KR100263844B1 - 정전 분무 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 땜납 마스크 등의 코팅재를 회로기판 등의 기판에 정전 도장하는 방법과 장치에 관한 것이다. 접지된 컨베이어 시스템은 컨베이어로 부터 기판을 현수하고 기판을 접지하는 전기 도전 수단을 포함한다. 미립자 분무 노즐은 접지된 기판의 방향으로 미립자화되고 전기 하전된 코팅재를 분무한다. 원하는 패턴으로 분무를 제한하도록 집중 수단을 설치하고, 분무재와는 반대되는 전하를 띠는 수용 배면판을 기판의 뒷쪽에 설치하여, 기판에 부착하지 않은 하전된 코팅 입자들을 끌어당긴다.

Description

정전 분무 장치

제1도는 본 발명에 사용할 수 있는 노즐의 사시도.

제2도는 본 발명에 따른 장치의 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 노즐 11A : 고전압원

11b : 가변 전압원 12 : 집중 요소

13 : 노즐 헤드 14 : 분무 패턴

16 : 기판 18 : 수납 배면판

22 : 홀딩 수단 30 : 벨(bell) 조립체

32 : 공기 환대(環帶)

본 발명은 기판의 정전 코팅이나 분무에 관한 것으로, 특히 광중합성 땜납 마스크를 갖는 인쇄 회로기판의 정전 코팅 또는 분무에 관한 것이다.

땜납 마스크는 에칭중에 인쇄 회로기판을 보호하는데 사용되는 광경화성 중합 조성물이다. 일반적으로 땜납 마스크는 히드록시 알킬 메타아크릴레이트로 부분적으로 에스테르화된 스티렌 말레산 무수물 공중합체, 반응성 단량체 및 소정의 다관능성 에폭시드 등을 함유한다. 적당한 땜납 마스크의 조성물이 공고된 유럽특허원 0,366,333에 개시되어 있고, 그 내용을 참고적으로 본 명세서에 기재하였다.

단층, 이중, 또는 다층의 인쇄 회로기판의 한면이나 양면을 땜납 마스크로 코팅할 수 있다. 그 기판을 코팅하여 건조시킨 뒤, 기판상에 땜납 접속을 해야 할 부분의 불투명 영상들을 포함하는 포토그래픽 음극이 기판 표면위에 놓인다. 이어서, 기판과 음극을 자외선에 노출시킨다. 음극을 통과하는 자외선은 땜납 마스크내의 광중합체를 교차결합시킨다. 노출시킨 뒤, 기판을 용매 장치에서 “현상”하여 교차결합되지 않은 모든 광중합체를 세척한다. 기판에 접착되는 교차-결합된 광중합체로 인해 그 밑의 재료는 후속 처리 과정중은 물론이고 실제 작동 위치에 있을때 보호된다. 세척과 건조를 끝낸 뒤에, 땝납 용융액에 기판을 담근다. 땜납은 마스크 조성물로 덮이지 않은 기판 부분에 접착된다. 이에따라, 땜납 접속점에서 전자 부품들을 기판에 쉽게 장착할 수 있다.

참고적으로 본 명세서에 내용이 기재된 웨버의 미국특허 제4,949,665호에는 인쇄 회로기판의 양측면을 코팅하는 장치가 기재되어 있다. 그 장치는 코팅할 회로기판을 놓을 이동식 이송 슬라이드를 갖는 컨베이어를 포함한다. 따라서, 회로기판은 코팅재로 한 면을 코팅하는 코팅 장치를 통과한다. 이때 이송 슬라이드는 컨베이어상에서 정지한 뒤 회전한다. 이어서 회로기판의 제1측면을 코팅할때와 같은 식으로 제2측면을 코팅할 수 있도록 이송 슬라이드가 코팅 장치를 되돌아 통과한다. 그뒤 회로기판을 건조기 안으로 이송하여 기판의 양측면을 똑같이 건조한다.

