KR20230097327A

KR20230097327A - 셀렉티브 솔더링 머신

Info

Publication number: KR20230097327A
Application number: KR1020210186721A
Authority: KR
Inventors: 유세진; 정승주
Original assignee: 주식회사 유닉테크노스
Priority date: 2021-12-24
Filing date: 2021-12-24
Publication date: 2023-07-03

Abstract

인쇄회로기판의 소자들을 솔더링하기 위해 사용되는 셀렉티브 솔더링 머신이 개시된다. 본 발명에 따르면, 기판에 용융된 솔더볼을 접촉시켜 솔더링을 수행하는 것으로, 기판에 플럭스를 도포하는 플럭스도포부; 플럭스가 도포된 기판을 예열하는 예열부; 및 솔더볼이 생성되는 솔더노즐을 구비하고, 기판에 배치된 소자를 솔더링하는 솔더부;를 포함하는 셀렉티브 솔더링 머신이 제공된다. 본 발명은 예열 온도의 선별적 제어, 다양한 솔더링 자세의 구현, 솔더노즐의 잔여 이물질 제거 등의 효과를 가진다.

Description

셀렉티브 솔더링 머신 {SELECTIVE SOLDERING MACHINE}

본 발명은 셀렉티브 솔더링 머신에 관한 것이다.

반도체, 커패시터, 저항 등 각종 부품을 장착하고 전기적 연결하기 위한 수단으로 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)(이하, 기판)이 사용되고 있다. 기판에 장착되는 각종 부품들은 솔더링(soldering)을 통해 기판에 인쇄된 회로와 전기적 연결될 수 있다. 솔더링은 납재(땜납), 플럭스 및 열을 통해 모재 간을 녹이지 않고 접합하는 방식이다.

솔더링은 현재까지 다양한 방식이 개발되어 사용 중에 있다.

리플로우 솔더링(reflow soldering)은 기판의 솔더링 영역에 솔더 볼, 솔더 분말, 크림 솔더 등을 도포해 미리 솔더를 공급하고, 적외선이나 레이저 등의 열원을 사용해 솔더를 용융시켜 솔더링을 수행한다. 리플로우 솔더링은 부품 본체가 직접 용융 솔더에 침지되지 않아 부품에 가해지는 열 충격이 감소될 수 있고, 필요한 장소에서 정량의 솔더를 공급해 불필요한 위치에 솔더가 잔류하는 현상을 방지할 수 있다. 또한 솔더의 공급량을 규제하므로 브릿지 등의 불량을 줄일 수 있다. 반면 솔더 도포를 위한 추가 공정으로 공정 시간이나 비용이 증가되는 단점을 가진다.

플로우 솔더링(flow soldering)은 솔더를 용융시켜 납조에 담고, 부품이 실장된 기판을 이송시켜 웨이브(wave)되는 솔더를 통과시키면서, 솔더링을 수행하는 방식이다. 플로우 솔더링은 생산 시간을 단축시켜 대량 생산에 적합하고, 기판 영역에 대한 일괄적인 솔더링으로 공정 자동화에 용이한 측면이 있다. 다만 리플로우 솔더링 대비 정밀한 온도 제어가 요구되고, 침지 단계에서 고온의 용융 솔더로 인해 부품에 열 충격이 가해질 수 있는 단점이 있다. 또한 브릿지가 발생될 수 있어 기판 틸팅, 질소 디브릿징(debridging) 수단 등이 요구된다.

셀렉티브 솔더링(selective soldering)은 기판에 용융된 솔더볼(solder ball)을 접촉시켜 솔더링을 수행하는 방식이다. 플로우 솔더링 등이 기판 전체를 침지시키는데 반해, 셀렉티브 솔더링은 솔더링이 필요한 영역 내에서만 납재가 용융된 솔더볼을 접촉시켜 상대적으로 국소 솔더링이 가능하고, 부품 손상을 줄일 수 있는 이점을 갖는다. 또한 솔더, 플럭스 등의 소모량을 줄일 수 있고, 추가적인 기판 세척 공정이 불필요한 장점이 있다.

셀렉티브 솔더링의 이점에 따라 근래 다양한 관련 기술들이 연구 개발되고 있다. 일 예로 등록특허 제10-2242585호에서는 셀렉티브 솔더링에 있어 노즐로부터 흘러내리는 솔더액을 플로팅해 불량을 줄일 수 있는 "셀렉티브 솔더볼 저감 노즐장치"를 제안하고 있다. 다른 예로 등록특허 제10-2106575호는 솔더링 물질을 스크류를 이용해 분출시켜 분출량의 제어나 높이 설정이 용이한 "셀렉티브 솔더링 장치"를 제안하고 있다.

등록특허 제10-2242585호(2021.04.14. 등록) 등록특허 제10-2106575호(2020.04.24. 등록)

본 발명의 실시예들은 기판의 각 소자들을 솔더링하기 위해 사용되는 셀렉티브 솔더링 머신을 제공하고자 한다.

또한 본 발명의 실시예들은 예열 온도의 선별적 제어가 가능한 셀렉티브 솔더링 머신을 제공하고자 한다.

또한 본 발명의 실시예들은 다양한 솔더링 자세를 구현할 수 있는 셀렉티브 솔더링 머신을 제공하고자 한다.

또한 본 발명의 실시예들은 솔더노즐의 잔여 이물질로 인한 불량 발생을 저감시킬 수 있는 셀렉티브 솔더링 머신을 제공하고자 한다.

