KR101539355B1 - 인쇄회로기판 제작을 위한 3차원 신속조형장치 및 이를 이용한 인쇄회로기판 성형방법 - Google Patents

인쇄회로기판 제작을 위한 3차원 신속조형장치 및 이를 이용한 인쇄회로기판 성형방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인쇄회로기판을 제작하는데 있어서 복잡한 공정을 거치지 않고 단시간에 인쇄회로기판을 제작할 수 있는 인쇄회로기판 3차원 신속조형 장치 및 이를 이용한 인쇄회로기판 성형 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 3차원 신속조형방법을 이용하여 라미네이팅, 노광, 현상, 식각등의 복잡한 공정을 거치지 않고 하나의 장비로 전극재료와 절연재료를 사용하여 인쇄회로기판을 제작할 수 있다. 3차원 신속조형장치에 제작할 인쇄회로기판의 각각의 층간 패턴형상 정보만을 입력하여 인쇄회로기판을 단시간에 제작할 수 있게 한 인쇄회로기판 3차원 신속조형 장치 및 이를 이용한 인쇄회로기판 성형 방법에 관한 것이다.

Description

인쇄회로기판 제작을 위한 3차원 신속조형장치 및 이를 이용한 인쇄회로기판 성형방법 {3-dimension Rapid prototyping equipment for making printed circuit board and forming methods thereby}
본 발명은 인쇄회로기판 제작을 위한 3차원 신속조형(Rapid prototyping) 장치 및 이를 이용한 인쇄회로기판 성형방법에 관한 것으로서, 상세하게는 복잡한 공정을 거치지 않고 단시간에 인쇄회로기판을 제작할 수 있는 인쇄회로기판 제작을 위한 3차원 신속조형장치 및 이를 이용한 인쇄회로기판 성형방법에 관한 것이다.
보다 상세하게 본 발명은 3차원 적층방법을 이용하여 인쇄회로기판을 제작함에 있어 라미네이팅공정, 노광공정, 현상공정, 식각등의 반복적인 공정을 사용하지 않고 3차원 적층기술만으로 인쇄회로기판을 제작 할수 있고, 3차원 신속조형 장치에 제작할 인쇄회로기판의 각각의 층에 대한 패턴 형상 정보만 입력하고, 3차원 신속조형 장치를 구동시키는 것만으로 인쇄회로기판을 제작할 수 있어 다양한 모양과 멀티층의 인쇄회로기판을 단시간에 제작할 수 있게 한 인쇄회로기판 제작을 위한 3차원 신속조형 장치 및 이를 이용한 인쇄회로기판 성형방법에 관한 것이다.
인쇄회로기판(Printed Circuit Board)은 배선이 집적되어 다양한 소자들이 실장되거나 소자 간의 전기적 연결이 가능하게 하는 기판으로, 기술의 발전에 따라 다양한 형태와 다양한 기능을 갖게 되는 인쇄회로기판이 제조되고 있고, 이러한 종류의 인쇄회로기판 중에는 램(Ram), 메인보드, 랜카드 등과 같은 다양한 전자 부품에 인쇄회로기판이 사용되고 있다.
이러한 인쇄회로기판은 복층의 구조 또는 다수개의 층으로 구성되어 다양한 전자제품에 사용되고 있고, 최근 전자 제품들의 소형화와 박형화에 맞추어 제작되어야 하지만 공정이 매우 복잡하고, 많은 과정을 거쳐 생산되기 때문에 제품의 생산성이 떨어지며, 제품의 가격이 상승하는 문제가 있다. 이러한 단점을 개선하기 위한 다양한 인쇄회로기판 제조 기술이 개발되고 있고, 그 일예로는 특허문헌 1 및 2가 있다.
특허문헌 1은 다층인쇄회로기판의 품질향상 및 신뢰성을 확보할 수 있도록 한 다층 인쇄회로기판 성형방법에 관한 것으로, 내층원자재로부터 내층을 재단해내는 내층재단단계와, 상기 내층을 스택킹한 후 씨엔씨(Computer numerical control : CNC) 가공을 통해 내층 상에 노광홀 및 타겟홀을 형성시키는 씨엔씨가공단계와, 상기 내층을 표면처리하는 내층정면단계와, 내층에 감광성 유제에 의한 감광 코팅층을 형성시키는 라미네이팅 단계와, 내층 상의 감광 코팅층에 글래스 이미지도구를 이용하여 패턴을 형성되게 하는 노광단계와, 내층에서 감광된 패턴 부분만을 남게 하는 현상단계와, 내층을 에칭처리하여 패턴만 남게 하는 에칭단계와, 내층 상에 형성된 패턴의 단락 가능성을 검사하는 내층검사단계와, 패턴의 표면을 산화시켜 요철 처리하는 흑화처리단계와, 내층에 적층하기 위한 프리프레그를 재단하고 천공하는 프리프레그 재단단계와, 내층패턴을 형성시킨 내층과 프리프레그를 리벳을 통해 가접하되 상기 타겟홀 부분에 테이핑 처리하는 리벳 가접단계와, 가접된 내층과 프리프레그의 상/하부로 외층을 레이업하는 외층 레이업단계와, 외층 레이업 후 이를 열판 합형하여 MLB의 적층기판을 형성되게 하는 적층단계와, 상기 적층기판의 외곽을 재단하고 엔드밀 가공하며 외곽부분을 트리밍하는 적층기판 가공단계로 이루어진 것이고,
특허문헌 2는 기판의 외층 동박에 배선패턴을 형성하는 외층회로형성 단계와; 외층회로가 형성된 기판의 배선과 슬롯부분을 포함한 기판을 피복하는 솔더 레지스트 도포(Photo solder resist;PSR)단계와; 피복된 기판의 노출된 배선 패턴에 전해 금도금하는 표면처리공정 단계와; 표면처리된 기판의 슬롯(Slot) 부분을 씨엔씨 (Computer numerical control ; CNC)가공하는 단계; 및 씨엔씨 가공된 슬롯 부분을 최종 라우팅(Routing) 및 외형 가공하는 단계로 이루어져, 인쇄회로기판의 제조시 분진 및 슬롯(Solt) 주변의 버(burr) 발생을 방지하고, 가공 소요 시간을 단축시킬 수 있게 한 것이다.
