KR100601459B1 - 액적 분사 장치 및 방법 - Google Patents

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윌리엄 홀름
요한 크론스텟트
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마이데이터 오토메이션 아베
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Abstract

본 발명은 전자 회로 기판 상에 점성 매개물의 용적을 분사하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 관형 통로 내부에 배열된 회전가능한 피드 스크류(143)를 이용하여 점성 매개물 공급 컨테이너(140)로부터 상기 관형 통로를 통하여 배출 챔버(137)로 상기 점성 매개물이 적용된다. 그 후, 상기 챔버 체적의 신속한 감소에 의해 상기 배출 챔버로부터 배출 노즐을 통하여 이러한 점성 매개물이 분사된다.

Description

액적 분사 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR JETTING DROPLETS}
본 발명은 기판 상에 점성 매개물(viscous medium)의 액적(droplets)을 분사하는 장치, 바람직하게는 전자 회로 기판 상에 점성 매개물의 액적을 분사하는 장치에 관한 것이며, 상기 장치는 상기 매개물의 분사 이전에 소량의 체적의 상기 매개물을 포함하기 위한 배출 챔버와, 상기 배출 챔버와 연통하는 배출 노즐과, 상기 배출 챔버로부터 상기 배출 노즐을 통하여 상기 매개물을 분사하기 위한 배출 수단과, 그리고 상기 배출 챔버 안으로 상기 매개물을 공급하기 위한 공급 수단을 포함한다.
또한 본 발명은 기판 상에, 바람직하게는 전자 회로 기판 상에 점성 매개물의 액적을 분사하기 위한 대응하는 방법에 관한 것이다.
상술한 종류의 장치는 부품을 장착하기 위해 전기 회로 기판의 표면에 부품을 위치시키기 전에 솔더 페이스트(solder paste), 도전성 접착제(electrically conducting adhesive), 표면 마운팅 접착제(surface mounting adhesive) 등의 작은 액적을 전기 회로 기판 상에 분사하기 위해 주로 이용되지만, 임의의 적합한 종류의 기판 상에 다른 점성 매개체를 도포하기 위해 이용될 수 있도 있다.
예컨대, WO91/12106에는 전자 회로 기판 상에 솔더 페이스트 또는 접착제와 같은 물질의 액적을 신속하게 분사하는 방법이 개시되어 있는데, 과도압력에 의해 컨테이너로부터 입구를 통해 펌프 챔버로 상기 물질을 공급하며, 자기 변형 요소(magnetostrictive element)를 이용하여 챔버의 체적을 신속하게 감소시킴으로써 상기 챔버에 연결된 노즐을 통하여 상기 물질을 분사시킨다.
저장부로부터 챔버로 물질을 제공하는 이러한 종류의 기술이 가지는 단점은, 그 중에서도 특히, 압력 공급원과 챔버 사이의 거리와 물질의 압축성으로 인해 재료의 공급을 제어하기 어렵다는 것이다.
본 발명의 목적은 배출 챔버로 점성 매개물을 공급하기 위한 제어를 단순하고 신뢰할 수 있으며 보다 정확하게 할 수 있는 해결 방안을 제공하는 데에 있다.
이러한 목적 및 다른 목적들은 첨부한 도면에 한정된 바와 같은 본 발명에 의해 달성된다.
그러므로, 본 발명의 제 1 양상에 따르면 도입부에 언급된 종류의 장치를 제공하며, 상기 장치는 관형 통로를 한정하는 한정 수단, 상기 관형 통로 안으로 상기 매개물을 도입시키기 위한 입구, 상기 관형 통로로부터 상기 챔버를 향하여 상기 매개물을 통과시키기 위한 출구, 회전에 의해 상기 관형 통로를 통하여 상기 챔버를 향하는 방향으로 상기 매개물을 인도하기 위해 상기 관형 통로에 제공되는 회전가능한 피드 스크류(rotatable feed screw), 및 상기 회전가능한 피드 스크류를 회전시키는 구동 수단을 포함하는 상기 공급 수단을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 도입부에 상술된 종류의 방법이 제공되며, 상기 방법은, 회전가능한 피드 스크류를 이용하여 점성 매개물 공급 컨테이너로부터 배출 챔버로 상기 매개물을 공급하는 단계, 및 액적의 형태로 배출 챔버로부터 상기 매개물을 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 이용되는 바와 같은 배출 수단은 상기 점성 매개물의 액적을 분사하기 위해 배출 챔버를 신속하게 수축시켜 상호 작용하는 수단을 일컫는 것임을 주지한다. 액적의 분사는 피드 스크류의 회전 운동과 완전히 분리하여 달성되며, 회전 운동에 의해 배출 챔버에 상기 매개물이 공급된다.
