KR101543666B1 - 다층인쇄회로기판용 4축 펀칭 머신 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 드릴링 방식이 아닌 펀칭 방식을 이용하여 홀가공시 버(Burr)의 발생을 방지하고, 4개의 홀가공 축을 구비하여 효율적인 작업을 수행할 수 있는 다층인쇄로기판용 4축 펀칭 머신에 관한 것이다.
이를 위해, 다층인쇄회로기판의 제조를 위한 회로기판을 중앙 테이블의 Y축 방향으로 직선 이송시키는 이송 유닛; X축 방향을 따라 이동하는 X 스테이지와 상기 X 스테이지 상에서 Y축 방향을 따라 이동하는 Y 스테이지를 구비하고, 상기 중앙 테이블의 하방에 위치하며 상기 이송 유닛의 이송 라인을 중심으로 전방측 및 후방측의 좌우 양측에 배치된 두 쌍의 XY 스테이지; 및 상기 XY 스테이지의 Y 스테이지 상에 각각 고정되고, 상기 회로기판에 형성된 가이드홀 마크를 검출하며 4개의 가이드홀이 동시에 형성되도록 펀칭하는 4개의 엑스레이 펀칭 모듈을 포함하는 다층인쇄회로기판용 4축 펀칭 머신이 제공된다.

Description

다층인쇄회로기판용 4축 펀칭 머신{Punching machine with 4 driving axis for multilayer printed circuit board}

본 발명은 다층인쇄회로기판의 제조공정 중 회로기판에 가이드홀을 가공하기 위한 장비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 드릴링 방식이 아닌 펀칭 방식을 이용하여 홀가공시 버(Burr)의 발생을 방지하고, 4개의 홀가공 축을 구비하여 효율적인 작업을 수행할 수 있는 다층인쇄로기판용 4축 펀칭 머신에 관한 것이다.

일반적으로 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)은 IC칩, 저항기, 커패시터 등과 같은 다수의 전자부품을 표준화된 방식으로 고정 및 연결하기 위해 패턴화된 배선이 형성된 기판이다. 이와 같은 인쇄회로기판은 전자부품의 고밀도화가 요구됨에 따라 도체 패턴층과 절연층을 교번하여 적층하는 다층기판(MLB: Muti Layer Board)으로 제조되고 있는 추세이다. 또한, 인쇄회로기판은 유연성 있는 소재로 이루어진 연성기판(FPCB)의 비중이 날로 확대되고 있는 실정이다.

도 1은 다층인쇄회로기판에서 회로기판들의 정렬 상태를 나타내는 사시도이다. 도 1을 참조하여 다층인쇄회로기판의 일반적인 제조공정을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 절연기판에 후공정을 위한 가이드홀 마크들, 예컨데 기준홀마크, 방향홀마크, 식각홀마크 등을 형성한다. 그리고, 절연기판(11a)의 양쪽 표면에 동박(Copper foil)과 같은 도전 소재로 도전층(11b)을 형성한 후, 엑스레이 발생기(X-ray tube)와 카메라를 이용하여 가이드홀 마크들을 검출하고 드릴을 이용하여 가이드홀(14)들을 형성함으로써 다층인쇄회로기판의 외층을 이루는 회로기판(11)을 마련한다.

이와는 별개로, 위와 같은 과정을 동일하게 수행한 후 절연기판(12a)에 형성된 도전층을 식각홀을 기준으로 소정 패턴으로 식각하여 도체 패턴층(12b)을 형성함으로써 다층인쇄회로기판의 내층을 이루는 회로기판(12)을 마련한다. 그리고, 상기 회로기판들(11, 12)의 가이드홀(14)들과 대응되는 구멍이 형성된 접착 및 절연 기능을 가진 프리프레그(prepreg, 13)을 마련한다.

다음으로, 회로기판들(11, 12)을 방향홀을 기준으로 내외를 맞추는 한편, 설계된 층별 적층구조에 맞추어 순차로 배열된 회로기판들(11, 12)의 사이에 프리프레그(13)를 삽입하게 된다. 그리고, 기준홀이 끼워지는 핀들을 구비한 지그 플레이트(미도시)에 회로기판들(11, 12)과 프리프레그(13)를 장착하여 정렬한 후, 고온 및 고압 프레스로 가열 및 가압한다. 그러면 프리프레그(13)가 도전층(11b) 또는 도체 패턴층(12b)에 각각 융착됨으로써 1매의 다층인쇄회로기판으로 일체화된다.

이후, 외층을 이루는 회로기판(11)의 도전층(11b)을 소정 패턴으로 식각하여 도체 패턴층을 형성하고, 다층인쇄회로기판의 내층과 외층을 전기적으로 접속하기 위해 관통홀을 형성하는 천공 공정을 수행한다. 그리고, 도금 공정, 방청처리 공정 등을 실시한 뒤, 필요한 외형을 가지도록 잘라내어 다층인쇄회로기판을 최종적으로 완성한다.

이와 같은 다층인쇄회로기판의 제조공정에서 가이드홀(14)들은 회로기판(11, 12)들을 정렬하고 식각하기 위한 기준이 되는바, 가이드홀이 정확한 위치에 가공되지 않으면 다층인쇄회로기판의 품질 저하를 초래하게 된다.

한편, 다층인쇄회로기판을 제조하기 위한 회로기판에 가이드홀을 가공하기 위한 종래기술로, 본 발명의 출원인이 출원하여 등록받은 바 있는 대한민국 등록특허 제690,204호(발명의 명칭: 다층인쇄회로기판용 드릴링 머신)가 있다.

