KR20060124911A - 인쇄회로기판 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 의한 인쇄회로기판은, 인쇄회로기판의 소정의 영역에 다수의 패턴부가 구비되며, 상기 패턴부는 다수의 전극 패턴 및 상기 전극 패턴과 동일한 중심을 갖는 다수의 관통비아가 포함되며, 상기 전극 패턴 및 상기 전극 패턴에 대응되는 관통비아가 각각 하나의 패턴 심볼을 구성하고, 상기 패턴부를 구성하는 다수의 패턴 심볼은 납땜 특성 중 젖음성을 평가하는 젖음성 평가 영역 및 납 차오름성을 평가 하기 위한 납 차오름성 평가 영역으로 구성 됨을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 삽입실장 납땜 공정 상태 및 납땜 특성을 보다 정량적으로 판단할 수 있으며, 기존의 납땜 공정에서의 플럭스 도포, 예열, 납땜 등의 부분적인 공정 불안 요인을 판단하고, 상기 공정 불안 요인에 대해 인쇄회로기판 상의 위치에 따는 정도를 확인할 수 있다는 장점이 있다.

Description

인쇄회로기판{Printed Circuit Board}

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 인쇄회로기판에 대한 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 인쇄회로기판의 패턴부에 대한 정면도.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 의한 인쇄회로기판의 패턴부의 정면도 및 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 인쇄회로기판 110, 210 : 패턴부

112, 212 : 전극 패턴 114, 214 : 관통비아

116, 216 : 패턴 심볼 120, 220 : 젖음성 평가 영역

130, 230 : 납 차오름성 평가 영역

본 발명은 인쇄회로기판에 관한 것으로, 인쇄회로기판의 납땜 특성을 검사하기 위해 패턴부가 구비된 인쇄회로기판에 관한 것이다.

인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)은 집적회로, 저항기 또는 스위치 등의 전기적 부품들이 납땜되는 얇은 판을 말하는 것으로, 상기 인쇄회로기판 상에 는 다양한 전기적 부품들이 양면 또는 다층으로 실장된다.

여기서, 상기 인쇄회로기판에 전기적 부품들이 실장되는 공정은 표면 실장과 삽입 실장으로 구분되는데, 이 중 상기 삽입 실장은 인쇄회로기판의 관통비아(via)에 삽입 실장용 부품을 삽입 장착하고, 상기 부품이 삽입 장착된 인쇄회로기판에 플럭스(flux)를 도포하며, 이후 납땜 장비(wave 장비)의 예열 구간을 지나 납땜 구간에서 부품과 인쇄회로기판은 솔더에 의해 접합되어, 전기회로적으로 특성을 갖게 되는 공정을 거치게 된다.

여기서, 상기 납땜 공정은 인쇄회로기판과 부품을 전기적으로 접속시켜 주는 공정으로, 부품이 실장된 인쇄회로기판의 신뢰성에 큰 영향을 준다.

상기 납땜 공정에 의해 형성되는 납땜부의 형태는 전체적으로 전자회로의 신뢰성을 좌우하는 중요한 요소로서, 납땜부의 형태에 대한 검사는 제품의 성능, 신뢰성 및 품질향상 측면에서 매우 중요한 역할을 한다.

또한, 상기 납땜 공정에서 솔더의 납땜 특성 중 신뢰성은 솔더의 차오름성과 퍼짐성(젖음성) 등으로 판단할 수 있는데, 솔더의 차오름성과 퍼짐성을 정량적으로 판단할 수 있게 됨에 의해, 상기 삽입 실장 공정의 공정 조건 최적화 및 납땜 공정 이후의 인쇄회로기판 제품의 품질 및 신뢰성을 판단할 수 있다.

상기 솔더의 차오름성은 관통비아에 솔더가 차오른 정도에 의해 판단하고, 퍼짐성은 관통비아를 통해 차오른 솔더가 전극 패턴의 납땜 정도로 판단한다.

