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KR102848406B1 - Ｓ－ｅｃａｍ 프린팅 장치 및 이의 제어방법 - Google Patents

Ｓ－ｅｃａｍ 프린팅 장치 및 이의 제어방법

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Publication number
KR102848406B1
KR102848406B1 KR1020220067240A KR20220067240A KR102848406B1 KR 102848406 B1 KR102848406 B1 KR 102848406B1 KR 1020220067240 A KR1020220067240 A KR 1020220067240A KR 20220067240 A KR20220067240 A KR 20220067240A KR 102848406 B1 KR102848406 B1 KR 102848406B1
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KR
South Korea
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electrode
driving unit
unit
ecam
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김성빈
고건웅
김명준
신문수
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(주)애니캐스팅
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Abstract

본 발명은 전기화학 전착에 의한 적층법(ECAM, ElectroChemical Additive Manufacturing)을 이용하여 기판에 금속원료를 선택적으로 적층시킬 수 있는 S-ECAM(Selective ElectroChemical Additive Manufacturing) 프린팅 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 마스크를 이용하지 않고도 회로기판 상에 칩을 실장하기 위한 접합층을 형성할 수 있는 S-ECAM 프린팅 장치에 관한 것이다.

Description

Ｓ－ＥＣＡＭ 프린팅 장치 및 이의 제어방법{Printing apparatus using selective electrochemical additive manufacturing and control method of the same}
본 발명은 S-ECAM 프린팅 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 전기화학 전착에 의한 적층법(ECAM, ElectroChemical Additive Manufacturing)을 이용하여 기판에 금속원료를 선택적으로 적층시킬 수 있는 S-ECAM(Selective ElectroChemical Additive Manufacturing) 프린팅 장치에 관한 것이다.
한국등록특허 제10-2392201호(다중전극모듈을 구비하는 선택적 전기화학 전착을 이용한 3차원 프린팅 장치), 한국등록특허 제10-2392199호(선택적 전기화학 전착을 이용한 3D 프린팅 장치의 제어방법), 한국등록특허 제10-2382806호(펄스 피크를 이용하여 갭제어를 수행하는 선택적 전기화학 전착을 이용한 3D 프린팅 장치) 등에는 선택적 전기화학 전착을 이용한 3D 프린팅 장치가 개시된다.
도 1은 종래 선택적 전기화학 전착을 이용한 3차원 프린팅 장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 기판과 전극에 전원이 인가된 상태를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 선택적 전기화학 전착을 이용한 3차원 프린팅 장치(10)는 전해액(11)을 수용하는 터브(20), 상기 터브(20)에 수용된 전해액(11)에 침지된 상태로 놓여지는 기판(12), 전극홀더(31)와 상기 전극홀더(31)에 소정간격으로 배열되어 고정되는 복수의 전극(32)을 구비하는 다중전극모듈(30), 상기 다중전극모듈(30)의 움직임을 조절하는 구동부(13), 상기 기판(12)과 상기 복수의 전극(32)에 전원을 인가하기 위한 전원공급부(50) 및 상기 구동부(13)와 상기 전원공급부(50)를 제어하여 상기 기판(12) 상에 상기 전해액(11)에 포함된 금속이온을 선택적으로 전착시켜 적층하는 제어부(14)를 포함한다.
상기 기판(12)과 상기 복수의 전극(32)의 밑면(33)은 서로 마주한 상태로 소정간격 이격되어 상기 터브(20)에 수용된 전해액(11)에 침지될 수 있다.
예를 들어, 상기 기판(12)은 상기 터브(20) 내에 구비되는 지지대(21)에 놓여진 상태에서 상기 터브(20)에 수용된 전해액(11)에 침지될 수 있으며, 상기 복수의 전극(32)은 상기 구동부(13)의 동작에 의한 상기 다중전극모듈(30)의 움직임에 의해 상기 복수의 전극(32)의 밑면(33)이 상기 터브(20)에 수용된 전해액(11)에 침지되어 상기 기판(12)과 소정간격 이격된 상태로 마주할 수 있다.
그리고, 상기 기판(12)과 상기 복수의 전극(32)의 밑면(33)이 소정간격 이격되어 마주한 상태로 상기 터브(20)에 수용된 전해액(11)에 침지된 상태에서, 상기 제어부(14)는 상기 전원공급부(50)를 제어하여 상기 복수의 전극(32)을 (+), 상기 기판(12)을 (-)로 하여 상기 기판(12)과 상기 복수의 전극(32)에 전원을 인가하면, 상기 기판(12) 상에는 상기 전극(32)의 밑면(33)이 마주하는 영역(17)에 상기 전해액(11)에 포함된 금속이온이 전착(electrochemical deposition)됨에 따라 적층될 수 있다.
따라서, 상기 제어부(14)는 상기 구동부(13)와 상기 전원공급부(50)를 제어하여 상기 기판(12) 상에 상기 전해액(11)에 포함된 금속이온을 선택적으로 전착시켜 적층할 수 있다.
상기 구동부(13)는 상기 다중전극모듈(30)의 움직임을 조절하기 위한 구성으로서, 상기 다중전극모듈(30)을 수평, 수직방향으로 구동가능하도록 구비될 수 있다.
예를 들어, 상기 구동부(13)는 상기 다중전극모듈(30)을 수평이동시켜 상기 기판(12) 상에 적층되는 위치를 선택할 수 있도록 하며, 소정높이 적층 후 예를 들어, 기 설정된 1 레이어 적층이 완료 후에는 상기 다중전극모듈(30)을 수직방향으로 대략 상기 1 레이어 적층된 높이만큼 이동시켜 상기 기판(12)과 상기 복수의 전극(32)의 밑면(33) 사이의 간격을 조절할 수 있다.
즉, 상기 구동부(13)는 상기 다중전극모듈(30)을 구동하여 상기 복수의 전극(32)의 밑면(33)과 상기 기판(12) 사이의 갭을 포함하는 3차원 변위를 조절할 수 있다.
한편, 종래에는 반도체 회로기판 상에 칩을 실장하기 위한 접합층을 형성하기 위한 방법으로는 마스크를 이용한 방법이 주로 이용되고 있으나, 이러한 방법은 노광 공정과 포토레지스트를 제거하는 스트립 공정 등으로 인하여, 높은 장비 가격과 투자비, 긴 공정시간, 환경비용 증가 등의 문제가 있었다.
본 발명은 전기화학 전착에 의한 적층법을 이용하여 기판에 금속원료를 선택적으로 적층시킬 수 있는 S-ECAM 프린팅 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 마스크를 이용하지 않고도 회로기판 상에 칩을 실장하기 위한 접합층을 형성할 수 있는 S-ECAM 프린팅 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치는, 배스; 상기 배스에 구비되며, 상부에 기판이 놓이는 기판지지부; 전해액이 유입되는 유입구와 상기 유입구를 통해 유입된 전해액이 배출되는 배출구가 구비되는 전극홀더와, 상기 전극홀더의 밑면에 소정간격으로 복수개 구비되는 전극을 포함하는 전극모듈; 상기 전극모듈을 움직이는 제1구동부; 상기 전극을 양극(anode)으로, 상기 기판을 음극(cathode)으로 하여 전원을 인가하는 전원공급부; 전해액이 저장되는 저장부; 상기 저장부에 저장된 전해액을 상기 유입구로 공급하는 펌프; 상기 기판에 형성된 기판 얼라인 마크와 상기 전극홀더에 형성된 전극 얼라인 마크를 감지하는 카메라가 구비되는 카메라모듈; 상기 카메라모듈을 움직이는 제2구동부; 및 상기 카메라에 감지된 상기 기판 얼라인 마크와 상기 전극 얼라인 마크가 서로 중첩되도록 상기 제1구동부와 상기 제2구동부를 제어하여 상기 기판과 상기 전극모듈을 정렬시키며, 상기 전극과 상기 기판이 소정간격 이격된 상태로 상기 전극홀더의 배출구에서 배출되는 전해액에 의해 침지된 상태에서 상기 전원공급부에 전원을 인가하여 상기 전극에 마주하는 상기 기판의 소정영역에 상기 전해액에 포함된 금속이온을 전착시키는 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치는, 상기 제어부는 상기 카메라가 상기 기판 얼라인 마크를 감지하도록 상기 제2구동부를 제어한 후, 상기 카메라가 상기 전극 얼라인 마크를 감지하도록 상기 제1구동부를 제어한 후, 상기 카메라에 인식된 상기 기판 얼라인 마크와 상기 전극 얼라인 마크가 서로 중첩하도록 상기 제1구동부를 제어함으로써, 상기 기판과 상기 전극모듈을 정렬할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치는, 상기 카메라모듈은 일측에 상기 카메라가 구비되는 몸통과, 상기 몸통의 타측 상부에 구비되는 상단개구부와, 상기 몸통의 타측 하부에 구비되는 하단개구부를 포함하고, 상기 몸통 내부에는 상기 상단개구부로 입사한 빛과 상기 하단개구부로 입사한 빛을 상기 카메라 방향으로 반사시키는 빔스플리터가 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치는, 상기 상단개구부에는 상단조명부가 구비되고, 상기 하단개구부에는 하단조명부가 구비되고, 상기 제어부는 상기 카메라가 상기 기판 얼라인 마크를 감지하도록 하는 경우 상기 하단조명부는 온(on) 상기 상단조명부는 오프(off)시키고, 상기 카메라가 상기 전극 얼라인 마크를 감지하도록 하는 경우 상기 하단조명부는 오프(off) 상기 상단조명부는 온(on)시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치는, 상기 S-ECAM 프린팅 장치는 상기 배스 일측에 위치하여 상기 기판지지부 상부에 놓인 기판을 가압하는 가압부와, 상기 기판지지부에 형성된 진공홀을 통해 상기 기판지지부 상부에 놓인 기판을 고정하는 진공펌프를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치는, 상기 가압부는 상기 배스 일측에 회전 가능하게 구비되는 로드(rod)와, 상기 로드를 회전시켜 상기 기판을 가압하도록 하는 제3구동부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치는, 상기 제어부는 상기 기판이 상기 가압부에 의해 가압된 상태에서 상기 진공펌프를 작동하여 상기 기판을 고정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치는, 상기 전극모듈에는 적어도 3개 이상의 갭센서가 구비되고, 상기 제어부는 상기 전극모듈의 밑면이 상기 기판의 상면과 평행하도록 상기 갭센서의 감지에 따라 상기 제1구동부를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치는, 상기 기판과 상기 전극모듈을 클리닝하는 클리닝블럭과, 상기 클리닝블럭을 이동시키는 제4구동부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 클리닝블럭이 상기 기판과 상기 전극모듈 사이를 이동하도록 상기 제4구동부의 작동을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치는, 상기 전극모듈의 배출구에서 배출되는 전해액에 의해 상기 기판과 상기 전극이 침지되는 공간을 형성하는 격벽이 구비되는 격벽프레임과, 상기 격벽프레임을 이동시키는 제5구동부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 격벽이 상기 기판지지부 상부에 위치하도록 상기 제5구동부의 작동을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치는, 상기 기판과 상기 전극모듈을 클리닝하는 클리닝블럭; 상기 클리닝블럭을 이동시키는 제4구동부; 상기 전극모듈의 배출구에서 배출되는 전해액에 의해 상기 기판과 상기 전극이 침지되는 공간을 형성하는 격벽이 구비되는 격벽프레임; 및 상기 격벽프레임을 이동시키는 제5구동부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 클리닝블럭이 상기 기판과 상기 전극모듈 사이를 이동하도록 상기 제4구동부의 작동을 제어하고, 상기 격벽이 상기 기판지지부 상부에 위치하도록 상기 제5구동부의 작동을 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치의 