KR20100060414A

KR20100060414A - 인쇄회로기판의 가공 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20100060414A
Application number: KR1020080118998A
Authority: KR
Inventors: 이채문; 김봉수; 이용삼; 장정훈
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2008-11-27
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2010-06-07

Abstract

본 발명은 인쇄회로기판의 가공 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 절삭력 변화를 검출하여 절삭날의 가공 깊이를 제어하기 때문에, 인쇄회로기판의 외층에 인쇄회로기판의 내층 회로층과 연결되는 양호한 깊이를 갖는 블라인드 비아홀을 가공할 수 있는 방법 및 이에 사용되는 장치에 관한 것이다.

비아홀, 관통홀, 절삭, 절삭력, 압전소자

Description

인쇄회로기판의 가공 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MAKING A PRINTED CIRCUIT BOARD}

인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)은 전자기기의 부품실장 및 배선에 사용되는 것으로, 페놀수지 절연판 또는 에폭시 수지 절연판 등의 일면에 구리 등의 박판을 부착시킨 후에, 회로의 배선패턴에 따라 식각(선상의 회로만 남기고 부식시켜 제거함)하여 필요한 회로를 구성하고, 부품들을 부착 탑재시키기 위한 홀(hall)을 뚫어서 만든다.

인쇄회로기판에는 절연기판의 한쪽 면에만 배선을 형성한 단면 PCB, 양쪽 면에 배선을 형성한 양면 PCB 및 다층으로 배선한 MLB(다층인쇄회로기판;Multi Layered Board)가 있다. 과거에는 부품 소자들이 단순하고 회로 패턴도 간단하여 단면 PCB를 사용하였으나, 최근에는 회로의 복잡도 증가하고 고밀도 및 소형화 회 로에 대한 요구가 증가하여 대부분 양면 PCB 또는 MLB를 사용하는 것이 일반적이다.

다층인쇄회로기판은 회로층과 절연층이 교대로 적층되어 구성된다. 이러한 구조에서 내부 회로층과 외부회로층을 연결하기 위해서는 절연층을 관통하여 내부 회로층과 외부 회로층을 전기적으로 접속시켜주는 비아가 필요하다. 빌드업 공정으로 다층인쇄회로기판을 제조하는 경우 완성된 내부 회로층 위에 적층된 절연층에 외부 회로층과 도통할 수 있는 비아홀을 형성하는 공정이 필수적으로 수반된다.

도 1은 제1 내층에 형성된 회로층(11)과 연결된 비아(20)와 제2 내층에 형성된 회로층(12)과 연결된 비아(30)를 포함하는 다층 인쇄회로기판(10)의 단면도이다. 이에 나타낸 바와 같이, 인쇄회로기판에는 1개의 절연층 사이를 도통하는 비아(20) 뿐만 아니라 2개의 절연층 사이를 연결하는 비아(30)가 형성될 것이 요구된다.

도 2는 종래기술에 따라 인쇄회로기판(10)에 비아홀을 가공하기 위한 장치가 도시된다. 종래의 가공장치는 드릴(53), 모터(50), 전기접촉 측정기(60), 및 지지대(80)로 구성된다. 도시된 장치로 비아홀을 가공하는 경우, 드릴(53)과 인쇄회로기판(10)의 최외층의 접촉점을 기준점으로 하여 절연재의 두께를 고려하여 비아홀을 가공하게 된다. 드릴(53)과 인쇄회로기판(10)의 최외층이 접하는 위치는 전기접촉 측정기(60)에 의해 검출된다.

그러나, 인쇄회로기판(10)에는 회로층을 형성하는 금속층이 불규칙적으로 분포하고, 인쇄회로기판(10)의 제조공정 중에 절연재의 두께가 변화하기 때문에 절연 재의 두께가 일정하지 못하다. 따라서, 절연재의 두께를 기준으로 비아홀을 가공하는 경우에 미가공 또는 과잉가공의 불량이 발생하게 된다.

도 3a는 도 2에 도시된 가공 장치로 가공된 비아홀(15)의 단면을 도시하며, 도 3b는 바람직한 깊이를 갖는 비아홀(15)의 단면을 도시한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 비아홀(15)은 타겟이 되는 회로층(12)을 노출하도록 가공되는 것이 바람직하나, 도 2에 도시된 가공 장치를 사용하는 경우에는 절연재의 두께 편차에 의해 바람직한 깊이를 갖는 비아홀(15)을 가공하는 것이 어렵고, 이에 따라 도 3a에 도시된 바와 같이, 타켓 회로층(12)을 뚫는 과잉가공 등의 불량이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 인쇄회로기판에 두께편차가 존재하더라도 미가공 및 과잉가공의 불량없이 비아홀을 가공할 수 있는 인쇄회로기판의 가공 장치 및 방법을 제안한다.

