KR101229069B1 - Infrared reflow soldering system - Google Patents
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Abstract
본 발명의 아이알 리플로우 솔더링 시스템은 부품을 탑재한 피씨비(1)이 워크 스테이션(10)의 투입단에서 배출단으로 이어지도록 설치된 에지 콘베이어(12)에 의해 이송라인을 따라 이송되면서 다파장 적외선에 의해 솔더링 작업을 수행하는 것으로, 주요부인 워크 스테이션(10)은 상면에 부품을 탑재한 피씨비(1) 쪽으로 히팅유닛(60)을 통해 예열을 위한 다파장 적외선을 방출하는 프리 히팅존(20)과, 상기 프리 히팅존(20)의 다음단에 이어지도록 설치되어 상기 피씨비(1)에 부품을 솔더링하도록 히팅유닛(60)을 통해 다파장 적외선을 방출하는 리플로우존(30)을 포함하며, 상기 프리 히팅존(20)과 상기 리플로우존(30)을 구성하는 상기 히팅유닛(60)은 부품을 탑재한 피씨비(1)과 마주하도록 배치된 히터 하우징(64)과, 상기 피씨비(1)과 마주하도록 상기 히터 하우징(64)에 노출 설치되어 상기 피씨비(1)에 상기 부품을 솔더링하기 위한 다파장 적외선을 방사하는 적외선 외장 히터(66)를 포함하며, 상기 상부 히팅유닛(60A)열 히터(66)는 상기 피씨비(1) 상면에 다파장 적외선을 방사하고 상기 하부 히팅유닛(60B)열의 히터(66)는 상기 피씨비(1) 하면에 다파장 적외선을 방사하도록 된 것을 특징으로 한다.The IR reflow soldering system of the present invention is a multi-wavelength infrared light while being transported along the transfer line by the edge conveyor (12) installed so that the component-mounted PC (1) is connected from the input end of the workstation 10 to the discharge end By performing the soldering operation, the main work station 10 is a pre-heating zone 20 for emitting a multi-wavelength infrared ray for preheating through the heating unit 60 toward the PC 1 mounted on the upper surface And a reflow zone 30 installed to extend to the next stage of the pre-heating zone 20 and emitting multi-wavelength infrared rays through the heating unit 60 to solder the component to the PC1. The heating unit 60 constituting the pre-heating zone 20 and the reflow zone 30 includes a heater housing 64 disposed so as to face a PCB 1 on which components are mounted; The heater how to face And an infrared external heater 66 that is exposed to 64 and emits multi-wavelength infrared rays for soldering the component to the PC1, wherein the upper heating unit 60A thermal heater 66 is the PCB. (1) It emits multi-wavelength infrared light on the upper surface and the heater 66 of the lower heating unit (60B) row is characterized in that it emits multi-wavelength infrared radiation on the lower surface of the PC (1).
Description
본 발명은 아이알 리플로우 솔더링 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 솔더볼과 솔더크림 등의 내부에 존재하는 보이드(void)의 발생을 완벽히 차단함과 동시에, 다파장 적외선 히터의 방사 기능을 이용하여 부품 규격의 온도 편차로 인한 냉납(Cold solder)의 발생을 극소화 하여 주요 부품소재를 피씨비 등에 완벽하게 솔더링할 수 있도록 설계된 아이알 리플로우 솔더링 시스템을 제공하고자 하는 것이다.The present invention relates to an eye reflow soldering system, and more particularly, to completely block the generation of voids present in solder balls, solder creams, and the like, and to use the radiation function of a multi-wavelength infrared heater. The aim is to provide an eye reflow soldering system designed to minimize the occurrence of cold solder due to the temperature variation of the standard and to completely solder the main component materials to the PC.
휴대폰, 노트북, 전자수첩, 디지털 카메라, 엠피쓰리, 네비게이션 등과 같은 휴대용 기기들에는 IC와 같은 전자부품의 솔더링된 피씨비(PCB)가 들어간다. 이러한 피씨비 위에 부품을 탑재하여 고정하기 위해서는 솔더링(납땜) 공정이 필수적으로 요구된다.Portable devices such as cell phones, notebooks, electronic notebooks, digital cameras, MP3, navigation, etc. contain soldered PCBs of electronic components such as ICs. In order to mount and fix components on the PCB, a soldering process is indispensable.
현재 대다수 전자 업체에서 사용되고 있는 Hot air convection Reflow oven류는 열전도율, 비율 모두 현저하게 낮은 공기를 열전달매체에 사용하기 때문에 단위시간에 대량의 가열공기를 공급할 필요가 있으므로 높은 소비 전력을 요구하게 되며, 부품의 규격에 따른 온도 손실을 보상할 수 없게 되어 냉납땜(Cold solder)의 발생이 불가피한 인쇄 기판도 발생한다.Hot air convection reflow ovens, which are currently used by most electronics companies, use air that is significantly lower in both thermal conductivity and ratio in the heat transfer medium. Therefore, it is necessary to supply a large amount of heating air per unit time, requiring high power consumption. It is impossible to compensate for the temperature loss according to the specification of the printed circuit, which is inevitable in the generation of cold solder.
