KR102376975B1 - 워크피스 상에 점성 매체를 분사하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

워크피스 상에 점성 매체를 분사하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

워크피스의 표면 상에 점성 매체를 증착 및/또는 분사하기 위한 장치가 2개 이상의 증착 헤드 조립체를 구비한다. 상기 2개 이상의 증착 헤드 조립체는 3차원 공간에서 이동하도록 구성된다. 상기 2개 이상의 증착 헤드 조립체는 또한 일치하여, 또는 동시에, 또는 일치하여 동시에 워크피스 상에 점성매체를 증착하도록 구성된다.

Description

워크피스 상에 점성 매체를 분사하기 위한 장치 및 방법 {METHODS AND DEVICES FOR JETTING VISCOUS MEDIUM ON WORKPIECES}
본 발명은 2013년 3월 15일에 출원된 가출원 61/799,799호에 대해 우선권을 주장하여, 상기 가출원의 전체 내용은 인용에 의해 본 명세서에 병합된다.
통상적으로, 워크피스(workpiece)(예를 들어 기판) 상으로 점성 매체 액적(droplets of viscous medium)을 분사함으로써 구성요소(component)의 장착에 앞서 워크피스 상에 증착물(deposits)이 형성된다. 종래의 분사 시스템은 일반적으로: 분사에 앞서 비교적 작은 체적의 점성 매체를 담기 위한 노즐 공간; 노즐 공간에 결합되는 분사 노즐; 충격을 주어 노즐 공간으로부터 분사 노즐을 통해서 액적의 형태로 점성 매체를 분사하기 위한 충격 장치; 및 노즐 공간으로 매체를 공급하기 위한 공급기;를 구비한다.
도 1은 워크피스(2) 상으로 점성 매체 액적을 분사하기 위한 종래의 기기(1)의 예를 도시한다.
도 1을 참조하면, 기기(1)는 X-비임(beam)(3) 및 X-레일(16)을 통해서 X-비임(3)에 연결되어 X-레일(16)을 따라 왕복식으로 이동가능한 X-웨건(wagon)(4)을 구비한다. X-비임(3)은 Y-레일(17)에 왕복식으로 이동가능하게 연결되고, 이로써 X-레일(16)에 수직한 방향으로 이동할 수 있다. Y-레일(17)은 기기(1)에 단단하게 장착된다. X-웨건(4) 및 X-비임(3)은 선형 모터(도시되지 않음)에 의해 구동될 수 있다.
컨베이어(18)는 분사 기기(1)를 통해 워크피스(2)를 공급한다. 워크피스(2)가 X-웨건(3) 아래의 적절한 위치에 오면, 잠금 장치(19)가 워크피스(2)를 제 위치에 고정시킨다. 카메라(7)가 워크피스(2) 표면 상의 기점 표시(fiducial markers)를 찾아서 워크피스(2)의 정확한 위치를 결정한다. X-웨건(4)을 정해진, 원하는, 또는 미리 결정된 패턴으로 워크피스(2) 위에서 이동시키고 분사 조립체(5)를 정해진, 원하는, 또는 미리 결정된 위치에서 작동시킴으로써 원하는 위치에서 워크피스(2)에 점성 매체가 도포된다.
기기(1)는 또한 다른 조립체(2) 를 지지하기 위한 교환 조립체 지지부(20), 및 진공 이젝터(6)를 구비한다.
전자 회로 기판 제조에 있어서는 생산 속도가 비교적 중요한 인자이므로, 점성 매체의 도포는 통상적으로 "온 더 플라이(on the fly)" 방식으로 실행된다. 불행하게도, 도 1에 도시된 분사 시스템과 같은 종래의 기술로는 생산 속도가 다소 제한된다.
개시된 기술은 워크피스의 표면 상에 점성 매체를 분사하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 이러한 장치는 점성 매체를 증착하기 위한 2개 이상의 증착 헤드 조립체를 포함하고, 상기 2개 이상의 증착 헤드 조립체 중 하나 이상은 분사 헤드 조립체이다.
개시된 기술의 하나 이상의 실시예에 따르면, 점성 매체를 증착하기 위한 상기 2개 이상의 증착 헤드 조립체는 하나 이상의 분사 헤드 조립체를 구비하고, 상기 2개 이상의 증착 헤드 조립체는 3차원 공간에서 이동하도록 구성되며, 워크피스 상에 점성 매체를, 일치하여, 또는 동시에, 또는 일치하여 동시에 증착 또는 분사하도록 구성된다.
개시된 기술의 하나 이상의 실시예에 따르면, 상기 장치는: 2개 이상의 증착 헤드 조립체로서, 3차원 공간에서 이동하도록 구성되며, 점성 매체를 워크피스 상에 일치하여, 또는 동시에, 또는 일치하여 동시에 분사하도록 구성되는 2개 이상의 증착 헤드 조립체를 구비한다.
개시된 기술의 적어도 몇몇 실시예에 따르면, 적어도 2개의 분사 헤드 조립체가 일치하여, 또는 동시에, 또는 일치하여 동시에 3차원에서 이동하도록 구성될 수 있고, 상이한 액적 크기 및 체적을 발사하도록 더 구성될 수 있다. 예를 들어, 2개 이상의 분사 헤드 조립체 중 제1 분사 헤드 조립체는 약 5nL의 액적 체적을 발사함으로써 점성 매체(예를 들어 솔더 페이스트)를 증착하도록 구성될 수 있으며, 2개 이상의 분사 헤드 조립체 중 제2 분사 헤드 조립체는 약 15 nL의 액적 체적을 발사함으로써 점성 매체를 증착하도록 구성될 수 있다.
개시된 기술의 적어도 몇몇 실시예에 따르면, 2개 이상의 증착 헤드 조립체가 일치하여, 또는 동시에, 또는 일치하여 동시에 3차원에서 이동하도록 구성될 수 있고, 일정한 서로 다른 특정 체적 범위 내에서 점성 매체를 발사하도록 더 구성될 수 있다. 예를 들면, 2개 이상의 분사 헤드 조립체 중에서 제1 분사 헤드 조립체는 약 5-15 nL 범위 내의 액적 체적을 발사함으로써 표면 상에 점성 매체(예를 들어 솔더 페이스트)를 증착하도록 구성될 수 있고, 2개 이상의 분사 헤드 조립체 중에서 제2 분사 헤드 조립체는 약 10-20 nL 범위 내의 액적 체적을 발사함으로써 표면 상에 점성 매체를 증착하도록 구성될 수 있다. 개시된 기술의 다른 실시예에서는, 2개 이상의 분사 헤드 조립체 중에서 제1 분사 헤드 조립체는 약 10-20 nL 범위 내의 액적 체적을 발사함으로써 표면 상에 점성 매체(예를 들어 솔더 페이스트)를 증착하도록 구성될 수 있고, 2개 이상의 분사 헤드 조립체 중에서 제2 분사 헤드 조립체는 약 1-5 nL 범위 내의 액적 체적을 발사함으로써 표면 상에 점성 매체를 증착하도록 구성될 수 있다. 개시된 기술의 다른 실시예에서는, 2개 이상의 분사 헤드 조립체 중에서 제1 분사 헤드 조립체는 약 4 nL 범위 내의 액적 체적을 발사함으로써 표면 상에 점성 매체(예를 들어 솔더 페이스트)를 증착하도록 구성될 수 있고, 2개 이상의 분사 헤드 조립체 중에서 제2 분사 헤드 조립체는 약 10 nL 범위 내의 액적 체적을 발사함으로써 표면 상에 점성 매체를 증착하도록 구성될 수 있다.
개시된 기술의 적어도 몇몇 실시예에 따르면, 점성 매체를 분사하기 위한 장치가: 워크피스를 유지하도록 구성된 플랫폼; 상기 플랫폼 위에 배치되는 제1 비임으로서, 2개 이상의 증착 헤드 조립체 중 제1 증착 헤드 조립체가 제1 비임에 이동가능하게 고정되는 분사 헤드 조립체인, 제1 비임; 및 상기 제1 비임에 평행하게 상기 플랫폼 위에 배치되는 제2 비임으로서, 상기 2개 이상의 증착 헤드 조립체 중 제2 증착 헤드 조립체가 이동가능하게 고정되는 제2 비임;을 더 구비한다. 제1 분사 헤드 조립체는 제1 방향으로 제1 비임을 따라 이동하도록 구성될 수 있고, 제2 증착 헤드 조립체는 제1 방향으로 제2 비임을 따라 이동하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 비임은 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 비임 및 상기 2개 이상의 증착 헤드 조립체는 일치하여, 또는 동시에, 또는 일치하여 동시에 이동하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 증착 헤드 조립체(예를 들면 분사 헤드 조립체)는 제1 및 제2 방향에 수직인 제3 방향으로 이동하도록 더 구성될 수 있다.
개시된 기술의 적어도 몇몇 실시예에 따르면, 점성 매체를 분사하기 위한 장치가: 워크피스를 유지하도록 구성되는 플랫폼; 및 상기 플랫폼 위에 배치되는 비임으로서, 하나 이상의 분사 헤드 조립체를 구비하는 상기 2개 이상의 증착 헤드 조립체가 이동가능하게 고정되는 비임;을 더 구비할 수 있다. 상기 2개 이상의 증착 헤드 조립체는 제1 방향으로 비임을 따라 이동하도록 구성될 수 있다. 비임은 제2 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 비임 및 상기 2개 이상의 증착 헤드 조립체는 일치하여, 또는 동시에, 또는 일치하여 동시에 이동하도록 구성될 수 있다.
개시된 기술의 적어도 몇몇 실시예에 따르면, 상기 2개 이상의 증착 헤드 조립체는 2개 이상의 분사 헤드 조립체를 구비하고, 상기 2개 이상의 분사 헤드 조립체는: 상이한 유형/클래스의 솔더 페이스트를 발사하는 구성; 상이한 샷 크기/범위를 가지는 액적을 발사하는 구성; 및 여러 유형의 점성 매체의 액적을 발사하는 구성 중 하나 이상의 구성을 가진다.
하나 이상의 다른 실시예는, 워크피스 상에 점성 매체를 분사할 때, 이동하고 있는 워크피스 상에 점성 매체를 분사하기 위한 장치를 제공한다. 적어도 이 실시예에 따르면, 상기 장치는: 2개 이상의 지지 장치(예를 들면 원통형 롤러)로서, 상기 2개 이상의 지지 장치는 상기 2개 이상의 지지 장치 중 하나로부터 상기 2개 이상의 지지 장치 중 다른 하나로 워크피스를 이송시킴으로써 제1 방향으로 워크피스를 이동시키도록 구성되는, 2개 이상의 지지 장치; 및 적어도 제1 방향 및 제2 방향으로 이동하도록 구성되는 하나 이상의 분사 헤드 조립체;를 포함하고, 여기서 상기 하나 이상의 분사 헤드 조립체는, 워크피스가 제1 및 제2 지지 장치(예를 들어 원통형 롤러) 사이에서 이동하는 동안, 일치하여, 또는 동시에, 또는 일치하여 동시에 워크피스 상에 점성 매체를 증착하도록 더 구성된다.
이 구현예의 적어도 몇몇 실시예에 따르면, 워크피스가 가요성 기판(flexible substrate)일 수 있다. 분사 헤드 조립체는: 상이한 유형/클래스의 솔더 페이스트를 발사하는 구성; 상이한 샷 크기/범위를 가지는 액적을 발사하는 구성; 및 여러 유형의 점성 매체의 액적을 발사하는 구성; 중 하나 이상의 구성을 가지는 2개 이상의 분사 헤드 조립체를 구비할 수 있다.
하나 이상의 다른 실시예에서는 워크피스 상에 점성 매체를 분사하기 위한 라인스캔(linescan) 분사 장치를 제공한다. 적어도 이 실시예에 따르면, 상기 장치는: 제1 방향으로 워크피스를 운반하도록 구성되는 컨베이어; 분사 헤드 조립체 프레임의 대향 측면 사이에서 종방향으로 연장하는 제1 비임 세트; 제1 비임 세트 사이에서 종방향으로 연장하는 제2 비임 세트로서, 제1 비임 및 제2 비임을 구비하는, 제2 비임 세트; 제1 비임에 이동가능하게 고정되는 제1 분사 헤드 조립체로서, 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 제1 비임을 따라 이동하도록 구성되는, 제1 분사 헤드 조립체; 및 제2 비임에 고정되는 제2 분사 헤드 조립체로서, 제2 방향으로 제2 비임을 따라 이동하도록 구성되는, 제2 분사 헤드 조립체;를 구비한다.
개시된 기술의 다른 구현예는 워크피스 상에 점성 매체를 분사하기 위한 라인스캔 분사 장치를 제공한다. 이 예에서 장치는: 제1 방향으로 워크피스를 운반하도록 구성되는 컨베이어; 분사 헤드 조립체 프레임의 대향 측면 사이에서 종방향으로 연장하는 비임; 및 비임에 이동가능하게 고정되는 단일 분사 헤드 조립체로서, 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 비임을 따라 이동하도록 구성되는, 단일 분사 헤드 조립체;를 구비한다.
개시된 기술의 적어도 몇몇 실시예에 따르면, 컨베이어는 라이스캔 분사 장치를 통해서 점차적으로(incrementally) 워크피스를 이동시키도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 분사 헤드 조립체는 일치하여, 또는 동시에, 또는 일치하여 동시에 점성 매체를 워크피스 상에 분사하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 분사 헤드 조립체는 제1 및 제2 방향에 수직인 제3 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 분사 헤드 조립체는: 상이한 유형/클래스의 솔더 페이스트를 발사하는 구성; 상이한 샷 크기/범위를 가지는 액적을 발사하는 구성; 및 여러 유형의 점성 매체의 액적을 발사하는 구성; 중 하나 이상의 구성을 가질 수 있다.
