KR101763545B1 - 납땜 장치 및 진공 납땜 방법 - Google Patents

납땜 장치 및 진공 납땜 방법 Download PDF

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히로유키 이노우에
?스케 기모토
šœ스케 기모토
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센주긴조쿠고교 가부시키가이샤
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Abstract

챔버 내를 지정된 진공압으로 유지할 수 있도록 함과 함께, 진공압이 최적으로 조정된 챔버 내에서 납땜 처리할 수 있도록 한 납땜 장치는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 워크(1)를 진공 환경하에서 납땜 처리 가능한 챔버(40)와, 챔버(40) 내의 진공압을 입력하고 설정하는 조작부(21)와, 챔버(40) 내를 진공화하는 펌프(23)와, 챔버(40) 내의 압력을 검출하는 압력 센서(24)와, 이 압력 센서(24)로부터 출력되는 챔버(40) 내의 압력 검출 신호(S24)에 기초하여 설정된 진공압을 조정함과 함께 설정된 진공압을 소정 시간 유지하기 위한 제어부(61)를 구비하는 것이다.

Description

납땜 장치 및 진공 납땜 방법 {SOLDERING APPARATUS AND VACUUM-SOLDERING METHOD}
본 발명은 표면 실장용의 부품 등을 기판 상의 소정의 위치에 적재하여 당해 부품과 기판을 납땜 처리할 때에, 진공 용융 상태의 땜납으로부터 보이드를 탈포·탈기하는 기능을 구비한 진공 리플로우로에 적용 가능한 납땜 장치 및 진공 납땜 방법에 관한 것이다.
종래부터, 파워 디바이스나 파워 모듈 실장 등의 대전류 소자의 리플로우 실장 공정에 따르면, 통상의 열풍(대기) 리플로우 처리에서 발생하는 보이드(기포)가 문제시되어, 보이드 발생을 더욱 적게 하는 공법이 요구되고 있다.
도 13a 및 도 13b는 종래예에 관한 열풍 리플로우예를 나타내는 공정도이다. 도 13a에 도시하는 크림 땜납(8)은, 기판(5)의 패드 전극(4) 상에 도포된 것이다. 크림 땜납(8)은, 땜납의 분말에 플럭스를 첨가하여, 적당한 점도로 한 것이며, 마스크를 통해 스크린 인쇄기(Screen Printer)에 의해 기판(5)의 패드 전극(4) 상에 도포되는 것이다.
이 종래의 열풍 리플로우에서는, 크림 땜납(8)이 열 리플로우 처리되고, 땜납이 용융 상태가 되었을 때에, 그 내부에 보이드(2)가 발생한다. 이 보이드(2)는 용융된 땜납[용융 땜납(7)]이 냉각되어 고화될 때에도 그 내부에 그대로 잔류되어 버린다고 하는 문제가 있었다.
보이드 발생에 대해, 크림 땜납(8)을 기판(5)의 패드 전극(4) 상에 도포하고, 전자 부품을 탑재하지 않는 상태에서, 열풍(대기) 리플로우 처리한 상태를 도 13a, 도 13b를 사용하여 모식적으로 설명한다. 도 13b에 도시하는 땜납(3)은, 도 13a에 도시한 크림 땜납(8)을 열 리플로우 처리한 후에, 그 용융 땜납(7)이 표면 장력에 의해 구상으로 냉각되어 굳어진 상태이다. 도면 중의 백색 원 형상은 보이드(2)의 부분이며, 용융 땜납(7) 내에 의도하지 않게 생성되고, 냉각되어 굳어진 후에도 땜납(3) 내에 잔류한 것이다. 보이드(2)는 파워 디바이스 등에 있어서 열전도 효과를 손상시키고, 배열의 악화를 초래하는 원인이 된다.
상술한 보이드 발생의 저감에 관해, 특허문헌 1에는 진공 배기 기능을 구비한 납땜 장치(진공 리플로우 장치)가 개시되어 있다. 이 납땜 장치에 따르면, 배기 밸브, 진공 펌프 및 처리조를 구비하고, 처리조 내에 기판이 반입되고, 당해 기판의 패드 전극 상의 땜납이 용융 상태에서, 배기 밸브를 개방하여 진공화 펌프를 구동하고 처리조의 내부를 일단, 진공 배기하도록 이루어진다. 이러한 진공 상태로 하면, 땜납 용융 중에 땜납 내에 기포가 되어 잔존하는 보이드가 탈포 효과에 의해 제거된다고 하는 것이다.
일본 특허 출원 공개 평09-314322호 공보
그런데, 종래예에 관한 진공 리플로우 장치에 따르면, 특허문헌 1에 보여지는 바와 같이, 납땜 공정을 행할 때에 챔버(처리조) 내를 진공 상태로 하고 있다. 이때, 진공화 펌프를 가동시켜 진공 상태를 만들어 내지만, 종래 방식에서는 진공 처리 시간을 설정하고, 그 설정된 진공 처리 시간만 오로지 진공화 펌프를 계속해서 가동하는 방법이 채용되고 있다.
이로 인해, 진공화에 의해, 보이드가 탈포·탈기되지만 연속적으로 진공도를 변화시키고 있으므로, 탈기·탈포가 급격하게 행해진다. 그 결과, 용융 땜납(7) 중의 보이드(2)가 탈포·탈기되는 과정에 있어서, 땜납 표면에 흡인됨에 따라 다른 보이드(2)와 합체하여 서서히 커진다. 크게 집결된 보이드(2)가 터져(폭열하여), 플럭스의 비산이나 땜납 비산이 일어나는 원인이 된다.
상술한 과제를 해결하기 위해, 청구항 1에 기재된 납땜 장치는, 워크를 진공 환경하에서 납땜 처리 가능한 챔버와, 상기 챔버 내의 복수의 진공압을 입력하고 설정하는 조작부와, 상기 챔버 내를 진공화하는 펌프와, 상기 챔버 내의 압력을 검출하는 검출부와, 상기 검출부로부터 출력되는 챔버 내의 압력 검출 정보에 기초하여 상기 조작부에서 설정된 복수의 진공압으로 조정하여 감압 개시로부터 다단계로 단계를 밟아 감압함과 함께 설정된 각 진공압에서 소정 시간 유지하기 위한 제어부를 구비하는 것이다.
삭제
청구항 3에 기재된 납땜 장치는, 청구항 1에 있어서, 상기 챔버 내에 불활성 및 활성 중 적어도 어느 한쪽의 가스를 공급하는 가스 공급부를 구비하고, 상기 제어부는 상기 가스 공급부로부터 상기 챔버 내에 공급되는 상기 가스의 유입량을 조정하도록 한 것이다.
청구항 4에 기재된 납땜 장치는, 청구항 3에 있어서, 상기 제어부는, 설정된 상기 복수의 진공압을 소정 시간 유지할 때에, 상기 검출부로부터의 챔버 내의 압력 검출 정보에 기초하여 상기 펌프를 소정의 회전수로 유지하도록 제어함과 함께 상기 가스의 상기 챔버 내에의 유입량을 제어하고, 설정된 상기 복수의 진공압을 소정 시간 유지하도록 한 것이다.
청구항 5에 기재된 납땜 장치는, 청구항 3에 있어서, 상기 제어부는, 설정된 상기 복수의 진공압을 소정 시간 유지할 때에, 상기 검출부로부터의 챔버 내의 압력 검출 정보에 기초하여 상기 가스의 상기 챔버 내에의 유입량을 일정해지도록 제어함과 함께 상기 펌프의 회전수를 제어하고, 설정된 상기 복수의 진공압을 소정 시간 유지하도록 한 것이다.
청구항 6에 기재된 납땜 장치는, 청구항 1 및 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 워크가 상기 챔버 내에 투입되기 전에, 당해 워크를 소정 온도까지 가열하는 제1 가열부를 구비한 것이다.
청구항 7에 기재된 납땜 장치는, 청구항 6에 있어서, 상기 워크가 상기 챔버 내에 투입되었을 때에, 챔버 내의 투입 전에 소정 온도까지 가열된 워크를 소정 온도로 유지하는 제2 가열부를 구비한 것이다.
청구항 8에 기재된 진공 납땜 방법은, 워크를 진공 환경하에서 납땜 처리 가능한 챔버 내의 진공압을 복수 입력하고 설정하는 공정과, 상기 복수의 진공압을 설정된 상기 챔버 내를 진공화하는 공정과, 당해 챔버 내의 압력을 검출하는 공정과, 상기 챔버 내의 압력 검출 정보 및 설정된 복수의 진공압에 기초하여 당해 챔버 내의 복수의 진공압을 조정하여 감압 개시로부터 다단계로 단계를 밟아 감압하는 공정과, 설정된 각 진공압에서 소정 시간 유지하는 공정과, 상기 복수의 진공압이 조정된 상기 챔버 내에서 납땜 처리를 하는 공정을 갖는 것이다.
