WO2020189814A1 - 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치 - Google Patents

혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치 Download PDF

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WO2020189814A1
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coating
coating solution
mixed powder
axis
substrate
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PCT/KR2019/003166
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윤병국
장주엽
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티티앤에스 주식회사
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits

Definitions

  • the present invention relates to an improvement of a coating apparatus, and in particular, a mixture that can be suitably used for coating a coating solution containing flakes or mixed powder (hereinafter referred to as “mixed powder”) on a substrate such as a printed circuit board. It relates to an improvement of a coating apparatus for coating a coating solution containing powder on a substrate.
  • EMI Electro Magnetic Interference
  • RFID Radio Frequency Interference
  • Sputtering has a low deposition rate, high equipment cost, and additional cost and time required for equipment maintenance according to production volume.
  • the plating method has the advantage of using a generalized process, but has disadvantages such as environmental pollution and initial investment cost.
  • the spray coating method has high technical difficulty, is more difficult to work than the rest of the dry method, has a lower uniformity, and requires a thick coating film, and volatile organic compounds such as benzene, formaldehyde, toluene, xylene, ethylene, and styrene.
  • volatile organic compounds such as benzene, formaldehyde, toluene, xylene, ethylene, and styrene.
  • the spray coating device supplies a coating solution to a nozzle through a pressure vessel, but has a disadvantage in that the coating quality is not uniform due to uneven dispersion and precipitation of the mixed powder contained in the coating solution.
  • the specific gravity of the mixed powder in the coating solution is about 8 to 11, and if left as it is, the mixed powder will precipitate in the coating solution.
  • the viscosity of the base solution of the coating solution In order to slow the precipitation of the mixed powder, the viscosity of the base solution of the coating solution must be increased, which is contrary to the need to lower the viscosity of the base solution to improve the quality such as improving the uniformity of the coating film. Lowering the viscosity of the base solution helps to improve the quality, such as improving the uniformity of the coating film, but has a disadvantage in that it cannot slow the precipitation of the mixed powder.
  • a pressure vessel for supplying the coating solution to the nozzle is disposed at a lower position or at a discharge port of the nozzle to forcibly circulate the coating solution.
  • a forced circulation method of the coating solution not only interferes with the installation of other parts due to the long movement path of the coating solution, but also has a limit in preventing precipitation of the mixed powder and increasing the uniformity of dispersion of the mixed powder due to the large number of bent parts. .
  • the inventors have installed a plunger on the needle of the inner valve of the coating gun so that the coating solution can be stirred before spraying (WO 2016/060299 A1, title of the invention: Non-uniform mixed coating solution using the pulse opening/closing operation of the needle valve
  • inventor: Yun Byeong-guk et al. 2 has been developed to improve the uniformity of dispersion of the mixed powder, but further improved uniformity of the mixed powder is required.
  • the conventional spray coating apparatus had a problem that the coating solution sprayed by compressed air reflected off the printed circuit board was scattered, contaminating the equipment and reducing the arrival efficiency of the coating solution.
  • This problem has been improved by generating a laminar flow air flow below the coating area, and the contents of this are disclosed in Registration No. 10-0889331 (Invention Title: Thin Film Spray Coating Device for Wafers, Inventor: It is disclosed in Yoon Byeong-guk et al.
  • Another object of the present invention is to minimize the precipitation of the mixed powder in the coating solution, thereby preventing various problems caused by the precipitation of mixed powder such as mixing of foreign substances when changing the coating solution, changes in the composition of the coating solution, and cleaning the inside of related parts such as a coating gun. It is to provide a coating apparatus for coating a coating solution containing a mixed powder that can minimize the occurrence on a substrate such as a printed circuit board.
  • Another object of the present invention is to provide a coating solution containing a mixed powder that can achieve the above object, but has excellent efficiency in applying the coating solution to the substrate and reduces contamination of equipment due to scattering of the coating solution. It is to provide a coating apparatus for coating on a substrate such as.
  • a coating apparatus for coating a coating solution containing a mixed powder according to the present invention on a substrate comprises: a robot having a head movable along the x-axis, y-axis and Z-axis of a three-dimensional orthogonal coordinate; A coating gun mounted on the head and having a nozzle for spraying a coating solution containing mixed powder toward a substrate and a first valve for opening and closing a moving path of the coating solution supplied to the nozzle; A pressure vessel for supplying the coating solution containing the mixed powder to the coating gun; And an air compressor for providing compressed air to the pressure container and the coating gun, wherein the pressure container contains the mixed powder accommodated therein while moving along the x-axis and the y-axis together with the z-axis. It has a configuration including the one installed on the z-axis so as to help the dispersion of the mixed powder in the coating solution contained therein by shaking the coating solution.
  • the pressure vessel is installed higher than the outlet of the nozzle.
  • the pressure vessel is equipped with a stirrer driven by a motor.
  • a sway suppression plate is installed inside the pressure container to suppress excessive swaying of the coating solution accommodated in the pressure container as the z-axis moves.
  • the sway suppression plate divides the inner space of the pressure vessel into an upper space and a lower space, but it is preferable that a hole is formed so that the coating solution can pass vertically.
  • the sway suppression plate divides the inner space of the pressure vessel into an upper space and a lower space, and is disposed to be spaced apart from the inner wall of the pressure vessel so that the coating solution can pass between the inner wall of the pressure vessel.
  • the coating gun includes a second valve for supplying and blocking the compressed air supplied to the nozzle, and a 4-channel pulse signal controller for controlling the opening and closing of the first valve and for controlling the opening and closing of the second valve. desirable.
  • a side wall is installed around the coating area, and an air inlet with an air filter installed on the top of the coating area is formed symmetrically back and forth and left and right with respect to the coating area, and air with a coating solution filter and a dust collecting filter installed below the coating area.
  • An outlet port is formed in front and rear and left-right symmetrical with respect to the coating area, and includes a laminar flow generator for generating a laminar air flow from an upper portion of the coating area to a lower portion of the coating area, and the laminar flow generator comprises a lower portion of the air outlet port. It is preferable to have a fan for removing air collected in the chamber to the outside and a motor for rotating the fan.
  • a plunger is installed on the outer peripheral surface of the needle of the valve to stir the coating solution in the valve up and down according to the elevation of the needle.
  • the uniformity of dispersion of the mixed powder in the coating solution is improved.
  • the coating solution made by mixing the conductive mixed powder with the resin is stirred three times, so that the conductive mixed powder in the coating solution can be kept uniformly mixed. Through this, it is possible to obtain a coating film of high uniformity by suppressing agglomeration of the conductive mixed powder or clogging of the discharge port that occurs before or during spraying.
  • spray coating by spraying a coating solution having improved dispersion uniformity of mixed powder, generating a laminar flow of downdraft, and controlling the opening and closing of the needle of the needle valve with a pulse controller.
  • the arrival efficiency of the coating solution can be further increased, and the arrival and penetration efficiency of the coating solution to the lower side of the component installed on the substrate 10 can be further increased.
  • the descending air flow of the laminar flow formed in the air supply-exhaust balance designed in front and rear, left and right symmetrically for the sprayed coating solution with improved uniformity of dispersion of the mixed powder is carried out by thin film spray coating, which is sensitive to environmental changes.
  • the present invention is optimal by spraying a coating solution with improved uniformity of dispersion of mixed powder while minimizing turbulent flow by generating a constant downward laminar flow of preferably 0.3-0.6 (m/sec) inside the coating workcell. It can provide a thin film spray coating environment.
  • FIG. 1 is a configuration diagram illustrating the configuration of a coating apparatus for coating a coating solution containing a mixed powder according to the present invention on a substrate
  • FIG. 2 is a front view showing an installation state of a pressure vessel and a coating gun in the coating apparatus implemented according to FIG. 1;
  • FIG. 3 is a right side view showing an installation state of a pressure vessel and a laminar flow generator in the coating apparatus implemented according to FIG. 1;
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a pressure vessel equipped with a stirrer
  • FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view taken along line I-I of FIG. 6;
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view showing a modified example of the sloshing suppression plate.
