KR0174527B1 - 납땜 용제 도포장치 - Google Patents

Abstract

제1통로 (15)를 따라 이동하는 동안 저용고성 통제와 같은 액체를 가판 (12)상에 분무하는 장치(10)는 기판을 향하는 스프레이건 (38)을 포함한다. 상기 건(38)은 제 1통로(15)에 수직인 제 2통로(30)를 따라 건을 전후 왕복 이동시키는 이송장치 (42,44,46)에 의하여 왕복 이동되는 캐리지(34)에 의해 이송된다. 스프레이건(38)은 각 통과동안 분무 패턴이 이전의 통과동안 형성된 패턴에 중첩하도록 왕복 이동하여 기판상에 액체 피복을 균일하게 시킨다. 건(38)이 그 이동의 한 끝부분에 다다를 때 그 선단부 (39)는 선단부 막힘을 방지하기 위하여 술벤트로 적셔진 브러시(84)로 자동적으로 세척된다.

Description

[발명의 명칭]

납땜 용제 도포 장치

[기술분야]

본 발명은 기판에 액체 특히 납땜 용제(soldering flux)를 균일하게 도포시키는 방법과 장치에 관한 것이다.

[발명의 배경]

전자업계에서 납땜은 프린트 회로기판 상의 금속 영역의 대응 패턴에 전자 부품의 리드(lead)를 접합시키는 기술로 존재한다. 납땜 공정을 수행하는 중에 납땜 용제가 부품이 리드나 또는 회로기판상의 금속 영역이나 어느 쪽에 적용되었다. 대체로 활성제 고체 전색제(solid vehicle) 그리고 솔벤트로 구성된 용제는 리드와 회로기판의 금속 영역 사이의 납땜 접합질을 높이기 위하여 습윤제 및 세척제로서 작용한다. 종래에는 납땜 용제가 솔질, 발포(foaming) 분무에 의해 적용되거나 회로기판을 가로질러 통과하는 플럭스 웨이브를 발생시켜 적용되었다.

종래에는 송진 함유 용제 즉 송진을 사용하는 용제가 화학적 활성이 보다 높은 수용성 용제와 비교하여 순한 활성을 갖기 때문에 적합하였다. 그러나 송진 함유 용제는 회로기판의 시험을 방해하는 찌꺼기를 남기는 단점을 발생시킨다. 일반적으로 이러한 찌꺼기를 제거하기 위하여 환경에 유해한 클로로플루오로카본(CFC)또는 도시 하수도로 방출하기 전에 반드시 처리하여야 되는 싸구려 세척제로 세척하는 방법만을 사용하였다.

종래의 송진 용제와 관련된 세척 분제를 극복하기 위한 노력으로 많은 제작자는 극소량의 고체 전색제를 함유하는 액체 용제 혼합물인 로우-솔리드(low-solids)용제를 개발하였다. 이러한 로우-솔리드 용제는 세척을 하지 않아도 회로기판의 시험에 악영향을 주지 않을 정도로 극소량의 찌꺼기만을 남긴다는 것을 알게 되었다. 그러나 이러한 로우-솔리드 용제의 단점은 매우 정밀한 형태로 적용되지 않으면 회로기판의 표면 절연 저항이 변화할 수 있어서 허용한계 이하로 떨어질 수 있다는 것이다.

죤 알 피셔(John R. Fisher), 레슬리 에이. 구쓰(Leslie A,Guth)그리고 제임스 에이. 말러(James A. Mahler)의 명의로 허여되고 모두 본 출원인에 양도된 미국 특허 제 4,821,948 호 및 제4,871,105호는 상술한 문제점을 극복하고자 제어된 양의 로우-솔리드 용제를 회로기판상에 분사시키는 장치를 기술하고 있다. 상기 피셔씨 등에 의한 장치는 회로기판상에 용제를 도포시키기 위하여 유동성 로우-솔리드 용제를 분사시키는 초음파 노즐을 사용한다. 상기 장치가 제어된 양의 로우-솔리드 용제를 회로기판상에 분사하는 것이 효과적인 것이 입증되었지만 상기 장치에 사용되는 초음파 노즐은 비교적 값이 비싸다. 또한 호온이 종종 막혀 손으로 세척할 필요가 있다. 그래서 로우 솔리드 용제를 적용하기 위하여 비교적 저렴하고 더욱 안전한 장치를 필요로 한다.

