KR20010089125A - 인쇄 회로 보드 및 금속 기판 사이의 접지 방법 - Google Patents

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KR20010089125A
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피터 도이카스
데이비드 제이스
제프리 디. 메르윈
Original Assignee
조셉 에스. 로마나우
오스람 실바니아 인코포레이티드
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Abstract

인쇄 회로 보드(700) 및 금속 기판(200) 사이에 접지를 제공하는 방법은 다음의 단계; (i) 기판(200)에 개구(204)를 제공하는 단계; (ii) 금속 블랭크(300) 외부로 접지 플러그(302)를 형성하는 단계; (iii) 접지 플러그(302)를 기판(200)의 개구내에 삽입하는 단계; (iv) 접지 플러그(302)를 기판(200)의 개구(204) 내부로 압착하는 단계; (v) 인쇄 회로 보드(700)를 기판(200) 상에 배치하는 단계; 및 (vi) 인쇄 회로 보드(700)의 개구 내부로 그리고 접지 플러그(302) 상에 땜납을 사용하는 단계를 포함한다. 접지 플러그를 형성하는 단계(104), 삽입하는 단계(106), 및 압착하는 단계(108)는 단일 펀칭 동작(120)시 수행된다. 방법(100)은 고품질의 접지를 제공하고 복잡한 기계에 대한 필요성을 배제한다.

Description

인쇄 회로 보드 및 금속 기판 사이의 접지 방법 {PCB TO METALLIC GROUND CONNECTION METHOD}
가스 방전 램프용 전자 안정기와 같은 여러 유형의 전자 디바이스에서는 인쇄 회로 보드 및 금속 베이스 또는 기판 사이에 접지가 요구된다. 일반적으로, 금속 베이스 또는 기판은 인쇄 회로 보드에 신뢰성 있는 직접적인 납땜 접속을 형성할 수 없는 아연도금강 또는 알루미늄과 같은 물질로 구성된다.
인쇄 회로 보드의 홀을 통해서 베이스의 대응 홀로 삽입되는 단순한 장착 스크류는 접지를 제공하는 가장 일반적인 구성 중 하나이다. 인쇄 회로 보드는 일반적으로 스크류 헤드의 하부면과 접촉하는 하나 이상의 접지 점퍼선을 포함한다. 이 방법은 여러 단점을 가진다. 우선, 자동화가 극히 어렵다. 두 번째로, 인쇄 회로 보드상에 존재하는 기계적 스트레스량으로 인해, 가요성 회로와 같은 초박막 회로 기판을 가지는 어셈블리에는 부적절하다.
다른 방법은 베이스 상의 가요성 "탭" 구조를 사용하는 것이다. 인쇄 회로보드가 베이스 상에 배치된 후에, 탭은 휘거나 꼬여 접지 점퍼선과 빈틈이 없는 마찰 접촉부를 이룬다. 이 방법은 접지 점퍼선의 의도하지 않은 갈라짐과 같은 심각한 문제점을 가진다고 공지되어 있다. 장착 스크류 방법과 마찬가지로, 이 방법 또한 자동화하기 어렵고 초박막 인쇄 회로 보드를 포함하는 어셈블리에 적합하지 않다.
제 3 방법은 납땜되기 쉬운 표면을 가지는 금속 접지 플러그를 사용하는 것이다. 금속 접지 플러그가 제조되고, 베이스 또는 기판에 홀이 형성된다. 그 다음에 미리 제조된 접지 플러그가 기판의 홀에 삽입되고, 인쇄 회로 보드 상의 접지 플러그 및 접지 트래이스 사이의 접속을 형성하기 위하여 인쇄 회로 보드상의 홀 및 접지 플러그에 땜납이 부착된다. 인쇄 회로 보드 상의 물리적 스트레스가 거의 없기 때문에, 이 방법은 박막 인쇄 회로 보드에 특히 적합하다는 장점을 가진다.
그러나, 현재의 "접지 플러그" 방법은 다수의 단점을 가진다. 우선, 접지 플러그는 독립적인 공정으로 제조되기 때문에, 미리 제조된 접지 플러그를 기판의 홀에 삽입하려면 복잡한 "픽크-앤드-플래이스(pick-and-place)" 기계가 필요하다. 두 번째로, 접지 플러그를 제조하고, 기판에 홀을 형성하며, 기판의 홀 내에 접지 플러그를 삽입하는 공정에는 상당한 시간이 소요될 수 있기 때문에, 접지 플러그 및 기판의 홀의 접촉면에는 주변의 상당량의 불순물 부착 및/또는 산화작용이 발생할 수 있다. 따라서, 이에 따른 접지 플러그 및 기판 사이의 접속의 품질 및 신뢰성은 악영향을 미칠 수 있다.
