KR102373280B1 - 스텐실 셔틀 어셈블리를 갖춘 스텐실 프린터 - Google Patents

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Abstract

스텐실 프린터(10)는, 전자 기판(24)을 지지하도록 그리고 하위 위치와 상위 위치 사이에서 전자 기판을 이동시키도록 구성되는 전자 기판 지지부(22)를 포함한다. 상기 스텐실 프린터는, 스텐실(16)을 지지하도록, 그리고 스텐실이 스텐실 프린터의 전방을 향해 위치하게 되는 제1 위치와 스텐실이 스텐실 프린터의 후방을 향해 위치하게 되는 제2 위치 사이에서 스텐실을 이동시키도록 구성되는 스텐실 셔틀 어셈블리(18)를 더 포함한다. 상기 스텐실 프린터는, 프린트 스트로크(print stroke) 동안 기판 상에 재료를 분배하기 위해 스텐실에 맞춰지게 구성되는 프린트 헤드(20)를 더 포함한다. 상기 스텐실 프린터는, 프린트 헤드(20)를 이동시켜 프린트 스트로크를 행하도록 구성되며 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 스텐실 셔틀 어셈블리(18)를 선택적으로 이동시키도록 구성되는 드라이브 어셈블리를 더 포함한다.

Description

스텐실 셔틀 어셈블리를 갖춘 스텐실 프린터
본 개시내용은, 스텐실 셔틀 어셈블리를 갖춘 스텐실 프린터에 관한 것이다.
표면 장착 인쇄 회로 기판(surface-mount printed circuit board)의 제조에 있어서, 회로 기판 상에 솔더 페이스트(solder paste)를 인쇄하기 위해 스텐실 프린터(stencil printer)가 사용될 수 있다. 보통, 솔더 페이스트가 그 위에 성막될 수 있는 패드 또는 일부 다른 전도성 표면의 패턴을 갖는 회로 기판이 자동적으로 스텐실 프린터에 공급되며, 회로 기판 상에 솔더 페이스트를 인쇄하기에 앞서 스텐실 프린터의 스크린 또는 스텐실과 회로 기판을 적절하게 정렬시키기 위해 회로 기판 상의 하나 이상의 소형 구멍 또는 마크(mark)["기점(fiducials)"이라고 알려져 있음]가 사용된다. 일부 시스템에 있어서, 스텐실과 회로 기판을 정렬하기 위해 비젼 시스템(vision system)이 채용된 광학 정렬 시스템이 사용된다.
일단 회로 기판이 프린터 내에서 스텐실과 적절하게 정렬되면, 이 회로 기판은 스텐실까지 상승하게 되며, 솔더 페이스트가 스텐실 상에 분배되고, 와이퍼 블레이드(wiper blade)[또는 스퀴지(squeegee)]는 스텐실을 횡단하여 스텐실에서의 개구를 통해 그리고 회로 기판 상으로 솔더 페이스트를 강제한다. 스퀴지가 스텐실을 가로질러 이동하게 될 때, 솔더 페이스트는 블레이드 전방에서 말리는 경향이 있으며, 이에 의해 바람직하게 원하는 점도를 얻기 위한 솔더 페이스트의 혼합 및 전단이 유발되어 스크린 또는 스텐실에서의 개구의 충전을 용이하게 한다. 솔더 페이스트는 보통 표준 카트리지로부터 스텐실 상으로 분배된다. 스텐실은 이때 회로 기판으로부터 분리되며, 회로 기판과 솔더 페이스트 사이의 접착에 의해 대부분의 재료가 회로 기판 상에 머물러 있도록 유도된다. 스텐실의 표면 상에 남아있는 재료는, 추가적인 회로 기판이 인쇄되기 이전에 세척 프로세스에서 제거된다.
회로 기판의 인쇄에 있어서의 다른 프로세스는, 솔더 페이스트가 회로 기판의 표면 상에 성막된 이후의 회로 기판의 검사를 수반한다.
회로 기판의 검사는, 깔끔한 전기적 연결이 이루어질 수 있는지를 결정함에 있어서 중요하다. 과도한 솔더 페이스트는 단락을 유발할 수 있는 반면, 적절한 위치에서의 너무 적은 솔더 페이스트는 전기 접속을 방해할 수 있다. 일반적으로, 시각적 검사 시스템은 또한 회로 기판 상의 솔더 페이스트의 2차원 검사 또는 3차원 검사를 제공하기 위해 채용된다.
스텐실 세척 프로세스 및 회로 기판 검사 프로세스는 단지 회로 기판을 생산함에 있어서 수반되는 다수의 프로세스 중 2가지 프로세스일 뿐이다. 일관된 품질을 갖는 최대 개수의 회로 기판을 생산하기 위해서는, 회로 기판의 제조에 필요한 사이클 시간을 단축시키는 반면, 생산되는 회로 기판의 품질을 보장하는 시스템, 예컨대 회로 기판 검사 시스템 및 스텐실 세척 시스템을 유지하는 것이 종종 바람직하다.
본 개시내용의 일 양태는, 전자 기판 상에 점성 재료를 인쇄하기 위한 스텐실 프린터에 관한 것이다. 일 실시예에 있어서, 상기 스텐실 프린터는 프레임 및 이 프레임에 결합되는 전자 기판 지지부를 포함한다. 상기 전자 기판 지지부는, 전자 기판을 지지하도록 그리고 하위 위치와 상위 위치 사이에서 전자 기판을 이동시키도록 구성된다. 상기 스텐실 프린터는 상기 프레임에 결합되는 스텐실 셔틀 어셈블리를 더 포함한다. 상기 스텐실 셔틀 어셈블리는, 스텐실을 지지하도록, 그리고 스텐실이 스텐실 프린터의 전방을 향해 위치하게 되는 제1 위치와 스텐실이 스텐실 프린터의 후방을 향해 위치하게 되는 제2 위치 사이에서 스텐실을 이동시키도록 구성된다. 상기 스텐실 프린터는 상기 프레임에 결합되는 프린트 헤드를 더 포함한다. 상기 프린트 헤드는, 프린트 스트로크(print stroke) 동안 기판 상에 재료를 분배하기 위해 스텐실에 맞춰지게 구성된다. 상기 스텐실 프린터는 상기 프레임 및 상기 프린트 헤드에 결합되는 드라이브 어셈블리(drive assembly)를 더 포함한다. 상기 드라이브 어셈블리는, 프린트 헤드를 이동시켜 프린트 스트로크를 행하도록 구성되며, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 스텐실 셔틀 어셈블리를 선택적으로 이동시키도록 구성된다.
스텐실 프린터의 실시예는, 기판의 표면을 검사하기 위해 프레임에 결합되는 비젼 시스템을 더 포함한다. 상기 스텐실 셔틀 어셈블리는, 스테이징 프레임(staging frame)으로서, 스텐실을 수용하고 스테이징 프레임에 스텐실을 고정시키도록 구성되는 스테이징 프레임을 포함할 수 있으며, 상기 프레임 및 상기 스테이징 프레임에 결합되어 스테이징 프레임 및 스텐실을 이동시키는 스텐실 셔틀을 포함할 수 있다. 상기 스텐실 셔틀 어셈블리는 스텐실을 기판과 정렬시키도록 구성될 수 있다. 상기 스텐실 셔틀 어셈블리는, 제1 방향으로 스텐실 셔틀에 대해 스테이징 프레임을 이동시키도록 구성되는 제1 액추에이터; 제2 방향으로 스텐실 셔틀에 대해 스테이징 프레임을 이동시키도록 구성되는 제2 액추에이터로서, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 대해 대체로 수직인 것인 제2 액추에이터; 제1 방향으로 스텐실 셔틀에 대해 스테이징 프레임을 이동시키도록 구성되는 제3 액추에이터를 포함할 수 있으며, 상기 제1 액추에이터, 상기 제2 액추에이터, 및 상기 제3 액추에이터는 기판을 정렬시키도록 구성된다.
