KR100776262B1

KR100776262B1 - 자동납땜장치

Info

Publication number: KR100776262B1
Application number: KR1020060108268A
Authority: KR
Inventors: 성백기
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-11-03
Filing date: 2006-11-03
Publication date: 2007-11-15

Abstract

예열구간과 납땜구간에서의 인쇄회로기판 이송속도를 별도로 제어할 수 있도록 하여 장치의 크기를 크게 하지 않으면서도 적절한 예열조건과 납땜조건을 구현할 수 있도록 한 자동납땜장치를 개시한다. 이 자동납땜장치는 인쇄회로기판의 예열을 위한 예열장치와, 인쇄회로기판에 납땜을 하기 위한 납땜장치와, 인쇄회로기판을 예열구간으로부터 납땜구간으로 이송시키는 컨베이어를 포함하고, 컨베이어는 예열구간에 설치된 제1컨베이어와, 납땜구간에 설치되며 제1컨베이어와 별도로 제어되는 제2컨베이어를 포함한다.

Description

자동납땜장치{SOLDERING APPARATUS}

도 1은 본 발명에 따른 자동납땜장치의 개략적인 구성을 나타낸 단면도이다.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선에 따른 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 인쇄회로기판, 10: 본체,

11: 입구, 12: 출구,

20: 플럭스도포장치, 30: 예열장치,

40: 납땜장치, 50: 냉각장치,

60: 제1컨베이어, 63: 제1구동모터,

70: 제2컨베이어, 73: 제2구동모터.

본 발명은 자동납땜장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 예열구간의 컨베이어와 납땜구간의 컨베이어가 별도로 마련된 자동납땜장치에 관한 것이다.

자동납땜장치는 납땜재료를 사용하여 다수의 전자부품들을 인쇄회로기판(PCB:Printed Circuit Board)에 접합시키는 장치이다. 통상적으로 이러한 자동납 땜장치는 일본 공개특허공보 2002-111194호에 개시된 바와 같이, 입구로부터 출구 쪽으로 인쇄회로기판을 이송시키는 컨베이어, 이송되는 인쇄회로기판에 플럭스(Flux)를 도포하는 플럭스도포장치, 이송되는 인쇄회로기판을 미리 가열하는 예열장치, 예열장치를 거친 인쇄회로기판에 납땜재료를 공급하여 납땜을 수행하는 납땜장치, 납땜을 거친 인쇄회로기판을 냉각시키는 냉각장치를 구비한다.

납땜재료로 종래에는 주석(Sn)과 납(Pb)으로 이루어진 2원계 공정합금을 주로 사용하였다. 그러나 Sn-Pb합금은 폐기 시 납을 유출시켜 환경오염을 일으키기 때문에 최근 전자업계에서는 환경오염을 줄이기 위해 납이 포함되지 않은 무연납땜재료의 사용이 늘고 있다. 무연납땜재료로는 Sn-Cu계 또는 Sn-Ag계합금이 알려져 있다. 그러나 이러한 무연납땜재료는 종래의 유연납땜재료에 비하여 용융점이 높고 응고가 빠르며 젖음성(Wettability)이 낮은 특징이 있다. 유연납땜재료의 경우 용융점이 대략 183℃인 반면 무연납땜재료의 경우 용융점이 대략 227℃정도이다.

이처럼 무연납땜재료는 용융점이 높기 때문에 이를 이용하여 납땜을 할 경우 인쇄회로기판이나 전자부품들의 열 충격 등을 최소화하기 위해 인쇄회로기판의 예열온도도 높아야 한다. 그러나 인쇄회로기판의 예열온도를 높이기 위해서는 긴 예열시간이 필요하기 때문에 자동납땜장치의 전체길이(컨베이어 이송경로)를 길게 해야 하는 문제가 있었다. 즉 예열장치의 온도를 과도하게 높이지 않으면서도 인쇄회로기판을 충분히 예열하기 위해서는 예열구간을 길이를 길게 해야 하기 때문에 자동납땜장치의 전체길이가 길어지는 문제가 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 예열구간과 납땜구간에서의 인쇄회로기판 이송속도를 별도로 제어할 수 있도록 하여 장치의 크기를 크게 하지 않으면서도 적절한 예열조건과 납땜조건을 구현할 수 있도록 하는 자동납땜장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동납땜장치는 인쇄회로기판의 예열을 위한 예열장치와, 상기 인쇄회로기판에 납땜을 하기 위한 납땜장치와, 상기 인쇄회로기판을 예열구간으로부터 납땜구간으로 이송시키는 컨베이어를 포함하고, 상기 컨베이어는 상기 예열구간에 설치된 제1컨베이어와, 상기 납땜구간에 설치되며 상기 제1컨베이어와 별도로 제어되는 제2컨베이어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1 및 제2컨베이어는 회전속도를 별도로 제어할 수 있는 속도가변형 구동모터를 각각 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 인쇄회로기판을 예열하기 전에 상기 인쇄회로기판에 플럭스를 도포하기 위한 플럭스도포장치와, 상기 인쇄회로기판의 납땜 후에 상기 인쇄회로기판을 냉각시키기 위한 냉각장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1컨베이어는 상기 예열구간으로부터 상기 플럭스도포장치 이전구간까지 연장되고, 상기 제2컨베이어는 상기 납땜구간으로부터 상기 냉각장치 이후구간까지 연장된 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세 히 설명한다.