본 발명의 목적을 위해 추가로 주지되어야 할 것은, "점성 매개물"이라는 용어가 솔더 페이스트, 플럭스, 접착제, 도전성 접착제, 또는 기판 상에 구성 요소를 고착시키기 위해 이용된 임의의 다른 종류의 매개물, 또는 저항성 페이스트로서 해석되어야 하며, "기판"이라는 용어가 인쇄 회로 기판(printed circuit board;PCB), 볼 그리드 배열용 기판(substrate for ball grid arrays;BGA), 칩 스케일 패키지(chip scale packages;CSP), 쿼드 평면 패키지(quad flat packages;QFP), 및 플립 칩 등으로서 해석되어야 한다는 것이다. 또한, "분사(jetting)"라는 용어는 분사 팁이 떼내어 질 때 기판 상에 달라붙고 접촉하면서 분사 팁에 남겨지는 점성 매개물의 작용인, "유체 습윤(fluid wetting)"과 같은 접촉 분사 프로세스와 비교해서, 기판 상에 제트 노즐(jet nozzle)로부터의 점성 매개물의 액적을 형성하여 방사하는데 유체 제트를 사용하는 비접촉 분사 프로세스로서 해석되어야 한다.
그러므로, 본 발명은 배출 챔버로 점성 매개물을 공급하기 위해 회전가능한 피드 스크류를 이용하는 개념에 근거한다. 이러한 회전가능한 피드 스크류를 이용함으로써, 정확하고 신속하며 단순한 방식으로 배출 챔버로 점성 매개물의 공급을 제어할 수 있다는 장점을 제공한다. 이해되는 바와 같이, 회전가능한 스크류의 회전가능한 운동은 배출 챔버와 근접해서 회전가능한 피드 스크류의 출력단에서 점성 매개물의 행동에 즉시 영향을 줄 것이며, 반면에 종래 기술에 따른 압력 장치의 제어는 압력 장치로부터 매개물을 통하여 챔버로 압력 웨이브가 유동하는데 걸리는 시간에 의해 주어지는 일정 시간 지연이 지난 후에만 배출 챔버에서 효과를 야기시킬 수 있을 것이다. 또한, 회전가능한 피드 스크류를 이용함으로써 피드 스크류의 반대 방향 회전에 의해 배출 챔버로부터 점성 매개물을 부분적으로 제거할 수 있다. 본 발명에 따르면, 점성 매개물의 압축성이 마이너스 효과를 가져올 수도 있는 체적이 상당히 감소하며, 따라서, 상기 압축성에 의해 마이너스 효과가 제한된다.
이러한 정황에서, 회전가능한 스크류의 이용은, 상술한 바와 같은 소위 "유체 습윤"을 이용하여 전자 회로 기판 상에 솔더 페이스트의 분사를 수행하기 위해, 예컨대, 송곳 스크류(augering screw)로서 WO97/19327에 개시된 바와 같이, 또한 피드 스크류로서 미국특허 제 5,564,606호에 개시된 바와 같이, 그 자체로 공지된 것임이 주지되어야 하며, 여기서 점성 매개물은 전자 회로 기판과 접촉하는 한편, 노즐에 여전히 연결되어 있다. 이러한 "유체 습윤"은 전자 회로 기판 상에 솔더 페이스트를 상술한 바와 같이 분사하기 위해 구성되어 있지 않으며, 심지어 신속하게 분사하기 위해 구성되어 있지도 않다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 관형 통로를 한정하는 한정 수단 내면의 적어도 일부분은 탄성 또는 탄력적 특성을 보인다. 예컨대, 솔더 페이스트를 전송하기 위해 회전가능한 피드 스크류를 이용함에 있어 한 가지 어려운 점은, 관형 통로 주변에 대해 회전하는 피드 스크류의 나사산의 작동에 의해, 솔더 페이스트 내에 분산된 솔더 물질의 구형 또는 입자가 부정적인 손상 등을 입을 수도 있다는 것이다. 심지어 회전가능한 피드 스크류를 둘러싸며 회전가능한 피드 스크류의 나사산과 일반적으로 슬라이딩 접촉하는 벽이 탄성을 가진다면, 이러한 부정적인 효과가 감소 또는 제거될 수 있다는 것은 의외의 결과였다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이는 상기 회전가능한 피드 스크류의 적어도 일부분을 둘러싸는 엘라스토머 관형 슬리브를 제공함으로써 이루어진다. 다른 대안의 실시예에 따르면, 상기 관형 통로를 한정하는 데에 상기 회전가능한 피드 스크류의 적어도 일부분을 둘러싸는 엘라스토머 O-링의 배열이 제공된다. 이해되는 바와 같이, 이러한 바람직한 실시예 및 대안들은 솔더 페이스트를 도포하기 위해 본 발명을 이용하는 경우 특히 바람직하다. 또한, 유리하게 이러한 특별한 바람직한 실시예에 따른 상기 형상을 갖춘 회전형 피드 스크류는, 적절한 기판 상의 분사 위치로부터 연속적인 분사를 위한 분사 장치의 분사 위치로 점성 매개물을 공급하도록 일반적인 종류의 분사 장치에 이용될 수 있다. 상기 둘러싸는 벽이 탄성을 가짐으로써 보다 큰 제조 허용 오차가 가능하여 유리한 효과가 있다.
