KR101600440B1

KR101600440B1 - 스크린 인쇄 장치

Info

Publication number: KR101600440B1
Application number: KR1020140124488A
Authority: KR
Inventors: 최봉윤
Original assignee: 주식회사 디에이피
Priority date: 2014-09-18
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2016-03-07

Abstract

인쇄회로기판 상에 칩 부품을 마운팅하기 위해 솔더 마스크 잉크를 도포하는데 사용되는 스크린 인쇄 장치 및 이에 적합한 스퀴즈가 개시된다.
스퀴즈는
PCB 상에 솔더 마스크 패턴을 인쇄하는 스크린 인쇄 장치에 적용되는 스퀴즈에 있어서,
제1스퀴즈; 및
상기 제1스퀴즈에 비해 높은 경도를 가지는 제2스퀴즈;를 포함하며,
상기 제1 및 제2스퀴즈를 서로 겹쳐서 이중으로 형성한 것을 특징으로 한다.

Description

스크린 인쇄 장치 {Screen printing apparatus}

본 발명은 솔더 마스크 잉크 도포 장치에 관한 것으로서 특히, 인쇄회로기판 상에 칩 부품을 마운팅하기 위해 솔더 마스크 잉크를 도포하는데 사용되는 스크린 인쇄 장치에 관한 것이다.

일반적으로 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)은 페놀수지 절연판 또는 에폭시 수지 절연판 등의 한쪽면에 구리 등의 박판을 부착시킨 후에, 부품들을 부착 탑재시키기 위한 홀(hall)을 뚫고, 도금을 진행한다. 그리고나서, 회로의 배선패턴에 따라 식각(선상의 회로만 남기고 부식시켜 제거하는 것)하여 필요한 회로를 구성하여 만든다.

최종층 회로 패턴을 구성한 후 외부로 노출된 회로 패턴 및 비아 홀의 표면을 보호하기 위하여 솔더 마스크 잉크(Solder Mask Ink)를 인쇄하는 솔더 마스크 인쇄 공정을 거치게 된다.

여기서, 솔더 마스크 인쇄 공정이란 부품 실장(SMT : Surface Mount Technology) 진행시 납 (Solder)의 브리지 발생을 방지하고 노출된 회로의 산화를 방지하기 위하여 Epoxy 성분의 Solder Mask 절연 잉크를 인쇄하는 공정이다.

도포 방식에는 감광성 잉크(Photo-Image able Solder Resist)를 Screen 인쇄기를 이용하여 도포한다.

도 1은 종래의 스크린 인쇄 장치를 이용한 솔더 마스크 인쇄 공정을 보인다.

잉크 도포후 예비경화를 통해 잉크의 점착성 물질의 제거로 노광 공정 진행시 잉크의 부착을 방지하게 되고 예비 건조 후 PCB에 Art-work 필름 Setting 후 UV 빛(자외선)으로 Solder Mask 부위를 조사하고, 이후 불필요한 부분을 현상 공정을 통하여 제거한 다음 최종 경화하여 잉크를 고착화시키는 순서로 진행되고 있다.

다시 도 1을 참조하면, 스크린 인쇄 장치(100)는 가이드 레일(24)을 따라 수평으로 이동 가능하게 설치되고 인쇄공정에 맞춰서 상승 및 하강하면서 테이블상에 놓여진 PCB(32)상에 잉크(34)를 도포하는 스퀴즈(10)와, PCB(32)의 상부에 소정의 간격을 두고 수평으로 배치되어 스크린(26)를 상승 및 하강시키는 스크린 프레임(28)과, 상기 가이드 레일(24)을 따라 수평으로 이동 가능하게 설치되고 인쇄후의 리턴공정시에 하강하여 스크린(26)상에 도포된 잉크(34)를 쓸어내리는 스크랩 바(20)로 이루어져 있다.

