KR101984064B1

KR101984064B1 - 진공 팰렛 리플로우

Info

Publication number: KR101984064B1
Application number: KR1020137031171A
Authority: KR
Inventors: 윌리엄 루탑; 로저 응우옌; 티모시 패트릭 패터슨
Original assignee: 아이엠아이 유에스에이, 인코포레이션
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2019-05-30
Also published as: EP2701871A1; RS61026B1; US20120273559A1; JP6284571B2; WO2012149284A1; US20150342061A1; JP2014515887A; US9839142B2; KR20140025489A; JP2016139831A; EP2701871B1

Abstract

솔더링 장치(soldering device) 및 솔더링 방법이 기술된다. 장치는 적어도 하나의 솔더 팰렛 어셈블리를 포함할 수 있다. 팰렛 어셈블리는 솔더 팰렛 어셈블리 내에 이루어진 제 1 분위기 및 팰렛 어셈블리 외부에 이루어진 제 2 분위기가 가해질 수 있으며, 상기 제 2 분위기는 주위 분위기이다. 적어도 하나의 솔더 소자는 제 1 분위기 내에 배치될 수 있고, 솔더 소자는 팰렛 어셈블리 내부에 배치된 집적 회로 칩(integrated circuit chip)에 전기 부품을 부착하도록 형성될 수 있다.

Description

진공 팰렛 리플로우{VACUUM PALLET REFLOW}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2011년 4월 27일에 출원한, 미국 가출원 번호 61/479,512의 우선권을 주장하며, 상기 출원의 전체 공개내용이 여기에서 참조로 통합된다.

일반적으로 전력 집적 회로(IC) 칩 어셈블리(Power integrated circuit chip assembly) 및 이의 제조는 기판에 적어도 하나의 전기 부품(electrical component)을 부착하도록 솔더 페이스트(soldering paste)에 국한되지 않은 제어된 양의 솔더 소자(soldering element)를 적용하는 것을 포함한다. 전기 부품은 트랜지스터(transistors)(금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal oxide semiconductor field-effect transistor; MOSFET)에 국한되지 않는), 다이오드(diodes) 및 레지스트(resistors)에 국한되지 않고 포함될 수 있다. IC 칩은 솔더 페이스트 또는 솔더 소자를 이용하여 전기 부품으로 조립된다. 일단 칩이 조립되면, 칩은 솔더 소자가 용융되는 제어된 열이 가해지며, 그 때문에 부품 및 기판 사이에 영구 전기 연결부(permanent electrical connection)를 형성한다. 일반적으로 열의 적용은 인접한 영역 및 부착된 전기 부품의 손상 없이 솔더를 용융시키는 리플로우 오븐(reflow oven)에서 수행된다.

IC 칩 어셈블리의 패키지 크기의 감소 및 전기 적용의 전력 레벨의 증가 때문에, IC 칩 패키지는 거의 완벽하고 공극(voids)이 없는 솔더 연결부(near perfect void-free soldered connections)를 필요로 한다. 그러나, 연결부의 특성은 정착 공정(fusing process)에서 열을 가하는 동안 방출된 원치 않은 가스의 도입에 의해 부정적인 영향을 받을 수 있다. 일반적으로 이러한 원치 않은 가스는 공정에 이용된 솔더(solders) 때문에 많아지며, 해로운 방출 제한에 의해 환경 및 조작자(operators)를 보호하기 위해 최소화되야 한다.

그러나, 단독 리플로우 오븐의 이용은 공극(voids)을 감소시키지 않을 수 있고, 게다가 솔더 연결부에서 원치 않는 공극(voids)을 야기할 수 있다. 자동 베터리 제어기(automotive battery controllers)와 같은 특정 적용에서, 공극은 고전력 MOSFET가 증가된 전력 레벨을 조절하기 위해 이용되는 IC 칩의 과열을 야기할 수 있다. 이러한 응용에서, IC MOSFET 칩의 결합 및 제조 공정은 솔더 연결부에서 어떠한 공극 또는 에어 포켓(air pockets)의 제거를 위해 진공원(vacuum source)의 적용을 포함할 수 있다.

일반적으로 이러한 진공의 적용은 예열(pre-heating), 솔더링(soldering) 및 냉각용으로 3개의 분리된 및 독특한 공정 챔버(process chambers)를 포함하는 독립형 장치(stand-alone unit)의 이용을 통해 수행된다. 3개의 분리된 공정 챔버는 인클로저(enclosure) 내에서 분리되며, 수동적으로 조작자 또는 자동적으로 조종자(manipulators) 둘 중 하나로 로딩될 수 있다. 시스템은 캐비닛(cabinet) 내에 진공을 적용하기 위해 진공 시스템(vacuum system)을 포함한다. 진공은 각각의 공정 챔버에 공정 분위기(process atmosphere)로 적용된다. 이러한 시스템은 고가이며, 이용될 수 없을 뿐 아니라 추가적인 리플로우 오븐 팰렛/컨베이어 시스템(additional reflow oven pallet/conveyor system)을 필요로 하지 않는다. 따라서, 시스템은 표준 리플로우 오븐 시스템을 이용하여 솔더 공정 동안 진공을 적용하도록 효과적인 비용의 장치 및 방법을 위해 제조된 IC MOSFET 칩에서 필요하다.

