KR20150018504A - 웨이브 솔더링 기기의 구성 요소 세정 장치 및 방법 - Google Patents

웨이브 솔더링 기기의 구성 요소 세정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

웨이브 솔더링 동안 솔더 및/또는 플럭스에 노출되는 웨이브 솔더링 기기의 구성 요소들을 세정하는 장치는, 처리 챔버(102), 처리 챔버(102)에서 세정될 하나 이상의 구성 요소를 고정하기 위한 고정 수단(106)들, 처리 챔버(102)의 내부를 가열하기 위한 가열 장치(110), 처리 챔버(102) 내부로 불활성 가스를 송풍하기 위한 수단들 및 처리 챔버(102) 내의 가열 장치(110)에 의해 발생되는 열을 이송시키기 위한 이송 수단(112)들을 포함한다.

Description

웨이브 솔더링 기기의 구성 요소 세정 장치 및 방법 {DEVICE AND METHOD FOR CLEANING COMPONENTS OF A WAVE SOLDERING APPARATUS}
본 발명은 웨이브 솔더링 기기의 구성 요소들을 세정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
웨이브 솔더링(wave soldering) 공정들에 있어서, 솔더링 처리를 겪을 예정인 가공물(work piece), 예를 들어 인쇄 회로판(printed circuit board)은 솔더 저장소(resevoir)에 의해 생성된 솔더의 하나 이상의 웨이브 위로 지나가게 된다. 유리하게, 불활성 가스 분위기는 솔더 저장소(solder resevoir) 위에서 생성되며, 이에 의해 산소는 대부분 제외된다. 가공물의 적어도 일부분은 솔더의 웨이브와 접촉되도록 보내어진다. 솔더로서, 통상적으로 주석 합금들이 사용된다.
이러한 솔더링 장치들은 예를 들어 DE 195 41 445 A1 또는 DE 29 823 860 U1로부터 공지된다.
DE 29 823 860 U1에서 공개된 것과 같은 장치는 질소를 공급하기 위한 특정한 공극 크기를 갖춘 다공성 튜브(porous tube)들로서 제공되는 디퓨져(diffuser)들을 사용한다.
US 2008/0067219 A1으로부터, 웨이브의 전체 영역에 걸쳐 낮은 가스 흐름을 이용하여 불활성 가스를 고르게 분포시키는 가스 디퓨져(diffuser)를 사용하는 것이 공지된다.
질소와 같은 불활성 가스의 사용은 솔더의 산화(oxidation)를 방지하는 역할을 한다. 웨이브 솔더링에 있어서, 산화는 웨이브 솔더링 공정들에서 사용되는 웨이브 교반(wave agitation)에 의해 더 증가된다. 산화는 상당한 양의 불순물을 발생시킬 뿐만 아니라, 또한 솔더 조인트 품질 및 신뢰도에 부정적인 영향을 끼친다. 질소와 같은, 불활성 가스들을 사용하는 것은 이러한 부정적인 영향들을 근본적으로 피한다.
불활성 가스들의 사용과 연결되는 가장 큰 문제점들 중 하나는 디퓨져들이 오염과 봉쇄를 겪게 된다는 점이다. 이것은 특히 다공성 튜브를 디퓨져로서 사용할 때의 경우이다. 이러한 문제에 대한 이유는 주로, 인쇄 회로판이 솔더 웨이브로 이송되기 전에, 로진(rosin) 및 유기 용매(organic solvent)로 구성된 플럭스(flux)가 분사된다는 사실에 있다. 따라서 플럭스는 휘발성이고 디퓨져의 표면 상에서 응결될 것이다. 또한 디퓨져가 용융된 솔더(molten solder)의 표면에 인접한 경우 일 때, 디퓨져는 또한 솔더에 의해 쉽게 오염된다. 이러한 방식으로 오염되고 부분적으로 봉쇄된(blocked) 디퓨져는 불균형한 가스 분배로 이어질 수 있다. 따라서, 정기적인 세정 및 유지 과정들이 필요하다. 그러나, 현재의 세정 과정들은 성가실 뿐만 아니라 시간과 비용 소모가 크다. 또한, 추가적인 장비와 습윤화된(wet) 화합물들이 통상적으로 사용되어, 추가된 비용들로 이어진다.
따라서 본 발명의 목적은 디퓨져들을 세정하기 위한 더 효율적이고 더 적은 시간과 비용 집약적인(cost intensive) 방법 및 또한 웨이브 솔더링 기기에 사용되는 다른 구성 요소들을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 제 1 청구항의 특징을 갖춘 장치 및 제 6 청구항의 특징을 갖춘 방법에 의해 달성된다.