다만 본 발명의 실시예들이 이루고자 하는 기술적 과제들은 반드시 상기에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 상세한 설명 등 명세서의 다른 기재로부터 본 발명의 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 기판에 용융된 솔더볼(solder ball)을 접촉시켜 솔더링(soldering)을 수행하는 것으로, 상기 기판에 플럭스(flux)를 도포하는 플럭스도포부; 플럭스가 도포된 상기 기판을 예열하는 예열부; 및 상기 솔더볼이 생성되는 솔더노즐을 구비하고, 상기 기판에 배치된 소자를 솔더링하는 솔더부;를 포함하는 셀렉티브 솔더링 머신이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 셀렉티브 솔더링 머신은 기판에 각 소자들을 솔더링하기 위해 적절히 사용될 수 있다.

여기서 본 발명의 실시예들에 따른 셀렉티브 솔더링 머신은 복수의 히터로 구성된 예열유닛을 갖고, 기판의 각 영역을 차등 가열할 수 있다. 이는 각 영역의 소자 특성을 반영해 최적의 예열환경을 조성할 수 있도록 하고, 에너지 효율이나 솔더링 품질을 개선하는데 도움을 수 있다.

또한 본 발명의 실시예들에 따른 셀렉티브 솔더링 머신은 팬틸터유닛을 구비하고, 다축 방향의 틸팅을 통해 보다 다양하고 효율적인 경로의 솔더링을 수행할 수 있다. 이는 보다 최적의 경로를 따라 선별적인 솔더링이 이뤄질 수 있도록 하고, 작업 효율성을 개선할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예들에 따른 셀렉티브 솔더링 머신은 노즐세척부를 구비하고, 솔더노즐의 주기적인 자동 세척이 이뤄질 수 있도록 한다. 노즐세척부는 특유한 형태의 다공성패드를 활용해 간편하면서도 솔더노즐의 세척효과를 상당히 개선할 수 있다.

다만 본 발명의 실시예들을 통해 얻을 수 있는 기술적 효과들은 반드시 상기에서 언급한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 효과들은 상세한 설명 등 명세서의 다른 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀렉티브 솔더링 머신의 각 구성요소들에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 예열유닛 및 이의 변형예들을 도시한 개략도이다.
도 3은 도 2에 도시된 예열유닛의 작동흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔더부의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐세척부의 개략도이다.
도 6은 도 5에 도시된 노즐세척부의 개략적인 작동도이다.

이하 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조해 설명한다. 이하의 실시예들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공될 수 있다. 다만 이하의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것이고 본 발명의 기술적 사상이 반드시 이하의 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 또한 본 발명의 기술적 요지를 불분명하게 하거나 공지된 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀렉티브 솔더링 머신의 각 구성요소들에 대한 개략도이다.

도 1의 (a)를 참조하면, 본 실시예에 따른 셀렉티브 솔더링 머신은 플럭스도포부(100)를 포함할 수 있다.

플럭스도포부(100)는 기판(10)에 플럭스(flux)를 도포할 수 있다.

기판(10)은 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)을 포함할 수 있다. 기판(10)에는 복수의 소자(20)가 배치될 수 있다. 소자(20)는 반도체, 커패시터, 저항 등을 포함할 수 있고, 복수 종류가 구비될 수 있다. 본 실시예에 있어서 소자(20)의 종류 등은 특별히 제한되지는 않는다. 참고로 도 1에서는 설명의 편의를 위해 하나의 소자(20)만을 다소 과장해 도시하고 있다.

기판(10)은 다양한 사용 분야나 용도 등을 가질 수 있다. 다만 일반적으로 셀렉티브 솔더링은 상대적으로 큰 크기의 기판, 대량 생산되는 기판에서 보다 효율적으로 활용될 수 있고, 이에 따라 본 실시예의 기판(10)은 그러한 특성을 가진 것일 수 있다. 일 예로 본 실시예의 기판(10)은 차량용 전장 부품에서 사용되는 기판일 수 있다. 반면 셀렉티브 솔더링이 효과적으로 기능하기 어려운 초정밀 부품, 열 민감도가 높은 부품 등에 대한 기판은 본 실시예에서 의도하는 기판(10)에서 배제될 수 있다.

도 1의 (b)를 참조하면, 본 실시예에 따른 셀렉티브 솔더링 머신은 예열부(200)를 포함할 수 있다.

예열부(200)는 기판(10)을 예열하는 예열유닛(210)을 구비할 수 있다. 예열유닛(210)은 대체로 기판(10)과 대응되는 평면을 갖고 기판(10)을 향해 열을 방출해, 솔더링 전 기판(10)을 적정한 예열온도가 가열할 수 있다.

본 실시예의 셀렉티브 솔더링 머신은 상기와 같은 예열부(200) 또는 예열유닛(210)과 관련해 하나의 특징을 가질 수 있다. 예열부(200)는 후술할 도 2를 참조해 부연하기로 한다.

도 1의 (c)를 참조하면, 본 실시예에 따른 셀렉티브 솔더링 머신은 솔더부(300)를 포함할 수 있다.

솔더부(300)는 솔더노즐(310)을 구비할 수 있다. 솔더노즐(310)은 상단으로 솔더액을 토출해 솔더볼(311)을 형성할 수 있다. 솔더노즐(310)은 솔더볼(311)을 소자(20)의 단자에 접촉시켜 소자(20)를 기판에 솔더링할 수 있다.

여기서 본 실시예의 셀렉티브 솔더링 머신은 솔더노즐(310) 상부에서 기판(10)을 다양한 자세로 지지할 수 있는 팬틸터유닛(320) 등에 하나의 특징을 가질 수 있다. 팬틸터유닛(320) 등은 후술할 도 4를 참조해 부연하기로 한다.

또한 본 실시예의 셀렉티브 솔더링 머신은 솔더링 이후 솔더노즐(310)을 적절히 세척하기 위한 노즐세척부(400)를 구비하는데 하나의 특징을 가질 수 있다. 노즐세척부(400)는 후술할 도 5를 참조해 부연하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 예열유닛 및 이의 변형예들을 도시한 개략도이다.

도 2의 (a)를 참조하면, 본 실시예에 따른 예열유닛(210)은 복수의 독립된 히터(211)를 포함할 수 있다.

