KR101120327B1

KR101120327B1 - 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판의 세정장치

Info

Publication number: KR101120327B1
Application number: KR1020110005676A
Authority: KR
Inventors: 김윤기
Original assignee: 한밭대학교 산학협력단
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2012-03-06

Abstract

고밀도화에 의해 작아진 비어홀 내에 묻어 있는 오염물질을 충분하게 제거하고 환경문제를 일으키지 않는 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판의 세정장치를 제시한다. 그 장치는 세정가스를 플라즈마 상태로 변화시키는 플라즈마부와 세정가스에 의해 세정되는 비어홀이 형성된 인쇄회로기판이 놓이고 접지부의 역할을 하며 플라즈마와 세정가스가 관통하여 흐르도록 하는 접지전극를 포함한다. 또한 접지전극이 놓이며 플라즈마와 세정 가스가 흐르는 공간이 확보되어 있고, 상기 공간의 일측에 플라즈마와 세정 가스를 배출시키는 배출구가 형성된 흡입부를 포함한다.

Description

대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판의 세정장치{Apparatus of cleaning printed circuit board using atmosphere pressure plasma}

본 발명은 인쇄회로기판의 세정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대기압 플라즈마에 의해 인쇄회로기판에 형성된 홀에 묻어 있는 오염물질을 세정하는 장치에 관한 것이다.

양면 인쇄회로기판 및 다층 인쇄회로기판에 있어서, 도전성 회로를 가지는 각 층 사이에 전기적인 접속이 필요하여, 구리(Cu)와 같은 도전성 물질이 충진되는 비어(beer) 홀에 의해서 그 접속이 이루어진다. 비어홀이란 인쇄회로기판의 표면으로부터 이면까지 관통하는 스루홀(through hole)과 완전히 관통되지 않고 필요한 층간에만 관통되는 비관통홀(non-penetration hole)을 가리킨다.

비어홀은 레이저(laser) 조사, 드릴(drill), 펀칭(punching) 또는 이들의 조합으로 천공된다. 그런데, 천공할 때 발생하는 오염물질(smear)이 충진되는 도전성 물질의 표면에 부착되어, 전기적인 접속이 불량하기 때문에, 이러한 오염물질을 제거하는 것이 필요하다. 상기 오염물질은 과망간산염이나 크롬산 소금 등의 세척액을 이용하거나, 초음파 진동자를 이용하여 세척액의 진동을 더하여 세척효과를 높이는 방법 등의 습식처리에 의해 이를 제거하고 있다.

한편, 인쇄회로기판이 고밀도화, 고집적화 되면서 따라 비어홀의 지름(최근, 100㎛ 이하)도 작아지고 있다. 비어홀이 지름이 작아짐에 따라 종래의 방법으로는 비어홀 내부에 묻어 있는 오염물질을 제거하는 데 한계가 있다. 또한 종래의 습식처리는 세척액이 인체에 유해한 물질이므로, 환경문제를 일으키고 있다. 그리고, 진공방식으로 세척하는 경우에 기판이 얇아짐에 따라 기판에 흔들림이 일어나 세척에 어려움을 겪고 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는 고밀도화에 의해 작아진 비어홀 내에 묻어 있는 오염물질을 충분하게 제거하고 환경문제를 일으키지 않는 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판의 세정장치를 제공한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판의 세정장치는 세정 가스를 플라즈마 상태로 변화시키는 플라즈마부와 상기 세정 가스에 의해 세정되는 비어홀이 형성된 인쇄회로기판이 놓여지고, 접지부의 역할을 하며, 상기 플라즈마와 세정 가스가 관통하여 흐르도록 하는 접지전극를 포함한다. 또한 상기 접지전극이 놓이며, 상기 플라즈마와 세정 가스가 흐르는 공간이 확보되어 있고, 상기 공간의 일측에 상기 플라즈마와 세정 가스를 배출시키는 배출구가 형성된 흡입부를 포함한다.

