KR101433594B1 - 리플로우 처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연속적으로 공급되는 기판의 공정속도에 대응하도록 컨테이너에 적재하여 리플로우 처리를 수행하고 다시 이후의 공정으로 반송시키는 것에 의해 작업속도를 획기적으로 증대시킬 수 있는 리플로우 처리방법에 관한 것으로, 연속적으로 공급되는 기판을 적재된 컨테이너에 삽입하는 기판삽입단계; 적재된 상태에서 각 컨테이너에 열유동체 또는 냉유동체를 공급하여 리플로우 처리를 수행하는 리플로우처리단계; 및 상기 리플로우처리 후, 기판을 컨테이너로부터 배출하여 다음공정으로 반송하는 기판배출단계를 포함한다

Description

리플로우 처리방법{Reflow treatment method}
본 발명은 리플로우 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연속적으로 공급되는 기판의 공정속도에 대응하도록 컨테이너에 적재하여 리플로우 처리를 수행하고 다시 이후의 공정으로 반송시키는 것에 의해 작업속도를 획기적으로 증대시킬 수 있는 리플로우 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로, 리플로우 장치는 기판 상에 도포된 솔더(solder)를 용융시켜 그 기판 상에 탑재된 전자부품을 기판 상에 납땜하는 장치를 말한다.
다시 말하면, 리플로우 장치는 전자부품이 탑재된 기판을 컨베이어(conveyor) 등으로 반송하면서, 가열실에서 가열하여 기판 상에 도포된 솔더를 용용시킨 후, 그 용융된 솔더를 냉각실에서 냉각ㆍ고화하여 전자부품을 기판상에 납땜한다.
종래기술에 따르면, 리플로우 장치는 히터(heater)와 팬(fan) 등에 의해 발생되는 뜨거운 바람(이하, '열풍(熱風)'이라 하기로 함)을 이용하여 기판 상에 도포된 솔더를 그 용융점 이상의 솔더용융 온도구간까지 가열한 다음, 냉각시킴으로써 납땜을 수행한다.
즉, 상기 리플로우 장치는 컨베이어벨트 상을 이동하는 열전달 방식의 하나인 대류(convection) 방식을 이용하여, 그 발생되는 열풍을 기판상의 솔더에 접촉시킴으로써, 솔더를 그 용융점 이상의 솔더용융 온도구간까지 가열하고, 이후에는 이를 냉각 및 고화시킴으로써 기판 상에 전자부품을 납땜하는 공정을 수행한다.
하지만, 도 1에 도시된 종래기술의 리플로우 장치(100)와 같이 컨베이어벨트(102) 상으로 연속적으로 공급되는 기판에 열풍을 가하여 솔더용융 온도구간까지 가열하고, 이후 냉각 및 고화시키는 일정한 딜레이타임이 요구된다. 즉, 공급컨베이어(120)를 통해 공급되는 기판의 공급량을 리플로우 장치의 처리속도가 따라가지 못하고 있다. 따라서, 리플로우 장치에서는 항상 병목현상이 발생하여 전체공정에서 생산성을 하락시키는 주요원인이 되고 있다.
특허공개 제10-2011-0131071호
상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 연속적으로 공급되는 기판의 공정속도에 대응하도록 컨테이너에 적재하여 리플로우 처리를 수행하고 다시 이후의 공정으로 반송시키는 것에 의해 작업속도를 획기적으로 증대시킬 수 있는 리플로우 처리방법을 제공하는 데에 있다.
특히, 리플로우 처리의 속도향상을 위하여 2 이상의 특정온도를 가지는 열유동체(熱流動體)뱅크를 채용하여 가열 및 냉각을 위한 타임딜레이를 최소화할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연속적으로 공급되는 기판을 적재된 컨테이너에 삽입하는 기판삽입단계; 적재된 상태에서 각 컨테이너에 기체나 액체 상태의 열유동체(熱流動體) 또는 냉유동체(冷流動體)를 공급하여 리플로우 처리를 수행하는 리플로우처리단계; 및 상기 리플로우처리 후, 기판을 컨테이너로부터 배출하여 다음공정으로 반송하는 기판배출단계를 포함하는 리플로우 처리방법이다.
상기 리플로우처리단계에서 상기 컨테이너 내부에 질소와 부압을 순차적으로 공급하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 질소를 공급할 때, 포믹산을 동시에 공급하는 것이 가능하다.
또, 열유동체 및 냉유동체가 공급되는 공간과 상기 질소 및 부압을 공급하는 공간은 서로 격리되며, 상기 기판의 솔더가 부착된 면은 상기 질소 및 부압이 공급되는 공간에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또, 하나의 컨테이너에 복수의 기판이 삽입되는 것을 특징으로 한다.