하나 이상의 다른 실시예는, 워크피스 상에 점성 매체를 분사하기 위한 라인스캔 분사 장치를 제공한다. 적어도 이 실시예에 따르면, 상기 장치는: 제1 방향으로 워크피스를 운반하도록 구성되는 컨베이어; 분사 헤드 조립체 프레임의 대향 측면 사이에서 종방향으로 연장하는 제1 비임 세트; 제1 비임 세트 사이에서 종방향으로 연장하는 하나 이상의 제2 비임; 및 상기 하나 이상의 제2 비임에 이동가능하게 고정되는 제1 분사 헤드 조립체로서, 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 제1 비임을 따라 이동하도록 구성되는, 제1 분사 헤드 조립체;를 구비한다.
하나 이상의 다른 실시예는, 워크피스 상에 점성 매체를 분사하는 방법을 제공한다. 적어도 이 실시예에 따르면, 상기 방법은: 3차원 공간에서 2개 이상의 분사 헤드 조립체를 이동시키는 단계; 및 상기 2개 이상의 분사 헤드 조립체에 의해서, 워크피스 상에 점성매체를, 일치하여, 또는 동시에, 또는 일치하여 동시에 분사하는 단계;를 구비한다.
적어도 몇몇 실시예에 따르면, 상기 방법은 상기 2개 이상의 분사 헤드 조립체를, 일치하여, 또는 동시에, 또는 일치하여 동시에, 3차원에서 이동시키는 단계를 더 구비할 수 있다.
적어도 몇몇 실시예에 따르면, 이동 단계는: 워크피스를 유지하는 플랫폼 위에 배치되는 제1 비임을 따라 상기 2개 이상의 분사 헤드 조립체 중 제1 분사 헤드 조립체를 이동시키는 단계; 및 제1 비임에 평행하게 플랫폼 위에 배치되는 제2 비임을 따라 상기 2개 이상의 분사 헤드 조립체 중 제2 분사 헤드 조립체를 이동시키는 단계;를 구비할 수 있다. 제1 분사 헤드 조립체는 제1 방향에서 제1 비임을 따라 이동할 수 있고, 제2 분사 헤드 조립체는 제1 방향에서 제2 비임을 따라 이동할 수 있다.
적어도 몇몇 실시예에 따르면, 2개 이상의 분사 헤드 조립체를 이동시키는 단계는; 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 제1 및 제2 비임을 이동시키는 단계를 더 구비할 수 있다. 제1 및 제2 비임 및 상기 2개 이상의 분사 헤드 조립체는, 일치하여, 또는 동시에, 또는 일치하여 동시에 이동할 수 있다.
적어도 몇몇 실시예에 따르면, 2개 이상의 증착 헤드 조립체를 이동시키는 단계는: 제1 및 제2 방향에 수직인 제3 방향으로 제1 및 제2 분사 헤드 조립체를 이동시키는 단계를 더 구비할 수 있다. 상기 2개 이상의 분사 헤드 조립체는 워크피스를 유지하는 플랫폼 위에 배치되는 비임을 따라 제1 방향으로 이동할 수 있다. 상기 비임은 제2 방향으로 이동할 수 있다. 상기 비임 및 상기 2개 이상의 분사 헤드 조립체는 일치하여, 또는 동시에, 또는 일치하여 동시에 이동할 수 있다.
적어도 몇몇 실시예에 따르면, 분사는: 상기 2개 이상의 분사 조립체로 상이한 유형/클래스의 솔더 페이스트를 발사하는 것; 상기 2개 이상의 분사 조립체로 상이한 샷 크기/범위를 가지는 액적을 발사하는 것; 및 상기 2개 이상의 분사 조립체로 여러 유형의 점성 매체의 액적을 발사하는 것 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
하나 이상의 다른 실시예는 워크피스 상에 점성 매체를 분사하는 방법을 제공한다. 적어도 이러한 실시예에 따르면, 상기 방법은: 제1 지지 장치(예를 들면 원통형 롤러)로부터 제2 지지 장치로 워크피스를 이송함으로써 제1 방향으로 워크피스를 이동시키는 단계; 적어도 제1 방향 및 제2 방향으로 하나 이상의 분사 헤드 조립체를 이동시키는 단계; 및 워크피스가 제1 및 제2 지지 장비(예를 들면 원통형 롤러) 사이에서 이동하는 동안, 일치하여, 또는 동시에, 또는 일치하여 동시에, 워크피스 상에 점성 매체를 분사 헤드 조립체에 의해서 분사하는 단계를 구비한다.
적어도 몇몇 실시예에 따르면, 워크피스는 가요성 기판일 수 있다. 다른 실시예에서는, 2개 이상의 분사 헤드 조립체에 의해 분사가 실행될 수 있으며, 이러한 2개 이상의 분사 헤드 조립체는, 상이한 유형/클래스의 솔더 페이스트를 발사하는 구성; 상이한 샷 크기/범위를 가지는 액적을 발사하는 구성; 및 여러 유형의 점성 매체의 액적을 발사하는 구성(예를 들어, 제1 분사 헤드 조립체는 액적으로 구성될 수 있다) 중 하나 이상의 구성을 가진다는 점에서 그 구성이 서로 다르다.
하나 이상의 다른 실시에는 워크피스 상에 점성 매체를 분사하기 위한 라인스캔 분사 방법을 제공한다. 적어도 이러한 실시예에 따르면, 상기 방법은: 제1 방향으로 워크피스를 이동시키는 단계; 제1 비임에 이동가능하게 고정된 제1 분사 헤드 조립체에 의해서 워크피스 상에 점성 매체를 분사하는 단계로서, 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 제1 비임을 따라 제1 증착 헤드 조립체를 이동시키면서 워크피스 상에 점성 매체를 분사하는 단계; 및 제2 비임에 이동가능하게 고정된 제2 분사 헤드 조립체에 의해서 워크피스 상에 점성 매체를 분사하는 단계로서, 제2 방향으로 제2 비임을 따라 제2 분사 헤드 조립체를 이동시키면서 워크피스 상에 점성 매체를 분사하는 단계;를 구비한다.
적어도 몇몇 실시예에 따르면, 워크피스가 라인스캔 분사 장치를 통해서 점차적으로 이동할 수 있다. 제1 및 제2 분사 헤드 조립체가, 일치하여, 또는 동시에, 또는 일치하여 동시에, 워크피스 상에 점성 매체를 분사할 수 있다. 상기 방법은: 제1 및 제2 방향에 수직인 제3 방향으로 제1 및 제2 분사 헤드 조립체를 이동시키는 단계를 더 구비할 수 있다.
적어도 몇몇 실시예에 따르면, 제1 및 제2 증착 헤드 조립체에 의한 분사는, 상이한 유형/클래스의 솔더 페이스트를 발사하는 것; 상이한 샷 크기/범위를 가지는 액적을 발사하는 것; 및 여러 유형의 점성 매체의 액적을 발사하는 것 중 하나 이상을 구비할 수 있다.
하나 이상의 다른 실시예는 워크피스 상에 점성매체를 분사하기 위한 라인스캔 분사 방법을 제공한다. 적어도 이 실시예에 따르면, 상기 방법은: 제1 방향으로 그리고 단계적인 전방 이동 방식으로 워크피스를 이동시키는 단계; 및 비임에 이동가능하게 고정된 분사 헤드 조립체에 의해서 워크피스 상에 점성 매체를 분사하는 단계로서, 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 비임을 따라 분사 헤드 조립체를 이동시키면서 워크피스 상에 점성 매체를 분사하는 단계;를 구비한다.
본 명세서에서 첨부된 도면은 단지 설명의 목적일 뿐이고, 결코 본 발명의 개시 내용의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
도 1은 분사 시스템을 구비하는, 점성 매체를 도포하기 위한 종래의 기기의 일반적인 아웃라인을 보여주는 사시도이다.
도 2는 분사 헤드 조립체와 도킹 장치의 실시예에 대한 개략도이다.
도 3은 도 2에 도시된 분사 헤드 조립체의 하부를 보여주는 개략도이다.
도 4는 도 2에 도시된 분사 헤드 조립체의 절개된 부분을 보여주는 개략도이다.
도 5A-5C는 노즐 공간에 대한 점성 매체 충진도의 여러 예를 보여주는 도면이다.
도 6A 및 6B는 분사 헤드 조립체의 작동 원리를 설명하는 도면이다.
도 7은 예시적인 노즐의 개략도이다.
도 8A는 워크피스 상에 점성 매체를 증착 및/또는 분사하기 위한 2축 분사 기구의 실시예를 보여주는 개략적인 평면도이다.
도 8B는 도 8A에 도시된 2축 분사 기구의 전방 사시도이다.
도 9A는 워크피스 상에 점성 매체를 증착 및/또는 분사하기 위한 단축 분사 기구의 실시예를 보여주는 개략적인 평면도이다.
도 9B는 도 9A에 도시된 단축 분사 기구의 전방 사시도이다.
도 10은 이동하는 워크피스 상에 점성 매체를 증착 및/또는 분사하기 위한 기구의 실시예를 도시한다.
도 11A는 일 실시예에 따른 라인스캔 증착/분사 기구의 개략적인 평면도이다.
도 11B는 도 11A에 도시된 라인스캔 증착/분사 기구의 전방 사시도이다.
도 12는 광학 라인스캔 방식의 예를 보여준다.
본 발명의 개시 내용이 완벽해지도록, 그리고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범위를 충분히 전달할 수 있도록, 예시적인 실시예들이 제공된다. 본 발명의 개시내용의 실시예들에 대한 완벽한 이해를 제공하기 위하여 구체적인 구성 요소, 장치 및 방법들에 대한 예와 같은 여러 구체적인 세부사항들이 제공된다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 구체적인 세부사항이 사용될 필요는 없다는 점, 예시적인 실시예들은 다양한 여러 형태로 구현될 수 있다는 점, 그리고 어느 것도 본 발명에서 개시하는 내용의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다는 점이 명확할 것이다. 몇몇 예시적인 실시예들에서는, 공지된 프로세스, 공지된 장치 구조, 및 공지된 기술을 자세하게 설명하지 않았다.
본 명세서에서 사용된 용어들은 특정한 예시적 실시예만을 설명하기 위한 목적이며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용될 때, 단수 형태(영어 명세서에서 "a", "an", 및 "the")는, 문맥에서 명확하게 달리 지시하지 않는 한, 복수 형태도 포함하는 것으로 해석될 수 있다. 용어 "포함(comprises, comprising)", "구비(including)", 및 "가짐(having)"은 포괄적인 용어이며, 따라서 규정된 특징(feature), 정수(integer), 단계, 작동, 부재 및/또는 구성 요소의 존재를 명시하나, 하나 또는 그보단 많은 특징, 정수, 단계, 작동, 부재, 구성 요소, 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하는 것은 아니다. 본 명세서에 기재된 방법 단계, 프로세스, 작동은, 실행 순서에 대해 구체적으로 명시되지 않는 한, 논의되거나 설명되는 특정 순서로 실행될 필요가 있는 것으로 해석되서는 안 된다. 추가적이거나 대안적인 단계가 사용될 수 있다는 점 또한 이해하여야 한다.
부재나 층이 다른 부재나 층 "상에 있는(on)", "에 맞물리는(engaged to)", "에 연결되는(connected to)", 또는 "에 커플링되는(coupled to)" 것으로 언급될 때, 상기 부재나 층은 상기 다른 부재나 층 상에 직접 있거나, 직접 맞물리거나, 직접 연결되거나, 직접 커플링되거나, 또는 매개 부재나 층이 존재할 수 있다. 반대로, 부재가 다른 부재나 층 "상에 직접 있는", "에 직접 맞물리는", "에 직접 연결되는", "에 직접 커플링되는" 것으로 언급될 때에는, 매개 부재나 층이 존재하지 않을 수 있다. 부재들 간의 관계를 설명하기 위해 사용되는 다른 단어들(예를 들어, "사이에(between)"와 "직접적으로 사이에 (directly between)", "인접(adjacent)"과 "직접적으로 인접" 등)도 동일한 방식으로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "및/또는"은 관련되어 나열된 항목들 중 하나 이상의 임의의 그리고 모든 조합을 포함한다.
단어 제1, 제2, 제3 등과 같은 용어들이 다양한 부재, 구성요소, 영역, 층 및/또는 섹션을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있으나, 이러한 부재, 구성요소, 영역, 층 및/또는 섹션들은 이러한 용어들에 의해 제한되어서는 안 된다. 이러한 용어들은 어떤 부재, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션을 다른 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용될 수 있다. "제1", "제2" 및 기타 서수적인 용어들과 같은 용어들은 본 명세서에서 사용될 때, 문맥에서 명시적으로 지시하지 않는 한 순서나 서열을 암시하지는 않는다. 따라서, 이하에서 논의되는 제1 부재, 제1 구성요소, 제1 영역, 제1 층 또는 제1 섹션은, 예시적인 실시예에서 개시하는 내용으로부터 벗어나지 않고도, 제2 부재, 제2 구성요소, 제2 영역, 제2 층 또는 제2 섹션으로 명명될 수도 있을 것이다.
