KR20180070153A - 가상 온도 모니터링을 이용한 리플로우 오븐 및 그 인테그레이션 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

가상 온도 모니터링을 이용한 리플로우 오븐의 인테그레이션 방법이 개시된다.

Description

가상 온도 모니터링을 이용한 리플로우 오븐 및 그 인테그레이션 방법 및 장치{omitted}

본 발명은 가상 온도 모니터링을 이용한 리플로우 오븐 및 그 인테그레이션 방법 및 장치 에 관한 것이다.

최근 전자제품의 소형화 추세는 부품의 고밀도화, 소형화, 다양화를 유도하고 있으며, 이로 인한 피시비(PCB)의 조립생산에 표면실장기술의 도입이 가속화되고 있다. 이러한 표면실장기술의 생산라인 중 하나인 리플로우 오븐은 표면실장부품을 장착한 피시비 상의 솔더 크림(SOLDER CREAM)을 열 및 기타방법으로 용융시키는 장치로서 내부의 온도조건이 매우 중요하다. 그 온도 조건을 만족하게 하기 위해서는 피시비 상의 온도 프로파일을 생성하여 솔더링이 잘 되도록 유지시켜 주어야 하는 것이다.

이와 같은 일반적인 리플로우 오븐이 도 1에 도시되어 있는 바, 이를 간단히설명하면 다음과 같다. 도1은 종래 리플로우 오븐의 구조를 개략적으로 보인 사시도로서, 도시된 바와 같이, 종래 리플로우 오븐은 본체(1)의 내측에 존 #1∼존 #8까지 가열부(2)가 형성되어 있고, 그 가열부(2)의 내측을 통과하도록 레일(3) 또는 컨베이 어가 설치되어 있으며, 그 레일(3)을 따라 써머커플(THERMO COUPLE)(4)이 연결된 피시비와 같은 대상 제품(5)이 이동할 수 있도록 되어 있다.

상기와 같이 구성되어 있는 종래 리플로우 오븐은 써머커플(4)의 일단부를 측정하고자 하는 대상 제품(5)의 패턴의 상면에 내열테이프로 부착고정한 다음, 입구부의 레일(3) 상부에 위치시킨다. 그런 다음, 레일(3)을 따라 가열부(2)의 각 구간을 이동하는 대상 제품(5)의 온도변화를 써머커플(4)을 통하여 데이터로 받아 시간에 따른 온도 프로파일로 생성하여 모니터(MONITOR)를 통하여 디스플레이(DISPLAY)한다.

리플로우 오븐은 장시간 작업이 중단되어 작업을 재개하는 경우, 작업중 롯드(Lot)를 변경시키는 경우, 제 품의 변경시키는 경우, 프로파일의 파라미터를 변경시키는 경우에 온도 프로파일을 셋팅시켜야 하는데, 종래의 리플로우 오븐의 경우 그 때마다 제품의 생산에 적합한 온도 프로파일을 얻을 때까지 대상 제품에 써머커플을 부착시켜 리플로우 오븐에 투입하여 반복과 수정을 거쳐 셋팅된다.

상기와 같이 반복과 수정을 거쳐 리플로우 오븐을 셋팅하는 과정은 작업자의 경험에 의존하여 매우 어려울 뿐만 아니라 시간이 매우 많이 소요된다

뿐만 아니라 종래의 리플로우 오븐의 경우에는 셋팅 후 실제 작업중에 온도 프로파일의 변화가 발생되더라도 이를 확인할 수 없을 뿐만 아니라 대상 제품이 리플로우 오븐에 투입되어 리플로우 공정을 거친 후 확인하기 전까 지는 리플로우 오븐의 이상을 알 수 없는 단점을 갖는다.

공개특허 10-2009-0105005

본 발명의 기술적 과제는 리플로우 오븐의 내부에 설치된 고정온도센서로부터 측정된 온도로부터 가상 온도 프로파일을 생성하고, 그 생성된 가상 온도 프로파일을 제품의 처리에 요구되는 베이스 온도 프로파일과 비교하여 리플로우 오븐의 온도를 조절하여 리플로우 오븐의 온도 프로파일을 셋팅하도록 시스템 내에 인테그레이션 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 리플로우 오븐의 내부에 고정온도센서를 설치하고, 그 고정온도센서로부터 측정된 온도에 따라 가상 온도 프로파일을 얻어 제품의 처리에 요구되는 베이스 온도 프로파일과 비교한다.

