KR20000052961A - 컨베이어 시스템에 이용되는 히터 - Google Patents

Abstract

복사 가열 시스템을 구비한 컨베이어 시스템에 있어서, 공작물을 향해 완만한 공기 흐름을 제공하도록 조그마한 구멍이 마련된 긴 중공관으로 인하여 대류가 발생하며, 이에 따라 공작물은 대류와 복사로 가열된다.

Description

컨베이어 시스템에 이용되는 히터{HEATER IN A CONVEYOR SYSTEM}

인쇄 회로 기판을 제조할 경우, 회로 기판에 액체를 분배하는 액체 분배 시스템을 이용할 수 있다. 여러 다른 목적을 위하여 여러 다른 형태의 액체를 분배하는 여러 다른 형태의 분배기가 이용될 수 있다. 액체 분배기의 한 용례로는 소자(素子)를 회로 기판에 장착하도록 접착제를 분배하는 것이 있다. 액체 분배기의 다른 용례는 패키지 칩이 회로 기판에 장착된 후에 발생한다. 액체 분배기는 칩의 둘레에 액체 비드를 분배한다. 이 액체는 칩 하부에 충전(underfill)되며 패키지 칩으로부터 열을 전도한다. 다른 용례에 있어서, 회로 기판에 다이가 장착될 수 있는데, 이때 액체 분배기는 다이 위에 점성이 큰 액체를 분배한다. 액체는 경화되어 다이를 회로 기판 상의 제위치에 봉입한다. 이러한 액체 분배 시스템에 있어서는, 회로 기판이 요구되는 위치에 도달할 때까지 컨베이어가 회로 기판을 진행 방향을 따라 이송하며, 이 위치에서 컨베이어가 정지하여 분배가 수행된다.

통상적으로, 상기 액체의 하부 충전 공정과 봉입 공정은 가열된 환경에서 수행된다. 액체 분배기가 상부로부터 액체를 분사하는 동안, 복사 히터가 회로 기판을 하부로부터 가열한다. 한 가지 형태의 히터는 진행 경로에 대해 횡방향으로 평행하게 장착되는 복수 개의 석영관(quartz tube)을 구비한다. 이들 석영관은 전류에 의해 고온으로 빠르게 가열되는 코일을 둘러싸고 있다. 그러나, 이러한 석영관은 회로 기판 상에 상대적으로 뜨거운 영역 또는 상대적으로 차가운 영역을 발생시킨다.

리플로우 솔더링(reflow soldering) 공정에 이용되는 오븐의 경우에는, 복사열원을 가로질러 공기를 송풍하는 팬을 설치함으로써 복사 가열에 추가하여 대류 가열이 행해질 수 있다. 일련의 구멍이 있는 플레이트가 팬과 복사열원 사이에 배치되거나, 복사열원 그 자체가 구멍이 있는 패널일 수 있다. 그러나, 팬으로부터의 순환 기류 때문에, 개구부를 통하여 흐르는 공기는 하나의 구멍 또는 한 그룹의 구멍과 다른 구멍 또는 다른 그룹의 구멍의 온도가 일치하지 않는다. 이러한 시스템의 다른 단점은 팬이 대량의 고온 공기를 밀어내기 때문에 외부 환경에 많은 열을 발생시킨다는 것이다.

본 발명은 컨베이어와 함께 오븐에 이용되는 히터에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하자면 액체 분배 시스템과 함께 이용되는 가열 시스템에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 컨베이어 시스템의 사시도.

도 2는 액체 분배기를 구비하는 도 1의 컨베이어 시스템의 부분 단면을 보여주는 측면도.

도 3은 본 발명에 따른 가열 코일과 가열관을 도시하는 개략적인 부분 평면도.