"내부(inner)", "외부(outer)", "밑(beneath)", "아래(below)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등과 같은 공간적인 관계 용어가 용이한 설명을 위해 본 명세서에서 사용되어, 도면에서 설명되는 다른 부재(들) 또는 특징부(들)에 대한 어떤 부재나 특징부의 관계를 기술할 수 있다. 공간적인 관계 용어들은 도면에서 묘사된 방향에 추가하여, 사용이나 작동시에 장치의 다른 배향을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 도면의 장치가 뒤집어지면, 다른 부재나 특징부의 "아래" 또는 "밑"에 있는 것으로 설명된 부재가 상기 다른 부재나 특징부의 "위"로 배향될 것이다. 따라서, 예시한 용어 "아래"는 위 및 아래의 양 방향을 모두 포괄할 수 있다. 장치가 이와 달리 (90도 회전되어 또는 다른 방향으로) 배향될 수 있고, 이때는 본 명세서에 사용된 공간적인 관계 기술어들이 상응하게 해석될 것이다.
이하의 설명에서는 예시적인 실시예들에 대한 완벽한 이해를 제공하기 위하여 구체적인 세부사항들이 제공된다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 예시적인 실시예가 이러한 구체적인 세부사항 없이도 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 예시적인 실시예를 불필요하게 자세히 하여 모호하게 하지 않도록, 시스템이 블록 다이어그램으로 도시될 수 있다. 다른 예로, 공지된 프로세스, 구조 및 기술은, 예시적인 실시예를 모호하게 하는 것을 방지하기 위하여, 불필요한 세부사항들 없이 도시될 수 있다.
본 발명과 관련하여, 용어 "점성 매체(viscous medium)"는 통상적으로 약 1 Pa s 또는 그 이상의 점도(예를 들어, 동적 점성(dynamic viscosity))을 가지는 높은 점성 매체(예를 들면, 기판, 전도성 잉크, 저항성 페이스트(resistive paste) 등등의 상에 구성요소를 고정시키기 위해 사용되는, 모두 통상적으로 약 1 Pa s 또는 그 이상의 점도를 가지는, 솔더 페이스트(solder paste), 솔더 플럭스(solder flux), 접착제, 전도성 접착제(conductive adhesive), 또는 기타 다른 유형의 유체 매체)로서 이해되어야 한다는 점에 주의한다. 용어 "분사된 액적(jetted droplet)", 또는 "샷(shot)"은 충격 장치(impacting device)의 충격에 반응하여 분사 노즐을 통해 기판을 향해 이동하도록 힘을 받는 점성 매체의 체적으로서 이해되어야 한다.
본 발명과 관련하여, 용어 "분사(jetting)"는, "유체 적심(fluid wetting)"과 같은 접촉식 분배(contact dispensing)와 비교하여, 점성 매체의 액적을 형성하여 분사 노즐로부터 기판 상으로 발사하도록 유체 분출을 이용하는 비접촉식 증착 프로세스로서 해석되어야 한다. 접촉식 분배를 위하여, 표면에 대한 접착력 및 중력과 결합되어 바늘이 점성 매체를 표면 상에 분배하기 위하여 사용되는 분배 프로세스 및 분배기(dispenser)와 대비하여, 점성 매체를 분사 또는 발사(shooting)하기 위한 이젝터(ejector) 또는 분사 헤드 조립체는, 약 1 마이크로세컨드보다 길면서도 약 50 마이크로세컨드보다는 짧은 시간 동안, (예를 들어 플런저의 신속한 이동과 같은) 충격 장치의 신속한 이동(예를 들어 신속하게 제어되는 기계적 이동)에 의해 유체 챔버 내에 압력을 신속하게 형성하여 점성 매체의 액적이 분사 노즐을 통과하게 하는 챔버 내 유체의 변형을 제공하기 위한, 예를 들면 압전 액츄에이터 및 플런저(plunger)를 포함하는 충격 장치와 같은 충격 장치를 구비하는 기구로서 해석되어야 한다. 일 실시예에서, 배출 제어 유닛은 압전 액츄에이터에 단속적으로(intermittently) 구동 전압을 인가하여, 압전 액츄에이터의 단속적인 연장을 야기시키고, 이젝터 또는 분사 조립체 헤드의 조립체 하우징에 대한 플런저의 왕복 운동을 야기시킨다.
점성 매체의 "분사"는, 하나 이상의 분사 노즐이 점성 매체가 증착될 워크피스(workpiece) 상의 각 지점에서 멈춤이 없이 움직이는 동안, 표면 상으로의 점성 매체 액적 분사가 실행되는 점성 매체 액적의 배출 또는 발사를 위한 프로세스로서 이해되어야 한다. 점성 매체의 분사는 통상적으로 약 1 마이크로세컨드보다 길고 약 50 마이크로세컨드보다 짧은 시간에 걸쳐 유체 챔버 내에 신속한 압력 충격(pressure impulse)을 형성하는 충격 장치에 의해서 노즐을 통한 액적의 배출이 제어되는, 점성 매체 액적의 배출 또는 발사를 위한 프로세스로서 이해되어야 한다. (약 1 Pa s 또는 그 이상의 점성을 가지는) 비교적 높은 점성 유체의 각각의 액적 또는 샷(shot)을 챔버로부터 분사 노즐을 통과하게 하기 위한 유체 챔버 내에 압력 충격을 형성하기에 충분히 신속하도록 충격 장치를 이동시키기 위해서는, 브레이크-오프(break-off)가 반대 방향으로의 바늘의 이동이나 중력에 의해서가 아니라 샷의 충격 자체에 의해서 야기되어야 한다. 워크피스 상에 분사될 각각의 개별적인 액적의 체적은 약 100pL 내지 약 30pL 사이일 수 있다. 각각의 개별적인 액적의 도트 지름(dot diameter)은 약 0.1 mm 내지 약 1.0 mm 사이일 수 있다. 분사의 속도, 즉 각각의 개별적인 액적의 속도는 약 5m/s 내지 약 50m/s 사이일 수 있다. 예를 들면 분사 노즐에 충격을 가하기 위한 충돌 메커니즘(impacting mechanism)과 같은 분사 메커니즘의 속도는 약 5m/s 내지 약 50m/s 사이만큼 높을 수 있으나, 통상적으로는, 예를 들어 약 1m/s 내지 약 30m/s 사이인 분사 속도보다 작으며, 노즐을 통한 모멘텀 전달에 의존한다.
상세한 설명 및 청구범위에서 용어 "분사" 및 "분사 헤드 조립체"는, 유체 필라멘트(fluid filament)의 중단(break-off)이 예를 들어 중력이나 모세관력에 의해 이루어지는 뚝뚝 떨어짐(dripping)과 유사한 자연적인 느린 중단과 대비되는, 유체 부재의 운동에 의해 야기되는 유체 필라멘트의 중단을 언급한다.
이젝터-계(ejector-based) 비접촉식 분사 기술과 같은 "분사 헤드 조립체"를 이용한 점성 매체 액적의 "분사"를 중력이나 모세관력에 의해 이루어지는 자연적으로 이루어지는 느린 뚝뚝 떨어짐성 중단과 구별하기 위하여, 아래에서 무차원수(non-dimensional number)를 도입하였는데, 이는 상이한 물리적 메커니즘에 의해 이루어지는 상이한 경우 및 유체에 대해 필라멘트 중단으로의 뚝뚝 떨어짐성 분사 전이(transition)에 대한 한계값(threshold)을 기술한다.
탄성 유체에 대해, 용어 "분사" 및 "분사 헤드 조립체"는 바이젠베르그값(Weisenberg number)에 기초한 분사 액적의 정의를 언급하는 것으로서, Wi=λUjet/R 가 사용될 수 있으며(여기서 λ는 유체의 지배적 이완 시간(dominant relaxation time)을, Ujet 는 유체의 속도를, 그리고 R은 분사의 반경을 나타냄), 뚝뚝 떨어짐성 분사에 대한 한계값은 대략 20 < With < 40 이다.
중단이 점성 세화(viscous thinning)에 의해 제어되는 유체에 대해서는, 용어 "분사" 및 "분사 헤드 조립체"가 Ca=η0Ujet/γ (여기서 η0는 항복 점성이고 γ는 표면 장력임)로 기술되는 모관값(capillary number)에 기초한 분사 액적의 정의를 언급하는데, 이는 Cath ≒ 10의 뚝뚝 떨어짐성 분사에 대한 한계값을 도입하는데 사용될 수 있다.
중단이 관성 동력학(inertial dynamics)에 의해 지배되는 유체에 대해서는, 용어 "분사" 및 "분사 헤드 조립체"가 ρU2jetR/γ (여기서 ρ는 유체의 밀도임)로 표현되는 웨버값(Weber number)에 기초한 분사 액적의 정의를 언급하는데, 이는 We ≒ 1 의 뚝뚝 떨어짐성 분사에 대한 한계값을 도입하는데 사용될 수 있다.
이동 중에 있는 워크 피스 상의 특정 위치에서 주어진 거리로부터 점성 매체의 체적을 더욱 정확하게 및/또는 정밀하게 분사할 수 있는 능력이 점성 분사의 특징들(hallmarks)이다. 이러한 특징들은, 워크피스 상에서의 상당한 높이 변동(h = 약 0.4 내지 약 4 mm)에 대한 보상을 하면서 비교적 높은 점성의 유체(예를 들어 1Pa s 이상)의 적용을 가능하게 한다. 체적은 점성에서와 마찬가지로(약 1Pa s 내지 그 이상) 잉크 제트 기술과 비교하여 비교적 크다(약 100 pL 내지 약 30 nL).
개시된 기술의 적어도 몇몇 실시예는, 점성 매체가 증착될 워크피스 상의 각 위치에 대한 멈춤이 없이 점성 매체를 도포하는 이젝터-계 분사 기술의 "온 더 플라이(on the fly)" 분사 원리로 인하여, 향상된 도포 속도를 제공한다. 따라서, 하나 이상의 분사 노즐이 움직이고 있는 중에 각각의 위치에서 멈춤이 없이 제1 (수평) 기판 상으로의 점성 매체의 액적 분사가 실행되는, 이젝터-계 분사 기술의 능력은 모세관 바늘 분배 기술에 비하여 시간을 절약한다는 장점을 가진다.
통상적으로, 이젝터는 소프트웨어로 제어된다. 이러한 소프트웨어는 주어진 (또는 대안적으로는, 원하는 또는 미리 정해진) 분사 프로세스의 분사 스케쥴에 따라서 또는 구체적인 기판에 점성 매체를 적용하는 방법에 대한 명령을 필요로 한다. 이러한 명령들은 "분사 프로그램"이라 불린다. 따라서, 분사 프로그램은 기판 상으로 점성 매체의 액적을 분사하는 프로세스를 지원하는데, 이러한 프로세스는 "분사 프로세스"나 "프린팅 프로세스"로서 언급될 수도 있다. 분사 프로그램은, 분사 프로세스 전에, 오프 라인으로 실행되는 사전 프로세싱 단계에 의해 생성될 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 용어 "점성 매체"는 솔더 페이스트, 플럭스, 접착제, 전도성 접착제, 글루(glue) 또는 워크피스, 기판, 전도성 잉크, 저항성 페이스트 등등의 상에 구성요소를 고정시키는데 사용되는 기타 다른 유형의 매체일 수 있다. 그러나, 예시적인 실시에는 이러한 예들에만 한정되어서는 안 된다. 본 명세서에서 설명될 때, 용어 "증착물(deposit)"은 하나 또는 그 이상의 분사된 액적(샷으로 언급되기도 한다)에 따라서 워크피스 상의 위치에 도포되는 일정량의 점성 매체를 언급한다.
적어도 일부 솔더 페이스트에 있어서는, 포괄적으로, 약 40% 내지 약 60%의 솔더 볼(solder ball) 체적을 포함할 수 있고, 나머지 체적은 솔더 플럭스이다. 솔더 볼은 통상적으로 지름이 약 20 마이크론이거나, 포괄적으로 약 10 내지 약 30 마이크론 사이의 지름을 가질 수 있다.
적어도 일부 솔더 페이스트에 있어서는, 평균 크기의 솔더 볼의 체적이 솔더 페이스트 내의 고체상 재료의 전체 체적의, 포괄적으로, 약 5% 내지 약 40%의 범위에 있을 수 있다. 다른 경우에 있어서는, 제1 부분의 솔더 볼의 평균 지름이, 포괄적으로, 약 2 내지 약 5 마이크론 사이의 범위 내에 있을 수 있는 반면, 제2 부분의 솔더 볼의 평균 지름은, 포괄적으로, 약 10 내지 약 30 마이크론 사이일 수 있다.
본 명세서에서 설명될 때, 용어 "증착 크기"는 증착물이 덮게 될, 기판과 같은, 워크피스 상의 영역을 언급한다. 액적 체적에서의 증가는 대체로 증착 크기 뿐만 아니라 증착 높이에서의 증가도 초래한다.
"워크피스"는 보드(board)(예를 들어 인쇄회로기판(PCB)이나 가요성 PCB), 볼 그리드 어레이(ball grid arrays; BGA)용 기판, 가요성 기판(예를 들어 종이), 칩 스케일 패키지(chip scale packages; CSP), 쿼드 플랫 패키지(quad flat packages; QFP), 웨이퍼, 플립-칩(flip-chips) 등일 수 있다.
본 명세서에서 설명될 때, 이동은 x-, y-, 및 z-방향과 관련하여 설명된다. 그러나, 이러한 방향들 각각에서의 이동은 각각 x-, y-, 또는 z-디멘션(dimension)에서의 운동으로도 언급될 수 있다는 점을 이해하여야 한다. 따라서, 한 구성요소가 x-, y-, 및 z-방향 각각으로 이동하면, 이러한 구성요소는 3차원적으로 또는 3개의 디멘션에서 이동한다고 언급될 수 있다.