  • first valve 123a plunger
  • stirring blade 156a through hole
  • laminar flow generator 181 air filter
  • control unit 190 control unit
  • FIG. 1 is a configuration diagram for explaining the configuration of a coating apparatus for coating a coating solution containing a mixed powder according to the present invention on a substrate
  • FIG. 2 is a pressure vessel and installation of a coating gun in the coating apparatus implemented according to FIG. It is a front view showing the state
  • FIG. 3 is a right side view showing the installation state of the pressure vessel and the laminar flow generator in the coating apparatus implemented according to FIG. 1.
  • the coating apparatus 100 for coating a coating solution containing the mixed powder according to the present invention on a substrate includes an x-axis 101, a y-axis 102, and a Z of a three-dimensional orthogonal coordinate.
  • the coating gun 120 is mounted on the head 110 of the robot 110.
  • the coating gun 120 includes a first valve 123 for opening and closing a movement path of the coating solution supplied to the nozzle 121 and a second valve 125 for opening and closing a movement path of compressed air supplied to the nozzle 121. ).
  • the first valve 123 and the second valve 125 open and close the moving path of the coating solution and compressed air supplied to the nozzle 121 under the control of the 4-channel pulse signal controller 130.
  • the coating solution is a mixture of acrylic, urethane, silicone, and epoxy resin with conductive mixed powders (several ⁇ m to about ten ⁇ m) such as silver, copper, and nickel, and is coated on the substrate 10 and then cured.
  • conductive mixed powders severe ⁇ m to about ten ⁇ m
  • the resin fixes the conductive mixed powder, and the conductive mixed powder shields electromagnetic waves to prevent errors arising from external noise.
  • the 4-channel pulse signal controller 130 controls the flow of the coating solution and compressed air by generating a pulse signal at short time intervals of about 1/1000 second to turn on/off the first and second valves 123 and 125. .
  • a cycle exists in the operation of the coating gun 120 by the control of the 4-channel pulse signal controller 130.
  • a lookup table is provided to eliminate the inconvenience of the programmer having to perform these calculations every time and to provide optimal control.
  • a lookup table is provided for an auxiliary coating program that enables selective area coating. Programmers can easily and quickly perform programming necessary for coating work on the substrate by dragging and dropping the coating area 109 of the current condition from the lookup table.
  • the 4-channel pulse signal controller 130 preferably generates a pulse action in units of 1/1000 seconds, and bounces back air by spraying the coating solution. back air) to improve the arrival efficiency of coating solution and uniformity of coating film.
  • the needle with the plunger repeats the on/off vertical movement, shaking the coating solution just before the discharge port of the nozzle to help disperse the mixed powder in the coating solution.
  • the opening and closing operation of the first valve 123 and the second valve 125 can be provided in an optimal pulse mode according to the physical properties of the coating solution for coating. Since the coating solution has different physical properties (viscosity, thixoplasticity, etc.) depending on the type, when the coating solution is sprayed from the coating gun 120, 4 channels are taken in consideration of the time for the sprayed coating solution 122 to contact the object. By adjusting the interval between the opening and closing times of the first and second valves 123 and 125 according to the pulse signal, the influence of the bounce back air can be minimized.
  • a plunger is installed on the needle of the first valve 123 that opens and closes the discharge port of the nozzle 121 operated according to the control signal of the 4-channel pulse signal controller 130 to remove the mixed powder in the coating solution immediately before spraying. Disperse evenly.
  • the first valve 123 is a needle valve having a needle, and a plunger 123a for stirring the coating solution inside the coating gun 120 up and down while moving up and down according to the lifting of the needle is installed on the outer peripheral surface of the needle.
  • the plunger 123a installed on the needle of the needle valve immediately before spraying/discharging the solution is pulsed. a. Depending on the action signal), it moves up and down 20 to 25 times per second to generate sufficient turbulence to uniformly disperse the conductive mixed powder in the coating solution.
  • the configuration of the coating gun 120 is divided into upper and lower parts.
  • the upper part is composed of a piston device that can open and close the discharge port when discharging the coating liquid
  • the lower part is composed of a discharge port and a needle that blocks the discharge port.
  • a plunger 123a is installed in the middle of the needle, and the mixed powder is dispersed while the needle moves up and down preferably 20 to 25 times per second by the pulse signal of the 4-channel pulse signal controller 130.
  • the coating solution is sprayed from the nozzle 121 and adhered to the substrate 10, which is the object to be coated, but the compressed air is reflected back after reaching the substrate 10.
  • the compressed air reflected in this way interferes with the path of the coating solution 122 and compressed air sprayed from the nozzle 121, causing a problem of scattering the sprayed coating solution 122 and compressed air.
  • the opening and closing of the first valve 123 that opens and closes the movement path of the coating solution and the second valve 125 that opens and closes the movement path of the compressed air is performed using a 4-channel pulse signal. Control.
  • the coating apparatus 100 for coating a coating solution containing the mixed powder according to the present invention on a substrate includes a pressure vessel 140.
  • the pressure vessel 140 serves to store the coating solution containing the mixed powder and supply the coating solution to the coating gun 120.
  • the pressure vessel 140 is installed on the z-axis 103 on which the head 112 is installed. It goes without saying that the pressure vessel 140 may be installed on the z-axis through the head 112. Accordingly, the pressure vessel 140 moves along the x-axis 101 and y-axis 102 together with the z-axis 103, shaking the coating solution containing the mixed powder contained therein, and mixing in the coating solution contained therein. Helps disperse the powder. Depending on the circumstances, it may be installed on other moving parts of the robot 110, for example, the y-axis 102 instead of the z-axis 103.
  • the present invention has a characteristic of directly attaching the pressure vessel 140 to the moving part of the robot 110 for a secondary stirring effect.
  • the pressure vessel 140 is installed higher than the outlet of the nozzle 121.
  • the pressure vessel 140 is provided with a stirrer 150 driven by a motor to stir the coating solution stored in the pressure vessel 140, which will be described in more detail later.
  • the pressure vessel 140 for supplying the coating solution to the nozzle 121 and the supply line for the coating solution are located at a position higher than the discharge port of the nozzle 121 and at the shortest distance. This minimizes the settling section of the conductive mixed powder in the solution by gravity and makes the transfer amount uniform.
  • the pressure vessel 140 and the coating gun 120 receive compressed air from the air compressor 160.
  • a pressure regulator 162 is installed between the air compressor 160 and the pressure vessel 140 to adjust the pressure of the compressed air supplied to the pressure vessel 140 and the coating gun 120.
  • the coating apparatus 100 for coating a coating solution containing the mixed powder according to the present invention on a substrate has a laminar flow generator 170.
  • the laminar flow generator 170 is for discharging the air introduced through the air inlet 105 through the air outlet 106, and a fan for removing air collected in the chamber 107 below the air outlet 106 to the outside ( 172 and a motor 174 for rotating the fan 172 is provided.
  • the laminar flow generator 170 generates a laminar air flow from the top of the coating area 109 in which the coating solution sprayed through the nozzle 121 is coated on the substrate 10 to the bottom of the coating area 109 so that the coating solution and This is to suppress reflection of compressed air from the substrate 10 and to prevent the coating solution from scattering around.
  • a sidewall 108 is installed around the coating area 109, an air filter 181 is installed in the air inlet 105 above the coating area 109, and the lower part of the coating area 109 A coating solution filter 182 is installed at the air outlet 106 of the.