[발명의 요약]

본 발명에 따르면 기판이 예정된 이동 경로를 따라 운반되는 동안에 기판상에 액체(예를 들면, 유동성 로우 -솔리드 용제)를 균일하게 적용시키는 장치를 기술하고 있다. 상기 장치는 기판상에 용제를 에정된 패턴으로 분사하기 위하여 기판을 향한 스프레이 건(spray gun)안으로 가압되는 유동성 로우-솔리드 용제를 담고 있는 탱크를 포함한다. 횡단이동 장치(traversing mechanism)가 기판 이동 경로에 대하여 수직인 경로를 따라 스프레이 건을 전후로 왕복 이동시키므로 각각의 통과 중에 기판상에 분사된 용제의 패턴은 이전에 통과하는 동안 도포된 패턴에 적어도 부분적으로 중첩한다. 이러한 방식에서 기판상에 용제가 실질적으로 균일하게 도포된다. 본 발명의 장치는 스프레이 건의 팁(tip)의 막힘을 방지하도록 왕복이동 될 때 상기 건의 팁을 자동적으로 세척하는 장치를 설치하여 신뢰성 있는 장기간의 작동을 보장한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면 기판이 예정된 이동 경로를 따라 운반되는 동안 기판상에 액체(예를 들면 유동성 로우-솔리드 용제)를 균일하게 적용시키는 방법을 기술하고 있다. 상기 방법은 기판을 향한 스프레이 건 안으로 유동성 로우-솔리드 용제를 가압시켜 상기 건이 그 기판 위에 용제를 설정된 패턴으로 분사시키므로써 수행된다. 이와 동시에 스프레이 건은 기판 이동 경로에 대하여 수직인 경로를 따라 전후로 왕복 이동하므로 각각의 통과 중에 기판상에 분사된 용제의 패턴은 이전에 통과하는 동안 도포된 패턴에 적어도 부분적으로 중첩한다. 이러한 방식에서 용제의 패턴은 균일하게 도포된다. 스프레이 건의 팁은 왕복이동할 때마다 자동적으로 세척되어 신뢰성 있는 장기간의 작동을 보장한다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명에 따른 로우-솔리드 용제를 기판에 적용하기 위한 장치의 개략도.

제2도는 제1도의 용제 적용 장치의 개략적인 블록도.

제3도는 제1도의 장치의 일부로 구성되는 스프레이 건의 위치를 감지하는 한쌍의 센서로 도시하는 제1도의 용제 적용 장치의 부분 정면도.

제4도는 제1도의 용제 적용장치내 캐리지의 부분 측면도.

제5도는 제1도의 용제 적용 장치가 기판에 용제를 적용시키는 방식을 도시하는 제1도의 기판의 저면도.

제6도는 세척 장치를 세부적으로 도시하는 제1도의 용제 적용 장치의 부분 정면도.

[발명의 상세한 설명]

제1도를 참조하면 웨이브 솔더링 머신(wave soldering machine; 도시하지 않음)으로 연장하는 경로 (15)를 따라 프린트 회로기판(12)을 컨베이어(14)로써 이송시킬 때 유동성 로우 솔리드 용제와 같은 액체를 프린트 회로 기판(12)상에 균일하게 적용하기 위한 본 발명에 따른 장치 (10)의 사시도를 도시한다. 이장치(10)의 일부가 아닌 컨베이어(14)는 L평 핑거(18)의 무단 체인을 각각 이송하는 연결된 2개의 레일(16)로 구성되며 각 핑거의 하부는 회로기판(12)의 에지중 마주보는 에지와 결합한다. 레일(16)중 하나는 여러 가지 너비를 갖는 회로기판(12)을 수용하기 위하여 다른 레일로부터 이동 가능하다.

