KR20060030298A - Method for inspecting printed circuit boards using ultrasonic wave - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초음파를 이용한 인쇄회로기판의 외관을 검사하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 인쇄회로기판 검사 방법은, 회로 패턴이 형성된 인쇄회로기판에 초음파를 주사하는 단계; 상기 초음파의 반사파를 수신하는 단계; 상기 초음파의 반사파의 도달 시간으로부터 상기 회로 패턴의 두께를 측정하는 단계; 및 상기 측정치를 기준 데이터와 비교하여 불량을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for inspecting the appearance of a printed circuit board using ultrasonic waves. Printed circuit board inspection method according to the invention, the step of scanning the ultrasonic wave on the printed circuit board formed circuit pattern; Receiving the reflected wave of the ultrasonic wave; Measuring the thickness of the circuit pattern from the arrival time of the reflected wave of the ultrasonic wave; And detecting the defect by comparing the measured value with reference data.

인쇄회로기판, PCB, 검사, 딤플, 비아홀Printed Circuit Board, PCB, Inspection, Dimple, Via Hole

Description

초음파를 이용한 인쇄회로기판 검사방법{Method for inspecting printed circuit boards using ultrasonic wave}Method for inspecting printed circuit boards using ultrasonic wave}

도1은 종래의 AOI 검사 방식 중 하나인 반사광 방식 AOI의 구조를 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing the structure of a reflected light type AOI, which is one of the conventional AOI inspection methods.

도2는 종래의 AOI 검사 방식 중 하나인 형광검출 방식의 AOI의 구조를 나타내는 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing the structure of the AOI of the fluorescence detection method which is one of the conventional AOI test method.

도3은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 인쇄회로기판 검사 방법의 평면도를 나타낸다.Figure 3 shows a plan view of a printed circuit board inspection method using ultrasonic waves according to the present invention.

도4a 내지 도4b는 본 발명에 따른 초음파를 이용한 인쇄회로기판 검사 방법의 단면도를 나타낸다.4A to 4B are cross-sectional views of a method for inspecting a printed circuit board using ultrasonic waves according to the present invention.

도5a 내지 도5d는 본 발명에 따른 초음파를 이용한 인쇄회로기판 검사 방법의 단면도를 나타낸다.5a to 5d are cross-sectional views of a method for inspecting a printed circuit board using ultrasonic waves according to the present invention.

※ 도면의 주요 부분에 대한 설명※ Description of the main parts of the drawings

초음파 스캐너 : 41Ultrasound Scanner: 41

기판 : 43Board: 43

회로 패턴 : 44Circuit Pattern: 44

초음파 감지기 : 45Ultrasonic Detector: 45

초음파 발생기 : 46Ultrasonic Generator: 46

비아홀 상부 : 47Top of via hole: 47

본 발명은 초음파를 이용한 인쇄회로기판의 외관을 검사하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for inspecting the appearance of a printed circuit board using ultrasonic waves.

휴대폰, 디지털 캠코더, 카메라 등 모바일 단말기의 고기능화 및 경박단소화가 급진전되면서 네오 빌드업 기판의 상용화가 전세계 PCB 업계의 핫이슈로 급부상하고 있다.With the rapid advancement of high functionality and light weight in mobile terminals such as mobile phones, digital camcorders and cameras, the commercialization of Neo buildup boards is rapidly emerging as a hot issue in the PCB industry worldwide.

빌드업 방식에 의한 기판은 기판 내층을 각기 에칭하여 접착층인 프리프레그를 넣고 프레스로 압착한 뒤 기판 구멍을 한꺼번에 관통하는 일반적인 다층인쇄회로기판(MLB : Multi Layered Board) 제조 방식과는 달리, 레이저 드릴을 이용해 비아홀의 깊이를 조절함으로써 동일 공간에 보다 많은 회로를 입력할 수 있는 기판으로, 현재 대부분의 휴대폰 메인 기판으로 사용되고 있다.Unlike the general method of manufacturing a multi-layered board (MLB), in which a build-up method etches each of the inner layers of a substrate, inserts a prepreg, which is an adhesive layer, compresses it with a press, and then penetrates the substrate hole at once. By adjusting the depth of the via hole using the circuit board, more circuits can be input in the same space.