이러한 구성의 스크린 인쇄 장치(100)를 이용하여 SR인쇄나 PSR인쇄를 행하는 과정을 살펴보면, 먼저 표면 전처리를 완료한 PCB(32)를 테이블상에 올려놓은 상태에서, 스크린 프레임(28)을 하강시켜 PCB(32)상에 스크린(26)을 배치시킨다. 스크린 프레임 (28)의 하강과 동시에 스퀴즈(10)를 하강시키면서 스퀴즈(10)를 도 1에 나타낸 바와 같이 화살표 방향을 따라 우측으로 전진시키게 된다.

이때, 스퀴즈(10)의 일측에서 잉크를 배출하게 되며, 배출된 잉크는 스크린(26)을 통해서 PCB(32)상의 납땜 이외의 부분을 도포한다. 인쇄 완료 후에는 PCB(32)제품이 배출된 후에 새로운 제품이 세팅됨과 동시에 인쇄 복귀공정이 진행된다.

복귀공정 중에는 스퀴즈(10)는 상승하고 스크랩 바(22)가 하강하면서 스크린(26)상의 잉크 잔여물을 쓸어오면서 원래의 위치로 복귀시킨다.

즉, 종래의 스크린 인쇄 장치(100)는 스크린 메시(26) 위에 솔더 마스크 잉크를 일정량 덜어내고, 고무재질의 스퀴즈(10)를 이용하여 긁어줌으로써, 상기 스크린 메시(26) 상에 형성된 솔더 마스크 패턴의 슬릿 또는 홀에 솔더 마스크 잉크가 침투하여 PCB(32)상의 동박에 솔더 마스크 패턴을 형성하게 된다.

그러나, 이와 같이 인쇄회로기판에 Solder Mask 도포시 도 4에 도시된 것과 같이 PCB 제품이 슬림(Slim)화 및 초정밀화 부품으로 개발됨에 따라 종래의 방식으로 인쇄 진행시 도 2에 도시된 것과 같이 미세 회로 표면이나 비아 홀 도포시 인쇄 표면 평탄도의 영향으로 인쇄 도포두께가 불균형하게 되거나 비아(Via) 내부 잉크 충진성 차이로 인해 표면에 동노출이 발생되어 도 3에 도시된 것과 같이 부품실장시 불량을 일으키게 되므로, 이를 대응하는 수단이 요구된다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, PCB 상에 솔더 마스크 잉크를 균일하게 도포할 수 있는 스크린 인쇄 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 PCB 상에 솔더 마스크 잉크를 균일하게 도포할 수 있는 스크린 인쇄 장치에 적용되는 스퀴즈를 제공하는 것에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스크린 인쇄 장치는

PCB 상에 솔더 마스크 패턴을 인쇄하는 스크린 인쇄 장치에 있어서,

가이드 레일;

상기 가이드 레일을 따라 수평으로 이동 가능하게 설치되고 인쇄공정에 맞춰서 상승 및 하강하면서 솔더 마스크 패턴이 형성된 스크린의 상면을 밀어서 상기 PCB상에 잉크를 도포하는 스퀴즈;

상기 PCB의 상부에 소정의 간격을 두고 수평으로 배치되어 스크린을 상승 및 하강시키는 스크린 프레임;

상기 가이드 레일(24)을 따라 수평으로 이동 가능하게 설치되고 인쇄후의 리턴공정시에 하강하여 PCB(32)상에 도포된 잉크(34)를 쓸어내리는 스크러버;를 포함하며,

여기서, 상기 스퀴즈는

제1스퀴즈; 및

상기 제1스퀴즈에 비해 높은 경도를 가지는 제2스퀴즈;를 포함하며,

상기 제1 및 제2스퀴즈를 서로 밀착되게 겹쳐서 이중으로 형성한 것을 특징으로 한다.

여기서, 인쇄 진행 방향으로 앞쪽에 상기 제1스퀴즈가 배치되고, 뒤쪽에 상기 제2스퀴즈가 배치된 것이 바람직하다.

