KR100291816B1 - 바소프레신길항제및옥시토신길항제 - Google Patents

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곤도가즈미
야마시따히로시
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다나까미찌노리
기따노가즈요시
도미나가미찌아끼
야부우찌요이찌
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오쓰까 아끼히꼬
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Abstract

본발명은 원하는 땜납 높이에 해당하는 두께를 갖는 땜납 레지스트층(16) 또는 층들(16, 17)이 패드와 접해있는 인쇄배선 회로기판(12)의 단자패드(10)에 땜납을 부착하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 저장소(58)로부터의 용융땜납은 기판(12)이 저장소(58)에 관한 컨베이어 메카니즘에 의해 이동하는 동안 단자패드위로 연장하는 캐비티를 충전하기 위하여 노즐(72)에 의해 기판(12)의 면으로 가해진다.
용융땜납으로 충전된 캐비티는 가요성 벨트(52) 또는 롤러와 같은 적당한 요소에 의해 피복된다. 그 다음 피복된 캐비티내의 용융땜납은 그것의 응고점 이하로 냉각되고 피복요소는 제거된다. 원한다면, 그후 땜납 레지스트층(16) 또는 층들(16, 17)의 부분 또는 전체는 기판(12)의 표면위로 연장하는 땜납패드를 남기기위해 기판(12)에서 벗겨질수 있다.

Description

회로기판을 납땜하는 방법 및 장치
전자산업은 전자부품의 상호 연결을 위한 인쇄회로에 점점 더 의존하고 있다. 초기에 전자소자는 기판의 구멍을 통하여 연장되는 리드를 통해 기판에 고착되었다. 오늘날 집적회로("IC")와 같은 대부분의 소자는 기판의 표면에 직접, 즉 기판위의 단자 패드에 직접 리드를 납땜함으로써 장착된다.
집적회로를 기술적으로 개선함으로서 인쇄회로기판상의 단자패드밀도가 증가함에 따라 단자 밀도도 증가되었다.
0.008인치(즉 8밀) 정도의 집적회로의 리드간의 거리(즉 피치)는 굉장한 것이 아니다. 그러한 밀도는 회로기판 단자패드의 에지간의 간격이 4 내지 5밀 정도가 될 것을 요구한다.
회로기판상에 IC와 같은 표면장착된 소자를 수용하기 위하여 장착조작에 앞서 주석/납 합금("땜납") 또는 땜납 함유 페이스트와 같은 납땜가능한 재료를 회로기판 단자 패드에 정확하게 인가하는 것이 필요하다.
일단 땜납 또는 땜납 페이스트가 단자패드에 인가되면, 그후 표면장착된 소자는 단자 패드와 접촉하여 리드와 함께 적당한 접착제 또는 페이스트 그 자체에 의해 기판위에 고착된다.
그 다음 조립체는 단자패드와 소자리드간에 전기적 및 기계적 결합을 형성하기 위하여 오븐, 가열 램프등에 의하여 땜납을 용융시키는데 충분한 온도로 가열된다.
땜납을 인쇄회로기판의 단자패드에 인가하는데 통상적으로 사용되는 한가지 방법으로 침지 납땜(dip soldering)이라고 하는 것이 있다. 이 방법에 따르면, 회로판은 용융된 땜납의 용융조에 담겨지고 기판의 금속 영역(예를들면 단자패드) 이 땜납층을 수용하도록 이동된다. 그러나, 땜납의 표면장력에 기인하여, 생성된 층은 일반적으로 돔형이며, 도면중 제1도에 예시되어 있다. 뜨거운 공기의 흐름은 과잉의 납땜 일부를 제거하는데 사용될수 있다. 그러나 단자 패드상의 땜납 깊이는 변할 것이다. 고밀도 리드단자를 갖는 IC와 같은 표면장착된 소자가 기판 및 가열된 땜납에 장착될때 리드단자의 일부는 패드상의 땜납의 불균일한 높이 때문에 용융된 땜납이 묻지 않을수 있다. 땜납의 불충분한 깊이로 인해 생성된 개방회로는 수정가능할수도 있지만, 개방회로를 발견하고 보수하는 시간과 비용은 증대한 것이다.
단자 패드에 땜납을 인가하는데 통상 사용되는 다른 방법은 실크 스크리닝 또는 마스크 인쇄기술에 의해 단자패드상에 부착되는 땜납페이스트를 사용하는 것이다.
그 다음 표면장착된 소자는 그것의 리드단자가 단자패드상의 페이스트에 끼워지도록 기판위에 위치된다. 소자는 페이스트의 표면장력에 의해 적소에 파지된다. 그 다음 조립체는, 땜납을 용융시키고 페이스트의 휘발성 성분과 용매를 증발시키기 위해 가열된다. 그러나 페이스트는 비싸고 인가하기가 어렵다.
또한 페이스트는 부정환한 패드의 외형과 허용할수 없는 완성품을 초래한다.
더 최근에 인쇄회로기판의 단자패드에 땜납을 인가하는 두가지 추가방법이 선행기술에 개시되었는데, 198년 5월 18일 특허된 디터와 그레타 프리드라이히(Dieter & Gretta Friedreich)의 독일 특허 No. DE 3,810,653이며 희생(sacrificial) 땜납 레지스트 마스크가 단자패드에 경계를 만들고 땜납의 높이를 제한하는데 사용되는 회로기판의 한쪽면위의 단자패드에 땜납을 부착하는 방법을 교시한다. 프리드라이히의 특허를 따르면, 희생마스크를 적소에 가진 기판은 용융땜납의 용융조로 담궈지고, 그후 플레이트와 같은 편평한 피복장치는 기판에 클램프되어 적소에 및 경계마스크와 단자패드에 의해 형성된 기판위의 캐비티내에 땜납을 파지한다. 기판과 피복장치는 땜납조에서 일유니트로 끌어올려지고 땜납이 응고되자마다 피복장치는 제거된다.