이러한 종래의 인쇄회로기판 제조 방법은 상기한 바와 같이 인쇄회로기판의 품질향상 및 신뢰성을 확보할 수 있거나, 슬롯 주변의 버 발생을 방지하고, 가공 소요 시간을 단축시킬 수 있는 장점이 있으나, 기계적인 가공 과정이 진행됨에 따라 정밀도가 떨어질 뿐만 아니라, 패턴과 절연층을 제작하는 과정에서 합착과 노광과 에칭 등의 공정을 수차례 반복하여 제조함으로 도 8에 도시한 바와 같이 30여개 이상의 공정이 필요하므로 각 공정별 장비가 필요하여 설비비가 많이 소요되고, 공정 관리를 위해 많은 관리 인력이 소요되는 단점이 있다.
또한, 종래의 인쇄회로기판 제조 방법은 전문 인쇄회로기판 제작 업체에 위탁하여 라미네이팅, 노광, 현상, 식각등의 반복적인 30여개 이상의 공정으로 제작하기 때문에 회로기판 제작 후 회로 수정과정을 포함하지 않다라도 제작하는데 많은 시간이 소요되고 있다. 또한 제품개발과정에서 생산자의 회로도면이 누출되는 가능성도 있을 뿐만 아니라, 다양한 제품을 손쉽게 생산하기에 어려움이 있었다.
한편, 최근에는 연속적인 계층의 물질을 분사하면서 3차원 물체를 만들어내는 제조 기술로, 신속조형 기술이 사용되고 있다.
신속조형(Rapid prototyping)기술은 밀링 또는 절삭이 아닌, 기존 FFF(Fused Filament Fabrication)방식, SLA(Stereolithography Apparatus)방식, SLS(Selective Laser Sintering)방식, 폴리젯(Photopolymer jetting)방식등으로 한층 한층씩 적층하여 쌓아가는 방식으로 입체물로 제작하는 것으로, 가공하기 불가능한 형태의 제작이 가능하고, 컴퓨터로 제어되기 때문에 만들 수 있는 다른 제조 기술에 비해 사용하기 쉽다는 장점이 있다. 이러한 신속조형 기술은 신속한 제품 생산이 가능하다는 이점 때문에 주로 시제품 제작에 많이 이용되어 왔으며, 적용 가능 범위가 점차 확대되어 이제는 보석 디자인, 헬스 케어, 취미, 교육, 예술, 방위, 건축 및 산업 디자인 등의 분야에도 적용되고 있다.
그러나 현재 인쇄회로기판을 제작하는 기술에는 이러한 신속조형 기술이 사용되지 않고 있고, 이에 따라 인쇄회로기판을 제작하는 데는 상기한 바와 같은 문제가 있다.
1. 대한민국 특허등록 제0606597호 2. 대한민국 특허등록 제0687791호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 개발된 것으로, 인쇄회로기판을 제작하는 공정인 라미네이팅, 노광, 현상, 식각등의 반복적인 공정을 단순화시켜 인쇄회로 기판을 빠르게 제작할 수 있게 하고, 제품 디자인에 따라 크기와 모양이 다양한 형태의 인쇄회로 기판을 쉽게 제작할 수 있게 하고, 이에 따라 제품의 출시를 빨리하여 개발 경쟁력 확보할 수 있게 한 인쇄회로 기판 제작을 위한 3차원 신속조형 장치 및 이를 이용한 인쇄회로기판 성형방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 기존의 방법으로 인쇄회로기판을 제작할 때 인쇄회로 기판제작 장치들의 공정기판 크기가 원판(일반적으로 1미터 x 1미터)기준으로 되어 있어 소형회로기판의 샘플만 필요할 경우에도 원판으로 제작되기 때문에 필요없이 제작되는 인쇄회로 기판이 많지만 원판기준으로 초기 테스트용이나 샘플 기판을 제작하지 않고도 인쇄회로 기판을 제작하는 데 소요되는 비용이나 인력을 줄일 수 있는 인쇄회로 기판 제작을 위한 3차원 신속조형 장치 및 이를 이용한 인쇄회로기판 성형방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 인쇄회로기판 제작을 위한 3차원 신속조형 장치는 각각의 회로기판을 적층하기 위한 소재가 분사되는 소재분사모듈(11)을 구비한 헤드; 성형되는 인쇄회로기판을 지지하는 기판지지베드; 상기 헤드 또는 기판지지베드를 전후, 좌우 및 상하로 이송시키는 이송수단; 및 상기 소재분사모듈(11)과 이송수단의 구동을 제어하는 제어수단으로 이루어지고,
상기 제어수단에는 설계된 인쇄회로기판의 구조에 따라 상기 소재분사모듈(11)과 이송수단의 구동을 제어하여 인쇄회로기판을 3차원 적층하는 제어프로그램과, 인쇄회로기판 설계 툴에 의해 설계된 인쇄회로기판의 파일을 상기 제어프로그램(40p)에서 구동 가능하도록 변환하는 파일변환모듈(40g)을 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 이동수단은 상기 헤드 또는 기판지지베드 중 어느 하나 또는 모두에 선택적으로 설치될 수 있고, X축상인 좌우로 이동시키는 X축이송수단; Y축상인 전후로 이동시키는 Y축이송수단; 및 Z축상인 상하로 이동시키는 Z축이송수단으로 이루어질 수 있다.