도 2는 종래기술에 따른 다층인쇄회로기판 제조용 드릴링 머신을 나타내는 측면도이고, 도 3은 도 2의 드릴링 수단으로 공급되는 회로기판의 일례를 나타내는 사시도이다. 종래기술에 따른 드릴링 머신(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 중앙 테이블(201)에 설치되어 회로기판을 Y축 방향으로 이송시키는 이송 테이블(110)과, 이송 테이블의 하방에 서로 이격되어 베이스 프레임(103)에 설치되는 한 쌍의 XY 스테이지(120)와, X축 방향으로 이동가능하도록 XY 스테이지(120)에 각각 배치되며 엑스선 발생기(X-ray tube) 및 카메라를 이용하여 회로기판에 형성된 가이드홀 마크의 위치를 검출하는 한 쌍의 검출 유닛(150)과, 상기 XY 스테이지(120) 상에 각각 배치되어 상기 검출유닛(150)에 의해 검출된 정보를 토대로 상기 가이드홀 마크로 이동하고, 승강 구동부에 의해 Z축으로 승강 가능하게 설치되며 회전 가능한 스핀들에 드릴이 각각 장착되는 두 쌍의 드릴 유닛(130)과, 홀가공이 이루어진 회로기판을 배출시키기 위한 배출유닛(180)으로 구성되어 있다.

이때, 이송 테이블(110)에 의해 드릴링 수단(130, 150)으로 공급되는 회로기판(20)의 일례가 도 3에 도시되어 있다. 회로기판(20)의 내부에는 검출 유닛(150)에 의해 상호 간의 식별이 가능한 2개의 기준홀 마크(23a)와, 식각을 위한 4개의 식각홀 마크(23b)와, 내외 식별을 위한 1개의 방향홀 마크(23c)와 같은 가이드홀 마크(23)들이 구비된다.

이와 같은 종래기술에 따른 드릴링 머신(100)은 각각 다른 직경을 가진 두 쌍의 드릴 유닛(130)을 구비하여 다른 직경의 가이드홀을 가공할 때 드릴을 교체할 필요없이 드릴 유닛(130)을 변경하여 사용함으로써 작업 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 드릴링 머신(100)은 기준 플레이트(미도시)를 구비하여 가이드홀 마크(23)들을 검출하는 카메라를 드릴 유닛(130) 및 엑스선 발생기의 위치 오차를 보정할 수 있으며, 검출 유닛(150)을 X축 방향으로 이동할 수 있도록 구성하여 드릴 유닛(130)과의 상대적인 위치 오차를 최소화함으로써 가이드홀의 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

그러나, 종래기술에 따른 드릴링 머신(100)은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 기존 드릴링 머신은 드릴을 이용하여 가이드홀을 가공하기 때문에 버(burr)가 발생하는 문제점이 있다. 이와 같은 버는 제품의 품질에 큰 영향을 미치기 때문에 이를 제거하기 위한 별도의 장치가 필요하다. 예를 들면, 진공을 이용하여 버를 흡입하여 외부로 배출하는 장치(하측 배출 수단) 혹은 회로기판에 엔트리시트(entry sheet)를 겹쳐서 드릴링 수단으로 공급하는 장치 등을 설치해야하는 문제점이 있다.

둘째, 드릴링 머신은 2개 홀가공 축을 구비하여 다수의 가이드홀을 한 쌍씩 순차적으로 가공하기 때문에 작업 절차가 복잡하고 시간이 소요되어 생산성이 낮은 문제점이 있다.

셋째, 드릴링 머신은 드릴을 상방으로 이동시키면서 홀가공을 하기 때문에 회로기판의 가이드홀 형성 영역 주위를 상측에서 가압하는 드릴링 클램프(미도시)가 반드시 필요한 구조를 가진다.

넷째, 드릴링 머신의 드릴링 방식은 두께가 비교적 두텁거나 딱딱한 재질의 회로기판을 가공하는데 적합하지만, 회로기판이 얇거나 연성기판(FPCB)인 경우에는 드릴과의 접촉시간이 길기 때문에 제품이 손상되거나 가공 정밀도가 떨어지는 문제점이 있다.

한국등록특허 제690,204호

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 펀칭 방식을 이용하여 버의 발생을 방지하고 박판 또는 연성기판(FPCB)의 홀가공에 적합한 다층인쇄회로기판용 펀칭 머신을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 4개의 홀가공 축을 구비하여 작업 생산성을 최대화할 수 있는 다층인쇄회로기판용 4축 펀칭 머신을 제공하는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여,

다층인쇄회로기판의 제조를 위한 회로기판을 중앙 테이블의 Y축 방향으로 직선 이송시키는 이송 유닛; X축 방향을 따라 이동하는 X 스테이지와 상기 X 스테이지 상에서 Y축 방향을 따라 이동하는 Y 스테이지를 구비하고, 상기 중앙 테이블의 하방에 위치하며 상기 이송 유닛의 이송 라인을 중심으로 전방측 및 후방측의 좌우 양측에 배치된 두 쌍의 XY 스테이지; 및 상기 XY 스테이지의 Y 스테이지 상에 각각 고정되고, 상기 회로기판에 형성된 가이드홀 마크를 검출하며 4개의 가이드홀이 동시에 형성되도록 펀칭하는 4개의 엑스레이 펀칭 모듈을 포함하는 다층인쇄회로기판용 4축 펀칭 머신이 제공된다.

또한, 본 발명에 따른 4축 펀칭 머신에 있어서 상기 이송 유닛은 상기 회로기판을 흡착하기 위한 흡착수단이 구비된 작업 테이블 및 상기 작업 테이블을 이송시키는 제1 리니어 모터를 구비한다.

이때, 상기 작업 테이블은 일정 폭을 가지고 X축 방향으로 길게 형성된 다수의 펀칭홀을 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 이송 유닛에 의해 펀칭 작업 위치로 이송된 회로기판의 상면을 파지하기 위한 클램핑 유닛을 더 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 XY 스테이지의 X 스테이지와 Y 스테이지는 각각 리니어 모터에 의해 이동하도록 구성된다.

