KR100609597B1 - 소형 금속구 제조장치 - Google Patents

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KR100609597B1
KR100609597B1 KR1020060034215A KR20060034215A KR100609597B1 KR 100609597 B1 KR100609597 B1 KR 100609597B1 KR 1020060034215 A KR1020060034215 A KR 1020060034215A KR 20060034215 A KR20060034215 A KR 20060034215A KR 100609597 B1 KR100609597 B1 KR 100609597B1
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cooling
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molten metal
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KR1020060034215A
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안종환
김문기
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주식회사 기성테크
주식회사에이엠씨
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Abstract

본 발명은 소형 금속구 제조장치에 관한 것으로서, 특히 오일 적하방식의 솔더볼의 제조장치에 있어서, 격벽의 상단에 상부 챔버가 결합되고, 상기 격벽의 하단에 하부 챔버가 결합되고, 상기 상부 챔버 및 하부 챔버가 각각의 진공 펌프에 의해 각각 진공 상태를 일정하게 유지하는 챔버와; 상기 격벽의 중앙부에 설치되어 높은 진폭의 진동으로 용융금속을 낙하시켜 솔더볼을 형성시키는 제너레이터와; 상기 챔버의 상부 챔버의 측면과 연결 설치되어 내부에 융용되어 저장된 융용금속을 압력차를 이용하여 상기 제너레이터로 공급하는 융용금속 공급유니트와; 상기 제너레이터의 저면과 일정 거리 이격되어 상기 제너레이터로부터 낙하되는 솔더볼을 내부에 충진된 냉각 오일로서 냉각하도록 상단부 외측면에 열을 발생하는 히터가 권선되고, 하단부 외측면에 냉각수가 유입되는 냉각통이 설치되며, 외측면에 일정 간격으로 내부 온도를 센싱하는 복수의 온도 센서가 구비되는 냉각 유니트와; 상기 챔버의 하부 챔버의 상단 측면에 설치되어 상기 제너레이터부터 낙하되는 솔더볼을 촬영하는 카메라 유니트와; 상기 냉각 유니트의 하단에 설치되어 상기 냉각 유니트로부터 낙하되는 솔더볼을 진공으로 흡입하여 저장하는 샘플 채취 유니트와; 상기 냉각 유니트 내부의 오일량을 체크하는 오일량 감지 유니트와; 상기 챔버의 하부 챔버 내부에 설치되어 상기 냉각 유니트에서 발생하는 증기를 흡입하여 수분을 제거후 재배출시키는 수분 제거 유니트와; 상기 냉각 유니트의 하단부에 설치되어 낙하되는 솔더볼을 저장하는 볼 탱크와; 상기 볼 탱크를 통하여 배출되는 오일을 저 장하는 오일 저장 탱크와; 상기 오일 저장 탱크에 저장된 오일을 가열한 후 수분을 제거하고, 여과한 다음 상기 냉각 유니트의 하단부로 공급하고, 상기 냉각 유니트에 오일이 부족한 경우 오일을 보충하는 오일 공급 유니트; 및 각 구성부로부터 측정값을 입력받아 시스템을 전반적으로 감시 및 제어하고, 각 측정값을 디스플레이하며, 상기 카메라 유니트로부터 촬영되는 영상을 분석하여 온도, 진공도의 데이터분석을 통해 보정된 결과치로 상기 챔버 환경을 제어하는 제어 유니트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 융용금속을 공급시 상부 챔버와의 압력차를 이용하여 공급함으로써 원활하게 융용금속을 투입할 수 있고, 기계의 동작중에도 연속해서 융용금속의 재료를 투입할 수 있다.
솔더볼, 챔버, 진공, 압력, 필터

Description

소형 금속구 제조장치{Small solder ball making apparatus}
도 1은 종래의 오일 적하방식의 솔더볼 제조장치의 구성을 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 소형 금속구 제조장치의 구성을 나타낸 개요도,
도 3은 본 발명에 따른 소형 금속구 제조장치의 구성을 나타낸 단면도,
도 4는 도 3의 부분 확대도,
도 5는 본 발명에 따른 소형 금속구 제조장치의 제너레이터의 구성을 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 소형 금속구 제조장치의 융용금속 공급유니트의 구성을 나타낸 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 소형 금속구 제조장치의 카메라 유니트의 구성을 나타낸 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 소형 금속구 제조장치의 샘플 채취 유니트의 구성을 나타낸 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 소형 금속구 제조장치의 수분 제거 유니트의 구성을 나타낸 단면도.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
110 : 챔버 120 : 제너레이터
130 : 융용금속 공급유니트 140 : 냉각 유니트
150 : 카메라 유니트 160 : 샘플 채취 유니트
170 : 오일량 감지 유니트 180 : 수분 제거 유니트
190 : 볼 탱크 200 : 오일 저장 탱크
210 : 오일 공급 유니트 220 : 제어 유니트
본 발명은 소형 금속구 제조장치에 관한 것으로서, 상세하게는 오일에서 발생하는 증기를 흡입하여 필터링 후 하부 챔버 내부에서 순환시켜 하부 챔버의 조건을 일정하게 유지시키고, 상부 챔버와 하부 챔버에 각각 진공을 유지하여 진공차에 의해 솔더볼이 낙하되도록 함으로써 진공에 의해 솔더볼의 외형이 진구를 이루도록 하며, 카메라를 이용하여 제너레이터에 의해 생성되는 솔더볼을 촬영하여 솔더볼의 직경을 1미크론 단위로 촬영한 후 촬영 이미지를 분석하여 분석 결과에 따라 즉시 온도, 진공도의 데이터 분석을 통해 보정된 결과치로 자동 조정할 수 있는 소형 금속구 제조장치에 관한 것이다.
산업의 발달 특히 전자산업의 발달로 통신장치, 영상장치, 컴퓨터 등 각종 전자기기는 소형화와 고기능화 추세이며, 이러한 기능을 갖도록 하기 위하여 전자부품 중의 하나인 집적회로(IC)는 인쇄회로기판(PCB)의 표면에 실장하여 임의의 회로를 구성하고 있다.
상기 집적회로는 각종 전자기기의 소형화 및 고기능화 요구에 따라 패키지 자체가 경박단소(輕薄短小)화 됨으로써 리드핀을 집적회로와 수평으로 내어 인쇄회로기판의 표면에서 솔더 페이스트를 사용하여 그대로 실장 할 수 있도록 하는 표면실장형 패키지가 수년 전부터 개발 사용되고 있고, 이는 인쇄회로기판에 삽입홈을 천공하지 않게 되므로 기판 전체가 얇아지는 이점이 있으며, 이러한 기술을 표면실장기술(SMT : surface mounting technology)이라 한다.
또한, 패키지의 경박단소화로 인한 다핀화와 파인 피치화에 대응하고자 개발된 쿼드 플래트 패키지(Quad FlatPackage : QFP)에서는 최종 패키지의 불량률을 감안하면 최소 리드 피치가 0.3mm로서 다핀화에 리플로 솔더링의 한계가 있고, 테이프 캐리어 패키지(Tape Carrier Package:TCP)의 경우 0.25mm 피치를 끊어 마무리 실장에 있어서도 패키지의 소형화에 문제점이 드러나고 있다.
따라서, 핀 그리드 어레이(Pin Grid Array:PGA)와 플립 칩(Flip Chip) 개념의 장점만을 응용한 것으로 리드를 대신해서 솔더볼을 입출력단자로 하여 패키지 아랫 면에 어레이 형상으로 배열한 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array:BGA)와, 그 볼 그리드 어레이보다 진보된 칩 스케일 패키지(Chip Scale Package:CSP)가 개발되었으다. 이는 전극 피치를 동일 핀 수의 쿼드 플래트 패키지(QFP)와 비교할 때 50∼60%까지 차지하는 공간을 축소시킬 수 있는 것이다.