상기 헤드에는 소재분사모듈(11)을 회전시켜 소재가 분사되는 방향을 조절하는 노즐회전수단을 더 구비하고, 상기 노즐회전수단은 수평방향으로 회전시키는 수평회전수단과, 수평회전수단의 하단에 설치되어 분사노즐을 전후 방향으로 회전시키는 전후회전수단으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 양상에 따른 인쇄회로기판 제작을 위한 3차원 신속조형 장치를 이용한 인쇄회로기판 성형방법은 상기와 같이 구성된 인쇄회로기판 제작을 위한 3차원 신속조형 장치를 이용한 적층하는 방법에 있어서, 인쇄회로기판 설계 툴을 이용하여 인쇄회로기판을 설계하는 회로기판 설계과정; 설계된 인쇄회로기판의 파일을 상기 제어프로그램(40p)에서 구동 가능하도록 변환하는 파일 변환과정; 및 이송수단과 회전수단의 구동을 제어하여 기판지지베드 또는 소재분사모듈(11)을 x축 및 y축, 또는 x축 y축 및 z축으로 이동시킴과 동시에 소재 도포 방향을 조절하면서 소재분사모듈(11)을 이용하여 회로 소재와 절연층 소재를 분사하여 회로를 한층 한층씩 적층하는 성형과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 신속조형과정은 베이직 기판을 사용하는 과정과 사용하지 않는 과정으로 구분될 수 있고, 베이직 기판을 사용하지 않는 과정은 전극과 절연 소재를 소재분사모듈(11)에 연결된 카트리지에 장착하는 1단계; 도전성 소재를 기판지지베드 상에 전극패턴영역에 분사하여 인쇄하는 2단계; 전극패턴 사이에 절연성 소재를 절연패턴 영역에 분사하여 인쇄하는 3단계; 기판지지베드를 하강하거나 헤드를 상승시키는 인쇄 위치 조절하는 4단계; 절연성 소재를 분사하여 절연층을 인쇄하는 5단계; 도전성 소재를 전극패턴영역에 분사하여 인쇄하는 6단계로 이루어진다.
인쇄회로기판 완성 여부를 확인하여 완성되었을 경우에는 작업을 종료하고, 다층구조를 갖는 인쇄회로기판의 경우 전극패턴과 절연패턴이 반복해서 적층되므로 전극소재와 절연성 소재를 적층하는 단계인 2단계에서 4단계의 과정을 반복 수행할 수 있다.
베이직 기판을 사용할 경우에는 상기와 같이 이루어지는 단계에서 카트리지에 장착과 동시에 베이직 보드를 장착하고 정렬시키며, 베이직 보드에 관통 전극홀 형성단계를 더 수행할 수 있다.
상기 시술한 바와 같이, 본 발명에 따른 인쇄회로기판 제작을 위한 3차원 신속조형 장치 및 이를 이용한 인쇄회로기판 성형방법은 기존의 인쇄회로기판제작 방법인 라미네이팅, 노광, 현상, 식각등의 공정을 반복적으로 사용하지 않고도 인쇄회로 기판을 하나의 장비로 제작할 수 있으므로 인쇄회로기판 제조 설비를 단순화하여 설비비를 절감할 수 있음은 물론, 저렴한 비용으로 빠르게 인쇄회로기판을 제작할 수 있어 개발과 제작시간을 단축 할 수 있고, 독창적인 제품의 디자인에 따라서 다양한 형태의 기판을 제작하는데 효과가 있다.
또한, 개인의 독창적인 아이디어로 설계된 제품의 전자회로도를 개인이 구현해 봄으로써 시제품제작 및 제품개발을 빠르게 할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 인쇄회로기판 3차원 신속조형 장치의 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 인쇄회로기판 3차원 신속조형 장치의 일예의 부분 단면 정면도.