본 발명은 집적 회로(IC) 칩의 진공 솔더링(vacuum soldering)에 관한 것이다. 방법은 적어도 하나의 집적 회로 기판(integrated circuit substrate)을 수용하도록 적어도 하나의 진공 팰렛(vacuum pallet)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 진공 팰렛은 IC 칩에 형성된 솔더 소자를 용융하도록 열을 가하기 위해 표준 리플로우 오븐 컨베이어를 선택적으로 연결하도록 형성될 수 있다. 진공 팰렛은 진공 팰렛의 부분 내에서 밀봉 공동부(sealed cavity) 내에서 차동 압력(differential pressure)을 제공하도록 진공원에 유체적으로 연결될 수 있다. 열전대(thermocouple)는 진공 팰렛과 연관된 적어도 하나의 온도를 관찰하도록 진공 팰렛의 적어도 하나의 영역에 선택적으로 연결될 수 있다. 적어도 하나의 영역은 진공 팰렉의 밀봉 공동부 및 외면(external surface)을 포함할 수 있다.

기판은 기판에 부품을 영구적으로 부착하는 적어도 하나의 표면 실장기(surface mount device; SMD) 전기 부품 및 솔더 소자(solder element)를 수용하도록 형성될 수 있다. 솔더 소자는 집적 회로(IC) 칩의 제조에 이용된 페이스트(paste), 예비 성형체(preform) 또는 다른 알려진 솔더 소자일 수 있다. 일단 부품이 기판에 형성되고 솔더 소자가 도입되면, 어셈블리는 적어도 하나의 상승된 열 온도가 가해진다. 승온(elevated temperature)은 표준 리플로우 오븐에 도입 시 적어도 하나의 진공 팰렛에 적용되고, 진공 팰렛 어셈블리(vacuum pallet assembly)는 주위 분위기로 이루어질 수 있다. 또한, 적어도 하나의 진공부는 솔더링된 조인트에서 어떠한 에어 포켓 또는 공극을 제거하기 위해 예열된 온도에서 적어도 하나의 진공 팰렛에 적용되며 진공 팰렛 어셈블리에 다른 분위기를 제공한다.

적어도 하나의 진공 팰렛은 표준 리플로우 오븐 컨베이어 벨트(standard reflow oven conveyer belt)로부터 선택적으로 제거가능할 수 있다. 적어도 하나의 진공 팰렛은 적어도 하나의 증가된 열 소자의 적용 동안 적어도 하나의 주위 분위기에서 밀봉될 수 있다.

지금부터 도면을 참조하여, 구체적인 실시예는 더 자세히 기술된다.
도면이 몇몇 구체예를 나타낼 지라도, 도면은 반드시 스케일을 필요로하지 않으며, 특정 특성은 본 발명을 우수하게 나타내고 설명하기 위해 과장될 수 있고, 제거될 수 있거나 부분적으로 분할될 수 있다. 추가로, 여기에 제시된 실시예는 예시적인 것으로서, 포괄적이지 않거나 도면에 나타낸 정확한 형상 및 배열로 제한되거나 한정되지 않으며 다음의 상세한 기술에 개시된다.
도 1은 예시적인 진공 솔더 팰렛(vacuum solder pallet)의 등축도(isometric view)이다;
도 2는 표준 리플로우 오븐 컨베이어 캐리어에 외부 열전대(standard reflow oven conveyer carrier)로 형성된 예시적인 솔더 팰렛 어셈블리의 등축도이다;
도 3a 및 3b는 적어도 하나의 진공 연결부(vacuum connection)를 포함하는 예시적인 솔더 팰렛 어셈블리의 상면도(top view)이다;
도 4는 설치용 볼트(mounting bolt)를 가지는 예시적인 진공 솔더 팰렛 커버(vacuum solder pallet cover)의 상면도이며,
도 5는 부착된 열전대를 가지는 예시적인 진공 솔더 팰렛 베이스(vacuum pallet solder base)의 상면도이다.

지금 다음 및 도면을 참조하여, 개시된 시스템 및 방법으로의 설명된 접근이 자세히 나타내어진다. 도면이 몇몇 가능한 접근을 나타낼 지라도, 도면은 반드시 스케일을 필요로하지 않으며, 특정 특성은 본 발명을 우수하게 나타내고 설명하기 위해 과당될 수 있고, 제거될 수 있거나 부분적으로 분할될 수 있다. 추가로, 여기에 제시된 실시예는 예시적인 것으로서, 포괄적이지 않거나 도면에 나타낸 정확한 형상 및 배열로 제한되거나 한정되지 않으며 다음의 상세한 기술에 개시된다.

"예시적인 설명" 및 "예시" 또는 유사한 언어 수단으로 명세서를 참조하여, 예시적인 접근법과 관련하여 기술된 특별한 특징, 구조 또는 특성은 적어도 하나의 설명에 포함된다. 상기 명세서의 다양한 위치에서 어구 "설명에서" 또는 동일한 타입의 언어의 출현은 동일한 설명 또는 예시를 필수적으로 전부 참조하지 않는다.

여기에 기술된 다양한 실시예의 설명에 따라, 장치 및 방법이 개시된다. 특히, 진공 솔더 팰렛 및 이들의 이용 방법이 개시된다. 진공 솔더 팰렛은 펫렛 베이스(pallet base) 및 팰렛 커버(pallet cover)를 포함할 수 있다. 팰렛 커버는 외부 주위 분위기(ambient atmosphere)에서 팰렛 베이스로 형성된 공동부(cavity)를 밀봉하기 위해 이루어질 수 있다. 주위 분위기는 표준 리플로우 오븐(standard reflow oven)으로 이루어질 수 있다. 공동부(cavity)는 리플로우 오븐으로 도입 전 기판을 연결하기 위해 이루어진 적어도 하나의 기판 및 적어도 하나의 관련 전기 부품을 지지하는 미리 결정된 형성을 포함할 수 있다.

