KR102020615B1 - 무연솔더 입자 분급장치 및 그 방법 - Google Patents

무연솔더 입자 분급장치 및 그 방법 Download PDF

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조경진
장석필
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 상호 이격되어 배치된 양극 및 음극 사이에 구비된 유로; 상기 양극 및 음극과 전기적으로 연결된 전원부; 및 무연솔더 입자가 상기 유로 내에서 일 방향으로 이동되도록, 유체의 흐름을 발생시키는 공급부;를 포함하고, 상기 양극 및 음극 사이에 소정 전기장이 가해지는 것을 특징으로 하는, 무연솔더 입자 분급장치를 제공한다.

Description

무연솔더 입자 분급장치 및 그 방법{APPRATUS FOR CLASSIFYING PB-FREE SOLDER PARTICLES AND METHOD THEREOF}
본 발명은 무연솔더 입자 분급장치 및 그 방법에 관한 것이다.
기존의 무연솔더 입자 분급 기술은 물리적 필터를 다단으로 구성하고, 입자를 통과시켜 분리하는 방식을 사용한다. 다만 이 물리적 필터의 크기가 제한적이어서, 분급 가능한 입자의 크기가 수십 마이크로 단위로 매우 크다. 또한, 입자의 퇴적량에 따라 물리적 필터의 주기적인 교체가 요구된다.
또 다른 무연솔더 입자 분급 방법으로, 입자의 크기에 따라 관성력이 다른 것을 이용한 분급 방식이 있다. 유체가 좁은 직경의 노즐을 통과할 시 관성력이 커지므로, 이 위치에 충돌 핀을 위치시켜 공기의 흐름이 직각으로 꺾이게 하여 작은 입자의 유동을 변화시켜 분급할 수 있고, 상대적으로 큰 입자의 경우 관성에 의해 수직으로 이동할 수 있다. 다만, 장시간 사용 시 충돌판에 입자가 퇴적하게 되고, 퇴적이 지속될 경우 유로가 막히는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 균일한 크기의 무연솔더 입자를 선택적, 연속적으로 분급할 수 있는 기술 확보가 시급한 실정이다.
관련 선행기술로, 한국 등록특허공보 제10-1170996호에 개시된 "나노 입자용 분급 장치"가 있다.
한국 등록특허공보 제10-1170996호
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 무연솔더 입자의 유동 및 전기장을 제어하여, 연속적으로 무연솔더 입자를 마이크로 및 나노 단위 크기로 분급 가능한 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 양태는 상호 이격되어 배치된 양극 및 음극 사이에 구비된 유로; 상기 양극 및 음극과 전기적으로 연결된 전원부; 및 무연솔더 입자가 상기 유로 내에서 일 방향으로 이동되도록, 유체의 흐름을 발생시키는 공급부;를 포함하고, 상기 양극 및 음극 사이에 소정 전기장이 가해지는 것을 특징으로 하는, 무연솔더 입자 분급장치를 제공한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 또 다른 일 양태는 상호 이격되어 배치된 양극 및 음극 사이에 구비된 유로 내에, 무연솔더 입자를 포함하는 유체의 흐름을 발생시키고, 전기장을 인가하는 단계를 포함하는, 무연솔더 입자 분급방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 무연솔더 입자를 포함하는 유체의 유량, 무연솔더 입자에 가해지는 전기장 제어를 통해, 보다 정밀하게 연속적으로 마이크로, 나노 크기 단위의 입자를 분급할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무연솔더 입자 분급장치의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 무연솔더 입자 분급장치의 다른 일례를 나타낸 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
나아가, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
현재 직류 아크 방법을 이용하여 생산된 무연솔더 입자들은 다양한 크기 분포를 가지며, 무연솔더 입자들을 수요에 맞도록 분급하기 위해, 본 발명자들은 직류 전기장을 가하여 크기별로 입자를 분급하고자 하였다.
기본유체가 흐르고 있는 유로에서, 전하를 띄고 있는 무연솔더 입자에 전기장을 가하면, 입자에는 다음과 같은 힘이 작용할 수 있다.
1) 정전기력(Electric Force): 전기장 내에서 전하를 가진 입자에 작용하는 힘.