제어방법은, 제3구동부의 작동을 제어하여 배스 일측에 위치하는 로드가 기판지지부 상부에 놓인 기판을 가압하도록 하는 기판가압 단계; 상기 기판이 가압된 상태에서 진공펌프를 작동하여 상기 기판지지부 하부에 형성된 진공홀을 통해 상기 기판을 고정하는 기판고정 단계; 상기 기판이 고정된 상태에서 상기 제3구동부의 작동을 제어하여 상기 기판의 가압상태를 해제하는 기판가압 해제 단계; 제1구동부와 제2구동부의 작동을 제어하여 상기 기판과 전극모듈을 정렬시키는 정렬 단계; 상기 제1구동부와, 전원공급부와, 펌프의 작동을 제어하여 상기 전극모듈의 밑면에 형성된 전극에 마주하는 상기 기판의 소정영역에 전해액에 포함된 금속이온을 전착시키는 프린팅 단계; 및 제4구동부의 작동을 제어하여 클리닝블럭이 상기 기판과 상기 전극모듈 사이를 이동하도록 하는 클리닝 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치의 제어방법은, 제5구동부의 작동을 제어하여 상기 기판과 상기 전극이 전해액에 침지되는 공간을 형성하는 격벽이 상기 기판지지부 상부에 위치하도록 상기 격벽이 구비된 격벽프레임을 이동시키는 격벽형성 단계를 포함하고, 상기 격벽형성 단계는 상기 정렬 단계 이전 또는 상기 프린팅 단계 이전에 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치의 제어방법은, 상기 클리닝 단계 이전에, 상기 제1구동부와 상기 제5구동부의 작동을 제어하여 상기 전극모듈과 상기 격벽프레임이 상기 기판과 기 설정된 간격으로 이격되도록 상기 전극모듈과 상기 격벽프레임을 수직이동시키는 간격형성 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치의 제어방법은, 상기 정렬 단계는, 상기 전극모듈에 구비된 갭센서의 감지에 따라 상기 제1구동부의 작동을 제어하여 상기 전극모듈의 밑면이 상기 기판의 상면과 평행하도록 하는 전극모듈 레벨링 단계; 상기 제2구동부의 작동을 제어하여 카메라모듈에 구비된 카메라가 상기 기판에 형성된 기판 얼라인 마크를 감지하도록 상기 카메라모듈을 이동시키는 기판 얼라인 마크 감지 단계; 상기 제1구동부의 작동을 제어하여 상기 카메라가 상기 전극모듈에 형성된 전극 얼라인 마크를 감지하도록 상기 전극모듈을 이동시키는 전극 얼라인 마크 감지 단계; 및 상기 제1구동부의 작동을 제어하여 상기 카메라에 감지된 상기 전극 얼라인 마크가 상기 기판 얼라인 마크에 중첩하도록 상기 전극모듈을 이동시키는 얼라인 마크 중첩 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치의 제어방법은, 상기 프린팅 단계는 상기 제1구동부의 작동을 제어하여 상기 기판과 상기 전극의 간격이 기 설정된 초기 간격을 형성하도록 상기 전극모듈을 하강시키는 초기간격 형성 단계; 상기 펌프의 작동을 제어하여 저장부에 저장된 전해액을 상기 전극모듈에 형성된 유입구로 공급하는 전해액공급 단계; 및 상기 기판과 상기 전극이 상기 전극모듈에 형성된 배출구로 배출되는 전해액에 의해 침지된 상태에서, 상기 전원공급부의 작동을 제어하여 상기 전극에 마주하는 상기 기판의 소정영역에 전해액에 포함된 금속이온을 전착시키는 전착 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치의 제어방법은, 상기 클리닝 단계는 진공펌프와 에어컴프레셔 중 적어도 어느 하나를 작동하여 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치의 제어방법은, 상기 기판가압 단계는 상기 기판지지부에 구비된 근접센서가 상기 기판을 감지한 경우에 수행될 수 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치에 의하면, 전기화학 전착에 의한 적층법을 이용하여 마스크를 사용하지 않고도 회로기판 상에 칩을 실장하기 위한 접합층을 형성할 수 있어서, 마스크를 이용하는 경우 필요한 노광 공정과 포토레지스트를 제거하는 스트립 공정 등이 필요 없으며, 따라서 낮은 장비 가격 및 투자비, 공정시간의 단축, 환경비용 극소화 등의 효과가 있다.
본 발명에 따른 효과들은 이상에서 언급된 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위와 상세한 설명의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 선택적 전기화학 전착을 이용한 3차원 프린팅 장치를 나타내는 도면이고,
도 2는 기판과 전극에 전원이 인가된 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치의 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치의 배면도이고,
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치의 상부 사시도이고,
도 6은 도 5의 개략적인 정면도이고,
도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 카메라모듈을 나타내는 도면이고,
도 8은 본 발명의 일실시 예에 따른 배스와 가압부를 나타내는 사시도이고,
도 9는 가압부가 기판을 가압하고 있는 상태를 나타내는 사시도이고,
도 10은 본 발명의 일실시 예에 따른 배스와 기판지지부의 사시도이고,
도 11은 도 10의 평면도이고,
도 12는 도 11의 A-A 단면도이고,
도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판지지부의 부분 단면도이고,
도 14는 본 발명의 일실시 예에 따른 전극모듈의 결합사시도이고,
도 15는 본 발명의 일실시 예에 따른 전극모듈의 분해사시도이고,
도 16은 본 발명의 일실시 예에 따른 전극모듈의 수직단면도이고,
도 17은 본 발명의 일실시 예에 따른 커버의 저면도이고,
도 18은 본 발명의 일실시 예에 따른 전극홀더의 밑면을 나타내는 도면이고,
도 19는 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치의 개략적인 측면도이고,
도 20은 도 19의 개략적인 정면도이고,
도 21은 본 발명의 일실시 예에 따른 클리닝블럭의 결합사시도이고,
도 22는 도 22에 따른 클리닝블럭의 분해사시도이고,
도 23은 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치의 개략적인 측면도이고,
도 24는 격벽프레임이 배스의 후방에 위치하고 있는 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이고,
도 25는 격벽프레임이 기판지지부 상부에 위치한 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이고,
도 26은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제5구동부를 개략적으로 나타내는 수직단면도이고,
도 27은 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치를 개략적으로 나타내는 수직단면도이고,
도 28은 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치의 제어방법을 나타내는 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 실시예를 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성요소는 동일한 도면 부호를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있으나, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 한정되지 않고, 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 실시 예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(over)", "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(over)", "상(on)" 및 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한, "~상에"라 함은 대상 부재의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력방향을 기준으로 상부에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
본 명세서에서 '상부', '하부', '상면', '밑면', '상방', '하방' 등과 같은 상대적인 용어는 도면에 도시된 방향을 기준으로 구성들간의 관계를 설명하기 위하여 사용될 수 있으며, 본 발명은 그러한 용어에 의해 한정되지 않는다.
각 실시예는 독립적으로 실시되거나 함께 실시될 수 있으며, 발명의 목적에 부합하게 일부 구성요소는 제외될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치의 배면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치(100)는 배스(bath)(120), 상기 배스(120)에 구비되며 상부에 기판(130)이 놓이는 기판지지부(200), 상기 기판지지부(200) 상부에 소정거리 이격된 상태로 위치하는 전극모듈(300)을 포함할 수 있다.
상기 기판(130)은 회로기판일 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 S-ECAM 프린팅 장치(100)는 회로기판 상에 칩을 실장하기 위한 접합층을형성하는데 사용될 수 있다.
상기 전극모듈(300)은 전해액이 유입되는 유입구와 상기 유입구를 통해 유입된 전해액이 배출되는 배출구를 구비하는 전극홀더와, 상기 전극홀더의 밑면에 소정간격 복수개 구비되는 전극을 포함할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치(100)는 상기 전극모듈(300)을 움직이는 제1구동부(101), 상기 전극홀더의 밑면에 형성된 전극을 양극(anode)으로 상기 기판(130)을 음극(cathode)으로 하여 전원을 인가하는 전원공급부(102), 전해액이 저장되는 저장부(103), 상기 저장부(103)에 저장된 전해액을 상기 전극홀더의 유입구로 공급하는 펌프(104)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치(100)는 상기 제1구동부(101), 상기 전원공급부(102), 상기 펌프(104)를 제어하는 제어부(110)를 포함할 수 있다.
따라서, 상기 전극과 상기 기판(130)이 소정간격 이격된 상태로 상기 전극홀더의 배출구에서 배출되는 전해액에 의해 침지된 상태에서 상기 전원공급부(102)에 전원을 인가하면, 상기 전극과 마주하는 상기 기판(130)의 소정영역에 상기 전해액에 포함된 금속이온을 전착시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부(110)는 상기 전극과 상기 기판(130)이 소정간격 이격되도록 상기 제1구동부(101)의 작동을 제어할 수 있으며, 상기 전극과 상기 기판(130)이 소정간격 이격된 상태에서 상기 전극과 상기 기판(130)이 전해액에 침지될 수 있도록 상기 펌프(104)의 작동을 제어할 수 있으며, 상기 전극과 상기 기판(130)이 상기 전극홀더의 배출구에서 배출되는 전해액에 의해 침지된 상태에서 상기 전극과 상기 기판(130)에 전원이 인가될 수 있도록 상기 전원공급부(102)의 작동을 제어할 수 있다. 그러면, 상기 전극에 마주하는 상기 기판(130)의 소정영역에 상기 전해액에 포함된 금속이온을 전착시킴으로써 프린팅이 수행될 수 있다.
상기 배스(120)는 상기 전극홀더의 배출구에서 배출되는 전해액을 수용하는 공간을 가지며, 상기 배스(120)에는 상기 수용된 전해액을 상기 저장부(103)로 배출되도록 하는 배출구가 구비될 수 있다. 그러면, 상기 저장부(103)에 모인 전해액은 상기 펌프(104)의 작동에 의해 다시 상기 전극홀더의 유입구로 공급됨으로서, 상기 전해액은 순환할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECMA 프린팅 장치(100)는 프린팅 조건 예를 들어, 압력, 유량 등의 전해액 조건, 상기 기판(130)과 상기 전극의 갭 조건, 정전류, 정전압 등의 전원공급 조건 등을 입력할 수 있는 입력부(105)와, 사용자가 상기 조건들을 입력할 수 있는 UI와 기판 상에 전착이 이루어지는 상태 등을 표시하는 디스플레이부(106)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECMA 프린팅 장치(100)는 상기 기판(130)에 형성된 기판 얼라인 마크와 상기 전극홀더에 형성된 전극 얼라인 마크를 감지하는 카메라가 구비되는 카메라모듈(140)과, 상기 카메라모듈(140)을 움직이는 제2구동부(107)를 포함할 수 있으며, 상기 제어부(110)는 상기 제2구동부(107)의 작동을 제어할 수 있다.