회로기판에 땜납 마스크를 붙이는 일반적인 수단으로는 정전 분무기가 있다. 정전계를 채용하는 장치는 키슬러의 미국특허 제4,826,703호에 기재되어 있는데, 그 내용을 참고적으로 본 명세서에 기재한다. 코팅 도포기로서는 전기도전 노즐을 이용하는데, 그 노즐까지 코팅 재료를 원하는 유량으로 펌프로 공급한다. 그 코팅 재료를 하전하기 위해 정전계를 발생시킨다. 웨브 기판은 반대 극성으로 대전된다. 상기 특허는 또한 이동중인 웨브의 표면에 정전 흡착되는 코팅 재료 층의 폭을 제어하고 가장자리 두께를 균일하게 향상하는 방법을 기재하고 있다. 이것은 코팅 도포기와 그곳에서 떨어진 웨브 표면 사이를 이동하는 하전된 코팅 재료의 양쪽에 마주보게 장착되고 전원에 연결된 한쌍의 전극을 제공함으로써 달성된다.

전극을 이용하여 코팅할 기판에 코팅 입자들이 향하게 하면, 회전식 분무 노즐을 이용한 코팅 재료를 분무할때 특히 유리하다. 회전식 분무기의 특성은, 코팅의 분무 패턴을 한정하는 수단이 없어, 넓은 패턴으로 코팅을 추진하는 경향이 있기 때문에, 회로기판 보다 넓게 코팅한다는 것이다. 그 결과 상당한 유휴시간을 초래하는데, 이것은 분무 장치에서 코팅(땜납 마스크)을 세척해야 하기 때문이다. 그외에, 기관의 피복이 균일하지 않고 볼록한 도너츠 형태로 되는 경향이 있다. 즉, 기판의 중앙 부분은 외곽 부분 보다 얇게 코팅되는 경향이 있다.

회로기판을 정전 코팅하는데 있어 또다른 문제점은 하나의 회로기판이 분무 지역을 통과할때 발생한다. 그 다음에 코팅할 회로기판은 앞에 코팅된 기판에서 떨어져 있어, 두번째 기판이 분무 지역을 향해 전진하고 있는 동안 코팅 재료가 빈 공간에 분무되는 문제가 생긴다. 기판이 하전된 코팅 재료를 끌어당기기 때문에, 제1기판이 분무 지역을 통과하고 제2기판이 분무 지역에 접근함에 따라, 코팅 입자들은 회로기판들 사이의 공간을 직선으로 통과하지 않고, 오히려 기판들을 “휘돌아(wrap around)” 노즐에 면하지 않는 기판의 측면에 흡착되는 경향이 있다. 이 결과, 기판의 양측면이 불균일하게 코팅되고, 이것은 아주 바람직하지 않다.

종래의 이런 문제점들은 본 발명에 의해 해결되는바, 본 발명은 하전된 코팅 입자들을 입자의 분무 패턴으로 기판을 향해 집중시키고 코팅할 기판의 배면으로 부터는 하전된 입자들을 끌어당겨 떼어내는 장치 및 방법을 제공한다. 특히, 땜납 마스크 나 1차 레지스트 등의 코팅재를 회로기판이나 금속호일 등의 기판에 정전기적으로 도포하는 방법 및 장치를 제공한다. 접지된 컨베이어 장치는 그 컨베이어로 부터 기판을 현수한 다음 접지시키는 도전 수단을 포함한다. 접지된 기판을 향해 코팅 재료를 미립자화하여 하전 분무하도록 미립자 분무 노즐을 설치한다. 원하는 패턴으로 분무를 제한하도록 집중 요소를 설치하고, 분무 입자와 반대되는 전하를 띠는 수납 배면판을 기판의 배후에 설치하여 기판에 접착하지 않은 하전된 코팅 입자들을 끌어당긴다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명을 자세히 설명하면 다음과 같다.

제1도에 도시된 것은, Devilbiss Company에서 시판중인 “AEROBELL” 회전 분무기 RMA-501 노즐(10)이다. 노즐(10)은 코팅 재료를 정전 도포하는 고속 벨형 분무기로서 본 발명과 함께 사용하기에 적합하다. 노즐(10)은 패턴 제어를 돕기위해 가장자리에 공기 환대(環帶)(32)가 달린 분무기 벨 조립체(30)를 포함한다.