전형적으로, 상기 매개물용 공급원을 제공하기 위해 상기 입구와 연통하는 점성 매개물 공급 컨테이너로부터 회전가능한 피드 스크류로 상기 매개물이 제공될 것이다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 공급 컨테이너로부터 공급된 매개물 상에 압력이 적용되며, 상기 압력은 상기 관형 통로 내부에 거의 무공극 상태(void free condition)를 보장하기에 충분히 높고 상기 회전가능한 피드 스크류에 의해 제공된 공급 작용을 초과하여 상기 관형 통로를 통하여 상기 매개물을 인도하지 않도록 충분히 낮다.
첨부한 도면을 참조하여 아래에 설명하는 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 상기 관형 통로 및 상기 회전가능한 피드 스크류는 상기 배출 수단의 운동 방향에 대하여 동축으로 배열되며, 다른 실시예에 따르면, 상기 관형 통로 및 상기 회전가능한 피드 스크류는 상기 배출 수단의 운동 방향에 대하여 편향되어 상기 매개물을 공급하도록 배열된다. 전자의 대안의 장점은 보다 콤팩트(compact)하고, 집적되며 소량의 체적의 배열이 전형적으로 달성되며 충분한 밀봉을 제공하기에 보다 용이하게 한다는 것이며, 한편 후자의 대안의 장점은 통상적으로 보다 분리된 시스템을 달성하며, 종종 분해 및 세척이 보다 용이하다는 것이다. 또한, 전자의 대안에서, 회전가능한 피드 스크류의 단부에 상기 배출 챔버의 벽을 형성하는 플런저(flunger)를 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 관형 통로의 출력단으로부터 상기 배출 챔버의 벽을 형성하는 플런저 내부에 제공된 채널을 통하여 상기 배출 챔버로 상기 매개물을 공급한다. 상기 배출 챔버와 면하는 플런저의 단부에 있는 상기 채널의 적어도 일부분은 상기 플런저에 대하여 동축으로 배열되는 것이 바람직하다. 배출 챔버의 체적을 신속하게 감소시키는 경우, 배출 챔버 내에 포함된 매개물은 배출 노즐을 통하여 배출되며, 회전가능한 피드 스크류를 향하여 후방으로 인도된다. 이러한 반대의 작동은 그 중에서도 특히 후방의 유동 저항에 좌우된다. 상기 플런저에 대해 측면으로 상기 배출 챔버로 매개물이 인도된다면, 플런저와 노즐 사이의 거리가 변화함에 따라 이러한 유동 저항이 변화하여, 상술한 거리의 설계 허용 오차 상에 높은 요구가 있게 된다. 상기 실시예에 따르면, 배출 챔버로 인도하는 채널이 플런저 내부에 제공되며 후방의 유동 저항이 플런저와 노즐 사이의 거리와 무관하므로, 배출 작동이 보다 용이하게 제어된다.
본 발명의 회전가능한 피드 스크류는 다수의 상이한 방식으로 형성될 수도 있다. 그러나, 바람직한 결과는 2중 나사산 스크류의 이용에 의해 달성되었다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 피드 스크류는 상기 배출 수단과 개별적인 구성 요소를 포함한다. 본 발명에 따른 제 2 실시예에 따르면, 피드 스크류는 즉, 이동 가능한 배출 부재 또는 상기 배출에 대한 대향 지지를 제공하는 강체(rigid element)와 같은 배출 수단 내에 포함된 점성 매개물의 배출을 위해서도 사용된다. 그러나, 피드 스크류가 점성 매개물의 배출에 관여될 지라도, 피드 스크류의 회전 운동은 수반되지 않는다는 점을 주지해야 한다.
도면을 참조하여 아래에 설명하듯이, 자기 변형(magnetostrictive), 압전기(piezoelectric), 전기 변형(electrostrictive), 전자기(electromagnetic) 또는 형상 기억 합금 액추에이터(shape memory alloy actuator)의 신속한 작동에 의해 상기 배출 노즐로부터 매개물이 분사되는 것이 바람직하다.
본 발명의 상술한 양상, 장점 및 특징과 다른 양상 장점 및 특징은 다음의 본 발명의 구체적인 실시예의 상세한 설명으로부터 보다 완전하게 이해될 것이다.
도 1a는 본 발명에 따른 장치의 제 1 실시예의 단면도이다.
도 1b는 도 1a에 도시한 단면도의 중심부의 확대도이다.
도 1c는 도 1a에 도시한 단면도의 중심부의 다른 실시예의 확대도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 장치의 제 2 실시예의 단면도이다.
도 2b는 도 2a에 도시한 단면도의 중심부의 확대도이다.
도 2c는 도 2a에 도시한 단면도의 중심부의 다른 실시예의 확대도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
20;120 : 압전기 액추에이터 21;121 : 액추에이터 지지부
22; 122 : 압전기 스택 23; 123 : 액추에이터 하우징
24; 124 : 액추에이터 체크 너트 25; 125 : 플런저
26; 126; 126a; 126b : 컵 스프링 27; 127 : 배출 제어 유닛
30 : 솔더 배출 하우징 31 : 관통 보어
32 : 온도 제어식 슬리브 33; 126e : 부싱
34 : 밀봉부 35; 135 : 노즐판
36; 136 : 배출 노즐 37; 137 : 배출 챔버
38 : 노즐 지지 와셔 39; 139 : 채널
40; 140 : 공급 컨테이너 41; 141 : 전동기
42; 142 : 모터 샤프트 43; 143 : 피드 스크류
44; 144 : 관형 보어 45; 145 : O-링
45a : 엘라스토머 슬리브 46 : 모터 지지부
47 : 입구 포트 49; 149 : 가압 펌프
53; 153 : 출구 54; 154 : 입구
121a : 기부 121b : 실린더부
121c : O-링 지지부 126c, 126d : 쐐기
129 : 노즐 지지 조립체 129a : 단부판
129b : 노즐 지지부 134, 134a : O-링 밀봉부
148 : 공급 제어 유닛 150 : 피드 튜브
151 : 중공 내부 152 : 피드 포트
아래에, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 구현하는 예시적인 실시예를 설명한다.