상기 스텐실 셔틀 어셈블리는, 스테이징 프레임을 스텐실 셔틀에 클램핑(clamping)하기 위한 적어도 하나의 클램프(clamp)를 더 포함할 수 있다. 상기 스텐실 프린터는, x-방향, y-방향 및 회전 방향으로 스텐실 셔틀에 대해 스테이징 프레임을 이동 및 고정시켜 기판을 정렬시키기 위해, 비젼 시스템, 제1 액추에이터, 제2 액추에이터, 제3 액추에이터, 및 적어도 하나의 클램프에 결합되는 제어기를 더 포함할 수 있다. 상기 스텐실 셔틀 어셈블리는, 스테이징 프레임 상에 마련되며 제1 액추에이터를 수용하도록 구성되는 제1 피봇 핀(pivot pin); 스테이징 프레임 상에 마련되며 제2 액추에이터를 수용하도록 구성되는 제2 피봇 핀; 스테이징 프레임 상에 마련되며 제3 액추에이터를 수용하도록 구성되는 제3 피봇 핀을 더 포함할 수 있다. 제1 피봇 핀, 제2 피봇 핀, 및 제3 피봇 핀은, 제1 액추에이터, 제2 액추에이터, 및 제3 액추에이터를 통해, 스테이징 프레임에 대해 스텐실 셔틀을 위치 설정하도록 구성될 수 있다. 회전 방향의 움직임은 제1 액추에이터 및 제3 액추에이터를 조정함으로써 달성될 수 있다. 상기 스텐실 셔틀 어셈블리는, 프레임에 결합되고 스텐실 셔틀을 프레임에 고정시키도록 구성되는 2개의 셔틀 지지부를 더 포함할 수 있다. 상기 스텐실 셔틀 어셈블리는, 스텐실 셔틀을 2개의 셔틀 지지부에 클램핑하기 위한 적어도 하나의 클램프(clamp)를 더 포함할 수 있다. 상기 프린트 헤드는, 적어도 하나의 스퀴지(squeegee) 및 이 적어도 하나의 스퀴지에 이웃하게 재료를 성막시키도록 되어 있는 분배기를 포함할 수 있다. 상기 스텐실 프린터는, 스텐실이 스텐실 셔틀 어셈블리에 의해 기판으로부터 멀어지게 병진할 때 스텐실로부터 재료를 제거하기 위한 와이퍼를 더 포함할 수 있다.
본 개시내용의 다른 양태는, 전자 기판 상에 점성 재료를 분배하고 스텐실을 세척하는 방법에 관한 것이다. 일 실시예에 있어서, 상기 방법은, 전자 기판을 인쇄 위치로 운반하는 단계; 전자 기판 기점 위치 및 스텐실 기점 위치를 획득하기 위해 전자 기판 위에서 비젼 시스템을 이동시키는 단계; 스텐실의 기점 위치를 전자 기판의 기점 위치와 정확하게 정렬시키기 위해 액추에이터를 이용하여 스텐실 위치의 X 방향 조정, Y 방향 조정, 및 회전 조정을 행하는 단계; 스텐실에 있는 개구를 통해 전자 기판 상으로 솔더 페이스트를 강제하기 위해 프린트 헤드를 이용하여 스텐실 위에서 프린트 스트로크를 행하는 단계; 스텐실을 지지하는 스텐실 셔틀 어셈블리에 프린트 헤드를 견고하게 결합시키기 위해 셔틀 운반 클램프를 선택적으로 맞추는 단계; 스텐실 와이퍼 어셈블리가 스텐실의 밑면을 세척하는 스텐실 와이핑 작업을 개시하기 위해 스텐실 와이퍼 어셈블리를 향하는 방향으로 프린트 헤드 및 스텐실을 이동시키는 단계를 포함한다.
상기 방법의 실시예는, 스텐실 와이핑 작업 동안 인쇄 위치에 대해 반대 방향으로 프린트 헤드를 이동시키는 단계; 스텐실 와이퍼 어셈블리를 와이핑 높이로 상승시키는 단계; 새로운 전자 기판이 대기하고 있는 인쇄 위치로 다시 프린트 헤드를 이동시키는 단계; 및/또는 전자 기판 위로 비젼 시스템을 이동시키기 이전에 비젼 높이(vision height)까지 전자 기판을 리프팅(lifting)하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 비젼 시스템은, 전자 기판 기점 위치 및 스텐실 기점 위치를 획득한 이후에 휴지 위치(park location)로 이동할 수 있다. 상기 방법은, 프린트 스트로크를 행하기 이전에 인쇄 높이로 전자 기판을 리프팅하는 단계를 포함할 수 있다. 프린트 스트로크를 행하는 단계는, 스퀴지 블레이드가 스텐실에 맞춰지도록 프린트 스트로크 이전에 스텐실을 향하여 프린트 헤드의 스퀴지 블레이드를 하향시키는 단계 및 프린트 스트로크 이후에 스텐실로부터 멀리로 스퀴지 블레이드를 상승시키는 단계를 포함할 수 있다.
첨부 도면은 축척대로 도시하려는 의도는 아니다. 도면에 있어서, 다양한 도면에 제시되는 각각의 동일한 구성요소 혹은 거의 동일한 구성요소는 동일한 도면부호로 표시된다. 명확성을 위해, 모든 도면에 모든 구성요소가 라벨링(labeling)되지는 않을 수 있다.
도 1은, 스텐실 프린터의 주요 작동 시스템을 드러내기 위해 외부 패키징이 제거된 상태인, 본 개시내용의 실시예의 스텐실 프린터의 전방 사시도이다.
도 2는 스텐실 프린터의 컨베이어 시스템의 사시도이다.
도 3은 스텐실 프린터의 리프트 테이블 어셈블리(lift table assembly)의 사시도이다.
도 4는 프린트 스트로크(print stroke)를 행하기 이전의 스텐실 프린터의 스텐실 셔틀 어셈블리의 사시도이다.
도 5는 스텐실 와이핑 작업(stencil wipe operation)을 행하기 이전에 인쇄 위치에서의 스텐실 셔틀 어셈블리의 사시도이다.
도 6은 셔틀 지지부로부터 제거된 스텐실 셔틀 어셈블리의 사시도이다.
도 7은 스텐실 셔틀 어셈블리의 스텐실 스테이징 프레임(stencil staging frame)의 사시도이다.
도 8은 스텐실 셔틀 어셈블리의 스텐실 셔틀의 사시도이다.
도 9는 스텐실 프린터의 셔틀 지지부의 사시도이다.
도 10은 스텐실 셔틀 어셈블리의 스테이징 프레임 액추에이터(staging frame actuator)의 사시도이다.
도 11은 스텐실 프린터의 셔틀 위치 클램프(shuttle position clamp)의 사시도이다.
도 12는 스텐실 프린터의 프레임 위치 클램프(frame position clamp)의 사시도이다.
도 13은 스텐실 프린터의 프린트 헤드 어셈블리(print head assembly)의 사시도이다.
도 14는 스텐실 프린터의 비젼 시스템의 사시도이다.
도 15는 스텐실 프린터의 스텐실 와이퍼 어셈블리(stencil wiper assembly)의 사시도이다.
본 개시내용은 대체로 재료 어플리케이션 기계(material application machine)(여기서는 "스텐실 프린터", "스크린 프린터", "인쇄 기계", 또는 "프린터"라고 함) 그리고 SMT(surface mount technology) 프로세스 라인에서 사용되며 어셈블리 재료[예컨대, 솔더 페이스트, 전도성 잉크, 또는 피막형성 재료(encapsulation material)]를 기판(예컨대, 인쇄 회로 기판, 여기서는 "전자 기판", "회로 기판", "기판", "PCB", "PCB 기재", "기재", 또는 "PCB 기판"이라고 함) 상에 적용하도록 구성되거나 또는 다른 작업, 예컨대 검사, 재작업, 또는 기판 상의 전자적 구성요소의 배치를 행하도록 구성되는 다른 장비에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시내용의 실시예는, 인쇄 회로 기판을 생산하는 데 사용되는 스텐실 프린터를 참고하여 이하에서 설명될 것이다.
본원에 개시되는 스텐실 프린터의 실시예는, 단일 드라이브 어셈블리를 갖춘 스텐실 프린터 내에서 y축 방향으로 스텐실을 지탱하는 스텐실 셔틀 어셈블리 및 프린트 헤드의 이동을 구동할 수 있다. 상기 스텐실 셔틀 어셈블리는, 스텐실 와이핑 작업을 행하는 동안 스텐실 셔틀 어셈블리 및 프린트 헤드의 동기화된 y축 이동을 구동하기 위해 프린트 헤드에 대해 스텐실 셔틀 어셈블리를 고정시키도록 구성되는 스텐실 셔틀 클램프를 채용한다. 상기 스텐실 셔틀 어셈블리는 또한 프린트 헤드를 이용한 인쇄 작업을 행하는 동안 스텐실을 고정시키기 위한 프레임 위치 클램프 및 스텐실 프린터의 프레임에 스텐실 셔틀 어셈블리를 고정시키기 위한 셔틀 위치 클램프를 또한 채용한다. 이러한 구성에 있어서, 상기 스텐실 셔틀 클램프는, 스텐실 셔틀 어셈블리에 대해 프린트 헤드가 이동 가능하게 하기 위해 분리된다. 스텐실 프린터의 이러한 구성은 동시 작업, 예컨대 스텐실을 세척하는 동안 완성 후 회로 기판에 대한 시각적 검사를 행하는 것, 또는 스텐실을 세척하는 동안 완성 후 회로 기판을 언로딩(unloading)하고 신규 회로 기판을 로딩 및 정렬하는 것을 가능하게 한다.