제2도에 도시된 것은 코팅 입자에 전하를 걸어주도록 고전압원(11A)에 접속된 노즐(10)이다. 노즐의 헤드(13) 근처에 집중 요소(12)가 있는데, 이것은 코팅 입자들에 인가하고자 하는 전하에 반대되는 극성의 전하를 집중 요소(12)에 인가하는 가변전압원(11B)에 연결된다. 집중 요소(12)는 분무 패턴에 필요한 특성만 가지면 어떤 형상도 좋다. 요소(12)가 노즐(10)을 거의 둘러싸고(그러나 물리적으로는 접촉하지 않음) 깊이는 대략 4인치인 링 모양이 1차 레지스트(resist)로 금속 호일 기판을 균일하게 코팅하는데 바람직하다. 땜납 마스크로 회로기판을 균일하게 코팅하는데는 개방형, 즉 “C”형 집중 요소가 바람직하다. “C”형 요소는 약 270° 의 원호를 형성하는 것이 좋다. “C”형 요소의 개구 위치는 본 발명에 중요하지 않으므로 원하는 분무 특성에 적합하기만 하면 변할 수도 있다. 집중 요소(12)와 노즐(10)은 서로 독립적으로 또는 결합해서 기판(16)에 대해 원근 이동하여 분무 패턴(14)의 폭을 변경시킨다. 예를 들어, 집중 요소(12)가 기판(16)에서 멀어지면, 분무 패턴(14)은 넓어진다.

땜납 마스크나 1차 레지스트 등의 코팅 재료는 적당한 모든 수단에 의해서 노즐(10)까지 펌프로 올려질 수 있다. 당 기술의 통상의 전문가라면, 밸의 회전 속도 외에 펌프의 유량과 압력을 변화시켜 분무 패턴(14)을 바꿀 수 있다. 땜납 마스크로 인쇄회로판을 코팅하는 본 실시예에서 바람직한 땜납 마스크는, 전술한 공고 특허출원 0,366,333에 기재된 것과 같이, 히드록시 알킬 메타아크릴레이트로 부분적으로 에스테르화된 스티렌 말레산 무수물 공중합체, 반응성 단량체 및 소정의 다관능성 에폭시드 등을 함유한다.

회로기판이나 금속 호일 등의 다수의 기판들(16)은 노즐(10)로 부터 종방향으로 떨어진 소정 경로를 따라 운반 장치(도시 안됨)에 의해 운반된다. 크기가 18″ × 24″인 기판에 대해, 코팅될 표면(15)과 노즐 헤드(13) 사이의 바람직한 간격은 약 12″이고, 가장 바람직한 간격은 약 8″이다. 당해 기술의 통상의 전문가라면, 이 간격은 결정적인 것이 아니며, 원하는 특정의 분무 패턴은 물론 그 분무 패턴을 형성하는데 관련된 다른 변수에 따라 변할 수 있음을 알 것이다. 홀딩 수단(22)으로 기판(16)을 고정하고, 그 홀딩 수단은 지면에 연결된 전선(20) 등의 전도체에 연결되며, 그 지면은 접지된 콘베이어 장치도 좋다. 코팅 입자가 하전되기 때문에, 접지된 기판은 싱크(sink)로 작용하여 코팅 입자들을 표면(15)으로 끌어당긴다.

기판(16)이 분무 지역을 지나감에 따라, 반대쪽 표면(17)도 마찬가지로 하전된 코팅 입자들을 끌어당긴다. 이때 반대쪽 표면(16)에 흡착되는 코팅을 최소화 하려면, 기판(16)에 대해 종 방향으로 떨어진 위치에 수납 배면판(18)을 설치하여 노즐(10)과 배면판(18) 사이로 기판(16)이 이동하게 한다. 배면판(18)은 코팅 입자의 전하와는 반대되는 전하를 갖도록 전압원(18A)에 연결된다.

배면판(18)은 기판(10)의 처리에 악영향을 주지 않고 전하를 분산시키는데 적당하기만 하면 어떤 도체라도 좋다. 배면판에 적당한 표면으로는 알루미늄 호일과 스테인리스 강이 있다. 배면판(18)의 하전면은 스테인리스 강으로 구성하는 것이 바람직하다. 배면판은 스테인리스 강으로 구성하면, 어떤 분무 코팅도 뒤에 쉽게 떼어낼 수 있고, 회수된 땜납 마스크를 재사용할 수 있기 때문에 좋다. 배면판(18)은 적당한 수단으로 기판(16) 뒷쪽의 위치에 고정할 수 있다. 배면판(18)은 약 1∼4 인치, 가장 바람직하게는 3인치 정도 기판(16)의 표면(17)에서 떨어지는 것이 바람직하다.

바람직한 실시예에서, 입자와 집중 요소(12)는 음극으로 하전되고, 배면 판(18)은 양극으로 하전된다.

