KR100484995B1 - 솔더 수집 헤드를 구비한 이중 트랙 스텐실 인쇄 장치 - Google Patents

솔더 수집 헤드를 구비한 이중 트랙 스텐실 인쇄 장치 Download PDF

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Abstract

이중 트랙 스텐실 인쇄 장치(30)는 제1 레일 세트(22, 24)와 제2 레일 세트(26, 28)를 포함하며, 각 레일은 독립적으로 제어되므로, 회로 기판은 처리를 위해 스텐실 장치를 통해 독립적으로 이동하게 된다. 스텐실 장치는 작업 영역(37)을 구비하고, 이곳에서 회로 기판이 스텐실 인쇄된다. 각 트랙의 각각의 작업 영역과 정렬되는 2개의 패턴을 구비한 스텐실이 이중 트랙 장치 위에 현수된다. 일 실시예에서, 솔더 분배 유닛은 스텐실 위에 현수되는 스퀴지 아암(35)을 포함하며, 이 스퀴지 아암은 2개의 트랙에 평행하게 이들 사이에 중심이 맞춰진다. 작동 중에, 회로 기판이 작업 영역으로 들어가, 스텐실과 접촉하도록 상승되고, 스퀴지 아암(35)은 기판과 접촉하는 스텐실 패턴 부분을 가로질러 횡단하며, 이에 따라 패턴을 통해 솔더가 분배되고 기판이 스텐실 인쇄된다. 스텐실 장치는 다른 한 쌍의 기판을 처리하기 위해 제2 트랙으로 전진하기 전에 하나의 트랙 상의 2개의 기판을 처리하도록 작동한다. 다른 실시예에서, 솔더 분배 유닛은 솔더 수집 헤드(32)를 구비한 스퀴지 아암(35)을 포함한다. 솔더 수집 헤드(32)를 구비하는 스퀴지 아암(35)을 사용한 작동 중에, 2개의 회로 기판이 작업 영역으로 공급되고, 양 회로 기판은 연속 처리되며, 이 때 각 기판의 처리 후 잉여 솔더는 기판으로부터 제거된다.

Description

솔더 수집 헤드를 구비한 이중 트랙 스텐실 인쇄 장치{DUAL TRACK STENCILING SYSTEM WITH SOLDER GATHERING HEAD}
본 출원은 이중 트랙 스텐실/스크린 프린터라는 명칭으로 1997년 2월 21일에 출원된 출원 번호 제08/802,934호의 CIP(continuation-in-part) 출원이다.
본 발명은 전체적으로 회로 기판 제조 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하면 회로 기판 스텐실 인쇄 작업(circuit board stenciling operation)을 개선하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
당업계에 잘 알려진 바와 같이, 회로 기판 제조업자들의 성공 여부는 그들이 주어진 시간 내에 공급할 수 있는 무결함 제품의 수와 관련해서 결정된다. 불행하게도, 원하는 생산성 수준의 달성은 이러한 무결함 제품의 제공에 고유한 정확도 요구로 인해 방해를 받는다. 기술이 진보함에 따라 패드(pad)가 근접한 간격으로 있는 상태에서 회로 기판에 설치되는 패키지당 핀(pin)의 수는 증가하고 소자의 크기는 더욱 감소하기 때문에, 상기 정확도 요구는 달성하기가 더욱 어려워지고 있다. 결함이 있는 회로 기판은 즉석에서 거부되거나 재가공되어야 하는데, 이는 시간 소모적이며 비용을 상승시킨다.
예를 들면, 전형적인 회로 기판 제조 공정에는 3가지의 기본 작업이 포함되는데, 그 각 작업은 보통 별개의 머신들에 의해 수행된다. 이들 작업에는, 유입 회로 기판의 패드 위에 솔더 패턴(solder pattern)을 스텐실 인쇄하는 공정과; 그 회로 기판의 패드 상에 소자를 배치하는 공정과; 그리고 회로 기판과, 소자의 핀 및 패드가 솔더와 완전히 접촉하도록 회로 기판을 가열하는 공정이 포함된다.
상기 스텐실 인쇄 작업과 소자의 배치 작업은 무결함 제품이 제공될 수 있도록 정밀하게 수행되어야만 한다. 스텐실 인쇄 작업은 통상 스텐실 머신에 의해 수행된다. 이 스텐실 머신에 공급되는 회로 기판에는 패드, 또는 통상적으로 솔더가 침적되는 전도성 표면 영역의 패턴이 있다. 또한, 정렬 용도로 하나 이상의 작은 구멍, 또는 기준(fiducial)으로 지칭되는 마크가 회로 기판에 마련된다. 상기 스텐실 머신에는 통상 스텐실(또는 스크린)도 포함되는데, 이 스텐실에는 그 스텐실을 관통하여 엣칭 가공된 소정 패턴의 구멍이 있으며, 이 구멍의 패턴은 회로 기판에 마련되는 예상 솔더 패턴과 조화를 이룬다.
회로 기판이 스텐실 머신 내로 공급되면, 처음에 회로 기판은 스텐실의 구멍과 적절히 정렬되는 것을 보장하도록 스텐실과 정렬되어야 한다. 이 작업을 수행하는 한 장치로는 회로 기판의 기준을 스텐실의 하나 이상의 기준과 정렬시키기 위하여 회로 기판과 스텐실 사이에 도입되는 광학적 정렬 장치(optical alignment system)가 있다. 예컨대, 본원에서 참고로 인용하는 1991년 10월 21일에 허여된 프리만(Freeman)의 미국 특허 제5,060,063호 및 1992년 1월 31일에 재발행된 미국 재발행 특허 제34,615호에 개시된 것과 같은 MPM™코포레이션의 광학적 정렬 장치가 선택적으로 사용될 수 있다.
회로 기판이 스텐실과 정렬된 경우, 회로 기판은 스텐실 쪽으로 상승되고, 솔더가 스텐실 상에 분배되며, 와이퍼 블레이드[또는 스퀴지(squeegee)]가 스텐실을 가로질러 스텐실의 구멍을 통해 솔더를 회로 기판 위로 분배한다. 스텐실 인쇄 완료 후, 회로 기판은 전기 소자를 회로 기판 상의 특정 위치에 배치하는 픽 앤드 플레이스 머신(pick and place machine) 쪽으로 하강 및 전방 이동된다.
픽 앤드 플레이스 머신은 회로 기판에 필요한 소자를 제공한다. 소자는 회로 기판 상의 적절한 위치(스텐실 머신에 의해 수행되는 솔더 침적 위치)에 적절한 방위로 배치된다. 소자의 핀의 수가 많고 핀 사이가 가깝기 때문에, 픽 앤드 플레이스 머신은 솔더 접합부 상에 소자를 정확히 배치하도록 정밀한 표준으로 작동하는 것이 필수적이다. 따라서, 픽 앤드 플레이스 머신은 작업 전에 정렬 체크(alignment check)도 수행하여야 한다.
상기 공정의 다음 단계는 스텐실 인쇄된 솔더 위에 소자가 놓여진 회로 기판을 리플로우 머신(reflow machine) 쪽으로 전방으로 이동시키는 것이다. 상기 리플로우 머신은 존재하는 솔더를 가열하여, 픽 앤드 플레이스 머신에 의해 배치된 소자의 핀이 솔더에 의해 회로 기판의 패드 또는 다른 표면과 긴밀하게 연결되도록 한다.
전술한 스텐실 인쇄 장치에서는, 솔더를 회로 기판에 인쇄하고 이 인쇄된 솔더에 소자를 배치할 때 요구되는 정밀도로 인하여, 회로 기판에 대하여 정렬 작업이 수행되어야 하는데, 이것은 제조 공정을 지연시킨다. 또한, 픽 앤드 플레이스 머신은 스텐실 머신으로부터 기판을 수용하도록 기다려야 하기 때문에, 픽 앤드 플레이스 머신은 이른바 '체류 시간(dwell time)'이라고 하는 다른 지연 요인을 갖게 된다. 이러한 각 지연 요인은 제조 공정의 전체적인 수행 능력 및 생산성을 감소시킨다. 회로 기판 제조 공정의 처리량을 증가시키기 위한 방법 및 장치를 개발하는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명에 따른 회로 기판 제조 공정에 이용되는 개별 단계들을 보여주고 있는 흐름도.
도 2는 도 1의 회로 기판 제조 공정에 이용되는 스텐실 인쇄 장치를 보여주는 도면.
도 3은 도 2의 스텐실 인쇄 장치의 제어 구조를 보여주는 블록도.
도 4는 스텐실 인쇄 장치를 작동시키는 한 방식을 보여주는, 도 2의 스텐실 인쇄 장치의 부분 측면도.
도 5는 스텐실 인쇄 장치의 이중 레일 위로 이중 스텐실을 배치하는 것을 보여주는, 도 2의 스텐실 인쇄 장치의 레일 장치를 나타내는 도면.
도 6a 내지 도 6d는 도 2에 도시한 스텐실 인쇄 장치를 통해 회로 기판을 취급하는 순서를 보여주는 블록도.
도 7은 도 2에 도시한 이중 트랙 스텐실 인쇄 장치에 이용되는 솔더 수집 헤드를 보여주는 도면.
도 8a 내지 도 8c는 도 7의 솔더 수집 헤드의 작동을 보여주는 도면.
도 9a 내지 도 9e는 도 7에 도시한 솔더 수집 헤드를 사용하는, 도 2에 도시한 스텐실 인쇄 장치의 회로 기판을 취급하는 순서를 보여주는 블록도.
도 10a 내지 도 10c는 도 2에 도시한 이중 트랙 스텐실 인쇄 장치에 이용되는 솔더 분배 헤드의 여러 실시예를 보여주는 블록도.
도 11은 도 2에 도시한 스텐실 장치의 모터 제어 및 레일을 보여주는 도면.
도 12는 스텐실 장치의 작동시 단일 트랙 모드로 레일들을 배치한 것을 보여주는 도면.
도 13은 단일 트랙 모드로 되어 있는 레일들의 위치를 보여주는 도면.
도 14는 이중 트랙 모드로 되어 있는 레일들의 위치를 보여주는 도면.
도 15는 재부팅/리셋 과정을 보여주는 흐름도.
도 16은 짧아진 레일들을 갖추고 있는 이중 레일 장치의 다른 실시예를 보여주는 도면.
도 17은 이중 레일 장치의 한 측면에서 모든 재료를 취급하는 이중 레일 장치의 다른 실시예를 보여주는 도면.
도 18은 이중 레일 장치의 한 측면에서 모든 재료를 취급하는 이중 레일 장치의 다른 실시예를 보여주는 도면.
도 19는 2개의 기판를 동시에 인쇄할 수 있게 하는 기계식 고정 장치가 마련되어 있는 이중 레일 장치를 보여주는 도면.
본 발명의 한 양태에 따르면, 회로 기판 제조 공정에 사용되는 스텐실 인쇄 장치가 제공되며, 이 스텐실 인쇄 장치는, 각기 복수 개의 회로 기판을 지지하고 이들 기판을 스텐실 인쇄 장치를 통해서 전진시키는 복수 세트의 레일과; 이 복수 세트의 레일 위에 배치되어, 그 복수 세트의 레일 중 제1 세트의 레일에 있는 제1 회로 기판을 스텐실 인쇄하는 중에 솔더를 스크린에 부착시키고, 상기 제1 회로 기판을 스텐실 인쇄한 후에는 스크린으로부터 잉여 솔더를 제거하는 솔더 수집 스퀴지 아암(solder gathering squeegee arm)을 포함한다. 이러한 구성으로, 유연한 이중 트랙 스텐실 인쇄 장치가 제공되며, 이 장치는 어떤 특정한 처리 공정으로 한정되지 않는데, 그 이유는 솔더가 스크린에 남아 있기 보다는 솔더 헤드에 유지되기 때문이다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 2개의 트랙을 갖춘 스텐실 인쇄 장치에서 회로 기판을 처리하는 방법이 제공된다. 각 트랙에는 회로 기판을 수용하여 이 회로 기판을 트랙 내의 유사한 위치로 전진시키는 로더(loader)가 마련된다. 스텐실 인쇄 장치는 트랙 위에 배치되는 스텐실에 솔더를 분배하고 그 스텐실로부터 잉여 솔더를 제거하는 솔더 분배 기구를 포함한다. 이 방법은, 상이한 트랙 상에 각각 위치되는 한 쌍의 기판을 수납하는 단계와, 상기 한 쌍의 기판과 스텐실 및 솔더 분배 기구를 관련시키는(engaging) 단계와, 한 쌍의 회로 기판에 있어서 상기 트랙 중 제1 트랙에 있는 제1 회로 기판 위의 상기 스텐실 위로 상기 솔더 분배 유닛을 전진시켜 스텐실을 통해 상기 제1 회로 기판 위에 솔더를 분배하는 단계와, 상기 솔더 분배 유닛에 의하여 스텐실로부터 잉여 솔더를 제거하는 단계와, 상기 솔더 분배 유닛을 상기 트랙 중 제2 트랙으로 전진시키는 단계와, 한 쌍의 회로 기판에 있어서 상기 트랙 중 제2 트랙에 있는 제2 회로 기판 위의 상기 스텐실 위로 상기 솔더 분배 유닛을 전진시켜 스텐실을 통해 상기 제2 회로 기판 위에 솔더를 분배하는 단계를 포함한다. 이러한 구성에 있어서, 솔더를 분배하고 잉여 솔더를 제거할 수 있는 솔더 분배 기구를 사용함으로써, 양 회로 기판은 이중 트랙 스텐실 인쇄 장치에서 동시에 관련되고 순차적으로 스텐실 인쇄되며, 이에 따라 상기 장치의 전체 성능 및 융통성이 증가된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 회로 기판 제조 공정에 이용되는 스텐실 인쇄 장치는, 각기 복수 개의 회로 기판을 지지하고 상기 스텐실 인쇄 장치를 통해서 복수 개의 회로 기판을 전진시키는 복수 세트의 레일과; 상기 복수 세트의 레일 위에 배치되어, 이들 복수 세트의 레일 중 제1 세트의 레일 상의 제1 회로 기판을 스텐실 인쇄하는 중에 스텐실에 솔더를 부착하는 솔더 분배 헤드를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 2개의 트랙을 갖춘 스텐실 인쇄 장치에서 회로 기판을 처리하는 방법이 제공된다. 각 트랙에는 회로 기판을 수납하고 그 회로 기판을 트랙 내의 유사한 위치로 전진시키는 로더가 마련된다. 스텐실 인쇄 장치는 트랙에 배치되는 스텐실에 솔더를 분배하는 솔더 분배 기구를 포함한다. 상기 방법은 트랙 중 하나의 트랙에 적어도 하나의 기판을 수납하는 단계와, 상기 적어도 하나의 기판과 스텐실 및 솔더 분배 기구를 관련시키는 단계와, 솔더 분배 기구의 관련 폭을 갖는 개구부 및 스텐실을 통해서 회로 기판 위에 솔더가 압출되도록 적어도 하나의 기판 위로 솔더 분배 기구를 통과시키는 단계와, 적어도 하나의 회로 기판 모두를 스텐실 인쇄하도록 개구부의 폭이 적어도 하나의 회로 기판과 관련된 스텐실 상의 모든 패턴 위를 횡단할 때까지 솔더 분배 기구를 통과시키는 단계를 반복하는 단계를 포함한다.