복수의 히터(211)는 동일 평면 상에서 횡방향 및 열방향으로 배치될 수 있다. 참고로 도 2의 (a)에서는 복수이 히터(211)가 배치된 평면 형상을 개략적으로 도시하고 있다. 도시된 바에 따르면, 본 실시예의 경우 횡방향으로 4개의 히터(211), 종방향으로 3개의 히터(211)가 배치되어, 총 12개의 히터(211)가 구비되고 있다. 이와 같은 경우 예열유닛(210)은 각 히터(211)를 기준으로 12개의 가열면을 가질 수 있다.

상기에서 각 히터(211)는 서로 독립되어 있다. 즉, 각 히터(211)는 제어수단에 의해 독립적으로 온도나 가열시간이 제어될 수 있다. 일 예로 좌측단에서 종방향으로 배치된 3개의 히터(211)는 제1온도로 제어될 수 있고, 그 우측으로 배치된 9개의 히터(211)는 상기 제1온도와 상이한 제2온도로 제어될 수 있다. 다른 예로 상단에 횡방향으로 배치된 4개의 히터(211)는 제1가열시간을 갖도록 제어될 수 있고, 그 아래로 배치된 9개의 히터(211)는 상기 제1가열시간과 상이한 제2가열시간을 갖도록 제어될 수 있다. 복수의 히터(211)는 이와 같은 방식으로 각 영역 또는 각 히터(211) 별로 온도 또는 가열시간이 독립적 제어될 수 있다.

상기와 같은 예열유닛(210)은 종래 일반적인 경우 예열유닛이 하나의 히터로 이뤄진 것과 구분된다. 즉, 종래 일반적인 경우 예열유닛은 하나의 히터로 구성되어 전(全)면적이 동일한 온도, 가열시간 등을 갖도록 가열되게 된다. 반면 본 실시예의 예열유닛(210)은 상기와 같이 복수의 히터(211)로 구성되어 각 영역이나 각 히터(211)로로 상이한 온도, 가열시간 등을 갖도록 독립 제어될 수 있다. 이는 기판(10) 내 소자(20)의 배치, 종류 등에 따라 보다 효율적인 예열을 가능하게 한다. 이에 대해서는 후술할 도 3을 참조해 부연하기로 한다.

한편 예열유닛(210)을 구성하는 복수의 히터(211)는 다양한 개수, 배치 등을 가질 수 있다. 도 2의 (b) 내지 (c)에서는 히터(211) 배치에 관한 변형예들을 도시하고 있다.

도 2의 (b)는 전술한 (a)와 같은 히터(211)가 횡방향으로 5개, 종방향으로 4개씩 배치되어 총 20개의 히터(211)가 구비된 경우를 예시하고 있다. 도 2의 (b)는 요구되는 가열 면적에 대응해 히터(211)의 개수를 늘리거나 줄이는 경우를 고려한 것이다. 이는 기판(10) 크기에 대응해 같은 종류의 히터(211)를 보다 많이 또는 보다 적게 조합해 예열유닛(210-1)을 구성할 수 있도록 함으로써, 설비의 호환성을 개선하는데 도움을 줄 수 있다.

도 2의 (c)는 (a)와 대응되는 가열 면적을 갖되, 개별적으론 보다 작은 크기의 히터(211-1)를 조합한 경우를 예시한다. 본 변형예에 따르면, (a)와 대응되는 가열 면적에 대해 횡방향으로 6개, 종방향으로 4개의 히터(211-1)가 배치되어, 총 24개의 히터(211-1)가 구비되고 있다. 각 히터(211-1)의 가열 면적은 (a)의 경우 대비 작게 형성되어 있다. 이와 같은 변형예는 보다 세분화된 영역 구분을 가능하게 하고, 그에 따라 각 구역이나 소자(20) 별로 보다 정밀한 온도 제어를 수행할 수 있다.

한편 예시되지 않았으나, 상기 외에도 다양한 크기나 배치를 가진 히터(211)의 조합이 고려될 수 있다. 또한 각 히터(211)나 복수의 히터(211)가 반드시 예시된 바와 같이 직사각 형태의 가열면을 가지거나, 직사각 형태의 가열 면적을 형성해야 하는 것은 아니며, 각 히터(211)나 기판(10)의 종류나 특성, 형태 등에 따라 보다 다양한 형태의 가열면이나 가열 면적이 고려될 수 있다.

도 3은 도 2에 도시된 예열유닛의 작동흐름도이다.

도 3을 참조하면, 먼저 가열 대상인 기판(10)에 있어 기판(10)의 각 영역이 구분될 수 있다(S110).

구체적으로 기판(10)의 평면 영역이 미리 설정된 기준에 따라 복수의 영역으로 구획될 수 있다. 일 예로 기판(10)의 평면 영역은 횡방향 및 종방향으로 배치된 복수의 영역으로 구분될 수 있고, 각 영역은 직사각 형태를 가질 수 있다. 다만 여기서 각 영역이 반드시 전술한 히터(211)의 개수나 배치 등과 대응될 필요는 없다. 일 예로 상기의 각 영역은 각 히터(211)의 가열 면적보다 작은 면적으로 설정될 수 있고, 하나의 히터(211)에 대응해 상기의 각 영역은 복수개가 배치될 수 있다.

이어서 각 히터(211)와 상기에서 구획된 기판(10)의 각 영역이 매칭될 수 있다(S120).

이와 같은 매칭 과정은 특정 히터(211)에 의해 가열되는 기판(10)의 각 영역을 구분하기 위함이다. 매칭은 전체 예열유닛(210)의 가열 면적, 각 히터(211)의 가열 예상 영역, 예열유닛(210)과 기판(10) 간의 직선 거리 등을 고려해 이뤄질 수 있다. 바람직하게 미리 시험된 결과에 따라 예열유닛(210)과 기판(10) 간의 직선 거리에 따른 각 히터(211)의 가열 예상 영역을 데이터베이스로 입력해두고, 이에 기반해 특정 히터(211)에 의해 가열되는 기판(10)의 각 영역을 매칭시켜 결정할 수 있다.

