KR102324678B1 - 공압 구동식 분배 유닛의 솔레노이드 밸브를 이용하여 기판 상에 재료를 분배하는 방법 - Google Patents

공압 구동식 분배 유닛의 솔레노이드 밸브를 이용하여 기판 상에 재료를 분배하는 방법 Download PDF

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Abstract

기판 상에 재료를 분배하는 데 이용되는 분배 유닛의 제어 방법이 제시된다. 상기 방법은, 공압식으로 구동되는 펌프의 솔레노이드 코일을 분배 시스템의 증폭기 출력부에 연결시키는 단계; 공압식으로 구동되는 펌프로 인해 기판 상에 재료가 분배되도록 하기 위해 상기 증폭기로 상기 솔레노이드 코일을 구동시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 비활동 시간 동안 솔레노이드 코일에서 아이들 전류(idle current)가 흐르도록 명령하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 아이들 전류는 솔레노이드 코일의 가온(warming)을 유발하기에 충분할 수 있지만, 솔레노이드를 동력 부여 위치로 활성화시키기에는 충분하지 않을 수 있다. 상기 방법은, 솔레노이드를 신속하게 작동시키기 위해 솔레노이드 코일에서 제1 전류 레벨이 흐르도록 명령하는 단계; 솔레노이드가 작동된 이후에 솔레노이드 코일에서 제2 전류 레벨이 흐르도록 명령하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

공압 구동식 분배 유닛의 솔레노이드 밸브를 이용하여 기판 상에 재료를 분배하는 방법
본 개시내용은 대체로 인쇄 회로 기판과 같은 기판 상에 점성 재료를 분배하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
전자 재료를 분배하기 위한 분배 펌프를 갖춘 점성 재료 분배기는 다양한 방식으로 작동한다. 잘 알려진 일부 분배 펌프는 서보 모터를 이용하여 회전식 오거(auger)를 구동하는 한편, 일부 분배 펌프는 선형 서보 모터를 이용하여 피스톤을 구동시킨다. 다른 분배 펌프는 전기 서보 모터를 이용하지 않지만, 대신 다른 작동 수단에 의존한다. 미국 특허 제5,747,102호(스미스 등)에 개시된 한 가지 전술한 분배 펌프는, 공압을 이용하여 시트로부터 멀리로 피스톤을 이동시킴으로써 스프링을 압축시키고 이후 공압을 해제하여 상기 스프링이 시트에 대한 피스톤의 가속을 허용하게 작동하는 분배 밸브 또는 분배 유닛을 포함한다. 이러한 분배 유닛을 이용하면, 피스톤이 시트와 접촉할 때 시트에서 오리피스로부터 재료의 점적(drop)이 밖으로 나오게 된다. 이러한 분배 유닛에 있어서, 피스톤 챔버 내외로의 공기(또는 다른 가스)의 유동을 제어하기 위해 보통 솔레노이드 밸브가 사용된다.
분배기는 신속하게 연속으로 주기적인 일련의 점적을 반복하여 생성하게 사이클을 수행할 때의 응답에 비해 한 번에 하나의 점적을 생성하게 사이클을 수행할 때 상이하게 응답한다는 것은 분배 관련 산업계에서 잘 알려져 있다. 구체적으로, 주기적인 일련의 점적에 있어서 제1 점적 또는 심지어 처음 몇 개의 초기 점적은 주기적인 시리즈에서의 점적의 균형과 상이할 수 있다는 것은 널리 이해되지는 못하더라도 잘 알려져 있다. 예를 들면, 상기 초기 점적은 후속하여 축적되는 점적보다 적은 재료 질량을 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2는 코일에 에너지를 부여하기 위해 사용되는 2가지 알려진 솔레노이드 구동 회로를 제시한 것이다. 종래 기술의 솔레노이드 구동 회로는 일반적으로 코일에 에너지를 부여하기 위해 온/오프 구동 회로를 이용한다. 일부 종래 기술의 회로(지퍼스의 미국 특허 제3,116,441호를 참고)는 다른 하나의 이산적 레벨의 구동 전압(또는 구동 전류)을 추가함으로써 간단하게 온 상태 또는 오프 상태를 개선하고 있다. 이러한 2차적 구동 레벨은, 비-에너지 부여 위치로부터 작동 위치로 솔레노이드를 신속하게 천이시키는 데 사용되는 것보다 작은 레벨로 코일을 에너지 부여 위치에서 유지하는 데 필요한 전류를 감소시키기 위해 사용된다[즉, 유지 전류(holding current)가 풀-인 전류(pull-in current)보다 작음]. 이러한 낮은 구동 레벨은 에너지를 절감시키는 역할을 하며, 또한 보다 간단한 온/오프 구동 회로를 이용할 때와 비교하여 코일 가열을 감소시키는 역할을 하고, 솔레노이드가 턴 오프(turn off)될 때 솔레노이즈 장이 붕괴되는 데 요구되는 시간을 최소화시킴으로써 작업 속도를 개선시킬 수 있다.
