KR20110103369A - 납땜 중에 불활성화 가스를 제공하는 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공작물에 납땜을 실시하는 중에 불활성화 가스를 제공하는 방법 및 장치를 개시한다. 하나의 양태에서, 땜납 저장조 위에 배치되고, 불활성화 가스와 유체 연통하는 복수의 다공성 튜브를 포함하는 장치가 제공된다. 다른 양태에서, 웨이브 솔더링 기계에 불활성화 가스를 제공하는 방법을 제공하는 데, 이 방법은 그 중에서도 솔더링 저장조의 적어도 하나의 에지 위에 장치를 배치하는 단계를 포함하며, 이 장치는 불활성 가스 공급원과 유체 연통하는 하나 이상의 개구를 갖는 복수의 튜브를 포함한다. 다른 양태에서, 튜브들 중 적어도 하나는 비점착성 코팅을 포함하거나, 슬리브와 같은 다공성 비점착성 재료로 이루어진다.

Description

납땜 중에 불활성화 가스를 제공하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROVIDING AN INERTING GAS DURING SOLDERING}
본 발명은 납땜 중에 불활성화 가스를 제공하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 질소 및/또는 기타 불활성화 가스를 이용한 웨이브 솔더링(wave soldering) 중에 불활성화 가스를 제공하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
인쇄 배선 기판 또는 회로 기판과 같은 공작물에서는 땜납을 피복하여 접합할 필요가 있는 습윤 가능 표면(wettable surfaces)이 점점 작아지고 있다. 웨이브 솔더링 위한 통상의 작업은 땜납 배스를 필요로 하는데, 이 배스를 통과해 운반됨에 따라 인쇄 회로 기판 또는 공작물이 납땜된다. 통상의 자동 웨이브 솔더링 기계는 인쇄 회로 기판을 처리하도록 배열된 플럭스 도포 스테이션, 예열기 스테이션, 및 납땜 스테이션을 포함한다. 인쇄 회로 기판은 그 측부 에지가 파지 핑거에 의해 지지된 상태로 이동 트랙 또는 컨베이어를 따라 운반된다. 플럭스는 회로 기판을 플럭스의 거품(foam) 또는 스프레이와 접촉시킴으로써 도포할 수 있다. 그 후에, 회로 기판은 플럭스가 납땜될 금속 표면 상의 산화물을 감소시키도록 예열 구역을 통과한다. 이 회로 기판은 이어서 공기 또는 불활성화 가스 분위기 내에서 용융 땜납의 단일 다중 웨이브와 접촉한다.
불황성 분위기는 통상 질소(N2) 및/또는 기타 불활성화 가스로서, 흔히 N2 불활성화(inerting)로 불린다. 불활성 가스 및/또는 질소 분위기 내에서의 납땜은 땜납의 표면 상에서 불순물 또는 산화물의 형성을 최소화한다. 불순물 및/또는 산화물 층이 존재하게 되면 땜납 접합부에 스킵(skip), 브리지 또는 기타 결함을 야기하는 것으로 알려져 있다. 작업 중에 웨이브 솔더링 기계에 의해 생성되는 땜납 웨이브 근처에는, 특히 납땜될 공작물 아래에 비교적 저산소 분위기를 제공하도록 불활성화 가스 및/또는 N2 가스를 운반하는 데에 이용되는 다공성 파이프 또는 튜브가 땜납 웨이브에 평행하게 연장하고 있다.
무연(lead-free) 웨이브 솔더링의 경우, N2를 포함하는 불활성화 가스 분위기의 중요성이 다음과 같은 이유로 더욱 증가하고 있다. 통상의 무연 땜납을 이용함으로써 처리 온도는 통상 이용되는 무연 땜납의 높은 용융점으로 인해 통상의 주석-납 땜납에 비해 훨씬 높아진다. 처리 온도의 증가는 불순물의 형성을 촉진시킨다. 또한, 무연 땜납의 비용이 통상의 주석-납 땜납보다 훨씬 높으며, 불순물 형성에 의한 땜납 낭비와 관련된 경제적 손실은 무연 웨이브 솔더링의 경우보다 상당하다. 게다가, 무연 땜납의 습윤 성능(wetting performance)은 본질적으로 통상의 주석-납 땜납에 비해 나쁘다. 따라서, 형성된 땜납 접합부의 품질이 무연 땜납 표면에서의 산화 상태에 보다 민감하다.
웨이브 솔더링 시에 불활성화 가스 분위기의 형성은 용융된 땜납 표면에서 불순물의 형성을 현저히 감소시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 불순물의 형성의 감소는 땜납 재료를 절약하고 유지보수 요건을 감소시킬 뿐만 아니라, 땜납의 습윤성을 개선시키고 형성된 땜납 접합부의 품질을 보장한다. 기존의 웨이브 솔더링 기계에 불활성화 가스 분위기를 적용하기 위해 위한 한가지 통상의 기법으로는 용융된 땜납 저장조 내에, 디퓨저가 내부에 장착된 케이지형 보호 하우징을 삽입하는 것이 있다. 이에 따라, 땜납 저장조를 가로지르는 불활성화 가스 블랭킷이 형성되어, 땜납의 산화 경향을 감소시킨다.
그러한 디퓨저는 N2 및/또는 기타 불활성화 가스와 같은 불활성화 가스를 납땜 스테이션 내로 도입하도록 다공성 튜브로 이루어진다. 그러나, 다공성 튜브는 웨이브 솔더링 프로세스 중에 땜납의 튀김 또는 플럭스 증기 응축에 의해 쉽게 막히게 된다. 디퓨저 튜브가 막히게 되면, 불활성화의 효율은 상당히 감소한다. 예를 들면, 세정액으로 채워진 초음파 배스를 이용하는 등에 의해 디퓨저 튜브를 세정하는 종래의 방법은 매우 어렵고 시간 소모적이다. 그러한 튜브의 세정은 정기적으로 수행되어야 하며, 그 튜브에 물리적 손상을 야기할 수 있다. 이러한 문제를 피하기 위해, 디퓨저 튜브는 이들이 막히게 되면 세정하기보다는 교체하는 것이 통상적이다. 이는 최종 사용자에게 전체적인 비용을 증가시킨다.
따라서, 웨이브 솔더링 시에 N2 및/또는 기타 불활성화 가스에 의한 불활성화의 적용을 촉진시키기 위해, 그 장치, 방법 또는 이들 둘 모두는 아래와 같은 목표 중 적어도 하나 또는 그 이상을 충족하는 것이 바람직하다. 먼저, 불활성화 장치 및 방법은 이 기술의 적용의 비용적인 이점을 충족하기 위해 그에 한정되는 것은 아니지만 12㎥/hr(단위 시간당 입방 미터) 또는 그 이하와 같이 N2 또는 불활성화 가스의 소모를 감소시키는 것이 바람직하다. 두 번째로, 불활성화 장치 및 방법은 용융 땜납 위에서 O2의 농도를 그에 한정되는 것은 아니지만 2500 ppm(part per million) 또는 그 이하와 같이 감소시키는 것이 바람직하다. 세 번째로, 불활성화 장치 및 방법은 개장 비용(retrofitting cost)을 최소화하도록 설치 및 유지가 간단한 장치를 이용하는 것이 바람직하다. 게다가, 불활성화 장치 또는 방법은 다공성 디퓨저의 막힘을 감소시키거나 제거하여 안정적이고 장기간 지속되는 불활성화 성능을 보장하는 것이 바람직하다.
본 명세서에서 개시하는 장치 및 방법은 질소 및/또는 기타 불활성화 가스를 이용하여 불활성화하는 데에 있어 전술한 목표 중 적어도 하나 또는 그 이상을 충족하여, 종래에 이용되고 있는 상응하는 방법 및 장치에 비해 비용 효율적이고 사용자에게 친근할 수 있다.
하나의 실시예에서, 공작물의 납땜 중에 불활성화 가스를 제공하는 장치가 제공되는 데, 이 장치는, 용융 땜납을 수용한 땜납 저장조의 적어도 하나의 에지의 위에 배치하도록 장치의 저부면에 마련된 적어도 하나의 홈으로서, 이 홈의 적어도 하나의 측벽과 장치의 적어도 하나의 벽이 땜납 저장조 외측에 챔버를 획정하는 것인 적어도 하나의 홈; 땜납 저장조로부터 방출된 적어도 하나의 땜납 웨이브가 통과하여, 공작물이 이동 트랙 상에서 이동할 때에 그 공작물과 접촉하게 되도록 장치의 상부면에 마련된 적어도 하나의 개구; 및 불활성화 가스 공급원과 유체 연통하는 하나 이상의 개구를 포함한 복수의 튜브를 포함하며, 이들 튜브 중 적어도 하나는 상기한 챔버 내에 위치하며, 그 장치는 땜납 저장조 위에 그리고 납땜될 공작물 아래에 배치되어, 분위기를 형성하며, 납땜될 공작물과 적어도 하나의 땜납 웨이브의 최고점 사이에는 실질적으로 간극이 없다. 하나의 특정 실시예에서, 그 장치는 열전도성 돌출부를 더 포함하고, 이 돌출부의 적어도 일부는 용융 땜납 및 적어도 하나의 튜브와 접촉한다. 이 실시예 또는 다른 실시예에서, 그 장치의 위에 공작물이 통과해 지나가게 되는 선택 커버가 배치되며, 이 커버는 환기 시스템과 연통하는 통기구를 더 포함한다.
