KR19990044259A - 회로 보드 제조시 어셈블리-라인 박리 및 새깅 방지를 위한 회로 보드 패널과 그 제조 방법 - Google Patents

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차오-핑 예
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델버트 쥬아레츠
게리 케이 뮤이
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리챠드 들레스크
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데이브 롤러
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비센트 비.인그라시아
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Abstract

보드 패널로부터 단일화(singulation) 동안의 보드 박리(delamination) 및 전-후 조립 동안의 보드 새깅(sagging)은 셀룰러(cellular) 제조 라인들에서 직면하는 가장 큰 두가지 문제점들이 있다. 본 발명의 회로 보드 패널(600)과 그 방법은 회로 보드 제조시 어셈블리-라인 박리 및 새깅을 실질적으로 제거한다. 다수의 슬롯들(slots)은 회로 보드 프로필에 적합하도록 펀칭된다. V-홈들(606, 608)은 상기 슬롯들을 통하여 각각의 회로 보드 프로필들을 따라서 그리고 회로 보드의 상부와 하부 상의 정확히 반대 측에 절개된다. 상기 컷-아웃들(604) 및 v-홈(606, 608) 배치를 최적화시킴으로써, 찢김(tearing)과 박리는 제거되며 새깅은 실질적으로 감소한다.

Description

회로 보드 제조시 어셈블리-라인 박리 및 새깅 방지를 위한 회로 보드 패널과 그 제조 방법
취급 및 구성 요소의 배치를 용이하게 하도록, 제조 라인에서 복수 보드들(보통 3개)로 구성된 패널들을 광범위하게 사용한다. 하우징 프로필(housing profile)에 적합하도록, 이들 패널들을 수개의 접속점들[브레이크어웨이들(breakaways)로 인용]을 제외한 각 보드의 경계들에 따라 루팅(routing)한다. 구성 요소들(components)을 배치하고 리플로우(reflow)한 후에는, 이들 브레이크어웨이들을 분리시키거나 또는 절단(cleave)시킴으로써 장착 보드들(populated boards)을 싱귤레이트(singulate)하거나 디페널라이즈(depanelize)한다. 디패널라이제이션(depanelization)은 종종 조작자에 의해 수작업으로 수행된다. 그러나, 상기 브레이크어웨이들(도 2와 도 3)의 두께 방향으로 깨끗하게 절단되지 않을 때(202; 203), 보드들 상의 전도 회로 라인들 또는 접속 패드들 부근이 박리(delaminate) 되거나 찢어진다. 보드 패널들과 관련된 또 다른 문제점은 어셈블리 공정의 여러 단계들 동안에 보드들의 새깅(sagging)이다(도 4). 보드 밀도가 증가함에 따라서, 보드 에지들(board edges)과 전도 회로 라인들/패드들 사이의 틈새(clearance)는 좁아진다. 셀룰러 공장들이 직면하는 다섯가지 중요한 문제점들 중에서 디패널라이제이션 찢김(tearing-off)과 새깅이 한결같이 포함된다는 것은 통상의 제조 라인에서 알려져 있다. 그러므로, 보드 새깅을 최소화하며 디페널라이제이션과 관련된 박리를 제거하는 새로운 보드 패널 설계가 시급히 요구된다.
