KR100420470B1 - Method of Soldering for Making a PTC Device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 정온도 특성을 갖는 전도성 복합체 소자의 제조에 있어 금속 전극과 금속 리드간의 결합을 위한 솔더링 공정에 관한 것으로, 특히 기계적, 전기적 결합이 우수하고, 또한 성능의 변화가 거의 없는 정온도 특성 소자 제조를 위한 솔더링 공법에 관한 것이다.The present invention relates to a soldering process for coupling between a metal electrode and a metal lead in the manufacture of a conductive composite device having a constant temperature characteristic, in particular a constant temperature characteristic device excellent in mechanical and electrical coupling, and almost no change in performance It relates to a soldering method for manufacturing.
상기 목적은 정온도 특성 소자의 제조를 위한 금속 리드와 전도성 복합체의 금속 전극간의 솔더링 공정 후, 금속 리드와 전도성 복합체의 전극간 고유 물성을 유지하는 정온 특성 소자 제조 공정에 있어서,The above object is in the constant temperature characteristic device manufacturing process for maintaining the inherent physical properties between the metal lead and the electrode of the conductive composite after the soldering process between the metal lead and the conductive electrode for the production of the constant temperature characteristic device,
솔더링 공정은 하기와 같은 조건을 만족하는 것을 특징으로 한 정온도 특성 소자 제조를 위한 솔더링 공법으로 달성된다.The soldering process is achieved by the soldering method for manufacturing a positive temperature characteristic device, characterized in that the following conditions are satisfied.
(1) 최고 온도 조건 : 180 ~ 250 ℃(1) Maximum temperature condition: 180 ~ 250 ℃
솔더로 선정한 Sn(63w%)Pb(37w%)이 녹는 온도인 180 ℃이상 250 ℃ 이하의 범위.Sn (63w%) Pb (37w%) selected as solder is the temperature of melting in the range of 180 ℃ to 250 ℃.
(2) 이동속도 조건 : 0.10이상 1.00 m/min 미만(2) Movement speed condition: 0.10 or more but less than 1.00 m / min
(3) 온도 상승/냉각 조건 : 0.5~2 ℃/min(3) Temperature rise / cooling condition: 0.5 ~ 2 ℃ / min
Description
본 발명은 정온도 특성을 갖는 전도성 복합체 소자의 제조에 있어 금속 전극과 금속 리드간의 결합을 위한 솔더링 공정에 관한 것으로, 특히 기계적, 전기적 결합이 우수하고, 또한 성능의 변화가 거의 없는 정온도 특성 소자 제조를 위한 솔더링 공법에 관한 것이다.The present invention relates to a soldering process for coupling between a metal electrode and a metal lead in the manufacture of a conductive composite device having a constant temperature characteristic, in particular a constant temperature characteristic device excellent in mechanical and electrical coupling, and almost no change in performance It relates to a soldering method for manufacturing.
일반적으로 PTC(Positive Temperature Coefficient) 특성을 갖는 전도성 복합 체 소자(PTC 소자)는 온도의 상승에 따라 저항 값이 커지는 특성을 갖는다. 이러한특성을 이용하여 배터리 등의 과전류 차단용 안전장치로 널리 이용되고 있다.In general, a conductive composite device (PTC device) having a PTC (Positive Temperature Coefficient) characteristic has a property that a resistance value increases as the temperature increases. By using these characteristics, it is widely used as a safety device for overcurrent blocking such as a battery.
이 전도성 복합체를 실제 이용하기 위해서는 PTC 성질을 갖는 고분자와 카본의 복합체, 금속 전극 그리고, 배터리에 장착하기 위한 금속 리드를 필요로 한다.In order to actually use the conductive composite, a composite of a polymer having carbon properties and carbon, a metal electrode, and a metal lead for mounting on a battery are required.
이때, 금속 전극과 금속 리드의 결합 방법으로 일반적으로 널리 통용되는 솔더링 공정을 도입한다.In this case, a soldering process that is generally widely used is introduced as a method of coupling the metal electrode and the metal lead.
그러나 정온도 특성 소자는 고분자가 포함되어 있어, 열에 매우 민감하다.However, since the positive temperature element contains a polymer, it is very sensitive to heat.
이러한 이유로 고온의 솔더링 공정에 있어 가능한 낮은 온도에서 효과적인 결합을 갖도록 하는 온도 조건이 요구된다. 또한, 너무 낮은 온도의 솔더를 사용하게 되면 PTC 소자의 작동온도 범위 이하가 되어 문제가 된다.For this reason, high temperature soldering processes require temperature conditions to have an effective bond at the lowest possible temperature. In addition, the use of a solder that is too low temperature is a problem below the operating temperature range of the PTC device.
따라서 본 발명에서는 열에 민감한 소자인 전도성 복합체의 금속 전극과 금속 리드의 효과적인 결합을 위하여 적당한 재료의 솔더를 선정하여, 솔더링후 기계적, 전기적 결합이 우수하고, 또한 성능의 변화가 거의 없는 솔더링 공정을 제공함에 그 목적을 가진다.Therefore, the present invention selects a solder of a suitable material for the effective bonding of the metal electrode and the metal lead of the conductive composite, which is a heat sensitive device, to provide a soldering process excellent in mechanical and electrical coupling after soldering, and hardly changes in performance. Has its purpose.