그 다음 희생 마스크는 각각의 단자 패드상의 땜납층이 남아있는 기판으로부터 벗겨진다.
이 방법은 패드상에 균일한 땜납층을 부착할 수 있는 반면에 비교적 작은 회로기판에 한정되며 대량 생산이 어렵다.
1988년 1월 19일 특허된 존 에스. 헤이워드(John S. Hayward)의 미국특허 제4,720,324호는 주석/납 합금층을 단자패스 영역에 전기도금하고 계속해서 가열하고 플럭스의 존재하에 땜납으로 합체시켜서 표면장착된 소자의 리드를 습윤시키는 방법을 개시한다.
제4,720,324호의 방법은 몇가지 복잡한 전기도금, 스트리핑 및 에칭단계를 요하며 생성조립체의 비용을 상당히 추가시킨다.
대량 생산기술에 적용될 수 있는 인쇄회로기판의 전도성 단자패드에 균일한 땜납층을 인가하는 간단하고 신뢰성있는 방법이 필요하다.
(발명의 개요)
적어도 한쪽면에 단자 패드를 갖는 인쇄회로기판은 단자패드를 제외한 면을 피복하는 하나이상의 땜납 레지스트층을 구비한다.
땜납레지스트층들은 단자패드위에 캐비티를 형성하고 인가되는 땜납의 원하는 높이에 대응하는 두께를 갖는다. 용융땜납의 저장소가 구비되고 저장소로부터의 용융땜납의 흐름은 전단부에서 후단부까지 단자 패드를 포함하는 기판의 일면 또는 양면으로 향하는 한편, 기판은 수직면으로 위치되고 저장소를 지나 수평축을 따라서 이동한다. 캐비티는 용융 땜납으로 채워질 때 피복요소에 의해 즉시 피복되어서 땜납이 단자 패드와 캐비티내에 한정된다.
그 다음 피복된 캐비티내의 용융 땜납은 응고점 아래로 냉각되고 피복요소는 제거된다.
바람직하게는 적어도 한쌍의 롤러가 수직면에서 기판을 파지하고 수평축을 따라 땜납 애플리케이터를 지나 피복요소로 기판을 이동시키는데 사용된다.
펌프 및 하나이상의 노즐로 구성된 땜납 애플리케이터는 기판의 전방에서 시작되고 후방에서 끝나는 제1 수직 영역을 따라서 저장소로부터 기판의 면(들)으로 땜납을 가한다.
바람직하게는 질소와 같은 비활성 가스가 제1 또는 납땜인가영역을 둘러싸는 챔버내에 유지되어 용융 땜납의 산화를 억제시킨다.
캐비티는, 제1영역에 인접하여 위치된 제2 수직 영역을 따라 기판의 면 또는 면들에 압축되는 벨트 또는 롤러와 같은 수단에 의해 피복된다.
바람직하게는 용융땜납의 푸울(pool)은 기판이 피복벨트 또는 롤러로 들어가는 지점까지 기판의 면 또는 면들을 따라 연장된다. 피복된 캐비티내의 땜납은 예를들면 땜납의 응고 온도이하로 롤러 또는 벨트의 표면온도를 유지시킴으로써 냉각될 수 있다. 기판이 피복벨트 또는 롤러에서 나올때, 응고된 땜납은 단자패드로부터, 실질적으로 편평하고 땜납레지스트층 또는 층들의 최상부면과 동일 평면인 상부면으로 연장된다.
희생 땜납 레지스트층이 사용되는 경우, 통상적으로 그것을 제거시킴으로써회로기판이 IC와 같은 표면장착 소자와 리드와 기판의 전기적 및 기계적 결합에 적당한 땜납 패드를 노출된 채로 남겨둔다.
본발명의 양태는 첨부도면을 연관시킨 다음 상세한 설명을 참고로 가장 잘 이해할수 있으며 동일한 부재번호는 동일한 소자를 가리킨다.
본발명은 인쇄회로기판에 관한 것이며 보다 상세하게는 전기적으로 및 기계적으로 회로소자에 연결되는 회로기판상의 접점 또는 단자패드에 납땜에 하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본원은 인쇄회로기판의 단자패드상에 땜납을 부착하기 위한 방법 및 장치에 대한 1992년 3월 16일 출원한 미국특허 출원번호 제851,912호의 일부 계속출원이다.