일반적으로 디패널라이제이션을 용이하게 하기 위해 두가지 방법들이 행해진다. 제1 방법은 전체 보드 두께를 완벽하게 관통하여 연장되는 컷아웃(cutout)을 가진 ‘H’형 브레이크어웨이 접속부를 사용하는 것이다(도 1에 도시). 브레이크어웨이 접합 부분들은 용이하게 디패널라이제이션할 수 있도록 약한 링크(link)를 만든다. 그러나, 상기 방법은 보드 박리/찢김을 방지하지는 못한다. 게다가, 펀치드 루팅(punched routing)이 패널을 크게 약화시켜서, 컨베이어(conveyor) 상에서 패널이 사실상 처지도록 하여 보드들 상의 전기 부품들의 정확한 배치를 방해한다. 제2 방법은 패널이 분리되는 라인에 v-홈들을 만드는 것이다. v-홈들은 PC(퍼스널 컴퓨터) 마더(mother) 보드, PCMCIA 카드들(Personal Computer Memory Card Industry Association cards) 등과 같은 제품에 오랜 시간동안 사용되어 왔지만, 보드 경계 프로필이 직선이 아닌 인쇄 회로 보드에는 v-홈들이 사용될 수 없다. 예를 들어, 하우징 어셈블리 및 면적 상태를 고려하여 사용하는 지그-재그(zig-zag) 또는 곡선 보드 경계들을 갖는 셀룰러 제품들에 사용하는 비 직선-라인 보드들에는 v-홈들이 부적합하다.
본 발명은 회로 보드 제조에 관한 것으로서, 특히 상기 회로 보드 제조 공정에서의 기계적 작업 손실의 경감에 관한 것이다.
도 1은 종래에 알려진 전형적인 ‘H’형 브레이크어웨이(breakaway) 디자인의 도시도.
도 2는 도 1의 ‘H’형 브레이크어웨이 디자인의 사용함에 따라 크랙 팁(crack tip)이 압축 응력 상태에 있을 때, 전형적으로 나타나는 찢김/박리(tearing/delamination)의 개략도.
도 3은 도 1의 ‘H’형 브레이크어웨이 디자인의 사용함에 따라 역시 전형적으로 나타나는 곡선 틈 경로(curved fracture path)에 대한 포텐셜이 증가하는 장력 및 엇갈림 응력 상태의 혼합에 기인한 비대칭 크랙 초기의 개략도.
도 4는 제조하는 동안에 보드 패널들의 중간 부분에 큰 변위를 야기하는 약한 링크(link)를 브레이크어웨이 결합 부분들이 만든다는 사실에 기인하여 새깅되는 종래 기술의 회로 보드의 개략도.
도 5는 본 발명에 따라서 회로 보드를 제조하는 동안 어셈블리-라인 박리 및 새깅을 실질적으로 제거하는 제1 단계에서 컷-아웃들(cut-outs)이 실행된 이후의 회로 보드 패널의 개략도.
도 6은 본 발명에 따라서 회로 보드를 제조하는 동안 어셈블리-라인 박리 및 새깅을 실질적으로 제거하는 제2 단계에서 v-홈들이 실행된 이후의 회로 보드 패널의 개략도.
도 7은 본 발명에 따라서 회로 보드를 제조하는 동안 어셈블리-라인 박리 및 새깅을 실질적으로 제거하기 위한 방법의 단계들에 대한 제1 실시예의 플로우 챠트.
도 8은 종래 기술의 브레이크 어웨이 디자인과 본 발명 사이의 크랙-진행 구동력(crack-propagation driving forces)의 비교도.
<발명의 요약>
본 발명은 회로 보드 제조시 어셈블리-라인 박리 및 새깅을 방지하는 회로 보드 패널과 저렴하면서도 유용한 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 방법이 회로 보드 제조시에 사용되면, 회로 보드 패널들은 특별히 모서리에 배치된 적층된 회로들에 대해서, 일반적으로 손상되지 않은 개개의 회로 보드들로 통상 수동식으로 분리될 수 있다. 또한, 본 발명의 회로 보드 패널 및 그 방법은 새깅 문제들을 최소화 하여, 상기 회로 보드 패널 상의 전기 부품들의 배치를 용이하게 한다.