2축 분사 실시예(Bi-Axial Jetting Example Embodiment)
하나 이상의 실시예가 워크피스 상에 점성 매체를 증착/분사하기 위한 2축 분사 장치 및 방법을 제공한다. 적어도 이들 실시예는 증착 헤드 중 하나 이상이 분사 헤드인 다중 분사 헤드를 위한 2축 기계적 해결방안을 제공한다. 일 실시예에서, 다중 증착 헤드 중 하나 이상이 분배 헤드일 수 있다.
2축 분사 장치 및 방법은 분사 헤드의 운동에 대해 고정된 위치에 유지되는 워크피스 상에 점성 매체를 분사할 때, 생산 속도를 증가시킬 수 있다. 다중 헤드 구성에 대한 분사 속도의 증가는 다중-비임 갠트리(multi-beam gantry)를 통해 얻어지는데, 여기서는 각각의 증착 헤드가 전용 비임(dedicated beam) 상에서 독립적으로 이동하며, 각각의 비임은 증착 헤드의 운동 방향에 수직한 방향으로 독립적으로 이동하도록 구성된다.
이 실시예에서, 증착 헤드 조립체는 3개의 디멘션에서 일치하여(concurrently) 또는 동시에(simultaneously) 이동하도록 구성된다.
도 8A는 워크피스 상에 점성 매체를 증착/분사하기 위한 2축 분사 장치의 실시예를 설명하는 개략적인 평면도이다. 도 8B는 도 8A에 도시된 2축 분사 장치의 전방 사시도이다.
도 8A 및 8B를 참조하면, 2축 분사 장치는 워크피스(W)를 유지하도록 구성된 플랫폼(1002)을 구비한다. 플랫폼(1002) 위에는 프레임(FR)이 배치된다. 프레임(FR)은, x-방향을 따라 세로로 서로 평행하게 배치된 2개 이상의 독립적인 갠트리 비임(1006A 및 1006B)을 구비한다. 제1 증착 헤드 조립체(1004A)가 제1 갠트리 비임(1006A) 상에 배치되고 제2 증착 헤드 조립체(1004B)가 제2 갠트리 비임(1006B) 상에 배치되어, 워크피스(W) 상에 점성 매체를 더 효과적으로 증착할 수 있게 한다. 각각의 증착 헤드 조립체(1004A 및 1004B)는 워크피스(W) 상에 도일하거나 다른 점성 매체를 증착하도록 구성된다. 예시적인 증착 헤드 조립체가 이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이다. 적어도 일부 실시예에 따르면, 증착 헤드 조립체(1004A 및 1004B)는 워크피스(W) 상에 일치하여 및/또는 동시에 점성 매체를 증착하도록 구성된다.
제1 및 제2 갠트리 비임(1006A 및 1006B)은, 2축 분사 장치에(또는 그 일부로서) 단단히 고정된 프레임(FR)의 반대 측면들 상이에 왕복식으로 이동가능하게 연결된다. 제1 및 제2 갠트리 비임(1006A 및 1006B)은 베어링 등을 사용하여 프레임(FR)에 연결될 수 있으며, 이로써 제1 및 제2 갠트리 비임(1006A 및 1006B)이, x-방향에 수직한 y-방향으로 프레임(FR)을 따라서 활주할 수 있게 된다. 제1 및 제2 갠트리 비임(1006A 및 1006B)의 이동은 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 선형 모터(도시되지 않음)에 의해 구동될 수 있다.
증착 헤드 조립체(1004A 및 1004B)는, 증착 헤드 조립체(1004A 및 1004B)가 각각의 갠트리 비임(1006A 및 1006B)을 따라 x-방향으로 이동가능하도록, 갠트리 비임(1006A 및 1006B) 중 각각의 하나에 이동가능하게 연결된다. 증착 헤드 조립체(1004A 및 1004B)의 이동은 선형 모터(도시되지 않음)에 의해 구동될 수 있다. 이 실시예에서, 갠트리 비임(1006A 및 1006B)의 이동은 증착 헤드 조립체(1004A 및 1004B)의 이동 방향에 수직하거나 실질적으로 수직하다.
갠트리 비임(1006A 및 1006B)의 제어는 갠트리 비임(1006A 및 1006B)과 증착 헤드 조립체(1004A 및 1004B) 사이의 충돌을 방지하도록 조정된다. 갠트리 비임(1006A 및 1006B)과 증착 헤드 조립체(1004A 및 1004B)의 조정된 이동은, 증착 헤드 조립체(1004A 및 1004B)의 z-방향 선형 이동성과 함께, 증착 헤드가, 워크피스(W) 상에 점성 매체를 증착하면서, 3차원 공간에서 (예를 들어 일치하여 및/또는 동시에) 이동할 수 있게 한다.
증착 헤드 조립체(1004A 및 1004B)의 조정된 이동은 또한, 하나의 증착 헤드에 의해 증착된 점성 매체의 체적에서의 수용할 수 없는 변동(variation)이 다른 증착 헤드에 의해 반응적으로(reactively) 보수될 수 있는, 피드백에 기초한 분사/증착 방식 및/또는 방법을 가능하게 한다. 이는 추가적인 검사 단계를 방지 및/또는 제거할 수 있다. 이와 관련하여, 하나 이상의 증착 헤드에 대한 증착 경로의 실시간 재구성이 이용될 수 있다.
도 8A 및 8B에 도시된 2축 분사 장치는, 증착 헤드 조립체(1004A 및 1004B)가 워크피스(W)의 임의의 부분 상에도 점성 매체를 증착할 수 있도록; 즉, 증착 헤드 조립체(1004A 및 1004B)가 워크피스(W)의 전체 표면 상에 점성 매체를 증착시키게끔 구성되도록, 구성될 수 있다. 도 8A 및 8B에 도시된 실시예의 몇몇 구현예에서는, 증착 헤드 조립체(1004A 및 1004B) 중 하나가 점성 매체의 액적을 발사(shooting)하는 분사 헤드 조립체이고 다른 증착 헤드 조립체가 워크피스(W) 상에 점성 매체(예를 들어 글루(glue))를 분배하는 모세관 바늘을 실행하도록 구성된 분배기 조립체(dispenser assembly)이다.
증착 헤드 조립체(1004A 및 1004B)는 상이한 유형/클래스의 솔더 페이스트를 발사하도록; 상이한 샷 크기/범위(예를 들어 겹쳐지거나 겹쳐지지 않는 범위)를 가지는 액적을 발사하도록; 및/또는 다양한 종류의 점성 매체(솔더 페이스트, 글루 등등)의 액적을 발사하도록 구성될 수 있다. 추가로, 증착 헤드 조립체(1004A 및 1004B)는 필요에 따라, 애드-온(add-on) 증착, 분사 및/또는 보수를 위해 이용될 수 있다.
적어도 일부 실시예에 따르면, 2개 이상의 증착 헤드 조립체(1004A 및 1004B) 중 하나 이상이 (예를 들어 글루를 분배하기 위한) 분배 헤드이고 2개 이상의 분사 헤드 조립체(1004A 및 1004B) 중 다른 하나 이상이 솔더 페이스트를 발사하기 위한 이젝터-계 분사 헤드 조립체일 수 있다. 분사 및 분배하기 위한 점성 매체의 예시적인 증착 체적, 샷 크기, 및 유형이 아래 표 1에 도시되어 있다. 표 1에 도시된 일부 실시예가 비록 점성 매체의 액적을 발사하도록 구성된 하나 이상의 분사 헤드와 함께 분배 헤드를 이용하여 개시된 기술의 구현과 관련하여 설명되지만, 개시된 기술의 다른 구현에 따르면 양 헤드 모두가 분사헤드이다.
분사/분배 점성 매체의 유형 샷/도트 크기 증착 체적(대략적인 nL)
a)
 분사(jetting) 솔더 페이스트 작음 1-5 nL
분사 솔더 페이스트 보통 5-15 nL
b)
 분사 솔더 페이스트 보통 5-15 nL
분사 솔더 페이스트 큼 15-50 nL
c)
 분사 솔더 페이스트 보통 5-15 nL
분배(dispensing) 접착제 보통 5-20 nL
d)
 분사 솔더페이스트 보통 5-15 nL
분사 전도성 접착제 보통 5-20 nL
e)
 분사 접착제 보통 5-20 nL
분배 전도성 접착제 보통 5-20 nL
f)
 분사 솔더 페이스트 보통 5-15 nL
분배 언더필(underfill) 보통 10-50 nL
샷/도트 크기의 지름은 증착물의 형태에 따른다. 그러나 일 실시예에서, 약 1nL 의 증착물 체적에 대한 대략적인 지름은 약 120㎛ 내지 약 150㎛이고; 약 5nL 의 증착물 체적에 대한 대략적인 지름은 약 250㎛ 내지 약 350㎛이고; 약 15nL 의 증착물 체적에 대한 대략적인 지름은 약 450㎛ 내지 약 550㎛이고; 약 50nL 의 증착물 체적에 대한 대략적인 지름은 약 600㎛ 내지 약 700㎛이다.서로 다른 샷 크기로 점성 매체를 발사하기 위해 2개 이상의 (이젝터-계) 분사 헤드 조립체가 사용되면, 이들 2개 이상의 분사 헤드에 대한 샷 크기는 분사될 점성 매체에 따라서 약 1-50 nL 범위에 있을 수 있다.
서로 다른 유형의 점성 매체를 발사하기 위해 2개 이상의 (이젝터-계) 분사 헤드 조립체가 사용되면, 분사 헤드 조립체 중 하나로 솔더 페이스트를 발사하고, 다른 분사 헤드로는 접착제, 전도성 접착제/글루 또는 언더필(underfill)을 발사하는 것이 유리할 수 있는데, 이는 현재의 표면 실장 프로세스(surface mount process)가 혼합식 생산, 선택적 보드 모달리티(alternative board modalities), 수리 분야(repair applications) 등등에 맞게 조정된 모듈을 유리하게 이용할 수 있기 때문이다.
단지 2개의 증착 헤드 조립체(1004A 및 1004B)와 2개의 갠트리 비임(1006A 및 1006B)이 도 8A 및 8B에 도시되어 있지만, 예시적인 실시예들은 이 예에 한정되서는 안 된다. 오히려, 예시적인 실시예들은 갠트리 비임(1006A 및/또는 1006B) 상에 장착되는 추가 증착 헤드 조립체 및/또는 추가 증착 헤드 조립체를 구비하는 추가 갠트리 비임을 구비할 수 있다.
증착 헤드 조립체 (Depositing Head Assembly)
도 2 및 3은 도 8A 및 8B와 관련하여 위에서 설명한 증착 헤드 조립체(예를 들어 1004A, 1004B)의 예시적 실시예를 보여준다. 도 2 및 도 3에 도시된 예가 증착 헤드 조립체(1004A)와 관련하여 설명될 것이지만, 양 증착 헤드 조립체(1004A 및 1004B)가 분사 헤드 조립체 일 수 있다는 점 및 증착 헤드 조립체(1004B)가 증착 헤드 조립체(1004A)와 동일하거나 실질적으로 동일할 수 있다는 점을 이해하여야 한다. 도 2 및 3에 도시된 구현예의 적어도 일부 실시예에서는, 증착 헤드 조립체(1004A 및 1004B) 중 하나가 점성 매체의 액적을 발사하는 분사 헤드 조립체이고 다른 증착 헤드 조립체는 워크피스 상으로의 점성 매체 분배를 실행하도록 구성된 분배기 조립체(dispenser assembly)이다.
도 2 및 3을 참조하면, 증착 헤드 조립체(1004A)는 조립체 홀더(11)를 구비하는데, 이는 증착 헤드 조립체(1004A)를 도킹 장치(docking device; 8)의 조립체 지지부(10)에 연결시키도록 구성된다. 증착 헤드 조립체(1004A)는 점성 매체를 제공하기 위한 공급 저장부(12) 및 조립체 하우징(15)을 더 구비한다.
증착 헤드 조립체(1004A)는, 도킹 장치(8)의 배출구(41)를 가지는 상보적(complementary) 공압 인터페이스(pneumatic interface)와 기밀식 맞물림으로 접속하도록 위치한 유입구(42)를 가지는 공압식 인터페이스를 통해 가압 공기 소스 및 진공 이젝터에 연결된다. 배출구(41)는 도킹 장치(8)의 내부 도관을 통해서 유입 니플(inlet nipple; 9)에 연결된다.
증착 헤드 조립체(1004A)는 상이한 유형/클래스의 솔더 페이스트를 발사하도록; 상이한 샷 크기/범위(예를 들어 겹쳐지거나 겹쳐지지 않는 범위)를 가지는 액적을 발사하도록; 및/또는 다양한 종류의 점성 매체(솔더 페이스트, 글루 등등)의 액적을 발사하도록 구성될 수 있다. 추가로, 증착 헤드 조립체(1004A)는 애드-온(add-on) 분사 및/또는 보수를 위해 이용될 수 있다.
도 4는 조립체 하우징(15) 내에 포함된 부품들의 내용물(contents) 및 기능을 더욱 자세하게 보여준다.
