KR20140118044A

KR20140118044A - 반도체 및 led 제조용 리니어 디스펜서 펌프 장치

Info

Publication number: KR20140118044A
Application number: KR1020130033235A
Authority: KR
Inventors: 김창현; 김권영
Original assignee: (주) 마을소프트
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2014-10-08

Abstract

본 발명은 LED 또는 핸드폰, 반도체등의 전자제조와 관련된 공정에서 사용하는 디스펜서 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 장기간 사용시에도 생산제품의 품질 변화가 적은 정밀성을 갖고 구조적으로 마모로 인한 품질저하 또는 유지비용 발생을 차단하고 사용상의 유지보수가 편한 장점을 갖는 정밀 리니어 디스펜서 장치를 제공한다.

Description

반도체 및 LED 제조용 리니어 디스펜서 펌프 장치 {Linear Pumping Dispenser Valve System}

용액 정밀 토출제어

본 발명은 LED 또는 핸드폰, 반도체등의 전자제조와 관련된 공정에서 사용하는 디스펜서 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 장기간 사용시에도 생산제품의 품질 변화가 적은 정밀성을 갖고 사용상의 유지보수가 편한 장점을 갖는 정밀 리니어 디스펜서 장치에 관한 것이다.

다수의 산업에서 사용되고 있는 디스펜서 중 특히 기술이 요구되는 반도체 및 LED관련 공정에는 정밀제어를 통한 정량토출이 요구되는데 예를 들어, 반도체 플립칩의 경우 PCB(Printed Circuit Board)와 반도체Chip 간의 회로연결을 열에 의해 PCB의 패드와 칩의 리드를 연결시키는 방식을 사용하여 만들어진다. 그러나 주변 환경의 온도의 변화 습도등에 의한 영향으로 회로의 단선과 접합부의 손상등의 문제가 발생되기 때문에 이를 해결하기 위하여 PCB와 반도체Chip 사이에 에폭시 용액을 주입하여 해결하는데 이 공정을 Underfill 이라고 한다. Underfill공정의 에폭시 주입량의 허용오차가 아주 작기 때문에 에폭시 용액의 변화, 또는 주변환경의 변화에 관계없이 정량을 주입하는 기술이 요구된다.

LED공정의 하나인 형광체도포의 경우 생산된 리드프레임에 달린 LED에 형광체를 정량으로 주입하는데 이 공정을 통해 LED가 발광할 때 용액에 들어있는 Phophor에 의해 빛의 발산량을 극대화한다. 이 때 형광체의 도포량에 따라 그 밝기가 미세하게 차이 나므로 제품의 품질을 높이기 위해서 초정량의 도포가 무엇보다 중요하게 요구된다.

기존의 밸브들은 스크류회전을 통해 펌핑하는 방식과 주사기의 원리를 이용한 리니어 방식, 공이를 때려 작은 구멍을 통해 한 방울을 jetting하는 제팅밸브들이 있다. 각 밸브들은 각각의 장점들을 갖고 있으나 형광체에 포함된 Phophor의 가루는 미세한 단단한 알갱이 형태를 띄고 있어 밸브의 펌핑 동작 시 문제를 야기 시킨다.

스크류밸브의 경우 스크류가 회전하면서 스크류가 설치된 몸체와 형광체의 알갱이 입자가 부딪혀 마찰을 일으키고 이로 인해 스크류 마모가 발생되고 스크류의 마모로 떨어져 나간 찌꺼기가 형광용액과 합쳐져 제품의 품질에 영향을 주고 이로 인해 장기간 사용에 따른 품질변화가 발생되고 주기적으로 스크류 관련 부품들을 교체해야 하는 유지비용이 발생된다.

리니어의 밸브의 경우 주사기 원리를 이용하여 용액을 정해진 양만큼 밀어내기 때문에 형광체 알갱이와의 마찰문제는 없으나 밸브의 특성상 충진과 토출의 작업이 있어 이를 선택하기 위한 회전 밸브들이 사용되는데 회전을 통해 역시 알갱이 입자와의 충돌로 밸브의 파손과 더불어 제품의 품질에 영향을 주게 된다.

제팅밸브의 경우 초소량의 방울을 공이를 때려 발사하기 때문에 정량제어와 생산량향상에 큰 장점을 갖고 있지만 이것 역시 LED 공정에서 형광체의 알갱이가 공이를 때리는 과정에서 노즐부분과 계속해서 부딪히게 되면 공이 표면에 파손이 발생되고 이로 인해 노즐부위에 누수 현상으로 용액이 새거나 토출 조건이 바뀌어 제품 품질에 영향을 준다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하고자 연구 개발된 것으로, 본 발명의 목적은 초미세 토출이 가능하고 장시간 사용에 따른 토출량의 변화를 최대한 줄이며 밸브의 마모나 파손으로 인한 유지보수 비용억제와 더 나아가 여러 개의 밸브를 좁은 공간에 장착할 수 있는 콤펙트한 구조와 유지보수 차원의 펌프의 간단한 분해 조립과 청소의 용이성 등, 이와 같은 성능의 디스펜서 장치가 반도체 및 LED 생산공정에 필요하다.