본 발명은 전자회로 어셈블리 및 그 제조에 사용되는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 인쇄 회로 보드 및 금속 기판 사이에 접지를 제공하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 인쇄 회로 보드 및 금속 기판 사이에 접지를 제공하는 방법을 기술한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도 1에서 기술된 방법을 수행하기 위한 펀치 및 다이 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 개구가 금속 기판에 형성되는 제 1 펀칭 동작을 도시한 도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제 2 펀칭 동작 이전에 금속 기판을 배치하는 도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 접지 플러그가 금속 블랭크에 형성된 제 2 펀칭 동작의 제 1 부분도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 접지 플러그가 금속 기판의 개구에 삽입되는 제 2 펀칭 동작의 제 2 부분도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 접지 플러그가 금속 기판의 개구에 압착되는 제 2 펀칭 동작의 제 3 부분도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속 기판의 개구에 접지 플러그를 삽입한 바로 다음에 접지 플러그 및 금속 기판의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 금속 기판의 개구에 접지 플러그를 압착하는 접지 및 금속 기판의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 금속 기판 상에 인쇄 회로 보드를 장착하고, 인쇄 회로 보드의 개구에 그리고 접지 플러그 상에 땜납을 부착한 것을 도시한 평면도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 금속 기판 상에 인쇄 회로 보드를 장착하고, 인쇄 회로 보드의 개구에 그리고 접지 플러그 상에 땜납을 부착한 것을 도시한 단면도이다.
따라서, 본 발명의 목적은 박막 인쇄 회로 보드를 가진 대용량의 자동화된 어셈블리에 적합하고, 공정 단계 및 공정 시간에 관해 효율적이며, 비싸고, 복잡한 기계가 필요 없이 수행될 수 있는 인쇄 회로 보드 및 금속 기판 사이에 신뢰성 있고, 고품질의 접지를 제공하는 방법을 제공하는 것이다. 이러한 방법은 종래 기술에 비해 상당한 개선점을 나타낼 것이다.
인쇄 회로 보드 및 금속 기판 사이에 접지를 제공하는 방법(100)이 도 1에서 기술된다. 방법(100)은 다음의 단계를 포함한다.
(1) 기판에 개구를 제공하는 단계(102);
(2) 금속 블랭크 외부에 접지 플러그를 형성하는 단계(104);
(3) 기판의 개구 내부로 접지 플러그를 삽입하는 단계(106);
(4) 접지 플러그 및 기판 사이에 전기 접속을 제공하도록 기판의 개구 내부로 접지 플러그를 압착하는 단계(108);
(5) 인쇄 회로 보드의 개구가 기판의 개구내의 접지 플러그와 정렬되도록 인쇄 회로 보드를 기판상에 배치하는 단계(110); 및
(6) 접지 플러그 및 인쇄 회로 보드 사이에 전기 접속을 제공하도록 인쇄 회로 보드의 개구내에 그리고 접지 플러그 상에 땜납을 부착하는 단계(112).
특히, 접지 플러그를 형성(104)하고, 삽입(106)하며, 압착(108)하는 단계는 단일 펀칭 동작(120)으로 함께 수행된다. 따라서, 방법(100)은 특수한 "피크-앤드-플래이스" 타입의 장비에 대한 필요성을 배제하는 합리화된 공정으로 효율적으로 수행될 수 있다. 또한, 기판의 개구 및 접지 플러그를 형성한 후의 매우 짧은 시간 이내에 접지 플러그를 기판의 개구내에 삽입하여 압착하는 것을 가능하게 함으로써, 방법(100)은 기판 개구 및 접지 플러그의 접촉면 상의 산화작용 및 주변 오염물질을 최소화한다. 이에 의한 접지 플러그 및 기판 사이의 전기 접속의 고품질과 신뢰도를 향상시킨다.
