KR100201377B1 - 다성분 도금용액의 농도조절장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 리드프레임(Lead Frame)의 제조공정등에서 사용되는 여러가지 성분으로 이루어진 도금용액의 각 성분의 양 및 농도비를 항상 일정하게 유지시킬 수 있도록 하는 다성분 도금용액의 농도조절장치에 관한 것으로, 종래의 장치는 도금용액의 관리를 위해 많은 인력이 필요하게 됨은 물론 도금용액을 구성하는 각 성분의 양과 농도비를 최적상태로 유지하기가 어려운 문제가 있게 되며, 특히 여러가지 성분으로 조성된 도금용액의 관리가 더욱 어렵게 되는 문제가 있었던 바, 생산장비와 인터페이스된 제어장치를 이용하여 약품을 정량 이송하는 이송펌프를 자동제어하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 의하면 도금용액에 의하여 야기될 수 있는 제품의 불량을 억제하는 한편 도금용액의 소비량을 최소화하여 도금상태와 제품의 질을 향시시킬 수 있게 된다.

Description

다성분 도금용액의 농도조절장치

제1도는 리드프레임의 제조공정에 사용되는 도금용액 용기 및 장비의 구성도.

제2도는 본 발명의 농도조절장치의 구성도.

제3도는 본 발명의 제어장치에 의한 이송펌프의 제어 방식을 나타낸 상태도.

제4도는 이송펌프의 펌핑시간 및 속도를 제어하기 위한 제어 순서도.

제5도는 이송펌프의 자동제어방식중 자동구동첨가방법의 제어 순서도.

제6도는 이송펌프의 구동 제어 순서도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

MB : 주용기 SB : 보조용기

P : 이송펌프 M : 장비

CU : 제어장치 ID : 인터페이스

본 발명은 다성분 도금용액의 농도조절장치에 관한 것으로, 보다 상세하게 설명하면 반도체 패키지용 리드프레임을 도금하는 다수의 장비에 항상 일정한 농도를 갖는 도금용액이 부족하지 않게 공급되도륵 하여 최적의 도금이 실시되도록 한 다성분 도금용액의 농도조절장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 패키지용 리드프레임의 제조 공정이나 도금 공정과 관련된 도금 용액은 여러가지 성분으로 조성되는데, 각 성분의 양 및 농도가 도금 상태는 물론 제품의 질에 큰 영향을 미치게 된다.

따라서 상기 도금용액은 최적의 농도 범위내에서 각 성분의 양과 농도의 조절이 필요하게 된다.

그러나 종래에는 공정 시간 또는 반응 시간이 경과함에 따라 도금 용액내의 각 성분에 대한 농도 감소를 보충하기 위해 일정시간이 지난 후 일정량의 성분을 인위적으로 투입하거나, 전도도나 산도(pH)를 측정하여 회망하는 전도도나 산도가 유지되도록 각 성분을 자동 공급하는 장치를 이용하여 도금 용액의 농도를 관리하는 것이 보통이었다.

