KR20130116802A - Ｐｃｂ의 두께를 측정하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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아바고 테크놀로지스 제너럴 아이피 (싱가포르) 피티이 리미티드
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Abstract

PCB의 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 측정하는 측정 장치가 제공된다. 상기 적어도 하나 이상의 절연층은 그 위에 위치한 신호선을 갖되, 상기 측정 장치는, 각각의 주파수를 갖는 복수의 입력 신호를 상기 신호선에 입력하여, 상기 신호선으로부터 복수의 출력 신호를 수신하고, 상기 입력 신호 및 상기 출력 신호에 기초하여, 상기 적어도 하나 이상의 절연층에 대한 복수의 임피던스값을 결정하는 임피던스 측정부; 및 상기 복수의 임피던스값을 기초로, 상기 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 산출하는 두께 산출부를 포함한다.

Description

ＰＣＢ의 두께를 측정하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING THICKNESS OF PRINTED CIRCUIT BOARD}
본 발명은 PCB(Printed Circuit Board)의 두께를 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, PCB의 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 전기적으로 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 PCB는 다수의 전자 부품을 수용한다. 다수의 전자 부품은 도전선에 의해 서로 전기적으로 연결된다. 이러한 전자 부품의 전자기적 간섭과 임피던스 매칭은 일반적으로 PCB의 절연층의 두께에 의해 영향을 받는다. 따라서, 전자 부품을 PCB에 실장하기에 앞서, PCB의 절연층의 두께를 측정하는 것이 요구되어 왔다.
하지만, 종래에는 주로 PCB 전체의 두께만을 측정하였을 뿐, PCB의 하나 이상의 절연층의 두께를 직접 측정하지 못하였다. 나아가, 복수의 절연층을 포함하는 다층 PCB에 있어서, 해당 PCB가 소정의 품질요건을 충족시키고 있는 지를 판단하기 위하여, 특정한 절연층의 두께에 대한 정보가 필요한 경우도 있다.
따라서, PCB의 절연층 중 적어도 일부의 두께를 측정할 수 있는 기술을 제공할 필요가 있다.
본 발명의 일목적은 PCB의 절연층 중 적어도 일부의 두께를 측정할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, PCB(Printed Circuit Board)의 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 측정하는 측정 장치가 제공된다. 상기 적어도 하나 이상의 절연층은 그 위에 위치한 신호선을 갖되, 상기 측정 장치는, 각각의 주파수를 갖는 복수의 입력 신호를 상기 신호선에 입력하여, 상기 신호선으로부터 복수의 출력 신호를 수신하고, 상기 입력 신호 및 상기 출력 신호에 기초하여, 상기 적어도 하나 이상의 절연층에 대한 복수의 임피던스값을 결정하는 임피던스 측정부; 및 상기 복수의 임피던스값을 기초로, 상기 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 산출하는 두께 산출부를 포함한다.
상기 임피던스 측정부는 상기 적어도 하나 이상의 절연층에 대한 복수의 S 파라미터값을 계산하기 위하여, 상기 입력 신호의 크기 및 위상과 상기 출력 신호의 크기 및 위상를 비교할 수 있다. 그 후, 상기 임피던스 측정부는 상기 계산된 복수의 S 파라미터값을 각각의 임피던스값으로 변환할 수 있다.
상기 두께 산출부는, 상기 복수의 임피던스값이 상기 임피던스 측정부에 의해 결정되면, 상기 복수의 임피던스값 중 허수부의 크기가 최소가 되는 임피던스값을 선택할 수 있다. 그 후, 상기 두께 산출부는 상기 선택된 임피던스값을 기초로 상기 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 산출할 수 있다. 상기 두께는 하기의 수학식을 이용하여 산출될 수 있다.
[수학식]
Figure pat00001
여기서, h는 상기 적어도 하나 이상의 절연층의 두께, W는 상기 신호선의 너비, Z0는 상기 선택된 임피던스값, εr은 상기 적어도 하나 이상의 절연층의 비유전율을 각각 의미한다.
