KR100727606B1 - 금속볼의 제조장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 금속볼의 제조장치는 복수개의 홈이 대향면에 형성되어 서로 맞물리는 한 쌍의 금형과, 상기 금형들에 형성되어 금속 용탕이 주입되는 주입유로와, 상기 금형들을 회전시키면서 금속 용탕이 상기 금형들의 홈에 채워지는 회전수단을 포함하여 이루어지는 반면, 본 발명에 따른 금속볼의 제조방법은 한 쌍의 금형이 맞물린 상태에서 회전되는 동시에 그 중심 측에 금속 용탕이 부어져 반경방향으로 형성된 주입유로를 따라 금형들 사이의 구 형상 홈으로 주입되는 주입단계와, 상기 주입단계에서 금형들의 홈에 주입된 금속 용탕이 식혀져 금속볼이 분리되는 응고단계를 포함하여 이루어진다.

전기전자 부품, 도금, 함인동 볼, 제조장치, 제조방법, 금형, 홈, 주입유로, 용탕

Description

금속볼의 제조장치 및 그 방법 {MANUFACTURE SYSTEM AND THE METHOD OF THE METAL BALL}

도 1은 본 발명의 일예인 함인동 볼의 제조장치에서 상부 금형이 도시된 평면도,

도 2 및 도 3은 도 1에서 A-A 및 B-B에 따른 측단면도,

도 4는 본 발명의 일예인 함인동 볼의 제조장치에서 하부 금형이 도시된 평면도,

도 5 및 도 6은 도 4에서 C-C 및 D-D에 따른 측단면도,

도 7은 본 발명의 일예인 함인동 볼의 제조방법이 도시된 측단면도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10 : 상부 금형 12 : 상부 홈

14a : 주입홀 14b : 상부 러너

16 : 위치결정용 홈 18 : 상부 체결홀

20 : 하부 금형 22 : 하부 홈

24a : 주입홈 24b : 하부 러너

26 : 위치결정용 돌기 28 : 하부 체결홀

본 발명은 원심 주조를 통하여 금속볼을 손쉽게 제작할 뿐 아니라 제작 신뢰성을 높일 수 있는 금속볼의 제조장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기동 도금은 PCB(인쇄회로기판), PWB(프린트 배선판) 등에 동배선 형성용으로 사용되고, 최근에는 반도체의 동배선 형성용으로 사용되고 있다.

보다 상세하게, 염산 또는 황산이 담긴 큰 욕조에 함인동(Cu-P) 볼을 그물 주머니에 넣은 다음, 함인동 용액을 만들고, 이에 플라스틱 판을 담구어 전해 도금시킨 후, 부분적인 에칭을 통하여 회로를 구성하게 된다.

이때, 함인동(Cu-P) 볼은 구리가 산 용액에 균일하게 용해되도록 하기 위하여 구리 대비 인이 중량 0.02 ~ 0.08 %가 함량되도록 하되, 함인동을 빌렛 제작하여 일정 길이로 절단한 다음, 단조하여 구 형상으로 제작한다.

상기와 같이, 함인동 볼의 제조방법은 함인동을 빌렛 형상으로 주조, 일정길이로 절단, 구 형상으로 단조하기 때문에 제조 공정이 복잡해져 제조단가가 높아지고, 구리에 대한 인 함량을 균일하게 유지하기 어려울 뿐 아니라 단조를 통하여 정확한 구 형상으로 제작하기 어려워 신뢰성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기판의 도금에 사용될 금속볼을 원심 주조를 통하여 손쉽게 제작할 수 있는 금속볼의 제조장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 금속볼의 제조장치는 복수개의 홈이 대향면에 형성되어 서로 맞물리는 한 쌍의 금형과, 상기 금형들에 형성되어 금속 용탕이 주입되는 주입유로와, 상기 금형들을 회전시키면서 금속 용탕이 상기 금형들의 홈에 채워지는 회전수단을 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 금속볼의 제조방법은 한 쌍의 금형이 맞물린 상태에서 회전되는 동시에 그 중심 측에 금속 용탕이 부어져 반경방향으로 형성된 주입유로를 따라 금형들 사이의 구 형상 홈으로 주입되는 주입단계와, 상기 주입단계에서 금형들의 홈에 주입된 금속 용탕이 식혀져 금속볼이 분리되는 응고단계를 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일예인 함인동 볼의 제조장치에서 상부 금형이 도시된 평면도이고, 도 2 및 도 3은 도 1에서 A-A 및 B-B에 따른 측단면도이며, 도 4는 본 발명의 일예인 함인동 볼의 제조장치에서 하부 금형이 도시된 평면도이고, 도 5 및 도 6은 도 4에서 C-C 및 D-D에 따른 측단면도이다.