이제 도면을 참고하면, 보다 구체적으로는 도 1을 참고하면, 본 개시내용의 실시예에 따른 스텐실 프린터가 대체로 10으로 지시되어 있다. 도시된 바와 같이, 스텐실 프린터(10)는, 스텐실 프린터의 구성요소를 지지하는 프레임(12)을 포함한다. 스텐실 프린터(10)의 구성요소는, 부분적으로, 대체로 14로 지시되어 있는 컨베이어 시스템; 명확성을 위해 도 1에는 도시되어 있지 않지만 도 4 및 도 5에는 도시되어 있는 스텐실(16); 대체로 18로 지시되는 스텐실 셔틀 어셈블리; 대체로 20으로 지시되는 프린트 헤드 또는 프린트 헤드 어셈블리를 포함하며, 이들은 함께 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 방식으로 솔더 페이스트를 비롯한 점성 재료를 적용시키도록 구성된다.
스텐실 프린터(10)는, 대체로 22로 지시되고 컨베이어 시스템(14)에 의해 이송되는 회로 기판(24)을 하위 위치로부터 상승 위치 또는 인쇄 위치로 상승시키도록 구성되는 리프트 테이블 어셈블리를 더 포함하는데, 상기 하위 위치에서는 회로 기판이 컨베이어 시스템과 동일 평면을 따라 놓이게 되며, 상기 상승 위치 또는 인쇄 위치에서는 회로 기판이 스텐실과 맞춰진다. 리프트 테이블 어셈블리(22)는 또한 인쇄 위치로부터 다시 하위 위치로 회로 기판(24)을 하향시키도록 구성된다. 스텐실 프린터(10)는, 조작자 또는 어셈블리 시스템이 스텐실 프린터의 작업을 제어하는 것을 가능하게 하기 위해 제어기(26) 및 키보드와 디스플레이(도시되어 있지 않음)를 더 포함할 수 있다.
도 2를 참고하면, 스텐실 프린터(10)의 컨베이어 시스템(14)은 인쇄 회로 기판(24)을 스텐실 프린터에서의 인쇄 위치로 운반하기 위한, 대체로 28 및 30으로 지시되는 2개의 운반 레일을 포함한다. 운반 레일(28, 30)은 때때로 "트랙터 공급 메커니즘(tractor feed mechanism)"이라 불릴 수도 있는데, 운반 레일들은 함께 회로 기판을 공급하도록, 로딩하도록 또는 그렇지 않으면 스텐실 프린터(10)의 작동 영역[본원에서는 "프린트 네스트(print nest)"라고 할 수 있음]으로 이송하도록 구성되며, 상기 프린트 네스트로부터 회로 기판을 언로딩하도록 구성된다.
각각의 운반 레일(28, 30)은, 인쇄 작업 동안 회로 기판(24)의 밑면에 맞춰져 이 밑면을 지지하도록 구성되는 보드 리프터(board lifter; 32)를 포함한다. 각각의 운반 레일(28, 30)은 모터(34) 및 이 모터에 결합되는 운반 벨트(36)를 더 포함한다. 이러한 구성에 의해, 운반 레일(28, 30)의 모터(34)가 운반 벨트(36)의 동기화된 이동을 구동하여 제어기(26)의 제어 하에서 회로 기판(24)을 프린트 네스트로 그리고 프린트 네스트로부터 이동시키게 된다.
도 3을 참고하면, 본원에 개시된 실시예에 있어서, 상기 프린트 네스트는 리프트 테이블 어셈블리(22)에 의해 구현되는데, 리프트 테이블 어셈블리는 회로 기판(24)이 지지되는 기판 지지부(40)를 갖춘 지지 테이블(38)을 포함한다. 리프트 테이블 어셈블리(22)는, 스텐실 프린터(10)의 프레임(12)에 고정되는 고정식 프레임 구조체(42), 그리고 지지 테이블을 상방으로 그리고 하방으로 이동시키기 위해 지지 테이블(38)을 지지하는 가동 프레임 구조체(44)를 포함한다. 선형 베어링(linear bearing; 46)은, 고정식 프레임 부재(42)에 대해 상방으로 그리고 하방으로 가동 프레임 구조체(44)의 상대 운동을 가능하게 한다.
리프트 테이블 어셈블리(22)는, 지지 테이블(38)을 포함하는 가동 프레임 구조체(44)의 상방 이동 및 하방 이동을 구동하기 위해 리프트 테이블 모터(48) 및 리프트 테이블 볼 스크류(50)를 더 포함한다. 그 결과로서, 지지 테이블(38)은 제어기(26)의 제어 하에서 모터(48)를 작동시킴으로써 상방으로 그리고 하방으로 이동하게 된다. 지지 테이블(38)은 기재 지지 시스템, 예컨대 견고한 지지부; 회로 기판이 인쇄 위치에 있을 때 회로 기판(24) 아래에 위치하게 되는 복수 개의 핀 또는 가요성 툴링(tooling)을 더 포함할 수 있다. 기재 지지 시스템은, 부분적으로, 인쇄 작업 동안 회로 기판의 구부러짐 또는 뒤틀림을 방지하기 위해 회로 기판(24)의 내부 영역을 지지하는 데 이용될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 스텐실 셔틀 어셈블리(18)는, 제1 위치로부터 스텐실이 인쇄 작업을 행하도록 위치하게 되는 스텐실 프린터(10)의 후방을 향해 그리고 제2 위치로부터 스텐실이 스텐실 상에서의 스텐실 와이핑 작업을 행하도록 위치하게 되는 스텐실 프린터의 전방을 향해 스텐실(16)을 이동시키도록(점선으로 도시되어 있음) 구성된다. 도시된 바와 같이, 스텐실 셔틀 어셈블리(18)는, 대체로 52로 지시되며 스텐실(16)을 지지하도록 구성되는 스테이징 프레임; 대체로 54로 지시되며 스테이징 프레임(52)에 고정되는 스텐실 셔틀; 각각 대체로 56 및 58로 지시되고 프레임(12)에 고정되며 스텐실 셔틀이 위에 올라타도록 하기 위한 안내 트랙을 제공하는 좌측 셔틀 지지부 및 우측 셔틀 지지부를 포함한다. 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 이러한 구성에 의해, 스텐실 셔틀(54)은 프린트 스트로크 동안 스텐실 셔틀이 이동하는 것을 방지하도록 프린트 스트로크 동안 적소에 잠기게 된다.
도 6을 참고하면, 좌측 셔틀 지지부(56) 및 우측 셔틀 지지부(58) 그리고 프린트 헤드(20)를 제외하고 스테이징 프레임(52) 및 스텐실 셔틀(54)이 도시되어 있다. 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 스텐실 셔틀 어셈블리(18)의 스테이징 프레임(52)은, 일단 스텐실(16)이 회로 기판(24)과 정렬되면, 스텐실 인쇄 작업 동안 스테이징 프레임을 단단하게 고정하기 위해 선택적으로 스텐실 셔트(54)에 클램핑되도록 구성된다. 추가적으로, 스텐실 셔틀 어셈블리(18)의 스텐실 셔틀(54)은, 프린트 헤드(20)의 이동에 동력이 제공될 때 스텐실 셔틀 어셈블리를 이동시키는 것이 바람직하다면 좌측 셔틀 지지부(56) 및 우측 셔틀 지지부(58)에 선택적으로 클램핑되도록 구성된다.
도 7을 참고하면, 스텐실 셔틀 어셈블리(18)의 나머지 구성요소를 제외하고 스테이징 프레임(52)이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 스테이징 프레임(52)은, 대체로 직사각형의 구조체를 함께 형성하는 4개의 레일 부재(60, 62, 64, 66)를 포함한다. 레일 부재(60, 62, 64, 66)는, 예컨대 용접에 의해 이들 레일 부재 각각의 코너에서 서로에 대해 고정되어 상기 대체로 직사각형의 구조체를 형성한다. 레일 부재(60)는 내측을 향해 돌출되는 쉘프(shelf; 68)를 포함하며, 레일 부재(62)는 대응하게 내측을 향해 돌출되는 쉘프(70)를 포함한다. 이러한 구성에 의해, 스텐실(16)의 스텐실 프레임은 쉘프(68, 70) 위에 마련되는 공간 내로 삽입 또는 로딩되며, 이에 따라 상기 쉘프는 스텐실 프린터(10)의 작업 중에 스텐실을 지지한다.
