KR101065566B1 - 분사 장치 및 분사 장치의 동작 방법 - Google Patents

Abstract

본원 발명은 땜납 페이스트와 같은 점성 매체의 액적들을 전자회로 보드와 같은 기판 위로 분사시키기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 액적들의 부피는 점성 매체의 후속 분사를 위해 분사 노즐 안으로 공급된 점성 매체의 양을 조절함으로써 조절된다. 분사된 액적들의 배출 속도는 점성 매체에 충격을 가하는 속도를 조절함으로써 조절되거나 거의 일정하게 유지된다. 또한, 예컨대 공급 스크류에 의해 노즐에 공급되는 점성 매체의 속도는 예컨대 일정한 공급 시간을 유지하도록, 점성 매체를 분사 노즐 안으로 공급하는데 필요한 시간을 공급 시간을 조절하기 위해 조정된다.

Description

분사 장치 및 분사 장치의 동작 방법{JETTING DEVICE AND METHOD AT A JETTING DEVICE}

본 발명은 점성 매체(medium)의 액적(droplet)들을 기판 위로 분사하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 기판 위로 분사되어 형성된 기판 상의 결과적인 피착물(deposit)의 크기를 바꿀 수 있는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

예컨대, 땜납 페이스트(solder paste) 또는 접착제와 같은 점성 매체의 액적들을 예컨대 전자회로 보드와 같은 기판 위로 분사하여 기판 상에 부품들을 장착하기 전에 기판 상에 피착물을 형성하는 시스템, 장치 및 방법들이 공지되어 있다. 이러한 분사 시스템은 분사하기 전에 작은 부피의 점성 매체를 담기 위한 노즐 스페이스, 노즐 스페이스와 연통하는 분사 노즐, 노즐 스페이스로부터 분사 노즐을 통해 점성 매체에 충격을 가해 액적 형태로 분사시키기 위한 충격 장치, 및 점성 매체를 노즐 스페이스로 공급하기 위한 공급기를 포함한다.

제조 속도는 전자 회로 보드를 제작시 중요한 요소이기 때문에, 점성 매체는 "날아가고 있을 때(on the fly)", 즉 점성 매체가 피착될 기판 상의 각각의 위치에서 정지하기 전에 공급되는 것이 바람직하다.

회로 보드와 같은 기판 상에 땜납 페이스트 또는 유사한 것을 공급할 때, 기판의 상이한 위치에서 피착물이 상이한 크기 또는 면적을 갖게 하는 것이 오래전부터 요구되어 왔다. 한가지 해결책은 분사(jetting)가 이용될 때 여러 액적들을 서로 그 위에 공급하여 큰 피착물을 형성하는 것이다. 또한, 점성 매체에 가해지는 충격을 제어함으로써 분사된 액적들의 부피를 변화시켜 형성될 피착물의 크기를 변화시키는 방법도 제시되었다.

본 발명의 목적은 기판 상에 분사된 피착물의 크기를 바꾸는 문제에 대한 대안적인 해결책을 제공하는 것이다.

이러한 목적과 기타 목적들은 본 발명에 따라 독립항에 개시된 특징을 갖는 방법 및 시스템을 제공함으로써 달성된다. 바람직한 실시예들은 종속항에 개시되어 있다.

이를 설명하기 위해, "점성 매체(viscous medium)"란 용어는 땜납 페이스트, 용제, 접착제, 도전성 접착제, 또는 기판 상에 부품들을 고정하는데 사용되는 기타 다른 종류의 매체, 도전성 잉크, 저항성 페이스트 등으로 해석될 수 있으며; "피착물(deposit)"이란 용어는 하나 이상의 분사된 액적들의 결과로서 기판상의 소정의 위치에 제공된 연결된 양의 점성 매체를 말하며; "피착물 크기"라는 용어는 피착물이 덮는 기판 상의 면적을 말하는데, 이 때 액적 부피의 증가는 대체로 피착물 높이를 증가시키며; "기판"이란 용어는 인쇄 회로 보드(PCB), 볼 그리드 어레이(BGA)용 기판, 칩 스케일 패키지(CSP), 쿼드 플랫 패키지(QFP: Quad Flat Package), 웨이퍼, 플립-칩 등을 말한다.

또한, "분사(jetting)"라는 용어는 "유체 습식(fluid wetting)"과 같은 접촉 분배 프로세스와 비교할 때 분사 노즐로부터 기판 위로 점성 매체의 액적을 형성하여 발사하기 위해 유체 분사를 활용하는 비접촉 분배 프로세스로 해석될 수 있다.

따라서, 본 발명은 후속하는 점성 유체 액적들의 분사를 위해 노즐 스페이스, 또는 다른 적절한 챔버 안으로 공급된 점성 유체의 양을 조절함으로써 분사될 액적의 부피를 바꾼다는 사상에 기초한다. 부피를 바꾼 점성 매체 액적들은 충격 장치의 조절 또는 조정 또는 다른 동작을 필요로 하지 않고 분사될 수 있다. 동일한 방식으로 작용하는, 즉 동일한 길이, 가속도 및 속도의 충격 스트로크(stroke)를 갖는 동일한 충격 장치를 사용하는 경우라도, 분사된 액적들의 부피는 바뀔 수 있다. 따라서, 충격 장치가 점성 매체에 충격을 가할 때 노즐 스페이스에 존재하는 점성 매체의 양을 조절함으로써, 액적의 부피와 목표된 피착물 크기가 높은 정밀도로 선택될 수 있다.

본 발명은 분사를 통해 제공된 피착물 크기를 변화시키는 방법과 관련하여 많은 장점을 제공한다. 첫째로, 기판 상의 동일한 위치로 여러 액적들을 분사시키는 방법과 비교할 때, 오로지 하나의 액적만이 각각의 피착을 위해 분사되어야 한다. 따라서, 분사는 "날아가고 있을 때", 즉 동일한 위치에 추가의 액적들을 분사하기 위해 정지하지 않고 수행될 수 있다. 선택적으로, 분사 시스템 또는 분사 장치는 각각의 액적이 의도한 피착 위치를 1회 이상 통과하지 않아야 한다.

또한, 동일한 위치에서 다수의 액적들을 분사할 때, 부피 선택의 관점에서 우수한 융통성을 제공하도록 작은 액적들 간에 또는 매우 큰 피착물을 위해 적은 수의 액적들을 필요로 하도록 큰 액적들 간에 절충이 이루어져야 한다. 따라서, 점성 매체를 기판 위로 제공하는 본 발명을 사용하면, 액적 부피에 대한 큰 융통성을 얻을 수 있으며 점성 매체를 제공하는데 필요한 시간을 현저히 감소시켜, 전체 제조 속도를 빠르게 할 수 있다.

두번째로는, 점성 매체에 대한 충격을 제어하는 방법이 비교된다. 제시된 방법에 따르면, 이는 충격 장치에 의해 제공된 점성 매체에 대한 충격의 깊이, 즉 스트로크 길이를 조절함으로써 수행된다. 그러나, 스트로크의 길이 변화도 분사된 액적들의 배출 속도, 즉 액적들이 노즐 배출구를 떠날 때 액적이 갖는 속도에 영향을 미친다. 따라서, 액적 부피를 바꾸기 위해 스트로크의 길이를 변화시키는 것은 분사된 액적의 배출 속도를 현저히 바꿀 것이다. 실제로, 배출 속도에 대한 효과가 액적 부피에 대한 효과보다 크다는 것이 연구 결과 밝혀졌다.

"날아가고 있는 중에" 분사할 때, 액적이 분사되는 실제 시점에서 분사 장치와 기판 사이의 상대적인 이동이 존재한다. 그래서, 액적이 분사될 때 노즐과 기판 사이의 상대 속도, 노즐과 기판 사이의 높이, 즉 분사 방향의 비행 거리, 및 분사 속도 또는 배출 속도와 관련하여 분사 장치의 위치를 주의깊게 계산하여, 기판 상의 올바른 위치에 피착물이 바로 세워지게(end up) 해야 한다. 분사 속도와 관련하여, 만약 너무 높다면, 액적은 회로 보드에 부딪힐 때 많은 작은 액적들로 쪼개지고, 속도가 너무 낮다면, 위치 정확도가 감소될 것이다.

따라서, 배출 속도의 정밀한 제어가 올바른 분사 시점 또는 위치를 정밀하게 계산하기 위해 매우 중요하다. 그 결과, 배출 속도의 현저한 변화는 분사 결과의 품질에 나쁜 영향을 미친다. 만약 기판과 분사 장치 간의 상대 이동이 느리다면, 배출 속도 변화의 효과는 감소할 수 있다. 그러나, 이는 점성 매체를 제공하는데 필요한 시간을 당연히 증가시킨다. 따라서, 본 발명은 점성 매체의 분사에 있어서 점성 매체의 충격을 제어하는 공지된 방법들에 비해 분사 결과의 품질 개선 및/또는 제조 속도 증가를 제공한다.

