KR20020076508A - 고효율 냉각방식 시스템을 채용한 절단용 초고속에어스핀들 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일정한 두께를 가진 박판 절단용 스핀들에 대한 제작 방법으로서, 본 장비는 반도체 웨이퍼 절단 및 몰딩 처리된 FBGA 및 TBGA를 가공할 수 있다. 스핀들 운전 시 그 자체에 발생할 수 있는 열을 기존에 사용되고 방식과 다른 방식을 채용함으로서 냉각의 효과를 증대시킬 수 있으며 냉각수의 흐름 등을 원활하게 수행할 수 있다. 채용된 방식은 스핀들 하우징에 직접 냉각을 수행하던 것을 베어링과 하우징 사이에 일정한 냉각 챔버를 이용하여 기존 방식 보다 냉각성을 용이하게 하였으며 냉각액 누수 등을 막을 수 있는 특징이 있다.

Description

고효율 냉각방식 시스템을 채용한 절단용 초고속 에어스핀들 시스템 {High Speed Air Bearing Spindle System For Dicing Using High Efficient Cooling System}

본 발명은 새로운 냉각시스템을 이용하여 냉각액이 에어스핀들 회전시 샤프트와 베어링 하우징 사이의 갭에서 발생할 수 있는 열을 고효율로 억제할 수 있도록 하였다. 또한 본 발명에 채용한 에어베어링 냉각 챔버는 기존에 사용되고 있는 냉각액의 수로에 비하여 제작이 간단하며 따라서 한층 생산 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한 냉각액 관로가 나선형으로 되어 있기 때문에 유속이 일정하며, 속도가 빠르고 냉각 챔버와 에어베어링 하우징과 직접적으로 접촉하고 있기 때문에 냉각의효과를 극대화시킬 수 있다.

기존에 사용되고 있는 에어스핀들은 베어링과 샤프트 사이에서 발생된 열이 스핀들 하우징에 직접으로 전달되도록 하였으며 이 열은 스핀들 하우징 내부에 제작된 냉각 관로 내부 냉각액으로 전달되도록 설계되었다. 이러한 스핀들은 하우징 전체에서 전달된 열을 냉각시키기 때문에 냉각 효과가 떨어지며 스핀들의 하우징 열변형을 유도할 수 있다.

도 1 은 기존에 사용되고 있는 에어스핀들로서 하우징에 직접 냉각 관로를 제작한 형태로 도시한 것이다.

도 1에서 (3)의 에어베어링과 (2)의 냉각액 관로는 그림과 같이 위치하고 있으며 에어베어링 하우징 전체 길이에 대하여 관통되어 있다. (5)의 에어공급 오리피스를 통하여 스핀들 내부로 에어가 공급되고 이 힘을 이용하여 스핀들을 일정한 강성으로 지지할 수 있다.

도 3 은 에어스핀들 냉각 시스템을 개선하기 전 하우징에 냉각 관로를 관통하도록 제작된 형태를 도시한 것이다.

도 3에서 (2)의 냉각 관로는 6개로 이루어져 있고 냉각액은 (15)의 냉각액 급수구와 (16)의 냉각액 배수구를 통하여 공급이 이루어지며 냉각 관로의 면적은 냉각 하고자 하는 스핀들 하우징 전체 부피보다 매우 적다. 이러한 냉각 시스템은 에어베어링으로부터 발생되는 열의 냉각 효율이 매우 낮다.

이러한 냉각 시스템 제작은 일정한 크기와 직경을 갖는 드릴을 이용하여 작업을 수행하며 수로 제작 시 많은 시간과 가공의 어려움이 발생되고 있다. 스핀들의 길이는 절단하고자 하는 크기에 따라 다르게 설계가 이루어지고 있으며 따라서 스핀들 길이에 따라 냉각 관로의 길이가 길어지거나 짧아질 수가 있다. 이러한 문제는 관로 구멍 가공의 어려움이 있으며 가공 정밀도에도 많은 영향을 줄 수가 있다.

또한 드릴로 일정한 직경과 길이로 가공된 냉각 관로는 유지보수 작업을 수행하는데 많은 어려움이 있다. 스핀들의 냉각액은 보통 이온수를 이용하거나 가정에서 사용하는 일반적인 물을 이용한다. 그러나 냉각액의 사용은 직경이 작은 냉각 관로의 벽면에 이 물질 발생 원인을 제공하게 된다. 이러한 문제는 스핀들 냉각효과를 떨어뜨리게 하고 있으며 냉각 관로를 막히게 하는 원인을 제공함으로서 스핀들 수명에도 많은 영향을 주며 스핀들 유지보수 측면에서도 좋지 않은 결과를 나타낼 수 있다.