본 발명에 따르면 리플로우 오븐의 온도 조건을 모니터링 할 수 있을 뿐만 아니라 리플로우 오븐의 셋팅을 고정온도센서로부터 얻어진 가상 온도 프로파일이 제품 처리에 요구되는 베이스 온도 프로파일에 일치시키는 과정으로 수행함으로써 간단하게 리플로 우 오븐을 세팅할 수 있는 장점을 갖는다.

도1은 종래 리플로우 오븐의 구조를 개략적으로 보인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 온도 프로파일을 이용한 리플로우 오븐의 제어방법에 적용되는 리플 로우 시스템을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 의한 표면실장 시스템의 리플로우 오븐의 가상 온도 프로파일 모니터링 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 의한 리플로우 오븐의 가상 온도프로파일 모니터링 방법의 프로파일러 투입모드의 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한 도면에서 본 발명을 명확하게 개시하기 위해서 본 발명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 동일하거나 유사한 부호들은 동일하거나 유사한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

이제부터, 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 가상 온도 프로파일을 이용한 리플로우 오븐의 제어 방법을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 온도 프로파일을 이용한 리플로우 오븐의 제어방법에 적용되는 리플 로우 시스템을 도시한 구성도이다.

도면을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 가상 온도 프로파일을 이용한 리플로우 오븐의 제어 방법에 적용 되는 리플로우 시스템은 리플로우 오븐(10), 고정온도센서(20), 온도데이터수집기(30), 메인 컴퓨터(40), 경보 컨트롤러(50) 및 경보기(60)을 포함하여 구성된다.

상기 리플로우 오븐(10)은 오븐은 본체 내측에 존(Zone)으루 나누어진 가열부가 구비되어 있고, 그 가열부의 내 측을 통과하도록 컨베이어가 설치되어 있으며, 그 컨베이어를 따라 피시비와 같은 대상 제품이 이동할 수 있도 록 되어 있다.

상기 고정온도센서(20)는 상기 리플로우 오븐(10)의 내부의 온도를 측정하도록 오븐(10)의 내부에 설치된다. 상기 고정온도센서(20)는 투입되어 처리되는 대상 제품 주위의 온도와 가까운 온도를 측정할 수 있도록 가능한 컨베이어와 근접되게 설치되며, 도면에는 컨베이어의 양측에 고정온도센서(20)이 배열된 예가 도시되어 있다. 상기 고정온도센서(20)는 리플로우 오븐(10)의 각 존(Zone) 마다에 적절한 갯수로 설치되는 것이 바람직하다.

상기 온도데이터수집기(30)는 상기 고정온도센서(20)로부터 측정된 온도데이터를 수집하여 상기 메인 컴퓨터 (40)으로 전송 처리한다.

상기 메인 컴퓨터(40)는 온도데이터수집기(30)로부터 전송된 온도데이터로부터 가상 온도 프로파일(VP Line)을 생성하고, 생성된 가상 온도 프로파일(VP Line)을 대상 제품마다에 요구되는 베이스 온도 프로파일(BP Line)과 비교하여 적합성 여부 등을 판단하고 이상 여부를 상기 경보컨트롤러(50)으로 전송하기 위한 것이다.

상기 리플로우 오븐(10)에 의해 처리되는 대상 제품 각각은 각각에 요구되는 온도 프로파일 조건을 만족한 상태에서 리플로우 오븐(10)을 통과되어야 품질이 확보되는데, 상기와 같이 대상 제품 각각에 요구되는 온도 프로파 일을 베이스 온도 프로파일(BP Line)이라 한다. 상기 리플로우 오븐(10)은 초기 셋팅시 리플로우 오븐(10)의 온도 프로파일이 베이스 온도 프로파일(BP Line)과 일치되도록 조절되어 셋팅된다. 또한, 상기 초기에 셋팅된 리플로우 오븐(10)의 온도 프로파일은 생산 중에도 일정하게 유지되어야 한다.

본 발명은 상기 고정온도센서(20)로부터 측정된 온도 데이터(T/C Line)를 이용하여 가상 온도 프로파일(VP Line)를 생성하고 그 가상 온도 프로파일(VP Line)을 상기 베이스 온도 프로파일(BP Line)과 비교하여 리플로우 오븐(10)의 초기 셋팅 작업을 수행한다.