본 발명의 일예인 함인동 볼의 제조장치는 도 1 내지 도 3에 도시된 상부 금형(10)과 도 4 내지 도 6에 도시된 하부 금형(20)이 중심으로 함인동 용탕이 주입될 수 있도록 서로 맞물린 다음, 상기 상/하부 금형(10,20)이 별도의 회전장치(미도시)에 의해 회전되어 함인동 볼이 원심 주조 방식으로 제작되도록 한다.

보다 상세하게, 상기 상부 금형(10)은 원주방향으로 일정간격을 두고 복수개의 반구 형상 홈(12)이 형성되고, 그 중심에는 함인동 용탕이 부어질 수 있도록 주입공간(100)이 형성되고, 주입공간(100)의 둘레에 상부 러너(14a)가 형성되고, 상부 러너(14a)로부터 각 홈(12)으로 연결되는 주입홀(14b)이 형성된다.

마찬가지로, 상기 하부 금형(20)도 상기 상부 금형(10)과 맞물리도록 원주방향으로 일정간격을 두고 복수개의 반구 형상 홈(22)이 형성되고, 그 중심에는 함인동 용탕이 부어질 수 있도록 주입공간(100)이 형성되고, 주입공간(100)의 둘레에도 역시 하부 러너(24a)가 형성되고, 하부 러너(24a)로부터 각 홈(22)으로 연결된 주입홈(24b)이 형성된다.

이때, 상기 상/하부 금형(10,20)이 서로 맞물리면, 각 홈(12,22)이 서로 맞물려 구 형상을 이루고, 도 5, 6 및 7에 보인 바와 같이 하부 러너(24a)는 주입홈(24b)와 연결되는 부분에서 경사면을 가져서 부어진 용탕이 원심력에 의해 주입홀(14b) 및 주입홈(24b)가 서로 맞물려 형성하는 원통형 공간으로 쉽게 유입되도록 돕는다. 이 때, 주입홀(14b) 및 주입홈(24b)가 형성하는 원통형 공간은 반경방향으로 갈수록 그 직경이 작아지도록 구성되는 것이 바람직하되, 그 직경이 단차지게 형성되거나, 그 직경이 점차적으로 작아지도록 구성할 수도 있다.

따라서, 상기 상/하부 러너(14a, 24a)와, 주입홀(14b) 및 주입홈(24b)은 상기 상/하부 금형의 중심에 형성된 주입공간(100)으로 부어지는 함인동 용탕이 원심력에 의해 각 홈(12, 22)로 흘러들어가도록, 함인동 용탕이 유동하는 주입유로를 구성한다.

이와 같이, 상기 상/하부 금형(10,20)은 별도의 지그(미도시)에 의해 서로 맞물리도록 작동되되, 상기 상/하부 금형은 각각의 지그에 볼트 고정될 수 있도록 볼트홀(H)이 형성된다.

이때, 상기 상/하부 금형(10,20)은 각 홈(12,22) 이외에도 상/하부 러너(14a,24a)와, 주입홀(14b) 및 주입홈(24b) 등이 정확하게 맞물리도록 그 사이에 위치결정수단이 형성되되, 상기 위치결정수단은 상기 상부 금형(10)의 바닥면에 형성된 위치결정용 홈(16) 및 상기 하부 금형(20)의 상면에 상향 돌출되도록 형성된 위치결정용 돌기(26)로 이루어지며, 그 외에도 다양하게 구성될 수 있다.

또한, 상기 상/하부 금형(10.20)은 맞물린 상태에서 서로 나사 고정될 수 있도록 각각의 체결홀(18,28)이 형성된다.

그 이외에도, 상기 상/하부 금형(10,20)은 1000℃ 이상의 함인동 용탕이 부어져서 각 홈(12, 22) 내부가 충진되기 전에 상기 주입유로 상에서 응고되는 것을 방지하기 위하여 별도의 가열수단(미도시)이 구비되는 것이 바람직하되, 상기 상/하부 금형(10,20)은 함인동 용탕의 온도를 고려하여 적어도 100℃ 이상으로 예열시키는 것이 바람직하다.

