KR19990071770A - 용융 땜납 분배 시스템 - Google Patents

Abstract

땜납 분배 장치는 복수의 유동 채널(12)이 내부에 형성된 노즐 몸체(10)를 포함한다. 각각의 유동 채널(12)은 입구 단부(14)와 땜납을 분배하기 위한 분배 단부(16)를 포함한다. 노즐 몸체(10)는 각 분배 단부(16)를 둘러싸는 니플(22)을 형성하며, 노즐 몸체(10)는 또한 각 분배 단부(16)와 연통해서 각각의 니플(22)을 보호하고, 선택적으로 납땜 영역에 대해 불활성 가스의 유동을 제공하고 그리고/또는 주변 산소를 배제하기 위한 차폐 챔버를 형성한다. 노즐 몸체는 미세 기계 가공된 실리콘을 포함한다. 유동 특성을 향상시키기 위한 각종 유동 채널 구조가 제공된다.

Description

용융 땜납 분배 시스템

전형적으로, 땜납 분배 작업은 노즐과 연통해서 공작물 상으로 땜납을 분배하기 위한 펌프를 포함한다. 땜납은 펌프에 의해 노즐을 통해 분무되거나 또는 노즐을 통해 중력에 의해 분배될 수 있다.

미세 피치 땜납 작업에서의 통상적인 문제는 분배되는 땜납의 효과적인 제어의 부족이다. 큰 분배 개구를 갖는 단일 노즐은 작업 제어의 곤란성을 야기시킨다. 서로 근접한 일련의 노즐을 제공하고자 하는 시도는 인접한 땜납 액적들이 유착되려는 경향으로 인해 포기되어 왔으며, 이에 의해 땜납이 그 소망하는 위치에서 고화될 때의 불균일성을 야기시킨다. 분배 작업들 사이에서 노즐의 단부 위에 남는 액적은 표면 장력 효과로 인해 노즐에 들러붙고 전개되어 근처의 노즐로부터의 인접 액적과 유착될 수 있다.

종래 기술의 땜납 작업에서 겪게 되는 또 다른 문제는 분배 구역을 충분하게 불활성이 되게 하지 못해서 땜납의 산화와 조기 고화를 초래한다는 것이다. 이 산화는 땜납이 공작물에 고착되는 능력에 역효과를 미칠 수 있다. 분배 영역의 불활성화를 향상시키는 땜납 분배 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.

또한, 땜납 유동이 원활한 분배를 위해 정확하게 제어되는 방식으로 땜납을 공작물에 정확하고 균일하게 인가할 수 있는 땜납 분배 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명은 납땜 시스템에 관한 것으로서, 특히 땜납 분배의 향상을 위한 노즐 몸체 구조에 관한 것이다.

이제 본 발명에 대해 첨부 도면을 참조해서 예를 들어 설명하기로 한다.

도1은 본 발명에 따른 노즐 몸체의 사시도이다.

도2는 도1에서 취한 본 발명에 따른 노즐 몸체 반부의 사시도이다.

도3은 도2에 도시한 노즐 몸체 반부의 확대도이다.

도4는 도2에 도시한 노즐 몸체 반부의 측단면도이다.

도5는 도4에 도시한 노즐 몸체 반부의 확대도이다.

도6은 본 발명의 제2 실시예에 다른 노즐 몸체 반부의 측단면도이다.

도7은 도6에서 취한 노즐 몸체 반부의 확대도이다.

도8은 도7에 도시한 노즐 몸체부의 절결 사시도이다.

도9는 본 발명에 따른 노즐 몸체의 제3 실시예의 절결 사시도이다.

도10은 본 발명에 따른 노즐 몸체의 제4 대체 실시예의 수직 단면도이다.

도11은 도10에 도시한 노즐 몸체에 있어서 노즐 몸체의 목구멍부를 내려다 본 평면도이다.

도12는 도10에서 취한 확대부이다.