그러면, 상기 제어부(110)는 상기 카메라에 감지된 상기 기판 얼라인 마크와 상기 전극 얼라인 마크가 서로 중첩되도록 상기 제1구동부(101)와 상기 제2구동부(107)를 제어함으로써 상기 기판(130)과 상기 전극모듈을 정렬시킬 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치(100)는 상기 기판지지부(200)에 형성된 진공홀을 통해 상기 기판지지부(200) 상부에 놓인 기판을 고정하는 진공펌프(vacuum pump)(108)와, 공압을 발생시키는 에어컴프레서(109)를 포함할 수 있으며, 상기 제어부(110)는 상기 진공펌프(108)와 상기 에어컴프레서(109)의 작동을 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치의 상부 사시도이고, 도 6은 도 5의 개략적인 정면도이고, 도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 카메라모듈을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치(100)에서의 상부는 기판(120) 상에 전해액에 포함된 금속이온이 전착되는 즉, 프린팅이 이루어지는 공간으로서, 베이스프레임(111), 상부프레임(112), 상기 베이스프레임(111) 가장자리에 구비되어 상기 상부프레임(112)을 지지하는 지지프레임(113)이 구비될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 배스(120)는 상기 베이스프레임(11) 상부에 고정될 수 있으며, 상기 제1구동부(101)는 상기 상부프레임(112)에 고정될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치(100)는 상기 배스(120) 일측에 위치하여 상기 기판지지부(200) 상부에 놓인 기판(130)을 가압하는 가압부(150)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제어부(110)는 상기 기판(130)이 상기 가압부(150)에 의해 가압된 상태에서 상기 진공펌프(108)를 작동하여 상기 기판(130)을 고정할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
한편, 상기 기판(130)의 상면에는 기판 얼라인 마크(144)가 형성될 수 있으며, 상기 전극모듈(300)의 밑면에는 상기 기판 얼라인 마크(144)에 대응하는 전극 얼라인 마크(145)가 형성될 수 있다.
상기 기판 얼라인 마크(144)와 상기 전극 얼라인 마크(145)는 상기 기판(130)과 상기 전극모듈(300)의 정렬을 위한 것이다.
상기 카메라모듈(140)에는 상기 기판 얼라인 마크(144)와 상기 전극 얼라인 마크(145)를 감지하는 카메라(142)가 구비될 수 있다.
상기 제2구동부(107)는 좌우, 전후방 구동이 가능하도록 구비될 수 있으며, 상기 카메라모듈(140)은 상기 제2구동부(107)의 구동에 따라 좌우, 전후방 움직임이 가능하도록 구비될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치(100)는 상기 카메라모듈(140)을 지지하는 지지부(146)와, 상기 지지부(146)의 좌우 움직임을 가이드하는 좌우가이드부(147)와, 상기 상부프레임(112)에 고정되어 상기 제1가이드부(147)의 전후방 움직임을 가이드하는 전후방가이드부(148)를 포함할 수 있다.
그러면, 상기 카메라모듈(140)은 상기 제2구동부(107)의 구동에 따라 좌우, 전후방 움직임이 가능해질 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 카메라모듈(140)은 일측에 상기 카메라(142)가 구비되는 몸통(160)과, 상기 몸통(160)의 타측 상부에 구비되는 상단개구부(161)와, 상기 몸통(160)의 타측 하부에 구비되는 하단개구부(162)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 몸통(160) 내부에는 상기 상단개구부(161)로 입사한 빛과 상기 하단개구부(163)로 입사한 빛을 상기 카메라(142) 방향으로 반사시키는 빔스플리터(163)와, 상기 빔스플리터(163)에서 반사된 빛을 상기 카메라(142)로 입사되도록 하는 광학계가 구비될 수 있다.
또한, 상기 상단개구부(161)에는 상단조명부(164)가 구비되고, 상기 하단개구부(162)에는 하단조명부(165)가 구비될 수 있으며, 상기 상단개구부(161)와 상기 하단개구부(162)에는 각각 렌즈(166)가 구비될 수 있다.
상기 제어부(110)는 상기 상단조명부(164)와 상기 하단조명부(165)의 온오프를 제어할 수 있다.
상기 제어부(110)는 상기 카메라(142)에 감지된 상기 기판 얼라인 마크(144)와 상기 전극 얼라인 마크(145)가 서로 중첩되도록 상기 제1구동부(101)와 상기 제2구동부(107)를 제어함으로써 상기 기판(130)과 상기 전극모듈을 정렬시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부(110)는 상기 카메라(142)가 상기 기판 얼라인 마크(144)를 감지하도록 상기 제2구동부(107)를 제어한 후, 상기 카메라(142)가 상기 전극 얼라인 마크(145)를 감지하도록 상기 제1구동부(101)를 제어한 후, 상기 카메라(142)에 인식된 상기 기판 얼라인 마크(144)와 상기 전극 얼라인 마크가 서로 중첩하도록 상기 제1구동부(101)를 제어함으로써, 상기 기판(130)과 상기 전극모듈(300)을 정렬할 수 있다.
이때, 상기 제어부(110)는 상기 카메라(142)가 상기 기판 얼라인 마크(144)를 감지하도록 하는 경우 상기 하단조명부(165)는 온(on) 상기 상단조명부(164)는 오프(off)시키고, 상기 카메라(142)가 상기 전극 얼라인 마크(145)를 감지하도록 하는 경우 상기 하단조명부(165)는 오프(off) 상기 상단조명부(164)는 온(on)시킬 수 있다.
그러면, 상기 기판 얼라인 마크(144) 감지시 상기 상단조명부(164)에서 들어오는 빛 노이즈를 감소시킬 수 있으며, 반대로 상기 전극 얼라인 마크(145) 감지시 상기 하단조명부(165)에서 들어오는 빛 노이즈를 감소시킬 수 있으며, 그에 따라 상기 카메라(142)는 쉽게 상기 기판 전극 얼라인 마크(144)와 상기 전극 얼라인 마크(145)를 감지할 수 있다.
또한, 도 6에서 보이는 바와 같이, 상기 기판 얼라인 마크(144)는 적어도 2개 이상 형성될 수 있으며, 상기 전극 얼라인 마크(145)는 상기 기판 얼라인 마크(144)에 대응하도록 적어도 2개 이상 형성될 수 있다.
이때, 상기 카메라모듈(140)은 상기 2개 이상의 기판 얼라인 마크(144)와 전극 얼라인 마크(145)를 동시에 감지할 수 있도록 2개 이상 구비될 수 있다.
그러면, 상기 기판(130)과 상기 전극모듈(300)을 더 정밀하게 정렬시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시 예에 따른 배스와 가압부를 나타내는 사시도이고, 도 9는 가압부가 기판을 가압하고 있는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 가압부(150)는 상기 배스(120) 일측에 구비되는 로드(rod)(152)와, 상기 로드(152)를 회전시켜 상기 기판(130)을 가압하도록 하는 제3구동부(153)를 포함할 수 있다.
상기 제어부(110)는 상기 기판지지부(200) 상부에 놓인 기판(130)을 가압하도록 상기 제3구동부(153)의 작동을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부(110)는 상기 제3구동부(153)를 작동하여 상기 기판(130)이 상기 가압부(150)에 의해 가압된 상태에서 상기 진공펌프(108)를 작동하여 상기 기판(130)을 고정할 수 있다.
그러면, 상기 기판(130)을 평평한 상태로 고정할 수 있다. 상기 기판(130)이 상기 기판지지부(200) 상부에 놓이게 되면, 상기 기판(130)의 중심부가 들뜬 상태가 되는데, 본 실시예에서는 상기 들뜬 상태의 기판(130)을 평평하게 하기 위하여 가압하는 것이며, 가압에 의해 평평해진 기판(130)을 그 상태로 고정하기 위하여, 상기 기판(130)이 가압된 상태에서 상기 진공펌프(108)를 작동하는 것이다.
본 발명의 일실시 예에 따른 제3구동부(153)는 상기 로드(152)를 상기 기판(130) 상부로 회전시키는 회전구동부와, 상기 기판(130) 상부로 회전된 로드(152)를 하강시켜 상기 기판(130)을 가압하도록 하는 수직구동부를 포함할 수 있다.
다른 실시 예로, 상기 제3구동부(153)는 상기 로드(152)를 회전시키면서 하강시키는 로터리 액추에이터가 사용될 수 있다. 상기 로터리 액추에이터는 상기 에어컴프레셔(109)에 의한 공압에 의해 작동될 수 있다.
상기 로터리 액추에이터는 출력축이 있는 설정된 각도 범위를 회전 왕복운동하는 실린더로서, 이를 활용하면 하나의 구성으로 회전과 수직운동이 동시에 이루어지도록 할 수 있어서, 상기 제3구동부(153)의 구성을 간단히 할 수 있다.
또한, 상기 로드(152)의 단부 하단에는 상기 로드(152)가 상기 기판(130)을 가압하는 경우 상기 기판(130)의 손상을 방지하는 손상방지부재(154)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 손상방지부재(154)로는 고무패드가 사용될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시 예에 따른 배스와 기판지지부의 사시도이고, 도 11은 도 10의 평면도이고, 도 12는 도 11의 A-A 단면도로서 제1실링부재가 구비된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 기판지지부(200)에는 상기 진공펌프(108)에 연결되는 진공홀(201)이 형성될 수 있다.
상기 기판지지부(200)의 상면에는 상기 진공홀(201)로 전해액이 유입되는 것을 방지하는 제1실링부재(220)가 구비될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1실링부재(220)는 소정간격 이격한 상태로 상기 진공홀(201) 주위를 둘러싸도록 구비될 수 있다.
그러면, 상기 기판(130)이 상기 진공펌프(108)에 의해 하방 즉, 상기 기판지지부(200)의 상면 방향으로 밀착하는 경우, 상기 기판(130)은 상기 제1실링부재(220)를 압착하게 되고, 그에 따라 상기 진공홀(201)로 전해액이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 상기 기판(130)이 상기 제1실링부재(220)를 압착하여 상기 진공홀(201)로 전해액 유입이 방지되도록 한 상태에서, 상기 제어부(110)는 펌프(104)를 작동하여 상기 저장부(103)에 저장된 전해액을 상기 전극모듈(300)의 유입구로 공급할 수 있다.
상기 기판지지부(200)의 상면에는 끼움홈(203)이 소정간격 이격한 상태로 상기 진공홀(201) 주위를 둘러싸도록 형성될 수 있으며, 상기 제1실링부재(220)는 상기 끼움홈(203)에 삽입됨에 따라 상기 진공홀(201) 주위를 둘러싸도록 구비될 수 있다.