도 3은 본 발명에 따른 인쇄회로기판 3차원 신속조형 장치의 다른 일예의 부분 단면 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 인쇄회로기판 3차원 신속조형 장치의 다른 일예의 부분 단면 정면도.
도 5는 본 발명에 따른 인쇄회로기판 3차원 성형 방법의 개략적 과정도.
도 6은 본 발명에 따른 인쇄회로기판 3차원 성형 방법 중 모재 기판 없이 인쇄회로기판을 제조하는 과정도.
도 7은 본 발명에 따른 인쇄회로기판 3차원 성형 방법 중 모재 기판을 사용하여 인쇄회로기판을 제조하는 과정도.
도 8은 종래의 방법에 의한 Tenting법에 위한 인쇄회로기판 제작공정을 도시한 과정도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 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 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 인쇄회로기판 제작을 위한 3차원 신속조형 장치 및 이를 이용한 인쇄회로기판 성형방법으로 인쇄회로기판을 제작함으로써 제작에 소요되는 장비를 줄일 수 있음은 물론, 시간과 인력을 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 인쇄회로기판 제작을 위한 3차원 신속조형 장치는 인쇄회로기판을 적층하기 위해 소재가 분사되는 소재분사모듈(11)을 구비한 헤드(10); 신속조형되는 인쇄회로기판을 지지하는 기판지지베드(20); 상기 헤드 또는 기판지지베드를 전후, 좌우 및 상하로 이송시키는 이송수단(30); 및 상기 소재분사모듈(11)과 이송수단의 구동을 제어하는 제어수단(40)으로 이루어진다.
상기 헤드(10)에는 인쇄회로기판을 적층하기 위한 소재를 공급하기 위한 수단으로 소재를 공급하기 위한 수단인 소재분사모듈(11)을 구비하고 상기 소재분사모듈(11)에는 스크류 노즐집합체(Screw Nozzle Assembly), 액적을 분사하는 분사헤드와 소재가 저장된 소재카트리지가 장착되며, 상기 스크류 노즐집합체가 전도성 회로를 인쇄하는 경우에는 정밀한 프린팅이 가능하여야 하기 때문에 인쇄를 하는 끝부분이 뾰족하게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 스크류노즐집합체는 소재공급부, 스크류펌프(11s), 소재분사노즐(11n)로 구성될수 있으며, 통상의 3D 프린터에 구비된 것과 동일 또는 유사한 것으로 소재의 종류에 따라 다양한 소재를 공급할 수 있도록 2개 이상이 설치되거나, 동일한 소재를 더욱 빠르게 공급할 수 있도록 2개 이상이 설치될 수 있다. 즉, 상기 스크류노즐집합체는 인쇄회로기판을 구성하는 소재의 종류(도전성 소재와 절연성 소재)에 따라 다양하게 구비될 수 있다.
상기 헤드(10)는 인쇄회로기판을 적층하기 위한 소재를 공급하기 위한 수단으로 소재를 공급하기 위한 수단인 소재분사모듈(11)을 구비하고, 상기 소재분사모듈에는 소재가 저장된 카트리지가 연결되어 있으며, 카트리지의 소재를 소재분사모듈(11)로 이송하기 위한 수단으로 공급부(11m)를 구비하고 있다.
상기 공급부(11m)는 소재분사노즐(11n)과 카트리지 사이의 공급라인상의 소재를 소재분사노즐(11n)로 분사되도록 가압할 수 있는 수단이며 어떠한 것이라도 사용될 수 있고, 그 일 예로는 실린지 펌프, 스크류 펌프(11s), 압출기, 잉크젯 헤드(11i) 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 스크류 펌프(11s)와 잉크젯 헤드(11i)를 사용하는 것이다. 단 잉크젯 헤드(11i)는 소재분사노즐(11n)이 없이 사용할 수 있다. (도 4 참조) 그 이유는 스크류 펌프(11s)는 나사봉의 회전에 의해 액체를 밀어내는 펌프로서, 나사 봉의 수는 1~3개의 종류가 있고, 나사와 외벽간의 금속적인 접촉이 없어 수명이 길고, 양축이 좌우 나사이므로 수압이 평형이 되어 추력이 생기지 않고 왕복동 부분이 없어 흐름이 정적이고 소음진동이 적으며, 고속회전이 가능하므로 소형화가 가능하고 값이 싸며 체적 효율이 비교적 높아, 점액용에 적합하기 때문이다.
통상적으로 인쇄회로기판이 절연성 소재와 도전성 소재로 이루어지므로 상기 스크류노즐집합체나 마이크로분사 노즐을 가지는 잉크젯 헤드(11i)로 인쇄회로기판의 한 층에 대한 도전성 소재의 도포가 끝나면, 상기 스크류펌프(11s)를 이용하여 절연성 소재를 도포하여 다음 층에 대한 도전성 소재의 도포가 가능하도록 한다.
전도성 소재를 분사하는 소재분사모듈(11)은 전도성 액적을 분사하는 잉크젯 헤드(11i), 헤드노즐에 분사할 재료를 공급하는 공급부(11m), 헤드의 분사제어를 위한 전자제어기(40e) 및 제어프로그램(40p)을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 전도성 액적을 분사하는 소재분사모듈(11)은 정밀한 선폭을 인쇄하기 때문에, 마이크로분사 노즐을 가지는 잉크젯 헤드(11i)가 바람직하다.
