KR920008585B1 - 인쇄배선판 드릴과 그 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

인쇄배선판 드릴과 그 제조방법

제1a도는 본 발명에 따른 초경합금 블랭크의 사시도이고, 제1b도는 제1a도의 단부도이다.

제2도는 초경 복합 연마팁(sintered composite abrasive tip)의 사시도.

제3도는 제2도의 팁이 부착된 자루와 몸체의 측면도.

제4도는 본 발명에 따른 나선홈 PCB 드릴의 측면도.

제5도는 여러 부분들이 설명되어 있는 나선홈 천공드릴의 단부도.

제6도는 제4도 드릴의 단부도.

제7a도는 다른 실시예의 단면측면도, 7b도는 그 단부도.

제8a도는 다른 실시예의 단면측면도, 8b도는 그 단부도. 8c도는 그 측면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 블랭크(blank) 12 : 일단부

13 : 대향 단부 14 : 횡방향 홈

15 : 자루 16 : 축소부분

17 : 평편 단부 18 : 나선홈

19 : 웨브 20, 21 : 랜드(land)

22, 23 : 돌출날 24, 25 : 리브(rib)

26 : 연마제 맥 27, 31 : 팁(tip)

28, 29 : 부분들

본 발명은 천공기구에 관한 것으로, 더 자세히 말하자면 인쇄배선판에 구멍들을 뚫기 위한 복합초경연마 천공드릴에 관한다.

배선판들을 제조하는데 있어서, 전기 전도성 박막의 패턴들을 유리섬유 보강플라스틱으로 된 판위에 인쇄된다. 패턴들이 이층판의 양면에 그리고 다층판의 내부에 형성되기 때문에 인접한 패턴들의 전도체들 사이의 전기적 연결은 금속 도금을 통해 이루어진다. 조그만 구멍들이 도체들을 통해 판에 천공된 다음, 전도금 속이 그 구멍을 통해 한 도체로부터 다른 도체나 도체들로 응착된다. 모든 전도체들에 적절한 전기접촉을 보장하려면 금속이 그 판 전역에 흐르거나 그 구멍의 전 표면을 덮어야 한다. 그러므로 각 구멍은 크기가 균일하고 매끄러운 표면을 갖어야 하고, 우그러짐과 수지얼룩이 없어야 한다. 이것은 매우 날카로운 드릴과 정밀한 천공기술을 요한다.

인쇄배선판은 보통 극히 마모성이 있는 구리피복유리-에폭시 층들로 만들어진다. 그러므로 그러한 물질들에 사용하기 적합한 드릴은 절단날을 유지하기 위해 가능한 한 내마모성이어야 한다. 제작의 효율상, 비슷한 판들이 한꺼번에 쌓여져 동시에 천공된다. 그러므로 드릴은 3개 이상의 판들을 통과하기에 충분한 길이여야 하고, 상하로 통하도록 강직해야 한다. 구멍들의 조그만 크기, 즉 0.006-0.125인치 때문에 드릴들은 매우 가늘고 길쭉하다. 그 드릴들에 가해지는 축방향 추력하중과 결합하여, 이런 사실은 드릴물질이 가능한 한 강인해야 함을 지시한다. 이러한 특성들, 즉 강성, 인성 및 내마모성은 서로 배타적인데, 그것은 최대의 내마모성은 또한 취성이 있고, 반면에 최대의 인성 물질은 또한 급속히 마모하는 경향이 있기 때문이다. 그러므로 이와 같이 다른 조건들은 그러한 드릴들의 제작에 지금까지 사용된 물질들의 선택에 절충안들을 필요로 했다. 드릴들은 다양한 물질들로 제조되어 왔으나, 각 드릴의 몸체에 사용된 물질의 조성은 전장에 걸쳐 균일했다. 그 결과, 절단면들이 요구되는 바보다 약간 덜 내마모적이었고 그 몸체의 나머지는 약간 더 취성이 있었다. 그래서 공구 디자이너들은 내마모성과 인성 사이에 최선의 절충안으로 공구물질들을 선택하는데 있어 큰 도전을 받았다. 어떤 지점을 넘어서 내마모성을 끝까지 개량하면 사실상 수용불가능한 공구 파손율을 증가시켰고, 역으로 파손되지 않는 공구는 매우 급속히 마모됨을 알았다.