한편, 상기 기판지지부(200)의 상면에는 상기 진공홀(201)이 다수개가 형성된 진공홀형성영역(210)이 형성될 수 있으며, 상기 제1실링부재(220)는 상기 진공홀형성영역(210)의 주위를 둘러싸도록 구비될 수 있다.
예를 들어, 상기 기판지지부(200)의 상면에는 끼움홈(203)이 소정간격 이격한 상태로 상기 진공홀형성영역(210) 주위를 둘러싸도록 형성될 수 있으며, 상기 제1실링부재(220)는 상기 끼움홈(203)에 삽입됨에 따라 상기 진공홀형성영역(210) 주위를 둘러싸도록 구비될 수 있다.
상기 기판지지부(200)의 상면에는 상기 진공홀형성영역(210)이 소정간격으로 복수개 형성될 수 있다. 그러면, 상기 기판지지부(200) 상부에 놓인 기판(130)을 고르고 견고하게 고정할 수 있다. 이때, 상기 제1실링부재(220)도 상기 진공홀형성영역(210)의 개수만큼 구비될 수 있다.
상기 기판지지부(200) 하부에는 상기 진공펌프(108)에 연결되는 연결관(122)이 결합하는 결합홀(205)이 형성될 수 있으며, 상기 결합홀(205)과 상기 진공홀(201) 사이에는 서로 연통시키는 연결홀(207)이 형성될 수 있다.
상기 기판지지부(200) 표면에 상기 진공홀형성영역(210)이 형성된 경우, 상기 결합홀(205)은 상기 진공홀형성영역(210) 하부에 하나 형성될 수 있으며, 이때 상기 연결홀(207)의 상부 단면 크기는 상기 진공홀형성역(210)에 형성된 다수개의 진공홀(201) 모두를 포함하는 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 연결홀(207)은 상방으로 갈수록 단면이 넓어지는 테어퍼진 형상을 가질 수 있다. 그러면, 상기 하나의 연결관(122)만으로도 상기 진공홀형성영역(210)에 형성된 다수의 진공홀(210)에 진공압력을 발생시킬 수 있다.
상기 배스(120) 하부에는 상기 연결관(122)이 관통하는 관통홀(123)이 형성될 수 있으며, 상기 기판지지부(200)는 상기 관통홀(123) 상부에 구비될 수 있으며, 상기 기판지지부(200) 하부 테두리에는 상기 관통홀(123)로 전해액이 유입되는 것을 방지하는 제2실링부재(223)가 구비될 수 있다.
예를 들어, 상기 배스(120) 내측에는 상방으로 돌출되어 상기 기판지지부(200)를 지지하는 돌출부(125)가 형성될 수 있으며, 상기 관통홀(13)은 상기 돌출부(125) 하부에 형성될 수 있다.
이때, 상기 돌출부(125) 주위에는 전해액을 수용하는 공간(128)이 형성될 수 있으며, 상기 제2실링부재(223)는 상기 돌출부(125) 상부 테두리에 구비될 수 있으며, 상기 기판지지부(200) 하부 테두리와 상기 돌출부(125) 상부 테두리 중 적어도 어느 하나에는 상기 제2실링부재(223)가 삽입되는 끼움홈(124)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 배스(120)에는 상기 공간(128)에 모여진 전해액을 상기 저장부(103)로 배출되도록 하는 배출구(121)가 구비될 수 있다.
또한, 상기 배스(120)에는 상기 기판지지부(200)를 사이에 두고 양측에 구비되어 후술할 클리닝부의 전후방 이동을 지지하는 한 쌍의 지지벽(127)이 구비될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
한편, 본 발명에 따른 S-ECAM 프린팅 장치(100)는 회로기판 상에 전해액에 포함된 금속이온을 프린팅하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 S-ECAM 프린팅 장치(100)는 회로기판 상에 칩을 실장하기 위한 접합층을 마스크 없이 형성시키기 위하여 사용될 수 있다. 따라서 가압에 따른 상기 기판(130)의 손상을 방지할 필요가 있다.
이를 위해, 상기 기판지지부(200) 상면에는 상부에 놓인 기판(130)을 감지하는 근접센서(207)가 구비되고, 상기 기판지지부(200) 상면 가장자리에는 상기 기판(130)의 정위치를 가이드하도록 상기 기판(130)의 가장자리가 걸림되는 걸림턱(205)이 형성될 수 있다.
그러면, 상기 제어부(110)는 상기 근접센서(207)가 상기 기판(130)을 감지하였는지 여부에 따라 상기 기판(130)이 상기 기판지지부(200) 상부 정위치에 위치하였는지 여부를 판단할 수 있다.
상기 기판(130)이 상기 기판지지부(200) 상면의 상기 걸림턱(205) 안쪽에 위치하지 않고 상기 기판(130)의 가장자리 일부가 상기 걸림턱(205)에 걸친 상태가 되면, 상기 기판(130)은 상기 기판지지부(200) 상면과 소정간격 들뜬 상태가 되기 때문에 상기 근접센서(207)는 상기 기판(130)을 감지할 수 없다.
반대로, 상기 기판(130)이 상기 걸림턱(205) 안쪽에 위치한 경우에는 상기 기판(130)은 상기 기판지지부(200) 상면과 들뜬 상태가 되지 않기 때문에, 상기 근접센서(207)는 상기 기판(130)을 감지할 수 있다.
즉, 상기 제어부(110)는 상기 근접센서(207)이 상기 기판(130)을 감지하였는지 여부에 따라 상기 기판(130)이 상기 걸림턱(205) 안쪽에 위치하였는지 여부 즉, 상기 기판(130)이 상기 기판지지부(200) 상부 정위치에 위치하였는지를 판단할 수 있다.
따라서, 상기 제어부(110)는 상기 근접센서(207)가 상기 기판(130)을 감지한 경우에 상기 가압부(150)가 상기 기판(130)을 가압하도록 상기 가압부(150) 예를 들어, 상기 제3구동부(153)의 작동을 제어함으로써, 상기 기판(130)이 상기 기판지지부(200) 상부 정위치에 위치할 수 있도록 가이드할 수 있을 뿐만 아니라 가압에 따른 상기 기판(130)의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제어부(110)는 상기 근접센서(207)에 의해 상기 기판(130)이 감지되지 않은 경우에는 상기 기판(130)이 상기 걸림턱(205) 안쪽에 위치하지 않고 일부라도 상기 걸림턱(205)에 걸쳐진 상태라고 판단하고, 작업자에게 상기 기판(130)이 정위치에 위치하지 않았음을 알리는 경고음 또는 경고등을 발생시킬 수 있다.
한편, 상기 제어부(110)는 상기 기판(130)이 상기 가압부(150)에 의해 가압된 상태에서 상기 진공펌프(108)를 작동하여 상기 기판(130)을 고정할 수 있다.
이때, 상기 제어부(110)는 상기 진공홀(201) 내부의 압력을 측정함으로써, 상기 기판(130)이 견고하게 고정되었는지 또는 상기 진공홀(201) 내부가 완전하게 밀폐되었는지 여부를 판단할 수 있다.
만약, 상기 진공홀(201) 내부의 압력이 기준치 이하이면, 상기 제어부(110)는 상기 진공홀(201) 내부가 완전 밀폐된 경우가 아닌 상태로서 상기 기판(130)이 견고하게 고정되지 않은 것으로 판단하여 모든 작동을 정지시킨 후 경고음 또는 경고등을 발생시켜 작업자에게 이를 알릴 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판지지부의 부분 단면도이다.
도 13을 참조하면, 본 실시 예에 따른 기판지지부(200)는 상기 기판지지부(200)의 상면을 이루는 상부플레이트(230)와, 상기 상부플레이트(230) 하부에 결합하는 하부플레이트(234)를 포함할 수 있다.
상기 상부플레이트(230)의 상면에는 상기 진공홀(201)이 다수개가 형성된 진공홀형성영역(210)이 형성될 수 있으며, 상기 제1실링부재(220)가 상기 진공홀형성영역(210) 주위를 둘러싸도록 구비될 수 있다.
상기 하부플레이트(234)의 하부에는 상기 진공펌프(108)에 연결되는 연결관(122)이 결합하는 결합홀(205)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 상부플레이트(230)의 하부에는 상기 결합홀(205)과 상기 진공홀형성영역(210)에 형성된 다수개의 진공홀(201)을 연결하는 연결홈(208)이 형성될 수 있으며, 상기 연결홈(208)의 상방 단면 크기는 상기 진공홀형성영역(210)에 형성된 다수개의 진공홀(201) 모두를 포함하는 크기를 가질 수 있다. 그러면, 상기 하나의 연결관(122)만으로도 상기 진공홀형성영역(210)에 형성된 다수의 진공홀(210)에 진공압력을 발생시킬 수 있다.
상기 배스(120) 하부에는 상기 연결관(122)이 관통하는 관통홀(123)이 형성되고, 상기 하부플레이트(234)는 상기 관통홀(123) 상부에 구비되고, 상기 하부플레이트(234) 하부 테두리에는 상기 관통홀(123)로 전해액이 유입되는 것을 방지하는 제2실링부재(223)가 구비될 수 있다.
또한, 상기 상부플레이트(230)와 상기 하부플레이트(234) 사이에는 상기 연결홈(208)으로 전해액이 유입되는 것이 방지되도록 상기 연결홈(208) 주위를 둘러싸는 제3실링부재(225)가 구비될 수 있다. 이때, 상기 상부플레이트(230)와 상기 하부플레이트(234) 중 적어도 어느 하나에는 상기 제3실링부재(225)가 삽입되는 끼움홈(227)이 형성될 수 있다.
상기 기판지지부(200)를 제작함에 있어서, 하나의 플레이트에 서로 크기가 다른 진공홀(201)과 결합홀(205)을 각각 상부와 하부에 형성할 수도 있으나, 본 실시 예에 따른 기판지지부(200)와 같이, 다수의 진공홀(201)이 형성되는 상부플레이트(230)와 결합홀(205)이 형성되는 하부플레이트(234)를 별도로 제작한 후 상기 상부플레이트(230)와 상기 하부플레이트(234)를 결합하면, 상기 기판지지부(200)를 쉽게 제작할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일실시 예에 따른 전극모듈의 결합사시도이고, 도 15는 본 발명의 일실시 예에 따른 전극모듈의 분해사시도이고,도 16은 본 발명의 일실시 예에 따른 전극모듈의 수직단면도이고, 도 17은 본 발명의 일실시 예에 따른 커버의 저면도이고, 도 18은 본 발명의 일실시 예에 따른 전극홀더의 밑면을 나타내는 도면이다.
종래 선택적 전기화학 전착을 이용한 3차원 프린팅 장치(10)(도 1 및 2 참조)에는, 전극(32)은 다중전극모듈(30)을 통해 전원공급부(50)에 전기적으로 연결되고, 기판(12)은 직접 전원공급부(50)에 전기적으로 연결되는 구성이 개시되는데, 종래와 같이 기판(12)을 직접 전원공급부(50)에 연결하는 것은 공간상 제약으로 많은 어려움이 있다.