상기의 다른 목적을 달성하는 본 발명에 따른 스퀴즈는

PCB 상에 솔더 마스크 패턴을 인쇄하는 스크린 인쇄 장치에 적용되는 스퀴즈에 있어서,

제1스퀴즈; 및

상기 제1 및 제2스퀴즈를 서로 겹쳐서 이중으로 형성한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 스퀴즈를 적용하여 스크린 인쇄를 할 경우 기존의 인쇄 작업을 2회 수행하고 거기에 추가적인 인쇄공정을 수행한 것과 같은 정보의 품질 수준을 얻을 수 있으며, 또한 1회의 인쇄만으로 만족할 만한 품질이 얻어지므로 생산성을 높일 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 종래의 스크린 인쇄 장치를 이용한 솔더 마스크 인쇄 공정을 보인다.
도 2 및 도 3은 솔더 마스크 인쇄 공정에서 발생되는 불량의 예들을 도시한다.
도 4는 스크린 인쇄 공정에 있어서 스퀴즈의 동작을 보이는 것이다.
도 5는 종래의 스퀴즈들을 도시한다.
도 6은 실시예1에 따른 변경된 스퀴즈의 형상을 도시한다.
도 7은 실시예1에 따른 인쇄 신뢰성 검증 결과를 도시한다.
도 8은 실시예2에 따른 스퀴즈 각도 개선후 작업 수량별 잉크 도포 두께 변화를 도시한다.
도 9는 회로 두께, 그라운드 두께, 에폭시연(에폭시 주변) 두께의 정의를 보인다.
도 10은 실시예2에 따른 스퀴즈를 이용한 인쇄 공정의 신뢰성 검증 결과를 도시한다.
도 11은 실시예3에 따른 스퀴즈의 형상을 도시한다.
도 12는 실시예3에 따른 스퀴즈를 이용한 인쇄 공정의 신뢰성 검증 결과를 도시한다.
도 13은 종래의 스퀴즈와 본 발명의 실시예3에 따른 스퀴즈를 각각 적용하여 실험한 결과를 도시한다.
도 14는 스퀴즈 각을 설명하기 위한 것이다.
도 15는 스퀴즈 경도별 인쇄 경향을 보이고,
도 16은 본 발명에 따른 스퀴즈의 인쇄 경향을 도시한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 스퀴즈 블레이드의 구성 및 작용에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 스크린 인쇄 공정에 있어서 스퀴즈의 동작을 보이는 것이다.

Screen 인쇄 장치에서 잉크 토출시 다음의 과정을 거치게 된다. 도 4에 도시된 것과 같이 스크린(Screen, 26)위에 잉크를 도포한 상태에서 스퀴즈(10)로 누르게 되면 일정량의 잉크가 스크린(26)을 투과하여 PCB(32)의 표면에 도포되게 된다. 이 때 스크린(26) 표면에 투과되는 잉크의 양에 크게 영향을 주는 것이 스퀴즈(10)이며, 스퀴즈(10)의 재질 및 각도에 따라 토출되는 잉크의 양이 정해지게 되어 인쇄 도포 특성의 차이가 발생되게 된다.

이 때 스크린 인쇄 공정 진행시 가장 중요한 부자재로 사용되는 것이 스퀴즈(Squgeeze)로서 그것의 형태는 도 5에 도시된 바와 같다.

- 실시예1

인쇄 도포성 향상을 위하여 1단계로 도 6에 도시되는 바와 같이 스퀴즈의 형상을 변경하여 인쇄하였다. 기존 정사각형 스퀴즈를 연삭하여 각도를 임의적으로 주어 인쇄시 접촉면을 증가시키면 잉크 도포에 효과적일 것으로 판단되었다. 그 후 표 1의 인쇄 작업 조건으로 인쇄 진행하였으며 이에 대한 신뢰성 검증 결과는 도 7과 같다.

인쇄 작업 조건은 표 1과 같다.

조건 제품	Screen 제판	스퀴즈 각		인쇄 속도
조건 제품	Screen 제판	Cover	Print	Cover	Print
MK-7921/22	#100 V-Screen	22.5°	15°	15	15

표 1에서 스퀴즈 각도에 대한 설명은 도 14와 같다. 스크린 상부의 스퀴즈 커버 부문은 잉크를 제판 표면에 고르게 도포하기 위하여 적정한 각도로 고정되게 되고, 프린트 스퀴즈 부문의 각도에 의해 일정한 압력을 제판위에 도포된 잉크에 작용하게 될 때 잉크가 제판을 투과하게 되어 스크린 하단부에 배치된 기판 표면에 잉크의 도포가 이루어지게 된다.