절연성 소재를 도포하는 소재분사모듈(11)은 상기 스크류노즐집합체처럼 점액용 절연 소재를 도포하는 데 적합하므로 소재분사모듈(11)의 끝부분은 길다란 형상 또는 넓적한 형상으로 형성하는것도 가능하다.
이때, 절연성 소재를 도포하는 소재분사모듈(11) 역시 2개 이상 구비하는 것도 가능하다.
이러한 본 발명에 인쇄회로기판 제작을 위한 3차원 신속조형 장치는 상기 제어수단(40)의 제어에 의해 설계된 인쇄회로기판의 패턴에 맞추어 소재를 분사하여 회로기판이 제작되는 것으로 제어수단(40)에는 설계된 인쇄회로기판의 구조에 따라 상기 소재분사모듈(11)을 제어하는 전자제어기(40e)와 이송수단과 상기 전자제어기(40e)를 연동하는 제어프로그램(40p)과, 인쇄회로기판 설계 툴에 의해 기 설계된 인쇄회로기판의 파일을 상기 제어프로그램(40p)에서 구동 가능하도록 변환하는 파일변환모듈(40g)을 구비하고 있다.
인쇄회로기판 설계 툴에 의해 기 설계된 인쇄회로기판의 파일은 일반적으로 거버 포맷(Gerber Format) 형식으로 되어있으며, 거버 포맷(Gerber Format)이란 인쇄 회로 기판 (Printed Circuit Board 또는 PCB) 제작 시 사용되는 산업용 소프트웨어에서 가장 많이 사용되는 파일 포맷 형식의 하나이며, 인쇄 회로 기판 의 구성요소(동박패턴, 솔더 마스크, 심볼, 마크등의 계층)와 드릴, 라우터 (milling) 등의 외형 가공용 데이터를 표현한다. 거버 포맷은 인쇄 회로 기판 구성 데이터 전송 방식에 있어서 사실상 업계의 표준이다.
이렇게 설계된 인쇄회로기판의 파일을 상기 제어프로그램(40p)에서 구동 가능하도록 변환하여야 한다. 이를, 파일변환모듈(40g)로 변환하며, 이때, G-code, G 프로그래밍 언어 또는 RS-274 규격으로 변환할 수 있으며 이미지 파일형태로도 변환할수 있다.
상기 G-code, G 프로그래밍 언어 또는 RS-274 규격은 대부분의 수치 제어에서 사용되는 프로그래밍 언어로서, 자동제어 공작기계를 통한 컴퓨터 지원 제조에 주로 사용된다.
근본적인 측면에서, G-code는 사람이 컴퓨터화된 공작기계에 어떤 것을 어떻게 만들지를 명령하는데 사용하는 언어이며, 어떻게 만들지는 공작기계의 도구가 어디로 움직일지, 어떤 속도로 움직일 것인지로 정의된다. 대부분의 상황에서 절삭 도구나 광택 도구, 3D 프린터의 노즐 등이 이동하는 경로 혹은 속도 등을 표현할 수 있다.
상기 이미지 파일 형태는 비트맵 방식의 BMP 파일, 그래픽 파일포맷인 GIF 파일, CMYK 4도 분판을 목적으로 하는 포맷인 EPS(Encapsulated Post Script), 사진을 압축하는 국제표준 방식인 JPEG, JPG 파일, 페인트 브러시 포맷인 PCX 파일, 아크로벳에서 사용하는 포맷인 PDF, WWW협회에서 제정한 온라인 이미지파일 포맷인 PNG 파일등이 있다.
상기 이미지 파일형태 이외에도 3차원 오브젝트인 3D 포맷인 OBJ 파일과 2D 캐드파일의 표준포맷인 DXF 파일로도 변환할 수 있다.
또한, 인쇄회로기판은 판체이기는 하지만 입체적인 모양으로 구성할 수 있으므로, 소재분사모듈(11)을 통해 공급되는 소재가 분사되는 위치 및 방향을 제어할 수도 있다. 이에 따라 상기 소재분사모듈(11)에 의해 공급되는 소재가 3차원 형상의 위에 도포할 수 있도록 위치 및 방향이 조절하기 위한 이동수단(30)을 포함할 수도 있다.
상기 소재분사모듈(11)은 소재의 종류에 따라 2개 이상을 설치할 수 있다. 즉, 도 2내지 도 4에 도시한 바와 같이, 도전성 소재를 분사하는 노즐과, 절연성 소재를 분사하는 노즐을 서로 인접하게 설치할 수 있다.
상기 이동수단(30)은 소재가 분사되는 소재분사모듈(11)을 이동시키거나 기판을 지지하는 기판지지베드(20)를 이동시킬 수 있으므로 둘 중 어느 하나에 설치하거나 일부는 소재분사모듈(11)에 설치하고, 일부는 기판지지베드(20)에 설치할 수 있다.