또한, 상기 엑스레이 펀칭 모듈은 상기 XY 스테이지의 Y 스테이지(224) 상에 고정된 모듈 프레임, 상기 모듈 프레임의 상부에 배치된 펀칭 유닛과 엑스선 발생기 및 상기 펀칭 유닛과 엑스선 발생기에 각각 대응되도록 상기 모듈 프레임의 하부에 배치된 다이 유닛과 카메라를 포함한다.

이때, 상기 펀칭 유닛은 원형 단면을 가진 막대 형상의 펀치 및 서보 모터의 속도제어를 통해 상기 펀치의 가압력을 조절할 수 있는 서보 프레스를 구비하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 펀칭 유닛은 상기 펀치를 수용하는 펀치 하우징과, 상기 펀치의 머리를 이격 수용하는 펀치 리테이너와, 상기 펀치의 둘레에 배치되고, 상기 펀치 리테이너에 의해 상단이 지지되는 제1 스프링 및 상기 펀치와 결합되고 상기 제1 스프링에 의해 탄성 지지되는 스프링 리테이너를 더 구비하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 펀칭 유닛은 상기 모듈 프레임에 고정된 제1 고정 플레이트와, 상기 고정 플레이트의 양 단부에서 상하로 안내되는 한 쌍의 가이드 핀과, 상기 한 쌍의 가이드 핀 하단부에 고정된 제1 가동 플레이트 및 상기 제1 가동 플레이트의 상면에 형성되어 상기 서보 프레스와 결합되는 생크를 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 다이 유닛은 상기 모듈 프레임에 고정된 제2 고정 플레이트와, 상기 제2 고정 플레이트의 양 단부에 수직으로 형성된 한 쌍의 가이드 포스트와, 상기 가이드 포스트의 둘레에 배치된 제2 스프링과, 상기 가이드 포스트의 상단부에 삽입되어 상기 제2 스프링에 의해 탄성 지지되는 한 쌍의 가이드와, 상기 한 쌍의 가이드 상면에 고정된 제2 가동 플레이트 및 상기 제2 가동 플레이트의 상면에 배치된 다이를 포함하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 다이 유닛은 상기 제2 가동 플레이트 상에서 상기 다이의 위치를 미세 조절하기 위한 위치 조절나사를 더 구비할 수 있다.

그리고, 상기 다이 유닛은 상기 제2 가동 플레이트를 승강시키기 위한 제1 유압 실린더를 더 구비할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 4개의 엑스레이 펀칭 모듈을 수용하도록 상기 중앙 테이블의 상면에 고정 설치된 덮개 프레임을 더 구비하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 덮개 프레임은 전방측과 후방측 하단부에 상기 회로기판을 이송하는 이송 유닛을 감지하여 자동으로 개방 및 폐쇄하는 개폐문을 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다층인쇄회로기판용 4축 펀칭 머신은 펀칭 유닛과 다이 유닛을 이용한 펀칭 방식을 채용함으로써 홀가공시 버의 발생을 방지할 수 있고, 이로 인해 버를 제거하기 위한 별도의 장치가 필요하지 않는 장점이 있다.

그리고, 본 발명의 펀칭 방식은 홀가공 시간이 매우 짧아 회로기판이 손상되는 것을 방지하고 가공 정밀도를 크게 향상시킬 수 있기 때문에 박판 또는 연성기판(FPCB)의 홀가공에 적합한 장점이 있다. 아울러, 본 발명은 기존 드릴링 머신과 같이 회로기판의 가이드홀 형성 영역 주위를 가압하기 위한 드릴링 클램프가 필요하지 않는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 4축 펀칭 머신은 4개의 홀가공 축(엑스레이 펀칭 모듈)을 구비하여 4개의 가이드홀을 동시에 가공할 수 있고, 이로 인해 작업 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

그리고, 4개의 엑스레이 펀칭 모듈은 펀칭 유닛, 다이 유닛 및 검출 유닛을 구비하고, 각각 XY 스테이지에 의해 X축 및 Y축 방향으로 독립적으로 이동할 수 있는 구조를 가지고 있다. 이로 인해 본 발명은 회로기판의 크기 또는 가이드홀의 크기 및 개수 등에 제약받지 않고 펀칭 작업을 수행할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 펀칭 머신의 전방측에 배치된 한 쌍의 펀칭 모듈과, 후방측에 배치된 한 쌍의 펀칭 모듈에 구비된 펀치의 직경을 달리함으로써 펀치를 교체하는 작업 없이도 회로기판에 다른 직경을 가진 가이드홀을 가공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 엑스레이 펀칭 모듈의 펀칭 유닛은 서보 모터의 속도제어와 내장된 로드셀을 이용하여 펀치의 가압력을 조절할 수 있는 서보 프레스를 구비하고 있다. 이로 인해 회로기판의 종류 및 두께에 따라 펀치의 가압력을 조절하여 펀칭 작업을 수행할 수 있다. 그리고, 다양한 회로기판에 따라 가압력 조절을 위한 데이터를 저장 및 관리함으로써 펀칭 공정의 효율화를 가져올 수 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

도 1은 다층인쇄회로기판에서 회로기판들의 정렬 상태를 나타내는 사시도이고,
도 2는 종래기술에 따른 다층인쇄회로기판 제조용 드릴링 머신을 나타내는 측면도이고,
도 3은 도 2의 드릴링 수단으로 공급되는 회로기판의 일례를 나타내는 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층인쇄회로기판 제조용 4축 펀칭 머신의 내부 구조를 보여주는 정면도이고,
도 5는 도 4의 측면도이고,
도 6은 본 발명에 따른 중앙 테이블 및 이송 유닛을 나타내는 정면도이고,
도 7은 도 6의 평면도이고,
도 8은 본 발명에 따른 엑스레이 펀칭 모듈을 나타내는 정면도이고,
도 9는 펀칭 유닛의 구조를 나타내는 도면이고,
도 10은 다이 유닛의 구조를 나타내는 도면이고,
도 11은 본 발명에 따른 중앙 클램프를 나타내는 정면도이고,
도 12는 본 발명에 따른 엑스레이 펀칭 머신의 외관을 보여주는 정면도이고,
도 13은 도 12의 측면도이고,
도 14는 본 발명에 따른 4축 펀칭 머신의 동작을 설명하기 위한 개략도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 경우에는 그에 대한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 도면부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면에 표시되었다 하더라도 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.