이제, 도 1a, 도 1b 및 도 1c를 참조하여 본 발명에 따른 솔더 페이스트 분사 장치의 제 1 실시예를 설명한다. 이러한 솔더 페이스트 분사 장치는 압전기 액추에이터(20)를 포함하며, 이러한 압전기 액추에이터(20)는; 액추에이터 지지부(21); 상기 액추에이터 지지부(21)에 강성으로(rigidly) 연결되는 압전기 스택(piezoelectric stack)(22)을 형성하는 일련의 압전기 디스크(piezoelectric discs); 액추에이터 지지부(21)에 강성으로 연결되며 압전기 스택(22)을 둘러싸는 액추에이터 하우징(23); 액추에이터 지지부(21)와 마주하는 액추에이터 하우징(23)의 단부에 강성으로 연결되는 액추에이터 체크 너트(actuator check nut)(24); 액추에이터 지지부(21)와 마주하는 압전기 스택(22)의 단부에 강성으로 연결되며 액추에이터 체크 너트(24)의 보어를 통하여 미끄럼 가능하게 연장하는 한편 축방향으로 이동가능한 플런저(plunger)(25); 및 액추에이터에 대해 예하중(preload)을 제공하기 위해 액추에이터 체크 너트(24)에 대항하여 탄성적으로 플런저(25)가 균형을 이루도록 제공되는 컵 스프링(cup spring)(26)을 포함한다. 압전기 스택(22)으로 간헐적으로 구동 전압을 인가하기 위해 개략적으로 도시된 배출 제어 유닛(27)이 제공되며, 이로써, 압전기 스택(22)이 간헐적으로 확장하게 되고, 따라서, 솔더 패턴 프린팅 데이터(solder pattern printing data)에 따라 액추에이터 하우징(23) 및 체크 너트(24)에 대해 플런저(25)가 왕복 운동하게 된다.
압전기 액추에이터(20)는 솔더 배출 하우징(30)에 강성으로 연결되며, 이러한 솔더 배출 하우징(30)은 솔더 배출 하우징(30)을 통하여 연장하는 관통 보어(through bore)(31)를 구비하고, 온도 제어식 슬리브(32), 부싱(bushing)(33), 밀봉부(sealing)(34), 및 노즐 지지 와셔(38)에 의해 고정되는 노즐판(35)이 제공되며, 솔더 페이스트의 작은 액적이 위에 분사되게 되는 전자 회로 기판(도시 안함)에 대하여 작동 상태로 인도되도록 배출 노즐(36)을 구비한다. 플런저(25)는 미끄럼 가능하고 축방향으로 이동가능하게 보어(31)를 통하여 연장하는 피스톤부(piston portion)를 포함하며, 상기 플런저(25)의 피스톤부의 끝면은 상기 노즐판(35)에 인접하여 배열된다. 플런저(25)의 끝면 형상, 밀봉부(34) 및 노즐판(35)에 의해 배출 챔버(37)가 형성된다. 압전기 스택(22)의 간헐적인 연장에 의해 야기된, 노즐판(35)을 향하는 플런저(25)의 축방향 이동은 배출 챔버(37)의 신속한 체적 감소와 이에 따른 신속한 가압화를 야기시켜 배출 챔버(37) 내에 포함된 임의의 솔더 페이스트를 배출 노즐(36)을 통하여 분사시킨다.
개략적으로 도시된 공급 컨테이너(supply container)(40)로부터 공급 장치(feeding device)를 통하여 챔버(37)로 솔더 페이스트가 공급된다. 상기 공급 장치는 전동기(41)를 포함하며 모터 지지부(46)를 통하여 솔더 배출 하우징(30)에 강성으로 연결된다. 상기 전동기(41)는 관형 보어(44)에 부분적으로 제공된 모터 샤프트(42)를 구비하며, 상기 관형 보어는 입구(54) 및 출구(53)를 구비하며 모터 지지부(46) 및 솔더 배출 하우징(30)을 통하여 연장하고 출구(53)에서 관통 보어(31)와 연통한다. 모터 샤프트(42)의 단부는 회전가능한 피드 스크류(43)를 형성하며, 이러한 피드 스크류(43)는 솔더 배출 하우징(30) 내에 형성된 관형 보어(44) 부분과 동축으로 제공된다. 관형 보어(44) 내에 함께 동축으로 배열된 탄성의 엘라스토머 O-링(elastomeric O-ring)(45)의 배열에 의해 회전가능한 피드 스크류(43)의 주요 부분이 둘러싸여 있으며, 이러한 회전가능한 피드 스크류(43)의 나사산은 O-링의 가장 깊숙한 면과 슬라이딩(sliding) 접촉한다.
