막화의 요구에 따라 점차 수십 마이크론 두께 이하의 박판 PCB가 제조되어 생산되고 있다. 이러한 박판 제품의 생산에서는 후막의 경우와 달리 재료적, 물리적 원인과 제조 핸들링(handling)에 의해 필연적으로 기판의 왜곡(warpage) 현상이 발생하게 된다.
이는 여러 제조 공정 단계에 큰 어려움을 발생시키는데, 그 중 층간 도통 목적의 IVH(Inner Via Hole) 및 BVH(Blind Via Hole), LDA(Laser Direct Ablation)를 이용한 Solder resist open(이하 SRO) 형성 등 레이저(Laser)를 이용한 공정 품질에 큰 영향을 주게 된다.
중요 레이저 파라미터(laser parameter) 중 가공 되는 기판 표면에서 형성되는 빔(beam)의 포커싱(focusing)은 가공 품질을 좌우 하는 주요 요소이다. 일반적으로 로딩(loading) 되는 기판의 두께를 측정한 뒤 가공 공정이 끝날 때까지 그 값을 장비에 적용시켜 가공하게 된다.
도 1은 종래에 따른 기판의 가공 방법이다. 도시된 바와 같이, 기판이 박판일 경우, 기판의 왜곡 현상 때문에 결과적으로 초기에 정해진 빔의 초점 거리(focal length)가 심하게 변형되고, 결국 같은 가공 조건에서도 잘못된 가공 홀(hole)의 품질을 발생시키게 된다.
박판에 발생하는 기판의 왜곡현상은 제조상 주의에 의해 어느 정도 줄이는 것은 가능하나 재료의 특성상 필연적으로 나타나게 된다. 레이저 가공에서 제품이 가공되는 테이블에 여러 작은 구멍을 뚫고 음압을 주는 방식은, 가공 중 고정의 효과가 나타나고 왜곡된 부위를 어느 정도까지 없애 주는 역할을 수행하지만 근본적으로 발생되는 기판의 왜곡현상을 제거할 수 없으며 기타 물리적인 방식을 통해 해결하기 어렵다.
레이저 빔의 포커스는 사용되는 레이저 종류에 따라 허용하는 길이(DOF: Depth of Focus)가 다르며 일반적으로 수백 마이크로미터 이하가 된다. 초기 가공 전 테이블 위로 기판의 두께를 측정하는 프로브(probe)에 기준 높이가 결정된다.
한번 결정된 기준 높이를 고려하여, 포커스 허용길이 안으로 준비된 레이저 장비는 기판의 두께에 해당하는 만큼 레이저 빔이 나오는 헤드(head)의 높이를 변화 시키는 방식으로 포커스(focus) 허용 길이를 유지하게 된다.
하지만 이것은 기판의 왜곡현상이 없을 경우 문제가 없으나 앞서 기술한 바와 같이 기판, 특히 박판의 경우 여러 원인에 의해 전체적, 지엽적, 국지적인 기판의 왜곡 현상이 나타나 문제가 발생되게 된다.
이렇게 문제가 발생되면, 레이저 빔은 기판 두께에 의해 보상된 포커스 허용 길이 범위에서 벗어나며, 결국 기판에는 가공 품질의 편차 발생, 동 보임, 과 가공 및 신뢰성 항목불량이 발생될 수 있다.
본 발명은 왜곡된 기판 표면 상태에서도 가공 품질 차이를 최소화할 수 있는 기판의 가공 방법을 제공한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 복수의 스캐닝 영역으로 구획된 기판 표면의 기복을 스캐닝하여 각 스캐닝 영역의 기판의 두께를 저장하는 단계, 기판 두께의 평균값을 산정하는 단계, 홀 가공 위치의 기판 두께와 평균값을 비교하는 단계, 비교결과에 따라 가공 헤드의 높이를 조절하는 단계, 가공 헤드로 기판을 천공하여 홀을 형성하는 단계를 포함하는 기판의 가공 방법이 제공된다.
기판의 두께를 저장하는 단계는, 비접촉식 간격 감지기(gap sensor)를 이용하여 수행할 수 있다.
기판은 복수의 단위기판이 구획되어 이루어지며, 기판의 두께를 저장하는 단계는, 복수의 단위기판 중 일부에 대해서 수행될 수 있다.
가공 헤드의 높이를 조절하는 단계는, 기판 두께와 평균값의 차이만큼 미리 저장된 기준값에 가공 헤드의 높이를 가감하여 조절할 수 있다.
이때, 미리 저장된 기준값은 레이저의 종류에 따라 결정되는 레이저 초점거 리일 수 있다.
가공 헤드의 높이를 조절하는 단계는, 기판 두께가 평균값보다 클 경우, 기판 두께와 평균값의 차이만큼 미리 저장된 기준값에 가공 헤드의 높이를 높일 수 있다.
또한, 가공 헤드의 높이를 조절하는 단계는, 기판 두께가 평균값보다 작을 경우, 기판 두께와 평균값의 차이만큼 미리 저장된 기준값에 가공 헤드의 높이를 낮출 수 있다.
