KR20100045659A - 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치에 관한 것으로서, 홀 가공을 필요로 하는 부재가 놓이는 작업대와, 상기 작업대 상에 놓인 부재에 홀을 가공하는 드릴링 수단과, 상기 드릴링 수단을 지지하며 상기 드릴링 수단을 작업 위치와 작업 준비 위치 사이로 이동시키는 지지 수단과, 상기 드릴링 수단의 일측에 장착되어 상기 부재 표면으로부터 부재의 내부 구성 층들의 거리를 측정하는 초음파 센서부와, 전체 작동을 제어하는 컴퓨터 수치 제어부를 포함한다. 본 발명에 따른 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치는 특히 다층 인쇄회로기판의 비아홀 가공 시 가공 깊이 두께 조절이 용이한 이점이 있다.

컴퓨터 수치 제어, 드릴 장치, 인쇄회로기판, 초음파 센서부

Description

컴퓨터 수치 제어 드릴 장치 {Drilling machine of computerized numerical control}

본 발명은 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치에 관한 것이다. 좀 더 상세하게는, 본 발명은 드릴링 수단의 일측에 초음파 센서부를 장착하고 이를 통해서 부재를 구성하는 층들의 높이를 측정함으로써 이러한 정보에 기초하여 컴퓨터 수치 제어 드릴 가공 시 가공되는 각 홀의 깊이를 원하는 층까지의 목표값으로 정확히 제어할 수 있는 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치에 관한 것이다.

최근 네트워크용 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB) 설계의 고밀도화가 요구됨에 따라 기존 다층 인쇄회로기판 대비 밀도를 증가시킬 수 있고, 빌드업(Build up) 공법보다 비용적 측면에서 경쟁력이 있는 새로운 공법의 필요성이 대두되고 있다.

이에 현재 기존 다층 인쇄회로기판에 예를 들어, 1층 내지 3층의 비아를 컴퓨터 수치 제어(Computer Numerical Control; CNC) 드릴의 깊이 제어를 통해서 연 결시키는 공법이 시도되고 있으나, 내층들간의 절연거리 편차로 인해 미가공 및 과가공 등의 내재된 불량을 안고 있다.

도 1 내지 도 4는 종래기술의 일 실시형태에 따른 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치를 이용하여 부재의 홀을 가공하는 공정 과정을 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 공정 순서도 및 단면도이며, 도 5는 상기 종래 드릴 장치를 이용하여 가공된 제품의 홀 형성 편차를 설명하기 위하여 나타낸 제품 단면도이다. 이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다.

우선, 예를 들어, 6층의 회로층과 각 회로층 사이에 개재된 절연층으로 구성된 다층 인쇄회로기판 제품에서 1∼3층 회로층의 비아홀 가공이 필요한 경우(도 1의 S11 참조), 1∼3층 회로층까지의 절연거리를 임의로 예측한다(도 1의 S12 참조).

다음, 작업대(1) 내에 홀 가공을 필요로 하는 제품(2)을 세팅/고정한 후 예측된 절연거리에 따라 가공할 깊이를 컴퓨터 수치 제어부에 입력한다(도 1의 S13∼S14 참조).

이어서, 드릴 비트(3)가 장착된 프로브가 제품의 표면인 "0점(A)"까지 하강하여 작업대(1)와 제품(2) 사이의 높이를 통해 제품 두께를 측정하고, 제품 높이를 0점으로 확인한다(도 1의 S15∼S17 및 도 2∼3 참조).

다음, 드릴 비트(3)가 장착된 프로브가 상승하고 상기에서 확인된 제품 표면 의 0점(A)을 기준으로 원하는 깊이까지 가공하도록 파라미터가 세팅되어 드릴 가공이 이루어진다(도 1의 S18∼S19 참조).

단, 도 2 및 도 3에서는 편의상 제품(인쇄회로기판; 2)을 단층으로 간략하게 도시하였으나, 실제 제품은 통상 6층 이상의 다층 인쇄회로기판인 것이 전형적이다(도 4 참조).

여기서, 원하는 깊이라 함은 1층 내지 3층 비아의 절연층에 대한 예측된 값으로서 실제값과는 차이가 있다. 따라서, 제품의 절연거리 편차에 대한 가공 깊이의 제어가 불가능하고, 결국, 도 5에 나타낸 바와 같이, 원하는 깊이(A)에 비해 미가공(B)되거나 또는 과가공(C)되어 불량이 발생한다.