본 발명에 따른 자동납땜장치는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 한쪽에 인쇄회로기판(1)이 투입되는 입구(11)가 마련되고 입구(11)의 반대편에 인쇄회로기판(1)이 배출되는 출구(12)가 마련된 본체(10)를 구비한다.

본체(10)의 내부에는 입구(11) 쪽으로부터 출구(12) 쪽으로 플럭스도포장치(20), 예열장치(30), 납땜장치(40), 냉각장치(50)가 차례로 설치된다. 또 본체(10) 내에는 입구(11)로 투입된 인쇄회로기판(1)이 각 장치들(20,30,40,50)을 차례로 거쳐 출구(12) 쪽으로 배출될 수 있도록 인쇄회로기판(1)을 이송시키는 제1컨베이어(60)와 제2컨베이어(70)가 설치된다.

플럭스도포장치(20)는 제1컨베이어(60)에 의해 이송되는 인쇄회로기판(1)에 플럭스(Flux)를 도포한다. 플럭스는 일 예로 수지 등의 활성성분과 이소프로필 알코올(Isopropyl Alcohol) 등의 용제를 포함하는 것일 수 있다. 이러한 플럭스는 인쇄회로기판(1)의 랜드(Land, 납땜부분)에 형성된 산화막을 제거하고 납땜재료의 젖음과 확산이 용이하도록 하여 납땜을 촉진시킨다. 플럭스도포장치(20)는 안개상태의 플럭스를 인쇄회로기판(1)에 분무하는 스프레이방식이거나 거품형태의 플럭스를 인쇄회로기판(1)에 접촉시키는 발포방식일 수 있다.

예열장치(30)는 제1컨베이어(60)에 의해 이송되는 인쇄회로기판(1)을 가열한다. 예열장치(30)는 납땜 전에 인쇄회로기판(1)을 가열하여 온도를 미리 상승시킴으로써 납땜과정에서 인쇄회로기판(1)이나 이에 접합되는 전자부품들(미도시)의 열 스트레스를 최소화한다. 이러한 예열장치(30)는 도면에 상세히 나타내지는 않았지 만, 예열구간(B)을 가열하는 히터와, 히터에 의해 가열된 예열구간(B)의 공기 및 가스를 인쇄회로기판(1) 쪽으로 송풍하는 송풍수단을 포함하는 것일 수 있다.

납땜장치(40)는 가열에 의하여 용융된 납땜재료가 채워진 납땜조(41)와, 이송되는 인쇄회로기판(1)의 하면 쪽으로 용융된 납땜재료를 공급하기 위해 납땜조(41)의 내부에 설치된 제1노즐(42)과 제2노즐(43)을 포함한다. 이러한 납땜장치(40)는 제1 및 제2노즐(42,43)을 통하여 인쇄회로기판(1) 하면으로 용융된 납땜재료를 공급함으로써 인쇄회로기판(1)의 납땜이 이루어지도록 한다. 즉 노즐들(42,43)을 통하여 공급된 납땜재료가 전자부품들의 리드(미도시)가 삽입된 인쇄회로기판(1)의 관통홀(미도시)로 진입하여 고화되도록 하는 방식으로 납땜이 이루어지도록 한다. 도면에 도시하지는 않았지만, 이러한 납땜장치(40)는 납땜재료를 용융시키기 위해 납땜조(41)를 가열하는 히터 등의 가열수단과, 납땜조(41) 내부의 용융된 납땜재료를 제1 및 제2노즐(42,43)로 공급하여 납땜재료가 인쇄회로기판(1)의 하면에 접하여 흐르도록 하는 공급수단을 구비한다.

냉각장치(50)는 납땜을 거쳐 이송되는 인쇄회로기판(1)을 냉각시킨다. 이러한 냉각장치(50)는 인쇄회로기판(1)에 저온의 공기를 송풍하는 송풍장치를 포함하는 형태일 수 있다.