스테이징 프레임(52)은 4개의 공압식 실린더를 더 포함하는데, 이들 공압식 실린더는 각각 72로 지시되어 있으며 제어기(26)의 제어 하에서 스텐실(16)의 스테이징 프레임에 맞춰지도록 구성되어 있어, 스텐실이 스테이징 프레임에 단단하게 고정되게 한다. 도시된 바와 같이, 2개의 공압식 실린더(72)는 레일 부재(60) 상에 마련되며, 2개의 공압식 실린더는 레일 부재(62) 상에 마련된다. 작동 시에, 공압식 실린더(72)는 스텐실(16)의 스텐실 프레임에 맞춰져 스텐실 프레임을 적소에 고정시킨다. 비-작동 시에, 공압식 실린더(72)는 스텐실(16)의 스텐실 프레임으로부터 분리되어 스테이징 프레임(52)으로부터 스텐실을 제거할 수 있도록 한다.
스테이징 프레임(52)은 3개의 피봇 핀을 더 포함하는데, 이들 피봇 핀 각각은 74로 지시되며 액추에이터에 의해 스텐실 셔틀(54)에 결합되고, 이에 대해서는 이하에서 더욱 상세하게 설명한다. 추가적으로, 스테이징 프레임(52)은 4개의 지탱 지지부를 포함하는데, 이들 지탱 지지부 각각은 76으로 지시되며 스테이징 프레임의 코너에 마련된다. 지탱 지지부(76)는 레일 부재(60, 62, 64, 66)에 의해 형성되는 둘레로부터 외측을 향해 연장되어, 스텐실 셔틀 상에 마련되는 지탱 지지부 플레이트 상에서 스테이징 프레임(52)을 지지한다. 스테이징 프레임(52)은, 각각의 지탱 지지부(76)로부터 내측을 향해 연장되는 4개의 클램프 플레이트(clamp plate; 77)를 더 포함한다. 클램프 플레이트(77)는 스텐실 셔틀(54)에 대해 스테이징 프레임(52)을 고정시키는 데 사용되어, 스테이징 프레임이 인쇄 작업 중에 이동하는 것이 방지되도록 보장한다.
도 8을 참고하면, 스텐실 셔틀(54)은, 횡단 지지 부재(82)에 의해 서로에 대해 연결되는 2개의 지지 부재(78, 80)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 각각의 지지 부재(78, 80)는 지지 플레이트를 포함하며, 각각의 지지 플레이트는 84로 지시되고 지지 부재의 대향 단부에 마련된다. 지지 플레이트(84)는 스테이징 프레임(52)의 지탱 지지부(76)에 연결된다. 스텐실 셔틀(54)은 3개의 피봇 핀 지지부를 더 포함하는데, 이들 피봇 핀 지지부 각각은 86으로 지시되며 액추에이터에 의해 스테이징 프레임(52)의 피봇 핀에 결합되고, 이에 따라 스텐실 셔틀과 스테이징 프레임 사이의 상대적인 조정이 제공된다.
스텐실 셔틀(54)은 2개의 셔틀 위치 클램프를 더 포함하는데, 도 8에는 1개의 셔틀 위치 클램프가 도시되어 있으며, 이들 셔틀 위치 클램프는 각각의 해당 좌측 셔틀 지지부(56) 및 우측 셔틀 지지부(58)에 대해 선택적으로 좌측 지지 부재(78) 및 우측 지지 부재(80)를 고정시키도록 구성된다. 스텐실 셔틀(54)은 2개의 프레임 위치 클램프를 더 포함하는데, 이들 프레임 위치 클램프 각각은 90으로 지시되며 인쇄 중에 스테이징 프레임(52)을 선택적으로 고정 및 안정화시키도록 구성된다. 스텐실 셔틀(54)은, 프린트 헤드(20)에 대해 스텐실 셔틀을 고정시키기 위해 프린트 헤드와 관련되는 셔틀 운반 클램프에 의해 선택적으로 고정되는 클램프 플레이트(92)를 더 포함한다.
도 9를 참고하면, 스텐실 셔틀 어셈블리(18)의 나머지와 별개인 좌측 셔틀 지지부(56) 및 우측 셔틀 지지부(58)가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 각각의 셔틀 지지부(56, 58)는 서로에 대해 유사하게 구성되어 있으며, 이들 셔틀 지지부의 차이점에 대해서는 이하에서 설명한다. 각각의 셔틀 지지부(56, 58)는, 작동 시에 스텐실 셔틀(54)의 지지 부재(78, 80)가 올라타는 스텐실 셔틀 선형 베어링(96)을 갖춘 가늘고 긴 본체(94)를 포함한다. 각각의 셔틀 지지부(56, 58)의 가늘고 긴 본체(94)는, 작업 중에 프린트 헤드(20)가 올라타며 본체의 상부에 마련되는 프린트 헤드 선형 베어링(98)을 더 포함한다. 각각의 셔틀 지지부(56, 58)의 가늘고 긴 본체(94)는, 작업 중에 비젼 시스템의 비젼 겐트리(vision gantry)가 올라타며 본체의 하부에 마련되는 비젼 시스템 선형 베어링(100)을 더 포함한다. 각각의 셔틀 지지부(56, 58)의 가늘고 긴 본체(94)는, 좌측 셔틀 지지부 및 우측 셔틀 지지부에 대해 스텐실 셔틀을 고정시키기 위해 스텐실 셔틀(54)의 셔틀 위치 클램프(88)에 의해 선택적으로 고정되는 클램프 플레이트(clamp plate; 102)를 더 포함한다.
좌측 셔틀 지지부(56)에는, 프린트 헤드를 이동시켜 프린트 스트로크를 행하도록 구성되며 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 스텐실 셔틀 어셈블리(18)를 선택적으로 이동시키도록 구성되는 드라이브 어셈블리로서, 대체로 104로 지시되는 드라이브 어셈블리가 마련된다. 도시된 바와 같이, 드라이브 어셈블리(104)는, 좌측 셔틀 지지부(56)의 가늘고 긴 본체(94)의 단부에 마련되는 지지부(108, 110) 상에 회전 가능하게 장착되는 볼 스크류(106), 그리고 제어기(26)의 제어 하에서 볼 스크류의 회전을 구동시키는 스테퍼 모터(112)를 포함한다. 스테퍼 모터(112)는, 프레임 위치 클램프(90)가 결합되어 있을 때 프린트 헤드(20) 및 스텐실 셔틀 어셈블리(18)의 스텐실 셔틀(54) 양자 모두를 구동시킨다. 스텐실 와이핑 작업을 위한 스텐실 셔틀 어셈블리(18)의 이동을 위해, 프린트 헤드(20)와 관련되는 셔틀 운반 클램프들이 맞춰지며 셔틀 위치 클램프(88)들은 분리된다. 따라서, 프린트 헤드(20)는 스텐실 셔틀 어셈블리(18)와 협력하여 이동한다. 앞서 언급된 바와 같이, 프린트 헤드(20) 및 스텐실 셔틀 어셈블리(18)는 제어기(26)의 제어 하에서 드라이브 어셈블리(104)에 의해 구동되도록 구성된다. 우측 셔틀 지지부(58)는, 스텐실 셔틀 어셈블리(18)와 관련되는 케이블을 수납하는 케이블 캐리어(cable carrier; 114)를 포함한다.
앞서 언급된 바와 같이, 스텐실 셔틀 어셈블리(18)는, 스텐실(16)을 회로 기판(24)과 정렬시킬 때 스테이징 프레임(52)의 위치를 조정하기 위한 3개의 액추에이터를 포함한다. 액추에이터들의 조직화된 운동은, 스텐실 프린터(10)의 작동 중에 x-y 평면에서의 스테이징 프레임의 회전(theta)뿐만 아니라 x축 방향 및 y축 방향으로 스테이징 프레임(52)을 정확하게 위치 설정한다.
도 10을 참고하면, 액추에이터는 대체로 116으로 지시되어 있다. 도시된 바와 같이, 액추에이터(116)는, 스테이징 프레임(52)의 프레임 피봇 핀(74)에 대해 고정되는 제1 부분(118) 및 스텐실 셔틀(54)에 대해 고정되는 제2 부분(120)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 제2 부분(120)은 벨로우즈 샤프트 커플링(bellows shaft coupling)으로 구현된다. 액추에이터(116)는, 제1 부분(118)과 제2 부분 사이에 마련되는 볼 스크류(124) 및 제2 부분(120)에 대해 고정되는 스테퍼 모터(122)를 더 포함한다. 볼 스크류(124)는 제1 부분(118)과 제2 부분(120) 사이의 공간을 확대 및 축소시키기 위해 스테퍼 모터(122)에 의해 구동되며, 이에 따라 스텐실 셔틀(54)에 대해 스테이징 프레임(52)을 조정한다. 스텐실 셔틀 어셈블리(18)에 마련되는 3개의 액추에이터(116)를 이용하여 스테이징 프레임(52)과 스텐실 셔틀(54) 사이의 매우 미세한 조정이 이루어질 수 있다는 것에 주의해야 한다.