본 개시내용의 일 양태는 기판 상에 재료를 분배하기 위해 사용되는 분배 유닛을 제어하는 방법에 관한 것이다. 일 실시예에 있어서, 상기 방법은, 공압식으로 구동되는 펌프의 솔레노이드 코일을 분배 시스템의 증폭기 출력부에 연결시키는 단계; 공압식으로 구동되는 펌프로 인해 기판 상에 재료가 분배되도록 하기 위해 상기 증폭기로 상기 솔레노이드 코일을 구동시키는 단계를 포함한다.
상기 방법의 실시예는 또한 비활동 시간 동안 솔레노이드 코일에서 아이들 전류(idle current)가 흐르도록 명령하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 아이들 전류는 솔레노이드 코일의 가온(warming)을 유발하기에 충분할 수 있지만, 솔레노이드를 작동 위치(engaged position)로 활성화시키기에는 충분하지 않을 수 있다. 상기 방법은, 솔레노이드를 신속하게 작동시키기 위해 솔레노이드 코일에서 제1 전류 레벨이 흐르도록 명령하는 단계; 솔레노이드가 작동된 이후에 솔레노이드 코일에서 제2 전류 레벨이 흐르도록 명령하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 전류 레벨은 작동 상태에서 솔레노이드를 유지하기에 충분할 수 있다. 상기 제2 전류 레벨은 상기 제1 전류 레벨보다 작을 수 있다. 상기 방법은 또한 솔레노이드 코일에서 제3 전류 레벨이 흐르도록 명령하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제3 전류 레벨은 상기 제2 전류 레벨과 반대 극성일 수 있으며, 솔레노이드의 작동을 유발하지 못할 정도로 충분히 작은 크기일 수 있다. 상기 방법은 또한 비활동 시간 동안 솔레노이드 코일에서 아이들 전류(idle current)가 흐르도록 명령하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 아이들 전류는 솔레노이드 코일의 가온(warming)을 유발하기에 충분할 수 있지만, 솔레노이드를 작동 위치로 활성화시키기에는 충분하지 않을 수 있다. 상기 분배 유닛은 전자 기판 상에 점성 재료를 분배하도록 구성될 수 있다.
첨부 도면은 축척대로 도시되도록 의도된 것은 아니다. 도면에 있어서, 다양한 도면에 제시된 각각의 동일한 구성요소 또는 거의 동일한 구성요소는 동일한 도면부호로 표시된다. 명료성의 목적을 위해, 모든 도면에는 모든 구성요소가 라벨링되어 있지 않을 수도 있다.
도 1은 솔레노이드 코일에서의 전류를 전환시키기 위한 종래 기술의 BJT(bipolar junction transistor)의 개략도이다.
도 2는 솔레노이드 코일에서의 전류를 전환시키기 위한 FET(field effect transistor)의 개략도이다.
도 3은 본 개시내용의 실시예에 따른 분배기의 개략도이다.
도 4는 솔레노이드 코일에서의 전류를 구동시키기 위한 증폭기를 갖춘 액추에이터 구동 회로의 개략도이다.
도 5는 아이들 전류가 없는 경우 분배 유닛의 위치 대 시간을 나타낸 그래프이다.
도 6은 0.1 암페어(A)의 아이들 전류를 이용하는 경우 분배 유닛의 위치 대 시간을 나타낸 그래프이다.
