KR102223191B1 - 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치 - Google Patents

혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치 Download PDF

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Abstract

코팅용액 내의 혼합분말의 분산의 균일도가 향상되고, 분사 이전 또는 분사 시 발생하는 전도성 혼합분말의 뭉침현상 또는 토출구 막힘 현상을 억제할 수 있는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치가 개시된다. 상기 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치는 3차원 직교좌표의 x축, y축, Z축을 따라 이동 가능한 헤드를 가지는 로봇, 상기 헤드에 장착되고, 기판을 향해 혼합분말이 함유된 코팅용액을 분사하기 위한 노즐과 상기 노즐로 공급되는 코팅용액의 이동로를 개폐하기 위한 제1밸브를 가지는 코팅 건, 상기 코팅 건으로 상기 혼합분말이 함유된 상기 코팅용액을 공급하기 위한 압력용기 및 상기 압력용기와 상기 코팅 건으로 압축공기를 제공하기 위한 에어 컴프레서를 포함하고, 상기 압력용기는, 상기 z축과 함께 상기 x축과 상기 y축을 따라 이동하면서 내부에 수용된 상기 혼합분말이 함유된 상기 코팅용액을 흔들어 줌으로써 내부에 수용된 상기 코팅용액 속의 상기 혼합분말의 분산을 도와줄 수 있도록 상기 z축에 설치된 것을 포함하는 구성을 한다.

Description

혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치{Coating apparatus for coating a substrate with a coating solution containing mixed powder}
본 발명은 코팅장치의 개선에 관한 것으로, 특히 플레이크(flake) 또는 혼합분말(이하, "혼합분말"이라 칭함)이 함유된 코팅용액을 인쇄회로 기판 등의 기판에 코팅하는데 적합하게 사용될 수 있는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치의 개선에 관한 것이다.
IT기기의 경박, 단소화와 자동차 전자장치의 다기능화는 고밀도 실장을 필요로 하고 동작 주파수를 고주파(1~10GHz) 대역으로 증가시킴에 따라 전자기 간섭(EMI: Electro Magnetic Interference), 무선주파수 간섭(RFI: Radio Frequency Interference), 노이즈에 따른 오작동과 신호품질 저하를 야기하여 전자기 간섭, 무선주파수 간섭에 대한 차폐 기술의 중요성이 점점 더 높아지고 있다.
전자기 간섭 등에 대한 차폐 기술로 스퍼터링(Sputtering), 도금, 스프레이 코팅방식이 있다. 스퍼터링은 증착 속도가 늦고, 설비에 비용이 많이 들고, 생산량에 따른 장비 유지보수에 추가적인 많은 비용과 시간이 소요된다. 도금방식은 일반화된 공정을 사용하는 장점이 있으나, 환경오염과 초기 투자비용 등의 단점이 있다.
스프레이 코팅 방식은 기술 난이도가 높고, 건식방식의 나머지 방식들보다 작업이 까다롭고, 균일도가 낮으며, 코팅막을 두껍게 해야 하고, 벤젠, 포름알데히드, 톨루엔, 자일렌, 에틸렌, 스틸렌 등의 휘발성 유기화합물(Volatile Ogranic Compounds)이 발생하고, 마스킹처리가 필요하다는 단점이 있음에도 불구하고, 생산비용이 스퍼터링 대비 1/5수준이고, 생산성이 높고, 장비 유지보수에 소요되는 비용이 적게 들므로 현장에서 많이 사용되고 있다.
이러한 스프레이 코팅 방식을 이용하는 종래의 스프레이 코팅시스템으로는 US 8,545,929 B2(Title: Method for applying a liquid coating material to a substrate, Inventor: Kenneth S. Espenschied 외 3)의 미국특허공보에 개시된 것이 있다. 이 문헌에 기존에 알려진 일반적인 스프레이 코팅과정이 기술되어 있다.
스프레이 코팅장치는 압력용기를 통해 노즐로 코팅용액을 공급하는데, 코팅용액에 함유된 혼합분말의 불균일한 분산과 침전으로 인해 코팅품질이 균일하지 않게 되는 단점이 있다.
코팅용액 내의 혼합분말의 비중은 8~11 정도이며, 그대로 두면 코팅용액 속에서 혼합분말이 침전된다. 혼합분말의 침전을 늦추기 위해서는 코팅용액의 베이스 용액의 점도를 올려야 하는 데, 이는 코팅 막 균일도 향상 등 품질 향상을 위해서는 베이스 용액의 점도를 낮추어야 하는 것과 상반된다. 베이스 용액의 점도를 낮추면 코팅 막의 균일도 향상 등 품질 향상에는 도움이 되지만 혼합분말의 침전을 늦출 수는 없다는 단점이 생긴다. 이런 단점을 개선하기 위해, 종래에는 노즐로 코팅용액을 공급하는 압력용기를 노즐의 토출구보나 낮은 위치에 배치하여 코팅용액을 강제로 순환시키는 방식을 채용하고 있다. 하지만, 이러한 코팅용액 강제 순환방식은 코팅용액의 이동경로가 길어서 여타 부품의 설치에 방해가 될 뿐만 아니라 굴곡된 부분이 많아져 혼합분말의 침전을 막고 혼합분말의 분산의 균일도를 높이는데 한계가 있다.