본 발명에 따른 기판의 가공 방법은 왜곡된 기판 표면 상태에서도 홀의 가공 품질 차이를 최소화 할 수 있고, 보상 높이에 대해 서보시스템과 연동하는 압전체의 빠른 피드백 효과로 공정시간을 단축시킬 수 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생 략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 가공 방법을 나타낸 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 가공 과정을 나타낸 순서도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 가공 방법을 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 가공 방법을 이용한 등고선이다.
도 4를 참조하면, 기판(101), 가공 헤드(103)가 도시되어 있다.
본 발명은 왜곡된 표면을 갖는 기판에서 필연적으로 나타나는 가공품질의 불 량 발생을 해결하기 위하여, 기판 왜곡 표면 인식장치와 그에 따른 가공 레이저 빔이 나오는 헤드 높이 보상에 따라 왜곡된 기판 표면 상태에서도 가공 품질 차이를 최소화할 수 있다.
왜곡된 기판 표면의 기복을 효과적으로 인지하여 그 높이 차를 보상하기 위한 설명은 다음과 같다. 한편, 왜곡의 의미는 기판 표면에 굴곡이 형성되는 것을 뜻한다. 또한, 보상이란, 일정 높이를 유지하기 위한 행위를 뜻한다.
먼저, 복수의 스캐닝(scanning) 영역으로 구획된 기판(101) 표면의 기복을 스캐닝하여 각 스캐닝 영역의 기판(101) 두께를 저장한다(S100). 이때, 기판(101)의 두께를 저장하는 방법은, 비접촉식 간격 감지기(gap sensor)를 기판(101)상에서 라인 스캐닝(line scanning) 방식으로 수행하여 맵핑(mapping)한다.
이때, 기복이 있는 기판(101)을 스캐닝하는데, 비접촉식 간격 감지기의 일반적 방식인 와전류 변위방식 또는 기타 빛의 이동거리 측정 방식을 통하여 도 5에 도시된 바와 같이, 표면상태에 대한 등고선 맵을 그린다.
다음으로, 저장된 기판(101) 두께의 값을 기초로 하여 기판(101) 두께의 평균값을 산정한다(S200). 그 다음으로, 레이저 가공장비에서 스캔영역(scan area)을 나눠 가공을 하게 되므로 가공하는 영역마다 기판(101) 표면의 등고선 상태에 대한 평균적인 값을 적용시키면서 높이 보상을 한다.
보다 구체적으로, 홀 가공 위치의 기판(101) 두께와 평균값을 비교한다(S300). 다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 기판(101) 두께와 평균값의 비교결과에 따라 가공 헤드(103)의 높이를 조절한다(S400). 가공 헤드(103)의 높이를 조 절하는 것은, 기판(101) 두께와 평균값의 차이만큼 미리 저장된 기준값에 가공 헤드(103)의 높이를 가감하여 조절할 수 있다(S410).
이때, 미리 저장된 기준값은 레이저의 종류에 따라 결정되는 레이저 초점거리이다.
왜곡된 기판(101)의 굴곡을 보상하는 방법으로 가공 헤드(103)의 높이를 조절하는 방법을 보다 구체적으로 서술한다.
먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 굴곡이 형성되는 기판(101)에서 기판(101) 두께의 평균값을 구하고, 기판(101) 두께가 평균값보다 클 경우, 즉, 기판(101)의 두께가 B 지점인 경우, 기판(101) 두께와 평균값의 차이만큼 미리 저장된 기준값에 가공 헤드(103)의 높이를 높인다. 여기서, 미리 저장된 기준값은 평균값에 적용되는 레이저의 초점거리이다.
가공 헤드(103)를 높임으로써, B 지점과 가공 헤드(103) 사이에는 평균값에 적용되는 레이저의 초점거리와 같은 초점거리가 형성될 수 있다. 따라서, B 지점에는 평균값에 형성되는 가공 홀과 동일한 품질의 가공 홀을 형성할 수 있다.
이와 반대로, 기판(101) 두께가 평균값보다 작을 경우, 즉, 기판(101)의 두께가 A 지점인 경우, 기판(101) 두께와 평균값의 차이만큼 미리 저장된 기준값에 가공 헤드(103)의 높이를 낮출 수 있다.
가공 헤드(103)를 낮춤으로써, A 지점과 가공 헤드(103) 사이에는 평균값에 적용되는 레이저의 초점거리와 같은 초점거리가 형성될 수 있다. 따라서, A 지점에는 평균값에 형성되는 가공 홀과 동일한 품질의 가공 홀을 형성할 수 있다.
한편, 기판(101)은 복수의 단위기판이 구획되어 이루어지며, 기판(101)의 두께를 저장하는 것은, 복수의 단위기판 중 일부에 대해서 수행될 수 있다. 이것은 단위기판 마다 비슷한 왜곡이 나타나기 때문에 보정된 평균값을 최적의 수치로 고려한다.