상기 열유동체 또는 냉유동체는 미리 저장된 열유동체뱅크 또는 냉유동체뱅크로부터 공급되는 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 컨테이너에 공급된 열유동체 또는 냉유동체는 상기 냉유동체뱅크 또는 상기 냉유동체뱅크로 복귀하여 열효율을 향상시킬 수 있다.
이 때, 상기 열유동체뱅크는 2이상의 서로 다른 온도를 가지는 열유동체뱅크로 구성되며, 상기 복수의 열유동체뱅크의 열유동체를 혼합하여 상기 컨테이너에 공급하는 것에 의해 소수의 열유동체뱅크에 의해 다양한 온도조건을 만족시킬 수 있다.
상기 열유동체뱅크와 상기 컨테이너 사이에는 서로 다른 온도를 가지는 열유동체를 미리 섞어 균질한 온도를 가지는 열유동체를 만들기 위한 버퍼챔버가 배치될 수 있다.
본 발명을 통하여 종래기술에서 해결하지 못한 리플로우 공정의 병목현상을 확실하게 해결하여, 기판의 리플로우 처리에 따른 지연시간없이 대량생산체계를 구축할 수 있다. 또한, 긴 컨테이너를 대체하여 적재형태로 리플로우 공정을 수행하므로, 리플로우 공정에 필요한 작업공간을 크게 축소할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 리플로우 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 리플로우 처리방법에 따른 공정도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명에서 사용되는 컨테이너의 일예이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 리플로우 방법에 따른 공정도이다. 상기 리플로우 방법은 기본적으로 컨베이어벨트 방식과 같은 연속배치공정을 배제한 것에 특징이 있다. 즉, 아무리 신속하게 한다고 하더라도 앞서 설명한 솔더용융 온도구간까지 가열하고, 이후 냉각 및 고화시키는 일정한 딜레이타임이 요구되므로, 기판이 이동하면서 리플로우 처리가 되지 않는 이상 병목현상은 발생할 수 밖에 없으며, 실제로 기판을 이동하면서 리플로우 처리를 하기 위해서는 컨베이어 벨트가 상당히 길어야 한다. 따라서, 본 발명은 이러한 종래기술의 획일적인 사고에서 벗어나 컨테이너에 기판을 적재하고, 각각의 컨테이너를 개별적으로 리플로우처리를 하여, 동시성을 통한 공정속도 향상을 꾀하고자 한다.
따라서, 상기 리플로우 방법은 공급컨베이어(120)와 배출컨베이어(130) 사이에서 기판삽입단계, 리플로우처리단계, 및 기판배출단계를 포함하여 이루어진다.
상기 기판삽입단계는 연속적으로 공급되는 기판을 적재된 컨테이너(216)에 삽입한다. 상기 컨테이너(216)는 처리속도를 향상시키기 위해 미리 적재된 상태의 컨테이너 어셈블리(210)를 사용할 수 있고, 적재된 복수의 컨테이너(216)는 승강장치에 의해 승강 또는 하강하면서 상기 공급컨테이너(120)의 단부에 설치되는 배분장치(200)에 의해 기판이 삽입설치된다. 상기 승강장치는 공지의 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.
상기 배분장치(200)는 로봇암과 같은 공지의 기술을 이용할 수 있으며, 처리속도를 향상시키 위해 로봇암을 복수로 설치할 수 있다. 그리고, 상기 컨테이너(216)는 적재가 완료되면 상기 공급컨테이너(120)로부터 이격되며, 새로운 컨테이너(216)가 상기 공급컨테이너(120)에 접근한다.
상기 컨테이너 어셈블리(210)는 상기 컨테이너(216)가 적재되는 몸체를 이루는 프레임(212)과, 처리공급부(220)에 착탈가능하도록 연결되는 접속부(214)를 가진다. 상기 프레임(212)에 이동수단이 설치되거나, 상기 컨테이너 어셈블리(210)가 움직이도록 고정되는 별도의 이동레일 등을 설치하여 상기 컨테이너 어셈블리(210)를 원하는 장소로 이동할 수 있도록 한다. 특히, 상기 접속부(214)는 열유동체, 냉유동체, 질소, 부압 등을 공급하는 관을 하나의 매니폴드로 형성하는 것에 의해 상기 컨테이너(216)의 접합구조를 더욱 간단하게 제작할 수 있다.
상기 승강장치는 상기 프레임(212)에 장착되거나, 또는 상기 분배장치(200)에 장착될 수 있다. 상기 컨테이너(216)는 기판이 내부에 안착되면 내부공간이 폐쇄되도록 도어 또는 도어에 상응하는 밀폐구조를 가진다. 도어에 상응하는 밀폐구조는, 예를 들어 상기 접속부(214)에 상기 컨테이너(216)가 밀착하여 장착되면 상기 컨테이너(216)의 개방된 개구가 폐쇄되는 구조이다.