진공 솔더 팰렛은 측벽(side wall)에서 연장된 적어도 하나의 피팅부(fitting)를 가지는 알루미늄 부분으로서 설명된다. 피팅부(fitting)는 진공 시스템, 벤팅 시스템(venting system ) 및 열전대 중 적어도 하나에 연결될 수 있다. 팰렛 커버는 진공 솔더 팰렛으로 다양한 냉각률(rates of cooling)을 허용할 수 있는 복수의 횡단 영역으로 이루어질 수 있다. 적어도 하나의 팰렛 베이스 및 팰렛 커버는 밀봉 소자(sealing element)를 수용하는 오목부(recess)를 포함할 수 있다. 밀봉 소자(sealing element)는 구리 또는 다른 밀봉 타입 물질에 국한하지 않는 고온 폴리머 또는 쉽게 압축되는 금속 물질로부터 전도된 고온 저항의 O-링일 수 있다.

예시적인 방법은 특정한 순서가 아닌 다음의 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 솔더 소자 및 적어도 하나의 표면 실장기 전기 부품을 가지는 IC 칩 기판을 형성하는 단계는 기판 어셈블리를 만드는 것이다. 팰렛 어셈블리로 형성된 공동부에 기판 어셈블리를 배치하는 단계에서, 팰렛 어셈블리는 적어도 하나의 팰렛 베이스 및 팰렛 커버를 포함할 수 있다. 배치 단계에서, 적어도 하나의 열전대는 팰렛 베이스에 인접한다. 볼트 또는 클램프에 국한되지 않은 적어도 하나의 파스너(fastener)를 가지는 팰렛 베이스에 팰렛 커버를 부착하는 단계를 포함한다. 선택적으로 팰렛 베이스로 캐리어(carrier)를 형성하는 단계가 포함될 수 있다. 캐리어(carrier)는 표준 리플로우 오븐에서 컨베이어로 선택적인 부착되기 위해 형성될 수 있다. 또한, 팰렛 베이스는 특정 적용에 의존하여 표준 리플로우 오븐에서 컨베이어에 직접 부착을 위해 이루어질 수 있다. 적어도 하나의 팰렛 베이스 및 팰렛 커버에 적어도 하나의 진공원의 연결 단계가 포함될 수 있다. 선택적으로 팰렛 어셈블리에 적어도 하나의 온도 구배(temperature gradient)를 선택적으로 적용하는 단계가 포함될 수 있다. 표준 리플로우 오븐에서 팰렛 어셈블리의 공동부 및 외부 주위 분위기 사이의 차동 압력을 적용하는 단계가 포함될 수 있다. 팰렛 어셈블리에 적어도 하나의 추가 온도 구배를 적용하는 단계가 포함될 수 있다. 추가 온도 구배는 이전에 논의된 적어도 하나의 온도와 다르다.

또한, 예시적인 방법은 진공이 완전한 리플로우 공정을 통해 적용된 팰렛 어셈블리(pallet assembly)에 예비 진공을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 특히, IC 어셈블리는 팰렛 어셈블리 내에 배치될 수 있고, 연속 진공(continuous vacuum)은 표준 리플로우 오븐을 통해 순환되는 팰렛 어셈블리로서 팰렛 어셈블리에 적용된다. 연속 진공이 이용되는 경우, 진공은 부압 조건(negative pressure condition)에서 팰렛 어셈블리를 고정시키는 밸브를 가지는 초기 진공 인출부(initial vacuum pull)의 형상에 있을 수 있거나, 직결 호스(direct hose)는 팰렛 어셈블리에 연결될 수 있고, 연속 직옹은 표준 리플로우 오븐을 통해 전달되는 팰렛 어셈블리로서 팰렛 어셈블리에 연신(drawn)될 것이다. 다른 진공 적용 형성이 고려될 것이다. 이러한 형성은 진공이 진공 챔버에 적용되고 미리 결정된 온도에 도달 시 적용되는 두 개의 챔버 팰렛 어셈블리를 포함할 수 있고, 두 개의 챔버 사이에 형성된 밸브 또는 파열 소자(rupture element)는 진공 챔버에서의 부압과 작동용 챔버(working chamber)에서의 양압을 동일하게 하기 위해 열릴 것이다. 예시적인 방법은 진공 특정 오븐의 필요성을 배제하지 않고 표준 리플로우 오븐을 이용한다.

예시적인 도면을 참조하면, 도 1은 예시적인 진공 솔더 팰렛(vacuum solder pallet, 100)의 등축도이다. 진공 솔더 팰렛(100)은 상면부(top surface, 102), 하면부(bottom surface, 104) 및 두 면(102, 104)을 상호 연결하며 진공 솔더 팰렛(100) 주위에서 연장된 수직벽(vertical wall, 106)을 가진다. 상면부(102) 및 하면부(104)는 교체가 가능할 수 있고, 나타낸대로 진공 솔더 팰렛(100)의 방향을 정의한다. 또한, 진공 솔더 팰렛(100)은 진공 팰렛 베이스(vacuum pallet base, 130) 및 진공 팰렛 커버(vacuum pallet cover, 110)를 포함할 수 있다.