다른 양태에서, 공작물의 납땜 중에 불활성화 가스 분위기를 제공하는 방법이 제공되는 데, 이 방법은, 용융 땜납을 수용한 땜납 저장조, 적어도 하나의 노즐, 및 적어도 하나의 펌프를 포함하여 용융 땜납 배스로부터 노즐을 통해 위쪽으로 적어도 하나의 땜납 웨이브를 생성하는 웨이브 솔더링 기계를 제공하는 단계; 땜납 저장조의 개구의 적어도 하나의 에지 위에 장치를 배치하는 단계로서, 그 장치는, 상부면에 적어도 하나의 개구, 땜납 저장조의 적어도 하나의 에지 위에 놓이는 적어도 하나의 홈, 및 불활성화 가스 공급원과 유체 연통하는 하나 이상의 개구를 포함한 복수의 튜브를 포함하며, 납땜될 공작물과 장치의 상부면 사이에 분위기를 형성하며, 납땜될 공작물과 적어도 하나의 땜납 웨이브의 최고점 사이에는 실질적으로 간극이 없는 것인, 장치를 배치하는 단계; 공작물의 적어도 일부분이 장치의 개구를 통해 방출되는 적어도 하나의 땜납 웨이브와 접촉하도록 공작물을 경로를 따라 이동시키는 단계; 및 다공성 튜브를 통해 불활성화 가스를 분위기 내로 도입하는 단계를 포함하고, 적어도 하나의 튜브가 용융 땜납 내로 삽입된 열전도성 돌출부의 일부분과 접촉하여, 이 적어도 하나의 튜브가 용융 땜납의 용융점보다 높은 온도로 가열된다. 하나의 특정 실시예에서, 튜브들 중 적어도 하나는 비점착성 코팅 또는 비점착성 재료로 이루어진 다공성 슬리브를 더 포함한다.
본 명세서에서 개시하는 장치 및 방법은 질소 및/또는 기타 불활성화 가스를 이용하여 불활성화하는 데에 있어 전술한 목표 중 적어도 하나 또는 그 이상을 충족하여, 종래에 이용되고 있는 상응하는 방법 및 장치에 비해 비용 효율적이고 사용자에게 친근할 수 있다.
도 1은 본 명세서에서 개시하는 기공을 갖는 디퓨저 튜브, 즉 다공성 튜브의 실시예의 사시도이다.
도 2는 예 1에서 설명하는 디퓨저 튜브의 기공 크기 및 등급 레벨에 의해 영향을 받는, 다공성 튜브를 따른 압력 강하와 단위 시간당 입방 미터로 나타낸 질소(N2) 유량 간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3a는 본 명세서에서 개시하는 장치의 하나의 실시예의 평면도이다.
도 3b는 본 명세서에서 개시하는 장치의 다른 실시예의 평면도이다.
도 4는 도 3a에 도시한 장치의 실시예의 사시도이다.
도 5는 이동 트랙의 위에 설치될 수 있는 선택 커버의 사시도이다.
도 6은 땜납 저장조 상에 장착된 도 3에 도시한 실시예의 측면도이다.
도 7은 본 명세서에서 개시하는 장치의 실시예의 사시도이다.
도 8은 복수의 튜브(파선으로 도시함)를 더 포함하고, 이들 복수의 튜브 중 적어도 하나는 핀(fin)형 돌출부를 갖고 있고, 이 핀형 돌출부의 적어도 일부분은 용융 땜납과 접촉하고 있는 것을 나타내는 도 7에 도시한 실시예의 사시도이다.
도 9는 하나 이상의 개구를 갖는 복수의 튜브를 포함하고 이들 튜브 중 적어도 하나는 용융 땜납과 접촉하는 핀형 돌출부를 갖고 있는 것을 나타내는 본 명세서에서 개시하는 N2 불활성화 장치의 실시예의 측면도이다.
도 10은 본 명세서에서 개시하는 N2 불활성화 장치의 실시예의 측면도이다.
도 11은 본 명세서에서 개시하는 N2 불활성화 장치의 실시예의 측면도이다.
도 12는 본 명세서에서 개시하는 N2 불활성화 장치의 실시예의 측면도이다.
도 13은 본 명세서에서 개시하는 N2 불활성화 장치의 실시예의 측면도이다.
도 14는 본 명세서에서 개시하는 N2 불활성화 장치의 실시예의 측면도이다.
도 15는 도시한 실시예에서 공작물이 이동하게 되는 이동 트랙 상에 설치될 수 있는 선택 커버의 단부도이다.
도 16은 커버 아래를 지나가는 공작물 또는 인쇄 회로 기판을 나타내는 도 15에 도시한 실시예의 측면도이다.
도 17은 커버 아래를 어떠한 회로 기판도 지나가고 있지 않는 상태를 나타내는 도 15에 도시한 실시예의 측면도이다.
도 18은 예 2에서 O2 농도를 측정하는 데에 이용된 8개의 위치를 나타내는 도면이다.
도 19는 복수의 다공성 디퓨저 튜브를 구비하고 이들 복수의 튜브 중 하나는 예 2에서 설명하는 땜납 배스와 접촉하는 금속 돌출부를 갖고 있는 장치에 있어서, 선택 커버가 그 장치 및 이동 트랙 상의 공작물 위에 배치되어 있지 않은 상태에서 도 18에 도시한 위치 1 내지 8에서의 O2 농도의 결과를 나타내는 도면이다.
도 20은 복수의 다공성 디퓨저 튜브를 구비하고 이들 복수의 튜브 중 하나는 예 2에서 설명하는 땜납 배스와 접촉하는 금속 돌출부를 갖고 있는 장치에 있어서, 환기 시스템이 연결된 선택 커버가 그 장치 및 이동 트랙 상의 공작물 위에 배치되어 있는 상태에서 도 18에 도시한 위치 1 내지 8에서의 O2 농도의 결과를 나타내는 도면이다.
도 21은 본 명세서에서 개시하는 방법 및 장치에 이용될 수 있는 가스 커튼의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 22a 및 도 22b는 본 명세서에서 개시하는 디퓨저 튜브 및 디퓨저 박스의 실시예를 각각 나타내는 도면으로서, 슬롯을 구비하는 디퓨저 튜브는 디퓨저 박스 내에 배치되고, 이 디퓨저 박스는 불활성화 가스의 통과를 허용하도록 개구를 갖고 있다.
도 23a 및 도 23b는 각각 디퓨저 튜브의 대안적인 실시예의 측면도 및 단면도이다.
납땜 동안의 불활성화 보호를 위해 본 명세서에서 개시하는 방법 및 장치에 의해 종래 기술에서의 목표들 중 적어도 하나 또는 그 이상이 충족된다. 본 명세서에서 개시하는 장치 및 방법은, 특히 인쇄 회로 기판과 같은 공작물을 납땜하는 중에 땜납의 상당한 이동 및 와류 현상은 물론 그 표면에서 증가된 산화가 발생하는 실시 형태에 대해 납땜 중에 불활성화 보호를 제공한다. 본 명세서에서 개시하는 장치 및 방법이 예를 들면 기존의 웨이브 솔더링 기계를 개장하는 데에 이용될 수 있다는 점을 예상할 것이다. 특정 실시예에서, 본 명세서에서 개시하는 장치는 작동 중에 이동 트랙이나 납땜될 공작물을 운반하는 기타 컨베이어 기구 아래에서 땜납 저장조 위에 배치된다. 특정 실시예에서, 납땜될 공작물과 적어도 하나의 땜납 웨이브의 최고점 간에는 실질적으로 어떠한 간극도 존재하지 않는다. 다른 실시예에서, 납땜될 공작물과 적어도 하나의 땜납 웨이브의 최고점 간에는 간극이 존재한다. 그 장치 내에 수용된 복수의 디퓨저 파이프는 질소, 불활성 가스(예를 들면, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 및 이들의 조합), 성형 가스(forming gas)(예를 들면, 수소를 5중량% 이하로 함유한 질소와 수소의 혼합물), 또는 이들의 조합과 같은 불활성화 가스 공급원에 유체 연통하게 연결되어 불활성화 가스 분위기를 제공한다. 본 명세서에서 개시하는 장치 및 방법의 하나의 목표는 납땜될 공작물의 표면과 땜납 저장조 내에 수용된 용융 땜납의 표면에 의해 형성된 분위기 내의 산소(O2)의 농도를 한정되는 것은 아니지만 2500 ppm(part per million) 정도로 감소시키는 데에 있다.