도 2에는 이동수단(30)을 모두 기판지지베드(20)에 설치한 것의 일예를 도시하였다. 도시한 바와 같이 상기 이동수단(30)은 기판지지베드(20)를 X, Y 및 Z축 방향으로 이동시키기 위한 것으로, X축상인 좌우로 이동시키는 X축이송수단(30x); Y축상인 전후로 이동시키는 Y축이송수단(30y); 및 Z축상인 상하로 이동시키는 Z축이송수단(30z)으로 이루어진다.
도 3 및 도 4는 이동수단(30) 중 일부는 소재분사모듈(11)에 설치하고, 일부는 기판지지베드(20)에 설치한 것의 일예이다. 즉, Y축이송수단(30y)은 소재분사모듈(11)을 이동시킬 수 있도록 설치하고, X축이송수단(30x) 및 Z축이송수단(30z)은 기판지지베드(20)를 이동시킬 수 있게 설치한 것이다.
상기 X축이송수단(30x), Y축이송수단(30y) 및 Z축이송수단(30z)은 통상적으로 어느 물체를 일정한 방향으로 이동시킬 수 있는 이송장치 중 하나를 선택하여 사용할 수 있으며, 그 일예로는 LM 가이드가 사용될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 인쇄회로기판 제작을 위한 3차원 신속조형 장치에 의해 만들어지는 인쇄회로기판은 상기한 바와 같이 입체적으로 이루어질수 있으므로 소재분사모듈(11)은 입체적으로 소재를 공급할 수 있어야 하고, 이에 따라 상기 이동수단(30) 이외에 소재분사모듈을 회전시킬 수 있도록 노즐회전수단(12)을 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 노즐회전수단(12)은 통상적으로 고정된 물체에 대하여 대상물을 전후로 회전가능하게 지지할 수 있게 하기 위한 것으로 다양하게 변형하여 실시할 수 있으나, 일예로는 구동모터의 구동에 의해 회전하는 볼조인트 등과 같은 것을 사용하여 전후 및 좌우로도 회전될 수 있게 할 수 있으나, 바람직한 예로는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 소재분사모듈(11)을 수평방향으로 회전시키는 수평회전수단(12h)과, 수평회전수단(12h)의 하단에 설치되어 소재분사모듈을 전후 방향으로 회전시키는 전후회전수단(12f)로 이루어진 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 인쇄회로기판 제작을 위한 3차원 신속조형 장치는 상기한 바와 같이, 파일변환모듈(40g)에 의해 인쇄회로기판 설계 툴로 설계된 인쇄회로기판의 거버 포멧 형태의 파일을 G-Code로 변환하고, 제어프로그램(40p)을 이용하여 변환된 G-Code에 따라 상기 소재분사모듈(11)과 이송수단의 구동을 제어하여 각각의 인쇄회로기판을 적층함에 의해 이루어지고, 인쇄회로기판의 소재로는 광경화성 수지, 열경화성 수지, 도전성 폴리머에 나노은입자(Nano Ag Particle)가 혼합되거나, 카본 나노튜브(CNT)가 혼합되거나, 또는 전도선 나노입자가 포함되고, 플렉시블(Flexible)한 폴리머수지 등이 사용될 수 있으며, 레이저(Laser)센서를 이용하여 거리를 감지하여 원하는 영역에 전극이나 절연물질을 인쇄할 수 있다.
이하, 상기한 바와 같이 구성된 인쇄회로기판 제작을 위한 3차원 신속조형 장치를 이용하여 인쇄회로기판을 성형하는 과정을 설명한다.
기본적으로 본 발명에 따른 인쇄회로기판 제작을 위한 3차원 신속조형 장치를 이용한 인쇄회로기판 성형 방법은 인쇄회로기판 설계 툴을 이용하여 인쇄회로기판을 설계하는 인쇄회로기판 설계과정; 설계된 인쇄회로기판의 파일을 상기 제어프로그램(40p)에서 구동 가능하도록 변환하는 파일변환과정; 및 이송수단과 회전수단의 구동을 제어하여 기판지지베드(20) 또는 소재분사모듈(11)을 x축 및 y축, 또는 x축 y축 및 z축으로 이동시킴과 동시에 소재 도포 방향을 조절하면서 소재분사모듈(11)을 이용하여 전극 소재와 절연층 소재를 분사하여 회로패턴을 3차원 적층하는 성형과정으로 이루어진다.
이렇게 인쇄회로기판 제작 과정이 단순화됨으로써 인쇄회로기판의 제작에 소요되는 시간과 인력을 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 인쇄회로기판 3차원 성형 방법은 상기하고 도 5에 도시한 바와 같은 기본적인 과정에 의해 이루어지고, 도 6 및 도 7에 도시한 베이직 기판의 사용 여부에 따라 세부적인 과정에 차이가 있다.
먼저, 베이직 기판을 사용하지 않는 경우에는 도 6에 도시한 바와 같이 성형단계가 이루어진다.
즉, 전체적인 인쇄회로기판 성형과정에서 실제로 소재가 인쇄되는 성형과정은 전극과 절연 소재를 소재분사모듈(11)에 연결된 카트리지에 장착하는 1단계; 도전성 소재를 기판지지베드 상에 전극패턴을 인쇄하는 2단계; 전극패턴 사이에 절연성 소재를 절연패턴 영역에 분사하여 인쇄하는 3단계; 기판지지베드를 하강하거나 헤드를 상승시키는 인쇄 위치 조절하는 4단계; 절연성 소재를 분사하여 절연층을 인쇄하는 5단계; 도전성 소재를 전극패턴영역에 분사하여 인쇄하는 6단계로 이루어진다.