(4축 펀칭 머신의 구성)

먼저, 도 4 내지 도 13을 참조하여 본 발명에 따른 다층인쇄회로기판용 4축 펀칭 머신의 구성에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층인쇄회로기판 제조용 4축 펀칭 머신의 내부 구조를 보여주는 정면도이고, 도 5는 도 4의 측면도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 펀칭 머신(200)은 다층인쇄회로기판의 제조를 위한 회로기판(미도시)에 4개의 가이드홀을 동시에 가공하기 위한 것으로, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 중앙 테이블(204), 이송 유닛(210), 4개의 XY 스테이지(220), 4개의 엑스레이 펀칭 모듈(201), 클램핑 유닛(270)을 포함하여 구성된다.

이때, 도 4는 4축 펀칭 머신(200)을 전방측에서 바라본 정면도로서, 본 발명에 있어서 펀칭 머신의 좌우측 방향이 X축 방향이다. 그리고, 도 5에서 좌우측 방향, 즉 4축 펀칭 머신(200)의 전후방측 방향이 Y축 방향이다. 그리고, 4축 펀칭 머신(200)의 높이 방향이 Z축 방향이다.

본 발명에 따른 4축 펀칭 머신(200)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 Y축 방향의 중심을 기준으로 좌우측에 2개의 엑스레이 펀칭 모듈(201)이 쌍을 이루어 마주보고 있다. 그리고, Y축 방향으로 두 쌍의 펀칭 모듈(201)이 일정간격으로 이격 배치되어 있다. 이때, 한 쌍의 엑스레이 펀칭 모듈(201)은 X축 방향으로 배열된다.

엑스레이 펀칭 모듈(201)은 하부에 XY 스테이지(220)를 각각 구비하여 XY 평면 상에서 독립적으로 이동할 수 있는 구조를 가지고 있다. 그리고, 엑스레이 펀칭 모듈(201)은 펀치(P)를 가진 펀치 유닛(240)과, 다이(D)를 가진 다이 유닛(250)이 중앙 테이블(204)를 기준으로 상측과 하측에 각각 배치되어 상측에서 하측 방향으로 펀칭이 이루어진다.

도 6은 본 발명에 따른 중앙 테이블 및 이송 유닛을 나타내는 정면도이고, 도 7은 도 6의 평면도이다.

중앙 테이블(204)은 도 4, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 펀칭 머신(200)에서 일정 높이의 XY 평면 상에 배치된다.

중앙 테이블(204)은 도 7에 도시된 바와 같이 엑스레이 펀칭 모듈(201)이 관통하여 설치되도록 4개의 제1 관통홀(204a)이 형성되어 있다. 펀칭 모듈(201)은 제1 관통홀(204a) 안에서 X축 및 Y축으로 이동하게 된다. 그리고, X축 방향의 중심측으로 각각의 제1 관통홀(204a)과 인접한 위치에 펀칭 모듈(201)이 펀칭 작업을 수행하는 제2 관통홀(204b)이 형성되어 있다.

이송 유닛(210)은 회로기판(미도시)을 중앙 테이블(204)의 Y축 방향으로 직선 이송시키는 역할을 한다. 이송 유닛(210)은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 중앙 테이블(204)의 X축 방향 중심부에 Y축 방향으로 배치된다. 이때, 이송 유닛(210)과 중앙 테이블(204)의 상면은 동일 평면을 이룬다.

본 실시예에 따른 이송 유닛(210)은 도 6에서와 같이 회로기판이 안착되는 작업 테이블(212)과, 작업 테이블(212)을 Y축 방향으로 직선 이동시키는 제1 리니어 모터(216)와, 작업 테이블(212)과 제1 리니어 모터(216)를 연결하는 이동 테이블(214)을 구비한다.

작업 테이블(212)은 도 7에 도시된 바와 같이 직사각 형태의 판 부재로서, 중심부에 회로기판(미도시)을 흡착하여 고정하기 위한 다수의 흡착홀(212a)을 구비한다. 이때, 흡착홀(212a)은 이송 유닛(210)에 구비된 진공 발생 수단(미도시)과 연결되어 있다.

또한, 작업 테이블(212)은 엑스레이 펀칭 모듈(201)이 회로기판에 가이드홀을 가공할 수 있도록 형성된 펀칭홀(212b, 212b")을 구비한다. 본 실시예에 의하면, 작업 테이블(212)의 전방측과 후방측에 형성된 2쌍의 펀칭홀(212b)은 4개의 엑스레이 펀칭 모듈(201)이 식각홀을 동시에 가공하기 위한 것이다. 그리고, 작업 테이블(212)의 Y축 방향 중심부에 형성된 3쌍의 펀칭홀(212b")은 기준홀 또는 방향홀을 가공하기 위한 것이다.

펀칭홀(212b, 212b")은 도 7에서와 같이 일정 폭을 가지고 X축 방향으로 긴 형태를 가지는 것이 바람직하다. 이는 엑스레이 펀칭 모듈(201)이 가이드홀을 가공하기 위해 Y축 방향보다 X축 방향으로 많이 이동하기 때문이다.