2) 항력(Drag Force): 전기장에 의한 속데에 반하는, 입자에 가해지는 항력. 전기장 내에서 무연솔더 입자의 크기가 매우 작고, 전기장에 의한 속도가 느릴 경우 레이놀즈 수(Re) < 1 이므로, 항력은 스토크의 힘으로 표현할 수 있다.
3) 중력(Gravity): 중력장 내에서 기본유체 내 부유된 입자에 작용하는 힘.
4) 부력(Buoyancy Force): 중력장 내에서 유체의 중력에 반하는 힘.
5) 관성력(Inertia Force): 처음의 상태를 유지하려는 힘.
상기의 힘들은 모두 입자의 크기인 지름에 따라 결정될 수 있어, 입자 크기에 따라 다르게 작용하는 총 힘의 거동을 분석하고, 전기장을 조절하여 입자를 분급하고자 하였다.
본 발명의 일 양태는,
상호 이격되어 배치된 양극(102) 및 음극(103) 사이에 구비된 유로(10); 및 상기 양극 및 음극과 전기적으로 연결된 전원부(104);를 포함하고,
무연솔더 입자가 상기 유로 내에서 일 방향으로 이동되도록, 유체의 흐름을 발생시키는 공급부(105);를 포함하며,
상기 양극 및 음극 사이에 소정 전기장이 가해지는 것을 특징으로 하는, 무연솔더 입자 분급장치를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 무연솔더 입자 분급장치에 있어서, 상기 양극(102) 및 음극(103) 사이에 전기장이 형성될 수 있는 공간이 마련되고, 이 공간에 유체가 이동 가능한 유로(101)가 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 평행한 상기 양극(102) 및 음극(103) 내부에 일 방향으로 유체가 이동 가능한 유로(101)가 형성될 수 있고, 상기 유로는 일측에 유입구(106) 및 타측에 배출구 상단(101a) 및 배출구 하단(101b)을 포함하는 통 형태의 유로일 수 있다.
상기 유로(101) 내부 유체의 진행방향과 상기 양극(102) 및 음극(103)에서 발생하는 전기장의 방향은 서로 수직인 것이 바람직하다. 이 때, 유로(101) 내부의 전기장을 통과하는 유체 내부의 무연솔더 입자들 중, 상대적으로 작은 입자는 전기장 반대 방향으로 부유되면서 분리될 수 있고, 상대적으로 큰 입자는 전기장 방향으로 하강하면서 분리될 수 있다. 상기 부유된 입자는 유로(101)의 배출구 상단(101a)을 거쳐 제2저장부(108)에 수용될 수 있고, 상기 하강한 입자는 유로의 배출구 하단(101b)을 거쳐 제1저장부(107)에 수용될 수 있다.
상기 유로(101)의 형태는 내부에 전기장이 가해질 수 있고 유체의 일 방향 유동이 원활한 형태라면 제한하지 않는다.
상기 유로(101)는 단면이 사각인 통 형상일 수 있고, 이때 상, 하단은 양극(102) 및 음극(103)으로 이루어질 수 있고, 양 측면과 후면, 전면은 절연체로 구성되어, 상기 양극 및 음극을 지지할 수 있다.
상기 유로(101)의 일 측면은 유입구(106)를 포함하고, 상기 공급부(105)와 연통되어 상기 공급부 내의 무연솔더 입자를 포함하는 유체들이 상기 유입구를 거쳐 유로를 향해 소정 유량으로 유입될 수 있도록 한다.
상기 공급부(105) 내부의 유체는 일 측면에 별도로 연결된 가압수단(109)에 의해 가압된 상태일 수 있다.
상기 유체는 펜탄올, 헥산올, 에탄올 및 메탄올으로 이루어진 군 중 선택된 1종을 사용할 수 있고, 바람직하게는 메탄올을 사용할 수 있다.
상기 공급부(105)로부터 공급되는 유체에 포함된 무연솔더 입자 크기가 10 nm 내지 20 μm일 시, 상기 유로에 900 내지 1100 V/m의 전기장이 가해질 수 있고, 상기 무연솔더가 SAC305(주석 96.5 wt%; 은 3 wt%; 및 구리 0.5 wt%, 이하 SAC305라 함)일 경우, 2613 내지 2813 mL/min의 유량이 가해질 수 있으며, 상기 무연솔더가 Sn58Bi일 경우, 3003 내지 3203 mL/min의 유량이 가해질 수 있다. 이때, 상기 제1저장부에는 11 내지 20 μm의 무연솔더 입자가, 상기 제2저장부에는 10 nm 내지 10 μm의 무연솔더 입자가 분급되도록 할 수 있다.