본 발명자는 코팅 건 내부 밸브의 니들에 플런저(plunger)를 설치하여 분사 전에 코팅용액을 교반할 수 있도록 한 것(WO 2016/060299 A1, 발명의 명칭: 니들밸브의 펄스 개폐동작을 이용한 불균일 혼합코팅액용 에어 스프레이 장치, 발명자: 윤병국 외 2)을 개발하여 혼합분말의 분산의 균일도를 향상시킨 바 있으나, 더 향상된 혼합분말의 균일도가 요구되고 있다.
그 외에 종래의 스프레이 코팅장치는 인쇄회로 기판에 반사되어 나오는 압축공기에 의해 분사되는 코팅용액이 비산되어 장비가 오염되고 코팅용액의 도착효율이 떨어지는 문제점이 있었으나, 본 발명자는 코팅영역의 상부에서 상기 코팅영역 하부로 층류(laminar flow)의 공기흐름을 발생시켜 이 문제점을 개선한 바 있고, 이에 대한 내용은 등록번호 10-0889331호 등록특허공보(발명의 명칭: 웨이퍼용 박막 스프레이 코팅장치, 발명자: 윤병국 외 2)에 개시되어 있다.
위에서 언급된 문헌들에 기재된 내용은 여기에서의 참조에 의해 본 명세서의 일부로 통합된다.
본 발명의 목적은 코팅두께를 줄이고 코팅용액에 함유된 혼합분말의 균일도를 높여 스프레이 코팅의 단점을 개선함으로써 코팅용액 분사방식으로도 얇고 균일한 코팅성분의 전자기 차폐막을 형성할 수 있도록 해주는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 인쇄회로 기판 등의 기판에 코팅하기 위한 코팅장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 코팅용액 속의 혼합분말이 침전되는 것을 최소화하여 코팅용액 변경 시의 이물질 혼입, 코팅용액의 조성변동, 코팅 건 등 관련부품의 내부 청소 등의 혼합분말 침전에 따른 여러 가지 문제가 발생하는 것을 최소화할 수 있는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 인쇄회로 기판 등의 기판에 코팅하기 위한 코팅장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 위와 같은 목적을 달성할 수 있으면서도 코팅용액이 기판에 도포되는 효율이 뛰어나고 코팅용액의 비산으로 인해 장비가 오염되는 것을 줄일 수 있는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 인쇄회로 기판 등의 기판에 코팅하기 위한 코팅장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치는 3차원 직교좌표의 x축, y축, Z축을 따라 이동 가능한 헤드를 가지는 로봇; 상기 헤드에 장착되고, 기판을 향해 혼합분말이 함유된 코팅용액을 분사하기 위한 노즐과 상기 노즐로 공급되는 상기 코팅용액의 이동로를 개폐하기 위한 제1밸브를 가지는 코팅 건; 상기 코팅 건으로 상기 혼합분말이 함유된 상기 코팅용액을 공급하기 위한 압력용기; 및 상기 압력용기와 상기 코팅 건으로 압축공기를 제공하기 위한 에어 컴프레서를 포함하고, 상기 압력용기는, 상기 z축과 함께 상기 x축과 상기 y축을 따라 이동하면서 내부에 수용된 상기 혼합분말이 함유된 상기 코팅용액을 흔들어 줌으로써 내부에 수용된 상기 코팅용액 속의 상기 혼합분말의 분산을 도와줄 수 있도록 상기 헤드에 설치된 것을 포함하는 구성을 한다.
상기 압력용기는 상기 노즐의 토출구보다 높게 설치된 것이 바람직하다.
상기 압력용기에는 모터에 의해 구동되는 교반기가 설치된 것이 좋다.
상기 압력용기 내부에는 상기 헤드가 이동함에 따라 상기 압력용기에 수용된 상기 코팅용액이 과도하게 출렁이는 것을 억제하기 위한 출렁임 억제판이 설치된 것이 바람직하다.
상기 출렁임 억제판은 상기 압력용기의 내부공간을 상부공간과 하부공간으로 분할하되 상기 코팅용액이 상하로 통과할 수 있도록 구멍이 형성된 것이 좋다.
때에 따라, 상기 출렁임 억제판은 상기 압력용기의 내부공간을 상부공간과 하부공간으로 분할하되 상기 코팅용액이 상기 압력용기의 내벽과의 사이를 통과할 수 있도록 상기 압력용기의 상기 내벽과 이격되게 배치된 부분을 포함하는 구성을 할 수 있다.