특히, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치(100)는 반도체 회로기판 상에 칩을 실장하기 위한 접합층을 형성하기 위하여 사용될 수 있는데, 여기서 기판은 반도체 회로기판 이고, 전극은 상기 반도체 회로기판 상에 접합층을 형성할 영역이어서, 상기 영역에 프린팅하기 위해서는 상기 전극이 상기 영역 주위와 전기적으로 연결되어야 하는데, 상기 기판 상에는 서로 통전되지 않은 여러 영역이 존재하기 때문에, 상기 기판을 직접 전원공급부에 전기적으로 연결하기는 매우 어렵다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시 예에 따른 전극모듈은 전극뿐만 아니라 기판까지도 전원공급부에 전기적으로 연결되도록 구성한 것이다.
도 14 내지 도 18을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 전극모듈(300)은 전해액이 유입되는 유입구(312)와 상기 유입구(312)를 통해 유입된 전해액이 배출되는 배출구(313)가 구비되는 전극홀더(310)와, 상기 전극홀더(310)의 밑면에 소정간격으로 복수개 구비되는 전극(320)과, 상기 전극홀더(310) 상부에 결합하는 커버(330)와, 상기 커버(330)에 고정되는 양극플레이트와(340)와, 상기 커버(330)에 고정되는 음극플레이트(350)를 포함할 수 있다.
상기 양극플레이트(340)는 상기 전원공급부(102)의 양극에 연결될 수 있으며, 상기 음극플레이트(350)는 상기 전원공급부(102)의 음극에 연결될 수 있다.
에를 들어, 상기 양극플레이트(340)에는 상기 전원공급부(102)의 양극에 연결되는 양극연결부(342)가 구비되고, 상기 음극플레이트(350)에는 상기 전원공급부(102)의 음극에 연결되는 음극연결부(352)가 구비되고, 상기 커버(330)에는 상기 양극연결부(342)와 상기 음극연결부(352)가 상기 커버(330) 외측으로 돌출되도록 하는 전원연결홈(331)이 형성될 수 있다.
상기 전극홀더(310)에는 상기 전극(320)과 상기 양극플레이트(340)를 연결하는 양극프로브(360)와, 상기 기판(130)과 상기 음극플레이트(350)를 연결하는 음극프로브(370)가 구비될 수 있다.
상기 음극프로브(370)는 상단은 상기 음극플레이트(350)에 연결되고, 하단은 상기 전극홀더(310) 하부로 돌출될 수 있으며, 상기 돌출된 하단은 상기 기판(130)에 연결될 수 있다.
상기 전극홀더(310)에는 상기 양극프로브(360)가 삽입되는 양극프로브홀(315)과, 상기 양극프로브홀(315) 하단에 상기 전극(320)이 고정되는 고정홈(316)과, 상기 음극프로브(370)가 삽입되는 음극프로브홀(317)이 형성될 수 있다.
상기 양극프로브(360)는 상기 양극프로브홀(315)에 삽입되어 하단은 상기 전극(320)에 접촉하고 상단은 상기 양극플레이트(340)에 접촉하여 상기 전극(320)과 상기 양극플레이트(340)를 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 음극프로브(370)는 상기 음극프로브홀(317)에 삽입되어 하단은 상기 전극홀더(310) 하부로 돌출되고 상단은 상기 음극플레이트(350)에 접촉할 수 있으며, 상기 돌출된 하단은 상기 기판(130)에 접촉되어 상기 기판(130)과 상기 음극플레이트(350)를 전기적으로 연결할 수 있다.
그러면, 본 발명의 일실시 예에 따른 전극모듈(300)은 상기 전극(320)뿐만 아니라 상기 기판(130)까지도 상기 전원공급부(102)에 전기적으로 연결되도록 할 수 있다 .
상기 양극프로브(360)는 양극프로브몸체(361)와, 상기 양극프로브몸체(361) 상단에 고정되어 상기 양극플레이트(340)에 접촉하는 양극상단접촉부(362)와, 상기 양극프로브몸체(361) 하단에 고정되어 상기 전극(320)에 접촉하는 양극하단접촉부(363)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 양극프로브(360)는 상기 양극프로브몸체(361) 상단과 상기 양극상단접촉부(362) 사이에 구비되어 상방으로 탄성력을 제공하는 양극상단탄성부재(364)를 포함할 수 있다. 그러면, 상기 양극상단접촉부(362)는 상기 양극상단탄성부재(364)에 의해 상기 양극플레이트(340)에 안정적으로 접촉할 수 있다.
또한, 상기 양극프로브(360)는 상기 양극프로브몸체(361) 하단과 상기 양극하단접촉부(363) 사이에 구비되어 하방으로 탄성력을 가하는 양극하단탄성부재(365)를 포함할 수 있다. 그러면, 상기 양극하단접촉부(363)는 상기 양극하단탄성부재(365)에 의해 상기 전극(320)에 안정적으로 접촉할 수 있다.
상기 양극상단탄성부재(364)와 상기 양극하단탄성부재(365)는 스프링이 사용될 수 있다.
상기 양극프로브(360)는 상기 전극(320)과 상기 양극플레이트(340)를 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 양극프로브몸체(361), 상기 양극상단접촉부(362) 및 상기 양극하단접촉부(363)는 전기가 통하는 재질 예를 들어, 구리 또는 금도금이 된 메탈소재 등으로 이루어질 수 있다. 또는, 상기 양극상단접촉부(362)와 상기 양극하단접촉부(363)는 전기가 통하는 재질 예를 들어, 구리 또는 금도금이 된 메탈소재 등으로 이루어지고, 상기 양극프로브몸체(361)에는 상기 양극상단접촉부(362)와 상기 양극하단접촉부(363)를 전기적으로 연결하는 전선(366)이 구비될 수 있다.
마찬가지로, 상기 음극프로브(370)는 상기 음극프로브홀(317)에 삽입하는 음극프로브몸체(371), 상기 음극프로브몸체(371) 상부에 결합하여 상기 음극플레이트(350)에 접촉하는 음극상단접촉부(372), 상기 음극프로브몸체(371) 하부에 결합하여 상기 전극홀더(310)의 하부로 돌출되어 상기 기판(130)에 접촉하는 음극하단접촉부(373)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 음극프로브(370)는 상기 음극프로브몸체(371) 상부와 상기 음극상단접촉부(372) 사이에 구비되어 상방으로 탄성력을 제공하는 음극상단탄성부재(374)를 포함할 수 있다.
그러면, 상기 음극상단접촉부(372)는 상기 음극상단탄성부재(374)에 의해 상기 음극플레이트(350)에 안정적으로 접촉할 수 있다.
또한, 상기 음극프로브(370)는 상기 음극프로브몸체(371) 하단과 상기 음극하단접촉부(373) 사이에 구비되어 하방으로 탄성력을 가하는 음극하단탄성부재(375)를 포함할 수 있다. 그러면, 상기 음극하단접촉부(373)는 상기 음극하단탄성부재(375)에 의해 상기 기판(130)에 안정적으로 접촉할 수 있다.
상기 음극상단탄성부재(374)와 상기 음극하단탄성부재(375)는 스프링이 사용될 수 있다.
상기 음극프로브(370)는 상기 기판(130)과 상기 음극플레이트(350)를 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 음극프로브몸체(371), 상기 음극상단접촉부(372) 및 상기 음극하단접촉부(373)는 전기가 통하는 재질 예를 들어, 구리 또는 금도금이 된 메탈소재 등으로 이루어질 수 있다. 또는, 상기 음극상단접촉부(372)와 상기 음극하단접촉부(373)는 전기가 통하는 재질 예를 들어, 구리 또는 금도금이 된 메탈소재 등으로 이루어지고, 상기 음극프로브몸체(371)에는 상기 음극상단접촉부(372)와 상기 음극하단접촉부(373)를 전기적으로 연결하는 전선(376)이 구비될 수 있다.
한편, 상기 양극플레이트(340)와 상기 음극플레이트(350)는 서로 접촉하지 않도록 높이차를 두고 상기 커버(330)에 고정될 수 있다.
예를 들어, 상기 커버(330)에는 서로 높이차가 발생하는 단턱부(333)와 안착홈(334)이 형성되고, 상기 양극플레이트(340)와 상기 음극플레이트(350) 중 어느 하나는 상기 단턱부(333)에 지지된 상태로 고정되고, 다른 하나는 상기 안착홈(334)에 안착된 상태로 고정될 수 있다.
도 17에서 보이는 바와 같이, 상기 단턱부(333)는 상기 커버의 테두리에 형성되고, 상기 안착홈(334)은 상기 단턱부(333) 내측에 형성될 수 있으며, 상기 안착홈(334)에는 상기 안착홈(334)에 안착하는 양극플레이트(340) 또는 음극플레이트(350)를 고정하기 위한 고정블럭(335)가 구비될 수 있다.
또한, 상기 안착홈(334)에 안착하는 양극플레이트(340) 또는 음극플레이트(350)는 상기 안착홈(334)의 형상에 형합하는 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 단턱부(333)에 지지된 상태로 고정되는 양극플레이트(340) 또는 음극플레이트(350)는 접촉방지홀이 형성될 수 있다.
예를 들어, 도면에서 보이는 바와 같이, 상기 음극플레이트(350)는 상기 단턱부(333)에 지지된 상태로 고정되고, 상기 양극플레이트(340)는 상기 안착홈(334)에 안착된 상태로 고정되는 경우, 상기 음극플레이트(350)에는 상기 양극프로브(360)가 상기 음극플레이트(350)에 접촉하지 않도록 하는 접촉방지홀(353)이 형성될 수 있다.
반대로, 상기 양극플레이트(340)는 상기 단턱부(333)에 지지된 상태로 고정되고, 상기 음극플레이트(350)는 상기 안착홈(334)에 안착된 상태로 고정되는 경우, 상기 양극플레이트(340)에는 상기 음극프로브(370)가 상기 양극플레이트(350)에 접촉하지 않도록 하는 접촉방지홀이 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 전극모듈(300)은 상기 커버(330) 상부에 구비되어 상기 제1구동부(101)에 결합고정되는 브래킷(304)을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 전극모듈(300)에는 적어도 3개 이상의 갭센서(307)가 구비될 수 있다.
그러면, 상기 제어부(110)는 상기 전극모듈(300)의 밑면이 상기 기판(130)의 상면과 평행하도록 상기 갭센서(307)의 감지에 따라 상기 제1구동부(101)의 작동을 제어할 수 있다.
상기 전극홀더(310)에는 상기 갭센서(307)가 삽입하는 갭센서홀(318)과, 상기 유입구(312)와 상기 배출구(313)를 연결하는 연결유로(314)가 형성될 수 있으며, 상기 전극홀더(310)의 밑면에는 상기 전극 얼라인 마크(145)가 적어도 2개 형성될 수 있다.
상기 전극(320)은 상기 고정홈(316)에 부착고정되는 pt sheet가 사용될 수 있으며, 상기 고정홈(316)은 상기 부착된 pt sheet의 밑면이 상기 전극홀더(310)의 밑면과 수평을 이루도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 유입구(312)는 상기 전극홀더(310)의 측면에 형성되고, 상기 배출구(313)는 상기 전극홀더(310)의 밑면에 형성될 수 있다.