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본 발명의 펌프는 용적방식의 형태를 띠며 용적의 양을 서보모터의 정밀제어에 의해 제어된다.

서보모터의 이동에 의해 제어되는 토출량은 시간에 따라 일정하게 토출되므로 로보트의 이동속도 또는 가속,감속에 따라 제품에 토출되는 양이 변화하기 때문에 이와 무관하게 로보트의 이동속도에 동기화된 서보모터의 회전속도제어가 핵심이다.

장기간 사용에 따른 부품의 마모가 발생되어 품질저하문제가 생기지 않도록 피스톤상하운동의 용적방식의 형태를 가진다.

생산량을 높이기 위한 방법으로 여러 개의 펌프를 배치하여 동시 토출을 하도록 하는데 이를 가능하게 하기 위한 펌프의 콤팩트한 구조가 요구된다. 이를 위하여 서보모터의 위치와 용액을 제어하는 실린더 부품들이 수직으로 배열되도록 구성되어 펌프의 폭을 최대한 줄일 수 있다.

용액을 제어하는 실린더의 구조는 기존 회전을 통해 관을 막는 방식의 경우 용액에 섞여있는 돌과 같은 성질이 포함되어 있을 경우 장시간 사용 시 마찰로 인하여 실린더의 부품파손이 발생되는 문제가 있어, 회전이 아닌 전/후진 이동에 의해 용액이 흐르는 두개의 관을 부드러운 고무재질로 막거나 열어서 용액의 특성에 관계없이 장기간 사용에도 부품의 파손문제가 발생되지 않으며 이로 인해 발생되었던 누수문제도 해결된다.

본 발명은 장시간 사용에 따른 토출량의 변화를 최대한 줄여 신뢰성을 확보하고 밸브의 마모나 파손으로 인한 유지보수 비용억제와 더 나아가 여러 개의 밸브를 좁은 공간에 장착할 수 있는 콤펙트한 구조와 유지보수 차원의 펌프의 간단한 분해 조립과 청소의 용이성 등을 제공하는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 사시도
도 2는 본 발명의 저면 사시도
도 3은 본 발명의 정단면도
도 4는 도3의 일부 발췌 확대도
도 5는 본 발명의 밸브 하단부 분해 사시도
도 6는 본 발명의 밸브 분해 순서 사시도
도 7 ~ 도10 본 발명의 밸브 충전 및 토출 동작 설명도
도 11는 본 발명의 밸브를 멀티로 구성한 사시도

본 발명의 펌프는 시린지(500)로부터 공급된 용액을 정해진 양만큼 충전하고 피스톤(202)으로 충전된 용액을 강제로 밀어내어 주사바늘(210)을 통해 토출되는 원리를 갖는다. 이 때 피스톤(202)이 용액을 밀어내는 이동거리에 따라 토출량이 정해지므로 정밀한 이동에 의해 정밀 토출이 가능하게 된다. 또한 강제로 밀어내는 방식의 특성상 용액의 점도 또는 시간에 따른 점도변화에 영향을 받지 않고 항상 일정하고 정확한 토출량을 만들 수 있는 장점이 있다.

첨부된 도면을 바탕으로 다음과 같은 구성과 기능을 설명한다.

첨부도면 도 1은 펌프의 전체적인 형태를 보여주고 있다. 이전에 설명한 바와 같이 충전 또는 토출을 위해 피스톤(202)이 상하이동을 해야 하는데 이를 위하여 정확, 정밀한 이동을 만들 수 있도록 서보모터(100)를 사용하였고, LM 가이드(105)와 LM블록(112)의 이동 가이드에 장착된 구동본체블록(107)이 서보모터(100)와 연결된 볼스크류(106)의 회전에 의해 상하이동을 하며 이 구동본체블록(107)에 연결된 피스톤(202)이 충전 시 위쪽으로, 토출 시 아래쪽 방향으로 움직여 펌프의 기능을 한다. 충전 또는 토출을 하기 위하여 용액의 흐름을 제어해야 하는데 충전부 실린더(600)와 토출부 실린더(300)가 구성된다.

충전부 실린더(600) 동작의 원리는 다음과 같다.

