KR100384796B1

KR100384796B1 - 도체를 접착시키기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100384796B1
Application number: KR10-2000-0059019A
Authority: KR
Inventors: 가드윈마이클에스.
Original assignee: 몰렉스 인코포레이티드
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 2000-10-07
Publication date: 2003-05-22
Also published as: US20010001464A1; EP1090706B1; KR20010050913A; BR0004722A; CA2322270A1; US6271507B2; EP1090706A1; DE60027243D1

Abstract

본 발명의 장치 및 방법은 적어도 2 개의 도체를 전도식으로 접착시키기 위해 제공된다. 유도 코일은 전류가 통과할 때 자장을 발생시킨다. 자기 집신기는 유도 코일 상에 또는 그 근방에 배치되고 그에 인접하여 2 개의 도체는 도체 상에 자장을 집중시키기 위해 배치될 수 있다. 집신기는 도체와는 독립적인 관계이다. 압력이 도체에 가해진다. 집신기는 유도 코일에 의해 발생된 자장을 도체 상에 집중시켜 도체를 압력 하에서 가열하고 도체들을 서로 전기 접착시킨다.

Description

도체를 접착시키기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR BONDING CONDUCTORS}

본 발명은 대개 전기 도체의 기술에 관한 것이고, 특히 유도 가열에 의해 적어도 2 개의 도체를 전도식으로 접착시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

전기 전송의 기술 분야에서, 도체는 반복적으로 결합되어 전류는 하나의 도체로부터 몇몇 형태의 전기 인터페이스를 거쳐 또 다른 도체로 흐른다. 일예로, 전기 배선은 종종 또 다른 전기 배선, 즉 편평 가요성 회로와 같은 편평 회로 상의 도체, 인쇄 회로 기판 상의 회로 트레이스 또는 모든 종류의 그러한 도체의 조합체에 접속된다. 종종, 각각의 2 개의 도체는 납땜 재료에 의해 상호 접속되거나 전기적으로 결합된다. 납땜은 그 용융점으로 가열되고 응고될 때 납땜은 기계적 전기적 및 전도식으로 2 개의 도체에 결합된다.

일예로, 편평 가요성 회로는 대개 견고한 유선 전기 케이블의 전선과 유사한 종종 대개 서로 평행한 다수의 가요성 도체를 포함한다. 가요성 도체는 평면 내에 있고 긴 기판과 같은 가요성 절연 기판에 부착된다. 종종, 도체는 한 쌍의 가요성 절연층 또는 막 사이에 개재된다. 막 및 도체는 적절한 접착제에 의해 그 편평 형태 내에 유지된다. 편평 가요성 회로의 도체를 또 다른 회로의 도체 또는 다른 전도성 부재에 접속시킬 필요가 있을 때, 편평 회로의 일측면 상의 절연 기판(즉, 절연층)은 매설 도체를 노출하도록 제거된다. 몇몇 경우에, 회로의 일측면 상의 절연층들 중 하나는 회로가 전기적으로 결합되는 모든 접속 장치에 대해 접속용 도체의 말단부를 노출시키도록 회로의 반대편 측면 상의 절연층 보다 더 짧다.

편평 회로의 가요성 도체로서의 그러한 도체의 결합에 있어서, 특히 도체들이 납땜되고 열 적용을 필요로 할 때 문제점이 발생하게 된다. 본질적으로, 납땜은 얇은 절연막의 용융 없이 용융되어야 한다. 또한, 평행 가요성 도체는 종종 동일한 편평 회로 내에서 다양한 폭을 갖게 되고 그로 인한 가변 밀도는 열 분배의 문제점을 야기시킨다. 일예로, 납땜에 필요한 열은 절연 기판 또는 막을 용융하도록 한 구역에서 매우 강해질 수 있고 도체 또는 도체들이 적절히 전기 결합되지 않는 또 다른 구역에서는 불충분하게 될 수 있다.