제1도는 선행 침지 납땜(dip soldering)방법에 따라서 그위에 땜납이 부착된 단자패드를 도시하는 인쇄회로기판 일부의 횡단면도이고,
제2도는 본발명의 방법 및 장치에 따라서 그위에 땜납이 부착된 단자패드를 도시하는 인쇄 회로기판 일부의 횡단면도이고,
제3도는 납땜영역으로 들어가는 인쇄회로기판을 설명하는 본발명에 따른 장치 정면의 측면도이고,
제4도는 한 쌍의 용융된 납땜 노즐, 납땜 노즐을 지나서 한 쌍의 피복벨트로 회로기판을 이송하는 롤러, 오일노즐 및 윤활유를 벨트에 도포하고 제거하는 브러쉬를 도시하는 개략평면도이고,
제5도는 땜납 스테이션 롤러용 구동모터가 없는 부분 횡단면 및 부분파단의 제3도 장치의 정면부분의 확대측면도이고,
제6도는 그로부터 비활성 가스의 배출을 억제하기 위해 땜납인가 스테이션을 밀폐하기 위한 하우징의 사시도이고,
제7도는 제6도의 하우징의 분해도이고,
제8도는 하나의 땜납인가 노즐의 사시도이고,
제9도는 제8도의 땜납인가노즐에서 하나의 구멍과 교차 홈의 확대 횡단면도이고,
제10도는 롤러 및 벨트의 구동메카니즘을 도시하는 제3도 장치의 평면개략도이고,
제11도는 상판에 장착된 소자가 없는 오일 인가 스테이션 소자를 도시하는 장치의 배면도이다.
(바람직한 구체예의 상세한 설명)
이제 도면, 특히 제1도를 참조하면, 인쇄 회로기판(12)의 일부의 단자(또는 표면장착) 패드(10)가 선행 침지납땜 방법에 따라서 그 위헤 부착된 땜납(14)과 함께 예시된다. 종래의 땜납 레지스트층(16)은 트레이스를 보호하기 위하여 땜납을 수용하게 되는 단자패드와 같은 금속영역을 제외하고는 기판 표면위를 도포시킨다.
임시 땜납레지스트층(17)은 영구층(16)을 도포시킨다.
사전 논의된 바와같이 땜납(14)은 표면장력에 기인하여 돔형을 취한다.
돔의 높이는 다른 크기뿐만아니라 동일한 크기를 갖는 단자들 사이에서도 상이할 것이다. 고온 공기 레벨링 단계가 땜납을 평활화하는데 사용되는 경우, 보통 불규칙한 표면을 초래한다.
제2도는 본발명에 따라서 제안된 단자패드(10)상의 땜납의 패드(18)를 예시한다.
땜납패드(18)는 영구 또는 1차 땜납 레지스트층 마스크(16)위에 연장되는 땜납레지스트층(17)의 노출된 표면(17a)과 동일 평면인 편평한 상부면(18a)을 갖는다. 땜납레비스트층(16 및 17)의 결합 두께는 땜납패드(18)의 높이를 결정한다.
본발명에 따른 회로기판의 단자패드에 땜납을 인가하기 위하여 단자패드를 포함하는 회로기판의 면 또는 면들에 부재번호(16 및 17)와 같은 하나이상의 땜납 레지스트층을 인가하는 것이 먼저 필요하다. 땜납 레지스트층(들)은 땜납을 수용하는 단자패드(또는 접촉점)의 영역을 제외하고는 회로기판의 면 또는 면들에 피복된다.
땜납 레지스트층(들)은 단자패드에 접하고 캐비티가 패드위로 연장되는 것을 제한한다.
층(들)의 두께는 논의된 바와같이 생성된 땜납의 높이를 결정한다.
보통 1차 또는 영구 땜납 레지스트층(16)은 0.001 내지 0.003인치 정도의 두께를 갖는다.
임시 또는 희생 땜납레지스트중 또는 마스크(17)는 적당한 땜납 높이를 제공하는 땜납을 수용하지 않는 기판의 영역을 마스킹하는데 사용되어야 한다.
예를들면, 0.002 내지 0.005인치 정도의 두께를 갖는 감광성 땜납 레지스트 희생마스크는 단자패드를 포함하는 기판의 면 또는 면들의 전체표면위에 놓일 수 있다.
배경영역은 종래 방식대로 광에 노출될 수 있다. 노출후 회로기판은 미노출된 영역을 세척제거하는 조로 들어간다. 적당한 희생 마스크는 상표면이 옵티마스크(OPTIMASK)인 듀퐁(DuPont)사제를 구입할수 있다.
땜납부착 공정이 완결된후, 후술될 것이지만, 희생 마스크는 종래기술에 의해 제거되어야 한다.
이제 제3도 내지 제9도, 특히 제3도 및 제4도를 참조하면 제2도 회로기판의 전도성 단자 패드에 땜납을 인가하는 장치가 예시된다.
회로기판(12)은 기판의 한쪽 또는 양쪽면위에 내부 전도체 및 소자 표면장착 또는 단자 패드(10)를 가진 적당한 다중층 절연물질로 형성될수 있다.
보통 기판은 각 면에 생성 두께가 약0.062인치인 네개 이상의 층과 단자 패드를 구비할수 있다. 회로기판(12)은 수직면에 위치되고 보통 부재번호(22)로 나타내고 기술될 다양한 소자를 지지하기 위한 프레임(21)을 갖춘 땜납 인가장치의 전단부(20)로 삽입된다.
기판(12)이 수직면을 따라서 장치를 통하여 이동함에 따라서 땜납의 균일한 층은 보다 상세하게 기술될 단자 패드상에 부착된다. 땜납장치(22)는 땜납 스테이션과 피복벨트 롤러구동모터(26 및 28) 각각이 예시된 바와같이 브래킷(30)과 볼트(32)에 의해 고정된 상부플레이트(24)를 포함한다. 체인(34 및 36)은 모터(26 및 28)를 각각 땜납 스테이션 롤러축(38)과 피복벨트 롤러축(40)에 고정된 종래의 스프로킷과 연결시킨다.
소형 컴퓨터일수 있는 제어기(42)는 적당한 속도로 기판(12)을 땜납 인가장치를 통해 추진(또는 이송)시키기 위하여 모터(26 및 28)의 속도를 제어한다.