도 4를 참조하면, 증착 헤드 조립체(1004A)는 충격 장치를 구비한다. 이 예에서, 충격 장치는 액츄에이터 부분(21a)을 형성하기 위해 함께 쌓여진, 복수의 비교적 얇은 압전 부재를 가지는 압전 액츄에이터(21)를 구비한다. 액츄에이터 부분(21a)의 상부 단부는 조립체 하우징(15)에 단단히 연결된다. 증착 헤드 조립체(1004A)는 조립체 하우징(15)에 단단히 연결되는 부싱(bushing; 25)을 더 구비한다. 충격 장치는 플런저(plunger; 21b)를 더 구비하는데, 이는 액츄에이터 부분(21a)의 하부 단부에 단단히 연결된다. 플런저(21b)는 부싱(25) 내의 피스톤 구멍(35)을 통해 활주식으로 연장하면서 축방향으로 이동가능하다. 컵 스프링(24)이 제공되어, 플런저(21b)를 조립체 하우징(15)에 대해 탄력적으로 균형잡고, 액츄에이터 부분(21a)에 대해 예압(preload)을 제공한다. 배출 제어 유닛(도시되지 않음)이 압전 액츄에이터(21)에 단속적으로 구동 전압을 인가하여 압전 액츄에이터가 단속적으로 연장하게 하며, 이로써 패턴 프린팅 데이터(pattern printing data)에 따라, 플런저(21b)가 조립체 하우징(15)에 대해 왕복 운동을 하게 된다.
플런저(21b)의 피스톤 부분의 충돌 단부 표면(38)은 노즐(26)에 비교적 가깝게 배치된다. 분사 챔버(37)는, 플런저(21b)의 단부 표면(38), 노즐(26)의 원통형 내부 벽, 노즐(26)의 상부 표면(92)(도 7), 그리고 노즐 공간(28)의 상부 부분(96)(도 7)에 의해 형성된다. 따라서, 분사 챔버(37)은 노즐 공간(28)의 상부 부분에 연결된다. 압전 액츄에이터(21)의 단속적 연장에 의해 야기되는 노즐(26)에 대한 플런저(21b)의 축방향 운동은 분사 챔버(37)의 체적을 감소(예를 들어 비교적 빠른 감소)시킬 수 있고, 이렇게 해서 노즐 배출구(27)를 통한, 노즐 공간(28) 내 점성 매체의 가압(예를 들면 신속한 가압) 및 분사가 이루어지게 된다.
솔더 페이스트는 공급기(23)를 통해서 공급 저장부(12)(도 3)로부터 분사 챔버(37)로 공급된다. 공급기(23)는 관형 구멍(30) 내에 부분적으로 제공된 모터 축(29)을 가지는 전기 모터(도시되지 않음)을 구비하며, 이러한 관형 구멍은 조립체 하우징(15)을 통해 배출구 포트(36)까지 연장한다. 배출구 포트(36)는, 하우징(15) 내에 제공된 관형 구멍(31)을 통해서 그리고, 플런저(21b)의 피스톤 부분과 피스톤 구멍(35)에 의해 제공되는 원통형 내부 벽 및 노즐(26)의 원통형 내부 벽(40)에 사이에 각각 형성되는 환형 공간을 통해서 분사 챔버(37)와 소통된다. 환형 공간은 관형 구멍(31)의 배출구로부터 분사 챔버(37)까지 아래로 연장한다.
모터 축(29)의 단부 부분은 회전가능한 공급 스크류(32)를 형성하는데, 이는 관형 구멍(30)과 동축으로 관형 구멍 내에 제공되며, 배출구 포트(36)에서 종료된다. 회전가능한 공급 스크류(32)의 실질적인 부분은 탄성 중합체 등으로 제조되는 튜브(33)에 의해 둘러싸이며, 이 튜브는 관형 구멍(30) 내에 관형 구멍과 동축으로 배치된다. 회전가능한 공급 스크류(32)의 나사산은 튜브(33)의 최내측 표면과 활주식 접촉(sliding contact)을 이룬다. 튜브의 대안에 대한 예로는 탄력적인 탄성 중합체 O-링이 있다.
증착 헤드 조립체(1004A)는, 점성 매체의 작은 액적이 분사될 워크피스에 대해 작동적으로 지향된, 플레이트 형태의 또는 실질적인 플레이트 형태의 분사 노즐(26)을 더 구비한다. 분사 노즐(26)을 통해서 관통 구멍이 형성된다.
도 7은 노즐(26)의 개시된 기술의 예시적 구현예를 더욱 자세히 보여준다.
도 7을 참조하면, 관통 구멍이 제1 절두 원추형 부분(first frustro-conical portion; 91)과 제2 절두 원추형 부분(second frustro-conical portion; 93)에 의해 형성되며, 제1 절두 원추형 부분은 노즐(26)의 상부 표면(92)으로부터 노즐(26)의 두께의 일부(예를 들어 대부분)를 통해 아래로 연장하고, 제2 절두 원추형 부분은 노즐(26)의 바닥 표면(94)으로부터 제1 절두 원추형 부분(91)의 상부 평면까지 위로 연장한다. 따라서, 절두 원추형 부분(91, 93)의 상부들은 서로를 향해 지향된다(또는 서로를 향한다). 제2 절두 원추형 부분(93)의 상부 지름은 제1 절두 원추형 부분(91)의 상부 지름보다 더 크다. 제1 및 제2 절두 원추형 부분(91, 93)은 링 부분(95)에 의해 서로 연결되는데, 이는 노즐(26)의 상부 및 바닥 표면(92, 94)과 평행하다. 제1 절두 원추형 부분(91)의 상부는 노즐 배출구(27)을 형성하며, 이를 통해서 점성 매체의 액적이 워크피스 상으로 분사된다. 또한, 노즐 공간(28)은 제1 절두 원추형 부분(91)의 내부 벽들에 의해 한정된다. 따라서 노즐 배출구(27)는 노즐(26)의 링 부분(95)에 위치하게 된다.
노즐(26)의 상부 부분(96)(제1 절두 원추형 부분(91)의 기부)은 점성 매체를 수용하도록 배치되며, 이러한 점성 매체는 노즐 공간(28)을 통해 노즐 배출구(27) 밖으로 나가도록 힘을 받는다.
도 4로 돌아오면, 분사 방향에서 볼 때, 노즐 배출구(27)의 아래 또는 하류에 플레이트 또는 벽(14)(도 3에도 도시되어 있음)이 배치된다. 플레이트(14)에는 관통 구멍(13)이 제공되며, 분사된 액적은 플레이트(14)에 의해 방해되거나 부정적인 영향을 받지 않으면서 이 구멍을 통과하게 된다. 따라서, 관통 구멍(13)은 노즐 배출구(27)와 동심이다. 플레이트(14)는 노즐 배출구(27)로부터 이격되어 있다. 플레이트(14)와 노즐 배출구(27) 사이에는 공기 유동 챔버(44)가 형성된다. 챔버(44)는, 노즐 배출구(27)에서 그리고 이를 지나서 도 7의 화살표로 도시된 바와 같이, 공기 유동을 생성하기 위해 진공 이젝터와 연결되는 채널 또는 가이드로서 작용하는 공간이다. 이 예에서는, 공기 유동 챔버(44)가 디스크 형태이고, 관통 구멍(13)이 노즐 배출구(27)를 향한 그리고 이를 지나는 공기 유동을 위한 유입구로서 작용한다.
각각의 분사 전에, 노즐 공간(28)의 충진도(degree of filling)는 각각의 액적에 제어되고 개별적으로 조정된 양의 점성 매체가 얻어지도록 설정된다.
예시적인 충진도(예를 들어 'a', 'b', 및 'c')가, 노즐(60)의 대안적인 구성을 도시하는 도 5A-5C에 도시되어 있다. 노즐(60)은 여전히 노즐 공간(62)의 일부를 형성하는 절두 원추형 부분(61)을 구비하고 있다. 그러나 노즐(60)은 제2 절두 원추형 부분(93)이 아니라 원통형 부분(63)을 구비한다. 원통형 부분(63)의 상부 단부는 원뿔형 부분(61)의 절단된 부분(frustrum)의 상부 단부와 일치하며, 원통형 부분(63)의 하부 단부는 노즐(60)의 바닥 표면(65)에 위치한다. 대안적인 예에서는, 노즐 배출구(64)가 원통형 부분(63)의 하부 단부에 의해 형성된다.
도 5A-5C로부터 보여지듯이, 노즐 공간(62)은 그 상부 부분으로부터 노즐 배출구(64)를 향해 충진된다. 따라서, 도 5A에 도시된 바와 같이, 노즐 공간(62)이 비교적 적은 양으로 충진되면, 비교적 작은 액적이 분사되는 반면, 도 5C에 도시된 바와 같이, 노즐 공간이 채워지거나 실질적으로 채워지면, 더 큰 액적이 분사된다.
도 6A 및 6B에 도시된 바와 같이, 멈춤(pause) 후에 첫 번째 액적을 분사하기 전에, 또는 분사 장치의 시동(start-up)시에, 이 도면에서는 72로 표시된, 노즐 공간의 충진도에 대한 정확성이 확인된다. 이는, 도 6A에 도시된 바와 같이, 노즐 공간(72)을 점성 매체가 채우거나 실질적으로 채우도록, 공급 스크류(32)(도 4에 도시되어 있음)를 통해서 노즐 공간(72)으로 점성 매체를 공급함으로써 이루어질 수 있다. 이러한 프로세스에서, 비교적 적은 양의 점성 매체가 노즐 배출구(74) 밖으로 내보내질 수 있다. 공기 유동에 의해 이루어지는 흡입 기능 덕분에, 노즐(70) 밑에 위치되는 보드(board) 상으로 과다한 점성 매체가 떨어지는 것이 억제 및/또는 방지된다. 공기 유동은 도 6A에서 수평한 화살표로서 개략적으로 표시되어 있다. 용이한 설명을 위해서, 노즐 배출구 하류의 플레이트가, 도 5A-5C에서 뿐만 아니라 도 6A 및 도 6B에서도 생략되어 있다. 이러한 프로세스 중아, 플런저(21b)는 아이들(idle) 위치에 유지된다.
도 4로 돌아오면, 분사 챔버의 체적은 플런저(21b)를 후퇴(retract)시킴으로써 증가된다. 플런저(21b)는 액츄에이터 부분(21a)을 제어함으로써 후퇴된다. 플런저(21b)는 단부 표면을 주어지거나 희망하는, 또는 미리 결정된 거리만큼 이동시키도록 후퇴되어, 노즐 공간(28/72)을 주어지거나 희망하는, 또는 미리 결정된 양 만큼 정확하게 비운다. 도 6B에 도시된 실시예에서, 노즐 공간(72)에는 점성 매체가 실질적으로 비워졌다. 이제 노즐 공간(28/72)의 적절한 충진도가 얻어지면, 분사 장치는 충돌 준비가 된다. 이후 액적은, 분사 조건에서의 실질적인 변화가 이루어질 시간이 거의 없도록 또는 전혀 없도록 보장하기 위해, 본질적으로 즉각 분사될 수 있다.
이후 분사 순서는 분사될 액적의 크기에 관한 정보에 따라서 노즐 공간(28)으로 점성 매체를 공급함으로써 시작된다. 공급이 완료되면, 액츄에이터(21)는 플런저(21b)의 충돌 운동이 이루어지도록 에너지를 받는다. 플런저(21b)의 충돌 운동은, 노즐(28) 내에 존재하는 점성 매체의 양이 노즐 배출구(27) 밖으로 나가 워크피스 상으로 분사되는 정도로, 분사 챔버(37)의 체적을 신속하게 감소시킨다.
단축 분사 실시예 (Uni-Axial Jetting Example Embodiment)
하나 이상의 다른 실시예에서는 워크피스 상에 점성 매체를 증착 및/또는 분사하기 위한 단축 분사 장치 및 방법을 제공한다. 적어도 이러한 실시예에서는, 다수의 증착 헤드 조립체가 하나의 갠트리 비임에 부착된다. 증착 헤드 조립체는 갠트리 비임을 따라 독립적으로 뿐만 아니라 수직적으로 이동하도록 구성된다. 갠트리 비임은 증착 헤드 조립체의 운동 방향에 수직한 방향으로 이동하도록 구성된다. 이러한 실시예에서, 증착 헤드 조립체는 한 방향으로(예를 들어 y-방향으로) 함께 그리고, 제1 방향에 수직인 2개의 다른 방향(예를 들어 x-방향 및 z-방향)으로 독립적으로 이동가능하다. 이러한 실시예에서, 증착 헤드 조립체는 2개의 디멘션에서 일치하여 및/또는 동시에 이동하도록 구성된다. 일 실시예에서, 증착 헤드 조립체 중 하나 이상이 분배 헤드 조립체일 수 있다.
적어도 몇몇 실시예에 따른 단축 분사 장치 및 방법은 복수(예를 들어 2개)의 증착 헤드가 워크피스 상에 점성 매체를 증착/분사하게 함으로써 분사 속도를 증차시킬 수 있다. 적어도 이러한 실시예에 따르면, 제조공정 중에 증착 헤드를 교체할 필요를 없애기 위해 복수(예를 들어 2개)의 서로 다른 유형의 증착 헤드가 사용될 수 있다.
도 9A는 워크피스 상에 점성 매체를 증착 및/또는 분사하기 위한 단축 분사 장치의 예시적 실시예를 보여주는 개략적인 평면도이다. 도 9B는 도 9A에 도시된 단축 분사 장치의 정면 사시도이다.
도 9A 및 9B를 참조하면, 단축 분사 장치는 워크피스(W)를 유지하도록 구성되는 플랫폼(2002)을 구비한다. 프레임(FR2)은 워크피스(W)가 갠트리 비임(2006)과 증착 헤드 조립체(2004A 및 2004B) 아래에 유지되도록 플랫폼(2002) 위에 배치된다. 단축 분사 장치는, 증착 헤드 조립체(2004A 및 2004B)가 워크피스(W)의 임의의 부분 상에 점성 매체를 증착할 수 있도록 구성된다; 즉 증착 헤드 조립체(2004A 및 2004B)는 워크피스(W)의 전체 표면 상에 점성 매체를 증착하도록 구성된다.