이어서 기판(10)의 각 영역별로 소자(20)에 관한 데이터가 수집될 수 있다(S130).

일 예로 각 영역별 소자(20) 데이터는 관련 분야에서 범용되고 있는 거버 포멧 파일(gerber format file)(이하, 거버 파일)로부터 얻어질 수 있다. 거버 파일은 동박 패턴, 솔더 마스크, 심볼, 마크 등 인쇄회로기판의 구성요소와, 드릴, 라우터 등의 외형 가공용 데이터를 표현하고 있다. 본 실시예에서는 기판(10) 설계에서 기본적으로 제공되는 거버 파일에, 전술한 기판(10)의 각 영역 구분을 대입해 각 영역별로 소자(20) 데이터를 수집할 수 있다.

이어서 각 영역별로 예열온도가 결정될 수 있다(S140).

각 영역별 예열온도는 해당 영역에 배치된 소자(20)의 종류, 개수, 크기 등에 따라 결정될 수 있다. 즉, 미리 시험된 결과 등에 기초해 소자(20)의 종류, 개수, 크기 등 특성에 따른 적절한 예열온도를 데이터베이스화하고, 이에 기반해 특정 영역에서의 적절한 예열온도를 결정할 수 있다. 이는 소자(20)의 특성에 따른 차이점을 예열에 반영해 보다 최적의 솔더링 환경을 조성하고, 불필요한 영역에서의 예열을 줄일 수 있도록 한다.

이어서 각 히터(211)가 기판(10)을 가열할 수 있다(S150).

여기서 각 히터(211)는 앞서 결정된 예열온도에 따라 기판(10)의 각 영역을 차등 가열할 수 있다. 즉, 각 히터(211)는 독립적으로 제어되어, 대응되는 기판(10)의 각 영역을 상이한 조건으로 가열할 수 있다.

일 예로 각 히터(211)의 차등 가열은 히터(211)의 온도 제어를 통해 이뤄질 수 있다. 구체적으로 전술한 단계들에 의해 특정 히터(211)에 의해 가열되는 영역(단수 또는 복수개를 포함)이 결정되고, 해당 영역에서의 소자(20) 특성에 따라 적절한 예열온도가 결정된다. 이후 해당 영역에 대응되는 히터(211)는 예열온도에 대응되는 소정 온도로 제어되어 해당 영역을 가열할 수 있다.

다른 영역에서도 상기와 유사한 방식으로 히터(211)의 온도가 제어될 수 있다. 즉, 상기에서 특정 영역의 예열온도가 제1온도라고 하면, 인접한 다른 영역에서는 제1온도와 상이한 제2온도로 히터(211)가 온도 제어되어 해당되는 다른 영역을 가열할 수 있다. 마찬가지의 방식으로 복수의 영역들에 대해 각 히터(211)가 상이한 온도로 해당 영역들을 가열할 수 있다. 이에 따라 해당 영역 내 소자(20) 특성이 반영된 예열이 이뤄질 수 있다.

다른 예로 각 히터(211)의 차등 가열은 히터(211)의 가열시간 제어를 통해 이뤄질 수 있다. 즉, 본 예시에서는 히터(211)가 온/오프되는 시점을 제어해 각 영역별 차등 가열이 구현될 수 있다. 구체적으로 예열온도가 제1온도로 결정된 특정 영역과, 예열온도가 상기 제1온도보다 낮은 제2온도로 결정된 다른 영역을 상정하면, 먼저 상기의 특정 영역에 대응되는 히터(211)가 먼저 온(on)되고, 기 설정된 소정 시간이 경과됨에 따라 다른 영역에 대응되는 히터(211)가 나중에 온(on)될 수 있다. 다수의 영역이 존재하는 경우 상기와 같은 방식으로 각 히터(211)가 순차적 작동 개시되어 각 영역별로 차등 가열이 이뤄질 수 있다.

한편 하나의 히터(211)에 복수의 기판(10) 영역이 매칭되어 있는 경우, 히터(211)의 차등 가열(예열온도, 가열시간 제어)은 가장 높은 예열온도가 요구되는 영역을 기준으로 설정될 수 있다. 예열 과잉은 에너지 효율 측면에서 좋지는 않으나, 예열 결핍은 직접적으로 접합 불량을 야기할 수 있기 때문에, 이를 우선적으로 고려한 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔더부의 개략도이다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 솔더부(300)는 솔더링되는 기판(10)의 자세를 조절하기 위한 팬틸터유닛(320)을 포함할 수 있다.

팬틸터유닛(320)은 종방향의 z축, 좌우방향의 x축 및 전후방향의 y축을 중심으로 틸팅 가능하게 이뤄질 수 있다. 팬틸터유닛(320)으로는 공지된 다양한 형태의 팬틸터(pan tilter)가 활용될 수 있다. 또한 팬틸터유닛(320)은 액츄에이터 등의 구동수단을 통해 z축 방향으로 이동 가능하게 형성될 수 있다.

기판(10)은 지지브라켓(330)을 매개로 팬틸터유닛(320)에 지지될 수 있다. 지지브라켓(330)은 기판(10)이 이송되어 정렬구조물(30)을 통해 배치되면, 고정클램퍼(332a)를 통해 복수 개소에서 기판(10)을 클램핑할 수 있다. 지지브라켓(330)은 팬틸터유닛(320)과 체결되는 상부지지브라켓(331)과, 고정클램퍼(332a)가 마련되는 하부지지브라켓(332)으로 구성될 수 있고, 상부지지브라켓(331)과 하부지지브라켓(332)은 록킹유닛(332b)을 통해 상호 결합될 수 있다.