도13은 본 발명에 따른 노즐 몸체의 제5 대체 실시예의 단면도이다.

도14는 본 발명의 제6 대체 실시예에 따른 노즐 몸체 유동 채널의 절결 단면도이다.

도15는 본 발명의 제7 대체 실시예에 따른 노즐 몸체의 사시도이다.

도16은 도15의 상세 16으로부터 취한 확대도이다.

도17은 도15에 도시한 노즐 몸체의 분해 사시도이다.

본 발명은 땜납의 유동을 정향시키기 위해 복수의 유동 채널이 내부에 형성된 미세 기계 가공 노즐 몸체를 제공한다. 인접 채널들간의 유착을 방지하기 위한 니플(nipple)이 각 유동 채널의 단부에 제공된다. 각각의 니플을 보호하고 땜납의 유동을 안내하기 위한 차폐 챔버가 각각의 유동 채널과 연통해서 제공된다. 유동 특성을 향상시키기 위한 각종 유동 채널 구조가 제공된다.

보다 상세하게는, 본 발명은 땜납을 펌핑하기 위한 펌프와, 복수의 유동 채널이 내부에 형성된 노즐 몸체를 포함하는 땜납 분배 장치를 제공한다. 각각의 유동 채널은 펌프와 유체 연통하는 입구 단부와 땜납을 분배하기 위한 분배 단부를 포함한다. 노즐 몸체는 각 분배 단부를 둘러싸는 니플을 형성한다. 노즐 몸체는 또한 각각의 분배 단부와 연통해서 각각의 니플을 보호하기 위한 차폐 챔버를 형성한다.

또한, 본 발명은 복수의 대체로 평행한 유동 채널이 내부에 형성된 노즐 몸체를 포함하는 땜납 분배 장치를 제공한다. 각각의 유동 채널은 입구 단부와 출구 단부를 포함한다. 분배 단부는 하나의 줄을 형성한다.

각종 실시예에서, 유동 채널에는 테이퍼형 측벽, 파상 측벽, 다각형 단면 및 비원형 단면이 제공된다.

다른 실시예에서, 노즐 몸체는 각각의 차폐 챔버와 유체 연통해서 차폐 챔버 내로 불활성 가스를 분배함으로써 땜납의 조기 고화와 산화를 방지하는 적어도 하나의 가스 급송 채널을 포함한다.

본 발명은 땜납 유동의 균일성과 정확성을 향상시키고 인접한 땜납 유동 채널들간의 유착을 제거시킨 향상된 땜납 분배 장치를 제공한다. 니플 단부에서의 잔류 액적의 형성이 감소되거나 제거된다.

도1 내지 도5에 본 발명에 따른 노즐 몸체(10)가 도시되어 있다. 노즐 몸체(10)는 그 내부에 복수의 유동 채널(12)이 형성되어 있다. 각각의 유동 채널은 입구 단부(14) 및 분배 단부(16)를 포함한다. 노즐 몸체(10)는 실리콘으로 형성된 제1 및 제2 몸체 반부(18, 20)로 구성된다. 몸체 반부(18, 20)에는 유동 채널들이 미세 기계 가공된다.

분배 단부(16)를 둘레싸는 취성 니플(22)을 미세 기계 가공함으로써 분배 단부(16)에서의 유착이 크게 감소되거나 또는 제거된다. 취성 니플(22)을 보호하도록 취급시 보호를 위한 차폐 챔버(24)가 각각의 니플(22) 주위에 마련된다. 물론 니플은 각종 상이한 기하 형태로 형성될 수 있다. 분배 단부(16)로부터의 용융 땜납의 정확한 분배는 보호 차폐 챔버(24)를 통해 땜납을 강제 추진함으로써 상당히 향상될 수 있다. 차폐 챔버의 직경은 분배 단부의 출구 직경보다 훨씬 더 크다. 따라서, 땜납은 차폐 챔버의 전체 단면을 충전시키지는 못하지만 액적의 연속 흐름의 형태로 분배 단부(16)로부터 방출된다.