도 19는 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치의 개략적인 측면도이고, 도 20은 도 19의 개략적인 정면도이다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치(100)는 상기 기판(130)과 상기 전극모듈(300)을 클리닝하는 클리닝블럭(400)과, 상기 클리닝블럭을 이동시키는 제4구동부(402)를 포함할 수 있으며, 상기 제어부(110)는 상기 제4구동부(402)의 작동을 제어하여 상기 기판(130)과 상기 전극모듈(300)을 클리닝할 수 있다.
예를 들어, 상기 클리닝블럭(400)은 상기 배스(120) 후방에 위치하며, 상기 제4구동부(402)는 상기 클리닝블럭(400)을 전후방, 수직이동이 가능하도록 구성될 수 있으며, 상기 제어부(11)는 상기 클리닝블럭(400)이 상기 기판(130)과 상기 전극모듈(300) 사이를 이동하며 상기 기판(130)과 상기 전극모듈(300)을 클리닝하도록 상기 제4구동부(402)의 작동을 제어할 수 있다.
다른 실시 예로, 도 19에서 보이는 바와 같이, 상기 제4구동부(402)는 상기 클리닝블럭(400)을 전방으로 수평이동시키는 실린더로 구성될 수 있으며, 상기 실린더는 상기 에어컴프레셔(109)에 의한 공압에 의해 작동될 수 있다.
또한, 상기 실린더는 상기 클리닝블럭(400)이 전방으로 수평이동하는 경우 상기 기판(130)의 상부 클리닝이 가능한 높이에 구비될 수 있다.
여기서, 상기 클리닝이 가능한 높이는 상기 클리닝블럭(400)의 밑면 높이가 상기 기판(130)의 상면 높이와 동일한 높이일 수 있으며, 상기 높이는 상기 베이스프레임(111)으로부터의 높이일 수 있다.
그러면, 상기 클리닝블럭(400)은 상기 제4구동부(402)에 의한 수평이동만으로도 상기 전극(130)과 상기 전극모듈(300)을 클리닝할 수 있게 됨에 따라, 상기 제4구동부(402)의 구성을 간단히 할 수 있다.
예를 들어, 상기 상기 제어부(110)는 상기 전극모듈(300)을 상기 클리닝블럭(400)의 두께만큼 상기 기판(130)으로부터 이격시킨 후 상기 제4구동부(402)를 작동시키면, 상기 클리닝블럭(400)은 자동적으로 상기 기판(130)과 상기 전극모듈(300) 사이를 이동하면서 상기 기판(130)과 상기 전극모듈(300)을 클리닝할 수 있다.
일반적으로, 상기 기판(130) 상에 프린팅 공정이 이루어진 후에는 상기 기판(130)과 상기 전극모듈(300)에는 전해액이 묻어 있게 되므로, 상기 클리닝블럭(400)은 상기 기판(130)와 상기 전극모듈(300)에 묻어 있는 전해액을 클리닝하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 클리닝블럭(400)은 상기 기판(130)과 상기 전극모듈(300)에 묻어있는 전해액을 흡수하거나 제거할 수 있는 스폰지 또는 러버(rubber)로 구성될 수 있다. 물론, 상기 클리닝블럭(400)이 스폰지 또는 러버로 구성되는 경우에도 전해액 이외의 이물질도 클리닝이 가능하다.
또한, 상기 클리닝블럭(400)의 하부에는 가이드볼(403)이 구비될 수 있으며, 상기 배스(120)에는 상기 가이드볼(403)을 지지하는 지지벽(127)이 구비될 수 있다. 그러면, 상기 클리닝블럭(400)의 수평이동시 상기 클리닝블럭(400)의 처짐을 방지할 수 있다.
또한, 상기 클리닝블럭(400)이 스폰지 또는 러버로 구성되는 경우, 상기 클리닝블럭(400)은 브래킷에 고정될 수 있으며, 이때 상기 가이드볼(403)은 상기 브래킷의 하부에 구비될 수 있다.
다른 실시 예로, 상기 클리닝블럭(400)은 상기 기판(130)과 상기 전극모듈(300)에 묻은 전해액을 블로윙하거나 셕션하는 방식으로 클리닝하도로 구성될 수 있다.
도 21은 본 발명의 일실시 예에 따른 클리닝블럭의 결합사시도이고, 도 22는 도 22에 따른 클리닝블럭의 분해사시도이다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 본 실시 예에 따른 클리닝블럭(400)은 상기 진공펌프(108) 또는 상기 에어컴프레셔(109)에 연결되는 연결관(401)이 결합하는 결합홀(404)과, 상기 결합홀(404)에 연결되는 내부유로(405)와, 상기 내부유로(405)를 외부와 연결하는 배기홀(406)을 포함할 수 있다.
그러면, 상기 배기홀(406)을 통해 외부로 상기 진공펌프(108)의 진공압력이 발생하여 상기 기판(130)과 상기 전극모듈(300)에 묻어있는 전해액 등의 이물질이 셕션되거나, 상기 배기홀(406)을 통해 외부로 상기 에어컴프레셔(109)의 공압이 발생하여 상기 기판(130)과 상기 전극모듈(300)에 묻어있는 전해액 등의 이물질이 블로윙되면서, 상기 기판(130)과 상기 전극모듈(300)은 클리닝될 수 있다.
상기 결합홀(404)은 상기 클리닝블럭(400)의 측면에 형성될 수 있으며, 상기 내부유로(405)는 상기 클리닝블럭(400)의 내부에 상기 클리닝블럭(400)의 길이방향으로 길게 형성될 수 있으며, 상기 배기홀(406)은 상기 클리닝블럭(400)의 상단과 하단에 각각 다수개 형성될 수 있다.
상기 클리닝블럭(400)은 하나의 블럭으로 구비될 수도 있지만, 도면에서 보이는 바와 같이, 상기 클리닝블럭(400)은 상기 전극모듈(300)을 클리닝하는 제1클리닝블럭(410)과, 상기 기판(130)을 클리닝하는 제2클리닝블럭(420)을 포함할 수 있다.
상기 제1클리닝블럭(410)의 제1결합홀(414)은 상기 제1클리닝블럭(410)의 측면에 형성될 수 있으며, 상기 제1클리닝블럭(410)의 제1내부유로(415)는 상기 제1클리닝블럭(410)의 내부에 상기 제1클리닝블럭(410)의 길이방향으로 길게 형성될 수 있으며, 상기 제1클리닝블럭(410)의 제1배기홀(416)은 상기 제1클리닝블럭(410) 상부에 위치하는 전극모듈(300)을 클리닝할 수 있도록 상기 제1클리닝블럭(410)의 상단에 형성될 수 있다.
상기 제2클리닝블럭(420)의 제2결합홀(424)은 상기 제2클리닝블럭(420)의 측면에 형성될 수 있으며, 상기 제2클리닝블럭(420)의 제2내부유로(425)는 상기 제2클리닝블럭(420)의 내부에 상기 제2클리닝블럭(420)의 길이방향으로 길게 형성될 수 있으며, 상기 제2클리닝블럭(420)의 제2배기홀(426)은 상기 제2클리닝블럭(420)의 하부에 위치하는 기판(130)을 클리닝할 수 있도록 상기 제2클리닝블럭(420)의 하단에 형성될 수 있다.
상기 제1결합홀(414)은 상기 진공펌프(108) 또는 상기 에어컴프레셔(109)에 연결되는 연결관과 결합할 수 있으며, 마찬가지로 상기 제2결합홀(424)도 상기 진공펌프(108) 또는 상기 에어컴프레셔(109)에 연결되는 연결관과 결합할 수 있다.
다만, 상기 제1배기홀(416)은 상기 제1클리닝블럭(410)의 상단에 형성되므로, 상기 제1결합홀(414)이 상기 에어컴프레셔(109)의 연결관과 결합하면, 상기 에어컴프레셔(109)의 공압에 의해 상방으로 블로윙이 발생하면서 전해액이 넓게 비산하는 문제가 발생할 수 있으므로, 도면에서 보이는 바와 같이, 상기 제1결합홀(414)은 상기 진공펌프(108)에 연결되는 제1연결관(411)과 결합하여 상기 진공펌프(108)의 진공압력에 의한 셕션으로 상기 전극모듈(300)을 클리닝할 수 있다.
이때, 상기 제2 결합홀(424)은 상기 에어컴프레셔(109)에 연결되는 제2연결관(421)과 결합할 수 있다. 상기 제2배기홀(426)은 상기 제2클리닝블럭(420)의 하단에 형성되므로, 상기 제2결합홀(424)이 상기 제2연결관(421)과 결합하더라도, 상기 에어컴프레셔(109)의 공압에 의한 블로윙이 하방으로 발생하게 되므로, 상대적으로 전해액이 비산하는 문제는 크지 않은 반면, 상기 에어컴프레셔(109)의 공압에 의한 블로윙과 상기 진공펌프(108)의 진공압력에 의한 셕션 모두를 이용할 수 있어서, 클리닝 효과를 극대화시킬 수 있다.
또한, 상기 클리닝블럭(400)은 상기 제1클리닝블럭(410)과 상기 제2클리닝블럭(420) 사이에 개재되어 상기 제1클리닝블럭(410)과 상기 제2클리닝블럭(420)을 견고하게 고정하는 커넥터블럭(419)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 클리닝블럭(400)의 후방에 위치하는 상기 제2클리닝블럭(420)에는 상기 제4구동부(402)에 결합하는 결합부(427)가 구비될 수 있다.
도 23은 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치의 개략적인 측면도이고, 도 24는 격벽프레임이 배스의 후방에 위치하고 있는 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 25는 격벽프레임이 기판지지부 상부에 위치한 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 23 내지 도 25를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치(100)는 상기 전극모듈(300)의 배출구에서 배출되는 전해액에 의해 상기 기판(130)과 상기 전극(320)이 침지되는 공간(451)을 형성하는 격벽(452)이 구비되는 격벽프레임(450)과, 상기 격벽프레임(450)을 이동시키는 제5구동부(470)를 포함할 수 있으며, 상기 제어부(110)는 상기 격벽(452)이 상기 기판지지부(200) 상부에 위치하도록 상기 제5구동부(470)의 작동을 제어할 수 있다.
예를 들어, 도 23에서 보이는 바와 같이, 상기 제5구동부(470)는 상기 격벽프레임(450)을 전방으로 수평이동시키는 실린더로 구성될 수 있으며, 상기 실린더는 상기 에어컴프레셔(109)에 의한 공압에 의해 작동될 수 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치(100)는 프린팅 공정시 상기 기판(130)과 상기 전극모듈(300)의 간격은 대략 200마이크로미터 정도 수준으로 그 간격이 매우 작기때문에, 상기 전극모듈(300)의 배출구(313)에서 배출되는 전해액에 의해서도 상기 기판(130)과 상기 전극(310)은 침지될 수 있으나, 본 실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치(100)와 같이, 상기 기판지지부(200) 상부에 별도의 격벽(452)을 설치하여 상기 기판(130)과 상기 전극(320)이 상기 전극모듈(300)의 배출구(313)에서 배출되는 전해액에 의해 침지가 용이하도록 할수도 있다.