본 발명의 목적은 컨베이어 시스템에, 특히 가열된 환경에서 회로 기판에 액체를 분배하는 액체 분배 시스템과 함께 이용되는 대류 가열을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 과도한 기류를 발생시키지 않고 가열 시스템에 대류를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 회로 기판과 같은 공작물 위에서 작동하는 가열 시스템은 진행 방향을 따라 회로 기판을 작업 위치로 이송하는 컨베이어를 구비한다. 회로 기판이 작업 위치에 있을 때 회로 기판의 일측에는 히터가 장착되며, 회로 기판과의 사이에 히터가 있도록 중공관이 장착된다. 중공관은 공기와 같은 가스를 히터와 회로 기판을 향해서 지향시키도록 정향된 구멍을 구비한다. 바람직하게는, 복수 개의 중공관이 각각 관 내부의 공기를 용이하게 가열할 수 있도록 평행하게 배치된다.

본 발명은 일정한 방식으로 적은 양의 공기를 제공하여 회로 기판과 같은 공작물을 균일하고 일정하게 대류 가열시키는 간단하고 용이하게 제조되는 대류 시스템을 구비하는 컨베이어 시스템을 제공한다.

본 발명의 다른 특징과 장점은 이하의 상세한 설명으로 명확해질 것이다.

도 1 및 도 2에는 서로 평행하게 일정 간격을 두고 배치된 2개의 긴 레일(12, 14)을 구비하는 컨베이어 시스템(10)이 도시되어 있다. 각 레일(12, 14)은, 제어 가능한 모터(20, 22)에 의하여 구동되며 인쇄 회로 기판(24)과 같은 공작물을 진행 방향(26)을 따라 이송하는 컨베이어 벨트(16, 18)를 지지한다. 회로 기판은 컨베이어 벨트(16, 18)에 의해 한번에 하나씩 작업 위치로 이송되며, 이것은 센서(도시 생략)에 의하여 감지된다. 레일은 진행 방향에 대해 횡방향인 트랙에 장착되어, 레일(12, 14) 사이의 거리는 크기가 다른 회로 기판에 따라 조절될 수 있다.

특히, 도 2에 도시된 액체 분배 시스템에 있어서, 회로 기판이 작업 위치에 있을 때, 모터(20, 22)가 컨베이어 벨트(16, 18)를 정지시키며, 액체 분배 밸브(28)는 하강하여 회로 기판(24)에 액체를 분배한다. 분배용 액체는 밸브(28)에 결합되어 있는 주입기(30, syringe)에 유지된다. 밸브(28)와 주입기(30)는 상호 수직인 3개의 축선을 따라 이동 가능하게 장착되어 있다. 도 2에 일반적으로 도시된 바와 같이, 리드 스크류(32, 34)는 x축선과 z축선을 따라〔y축선은 도시되어 있지 않지만 리드 스크류(32, 34)를 지지하는 레일을 포함할 수 있다〕밸브(28)를 이동시키는 데 이용된다. 컴퓨터 시스템(도시 생략)이 밸브(28)의 이동과 그 작동을 제어하여 액체를 원하는 위치에 분배한다. 예시적인 액체 분배 시스템으로는 미국 메사추세츠주 하버힐에 소재하는 카멜롯 시스템즈 인코포레이티드에 의하여 제조되어 CAM/ALOT(등록 상표)라는 제품명으로 판매되는 것이 있다. 이러한 분배 시스템은 액체를 계속해서 저압으로 유지하는 방법으로 회전 용적식 펌프를 이용한다. 다른 형태의 액체 분배 밸브가 이용될 수 있다.

복수의 여러 다른 액체가 분배되어 여러 가지 다른 목적중 하나를 달성할 수 있다. 예컨대, 액체는 소자를 회로 기판에 부착하기 위한 접착제, 장착된 패키지 칩 둘레에 분배되어 칩의 하부를 충전하는 하부 충전재 또는 다이 위에서 경화되어 다이를 회로 기판에서 봉입하는 봉입용 액체일 수 있다.