방법(100)을 수행하기 위한 바람직한 장치 및 공정이 도 2 내지 11에 도시되어 있다. 우선 도 2에서, 바람직한 장치는 개선된 다이 어셈블리(400) 및 펀치 세트(500, 600)를 포함한다. 다이 어셈블리(400)는 금속 기판(200)을 지지하는 표면(402), 금속 블랭크(300)를 지지하는 셸프(shelf) 구조(404, 406), 기판(200)에 개구를 형성시 펀치(500)를 유도하기 위한 제 1 채널(408) 및 금속 블랭크(300) 외부로 접지 플러그를 펀칭할 때 펀치(600)를 유도하며 기판(200)의 개구내에 접지 플러그를 삽입하고 압착시키기 위한 제 2 채널(410)을 가진다. 방법(100)을 실제로 수행할 때, 기판(200)은 일반적으로 기판 패널을 형성하도록 하나 이상의 다른 기판(250, 260)과 연결된다.
방법(100)의 바람직한 실시예에서, 금속 기판(200)은 알루미늄으로 이루어지고 금속 블랭크(300)는 주석 도금된 구리로 이루어진다. 선택적으로, 금속 기판(200)은 구리, 놋쇠, 및 아연과 같은 다른 금속으로 구성될 수 있다. 선택적으로, 금속 블랭크(300)는 주석 또는 납땜으로 신뢰성 있는 결합을 형성할 수 있는 다수의 금속으로 도금된 알루미늄, 놋쇠, 및 아연과 같은 다른 금속으로 이루어질 수 있다.
도 3에서, 제 1 펀칭 동작시, 펀치(500)는 알루미늄 기판(200)을 지나 하부로 이동한다. 펀치(500)는 바람직하게는 원형 단면을 가져, 기판(200)에 원형 개구를 형성한다. 알루미늄의 버려진 부분(202)은 제 1 채널(408)의 하부로부터 배출된다.
기판(200)에 개구가 형성된 후에, 펀치(500)는 제위치로 돌아간다(즉, 개구를 통해 상부로 이동하여 제 1 채널(408)의 상부로 되돌아간다). 그 다음에, 도 4에서 도시된 바와 같이, 개구가 제 2 채널(410)에 정렬될 때까지 기판(200)은 다이 어셈블리(400) 표면(402)을 따라 우측으로 이동된다. 펀치(600)는 제 2 채널(410)에 정지하여 기판(200)의 개구(204)와 정렬된다.
도 5에서, 개구(204)가 정위치에 있으면, 펀치(600)는 제 2 펀칭 동작시 블랭크(300)를 통해서 하부로 이동된다. 펀치(600)는 바람직하게는 원형 단면을 가져, 원통형 접지 플러그(302)를 블랭크(300) 외부로 펀칭한다. 도 6에서 도시된 바와 같이, 펀치(600)는 하부로 계속해서 펀칭하여 기판(200)의 개구내에 접지 플러그(302)를 삽입한다. 펀치(600)가 접지 플러그(302)를 삽입할 때, 거의 동시에 펀치(500)는 제 2 기판(250)에 개구를 형성하기 위해 제 1 펀칭 동작을 반복한다.2개의 펀치(500, 600)의 이러한 동시 동작은 전체 공정 시간을 더욱 단축시키기 때문에 바람직하다.
도 7에서 도시된 바와 같이, 펀치(600)는 접지 플러그(302)를 기판(200)의 개구내부로 압착하고, 이에 의해 접지 플러그(302) 및 기판(200) 사이에 물리적 압축 접속을 제공함으로써 하부로의 펀칭을 종료한다. 펀치(600)가 접지 플러그(302)를 압착할 때, 거의 동시에 펀치(500)는 하부로의 펀칭을 종료하고 제 2 기판(250)에 개구를 형성하기 위해 펀칭된 알루미늄 조각(252)을 배출한다.
접지 플러그(302)는 도 8 및 9에서 상세히 도시된다. 전술한 바와 같이, 접지 플러그(302)는 바람직하게는 대부분 표면(306, 308) 상부 및 하부가 주석 도금된 구리로 이루어진다. 압착 단계 이전에, 접지 플러그(302)는 도 8에서 도시된 바와 같이, 원통 형태를 가진다. 도 9에서 상세히 도시된 바와 같이, 압착 단계는 접지 플러그(302) 및 개구(204)의 제어된 변형을 초래하여 접지 플러그(302)의 측벽 표면(310, 312)이 배출되어 개구(204)의 접촉면의 대응 압착 변형을 유발하게 한다. 그 결과로 기판(200) 및 접지 플러그(302)의 측면 표면(310, 312)의 적어도 일부 사이에 기계적 밀봉이 형성되어, 이 밀봉은 기계적으로 강하고 높은 신뢰도를 가지는 고품질 전기 접속을 제공한다.