  • the laminar flow generator 170 constitutes an exhaust system in the lower part of the equipment, so that the air introduced through the air inlet 105 at the upper part where the air filter 181 is mounted is always 0.3-0.6 (m/sec) from the upper part of the equipment to the lower part. It minimizes the bounce back air when spraying the coating solution by generating a constant downward laminar flow of the coating solution to minimize the turbulent flow, thereby maximizing the arrival efficiency of the coating solution.
  • the air inlet 105 in which the air filter 181 is installed and the air outlet 106 in which the coating solution filter 182 is installed are preferably formed in front and rear and left and right symmetry with respect to the coating area 109, respectively.
  • a dust collecting filter 184 is installed below the coating solution filter 182 to prevent foreign substances such as dust from being discharged to the outside.
  • the robot 110 and the pressure regulator 162, the 4-channel pulse signal controller 130 and the stirrer 150 are Basically, the user inputs through the input unit 191 and operates under the control of the controller 190 according to the set value set. Programs and data necessary to control the operation of the robot 110 and the pressure regulator 162, the 4-channel pulse signal controller 130 and the stirrer 150 are stored in the memory 192, and input and output data are stored by the operator. It is displayed on the display 193 so that you can confirm what you need.
  • the coating apparatus 100 for coating the coating solution containing the mixed powder according to the present invention on a substrate as described above is suitable for atomized coating in which the coating solution is atomized and sprayed with compressed air. It can also be used to implement selective electromagnetic wave shielding using (Film type nozzle).
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a pressure vessel equipped with a stirrer
  • FIG. 5 is an enlarged and separated view of the stirrer and the pressure vessel
  • FIG. 6 is an enlarged plan view of the sloshing suppression plate
  • FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view taken along line I-I of FIG.
  • the pressure vessel 140 is shown.
  • the pressure vessel 140 is for storing the coating solution and supplying it to the nozzle, and is preferably a cylinder type.
  • This pressure vessel 140 is preferably installed on the Z-axis 103 of the robot 110 so that the conductive mixed powder in the coating solution can be uniformly dispersed.
  • a stirrer 150 is installed in the pressure vessel 140 to maximize the dispersion effect of the mixed powder contained in the coating solution.
  • the agitator 150 is installed on the motor 152 installed on the upper surface of the pressure container 140 and the rotation shaft 154 and the rotation shaft 154 which are rotatably installed inside the pressure container 140 and driven to rotate by the motor 152 It has a stirring blade (156).
  • a DC motor is suitable as the motor 152, and the stirring operation is adjusted by adjusting the rpm of the motor 152.
  • the stirring blade 156 is installed at the lower end of the rotation shaft 154, has a fan shape, and has a plurality of through holes (156a).
  • the stirring blade 156 rotates by the rotation of the rotation shaft 154 to stir the coating solution inside the pressure vessel 140. Since the pressure vessel 140 in which the stirrer 150 is installed is installed on the z-axis that continues to move, the coating solution stored in the pressure vessel 140 is agitated in duplicate by the movement of the robot and the operation of the stirrer 150.
  • the mixed powder is uniformly dispersed.
  • the motor 152 is accommodated and installed in the motor case 151.
  • a gearbox 153 is installed on the top of the pressure vessel 140 and is installed to reduce the driving speed of the motor 152, and between the outer peripheral surface of the gearbox 153 and the inner peripheral surface of the pressure vessel 140 Packing 155 is installed on.
  • a coupling groove 157 is formed at the lower edge of the motor case 151, and a coupling protrusion 144 coupled to the coupling groove 157 at the upper edge of the pressure vessel 140 is formed.
  • a cover 158 having the same coupling method as that between the motor case 151 and the pressure vessel 140 is installed on the upper end of the motor case 151.
  • a slip suppression plate 142 is installed inside the pressure vessel 140.
  • the slosh suppression plate 142 is intended to prevent excessive sloshing of the coating solution contained in the pressure vessel 140, and to prevent the formation of a cavity inside.
  • this sway suppression plate 142 preferably, it is installed on the inner surface of the pressure vessel 140 to allow the passage of the rotating shaft 154 and divide the inner space of the pressure vessel 140 into an upper space and a lower space, but coating
  • a hole 143 preferably a plurality of holes 143, is used.
  • the pressure vessel 140 when the sway suppression plate 142 is formed in a non-circular cross-section with both sides of a circular shape removed, and is installed on the inner surface of the pressure vessel 140 having a circular inner circumferential surface, the pressure vessel 140 It is possible to have a part that is spaced apart from the inner wall. In this way, the coating solution can pass between the outer circumferential surface of the sway suppressing plate 142 and the inner wall of the pressure vessel 140.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a modified example of the sloshing suppression plate.
  • the hole 143 formed in the sway suppression plate 142 is different from that shown in FIG. 7 so that the coating solution moved to the upper space above the sway suppression plate 142 can be smoothly returned to the lower space.
  • the upper entrance of the hole 143 may be formed larger than the lower entrance, but may be configured to become narrower toward the lower portion.
  • the entire process of coating the coating solution on the substrate is carried out by the loader injecting the object such as a printed circuit board, passing or inverting it by an inverter, and coating (preferably, inputting the object during laminar flow generation, clamping, and optional). Coating), loading the object onto an unloader and transferring it, and curing the coating film in an oven, but here, the coating process by the characteristic components of the present invention will be described.
  • Various set values required for the operation of the robot 110, the 4-channel pulse signal controller 130, the pressure regulator 162, and the stirrer 150 are input according to the type of the substrate 10 such as a printed circuit board to be coated. It is entered through 191 in advance and stored in the memory 192 to set. Each set value can be checked through the display 193.
  • the laminar flow generator 170 operates in advance before spraying the coating solution, preferably when moving the substrate 10 to the coating area 109, to coat the coating solution containing the mixed powder on the substrate. It generates a laminar downdraft.
  • the laminar flow generator 170 is preferably operated by a coating operation start button, but may be configured to operate under the control of the control unit 190 in some cases.
  • the controller 190 When a coating start signal is input, the controller 190 operates the robot 110, the pressure regulator 162, the 4-channel pulse signal controller 130, and the stirrer 150 according to a preset value.
  • the pressure regulator 162 regulates the pressure of compressed air supplied from the air compressor 160 and supplies it to the pressure vessel 140 and the coating gun 120, and the agitator 150 drives the motor 152 to rotate the shaft ( By rotating the stirring blade 156 installed in 154), the coating solution contained in the pressure vessel 140 is stirred to first disperse the mixed powder in the coating solution.
  • the robot 110 moves to a position for coating and starts the coating operation.
  • the pressure vessel 140 installed on the z-axis 103 also moves together, thereby dispersing the mixed powder in the coating solution secondarily.
  • the sway suppression plate 142 prevents excessive swaying of the coating solution in the pressure vessel 140, and suppresses the formation of a cavity under the sway suppression plate 142.
  • the four-channel pulse signal controller 130 generates a four-channel pulse signal to open and close a moving path of the coating solution supplied to the nozzle 121 and a second valve that opens and closes the moving path of compressed air. 125). After spraying the coating solution through the opening or closing or on/off control of each of the first valve 123 and the second valve 125, wait until the energy of the compressed air reflected from the substrate 10 disappears, and then the coating solution is The coating solution is coated on the substrate 10 while repeating the spraying operation.
  • the plunger 123a installed on the needle of the first valve 123 composed of a needle valve stirs the coating solution supplied to the nozzle 121 while moving up and down according to the repeated opening and closing operation of the first valve 123. Then, the mixed powder in the coating solution is dispersed three times.
  • the laminar flow of the front and rear, left and right symmetrical downward air flow generated by the laminar flow generator 170 suppresses scattering of the sprayed coating solution and increases the efficiency of arrival to the substrate 10.
  • the coating solution is excellent in coating efficiency by a laminar flow of air, and the coating solution is stirred three times.
  • the dispersion is always uniform, and there are no problems caused by precipitation of the mixed powder.