상기 측정 장치는 상기 PCB가 요구되는 품질 기준을 만족시키는지 여부를 판단하기 위하여, 상기 산출된 두께가 기설정된 범위 내인지를 판단하는 두께 비교부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, PCB 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 측정하는 측정 방법이 제공된다. 상기 적어도 하나 이상의 절연층은 그 위에 위치한 신호선을 갖되, 상기 측정 방법은, 각각의 주파수를 갖는 복수의 입력 신호를 상기 신호선에 입력하여, 상기 신호선으로부터 복수의 출력 신호를 수신하고, 상기 입력 신호 및 상기 출력 신호에 기초하여, 상기 적어도 하나 이상의 절연층에 대한 복수의 임피던스값을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 복수의 임피던스값을 기초로, 상기 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 산출하는 단계를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 PCB의 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 측정하는 장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 테스트 영역을 포함한 PCB를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 적어도 하나 이상의 절연층에 대한 복수의 임피던스값을 나타낸 스미스 차트를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 적어도 하나 이상의 절연층에 대한 복수의 임피던스값을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 적어도 하나 이상의 절연층에 대한 두께를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 PCB의 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 측정하는 방법을 나타낸 순서도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 형태들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 형태를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시(說示)된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 PCB(Printed Circuit Board)의 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 측정하는 장치를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 측정 장치(100)는 PCB의 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 측정할 수 있는 장치이다. 또한, 측정 장치(100)는 복수의 PCB 각각의 절연층의 두께를 자동적 및 반복적으로 측정할 수 있다. 예를 들어, 측정 장치(100)는 인커밍 카셋트 (10) 내에 쌓인 복수의 PCB 각각의 절연층의 두께를 연속적으로 측정하여, 그 측정된 두께에 따라 복수의 PCB 각각이 요구되는 품질 기준을 만족시키는지 여부를 결정하고, 이러한 결정에 따라, 복수의 PCB 를 각각 아웃고잉 카셋트(20, 30)에 배치시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, 측정 장치(100)는 PCB 핸드링부(110), 임피던스 측정부(120), 두께 산출부(130) 및 두께 비교부(140)를 포함할 수 있다. 또한, PCB 핸드링부(110), 임피던스 측정부(120), 두께 산출부(130) 및 두께 비교부(140)는 GPIB(General Purpose Interface Bus)와 같은 인터페이스부(150)를 통해 서로 연결되어 있어, 각 구성들 간에 신호의 전송이 가능하다.
PCB 핸드링부(110)는 PCB(12)의 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 측정하기 전에, 인커밍 카셋트(10)로부터 해당 PCB(12)를 반출하여, PCB 홀더(미도시)에 위치시킬 수 있다. 두께의 측정이 종료되면, PCB 핸드링부(110)는 측정 결과에 따라 PCB(12)를 아웃고잉 카셋트(20, 30)로 반입할 수 있다. 이를 위하여, PCB 핸드링부(110)는 두께가 측정되는 동안에, PCB(12)를 유지할 수 있는 구성을 포함할 수 있다. PCB 핸드링부(110)가 PCB(12)를 PCB 홀더에 위치함으로써, PCB(12)의 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 측정하기 위한 준비가 완료되면, 이러한 취지의 신호가 인터페이스부(150)를 통해 임피던스 측정부(120)에 전달될 수 있다.
임피던스 측정부(120)는 절연층 상에 위치한 PCB(12)의 신호선에 복수의 입력 신호를 입력할 수 있다. 또한, 임피던스 측정부(120)는 상기 입력 신호에 대한 응답으로서, 상기 신호선으로부터 전송된 복수의 출력 신호를 수신할 수 있다. 또한, 임피던스 측정부(120)는 상기 입력 신호와 출력 신호에 기초하여, 상기 절연층에 대한 복수의 임피던스값을 결정할 수 있다. 여기서, 복수의 입력 신호는 각각(또는 서로 다른) 주파수를 가질 수 있다. 또한, 복수의 출력 신호도 각각(또는 서로 다른) 주파수를 가질 수 있다.
임피던스값을 결정함에 있어서, 임피던스 측정부(120)는 상기 입력 신호의 크기와 위상을 상기 출력 신호의 크기와 위상과 비교함으로써, 상기 절연층에 대한 복수의 S 파라미터를 계산할 수 있다. 그 후, 임피던스 측정부(120)는 S 파라미터 중 S11, S22와 같이 반사계수를 이용하여, 상기 복수의 S 파라미터를 각각의 임피던스값으로 변환할 수 있다. 또한, 상기 복수의 S 파라미터를 변환하기 위하여, 스미스 차트(Smith chart)를 이용할 수 있다. 또한, 임피던스 측정부(120)는 테스터가 시각적으로 상기 임피던스값을 확인할 수 있도록, 상기 변환된 복수의 임피던스값을 스미스 차트상에 표시할 수 있다. 임피던스 측정부(120)가 PCB(12)에 대하여 원하는 복수의 임피던스값을 모두 얻은 경우, 이러한 취지의 신호를 인터페이스부(150)를 통해 두께 산출부(130)에 전달할 수 있다.