이때, 상기 가열수단은 상기 상/하부 금형(10,20) 내부에 전기 코일이 매설되도록 하여 전류가 공급됨에 따라 상가 상/하부 금형(10,20)을 가열시키는 전기 히터로 구성되거나, 상기 상/하부 금형(10,20) 내부에 오일이 유동되는 유로가 형 성되도록 하여 고온의 오일이 유동됨에 따라 상가 상/하부 금형(10,20)을 가열시키는 오일 히터 등으로 다양하게 구성될 수 있다.

물론, 초기에 함인동 볼 제작시에만 상기 가열수단은 상기 상/하부 금형(10,20)을 예열하도록 작동되지만, 연속하여 함인동 볼 제작시에는 상기 상/하부 금형(10,20)에 고온의 함인동 용탕이 부어졌었기 때문에 고온을 유지할 수 있으므로 상기 가열수단이 작동되지 않는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 함인동 볼의 제조장치에 의한 제조방법을 도 7을 참조로 하여 살펴보면, 다음과 같다.

먼저, (a)에 도시된 바와 같이, 상기 상/하부 금형(10,20)을 서로 맞물린 상태에서 도시되지 않은 회전수단을 이용하여 상/하부 금형(10, 20)을 화살표 방향으로 회전시키면서, 그 중심의 주입공간(100)을 통해 함인동 용탕을 부어주면, 부어진 함인동 용탕(L)은 원심력에 의해 상기 주입유로를 따라 각 홈(12, 22)로 흘러들어가게 된다.

상기 상/하부 금형(10,20)은, 전술한 바와 같이 부어진 함인동 용탕이 각 홈(12, 22)을 충진시키기 전에 주입유로 상에서 응고되는 것을 방지하기 위하여, 사전에 100℃보다 높은 온도로 예열되는 과정이 포함되는 것이 바람직하나, 연속적인 제작시에는 별도의 예열 과정이 생략될 수 있다.

이때, 상기 상/하부 금형(10,20)은 별도의 지그에 고정된 다음, 상기 지그가 작동됨에 따라 상/하부 금형(10,20)이 서로 맞물리게 되되, 상기 위치결정용 홈(16) 및 위치결정용 돌기(26)가 서로 맞물리도록 하여 각각의 홈이 별도의 구 형상을 이루도록 하며, 이와 같이 상기 상/하부 금형(10,20)이 서로 정확한 위치에서 맞물리면, 상기 상/하부 금형의 체결홀(18,28)에 나사가 체결되어 견고하게 맞물리도록 하고, 상기 상/하부 금형(10,20)이 맞물린 상태에서 회전되도록 한다.

이와 동시에, 상기 상/하부 금형(10,20)이 서로 맞물린 상태에서 상기 주입공간(100)의 둘레 부분에 고온의 함인동 용탕이 부어진다. 상기 주입공간(100)의 둘레에 부어진 함인동 용탕은 원심력에 의해 상기 주입 유로를 따라 각 홈(12, 22)로 흘러들어가게 된다.

물론, 함인동 용탕은 구리에 대해 인의 중량이 0.05 ~ 0.07 %를 차지하도록 구성하고, 상기 상/하부 금형의 각 홈(12,22)의 용량을 고려하여 일정량만 더 부어지도록 하고, 그 결과 함인동 용탕의 낭비를 줄일 수 있다.

다음, 상기 상/하부 금형(10,20)이 회전되는 상태에서 함인동 용탕이 주입공간(100)에 부어지기 때문에 (a), (b)에 도시된 바와 같이 함인동 용탕은 원심력에 의해 상/하부 러너(14a,24a)와, 주입홀(14b) 및 주입홈(24b)가 형성하는 주입유로를 따라 각 홈(12,22)으로 유입된다.

이때, 상기 상/하부 금형(10,20)이 회전하고 있으므로, 부어진 함인동 용탕이 원심력에 의해 상기 주입유로를 따라 반경방향으로 유동되되, 함인동 용탕에 포함된 기포 및 이물질 등과 같이 상대적으로 가벼운 물질이 중심방향으로 모아지는 반면에 상대적으로 무거운 함인동 용탕이 각 홈(12,22)에 조밀하게 충진되고, 그 결과 함인동 볼의 순도를 높일 수 있고 주조결함의 가능성을 줄일 수 있게 된다.

물론, 상기 상/하부 금형의 각 홈(12,22) 이외에도 주입 유로에도 함인동 용탕이 채워지고, 별도의 냉각 시스템을 구비하지 않더라도 신속하게 냉각이 이루어지게 된다.