도 7은 실시예1에 따른 인쇄 신뢰성 검증 결과를 도시한다.

1차 개선 검증 결과, 초기 작업 제품의 인쇄 품질은 양호하였으나 일정 수량 이상 작업하고나면, 스퀴즈 표면의 마모로 인하여 불균일한 인쇄 도포성을 보이게 되는 것을 알 수 있었다.

또한 형태적 특성상 도포되는 잉크 도포 두께가 일정 두께 이상으로는 상승되지 않고 표 4와 같이 작업 수량 증가에 따라 잉크 도포 두께가 낮아지는 현상이 확인되었다. 이 결과는 도포시 재질 특성상 스크린에 대하여 평행하게 눌러주는 힘이 일정 압력 이상으로는 증가되지 못하기 때문에 발생하는 것으로 확인되었다.

도 8은 실시예2에 따른 스퀴즈 각도 개선후 작업 수량별 잉크 도포 두께 변화를 도시한다. 도 9는 회로 두께, 그라운드 두께, 에폭시연(에폭시 주변) 두께의 정의를 보인다.

- 실시예2

그 후 2차 개선으로 스퀴즈 재질의 경도를 변경하여 제조하였다. 기존의 70도 경도를 기준으로 하여 80도 및 60도 경도로 제작하여 표 2의 작업 조건으로 인쇄를 진행하였다. 신뢰성 검증 결과는 도 10과 같다.

이때의 인쇄 작업 조건은 표 2와 같다.

조건 제품	Screen 제판	스퀴즈 각		인쇄 속도
조건 제품	Screen 제판	Cover	Print	Cover	Print
MK-7921/22	#100 V-Screen	45°	15°	15	15

2차 개선 결과, 스퀴즈 경도 상승시에는 잉크 도포 두께는 상승하였으나 Hole의 Edge 부분의 잉크 도포 두께가 낮아지는 단점이 있었으며 경도 저하시에는 홀의 Edge 부위의 잉크 도포 두께는 상승하였으나 전체적인 잉크 도포량이 낮기 때문에 Laser Via Hole 이상의 크기는 충진이 되지 않고 또한 전체 잉크 도포 두께가 낮아서 원하는 품질을 유지하기 어려운 결과를 보였다.

- 실시예 3

그 후, 3차 개선에서는 저 경도와 고 경도 자재의 특성을 동시에 가질 수 있는 재질을 검토하게 되었다. 그 결과 두 자재를 혼합하여 눌러주는 힘을 안정적으로 제어하는 형태로 고안하였으며 제조하였다. 그 형태는 도 11과 같다.

도 11은 실시예3에 따른 스퀴즈의 형상을 도시한다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 스퀴즈는 서로 다른 경도를 가지는 제1 및 제2스퀴즈를 겹쳐서 형성된 것이다. 제1 및 제2 스퀴즈는 접착제 등에 의해 서로 접착될 수 있다. 도 5에 도시되는 종래의 다중 스퀴즈는 그것의 폭 방향을 따라 이분되고 상방에 경도가 높은 고무 재질로 형성되고 하방이 경도가 낮은 고무 재질로 형성된다는 점에서 본 발명의 이중 스퀴즈와는 다르다.

본 발명에 따른 스퀴즈 제작 후 표 3의 작업 조건으로 인쇄를 진행하였다. 신뢰성 검증 결과는 도 12와 같다.

이때의 인쇄 작업 조건은 표 3과 같다.

3차 개선 검증 결과 저경도/고경도 스퀴즈 사용시 고경도의 특성만 구현되어 잉크의 인쇄 도포성이 고경도 스퀴즈 사용시와 흡사한 결과를 보였으며 고경도/저경도 스퀴즈 사용시에는 잉크 도포 및 충진성이 가장 안정적으로 발휘되는 것으로 확인되었다.