종래의 경우 납땜 공정에 사용되는 솔더가 납(Pb)을 포함한 솔더를 사용하였으며, 이와 같이 납을 포함한 솔더의 경우 납땜 공정에서 솔더의 차오름성, 퍼짐성 등과 같은 납땜 특성이 우수하여 공정 제어가 용이하였다.

그러나, 최근 환경 규약으로 상기 솔더에 납을 사용할 수 없게 되면서 무납 솔더를 적용해야 하는데, 상기 무납 솔더는 기존의 솔더에 비해 납땜 공정 조건의 완충영역이 매우 적어 공정 조건 설정이 어렵고, 공정을 설정한 이후에도 지속적인 관리가 필요하다는 단점이 있다.

특히, 무납 솔더를 사용할 경우 납의 차오름성 및 퍼짐성이 중요한 삽입 실장 공정에서 문제가 된다.

다시 말하면, 상기 무납 솔더는 기존의 솔더에 비해 납땜 특성이 취약하여, 납땜 공정에서의 여러가지 인자들을 매우 정확히 제어해야 하고, 수치적인 평가를 위해서는 납땜 부위의 파괴 강도를 측정하여야 하는데, 이 경우 강도 측정 장비가 고가라는 단점 뿐 아니라, 제작된 인쇄회로기판 부품이 파괴될 수 있다는 단점이 있다.

본 발명은 인쇄회로기판의 가장자리 영역에 납땜 특성 평가를 위한 소정의 패턴부가 형성됨으로써, 양면 또는 다층 인쇄회로기판의 삽입 실장에서의 납땜 특성 중 차오름성, 퍼짐성을 평가하여 삽입 실장 공정의 적정성 및 납땜 특성을 판정할 수 있는 인쇄회로기판을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 의한 인쇄회로기판은, 인쇄회로기판의 소정의 영역에 다수의 패턴부가 구비되며, 상기 패턴부는 다수의 전극 패턴 및 상기 전극 패턴과 동 일한 중심을 갖는 다수의 관통비아가 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 소정의 영역은 인쇄회로기판의 가장자리 영역이고, 상기 전극 패턴 및 상기 전극 패턴에 대응되는 관통비아가 각각 하나의 패턴 심볼을 구성함을 특징으로 한다.

또한, 상기 전극패턴은 대응되는 관통비아의 외곽부에 형성되며, 상기 전극 패턴 및 이에 대응하는 관통비아의 중심이 동일하고, 상기 패턴부를 구성하는 다수의 패턴 심볼은 납땜 특성 중 젖음성을 평가하는 젖음성 평가 영역 및 납 차오름성을 평가 하기 위한 납 차오름성 평가 영역으로 구성 됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 젖음성 평가 영역의 패턴 심볼을 구성하는 전극 패턴은 적어도 두 가지 크기 이상으로 구성되며, 상기 전극 패턴에 대응되는 관통비아는 동일한 크기로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 납 차오름성 평가 영역의 패턴 심볼을 구성하는 관통비아는 적어도 두 가지 크기 이상으로 구성되며, 상기 관통비아에 대응되는 전극 패턴은 상기 관통비아 보다 큰 지름 크기로 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 인쇄회로기판에 대한 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 인쇄회로기판(100)은 인쇄회로기판의 가장자리 영역에 납땜 특성 평가를 위한 패턴부(110)가 형성되어 있음을 특징으로 하며, 상기 패턴부(110)는 도 1의 경우 4개가 구비된 것이 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

일반적으로 인쇄회로기판에 대한 납땜 공정은 플럭스 도포, 예열, 납땜 등의 공정이 장비적인 문제 또는 기타 환경적인 문제로 인해 하나의 인쇄회로기판에 공정 조건을 일정하게 유지하기 어렵기 때문에 인쇄회로기판 제품의 전반적인 품질에 부정적인 영향을 미치게 된다.