상기 코팅 건은 상기 노즐로 공급되는 압축공기의 공급과 차단을 위한 제2밸브를 포함하고, 상기 제1밸브의 개폐 제어 및 상기 제2밸브의 개폐 제어를 위한 4채널 펄스신호 제어기를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 코팅용액을 코팅하기 위한 코팅영역의 둘레에 측벽이 설치되고, 상기 코팅영역의 상부에는 공기 필터가 설치된 공기 유입구가 상기 코팅영역을 기준으로 전후 및 좌우 대칭으로 형성되고 상기 코팅영역의 하부에는 코팅용액 필터와 집진필터가 설치된 공기 유출구가 상기 코팅영역을 기준으로 전후 및 좌우 대칭으로 형성되고, 상기 코팅영역의 상부에서 상기 코팅영역의 하부로 층류의 공기흐름을 발생시키기 위한 층류발생기를 포함하고,상기 층류발생기는 상기 공기 유출구하부의 체임버에 모인 공기를 외부로 빼내기 위한 팬과 상기 팬을 회전시키기 위한 모터를 구비하여 구성된 것이 바람직하다.
상기 제1밸브의 니들 외주면에 상기 니들의 승강에 따라 상기 제1밸브 내부의 상기 코팅용액을 상하로 저어주기 위한 플런저가 설치된 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 따르면, 코팅용액 내의 혼합분말의 분산의 균일도가 향상된다.
본 발명에 따르면, 기존 스프레이 방식에서의 100㎛대보다 훨씬 얇은 50㎛ 또는 그 이하의 두께의 코팅막에서도 우수한 전자기파 차폐 효율을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전도성 혼합분말을 수지에 섞어 만든 코팅용액을 3차에 걸쳐서 교반하여주므로 코팅용액 내의 전도성 혼합분말이 균일하게 혼합된 상태를 유지될 수 있도록 한다. 이를 통하여 분사 이전 또는 분사 시 발생하는 전도성 혼합분말의 뭉침현상 또는 토출구 막힘 현상을 억제하여 높은 균일도의 코팅막을 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 혼합분말의 분산의 균일도가 향상된 코팅용액을 분사하면서 하강기류의 층류(Laminar flow)를 발생시킴과 아울러 니들 밸브의 니들에 대하여 펄스 제어기(Pulse controller)로 개폐 제어를 함으로써 스프레이 코팅에서의 휘발성 유기화합물을 제거함과 동시에 코팅용액의 도착효율을 더욱 높일 수 있고, 기판(10)에 설치된 부품의 측면 하부로의 코팅용액의 도착, 침투효율을 더욱 높일 수 있다.
그 뿐만 아니라, 본 발명에서는 혼합분말의 분산의 균일도가 향상된 상태로 분사된 코팅용액에 대하여 전후, 좌우 대칭으로 설계된 급-배기 균형으로 형성된 층류의 하강 공기흐름은 주변 환경변화에 민감한 박막스프레이 코팅 실시공간(worktable) 주위를 감싸면서, 과다 스프레이 입자 반발로 야기되는 코팅패턴 주변 2차 오염 부작용을 효과적으로 차단하여, 3차원 극-미세구조물의 내부 박막코팅에도 우수한 도막 균일성 및 재현성을 보장할 수 있다.
본 발명에 따르면, 코팅 워크셀(workcell) 내부에 바람직하게, 0.3-0.6(m/sec)의 일정한 하향 층류를 발생시켜 난류흐름을 최소화하면서 혼합분말의 분산의 균일도가 향상된 코팅용액을 분사함으로써 최적의 박막 스프레이 코팅환경을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치의 구성을 설명하기 위한 구성도,
도 2는 도 1에 따라 구현된 코팅장치에서의 압력용기와 코팅 건의 설치 상태를 보여주는 정면도,
도 3은 도 1에 따라 구현된 코팅장치에서의 압력용기와 층류발생기의 설치상태를 보여주는 우측면도,
도 4는 교반기가 설치된 압력용기를 나타낸 확대 단면도,
도 5은 교반기와 압력용기의 확대 분리도,
도 6은 출렁임 억제판의 확대 평면도,
도 7은 도 6의 I-I에 따른 확대 단면도,
도 8은 출렁임 억제판의 변형 예를 나타낸 확대 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치의 구성을 설명하기 위한 구성도, 도 2는 도 1에 따라 구현된 코팅장치에서의 압력용기와 코팅 건의 설치 상태를 보여주는 정면도이고, 도 3은 도 1에 따라 구현된 코팅장치에서의 압력용기와 층류발생기의 설치상태를 보여주는 우측면도이다.
도 1 내지 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치(100)는 3차원 직교좌표의 x축(101), y축(102), Z축(103)을 따라 이동 가능한 헤드(112)를 가지는 로봇(110)과 인쇄회로 기판 등의 기판(10)을 향해 혼합분말이 함유된 코팅용액을 분사하기 위한 노즐(121)을 가지는 코팅 건(120)을 갖춘다. 코팅 건(120)은 로봇(110)의 헤드(110)에 장착된다.