다수의 공기압축 램(43)(단지 한개만 도시됨)은 상부플레이트(24)에 장착되어 축(43a)과 푸트(43b)를 경유하여 수직으로 이동가능한 밀봉플레이트(44)에 아래쪽으로 압력을 가한다. 램은 한쌍의 피복벨트상부로 플레이트(44)를 밀어넣는데 이후 상세히 설명될 것이다.
프레임(21)은 주변 관형상부재(47)에 고착되어 바닥위의 하부플레이트(48)를 지지하는 다리부(46)를 포함한다. 수직 스페이서 포스트(47)는 예시된 바와 같이 그 위에 상부플레이트를 지지한다. 테플론시트(또는 플레이트)(50)는 하부플레이트(48)위에 깔리고 제3도에는 단지 한개만 도시되어 있지만 한쌍의 피복벨트(52)의 바닥면과 맞물린다. 롤러축(38 및 40)은 상부 및 하부플레이트에 고착된 적당한 베어링(51)에 저널 연결된다(제5도 참조).
피복벨트(52)는 플레이트(44 및 46)사이에 연장되며 제4도와 연관하여 기술될 롤러에 의해 구동된다. 보통 부재번호(54)로 나타내는 땜납 스테이션 하우징은 장치정면의 플레이트(24 및 48) 사이에서 연장되며 벨트(52)의 외부면과 맞물린다.
하우징(54)은 장치의 땜납인가 스테이션(또는 땜납 스테이션)부를 밀폐하고 질소와 같은 비활성 가스로 용융땜납이 인가될 인쇄회로기판(12)의 부분을 둘러싼다.
그러한 비활성 가스는 땜납의 산화를 억제한다. 질소(또는 다른 비활성 가스)가 있는 실린더(56)는 도관(57)에 의해 땜납 저장소(58)(기술될 것임)에 연결되어 땜납스테이션내 및 용융 땜납의 표면위로 질소 분위기를 제공하며 제4도와 연관하여 보다 상세히 기술될 것이다.
제4도 내지 제7도, 특히 제6도 및 제7도를 참조하면, 땜납 스테이션의 삼면을 둘러싸는 비활성 가스 봉쇄하우징(54)은 각기 좌측 및 우측부(54a 및 54b)와 상부 후단부(54c)를 포함한다. 후단부(54c)는 L자형 브래킷(60)에 볼트로 조여지며 그 다음에는 이동가능한 플레이트(44)에 볼트로 조여진다(제5도 참조).
좌측 및 우측부는 수평으로 연장되는 베이스플랜지(54d)를 포함하며 하부플레이트 또는 베이스 플레이트(48)에 볼트로 조여진다. 섹션(54a 및 54b)도 보강플랜지(54e)를 포함할수 있다. 반탄성 밀봉스트립(62, 64 및 66)(예를 들면, 테플론으로 됨)은 제6도 및 제7도에 예시된 바와같이 섹션(54a, 54b 및 54c)에 (예를들면 적당한 볼트에 의하여)고착된다.
스트립(64)과 스트립(62)의 정상부(62a)는 고정 상부플레이트(24)와 맞물려서 하우징(64)에 상부밀봉부를 제공한다.
스트립(62)의 수직부(62b)는 회로기판의 면(또는 기판부재시 상호) 맞물려서 장치의 정면(20)에서 가스(및 용융 땜납)의 방출을 억제한다.
밀봉스트립(64)은 제4도에 가장 잘 예시된 피복벨트(52)의 면과 맞물려서 땜납스테이션에 접근하는 피복벨트의 면을 따라서 비활성 가스의 방출을 억제한다.
이제 제4도를 참조하면, 한쌍의 땜납노즐 입구롤러(68) 및 한쌍의 땜납 노즐 출구롤러(70)(바람직하게는 강철로 됨)는 축(38)에 의해 운반된다.
각 쌍(즉, 입구 및 출구)의 롤러는 예시되는 바와같이 회로기판이 장치를 통하여 이동하는 수직면의 반대쪽에 위치된다. 제4도에 도시되는 바와같이 한쌍의 관형상 땜납노즐(72)(상단부에서 밀폐됨)은 회로기판이 장치를 통하여 이동하는 수직면이 반대쪽에서 롤러(68 및 70)사이에 위치된다. 회로기판의 이동면과 대면하는 땜납 노즐의 양쪽은 바람직하게는 0.125인치 떨어지며 그러한 면과 등거리이다.
탄성 밀봉스트립(73)(또한 바람직하게는 테플론으로 됨)은 노즐(72)의 면에 (예를들면 스크루에 의해)고착되며 벨트(52)의 외부면과 맞물려서 피복벨트의 양쪽면을 따라 용융땜납의 흐름을 억제한다.
용융땜납의 저장소(58)는 땜납노즐의 아래(및 하부플레이트(44)의 아래)로 연장된다.
액상 땜납펌프(74)는 땜납저장소에 위치되고 체인 구동메카니즘(78)을 경유하여 전기모터(76)(프레임에 장착됨)에 의해 구동된다. 용융 땜납은 도관(80)을 경유하여 펌프(74)로 부터 관형상 땜납 노즐의 내부로 펌핑된다.
비활성 가스도관(57)은 용융 땜납의 레벨(81)위 땜납저장소의 내부에서 끝난다.