팰렛 베이스(130) 및 팰렛 커버(110)는 적어도 하나의 밀봉 가능한 솔더 공동부(sealable soldering cavity, 120)가 진공 솔더 팰렛(100) 내에 형성되도록 팰렛 커버 결합면(pallet cover mating surface, 112) 및 팰렛 베이스 결합면(114)에서 함께 결합되도록 이루어진다. 표면부(112, 114)는 기밀 연결부(air tight connection)를 제공하는 적어도 하나의 표면(112, 114)로 이루어지는 밀봉 부재(sealing member, 116)를 포함할 수 있다. 밀봉 부재(116)는 적어도 하나의 결합 표면(112, 114)으로 이루어지는 유지 홈(retaining groove, 118)에 배치될 수 있다. 밀봉부(seal, 116)는 적어도 250℃의 미리 결정된 승온에 대한 내성이 있는 네오프렌(neoprene), 폴리머(polymer), 구리(copper) 및 금속 매트릭스(metal matrix) 또는 다른 밀봉 물질에 국한되지 않은 온도 내성 물질(temperature tolerant material)로 이루어질 수 있다.

진공 솔더 팰렛(100)은 미리 결정된 승온에 내성이 있는 물질로부터 형성될 수 있고, 팰렛 커버(110) 및 팰렛 베이스(130)가 함께 밀봉될 때 내부 영역과 차동의 압력을 도입하는 구조적 상태를 유지한다. 물질은 알루미늄 합금(aluminum alloy), 동(bronze), 구리 합금(copper alloy) 또는 다른 알려진 금속 매트릭스 물질(metal matrix material)일 수 있다. 또한, 금속은 플라스틱(plastics), 네오프렌(neoprene), 실리콘(silicone), 고무(rubber) 또는 다른 알려진 합성 물질에 국한되지 않은 합성물일 수 있다.

팰렛 커버(pallet cover, 110)는 팰렛 베이스(130)를 보호하도록 형성된 강성 구조(rigid structure)일 수 있다. 팰렛 커버(110)는 주변부(perimeter, 124)에 대하여 연장된 제 1 횡단 두께부(cross sectional thickness, 122) 및 상면부(102)의 외주변부(124)의 내부에 있는 영역(128)에서 형성된 제 2 횡단 두께부(126)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 설치탭(mounting tab, 132)은 외주변부(124)로 형성되며, 베이스 주변부(136)에 형성된 적어도 하나의 설치탭(134)에 대응한다. 베이스 주변부(136)는 팰렛 베이스(130) 주위로 연장될 수 있고, 베이스 주변부(136)는 진공 팰렛 커버(110)과 접합을 위한 접합면(114)을 제공할 수 있다. 팰렛 커버(110)은 제 1 및 제 2 횡단 두께부(122, 126)을 제공할 수 있거나 열 방출(heat dissipation)을 촉진하도록 팰렛 어셈블리의 표면 영역을 변경한다. 특히, 영역(128)은 팰렛 커버(110)의 표면 영역을 증가시키고 및 진공 솔더 팰렛(100)의 전체 중량을 감소시키는 오목한 영역(recessed area)일 수 있다. 진공 팰렛 커버(110)는 두 개의 횡단 두께부(122, 126)으로 한정되지 않으며, 완전한 열 방출 및 중량 감소(weight saving)에 적합한 다른 두께부를 포함한다.

적어도 하나의 솔더 공동부(120)는 적어도 하나의 IC 칩(140)을 수용하기 위해 이루어질 수 있다. 솔더 공동부(120) 내부의 형성은 오목부(138) 및 특정 위치에서 IC 칩(140)의 위치를 결정하도록 다른 배치 소자(positioning element)를 포함할 수 있다. IC 칩(140)은 승온이 적용된 후 기판(142), 기판(142)에 형성된 적어도 하나의 표면 장착기(surface mount device, 144) 및 기판(140)에 표면 장착기(144)를 고정하도록 형성된 적어도 하나의 솔더 소자(solder element, 148)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 솔더 소자(148)는 솔더 예비 성형체(solder preform), 솔더 페이스트 또는 다른 알려진 IC 칩 솔더 물질(chip soldering material)일 수 있다. 기판(140), 표면 장착기(144) 및 솔더 소자는 IC 칩(140)을 형성하며 작용 시에 형성하며, IC 칩(140)은 솔더 공동부(120) 내에 배치될 수 있고, 팰렛 커버(110)는 표준 리플로우 오븐(standard reflow oven, 200)(도 2에서 보아)의 주위 분위기로부터 솔더 공동부(120)를 밀봉하기 위해 팰렛 베이스에 고정된다.

팰렛 어셈블리는 설치탭(132)을 통해 연장되고 설치탭(134)으로 연장되는 적어도 하나의 개구부(aperture, 160)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 개구부(160)는 파스너(fastener, 162)를 수용하기 위한 적어도 하나의 나사산(thread)(미도시된)을 포함할 수 있다. 파스너(162)는 볼트(bolt), 클램프(clamp) 또는 다른 알려진 선택적인 고정 소자(securing element)에 국한되지 않을 수 있다.

도 1에 나타낸대로, 예시적인 진공 솔더 팰렛(100)는 수직벽(106)에 부채꼴 형상(scalloped shape)을 만들 수 있는 복수의 설치탭(132, 134)을 포함한다. 부채꼴 형상은 진공 솔더 팰렛(100)의 전체 중량을 감소시킬 수 있고, 진공 솔더 팰렛(100)의 표면 영역을 증가시켜 추가적인 열 방출 특성을 제공한다.

