KR100259672B1 - 인쇄회로 기판에 땜납 적용 방법 및 장치 - Google Patents

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패트릭티.호간
리차드지.크리스티슨
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토마스 엘. 무어헤드
노드슨 코포레이션
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Abstract

본 발명은 에어리스형 분무기를 맥동시켜 회로 기판에 대해 플럭스 코팅을 적용시키므로써 회로기판 관통 구멍의 양호한 침투와 균일한 막두께를 달성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 오버스프레이를 감소시키고 재료 이용성과 전열효율을 향상시키는 오버스프레이 수집 시스템을 구비하며, 자동으로 조절될수 있는 분무기 위치결정 기구에 의해 분무기가 회로 기판에 대해 정확하게 위치된다.

Description

인쇄회로 기판에 땜납 플럭스 적용 방법 및 장치
제1도는 본 발명에 따라 컨베이어에 의해 코팅 챔버를 통해 이송되는 회로 기판상에 에어리스형 분무기로 플럭스 코팅을 적용하는 시스템을 개략 도시한 측면도.
제2도는 오버스프레이 수집 덕트가 엣지의 아래와 회로 기판의 위에 배치된 상태에서, 컨베이어에 의해 이송되는 상기 기판에 대해 조절 가능하게 장착된 분무기를 수용하는 코팅 챔버의 단부를 부분 단면 도시한 정면도.
제2a도는 조절가능하게 장착되어 자동적으로 제어되는 분무기를 확대 도시한 정면도.
제3a도 내지 제3c도는 관통 구멍내로의 플럭스의 코팅 및 관통을 향상시키기 위해 리드 와이어가 삽입된 단면 도시된 회로 기판내 관통 구멍에 대한 분무기의 위치를 세개의 연속적인 펄스로 도시한 도면.
제4도는 분무기의 작동을 인코더와 관련하여 플로팅한 도면.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
12 : 회로 기판 16 : 코팅 챔버
20 : 분무기 22 : 노즐
30 : 오버스프레이 수집 수단 62, 64 : 체인
66 : 탭 68 : 핑거
[발명의 분야]
본 발명은 인쇄 회로 기판 제조 분야에 관한 것으로, 특히 전기 부품의 리드를 기판에 납땜하기 이전에 에어리스형 분무기(airless spray gun)로 땜납 플럭스(soldering flux)를 회로 기판에 적용시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.
[발명의 배경]
회로 기판의 제조에는, 통상적으로, 컨베이어 시스템 상에 기판을 적재(loading)시키는 단계와, 상기 기판들을 전기 부품 리드가 기계적 또는 수동적으로 회로 기판의 관통 구멍내로 삽입되는 컨베이어 라인의 하류측으로 이송시키는 단계가 포함된다. 이후, 상기 기판은 엣지 조종(handling) 컨베이어 쪽으로 이송되고, 상기 엣지 조정 컨베이어에 의해 플럭스 스테이션을 통과하게 되는데, 상기 플럭스 스테이션에서는 전기 부품의 리드가 나중에 양질의 땜납 본드로 기판의 금속화된 부분에 납땜 접합될수 있도록 회로 기판에 땜납 플럭스가 적용된다. 플럭스 적용 스테이션을 지난후, 상기 기판은 플럭스로부터 용제(solvents)를 신속히 털어내고 예열되어 땜납 웨이브와의 접촉으로 인한 열적 쇼크(thermal shock)를 최소화하기 위해 예열 영역을 통과 이송된다. 이 과정에 이어서, 기판은 웨이브 납땜기를 통과하게 되며, 이곳에서는 땜납 웨이브 위를 지나간다. 땜납은 전기 부품의 리드를 내포하는 관통 구멍내로 견인 또는 강제 유도되며, 기판의 금속화된 부분과 상기 리드 사이에 납땜 본드가 형성된다. 웨이브 납땜기를 떠난 후 상기 기판은 플럭스로부터 남은 잔류물을 제거하도록 세척기를 통과 이송된다. 플럭스 적용의 효율성, 적용되는 플럭스의 형태, 납땜후 기판을 세척(cleaning)해야 할 필요성, 땜납 플럭스가 적용되는 코팅 챔버를 세척해야 할 필요성은 각각 본 발명이 해결하고자 하는 과제들이다.
오늘날, 회로 기판의 제조에는 로진(rosin:송진에서 테레빈유를 증류하고 남은 잔류물) 플럭스, 유기산 플럭스, 저 고형(low solid) 플럭스 등의 세가지 형태의 플럭스가 사용되공 있으며, 이중 로진 플럭스와 유기산 플럭스가 가장 널리 사용되고 있다. 상기 2 가지 플럭스는 통상 회로 기판을 플럭스의 액체 웨이브나 플럭스 거품(foam)과 접촉하는 것에 의해 적용되며, 상기 플럭스 거품은 거품이 만들어지는 플럭스를 통해 가스를 기포형성(bubbling)하므로써 얻어진다. 이와 달리, 상기 플럭스는 브러싱(brushing)이나 분무(spraying) 방법에 의해 회로 기판에 적용될 수 있다. 액체 웨이브 적용 시스템 및 거품 적용 시스템에서는, 용제가 플럭스로부터 증발되어 없어지기 때문에, 플럭스를 담고 있는 개방형의 큰 통이나 배럴은 용제 대 고형물의 퍼센티지를 소정 레벨의 범위내로 유지하도록 지속적으로 감시되어야 한다. 상기 용제의 함유 레벨은 액체 비중계로 비중을 측정하므로써 결정된다. 상기 비중이 소정 범위를 벗어날때 마다, 필요한 만큼 비중을 조정하도록 알콜과 같은 용제가 개방형 플럭스 콘테이너에 부가된다. 종래 시스템의 작동에 있어서, 설정 범위내에서 비중을 유지하는데 필요한 솔벤트의 량과 계속적인 모니터의 필요성은 막대한 비용을 필요로 한다.