또한, 상기 공급부(105)로부터 공급되는 유체에 포함된 무연솔더 입자 크기가 10 nm 내지 10 μm 일 시, 상기 유로에 900 내지 1100 V/m 의 전기장이 가해질 수 있고, 상기 무연솔더 입자가 SAC305일 경우, 511 내지 611 mL/min의 유량이 가해지도록 할 수 있으며, 상기 무연솔더 입자가 Sn58Bi일 경우, 596 내지 696 mL/min의 유량이 가해지도록 할 수 있다. 이때, 상기 제1저장부에는 5 내지 10 μm의 무연솔더 입자가, 상기 제2저장부에는 10 nm 내지 4 μm의 무연솔더 입자가 분급되도록 할 수 있다.
또한, 상기 공급부(105)로부터 공급되는 유체에 포함된 무연솔더 입자 크기가 10 nm 내지 4 μm 일 시, 상기 유로에 400 내지 600 V/m의 전기장이 가해질 수 있고, 상기 무연솔더 입자가 SAC305일 경우, 413 내지 513 mL/min의 유량이 가해질 수 있으며, 상기 무연솔더 입자가 Sn58Bi일 경우 425 내지 525 mL/min의 유량이 가해지도록 할 수 있다. 이때, 상기 제1저장부에는 1.4 내지 4 μm의 무연솔더 입자가, 상기 제2저장부에는 10 nm 내지 1.3 μm의 무연솔더 입자가 분급되도록 할 수 있다.
또한, 상기 공급부(105)로부터 공급되는 유체에 포함된 무연솔더 입자 크기가 10 nm 내지 1.3 μm 일 시, 상기 유로에 400 내지 600V/m의 전기장이 가해질 수 있고, 상기 무연솔더 입자가 SAC305일 경우 242 내지 342 mL/min의 유량이 가해질 수 있으며, Sn58Bi일 경우 230 내지 330 mL/min의 유량이 가해지도록 할 수 있다. 이때, 상기 제1저장부에는 900 nm 내지 1.3 μm의 무연솔더 입자가, 상기 제2저장부에는 10 내지 800 nm의 무연솔더 입자가 분급되도록 할 수 있다.
또한, 상기 공급부(105)로부터 공급되는 유체에 포함된 무연솔더 입자 크기가 10 내지 800 nm 일 시, 상기 유로에 40 내지 60 V/m의 전기장이 가해질 수 있고, 상기 무연솔더 입자가 SAC305일 경우 137 내지 177 mL/min의 유량이 가해질 수 있으며, 상기 무연솔더 입자가 Sn58Bi일 경우 120 내지 160 mL/min의 유량이 가해지도록 할 수 있다. 이때, 상기 제1저장부에는 140 내지 800 nm의 무연솔더 입자가, 상기 제2저장부에는 10 내지 130 nm의 무연솔더 입자가 분급되도록 할 수 있다.
또한, 상기 공급부(105)로부터 공급되는 유체에 포함된 무연솔더 입자 크기가 10 내지 130 nm 일 시, 무연솔더 입자가 SAC305일 경우 상기 유로에 30 내지 50 V/m 의 전기장, 83 내지 123 mL/min의 유량이 가해질 수 있고, 상기 무연솔더 입자가 Sn58Bi일 경우 40 내지 60 V/m 의 전기장, 66 내지 106 mL/min의 전기장이 가해질 수 있다. 이때, 상기 제1저장부에는 50 내지 130 nm의 무연솔더 입자가, 상기 제2저장부에는 10 내지 40 nm의 무연솔더 입자가 분급되도록 할 수 있다.
상기 양극(102) 및 음극(103)이 판 형상이고 서로 평행할 시, 간격은 1cm 내지 3cm인 것이 바람직하다. 상기의 간격 범위에서 효과적으로 무연솔더 입자의 분급이 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 무연솔더 입자 분급장치는 상기와 같이 전기장 및 유체의 유량을 적절 범위로 조절함으로써, 목적으로 하는 입자 크기의 무연솔더를 효율적으로 선별 가능한 이점이 있다.