빌드업 기판 기술은 초기에는 레이저로 비아를 뚫어놓고 그 속에 15㎛ 두께로 도금해 표면과 내층에 회로를 연결시킨 뒤 필요에 따라 그 위에 절연층을 입히고 또 레이저로 뚫어 회로를 한층씩 만들던 방식이 주류를 이뤘으나, 어긋난 비아 층 연결을 위한 별도의 회선이 필요한 문제로 인해 최근엔 마이크로 비아 위에 곧바로 마이크로 비아를 올려놓는 '스택 비아(stack via)' 기술이 크게 주목받고 있다.The build-up substrate technology initially used a laser to drill vias, plated with a thickness of 15 μm, to connect the circuits to the surface and inner layers, and to insulate the layers on top of each other as needed, and to make circuits by laser. The mainstream, but the need for a separate line for misaligned via layer connections has recently attracted much attention in the 'stack via' technology that places micro vias directly on top of micro vias.

스택 비아 기술은 기존 제품에 비해 회로 디자인 시간을 최대 30%이상 단축시킬 수 있고 신호 손실이나 신호 간섭 등 전기적 특성이 뛰어나 차세대 기판 공법으로 각광받고 있다.Stack via technology can reduce circuit design time by up to 30% compared to existing products and has excellent electrical characteristics such as signal loss and signal interference.

그러나, 스택 비아 제조시 비아홀 내부를 전해 동도금에 의해 충진하게 되는데, 이 때 동도금은 비아홀 내벽으로부터 성장하므로 충진된 비아홀의 상부가 움푹 패인 형태의 딤플이 발생하거나, 충진이 완전하지 않아서 스택 비아홀 간의 연결이 신뢰성이 떨어지는 결함이 발생하게 된다.However, during manufacture of the stack via, the inside of the via hole is filled with electrolytic copper plating. At this time, copper plating grows from the inner wall of the via hole, so dimples of the upper part of the filled via hole are formed or the filling is not complete, so the connection between the stack via holes is not completed. This inferior defect occurs.

이러한 결함을 찾아내기 위해서 인쇄회로기판 공정마다 검사 공정이 이어지게 된다.In order to find such a defect, an inspection process is continued for each printed circuit board process.

종래 인쇄회로기판의 외관을 검사하는 장치로는 AOI(Automatic Optical Inspection)이 있다. AOI는 영상 센서와 컴퓨터의 패턴 인식기술을 이용하여 기판의 외관상태를 자동으로 검사한다. 영상센서로 검사대상 회로의 패턴정보를 읽어 들인 후 이를 기준데이터와 비교하여 불량을 판독한다. 이때, 비교의 대상이 되는 기준 데이터로 설계 기준을 사용하는 방식과 양품 기판의 데이터를 사용하는 2가지 방식이 있다.A conventional apparatus for inspecting the appearance of a printed circuit board is AOI (Automatic Optical Inspection). AOI automatically inspects the appearance of the substrate using image sensors and computer pattern recognition technology. The pattern information of the circuit to be inspected is read by the image sensor and compared with the reference data to read the defect. In this case, there are two methods of using design criteria as reference data to be compared and two methods of using data of a good substrate.

AOI를 이용하면 랜드부의 애뉼러 링의 최소치 및 전원의 접지 상태까지 검사할 수 있다. 또한, 배선패턴의 폭을 측정할 수 있고 홀의 누락도 검사할 수 있다.Using AOI, it is possible to check the minimum of the annular ring land portion and the ground state of the power supply. In addition, the width of the wiring pattern can be measured and missing holes can be checked.