로진 기초 플럭스(rosin-based flux)는 전자 산업에 널리 보급되어 있지만, 그 사용과 관련하여 몇가지 중대한 문제점들이 있다. 상기 로진 기초 플럭스는 회로 기판상에 그 품질을 저하시키는 잔유물을 종종 남긴다. 이러한 이유로 상기 형태의 플럭스를 사용하는 회로 기판은 납땜후 세척 작업을 거쳐야 한다. 더구나, 로진 잔유물은 제거하기가 곤란하기 때문에, 상기 회로 기판을 세척하기 위해서는 강력한 공업용 세정제나 클로로플루오로카본(chloro fluorocarbons)를 사용해야 한다. 일반적으로 사용되는 공업용 세정제의 처리에는 많은 비용이 들고, 클로로플루오로카본의 사용은 환경에 유해한 것으로 알려져 있다. 미국에서는 이러한 환경 문제 때문에 클로로플루오로카본의 사용이 점차로 폐지되고 있다. 따라서, 상기 클로로플루오로카본의 사용이 점차로 폐지됨에 따라 상기 처리 비용은 더욱 증가하게 된다. 각각의 회로 기판 제조 라인에는 클로로플루오로카본을 적용하기 위한 세척장비가 필요하며, 상기 장비는 필요한 플로어 공간을 구하고, 작동시키고, 제공하는데 비용이 많이 든다.
한편, 유기산 플럭스는 물에 의해 효과적으로 세척될 수 있다. 그러나, 물에 의한 세척 장비 또한 각각의 회로 기판 제조 라인에 사용되야 하며 필요한 플로어 공간을 구하고, 작동시키고, 제공하는데 비용이 많이 든다. 이러한 플로어 공간의 필요성은 상기 세척 장비의 길이 때문에 특별한 고려와 비용을 필요로 한다.
납땜 이후 회로 기판을 세척하는 필요성을 없애려는 노력에 있어서, 예를들어, 1 내지 5 중량 %의 소량의 고형물(활성제 및 비이클(보조물))과 이소프로필 알콜과 같은 잔류 액체 용제를 포함하는 저 고형 플럭스 즉 "세척 작업이 필요 없는 플럭스"는 회로 기판 제조자들에 의해 그 사용이 점차로 증가되고 있다. 상기 플럭스내의 고형물 양이 적기 때문에, 종래의 로진 기초 플럭스의 사용후 기판상에 남는 잔류물의 량에 비하여 크게 감소된다. 상기 저 고형 플럭스는, 그 명칭에서 암시하고 있듯이, 납땜이후 회로 기판의 세척 작업을 필요로 하지 않아 막대한 비용을 절약할 수 있기 때문에 특히 관심을 끈다. 그러나, 상기 "세척 작업이 필요 없는 플럭스"의 사용에는 한가지 문제점이 있다. 개방된 큰통을 사용하는 것과 같은 종래의 방법과 함께 비중을 계속적으로 점검하여 제어하는데 어려움이 있다. 그러므로, 폐쇄 시스템으로 세척 작업이 필요 없는 플럭스를 스프레이하는 것이 바람직한 방법이다. 상기 플럭스는 폐쇄된 콘테이너에 저장되어, 공기중의 노출을 최소한으로 한 상태에서 스프레이 시스템에 전달되어 용제가 증발되지 못하도록 한다. 종래 기술의 스프레이 시스템에서의 문제점은, 통상적으로, 50 내지 60 psi의 "공기 스프레이"의 유체 압력 범위에서 작동하여 코팅 챔버내에 많은 오버스프레이(overspray)를 발생시키는 저압 스프레이를 사용하는 것이다. 상기 오버스프레이는 플럭스 코팅재를 낭비하며, 상기 챔버 및 컨베이어가 플럭스 코팅 재료로 덮히게 되어 세척 작업이 곤란하고 많은 시간을 소요하게 한다. 또한, 상기 오버스프레이는 회로 기판의 위치에 대한 신호를 제어 시스템에 전달하는 제어 센서를 방해하는 경향이 있다. 이것은 상기 회로 기판이 적절한 위치에 있지 않을 때에 상기 스프레이가 작동할 수도 있기 때문에 바람직스럽지 못하다.
이것은 또한 더 많은 오버스프레이를 발생시켜서 더욱 빈번한 세척 작업을 필요로 하는 큰 잔류물 덩어리를 형성시키므로써 문제점을 악화시킨다. 상기 시스템을 세척할때 마다 전체 라인이 중단되어야 하며, 더우기, 회로 기판의 전반적인 제조 단가를 상승시킨다. 저압 스프레이에서의 다른 문제점은 상기 플럭스가 납땜될 리드를 포함하는 관통 구멍을 항상 적절하게 관통하지는 못한다는 점이다. 이것은 기판상에 유지된 회로와 부품의 리드간에 효과적이지 못한 땜납 연결을 초래한다.
이와 같은 부실한 관통 구멍의 관통과 과도한 오버스프레이 조건은 상기 저압 스프레이 방법이 다른 2 가지 형태의 땜납 플럭스와 함께 사용될때도 일어난다.
그러므로, 오버스프레이가 최소로 되고 발생된 오버스프레이가 효과적으로 코팅 챔버로부터 제거되므로써 코팅 챔버상에 응집되는 것이 방지되도록 땜납 플럭스, 특히 저고형 플럭스를 회로 기판에 대해 적용시키고, 땜납 플럭스를 기판에 균일하게 적용시켜 우수한 관통 구멍 침투를 달성하게 되는 기술이 필요하게 되었다.