도 1(번호 100)은 종래에 알려진 3개의 인쇄 회로 보드들(102, printed circuit boards), ‘H’형 브레이크어웨이(104), 보드 프로필에 루팅된 컷-아웃들(106), 그리고 스루-어웨이 스트립들(through-away strips)을 갖는 인쇄 회로 보드 패널을 도시한다. 루팅(routing) 수단 때문에, 상기 스루-어웨이 스트립들은 언제나 필요하다. 두가지 이유 때문에, 상기 디자인은 박리를 제거하는 메카니즘을 제공하지 않는다. 첫번째는, 일반적으로 압력이 장력 상태에 있는 브레이크어웨이의 최상부에서는 절단이 더 용이하지만, 절단 팁(breakage tip)이 압력이 압축 상태에 있는 브레이크어웨이의 바닥부에 다다를 경우 점차적으로 곤란해진다. 그 결과, 찢김 또는 박리(202)가 일어나기 쉽다(도 2, 번호 200). 두번째는, 표면 상태에 따라 초기 절단이 항상 브레이크어웨이의 중간부에서 직접 시작될 수는 없다. 이것은 비대칭 압력 상태를 만들 수 있고, 곡선 틈 경로(curved fracture path)에 대한 포텐셜(potential)을 증가시킨다.
도 4(번호 400)는 제조하는 동안에 브레이크어웨이 결합 부분들이 보드 패널들의 중간 부분에 큰 변위를 야기하는 약한 링크(link)를 만든다는 사실에 기인하여 새깅되는(402) 종래 기술의 회로 보드의 개략도이다.
도 5(번호 500)는 본 발명에 따라서 회로 보드를 제조하는 동안 어셈블리-라인 박리 및 새깅을 실질적으로 제거하기 위해 제1 단계에서 컷-아웃들(504, cut-outs)이 실행된 후, 3개의 인쇄 회로 보드들(502)을 갖는 회로 보드 패널의 개략도이다. 본 발명에서는 중간 스루-어웨이 스트립들이 필요하지 않다는 사실이 주목된다. 도 6(번호 600)은 본 발명에 따라서 회로 보드를 제조하는 동안 어셈블리-라인 박리 및 새깅을 실질적으로 제거시키기 위해, 컷-아웃들(602)에 의해 남겨진 영역에 보드 프로필을 따라서 v-홈들(606과 608)이 형성된 후의 3개의 인쇄 회로 보드들(602) 및 컷-아웃들(604)을 갖는 회로 보드 패널의 개략도이다. 상기 v-홈들은 아래 수학식에 의해 결정된 각에 따라서 절개한다.
상기 수학식에서, α는 v-홈의 절개각을 표시하고, WC는 v-홈들의 가장 넓은 개구부(opening)의 횡단 거리를 표시하며, HC는 v-홈의 깊이를 표시한다. 대부분의 셀룰러 응용에서, 상기 v-홈들은 일반적으로 25° 내지 30°의 v 각도를 갖는다.
도 7(번호 700)은 본 발명에 따라서 회로 보드를 제조하는 동안 어셈블리-라인 박리 및 새깅을 실질적으로 제거하기 위한 방법의 단계들에 대한 일 실시예의 플로우 챠트이다. 첫번째는, 하우징(housing) 조건들(장식적, 기계적인 조립, 시험 등)로부터의 입력으로 상기 보드 프로필을 선정할 수 있다. 두번째는, 컷-아웃들 및 v-홈들의 크기는 박리를 제거하고 새깅을 감소시키는데 최적화되게 한다. 세번째는, 상기 보드들은 컷-아웃 영역들을 관통하는 하우징 프로필에 맞게 설계한다. 컷-아웃들 에 의해 남겨진 연결 영역들의 폭은 루팅된 브레이크어웨이 결합 부분들(routed breakaway joints)에 의해 남겨진 연결 영역들의 폭 보다 더 길다(도 1과 도 6을 참조하여 비교하면, 루팅된 브레이크어웨이 결합 부분들 보다 보통 10배 정도). 