코팅 건(120)은 노즐(121)로 공급되는 코팅용액의 이동로를 개폐하기 위한 제1밸브(123)와 노즐(121)로 공급되는 압축공기의 이동로를 개폐하기 위한 제2밸브(125)를 가진다. 제1밸브(123)와 제2밸브(125)는 4채널 펄스신호 제어기(130)의 제어를 받아 노즐(121)로 공급되는 코팅용액과 압축공기의 이동로를 개폐한다.
코팅용액은 아크릴 또는 우레탄, 실리콘, 에폭시 수지에 은, 구리, 니켈 등의 전도성 혼합분말(수㎛m~십여㎛)이 섞여 있는 것으로, 기판(10)에 코팅된 후 경화된다. 코팅용액이 경화되면, 수지가 전도성 혼합분말을 고정시켜주고, 전도성 혼합분말은 전자파를 차폐하여 외부의 노이즈로부터 발생하는 오류를 방지하는 역할을 한다.
4채널 펄스신호 제어기(130)는 1/1000초 정도의 짧은 시간 간격으로 펄스 신호를 발생하여 제1, 제2밸브(123, 125)를 온/오프시킴으로써 코팅용액과 압축공기의 흐름을 제어한다. 이 4채널 펄스신호 제어기(130)의 제어에 의한 코팅 건(120)의 작동과정에는 사이클(Cycle)이 존재한다. 로봇(110)의 코팅 이동경로와 속도에 따른 시간변수가 있는데, 사이클의 시작과 끝을 코팅영역(109)에 일치시키려면 프로그래머가 매번 로봇(110)의 이동거리와 속도를 계산해야 하는 번거로움이 있다.
프로그래머가 매번 이러한 계산을 해야 하는 불편함을 없애고 최적의 제어를 제공하기 위해 룩업 테이블(Lookup table)이 제공된다. 바람직하게, 선택적 영역 코팅을 가능하게 하는 보조 코팅 프로그램을 위한 룩업 테이블(Lookup table)이 제공된다. 프로그래머는 룩업 테이블에서 현 상황에 맞는 조건의 코팅영역(109)을 드래그 앤 드롭(Drag and Drop)방식으로 아주 쉽고 빠르게 해당 기판에 대한 코팅작업에 필요한 프로그래밍을 할 수 있다.
4채널 펄스신호 제어기(130)는 코팅용액에 함유된 혼합분말의 분산효과 극대화를 위하여 바람직하게, 1/1000초 단위의 펄스 동작(Pulse action)을 발생시켜 코팅용액 분사로 인한 바운스 백 에어(Bounce back air)를 최소화하여 코팅용액의 도착효율과 도막의 균일도를 향상시킨다. 토출 시간 동안 플런저가 달린 니들이 온/오프(on/off) 상하운동을 반복하면서 노즐의 토출구 직전에 있는 코팅용액을 흔들어 코팅용액 속의 혼합분말의 분산을 돕는다.
이러한 4채널 펄스신호 제어기(130)를 이용하는 경우, 코팅하기 위한 코팅용액의 물리적 성질에 따라 최적의 펄스모드로 제1밸브(123)와 제2밸브(125) 개폐동작을 제공할 수 있다. 코팅용액은 종류에 따라 물리적 성질(점도, 칙소성 등)이 다르므로, 코팅 건(120)에서 코팅용액을 분사할 때 분사된 코팅용액(122)이 피도물에 닿기까지의 시간을 고려해서 4채널 펄스신호에 의한 제1, 제2밸브(123, 125)의 개폐 시간의 간격을 조정함으로써, 바운스백 에어의 영향을 최소화할 수 있다.
더욱 바람직하게, 4채널 펄스신호 제어기(130)의 제어신호에 따라 작동되는 노즐(121)의 토출구를 개폐하는 제1밸브(123)의 니들에 플런저를 설치하여 분사 직전에 코팅용액 속의 혼합분말을 균일하게 분산시킨다. 제1밸브(123)는 니들을 가지는 니들밸브이고, 니들의 외주면에 니들의 승강에 따라 상하로 움직이면서 코팅 건(120) 내부의 코팅용액을 상하로 저어주기 위한 플런저(123a)가 설치된다.
코팅 건(120)의 구조적 결함(단말 유체 정체, Fluid stagnant)으로 인한 혼합분말 또는 플레이크 과다 침전을 극복하기 위하여 용액 분사/토출 직전에 니들 밸브의 니들에 설치된 플런저(123a)를 펄스 작동 신호(Pulse a action signal)에 따라 1초당 20~25회 상하 운동시켜 충분한 난류(Turbulance)를 발생시켜 전도성 혼합분말을 코팅용액 속에서 균일하게 분산시킨다.