그러나, 이와 같은 종래의 장치에 있어서는 도금 용액의 관리를 위해 많은 인력이 필요하게 됨은 물론 도금용액을 사용하는 장비의 갯수가 많을 경우 장비의 멈춤없이 항상 일정한 농도의 도금용액을 지속적으로 공급하는 것이 불가능한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로, 그 목적은 다수의 도금용 장비에 공급되는 다성분으로 조성된 도금 용액의 농도를 항상 일정하게 지속시킴은 물론 장비가 멈추는 일 없이 항상 충분한 도금용액을 공급받을 수 있도록 한 다성분 도금용액의 농도조절장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 일정 농도 및 일정량의 도금 용액이 수용되어 있는 주용기와; 상기 주용기에 다양한 성분희 용액을 일정량씩 공급하여 주용기내의 도금 용액이 항상 일정 농도 및 일정량을 유지하도록 하는 다수의 보조용기와; 상기 보조용기에서 주용기로 소정의 도금 용액을 이송하는 다수의 이송 펌프와; 상기 주용기로부터 도금 용액을 공급받아 리드프레임 등의 도금 작업을 실시하며, 자신의 가동여부 및 도금 용액의 사용량 등에 대한 정보를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 다수의 장비와; 상기 장비로부터의 전기적 신호를 입력받아 소정의 디지털신호로 변환하여 출력하는 인터페이스장치와; 상기 인터페이스장치에 연결되어 상기 장비의 가동 여부 및 도금 용액의 사용량을 감지하고 이에 따라 상기 주 용기내의 도금 용액이 항상 일정한 농도와 일정량으로 지속될 수 있도록 각각의 이송펌프에 대한 구동속도와 구동시간을 개별적으로 동시 제어하는 제어장치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 이송펌프는 주용기에서 샘플을 채취하여 소량의 도금용액만을 얻기 위해 용량이 작은 이송펌프만을 구동하는 시료채취방식과, 사용자가 주용기의 농도를 분석하여 원하는 농도보다 낮으면 이 차이만큼을 계산하여 이송펌프를 가동시키는 수동제어방식과, 자동제어방식으로서 일정시간간격을 두고 정해준 양만큼 주 용기에 공급해주는 자동구동첨가방법 및 사용자가 이송펌프를 오프시킬때까지 도금장비들의 가동 상태에 따라 연속적으로 구동되는 펌프의 속도변화에 의해서 첨가량이 조절되는 연속첨가방법을 선택하여 구동함으로써 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

또한, 상기 제어장치에는 주용기와 보조용기에 대한 용기의 용량, 용액내의 각 성분의 적정 농도, 그리고 이송펌프에 대한 정보 등이 입력되고, 장비의 가동여부 및 도금용액의 사용량 등에 대한 정보가 입력되며, 이 정보들을 이송펌프의 구동시간이나 구동속도의 계산에 이용함으로써 본 발명의 목적을 달성할 수도 있다.

이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저 제1도는 본 발명의 리드프레임 도금 공정에 사용되는 도금용액 용기 및 장비의 구성도로서, 주용기(MB ; Main Bath)의 근처에 도금용액을 구성하는 각각의 성분 원액이나 고체약품을 진하게 녹인 용액(Concentrated Solution)을 위한 다수개의 보조용기(SB ; Subsidiary Bath)가 설치되고, 각 보조용기(SB) 마다 그로부터 진한 용액을 주용기(MB)로 정량 이송하기 위한 이송펌프(P)가 설치되어 있다.

여기서 상기 주용기(MB)에는 다수개의 도금용 장비(M)가 연결되어 상기 주 용기(MB)로부터 일정 농도의 도금 용액을 공급받을 수 있도록 되어 있으며, 상기 장비(M)의 가동 갯수가 많을수록 도금 용액의 소비량이 증가함을 알 수 있다. 또한 상기 장비(M)에서 사용되고 난 후의 도금 용액은 다시 주용기(MB)로 배출될 수 있도록 구성됨으로써 도금 용액의 사용량을 최소화할 수 있도록 되어 있다.

제2도는 본 발명의 농도조절장치의 구성도로서, 실제 리드프레임을 도금하는 다수의 장비(M ; Machine)에 인터페이스(ID ; Iterface Device)를 통하여 제어장치(CU ; Control Unit)가 연결되어 있으며, 또한 상기 제어장치(CU)에는 소정의 도금용액 원료가 되는 다양한 성분 등을 보조용기(SB)에서 주용기(MB)로 정량 이송할 수 있는 이송펌프(P)가 연결되어 있다.

여기서 상기 각 장비(M)는 자신의 가동 여부 및 도금 용액의 사용량 등에 대한 정보를 소정의 아날로그 신호로 출력하며 이 아날로그 신호는 인터페이스(ID)를 경유하여 제어장치(CU)로 입력되고, 상기 입력되는 신호는 각 주용기(MB)의 용액을 구성하는 성분의 반응속도(장비가 가동하는 동안의 각 성분의 감소속도)를 계산할 수 있도록 하는 근거가 되며 또한 소정의 계산식에 의해 각각의 이송펌프(P)에 대한 회전속도와 가동시간을 계산하는 근거가 된다.