단일 갠트리 비임(2006)은, 도 8A 및 8B와 관련하여 위에서 설명한 갠트리 비임(2006A 및 2006B)과 동일하거나 실질적으로 동일한 방식으로, 프레임(FR2)의 대향 단부들에 왕복식으로 이동가능하게 고정된다. 2개 이상의 증착 헤드 조립체(2004A 및 2004B)가 갠트리 비임(2006)에 왕복식으로 이동가능하게 고정된다. 상기 2개 이상의 증착 헤드 조립체(2004A 및 2004B)는, 도 8A 및 8B와 관련하여 위에서 설명한 증착 헤드 조립체(1004A 및 1004B)와 동일하거나 실질적으로 동일한 방식으로, 갠트리 비임(2006)에 고정된다. 상기 2개 이상의 증착 헤드 조립체(2004A 및 2004B)는 갠트리 비임(2006)을 따라서 종방향으로 이동하도록 구성된다.
각각의 증착 헤드 조립체(2004A 및 2004B)는 x-y 디멘션으로 연장하는 워크피스(W)의 표면 상에 동일하거나 서로 다른 점성 매체를 증착하도록 구성된다. 일 실시예에서는, 각각의 증착 헤드 조립체(2004A 및 2004B)가 위에서 설명한 증착 헤드 조립체(1004A)와 동일하거나 실질적으로 동일한 것일 수 있다. 적어도 이러한 실시예에 따르면, 증착 헤드 조립체(2004A 및 2004B)는 워크피스(W) 상에 점성 매체를 일치하여 및/또는 동시에 증착하도록 구성되면서도 서로 독립적으로 제어된다.
갠트리 비임(2006)은 y-방향으로 프레임(FR2)을 따라 활주하도록 구성되며, 증착 헤드 조립체(2004A 및 2004B)는 x 및 z 방향으로 서로 독립적으로 이동하도록구성된다. 증착 헤드 조립체(2004A 및 2004B)의 운동은 증착 헤드 조립체(2004A 및 2004B)가 부딪히지 않도록 조정된다.
증착 헤드 조립체(2004A 및 2004B)는: 상이한 유형/클래스의 솔더 페이스트를 발사하도록; 상이한 샷 크기/범위(예를 들어 겹쳐지거나 겹쳐지지 않는 범위)로 액적을 발사하도록; 및/또는 다양한 유형의 점성 매체(솔더 페이스트, 글루 등)의 액적을 발사하도록 구성될 수 있다. 추가로, 증착 헤드 조립체(2004A 및 2004B)는 필요에 따라 애드-온 증착, 분사 및/또는 보수에 사용될 수 있다.
적어도 몇몇 실시예에 따르면, 상기 2개 이상의 증착 헤드 조립체(2004A 및 2004B) 중 하나 이상이 (예를 들어 글루를 분배하기 위한) 분배 헤드일 수 있으며, 상기 2개 이상의 증착 헤드 조립체(2004A 및 2004B) 중 다른 하나 이상이 솔더 페이스트를 발사하기 위한 이젝터-계 증착 헤드 조립체일 수 있다. 분사 및 분배하기 위한 점성 매체의 예시적인 증착 체적, 샷 크기 및 유형이 위 표 1에 도시되어 있다.
도 8A 및 8B에 도시된 실시예에서 처럼, 만약 2개 이상의 (이젝터- 계(ejector-based)) 분사 헤드 조립체가 상이한 샷 크기를 가지는 점성 매체를 발사하는데 사용된다면, 상기 2개 이상의 분사 헤드에 대한 샷 크기는, 분사될 점성 매체에 따라서, 약 1-50 nL 범위일 수 있다.
만약 2개 이상의 (이젝터-계(ejector-based)) 분사 헤드 조립체가 상이한 유형의 점성 매체를 발사하는데 사용된다면, 분사 헤드 조립체 중 하나로는 솔더 페이스트를 발사하고, 다른 분사 헤드 조립체로는 접착제, 전도성 접착제 또는 언더 필을 발사하는게 유리할 수 있는데, 이는 현재의 표면 실장 프로세스(surface mount process)가 혼합식 생산, 선택적 보드 모달리티(alternative board modalities), 수리 분야(repair applications) 등등에 맞게 조정된 모듈을 유리하게 이용할 수 있기 때문이다.
비록 도 9A 및 9B에는 단지 2개의 증착 헤드 조립체(2004A 및 2004B) 만이 도시되어 있지만, 예시적인 실시예가 이러한 예들로 제한되어서는 안 된다. 오히려, 예시적인 실시예들은 갠트리 비임(2006)에 증착되어 x 및 z-방향으로 이동할 수 있는 추가 증착 헤드 조립체를 구비할 수 있다.
이동하는 워크피스 상으로의 점성 매체 분사 (Jetting Viscous Medium on Moving Workpiece)
예시적인 실시예에서는 또한 이동하는 워크피스(예를 들어 가요성 기판 등등) 상에 점성 매체를 증착 및/또는 분사하기 위한 방법과 장치를 제공한다.
적어도 몇몇 실시예에 따르면, 점성 매체는, 예를 들어 워크피스 토폴로지(topology) 및/또는 스크래칭(streching)에 대한 보정(compensating)을 하는 동안, 이동하는 워크피스(예를 들어 가요성 기판 등등) 상에 증착 및/또는 분사될 수 있다.
적어도 몇몇 실시예는 장착된 구성 부품들을 필요로 하는 비교적 간단한 및/또는 비교적 큰 체적 제품에 대한 높은 처리량을 제공할 수 있다(예를 들어 롤(roll) 상에서 제조되는 비교적 높은 처리량 제품, 대량으로 제조되는 비교적 적은 구성부품을 갖는 하이브리드 제품 등등).
적어도 몇몇 실시예는 또한 점성 매체의 분사 및/또는 증착 중에 때때로 발생하는 워크피스의 이동을 보정할 수 있다.
도 10은 이동하는 워크피스 상에 점성 매체를 증착 및/또는 분사하기 위한 장치 및 방법의 예시적인 실시예를 도시한다. 예를 위해서, 도 10에 도시된 실시예는 가요성 기판에 관해 설명될 것이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 장치는 제1 및 제2 지지 장비(예를 들어, 원통형 롤러)(3004A 및 3004B)를 구비한다. 도 10에 도시된 실시예에서, 지지 장비(3004A 및 3004B)는 원통형 롤러이며, 그렇게 설명될 것이다. 그러나, 예시적인 실시예가 단지 이러한 구현예에만 제한되어서는 안 된다.
제1 및 제2 원통형 롤러(3004A 및 3004B)는 가요성 기판(3002)을 유지하도록 구성된다. 원통형 롤러(3004A 및 3004B)는 제1 원통형 롤러(3004A)로부터 제2 원통형 롤러(3004B)까지 y-방향으로 가요성 기판(3002)을 이동시키기 위해 선형 모터에 의해 구동될 수 있다.
가요성 기판 상으로의 점성 매체 증착 및/또는 분사의 속도를 높이기 위해서, 가요성 기판(3002)은 지속적으로 이동하는 한편, 증착 헤드 조립체(3006)는 분사 중에 x- 및 y-방향으로의 이동에 의해 가요성 기판(3002)의 이동을 보상한다. 증착 헤드 조립체(3006)는 또한 위에서 설명한 바와 같이 z 방향으로도 이동할 수 있다.
적어도 이 실시예에서, 가요성 기판(3002) 및 증착 헤드 조립체(3006)는, 증착 헤드 조립체(3006)가 가요성 기판(3002)의 표면 상에 점성 매체를 증착/분사하는 동안, 일치하여 및/또는 동시에 이동한다. 증착 헤드 조립체(3006)는 위에서 설명한 증착 헤드 조립체(1004A)와 동일하거나 실질적으로 동일한 것일 수 있다. 따라서, 증착 헤드 조립체(3006)에 대한 자세한 설명은 생략한다. 나아가, 증착 헤드 조립체(3006)는, 다른 실시예와 관련하여 본 명세서에서 설명되는 것을 포함하여, 공지된 어떠한 방식으로도 이동할 수 있다.
적어도 도 10에 도시된 예시적 실시예에 따르면, 가요성 기판(3002)은 기점(fiducial; 3010)을 확인하고 이후 가요성 기판(3002) 상에 점성 매체(예를 들어, 솔더 페이스트, 정합성 필터(conformal filter), 전도성 접착제 등등)를 증착하기 위해 정지 및/또는 고정될 필요가 없다.
측면 위치조정(lateral positioning)에서의 비교적 적은 변화 및 탄성 특성을 포함하여, 이동하는 가요성 기판의 고유 거동은 이동하는 가요성 기판(3002)의 평면에서 증착 헤드 조립체(3006)의 이동을 제어하기 위해 반복적인 보정(calibration) 절차를 필요로 할 수 있다. 이러한 보정 절차는 기점(3010)의 운동에 기초할 수 있으며, 이는 보정 목적용 전용 패턴 또는 분사 패턴의 일부일 수 있다.
가요성 기판(3002) 상에 점성 매체 증착물을 올바르게 위치시키는 것은, 이동하는 가요성 기판(3002)과 증착 헤드 조립체(3006)의 상대 속도를 고려하는 탄도학 알고리즘(ballistic algorithms)을 이용하여 계산될 수 있다. 보정 절차는, 증착 헤드 조립체(3006)가 가요성 기판(3002)에 걸쳐 움직이는 중에 수직 z-방향으로 움직일 수 있도록 하기 위해, 광학적 또는 기계적인, 높이 보정 절차 또한 포함한다.
도 10에 도시된 실시예를 계속 참조하여 설명하면, 예를 들어 가요성 기판(3002) 상에 대한 점성 매체의 더 정확한 증착을 위해 가요성 기판(3002) 상의 패드를 별개의 참조 마크로서 사용하는 것에 의해서, 이동하는 가요성 기판(3002)에 대한 증착 헤드 조립체(3006)의 속도를 측정하기 위해 보상 알고리즘(compensatory algorithm)이 사용될 수 있다.
계속 도 10을 참조하여 설명하면, 증착 헤드 조립체(3006)는 상이한 유형/클래스의 솔더 페이스트를 발사하도록; 상이한 샷 크기/범위(예를 들어 겹쳐지거나 겹쳐지지 않는 범위)를 가지는 액적을 발사하도록; 및/또는 다양한 종류의 점성 매체(솔더 페이스트, 글루 등등)의 액적을 발사하도록 구성될 수 있다. 추가로, 증착 헤드 조립체(3006)는 필요에 따라, 애드-온(add-on) 증착, 분사 및/또는 보수를 위해 이용될 수 있다.
적어도 몇몇 실시예에 따르면, 증착 헤드 조립체(3006)는 (예를 들어 글루를 분배하기 위한) 분배 헤드 또는 솔더 페이스트를 발사하기 위한 이젝터-계 분사 헤드 조립체일 수 있다. 예시적인 분사 및 분배용 점성 매체의 증착 체적, 샷 크기, 및 유형이 표 1에 도시되어 있다.
도 10에 도시된 예시적 실시예에서, 서로 다른 샷 크기로 점성 매체를 발사하기 위해 하나보다 많은 (이젝터-계) 분사 헤드 조립체가 사용되면, 2개 이상의 분사 헤드에 대한 샷 크기는 분사될 점성 매체에 따라서 약 1-50 nL의 범위에 있을 수 있다.
서로 다른 유형의 점성 매체를 발사하기 위해 1개보다 많은 (이젝터-계) 분사 헤드 조립체가 사용되면, 분사 헤드 조립체 중 하나로 솔더 페이스트를 발사하고, 다른 분사 헤드로는 접착제, 전도성 접착제 또는 언더필(underfill)을 발사하는 것이 유리할 수 있는데, 이는 현재의 표면 실장 프로세스(surface mount process)가 혼합식 생산, 선택적 보드 모달리티(alternative board modalities), 수리 분야(repair applications) 등등에 맞게 조정된 모듈을 유리하게 이용할 수 있기 때문이다.
라인스캔 분사 실시예 (Linescan Jetting Example Embodiment)
하나 이상의 실시예는 하나 또는 그보다 많은 증착 헤드를 이용하여 워크피스 상에 점성 매체를 라인스캔 분사 및/또는 증착하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 적어도 이러한 실시예는 모듈형 컨베이어 방식을 사용한다.
적어도 이 실시예는 직선 방식(rectilinear strategy)에 기초하여 워크피스(예를 들어 보드)의 분사를 가능하게 한다. 하나 이상의 실시예에 따르면, 직선 방식은 실시간 토폴로지 측정과 결합될 수 있다.
적어도 몇몇 실시예에 따르면, 라인스캔 분사는 실장된 워크피스(populated workpiece) 및/또는 물질(예를 들어 페이스트)가 미리 증착되어 있는 워크피스 상에 물질을 증착하기 위해 사용될 수 있다. 적어도 몇몇 실시예는 비교적 작은 풋프린트(footprint)를 가지는 모듈로 실행될 수 있다.
적어도 몇몇 실시예에 따르면, 라인스캔 분사는 실장된 기판의 애드-온 분사, 보수 등을 처리하기 위해 사용될 수 있다.
라인스캔 분사의 하나 이상의 실시예는 또한 토폴로지 측정에 대한 실시간 보상을 제공한다.
