KR20090005488A - 리플로우 장치 및 방법 - Google Patents

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한성찬
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삼성전자주식회사
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Abstract

리플로우 장치 및 방법이 제공된다. 상기 리플로우 장치는 기판 상의 솔더가 용융되어 상기 기판 상에 탑재된 전자부품이 상기 기판 상에 납땜되도록 상기 기판 상의 솔더를 상압 상태에서 상기 솔더의 용융점 직전까지 가열하는 제1 가열부 및, 상기 제1 가열부에 연결되며 상기 제1 가열부에서 가열된 상기 기판 상의 솔더를 진공 상태에서 상기 용융점 이상의 솔더용융 온도구간으로 가열하는 제2 가열부를 포함한다.
Figure P1020070068568
리플로우, 장치

Description

리플로우 장치 및 방법{Apparatus and method for reflow}
본 발명은 전자부품을 기판 상에 납땜하는 리플로우 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 리플로우 장치는 기판 상에 도포된 솔더(solder)를 용융시켜 그 기판 상에 탑재된 전자부품을 기판 상에 납땜하는 장치를 말한다.
다시 말하면, 리플로우 장치는 전자부품이 탑재된 기판을 컨베이어(conveyor) 등으로 반송하면서, 가열실에서 가열하여 기판 상에 도포된 솔더를 용용시킨 후, 그 용융된 솔더를 냉각실에서 냉각ㆍ고화하여 전자부품을 기판 상에 납땜한다.
이와 같은 리플로우 장치는 한국공개특허 제10-2004-0104737호(명칭; 리플로우 납땜장치, 공개일 2004년 12월 10일) 및 제10-2002-0013712호(명칭;리플로우 납땜장치, 공개일 2002년 2월 21일) 등에 개시된 바 있다.
상기 개시된 특허들에 따르면, 리플로우 장치는 히터(heater)와 팬(fan) 등에 의해 발생되는 뜨거운 바람(이하, '열풍(熱風)'이라 하기로 함)을 이용하여 기판 상에 도포된 솔더를 그 용융점 이상의 솔더용융 온도구간까지 가열한 다음, 냉 각시킴으로써 납땜을 수행한다.
즉, 상기 리플로우 장치는 열전달 방식의 하나인 대류(convection) 방식을 이용하여, 그 발생되는 열풍을 기판 상의 솔더에 접촉시킴으로써, 솔더를 그 용융점 이상의 솔더용융 온도구간까지 가열하고, 이후에는 이를 냉각 및 고화시킴으로써 기판 상에 전자부품을 납땜하는 공정을 수행한다.
하지만, 이상과 같은 열풍에 의한 대류 방식으로만 솔더를 용융시키고 또 이를 통하여 전자부품을 납땜시킬 경우, 여러가지 문제가 발생될 수 있다.
예를 들면, 열풍에 의한 대류 방식으로만 솔더를 용융시키고 또 이를 통하여 전자부품을 납땜시킬 경우, 그 대류되는 열풍 등에 의해 솔더의 일부 또는 솔더에 포함되어 있던 플럭스(flux) 등이 도 1에 도시된 바와 같이 튀는 현상이 발생될 수 있다. 이 경우, 솔더의 일부와 플럭스 등은 기판(10) 상의 탭 단자부(14) 등에 튀어서 부식 문제나 오염 문제 등을 유발할 수 있게 된다. 참조부호 12는 솔더의 일부와 플럭스 등이 탭 단자부(14)에 튄 부분을 지칭한다.
또한, 이상과 같은 종래 리플로우 장치는 대부분 상압 상태에서 그 솔더의 가열과 용융 및 냉각이 모두 이루어지는 구조로 되어 있다.
따라서, 종래 리플로우 장치로 솔더를 용용시켜 납땜하는 리플로우 공정을 진행할 경우, 기판(10) 상의 솔더 접합부(16) 내부에는 도 2에 도시된 바와 같이 보이드(void,18)가 발생될 수 있다. 이 경우, 상기 보이드(18)는 솔더 접합부(16)의 오픈(open) 불량을 초래할 수 있게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 리플로우 공정을 진행하는 과정에서 솔더의 일부와 플럭스 등이 튀는 현상을 감소시킬 수 있는 리플로우 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
그리고, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 리플로우 공정을 진행하는 과정에서 솔더 접합부의 내부에 보이드가 발생되는 현상을 감소시킬 수 있는 리플로우 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제1 관점에 따르면, 기판 상의 솔더가 용융되어 상기 기판 상에 탑재된 전자부품이 상기 기판 상에 납땜되도록 상기 기판 상의 솔더를 상압 상태에서 상기 솔더의 용융점 직전까지 가열하는 제1 가열부 및, 상기 제1 가열부에 연결되며 상기 제1 가열부에서 가열된 상기 기판 상의 솔더를 진공 상태에서 상기 용융점 이상의 솔더용융 온도구간으로 가열하는 제2 가열부를 포함하는 리플로우 장치가 제공된다.
다른 실시예에 있어서, 상기 제1 가열부는 상기 제1 가열부 내부의 분위기 가스를 가열하는 히터와 상기 히터에 의해 가열되는 분위기 가스를 상기 기판 상의 솔더 측으로 송풍하는 열풍팬을 구비하여, 열풍에 의한 대류 방식으로 상기 기판 상의 솔더를 가열할 수 있다.
또다른 실시예에 있어서, 상기 제1 가열부는 솔더가 도포된 기판이 유입되도 록 마련된 제1 기판 유입구, 상기 제1 기판 유입구로 유입되는 기판이 배출되도록 마련된 제1 기판 배출구 및, 상기 제1 기판 유입구로 유입되는 기판을 상기 제1 기판 배출구 측으로 이송하는 제1 컨베이어를 구비할 수 있다.