또한, 도 1에 나타낸대로, 팰렛 어셈블리는 적어도 하나의 팰렛 커버(110) 및 팰렛 베이스(143)에서 연장된 적어도 하나의 진공 피팅부(vacuum fitting, 172)를 통해 진공 펌프(170)에 직접 연결될 수 있다. 진공선(vacuum line, 176)은 적용에 의존하여 진공 피팅부(vacuum fitting, 172) 및 진공 펌프(170) 사이에 형성될 수있다. 진공 피팅부(172)는 솔더 공동부(120)에 부압을 선택적으로 적용하는 밸브(174)를 포함할 수 있다. 또한, 진공 펌프(170)는 여과 소자(filtration element, 178)를 포함할 수 있고, 여과 소자(178)는 오존(o-zone)(설명되지 않은)에 국한되지 않은 표준 분위기로 방출되기 전 솔더 소자(148)의 용융에서 연신되는 다른 가스의 제거를 촉진할 수 있다. 부압(negative pressure)이 표준 리플로우 오븐(200)을 통해 전달되는 팰렛 어셈블리로 연속적으로 공급될 수 있거나 부압은 밸브(174)의 폐쇄 및 진공 펌프(170)의 분리로 야기될 수 있고 유지될 수 있다.

또한, 도 2에 나타낸대로, 진공 챔버 팰렛(vacuum chamber pallet , 210)은 진공 솔더 팰렛(100)에 유동적으로 연결될 수 있다. 진공 챔버 팰렛(210)은 부압을 유지하도록 형성된 용기(vessel)일 수 있고, 적어도 하나의 승온이 가해진다. 진공 챔버 팰렛(210)은 진공이 오븐(200) 내에 배치되기 전 진공 펌프(vacuum pumpm, 170)(도 1에 도시된)에 의해 진공 챔버 팰렛(210)에 적용되도록 표준 리플로우 오븐(200) 내에서 가열 공정 동안 부압을 제공할 수 있다. 일단 부압이 진공 챔버 팰렛(210)에서 이루어지면, 진공 펌프(170)은 분리된다. 진공 솔더 팰렛(100) 및 연결된 진공 챔버 팰렛(210)은 오븐(200)에 전달된다. 일단 미리 결정된 승온이 오븐(200) 내에서 이루어지면, 온도 센서 스위치(temp sensor switch)(미도시된)는 솔더 공동부/챔버(soldering cavity/chamber, 120)에 부압을 적용하여 진공 챔버 팰렛(210)을 유동적으로 연결하도록 개방되는 공기 밸브(air valve, 220)를 활성화시킨다. 부압은 SDM(144)(도 1에 도시된) 및 기판(142)(도 1에 도시된) 사이의 솔더 연결부(148)(도 1에 도시된)에서 포접제(inclusions) 또는 공극(voids)을 만드는 갇힌 가스(entrapped gass)를 제거할 수 있다. 공기 밸브(220)은 미리 결정된 온도가 달성될 때 개방되거나 용해되는 파열 디스크(rupture disc )로 형성될 수 있다.

추가로 도 2에 설명한대로, 예시적인 진공 솔더 팰렛(100)은 캐리어(carrier, 212)에 형성된다. 캐리어(212)는 표준 리플로우 오븐(200) 내로 도입시키기 위해 진공 솔더 팰렛(100), 유체식으로 연결된 진공 챔버 팰렛(210) 및 공기 밸브 하우징(air valve housing, 216)을 지지할 수 있다. 솔더 팰렛 어셈블리를 함께 형성하는 소자(100, 210, 216)는 볼트 조이기(bolting), 점착(adhering) 및 결합(bonding)에 국한되지 않은 다른 알려진 방법에 의해 캐리어(carrier, 212)에 부착될 수 있다. 그러나, 캐리어(212)는 요구되지 않으며, 적어도 하나의 진공 솔더 팰렛(100) 및 진공 챔버 팰렛(210)은 오븐 컨베이어(oven conveyor, 202)에 직접 배치될 수 있다. 오븐 컨베이어(202)는 적어도 하나의 열 구배(heat gradient)(미도시된)가 적어도 하나의 진공 솔더 팰렛(100)에 적용되는 오븐(200)으로 적어도 하나의 진공 솔더 팰렛(100), 진공 챔버 팰렛(210) 및 캐리어(212)를 지지하도록 형성되며 전달되도록 형성된다. 또한, 캐리어(212)는 적어도 하나의 진공 솔더 팰렛(100) 및 진공 챔버 팰렛(210)에서 연장된 적어도 하나의 열전대(214)에 대한 설치 표면(mounting surface)을 제공한다.

작동에서, 도 2에 도시된 예시적인 구성은 캐리어(212) 상의 진공 챔버 팰렛(210)에 인접하게 배치된 진공 솔더 팰렛(100)를 나타낸다. 공기 밸브(220)는 공기 밸브로 적어도 하나의 진공 솔더 팰렛(100) 및 진공 챔버 팰렛(210)을 연결하는 적어도 하나의 연결 호스(224)를 가지는 진공 챔버 팰렛(210) 및 진공 솔더 팰렛(100) 사이에 형성된다. 이러한 형성에서, 진공 펌프(170)(도 1에 도시된)는 진공 호스(222)를 통해 진공 챔버 팰렛(210)에 제거 가능하게 연결된다. 따라서, 미리 결정된 부압이 진공 챔버 팰렛(210)에 적용된 후, 진공 호스(222)는 진공 펌프(170)(도 1에 도시된)에서 분리되며, 캐리어(212)는 표준 리플로우 오븐(200)에 진입하도록 허용될 수 있다. 또한, 캐리어(212)는 열 저항 특성을 가지는 경질 물질(rigid material)일 수 있다.