공급 컨테이너 내에 포함된 솔더 페이스트에 압력을 적용하기 위해 개략적으로 도시된 가압 펌프(pressurization pump)(49)가 배열되며, 이에 의해 컨테이너(40)로부터, 개략 도시된 콘딧(conduit)을 통하여 입구 포트(47)로 상기 솔더 페이스트를 공급한다. 이러한 입구 포트(47)는 관형 보어(44)와 연통하며 회전가능한 피드 스크류(43)와 전동기(41) 사이에 위치한 모터 지지부(46)에 배열된다. 개략 도시된 공급 제어 유닛(48)은 전동기(41)로 전자 제어 신호를 제공하여, 모터 샤프트(42) 및 회전가능한 피드 스크류(43)가 원하는 각도 또는 원하는 회전 속도로 회전하게 한다. 회전가능한 피드 스크류(43)의 나사산과 O-링(45)의 내부면 사이에 솔더 페이스트가 획득되어, 모터 샤프트(42)의 회전 운동에 따라 입구 포트(47)로부터 입구(54)를 통하여 관통 보어(31)로 유동한다. 가압 펌프(49)에 의해 제공된 압력은 상기 관형 보어 내부에 거의 무공극(void free) 상태를 보장하기에 충분히 높으며, 상기 회전가능한 피드 스크류(43)에 의해 제공된 공급 작용을 초과하여 상기 관형 보어(44)를 통하여 상기 매개물을 인도하지 않도록 충분히 작다. 이 후, 관형 보어(44)의 출구(53)로부터, 플런저(25)의 피스톤부에 제공된 채널(39)을 통하여 챔버(37)로 솔더 페이스트가 공급되며, 상기 채널은 플런저에 수직하게 연장하며 관형 보어(44)와 연통하는 제 1 부분, 및 플런저(25) 내부에서 플런저(25)와 동축으로, 상기 제 1 부분으로부터 배출 챔버(37)에 면하는 플런저(25)의 끝면으로 연장하는 제 2 부분을 구비한다.
그러므로, 작동 중에, 회전가능한 피드 스크류(43)의 작동에 의해, 공급 컨테이너(40)로부터 관형 보어(44) 및 채널(39)을 통하여 배출 챔버(37)로 솔더 페이스트가 적용된다. 이 후, 플런저(25)의 신속한 작동에 의해 배출 챔버(37)로부터 배출 노즐(36)을 통하여 전자 회로 기판(도시 안함)을 향하여 솔더 페이스트가 분사된다.
도 1c에 도시된 다른 실시예에서, 도 1b에 도시된 실시예에서와 같은 O-링(45)의 배열을 사용하는 대신, 회전가능한 피드 스크류(43)를 둘러싸도록 엘라스토머 슬리브(45a)가 제공된다.
이제, 도 2a, 도 2b 및 도 2c를 참조하여, 본 발명에 따른 솔더 페이스트 분사 장치의 제 2 실시예를 설명한다. 도 2a 및 도 2b의 솔더 페이스트 분사 장치는 압전기 액추에이터(120)를 포함하며, 이러한 압전기 액추에이터(120)는: 기부(base portion)(121a) 및 상기 기부에 거의 수직하게 연장하는 실린더부(121b)를 구비하는 액추에이터 지지부(121); 액추에이터 지지부(121)의 기부(121a)와 강성으로 연결되며 액추에이터 지지부(121)의 실린더부(121b)와 공통축선을 가지며 실린더부(121b)를 둘러싸는 중공의 압전기 스택(hollow piezoelectric stack)(122)을 형성하는 일련의 압전기 디스크; 액추에이터 지지부(121)에 강성으로 연결되며 압전기 스택(122)을 둘러싸는 액추에이터 하우징(123); 상기 액추에이터 하우징(123)에 강성으로 연결되는 액추에이터 체크 너트(124); 압전기 스택(122)에 강성으로 연결되며 액추에이터 체크 너트(124)의 보어를 통하여 미끄럼 가능하게 연장하는 노즐 지지 조립체(129); 액추에이터에 대해 예하중을 제공하도록 액추에이터 체크 너트(124)에 대항하여 노즐 지지 조립체(129)가 탄성적으로 균형을 이루도록 제공된 컵 스프링(126); O-링 밀봉부(134); 솔더 페이스트의 작은 액적이 위에 분사되는 전자 회로 기판(도시 안함)에 대항하여 효과적으로 인도되도록 배출 노즐(136)을 구비하는 노즐판(135)을 포함한다. 압전기 스택(122)을 간헐적으로 배출하도록 개략 도시된 배출 제어 유닛(127)이 제공되어, 압전기 스택(122)의 간헐적인 수축을 일으키고, 솔더 패턴 프린팅 데이터에 따라서 액추에이터 지지부(121), 액추에이터 하우징(123), 액추에이터 체크 너트(124) 및 플런저(125)에 대해 노즐 지지 조립체(129) 및 노즐판(135)의 왕복 운동을 야기시킨다.