도 9에서, 압착 단계를 종료할 때, 접지 플러그(302)의 하부면(308)은 기판(200)의 하부면과 동일 평면이다. 이것은 기판(200)의 하부면(230) 상에 인쇄 회로 보드를 동일면으로 장착하고 인쇄 회로 보드를 접지 플러그(302) 및 기판(200)에 전기 접속하는 납땜을 용이하게 한다.
바람직하게는, 압착 단계 종료 후에, 접지 플러그(302)의 상부면(306)이 기판(200)의 상부면(220)에 관하여 리세싱된다. 따라서, 금속 블랭크는 기판(200)의 블랭크보다 작은 두께를 가지는 것이 바람직하다. 여하간에, 압착 단계의 종료 후에, 접지 플러그(302)의 상부면(306)은 적어도 기판(200)의 상부면(220) 외부로 돌출되지 않는 것이 가장 바람직하다. 이것은 많은 제품 애플리케이션이 기판(200)의 상부면(220)이 히트 싱크 또는 다른 접지 평면과 동일면 장착 접촉되야하고, 접지 플러그(302)가 상부면(220) 밖으로 돌출되면 상부면(220)이 다른 평면에 대해 견고하게 정지되는 것을 방지하는 것이 요구되기 때문에 바람직하다. 예를 들어, 기판(200)이 전자 안정기용 밀봉부의 베이스로서 기능하게 되면, 상부면(220)(즉, 안정기 하우징 하부)은 열이 안정기에서 고정 하우징으로 효과적으로 전달될 수 있도록(안정기 회로의 적정한 동작 수명을 충분히 보장하도록 안정기 온도를 낮게 유지하기 위하여) 조명 설치 하우징에 동일면 장착 접촉되야 한다.
전기 접속의 품질을 떨어뜨릴 수 있는 개구(204) 및 접지 플러그(302)의 접촉면 상의 모든 오염물질 또는 산화작용을 최소화하기 위하여, (1) 제 2 펀칭 동작(즉, 접지 플러그를 형성하고, 삽입하며, 압착하는 단계)은 제 1 펀칭 동작(즉, 기판에 개구를 제공하는 단계)을 종료한 후에 약 2초 이내에 종료되고; 그리고 (2) 압착 단계는 접지 플러그 형성 단계의 종료 후에 약 1초 이내에 종료되는 것이 바람직하다. 펀치(600)는 상당한 속도로 하부로 이동하도록 제조될 수 있기 때문에, 접지 플러그(302)를 압착하는 단계는 접지 플러그(302)가 금속 블랭크(300)로 외부로 펀칭됨과 거의 동시에 종료될 수 있다.
다시 도 7에서, 접지 플러그(302)가 일단 기판(200) 내에 압착되면, 펀치(600)는 제 2 채널(410)의 상부로 되돌아간다. 그 다음에 제 2 기판(250)은 제 2 채널(410) 하부로 이동하고, 금속 블랭크(300)는 이동되거나 새로운 블랭크로 교체되고, 접지 플러그를 형성하고 이를 제 2 기판(250)의 개구내에 삽입하며, 압착하기 위해 전술한 과정이 반복된다.
패널의 각 기판(200, 250, 260)에 전술한 공정에 따라 접지 플러그가 제공된 후에, 패널은 다이 어셈블리(400)로부터 제거되고 그 다음에 인쇄 회로 보드가 기판상에 장착된다.
도 10 및 11에서 도시된 바와 같이, 인쇄 회로 보드(700)는 인쇄 회로 보드(700)의 개구(도시되지 않음)가 기판(200)의 접지 플러그(302)와 정렬되도록 기판(200)의 하부면(230) 상에 배치된다. 폴리아미드와 같은 절연 물질 상에 배치된 다수의 금속 트래이스(710, 712, 714, 716)를 포함하는 인쇄 회로 보드(700)는 적절한 감압성(pressure-sensitive) 접착제를 이용하여 기판(200) 하부면(230)에 물리적으로 결합된다. 금속 트래이스(710, 712, 714, 716) 중 적어도 하나는 인쇄 회로 보드(700)의 개구에 인접하게 위치하고 땜납으로 결합하는데 적합하다. 그 다음에 땜납(800)은 인쇄 회로 보드(700)의 개구 및 접지 플러그(302)에 부착되고, 이에 의해 접지 플러그(302) 및 인쇄 회로 보드(700) 사이에 전기 접속을 형성한다. 이 방식으로, 기판(200) 및 회로 보드(700)의 트래이스(710, 712, 714, 716) 사이에 접지가 제공된다.