XY 스테이지(220)는 4개의 엑스레이 펀칭 모듈(201) 각각을 XY 평면 상에서 이동시키는 역할을 한다. XY 스테이지(220)는 도 4에 도시된 바와 같이 중앙 테이블(204)의 하방에 위치하며, 이송 유닛(210)의 이송 라인을 중심으로 전방측 및 후방측의 좌우 양측에 2쌍이 배치된다.

XY 스테이지(220)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 베이스 프레임(202) 상에 설치되어 X축 방향을 따라 이동하는 X 스테이지(222)와, X 스테이지(222) 상에서 Y축 방향을 따라 이동하는 Y 스테이지(224)를 구비한다. 본 실시예에 의하면 X 스테이지(222)와 Y 스테이지(224)는 서보 모터, 스크류 축 및 너트를 포함하여 구성되는 제2 및 제3 리니어 모터(223a, 225a)에 의해 LM 가이드(223b, 225b) 상에서 각각 직선 운동하도록 구성된다.

도 8은 본 발명에 따른 엑스레이 펀칭 모듈을 나타내는 정면도이고, 도 9는 펀칭 유닛의 구조를 나타내는 도면이고, 도 10은 다이 유닛의 구조를 나타내는 도면이다.

엑스레이 펀칭 모듈(201)은 도 4에서와 같이 XY 스테이지(220)의 Y 스테이지(224) 상에 고정 설치된다. 엑스레이 펀칭 모듈(201)은 모듈 프레임(230)과, 회로기판(미도시)에 형성된 가이드홀 마크를 검출하는 검출 유닛(262, 264)과, 회로기판에 가이드홀이 형성되도록 펀칭하는 펀칭 유닛(240) 및 다이 유닛(250)을 포함하여 구성된다.

모듈 프레임(230)은 도 8에 도시된 바와 같이 하부 프레임, 기둥 프레임 및 상부 프레임이 ㄷ자 형태를 이루고 있다. 하부 프레임은 도 4에 도시된 Y 스테이지(224)에 고정 설치되고, 하부 프레임에는 다이 유닛(250) 및 카메라(264)가 고정 설치된다. 그리고, 기둥 프레임의 상측에 위치한 상부 프레임에는 펀칭 유닛(240) 및 엑스선 발생기(X-ray tube)(262)가 고정 설치된다. 따라서, 본 발명에 따른 펀칭 머신(200)은 XY 스테이지(220)에 의해 엑스레이 펀칭 모듈(201)이 X축 및 Y축 방향으로 이동하게 되면, 펀칭 유닛 및 다이 유닛(240, 250)과 검출 유닛(262, 264)이 함께 움직이는 구조를 가지고 있다.

펀칭 유닛(240)은 도 8에서와 같이 펀치(P)를 승강시키기 위하여 상측에 서보 프레스(248)를 구비하고 있다. 서보 프레스(248)는 서보 모터의 속도제어와 내장된 로드셀을 이용하여 펀치(P)의 가압력을 조절하여 펀칭 작업을 수행하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에 따른 펀칭 머신(200)은 회로기판의 종류 및 두께에 따라 펀치의 가압력을 조절할 수 있으며, 다양한 회로기판에 따라 가압력 조절을 위한 데이터를 저장 및 관리함으로써 펀칭 공정의 효율화를 이룰 수 있다.

본 실시예에 따른 펀칭 유닛(240)은 도 9에 도시된 바와 같이 펀치(P), 펀치 하우징(242), 펀치 리테이너(243a), 스프링 리테이너(243b), 제1 스프링(243c), 제1 가동 플레이트(244a), 제1 고정 플레이트(244b), 가이드 핀(244c) 및 생크(245)를 구비한다.

펀치(P)는 원형 단면을 가진 막대 형상을 가지고 있으며, 상단부에 직경이 큰 머리를 구비하고, 하단부에 펀칭이 이루어지는 펀치 심을 구비한다. 이때, 펀치 심의 둘레에는 스트립퍼(stripper, 246)가 구비되어 펀칭된 부재가 펀치(P)로부터 떨어지게 하는 역할을 한다.

한편, 본 실시예에 의하면 펀칭 머신(200)의 전방측에 위치한 한 쌍의 펀칭 모듈과, 후방측에 배치된 한 쌍의 펀칭 모듈에 구비된 펀치(P)의 직경을 달리할 수 있다. 예를 들면 식각홀과, 기준홀 또는 방향홀을 다른 직경으로 동시 가공할 수 있다. 이로 인해 펀치를 교체하는 작업을 생략하여 제품 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.

펀치 하우징(242)은 도 9에서와 같이 펀치(P), 펀치 리테이너(243a), 스프링 리테이너(243b) 및 제1 스프링(243c)이 내장된다.

펀치 리테이너(243a)는 펀치 하우징(242) 내부의 상측에 고정되며, 펀치(P)의 머리가 수용되는 수용홈을 구비하고 있다. 이때, 수용홈의 높이는 펀치(P) 머리의 두께보다 다소 길다. 이는 펀칭시 제1 스프링(243c)에 의해 충격 흡수가 이루어지도록 함으로써 가이드홀의 가공 정밀도를 향상시키기 위함이다.

스프링 리테이너(243b)는 펀치 하우징(242) 내부의 하측에 배치되어 펀치(P)와 결합된다. 그리고, 스프링 리테이너(243)는 제1 스프링(234c)에 의해 탄성 지지되어 펀칭시 펀치(P)에 가해지는 충격을 흡수할 수 있게 된다.

제1 스프링(243c)은 펀치 리테이너(243a)와 스프링 리테이너(243b) 사이의 펀치(P)의 둘레에 배치되고, 펀시 리테이너(243a)에 의해 지지되어 스프링 리테이너(243b)를 탄성 지지한다.