동작시, 접지된 기판(16)을 분무 지역쪽으로 이동시킨다. 기판이 분무 지역으로 접근함에 따라, 기판(16)의 노즐쪽 표면(15)과 그 반대쪽 표면(17)에 다같이 하전 분무 입자들이 부착된다. 그러나, 제2도에 파단선(23)으로 도시된 대로 표면(15)에 부착되지 않고 기판(16)을 지나는 하전 입자들은 그 입자들과 반대 극성을 띠는 배면판(18)에 의해 끌려오고, 따라서 그 입자들은 기판(16)의 반대쪽 표면(17)에는 부착되지 않는다. 마찬가지로, 기판(16)이 분무 지역을 지나갔을때, 하전된 배면 판(18)은 반대로 하전된 입자들을 끌어오는 역할을 하고, 따라서 기판의 반대쪽 표면(17)의 코팅 재료의 흡착을 최소화한다.

본 발명은 원하는 코팅 재료로 기판을 정전 코팅하는 수단 및 방법을 제공한다. 더우기, 본 발명은 이런 입자 코팅이 필요하지 않은 기판의 반대쪽 표면에 코팅 재료가 흡착되는 문제점을 해결한다.

Claims (15)

1. 접지된 기판에 코팅재를 정전 분무 도장하는 장치로서 접지된 컨베이어 시스템; 상기 기판을 상기 컨베이어 시스템으로 부터 현수하기 위한 전기 도전성 수단; 상기 접지된 기판 방향으로 상기 코팅재를 하전 상태로 분무하고, 상기 기판의 평면의 중앙에 직각으로 종축선을 갖는 분무 노즐 수단; 및 상기 코팅재의 전하와 반대 극성의 전하를 띠는 수용판을 포함하며, 상기 수용판은 상기 분무 노즐 수단과 상기 수용판 사이의 상기 컨베이어 시스템에 의해 상기 기판이 운반되도록 위치하고, 상기 수용판, 기판 및 분무 노즐 수단은 상기 종축선을 따라 차례대로 위치하게 배치되어 있는 정전 분무 도장 장치.
2. 제1항에 있어서, 원하는 분무 패턴으로 상기 분무를 집중시키는 분무 집중 수단을 더 포함하고, 상기 집중 수단은 상기 분무 노즐 수단을 거의 둘러싸면서 상기 코팅재와 동일한 전하를 띠는 전기 하전 요소를 포함하는 정전 분무 도장 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 집중 수단은 상기 분무 노즐 수단을 완전히 둘러싸는 도전 링을 포함하는 정전 분무 도장 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 분무 노즐 수단이 회전식 미립자 분무 노즐을 포함하는 정전 분무 도장 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 코팅재가 땜납 마스크를 포함하는 정전 분무 도장 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 코팅재가 1차 레지스트를 포함하는 정전 분무 도장 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 코팅재가 음극으로 하전되는 정전 분무 도장 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 수용판이 알루미늄 호일을 포함하는 정전 분무 도장 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 수용판이 스테인리스 강을 포함하는 정전 분무 도장 장치.
10. 서로 이격된 다수의 접지 기판들을 정전 코팅하는 방법으로서; 노즐 수단으로 부터 분무 지역 방향으로 하전된 코팅재를 분무 패턴으로 분무하는 단계; 상기 기판이 상기 분무 지역으로 접근하고, 출입하도록 상기 노즐 수단으로 부터 종방향으로 이격된 경로에서 상기 기판을 운반하는 단계; 및 상기 하전된 코팅재를 끌어당기고, 상기 노즐 수단과의 사이에서 상기 기판을 운반하도록 상기 기판에서 종방향으로 이격되어, 상기 기판이 상기 분무 지역으로 접근하고 멀어짐에 따라, 상기 기판에 흡착하지 않은 하전된 코팅재가 흡착되는 수납 배면판 수단을 제공하는 단계;를 포함하는 정전 코팅 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 코팅재가 땜납 마스크이고, 상기 기판이 회로기판인 방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 코팅재가 1차 레지스트이고, 상기 기판이 금속 호일을 포함하는 방법.
13. 제10항에 있어서, 상기 배면판 수단이 상기 코팅재의 상기 전하와는 반대 극성의 전하를 띠는 방법.
14. 제10항에 있어서, 상기 코팅재가 음극으로 하전되는 방법.
15. 제10항에 있어서, 상기 분무 패턴을 한정하는 분무 집중 수단을 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.