KR20100046709A

KR20100046709A - 잉크젯 헤드 정렬방법

Info

Publication number: KR20100046709A
Application number: KR1020080105682A
Authority: KR
Inventors: 서상훈; 정재우; 정경진; 이로운
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2010-05-07
Also published as: US20100103214A1; JP2010104978A; KR101020854B1

Abstract

잉크젯 헤드 정렬방법이 개시된다. 복수의 노즐이 형성된 잉크젯 헤드를 정렬하는 방법으로서, 노즐 측정 카메라를 이용하여 제1 노즐의 위치를 인식하는 단계; 상기 노즐 측정 카메라를 수평방향으로 이동하여 제2 노즐의 위치를 인식하는 단계; 상기 제1 노즐과 제2 노즐 사이의 틸팅(tilting) 각을 산출하는 단계; 및 상기 틸팅 각에 따라 상기 잉크젯 헤드를 회전시키는 단계를 포함하는 잉크젯 헤드 정렬방법은, 잉크젯 헤드와 광학장치를 이용하여 용이하면서도 정확하게 멀티노즐 헤드를 정렬할 수 있다.

잉크젯 헤드, 정렬, 광학장치

Description

잉크젯 헤드 정렬방법{Aligning method for inkjet head}

본 발명은 잉크젯 헤드 정렬방법에 관한 것이다.

최근 저가 전자기기에 대한 요구가 증대 되면서, 저비용 제조공정, 특히 포토리소그래피(photolithography) 공정을 대체할만한 새로운 공법에 대한 개발 요구가 더욱 커지고 있다.

기존의 인쇄회로기판 제조기술은 전극과 신호패턴을 형성하기 위하여 노광공정과 에칭공정을 반복적으로 사용하고 있는데, 노광공정에서 사용되는 마스크와 유틸리티 설비 유지 비용의 문제가 대두되고 있다.

인쇄는 동일한 패턴 제판을 이용하여, 제품을 다량으로 생산해 내는 기술로서, 적은 비용으로 쉽게 전도성 패턴, 화상 패턴 등을 생산할 수 있는 기술이다. 특히 잉크젯 인쇄 기술은 기존의 그라비아, 스크린 인쇄 등이 고가의 제판 공정을 필요로 하는 것과 달리, 데이터를 디지털 신호로 변경하여 직접 패터닝 함으로써, 공정 비용을 획기적으로 절감할 수 있음은 물론, 최근 전자기기 제조 추세인 다품종 소량생산에 매우 적합한 기술이다.

DoD(Drop on Demand) 방식의 잉크젯은 가정용 프린터로 개발되어 널리 보급된 기술이고 이 기술을 인쇄회로기판(PCB) 제조기술에 전용하면 친환경 생산공정으로 부품 실장 밀도 증대와 가격 저감효과를 기대 할 수 있다.

종래에는 인쇄회로기판을 비롯하여 각종 기판의 인쇄를 위하여 플레이트에 기판을 위치시킬 때 플레이트의 X, Y축 상에 가이드 핀을 이용하여 정렬하거나 기판에 홀, 정렬마크 등을 만들어서 비전시스템을 이용하여 정렬하였다.

하지만 가이드 핀의 경우 작업자가 매뉴얼로 기판을 정렬하면서 발생하는 위치오차와 가이드 핀의 가공오차 등으로 정밀한 기판정렬이 곤란한 문제점이 있었다. 또한 다양한 크기와 재질을 갖는 기판을 필요로 하는 잉크젯 기판의 경우 기판에 홀, 정렬마크를 일률적으로 통일하여 만드는 것이 어렵다는 문제점 또한 제기되었다.