본 발명에 따르면, 분사 시스템은 점성 매체의 액적들이 분사될 수 있는 곳에서부터 분사 노즐을 향해 점성 매체를 공급하기 위한 공급기를 포함한다. 또한 분사 시스템은 점성 매체의 액적들이 노즐을 통해 기판을 향하여 분사되도록 공급기에 의해 공급된 점성 매체에 충격을 가하기 위한 충격 장치를 포함한다. 점성 매체에 충격을 가한 후에, 충격 장치는 실질적으로 분사될 액적을 위해 점성 매체의 공급을 방해하지 않도록 충격을 준비하는 위치로 즉시 복귀하는 것이 바람직하다.

또한, 분사 노즐은 액적이 기판을 향해 분사되는 노즐 배출구를 포함하며, 이러한 노즐 배출구는 노즐의 일 단부에 위치한다. 비록 시스템이 아래방향으로뿐만 아니라 어떠한 방향으로도 액적들을 분사하기 위한 방향을 가질 수 있지만, 노즐 배출구가 위치하는 노즐의 단부는 이하에서 노즐 하부로 참조된다. 게다가, 노즐은 노즐 배출구와 자유롭게 연통하는 노즐 스페이스를 형성하는 주위 내벽을 포함한다. 이하에서 노즐 상부로 불리는 노즐 배출구와 마주하는 노즐의 부분은 공급기에 의해 공급된 점성 매체를 수용하도록 배열된다.

본 발명에 따라서, 노즐 스페이스는 개별적인 액적들을 분사하기 전에 소정의 변화 정도(degree)까지 점성 매체로 충진되며, 상기 정도는 피착물의 목표된 크기에 따라 분사될 액적의 부피에 의존하여 조절된다. 가장 큰 부피를 갖는 액적의 경우에는, 전체 노즐 스페이스가 점성 매체로 충진된다.

바람직하게, 노즐 스페이스의 충진은 상부로부터 노즐 배출구를 향해 수행된다. 다시 말하면, 노즐 스페이스가 점성 매체로 부분적으로 충진될 때, 노즐 스페이스의 하부에는 점성 매체가 없으며, 이는 도면을 참조하여 하기에서 상세히 설명한다. 따라서, 기본적으로 공극이 없는 점성 매체의 양이 노즐 배출구로부터 공급기를 통해 늘어난다.

또한, 노즐은 노즐 스페이스, 또는 노즐 스페이스의 적어도 일부분이 노즐 배출구를 향한 방향으로 테이퍼링되도록 구성되며, 이러한 테이퍼링은 원뿔형 또는 원추대(frusto-conical) 구조를 갖는다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 공급 속도, 즉 점성 매체가 공급기에 의해 분사 노즐로 공급되는 속도는 조절가능하다. 따라서, 목표된 부피의 액적을 분사하기 위해 적절한 양의 점성 매체를 노즐 스페이스 안으로 공급하는데 필요한 시간은 조절될 수 있다. 이는 적절한 양을 노즐 스페이스 안으로 공급하는데 필요한 시간이 양과 목표된 액적 부피와 무관하게 기본적으로 일정한 레벨에서 유지될 수 있고, 필요하다면 해당 분사 시퀀스가 일정한 빈도수로 유지될 수 있다는 것을 의미한다. 더욱이, 공급 속도와 적절한 양을 공급하는데 필요한 시간은 상이한 분사 빈도수를 수용하도록 조절될 수 있다.

일 실시예에 따라서, 액적 분사를 위해 노즐 스페이스에 공급된 점성 매체의 제어된 양을 바꾸는 것은 공급 동작의 기간, 즉 공급기가 점성 매체를 노즐 스페이스 안으로 공급하는 동안의 시간을 바꿈으로써 이루어진다. 그래서, 공급 속도는 기본적으로 일정하게 유지될 수 있다.

공급 속도는 공급 압력, 즉 점성 매체를 공급 방향으로 진행시키는 점성 매체에 가해지는 압력에 영향을 미친다. 따라서, 공급 압력은 점성 매체가 노즐 스페이스 안으로 흐르는 속도를 조절한다. 분사가 특정 액적 부피로 높은 빈도수에서 제공될 때, 적절한 양을 노즐 스페이스 안으로 공급하는데 필요한 시간은 감소되어야 한다. 따라서, 액적 부피를 바꾸지 않으면서 분사 빈도수를 목표된대로 증가시키기 위해서는 공급 압력을 증가시켜야 하며, 그 반대도 그러하다. 그러므로, 분사 빈도수를 바꾸지 않고 액적 부피를 목표된대로 증가시키기 위해서는 공급 압력을 증가시켜야 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 분사 시스템은 분사 노즐과 공급기 사이에 위치하고 노즐 스페이스의 상부와 개방되어 연통되는 분사 챔버를 더 포함한다. 따라서, 공급기가 점성 매체를 노즐 스페이스에 공급할 때, 점성 매체는 분사 챔버를 통해 공급된다. 본 실시예에 따라서, 실제 분사는 충격 장치의 단부면이 분사 챔버 내의 점성 매체에 충격을 가함으로써 이루어진다. 그 결과, 충격 효과는 분사 챔버의 점성 매체를 통해 전달되고, 노즐 스페이스에 담겨진 점성 매체가 노즐 배출구를 통해 기판 위로 분사되게 한다. 그 다음에, 분사된 점성 매체 액적의 부피는 노즐 스페이스에 담겨진 점성 매체의 부피에 대응한다. 따라서, 점성 매체가 충격 장치에 의해 충격을 받을 때 노즐 스페이스 내에 존재하는 점성 매체의 양을 조절함으로써, 액적의 부피와 목표된 증착 크기는 높은 정밀도로 선택될 수 있다.

종래 기술에서 종종 직면하는 한가지 문제점은 반복적으로 정확한 액적 크기를 제공하는 것이다. 특히, 분사 시퀀스 이전의 중지 후에 수행되는, 분사 시퀀스 중에 분사된 제 1 액적 또는 액적들은 분사 시퀀스의 후속 액적들 또는 의도된 액적 크기와 비교할 때 상이한 크기를 갖는 경향이 있다. 후속하는 제 1 액적(들)의 부피 정확도에 나쁜 영향을 주는 중지 기간은 상기 언급한 공급 압력에 의존한다. 따라서, 만약 중지 이전의 및 중지 이후의 공급 압력이 낮다면, 중지로 인해 액적 부피 정확도에 미치는 나쁜 영향을 보상하는데 필요한 시간은 공급 압력이 높은 경우보다 더 길다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 상기 언급한 문제는 중지 후 수행되는 제 1 액적의 분사 이전에 분사 시퀀스 중 연속하는 액적들의 분사, 즉 제 1 액적(들)의 문제가 발생하지 않는 분사 시퀀스에서 매우 늦은 분사시의 공급 압력에 대응하는 공급 압력을 제공함으로써 해결된다. 이러한 실시예들에 따라서, 공급기는 점성 매체가 노즐 스페이스 안으로 공급되고 노즐 스페이스를 완전히 충진하도록 상기 중지 동안 동작한다. 노즐 스페이스가 충진된 경우, 초과 점성 매체, 즉 상기 스페이스가 수용할 수 있는 범위를 넘어 노즐 스페이스 안으로 공급된 점성 매체는 노즐 스페이스 밖으로 흐른다. 목표된 부피의 액적을 분사하는데 필요한 점성 매체의 양을 노즐 스페이스 안으로 공급하기 전에, 노즐 스페이스에 존재하는 점성 매체의 양은 미리 설정된 양만큼 감소하여, 상기 감소 후에 노즐 스페이스 안에 존재하는 점성 매체의 양은 미리 설정되거나 미리 설정된 정도이다.

바람직하게, 공급기가 중지 동안 노즐 스페이스를 충진하기 위해 동작하는 시간, 즉 중지 이후 제 1 액적의 분사를 개시하기 전의 시간은 전체 노즐 스페이스를 충진하면서 동시에 노즐 배출구를 통한 원치않는 초과 점성 매체의 흐름을 가능한 감소시키기 위해 주의깊게 선택된다. 상기 시간은 선택된 공급 속도와 대응하는 공급 압력과 관련하여 바람직하게 계산된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 분사 시퀀스의 제 1 액적 분사 이전의 공급 속도는 시퀀스 중 연속적인 액적들의 분사 동안 공급 속도와 다르다. 바람직하게, 제 1 액적 분사 이전의 공급 속도는 증가한다. 이는 목표된 공급 압력을 확보하면서 공급 동작의 기간이 감소될 수 있고, 제 1 액적의 분사를 위해 노즐 스페이스를 미리 충진하는데 필요한 시간이 짧아질 수 있다는 것을 당연히 수반한다.