임피던스 측정부(120)는 PCB의 신호선에 상기 입력 신호를 입력하고, 상기 출력 신호를 수신하기 위한 RF 프로브(122)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 또한, 임피던스 측정부(120)는 RF 프로브(122)가 PCB(12)의 소정의 테스트 영역(예를 들어, 신호선의 일단)에 위치되도록, RF 프로브(122)를 정렬할 수 있다. 예를 들어, 임피던스 측정부(120)는 임피던스 측정부(120)에 설치된 카메라 장치를 이용하여, PCB(12)의 테스트 쿠폰을 촬영하고, 촬영된 이미지를 처리하여 테스트 영역을 식별한 후, RF 프로브(122)를 상기 테스트 영역으로 이동시킬 수 있다. 이와는 달리, RF 프로브(122)를 PCB(12)의 테스트 쿠폰의 소정의 테스트 영역에 위치시키기 위하여, PCB(12)가 PCB 핸드링부(110)에 의해 재정렬될 수도 있다. 예를 들어, PCB 핸드링부(110)는 상기 테스트 영역이 RF 프로브(122) 바로 아래에 위치할 수 있도록, PCB(12)를 회전하거나, 좌우 또는 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, 복수의 PCB에 대하여 측정할 경우, RF 프로브(122) 또는 PCB의 정렬에 대한 정보를, 첫번째 PCB에 대한 정보로서 메모리에 저장한 후, 두번째 이후의 PCB에 대하여 상기 저장된 정보를 사용할 수 있다.
두께 산출부(130)는 임피던스 측정부(120)에서 결정된 복수의 임피던스값을 기초로 PCB의 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 산출할 수 있다. 두께 산출부(130)는 복수의 임피던스값 중 허수부의 크기가 최소가 되는 임피던스값을 선택한 후, 선택된 임피던스값을 기초로 두께를 산출할 수 있다. 상기 선택된 임피던스값과 상기 두께와의 관계를 나타낸 수학식은 후술하도록 한다. 두께 산출부(130)에 의해 PCB의 적어도 하나 이상의 절연층의 두께가 산출되면, 두께 산출부(130)는 이러한 취지의 신호를 산출된 두께 데이터와 함께, 인터페이스부(150)를 통해 두께 비교부(140)에 전달할 수 있다.
두께 비교부(140)는 상기 산출된 두께가 기설정된 범위 내인지를 판단할 수 있다. 이러한 비교 결과를 기초로, 두께 비교부(140)는 해당 PCB가 요구되는 품질 요건을 만족하는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 만약 산출된 두께가 기설정된 수치 범위 내라면, 해당 PCB가 요구되는 품질 요건을 만족한다고 판단하고, 만약 산출된 두께가 기설정된 수치 범위 밖이라면, 해당 PCB를 불량품으로 판정한다. 그 후, 두께 비교부(140)는 이러한 판단 결과를 나타내는 신호를 인터페이스부(150)를 통해, PCB 핸드링부(110)에 전달할 수 있다. 그러면, PCB 핸드링부(110)는 전달된 신호에 따라 해당 PCB를 아웃고잉 카셋트(20, 30)로 나누어 반입할 수 있다. 이하에서는, 도 2 내지 5를 참조하여, 측정 장치(100)가 PCB의 하나 이상의 원하는 절연층의 두께를 측정하는 방식에 대하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 테스트 영역을 포함한 PCB를 도시한 도면이다. 더욱 자세하게는, 도 2의 (a)는 PCB(200)의 평면도를 나타내고, (b)는 (a)의 b-b`선을 따른 테스트 영역의 단면도를 나타낸다.