다양한 종래 기술의 방법은 납땜 기술에 의해 편평 회로의 도체를 전기적으로 접착하는 데 이용되어 왔다. 그러한 방법은 다이오드 레이저 납땜 및 펄스식 열간 봉 납땜을 포함한다. 레이저 납땜은 몇몇 스폿 납땜 조인트가 제작되어 조인트를 가로질러 주사되는 것이 요구되며 이는 비교적 시간 소모적 공정이다. 레이저 납땜은 에너지를 집중시키는 값비싼 오토메이션을 필요로 한다. 레이저 납땜은 또한 편평 회로의 절연 기판 또는 막은 투명한 것이 요구되고, 편평 가요성 회로의 제조에 이용되는 불투명 접착제 뿐만 아니라 불투명 충진재를 구비한 화염 지연 재료막에 문제점이 있게 된다. 최종적으로, 레이저 납땜은 편평 회로를 납땜하기 위한 값비싼 형판을 필요로 한다.

펄스식 열간 봉 납땜 공정은 또한 편평 회로의 도체의 접착에서의 성공이 제한적이였다. 이러한 공정은 절연 기판 또는 막의 용융 없이 비교적 큰 도체를 가열할 수 없다. 레이저 납땜과 마찬가지로, 열간 봉은 에너지를 선택 구역에 집중시키는 것을 어렵게 한다. 열간 봉 방법은 더 바람직한 유도 기술 보다는 전도 및 대류에 의존한다. 최종적으로, 열간 봉 납땜 장치용 가열 헤드는 매우 비싸다.

본 발명은 독특한 자기 집신기(concentrator)를 이용하는 유도 납땜 공정에서의 위의 많은 문제점의 해결에 관한 것이다. 공지된 바와 같이, 유도 코일은 금속을 통과하는 자력선을 형성하고 차례로 마찰 및 열을 형성하는 회오리 전류를 야기시킨다. 본 발명은 납땜을 매우 신속하고 균일하게 용융시키고 절연 기판 또는 막의 용융이나 손상시킴이 없이 도체를 접착시키는 데 필요한 곳이면 어디든지 이러한 열을 선택적으로 집중시키는 매우 간단하고 값싼 자기 집신기 블록을 이용한다.

따라서, 본 발명의 목적은 적어도 2 개의 도체를 서로 전도식으로 접착시키기 위한 새롭고 개선된 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

도1은 본 발명을 실행하기 위한 장치의 하나의 형태를 도시한 사시도.

도2는 자기 집신기를 갖는 한 쌍의 대향 유도 코일과 코일들 사이에 배치된 한 쌍의 편평 회로를 도시한 도면.

도3은 다수의 상이한 크기를 갖는 자기 집신기에 인접한 한 쌍의 편평 회로의 평면도.

도4는 절연막의 일부가 제거되어 있고 자기 집신기에 정렬되어 있는 2 개의 편평 회로를 도시한 부분 사시도.

도5는 서로 접착된 편평 회로의 부분 사시도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

12 : 기부

18 : 플래튼

28 : 램

32 : 램 아암

34 : 유도 코일

38 : 전기자

편평 회로의 도체를 서로 납땜하기 위한 본 발명이 본 명세서에 기재되어 있지만, 본 발명은 그러한 용도에 한정되어서는 안된다.

본 발명의 전형적인 실시예에서, 그 장치는 전류가 통과될 때 자장을 발생시키기 위한 유도 코일을 포함한다. 자기 집신기는 유도 코일 상에 또는 그 근방에 배치되고 그에 인접하여 한 쌍의 도체가 도체 상의 자장을 집중시키기 위해 배치될 수 있다. 자기 집신기는 도체와는 독립적인 관계이다. 애플리케이터(applicator)는 2 개의 도체에 압력을 가하게 된다. 따라서, 집신기는 유도 코일에 의해 발생된 자장을 도체 상에 집중시켜 도체를 서로 전기적으로 접착시키기 위해 도체를 압력 하에서 가열한다.