코팅 건(120)의 구성은 상부, 하부로 나뉘어 있다. 상부는 코팅액 토출 시 토출구를 막고 열수 있는 피스톤장치로 구성되어 있고, 하부는 토출구와 토출구를 막고 있는 니들로 구성되어 있다. 이 니들의 중간에 플런저(123a)를 설치하고 4채널 펄스신호 제어기(130)의 펄스 신호에 의해 바람직하게, 초당 20~25회 니들이 상하 운동을 하면서 혼합분말을 분산시킨다.
코팅용액은 노즐(121)에서 분사된 후 피도물인 기판(10)에 접착되지만 압축공기는 기판(10)까지 도달 한 후 다시 반사되어 나온다. 이렇게 반사되어 나오는 압축공기는 노즐(121)에서 분사된 코팅용액(122)과 압축공기의 진로를 방해하여 분사된 코팅용액(122)과 압축공기를 비산시키는 문제를 일으킨다. 이 문제를 최소화하고 코팅용액의 도착효율을 높이기 위해서 코팅용액의 이동로를 개폐하는 제1밸브(123)와 압축공기의 이동로를 개폐하는 제2밸브(125)의 개폐를 4채널 펄스신호로 제어한다. 제1밸브(123)와 제2밸브(125) 각각의 온/오프 제어를 통해 코팅용액의 분사 후 기판(10)에서 반사되어 나오는 압축공기의 에너지가 사라질 때까지 대기하였다가 코팅용액을 분사하는 동작을 반복하면서 코팅용액을 기판(10)에 코팅한다.
본 발명에 따른 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치(100)는 압력용기(140)를 구비한다. 압력용기(140)는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 저장하고 있다가 코팅 건(120)으로 코팅용액을 공급하는 역할을 한다.
바람직하게, 압력용기(140)는 헤드(112)에 설치된다. 이에 따라 압력용기(140)는 z축(103)과 함께 x축(101)과 y축(102)을 따라 이동하면서 내부에 수용된 혼합분말이 함유된 코팅용액을 흔들어 줌으로써 내부에 수용된 코팅용액 속의 혼합분말의 분산을 도와준다.
즉, 본 발명은 2차 교반 효과를 위해 압력용기(140)를 로봇(110)의 운동부에 직접 부착하는 특징을 가진다.
본 발명에서, 압력용기(140)는 노즐(121)의 토출구보다 높게 설치된다. 이러한 압력용기(140)에는 압력용기(140)에 저장되어 있는 코팅용액을 저어주기 위한 것으로 모터에 의해 구동되는 교반기(150)가 설치되는데, 이에 대해서는 뒤에서 더 자세히 설명한다.
노즐(121)로 코팅용액을 공급하기 위한 압력용기(140)와 코팅용액의 공급 라인은 노즐(121)의 토출구보다 높은 위치에 그리고 최단거리에 위치한다. 이로써 중력에 의한 용액 내 전도성 혼합분말의 침착(Settling) 구간을 최소화 시키고 이송 양을 균일하게 한다.
압력용기(140)와 코팅 건(120)은 에어 컴프레서(160)로부터 압축공기를 공급받는다. 에어 컴프레서(160)와 압력용기(140) 사이에 압력용기(140)와 코팅 건(120)으로 공급되는 압축공기의 압력을 조절하기 위한 압력조절기(162)가 설치된다.
본 발명에 따른 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치(100)는 층류발생기(170)를 가진다. 층류발생기(170)는 공기 유입구(105)를 통해 유입된 공기를 공기 유출구(106)를 통해 배출하기 위한 것으로, 공기 유출구(106) 하부의 체임버(107)에 모인 공기를 외부로 빼내기 위한 팬(172)과 팬(172)을 회전시키기 위한 모터(174)를 구비하여 구성된다. 이 층류발생기(170)는 노즐(121)을 통해 분사되는 코팅용액이 기판(10)에 코팅되는 코팅영역(109)의 상부에서 코팅영역(109) 하부로 층류의 공기흐름을 발생시켜 코팅용액과 압축공기가 기판(10)에서 반사되는 것을 억제하고, 코팅용액이 주변으로 비산하는 것을 방지하기 위한 것이다. 이를 위해, 바람직하게, 코팅영역(109)의 둘레에 측벽(108)이 설치되고, 코팅영역(109) 상부의 공기 유입구(105)에 공기 필터(181)가 설치되며, 코팅영역(109) 하부의 공기 유출구(106)에는 코팅용액 필터(182)가 설치된다.
층류 발생기(170)는 장비 하부에 배기시스템을 구성하여 공기 필터(181)가 장착된 상부의 공기 유입구(105)로 유입된 공기가 항상 장비내부의 상부에서 하부로 0.3-0.6(m/sec)의 일정한 하향 층류를 발생시켜 난류흐름을 최소화할 수 있도록 만들어 코팅액 분사 시 바운스 백 공기(Bounce back air)를 최소화하여 코팅용액의 도착효율 극대화 한다.