상기와 같은 팬틸터유닛(320)은 다축 방향의 회전을 통해 보다 다양한 경로로 솔더링을 수행할 수 있게 한다. 일 예로 대각선 라인이나 유선 라인에 따른 보다 효율적인 경로의 솔더링을 가능하게 한다. 이는 보다 최적의 경로를 따라 선별적인 솔더링이 이뤄질 수 있도록 해 작업 효율성을 개선하는데 기여할 수 있다.

한편 틸팅 제어는 거버 파일에 기초한 솔더링 경로 데이터 및 틸팅 데이터로부터 최종 솔더링 경로를 생성하는 방식으로 이뤄질 수 있다. 또는 비전카메라로 기판(10)을 촬상하고 이에 기초해 솔더링 경로 데이터 및 틸팅 데이터를 생성하는 방식으로 이뤄질 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐세척부의 개략도이다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 셀렉티브 솔더링 머신은 솔더노즐(310)의 세척을 위한 노즐세척부(400)를 추가로 구비할 수 있다.

노즐세척부(400)는 솔더링 이후 솔더노즐(310)에 잔여하는 이물질을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 참고로 종래 일반적인 솔더링 머신의 경우 솔더노즐(310)에 대한 적절한 세척수단이 없어 작업자의 수작업에 의한 비정기적인 세척이 이뤄지고 있다. 본 실시예는 이에 착안해 노즐세척부(400)를 고안하고 솔더노즐(310)의 주기적인 세척이 이뤄질 수 있도록 하고 있다.

구체적으로 본 실시예의 노즐세척부(400)는 세척액이송관(410)을 포함할 수 있다.

세척액이송관(410)은 후술할 다공성패드(420)로 세척액을 공급할 수 있다. 본 실시예에 있어 세척액이송관(410)은 다공성패드(420)의 상부에 배치되는 관(pipe) 형 구조물로 예시되고 있다.

필요에 따라 세척액이송관(410)은 외관(411)과, 외관(411) 내부에 배치되는 내관(412)으로 구성될 수 있다. 외관(411)은 베어링(413)을 통해 다공성패드(420)의 상부에 상대 회전 가능하게 체결될 수 있다. 이에 따라 다공성패드(420)는 상하방향의 회전축을 갖고 외관(411)에 대해 회전 구동될 수 있다.

내관(412)은 외관(411)의 내부에 배치될 수 있고, 내관(412)의 내부에는 세척액이 이송될 수 있는 유로가 구비될 수 있다. 내관(412)을 통해 이송된 세척액은 다공성패드(420)로 공급되어 솔더노즐(310)의 세척에 사용될 수 있다. 필요에 따라 내관(412)의 단부에는 마찰패드(414)가 구비될 수 있다. 마찰패드(414)는 다공성패드(420)의 패드브라켓(421)과 접촉되어 내관(412) 내부와 세척액공급로(421b) 사이를 밀폐시킬 수 있다.

한편 본 실시예의 노즐세척부(400)는 다공성패드(420)를 포함할 수 있다.

다공성패드(420)는 세척액이송관(410)의 단부에 회전 가능하게 체결될 수 있다. 구체적으로 다공성패드(420)는 상단에 패드브라켓(421)을 구비할 수 있고, 패드브라켓(421)은 상면 중앙에 공급관연결포트(421a)가 돌출 형성될 수 있다. 여기서 공급관연결포트(421a)는 베어링(413)을 매개로 외관(411)과 체결되어, 외관(411)에 대해 회전 가능하게 형성될 수 있다. 즉, 다공성패드(420)는 공급관연결포트(421a)를 중심으로 한 상하방향의 회전축을 갖고, 세척액이송관(410)에 대해 회전될 수 있다.

또한 공급관연결포트(421a)의 중앙에는 패드브라켓(421)을 상하로 관통하는 세척액공급로(421b)가 형성될 수 있다. 세척액공급로(421b)는 내관(412)의 내부와 상하로 연결되어 내관(412)으로부터 제공되는 세척액을 아래의 세척액공급관(430)으로 공급할 수 있다.

한편 다공성패드(420)는 패드브라켓(421)의 저면에 장착되는 상부패드(422)와, 상부패드(422)의 저면 중앙으로부터 하방으로 연장 형성된 하부패드(423)를 구비할 수 있다. 명칭상 구분되어 있으나, 상부패드(422) 및 하부패드(423)는 일체의 패드부재로 이뤄질 수 있다. 상부패드(422) 및 하부패드(423)는 탄성을 가진 다공성 소재로 이뤄질 수 있다. 이에 따라 후술할 세척액공급관(430)으로부터 제공된 세척액은 상부패드(422) 및 하부패드(423)를 투습해 솔더노즐(310)로 제공될 수 있다.

상부패드(422)는 저면에 제1세척면(422a)을 구비할 수 있다. 본 실시예에서 상부패드(422)는 상면 및 저면을 가진 원통형의 부재로 가정하고 있고, 이의 저면 부위가 제1세척면(422a)으로 기능할 수 있다. 제1세척면(422a)은 대체로 횡방향에 따른 소정의 평면을 형성할 수 있고, 솔더노즐(310)의 상부(312)를 세척하기 위해 사용될 수 있다. 즉, 제1세척면(422a)은 다공성패드(420)의 하강에 따라 솔더노즐(310)의 상부(312)에 접촉 배치될 수 있고, 접촉 상태에서 다공성패드(420)가 회전됨에 따라 상기의 상부(312)를 세척할 수 있다.