도 1 및 도 2, 특히 도 3에 특히 잘 도시되어 있는 바와 같이, 복수 개의 긴 석영 가열관(30)은 진행 방향(26)에 대해 횡방향으로 평행하게 정향되어 있다. 각각의 석영 가열관(50)은 각 단부에서 도전성 단부 캡(58)에 연결되는 코일(56)을 에워싼다. 도전성 단부 캡(58)은 스프링 클램프(59)에 대해 결합 및 해제 가능하며, 이 스프링 클램프는 전원(52)에 전기적으로 접속된다. 전원(52)이 코일(56)에 전압을 인가하여, 석영 가열관(50)은 매우 빠르게 가열되어, 회로 기판에 복사열을 제공하게 한다. 가열관 아래에는 고 반사율의 바닥(54)이 있다. 가열관(50)을 대체할 수 있지만, 이들 가열관은 시스템이 작동하는 중에는 고정되어 있다.

도 1 및 도 3에는 예로서 3개의 가열관이 도시되어 있지만, 통상적으로 예컨대, 6피트(180㎝)의 길이에 걸쳐 1.5인치(3.75㎝) 당 하나씩의 더 많은 가열관이 있을 수 있다. 또한, 가열관 그룹은 다른 그룹의 가열관과는 별도로 조정되어 예열 영역, 분배 영역 및 후열 영역과 같이 복수의 가열 영역을 형성할 수 있다.

이점에 대한 설명은 공지되어 있거나 가열된 분배 시스템에 이용되고 있는 소자와 관련된 것이다.

본 발명에 따르면, 각 단부에서 공기 공급원(62)에 연결되는 복수 개의 긴 중공관(60a 내지 60c)이 가열관(50)에 대해 횡방향으로, 즉 진행 방향(26)에 대해 평행하게 장착된다. 예시적인 실시예에 있어서, 이러한 중공관의 직경은 0.25인치(6.35㎜)이고 벽 두께는 1/32인치(0.8㎜)이며, 단면적은 0.04인치²(24㎟)이다. 상기 중공관(60a 내지 60c)은 흑색의 양극 산화 알루미늄(black anodized aluminum)으로 제조되어 가열관(50)으로부터의 복사 에너지를 흡수하기에 용이하며, 이에 따라 중공관(60a 내지 60c)의 공기를 효과적으로 예열할 수 있다.

중공관(60a 내지 60c)에는 구멍(64)이 마련되며, 이 구멍은 공기 공급원(62)으로부터의 공기가 상방으로 가열관(50)을 향해서, 그리고 회로 기판으로 흐를 수 있게 정향되어 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 구멍(64)은 각각 직경이 약 0.010 인치(0.25㎜)이며, 이 구멍은 가열관(50) 사이에서 대략 중간 정도되는 위치(66)에 있다. 각 위치(66)에는 공기를 공급하는 하나 이상의 구멍(64)이 마련될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 구멍은 인접한 각 쌍의 가열관(50) 사이의 중간 또는 가열관의 외측에서 단부 열(列)에 위치되는 것이 바람직하다.

도 1 및 도 2에 있어서, 예시적인 실시예에 있어서, 컨베이어 시스템은 평행하게 레일(12, 14)에 인접한 두 개의 외측관(60a, 60c)을 구비한다. 상기 외측관(60a, 60c)에는 위치(66)마다 하나의 구멍이 마련되며, 이러한 구멍들은 약간 비스듬하게 배치되어 공기가 도 2에 화살표 70, 72로 지시된 바와 같이 상방 내측으로 흐른다. 레일이 방열구(heat sink)로서 작용하는 경향이 있기 때문에, 외측관(60a, 60c)을 레일(12, 14)에 가깝게 배치하는 것이 바람직하다. 외측관(60a, 60c)은 레일(12, 14)에 결합되는 장착 블록(76, 78)과 함께 장착되어 레일과 함께 측방으로 이동할 수 있다.