삭제
청구항 10에 기재된 진공 납땜 방법은, 청구항 8에 있어서, 상기 워크가 상기 챔버 내에 투입되기 전에 워크를 소정 온도까지 가열하는 공정을 갖는 것이다.
청구항 11에 기재된 진공 납땜 방법은, 청구항 10에 있어서, 상기 워크가 상기 챔버 내에 투입되었을 때에, 챔버 내의 투입 전에 소정 온도까지 가열된 워크를 소정 온도로 유지하는 가열 공정을 갖는 것이다.
본 발명에 관한 납땜 장치 및 진공 납땜 방법에 따르면, 챔버 내의 압력 검출 정보에 기초하여 설정된 복수의 진공압을 향해 챔버 내의 진공압을 조정하여 감압 개시로부터 다단계로 단계를 밟아 감압함과 함께 설정된 각 진공압에서 소정 시간 유지하기 위한 제어부를 구비하는 것이다.
이 구성에 의해, 챔버 내를 지정된 진공압으로 유지할 수 있으므로, 진공압이 최적으로 조정된 챔버 내에서 납땜 처리를 할 수 있다. 목표압에 도달한 용융 상태의 땜납의 보이드(2)는 일정압의 진공화에 의해 서서히 탈포·탈기되고, 이에 의해, 플럭스 비말이나, 땜납 비산 등을 방지할 수 있게 되고, 설정된 진공압 하에서 보이드가 적은 고품질의 진공 납땜 처리를 행할 수 있다. 또한, 진공 처리 시간＝워크·단위 택트 대기 시간이라 하는 설정에 의해, 진공화의 도중 단계에 목표로 하는 진공압(이하 목표압이라 함)을 지정한 감압을 행할 수 있고, 최적의 진공압에서의 진공 납땜을 행할 수 있다. 여기에 워크·단위 택트 대기 시간이라 함은 워크를 단위 반송 거리(피치)만큼 택트 반송된 장소에서, 워크가 정류하고 있는 시간을 말한다.
도 1은 본 발명에 관한 실시 형태로서의 진공 리플로우로(100)의 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 챔버(40)의 구성예를 나타내는 사시도이다.
도 3a는 땜납(3)의 진공 탈기예(그것의 1)를 나타내는 단면의 공정도이다.
도 3b는 땜납(3)의 진공 탈기예(그것의 2)를 나타내는 단면의 공정도이다.
도 4는 진공 리플로우로(100)의 제어계의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 5는 반송부(13)의 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 6a는 워크(1)의 반송예(그것의 1)를 나타내는 단면도이다.
도 6b는 워크(1)의 반송예(그것의 2)를 나타내는 단면도이다.
도 7a는 워크(1)의 반송예(그것의 3)를 나타내는 단면도이다.
도 7b는 워크(1)의 반송예(그것의 4)를 나타내는 단면도이다.
도 8a는 워크(1)의 반송예(그것의 5)를 나타내는 단면도이다.
도 8b는 워크(1)의 반송예(그것의 6)를 나타내는 단면도이다.
도 9는 챔버(40)의 제어예를 나타내는 그래프도이다.
도 10은 진공 리플로우로(100)의 온도 프로파일을 나타내는 그래프도이다.
도 11은 진공 리플로우로(100)의 제어예(그것의 1)를 나타내는 흐름도이다.
도 12는 진공 리플로우로(100)의 제어예(그것의 2)를 나타내는 흐름도이다.
도 13a는 종래예에 관한 열풍 리플로우예(그것의 1)를 나타내는 공정도이다.
도 13b는 종래예에 관한 열풍 리플로우예(그것의 2)를 나타내는 공정도이다.
본 발명은 이러한 과제를 해결한 것으로서, 챔버 내를 지정된 진공압으로 소정 시간 유지할 수 있도록 함과 함께, 진공압이 최적으로 조정된 챔버 내에서 납땜 처리할 수 있도록 한 납땜 장치 및 진공 납땜 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명에 관한 실시 형태로서의 납땜 장치 및 진공 납땜 방법에 대해 설명한다. 도 1에 도시하는 진공 리플로우로(100)는, 납땜 장치의 일례를 구성하는 것이며, 예를 들어 파워 디바이스나 파워 모듈 실장 등의 표면 실장용의 부품을 프린트 기판 상의 소정의 위치에 적재하여 당해 부품과 프린트 기판을 납땜 처리할 때에, 진공 중에서 탈포·탈기 처리하도록 이루어진다. 납땜 처리의 대상은 프린트 기판이나, 땜납 코트 부품, 기타, 반도체 웨이퍼 등이며, 이하 총칭하여 워크(1)라 한다.
진공 리플로우로(100)는 본체부(10)를 갖고 있다. 본체부(10)는 머플로를 구성하고, 예를 들어 본체부(10)는 중간층에 반송로(16)를 갖고, 이 반송로(16)를 기준으로 하여, 본체부(10)는 도시하지 않은 머플 상부 및 머플 하부로 분할되고, 안측에 힌지 기구를 갖고, 머플 상부가 덮개 개방되고, 반송로(16)를 좌우 양방 점검할 수 있도록 되어 있다.
본체부(10)의 한쪽의 측에는 반입구(11)가 형성되고, 그 다른 쪽의 측에는 반출구(12)가 형성되어 있다. 반입구(11)와 반출구(12) 사이의 반송로(16)에는 반송부(13)가 설치되고, 반송부(13)에는, 본 예의 경우, 워킹 빔식의 반송 기구(70)(도 5∼도 8b 참조)가 사용된다. 이 반송 기구(70)에 따르면, 워크(1)를 소정의 반송 속도로 택트 이송 가능한 것이다.
본체부(10) 내에는, 반입구(11)로부터 순서대로 예비 가열부(20), 본 가열부(30), 챔버(40) 및 냉각부(50)가 배치되고, 워크(1)는 이들을 통과하여 반출구(12)에 도달하도록 택트 반송된다.
예비 가열부(20) 및 본 가열부(30)는 가열부의 일례를 구성하고, 가열부는 열풍 순환 가열 방식을 채용하고 있다. 예비 가열부(20)는 4개의 예비 가열 존(I∼IV)을 갖고 있으며, 워크(1)를 소정 온도(예를 들어 260℃)에 도달시키기 위해 서서히 가열(150-160-170-180℃ 정도)하도록 이루어진다. 예비 가열 존(I∼IV)은 반송로(16)의 상하에 배치되어 있다. 예비 가열부(20)에 인접한 위치에는 제1 가열부로서의 본 가열부(30)가 배치되고, 워크(1)가 챔버(40) 내에 투입되기 전에 당해 워크(1)를 260℃ 정도로 가열하도록 이루어진다.
본 가열부(30)에 인접한 위치에는 챔버(40)가 배치되고, 챔버(40)는, 워크(1)에의 납땜 처리 시, 진공 환경하에서 탈포·탈기 처리를 행하는 것이다. 도 2에 도시하는 챔버(40)는, 용기(41), 베이스(42) 및 승강 기구(43)를 갖고 있으며, 용기(41)가 베이스(42)로부터 이격되어 상방의 소정의 위치에서 정지하고 있는 상태를 나타내고 있다. 이하에서 이 용기(41)의 정지 위치를 홈 포지션(Hp)이라 한다. 홈 포지션(Hp)은 용기(41)가 베이스(42)에서 기준이 되는 위치로부터 높이(h)만큼 상방의 위치이다. 높이(h)는, 본 가열부(30)로부터 베이스(42) 상에 워크(1)를 반입 할 때에 지장을 초래하지 않는 높이이면 된다.
용기(41)는 저면 개방형의 하우징 구조를 갖고 있고, 예를 들어 스테인리스제의 상자 형상체를 거꾸로 하여 덮개 형상으로 배치한 것이다. 용기(41)의 내부는 공동(공간)이다. 용기(41)는 승강 기구(43)에 의해 상하 이동하도록 이루어진다. 여기서, 워크(1)의 반송 방향을 x 방향으로 하고, 이 반송 방향에 직교하는 방향을 y 방향으로 하고, x, y 방향과 직교하는 방향을 z 방향으로 하였을 때, 진공 처리 시, 용기(41)는 z 방향에서 상하 이동하게 된다.
용기(41)의 하방에는 베이스(42)가 배치되고, 이 베이스(42)의 하방에는 승강 기구(43)가 배치되어 있다. 승강 기구(43)에는 유압 구동식의 실린더나, 에어 구동식의 실린더 등이 사용된다.
베이스(42)는, 용기(41)의 저면의 크기보다도 넓은 평면 및 소정의 두께를 갖고 있다. 베이스(42)는, 용기(41)의 저면 단부가 접촉하는 위치에 기밀용의 시일 부재(48)를 갖고 있다. 시일 부재(48)에는 내열성이 요구되므로, 예를 들어 불소계의 패킹이 사용된다.