도 1을 참조하면, 회로 기판의 제조 성능을 개선시키기 위한 장치는 한 쌍의 회로 기판(12a, 12b)을 스텐실 인쇄 장치(14)에 제공하는 이중 트랙 레일 장치(11)를 포함하고 있다. 상기 레일 장치의 이중 트랙 특성이 픽 앤드 플레이스 머신에 채용되어 있으므로, 2개의 회로 기판은 독립적으로 픽 앤드 플레이스 머신(16)으로 전방으로 이동될 수 있다. 각 트랙은 리플로우 머신(18)에 이중 입력 경로를 제공하도록 연장된다. 완성된 회로 기판(20a, 20b)은 리플로우 머신(18)으로부터 배출된다. 스텐실 인쇄 장치(14), 픽 앤드 플레이스 머신(16), 그리고 리플로우 머신(18) 사이의 인터페이스(interface)는 표면 장착 장비 제조 협회(Surface Mount Equipment Manufacturing Association, SMEMA)에 의해 설정된 프로토콜에 따라 제어된다.
이중 트랙 장치를 제공함으로써 회로 기판 제조 공정의 성능을 개선할 수 있는데, 그 이유는 픽 앤드 플레이스 머신에서 이전에 발생하였던 정지 시간을 배제할 수 있기 때문이다. 이것은 픽 앤드 플레이스 머신이 제1 트랙 상의 제1 기판에 대해 작업하는 동안에 제2 기판을 픽 앤드 플레이스 머신의 제2 트랙에 제공함으로써 달성된다. 픽 앤드 플레이스 머신이 제1 기판에 대한 작업을 완료하면, 그 머신은 제2 기판이 작업 영역으로 이송되어 오는 것을 기다릴 필요 없이 간단하게 제2 트랙으로 이동한다.
본 발명의 이중 트랙 장치는, 2개의 기판을 트랙을 통해서 전방으로 이동시키고, 그들 기판을 동시에 처리함으로써 병렬 처리 머신(parallel processing machine)으로서 동작하는 융통성이 있으며, 선택적으로 한 번에 하나의 트랙에 대해서만 작업할 수도 있다는 것에 유념하여야 한다. 또한, 이중 트랙 장치는 기판을 스텐실 인쇄 장치의 단지 한 측면 상의 작업 영역 내외로 이송하는 로봇식 로더(robotic loader)와 함께 동작하도록 구성될 수도 있고, 한 트랙 상의 스텐실 인쇄될 재료를 전방으로 이동시키고 그것을 다른 트랙 상으로 복귀시킴으로써 감광 재료(sensitive material)를 취급하도록 팰릿(pallet)과 함께 작동하게 구성될 수도 있다. 이들 실시예는 이하에 추가로 기술한다. 지금은 이들 실시예 모두가 다수의 추가 하드웨어를 종래의 스텐실 인쇄 장치에 추가하지 않고 실행될 수 있다는 것만 말해 두기로 한다. 또한, 상기 이중 레일 스텐실 인쇄 장치는 일 기판의 상면과 저면 중 하나를 인쇄할 필요가 있고, 본체 기판과 보조 기판을 인쇄할 필요가 있거나, 하나의 기판을 보다 빨리 처리할 필요가 있는 제조 공정에서 최적으로 사용될 수 있다는 것이 명백하다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 스텐실 인쇄 장치(30)의 일실시예가 도시되어 있다. 스텐실 인쇄 장치(30)는 레일(22, 24, 26, 28)을 포함하고 있다. 이들 레일은 회로 기판이 스텐실 인쇄 장치(30)로 입력될 때 그 회로 기판을 x-축(25)을 따라 이동시킨다. 본 발명의 이 실시예에 있어서, 레일(22, 24)과 같은 각 쌍의 레일은 하나의 트랙을 형성한다. 각 트랙의 각 레일은 회로 기판이 스텐실 머신을 통해 추진될 때 회로 기판이 안착되는 컨베이어 벨트(도시 생략)도 포함하고 있다. 각 트랙은 독자적으로 제어되므로, 상이한 트랙의 회로 기판은 동시에 상이한 위치로 이동될 수 있다.
영역(37)은 스텐실 인쇄 장치(30)의 "작업 장소(work nest)"인데, z-축(29)을 따른 회로 기판의 운동을 제공하는 Z 타워(도시 생략)를 포함하고 있다. 작업 장소는 회로 기판을 스텐실 인쇄하는 스텐실 인쇄 장치 내의 영역이다.
레일들의 어느 한 쪽에 스텐실 지지부(38)가 포함되어 있다. 이 스텐실 지지부(38)는 스텐실(도시 생략)이 y축(27) 방향에서 삽입되어 레일들 위에 고정될 수 있게 한다. 스텐실에 대한 보다 상세한 설명은 후술한다. 본 명세서에서 '스텐실(stencil)'이라는 용어가 사용되고 있지만, 스크린도 사용될 수 있다는 것에 유념하여야 한다.
피벗식 스퀴지 헤드(32)와 스퀴지 모터(33) 및 페이스트 분배기(paste dispenser;34)를 구비하는 스퀴지 아암(35)의 일실시예가 도시되어 있다. 본 명세서에는 솔더 페이스트의 분배에 대해 설명하고 있지만, 재료를 부착하는 중에 잉크, 아교 또는 그 외의 재료로 대체될 수도 있다는 것을 이해하여야 한다. 스퀴지 헤드(32)는 금속, 폴리우레탄 또는 스테인리스 강이나 기타 재료로 제작되는 한 쌍의 블레이드를 포함하며, 상기 헤드(32)는 솔더 페이스트가 스텐실을 가로질러 분포될 수 있게 하는 각도로 경사져 있다. 하나의 적당한 스퀴지 헤드의 예로는 메사추세츠주 프랭클린에 소재하는 엠피엠 코포레이션(MPM Corporation)으로부터 얻을 수 있는 프로-헤드 스퀴지(Pro-head squeegee)가 있다. 스퀴지 아암은 스텐실 및 레일들 위에서 y축(27) 방향으로 이동된다. 페이스트 분배기(34)는 일반적으로 레일들과 일렬로 있는 대략 x-축(25) 상의 피벗식 스퀴지 헤드에 솔더 페이스트를 공급한다. 본 명세서에는 블레이드를 구비한 스퀴지 헤드가 설명되어 있지만, 사실 스퀴지 헤드는 스텐실의 구멍을 통해 솔더 페이스트를 분배할 수 있는 임의의 어떤 장치일 수도 있다는 것에 유념하여야 한다.
이중 트랙 장치의 각 트랙에 할당되는 개별 진공 호스들(도시 생략)을 구비한 진공 유닛(36)도 제공될 수 있다. 이 진공 유닛(36)은 작업 장소에서 회로 기판 저면에 흡입력을 제공하여 회로 기판의 위치를 유지한다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서는, 인쇄 작업 중에 회로 기판(또는 인쇄되는 다른 기판)을 적소에 유지하는 측면 스너버(side snubber) 또는 파지 핑거(gripping finger)가 진공 유닛 대신에 사용될 수 있다.
상기 스퀴지 아암, 페이스트 분배기, 피벗식 스퀴지 헤드, 이중 트랙 및 진공 유닛의 작동은 모두 스텐실 인쇄 장치에 접속된 컴퓨터 시스템(21)에서 실행되는 장치 제어 소프트웨어(39)를 통해 제어된다. 도 3을 참조하면, 스텐실 인쇄 장치(30)의 제어 구조를 보여주는 블록도가 예시되어 있다. 일실시예에 있어서, 회로 기판은 로더(도시 생략)로부터 스텐실 인쇄 장치 내로 로딩된다. 센서(38)는 각 트랙 상에 있는 기판의 이용 가능성을 나타내는 로더로부터의 신호를 수신한다. 또한, 센서(38)는 픽 앤드 플레이스 머신이 주어진 트랙 상의 스텐실 인쇄 장치로부터 기판들을 수납하도록 사용 가능한 가의 여부를 나타내는 신호를 픽 앤드 플레이스 머신(16)으로부터 수신한다. 로더, 스텐실 인쇄 장치, 픽 앤드 플레이스 머신 및 리플로우 머신은 SMEMA 쌍방향 프로토콜(handshake protocol)을 이용하여 통신한다.
센서(38)는 로더 및 픽 앤드 플레이스 머신으로부터 수신한 상황을 컴퓨터 장치(21)(도 2)로 보낸다. 컴퓨터 장치는 예컨대 회로 기판의 크기를 나타내는 입력값을 장치 사용자로부터 수신할 수도 있다. 컴퓨터 장치(21)는 스텐실 인쇄 장치의 가동 구성 요소에 결합되어 있다. 구성 요소의 이동의 복잡성에 따라, 부착된 모터의 작동을 제어하는 제어 장치가 상기 구성 요소와 연관된다. 제어 장치는 상기 구성 요소에 의해 행해져야 하는 운동의 복잡성에 따라, 마이크로프로세서와 같은 복잡한 제어 장치일 수도 있고, 프로그램 가능한 간단한 논리 장치일 수도 있다. 컴퓨터 장치(21)는 장치 제어 소프트웨어(39)를 통해 트랙 1의 제어기(39a), 트랙 2의 제어기(39b), 스퀴지/페이스트 제어기(39c), 레일 1의 모터 제어기(39d), 레일 2의 모터 제어기(39e), 레일 3의 모터 제어기(39f)와 같은 각 제어기에 제어 신호를 보낸다. 이들 각 구성 요소들의 작동에 대한 보다 상세한 설명은 후술하기로 한다.
도 4를 참조하여 스텐실 인쇄 장치의 한 트랙의 작동에 대한 일반적인 설명을 하도록 한다. 본원에는 단지 하나의 트랙에 대해서만 설명되어 있지만, 트랙에서 회로 기판이 스텐실 인쇄될 때 양 트랙에서 동일한 작업이 이루어진다. 도 4에 도시된 바와 같이, 회로 기판(12)은 레일(22)의 컨베이어 벨트(41)와 같은 컨베이어 벨트를 통해 스텐실 인쇄 장치 쪽으로 전방으로 이동되어, Z 타워(42) 위의 적절한 위치에 배치된다. Z 타워(42)에는 스텐실 인쇄 작업 중에 회로 기판이 구부려지지 않도록 하기 위하여, 다수의 지지부(42a, 42b) 뿐만 아니라 중심 지지부(도시 생략)도 포함하는 것이 유리하다. 회로 기판이 각 레일 상의 컨베이어 벨트에 의해 Z 타워 내로 활주하면, 진공 장치(36)가 작동되어 회로 기판(12)에 완만한 하향 압력을 가하여 회로 기판을 적소에 유지한다. Z 타워의 상판(43a)에 합체되어 있는 포트판(porting plate)(43)이 진공 장치를 Z 타워의 공기 공간(air space)에 접속한다. 상기 포트판(43)은 스테인리스 강 또는 다른 경질의 재료로 된 복수 개의 조각으로 형성될 수 있고, 그 포트판에는 공기가 흐를 수 있게 하는 많은 구멍이 마련되어 있다. 스테인리스 강으로 된 복수 개의 조각으로 포트판을 형성하면, 이들 조각 중 하나를 대체함으로써 간단하게 포트판의 크기 및 구멍들의 위치를 변경할 수 있다. 포트판의 구멍들은 진공 장치에 의한 하향 압력이 회로 기판의 위치로 향하도록 배치되며, 상기 회로 기판은 그 기판 상에 진공 장치의 하향 압력의 중심이 맞춰지도록 배치되어 있다.
전술한 바와 같이, 스텐실 지지부(38) 내로 활주해 들어간 스텐실(40)은 다른 스텐실로 교체될 때까지 그 위치에 고정된 채 남아 있다.
회로 기판이 스텐실 인쇄 준비 상태가 되면, Z 타워(42)가 컨베이어 벨트(41) 위로 z 축 상에서 회로 기판을 상승시켜 회로 기판과 스텐실이 접촉되도록 한다. 페이스트 분배기(34)가 스텐실의 패턴과 근접한 스텐실 상의 위치에서 솔더 페이스트 라인을 분배한다. 솔더 페이스트가 스텐실에 배치되고 나면, 피벗식 스퀴지(32)가 y축 방향(27)으로 스텐실을 가로질러 이동하여, 솔더가 스텐실의 구멍들을 통해 회로 기판 위로 분배되도록 한다. 상기 스퀴지의 y축으로의 이동이 완료된 후에, 회로 기판의 스텐실 인쇄가 완료되고, Z 타워(42)는 그 원래의 위치를 향해 z 축을 따라 하강한다. Z 타워가 그 원래의 위치로 하강하면, 회로 기판은 다시 컨베이어 벨트(41) 상에 놓이고, 스텐실 인쇄 장치를 벗어나 픽 앤드 플레이스 머신쪽으로 전방으로 이동된다.