단지 예시의 목적을 위해, 그리고 보편성을 한정하지 않으면서, 이제 첨부 도면을 참고하여 본 개시내용이 상세하게 설명될 것이다. 이러한 개시내용은 그 용례에 있어서, 이하의 상세한 설명에 기술되거나 또는 도면에 제시된 구성요소의 구성 및 배치에 관한 세부사항으로 한정되지 않는다. 본 개시내용에 기술된 원리는 다른 실시예에서도 가능하며, 다양한 방식으로 실시 또는 수행될 수 있다. 또한, 본원에서 사용되는 문구 및 용어는 설명의 목적을 위한 것이며, 한정하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 본원에서 “비롯한”, “포함하는”, “갖춘”, “포함한”, “수반한” 그리고 이들의 변형의 사용은, 이들 문구 이후에 나열되는 항목과 그 등가물뿐만 아니라 추가적인 항목을 포괄하려는 의도이다.
본 개시내용의 다양한 실시예는 점성 재료 분배 시스템, 분배 시스템을 포함하는 장치에 관한 것이다. 본원에 개시되는 실시예는, 원하는 레벨로 공압식 솔레노이드 밸브의 코일에서 흐르는 전류를 제어하도록 구성되는 분배 펌프에 의해 전자 기판 상에 재료를 분배하기 위한 기법에 관한 것이다.
도 3은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 대체로 도면부호 10으로 표시되는 분배기를 개략적으로 제시한 것이다. 분배기(10)는 점성 재료(예컨대, 접착제, 봉합제, 에폭시, 솔더 페이스트, 언더필 재료 등) 또는 준점성 재료(예컨대, 솔더링 플럭스 등)를 전자 기판(12) 상에, 예컨대 인쇄 회로 기판 혹은 반도체 웨이퍼 상에 분배하는 데 사용된다. 분배기(10)는 대안으로 다른 용례, 예컨대 자동차 개스킷팅 재료의 적용을 위해 또는 특정 의료 용례에서 또는 전도성 잉크를 적용하기 위해 사용될 수도 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이 점성 재료 또는 준점성 재료라 함은 예시를 위한 것이고, 한정하려는 것이 아님을 이해해야 한다. 분배기(10)는 각각 대체로 도면부호 14 및 16으로 표시된 제1 분배 유닛 및 제2 분배 유닛, 그리고 분배기의 작동을 제어하기 위한 제어기(18)을 포함한다. 상기 분배 유닛은 또한 본원에서는 분배 펌프 및/또는 분배 헤드를 지칭할 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 2개의 분배 유닛이 도시되어 있지만, 하나 이상의 분배 유닛이 마련될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
분배기(10)는 또한 기판(12)을 지지하기 위한 베이스 또는 지지부(22)를 갖춘 프레임(20); 분배 유닛(14, 16)을 지지하고 이동시키기 위해 프레임(20)에 이동 가능하게 결합되는 분배 유닛 겐트리(24); 예컨대 캘리브레이션 절차의 일부로서, 점성 재료의 분배 중량을 측정하고 중량 데이터를 제어기(18)에 제공하기 위한 중량 측정 디바이스 혹은 중량 저울(26)을 포함할 수 있다. 분배기로의 그리고 분배기로부터의 기판의 로딩 및 언로딩을 제어하기 위해 컨베이어 시스템(도시되어 있지 않음) 또는 다른 전달 메커니즘, 예컨대 워킹 비임(walking beam)이 분배기(10)에서 사용될 수 있다. 겐트리(24)는, 기판 위에서의 사전에 정해진 위치에 분배 유닛(14, 16)을 위치시키기 위해 제어기(18)의 제어 하에서 모터를 이용하여 이동하게 될 수 있다. 분배기(10)는 다양한 정보를 조작자에게 디스플레이하기 위해 제어기(18)에 연결되는 디스플레이 유닛(28)을 포함할 수 있다. 상기 분배 유닛을 제어하기 위한 선택적인 제2 제어기가 존재할 수 있다. 또한, 각각의 분배 유닛(14, 16)은 높이를 탐지하기 위한 z-축 센서를 구비하도록 구성될 수 있는데, 분배 유닛은 상기 높이에서 전자 기판(12) 위에 배치되거나 또는 전자 기판 상에 장착되는 특징부 위에 배치된다. 상기 z-축 센서는 센서에 의해 획득되는 정보를 제어기에 릴레이(relay)하도록 제어기(18)에 결합된다.