이와 같은 볼 그리드 어레이(BGA) 또는 칩 스케일 패키지(CSP)의 표면실장방법은 볼 그리드 어레이 또는 칩 스케일 패키지의 저면 전극에 솔더볼을 부착하고, 이 솔더볼이 부착된 패키지를 인쇄회로기판의 표면에 안착시킨 후 열을 가하여 장 착시키게 되는 것이다.
이러한 BGA/CSP용 솔더볼은 크게 진동분무법과, 디스크 형태로 스탬핑(Stamping)하거나 솔더 와이어를 잘라 만든 솔더칩(Solder Chip)을 1차로 준비한 후 가열된 냉각오일 또는 플럭스 속에 적하(투입)하여 2차로 구형화시키는 투입방식인 오일 적하방법이 사용되고 있다.
이와 같은 방법에 의해 제조되는 솔더볼은 매우 높은 진구도를 유지하여야 할 뿐만 아니라 크기가 일정하여야 하는 것이 필수적인 요건이며, 패키지의 종류에 따라 다양한 크기(300㎛, 350㎛,450㎛, 760㎛ 등)의 솔더볼이 제조되고 있다.
또한, 열매 투입방식에 비해 고속 생산할 수 있는 솔더볼과 같은 금속볼 제조장치 및 방법은 진동 분무법을 통해 구현할 수 있으며, 1754년 프랑스의 Nollet가 최초로 연구를 시작한 이래 영국의 Lord Rayleigh에 의해 이론적 바탕이 확립되었고, 이후 잉크젯 프린트 등에 산업적으로 이용되기 시작하였다. 근래 이러한 원리를 이용하여 정밀 금속 및 세라믹볼의 대량 제조에 적용하려는 시도와 연구가 진행중이다.
진동 분무법은 분무조건에 따라 연속 액적형성모드(Continuous Pressurized Flow mode)와 비연속 액적형성모드(Drop OnDemand mode)의 두가지 형태로 작동되는데, 연속 액적형성모드를 이용한 금속분말 제조에서는 압전체와 같이 발생 진동의 진폭이 매우 작은 진동발생자를 채택함에 따라 노즐에서 분무된 입자들의 간격이 짧아 비산도중 합착이 발생하기 쉬우며, 이를 방지하기 위해 비산입자를 대전시켜, 입자간 전기적 반발력을 이용하였으나, 각 액적이 서로 엉겨붙는 현상을 막기 위해 수백 볼트의 전압을 가하였지만 서로 붙는 현상을 산업적 의미에서 효과적으로 제어할 수 없고, 또한 고전압 취급에 따른 위험성이 뒤따른다.
따라서, 상기의 기술을 보다 실질적으로 근접한 솔더볼과 같은 금속볼 제조장치는 용탕 또는 슬러리 상태의 물질을 기계적 또는 열적 응력을 지탱할 수 있을 정도의 충분한 두께를 가지며 하나 이상의 구멍(Opening)을 가지는 노즐을 장착한 용기에 장입한 다음, 노즐구멍 상부에 설치된 진동발생장치(ImpulseGenerator)에 의해 수직방향으로 진동을 전달하여 노즐을 통해 용탕 또는 슬러리를 밀어내도록 되어 있다.
상기 진동전달부에 의해 가해진 진동은 특성상 수직으로 진행하며, 흐름방향으로 노즐상의 유체에 불연속적으로 가해진 진동 힘은 구멍를 통해 일정한 크기의 액적들의 흐름을 야기시키게 되고, 이러한 진동의 주파수는 넓은 영역에 걸쳐 변경될 수 있으며 그 주파수는 예를 들어 10~20,000㎐이고, 예상컨대 60,000㎐만큼 높은 주파수 영역이다. 이때, 행정거리(진폭)는 대개 0.1∼8mm이고 1∼2mm가 가장 바람직한 것으로 상기와 같은 종래 기술은 비연속 액적형성모드를 채택하고 일정대역에서 높은 진폭을 가지는 진동발생장치를 적용하여 비산 액적간 거리를 띄울 수 있도록 되어 있으나, 비연속 액적형성모드의 특성상 생산량이 연속모드에 비해 많이 떨어지고, 특히 기계적인 진동장치의 구성으로 불연속액적형성을 시도하기 위해 진폭을 과도하게 크게 하여 기계적 노이즈가 발생되어, 입도분포가 연속 액적형성모드에 비해 넓게 되는 관계로 인해 공차가 10수㎛ 정도의 내외 인 솔더볼을 제조하기에 부적합한 것이다.
또한, 상기 액적형성장치에 일정량의 용융금속을 자동으로 공급되도록 하는 용융금속 공급장치와, 적하되는 액적을 냉각 오일로서 냉각시켜 솔더볼을 형성하는 챔버에 구간별로 온도구배를 일정하게 유지하고, 냉각오일의 온도상승에 의한 대류현상을 방지하기 위한 장치가 개발되었다.
이러한, 오일 적하방식의 솔더볼 제조장치는 국내 등록특허 공보 제 10-0337152호에 개시되었다.
상기 오일 적하방식의 솔더볼 제조장치는 도 1에 도시된 바와 같이 분리대(39)가 설치된 상부 챔버(38a)의 하측에 하부 챔버(38b)가 설치되어 챔버(30)를 구성하고, 상기 분리대(39) 중앙부에는 높은 진폭의 진동으로 파쇄된 용융금속의 액적을 적하하고, 유입된 용융금속의 수위를 일정레벨로 유지하여 균일한 액적을 형성하는 액적형성장치(20)가 설치되고, 상기 액적형성장치(20)의 상측에는 투입되는 합금을 용융 혼합하여 상기 액적형성장치(20)에 공급하고 상기 액적형성장치(20)에 공급된 용융금속이 적정 레벨을 유지하도록 용융금속의 배출량을 조절하는 용융금속 공급장치(10)가 설치되고, 상기 액적형성장치(20)의 하측에는 상기 액적형성장치(20)로부터 적하되는 용융금속을 냉각오일로서 냉각하고, 적정한 온도구배의 유지와 오일의 대류현상을 방지하여 진구도가 높은 솔더볼을 형성하는 오일탱크(31)가 설치되고, 상기 오일탱크(31)의 하측에는 낙하되는 솔더볼을 급격히 냉각시키고 솔더볼의 샘플을 채취할 수 있는 샘플채취기(50)가 설치된 냉각부(40)가 설치되고, 상기 냉각부(40)의 하측에는 작업의 중단 없이 연속적으로 솔더볼과 냉각오일의 분리 포집이 가능한 포집부(60)가 설치되고, 상기 하부 챔버(38a) 및 하부 챔버(38b)의 일측에는 내부의 압력차를 동일하게 유지시키는 압력차유지장치(70)가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 오일 적하방식의 솔더볼 제조장치는 액적형성장치에 일정량의 용융금속을 자동으로 공급되도록 하는 용융금속 공급장치와, 적하되는 액적을 냉각오일로서 냉각시켜 솔더볼을 형성하는 챔버에 구간별로 온도구배를 일정하게 유지하고, 냉각오일의 온도상승에 의한 대류현상을 방지하여 진구도, 표면조도, 입도분포가 양호하며 재용융 특성이 뛰어난 고품질 솔더볼을 제조할 수 있고, 압력차유지장치에 의해 상.하부 챔버 내의 압력차를 일정하게 유지하여 균일한 액적의 형성으로 인한 일정한 크기의 솔더볼을 제조할 수 있도록 하고, 또한 제조된 솔더볼의 샘플채취와 제조된 솔더볼의 수거시 시스템의 중단없이 연속적으로 제조가 가능하도록 하여 잦은 시스템의 가동과 중단시 공정 안정화 단계까지 발생되는 불량을 없애 균일한 입도의 솔더볼을 대량생산할 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 오일 적하방식의 솔더볼 제조장치는 용융금속 공급장치에서 용융금속의 레벨에 따라 배출시 용융금속 공급장치의 스토퍼가 형성된 구동축을 실린더로서 승하강시켜 용해로의 토출관을 개폐시키는 데, 실린더의 길이가 길어 축의 변화가 생기거나 토출관과의 센터가 조금만 어긋나는 경우 토출관과 스토퍼가 정확히 정렬되지 않아 용융금속이 계속해서 공급되어 넘쳐 흐르거나 스토퍼가 토출관에서 빠지지 않아 용융금속이 부족한 문제점이 있다.