다음으로, 가공 헤드(103)를 이용하여 기판(101)을 천공하고 홀을 형성한다(S500). 여기서, 레이저 빔이 나오는 가공 헤드(103)의 구동은 기존의 서보 시스템(servo system) 방식에 압전체를 이용한 미세 구동장치를 연동시킨다.
역압전효과(inverse-piezoelectric effect)는 전기적 신호를 기계적 운동으로 바꿔주는 페로브스카이트(perovskite) 구조 및 유사조성을 가지는 강유전체에서 많이 나타나는 효과이다.
역압전효과는 앞서 기판(101) 표면 왜곡에 따른 기판(101) 두께와 평균값의 차이 값을 피드 백하고, 위 소자가 들어간 미세 구동장치로 하여금 왜곡된 정도 만큼 가공 헤드를 움직이게 한다. 따라서, 최종적으로 초기 정했던 최적의 레이저 허용길이에 왜곡된 정도의 차이 값을 보정시켜 주는 방식을 사용한다.
상술한 방법은, 광 신호, 전기 신호 처리상 매우 짧은 시간에 수행 가능하기 때문에, 가공 시간 인식 및 동작시간을 크게 줄일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 가공 과정을 나타낸 순서도이다. 도 3을 참조하면, 먼저, 기판(101) 표면의 기복을 스캐닝하여 각 스캐닝 영역의 기판(101) 두께를 저장(S10)하고, 저장된 기판(101)의 두께 수치에서 평균값을 산정 한다(S20). 다음으로, 홀 가공 위치의 기판(101) 두께와 평균값을 비교하는데(S30), 기판(101) 두께가 평균값보다 클 경우, 기판(101) 두께와 평균값의 차이 만큼 미리 저장된 기준값에 가공 헤드(103)의 높이를 높인다(S40). 이때, 미리 저장된 기준값은 평균값에서의 레이저 초점거리이다.
반대로, 기판(101) 두께가 평균값보다 작을 경우, 기판(101) 두께와 평균값의 차이만큼 미리 저장된 기준값에 가공 헤드(103)의 높이를 낮춘다(S50).
따라서, 기판(101)의 어느 지점에서도, 평균값에서의 레이저 초점거리와 같은 레이저 초점거리를 형성할 수 있다. 그렇기 때문에, 기판(101) 어느 지점에서도 일정한 면적을 갖는 홀을 가공할 수 있다.
즉, 본 발명은 박판 기판 공정상 필연적으로 나타나게 되는 전체적 또는 지엽적인 왜곡현상 뿐만 아니라 일반적으로 가공부 밑의 패턴부위 차이 등에 국부적으로 발생하는 초점 거리(focal length) 차이도 고려하여 가공할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래에 따른 기판의 가공 방법.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 가공 방법을 나타낸 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 가공 과정을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 가공 방법을 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 가공 방법을 이용한 등고선.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101 : 기판 103 : 가공 헤드

Claims (7)

  1. 복수의 스캐닝 영역으로 구획된 기판 표면의 기복을 스캐닝하여 각 스캐닝 영역의 상기 기판의 두께를 저장하는 단계;
    상기 기판 두께의 평균값을 산정하는 단계;
    홀 가공 위치의 상기 기판 두께와 상기 평균값을 비교하는 단계;
    상기 비교결과에 따라 가공 헤드의 높이를 조절하는 단계;
    상기 가공 헤드로 상기 기판을 천공하여 홀을 형성하는 단계를 포함하는 기판의 가공 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 두께를 저장하는 단계는, 비접촉식 간격 감지기(gap sensor)를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 기판의 가공 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 복수의 단위기판이 구획되어 이루어지며,
    상기 기판의 두께를 저장하는 단계는,
    상기 복수의 단위기판 중 일부에 대해서 수행되는 것을 특징으로 하는 기판 의 가공 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가공 헤드의 높이를 조절하는 단계는,
    상기 기판 두께와 상기 평균값의 차이만큼 미리 저장된 기준값에 상기 가공 헤드의 높이를 가감하여 조절하는 것을 특징으로 하는 기판의 가공 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 미리 저장된 기준값은 레이저의 종류에 따라 결정되는 레이저 초점거리인 것을 특징으로 하는 기판의 가공 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 가공 헤드의 높이를 조절하는 단계는,
    상기 기판 두께가 상기 평균값보다 클 경우, 상기 기판 두께와 상기 평균값의 차이만큼 상기 미리 저장된 기준값에 상기 가공 헤드의 높이를 높이는 것을 특징으로 하는 기판의 가공 방법.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 가공 헤드의 높이를 조절하는 단계는,
    상기 기판 두께가 상기 평균값보다 작을 경우, 상기 기판 두께와 상기 평균값의 차이만큼 상기 미리 저장된 기준값에 상기 가공 헤드의 높이를 낮추는 것을 특징으로 하는 기판의 가공 방법.
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