물론 상기와 같은 과정에 의해 전극패턴과 절연패턴이 인쇄되되, 다층구조를 갖는 인쇄회로기판의 경우, 전극패턴과 절연패턴이 복층으로 이루어지므로 다시 전극패턴과 절연패턴을 인쇄하는 과정이 더 수행될 수 있다. 즉, 전극패턴과 절연패턴을 적층하는 과정에서 인쇄회로기판 완성 여부를 확인하고, 완성되었을 경우에는 작업을 종료하고, 완성되지 않았으면 상기의 단계를 반복 수행한다.
다음은 베이직 기판을 사용한 성형과정으로서, 베이직 기판으로는 Preprage 기판 또는 CCL기판이 사용될 수 있다. 베이직 기판이 사용될 경우에도 상기한 과정과 유사하고, 다만 카트리지에 장착과 동시에 베이직 보드를 장착하고 정렬시키는 단계를 더 수행한다.
또한 베이직 기판에는 관통 전극이 형성되어야 하므로 베이직 보드에 관통 전극홀 형성단계를 수행하여 인쇄 과정에서 전극홀에 전극 소재가 공급될 수 있게 하였다.
10: 헤드
11: 소재분사모듈 11m: 공급부
11s: 스크류 펌프 11i : 잉크젯 헤드
11n: 소재분사노즐
12: 노즐회전수단
12a: 수평회전수단
12b: 전후회전수단
20: 기판지지베드
20p: 승강플레이트
30: 이송수단
30x: X축이송수단
30y: Y축이송수단
30z: Z축이송수단
40: 제어수단
40e : 전자제어기
40p: 제어프로그램
40g: 파일변환모듈

Claims (7)

  1. 인쇄회로기판을 신속조형하기 위한 소재가 분사되는 소재분사모듈(11)을 구비한 헤드(10);
    성형되는 인쇄회로기판을 지지하는 기판지지베드(20);
    상기 헤드 또는 기판지지베드를 전후, 좌우 및 상하로 이송시키는 이송수단(30); 및
    상기 소재분사모듈(11)과 이송수단의 구동을 제어하는 제어수단(40)으로 이루어지고,
    상기 제어수단(40)에는 설계된 인쇄회로기판의 구조에 따라 상기 소재분사모듈(11)과 이송수단의 구동을 제어하여 인쇄회로기판을 3차원 인쇄하는 제어프로그램(40p)과, 인쇄회로기판 설계 툴에 의해 설계된 인쇄회로기판의 파일을 상기 제어프로그램(40p)에서 구동 가능하도록 변환하는 파일변환모듈(40g)을 구비한 것을 특징으로 하며,
    상기 소재분사모듈(11)은 전도성 액적을 분사하는 마이크로분사 노즐을 가지는 잉크젯 헤드(11i) 및 점액용 절연 소재를 도포하는 스크류노즐집합체를 포함하고,
    상기 스크류노즐집합체는 카트리지, 소재분사노즐(11n) 및 소재분사노즐(11n)과 카트리지 사이의 공급라인상의 소재를 소재분사노즐(11n)로 분사되도록 가압할 수 있는 스크류 펌프(11s)를 포함하며,
    상기 마이크로분사 노즐을 가지는 잉크젯 헤드(11i)로 인쇄회로기판의 한 층에 대한 도전성 소재의 도포가 끝나면, 상기 스크류펌프(11s) 및 소재분사노즐(11n)를 이용하여 절연성 소재를 도포하여 다음 층에 대한 도전성 소재의 도포가 가능한 것을 특징으로 하고,
    상기 이송수단(30)은
    상기 헤드(10) 또는 기판지지베드(20)를 X축상인 좌우로 이동시키는 X축이송수단(30x);
    상기 헤드(10) 또는 기판지지베드(20)를 Y축상인 전후로 이동시키는 Y축이송수단(30y); 및
    상기 헤드(10) 또는 기판지지베드(20)를 Z축상인 상하로 이동시키는 Z축이송수단(30z)으로 이루어지는 것을 특징으로 하고,
    상기 헤드(10)에는 소재분사모듈(11)을 회전시켜 소재가 분사되는 방향을 조절하는 노즐회전수단(12)을 더 구비한 것을 특징으로 하며,
    상기 노즐회전수단(12)은 수평방향으로 회전시키는 수평회전수단(12h)과, 수평회전수단(12h)의 하단에 설치되어 소재분사노즐(11)을 전후 방향으로 회전시키는 전후회전수단(12f)로 이루어진 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판 제작을 위한 인쇄회로기판 3차원 신속조형 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 잉크젯 헤드(11i), 스크류펌프(11s) 및 소재분사노즐(11n)을 포함하며 인쇄회로기판을 신속조형하기 위한 소재가 분사되는 소재분사모듈(11)을 구비한 헤드(10); 성형되는 인쇄회로기판을 지지하는 기판지지베드(20); 상기 헤드 또는 기판지지베드를 전후, 좌우 및 상하로 이송시키는 이송수단(30); 및 상기 소재분사모듈(11)과 이송수단의 구동을 제어하는 제어수단(40)으로 이루어지고, 상기 제어수단에는 설계된 인쇄회로기판의 구조에 따라 상기 소재분사모듈(11)을 제어하는 전자제어기(40e)와 이송수단과 상기 전자제어기를 연동하는 제어프로그램(40p)과, 인쇄회로기판 설계 툴에 의해 설계된 인쇄회로기판의 파일을 상기 제어프로그램(40p)에서 구동 가능하도록 변환하는 파일변환모듈(40g)을 구비한 인쇄회로기판 3차원 신속조형 장치를 이용한 인쇄회로기판을 성형하는 방법에 있어서,