공기 필터(181)가 설치된 공기 유입구(105)와 코팅용액 필터(182)가 설치되는 공기 유출구(106)는 바람직하게, 코팅영역(109)을 기준으로 각각 전후 및 좌우 대칭으로 형성된다. 코팅용액 필터(182) 아래쪽으로 먼지 등의 이물질이 외부로 배출되는 것을 방지하기 위한 집진필터(184)가 설치된다.
위와 같은 본 발명에 따른 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치(100)에서 로봇(110)과 압력조절기(162), 4채널 펄스신호 제어기(130) 및 교반기(150)는 기본적으로 사용자가 입력부(191)를 통해 입력하여 설정한 설정 값에 따라 제어부(190)의 제어를 받으며 작동한다. 로봇(110)과 압력조절기(162), 4채널 펄스신호 제어기(130) 및 교반기(150)의 동작을 제어하는데 필요한 프로그램과 데이터는 메모리(192)에 저장되며, 입, 출력 데이터 등은 작업자가 필요한 사항을 확인할 수 있도록 디스플레이(193)에 표시된다.
위와 같은 본 발명에 따른 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치(100)는 코팅용액을 압축공기로 무화시켜 분사하는 무화 코팅(Atomized coating)에 적합하지만, 때에 따라 필름 타입 노즐(Film type nozzle)을 사용하여 선택적인 전자파 차폐를 구현하는 데 사용될 수도 있다.
도 4는 교반기가 설치된 압력용기를 나타낸 확대 단면도이고, 도 5은 교반기와 압력용기의 확대 분리도, 도 6은 출렁임 억제판의 확대 평면도, 도 7은 도 6의 I-I에 따른 확대 단면도이다.
도 4와 5에는 압력용기(140)가 도시되어 있다. 이 압력용기(140)는 코팅용액을 저장하였다가 노즐로 공급할 수 있도록 하기 위한 것으로, 실린더형의 것이 바람직하다. 이 압력용기(140)는 바람직하게, 로봇(110)의 헤드(112)에 설치되어 코팅용액 내의 전도성 혼합분말이 균일하게 분산될 수 있도록 한다. 이러한 압력용기(140)에는 코팅용액에 함유된 혼합분말의 분산효과를 극대화하기 위해 교반기(150)가 설치된다. 교반기(150)는 압력용기(140) 상면에 설치되는 모터(152)와 압력용기(140) 내부에 회전 가능케 설치되고 모터(152)에 의해 회전 구동되는 회전축(154) 및 회전축(154)에 설치된 교반날개(156)를 가진다. 모터(152)로는 직류모터가 적당하고, 이 모터(152)의 알피엠(rpm)을 조정하여 교반동작을 조정한다. 바람직하게, 교반날개(156)는 회전축(154)의 하단부에 설치되며, 부채꼴 모양을 하고 있고, 복수개의 통공(156a)을 가진다. 모터(152)가 구동되면 회전축(154)의 회전에 의해 교반날개(156)가 회전하면서 압력용기(140) 내부의 코팅용액을 저어준다. 이러한 교반기(150)가 설치된 압력용기(140)는 계속 움직이는 헤드(112)에 설치되므로, 압력용기(140)에 저장된 코팅용액은 로봇의 움직임 및 교반기(150)의 작동에 의해 2중으로 교반되므로 코팅용액 속의 혼합분말은 균일하게 분산된다.
바람직하게, 모터(152)는 모터 케이스(151) 내부에 수용되어 설치된다. 모터 케이스(151) 저면에는 압력용기(140) 상단에 결합되며 모터(152)의 구동속도를 감속하기 위한 기어박스(153)가 설치되고, 기어박스(153) 외주면과 압력용기(140) 내주면 사이에 패킹(155)이 설치된다. 이러한 모터 케이스(151)의 하단 가장자리에 결합홈(157)이 형성되고, 압력용기(140) 상단 가장자리에 결합홈(157)에 결합되는 결합돌기(144)가 형성된다. 모터 케이스(151)의 상단에는 모터 케이스(151)와 압력용기(140)간의 결합방식과 같은 결합방식을 가지는 덮개(158)가 설치된다.
압력용기(140) 내부에는 출렁임 억제판(142)이 설치된다. 이 출렁임 억제판(142)은 압력용기(140)가 헤드(112)와 함께 이동함에 따라 압력용기(140)에 수용된 코팅용액이 과도하게 출렁이는 것을 억제하고, 내부에 공동이 생기는 것을 방지하기 위한 것이다. 이 출렁임 억제판(142)으로는, 바람직하게, 압력용기(140)의 내면에 설치되어 회전축(154)의 통과를 허용하고 압력용기(140)의 내부공간을 상부공간과 하부공간으로 분할하되 코팅용액이 상하로 통과할 수 있도록, 도 6과 7에 나타낸 바와 같이, 구멍(143), 바람직하게 복수 개의 구멍(143)을 형성한 것이 사용된다. 또한, 출렁임 억제판(142)은 도 6에 나타낸 바와 같이 원모양의 양측 일부를 제거한 비원형 단면으로 형성하여 원형의 내주면을 가지는 압력용기(140) 내면에 설치될 때, 압력용기(140)의 내벽과 이격되게 배치된 부분을 가지도록 할 수 있다. 이렇게 하면, 출렁임 억제판(142)의 외주면과 압력용기(140)의 내벽 사이로 코팅용액이 통과할 수 있다.