초기 실린더(600) 내부에 설치된 스프링(603)에 의하여 실린더 로더(602)가 피팅(601)이 있는 방향으로 후진되어 있어 이 실린더 로더(602)에 연결된 피스톤(605)이 용액이 흐르는 관을 열어 충전 시 용액이 잘 흘러갈 수 있도록 한다. 피팅(601)을 통해 공기가 공급되면 실린더 로더(602)가 공기의 힘에 의해 피팅(601)을 반대방향으로 움직이게 되고 연결된 피스톤(605)은 용액이 흐르는 관을 막아 더 이상 흐르지 않도록 막는다. 이렇게 피팅(601)을 통하여 공기의 공급과 차단에 의해 충전부 실린더(600)가 동작하고 이에 따라 용액의 흐름이 제어된다.

토출부 실린더(300) 동작의 원리는 다음과 같다.

초기 실린더(300) 내부에 설치된 스프링(303)에 의하여 실린더 로더(302)가 피팅(301)이 있는 방향으로 후진되어 있어 이 실린더 로더(302)에 연결된 피스톤(305)이 용액이 흐르는 관을 열어 토출 시 용액이 잘 흘러갈 수 있도록 한다. 피팅(301)을 통해 공기가 공급되면 실린더 로더(302)가 공기의 힘에 의해 피팅(301)을 반대방향으로 움직이게 되고 연결된 피스톤(305)은 용액이 흐르는 관을 막아 더 이상 흐르지 않도록 막는다. 이렇게 피팅(301)을 통하여 공기의 공급과 차단에 의해 토출부 실린더(300)가 동작하고 이에 따라 용액의 흐름이 제어된다.

펌프의 충전 동작은 다음과 같다.

펌프의 특성상 피스톤(202)을 사용하여 용액을 강제로 밀어내는 방식을 갖고 있어 펌프 내부에 공기가 있을 경우 피스톤(202)이 움직여 용액을 밀어낼 때 그 사이에 있는 공기의 압축으로 인하여 피스톤(202)이 밀어낸 만큼 용액이 이동되지 않는 손실이 발생되어 본 기능의 정밀제어가 어렵게 된다. 따라서 용액의 충전 시 펌프 내부에 있는 공기를 빼줌과 동시에 용액이 펌프본체(200)에 충전될 수 있도록 해야 하는데 동작순서는 다음과 같다. 먼저 토출부 실린더(300)에 공기를 빼어 관을 열어주고 충전부 실린더(600)에도 공기를 빼어 관을 연다. 펌프본체(200)의 피스톤(202)를 최대한 아래로 내린 후 용액이 들어있는 시린지에 정해진 압력의 공기를 가하여 용액이 용액공급블록(400)으로 흘러 들어갈 수 있도록 한다. 흘러 들어간 용액은 도면 도 7과 같이 충전부 실린더(600)을 통과하고 펌프본체(200)를 거처 토출부 실린더(300)부 관을 지나 최종 주사바늘(210)을 통해 배출된다. 이 때 내부에 있던 공기를 공급된 용액이 밀어내어 먼저 배출이 된 후 용액의 배출이 이루어 진다. 이렇게 몇msec간(용액에 따라 시간은 달라질 수 있다) 배출을 한 후 토출부 실린더에 공기를 넣어 관을 닫아 더 이상 용액이 흐르지 못하도록 한다. (도면 도 8참고), 이로서 펌프본체(200)에 있는 공기를 없애고 용액으로 채운 상태에서 펌프본체(200)에 있는 피스톤(202)를 위쪽으로 상승시키면 시린지(500)에서 가하고 있는 용액이 펌프본체에 피스톤을 따라 충전되게 된다. 피스톤(202)이 끝까지 올라간 후 충전부 실린더(600)에 공기를 넣어 충전부 관을 막고 토출부 실린더(300)에 공기를 빼어 관을 열어 펌프본체와 주사바늘의 관이 서로 연결되도록 한다. 이 후 피스톤(202)을 아래쪽으로 정해진 거리(용액특성 및 주사바늘에 따라 달라진다) 만큼 하강하여 관에 있을 수 있는 공기들을 빼내 주면서 안정한 상태를 만들면 이로서 충전의 기능을 끝난다.

펌프의 토출동작은 다음과 같다.

도면 도10에도 알 수 있듯이 펌프본체(200)에 충전된 용액을 피스톤(202)를 정해진 양만큼 아래로 하강하면 용액이 강제로 밀려 주사바늘을 통해 정량이 토출 된다. 이 때 피스톤(202)의 이동이 멈추었다 하더라도 주사바늘 끝단에 용액이 맺혀 있는 현상이 발생될 수 있는데 이로 인해 다음 토출 작업이 이루어 질 때 맺힌 용액이 합쳐져 정량제어에 문제가 발생된다. 따라서 피스톤(202)하강이 멈춘 후 피스톤(202)를 위쪽방향으로 조금 상승(용액 또는 주사바늘의 조건에 따라 상승거리가 다르다)시켜 주사바늘(210)의 맺힌 용액을 빨아들여 맺힘을 없앤다.