그러나, 놀랍게도 공급 속도를 증가시키고 제 1 액적 분사를 위한 목표된 공급 압력이 얻어지도록 공급 기간을 감소시킴으로써, 노즐 스페이스 밖으로의 초과 점성 매체의 원치않는 흐름이 감소된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 중지 동안 노즐 스페이스를 충진할 때 노즐 배출구 밖으로 흐를 수 있는 초과 점성 매체는 제거된다. 이러한 실시예는 하기에서 자세히 설명한다.

분사 챔버가 노즐과 공급기 사이에 제공되는 실시예에 있어서, 상기 감소는 분사 챔버의 부피를 증가 또는 팽창시킴으로써 제공된다. 따라서, 분사 챔버와의 개방 연통 및 분사챔버와 노즐 스페이스가 기본적으로 공극이 없는 상태로 점성 매체로 완전히 충진된다는 사실로 인해, 팽창에 대응하는 점성 매체의 양은 분사 챔버 안으로 들어가거나 수축된다. 따라서, 상기 팽창이 수행된 직후의 노즐 스페이스에 존재하는 부피는 정확하게 예측되거나 미리 설정될 수 있다. 그 다음에, 분사는 점성 매체의 적절한 양을 노즐 스페이스 안으로 공급하고 상기 설명한 방식으로 점성 매체에 충격을 가함으로써 분사가 다시 시작된다.

바람직하게, 분사 노즐에 마주하여 위치한 분사 챔버 벽은 충격 장치의 충격 단부면으로 구성되며, 상기 단부면은 원형으로 이루어진다. 따라서, 충격 장치의 충격 단부면은 분사 챔버의 하나의 벽을 형성한다. 중지 동안 노즐 스페이스의 충진과 관련하고 중지 후에 제 1 액적(들)의 분사 준비로서, 충격 단부면은 아이들(idle) 위치로 이동하거나 이동되었다. 이는 중지 이전에 마지막 액적을 분사한 직후, 즉 노즐 스페이스에 점성 매체가 거의 없을 때 단부면을 아이들 위치로 빠르게 이동시킴으로써 수행될 수 있다. 또 다른 예에 따르면, 단부면은 노즐 스페이스 안에 존재할 수 있는 점성 매체의 부주의한 분사를 방지하기 위해 아이들 위치로 느리게 이동한다.

단부면을 아이들 위치로 이동시킨 후에, 분사 챔버의 팽창은 충격 장치의 단부면을 노즐로부터 멀어지는 방향으로 상기 아이들 위치로부터 충격을 준비하는 위치로 이동시킴으로써 제공될 수 있다. 따라서, 분사 챔버의 팽창과 이에 따른 노즐 스페이스로부터의 점성 매체의 수축은 분사 챔버를 팽창시키기 위해 추가의 수단 또는 부재들을 필요로 하지 않고 제공될 수 있다.

따라서 충격 장치를 아이들 위치로 이동시키는 것에 대한 상기 설명은 충격 장치가 충격을 준비하는 위치로 수축하는 시간을 갖지 않도록 중지 이전에 마지막 액적의 분사 직후 충격 장치를 아이들 위치로 이동시키는 것을 선택적으로 포함하고, 충격 장치를 충격을 준비하는 위치로 먼저 이동시키고, 그 후에 아이들 위치로 이동시키는 것을 선택적으로 포함한다.

분사 정확도와 기판에 제공된 점성 매체의 품질에 영향을 미치는 또 다른 변수는 액적들이 기판 위로 분사되는 속도이다. 액적 부피를 바꿀 때, 분사된 액적의 배출 속도에 영향을 미친다는 것이 연구 결과 밝혀졌다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 분사된 액적의 배출 속도는 충격 장치의 충격 특성을 바꿈으로써 제어된다. 바람직하게, 이는 미리 설정된 배출 속도가 분사될 액적의 부피와 무관하게 유지될 수 있도록 충격 장치의 충격 속도 또는 충격력을 조절함으로써 제공된다. 그 다음에, 작은 부피의 액적은 큰 부피의 액적에 비해 느린 배출 속도를 갖는다. 따라서, 충격 속도 또는 충격력은 작은 부피의 액적에 대해서는 증가하고 큰 부피의 액적에 대해서는 감소한다.

당업자에게 자명한 바와 같이, 자왜(magnetostrictive), 전왜(electrostrictive) 또는 전자석 액추에이터, 또는 형상 기억 합금 특성을 갖는 액추에이터와 같이, 액적 분사를 수행하는데 사용될 수 있는 다수의 상이한 충격 장치를 선택할 수 있다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 압전 액추에이터가 사용된다. 이 때, 상기 언급한 충격 속도 또는 충격력 조절은 압전 액추에이터에 공급된 전압을 조절함으로써 이루어진다.

비록 공압(pneumatic) 수단, 기어-구동 펌프, 피스톤 펌프 등과 같이 점성 매체를 공급하기 위한 다수의 상이한 수단 또는 장치가 본 발명의 범위내에서 고려될 수 있지만, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 공급기는 회전가능한 공급 스크류(screw)의 형태로 제공된다. 점성 매체를 분사 시스템의 분사 챔버에 또는 분사 노즐에 공급하기 위한 공급 스크류는 WO 99/64167에 개시되어 있으며, 이는 본 명세서에서 참조로서 통합된다. 또 다른 예는 공동 계류중인 스웨덴 특허 출원 SE 0104210-5에 개시되어 있으며, 이 역시 본 명세서에서 참조로서 통합된다.

그러한 회전가능한 공급 스크류의 사용은 점성 매체를 노즐 스페이스에 매우 정확하고 빠르며 간단한 방식으로 공급하는 것을 제어할 수 있게 한다. 회전가능한 공급 스크류의 회전 이동은, 압력 파동이 압력 장치로부터 노즐까지 매체를 통해 이동하는데 걸리는 시간인 소정의 시간이 지난 후에만 분사 노즐에 영향을 미치는 점성 매체를 분사 노즐에 공급하는 압력 장치의 사용과 비교할 때, 노즐 스페이스 부근의 회전가능한 공급 스크류의 배출 단부에서 점성 매체의 이동에 바로 영향을 미친다. 또한, 공급 스크류의 공급 배출구를 분사 노즐 또는 분사 챔버와 인접하게 위치시킴으로써, 점성 매체의 압축이 공급 제어의 정확도에 부정적으로 영향을 미칠 수 있는 부피는 현저히 감소하고, 이로써 상기 압축에 의해 유발된 공급 동작을 정확하게 제어하는 것의 어려움과 관련된 부정적인 영향을 제한한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 노즐 배출구로부터 점성 매체를 제거하기 위한 수단이 제공된다. 따라서, 노즐 배출구에 부착되어 있을 수 있는 점성 매체 잔류물은 제거된다. 따라서, 액적의 부피, 즉 노즐 배출구에 위치한 점성 매체 잔류물의 부피를 바꾸기 위해 분사된 액적을 방해하는 점성 매체 잔류물의 문제는 유효하게 방지된다. 더욱이, 분사된 액적이 잔류물과 "충돌"할 때 점성 매체를 튀기게 하는 점성 매체 잔류물의 위험도 없다. 중지 동안 노즐 스페이스를 충진할 때 초과 점성 매체가 노즐 배출구 외부로 흐를 수 있는 실시예에 있어서, 제공된 제거 수단에 의해 초과 점성 매체도 노즐 배출구로부터 제거된다.

바람직하게, 본 발명의 실시예에 따르면, 기체 흐름은 노즐 배출구를 지나도록 제공되고, 기체 흐름의 크기와 속도는 기체 흐름으로 노즐 배출구의 영역으로부터 멀어지도록 점성 매체를 전송하기에 충분하다. 이렇게 분사 시스템에 기체 흐름을 제공하는 것은 공동 계류중인 국제 특허 출원 PCT/SE02/00807에 개시되어 있으며, 본 명세서에서 참조로 포함된다.

액적 분사 동안 기체 흐름을 제공하는 것은 많은 장점을 제공한다. 첫째로, 액적 분사 후에 노즐 배출구 표면에 부착된 점성 매체 잔류물은 노즐 배출구의 부근으로부터 멀어지도록 즉시 이동된다. 둘째로, 기체 흐름은 액적 또는 분사로부터 떨어져 나온 극소량의 점성 매체를 포획하여(pick up) 노즐 배출구로부터 멀어지게 이동시키는데, 그렇지 않으면 극소량의 점성 매체는 잔류물로서 노즐 배출구의 표면에 부착된다. 따라서, 노즐 배출구에 점성 매체 잔류물이 나쁜 영향을 미치는 양만큼(adverse amount) 쌓이거나 축적되는 것이 방지된다. 더욱이, 기체 흐름은 상기 언급한 초과 점성 매체를 노즐 배출구로부터 멀리 이동시킨다.