본 발명의 세정장치에 있어서, 상기 세정 가스는 불활성 가스와 산소가 혼합된 것이거나 공기인 것이 바람직하다. 또한, 상기 비어홀은 인쇄회로기판의 표면으로부터 이면까지 관통하는 스루홀(through hole) 또는 완전히 관통되지 않고 층간에만 관통되는 비관통홀(non-penetration hole)일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 배출구는 여러 개로 분기될 수 있으며, 상기 분기된 수는 상기 인쇄회로기판의 크기, 상기 접지전극에 놓인 인쇄회로기판의 수, 상기 비어홀의 직경, 상기 비어홀의 길이, 상기 흡입부의 크기, 상기 흡입부의 형태에 따라 달라질 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 접지전극은 메시와 상기 메시를 고정하는 제1 틀로 이루어질 수 있으며, 상기 메시는 상기 인쇄회로기판이 놓이는 부분의 간격이 놓이지 않은 부분보다 넓은 것이 바람직하다.

본 발명의 장치에서, 상기 접지전극은 내부에 인쇄회로기판의 형태로 빈 공간이 형성된 기판 지지체와 상기 기판 지지체를 지지하는 제2 틀로 이루어질 수 있다. 상기 접지전극은 상기 기판 지지체와 상기 제2 틀을 연결하면서, 상기 인쇄회로기판을 고정하는 기판 고정부를 포함할 수 있다. 이때, 상기 기판 고정부의 위치나 개수는 상기 인쇄회로기판의 크기, 상기 접지전극에 놓인 인쇄회로기판의 수, 상기 비어홀의 직경, 상기 비어홀의 길이, 상기 흡입부의 크기, 상기 흡입부의 형태에 따라 달라질 수 있다. 나아가, 상기 기판 고정부의 끝부분에는 상기 인쇄회로기판을 고정할 수 있는 고정판이 설치될 수 있다.

본 발명의 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판의 세정장치에 의하면, 접지전극이 놓이며 플라즈마와 세정 가스가 흐르는 공간이 확보되어 있고 상기 공간의 일측에 플라즈마와 세정 가스를 배출시키는 배출구가 형성된 흡입부를 배치함으로써, 고밀도화에 의해 작아진 비어홀 내에 묻어 있는 오염물질을 충분하게 제거하고 환경문제를 일으키지 않는 대기압 플라즈마를 이용하여 연속적으로 세척할 수 있는 인쇄회로기판의 세정장치를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 대기압 플라즈마를 이용하여 인쇄회로기판을 세정하는 장치에 대한 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 배출구에 대한 변형례를 나타낸 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1의 접지전극의 형태를 사례적으로 표현한 평면도들이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 산소와 헬륨 가스에 의한 플라즈마에 의해 비어홀을 세정한 경우와 공기에 의한 플라즈마에 의해 세정한 경우를 나타낸 사진들이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 산소와 헬륨 가스에 의한 플라즈마에 의해 세정된 비어홀의 내부면에 도금층을 형성한 경우와 공기에 의한 플라즈마에 의해 세정된 비어홀의 내부면에 도금층을 형성한 경우를 나타낸 사진들이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예들은 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

본 발명의 실시예는 대기압 플라즈마에 의한 플라즈마에 의해 세정 처리하여 고밀도화에 의해 작아진 비어홀 내의 오염물질을 충분하게 제거하고 환경문제를 일으키지 않는 인쇄회로기판의 세정장치를 제시할 것이다. 여기서, 비어홀이란 인쇄회로기판의 표면으로부터 이면까지 관통하는 스루홀(through hole)과 완전히 관통되지 않고 필요한 층간에만 관통되는 비관통홀(non-penetration hole)을 의미한다. 이를 위해, 먼저 본 발명의 실시예에 적용되는 대기압 플라즈마 장치에 대하여 살펴보고, 이어서 대기압 플라즈마에 의한 인쇄회로기판의 세정과정 및 그에 의한 세정결과를 살펴볼 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대기압 플라즈마를 이용하여 인쇄회로기판을 세정하는 장치를 개략적으로 설명하는 도면이다. 이때, 본 발명의 실시예에 사용되는 상기 장치는 대기압 DBD(Dielectric Barrier Discharge)를 사용하였으나, 물론 본 발명의 범주 내에서 다른 장치가 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 사용된 대기압 DBD는 장치의 가격이 저렴하고, 공정온도가 낮으며, 연속적으로 공정을 수행할 수 있는 등의 장점이 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 인쇄회로기판(22)은 접지전극(20)에 놓여진다. 대기압 DBD는 두 개의 평행한 금속전극(30)의 각각에 하나 이상의 유전체층(32)이 덮여 있으며, 두 개의 금속전극(30)에 전원을 공급하고 접지전극(20)에 연결되는 전원공급부(40)를 포함한다. 두 개의 금속전극(30) 사이에는 도시된 바와 같이 가스노즐(34)이 배치되어 공정 상 요구되는 가스를 인쇄회로기판(22) 방향으로 배출시킨다. 금속전극(30)과 접지전극(20) 사이에는 플라즈마가 형성되어 가스노즐(34)을 통하여 배출된 상기 가스를 플라즈마 상태로 변환시킨다.