때때로, 분배 단부(16)에서의 결함 가능성으로 인해 땜납 흐름이 약간 잘못된 방향으로 흐를 수 있다. 보정 작용이 없으면 인접한 흐름들의 유착이 초래될 수 있다. 보호 차폐 챔버(24)의 벽은 산탄총의 총신처럼 흐름을 재배향시켜서 유착을 방지하고 흐름을 소망하는 지점으로 강제 추진시킨다. 차폐 챔버(24)의 벽은 땜납에 대해 비습윤성이므로, 그 흐름은 편향되어 거의 수직 하방으로 향해진 경로를 계속해서 진행한다. 또한, 벽은 분배 단부(16)를 물리적으로 분리해서 분배 단부(16)에서의 인접한 흐름들의 유착을 방지한다.

유동 채널(12)의 분배 단부(16)에서 낮은 산소 농도를 유지하는 것이 일관된 분배를 위해서 중요하다. 본 발명의 부가적이고 선택적인 특징은 도6 내지 8에 예시된 제2 실시예에서 도시한 바와 같이 챔버에 불활성 가스를 공급하도록 보호 차폐 챔버(24) 내로 개방된 가스 급송 채널(26)을 포함한다. 가스 급송 채널(26)은 미세 기계 가공된 노즐 몸체(10) 내에 제작된다. 시스템의 이러한 특징은 분배되는 땜납이 분배 단부(16)로부터 방출될 때 그 땜납을 불활성이 되게 한다. 보호 차폐 챔버(24) 내로 도입되는 질소 또는 기타 불활성 가스는 분배 단부(16)로부터 멀어지는 쪽으로 유동해서 차폐 챔버(24)를 빠져나가므로, 주변으로부터의 산소의 확산에 대한 부가적인 방벽을 생성시킨다.

노즐 몸체는 신규한 조합된 실리콘 미세 기계 가공 기술들을 사용해서 제작될 수 있으며, 상기 실리콘 미세 기계 가공 기술은 등방성 및 이방성의 습윤 화학적 에칭, 플라즈마 또는 반응 이온 에칭, 디프(deep) 붕산 확산, 희생 웨이퍼 처리, 에피택셜(epitaxial) 실리콘 성장, 페시베이션(passivation) 필름 증착, 웨이퍼 접합, 화학 기계적 웨이퍼 폴리싱, 및 전기 화학적 에칭을 포함할 수 있다. 그 결과, 용융 땜납 및 불활성 질소 가스의 분배를 위한 미세 채널, 매니홀드, 포트 및 니플형 분배 단부로 이루어진 3차원 네트워크가 형성된다.

따라서, 보호된 분배 단부(16)는 보호되지 않은 분배 단부에 비해 몇 가지 장점을 갖는다. 보호 차폐 챔버의 벽은 용융 땜납 분사물에 대해 "산탄총형"의 방향성을 제공해서, 오리피스에서의 인접 분사물과의 유착을 방지하고, 매우 정확한 분배 정밀도를 보장한다. 취성 분배 단부 니플(22)은 취급 시의 손상이 양호하게 방지된다. 보호 차폐 챔버(24)는 땜납 분배 단부를 향한 산소 확산에 대해 부가적인 방벽을 제공한다. 보호 차폐 챔버(24) 내로 직접 도입되는 불활성 가스는 분배 단부(16)로부터 멀어지는 쪽으로 산소를 몰아내어, 산소 이동에 대한 부가적인 방벽을 제공한다.