[발명의 목적 및 개요]
본 발명의 목적은 종래 시스템의 문제점과 한계성을 제거한, 회로 기판에 대한 플럭스 코팅 적용 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적으로는, 오버스프레이가 감소되어 재료 이용 및 이송 효율이 증가된, 회로 기판에 대한 플럭스 코팅 적용 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적으로는 회로 기판 관통 구멍을 양호하게 관통하기 위해 에어리스 스프레이 시스템으로 플럭스 코팅을 회로 기판에 적용시키는 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
계속하여 본 발명의 또 다른 목적으로는, 에어리스형 분무 시스템을 맥동(pulsing on and off)시켜 회로기판의 한 부분을 스프레이 패턴으로 코팅하므로써, 인접하는 코팅된 부분들이 우수한 회로 기판 관통구멍 침투 및 균일한 막두께를 달성하도록 각각 상호 부분 중첩되게 하는, 회로기판에 대한 플럭스 적용 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 기판의 상부 표면과 하부 표면 사이에 관통 구멍을 갖는, 회로 기판에 땜납 플럭스 코팅을 적용시키는 장치 및 방법이 제공된다. 기판상에 지지된 전자 부품의 리드는 상기 관통 구멍내로 삽입된다. 상기 회로 기판은 컨베이어 시스템에 의해 코팅 챔버를 통해 이송된다. 액체 땜납 플럭스의 공급원에 연결된 에어리스형 분무기는 코팅 챔버내에 장착된 노즐을 가지며, 상기 노즐로부터 팬(fan) 형상의 액체 스프레이 패턴이 발생된다. 코팅 챔버를 통한 회로 기판의 이동에 반응하여 회로기판의 하부표면의 섹션을 코팅하도록 분무기를 맥동시키기 위한 제어 시스템이 상기 분무기에 연결되며, 상기 코팅에 의해 인접하는 코팅된 부분들은 그 각각이 서로 다른 각도로 2회 이상 분무되어 균일한 커버를 제공하고 땜납 플럭스 재료가 관통 구멍내로 효과적으로 침투하도록 부분적으로 중첩된다.
본 발명에 따르면, 상기 제어 수단은, 상기 회로 기판이 분무기의 맥동이 이미 끝난 지점에서부터 코팅 챔버를 통해 제 1 거리를 이동될때 코팅 재료의 맥동을 개시하고, 상기 회로 기판이 분무기의 맥동이 시작되는 지점으로부터 코팅 챔버를 통해 제 2 거리만큼 이동될때 상기 맥동을 종료하도록 상기 분무기에 신호를 보내기 위해 분무기에 연결된 제어기(controller)를 포함한다.
상기 회로 기판이 이동한 거리는 컨베이어의 이동 거리에 대응하는 카운트 신호를 제어기에 보내는 인코더(encoder)에 의해 감지된다.
또한, 본 발명에 따르면, 고압의 맥동 에어리스 스프레이 기술을 이용하므로 오버스프레이를 최소화하고, 오버스프레이 수집 시스템(overspray collection system)은 회로 기판 아래에서 발생되는 오버스프레이된 플럭스를 수집하도록 스프레이 패턴의 대향 측부상에서 회로기판의 하부 표면과 에어리스 분무기 사이에 배치되는 오버스프레이 수집 덕트를 구비하며, 코팅 챔버내에서 회로 기판의 위를 지나는 오버스프레이를 모두 수집하도록 수집 덕트가 제공된다.
본 발명은 또한 스프레이 패턴의 외측 엣지가 기판의 대향 엣지를 타격하도록 분무기의 노즐과 회로 기판의 하부 표면 사이의 거리를 변화시키기 위해 상기 분무기에 연결되는 위치결정(positioning) 수단을 구비한다. 상기 위치결정 수단은 또한 분무기의 노즐을 이동 방향으로 연장되는 회로 기판의 중심선과 정렬시킨다.
[상세한 설명]
제 1 도에는 회로 기판(12)에 플럭스 코팅을 적용시키기 위한 시스템(10)의 개략적인 도면이 나타나 있다. 상기 시스템(10)은 화살표 18로 지시된 이동 방향으로 플럭스 코팅 챔버(16)를 통해 회로 기판(12)을 이송하기 위한 컨베이어 수단(14)을 포함한다. 노즐(22)을 갖는 에어리스형 분무기(20)는 코팅 챔버(16)내에 배치되며 상기 노즐(22)로부터 에어리스 액체 스프레이 패턴(24)을 발생시킨다. 코팅 챔버를 통해 예정된 거리로 이동하는 회로 기판(12)에 대응하여 분무기(20)를 간헐적으로 맥동시켜 회로 기판 하부 표면의 중첩부를 코팅하기 위한 제어 수단(26)이 상기 분무기(20)에 연결된다.
코팅 챔버(16)내에 위치된 오버스프레이 수집 수단(30)은 회로 기판(12)의 상부 표면(34)상에서와 하부 표면(32)(제 2 도 참조) 아래로부터 오버스프레이된 플럭스를 수집한다.