이는 종래의 열풍(Hot Air) 가열 방식은 철저하게 전도와 반사만이 이루어지기 때문에, PCB 패드, PCB 내층, BGA(Ball grid array) 바디 내부, 솔더 크림 내부의 예열이 충분하지 않으며, 밖으로 드러난 부분부터 땜납이 녹게 되어 있어서 솔더볼 내부에 있던 기포(Void)는 물론 솔더 크림(102) 내부에 있는 산소와 Gas가 외부로부터 격리된 상태로 납땜되므로, 크고 많은 Void를 갖게 되며, 이러한 Void로 인하여 접촉 저항을 일으키고 단선 등과 같은 회로 이상(malfunction)을 발생시키는 문제점이 있다.This is because the conventional hot air heating method only conducts and reflects thoroughly, so the preheating of the PCB pad, the PCB inner layer, the inside of the ball grid array (BGA) body, and the solder cream is not sufficient, and the exposed part is exposed. Since the solder is melted from the inside of the solder ball (Void), as well as oxygen and gas in the
따라서, 여러 악조건과 고열을 견뎌야 하는 자동차 전장용 PCB 제조사나 항공 우주용, 통신 관련, 방산 PCB 업체들은 이러한 Void를 줄이기 위하여 리플로우 시스템(Refolw system)을 길게 대형화하여 예열을 충분히 주는 방식을 채용(이러한 경우 솔더납의 특성상 무한정 길게 할 수는 없음)하거나, 질소 가스를 사용하는 방식을 채용하기도 하지만 이것 역시 열풍 가열시보다 20~30% 정도의 보이드(Void) 축소만이 가능하기 때문에, 완전한 보이드 제거는 구조적, 이론적으로 불가능하다.Therefore, automotive electronics PCB manufacturers or aerospace, telecommunications, and defense PCB makers, which must withstand various adverse conditions and high heat, adopt a method of sufficiently preheating by increasing the size of the refolw system to reduce such voids. In this case, due to the nature of the solder lead can not be lengthened indefinitely) or using nitrogen gas, but this also can only reduce the void by 20-30% than in hot air heating, so complete void removal Is structurally and theoretically impossible.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 개발된 것으로, 본 발명의 목적은 예열부 와 리플로우부에 고유의 다파장으로 각기 다른 흡수 파장을 가진 각물질의 내부에 파고들어 열을 전달하는 방사 기능을 이용하여 부품의 내부와 부품 실장 바디는 물론 BGA 부품류의 솔더볼과 PCB에 프린팅된 솔더 크림의 내부를 동시에 신속히 가열하여 납을 녹게 하는 일종의 폭죽 현상을 일으켜, 솔더 볼과 솔더 크림의 내부에 존재하는 보이드(void)의 발생을 완벽히 차단함은 물론, 부품의 규격에 따른 온도 손실로 냉납땜(Cold solder)의 발생이 불 가피한 인쇄 기판도 발생하던 핫에어 리플로우 시스템과 달리 충분한 예열로 냉납땜(Cold solder)의 발생을 없앨 수 있는 이중의 효과로 완벽한 납땜이 가능한 인쇄 기판을 생산 가능토록 한 아이알 리플로우 솔더링 시스템을 제공하고자 하는 것이다.The present invention was developed to solve the above problems, an object of the present invention is to radiate heat to penetrate the inside of each material having different absorption wavelengths in a unique multi-wavelength of the preheater and the reflow unit. By using this function, the inside of the parts and the component mounting body as well as the solder balls printed on the PCB and the inside of the solder cream printed on the PCB are heated at the same time, causing a kind of firecracker that melts lead, present inside the solder balls and the solder cream. Unlike the hot air reflow system, which completely blocks the generation of voids and also prevents the generation of cold solder due to the temperature loss according to the part specifications, the hot air reflow system generates cold air with sufficient preheating. Eye reflow soldering to produce printed boards that can be fully soldered with the dual effect of eliminating the occurrence of cold solder Intended to provide a system.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 투입구에서 배출단으로 이어지는 이송라인을 구비한 워크 스테이션(10)과, 상기 워크 스테이션(10)의 이송라인을 따라 연속 설치되며 상면에 부품이 탑재된 피씨비(1)이 얹혀져 이송되도록 하는 에지 콘베이어(10)을 포함하며, 상기 워크 스테이션(10)은 부품이 탑재된 상기 피씨비(1) 쪽으로 히팅유닛(60)을 통해 예열을 위한 다파장 적외선을 방출하는 프리 히팅존(20)과, 상기 프리 히팅존(20)의 다음단에 이어지도록 설치되어 상기 피씨비(1)에 부품을 솔더링하도록 히팅유닛(60)을 통해 다파장 적외선을 방출하는 리플로우존(30)을 포함하며, 상기 프리 히팅존(20)과 상기 리플로우존(30)을 구성하는 상기 히팅유닛(60)은 부품을 탑재한 피씨비(1)과 마주하도록 배치된 히터 하우징(64)과, 상기 피씨비(1)과 마주하도록 상기 히터 하우징(64)에 노출 설치되어 상기 피씨비(1)에 상기 부품을 솔더링하기 위한 다파장 적외선을 방사하는 적외선 외장 히터(66)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 아이알 리플로우 솔더링 시스템이 제공된다.According to the present invention for solving the above problems, the
본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 갖는 아이알 리플로우 솔더링 시스템이 제공될 수 있다.According to the present invention, an eye reflow soldering system having the following effects may be provided.