또한, 본 발명은 대상 제품의 생산 중에도 실시간으로 측정된 온도 데이터(T/C Line)를 이용하여 가상 온도 프 로파일(VP Line)를 생성하고 그 가상 온도 프로파일(VP Line)을 상기 베이스 온도 프로파일(BP Line)과 비교하여 실시간으로 리플로우 오븐(10) 내부의 온도 프로파일이 적합한 지를 모니터링할 수 있게 된다.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 가상 온도 프로파일을 이용한 리플로우 오븐의 제어 방법은 리플로우 오븐(10)의 내부에 설치된 고정온도센서(20)로부터 측정된 온도 데이터(T/C Line)로부터 가상 온도 프로파일(VP Line)을 생성하고, 그 생성된 가상 온도 프로파일(VP Line)을 제품의 처리에 요구되는 베이스 온도 프로파일(BP Line)과 비교하여 리플로우 오븐(10)의 온도를 조절하여 리플로우 오븐(10)의 온도 프로파일을 셋팅하는 것을 특징으로 한다. 도 4는 상기와 같이 리플로우 오븐의 조건을 초기 셋팅하는 과정에서 생성된 가상 온도 프로파일(VP Line)을 도시한 도면이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 온도 프로파일을 이용한 리플로우 오븐의 제어방법은, 초기의 온도 프로파일이 셋팅되어 제품이 투입된 리플로우 오븐(10)의 내부의 온도를 특정 싯점에 고정온도센서(20)로 측정하고, 측정된 싯점의 온도 데이터(T/C Line)로부터 그 싯점의 가상 온도 프로파일(VP Line)을 생성하고, 그 가상 온도 프로파일(VP Line)을 베이스 온도 프로파일(BP Line)과 비교하여 그 차이가 미리 설정된 범위를 벗어나는 경우 이상 신호를 발생시키는 것을 특징으로 한다.

도 3은 본 발명에 의한 표면실장 시스템의 리플로우 오븐의 가상 온도 프로파일 모니터링 시스템의 구성도이다.

이에 도시된 바와 같이, 프로파일러(10)를 이용하여 시편(4)의 온도프로파일을 생성하여 허용된 공정조건에 부합되는지를 모니터링하는 표면실장 시스템의 리플로우 오븐 온도 프로파일 모니터링 시스템에 있어서,

리플로우 오븐(3)내에서 제품을 이송하기 위한 컨베이어(2)의 주변의 주위에 설치되는 복수의 온도센서(101)와;[0035] 상기 복수의 온도센서(101)로부터 온도를 측정하여 컨베이어 온도 프로파일을 생성하고, 상기 프로파일러(10)에 의해 검출된 시편 온도프로파일과 비교 분석하여 허용된 공정조건에 맞는 가상 온도프로파일을 생성하여 저장해두고, 제품 생산 공정에서 상기 컨베이어를 통해 제품을 이송시킬때 상기 복수의 온도센서(101)로부터 온도를 검출하여 컨베이어 온도프로파일을 생성하여 상기 가상 온도프로파일과의 비교분석에 의해 공정조건이 부합되는 지를 모니터링하는 모니터링장치(100)로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 모니터링 장치(100)는, 상기 복수의 온도센서(101)로부터 온도를 검출하는 컨베이어 온도 검출부(110)와; 컨베이어 온도 검출부(110)에서 검출된 온도에 대해 컨베이어 온도프로파일을 생성하는 컨베이어 온도프로파일 생성부(120)와; 상기 프로파일러(10)를 투입하여 시편(4)의 온도 프로파일을 생성하는 시편 온도 프로파일 생성부(130)와; 상기 컨베이어 온도프로파일 생성부(120)와, 상기 시편 온도프로파일 생성부(130)의 샘플링 타이밍을 동일한 샘플링 타이밍으로 제어하는 샘플링 타임 제어부(140)와; 상기 컨베이어 온도프로파일이 공정조건에 부합되는지를 비교 분석하는 온도 프로파일 분석부(150)와; 상기 온도 프로파일 분석부(150)에서 프로파일러(10) 투입 모드에서 생성된 상기 컨베이어 온도프로파일을 상기 시편 온도프로파일에 매칭시켜 허용된 공정조건에 부합되는지를 비교분석하여 오차 보정치를 생성하고 오차 보정치를 적용한 컨베이어 온도프로파일을 가상 온도 프로파일로 생성하여 저장하는 가상온도 프로파일 저장부 (160)와; 상기 온도 프로파일 분석부(150)에서 온도프로파일 분석의 기준이 되는 샘플링 타이밍별, 온도 센서 채널별 공 정 허용 조건에 대한 기준 정보를 저장하여두는 고정조건 테이블(180)과; 프로파일러 투입모드에서 가상 온도프로파일을 생성하고, 제품 생산 모드에서 제품 이송시마다 컨베이어 온도 프로파일의 생성을 제어하여 가상 온도 프로파일과의 비교분석에 의해 공정조건에 부합되는지의 여부를 판단하 여 출력하고, 시스템 전체의 각 동작을 제어하는 메인 제어부(170)와; 상기 메인 제어부(170)에 작업자의 조작명령을 입력하기 위한 키보드(190) 및 분석을 위한 온도프로파일과 공정 조건 및 분석 결과를 출력하기 위한 모니터(200)를 포함하여 구성된다.