  • the present invention may be suitably used for coating a coating solution containing a conductive mixed powder on a substrate such as a printed circuit board.

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Abstract

코팅용액 내의 혼합분말의 분산의 균일도가 향상되고, 분사 이전 또는 분사 시 발생하는 전도성 혼합분말의 뭉침현상 또는 토출구 막힘 현상을 억제할 수 있는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치가 개시된다. 상기 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치는 3차원 직교좌표의 x축, y축, Z축을 따라 이동 가능한 헤드를 가지는 로봇, 상기 헤드에 장착되고, 기판을 향해 혼합분말이 함유된 코팅용액을 분사하기 위한 노즐과 상기 노즐로 공급되는 코팅용액의 이동로를 개폐하기 위한 제1밸브를 가지는 코팅 건, 상기 코팅 건으로 상기 혼합분말이 함유된 상기 코팅용액을 공급하기 위한 압력용기 및 상기 압력용기와 상기 코팅 건으로 압축공기를 제공하기 위한 에어 컴프레서를 포함하고, 상기 압력용기는, 상기 z축과 함께 상기 x축과 상기 y축을 따라 이동하면서 내부에 수용된 상기 혼합분말이 함유된 상기 코팅용액을 흔들어 줌으로써 내부에 수용된 상기 코팅용액 속의 상기 혼합분말의 분산을 도와줄 수 있도록 상기 z축에 설치된 것을 포함하는 구성을 한다.

Description

혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치
본 발명은 코팅장치의 개선에 관한 것으로, 특히 플레이크(flake) 또는 혼합분말(이하, “혼합분말”이라 칭함)이 함유된 코팅용액을 인쇄회로 기판 등의 기판에 코팅하는데 적합하게 사용될 수 있는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치의 개선에 관한 것이다.
IT기기의 경박, 단소화와 자동차 전자장치의 다기능화는 고밀도 실장을 필요로 하고 동작 주파수를 고주파(1~10GHz) 대역으로 증가시킴에 따라 전자기 간섭(EMI: Electro Magnetic Interference), 무선주파수 간섭(RFI: Radio Frequency Interference), 노이즈에 따른 오작동과 신호품질 저하를 야기하여 전자기 간섭, 무선주파수 간섭에 대한 차폐 기술의 중요성이 점점 더 높아지고 있다.
전자기 간섭 등에 대한 차폐 기술로 스퍼터링(Sputtering), 도금, 스프레이 코팅방식이 있다. 스퍼터링은 증착 속도가 늦고, 설비에 비용이 많이 들고, 생산량에 따른 장비 유지보수에 추가적인 많은 비용과 시간이 소요된다. 도금방식은 일반화된 공정을 사용하는 장점이 있으나, 환경오염과 초기 투자비용 등의 단점이 있다.
스프레이 코팅 방식은 기술 난이도가 높고, 건식방식의 나머지 방식들보다 작업이 까다롭고, 균일도가 낮으며, 코팅막을 두껍게 해야 하고, 벤젠, 포름알데히드, 톨루엔, 자일렌, 에틸렌, 스틸렌 등의 휘발성 유기화합물(Volatile Ogranic Compounds)이 발생하고, 마스킹처리가 필요하다는 단점이 있음에도 불구하고, 생산비용이 스퍼터링 대비 1/5수준이고, 생산성이 높고, 장비 유지보수에 소요되는 비용이 적게 들므로 현장에서 많이 사용되고 있다.
이러한 스프레이 코팅 방식을 이용하는 종래의 스프레이 코팅시스템으로는 US 8,545,929 B2(Title: Method for applying a liquid coating material to a substrate, Inventor: Kenneth S. Espenschied 외 3)의 미국특허공보에 개시된 것이 있다. 이 문헌에 기존에 알려진 일반적인 스프레이 코팅과정이 기술되어 있다.
스프레이 코팅장치는 압력용기를 통해 노즐로 코팅용액을 공급하는데, 코팅용액에 함유된 혼합분말의 불균일한 분산과 침전으로 인해 코팅품질이 균일하지 않게 되는 단점이 있다.
코팅용액 내의 혼합분말의 비중은 8~11 정도이며, 그대로 두면 코팅용액 속에서 혼합분말이 침전된다. 혼합분말의 침전을 늦추기 위해서는 코팅용액의 베이스 용액의 점도를 올려야 하는 데, 이는 코팅 막 균일도 향상 등 품질 향상을 위해서는 베이스 용액의 점도를 낮추어야 하는 것과 상반된다. 베이스 용액의 점도를 낮추면 코팅 막의 균일도 향상 등 품질 향상에는 도움이 되지만 혼합분말의 침전을 늦출 수는 없다는 단점이 생긴다. 이런 단점을 개선하기 위해, 종래에는 노즐로 코팅용액을 공급하는 압력용기를 노즐의 토출구보나 낮은 위치에 배치하여 코팅용액을 강제로 순환시키는 방식을 채용하고 있다. 하지만, 이러한 코팅용액 강제 순환방식은 코팅용액의 이동경로가 길어서 여타 부품의 설치에 방해가 될 뿐만 아니라 굴곡된 부분이 많아져 혼합분말의 침전을 막고 혼합분말의 분산의 균일도를 높이는데 한계가 있다.
본 발명자는 코팅 건 내부 밸브의 니들에 플런저(plunger)를 설치하여 분사 전에 코팅용액을 교반할 수 있도록 한 것(WO 2016/060299 A1, 발명의 명칭: 니들밸브의 펄스 개폐동작을 이용한 불균일 혼합코팅액용 에어 스프레이 장치, 발명자: 윤병국 외 2)을 개발하여 혼합분말의 분산의 균일도를 향상시킨 바 있으나, 더 향상된 혼합분말의 균일도가 요구되고 있다.
그 외에 종래의 스프레이 코팅장치는 인쇄회로 기판에 반사되어 나오는 압축공기에 의해 분사되는 코팅용액이 비산되어 장비가 오염되고 코팅용액의 도착효율이 떨어지는 문제점이 있었으나, 본 발명자는 코팅영역의 상부에서 상기 코팅영역 하부로 층류(laminar flow)의 공기흐름을 발생시켜 이 문제점을 개선한 바 있고, 이에 대한 내용은 등록번호 10-0889331호 등록특허공보(발명의 명칭: 웨이퍼용 박막 스프레이 코팅장치, 발명자: 윤병국 외 2)에 개시되어 있다.
위에서 언급된 문헌들에 기재된 내용은 여기에서의 참조에 의해 본 명세서의 일부로 통합된다.
본 발명의 목적은 코팅두께를 줄이고 코팅용액에 함유된 혼합분말의 균일도를 높여 스프레이 코팅의 단점을 개선함으로써 코팅용액 분사방식으로도 얇고 균일한 코팅성분의 전자기 차폐막을 형성할 수 있도록 해주는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 인쇄회로 기판 등의 기판에 코팅하기 위한 코팅장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 코팅용액 속의 혼합분말이 침전되는 것을 최소화하여 코팅용액 변경 시의 이물질 혼입, 코팅용액의 조성변동, 코팅 건 등 관련부품의 내부 청소 등의 혼합분말 침전에 따른 여러 가지 문제가 발생하는 것을 최소화할 수 있는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 인쇄회로 기판 등의 기판에 코팅하기 위한 코팅장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 위와 같은 목적을 달성할 수 있으면서도 코팅용액이 기판에 도포되는 효율이 뛰어나고 코팅용액의 비산으로 인해 장비가 오염되는 것을 줄일 수 있는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 인쇄회로 기판 등의 기판에 코팅하기 위한 코팅장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치는 3차원 직교좌표의 x축, y축, Z축을 따라 이동 가능한 헤드를 가지는 로봇; 상기 헤드에 장착되고, 기판을 향해 혼합분말이 함유된 코팅용액을 분사하기 위한 노즐과 상기 노즐로 공급되는 코팅용액의 이동로를 개폐하기 위한 제1밸브를 가지는 코팅 건; 상기 코팅 건으로 상기 혼합분말이 함유된 상기 코팅용액을 공급하기 위한 압력용기; 및 상기 압력용기와 상기 코팅 건으로 압축공기를 제공하기 위한 에어 컴프레서를 포함하고, 상기 압력용기는, 상기 z축과 함께 상기 x축과 상기 y축을 따라 이동하면서 내부에 수용된 상기 혼합분말이 함유된 상기 코팅용액을 흔들어 줌으로써 내부에 수용된 상기 코팅용액 속의 상기 혼합분말의 분산을 도와줄 수 있도록 상기 z축에 설치된 것을 포함하는 구성을 한다.