도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, PCB(200)는 제품 영역(210)과 테스트 영역(220)을 포함한다. 제품 영역(210)은 전자 부품을 수용하는 데 사용되고, 테스트 영역(220)은 PCB(200)를 테스트하기 위한 영역으로서, 그 위에 적어도 하나 이상의 테스트 쿠폰을 포함한다. 신호선과, 접지선이 상기 영역(210, 220)에 위치할 수 있다. 또한, 테스트 영역(220)은 제품 영역(210)과 정확히 동일한 층을 갖는다. 다시 말해, PCB(200)의 테스트 영역(220)은 PCB(200)의 제품영역(210)과 실질적으로 동일한 수와 동일한 두께의 층을 갖도록 제조된다.
PCB(200)에 있어서, 절연층의 두께의 측정은 테스트 영역(220) 내의 적어도 하나 이상의 테스트 쿠폰 상에 실행될 수 있다. 실시예에 따라, 측정하고자 하는 절연층의 수 및 위치에 따라 필요한 테스트 쿠폰의 수는 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 3개의 테스트 쿠폰(230, 240, 250)이 제공될 수 있다.
테스트 영역(220)의 테스트 쿠폰(230, 240, 250)은 각각의 신호선(232, 242, 252)과 접지선(234, 244, 254)을 포함한다. 각각의 신호선(232, 242, 252)은 측정되는 각각의 절연층 상에 위치하고, 각각의 접지선(234, 244, 254)은 각각의 절연층의 하부에 배치된다. 예를 들어, 절연층에 대하여, 총 3가지 조합의 두께를 측정하고자 한다면(예를 들어, PCB(200)의 제 1층(최상위층)(222)의 두께, 제 1 층(222) 내지 제 4 층(228)의 두께 및 제 2 층(224)의 두께), 테스트 쿠폰(230, 240, 250)는 도 2의 (b)에서도 도시한 바와 같이 준비될 수 있다. 즉, 테스트 쿠폰(230)은 제1층(222) 상에 위치한 접지선(232)과 제1층(222) 하부에 위치한 접지선(234)을 포함하고, 테스트 쿠폰(240)은 제 1층(222) 상에 위치한 신호선(242)과 제4층(228) 하부에 위치한 접지선(244)을 포함하고, 테스트 쿠폰(250)은 제2층(224) 상에 위치한 접지선(252)과 제2층(224) 하부에 위치한 접지선(254)를 포함할 수 있다. 또한, 각 테스트 쿠폰(230, 240, 250) 간의 신호의 간섭을 피하기 위하여, 각 신호선(232, 242, 252) 및 접지선(234, 244, 254)의 좌우측에 각각 접지선을 추가적으로 배치할 수 있다.
상기 신호선과 상기 접지선의 너비와 길이는 테스트 쿠폰에 대한 디자인 스펙, 요건, 환경 등에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 길이(l1, l2, l3)는 14.4mm이고, 테스트 쿠폰(230)의 신호선(232)의 너비(W1)는 150nm, 테스트 쿠폰(240)의 신호선(242)의 너비(W2)는 130nm, 테스트 쿠폰(250)의 신호선(252)의 너비(W3)는 100nm일 수 있다. 하지만, 상기 신호선과 상기 접지선의 너비와 길이는 상기 값들과 다른 값을 가질 수도 있다.
임피던스 측정부(120)의 RF 프로브(122)는 테스트 쿠폰(230, 240, 250)의 각 신호선(232, 242, 252)의 일단(236, 246, 256)을 통해 복수의 입력 신호를 입력하고, 상기 신호선(232, 242, 252)을 통해 전송된 복수의 출력 신호를 상기 신호선(232, 242, 252)의 타단(238, 248, 258)을 통해 수신할 수 있다. 실시예에 따라, RF 프로브(122)는 상기 타단(238, 248, 258)을 통해 복수의 입력 신호를 입력하고, 상기 일단(236, 246, 256)을 통해 복수의 출력 신호를 수신할 수도 있다. 그 후, 임피던스 측정부(120)는 상기 복수의 입력 신호와 상기 복수의 출력 신호에 기초하여, 각 절연층에 대한 복수의 임피던스값을 결정할 수 있다. 구체적으로, 임피던스 측정부(120)는 상기 일단(236, 246, 256) 및/또는 상기 타단(238, 248, 258)을 통해 입력된 복수의 입력 신호와 상기 타단(238, 248, 258) 및/또는 상기 일단(236, 246, 256)을 통해 출력된 복수의 출력 신호를 기초로 각 절연층에 대한 S 파라미터값을 계산할 수 있다. 예를 들어, 임피던스 측정부(120)는 상기 단부(236)를 통해 입력된 입력 신호의 크기 및 위상과, 상기 단부(238)를 통해 출력된 출력 신호의 크기 및 위상을 비교하거나, 상기 단부(238)를 통해 입력된 입력 신호의 크기 및 위상과, 상기 단부(236)를 통해 출력된 출력 신호의 크기 및 위상을 비교함으로써 상기 제 1 층(222)에 대한 S 파라미터값을 산출할 수 있다.