적어도 몇몇 실시예에 따르면, 워크피스(예를 들어 보드, 카드(cards) 등등)는 점차적으로(incrementally) 분사 장치를 통해 이동되고, 증착 헤드는 2개 이상(예를 들어 3개)의 디멘션에서 이동한다. 워크피스의 이동은 또한 지속적이거나, 점차적이면서 지속적일 수 있다. 증착 헤드의 이동 방향은 워크피스의 이송 방향에 수직이다.
도 11A는 예시적 실시예에 따른 라인스캔 분사 장치의 개략적인 평면도이다. 도 11B는 도 11A에 도시된 라인스캔 분사 장치의 전방 사시도이다.
도 11A 및 11B를 참조하면, 라인스캔 분사 장치는 하나 또는 그보다 많은 워크피스(W)를 운반하기 위한 모듈형 컨베이어(4002)를 구비한다. 컨베이어(4002)는 라인스캔 분사 장치를 통해서 워크피스(W)를 점차적으로 및/또는 지속적으로 공급 및/또는 이동시킨다. 라인스캔 분사장치를 통한 워크피스(W)의 점차적 및/또는 지속적 이동은, 이동 정확성이 패드 제한 명세(pad limiting specifications)에 도달하도록, 워크피스(W) 상에 형성될 세부사항들의 해상도에 따라 제어된다.
적어도 몇몇 실시예에 따르면, 인쇄 회로 기판 상에 존재하는 패드에 대해 향상된(예를 들면 최적의) 증착 방식이 제안된다. 할당된 증착물은, 라인스캔 운동의 이동 제한과 함께, 수집된 증착물에 대한 '순회 세일즈맨(travelling salesman)' 알고리즘을 적용할 때 활용될 수 있는 확실한 위치 설정 관용성(positioning leniency)을 허용한다. 증착 헤드의 위치설정 정확성과 함께 패드 증착물에 대한 위치설정 요건 및 할당된 증착물의 간격은 비임의 x-운동을 결정한다. 일 예에서, 3σΔx < 50㎛ 의 위치설정 정확성이 0.4 피치(pitch)의 구성부품에 대해 사용될 수 있다. 이 예에서, 목표 위치에 대한 증착물의 위치는 약 50㎛(3σΔx) 보다 낫다.
도 11A 및 11B로 돌아오면, 프레임(FR3)이 컨베이어(4002) 위에 배치된다. 제1 세트의 비임(4010)이 프레임(FR3)의 대향 단부에 x-방향을 따라 종방향으로 고정된다. 제2 세트의 비임(4004A 및 4004B)이 y-방향을 따라 종방향으로 제1 세트의 비임(4010) 사이에 고정된다. 제1 세트의 비임(4010)은 대략 비임(4004A 및 4004B)의 길이만큼 서로 이격되어 있다.
제1 증착 헤드 조립체(4006A)는 비임(4004A)에 왕복식으로 이동가능하게 고정되며, 제2 증착 헤드 조립체(4006B)는 비임(4004B)에 왕복식으로 이동가능하게 고정된다. 제1 및 제2 증착 헤드 조립체(4006A 및 4006B)는 도 8A 및 8B와 관련하여 위에서 설명한 증착 헤드 조립체(1004A 및 1004B)에서와 동일한 방식으로 각각의 비임(4004A 및 4004B)에 고정될 수 있다.
도 11A 및 11B에 도시된 실시예에서, 비임(4010, 4004A 및 4004B)은 고정식이며, 증착 헤드 조립체(4006A 및 4006B)는 y-방향에서 각각의 비임(4004A 및 4004B)을 따라 이동한다. 증착 헤드 조립체(4006A 및 4006B)도 역시 다른 실시예와 관련하여 위에서 설명한 바와 같이 z-방향에서 이동한다.
증착 헤드 조립체(4006A 및 4006B)는 위에서 설명한 증착 헤드 조립체(1004A)와 동일하거나 실질적으로 동일한 것일 수 있다. 따라서 자세한 설명은 생략한다.
적어도 이 실시예에 따르면, 증착 헤드 조립체(4006A 및 4006B)는, 예를 들어 워크피스(W)가 일시적으로 정지하고 있는 동안, 워크피스(W) 위에서 최대로 단지 2-방향(예를 들어 y와 z)으로 이동한다. 각각의 증착 헤드 조립체(4006A 및 4006B)는, 워크피스(W)가 후속 위치로 이동할 때 컨베이어(4002) 상의 워크피스(W)의 이동 방향에 수직으로 배치된 각각의 비임(4004A 및 4004B)을 따라 이동한다.
증착 헤드 조립체(4006A 및 4006B)는 상이한 유형/클래스의 솔더 페이스트를 발사하도록; 상이한 샷 크기/범위(예를 들어 겹쳐지거나 겹쳐지지 않는 범위)로 액적을 발사하도록; 및/또는 다양한 유형의 점성 매체(솔더 페이스트, 글루 등)의 액적을 발사하도록 구성될 수 있다. 추가로, 증착 헤드 조립체(4006A 및 4006B)는 필요에 따라 애드-온 증착, 분사 및/또는 보수에 사용될 수 있다.
적어도 몇몇 실시예에 따르면, 상기 2개 이상의 증착 헤드 조립체(4006A 및 4006B) 중 하나 이상이 (예를 들어 글루를 분배하기 위한) 분배 헤드일 수 있으며, 상기 2개 이상의 증착 헤드 조립체(4006A 및 4006B) 중 다른 하나 이상이 솔더 페이스트를 발사하기 위한 이젝터-계 증착 헤드 조립체일 수 있다. 분사 및 분배하기 위한 점성 매체의 예시적인 증착 체적, 샷 크기 및 유형이 위 표 1에 도시되어 있다.
도 8A 및 8B에 도시된 실시예에서 처럼, 만약 2개 이상의 (이젝터- 계(ejector-based)) 분사 헤드 조립체가 상이한 샷 크기를 가지는 점성 매체를 발사하는데 사용된다면, 상기 2개 이상의 분사 헤드에 대한 샷 크기는, 분사될 점성 매체에 따라서, 약 1-50 nL 범위일 수 있다.
만약 2개 이상의 (이젝터-계(ejector-based)) 분사 헤드 조립체가 상이한 유형의 점성 매체를 발사하는데 사용된다면, 분사 헤드 조립체 중 하나로는 솔더 페이스트를 발사하고, 다른 분사 헤드 조립체로는 접착제, 전도성 접착제 또는 언더 필을 발사하는게 유리할 수 있는데, 이는 현재의 표면 실장 프로세스(surface mount process)가 혼합식 생산, 선택적 보드 모달리티(alternative board modalities), 수리 분야(repair applications) 등등에 맞게 조정된 모듈을 유리하게 이용할 수 있기 때문이다.
워크피스에 대한 점성 물질의 라인스캔 분사를 위한 장치 및 방법의 예시적 실시예는 비교적 간단한 기계적 구조에 대한 기초를 제공하는데, 이는 증착 헤드 조립체의 운동이 x- 및 y-방향 중 단지 하나와 z-방향으로 제한되어 상보적 방향(complementary direction)이 감소될 수 있게 하기 때문이다.
컨베이어(4002)에 의한 워크피스(W)의 점차적 운동은 워크피스가 라인스캔 분사 장치를 들어갈 때 광학 라인스캔 방법을 통해서 워크피스(W)의 표면의 지형적 재형성(topological re-creation)을 가능하게 한다. 워크피스(W)의 다른 부분에 대해 분사가 실행될 때 높이 정보가 동시에 및/또는 일치하여 샘플링되어 분사 헤드 조립체(4006A 및 4006B)의 z-위치 제어에 피드백된다. 워크피스(W)의 점차적인 지형적 설명(incremental topological description)이 수집되어, 워크피스(W)가 x-방향으로 이동할 때 워크피스(W) 위의 경로에 대한 사전 또는 실시간 계획을 가능하게 한다.
적어도 개시된 기술에 대한 이 실시예에 따르면, 워크피스가 단계식 이동으로 라인스캔 분사 장치를 통해 별개의 스텝으로 앞으로 나아간다. 이러한 실시예에서, 증착 헤드가 이동하면서 주어진, 원하는 또는 미리 결정된 위치/구성요소에 점성 매체의 액적을 발사하는 중에 (예를 들어 y-방향으로) 한 번의 스캔으로 워크피스의 표면을 스캔하기 위한 시간 및 워크피스의 전방 이동의 스텝은 회로 기판 상의 구체적인 구성요소 풋프린트 및 이들의 상대적 위치 설정에 종속될 수 있다.
상기 하나 이상의 증착 헤드는 워크피스의 이동 방향에 수직한 방향으로 워크피스를 스캔하도록 구성될 수 있다. 이러한 스캐닝은 워크피스의 매 전방 이동 스텝에 대해 한 번의 스캔 운동으로 실행될 수 있다. 이동하면서 주어진 (또는 대안적으로, 원하거나 미리 결정된) 위치/구성요소에 점성 매체의 액적을 발사하는 중에 워크피스의 표면을 스캔하는 것은 워크피스의 각각의 점차적 전방 이동 스텝 이후에, 그리고 워크피스가 워크피스를 유지하고 있는 스테이지에 대해 이동하고 있지 않을 때 실행될 수 있다.
갠트리에 대한 워크피스의 이동 스텝은 수 센티미터로부터 약 50㎛ 범위의 최소 스텝까지의 범위일 수 있다. y-방향으로 워크피스를 스캔하는 속도는, 약 0.5 m/s 내지 약 1 m/s 정도일 수 있는 선형 모터의 속도와 관계된다. 일부 구현예에서는, 워크피스가 갠트리에 대해 단계식으로 전방 이동하게 되는 별개의 이송 스텝이 응용분야에 맞게 조정될 수 있으며, 예를 들어, 포괄적으로, 약 0.1 mm 내지 약 20 mm 의 범위일 수 있다. 예를 들어, 각각의 이동 스텝은 0.4 mm 피치의 BGA(ball grid arra) 또는 0.4 mm 피치의 BGA의 일부(예를 들어 약 0.2 mm)에 상응하게 조정될 수 있다.
도 12는 광학적 라인스캔 방법을 도시한다.
도 12를 참조하면, 워크피스(W)는 컨베이어(5002)를 따라서 x-방향으로 연속적으로 또는 분리되어(discretely) 이동한다. 1차원 레이저-계 표면 지형(topography)이, 구성요소가 사전 장착되어 있거나 혹은 그렇지 않은 워크피스(W)의 표면 상의 저전력 레이저 소스(5004)로부터의 투사 레이저 평면(5006)에 의한 레이저 선을, 레이저 평면(5006)에 대해 기지(known)의 각도(α)에 있는 촬영 카메라(5010)에 의해 촬영(imaging)함으로써 측정된다.
위에서 설명한 광학 라인스캔 방법에 의해 얻어진 이러한 지형 정보는 워크피스(W)의 x-방향을 따른 위치에 관련된 데이터 세트 내에 수집되어, 분사 헤드가 워크피스(W)를 지형에 맞게 따를 수 있도록 하기 위해 후속 증착 작업에 사용된다.
도 11A 및 11B에 도시된 예시적 실시예의 제2 증착 헤드 조립체(4006B)를 사용하면, 증착 헤드 조립체(4006A 및 4006B)가 대향 또는 반대 방향으로 이동하도록 증착 헤드 조립체(4006A 및 4006B)의 운동이 이루어진다면 더욱 동적으로 안정된 기계적 구조를 가능하게 할 수 있다. 제1 및 제2 증착 헤드 조립체(4006A 및 4006B)는 증착 시간을 대략 절반으로 줄이기 위해서 동일하거나 실질적으로 동일한 것일 수 있다. 대안적으로, 제1 및 제2 증착 헤드 조립체(4006A 및 4006B)는 서로 다를 수 있다. 도 11A 및 11B에 도시된 예에서는, 증착 헤드 조립체(4006A 및 4006B)가 더욱 융통성 있는 워크피스 제작이 가능하도록 서로 다른 분사 물질을 가지는 분사 장치들을 구비할 수 있다. 증착 헤드 조립체(4006A 및 4006B)는 워크피스(W) 상에 더욱 효과적으로 분사 물질을 도포할 수 있게 하는 상이한 분사 체적 범위(span)에 맞게 준비된 분사 헤드를 구비할 수 있다.
계속 도 11A 및 11B를 참조하여, 하나 이상의 다른 실시예에 따르면, 증착 헤드 조립체(4006A 및 4006B) 중 하나 만이 라인스캔 분사에 사용될 수 있다. 워크피스(W)는, 도 8A 및 8B 또는 도 9A 및 9B와 관련하여 위에서 설명한 것과 동일한 방식 또는 실질적으로 동일한 방식으로, y-방향을 따라 증착/분사 영역 안으로 이동될 수 있다.
하나 이상의 다른 실시예에 따르면, 도 8A 내지 9B에 도시된 증착/분사 장치 내의 증착 헤드 조립체 중 하나 이상이 라인스캔 분사에 사용될 수 있다. 이러한 예에서는, 워크피스(W)가, 도 8A 및 8B 또는 도 9A 및 9B와 관련하여 위에서 설명한 것과 동일한 방식 또는 실질적으로 동일한 방식으로, y-방향을 따라 분사 영역 안으로 이동될 수 있다.
본 명세서에서 설명된 증착 및/또는 분사 장치 및 방법의 예시적 실시예들은 점성 매체(예를 들어 솔더 페이스트 등)를 증착/분사하기 위한 더 큰 시스템에 사용될 수 있다. 예시적인 실시예들은 생산 속도 및/또는 생산량(yield)을 증가시킬 수 있다.