이제 도 5를 참조하면, 병렬 방식의 이중 평행 트랙 상의 회로 기판이 입력 되는 경우, 스텐실(40)로 절단되는 별개의 2개의 스텐실 패턴이 있다는 것을 이해할 것이다. 본 발명의 실시예에 있어서, 스텐실(40)은 스탬핑 가공하거나 그렇지 않으면 스테인리스 강판(40a)에 원하는 위치에 구멍을 형성함으로써 마련된다. 스테인리스 강판의 외측 연부들은 경질의 알루미늄 프레임에 장착된 탄성적인 폴리에틸렌 스크린에 결합되어 있다. 플라스틱과 같은 다른 재료들도 선택적으로 사용될 수 있고, 스텐실 대신에 스크린이 사용될 수 있다는 것도 유념하여야 한다. 프레임 지지된 스텐실의 전체 크기는, 예를 들어 29"×35"일 수 있지만, 이 크기는 사용자의 요구 조건에 따라 변동될 수 있다. 2개의 스텐실 패턴은 동일하거나 다를 수 있다. 본 발명의 장점 중 하나는 하나의 스텐실을 이용하여 회로 기판의 상면과 저면 모두를 스텐실 인쇄할 수 있다는 것이다.
도 5에는 작업 중에 레일(22-28)을 횡단하는 다수의 회로 기판(50a, 50b, 50c)이 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 회로 기판들은 레일들을 에워싸는 컨베이어 벨트 상에 놓여 있다. 컨베이어 벨트는 섬유, 고무 또는 이와 유사한 재료로 제작될 수 있다. 레일(22, 24)을 포함하는 트랙 1과 레일(26, 28)을 포함하는 트랙 2에는 각각 독립적으로 동력이 공급되므로, 회로 기판들을 트랙을 따라 독립적으로 전진시킬 수 있다.
예를 들어, 도 6a를 참조하면, 2개의 기판, 즉 각각 트랙(A, B) 상에 있는 기판(A1, B1)이 도시되어 있다. 도 6a 내지 도 6d에 도시된 기판의 상대적인 작동 위치들은 점선으로 위치 1, 위치 2, 위치 3으로 표시되어 있다. 도 6a에는 2개의 트랙의 중앙에 위치된 스퀴지 헤드(32)가 도시되어 있다. 도 6a 내지 도 6d에 도시된 실시예에 있어서, 박스(55)로 표시한 Z 타워는 양 트랙에 걸쳐서 하나의 유닛으로서 형성되어 있다. Z 타워는 트랙 중 어느 하나 또는 두 트랙 모두에 대해 스텐실 인쇄가 필요할 때마다 z 축 방향으로 상승된다. 본 발명의 다른 실시예에서는, 각 트랙에 대하여 별도의 Z 타워가 제공될 수 있다.
스퀴지 아암(35)이 사용되는 일실시예에 있어서, 어느 트랙에서 인쇄를 시작할 것인지를 확인함으로써 스텐실 인쇄 공정이 개시된다. 스텐실 프린터에 회로 기판이 없으면, 그 프린터는 각 트랙에 접속되어 있는 기판 로더(도시 생략)로부터 하나의 기판을 수용하고, 두 기판(A1, B1)을 도 6a에 도시된 트랙의 위치 1로 이동시킨다. 트랙(A) 상의 로더가 이용 가능한 제1 기판을 포함하는 경우에, 상기 프린터는 제1 트랙 상의 기판(A1)을 위치 2로 운반한다. 기판(A1)이 일단 위치 2로 이동하면, 기판(A1)에 대한 처리가 시작될 수 있다. 도 4와 관련하여 전술한 바와 같이, 기판(A1)을 스텐실과 접촉시키는 Z 타워를 사용하여 기판(A1)을 상승시킴으로써 처리 작업이 개시된다. 스퀴지 헤드(32)를 y축을 따라 레일(24)에 근접한 위치로부터 레일(22)에 근접한 위치까지 이동시킴으로써 솔더가 기판(A1)에 분배된다. 기판(A1)이 컨베이어 벨트로부터 상승되는 동안, 기판(A2)은 위치 1을 향해 전방으로 이동된다. 기판(A1)에서의 인쇄 작업이 완료되면, Z 타워는 하강하고 기판(A1)은 다시 트랙(A)의 컨베이어 벨트에 안착된다. 기판(A1)은 위치 3으로 이동하고, 기판(A2)은 위치 2로 이동된다.
다음의 인쇄 작업 사이클 중에, 솔더가 기판(A2)에 인쇄된다. 전술한 바와 같이, Z 타워는 기판(A2)을 상승시켜 스텐실과 접촉시킨다. 스퀴지 헤드(32)는 레일(22)에 인접한 위치로부터 다시 레일(24)에 인접한 위치로 횡단하여 인쇄 작업 공정을 완료한다. 기판(A2)이 상승되는 동안, 기판(A1)은 픽 앤드 플레이스 머신이 이용 가능하게 됨에 따라 위치 3으로부터 픽 앤드 플레이스 머신으로 이동된다.
Z 타워가 두 트랙에 걸쳐 있는 하나의 유닛인 실시예에 있어서, 기판(B1)은 기판(A2)이 Z 타워에 의해 상승되는 중에는 트랙(B)을 따라 전진하지 않는다. 그러나, 기판(B1)은 기판(A2)이 상승되기 전에 트랙(B) 상의 스텐실 위치로 이동될 수 있는데, 본 장치가 (이하에서 설명하는 다른 실시예에서처럼) 2개의 기판을 동시에 처리하도록 구성되어 있지 않다면, 이것은 스텐실과 기판(B1)의 바람직하지 않은 접촉을 야기할 수도 있다.
각 트랙에 대하여 별도의 Z 타워가 있는 실시예에 있어서, 기판(B1)을 스텐실 인쇄 위치로 이동시키는 것은 기판(A2)을 전진시키거나 스텐실 인쇄하는 중에 어느 때든지 수행될 수 있다. 도 6d에 도시한 실시예에 있어서, 기판(A2)이 처리되어 Z 타워가 하강되면, 기판(B1)은 위치 2로 이동될 수 있다고만 말해두기로 한다. 적절한 시기에, 기판(A2)은 위치 3으로 이동될 수 있다.
기판(B1)이 위치 2로 이동하고, 기판(A2)이 위치 3으로 이동하는 사이클 중에, 기판(B2)은 로더에 남아 있을 수 있다. 양호한 일실시예에 있어서, 기판(B1)을 컨베이어 벨트로부터 들어올리도록 기판(B1)이 Z 타워(55)에 의해 상승된 후에, 기판(B2)은 도 6d에 도시한 것과 같은 위치 1로 전진한다.
전술한 일련의 작업은 로더 내에 이용 가능한 기판들이 있으면 연속적으로 수행된다. 그러나, 인쇄 공정 중에 회로 기판 제조 장치의 하나 이상의 구성요소에 의해 문제가 발생할 수 있다. 컴퓨터 장치(21)와 장치 제어 소프트웨어(39)가 이러한 문제들을 인식하고, 이에 따라 스텐실 인쇄 장치의 작동을 조절한다. 예를 들어, 2개의 연속되는 기판의 제1 기판이 위치 1에 위치하고 있다면, 로더가 제2 기판이 위치 1로 이동하기 위해 대기 중임을 지시하지 않는 한, 스텐실 프린터는 제1 기판을 인쇄를 위해 위치 2로 전진시킬 수 없다. 로더가 공지된 적당한 수단(도시 생략)을 통해 제2 기판이 대기중이라는 것을 지시하지 않는 경우에는, 장치 제어 소프트웨어가 대응 트랙에 대해 로더가 비어 있는 상태(loader empty situation)를 지시하고, 스텐실 인쇄 장치를 다른 트랙 상에서의 단일 트랙 인쇄로 전환시킨다. 단일 트랙 인쇄 중에, 회로 기판 인쇄는 오직 하나의 트랙에서만 이루어진다. 또한, 장치 제어 소프트웨어는 단일 트랙 인쇄를 위하여 스퀴지의 이동 조작을 수정하여, 아래에 회로 기판이 배치되어 있지 않은 스텐실 패턴 위로 스퀴지가 이동하는 것을 방지한다.
기판이 트랙 상의 위치 1에 배치되고, 로더가 다른 기판이 동일 트랙 상에서의 처리에 이용될 수 있음을 지시하는 경우, 스텐실 인쇄 장치에서 실행되는 제어 소프트웨어는 픽 앤드 플레이스 머신의 동일 트랙 상에 빈 위치가 없는 한 인쇄를 위해 위치 1에 있는 기판을 위치 2로 전진시킬 수 없다. 픽 앤드 플레이스 머신과 스텐실 인쇄 장치는 표면 장착 장비 제조 협회(SMEMA)에 의해 규정된 쌍방향 프로토콜(handshake protocol)을 사용하여 통신한다. 픽 앤드 플레이스 머신이 상기 트랙에 빈 위치가 없음을 스텐실 인쇄 머신에 지시하면, 스텐실 인쇄 장치에 있는 제어 소프트웨어는 이것을 배치 트랙 다운 상황(a placement track down situation)으로서 검출하여, 다른 트랙 상에서의 단일 트랙 인쇄를 의뢰한다.
단일 트랙 모드를 의뢰하기 전에, 스텐실 프린터 제어 소프트웨어가 로더로부터 받은 상태 정보를 검사하여, 백업 문제가 다른 트랙 상에 존재하는지를 결정한다. 존재한다면, 제어 소프트웨어는 이것을 기판의 이용 불능과 같은 외부 영향과 관련한 슬로우 다운(slow down)으로서 해석한다. 이러한 경우, 제어 소프트웨어는 이중 트랙 모드로 대기하고 있으며, 자유롭게 되는 제1 트랙 상에서 인쇄를 진행한다.
단일 트랙 모드에 있는 동안, 스텐실 프린터 제어 소프트웨어는 로더와 픽 앤드 플레이스 머신으로부터 받은 정보를 조정하여, 가능한 때에 이중 트랙 모드로 복귀한다. 이러한 변경은 스퀴지 헤드가 스텐실의 중앙에 배치되어 있는 때에 이루어진다.
2개의 연속되는 기판으로 이루어진 제2 세트가 위치 3에 있고, 제어 소프트웨어가 (픽 앤드 플레이스 머신으로부터 받은 신호에 응답하여) 픽 앤드 플레이스 머신으로 이동할 수 없음을 결정하면, 스텐실 인쇄 장치는 다른 기판을 위치 1에 적재하지 않는다. 오히려, 스텐실 인쇄 장치는 이것을 트랙 다운 상황으로 간주하고 다른 트랙 상에서의 단일 트랙 인쇄를 의뢰한다.
주어진 트랙에서, 하나의 기판은 위치 2에 있고, 제2 기판이 위치 3에 있지만 픽 앤드 플레이스 머신으로는 이동할 수 없는 경우, 스텐실 프린터 제어 소프트웨어는 인쇄 기판을 위치 2로부터 이동시킬 수 없으며, 다른 트랙 상에서의 단일 트랙 인쇄를 의뢰한다. 이 경우, 스텐실 프린터 제어 소프트웨어는 수동 조종이 필요하다는 신호를 보내며 다른 트랙 상에서의 단일 트랙 인쇄를 시작한다.
본 발명의 변형예에서는, 전술한 상황에서의 수동 조정에 대한 필요를 배제하기 위하여, 레일들 사이에 위치한 핀이 컴퓨터 장치로부터의 명령에 응답하여 상승된다. 그 후, 트랙은 후방으로 이동되어 위치 2에 있는 기판을 위치 1로 이동시킨다. 핀은 위치 3에 있는 기판이 위치 2로 역으로 이동하는 것은 방지한다. 스텐실 인쇄 장치는 그 후 단일 트랙 모드로 연속적으로 작동할 수 있다.
주어진 트랙에서, 하나의 기판이 위치 2에서 인쇄되고, 스텐실 프린터 제어 소프트웨어가 제2 기판이 로더를 나와 위치 1에 들어갈 수 없다는 것을 결정한 경우에, 스텐실 프린터 제어 소프트웨어는 제2 기판을 적재하기 위하여 수동 조정을 필요로 할 수도 있다. 선택적으로, 제어 소프트웨어는 제1 기판을 위치 3으로 전진시키고 스퀴지 헤드를 스텐실의 중앙으로 복귀시켜, 다른 트랙 상에서의 단일 트랙 인쇄를 개시하게 할 수 있다.
상기 모든 프로토콜이 스퀴지 헤드의 위치 설정 및 레일의 콘베이어 벨트의 모터를 제어하는 장치 제어 소프트웨어 프로그램을 사용하여 수행됨을 유념하여야 한다. 또한, 이 장치 제어 소프트웨어는 SMEMA 쌍방향 프로토콜에 따라 회로 기판 제조 장치의 인접 구성 요소들과 상호 작용한다.
다시 도 5를 간략하게 참조하여, 스텐실을 가로질러 스퀴지 아암(35)을 이동시키는 한 가지 방법을 기술한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 기판이 스텐실 프린터를 통과하여 전방으로 이동할 때의 기판의 처리 순서는 2개의 스텐실 패턴에 대한 스퀴지 헤드의 위치에 의해 지정된다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 스퀴지 헤드가 그 시작 또는 "홈(home)" 위치에 있을 때 스퀴지 헤드는 스텐실의 2개의 패턴 위에서 가운데에 맞춰진다. 페이스트 분배기는 솔더 페이스트(또는 기타 유사 재료)의 두 비드(46a, 46b)를 스텐실의 중앙 부분 상의 각 패턴에 근접하게 배치한다.