앞서 설명한 바와 같은 분배 작업을 수행하기 이전에, 기판, 예컨대 인쇄 회로 기판은 분배 시스템의 분배기와 정렬되어야만 하고 또는 달리 맞춰져야만 한다. 상기 분배기는 또한 비젼 시스템(30)을 더 포함하는데, 이 비전 시스템은, 일 실시예에 있어서, 비전 시스템을 지지하고 이동시키기 위한, 프레임(20)에 이동 가능하게 결합되는 비젼 시스템 겐트리(32)에 결합된다. 이러한 실시예는 또한 도 3에 제시되어 있다. 다른 실시예에 있어서, 비젼 시스템(30)은 분배 유닛 겐트리(24) 상에 마련될 수도 있다. 설명한 바와 같이, 비젼 시스템(30)은, 기점으로 알려진 랜드마크 또는 기판 상의 구성요소의 위치를 검증하기 위해 채용된다. 일단 위치가 설정되면, 상기 제어기는 전자 기판 상에 재료를 분배하기 위해 분배 유닛(14, 16)들 중 하나 이상의 이동을 조정하도록 프로그래밍될 수 있다.
본 개시내용의 시스템 및 방법은 기판 상에, 예컨대 회로 기판 상에 재료를 분배하는 것에 관한 것이다. 본원에 제시된 시스템 및 방법에 관한 설명에 있어서 기준이 되는 예시적인 전자 기판(12)(예컨대, 인쇄 회로 기판)은 분배기(10)의 지지부(22) 상에 지지된다. 일 실시예에 있어서, 분배 작업은 제어기(18)에 의해 제어되는데, 이 제어기는 재료 분배기를 제어하도록 구성되는 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 제어기(18)는 조작자에 의해 조정될 수 있다. 제어기(18)는 전자 기판(12)의 하나 이상의 이미지를 획득하기 위한 비젼 시스템을 이동시키기 위해 비젼 시스템 겐트리(32)의 이동을 조정하도록 구성된다. 제어기(18)는 분배 작업을 수행하도록 분배 유닛(14, 16)을 이동시키기 위한 분배 유닛 겐트리(24)의 이동을 조정하게 구성된다.
본 개시내용의 실시예는, (가상적인) 임의의 원하는 레벨에서 공압식 솔레노이드 밸브의 코일에서의 전류 흐름을 제어하도록 구성되는 액추에이터 제어 회로를 갖춘 분배 유닛, 예컨대 분배 유닛(14, 16)에 관한 것이다. 특히, 도 4를 참고하면, 대체로 도면부호 40으로 표시되는 액추에이터 구동 회로는, 대체로 도면부호 44로 표시되는 솔레노이드 밸브의 솔레노이드 코일(42)에서의 전류를 구동하도록 구성되는데, 이때 PWM 트랜스컨덕턴스 증폭기(46)는 소정 부하에서의 전류를 명령 및 제어하기 위해 입력 전압을 이용한다. 트랜스컨덕턴스 증폭기(46)가 본원에 도시 및 기술되어 있지만, 트랜스컨덕턴스 증폭기를 이용하여 달성되는 결과를 얻기 위해 다른 유형의 증폭기가 이용될 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 솔레노이드 밸브(44)의 솔레노이드 코일(42)은 증폭기(46)에 대한 부하로서 연결되고, 증폭기에 대해 직접 연결되거나 또는 중간 필터 구성요소(48), 예컨대 고주파수 쵸크 인덕터(choke inductor)를 통해 연결된다. 다시 말하면, 이러한 전류 제어는 보통 발견되는 다른 코일 구동 시스템인 디지털 (온/오프) 제어 시스템이라기보다는 아날로그 제어 시스템의 일부이며, 이러한 추가적인 제어는 전반적인 시스템 목적을 더욱 양호하게 달성하기 위해 이용된다. 예를 들면, 유지 전압(holding voltage)의 감소에 따른 이익은 또한 임의의 특수한 회로 또는 추가적인 회로를 필요로 하지 않으면서 아날로그 증폭기 제어를 이용하여 구현될 수도 있다.