본 명세서에서 개시하는 장치 및 방법은 용융점 또는 그 이상(예를 들면, 50℃ 이하)으로 유지되는 용융 땜납을 수용하는 땜납 저장조 위에 배치하도록 되어 있다. 본 명세서에서 개시하는 장치는 땜납 저장조 위에 설치되어, 땜납 저장조 위의 이동 트랙 상에서 한쪽 방향으로 이송되는 납땜될 공작물과 용융 땜납의 표면 간에 분위기를 획정하는 내부 용적을 갖고 있다. 특정 실시예에서, 공작물은 그 측부 에지에서 이동 트랙 또는 컨베이어 핑거에 의해 지지되며, 그 핑거들은 땜납 웨이브를 지나간다. 다른 실시예에서, 공작물은 웨이브 솔더링 기계를 통과해 이송될 때에 팔레트, 치구(fixture), 또는 프레임 상에 지지된다. 땜납 저장조는 땜납 펌프에 의해 생성되는 하나 이상의 땜납 웨이브를 토출하는 하나 이상의 노즐을 그 내에 갖고 있다. 땜납 펌프는 통상 최종 사용자가 처리 조건에 접합하도록 땜납 웨이브로부터의 땜납의 흐름을 제어하고 땜납 웨이퍼의 최고점 또는 마루를 상승 또는 하강시킬 수 있게 하는 가변 속도 펌프이다. 하나 이상의 땜납 웨이브는 본 명세서에서 개시하는 장치의 상부면에 마련된 하나 이상의 개구를 통해 납땜될 공작물의 표면과 접촉한다. 이러한 프로세스 중에, 그 장치는 N2와 같은 불활성화 가스 공급원과 유체 연통하게 연결된 개구, 구멍, 슬롯, 천공부, 또는 기공을 포함한 복수의 디퓨저 튜브를 수용하여, 그 불활성화 가스가 튜브의 내부 용적을 통과하여 그 튜브의 개구 또는 기공을 통해 배출되어 분위기 내로 보내지게 된다. 이렇게 함으로서, 공작물이 땜납 웨이브를 지나갈 때에 공작물의 하부면, 전방 에지, 후방 에지, 측면 에지가 불활성화 가스에 의해 균일하게 덮이게 된다.
본 명세서에서 개시하는 장치 및 방법의 특정 실시예에서, 땜납 저장조 위에 배치되는 장치의 크기는 이동하는 땜납 웨이브 주위에서의 불활성화 효율을 증대시키도록 최소화된다. 이 실시예나 기타 실시예에서, 정적 용융 땜납 표면, 즉 땜납 저장조에서 장치의 점유 면적(footprint) 외측의 영역은 땜납 저장조 내에 수용된 용융 땜납의 온도에 견딜 수 있는 고온 재료로 덮일 수 있다.
본 명세서에서 개시하는 장치 및 방법은, 기공, 홀, 통기구, 슬롯, 구멍, 천공부 또는 기타 수단일 수 있으며 이들에 한정되지 않는 하나 이상의 개구와 내부 용적을 포함하는 복수의 디퓨저 튜브를 포함하는데, 그러한 개구는 튜브의 내부 용적 내의 질소 및/또는 기타 불활성화 가스의 통과를 허용하여 그 개구를 통해 밖으로 배출될 수 있게 한다. 하나의 특정 실시예에서, 튜브는 다공성으로서, 이 다공성 튜브로부터 배출되는 불활성화 가스 또는 N2 가스의 층류 흐름을 제공하도록 약 0.2 미크론(㎛) 이하의 평균 기공 크기를 갖는다. 이 실시예나 기타 실시예에서, 튜브는 예를 들면 N2와 같은 불활성화 가스를 공급하는 불활성화 가스 공급원과 유체 연통하여, 그 불활성화 가스를 튜브의 내부 용적을 지나 튜브의 개구 또는 기공을 통해 배출하여, 땜납 저장조 내의 용융 땜납의 표면과 이송되는 공작물에 의해 획정되는 영역 내로 보낸다.
전술한 바와 같이, 본 명세서에서 개시하는 장치는 복수의 디퓨저 튜브 및 내부 용적을 수용한 하우징을 포함한다. 특정 실시예에서, 튜브들은 복수의 땜납 웨이브들 사이에, 땜납 저장조의 공작물 입구측에, 땜납 저장조의 공작물 출구측에, 땜납 웨이브의 방향에 대해 직각으로, 또는 이들의 조합으로 위치할 수 있다. 이들 실시예에서, 납땜될 공작물의 표면과 땜납 웨이브의 표면 간에는 실질적으로 어떠한 간극도 존재하지 않는다. 복수의 땜납 웨이브들 사이에 튜브들 중 하나 이상이 위치하는 실시예와 같은 특정 실시예에서, 그 하나 이상의 튜브들은 금속 돌출부 또는 핀을 더 포함하며, 이 돌출부의 적어도 일부분이 용융 땜납과 튜브에 열전도가 가능하게 접촉할 수 있다. 이러한 연결 시에, 금속 돌출부 또는 핀은 튜브의 온도가 땜납의 용융점보다 높게 되게 하여, 예를 들면 땜납의 튀김 및/또는 플럭스 증기 응축에 의해 야기되는 막힘을 방지한다. 특정 실시예에서, 하나 이상의 튜브와 용융 땜납에 접촉하는 금속 돌출부 또는 핀은 장치의 수직 벽의 일부분일 수 있다. 이 실시예나 기타 실시예에서, 추가적인 튜브가 땜납 배스 내부에 및/또는 외부에 위치할 수 있다. 적어도 하나의 튜브와 용융 땜납 배스 간에 열전도 가능한 하나 이상의 금속 돌출부를 사용하게 되면, 종래 기술에서 땜납 배스와 다공성 튜브의 침지 및/또는 접촉과 관련된 문제점을 피할 수 있다.
본 명세서에서 개시하는 장치 및 방법의 하나의 특정 실시예에서, 그에 한정되는 것은 아니지만 복수의 땜납 웨이브들 사이에 위치하는 중앙 디퓨저 튜브와 같은 복수의 디퓨저 튜브 중 하나 이상은 비점착 코팅을 포함한다. 비점착 코팅의 일례로는 상표명 Teflon
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비점착성 코팅(Teflon은 미국 델라웨어주 웰밍톤에 소제한 DuPont, Inc.에서 제조함)으로 구입할 수 있는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이 있다. 불활성화 가스의 디퓨저 튜브 표면의 통과를 유지하게 위해, 다공성 Teflon 비점착성 슬리브가 튜브 표면의 적어도 일부에 부착될 수 있다. 이 실시예나 기타 실시예에서, 선택되는 비점착성 코팅은 무연 웨이브 솔더링 공정에 통상 이용되는 용융 땜납의 온도(예를 들면, 약 260℃ 정도)에서 또는 그 위에서 일체성을 유지해야 한다. 보다 특정한 실시예에서, 비점착성 코팅은 한국의 Thermolon Ltd.에서 제조하는 무기(미네랄계)계 코팅으로서 450℃에서 일체성을 유지하여 고온에서 유독성 증기의 생성을 피할 수 있는 ThermolonTM 비점착성 코팅으로 이루어진다. 땜납 웨이브의 하나 이상의 쌍들 사이에 중앙 다공성 튜브가 위치하는 실시예에서, 땜납 저장조 내의 용해된 플럭스는 용융 땜납의 연속하는 동적 운동으로 인해 제1 웨이브와 제2 웨이브 사이에 위치하는 중앙 디퓨저의 표면과 직접 접촉할 수 있다. 디퓨저 표면 상의 액상 플럭스가 증발하거나 열에 의해 분해되는 경우, 디퓨저 표면에는 고상 플럭스 잔류물이 남아 디퓨저의 막힘을 야기할 수 있다. 이를 해소하기 위해, 비점착성 코팅, 다공성 비점착 슬리브, 또는 비점착성 코팅이 코팅된 슬롯 형성 금속 쉘이 다공성 튜브에 부착되거나, 다공성 튜브의 적어도 일부분을 덮을 수 있다. 비점착성 코팅, 다공성 비점착 슬리브, 또는 비점착성 코팅이 코팅된 슬롯 형성 금속 쉘을 다공성 디퓨저 튜브 중 적어도 하나에 추가하면 고상 플럭스 잔류물에 의한 중앙 튜브와 같은 다공성 튜브의 막힘을 방지할 수 있는 것으로 여겨진다. 비점착성 코팅은 또한 장치의 내면 또는 상부 커버의 내면의 적어도 일부분에 도포되어, 청소를 용이하게 할 수도 있다.