도1은 종래의 AOI 검사 방식 중 하나인 반사광 방식 AOI의 구조를 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing the structure of a reflected light type AOI, which is one of the conventional AOI inspection methods.

이 방식은 광원(11)으로부터 백색광을 PCB 기판(15)에 조사하고, 반사되는 광을 검출하는 방식으로 검사를 행한다. 구리면(배선패턴 부분)(14)은 광을 반사하고, 기판의 보강 기재는 광을 난반사하므로 배선부분은 밝게, 보강기재는 어둡게 보이며, 이로써 배선패턴을 인식한다. 반사광은 렌즈(13)를 통해 CCD 카메라(12)에서 검출하여 미리 주어진 기준 데이터(Reference Data)와 비교하여 일치하지 않는 포인트를 검출하거나, 설계규칙(Design Rule)을 확인하여 이에 위배되는 형태를 불량으로 검출한다.In this system, white light is irradiated from the light source 11 to the PCB substrate 15, and inspection is performed in a manner of detecting the reflected light. The copper surface (wiring pattern portion) 14 reflects light, and since the reinforcing base material of the substrate diffusely reflects light, the wiring portion appears bright and the reinforcing base material appears dark, thereby recognizing the wiring pattern. The reflected light is detected by the CCD camera 12 through the lens 13 and compared with a predetermined reference data to detect inconsistent points, or by checking the design rule, the shape which is in violation of the defect is bad. Detects with

도2는 종래의 AOI 검사 방식 중 하나인 형광검출 방식의 AOI의 구조를 나타내는 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing the structure of the AOI of the fluorescence detection method which is one of the conventional AOI test method.

기판(15)에 레이저(24)를 조사하여 보강기재로부터 형광이 발생되도록 하고, 이를 검출하는 방식으로 검사를 진행한다. 이 경우, 보강 기재 부분은 포지티브 영상이, 배선 패턴(26) 부분은 네거티브 영상이 각각 검출된다.The substrate 15 is irradiated with a laser 24 so that fluorescence is generated from the reinforcing substrate, and the inspection is performed in a manner to detect the same. In this case, a positive image is detected in the reinforcement base portion and a negative image is detected in the wiring pattern 26 portion.

이 방식은 회전하는 다각 거울(polygon mirror)(21)을 이용하여 레이저(24)를 기판(25)의 전면에 조사하고, 이 때 발생되는 형광을 렌즈(23)를 통해 PMT(photo Multiplier Tube ; 광 증폭소자)로 검출함으로써 배선패턴(26)을 인식하여 미리 주어진 기준 데이터(Reference Data)와 비교하여 일치하지 않는 포인트를 검출하거나, 설계규칙(Design Rule)을 확인하여 이에 위배되는 형태를 불량으로 검 출 한다.This method uses a rotating polygon mirror 21 to irradiate the laser 24 to the entire surface of the substrate 25, the fluorescence generated at this time through the lens 23 PMT (photo Multiplier Tube; Optical patterning element) detects the wiring pattern 26 and compares it with previously given reference data to detect inconsistent points, or checks the design rule and turns the defective form into defective. Detect.

그러나, 이러한 종래의 AOI 검사 장치는 빛을 조사하여 반사되어 돌아오는 빛을 감지하여 그 강도를 측정하여 불량을 검출하는 방식이지만, 스택 비아에서 발생하는 딤플이나 미(未)필링 같은 불량은 미세한 광도차를 나타내므로 종래의 AOI 방식으로는 이러한 불량은 발견할 수 없는 문제점이 있다.However, the conventional AOI inspection device is a method of detecting the defect by measuring the intensity of the light returned by reflecting the reflected light, but the defects such as dimples or unfilled in the stack via is fine brightness Since there is a difference, such a defect cannot be found by the conventional AOI method.