상기 압력용기는 상기 노즐의 토출구보다 높게 설치된 것이 바람직하다.
상기 압력용기에는 모터에 의해 구동되는 교반기가 설치된 것이 좋다.
상기 압력용기 내부에는 상기 z축이 이동함에 따라 상기 압력용기에 수용된 상기 코팅용액이 과도하게 출렁이는 것을 억제하기 위한 출렁임 억제판이 설치된 것이 바람직하다.
상기 출렁임 억제판은 상기 압력용기의 내부공간을 상부공간과 하부공간으로 분할하되 상기 코팅용액이 상하로 통과할 수 있도록 구멍이 형성된 것이 좋다.
때에 따라, 상기 출렁임 억제판은 상기 압력용기의 내부공간을 상부공간과 하부공간으로 분할하되 상기 코팅용액이 상기 압력용기의 내벽과의 사이를 통과할 수 있도록 상기 압력용기의 내벽과 이격되게 배치된 부분을 포함하는 구성을 할 수 있다.
상기 코팅 건은 상기 노즐로 공급되는 압축공기의 공급과 차단을 위한 제2밸브를 포함하고, 상기 제1밸브의 개폐 제어 및 상기 제2밸브의 개폐 제어를 위한 4채널 펄스신호 제어기를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 코팅영역의 둘레에 측벽이 설치되고, 상기 코팅영역 상부에는 공기 필터가 설치된 공기 유입구가 상기 코팅영역을 기준으로 전후 및 좌우 대칭으로 형성되고 상기 코팅영역 하부에는 코팅용액 필터와 집진필터가 설치된 공기 유출구가 상기 코팅영역을 기준으로 전후 및 좌우 대칭으로 형성되고, 상기 코팅영역의 상부에서 상기 코팅영역 하부로 층류의 공기흐름을 발생시키기 위한 층류발생기를 포함하고, 상기 층류발생기는 상기 공기 유출구하부의 체임버에 모인 공기를 외부로 빼내기 위한 팬과 상기 팬을 회전시키기 위한 모터를 구비하여 구성된 것이 바람직하다.
상기 밸브의 니들 외주면에 상기 니들의 승강에 따라 상기 밸브 내부의 상기 코팅용액을 상하로 저어주기 위한 플런저가 설치된 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 따르면, 코팅용액 내의 혼합분말의 분산의 균일도가 향상된다.
본 발명에 따르면, 기존 스프레이 방식에서의 100㎛대보다 훨씬 얇은 50㎛ 또는 그 이하의 두께의 코팅막에서도 우수한 전자기파 차폐 효율을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전도성 혼합분말을 수지에 섞어 만든 코팅용액을 3차에 걸쳐서 교반하여주므로 코팅용액 내의 전도성 혼합분말이 균일하게 혼합된 상태를 유지될 수 있도록 한다. 이를 통하여 분사 이전 또는 분사 시 발생하는 전도성 혼합분말의 뭉침현상 또는 토출구 막힘 현상을 억제하여 높은 균일도의 코팅막을 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 혼합분말의 분산의 균일도가 향상된 코팅용액을 분사하면서 하강기류의 층류(Laminar flow)를 발생시킴과 아울러 니들 밸브의 니들에 대하여 펄스 제어기(Pulse controller)로 개폐 제어를 함으로써 스프레이 코팅에서의 휘발성 유기화합물을 제거함과 동시에 코팅용액의 도착효율을 더욱 높일 수 있고, 기판(10)에 설치된 부품의 측면 하부로의 코팅용액의 도착, 침투효율을 더욱 높일 수 있다.
그 뿐만 아니라, 본 발명에서는 혼합분말의 분산의 균일도가 향상된 상태로 분사된 코팅용액에 대하여 전후, 좌우 대칭으로 설계된 급-배기 균형으로 형성된 층류의 하강 공기흐름은 주변 환경변화에 민감한 박막스프레이 코팅 실시공간(worktable) 주위를 감싸면서, 과다 스프레이 입자 반발로 야기되는 코팅패턴 주변 2차 오염 부작용을 효과적으로 차단하여, 3차원 극-미세구조물의 내부 박막코팅에도 우수한 도막 균일성 및 재현성을 보장할 수 있다.
본 발명에 따르면, 코팅 워크셀(workcell) 내부에 바람직하게, 0.3-0.6(m/sec)의 일정한 하향 층류를 발생시켜 난류흐름을 최소화하면서 혼합분말의 분산의 균일도가 향상된 코팅용액을 분사함으로써 최적의 박막 스프레이 코팅환경을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치의 구성을 설명하기 위한 구성도,
도 2는 도 1에 따라 구현된 코팅장치에서의 압력용기와 코팅 건의 설치 상태를 보여주는 정면도,
도 3은 도 1에 따라 구현된 코팅장치에서의 압력용기와 층류발생기의 설치상태를 보여주는 우측면도,
도 4는 교반기가 설치된 압력용기를 나타낸 확대 단면도,
도 5은 교반기와 압력용기의 확대 분리도,
도 6은 출렁임 억제판의 확대 평면도,
도 7은 도 6의 I-I에 따른 확대 단면도,
도 8은 출렁임 억제판의 변형 예를 나타낸 확대 단면도이다.
[도면 부호의 설명]
10: 기판
100: 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치
105: 공기 유입구 106: 공기 유출구
109: 코팅영역 110: 로봇
120: 코팅 건 121: 노즐
123: 제1밸브 123a: 플런저
125: 제2밸브 130: 4채널 펄스신호 제어기
140: 압력용기 142: 출렁임 억제판
143: 구멍 150: 교반기
156: 교반 날개 156a: 통공
160: 에어 컴프레서 162: 압력조절기
170: 층류발생기 181: 공기 필터
182: 코팅용액 필터 184: 집진 필터
190: 제어부
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치의 구성을 설명하기 위한 구성도, 도 2는 도 1에 따라 구현된 코팅장치에서의 압력용기와 코팅 건의 설치 상태를 보여주는 정면도이고, 도 3은 도 1에 따라 구현된 코팅장치에서의 압력용기와 층류발생기의 설치상태를 보여주는 우측면도이다.
도 1 내지 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치(100)는 3차원 직교좌표의 x축(101), y축(102), Z축(103)을 따라 이동 가능한 헤드(112)를 가지는 로봇(110)과 인쇄회로 기판 등의 기판(10)을 향해 혼합분말이 함유된 코팅용액을 분사하기 위한 노즐(121)을 가지는 코팅 건(120)을 갖춘다. 코팅 건(120)은 로봇(110)의 헤드(110)에 장착된다.
코팅 건(120)은 노즐(121)로 공급되는 코팅용액의 이동로를 개폐하기 위한 제1밸브(123)와 노즐(121)로 공급되는 압축공기의 이동로를 개폐하기 위한 제2밸브(125)를 가진다. 제1밸브(123)와 제2밸브(125)는 4채널 펄스신호 제어기(130)의 제어를 받아 노즐(121)로 공급되는 코팅용액과 압축공기의 이동로를 개폐한다.