본 명세서에서 개시하는 장치 및 방법의 또 다른 실시예에서, 그 장치는 이동 트랙 상에 장착되어, 공작물을 통과해 지나갈 터널을 형성하는 선택 커버를 더 포함한다. 이 선택 커버는 또한 웨이브 솔더링 기계의 환기 배기부와 유체 연통하여 그 커버 아래의 분위기로부터 플럭스 증기를 포집할 수 있게 하는 통기구를 더 포함한다. 하나의 실시예에서, 선택 커버는 웨이브 솔더링 기계의 환기 배기부와 연결된 중앙 구멍을 갖는 단일층의 금속 커버로 이루어진다. 다른 실시예에서, 선택 커버는 이중층 금속 시트로 이루어지고, 이 이중층의 공간이 노의 환기 배기부와 연결되어 경계 가스 트랩(boundary gas trap)을 형성한다. 하나의 특정 실시예에서, 금속 시트의 두 층 간의 간격은 약 1/8인치 내지 약 1/4인치 범위일 수 있다. 공작물 또는 회로 기판이 그 커버 아래를 지나갈 때에, 납땜 영역 내부에서 생성되는 플럭스 증기는 경계 트랩을 통해 포집될 수 있는 한편, 땜납 저장조 주변의 공기도 이중층 공간 내에 갇혀 양호한 불활성화 성능을 보장한다. 땜납 저장조 위에 어떠한 공작물 또는 회로 기판도 존재하지 않는 경우에, 불활성화 장치 내의 복수의 디퓨저로부터 생성된 불활성화 가스는 커버의 이중층 공간 아래의 용적 내로 흡입되어, 경계 불활성화 가스 커튼을 형성함으로써 그 용적 내로 공기의 유입을 최소화한다.
도 1에서는 본 명세서에서 개시하는 장치 및 방법에 이용되는 다공성 튜브 또는 디퓨저의 하나의 실시예를 도시하고 있다. 다공성 튜브(10)는 질소, 및/또는 불활성 가스(예를 들면, 아르곤, 헬륨, 네온 등), 수소 또는 이들의 조합을 비롯하여 그에 한정되지 않는 기타 가스와 같은 불활성화 가스의 흐름이 통과해 흐를 수 있고 불활성화 가스 공급원(도시 생략)과 유체 연통하는 내부 용적(15)을 갖는 원통형 튜브로 이루어진 것으로 도시되어 있다. 다공성 튜브(10)의 하나의 실시예에서, 다공성 튜브는 스테인리스강으로 이루어진다. 그러나, 땜납 재료와 반응하지 않는다면 다공성 튜브(10)를 위해 다른 재료로 적용될 수도 있다. 다공성 튜브(10)는 가스 도관 또는 기타 수단(도시 생략)을 통해 불활성화 가스 공급원과 유체 연통한다. 다공성 튜브(10)는 또한 복수의 천공부(20), 기공, 또는 구멍을 더 포함하여, 내부 용적(15)으로부터의 가스 흐름이 천공부(20)를 통과해, 땜납 배스, 용융 땜납(도시 생략)의 표면과 납땜될 공작물(도시 생략)의 하부면에 의해 획정된 분위기, 또는 그 조합으로 보내질 수 있게 한다. 다공성 튜브(10)가 원통형으로서 원형 단면을 갖는 것으로 도시하지만, 환형, 정사각형, 직사각형, 타원형 등을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 기타 기하학적 형상이 이용될 수 있다는 점을 예상할 것이다.
천공부(20)는 가스 흐름이 예를 들면 도 1의 실시예에 도시한 바와 같은 원형 구멍에 의해 좁게 안내되어 땜납 저장조(도시 생략)의 전체 길이에 걸쳐 분포되도록 구성된다. 다른 실시예에서, 천공부(20)는 종방향 구멍 또는 슬롯일 수 있다. 이 실시예나 기타 실시예에서, 천공부(20)는 내부 용적(15)으로부터의 가스 흐름을 땜납 배스(도시 생략) 내로 및/또는 땜납 배스와 공작물 사이의 간극 내로 더 멀리 안내하도록 모따기되거나 각을 이룰 수 있다. 천공부(20)에 대한 평균 기공 크기는 0.05 미크론 내지 100 미크론, 또는 0.1 미크론 내지 10 미크론, 또는 0.2 미크론 내지 5.0 미크론 범위일 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 천공부(20)에 대한 평균 기공 크기는 약 0.2 미크론 이하이다. 다공성 튜브(10)의 천공부의 기공 크기 및 기공률은 다공성 튜브로부터 배출되는 가스 N2의 층류 흐름을 달성하도록 최적화된다. 이 실시예나 기타 실시예에서, N2 및/또는 기타 불활성화 가스의 층류 흐름은 불활성화될 납땜 영역(예를 들면, 공작물, 컨베이어 벨트 등)의 경계로부터 침입하는 공기를 최소화하는 데에 바람직하다.
다공성 디퓨저 튜브에 대한 대안적인 실시예로서, 그에 한정되는 것은 아니지만 복수의 땜납 웨이브 사이에 위치한 중앙 디퓨저 튜브와 같은 복수의 디퓨저 튜브 중 하나 이상이 동심으로 슬롯이 형성된 튜브로 이루어질 수 있다. 이러한 실시예의 일례가 도 23a(측면도) 및 도 23b(단면도)에 도시되어 있다. 이 실시예에서, 디퓨저 튜브(110)는 하나 이상의 슬롯(1100)을 구비하고 동심 커버(1120)에 의해 둘러싸여 있다. 커버(1120)는 불활성화 가스의 통과를 허용하는 아래쪽으로 향한 하나 이상의 개구 또는 슬롯(1130)을 구비한다. 이러한 슬롯의 하향 구성은 액상 플럭스가 튜브 내로 들어와 하나 이상의 개구를 막을 가능성을 최소화할 수 있는 것으로 여겨진다. 특정 실시예에서, 동심 커버(1120)는 그 표면의 적어도 일부분에 도포된 전술한 임의의 코팅과 같은 비점착성 코팅을 갖는다. 디퓨저 튜브(1100) 및 그 주변의 커버(1120)가 원통형으로서 원형 단면을 갖는 것으로 도시하고 있지만, 환형, 정사각형, 직사각형, 타원형 등을 비롯하여 이에 한정되지 않는 기타 기하학적 형상이 이용될 수 있다는 점을 예상할 것이다.