한편, 한국등록특허 제0369398호에는 기판 프리얼라인 장치(Substrate board prealign status)에 대해 기술되어 있다. 도 1은 상기 제0369398호 특허에 개시된 기판 프리얼라인 장치의 개략적인 도면이다. 상기 특허는 기판을 취급하는 각종 생산 및 가공공정, 예를 들어 노광기에서 기판의 위치를 정렬하기 위한 기판 프리얼라인 장치에 관한 것으로, 로딩부(1)와 프리얼라인먼트부(2), 그리고 노광과 같은 필요한 공정을 행하기 위한 워킹부(3)가 길이방향으로 배치되어 있다.

그러나, 상기 국내특허에 개시된 방법은 기판이 통과하는 시점을 검출하기 위한 정렬센서(11, 12)와, 기판(S)이 최초 세팅될 때의 위치를 검출하기 위한 기준점 검출센서(13)와, 정렬센서의 위치를 조절하기 위한 위치 조절장치와 이미지 장 치 등 복잡한 기계장치가 필요로 한다. 도 1의 'C'는 기판(S)의 중심을 나타낸다.

본 발명은 잉크젯 프린팅 시 잉크젯헤드를 사용함에 있어서 멀티노즐을 갖는 잉크젯 헤드와 노즐측정기, 패턴측정기에 사용되는 광학계를 이용하여 잉크젯 프린팅 정렬하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 노즐이 형성된 잉크젯 헤드를 정렬하는 방법으로서, 노즐 측정 카메라를 이용하여 제1 노즐의 위치를 인식하는 단계; 상기 노즐 측정 카메라를 수평방향으로 이동하여 제2 노즐의 위치를 인식하는 단계; 상기 제1 노즐과 제2 노즐 사이의 틸팅(tilting) 각을 산출하는 단계; 및 상기 틸팅 각에 따라 상기 잉크젯 헤드를 회전시키는 단계를 포함하는 잉크젯 헤드 정렬방법을 제공할 수 있다.

이 때, 상기 틸팅 각을 산출하는 단계는 하기의 수학식을 이용하여 수행될 수 있다.

한편, 상기 잉크젯 헤드를 이용하여 테스트 패턴을 인쇄하는 단계; 패턴 측정 카메라를 이용하여 상기 테스트 패턴에 대한 이미지를 취득하는 단계; 상기 패턴 측정 카메라의 기준 중심점과 상기 테스트 패턴의 이미지 사이의 오프셋 데이터를 산출하는 단계; 및 상기 오프셋 데이터를 상기 잉크젯 헤드의 인쇄 데이터에 반영하는 단계를 더 수행할 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 잉크젯 헤드와 광학장치를 이용하여 용이하면서도 정확하게 멀티노즐 헤드를 정렬할 수 있다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나 의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 정렬방법의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

잉크젯 연구장비의 경우 여러 가지 헤드를 교체하면서 실험을 수행하게 되는데, 수동으로 잉크젯 헤드를 교체하는 과정에서 기구적인 오차가 발생하게 된다. 본 실시예에서는 이러한 장착오차를 최소화할 수 있는 방법을 제시하고자 한다.

도 4는 수동으로 헤드를 장착하는 경우 발생할 수 있는 사항을 도식화 한 것이며, 이런 경우 헤드에서 토출되는 액적의 직진성이 확보되지 않는 문제가 발생하게 된다. 그 결과, 인쇄된 라인과 라인 사이의 간격이 줄어들어, 인쇄된 패턴이 설계치와 달라지게 되거나, 인쇄불량이 발생하게 된다. 즉, 헤드가 회전방향으로 이 동되어 인쇄 시 수평 방향 및 사선 방향으로의 인쇄 시 불량이 발생하게 되는 것이다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 실시예에서는 노즐을 관찰하기 위한 노즐 측정 카메라를 이용하여 헤드의 틸팅(tilting)각, 즉 회전 정도를 알아낸 다음, 헤드의 회전을 통해 정렬오차를 보정하는 방법을 제시한다. 이하에서는, 이에 대해, 도 2 내지 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 정렬방법을 나타내는 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 정렬방법을 나타내는 개략도이다. 도 3을 참조하면, 잉크젯 헤드(20), 가이드 레일(25), 패턴 측정 카메라(30), 플레이트(40), 가이드 레일(45), 노즐 측정 카메라(50)가 도시되어 있다.