본 발명으로, 웨이브 솔더링하는 동안 솔더 및/또는 플럭스에 노출되었던 웨이브 솔더링 기기의 구성요소들을 세정하기 위한 매우 효율적인 장치 및 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 장치 및 방법은 사용하기 쉽고 낮은 비용으로 유지되거나 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항들의 요지이다.
바람직한 실시예들에 따라, 처리 챔버 내에서 세정되는 구성 요소들을 고정하기 위한 고정 수단(holding mean)들은 디퓨져에 대한 고정 수단들로서 제공되며, 여기서 불활성 기체, 특히 질소는 고정 수단들을 통해 처리 챔버 내부로 그리고 디퓨져 내부로 및/또는 디퓨져를 통해 송풍될 수 있다. 이에 의해 처리 챔버의 주변 영역에 대해 양압(positive pressure)은 디퓨져 내에서 유지될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법의 실행 동안 디퓨져로부터 분리된 솔더 및/또는 플럭스가 디퓨져(의 송풍)로부터 효과적으로 제거될 수 있다.
바람직한 실시예에 따라, 처리 챔버를 가열하기 위한 가열 수단들은 가열 판으로 제공되고/제공되거나 이송 수단들은 대류 팬으로 제공된다. 이러한 수단들은 매우 신뢰할 수 있고, 비용 효과가 큰 방식으로 유지될 수 있다. 특히 가열 판은 적어도 부분적으로 투과할 수 있음으로써, 가열 판에 의해 발생되는 열(예를 들어 뜨거운 가스)은 세정될 구성 요소쪽으로 예를 들어 대류 팬에 의해 쉽게 이송될 수 있다.
편리하게, 배출구가 처리 챔버에 제공되며, 챔버 내부로 송풍되는 불활성 가스 및/또는 세정될 구성 요소, 특히 디퓨져로부터 제거되는 솔더/플럭스가 배출구를 통해 처리 챔버로부터 제거될 수 있다.
본 발명 장치의 바람직한 실시예에 따라, 이송 수단들, 가열 장치 및 고정 수단들은 가열 수단들에 의해 발생되는 열이 고정 수단들에 의해 고정되는, 세정될 구성 요소, 특히 디퓨져 쪽으로 이송되는, 방식으로 배열된다. 이러한 배열은 솔더 및/또는 플럭스에 노출되는 구성 요소들을 세정하기 위한 매우 효율적인 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 방법의 바람직한 실시예에 따라, 처리 챔버에서 발생되는 온도는 처음에는, 처리 챔버에 위치되는 구성 요소의 소결 온도보다 실질적으로 더 낮은 선결정된 온도, 특히 약 400 내지 600℃의 온도로 상승하고, 그 이후에 선결정된 시간동안 선결정된 온도로 유지되고, 그 이후에 처리 챔버에 위치되는 구성 요소가 제거될 수 있는 온도, 바람직하게는 구성 요소가 처리 챔버로부터 수동으로 제거될 수 있는 온도, 예를 들어 실온으로 감소한다.
바람직하게, 선결정된 온도는 약 3 내지 10 분, 바람직하게는 4 내지 6 분, 더욱 바람직하게는 5 분동안 유지된다.
본 발명의 추가적인 이점들 및 실시예들은 설명 및 첨부된 도면들로부터 자명해 질 것이다.
본 발명의 범주로부터 벗어남 없이, 이전에 언급된 특징들 및 다음에 추가적으로 설명될 특징들은 각각 나타낸 조합들로만 사용가능할 뿐만 아니라, 추가적인 조합들 또는 홀로 사용가능함에 유의해야 된다.
본 발명은 첨부된 도면들을 참조로 하여 이후에 자세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 수행 동안 발생되는 질소 흐름과 온도를 나타내는 도표를 도시한다.
도 1에 있어서, 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예는 일반적으로 도면 부호 100으로 지칭된다.
장치(100)는 처리 챔버(102)를 포함한다. 상기 처리 챔버는 고정 수단들을 구성하는 튜브 커넥터(106)가 내부에 삽입되는 하나 이상의 개구(opening)(104)를 포함한다. 구성 요소(106)는 튜브 커넥터로 지칭되는데, 이는 본 발명의 도해되는 실시예에 따라, 구성 요소가 다공성 튜브로써 통상적으로 제공되는 디퓨져를 고정하는 역할을 하기 때문이다. 세정될 구성 요소들은 명시적으로 도시되지 않으며, 그 문을 통해 처리 챔버 내부에 삽입되거나 처리 챔버 내부로부터 제거될 수 있다. 다음에 더 설명될 것과 같이, 질소 또는 또 다른 적당한 불활성 가스가 튜브 커넥터(106)를 통해 처리 챔버(102) 내부로 송풍될 수 있다.