베이스(42)의 상면의 대략 중앙부에는 배기구(201)가 설치되어 있다. 베이스(42)의 내부에는 한쪽이 배기구(201)에 접속되고, 다른 쪽이 배기용의 접속구(202)에 연통되는 배기관(도시하지 않음)이 배치되어 있다. 접속구(202)는 예를 들어 워크(1)의 반송 방향을 기준으로 하여, 그 좌측 또는 우측의 한쪽이 되는 베이스(42)의 측면에 설치된다. 접속구(202)는 도 4에 도시하는 전자 밸브(22)에 접속된다.
또한, 베이스(42)의 상면의 소정의 위치에는 가스 공급구(203)가 설치된다. 베이스(42)의 내부에는 한쪽이 가스 공급구(203)에 접속되고, 다른 쪽이, 가스 공급용의 접속구(204)에 연통되는 가스관(도시하지 않음)이 배치되어 있다. 접속구(204)는 예를 들어, 베이스(42)의 접속구(204)와 직교하는, 베이스(42)의 다른 측면에 설치된다. 접속구(204)는 도 4에 도시하는 개방 밸브(25)에 접속된다.
또한, 용기(41)의 천장면에는 패널 히터(44)가 설치된다. 패널 히터(44)는 제2 가열부의 일례를 구성하고, 워크(1)를 소정 온도(260℃ 부근)로 가열하고 유지하도록 이루어진다. 이 가열은, 워크(1)가 챔버(40) 내에 투입된 후에도, 당해 챔버(40) 내에의 투입 전의 본 가열부(30)에 의한 소정 온도를 유지하기 위함이다. 패널 히터(44)의 가열 방식은, 원적외선 복사 패널 방식이다. 패널 히터(44)는, 용기(41)의 천장면에 한정되는 일은 없고, 베이스(42)의 측에 설치해도 된다.
베이스(42)의 상면의 양측의 소정의 위치에는 한 쌍의 고정 빔(45, 46)이 설치되어 있다. 고정 빔(45, 46)은 반송부(13)의 일례를 구성하고, 예를 들어 고정 빔(45)은 베이스(42)의 상면의 좌측 단부에, 고정 빔(46)은 그 우측 단부에 배치되어 있고, 챔버(40) 내에서 워크(1)의 양측을 지지하도록 이루어진다. 고정 빔(45, 46)은 판상 블록체로 이루어지고, 판상 블록체의 상면에는 원추 헤드부 형상의 복수의 핀(47)이 설치된다. 이 예에서, 핀(47)은 4개씩 그룹을 이루고, 소정의 배치 피치로 배열되어 있다. 소정의 배치 피치로 배열한 것은, 복수의 길이의 워크(1)에 대응하여, 당해 워크(1)를 지장 없이 지지할 수 있도록 하기 위함이다.
여기서, 도 3a 및 도 3b를 참조하여, 땜납(3)의 진공 탈기예에 대해 설명한다. 이 예에서는, 워크(1)로서, 프린트 배선판이나 반도체 웨이퍼 등, 특히 파워 디바이스 용도의 기판(5)에 패드 전극(4)을 형성하고, 이 패드 전극(4)에 땜납(3)을 형성하는 경우이다. 기판(5)의 사이즈는, 예를 들어 폭×길이＝250㎜×300㎜ 정도이다. 또한, 본 예의 패드 전극(4)의 사이즈는 5㎜×5㎜ 정도이다.
도 3a는 땜납(3)이 굳어져 있지 않고 용융 땜납(7)의 상태이다. 도면 중의 백색 형상(원형이나 타원형 등)은 보이드(2)의 부분이며, 용융 땜납(7) 내에 부득이하게 생성된 공기의 저류부이다. 보이드(2)는 챔버(40) 내의 진공압이 낮아짐(진공도가 높아짐)에 따라, 용융 땜납(7) 내의 공기가 모이고, 그 형상이 크게 성장되어 간다.
보이드(2)는 진공화 처리에 있어서, 외부로 인장되고, 당해 보이드(2)와 땜납 경계면에 압력차가 발생하는 상태가 된다. 용융 땜납(7) 내의 보이드(2)는 외부로 빠지게(탈포·탈기되게) 된다.
도 3b에 도시하는 땜납(3)은, 용기(41) 내의 압력이 목표압에 도달한 용융 상태이다. 본 발명에서는, 후술하는 바와 같이 미리 설정된 목표압에 도달 후, 이 목표압을 소정 시간 유지하는 제어를 행하도록 한 것이다. 이와 같이 목표압에 도달한 용융 상태의 땜납의 보이드(2)는 일정압의 진공화에 의해 서서히 탈포·탈기되므로, 종래 발생하고 있었던 보이드(2)가 터져(폭열하여), 플럭스의 비산이나 땜납 비산이 일어나는 것을 피할 수 있다. 외면 부근에서는 작은 형상의 보이드만이 잔류한다. 이 상태에서 워크(1)를 냉각하도록 이루어진다. 이에 의해, 패드 전극(4) 상에 보이드(2)가 저감된 땜납(3)을 형성할 수 있게 된다.
계속해서, 도 4를 참조하여, 진공 리플로우로(100)의 제어계의 구성예에 대해 설명한다. 도 4에 도시하는 진공 리플로우로(100)의 제어계에 따르면, 예비 가열부(20), 본 가열부(30), 챔버(40), 냉각부(50) 및 반송 기구(70)를 제어하기 위해, 조작부(21), 전자 밸브(22), 펌프(23), 압력 센서(24), 개방 밸브(25), 도달 센서(26), 승강 기구(43), 패널 히터(44) 및 제어 유닛(60)을 구비하고 있다. 제어 유닛(60)은, 제어부(61)나, 메모리부(62) 및 타이밍 발생부(63) 등을 갖고 있다.
조작부(21)는 제어 유닛(60)에 접속되고, 챔버(40) 내의 진공압이나, 진공압 유지 시간 등을 입력하고 제어부(61)에 설정하는 것이다. 조작부(21)는, 액정 표시 패널이나 텐키 등이 사용된다. 조작부(21)에 의해 입력하고 설정되는 진공압은 1개 또는 복수이다. 예를 들어, 진공 탈포·탈기 처리 시의 제1 목표압(P1)이나, 제2 목표압(P2)이 설정된다. 제1 목표압(P1)이나, 제2 목표압(P2)의 설정은 진공압을 설정하여 진공 납땜 처리를 행하기 위함이다. 제1 목표압(P1)이나 제2 목표압(P2)은 조작 데이터(D21)가 되어 제어부(61)에 출력된다. 물론, 조작부(21)에는 도시하지 않은 ”스타트 버튼”이 설치되고, 제어부(61)에 ”스타트”의 지시가 이루어진다.
반송 기구(70)는 반송부(13)에 설치됨과 함께 제어 유닛(60)에 접속된다. 제어 유닛(60)으로부터 반송 기구(70)에는 반송 제어 신호(S13)가 출력된다. 반송 제어 신호(S13)는 이동 빔(18, 28)을 동작시켜, 워크(1)를 택트 이송(도 5∼도 8 참조)하는 신호이다.
예비 가열부(20)는 제어 유닛(60)에 접속된다. 제어 유닛(60)으로부터 예비 가열부(20)에는 예비 가열 제어 신호(S20)가 출력된다. 예비 가열 제어 신호(S20)는 예비 가열부(20)의 히터나, 팬 등을 동작시켜, 워크(1)를 소정 온도(예를 들어 260℃)에 도달시키기 위해 4개의 예비 가열 존(I∼IV)을 제어하는 신호이다.
본 가열부(30)는 제어 유닛(60)에 접속된다. 제어 유닛(60)으로부터 본 가열부(30)에는 본 가열 제어 신호(S30)가 출력된다. 본 가열 제어 신호(S30)는 본 가열부(30)의 히터나, 팬 등을 동작시켜, 워크(1)를 260℃로 가열하는 신호이다.
승강 기구(43)는 제어 유닛(60)에 접속된다. 제어 유닛(60)으로부터 승강 기구(43)에는 승강 제어 신호(S43)가 출력된다. 승강 제어 신호(S43)는 용기(41)를 승강하기 위한 신호이다.
패널 히터(44)는 제어 유닛(60)에 접속된다. 제어 유닛(60)으로부터 패널 히터(44)에는 히터 제어 신호(S44)가 출력된다. 히터 제어 신호(S44)는 밀폐 상태의 용기(41) 내를 소정의 온도로 유지하기 위한 신호이다.
전자 밸브(22)는 제어 유닛(60)에 접속된다. 전자 밸브(22)에는 진공 제어용의 스로틀 밸브가 사용된다. 제어 유닛(60)으로부터 전자 밸브(22)에는 전자 밸브 제어 신호(S22)가 출력된다. 전자 밸브 제어 신호(S22)는 전자 밸브(22)의 밸브 개방도를 제어하기 위한 신호이다.