상기 컨테이너 어셈블리(210)는 기판이 모두 장착되면 이동하여 처리공급부(220)에 연결된다. 상기 처리공급부(220)는 각각의 컨테이너(216)에 열유동체 및 냉유동체를 공급할 수 있으며, 필요에 따라 질소, 포믹산, 부압 등을 추가로 제공하는 것이 가능하다. 이를 위해, 상기 처리공급부(220)는 복수의 열유동체뱅크(222,224,226)와, 냉유동체뱅크(228), 부압공급수단(230), 포믹산공급수단(232), 질소공급수단(234)을 포함한다. 복수의 열유동체뱅크(222,224,226)는 리플로우 처리온도를 고려하여 그 개수를 결정할 수 있다.
상기 각 열유동체뱅크(222,224,226)에는 공기를 유입하는 블로워(미도시)와, 가열하는 전기히터 등의 가열수단(미도시)를 포함하며, 압력센서를 설치하여 일정한 압력수준을 유지하도록 한다.
특히, 상기 열유동체뱅크(222,224,226)는 서로 다른 온도를 가지며, 각각의 열유동체를 혼합하여 사용하는 것에 의해 필요한 온도의 열유동체를 공급하는 것이 가능하다. 따라서, 열유동체뱅크의 개수를 줄이고, 작업조건에 따라 탄력적으로 온도조절이 가능하므로 관리효율성을 증대시키고, 설치면적을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 컨테이너(216) 내부를 통과하고 배출되는 기체는 다시 상기 열유동체뱅크(222,224,226), 또는 냉유동체뱅크(228)로 복귀시키는 것에 의해 기체가 이미 가지고 있는 열량을 재사용이 가능하다. 따라서, 열유동체 또는 냉유동체를 준비하는데 필요한 에너지를 절약하여 열효율을 향상시킬 수 있다.
또, 상기 처리공급부(220)에는 별도의 버퍼챔버(240)를 설치하는 것에 의해 서로 다른 온도를 가지는 열유동체를 상기 열유동체뱅크(222,224,226)으로부터 공급받아서 미리 섞어 균질한 온도를 가지는 상태에서 상기 컨테이너(216)에 공급하는 것이 가능하다.
따라서, 상기 컨테이너(216) 내부에 배치되는 기판에서는 예열단계, 리플로우 단계, 냉각단계를 순차적으로 거치면서 리플로우 처리가 완성될 수 있다. 리플로우 처리가 완성되면, 상기 컨테이너 어셈블리(210)는 상기 처리공급부(220)와 분리되고, 상기 배출컨베이어(130) 측에 설치되는 회수장치(250)로 이동한다.
이동 후, 분배장치(200)와는 반대로, 상기 컨테이너(216) 내부에 배치된 기판을 로봇암(미도시) 등으로 취출하여 다음공정으로 공급하게 된다.
위와 같은 컨테이너 어셈블리(210)를 복수개를 운용하면, 상기 공급컨베이어(120)에서 병목현상이 발생하는 것 없이 연속적인 리플로우 처리가 가능하다.
도 3은 상기 컨테이너(216)의 개략도이다. 상기 컨테이너(216)는 상측의 리플로우챔버(254)와 하측의 열전달챔버(252)를 가지는 것이 특징이다. 상기 리플로우챔버(254)와 상기 열전달챔버(252)는 서로 격리되며, 설치되는 기판(258)의 하부측은 상기 열전달챔버(252)에 접촉하여 열 또는 냉열을 공급받고, 기판(258)의 상부측은 리플로우챔버(254)와 연통하여 질소(또는 질소와 포믹산)분위기 또는 진공분위기 상에서 리플로우 처리가 이루어진다.
상기 열전달챔버(252)에는 기체입력포트(262)와 기체출력포트(264)가 배치되어 열유동체 또는 냉유동체가 공급되고 배출된다. 특히, 상기 기체입력포트(262)로 입력되는 기체에 의한 열전달이 빠르게 이루어질 수 있도록 상기 기판(258)을 향해 기체를 분사하는 기체분사부(260)가 설치될 수 있다. 상기 기체분사부(260)는 상측을 향해 천공되고, 관(복수도 가능) 또는 상자형태를 가지며, 상기 기체입력포트(262)에만 연결된다.
상기 기판(258)은 상기 컨테이너(216) 내부의 기판홀더(256)에 장착되며, 솔더가 도포된 부위는 리플로우챔버(254)를 향한다.