한편, 본 실시예에 따른 펀칭 유닛(240)는 도 9에서와 같이 펀치 하우징(242)이 제1 가동 플레이트(244a)의 하면에 결합된다. 그리고, 제1 가동 플레이트(244a) 상면의 좌우측에는 한 쌍의 가이드 핀(244c)이 상하로 결합된다. 그리고, 한 쌍의 가이드 핀(244c)을 안내하는 제1 고정 플레이트(244b)가 모듈 프레임(230)의 상부 프레임에 고정 설치된다. 그리고, 제1 가동 플레이트(245)의 상면 중심부에는 상술한 서보 프레스(248)과 결합되는 부위인 생크(shank)(245)가 구비된다.

따라서, 서보 프레스(248)가 제1 가동 플레이트(145)를 상하로 이동시킴으로써 펀치 하우징(242)에 내장된 펀치(P)가 펀칭 작업을 수행할 수 있다.

다이 유닛(250)은 도 8에서와 같이 펀칭 유닛(240)의 하측에 위치하여 모듈 프레임(230)의 하부 프레임에 설치된다. 본 실시예에 따른 다이 유닛(250)은 도 10에 도시된 바와 같이 제2 고정 플레이트(252), 가이드 포스트(253), 제2 스프링(256), 가이드(255), 제2 가동 플레이트(254), 다이(D) 및 제1 유압 실린더(258)를 구비한다.

제2 고정 플레이트(252)는 모듈 프레임(230)에 고정된다.

가이드 포스트(253)는 제2 고정 플레이트(252)의 양 단부에 한 쌍이 수직으로 형성된다.

제2 스프링(256)은 가이드 포스트(253)의 둘레에 배치된다.

가이드(255)는 한 쌍의 가이드 포스트(253)의 상단부에 각각 삽입되어 제2 스프링(256)에 의해 탄성 지지된다.

제2 가동 플레이트(254)는 하면의 양단부가 한 쌍의 가이드(255) 상면에 고정된다.

다이(D)는 펀치(P)의 심과 대응되는 크기를 가지고, 제2 가동 플레이트(254)의 상면 중심부에 고정 설치된다. 이때, 다이 유닛(250)은 제2 가동 플레이트(254) 상에서 다이(D)의 위치를 미세 조절하기 위한 4개의 위치 조절나사(259)가 구비된다.

이와 같이 구성된 다이 유닛(250)은 도 8에 도시된 바와 같이 펀칭 유닛(240)의 펀치(P)가 다이(D)로 하강함에 따라 다이(D)의 상측에 배치된 회로기판에 가이드홀을 형성할 수 있다. 이때, 펀치(P)의 가압력에 의해 다이(D)에 전달되는 충격은 제2 스프링(256)에 의해 흡수됨으로써 회로기판의 손상을 방지하고 가이드홀의 가공 정밀도가 더욱 향상된다.

한편, 도 10에 도시된 제1 유압 실린더(258)는 제2 가동 플레이트(254)를 승강시키는 역할을 한다. 즉, 작업 대기시에는 제2 가동 플레이트(254)가 하강해 있다가 펀칭시에는 제1 유압 실런더(258)가 제2 가동 플레이트(254)를 상승시켜 다이(D)를 펀칭 위치로 이동시키게 된다.

검출 유닛은 이송 유닛(210)에 의해 펀칭 작업 위치로 이송된 회로기판의 가이드홀 마크를 검출하는 역할을 한다. 본 실시예에 의하면, 검출 유닛은 엑스레이 펀칭 모듈(201)마다 설치된다. 그리고, 검출 유닛은 모듈 프레임(130)의 상부 프레임에 고정된 엑스선 발생기(262)와, 엑스선 발생기(262)의 하측에 위치하여 모듈 프레임(130)의 하부 프레임에 고정된 카메라(264)로 구성된다.

검출 유닛은 엑스선을 이용하여 회로기판 내부에 은폐된 가이드홀 마크를 투시 촬영함으로써 가이드홀 마크의 위치를 검출한다. 검출된 영상 데이터는 펀칭 머신(200)의 제어부로 전송되고, 외부의 디스플레이를 통해 표시될 수 있다. 이때, 검출된 영상 데이터를 기초로 각각의 엑스레이 펀칭 모듈(201)의 위치를 X축 및 Y축 방향으로 미세하게 위치조절함으로써 회로기판의 가이드홀 마크에 가이드홀을 정확하게 가공할 수 있다.

도 11은 본 발명에 따른 클램핑 유닛을 나타내는 측면도이다. 클램핑 유닛(270)은 도 4에 도시된 바와 같이 4개의 엑스레이 펀칭 모듈(201)의 중앙에 배치되어 이송 유닛(210)에 의해 펀칭 작업 위치로 이송된 회로기판(미도시)의 상면을 파지하는 역할을 한다.

본 실시예에 따른 클램핑 유닛(270)은 도 11에서와 같이 중앙 클램프(272), 지지 프레임(274) 및 제2 유압 실린더(276)를 포함하여 구성된다. 제2 유압 실린더(276)는 지지 프레임(274)에 설치되고, 사각 판 형태의 중앙 클램프(272)를 승강시키게 된다. 이때, 클램핑 유닛(270)은 중앙 클램프(272)를 하강시킬 때 회로기판을 손상시키는 것을 방지하기 위해 스프링을 이용한 완충 구조를 가지고 있다.

한편, 본 발명에 따른 4축 펀칭 머신(200)은 도 11에서와 같이 지지 프레임(274)의 하부에 Y축 방향으로 다수의 센서(S)가 배치되어 이송 유닛(270)에 의해 펀칭 작업 위치로 이송되거나, 펀칭 작업 위치에서 후방측으로 배출되는 회로기판(미도시)을 감지할 수 있다.