펌프(23)는 제어 유닛(60)에 접속된다. 펌프(23)에는, 로터리식(블로어)이나, 왕복식(피스톤) 등의 진공 펌프가 사용된다. 제어 유닛(60)으로부터 펌프(23)에는 펌프 제어 신호(S23)가 출력된다. 펌프 제어 신호(S23)는 펌프(23)의 출력을 제어하기 위한 신호이다.
제어 유닛(60)에는 도달 센서(26)가 접속된다. 도달 센서(26)는, 탈포·탈기 처리 시, 도달 검출 신호(S26)를 발생한다. 도달 검출 신호(S26)는 챔버(40) 내에의 워크(1)의 도달 유무를 나타내는 신호이며, 도달 센서(26)로부터 제어 유닛(60)에 출력된다. 도달 센서(26)에는 반사형 또는 투과형의 광학 센서가 사용된다.
제어 유닛(60)에는 압력 센서(24)가 접속된다. 압력 센서(24)는 검출부의 일례를 구성하고, 탈포·탈기 처리 시, 압력 검출 신호(S24)를 발생한다. 압력 검출 신호(S24)는 챔버(40) 내의 압력을 나타내는 신호이며, 압력 센서(24)로부터 제어 유닛(60)에 출력된다. 압력 센서(24)에는 격막 진공계나, 열전대 진공계, 피라니 진공계, 페닝 진공계 등이 사용된다.
개방 밸브(25)의 한쪽은, 도 2에 도시한 베이스(42)의 접속구(204)에 접속되고, 다른 쪽은 도시하지 않은 N2(질소) 봄베나, H2(수소) 봄베 등의 가스 공급부(29)에 접속된다. 가스 공급부(29)는 도시하지 않은 비례 전자 밸브를 갖고 있다. 가스 공급부(29)는 챔버(40) 내에 N2 가스(불활성 가스) 및 H2 가스(환원용의 활성 가스) 중 적어도 어느 한쪽의 가스를 공급할 수 있는 것이면 된다. 비례 전자 밸브는 N2 가스나 H2 가스 등의 유입량을 조정하도록 이루어진다. 제어 유닛(60)으로부터 개방 밸브(25)에는 개방 밸브 제어 신호(S25)가 출력된다. 개방 밸브 제어 신호(S25)는 개방 밸브(25)를 제어하기 위한 신호이다.
개방 밸브(25)는, 예를 들어 초기 개방 밸브 및 주 개방 밸브를 가진 것이 사용된다. 초기 개방 밸브는 소정의 구경을 갖고 있으며, 그 구경은 주 개방 밸브보다도 작다. 초기 개방 밸브는 챔버(40)에의 가스의 유입량을 적게 억제하는 경우나 주 개방 밸브의 전단(프리) 동작에서 사용된다. 주 개방 밸브는 초기 개방 밸브의 구경에 비해 크고, 초기 개방 밸브에 비해 가스의 유입량을 많이 통과시킨다. 개방 밸브(25)를 제어함으로써, 챔버(40) 내를 진공 감압 중에 다단계의 목표 압력(㎩)으로 조정할 수 있게 된다.
냉각부(50)는 제어 유닛(60)에 접속된다. 제어 유닛(60)으로부터 냉각부(50)에는 냉각 제어 신호(S50)가 출력된다. 냉각 제어 신호(S50)는 열교환기나, 팬 등을 제어하기 위한 신호이다. 냉각부(50)의 냉각 방식은 터보 팬(질소 분위기)이다.
제어 유닛(60)은, 제어부(61), 메모리부(62) 및 타이밍 발생부(63)를 갖고 있다. 제어 유닛(60)은 도시하지 않은 아날로그·디지털 변환기나 발진기 등도 구비하고 있다. 제어부(61)에는 메모리부(62)가 접속되고, 제어 데이터(D62)가 기억된다. 제어 데이터(D62)는 예비 가열부(20), 전자 밸브(22), 펌프(23), 개방 밸브(25), 본 가열부(30), 승강 기구(43), 패널 히터(44), 냉각부(50) 및 반송 기구(70)를 제어하기 위한 데이터이다. 메모리부(62)에는 판독 전용 메모리(Read Only Memory:ROM), 수시 기입 판독 메모리(Random Access Memory:RAM)나 고정 디스크 메모리(Hard Disk Drive:HDD) 등이 사용된다.
제어부(61)는, 압력 검출 신호(S24)에 기초하여 진공압을 조정함과 함께 진공압을 소정 시간 유지하도록 전자 밸브(22), 펌프(23), 개방 밸브(25)를 제어한다. 제어부(61)에는 중앙 처리 장치(Central Processing Unit:CPU)가 사용된다.
예를 들어, 제어부(61)는 설정된 진공압을 소정 시간 유지할 때에, 압력 검출 신호(S24)에 기초하여 펌프(23)를 소정의 회전수로 유지하도록 제어함과 함께 챔버(40) 내에의 가스의 유입량을 제어하고, 설정된 진공압을 소정 시간 유지하도록 이루어진다. 그 때에, 제어부(61)는 가스의 유입량을 조정하도록 개방 밸브(25)를 제어한다. 챔버(40) 내를 설정된 진공압에서 소정 시간 유지하기 위함이다. 이 제어에 의해, 챔버(40) 내를 지정된 진공압으로 유지할 수 있다. 이에 의해, 용융 땜납(7) 내의 보이드(2)를 서서히 탈기·탈포시킬 수 있다. 따라서, 보이드(2)가 터져(폭열하여), 플럭스 비말이나, 땜납 비산 등을 방지할 수 있게 된다.
또한, 제어부(61)는 설정된 진공압을 소정 시간 유지할 때에, 압력 검출 신호(S24)에 기초하여 가스의 챔버(40) 내에의 유입량을 일정해지도록 제어함과 함께 펌프(23)의 회전수를 제어하고, 설정된 진공압을 소정 시간 유지하도록 이루어진다. 이 제어에 의해서도, 챔버(40) 내를 지정된 진공압으로 유지할 수 있게 된다. 이에 의해, 용융 땜납(7) 내의 보이드(2)를 서서히 탈기·탈포시킬 수 있다. 보이드(2)가 적은 고품질의 진공 납땜 처리를 행할 수 있다.
제어부(61)에는 메모리부(62) 외에 타이밍 발생부(63)가 접속된다. 타이밍 발생부(63)는 도시하지 않은 발진기로부터 얻어지는 기준 클럭 신호 및 제어부(61)로부터 제어 명령을 입력하여, 상술한 예비 가열 제어 신호(S20), 전자 밸브 제어 신호(S22), 개방 밸브 제어 신호(S25), 본 가열 제어 신호(S30), 승강 제어 신호(S43), 히터 제어 신호(S44), 냉각 제어 신호(S50) 및 반송 제어 신호(S70)를 발생시킨다.
계속해서, 도 5∼도 9를 참조하여, 반송 기구(70)의 구성예, 워크(1)의 반송예(그것의 1~6) 및, 챔버(40)의 제어예에 대해 설명을 한다. 도 5에 있어서, 워킹 빔식의 반송 기구(70)는 고정 빔(17, 27) 및 이동 빔(18, 28)을 갖고 있다. 이동 빔(18, 28)의 이송 피치는, 예를 들어 400㎜ 정도이다. 여기서, 챔버(40)를 기준으로 하여, 워크(1)가 반입되어 오는 측을 반입측으로 하고, 워크(1)가 반출되어 가는 측을 반출측으로 한다. 반입측의 고정 빔(17)은, 도 1에 도시한 예비 가열부(20) 및 본 가열부(30)에 설치되고, 반출측의 고정 빔(27)은 냉각부(50)에 설치된다.
고정 빔(17, 27)은 워크(1)의 반송로(16)의 양측에 한 쌍씩 설치되어 있다. 이동 빔(18, 28)은 양측의 고정 빔(17, 27)에 대해 각각 상하 및 좌우로 이동하도록 동작[도면 중의 (1)∼(4) 참조:워킹]한다. 도면 중, 부호 a는 이동 빔(18, 28)의 각각의 홈 포지션(Hp)이다. 이동 빔(18, 28)은 반입측 및 반출측에서 각각 독립적으로 구동되도록 이루어진다.
예를 들어, 반입측의 이동 빔(18)은 궤적 (1)로 수직 방향(a→b)으로 상승하고, 고정 빔(17)[고정 빔(45)]으로부터 워크(1)를 수취한다. 다음으로, 워크(1)를 적재한 상태에서 궤적 (2)로 수평 방향(b→c)으로 이동하고, 궤적 (3)으로 수직 방향(c→d)으로 강하하고, 워크(1)를 고정 빔(17)[고정 빔(45)] 상에 적재시킨 후에 이동 빔(18)은 궤적 (4)로 수평 방향(d→a)으로 이동하여 홈 포지션(Hp)으로 되돌아 온다. 이와 같이 하여, 워크(1)를 순차적으로 택트 이송한다.