본 발명은 상기 문제점을 극복하기 위해 인쇄회로기판(100)의 가장자리 영역에 도시된 바와 같은 패턴부(110)가 형성되어 있으며, 상기 패턴부(110)가 인쇄회로기판(100)의 여러 영역에 다수 구비됨으로써 각 위치에서의 납땜 공정 특성을 판단할 수 있고, 부분적인 공정 조절이 가능하여 최종적으로 인쇄회로기판의 품질을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

즉, 본 발명은 양면 또는 다층 인쇄회로 기판의 삽입실장에서의 납땜 특성을 평가하기 위한 것으로, 특히 젖음성과 차오름성을 평가하기 위함이다. 일반적인 삽입 실장 공정에서 사용되는 양산용 인쇄회로기판(100)을 사용하여 추가로 납땜특성평가를 위한 패턴부(110)를 형성함에 의해 삽입실장 공정의 적정성 및 납땜특성을 판정할 수 있게 되는 것이다.

여기서, 상기 패턴부(110)는 다수의 전극 패턴 및 상기 전극 패턴과 동일한 중심을 갖는 다수의 관통비아가 포함되어 구성된다.

상기 패턴부의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 도 2 및 도 3을 통해 설명하도록 한다.

도 2는 도 1에 도시된 인쇄회로기판의 패턴부에 대한 정면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 패턴부(110)는 인쇄회로기판의 가장자리 영역에 형성되는 것으로, 전극 패턴(112) 및 관통비아(114)로 구성 된다.

상기 전극패턴(112)은 원형으로 관통비아(114) 보다 크게 형성되고, 상기 관통비아(114)은 원형으로 전극 패턴(112) 보다 작게 형성되며, 상기 각각의 전극 패턴(112)과 관통비아(114)은 그 중심이 동일하다.

여기서, 상기 각각의 전극패턴(112) 및 이에 대응하는 관통비아(114)를 패턴 심볼(116)이라 칭한다.

또한, 상기 납땜특성 평가를 위한 패턴부(110)는 납땜 특성 중 젖음성을 평가하기 위한 젖음성 평가 영역(120) 및 납 차오름성을 평가 하기 위한 납 차오름성 평가 영역(130)으로 구성 된다.

단, 상기 젖음성 평가 영역(120)과 납 차오름성 평가 영역(130)의 전극패턴(112)과 관통비아(114) 즉, 패턴 심볼(116)은 따로 구분되어 있는 것은 아니다.

상기 젖음성 평가 영역(120)의 전극 패턴(112)은 젖음성을 평가하기 위해 적어도 두 가지 크기 이상으로 구성되며, 이에 반해 상기 전극 패턴(112)에 대응되는 상기 관통비아(114)는 동일한 크기로 구성된다.

또한, 납 차오름성 평가 영역(130)의 관통비아(114)은 납 차오름 성을 평가 하기 위해 적어도 두 가지 크기 이상으로 관통비아(114)가 구성되고, 상기 관통비아(114)에 대응되는 전극 패턴은(112) 상기 관통비아(114) 보다 큰 크기로 구성된다.

여기서, 납 차오름성 평가 영역(130)에서 관통비아(114)의 지름 크기는 일 예로가장 작은 관통비아(114)을 0.1㎜로 하고 필요에 따라 0.05㎜, 또는 0.1㎜ 단위로 최대 지름 0.5㎜로 하여 적어도 두개 이상을 구성한다.

또한, 전극패턴(112)의 지름 크기는 납 차오름성 평가 영역(130)의 가장 큰 관통비아(114)의 지름보다 0.4㎜ 크게 동일한 크기로 각 관통비아(114)의 외부에 구성된다.

상기 납 차오름성 평가 영역(130)이 형성된 인쇄회로기판의 패턴부(110)는 납땜 실장 공정에서 상기 관통비아(114)의 지름 크기에 따라 납의 차오름 성을 수치적으로 판단 할 수 있게 된다.