도 3a 및 도 4에서는 본 명세서에서 개시하는 장치(30)의 하나의 실시예의 평면도 및 사시도를 도시하고 있다. 도 3a를 참조하면, 장치(30)는 웨이브 솔더링 기계(70) 상에 배치되어, 웨이브 솔더링 작업 중에 불활성화 가스 분위기를 제공한다. 웨이브 솔더링 기계(70)는 용융 땜납(80)을 수용하는 땜납 저장조(75), 및 땜납 펌프(도시 생략)에 의해 생성되는 하나 이상의 땜납 웨이브(도시 생략)를 토출하는 하나 이상의 노즐(85)을 포함한다. 도 3a 및 도 4를 모두 참조하면, 장치(30)는 이 장치의 나머지 부분으로부터 제거하여 최종 사용자가 찌꺼기를 비교적 용이하게 제거할 수 있게 하는 상부면(35)을 구비한다. 상부면(35)은 또한 적어도 하나의 개구(40)를 포함하며, 이 개구를 통해 땜납 저장조(75) 내에 수용된 용융 땜납(80)으로부터 방출되는 적어도 하나의 땜납 웨이브가 노즐(85)을 통과하여, 가동 트랙(도시 생략)을 따라 지나가는 공작물과 접촉하게 된다. 도 3a 및 도 4를 참조하면, 장치(30)는 또한 장치(30)의 저부에 적어도 하나의 홈(45)(도 3에서 파선으로 도시함)을 포함하며, 이 홈은 땜납 저장조(75)의 에지의 상부에 놓인다. 특정 실시예에서, 장치(30)는 도 3a 및 도 4에 도시한 바와 같이 땜납 저장조(75)의 위에 장치(30)를 배치할 수 있게 하는 2개 이상의 홈을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 개시하는 장치의 다른 실시예에서는 도 7 및 도 8에 도시한 실시예와 같이 단지 하나의 홈(245)을 갖는다. 본 명세서에서 개시하는 또 다른 실시예는 하나 이상의 홈을 갖는 것이 아니라, 도 11 및 도 14에 도시한 실시예와 같이 그 장치를 땜납 저장조 상에 위치 설정하거나 배치할 수 있게 하는 복수의 플랜지를 구비한다. 도 3a 및 도 4를 다시 참조하면, 홈(45)의 측벽과 전방벽(33) 또는 후방벽(37)은 그 장치(30) 내에 다공성 튜브(55)(도 3에 파선으로 도시함)를 배치할 수 있게 하는 챔버(50)를 획정한다. 다공성 튜브(55)는 배관(60)을 통해 불활성화 가스 공급원(65)과 유체 연통한다. 전술한 바와 같이, 본 명세서에서 개시하는 장치 및 방법과 함께 이용되는 불활성화 가스는, 질소, 수소, 불활성 가스(예를 들면, 헬륨, 아르곤, 네온, 크립톤, 크세논 등), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 불활성화 가스는 다공성 튜브(55) 내로 도입되기 전에 예열된다. 도 3a 및 도 4에 도시한 실시예는 웨이브 솔더링 기계의 구성에 따라 달라질 수 있다는 점을 이해할 것이다. 다시 도 4를 참조하면, 장치(30)는 용융 땜납 표면(도시 생략), 공작물(도시 생략), 전방벽(33), 후방벽(37) 및 측벽(43, 47)에 의해 획정된 내부 용적(69)을 더 포함한다. 장치(30)는 적어도 하나의 금속 핀(57)을 더 포함하며, 이 금속 핀은 용융 땜납 저장조 및 적어도 하나의 다공성 튜브와 접촉하여, 다공성 튜브(55)를 그 중앙에서 용융 땜납의 용융점보다 높은 온도로 가열하는 기능을 한다.
도 3b에서는 다공성 디퓨저 튜브(55')가 땜납 웨이브의 폭에 직각 방향으로 배향되어 있는 본 명세서에서 개시하는 장치(30')의 실시예의 평면도를 도시하고 있다. 도 3b를 참조하면, 장치(30')는 웨이브 솔더링 기계(70') 상에 배치도어, 웨이브 솔더링 작업 중에 불활성화 가스 분위기를 제공한다. 웨이브 솔더링 기계(70')는 용융 땜납(80')을 수용하는 땜납 저장조(75'), 및 땜납 펌프(도시 생략)에 의해 생성되는 하나 이상의 땜납 웨이브(도시 생략)를 토출하는 하나 이상의 노즐(85')을 포함한다. 장치(30')는 이 장치의 나머지 부분으로부터 제거하여 최종 사용자가 찌꺼기를 비교적 용이하게 제거할 수 있게 하는 상부면(35')을 구비한다. 상부면(35')은 또한 적어도 하나의 개구(40')를 포함하며, 이 개구를 통해 땜납 저장조(75') 내에 수용된 용융 땜납(80')으로부터 방출되는 적어도 하나의 땜납 웨이브가 노즐(85')을 통과하여, 가동 트랙(도시 생략)을 따라 지나가는 공작물과 접촉하게 된다. 다른 실시예에서, 본 명세서에서 개시하는 장치는 이 장치를 땜납 저장조 상에 위치 설정하거나 배치할 수 있게 하는 복수의 플랜지를 포함할 수 있다. 다공성 튜브(55')는 배관(60')를 통해 불활성화 가스 공급원(65')과 유체 연통한다. 전술한 바와 같이, 본 명세서에서 개시하는 장치 및 방법과 함께 이용되는 불활성화 가스는, 질소, 수소, 불활성 가스(예를 들면, 헬륨, 아르곤, 네온, 크립톤, 크세논 등), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 불활성화 가스는 다공성 튜브(55') 내로 도입되기 전에 예열된다. 도 3b에 도시한 실시예는 웨이브 솔더링 기계의 구성에 따라 달라질 수 있다는 점을 이해할 것이다.
도 5에서는 장치(30) 및 가동 트랙(도시 생략) 위에 배치되어 공작물이 통과해 지나가게 되는 선택 커버(90)의 사시도를 도시하고 있다. 선택 커버(90)는 들여다 볼 수 있도록 유리 윈도우(95)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 선택 커버(90)는 또한 웨이브 솔더링 기계의 환기 배기부(도시 생략)와 유체 연통하여, 납땜 스테이션의 분위기 내의 임의의 플럭스 증기를 제거할 수 있는 통기구(97)를 구비한다.
도 6에서는 본 명세서에서 개시하는 장치(130)의 실시예의 측면도를 도시하고 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 장치(130)는 홈(145)을 도시한 바와 같이 땜납 저장조(175)의 적어도 하나의 에지 상에 배치함으로써 웨이브 솔더링 기계(175) 위에 배치된다. 땜납 저장조(175)는 그 내에 용융 땜납(180)을 수용하고 있다. 이동 트랙(도시 생략)이 납땜될 공작물(100)을 도시한 화살표(105)로 나타낸 위쪽 방향으로 운반한다. 적어도 하나 또는 그 이상의 땜납 펌프(도시 생략)가 노즐(185)을 통해 복수의 땜납 웨이브(115)를 생성하는 데에 이용된다. 복수의 땜납 웨이브(115)는 장치(130)의 개구(107)를 통해 공작물(100)의 하부면과 접촉한다. 불활성화 가스가 땜납 저장조(175) 외측의 챔버(150) 내에 수용된 다공성 튜브(155)로 도입된다. 도 6에 도시한 실시예에서, 다공성 튜브(155)는 땜납 저장조(175)의 입구 및 출구에 위치한다. 다른 실시예에서, 다공성 튜브(155)는 땜납 웨이브(도시 생략)의 방향에 대해 직각으로 배향될 수도 있다. 다공성 튜브(155) 중 적어도 하나는 용융 땜납(180)과 접촉하는 금속 돌출부(157)와 연결되어 있다. 불활성화 가스는 공작물(100) 아래와 용융 땜납(180) 위의 사이에 해칭선으로 도시하여 도면 부호 120으로 나타낸 영역 또는 분위기를 채운다. 도 6에 도시한 실시예에서, 그 장치에는 공작물(100)과 땜납 웨이브(115)의 최고점 사이에 실질적으로 어떠한 간극도 존재하지 않는다.
도 7 및 도 8에서는 땜납 저장조(도시 생략)의 에지 상에 놓이는 단지 하나의 홈(245)만을 갖는 대안적인 실시예의 장치(230)를 도시하고 있다. 이 홈(245)의 측벽 중 적어도 하나와 장치(230)의 전방벽(233)은 다공성 튜브(255)(도 8에서 파선으로 도시함)를 수용하는 챔버(250)를 획정한다. 장치(230)는 용융 땜납 표면(도시 생략), 공작물(도시 생략), 전방벽(233), 후방벽(237) 및 측벽(243, 247)에 의해 획정된 내부 용적(269)을 더 포함한다. 도 8을 참조하면, 장치(230)는 적어도 하나의 금속 핀(257)을 더 포함하며, 이 금속 핀은 용융 땜납 저장조(도시 생략) 및 적어도 하나의 다공성 튜브(255)(파선으로 도시함)와 접촉하여, 다공성 튜브(255)를 그 중앙에서 용융 땜납의 용융점보다 높은 온도로 가열하는 기능을 한다.
도 9 내지 도 13에서는 복수의 다공성 튜브를 포함하는 본 명세서에서 개시하는 장치의 다양한 실시예를 도시하고 있다. 도 9에 도시한 실시예에서는 다공성 튜브(355) 중 하나가 땜납 저장조(375) 외측의 공동(350) 내에 위치하고, 땜납 웨이브들 사이의 제2 다공성 튜브(355')가 용융 땜납(380) 및 제2 다공성 튜브(355')와 접촉하여 제2 다공성 튜브를 땜납의 용융점보다 높은 온도로 가열하는 금속 핀과 같은 열전도성 재료(357)를 포함하며, 제3 다공성 튜브(355")가 용융 땜납(380)과 열전도 가능하거나 그 내로 연장하는 장치(330)의 벽과 접촉한다. 장치(330)는 또한 땜납 저장조(375) 위에 장치(330)를 위치 설정하는 데에 도움을 주는 플랜지(367)를 포함한다.
도 10에 실시한 실시예의 장치(430)에서는 제1 다공성 튜브(455)가 땜납 저장조(475) 외측의 공동(450) 내에 위치하고, 제2 다공성 튜브(455') 및 제3 다공성 튜브(455") 모두가 용융 땜납(480), 및 제2 및 제3 다공성 튜브(455', 455")와 접촉하여 이들 다공성 튜브를 땜납의 용융점 또는 그보다 높은 온도로 가열하는 금속 핀(457)과 같은 열전도성 재료를 포함한다.