플런저(125)의 끝면 및 노즐판(135)에 의해 배출 챔버(137)가 형성된다. 압전기 스택(122)의 간헐적인 수축에 의해 야기되는 플런저(125)를 향한 노즐판(135)의 축방향 이동으로 인해, 배출 챔버(137)의 체적이 신속하게 감소하며, 배출 챔버(137) 내에 포함된 솔더 페이스트가 배출 노즐(136)을 통하여 신속하게 가압 및 분사된다.
도 2a 및 도 2b의 솔더 페이스트 분사 장치는, 액추에이터 지지부(121)의 기부(121a)에 강성으로 연결되는 전동기(141)를 더 포함하며, 상기 전동기(141)는 부분적 중공의 모터 샤프트(partly hollow motor shaft)(142)를 구비하고, 상기 샤프트의 일부분은, 액추에이터 지지부(121)의 실린더부(121b)의 내벽면에 의해 형성되고 입구(154) 및 출구(153)를 구비하는 관형 보어(144)를 통하여 연장한다. 모터 샤프트(142)의 단부는, 액추에이터 지지부(121)의 실린더부(121b)에 의해 형성된 관형 보어(144)의 부분과 동축으로 관형 보어(144) 내에 제공된다. 관형 보어(144) 내에서 관형 보어(144)와 동축으로 배열된 탄성의 엘라스토머 O-링(145)의 배열에 의해 회전가능한 피드 스크류(143)가 둘러싸여 있으며, 회전가능한 피드 스크류(143)의 나사산은 O-링(145)의 가장 깊숙한 면과 슬라이딩 접촉한다.
공급 컨테이너(140)로부터 피드 튜브(150)를 통하여 모터 샤프트(142)의 중공 내부(151)로 솔더 페이스트가 공급되며, 이후, 샤프트(142) 내에 제공되며 중공 내부(151)로부터 외부로, 회전가능한 피드 스크류(143)의 피드 입력단에 근접한 위치, 즉 입구(154)에 근접한 위치의 외부로 연장하는 피드 포트(152)를 통해 배출 챔버(137)로 솔더 페이스트가 공급된다. 회전 피드 스크류(143)가 회전하여, 회전가능한 피드 스크류(143)의 출력단으로 솔더 페이스트가 운반되며, 채널(139)과 플런저(125)를 통하여 챔버(137)로 인도된다.
공급 컨테이너(140) 내에 포함된 솔더 페이스트 상에 압력을 적용하기 위해 개략적으로 도시된 가압 펌프(149)가 배열되어 있어서, 공급 컨테이너(140)로부터 회전가능한 피드 스크류(143)로 솔더 페이스트가 유동하게 한다. 개략적으로 도시된 공급 제어 유닛(148)은 전동기(141)에 전자 제어 신호를 제공하여, 모터 샤프트(142)와 회전가능한 피드 스크류(143)가 원하는 각도 또는 원하는 회전 속도로 회전하게 한다. 회전가능한 피드 스크류(143)의 나사산과 O-링(145) 사이에 획득된 솔더 페이스트는 모터 샤프트(142)가 회전 운동함에 따라, 회전가능한 피드 스크류(143)의 입력단에 있는 피드 포트(152)로부터 배출 챔버(137)로 유동한다.
그러므로, 작동 중에, 회전가능한 피드 스크류(143)의 작동에 의해, 공급 컨테이너(140)로부터 모터 샤프트(142), 및 액추에이터 지지부(121)의 실린더부(121b)에 의해 형성된 관형 보어(144)를 통하여 배출 챔버(137)로 솔더 페이스트가 적용된다. 이 후, 압전기 스택(122)과 노즐 지지 조립체(129)의 신속한 작동에 의해, 배출 챔버(137)로부터 배출 노즐(136)을 통하여 전자 회로 기판(도시 안함)을 향하여 솔더 페이스트가 분사된다.
도 2a에 도시된 실시예의 중심부의 다른 실시예를 도시하는 도 2c를 참조하면, 도 2a의 플런저(125)와 같이 개별의 부재를 사용하는 대신에, 회전가능한 피드 스크류(143)의 단부(143a)에 의해 플런저 부재가 형성된다. 즉, 회전가능한 피드 스크류 및 플런저가 하나의 단일 구조 부재의 형태로 제공된다.
도 2c에서, 액추에이터 지지부(121)의 실린더부(121b)에 고정되며 연속부를 형성하는 O-링 지지부(121c)에 의해, 피드 스크류(143)를 둘러싸는 O-링(145)의 배열(또는, 예컨대 도 1c에 나타낸 종류의 엘라스토머 슬리브)이 제 위치에 유지된다. 이러한 O-링 지지부(121c)는 또한 컵 스프링(126a) 및 단부판(129a)을 통하여 액추에이터에 대한 예하중을 제공한다.
단부판(129a)에 부착되는 노즐 지지부(129b)에 의해 노즐판(135)이 지지된다. 액추에이터 길이의 차를 보상하고, 예하중을 조절하며, 피드 스크류(143)로부터 노즐판(135)까지의 거리를 조절하기 위해 쐐기(shims)(126c,126d)가 제공된다.