본 명세서에 개시된 대로, 압력 애플리케이터는 유도 코일을 그 위에 갖는 가동 램을 포함한다. 램은 바람직하게 페라이트 블록 형태의 자기 집신기를 포함하는 앤빌을 향하거나 그로부터 멀리 이동하게 된다.

본 발명은 1열로 배치된 다수의 자기 집신기를 이용함으로써 정형화되고 그에 인접하여 평면 배열의 도체가 편평 회로의 도체와 같이 배치될 수 있다. 집신기는 다양한 크기의 도체를 수용하기 위해 가변 중량 또는 크기를 갖는다.

본 발명은 또한 도체를 전도식으로 접착시키는 방법을 제공하기 위한 것이며, 도체를 유도 코일 근방에 병렬 배치하는 단계와 코일을 통해 흐르는 전류에 응답하여 자장을 도체 주위에 발생시키는 단계를 포함한다. 자기 집신기는 도체를 가열하기 위해 자장을 도체 상에 집중시키도록 도체에 인접 배치된다. 도체들의 전기 접착을 용이하게 하기 위해 압력이 도체에 인가된다. 납땜은 가열될 때 도체 간의 전기 접착을 용이하게 하도록 용해되는 적어도 하나의 도체에 적용된다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면과 관련된 이하의 상세한 설명으로부터 잘 알 수 있다.

본 발명의 신규한 특징은 첨부된 특허 청구 범위에 상세히 기재되어 있다. 본 발명의 목적 및 장점과 함께 본 발명은 첨부 도면과 관련된 이하의 설명을 참고로 하여 잘 알 수 있으며, 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 요소를 나타낸다.

도면 우선 제1도를 더 상세히 참조하면, 본 발명을 수행하기 위한 장치(10)가 도시되어 있다. 도1에서 본 발명을 수행하기 위한 장치는 매우 큰 것으로 보이지만, 그 장치는 손공구 또는 휴대용 장치를 포함하도록 크기가 축소될 수 있음을 알 수 있다. 장치는 직립 지지부(14)를 장착한 기부(12)를 포함한다. 전기 제어 박스(16)는 직립 지지부 후방에 배치된다. 플래튼(18)은 적절한 패스너(20)에 의해 기부(12)의 상부 상에 장착되고 작업 스테이션(22)을 형성한다. 콘솔(24)은 작업 스테이션(22)의 전방에서 기부(12)의 전방으로 돌출하고 작업자를 위한 다양한 제어부(26)를 포함한다.

계속해서 도1을 참조하면, 양방향 화살표 "A"의 방향으로 수직 왕복 운동을 위한 램(28)이 수직축(30) 상에 장착되어 있다. 램은 스프링과 함께 유압식, 공압식 또는 기계식으로 가동될 수 있다. 또한, 축(30)은 축의 회전에 응답하여 램(28)을 수직으로 가동하기 위한 외부 나사식 나사축을 포함할 수 있다. 램 아암(32)은 직립 지지부(14)로부터 외향 돌출하고 대개 작업 스테이션(22) 위에 말단부(32a)를 구비한다.

도1과 관련된 도2를 참조하면, 유도 코일(34)은 그 말단부(32a) 하방의 램 아암(32)의 기부 상에 장착된다. 제2 유도 코일(36)은 기부(12) 내의 플래튼(18) 하방에 장착될 수 있다. 각각의 코일은 좁은 말단부(38a)를 구비한 전기자(38)를 포함한다. 유도 코일의 권선(40)은 전기자(38) 주위로 감겨지고 전류의 공급원에 이르게 되는 (도시되지 않은) 리이드를 구비한다. 유도 코일(34)의 권선은 제2 유도 코일(36)의 권선에 대향되어 코일들은 서로 거울상이 되도록 배치된다. 다시 말해, 하나의 유도 코일은 우측 코일이고 다른 유도 코일은 좌측 코일이다. 공지된 바와 같이, 전류가 권선(40)을 통해 인가될 때, 코일은 전기자(38)와 그 말단부(38a) 주위로 자속의 자력선을 유도한다. 본 발명에서 자장을 유도하는 데 단 하나의 코일이 이용될 수 있음을 알 수 있다.