또다른 실시예에 있어서, 상기 제2 가열부는 복사 열을 발생하는 열 복사용 히터를 구비하여, 열 복사에 의한 비접촉 방식으로 상기 기판 상의 솔더를 가열할 수 있다. 이 경우, 상기 열 복사용 히터는 적외선 히터를 포함할 수 있다.
또다른 실시예에 있어서, 상기 제2 가열부는 상기 제1 가열부를 경유한 기판이 유입되도록 마련된 제2 기판 유입구, 상기 제2 기판 유입구를 개폐하는 입구셔터, 상기 제2 기판 유입구로 유입되는 기판이 배출되도록 마련된 제2 기판 배출구, 상기 제2 기판 배출구를 개폐하는 출구셔터, 상기 제2 기판 유입구로 유입되는 기판을 상기 제2 기판 배출구 측으로 이송하는 제2 컨베이어 및, 상기 제2 가열부를 진공 상태로 변경 및 유지시키는 진공펌프를 구비할 수 있다.
또다른 실시예에 있어서, 상기 리플로우 장치는 상기 제2 가열부에 연결되며, 상기 제2 가열부에서 가열된 상기 기판 상의 솔더를 냉각시키는 냉각부를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 냉각부는 상기 제2 가열부를 경유한 기판이 유입되도록 마련된 제3 기판 유입구, 상기 제3 기판 유입구로 유입되는 기판이 배출되도록 마련된 제3 기판 배출구, 상기 제3 기판 유입구로 유입되는 기판을 상기 제3 기판 배출구 측으로 이송하는 제3 컨베이어, 상기 냉각부 내부의 분위기 가스를 냉각시키는 냉각기 및, 상기 냉각기에 의해 냉각되는 분위기 가스를 상기 기판 상의 솔더 측으로 송풍하는 냉각팬을 구비할 수 있다.
본 발명의 제2 관점에 따르면, 분위기 가스를 가열하는 히터와 상기 히터에 의해 가열되는 분위기 가스를 송풍하는 열풍팬을 구비하고, 기판 상의 솔더가 용융되어 상기 기판 상에 탑재된 전자부품이 상기 기판 상에 납땜되도록 열풍에 의한 대류 방식으로 상기 기판 상의 솔더를 상기 솔더의 용융점 직전까지 가열하는 제1 가열부 및, 상기 제1 가열부에 연결되고, 복사 열을 발생하는 열 복사용 히터를 구비하여 열 복사에 의한 비접촉 방식으로 상기 제1 가열부에서 가열된 상기 기판 상의 솔더를 상기 용융점 이상의 솔더용융 온도구간으로 가열하는 제2 가열부를 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 제1 가열부는 솔더가 도포된 기판이 유입되도록 마련된 제1 기판 유입구와, 상기 제1 기판 유입구로 유입되는 기판이 배출되도록 마련된 제1 기판 배출구를 구비하며, 상압 상태에서 상기 기판 상의 솔더를 가열할 수 있다.
또다른 실시예에 있어서, 상기 제2 가열부는 상기 제1 가열부를 경유한 기판이 유입되도록 마련된 제2 기판 유입구, 상기 제2 기판 유입구를 개폐하는 입구셔터, 상기 제2 기판 유입구로 유입되는 기판이 배출되도록 마련된 제2 기판 배출구, 상기 제2 기판 배출구를 개폐하는 출구셔터 및, 상기 제2 가열부를 진공 상태로 변경 및 유지시키는 진공펌프를 구비하여, 진공 상태에서 상기 기판 상의 솔더를 가열할 수 있다.
본 발명의 제3 관점에 따르면, 기판 상의 솔더를 용융시켜 상기 기판 상에 탑재된 전자부품을 상기 기판 상에 납땜하는 리플로우 방법이 제공된다. 상기 리플 로우 방법은 제1 가열부를 이용하여 상기 기판 상의 솔더를 상압 상태에서 상기 솔더의 용융점 직전까지 가열하는 제1 가열단계 및, 상기 제1 가열부에 연결되고, 진공펌프가 구비되는 제2 가열부를 이용하여 상기 제1 가열부에서 가열된 상기 기판 상의 솔더를 진공 상태에서 상기 용융점 이상의 솔더용융 온도구간으로 가열하는 제2 가열단계를 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 제1 가열단계는 상기 제1 가열부에 구비되는 히터와 상기 히터에 의해 가열되는 분위기 가스를 상기 기판 측으로 송풍하는 열풍팬을 이용하여 열풍에 의한 대류 방식으로 상기 기판 상의 솔더를 가열할 수 있다.
또다른 실시예에 있어서, 상기 제2 가열단계는 상기 제2 가열부에 구비되어 복사 열을 발생하는 열 복사용 히터를 이용하여 열 복사에 의한 비접촉 방식으로 상기 기판 상의 솔더를 가열할 수 있다.
또다른 실시예에 있어서, 상기 리플로우 방법은 상기 제2 가열부에 연결되는 냉각부를 이용하여 상기 제2 가열부에서 가열된 상기 기판 상의 솔더를 냉각시키는 냉각단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제4 관점에 따르면, 분위기 가스를 가열하는 히터와 상기 히터에 의해 가열되는 분위기 가스를 송풍하는 열풍팬을 구비하는 제1 가열부를 이용하여 열풍에 의한 대류 방식으로 기판 상의 솔더를 상기 솔더의 용융점 직전까지 가열하는 제1 가열단계 및, 상기 제1 가열부에 연결되고, 복사 열을 발생하는 열 복사용 히터를 구비하는 제2 가열부를 이용하여 열 복사에 의한 비접촉 방식으로 상기 제1 가열부에서 가열된 상기 기판 상의 솔더를 상기 용융점 이상의 솔더용융 온도구간 으로 가열하는 제2 가열단계를 포함하는 리플로우 방법이 제공된다.
다른 실시예에 있어서, 상기 제1 가열단계는 상압 상태에서 상기 기판 상의 솔더를 가열할 수 있다.