처리 챔버 내에는 가열 수단들을 구성하는 하나 이상의 가열 판(heating board)(110)이 제공된다.
게다가, 처리 챔버(102)에는 처리 챔버(102) 내에 열을 이송하기 위한 이송 수단들로서 역할을 하는 하나 이상의 대류 팬(112)이 제공된다.
가열 판(110) 및 대류 팬(112)은 가열 판에 의해 발생되는 열이 튜브 커넥터(106) 및 튜브 커넥터에 의해 고정되는 요소, 예를 들어 튜브-모양의 디퓨져(120) 쪽으로 이송될 수 있는 방식으로 배열된다.
디퓨져는 약 1300℃의 소결(sintering) 온도를 갖는 금속 또는 금속 합금 분말들, 예를 들어 스테인리스강(stainless steel)으로 이루어진 다공성 튜브로서 통상적으로 제공될 것이다.
간결성의 이유로, 하나의 디퓨져(120)을 고정하는 오직 하나의 튜브 커넥터(106)가 도 1에 도시된다. 명백하게 처리 챔버 내에서 세정되는 다수의 디퓨져들 또는 다른 요소들을 고정하는 튜브 고정 장치를 제조하는 것이 가능하다.
도 1로부터 바로 후속하여서, 질소는 튜브 커넥터(106)를 통해 (화살표(108)로 나타낸 방향으로) 송풍되는 질소는 디퓨져(120)을 통해 또한 송풍될 것이며 그에 의해 처리 챔버의 주변 파트들에 대한 양압이 디퓨져(120) 내에서 유지될 수 있다.
처리 챔버(102) 내부로 송풍되는 질소를 배출할 수 있게 하기 위해, 처리 챔버에는 배출구(exhaust port)(114)가 제공된다.
언급한대로, 가열 판(110)에 의해 발생되는 열은 대류 팬(112)에 의해 디퓨져(120) 쪽으로 이송된다. 다음에 설명되는 것처럼, 디퓨져(120)를 통해 흐르는 질소와 조합된 이러한 열은 디퓨져(120)의 효과적인 세정을 제공한다.
세정될 디퓨져가 처리 챔버(102) 내부로 삽입될 때, 처리 챔버 내의 온도는 통상적으로 상온(room temperature)이다. 제 1 기간(202)동안, 도 2에서 도시되는 것처럼 처리 챔버(102) 내의 온도는 통상적으로 대략 400 내지 600℃ 범위 내인 바람직한 선결정된 온도로 증가된다. 이러한 온도는 통상적으로 약 1,300℃ 근처에 있는, 세정될 디퓨져(다공성 튜브)의 소결 온도보다 실질적으로 더 낮게 선택된다. 이러한 바람직한 온도는 제 2 기간(204)에 걸쳐서 유지되고, 그 이후에 제 3 기간(206)에서 통상적으로 상온으로 다시 감소된다.
일부 경우들에 있어서 튜브 표면상에 금속 산화 오염물의 약간의 발생이 존재할 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 수소를 이용한 전-처리가 상기 기간(202) 후 및 상기 기간(204) 전에 환원을 위해 적용될 수 있다.
제 2 기간(204) 동안, 계단 함수(208)에 의해 나타내는 것처럼, 질소는 튜브 커넥터(106) 및 디퓨져를 통해 송풍된다.
통상적으로, 제 2 기간(204)는 약 5 분의 지속 기간을 가진다. 상기 바람직한 (선결정된) 온도들에서, 디퓨져(120)를 오염시키는 플럭스 뿐만 아니라 솔더 파티클(particle)들은 디퓨져를 드롭-오프(drop-off)시킬 것인데, 이는 솔더(주석 합금)와 디퓨져(스테인리스 강) 사이에 습윤화(wetting)가 발생하지 않기 때문이다. 또한 플럭스는 이러한 온도들에서 분해된다. 이러한 기간 동안 충분히 큰 질소 흐름을 제공하는 것에 의해, 두 오염물들(솔더 및 플럭스)이 디퓨져에서 효과적으로 송출되고, 배출구를 통해 질소와 함께 배출될 수 있다.
제 3 기간(206) 동안, 처리 챔버(102) 및 그 내부에 위치되는 디퓨져(120)의 온도는 통상적으로 상온으로 돌아가게 됨으로써, 디퓨져는 처리 챔버(102)로부터 수동으로 제거될 수 있다.
필요하거나 바람직하다면, 추가적인 세척 및 건조 단계들이 수행될 수 있다.
설명된 것과 같은 방법에 대한 자동화 기능을 제공하기 위해서, 처리 챔버에는 열 검출 및 제어 시스템이 제공될 수 있다.