또한, 반출측의 이동 빔(28)은 궤적 (1)로 수평 방향(a→b)으로 이동한다. 다음으로, 궤적 (2)로 수직 방향(b→c)으로 상승한다. 이에 의해, 이동 빔(28)은 고정 빔(45)[고정 빔(27)]으로부터 워크(1)를 수취한다. 그리고, 워크(1)를 적재한 상태에서 궤적 (3)으로 수평 방향(c→d)으로 이동한다. 그 후, 궤적 (4)로 수직 방향(d→a)으로 강하하고, 워크(1)를 고정 빔(27)에 적재시킨 후, 홈 포지션(Hp)으로 되돌아 온다. 이와 같이 하여, 소정의 반송 속도로 워크(1)를 순차적으로 택트 이송[지면 상에서는 우측으로부터 좌측으로 순서대로 워크(1)를 반송함]하게 된다.
[워크 반출 시의 동작]
도 5에 도시한 고정 빔(45),(46:도 2 참조) 상에는 워크(1)가 적재되고, 용기(41)는 반송부(13)의 반송 동작에 지장을 초래하지 않는 위치에서 정지하고 있다. 이 위치를 챔버(40)의 홈 포지션(Hp)으로 하고, 여기서 용기(41)를 대기시키도록 하고 있다. 이들 움직임을 전제로 하여, 도 5에 도시한 고정 빔(45) 상의 워크(1)를 챔버(40)로부터 반출하는 경우, 도 6a에 있어서, 이동 빔(28)은 궤적 (1)로 수평 방향(a→b)으로 이동하고, 그 후, 궤적 (2)로 수직 방향(b→c)으로 상승하고, 베이스(42) 상의 고정 빔(45)으로부터 워크(1)를 수취한다. 이때, 이동 빔(28)은 고정 빔(45)의 하방으로부터 워크(1)를 들어올리도록 하여 받아낸다.
그 후, 도 6b에 있어서, 이동 빔(28)은 궤적 (3)으로 워크(1)를 받치도록 하여 수평 방향(c→d)으로 이동하고, 궤적 (4)로 수직 방향(d→a)으로 강하한다. 이에 의해, 챔버(40)로부터 수취한 워크(1)를 냉각부(50)에 전달할 수 있다. 그 후, 이동 빔(28)은 반출측의 홈 포지션(Hp)＝a에서 대기한다.
[워크 반입 시의 동작]
그리고, 도 7a에 있어서, 반입측에서는 이동 빔(18)은 궤적 (1)로 수직 방향(a→b)으로 상승하고, 당해 이동 빔(18)이 상승함으로써, 본 가열부(30)의 고정 빔(17)으로부터 워크(1)를 수취한다. 그 후, 이동 빔(18)은 궤적 (2)로 수평 방향(b→c)으로 이동하고, 그리고, 궤적 (3)으로 수직 방향(c→d)으로 강하한다. 이동 빔(18)이 강하함으로써, 베이스(42) 상의 고정 빔(45)에 워크(1)를 적재하게 된다.
그 후, 도 7b에 있어서, 이동 빔(18)은 궤적 (4)로 수평 방향(d→a)으로 이동하고, 반입측의 홈 포지션(Hp)＝a로 되돌아 온다. 이에 의해, 이동 빔(18)이 챔버(40)의 반입측에서 대기하고, 다음 워크(1)의 반입으로 이행하게 된다(택트 이송).
한편, 도 8a에 있어서, 이동 빔(18)이 챔버(40)로부터 이격되면, 챔버(40)에서는 승강 기구(43)가 동작하여, 홈 포지션(Hp)으로부터 용기(41)가 강하한다. 도시하지 않은 승강 기구(43)에 의한 강하가 종료되고, 용기(41)가 베이스(42)를 압입하는 상태가 된다. 이때, 도 2에 도시한 용기(41)의 저부 단변이 시일 부재(48)에 접촉한다. 이에 의해, 용기(41) 내는 밀실 상태로 이루어진다. 그 후, 챔버(40)를 진공화한다.
[밀실 작성 시의 동작]
용기(41) 내가 밀폐 공간으로 이루어진 후에 펌프(23)에 의해 진공화 처리가 이루어진다. 여기서, 도 9를 참조하여 챔버(40)의 제어예에 대해 설명한다. 이 예에서는 제1 목표압(P1) 및 제2 목표압(P2)을 설정하여 챔버(40)를 진공화 처리하는 경우를 든다. 도 9에 있어서, 종축은 용기(41) 내의 진공압[㎩](압력)이며, 횡축은 진공 탈포·탈기 처리에 관한 시간이며, 진공 리플로우 처리의 일련의 동작 시간 중 시각 t5∼t6[sec]을 추출하여 나타내고 있다. 도면 중의 굵은 선의 꺾임 그래프는 챔버(40)의 진공압 제어 특성을 나타내는 곡선(진공압 제어 곡선)이다.
이 예에서는, 제1 목표압(P1)을 설정하고, 도 2에 도시한 용기(41) 내를 시각 t51로부터 t52에서 대기압(약 10만㎩)으로부터 제1 목표압(P1)으로 진공화(감압)한다. P1은 예를 들어 5만㎩이다. 시각 t51은 감압 개시 시각이며, 시각 t52는 제1 목표압(P1)의 달성 시각이다. 그 후, 시각 t52로부터 t53에서 용기(41) 내의 진공압을 제1 목표압(P1)으로 유지한다. 도면 중의 T1은 제1 진공압 유지 시간(기간:설정 감압 시간)이며, 시각 t53으로부터 t52를 차감한 시간이다.
진공압 유지 시간(T1)은 예를 들어 감압 개시로부터 진공 파괴까지의 지정 시간을 60[sec]으로 한 경우에, T1＝10[sec] 정도이다. 그리고, 제2 목표압(P2)을 설정하고, 시각 t53으로부터 t54에서 용기(41) 내의 진공압을 제2 목표압(P2)으로 진공화(감압)한다. P2는 예를 들어 1000㎩이다. 시각 t53은 감압 재개 시각이며, 시각 t54는 제2 목표압(P2)의 달성 시각이다. 그 후, 시각 t54로부터 t55에서 용기(41) 내의 진공압을 제2 목표압(P2)으로 유지한다.
도면 중의 T2는 제2 진공압 유지 시간(설정 감압 시간)이며, 시각 t55로부터 t54를 차감한 시간이다. 진공압 유지 시간(T2)은 예를 들어 T2＝15[sec] 정도이다. 그리고, 시각 t55에서 용기(41)의 진공 상태의 파괴를 개시하고, 시각 t55로부터 t56에서 용기(41) 내를 대기압으로 복귀한다. 시각 t55는 진공 파괴 시각이며, 시각 t56은 진공 파괴 완료 시각이다.
이들에 의해, 지정 시간 내의 감압 중에 임의의 진공압 유지 시간(T1, T2)을 설정하고, 및 챔버(40)의 진공압을 다단계의 제1 목표압(P1), 제2 목표압(P2)으로 조정하여 감압할 수 있다.
또한, 본 발명의 설정된 진공압을 소정 시간 유지하기 위한 제어를 진공 파괴로부터 대기압으로 복귀시키는 과정에 있어서도 행할 수 있다. 예를 들어, 진공 파괴 이행 시의 제2 목표압(P2)으로부터 제1 목표압(P1)으로 고압으로 할 때에, 중간압(P12)을 설정해도 된다. 예를 들어, 시각 t551에서 중간압(P12)을 설정하고, 시각 t552에 이르기까지, 당해 중간압(P12)을 유지한다. 시각 t552로부터 t551을 차감한 시간은, 진공 파괴 시의 진공압 유지 시간(T3)이 된다. 그 후, 시각 t552에서 제1 목표압(P1)을 재설정하고, 시각 t556에서 제1 목표압(P1)을 유지한다. 진공 파괴 시의 제1 목표압(P1)의 진공압 유지 시간은 T4가 된다. 진공압 유지 시간(T4)은 시각 t56으로부터 t553을 차감한 시간이다. 진공압 유지 시간(T4)의 경과 후, 즉, 시각 t56으로부터 t6에서 용기(41) 내를 대기압으로 복귀하도록 해도 된다.
이들에 의해, 진공 파괴 시에도, 다단계로 목표압(P12, P1) 등을 설정하여 고압으로 할 수 있다. 따라서, 진공 구성 시에도, 진공 파괴 시에도, 워크(1)를 원하는 온도 및 목표의 진공압으로 진공 탈기 납땜 처리할 수 있게 된다. 이와 같이 단계를 밟아 감압·고압을 행함으로써, 플럭스 비말·땜납 비산을 방지할 수 있게 된다.