하부패드(423)는 상부패드(422)의 저면 중앙에서 하방으로 소정 정도 연장 형성될 수 있고, 하부패드(423)의 측면 둘레에는 제2세척면(423a)이 구비될 수 있다. 본 실시예에서 하부패드(423)는 상부패드(422)의 저면 중앙에 돌출된 대략 원통형의 부재로 가정하고 있고, 이의 측면 둘레 부위가 제2세척면(423a)으로 기능할 수 있다. 제2세척면(423a)은 대체로 종방향에 대응되게 배치될 수 있고, 솔더노즐(310)의 측부(313)를 세척하기 위해 사용될 수 있다. 즉, 제2세척면(423a)은 다공성패드(420)의 하강에 따라 솔더노즐(310)의 측부(313)에 접촉 배치될 수 있고, 접촉 상태에서 다공성패드(420)가 회전됨에 따라 상기의 측부(313)를 세척할 수 있다.

한편 하부패드(423)에 의한 전(全) 측부(313)의 세척이 가능하도록, 솔더노즐(310)은 종방향을 축으로 회전 가능하게 형성될 수 있다. 바람직하게 솔더노즐(310)은 다공성패드(420)와는 반대방향으로 회전되어 세척 효과를 보다 증대시킬 수 있다.

한편 본 실시예의 노즐세척부(400)는 다공성패드(420)의 내부에 배치된 세척액공급관(430)을 포함할 수 있다.

세척액공급관(430)은 다공성패드(420)의 내부에 패드브라켓(421)의 세척액공급로(421b)로부터 연장된 소정의 유로를 형성하고, 다공성패드(420)의 내부에 세척액을 공급할 수 있다. 공급된 세척액은 다공성패드(420)를 거쳐 솔더노즐(310)의 상부(312) 또는 측부(313)로 토출되어 세척에 사용될 수 있다.

보다 구체적으로 세척액공급관(430)은 상부패드(422)의 내부에서 횡방향으로 연장된 횡방향공급관(431)과, 횡방향공급관(431)으로부터 연장되어 하부패드(423)의 내부에서 종방향으로 연장된 종방향공급관(432)을 포함할 수 있다.

횡방향공급관(431)은 상부패드(422)의 횡방향 일측에 인접한 위치에서부터, 반대측 단부에 인접한 위치까지 연장 형성될 수 있다. 제1세척면(422a)과의 간섭을 피하기 위해, 횡방향공급관(431)은 제1세척면(422a)으로부터 충분한 이격 거리를 두고 상부패드(422) 내부에 배치될 수 있다. 또한 횡방향공급관(431)에는 세척액이 토출되는 복수의 제1토출구(431a)가 형성될 수 있다. 복수의 제1토출구(431a)는 횡방향공급관(431)의 길이방향을 따라 소정 간격으로 이격 배치되어, 상부패드(422)의 전영역에 세척액을 고르게 공급할 수 있다.

종방향공급관(432)은 횡방향공급관(431)의 중앙으로부터 하측으로 분지되어, 하부패드(423)의 하단에 인접한 위치까지 연장 형성될 수 있다. 제2세척면(423a)과의 간섭을 피하기 위해, 종방향공급관(432)은 제2세척면(423a)으로부터 충분한 이격 거리를 두고 하부패드(423)의 내부에 배치될 수 있고, 바람직하게는 하부패드(423)의 중앙을 따라 상하로 연장되도록 배치될 수 있다. 또한 종방향공급관(432)에는 세척액이 토출되는 복수의 제2토출구(432a)가 형성될 수 있다. 복수의 제2토출구(432a)는 종방향공급관(432)의 길이방향을 따라 소정 간격으로 이격 배치되어, 하부패드(423)의 전영역에 세척액을 고르게 공급할 수 있다.

필요에 따라 하부패드(423)의 하단 모서리 부위에는 진입안내면(423b)이 형성될 수 있다. 진입안내면(423b)은 하측으로 갈수록 하부패드(423)의 중심 측을 향해 하향 경사진 형태로 형성될 수 있다. 즉, 하부패드(423)는 하단으로 갈수록 반경이 작아지게 형성되어, 소정 영역에 진입안내면(423b)이 마련될 수 있다.

상기와 같은 진입안내면(423b)은 다공성패드(420)가 솔더노즐(310)을 향해 하강될 때, 솔더노즐(310)의 측부(313)로 제2세척면(423a)이 원활히 진입될 수 있도록 안내하는 기능을 갖는다.

부연하면 하부패드(423) 내지 제2세척면(423a)은 초기 위치에서 하강되어 솔더노즐(310)의 측부(313)에 접촉되게 되는데, 이와 같은 과정에서 제2세척면(423a)과 솔더노즐(310)의 측부(313) 간에 유격이 있으면, 제2세척면(423a)이 측부(313)에 밀착되지 못해 세척 효과가 저하될 우려가 있으므로, 제2세척면(423a)은 솔더노즐(310)의 측부(313)와 횡방향으로 최대한 인접한 위치에서 하강해 측부(313)에 접촉될 필요가 있다. 다만 이 경우에는 진입 과정에서 하부패드(423)의 하단이 솔더노즐(310)의 상부(312)와 간섭되어 하부패드(423)의 진입이 원활히 이뤄지지 못할 수 있다. 따라서 본 실시예에서는 하부패드(423)의 하단에 경사진 진입안내면(423b)을 두어 솔더노즐(310)의 측부(313)에 최대한 인접한 위치에서 하부패드(423)의 진입이 이뤄질 수 있도록 한 것이다.

경우에 따라 상기에서 다공성패드(420) 내지 하부패드(423)는 초기 상태에서 솔더노즐(310)과 소정의 겹침영역(423c)을 가지고 배치될 수 있다. 겹침영역(423c)은 초기 상태에서 솔더노즐(310)과 하부패드(423)가 상하로 중첩된 영역을 지칭한다. 본 실시예의 경우 하부패드(423)가 탄성 재질로 이뤄지고, 하부패드(423)의 하단에 진입안내면(423b)을 형성함으로써, 상기와 같이 겹침영역(423c)을 가지도록 배치하더라도, 하부패드(423)가 솔더노즐(310)의 측부(313)로 적절히 하강 내지 진입될 수 있고, 겹침영역(423c)에서의 탄성에 의해 제2세척면(423a)이 솔더노즐(310)의 측부(313)에 보다 긴밀하게 접촉될 수 있다.