피드 스크류(143)의 돌출부(protruding part)를 둘러싸는 부싱(126e)을 통하여 다른 컵 스프링(126b)에 의해 노즐 지지부(129b)에 대항하여 노즐이 가압된다. 이러한 부싱(126e)은 또한 배출 챔버(137)의 누설을 방지하기 위해 제공된다. 누설을 방지하기 위해 O-링 밀봉부(134a)도 제공된다.
따라서, 솔더 페이스트는 피드 포트(152)를 통하여 전달되며, 회전가능한 피드 스크류(143)의 회전 운동에 의해 운송된다. 피드 스크류(143)의 나사산의 출력단에는, 스크류의 돌출부 내부에 축방향 채널로 인도하는 스크류 내의 방사상 홀(hole)이 있다. 이러한 채널을 통하여, 솔더 페이스트가 배출 챔버(137)로 전달된다.
도 2c에 도시된 실시예의 이들 및 다른 상세한 설명은 도 2a 및 도 2b의 유사한 상세한 설명과 관련하여 이미 상술하였으므로, 도 2c의 실시예의 구성과 작동에 대한 보다 상세한 설명은 생략하며, 이는 당업자에게 용이하게 이해될 것이다.
본 발명은 예시적인 실시예를 이용하여 상술하였지만, 당업자에 의해 이해되듯이, 첨부된 특허청구범위에 의해 한정된 본 발명의 범위 내에서 변경, 개조 및 조합이 가능할 수도 있다. 예컨대, 도 1a 내지 도 1c에서 이동 가능한 배출 부재는 플런저이지만, 도 2a 내지 도 2c에서는 노즐 조립체가 이동 가능한 배출 부재를 형성하며, 도시하지는 않지만 반대의 실시예가 본 발명의 범위 내에서 용이하게 실현되고 구성된다.

Claims (28)

  1. 분사되기 전의 소량 체적의 점성 매개물을 포함하는 배출 챔버(37; 137)와,
    상기 배출 챔버와 연통하는 배출 노즐(36; 136)과,
    상기 배출 챔버로부터 상기 배출 노즐을 통해 상기 매개물을 분사하기 위한 배출 수단(22,25; 122,135)과, 그리고
    상기 배출 챔버 안으로 상기 매개물을 공급하기 위한 공급 수단을 포함하며,
    상기 공급 수단이,
    관형 통로(44,144)를 한정하는 한정 수단(30,45; 121b,145),
    상기 관형 통로 안으로 상기 매개물을 도입하기 위한 입구(54; 154), 및 상기 관형 통로로부터 상기 챔버를 향해 상기 매개물을 통과시키기 위한 출구(53; 153),
    회전시에 상기 관형 통로를 통해 상기 챔버를 향하는 방향으로 상기 매개물을 인도하기 위해 상기 관형 통로 내에 제공된 회전가능한 피드 스크류(43; 143), 및
    상기 회전가능한 피드 스크류를 회전시키기 위한 구동 수단(41; 141)을 포함하는,
    기판 상에 점성 매개물의 액적을 분사하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 관형 통로를 한정하는 한정 수단(30,45; 121b,145) 내면의 적어도 일부분이 탄성을 나타내는,
    기판 상에 점성 매개물의 액적을 분사하는 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 관형 통로를 한정하는 한정 수단이 상기 회전가능한 피드 스크류의 적어도 일부분을 둘러싸는 엘라스토머 관형 슬리브(45a)를 포함하는,
    기판 상에 점성 매개물의 액적을 분사하는 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 관형 통로를 한정하는 한정 수단이 상기 회전가능한 피드 스크류의 적어도 일부분을 둘러싸는 엘라스토머 O-링(45; 145)의 배열을 포함하는,
    기판 상에 점성 매개물의 액적을 분사하는 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 회전가능한 피드 스크류(43; 143)의 나사산이 상기 관형 통로를 한정하는 한정 수단의 내벽과 슬라이딩 접촉하는,
    기판 상에 점성 매개물의 액적을 분사하는 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 매개물용 공급원을 제공하기 위해 상기 입구(54; 154)와 연통하는 점성 매개물 공급 컨테이너(40; 140)를 포함하는,
    기판 상에 점성 매개물의 액적을 분사하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 점성 매개물 공급 컨테이너(40; 140)로부터 상기 관형 통로 안으로 상기 매개물을 인도하기 위해 상기 점성 매개물 공급 컨테이너(40; 140) 내에 포함된 상기 매개물 상에 압력을 제공하는 가압 수단(49; 149)을 포함하며,
    상기 압력은 상기 관형 통로 내부에 필수적으로 무공극 상태를 보장하며, 상기 회전가능한 피드 스크류에 의해 제공된 공급 작용을 초과하여 상기 관형 통로를 통하여 상기 매개물을 인도하지 않도록 하는,
    기판 상에 점성 매개물의 액적을 분사하는 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배출 챔버의 벽을 형성하는 플런저(25; 125; 143a)를 포함하며, 상기 플런저 내부에는 채널(39; 139)이 제공되며, 상기 관형 통로로부터 상기 채널을 통하여 상기 배출 챔버로 상기 매개물이 공급되는,
    기판 상에 점성 매개물의 액적을 분사하는 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 배출 챔버와 대향하는 상기 플런저의 단부에 위치하는 상기 채널의 적어도 일부분이 상기 플런저에 대하여 동축으로 배열되는,
    기판 상에 점성 매개물의 액적을 분사하는 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 회전가능한 피드 스크류의 단부(143a)가 상기 플런저를 형성하는,