코팅용액은 아크릴 또는 우레탄, 실리콘, 에폭시 수지에 은, 구리, 니켈 등의 전도성 혼합분말(수㎛m~십여㎛)이 섞여 있는 것으로, 기판(10)에 코팅된 후 경화된다. 코팅용액이 경화되면, 수지가 전도성 혼합분말을 고정시켜주고, 전도성 혼합분말은 전자파를 차폐하여 외부의 노이즈로부터 발생하는 오류를 방지하는 역할을 한다.
4채널 펄스신호 제어기(130)는 1/1000초 정도의 짧은 시간 간격으로 펄스 신호를 발생하여 제1, 제2밸브(123, 125)를 온/오프시킴으로써 코팅용액과 압축공기의 흐름을 제어한다. 이 4채널 펄스신호 제어기(130)의 제어에 의한 코팅 건(120)의 작동과정에는 사이클(Cycle)이 존재한다. 로봇(110)의 코팅 이동경로와 속도에 따른 시간변수가 있는데, 사이클의 시작과 끝을 코팅영역(109)에 일치시키려면 프로그래머가 매번 로봇(110)의 이동거리와 속도를 계산해야 하는 번거로움이 있다.
프로그래머가 매번 이러한 계산을 해야 하는 불편함을 없애고 최적의 제어를 제공하기 위해 룩업 테이블(Lookup table)이 제공된다. 바람직하게, 선택적 영역 코팅을 가능하게 하는 보조 코팅 프로그램을 위한 룩업 테이블(Lookup table)이 제공된다. 프로그래머는 룩업 테이블에서 현 상황에 맞는 조건의 코팅영역(109)을 드래그 앤 드롭(Drag and Drop)방식으로 아주 쉽고 빠르게 해당 기판에 대한 코팅작업에 필요한 프로그래밍을 할 수 있다.
4채널 펄스신호 제어기(130)는 코팅용액에 함유된 혼합분말의 분산효과 극대화를 위하여 바람직하게, 1/1000초 단위의 펄스 동작(Pulse action)을 발생시켜 코팅용액 분사로 인한 바운스 백 에어(Bounce back air)를 최소화하여 코팅용액의 도착효율과 도막의 균일도를 향상시킨다. 토출 시간 동안 플런저가 달린 니들이 온/오프(on/off) 상하운동을 반복하면서 노즐의 토출구 직전에 있는 코팅용액을 흔들어 코팅용액 속의 혼합분말의 분산을 돕는다.
이러한 4채널 펄스신호 제어기(130)를 이용하는 경우, 코팅하기 위한 코팅용액의 물리적 성질에 따라 최적의 펄스모드로 제1밸브(123)와 제2밸브(125) 개폐동작을 제공할 수 있다. 코팅용액은 종류에 따라 물리적 성질(점도, 칙소성 등)이 다르므로, 코팅 건(120)에서 코팅용액을 분사할 때 분사된 코팅용액(122)이 피도물에 닿기까지의 시간을 고려해서 4채널 펄스신호에 의한 제1, 제2밸브(123, 125)의 개폐 시간의 간격을 조정함으로써, 바운스백 에어의 영향을 최소화할 수 있다.
더욱 바람직하게, 4채널 펄스신호 제어기(130)의 제어신호에 따라 작동되는 노즐(121)의 토출구를 개폐하는 제1밸브(123)의 니들에 플런저를 설치하여 분사 직전에 코팅용액 속의 혼합분말을 균일하게 분산시킨다. 제1밸브(123)는 니들을 가지는 니들밸브이고, 니들의 외주면에 니들의 승강에 따라 상하로 움직이면서 코팅 건(120) 내부의 코팅용액을 상하로 저어주기 위한 플런저(123a)가 설치된다.
코팅 건(120)의 구조적 결함(단말 유체 정체, Fluid stagnant)으로 인한 혼합분말 또는 플레이크 과다 침전을 극복하기 위하여 용액 분사/토출 직전에 니들 밸브의 니들에 설치된 플런저(123a)를 펄스 작동 신호(Pulse a action signal)에 따라 1초당 20~25회 상하 운동시켜 충분한 난류(Turbulance)를 발생시켜 전도성 혼합분말을 코팅용액 속에서 균일하게 분산시킨다.
코팅 건(120)의 구성은 상부, 하부로 나뉘어 있다. 상부는 코팅액 토출 시 토출구를 막고 열수 있는 피스톤장치로 구성되어 있고, 하부는 토출구와 토출구를 막고 있는 니들로 구성되어 있다. 이 니들의 중간에 플런저(123a)를 설치하고 4채널 펄스신호 제어기(130)의 펄스 신호에 의해 바람직하게, 초당 20~25회 니들이 상하 운동을 하면서 혼합분말을 분산시킨다.
코팅용액은 노즐(121)에서 분사된 후 피도물인 기판(10)에 접착되지만 압축공기는 기판(10)까지 도달 한 후 다시 반사되어 나온다. 이렇게 반사되어 나오는 압축공기는 노즐(121)에서 분사된 코팅용액(122)과 압축공기의 진로를 방해하여 분사된 코팅용액(122)과 압축공기를 비산시키는 문제를 일으킨다. 이 문제를 최소화하고 코팅용액의 도착효율을 높이기 위해서 코팅용액의 이동로를 개폐하는 제1밸브(123)와 압축공기의 이동로를 개폐하는 제2밸브(125)의 개폐를 4채널 펄스신호로 제어한다. 제1밸브(123)와 제2밸브(125) 각각의 온/오프 제어를 통해 코팅용액의 분사 후 기판(10)에서 반사되어 나오는 압축공기의 에너지가 사라질 때까지 대기하였다가 코팅용액을 분사하는 동작을 반복하면서 코팅용액을 기판(10)에 코팅한다.
본 발명에 따른 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치(100)는 압력용기(140)를 구비한다. 압력용기(140)는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 저장하고 있다가 코팅 건(120)으로 코팅용액을 공급하는 역할을 한다.
바람직하게, 압력용기(140)는 헤드(112)가 설치되는 z축(103)에 설치된다. 압력용기(140)는 헤드(112)를 통해 z축에 설치될 수 있음은 물론이다. 이에 따라 압력용기(140)는 z축(103)과 함께 x축(101)과 y축(102)을 따라 이동하면서 내부에 수용된 혼합분말이 함유된 코팅용액을 흔들어 줌으로써 내부에 수용된 코팅용액 속의 혼합분말의 분산을 도와준다. 여건에 따라, z축(103)이 아닌 로봇(110)의 여타의 운동부, 예를 들면, y축(102)에 설치될 수도 있다.
즉, 본 발명은 2차 교반 효과를 위해 압력용기(140)를 로봇(110)의 운동부에 직접 부착하는 특징을 가진다.
본 발명에서, 압력용기(140)는 노즐(121)의 토출구보다 높게 설치된다. 이러한 압력용기(140)에는 압력용기(140)에 저장되어 있는 코팅용액을 저어주기 위한 것으로 모터에 의해 구동되는 교반기(150)가 설치되는데, 이에 대해서는 뒤에서 더 자세히 설명한다.
노즐(121)로 코팅용액을 공급하기 위한 압력용기(140)와 코팅용액의 공급 라인은 노즐(121)의 토출구보다 높은 위치에 그리고 최단거리에 위치한다. 이로써 중력에 의한 용액 내 전도성 혼합분말의 침착(Settling) 구간을 최소화 시키고 이송 양을 균일하게 한다.
압력용기(140)와 코팅 건(120)은 에어 컴프레서(160)로부터 압축공기를 공급받는다. 에어 컴프레서(160)와 압력용기(140) 사이에 압력용기(140)와 코팅 건(120)으로 공급되는 압축공기의 압력을 조절하기 위한 압력조절기(162)가 설치된다.