바람직하게, 기체 흐름은 진공 배출기 형태의 흡입 제너레이터 또는 다른 타입의 흡입 제너레이터에 의해 생성된다. 상기 흡입 제너레이터는 노즐 배출구를 둘러싸는 영역의 하류에 제공되며, 기체 흐름의 방향에서 볼 수 있다.

더욱이, 예시적인 실시예에 따르면, 분사 시스템에는 벽이 제공되며, 상기 벽은 노즐 배출구로부터 이격되고 노즐 배출구의 분사된 액적 방향에서 보았을 때 노즐 배출구의 하류에 위치한다. 예컨대, 상기 벽은 노즐 지지부의 일부로 구성될 수 있지만, 노즐을 지지하는 기능을 하지 않고 제공될 수 있다. 벽과 노즐 배출구 사이에는, 노즐 배출구에서 및 노즐 배출구를 지나서 기체 흐름을 위한 채널 또는 가이드로서 작용하는 스페이스가 형성된다. 상기 벽은 분사 경로에 위치하기 때문에, 상기 벽에는 노즐 배출구와 중심이 같은 개구부 또는 구멍이 제공된다. 분사된 액적은 벽을 통해 구멍을 경유하여 통과할 수 있다. 바람직하게, 벽의 구멍은 기체 흐름이 노즐 배출구를 향하는 주입구로서 사용된다.

본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 분사 시스템은 기판에 점성 매체 피착물을 제공하기 위한 어셈블리를 사용하는 기계에 분리가능하게 장착될 수 있는 분사 어셈블리에 포함된다. 이러한 어셈블리 카세트는 WO 00/61297에 개시되어 있으며, 이는 본 명세서에서 참조로 포함된다.

기계에 분리가능하게 장착될 수 있기 때문에, 상기 어셈블리는 용이하게 교체가능하고 점성 매체를 담는 분리 유닛으로서 사용될 수 있다. 점성 매체가 소모되었을 때 어셈블리를 교체하는 것과는 별도로, 어셈블리는 소정의 부피 범위의 액적들을 공급하기에 매우 적합한 치수를 가질 수 있다. 피착물 직경을 2 배까지 증가시키기 위해, 액적 부피는 얼마나 많은 피착물 높이가 부피 증가에 의해 영향을 받는지에 따라 4배 내지 8배까지 증가되어야 한다. 따라서, 예컨대, 직경이 0.25 mm 내지 0.8 mm 의 크기로 변하는 점성 매체 피착물이 기판 상에 제공되는 경우, 하나의 어셈블리가 0.25-0.5 mm 범위의 직경을 갖는 피착물을 기판에 공급하기 위해 제공될 수 있으며, 다른 어셈블리는 0.4-0.8 mm 범위의 직경을 갖는 피착물을 위해 제공될 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적과 장점은 예시된 실시예에 의해 하기에서 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 분사 시스템을 포함하는 땜납 페이스트 공급용 기계의 개략적인 외관을 등각도로 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명의 도킹 장치 및 분사 어셈블리에 대한 실시예를 위에서 바라본 개략도이다.

도 3은 도 2에 도시된 어셈블리의 하부를 나타낸 개략도이다.

도 4는 도 2에 도시된 어셈블리의 일부분을 절단하여 나타낸 개략도이다.

도 5는 본 발명에 따른 웨이스트 콘테이너(waste container)의 실시예에 대한 개략도이다.

도 6a-6c는 본 발명의 방법에 따른 땜납 페이스트 충진의 상이한 정도를 나타낸 것이다.

도 7a와 7b는 본 발명의 방법의 일 실시예에 따른 동작 원리를 나타낸 것이다.

도 8은 본 발명에 따른 노즐의 일 실시예에 대한 개략도이다.

도 9a와 9b는 본 발명의 방법의 일 실시예에 따른 장치 신호를 나타낸 그래프이다.

도 10a와 10b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장치 신호를 나타낸 그래프이다.

이제 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따라, 점성 매체의 액적들을 기판(2) 위로 분사시킴으로써 기판(2)에 피착물을 제공하기 위한 기계(1)의 일 실시예를 도시한다. 설명을 용이하게 하기 위해, 점성 매체는 상기 언급한 것들 중에서 하나를 선택한 땜납 페이스트이다. 역시 설명을 용이하게 하기 위해, 기판(2)은 전자회로 보드로 부르고 상기 설명한 기체 형태 흐름의 기체는 공기로 부른다. 이러한 실시예에서 기계(1)은 X-빔(3) 및 X-레일(16)을 통해 X-빔(3)에 연결되고 X-레일(16)을 따라 왕복 이동가능한 X-웨건(wagon)(4)을 포함하는 타입의 기계이다. 또한, X-빔은 Y-레일(17)과 왕복으로 이동가능하게 연결되어, X-레일(16)에 수직으로 이동가능하다. Y-레일(17)은 기계(1)에 견고하게 장착되어 있다. 일반적으로, 상기 이동은 선형 모터들(도시 안됨)에 의해 구동된다.

더욱이, 기계(1)는 기계(1)를 통해 기판(2)을 이동시키기 위한 컨베이어(18), 및 분사될 때 기판(2)을 고정하기 위한 고정 장치(19)를 포함한다.

도킹 장치(8)는 도킹 장치(8)에서 어셈블리(5)의 장착을 해제시킬 수 있도록 X-웨건(4)에 연결되어 있다. 어셈블리(5)는 땜납 페이스트의 액적들을 공급하도록, 즉 액적들에 충격을 가하여 분사시키고 회로 보드(2) 상에 피착물을 형성하도록 배열된다.

또한 기계(1)는 도킹 장치(8)에 의해 동시에 이동되어 어셈블리(5)를 대체할 수 있는 추가의 어셈블리들(22)을 지지하도록 교체 어셈블리 지지부(20)를 포함한다.

더욱이, 기계(1)는 본 실시예에서 카메라인 기계 비젼 장치(7)를 포함한다. 카메라(7)는 기판(2)의 위치와 회전을 결정하고 피착물을 관찰함으로써 공급 결과를 검사하는데 사용된다.

또한, 분사 기계(1)는 X-웨건(4) 상에 배열된 진공 배출기(6) 형태인 흡입 제너레이터, 및 압축 공기 소스(도시 안됨)를 포함한다. 진공 배출기(6)뿐만 아니라 압축 공기 소스는 본 실시예에서 도 2를 참조하면 도킹 장치(8)의 입력 접관(nipple)(9)으로서 표시된 보조 공기 콘딧 인터페이스를 통해 도킹 장치(8)와 연통한다.

당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 분사 기계는 기계를 작동시키는 소프트웨어를 실행시키기 위한 제어 유닛(뚜렷하게 도시 안됨)을 포함한다.

요약하면, 분사 기계는 하기와 같이 작동한다. 회로 보드(2)는 회로 보드(2)가 위에 놓여지는 컨베이어(18)에 의해 분사 기계(1) 안으로 제공된다. 회로 보드(2)가 X-웨건(4) 아래에 정확한 위치에 있는 경우, 회로 보드(2)는 고정 장치(19)를 이용하여 고정된다. 회로 보드(2)의 표면에 미리 배열되어 회로 보드(2)의 정밀한 위치를 결정하는데 사용되는 기준 마커가 카메라(7)의 도움으로 위치한다. 다음에, 미리 결정된 (미리-프로그래밍된) 패턴으로 회로 보드(2) 위로 X-웨건을 이동시키고 미리 결정된 위치에서 분사 어셈블리(5)를 동작시킴으로써, 땜납 페이스트는 회로 보드(2) 상의 목표된 위치에 제공된다.

이제 도 2-3을 참조하여, 본 발명에 따른 분사 어셈블리(5)의 실시예를 더 상세히 설명한다. 도 2를 참조하면, 분사 어셈블리는 분사 어셈블리(5)를 도킹 장치의 어셈블리 지지부(10)에 연결하기 위한 홀딩 수단을 갖는 어셈블리 홀더(11)를 포함한다. 더욱이, 본 실시예에서 분사 어셈블리(5)는 땜납 페이스트를 공급하는 공급 컨테이너(12) 및 어셈블리 하우징(15)을 포함한다. 분사 어셈블리(5)는 배출구(41)를 포함한 보조 공기 압축 인터페이스와 기밀(airtight) 방식으로 맞물리게 인터페이스에 위치한, 도킹 장치(10)의 주입구(42)를 포함한 공기 압축 인터페이스를 통해 진공 배출기(6)와 압축 공기 소스에 연결된다. 또한, 배출구(41)는 도킹 장치(8)의 내부 콘딧을 통해 상기 설명한 주입구 접관(9)에 연결된다.