천공 과정에 있어서, 드릴이 과열을 막기 위해 급속한 칩(chip)의 제거가 필요한데, 드릴이 과열되면 절단날을 무디게 하고 또한 판물질을 녹게하며, 이것은 차례로 구멍안에 수지얼룩을 만들어 낸다. 그러므로 나선홈들을 가진 천공드릴은 다층판들을 천공하는데 있어 보통 750-1500회 사이에 사용되고, 그 다음에 절단면을 회복하기 위해 다시 날카롭게 한다. 드릴에 주어진 백 테이퍼(back taper)때문에, 드릴의 직경과 상응하게 구멍의 직경이 감소되어 수용할 수 없게 되기전에 보통 3-5회만 다시 날카롭게 갈아질 수 있다. 지금까지 알려진 최대 내마모성 물질, 즉 다이아몬드 및 등방질화붕소는 인쇄배선판에 사용될 크기의 드릴로 사용하는데 유용하지 않았다. 연마팁이 달린 인쇄배선판(PCB) 드릴에 요하는 매우 작은 치수의 다이아몬드 혹은 등방질화붕소의 결정 압분체를 다루는데 포함된 곤란들과, 아울러 웨브, 립 및 날들을 만드는 그러한 압분체를 연삭하는 난점들은 요구되는 크기의 드릴에 이러한 물질들을 사용하는 것을 저지했다.

본 발명에 있어 인쇄배선판 드릴 및 그 제조방법은, 드릴의 자루 및 몸체와 같이 고인장 강도 카아바이드나 저탄소강과 같은 최고 횡파괴강도 및 인성을 갖는 절단면 및 절단 물질로서 다이어몬드나 등방질화붕소와 같은 최대 내마모성 물질들의 사용을 용이하게 한다. 이것은 초경합금 및 다이아몬드 혹은 등방질화붕소로 된 복합소결연마팁을 형성함으로써 이루어지고, 그래서 상당량의 연마제를 연삭하지 않고도 초경합금이 절단표면으로서 연마제를 노출시키도록 연삭될 수 있다. 단면이 축소된 초경합금 혹은 강철 자루는 드릴의 자루 및 몸체를 형성하는데 제공된다. 팁이 축소된 단면의 자유단부에 취부되고, 그 다음 나선홈이 팁과 축소단면의 결합된 길이에 걸쳐 연삭된다.

이하 첨부된 도면을 참조하며 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 본 발명은, 몸체가 높은 횡파괴강도 및 최적 인성을 가진 물질로 형성되고 반면에 절단면들은 최적의 내마모성을 가진 복합소결연마제인 직경 0.006-0.125인치 범위의 개량된 나선홈 PCB 드릴을 제공한다. 이 드릴은 연장된 유효수명을 갖고, 고급 표준텅스텐카아바이드 드릴로 다층판에 수차례 다수의 양질 구멍을 만들어 낼 수 있다. 본 발명의 드릴을 연마제가 일단부에 예정된 형상과 위치로 배열되는 복합 소결연마팁을 포함한다. 제1도에 도시된 대로, 바람직한 실시예는 텅스텐 카아바이드와 같은 적절한 초경합금으로 된 대략 원통의 블랭크 11을 포함한다. 블랭크의 재료를 선택하는데 있어서, 내마모성이 지배적이지 않다.

대신에, 횡파괴강도, 인성, 납땜 및 용접의 용이성, 및 연삭의 용이성과 같은 다른 특성이 고려된다. 블랭크는 다루기 쉬운 크기로 되어 있고, 그 길이는 대강 직경의 2-3배이다. 블랭크의 일단부 12는 취부표면을 제공하도록 평면하고, 반면에 대향 단부 13는 원추형으로 횡방향 홈 14이 설치된다. 그 홈은 블랭크의 직경이 위치하고 블랭크의 전폭을 가로질러 신장한다. 홈의 구조는, 홈이 블랭크의 종축을 따라 블랭크안으로 신장함에 따라 상기 축주위로 회전된 직사각형의 구조와 의도적으로 같다. 회전각은 드릴에 선택된 나선각에 대응하고 보통 대략 25°-45°이다. 실제로, 제1도에 도시된 대로 그 홈은 직사각형 프리즘을 닮을 수 있고, 쐐기형의 아치부분이 대향 단부들에 인접한 각 변으로부터 돌출하고, 그 부분들은 홈의 바닥에서 프리즘의 인접단부를 향해 대향하게 경사진다. 그 홈의 폭은, 홈 폭이 드릴에 요구되는 웨브 두께에 대응하기 때문에 드릴의 모양에 따라서 블랭크 직경의 대략 1/8-1/3에서 변화할 수 있다. 그 홈은 블랭크가 형성될 때 적절한 다이에 의해 블랭크에 형성되거나, 혹은 블랭크가 형성된 다음 블랭크안에 기계가공될 수 있다.