상기 목적은 실시예로 리플로방식의 전열로를 이용하여 더운 공기에 의해 열이 전달되어 솔더링 공정이 이루어지는 공정에서 리플로 이동속도, 최고점의 온도 등의 인자로 솔더링 후에도 고유의 특성을 유지하는 전도성 복합체의 제조 공정에 의해 달성된다.The purpose is to maintain the inherent characteristics even after soldering by the factors such as the reflow moving speed, the temperature of the highest point in the process where the heat is transferred by hot air using the reflow type heat transfer furnace as an example. It is achieved by the manufacturing process of the composite.
도 1은 리플로 내의 온도-시간 관계를 나타낸 도표.1 is a diagram showing the temperature-time relationship in reflow.
도 2는 정온도 특성 소자의 단면도.2 is a cross-sectional view of a positive temperature characteristic element.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명][Description of Symbols for Main Parts of Drawing]
a: 리플로내의 최고온도점 b: 리플로 배출지점a: Maximum temperature point in reflow b: Reflow discharge point
c: 금속 리드 d: 솔더 결합부c: metal lead d: solder joint
e: 금속 전극 f: 전도성 복합체e: metal electrode f: conductive composite
이하에서 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
일반적으로 금속과 금속의 결합을 위해서는 붙이고자 하는 비철금속물을 녹여 접합시키는 방법을 브레이징이라 한다. 이 비철금속을 납재라 하는데, 융점이 450℃ 이상을 경납, 450℃ 이하를 연납이라 하여, 450℃ 이하에서 금속간의 접합에 사용하는 방법을 일반적으로 솔더라 부른다. 솔더링 방법에는 인두를 사용하는 인두 솔더링(Iron soldering), 납조에 담그어 동시에 여러 소자를 솔더링하는 침적 솔더링(Dip soldering), 전열로 및 적외선(IR) 등을 이용하는 로중 솔더링(furnace soldering)으로 구분할 수 있다. 본 발명에 적용하는 솔더링 방식은 전열로를 이용하여 덥혀진 더운 공기 구간을 일정 속도로 흘려 보내어 솔더링할 수 있는 리플로(Reflow) 방식의 솔더링을 채택한다.In general, a method of melting and joining a non-ferrous metal material to be bonded for bonding a metal to a metal is called brazing. This nonferrous metal is called a brazing material. A melting point of 450 ° C. or higher is used for brazing, and 450 ° C. or lower is a lead, and a method used for joining metals at 450 ° C. or lower is generally called a solder. Soldering methods can be divided into iron soldering using iron, dip soldering which is immersed in lead bath and soldering several devices at the same time, furnace soldering using electric furnace and infrared (IR). have. The soldering method applied to the present invention adopts a reflow soldering method capable of soldering by flowing a hot air section heated at a constant speed by using a heat transfer furnace.
본 발명에서는 일반적으로 널리 사용되는 솔더링 기술을 정온도 특성 소자 제조에 맞도록 개발한 것으로, 단순히 금속 전극, 금속 리드간의 접합, 결합에 관심을 갖는 것이 아니라, 열에 의해 변성 등이 가능한 민감한 소자가 포함된 복합체의 외부 금속박과 실제의 응용에 필요한 금속 리드를 결합하면서도, 소자 내부의 전도성 복합체가 갖는 고유의 특성을 유지하도록 하는 솔더링 공정에 관한 것이다.In the present invention, a soldering technique widely used to develop a device having a constant temperature characteristic is developed, and it is not merely interested in joining and bonding metal electrodes and metal leads, but includes sensitive devices capable of being modified by heat. The present invention relates to a soldering process that combines the external metal foil of a composite with a metal lead necessary for practical application while maintaining the inherent properties of the conductive composite inside the device.
즉 정온도 특성 소자의 전도성 복합체 표면을 이루는 금속 전극과 실장에 필요한 금속 리드의 결합을 위해서는 솔더링과 같은 금속간의 결합 기술이 적용될 수 있다. 소자 내부의 전도성 복합체가 갖는 열적 민감성 때문에, 솔더링 공정에 있어 가능한 금속간 결합에 필요한 최소의 작업 온도, 온도 상승 방식과 최소의 시간은 성능에 영향을 크게 미치는 인자이다. 또한, 전도성 복합체는 과전류 등에 의해, 온도 상승에 따라 저항이 급속히 커지는 전기적인 단락 작용을 하게 된다.That is, a coupling technique between metals such as soldering may be applied to couple the metal electrode forming the conductive composite surface of the positive temperature characteristic device with the metal lead required for mounting. Because of the thermal sensitivity of the conductive composite inside the device, the minimum operating temperature, temperature rise method and minimum time required for possible metal-to-metal bonding in the soldering process are factors that significantly affect performance. In addition, the conductive composite has an electrical short-circuit action in which resistance increases rapidly with temperature rise due to overcurrent or the like.