작동 중에, 스퀴지 헤드(32)는 도 6a에 도시된 바와 같이 기판(A1) 상에서 인쇄하도록 위치 A로부터 위치 B로 이동한다(도 5에 도시). 일 실시예에서 전술한 바와 같이, 스퀴지 헤드는 스텐실 표면 위에 배치되는 한 쌍의 블레이드를 포함한다. 변형예에 있어서, 블레이드는 스텐실 표면과 접촉하거나 해제되도록 독립적으로 상하로 이동할 수 있으며, 이 때 블레이드 중 하나는 한 방향으로 이동하도록 y축을 따라 경사지거나 기울어져 있으며, 나머지 블레이드는 다른 방향으로 이동하도록 y축을 따라 경사지거나 기울여져 있다는 것에 유념하여야 한다.
컴퓨터 장치(21)는 스퀴지 헤드가 y축을 따라 경사지게 작동하도록 하여, 스퀴지 블레이드의 제1 블레이드가 솔더 페이스트와 접촉할 수 있게 한다. 제2 블레이드는 스텐실 표면 상의 솔더 페이스트 접촉 위치로부터 들어 올려진다. 기술된 바와 같은 이 실시예에 있어서, 솔더 페이스트는 블레이드 사이에 위치하여 그 사이를 이동한다. 스퀴지 헤드는 스텐실을 가로질러 솔더 페이스트를 이동시켜 패턴의 구멍을 통해 솔더를 기판(A1)에 분배한다. 기판(A1)의 처리 후에, 스퀴지 헤드는 위치 B에 있다. 이 지점에서, 스퀴지 헤드의 블레이드들 사이에는 솔더가 남아 있으며, 이 솔더는 기판(A2)을 처리하는 데 사용된다.
트랙(A)에 처리할 제2 기판이 없다면, 스퀴지 헤드(32)는 (트랙 B 상의 기판을 처리하기 위해) 위치 B로부터 위치 A'로 이동된다. 이러한 이동은 스텐실을 가로질러 와이퍼 블레이드가 끌리는 일 없이 이루어지는 것이 바람직한데, 이는 이러한 조작으로 기판이 적소에 위치하지 않은 경우에 솔더가 스텐실의 구멍을 지나쳐 이동하기 때문이다. 또한, 블레이드를 들어올려 위치 A'로 이동시키는 것은 바람직하지 않은데, 그 이유는 솔더가 위치 B에 남게 되어 궁극적으로는 건조하고 비점성으로되어, 스텐실의 완전성을 손상시킬 수 있기 때문이다. 또한, 블레이드를 들어 올리는 경우, 위치 A'로 이동할 때에 블레이드로부터 페이스트가 떨어질 수도 있다. 본 발명의 실시예들은 장치의 성능 유지에 필요한 경우 블레이드의 이와 같은 상승 및 이동 동작을 수행할 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같은 이유로 인해, 이러한 동작은 최소화되어야 한다.
따라서, 전술한 이유로 인해, 스퀴지 아암(35)을 사용하는 경우에는, 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 설명한 바와 같은 순서로 기판을 처리하는 것이 유리하다. 전술한 순서를 사용하면, 기판(A2)을 스텐실 위치로 전진시킨 경우, 스퀴지 헤드(32)는 y축을 따라 기울어져, 스퀴지 헤드의 제1 블레이드를 솔더 접촉 위치로부터 벗어나게 이동시키고 스퀴지 헤드의 제2 블레이드가 도 5의 위치 B로부터 위치 A1로 솔더를 이동시키도록 할 수 있다. 기판(A1) 처리용 솔더 페이스트는 위치 A와 위치 A1 사이에 위치한다.
그 후, 스퀴지 헤드는 블레이드를 들어올려 트랙(B) 상의 위치 A1로부터 위치 A'로 이동시키며, 이에 의하여 솔더 라인(46b) 위를 점프하여 스텐실의 중앙에서의 접촉 압력을 방지한다. 스퀴지 헤드는 트랙(B)에서 유사한 방식으로 작동하여, 기판(B1) 처리를 위해 위치 A'로부터 위치 B'로, 그리고 기판(B2) 처리를 위해 위치 B'로부터 위치 A1'로 이동한다.
변형예에서, 도 5에 도시된 바와 같이 2개의 독립적인 가동 스퀴지 헤드는 스텐실로 잘려지는 2개의 스텐실 패턴을 구비한 스텐실(40) 위에 배치될 수 있다. 이 변형예에서는, 전술한 바와 같이 구성될 수 있는 2개의 스퀴지 헤드가 도 5에 도시된 헤드(32)와 동일한 이동 방향으로 각 스텐실 패턴 위에서 각각 독립적으로 이동할 수 있다. 2개의 스퀴지 헤드의 휴지 위치, 즉 "홈" 위치는 2개의 스텐실 패턴 사이 또는 양 스텐실 패턴 외측일 수 있다. 이 변형 구조에서, 2개의 회로 기판은 동시에 처리 또는 스텐실 인쇄될 수 있는데. 이 경우에는 물론 2개의 회로 기판이 처리 위치에 있어야 한다. 또한, 이 변형 구조에서는, 처리가 이루어지는 스텐실 인쇄 장치의 영역에 회로 기판을 동시에 운송하도록 도 6a 내지 도 6d에 도시되고 전술한 일련의 작업이 수정될 수도 있다. 2개의 회로 기판의 정렬은 이하에 상세하게 설명되는 기계적 고정 장치 또는 전술한 광학 정렬 공정에 의해 수행될 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 이중 트랙 스텐실 인쇄 장치는 스퀴지 아암(35)이 솔더 수집 스퀴지 아암(135)과 교체되도록 수정될 수 있는데, 이로 인하여 솔더는 스텐실 상에서의 각 스트로크 중에 분배 및 수집될 수 있다. 스텐실을 가로질러 각 스트로크 중에 솔더를 분배 및 수집할 수 있는 솔더 수집 스퀴지 아암을 제공함으로써, 작업부의 양 회로 기판은 시간 소모적인 Z 타워의 상승 및 하강 없이 연속적으로 처리될 수 있기 때문에, 이중 트랙 스텐실 인쇄 장치의 성능이 향상될 수 있다.
예를 들어, 도 7에는 도 2의 스텐실 인쇄 장치에 선택적으로 사용될 수 있는 솔더 수집 스퀴지 아암(135)의 일 실시예가 도시되어 있다. 솔더 수집 스퀴지 아암(135)은 솔더를 분배하고 각 스트로크의 잉여 솔더를 회수하도록 작동한다. 솔더 수집 스퀴지 아암(135)은 y축과 z축으로 이동 가능하다. 솔더 수집 스퀴지 아암은 y축에서 스텐실 인쇄 장치의 전방으로부터 후방으로(및 그 반대 방향으로) 가로질러 이동하여, 솔더를 스텐실을 가로질러 스텐실 인쇄 장치의 작업부 내의 회로 기판 상으로 이동시킨다. 솔더 수집 스퀴지 아암(135)은 z축으로도 이동하여 스텐실의 표면과 스퀴지 블레이드(146, 152)를 접촉시키거나 해제시킨다. 이 솔더 수집 스퀴지 아암 사용 시의 한 가지 장점은 이중 트랙 스텐실 인쇄 장치가 도 6a 내지 도 6d에 기술된 바와 같이 회로 기판을 처리하는 것으로 제한되지는 않는다는 것이다. 도 6a 내지 도 6d에 기술된 일련의 처리 작업에서, 2개의 기판은 솔더 페이스트가 분배되는 방식 때문에 다음 트랙으로 절환되기 전에 각 트랙 상에서 처리된다. 도 6a 내지 도 6d의 실시예에서, 솔더는 스퀴지 블레이드의 전방으로 밀린다. 블레이드(32)가 도 6b의 기판(A2)의 스텐실 인쇄 이전 위치로 솔더를 밀어내는 경우, 기판(A2)을 인쇄하기 전에는 기판(B1)이 인쇄될 수 없다. 그 이유는 기판(B1)을 인쇄하는 위치로 솔더를 이동시키는 기구가 없기 때문이다. 따라서, 도 6a 내지 도 6d의 실시예는 전적으로 다목적인 것은 아니다.
그러나, 각 스트로크에서 솔더를 분배 및 수집하는 솔더 수집 스퀴지 아암(135)을 사용함으로써, 다양한 일련의 처리 작업이 이중 트랙 스텐실 인쇄 장치에 사용될 수 있다. 도 7에서, 솔더 수집 스퀴지 아암(135)의 예시적인 실시예는 캐리지(112)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 솔더 수집 스퀴지 아암(135)은 본원에 참조되는 미국 특허 제5,044,306호에 상세히 기술되어 있다. 캐리지(112)는 스퀴지 블레이드(146, 144)와 페이스트 분배 유닛(134)을 운반한다. 페이스트 분배 유닛(134)은 캐리지(112)를 통과하여 연장되고, 한 쌍의 스퀴지 블레이드(146, 144) 사이에 솔더 페이스트를 분배한다. 이하에 와이핑 스퀴지(wipping squeegee)로 지칭하는 스퀴지 블레이드(146)는 폴리우레판으로 제조되며, 블록(133)에 의해 브래킷(148)에 교환 가능하게 고정된다. 브래킷(148)은 캐리지(112)에 매달려 캐리지와 함께 이동 가능하다. 작동 중에, 와이핑 스퀴지(146)는 스텐실의 표면을 가로질러 솔더 페이스트를 닦아낸다. 또한, 솔더 페이스트 이동 작업 말기에, 와이핑 스퀴지(146)는 솔더 수집 헤드(124) 내로 잉여 솔더 페이스트를 이동시키도록 사용되며, 이에 대해서는 후술한다. 이하에 분배 스퀴지(144)로 지칭하는 제2 스퀴지(144)는 테플론으로 제조되는 것이 바람직하며, 스크류에 의해 스퀴지 홀더(126)에 교환 가능하게 고정된다. 스퀴지 홀더(126)는 캐리지(112)에 결합된 스프링(123)의 힘에 대항하여 자유롭게 움직인다. 일단 원하는 위치로 조절되면, 분배 스퀴지(144)는 캐리지에 고정된 채로 남아 스텐실 표면 위에서 전후방으로 왕복 운동한다. 솔더 수집 스퀴지 아암의 작동 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 분배 스퀴지는 주로 블레이드들 사이에 솔더를 유지하는 작용을 하며, 솔더 수집 스퀴지 아암의 필수 구성요소는 아니다.
캐리지(112)는 보스(114)에 결합되고, 이 보스는 아암(118)을 조절 가능하게 수용하는 슬롯을 포함한다. 아암(118)은 스퀴지 모터(33)(도 2)에 의해 추진된다. 스퀴지 모터는 아암(118)의 전진을 제어하며, 결과적으로 y축 방향으로의 솔더 수집 스퀴지 헤드(135)의 전진을 제어한다. 보스(114)에는 z축 제어 빔(122)도 결합되어 있다. z축 제어 빔은 z축 방향으로 이동 가능하다. 이하에 보다 상세히 설명하는 바와 같이, z축 제어 빔도 스퀴지 모터(33)에 의해 제어되어 스텐실 인쇄 작업 중에 솔더 수집 스퀴지 아암(135)을 상승 및 하강시킨다.
솔더 수집 헤드(124)는 가동 피스톤과, 로드 쌍(140, 142) 및 가동 로드(136)를 통해 캐리지에 부착된다. 솔더 수집 헤드(124)는 솔더를 솔더 수집 헤드 내에 유지하기 위해 판(127)과 측부(129)를 포함할 수도 있다. 따라서, 솔더 수집 헤드(124)는 대체로 셔블(shovel)과 유사하게 형성된다. 솔더 수집 헤드(124)는 뒤집힌 U자형 프레임 부재(130)를 이보다 약간 큰 U자형 프레임 부재(132)가 둘러싸는 방식으로 프레임 부재(130)의 핀(128)에 피봇식으로 장착된다. 따라서, 솔더 수집 헤드(124)의 셔블 부분은 도 2에 도시된 바와 같이 프레임 부재(132)의 하단에 고정된다. 프레임 부재(130)에는 정지 핀(131)이 결합된다. 프레임 부재(132)(및 결과적으로 솔더 수집 헤드의 셔블 부분)는 프레임 부재(132)가 정지 핀(131)과 맞물릴 때까지 핀(128) 상에 피봇된다.
봉(136)은 프레임 부재(30)와 솔더 수집 헤드(124)를 캐리지(112)에 대하여 전진 및 후퇴시키게 추진하도록 작용한다. 봉(136)은 프레임 부재(130)와, 캐리지(112)의 측면 수평 보어에 고정된다. 따라서, 솔더 수집 헤드(124)는 봉(136)이 캐리지(112)의 내외로 활주할 때에 캐리지(112)에 전진 및 후퇴하게 이동한다.
일 실시예에 따르면, 한 쌍의 공기 실린더(140) 또는 다른 등가의 수단이 캐리지(112)에 장착된다. 피스톤(142)이 실린더로부터 연장하여 프레임 부재(132)에 고정 가능하게 부착된다. 스퀴지 모터(33)(도 2)에 의한 작동시, 피스톤(142)은 솔더 수집 헤드(132)를 핀(128)의 둘레에서 회전시키며, 이로 인하여 솔더 수집 헤드의 셔블 부분은 스텐실에 대하여 피봇 운동하여 작동 중에 스크린으로부터 솔더를 퍼올린다.
예를 들어, 도 8a 내지 도 8c를 참조하여, 솔더 수집 스퀴지 아암(135)의 동작을 설명한다. 도 8a에서, 페이스트 분배 유닛(명료성을 위해 도시 생략)이 와이핑 스퀴지(146)와 분배 스퀴지(144) 사이에 솔더 페이스트를 침적시킨다. 피스톤(142)과 실린더(140)가 연장되어 솔더 수집 헤드(124)를 스퀴지(146, 144)로부터 멀리 떨어지게 유지한다. 스퀴지 모터(33)(도 2)가 작동하여 캐리지(11)와 스퀴지(146)를 스텐실(S)을 가로질러 이동시켜, 회로 기판에 솔더가 분배된다.