또다른 실시예에 있어서, 상기 제2 가열단계는 상기 제2 가열부에 구비되어 상기 제2 가열부를 진공 상태로 변경 및 유지시키는 진공펌프를 이용하여 진공 상태에서 상기 기판 상의 솔더를 가열할 수 있다.
본 발명 리플로우 장치 및 방법에 따르면, 솔더가 용융되는 구간에서 복사 방식으로 기판 상의 솔더를 가열하기 때문에, 리플로우 공정을 진행하는 과정에서 솔더의 일부와 플럭스 등이 튀는 현상은 현저히 감소되어지게 된다. 결과적으로, 본 발명에 따르면, 솔더의 일부와 플럭스 등이 기판 상의 탭 단자부 등에 튀어서 발생하는 제반 문제들 즉, 부식 문제나 오염 문제 등은 최소화되거나 미연에 방지되어지게 되는 효과가 있다.
그리고, 본 발명 리플로우 장치 및 방법에 따르면, 솔더가 용융되는 구간의 공정을 진공 상태에서 진행하기 때문에, 리플로우 공정을 진행하는 과정에서 솔더 접합부의 내부에 보이드가 발생되는 현상은 현저히 감소되어지게 된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 솔더 접합부에 보이드가 발생됨으로 초래되는 문제 즉, 솔더 접합부의 오픈 불량 문제는 최소화되거나 미연에 방지되어지게 되는 효과가 있다.
또한, 본 발명 리플로우 장치 및 방법에 따르면, 제1 가열부에서 가열하는 제1 가열단계에서는 열풍 방식으로 가열하고 제2 가열부에서 가열하는 제2 가열단 계에서만 복사 열에 의한 열 복사 방식으로 기판 상의 솔더를 가열하기 때문에, 솔더의 가열을 보다 빠르게 수행할 수 있어서, 기존의 열풍 방식에 비하여 생산성을 떨어뜨리지 않고도 리플로우 공정을 진행시킬 수 있게 되는 효과가 있다.
또, 본 발명 리플로우 장치 및 방법에 따르면, 제1 가열단계에서 열풍을 이용한 대류 방식으로 기판 상의 솔더를 가열하고 제2 가열단계에서는 복사 열에 의한 열 복사 방식으로 기판 상의 솔더를 가열하기 때문에, 기판의 양면에 도포된 솔더들에 모두 균일한 열을 가할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 리플로우 장치 및 방법의 경우, 양면에 모두 전자부품들이 탑재된 장치나 모듈들 예를 들면, 메모리 모듈 등에도 적용가능하게 되는 효과가 있다.
이하, 첨부한 도 3 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
<리플로우 장치의 일실시예>
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 리플로우 장치를 설명하기 위한 도면들로서, (A)는 그 구성의 설명도이고, (B)는 동 장치의 온도 프로파일 설명도이다. 그 리고, 도 4는 도 3에 도시한 리플로우 장치의 진공가열부가 셔터에 의해 밀폐되는 상태를 도시한 도면이다.
도 3과 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 리플로우 장치(100)는 로더부(110), 제1 가열부(130), 제2 가열부(150), 냉각부(170) 및, 언로더부(190)를 포함한다. 이때, 상기 로더부(110), 상기 제1 가열부(130), 상기 제2 가열부(150), 상기 냉각부(170) 및, 상기 언로더부(190)는 상호 순차적으로 연결되어 인라인(in-line)으로 배치될 수 있으며, 리플로우 공정을 통해 납땜될 기판(90)은 상기 로더부(110)로부터 상기 언로더부(190)로 이송 즉, 도 3의 A 방향으로 이송된다.
상기 로더부(110)에는 리플로우 공정을 통해 납땜될 기판(90) 즉, 솔더가 도포되고 또 그 상부에 전자부품이 탑재되는 기판(90)이 로딩된다. 이때, 상기 로더부(110)에 로딩되는 기판(90)은 작업자나 이송로봇(미도시) 등에 의해 상기 제1 가열부(130)로 이송될 수 있다.
상기 제1 가열부(130)는 상기 로더부(110)에 연결되며, 기판(90) 상의 솔더가 용융되어 상기 기판(90) 상에 탑재된 전자부품이 상기 기판(90) 상에 납땜되도록 상온(常溫)으로 공급되는 상기 기판(90) 상의 솔더를 예열한다. 즉, 상기 제1 가열부(130)는 상기 로더부(110)로부터 솔더가 도포되고 또 그 상부에 전자부품이 탑재되는 상온의 기판(90)이 이송되면, 상기 기판(90) 상의 솔더를 상압 상태 곧 대기압 상태에서 상기 솔더가 용융되는 온도인 용융점(B) 직전까지 가열한다.
구체적으로, 상기 제1 가열부(130)는 챔버(chamber) 형태로 형성된 몸 체(131), 상기 로더부(110)로부터 기판(90)이 유입되도록 상기 몸체(131)의 일측에 마련된 제1 기판 유입구(132), 상기 제1 기판 유입구(132)로 유입되는 기판(90)이 배출되도록 상기 몸체(131)의 타측에 마련된 제1 기판 배출구(133), 상기 제1 기판 유입구(132)로 유입되는 기판(90)을 상기 제1 기판 배출구(133) 측으로 이송하도록 상기 몸체(131)의 내부 하측에 배치되는 제1 컨베이어(134), 상기 몸체(131) 내부의 분위기 가스를 가열하는 히터(135), 상기 히터(135)에 의해 가열되는 분위기 가스를 상기 기판(90) 상의 솔더 측으로 송풍하는 열풍팬(136)을 구비하며, 열풍에 의한 대류 방식으로 상기 기판(90) 상의 솔더를 가열한다.