도1 및 도2와 관련된 도3 및 도4를 참조하면, (도2의) 적어도 하나의 자기 집신기(42)는 유도 코일(34, 36)들 사이에 배치된다. 도3 및 도4를 참고로 한 바람직한 실시예에서, 다수의 자기 집신기(42a 내지 42e)는 작업 스테이션(22)에서의 (도1의) 플래튼(18)의 상부 내의 홈통(44) 내에서 1열로 배치된다. 자기 집신기는 (도시되지 않은) 유전체 블록에 의해 분리될 수 있다. 이러한 집신기는 자기 유전체 재료의 페라이트로 적절히 제조될 수 있다. 집신기는 또한 자체 코일 상에 직접 배치될 수 있다.

도2 내지 도4를 참조하면, 한 쌍의 편평 회로(46)는 장치(10)에 의한 전도식 접착을 위해 제공된다. 회로는 일예로 편평 가요성 회로로 될 수 있다. 각각의 회로는 서로 평행하고 층 또는 막(50, 52) 형태의 한 쌍의 편평 가요성 기판 내에 매설되거나 그 사이에서 개재되는 다수의 가요성 도체(48)를 포함한다. 막은 일예로 폴리에스테르 재료로 될 수 있다. 절연막(50)은 이하에 기재된 바와 같이 서로 접속되는 도체(48)의 말단부를 노출시키도록 도면부호 54에서와 같이 절연막(52) 보다 더 짧아지게 된다. 도체의 노출된 말단부는 도2에 도시된 주석 또는 납땜과 같은 재유동 가능한 재료로 덮여지거나 도금될 수 있다.

이제 회로(46)의 도체(48)의 전도성 접착에 대해 본 발명의 방법에 따라 설명하기로 한다. 구체적으로, 전술된 바와 같이 준비된 2 개의 편평 회로는 납땜재료(56)를 포함하는 도체의 노출 말단부가 서로 대향하도록 도2 및 도4에 도시된 바와 같이 서로에 대해 병렬 배치된다. 병렬 배치된 도체들은 그후 플래튼(18) 상에서 하강되어 노출된 도체와 납땜 재료(56)는 자기 집신기(42a 내지 42e) 바로 위에 위치하게 된다. 자기 블록 집신기는 도2에 도시된 플래튼(18) 내의 홈통(44) 내에서 견고히 장착되어, 집신기는 앤빌로서 작용한다. 집신기(42a 내지 42e)는 집신기를 손상으로부터 보호하기 위해 바인더 재료 내에 매설되거나 실리콘, 고무 또는 플라스틱과 같은 탄성 재료로 덮여질 수 있다. (도1의) 램(28)과 램 아암(32)은 유도 코일(34)을 (도2의) 화살표 "B" 방향으로 이동시키기 위해 하향 이동된다. 유도 코일(34)의 전기자(38)의 말단부(38a)는 상부 편평 회로(46)와 결합하고 전기자의 말단부(38a)와 자기 집신기(42) 사이에 개재된 회로의 중첩 구역에 압력을 인가하고, 집신기는 압력 대항 앤빌로서 작용한다. 하부 전기자(38)의 말단부(38a)는 또한 집신기(42)의 하부측에 충분히 근접한 위치로 상승될 수 있으나, 집신기에 충분히 근접한 영구적 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 전류는 그후 납땜 재료(56)를 통과하는 회오리 전류를 형성하도록 유도 코일(34, 36)의 권선(40)을 통해 흐르게 된다. 본질적으로, 회오리 전류는 마찰과 납땜 또는 재유동 가능한 도금 재료를 용융시키기에 충분한 열을 형성한다. 그러나, 이러한 열은 편평 회로(46)의 절연막(52, 50)을 용융하도록 너무 강해서는 안된다. 자기 집신기(42a 내지 42e)의 크기를 적절히 함으로써, 이러한 자기 블록은 열을 제어하여, 회로의 폴리에스테르막의 용융 없이 납땜을 용융시킬 수 있게 된다. 본질적으로, 페라이트 블록은 자속의 자력선을 납땜 코팅 도체를 향해 집중시킨다. 또한, 막의과도 가열을 피하기 위해 매우 짧은 기간, 일예로 0.1초 내지 2초간 가열이 수행된다. 그로 인해 생기는 접착 회로 인터페이스는 도5에 도시되어 있다.