도 8b에서, 한 회로 기판이 처리되는 스트로크의 말기에, 봉(136)은 프레임 부재(130)를 캐리지(112)를 향해 이동시키도록 스퀴지 모터에 의해 이동된다. 또한, 피스톤과 봉 구조(140, 142)가 프레임 부재(132)의 상부를 캐리지를 향해 이동시켜, 솔더 수집 헤드(124)가 분배 스퀴지(144) 아래에서 소정 각도로 활주하여 와이핑 스퀴지(146)와 만난다. 솔더 수집 헤드가 봉에 의해 캐리지를 향해 추진됨에 따라, 피스톤/봉의 쌍(140/142)은 솔더 수집 헤드를 도 8b에 도시된 바와 같은 피봇 핀(128) 상에서 회전시켜, 스크린의 기부로부터 솔더를 효과적으로 들어올린다. 사용되지 않은 솔더 페이스트는 와이핑 스퀴지(146)에 의해 유지되고 솔더 수집 헤드(124) 상에서 효과적으로 닦이고, 분배 스퀴지(144)에 의해 유지된다.
제1 회로 기판이 완성된 후, 솔더 수집 스퀴지 아암은 이중 트랙 스텐실 인쇄 장치의 다른 트랙의 기판 또는 동일 트랙의 기판으로 전진하는데, 즉 다음 처리를 요하는 기판에 대한 제한이 없는데, 그 이유는 기판을 스텐실 인쇄하는 솔더가 스크린 표면에 배치되어 있지 않고 솔더 헤드에 유지되어 있기 때문이다. 도 8c에 도시된 바와 같이, 솔더 수집 스퀴지 아암(135)은 스크린으로부터 상승되고 적절한 위치로 이동되어, 다음의 선택된 스텐실을 처리한다. 이러한 방식으로 솔더 수집 스퀴지 아암을 상승시키는 것은 스텐실의 마모와 찢어짐을 감소시키는 데 유리하다. 다음 회로 기판을 처리하기 위한 위치에 도달하면, 솔더 수집 헤드는 하강하여 다음의 스트로크를 위하여 스텐실과 스퀴지를 접촉되게 한다.
유연한 일련의 처리 작업을 허용하는 것에 추가하여, 도 7과 도 8a 내지 도 8c와 관련하여 설명한 바와 같은 솔더 수집 스퀴지 헤드를 사용하면, 기판 처리 중에 Z 타워를 상승 및 하강시키지 않고 공정이 각 기판에서 연속하여 수행될 수 있기 때문에, 이중 트랙 스텐실 인쇄 장치의 성능이 향상된다. 예를 들어, 도 9a를 참조하면, 도 7의 솔더 수집 헤드를 사용하여 도 2의 이중 트랙 스텐실 인쇄 장치의 2개의 회로 기판을 스텐실 인쇄하는 한 가지 방법이 도시되어 있다. 도 6a 내지 도 6d에서와 같이, 도 9a 내지 도 9e에 도시된 기판의 상대 작동 위치가 점선 박스 및 부호로 표시된 위치 1, 위치 2 및 위치 3으로 지시되어 있다. 도 9a에서, 트랙 A 상의 기판 A1과 트랙 B 상의 기판 B1은 위치 1로 이동된다. 이 지점에서 솔더 수집 스퀴지 아암(135)은 기판(B1)에 근접하게, 스텐실 인쇄 장치의 후방에 배치된다. 도 9b에서, 기판(A1, B1)은 위치 2, 즉 이중 트랙 스텐실 인쇄 장치의 작업부로 이동된다. 이때, 기판(B2, A2)은 위치 1로 이동된다. 일단 기판(B1, A1)이 위치 2에 있으면, 솔더 페이스트를 스텐실에, 결과적으로 회로 기판에 분배하는 공정이 시작된다. 스퀴지 아암이 하강되어 스텐실과 접촉하며, 솔더 페이스트는 스퀴지 블레이드(146, 144) 사이에 분배된다. 제1 스트로크 작동 중에, 솔더 수집 스퀴지 아암(135)은 도 9b에 도시된 바와 같은 위치로부터 도 9c에 도시된 위치로 전진하며, 여기서 아암은 2개의 기판 사이에 배치된다. 이 지점에서는 스텐실 상에서의 마모와 찢어짐을 감소시키는 것이 유리하므로, 스퀴지 아암은 (도 8c와 관련하여 기술한 바와 같이) 상승되고, 기판(A1)에 대해 시작 위치로 전진된다. 다음 스트로크 동작 중에, 기판(A1)은 스텐실 인쇄되고 스퀴지 아암(135)은 도 9d에 도시된 위치로 전진된다. 이 지점에서, 기판(A1, B1)은 모두 스텐실 인쇄되고 솔더 수집 스퀴지 아암은 그 시작 위치로 복귀될 수 있다. 솔더 수집 스퀴지 아암(135)이 시작 위치로 복귀되면, Z 타워는 하강되어 기판(B1, A1)이 위치 3으로 이동될 수 있게 되고, 기판(A2, B2)은 도 9e에 도시된 바와 같이 위치 2로 이동될 수 있게 된다. 따라서, 상기 공정이 기판(A2, B2)을 스텐실 인쇄하기 위해 다시 시작된다.
상기 실시예에는 스퀴지 아암이 원래 위치로 다시 이동하는 것으로 도시되어 있지만, 다른 실시예에서는 솔더 수집 스퀴지 아암이 180°회전할 수도 있어, 기판이 y축 상에서 양 방향으로 스텐실 인쇄될 수 있게 된다. 따라서, 회전 가능한 솔더 수집 스퀴지 아암을 사용하면, 스퀴지 아암을 그것의 원래 위치로 복귀시키는 단계가 생략되고, 새로운 한 쌍의 기판이 작업부로 전방으로 이동된다. 또한, 회전 가능한 솔더 수집 스퀴지 아암을 사용하면, 도 6a 내지 도 6d와 관련하여 기술된 일련의 처리 작업이 사용될 수 있으며, 기판의 각 스트로크 후 솔더 수집 스퀴지 아암이 회전하여 2개의 기판이 다른 레일로 이동하기 전에 각 레일에서 처리된다.
따라서, 기판을 스텐실 인쇄하기 위한 솔더가 스크린에 분배되어 있지 않고 솔더 헤드에 유지되기 때문에, 다음에 처리될 것이 요구되는 기판 또는 트랙에 대한 제한이 없는 것을 보장하도록 솔더 수집 스퀴지 헤드를 사용하는 유연한 이중 트랙 스텐실 인쇄 장치가 기술되어 있다. 또한, 이러한 솔더 수집 헤드는, Z 타워가 2개의 기판을 처리하기 위해 한번만 상승되면 되므로, 일련의 처리 작업의 성능을 향상시킨다. 변형예에서, 솔더 수집 스퀴지 헤드는 회전 가능하여 y축의 방향으로 스텐실 인쇄를 수행할 수 있으므로, 이중 트랙 스텐실 인쇄 장치에서 이용할 수 있는 처리 방법이 다양해진다.
도 10a 내지 10c에는 도 2의 스텐실 인쇄 장치에 이용될 수 있는 솔더 분배 헤드의 여러 실시예가 도시되어 있다. 도 10a의 솔더 분배 헤드(310)는, "점성 재료를 분배하는 방법 및 장치(METHOD AND APPARATUS FOR DISPENSING VISCOUS MATERIAL)"라는 명칭으로 포드 모터 컴파니(Ford Motor Company)에 의하여 1995년 12월 21일 출원된 국제 출원 공개 번호 제WO96/20088호에 상세히 개시되어 있으며, 이 특허는 본원에서 참고로 인용된다. 솔더 분배 헤드(310)는 일반적으로 다음과 같이 작동한다.
솔더 분배 헤드(310)는 철, 스테인리스 강과 같은 금속, 또는 솔더 페이스트와 같은 압축 점성 재료와 함께 사용하기에 적합한 기타 재료로 형성될 수 있다. 솔더 분배 헤드(310)는 솔더 페이스트와 같은 점성 재료를 담고 있는 주사기 하우징이(syringe housing; 도시 생략)이 결합될 수 있는 상면(311)을 구비한다. 주사기 하우징은 압력 공급원(도시 생략)에 응답하여 솔더 분배 헤드의 테이퍼진 내부 공동(313)으로 솔더(300)를 급송하도록 결합된다. 압력 공급원은 주사기 하우징 또는 다른 용기로부터의 점성 재료를 계량하기 위하여 기계식, 전기식 또는 유압식으로 작동할 수 있다. 추가로, 점성이 있는 솔더 재료를 저장조 하우징으로부터 솔더 분배 헤드(310)로 향하게 하는 데 공압이 이용될 수도 있다.
테이퍼진 내부 공동(313)에는 디퓨저(diffuser;325)가 마련되어 있다. 디퓨저(325)와 테이퍼진 내부 공동(313)은 이 내부 공동(313)을 통과하는 솔더의 전진 속도를 감소시키도록 작용한다. 테이퍼진 내부 공동(313)은 대체로 장방형의 출구(314)에서 끝난다. 일정 부피의 솔더(312)가 장방형 개구부(314)로부터 급송되어, 압축 헤드 캡(320)에 의하여 정해지는 실질적으로 균일한 개구(315)를 통해 분출된다. 압축 헤드 캡(320)은 솔더 분배 헤드(310) 내의 솔더(312)의 부피를 한정하는 연속적인 벽으로 형성된다. 압축 헤드 캡(320)은 단일체일 수도 있고 개별적인 요소들로 형성될 수도 있으며, 스텐실과 접촉하여 그 접촉점에서 스텐실과 균일하면서도 실질적으로 평평한 결합체(union)를 제공하도록 설계된다.
이에 따라, 솔더는 솔더 분배 헤드(310)의 내부 챔버(313)를 나간 후에 압축 헤드 캡(320)으로 흐르고, 압축 헤드 캡(320)은 솔더의 흐름을 수용하여 그 솔더 흐름이 스텐실로 향하게 하도록 작용한다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 압축 헤드 캡(320)은 장방형 블레이드(318)와 단부 캡(316)을 구비하며, 이 단부 캡은 장방형 개구부(315)를 형성한다. 일실시예에 있어서, 블레이드는 철이나 스테인리스 강과 같은 강성 재료로 얇게 형성된다. 장치가 스텐실을 가로질러 수평으로 배치되는 경우에, 블레이드(318)는 압축 단부 캡(320) 내의 스텐실과 접촉하는 솔더를 전단(shear off)하도록 동작하는 것이 바람직하다. 블레이드는 경질이며, 솔더 재료를 원활하게 전단할 수 있도록 경사지는 것이 바람직하다. 단부 캡은 폴리우레탄과 같은 유연한 표면으로 형성되어 동작 중에 스텐실의 손상을 방지한다. 블레이드(318)와 단부 캡(316)은 각각 압축 헤드 캡(320)에 고정식으로 장착된다.
압축 헤드 캡(320)은 스텐실의 개구를 통한 압축 솔더의 압출을 안내 및 보조하도록 폐쇄 환경을 제공한다. 그 다음에, 압출된 솔더는 인쇄 배선 기판의 패턴에 침적된다. 이에 따라, 솔더 분배 헤드(310)는 인쇄 선명도를 유지하고 스텐실 인쇄의 사이클 타임을 감소시키면서 고속 인쇄 능력을 제공한다. 스텐실 공정 중에 낭비되는 솔더 페이스트의 양은 압축 헤드 캡(320)에 의한 폐쇄 환경에 기인하여 최소화된다. 압축 헤드 캡에 있는 일정 길이의 장방형 개구로 인하여, 스텐실에 있는 복수 개의 개구를 통한 압축 인쇄가 동시에 발생할 수 있다. 압축 헤드 캡(320)은 각각의 시도(pass)에 있어서 스텐실의 상당한 영역 위에서 작동할 수 있도록 그 형상이 장방형인 것이 바람직하다.
회로 기판을 스텐실 인쇄하는 작업 중에, 솔더 분배 헤드(310)는 스텐실의 상면과 접촉하여 스텐실이 회로 기판과 처음 접촉할 때까지 스텐실이 아래쪽을 향하게 하고, 스텐실을 가로질러 이동한다. 솔더 분배 헤드의 이동 중에, 압력 공급원은 주사기 하우징에 작용하여 솔더 재료가 주사기 하우징으로부터 솔더 분배 헤드(310)의 내부 공동(313)으로 향하게 하며, 여기서 솔더 재료는 디퓨저(325)에 의하여 확산되어 장방형 출구(314)를 향한다. 뒤이어, 점성 재료가 블레이드(318)와 단부 캡(316)을 매개로 폐쇄 환경을 제공하는 압축 헤드 캡(320)의 용적(312) 내로 유입되어, 그 압축 점성 재료가 스텐실 상면을 향하게 한다. 그 다음에, 점성 재료는 압축 헤드 캡이 이동하는 스텐실의 개구를 통하여 압출되고, 인쇄 배선 기판에 인쇄된다. 스텐실 표면을 가로지르는 압축 헤드 캡(316)의 이동으로 인하여, 내부 챔버(313)에 대하여 내측으로 경사진 후미의 블레이드(318)는 스텐실의 상면으로부터 점성 재료를 제거한다. 일단 솔더 분배 헤드가 회로 기판의 길이 방향으로 횡단하면, 솔더 분배 헤드(310)는 그 방향이 역전되고 압축 인쇄 공정이 계속 진행된다.