이제 도 4를 참조하여, 어셈블리 하우징(15) 내에 담겨진 부품들과 이들의 기능을 상세히 설명한다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 분사 어셈블리(5)는 일 실시예에서 함께 적층되어 액추에이터 부분(21a)을 형성하기 위하여 함께 적층된 다수의 얇은 압전 부재들을 구비한 압전 액추에이터(21)로 구성된 충격 장치를 포함한다. 액추에이터 부분(21a)의 상단부는 어셈블리 하우징(15)에 견고하게 연결된다. 또한 어셈블리는 어셈블리 하우징(15)에 견고하게 연결된 부싱(bushing)(25)을 포함한다. 또한 충격 장치는 액추에이터 부분(21a)의 하단부에 견고하게 연결된 플런저(plunger)(21b)를 포함한다. 플런저(21b)는 축 상으로 이동가능하며 부싱(25)의 구경(bore)을 통해 미끄러지듯이 연장한다. 어셈블리 하우징(15)에 대해 탄성적으로 플런저(21b)의 균형을 맞추고 액추에이터 부분(21a)의 예압(preload)을 제공하기 위해 컵 스프링(24)이 제공된다. 분사 제어 유닛(도시 안됨)은 압전 액추에이터(21)에 간헐적으로 구동 전압을 제공하여, 압전 액추에이터가 간헐적으로 연장하게 하고, 이로써 땜납 패턴 인쇄 데이터에 따라 플런저(21b)가 어셈블리 하우징(15)에 대해 왕복 운동하게 한다.

더욱이, 어셈블리는 땜납 페이스트의 액적들이 분사될 회로 보드(2)로 향한 거의 평판 모양의 분사 노즐(26)을 포함한다. 도 8을 참조하면, 분사 노즐(26)에는 노즐(26)의 상부면(92)으로부터 노즐(26)의 가장 두꺼운 부분까지 아래를 향해 연장하는 제 1 절두(frusto)-원뿔부(91), 및 노즐(26)의 바닥면(94)으로부터 제 1 절두-원뿔부(91)의 상부 평면으로 연장하는 제 2 절두-원뿔부(93)에 의해 형성된 스루홀이 제공된다. 따라서, 절두-원뿔부(91,93)의 상부는 서로를 향한다. 그러나, 제 2 절두-원뿔부(93)의 상부 직경은 제 1 절두-원뿔부의 상부 직경보다 크고, 이로 인해 제 1 및 제 2 절두-원뿔부들은 노즐(26)의 상부면(92) 및 바닥면(94)과 평행한 링부(95)에 의해 연결된다. 제 1 절두-원뿔부(91)의 상부는 액적들이 회로 보드(2)를 향해 분사되는 노즐 배출구(27)를 형성한다. 또한, 노즐 스페이스(28)는 제 1 절두-원뿔부(91), 즉 제 1 절두-원뿔부의 내벽에 의해 형성된다. 따라서, 도 8을 참조하면, 노즐 배출구(27)는 노즐(26)의 일 단부, 하부(95)에 위치한다. 노즐(26)의 다른 단부, 상부(96)는, 즉 제 1 절두-원뿔부(91)의 베이스는 노즐 스페이스(28)를 통해 노즐 배출구(27)의 외부로 힘을 가하는 점성 매체를 수용하도록 배열된다.

플런저(21b)는 피스톤 구경(35)를 통해 미끄럽게 축 상으로 이동가능한 피스톤부를 포함하는데, 플런저(21b) 피스톤부의 충격 단부면(38)은 상기 노즐(26)에 인접하여 배열된다.

분사 챔버(37)는 상기 플런저(21b)의 단부면(38), 부싱(25)의 원주형 내벽, 상부면(92)이 충격 단부면(38)에 마주하게 위치한 노즐(26)의 상부면(92), 및 노즐 스페이스(28)의 상단부(96)에 의해 형성된다. 따라서, 분사 챔버(37)는 노즐 스페이스(28)의 상부와 개방되어 연통한다. 압전 액추에이터(21)의 간헐적인 연장에 의해 유발되는, 노즐(26)을 향한 플런저(21b)의 축 상의 이동은 분사 챔버(37)의 부피를 빠르게 감소시키고, 이로써 노즐 배출구(27)를 통해 노즐 스페이스(28)에 담겨진 땜납 페이스트를 빠르게 압축하고 분사시킨다.

도 2를 참조하면, 땜납 페이스트는 공급 컨테이너(12)로부터 공급기(23)를 통해 분사 챔버(37)로 공급된다. 공급기는 어셈블리 하우징(15)을 관통하여 배출구 포트(36)로 연장하는 관형 구경(30)에 부분적으로 제공된 모터 샤프트(29)를 갖는 전자 모터(도시 안됨)를 포함한다. 배출구 포트(36)는 하우징(15)에 제공된 관형 구경(31), 부싱의 벽을 관통하여 부싱이 방사형으로 연장하는 방사형 구경(39), 및 부싱(25)의 내부면에 만들어지고 방사형 구경(39)의 내부 단부로부터 분사 챔버(37)를 향해 아래로 연장하는 축 그루브(40)를 통해 분사 챔버(37)와 연통한다.

모터 샤프트(29)의 단부는 관형 구경(30) 내부에서 관형 구경과 동일한 축을 갖도록 제공되며 배출구 포트(36)에서 종료되는 회전 가능한 공급 스크류(32)를 형성한다. 회전가능한 공급 스크류(32)의 중요 부분은 탄성체 등으로 제조되고 관형 구경(30)와 동일한 축을 갖도록 배열된 튜브(33)로 둘러싸이며, 회전가능한 공급 스크류(32)의 스레드는 튜브(33)의 가장 안쪽 표면과 미끄러지게 접촉한다. 튜브 대신에 탄력적인 탄성 O-링의 어레이가 대신 사용될 수 있다.

상기 언급한 압축 공기 소스(도시 안됨)로부터 얻어진 압축 공기는 공급 컨테이너(12) 내에 담겨진 땜납 페이스트 상에 압력을 제공하여 상기 땜납 페이스트를 공급 스크류(32)의 스레드(thread)의 개시부 또는 상단부에 제공된 주입구 포트(34)에 공급되도록 배열된다. 공급 제어 유닛(도시 안됨)에 의해 모터에 제공된 전자 제어 신호는 모터 샤프트(29)와 회전 가능한 공급 스크류(32)가 목표된 각도로 또는 목표된 회전 속도로 회전시킨다. 다음에 회전 가능한 공급 스크류(32)와 O-링(33)의 내부면 사이에 포획된 땜납 페이스트는 모터 샤프트(29)의 회전 이동에 따라서 배출구 포트(36), 관형 구경(31), 방사형 구경(39), 및 분사 챔버(37)를 통해 주입구 포트(34)로부터 노즐 스페이스(28)까지 이동한다.

도 3과 4에 도시된 바와 같이, 플레이트 또는 벽(14)은 분사 방향으로 볼 때 노즐 배출구(27)의 아래 또는 하류에 배열된다. 플레이트(14)는 분사된 액적들이 플레이트(14)에 의해 가려지거나 부정적인 영향을 미치지 않고 통과할 수 있는 스루홀(13)이 제공된다. 따라서, 홀(13)은 노즐 배출구(27)와 동일한 축을 갖는다. 플레이트(14)는 노즐 배출구(27)로부터 떨어져 이격된다. 플레이트(14)와 노즐 배출구(27) 사이에는, 노즐 배출구(27)를 통과하는, 도 8에서 화살표로 표시된 기체 흐름을 발생시키기 위해 진공 배출기(6)에 연결된 채널 또는 가이드로서 사용되는 스페이스인 기체 흐름 챔버(44)가 형성되어 있다. 본 실시예에서, 기체 흐름 챔버(44)는 디스크 형태이다. 본 실시예에서, 홀(13)은 노즐 배출구(27)를 향해 노즐 배출구(27)를 통과하는 기체 흐름을 위한 주입구로서 기능한다.

도 5를 참조하면, 기체 흐름 콘딧(43)은 기체 흐름 챔버(44)와 웨이스트 컨테이너(50) 사이에서 연장하며, 웨이스트 컨테이너(50)는 기체 흐름 챔버(44)로부터 진공 배출기(6)까지의 흐름 경로에 배열되어 있다. 기체 흐름 콘딧(43)은 지면 밖으로 연장하기 때문에 도 4에서는 볼 수 없다. 웨이스트 컨테이너(50)는 분사 어셈블리(5)에 분리 가능하게 연결되어 있고 노즐 배출구(27)로부터 발생한 잔류 땜납 페이스트의 부스러기들을 수집하는데, 이에 대해서는 하기에서 상세히 설명한다. 웨이스트 컨테이너(50)는 분사 어셈블리(5) 상의 인터페이스에서 상기 웨이스트 컨테이너(50) 상에 배열된 대응하는 인터페이스를 통해 분사 어셈블리(5)에 연결된다. 웨이스트 컨테이너(50)는 인터페이스를 제공하고 분사 어셈블리(5)와 진공 배출기(6) 사이를 연통시킨다. 이로써, 진공 배출기(6)에 의해 발생된 네거티브 압력 또는 진공은 분사 어셈블리(5), 연통하는 기체 흐름 콘딧(43) 및 기체 흐름 챔버(44)로 이동된다.