도시된 바와 같이, 증폭기(46)는 액추에이터 제어 회로(40)의 작동을 제어하기 위한 제어기(18)에 결합되며, 보다 구체적으로 솔레노이드 밸브(44)에 결합되고, 상기 솔레노이드 밸브는 솔레노이드 코일(42) 및 공압 밸브(50)로 이루어지며, 이때 솔레노이드 밸브는 분배 유닛(14, 16)의 작동을 구동시키도록 구성된다. 솔레노이드 밸브(44)는 피스톤(54)에 결합된 에어 실린더(52)에 대한 공기의 유동을 제어하도록 구성되며, 피스톤은 하위 (제1) 위치로부터 상위 (제2) 위치로 공압식으로 구동된다. 피스톤(54)은 기판(12) 상에 재료를 분배하기 위해 밸브 시트(56)와 맞물린다. 구체적으로, 솔레노이드 밸브(44)는 에어 실린더(52) 및 피스톤(54) 내외로의 공기 유동을 제어하도록 구성된다. 증폭기(46)에 결합되는 제어기(18)는 솔레노이드 코일(42)에서의 전류를 제어하기 위해 증폭기에 대한 명령 신호를 생성하도록 구성된다.
솔레노이드 코일(42)의 전류 파형에 걸쳐 충분한 아날로그 제어를 제공함으로써, 솔레노이드 밸브(44)의 다수의 특징은 분배 시스템의 구체적인 요구를 더욱 양호하게 충족시키도록 변형 또는 조절될 수 있다. 예를 들면, 유지 전류(holding current)가 낮은 온 스테이트(on state)에서 솔레노이드 코일(42)을 유지하면, 솔레노이드 밸브(44)가 턴 오프(turn off)될 때 솔레노이드 장이 붕괴되는 데 필요한 시간을 최소화시킬 수 있다. 본 개시의 실시예의 액추에이터 제어 회로(40)에 있어서, 솔레노이드 코일(42)의 자기장이 붕괴되는 데 요구되는 시간(즉, 솔레노이드를 턴 오프하는 데 요구되는 시간)은, 자기장의 세기를 거의 제로(0) 상태[오프 스테이트(off state) 상태]로 더욱 신속하게 그리고 능동적으로 구동하기 위해 매우 짧은 시간(예컨대, 수백 마이크로초) 동안 약간의 음의 전류를 강제하는 것에 의해 추가로 단축될 수 있다.
액추에이터 구동 회로(40)의 다른 하나의 이익은, 코일 또는 다른 인덕터에서 전류가 축적되는 데 요구되는 시간이 이용 가능한 공급 전압에 반비례한다는 사실과 관련된다(di/dt = V/L). 종래의 온/오프 시스템에서는, 솔레노이드 코일(42)에서 소산되는 파워가 코일의 정격 내에 속하게 되도록 정격 공급 전압 및 코일 권선의 저항이 선택된다. 전류 제어 증폭기(46)를 이용하면, 솔레노이드 코일(42)의 정격 전압보다 높은 공급 전압을 이용 가능하다. 예를 들면, (24V 공급부로부터가 아니라) 48V 공급부로부터 24V 코일을 구동하면, 솔레노이드 코일(42)에서의 전류를 2배만큼 신속하게 축적시킬 수 있는 반면, 이 전류는 정격 전류의 2배까지 축적될 것이고, 이에 따라 파워 소산은 공칭 값의 4배가 될 것이다. 전류 제어 증폭기(46)를 이용함으로써, 최대 정력 값에서 원하는 전류가 강제되며, 상기 증폭기는 이용 가능한 최대 공급 전압을 이용하여 솔레노이드 코일(42)에서 전류를 신속하게 축적시킬 수 있는 반면, 일단 강제된 값에 도달하면 전류를 제한한다.