도 11 및 도 12를 참고하면, 셔틀 위치 클램프(88) 및 프레임 위치 클램프(90)가 각각 도시되어 있다. 셔틀 위치 클램프(88)는, 공압식으로 작동되는 피스톤(128) 및 이 피스톤과 맞춰지게 위치 설정되는 프릭션 퍽(friction puck; 130)을 수납하는 본체를 포함한다. 이러한 구성에 의해, 피스톤(128)은 셔틀 지지부(56 또는 58)의 클램프 플레이트(102)를 이들 사이에 고정시켜, 셔틀 지지부에 대해 스텐실 셔틀을 고정시킨다. 마찬가지로, 프레임 위치 클램프(90)는, 공압식으로 작동되는 피스톤(134) 및 이 피스톤과 맞춰지게 위치 설정되는 프릭션 퍽(friction puck; 136)을 수납하는 본체(132)를 포함한다. 셔틀 위치 클램프(88)에서와 같이, 프레임 위치 클램프(90)의 피스톤은 스테이징 프레임(52)의 클램프 플레이트(77)를 고정시켜, 인쇄 작업 중에 스테이징 프레임 및 스텐실이 움직이지 못하게 하도록 스테이징 프레임 및 스텐실(16)을 고정시킨다.
도 13을 참고하면, 도 1에 도시된 스텐실 프린터(10)와 관련하여 프린트 헤드(20)가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 프린트 헤드(20)는 스텐실 프린터(10)의 프레임(12)에 대해 적절하게 결합되거나 또는 다른 방식으로 스텐실 프린터의 프레임에 연결된다. 일 실시예에 있어서, 프린트 헤드(20)는, 좌측 셔틀 지지부(56) 및 우측 셔틀 지지부(58) 상에 마련되는 프린트 헤드 선형 베어링(98) 상에 장착되는 가늘고 긴 비임(beam; 138)을 포함한다. 프린트 헤드(20)의 이러한 구성은, 프린트 헤드가 제어기(26)의 제어 하에서 y축 방향으로 이동하는 것을 가능하게 하며, 프린트 헤드가 스텐실(16)과 맞춰질 때 프린트 헤드 상에 압력이 인가되는 것을 가능하게 한다. 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 프린트 헤드(20)는 스텐실(16) 위에 배치될 수 있으며, 스텐실과 접촉하고 스텐실에 밀봉식으로 맞춰지도록 z축 방향으로 하향될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 프린트 헤드(20)는 분배기와 같은 공급원, 예컨대 솔더 페이스트 카트리지로부터 점성 재료, 예컨대 솔더 페이스트를 받아들이도록 구성될 수 있으며, 상기 공급원은 인쇄 작업 중에 프린트 헤드에 솔더 페이스트를 제공한다. 카트리지 대신에 솔더 페이스트를 공급하는 다른 방법이 채용될 수 있다. 예를 들면, 솔더 페이스트는 프린트 헤드(20)의 스퀴지 블레이드들 사이에서 또는 외부 공급원으로부터 수동으로 성막될 수 있다.
추가적으로, 특정 실시예에 있어서, 제어기(26)는, 스텐실 프린터(10)의 작업 및 점성 재료, 예컨대 솔더 페이스트의 프린트 헤드(20)로부터의 분배를 제어하기 위한 특정 응용 소프트웨어와 함께, 마이크로소프트의 DOS 또는 윈도우 XP 오퍼레이팅 시스템과 같은 적절한 오퍼레이팅 시스템을 갖춘 개인 컴퓨터를 이용하여 구성될 수 있다. 제어기(26)는, 회로 기판의 제작을 위한 생산 라인을 제어하는 데 사용되는 마스터 제어기와 함께 네트워킹할 수 있다.
프린트 헤드(20)는, 프린트 헤드에 대해 스퀴지 블레이드를 고정시키도록 구성되는 전방 스퀴지 블레이드 장착 브라켓 및 후방 스퀴지 블레이드 장착 브라켓을 포함한다. 도 13은 스퀴지 블레이드를 장착시키기 위해 구성되는 전방 장착 브라켓(140) 및 후방 장착 브라켓(142)을 제시한 것이다. 도 13은, 장착 브라켓(142) 상에 장착되는, 점선으로 표시된 단일 스퀴지 블레이드(144)를 제시한 것이다. 전방 스퀴지 블레이드 장착 브라켓(140) 및 후방 스퀴지 블레이드 장착 브라켓(142)은, 각각 146으로 지시되는 4개의 공압식 액추에이터에 의해 작동되며, 이때 2개의 공압식 액추에이터는 각각의 장착 브라켓(140, 142)에 대해 마련되어 제어기(26)의 제어 하에서 장착 브라켓을 상방으로 그리고 하방으로 이동시킨다. 공압식 액추에이터(146)의 운동을 구동시켜 장착 브라켓(140, 142) 및 스퀴지 블레이드(144)의 이동을 구동시키기 위해 스테퍼 모터(148)가 마련된다.
프린트 헤드(20)는 프린트 헤드에 고정되는 볼 스크류 너트(150)를 더 포함한다. 볼 스크류 너트(150)는 드라이브 어셈블리(104)의 볼 스크류(106)에 나사식으로 결합되어 제어기(26)의 제어 하에서 프린트 헤드 선형 베어링(98)을 따르는 프린트 헤드(20)의 이동에 동력을 제공한다. 프린트 헤드(20)는 2개의 셔틀 운반 클램프를 더 포함하는데, 이들 셔틀 운반 클램프 각각은 152로 지시되며 스텐실 셔틀(54)에 대해 프린트 헤드를 선택적으로 고정시키도록 구성된다. 셔틀 운반 클램프(152)는 셔틀 위치 클램프(88) 및 프레임 위치 클램프(90)와 마찬가지로 구성되며, 이때 프린트 헤드(20)와 함께 스텐실 셔틀을 이동시키는 것이 바람직하다면, 셔틀 운반 클램프는 스텐실 셔틀(54)의 클램프 플레이트(92)와 맞춰지도록 작동한다.
도 14를 참고하면, 도 1에 도시된 스텐실 프린터(10)와 관련하여 대체로 154로 지시되는 비젼 시스템이 도시되어 있는데, 여기서 비젼 시스템은 스텐실 프린터의 다른 구성요소에 의해 가로막혀 있게 된다. 도시된 바와 같이, 비젼 시스템(154)은 인쇄 이전에 스텐실(16)을 회로 기판(24)과 정렬시키려는 목적으로 그리고 인쇄 이후에 회로 기판을 검사하려는 목적으로 마련될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 비젼 시스템(154)은, 회로 기판(24)이 지지되어 위에 놓이는 리프트 테이블 어셈블리(22)의 지지 테이블(38)과 스텐실(16) 사이에 배치될 수 있다. 비젼 시스템(154)은, 비젼 시스템을 이동시키도록 좌측 셔틀 지지부(56) 및 우측 셔틀 지지부(58)의 비젼 시스템 선형 베어링(100)을 따라 라이딩(riding)하도록 구성된다. 일 실시예에 있어서, 비젼 시스템(154)은, y축 방향으로 회로 기판 위에서 비젼 시스템의 전후 이동을 제공하기 위해 좌측 셔틀 지지부(56)와 우측 셔틀 지지부(58) 사이에 연장되는 비임(156)을 포함한다.
비젼 시스템(154)은, 카메라(160)를 수납하고 x축 방향에서의 비임(156)의 길이를 따라 이동하도록 구성되는 카트리지 디바이스(158)를 더 포함한다. 비임(156)의 길이를 따라 x축 방향으로 카트리지 디바이스(158)의 전후 이동을 구동하기 위해 모터(162)가 마련된다. 카메라(160)를 이동시키는 데 사용되는 비젼 시스템(154)의 구성은 솔더 페이스트 프린팅 업계에서 잘 알려져 있다. 이러한 구성에 의해, 비젼 시스템(154)은 회로 기판(24) 위와 스텐실(16) 아래의 임의의 위치에 위치하여 각각 스텐실 및/또는 회로 기판의 사전에 정해진 영역의 이미지를 캡쳐할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 비젼 시스템(154)을 인쇄 위치 외부로 위치 설정할 때, 비젼 시스템은 스텐실 및 회로 기판 위에 또는 아래에 위치할 수 있다.