용제 적용 장치(10)는 컨베이어(14) 아래로 짧은 거리에 설치된 상부 개방폐쇄체(open-top enclosure:20)로 구성된다. 배기 벤트(도시되지 않음)에 연결된 피크부에서 베기구(24)를 갖는 피라미드형 후두(22)가 컨베이어(4)위의 페쇄체(20)에 놓인다. 상기 페쇄체(20)내에는 회로기판(12)의 이동축선(15)에 대해 수직인 축선(30)을 따라 종방향으로 이동하는 상향 수직벽(28)을 갖는 프레임(26)이 위치하게 된다. 수평 레일(31)이 각각의 단부에 한쌍의 필로형 베어링(pillow block:32)중 분리된 하나에 의하여 상기 벽(28)에 장착되어 있으므로 상기 레일이 축선(30)에 대하여 평행하게 벽으로부터 이격되어 이 벽을 따라 수평으로 연장한다.

제1도의 장치(10)의 부분 정면도인 제6도를 참조하면 레일 (31)은 이 레일상에서 굴러가는 3개의 회전가능하게 장착된 휘일(36)(2개만 도시됨)을 갖는 캐리지(34)를 지지하고 있으므로 상기 캐리지가 레일을 따라 이동할 수 있다. 제6도의 캐리지(34)는 스프레이건의 분사팁(39)이 제1도의 회로기판(12) 하면을 향하도록 수직으로 장착된 스프레이건(38)을 운반한다. 제6도에 관하여 이하에서 더욱 상세히 설명하게 되겠지만 스프레이 건(38)은 액체(예를 들면 로우-솔리드 용제)를 제 1도의 회로기판(12)의 하면상에 분사시킨다.

제6도를 참조하면 한쌍의 스프로킷(42)중 각각이 벽(28)에 회전 가능하게 저널되어 레일 단부중 분리된 하나로부터 측방향으로 내향하여 짧은 거리로 벽과 레일(31) 사이에 놓인다. 제6도에 가장 적절히 도시된 바와 같이 체인 링크중 하나로부터 수평하게 외향 연장하는 핀(45)을 갖는 순환 체인(endless chain:44) 이 스프로킷(42) 둘레에 감긴다. 상기 핀(45)은 캐리지(34)의 후면에 있는 수직채널(46)(제4도에서 좌측)을 타고 간다. 핀(45)을 이송하는 체인(44)의 특정 링크가 제6도의 각 스프로킷(42)의 반경을 따라 이동하면 핀은 채널내에서 체인 회전 방향에 따라 상향 또는 하향으로 이동한다. 상기 방식에서 캐리지(34) 즉 스프레이건(38)은 체인(44)이 한 방향으로 회전하면 레일 (31)을 따라 전후로 연속 왕복 운동하게 된다. 제1도에 도시된 바와 같이 스프로킷(42)중 우측에 있는 것은 상술한 방식으로 캐리지(34)와 스프레이 건38을 왕복 이동시키도록 전동기(41)에 의하여 구동된다. 양호한 실시예에서 모터(410는 오하이오 클리브렌드에 소재하는 릴라이언스 일렉트릭 캄파니(Reliance Electric Company)에 의해 제작된 모델 P56H5040 AC모터를 구비한다.

하기에 기술된 바와 같이 캐리지(34) 즉 스프레이 건(38)의 상대 위치를 아는 것이 유용하다. 상기 목적을 위하여 한쌍의 센서(48) 각각은 제3도에 도시된 바와 같이 컨베이어 레일(16)에 개별적으로 장착되어 스프레이 건이 센서 아래를 통과할 때 레일(16)을 교차할 때의 정보가 건의 작동을 제어하는 데 사용되므로 레일 자체를 전체적으로 분사하지는 않는다.