[밀실 개방 시의 동작]
진공 탈포·탈기 처리가 종료되면, 승강 기구(43)를 동작시켜, 도 8a에 도시한 베이스(42)로부터 용기(41)를 이격한다. 이때, 베이스(42)에 압입되어 있었던 상태의 용기(41)의 저부 단변이 시일 부재(48)로부터 분리된다. 도 8b에 도시하는 바와 같이 용기(41)가 베이스(42)로부터 이격됨으로써, 용기(41) 내가 개방 공간으로 이루어진다. 이들에 의해, 진공 리플로우로(100)를 구성하고, 각각의 단계의 목표압(P1, P2, P12) 등을 유지하는 시간을 설정할 수 있어, 그 진공압 유지 시간을 조정할 수 있는 진공 납땜 시스템을 구축할 수 있게 된다.
계속해서, 본 발명에 관한 진공 납땜 방법에 관해, 상술한 워크(1)의 택트 이송, 및 도 10∼도 12를 참조하여, 진공 리플로우로(100)의 제어예에 대해 설명한다. 도 10은 진공 리플로우로(100)의 온도 프로파일이다. 도 10에 있어서, 종축은 예비 가열 존(I∼IV), 본 가열 존(V), 진공 탈기 존(VI) 및 냉각 존(VII)의 온도[℃]이며, 횡축은 경과 시각 t1∼t6[sec]을 나타내고 있다. 도면 중의 굵은 선의 곡선은 진공 리플로우로(100)의 노 내 온도 특성이다.
도 11 및 도 12에 나타내는 흐름도는, 워크(1)를 기준으로 한 제어예이며, 챔버(40)의 반입측과 반송측에서 다른 워크(1)의 처리도 동시에 진행하고 있지만, 설명을 이해하기 쉽게 하기 위해, 당해 챔버(40)의 전후의 1개의 워크(1)의 움직임을 주목하여 설명을 한다.
이 예의 진공 납땜 방법에 따르면, 워크(1)를 진공 환경하에서 납땜 처리하는 경우이며, 다음 제어 조건을 설정한다.
i. 조작부(21)에서 복수의 진공압[목표압(P1이나 P2) 등] 및 각각의 진공압을 유지하는 소정의 시간[진공압 유지 시간(T1이나 T2) 등]을 설정한다.
ii. 워크(1)가 챔버(40) 내에 투입되기 전에, 워크(1)를 소정 온도까지 가열한다.
iii. 워크(1)가 챔버(40) 내에 투입되었을 때에, 챔버(40) 내에의 투입 전의 워크(1)의 소정 온도를 유지한다.
이들을 진공 납땜 처리의 제어 조건으로 하여, 도 11에 나타내는 스텝 ST1(공정)에서 제어부(61)는 초기 설정을 실행한다. 이 초기 설정에서는, 조작부(21)를 사용하여, 제어부(61)에 대해 챔버(40) 내의 진공압의 값을 입력하고, 제1 목표압(P1) 및 제2 목표압(P2)을 설정한다. 또한, 진공압 유지 시간(T1 및 T2)도 설정하도록 이루어진다. 또한, 챔버(40) 내의 진공압의 설정에 대해서는, 제1 목표압(P1) 및 제2 목표압(P2)의 2개에 한정되는 일 없이, 복수의 목표값을 입력해도 되고, 목표압은 1개여도 된다. 제1 목표압(P1)이나 제2 목표압(P2) 등은 조작 데이터(D21)가 되어 제어부(61)에 출력된다.
스텝 ST2에서 제어부(61)는 스타트를 대기한다. 스타트의 지시는, 조작자가 조작부(21)에 설치된 스타트 버튼의 압하 등을 함으로써 행해진다. 스텝 ST2에서 제어부(61)는 스타트가 지시되면, 스텝 ST3으로 이행하여 제어부(61)는 반송 기구(70)의 구동 제어를 실행한다. 이때, 반송 기구(70)는 제어 유닛(60)으로부터 반송 제어 신호(S13)를 입력하고, 당해 반송 제어 신호(S13)에 기초하여 이동 빔(18, 28)을 동작시켜, 워크(1)를 택트 이송한다(도 6a∼도 8b 참조).
스텝 ST4에서 제어부(61)는 워크(1)에 대해 예비 가열 처리를 실행한다. 이때, 예비 가열부(20)는 제어 유닛(60)으로부터 예비 가열 제어 신호(S20)를 입력하고, 당해 예비 가열 제어 신호(S20)에 기초하여 4개의 예비 가열 존(I∼IV)을 동작시키고, 워크(1)를 소정 온도(예를 들어 260℃)에 도달시키기 위해 서서히 가열(150℃→160℃→170℃→180℃ 정도)한다.
예를 들어, 예비 가열 존(I)에서는 도 10에 나타낸 온도 프로파일에 있어서 노 내를 시각 t0으로부터 t1에서 상온으로부터 온도 130℃ 부근으로 가열한다. 예비 가열 존(II)은 노 내를 시각 t1로부터 t2에서 온도 130℃로부터 온도 160℃ 부근으로 가열한다. 예비 가열 존(III)은 노 내를 시각 t2로부터 t3에서 온도 160℃∼170℃ 부근으로 가열한다. 예비 가열 존(VI)은 노 내를 시각 t3으로부터 t4에서 온도 170℃∼180℃ 부근으로 가열한다.
스텝 ST5에서 제어부(61)는 워크(1)에 대해 본 가열 처리를 실행한다. 이때, 본 가열부(30)는, 제어 유닛(60)으로부터 본 가열 제어 신호(S30)를 입력하고, 당해 본 가열 제어 신호(S30)에 기초하여 본 가열부(30)의 히터나, 팬 등을 동작시켜, 워크(1)를 260℃로 가열한다. 도 10에 나타낸 온도 프로파일에 따르면, 본 가열 존(V)은 노 내를 시각 t4로부터 t5에서 온도 180℃∼240℃ 부근으로 가열한다.
스텝 ST6에서 제어부(61)는 워크(1)에 대해 진공 탈포·탈기 처리를 실행한다. 이때, 반송 기구(70)에 의해, 워크(1)가 베이스(42) 상에 반입(도 7b 참조)되면, 도달 센서(26)는, 챔버(40) 내에의 워크(1)의 도달을 검출하여 도달 검출 신호(S26)를 제어 유닛(60)에 출력한다.
이 예의 진공 탈포·탈기 처리에 따르면, 도 12에 나타내는 서브 루틴으로 이행하여, 스텝 ST61에서 제어부(61)는 워크(1)를 베이스(42) 상에 수용하였는지 여부를 판별한다. 이때, 제어부(61)는, 도달 센서(26)로부터 도달 검출 신호(S26)를 입력하고, 워크(1)의 도달 유무를 판별한다. 워크(1)의 도달을 나타내는 도달 검출 신호(S26)가 얻어지지 않는 경우에는 그대로 대기한다.
워크(1)의 도달을 나타내는 도달 검출 신호(S26)가 얻어진 경우에는, 스텝 ST62로 이행하여 제어부(61)는, 챔버(40)의 강하 제어를 실행한다. 승강 기구(43)는 제어 유닛(60)으로부터 승강 제어 신호(S43)를 입력하고, 도시하지 않은 실린더 등을 동작시켜 용기(41)를 밀폐 상태로 한다.
또한, 패널 히터(44)는 제어 유닛(60)으로부터 히터 제어 신호(S44)를 입력하고, 당해 히터 제어 신호(S44)에 기초하여 워크(1)의 온도를 260℃로 유지하도록 이루어진다. 이 예에서는 도 10에 나타낸 진공 탈기 존(VI)에 있어서, 용기(41) 내를 시각 t5로부터 t6에서 온도 235℃∼240℃ 부근으로 유지한다.
그 후, 스텝 ST63에서 제어부(61)는 챔버(40) 내의 진공화 처리를 개시한다. 이 진공화 처리에서는, 개방 밸브(25)가 제어 유닛(60)으로부터 개방 밸브 제어 신호(S25)를 입력하고, 초기 개방 밸브 및 주 개방 밸브도 「완전 폐쇄」로 이루어진다. 또한, 전자 밸브(22)가 제어 유닛(60)으로부터 전자 밸브 제어 신호(S22)를 입력하고, 당해 전자 밸브 제어 신호(S22)에 기초하여 밸브 개방도＝「완전 개방」이 되도록 밸브를 구동한다.
그리고, 스텝 ST64에서 제어부(61)는 챔버(40) 내를 설정된 제1 목표압(P1)으로 하기 위해 전자 밸브(22) 및 펌프(23)를 제어하여 챔버(40) 내의 진공화 처리한다. 펌프(23)는, 밸브 개방도＝「완전 개방」과 전후하여, 제어 유닛(60)으로부터 펌프 제어 신호(S23)를 입력하고, 당해 펌프 제어 신호(S23)에 기초하여 챔버(40) 내를 진공화한다. 예를 들어, 펌프(23)는 일정한 흡입량으로 용기(41) 내의 에어를 인발하도록 동작한다.