본 발명에 사용되는 가스는 플라즈마 방전에 의한 세정 가스와 플라즈마를 안정화시키는 불활성 가스를 포함할 수 있다. 경우에 따라, 불활성 가스 없이 세정 가스만으로 진행할 수 있다. 각각의 가스는 세정가스 공급부(50) 및 불활성가스 공급부(52)에서 공급되며, 유량제어부(70)에 의해 유량이 제어되어 유로(60)를 거쳐 가스노즐(34)에 공급된다.

가스노즐(34)을 통과하는 가스는 도시된 바와 같이 화살표 방향으로 흐르면서 금속전극(30)의 하부에서 비어홀이 형성된 인쇄회로기판(22)에 수렴하는 쪽으로 플라즈마가 형성된다. 인쇄회로기판(22)은 접지전극의 역할을 하면서 플라즈마가 관통되는 접지전극(20) 상에 놓여진다. 접지전극(20)은 플라즈마 및 가스와 같은 유체를 흡입하기 위하여 빈 공간이 형성된 흡입부(12)에 장착되며, 상기 유체는 모터(10)에 의해 배출구(14)를 통하여 외부로 배출된다.

본 발명에 의해 세정되는 비어홀이란 인쇄회로기판의 표면으로부터 이면까지 관통하는 스루홀(through hole)과 완전히 관통되지 않고 필요한 층간에만 관통되는 비관통홀(non-penetration hole)을 서로 다른 경로를 통하여 세정된다. 즉, 스루홀은 상기 스루홀을 통하여 유체가 흘러 세정되나, 비관통홀은 상기 비관통홀을 세정한 후에 인쇄회로기판을 거쳐 배출구 흘러가면서 세정된다.

배출구는 그 예로 도 2에 도시된 바와 같이 여러 개로 분기된 배출구(16)를 가질 수 있다. 분기된 배출구(16)의 분기된 수는 인쇄회로기판(22)의 크기, 비어홀의 직경, 비어홀의 길이, 흡입부의 크기, 접지전극(20)에 놓인 인쇄회로기판(22)의 수 등에 따라 달라질 수 있다. 또한 본 발명의 범주 내에서 상기 배출구는 다양한 형태로 변형될 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 도 1의 접지전극(20)의 형태를 나타낸 평면도이다. 이때, 접지전극(20)은 본 발명의 플라즈마 장치의 접지의 역할을 하면서 유체를 흡입시키기 위한 것이면, 다양한 형태가 가능하다. 여기서는 그 중에서 일부의 사례를 제시한 것이다.

도 3a에 의하면, 제1 접지전극(20a)은 흡입부(12; 도 1 참조)에 놓이면서 내부의 메시(mesh; 24)를 고정하는 제1 틀(23)을 포함한다. 메시(24) 사이의 간격은 다양하게 설정할 수 있으나, 인쇄회로기판(22; 도 1 참조)이 놓이는 부분이 나머지 부분보다 간격이 큰 것이 바람직하다. 즉, 도면에서는 상세하게 표현하지 않았지만, 개념적으로 메시(24)의 중심부는 간격이 넓고 주변부는 간격이 좁다. 이와 같은 제1 접지전극(20a)은 접지부의 역할을 하는 것과 동시에 메시(24) 사이에 공간으로 유체를 통과시킨다.