상기 입력 신호는 각각의 주파수를 갖는다. 여기서, 상기 입력 신호 각각의 주파수는 PCB(200)의 재료, 용도 및 구조를 고려하여 소정의 범위 내에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 입력 신호 각각의 주파수는 1 GHz 내지 4 GHz 사이의 값일 수 있다. 또한, 입력 신호의 수는 해상도와 측정 시간을 고려하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 입력 신호의 수는 5개 내지 20개 사이의 값일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 적어도 하나 이상의 절연층에 대한 복수의 임피던스값을 나타낸 스미스 차트를 도시한 도면이다. 더욱 자세하게는, 도 3의 (a) 내지 (c)는 각각 테스트 쿠폰(230, 240, 250)에 대하여 결정된 임피던스값을 도시한 스미스 차트이다.
예를 들어, 임피던스 측정부(120)는 각 테스트 쿠폰(230, 240, 250)에 대하여 5 개의 서로 다른 신호를 입력 신호로서 인가할 수 있다. 그 후, 임피던스 측정부(120)는 각 테스트 쿠폰(230, 240, 250)에 대하여 5개의 S 파라미터값을 얻을 수 있다. 얻어진 S 파라미터값은 임피던스 측정부(120)에 의해 각각의 임피던스값으로 변환될 수 있다. 또한 변환된 각각의 임피던스값은 도 3에서와 같이, 스미스 차트상에 도시될 수 있다.
또한, 임피던스 측정부(120)는 변환된 복수의 임피던스값 중 허수부의 크기가 최소가 되는 임피던스값을 선택한다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 테스트 쿠폰(230)으로부터 얻어진 임피던스값(310, 312, 314, 316, 318) 중에서는 허수부의 크기가 가장 최소가 되는 임피던스값(314)이 선택되고, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 테스트 쿠폰(240)으로부터 얻어진 임피던스값(320, 322, 324, 326, 328) 중에서는 임피던스값(326)이 선택되고, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 테스트 쿠폰(250)으로부터 얻어진 임피던스값(330, 332, 334, 336, 338) 중에서는 임피던스값(334)이 선택된다. 이와 같이 선택된 임피던스값들(314, 326, 334)은 도 4에 나타난 바와 같이, PCB의 절연층에 대한 정보와 함께 기록될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 적어도 하나 이상의 절연층에 대한 복수의 임피던스값을 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 임피던스 측정부(120)에서 측정되고 선택된 각 테스트 쿠폰에 대한 임피던스값이 PCB 버전, PCB 번호 및 PCB의 LOT 번호와 함께 테이블에 기록된다. 이러한 복수의 임피던스값과 PCB 정보는 인터페이스부(150)를 통해 두께 산출부(130)로 전송될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 적어도 하나 이상의 절연층에 대한 두께를 나타낸 도면이다. 두께 산출부(130)는 도 4에 도시된 복수의 임피던스값을 임피던스 측정부(120)로부터 수신하여, 각 임피던스값에 대응하는 두께를 산출한다. 임피던스값을 기초로 해당 절연층의 두께를 산출하는 수학식들은 후술하는 바와 같이 유도될 수 있다.
먼저, 각 테스트 쿠폰의 신호선에 있어서, 임피던스값은 신호선의 너비(W), 신호선과 접지선간의 거리, 즉, 측정되는 절연층의 두께(h), 및 상기 절연층의 비유전율(εr)을 파라미터로 하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00002
[수학식 2]
Figure pat00003
측정되는 절연층의 두께(h)에 관한 식으로 상기 수학식 2를 정리하면, 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00004
두께 산출부(130)을 이용하여, 각 테스트 쿠폰에 대하여 선택된 임피던스값에 기초하여 두께를 산출함으로써, 모든 측정되는 절연층의 두께를 산출할 수 있다. 또한, 두께 비교부(140)는 산출된 절연층의 두께가 기설정된 범위 내인지를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제 1 층(222)과 제 2 층(224)의 두께가 40μm 내지 60μm 내이고, 제 1 층(222) 내지 제 4 층(228)의 두께가 220μm 내지 270μm 내인 경우, 상기 PCB는 요구되는 품질 요건을 만족하는 것으로 판단될 수 있다. 도 5에서는 PCB 번호가 13인 PCB가 이러한 품질 요건을 만족하지 못해 불량품으로 판단된 것을 확인할 수 있다.