2개 이상의 증착 헤드 조립체를 이용하여 점성 매체를 증착/분사하기 위한 분사 프로그램을 생성하는 것은, 생성 프로그램 안으로, 고유의 정해진 또는 미리 결정된 기판, 또는 고유의 정해진 또는 미리 결정된 동일하거나 실질적으로 동일한 기판에 관한 기판 데이터를 입력하는 것; 그리고 기판 데이터에 기초해서, 상기 2개 이상의 증착 헤드 조립체에 의해 액적을 분사할 기판 상의 위치를 한정하는 것을 수반한다. 다시 말해서, 정해진, 원하는 또는 미리 결정된 분사 프로그램에 따라서, 점성 매체가 기판 상으로 분사되도록 통상적으로 배치될 수 있다.
예로서, 기판에 관한 캐드(CAD) 데이터 등을 입력받고 처리하기 위해 컴퓨터 프로그램이 사용된다. CAD 데이터는, 예를 들어, 접촉 패드의 크기(extension)와 위치를 나타내는 데이터와 기판 상에 장착될 각각의 개별적 구성요소의 위치, 명칭, 및 리드선(lead)을 나타내는 데이터를 포함할 수 있다. 이러한 프로그램은, 필요한 체적, 측면 치수, 및/또는 높이를 가지는 증착물이 각각의 구성요소에 제공되도록, 액적이 분사되어야 할 기판 상의 지점과 이 특정 액적을 분사하기 위해 사용될 증착 헤드 조립체가 어느 것인지를 결정하는데 사용될 수 있다. 이는 단일 액적의 크기 및 체적, 특정 구성요소의 필요를 만족시키는데 충분한 액적의 개수, 각각의 액적이 위치되어야 할 기판 상의 위치에 대한 정보를 필요로 하는 프로세스이다.
모든 구성요소에 대해 모든 액적 형상이 프로그램되면, 분사 경로 템플릿(template)이 생성될 수 있는데, 이는 기판 상으로 점성 매체의 액적을 분사하기 위해 (예를 들어, 하나 또는 그보다 많은 분사 헤드 조립체 또는 이젝터를 작동시키는 분사 기계에 의해서) 어떻게 분사 노즐이 이동될 것인지를 기술한다. 이젝터는 일시에 또는 연속적으로 작동할 수 있다. 분사 경로 템플릿은 분사 기계를 작동시키는데 사용될, 따라서 이젝터(들)를 작동시키는데 사용될 분사 프로그램으로 옮겨진다. 분사 프로그램은 또한, 기판에 필요한 증착물을 제공하기 위해 (예를 들어, 노즐 공간 안으로의 점성 매체의 공급을 제어하기 위한 그리고 충격 장치의 충돌을 제어하기 위한) 분사 파라미터들을 포함할 수 있다.
개시된 기술은, 별도의 검사를 실행하지 않고 제2 이젝터 또는 증착 헤드 조립체에 의해서 기판 상으로 점성 매체 액적의 보충적으로 분사함으로써, 제1 이젝터 또는 증착 헤드 조립체에 의한 인쇄 에러를 보정할 수 있는 가능성을 제공한다는 점에서 또한 유리하다. 이러한 구현은, 점성 매체의 분사 액적이 증착될 기판과 제1 이젝터의 분사 노즐 사이에 액적 센서 장비를 배열함으로써 제1 이젝터, 또는 증착 헤드 조립체와 관련된 분사 프로세스/프로그램 (의 일부) 중에 분사 특성 및 분사된 액적이 모니터링될 수 있게 한다는 점에 기초할 수 있다. 정보는 분사 기계에 의해 얻어질 수 있으며, 이러한 정보는, 예를 들어, 액적이 충격 장치의 충돌로 인해 분사되는지 여부에 대한 정보를 포함할 수 있다. 이로써, 기판의 표면에 대한 검사를 하지 않고도 누락된 드롭(drop)이 탐지될 수 있다. 만약 충격 장치의 충돌로 인한 분사 액적이 확인되지 않으면, 이러한 정보는, 예를 들어 추가의 보충적인 인쇄 프로세스에서, 또는 현재의 인쇄 프로세스 중에, 동시에 또는 때때로(on the fly)보정이 실행될 수 있는 곳에 제2 증착 헤드 조립체로 기판에 보충적인 매체를 추가함으로써, 증착 체적의 보정에 사용될 수 있다. 이로써, 시간이 소요되는 하류의 사후적 증착물 검사에 대한 필요성이 감소될 수 있다.
개시된 기술은, 제2 이젝터에 의해 실행되는 보충적인 분사에서, 제1 이젝터에 의해 도포된 점성 매체에 워크피스 상의 위치에서 점성 매체를 추가할 수 있는 가능성을 제공한다는 점에서 또한 유리하다. 제1 이젝터는 일정한 특정 체적 범위 (예를 들어, 약 1-5 nL) 내의 액적 체적을 발사함으로써 워크피스 표면 상에 점성 매체를 증착시키도록 구성될 수 있고, 보충적인 분사는 다른 특정 범위(예를 들어 약 5-15 nL) 내에서 점성 매체를 증착시키도록 구성된 제2 이젝터에 의해 실행되어, 예를 들어 새로운 별도의 보드와 관련되기는 하나 제1 인쇄 프로세스와 동일한 분사 기계의 작동 영역 상에서 실행되는, 새로운 분사 인쇄 작업에 제1 이젝터가 사용되는 추가의 보충적인 인쇄 프로세스에서, 또는 현재의 인쇄 프로세스 중에, 동시에 또는 때때로(on the fly) 점성 매체의 보충적 분사가 실행될 수 있는 워크피스의 표면상의 위치 상에 약 20 nL의 총 체적을 증착할 수 있다.
앞의 실시예들에 대한 설명은 설명과 기술의 목적으로 제공되었다. 이는 개시내용을 제한하거나 모든 실시예를 포함하는 것은 아니다. 특정 실시예의 개별적인 부재 또는 특징들은 일반적으로 해당 특정 실시예에 제한되는 것은 아니고, 특별히 도시되거나 설명되지 않았더라도, 적용 가능하다면, 교체가능하며 또한 선택된 실시예에 사용될 수 있다. 또한, 동일한 것이 다양한 방식으로 변화될 수도 있다. 이러한 변경은 본 발명의 개시내용을 벗어나는 것으로 간주되어서는 안 되며, 모든 그러한 수정은 본 개시내용의 범위 내에 포함되는 것이다.

Claims (55)

  1. 워크피스 표면 상에 점성 매체를 증착 및 분사 중 적어도 하나를 하기 위한 장치로서,
    2 개 이상의 증착 헤드 조립체들을 포함하고,
    상기 2 개 이상의 증착 헤드 조립체들은 서로 다른 유형들의 점성 매체의 액적들을 발사함에 있어서 서로 상이하게 구성되고,
    상기 2 개 이상의 증착 헤드 조립체들 중 제 1 증착 헤드 조립체는, 솔더 페이스트(solder paste)인 제 1 유형의 점성 매체의 분사를 수행하도록 구성된 분사 헤드 조립체를 포함하고, 상기 분사 헤드 조립체는 유체 챔버를 향하는 충격 장치의 신속한 이동에 의해서 상기 유체 챔버 내에 압력 임펄스를 신속하게 형성하여, 상기 분사 헤드 조립체의 노즐을 통해 상기 솔더 페이스트의 액적들을 내보내도록 구성된 충격 장치를 포함하고, 브레이크-오프(break-off)가 샷의 충격 자체에 의해 야기되고, 그리고
    상기 2 개 이상의 증착 헤드 조립체들 중 제 2 증착 헤드 조립체는, 솔더 페이스트가 아닌 제 2 유형의 점성 매체의 증착 또는 분사를 수행하도록 구성되고,
    상기 2 개 이상의 증착 헤드 조립체들은 3-차원 공간에서 이동하도록 그리고, 상기 워크피스 상에서 상기 점성 매체를 일치하여(concurrently), 또는 동시에(simultaneously), 또는 일치하여 동시에(concurrently and simultaneously) 증착 또는 분사하도록 더 구성되고,
    상기 하나 이상의 분사 헤드 조립체는 상기 워크피스 상에서 점성 매체를 분사하는 동안 이동하도록 더 구성되는,
    워크피스 표면 상에 점성 매체를 증착 및 분사 중 적어도 하나를 하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 충격 장치가 압전 액츄에이터를 포함하는,
    워크피스 표면 상에 점성 매체를 증착 및 분사 중 적어도 하나를 하기 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 2 개 이상의 증착 헤드 조립체들 중 제 2 증착 헤드 조립체는 추가적인 분사 헤드 조립체를 포함하며,
    상기 추가적인 분사 헤드 조립체는 상기 워크피스 상에 점성 매체의 액적들을 분사하도록 그리고 일치하여, 또는 동시에, 또는 일치하여 동시에 3 차원에서 이동하도록 구성되는,
    워크피스 표면 상에 점성 매체를 증착 및 분사 중 적어도 하나를 하기 위한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 워크피스를 유지하도록 구성된 플랫폼;
    상기 플랫폼 위에 배치된 제 1 비임; 및
    상기 제 1 비임에 평행하게 상기 플랫폼 위에 배치된 제 2 비임;을 더 포함하고,
    상기 2 개 이상의 증착 헤드 조립체들 중 제 1 증착 헤드 조립체는 상기 제 1 비임에 이동가능하게 고정되고, 상기 2 개 이상의 증착 헤드 조립체들 중 제 2 증착 헤드 조립체는 상기 제 2 비임에 이동가능하게 고정되는,
    워크피스 표면 상에 점성 매체를 증착 및 분사 중 적어도 하나를 하기 위한 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 증착 헤드 조립체는 제 1 방향에서 상기 제 1 비임을 따라 이동하도록 구성되며, 상기 제 2 증착 헤드 조립체는 상기 제 1 방향에서 상기 제 2 비임을 따라 이동하도록 구성되는,
    워크피스 표면 상에 점성 매체를 증착 및 분사 중 적어도 하나를 하기 위한 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 비임들은, 상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향에서 이동하도록 구성되는,
    워크피스 표면 상에 점성 매체를 증착 및 분사 중 적어도 하나를 하기 위한 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 비임들 및 상기 2 개 이상의 증착 헤드 조립체들은 일치하여, 또는 동시에, 또는 일치하여 동시에 이동하도록 구성되는,
    워크피스 표면 상에 점성 매체를 증착 및 분사 중 적어도 하나를 하기 위한 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 증착 헤드 조립체들은, 상기 제 1 및 제 2 방향들에 수직인, 제 3 방향으로 이동하도록 구성되는,
    워크피스 표면 상에 점성 매체를 증착 및 분사 중 적어도 하나를 하기 위한 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 워크피스를 유지하도록 구성된 플랫폼; 및
    상기 플랫폼 위에 배치된 비임;을 더 포함하고,
    상기 2 개 이상의 증착 헤드 조립체들은 상기 비임에 이동가능하게 고정되는,
    워크피스 표면 상에 점성 매체를 증착 및 분사 중 적어도 하나를 하기 위한 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 2 개 이상의 증착 헤드 조립체들은 제 1 방향에서 상기 비임을 따라 이동하도록 구성되는,
    워크피스 표면 상에 점성 매체를 증착 및 분사 중 적어도 하나를 하기 위한 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 비임은 제 2 방향에서 이동하도록 구성되는,
    워크피스 표면 상에 점성 매체를 증착 및 분사 중 적어도 하나를 하기 위한 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 비임 및 상기 2 개 이상의 증착 헤드 조립체들은 일치하여, 또는 동시에, 또는 일치하여 동시에 이동하도록 구성되는,
    워크피스 표면 상에 점성 매체를 증착 및 분사 중 적어도 하나를 하기 위한 장치.
  13. 워크피스 상에 점성 매체를 증착 및 분사 중 적어도 하나를 하기 위한 방법으로서,
    상기 방법은 상기 워크피스 상에 2 개 이상의 서로 다른 유형들의 점성 매체를 증착하는 단계 ― 상기 점성 매체의 제 1 유형은 솔더 페이스트이고, 상기 점성 매체의 제 2 유형은 솔더 페이스트가 아니며, 분사 헤드 조립체인, 2 개 이상의 증착 헤드 조립체들 중 제 1 증착 헤드 조립체에 의해 상기 솔더 페이스트를 분사하고, 상기 분사 헤드 조립체는 유체 챔버를 향하는 충격 장치의 신속한 이동에 의해서 상기 유체 챔버 내에 압력 임펄스를 신속하게 형성하여, 상기 분사 헤드 조립체의 노즐을 통해 상기 솔더 페이스트의 액적들을 내보내도록 구성된 충격 장치를 포함하고, 브레이크-오프가 샷의 충격 자체에 의해 야기되고, 그리고 상기 2 개 이상의 증착 헤드 조립체들 중 제 2 증착 헤드 조립체에 의해 제 2 유형의 점성 매체를 증착 또는 분사함 ―;를 포함하고,
    상기 증착하는 단계는,
    상기 워크피스 상에 상기 솔더 페이스트를 분사하는 동안 상기 분사 헤드 조립체를 이동시키는 단계; 및
    상기 워크피스 상에 상기 점성 매체를 일치하여, 또는 동시에, 또는 일치하여 동시에 증착 또는 분사하는 동안 3-차원 공간에서 상기 2 개 이상의 증착 헤드 조립체들을 이동시키는 단계;를 포함하는,
    워크피스 상에 점성 매체를 증착 및 분사 중 적어도 하나를 하기 위한 방법.
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