이때, 상기 제1 컨베이어(134)는 상기 기판(90) 상의 솔더가 가열되는 동안 미리 설정된 속력으로 계속 회전되면서 상기 제1 기판 유입구(132)로 유입된 기판(90)을 상기 제1 기판 배출구(133) 측으로 이송할 수 있다. 즉, 상기 제1 기판 유입구(132)로 유입되는 상기 기판(90) 상의 솔더는 상기 제1 컨베이어(134)에 의해 상기 제1 기판 배출구(133) 측으로 상기 기판(90)이 이송될 때, 상기 열풍에 의해 상기 솔더의 용융점(B) 직전까지 가열될 수 있다.
그리고, 상기 히터(135)와 상기 열풍팬(136)은 상기 제1 컨베이어(134)가 상기 기판(90)을 이송하는 동안 상기 기판(90)의 솔더를 상기 솔더의 용융점(B) 직전까지 가열할 수 있도록 적절한 수로 구현될 수도 있고, 적절한 위치에 배치될 수도 있다. 예를 들면, 상기 히터(135)와 상기 열풍팬(136)은 도 3 등에 도시된 바와 같이 각각 3개씩으로 구현되되 상기 제1 컨베이어(134)를 따라 인라인으로 배치될 수 있고, 또, 상기 히터(135)와 상기 열풍팬(136)은 도 3 등에 도시된 바와 같이 상기 기판(90)이 이송되는 경로의 상부에 배치될 수도 있다. 하지만, 이와 같은 상기 히터(135)와 상기 열풍팬(136)의 수와 그 배치 위치는 다양한 형태로 변경될 수 있다.
또한, 상기 몸체(131)의 내부에 사용되는 분위기 가스로는 질소 가스가 사용될 수도 있고, 공기가 사용될 수도 있다. 그리고, 상기 제1 가열부(130)에서 가열된 기판(90)은 상기 제1 컨베이어(134)의 이송에 의해 자동으로 상기 제2 가열부(150)로 이송될 수도 있고, 도시되지 않았지만, 별도의 이송로봇 등에 의해 상기 제2 가열부(150)로 이송될 수도 있다.
상기 제2 가열부(150)는 상기 제1 가열부(130)에 연결되며, 상기 제1 가열부(130)에서 가열된 상기 기판(90) 상의 솔더를 진공 상태에서 상기 용융점(B) 이상의 솔더용융 온도구간(C)으로 가열한다. 즉, 상기 제2 가열부(150)는 상기 제1 가열부(130)로부터 상기 솔더의 용융점(B) 직전까지 가열된 기판(90)이 이송되면, 상기 이송되는 기판(90) 상의 솔더가 용융되도록 대기압보다 낮은 압력인 진공 상태에서 상기 기판(90) 상의 솔더를 상기 용융점(B) 이상의 솔더용융 온도구간(C)으로 가열한다.
구체적으로, 상기 제2 가열부(150)는 챔버 형태로 형성된 몸체(151), 상기 제1 가열부(130)로부터 기판(90)이 유입되도록 상기 몸체(151)의 일측에 마련된 제2 기판 유입구(152), 상기 제2 기판 유입구(152)를 개폐하는 입구셔터(158), 상기 제2 기판 유입구(152)로 유입되는 기판(90)이 배출되도록 상기 몸체(151)의 타측에 마련된 제2 기판 배출구(153), 상기 제2 기판 배출구(153)를 개폐하는 출구셔 터(159), 상기 제2 기판 유입구(152)로 유입되는 기판(90)을 상기 제2 기판 배출구(153) 측으로 이송하도록 상기 몸체(151)의 내부 하측에 배치되는 제2 컨베이어(154), 상기 몸체(151) 내부를 진공 상태로 변경 및 유지시키는 진공펌프(156) 및, 상기 몸체(151) 내부에 배치되며 상기 기판(90) 상의 솔더를 복사(radiation) 방식으로 가열하도록 복사 열을 발생하는 열 복사용 히터(155)를 구비하며, 진공 상태에서 열 복사에 의한 비접촉 방식으로 상기 기판(90) 상의 솔더를 가열한다.
이때, 상기 제2 컨베이어(154)는 상기 기판(90) 상의 솔더가 가열되는 동안 미리 설정된 속력으로 계속 회전되면서 상기 제2 기판 유입구(152)로 유입된 기판(90)을 상기 제2 기판 배출구(153) 측으로 이송할 수 있다. 즉, 상기 제2 기판 유입구(152)로 유입되는 상기 기판(90) 상의 솔더는 상기 제2 컨베이어(154)에 의해 상기 제2 기판 배출구(153) 측으로 상기 기판(90)이 이송될 때, 상기 열 복사용 히터(155)에서 발생하는 복사 열에 의해 상기 용융점(B) 이상의 솔더용융 온도구간(C)으로 가열될 수 있다. 또, 상기 제2 가열부(150)에서 가열된 기판(90)은 상기 제2 컨베이어(154)의 이송에 의해 자동으로 상기 냉각부(170)로 이송될 수도 있고, 도시되지 않았지만, 별도의 이송로봇 등에 의해 상기 냉각부(170)로 이송될 수도 있다.
그리고, 상기 진공펌프(156)는 상기 제2 기판 유입구(152)로 상기 제1 가열부(130)를 경유한 기판(90)이 유입되었을 때 작동되어 상기 제2 가열부(150)의 몸체(151) 내부를 진공 상태로 변경 및 유지시킬 수 있다. 이 경우, 상기 입구셔터(158)와 상기 출구셔터(159)는 각각 상기 제2 기판 유입구(152)와 상기 제2 기판 배출구(153)를 밀폐하게 된다. 여기서, 상기 제2 가열부(150)의 몸체(151) 내부의 진공도는 필요에 따라 또는 목적에 따라 다양한 형태로 변경할 수 있다. 예를 들면, 생산성을 높이기 위해서는 상압의 1/2~1/10 정도 즉, 500~100mbar의 진공도로 상기 제2 가열부(150)의 몸체(151) 내부의 진공도를 유지시킬 수 있고, 보이드가 거의 없는 고 품질을 위해서는 상압의 1/10~1/10000 정도 즉, 100~0.1mbar의 진공도로 상기 제2 가열부(150)의 몸체(151) 내부의 진공도를 유지시킬 수 있다.