전술된 본 발명의 작동 방법의 이해와 함께, 자기 집신기(42a 내지 42e)가 편평 회로(46)의 폭을 가로지르는 도체(48)의 가변 크기 또는 폭에 상보적인 다양한 크기, 용적 또는 중량을 갖는 것을 도시한 도3 및 도4를 참고하기로 한다. 일예로 도3에 도시된 대로, 도3 및 도4에서의 편평 회로의 우측은 비교적 좁은 도체의 열을 도시한다. 좁은 도체는 도체(48a, 48b, 48c, 48d)와 같은 더 넓은 도체와 같이 많은 열을 발생시키지 않는다. 따라서, 집신기(42a)는 더 많은 부분의 자장을 이러한 좁은 도체 상에 집중시키는 데 이용되어, 납땜 또는 주석(56)을 도체 상에 재유동시키기에 충분한 열을 발생시킨다. 그러나, 비교적 넓은 도체(48a, 48b, 48c, 48d)에 대해, 도체 금속 재료의 중량은 납땜 또는 주석(56)을 도체 상에 재유동시키는 충분한 열을 발생시키기에 충분하다. 더 넓은 도체(48a, 48b, 48c, 48d)의 결합부에서 집신기를 사용함으로써 회로의 절연막을 용융시키기에 충분한 열을 실제 발생시킬 수 있다. 따라서, 집신기는 더 넓은 도체(48a, 48b, 48c, 48d)의 결합부에 배치되지 않는다. 물론, 자기 집신기(42a 내지 42e)의 크기, 형태, 간격, 수 등은 편평 회로(46)의 도체의 형태에 따라 상당히 가변된다. 집신기의 형태는 또한 적절한 도체로의 자장 집중을 최적화하도록 도시된 직사각형 블록 형태 이외의 기하학적 형태를 취할 수 있다. 다른 적절한 기하학적 형태로는 실린더, 원뿔, 피라미드등의 형태를 포함할 수 있다.

본 발명은 본 발명의 정신이나 중심 특성으로부터 벗어남이 없이 다른 특정형태로 구체화될 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 예와 실시예는 설명을 위한 것이지 제한적인 것은 아니며, 본 발명은 본 명세서에 주어진 상세한 설명에 제한되지 않는다.

본 발명에 따라 납땜을 매우 신속하고 균일하게 용융시키고 절연 기판 또는 막의 용융이나 손상시킴이 없이 도체를 접착시키는 데 필요한 곳이면 어디든지 이러한 열을 선택적으로 집중시키는 매우 간단하고 값싼 자기 집신기 블록을 제공하게 된다.