도 11에 도시한 실시예에서는 제1 다공성 튜브(555), 제2 다공성 튜브(555') 및 제3 다공성 튜브(555")가 땜납 저장조(575) 내부에 위치하고, 이들 다공성 튜브 각각은 용융 땜납(580)과 접촉하여 각각의 다공성 튜브를 땜납의 용융점보다 높은 온도로 가열하는 금속 핀(557)과 같은 열전도성 재료를 포함한다. 이 장치(530)는 땜납 저장조(575) 위에 장치를 위치 설정하는 홈을 갖지 않는다. 그 대신에, 장치(530)는 땜납 저장조(575) 위에 장치(530)를 배치할 수 있게 하는 복수의 플랜지(567)를 구비한다.
도 12에 도시한 실시예의 장치(630)에서는 복수의 홈(645)을 구비하고, 이 홈의 적어도 하나의 측벽과 장치(630)의 전방벽(633) 또는 후방벽(637)이 챔버(650)를 획정하며, 그 내에 다공성 파이프(655', 655")가 배치된다. 장치(630)는 또한 다공성 튜브(655')를 포함하며, 이 다공성 튜브는, 용융 땜납(680)과 접촉하여 다공성 튜브(655')를 땜납의 용융점보다 높은 온도로 가열하는 금속 핀(657)과 같은 열전도성 재료와 접촉한다.
도 13에 도시한 실시예의 장치(730)에서는 복수의 홈(745)을 구비하고, 이 홈의 적어도 하나의 측벽과 장치(730)의 전방벽(733) 또는 후방벽(737)이 챔버(750)를 획정하며, 그 내에 다공성 파이프(755', 755")가 배치된다. 장치(730)는 홈(745)의 측벽으로터 땜납 저장조(780) 내로 연장하여, 땜납 저장조(775)의 위에 장치(730)를 위치 설정하는 데에 도움을 주는 내부 플랜지(752)를 더 포함한다.
도 14에 도시한 본 명세서에서 개시하는 실시예의 장치(930)에서는 제1 다공성 튜브(955), 제2 다공성 튜브(955') 및 제3 다공성 튜브(955")가 땜납 저장조(975) 내부에 위치하고, 이들 다공성 튜브 중 하나, 즉 제2 다공성 튜브(955')는 용융 땜납(980)과 접촉하여 제2 다공성 튜브(955')를 땜납의 용융점보다 높은 온도로 가열하는 금속 핀(957)과 같은 열전도성 재료를 더 포함한다. 이 장치(930)는 땜납 저장조(975) 위에 장치를 위치 설정하는 홈을 갖지 않는다. 그 대신에, 장치(930)는 땜납 저장조(975) 위에 장치(930)를 배치할 수 있게 하는 복수의 플랜지(967)를 구비한다. 장치(930)는 도시한 제1 및 제3 다공성 튜브(955, 955")와 같이 다공성 튜브 중 적어도 하나를 수용하는 적어도 하나의 챔버(950)를 획정하는 금속과 같은 재료로 된 이중벽으로 구성된 것으로 도시되어 있다. 공작물(923)은 화살표(925)로 나타낸 방향으로 장치(930) 위에서 이동하여, 노즐(985)로부터 방출되는 복수의 용융 땜납 웨이브와 접촉한다. 복수의 다공성 튜브(955, 955', 955")가 N2와 같은 불활성화 가스 공급원(도시 생략)과 유체 연통하여, 불활성화 가스 분위기 또는 N2 분위기가 그 튜브를 통해 챔버(950) 내로, 장치(930)의 이중층 재료에 의해 획정되는 용적 내로, 그리고 용융 땜납 표면(980), 공작물(923), 및 장치(930)의 벽에 의해 획정되는 내부 용적(969) 내로 제공된다.
도 15 내지 도 17에서는 땜납 저장조(880) 위에 선택 커버(890)를 더 포함하여 이동 트랙(900) 상에 유지된 공작물(905)(도 16 참조)이 통과해 지나갈 터널을 형성하고 있는 실시예의 장치(830)를 도시하고 이다. 도 15는 장치(830)의 단부도를 도시하며, 도 16 및 도 17은 장치(830)의 측면도를 도시한다. 특정 실시예에서, 선택 커버(890)는 웨이브 솔더링 기계(도시 생략)의 환기 배관과 유체 연통한다. 선택 커버(890)는 이중층 시트로 이루어지고, 이 이중층 공간은 노의 환기 배기 파이프(897)에 연결되어 경계 가스 트랩을 형성한다. 선택 커버(890)는 금속 시트 또는 기타 적절한 재료의 이중층으로 이루어질 수 있다. 특정 실시예에서, 시트의 두 층들 간의 간격은 그에 한정되는 것은 아니지만 1/8인치 내지 1/4인치 범위일 수 있다. 도 15 내지 도 17에 도시한 실시예에서, 선택 커버(890)는 땜납 영역으로부터 플럭스 증기 및 공기를 퍼징에 의해 배출하는 데에 더욱 도움이 되도록 불활성화 가스 공급원(도시 생략)과 유체 연통하는 불활성화 가스 입구(895)를 포함할 수 있다. 도 16에 도시한 바와 같이, 회로 기판이 선택 커버(890) 아래를 지나갈 때에, 땜납 영역 내부에서 생성된 플럭스 증기가 경계 트랩을 통해 포집되는 한편, 땜납 저장조(870) 주변의 공기도 선택 커버(890) 아래의 이중층 공간 내에 갇힐 수 있어, 양호한 불활성화 분위기를 보장하는 데에 도움을 준다. 땜납 저장조(870)가 도 17에 도시한 바와 같이 공작물(905)에 덮이지 않는 경우, 복수의 다공성 튜브(855)에 의해 생성된 불활성화 가스는 선택 커버(890)의 이중층 공간 내에 흡입되어, 경계 불활성화 가스 커튼을 형성함으로써 외부 환경으로부터 땜납 저장조(880) 위의 분위기(920) 내로 유입되는 공기를 최소화할 수 있다.
도 21에 도시한 실시예와 같은 본 명세서에서 개시한 장치 및 방법의 다른 실시예에서, 본 명세서에서 설명한 N2 및/또는 기타 불활성화 가스와 같은 불활성화 가스 커튼(1010)이 땜납 저장조(1020)의 입구, 출구, 또는 이들 입구와 출구 모두에 적용되어, 땜납 저장조의 주변으로부터 공기의 침입을 더욱 최소화한다. 불활성화 가스 커튼(1010)은 장치(1030)가 땜납 저장조(1020) 위에 설치되고 그 위에 상부 커버(1040)가 설치된 상태에서 처리될 공작물(1005)(도면 부호 1005는 공작물의 측면도로서 직선을 가리키는 것으로 작은 직사각형 형상은 생략하였음)이 땜납 저장조(1020) 내로 들어오는 중에, 처리될 공작물(1005)의 상부, 저부, 또는 이들 상부와 저부 모두에서의 간극을 차단한다. 도 21에 도시한 실시예 또는 기타 실시예에서, 불활성화 커튼은 슬롯 또는 천공부를 비롯하는 하나 이상의 개구를 갖는 하나 이상의 디퓨저 튜브에 의해 생성될 수 있는데, 땜납 웨이브의 폭에 대해 평행한 길이를 갖고 불활성화 가스 흐름이 한쪽 또는 양쪽 단부에서 비롯되는 튜브, 박스, 삼각형 형상, 또는 이들의 조합으로 이루어진다. 좁은 슬롯 또는 작은 천공 구멍은 강력한 가스 분사를 가능하게 하여, 불활성화 가스를 포함하는 가스 커튼을 형성할 수 있다. 이 실시예나 기타 실시예에서, 슬롯 형성 또는 천공 디퓨저 튜브는 다공성 튜브 또는 그 튜브 내부의 다공성 층을 포함하여, 슬롯 형성 또는 천공 디퓨저의 길이를 따른 압력 강화를 최소화하도록 될 수 있다. 이어서, 도 22a를 참조하면, 슬롯 형성 다공성 튜브(1050)는 하나 이상의 개구 또는 슬롯(1060)을 포함하는 것으로, (도시한 바와 같이) 단독으로 이용되거나 다공성 디퓨저(도시 생략) 내에 삽입되어 가스 커튼을 생성할 수 있다. 대안예로서, 도 22b에는 상부면(1075)은 다공성 플레이트로 이루이지고 다른 3개의 면은 중실 플레이트(1078)로 이루어진 디퓨저 박스(1070)의 단면도가 도시되어 있다. 도 22b에서는 또한 삼각형 형상의 가스 안내기(1080)의 단면도를 도시하고 있는데, 이 안내기는 삼각형 형상(1080)의 밑변과 상부 에지(1090)에 개방 슬롯을 갖고 있다. 삼각형 가스 안내기(1080)의 밑변은 상부면(1075) 내에 포함된 기공과 직접 접촉하여, 디퓨저 박스(1070)와 유체 연통하고 디퓨저의 길이를 따라 균일하게 가스를 분사할 수 있게 한다.