제2도는 추가의 세부사항을 도시하는 장치(10)의 개략도이다. 양호한 실시예에서 스프레이 건38은 펜실베니아 필라델피아에 소재하는 빙크스 스프레이 시스텝즈(Binks Spray System)에 의하여 제작된 모델61 스프레이 건 형태를 취한다. 팁 (39)는 빙크스 66A 에어 노즐과 모델 9-096 유동팁으로 구성된다. 이러한 스프레이 건38은 로우-솔리드 용제의 저장조를 구비하는 탱크(54)로부터 라인(52)을 통하여 액체(로우-솔리드 용제)가 공급되는 액체 유입구(50)를 구비한다. 탱크(540내의 용제는 필터(60)를 통하여 공급원(비도시)으로부터 압축 공기를 공급받는 라인(56)을 통하여 불활성 가스(압축 공기)를 탱크로 강제 급송시킴으로써 라인(52) 강제 공급된다. 탱크(54)에 주입되는 공기의 압력을 제어하여 탱크(54)로부터 라인(52)까지 용제의 유량을 제어하기 위하여 압력 게이지와 조절기 (62)가 라인(56)에 제공된다. 라인(52)을 통과하는 용제의 유량은 유량계(64)에 의하여 측정된다.

유입구(50)를 통하여 스프레이 건(38)에 주입되는 용제는 팁(39)으로부터 방출된다. 팁(39)으로부터 방출된 용제는 라인(68)에 의하여 공기 필터(60)의 출구에 연결된 입구 포트(66)를 통하여 스프레이 건에 주입되는 공기 흐름에 충돌함으로써 분사된다. 입구 포트(66)를 통과하는 공기의 압력을 제어하기 위하여 압력 조절기와 게이지(70)가 라인(68)내에 제공된다.

본 실시예에 사용된 특정 모델의 스프레이 건(38)은 건 자체를 통과하는 액체(로우-솔리드 용제)의 유동과 분사 공기를 제어하는 내부의 공기 작동식 밸브(도시하지 않음)를 구비한다. 상기 내부 밸브는 라인 (56.58) 과 같이 필터(60)를 통하여 공급원으로부터 압축 공기를 공급받는 라인(74)으로부터 스프레이 건38내의 포트 (72)에 주입되는 공기 압력에 의하여 작동된다. 압력 조절기와 게이지(75)가 라인(74)을 통과하는 공기의 압력을 조절한다.

용제를 제1도의 회로기판상에 분무하지 않는 동안의 시간 간격중 공기가 포트(72)로 유동하는 것을 방지하기 위하여 솔레노이드 작동 밸브(76)가 라인(74)내에 설치된다. 상기 밸브(76)는 양호한 실시에에서 위스콘신 밀워키 소재의 알렌 브레들이 캄파니(Allen-Bradley Co.)에 의해 제작된 모델 SLC-150프로그램 로직 컨트롤러 형태를 취하는 프로세서(78)에 의해 작동된다. 또한 상기 프로세서(78)는 모터 속도를 제어하므로서 스프레이 건(38)의 횡단속도(rate of traversal)를 제어하기 위하여 모터 작동 주기를 조절하는 모터 컨트롤러(80)를 통하여 모터(47)를 제어한다. 양호한 실시예에서 모터 컨트롤러(80)는 릴라이언스 일렉트릭에 의해 제작된 모델1AC2101 모터 컨트롤러 형태를 취한다.

프로세서(78)에 의한 밸브(76)의 제어는 센서(48)의 신호에 따라 수행되어 스프레이 건(38)이 회로기판(12) 바로 아래에 위치하는 동안만 작동한다. 센서(48)로부터 발달된 신호를 통해 프로세서(78)는 스프레이 건(38)이 회로기판(12)의 개별단부를 지나간 때를 알 것이다. 스프레이 건(38)이 레일(31)의 전체 길이에 대하여 전후로 변함없이 왕복 이동하기 때문에 보통과 같이 상기 건은 컨베이어 레일 (16)에 분사하였을 것이다. 이러한 상태를 최소화하기 위하여 프로세서(78)는 센서의 작동에 따라 솔레노이드(76)를 제어하여 스프레이 건(38)이 회로기판(12) 바로 아래에서 있는 동안에만 용제를 분무하도록 작동한다.