이것은 패널의 강도(stiffness)를 최상으로 향상시키고, 새깅을 감소시킨다. 최종적으로는, v-홈들을 컷-아웃들 에 의해 남겨진 영역 상의 보드 경계들을 따라서 만든다. 보드 경계들에 따라서 상부 및 하부 측상의 V-형 노치(notch)들이 사용된다(도 6에 도시). 상부 상의 노치는 제어된 절단을 시작하게 하고, 하부 상의 노치는 크랙 진행력(crack propagation force)이 계속해서 보드들을 충분히 분리하도록 한다. 상기 상부 v-노치 부근에 집중된 장력(tensile stress concentration)은 상기 크랙 팁(crack tip)이 하방으로 진행하도록 한다. 또한, 상부 v-노치는 정확하게 초기 절단이 시작되는 곳을 지정한다. 상기 크랙이 진행함에 따라서, 상기 크랙 팁은 상기 하부 v-노치의 팁과 상호 작용을 한다. 진행하는 크랙 팁과 하부 노치 팁 사이의 상호 작용은 찢김 또는 박리없이 완벽하게 절단되도록 한다. 사실, 하부 노치의 존재 때문에, 상기 크랙 진행 구동력은 최종 디페널라이제이션의 임계 스테이지 동안에 하부 노치가 없을 때 힘의 두배이다(도 8에 도시; SIF 는 압력 강도 인자)
그러므로, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 방법은; A) 회로 보드 프로필에 적합하도록 최소한 두개의 슬롯(slot)들을 펀칭(702, punching)하되, 슬롯들의 전체 길이는 상기 회로 보드 프로필에 대한 하우징 조립 조건들을 위한 소정의 배치에 따라서 결정되게 하는 단계; 및 B) 슬롯들을 통하여 각각의 회로 보드 프로필들을 따라서 회로 보드 상부 및 하부 상의 정확히 반대 측에 v-홈들을 절개하는 단계를 구비한다.
상기 v-홈들의 깊이는 아래 수학식에 따라서 결정된다.
상기 수학식에서, M은 디페널라이제이션 하에서 v-홈의 축에 대한 모멘트(moment)를 표시하고; H는 회로 보드의 두께를 표시하고; HC는 v-홈의 절개 깊이를 표시하며; 는 v-홈의 절개 깊이 및 슬롯들의 전체 길이 LC의 소정의 함수를 표시하며; 그리고, K1C는 회로 보드 재질의 강도 상수를 표시한다;
그리고,
상기 수학식에서 α는 시뮬레이션(simulation)에 의해 결정된 0.3 내지 0.6의 무차원의 상수를 표시하고; P는 소정 개수의 회로 보드를 포함하는 회로 보드 페널의 무게를 표시하고; W는 회로 보드의 폭을 표시하고; E는 회로 보드용 재질의 모듈러스(modulus)를 표시하고; L은 회로 보드 프로필의 총 길이를 표시하고; 그리고, δC는 새깅에 대한 소정의 제조 공차(tolerance)를 표시한다.
수학식 2는 디페널라이제이션 작업 동안에 크랙이 용이하게 진행 가능함을 보증하며, 수학식 3은 새깅이 동작 범위 내로 제한됨을 보증한다. 수학식 2와 3을 동시에 만족시키도록 수학적인 모델링에 의해 최적화가 제공된다,
도 8(번호 800)은 종래 기술 브레이크 어웨이(802) 디자인과 본 발명(804) 사이의 크랙-진행 구동력들(crack-propagation driving forces)의 비교도이다. 이것이 본 발명이 박리를 완벽하게 제거하는 이유이다.