본 발명에 따른 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치(100)는 층류발생기(170)를 가진다. 층류발생기(170)는 공기 유입구(105)를 통해 유입된 공기를 공기 유출구(106)를 통해 배출하기 위한 것으로, 공기 유출구(106) 하부의 체임버(107)에 모인 공기를 외부로 빼내기 위한 팬(172)과 팬(172)을 회전시키기 위한 모터(174)를 구비하여 구성된다. 이 층류발생기(170)는 노즐(121)을 통해 분사되는 코팅용액이 기판(10)에 코팅되는 코팅영역(109)의 상부에서 코팅영역(109) 하부로 층류의 공기흐름을 발생시켜 코팅용액과 압축공기가 기판(10)에서 반사되는 것을 억제하고, 코팅용액이 주변으로 비산하는 것을 방지하기 위한 것이다. 이를 위해, 바람직하게, 코팅영역(109)의 둘레에 측벽(108)이 설치되고, 코팅영역(109) 상부의 공기 유입구(105)에 공기 필터(181)가 설치되며, 코팅영역(109) 하부의 공기 유출구(106)에는 코팅용액 필터(182)가 설치된다.
층류 발생기(170)는 장비 하부에 배기시스템을 구성하여 공기 필터(181)가 장착된 상부의 공기 유입구(105)로 유입된 공기가 항상 장비내부의 상부에서 하부로 0.3-0.6(m/sec)의 일정한 하향 층류를 발생시켜 난류흐름을 최소화할 수 있도록 만들어 코팅액 분사 시 바운스 백 공기(Bounce back air)를 최소화하여 코팅용액의 도착효율 극대화 한다.
공기 필터(181)가 설치된 공기 유입구(105)와 코팅용액 필터(182)가 설치되는 공기 유출구(106)는 바람직하게, 코팅영역(109)을 기준으로 각각 전후 및 좌우 대칭으로 형성된다. 코팅용액 필터(182) 아래쪽으로 먼지 등의 이물질이 외부로 배출되는 것을 방지하기 위한 집진필터(184)가 설치된다.
위와 같은 본 발명에 따른 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치(100)에서 로봇(110)과 압력조절기(162), 4채널 펄스신호 제어기(130) 및 교반기(150)는 기본적으로 사용자가 입력부(191)를 통해 입력하여 설정한 설정 값에 따라 제어부(190)의 제어를 받으며 작동한다. 로봇(110)과 압력조절기(162), 4채널 펄스신호 제어기(130) 및 교반기(150)의 동작을 제어하는데 필요한 프로그램과 데이터는 메모리(192)에 저장되며, 입, 출력 데이터 등은 작업자가 필요한 사항을 확인할 수 있도록 디스플레이(193)에 표시된다.
위와 같은 본 발명에 따른 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치(100)는 코팅용액을 압축공기로 무화시켜 분사하는 무화 코팅(Atomized coating)에 적합하지만, 때에 따라 필름 타입 노즐(Film type nozzle)을 사용하여 선택적인 전자파 차폐를 구현하는 데 사용될 수도 있다.
도 4는 교반기가 설치된 압력용기를 나타낸 확대 단면도이고, 도 5은 교반기와 압력용기의 확대 분리도, 도 6은 출렁임 억제판의 확대 평면도, 도 7은 도 6의 I-I에 따른 확대 단면도이다.
도 4와 5에는 압력용기(140)가 도시되어 있다. 이 압력용기(140)는 코팅용액을 저장하였다가 노즐로 공급할 수 있도록 하기 위한 것으로, 실린더형의 것이 바람직하다. 이 압력용기(140)는 바람직하게, 로봇(110)의 Z축(103)에 설치되어 코팅용액 내의 전도성 혼합분말이 균일하게 분산될 수 있도록 한다. 이러한 압력용기(140)에는 코팅용액에 함유된 혼합분말의 분산효과를 극대화하기 위해 교반기(150)가 설치된다. 교반기(150)는 압력용기(140) 상면에 설치되는 모터(152)와 압력용기(140) 내부에 회전 가능케 설치되고 모터(152)에 의해 회전 구동되는 회전축(154) 및 회전축(154)에 설치된 교반날개(156)를 가진다. 모터(152)로는 직류모터가 적당하고, 이 모터(152)의 알피엠(rpm)을 조정하여 교반동작을 조정한다. 바람직하게, 교반날개(156)는 회전축(154)의 하단부에 설치되며, 부채꼴 모양을 하고 있고, 복수개의 통공(156a)을 가진다. 모터(152)가 구동되면 회전축(154)의 회전에 의해 교반날개(156)가 회전하면서 압력용기(140) 내부의 코팅용액을 저어준다. 이러한 교반기(150)가 설치된 압력용기(140)는 계속 움직이는 z축에 설치되므로, 압력용기(140)에 저장된 코팅용액은 로봇의 움직임 및 교반기(150)의 작동에 의해 2중으로 교반되므로 코팅용액 속의 혼합분말은 균일하게 분산된다.
바람직하게, 모터(152)는 모터 케이스(151) 내부에 수용되어 설치된다. 모터 케이스(151) 저면에는 압력용기(140) 상단에 결합되며 모터(152)의 구동속도를 감속하기 위한 기어박스(153)가 설치되고, 기어박스(153) 외주면과 압력용기(140) 내주면 사이에 패킹(155)이 설치된다. 이러한 모터 케이스(151)의 하단 가장자리에 결합홈(157)이 형성되고, 압력용기(140) 상단 가장자리에 결합홈(157)에 결합되는 결합돌기(144)가 형성된다. 모터 케이스(151)의 상단에는 모터 케이스(151)와 압력용기(140)간의 결합방식과 같은 결합방식을 가지는 덮개(158)가 설치된다.
압력용기(140) 내부에는 출렁임 억제판(142)이 설치된다. 이 출렁임 억제판(142)은 압력용기(140)가 z축과 함께 이동함에 따라 압력용기(140)에 수용된 코팅용액이 과도하게 출렁이는 것을 억제하고, 내부에 공동이 생기는 것을 방지하기 위한 것이다. 이 출렁임 억제판(142)으로는, 바람직하게, 압력용기(140)의 내면에 설치되어 회전축(154)의 통과를 허용하고 압력용기(140)의 내부공간을 상부공간과 하부공간으로 분할하되 코팅용액이 상하로 통과할 수 있도록, 도 6과 7에 나타낸 바와 같이, 구멍(143), 바람직하게 복수 개의 구멍(143)을 형성한 것이 사용된다. 또한, 출렁임 억제판(142)은 도 6에 나타낸 바와 같이 원모양의 양측 일부를 제거한 비원형 단면으로 형성하여 원형의 내주면을 가지는 압력용기(140) 내면에 설치될 때, 압력용기(140)의 내벽과 이격되게 배치된 부분을 가지도록 할 수 있다. 이렇게 하면, 출렁임 억제판(142)의 외주면과 압력용기(140)의 내벽 사이로 코팅용액이 통과할 수 있다.
도 8은 출렁임 억제판의 변형 예를 나타낸 단면도이다.
때에 따라, 출렁임 억제판(142)에 형성되는 구멍(143)은, 도 7에 나타낸 것과는 달리, 출렁임 억제판(142) 상부의 상부공간으로 이동한 코팅용액이 하부공간으로 원활하게 복귀할 수 있도록 구멍(143)의 상측부 입구를 하측부 입구보다 크게 형성하되, 하부로 갈수록 점점 좁아지는 형태로 구성할 수 있다.
나머지는 도 6과 7을 통해 설명한 것과 같다.
위에서 설명한 도 1 내지 8을 함께 참고하면서 본 발명에 따른 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치의 주요 동작과정을 설명한다.