인쇄회로기판(1)을 이송시키는 제1컨베이어(60)는 플럭스도포장치(20)와 예열장치(30)의 상측에 설치된다. 그리고 제2컨베이어(70)는 납땜장치(40)와 냉각장치(50)의 상측에 설치된다. 이는 도 1에 도시한 바와 같이, 제1컨베이어(60)의 동작에 의해 본체(10)의 입구(11)로 진입된 인쇄회로기판(1)이 플럭스도포장치(20) 상부의 플럭스도포구간(A)과 예열장치(30) 상부의 예열구간(B)을 거쳐 납땜장치(40) 쪽으로 이송될 수 있도록 한 것이다. 또 제2컨베이어(70)의 동작에 의해 예열구간(B)을 거친 인쇄회로기판(1)이 납땜장치(40) 상부의 납땜구간(C)과 냉각장치(50) 상부의 냉각구간(D)을 거쳐 출구(12)로 배출될 수 있도록 한 것이다.

제1컨베이어(60)는 도 2에 도시한 바와 같이, 이송경로의 양측에 각각 설치되며 이송방향으로 길게 마련된 무한궤도식 이송벨트들(61)과, 이송벨트들(61)의 회전을 위한 구동롤러들(62), 그리고 한 쪽의 구동롤러들(62)을 회전시키는 제1구동모터(63)를 구비한다. 이는 제1구동모터(63)가 회전할 때 양측의 이송벨트들(61)이 동작함으로써 그 상면에 놓이는 인쇄회로기판(1)을 이송시킬 수 있도록 한 것이다. 이때 인쇄회로기판(1)은 양단이 양측의 이송벨트들(61) 상부에 놓이는 방식으로 지지되므로 이송벨트(61)의 이동과 함께 이송된다. 여기서 제1컨베이어(60)는 이송수단으로 이송벨트를 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 이송벨트 대신 무한궤도식 체인이 채용될 수도 있다. 또 인쇄회로기판(1)의 양단은 이송벨트 또는 체인에 직접 지지되거나, 이송벨트 또는 체인에 결합된 다수의 걸이부에 걸리는 방식으로 지지될 수도 있다.

제1구동모터(63)는 필요에 따라 제1컨베이어(60)의 동작속도를 빠르거나 느리게 제어할 수 있는 속도가변형 모터로 구성된다. 이는 납땜재료의 선택에 따라 인쇄회로기판(1)의 예열온도를 달리하고자 할 때 제1컨베이어(60)의 동작속도를 제어하여 인쇄회로기판(1)의 예열시간을 조절할 수 있도록 한 것이다.

제2컨베이어(70)는 제1컨베이어(60)를 통해 이송된 인쇄회로기판(1)을 납땜 장치(40)와 냉각장치(60)를 거쳐 출구(12) 쪽으로 이송시킨다. 제2컨베이어(70)는 납땜구간(C)과 냉각구간(D) 상부에 설치된 점에서 차이가 있을 뿐 그 구성은 제1컨베이어(60)와 동일한 형태이다. 즉 제2컨베이어(70)는 양측의 이송벨트들(71), 구동롤러들(72), 그리고 속도가변이 가능한 제2구동모터(73)를 포함한다.

이러한 구성들은 제1구동모터(63)와 제2구동모터(73)를 각각 제어하여 제1컨베이어(60)와 제2컨베이어(70)를 서로 다른 속도로 동작시키거나 제1 및 제2컨베이어(60,70)를 동일한 속도로 동작시킬 수 있도록 한 것이다. 이러한 동작제어를 위해 본 발명은 도면에 나타내지는 않았지만 제1 및 제2컨베이어(60,70)의 동작을 별도로 제어할 수 있는 제어수단과, 사용자가 제어수단에 제1 및 제2컨베이어(60,70)의 동작조건을 입력할 수 있도록 하는 입력수단을 구비한다.

이러한 자동납땜장치에서는 Sn-Cu계, Sn-Ag-Cu계, Sn-Ag계처럼 납이 포함되지 않는 무연납땜재료를 사용하거나, Sn-Pb계와 같은 유연납땜재료를 사용하여 납땜을 수행할 수 있다.