따라서, 이러한 작동 온도에서 충분한 기계적 결합 특성을 유지해야 하므로 솔더링 결합 재료는 작동온도 이상의 범위를 갖아야만 한다.Therefore, the soldering joint material should be in the range above the operating temperature because sufficient mechanical bonding properties must be maintained at this operating temperature.
솔더링에 필요한 공정온도 조건은 작동온도를 고려하여 150℃ 이상의 녹는점을 갖고, 기계적 결합력과 전기적 전도성이 우수한 재료로 SnPb 이 성분계 물질(녹는점 대략 183℃)을 선정하였다.The process temperature required for soldering has a melting point of 150 ℃ or higher considering the operating temperature, and SnPb-based material (melting point approximately 183 ℃) is selected as a material having excellent mechanical bonding and electrical conductivity.
따라서, 솔더링에 필요한 온도는 180℃에서 250℃이하의 온도로 가능하면 낮은 온도에서 좋은 기계적, 전기적 결합을 하는 조건을 갖도록, 온도와 속도(시간)를 설정했다.Therefore, the temperature required for soldering was set at a temperature of 180 ° C. to 250 ° C. and a temperature and a speed (time) so as to have good mechanical and electrical coupling at a low temperature if possible.
또한, 솔더링에 필요한 리플로의 온도 상승 방식으로는 실시예로 도 1에서와 같이 기존에 가장 널리 사용하는 가열 방식인 예열 단계를 거치지 않는 온도 곡선으로, 이동 속도가 0.10 ~ 1.00 m/min의 속도 범위에서 조건을 잡았다.In addition, the temperature rising method of the reflow required for soldering is, for example, a temperature curve that does not undergo a preheating step, which is the most widely used heating method as shown in FIG. 1, and has a moving speed of 0.10 to 1.00 m / min. Caught in the range.
정온도 특성 소자의 구성은 도 2와 같다.The configuration of the positive temperature characteristic element is shown in FIG.
전도성 복합체(f)로는 HDPE(high density polyethylene)과 카본블랙으로 구성되어 있고, 과산화물 가교를 하였다.The conductive composite (f) is composed of HDPE (high density polyethylene) and carbon black, and was crosslinked with peroxide.
- HDPE는 밀도가 0.95~0.965g/cm³, 용융지수 3~6이다.-HDPE has a density of 0.95 ~ 0.965g / cm³ and melt index 3 ~ 6.
- 카본블랙은 전도복합체의 질량비로 30~40w%를 차지한다.-Carbon black accounts for 30 ~ 40w% by mass ratio of conductive composite.
- 과산화물 가교제는 0.2wt%이다.Peroxide crosslinker is 0.2wt%.
금속전극(e)으로는 미세 거침이 없는 니켈도금 구리박을 사용하였고, 금속리드(c)는 니켈 또는 니켈합금을 사용하였다. 솔더 크림(d)은 Sn(63w%)Pb(37w%)계 물질을 사용하였다.Nickel-plated copper foil without fine roughness was used as the metal electrode (e), and metal lead (c) was used with nickel or nickel alloy. As the solder cream (d), Sn (63w%) Pb (37w%)-based material was used.
아래의 실시예들은 이동속도와 최고점온도(a)를 변화하여 솔더링을 거쳤을 때, 전기적 결합특성인 비저항값과 기계적 결합 특성을 표로 정리한 것이다.The following examples summarize the resistivity values and mechanical coupling characteristics, which are electrical coupling characteristics when soldering is performed by varying the moving speed and the peak temperature (a).
실험결과실시예 F가 가장 좋은 특성으로 그 때의 온도-시간 관계 그림은 도 1에 나타냈다.Experimental results Example F is the best characteristic, the temperature-time relationship at that time is shown in FIG.
물론 실시예 D, E 또한 좋은 특성을 나타냈다.Of course, Examples D and E also showed good characteristics.
실시예 C는 비저항이 1 Ω㎝ 이상으로 불량한 결과를 나타냈고, 실시예 A, B는 비저항이 비교적 높은 특징을 나타냈다.Example C showed a poor result with a specific resistance of 1 kPa or more, and Examples A and B exhibited a relatively high specific resistance.
한편 실시예 G, H, I에서와 같이 리플로 속도가 1.00m/min으로 빠른 경우 리드와 전극간의 결합이 약하여 붙임성이 불량하여 부적합하였다.On the other hand, as in Examples G, H, and I, when the reflow speed is as fast as 1.00 m / min, the coupling between the lead and the electrode is weak and poor adhesion is not suitable.
이상과 같이 공정으로 되는 본발명은 열에 민감한 정온도 특성 소자의 금속 전극과 금속 리드의 효과적인 결합을 위하여 적당한 재료의 솔더를 선정하여, 솔더링 후 기계적, 전기적 결합이 우수하고, 또한 성능의 변화가 거의 없게 한 효과가 있다.The present invention, which is a process as described above, selects a solder of a suitable material for the effective bonding of a metal electrode and a metal lead of a thermally sensitive constant temperature characteristic device, and has excellent mechanical and electrical coupling after soldering, and almost no change in performance. It is effective to lose.
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