토출을 반복하여 생산작업이 이루어지고 피스톤(202)가 아래쪽 끝 근처까지 이동되면 다시 충전동작을 한 후 토출작업을 실행한다.

생산이 끝난 후 펌프청소를 할 때 다음과 같다.

도면 도6을 보면 펌프구조적으로 탈부착을 간편하게 할 수 있도록 되어 있다. 그 순서는 다음과 같다. 시린지(500)를 잡고 있는 시린지 가이드(501)의 고정나사를 풀어 가이드를 연다①, 펌프본체(200)의 피스톤가이드(201)에 있는 고정나사(203)을 푼다②, 펌프본체가이드(110)에 있는 고정나사(111)를 푼다. 펌프본체(200)을 앞쪽으로 당겨 본체가 분해가 될 수 있도록 한다④, 이제 펌프본체로부터 용액공급블록(400)을 분해하기 위한 고정나사(401)을 풀고 앞쪽으로 당기면 쉽게 블록을 빼낼 수 있다⑤. 이 후 상황에 맞게 청소를 한 후 분해한 순서의 반대로 조립하면 된다.

펌프의 정밀제어는 미세한 이동에 의하여 가능하지만 로보트의 이동속도 및 가감속의 변화에 따라 토출변화는 발생하게 된다. 예를들어 펌프본체(200)의 피스톤(202)이 초당 0.1mm/sec의 속도로 하강한다고 할 때 1mg/sec의 토출량이 발생한다고 하면 로보트의 이동속도에 따라 제품에 면적당 토출되는 양은 달라지고 또는 같은 속도라 할 때에도 가속 또는 감속 구간의 속도변화에 따라 제품의 면적당 토출량이 변화하게 된다. 이런 문제를 해결하기 위하여 로보트의 XYZ의 보간이동을 통해 직선의 정확한 이동이 만들어 질 때 펌프에 장착된 서보모터의 회전속도를 XYZ의 이동속도에 동기화를 맞춰 이동속도의 변화 또는 가감속 구간의 변화에 영향을 받지 않도록 제어한다.

100~110: 펌프 구동부
200~203: 펌프본체
300~306: 토출부 실린더
400~401:용액공급블록
500~505:시린지 용액공급부
600~606:충전부실린더

Claims

용액을 담을 수 있는 펌프본체(200)가 있고 피스톤(202)에 의해 용액을 충전하고 토출작업을 할 수 있는 구조의 디스펜싱 펌프.
서보모터(100)가 연결된 LM가이드(105)와 LM블록(112), 볼스크류(106)으로 구성되어 회전운동을 정밀 직선운동으로 변화시켜 피스톤(202)의 상승 또는 하강을 하여 용액의 양을 정밀하게 제어할 수 있는 디스펜싱 펌프.
충전 시 또는 토출 시 용액의 흐름을 제어하기 위한 실린더가 장착된 구조의 펌프, 실린더(300)본체에 실린더로더(302)가 있고 이것에 피스톤(305)이 연결되어 있다. 스프링 힘에 의해 실린더 로더가 당겨지면 관이 열려 용액의 흐르고, 피팅(301)을 통해 공기가 주입되면 실린더 로더(302)가 스프링(303)을 압축시키며 이동하여 피스톤(305)이 관을 차단시켜 용액의 흐름을 막는 구조의 디스펜싱 펌프.
펌프의 분해조립을 쉽게 하기 위한 펌프본체 고정나사(111)와 피스톤(202) 고정나사가 구성되어 있으며 이것을 풀면 펌프본체가 분해되는 구조의 디스펜싱 펌프.
컴팩트한 구조와 동작 구조물들이 수직방향으로 배치되어 있어 펌프의 폭이 좁아 여러 개의 펌프를 한 장비에서 설치 가능함으로써 동시 작업이 가능하여 생산량 증가에 도움이 될 수 있는 디스펜싱 펌프. (도면 도11참조)
서보모터를 통해 피스톤(202)의 상하 정밀이동 시 로보트의 XYZ의 보간이동에 동기화 하여 이동속도가 결정 되어지며 이로 인해 로보트의 이동속도 및 가감속의 속도변화에 무관하게 제품의 작업 면적당 항상 일정한 양을 토출하는 디스펜싱펌프.