이 경우, 본 실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치(100)와 같이, 상기 격벽(452)은 상기 배스(120) 후방에 위치하다가 프린팅 공정시에만 전방으로 이동하여 상기 기판지지부(200) 상부에 위치하도록 구성됨이 바람직하다. 상기 기판지지부(200) 상부에 상기 격벽(452)이 고정되어 있으면, 상기 프린팅 공정 외의 공정 예를 들면, 기판고정 공정, 기판과 전극모듈의 정렬 공정, 클리닝 공정 등과 같은 다른 공정시 많은 방해를 줄 수 있기 때문이다.
도 26은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제5구동부를 개략적으로 나타내는 수직단면도이다.
도 26을 참조하면, 본 실시 예에 따른 제5구동부(470)는 상기 격벽프레임(450)을 전후방 수평이동과 수직이동이 가능하도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치(100)는 상기 격벽프레임(450)의 수직이동을 가이드하는 수직이동가이드프레임(463)과, 상기 수직이동가이드프레임(463)의 수평이동을 가이드하는 수평이동가이드프레임(465)을 포함하고, 상기 제5구동부(470)는 상기 수직이동가이드프레임(463)을 전후방 수평이동시키는 수평구동부(472)와, 상기 격벽프레임(450)을 수직이동시키는 수직구동부(474)를 포함할 수 있다.
그러면, 상기 제어부(110)는 상기 수평구동부(472)와 상기 수직구동부(474)의 작동을 제어함으로써, 상기 격벽(452)을 상기 기판지지부(200) 상부에 위치시키는 경우 상기 기판지지부(200) 상면에 밀착시킬 수 있다.
상기 기판지지부(200) 상부에는 상기 기판(130)이 놓여진 상태이기 때문에, 상기 실시 예에서와 같이, 상기 제5구동부(450)가 상기 격벽프레임(450)을 수평이동만 시킬 수 있도록 구성되면, 상기 격벽프레임(450)이 수평이동하는 경우 상기 기판(130)에 걸리게 되어, 상기 기판지지부(200) 상면에 밀착시키기 어렵다.
도 27은 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치를 개략적으로 나타내는 수직단면도이다.
본 실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치(100)는 프린팅 공정시 상기 기판지지부(200) 상부에 상기 격벽(252)를 위치시킬 수 있으며, 프린팅 공정 이후에는 상기 기판(130)과 상기 전극모듈(300) 클리닝이 가능하도록 구성될 수 있다.
도 27을 참조하면, 본 실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치(100)는 상기 기판(130)과 상기 전극모듈(300)을 클리닝하는 클리닝블럭(400)과, 상기 클리닝블럭(400)을 이동시키는 제4구동부(402)와, 상기 전극모듈(300)의 배출구(312)에서 배출되는 전해액에 의해 상기 기판(130)과 상기 전극(320)이 침지되는 공간(451)을 형성하는 격벽(452)이 구비되는 격벽프레임(450)과, 상기 격벽프레임(450)을 이동시키는 제5구동부(470)를 포함할 수 있으며, 상기 제어부(110)는 상기 클리닝블럭(400)이 상기 기판(130)과 상기 전극모듈(300) 사이를 이동하도록 상기 제4구동부(402)의 작동을 제어할 수 있으며, 상기 격벽(452)이 상기 기판지지부(200) 상부에 위치하도록 상기 제5구동부(470)의 작동을 제어할 수 있다.
상기 실시 예에서 설명한 바와 같이, 상기 제4구동부(402)는 상기 클리닝블럭(400)을 전방으로 수평이동시키는 실린더(402)로 구성될 수 있다.
이 경우, 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치(100)는 상기 격벽프레임(450)과 상기 실린더(402)가 고정되는 브래킷(460)과, 상기 브래킷(560)의 수직이동을 가이드하는 수직이동가이드프레임(463)과, 상기 수직이동가이드프레임(463)의 수평이동을 가이드하는 수평이동가이드프레임(465)을 포함하고, 상기 제5구동부(470)는 상기 수직이동가이드프레임(463)을 전후방 수평이동시키는 수평구동부(472)와, 상기 브래킷(460)을 수직이동시키는 수직구동부(474)를 포함할 수 있다.
그러면, 상기 클리닝블럭(400)과 상기 실린더(402)는 상기 격벽프레임(450)과 함께 수평이동되고 수직이동될 수 있어서, 상기 S-ECAM 프린팅 장치(100)의 전체적인 구성을 간단히 할 수 있다.
또한, 상기 실린더(402)가 상기 격벽프레임(450)과 함께 상기 브래킷(460)에 고정되는 경우, 상기 실린더(402)는 상기 격벽프레임(450)의 하부에 위치하도록 상기 브래킷(460)에 고정될 수 있다.
이때, 상기 실린더(402)가 상기 브래킷(460)에 고정되는 높이는 상기 클리닝블록(400)이 수평이동하는 경우 상기 격벽프레임(450)의 하부 클리닝이 가능한 높이에 고정될 수 있다. 예를 들어, 상기 실린더(402)는 상기 클리닝블럭(400)의 상면이 상기 격벽프레임(450)의 밑면에 위치하는 높이에 고정될 수 있다.
그러면, 상기 제어부(110)는 상기 수직구동부(474)의 작동을 제어하여 상기 격벽프레임(450)의 밑면이 상기 전극모듈(300)의 밑면에 수평하도록 상기 격벽프레임(450)을 수직이동시킨 후, 상기 실린더(402)를 작동하여 상기 클리닝블럭(400)을 수평이동시키면, 상기 클리닝블럭(400)은 상기 기판(130)과 상기 전극모듈(300) 사이를 수평이동하면서, 상기 기판(130)의 상부와 상기 전극모듈(300)의 하부 뿐만 아니라 상기 격벽프레임(450)의 하부도 동시에 클리닝할 수 있다.
또한, 상기 클리닝블럭(400)의 하부에는 가이드볼(403)이 구비되고, 상기 배스(120)에는 상기 가이드볼(403)을 지지하는 지지벽(127)이 구비될 수 있음은,상기 실시 예에서 설명한 바와 같다.
이하 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치의 제어방법에 대해 설명한다. 상기 제어방법의 각 단계는 상기 제어부(110)에 의해 수행될 수 있다.
도 28은 본 발명의 일실시 예에 따른 S-ECAM 프린팅 장치의 제어방법을 나타내는 도면이다.
도 28을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 S-ECAM 프린팅 장치의 제어방법(S100)은 상기 제3구동부(153)의 작동을 제어하여 상기 배스(120)의 일측에 위치하는 상기 로드(152)가 상기 기판지지부(200) 상부에 놓인 기판(130)을 가압하도록 하는 기판가압 단계(S110)를 포함할 수 있다.
상기 기판가압 단계(S110)는 상기 기판지지부(200)에 형성된 근접센서(207)가 상기 기판(130)을 감지한 경우에 수행될 수 있다.
상기 제어방법(S100)은, 상기 기판가압((S110) 단계 이후, 상기 기판(130)이 가압된 상태에서 상기 진공펌프(108)를 작동하여 상기 기판지지부(200) 하부에 형성된 진공홀(201)을 통해 상기 기판(130)을 고정하는 기판고정 단계(S120)를 포함할 수 있다.
상기 제어방법(S100)은, 상기 기판고정 단계(S120) 이후, 상기 기판(130)이 고정된 상태에서 상기 제3구동부(153)의 작동을 제어하여 상기 기판(130)의 가압상태를 해제하는 기판가압 해제 단계(S130)를 포함할 수 있다.
상기 제어방법(S100)은, 상기 기판가압 해제 단계(S130) 이후, 상기 제1구동부(101)와 제2구동부(107)의 작동을 제어하여 상기 기판(130)과 상기 전극모듈(300)을 정렬시키는 정렬 단계(S140)를 포함할 수 있다.
상기 정렬 단계(S140)는 상기 전극모듈(300)에 구비된 갭센서(307)의 감지에 따라 상기 제1구동부(101)의 작동을 제어하여 상기 전극모듈(300)의 밑면이 상기 기판(130)의 상면과 평행하도록 하는 전극모듈 레벨링 단계(S141)와, 상기 제2구동부(107)의 작동을 제어하여 상기 카메라모듈(140)에 구비된 카메라(142)가 상기 기판(130)에 형성된 기판 얼라인 마크(144)를 감지하도록 상기 카메라모듈(140)을 이동시키는 기판 얼라인 마크 감지 단계(S142)와, 상기 제1구동부(101)의 작동을 제어하여 상기 카메라(142)가 상기 전극모듈(300)에 형성된 전극 얼라인 마크(145)를 감지하도록 상기 전극모듈(300)을 이동시키는 전극 얼라인 마크 감지 단계(S143)와, 상기 제1구동부(101)의 작동을 제어하여 상기 카메라(142)에 감지된 상기 전극 얼라인 마크(145)가 상기 기판 얼라인 마크(144)에 중첩하도록 상기 전극모듈(300)을 이동시키는 얼라인 마크 중첩 단계(S144)를 포함할 수 있다.
상기 제어방법(S100)은, 상기 정렬 단계(S140) 이후, 상기 제1구동부(101)와, 상기 전원공급부(102)와, 상기 펌프(104)의 작동을 제어하여 상기 전극모듈(300)의 밑면에 형성된 전극(320)에 마주하는 상기 기판(130)의 소정영역에 전해액에 포함된 금속이온을 전착시키는 프린팅 단계(S150)를 포함할 수 있다.
상기 프린팅 단계(S150)는 상기 제1구동부(101)의 작동을 제어하여 상기 기판(130)과 상기 전극(320)의 간격이 기 설정된 초기 간격을 형성하도록 상기 전극모듈(300)을 하강시키는 초기간격 형성 단계(S151)와, 상기 펌프(104)의 작동을 제어하여 상기 저장부(103)에 저장된 전해액을 상기 전극모듈(300)에 형성된 유입구(312)로 공급하는 전해액공급 단계(S152)와, 상기 기판(130)과 상기 전극(320)이 상기 전극모듈(300)의 배출구(313)로 배출되는 전해액에 의해 침지된 상태에서 상기 전원공급부(102)의 작동을 제어하여 상기 전극(320)에 마주하는 상기 기판(130)의 소정영역에 전해액에 포함된 금속이온을 전착시키는 전착 단계(S153)를 포함할 수 있다.
상기 기 설정된 초기 간격은 작업자가 상기 입력부(105)를 통해 입력한 간격일 수 있다.
상기 제어방법(S100)은, 상기 프린팅 단계 이후, 상기 제4구동부(402)의 작동을 제어하여 상기 클리닝블럭(400)이 상기 기판(130)과 상기 전극모듈(300) 사이를 이동하도록 하는 클리닝 단계(S160)를 포함할 수 있다.
상기 클리닝 단계(S160)는 상기 진공펌프(108)와 상기 에어컴프레셔(109) 중 적어도 어느 하나를 작동하여 수행할 수 있다.
또한, 상기 제어방법(S100)은, 상기 제5구동부(470)의 작동을 제어하여 상기 기판(130)과 상기 전극(320)이 전해액에 침지되는 공간(451)을 형성하는 격벽(452)이 상기 기판지지부(200) 상부에 위치하도록 상기 격벽(452)이 구비된 상기 격벽프레임(450)을 이동시키는 격벽형성 단계(S170)를 포함할 수 있다.