    인쇄회로기판 설계 툴을 이용하여 인쇄회로기판을 설계하는 인쇄회로기판 설계과정;
    설계된 인쇄회로기판의 파일을 상기 제어프로그램(40p)에서 구동 가능하도록 변환하는 파일변환과정; 및
    이송수단과 회전수단의 구동을 제어하여 기판지지베드(20) 또는 소재분사모듈(11)을 x축과 y축으로 이동 또는 x축, y축 및 z축으로 이동시킴과 동시에 소재 도포 방향을 조절하면서 소재분사모듈(11)을 이용하여 도전성 소재와 절연성 소재를 분사하여 회로 패턴을 적층하는 성형과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하며,
    상기 성형과정은
    전극과 절연 소재를 소재분사모듈(11)에 연결된 카트리지에 장착하는 단계;
    도전성 소재를 기판지지베드 상에 전극패턴을 인쇄하는 단계;
    전극패턴 사이에 절연성 소재를 절연패턴영역에 분사하여 인쇄하는 단계;
    기판지지베드를 하강하거나 헤드를 상승시키는 인쇄 위치 조절단계;
    절연성 소재를 분사하여 절연층을 인쇄하는 단계;
    도전성 소재를 전극패턴영역에 분사하여 인쇄하는 단계;
    인쇄회로기판 완성 여부를 확인하여 완성되었을 경우에는 작업을 종료하고, 완성되지 않았으면 상기의 단계를 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판 3차원 신속조형 장치를 이용한 인쇄회로기판을 성형하는 방법.
  7. 잉크젯 헤드(11i), 스크류펌프(11s) 및 소재분사노즐(11n)을 포함하며 인쇄회로기판을 신속조형하기 위한 소재가 분사되는 소재분사모듈(11)을 구비한 헤드; 성형되는 인쇄회로기판을 지지하는 기판지지베드(20); 상기 헤드 또는 기판지지베드를 전후, 좌우 및 상하로 이송시키는 이송수단(30); 및 상기 소재분사모듈(11)과 이송수단의 구동을 제어하는 제어수단(40)으로 이루어지고, 상기 제어수단에는 설계된 인쇄회로기판의 구조에 따라 상기 소재분사모듈(11)을 제어하는 전자제어기(40e)와 이송수단과 상기 전자제어기를 연동하는 제어프로그램(40p)과, 인쇄회로기판 설계 툴에 의해 설계된 인쇄회로기판의 파일을 상기 제어프로그램(40p)에서 구동 가능하도록 변환하는 파일변환모듈(40g)을 구비한 인쇄회로기판 3차원 신속조형 장치를 이용한 인쇄회로기판을 성형하는 방법에 있어서,
    인쇄회로기판 설계 툴을 이용하여 인쇄회로기판을 설계하는 인쇄회로기판 설계과정;
    설계된 인쇄회로기판의 파일을 상기 제어프로그램(40p)에서 구동 가능하도록 변환하는 파일변환과정; 및
    이송수단과 회전수단의 구동을 제어하여 기판지지베드(20) 또는 소재분사모듈(11)을 x축과 y축으로 이동 또는 x축, y축 및 z축으로 이동시킴과 동시에 소재 도포 방향을 조절하면서 소재분사모듈(11)을 이용하여 도전성 소재와 절연성 소재를 분사하여 회로 패턴을 적층하는 성형과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하며,
    상기 성형과정은
    전극과 절연 소재를 소재분사모듈(11)에 연결된 카트리지에 장착하는 단계;
    베이직 보드를 장착하고 정렬시키는 단계;
    베이직 보드에 관통 전극홀 형성단계;
    도전성 소재를 기판지지베드(20)상에 전극패턴을 인쇄하는 단계;
    전극패턴 사이에 절연성 소재를 절연패턴 영역에 분사하여 인쇄하는 단계;
    기판지지베드(20)를 하강하거나 헤드를 상승시키는 인쇄 위치 조절단계;
    절연성 소재를 분사하여 절연층을 인쇄하는 단계;
    도전성 소재를 전극패턴영역에 분사하여 인쇄하는 단계;
    인쇄회로기판 완성 여부를 확인하여 완성되었을 경우에는 작업을 종료하고, 완성되지 않았으면 상기의 단계를 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판 3차원 신속조형 장치를 이용한 인쇄회로기판을 성형하는 방법.
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