이제 제8도 및 제9도를 참조하면, 각각의 땜납노즐(72)은 그안에 다수의 구멍(72a)을 가지며(바람직하게는 직경이 약0.050 내지 0.070인치임) 그것을 통하여 용융 땜납은 회로기판의 면으로 가해진다. 구멍은 약0.60 내지 0.80, 바람직하게는 약 0.70인치로 간격을 두고 수평선을 따라서 각 θ로 정렬된 군으로 배열된다.
각 θ는 바람직하게는 약30°내지 60°의 범위내, 가장 바람직하게는 약 45°이다.
대략 0.06인치이고, 기피가 0.030인치인 V자형 홈(72b)는 도시된 바와같이 대각선 또는 각 θ를 따라서 구멍과 교차한다. 구멍과 홈은 단자 패드와 경계층에 의해 형성된 캐비티가 땜납으로 완전히 채워지도록 하기 위하여 기판의 면으로 용융땜납의 난류를 제공하는 역할을 한다.
용융 땜납의 푸울은 노즐(72)에 인접한 영역으로부터 기판(12)의 양면에 존재하며 노즐입구 롤러(70)와 피복벨트(52)로 회로기판 입구점(82)사이의 영역(80)으로 연장된다. 하부플레이트(48)는 과량의 용융 땜납을(중력에 의하여) 저장소로 반송하기 위하여 그 안에 땜납 반송개구부(84)를 구비한다.
땜납 인가 스테이션을 나온후 기판은, 바람직하게는 고온 실리콘 고무로 만들어진 1내지 3인치와 범위의, 가장 바람직하게는 약 1 3/4인치의 두께를 갖는 피복벨트(52)로 들어간다.
피복벨트(52)는 집중되고 소정거리 d2(즉, 기판 입구점(82)에서 출구점(86)까지)로 밀착된다. 거리 d2또는 벨트의 집중 폭은 약3 내지 30인치의 범위, 바람직하게는 12 내지 30인치의 범위, 가장 바람직하게는 약 24인치이다. 탄성 및 압축실리콘 고무벨트(52)는 땜납이 흡수되지 않으며 기판의 면으로 밀어넣어져서 땜납응고 또는 공결점에 도달할때까지 용융땜납을 적소에 위치시킨다.
각각의 피복벨트(52)는 축(40)에 장착된 한쌍의 롤러(86)에 의해 구동된다.
롤러(86)는 바람직하게는 직경(d1, 제5도)이 약 9인치이며 강철로 되어 있다.
브래킷(90a)과 그 안에 고정된 수직으로 정렬된 롤러(90b)로 구성되는 한쌍의 롤러플레이트(90)는 벨트(52)의 내부면에 인접하여 위치된다. 한쌍의 공기압축램(92)은 포스트(94), 아암(96)및 핀(98)에 의해 프레임(21)에 고정된다.
램은 축(92a) 및 푸트(92b)를 경유하여 롤러 플레이트(90)에 압력을 인가하여 적당한 압력으로 피복벨트를 회로기판의 면으로 밀어넣어 용융땜납이 단자 패드위의 캐비티밖으로 나가는 것을 방지한다. 그러한 압력은 바람직하게는 2psi이상, 가장 바람직하게는 약 3내지 5psi의 범위내이다.
공기압축 램(43)은 부동플레이트(44)(그것의 하부면에 테플론 시트를 구비할수 있다)에 충분한 압력을 인가하여 피복벨트(52)의 상단부 및 하단부가 플레이트(44 및 50)에 지탱되도록 한다.
오일 인가 스테이션은 윤활유를 피복벨트(52)의 외부면에 인가하기 위하여 장치의 후방 또는 출구끝에 위치된다.
이 오일은 응고 공정동안 캐비티내의 땜납이 벨트에서 떨어져나가는 것을 돕는다.
오일 인가 스테이션은 분리 서브프레임(101)에 장착된 한쌍의 관형상 노즐(100)(간격을 두고 압축된 개구부(100a)와 함께)로 구성된다.
각각의 서브프레임은 상부플레이트(24)바로 아래에 위치된 상부플레이트(101a)와 하부플레이트(48)바로 위에 위치된 해당 하부플레이트(101b)를 포함한다(제11도 참조).
각각의 서브프레임의 두개의 플레이트는 적당한 포스트(101c)와 관형상 오일노즐에 의해 함께 고정된다. 각각의 서브프레임(101)은 각각의 포스트(47)에 피벗식으로 장착되어 제4도에 도시된 바와같이 조작위치로 피벗연결되거나 검사 및 정비목적을 위하여 벨트(52)에서 떨어져 피벗 연결될수 있다.
오일 노즐은 벨트(52) 높이까지 연장되고 서브프레임이 작동모드로 피벗 연결될때 출구끝에서 각각의 벨트에 인접하여 위치된다. 오일노즐은 하부플레이트(48)아래에 위치된 오일 저장소(102)로부터 벨트의 외부면으로 오일을 뿌린다.
저장소로부터의 오일은 오일펌프(104)와 적당한 오일공급 도관(도시안됨)을 경유하여 오일노즐로 전달된다. 프레임에 장착된 전기모터(106)는 체인 구동부(108)를 통하여 오일 펌프를 구동한다.
벨트높이로 연장하는 한쌍의 롤러브러쉬(110)도 밸트에서 냉각된 오일을 제거하기 위하여 도시된 바와같이 오일노즐에 인접한 각각의 서브프레임(101)에 회전가능하게 장착된다. 핀치 롤러(112)(예를들면 강철로 만들어지며 역시 벨트높이로 연장됨)도 제4도에 예시된 바와같이 벨트에서 추가로 오일을 제거하기 위하여 롤러브러쉬로부터 흐름에 따라 각각의 서브프레임에 회전가능하게 장착된다.