웨이스트 콘테이너(50)는 상기 연결된 인터페이스로부터 연장하는 공기 콘딧(53)을 포함한다. 공기 콘딧(53)은 분리된 벽(54) 위에 수집 스페이스(55)와 연통하고, 수집 스페이스는 노즐 배출구(27)로부터 제거된 납땜 페이스트 잔류물을 수집하도록 배열되어 있다.

수집 챔버(55)의 상부에서, 좁은 공기 콘딧(52)은 수집 챔버(55)로부터 필터(56)로 기체 흐름을 유도한다. 필터(56)는 통상적인 타입이며 수집 챔버(55) 내에 수집되지 않은 땜납 페이스트의 부스러기들이 진공 배출기(6)에 도달하지 않게 하기 위해 제공된다. 또한, 필터(56)는 배출구 콘딧(57)과 연통한다.

웨이스트 컨테이너(50)는 웨이스트 컨테이너(50)를 진공화시키기 위해 종래 타입인 진공 배출기(6)에 분리가능하게 연결된다. 진공 배출기(6)는 공기 배출구(57), 커넥터(58) 및 공기 튜브(59)를 통해 웨이스트 컨테이너(50)에 연결된다. 비록 진공 배출기가 분사 어셈블리(5) 및/또는 웨이스트 컨테이너(50)로부터 분리되는 것으로 도시되었지만, 진공 배출기(6), 분사 어셈블리(5), 및 웨이스트 컨테이너(50)를 다른 위치에 배열시키거나 조합하는 많은 방법들이 본 발명의 범위 내에서 이루어질 수 있다.

동작시, 진공 배출기(6)는 웨이스트 컨테이너(50)를 진공화시킨다. 이러한 진공화는 도 5에서 화살표로 지시된 것처럼 웨이스트 컨테이너를 통해 기체 흐름을 발생시킨다. 그 결과, 분사 어셈블리(5)의 기체 흐름 콘딧(43)과 기체 흐름 챔버(44)도 인터페이스를 통해 진공화된다. 따라서, 공기는 배출구 홀(13)을 통해 흡입되며, 이는 분사된 액적들의 흐름에 반대인 방향으로 강한 기체 흐름을 발생시킨다. 이러한 기체 흐름은 노즐 배출구(27)를 통과하고 상기 설명한 이유로, 노즐 배출구에 부착될 수 있는 바람직하지 않은 땜납 페이스트 잔류물을 제거한다.

본 발명의 실시예에 따라서, 기체 흐름은 각각의 액적을 분사하기 전에, 분사 중에, 그리고 분사 후에 제공된다. 그러나, 만약 더 적절하다면, 기체 흐름은 간헐적으로 제공될 수 있다. 기체 흐름 경로는 기체 흐름의 힘으로 인해, 분사 배출구의 부근으로부터 제거된 땜납 페이스트 부스러기가 수집 챔버를 따라 수집 챔버 안으로 이동되어 부스러기들이 또는 부스러기들의 적어도 대부분이 중력에 의해 침전되도록 구성된다. 기체 흐름을 따라 계속해서 좁은 콘딧(52)을 따라 이동하는 땜납 페이스트 잔류물은 필터(56)에 의해 수집된다.

선택적으로 지지 플레이트(14)는 하나 이상의 추가 홀(들)을 포함할 수 있다. 당연히, 다른 홀(들)은 강력한 기체 흐름이 노즐 배출구(27)에 또는 노즐 배출구를 통과하도록 설계되고 위치되어야 한다.

각각의 액적마다 땜납 페이스트의 양을 양호하게 제어하고 개별적으로 조절하기 위해, 각각의 분사 이전에 노즐 스페이스(28)의 충진 정도가 설정된다. 상이한 충진 정도는 도 6a-6c에 도시되는데, 노즐 스페이스(62)를 최대로 한정하기 위해 절두-원뿔부(61)를 여전히 포함하는 노즐(60)의 또 다른 실시예를 유사하게 도시한다. 그러나, 제 2 절두-원뿔부(93)보다는, 원주부(63)가 제공된다. 원주부(63)의 상단부는 원뿔(61)의 절두부의 상단부와 중심이 일치하고, 원주부(63)의 하단부는 노즐(60)의 하닥면(65)에 위치한다. 또 다른 실시예에서, 노즐 배출구(64)는 원주부(63)의 하단부에 의해 한정된다.

또한 도 6a-6c로부터, 노즐 스페이스(62)가 상부로부터 노즐 배출구(64)로 향하여 충진되는 것을 알 수 있다. 따라서, 만약 노즐 스페이스(62)가 도 6a에 도시된 것처럼 작은 정도로 충진된다면, 비교적 작은 액적들이 분사되지만, 노즐 스페이스가 도 6c에 도시된 것처럼 완전히 충진된다면 가장 큰 액적들이 분사될 수 있다.

도 7a와 7b에 도시된 것처럼, 정지 후 제 1 액적을 분사하기 전에 또는 분사 기계를 시동할 때, 도면에서 (72)로 표시된 노즐 스페이스의 충진 정도가 올바른지를 확인한다. 이는 도 7a에 도시된 것처럼 먼저 공급 스크류(32)를 이용하여 노즐 스페이스(72)가 완전히 충진되는 정도까지 땜납 페이스트를 노즐 스페이스(72)에 공급함으로써 달성된다. 이 과정에서, 작은 양의 땜납 페이스트조차도 노즐 배출구(74) 외부로 힘을 받을 수 있다. 상기 설명한 것처럼 기체 흐름에 의해 달성되는 흡입 기능으로 인해, 초과 땜납 페이스트는 노즐(70) 아래에 위치한 회로 보드 위로 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 기체 흐름은 도 7a의 수평 화살표에 의해 개략적으로 표시되었다. 설명을 용이하게 하기 위해, 노즐 배출구의 플레이트 하류는 도 7a-7b 뿐만 아니라 도 6a-6c에서 생략되었다. 이 과정 중에, 플런저(21b)는 아이들 위치에 홀딩된다.

두번째로, 분사 챔버의 부피는 액추에이터부(21a)를 제어하여 플런저(21b)를 수축시킴으로써 증가한다. 플런저(21b)가 수축되고, 이로써 플런저의 단부면은 노즐 스페이스(28/72)는 정확히 미리 설정된 정도까지 비워지도록 미리 설정된 거리로 이동한다. 도 7b에 도시된 예에서, 노즐 스페이스(72)는 땜납 페이스트를 거의 완전하게 비운다. 이제 노즐 스페이스(28/72)가 적절한 정도로 충진되면, 분사 장치는 충격을 가하기 위한 준비를 한다. 다음에 액적 분사는 분사 조건이 실제로 바뀔 틈이 없도록 즉시 수행되어야 한다.

다음에 분사 시퀀스는 분사되어야 할 액적 크기에 대한 정보에 따라 노즐 스페이스(28)에 땜납 페이스트를 공급함으로써 시작한다. 공급이 완료되면, 플런저(21b)가 충격을 가하는 움직임을 수행하도록 액추에이터에 에너지가 공급되는데, 이러한 움직임은 노즐 스페이스(28)에 존재하는 땜납 페이스트의 양이 노즐 배출구(27)로부터 나와 회로 보드(2) 위로 분사될 정도까지 분사 챔버(37)의 부피를 빠르게 감소시킨다. 이러한 방법에 따라서, 이미 제 1 액적을 분사하고 너무 오랜 동안 동작하지 않은 후라도 이전의 액적 분사에 대한 노즐의 분사 조건을 유지하면서 정확하고 미리 설정된 양으로 땜납 페이스트를 분사하는 것이 가능하다.

통상적으로, 일련의 액적들이 연속적으로 분사된다. 따라서, 공급 스크류(32)를 회전시키는 스테퍼 모터는 미리 설정된 빈도수 신호에 의해 구동된다. 이에 대한 예는 도 9a에서 펄스 신호의 펄스들이 스테퍼 모터에 제공되는 위에 있는 곡선으로 상세히 도시되어 있다. 각각의 펄스에 있어서, 공지된 양의 땜납 페이스트가 분사 챔버 안으로 공급된다. 아래 곡선은 액추에이터에 제공되는 제어 신호를 나타낸다. 제어 신호가 높을 때 플런저(21b)는 아이들 위치에 있고, 제어 신호가 낮을 때 플런저는 준비 위치에 있다.