또한, 이러한 종래의 오일 적하방식의 솔더볼 제조장치는 상부 챔버의 압력이 높기 때문에 용융금속 공급장치로 재료를 투입하고자 하는 경우 장치를 모두 정 지시킨 상태에서 투입하여만 하고, 용융금속 공급장치를 개방시키면 압력으로 인해 용융금속이 넘쳐 흐르거나 기포가 발생하는 문제점이 있다.
또, 이러한 종래의 오일 적하방식의 솔더볼 제조장치는 하부 챔버에 압력을 가하면 오일에도 압력이 발생하여 오일 내부로 공기, 수분이 유입되고, 이로 인해 솔더볼을 낙하시 솔더볼의 냉각에 의해 기포가 발생하고, 발생된 기포가 상승하면서 점차로 커져 결국 오일 표면에서 터지면서 오일이 넘치고, 오일이 증발되면서 공기와 수분에 의해 챔버 내부의 환경이 변화되는 문제점이 있다.
또, 이러한 종래의 오일 적하방식의 솔더볼 제조장치는 하부 챔버에 압력을 가하고, 외부로부터 공기나 수분의 침투를 방지하기 위하여 알곤 등의 불화성 기체를 챔버 내부로 투입시키는 데, 생산중 발생되는 오일의 증기나 수분, 솔더볼에서 발생되는 기체의 량이 계속적으로 증가하게 되면, 불활성 기체의 순도가 낮아져 솔더볼의 품질 상태가 나빠져 생산을 중단할 수 밖에 없는 시기가 도래하는데 이는 보통 4시간 또는 6시간 사이에 이런 현상이 발생하고, 이때는 장치의 전원을 끄고, 불활성 기체를 충진 후 다시 생산활동을 시작하기 때문에 2~4시간의 준비 시간과, 안정화 시간이 필요한 문제점이 있다.
또, 이러한 종래의 오일 적하방식의 솔더볼 제조장치는 샘플채취기에서 채취되는 샘플의 량이 한정되어 있고, 샘플채취기를 수작업을 통해 일일이 배출해야하기 때문에 불편을 초래하는 문제점이 있다.
또, 이러한 종래의 오일 적하방식의 솔더볼 제조장치는 하부 챔버에 압력을 가한 상태에서 솔더볼을 형성하기 때문에 솔더볼에 압력이 가해져서 진구도가 낮아 불량률이 높은 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 융용금속을 공급시 상부 챔버와의 압력차를 이용하여 공급함으로써 원활하게 융용금속을 투입할 수 있고, 기계의 동작중에도 연속해서 융용금속의 재료를 투입할 수 있는 소형 금속구 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 챔버 내부를 진공으로 유지시켜 오일 내부로 기체가 투입되는 것을 차단하고, 오일에서 발생하는 증기를 흡입하여 필터링 후 하부 챔버 내부에서 순환시키도록 함으로써 하부 챔버의 조건을 일정하게 유지시킬 수 있는 소형 금속구 제조장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
또, 본 발명은 오일 탱크에서 낙하되는 솔더볼, 즉 금속구의 샘플 채취시 진공을 이용하여 채취함으로써 샘플 채취를 간편하게 하여 편의를 제공하도록 하는 소형 금속구 제조장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또, 본 발명은 상부 챔버와 하부 챔버에 각각 진공을 유지하여 진공차에 의해 솔더볼이 낙하되도록 함으로써 진공에 의해 솔더볼의 외형이 진구를 이루도록 하여 불량률을 상대적으로 낮출 수 있도록 하는 소형 금속구 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또, 본 발명은 카메라를 이용하여 제너레이터에 의해 생성되는 솔더볼을 촬영하여 솔더볼의 직경을 1미크론 단위로 촬영한 후 촬영 이미지를 분석하여 분석 결과에 따라 즉시 온도, 진공도의 데이터 분석을 통해 보정된 결과치로 자동 조정 할 수 있도록 하는 소형 금속구 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또, 본 발명은 오일 탱크에서 배출되는 오일을 정제하여 공기나 수분 등을 모두 제거한 후 다시 오일 탱크로 공급함으로써 항상 최적의 오일을 공급할 수 있는 소형 금속구 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
오일 적하방식의 솔더볼의 제조장치에 있어서, 격벽의 상단에 상부 챔버가 결합되고, 상기 격벽의 하단에 하부 챔버가 결합되고, 상기 상부 챔버 및 하부 챔버가 각각의 진공 펌프에 의해 각각 진공 상태를 일정하게 유지하는 챔버와; 상기 격벽의 중앙부에 설치되어 높은 진폭의 진동으로 용융금속을 낙하시켜 솔더볼을 형성시키는 제너레이터와; 상기 챔버의 상부 챔버의 측면과 연결 설치되어 내부에 융용되어 저장된 융용금속을 압력차를 이용하여 상기 제너레이터로 공급하는 융용금속 공급유니트와; 상기 제너레이터의 저면과 일정 거리 이격되어 상기 제너레이터로부터 낙하되는 솔더볼을 내부에 충진된 냉각 오일로서 냉각하도록 상단부 외측면에 열을 발생하는 히터가 권선되고, 하단부 외측면에 냉각수가 유입되는 냉각통이 설치되며, 외측면에 일정 간격으로 내부 온도를 센싱하는 복수의 온도 센서가 구비되는 냉각 유니트와; 상기 챔버의 하부 챔버의 상단 측면에 설치되어 상기 제너레이터부터 낙하되는 솔더볼을 촬영하는 카메라 유니트와; 상기 냉각 유니트의 하단에 설치되어 상기 냉각 유니트로부터 낙하되는 솔더볼을 진공으로 흡입하여 저장하는 샘플 채취 유니트와; 상기 냉각 유니트 내부의 오일량을 체크하는 오일량 감지 유니트와; 상기 챔버의 하부 챔버 내부에 설치되어 상기 냉각 유니트에서 발생하는 증기를 흡입하여 수분을 제거후 재배출시키는 수분 제거 유니트와; 상기 냉각 유니트의 하단부에 설치되어 낙하되는 솔더볼을 저장하는 볼 탱크와; 상기 볼 탱크를 통하여 배출되는 오일을 저장하는 오일 저장 탱크와; 상기 오일 저장 탱크에 저장된 오일을 가열한 후 수분을 제거하고, 여과한 다음 상기 냉각 유니트의 하단부로 공급하고, 상기 냉각 유니트에 오일이 부족한 경우 오일을 보충하는 오일 공급 유니트; 및 각 구성부로부터 측정값을 입력받아 시스템을 전반적으로 감시 및 제어하고, 각 측정값을 디스플레이하며, 상기 카메라 유니트로부터 촬영되는 영상을 분석하여 온도, 진공도의 데이터분석을 통해 보정된 결과치로 상기 챔버 환경을 제어하는 제어 유니트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 챔버는 상기 상부 챔버의 융용금속이 상기 하부 챔버로 낙하할 수 있도록 상기 상부 챔버의 진공도보다 상기 하부 챔버의 진동도를 고진공으로 유지시킨다.
여기에서 또한, 상기 상부 챔버의 진공도는 8~12Torr이고, 상기 하부 챔버의 진공도는 4×10-2~6×10-2Torr이다.