또한, 젖음성 평가 영역(120)에서 관통비아(114)의 지름 크기는 가장 작은 관통비아(114)를 0.1㎜ 이상으로 동일한 크기로 적어도 두개 이상 구성하고, 전극패턴(112)의 지름 크기는 상기 관통비아(114)의 지름 보다 적어도 0.2㎜크게 하여, 0.1㎜ 단위로 적어도 두개 이상을 구성한다.

상기 젖음성 평가 영역(120)이 형성된 인쇄회로기판의 패턴부(110)는 납땜 실장 공정에서 전극 패턴(112)의 크기에 따라 납의 젖음 특성을 수치적으로 판단 할 수 있게 된다.

솔더의 젖음성은 삽입실장 공정의 납땜 공정 이후, 솔더와 직접 접촉한 인쇄회로기판 면의 반대면, 즉 솔더와 직접 접촉하지 않은 면에서의 전극패턴(112) 상의 솔더 퍼짐 면적으로 판단하며, 납 차오름 성은 관통비아(114)에 솔더가 차오른 정도로 판단 한다.

이러한 납땜 특성은 재료, 공정 조건 등에 영향을 받으며, 재료는 인쇄회로 기판 및 부품의 도금 특성 및 형상, 플럭스 및 솔더 특성 등이 있고, 공정 조건은 플럭스 도포 방법, 예비 가열 조건, 솔더 온도 및 솔더 분사 속도, 솔더와의 실제 접촉 시간 및 각도 등 여러 가지 인자 들에 의해 결정된다.

최종 납땜 공정의 평가는 인쇄회로기판에서 솔더의 젖음성 및 납 차오름성, 그리고 납량, 솔더 접합부의 형상, 아웃한 전극과의 브릿지(bridge - 전기적 기계적 연결상태) 유무 등이 있다.

본 발명은 납땜 공정 이후의 인쇄회로기판 제품의 신뢰성에 크게 영향을 주는 솔더의 젖음성과 차오름성을 정량적으로 판단하여, 납땜 공정 중 공정의 품질을 지속적으로 제어하기 위한 것으로, 이를 위해 도시된 바와 같이 인쇄회로기판의 가장자리 영역에 납땜특성평가를 위한 다수의 패턴부(110)가 구비됨을 특징으로 한다.

단, 도 2에 도시된 패턴부의 경우 그 내부에 각각 4개의 전극패턴(112) 및 관통비아(114)가 구비되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 전극패턴(112) 및 관통비아(114)의 수를 늘려 납땜특성에 대한 보다 세밀한 평가를 가능하도록 할 수도 있다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 의한 인쇄회로기판의 패턴부에 대한 정면도 및 단면도이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 패턴부의 동작을 설명하도록 한다.

납땜 특성 중 젖음성은 삽입실장 공정의 납땜 공정 이후, 솔더와 직접 접촉 한 인쇄회로기판 면의 반대면, 즉 솔더와 직접 접촉하지 않은 면에서의 전극패턴(212) 상의 솔더 퍼짐 면적으로 판단하며, 납땜 특성 중 차오름 성은 관통비아(214)의 크기에 따른 솔더의 차오름 성으로 판단 한다.

이를 위해 본 발명에서는 도시된 바와 같이 삽입 실장 공정에 사용되는 기존 인쇄회로기판에 추가적으로 납땜특성평가를 위한 패턴부(210)를 형성한다.

상기 패턴부는 젖음성 평가 영역(220)과 납 차오름성 평가 영역(230)으로 구성되며, 상기 젖음성 평가 영역(220)과 납 차오름성 평가 영역(230)에 관통비아(214)의 지름을 200㎛, 300㎛, 400㎛ 크기로 각 3개씩 형성하고, 전극패턴(212)의 지름을 400㎛ ~700㎛ 까지 100㎛로 형성한다.

납땜공정의 젖음성 평가 영역(220)은 도시된 바와 같이 각각 다른 지름을 가지고 구성된 관통비아(214) 및 전극패턴(212)으로 이루어진 패턴 심볼(216) (가)(나)(다)와 패턴 심볼(라)(마)(바), 패턴 심볼(사)(아)(자) 를 통해 이루어진다.