또한, 종래의 AOI 방식의 검사 방법은 실질적으로 결함이라 볼 수 없는 기판 산화 및 표면 얼룩의 경우에도 폴스 알람(false alarm)을 발생시키는 문제점이 있다.In addition, the conventional AOI inspection method has a problem of generating a false alarm even in the case of substrate oxidation and surface staining, which cannot be regarded as a defect substantially.

본 발명은 스택 비아홀 등을 포함하는 인쇄회로기판 제조 공정에서 딤플이나 미필링 현상을 검출할 수 있는 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an inspection method capable of detecting dimples or unfilled phenomena in a printed circuit board manufacturing process including a stacked via hole.

본 발명의 또다른 목적은 인쇄회로기판 제조 기술에서 종래의 광학 검사 장비의 최대 단점인 기판 산화 및 표면 얼룩으로 인한 폴스 알람을 방지할 수 있는 인쇄회로기판 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
It is another object of the present invention to provide a printed circuit board inspection method capable of preventing a false alarm due to substrate oxidation and surface stain, which is the biggest disadvantage of the conventional optical inspection equipment in the printed circuit board manufacturing technology.

본 발명에 따른 인쇄회로기판 검사 방법은, 회로 패턴이 형성된 인쇄회로기판에 초음파를 주사하는 단계; 상기 초음파의 반사파를 수신하는 단계; 상기 초음파의 반사파의 도달 시간으로부터 상기 회로 패턴의 두께를 측정하는 단계; 및 상 기 측정치를 기준 데이터와 비교하여 불량을 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Printed circuit board inspection method according to the invention, the step of scanning the ultrasonic wave on the printed circuit board formed circuit pattern; Receiving the reflected wave of the ultrasonic wave; Measuring the thickness of the circuit pattern from the arrival time of the reflected wave of the ultrasonic wave; And detecting the defect by comparing the measured value with reference data.

본 발명에서는 인쇄회로기판의 검사에 빛을 사용하는 대신 초음파를 사용하여 불량을 검출한다. 두께 2∼3 ㎛의 진동막에 전압을 가하면 초음파가 발생하고 물체에 부딪혀 반사되어 되돌아오는 초음파를 다시 이 진동자에 의하여 감지한다. 물체까지의 거리가 멀수록 반사하여 되돌아오기까지의 시간이 길어지기 때문에 물체까지의 거리를 알 수 있다.In the present invention, instead of using light for inspection of the printed circuit board, ultrasonic waves are used to detect defects. When a voltage is applied to a vibrating membrane having a thickness of 2 to 3 μm, ultrasonic waves are generated, and the ultrasonic waves, which are reflected on the object, are returned by the vibrator. The longer the distance to the object is, the longer it takes to reflect and return, so the distance to the object can be known.

이러한 초음파를 원리를 이용하여 검사하고자 하는 기판에 초음파를 쏘아 반사되어 돌아오는 초음파를 진동자로 감지하여 거리를 측정함으로써 검사하고자 하는 기판의 외관형태 데이터를 얻을 수 있다. 이 데이터를 불량이 없는 상태의 초음파 발생기에서 기판사이 거리를 나타내는 데이터와 비교하여 불량을 검출한다.        By using the principle, the ultrasonic wave is shot on the substrate to be inspected to detect the ultrasonic wave reflected and returned by the vibrator to measure the distance to obtain the appearance shape data of the substrate to be inspected. The defect is detected by comparing this data with data representing the distance between the substrates in the ultrasonic generator in the absence of the defect.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도3은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 인쇄회로기판 검사 방법의 평면도를 나타내고, 도4a는 단면도를 나타내며, 도4b는 인쇄회로기판의 일부(42)를 확대한 도면이다.3 is a plan view of a method for inspecting a printed circuit board using ultrasonic waves according to the present invention, FIG. 4A is a sectional view, and FIG. 4B is an enlarged view of a portion 42 of the printed circuit board.