본 발명에 따른 인쇄회로기판 가공 장치는, 절삭날 및 상기 절삭날의 일단에 결합하여 상기 절삭날에 회전력을 제공하는 모터를 포함하는 드릴 유닛; 상기 드릴 유닛을 상하 좌우로 구동하는 구동 유닛; 상기 모터의 일측에 설치되며, 상기 절삭날이 상하방향으로 구동하여 인쇄회로기판을 두께방향으로 가공시 인쇄회로기판의 가공깊이에 따라 상기 드릴 유닛에 인가되는 절삭력을 측정하는 절삭력 측정부; 및 상기 절삭력 측정부로부터 수신된 절삭신호를 분석하여 상기 구동 유닛에 구동 신호를 송신하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 절삭력 측정부는 상기 드릴 유닛에 상하방향으로 작용하는 절삭력을 측정하는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 절삭력 측정부는 압전 소자를 포함하는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 제어부는 상기 절삭력이 설정된 한계값에 도달하면 상기 구동 유닛의 구동을 정지하거나, 구동 방향을 전환하는 구동신호를 송신하는 것에 있다.

본 발명에 따른 인쇄회로기판 가공 방법은, (A) 절삭날과 상기 절삭날에 회전력을 제공하는 모터를 포함하는 드릴 유닛, 및 상기 드릴 유닛을 상하로 구동하는 구동 유닛을 갖는 가공 장치를 사용하여 인쇄회로기판을 가공하되 상기 드릴유닛에 작용하는 절삭력을 측정하는 단계; 및 (B) 상기 절삭력이 설정된 한계값에 도달하면 상기 구동 유닛의 구동을 정지하거나, 구동 방향을 전환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 절삭력은 상기 드릴 유닛에 상하방향으로 작용하는 절삭력인 것에 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 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.

본 발명에 따른 인쇄회로기판의 가공 장치에 따르면, 절삭력 변화를 검출하여 절삭날의 가공 깊이를 제어하기 때문에, 인쇄회로기판의 외층에 인쇄회로기판의 내층 회로층과 연결되는 블라인드 비아홀을 가공함에 있어서, 미가공 또는 과잉가 공에 의한 불량을 제거할 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명에 따른 인쇄회로기판 가공 장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 첨부된 도면의 전체에 걸쳐, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면부호로 지칭되며, 중복되는 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 상부, 하부 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄회로기판 가공 장치의 개략적인 구성도이다. 이에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 인쇄회로기판 가공장치는 절삭날(130) 및 모터(110)를 포함하는 드릴 유닛(100), 드릴 유닛(100)을 상하 좌우로 구동하는 구동 유닛(300), 드릴 유닛(100)에 인가되는 절삭력을 측정하는 절삭력 측정부(500), 및 구동 유닛(300)에 구동 신호를 송신하는 제어부(700)를 포함하는 구성이다.

드릴 유닛(100)은 절삭날(130) 및 절삭날(130)의 일단에 결합하여 절삭날(130)에 회전력을 제공하는 모터(110)를 포함하는 구성이다. 절삭날(130)은 고속으로 회전하면서 지지대(900) 상부에 배치된 인쇄회로기판(A)에 관통홀 또는 비아홀을 가공하는 막대형 절삭날(130)이며, 고강도 금속합금 또는 세라믹으로 이루어질 수 있다. 가공용도 및 가공재료에 따라 다양한 종류의 절삭날(130)이 사용될 수 있고, 절삭날(130)은 교체가능하도록 모터(110)의 선단에 설치된 척(미도시)에 조임 고정된다. 모터(110)는 전기에너지를 기계에너지로 변환하며, 제어 신호에 따라 절삭날(130)을 고속으로 회전시킨다. 제어신호에 따라 절삭날(130)의 회전속도를 조절하는 것도 가능하다.

구동 유닛(300)은 드릴 유닛(100)을 지지하며 드릴 유닛(100)을 상하 좌우로 이동할 수 있도록 구성된다. 구동 유닛(300)은 드릴 유닛(100)을 지지하는 지지부(310)에 지지바(330)를 통해 결합한다. 구동 유닛(300)은 복수의 스텝모터와 가이드레일을 이용하여 드릴 유닛(100)을 수평방향 및 수직방향으로 움직여 절삭날(130)이 인쇄회로기판(A)의 가공 위치에 배치되도록 한다. 드릴 유닛(100)의 수직방향 이송은 캠축을 이용한 스트로크 형식으로도 가능하며, 구동 유닛(300)의 구성은 공지의 기술에 의해 실시되므로 여기에서는 상세한 설명은 생략한다.