기판에 코팅용액을 코팅하는 전체 과정은 로더(Loader)가 인쇄회로기판 등의 피도물 투입, 인버터(Inverter)에 의한 통과 또는 반전, 코팅(바람직하게, 층류 생성 중에 피도물 투입, 클램핑(Clamping), 선택적 코팅), 언로더(Unloader)에 피도물 적재하여 이송 및 오븐(Oven)에서 코팅막 경화의 과정으로 이루어지지만, 여기에서는 본 발명의 특징적 구성요소들에 의한 코팅과정에 대해 설명한다.
로봇(110)과 4채널 펄스신호 제어기(130), 압력조절기(162), 교반기(150) 등의 동작에 필요한 각종 설정 값은 코팅하고자 하는 인쇄회로 기판 등의 기판(10)의 종류에 따라 입력부(191)를 통해 미리 입력하여 메모리(192)에 저장하여 세팅해둔다. 각각의 설정 값은 디스플레이(193)를 통해 확인할 수 있다.
층류발생기(170)는 코팅용액 분사 전에, 바람직하게 기판(10)을 코팅영역(109)으로 이동시킬 때 미리 작동하여 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치(100) 내부에 층류의 하강기류를 발생시킨다. 이러한 층류발생기(170)는 코팅작업 시작 버튼에 의해 작동되게 하는 것이 바람직하지만, 때에 따라 제어부(190)의 제어를 받아서 작동되도록 구성할 수 있다.
코팅작업 시작 신호가 입력되면 제어부(190)는 미리 설정된 값에 따라 로봇(110), 압력조절기(162), 4채널 펄스신호 제어기(130), 교반기(150)를 작동시킨다.
압력조절기(162)는 에어 컴프레서(160)에서 공급되는 압축공기의 압력을 조절하여 압력용기(140)와 코팅 건(120)으로 공급하고, 교반기(150)는 모터(152)를 구동하여 회전축(154)에 설치된 교반날개(156)를 회전시켜 압력용기(140) 내에 수용된 코팅용액을 교반하여 코팅용액 내의 혼합분말을 1차로 분산시킨다.
코팅하기 위한 기판(10)이 코팅영역(109)에 배치된 상태에서, 로봇(110)이 코팅을 위한 위치로 이동하여 코팅작업을 시작한다. 로봇(110)의 이동에 따라 z축(103)에 설치된 압력용기(140)도 함께 이동하면서 코팅용액 내의 혼합분말을 2차로 분산시킨다. 이때, 출렁임 억제판(142)은 압력용기(140) 내의 코팅용액이 과도하게 출렁이는 것을 방지하고, 출렁임 억제판(142) 하부에서 공동이 생기는 것을 억제한다.
4채널 펄스신호 제어기(130)는 4채널 펄스신호를 발생하여 노즐(121)로 공급되는 코팅용액의 이동로를 개폐하는 제1밸브(123)와 압축공기의 이동로를 개폐하는 제2밸브(125)를 작동시킨다. 제1밸브(123)와 제2밸브(125) 각각의 개폐 또는 온/오프 제어를 통해 코팅용액의 분사 후 기판(10)에서 반사되어 나오는 압축공기의 에너지가 사라질 때까지 대기하였다가 코팅용액을 분사하는 동작을 반복하면서 코팅용액을 기판(10)에 코팅한다.
이때, 니들밸브로 구성되는 제1밸브(123)의 니들에 설치된 플런저(123a)는 반복되는 제1밸브(123)의 개폐동작에 따라 상하로 승강하면서 노즐(121)로 공급되는 코팅용액을 교반하여 코팅용액 속의 혼합분말을 3차로 분산시킨다.
또한, 층류발생기(170)에 의해 발생된 하강기류인 전후, 좌우 대칭의 층류는 분사된 코팅용액의 비산을 억제하고 기판(10)에의 도착효율을 높인다.
즉, 본 발명에 따른 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치(100)에서는, 층류의 공기 흐름에 의해 코팅효율이 뛰어나면서도, 코팅용액은 3차례에 걸쳐 교반되므로 혼합분말의 늘 분산이 균일하게 이루어지고, 혼합분말의 침전에 의한 제반 문제도 발생하지 않는다.
본 발명은 인쇄회로기판 등의 기판에 전도성 혼합분말이 함유된 코팅용액을 코팅하는데 적합하게 이용될 가능성이 있다.

Claims (9)

  1. 3차원 직교좌표의 x축, y축, Z축을 따라 이동 가능한 헤드를 가지는 로봇;
    상기 헤드에 장착되고, 기판을 향해 혼합분말이 함유된 코팅용액을 분사하기 위한 노즐과 상기 노즐로 공급되는 코팅용액의 이동로를 개폐하기 위한 제1밸브를 가지는 코팅 건;
    상기 코팅 건으로 상기 혼합분말이 함유된 상기 코팅용액을 공급하기 위한 압력용기; 및
    상기 압력용기와 상기 코팅 건으로 압축공기를 제공하기 위한 에어 컴프레서를 포함하고,
    상기 압력용기는,
    상기 z축과 함께 상기 x축과 상기 y축을 따라 이동하면서 내부에 수용된 상기 혼합분말이 함유된 상기 코팅용액을 흔들어 줌으로써 내부에 수용된 상기 코팅용액 속의 상기 혼합분말의 분산을 도와줄 수 있도록 상기 z축에 설치된 것을 특징으로 하는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치.
  2. 제1항에서, 상기 압력용기는 상기 노즐의 토출구보다 높게 설치된 것을 특징으로 하는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치.
  3. 제1항에서, 상기 압력용기에는 모터에 의해 구동되는 교반기가 설치된 것을 특징으로 하는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치.
  4. 제1항에서, 상기 압력용기 내부에는 상기 z축이 이동함에 따라 상기 압력용기에 수용된 상기 코팅용액이 과도하게 출렁이는 것을 억제하기 위한 출렁임 억제판이 설치된 것을 특징으로 하는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치.
  5. 제4항에서, 상기 출렁임 억제판은 상기 압력용기의 내부공간을 상부공간과 하부공간으로 분할하되 상기 코팅용액이 상하로 통과할 수 있도록 구멍이 형성된 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치.
  6. 제4항에서, 상기 출렁임 억제판은 상기 압력용기의 내부공간을 상부공간과 하부공간으로 분할하되 상기 코팅용액이 상기 압력용기의 내벽과의 사이를 통과할 수 있도록 상기 압력용기의 내벽과 이격되게 배치된 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치.
  7. 제1항에서, 상기 코팅 건은 상기 노즐로 공급되는 압축공기의 공급과 차단을 위한 제2밸브를 포함하고,
    상기 제1밸브의 개폐 제어 및 상기 제2밸브의 개폐 제어를 위한 4채널 펄스신호 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치.
  8. 제1항에서, 상기 코팅영역의 둘레에 측벽이 설치되고, 상기 코팅영역 상부에는 공기 필터가 설치된 공기 유입구가 상기 코팅영역을 기준으로 전후 및 좌우 대칭으로 형성되고 상기 코팅영역 하부에는 코팅용액 필터와 집진필터가 설치된 공기 유출구가 상기 코팅영역을 기준으로 전후 및 좌우 대칭으로 형성되고,
    상기 코팅영역의 상부에서 상기 코팅영역 하부로 층류의 공기흐름을 발생시키기 위한 층류발생기를 포함하고,
    상기 층류발생기는 상기 공기 유출구하부의 체임버에 모인 공기를 외부로 빼내기 위한 팬과 상기 팬을 회전시키기 위한 모터를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치.
  9. 제1항에서, 상기 밸브의 니들 외주면에 상기 니들의 승강에 따라 상기 밸브 내부의 상기 코팅용액을 상하로 저어주기 위한 플런저가 설치된 것을 특징으로 하는 혼합분말이 함유된 코팅용액을 기판에 코팅하기 위한 코팅장치.
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