Claims (8)

  1. 웨이브 솔더링 동안 솔더 및/또는 플럭스에 노출된 웨이브 솔더링 기기의 구성 요소 세정 장치에 있어서,
    처리 챔버(102),
    처리 챔버(102)에서 세정될 하나 이상의 구성 요소를 고정하기 위한 고정 수단(106)들,
    처리 챔버(102)의 내부를 가열하기 위한 가열 장치(110),
    처리 챔버(102) 내부로 불활성 가스를 송풍하기 위한 수단들, 및
    처리 챔버(102) 내의 가열 장치(110)에 의해 발생되는 열을 이송시키기 위한 이송 수단(112)들을 포함하는,
    웨이브 솔더링 기기의 구성 요소 세정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    고정 수단들은 디퓨져(120)용 고정 수단들을 구성하고, 불활성 가스, 특히 질소는 고정 수단(106)들을 통해 처리 챔버(102) 내부로 그리고 디퓨져(120) 내부로 송풍될 수 있는,
    웨이브 솔더링 기기의 구성 요소 세정 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    가열 수단들은 가열 판으로 제공되고/제공되거나 이송 수단(112)들은 대류 팬으로 제공되는,
    웨이브 솔더링 기기의 구성 요소 세정 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    배출구(114)가 처리 챔버(102)에 제공되는,
    웨이브 솔더링 기기의 구성 요소 세정 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    이송 장치(112)들, 가열 장치(110) 및 고정 수단(106)들은 가열 수단(110)에 의해 발생되는 열이 고정 수단(106)에 의해 고정되는, 세정될 구성 요소, 특히 디퓨져(120) 쪽으로 이송되는 방식으로 배열되는,
    웨이브 솔더링 기기의 구성 요소 세정 장치.
  6. 웨이브 솔더링 동안 솔더 및/또는 플럭스에 노출되는 웨이브 솔더링 기기의 구성 요소 세정 방법에 있어서,
    - 세정될 하나 이상의 구성 요소(120)를 처리 챔버(102) 내에 위치시키는 단계,
    - 시간의 함수로서 바람직한 온도들로 처리 챔버(102)를 적어도 부분적으로 가열하는 단계,
    - 처리 챔버(102) 내부로 그리고 처리 챔버(102) 내에 위치되는 구성 요소(120)에 또는 구성 요소(120)를 통해 불활성 가스를 송풍시키는 단계, 및
    - 처리 챔버(102)에서 발생되는 열을 처리 챔버(102)에 위치되는 구성 요소(120) 쪽으로 이송시키는 단계를 포함하는,
    웨이브 솔더링 기기의 구성 요소 세정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    처리 챔버에서 발생되는 온도는 처음에는 처리 챔버 내에 위치되는 구성 요소(120)의 소결 온도보다 실질적으로 더 낮은 선결정된 온도, 특히 약 400 내지 600℃의 온도로 상승하고, 그 이후에 선결정된 시간동안 선결정된 온도로 유지되고, 그 이후에 처리 챔버 내에 위치되는 구성 요소가 제거될 수 있는 온도로 감소하는,
    웨이브 솔더링 기기의 구성 요소 세정 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    선결정되는 온도는 약 3 내지 10 분, 바람직하게는 4 내지 6 분, 더욱 바람직하게는 5 분 동안 유지되는,
    웨이브 솔더링 기기의 구성 요소 세정 방법.

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