본 발명의 장치 및 방법을 특정 예는 물론 그 실시 형태를 참조하여 상세하게 설명하였지만, 당업자에게는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 점은 명백할 것이다.
예
예 1 : 가스 흐름 패턴에 대한 다공성 튜브의 기공 크기의 효과
아래의 표에 기재한 바와 같은 3가지 상이한 등급 레벨을 갖는 3가지의 디퓨저 또는 다공성 튜브를 테스트하였다. 낮은 등급은 디퓨저가 작은 기공 크기 및 기공률을 가짐을 나타낸다. 테스트는 각각의 시임리스 다공성 튜브 내로 가스 N2가 흐르게 하고, 주어진 N2 유량에 대해 각각 디퓨저의 상류측(Pup) 및 하류측(Pdown)에서의 압력을 측정함으로써 수행하였다. 디퓨저를 따른 압력 강하(ΔP)는 다음과 같이 결정된다.
ΔP = Pup - Pdown
그 후에, 디퓨저를 따른 평균 압력을 다음과 같이 계산하였다.
Pave = (Pup + Pdown)/2
ΔP/Pave가 1보다 훨씬 작은 경우에, 디퓨저 튜브에서 배출되는 가스 흐름은 층류 흐름 패턴으로서 간주될 수 있다. 이와 달리, ΔP/Pave가 1에 근사하는 경우, 난류 가스 흐름이 통상 지배적이다. 특정 실시예에서, 다공성 튜브는 층류 가스 흐름 패턴을 제공하는 것이 바람직하다.
표 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 관심 N2 유량에서, 0.2 등급의 디퓨저 또는 다공성 튜브의 ΔP/Pave는 가장 작은 값으로서 1보다 훨씬 작다. 이 결과에 기초하여, 0.2 등급의 디퓨저를 선택하였다. 0.2 등급의 디퓨저의 평균 기공 크기는 약 0.2㎛이다. 도 2에서는 관심 N2 유량(예를 들면, 약 6㎥/hr/디퓨저)에서 0.2㎛의 평균 기공 크기를 갖는 다공성 튜브, 즉 0.2 등급의 디퓨저가 최적이었다는 점을 보여주고 있다. 이와 비교하여, 미국 특허 제6,234,380호에서는 웨이브 솔더링에서 N2 불활성화에 이용되는 디퓨저의 바람직한 기공 크기 범위는 0.3㎛ 내지 2㎛, 또는 0.4㎛ 내지 0.6㎛로 교시하고 있는데, 이 범위는 층류를 위한 최적의 기공 크기 범위 밖에 해당된다.
다공성 튜브의 기공률 비교
디퓨저 등급 내경 외경 길이 기공률(시트) 기공률(튜브)
0.2 0.25인치 0.375인치 18인치 ∼17% ∼24.5
0.5 0.25인치 0.375인치 18인치 ∼26% ∼28.7
2.0 0.25인치 0.375인치 18인치 ∼36% ∼36.7
주 : 비교한 다공성 튜브의 스테인리스강은 밀도가 9 g/㎤이었다.
예 2 : 웨이브 솔더링에서 N 2 불활성화에 대한 가열 디퓨저의 효과
이 예에서, 다공성 튜브 중 적어도 하나는 2개의 땜납 웨이브 사이에 배치되고 금속 핀을 구비하며, 이 금속 핀은 용융 땜납 저장조 내에 삽입되어 다공성 튜브 디퓨저의 온도를 땜납의 용융점보다 높게 유지할 수 있도록 되어 있다. 이렇게 가열된 디퓨저는 디퓨저 표면에서 땜납의 튀김/응고에 의하거나 플럭스 증기의 응축에 의한 것과 같은 잠재적 막힘 문제를 피할 수 있다. 이 실험에 이용된 구성의 일례가 도 9에 도시되어 있다.
도 19에서는 땜납 저장조 위에 정지된 보드가 있고 상부 커버(도 5에 도시한 바와 같은 상부 커버)는 없는 경우에 대해 도 18에 나타낸 땜납 저장조 주위의 위치 1 내지 8에서의 O2 농도의 결과를 나타내는 한편, 도 20에서는 상부 커버(도 5에 도시한 바와 같은 상부 커버)를 갖고 있고 환기를 행하고 있는 경우에 대해 반복한 O2 분석을 나타낸다. 시각적 관찰에 기초할 때에, 두 경우 모두에서 다공성 튜브 표면에서 어떠한 땜납 튀김도 응고될 수 없었다. 중앙 디퓨저 표면에 튀겨진 땜납 액적은 그 높은 표면 장력 및 디퓨저 표면에서 비습윤성이라는 그 고유 성질로 인해 자동적으로 아래로 떨어졌다. 게다가, 디퓨저 표면에서의 플럭스 증기 응축의 어떠한 흔적도 없었다. 도 19에서는 디퓨저의 막힘이 제거되었기 때문에 용융 땜납 웨이브 근처에서의 산소 농도가 매우 작은 N2 유량에 대해 아주 낮고 그 성능이 시간이 경과하여도 유지될 수 있음을 보여주고 있다. 마찬가지로, 도 20에서는 환기를 수행하는 경우에도 디퓨저의 막힘이 제거되었기 때문에 용융 땜납 웨이브 근처에서의 산소 농도가 매우 작은 N2 유량에 대해 역시 아주 낮고 그 성능이 시간이 경과하여도 유지될 수 있음을 보여주고 있다. 금속 핀이 존재함으로 인해, 디퓨저 튜브는 용융 땜납에 비교적 근접하게 배치될 수 있고, 이에 따라 땜납 저장조로부터 공기를 보다 효율적으로 퍼징할 수 있게 된다.
예 3 : 중앙 디퓨저 튜브에 비점착성 다공성 슬리브의 적용
이 예에서, 다공성 튜브 중 적어도 하나는 2개의 땜납 웨이브 사이에 배치되고 금속 핀을 구비하며, 이 금속 핀은 용융 땜납 저장조 내에 삽입되어 다공성 튜브 디퓨저의 온도를 땜납의 용융점보다 높게 유지할 수 있도록 되어 있다. 이렇게 가열된 디퓨저는 디퓨저 표면에서 땜납의 튀김/응고에 의하거나 플럭스 증기의 응축에 의한 것과 같은 잠재적 막힘 문제를 피할 수 있다. 이 실험에 이용된 구성의 일례가 도 9에 도시되어 있다.
중앙 디퓨저 튜브는 ePTFE(팽창 가능 폴리테트라플루오로에틸렌)로 이루어진 슬리브로 덮였다. ePTFE는 Phillips Scientific Inc.에서 TB3000이라는 품번으로 제조된 것으로서 백색 관형으로 형성되었다. 이 다공성 튜브는 튜브의 길이를 따라서만 팽창 가능하지, 직경 방향으로는 팽창할 수 없다. 그 재료는 315℃에서 견elf 수 있고 약 2 내지 10 미크론의 평균 기공 크기를 갖는다. 튜브의 벽두께는 0.001 인치 내지 0.002 인치 범위일 수 있다.
다공성 디퓨저 튜브 상의 ePTFE 슬리브를 260℃의 용융 땜납 용기 내에 침지시켰다. 그 슬리브는 시각적 변화는 나타내지 않았다.
12인치 길이의 디퓨저 상의 ePTFE 슬리브는 85 psig의 N2 공급원에 연결되었다. 표면에 슬리브를 갖는 디퓨저로부터 4N㎥/hr의 N2 유량을 제공하는 데에 문제가 없었다.
ePTFE 슬리브를 갖는 디퓨저[12인치 길이 및 3/8인치 외경(O.D.)]를 본 명세서에서 개시하는 장치에서 중앙 디퓨저로서 설치하였는데, 이 중앙 디퓨저에는 4N㎥/hr의 N2 유량이 제공된다. 그 장치를 이어서 260℃의 용융 땜납 용기에 장착하고, 중앙 디퓨저의 열 핀과 접촉하는 2개의 땜납 웨이브를 진행시켰다. 중앙 디퓨저의 ePTFE 표면에 액상 플럭스를 연속적으로 분무하였다. 시각적 검사를 통해, ePTFE는 중앙 디퓨저의 ePTFE 슬리브 상에 분무된 액상 플럭스 및 용융 땜납에 대해 점착성이 전혀 없어 땜납 용기 내로 쉽게 떨어질 수 있는 것으로 확인되었다.