한편 본 실시예의 노즐세척부(400)는 구동모터(440)를 포함할 수 있다.

구동모터(440)는 소정의 동력전달구조를 통해 다공성패드(420)를 회전 구동시키도록 이뤄질 수 있다. 본 실시예에서는 세척액이송관(410)을 중심으로 패드브라켓(421) 상면에 링기어(421c)가 형성된 경우를 예시하고 있다. 이와 같은 경우 구동모터(440)는 세척액이송관(410) 등에 지지되고, 회전축에 마련된 피니언 기어가 링기어(421c)에 치합되어 링기어(421c) 내지 다공성패드(420)로 회전 구동력을 제공할 수 있다.

도 6은 도 5에 도시된 노즐세척부의 개략적인 작동도이다.

도 6을 참조하면, 노즐세척부(400)는 솔더노즐(310)의 상측으로 이격된 초기 상태에서, 세척을 위해 솔더노즐(310)로 하강 동작될 수 있다. 노즐세척부(400)의 하강에 따라, 다공성패드(420)는 제1세척면(422a)이 솔더노즐(310)의 상부(312)에 접촉되고, 제2세척면(423a)이 솔더노즐(310)의 측부(313)에 접촉될 수 있다. 바람직하게 제1, 2세척면(422a, 423a)은 솔더노즐(310)의 상부(312)나 측부(313)에 의해 적절히 탄성 변형되며 가압 접촉될 수 있다.

이어서 세척액이 공급될 수 있다. 세척액은 내관(412)을 통해 공급될 수 있고, 세척액공급로(421b)를 거쳐 세척액공급관(430)으로 유동될 수 있다. 이후 세척액은 제1, 2토출구(431a, 432a)를 통해 배출되고, 상부패드(422) 및 하부패드(423)로 투습되어 제1, 2세척면(422a, 423a)으로 제공될 수 있다.

상기와 같은 세척액 공급과 함께, 다공성패드(420)가 회전 구동될 수 있다. 다공성패드(420)는 구동모터(440)에 의해 상하방향의 회전축을 중심으로 회전 구동될 수 있다. 또한 솔더노즐(310)이 회전 구동될 수 있다. 솔더노즐(310)은 상하방향의 회전축을 중심으로 회전되되, 전술한 바와 같이 다공성패드(420)와 반대방향으로 회전되어 세척효과를 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 바, 본 발명의 실시예들에 따른 셀렉티브 솔더링 머신은 기판에 각 소자들을 솔더링하기 위해 적절히 사용될 수 있다.

여기서 본 발명의 실시예들에 따른 셀렉티브 솔더링 머신은 복수의 히터(211)로 구성된 예열유닛(210)을 갖고, 기판(10)의 각 영역을 차등 가열할 수 있다. 이는 각 영역의 소자(20) 특성을 반영해 최적의 예열환경을 조성할 수 있도록 하고, 에너지 효율이나 솔더링 품질을 개선하는데 도움을 수 있다.

또한 본 발명의 실시예들에 따른 셀렉티브 솔더링 머신은 팬틸터유닛(320)을 구비하고, 다축 방향의 틸팅을 통해 보다 다양하고 효율적인 경로의 솔더링을 수행할 수 있다. 이는 보다 최적의 경로를 따라 선별적인 솔더링이 이뤄질 수 있도록 하고, 작업 효율성을 개선할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예들에 따른 셀렉티브 솔더링 머신은 노즐세척부(400)를 구비하고, 솔더노즐(310)의 주기적인 자동 세척이 이뤄질 수 있도록 한다. 노즐세척부(400)는 특유한 형태의 다공성패드(420)를 활용해 간편하면서도 솔더노즐(310)의 세척효과를 상당히 개선할 수 있다.

이상 본 발명의 실시예들에 대해 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이고, 이 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다고 할 것이다.

100: 플럭스도포부 200: 예열부
210: 예열유닛 211: 히터
300: 솔더부 310: 솔더노즐
311: 솔더볼 320: 팬틸터유닛
330: 지지브라켓 331: 상부지지브라켓
332: 하부지지브라켓 400: 노즐세척부
410: 세척액이송관 411: 외관
412: 내관 420: 다공성패드
421: 패드브라켓 422: 상부패드
423: 하부패드 430: 세척액공급관
431: 횡방향공급관 432: 종방향공급관
440: 구동모터