여기에서 또, 상기 상부 챔버 및 하부 챔버는 각각 내부 진공도를 표시하는 게이지와 상단에 실링 고무에 의해 밀폐가 가능한 도어를 각각 구비한다.
여기에서 또, 상기 하부 챔버는 내측 상단 양측면에 서로 대응되며, 전면에 투시창이 구비되는 보호 커버가 각각 돌출 형성되어 상기 카메라 유니트가 상기 보 호 커버의 내부에 각각 고정 설치된다.
여기에서 또, 상기 제너레이터는 융용금속이 저장되는 내측 상단에 서로 다른 길이를 갖는 4개의 레벨 감지 센서가 설치되어 내부 융용금속의 레벨을 감지한다.
여기에서 또, 상기 융용금속 공급유니트는 내부에 융용금속을 저장하며, 내부 온도를 감지하는 온도 센서가 구비되는 본체와; 상단에 실링 고무에 의해 밀폐가 가능한 커버를 구비하는 재료 투입구와; 상기 본체 내측 상단에서 수직으로 하단으로 형성되어 상기 본체 내부의 융용금속을 배출하는 배출관과; 상기 본체 내부로 아르곤 가스를 일정 압력 이상으로 제공하여 상기 배출관을 통해 융용금속을 상기 제너레이터로 공급시키는 아르곤 가스 공급수단과; 상기 배출관과 연결되어 상기 배출관으로부터 배출되는 융용금속을 상기 제너레이터로 공급하는 연장관과; 상기 재료 투입구로 투입된 재료를 융용시키고, 상기 배출관을 통해 배출되는 융용금속의 냉각을 방지하며, 상기 연장관을 통해 배출되는 융용금속의 냉각을 방지하도록 상기 본체의 외측면과, 상기 배출관의 외측면 및 상기 연장관의 외측면에 결합되는 히터; 및 상기 배출관과 상기 연장관의 연결 관로를 개폐시키도록 상기 배출관과 상기 연장관의 연결 부위인 상기 본체의 상단에 설치되어 상기 본체 내부에 일정 이상의 압력이 발생되면 상승되어 상기 배출관을 통해 융용금속이 배출되도록 하고, 상기 본체 내부에 일정 이상의 압력이 해제되면 하강되어 상기 배출관을 통한 융용금속의 배출을 차단하는 스토퍼를 포함한다.
여기에서 또, 상기 융용금속 공급유니트의 본체 내부의 압력은 0.7㎏/㎠ 이 상이다.
여기에서 또, 상기 카메라 유니트는 상기 하부 챔버의 보호 커버에 고정 설치되어 상기 제너레이터부터 낙하되는 솔더볼을 고속 촬영하는 카메라와; 상기 하부 챔버의 보호 커버에 고정 설치되어 카메라에 빛을 제공하는 라이트로 이루어진다.
여기에서 또, 상기 샘플 채취 유니트는 상기 냉각 유니트의 하단 측면에 연결 설치되는 샘플 채취관과; 상기 샘플 채취관과 연결되는 진공 펌프와; 상기 샘플 채취관에 설치되어 이를 개폐시키는 복수의 개폐 밸브; 및 각각의 상기 개폐 밸브의 사이인 상기 샘플 채취관에 결합 및 분리되도록 설치되어 상기 진공 펌프의 동작에 의해 상기 샘플 채취관을 통해 유입되는 솔더볼과 냉각 오일이 저장되는 샘플 탱크를 포함한다.
여기에서 또, 상기 오일량 감지 유니트는 니은자 형태로 형성되어 상기 냉각 유니트의 중단 측면에 수평면이 연결 설치되고, 수직면의 끝단이 상기 냉각 유니트의 상단에 위치하도록 설치되는 연결 관로와; 상기 연결 관로의 수직면 끝단에 설치되어 상기 연결 관로를 통해 유입되는 냉각 오일을 레벨을 감지하되, 상기 냉각 유니트의 냉각 오일 레벨과 동일 선상으로 설치되어 냉각 오일의 레벨을 간접 감지하는 오일 레벨 감지 센서를 포함한다.
여기에서 또, 상기 수분 제거 유니트는 상기 냉각 유니트의 양측 상단에서 수평하게 위치하여 냉각 오일의 증기를 흡입하는 흡입관과; 상기 흡입관의 중앙부 하단에서 수직 연결되고, 통과하는 증기를 냉각시키도록 냉각수가 흐르는 냉각 코 일이 권취된 이중관으로 형성되는 증기 냉각관과; 상기 증기 냉각관의 하단 측면에 그 저면이 연결 설치되어 냉각되지 않은 증기를 필터링시키고, 내부에 고인 오일을 배출시키도록 저면에 오일 배출 밸브가 형성되는 필터와; 상기 필터에서 냉각되지 않는 증기를 흡입하도록 연결 설치되는 팬; 및 상기 팬과 연결 설치되어 상기 팬을 통해 배출되는 기체를 상기 하부 챔버의 하단으로 배출하는 기체 배출관을 포함한다.
여기에서 또, 상기 오일 공급 유니트는, 상기 오일 저장 탱크에서 배출되는 오일을 일정 온도로 가열하는 오일 히터와; 상기 오일 히터에서 가열된 오일을 스프레이하면서 진공펌프에 의하여 저압을 유지하는 제 1정류탱크와; 상기 제 1정류탱크에서 유출된 오일을 스프레이하면서 상기 진공펌프와 연결된 부스터에 의하여 제 1정류탱크보다 낮은 저압을 유지하는 제 2정류탱크; 및 상기 정류된 오일을 상기 냉각 유니트에 공급하는 오일 펌프로 이루어진다.
여기에서 또, 상기 오일 히터에 의하여 오일이 가열되는 온도는 60 내지 200℃의 범위이고, 상기 제 1정류탱크는 1~0.02Torr의 진공도가 유지되고, 상기 제 2정류탱크는 0.5~0.001Torr의 진공도가 유지된다.
여기에서 또, 상기 오일 공급 유니트는 적어도 하나 이상의 상기 오일 저장 탱크 및 냉각 유니트와 조합하여 사용된다.
여기에서 또, 상기 진공펌프 또는 진공펌프 부스터 전면에는 오일 트랩이 연결된다.
이하, 본 발명에 따른 소형 금속구 제조장치의 구성을 첨부된 도면을 참조하 여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 소형 금속구 제조장치의 구성을 나타낸 개요도이고, 도 3은 본 발명에 따른 소형 금속구 제조장치의 구성을 나타낸 단면도이며, 도 4는 도 3의 부분 확대도이고, 도 5는 본 발명에 따른 소형 금속구 제조장치의 제너레이터의 구성을 나타낸 단면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 소형 금속구 제조장치의 융용금속 공급유니트의 구성을 나타낸 단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 소형 금속구 제조장치의 카메라 유니트의 구성을 나타낸 단면도이며, 도 8은 본 발명에 따른 소형 금속구 제조장치의 샘플 채취 유니트의 구성을 나타낸 단면도이고, 도 9는 본 발명에 따른 소형 금속구 제조장치의 수분 제거 유니트의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2 내지 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 소형 금속구 제조장치(100)는, 챔버(110)와, 제너레이터(120)와, 융용금속 공급유니트(130)와, 냉각 유니트(140)와, 카메라 유니트(150)와, 샘플 채취 유니트(160)와, 오일량 감지 유니트(170)와, 수분 제거 유니트(180)와, 볼 탱크(190)와, 오일 저장 탱크(200)와, 오일 공급 유 니트(210)와, 제어 유니트(220)로 이루어진다.