도 9a는 펄스 신호가 선택된 시간 주기 동안, 여기서는 제 1 액적이 분사되기 전에 약 20ms 동안 스테퍼 모터에 공급되는 초기 상태를 도시한다. 먼저, 펄스 신호의 발생은 플런저(21b)가 아이들 위치에 있는 동안 시작된다. 그래프의 20 ms 시간에서, 액추에이터 제어 신호의 전압은 노즐 스페이스(28)로부터 땜납 페이스트가 들어가도록(withdraw) 플런저(21b)를 수축시키기 위해 바뀐다. 이제 초기 상태가 종료하고, 분사 시퀀스가 시작된다. 따라서, 도 9b에 명확히 도시된 것처럼 다수의 펄스는 충격 펄스가 액추에이터(21b)에 공급되기 전에 약 2 ms 동안 모터에 공급된다. 충격 펄스는 플런저가 노즐 스페이스(28)를 향해 빠르게 움직이게 하고, 이는 액적을 분사시킨다. 충격 펄스 기간은 매우 짧은데, 이는 플런저(21b)가 다음 액적의 분사를 수행하도록 준비하는 위치로 즉시 복귀하는 것을 의미한다. 설명을 용이하게 하기 위해, 단지 세 개의 분사 펄스만이 본 예에서 도시되었다.

도 9b에 도시된 바와 같이, 플런저는 마지막 액적이 분사되고 플런저가 준비 위치로 복귀하자 마자 아이들 위치로 빠르게 이동한다. 공급 스크류의 회전은 분사 시퀀스 중 마지막 액적의 분사가 수행된 후에 정지하고, 이로써 땜납 페이스트가 더 이상 분사 챔버(37)에 공급되지 않는다. 상기 마지막 액적의 분사 후에 땜납 페이스트가 노즐 스페이스(28)에 공급되지 않기 때문에, 땜납 페이스트는 플런저(21b)가 아이들 위치로 이동할 때 우발적으로 분사되지 않는다. 대안적으로 장치를 아이들 상태에 있게 할 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예에 따라서, 아이들 상태로의 전환은 의도하지 않은 땜납 페이스트의 분사를 확실하게 막기 위하여 느리게 수행된다. 빠름과 느림 간의 차이를 예시하자면, 빠른 이동은 예컨대 10 마이크로초 정도의 기간이지만, 느린 이동은 수 밀리초 정도의 기간일 수 있다.

또 다른 실시예에 따라서, 플런저(21b)는 마지막 액적의 분사가 수행된 후 아이들 위치로 다시 위치하기 전에 준비 위치로 복귀하지 않는다. 대신에, 플런저(21b)는 상기 마지막 액적의 분사 후에 아이들 위치로 즉시 이동한다.

플런저(21b)가 아이들 위치로부터 수축하기 전에, 즉 분사 시퀀스 중 제 1 액적을 분사하기 전에 공급 스크류가 회전하는 시간은 노즐 배출구(27)를 통해 힘이 가해지는 땜납 페이스트의 양을 최소화하기 위해 과도하지 않아야 한다. 이상적으로, 잔류물은 전혀 존재하지 않는다. 한편, 상기 시간은 바뀔 수 있으며 선택된 공급 속도, 즉 스테퍼 모터에 제공된 구동 신호의 펄스 빈도수와 공급 압력의 함수에 따라 결정된다. 공급 압력은 배출구 포트(36)에서의 압력을 의미한다. 또한 공급 압력은 공급 속도와 관련이 있다. 공급 속도/압력을 결정하는 것은 아이들 상태의 기간 후에 수행되는 분사 시퀀스 중 목표된 분사 빈도수와 액적의 크기다. 분사 빈도수가 마찬가지로 조절될 수 있다.

도 10a와 10b에 도시된 것과 같은 본 발명의 또 다른 예에서, 분사 시퀀스 중 제 1 액적의 분사 이전의 공급 속도는 분사 시퀀스 동안의 공급 속도와 다르다. 도시된 예에서, 공급 스크류를 회전시키는 스테퍼 모터에 제공된 구동 신호의 펄스 빈도수는 보장된 분사 시퀀스 동안 보다는 제 1 액적의 분사 이전에 더 높다. 따라서, 목표된 미리 설정된 공급 압력을 얻는데 필요한 시간이 감소된다.

비록 본 발명이 예시적인 실시예를 이용하여 설명되었지만, 당업자가 이해할 수 있는 본 실시예들의 치환 변형 및 조합이 첨부된 청구항들에 의해 한정되는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.

Claims (37)

1. 기판 위에 점성 매체의 액적(droplet)들을 분사시키는 방법으로서,

   노즐 스페이스와 노즐 배출구를 포함하는 분사 노즐을 제공하는 단계;

   상기 점성 매체를 상기 노즐 스페이스에 공급하는 단계; 및

   상기 노즐 스페이스로부터 상기 노즐 배출구를 통해 상기 기판을 향해 액적들의 형태로 상기 점성 매체가 분사되도록, 상기 점성 매체에 충격을 가하는 단계

   를 포함하며,

   상기 공급하는 단계는, 각각의 개별 액적을 분사하기 이전에,

   제어된 양의 상기 점성 매체를 상기 노즐 스페이스에 공급하는 단계,

   각각의 개별 액적의 목표된 특정 부피에 따라 상기 점성 매체의 제어된 양들을 변화시키는 단계; 및

   상기 노즐 배출구로부터 잔류 점성 매체를 제거하는 단계

   를 포함하는,

   점성 매체의 액적들을 분사시키는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   각각의 개별 액적을 분사하기 이전에, 상기 공급하는 단계는,

   상기 노즐 스페이스가 상기 개별 액적의 목표된 액적 부피에 대응하는 미리 결정된 정도(degree)로 충진되도록, 상기 노즐 스페이스에 점성 매체를 공급하는 단계를 포함하는,

   점성 매체의 액적들을 분사시키는 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 공급하는 단계는,

   상기 노즐 스페이스가 분사 시퀀스 내에서 연속적인 액적들의 분사 사이의 시간 기간 동안 상기 미리 결정된 정도로 충진되도록, 상기 분사 시퀀스 내에서 상기 노즐 스페이스로 공급되는 점성 매체의 속도를 조절하는 단계를 포함하는,

   점성 매체의 액적들을 분사시키는 방법.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 노즐 스페이스는 상기 노즐 배출구를 마주하는 단부로부터 상기 노즐 배출구의 단부를 향해 충진되어, 상기 노즐 스페이스가 목표된 액적 부피에 해당하는 양의 점성 매체로 부분적으로 충진될 때, 상기 노즐 배출구를 마주하게 배치된 상기 노즐 스페이스의 일부가 점성 매체로 충진되는,

   점성 매체의 액적들을 분사시키는 방법.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   분사 동작을 중지시키는 단계;

   상기 중지 동안 그리고 상기 중지 이후 분사될 제 1 액적의 분사 이전에, 상기 노즐 스페이스를 상기 점성 매체로 충진하는 단계; 및

   상기 제 1 액적의 분사 이전의 제어된 양의 상기 점성 매체의 공급 이전에, 상기 노즐 스페이스의 점성 매체의 양을 미리 설정된(preset) 정도로 감소시키는 단계

   를 포함하는,

   점성 매체의 액적들을 분사시키는 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   점성 매체를 보유하기 위한 챔버를 제공하는 단계 ― 상기 챔버는 공급 방향에서 보았을 때, 상기 노즐 스페이스의 상류에 위치됨 ―; 및

   상기 노즐 스페이스 내에 위치한 미리 설정된 양의 점성 매체가 상기 챔버 안으로 들어가도록, 상기 챔버의 부피를 증가시킴으로써 상기 노즐 스페이스 내의 점성 매체의 감소를 제공하는 단계

   를 포함하는,

   점성 매체의 액적들을 분사시키는 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 챔버의 벽을 구성하는 충격 단부면을 제공하는 단계 ― 상기 벽은 상기 노즐 스페이스에 마주하게 위치됨 ―;

   중지 시, 상기 충격 단부면을 아이들(idle) 위치로 이동하는 단계; 및

   상기 충격 단부면을 상기 노즐 스페이스로부터 멀어지는 방향으로 상기 아이들 위치로부터 충격을 준비하는 위치로 이동시킴으로써, 상기 챔버의 부피 증가를 제공하는 단계

   를 더 포함하는,

   점성 매체의 액적들을 분사시키는 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 충격 단부면을 상기 아이들 위치로 이동시키는 단계는 의도된 상기 점성 매체의 분사만이 이루어지도록 서서히 수행되는,