상기 격벽형성 단계(S170)는 상기 정렬 단계(S140) 이전 또는 상기 프린팅 단계(S150) 이전에 수행될 수 있다.
또한, 상기 제어방법(S100)은, 상기 클리닝 단계(S160) 이전에, 상기 제1구동부(101)와 상기 제5구동부(470)의 작동을 제어하여 상기 전극모듈(300)과 상기 격벽프레임(450)이 상기 기판(130)과 기 설정된 간격으로 이격되도록 상기 전극모듈(300)과 상기 격벽프레임(450)을 수직이동시키는 간격형성 단계(S180)를 포함할 수 있다.
상기 기 설정된 간격은 상기 클리닝블럭(400)의 두께에 해당하는 간격일 수 있으며, 상기 간격형성 단계(S180)는 상기 전극모듈(300)이 상기 격벽(452)에 삽입되어 상기 전극모듈(300)의 밑면과 상기 격벽프레임(450)의 밑면이 평행한 상태가 되도록 수행될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 전기화학 전착에 의한 적층법(ECAM, ElectroChemical Additive Manufacturing)을 이용하여 기판에 금속원료를 선택적으로 적층시킬 수 있는 S-ECAM(Selective ElectroChemical Additive Manufacturing) 프린팅 장치에 관한 것으로서, 그 실시 형태는 다양한 형태로 변경가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명은 본 명세서에서 개시된 실시 예에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 변경 가능한 모든 형태도 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.
100 : S-ECAM 프린팅 장치 110 : 제어부
120 : 배스(bath) 130 : 기판
200 : 기판지지부 300 : 전극모듈
400 : 클리닝블럭 450 : 격벽프레임

Claims (18)

  1. 배스;
    상기 배스에 구비되며, 상부에 기판이 놓이는 기판지지부;
    전해액이 유입되는 유입구와 상기 유입구를 통해 유입된 전해액이 배출되는 배출구가 구비되는 전극홀더와, 상기 전극홀더의 밑면에 소정간격으로 복수개 구비되는 전극을 포함하는 전극모듈;
    상기 전극모듈을 움직이는 제1구동부;
    상기 전극을 양극(anode)으로, 상기 기판을 음극(cathode)으로 하여 전원을 인가하는 전원공급부;
    전해액이 저장되는 저장부;
    상기 저장부에 저장된 전해액을 상기 유입구로 공급하는 펌프;
    상기 기판에 형성된 기판 얼라인 마크와 상기 전극홀더에 형성된 전극 얼라인 마크를 감지하는 카메라가 구비되는 카메라모듈;
    상기 카메라모듈을 움직이는 제2구동부;
    상기 전극모듈의 배출구에서 배출되는 전해액에 의해 상기 기판과 상기 전극이 침지되는 공간을 형성하는 격벽이 구비되는 격벽프레임;
    상기 격벽프레임을 이동시키는 제5구동부; 및
    상기 카메라에 감지된 상기 기판 얼라인 마크와 상기 전극 얼라인 마크가 서로 중첩되도록 상기 제1구동부와 상기 제2구동부를 제어하여 상기 기판과 상기 전극모듈을 정렬시키며, 상기 전극과 상기 기판이 소정간격 이격된 상태로 상기 전극홀더의 배출구에서 배출되는 전해액에 의해 침지된 상태에서 상기 전원공급부에 전원을 인가하여 상기 전극에 마주하는 상기 기판의 소정영역에 상기 전해액에 포함된 금속이온을 전착시키며, 상기 격벽이 상기 기판지지부 상부에 위치하도록 상기 제5구동부의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하는 S-ECAM 프린팅 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 카메라가 상기 기판 얼라인 마크를 감지하도록 상기 제2구동부를 제어한 후, 상기 카메라가 상기 전극 얼라인 마크를 감지하도록 상기 제1구동부를 제어한 후, 상기 카메라에 인식된 상기 기판 얼라인 마크와 상기 전극 얼라인 마크가 서로 중첩하도록 상기 제1구동부를 제어함으로써, 상기 기판과 상기 전극모듈을 정렬하는 것을 특징으로 하는 S-ECAM 프린팅 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 카메라모듈은 일측에 상기 카메라가 구비되는 몸통과, 상기 몸통의 타측 상부에 구비되는 상단개구부와, 상기 몸통의 타측 하부에 구비되는 하단개구부를 포함하고,
    상기 몸통 내부에는 상기 상단개구부로 입사한 빛과 상기 하단개구부로 입사한 빛을 상기 카메라 방향으로 반사시키는 빔스플리터가 구비되는 것을 특징으로 하는 S-ECAM 프린팅 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 상단개구부에는 상단조명부가 구비되고, 상기 하단개구부에는 하단조명부가 구비되고,
    상기 제어부는 상기 카메라가 상기 기판 얼라인 마크를 감지하도록 하는 경우 상기 하단조명부는 온(on) 상기 상단조명부는 오프(off)시키고, 상기 카메라가 상기 전극 얼라인 마크를 감지하도록 하는 경우 상기 하단조명부는 오프(off) 상기 상단조명부는 온(on)시키는 것을 특징으로 하는 S-ECAM 프린팅 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 S-ECAM 프린팅 장치는 상기 배스 일측에 위치하여 상기 기판지지부 상부에 놓인 기판을 가압하는 가압부와, 상기 기판지지부에 형성된 진공홀을 통해 상기 기판지지부 상부에 놓인 기판을 고정하는 진공펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 S-ECAM 프린팅 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가압부는 상기 배스 일측에 회전 가능하게 구비되는 로드(rod)와, 상기 로드를 회전시켜 상기 기판을 가압하도록 하는 제3구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 S-ECAM 프린팅 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 기판이 상기 가압부에 의해 가압된 상태에서 상기 진공펌프를 작동하여 상기 기판을 고정하는 것을 특징으로 하는 S-ECAM 프린팅 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극모듈에는 적어도 3개 이상의 갭센서가 구비되고,
    상기 제어부는 상기 전극모듈의 밑면이 상기 기판의 상면과 평행하도록 상기 갭센서의 감지에 따라 상기 제1구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 S-ECAM 프린팅 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 S-ECAM 프린팅 장치는 상기 기판과 상기 전극모듈을 클리닝하는 클리닝블럭과, 상기 클리닝블럭을 이동시키는 제4구동부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 클리닝블럭이 상기 기판과 상기 전극모듈 사이를 이동하도록 상기 제4구동부의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 S-ECAM 프린팅 장치.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 S-ECAM 프린팅 장치는
    상기 기판과 상기 전극모듈을 클리닝하는 클리닝블럭; 및
    상기 클리닝블럭을 이동시키는 제4구동부;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 클리닝블럭이 상기 기판과 상기 전극모듈 사이를 이동하도록 상기 제4구동부의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 S-ECAM 프린팅 장치.
  12. 제3구동부의 작동을 제어하여 배스 일측에 위치하는 로드가 기판지지부 상부에 놓인 기판을 가압하도록 하는 기판가압 단계;
    상기 기판이 가압된 상태에서 진공펌프를 작동하여 상기 기판지지부 하부에 형성된 진공홀을 통해 상기 기판을 고정하는 기판고정 단계;
    상기 기판이 고정된 상태에서 상기 제3구동부의 작동을 제어하여 상기 기판의 가압상태를 해제하는 기판가압 해제 단계;
    제1구동부와 제2구동부의 작동을 제어하여 상기 기판과 전극모듈을 정렬시키는 정렬 단계;
    상기 제1구동부와, 전원공급부와, 펌프의 작동을 제어하여 상기 전극모듈의 밑면에 형성된 전극에 마주하는 상기 기판의 소정영역에 전해액에 포함된 금속이온을 전착시키는 프린팅 단계; 및
    제4구동부의 작동을 제어하여 클리닝블럭이 상기 기판과 상기 전극모듈 사이를 이동하도록 하는 클리닝 단계;를 포함하고,
    제5구동부의 작동을 제어하여 상기 기판과 상기 전극이 전해액에 침지되는 공간을 형성하는 격벽이 상기 기판지지부 상부에 위치하도록 상기 격벽이 구비된 격벽프레임을 이동시키는 격벽형성 단계를 더 포함하고,
    상기 격벽형성 단계는 상기 정렬 단계 이전 또는 상기 프린팅 단계 이전에 수행되는 것을 특징으로 하는 S-ECAM 프린팅 장치의 제어방법.
  13. 삭제
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어방법은 상기 클리닝 단계 이전에, 상기 제1구동부와 상기 제5구동부의 작동을 제어하여 상기 전극모듈과 상기 격벽프레임이 상기 기판과 기 설정된 간격으로 이격되도록 상기 전극모듈과 상기 격벽프레임을 수직이동시키는 간격형성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 S-ECAM 프린팅 장치의 제어방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 정렬 단계는,
    전극모듈에 구비된 갭센서의 감지에 따라 제1구동부의 작동을 제어하여 상기 전극모듈의 밑면이 상기 기판의 상면과 평행하도록 하는 전극모듈 레벨링 단계;
    제2구동부의 작동을 제어하여 카메라모듈에 구비된 카메라가 상기 기판에 형성된 기판 얼라인 마크를 감지하도록 상기 카메라모듈을 이동시키는 기판 얼라인 마크 감지 단계;
    상기 제1구동부의 작동을 제어하여 상기 카메라가 상기 전극모듈에 형성된 전극 얼라인 마크를 감지하도록 상기 전극모듈을 이동시키는 전극 얼라인 마크 감지 단계; 및
    상기 제1구동부의 작동을 제어하여 상기 카메라에 감지된 상기 전극 얼라인 마크가 상기 기판 얼라인 마크에 중첩하도록 상기 전극모듈을 이동시키는 얼라인 마크 중첩 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 S-ECAM 프린팅 장치의 제어방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 프린팅 단계는
    상기 제1구동부를 제어하여 상기 기판과 상기 전극의 간격이 기 설정된 초기 간격을 형성하도록 상기 전극모듈을 하강시키는 초기간격 형성 단계;
    상기 펌프의 작동을 제어하여 저장부에 저장된 전해액을 상기 전극모듈에 형성된 유입구로 공급하는 전해액공급 단계; 및
    상기 기판과 상기 전극이 상기 전극모듈에 형성된 배출구로 배출되는 전해액에 의해 침지된 상태에서, 상기 전원공급부의 작동을 제어하여 상기 전극에 마주하는 상기 기판의 소정영역에 전해액에 포함된 금속이온을 전착시키는 전착 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 S-ECAM 프린팅 장치의 제어방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 클리닝 단계는 진공펌프와 에어컴프레셔 중 적어도 어느 하나를 작동하여 수행하는 것을 특징으로 S-ECAM 프린팅 장치의 제어방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 기판가압 단계는 상기 기판지지부에 구비된 근접센서가 상기 기판을 감지한 경우에 수행되는 것을 특징으로 하는 S-ECAM 프린팅 장치의 제어방법.
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