1-200미크론, 바람직하게 4-8미크론인 대량의 연마입자들, 즉 다이아몬드나 등방질화붕소가 파라핀등과 같은 적절한 일시적 결합제와 혼합되고, 원추단부를 포함하여 그 홈을 완전히 채우도록 홈 14안으로 메꾸어진다. 연마제가 붙은 블랭크는, 코발트, 철, 니켈등과 같은 적절한 촉매소결보조제의 원반을 따라 몰리브텐이나 다른 내화금속으로 된 관형의 주형에 배치된다. 혹은, 다이아몬드가 적절한 촉매 소결보조제의 금속, 금속화합물 혹은 금속 합금분말과 함께 혼합된다. 내부 원추형 표면이 있는 이 촉매 소결보조제나 내화금속의 두껑은 연마제 위로 주형에 배치되고, 그 주형은 고온, 고압(HP/HT) 프레스안에 부하된다. 그리고 주형의 내용물들은 45-75Kbar의 압력과 1200-1600℃의 온도에서 대략 1-20분동안 소결을 받는다. 그러한 소결용 장치 및 기술들이 미특허 제2,941,248, 3,141,746, 3,745,623 및 3,743,489(여기서 참고로 결함됨)호에 기술되어 있다. 연마제 물질이 완전히 소결되고 그 입자들이 서로 또 가아바이드에 결합될 때, 블랭크는 그 프레스로부터 제거된다. 제2도에 도시된 대로, 결과로서 생긴 복합 소결 연마팁은 초경합금 실린더로 만들어지고, 완전히 소결된 연마 입자들이 맥이 실린더의 단부에 매립되고 그 단부를 가로질러 신장한다.

복합 소결 연마팁은 높은 횡파괴강도 및 경도를 갖는 강철, 텅스텐 카아바이드와 같은 적당한 인성 물질로 된 자루에 취부된다. 제3도에서 자루 15에는 드릴의 몸체를 이루는 축소부분 16이 성형되거나 기계가공된다. 팁의 평편한 단부 12는 축소부분의 유사한 평편 단부 17에 납땜되거나 유사하게 고정된다. 그 다음, 제4도에 도시된 대로, 나선홈들 18이 팁과 축소부분에 기계가공되거나 연삭된다. 그 홈들은 연마제 맥 양측의 초경합금에 있는 원추단부에서 시작하여 팁주위로 나선각을 이루고 진행한다. 연마제 맥은 제6도에 예시된 대로 드릴의 웨브 19와 랜드(land)들 20,21을 형성한다. 그 맥의 테이퍼는 드릴의 절단립(lip)들을 형성하는 돌출날들 22 및 23을 노출시킨다.

홈 가공중에 카아바이드가 제거됨에 따라 연마제 맥의 부분들이 노출되어 홈 부분들을 형성한다. 날 22 및 23 뒤의 웨브는 팁이 소결되는 주형의 캡을 성형하거나 후속 연삭함으로써 원하는 각도나 경사로 제공된다. 드릴의 모양에 따라 리브들 24 및 25는 소결중에 성형되고, 그 다음 카아바이드가 연삭에 의해 랜드들 20 및 21의 나머지로부터 연차 제거될 때 노출될 수 있다. 연마제 맥은 극히 단단해서 연삭하기가 매우 어렵고 시간이 든다. 따라서, 연마물질을 주조하고나서 드릴에 요구되는 최종구조에 가능한 한 가깝게 그것을 소결하는 것이 바람직하다.