솔더 분배 헤드(310)와 같은 압축식 헤드를 이용하여 회로 기판을 스텐실 인쇄하는 데 이용하는 공정은 도 6a 내지 도 6d와 도 9a 내지 도 9e와 관련하여 설명된 공정과 상이한데, 그 이유는 솔더 분배 헤드 선단의 폭이 처리될 회로 기판의 폭보다 일반적으로 좁기 때문이다. 따라서, 솔더 분배 헤드(310)의 복수 회의 시도가 종종 회로 기판 전체를 스텐실 인쇄하도록 수행될 수 있다. 그러나, 도 7 및 도 8과 관련하여 설명된 솔더 수집 헤드의 실시예와 유사하게, 솔더 페이스트는 솔더 분배 헤드 내에 유지되어, 스텐실 인쇄 장치는 임의의 원하는 순서로 회로 기판을 자유로이 처리한다.
도 10b에는 스텐실 인쇄 장치(2)에 이용될 수 있는 솔더 분배 헤드(350)의 제2 실시예가 도시되어 있다. 도 10b의 솔더 분배 헤드(350)는 쇼오엔탈러 (Schoenthaler) 등에게 허여되고 본원 명세서에서 참고로 인용되는 미국 특허 제4,622,239호에 상세하게 개시되어 있다. 솔더 분배 헤드(350)는 일반적으로 다음과 같이 작동한다. 솔더 분배 헤드(350)는 한 쌍의 아암(372)에 결합되는 장방형 하우징(360)을 구비하며, 상기 아암은 이중 화살표로 표시된 축을 따라 스텐실을 가로질러 하우징을 이동시키는 역할을 하는 기구(도시 생략)에 연결된다. 하우징은 나란하게 간격을 두고 배치된 한 쌍의 측벽(362)으로 구성된다. 내측 및 외측을 향하는 한 쌍의 저벽(363) 중 하나가 각 벽(362)의 하부 연부로부터 연장된다. 저벽(363)은 하우징(360)에 V자형 저부를 제공한다. 저벽(363) 사이에는 측벽(362)의 길이에 걸쳐 연장되는 틈새 또는 슬롯(365)이 제공되기 때문에 저벽은 교차하지 않는다.
각각의 저벽(363)은 그 하부의 노출면에 슬롯(365)과 연통하는 포켓(368)을 구비한다. 각각의 포켓(368)은 측벽(362)의 길이를 따라 수평으로 연장되며. 각 포켓은 내부에 바(bar) 형상의 탄성 중합체 스퀴지 블레이드(370) 중 하나를 각기 수용하는 크기로 형성되어, 각 블레이드의 연부는 포켓으로부터 수직 하방으로 돌출한다. 스퀴지 블레이드(370)는 블레이드 사이의 공간이 슬롯(365)의 폭보다 작도록 각각의 포켓(368)보다 약간 큰 폭을 갖는다. 블레이드(370) 사이에 작업 영역(364)이 형성된다.
하우징(360) 내에는 피스톤(370)이 활주 가능하게 장착된다. 피스톤(370)은 그 형상이 대략 장방형이며, V자형 저부(376)를 구비한다. 평행하게 간격을 두고 배치된 한 쌍의 연속 립(lips; 374)은 각기 피스톤의 측면과 단부로부터 수평하게 외측으로 연장된다. 립(374)은 하우징(360)의 내면과 접촉하는 피스톤(370)의 면적을 감소시켜 이들 사이의 마찰을 최소화시킨다.
립(374) 사이에는 U자형 채널(378)이 있다. 피스톤이 하우징(360)에 삽입된 후에, 채널은 유체(도시 생략)로 가득 채워져, 피스톤(370)과 하우징(360) 사이에서 공기가 누출되는 것은 방지된다. 유체가 채널(378)로 용이하게 유입되도록, 노치 등과 같은 형태의 개구가 상부 립(374)에 마련된다.
솔더 페이스트와 같은 점성 결합 재료가 하우징의 측벽(362) 중 하나에 결합된 중공 매니폴드(380)를 거쳐 피스톤(370) 아래의 하우징(360)으로 유입된다. 매니폴드는 판(383)에 의하여 밀봉되는 공동(382)을 구비한다. 매니폴드(380)의 중앙에는 공동(382)과 연통하는 입구(384)가 마련되어, 솔더 페이스트는 비교적 고압으로 공동으로 유입될 수 있다. 판(383)에는 일정 간격을 둔 복수 개의 홈이 마련되고, 이 홈이 하우징(360)의 일 측벽(362)을 통하여 연장됨으로써 솔더 페이스트가 공동(382)으로부터 하우징(360)으로 유입될 수 있게 된다. 점성이 있는 솔더 페이스트를 공동(382)을 통하여 일정 간격을 두고 점차로 크기가 커지는 홈을 향하여 흐르게 하면, 공동의 증가 횡단면적과 홈의 점차적으로 증가하는 직경에 의하여 그 흐름 중에 솔더 페이스트가 겪게 되는 압력 강하가 보상된다는 장점을 갖는다. 이러한 방식으로, 솔더 페이스트는 공동 또는 기포 없이 피스톤(370) 아래의 하우징(360)의 공동을 균일하게 채운다. 페이스트가 피스톤(370) 아래의 하우징(360)으로 유입되는 것을 확실히 하기 위하여, 단부 벽의 어느 한측에 정지구(도시 생략)가 마련되어 피스톤이 홈 아래로 하강하는 것을 방지한다. 일실시예에 있어서, 솔더를 가열하여 솔더 페이스트의 점도를 조절 및 제어하는 띠형 히터(strip heater;390)가 매니폴드(380)가 장착된 벽의 반대쪽 측벽(362)에 평행하게 연장된다. 따라서, 일반적으로 점도가 높아서 그 분배가 매우 어려운 솔더 페이스트는 분배하기에 용이하도록 자유 유동 상태로 가열될 수 있다. 일단 가열된 솔더 페이스트는 스텐실 개구를 통하여 회로 기판의 표면 위로 이동되면, 페이스트가 냉각되어 솔더의 점도와 접착성이 본래의 수준으로 회복된다.
작동 중에, 하우징은 스텐실을 가로질러 이동하며, 동시에 압축 유체가 피스톤(370)에 대하여 인도된다. 유압에 의해 피스톤(370)이 하우징(360)으로 하강되어, 솔더 페이스트는 슬롯(365)을 통하여 방출되어 스텐실 위의 작업 영역(364)으로 흐른다. 블레이드(370)가 영역 내의 페이스트를 스텐실의 개구로 흐르게 함으로써 솔더 페이스트가 회로 기판 위에 인쇄된다. 일단 충분한 양의 페이스트가 회로 기판에 인쇄되면, 피스톤에 가해지는 압력은 해제되어 페이스트의 분배가 종결된다.
따라서, 솔더를 스크린을 통해서 회로 기판 위로 이송하도록 피스톤에 대해 압력을 가하는 솔더 분배 헤드의 제2 실시예가 제공된다. 도 10a의 실시예와 유사하게, 솔더 분배 헤드(310)의 복수 회의 시도는 종종 전체 회로 기판을 스텐실 인쇄하도록 수행된다. 추가로, 도 7 및 도 8a 내지 도 8c와 관련하여 설명한 솔더 수집 헤드의 실시예와 유사하게, 솔더 페이스트는 솔더 분배 헤드 내에 유지되므로 스텐실 인쇄 장치는 임의의 원하는 순서로 회로 기판을 자유로이 처리할 수 있다. 솔더 분배 헤드(350)가 솔더를 헤드 내에 유지시키고 모든 페이스트는 헤드 내에서 폐쇄되므로, 도 6a 내지 도 6d와 관련하여 설명한 진행 단계를 수행할 필요가 없다.
도 10c에는 솔더 분배 헤드의 제3 실시예가 도시되어 있다. 도 10c의 솔더 분배 헤드(428)는 프리만(Freeman) 등이 1996년 2월 8일자로 출원한 미국 특허 출원 번호 제08/598,288호에 개시되어 있으며, 이 특허는 본 명세서에서 참고로 인용된다. 일반적으로, 솔더 분배 헤드(428)는 다음과 같이 작동한다. 도 10c의 분배 헤드(428)는 내부에 회전 부재(440)가 있는 긴 챔버(436)를 갖춘 하우징(434)을 포함한다. 하우징(434)은 솔더 페이스트를 수용하기 위해 챔버(436)에 연결되는 입구(442)와 챔버로부터 솔더 페이스트를 공급하기 위해 챔버의 저부에 있는 긴 개구(444)를 구비한다.
하우징(434)은 스텐실의 상면과 밀봉 접촉하는 가스켓 또는 블레이드(447)까지 테이퍼지는 하면(446)도 구비한다. 실제로, 각 블레이드(447)는 스텐실 상에 남아있는 솔더를 "긁어내어(scrapes up)" 스텐실에는 (시간 경과에 따라 단단해질 수 있는) 잉여 솔더가 존재하지 않는다. 하우징(434)은 화살표(452) 방향으로 이동하고, 회전 부재(440)는 회전축(455)을 중심으로 회전한다. 일실시예에 있어서, 회전 부재(440)는 스퀴지 모터(33)(도 2 참조)에 의하여 시계 방향으로 회전되어, 긴 개구(444)에 고압을 발생시킨다. 솔더 분배 헤드(428)는 온도를 조절하는 온도 제어기(449)도 구비하여 솔더 페이스트의 점도를 조절할 수 있다. 챔버(436) 내에서의 회전 부재(440)의 회전으로 인하여, 솔더를 개구(444)로부터 압출시키는 하중이 회전 부재(440)에 발생된다.
작동 중에, 개구(444)에서의 솔더 페이스트의 점도와 압력을 제어하도록 솔더 페이스트의 온도 뿐만 아니라 원통형 부재(440)의 회전 속도도 조절되어, 스텐실을 통한 솔더 페이스트의 도포를 제어할 수 있다. 작동 중에, 솔더는 챔버(436) 내에서 이동되며, 부재(440)의 회전으로 인하여, 솔더는 슬롯(444)으로부터 스텐실 위로 압박된다. 그 다음에, 솔더 분배 헤드는 회로 기판을 스텐실 인쇄하기 위하여 복수 회의 시도로 스텐실을 따라 양 방향으로 이동될 수 있다.
따라서, 도 2에 도시된 스텐실 인쇄 장치에 또한 이용될 수 있는 솔더 분배 헤드의 세가지 실시예가 제공된다. 솔더 분배 헤드는 전술한 바와 같은 일반적인 용도의 솔더 헤드를 능가하는 장점을 갖는데, 이것은 한 쌍의 블레이드와, 스텐실 기판에 침적된 다음 전술한 예정된 일련의 처리 작업에서 이동되는 페이스트의 비드(bead)를 사용한다. 추가로, 각각의 회로 기판 상에서 복수 회의 시도를 필요로 할 수 있지만, 솔더 분배 헤드는 솔더 수집 헤드 장치에 사용되는 바와 같이 솔더를 수집하는 회수 단계를 필요로 하지 않는다. 그러나, 구성 요소의 가용성과 원하는 처리 시간에 따라, 본 명세서에서 설명되었던 솔더 수집 기구 또는 분배 기구중 어느 것을 스텐실 인쇄 장치에 선택적으로 사용할 수 있으며, 따라서 본 발명은 어떠한 특정 실시예로만 한정되지는 않는다.
따라서, 다음에 어떤 기판 또는 어떤 트랙이 처리될 필요가 있는 가에 대한 제한이 없도록 솔더 수집 스퀴지 헤드 또는 다양한 솔더 분배 헤드 중 하나를 이용하는 유연한 이중 트랙 스텐실 인쇄 장치가 개시되어 있다. 이것은, 기판을 스텐실 인쇄하는 솔더가 스크린 상에 배치되는 것이 아니라 솔더 헤드 내에 유지되기 때문이다. 또한, 솔더 수집 헤드는 한번에 두 개의 기판을 처리하기 위해서만 Z 타워가 상승될 필요가 있으므로 그 성능이 향상될 수 있다. 변형예에 있어서, 솔더 헤드는 y축의 어느 한 방향으로 스텐실 인쇄를 수행할 수 있으며, 따라서 이중 트랙 스텐실 인쇄 장치에 유용한 처리 방법의 다양성을 증가시킬 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 전술한 스텐실 인쇄 장치용 이중 트랙 장치는 레일이 y축을 따라 이동하도록 변형된다. 레일이 y축을 따라 이동할 수 있게 함으로써, 상이한 크기의 기판이 수용될 수 있다.
어떤 레일이 이동되어야 하는 가를 선택하는 것은 제조 공정의 픽 앤드 플레이스 머신의 융통성에 의하여 부분적으로 지시된다. 시판되고 있는 다수의 픽 앤드 플레이스 머신은 고정된(즉, 이동 불가능한) 제3 레일 및 제1 레일, 또는 고정된 제4 레일 및 제1 레일을 구비한다. 본 발명의 일실시예에 있어서, 레일 1은 고정될 수 있는 한편, 레일 2, 3, 4는 다양한 폭의 기판을 수용하도록 y축을 따라 이동될 수 있다. 레일(1, 2, 3, 4)은 도 6a 내지 도 6d와 도 9a 내지 도 9e의 레일(22, 24, 26, 28)에 각각 대응한다.
도 11에는 전방 지지판(71)에 각각 결합되는 레일 2의 모터(60) 및 레일 3의 모터(62)와, 후방 지지판(73)에 결합되는 레일 4의 모터(64)를 포함하는 가동 레일의 제어가 상세하게 도시되어 있다. 각 모터는 레일 1에 대한 레일들의 위치 결정을 독립적으로 제어한다. 각 모터는 스텐실 인쇄 장치의 컴퓨터 장치에 의하여 관리되는 제어 논리에 의하여 제어된다. 각 모터는 관련 레일을 일정 간격으로 배치된 레일(70)을 따라 y축(27)으로 이동시킨다. 도 11은 도 4와 관련하여 전술한 바와 같이 이중 트랙 장치의 컨베이어 벨트의 전진을 제어하는 x축 모터(66, 68)의 위치를 명확하게 보여주고 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 있어서, 제1 레일은 고정되어 있다. 제1 레일을 위하여 별도의 고정된 배치 위치에 홈(69)이 마련되어 있다.