먼저, 노즐 측정 카메라(50)를 이용하여 제1 노즐(21)의 위치를 인식한다(S110). 노즐 측정 카메라(50)로는 CCD 카메라 등이 이용될 수 있으며, 필요에 따라 배율렌즈가 추가로 이용될 수도 있다. 배율렌즈의 경우, 측정 대상인 노즐의 크기를 고려하여 그에 알맞은 배율의 것을 이용할 수 있다.

30um 이하와 같은 미세한 크기의 노즐의 경우, 검색이 힘들기 때문에 헤드(20)의 하면에 형성된 인식마크(미도시)를 우선 검색하고, 이 후, 인식마크(미도시)를 바탕으로 노즐을 검색하는 방법을 이용할 수 있다.

이렇게 제1 노즐(21)을 검색한 후에는, 정확한 측정 및 정렬을 위해 초점조절을 수행한 후, 제1 노즐(21)에 대한 좌표 값(x₁, y₁)을 취득함으로써, 제1 노 즐(21)에 대한 위치 인식을 완료할 수 있게 된다.

그 다음, 노즐 측정 카메라(50)를 수평방향으로 이동하여 제2 노즐(23)의 위치를 인식한다(S120). 즉, 제1 노즐(21)의 경우와 동일한 방법을 이용하여, 제2 노즐(23)의 좌표 값(x₂, y₂)을 취득하는 것이다.

그리고 나서, 제1 노즐(21)과 제2 노즐(23) 사이의 틸팅(tilting) 각을 산출한다(S130). 제1 노즐(21)과 제2 노즐(23) 사이의 틸팅 각(θ), 즉 회전 정도는 아래와 같은 간단한 수학식을 통해 산출될 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 잉크젯 헤드의 첫 번째 노즐(21)과 마지막 노즐(23)을 이용하여 틸팅 각(θ)을 산출하는 방법을 제시하였으나, 첫 번째 노즐(21)과 중앙부분에 위치한 노즐(22)을 이용하여 틸팅 각을 산출할 수도 있음은 물론이다.

이 후, 이렇게 산출된 틸팅 각에 따라 잉크젯 헤드(20)를 회전시켜 틀어진 각도를 보정함으로써, 잉크젯 헤드(20)를 정렬한다(S140).

이상에서 설명한 방법에 따르면, 잉크젯 헤드(20)와 노즐 측정 카메라(50)를 이용하여 헤드(20) 장착 시 발생하는 기구오차를 보정할 수 있게 된다.

이상에서는 잉크젯 헤드(20)의 장착 시 발생할 수 있는 회전 방향으로의 정렬오차를 보정하는 방법에 대해 설명하였으며, 이하에서는 x-y축 방향으로의 정렬 오차를 보정하는 방법에 대해 설명하도록 한다. 이러한 x-y축 보정 방법은 상술한 회전 방향 정렬오차 보정방법 전에 수행될 수도 있고, 후에 수행될 수도 있다.

잉크젯 헤드(20)를 구비한 인쇄시스템을 이용하여 인쇄공정을 진행함에 있어서, 실시간(In-situ)으로 인쇄된 패턴을 이용하여 관찰 할 수 있는 기능이 사용되고 있다. 이때 패턴 측정을 위한 카메라(30)는 도 5에 도시된 바와 같이, 최초 설계치수만큼 기구적으로 헤드(20)으로부터 일정한 오프셋 거리를 유지하며 패턴을 관찰하게 된다. 즉, 카메라와 같은 광학장치(30)는 잉크젯 헤드(20)로부터 X축으로 dx, Y축으로 dy 만큼 떨어진 위치에 장착되어 인쇄된 패턴을 관찰하는 역할을 하는 것이다.