팁 구조의 다른 실시예들이 제7 및 제8도에 예시되어 있다. 제7a 및 7b의 실시예에 있어서 연마제 맥 26은 얇은 홈에 매립되어 있고, 그 홈은 팁 27의 단부를 가로질러 양측 아래로 약간 내려오게 신장한다. 제 8a, 8b 및 8c의 실시예에 있어서, 연마제 맥은 불연속적이며, 지름의 양쪽 선단들에서 팁 30의 단부에서 형성된 홈 부분들에 매립된 부분들 28 및 29로 되어 있다. 홈의 부분들은 팁의 모서리들에 형성되고, 연마제 맥이 팁의 측변을 따라 그리고 최소한 단부의 일부들을 가로질러 노출되도록 충분히 깊숙하다. 홈의 두 부분들의 날 31은 나선홈 방향으로 나선각을 이루고 경사지는 것이 바람직하고, 그래서 그 안에 매립된 연마제 맥 부분들의 앞날들은 나선홈들이 연삭될 때 그 홈들을 수용할 것이다. 제7 및 8도의 실시예들에 있어서, 연마제 맥은 팁의 선단에 위치하고 팁의 단부와 그 양측을 따라 노출된다. 나선홈들이 연삭되고 팁이 날카롭게 깍이면 연마제 맥은 드릴의 절단면들을 형성한다. 이 점에서 절단작용의 대부분과 그로 인한 드릴의 마모는, 연마제가 위치한 모서리들에서 일어난다.

제8도의 실시예에서 홈의 부분들이 카아바이드 부분에 의해 분리되는 듯이 예시되지만, 어떤 경우들에 있어서는 홈과 그로 인한 연마제의 맥이 팁의 단부를 가로질러 연속하도록 그 부분들을 신장시키는 것이 바람직하다. 제1 및 2도와 마찬가지로 제7 및 8도의 실시예들에서 연마제 혼합물은 그 홈에 채워지고, 블랭크와 연마제가 주형안에 놓여진 다음 HP/HT 프레스에서 소결된다. 그리고나서 팁이 자루의 축소부분에 취부되고, 드릴의 몸체는 나선홈이 파여진다. 그 다음에 팁의 단부는 뾰족하게 처리되어 최종드릴을 제공한다.

본 발명은 최적의 내마모성, 횡파괴강도 및 인성 특성을 갖는 물질의 사용을 용이하게하는 직경 0.006-0.125인치 범위의 PCB 드릴의 개량된 구조 및 제조방법을 제공한다. 본 발명의 기술이 명시된 범위의 PCB 드릴에 주로 적용가능하지만, 어떤 경우들에 있어서는 그 범위 밖의 드릴들에도 동일한 구성 및 제조방법이 적용될 수 있음을 이해할 것이다.

본 발명이 상세히 기술된 바람직한 실시예들을 참조하여 설명되었으나, 특별히 지적된 본발명의 주제와 첨부된 청구범위에 벗어남이 없이 여러가지 변형들이 가해질 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (23)