(1) 고유의 다파장 적외선으로 물질에 파고들어 열을 전달하는 방사 기능으로 피씨비, BGA 바디, PCB 패드 등 모든 전자 부품과 피씨비은 물론 솔더볼 내부의 모든 층을 동시에 가열하여 충분한 예열을 함으로써, 솔더볼과 솔더 크림 등의 내부에 존재하는 보이드(void)를 없애고 냉납 부위를 없애는 완벽한 솔더링 효과를 얻을 수 있으며, 이러한 보이드와 냉납이 없는 완벽한 솔더링을 함으로 납땜 불량으로 인한 접촉 저항, 단선 등과 같은 회로의 이상(malfunction)을 발생시키는 등의 여러 가지 심각한 문제를 미연에 방지하는 장점을 갖는다. 다시 말해, 근적외선과 중적외선대에 걸친 다파장 적외선 발생으로 PCB나 전자 부품의 내부 까지 침투하여 동일 온도로 방사(Penetration) 가열하는 특성을 가지므로, 솔더볼과 솔더 크림 등의 내부에 존재하는 보이드(void)를 없애는 완벽한 솔더링 효과를 얻을 수 있는 것이다.
(1) The radiation function that penetrates the material by inherent multi-wavelength infrared rays and transfers heat to all the electronic parts such as PCB, BGA body, PCB pad, PCB, etc. The perfect soldering effect of eliminating voids inside the solder cream, etc., and eliminating cold soldering parts can be obtained. Various serious problems such as malfunctions are prevented in advance. In other words, due to the generation of multi-wavelength infrared rays in the near-infrared and mid-infrared bands, it penetrates into the inside of the PCB or the electronic component and heats the radiation at the same temperature. You will get a perfect soldering effect that eliminates voids).
(2) 히팅 온도가 일정 온도로 오른 이후 온오프 제어(on/off control)시 즉시적으로 응답 가능한 고속 제어(High speed control)가 가능하다. 즉, 기존과 다른 적외선 히터를 외장형으로 노출시켜 직접 파장 적외선을 방사하는 타입이므로, 히팅 온도 온오프 제어(on/off control)시 즉시적으로 응답 가능한 고속 제어를 할 수 있는 것이다.
(2) High speed control is possible which can be immediately responded to on / off control after heating temperature rises to a certain temperature. That is, since the conventional infrared heater is exposed to an external type and directly radiates infrared rays, it is possible to perform high-speed control that can be immediately responded to during heating temperature on / off control.
(3) 플레이트 형식의 적외선 발생 특수 소재의 세라믹 히터 하우징에 코일형태의 적외선 히터를 삽입하여 제조되므로 솔더볼이나 솔더 크림 내부에 보이드가 발생하는 현상을 보다 확실하게 방지할 수 있으며, 나아가, 리플로우 시스템의 규격을 적절히 조절 가능한 효과가 있다.
(3) Infrared generation of plate type It is manufactured by inserting the coil type infrared heater into the ceramic heater housing made of special material, so that the phenomenon of voids in the solder ball or the solder cream can be more reliably prevented, and furthermore, the reflow system There is an effect that can be properly adjusted to the standard.
(4) 땜납을 용융시킬 부품의 영역에는 충분한 적외선을 공급하면서, 그 주위의 피씨비에는 가열되어 있는 부품의 열 발산을 방지할 수 있으며, 동시에 피씨비을 손상시키지 않을 정도의 적외선을 각각 선택적으로 공급할 수 있으므로, 대상 부품 등의 손상을 방지하며, 열풍에 의해 가열할 경우와 같이 부품에 작용하는 풍압이 없으므로, 종래 가볍거나 작고 높이가 큰 부품의 날림이나 패드의 위치변경으로 인한 부품 망실(Missing)로 인한 불량이나, 가까이 있는 금속 재질부품의 열 흡수로 인한 냉납, 자체 방열판의 열손실로 인한 냉납을 원천 제거하므로, 안정된 납땜을 할 수 있는 효과가 있다. 또한 열풍에 의해 가열할 경우 납땜이 불가능하던 삽입 부품과 표면 실장 부품( SMD: Surface Mount Device)의 혼재 부품 PCB의 생산도 가능하다.
(4) While supplying sufficient infrared rays to the area of the component to melt the solder, it is possible to prevent the heat dissipation of the heated components to the surroundings, and at the same time selectively supply infrared rays to the extent that does not damage the PCB. , To prevent damage to the target parts, etc., and because there is no wind pressure acting on the parts, as in the case of heating by hot air, due to parts missing due to flying of light or small and high parts or changing the position of the pad Defects, cold solder due to heat absorption of the nearby metal parts, cold solder due to the heat loss of the heat sink of the source is removed, there is an effect that can be a stable soldering. In addition, it is also possible to produce mixed parts PCBs of insert parts and surface mount devices (SMDs) that cannot be soldered when heated by hot air.
(5) 열풍 리플로우 오븐의 특성상 피씨비(PCB)를 가열할 경우의 부품규격(상,하측 25mm이내)을 지켜야 하지만(각 존이 독립적으로 열풍의 양과 속도, 온도를 유지해야 하므로, 25mm 이상이 될 경우 각 존 간의 에어 와류로 인한 간섭으로 온도 콘트롤을 안정적으로 유지하는 것이 불가능 함), 본 발명의 아이알 리플로우 솔더링 시스템은 열풍이 없는 주파수 개념의 열파장 가열 방식을 응용한 것으로, 주요부인 히팅유닛의 상측 히터와 하측 히터와 피가공물인 피씨비 사이의 이격 거리(즉, 히터와 피씨비 사이의 거리)를 종래보다 많이 늘릴 수 있는 것이며, 이로 인해, 각 존(zone)간의 간섭이 없으므로 필요한 부품의 높이 규격으로 하여도 납땜 작업을 완벽하고 손쉽게 할 수 있는 효과를 갖는다.(5) Due to the characteristics of the hot air reflow oven, the part specifications (up to and including 25mm in the upper and lower sides) when heating the PCB must be observed (because each zone must independently maintain the amount, speed, and temperature of the hot air, it must be 25mm or more. If possible, it is impossible to maintain temperature control stably due to interference due to air vortex between the zones), and the IR reflow soldering system of the present invention applies a heat wave heating method of a frequency concept without hot air, It is possible to increase the separation distance between the upper heater and the lower heater of the unit and the workpiece, the PCB, to be larger than before, so that there is no interference between the zones. Even the height standard has the effect of making soldering work perfect and easy.