또한, 상기 선별장치를 복수 개 구비하여, 첫 선별장치에서 분급된 입자를 그 다음 선별장치에서 연속적으로 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 일 양태는,
상호 이격되어 배치된 양극 및 음극 사이에 구비된 유로 내에, 무연솔더 입자를 포함하는 유체의 흐름을 발생시키고, 전기장을 인가하는 단계를 포함하는, 무연솔더 입자 분급방법을 제공한다.
상기 양극 및 음극 사이에 구비된 유로는 상기 무연솔더 입자 분급장치에서 기술한 바와 동일할 수 있다.
상기 무연솔더 입자 크기, 전기장, 유량 및 분급되는 입자 크기는 상기 장치에서 기술한 바와 같을 수 있다.
상기 무연솔더 입자의 크기가 1 내지 20 μm 일 시, 상기 전기장은 500 내지 1000 V/m일 수 있고, 상기 유체의 유량은 280 내지 3103 mL/min일 수 있으며, 1 내지 1.3 μm 의 무연솔더 입자 및 5 내지 10 μm 의 무연솔더 입자가 분급될 수 있다.
또한, 상기 무연솔더 입자의 크기가 10 nm 내지 1 μm 일 시, 상기 전기장은 40 내지 50 V/m일 수 있고, 상기 유체의 유량은 86 내지 157 mL/min일 수 있으며, 10 내지 40 nm의 무연솔더 입자 및 50 nm 내지 130 nm의 무연솔더 입자가 분급될 수 있다.
상기와 같은 무연솔더 입자 분급장치 및 방법은 종래의 입자 분급 기술 대비 분급에 소요되는 시간이 짧고, 연속적으로 입자의 분급이 가능하며, 균일한 크기를 갖는 입자를 얻을 수 있는 이점이 있다.
지금까지 본 발명의 일 양태에 따른 무연솔더 입자 분급장치 및 이의 방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
101: 유로
101a: 배출구 상단
101b: 배출구 하단
102: 양극
103: 음극
104: 전원부
105: 공급부
106: 유입구
107: 제1저장부
108: 제2저장부
109: 가압수단
110: 유체 저장부

Claims (12)

  1. 연속적으로 무연솔더 입자를 마이크로 및 나노 단위의 크기로 분급하는 분급장치로서,
    상호 이격되어 배치된 양극 및 음극 사이에 구비된 유로;
    상기 양극 및 음극과 전기적으로 연결된 전원부; 및
    무연솔더 입자가 상기 유로 내에서 일 방향으로 이동되도록, 유체의 흐름을 발생시키는 공급부;를 포함하고,
    상기 공급부는 상기 유로의 일 측면에 연통되고, 무연솔더 입자를 포함하는 유체를 상기 유로를 향해 소정 유량으로 공급되도록 하는 가압수단을 포함하고,
    상기 유로 상부의 타 측면에 연통되어, 상기 유로를 통과한 하부 입자를 수용하는 제1저장부; 및 상기 유로 하부의 타 측면에 연통되어, 상기 유로를 통과한 상부 입자를 수용하는 제2저장부;를 포함하고,
    상기 무연솔더 입자는 SAC305 또는 Sn58Bi 이고,
    상기 양극 및 음극 사이에 소정 전기장이 가해지며,
    상기 분급장치는 복수 개 구비되어, 일 분급장치에서 분급된 입자를 연속적으로 타 분급장치에 적용하는 것을 특징으로 하는, 무연솔더 입자 분급장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 무연솔더의 입자 크기는 10 nm 내지 20 μm이고,
    상기 유로에 900 내지 1100 V/m의 전기장이 가해지고,
    상기 무연솔더가 SAC305일 시 2613 내지 2813 mL/min의 유량이 가해지고,
    상기 무연솔더가 Sn58Bi일 시 3003 내지 3203 mL/min의 유량이 가해지며,
    상기 제1저장부에 11 내지 20 μm 의 무연솔더 입자 및 상기 제2저장부에 10 nm 내지 10 μm 의 무연솔더 입자가 분급되는 것을 특징으로 하는, 무연솔더 입자 분급장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 무연솔더의 입자 크기는 10 nm 내지 10 μm이고,
    상기 유로에 900 내지 1100 V/m의 전기장이 가해지고,
    상기 무연솔더가 SAC305일 시 511 내지 611 mL/min의 유량이 가해지고,
    상기 무연솔더가 Sn58Bi일 시 596 내지 696 mL/min의 유량이 가해지며,