유연납땜재료의 용융점은 대략 183℃정도이고, 무연납땜재료의 용융점은 대략 227℃이다. 따라서 유연납땜재료를 이용하여 납땜을 할 때는 무연납땜재료을 이용하여 납땜을 할 때의 온도보다 상대적으로 낮은 온도(대략 245℃)에서 납땜을 수행하고, 예열장치(30)를 이용한 인쇄회로기판(1)의 예열온도도 상대적으로 낮게 조절한다. 따라서 이때는 제1컨베이어(60)의 동작속도를 상대적으로 빠르게 하여 인쇄회로기판(1)이 예열구간(B)을 통과하는 시간을 줄임으로써 인쇄회로기판(1)이 유연납땜을 수행하는데 적정한 온도(무연납땜 시에 비하여 낮은 온도)로 예열될 수 있게 한다. 이때 제2컨베이어(70)는 유연납땜을 위한 속도로 인쇄회로기판(1)을 이송하도록 제어된다. 이러한 동작은 제1컨베이어(60)와 제2컨베이어(70)의 속도를 별도로 제어할 수 있기 때문에 가능하다.

한편 용융점이 상대적으로 높은 무연납땜재료(Sn-Cu계 등)를 이용하여 납땜을 수행할 때는 유연납땜재료를 이용하여 납땜을 할 때보다 높은 온도(대략 265℃)에서 납땜을 수행한다. 따라서 이때는 인쇄회로기판(1)의 예열온도도 유연납땜을 수행하는 경우보다 높여 주어야 한다. 이를 위해 본 발명의 자동납땜장치에서는 제1컨베이어(60)의 동작속도를 유연납땜을 수행하는 경우보다 느리게 하여 인쇄회로기판(1)이 예열구간(B)을 통과하는 시간을 늘려 준다.

예열온도를 높이기 위해 예열장치(30)의 가열온도를 너무 높게 할 경우에는 예열과정에서 인쇄회로기판(1)이나 전자부품들이 열 스트레스로 인해 손상될 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 열 스트레스를 줄이면서 인쇄회로기판(1)을 무연납땜에 적합한 온도로 예열시키기 위해서는 예열장치(30)의 가열온도를 너무 높지 않게 한 상태에서 제1컨베이어(60)의 이송속도를 느리게 하여 인쇄회로기판(1)이 예열구간(B)에 상대적으로 긴 시간동안 노출되도록 하는 것이 바람직하다. 이처럼 본 발명은 제1컨베이어(60)의 길이를 길게 하지 않으면서도 제1컨베이어(60)의 이송속도 조절을 통하여 충분한 예열시간을 확보할 수 있고, 이를 통해 무연납땝에 적합한 예열을 수행할 수 있기 때문에 무연납땜재료를 사용하는 통상의 자동납땜장치에 비하여 자동납땜장치의 전체길이를 줄일 수 있게 된다.

무연납땜을 수행하는 과정에서 제2컨베이어(70)의 동작속도는 무연납땜을 수 행하는데 적합하도록 제어한다. 이는 제2컨베이어(70)의 동작을 제1컨베이어(60)의 동작과 별도로 제어할 수 있기 때문에 가능하다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동납땜장치는 예열구간에 설치된 제1컨베이어의 동작과 납땜구간에 설치된 제2컨베이어의 동작을 별도로 제어할 수 있기 때문에 예열구간과 납땜구간에서의 인쇄회로기판 이송속도를 별도로 제어할 수 있다. 따라서 자동납땜장치의 전체길이(이송거리)를 길게 하지 않으면서도 제1 및 제2컨베이어의 이송속도 제어를 통해 유연납땜과 무연납땜에 각각 적합한 예열조건과 납땜조건을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims

인쇄회로기판의 예열을 위한 예열장치와, 상기 인쇄회로기판에 납땜을 하기 위한 납땜장치와, 상기 인쇄회로기판을 예열구간으로부터 납땜구간으로 이송시키는 컨베이어를 포함하는 자동납땜장치에 있어서,

상기 컨베이어는 상기 예열구간에 설치된 제1컨베이어와, 상기 납땜구간에 설치되며 상기 제1컨베이어와 별도로 제어되는 제2컨베이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동납땜장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2컨베이어는 회전속도를 별도로 제어할 수 있는 속도가변형 구동모터를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 자동납땜장치.
제2항에 있어서,

상기 인쇄회로기판을 예열하기 전에 상기 인쇄회로기판에 플럭스를 도포하기 위한 플럭스도포장치와, 상기 인쇄회로기판의 납땜 후에 상기 인쇄회로기판을 냉각시키기 위한 냉각장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동납땜장치.
제3항에 있어서,

상기 제1컨베이어는 상기 예열구간으로부터 상기 플럭스도포장치 이전구간까 지 연장되고, 상기 제2컨베이어는 상기 납땜구간으로부터 상기 냉각장치 이후구간까지 연장된 것을 특징으로 하는 자동납땜장치.