도 8은 출렁임 억제판의 변형 예를 나타낸 단면도이다.
때에 따라, 출렁임 억제판(142)에 형성되는 구멍(143)은, 도 7에 나타낸 것과는 달리, 출렁임 억제판(142) 상부의 상부공간으로 이동한 코팅용액이 하부공간으로 원활하게 복귀할 수 있도록 구멍(143)의 상측부 입구를 하측부 입구보다 크게 형성하되, 하부로 갈수록 점점 좁아지는 형태로 구성할 수 있다.
나머지는 도 6과 7을 통해 설명한 것과 같다.
위에서 설명한 도 1 내지 8을 함께 참고하면서 본 발명에 따른 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치의 주요 동작과정을 설명한다.
기판에 코팅용액을 코팅하는 전체 과정은 로더(Loader)가 인쇄회로기판 등의 피도물 투입, 인버터(Inverter)에 의한 통과 또는 반전, 코팅(바람직하게, 층류 생성 중에 피도물 투입, 클램핑(Clamping), 선택적 코팅), 언로더(Unloader)에 피도물 적재하여 이송 및 오븐(Oven)에서 코팅막 경화의 과정으로 이루어지지만, 여기에서는 본 발명의 특징적 구성요소들에 의한 코팅과정에 대해 설명한다.
로봇(110)과 4채널 펄스신호 제어기(130), 압력조절기(162), 교반기(150) 등의 동작에 필요한 각종 설정 값은 코팅하고자 하는 인쇄회로 기판 등의 기판(10)의 종류에 따라 입력부(191)를 통해 미리 입력하여 메모리(192)에 저장하여 세팅해둔다. 각각의 설정 값은 디스플레이(193)를 통해 확인할 수 있다.
층류발생기(170)는 코팅용액 분사 전에, 바람직하게 기판(10)을 코팅영역(109)으로 이동시킬 때 미리 작동하여 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치(100) 내부에 층류의 하강기류를 발생시킨다. 이러한 층류발생기(170)는 코팅작업 시작 버튼에 의해 작동되게 하는 것이 바람직하지만, 때에 따라 제어부(190)의 제어를 받아서 작동되도록 구성할 수 있다.
코팅작업 시작 신호가 입력되면 제어부(190)는 미리 설정된 값에 따라 로봇(110), 압력조절기(162), 4채널 펄스신호 제어기(130), 교반기(150)를 작동시킨다.
압력조절기(162)는 에어 컴프레서(160)에서 공급되는 압축공기의 압력을 조절하여 압력용기(140)와 코팅 건(120)으로 공급하고, 교반기(150)는 모터(152)를 구동하여 회전축(154)에 설치된 교반날개(156)를 회전시켜 압력용기(140) 내에 수용된 코팅용액을 교반하여 코팅용액 내의 혼합분말을 1차로 분산시킨다.
코팅하기 위한 기판(10)이 코팅영역(109)에 배치된 상태에서, 로봇(110)이 코팅을 위한 위치로 이동하여 코팅작업을 시작한다. 로봇(110)의 이동에 따라 헤드(112)에 설치된 압력용기(140)도 함께 이동하면서 코팅용액 내의 혼합분말을 2차로 분산시킨다. 이때, 출렁임 억제판(142)은 압력용기(140) 내의 코팅용액이 과도하게 출렁이는 것을 방지하고, 출렁임 억제판(142) 하부에서 공동이 생기는 것을 억제한다.
4채널 펄스신호 제어기(130)는 4채널 펄스신호를 발생하여 노즐(121)로 공급되는 코팅용액의 이동로를 개폐하는 제1밸브(123)와 압축공기의 이동로를 개폐하는 제2밸브(125)를 작동시킨다. 제1밸브(123)와 제2밸브(125) 각각의 개폐 또는 온/오프 제어를 통해 코팅용액의 분사 후 기판(10)에서 반사되어 나오는 압축공기의 에너지가 사라질 때까지 대기하였다가 코팅용액을 분사하는 동작을 반복하면서 코팅용액을 기판(10)에 코팅한다.
이때, 니들밸브로 구성되는 제1밸브(123)의 니들에 설치된 플런저(123a)는 반복되는 제1밸브(123)의 개폐동작에 따라 상하로 승강하면서 노즐(121)로 공급되는 코팅용액을 교반하여 코팅용액 속의 혼합분말을 3차로 분산시킨다.