솔더의 젖음성은 전극패턴(212)과 관통비아(214)의 차이, 즉 관통비아(214) 외곽에 구비된 전극 패턴(212)의 크기가 작을 수록 유리하다.

패턴 심볼(가)는 관통비아의 지름 200㎛, 전극 패턴의 지름 600㎛로 관통비아 주변의 전극 패턴은 200㎛로 형성된다. 패턴 심볼 (나)은 관통비아 지름 200㎛, 전극 패턴 500㎛로 관통비아 주변의 전극 패턴은 150㎛형성된다. 패턴 심볼 (다)은 관통비아 지름 200㎛, 전극 패턴 400㎛로 관통비아 주변의 전극 패턴은 100㎛형성된다.

신뢰성 있는 고 품질의 납땜 공정이 진행되었다면, 패턴 심볼(가)에서 패턴 심 볼(다)의 100㎛, 150㎛, 200㎛의 전극 패턴이 솔더로 완전히 납땜이 이루어 진다.

여기서 납땜 공정의 젖음성 평가는 패턴 심볼 (가), (나), (다)의 순서로 평가된다. 패턴 심볼(가)의 전극에 솔더가 완전히 납땜이 되었다면, 납땜 공정에서의 젖음성은 200㎛의 젖음 특성을 갖는다고 판단 할 수 있으며, 패턴 심볼 (가)의 전극에는 솔더가 완전히 납땜 되지 않고, 패턴 심볼 (나)의 전극은 완전히 납땜 되었을 경우, 젖음성은 150㎛~200㎛의 젖음 특성을 갖는다고 판단 할 수 있다. 만약 높은 신뢰성을 갖는 인쇄회로기판 납땜 공정이 필요하다면 패턴 심볼(가)의 전극 패턴이 솔더로 완전히 납땜 되는 납땜 공정 조건을 설정해야 한다.

상기의 내용에서와 동일하게 패턴 심볼 (라), (마), (바)를 젖음성 평가에 사용하며, 패턴 심볼(사), (아), (자)도 상기 내용과 같이 젖음성 평가에 사용한다.

또한, 납땜공정의 납 차오름성 평가 영역(5)은 패턴 심볼(가), (라), (사)와, 패턴 심볼(나)(마)(아), 패턴 심볼(다)(바)(차)로 구성된다.

상기 패턴 심볼(가), (라), (사)에서 납땜공정의 조건은 패턴 심볼(가), (라), (사)의 관통비아에 납 차오름성을 확인하여 판단한다.

패턴 심볼(가)의 관통비아에 완전히 납이 차오른 경우 Φ200㎛의 납 차오름 특성을 갖는다고 할 수 있으며, 패턴 심볼(가)는 완전히 납이 차오르지 않고 패턴 심볼(라)의 관통비아에 납이 완전히 차오른 경우, 납 차오름 특성은 Φ200㎛~Φ300㎛의 수준을 갖는다고 할 수 있다.

상기의 내용과 동일하게 패턴 심볼(나)(마)(아)와, 패턴 심볼(다)(바)(자) 을 사용하여 납 차오름 특성을 평가한다.

납의 젖음 특성은 납이 관통비아를 통해 충분히 차오른 후, 전극 패턴으로 젖음이 시작되는 관계로 솔더의 젖음성 특성과 납 차오름성 특성은 독립적인 특성은 아니다.

상기 납 차오름성은 일반적으로 관통비아의 크기가 클 경우 유리하다. 따라서, 납 차오름이 가장 어려운 패턴 심볼 (가), (나), (다)에서 패턴 심볼 (사), (아), (자) 보다 솔더의 젖음이 완전히 일어나기 어렵다.

만약 납 차오름성이 패턴 심볼(나)를 만족하나 관통 비아 크기가 패턴 심볼(나)보다 큰 패턴 심볼(라)를 만족하지 못한 경우는 플럭스 도포 공정에 문제가 있다고 판단할 수 있다.