먼저, 챔버(110)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 격벽(111)의 상단에 상부 챔버(112)가 결합되고, 격벽(111)의 하단에 하부 챔버(113)가 결합되고, 상부 챔버(112) 및 하부 챔버(113)가 각각의 진공 펌프(114)에 의해 각각 진공 상태를 일정하게 유지한다. 여기에서 챔버(110)는 상부 챔버(112)의 융용금속, 즉 솔더볼이 하부 챔버(113)로 낙하할 수 있도록 상부 챔버(112)의 진공도보다 하부 챔버(113)의 진동도를 고진공으로 유지시키는 데, 상부 챔버(112)의 진공도는 8~12Torr이고, 하부 챔버(113)의 진공도는 4×10-2~6×10-2Torr이며, 바람직하게는 상부 챔버(112)의 진공도는 10Torr이고, 하부 챔버(113)의 진공도는 5×10-2Torr이다. 여기에서 또한, 상부 챔버(112) 및 하부 챔버(113)는 각각 내부 진공도를 표시하는 게이지(115)와 상단에 실링 고무(117)에 의해 밀폐가 가능한 도어(116)를 각각 구비하며, 하부 챔버(113)는 내측 상단 양측면에 서로 대응되며, 전면에 투시창(118)이 구비되는 보호 커버(119)가 각각 돌출 형성되어 하기에서 설명할 카메라 유니트(150)가 보호 커버(119)의 내부에 각각 고정 설치된다.
그리고, 제너레이터(120)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 격벽(111)의 중앙부에 설치되어 높은 진폭의 진동으로 저장된 용융금속을 낙하시켜 솔더볼을 형성시킨다. 여기에서, 제너레이터(120)는 융용금속이 저장되는 공간부(122) 상단에 서로 다른 길이를 갖는 4개의 레벨 감지 센서(121)가 설치되어 내부 융용금속의 레벨을 감지한다. 또한, 제너레이터(120)는 공간부(122)의 측면에 히터(123)가 설치 되고, 융용금속이 배출되는 노즐(124)이 형성되며, 일측에 하기에서 설명할 융용금속 공급유니트(130)의 연장관(135)이 연결되어 공간부(122)로 융용금속을 공급하는 공급로(125)가 형성된다.
또한, 융용금속 공급유니트(130)는 도 6에 도시된 바와 같이 내부에 융용금속을 저장하며, 내부 온도를 감지하는 온도 센서(131-1)가 구비되는 본체(131)와, 상단에 실링 고무(132-2)에 의해 밀폐가 가능한 커버(132-1)를 구비하는 재료 투입구(132)와, 본체(131) 내측 상단에서 수직으로 하단으로 형성되어 본체(131) 내부의 융용금속을 배출하는 배출관(133)과, 본체(131) 내부로 아르곤 가스를 일정 압력 이상으로 제공하여 배출관(133)을 통해 융용금속을 제너레이터(120)로 공급시키는 아르곤 가스 공급수단(134)과, 배출관(133)과 연결되어 배출관(133)으로부터 배출되는 융용금속을 제너레이터(120)로 공급하는 연장관(135)과, 재료 투입구(132)로 투입된 재료를 융용시키고, 배출관(133)을 통해 배출되는 융용금속의 냉각을 방지하며, 연장관(135)을 통해 배출되는 융용금속의 냉각을 방지하도록 본체(131)의 외측면과, 배출관(133)의 외측면 및 연장관(135)의 외측면에 결합되는 히터(136)와, 배출관(133)과 연장관(135)의 연결 관로를 개폐시키도록 배출관(133)과 연장관(135)의 연결 부위인 본체(131)의 상단에 설치되어 본체(131) 내부에 일정 이상의 압력이 발생되면 상승되어 배출관(133)을 통해 융용금속이 배출되도록 하고, 본체(131) 내부에 일정 이상의 압력이 해제되면 하강되어 배출관(133)을 통한 융용금속의 배출을 차단하는 스토퍼(137)로 이루어진다. 여기에서, 융용금속 공급유니트(130)의 본체(131) 내부의 압력은 0.7㎏/㎠ 이상이다.
또, 냉각 유니트(140)는 도 3에 도시된 바와 같이 제너레이터(120)의 저면과 일정 거리 이격되어 제너레이터(120)로부터 낙하되는 솔더볼을 내부에 충진된 냉각 오일(141)로서 냉각하도록 상단부 외측면에 열을 발생하는 히터(142)가 권선되고, 하단부 외측면에 냉각수가 유입되는 냉각통(143)이 설치되며, 외측면에 일정 간격으로 내부 온도를 센싱하는 복수의 온도 센서(144)가 구비되고, 관리자가 내부를 관찰하도록 투시창(145)이 구비된다.
한편, 카메라 유니트(150)는 도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이 챔버(110)의 하부 챔버(113)의 상단 측면에 설치되어 제너레이터(120)부터 낙하되는 솔더볼을 촬영하도록 하부 챔버(113)의 보호 커버(119)에 고정 설치되어 제너레이터(120)부터 낙하되는 솔더볼을 고속 촬영하는 카메라(151)와, 하부 챔버(113)의 보호 커버(119)에 고정 설치되어 카메라(151)에 빛을 제공하는 라이트(152)로 이루어진다.
그리고, 샘플 채취 유니트(160)는 도 8에 도시된 바와 같이 냉각 유니트(140)로부터 낙하되는 솔더볼을 진공으로 흡입하여 저장하도록 냉각 유니트(140)의 하단 측면에 연결 설치되는 샘플 채취관(161)과, 샘플 채취관(161)과 연결되는 진공 펌프(162)와, 샘플 채취관(161)에 설치되어 이를 개폐시키는 복수의 개폐 밸브(163)와, 각각의 개폐 밸브(163)의 사이인 샘플 채취관(161)에 결합 및 분리되도록 설치되어 진공 펌프(162)의 동작에 의해 샘플 채취관(161)을 통해 유입되는 솔더볼과 냉각 오일(141)이 저장되는 샘플 탱크(164)로 이루어진다.
또한, 오일량 감지 유니트(170)는 냉각 유니트(140) 내부의 오일량을 체크하도록 니은자 형태로 형성되어 냉각 유니트(140)의 중단 측면에 수평면이 연결 설치 되고, 수직면의 끝단이 냉각 유니트(140)의 상단에 위치하도록 설치되는 연결 관로(171)와, 연결 관로(171)의 수직면 끝단에 설치되어 연결 관로(171)를 통해 유입되는 냉각 오일(141)을 레벨을 감지하되, 냉각 유니트(140)의 냉각 오일 레벨과 동일 선상으로 설치되어 냉각 오일(141)의 레벨을 간접 감지하는 오일 레벨 감지 센서(172)로 이루어진다.
또, 수분 제거 유니트(180)는 도 9에 도시된 바와 같이 냉각 유니트(140)에서 발생하는 증기를 흡입하여 수분을 제거후 재배출시키도록 냉각 유니트(140)의 양측 상단에서 수평하게 위치하여 냉각 오일의 증기를 흡입하는 흡입관(181)과, 흡입관(181)의 중앙부 하단에서 수직 연결되고, 통과하는 증기를 냉각시키도록 냉각수가 흐르는 냉각 코일(183)이 권취된 이중관으로 형성되는 증기 냉각관(182)과, 증기 냉각관(182)의 하단 측면에 그 저면이 연결 설치되어 냉각되지 않은 증기를 필터링시키며, 내부에 고인 오일을 배출시키도록 저면에 오일 배출 밸브(184)가 형성되는 필터(185)와, 필터(185)에서 냉각되지 않는 증기를 흡입하도록 연결 설치되는 팬(186)과, 팬(186)과 연결 설치되어 팬(186)을 통해 배출되는 기체를 하부 챔버(113)의 하단으로 배출하는 기체 배출관(187)으로 이루어진다.
한편, 볼 탱크(190)는 도 3에 도시된 바와 같이 냉각 유니트(140)의 하단부에 설치되어 낙하되는 솔더볼을 저장한다.