제3 중공관(60b)은 장착 블록(80)과 함께 외측관(60a, 60c) 사이에서 이들 외측관에 평행하게 장착된다. 블록(80)은 채널(82)을 따라 측방으로 이동 가능하며, 이에 따라 레일 사이의 거리가 조정되는 경우에도 제3 중공관(60b)은 레일(12, 14) 사이의 중간에 재배치될 수 있다. 제3 중공관(60b)은 각 위치(66)에 3개의 구멍을 구비한다. 하나의 구멍은 공기를 상방으로 흐르게 하도록 상방으로 정향되어 있으며, 각 측면에 있는 두 개의 구멍은 도 2에 화살표 86으로 지시된 바와 같이 상방 외측을 향하게 정향되어 있다.

각 중공관의 각 단부에 공급되는 공기의 양은 구멍(64)으로부터 완만한 난류가 형성되도록 약 1파운드 또는 25파운드/인치²(8.8㎏/㎠)인 것이 바람직하다. 팬에 의한 대류는 대량의 기류를 불균일하게 가열하지만, 본 발명에 따른 대류는 회로 기판 아래에 보다 완만하고 균일하며 따뜻한 기류를 제공하여 가열관(50)으로부터의 열 변동을 감소시킨다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 첨부된 청구범위에 의하여 정해지는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는 다른 변형예가 있을 수 있다는 것은 명백하다. 예컨대, 중공관은 다른 재료로 제조될 수 있으며, 전술한 치수와 다른 치수를 가질 수 있다. 또한, 레일 사이의 길이와 각 회로 기판의 크기에 따라서, 필요할 경우 보다 많거나 보다 적은 공기관(air tubes)을 사용할 수 있다. 본 발명은 컨베이어를 이용하여 공작물을 이송하는 것으로 설명하였지만, 로봇을 이용한 시스템과 같은 다른 시스템이 이용될 수 있으며, 공작물을 작업하는 동안 공작물을 지지하는 지지구로는 고정 선반 또는 클램프와 같은 다른 지지구가 이용될 수 있다.

Claims (19)