이러한 맥락에서, “아날로그 제어 시스템”은 디지털 회로를 통해 의사-아날로그 제어(pseudo-analog control)를 제공하기 위해 디지털 제어식 증폭기, 예컨대 DAC(Digital-to-Analog coverter) 및 ADC(Analog-to-Digital converter)를 포함하도록 의도되며, 상기 증폭기는 주어진 범위 내에서 수백 또는 수천의 작은 이산적 레벨을 생성할 수 있다는 것을 주목해야 한다. 예를 들면, 12-비트 DAC는 4096개의 이산적 레벨을 제공할 수 있으며, 이는 2-레벨 또는 3-레벨의 온/오프 제어 시스템과 구별하기 위해 “아날로그 제어”라 부를 수도 있다. 더욱이, 앞서 언급한 알려진 시스템은 BJT(bipolar junction transistor) 또는 FET(field effect transistors)를 이용하여 솔레노이드 코일(42)에서의 전류를 제어할 수 있는 반면, 그리고 이러한 트랜지스터가 또한 증폭기에서 사용될 수 있거나 혹은 자체로 증폭기로서 간주될 수 있는 반면, 알려진 시스템에서와 같이 온/오프 회로에서의 이러한 시스템의 이용은 포화[온(on)] 상태에서의 또는 컷-오프(cut off)[오프(off)] 상태에서의 트랜지스터의 작동을 특징으로 한다. 이러한 작동 모드는 증폭기(46)의 기능과 유의미하게 상이하며, 이러한 작동 모드의 융통성 및 장점이 본원에서 설명된다. 증폭기, 예컨대 본 개시의 실시예에서 사용되는 PWM 트랜스컨덕턴스 증폭기(46)에 있어서, 트랜지스터들은 트랜지스터에서 소산되는 파워를 최소화하기 위해 포화 상태와 컷 오프 상태 사이에서 신속하게 왔다갔다 전환된다. 그러나, 이러한 전환은, 부하에 도달하기 전에 전환 주파수에서 실질적으로 모든 에너지 및 그 배음(harmonics)이 필터링될 수 있을 정도로 충분히 높은 주파수에서 일어난다. 나머지 직류(DC) 및 더 낮은 주파수의 에너지는 필터를 통과하여 부하로 진행한다. 이러한 구성에서는, 심지어 트랜지스터의 온 상태 또는 오프 상태에서 트랜지스터가 사용되더라도, 증폭기 서브시스템의 기능이 결점 없이 아날로그 증폭기의 기능 및 장점을 제공하며, 구체적으로, 알려진 온/오프 시스템의 제한사항 없이 아날로그 증폭기의 기능 및 장점을 제공한다.
솔레노이드 코일(42)을 구동하기 위한 증폭기(46)의 사용에 관하여 현저하게 상업적인 장점은, 다수의 기존 분배기가 서보 모터 메커니즘으로서 분배 유닛을 구동한다는 것을 인식할 때 드러난다. 이러한 기존의 인프라스트럭쳐를 이용함으로써, 솔레노이드 제어식 공압 구동형 펌프을 장(field)에 전개하는 것이 매우 용이하게 된다. 솔레노이드 밸브(44)는 통상 서보 구동식 펌프를 지지하는 동일한 커넥터에 연결될 수 있으며, 다양한 펌프 유형을 허용하기 위한 시스템의 변형이 최소화된다. 또한 서보-모터 제어형 분배 펌프를 지지하도록 구성되는 시스템에서 알려진 솔레노이드 제어 시스템을 이용하면, 서보 모터 제어를 위한 증폭기 그리고 또한 별도의 솔레노이드 코일 구동 시스템 양자 모두의 존재가 요구되는데, 상기 양자의 조합은 2가지 펌프 유형의 구동을 지원하기 위해 요구되는 것이다.
본 개시의 추가적인 실시예는, 소정 시퀀스에서의 첫 점적 또는 처음의 몇 번의 점적의 분배와 상기 시퀀스에서의 후속 점적의 분배 사이의 점적 분배 거동의 차이를 최소화하는 방법에 관한 것이다. 코일에서 소산되는 파워가 사이클 주파수에 따라 변하고, 코일의 온도가 코일에서 소산되는 파워에 따라 변하며, 코일의 권선 저항이 코일 온도에 따라 변하고, 그리고 결과적으로 코일의 응답은 코일의 권선 저항에 따라 변할 수 있다는 것이 관찰된다. 이하를 참고할 것이다.