또한, 층류발생기(170)에 의해 발생된 하강기류인 전후, 좌우 대칭의 층류는 분사된 코팅용액의 비산을 억제하고 기판(10)에의 도착효율을 높인다.
즉, 본 발명에 따른 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치(100)에서는, 층류의 공기 흐름에 의해 코팅효율이 뛰어나면서도, 코팅용액은 3차례에 걸쳐 교반되므로 혼합분말의 늘 분산이 균일하게 이루어지고, 혼합분말의 침전에 의한 제반 문제도 발생하지 않는다.
본 발명은 인쇄회로기판 등의 기판에 전도성 혼합분말이 함유된 코팅용액을 코팅하는데 적합하게 이용될 가능성이 있다.
10: 기판
100: 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치
105: 공기 유입구 106: 공기 유출구
109: 코팅영역 110: 로봇
120: 코팅 건 121: 노즐
123: 제1밸브 123a: 플런저
125: 제2밸브 130: 4채널 펄스신호 제어기
140: 압력용기 142: 출렁임 억제판
143: 구멍 150: 교반기
156: 교반 날개 156a: 통공
160: 에어 컴프레서 162: 압력조절기
170: 층류발생기 181: 공기 필터
182: 코팅용액 필터 184: 집진 필터
190: 제어부

Claims (9)

  1. 3차원 직교좌표의 x축, y축, Z축을 따라 이동 가능한 헤드를 가지는 로봇;
    상기 헤드에 장착되고, 기판을 향해 혼합분말이 함유된 코팅용액을 분사하기 위한 노즐과 상기 노즐로 공급되는 상기 코팅용액의 이동로를 개폐하기 위한 제1밸브를 가지는 코팅 건;
    상기 코팅 건으로 상기 혼합분말이 함유된 상기 코팅용액을 공급하기 위한 압력용기; 및
    상기 압력용기와 상기 코팅 건으로 압축공기를 제공하기 위한 에어 컴프레서를 포함하고,
    상기 압력용기는,
    상기 z축과 함께 상기 x축과 상기 y축을 따라 이동하면서 내부에 수용된 상기 혼합분말이 함유된 상기 코팅용액을 흔들어 줌으로써 내부에 수용된 상기 코팅용액 속의 상기 혼합분말의 분산을 도와줄 수 있도록 상기 헤드에 설치된 것을 특징으로 하는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치.
  2. 제1항에서, 상기 압력용기는 상기 노즐의 토출구보다 높게 설치된 것을 특징으로 하는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치.
  3. 제1항에서, 상기 압력용기에는 모터에 의해 구동되는 교반기가 설치된 것을 특징으로 하는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치.
  4. 제1항에서, 상기 압력용기 내부에는 상기 헤드가 이동함에 따라 상기 압력용기에 수용된 상기 코팅용액이 과도하게 출렁이는 것을 억제하기 위한 출렁임 억제판이 설치된 것을 특징으로 하는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치.
  5. 제4항에서, 상기 출렁임 억제판은 상기 압력용기의 내부공간을 상부공간과 하부공간으로 분할하되 상기 코팅용액이 상하로 통과할 수 있도록 구멍이 형성된 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치.
  6. 제4항에서, 상기 출렁임 억제판은 상기 압력용기의 내부공간을 상부공간과 하부공간으로 분할하되 상기 코팅용액이 상기 압력용기의 내벽과의 사이를 통과할 수 있도록 상기 압력용기의 상기 내벽과 이격되게 배치된 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치.
  7. 제1항에서, 상기 코팅 건은 상기 노즐로 공급되는 압축공기의 공급과 차단을 위한 제2밸브를 포함하고,
    상기 제1밸브의 개폐 제어 및 상기 제2밸브의 개폐 제어를 위한 4채널 펄스신호 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치.
  8. 제1항에서, 상기 코팅용액을 코팅하기 위한 코팅영역의 둘레에 측벽이 설치되고, 상기 코팅영역의 상부에는 공기 필터가 설치된 공기 유입구가 상기 코팅영역을 기준으로 전후 및 좌우 대칭으로 형성되고 상기 코팅영역의 하부에는 코팅용액 필터와 집진필터가 설치된 공기 유출구가 상기 코팅영역을 기준으로 전후 및 좌우 대칭으로 형성되고,
    상기 코팅영역의 상부에서 상기 코팅영역의 하부로 층류의 공기흐름을 발생시키기 위한 층류발생기를 포함하고,
    상기 층류발생기는 상기 공기 유출구 하부의 체임버에 모인 공기를 외부로 빼내기 위한 팬과 상기 팬을 회전시키기 위한 모터를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치.
  9. 제1항에서, 상기 제1밸브의 니들 외주면에 상기 니들의 승강에 따라 상기 제1밸브 내부의 상기 코팅용액을 상하로 저어주기 위한 플런저가 설치된 것을 특징으로 하는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치.
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