도 1은 본 발명의 아이알 리플로우 솔더링 시스템의 구조를 개략적으로 보여주는 정면도
도 2는 도 1의 평면도
도 3은 도 1의 일측면도
도 4는 본 발명의 히팅유닛의 구조를 개략적으로 보여주는 일측면도
도 5는 본 발명의 주요부인 히팅유닛의 구조를 보여주는 사시도
도 6은 종래 솔더링 방식과 본 발명의 아이알 리플로우 솔더링 시스템에 의한 솔더링 방식을 비교하여 보여주는 도면
도 7은 종래 솔더링 방식과 본 발명을 이용한 솔러딩 방식에서의 온도와 시간 관계를 비교하여 보여주는 도면
도 8은 본 발명의 주요부인 하부 히팅유닛의 배열 구조를 개략적으로 보여주는 도면
도 9는 본 발명의 솔더링 시스템에서 프리 히팅존과 리플로우존의 히팅 온도 변화를 보여주는 도면1 is a front view schematically showing the structure of an eye reflow soldering system of the present invention;
2 is a plan view of FIG. 1
Fig. 3 is a side view of Fig. 1
Figure 4 is a side view schematically showing the structure of the heating unit of the present invention
Figure 5 is a perspective view showing the structure of the heating unit which is the main part of the present invention
Figure 6 is a view showing a comparison between the conventional soldering method and the soldering method by the eye reflow soldering system of the present invention
7 is a view showing a comparison between temperature and time in the conventional soldering method and the soldering method using the present invention
8 is a view schematically showing an arrangement structure of a lower heating unit which is a main part of the present invention;
9 is a view showing a change in the heating temperature of the pre-heating zone and the reflow zone in the soldering system of the present invention
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 아이알 리플로우 솔더링 시스템의 구조를 개략적으로 보여주는 정면도, 도 2는 도 1의 평면도, 도 3은 도 1의 일측면도, 도 4는 본 발명의 주요부인 히팅유닛의 구조를 개략적으로 보여주는 일측면도, 도 5는 본 발명의 주요부인 히팅유닛의 구조를 보여주는 사시도, 도 6은 종래 솔더링 방식과 본 발명의 아이알 리플로우 솔더링 시스템에 의한 솔더링 방식을 비교하여 보여주는 도면, 도 7은 종래 솔더링 방식과 본 발명을 이용한 솔러딩 방식에서의 온도와 시간 관계를 비교하여 보여주는 도면, 도 8은 본 발명의 주요부인 하부 히팅유닛의 배열 구조를 개략적으로 보여주는 도면, 도 9는 본 발명의 솔더링 시스템에서 프리 히팅존과 리플로우존의 히팅 온도 변화를 보여주는 도면이다. 이를 참조하면, 본 발명은 부품이 탑재된 피씨비(1)을 적치 이송되도록 지지하는 에지 컨베이어(12)가 투입구에서 배출구를 방향을 따라 연속 설치된 구조의 워크 스테이션(10)을 가지며, 이러한 워크 스테이션(10)은 투입부에서 배출부 방향으로 연속되도록 설치되어 히팅유닛(60)에 의해 예열을 위한 다파장 적외선을 방출하는 프리 히팅존(20)과, 이러한 프리 히팅존(20)의 다음단에 이어지도록 설치되어 피씨비(1)에 부품을 솔더링 하도록 히팅유닛(60)을 통해 다파장 적외선을 방출하는 리플로우존(30)을 포함한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Figure 1 is a front view schematically showing the structure of the eye reflow soldering system of the present invention, Figure 2 is a plan view of Figure 1, Figure 3 is a side view of Figure 1, Figure 4 is a structure of the heating unit of the main part of the present invention Figure 5 schematically shows a side view, Figure 5 is a perspective view showing the structure of the heating unit which is the main part of the present invention, Figure 6 is a view showing a comparison between the conventional soldering method and the soldering method by the eye reflow soldering system of the present invention, Figure 7 FIG. 8 is a view illustrating a comparison between temperature and time in a conventional soldering method and a soldering method using the present invention. FIG. 8 is a view schematically showing an arrangement structure of a lower heating unit, which is a main part of the present invention, and FIG. 9 is a soldering method of the present invention. A diagram showing the heating temperature change of the pre-heating zone and the reflow zone in the system. Referring to this, according to the present invention, the