보드 패널로부터 단일화(singulation) 동안의 보드 박리 및 전-후 조립 동안의 보드 새깅은 셀룰러 제조 라인들에서 직면하는 가장 큰 두가지 문제점들이다. 보드 패널용으로 존재하는 모든 디자인들은 루팅된 ‘H’형 브레이크어웨이 접속들을 사용한다. 상기 ‘H’형 브레이크어웨이가 디페널라이제이션을 용이하게 하지만, 그것은 보드 박리나 찢김을 방지하지는 않는다. 다른 한편으로는, 브레이크어웨이 결합 부분들의 약함때문에, ‘H’형 브레이크어웨이는 뚜렷한 보드 새깅을 일으킨다. 용이하게 단일화하는 또 다른 접근은 v-홈들을 사용하는 것이다. 그러나, v-홈들은 단지 직선에 따라서만 수행될 수 있다. 전형적인 셀룰러 보드에 대해서는, 카즈메틱(cosmetic), 하우징, 신호(안테나) 및 시험에 대한 고려 때문에 보드 경계들은 지그-재그식이 되거나 크게 휘어진다. 본 발명은 디페널라이제이션 동안 보드 박리의 제거 및 조립 공정 동안 새깅의 감소를 위한 새로운 보드 패널 디자인을 제공한다. 본 발명의 보드 패널 디자인은 크게 곡선화된 복합 보드 프로필을 생산하기 위하여 컷-아웃들과 v-홈들의 독특한 결합을 사용한다. 컷-아웃 영역들은 보통 매우 작다(하우징 그립들에 맞을 만큼만). 그러므로, 연결 영역들의 길이는 훨씬 더 길다(루팅된 브레이크어웨이 디자인 보다 보통 10배 정도). 이것은 패널의 안정성 및 새깅의 감소를 현저히 증가시킨다. v-홈들은 컷-아웃들에 의해 남겨진 영역들 상에 보드 경계를 따라서 만들어진다. 보드 경계들을 따라서 상부 및 하부 측상에 V-노치들을 만든다. 상부 상의 노치는 제어된 절단을 시작하게 하며, 하부 상의 노치는 크랙 진행력이 계속되되 보드들을 충분히 분리할 수 있도록 한다.
v-노치 부근에 집중된 장력은 크랙 팁이 하방으로 진행하도록 한다. 또한, 상부 v-노치는 초기 절단이 시작하는 곳을 정확하게 지정한다. 상기 크랙이 진행함에 따라서, 크랙 팁은 하부 v-노치의 팁과 상호 작용하게 된다. 진행하는 크랙 팁과 하부 노치 사이의 싱호 작용은 찢김 또는 박리없이 완벽하게 절단되도록 한다. 사실상, 본 발명에서의 하부 노치의 존재 때문에, 본 발명을 위한 크랙 진행 구동력은 종래 기술에서 요구된 크랙 진행력의 두배이다. 본 발명에서의 상기 고 레벨 크랙 진행 구동력은 단일화 동안 박리를 완벽하게 제거하도록 한다.
본 발명은 본 발명의 사상이나 본질적 특성에서 벗어남이 없이 다른 특정한 형태로도 실시될 수 있다. 상술한 실시예들은 도시된 것에만 제한되지 않으며, 모든 면들이 고려되어야 한다. 그러므로, 본 발명의 범위는 전술한 설명 보다는 첨부된 청수항들에 의해 나타내어 진다. 상기 청구항들의 의미 및 등가의 범위 내에서의 모든 변경들은 본 발명의 범위 내에 포함된다.