롤러브러쉬와 핀치롤러는 제11도에 도시된 바와같이 보통 부재번호(113a)로 나나내는 종래 체인/스프로킷을 통하여 서브프레임의 상부플레이트(101a)에 수반된 적당한 전기모터(113)에 의해 구동된다. 오일 저장소는 오일 노즐, 롤러브러쉬 및 핀치롤러(및 하부플레이트(48)) 아래로 연장된다. 하부플레이트(48)의 개구부(도시안됨)는 벨트(52)로부터의 오일 배수를 오일 저장소로 되돌린다.
한쌍의 공기압축 램(116)은 포스트(118), 아암(120) 및 핀(122)에 의해 프레임(21)에 장착된다. 램은 축 연장부(116a)와 오프셋 핀부재(116b)에 의해 서브프레임(101)에 연결된다. 램은 검사 및 정비목적을 위해 연장된 위치에서 밸트의 출구끝에서 떨어져 서브프레임을 회전시키고 제4도에 도시된 바와같이 수축된 위치에서 서브프레임(101)을 그것의 동작위치로 이동시킨다.
회전속도계(124)는 피복벨트(52)의 선속도를 나타내는 신호를 제어기(42)로 제공하기 위해 아암(126)에 의하여 핀(122)에 장착된다.
다른 회전속도계(128)는 롤러(68)의 속도를 나타내는 신호를 제어기(42)로 제공하기 위하여 땜납 스테이션 롤러중 하나의 축(38)과 결합된다.
땜납스테이션 롤러구동모터(26)과 롤러(38)사이의 구동열은 땜납 스테이션 롤러가 구동모터 보다 더 빠르게 회전할 수 있게 하는 일방향 슬립클러치(모터 지지하우징(26a) 내에 포함됨, 제3도)를 포함한다. 이 양태로 피복벨트의 선속도를 땜납스테이션 롤러가 회로기판을 땜납스테이션을 통하여 추진 또는 이송하는 속도보다 약간 더 큰 속도로 설정할수 있다. 그러한 속도설정은, 땜납을 단자 패드 캐비티에서 빼내려하는 기판과 땜납스테이션 롤러사이의 어떤 미끄럼 작용을 제거하는 동안 피복롤러가 땜납스테이션 롤러를 통하여 회로기판을 잡아당기도록 한다.
땜납 스테이션 롤러축(38)과 피복벨트 롤러축(40)에 대한 구동열은 제10도에 예시되어 있다. 땜납 스테이션 롤러의 각각의 대향쌍의 축(즉 입구 및 출구)은 기어(38a)에 의해 서로 맞물리며 각 쌍의 한쪽 축은 스프로킷(38b)을 수반한다.
체인은 스프로킷(38b), 아이들러 스프로킷(130), 인장스프로킷(131) 및 구동모터(26)의 축에 수반된 스프로킷(26a) 주위에 연장된다.
피복벨트롤러(88)로부터의 구동열은 스프로킷(40a)(축(40)에 장착됨), 아이들 스프로킷(134) 및 인장스프로킷(135)을 포함한다.
동작시 장치를 배치하기에 앞서, 저장소(58)내 땜납은 땜납이 용융상태가 될 때까지 적당한 가열기(도시안됨)로 가열된다. 장치의 크기 및 다른 매개변수에 따라서 더 낮은 저온 또는 더 높은 고온이 바람직할 수도 있지만 약 430°내지 440℉로 땜납을 가열하는 것이 바람직하다는 것을 발견하였다. 주석/납 합금은 땜납은 보통 약361℉에서 고체 상태이다. 60% 주석/40% 납 합금은 약 371℉이상에서 용융상태이고 약361℉이하에서 완전히 고체상태이다. 더 높은 주석함량은 용융온도를 다소 변화시키며 합금이 부분적으로 응고되고 부분적으로 액상인 온도범위는 그 자체가 이 분야에 널리 알려져 있다. 저장소내 오일도 원한다면, 벨트와 접촉을 위한 적당한 온도로 냉각(또는 가열)될수도 있다. 본 발명자는 실온이 만족할만한 결과를 제공한다는 것을 발견하였다. 벨트는 초기 회로기판과 접촉을 위한 적당한 온도로(예를들면, 적외선 가열기로) 예열하는 것이 바람직하다.
땜납과 벨트가 적당한 온도로 되고 땜납 스테이션이 질소(또는 다른 비활성 가스)로 가득찬후, 모터(26 및 28)와 펌프(74 및 104)는 제어기(42)에 의해 가동될수 있다.
그 다음 땜납레지스트층의 하나이상의 층이(땜납을 수용할) 단자 패드에 대한 테두리를 형성하기 위하여 인가된 회로기판(12)의 입구 밀봉스트립(62b)을 통하여 입구롤러(68)와 땜납스테이션으로 (수동적으로 또는 분리 컨베이어에 의하여) 삽입된다.
기판의 표면과, 벨트(54)의 외부면과 맞물린 밀봉스트립(64 및 73)을 따라서 미끄러지는 밀봉스트립(62b)은 실질적으로 질소와 액상 땜납이 땜납 스테이션 외부로 이동하는 것을 방지한다.