    상기 제1저장부에 5 내지 10 μm 의 무연솔더 입자 및 상기 제2저장부에 10 nm 내지 4 μm 의 무연솔더 입자가 분급되는 것을 특징으로 하는, 무연솔더 입자 분급장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 무연솔더의 입자 크기는 10 nm 내지 4 μm이고,
    상기 유로에 400 내지 600 V/m의 전기장이 가해지고,
    상기 무연솔더가 SAC305일 시 413 내지 513 mL/min의 유량이 가해지고,
    상기 무연솔더가 Sn58Bi일 시 425 내지 525 mL/min의 유량이 가해지며,
    상기 제1저장부에 1.4 내지 4 μm 의 무연솔더 입자 및 상기 제2저장부에 10 nm 내지 1.3 μm 의 무연솔더 입자가 분급되는 것을 특징으로 하는, 무연솔더 입자 분급장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 무연솔더의 입자 크기는 10 nm 내지 1.3 μm이고,
    상기 유로에 400 내지 600 V/m의 전기장이 가해지고,
    상기 무연솔더가 SAC305일 시 242 내지 342 mL/min의 유량이 가해지고,
    상기 무연솔더가 Sn58Bi일 시 230 내지 330 mL/min의 유량이 가해지며,
    상기 제1저장부에 900 nm 내지 1.3 μm 의 무연솔더 입자 및 상기 제2저장부에 10 nm 내지 800 nm 의 무연솔더 입자가 분급되는 것을 특징으로 하는, 무연솔더 입자 분급장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 무연솔더의 입자 크기는 10 내지 800 nm이고,
    상기 유로에 40 내지 60 V/m의 전기장이 가해지고,
    상기 무연솔더가 SAC305일 시 137 내지 177 mL/min의 유량이 가해지고,
    상기 무연솔더가 Sn58Bi일 시 120 내지 160 mL/min의 유량이 가해지며,
    상기 제1저장부에 140 내지 800 nm 의 무연솔더 입자 및 상기 제2저장부에 10 내지 130 nm 의 무연솔더 입자가 분급되는 것을 특징으로 하는, 무연솔더 입자 분급장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 무연솔더의 입자 크기는 10 내지 130 nm이고,
    상기 무연솔더가 SAC305일 시 상기 유로에 30 내지 50 V/m의 전기장, 83 내지 123 mL/min의 유량이 가해지고,
    상기 무연솔더가 Sn58Bi일 시 상기 유로에 40 내지 60 V/m의 전기장, 66 내지 106 mL/min의 유량이 가해지며,
    상기 제1저장부에 50 내지 130 nm 의 무연솔더 입자 및 상기 제2저장부에 10 내지 40 nm 의 무연솔더 입자가 분급되는 것을 특징으로 하는, 무연솔더 입자 분급장치.
  10. 청구항 1의 무연솔더 입자 분급장치를 통해 연속적으로 무연솔더 입자를 마이크로 및 나노 단위의 크기로 분급하는 분급방법으로서,
    상호 이격되어 배치된 양극 및 음극 사이에 구비된 유로 내에, 무연솔더 입자를 포함하는 유체의 흐름을 발생시키고, 전기장을 인가하는 단계를 포함하고,
    첫 분급장치에서 분급된 입자를 연속적으로 타 분급장치에 적용하는 것을 특징으로 하는, 무연솔더 입자 분급방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 무연솔더 입자 크기가 1 내지 20 μm 일 시, 상기 전기장은 500 내지 1000 V/m 이고, 유체의 유량은 280 내지 3103 mL/mim 이며,
    1 내지 1.3 μm의 무연솔더 입자 및 5 내지 10 μm의 무연솔더 입자가 분급되는 것을 특징으로 하는, 무연솔더 입자 분급방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 무연솔더 입자 크기가 10 nm 내지 1 μm 일 시, 상기 전기장은 40 내지 50 V/m 이고, 유체의 유량은 86 내지 157 mL/min 이며,
    10 내지 40 nm 의 무연솔더 입자 및 50 내지 130 nm의 무연솔더 입자가 분급되는 것을 특징으로 하는, 무연솔더 입자 분급방법.
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