지금까지 설명한 장치(10)를 제작하는 경우에 스프레이 건 (38)이 짧은 기간 동안만 작동하여도 팁(39)은 로우-솔리드 용제로 막혀서 불규칙한 분사를 초래한 다는 것을 알았다. 이러한 문제점은 본 발명에 의하여 해결되었는데 즉 건이 제6도의 레일(31)을 따라 전후로 왕복 이동할 때 스프레이 건(38)의 팁(39)를 자동적으로 세척하기 위하여 제2도 및 제6도에 도시된 세척 시스템(82)을 상기 장치 (10)에 제공하므로써 해결되었다. 제6도에 적절히 도시된 바와 같이 세척 시스템(82)은 건이 좌측의 이동 끝 부분에 있을 때 브러시의 솔이 스프레이 건(38)의 팁(39)을 문질르도록 별(28)의 한 단부(제1도에서 좌측) 부근에서 위로 상승하는 브래킷(86)에 의하여 고정된 브러시(84)를 포함한다.

상기 브러시84는 일정량의 솔벤트를 담는 솔벤트 압력 컵(90)으로부터 라인(88)을 통하여 브러시에 공급된 솔벤트 일반적으로 알콜로 적셔진다. 상기 컵(90)으로부터 나오는 솔벤트는 불활성 가스(압축 공기)가 라인(92)을 통해 컵까지 가압될 때 라인(88)으로 강제 공급되고 상기 라인(92)은 제2도에 도시된 바와 같이 필터(60)를 통하여 압축 공기 공급원(비도시)에 연결된다. 제2도에 도시된 바와 같이 압력 조절기와 게이지(94)가 공기 압력을 제어하기 위하여 라인(92)내에 위치한다.

솔벤트가 브러시(84)로 흐르는 것을 방지하기 위하여 솔레노이드 작동 밸브(96)가 라인(88)내에 설치된다. 제2도의 밸브(76)와 같이 밸브(96)는 프로세서(78)에 의하여 제어된다. 일반적으로 프로세서(78)는 브러시(84)를 솔벤트로 적셔진 상태를 유지하기 위하여 밸브(96)를 주기적으로 작동시킨다. 솔벤트를 과도하게 떨어뜨리지 않고 브러시(84)가 적셔진 상태(솔벤트가 증발하는 비율을 고려하여)를 유지하도록 밸브를 작동시키는 주파수를 선택한다.

제1도를 참조하면 로우-솔리드 용제로 회로기판(12)에 분무하는 것은 다음 방식으로 수행한다. 일반적으로 하나 이상의 회로기판(12)이 컨베이어(14)상에 놓이며 그때 컨베이어(14)는 작동하기 시작한다. 회로기판(12)이 근접센서(proximity sensor:비도시)에 의하여 감지되므로서 스프레이 건으로부터 짧은 거리로 컨베이어(14)에 의해 이송되면 모토(47)가 작동하여 스프레이 건(38)을 레일 (31)을 따라 전후로 왕복 이동시킨다. 건이 회로기판(12) 바로 아래에 놓이게 되는 간격 동안만 스프레이 건(38)이 용제를 분무하는 작용을 하게 되는 시간 동안 제2도의 밸브(76)가 작동하게 된다.

제3도를 참조하면, 제1도, 제2도 및 제6도의 스프레이 건(38)이 축선(30)을 따라 반대 방향으로 회로기판(12)아래에서 횡단 이동하는 동안 기판 자체는 축선(15)을 따라 이동한다. 그래서 스프레이 건(38)이 회로기판(12)에 대해 직각으로 이동하므로 상기 건이 좌측에서 우측방향으로 이동할 때 스프레이 건(38)에 의하여 분무되는 용제의 패턴은 제5도에 라인(88)으로 나타난 바와 같이 대각선 스트립이다. 유사한 방법으로 스프레이 건(38)이 우축에서 좌축방향으로 이동하면 이 분무 패턴도 제5도에 선(100)으로 나타난 바와 같이 대각선 스트립이다.

스프레이 건(38)에 의해 형성된 대각선 스트립(98,100)은 서로 대향하므로 분무 패턴은 제5도에 도시된 바와 같이 회로기판12를 지그재그로 교차하도록 나타난다. 실제로 스프레이 건(38)상의 팁(39)은 6인치(15cm)의 폭을 갖는 용제의 띠를 분사한다. 그래서 제5도에서 선으로 도시된 스트립(98.100) 각각은 약 6인치의 폭을 갖는다. 스프레이 건(38)이 우측으로 좌측으로 통과하는 동안 팁(39)은 솔벤트로 적셔진 브러시(84)로써 자동적으로 세척된다.