1. 회로 기판에 액체를 분배하는 액체 분배 시스템으로서,

   회로 기판을 진행 방향을 따라 작업 위치로 이동시키는 컨베이어와,

   회로 기판이 작업 위치에 있을 때 회로 기판에 액체를 분배하도록 장착된 액체 분배기와,

   회로 기판이 작업 위치에 있을 때 회로 기판을 가열하도록 컨베이어 아래에 장착된 히터와,

   히터 아래에 장착되며 구멍이 마련되어 있는 긴 제1 중공관을 구비하며,

   상기 구멍은 제1 중공관에 가스가 도입될 때 이 가스가 상방으로 지향되어 이 구멍을 통과하고, 히터를 지나, 회로 기판으로 흐를 수 있게 정향되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 분배 시스템.
2. 제1항에 있어서, 제1 중공관에 나란하게 장착되며 구멍이 마련되어 있는 제2 중공관을 추가로 구비하며, 상기 구멍은 가스가 상방으로 지향되어 이 구멍을 통과하고, 히터를 지나, 회로 기판으로 흐를 수 있게 정향되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 분배 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 컨베이어는 제1 방향을 따라 평행한 긴 제1 레일 및 제2 레일을 구비하며, 이 레일들은 제1 방향에 대해 횡방향인 제2 방향으로 서로에 대해 이동 가능하며, 상기 제1 중공관 및 제2 중공관은 레일과 함께 제2 방향을 따라 이동할 수 있게 결합되는 것을 특징으로 하는 액체 분배 시스템.
4. 제3항에 있어서, 제1 중공관 및 제2 중공관과 평행하게 그 사이에 장착된 제3 중공관을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 분배 시스템.
5. 제4항에 있어서, 상기 히터는 진행 방향에 대해 횡방향으로 연장하고 평행하게 장착된 복수 개의 긴 가열관을 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 분배 시스템.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1 중공관의 구멍은 인접한 가열관들의 중간 위치에 있는 것을 특징으로 하는 액체 분배 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 제1 중공관의 각 단부에 결합되어 각 단부에 공기를 공급하는 공기 공급원을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 분배 시스템.
8. 제1항에 있어서, 상기 제1 중공관은 흑색의 양극 산화 알루미늄(black anodized aluminum)으로 제조되는 것을 특징으로 하는 액체 분배 시스템.
9. 제1항에 있어서, 상기 히터는 진행 방향에 대해 횡방향으로 연장하고 평행하게 장착된 복수 개의 가열관을 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 분배 시스템.
10. 제9항에 있어서, 제1 중공관의 구멍은 인접한 가열관들의 중간 위치에 있는 것을 특징으로 하는 액체 분배 시스템.
11. 제1항에 있어서, 제2 중공관을 추가로 구비하며, 상기 히터는 진행 방향에 대해 횡방향으로 연장하고 나란하게 장착된 복수 개의 긴 가열관을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 분배 시스템.
12. 제11항에 있어서, 상기 제1 중공관의 구멍은 인접한 한 쌍의 가열관 사이의 중간 위치에 있는 것을 특징으로 하는 액체 분배 시스템.
13. 진행 방향을 따라 공작물을 이송시키는 컨베이어와,

    컨베이어의 일측에 장착되어 공작물을 가열하는 히터와,

    공작물과의 사이에 히터가 있도록 장착되며 복수 개의 구멍을 구비하는 긴 제1 중공관을 구비하는 공작물 이송/가열 시스템으로서,

    상기 구멍은 제1 중공관에 가스가 도입될 때 이 가스가 상방으로 지향되어 구멍을 통과하고, 히터를 지나, 회로 기판으로 흐를 수 있게 정향되어 있는 것을 특징으로 하는 공작물 이송/가열 시스템.
14. 제13항에 있어서, 제1 중공관에 평행하게 장착되며 구멍을 구비하는 제2 중공관을 추가로 포함하며, 상기 구멍은 제2 중공관에 가스가 도입될 때 이 가스가 상방으로 지향되어 구멍을 통과하고, 히터를 지나, 공작물로 흐를 수 있게 정향되어 있는 것을 특징으로 하는 공작물 이송/가열 시스템.
15. 제14항에 있어서, 상기 컨베이어는 제1 방향을 따라 길고 나란한 제1 레일 및 제2 레일을 구비하며, 이 레일들은 제1 방향에 횡방향인 제2 방향으로 서로에 대해 이동 가능하며, 제1 중공관 및 제2 중공관은 레일과 함께 제2 방향을 따라 이동할 수 있게 결합되는 것을 특징으로 하는 공작물 이송/가열 시스템.
16. 제13항에 있어서, 상기 중공관의 각 단부에 결합되는 공기 공급원을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 공작물 이송/가열 시스템.
17. 공작물을 작업 위치에 지지하는 지지구와,

    공작물의 일측을 가열하도록 장착된 히터와,

    공작물과의 사이에 히터가 있도록 장착되며 구멍을 구비하는 긴 제1 중공관을 구비하는 공작물 가열 시스템으로서,

    상기 구멍은 제1 중공관에 가스가 도입될 때 이 가스가 상방으로 지향되어 구멍을 통과하고, 히터를 지나, 회로 기판으로 흐를 수 있게 정향되는 것을 특징으로 하는 공작물 가열 시스템.
18. 제17항에 있어서, 상기 히터는 복수 개의 나란한 가열관을 구비하며, 상기 긴 중공관은 이 가열관에 대해 횡방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 공작물 가열 시스템.
19. 제18항에 있어서, 구멍이 있는 긴 제2 중공관을 추가로 구비하며, 제2 중공관은 제1 중공관에 나란하게 장착되는 것을 특징으로 하는 가열 시스템.