여기서, 프로파일러 투입모드란, 프로파일러(10)를 컨베이어(2)에 투입하여 시편 온도 프로파일을 측정하면서 동시에 컨베이어(2) 상에 설치된 온도 센서들(101)로부터 온도를 측정하여 컨베이어 온도프로파일을 생성하는 모드를 나타낸다. 상기 제품 생산모드란, 상기 프로파일러 투입모드에서 가상 온도프로파일을 생성하여 저장해 둔 후, 실제 제품 생산 공정에서 제품(부품이 탑재된 인쇄회로기판)을 상기 컨베이어(2)를 통해서 리플로우 오븐(3)내에서 이송하는 공정에서 컨베이어 온도프로파일을 생성하는 모드를 나타낸다.

도 4는 본 발명에 의한 리플로우 오븐의 가상 온도프로파일 모니터링 방법의 프로파일러 투입모드의 흐름도이다.

이에 도시된 바와 같이, 리플로우 오븐(3)으로 시편(4)을 이송하기 위한 컨베이어(2)에 복수의 온도센서(101)를 설치하고, 프로파일러 (10)를 투입하여 시편 온도프로파일을 생성하는 과정(S12)과 동시에 시편 온도 프로파일을 생성할때 사용되는 샘플링타임과 동일한 샘플링 타임으로 상기 컨베이어(2) 주위에 설치된 온도센서(101)들로부터 측정되는 온도에 대해 컨베이어 온도프로파일을 생성하는 컨베이어 온도프로파일 생성과정(S11)과; 상기 시편 온도프로파일과 컨베이어 온도프로파일을 매칭시켜 컨베이어 온도프로파일의 샘플링 타이밍 및 온도 센서별로 허용된 공정조건에 부합되는지를 분석하는 온도프로파일 비교 분석과정(S13)과; 상기 온도프로파일 비교분석과정(S13)에서 컨베이어 온도프로파일의 오차 보정치를 생성하는 오차 보정치 생성 과정(S14)과; 상기 오차 보정치를 적용한 가상 온도프로파일을 생성하는 과정(S15)을 수행하도록 이루어진다. 이후, 상기와 같이 가상 온도 프로파일을 생성하여 저장해 두고, 실제 제품 생산 공정인 제품 생산 모드에서 컨베이어 온드 프로파일을 측정하여 공정 조건을 분석 비교한다

제품(부품이 탑재된 인쇄회로기판)을 컨베이어(2)를 통해 리플로우 오븐(3)내에서 이송할때마다 컨베이어(2) 상 의 온도센서(101)를 통해 온도를 측정하여 컨베이어 온도프로파일을 생성하는 과정(S21)과; 상기 컨베이어 온도프로파일을 미리 저장해둔 가상 온도 프로파일과 비교분석하는 과정(S23)과; 상기 비교 분석결과에 의거하여 공정조건에 부합되는지의 여부를 판단하여 공정조건에 부합되지 않으면 에러 메시지를 출력하는 공정조건 판단과정(S24)을 수행하도록 이루어진다.