절삭력 측정부(500)는 모터(110)의 일측에 설치되며, 절삭날(130)이 상하방향으로 구동하여 인쇄회로기판(A)을 두께방향으로 가공시 인쇄회로기판(A)의 가공깊이에 따라 드릴 유닛(100)에 인가되는 절삭력을 측정하는 구성이다. 인쇄회로기판(A)에 비아홀 및 관통홀을 가공하는 경우 절삭날(130)과 인쇄회로기판(A)을 구성하는 재료의 마찰에 의해 절삭날(130)에 절삭력이 가해지게 된다.

일반적으로 인쇄회로기판(A)은 예를 들면, 전기절연 소재인 에폭시 수지를 포함하는 고분자 물질로 이루어진 절연층과 절연층 상에 형성된 도전성 금속층이 층층이 배열되어 형성되는데, 절연층과 금속층의 물리적인 특성이 다르기 때문에 절연층 가공시의 절삭력과 금속층 가공시의 절삭력이 각각 상이하다.

한편, 절삭날(130)에 가해지는 절삭력은 다시 수평방향(XY 평면) 절삭력과 수직방향(Z축 방향; 상하방향) 절삭력으로 구분할 수 있다. 인쇄회로기판(A)에 두께방향으로 비아홀 및 관통홀을 가공하는 경우에 드릴이 인쇄회로기판(A)을 뚫고 들어가면서 절연층과 금속층을 교번하여 만나게 되는데, 이때 가공소재의 변화에 따라 수평방향 절삭력 보다는 수직방향 절삭력이 민감하게 반응하게 된다. 따라서, 본 실시예에 따른 절삭력 측정장치는 수직방향 절삭력의 변화를 검출함으로써 인쇄회로기판(A)의 가공부위를 검출하는 역할을 수행하게 된다.

이하에서는, 구동 유닛(300)에 구비된 Z축방향 모터(미도시)에 의해 드릴 유닛(100)을 상하방향으로 구동하는 시스템의 경우를 예로 들어 절삭력 측정부(500)의 작용을 간략하게 서술하면 다음과 같다.

드릴 유닛(100)의 절삭날(130)이 Z축방향 모터에 의해 하향운동하면서 인쇄회로기판(A)에 비아홀을 가공할때, 절삭력 측정부(500)는 인쇄회로기판(A)이 절삭날(130)에 수직방향으로 작용하는 힘을 측정한다. 이때, 절삭력 측정부(500)는 예를 들면 압전소자(미도시)가 구비되어 절삭날(130)에 가해지는 압력을 전압의 변화로 측정할 수 있도록 구성될 수 있다. 이로서, 수직방향 절삭력이 급격히 변화하는 구간을 검출하여 절삭날(130)의 가공부위가 절연층에서 금속층으로 변하는 위치를 검출할 수 있도록 한다.

제어부(700)는 절삭력 측정부(500)로부터 수신된 절삭신호를 분석하여 구동 유닛(300)에 구동 신호를 송신하는 구성이다. 제어부(700)는 절삭력 측정부(500)로 부터 수신된 절삭신호를 분석하여 가공위치를 검출하여 구동 유닛(300)의 구동을 제어한다.

도 5는 다층 인쇄회로기판에 두께방향으로 홀을 가공하면서 검출된 수직방향 절삭력의 파형을 도시하는 그래프이다. 이에 나타낸 바와 같이, 절삭날(130)의 이동 거리(비아홀 깊이)에 다른 절삭력의 값이 순간적으로 변화하는 구간이 존재하고 되고, 이때 절삭력이 순간적으로 튀는 구간이 절연층에서 금속층으로 가공부위가 변화하는 구간이 된다. 따라서, 절연층으로 사용되는 재료에서 발생하는 평균 절삭력보다 높고 금속층의 가공시 발생하는 평균 절삭력보다 낮은 값을 한계값(통상적으로 도 5의 그래프에서 큰 파형의 중간값)으로 설정하고 절삭력이 한계값이 도달하는 순간 구동 유닛(300)의 구동을 정지하면 절삭날(130)이 절연층을 뚫고 금속층을 만나는 순간 금속층에 홀을 가공하지 않고 정지하게 된다.

제어부(700)는 다양한 종류의 절연층 및 금속층(구리, 니켈 등)에 사용되는 재료에 따른 한계값 데이터를 갖는 데이터베이스 저장매체를 포함하며, 첫번째 한계값에 도달한 경우 뿐만 아니라 두번째 또는 세번째 한계값에 도달한 경우에 구동 유닛(300)이 정지하도록 프로그래밍하는 것도 가능하다. 즉, 두번째 한계값에 도달하는 경우 구동 유닛(300)이 정지되로록 프로그래밍하면 2개의 절연층을 관통하는 비아홀이 형성될 것이다. 또한, 구동 유닛(300)을 정지하는 것뿐만 아니라 구동 유닛(300)의 구동 방향을 전환(하향→상향)하는 것도 가능하다.

