홈   >   Special Report 이 기사의 입력시간 : 2014-07-04 (금) 12:40:59
웨이브 솔더링 중의 불활성화 가스
납땜 중에 불활성화 가스를 제공하는 장치 및 방법
2014-07  자료출처 : 특허청
목록 크게 작게 인쇄

본 발명은 납땜 중에 불활성화 가스를 제공하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 질소 및 기타 불활성화 가스를 이용한 웨이브 솔더링(wave soldering) 중에 불활성화 가스를 제공하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 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 제공하는데, 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

 

배경 기술       

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 기타 불활성화 가스로서, 흔히 N2 불활성화(inerting)로 불린다. 불활성 가스 및 질소 분위기 내에서의 납땜은 땜납의 표면 상에서 불순물 또는 산화물의 형성을 최소화한다.
불순물 및 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 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 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.


발명의 내용               

발명을 실시하기 위한 구체적인 내용      

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, 성형 가스(forming gas) 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 2500ppm(part per million) 정도로 감소시키는 데에 있다.
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 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.
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.



그림 1에서는 본 명세서에서 개시하는 장치 및 방법에 이용되는 다공성 튜브 또는 디퓨저의 하나의 실시예를 도시하고 있다. 다공성 튜브(10)는 질소, 및 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 공급원과 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 수단을 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 땜납의 표면과 납땜될 공작물의 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 그림 1의 실시예에 도시한 바와 같은 원형 구멍에 의해 좁게 안내되어 땜납 저장조의 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 내로 및 땜납 배스와 공작물 사이의 간극 내로 더 멀리 안내하도록 각을 이룰 수 있다. 천공부(20)에 대한 평균 기공 크기는 0.05㎛ 내지 100㎛, 또는 0.1㎛ 내지 10㎛ 또는 0.2㎛ 내지 5.0㎛ 범위일 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 천공부(20)에 대한 평균 기공 크기는 약 0.2㎛ 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 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 그림 2에 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.



그림 3 및 그림 4에서는 본 명세서에서 개시하는 장치(30)의 하나의 실시예의 평면도 및 사시도를 도시하고 있다. 그림 3의 (a)를 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 펌프에 의해 생성되는 하나 이상의 땜납 웨이브를 토출하는 하나 이상의 노즐(85)을 포함한다. 그림 3의 (a) 및 그림 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 트랙을 따라 지나가는 공작물과 접촉하게 된다. 그림 3의 (a) 및 그림 4를 참조하면, 장치(30)는 또한 장치(30)의 저부에 적어도 하나의 홈(45)을 포함하며, 이 홈은 땜납 저장조(75)의 에지의 상부에 놓인다. 특정 실시예에서, 장치(30)는 그림 3의 (a) 및 그림 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 그림 5 및 그림 6에 도시한 실시예와 같이 단지 하나의 홈(245)을 갖는다. 본 명세서에서 개시하는 또 다른 실시예는 하나 이상의 홈을 갖는 것이 아니라, 그림 7 및 그림 8에 도시한 실시예와 같이 그 장치를 땜납 저장조 상에 위치 설정하거나 배치할 수 있게 하는 복수의 플랜지를 구비한다.
그림 3의 (b)에서는 다공성 디퓨저 튜브(55`)가 땜납 웨이브의 폭에 직각 방향으로 배향되어 있는 본 명세서에서 개시하는 장치(30`)의 실시예의 평면도를 도시하고 있다. 그림 3의 (b)를 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 펌프에 의해 생성되는 하나 이상의 땜납 웨이브를 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 트랙을 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. 특정 실시예에서, 불활성화 가스는 다공성 튜브(55`) 내로 도입되기 전에 예열된다. 그림 3의 (b)에 도시한 실시예는 웨이브 솔더링 기계의 구성에 따라 달라질 수 있다는 점을 이해할 것이다.