다음, 상기 상/하부 금형(10,20)이 서로 해체되면, (c)에 도시된 바와 같이 응고된 함인동 볼을 분리할 수 있다.

이때, 상기 상/하부 금형(10,20)은 각 홈(12,22)과 주입홀(14b) 및 주입홈(24b)이 연결되도록 구성되기 때문에 함인동 볼(B)은 각 홈(12,22)에 해당하는 구 형상 이외에도 상기 주입홀(14b) 및 주입홈(24b)에 해당하는 돌기(b)가 부착되도록 형성된다.

하지만, 상기 상/하부 금형(10,20)에서 주입홀(14b)과 주입홈(24b)이 상/하부 러너(14a, 14b)로부터 각 홈으로 갈수록 즉, 중심으로부터 반경방향으로 갈수록 그 직경이 작게 형성되기 때문에 함인동 볼(B)과 돌기(b) 사이에 연결부분이 취약하게 형성된다.

따라서, (d)에 도시된 바와 같이 구 형상의 함인동 볼(B)을 형성하기 위하여 상기 돌기(b)를 제거한다. 이때, 또한 상기 돌기(b)에는 원심력에 의해 상대적으로 가벼운 기포 및 이물질 등이 분리되어 모이는 부분이기 때문에 제거되는 것이 바람직하다.

이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 전기전자 부품 도금용 함인동 볼의 제조장치 및 제조방법을 예로 들어 상세하게 설명하였으나, 그 이외에 금속볼에도 적용될 수 있으며, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않고, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 금속볼의 제조장치 및 그 방법은 한 쌍의 금형이 서로 맞물린 상태에서 서로 회전시킨 다음, 금속 용탕을 중심에 부어주면, 원심력에 의해 금속 용탕이 중심에서 반경방향으로 유동되면서 구 형상의 각 홈에 채워지고, 굳어지도록 하여 서로 분리시키기 때문에 원심 주조 방식으로 구 형상의 금속볼을 손쉽게 제작할 수 있어 제작공정 및 제작비용을 줄일 수 있고, 금속볼의 진원도를 높일 뿐 아니라 금속볼 내부의 금속별 중량 비율을 균일하게 유지할 수 있어 제품의 신뢰성을 높일 수 있는 이점이 있다.

Claims (12)

1. 일면에 복수개의 반구형상의 홈이 형성된 원형의 상부 금형과, 상기 상부 금형과 맞물리면서 서로 대향하는 면에 복수개의 반구형상의 홈이 형성된 원형의 하부 금형과, 상/하부 금형의 반구형상의 홈들이 서로 맞물려서 형성되는 구 형상의 복수개의 홈과, 상부 금형과 하부 금형의 중심에 형성되는 용탕을 주입하기 위한 주입 공간을 포함하는 한 쌍의 원형 금형과;

   주입 공간 둘레에 형성되는 상부 금형의 상부 러너 및 하부 금형의 하부 러너와, 상/하부 러너와 연결되어 구 형상의 각 홈으로 연결되는 상부 금형의 주입홀 및 하부 금형의 주입홈을 포함하며, 여기서 하부 러너는 주입홈쪽으로 경사면을 가지며, 주입홀 및 주입홈은 한 쌍의 금형이 맞물려서 원통 형상을 이루되, 상/하부 러너와의 연결 부분으로부터 구 형상의 각 홈으로 갈수록 그 직경이 작아지도록 형성되어, 주입공간으로 공급되는 용탕이 원심력에 의해 구 형상의 각 홈 내로 주입시키는 주입 유로와;

   서로 맞물린 한 쌍의 원형 금형을 회전시켜 원형 금형 내부에 중심으로부터 반지름 방향으로 원심력을 가하는 회전수단과;

   한 쌍의 원형 금형들의 서로 맞닿는 면 중 일면에 돌출되도록 형성된 적어도 하나의 위치 결정용 돌기와, 이와 맞물리도록 다른 일면에 형성된 위치결정용 홈을 포함하여, 서로 맞물리는 금형들의 각 홈이 서로 정확한 위치에서 맞물리도록 하는 위치결정수단과;

   한 쌍의 금형들을 설정온도 이상으로 예열시켜 구 형상의 각 홈 내부로 용탕이 충진되기 전에 주입유로 상에서 용탕이 응고되는 것을 막는 가열수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속볼의 제조장치.
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