이러한 도금 용액 용기, 장비 및 농도조절장치의 관계를 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.

즉, 주용기(MB)에는 다양한 성분의 용액을 일정량씩 공급하여 그 주용기(MB)내의 도금 용액이 항상 일정 농도 및 일정량을 유지하도록 다수의 보조용기(SB)가 연결되어 있고, 상기 보조용기(SB)와 주용기(MB) 사이에는 이송펌프(P)가 연결되어 도금용액의 원료가 되는 각 성분을 보조용기에서 주용기로 이송할 수 있도록 되어 있다.

또한 상기 주용기(MB)로부터 도금 용액을 공급받아 리드프레임 등의 도금작업을 실시하며, 자신의 가동여부 및 도금 용액의 사용량 등에 대한 정보를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 다수의 장비(M)가 상기 주용기(MB)에 연결되어 있으며, 상기 장비(M)에는 그 장비(M)로부터의 전기적 신호를 입력받아 소정의 디지털신호로 변환하여 출력할 수 있도록 인터페이스장치(ID)가 연결되어 있다.

한편, 상기 인터페이스장치(ID)에는 제어장치(CU)가 연결되어 상기 장비(M)의 가동 여부 및 도금 용액의 사용량을 감지하고 이에 따라 상기 주용기(MB)내의 도금 용액이 항상 일정한 농도와 일정량으로 지속될 수 있도록 각각의 이송펌프(M)에 대한 구동속도와 구동시간을 개별적으로 동시에 제어함으로써 보조용기(SB)로부터 신속하게 주용기(MB)로 도금 용액의 원료가 되는 다양한 성분을 보충할 수 있도록 되어 있다.

한편, 제3도는 본 발명의 도금용액 공급을 위한 이송펌프(P)의 구동 방식에 대한 상태도로서, 상기 이송펌프(P)는 제어장치(CU)에 의해 시료채취방식과 수동제어방식, 자동제어방식을 선택하여 가동시킬 수 있도록 되어 있다.

상기에서 시료채취방식은 이송펌프(P)를 제어하는 제어장치(CU)가 다른 기능을 수행하면서 주용기(MB)나 보조용기(SB)로부터 시료를 채취할 수 있도록 하는 모드이다. 즉, 주응기(MB)나 보조용기(SB)에서 시료를 채취하여 소량의 도금 용액 또는 성분 용액을 얻고자 하는 경우 사용되며, 따라서 다수의 이송폄프(P) 중에서 용량이 작은 별도의 이송펌프(도시되지 않음)들이 또한 설치되어 사용되며, 이와 같은 시료채취방식에서 사용된 이송펌프들은 다른 방식에서는 사용할 수 없다.

다음으로 수동제어방식은 농도조절장치가 운영되는 동안 주용기(MB) 내부 용액의 각 성분을 분석후 분석자료(농도 및 양)를 입력하면 입력된 자료는 각 이송펌프(P)의 회전속도 또는 구동시간으로 계산되어 도금 용액의 각 성분에 대한 양이 최적의 범위로 유지되도록 부족하거나 초과된 양에 대하여 이송펌프(P)를 제어하게 된다. (초과된 성분을 이송하는 이송펌프는 초과량에 해당하는 시간동안 가동이 자동으로 멈춘다) 즉, 사용자가 주용기의 농도를 분석하여 원하는 농도보다 낮으면 이 차이만큼을 계산하여 이송펌프를 가동시키게 되는 것이다.

이때, 제어장치(CU)에는 주용기(MB)와 보조용기(SB)에 대한 정보인 용기의 용량, 용액내의 각 성분의 적정농도, 그리고 이송펌프(P)에 대한 정보(기본회전수, 이송속도등)등이 입력되며, 또한 장비의 가동 여부나 도금 용액의 사용량 등에 대한 분석자료가 입력되면 이 정보들은 이송펌프(P)의 구동시간이나 회전속도 등의 계산에 이 용된다.