상기 워크 스테이션(10)은 내부에 이송 공간부를 갖는 긴 직사각 형태의 챔버형 스테이션 본체와, 이 스테이션 본체의 상단부를 개폐되는 박스형 도어를 갖는 구조이다. 이러한 워크 스테이션(10)의 이송라인 양측 위치에 서로 마주하는 한 쌍의 에지 컨베이어(12)가 설치되어, 이러한 한 쌍의 에지 컨베이어(12) 위에 부품을 탑재한 피씨비(PCB)가 얹혀진 상태로 이송된다. 이때, 에지 컨베이어(12)는 워크 스테이션(10)의 투입부에서 배출부 방향을 따라 무한궤도 운동하는 체인(구동모터 등에 의해 무한궤도 운동함)에 에지핀이 결합된 구조를 취하고 있다. 이러한 구조의 에지 컨베이어(12)은 투입부에서 배출부 방향을 따라 프리 히팅존(20), 리플로우존(30), 칠러존(40)이 순차적으로 배치된다. 워크 스테이션(10)의 이송라인에는 에지 컨베이어(12) 이외에도 부품을 탑재한 피씨비(1)을 이송시킬 수 있는 이송수단이면 모두 설치될 수 있을 것이다.The
상기 에지 컨베이어(12)의 프리 히팅존(20)과 리플로우존(30)을 구성하는 히팅유닛(60)은 피씨비(1)과 마주하도록 배치된 히터 하우징(64)과, 이러한 히터 하우징(64)의 피씨비(1)과 마주하는 면에 노출 설치되어 피씨비(1)에 부품을 솔더링하기 위한 다파장 적외선을 직접 방사하는 적외선 외장 히터(66)를 갖는다.The
상기 히터 하우징(64)은 적외선을 방출할 수 있는 세라믹을 재료로 하여 대략 직사각 블록 형상으로 제작된 것으로, 하부가 개구된 금속제 케이스에 내장 설치된다. 이때, 금속제 케이스는 프리 히팅존(20)과 리플로우존(30)에 각각 구비된 직립 지지대의 수평 프레임에 설치되어, 금속제 케이스에 내장된 세라믹 히터 하우징(64)이 피가공물인 피씨비(1)과 마주하도록 배치된다.The
또한, 히터 하우징(64)은 피씨비(1)과 마주하는 면에 하측으로 개구된 오목 수용홈이 구비되고, 이러한 히터 하우징(64)의 오목 수용홈에 적외선 외장 히터(66)가 수용됨과 동시에 적외선 외장 히터(66)의 일부가 외장형으로 노출되어 피씨비(1)에 마주하도록 배치된다. 이때, 히터(66)는 다파장 적외선을 방사하기 위한 코일 히터(66) 형태로 구성된다.In addition, the
정리하면, 히팅유닛(60)은 금속제 케이스에 내장된 히터 하우징(64)과, 이 히터 하우징(64)의 피씨비(1)과 마주하는 면에 형성된 오목 수용홈에 설치된 적외선 외장 히터(66)를 갖는 구조이며, 이러한 구조의 히팅유닛(60)은 프리 히팅존(20)과 리플로우존(30)에 상하로 마주하는 위치에 설치되므로, 프리 히팅존(20)과 리플로우존(30)으로 부품이 탑재된 피씨비(1)이 통과할 때, 상부 히팅유닛(60A)의 외장 히터(66)와 하부 히팅유닛(60B)의 외장 히터(66)가 부품 및 피씨비(1)과 사이에는 상측 적외선 히터(66)의 낙하나, 하측 적외선 히터(66) 위로 피씨비나 부품의 낙하로부터 안전할 수 있도록 안전 그라스가 설치되어 있다. 이때, 안전 그라스는 간접열 800℃ 이상의 고온에 견딜 수 있는 내열 그라스로 이루어진다. 이러한 상부 및 하부 외장 히터(66)에서 직접 방출되는 다파장 적외선이 안전 그라스를 통해 피씨비(1) 표면에 직접 공급될 수 있게 된다.In summary, the
본 발명은 프리 히팅존(20)(Pre-Heating zone)이 적외선을 발생시키는 적외선 플레이트 히터(66)(IR Plate Heater)를 이용하여 8개 존(zone)(상하 가열 방식으로 16개)으로 구성되는 한편, 납땜이 되는 부위인 리플로우존(30)(Reflow zone)은 두 개(상하 4개 존) 역시 동일한 외장형 적외선 히터(66)로 구성됨으로써, 100% 적외선 히터(66)를 이용한 솔더링 장비이다.The present invention is composed of eight zones (16 by vertical heating) using an infrared plate heater 66 (IR plate heater) in which the
한편, 상기 상하부 히팅유닛(60) 중에서 적어도 하부 히팅유닛(60B)은 각각 별개로 히팅 구동되는 복수개의 적외선 외장 히터(66)를 구비하며, 각각의 적외선 외장 히터(66)는 히터 하우징(64)의 피씨비(1)과 마주하는 면에 형성된 오목 수용홈에 결합되며, 복수개의 상기 적외선 외장 히터(66)에 의해 하부 히팅유닛(60B)이 적어도 두 개 이상으로 구획된 복수개의 분할 히팅 영역으로 구성된다.Meanwhile, at least the
또한, 상기 리플로우존(30)의 다음단에는 피씨비(1)에 부품을 솔더링한 땜납을 냉각시키는 칠러존(40)이 더 구비된다. 이러한 칠러존(40)은 냉풍장치에 의해 피씨비(1) 쪽으로 냉풍을 분사하는 노즐 등을 포함할 수 있다.In addition, a
이러한 구성의 본 발명에 의하면, 부품을 탑재한 피씨비(1)이 에지 컨베이어(12)에 적치되어 에지 컨베이어(12)의 투입부를 통해 예열부를 통과하고, 예열부에서 방사되는 히터(66)의 열에 의해 피씨비(1)과 탑재된 부품이 적정 온도로 무리없이 예열되며, 이러한 예열부를 통과한 피씨비(1) 및 부품이 리플로우존(30)을 통과하면서 히팅유닛(60)의 히터(66)로부터 방사되는 열에 의해 땜납이 녹으면서 부품을 피씨비(1)에 솔더링하며, 이어서 칠러존(40)을 통과하면서 적절히 냉각되므로, 연속적인 공정으로 피씨비(1)에 부품을 솔더링하게 된다. 피씨비, PCB 패드, BGA(Ball grid array) 등의 솔더링 작업에 채용할 수 있다.According to the present invention having such a configuration, the
이때, 본 발명에서는 주요부인 히팅유닛(60)의 히터(66)가 피씨비(1)과 안전 그라스를 사이에 두고 마주하도록 외장형으로 노출 설치되어, 열풍에 의한 간접열에 의해 부품을 솔더링하는 것이 아니라 직접 방사되는 다 파장 적외선에 의해 부품을 솔더링하므로, 가장 중요한 불량 요인이 되는 보이드(void)와 냉납 (Cold Solder)를 방지한 것이 특징을 이룬다.At this time, in the present invention, the