그 후, 스텝 ST65에서 제어부(61)는 챔버(40) 내의 진공압이 제1 목표압(P1)에 도달하였는지 여부를 판별한다. 이때, 압력 센서(24)는, 챔버(40) 내의 압력을 검출하여 압력 검출 신호(S24)(압력 검출 정보)를 제어 유닛(60)에 출력한다. 제어 유닛(60)에서는 제어부(61)가 압력 검출 신호(S24)로부터 챔버(40) 내의 진공압을 검출(검증)한다. 예를 들어, 신호 강도(전류값이나 전압값 등을 이치화한 정보)로부터 압력을 연산하거나, 또는, 신호 강도와 검출 압력의 관계를 미리 ROM 등에 기술한 테이블을 참조한다.
진공압이 제1 목표압(P1)에 도달하고 있지 않은 경우에는, 스텝 ST66으로 이행하여 제어부(61)는 챔버(40) 내의 진공화 처리를 계속한다. 이 진공화 계속 처리에서는, 챔버(40) 내의 압력 검출 신호(S24) 및 설정된 진공압에 기초하여 당해 챔버(40) 내의 진공압을 조정한다. 예를 들어, 신호 강도에 기초하는 연산 압력값과 검출 압력의 차분을 없애도록 전자 밸브(22)나 개방 밸브(25)를 제어한다.
챔버(40) 내의 진공압이 낮아지는 경우, 개방 밸브(25)는, 개방 밸브 제어 신호(S25)를 입력하고, 개방 밸브 제어 신호(S25)에 기초하여 초기 개방 밸브나 주 개방 밸브 등을 동작시켜, N2 가스나, H2 가스 등을 챔버(40) 내에 공급하도록 이루어진다.
진공압이 제1 목표압(P1)에 도달한 경우에는, 스텝 ST67에서 제어부(61)는, 제1 목표압(P1)을 소정의 시간[진공압 유지 시간(T1) 등]만큼 유지한다. 여기서 제어부(61)는, 전자 밸브(22)를 밸브 개방도＝「완전 폐쇄」로 하거나, 개방 밸브(25)를 폐쇄하여 진공압 유지 시간(T1) 또한 제1 목표압(P1)에서 챔버(40) 내의 진공압을 유지한다. 진공압 유지 시간(T1)의 경과의 유무는, 예를 들어 시각 t52에서 타이머를 기동하고, 타임 정보의 비교 일치 등을 행하여 타임업을 검출함으로써 판단한다. 챔버(40) 내의 진공압이 하회하는 경우에는, 밸브 개방도＝「완전 개방」으로 하여 진공화한다.
그 후, 진공압 유지 시간(T1)이 경과하면, 스텝 ST68에서 제어부(61)는 제2 목표압(P2)을 전자 밸브(22), 펌프(23) 및 개방 밸브(25)에 설정하여 챔버(40) 내의 진공화 처리를 재개한다. 개방 밸브(25)는 초기 개방 밸브 및 주 개방 밸브도 「완전 폐쇄」로 이루어진다.
그리고, 스텝 ST69에서 제어부(61)는 챔버(40) 내의 진공압이 제2 목표압(P2)에 도달하였는지 여부를 판별한다. 이때, 압력 센서(24)는 챔버(40) 내의 압력을 검출하고, 압력 검출 신호(S24)를 제어 유닛(60)에 출력한다. 제어 유닛(60)에서는 제어부(61)가 압력 검출 신호(S24)로부터 챔버(40) 내의 진공압을 검출한다. 판단 기준은 스텝 ST65에서 설명한 바와 같다.
진공압이 제2 목표압(P2)에 도달하고 있지 않은 경우에는, 스텝 ST70으로 이행하여 제어부(61)는 챔버(40) 내의 진공화 처리를 계속한다. 이 진공화 계속 처리에서는, 챔버(40) 내의 압력 검출 신호(S24) 및 설정된 진공압에 기초하여 당해 챔버(40) 내의 진공압을 조정한다. 이때의 조정 방법에 대해서는, 스텝 ST67에서 설명한 바와 같다.
진공압이 제2 목표압(P2)에 도달한 경우에는, 스텝 ST71에서 제어부(61)는, 제2 목표압(P2)을 소정의 시간[진공압 유지 시간(T2) 등] 유지한다. 여기서 제어부(61)는, 전자 밸브(22) 및 개방 밸브(25)를 조정하여 진공압 유지 시간(T2) 또한 제2 목표압(P2)에서 챔버(40) 내의 진공압을 유지한다. 진공압 유지 시간(T2)은, 진공 처리 시간＝워크·단위 택트 대기 시간이라고 하는 설정에 있어서, 택트 반송에 지장 없이 진공 처리 시간 내에서 제2 목표압(P2)을 유지할 수 있는 최대한 설정 가능한 시간이다. 워크·단위 택트 대기 시간이 짧으면, 당해 진공 리플로우로의 스루풋이 향상된다.
그리고, 스텝 ST72에서 제어부(61)는 진공 탈기를 종료하였는지 여부를 판별한다. 그 때의 판단 기준은, 진공압이 제2 목표압(P2)에 도달한 것과 동시에 기동되는 타이머(도시하지 않음)로부터 출력되는 경과 시간값(Tx)과 진공압 유지 시간(T2)을 비교하고, Tx＝T2가 되었는지 여부를 검출함으로써 행한다. Tx＜T2의 경우에는 감시를 계속한다. 이 감시에 의해, 챔버(40) 내의 진공압을 지정 시간 내 및 일정 기압으로 유지한 납땜(보이드 제거) 처리할 수 있다(진공 탈포·탈기 처리).
Tx＝T2의 경우에는 감시를 종료하여 스텝 ST73으로 이행하여 제어부(61)는 챔버(40) 내의 진공 파괴를 개시한다. 이 진공 파괴에서는, 예를 들어 펌프(23)를 정지하여 개방 밸브(25)를 동작시키고, N2 가스를 챔버(40) 내에 공급하여 용기(41) 내의 진공압을 올려 간다. 물론, 다단계로 목표압(P12, P1) 등을 설정하여 고압해도 된다(도 9의 파선 특성 참조).
챔버(40) 내의 진공압이 대기압이 된 경우에는, 스텝 ST74로 이행하여 제어부(61)가 용기(41)를 상승시키도록 승강 기구(43)를 제어한다. 승강 기구(43)에서는, 제어 유닛(60)으로부터 승강 제어 신호(S43)를 입력하고, 당해 승강 제어 신호(S43)에 기초하여 도시하지 않은 실린더 등을 동작시켜 용기(41)를 개방 상태로 한다.
그리고, 스텝 ST75에서 제어부(61)는 워크 반출 처리를 실행한다. 반송 기구(70)는 제어 유닛(60)으로부터 반송 제어 신호(S70)를 입력하고, 당해 반송 제어 신호(S70)에 기초하여 이동 빔(28)을 동작시켜, 워크(1)를 택트 이송(도 6a 참조)한다.
그 후, 스텝 ST76에서 제어부(61)는 베이스(42) 상으로부터 냉각부(50)로 워크(1)를 반송하였는지 여부에 대응하여 제어를 분기한다. 워크(1)가 베이스(42) 상으로부터 냉각부(50)로 이동되어 있지 않은 경우에는, 스텝 ST75로 복귀되어 워크(1)의 반출 처리를 계속한다. 반송 기구(70)에 의해, 워크(1)가 베이스(42) 상으로부터 반출되면, 다음 워크(1)가 베이스(42) 상에 반입되게 된다.
워크(1)를 냉각부(50)로 이송한 경우에는, 메인 루틴의 스텝 ST6으로 복귀되고, 스텝 ST6으로부터 스텝 ST7로 이행한다. 스텝 ST7에서 제어부(61)는 워크(1)의 냉각 처리를 실행한다. 이때, 냉각부(50)는 제어 유닛(60)으로부터 냉각 제어 신호(S50)를 입력하고, 당해 냉각 제어 신호(S50)에 기초하여 열교환기나, 팬 등을 동작시켜, 워크(1)를 상온 부근이 될 때까지 냉각한다. 도 10에 나타낸 냉각 존(VII)에서는, 노 내를 시각 t6으로부터 t7에서 온도 235℃∼상온 부근으로 냉각한다. 이에 의해, 워크(1)를 원하는 온도, 이 예에서는 260℃에서 진공 탈기 납땜 처리할 수 있다.
그리고, 스텝 ST8에서 제어부(61)는 워크(1)를 냉각부(50)로부터 외부로 반출하도록 반송 기구(70)를 제어한다(도 6a, 도 6b 참조). 그 후, 스텝 ST9에서 제어부(61)는 모든 워크(1)의 진공 납땜 처리를 종료하였는지 여부의 판단을 실행한다. 모든 워크(1)의 진공 납땜 처리를 종료하고 있지 않은 경우에는, 스텝 ST3으로 복귀되어 워크(1)의 반입 처리, 그 가열 처리, 그 진공 탈포·탈기 처리 및 그 냉각 처리를 계속한다. 모든 워크(1)의 진공 납땜 처리를 종료한 경우에는 제어를 종료한다.