즉, 상술한 통상의 드릴 장치를 이용하는 경우, 제품의 표면에 대해 "0점"을 확인한 후 이 "0점"으로부터 하부로 입력된 깊이(사전에 대략적으로 예상되는 가공 깊이)만큼 가공을 하는 방식으로서, 이러한 방식으로는 드릴 자체의 깊이 공차(약 ±10㎛) 이내의 가공은 가능하나, 제품의 디자인에 따른 절연거리 편차(±20㎛)로 인한 미가공 또는 과가공의 불량 발생 위험을 내재하고 있다는 문제점이 있다.

따라서, 기존의 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치를 이용하여 제품 내에 다양한 깊이의 홀을 구현하는 공법에 있어서, 예측 값이 아닌 실제 측정값에 기초하여 가공 깊이를 정밀하게 제어할 수 있는 드릴 장치가 시급히 요구되고 있는 실정이다.

이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 광범위한 연구를 거듭한 결과, 드릴링 수단의 일측에 초음파 센서부를 장착하고 이를 통해서 제품의 내층을 구성하는 서로 다른 성분들의 층 높이를 측정함으로써 이러한 정보에 기초하여 컴퓨터 수치 제어 드릴 가공 시 가공되는 각 홀의 깊이를 원하는 층까지의 목표값으로 정확히 제어할 수 있음을 발견하였고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명의 일 측면은 제품의 절연거리 편차에 의한 미가공, 과가공 등의 불량 발생 위험(risk)을 제거할 수 있는 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 측면은 층간 접속(Interconnection)을 위한 홀 가공 공법에 적용 시 정밀한 깊이 제어가 가능한 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 측면은 다층 인쇄회로기판의 미세 비아홀 가공과 같은 고밀도의 높은 정밀도가 요구되는 홀 가공에 적용 가능한 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따른 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치는:

홀 가공을 필요로 하는 부재가 놓이는 작업대;

상기 작업대 상에 놓인 부재에 홀을 가공하는 드릴링 수단;

상기 드릴링 수단을 지지하며 상기 드릴링 수단을 작업 위치와 작업 준비 위치 사이로 이동시키는 지지 수단;

상기 드릴링 수단의 일측에 장착되어 상기 부재 표면으로부터 부재의 내부 구성 층들의 거리를 측정하는 초음파 센서부; 및

전체 작동을 제어하는 컴퓨터 수치 제어부;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 장치에서, 상기 드릴링 수단은, 바람직하게는,

상기 부재에 홀을 뚫는 드릴 비트와;

구동 모터가 내재되어 상하로 이동하는 헤드와;

상기 헤드의 하부에 설치되어 상기 드릴 비트가 물리는 회전 스핀들;

을 포함한다.

상기 초음파 센서부는, 바람직하게는,

상기 부재에 음파를 조사하는 수단과;

상기 부재에서 반사되는 음파를 수신하는 수단과;

상기 음파 조사 수단에 의하여 음파가 조사된 후 음파 수신 수단에 의하여 음파가 수신되기까지의 시간을 계시하는 수단과;

상기 계시 수단에 의하여 계시되는 시간으로부터 부재의 내부 구성 층들의 거리를 환산하여 계산하는 수단;

을 포함한다.

상기 장치는 상기 초음파 센서부를 상기 드릴링 수단과 별개로 상하로 이동시키기 위한 이동 수단을 더욱 포함할 수 있다.

한편, 상기 부재는 비아홀 가공을 필요로 하는 다층 인쇄회로기판일 수 있다.

본 발명의 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치는, 종래의 드릴을 이용하는 경우의 근본적인 문제점인 제품 절연거리 편차에 의한 미가공, 과가공 등의 불량 발생 위험(risk)을 제거함으로써, 단순한 스텁(stub) 현상 제거나 프레스핏 홀(Pressfit hole) 가공이 아닌 층간 접속(Interconnection)을 위한 홀 가공 공법에서도 정밀한 깊이 제어가 가능하다.

특히, 기존 층간 접속을 위한 빌드업 공법(고 비용)외 NWB와 같은 다층 인쇄회로기판 사양의 인쇄회로기판에 적용 가능한 저 비용의 고밀도 구현이 가능하다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부된 도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

첨부된 도면의 전체에 걸쳐, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일하거나 유사한 도면부호로 지칭되며, 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 발명의 특징부를 명확히 하는 동시에 설명의 편의를 위하여 기타 공지 기술에 대한 구체적인 설명은 생략될 수 있다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따른 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치의 구조를 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 구조 단면도이고, 도 7은 도 6에 나타낸 장치를 이용한 가공 공정 과정을 개략적으로 설명하기 위하여 나타낸 공정 순서도이며, 도 8은 도 6에 나타낸 장치를 이용한 절연거리 측정 원리를 설명하기 위하여 나타낸 도면이다.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따른 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치의 구조를 설명한다.