그리고, 오일 저장 탱크(200)는 도 3에 도시된 바와 같이 볼 탱크(190)를 통하여 배출되는 오일을 저장하고, 저장된 오일을 하기에서 설명할 오일 공급 유니트(210)로 공급한다.
또한, 오일 공급 유니트(210)는 도 2에 도시된 바와 같이 오일 저장 탱크(200)에 저장된 오일을 가열한 후 수분을 제거하고, 여과한 다음 냉각 유니트(140)의 하단부로 공급하고, 냉각 유니트(140)에 오일이 부족한 경우 오일을 보충하도록 오일 저장 탱크(200) 또는 오일이 저장되는 오일 드럼(211-1)에서 배출되는 오일을 일정 온도로 가열하는 오일 히터(211)와, 오일 히터(211)에서 가열된 오일을 스프레이하면서 진공펌프(213)에 의하여 저압을 유지하는 제 1정류탱크(212)와, 제 1정류탱크(212)에서 유출된 오일을 스프레이하면서 진공펌프(213)와 연결된 부스터(214)에 의하여 제 1정류탱크(212)보다 낮은 저압을 유지하는 제 2정류탱크(215)와, 오일 저장 탱크(200)에 저장된 오일을 배출하거나 오일 드럼(211-1)에 저장된 오일을 배출하거나 제 1정류탱크(212)에 저장된 오일을 제 2정류탱크(215)에 공급하거나 정류된 오일을 냉각 유니트(140)에 공급하는 오일 펌프(216)로 구성된다. 여기에서, 오일 히터(211)에 의하여 오일이 가열되는 온도는 60 내지 200℃의 범위이고, 제 1정류탱크(212)는 1~0.02Torr의 진공도가 유지되고, 제 2정류탱크(215)는 0.5~0.001Torr의 진공도가 유지되고, 오일 공급 유니트(210)는 적어도 하나 이상의 오일 저장 탱크(200) 및 냉각 유니트(140)와 조합하여 사용되고, 진공펌프(213) 또는 부스터(214) 전면에는 제 1정류탱크(212)와 제 2정류탱크(215)는 진공도를 유지하기 위하여 진공펌프(213)에 각각 오일 트랩(217)이 연결된다. 여기에서 또한, 오일펌프(216)에는 오일을 필터링하는 오일필터(218)가 더 구비되고, 제 1정류탱크(212)의 내부에는 노즐(212-1)이 구비되어 오일을 분사하고, 노즐(212-1)에 의해 분사된 오일은 망(212-2)을 통과하여 탱크 하부에 저장되고, 오 일펌프(216)에 의하여 제 2정류탱크(215) 상부에서 제 2정류탱크(215)의 내부의 노즐(215-1)에 의해 분사된다.
또, 제어 유니트(220)는 각 구성부로부터 측정값을 입력받아 시스템을 전반적으로 감시 및 제어하고, 각 측정값을 디스플레이하며, 카메라 유니트(150)의 카메라(151)로부터 촬영되는 영상을 분석하여 온도, 진공도의 데이터분석을 통해 보정된 결과치로 각 구성부를 제어하여 챔버 환경(진공도, 오일량, 오일 온도, 융용금속량 등)을 제어한다.
한편, 냉각 유니트(140)와, 샘플 채취 유니트(160)와, 오일량 감지 유니트(170)와, 볼 탱크(190)와, 오일 저장 탱크(200) 및 오일 공급 유니트(210)의 일부 구성은 도 2에 도시된 바와 같이 별도의 함내에 설치되고, 함의 상단에 챔버(110)가 설치된다.
이하, 본 발명에 따른 소형 금속구 제조장치의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 관리자가 상부 챔버(112)와 하부 챔버(113)의 도어(116)를 닫아 밀폐시킨 다음, 시스템을 동작시키면 제어 유니트(220)는 상부 챔버(112)와 하부 챔버(113)의 진공도를 체크하여, 진공도가 기설정된 이하이면 진공 펌프(114)를 동작시켜 상부 챔버(112)의 진공도는 10Torr로, 하부 챔버(113)의 진공도는 5×10-2Torr로 유지시킨다.
그리고, 제어 유니트(220)는 융용금속 공급유니트(130)의 히터(136)를 동작 시켜 재료 투입구(132)를 통하여 투입되는 원료가 융용되도록 한다.
한편, 제어 유니트(220)는 제너레이터(120)의 레벨 감지 센서(121)를 통해 입력되는 융용금속의 레벨을 감지하여 융용금속이 설정된 레벨 이하인 경우 융용금속 공급유니트(130)를 제어하여 아르곤 가스 공급수단(134)에서 융용금속 공급유니트(130)의 본체(131) 내부로 아르곤 가스가 공급되도록 하여 본체(131) 내부에 압력을 가한다. 이때, 제어 유니트(220)는 융용금속 공급유니트(130)의 온도 센서(131-1)를 통해 내부 온도를 감지하여 히터(136)를 제어하고, 용융금속의 온도가 일정치 이상으로 도달하는 경우 아르곤 가스 공급수단(134)을 동작시킨다.
그러면, 본체(131) 내부에 압력이 가해져 융용금속이 배출관(133)을 통해 배출되고, 스토퍼(137)가 융용금속의 압력으로 인해 상승하여 융용금속이 연장관(135)으로 공급되어 제너레이터(120)로 공급된다. 제너레이터(120)로 융용금속을 전달시 압력을 이용하여 스토퍼(137)를 승하강시키면서 융용금속을 정확하게 공급 및 차단하기 때문에 제너레이터(120)로 융용금속이 과도하게 공급되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 연장관(135)의 끝단은 스토퍼(137)의 하강 상태에서 이의 측면이 밀폐시키기 때문에 하부 챔버(113)는 진공을 유지할 수 있다.
제너레이터(120)로 융용금속이 일정 레벨 이상 공급되면, 제어 유니트(220)는 제너레이터(120)를 동작시키는 데, 제너레이터(120)는 300~5,000㎐의 주파수로 진동되어 내부의 융용금속이 직경 100~1500㎛ 범위내의 솔더볼로 형성되어 냉각 유니트(140)로 낙하된다. 이때, 제너레이터(120)에서 낙하되는 솔더볼은 하부 챔버(113) 내부의 진공도로 인해 팽창을 하면서 완전한 진구의 형태를 갖추게 된다.
한편, 솔더볼이 낙하되는 과정을 카메라 유니트(150)에서 촬영을 하는 데, 촬영된 이미지는 제어 유니트(220)로 공급되고, 제어 유니트(220)는 솔더볼의 영상을 분석하여 온도, 진공도의 데이터분석을 통해 보정된 결과치로 각 구성부를 제어하여 챔버 환경(진공도, 오일량, 오일 온도, 융용금속량 등)을 제어한다.
그리고, 냉각 유니트(140)로 낙하된 솔더볼은 냉각 유니트(140)의 냉각 오일(141)에 의해 하강하면서 냉각을 하는 데, 냉각 유니트(140)의 상단부가 히터(142)에 의해 솔더볼과 동일한 온도를 유지하고, 중단부가 더 낮은 온도를 유지하고, 하단부가 냉각통에 의해 낮은 온도를 유지하기 때문에 솔더볼이 자유 낙하를 하면서 냉각된다. 이때, 제어 유니트(220)는 냉각 유니트(140)의 온도 센서(144)를 통해 냉각 오일(141)의 온도를 체크하여 히터(142)를 제어하고, 오일량 감지 유니트(170)의 오일 레벨 감지 센서(172)를 통해 오일을 감지하여 오일이 부족한 경우 오일 공급 유니트(210)를 제어하여 오일을 보충한다.