다음으로 자동제어방식은 리드프레임을 도금하는 장비(M)들의 가동 여부 및 도금 용액의 사용량 등 여러가지 변수에 따라 이송펌프(P)의 회전속도 및 구동시간이 변화되며, 용액내 각 성분의 양은 소비되는 속도에 따라 최적범위내로 연속첨가 방법과 자동구동첨가방법에 의해 자동으로 유지된다.

자동구동첨가방법에서는 일정시간 간격을 두고 정해준 양만큼을 주용기에 공급해주고자 할 때 사용되며, 연속첨가방법에서는 이송펌프가 구동되어야 하는 시간이 정해져 있지 않고 이송펌프가 연속적으로 구동되는 도금 장비들의 가동상태에 따라 구동속도 변화에 의하여 첨가량이 조절되는 연속첨가 방법으로 사용자가 온/오프를 시킬 때 이송펌프가 구동/정지된다. (물론 가동되는 장비가 없으면 이송 펌프는 자동적으로 구동을 멈춤)

여기서 상기 수동제어방식, 자동제어방식은 시료채취방식에서와는 다르게 같은 이송펌프를 사용한다. 즉, 한 이송펌프에 대해 이 세가지 모드중 어느 것을 사용해도 무방하지만 동시에 두가지 모드를 사용할 수는 없다. 또한 이러한 방식은 제어 장치의 메모리에 저장된 소정의 프로그램에 의해 실행되는 것들이며 이하에 기재된 내용 또한 소정의 프로그램의 의해 진행되는 것들이다.

제4도는 이송펌프의 펌핑시간 및 속도를 제어하는 순서도로서, 본 발명에서는 가동되고 있는 장비의 갯수 및 가동 상태로부터 소비되는 도금 용액의 양을 계산하고, 이어서 이송펌프가 작동되어야 할 시간 및 이송펌프의 속도를 계산하여 그 시간 및 속도로 이송펌프를 작동시킨 후 자동으로 멈출 수 있게 한다.

이를 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.

제어장치는 내부 타이머를 읽어서 시간이 변한 경우에 이송펌프의 작동시간을 조사하고, 시간이 변하지 않았으면 계속해서 시간을 읽는다.

그 다음 정상 작동하는 장비의 갯수를 조사하여 변한 경우에는 소비되는 도금 용액의 양도 변함으로써 이송펌프의 속도를 변화시키고, 그렇지 않으면 다음 단계로 진행시킨다.

즉, 작동되는 장비의 갯수가 증가했다면 소비되는 도금 용액의 양도 증가하게 되므로, 주용기에 도금 용액의 원료가 되는 다양한 성분을 신속히 보충하기 위해 이송펌프의 속도를 증가시키고, 작동되는 장비의 갯수가 감소했다면 소비되는 도금 용액의 양도 감소함으로, 주용기에 성분 용액을 서서히 보층하기 위해 이송펌프의 속도를 감소시킨다.

이어서, 이송펌프가 작동되어야 하는 시간이 지나면 이송펌프가 반대방향 (Negative Flow)으로 돌고 있는 지를 조사한다.

이송펌프가 반대방향으로 돌게 되면 용액을 주용기로 유도하는 튜브(Tube) 내에 남아있는 용액을 보조용기로 회수한다.

따라서 반대방향흐름이 끝나면 이송펌프를 멈추고, 그의 작동방향을 변화시킨 후 정방향으로 회전하여야 하는 시간을 다시 계산한 후 다시 이송펌프를 작동시킨다.

만약 반대방향흐름이 아니고 이송펌프의 작동시간이 끝났으면 이송펌프를 정지시킨 후 다음으로 진행하며, 이송펌프의 작동시간이 끝나지 않은 경우 현재 투입한 용액의 양을 전체 누적값에 더해주고 다음으로 진행한다.