도 15를 참고하면, 본 개시내용의 일 실시예에 있어서, 스텐실(16)은 대체로 164로 지시되는 스텐실 와이퍼 어셈블리(stencil wiper assembly)를 이용하여 세척되며, 이에 따라 다음 회로 기판 상에서의 인쇄 사이클을 개시하기 이전에 스텐실의 하부 표면으로부터 과잉 솔더 페이스트가 제거되게 된다. 스텐실(16)로부터의 과잉 솔더 페이스트의 제거는, 상당한 양의 솔더 페이스트가 스텐실의 표면 상에 존재하며 이러한 솔더 페이스트가 제거되어야 한다고 결정되면, 각각의 인쇄 사이클 이후에 또는 다수의 인쇄 사이클 이후에, 행해질 수 있다. 도시된 실시예에 있어서, 스텐실(16)은, 스텐실 프린터(10)의 후방으로부터 스텐실 프린터의 전방으로 y축 방향으로 이동하게 되며, 여기서 스텐실은 스텐실 프린터의 전방에 마련된 스텐실 와이퍼 어셈블리(164) 위로 이동하게 된다.
스텐실 와이퍼 어셈블리(164)는, 스텐실 와이퍼 어셈블리의 구성요소를 지지하도록 구성되는 프레임 어셈블리(166)를 포함한다. 프레임 어셈블리(166)는 진공 플레넘(vacuum plenum; 168), 이 진공 플레넘 위에 종이를 배치시키는 종이 공급부(170), 및 종이에 용제를 적용하는 용제 적용 디바이스(172)를 지지하도록 구성된다. 일 실시예에 있어서, 종이 공급부(170)는 공급 롤러 상에 수납되는 종이 롤; 사용된 종이를 수용하기 위한 테이크 업 롤러(take-up roller); 공급 롤러로부터 테이크 업 롤러로 선형 방향으로 스텐실을 가로질러 종이를 이동시키기 위한 종이 재료 구동기 또는 웹 재료 구동기(web material driver)를 포함한다. 스텐실 와이퍼 어셈블리(164)의 구성요소를 드러내기 위해 도 15에는 종이 롤이 도시되어 있지 않다.
특정 실시예에 있어서, 진공 플레넘(168)은, 스텐실 아래에서 이동할 때 종이로부터 과잉 용제 및 경화된 솔더 페이스트를 제거하기 위한 와이퍼 블레이드를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 스텐실 와이퍼 어셈블리(164)의 진공 플레넘(168)은, 종이가 스텐실(16)로부터 멀리 떨어져 있는 제1 위치와, 종이가 스텐실에 맞춰지는 제2 위치 사이에서 종이를 이동시키도록 구성되어 종이 위의 스탠실로부터 과잉 재료를 닦아내고 끌어당긴다. 다른 실시예에 있어서, 전체적인 스텐실 와이퍼 어셈블리(164)는 진공 플레넘 및 종이를 스텐실에 맞추기 위해 상하로 이동하게 된다.
세척 작업 중에, 종이 구동기는 테이크 업 롤러의 회전을 구동함으로써 종이 공급 롤을 회전시키는데, 이에 따라 스텐실(16)에 종이가 맞춰지기 이전에 종이는 용제 롤러(172) 위로 지나게 되어 종이가 적셔지게 된다. 용제가 스며들어 있는 종이는 진공 플레넘(168)으로 진행하게 되는데, 진공 플레넘은, 스텐실 와이퍼 어셈블리(164)가 스텐실(16) 아래에서 이동하여 스텐실을 세척할 때 적소에 종이를 유지시킨다. 진공 플레넘(168)은, 진공 플레넘과 스텐실 사이에 종이가 배치되어 있는 상태에서 선택적으로 스텐실과 맞춰지도록 작동 가능하다. 과잉 솔더 페이스트는, 진공 플레넘이 스텐실로부터 과잉 재료를 끌어당기는 상태에서 진공 플레넘이 스텐실의 길이를 따라 맞춰지고 이동함에 따라 스텐실(16)로부터 닦여나가게 된다.
일 실시예에 있어서, 스텐실(16)은, 스텐실 와이퍼 어셈블리(164)를 이용한 스텐실 와이핑 작업 중에 스텐실의 세척을 강화하기 위해 액추에이터(116)에 의해 x축 방향으로 이동하게 조작될 수 있다.
일 구성에 있어서, 스텐실 프린터(10) 내로 공급되는 회로 기판은 보통 패드의 패턴 또는 통상 전도성 표면 영역인 다른 영역을 가지며, 상기 패드의 패턴 또는 상기 다른 영역 상에 솔더 페이스트가 성막되게 된다. 스텐실 프린터(10)의 제어기(26)에 의해 안내될 때, 컨베이어 시스템(14)은, 리프트 테이블 어셈블리(22) 위에 있고 스텐실 셔틀 어셈블리(18) 아래에 있는 위치에 회로 기판을 공급한다. 일단 스텐실 셔틀 어셈블리(18) 아래의 위치에 도착하면, 회로 기판(24)은 제조 작업을 위한 적소에 존재하게 된다. 회로 기판(24) 상에 솔더 페이스트가 성공적으로 성막되게 하기 위해, 회로 기판 및 스텐실 셔틀 어셈블리(18)의 스텐실(16)은 제어기(26)를 통해 정렬된다. 이러한 정렬은, 비젼 시스템(154)으로부터의 판독에 기초하여 스텐실 셔틀 어셈블리(18)를 통해 스텐실(16)을 이동시킴으로써 달성된다. 비젼 시스템(154)은, 적절한 정렬을 결정하기 위해 기점, 칩, 기판 개구, 칩 에지, 또는 회로 기판(24) 상의 다른 식별 가능한 패턴을 이용할 수 있다. 스텐실(16) 및 회로 기판(24)이 정확하게 정렬되면, 회뢰 기판은 스텐실의 개구를 통한 솔더 페이스트의 적용을 위해 리프트 테이블 어셈블리(22)에 의해 상승된다.
스텐실(16) 상에서의 개구의 패턴은 회로 기판(24) 상에 이미 존재하는 전도성 표면 또는 패드의 패턴에 대응된다. 스텐실(16) 위에 위치하게 되는 프린트 헤드(20)는, 프린트 헤드가 스텐실을 가로질러 이동할 때, 스텐실 상에 이송되고 프린트 헤드의 스퀴지(144)에 의해 적용되는 솔더 페이스트의 양을 변경시킬 수 있다. 스퀴지(144)는 스텐실(16)을 가로질러 닦아내며, 이에 따라 솔더 페이스트를 스텐실 개구 내로 그리고 회로 기판(24) 상으로 밀어낸다. 솔더 페이스트는, 회로 기판을 지지하는 리프트 테이블 어셈블리(22)가 제어기(26)의 제어 하에서 스텐실(16)로부터 멀어지게 하향으로 이동할 때, 사전에 설정된 패턴으로 회로 기판(24) 상에 남게 된다. 회로 기판(24)과 솔더 페이스트 사이의 표면 장력으로 인해, 회로 기판과 스텐실(16)이 떨어져 있을 때 대부분의 솔더 페이스트가 회로 기판 상에 남아있게 된다. 이제 비젼 시스템(154)은, 솔더 페이스트가 회로 기판 상에 정확하게 배치되어 있는지 여부를 결정하기 위해 솔더 페이스트 성막부를 검사하도록 회로 기판(24) 위로 소정 위치로 이동한다. 이러한 검사는, 적절한 양의 재료가 회로 기판(24) 상에 성막되어 있다는 것, 그리고 상기 재료는 회로 기판 상의 적절한 위치에 성막되어 있다는 것을 보장하는 데 도움이 된다. 회로 기판(24)의 검사 이후에, 제어기(26)는 컨베이어 시스템(14)을 이용하여 다음 위치로의 회로 기판의 이동을 제어하며, 여기서 전기적 구성요소는 회로 기판 상에 배치될 것이다.
인쇄 사이클의 개선 및 효율을 달성하기 위해, 회로 기판 검사 프로세스 및 스텐실 세척 프로세스는 실질적으로 병행하여 행해진다. 인쇄 회로 기판들 중 적어도 하나의 검사 중에, 스텐실은 스텐실 와이핑 프로세스가 이루어지는 위치로 이동된다.
작업 중에, 회로 기판(24)이 스텐실 프린터(10) 내로 로딩된다. 스텐실(16)과 회로 기판(24)이 정렬된다. 스텐실(16)과 회로 기판(24)의 정렬은 비젼 시스템(154)을 이용함으로써 달성된다. 일단 정렬되면, 비젼 시스템(154)은 비젼 겐트리에 의해 그 위치로부터 안착 위치로 이동하게 되며, 회로 기판(24)과 스텐실(16)은 리프트 테이블 어셈블리(22)를 통해 접촉하게 되거나 인쇄를 위해 실질적으로 근접하게 된다. 솔더 페이스트의 인쇄는, 프린터 헤드(20)가 스텐실(16)의 표면 위에서 병진함에 따라 그리고 스텐실의 개구를 통해 솔더 페이스트를 회로 기판(24) 상에 성막시킴에 따라 이루어진다. 프린트 헤드(20)는 완전한 전방 스윕(forward sweep)을 행할 수 있으며, 다음 회로 기판(24)을 위한 준비에 있어서 안착 위치에 올 수 있다. 대안으로, 프린트 헤드(20)는 회로 기판(24) 상에 솔더 페이스트를 성막시킬 수 있으며, 그 시작 위치로 복귀할 수 있다.