    기판 상에 점성 매개물의 액적을 분사하는 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 배출 수단이 상기 플런저(25; 125; 143a)를 포함하는,
    기판 상에 점성 매개물의 액적을 분사하는 장치.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배출 수단 및 상기 피드 스크류가 개별 구성 요소를 이루고 있는,
    기판 상에 점성 매개물의 액적을 분사하는 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 배출 수단이 상기 플런저(25; 125; 143a)를 포함하는,
    기판 상에 점성 매개물의 액적을 분사하는 장치.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배출 수단이 상기 노즐(36; 136)을 포함하며, 상기 노즐이 왕복 운동을 위해 배열되어 있는,
    기판 상에 점성 매개물의 액적을 분사하는 장치.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 관형 통로(144) 및 상기 회전가능한 피드 스크류(143)가 상기 배출 수단의 배출 운동 방향에 대해 동축으로 배열되어 있는,
    기판 상에 점성 매개물의 액적을 분사하는 장치.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 관형 통로(44) 및 상기 회전가능한 피드 스크류(43)가 상기 배출 수단의 운동 방향에 대해 경사지게 상기 매개물을 공급하도록 배열되어 있는,
    기판 상에 점성 매개물의 액적을 분사하는 장치.
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 회전가능한 피드 스크류가 다중 나사산을 구비하는,
    기판 상에 점성 매개물의 액적을 분사하는 장치.
  18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 점성 매개물이 솔더 페이스트인,
    기판 상에 점성 매개물의 액적을 분사하는 장치.
  19. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 점성 매개물이 표면 마운팅 접착제 및 도전성 접착제로 이루어진 군으로부터 선택되는 접착제인,
    기판 상에 점성 매개물의 액적을 분사하는 장치.
  20. 점성 매개물을 분사하기 위한 장치인 점성 매개물 분배 장치 내의 분배 위치로 상기 점성 매개물을 공급하기 위한 공급 수단으로서,
    적어도 일부분이 탄성을 나타내는, 관형 통로(44; 144)를 한정하는 한정 수단(30,45; 121b,145);
    상기 관형 통로 안으로 상기 매개물을 도입시키기 위한 입구(54; 154), 및 상기 관형 통로로부터 상기 분사 위치를 향해 상기 매개물을 통과시키는 출구(53; 153);
    회전시에 상기 관형 통로를 통해 상기 분사 위치를 향하는 방향으로 상기 매개물을 인도하기 위해 상기 관형 통로에 제공된 회전가능한 피드 스크류(43; 143); 및
    상기 회전가능한 피드 스크류를 회전시키기 위한 구동 수단(41; 141);을 포함하는,
    점성 매개물의 공급 수단.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 관형 통로를 한정하는 한정 수단이 상기 회전가능한 피드 스크류의 적어도 일부분을 둘러싸는 엘라스토머 관형 슬리브(45a)를 포함하는,
    점성 매개물의 공급 수단.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 관형 통로를 한정하는 한정 수단이 상기 회전가능한 피트 스크류의 적어도 일부분을 둘러싸는 엘라스토머 O-링(45; 145)의 배열을 포함하는,
    점성 매개물의 공급 수단.
  23. 제 20 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전가능한 피드 스크류(43; 143)의 나사산이 상기 관형 통로를 한정하는 한정 수단의 내벽과 슬라이딩 접촉하는,
    점성 매개물의 공급 수단.
  24. 회전가능한 피드 스크류를 이용하여 점성 매개물 공급 컨테이너로부터 배출 챔버로 점성 매개물을 공급하는 단계; 및
    상기 배출 챔버로부터 상기 매개물을 액적의 형태로 분사하는 단계;를 포함하는,
    기판 상에 점성 매개물의 액적을 분사하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 매개물이 관형 통로를 통하여 공급되고, 상기 피드 스크류가 상기 관형 통로 내부에 배열되며,
    상기 공급 컨테이너로부터 공급된 상기 매개물 상에 압력을 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 압력은 상기 관형 통로 내부에 실질적으로 무공극 상태를 보장하며, 상기 회전가능한 피드 스크류에 의해 제공되는 공급 작용을 초과하여 상기 관형 통로를 통해 상기 매개물을 인도하지 않도록 하는,
    기판 상에 점성 매개물의 액적을 분사하는 방법.
  26. 제 24 항 또는 제 25 항에 있어서,
    상기 배출 챔버의 벽을 형성하는 플런저 내부에 제공된 채널을 통하여 상기 관형 통로로부터 상기 배출 챔버로 상기 매개물을 공급하는 단계를 포함하는,
    기판 상에 점성 매개물의 액적을 분사하는 방법.
  27. 삭제
  28. 삭제
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