그리고, 상기 리플로우챔버(254)에는 질소를 공급하는 질소공급포트(266)와, 리플로우챔버(254) 내부의 기체를 제거하는 부압공급포트(268)가 설치된다. 상기 질소공급포트(266)로 불활성의 질소를 공급하거나, 일정량의 포믹산을 포함한 질소를 공급하는 것에 의해 솔더링의 품질을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 부압공급포트(268)를 통해 상기 리플로우챔버(254) 내부를 진공분위기로 하는 것에 의해 솔더링에 포함된 미세기포 등을 제거하여 솔더링의 저항증대 및 부착성 저하를 억제할 수 있다.
질소와 부압은 상기 리플로우챔버(254) 내부에 순차적으로 공급할 수 있다.
도 4는 더욱 간단한 형태의 컨테이너(270)를 개시하고 있다. 상기 컨테이너(270)는 내부에 공간을 가지며, 기판(274)이 장착되는 기판홀더(272)가 내부에 설치된다. 그리고, 열유동체 또는 냉유동체가 공급되는 기체입력포트(276)와, 공급된 기체가 배출되는 기체출력포트(278)이 형성된다.
도 5는 도 4의 컨테이너(270)의 변형예에 따른 컨테이너(280)로써, 복수매의 기판(284,288,292)을 설치할 수 있는 것이 특징이다. 마찬가지로 상기 컨테이너(280)는 내부에 공간을 가지며, 기판(284,288,292)이 장착되는 기판홀더(282,286,290)가 내부에 설치된다. 그리고, 열유동체 또는 냉유동체가 공급되는 기체입력포트(294)와, 공급된 기체가 배출되는 기체출력포트(296)이 형성된다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 리플로우장치 102: 리플로우 컨베이어
104,106,108,110,112,114,116: 단위구간 120: 공급컨베이어
130: 배출컨베이어 200: 배분장치
210: 컨테이너 어셈블리 212: 프레임
214: 접속부 216,270,280: 컨테이너
220: 처리공급부 222,224,226: 열유동체뱅크
228: 냉유동체뱅크 230: 부압공급수단
232: 포믹산공급수단 234: 질소공급수단
240: 버퍼챔버 250: 회수장치
252: 열전달챔버 254: 리플로우챔버
256,272,282,286,290: 기판홀더 258,274,284,288,292: 기판
260: 기체분사부 262,276,294: 기체입력포트
264,278,296: 기체출력포트 266: 질소공급포트
268: 부압공급포트

Claims (9)

  1. 연속적으로 공급되는 기판을 적재된 컨테이너에 삽입하는 기판삽입단계;
    적재된 상태에서 각 컨테이너에 열유동체 또는 냉유동체를 공급하여 리플로우 처리를 수행하는 리플로우처리단계; 및
    상기 리플로우처리 후, 기판을 컨테이너로부터 배출하여 다음공정으로 반송하는 기판배출단계를 포함하고,
    상기 열유동체 또는 냉유동체는 미리 저장된 열유동체뱅크 또는 냉유동체뱅크로부터 공급되며,
    상기 열유동체뱅크는 2이상의 서로 다른 온도를 가지는 열유동체뱅크로 구성되며,
    상기 열유동체뱅크와 상기 컨테이너 사이에는 서로 다른 온도를 가지는 열유동체를 미리 혼합하여 균질한 온도를 가지는 열유동체를 만들어 상기 컨테이너에 공급하는 버퍼챔버가 배치되는 것을 특징으로 하는 리플로우 처리방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 리플로우처리단계에서 상기 컨테이너 내부에 질소와 부압을 순차적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 리플로우 처리방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 질소를 공급할 때, 포믹산을 동시에 공급하는 것을 특징으로 하는 리플로우 처리방법.
  4. 제2항에 있어서, 열유동체 및 냉유동체가 공급되는 공간과 상기 질소 및 부압을 공급하는 공간은 서로 격리되며, 상기 기판의 솔더가 부착된 면은 상기 질소 및 부압이 공급되는 공간에 위치하는 것을 특징으로 하는 리플로우 처리방법.
  5. 제1항에 있어서, 하나의 컨테이너에 복수의 기판이 삽입되는 것을 특징으로 하는 리플로우 처리방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 컨테이너에 공급된 열유동체 또는 냉유동체는 상기 열유동체뱅크 또는 상기 냉유동체뱅크로 복귀되는 것을 특징으로 하는 리플로우 처리방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
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JP2004327816A (ja) * 2003-04-25 2004-11-18 Denso Corp リフロー半田付け方法及び装置
KR100739089B1 (ko) * 2005-11-02 2007-07-13 후지쯔 가부시끼가이샤 리플로우 장치, 리플로우 방법, 및 반도체 장치의 제조방법
KR20080067710A (ko) * 2005-12-28 2008-07-21 가부시키가이샤 도요다 지도숏키 납땜용의 용기 및 반도체 장치의 제조 방법

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