Claims

기판(10)에 용융된 솔더볼(311)(solder ball)을 접촉시켜 솔더링(soldering)을 수행하는 것으로,
상기 기판(10)에 플럭스(flux)를 도포하는 플럭스도포부(100);
플럭스가 도포된 상기 기판(10)을 예열하는 예열부(200); 및
솔더볼(311)이 생성되는 솔더노즐(310)을 구비하고, 상기 기판(10)에 배치된 소자(20)를 솔더링하는 솔더부(300);를 포함하는 셀렉티브 솔더링 머신.
청구항 1에 있어서,
상기 예열부(200)는,
평면상 횡방향 및 열방향으로 배치된 복수의 독립된 히터(211)를 포함하고, 상기 기판(10)의 각 영역을 차등 가열 가능하게 형성되는 셀렉티브 솔더링 머신.
청구항 2에 있어서,
상기 예열부(200)는,
상기 기판(10)의 평면 영역을 복수의 영역으로 구획하는 단계;
상기 각 히터(211)와 상기 구획된 각 영역을 매칭시키는 단계;
상기 구획된 각 영역별로 소자(20)에 관한 데이터를 수집하는 단계;
상기 수집된 데이터에 따라 상기 구획된 각 영역별로 예열온도를 결정하는 단계; 및
상기 결정된 예열온도에 기초해, 상기 각 히터(211)가 대응되는 상기 기판(10)의 각 영역을 차등 가열하는 단계;를 거쳐 상기 기판(10)을 예열하는 셀렉티브 솔더링 머신.
청구항 3에 있어서,
상기 예열온도를 결정하는 단계는,
상기 구획된 복수의 영역 중 하나 이상의 일부 영역에 대해 제1온도로 예열온도를 결정하는 단계; 및
상기 구획된 복수의 영역 중 하나 이상의 다른 일부 영역에 대해 상기 제1온도와 상이한 제2온도로 예열온도를 결정하는 단계;를 포함하는 셀렉티브 솔더링 머신.
청구항 3에 있어서,
상기 기판(10)의 각 영역을 차등 가열하는 단계는,
상기 기판(10)의 각 영역에 따라, 대응되는 상기 각 히터(211)의 온도를 상이하게 제어하거나, 상기 기판(10)의 각 영역에 따라, 대응되는 상기 각 히터(211)의 가열시간을 상이하게 제어해 구현되는 셀렉티브 솔더링 머신.
청구항 1에 있어서,
상기 솔더부(300)는,
상기 솔더볼(311) 상부에서 상기 기판(10)을 지지하는 지지브라켓(330); 및
상기 지지브라켓(330)에 체결되어 상기 지지브라켓(330) 내지 상기 기판(10)을 자세 조절하는 팬틸터유닛(320);을 포함하고,
상기 지지브라켓(330)은,
복수의 고정클램퍼(332a)를 구비하고 상기 기판(10)을 클램핑하는 하부지지브라켓(332); 및
록킹유닛(332b)을 통해 상기 하부지지브라켓(332)과 체결되어 상부의 상기 팬틸터유닛(320)에 지지되는 상부지지브라켓(331);을 포함하고,
상기 팬틸터유닛(320)은,
복수의 축을 중심으로 틸팅 가능하게 형성되는 셀렉티브 솔더링 머신.
청구항 1에 있어서,
상기 솔더노즐(310)을 세척하기 위한 노즐세척부(400);를 더 포함하고,
상기 노즐세척부(400)는,
상기 솔더노즐(310)에 접촉 회전되는 다공성패드(420);
상기 다공성패드(420)의 내부에 배치되어 세척액을 토출하는 세척액공급관(430); 및
상기 다공성패드(420)에 체결되어 상기 세척액공급관(430)으로 세척액을 이송하는 세척액이송관(410);을 포함하는 셀렉티브 솔더링 머신.
청구항 7에 있어서,
상기 다공성패드(420)는,
저면에 횡방향으로 연장된 제1세척면(422a)을 구비하되, 상기 제1세척면(422a)은 상기 솔더노즐(310)의 상부(312)에 접촉 배치되어 상기 상부(312)를 세척하도록 형성된 상부패드(422); 및
상기 상부패드(422)로부터 하부로 연장 형성되고, 측면에 종방향으로 연장된 제2세척면(423a)을 구비하되, 상기 제2세척면(423a)은 상기 솔더노즐(310)의 측부(313)에 접촉 배치되어 상기 측부(313)를 세척하도록 형성된 하부패드(423);를 포함하는 셀렉티브 솔더링 머신.
청구항 8에 있어서,
상기 세척액공급관(430)은,
상기 상부패드(422)의 내부에서 횡방향으로 연장 형성되고, 길이방향으로 이격 배치된 복수의 제1토출구(431a)를 구비하여, 상기 세척액이송관(410)으로부터 이송된 세척액을 상기 상부패드(422)의 내부로 토출하는 횡방향공급관(431); 및
상기 횡방향공급관(431)으로부터 하방으로 연장되어 상기 하부패드(423)의 내부에서 종방향으로 연장 형성되고, 길이방향으로 이격 배치된 복수의 제2토출구(432a)를 구비하여, 상기 세척액이송관(410)으로부터 이송된 세척액을 상기 하부패드(423)의 내부로 토출하는 종방향공급관(432);을 포함하는 셀렉티브 솔더링 머신.
청구항 8에 있어서,
상기 하부패드(423)는,
상기 제2세척면(423a)의 하단 부위에서 상기 하부패드(423)의 중심 측을 향해 하향 경사지게 형성되어, 상기 하부패드(423)의 하강에 따라 상기 제2세척면(423a)을 상기 측부(313)로 진입 안내하는 진입안내면(423b)을 포함하는 셀렉티브 솔더링 머신.
청구항 7에 있어서,
상기 다공성패드(420)는,
상단에 패드브라켓(421)을 구비하고,
상기 세척액이송관(410)은,
베어링(413)을 매개로 상기 패드브라켓(421)이 회전 가능하게 체결되는 외관(411); 및
상기 외관(411) 내부에 배치되어 상기 세척액이 이송되고, 상기 패드브라켓(421) 중앙의 공급관연결포트(421a)와 연결되는 내관(412);을 포함하는 셀렉티브 솔더링 머신.
청구항 11에 있어서,
상기 패드브라켓(421)은,
상기 세척액이송관(410)을 중심으로 상기 패드브라켓(421)의 상면에 원주방향으로 연장 형성되어, 구동모터(440)로부터 상기 다공성패드(420)의 회전을 위한 구동력을 전달받는 링기어(421c)를 구비하는 셀렉티브 솔더링 머신.
청구항 8에 있어서,
상기 솔더노즐(300)은,
종방향을 축으로 회전 가능하게 구비되고, 상기 다공성패드(420)의 회전에 대응해 상기 다공성패드(420)의 회전 방향과 반대되는 방향으로 회전되도록 형성되는 셀렉티브 솔더링 머신.