Claims

내부에 상이한 밀도로 측방향으로 대체로 평행한 도체(48)가 놓여진 한 쌍의 편평 회로(46)의 도체(48)를 전도식으로 접착시키기 위한 장치이며,

작업 스테이션(22)을 한정하는 플래튼(18)과,

한 쌍의 편평 회로(46)의 대향 단부가 그 위에서 병치된 중첩 회로의 도체(48)와 중첩될 수 있으며, 평행 도체(48)를 횡단하여 신장되는, 상기 작업 스테이션(22)에서의 플래튼(18) 상의 위치 설정 수단과,

상기 위치 설정 수단 위에 놓여지며 전류가 통과할 때 자장을 발생시키기 위한 전기자(38) 및 권선(40)을 포함하는 유도 코일(34)과,

도체(48)상에 자장을 집중시키기 위해 평행 도체를 횡단하여 상기 위치 설정 수단 상의 신장된 배열체 내에 배치되는 복수개의 자기 집신기(42)와,

병치된 도체(48)에 압력을 가하기 위한 애플리케이터를 포함하고

상기 집신기(42)는 유도 코일(34, 36) 및 도체(48)와 독립적이고, 복수개의 집신기(42)는 회로의 측방향으로 상이한 밀도의 도체(48)에 대응하는 상이한 질량을 가지며,

집신기(42)는 도체(48)의 상이한 밀도에 대응하여 회로의 측방향으로 상이한 집신도(concentration)로 유도 코일(34, 36)에 의해 발생된 자장을 도체(48)상에 집중시켜 도체(48)를 압력 하에서 가열하여 서로 전기 접착시키는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 위치 설정 수단은 내부에 집신기(42)가 배치되는 플래튼(18) 내의 홈통(44)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 애플리케이터는 가동 램(28)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제3항에 있어서, 램(28)은 유도 코일(34)의 전기자(38)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제3항에 있어서, 가동 램(28)에 대향하는 앤빌을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제5항에 있어서, 앤빌은 자기 집신기(42)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제6항에 있어서, 램(28)은 유도 코일(34)의 전기자(38)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 자기 집신기(42)는 페라이트 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 자기 집신기(42)는 자기 유전체 블록인 것을 특징으로 하는 장치.
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내부에 상이한 밀도로 측방향으로 대체적으로 평행한 도체(48)가 놓여진 한 쌍의 편평 회로(46)의 도체(48)를 전도식으로 접착시키기 위한 방법이며,

작업 스테이션(22)을 한정하는 플래튼(18)을 제공하는 단계와,

작업 스테이션(22)에서의 한 쌍의 편평 회로(46)의 대향 단부를 병치된 중첩 회로(46)의 도체(48)와 중첩시키는 단계와.

병치된 도체(48) 근방에 전기자(38) 및 권선(40)을 포함하고 코일(34, 36)을 통과하는 전류에 응답하여 도체(48) 주위에 자장을 발생시키는 유도 코일(34, 36)을 작업 스테이션(22)에 배치시키는 단계와,

도체(48)상에 자장을 집중시키기 위해 평행 도체(48)를 횡단하여 작업 스테이션(22)에의 신장된 배열체 내에 복수개의 자기 집신기(42)를 배치하는 단계와,

도체(48)를 서로 전기 접착시키는 것을 용이하게 하기 위해 편평 회로(46)의 병치된 도체(48)에 압력을 가하는 단계를 포함하고

상기 집신기(42)는 유도 코일(34, 36) 및 도체(48)와 독립적이고, 복수개의 집신기(42)에는 회로(46)의 측방향으로 상이한 밀도의 도체(48)에 대응하는 상이한 질량이 제공되는 것을 특징으로 방법.
제19항에 있어서, 유도 코일(34)의 권선(40)은 유도 코일의 전기자를 포함하면서 압력을 인가하기 위한 램(28) 주위에 권취되는 것을 특징으로 하는 방법.
제20항에 있어서, 복수개의 자기 집신기(42)를 포함하면서 램(28)에 대항하는 앤빌을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제19항에 있어서, 자기 집신기(42)는 페라이트 블록으로서 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
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제19항에 있어서, 도체(48) 간의 전기 접착을 용이하게 하기 위해 가열될 때 용해되는 납땜을 적어도 하나의 편평 회로에서 도체(48)에 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.