상기의 과정이 끝나면 이송펌프의 작동상황을 모니터 (Monitor)에 나타내며, 이와 같은 과정은 이송펌프의 수만큼 반복된다.

제5도는 이송펌프의 자동제어방식중 자동구동첨가방법와 제어 순서도이다.

도시된 바와 같이 먼저 이송펌프가 구동중인가를 감지하여 구동중이 아니면 이송펌프가 자동구동첨가방법 모드인지 판단한다. 자동구동첨가방법 모드이면 현재 시간이 미리 설정된 간격시간보다 크면 펌프를 구동하고, 펌프구동상태를 표시하며, 현재시간이 간격시간보다 같거나 작으면 완료한다. 상기 자동제어방식중 자동구동첨가방법은 순서도에서와 같이 이송펌프가 일정시간마다 설정된 시간동안만큼 구동된 후 자동으로 멈추게 하는 방식이며, 연속첨가방법은 이송펑프를 가동시키는 시간을 따로 설정하지 않은 채 도금 장비의 가동 상태를 통해 이송펌프의 구동을 자동 제어하는 방식이다.

사용자의 온/오프를 통해 이송펌프의 구동을 제어하는 방식이다.

상기의 수동제어방식, 자동제어방식의 자동구동첨가방법 및 연속첨가방법은 시료채취방식과는 달리 같은 이송펌프들을 사용하며, 한 이송펌프에 대해 상기 수동 제어방식, 자동제어방식 중 어느것을 사용해도 무방하지만 동시에 두가지 방식을 사용할 수 는 없다.

제6도는 이송펌프의 구동 제어 순서도로서, 본 발명에 있어서는 각 이송펌프 구동방식에 대해서 각기 다른 구동방법을 사용하기 때문에 이송펌프가 가동되는 시간은 각 방식에 따라 각각 다르게 계산된다.

즉, 제6도와 같이 이송펌프가 설정만 되어 있고, 실제로는 연결되어 있지 않다면 이송펌프는 구동되지 않는다.

또한 설정값중 논리적으로 맞지 않는 값이 입력되어 있어 펌핑시간을 계산할 수 없을 때나 펌핑시간이 24시간을 넘는 경우에도 이송펌프는 작동되지 않는다.

그리고 반대방향흐름을 뭔할 경우에는 이 시간동안 이송펌프가 반대방향으로 회전되도륵 하고, 그렇지 않은 경우에는 그대로 이송펌프를 구동시킨다.

일단 가동된 이송펌프를 정지시키는 것은 제4도에 도시한 이송펌프 구동 시간 제어 순서도에 의한다.

한편 펌핑시간은 이송펌프가 어느 방식으로 설정되었는가에 따라 다르게 계산된다.

즉, 시료채취방식에서의 펌핑시간은 다음의 식으로 계산된다.

* 샘플량(Sample Volume) ; 취하고자 하는 샘플의 양(L)

* 특정펌프속도(Specific Pump Rate) ; 용액속도(Flow rate)를 구하는 기준이 되는 펌프의 속도(RPM)

* 용액속도(Flow Rate) ; 정해진 튜브크기와 특정펌프속도에 대해 흘러 들어 가는 용액의 속도(L/min)

* 펌프속도(Punlp Rate) ; 가동시킬 펌프의 속도(RPM)

상기에서 주용기의 용액을 채취하고자 할 때에 펌프가 작동되는 순간부터 용액이 추출되는 것이 아니라 튜브내의 차있던 공기가 모두 빠져나온 후에야 용액이 나오기 시작하는 바, 이 데드량(Dead Volume)은 다음의 식과 같이 구한다.

또한 주용기의 농도를 분석하여 훤하는 농도보다 작으면 이를 보충할 수 있을 정도의 저장용액(Stock Selution)을 넣어주는 수동제어방식에서의 펌핑시간은 다음의 식과 같이 구한다.

이 식에서 넣어줄 저장용액의 양(L)인 투입용액량(Stock Volume)은 다음의 식으로 구한다.