솔더 페이스트가 회로 기판(24)의 표면 상에 성막되어 있는 상태에서, 회로 기판은 리프트 테이블 어셈블리(22)의 작동에 의해 스텐실의 표면으로부터 멀리 떨어짐으로써 스텐실(16)로부터 떨어지게 된다. 인쇄가 완료되면, 스텐실(16)은 예컨대 스텐실 프린터(10)의 전방을 향해 병진하여 세척된다. 가장 잘 알려진 시스템에 있어서 스텐실(16)은 소정 위치에 고정되는 반면, 스텐실 프린터(10)에서는 스텐실(16)이 전방 운동 및 후방 운동으로 이동할 수 있다. 스텐실(16)은, 스텐실 와이퍼 어셈블리가 스텐실의 표면에 접촉하고 과잉 솔더 페이스트를 제거할 때, 스텐실 와이퍼 어셈블리(164)의 표면 위로 전후로 이동함으로써 세척된다. 스텐실(16)은 스텐실 프린터(10)에서 후방을 향해, 즉 음의 y축 방향으로 이동함으로써 스텐실 와이퍼 어셈블리의 진공 플레넘(168) 위로 전방을 향해 이동하며, 스텐실은 양의 y축 방향으로 전방을 향해 이동함으로써 소정 위치로 다시 이동한다. 이러한 운동은 스텐실(16)의 병진이지만, 스텐실 프린터(10)에서의 스텐실의 병진은 대안으로 또는 추가적으로 x축 방향으로 이루어질 수도 있다. 스텐실 와이퍼 어셈블리(164)는 컨베이어 시스템(14)의 일 면에 대해 소정 위치에 고정될 수 있는데, 이 컨베이어 시스템은 회로 기판(24)이 스텐실 프린터(10)를 통해 운반될 때 따르는 트랙이다. 스텐실 와이퍼 어셈블리(164)는 일반적으로, 재료의 성막부가 빌트 업(built up)될 수 있는 스텐실의 하부 또는 하면과 접촉한다. 바람직하게는, 스텐실 와이퍼 어셈블리(164)는 스텐실(16) 및 비젼 시스템(154)의 작동에 간섭하지 않도록 스텐실 프린터의 전방을 향해 위치하게 된다. 스텐실(16)은 스텐실 와이퍼 어셈블리(164) 위의 레벨(level)에 위치하게 된다. 스텐실(16)이 후방을 향해 병진할 때, 스텐실 와이퍼 어셈블리(164)는 스텐실과 접촉함으로써 스텐실의 표면을 세척하는 반면, 스텐실은 스텐실 와이퍼 어셈블리 위로 이동하며 나머지 솔더 페이스트를 제거한다.
스텐실(16)이 스텐실 와이퍼 어셈블리(164)에 의해 세척되는 시간 동안 또는 실질적으로 동시에, 비젼 시스템(154)은 검사 작업을 행하기 위해 회로 기판(24)의 표면 위에서 소정 위치로 이동한다. 비젼 시스템(154)은 스텐실 프린터(10)에 대해 전방 운동 및 후방 운동으로 이동한다. 비젼 시스템(154)은, 스텐실(16)이 세척되는 동안, 그 움직임에 있어서 회로 기판(24) 위의 소정 위치로 제한되는데, 왜냐하면 스텐들이 스텐실 프린터(10)의 전방을 향해 이동하게 되기 때문이며, 이에 따라 비젼 시스템의 검사를 위한, 회로 기판 위의 실질적인 공간을 허용한다. 따라서, 스텐실(16)의 와이핑 및 회로 기판(24)의 검사는 병렬로 달성될 수 있다. 그러나, 각각의 인쇄 사이클 이후에 스텐실(16)을 세척할 필요는 없을 수도 있으며, 이에 따라 검사는 스텐실의 세척과는 독립적으로 이루어질 수 있다.
검사의 완료 시에, 회로 기판은 스텐실 프린터(10)를 빠져나간다. 회로 기판은, 스텐실(16)이 계속 세척되는 동안 스텐실 프린터(10)를 빠져나갈 수 있다. 회로 기판의 인쇄는 이에 따라 완료되며, 회로 기판은 다음 제작 사이클로 계속될 수 있다. 스텐실 프린터(10)는 컨베이어 시스템(14)을 통해 신규 회로 기판을 수용하도록 준비되며, 다음 인쇄 사이클이 시작될 수 있다. 다음 회로 기판이 스텐실 프린터(10)에서의 소정 위치로 이동하는 동안, 스텐실 와이핑 프로세스는 완료되며, 스텐실(16)이 스텐실 프린터의 후방을 향해 이동하여, 신규 회로 기판에 대한 인쇄 사이클이 개시된다.
스텐실 와이핑 및 회로 기판 검사를 비롯한, 회로 기판의 인쇄 프로세스는, 솔더 페이스트의 인쇄를 필요로 하는 기판의 개수에 대응하여 임의의 회수만큼 반복될 수 있다. 이러한 프로세스는 단일 회로 기판의 인쇄가 완료될 때 요구될 수도 있으며 사전에 정해진 개수의 회로 기판이 인쇄된 이후에 완료될 수도 있는데, 왜냐하면 각각의 인쇄 사이클 이후에 검사 및 세척이 필요하지 않을 수도 있기 때문이다.
스텐실 및 비젼 시스템의 상대 위치 설정으로 인해, 그리고 스텐실 프린터의 전방을 향해 병진하는 스텐실의 능력으로 인해, 실질적으로 동시인 작업들이 이루어질 수 있으며, 이에 따라 인쇄 작업을 완료하기 위해 필요한 사이클 시간이 단축된다. 회로 기판을 계속 검사하기 때문에, 사이클 시간을 개선하는 것에 추가하여, 품질을 절충하지 않게 된다.
본 개시내용의 실시예는, 스텐실이 와이퍼 블레이드 위에서 병진하게 될 때 스텐실의 하위 표면을 세척하며 스텐실 아래에 위치하게 되는 고정식 와이퍼를 설명한다. 본 개시내용의 다른 실시예에 있어서, 와이퍼는, 스텐실의 상부 표면을 마찬가지로 세척하기 위해 스텐실의 표면 위에 고정된다. 본 개시내용의 추가적인 또 다른 실시예에 있어서, 스텐실은 와이퍼 위의 소정 위치로 병진하며, 스텐실이 와이퍼 위에 위치하도록 이동하였을 때 와이퍼는 스텐실의 이동에 대해 수직으로 병진한다. 본 개시내용의 또 다른 추가 실시예에 있어서, 세척을 위해 스텐실 아래의 소정 위치에 2개 이상의 와이퍼가 고정된다. 스텐실과 관련하여 와이퍼의 다른 위치가 고려된다.
구체적인 실시예에 있어서, 인쇄 작업을 행하는 방법은, 컨베이어 시스템 상의 회로 기판을 인쇄 위치로 운반하는 단계를 포함한다. 다음으로, 회로 기판은 리프트 테이블 어셈블리에 의해 비젼 높이까지 리프팅된다. 비젼 시스템은 회로 기판 위에서 이동하며, 비젼 시스템의 카메라는 회로 기판 기점 위치 및 스텐실 기점 위치를 평가 및 기록한다. 다음으로, 비젼 시스템은 이제 휴지 위치로 이동하며, 스테이징 프레임 액추에이터는, 스텐실의 기점을 회로 기판의 기점 위치에 대해 정확하게 정렬시키기 위해 스텐실 위치의 x축 조정, y축 조정, 및 세타(theta) 조정을 행한다. 일단 정렬되면, 회로 기판은 적소에 고정되며, 인쇄 높이로 리프팅된다. 다음으로, 프린트 헤드의 스퀴지 블레이드는 하향하게 되며, 스텐실에 있는 개구를 통해 회로 기판 상으로 솔더 페이스트를 강제하도록 스텐실 위에서 드래깅(dragging)된다. 일단 프린트 스트로크가 완료되면, 스퀴지 블레이드는 상승하게 되며, 셔틀 운반 클램프는, 프린트 헤드를 스텐실 셔틀에 강건하게 결합시키도록 맞춰진다. 다음으로, 프린트 헤드는 이제 스텐실 와이핑 작업을 개시하기 위해 전방으로 (스텐실 셔틀 및 스테이징 프레임과 함께) 구동된다. 스텐실 와이퍼 어셈블리는 와이핑 높이(wipe height)까지 상승하게 되고, 프린트 헤드는 (스텐실 셔틀 및 스테이징 프레임과 함께) 스텐실 와이퍼 어셈블리(고정 상태로 남아있음) 위로 전후로 구동되어 스텐실 및 스텐실에 형성된 개구를 와이핑/세척한다. 다음으로, 프린트 헤드는 인쇄 위치로 복귀하게 되며, 상기 인쇄 위치에서는 신규 회로 기판이 스텐실 인쇄 작업을 위해 대기하고 있다.