또한, 상기 열 복사용 히터(155)는 상기 몸체(151) 내부의 상측, 곧, 상기 기판(90)이 이송되는 경로의 상부에 배치될 수도 있다. 하지만, 이와 같은 상기 열 복사용 히터(155)의 배치 위치는 다양한 형태로 변경될 수 있다. 그리고, 상기 열 복사용 히터(155)는 복사 열로 적외선을 방사하는 적외선 히터로 구현될 수 있다. 하지만, 상기 열 복사용 히터(155)에는 상기 적외선 히터 이외에도 복사 열을 발생할 수 있는 히터이면, 다양한 히터가 모두 사용가능하다. 예를 들면, 열 복사용 히터(155)에는 석영관 히터, 세라믹 히터, 할로겐 히터 등이 사용될 수 있다.
한편, 상기 솔더의 용융점(B)과 상기 용융점(B) 이상의 솔더용융 온도구간(C) 곧, 리플로우 온도구간은 상기 기판(90) 상에 도포된 솔더의 조성물에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 상기 솔더의 용융점(B)과 상기 용융점(B) 이상의 솔더용융 온도구간(C)은 아래의 [표 1]과 같이 달라질 수 있다. 아래의 [표 1]에서는 SnPb계 솔더와 Pb-free계 솔더의 대표적인 조성만을 명시하기로 하며, 본 발명에서는 고융점의 Pb-free 솔더의 대표로 Sn3.0Ag0.5Cu의 조성을 갖는 솔더를 사용한 것을 일실시예로 들기로 한다.
각 솔더별 용융점과 상기 용융점 이상의 솔더용융 온도구간 비교
조성(wt%) 융점(℃) 솔더용융 온도구간(℃) (리플로우 온도구간) 비고
Sn37Pb 183 183~220 SnPb계 솔더 대표
Sn3.0Ag0.5Cu 221 221~260 고융점의 Pb-free 솔더 대표
Sn57Bi 140 140~180 저융점의 Pb-free 솔더 대표
상기 냉각부(170)는 상기 제2 가열부(150)에 연결되며, 상기 제2 가열부(150)에서 가열된 상기 기판(90) 상의 솔더를 냉각시키는 역할을 한다.
구체적으로, 상기 냉각부(170)는 챔버 형태로 형성된 몸체(171), 상기 제2 가열부(150)로부터 기판(90)이 유입되도록 상기 몸체(171)의 일측에 마련된 제3 기판 유입구(172), 상기 제3 기판 유입구(172)로 유입되는 기판(90)이 배출되도록 상기 몸체(171)의 타측에 마련된 제3 기판 배출구(173), 상기 제3 기판 유입구(172)로 유입되는 기판(90)을 상기 제3 기판 배출구(173) 측으로 이송하도록 상기 몸체(171)의 내부 하측에 배치되는 제3 컨베이어(174), 상기 몸체(171) 내부의 분위기 가스를 냉각시키는 냉각기(175), 상기 냉각기(175)에 의해 냉각되는 분위기 가스를 상기 기판(90) 상의 솔더 측으로 송풍하는 냉각팬(176)을 구비하며, 냉풍에 의한 대류 방식으로 상기 기판(90) 상의 솔더를 냉각시킨다.
상기 언로더부(190)는 상기 냉각부(170)에 연결된다. 따라서, 상기 냉각부(170)에 의해 그 솔더가 냉각된 기판(90) 즉, 솔더가 용융된 후 냉각 및 고화되어 그 기판(90) 상에 전자부품이 납땜된 기판(90)은 상기 언로더부(190)로 이송된다. 여기서, 상기 냉각부(170)에서 냉각된 기판(90)은 상기 제3 컨베이어(174)의 이송에 의해 자동으로 상기 언로더부(190)로 이송될 수도 있고, 도시되지 않았지만, 별도의 이송로봇 등에 의해 상기 언로더부(190)로 이송될 수도 있다.
한편, 도 5에는 본 발명에 따른 리플로우 장치(100)로 리플로우 공정을 진행했을 때의 진공도와 보이드와의 상관 관계를 도시한 그래프가 도시되어 있다. 즉, 도 5는 본 발명에 따른 리플로우 장치(100)로 리플로우 공정을 진행하되, 진공 상태에서 공정이 진행되는 제2 가열부(150)의 압력을 각각 1013mbar의 대기압에서부터 1mbar의 고진공으로 순차적으로 변경시키면서 공정을 진행시켰을 때의 진공도와 보이드와의 상관 관계를 나타낸 그래프이다. 상기 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 리플로우 장치(100)로 상기 제2 가열부(150)의 압력을 진공으로 유지시켜서 리플로우 공정을 진행시킬 경우, 솔더 접합부의 내부에 발생되는 보이드는 현저히 감소됨을 알 수 있다.
또한, 도 6에는 리플로우 공정의 각 조건들과 이에 따른 플럭스 등의 튐갯수의 상관 관계를 도시한 그래프가 도시되어 있다. 다시 말하면, 도 6은 열풍 방식들로 리플로우 공정을 진행시켰을 때의 플럭스 등의 튐 갯수와 진공 방식들로 리플로우 공정을 진행시켰을 때의 플럭스 등의 튐 갯수를 나타낸 그래프이다. 상기 도 6을 참조하면, 본 발명에서와 같이, 진공 방식을 이용하여 리플로우 공정을 진행시킬 경우, 그 솔더와 플럭스 등의 튐 갯수를 현저히 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.