도 3b에 의하면, 제2 접지전극(20b)은 흡입부(12)에 고정되면서 기판 지지체(29)를 지지하는 제2 틀(25)을 포함한다. 내부에는 인쇄회로기판(22)의 형태로 빈 공간이 형성된 기판 지지체(29)가 있으며, 기판 지지체(29)는 제2 틀(25)에 결합된다. 기판 지지체(29)는 적어도 하나의 인쇄회로기판(22)을 고정하는 기판 고정부(26)를 더 포함할 수 있다. 도면에서는 기판 고정부(26)가 기판 지지체(29)보다 안쪽으로 돌출되어 있는 형태를 표현하였으나, 경우에 따라 돌출되지 않고, 오히려 패인 형태도 가능하다.

기판 고정부(26)의 위치나 개수는 인쇄회로기판(22)의 크기, 비어홀의 직경, 비어홀의 길이, 흡입부의 크기, 제2 접지전극(20b)에 놓인 인쇄회로기판(22)의 수 등에 따라 달라질 수 있다. 기판 고정부(26)의 끝부분에는 기판(22)을 끼워서 고정할 수 있는 고정판(27)이 설치되어 기판(22)을 단단하게 고정할 수 있다. 플라즈마와 가스와 같은 유체는 제2 틀(25)과 기판 지지체(29) 사이에 형성된 공간(28)을 통하여 아래의 흡입부(12)로 배출된다.

<실험예>

도 1의 장치에서, 대기압 플라즈마가 발생하는 전극 중 고전압의 전력이 공급되는 금속전극(30)은 직경 7㎜ 정도의 원통형의 금속이고, 금속전극(30)의 외부를 두께 2㎜ 정도의 알루미나로 이루어진 유전체층(32)이 감싸고 있으며, 금속전극(30)은 전력공급부(40)의 고전압과 직접 연결되어 있다. 플라즈마를 발생시키기 위한 공급 전압의 주파수는 30khz이었다.

플라즈마를 안정화시키는 불활성 가스로서 헬륨 가스(99.999%), 세정가스는 산소가스를 사용하였고, 불활성 가스가 없이 공기(air)를 세정가스로 사용하였다. 실험 중에 사용한 모든 가스들은 유량제어부(70)에 의해 정밀하게 유량이 조절되었다. 가스들은 두 개의 금속전극(30)과 접지전극(20) 사이의 대기압 플라즈마 영역으로 공급되었다. 플라즈마 처리에 의한 세정시간은 5분 정도이었으며, 모터에 의해 확보된 기압은 각각 60~10mHg이었다. 이때, 사용된 인쇄회로기판은 4개의 층이 200㎛ 직경의 비어홀이 관통된 것이었다.

도 4a 및 도 4b는 각각 산소와 헬륨 가스에 의한 플라즈마에 의해 비어홀을 세정한 경우와 공기에 의한 플라즈마에 의해 세정한 경우를 나타낸 사진들이다. 각각의 경우는 본 발명에 의한 세정처리를 하지 않은 것(미처리), 60mHg로 흡입한 것 및 10mHg로 흡입한 것이다.

도시된 바와 같이, 미처리된 경우에는 비어홀의 내부면에 오염물질이 남아 있으나, 본 발명에 의해 세정처리된 경우(60mHg, 10mHg)는 내부에 오염물질이 거의 존재하지 않는다. 또한 흡입되는 정도가 커지면, 즉 10mHg의 경우에는 오염물질이 상대적으로 더 적었다. 이에 따라, 플라즈마 세정처리를 하면, 오염물질이 비어홀의 직경이 작아지더라도 오염물질이 용이하게 제거되었으며, 흡입의 정도가 커질수록 비어홀의 내부면을 더 깨끗하게 세정할 수 있었다. 이때 사용된 가스는 헬륨, 산소 또는 공기이어서 환경에 무해한 친환경 세정장치를 구현할 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 각각 산소와 헬륨 가스에 의한 플라즈마에 의해 세정된 비어홀의 내부면에 도금층을 형성한 경우와 공기에 의한 플라즈마에 의해 세정된 비어홀의 내부면에 도금층을 형성한 경우를 나타낸 사진들이다. 각각의 경우는 본 발명에 의한 세정처리를 하지 않은 것(미처리), 60mHg로 흡입한 것 및 10mHg로 흡입한 것이다.