도 13은 종래의 스퀴즈와 본 발명의 실시예3에 따른 스퀴즈를 각각 적용하여 실험한 결과를 도시한다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 고경도/저경도 스퀴즈 적용시 기존과 동일한 인쇄 작업 공정을 2회 진행한 후에 추가적인 인쇄 공정을 진행한 것과 유사한 품질 수준을 획득할 수 있음을 알 수 있다.

스퀴즈는 우레탄 분말에 베이스 성분(착색제, 내화학성 물질, 내열성 자재 등)을 첨가한 후 고온/압축을 통하여 성형하게 되는데, 이 때 Base 성분 및 스퀴즈의 두께에 의해 경도가 결정되게 된다.

도 15는 스퀴즈 경도별 인쇄 경향을 보이고,

도 16은 본 발명에 따른 스퀴즈의 인쇄 경향을 도시한다.

스퀴즈 경도별 인쇄 경향성은 도 15에 도시된 바와 같다.

고경도 재질의 스퀴즈의 경우에는 작용하는 압력이 강하여 잉크의 투과성을 상승하지만 기판에 회로 Edge 동박 부분과 접촉시 누르는 힘이 평행하게 작용하여 Edge 부의 잉크 도포성이 낮게 되어진다. 반면에, 저경도 재질의 스퀴즈의 경우에는 작용하는 압력이 약하여 회로 Edge 동박 부분과 접촉시 누르는 힘도 약해져서 Edge 부 도포되는 잉크의 양을 유지하지만 전체적인 잉크 투과율이 낮아 전체적인 잉크 도포량의 감소 효과를 갖게 된다.

본 발명에 따른 스퀴즈(160)에서는, 도 16에 도시되는 바와 같이, 위 두 재질의 장점만을 복합함으로서 잉크의 도포 품질을 향상시키게 된다. 즉, 제1스퀴즈(162) 및 제1스퀴즈에 비해 높은 경도를 가지는 제2스퀴즈(164)를 서로 밀착되게 겹쳐서 사용함으로써, edge부에 도포되는 양을 유지하면서도 전체적인 잉크 투과율을 높여 잉크의 도포 품질을 향상시키게 된다.

160...스퀴즈
162...제1스퀴즈 164...제2스퀴즈

Claims

삭제
PCB 상에 솔더 마스크 패턴을 인쇄하는 스크린 인쇄 장치에 있어서,
가이드 레일;
상기 가이드 레일을 따라 수평으로 이동 가능하게 설치되고 인쇄공정에 맞춰서 상승 및 하강하면서 솔더 마스크 패턴이 형성된 스크린의 상면을 밀어서 상기 PCB상에 잉크를 도포하는 스퀴즈;
상기 PCB의 상부에 소정의 간격을 두고 수평으로 배치되어 스크린을 상승 및 하강시키는 스크린 프레임;
상기 가이드 레일(24)을 따라 수평으로 이동 가능하게 설치되고 인쇄후의 리턴공정시에 하강하여 PCB(32)상에 도포된 잉크(34)를 쓸어내리는 스크러버;를 포함하며,
여기서, 상기 스퀴즈는 우레탄 분말의 베이스성분을 첨가하여 고온 /압축을 통하여 성형된 제1스퀴즈; 및
상기 제1스퀴즈에 비해 상기 제1스퀴즈의 두께를 더 두껍게 구성하여 높은 경도를 가지는 제2스퀴즈;를 포함하며,
에지부에 도포되는 양을 유지하면서 잉크투과율을 높이도록 인쇄 진행 방향으로 앞쪽에 상기 제1스퀴즈가 배치되고, 뒤쪽에 상기 제2스퀴즈가 배치되도록 하되,
상기 제1 및 제2스퀴즈를 접착제에 의해 서로 밀착되게 겹치되, 단차가 지지 않도록 않도록 하기 위하여 높이에 차이가 없이 이중으로 형성하여 상기 스퀴즈에 의한 인쇄의 작업수량이 많아져도 회로 두께, 그라운드 두께 및 에폭시연(에폭시 주변) 두께가 제품의 균일성을 유지하도록 구성한 것을 특징으로 하는 스크린 인쇄 장치.
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