다시 말해, 도 3의 (a)에서와 같은 종래 열풍 방식의 경우, 열풍의 전도와 반사(화살표로 표시됨)만이 이루어지기 때문에, PCB 패드, PCB 내층, BGA(Ball grid array) 바디 내부, 솔더 크림(102) 내부의 예열이 충분하지 않고, 밖으로 드러난 부분부터 땜납이 녹게 되어 있어서 솔더볼(100) 내부에 있던 기포(Void)는 물론 솔더 크림(102)에 있는 산소가 외부로부터 격리된 상태로 납땜되므로, 크고 많은 Void를 갖게 되며, 이러한 Void로 인하여 접촉 저항을 일으키고 단선 등과 같은 회로의 이상(malfunction)을 발생시키는 문제점이 있다.In other words, in the conventional hot air method as shown in (a) of FIG. 3, since only the conduction and reflection of the hot air are made (indicated by the arrows), the PCB pad, the PCB inner layer, the inside of the ball grid array (BGA) body, and the solder cream (102) The internal preheating is not enough, and the solder is melted from the exposed part, so that the oxygen in the
이에 반해, 본 발명은 주요부인 히팅유닛(60)을 구성하는 적외선 히터(66)가 피씨비(1)과 마주하도록 안전 그라스를 사이에 두고 외장형으로 노출 설치되어, 도 3의 (b)의 점선 화살표로 표시된 바와 같이, 고유의 다파장 적외선으로 물질에 파고들어 열을 전달하는 방사 기능으로 피씨비(1), BGA 바디, PCB 패드 등은 물론 솔더볼(100) 내부의 모든 층을 동시에 가열하여 충분한 예열을 함으로써, 솔더볼(100)과 솔더 크림(102) 등의 내부에 존재하는 보이드(void)를 없애는 완벽한 솔더링 효과를 얻을 수 있으며, 이러한 보이드가 없능 완벽한 솔더링을 함으로 인하여 접촉 저항을 일으키고 단선 등과 같은 회로의 이상(malfunction)을 발생시키는 등의 여러 가지 심각한 문제를 미연에 방지하는 장점을 갖는다.On the contrary, in the present invention, the
여러가지 악조건과 고열을 견뎌야 하는 자동차 전장용 PCB 제조사나 항공 우주용, 통신 관련, 방산 PCB 업체들은 보이드(void)와 냉납(Cold Solder)을 줄이기 위하여 다방면의 많은 노력을 하고 있는데, 본 발명의 시스템을 적용함으로 인하여 보이드와 냉납(Cold Solder) 없은 완벽한 솔더링을 달성하고자 하는 자들의 요구에 충분히 부응할 수 있는 것이라 하겠다.Manufacturers of automotive electronics PCBs and aerospace, telecommunications, and defense PCB manufacturers that have to withstand a variety of adverse conditions and high temperatures have made various efforts to reduce voids and cold solders. The application is sufficient to meet the needs of those who want to achieve complete soldering without voids and cold solders.
아울러, 본 발명에서는 주요부인 히터 하우징(64)을 원적외선 방사가 가능한 세라믹을 재료로 하여 제작한 것인데, 납땜에 필요한 피씨비(1) 모재와 모든 소재 부품들의 방사(Penetration)가 가능하도록 자체 개발한 원적외선 세라믹 히터를 사용한 것이라 할 수 있다.In addition, in the present invention, the
이러한 구조의 본 발명은 기존 PCB 생산 라인에서 대다수가 사용 중인 PCB 납땜 장비(Hot Air convection Reflow soldering 장비)와 견주어 다음과 같은 비교 특성을 갖는다.The present invention of such a structure has the following comparison characteristics compared with the PCB soldering equipment (Hot Air convection Reflow soldering equipment) that is used in the majority of the existing PCB production line.
내부에
산소 잔류
(void)Soldering area
Inside
Oxygen residual
(void)
초 대형 부품 (50X50mm)나 BGA
(Ball Grid Array)부품 간의 납땜 부위의 온도 편차로 인하여 대형 부품 에서의 냉납과 극소형 부품에서의 과열을 유발시킨다.(동일 온도가 PCB에 Hot Air로 가해 진다 해도 부품이 클 경우 부품에서 온도를 흡수 하므로 납땜 부위에 가해지는 온도의 손실로 냉납이 발생한다)With the micro parts (0402: 0.2X0.4mm)
Ultra Large Parts (50X50mm) or BGA
(Ball Grid Array) The temperature variation of soldered parts between parts causes cold soldering in large parts and overheating in very small parts (even if the same temperature is applied to the PCB by hot air, if the parts are large, Absorption causes cold solder due to the loss of temperature applied to the soldering site)
예열 시나 납땜 zone 고유의 온도 전달 방식 赤外線 파장을 이용한 방사/Penetration 방식으로서 대형 부품에서의 온도 손실이 IR 방식에는 민감하게 적용 되지 않음)Complete preheating ensures that solder temperature variations between very small and very large components are not significant, ensuring complete soldering of all components.