   점성 매체의 액적들을 분사시키는 방법.
9. 제 5 항에 있어서,

   상기 중지 동안 충진하는 단계는,

   상기 제 1 액적의 분사 이전에 상기 점성 매체를 공급하기 위한 공급기를 미리 설정된 시간 기간 동안 작동시킴으로써 상기 노즐 스페이스를 충진하는 단계를 포함하는,

   점성 매체의 액적들을 분사시키는 방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 중지 동안 충진하는 단계는,

    상기 제 1 액적의 분사 이전에 제어된 양의 상기 점성 매체를 공급하기 전에, 상기 공급기의 배출구 단부에서 미리 설정된 공급 압력이 얻어지도록 상기 공급 동작을 제어하고 상기 미리 설정된 시간 기간을 선택하는 단계를 포함하는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키는 방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 제어하고 선택하는 단계는,

    상기 중지 동안 상기 노즐 스페이스가 점성 매체로 충진되어 초과 점성 매체가 상기 노즐 배출구의 외부로 흐르는 것이 최소로 유지되도록, 상기 공급 동작을 제어하고 상기 미리 설정된 시간 기간을 선택하는 단계를 포함하는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키는 방법.
12. 제 10 항에 있어서,

    상기 공급 동작을 제어하는 단계는,

    상기 제 1 액적의 분사 이전에 제어된 양의 상기 점성 매체의 공급 전에, 상기 공급기의 배출구 단부에서 미리 설정된 공급 압력이 얻어지도록, 상기 제 1 액적의 분사 이전에 상기 중지 동안 공급 속도를 제어하는 단계를 포함하는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키는 방법.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 공급 속도는 후속 분사 시퀀스 동안 보다 상기 제 1 액적의 분사 이전에 더 높은,

    점성 매체의 액적들을 분사시키는 방법.
14. 제 10 항에 있어서,

    상기 중지 동안의 충진하는 단계는,

    상기 중지에 후속하는 분사 시퀀스의 목표된 분사 빈도수 및 목표된 액적 부피에 기초하여 상기 미리 설정된 공급 압력을 선택하는 단계를 포함하는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키는 방법.
15. 삭제
16. 제 1 항에 있어서,

    상기 제거하는 단계는,

    상기 점성 매체의 분사를 중지하는 동안 상기 점성 매체로 상기 노즐 스페이스의 충진의 결과로서 상기 노즐 배출구 외부로 흐르는 초과 점성 매체를 제거하는 단계를 더 포함하는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키는 방법.
17. 제 1 항에 있어서,

    상기 제거하는 단계는,

    기체 흐름이 상기 점성 매체 잔류물 및 초과 점성 매체를 상기 노즐 배출구로부터 멀리 이동시키도록 상기 노즐 배출구를 지나가는 기체 흐름을 제공하는 단계를 포함하는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키는 방법.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 제거하는 단계는,

    상기 기체 흐름을 발생시키기 위한 흡입 제너레이터(suction generator)를 제공하는 단계를 포함하는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키는 방법.
19. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

    점성 매체를 공급하기 위한 공급기의 공급 동작을 조절함으로써 상기 제어된 양의 변화를 제공하는 단계를 포함하는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키는 방법.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 공급 동작의 조절은, 제어된 양의 점성 매체를 상기 노즐 스페이스로 공급하기 위한 시간이 목표된 액적 부피와 무관하게 일정하도록, 상기 공급기의 공급 속도를 조절하는 단계를 포함하는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키는 방법.
21. 제 19 항에 있어서,

    상기 공급 동작의 조절은, 각각의 개별 액적의 분사 이전에 상기 공급의 기간을 조절하는 단계를 포함하는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키는 방법.
22. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 점성 매체를 공급하기 위해 공급 스크류(screw)를 사용하는 단계를 포함하는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키는 방법.
23. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 충격을 가하는 단계는,

    각각의 분사된 액적의 목표된 배출 속도가 얻어지도록 충격 특성들을 조절하는 단계를 포함하는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키는 방법.
24. 제 23 항에 있어서,

    상기 충격 특성들을 조절하는 단계는,

    분사될 액적의 부피와 무관하게, 미리 설정된 배출 속도가 유지되도록 상기 충격 특성들을 조절하는 단계를 포함하는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키는 방법.
25. 제 24 항에 있어서,

    상기 충격 특성들을 조절하는 단계는,

    상기 미리 설정된 배출 속도가 유지되도록, 작은 부피의 액적을 분사할 때는 충격 속도를 증가시키고 큰 부피의 액적을 분사할 때는 충격 속도를 감소시키는 단계를 포함하는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키는 방법.
26. 기판 위에 점성 매체의 액적들을 분사시키기 위한 시스템으로서,

    점성 매체의 액적들이 분사되는 분사 노즐 ― 상기 분사 노즐은 상기 기판을 면하는 노즐 배출구를 포함하고, 상기 분사 노즐의 내부는 분사될 점성 매체를 수용하도록 배열된 노즐 스페이스를 형성함 ― ;

    상기 점성 매체를 상기 분사 노즐로 공급하기 위한 공급기; 및

    상기 점성 매체에 충격을 가하여, 상기 노즐 스페이스로부터 상기 노즐 배출구를 통해 액적들의 형태로 상기 점성 매체를 상기 기판을 향해 분사시키기 위한 충격 장치

    를 포함하며,

    상기 액적들을 분사시키기 위한 분사 시스템은 후속하는 액적들의 분사를 위해 상기 노즐 스페이스로 공급된 상기 점성 매체의 양이 각각의 개별 액적의 목표된 특정 부피에 따라 변경되도록, 상기 공급기를 제어하도록 배열된 제어 유닛을 더 포함하는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키기 위한 시스템.
27. 제 26 항에 있어서,

    상기 공급기의 공급 속도는 조절가능하고, 상기 제어 유닛은 상기 점성 매체의 양이 분사 시퀀스 내에 연속하는 액적들의 분사 사이의 시간 기간 동안 상기 노즐 스페이스 안으로 공급되도록 상기 분사 시퀀스 내의 상기 공급 속도를 제어하도록 배열되는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키기 위한 시스템.
28. 제 27 항에 있어서,

    상기 제어 유닛은, 상기 제어된 양의 점성 매체를 상기 노즐 스페이스로 공급하기 위한 시간이 상기 목표된 액적 부피와 무관하게 일정하도록, 상기 공급 속도를 제어하도록 배열되는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키기 위한 시스템.
29. 제 26 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 공급기로서 공급 스크류를 포함하는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키기 위한 시스템.
30. 제 26 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 충격 장치의 충격 특성들은 조절가능하며, 상기 제어 유닛은 각각의 분사된 액적의 목표된 배출 속도가 획득되도록 상기 충격 특성들을 제어하도록 배열되는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키기 위한 시스템.
31. 제 26 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 점성 매체를 수용하기 위한 분사 챔버를 더 포함하며, 상기 분사 챔버는 개방되어 상기 노즐 스페이스와 연통되는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키기 위한 시스템.
32. 제 31 항에 있어서,

    상기 분사 챔버의 부피는 증가가능하여, 상기 챔버의 부피가 증가함에 따라, 상기 노즐 스페이스에 위치되는 점성 매체의 양은 상기 분사 챔버로 인출되는(withdrawn),

    점성 매체의 액적들을 분사시키기 위한 시스템.
33. 제 32 항에 있어서,

    상기 노즐 스페이스와 마주하는 상기 분사 챔버의 하나의 벽은 상기 충격 장치의 충격 단부면으로 구성되고, 상기 충격 장치는 상기 분사 챔버로의 상기 점성 매체 인출이 달성되도록 상기 노즐 배출구로부터 상기 충격 단부면을 수축시키도록 배열되는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키기 위한 시스템.
34. 제 33 항에 있어서,

    상기 노즐 스페이스로부터 상기 노즐 배출구를 통해 상기 기판을 향하여 상기 점성 매체가 분사되도록, 상기 충격 장치는 상기 충격 단부면을 갖는 상기 분사 챔버 내의 점성 매체에 충격을 가하도록 배열되는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키기 위한 시스템.
35. 제 26 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 충격 장치는 압전 액추에이터를 포함하는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키기 위한 시스템.
36. 제 26 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 충격 장치는 전왜(electrostrictive), 자왜(magnetrostrictive), 전자석 또는 형상 기억 합금 특성을 갖는 액추에이터를 포함하는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키기 위한 시스템.
37. 제 26 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,

    기체 흐름을 발생시키기 위한 흡입 제너레이터 및 상기 기체 흐름이 상기 노즐 배출구를 지나가도록 지향시키기 위한 지향 부재들을 더 포함하는,

    점성 매체의 액적들을 분사시키기 위한 시스템.

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