<리플로우 방법의 일실시예>
도 7은 본 발명에 따른 리플로우 방법의 일실시예를 도시한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 리플로우 방법은 기판(90) 상의 솔더를 용융시켜 상기 기판(90) 상에 탑재된 전자부품을 상기 기판(90) 상에 납땜하는 리플로우 방법으로, 제1 가열부(130)를 이용하여 상기 기판(90) 상의 솔더를 상압 상태에서 상기 솔더의 용융점(B) 직전까지 가열하는 제1 가열단계(S210), 상기 제1 가열부(130)에 연결되고 진공펌프(156)가 구비되는 제2 가열부(150)를 이용하여 상기 제1 가열부(130)에서 가열된 상기 기판(90) 상의 솔더를 진공 상태에서 상기 용융점(B) 이상의 솔더용융 온도구간(C) 즉, 리플로우 온도구간으로 가열하는 제2 가열단계(S220) 및, 상기 제2 가열부(150)에 연결되는 냉각부(170)를 이용하여 상기 제2 가열부(150)에서 가열된 상기 기판(90) 상의 솔더를 냉각시키는 냉각단계(S230)를 포함한다.
따라서, 외부 예를 들면, 로더부(110)에서 이송되는 기판(90) 상의 솔더는 상기 제1 가열단계(S210)와 상기 제2 가열단계(S220)를 거치면서 용융되고, 이후에는 상기 냉각단계(S230)를 거치면서 냉각 및 고화된다. 따라서, 상기 기판(90) 상에 탑재되어 있던 전자부품은 상기 솔더가 용융된 다음 고화되는 과정에서 상기 기판(90) 상에 납땜된다.
이때, 상기 본 발명의 일실시예에 따른 리플로우 방법은 솔더가 용융되는 구간의 공정을 진공 상태의 제2 가열부(150)에서 진행하기 때문에, 리플로우 공정을 진행하는 과정에서 솔더 접합부의 내부에 보이드가 발생되는 현상은 현저히 감소된다. 그 결과 솔더 접합부에 보이드가 발생됨으로 초래되는 문제 즉, 솔더 접합부의 오픈 불량 문제는 최소화되거나 미연에 방지되어지게 된다.
한편, 상기 제1 가열단계(S210)는 상기 제1 가열부(130)에 구비되는 히터(135)와 상기 히터(135)에 의해 가열되는 분위기 가스를 상기 기판(90) 측으로 송풍하는 열풍팬(136)을 이용하여 열풍에 의한 대류 방식으로 상기 기판(90) 상의 솔더를 가열할 수 있고, 상기 제2 가열단계(S220)는 상기 제2 가열부(150)에 구비되어 복사 열을 발생하는 열 복사용 히터(155)를 이용하여 열 복사에 의한 비접촉 방식으로 상기 기판(90) 상의 솔더를 가열할 수 있다. 이 경우, 솔더가 용융되는 구간에서 열 복사용 히터(155)를 이용하여 복사 방식으로 기판(90) 상의 솔더를 가열하기 때문에, 리플로우 공정을 진행하는 과정에서 솔더의 일부와 플럭스 등이 튀는 현상은 현저히 감소된다. 그 결과, 솔더의 일부와 플럭스 등이 기판(90) 상의 탭 단자부 등에 튀어서 발생하는 제반 문제들 즉, 부식 문제나 오염 문제 등은 최소화되거나 미연에 방지되어지게 된다.
<리플로우 방법의 다른실시예>
도 8은 본 발명에 따른 리플로우 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 리플로우 방법은 분위기 가스를 가열하는 히터(135)와 상기 히터(135)에 의해 가열되는 분위기 가스를 송풍하는 열풍팬(136)을 구비하는 제1 가열부(130)를 이용하여 열풍에 의한 대류 방식으로 기판(90) 상의 솔더를 상기 솔더의 용융점(B) 직전까지 가열하는 제1 가열단계(S250), 상기 제1 가열부(130)에 연결되고 복사 열을 발생하는 열 복사용 히터(155)를 구비하는 제2 가열부(150)를 이용하여 열 복사에 의한 비접촉 방식으로 상기 제1 가열부(130)에서 가열된 상기 기판(90) 상의 솔더를 상기 용융점(B) 이상의 솔더용융 온도구간(C)으로 가열하는 제2 가열단계(S260) 및, 상기 제2 가열부(150)에 연결되는 냉각부(170)를 이용하여 상기 제2 가열부(150)에서 가열된 상기 기판(90) 상의 솔더를 냉각시키는 냉각단계(S270)를 포함한다.
따라서, 외부 예를 들면, 로더부(110)에서 이송되는 기판(90) 상의 솔더는 상기 제1 가열단계(S250)와 상기 제2 가열단계(S260)를 거치면서 빠르게 용융되고, 이후에는 상기 냉각단계(S270)를 거치면서 냉각 및 고화된다. 따라서, 상기 기판(90) 상에 탑재되어 있던 전자부품은 상기 솔더가 용융된 다음 고화되는 과정에서 상기 기판(90) 상에 납땜된다.
이때, 본 발명의 다른 실시예에 따른 리플로우 방법에 따르면, 솔더가 용융되는 구간에서 열 복사용 히터(155)를 이용하여 복사 방식으로 기판(90) 상의 솔더를 가열하기 때문에, 리플로우 공정을 진행하는 과정에서 솔더의 일부와 플럭스 등이 튀는 현상은 현저히 감소된다. 그 결과, 솔더의 일부와 플럭스 등이 기판(90) 상의 탭 단자부 등에 튀어서 발생하는 제반 문제들 즉, 부식 문제나 오염 문제 등은 최소화되거나 미연에 방지되어지게 된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 리플로우 방법에 따르면, 상기 제1 가열단계(S250)에서는 열풍 방식으로 가열하고 상기 제2 가열단계(S260)에서만 복사 열에 의한 열 복사 방식으로 기판(90) 상의 솔더를 가열하기 때문에, 솔더의 가열을 보다 빠르게 수행할 수 있어서, 기존의 열풍 방식에 비하여 생산성을 떨어뜨리지 않고도 리플로우 공정을 진행시킬 수 있게 된다.