상기 두께와 PCB 정보는 인터페이스부(150)를 통해 PCB 핸드링부(110)에 전송되거나, 별도의 메모리에 저장될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 PCB의 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 측정하는 방법을 도시한 도면이다. 도 6의 방법은 PCB 핸드링부(110), RF 프로브(122)를 갖는 임피던스 측정부(120), 두께 산출부(130), 두께 비교부(140) 및 인터페이스부(150)를 포함한 측정 장치(100)에서 실행될 수 있다. 예시적인 방법은 하나 이상의 단계 S600, S610, S620, S630, S640, S650, S660 및/또는 S670 로 나타낸 하나 이상의 작동, 동작, 기능을 포함할 수 있다. 비록 개별적인 블록으로 도시하였으나, 원하는 실행에 따라, 다양한 블록들이 추가적인 블록으로 나뉘어지거나, 몇 개의 블록으로 통합되거나, 또는 제거될 수 있다. 측정 방법은 단계 S600부터 시작될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 단계 S600에서, PCB 핸드링부(110)는 PCB를 PCB 홀더 상에 위치시킨다. 예를 들어, PCB의 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 측정하기 위하여, PCB 핸드링부(110)는 인커밍 카셋트(10)로부터 PCB를 반출하여, PCB 홀더에 위치시킬 수 있다.
다음으로, 단계 S610에서, PCB를 정렬한다. 예를 들어, PCB 핸드링부(110)는 RF 프로브(122)가 PCB의 절연층 상에 위치한 신호선 상에 위치하도록, PCB를 회전하거나, 좌우 또는 상하 방향으로 이동시킴으로써, PCB를 정렬할 수 있다.
다음으로, 단계 S620에서, 복수의 S파라미터값을 수집한다. 예를 들어, 임피던스 측정부(120)는 상기 신호선에 복수의 입력 신호를 입력하고, 상기 신호선으로부터 출력 신호를 수신하고, 상기 입력 신호 및 출력 신호를 기초로, 상기 절연층에 대한 복수의S 파라미터값을 결정할 수 있다.
다음으로, 단계 S630에서, 상기 수집된 복수의 S파라미터값을 각각의 임피던스값으로 변환한다. 예를 들어, 임피던스 측정부(120)는 스미스 차트를 이용하여 해당 절연층에 대하여 수집된 상기 복수의 S 파라미터값을 복수의 임피던스값으로 변환할 수 있다.
다음으로, 단계 S640에서, 허수부의 크기가 최소가 되는 임피던스값을 선택한다. 예를 들어, 임피던스 측정부(120)는 복수의 임피던스값 중 허수부의 크기가 최소가 되는 임피던스값을 선택할 수 있다.
다음으로, 단계 S650에서, 상기 선택된 임피던스값을 기초로 두께를 산출한다. 예를 들어, 두께 산출부(130)는 다음의 식을 이용하여, 임피던스값(Z0), 절연층의 비유전율(εr)에 기초하여, 두께(h)를 산출할 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00005
다음으로, 단계 S660에서, 산출된 두께가 기설정된 범위 내인지를 판단한다. 단계 S660에 있어서, 두께 비교부(140)는 두께 산출부(130)에 의해 산출된 두께가 기설정된 범위 내인지 여부를 판단할 수 있다.
다음으로, 단계 S670에서, PCB를 PCB 홀더로부터 제거한다. 예를 들어, PCB 핸드링부(110)는 해당 PCB를 PCB 홀더로부터 제거할 수 있다.
전술한 방법을 통하여, PCB의 구조에 관계 없이, PCB의 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 정확하고 신속하게 측정할 수 있다. 또한, 이상에서는, 하나의 PCB에 대한 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 측정하는 방법에 대하여 설명하였으나, 이러한 방법을 반복적으로 실시함으로써, 다수의 PCB의 절연층의 두께를 신속하고 자동적으로 측정할 수 있음은 자명하다.