도시된 바와 같이, 미처리된 경우에는 비어홀의 내부면에 형성된 도금층과 배선패턴 사이에 전기적인 접속이 제대로 이루어지지 않으나, 본 발명에 의해 세정처리된 경우(60mHg, 10mHg)는 전기적인 접속이 제대로 이루어졌다. 이는 미처리된 경우는 배선패턴이 노출되는 비어홀의 내부면에 오염물질이 잔존하고 있다는 것을 의미한다. 그러나 본 발명의 실험예에 의하면, 오염물질이 완전하게 제거되었으므로, 도금층과 배선패턴 사이에 완전한 전기적인 접속이 이루어진 것이다.

본 발명의 실시예에 의한 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판의 세정장치에 의하면, 인쇄회로기판에 놓인 접지전극을 플라즈마 및 가스와 같은 유체를 흡입하기 위하여 빈 공간이 형성된 흡입부에 고정함으로써, 상기 유체를 인쇄회로기판에 형성된 비어홀에 묻어 있는 오염물질을 깨끗하게 세정할 수 있다.

이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

10; 모터 12; 유입부
20; 접지전극 20a; 제1 접지전극
20b; 제2 접지전극 22; 기판
23; 제1 틀 24; 메시
25; 제2 틀 26; 기판 고정부
27; 고정판 29; 기판 지지체
30; 금속전극 32; 유전체층
34; 가스노즐 40; 전력공급부
50; 세정가스 공급부 52; 불활성가스 공급부
60; 유로 70; 유량제어부

Claims

세정 가스를 플라즈마 상태로 변화시키는 플라즈마부;
상기 세정 가스에 의해 세정되는 비어홀이 형성된 인쇄회로기판이 놓여지고, 접지부의 역할을 하며, 상기 플라즈마와 세정 가스가 관통하여 흐르도록 하는 접지전극; 및
상기 접지전극이 놓이며, 상기 플라즈마와 세정 가스가 흐르는 공간이 확보되어 있고, 상기 공간의 일측에 상기 플라즈마와 세정 가스를 배출시키는 배출구가 형성된 흡입부를 포함하는 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판의 세정장치.
제1항에 있어서, 상기 세정 가스는 불활성 가스와 산소가 혼합된 것이거나 공기인 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판의 세정장치.
제1항에 있어서, 상기 비어홀은 인쇄회로기판의 표면으로부터 이면까지 관통하는 스루홀(through hole) 또는 완전히 관통되지 않고 층간에만 관통되는 비관통홀(non-penetration hole)인 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판의 세정장치.
제1항에 있어서, 상기 배출구는 여러 개로 분기된 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판의 세정장치.
제4항에 있어서, 상기 분기된 수는 상기 인쇄회로기판의 크기, 상기 접지전극에 놓인 인쇄회로기판의 수, 상기 비어홀의 직경, 상기 비어홀의 길이, 상기 흡입부의 크기, 상기 흡입부의 형태에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판의 세정장치.
제1항에 있어서, 상기 접지전극은 메시와 상기 메시를 고정하는 제1 틀로 이루어진 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판의 세정장치.
제6항에 있어서, 상기 메시는 상기 인쇄회로기판이 놓이는 부분의 간격이 놓이지 않은 부분보다 넓은 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판의 세정장치.
제1항에 있어서, 상기 접지전극은 내부에 인쇄회로기판의 형태로 빈 공간이 형성된 기판 지지체와 상기 기판 지지체를 지지하는 제2 틀로 이루어진 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판의 세정장치.
제8항에 있어서, 상기 접지전극은 상기 기판 지지체와 상기 제2 틀을 연결하면서, 상기 인쇄회로기판을 고정하는 기판 고정부를 포함하는 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판의 세정장치.
제9항에 있어서, 상기 기판 고정부의 위치나 개수는 상기 인쇄회로기판의 크기, 상기 접지전극에 놓인 인쇄회로기판의 수, 상기 비어홀의 직경, 상기 비어홀의 길이, 상기 흡입부의 크기, 상기 흡입부의 형태에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판의 세정장치.
제9항에 있어서, 상기 기판 고정부의 끝부분에는 상기 인쇄회로기판을 고정할 수 있는 고정판이 설치되어 있는 것을 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판의 세정장치.