Radiation / Penetration method using pre-heating or soldering zone-specific temperature transfer method. The temperature loss in large parts is not sensitive to IR method.)
Air(공기) 사용Thermal conductivity of 0.0000574
Use Air
Conveyor : 1개
Cooling / : 2~4
( 강제 대류 방식 )Heating zone: 20 pieces, high noise.
Conveyor: 1
Cooling /: 2 ~ 4
Forced Convection Method
좌 동
좌 동
(자연 대류 방식 )No need / no noise.
Left east
Left east
(Natural Convection Method)
(동일 생산량 대비)Equipment battlefield
Of same production
Air 특성상 일정 규격의 Space가 필요하며 Hot Air를 20개 Motor를 이용하여 강제 대류,따라서 가볍거나 공기저항 큰 부품납땜에 어려움.5 ~ 6.5m based on
Due to the characteristics of air, a certain standard space is required, and hot air is forced to convection using 20 motors, thus it is difficult to solder parts with light or large air resistance.
IR(赤外線)의 다 파장을 이용한 자연 대류 방식으로 모터사용을 안하며 Penetration/방사 기능으로 열 효율을 높여 좁은 공간에서도
완벽한 가열 가능
It is a natural convection method using multi-wavelength of IR, which does not use a motor and improves thermal efficiency with the Penetration / Radiation function.
Perfect heating
Management
Flux
Management
기능 없음 Filter replacement method
No function
Reflow zone에 N2 분위기를 만드는
Super steam 장치 설치 기능Automatic cleaning system
Creating an N2 atmosphere in the reflow zone
Super steam device installation features
본 발명에서는 프리 히팅존(20)과 리플로우존(30)을 통해 예열을 먼저 시행하고 리플로우존(30)에서 솔더링 작업을 완료한다. 도 8은 프리 히팅존(20)과 리플로우존(30)에서의 히팅열 조건을 도시한 것으로서, 리플로우존(30)에서 최대 히팅 온도는 270℃ 정도 이하로 유지되고, 칠러부(40)에서 쿨링된 다음에는 대략 70℃ 정도로 유지되는 것을 보여준다.In the present invention, preheating is first performed through the preheating
아울러, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 히팅유닛(60) 중에서 적어도 하부 히팅유닛(60B)은 복수개의 분할 히팅 영역(H1,H2,H3)으로 구성되는데, 도 5에서는 세 개의 분할 히팅 영역(H1,H2,H3)으로 이루어짐을 보여준다.In addition, as shown in FIG. 5, at least the
따라서, 휴대폰, MP3와 같은 소형 PCB 작업에는 가운데 히팅 영역(H2)의 히터(66)를 온(on)시키고, 노트북과 같은 상대적으로 큰 PCB 작업시에는 다른 히팅 영역(H1,H3)의 히터(66)도 같이 온(on)시킴으로써 작업자로 하여금 고온으로 인한 제반 작업상의 어려움 등을 해소한 효과가 있으며, 아울러, 소모 전력량도 줄이는 등의 효과가 있다.Therefore, the
한편, 도 5는 종래 솔더링 방식과 본 발명을 이용한 솔러딩 방식에서의 온도와 시간 관계를 비교하여 보여주는 도면인데, 종래에는 도 5의 (a)로 표시된 바와 같이 솔더링에 필요한 히팅 온도 상승시까지 상대적으로 시간이 많이 걸리는 반면, 본 발명은 도 5의 (b)로 표시된 바와 같이, 솔더링에 필요한 히팅 온도 상승시까지 상대적으로 시간이 적게 걸리므로 솔더링 작업 효율 등이 높다.On the other hand, Figure 5 is a view showing a comparison of the temperature and time relationship in the conventional soldering method and the soldering method using the present invention, conventionally, as shown in Fig. 5 (a) relatively until the heating temperature rise required for soldering On the other hand, the present invention takes much less time until the heating temperature required for soldering, as shown in FIG.
열풍 리플로우 오븐의 특성상 피씨비(PCB)를 가열할 경우의 부품규격(상,하측 25mm이내)을 지켜야 하지만(각 존이 독립적으로 열풍의 양과 속도, 온도를 유지해야 하므로, 25mm 이상이 될 경우 각 존 간의 에어 와류로 인한 간섭으로 온도 콘트롤을 안정적으로 유지하는 것이 불가능 함), 본 발명의 아이알 리플로우 솔더링 시스템은 열풍이 없는 주파수 개념의 열파장 가열 방식을 응용한 것으로, 주요부인 히팅유닛의 상측 히터와 하측 히터와 피가공물인 피씨비 사이의 이격 거리(즉, 히터와 피씨비 사이의 거리)를 종래보다 많이 늘릴 수 있는 것이며, 이로 인해, 각 존(zone)간의 간섭이 없으므로 필요한 부품의 높이 규격으로 하여도 납땜 작업을 완벽하고 손쉽게 할 수 있는 효과를 갖는다.Due to the characteristics of the hot air reflow oven, the part specifications (up to and including 25mm in the upper and lower sides) when heating the PCB must be observed (each zone must maintain the amount, speed, and temperature of the hot air independently. It is impossible to maintain the temperature control stably due to the interference due to the air vortex between the zones), the IAL reflow soldering system of the present invention is applied to the heat wave heating method of the frequency concept without hot air, the upper side of the heating unit, the main part The separation distance between the heater and the lower heater and the workpiece, the PCB, can be increased more than before. Thus, there is no interference between the zones. Even if the soldering work is perfect and easy to have an effect.