도 11에 도시된 실시예에 있어서, 레일은 이중 트랙 모드에서 2"×2" 내지 20"×10"의 크기의 기판을 취급하도록 조절될 수 있다. 장치는 단일 트랙 모드의 대형 기판 상에서 작동될 수 있도록 추가의 융통성을 제공한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 사용하지 않는 트랙의 레일을 후방의 지지판(73)을 향하여 이동시킴으로써 단일 트랙 모드가 달성될 수 있다. 레일 3과 레일 4는 서로 근접하게 이동하며, 이 근접 위치에서는 유입 기판을 수용하지 않는다. 레일 2는 레일 3에 근접하게 이동하며, 레일 1과 함께 일반적으로 트랙(A)에서 취급될 기판을 지지하도록 사용된다. 일실시예에 있어서, 단일 트랙 모드에서, 장치는 레일 1과 레일 2 사이의 간극에 따라, 2"×2" 내지 20"×20" 크기의 기판을 취급할 수 있다.
따라서, 스텐실 인쇄 장치의 크기 구성은 기판 규격 또는 크기가 변경되는 경우 요구되는 간극을 조절하기에 충분할 정도로 유연하다. 바람직한 실시예에 있어서, 이중 트랙 모드에서, 2인치의 기판 간극(space)에서 2개의 8.5인치 최대폭의 기판으로부터 4인치의 기판 간극에서 2개의 10인치 최대폭의 기판까지 있을 수 있다. 마찬가지로, 단일 트랙 모드에서는, 기판의 최대 폭의 범위가 17인치 내지 20인치일 수 있다. 간극 규격의 변경은 0.5 인치씩 증가하고, 20개의 레일 간극 변화의 가능성을 부여하도록 0.5 인치의 증분으로서 제공되는 것이 바람직하지만, 이들 규격은 사용자의 요구를 수용하도록 변경될 수 있다.
가동 레일 장치에 이용되는 스텐실 상의 패턴의 위치는 그 공정을 위한 레일의 특정 간극에 직접적으로 의존한다. 따라서, 가능한 각 레일 간극 옵션을 유지하도록 전용 스텐실이 요구될 수 있다.
이중 및 단일 트랙 작동 모드와, 다양한 크기의 기판을 지지하는 복수 개의 스텐실을 제공하는 것에 추가하여, 포트 판의 홈이 상이한 크기의 회로 기판을 최적으로 유지하기 위해 적절하게 위치되는 것을 보장하도록 복수 개의 포트판이 마련될 수 있다.
이러한 실시예의 일례로서, 컴퓨터 장치(21)는 레일이 단일 트랙 모드로 또는 이중 트랙 모드로 위치되었는가를 결정하기 위하여 리셋(reset) 또는 리부트(reboot)하도록 구성된다. 이 공정은 수동으로 수행될 수 있지만, 사용자의 입력 실수에 의한 스텐실 인쇄 장치의 어떠한 손상도 방지하도록 컴퓨터 장치를 이용하여 수행되는 것이 바람직하며, 이에 대하여는 후술한다. 리셋/리부트 공정을 수행하게 하는 컴퓨터 제어 장치(21)의 절차를 도 13 내지 도 15를 참고로 설명하기로 한다. 도 13은 도 11의 이중 레일 장치를 도시한 것으로, 레일은 제1 레일(22)과 제2 레일(24) 사이에 단일 작업부(154)가 위치된 단일 트랙 모드로 위치되어 있다. 도 14는 2개의 작업부(150, 152)가 있는 도 11의 이중 레일 장치를 나타낸다. 작업부(150)는 제1 레일(22)과 제2 레일(24) 사이에 위치하며, 작업부(152)는 제3 레일(26)과 제4 레일(28) 사이에 위치한다. 도 15에는 리셋/리부트 공정(200)의 흐름도가 도시되어 있다. 도 14 및 도 15의 레일은 부호 + 표시 방향(양의 방향으로 정의)을 향하여 이동할 수 있고, 부호 - 표시 방향(음의 방향으로 정의)을 향하여 이동할 수 있다.
도 13과 도 14에 도시된 바와 같이, 제2, 제3, 제4 레일 각각은 홈 센서(home sensor, 156, 158, 160)를 구비한다. 홈 센서는 광학 센서나, 자기 센서 또는 다른 유용한 센서를 이용하여 실현될 수도 있다. 이러한 홈 센서는 센서가 플래그(A, B, C)중 하나와 정렬되었는지 여부를 감지한다. 센서가 플래그 중 하나를 검출한 경우, 센서는 "폐쇄(closed)" 위치로 정의된다. 센서가 플래그를 검출하지 못한 경우, 센서는 "개방(open)" 위치로 정의된다. 레일을 이동시키고, 개방 위치로부터 폐쇄 위치로의 전이를 검출함으로써, 레일의 절대 위치가 결정될 수 있는 5개의 위치가 있다〔레일 4는 부호 + 표시 방향으로 플래그(C)를 지나쳐 이동할 수 없다〕.
레일은 근접 센서도 구비한다. 레일 4는 근접 센서(162, 164)를, 레일 3은 근접 센서(166, 168)를, 제2 레일은 근접 센서(170)를 구비한다. 근접 센서는 광학 센서나 자기 센서 또는 다른 이용 가능한 센서를 이용하여 실현될 수 있으며, 레일이 다른 물체(즉, 작업부 또는 다른 레일 중 하나)에 근접한 때를 검출하는데 이용된다. 홈 센서와 근접 센서 각각은 컴퓨터 장치에 연결되어 그 상태(개방 또는 폐쇄)를 컴퓨터 장치에 중계한다.
이제, 리셋 또는 리부트 시의 작동 모드를 결정하는 공정(200)을 도 15를 참고로 설명한다. 단계(202)에서, 컴퓨터 장치는 레일 4 상의 홈 센서(160)의 상태를 검사한다. 센서의 상태가 "폐쇄" 인 경우, 단계(204)로 진행하며, 여기서 레일 4는 홈 센서(160)의 상태가 폐쇄 위치(도 14의 레일 4의 위치)로 바뀔 때까지 양의 방향으로 이동한다. 그 다음에, 단계(206)로 계속된다.
단계(206)에서, 레일 3은 레일 3 상의 어느 한 센서(168)가 작업부(152)에 의하여 폐쇄되거나 레일 4 상의 센서(162)가 레일 3에 의하여 폐쇄될 때까지 양의 방향으로 이동한다. 단계(208)에서, 홈 센서(158)의 상태는 컴퓨터 장치에 의하여 검사된다. 홈 센서(158)가 "개방" 상태인 경우, 레일 3은 도 13에 도시된 위치에 있으며, 장치는 단일 트랙 작동 모드로 구성된다. 그 다음에 단계(210)가 진행되어, 플래그(A, B)의 후방 연부를 감지함으로써 레일 2 및 레일 3의 실제 위치를 결정하고, 뒤이어 디폴트 단일 트랙 모드 세팅(default single track mode settings)에 따라 레일의 위치를 결정한다.
단계(208)에서 홈 센서(158)가 "폐쇄" 위치에 있는 경우, 레일 3은 도 14의 위치에 있으며, 장치는 이중 트랙 모드로 구성된다. 그 다음에, 단계(212)로 진행되어, 플래그(A, B)의 전방 연부를 감지함으로써 레일 2 및 레일 3의 실제 위치를 결정하고, 뒤이어 컴퓨터 장치에 저장된 디폴트 이중 트랙 모드 세팅에 따라 레일의 위치를 결정한다.
전술한 자동화된 리셋/리부트 공정은, 조작자의 개입 없이 스텐실 인쇄 장치의 구조(이중 모드 또는 단일 모드)를 기초로 디폴트 단일 트랙 모드 또는 디폴트 이중 트랙 모드 세팅으로 자동적으로 레일의 위치를 결정할 수 있다는 장점을 제공한다.
도 16에는 레일이 짧은 이중 레일 장치의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에 있어서, 이중 레일 장치를 구매한 소비자가 스텐실 인쇄 장치를 로딩 및 언로딩하기 위한 대기 스테이션(queuing station)이 있는 장비를 이미 소유할 수 있으므로, 레일이 짧아진다. 선택적으로, 회로 제조 공장에 존재하는 픽 앤드 플레이스 장치가 로더 유닛과 이미 결합될 수도 있다. 기존 구조의 다양화를 용이하게 하기 위하여, 이중 레일 장치의 이 실시예는 짧은 레일(80, 82, 84, 86)을 구비한다. 이러한 유닛의 작동은 도 6a 내지 도 6d와 도 9a 내지 도 9e와 관련하여 설명된 작동과 유사하며, 위치 1과 위치 3은 대기 스테이션(77, 79)의 대기 위치를 각각 나타낸다. 그러나, 이러한 실시예에 있어서, 기판은 이중 레일 장치 내의 단지 한 위치로만 이동되며, 그 위치는 작업부(55)라는 것에 유념해야 한다. 따라서, 이러한 구조는 도 6a 내지 도 6d를 참고로 하여 전술한 장치 다운 상태를 야기할 수도 있는 구속 조건을 갖지 않는다.
도 17에는 그린 테이프(green tape)와 같은 미세한 재료를 처리하는 이중 트랙 장치의 능력을 나타내고 있는 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있다. 그린 테이프는 소성 전에는 비경질인 세라믹 타입의 재료이다. 그린 테이프의 비경질 성질로 인해, 그린 테이프는 팔레트 상에서 스텐실 인쇄 장치를 통하여 이송되며, 이것은 부가적인 지지를 제공한다. 도 17에서, 제1 세트의 레일(94, 96)과 제2 세트의 레일(98, 99)에는 로더/언로더 장치(92)가 결합되어 있다. 팔레트는 제1 세트의 레일 상의 로더/언로더로부터 스텐실 인쇄 장치(90)로 들어가서, 제2 세트의 레일 상의 스텐실 인쇄 장치로부터 로더로 복귀한다. 팔레트는 왕복 이동 장치(101)를 이용하여 제1 세트의 레일로부터 제2 세트의 레일로 이동된다. 왕복 이동 장치는 제1 세트의 레일로부터 인쇄가 수행된 후에 팔레트를 수용하고, 그 팔레트를 제2 세트의 레일로 이송한다. 도 17에서, 왕복 이동 장치는 트랙(A)으로부터의 팔레트를 수용하는 위치로 도시되어 있다. 팔레트를 수용한 후에, 왕복 이동 장치는 팔레트를 트랙(B)에 제공하도록 화살표 방향으로 팔레트를 이동시킨다.
전술한 순환 레일 장치를 수용하기 위하여, 작업부(55)는 레일 장치가 트랙 B가 아닌 트랙 A에서만 작업하도록 변경된다. 그러므로, 작동 중에, 기판(A2)이 Z 타워 상의 작업 공간으로 상승하는 경우, 기판(A1)은 트랙(B)에서 영향을 받지 않고 여전히 이동하여 로더/언로더(92)로 복귀할 수 있다.
도 18에는 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있다. 제5 실시예에 있어서, 스텐실 기구(100)는 제1 세트의 레일(108, 110)과 제2 세트의 레일(104, 106)을 구비한다. 전술한 제4 실시예와 유사하게, 제5 실시예에서는, 기판 (또는 다른 어떤 기재)이 단지 한쪽으로부터만 스텐실 인쇄 장치로 적재 및 하역된다. 제5 실시예는, 기판이 각 트랙(A, B)으로부터 로더/언로더(102)에 의하여 적재 및 하역되어 양 트랙(A, B)에서 인쇄가 수행된다는 점에서 제4 실시예와 다르다. 제5 실시예에서, 인쇄는 교번 방식으로 한번에 트랙(A, B) 중 하나에서만 수행된다.
도 19에는 스퀴지 헤드(32)의 한번의 스트로크와 한번의 z축 이동으로 2개의 기판을 스텐실 인쇄함으로써 스텐실 처리량을 증가시킬 수 있는 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있다. 제6 실시예에서는 스텐실 인쇄 장치(120)가 x, y, θ축으로 적절하게 기판을 정렬시키는 데에 광학 정렬 장치 대신에 기계적인 고정 장치(112)를 구비한다는 것을 제외하고는, 제5 실시예와 유사하다. 기계적인 고정 장치는 기판이 스텐실 인쇄 장치에 의하여 수용되기 전에 스텐실과 예비 정렬되고, 기판을 적절한 정렬 위치에 지지한다. 일실시예에 있어서, 기계적인 고정 장치는 스텐실 인쇄 장치에서 기판의 적절한 정렬을 유지하도록 측면 스너거(snugger)를 이용한다. 이러한 실시예는 기판의 정렬이 기판의 연부를 이용하여 달성될 수 있는 기판 또는 다른 기재와 함께 사용하는 것이 바람직하다.
기계적인 고정 장치는 도 1의 스텐실 인쇄 장치를 참고로 설명한 광학 정렬 단계에 대한 필요를 제거한다. 도 19의 실시예에 있어서, 기판을 작업부로 전진시키는데 로더/언로더(102) 또는 다른 형태의 로더가 이용될 수 있다. 지점(A)에 위치되는 스퀴지(squeeze)는 전술한 바와 같은 방식으로 스텐실 위로 솔더 페이스트를 도포하여 양 기판을 인쇄한다. 그 다음에, 기판은 로더/언로더에 의하여 회수된다.
또한, 스텐실 인쇄 장치의 한쪽에서 재료를 수용하고 스텐실 인쇄 장치의 다른 쪽의 재료를 픽 앤드 플레이스 장치로 이송하도록 설계되어 스텐실 인쇄 장치의 처리량을 증가시키는 도 19의 기계적인 고정 장치(112)가 본 발명의 실시예에 사용될 수 있다. 이 상황에서, 픽 앤드 플레이스 장치는 2개의 기판을 동시에 수용하여 작동시키도록 구성되므로, 처리량이 최대가 될 수 있다.