이와 같이 실시 형태로서의 진공 리플로우로(100)에 따르면, 챔버(40) 내의 압력 검출 신호(S24)에 기초하여, 설정된 진공압을 향해 챔버(40) 내의 진공압을 조정함과 함께, 설정된 진공압을 소정 시간 유지하기 위한 제어부(61)를 구비하는 것이다.
이 구성에 의해, 챔버(40) 내를 지정된 진공압으로 다단계, 또한 임의 시간 내만큼 정압 유지할 수 있으므로, 진공압이 최적으로 조정된 챔버(40) 내에서 납땜 처리를 할 수 있다.
본 발명에 관한 진공 납땜 방법에 따르면, 진공 납땜 공정에 있어서, 챔버(40)를 펌프(23)로 감압하면서, 수시로, 챔버(40) 내의 압력을 감시하고, 상황에 따라 N2 등의 불활성 가스를 적량 혼입한다고 하는 피드백 제어에 의해, 챔버(40) 내에 일정한 진공압을 실현할 수 있게 된다(압력 일정 조정 기구). 이에 의해, 플럭스 비말이나, 땜납 비산 등을 방지할 수 있게 되고, 설정된 진공압 하에서 보이드(2)가 적은 고품질의 진공 납땜 처리를 행할 수 있다.
또한, 서브 루틴의 스텝 ST75와 메인 루틴의 스텝 ST8의 제어를 연동시키는 경우에는, 당해 스텝 ST8의 제어를 생략해도 된다. 제어부(61)에 있어서의 워크(1)의 반송 제어를 경감화할 수 있다.
상술한 예에서는, 챔버(40) 내의 진공압을 다단계로 조정할 때에, 챔버(40) 내의 압력 검출 신호(S24)에 기초하여 지정된 진공압을 향해, 개방 밸브(25)를 피드백 제어하는 방법에 대해 설명하였지만, 이것에 한정되는 일은 없다. 압력 검출 신호(S24)에 기초하여 펌프(23)의 회전량을 제한하여 일정한 진공압을 달성하는 피드백 제어 방법을 채용해도 된다.
또한, 챔버(40) 내를 일정한 속도로 감압하는 것이 아니라, 감압 속도를 임의로 변경(가변)하여 플럭스나 땜납 등의 비말을 방지하는 방법을 채용해도 된다. 또한, N2 이외의 기체를 혼입하여 일정한 진공압을 달성하는 방법을 채용해도 된다. 이들에 의해서도, 챔버(40) 내를 지정한 진공압(기압)으로 유지할 수 있게 된다.
이와 같이 실장하는 워크(1)나, 여러 조건에 기초하여, 진공압의 설정, 설정된 진공압을 유지하는 시간 등, 적절히 설정 가능하다. 예를 들어, 워크(1)가 단위 택트 대기 시간에 기초하여 예비 가열 존(I, II, III, IV)에 체재하는 시간, 및 본 가열 존(V)에 체재하는 시간을 각각 TA로 하고, 챔버(40)에 있어서의 진공 탈기 존(VI)에 체재하는 시간을 TB로 하고, 냉각 존(VII)에 체재하는 시간을 TC로 하였을 때, TC≤TB≤TA의 관계로 설정된다(도 9 참조). 이 관계를 유지하면, 워크·택트 반송 및 진공 탈포·탈기 처리에 있어서, 충돌 등의 제어 파탄을 수반하는 일 없이 진공 탈포·탈기 처리를 행할 수 있다.
또한, 제어부(61)에 보정 연산 기능을 갖게 하여, 조작부(21)에 의해 설정된 챔버(40) 내의 진공압이나, 진공압 유지 시간 등에 대해, 워크(1)의 단위 택트 대기 시간 등에 보정 연산을 실시하여 상술한 제어 파탄을 피하도록 해도 된다.
또한, 도 9에 있어서, 실선으로 나타낸 진공압 제어 특성에 있어서, θ1, θ2는 진공 구성 시의 진공압 제어 곡선의 기울기이며, θ3∼θ5는 진공 파괴 시의 진공압 제어 곡선의 기울기이다. 이들 기울기 θ1∼θ5는 펌프(23)의 출력이나 개방 밸브(25)의 밸브 개방도를 제어함으로써 조정할(변화시킬) 수 있다. 따라서, 워크·택트 반송 및 진공 탈포·탈기 처리에 관해 최적의 조건을 설정할 수 있으므로, 당해 진공 리플로우로의 스루풋을 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명은 표면 실장용의 부품 등을 기판 상의 소정의 위치에 적재하여 당해 부품과 기판을 납땜 처리할 때에, 진공 용융 상태의 땜납을 탈기하는 기능을 구비한 진공 리플로우로에 적용하기에 극히 적합하다.
10 : 본체부
11 : 반입구
12 : 반출구
13 : 반송부
16 : 반송로
17, 27 : 고정 빔
18, 28 : 이동 빔
20 : 예비 가열부(가열부)
21 : 조작부
23 : 펌프
24 : 압력 센서
25 : 개방 밸브
26 : 도달 센서
29 : 가스 공급부
30 : 본 가열부(제1 가열부)
40 : 챔버
41 : 용기
42 : 베이스
43 : 승강 기구
44 : 패널 히터(제2 가열부)
45, 46 : 고정 빔(지지부)
47 : 핀
48 : 시일 부재
50 : 냉각부
100 : 진공 리플로우로

Claims (11)

  1. 워크를 진공 환경하에서 납땜 처리 가능한 챔버와,
    상기 챔버 내의 복수의 진공압을 입력하고 설정하는 조작부와,
    상기 챔버 내를 진공화하는 펌프와,
    상기 챔버 내의 압력을 검출하는 검출부와,
    상기 검출부로부터 출력되는 챔버 내의 압력 검출 정보에 기초하여 상기 조작부에서 설정된 복수의 진공압으로 조정하여 감압 개시로부터 다단계로 단계를 밟아 감압함과 함께 설정된 각 진공압에서 소정 시간 유지하기 위한 제어부를 구비하는, 납땜 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 챔버 내에 불활성 및 활성 중 적어도 어느 한쪽의 가스를 공급하는 가스 공급부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 가스 공급부로부터 상기 챔버 내에 공급되는 상기 가스의 유입량을 조정하도록 한, 납땜 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는,
    설정된 상기 복수의 진공압을 소정 시간 유지할 때에,
    상기 검출부로부터의 챔버 내의 압력 검출 정보에 기초하여 상기 펌프를 소정의 회전수로 유지하도록 제어함과 함께 상기 가스의 상기 챔버 내에의 유입량을 제어하고,
    설정된 상기 복수의 진공압을 소정 시간 유지하도록 한, 납땜 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제어부는,
    설정된 상기 복수의 진공압을 소정 시간 유지할 때에,
    상기 검출부로부터의 챔버 내의 압력 검출 정보에 기초하여 상기 가스의 상기 챔버 내에의 유입량을 일정해지도록 제어함과 함께 상기 펌프의 회전수를 제어하고,
    설정된 상기 복수의 진공압을 소정 시간 유지하도록 한, 납땜 장치.
  6. 제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 워크가 상기 챔버 내에 투입되기 전에 당해 워크를 소정 온도까지 가열하는 제1 가열부를 구비한, 납땜 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 워크가 상기 챔버 내에 투입되었을 때에, 챔버 내의 투입 전에 소정 온도까지 가열된 워크를 소정 온도로 유지하는 제2 가열부를 구비한, 납땜 장치.
  8. 워크를 진공 환경하에서 납땜 처리 가능한 챔버 내의 진공압을 복수 입력하고 설정하는 공정과,
    상기 복수의 진공압을 설정된 상기 챔버 내를 진공화하는 공정과,
    당해 챔버 내의 압력을 검출하는 공정과,
    상기 챔버 내의 압력 검출 정보 및 설정된 복수의 진공압에 기초하여 당해 챔버 내의 복수의 진공압을 조정하여 감압 개시로부터 다단계로 단계를 밟아 감압하는 공정과,
    설정된 각 진공압에서 소정 시간 유지하는 공정과,
    상기 복수의 진공압이 조정된 상기 챔버 내에서 납땜 처리를 하는 공정을 갖는, 진공 납땜 방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서, 상기 워크가 상기 챔버 내에 투입되기 전에, 워크를 소정 온도까지 가열하는 공정을 갖는, 진공 납땜 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 워크가 상기 챔버 내에 투입되었을 때에, 챔버 내의 투입 전에 소정 온도까지 가열된 워크를 소정 온도로 유지하는 가열 공정을 갖는, 진공 납땜 방법.
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