도 12는 본 발명에 따른 4축 펀칭 머신의 외관을 보여주는 정면도이고, 도 13은 도 12의 측면도이다. 본 실시예에 따른 4축 펀칭 머신(200)은 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 4개의 엑스레이 펀칭 모듈 및 펀칭 작업 위치를 수용하는 덮개 프레임(206)이 중앙 테이블(204)의 상측에 X축 방향으로 설치된다.

덮개 프레임(206)은 엑스레이 펀칭 모듈의 엑스선 발생기(262)에서 생성되는 방사선이 외부로 노출되지 않도록 차폐하는 역할을 한다.

그리고, 덮개 프레임(206)의 전방측과 후방측에는 이송 유닛(210)에 의해 회로기판이 펀칭 작업 위치로 이송되거나, 펀칭 작업이 완료되어 후방측으로 배출시키기 위한 제1 및 제2 개폐문(207a, 207b)을 구비하고 있다.

그리고, 덮개 프레임(206)의 전방측에는 검출 유닛에 의해 검출된 가이드홀 마크의 영상 데이터를 출력하는 디스플레이(208)를 구비하고 있다. 그리고, 4축 펀칭 머신(200)을 제어하기 위한 각종 기기들(미도시)이 구비된다.

(4축 펀칭 머신의 동작)

이하, 도 14를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 펀칭 머신의 동작을 설명한다. 이때, 세부 구성에 대한 설명은 도 4 내지 도 13을 같이 참조하기로 한다.

중앙 테이블(204)의 전방측에 위치한 작업 테이블(212)에 홀가공을 위한 회로기판(미도시)을 안착시키고, 이송 유닛(210)의 진공 발생 수단을 가동하여 회로 기판을 흡착 고정한다(1).

다음으로, 이송 유닛(210)이 덮개 프레임(206)의 개방된 제1 개폐문(207a)을 통해 작업 테이블(212)을 펀칭 작업 위치로 투입하게 된다(2).

다음으로, 방사선이 누출되는 것을 방지하기 위해 덮개 프레임(206)의 제1 개폐문(207a)을 하강시킨다(3).

다음으로, 클램핑 유닛(270)의 제2 유압 실린더(276)가 중앙 클램프(272)를 하강시켜 회로기판의 상면을 파지한다(4).

다음으로, XY 스테이지(220)가 4개의 엑스레이 펀칭 모듈(201)을 Y축 및 X축 방향으로 순차적으로 이동시켜 검출유닛(262, 264)의 카메라 인식 위치로 이동시킨다(5, 6)

다음으로, 검출유닛(262, 264)이 회로기판 내부에 은폐된 가이드홀 마크의 위치를 검출하고, 검출된 영상 데이터를 기초로 각각의 엑스레이 펀칭 모듈(201)을 X축 및 Y축 방향으로 미세하게 위치조절하여 펀칭 위치로 이동시킨다(7).

다음으로, 다이 유닛(250)의 제1 유압 실린더(258)가 다이(D)를 펀칭 위치로 상승시킨다(8).

다음으로, 4개의 펀칭 모듈(201) 각각이 서보 프레스(248)를 구동하여 펀치(P)를 동시에 하강시켜 회로기판을 펀칭하여 가이드홀의 가공이 이루어진다(9). 이때, 펀칭 유닛(240)과 다이 유닛(250)에 각각 구비된 제1 및 제2 스프링(243c, 256)에 의해 펀칭시 작용하는 충격을 흡수하게 된다.

한편, 펀칭 머신(200)의 전방측에 위치한 한 쌍의 펀칭 모듈과, 후방측에 배치된 한 쌍의 펀칭 모듈에 구비된 펀치(P)의 직경을 달리함으로써 다른 직경을 가진 가이드홀을 동시에 형성할 수 있다.

다음으로, 펀칭 유닛(240)의 서보 프레스(248)가 펀치(P)를 상측으로 복귀시키고(10), 다이 유닛(250)의 제1 유압 실린더(258)가 다이(D)를 하측으로 복귀시킨다(11).

다음으로, XY 스테이지(220)가 4개의 엑스레이 펀칭 모듈(201)을 X축 및 Y축 방향으로 순차적으로 이동시켜 대기 상태로 복귀시킨다(12, 13).

다음으로, 클램핑 유닛(270)의 제2 유압 실린더(276)가 중앙 클램프(272)를 상승시켜 대기 상태로 복귀시킨다(14).

다음으로, 덮개 프레임(206)의 제2 개폐문(207b)을 개방하고, 이송 유닛(210)이 작업 테이블(212)을 후방측으로 이송시켜 가이드홀이 형성된 회로기판을 회수하게 된다(15).

마지막으로, 덮개 프레임(206)의 제1 개폐문(207a)을 개방하고, 이송 유닛(210)이 작업 테이블(212)을 전방측으로 이송하여 대기상태로 복귀시킨다(16).

본 발명에 따른 다층인쇄회로기판용 4축 펀칭 머신(200)은 상술한 과정(1 ~ 16)을 반복 수행하여 동작하게 된다. 그리고, 엑스선 발생기(262)의 전원이 OFF되면 제1 및 제2 개폐문(207a, 207b)이 상승하여 덮개 프레임(206)의 차폐 상태를 해제하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