또, 본 발명의 다른 실시예에 따른 리플로우 방법에 따르면, 상기 제1 가열단계(S250)에서 열풍을 이용한 대류 방식으로 기판(90) 상의 솔더를 가열하고 상기 제2 가열단계(S260)에서는 복사 열에 의한 열 복사 방식으로 기판(90) 상의 솔더를 가열하기 때문에, 기판(90)의 양면에 도포된 솔더들에 모두 균일한 열을 가할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 리플로우 방법의 경우, 양면에 모두 전자부품들이 탑재된 장치나 모듈들 예를 들면, 메모리 모듈 등에도 적용가능하게 된다.
한편, 상기 제1 가열단계(S250)에서는 상압 상태에서 상기 기판(90) 상의 솔더를 가열할 수 있고, 상기 제2 가열단계(S260)에서는 상기 제2 가열부(150)에 구비되어 상기 제2 가열부(150)를 진공 상태로 변경 및 유지시키는 진공펌프(156)를 이용하여 진공 상태에서 상기 기판(90) 상의 솔더를 가열할 수 있다. 이와 같은 경우, 솔더가 용융되는 구간의 공정을 진공 상태의 제2 가열부(150)에서 진행하기 때문에, 리플로우 공정을 진행하는 과정에서 솔더 접합부의 내부에 보이드가 발생되는 현상은 현저히 감소된다. 그 결과 솔더 접합부에 보이드가 발생됨으로 초래되는 문제 즉, 솔더 접합부의 오픈 불량 문제는 최소화되거나 미연에 방지되어지게 된다.
도 1은 종래 기판 상의 탭 단자부에 플럭스가 튄 현상을 도시한 사진이다.
도 2는 종래 기판 상의 솔더 접합부에 보이드가 발생한 상태를 도시한 사진이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 리플로우 장치를 설명하기 위한 도면들로서, (A)는 그 구성의 설명도이고, (B)는 동 장치의 온도 프로파일 설명도이다.
도 4는 도 3에 도시한 리플로우 장치의 진공가열부가 셔터에 의해 밀폐되는 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 리플로우 장치로 리플로우 공정을 진행했을 때의 진공도와 보이드와의 상관 관계를 도시한 그래프이다.
도 6은 리플로우 공정의 각 조건들과 이에 따른 플럭스 등의 튐갯수의 상관 관계를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 리플로우 방법의 일실시예를 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 따른 리플로우 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.

Claims (24)

  1. 기판 상의 솔더(solder)가 용융되어 상기 기판 상에 탑재된 전자부품이 상기 기판 상에 납땜되도록 상기 기판 상의 솔더를 상압(常壓) 상태에서 상기 솔더의 용융점 직전까지 가열하는 제1 가열부; 및,
    상기 제1 가열부에 연결되며, 상기 제1 가열부에서 가열된 상기 기판 상의 솔더를 진공 상태에서 상기 용융점 이상의 솔더용융 온도구간으로 가열하는 제2 가열부를 포함하는 리플로우 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 가열부는 상기 제1 가열부 내부의 분위기 가스를 가열하는 히터(heater)와 상기 히터에 의해 가열되는 분위기 가스를 상기 기판 상의 솔더 측으로 송풍하는 열풍팬(fan)을 구비하여, 열풍(熱風)에 의한 대류 방식으로 상기 기판 상의 솔더를 가열하는 것을 특징으로 하는 리플로우 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 가열부는 솔더가 도포된 기판이 유입되도록 마련된 제1 기판 유입구, 상기 제1 기판 유입구로 유입되는 기판이 배출되도록 마련된 제1 기판 배출구 및, 상기 제1 기판 유입구로 유입되는 기판을 상기 제1 기판 배출구 측으로 이송하는 제1 컨베이어(conveyor)를 구비하는 것을 특징으로 하는 리플로우 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 가열부는 복사(radiation) 열을 발생하는 열 복사용 히터를 구비하여, 열 복사에 의한 비접촉 방식으로 상기 기판 상의 솔더를 가열하는 것을 특징으로 하는 리플로우 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 열 복사용 히터는 적외선 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 리플로우 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 가열부는 상기 제1 가열부를 경유한 기판이 유입되도록 마련된 제2 기판 유입구, 상기 제2 기판 유입구를 개폐하는 입구셔터(shutter), 상기 제2 기판 유입구로 유입되는 기판이 배출되도록 마련된 제2 기판 배출구, 상기 제2 기판 배출구를 개폐하는 출구셔터, 상기 제2 기판 유입구로 유입되는 기판을 상기 제2 기판 배출구 측으로 이송하는 제2 컨베이어 및, 상기 제2 가열부를 진공 상태로 변경 및 유지시키는 진공펌프를 구비하는 것을 특징으로 하는 리플로우 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 가열부에 연결되며, 상기 제2 가열부에서 가열된 상기 기판 상의 솔더를 냉각시키는 냉각부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리플로우 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 냉각부는 상기 제2 가열부를 경유한 기판이 유입되도록 마련된 제3 기판 유입구, 상기 제3 기판 유입구로 유입되는 기판이 배출되도록 마련된 제3 기판 배출구, 상기 제3 기판 유입구로 유입되는 기판을 상기 제3 기판 배출구 측으로 이송하는 제3 컨베이어, 상기 냉각부 내부의 분위기 가스를 냉각시키는 냉각기 및, 상기 냉각기에 의해 냉각되는 분위기 가스를 상기 기판 상의 솔더 측으로 송풍하는 냉각팬을 구비하는 것을 특징으로 하는 리플로우 장치.