따라서, 플럭스 도포 공정의 조정으로 납땜 공정을 개선 할 수 있다.

또한, 젖음 특성이 패턴 심볼(가), (나), (라), (다), (마), (사), (바), (아), (자)의 순서로 평가되고, 높은 신뢰도를 요구 한다면 솔더의 젖음성과 차오름성이 패턴 심볼(가)를 완전히 만족해야 하며, 패턴 심볼(자)를 만족하지 못한 경우 심각한 신뢰성의 문제를 야기한다.

또한, 젖음 특성은 동일한 전극패턴 크기를 갖는 패턴 심볼(라)와 패턴 심볼(가)에서 다를 수 있다. 이는 패턴 심볼(가)의 경우 관통비아 크기가 200㎛로 패턴 심볼(라)의 300㎛ 보다 작기 때문에 납 차오름성에 의한 영향이다.

이러한 특성은 패턴 심볼(나)와 패턴 심볼(마), 그러고 패턴 심볼(다)와 패턴심볼(바) 등에서도 발생한다. 그러나, 만약 패턴 심볼(가)의 젖음 특성이 패턴 심볼(라)의 젖음 특성 보다 좋다면, 이는 플럭스의 도포 상태 및 전극패턴 상의 이물질 또는, 예열부족 현상에 의한 영향으로, 지속적으로 패턴 심볼(가)(나)(다) 군이 패턴 심볼(라)(마)(바) 군보다 젖음 특성이 좋은 경우, 플럭스 도포 공정 및 예열 구간과 납땜 온도와 시간을 확인하여 납땜 공정을 개선 할 수 있다.

상기에 설명한 바와 같이 납땜 공정의 특성 평가는 최종 인쇄회로기판 제품의 납땜공정 신뢰수준을 정하고, 원하는 패턴 심볼의 젖음성과 납 차오름성을 만족하는지를 판단하여 납땜공정을 지속적으로 관리 할 수 있다.

또한, 상기 관통비아 크기를 50㎛ 단위로 제공하는 경우에는, 납 차오름성 특성을 보다 세분화하여 정량적 평가를 진행 할 수도 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 삽입실장 납땜 공정 상태 및 납땜 특성을 보다 정량적으로 판단할 수 있으며, 기존의 납땜 공정에서의 플럭스 도포, 예열, 납땜 등의 부분적인 공정 불안 요인을 판단하고, 상기 공정 불안 요인에 대해 인쇄회로기판 상의 위치에 따는 정도를 확인할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (7)

1. 인쇄회로기판의 소정의 영역에 다수의 패턴부가 구비되며,

   상기 패턴부는 다수의 전극 패턴 및 상기 전극 패턴과 동일한 중심을 갖는 다수의 관통비아가 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 소정의 영역은 인쇄회로기판의 가장자리 영역임을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 전극 패턴 및 상기 전극 패턴에 대응되는 관통비아가 각각 하나의 패턴 심볼을 구성함을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 전극패턴은 대응되는 관통비아의 외곽부에 형성되며, 상기 전극 패턴 및 이에 대응하는 관통비아의 중심이 동일함을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 패턴부를 구성하는 다수의 패턴 심볼은 납땜 특성 중 젖음성을 평가하 는 젖음성 평가 영역 및 납 차오름성을 평가 하기 위한 납 차오름성 평가 영역으로 구성 됨을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 젖음성 평가 영역의 패턴 심볼을 구성하는 전극 패턴은 적어도 두 가지 크기 이상으로 구성되며, 상기 전극 패턴에 대응되는 관통비아는 동일한 크기로 구성됨을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 납 차오름성 평가 영역의 패턴 심볼을 구성하는 관통비아는 적어도 두 가지 크기 이상으로 구성되며, 상기 관통비아에 대응되는 전극 패턴은 상기 관통비아 보다 큰 지름 크기로 구성됨을 특징으로 하는 인쇄회로기판.

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