11, 12, 20 : 회로기판 23 : 가이드홀 마크
200 : 4축 펀칭 머신 201 : 엑스레이 펀칭 모듈
202 : 베이스 프레임 204 : 중앙 테이블
204a : 제1 관통홀 204b : 제2 관통홀
206 : 덮개 프레임 207a : 제1 개폐문
207b : 제2 개폐문 208 : 디스플레이
210 : 이송 유닛 212 : 작업 테이블
212a : 흡착홀 212b, 212" : 펀칭홀
214 : 이동 플레이트 216 : 제1 리니어 모터
220 : XY 스테이지 222 : X 스테이지
223a : 제2 리니어 모터 223b : LM 가이드
224 : Y 스테이지 225a : 제3 리니어 모터
225b : LM 가이드 230 : 모듈 프레임
240 : 펀칭 유닛 242 : 펀치 하우징
243a : 펀치 리테이너 243b : 스프링 리테이너
243c : 제1 스프링 244a : 제1 가동 플레이트
244b : 제1 고정 플레이트 244c : 가이드 핀
245 : 생크 246 : 스트립퍼
248 : 서보 프레스 250 : 다이 유닛
252 : 제2 고정 플레이트 253 : 가이드 포스트
254 : 제2 가동 플레이트 255 : 가이드
256 : 제2 스프링 258 : 제1 유압 실린더
259 : 위치 조절나사 262 : 엑스선 발생기
264 : 카메라 270 : 클램핑 유닛
272 : 중앙 클램프 274 : 지지 프레임
276 : 제2 유압 실린더 P : 펀치
D : 다이

Claims (14)

1. 다층인쇄회로기판의 제조를 위한 회로기판을 중앙 테이블의 Y축 방향으로 직선 이송시키는 이송 유닛;
   X축 방향을 따라 이동하는 X 스테이지와 상기 X 스테이지 상에서 Y축 방향을 따라 이동하는 Y 스테이지를 구비하고, 상기 중앙 테이블의 하방에 위치하며 상기 이송 유닛의 이송 라인을 중심으로 전방측 및 후방측의 좌우 양측에 배치된 두 쌍의 XY 스테이지;
   상기 XY 스테이지의 Y 스테이지 상에 각각 고정되고, 상기 회로기판에 형성된 가이드홀 마크를 검출하며 4개의 가이드홀이 동시에 형성되도록 펀칭하는 4개의 엑스레이 펀칭 모듈; 및
   상기 4개의 엑스레이 펀칭 모듈을 수용하도록 상기 중앙 테이블의 상면에 고정 설치된 덮개 프레임을 포함하되,
   상기 덮개 프레임은
   전방측과 후방측 하단부에 상기 회로기판을 이송하는 이송 유닛을 감지하여 자동으로 개방 및 폐쇄하는 개폐문을 구비하는 것을 특징으로 하는 다층인쇄회로기판용 4축 펀칭 머신.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 이송 유닛은
   상기 회로기판을 흡착하기 위한 흡착수단이 구비된 작업 테이블 및
   상기 작업 테이블을 이송시키는 제1 리니어 모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 다층인쇄회로기판용 4축 펀칭 머신.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 작업 테이블은 일정 폭을 가지고 X축 방향으로 길게 형성된 다수의 펀칭홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 다층인쇄회로기판용 4축 펀칭 머신.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 이송 유닛에 의해 펀칭 작업 위치로 이송된 회로기판의 상면을 파지하기 위한 클램핑 유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다층인쇄회로기판용 4축 펀칭 머신.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 XY 스테이지의 X 스테이지와 Y 스테이지는 각각 리니어 모터에 의해 이동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 다층인쇄회로기판용 4축 펀칭 머신.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 엑스레이 펀칭 모듈은
   상기 XY 스테이지의 Y 스테이지 상에 고정된 모듈 프레임과,
   상기 모듈 프레임의 상부에 배치된 펀칭 유닛과 엑스선 발생기 및
   상기 펀칭 유닛과 엑스선 발생기에 각각 대응되도록 상기 모듈 프레임의 하부에 배치된 다이 유닛과 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층인쇄회로기판용 4축 펀칭 머신.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 펀칭 유닛은
   원형 단면을 가진 막대 형상의 펀치 및
   서보 모터의 속도제어를 통해 상기 펀치의 가압력을 조절할 수 있는 서보 프레스를 구비하는 것을 특징으로 하는 다층인쇄회로기판용 4축 펀칭 머신.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 펀칭 유닛은
   상기 펀치를 수용하는 펀치 하우징과,
   상기 펀치의 머리를 이격 수용하는 펀치 리테이너와,
   상기 펀치의 둘레에 배치되고, 상기 펀치 리테이너에 의해 상단이 지지되는 제1 스프링 및
   상기 펀치와 결합되고 상기 제1 스프링에 의해 탄성 지지되는 스프링 리테이너를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다층인쇄회로기판용 4축 펀칭 머신.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 펀칭 유닛은
   상기 모듈 프레임에 고정된 제1 고정 플레이트와,
   상기 고정 플레이트의 양 단부에서 상하로 안내되는 한 쌍의 가이드 핀과,
   상기 한 쌍의 가이드 핀 하단부에 고정된 제1 가동 플레이트 및
   상기 제1 가동 플레이트의 상면에 형성되어 상기 서보 프레스와 결합되는 생크를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다층인쇄회로기판용 4축 펀칭 머신.
   
10. 제6항에 있어서,
    상기 다이 유닛은
    상기 모듈 프레임에 고정된 제2 고정 플레이트와,
    상기 제2 고정 플레이트의 양 단부에 수직으로 형성된 한 쌍의 가이드 포스트와,
    상기 가이드 포스트의 둘레에 배치된 제2 스프링과,
    상기 가이드 포스트의 상단부에 삽입되어 상기 제2 스프링에 의해 탄성 지지되는 한 쌍의 가이드와,
    상기 한 쌍의 가이드 상면에 고정된 제2 가동 플레이트 및
    상기 제2 가동 플레이트의 상면에 배치된 다이를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층인쇄회로기판용 4축 펀칭 머신.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 다이 유닛은 상기 제2 가동 플레이트 상에서 상기 다이의 위치를 미세 조절하기 위한 위치 조절나사를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다층인쇄회로기판용 4축 펀칭 머신.
    
12. 제10항에 있어서,
    상기 다이 유닛은
    상기 제2 가동 플레이트를 승강시키기 위한 제1 유압 실린더를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다층인쇄회로기판용 4축 펀칭 머신.
    
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