땜납노즐(72)은 예시된 바와같이 수직배향존을 따라서 기판(12)의 양면으로 용융땜납의 난류를 향하게 하고 피복벨트 입구점(82)으로 연장하는 용융땜납의 푸울을 제공한다. 이 작용으로 단자 패드위로 연장하는 캐비티가 채워진다.
땜납 인가 스테이션에서 땜납으로 충전되는 단자 패드 캐비티는 즉시 압축 고무벨트(52)로 즉시 덮힌다. 벨트사이의 이동중에(예를들면 24인치의 길이) 캐비티내 땜납은 그것의 응고점, 예를들면 361℉나 그 이하로 냉각된다.
회로기판의 면에 대한 고무벨트(52)의 압축은 단자 패드 캐비티내 용융땜납을 단단히 고착시켜 땜납이 중력에 의해 캐비티 밖으로 나가는 것을 방지한다.
바람직하게는 벨트(52)는 3 내지 5psi 범위내의 압력으로 회로기판의 면에 힘을 가한다.
그 다음 기판은 피복벨트(52)를 나와서 수동으로 또는 자동으로 장치의 후방에서 제거될 수 있다.
단지 두개의 회로기판(12)이 제4도에 도시되어 있지만, 장치는 제조라인을 기본으로 일련의 기판을 수용할 것이라는 것은 이해하게 될 것이다.
따라서 조립체 라인을 기본으로 인쇄회로기판의 단자패드상에 균일한 땜납층을 부착시키는 방법 및 장치가 기술되었다. 다양한 변형은 첨부된 특허청구의 범위에 규정된 바와같이 본발명의 사상과 범주를 이탈하지 않고 이 분야의 전문가에게 명백하게 될 것이다.

Claims (32)

  1. 전단부 및 후단부를 가지며 단자 패드의 영역을 제외한 면을 피복하는 적어도 하나의 땜납레지스트층을 포함하는 인쇄회로기판의 적어도 한쪽 면위의 전도성 단자 패드에 땜납을 인가하는 방법에 있어서, 상기 땜납 레지스트층은 인가될 땜납의 원하는 높이에 대응하는 두께를 가지며 단자패드위에 캐비티가 형성되며,
    a) 용융 땜납의 저장소를 제공하는 단계;
    b) 기판을 수직면으로 위치시키고 수평축을 따라서 땜납 저장소를 지나 기판을 이동시키는 단계;
    c) 기판이 땜납 저장소를 지나서 이동하는 동안 저장소로부터 기판의 면으로 기판은 전단부에서 시작하여 후단부까지 용융땜납의 흐름을 가하는 단계;
    d) 땜납이 캐비티내에 한정되도록 캐비티가 용융땜납을 수용한 후 즉시 캐비티위에 피복 요소를 배치시키는 단계;
    e) 피복요소가 캐비티위에 적소에 있게되는 동안 용융점 이하의 온도로 캐비티내 용융땜납을 냉각시키는 단계;
    f) 기판이 수평축을 따라서 이동할때 기판의 전단부에서 시작하고 후단부에서 끝나도록 캐비티에서 피복요소를 제거하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 용융땜납을 가하는 단계는, 수직 배향된 제1영역을 따라서 땜납을 가하고, 기판이 수평으로 이동함에 따라 기판의 전단부에서 시작하고 후단부에서 끝나는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 캐비티를 피복하는 단계는, 제1 영역의 인접부 및 전단부의 기판 면위에 수직 배향된 제2 영역을 피복하는 피복요소를 제공하고, 기판이 수평으로 이동함에 따라 기판의 전단부에서 시작하고 기판의 후단부에서 끝나는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 피복단계동안 피복되는 제2 영역은 약 3내지 30인치 범위내의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 제2영역은 약24인치의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제4항에 있어서, 피복단계는 압축가능한 물질을 기판의 면에 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 피복단계에서 사용되는 압축가능한 물질은 벨트형태인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 제1영역을 비활성 가스로 채우는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 땜납은 기판의 두면에 인가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 단자 패드를 제외한 면을 피복하는 땜납 레지스트 층을 포함하는 인쇄회로기판의 적어도 한쪽 면위의 전도성 단자 패드에 땜납을 인가하는 장치에 있어서, 상기 땜납 레지스트층은 인가될 땜납의 원하는 높이에 대응하는 두께를 가지며, 단자패드에서 위쪽으로 레지스트층의 외부표면까지 연장하는 캐비티가 형성되며,
    a) 기판을 수직위치로 파지하고 수평축을 따라서 이동시키는 수단;
    b) 땜납으로 캐비티를 채우도록 기판이 상기 수평축을 따라 이동하는 동안 용융땜납을 기판의 상기 적어도 한쪽면으로 가하는 수단;
    c) 기판이 축을 따라 이동하는 동안 캐비티내에 땜납을 보유하기 위하여 용융땜납으로 충전된 캐비티를 피복하는 수단;
    d) 캐비티가 피복수단에 의하여 피복되는 동안 그것의 응고 온도이하로 피복된 캐비티내의 땜납을 냉각시키는 수단;
    e) 응고된 땜납을 포함하는 캐비티를 노출시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 용융 땜납을 가하는 수단은, 용융땜납의 저장소, 땜납을 기판의 면으로 가하기 위한 노즐수단, 및 저장소에서 노즐수단으로 가압하에 용융땜납을 이송하기 위하여 저장소와 노즐사이에 연결된 펌프수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 저장소는 상기 수평축을 따라 이동할때 회로기판아래로 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서, 캐비티를 채우지 않는 과잉의 땜납을 다시 저장소로 모으는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제13항에 있어서, 피복수단은 폭이 적어도 3인치이상인 기판의 상기 적어도 한쪽면으로 압축되는 압축가능한 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제14항에 있어서, 피복수단은 적어도 하나의 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 적어도 하나의 벨트는 1내지 3인치 범위내의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 장치