상술한 바와 같은 인쇄회로기판(A)의 가공 장치에 따르면, 절삭력 변화를 검 출하여 절삭날(130)의 가공위치를 검출할 수 있기 때문에, 인쇄회로기판(A)의 외층에 인쇄회로기판(A)의 내층 회로층과 연결되는 블라인드 비아홀을 가공함에 있어서, 미가공 또는 과잉가공에 의한 불량을 제거할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄회로기판(A)의 가공 방법을 도 4 및 도 5를 참조하여 서술한다.

먼저, 절삭날(130)과 절삭날(130)에 회전력을 제공하는 모터(110)를 포함하는 드릴 유닛(100), 및 드릴 유닛(100)을 상하로 구동하는 구동 유닛(300)을 갖는 가공 장치를 사용하여 인쇄회로기판(A)을 가공하되 드릴 유닛(100)에 작용하는 절삭력을 측정하는 단계이다.

이때, 절삭력의 측정은 예를 들면 압전소자를 갖는 절삭력 측정부(500)에 의해 수행되고, 드릴 유닛(100)에 상하방향으로 작용하는 절삭력을 측정하는 것이 바람직하다.

다음, 절삭력이 설정된 한계값에 도달하면 구동 유닛(300)의 구동을 정지하거나, 구동 방향을 전환하는 단계이다.

상술한 바와 같은 인쇄회로기판(A)의 가공 방법에 따르면, 인쇄회로기판(A)의 외층에 인쇄회로기판(A)의 내층 회로층과 연결되는 블라인드 비아홀을 가공함에 있어서, 미가공 또는 과잉가공에 의한 불량을 제거할 수 있다.

한편 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

도 1은 제1 내층에 형성된 회로층과 연결된 비아와 제2 내층에 형성된 회로층과 연결된 비아를 포함하는 다층 인쇄회로기판의 단면도이다.

도 2는 종래기술에 따라 인쇄회로기판에 비아홀을 가공하기 위한 장치의 개략적인 구성도이다.

도 3a는 도 2에 도시된 가공 장치로 가공된 비아홀의 단면도이고, 도 3b는 바람직한 깊이를 갖는 비아홀의 단면도이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄회로기판 가공 장치의 개략적인 구성도이다.

도 5는 다층 인쇄회로기판에 두께방향으로 홀을 가공하면서 검출된 수직방향 절삭력의 파형을 도시하는 그래프이다.

< 도면의 주요 부호에 대한 설명 >

100 드릴 유닛 110 모터

130 절삭날 300 구동유닛

310 지지부 330 지지바

500 절삭력 측정부 700 제어부

900 지지대

A 인쇄회로기판

Claims

절삭날 및 상기 절삭날의 일단에 결합하여 상기 절삭날에 회전력을 제공하는 모터를 포함하는 드릴 유닛;

상기 드릴 유닛을 상하 좌우로 구동하는 구동 유닛;

상기 모터의 일측에 설치되며, 상기 절삭날이 상하방향으로 구동하여 인쇄회로기판을 두께방향으로 가공시 인쇄회로기판의 가공깊이에 따라 상기 드릴 유닛에 인가되는 절삭력을 측정하는 절삭력 측정부; 및

상기 절삭력 측정부로부터 수신된 절삭신호를 분석하여 상기 구동 유닛에 구동 신호를 송신하는 제어부;

를 포함하는 인쇄회로기판 가공 장치.
제1항에 있어서,

상기 절삭력 측정부는 상기 드릴 유닛에 상하방향으로 작용하는 절삭력을 측정하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판 가공 장치.
제1항에 있어서,

상기 절삭력 측정부는 압전 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판 가공 장치.
제1항에 있어서,

상기 제어부는 상기 절삭력이 설정된 한계값에 도달하면 상기 구동 유닛의 구동을 정지하거나, 구동 방향을 전환하는 구동신호 송신하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판 가공 장치.
(A) 절삭날과 상기 절삭날에 회전력을 제공하는 모터를 포함하는 드릴 유닛, 및 상기 드릴 유닛을 상하로 구동하는 구동 유닛을 갖는 가공 장치를 사용하여 인쇄회로기판을 가공하되 상기 드릴유닛에 작용하는 절삭력을 측정하는 단계; 및

(B) 상기 절삭력이 설정된 한계값에 도달하면 상기 구동 유닛의 구동을 정지하거나, 구동 방향을 전환하는 단계;

를 포함하는 인쇄회로기판 가공 방법.
제5항에 있어서,

상기 절삭력은 상기 드릴 유닛에 상하방향으로 작용하는 절삭력인 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판 가공 방법.