종래 기술에 있어서, 플럭스 코팅 챔버(16)는, 전자 부품(38)의 리드(40)가 기판(12)을 통해 연장된 관통 구멍(78)내로 삽입되어 장착된 조립 스테이션(비도시)과, 땜납 플럭스로 미리 코팅된 기판이 용제를 발화시켜 날려버리도록 가열되어 종래의 웨이브 땜납 장치를 지날때 발생된 높은 열적 변화도에 의한 손상을 막는 예정된 온도까지 상승되는, 코팅 챔버(16)로부터 하류 방향으로 향하는 예열 스테이션(비도시) 사이에 위치된다. 제 2 도에 도시된 바와 같이 플럭스 코팅 챔버(16)는 2 개의 측벽(44,46)과 전면벽(48) 및 후면벽(50)으로 구성되며 그 각각은 측면엣지에서 연결되어 그 하단부에서는 기부(52)에, 그 상단부에서는 천정(54)에 연결된다. 배출구(36)는 코팅 챔버(16)의 내부와 연통하여 챔버(16)내부로부터 소정 위치로 오버스프레이를 배출시키는 역할을 한다.
상기 후면벽(50)과 전면벽(48)은 컨베이어 수단(14)이 통과하는 흡입구(58)와 배출구(60)를 각각 구비한다. 컨베이어 수단(14)은 각각의 고정 레일(63)과 조절가능한 레일(65)을 따라 이동하는 동일 평면상의 컨베이어 체인(64,62)을 포함한다.
제 2 도는 다양한 너비의 회로 기판을 수용할 수 있는 시스템의 조절가능한 레일(65)의 위치 범위를 나타낸다. 각각의 체인(62,64)은 균일하게 이격된 다수의 탭(tabs)(66)을 지지한다.
각각의 탭(66)은 다른 체인에 의해 지지된 탭과 관련된 핑거(finger)를 향하도록 상기 체인에서부터 그것이 고정되는 곳을 향해 돌출되는 바닥부에 핑거(68)를 구비한다. 핑거(68)는, 제 2 도에 도시된 바와 같이, 회로 기판(12)의 대향 엣지를 결합하는 역할을 한다. 상기 체인(62,64)은 다양한 속도의 전기 모터(비도시)에 의해 공동으로 구동된다. 상기 체인(62,64)이 화살표 18 방향으로 구동될때, 각각의 회로 기판(12)은 플럭스 코팅 챔버(16)를 통해 이송되어 후술되는 방법으로 플럭스 처리된다. 배출구(60)를 통해 플럭스 코팅 챔버(16)를 지난후에, 각각의 회로 기판(12)은 예열 챔버(비도시)를 통해 이송되어 종래의 납땜용 웨이브 납땜 장치(비도시)내로 이동된다.
제 1 도 및 제 2 도에 있어서, 종래의 회로 기판(12)은 전방 단부(70)와 후방 단부(72) 및 대향 측부(74,76)를 가지며 에폭시 수지와 같은 절연재로된 시트로 구성된다. 제 3a 도 내지 제 3c 도에 도시된 바와 같이, 다수의 관통 구멍(78)이 기판의 동일 평면상의 하부 표면(82)과 상부 기판(80) 사이로 연장된다. 각각의 관통 구멍(78)은 상기 대향 표면(80,82)상에 위치된 한쌍의 이격된 금속 영역(86)을 결합하는 금속층(84)으로 도금된다. 상기 금속 영역(86)을 선택적으로 연결시키기 위해 상기 표면(80,82)중 하나 또는 양쪽 상에 (도시되지 않은) 금속 통로가 제공된다.
전자 부품(38)은 관통 구멍(78)을 지나는 리드(40)에 의해 회로 기판(12)의 상부 표면(80)상에 장착된다. 각각의 대응하는 관통 구멍(78)내의 금속층(84)과 리드(40) 사이에 견고한 기계적 전기적 결합을 보장하기 위해, 상기 리드는 금속층(84)에 납땜된다. 상기 납땜 작업은, 땜납의 웨이브가 기판의 하부 표면(82)과 접촉하여 습윤력(wetting forces)에 의해 각각의 관통 구멍내로 끌어 올려지므로써 상기 리드(40)를 금속층(84)과 금속 영역(86)에 결합시키도록 상기 회로 기판(12)을 (도시되지 않은) 용융 땜납 웨이브상으로 통과시키는 것과 같은 자동식으로 행해지는 것이 바람직하다.
납땜 작업 이전에, 땜납 플럭스는 회로 기판의 하부 표면(82)에 적용되어, 이어지는 납땜 작업시에, 상기 땜납이 리드(40)와, 금속층(84), 및 금속 영역(86)을 적시도록 한다. 상기 리드와 기판 사이의 견고한 기계적 전기적 결합을 보장하기 위해, 상기 리드가 적소에 위치된후, 상기 관통 구멍내로 플럭스가 스프레이된다. 그러므로, 플럭스로 관통 구멍(78)의 전체 내부 표면과 리드(40)를 효과적으로 코팅시키는 것은 본 발명의 중요한 특성이다.
본 발명의 기본적 특성은, 양호하게 저 고형 플럭스 즉, 세척 작업이 필요없는 플럭스를 적용하기 위해 코팅 챔버내에 장착된 에어리스형 분무기(20)의 사용에 있다. 상기 분무기(20)는 본 발명의 출원인인 오하이오주, 웨스트레이크의 노드슨 코포레이션에서 제조한 Nordson Cross-CutR노즐을 구비한 노드슨 모델 번호 제 A74를 사용할 수도 있다. 상기 분무기(20)는 이전에 땜납 플럭스 적용에 사용됐던 공기 스프레이 분사 방법과 대조적인 에어리스 스프레이라 불리우는 스프레이 코팅기술을 사용한다. 에어리스 스프레이 코팅 방법에서, 액체 코팅 흐름은 이 흐름이 노즐을 떠나자 마자 원자화되도록 액체 코팅 흐름을 때리는 공기 흐름에 의해 원자화된다. 한편, 본 발명에서 사용되는 에어리스 액체 스프레이 코팅은 액체를 분사시키기 위해 공기 흐름을 사용하지 않지만, 노즐 오리피스의 액체 상류 흐름은 정역학적으로 가압되어 상기 액체가 대기압 상태의 공기 중에 노출된후 넓게 분포되며 유압에 의해서만 분사되도록 한다. 이전에 사용되었던 다른 종래의 방법으로는 초음파 분사법이 있지만, 상기 방법 또한 공기 스프레이 방법과 같은 재료의 저압 연무(mist)를 생성한다.