유동 채널(12) 단면은 다각형 또는 매끄러운 원형, 또는 모떼기된 코너를 갖는 4변형일 수 있다. 다각형 단면의 예리한 코너는 비습윤 유체가 전체 영역을 충전하는 것을 허용하지 않는다. 따라서, 분배 중에 저장소 아래의 유체의 전체 기둥을 따른 단면은 주변 가스와 부분 접촉 상태로 머무른다. 몇몇 경우에 있어서, 이것은 종종 분배 후 채널 내에 유체의 찌꺼기를 남겨둔 채로, 하나 이상의 지점에서 유체 기둥의 불균일한 핀치 오프(pinch-off)를 야기시킨다. 매끄러운 형상은 찌꺼기가 보다 적게 형성될 수 있게 해주어 보다 일정한 분배를 제공한다.

물론, 유동 채널(12)은 테이퍼형 또는 수렴형으로 만들어질 수 있으며, 이 테이퍼는 곡선 또는 파상형 등으로 될 수 있다. 이것은 채널 내에 땜납 계면을 위치 설정할 수 있는 역할을 할 뿐만 아니라, 땜납 분사물의 유동 특성을 향상시킨다.

도9는 분배 단부(32)에서의 유동 채널(30)이 타원형 단면으로 형성된 다른 니플 배치의 사시도이다. 본 실시예에서, 니플(28)은 길이가 약 10 내지 30 미크론이고 니플 벽은 폭이 5 내지 15 미크론이다. 물론 이들 치수는 변할 수 있다.

도10 내지 도12는 본 발명의 제4 대체 실시예에 따른 한 줄의 유동 채널(34)을 포함하는 우물형 실리콘 웨이퍼의 기하 형태를 도시하고 있다. 우물형 웨이퍼(36)는 분배 헤드 상으로의 웨이퍼의 장착을 용이하게 하기 위해 웨이퍼의 길이를 보다 길이 유지하면서 짧은 유동 채널(34)을 사용하는 것을 허용한다. 짧은 유동 채널은 분배 후의 채널(34) 내의 유체 계면의 평형 지점을 한정함으로써, 성공적인 분배를 위한 보다 양호한 체적 제어를 발생시킨다. 웨이퍼(36)의 우물 형상부는 공기 역학적 지주(38)를 내장해서 유동 방해를 최소로 하면서 웨이퍼(36)에 강도를 제공한다. 양호한 실시예에서, 유동 채널(34)은 분배 단부(40)에서 직경이 80 미크론이고, 입구 단부(42)에서 직경이 240 미크론이며, 입구 단부(42)로부터 분배 단부(40)까지의 길이가 1600 미크론이다. 지주(38)는 양호하게는 길이가 4000 미크론이고, 이 지주의 몸체부(44)는 200 미크론의 폭을 갖고, 이 폭은 선단(46)으로 내려 갈수록 좁아진다. 물론 이것은 양호한 실시예에 불과하며 이 치수는 변할 수 있다.

도13은 제5 대체 실시예에 따른 수렴 단면을 갖는 유동 채널(52)을 구비한 또 다른 노즐 몸체(50)를 도시하고 있다. 상기 수렴부는 테이퍼형 또는 임의 형상의 다른 원추형일 수 있다. 수렴 윤곽은 유동의 불안정성을 억제하고 채널(52)을 통한 유동을 가속화함으로써 출구 경계층을 최소화한다. 또한, 수렴 채널(52)은 소정 영역으로의 분배 후에 계면의 평형 지점을 한정하도록 설계될 수 있다. 이러한 설계는 분배 후에 (국부적 채널 단면에 의해 결정된) 표면 장력과 정적 압력이 균형을 이루는 지점에서 그 계면을 정지시키고자 하는 고려에 기초하고 있다. 모든 채널 및 연속 분배 작동에서 평형 계면 지점을 일정하게 한정함으로써 제어된 땜납 체적의 일정한 분배가 발생된다. 도13에 도시된 실시예에서, 입구 단부(54)는 양호하게는 직경이 200 미크론이고, 분배 단부(56)는 양호하게는 직경이 55미크론이다. 또한, 유동 채널(52)은 양호하게는 길이가 9000 미크론이다.