프로파일러(10)를 이용하여 시편 온도 프로파일을 생성하고, 시편 온도파일을 공정조건에 부합되는지를 비교분석하는 방법은 공지의 기술로서, 탑재되는 부품이나, 솔더 페이스트와 같은 시료들, 솔더범프 등, 리플로우 오 븐을 통과시킬때의 온도 조건 및 시간 조건등에 대해서 제조사에서 실험하여 미리 기준 공정조건으로 제시하며, 이러한 기준 공정 조건에 따라 각 위치별(온도센서 채널), 시간대별, 통과되는 시간등등의 정보를 프로그램으로 그래픽 처리하여 온도프로파일을 비교 분석하면서 화면으로 제공하고 있다. 예를 들어, 초기 상승율 구간에 대해서 각 시편 온도센서 별로 온도/시간(°C/sec)에 대한 기준 정보와 비교하고, 예열 구간의 각 온도센서별로 온도/시간(°C/sec)에 대한 기준정보와 비교하며, 본가열 구간, 냉각유르 등등의 검출된 온도프로파일에 대해서 설정된 다양한 공정 조건을 한다.

따라서, 본 발명은 이러한 온도프로파일 분석에 의한 모니터링 방식을 적용한다.

본 발명은, 컨베이어(2) 상에 복수의 온도센서(101)를 설치한다. 온도센서(101)의 설치 위치는 실험적으로 구하 는데, 이는 시편 온도프로파일과 컨베이어 온도프로파일을 매칭시켜 가장 효과적으로 시편 온도프로파일을 모방할 수 있는 위치 또는 가장 효율적으로 제품의 위치별 온도 변화추이를 매칭시킬 수 있는 위치를 설정하여 온도센서를 설치한다. 즉, 온도센서의 간격과 온도센서의 수 및 온도센서의 위치는 실험적으로 구하여 설치한다.

이와 같이 설치된 컨베이어(2)상의 온도센서(101)로부터 컨베이어 온도 검출부(110)가 온도를 검출한다.

먼저, 가상 온도프로파일을 생성하기 위해서, 프로파일러(10)를 투입하여 1회 이송시키면서 시편 온도프로파일 생성부(130)는 시편 온도프로파일을 생성한다. 이때 동시에 컨베이어 온도프로파일 생성부(120)는 시편 온도 프로파일을 생성할때 사용되는 샘플링타임과 동일한 샘플링 타임으로 컨베이어 온도 프로파일을 생성한다. 샘플링 타임제어부(140)는, 온도프로파일을 생성하기 위하여 온도 측정을 시작하는 타이밍과 온도측정 시간 간격등을 동일하게 제어함으로서 온도프로파일을 매칭 시킬 수 있도록 한다.

이와같이 시편 온도프로파일을 생성하면서 동시에 컨베이어 온도프로파일을 생성하고, 두 온도프로파일을 상호 매칭시킨다. 매칭시키는 방식은, 온도 센서 채널별, 시간대별등의 공정조건을 비교하기 위한 정보로서 분석할 수 있도록 상호 매칭시켜 대응시킨다. 이는 시편 온도프로파일이 공정조건 테이블(180)에 저장된 공정 조건을 비교하는 비교 포인트에 대해서 컨베이어 온도 프로파일의 값을 대응시키기 위한 것이다. 예를 들어, 시편 온도 프로파일의 제1온도센서가 초기 예열시간동안 130°C ~ 150°C의 온도로 30 ~ 60초의 조건이 만족되는 경우, 이에 대응되는 컨베이어 온도센서가 컨베이어 제1온도센서가, 200°C ~ 250°C 온도로 30 ~ 60초의 조건이 검출되었다면, 해당되는 컨베이어 제1온도센서의 온도프로파일 정보가 시편 프로라일의 제1온도센서에 대응된 것이므로, 이때의 공정조건을 비교하기 위한 것이다.

따라서, 시편 온도프로파일과 컨베이어 온도프로파일을 서로 매칭시켜 각 비교분석 포인트에 대해서 공정조건에 대한 오차 보정치를 생성하고, 이를 적용하여 가상 온도 프로파일을 생성한다.

가상 온도프로파일 저장부((160)에 가상 온도프로파일을 저장한 후에는, 도 4와 같은 제품 생산모드에서 제품의 이송시마다 컨베이어 온도프로파일을 생성하고, 생성된 컨베이어 온도프로파일과 미리 저장된 가상 온도프로파일을 비교분석하여 공정조건을 만족하는지를 판단하는 것이다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시 예는 예시의 목적으로 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 상기의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (1)

1. 가상 온도 모니터링을 이용한 리플로우 오븐의 인테그레이션 방법.
   

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