분무기(20)는 회로 기판(12)의 하부 표면(82)에 대한 스프레이 노즐(22)의 거리를 변화시키고 중심을 맞추는 위치결정 수단(92)을 포함하는 분무기 장착 고정부(90)상에 장착된다. 위치결정 수단(92)은 분무기 노즐(22)과 상기 판의 하부 표면(82) 사이의 수직 거리를 조정하기 위한 가위식 절첩 장치(94)를 포함한다. 상기 절첩 장치(94)는 나사 로드(98)에 연결된 핸드휠(96)을 수동으로 돌림으로써 쉽게 조정될 수 있다. 상기 로드(98)가 회전되면, 부재(100,102)가 이들의 중심에 선회가능하게 연결되어 있기 때문에 크로스 아암(100)의 상단부는 핸드휠(96)에 대하여 이동하여 상기 아암(102)의 단부가 슬롯(104)내에서 미끄럼 운동하게 하는바, 이는 상기 부재(100,102)가 그 중심에서 피봇 연결되기 때문이다. 이것은 분무기(20)가 상기 판(12)에 대해 화살표 106 방향으로 근접 및 이격 이동되게 한다. 상기 노즐은 스프레이 패턴(24)의 상부의 외부 엣지가 회로 기판(12)의 대향 측부(74,76)에 대하여 부딪힐 수 있도록 양호하게 위치된다. 위치결정 수단(92)은 화살표 110로 지시된 운동방향(18)에 대해 횡방향으로 분무기(20)를 조정하기 위한 나사 구동부(108)를 부가로 포함하므로, 분무기(20)의 노즐은 상기 판(12)에 대하여 중심이 맞추어진다. 나사 구동부(108)는 분무기(20)를 이동하기 위하여 핸드휠(114)에 의하여 수동으로 구동될 수 있는 나사 로드(112)를 포함한다.
제 2 도는 본 발명의 출원인인, 오하이오주, 웨스트 레이크 소재의 노드슨 코포레이션에 의하여 제조된 노드슨 모델 25B 펌프인 펌프(116)에 의하여 땜납 용제가 공급되는 분무기(20)를 도시한다. 펌프(116)는 땜납 용제 제조업자가 원래 땜납 용제 재료를 공급하는 드럼(120)으로부터 튜브(118)를 통하여 상기 땜납 용제 재료를 흡입한다. 상기 땜납 용제는 공급관(122)을 통하여 펌프(115)로부터 분무기(20)로의 경로에 있는 필터(비도시)를 통하여 지나간다. 28.12 내지 42.18 kg/㎠(400 내지 600 psi) 범위의 압력에서 용제 코팅액을 분무기(20)에 공급함으로써, 노즐(22)은 에어리스 팬형 액체 스프레이 패턴을 배출한다. 또한 본 발명에서는 원추형과 같은 다른 형상의 스프레이 패턴을 가진다. 종래의 저압 장치가 3.65 내지 4.22 kg/㎠(50 내지 60 psi) 범위의 "공기 스프레이" 유체압 범위에서 작동하는 반면에, 땜납 용제의 "에어리스" 적용이 사용되는 본 발명에서는, 상술한 바와 같이 유체 압력이 28.12 내지 42.18 kg/㎠(400 내지 600 psi) 범위에 있다. 유체 흐름에서의 고압 사용은 발생된 오버스프레이의 감소와 관통 구멍(78)내로의 땜납 용제의 향상된 침투때문에 본 발명의 중요한 특징이다.
본 발명의 다른 특징은 상기 땜납 용제가 균일한 스트림으로 스프레이되는 대신에 판의 하부 표면(82)상에 맥동적으로 공급된다는 것이다. 땜납 용제의 고압스프레이를 맥동시키므로써, 바람직하지 못한 오버스프레이를 발생시키지 않고 판의 하부면(82)을 가로질러 균일한 코팅이 보장된다. 고압 스프레이와 함께 맥동되는 것은 상기 용제가 하나 이상의 각도로 판(12)내의 각 구멍(78)에 충격을 주고, 상기 판이 이동되고 분무기가 고정되기 때문에, 관통 구멍(78)을 통한 효과적인 침투가 보장된다. 제 1 도에 도시된 바와 같이, 판(12)은 화살표 18 방향의 오른쪽으로 이동된다. 판(12)의 운동은 제어기(26)에 연결된 센서(124)를 가동시킨다. 상기 회로 기판(12)의 전방 단부(70)가 센서(124) 아래로 지나갈때, 센서(124)는 노즐(22)에 대한 회로 기판(12)의 리드 엣지 위치를 지시하는 제어기(26)로 라인(126)을 통하여 신호를 보낸다. 센서(124)는 통상 노즐의 상류측에 위치되며, 따라서 기판(12)이 스프레이될 때 회로 기판은 센서(124)를 차단하고 오버스프레이에 의해 코팅되는 것이 방지된다. 제어기(26)는 컨베이어(14) ( 및 기판(12))가 설정 거리만큼 이동될 때마다 제어기(26)에 전기적 펄스를 발신하는 인코더(128)로부터 전기입력값을 수신한다. 제어기(26)는 펄스 프로그램에 억세스하여 센서(124)로부터의 신호에 응답하여 회로 기판상에 코팅 펄스를 분무하도록 인코더(128) 로부터의 신호에 응답하여 회로 기판상에 코팅 펄스를 분무하기 위해 인코더(128)로부터 설정된 횟수만큼 분무기(20)의 밸브(비도시)를 개방한다. 그후 제어기(26)는 인코더(128)로부터 설정된 횟수만큼 분무기 밸브를 폐쇄하고, 또 다른 펄스를 분무하기 위해 설정된 횟수만큼 밸브를 개방한다. 이것은 센서(124)가 기판의 존재를 감지하는한 계속된다. 인코더(128)는 통상 컨베이어 체인(62,64)의 이동과 함께 회전한다.