Claims (6)

  1. A) 회로 보드 프로필(circuit board profile)에 적합하도록 최소한 두개의 슬롯(slot)들-상기 슬롯들의 전체 길이는 상기 회로 보드 프로필에 대한 하우징 조립 조건들(housing assembly reqirements)을 위한 소정의 배치에 따라서 결정됨-을 펀칭(punching)하는 단계; 및
    B) 슬롯들을 통하여 각각의 회로 보드 프로필들을 따라서 그리고 회로 보드의 상부 및 하부 상의 정확히 반대 측에 v-홈들을 절개하는 단계
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 회로 보드 제조시 어셈블리-라인 박리 및 새깅을 실질적으로 제거하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, v-홈들은 아래 수학식으로써 결정되는 각도에 따라서 절개되되,
    (A)
    상기 수학식에서 α는 v-홈의 절개각을 표시하고, WC는 v-홈들의 가장 넓은 개구부(opening)의 횡단 거리를 표시하며, HC는 v-홈의 깊이를 표시하는 것을 특징으로 하는 회로 보드 제조시 어셈블리-라인 박리 및 새깅을 실질적으로 제거하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 v-홈들의 깊이는 아래 수학식들에 따라서 결정되되,
    (B)
    상기 수학식에서, M은 디페널라이제이션 하에서 v-홈의 축에 대한 모멘트(moment)를 표시하고; H는 회로 보드의 두께를 표시하고; HC는 v-홈의 절개 깊이를 표시하며; 는 v-홈의 절개 깊이 및 슬롯들의 전체 길이 LC의 소정의 함수를 표시하며; 그리고, K1C는 회로 보드 재질의 강도 상수를 표시하며;
    그리고,
    (C)
    상기 수학식에서 α는 시뮬레이션(simulation)에 의해 결정된 0.3 내지 0.6의 무차원의 상수를 표시하고; P는 소정 개수의 회로 보드를 포함하는 회로 보드 페널의 무게를 표시하고; W는 회로 보드의 폭을 표시하고; E는 회로 보드용 재질의 모듈러스(modulus)를 표시하고; L은 회로 보드 프로필의 총 길이를 표시하고; 그리고, δC는 새깅에 대한 소정의 제조 공차(tolerance)를 표시하는 것을 특징으로 하는 회로 보드 제조시 어셈블리-라인 박리 및 새깅을 실질적으로 제거하기 위한 방법.
  4. 다수의 회로 보드 모듈들(modules)은 병렬로 배치된 인쇄 회로 보드들을 갖되, 각 모듈은;
    A) 회로 보드 프로필을 따르는 다수의 컷-아웃들(cut-outs)
    B) 상기 컷-아웃들에 의해 남겨진 각각의 회로 보드 프로필들을 따르며 그리고 회로 보드의 상부 및 하부 상의 정확히 반대 측에 위치하는 v-홈들
    을 갖는 것을 특징으로 하는 회로 보드 제조시 어셈블리-라인 박리 및 새깅을 실질적으로 제거하기 위한 회로 보드 패널.
  5. 제4항에 있어서, 상기 v-홈들은 아래 수학식으로써 결정된 각도에 따라서 절개되되,
    (A)
    상기 수학식에서 α는 v-홈의 절개각을 표시하고, WC는 v-홈들의 가장 넓은 개구부(opening)의 횡단 거리를 표시하며, HC는 v-홈의 깊이를 표시하는 것을 특징으로 하는 회로 보드 제조시 어셈블리-라인 박리 및 새깅을 실질적으로 제거하기 위한 회로 보드 패널.
  6. 제4항에 있어서, 상기 v-홈들의 깊이는 아래 수학식들에 따라서 결정되되,
    (B)
    상기 수학식에서, M은 디페널라이제이션 하에서 v-홈의 축에 대한 모멘트(moment)를 표시하고; H는 회로 보드의 두께를 표시하고; HC는 v-홈의 절개 깊이를 표시하며; 는 v-홈의 절개 깊이 및 슬롯들의 전체 길이 LC의 소정의 함수를 표시하며; 그리고, K1C는 회로 보드 재질의 강도 상수를 표시하며;
    그리고,
    (C)
    상기 수학식에서 α는 시뮬레이션(simulation)에 의해 결정된 0.3 내지 0.6의 무차원의 상수를 표시하고; P는 소정 개수의 회로 보드를 포함하는 회로 보드 페널의 무게를 표시하고; W는 회로 보드의 폭을 표시하고; E는 회로 보드용 재질의 모듈러스(modulus)를 표시하고; L은 회로 보드 프로필의 총 길이를 표시하고; 그리고, δC는 새깅에 대한 소정의 제조 공차(tolerance)를 표시하는 것을 특징으로 하는 회로 보드 제조시 어셈블리-라인 박리 및 새깅을 실질적으로 제거하기 위한 회로 보드 패널.
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