많은 상이한 회로 기판 제조 요구에 대한 이중 트랙 장치의 융통성과 잠재성을 보여주기 위하여 이중 트랙 장치의 여러 실시예가 설명되어 있다. 전술한 설명이 이중 트랙 장치를 설명하고 있지만, 본 발명이 이러한 구조에 한정되지 않는다는 것에 유념해야 한다. 기판 처리 순서를 조절하고, 성능을 유지할 수 있는 경우 보다 많은 하드웨어를 잠재적으로 추가함으로써, 2개 이상의 트랙을 갖는 다중 트랙 장치가 제공될 수도 있다는 것을 알 수 있다. 다중 트랙 장치는 복수 개의 고정된 트랙을 구비하거나, 본 명세서에서 교시된 가동 레일 작동 모드를 유사하게 이용할 수 있다.
따라서, 회로 기판 제조 공정의 스텐실 페이스(stencil phase)에 향상된 성능을 제공하는 방법 및 장치가 예시되어 있다. 이중 트랙 장치를 제공함으로써, 회로 기판 처리량은 증가하며, 장치 사이의 체류 시간은 감소한다. 또한, 기존의 스텐실 인쇄 부품을 사용할 수 있는 두 가지의 처리 순서가 제공되어, 부가적인 하드웨어의 크기가 최소화되고 장치의 전체 비용이 최소화된다. 각 처리 순서는 상이한 솔더 수용 헤드를 이용하므로, 이중 트랙의 스텐실 인쇄 장치에서 다양한 순서로 회로 기판을 처리할 수 있는 융통성 있는 장치가 제공된다. 추가로, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 이중 트랙의 레일은 상이한 폭의 기판을 하나의 스텐실 인쇄 장치에 의하여 처리할 수 있도록 이동 가능하다. 추가로, 가동 레일로 인하여, 다른 판매인으로부터 마련되는 다양한 픽 앤드 플레이스 기구와 스텐실 인쇄 장치 사이의 적합성이 향상되고 인쇄 회로 기판(PCB)의 크기를 변화시킬 수 있다. 또한, 가동 레일을 사용함으로써, 스텐실 인쇄 장치는 필요한 경우 단일 트랙 모드로 작동되도록 전환될 수 있다. 이중 트랙 레일은 회로 기판 제조 공정의 기존의 장비를 수용하도록 선택적으로 짧아질 수 있다. 또한, 민감성 재료 취급 처리량이 어떻게 달성될 수도 있는지가 기술되어 있다. 마지막으로, 양 레일에서 인쇄가 가능함에 따라 큰 처리량을 제공하는 장치가 기술되어 있다.
본 발명의 실시예가 솔더 페이스트를 회로 기판에 인쇄하는 스텐실 인쇄 장치와 관련하여 주로 설명되었지만, 본 발명의 실시예는 솔더 페이스트 프린터에 한정되지 않고, 회로 기판 이외의 기재에 아교 및 잉크와 같은 재료를 인쇄하는 다른 프린터에도 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명의 사상을 채용하는 다른 실시예가 이용될 수 있다는 것이 당업자에게는 명백하다. 따라서, 본 발명은 개시된 실시예로만 한정되지 않고, 첨부된 청구범위의 범주와 사상에 의하여만 한정되어야 한다.

Claims (13)

  1. 회로 기판 제조 공정에 사용되는 스텐실 인쇄 장치로서,
    각기 복수 개의 회로 기판을 지지하고, 이들 기판을 상기 스텐실 인쇄 장치를 통해서 전진시키는 복수 세트의 레일과,
    상기 복수 세트의 레일 위에 배치되어, 상기 복수 세트의 레일 중 제1 세트의 레일에 있는 제1 회로 기판을 스텐실 인쇄하는 중에 솔더(solder)를 침적하고, 상기 제1 회로 기판을 스텐실 인쇄한 후에는 스텐실로부터 잉여 솔더를 제거하는 솔더 수집 스퀴지 아암(solder gathering squeegee arm)
    을 포함하는 스텐실 인쇄 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 솔더 수집 스퀴지 아암은
    상기 스텐실 인쇄 장치에 의해 제어되어 상기 복수 세트의 레일을 가로질러 전진하는 가동 캐리지와,
    상기 가동 캐리지에 결합된 하나 이상의 블레이드와,
    상기 가동 캐리지에 결합된 피벗식 솔더 수집 헤드
    를 구비하며,
    상기 피벗식 솔더 수집 헤드는 상기 가동 캐리지 전후로 상기 솔더 수집 헤드가 전진하는 것을 제어하는 제1 로드와, 상기 스텐실에 대한 상기 솔더 수집 헤드의 피벗을 제어하는 제2 로드에 결합되어 있는 것인 스텐실 인쇄 장치.
  3. 제2항에 기재된 솔더 수집 스퀴지 아암으로서, 상기 하나 이상의 블레이드와 피벗식 솔더 수집 헤드와의 사이에 솔더 페이스트가 배치되며,
    상기 스텐실에 대하여 상기 피벗식 솔더 수집 헤드를 피벗시키도록 상기 제2 로드를 이동시키는 스퀴지 모터(squeegee motor)를 더 구비하며, 이 스퀴지 모터는 상기 제1 로드를 이동시켜 상기 피벗식 솔더 수집 헤드를 상기 캐리지를 향하여 전진시키며,
    상기 캐리지를 향한 상기 피벗식 솔더 수집 헤드의 전진에 의해 상기 솔더 페이스트가 상기 하나 이상의 블레이드를 향하여 압박되어, 이 솔더 페이스트는 상기 스텐실로부터 들려올려져 상기 피벗식 솔더 수집 헤드에 유지될 수 있게 되는 것인 솔더 수집 스퀴지 아암.
  4. 제3항에 있어서, 상기 스퀴지 모터는 소프트웨어에 의해 제어되는 것인 솔더 수집 스퀴지 아암.
  5. 제2항에 기재된 솔더 수집 스퀴지 아암으로서, 상기 캐리지 내에 배치되고 상기 하나 이상의 블레이드를 향하여 연장되어, 상기 하나 이상의 블레이드와 상기 피벗식 솔더 수집 헤드 사이에 솔더 페이스트를 분배하는 페이스트 분배 유닛을 더 포함하는 솔더 수집 스퀴지 아암.
  6. 회로 기판을 수용하여 그 기판을 트랙 내의 유사한 위치로 전진시키는 로더(loader)가 각각 마련되어 있는 2개의 트랙을 갖춘 스텐실 인쇄 장치에서 회로 기판을 처리하는 회로 기판 처리 방법으로서, 상기 스텐실 인쇄 장치는 상기 트랙 위에 배치된 스텐실에 솔더를 분배하고 이 스텐실로부터 잉여 솔더를 제거하는 솔더 분배 기구를 구비하며,
    a) 상이한 트랙 상에 각각 위치되는 한 쌍의 기판을 수납하는 단계와,
    b) 상기 한 쌍의 회로 기판, 상기 스텐실 및 상기 솔더 분배 기구를 관련시키는 단계와,
    c) 상기 한 쌍의 회로 기판에 있어서 상기 트랙 중 제1 트랙에 있는 제1 회로 기판 위의 상기 스텐실 위로 상기 솔더 분배 기구를 전진시켜, 상기 스텐실을 통해 제1 회로 기판 위에 솔더를 분배하는 단계와,
    d) 상기 솔더 분배 기구에 의해 상기 스텐실로부터 잉여 솔더를 제거하는 단계와,
    e) 상기 솔더 분배 기구를 상기 트랙 중 제2 트랙으로 전진시키는 단계와,
    f) 상기 한 쌍의 회로 기판에 있어서 상기 트랙 중 제2 트랙에 있는 제2 회로 기판 위의 상기 스텐실 위로 상기 솔더 분배 기구를 전진시켜, 상기 스텐실을 통해 제2 회로 기판 위로 솔더를 분배하는 단계
    를 포함하는 회로 기판 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 솔더 분배 기구는 상기 2개의 트랙 위에 배치되어 이들 트랙을 횡단하는 캐리지를 포함하며, 이 캐리지는 그것에 직각으로 결합되어 상기 솔더 분배 기구의 전진 단계 중에 상기 스텐실과 접촉하는 하나 이상의 블레이드와, 전진 로드와 피벗 로드를 매개로 상기 캐리지에 결합된 솔더 수집 헤드를 구비하며, 상기 솔더 수집 헤드는 셔블 장치(shovel device)에 결합된 피벗 부재를 포함하고,
    상기 스텐실로부터 잉여 솔더를 제거하는 단계는
    상기 피벗 로드를 상기 캐리지를 향하여 전진시켜, 상기 솔더 수집 헤드를 상기 스텐실에 대하여 피벗시키는 단계와,
    상기 전진 로드를 상기 캐리지를 향하여 전진시켜, 상기 솔더 수집 헤드의 상기 셔블을 스텐실을 따라 상기 하나 이상의 블레이드를 향하여 추진시키는 단계
    를 포함하며, 상기 셔블은 상기 전진 로드의 전진의 결과로서 상기 솔더를 수집하는 것인 회로 기판 처리 방법.
  8. 회로 기판 제조 공정에 사용되는 스텐실 인쇄 장치로서,
    각기 복수 개의 회로 기판을 지지하고 상기 스텐실 인쇄 장치를 통해서 이들 회로 기판을 전진시키는 복수 세트의 레일과,
    상기 복수 세트의 레일 위에 배치되어, 이들 복수 세트의 레일 중 제1 레일 위에 있는 제1 회로 기판을 스텐실 인쇄하는 중에 스텐실에 솔더를 침적시키는 솔더 분배 헤드
    를 포함하는 스텐실 인쇄 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 솔더 분배 헤드는 압축식 헤드이며, 이 헤드는
    테이퍼진 내부 공동을 정하는 주벽(周壁)으로서, 상기 테이퍼진 공동은 점성 재료를 수용하도록 연결된 제1 단부와, 작동 중에 상기 점성 재료가 압출되는 장방형 채널을 정하는 제2 단부를 구비하는 것인 주벽과,
    상기 주벽의 상기 제2 단부에 결합되어 있는 압축 헤드
    를 구비하며,
    상기 압축 헤드는 상기 주벽의 제2 단부로부터 상기 솔더 분배 헤드의 장방형 개구를 향하여 연장되는 한 쌍의 블레이드와, 한 쌍의 단부 캡을 포함하며, 각 단부 캡은 상기 블레이드에 개별적으로 하나씩 결합되고 상기 솔더 분배 헤드의 최외측 선단부를 형성하며, 상기 점성 재료는 상기 주벽의 장방형 채널을 통해서 상기 한 쌍의 블레이드 사이에 형성된 공간으로 압출되고, 상기 단부 캡이 상기 스텐실과 접촉하는 때에 그 스텐실 위로 압출되며, 상기 블레이드는 상기 스텐실로부터 잉여 점성 재료를 제거하는 것인 스텐실 인쇄 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 솔더 분배 헤드는
    나란하게 간격을 두고 있는 복수 개의 측벽을 구비하는 하우징과,
    상기 간격을 두고 있는 복수 개의 측벽의 하연부로부터 내측으로 연장되어 틈이 있는 개구(gapped opening)를 제공하는 복수 개의 저벽과,
    상기 하우징 내에 활주 가능하게 장착된 피스톤과,
    상기 피스톤 아래에서 상기 하우징에 결합되어 상기 하우징의 내부로 점성 재료를 공급하는 매니폴드
    를 구비하며,
    상기 스텐실 인쇄 장치의 작동 중에, 상기 피스톤 상의 압력으로 상기 피스톤이 상기 하우징 내에서 하방으로 압박되어, 상기 점성 재료는 상기 하우징의 틈이 있는 개구를 통해서 방출되는 것인 스텐실 인쇄 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 솔더 분배 헤드는
    내부의 긴 챔버와, 이 긴 챔버 내로 점성 재료를 수용하기 위한 입구 및 솔더 페이스트를 스텐실로 공급하기 위한 개구를 구비하는 하우징과;
    상기 하우징의 긴 챔버를 통하여 연장되는 회전 가능한 부재와;
    상기 긴 챔버 내의 솔더가 상기 개구로부터 상기 스텐실 위로 방출되도록 하기 위하여 상기 회전 가능한 부재를 회전시키는 수단
    을 구비하는 것인 스텐실 인쇄 장치.
  12. 회로 기판을 수납하고 그 기판을 트랙 내의 유사한 위치로 전진시키는 로더가 각각 마련되어 있는 2개의 트랙을 구비하는 스텐실 인쇄 장치에서 회로 기판을 처리하는 회로 기판 처리 방법으로서, 상기 스텐실 인쇄 장치는 상기 트랙에 배치된 스텐실에 솔더를 분배하는 솔더 분배 기구를 더 구비하며,
    a) 상기 트랙 중 하나에 하나 이상의 기판을 수납하는 단계와,
    b) 상기 하나 이상의 기판과, 스텐실 및 상기 솔더 분배 기구를 관련시키는 단계와,
    c) 상기 솔더 분배 기구의 관련 폭을 갖는 개구부 및 상기 스텐실을 통해서 상기 회로 기판 위에 솔더가 압출되도록 상기 하나 이상의 기판 위로 상기 솔더 분배 기구를 통과시키는 단계와,
    를 포함하고,
    d) 상기 개구부의 폭이 상기 하나 이상의 회로 기판과 관련된 상기 스텐실 상의 모든 패턴 위를 지나서 상기 하나 이상의 회로 기판 모두를 스텐실 인쇄할 때까지 상기 c) 단계를 반복하는 단계
    를 포함하는 회로 기판 처리 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 a) 내지 d) 단계는 상기 스텐실 인쇄 장치의 작동중에는 언제라도 상기 스텐실 인쇄 장치의 상기 2개의 트랙 중 어느 하나에서 수행되는 것인 회로 기판 처리 방법.
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