10 : 다공성 튜브
15 : 다공성 튜브의 내부 용적
20 : 다공성 튜브의 천공부
30 : 장치
33 : 전방벽
37 : 후방벽
35 : 장치의 상부면
43, 47 : 측벽
45 : 홈
50 : 챔버
55 : 다공성 튜브
57 : 금속 핀
60 : 배관
70 : 솔더링 기계
75 : 땜납 저장조
80 : 땜납
85 : 노즐
90 : 커버
97 : 통기구

Claims (27)

  1. 공작물의 납땜 중에 불활성화 가스를 제공하는 장치로서,
    용융 땜납을 수용한 땜납 저장조의 적어도 하나의 에지의 위에 배치하도록 상기 장치의 저부면에 마련된 적어도 하나의 홈으로서, 이 홈의 적어도 하나의 측벽과 상기 장치의 적어도 하나의 벽이 땜납 저장조 외측에 챔버를 획정하는 것인 적어도 하나의 홈;
    상기 땜납 저장조로부터 방출된 적어도 하나의 땜납 웨이브(solder wave)가 통과하여, 상기 공작물과 접촉하게 되도록 상기 장치의 상부면에 마련된 적어도 하나의 개구; 및
    불활성화 가스 공급원과 유체 연통하는 하나 이상의 개구를 구비한 복수의 튜브
    를 포함하고, 상기 튜브들 중 적어도 하나는 상기 챔버 내에 위치하며,
    상기 장치는 땜납 저장조 위에 그리고 납땜될 공작물 아래에 배치되어, 분위기를 형성하며, 납땜될 공작물과 적어도 하나의 땜납 웨이브의 최고점 사이에는 실질적으로 간극이 없는 것인 불활성화 가스 제공 장치.
  2. 제1항에 있어서, 열전도성 돌출부를 더 포함하며, 이 돌출부의 적어도 일부는 용융 땜납과 적어도 하나의 튜브와 접촉하는 것인 불활성화 가스 제공 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 열전도성 돌출부는 금속 핀(fin)을 포함하는 것인 불활성화 가스 제공 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 튜브는 상기 적어도 하나의 땜납 웨이브에 근접하게 배치되는 것인 불활성화 가스 제공 장치.
  5. 제1항에 있어서, 이동 트랙 위에 배치되는 커버를 더 포함하며, 이를 통과해 공작물이 지나가며, 상기 커버는 환기 시스템과 연통하는 통기구를 더 포함하는 것인 불활성화 가스 제공 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 커버는 내부 용적을 획정하는 복수의 시트를 포함하며, 이 내부 용적은 땜납 노(soldering furnace)의 환기 배기부와 유체 연통하는 것인 불활성화 가스 제공 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 커버는 불활성화 가스 공급원과 유체 연통하는 입구를 더 포함하는 것인 불활성화 가스 제공 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 튜브의 개구는 기공이고, 이 다공성 튜브의 평균 기공 크기는 0.2㎛ 이하인 것인 불활성화 가스 제공 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 장치는 복수의 홈을 포함하며, 이들 홈은 다공성 튜브들이 위치하는 복수의 챔버를 획정하는 것인 불활성화 가스 제공 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 땜납 저장조는 복수의 땜납 웨이브를 생성하며, 적어도 하나의 튜브는 땜납 웨이브들 사이에 위치하는 것인 불활성화 가스 제공 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 불활성화 가스는 질소를 포함하는 것인 불활성화 가스 제공 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 불활성화 가스는 5중량% 이하의 수소를 더 포함하는 것인 불활성화 가스 제공 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 불활성화 가스는, 질소, 수소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 및 이들의 조합으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 가스를 포함하는 것인 불활성화 가스 제공 장치.
  14. 공작물의 납땜 중에 불활성화 가스 분위기를 제공하는 방법으로서,
    용융 땜납을 수용한 땜납 저장조, 적어도 하나의 노즐, 및 적어도 하나의 펌프를 포함하여 용융 땜납 배스로부터 노즐을 통해 위쪽으로 적어도 하나의 땜납 웨이브를 생성하는 웨이브 솔더링 기계를 제공하는 단계;
    상기 땜납 저장조의 적어도 하나의 에지 위에 장치를 배치하는 단계로서, 상기 장치는, 상부면에 적어도 하나의 개구, 상기 땜납 저장조의 적어도 하나의 에지 위에 놓이는 적어도 하나의 홈, 및 불활성화 가스 공급원과 유체 연통하는 하나 이상의 개구를 구비한 복수의 튜브를 포함하며, 납땜될 공작물과 용융 땜납의 상부면 사이에 분위기를 형성하며, 납땜될 공작물과 적어도 하나의 땜납 웨이브의 최고점 사이에는 실질적으로 간극이 없는 것인, 장치를 배치하는 단계;
    공작물의 적어도 일부분이 상기 장치의 개구를 통해 방출되는 적어도 하나의 땜납 웨이브와 접촉하도록 공작물을 경로를 따라 이동시키는 단계; 및
    상기 튜브를 통해 불활성화 가스를 상기 분위기 내로 도입하는 단계
    를 포함하고, 상기 튜브들 중 적어도 하나의 튜브가 용융 땜납 내로 삽입된 열전도성 돌출부의 일부분과 접촉하여, 이 적어도 하나의 튜브가 용융 땜납의 용융점보다 높은 온도로 가열되는 것인 불활성화 가스 분위기 제공 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 열전도성 돌출부는 금속 핀을 포함하는 것인 불활성화 가스 분위기 제공 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 튜브는 상기 적어도 하나의 땜납 웨이브에 근접하게 배치되는 것인 불활성화 가스 분위기 제공 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 공작물이 통과해 지나가는 커버를 더 포함하며, 이 커버는 환기 시스템과 연통하는 통기구를 더 포함하는 것인 불활성화 가스 분위기 제공 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 커버는 내부 용적을 획정하는 복수의 시트를 포함하며, 이 내부 용적은 땜납 노의 환기 배기부와 유체 연통하는 것인 불활성화 가스 분위기 제공 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 커버는 불활성화 가스 공급원과 유체 연통하는 입구를 더 포함하는 것인 불활성화 가스 분위기 제공 방법.
  20. 제14항에 있어서, 상기 튜브의 개구는 기공을 포함하고, 이 다공성 튜브의 평균 기공 크기는 0.2㎛ 이하인 것인 불활성화 가스 분위기 제공 방법.
  21. 제14항에 있어서, 상기 장치는 복수의 홈을 포함하며, 이들 홈은 다공성 튜브들이 위치하는 복수의 챔버를 획정하는 것인 불활성화 가스 분위기 제공 방법.
  22. 제14항에 있어서, 상기 땜납 저장조는 복수의 땜납 웨이브를 생성하며, 적어도 하나의 튜브는 땜납 웨이브들 사이에 위치하는 것인 불활성화 가스 분위기 제공 방법.
  23. 제14항에 있어서, 상기 불활성화 가스는 질소를 포함하는 것인 불활성화 가스 분위기 제공 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 불활성화 가스는 5중량% 이하의 수소를 더 포함하는 것인 불활성화 가스 분위기 제공 방법.
  25. 제14항에 있어서, 상기 불활성화 가스는, 질소, 수소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 및 이들의 조합으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 가스를 포함하는 것인 불활성화 가스 분위기 제공 방법.
  26. 공작물의 납땜 중에 불활성화 가스를 제공하는 장치로서,
    땜납 저장조로부터 방출된 적어도 하나의 땜납 웨이브가 통과하여, 상기 공작물과 접촉하게 되도록 상기 장치의 상부면에 마련된 적어도 하나의 개구;
    불활성화 가스 공급원과 유체 연통하는 하나 이상의 개구를 포함하고, 적어도 하나는 챔버 내에 위치하는 복수의 다공성 튜브; 및
    적어도 일부분이 용융 땜납 및 적어도 하나의 튜브와 접촉하는 열전도성 돌출부
    를 포함하며, 상기 장치는 땜납 저장조 위에 그리고 납땜될 공작물 아래에 배치되어 분위기를 형성하며, 납땜될 공작물과 적어도 하나의 땜납 웨이브의 최고점 사이에는 실질적으로 간극이 없는 것인 불활성화 가스 제공 장치.
  27. 제26항에 있어서, 상기 다공성 튜브 중 하나의 적어도 일부분은 비점착성 재료를 포함하는 것인 불활성화 가스 제공 장치.
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