실시예들은 그 적용에 있어서 이상의 상세한 설명에 기술되거나 도면에 제시된 구성요소의 배치 및 구성의 세부사항으로 한정되지 않는다. 또한, 본원에서 사용되는 문구 및 용어는 설명의 목적을 위한 것이며, 한정하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 본원에서 "포함하는", "이루어지는", 또는 "갖는", "함유하는", "수반되는" 및 그 변형의 사용은, 이들 문구 이후에 나열되는 항목들 및 그 등가물뿐만 아니라 추가적인 항목을 포괄하려는 의도이다.
따라서, 적어도 하나의 실시예의 여러 가지 양태가 설명되어 있으면, 다양한 변형, 변경 및 개선이 당업자에 의해 착안될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이러한 변형, 변경 및 개선은 본 개시내용의 일부가 되도록 의도되며, 본 개시내용의 범위에 속하도록 의도된다. 이에 따라, 이상의 설명 및 도면은 단지 예일 뿐이다.

Claims (20)

  1. 전자 기판 상에 점성 재료를 인쇄하기 위한 스텐실 프린터로서,
    프레임;
    상기 프레임에 결합되는 전자 기판 지지부로서, 전자 기판을 지지하도록 그리고 하위 위치와 상위 위치 사이에서 전자 기판을 이동시키도록 구성되는 전자 기판 지지부;
    상기 프레임에 결합되는 스텐실 셔틀 어셈블리(stencil shuttle assembly)로서, 스텐실을 지지하도록, 그리고 스텐실이 스텐실 프린터의 전방을 향해 위치하게 되는 제1 위치와 스텐실이 스텐실 프린터의 후방을 향해 위치하게 되는 제2 위치 사이에서 스텐실을 이동시키도록 구성되는 스텐실 셔틀 어셈블리;
    상기 프레임에 결합되는 프린트 헤드로서, 프린트 스트로크(print stroke) 동안 기판 상에 재료를 분배하기 위해 스텐실에 맞춰지게 구성되는 프린트 헤드;
    상기 프레임 및 상기 프린트 헤드에 결합되는 드라이브 어셈블리(drive assembly)로서, 프린트 헤드를 이동시켜 프린트 스트로크를 행하도록 구성되며, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 스텐실 셔틀 어셈블리를 선택적으로 이동시키도록 구성되는 드라이브 어셈블리; 및
    상기 기판의 표면을 검사하기 위해 프레임에 결합되는 비젼 시스템
    을 포함하고,
    상기 스텐실 셔틀 어셈블리는 스텐실을 기판과 정렬시키도록 구성되고,
    상기 스텐실 셔틀 어셈블리는,
    스텐실을 수용하고 스테이징 프레임(staging frame)에 스텐실을 고정시키도록 구성되는 상기 스테이징 프레임,
    상기 프레임에 그리고 상기 스테이징 프레임에 결합되어 상기 스테이징 프레임 및 스텐실을 이동시키는 스텐실 셔틀,
    제1 방향으로 스텐실 셔틀에 대해 스테이징 프레임을 이동시키도록 구성되는 제1 액추에이터,
    제2 방향으로 스텐실 셔틀에 대해 스테이징 프레임을 이동시키도록 구성되는 제2 액추에이터로서, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 대해 수직인 것인 제2 액추에이터, 및
    제1 방향으로 스텐실 셔틀에 대해 스테이징 프레임을 이동시키도록 구성되는 제3 액추에이터를 포함하며,
    상기 제1 액추에이터, 상기 제2 액추에이터, 및 상기 제3 액추에이터는 기판을 정렬시키도록 구성되는 것인 스텐실 프린터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 스텐실 셔틀 어셈블리는, 스테이징 프레임을 스텐실 셔틀에 클램핑하기 위한 적어도 하나의 클램프(clamp)를 더 포함하는 것인 스텐실 프린터.
  7. 제6항에 있어서,
    x-방향, y-방향 및 회전 방향으로 스텐실 셔틀에 대해 스테이징 프레임을 이동 및 고정시켜 기판을 정렬시키기 위해, 비젼 시스템, 제1 액추에이터, 제2 액추에이터, 제3 액추에이터, 및 적어도 하나의 클램프에 결합되는 제어기
    를 더 포함하는 스텐실 프린터.
  8. 제7항에 있어서, 상기 스텐실 셔틀 어셈블리는, 스테이징 프레임 상에 마련되며 제1 액추에이터를 수용하도록 구성되는 제1 피봇 핀; 스테이징 프레임 상에 마련되며 제2 액추에이터를 수용하도록 구성되는 제2 피봇 핀; 스테이징 프레임 상에 마련되며 제3 액추에이터를 수용하도록 구성되는 제3 피봇 핀을 더 포함하며, 상기 제1 피봇 핀, 제2 피봇 핀, 및 제3 피봇 핀은 제1 액추에이터, 제2 액추에이터, 및 제3 액추에이터를 통해 스테이징 프레임에 대해 스텐실 셔틀을 위치 설정하도록 구성되는 것인 스텐실 프린터.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 액추에이터 및 상기 제3 액추에이터를 조정함으로써 회전 방향 운동이 달성되는 것인 스텐실 프린터.
  10. 제1항에 있어서, 상기 스텐실 셔틀 어셈블리는, 프레임에 결합되고 스텐실 셔틀을 프레임에 고정시키도록 구성되는 2개의 셔틀 지지부를 더 포함하는 것인 스텐실 프린터.
  11. 제10항에 있어서, 상기 스텐실 셔틀 어셈블리는, 스텐실 셔틀을 2개의 셔틀 지지부에 클램핑하기 위한 적어도 하나의 클램프를 더 포함하는 것인 스텐실 프린터.
  12. 제1항에 있어서,
    스텐실이 스텐실 셔틀 어셈블리에 의해 기판으로부터 멀어지게 병진할 때 스텐실로부터 재료를 제거하기 위한 와이퍼
    를 더 포함하는 스텐실 프린터.
  13. 전자 기판 상에 점성 재료를 분배하고 스텐실을 세척하는 방법으로서,
    상기 전자 기판을 인쇄 위치로 병진시키는 단계;
    전자 기판의 기점 위치 및 스텐실의 기점 위치를 획득하기 위해 전자 기판 위에서 비젼 시스템을 이동시키는 단계;
    스텐실의 기점 위치를 전자 기판의 기점 위치와 정확하게 정렬시키기 위해 액추에이터를 이용하여 스텐실 위치의 x 방향 조정, y 방향 조정, 및 회전 조정을 행하는 단계;
    스텐실에 있는 개구를 통해 전자 기판 상으로 솔더 페이스트를 강제하기 위해 스텐실 위에 있는 프린트 헤드를 이용하여 프린트 스트로크를 행하는 단계;
    스텐실을 지지하는 스텐실 셔틀 어셈블리에 프린트 헤드를 강건하게 결합하도록 프린트 헤드에 배치되는 셔틀 운반 클램프를 선택적으로 맞추는 단계;
    스텐실 와이퍼 어셈블리가 스텐실의 하면을 세척하는 스텐실 와이핑 작업을 개시하도록 스텐실 와이퍼 어셈블리를 향하는 방향으로 프린트 헤드 및 스텐실을 이동시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 스텐실 와이핑 작업 동안 인쇄 위치에 대해 반대 방향으로 프린트 헤드를 이동시키는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 스텐실 와이퍼 어셈블리를 와이핑 높이(wipe height)까지 상승시키는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    새로운 전자 기판이 대기하고 있는 인쇄 위치로 프린트 헤드를 다시 이동시키는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    전자 기판 위에서 비젼 시스템을 이동시키기 이전에 전자 기판을 비젼 높이(vision height)까지 리프팅(lifting)시키는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 비젼 시스템은, 전자 기판의 기점 위치 및 스텐실의 기점 위치를 획득한 이후에 휴지 위치(park location)로 이동하는 것인 방법.
  19. 제13항에 있어서,
    프린트 스트로크를 행하기 이전에 인쇄 높이로 전자 기판을 리프팅하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 프린트 스트로크를 행하는 상기 단계는, 스퀴지 블레이드가 스텐실과 맞춰지도록 프린트 스트로크 이전에 스텐실을 향하여 프린트 헤드의 스퀴지 블레이드를 하향시키는 단계 및 프린트 스트로크 이후에 스텐실로부터 멀어지게 스퀴지 블레이드를 상승시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
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