도3, 도4a 및 4b를 참조하면, 회로 패턴(44)이 형성된 인쇄회로기판(43) 위로 초음파 스캐너(41)를 이동시키면서 주사한다. 초음파 스캐너(41)는 초음파 발생기(46) 및 초음파 감지기(45)를 가진다. 3, 4A, and 4B, the ultrasonic scanner 41 is scanned while moving on the printed circuit board 43 on which the circuit pattern 44 is formed. The ultrasound scanner 41 has an ultrasound generator 46 and an ultrasound detector 45.

d(거리) = V(속력) × t(시간)d (distance) = V (speed) × t (time)

초음파를 인쇄회로기판에 쏘아 되돌아오는데까지 걸린 시간을 위 식으로 환산하여 초음파 스캐너(33)에서 인쇄회로기판(31) 상의 회로 패턴(32) 및 회로 패턴이 없는 부분의 표면까지 정확한 거리를 알 수 있다.By converting the time taken for the ultrasonic wave to return to the printed circuit board in the above manner, the accurate distance from the ultrasonic scanner 33 to the surface of the circuit pattern 32 and the portion without the circuit pattern on the printed circuit board 31 can be known. have.

d1 : 초음파 스캐너(41)에서 기판(43)상의 회로가 없는 부위까지의 거리d1: distance from the ultrasonic scanner 41 to the part where there is no circuit on the board | substrate 43

d2 : 초음파 스캐너(41)에서 기판(43)상의 회로 패턴까지의 거리d2: distance from the ultrasonic scanner 41 to the circuit pattern on the substrate 43

라 하면,Say,

회로 패턴 두께 = d1 - d2Circuit pattern thickness = d1-d2

가 된다.Becomes

도5a 내지 도5b는 본 발명에 따른 초음파를 이용한 비아홀의 딤플 검사 방법의 단면도를 나타낸다. 도5a의 점선 부분에 대한 확대도이다.5A to 5B are cross-sectional views of a dimple inspection method of via holes using ultrasonic waves according to the present invention. It is an enlarged view of the dotted line part of FIG. 5A.

비아홀은 전기 동도금에 의해 내벽이 충진되는데 이상적인 경우 비아홀의 상부(47)가 평탄해야 하지만, 전기 동도금은 비아홀의 내벽으로부터 성장하기 때문에 중심이 움푹 패인 형태가 된다. 비아홀의 외부와 중심부의 높이 차이가 소정 값 이내이면 문제가 없으나, 그 차가 크면 접속 불량 등이 발생하여 인쇄회로기판의 신뢰도에 영향을 주게 된다. 특히 비아홀이 스택 비아홀인 경우 즉, 상기 비아홀의 상부(47)에 또 다른 비아홀이 적층될 경우 접속 불량이 발생할 확률이 높아진다.The via hole should be flat in the upper part of the via hole when the inner wall is ideally filled by electroplating. However, since the electroplating is grown from the inner wall of the via hole, the center is recessed. If the height difference between the outside of the via hole and the center is within a predetermined value, there is no problem, but if the difference is large, a poor connection may occur and affect the reliability of the printed circuit board. In particular, when the via hole is a stacked via hole, that is, when another via hole is stacked on the upper portion 47 of the via hole, the probability of connection failure may increase.

도5a 및 도5b에 도시된 같이 비아홀의 외부로 초음파를 주사하고 그 반사파를 수신한다. 5A and 5B, an ultrasonic wave is scanned outside the via hole and the reflected wave is received.