한편, 냉각 유니트(140)로 솔더볼이 낙하할 시 냉각 오일에서 증기가 발생하는 데, 수분 제거 유니트(180)의 팬(186)이 동작하여 흡입관(181)에서 증기를 흡입하여 이를 냉각시킨 후 필터(185)를 통해 여과한 후 기체 배출관(187)을 통해 다시 하부 챔버(113)로 공급하여 하부 챔버(113)의 환경을 일정하게 유지시킨다.
냉각 유니트(140)를 통과한 솔더볼은 볼 탱크(190)에 쌓여지게 되고, 냉각 오일(141)은 오일 저장 탱크(200)에 저장된다. 이때, 오일 공급 유니트(210)는 오일 저장 탱크(200)의 오일을 배출한 후 가열하여 수분을 제거한 후, 여과한 다음 냉각 유니트(140)로 공급한다.
오일 공급 유니트(210)의 동작을 보다 구체적으로 설명하면, 오일 저장 탱크(200)에서 분리된 오일을 오일 히터(211)에 의해서 온도로 가열되는 데, 가열되는 온도는 최종 유출온도가 냉각 유니트(140)에서 제어되는 온도와 동일한 온도가 되도록 조정되며, 오일 히터(211)에 의한 가열 전후에는 필터(218)에 의하여 오일에 함유된 고형 오염물을 제거된다.
그리고, 적정한 온도로 가열된 오일은 제 1정류탱크(212) 내부 천장 인근 부위에 배치된 노즐(212-1)에 의하여 비산된다. 제 1정류탱크(212)는 연결된 진공펌프(213)에 의하여 1~0.01Torr의 진공도, 바람직하게는 0.5~0.02Torr의 진공도가 유지된다. 제 1정류탱크(212) 하부에 저류된 냉각 오일은 제 2정류탱크(215)에 공급되어 동일한 방법으로 노즐에 의해 비산된다. 제 2정류탱크(215)는 진공펌프(213)가 부스터(214)를 통하여 연결되고, 진공도는 0.5~0.001Torr가 유지된다. 저비점 유분이나 용해된 기체가 제 1정류탱크(212)와 제 2정류탱크(215)를 통과하면서 제거된다.
처리된 오일은 냉각 유니트(140)의 하단에 공급되고, 제 1정류탱크(212)와 제 2정류탱크(215)에서 배기 되는 가스는 오일 트랩(218)에 의하여 오일을 회수하여 순환시킬 수 있다. 여기에서 오일 트랩(218)의 구조는 기액을 분리하는 장치로 특별히 제한되지는 않으나, 예를 들면 단순하게는 원형 투명 용기 내의 하부에 유입구를 두고 상부에 유출구를 둔 댐퍼 구조이다. 다른 방식으로는 플로터를 밸브를 이용하여 액체가 유입시에는 차단하여 기액을 분리시키는 구조이다. 용기에 모이는 오일은 드레인되어 오일 드럼(211-1)으로 이송될 수 있다.
그리고, 관리자가 샘플을 채취하여 솔더볼의 성형 상태를 확인할 때에는 샘플 채취 유니트(160)를 동작시키는 데, 샘플 채취관(161)과 연결된 진공 펌프(162)를 동작시킨 상태에서 개폐 밸브(163)를 개방시키면, 진공 펌프(162)에 의해 냉각 유니트(140)에서 낙하되는 솔더볼과 냉각 오일(141)이 샘플 채취관(161)을 통해 샘플 탱크(164)로 공급된다. 그러면, 관리자는 샘플 탱크(164)에 일정 이상의 솔더볼과 냉각 오일(141)이 저장되면, 개폐 밸브(163)를 폐쇄시킨 다음, 진공 펌프(162)를 오프시킨 후 샘플 탱크(164)를 분리하여 샘플을 채취한다.
상기와 같이 본 발명에 따른 소형 금속구 제조장치에 의하면 솔더볼의 불량률을 10% 이하로 유지할 수 있고, 설비를 연속해서 동작시킬 수 있어 높은 생산 효율을 갖는다.
따라서, 진공을 이용하여 솔더볼을 형성하기 때문에 진구도가 높은 솔더볼을 제조할 수 있고, 융용금속을 제너레이터에 공급시 압력과 스토퍼를 이용하여 공급함으로써 융용금속의 공급/차단을 정확하게 할 수 있다.
또한, 냉각 유니트에서 배출되는 오일에 포함된 수분 및 이물질을 완전 제거한 후 다시 냉각 유니트로 공급하여 오일의 상태를 최적화 상태로 유지할 수 있고, 오일에서 발생하는 증기를 여과하여 하부 챔버 내부로 재공급함으로써 하부 챔버의 환경을 최적으로 유지하여 양품의 솔더볼을 제조할 수 있도록 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 소형 금속구 제조장치에 따르면, 융용금속을 공급시 상부 챔버와의 압력차를 이용하여 공급함으로써 원활하게 융용금속을 투 입할 수 있고, 기계의 동작중에도 연속해서 융용금속의 재료를 투입할 수 있고, 챔버 내부를 진공으로 유지시켜 오일 내부로 기체가 투입되는 것을 차단하고, 오일에서 발생하는 증기를 흡입하여 필터링 후 하부 챔버 내부에서 순환시키도록 함으로써 하부 챔버의 조건을 일정하게 유지시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 오일 탱크에서 낙하되는 솔더볼, 즉 금속구의 샘플 채취시 진공을 이용하여 채취함으로써 샘플 채취를 간편하게 하여 편의를 제공할 수 있고, 상부 챔버와 하부 챔버에 각각 진공을 유지하여 진공차에 의해 솔더볼이 낙하되도록 함으로써 진공에 의해 솔더볼의 외형이 진구를 이루도록 하여 불량률을 상대적으로 낮출 수 있다.