작동시, 컨베이어 체인(62,64)은 예컨대 초당 1 인치에 해당하는 분당 5 피트의 속도로 이동하도록 설치된다. 이러한 속도에서, 인코더(128)는 매번 0.005 인치의 컨베이어 이동을 위한 인코더 펄스를 생성한다. 통상 분무기(20)는 10 인코더 펄스(ten encoder pulse)에 대응하는 0.05 인치의 컨베이어 이동을 위해 좌측으로 개방된다. 그후 밸브는 약 100 인코더 펄스 또는 0.5 인치의 기판 이동을 위해 폐쇄된다. 이러한 펄스 패턴이 제 4 도에 도시되어 있다. 제 1 도에 도시된 분무 패턴의 측부 엣지(24A)는 그 폭이 통상 1.5 인치이다. 측부 엣지(24A)는 확대된 상태로 도시되어 있다. 제 3a도 내지 제 3c 도에 도시된 바와 같이, 센서(124)로부터의 트리거 신호는 제어기(26)를 작동시켜 0.05 인치의 기판 이동을 가산한 1.5 인치의 분무 패턴의 폭에 대응하여 제 1 분무 펄스가 하부 표면(82)의 제 1 부분(130)을 코팅시키게 한다. 그리고, 분무는 100 인코더 펄스와 등가인 0.5 인치의 기판 이동을 위해 펄스를 중단한다. 그후 차후의 분무 펄스가 재개되어 제 1 부분(130)을 오버랩하는 0.05 인치의 기판 이동을 가산한 1.5 인치만큼 제 2 부분(132)을 코팅한다. 분무 펄스의 측부 엣지가 그 폭이 약 1.5 인치이고 제 1 분무 펄스가 시작된 후 제 2 분무 펄스가 100 인코더 펄스로 작동될 것이기 때문에 제 1 부분 및 제 2 부분(130,132)은 약 1.0 인치로 오버랩될 것이다. 이어서, 또 다른 0.5 인치의 이동후(즉, 다른 100 인코더 펄스후) 분무 펄스가 세번째로 작동될때 하부면(82)의 제 3 부분은 약 1.55 인치의 폭을 가지며 제 1 부분 및 제 2 부분(130,132)을 약 0.5 인치 오버랩할 것이다. 이에 의해, 회로 기판(12)의 전체 하부면(82)은 세번의 연속적인 펄스에 의해 코팅된다. 따라서 각각의 관통 구멍(78)은 그 양호한 관통 및 코팅을 달성하기 위해 약 400 내지 600 psi의 고압으로 3 개의 다른 각도로 3개의 다른 코팅 재료의 펄스에 의해 분무될 것이다.
제어기(26)의 분무 펄스 프로그램은 기판(12)의 모든 하면 부분이 상기 양호한 실시예의 3 개의 펄스로 타격(strike)되는 것을 보장하도록 설치된다. 상기 실시예가 3 개의 오버래핑 코팅부에 대해 기술되었지만 제어기에 대한 프로그램도 본 발명의 범주내에 속하므로 판의 모든 하면부는 요망되는 코팅 두께에 따라 적어도 2 개의 펄스 또는 4 개 또는 그 이상의 펄스로 분무될 수 있다.
더우기, 에어리스 방법에 의해 오버스프레이가 감소될 뿐 아니라, 에어리스 분무를 펄스시키는 것에 의해서도 각 기판상에 분무되는 다량의 코팅재가, 오버스프레이를 일층 더 감소시키는 연속성 에어리스 분무와 비교하여 감소되어짐을 주목한다.
기판(12)의 전체 하부 표면이 세개의 펄스로 코팅되는 양호한 실시예에서, 제 1 펄스는 스프레이 패턴의 대략 3 분의 1 만이 기판을 코팅하도록 기판(12)의 전방 단부(70)가 노즐(22)에 대하여 위치 설정되는 동안에 작동된다. 오버스프레이 되는 스프레이의 잔량은 효과적으로 수집되어야 한다. 다음에, 제 2 펄스 동안에 스프레이 패턴의 대략 3 분의 2가 기판에 코팅을 한다. 다시, 발생된 오버스프레이는 수집되어진다. 최종적으로, 제 3 펄스는, 스프레이가 기판의 한 섹션을 전방단부(70)로부터 후방 단부(72)쪽으로 코팅하도록 기판이 노즐(22)에 대하여 위치할 때 개시된다. 유사한 방식으로, 후방 단부(72)에 인접한 최종 구역이 코팅되면, 최종 2 펄스는 코팅재가 기판을 지나 분무한다. 이러한 패턴은 3 펄스로 전체 기판이 코팅되도록 할 필요성이 있다.