* 희망농도(Optimum Concentration) ; 원하는 용기의 농도(g/L)

* 분석농도(Analyzed Concentration) ; 분석한 용기의 농도(g/L)

* 저장용액농도(Concentration of Stock Solution) ; 저장용액의 농도(g/L)

한편 자동제어방식의 하나로서 자동구동첨가방법에서는 사용자가 펌프의 작동시간 사이의 간격과 펌프의 작동시간을 입력시켜주므로 이에 따라 펌프를 작동시키며, 연속첨가방법에서는 사용자가 펌프를 멈출 때까지작동하게 되므로 특별한 펌평시간 계산이 필요하지 않게 된다.

이상에서와 같은 본 발명은 리드프레임 제조공정이나 도금공정에 사용되는 다성분으로 구성된 용액들을 중앙 집중식 약품 자동조절장치로 제어하는 것에 의해 최적의 농도로 유지시킬 수 있음으로, 본 발명에 의하면 용액의 각 성분 농도가 장비 또는 라인의 가동상태에 따라 세밀하게 자동조절될 수 있게 되므로 도금의 질과 제품의 질을 크게 향상시킬 수 있게 될 뿐만 아니라 사용되는 약품의 소비량을 크게 감소시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 일정 농도 및 일정량의 도금 용액이 수용되어 있는 주용기(MB)와; 상기 주용기(MB)에 다양한 성분의 용액을 일정량씩 공급하여 주용기(MB)내의 도금 액이 항상 일정 농도 및 일정량을 유지하도록 하는 다수의 보조용기(SB)와; 상기 보조용기(SB)에서 주용기(MB)로 소정의 도금 용액을 이송하는 다수의 이송펌프(P)와; 상기 주용기(MB)로부터 도금 용액을 공급받아 리드프례임 등의 도금 작업을 실시하며, 자신의 가동여부 및 도금 용액의 사용량 등에 대한 정보를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 다수의 장비(M)와; 상기 장비(M)로부터의 전기적 신호를 입력받아 소정의 디지털신호로 변환하여 출력하는 인터페이스장치(ID)와; 상기 인터페이스장치(ID)에 연결되어 상기 장비(M)의 가동 여부 및 도금 용액의 사용량을 감지하고 이에 따라 상기 주용기(MB)내의 도금 용액이 항상 일정한 농도와 일정량으로 지속될 수 있도록 각각의 이송펌프(M)에 대한 구동속도와 구동 시간을 개별적으로 동시에 제어하는 제어장치(CU)를 포함하여 이루어진 다성분 도금용액의 농도조절장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 이송펌프(P)는 주용기에서 샘플을 채취하여 소량의 도금용액만을 얻기 위해 용량이 작은 이송펌프만을 구동하는 시료채취 방식과, 사용자가 주용기의 농도를 분석하여 분석된 각 성분의 농도 자료를 제어장치(CU)에 입력하고 상기 주용기의 농도가 원하는 농도보다 낮으면 이 차이만큼을 계산하여 이송펌프를 가동시키는 수동제어방식과, 자동제어방식으로서 일정시간간격을 두고 정해준 양만큼 주용기에 공급해주는 자동구동첨가방법 및 사용자가 펌프를 오프시킬때 까지 도금 장비들의 가동상태에 따라 구동 속도 변화로 첨가량이 조절되도록 이송펌프를 연속 가동시키는 연속 첨가방법을 선택하여 구동할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 다성분 도금용액의 농도조절장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제어장치(CU)에는 주용기(MB)와 보조용기(SB)에 대한 용기의 용량, 용액내의 각 성분의 적정 농도, 그리고 이송펌프(P)에 대한 정보 등이 입력되고, 장비(M)의 가동여부 및 도금용액의 사용량 등에 대한 정보가 입력되고, 이 정보들이 이송펑프(P)의 구동시간이나 구동속도에 이용되는 것을 특징으로 하는 다성분 도금용액의 농도조절장치.