이와 같이 스핀들 하우징에 직접적으로 스핀들을 제작하는 것은 경제적인 측면과 냉각 효과 측면에서 좋지 않은 것으로 판단할 수 있다. 스핀들의 냉각효과와 성능을 향상시키기 위한 방법은 직접 하우징 내부에 냉각액 관로를 제작하는 것보다 열이 직접적으로 발생하는 부분에 냉각방식을 적용하는 것이 가장 적절하다고 판단된다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 에어스핀들에서 발생되는 열을 효과적으로 조절하고 규제할 수 있는 냉각 시스템을 도출하는 것이다. 현재 사용되고 있는 방식은 제작상의 어려움과 제작 후 유지보수의 어려움으로 인하여 냉각 효과가 떨어지나 본 발명에서 제시한 시스템을 적용할 경우 냉각 효과 및 냉각수의 관리 측면에서 한층 좋은 결과를 나타낼 수 있다.

도 1은 종래에 사용되고 있는 스핀들 냉각 시스템에 대한 구조

도 2는 냉각 챔버가 도입된 스핀들 냉각 시스템에 대한 구조

도 3은 종래에 사용되고 있는 스핀들 하우징 냉각 구조

도 4는 냉각 챔버가 도입된 스핀들 하우징 냉각 구조

도 5는 나선형으로 가공된 냉각 챔버

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1. 에어스핀들

2. 냉각액 관로

3. 에어베어링

5. 에어공급 오리피스

6. 휠마운트

10. 냉각챔버

15. 개선전 냉각액 급수구

16. 개선전 냉각액 배수구

30. 개선후 냉각액 급수구

31. 개선후 냉각액 배수구

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서 다음과 같이 구성된다. 즉 본 발명은 에어베어링 시스템에 있어서, 상기 에어베어링 냉각 시스템을 나선형으로 가공된 냉각 챔버를 이용하여 에어베어링 면에 직접적으로 접촉함으로서 냉각 효과를 극대화 할 수 있으며 냉각 챔버와의 에어베어링 접촉 면적 비율이 높게 되어있기 때문에 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 2 는 냉각 챔버를 채용한 에어베어링 시스템을 도시하였다.

도 4 는 냉각 챔버가 채용된 조립된 상태을 도시하였다.

도 2에서 (10)의 냉각 챔버와 (3)의 에어베어링은 하나의 유니트처럼 조립이 되어 있으며 냉각 작용은 스핀들 하우징 쪽으로 전달되지 않으며 에어베어링에서 발생되고 있는 열은 바로 냉각액으로 전달 되도록 설계가 이루어졌다.

도 5에서 (10)의 냉각 챔버는 나선형으로 가공되어 있으며 기존에 사용되고 있는 에어스핀들 냉각시스템 보유 유량보다 다소 높기 때문에 냉각 효과가 매우 높다. 또한 냉각액이 흐를 수 있는 관로가 나선형으로 되어있기 때문에 유체의 흐름이 빠르고 에어스핀들에 투입된 냉각액을 빠르게 교체할 수 있는 장점이 있다. 이러한 특징은 많은 양의 냉각액을 사용하여 냉각하기 때문에 냉각 효과 측면에서 탁월하다고 판단된다.

나선형 냉각 챔버는 단일 부품으로 설계되었으며 냉각 시스템에 직접 조립하여 사용할 수 있다. 이러한 특징은 스핀들 유지 보수에 많은 장점을 갖고 있다. 절단용 스핀들에 사용되고 있는 냉각액은 일반적으로 증류수를 사용하고 있으며 이러한 냉각액은 장기간 사용으로 인한 냉각 관로의 부식을 유발할 수 있다. 그러나 본 발명에서 사용되고 있는 냉각 시스템은 일정기간 사용을 하고 냉각 관로의 유지 보수가 간단한 관계로 항상 일정한 고효율의 냉각 효과를 볼 수 있다.

또한 기존에 사용되고 있는 스핀들의 냉각 관로는 제작 측면에서 많은 어려움을 갖고 있다. 그러나 나선형 냉각 챔버는 일정한 형상을 하고 있기 때문에 가공 측면에서 빠르고 정확하게 가공할 수 있다. 기존 냉각 시스템은 가늘고 긴 형태의 구멍을 가공해야 하는 문제점이 있으며 이는 제작 상에 있어서 많은 어려움이 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면 지금까지 사용되고 있는 절단용 에어스핀들의 경우 냉각 효과가 크지 않으며 또한 제작 상에 많은 어려움이 있는 것으로 판단된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서 제안한 나선형의 냉각 챔버는 냉각 효과의 효율이 매우 높으며 또한 제작 측면에서 쉽기 때문에 경제적인 측면에서 에어스핀들 제작 코스트를 저감하는 효과를 나타낼 수 있다.

Claims (2)

1. 에어스핀들에 있어서, 상기 스핀들의 일정한 크기의 냉각 관로가 있는며 특정한 형태의 모양을 갖는 냉각 챔버를 제작하여 조립한 냉각 시스템
2. 냉각 챔버를 가공하여 에어베어링 전체에 맞도록 조립한 후 일정한 압력과 유속으로 스핀들을 냉각하는 방법

   상기 스핀들의 냉각 시스템을 일정한 크기의 냉각 관로가 있는 것으로 한다.