시스템(10)에 합체된 제어기(26)는 예를 들면 박스 상부에 부착되는 고온 용융 스티치(stitch)를 적용하기 위해 통상적으로 사용되는 노드슨 회사제 노드슨 모델 PC44 타이머이다. 제어기(26)는 4 가지의 맥동 프로그램까지 저장할 수 있어 상기 스프레이의 빈도 및 지속도가 회로 기판의 다른 형태에 따라 변화될 수 있도록 한다.
본 발명의 다른 중요한 특징은 재료의 이용성과 전달 효율을 개선하도록 오버스프레이를 감소시킨다는 것이다. 이것은, 우선적으로 상술한 바와 같이 종래의 연무 형태의 공기 분사 분무기를 고압의 에어리스형 분무기(20)로 교체하므로써 달성되며, 상기 에어리스형 분무기는 많은양의 오버스프레이 클라우드(cloud)를 발생시키지 않고 액체 플럭스 재료를 보다 강력하게 회로 기판(12)의 하부 표면(82)으로 향하게 하며, 또한 분무되는 코팅 재료의 양을 감소시키도록 맥동된다. 둘째로, 오버스프레이 수집 수단(30)은 다량의 오버스프레이가 발생하는 기판(12)의 각 측부(74,76)에 바로 인접하여 제공되는 제 1 오버스프레이 수집 덕트 수단(140)을 포함한다. 또한 오버스프레이 수집 덕트 수단(30)은 기판(12)의 바로 위에 제공되는 제 2 오버스프레이 수집 덕트 수단(141)을 구비한다.
제 2 도에서, 오버스프레이 수집 덕트 수단(140)은 고정 레일(63)상에 지지된 컨베이어 체인(64)에 의해 이송된 회로 기판(12)의 측부(74) 위치 약간 아래에 인접한 위치에 고정된 흡입 개구(144)를 갖는 고정 덕트(142)를 포함한다. 덕트(142)의 배출 개구(146)는 플럭스 코팅 챔버(16)의 상부로 개방되어 팬(비도시)에 연결된 배출구(36)를 통해 배출된다. 오버스프레이 수집 덕트 수단(140)은 또한 신장 또는 수축될 수 있는 다중 덕트부(150a,150b)로 구성된 신축 흡입부(150)를 갖는 연장가능한 덕트(148)를 포함하여 흡입 개구(152)가 조절가능한 레일(65)상에 지지된 컨베이어 체인(62)에 의해 이송된 회로 기판(12)의 대향 측부(76)의 위치 약간 아래에 인접하여 위치되도록 한다. 덕트(148)의 배출구(154)는 플럭스 코팅 챔버(16)의 상부로 개방되어 배출구(36)를 통해 배출된다. 작동시, 회로 기판(12)의 측면 엣지에서 발생되는 모든 오버스프레이는 덕트(142,148)에 수집되어 덕트(142,148) 내부와 플럭스 코팅 챔버(16)의 상부를 가로질러 연장될 수 있는 필터부재(156)와 같은 필터 부재를 통해 위쪽으로 이동된다.
제 2 오버스프레이 수집 수단(141)은 플럭스 코팅 챔버(16)의 상부와 수집수단(141) 사이에 장착된 필터 부재(156)를 갖는다. 배출구(36)는 제 2 오버스프레이 수집 수단(141)으로부터 오버스프레이를 배출시킨다. 상기 스프레이의 일부가 전방 단부(70) 또는 후방 단부(72)의 스프레이 작업시 하부 표면(82)에 대향하지 않기 때문에 상기 회로 기판(12)의 전방 단부(70) 및 후방 단부(72)가 스프레이될 때 상기 수집 수단(141)은 특히 중요하다.
일반적으로, 상기 위치결정 수단(92)이 분무기(20)의 수동적 위치결정을 위한 핸드 휠(96,114)을 갖지만, 막 코팅되어 제어기(26')에 입력될 회로 기판을 확인하기 위하여 제 2a 도에 도시된 바와 같이 핸드 휠(96,114) 제어기에 연결된 모터(160,162)로 교체하는 것도 본 발명의 범주에 포함된다. 기판 확인 정보에 따라, 제어기(26')는 분무기의 위치와 맥동 프로그램 정보를 위한 검사표에 접근한다. 본 명세서를 통해, 프라임을 붙인(primed) 도면번호는 프라임을 붙이지 않은(unprimed) 도면번호로 표시된 구성 요소와 실질적으로 동일한 구성 요소를 나타낸다. 이러한 방식으로, 제어기(26')에 입력된 기판 확인 정보에 따라, 제어기(26')는 기판 폭에 대하여 기판의 하부 표면으로부터 스프레이 노즐(22)의 거리를 자동적으로 설정하며, 기판에 대해 분무기를 중심조정하고, 기판에 대한 적절한 맥동 패턴을 선택할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면 상술된 목적, 수단 및 장점을 만족시키는, 회로 기판에 플럭스 코팅을 적용시키는 장치 및 방법이 제공된다는 것은 분명해진다. 본 발명에서, 상기 플럭스 코팅은 재료 이용성을 증가시키고 번거로운 세척 작업이 필요없도록 오버스프레이를 감소시키는 한편, 균일한 두께와 회로 기판의 관통 구멍내로의 양호한 침투를 이루기 위해 에어리스형 분무기를 맥동시키므로써 회로 기판에 적용된다. 코팅 챔버와 컨베이어상으로의 증착에 의해 발생되는 오버스프레이를 방지하기 위해 오버스프레이 수집 시스템이 제공된다.
본 발명은 실시예와 함께 설명되어 있으며, 본 분야의 숙련자들에 의해 다양한 수정 및 변경이 가능하다는 것은 분명하다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위의 취지 및 범주 내에서의 모든 수정 및 변경등을 포함한다.