도 3a 및 3b는 적어도 하나의 진공 연결부(vacuum connection, 302)를 포함하는 예시적인 진공 팰렛 어셈블리(300)를 설명한다. 예시적인 진공 팰렛 어셈블리(300)는 진공 팰렛 커버(310) 및 진공 팰렛 베이스(330)를 포함할 수 있다. 진공 커버(310)는 베이스 설치면(base mounting surface, 332)와 짝을 이루도록 형성된 커버 설치면(cover mounting surface, 312)를 포함할 수 있다. 팰렛 커버(310)은 커버 설치면(312)에서 형성된 오목한 영역(314)를 포함할 수 있다. 오목한 영역(314)는 표면(312)에서 앨코브(alcove)를 만들기 때문에 물질 두께부가 감소될 수 있는 영역일 수 있다. 또한, 챌렛 커버(310)는 적어도 하나의 파스너 소자(fastener element, 162)을 수용하도록 형성될 수 있는 적어도 하나의 설치 개구부(mounting aperture, 316)를 포함할 수 있다. 파스너 소자(162)는 팰렛 커버(31)을 통해 연장되도록 형성될 수 있으며, 진공 팰렛 베이스(330)에 형성된 대응하는 개구부(336)로 형성될 수 있다. 개구부(336)는 파스너 소자(162)를 나사로 돌려 연결하도록 이루어질 수 있다. 또한 팰렛 커버(310)는 커버 설치면(312)에서 연장된 적어도 하나의 정렬 핀(alignment pin, 322)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 정렬 핀(322)는 베이스 설치면(332)에 형성된 정렬 핀(340)을 연결하도록 형성될 수 있다.

베이스 설치면(332) 및 커버 설치면(312)은 밀봉 채널(sealing channel, 318)에 배치될 수 있는 밀봉 소자(320)로 형성될 수 있다.

도 3a 및 3b는 표면(312, 332) 둘다에 형성되는 밀봉부(320) 및 채널(318) 둘 다를 설명한다. 그러나, 씰(320)이 존재하도록 두 표면(312, 332)에 씰(320)을 포함할 필요가 없다.

도 3b를 특히 참조하여, 예시적인 팰렛 베이스(pallet base, 330)가 베이스 설치면(332)의 안쪽에 형성된 작업 공동부(working cavity, 338)를 가지는 것을 설명한다. 작업 공동부(working cavity, 338)는 적어도 하나이 IC 칩(342) 및 배치 소자(positioning element, 344)를 포함할 수 있다. 그러나, 설명한대로, 복수의 배치 소자(344)는 작업 공극부(338) 내에 형성될 수 있다. IC 칩(342)은 기판에 솔더링되는 MOSFET 전기 부품에 국한되지 않은 적어도 하나의 SMD를 가지는 IC 칩(142)과 동일하게 형성될 수 있다. 진공선 공급부(302)는 작업 공동부(338) 내에 부압을 제공하기 위해 제공된다. 작업 공동부(338)는 필요 이상으로 공동부(338)로 분리될 수 있다. 또한, 부압은 용접 공정(welding process)에서 방출된 가스가 포접제 또는 공극을 방지하기 때문에 솔더 조인트에서 벗어나도록 주위 분위기 압력 보다 낮은 압력이다.

도 4 및 도 5는 예시적인 팰렛 어셈블리(500)를 형성하는 진공 팰렛 커버(420) 및 진공 팰렛 베이스(510)를 설명한다. 특히 도 4를 참조하여, 복수의 개구부(422)는 커버(420)의 외부 주변부(424)를 따라 이루어진다. 복수의 개구부(422) 중 적어도 하나는 보강 슬리브(reinforcing sleeve, 426)로 형성될 수 있다. 보강 슬리브는 팰렛 커버(420)로 추가적인 지지를 제공하며, 팰렛 커버(420)가 팰렛 베이스(410)에 토크(torqued)를 줄 때 변형으로부터 팰렛 커버를 예방할 수 있다. 또한, 팰렛 커버(420)는 적어도 하나의 개구부(422)의 내부에 형성된 오목한 영역(428)을 포함할 수 있다. 설명한대로, 오목한 영역(428)은 팰렛 커버(420)가 팰렛 베이스(510)에서 제거될 때 적어도 하나의 파스너(430)의 저장 영역(storage area)을 제공한다. 도 4 및 도 5를 계속 참조하여, 적어도 하나의 위치 소자(locating element, 432)는 팰렛 커버(420)의 결합면(mating surface, 434)에서 이루어지며, 대응하는 적어도 하나의 위치 소자(532)는 팰렛 베이스(510)에서 이루어진다. 위치 소자는 핀 및 개구부 또는 다른 알려진 위치 소자(432)일 수 있다.

도 5에 의존하여, 예시적인 작업 공동부(520)는 IC 칩(522)에 인접하게 배치된 열전대(518)로 설명된다. 열전대(518)는 팰렛 베이스(510)의 수직 측벽(vertical side wall, 516)에 형성되는 열전대 피팅부(thermocouple fitting, 514)와 연결되어 있다. 열전대 피팅부(514)는 팰렛 어셈블리(500)가 위에서 논의한대로 표준 리플로우 오븐(200)에 배치될 때 내부 온도를 측정하는 온도 장치(설명되지 않은)에 연결될 수 있다.