아울러, 본 발며에 의하면, 땜납을 용융시킬 부품의 영역에는 충분한 적외선을 공급하면서, 작업 부품 주위의 피씨비 영역에는 가열되어 있는 부품의 열발산을 방지할 수 있으며, 동시에 피씨비을 손상시키지 않을 정도의 적외선을 각각 선택적으로 공급할 수 있으므로, 대상 부품 등의 손상을 방지하며, 열풍에 의해 가열할 경우와 같이 부품에 작용하는 풍압이 없으므로, 종래 가볍거나 작고 높이가 큰 부품의 날림이나 패드의 위치변경으로 인한 부품 망실(Missing)로 인한 불량을 방지하고, 가까이 있는 금속 재질부품의 열 흡수로 인한 냉납, 자체 방열판의 열손실로 인한 냉납을 원천적으로 제거 가능하므로, 매우 안정된 납땜 공정을 수행할 수 있는 효과가 있다. 또한 열풍에 의해 가열할 경우 납땜이 불가능하던 삽입 부품과 표면 실장 부품( SMD: Surface Mount Device)의 혼재 부품 PCB의 생산도 가능한 것이다.In addition, according to the present invention, while supplying sufficient infrared rays to the region of the component to melt the solder, it is possible to prevent heat dissipation of the heated components in the region of the workpiece around the work component, and at the same time to generate infrared rays that do not damage the PCB Each can be selectively supplied to prevent damage to the target parts, and there is no wind pressure acting on the parts as in the case of heating by hot air. It prevents defects due to missing, and removes cold solder due to heat absorption of nearby metal parts and heat loss of its own heat sink, so it is possible to perform a very stable soldering process. . In addition, it is also possible to produce mixed parts PCBs of insert parts and surface mount devices (SMDs) that could not be soldered when heated by hot air.
이상의 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 점이 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
The present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and those skilled in the art that various substitutions, modifications, and changes are possible without departing from the technical spirit of the present invention. Will be obvious to you.
1 : 피씨비 10 : 워크 스테이셔
12 : 워크 테이블 20 : 프리 히팅존
30 : 리플로우존 40 : 칠러존
60 : 히팅 유닛 64 : 히터 하우징
66 : 적외선 외장 히터1: PC 10: work station
12: work table 20: pre-heating zone
30: reflow zone 40: chiller zone
60: heating unit 64: heater housing
66: infrared external heater
Claims (6)
상기 히팅유닛(60)은 부품을 탑재한 피씨비(1)의 상면과 마주하도록 배치된 상부 히팅유닛(60A)과, 상기 피씨비(1)의 하면과 마주하도록 배치된 하부 히팅유닛(60b)으로 구성되어, 상기 상부 히팅유닛(60A)열 히터(66)는 상기 피씨비(1) 상면에 다파장 적외선을 방사하고 상기 하부 히팅유닛(60B) 열의 히터(66)는 상기 피씨비(1) 하면에 다파장 적외선을 방사하도록 구성되며,
상기 히팅유닛(60)을 구성하는 상기 상부 히팅유닛(60A)과 상기 하부 히팅유닛(60B) 중에서 적어도 상기 하부 히팅유닛(60B)은 각각 별개로 히팅 구동되는 복수개의 적외선 외장 히터(66)를 구비하며, 각각의 적외선 외장 히터(66)는 상기 히터 하우징(64)의 피씨비(1)과 마주하는 오목 수용홈에 결합되어 상기 복수개의 적외선 외장 히터(66)에 의하여 상기 하부 히팅유닛(60B)이 적어도 두 개 이상으로 구획된 복수개의 분할 히팅 영역(H1,H2,H3)으로 구성된 것을 특징으로 하는 아이알 리플로우 솔더링 시스템.And a work station 10 configured to perform soldering by radiating multi-wavelength infrared rays toward the PC 1 by the heating unit 60 while transferring the parts 1 mounted thereon, along the transfer line. Station 10 is provided with a transfer line for the transfer of the PC 1 mounted on the upper surface and the pre-heating zone 20 for emitting a multi-wavelength infrared for preheating toward the PC 1 by the heating unit 60 And a reflow zone 30 which is installed to continue to the next stage of the pre-heating zone 20 and emits multi-wavelength infrared rays through the heating unit 60 to solder the component to the PC1. The heater unit constituting the pre-heating zone 20 and the reflow zone 30 may include a heater housing disposed so as to face a work table 12 on which the PC 1 mounted thereon is loaded. 64) and the heater so as to face the PC1. Is exposed to the installation housing (64) includes the external infrared heater 66 for emitting infrared wavelengths for soldering the component to the PCB (1),
The heating unit 60 is composed of an upper heating unit 60A disposed to face the upper surface of the PCB 1 mounted thereon, and a lower heating unit 60b disposed to face the lower surface of the PC1. The upper heating unit 60A heat heater 66 radiates multi-wavelength infrared rays to the upper surface of the PC1, and the heater 66 of the lower heating unit 60B row has multiple wavelengths to the lower surface of the PC1. Configured to emit infrared light,
At least the lower heating unit 60B of the upper heating unit 60A and the lower heating unit 60B constituting the heating unit 60 includes a plurality of infrared external heaters 66 which are separately heated and driven. Each of the infrared external heaters 66 is coupled to a concave receiving groove facing the PCB 1 of the heater housing 64 so that the lower heating unit 60B is connected by the plurality of infrared external heaters 66. Eye reflow soldering system comprising a plurality of divided heating regions (H1, H2, H3) divided into at least two or more.
The eye reflow soldering system according to claim 1, further comprising a chiller zone (40) for cooling the solder having soldered parts to the PC (1) at the next stage of the reflow zone (30).
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