Claims (10)

  1. 회로 기판(12)에 대해 플럭스 코팅을 적용시키는 장치에 있어서, 상기 회로 기판(12)을 이동 방향(화살표 18 방향)으로 코팅 챔버(16)를 통해 이송하는 컨베이어(14) 수단과, 상기 코팅 챔버(16)내에 배치되는 노즐(22)을 가지며, 플럭스 코팅 액체 공급원에 연결되어 상기 노즐(22)로부터 액체 스프레이 패턴(24)을 발생시키는 에어리스형 분무기(20) 및, 상기 코팅 챔버(16)를 통해 소정 거리 이동되는 회로 기판(12)에 대응하여 회로 기판(12)의 일부분을 코팅시키도록 상기 분무기(20)에 연결되어 분무기를 간헐적으로 맥동시키므로써 상기 회로 기판의 인접하는 코팅된 부분이 각각 2회 이상 스프레이되도록 상호 부분적으로 중첩되게 하는 제어 수단(26)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 회로 기판에 대한 플럭스 코팅 적용 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회로 기판(12)은 상부 표면과 하부 표면 사이에 전기 부품의 리드(40)를 수용하기 위한 다수의 관통 구멍(78)을 구비하며, 회로 기판(12)의 하부 표면(32,82)에 적용된 플럭스 코팅은 상기 관통 구멍(78) 내로 침투하는 것을 특징으로 하는, 회로 기판에 대한 플럭스 코팅 적용 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 분무기(20)는 노즐(22)로부터 팬 형상의 액체 스프레이 패턴(24)을 생성하는 압력의 플럭스 코팅 액체 공급원에 연결되는 것을 특징으로 하는, 회로 기판에 대한 플럭스 코팅 적용 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 에어리스형 분무기(20)와 회로 기판(12)의 하부 표면(32,82) 사이에서 상기 스프레이 패턴(24)의 대향 측부상에 위치되어 상기 회로 기판(12)의 하부 표면(32,82) 아래의 오버스프레이된 플럭스를 수집하는 제 1 오버스프레이 수집 수단(140)을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 회로 기판에 대한 플럭스 코팅 적용 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 회로 기판(12)의 상부 표면(34,80)위에 위치되어 코팅 챔버(16)의 내부로부터 오버스프레이된 플럭스를 수집하는 제 2 오버스프레이 수집 수단(141)을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 회로 기판에 대한 플럭스 코팅 적용 장치.
  6. 회로 기판(12)에 대해 플럭스 코팅을 적용시키는 방법에 있어서, 상기 회로 기판(12)을 코팅 챔버(16)를 통해 이송하는 단계와, 노즐(22)을 구비한 고정 에어리스형 분무기(20)를 상기 코팅 챔버(16)내에 배치하고 상기 분무기(20)를 플럭스 코팅 액체 공급원에 연결하여 노즐(22)로부터 액체 스프레이 패턴(24)을 배출하는 단계 및, 상기 코팅 챔버(16)를 통해 소정 거리 이동되는 회로 기판(12)에 대응하여 회로 기판(12)의 일부분을 액체 스프레이 패턴으로 코팅시키도록 상기 분무기를 간헐적으로 맥동시키므로써 회로기판의 인접하는 코팅된 부분 각각이 2회 이상 스프레이 되도록 상호 부분적으로 중첩되게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 회로 기판에 대한 플럭스 코팅 적용 방법.
  7. 회로 기판의 하부 표면에 대한 플럭스 코팅 적용 장치에 있어서, 상기 회로 기판(12)을 이동방향(화살표 18 방향)으로 코팅 챔버(16)를 통해 이송하는 컨베이어 수단(14)과, 상기 코팅 챔버(16)내에 배치되는 노즐(22)을 구비하며, 상기 플럭스 코팅 액체 공급원에 연결되어 노즐로부터 액체 스프레이 패턴(24)을 배출하는 에어리스형 분무기(20) 및, 상기 분무기(20)에 연결되며, 스프레이 패턴(24)의 외부 엣지가 상기 기판(12)의 대향 엣지를 타격하도록 상기 분무기(20)의 노즐(22)과 회로 기판(12)의 하부 표면(32,82) 사이의 거리를 변화시키는 위치결정 수단(92)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 회로 기판의 하부표면에 대한 플럭스 코팅 적용 장치.
  8. 회로 기판(12)의 하부 표면(32,82)에 플럭스 코팅을 적용시키는 방법에 있어서, 상기 회로 기판(12)을 이동 방향(화살표 18 방향)으로 코팅 챔버(16)를 통해 이송하는 단계와, 노즐(22)을 갖는 에어리스형 분무기(20)를 상기 코팅 챔버(16)내에 배치하고, 상기 분무기(20)를 플럭스 코팅 액체 공급원에 연결하여 상기 노즐(22)로부터 액체 스프레이 패턴(24)을 배출하는 단계와, 상기 스프레이 패턴(24)의 외부 엣지가 기판(12)의 대향 엣지를 타격하도록 상기 분무기(20)의 노즐(22)과 회로 기판(12)의 하부 표면(32,82) 사이의 거리를 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 회로 기판의 하부표면에 대한 플럭스 코팅 적용 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 노즐(22)을 이동방향으로 연장되는 회로 기판(12)의 중심과 정렬시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 회로 기판의 하부표면에 대한 플럭스 코팅 적용 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 기판(12)의 하부 표면(32,82)으로부터 노즐(22)까지의 거리를 상기 회로 기판(12)의 폭에 대하여 자동으로 세팅하는 단계와, 상기 기판(12)에 대해 분무기(20)를 자동으로 중심조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 회로 기판의 하부표면에 대한 플럭스 코팅 적용 방법.
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