본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따른 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치는 홀 가공을 필요로 하는 부재(120)가 놓이는 작업대(110)와, 상기 작업대(110) 상에 놓인 부재(120)에 홀을 가공하는 드릴링 수단(131+132+133)과, 상기 드릴링 수단(131+132+133)을 지지하며 상기 드릴링 수단(131+132+133)을 작업 위치와 작업 준비 위치 사이로 이동시키는 지지 수단(100)과, 상기 드릴링 수단(131+132+133)의 일측에 장착되어 상기 부재(120) 표면으로부터 부재의 내부 구성 층들의 거리를 측정하는 초음파 센서부(140)와, 전체 작동을 제어하는 컴퓨터 수치 제어부(도시되지 않음)를 포함한다.

상기 작업대(110)에는 특별히 한정되지 않고, 통상의 부재(120) 고정 수단이 더 장착될 수 있음은 물론이다.

상기 드릴링 수단은 당업계에 공지된 구성이라면 특별히 한정되지는 않으나, 바람직하게는 상기 부재(120)에 홀을 뚫는 드릴 비트(131)와, 구동 모터가 내재되어 상하로 이동하는 헤드(133)와, 상기 헤드(133)의 하부에 설치되어 상기 드릴 비트(131)가 물리는 회전 스핀들(132)을 포함할 수 있다.

상기 헤드(133)는, 도시되지는 않았으나, 예를 들어 "??" 자 형태의 지지연결부재를 통해서 도시된 지지 수단(100)의 받침과 연결되어 작업 위치와 작업 준비 위치 사이로 이동될 수 있다.

상기 초음파 센서부(140)는 바람직하게는 상기 부재(120)에 음파를 조사하는 수단과, 상기 부재(120)에서 반사되는 음파를 수신하는 수단과, 상기 음파 조사 수단에 의하여 음파가 조사된 후 음파 수신 수단에 의하여 음파가 수신되기까지의 시간을 계시하는 수단과, 상기 계시 수단에 의하여 계시되는 시간으로부터 부재(120)의 내부 구성 층들의 거리를 환산하여 계산하는 수단을 포함한다.

상기 초음파 센서부(140)는 또한 별도의 이동 수단에 의해 상기 드릴링 수단과 별개로 상하로 이동될 수 있다.

상기 도면에서는 초음파 센서부(140)가 스핀들(132)의 측면에 장착되어 있으나, 특별히 이에 한정되지 않고, 상기 헤드(133)를 포함한 기타 드릴링 수단의 구 성요소에 또한 장착될 수 있음은 당업자에 의해 충분히 인식 가능할 것이다.

상기 컴퓨터 수치 제어부의 장착 위치는 특별히 한정되지 않으나, 지지 수단(100)의 일측에 드릴링 수단과 인접하여 구비되는 것이 바람직하며, 상기 드릴링 수단 및 초음파 센서부로부터 입수되어 세팅된 정보를 바탕으로 상기 드릴링 수단 및 초음파 센서부를 포함하여 장치의 전체 작동을 제어한다.

한편, 상기 부재(120)는 특별히 한정되는 것은 아니나, 특히 비아홀 가공을 필요로 하는 다층 인쇄회로기판을 적용하는 경우 본 발명에 따른 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치를 통해서 다층에 걸쳐 형성되는 비아홀의 가공 깊이가 정밀하게 제어될 수 있으며, 수 마이크론의 정밀한 홀 가공 역시 용이하다는 측면에서 이점을 갖는다.

이하, 도 7을 참조하여 상기 드릴 장치를 이용한 가공 공정 과정의 일례를 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

우선, 예를 들어, 6층의 회로층과 각 회로층 사이에 개재된 절연층으로 구성된 다층 인쇄회로기판 제품에서 1∼3층 회로층의 비아홀 가공이 필요한 경우(도 7의 S101 참조), 작업대에 다층 인쇄회로기판을 세팅한 후 초음파 프로브를 인쇄회 로기판의 표면까지 하강시킨다(도 7의 S102∼S103 참조).

이어서, 인쇄회로기판에 초음파 센서부를 통해서 초음파를 조사한 후 각 층의 회로층, 예를 들어 구리 랜드에 의해 반사되는 파를 수신한다(도 7의 S104∼S105 참조).

이때, 상기 초음파 센서부를 통해서 음파가 조사된 후 반사되는 음파가 수신되기까지의 시간을 측정하고 이로부터 얻어진 측정값을 인쇄회로기판의 내부 구성 층들의 거리로 환산하여 계산한 후, 이에 기초하여 가공 깊이를 자동으로 세팅한다(도 7의 S106∼S107 참조).

이하, 도 8을 참조하여 회로층과 각 회로층 사이에 개재된 절연층의 절연거리를 측정하여 원하는 깊이의 가공 깊이를 계산하는 원리를 좀 더 상세히 설명한다.