이상 본 발명의 태양을 상세히 설명하였으나, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고, 설명된 태양에 대한 변화 및 변경이 가능함이 명백할 것이다. 상세한 설명에 포함되고 첨부된 도면에 도시된 모든 사항은 예시적인 것이고 제한적이지 않은 방식으로 해석되려는 것이며, 본 발명의 범위는 청구범위에 기재된 사항 및 그 균등물에 의해서 정의되어야 한다.

Claims (12)

  1. PCB(Printed Circuit Board)의 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 측정하는 측정 장치로서, 상기 적어도 하나 이상의 절연층은 그 위에 위치한 신호선을 갖되, 상기 측정 장치는,
    각각의 주파수를 갖는 복수의 입력 신호를 상기 신호선에 입력하여, 상기 신호선으로부터 복수의 출력 신호를 수신하고, 상기 입력 신호 및 상기 출력 신호에 기초하여, 상기 적어도 하나 이상의 절연층에 대한 복수의 임피던스값을 결정하는 임피던스 측정부; 및
    상기 복수의 임피던스값을 기초로, 상기 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 산출하는 두께 산출부를 포함하는
    측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 임피던스 측정부는 상기 입력 신호 및 상기 출력 신호에 기초하여, 상기 적어도 하나 이상의 절연층에 대한 복수의 S 파라미터값을 계산하고, 상기 계산된 복수의 S 파라미터값을 각각의 임피던스값으로 변환하는
    측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 두께 산출부는 상기 복수의 임피던스값 중 허수부의 크기가 최소가 되는 임피던스값을 선택하고, 상기 선택된 임피던스값을 기초로 상기 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 산출하는
    측정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 두께 산출부는 하기의 수학식 1을 이용하여 상기 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 산출하되,
    하기의 수학식 1의 h는 상기 적어도 하나 이상의 절연층의 두께, W는 상기 신호선의 너비, Z0는 상기 선택된 임피던스값, εr은 상기 적어도 하나 이상의 절연층의 비유전율을 각각 의미하는
    측정 장치.
    [수학식 1]
    Figure pat00006

  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 두께가 기설정된 범위 내인지를 판단하는 두께 비교부를 더 포함하는
    측정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 임피던스 측정부는 상기 신호선의 일단에 상기 입력 신호를 입력하고, 상기 신호선의 타단으로부터 상기 출력 신호를 수신하는 RF 프로브를 포함하는
    측정 장치.

  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 RF 프로브가 상기 신호선에 위치하도록 상기 신호선을 상기 RF 프로브에 정렬하는 핸드링부를 더 포함하는
    측정 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 절연층은 하측에 매설된 접지선을 포함하는
    측정 장치.
  9. PCB(Printed Circuit Board)의 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 측정하는 측정 방법으로서, 상기 적어도 하나 이상의 절연층은 그 위에 위치한 신호선을 갖되, 상기 측정 방법은,
    각각의 주파수를 갖는 복수의 입력 신호를 상기 신호선에 입력하여, 상기 신호선으로부터 복수의 출력 신호를 수신하고, 상기 입력 신호 및 상기 출력 신호에 기초하여, 상기 적어도 하나 이상의 절연층에 대한 복수의 임피던스값을 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 복수의 임피던스값을 기초로, 상기 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 산출하는 단계를 포함하는
    측정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 임피던스값을 측정하는 단계는,
    상기 입력 신호 및 상기 출력 신호에 기초하여, 상기 적어도 하나 이상의 절연층에 대한 복수의 S 파라미터값을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 복수의 S 파라미터값을 각각의 임피던스값으로 변환하는 단계를 포함하는
    측정 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 두께를 산출하는 단계는,
    상기 복수의 임피던스값 중 허수부의 크기가 최소가 되는 임피던스값을 선택하는 단계;
    하기의 수학식 2를 이용하여 상기 적어도 하나 이상의 절연층의 두께를 산출하는 단계를 포함하되,
    하기의 수학식 2의 h는 상기 적어도 하나 이상의 절연층의 두께, W는 상기 신호선의 너비, Z0는 상기 선택된 임피던스값, εr은 상기 적어도 하나 이상의 절연층의 비유전율을 각각 의미하는
    측정 방법.
    [수학식 2]
    Figure pat00007

  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 두께가 기설정된 범위 내인지를 판단하는 단계를 더 포함하는
    측정 방법.
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