  9. 분위기 가스를 가열하는 히터와 상기 히터에 의해 가열되는 분위기 가스를 송풍하는 열풍팬을 구비하고, 기판 상의 솔더가 용융되어 상기 기판 상에 탑재된 전자부품이 상기 기판 상에 납땜되도록 열풍에 의한 대류 방식으로 상기 기판 상의 솔더를 상기 솔더의 용융점 직전까지 가열하는 제1 가열부; 및,
    상기 제1 가열부에 연결되고, 복사 열을 발생하는 열 복사용 히터를 구비하여 열 복사에 의한 비접촉 방식으로 상기 제1 가열부에서 가열된 상기 기판 상의 솔더를 상기 용융점 이상의 솔더용융 온도구간으로 가열하는 제2 가열부를 포함하는 리플로우 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 가열부는 솔더가 도포된 기판이 유입되도록 마련된 제1 기판 유입구와, 상기 제1 기판 유입구로 유입되는 기판이 배출되도록 마련된 제1 기판 배출구를 구비하며, 상압 상태에서 상기 기판 상의 솔더를 가열하는 특징으로 하는 리플로우 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제1 가열부는 상기 제1 기판 유입구로 유입되는 기판을 상기 제1 기판 배출구 측으로 이송하는 제1 컨베이어를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 리플로우 장치.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 제2 가열부는 상기 제1 가열부를 경유한 기판이 유입되도록 마련된 제2 기판 유입구, 상기 제2 기판 유입구를 개폐하는 입구셔터, 상기 제2 기판 유입구로 유입되는 기판이 배출되도록 마련된 제2 기판 배출구, 상기 제2 기판 배출구를 개폐하는 출구셔터 및, 상기 제2 가열부를 진공 상태로 변경 및 유지시키는 진공펌프를 구비하여, 진공 상태에서 상기 기판 상의 솔더를 가열하는 것을 특징으로 하는 리플로우 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제2 가열부는 상기 제2 기판 유입구로 유입되는 기판을 상기 제2 기판 배출구 측으로 이송하는 제2 컨베이어를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 리플로우 장치.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 열 복사용 히터는 적외선 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 리플로우 장치.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 제2 가열부에 연결되며, 상기 제2 가열부에서 가열된 상기 기판 상의 솔더를 냉각시키는 냉각부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리플로우 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 냉각부는 상기 제2 가열부를 경유한 기판이 유입되도록 마련된 제3 기판 유입구, 상기 제3 기판 유입구로 유입되는 기판이 배출되도록 마련된 제3 기판 배출구, 상기 제3 기판 유입구로 유입되는 기판을 상기 제3 기판 배출구 측으로 이송하는 제3 컨베이어, 상기 냉각부 내부의 분위기 가스를 냉각시키는 냉각기 및, 상기 냉각기에 의해 냉각되는 분위기 가스를 상기 기판 상의 솔더 측으로 송풍하는 냉각팬을 구비하는 것을 특징으로 하는 리플로우 장치.
  17. 기판 상의 솔더를 용융시켜 상기 기판 상에 탑재된 전자부품을 상기 기판 상 에 납땜하는 리플로우 방법에 있어서,
    제1 가열부를 이용하여 상기 기판 상의 솔더를 상압 상태에서 상기 솔더의 용융점 직전까지 가열하는 제1 가열단계; 및,
    상기 제1 가열부에 연결되고, 진공펌프가 구비되는 제2 가열부를 이용하여 상기 제1 가열부에서 가열된 상기 기판 상의 솔더를 진공 상태에서 상기 용융점 이상의 솔더용융 온도구간으로 가열하는 제2 가열단계를 포함하는 리플로우 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제1 가열단계는 상기 제1 가열부에 구비되는 히터와 상기 히터에 의해 가열되는 분위기 가스를 상기 기판 측으로 송풍하는 열풍팬을 이용하여 열풍에 의한 대류 방식으로 상기 기판 상의 솔더를 가열하는 것을 특징으로 하는 리플로우 방법.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 제2 가열단계는 상기 제2 가열부에 구비되어 복사 열을 발생하는 열 복사용 히터를 이용하여 열 복사에 의한 비접촉 방식으로 상기 기판 상의 솔더를 가열하는 것을 특징으로 하는 리플로우 방법.
  20. 제 17항에 있어서,
    상기 제2 가열부에 연결되는 냉각부를 이용하여 상기 제2 가열부에서 가열된 상기 기판 상의 솔더를 냉각시키는 냉각단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리플로우 방법.
  21. 기판 상의 솔더를 용융시켜 상기 기판 상에 탑재된 전자부품을 상기 기판 상에 납땜하는 리플로우 방법에 있어서,
    분위기 가스를 가열하는 히터와 상기 히터에 의해 가열되는 분위기 가스를 송풍하는 열풍팬을 구비하는 제1 가열부를 이용하여 열풍에 의한 대류 방식으로 상기 기판 상의 솔더를 상기 솔더의 용융점 직전까지 가열하는 제1 가열단계; 및,
    상기 제1 가열부에 연결되고, 복사 열을 발생하는 열 복사용 히터를 구비하는 제2 가열부를 이용하여 열 복사에 의한 비접촉 방식으로 상기 제1 가열부에서 가열된 상기 기판 상의 솔더를 상기 용융점 이상의 솔더용융 온도구간으로 가열하는 제2 가열단계를 포함하는 리플로우 방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 제1 가열단계는 상압 상태에서 상기 기판 상의 솔더를 가열하는 것을 특징으로 하는 리플로우 방법.
  23. 제 21항에 있어서,
    상기 제2 가열단계는 상기 제2 가열부에 구비되어 상기 제2 가열부를 진공 상태로 변경 및 유지시키는 진공펌프를 이용하여 진공 상태에서 상기 기판 상의 솔 더를 가열하는 것을 특징으로 하는 리플로우 방법.
  24. 제 21항에 있어서,
    상기 제2 가열부에 연결되는 냉각부를 이용하여 상기 제2 가열부에서 가열된 상기 기판 상의 솔더를 냉각시키는 냉각단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리플로우 방법.
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