또한, 진공 피팅부(512)는 팰렛 베이스(510)의 수직 측벽(516)에서 형성되는 것으로 설명된다. 위에서 논의한대로, 진공 피팅부(512)는 작업 공동부(520) 내에 부압을 제공하기 위해 유동적으로 연결되도록 형성된다. 작동에서, 열전대(518)가 미리 결정된 승온을 측정하면, 부압이 공급될 수 있다. 승온은 오븐 공정동안 생성된 가스의 가스 배출(outgassing)을 촉진하도록 기판(142)(도 1에 도시), SMD(도 1에 도시) 및 솔더 소자(148)(도 1에 도시)를 예열한다.

이전에 논의한대로, 밸브(530)는 진공 피팅부(512) 및 진공 펌프(170)(도 1에 도시)와 일직선(in-line)으로 형성될 수 있다. 밸브(530)는 승온이 이루어질 때까지 및 진공은 열전대(518)에 의해 요구될 때까지 진공선(vacuum line, 176)에서 작업 공동부를 선택적으로 분리하기 위해 제공될 수 있다. 또한, 진공이 연결되고 부압이 작업 공동부(520) 내에 존재하면, 밸브(530)는 작업 공동부(520)를 완전히 분리할 수 있다.

작동에서, 예시적인 팰렛 어셈블리가 선택될 수 있다. 어셈블리는 기판, SMD 및 솔더 소자를 포함하는 IC 칩으로 형성될 수 있다. 진공 솔더 팰렛(100)은 밀봉되고, 때문에 진공이 어셈블리에 적용될 때 제 1 차동 압력의 영역을 형성한다. 이 후, 팰렛 어셈블리는 주위 분위기를 가지는 표준 리플로우 오븐에 삽입될 수 있고, 오븐은 미리결정된 값으로 주위 분위기의 온도를 상승시키기 위해 이루어진다. 미리결정된 값은 솔더 소자 및 솔더 소자의 바람직한 용융 특성에 기반하여 제공된다. 일반적으로 미리 결정된 값은 오븐을 통해 움직이는 팰렛 어셈블리로서 특성 온도 구배에 의존하는 공정 매개변수에 의해 결정된다. 승온에 도달 시, 솔더 소자는 SMD로 기판을 결합하도록 액화되며, 부압은 가스를 제거하고 공극 또는 포접제를 최소화하기 위해 용융된 솔더를 압축한다. 여기서, 오븐은 열을 제거할 것이며 따라서 표면에서 열을 분산시키도록 팰렛 어셈블리를 허용한다. 위에 논의한대로, 진공은 계속 적용될 수 있고 예열 후 적용되며 및 팰렛 어셈블리에 인접한 분리된 챔버를 통해 적용된다.

여기에 기술된 공정, 시스템, 방법, 경험(heuristic) 등에 대하여, 이러한 공정등이 특정 요구된 순서에 따라 발생하는 것으로 기술되더라도, 이러한 공정은 여기에 기술된 순서 보다 다른 순서로 수행된 기술된 단계로 숙련될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 특정 단계는 동시에 수행될 수 있고, 다른 단계가 추가될 수 있는 것으로 이해될 것이며, 여기에 기술된 특정 단계는 생략될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 즉, 여기에서 공정의 기술은 특정 구체예의 설명을 목적으로 제공되며, 요구된 발명을 제한하기 위하여 설명되지 않을 것이다.

따라서, 위의 기술은 제한적이지 않고 설명을 위한 것으로 이해될 것이다. 제공된 예시 보다 다른 많은 구체예 및 응용은 위에 기술을 해석할 시 명백해질 것이다. 본 발명의 범위는 위에 기술을 참고 하지 않고 결정될 것이나, 청구항의 권리가 부여되는 등가물의 전체 범위를 따라, 첨부된 청구항을 참조하여 대신 결정될 것이다. 추가 개발은 여기에 논의된 기술로 발생할 것이며 개시된 시스템 및 방법은 이후의 구체예로 통합되는 것으로 확신되고 의도된다. 또한, 본 발명은 수정 및 변형이 가능한 것으로 이해될 것이다.

청구항에 이용된 모든 용어는 여기에서 만들어진 것과 정반대로 명시적 표시를 제외하고 여기에 기술된 전문 용어로 알고 있으므로 이해되는 광범위하게 정당한 해설 및 일반적인 의미로 주어질 수 있다. 특히, "a", "the", "said" 등과 같은 단수형 관사의 이용은 청구항이 정반대로 명시적 제한을 설명하지 않는다면 하나 이상의 나타낸 요소의 설명을 정독해야한다.

"하나의 예시", " 예시", "하나의 접근" 또는 "응용"을 명세서에서 참조하여, 예시와 관련하여 기술된 특별한 특징, 구조 또는 특성은 적어도 하나의 예시에 포함되는 것을 의미한다. 명세서의 다양한 위치에서 어구 " 하나의 예에서"는 각각의 시간이 나타나는 동일한 예시를 필수적으로 참조하지 않는다.

특히 본 발명은 본 개시를 수행하는 최선의 방법만을 설명하는 이전의 설명을 참조하여 나타나고 기술되었다. 여기에 기술된 개시의 설명으로 다양한 대체는 다음의 청구항에 정의된대로 본 개시의 특성 및 범위를 벗어나지 않고 본 개시를 실행하는데 시간을 보내는 것으로 기술의 숙련자에게 이해될 것이다. 다응의 청구항은 본 개시의 범위를 정의하고 방법 및 장치가 본 개시의 청구항 및 이에 의해 보호되는 등가물의 범위 내에 있도록 한다. 본 개시의 설명은 여기에 기술된 요소의 모든 새로운 및 명백하지 않은 조합을 포함하는 것으로 이해되야 할 것이며, 청구항은 기술된 요소의 모든 새로운 및 명백하지 않은 조합으로 여기의 응용 또는 이후의 응용으로 존재할 것이다.