컨베이어(14)의 속도와 마찬가지로 모터(47)의 속도 (스프레이 건(38)의 분당 이동 횟수 또는 통과 횟수를 결정)는 각각의 통과 중에 건의 팁(39)에 의해 형성된 분무 패턴이 이전에 통과하는 동안 형성된 분무 패턴에 중첩하는 정도를 결정한다. 용제를 회로기판(12)상에 균일하게 바르기 위하여 스프레이 건(38)의 각 통과 중에 형성된 분무 패턴은 건의 이전의 통과 중에 형성된 패턴에 중첩하여야 한다. 분당 통과하는 스프레이 건(38)의 횟수 컨베이어(14)의 속도 팁(39)의 분무 패턴의 너비, 그리고 분무 패턴의 중첩%사이의 관계S는 아래 식으로 주어진다.

여기서,S는 회로기판(12)을 교차하는 스프레이 건 (38)의 분당 통과 횟수

V는 컨베이어의 속도(ft/m)

W는 팁39의 분무 패턴의 너비(inch)

P는 중첩%

예를 들면 6인치의 분무 너비가 주어지고 컨베이어 속도 3.125ft/min에서 75%분무 패턴 중첩(P=75)을 얻기 위해서는 스프레이 건(38)은 분당 25회 통과하여야 한다. 지금까지 회로기판이 제1축선(15)을 따라 이동될 때 기판을 향한 스프레이건(38)을 제1축선에 직각인 제2축선(30)을 따라 왕복이동시킴으로써 로우-솔리드 용제를 회로기판(12)상에 균일하게 도포시키는 장치(10)를 기술하였다. 스프레이건 (38)이 제1축선을 따라 왕복이동하면 건의 팁(39)은 세척 시스템(82)에 의해 자동적으로 세척되어 신뢰할 수 있는 작업을 보장한다.

Claims (3)

1. 기판이 예정된 이동 경로를 따라 직선상으로 운반될 때 액체를 기판상에 균일하게 도포하기 위한 장치에 있어서, 일정량의 액체를 수용하는 제1패쇄 탱크와; 기판을 향하는 스프레이 건과; 상기 스프레이 건이 액체를 기판상에 예정된 패턴으로 분무하도록 액체를 탱크로부터 스프레이 건까지 강제 공급하기 위한 수단과; 각각의 통과 동안 스프레이 건에 의해 형성된 분무 패턴이 역방향으로 스프레이 건이 이전에 통과하여 형성한 패턴에 적어도 부분적으로 중첩하여 균일한 도포를 보장하도록 기판의 이동 경로에 대해 수직인 경로를 따라 스프레이 건을 왕복 이동시키기 위한 횡단 이동수단(traversing means)과; 스프레이 건이 왕복 이동하는 동안에 스프레이 건을 일회 이상 접촉하도록 장착된 브러시와: 솔벤트를 담고 있는 제2폐쇄 탱크와; 상기 제2폐쇄 탱크로부터 주기적인 간격으로 자동적으로 솔벤트를 공급하여서 브러시가 솔벤트로 계속 적시어져 있도록 하기 위해 제2폐쇄 탱크와 브러시에 연결된 솔벤트 공급수단을 포함하는 액체 도포 장치.
2. 제1항에 있어서 상기 브러시는 스프레이 건이 그 이동의 어느 한 끝 부분에 도달하면 스프레이 건의 팁에 접촉하도록 장착되는 액체 도포장치
3. 제1항에 있어서 상기 솔벤트 공급 수단은 불활성 가스를 제2폐쇄 탱크로 공급하기 위한 수단과 제2탱크와 브러시 수단 사이에 연결된 도관과 불활성 가스가 제2탱크로 공급되는 동안 상기 도관을 통과하는 솔벤트의 유동을 제어하기 위하여 상기 도관 내에 설치된 밸브 수단과 브러시를 솔벤트로 적시기 위하여 밸브 수단을 주기적으로 개방하기 위한 수단을 포함하는 액체 도포 장치.