1. 일단부에는 평편한 표면이 있고, 대향 단부에는 소결된 연마제 입자들 맥이 홈에 매립되어 있는 초경합금의 대략 원통형 블랭크를 포함하고, 상기 연마제 입자들이 서로 결합되고 초경합금에 결합되어 있는, 인쇄배선판 드릴에 사용할 복합 소결 연마제 팁.
2. 제1항에 있어서, 소결된 연마제 입자들 맥이 대향 단부와 블랭크의 양측을 따라 노출되어 있는 복합소결 연마제 팁.
3. 제2항에 있어서, 상기 맥은 하나의 쐐기형 아치부분이 각 변으로부터 횡으로 신장하는 직사각형 프리즘의 일반적인 구조를 갖는 복합 소결 연마제 팁.
4. 제3항에 있어서, 블랭크가 단단한 초경합금이고 연마제 입자들이 다이아몬드인 복합 소결 연마제팁.
5. 제3항에 있어서, 블랭크가 단단한 초경합금이고 연마제 입자들이 등방질화붕소인 복합 소결 연마제팁.
6. 제2항에 있어서, 상기 맥이 비교적 얇고, 팁의 단부를 가로질러 단부 양측 아래로 신장하는 복합 소결 연마제 팁.
7. 제2항에 있어서, 상기 맥이 불연속이고 두 부분들을 포함하고, 각 부분은 팁 원주로부터 방사상 내측으로 신장하는 복합 소결 연마제 팁.
8. 적당한 인성물질로 된 길쭉한 자루와 자루의 일단부에 고착된 복합 소결 연마제 팁을 포함하고, 상기 팁은 초경합금의 블랭크를 포함하며 소결된 연마제 입자들 맥이 그 자루로부터 제거된 홈안에 매립되어 있는 인쇄배선판 드릴.
9. 제8항에 있어서, 블랭크는 원통이고, 상기 맥이 그 일단부를 가로질로 횡으로 신장하는 인쇄배선판드릴.
10. 제9항에 있어서, 연마제 입자들 맥이 일단부와, 그 블랭크의 양측을 따라 노출되는 인쇄배선판 드릴.
11. 제10항에 있어서, 자루는 축소부분이 그 일단부로부터 신장하고, 팁이 그 축소부분에 고착되는 인쇄배선판 드릴.
12. 제11항에 있어서, 나선홈들은 팁의 일단부로부터 팁과 축소부분의 결합된 길이에 걸쳐 신장하는 인쇄배선판 드릴.
13. 제12항에 있어서, 연마제 입자들 맥은 하나의 쐐기형 아치부분이 각 변으로부터 횡으로 신장하는 직사각형 프리즘의 일반적 구성을 갖고, 노출된 부분들이 드릴의 웨브와 절단립을 형성하는 인쇄배선판 드릴.
14. 제13항에 있어서, 프리즘에 대향한 부분들에 있는 날들이 드릴의 절단립들을 형성하는 인쇄배선판 드릴.
15. 제14항에 있어서, 블랭크가 단단한 초경합금으로 형성되고, 연마제 입자들이 다이아몬드인 인쇄배선판 드릴.
16. 제14항에 있어서, 블랭크가 단단한 초경합금으로 형성되고 연마제 입자들이 등방질화붕소인 인쇄배선판 드릴.
17. 초경합금의 대략 원통형 블랭크를 제공하고, 블랭크의 일단부에 횡방향 홈을 제공하고, 그 홈을 연마제 입자들 혼합물로 채우고, 입자들을 서로에 또 카아바이드에 결합시키도록 블랭크와 연마제 혼합물을 소결하는 단계들을 포함하는, 인쇄배선판 드릴용의 복합 소결 연마제 팁의 제조방법.
18. 제17항에 있어서, 하나의 쐐기형 아치부분이 각 변으로부터 횡으로 신장하는 직사각형 프리즘의 일반적인 구조로 횡방향 홈을 형성하는 단계를 포함하는 상기 제조방법.
19. 제17항에 있어서, 연마제 입자들을 일시적인 결합제와 혼합하고, 연마제 혼합물을 홈안으로 채워넣고, 그 혼합물을 촉매물질 원반으로 덮고, 블랭크과 연마제를 초경합금의 주형에 놓고, 그 주형을 HP/HT 프레스에 올려놓고, 45-75 Kbar 압력과 1200-1600℃ 온도에서 1-20분동안 주형의 내용물을 소거하는 단계들을 포함하는 상기 제조방법.
20. 대략 원통의 초경합금 블랭크 일단부에 횡방향 홈을 제공하고, 그 홈을 연마제 입자 혼합물로 채우고, 그 입자들을 서로에 또 카아바이드에 결합시키도록 블랭크와 연마제 혼합물을 HP/HT 프레스에서 소결하고, 플랭크를 자루의 일단부에 고착하고, 연마제의 일부를 노출시켜 드릴의 절단면들을 제공하도록 카아바이드를 연삭하는 단계들을 포함하는, 인쇄배선판 드릴의 제조방법.
21. 제20항에 있어서, 플랭크의 종축에 수직하고 블랭크 폭의 최소한 외측부분들을 가로질러 홈을 형성하는 단계를 포함하는 인쇄배선판 드릴의 제조방법.
22. 제21항에 있어서, 하나의 쐐기형 아치부분이 각 변으로부터 횡으로 신장하는 직사각형 프리즘의 일반적 구조로 상기 홈을 형성하는 단계를 포함하는 상기 제조방법.
23. 제20항에 있어서, 자루의 일단부에 축소된 부분을 제공하고, 블랭크를 축소부분의 자유단부에 고착되고, 블랭크와 축소부분이 결합된 길이에 걸쳐 나선홈을 연삭하는 단계들을 포함하는 상기 제조방법.

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