또한, 이전의 설명은 명백하며, 단일 특성 또는 요소는 여기 또는 이후의 응용으로 주장될 수 있는 모든 가능한 조합으로 이루허진다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 예기된 최선의 방법으로 개시된 특별한 구체예로 한정되지 않으나, 본 발명은 청구항의 범위 내에서 떨어진 모든 구체예를 포함할 것이다. 본 발명은 다른 것 보다 본 발명의 특성 또는 범위에서 벗어나지 않고 구체적으로 설명되고 표시되는 것으로 숙련될 수 있다. 본 발명의 범위는 다음의 청구항에 의해서만 한정된다.

Claims

내부 온도를 상승시키도록 구성된 오븐; 및
상기 오븐 내에 선택적으로 삽입되도록 구성된 솔더 팰렛 어셈블리(solder pallet assembly)를 포함하며,
상기 솔더 팰렛 어셈블리는:
캐리어에 장착되며, 내부에 인쇄 회로 기판을 일시적으로 장착하도록 구성된 선택적으로 밀봉가능한 솔더 공동부(sealable soldering cavity)를 형성하는 진공 솔더 팰렛(vacuum solder pallet); 및
상기 캐리어에 장착되며, 상기 진공 솔더 팰렛의 상기 솔더 공동부 내 압력에 대하여 부압원을 제공하도록 상기 진공 솔더 팰렛에 유체적으로 연결되는 챔버를 형성하는 진공 챔버 팰렛(vacuum chamber pallet)을 포함하는, 인쇄 회로 기판의 제조 시스템.
제1항에 있어서,
상기 진공 챔버 팰렛의 상기 챔버는 상기 캐리어 상에 장착되지 않는 진공원에 유체적으로 연결되도록 구성되는, 인쇄 회로 기판의 제조 시스템.
제1항에 있어서,
상기 솔더 팰렛 어셈블리는 상기 솔더 공동부 및 상기 부압원 사이의 유체 연결 통로(fluid communication path)를 선택적으로 개방시키고 폐쇄시키도록 구성된 밸브를 더 포함하는, 인쇄 회로 기판의 제조 시스템.
제3항에 있어서,
미리 결정된 승온을 감지하는 것에 반응하여 상기 밸브를 개방하기 위한 신호를 생성하도록 구성된 온도 감지 장치를 더 포함하는, 인쇄 회로 기판의 제조 시스템.
제1항에 있어서,
상기 솔더 팰렛 어셈블리는 상기 부압원에 반응하여 상기 솔더 공동부로부터 가스를 배출하도록 구성되는, 인쇄 회로 기판의 제조 시스템.
제1항에 있어서,
가열 공정 중에 상기 인쇄 회로 기판을 일시적으로 고정하도록 구성된 상기 진공 솔더 팰렛 내부에 장착부(mount)를 더 포함하는, 인쇄 회로 기판의 제조 시스템.
제1항에 있어서,
상기 진공 솔더 팰렛은 적어도 250℃의 승온을 가하는 동안 밀봉된 구성을 유지할 수 있는, 인쇄 회로 기판의 제조 시스템.
제1항에 있어서,
상기 진공 솔더 팰렛은 상기 솔더 공동부를 형성하기 위해 선택적으로 함께 고정되는 적어도 두 개의 부재, 및 상기 솔더 공동부가 밀봉된 구성을 유지하도록 상기 적어도 두 개의 부재 사이에 배치된 밀봉 부재를 포함하는, 인쇄 회로 기판의 제조 시스템.
제8항에 있어서,
상기 밀봉 부재는 적어도 250℃의 승온을 가하는 동안 상기 솔더 공동부가 밀봉된 구성을 유지할 수 있는 물질로 만들어진, 인쇄 회로 기판의 제조 시스템.
제9항에 있어서,
상기 밀봉 부재의 물질은 네오프렌, 폴리머, 구리 및 금속 매트릭스를 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 인쇄 회로 기판의 제조 시스템.
진공 솔더 팰렛과 유체적으로 연결되는 챔버를 형성하는 진공 챔버 팰렛에 선택적으로 유체적으로 연결되도록 구성된, 선택적으로 밀봉 가능한 솔더 공동부를 형성하는 진공 솔더 팰렛을 포함하는 솔더 팰렛 어셈블리를 제공하고, 상기 진공 챔버 팰렛 및 상기 진공 솔더 팰렛은 서로 일정한 거리를 두고 캐리어에 장착되며;
선택적으로 밀봉가능한 상기 솔더 공동부에 인쇄 회로 기판을 장착하고, 상기 인쇄 회로 기판을 내장하도록 선택적으로 밀봉가능한 상기 솔더 공동부를 밀봉하고;
선택적으로 밀봉가능한 상기 솔더 공동부에 승온을 가하는 오븐에 상기 솔더 팰렛 어셈블리를 넣는 것;을 포함하는, 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
삭제
제11항에 있어서,
상기 캐리어에 고정식으로 장착되지 않은 외부 진공에 상기 진공 챔버 팰렛을 유체적으로 연결시키는 단계를 더 포함하는, 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
제11항에 있어서,
밀봉된 상기 솔더 공동부 내에 상기 인쇄 회로 기판을 장착한 후 밀봉된 상기 솔더 공동부의 내부 압력을 감소시키는 것을 더 포함하는, 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
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