그림 9에서는 장치(30) 및 가동 트랙 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 배기부와 유체 연통하여, 납땜 스테이션의 분위기 내의 임의의 플럭스 증기를 제거할 수 있는 통기구(97)를 구비한다.
그림 10에서는 본 명세서에서 개시하는 장치(130)의 실시예의 측면도를 도시하고 있다. 그림 10에 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 트랙이 납땜될 공작물(100)을 도시한 화살표(105)로 나타낸 위쪽 방향으로 운반한다. 적어도 하나 또는 그 이상의 땜납 펌프가 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. 그림 10에 도시한 실시예에서, 다공성 튜브(155)는 땜납 저장조(175)의 입구 및 출구에 위치한다. 다른 실시예에서, 다공성 튜브(155)는 땜납 웨이브의 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. 그림 10에 도시한 실시예에서, 그 장치에는 공작물(100)과 땜납 웨이브(115)의 최고점 사이에 실질적으로 어떠한 간극도 존재하지 않는다.



그림 11 내지 그림 12에서는 복수의 다공성 튜브를 포함하는 본 명세서에서 개시하는 장치의 다양한 실시예를 도시하고 있다. 그림 11에 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.
그림 13에 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.



그림 14에 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.
그림 12에 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.

그림 15 내지 그림 16에서는 땜납 저장조(880) 위에 선택 커버(890)를 더 포함하여 이동 트랙(900) 상에 유지된 공작물(905)(그림 17 참조)이 통과해 지나갈 터널을 형성하고 있는 실시예의 장치(830)를 도시하고 이다. 그림 15는 장치(830)의 단부도를 도시하며, 그림 16 및 그림 17은 장치(830)의 측면도를 도시한다. 특정 실시예에서, 선택 커버(890)는 웨이브 솔더링 기계의 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. 그림 15 내지 그림 16에 도시한 실시예에서, 선택 커버(890)는 땜납 영역으로부터 플럭스 증기 및 공기를 퍼징에 의해 배출하는 데에 더욱 도움이 되도록 불활성화 가스 공급원과 유체 연통하는 불활성화 가스 입구(895)를 포함할 수 있다. 그림 17에 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 그림 16에 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.

그림 18에 도시한 실시예와 같은 본 명세서에서 개시한 장치 및 방법의 다른 실시예에서, 본 명세서에서 설명한 N2 및 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)이 땜납 저장조(1020) 내로 들어오는 중에, 처리될 공작물(1005)의 상부, 저부, 또는 이들 상부와 저부 모두에서의 간극을 차단한다. 그림 18에 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, 그림 19의 (a)를 참조하면, 슬롯 형성 다공성 튜브(1050)는 하나 이상의 개구 또는 슬롯(1060)을 포함하는 것으로, 단독으로 이용되거나 다공성 디퓨저 내에 삽입되어 가스 커튼을 생성할 수 있다. 대안예로서, 그림 19의 (b)에는 상부면(1075)은 다공성 플레이트로 이루이지고 다른 3개의 면은 중실 플레이트(1078)로 이루어진 디퓨저 박스(1070)의 단면도가 도시되어 있다. 그림 19의 (b)에서는 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.

예 
▶예 1 : 가스 흐름 패턴에 대한 다공성 튜브의 기공 크기의 효과
표 1에 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.



그 후에, 디퓨저를 따른 평균 압력을 다음과 같이 계산하였다.

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 그림 20에 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. 그림 20에서는 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.

▶예 2 : 웨이브 솔더링에서 N2 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 그림 11에 도시되어 있다.
그림 22에서는 땜납 저장조 위에 정지된 보드가 있고 상부 커버는 없는 경우에 대해 그림 21에 나타낸 땜납 저장조 주위의 위치 1 내지 8에서의 O2 농도의 결과를 나타내는 한편, 그림 23에서는 상부 커버를 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. 그림 22에서는 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, 그림 23에서는 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 그림 11에 도시되어 있다. 

 

[저작권자(c)SG미디어. 무단전재-재배포금지]
목록 크게 작게 인쇄





100자평 쓰기
     
( Byte)
 
미디어정보 | 개인정보취급방침 | 이메일주소 무단수집 거부 | 온라인문의
SG미디어 | 대표이사 : 강희명 | 사업자등록번호 : 119-10-75482
(08639) 서울시 금천구 시흥대로 97 | 전화 : 02-808-7411 팩스 : 02-808-7412
Copyright ⓒ SG미디어 All rights reserved.