그리과 나서, 도5c에서, Then, in Fig. 5C,

d21 : 초음파 스캔너에서 비아홀 상부 평탄면까지의 거리d21: Distance from the ultrasonic scanner to the flat surface of the via hole

d22 : 초음파 스캔너에서 비아홀의 딤플 바닥면까지의 거리d22: Distance from the ultrasonic scanner to the dimple bottom of the via hole

라 하면,Say,

딤플의 깊이 = d21 - d22Dimple Depth = d21-d22

가 된다.Becomes

도5c에 도시된 바와 같이, 비아홀의 평탄해야 할 비아홀 상부(47)에 딤플이 발생하면 단차(d21-d22)로 인해 발생한 초음파 복귀 지연 시간을 거리로 환산하여 딤플 발생 여부 및 딤플 크기를 측정할 수 있다.As shown in FIG. 5C, when a dimple occurs in the upper portion of the via hole 47 to be flat, the ultrasonic return delay time caused by the step d21-d22 is converted into a distance to measure whether the dimple is generated and the dimple size. Can be.

이렇게 하여 얻어진 거리 데이터를 양품 판정 기준이 되는 거리 스펙 데이터와 비교하여 불량을 검출한다.The defect is detected by comparing the distance data obtained in this way with the distance specification data used as the quality judgment criteria.

본 발명에 따른 일 실시예에서, 초음파 스캐너에서 회로까지의 거리 X라고 하면 이 거리에 공차 범위를 설정하고 이 공차 범위를 벗어나면 불량으로 인식한다. In one embodiment according to the present invention, the distance X from the ultrasound scanner to the circuit sets a tolerance range at this distance, and if it is out of this tolerance range, it is recognized as a defect.

본 발명에 따른 초음파를 이용한 인쇄회로기판 검사 방법에 따르면, 스택 비 아 형성 공정에서 문제를 발생시키는 딤플 또는 미필링을 검출하여 불량제품의 진행을 사전에 예방함으로써 공정 손실을 감소시키고 제품 신뢰도를 높일 수 있다.
According to the printed circuit board inspection method using ultrasonic waves according to the present invention, by detecting dimples or unfilling that cause problems in the stack via forming process to prevent the progress of defective products in advance to reduce process loss and increase product reliability Can be.

또한, 본 발명에 따른 초음파를 이용한 인쇄회로기판 검사 방법에 따르면, 광학 검사 장비의 최대단점인 기판산화 및 표면 얼룩으로 인한 폴스 알람을 방지할 수 있어 검사 시간 단축 및 불량 유출을 미연에 막을 수 있다.
In addition, according to the method for inspecting printed circuit boards using ultrasonic waves according to the present invention, it is possible to prevent false alarms due to substrate oxidation and surface stains, which are the shortest points of the optical inspection equipment, thereby reducing inspection time and preventing leaks. .

Claims (3)

회로 패턴이 형성된 인쇄회로기판에 초음파를 주사하는 단계;Scanning ultrasonic waves on a printed circuit board having a circuit pattern formed thereon; 상기 초음파의 반사파를 수신하는 단계;Receiving the reflected wave of the ultrasonic wave; 상기 초음파의 반사파의 도달 시간으로부터 상기 회로 패턴의 두께를 측정하는 단계; 및Measuring the thickness of the circuit pattern from the arrival time of the reflected wave of the ultrasonic wave; And 상기 측정치를 기준 데이터와 비교하여 불량을 검출하는 단계;Comparing the measurement value with reference data to detect a defect; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판 검사 방법.Printed circuit board inspection method comprising a. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 초음파를 주사하는 단계는, Injecting the ultrasound, 상기 인쇄회로기판에 형성된 비아홀의 주변부에 초음파를 주사하는 단계; 및Scanning ultrasonic waves at a periphery of via holes formed in the printed circuit board; And 상기 인쇄회로기판에 형성된 비아홀의 중심에 초음파를 주사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판 검사 방법.Printed circuit board inspection method comprising the step of scanning the ultrasonic wave in the center of the via hole formed in the printed circuit board. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 측정치를 기준 데이터와 비교하는 단계는,Comparing the measurement with the reference data, 불량이 없는 인쇄회로기판에 초음파를 주사하여 기준 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판 검사 방법.A method of inspecting a printed circuit board, the method comprising: generating reference data by scanning ultrasonic waves onto a printed circuit board having no defects.
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