도14는 제6 대체 실시예에 따른 파상 유동 채널 벽(60)을 갖는 또 다른 대체 노즐 몸체(58)를 도시하고 있다. 이들 파상은 큰 파수를 갖는 교란을 발생시키는 압력 동요를 발생시킨다. 이들 교란은 주변의 음향 소음을 변조시키며, 이러한 변조는 유동 불안정 발생의 원인이 된다. 변조된 교란은 이들의 파수가 충분히 큰 경우에는 그 주변의 교란의 성장이 억제된다. 양호하게는, 파동은 높이가 분배 단부(62)의 직경의 1/10이며, 주파수 폭이 분배 단부(62)의 직경의 14/100이다. 물론, 모든 다른 실시예에서처럼 본 실시예는 다른 실시예들 중 어느 것과도 조합될 수 있으며, 유동 채널은 테이퍼질 수 있다.

분배 작동 중에, 땜납이 노즐 몸체의 분배 단부에 고착해서 인접한 유체 흐름과의 유착 및 불균일한 분배를 초래하는 것을 방지하기 위해서 상술한 바와 같이 니플이 제공된다.

도15 내지 도17에 도시된 실시예는 제7 대체 실시예에 따라 유동 채널(68)이 보호 차폐부를 포함하지 않는 다른 노즐 몸체 실시예(66)를 도시하고 있다. 물론, 니플은 각종 다른 기하 형태로 형성될 수 있다.

Claims (10)

1. 복수의 유동 채널(12)이 내부에 형성된 노즐 몸체(10)를 포함하고, 각각의 유동 채널(12)은 입구 단부(14)와 땜납을 분배하기 위한 분배 단부(16)를 구비하며, 상기 노즐 몸체(10)는 각각의 상기 분배 단부(16)를 둘러싸는 니플(22)을 형성하며, 상기 노즐 몸체(10)는 또한 각각의 상기 분배 단부(16)와 연통해서 각각의 니플(22)을 보호하기 위한 차폐 챔버(24)를 형성하는 것을 특징으로 하는 땜납 분배 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 차폐 챔버의 각각은 땜납 유동을 안내하기 위한 대체로 평행한 측벽들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 노즐 몸체는 각각의 상기 차폐 챔버와 유체 연통해서 차폐 챔버 내로 불활성 가스를 분배하기 위한 적어도 하나의 급송 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동 채널의 각각은 분배 단부의 직경이 200 미크론보다 작게 테이퍼진 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동 채널은 원형 단면을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 복수의 대체로 평행한 유동 채널이 내부에 형성된 노즐 몸체를 포함하고, 각각의 유동 채널은 입구 단부와 분배 단부를 구비하며, 상기 분배 단부는 하나의 줄을 형성하는 것을 특징으로 하는 땜납 분배 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 유동 채널의 각각은 채널이 입구 단부에서보다 분배 단부에서 더 좁아지는 테이퍼형 측벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 유동 채널은 그 길이를 따라 파상으로 된 측벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제6항에 있어서, 상기 유동 채널은 비원형 단면을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 복수의 유동 채널이 내부에 형성된 노즐 몸체를 포함하고, 각각의 유동 채널은 땜납을 수용하기 위한 입구 단부와 땜납을 분배하기 위한 분배 단부를 구비하며, 상기 노즐 몸체는 각각의 상기 분배 단부를 둘러싸는 니플을 형성하며, 상기 노즐 몸체는 또한 각각의 상기 분배 단부와 연통해는 차폐 챔버를 형성하고,

    상기 차폐 챔버의 각각은 잘못된 방향으로 향한 땜납 유동을 재정향시키기 위한 대체로 평행한 측벽을 포함하고,

    상기 노즐 몸체는 각각의 상기 차폐 챔버와 유체 연통해서 차폐 챔버 내로 불활성 가스를 분배하기 위한 적어도 하나의 가스 급송 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납 분배 장치.