또, 본 발명에 따르면 카메라를 이용하여 제너레이터에 의해 생성되는 솔더볼을 촬영하여 솔더볼의 직경을 1미크론 단위로 촬영한 후 촬영 이미지를 분석하여 분석 결과에 따라 즉시 온도, 진공도의 데이터 분석을 통해 보정된 결과치로 자동 조정할 수 있고, 오일 탱크에서 배출되는 오일을 정제하여 공기나 수분 등을 모두 제거한 후 다시 오일 탱크로 공급함으로써 항상 최적의 오일을 공급할 수 있다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (16)

  1. 오일 적하방식의 솔더볼의 제조장치에 있어서,
    격벽의 상단에 상부 챔버가 결합되고, 상기 격벽의 하단에 하부 챔버가 결합되고, 상기 상부 챔버 및 하부 챔버가 각각의 진공 펌프에 의해 각각 진공 상태를 일정하게 유지하는 챔버와;
    상기 격벽의 중앙부에 설치되어 높은 진폭의 진동으로 용융금속을 낙하시켜 솔더볼을 형성시키는 제너레이터와;
    상기 챔버의 상부 챔버의 측면과 연결 설치되어 히터에 의해 내부에 융용되어 저장된 융용금속을 압력차를 이용하여 상기 제너레이터로 공급하는 융용금속 공급유니트와;
    상기 제너레이터의 저면과 일정 거리 이격되어 상기 제너레이터로부터 낙하되는 솔더볼을 내부에 충진된 냉각 오일로서 냉각하도록 상단부 외측면에 열을 발생하는 히터가 권선되고, 하단부 외측면에 냉각수가 유입되는 냉각통이 설치되며, 외측면에 일정 간격으로 내부 온도를 센싱하는 복수의 온도 센서가 구비되는 냉각 유니트와;
    상기 챔버의 하부 챔버의 상단 측면에 설치되어 상기 제너레이터부터 낙하되는 솔더볼을 촬영하는 카메라 유니트와;
    상기 냉각 유니트의 하단에 설치되어 상기 냉각 유니트로부터 낙하되는 솔더볼을 진공으로 흡입하여 저장하는 샘플 채취 유니트와;
    상기 냉각 유니트 내부의 오일량을 체크하는 오일량 감지 유니트와;
    상기 챔버의 하부 챔버 내부에 설치되어 상기 냉각 유니트에서 발생하는 증기를 흡입하여 수분을 제거후 재배출시키는 수분 제거 유니트와;
    상기 냉각 유니트의 하단부에 설치되어 낙하되는 솔더볼을 저장하는 볼 탱크와;
    상기 볼 탱크를 통하여 배출되는 오일을 저장하는 오일 저장 탱크와;
    상기 오일 저장 탱크에 저장된 오일을 가열한 후 수분을 제거하고, 여과한 다음 상기 냉각 유니트의 하단부로 공급하고, 상기 냉각 유니트에 오일이 부족한 경우 오일을 보충하는 오일 공급 유니트; 및
    각 구성부로부터 측정값을 입력받아 시스템을 전반적으로 감시 및 제어하고, 각 측정값을 디스플레이하며, 상기 카메라 유니트로부터 촬영되는 영상을 분석하여 온도, 진공도의 데이터분석을 통해 보정된 결과치로 상기 챔버 환경을 제어하는 제어 유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 금속구 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버는,
    상기 상부 챔버의 융용금속이 상기 하부 챔버로 낙하할 수 있도록 상기 상부 챔버의 진공도보다 상기 하부 챔버의 진동도를 고진공으로 유지시키는 것을 특징으로 하는 소형 금속구 제조장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 상부 챔버의 진공도는,
    8~12Torr이고,
    상기 하부 챔버의 진공도는,
    4×10-2~6×10-2Torr인 것을 특징으로 하는 소형 금속구 제조장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 챔버 및 하부 챔버는,
    각각 내부 진공도를 표시하는 게이지와 상단에 실링 고무에 의해 밀폐가 가능한 도어를 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 소형 금속구 제조장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 하부 챔버는,
    내측 상단 양측면에 서로 대응되며, 전면에 투시창이 구비되는 보호 커버가 각각 돌출 형성되어 상기 카메라 유니트가 상기 보호 커버의 내부에 각각 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 소형 금속구 제조장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제너레이터는,
    융용금속이 저장되는 내측 상단에 서로 다른 길이를 갖는 4개의 레벨 감지 센서가 설치되어 내부 융용금속의 레벨을 감지하는 것을 특징으로 하는 소형 금속구 제조장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 융용금속 공급유니트는,
    내부에 융용금속을 저장하며, 내부 온도를 감지하는 온도 센서가 구비되는 본체와;
    상단에 실링 고무에 의해 밀폐가 가능한 커버를 구비하는 재료 투입구와;
    상기 본체 내측 상단에서 수직으로 하단으로 형성되어 상기 본체 내부의 융용금속을 배출하는 배출관과;
    상기 본체 내부로 아르곤 가스를 일정 압력 이상으로 제공하여 상기 배출관을 통해 융용금속을 상기 제너레이터로 공급시키는 아르곤 가스 공급수단과;
    상기 배출관과 연결되어 상기 배출관으로부터 배출되는 융용금속을 상기 제너레이터로 공급하는 연장관과;
    상기 재료 투입구로 투입된 재료를 융용시키고, 상기 배출관을 통해 배출되는 융용금속의 냉각을 방지하며, 상기 연장관을 통해 배출되는 융용금속의 냉각을 방지하도록 상기 본체의 외측면과, 상기 배출관의 외측면 및 상기 연장관의 외측면에 결합되는 히터; 및
    상기 배출관과 상기 연장관의 연결 관로를 개폐시키도록 상기 배출관과 상기 연장관의 연결 부위인 상기 본체의 상단에 설치되어 상기 본체 내부에 일정 이상의 압력이 발생되면 상승되어 상기 배출관을 통해 융용금속이 배출되도록 하고, 상기 본체 내부에 일정 이상의 압력이 해제되면 하강되어 상기 배출관을 통한 융용금속의 배출을 차단하는 스토퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 금속구 제조장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 융용금속 공급유니트의 본체 내부의 압력은,
    0.7㎏/㎠ 이상인 것을 특징으로 하는 소형 금속구 제조장치.
  9. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 카메라 유니트는,
    상기 하부 챔버의 보호 커버에 고정 설치되어 상기 제너레이터부터 낙하되는 솔더볼을 고속 촬영하는 카메라와;
    상기 하부 챔버의 보호 커버에 고정 설치되어 카메라에 빛을 제공하는 라이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소형 금속구 제조장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 샘플 채취 유니트는,
    상기 냉각 유니트의 하단 측면에 연결 설치되는 샘플 채취관과;
    상기 샘플 채취관과 연결되는 진공 펌프와;
    상기 샘플 채취관에 설치되어 이를 개폐시키는 복수의 개폐 밸브; 및
    각각의 상기 개폐 밸브의 사이인 상기 샘플 채취관에 결합 및 분리되도록 설치되어 상기 진공 펌프의 동작에 의해 상기 샘플 채취관을 통해 유입되는 솔더볼과 냉각 오일이 저장되는 샘플 탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 금속구 제조장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 오일량 감지 유니트는,
    니은자 형태로 형성되어 상기 냉각 유니트의 중단 측면에 수평면이 연결 설치되고, 수직면의 끝단이 상기 냉각 유니트의 상단에 위치하도록 설치되는 연결 관로와;
    상기 연결 관로의 수직면 끝단에 설치되어 상기 연결 관로를 통해 유입되는 냉각 오일을 레벨을 감지하되, 상기 냉각 유니트의 냉각 오일 레벨과 동일 선상으로 설치되어 냉각 오일의 레벨을 간접 감지하는 오일 레벨 감지 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 금속구 제조장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 수분 제거 유니트는,
    상기 냉각 유니트의 양측 상단에서 수평하게 위치하여 냉각 오일의 증기를 흡입하는 흡입관과;
    상기 흡입관의 중앙부 하단에서 수직 연결되고, 통과하는 증기를 냉각시키도록 냉각수가 흐르는 냉각 코일이 권취된 이중관으로 형성되는 증기 냉각관과;
    상기 증기 냉각관의 하단 측면에 그 저면이 연결 설치되어 냉각되지 않은 증기를 필터링시키고, 내부에 고인 오일을 배출시키도록 저면에 오일 배출 밸브가 형성되는 필터와;
    상기 필터에서 냉각되지 않는 증기를 흡입하도록 연결 설치되는 팬; 및
    상기 팬과 연결 설치되어 상기 팬을 통해 배출되는 기체를 상기 하부 챔버의 하단으로 배출하는 기체 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 금속구 제조장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 오일 공급 유니트는,
    상기 오일 저장 탱크에서 배출되는 오일을 일정 온도로 가열하는 오일 히터와;
    상기 오일 히터에서 가열된 오일을 스프레이하면서 진공펌프에 의하여 저압을 유지하는 제 1정류탱크와;
    상기 제 1정류탱크에서 유출된 오일을 스프레이하면서 상기 진공펌프와 연결된 부스터에 의하여 제 1정류탱크보다 낮은 저압을 유지하는 제 2정류탱크; 및
    상기 정류된 오일을 상기 냉각 유니트에 공급하는 오일 펌프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소형 금속구 제조장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 오일 히터에 의하여 오일이 가열되는 온도는 60 내지 200℃의 범위이고, 상기 제 1정류탱크는 1~0.02Torr의 진공도가 유지되고, 상기 제 2정류탱크는 0.5~0.001Torr의 진공도가 유지되는 것을 특징으로 하는 소형 금속구 제조장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 오일 공급 유니트는,
    적어도 하나 이상의 상기 오일 저장 탱크 및 냉각 유니트와 조합하여 사용되는 것을 특징으로 하는 소형 금속구 제조장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 진공펌프 또는 진공펌프 부스터 전면에는 오일 트랩이 연결되는 것을 특징으로 하는 소형 금속구 제조장치.
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