전술한 바와 같이, 잉크젯 연구장비의 경우 여러 가지 헤드를 교체하면서 실험을 수행하게 되는데, 수동으로 잉크젯 헤드를 교체하는 과정에서 기구적인 오차가 발생하게 된다. 본 실시예에서는 이러한 장착오차를 최소화할 수 있는 방법을 제시하고자 한다.

우선, 잉크젯 헤드(20)에 형성된 노즐의 현재 위치(H_x, H_y)를 인식하고 저장한 후, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 테스트 패턴(26)을 인쇄한다(S150).

그리고 나서, 패턴 측정 카메라(30)를 이용하여 상기 테스트 패턴(26)에 대한 이미지를 취득한다(S160). 패턴 측정 카메라(30)로는 CCD 카메라 등이 이용될 수 있으며, 필요에 따라 배율렌즈가 추가로 이용될 수도 있다. 배율렌즈의 경우, 측정 대상인 패턴(26)의 크기를 고려하여 그에 알맞은 배율의 것을 이용할 수 있다. 측정용 카메라는 헤드(20)와 동일모듈 또는 별개의 모듈로 장착될 수 있으며, 이는 인쇄 시스템의 기구설계에 따라 변경이 가능하다.

다음으로, 패턴 측정 카메라(30)의 기준 중심점과 테스트 패턴(26)의 이미지 사이의 오프셋 데이터(dx, dy)를 산출한다(S170). 이를 위해, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 테스트 패턴(26) 인쇄 시 패턴 측정 카메라(30)의 기준 중심점의 위치를 저장하고, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 패턴 측정 카메라(30)의 기준 중심점을 인쇄된 테스트 패턴에 맞추어 이동한 다음, 카메라의 기준 중심점이 이동된 거리를 산출하는 방법 등을 이용할 수 있다.

이렇게 오프셋 데이터(dx, dy)를 취득한 다음에는, 오프셋 데이터(dx, dy)를 잉크젯 헤드(20)의 인쇄 데이터에 반영한다(S180). 즉, 인쇄를 위해 잉크젯 헤드(20)에 입력되는 인쇄 데이터에 오프셋 데이터가 적용되도록 함으로써, 차후 프로세스 실행 시에는 헤드(20)의 인쇄결과를 패턴측정기를 이용하여 정확하게 측정이 가능하도록 정렬하는 것이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

도 1은 종래기술에 따른 잉크젯 헤드 정렬방법을 나타내는 평면도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 정렬방법을 나타내는 순서도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 정렬방법을 구현하기 위한 시스템을 나타내는 사시도.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 정렬방법의 각 공정을 나타내는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20: 잉크젯 헤드

25: 가이드 레일

30: 패턴 측정 카메라

40: 플레이트

45: 가이드 레일

50: 노즐 측정 카메라

Claims

복수의 노즐이 형성된 잉크젯 헤드를 정렬하는 방법으로서,

노즐 측정 카메라를 이용하여 제1 노즐의 위치(x₁, y₁)를 인식하는 단계;

상기 노즐 측정 카메라를 수평방향으로 이동하여 제2 노즐의 위치(x₂, y₂)를 인식하는 단계;

상기 제1 노즐과 제2 노즐 사이의 틸팅 각(θ)을 산출하는 단계;

상기 틸팅 각에 따라 상기 잉크젯 헤드를 회전시키는 단계를 포함하는 잉크젯 헤드 정렬방법.
제1항에 있어서,

상기 틸팅 각을 산출하는 단계는 하기의 수학식을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 정렬방법.
제1항에 있어서,

상기 잉크젯 헤드를 이용하여 테스트 패턴을 인쇄하는 단계;

패턴 측정 카메라를 이용하여 상기 테스트 패턴에 대한 이미지를 취득하는 단계;

상기 패턴 측정 카메라의 기준 중심점과 상기 테스트 패턴의 이미지 사이의 오프셋 데이터를 산출하는 단계;

상기 오프셋 데이터를 상기 잉크젯 헤드의 인쇄 데이터에 반영하는 단계를 더 포함하는 잉크젯 헤드 정렬방법.