  17. 제16항에 있어서, 상기 적어도 하나의 벨트는 실리콘 고무로 만들어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제16항에 있어서, 피복요소는 약1내지 3psi의 범위내의 압력으로 상기 기판의 적어도 한쪽면으로 압축되는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제10항에 있어서, 용융 땜납을 가하는 수단은, 땜납 저장소, 저장소내의 땜납을 그것의 용융점 이상의 온도로 가열하는 가열수단, 상기 기판의 한쪽면에 인접하여 수직선에 따라 위치되는 가늘고 긴 노즐, 및 땜납저장소에서 땜납 노즐로 용융땜납을 펌핑하는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제19항에 있어서, 땜납 노즐은, 그안에 거친 산포로 용융땜납을 각각의 구멍에서 나오게 하는 다수의 구멍과, 구멍사이에 연장된 다수의 홈를 갖춘 적어도 하나의 가늘고 긴 관형상 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제20항에 있어서, 기판이 벨트에서 나온후, 오일을 가하기 위한 기판의 이동경로와 벨트에 인접하여 수직선을 따라 위치된 다수의 노즐과, 오일 저장소에서 오일노즐로 오일을 펌핑하기 위하여 오일저장소와 오일노즐사이의 연결된 오일펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제16항에 있어서, 산화를 억제하기 위하여 비활성 가스로 용융땜납을 둘러싸는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 판이 수직면에 위치되고 수평축을 따라 이동하는 동안 인쇄회로기판의 두면위의 전도성 단자패드에 땜납을 인가하는 장치에 있어서, 상기 기판은 단자패드의 영역을 제외한 면을 피복하는 땜납 레지스트 층을 포함하며, 상기 땜납 레지스트 층은 인가될 땜납의 원하는 높이에 대응하는 두께를 가지며 단자 패드에서 위쪽으로 레지스트층의 외부면까지 연장하는 캐비티가 형성되고,
    a) 회로기판이 들어가는 전단부와 회로기판이 장치를 나오는 후단부를 갖춘 프레임;
    b) 프레임 및 수직면의 대향면에 회전가능하게 장착된 한쌍의 벨트구동롤러;
    c) 피복벨트 구동롤러가, 볼트의 외부표면이 입구점 및 출구점사이에 위치된 회로기판에 압축력을 가하기 위하여 회로기판의 상기 입구점에서 상기 출구점으로 밀접하게 접촉되도록 위치되며, 각 쌍의 상기 롤러주위에 연장된 탄성피복벨트;
    d) 노즐 스테이션 롤러가, 수직면을 따라서 피복 벨트의 입구점으로 이동시키기 위하여 회로기판 이동의 수직면의 대향면에 위치되고 회로기판의 면과 맞물리도록 배열되며, 피복벨트와 장치의 전단부 사이의 프레임에 회전가능하게 장착된 적어도 한쌍의 땜납 스테이션 롤러;
    e) 단자패드 캐비티를 채우도록 용융땜납의 흐름을 기판의 면으로 가하기 위하여 회로기판이 이동하는 수직면의 각 면 및 땜납 스테이션 롤러와 피복벨트 입구점 사이에 위치되는 땜납노즐;
    f) 기판이 땜납 노즐을 지나고 피복벨트를 통하여 그것의 입구에서 출구로 추진되도록 피복벨트 롤러와 땜납 스테이션 롤러를 회전시키는 모터수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제23항에 있어서, 땜납 스테이션 노즐과 땜납 스테이션 롤러 주위에 연장되고 용융땜납이 땜납 노즐과 피복벨트 입구점 사이에 회로기판의 면을 둘러싸는 푸울을 형성하도록 회로기판 입구점에 인접하여 피복벨트와 맞물리는 땜납 스테이션 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제24항에 있어서, 2psi를 초과하는 압력으로 벨트를 회로기판의 면에 밀어넣기 위해 기판입구와 출구점 사이의 피복벨트의 내부면에 압력을 가하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제25항에 있어서, 피복벨트 압력인가수단은 약3내지 5psi범위내의 압력으로 벨트를 회로기판의 면으로 압축시키도록 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 제25항에 있어서, 땜납 스테이션 하우징은 용융 땜납 주위의 영역에서 가스의 방출을 억제하도록 배열되고 용융 때납주위의 영역으로 비활성 가스를 가하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 제27항에 있어서, 피복벨트의 입구점과 출구점 사이의 거리 d2는 3 내지 30인치 범위내인 것을 특징으로 하는 장치.
  29. 제28항에 있어서, 피복벨트는 1내지 3인치 범위내의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 적어도 한쌍의 땜납 스테이션 롤러는 땜납 노즐과 피복벨트의 입구점 사이에 위치된 제2롤러쌍을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  31. 제30항에 있어서, 오일을 관련 벨트에 산포하기 위하여 벨트의 출구점에서 하류로 각각의 벨트에 인접한 프레임에 장착된 적어도 하나의 오일노즐로 구성되는 오일인가 스테이션을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  32. 제31항에 있어서, 오일인가 스테이션은 벨트에서 과일의 오일을 제거하기 위하여 관련 오일 노즐에서 하류로 각각의 벨트에 인접한 프레임에 회전 가능하게 장착된 적어도 하나의 브러쉬를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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