사이클 주파수 ⇒ 소산되는 파워 ⇒ 코일 온도 ⇒ 권선 저항 ⇒ 솔레노이드 응답
오랜 시간 동안 아이들 상태에 놓인 이후에 처음으로 코일이 작동될 때, 코일은 주기적으로 분배되는 후속 점적에 대한 온도와는 상이한 온도를 나타낼 것이다. 따라서, 코일 온도는 보다 면밀하게 제어될 수 있으며, 이때 코일의 응답은 보다 일관성있게 될 수 있다. 상기 방법의 실시예는, 종래 기술의 구동 방법을 이용하여 달성되는 것보다 턴 온 시간 및 턴 오프 시간이 빠르게 되도록 솔레노이드 코일을 구동하기 위해 증폭기를 이용하는 것을 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 본 개시의 방법은, (사실상) 임의의 원하는 레벨에서 공압 솔레노이드 밸브의 코일에서의 전류 흐름을 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 방법은 분배 유닛의 PWM 트랜스컨덕턴스 증폭기를 이용하여 코일에서의 전류를 구동하는 것을 포함하며, 이는 부하에서의 전류를 강제 및 제어하기 위해 입력 전압을 이용한다. 앞서 언급된 바와 같이, 동일한 장점을 달성하기 위해 다른 유형의 증폭기가 사용될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 솔레노이드 밸브의 코일은 증폭기에 대한 부하로서 연결되고, 증폭기에 대해 직접 연결되거나 또는 중간 필터 구성요소, 예컨대 고주파수 쵸크 인덕트(choke inductor)를 통해 연결된다. 이러한 증폭기 구성을 이용하면, 밸브가 능동적으로 작동되지 않을 때, 낮은 정상 상태 레벨(steady state level)에서 전류가 흐르도록 제어할 수 있다. 이러한 레벨은, 밸브를 작동시키지 못하게 하기에 충분할 정도로 낮지만 코일의 가온을 유지하기에 충분하게 선택될 수 있다. 다시 말하면, 이러한 전류 제어는 알려진 코일 구동 시스템에서 보통 발견되는 디지털 (온/오프) 제어 시스템이라기보다는 아날로그 제어 시스템의 일부이며, 이러한 추가적인 제어는 전반적인 시스템 목적을 더욱 양호하게 달성하기 위해 이용된다. 유지 전압의 감소에 따른 이익은 또한 아날로그 증폭기 제어를 이용하여 구현될 수도 있다.
일부 알려진 시스템은 솔레노이드 코일의 온도를 유지하는 것의 장점을 인식하고 있다(North에게 허여된 미국 특허 제8,339,762호 참고). 그러나, 이러한 알려진 시스템은, 솔레노이드를 온 위치로 작동시키지 않으면서 코일에서의 일부 에너지를 소산시키기 위해 짧은 펄스를 이용한다.
한 가지 방법에 있어서, 코일은 24V에 맞도록 구성되며, 섭씨 25 도에서 약 15 옴(ohm)의 저항을 나타내고, 결과적으로 1.6 암페어의 전류를 나타낸다. 코일이 가온될 때, 상기 저항은 증가하고, 전류는 감소하게 된다. 1.4A의 조절된 작동 전류는, 더 큰 전류를 이용하는 경우와 실질적으로 동일한 속도로 밸브가 작동하게 하며, 이에 따라 불필요한 권선 가열을 최소화시킨다. 일단 작동 상태에 있으면, 전류가 대략 300 mA 미만으로 감소될 때까지, 코일은 그 작동 위치에서 유지될 것이다. 이러한 레벨 미만에서, 전술한 구체적인 코일은 비-에너지 공급 상태(de-energized state)로 복귀할 것이다. 더욱이, 이러한 유지 전류 문턱값보다 현저하게 아래의 레벨에서 전류를 유지하면, 밸브가 에너지 공급 상태로 복귀하도록 유도하지 않게 된다.
대략 0.1 A의 아이들 전류를 이용하여 코일의 아이들 온도를 증가시키는 유리한 효과가 존재한다. 이러한 낮은 “백그라운드” 전류는 충분한 열을 발생시켜 주위보다 높게 코일을 가온시키지만, 코일의 정상 작동을 방해하지 않는다. 실제로, 코일에서 동일한 정상 상태 온도를 발생시키는 데 요구되는 아이들 전류의 레벨은 주위 조건, 코일의 열 시간 상수, 코링의 정상 주기 작동 속도, 그리고 다른 유사한 인사 및 변수에 따라 좌우될 것이다.