개시된 방법(100)은 접지 플러그를 사용하는 현재의 방법에 대해 여러 장점을 제공한다. 특히, 방법(100)은 기판에 개구를 형성한 후에 접지 플러그를 형성하고, 삽입하며, 압착하는 단계를 단일 펀칭 동작으로 효율적으로 수행한다. 따라서, 공정 시간이 단축되고, 접지 플러그를 삽입하기 위해 특별한 "피크-앤드-플래이스"장치가 필요 없으며, 접지 플러그 및 기판의 개구의 접촉 표면상의 산화작용과 기타 불순물은 최소화된다. 그 결과로 대용량의 자동화 제조에 적합한 신뢰성 있고, 고품질의 접지가 제공된다.
본 발명은 특정한 바람직한 실시예를 참조로 기술되었지만, 본 발명의 신규성과 권리범위를 벗어나지 않고 당업자들에 의해 많은 변형과 변화가 이루어질 수 있다.

Claims (10)

  1. 인쇄 회로 보드 및 금속 기판 사이에 접지를 제공하는 방법에 있어서,
    (A) 상기 기판에 개구를 제공하는 단계;
    (B) 금속 블랭크의 외부로 접지 플러그를 형성하는 단계;
    (C) 상기 기판의 개구내에 상기 접지 플러그를 삽입하는 단계;
    (D) 상기 접지 플러그 및 상기 기판 사이에 전기 접속을 제공하도록 상기 기판의 개구 내부로 상기 접지 플러그를 압착하는 단계;
    (E) 상기 인쇄 회로 보드의 개구가 상기 기판의 개구내의 접지 플러그와 정렬되도록 상기 기판상에 상기 인쇄 회로 보드를 배치하는 단계; 및
    (F) 상기 접지 플러그 및 상기 인쇄 회로 보드 사이에 전기 접속을 제공하도록 상기 인쇄 회로 보드의 개구 내부로 그리고 상기 접지 플러그 상에 땜납을 부착하는 단계를 포함하며,
    상기 접지 플러그를 형성하고, 삽입하며, 압착하는 단계는 단일 펀칭 동작으로 집합적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판에 개구를 제공하는 단계는 제 1 펀칭 동작시 수행되며,
    상기 접지 플러그를 형성하고, 삽입하며, 압착하는 단계는 제 2 펀칭 동작시 집합적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 접지 플러그를 집합적으로 형성하고, 삽입하며 압착하는 단계는:
    상기 기판의 개구에 상기 블랭크를 배치하는 단계;
    상기 블랭크상에 상기 기판의 개구에 정렬하도록 펀치를 배치하는 단계; 및
    상기 블랭크를 통해 하방향으로 상기 기판의 개구 내부로 펀치를 이동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 기판의 개구는 원형이며,
    상기 펀치 및 상기 접지 플러그는 각각 원형 단면을 가지며, 그리고
    압착 단계 이전에, 상기 접지 플러그는 원통형인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 접지 플러그를 형성하고, 삽입하며, 압착하는 단계는 상기 기판에 개구를 제공하는 단계가 완료된 후에 약 2초 이내에 완료되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 접지 플러그를 압착하는 단계는 상기 접지 플러그를 형성하는 단계가 완료된 후에 약 1초 이내에 완료되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 압착 단계는 상기 기판 및 상기 접지 플러그의 적어도 일부 측벽 표면 사이에 기계적 밀봉을 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 압착 단계가 완료될 때, 상기 접지 플러그의 하부면은 상기 기판의 하부면과 동일 평면이 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 압착 단계가 완료될 때, 상기 접지 플러그의 상부면은 상기 기판의 상부면에 대해 리세싱되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 인쇄 회로 보드는 절연 물질 상에 배치된 금속 트래이스를 포함하며, 상기 금속 트래이스 중 적어도 하나는 상기 인쇄 회로의 개구에 인접하게 배치되고 상기 접지 플러그에 상기 인쇄 회로 보드를 접속하는 땜납의 적어도 일부와 물리적으로 접촉하기에 적합한 것을 특징으로 하는 방법.
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