일반 수지층과 회로층(예를 들어, 구리층)의 물성이 상이함을 이용한 것으로서, 우선, 초음파 센서를 통해 초음파를 조사/입사시킨 후 반사되는 파의 변화나 세기를 통해 물질의 성분을 분석할 수 있다. 즉, 다층 인쇄회로기판 제품을 구성하고 있는 구리층과 수지층의 위치, 예를 들어, 구리층 - 수지층 - 구리층과 같이 물질의 배열 순서가 확인되고, 반사되어 돌아오는 파의 시간을 측정하여 거리를 측정할 수 있다. 예를 들어, 반사되어 돌아오는 시간차와 초음파의 속도와의 곱이 거리가 된다.

이어서, 초음파 프로브를 상승시키고 상술한 바와 같이 실측된 값을 기초로 하여 드릴링 수단을 통해 드릴 작업을 수행한다(도 7의 S108∼S109 참조).

즉, 예를 들어, 드릴 비트가 장착된 프로브를 인쇄회로기판의 표면까지 하강시켜 작업대와 인쇄회로기판 사이의 높이를 통해 인쇄회로기판의 두께를 측정하고, 상기 드릴 비트가 장착된 프로브를 상승시킨 후 인쇄회로기판 제품의 표면을 기준으로 실측된 값을 토대로 목표로 하는 홀 깊이까지 드릴 가공이 이루어진다.

이때, 상기 초음파 센서부는 드릴 비트에 의한 드릴링 가공 시 상방향으로 이동되어 드릴링 작업에는 영향을 미치지 않는다.

상술한 바와 같은 초음파 센서를 이용한 드릴링 깊이의 실측은 데이터의 편차를 줄이기 위하여 제품의 한 곳 이상의 위치에서 수행될 수 있다.

이처럼, 본 발명에 따르면, 초음파 센서부를 드릴 장치에 장착함으로써 경험에 의해 예측된 목표 가공 입력값이 아니라 실제 깊이를 측정하여 그에 맞는 목표값을 설정하여 가공함으로써 부재 내 절연거리 편차 등에 의한 미가공 또는 과가공과 같은 불량을 방지할 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

도 1은 종래의 일 실시형태에 따른 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치를 이용하여 부재의 홀을 가공하는 공정 과정을 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.

도 2 내지 도 4는 종래의 일 실시형태에 따른 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치를 이용하여 부재의 홀을 가공하는 공정을 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 공정 단면도이다.

도 5는 종래의 일 실시형태에 따른 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치를 이용하여 가공된 제품의 홀 가공 형상을 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 제품의 구조 단면도이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따른 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치의 구조를 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 구조 단면도이다.

도 7은 도 6에 나타낸 장치를 이용한 가공 공정 과정을 개략적으로 설명하기 위하여 나타낸 공정 순서도이다.

도 8은 도 6에 나타낸 장치를 이용한 절연거리 측정 원리를 설명하기 위하여 나타낸 도면이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

100 : 지지 수단

110 : 작업대

131 : 드릴 비트

132 : 스핀들

133 : 헤드

140 : 초음파 센서부

Claims (5)

1. 홀 가공을 필요로 하는 부재가 놓이는 작업대;

   상기 작업대 상에 놓인 부재에 홀을 가공하는 드릴링 수단;

   상기 드릴링 수단을 지지하며 상기 드릴링 수단을 작업 위치와 작업 준비 위치 사이로 이동시키는 지지 수단;

   상기 드릴링 수단의 일측에 장착되어 상기 부재 표면으로부터 부재의 내부 구성 층들의 거리를 측정하는 초음파 센서부; 및

   전체 작동을 제어하는 컴퓨터 수치 제어부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 드릴링 수단은,

   상기 부재에 홀을 뚫는 드릴 비트;

   구동 모터가 내재되어 상하로 이동하는 헤드; 및

   상기 헤드의 하부에 설치되어 상기 드릴 비트가 물리는 회전 스핀들;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 초음파 센서부는,

   상기 부재에 음파를 조사하는 수단;

   상기 부재에서 반사되는 음파를 수신하는 수단;

   상기 음파 조사 수단에 의하여 음파가 조사된 후 음파 수신 수단에 의하여 음파가 수신되기까지의 시간을 계시하는 수단; 및

   상기 계시 수단에 의하여 계시되는 시간으로부터 부재의 내부 구성 층들의 거리를 환산하여 계산하는 수단;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 초음파 센서부를 상기 드릴링 수단과 별개로 상하로 이동시키기 위한 이동 수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 부재는 비아홀 가공을 필요로 하는 다층 인쇄회로기판인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 수치 제어 드릴 장치.

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