공압 밸브의 포핏(poppet)의 위치 대 시간 응답을 비교할 때, 코일에서의 낮은 레벨의 “아이들 전류”가 존재하면 최초 작동 응답에 있어서의 차이를 실질적으로 완화시킬 수도 있고 심지어 없앨 수도 있다. 도 5 및 도 6을 참고하면, 제3의 자취는 솔레노이드 포핏의 이동을 나타낸다. 도 6에서의 밸브의 응답은 훨씬 더 일관성이 있으며, 제1 펄스 응답으로 인해, 도 5에서 볼 수 있는 별도의 자취를 보정시킨 것이라는 것을 알 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 자취는 전류 명령(current command)을 나타내며, 제2 자취는 트리거(trigger)를 나타내고, 제3 자취는 포핏 위치를 나타내며, 제4 자취는 피스톤 위치를 나타낸다. 이들 자취는 지속 모드(persistence mode)에서 디지털 오실로스코프로 캡쳐된 것이며, 이때 10개의 이벤트로부터의 자취가 서로 오버레이된다. 도 5에서의 트레이스의 제3 세트에서 알 수 있는 바와 같이, 하나의 이벤트 응답은 스윕(sweep)들의 세트에서의 다른 이벤트 응답과 상이하며, 이는 비활동 시간 이후의 제1 이벤트이다(즉, 제1 점적). 또한, 제4 자취로부터, 피스톤은 포핏 응답에 있어서 전술한 변화에 다양하게 응답한다는 것을 알 수 있다. 도 6에서는, 코일에 아이들 전류가 도입되어 있으며, 포핏 응답을 나타내는 자취들의 제3 세트에 있어서, 모든 포핏 응답 곡선이 실질적으로 동일함은 명백하다. 피스톤 응답에 있어서의 나머지 약간의 변동은 다른 원인에 의한 것이다.
따라서, 본 개시의 적어도 하나의 실시예의 전술한 여러 가지 양태에도 불구하고, 다양한 변경, 변형, 및 개선이 당업자에게 가능하다는 것을 이해해야만 한다. 이러한 변경, 변형, 및 개선은 본 개시의 일부에 속하도록 의도되며, 본 발명의 사상 및 범위에 속하도록 의도된다. 이에 따라, 전술한 설명 및 도면은 단지 예로서 제시되는 것이다.

Claims (11)

  1. 기판 상에 재료를 분배하는 데 이용되는 분배 유닛의 제어 방법으로서,
    공압식으로 구동되는 펌프의 솔레노이드 코일을 분배 시스템의 증폭기 출력부에 연결하는 단계;
    상기 공압식으로 구동되는 펌프가 기판 상에 재료를 분배시키도록 하기 위해 상기 증폭기를 이용하여 상기 솔레노이드 코일을 구동하는 단계;
    비활동(inactivity) 시간 동안 상기 솔레노이드 코일에서 아이들 전류(idle current)가 흐르도록 명령하는 단계
    를 포함하고,
    상기 아이들 전류는 상기 솔레노이드 코일의 가온(warming)을 유발하기에 충분하지만, 솔레노이드를 작동 위치(engaged position)로 활성화시키기에는 충분하지 않은 것인 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    솔레노이드를 신속하게 작동시키기 위해 상기 솔레노이드 코일에서 제1 전류 레벨이 흐르도록 명령하는 단계;
    솔레노이드가 작동된 이후에 상기 솔레노이드 코일에서 제2 전류 레벨이 흐르도록 명령하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 전류 레벨은 솔레노이드를 작동 상태에서 유지하기에 충분한 것인 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 전류 레벨은 상기 제1 전류 레벨보다 낮은 것인 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 솔레노이드 코일에서 제3 전류 레벨이 흐르도록 명령하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제3 전류 레벨은 상기 제2 전류 레벨과 반대 극성이며, 솔레노이드의 작동을 유발하지 못할 정도로 충분히 작은 크기인 것인 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 상기 분배 유닛은 전자 기판 상에 점성 재료를 분배하도록 구성되는 것인 방법.
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