KR100504182B1 - 고주파를 이용한 인두기 발열 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인두팁의 감지온도에 따라 고주파 발진기에서 발생하여 발열코일로 인가되는 고주파 전류를 제어함으로써, 납땜 부위에 필요한 열량을 온도센서가 자동으로 감지하여 필요한 열량만을 신속하게 공급하여 필요이상의 열량에 의한 부품 파손이나 PCB손상이 없는 고주파를 이용한 인두기 발열 제어장치에 관한 것으로, 소정의 전원전압을 제공받아 고주파를 발생하는 고주파발진기와, 상기 고주파발진기에서 출력되는 전원을 제공받아 전류 증폭하는 파워앰프와, 상기 인두바디에 형성되되 상기 파워앰프로부터 출력되는 전원을 제공받아 가열되어 인두바디를 직접 가열하는 발열코일, 및 상기 인두의 가열온도를 검출하고 검출한 온도와 미리 설정된 온도를 상호 비교한 후 그에 상응하는 스위칭제어신호를 출력하여 발열코일로 인가되는 고주파 전류를 개폐하는 온도조절부, 등으로 이루어져 있다.

Description

고주파를 이용한 인두기 발열 제어장치{Radio Frequency Thermal Iron Controller with Temperature Sensor}

본 발명은 납땜용 인두에 관한 것으로, 특히 인두를 직접 가열방식이 아니라 고주파 유도 가열방식으로 제작함과 아울러 인두의 발열온도를 제어할 수 있는 고주파를 이용한 인두기 발열 제어장치에 관한 것이다.기존에 주로 사용하고 있는 세라믹 히터 방식의 인두기는 팁에 열을 저장하거나 축적된 열을 사용하는 고정파워 시스템으로 PCB와 전자 부품에 열로 인한 손상이 높다.그리고, 세라믹 히터 팁이 면적이 넓은 PCB의 납땜 부위에 열을 전달할 때 열을 잃은 후(200∼250℃) 히터에 의해 재가열되는 시간(60∼120sec)이 길어서 부품에 열을 전달하여 손상을 초래할 수 있는 단점이 크다. 또한, 외국에서 보급되어 사용되고 있는 인공지능형 고주파 발열 인두 조절기는 온도 보정을 위해 카트리지(구리와 자성 합금체로 구성된 것) 교환 방식을 사용하는데, 고가의 교환 비용과 충격에 의한 카트리지의 파손되는 등 심각한 문제점을 갖고 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 느린 가열시간, 느린 열보상, 납땜 온도의 변화 등으로 인한 납땜의 접합 강도와 환경에 악영향을 끼치는 유연납 사용 등의 문제점을 가지는 직접 가열 방식의 전기 인두기의 문제점을 개선하기 위하여 고주파를 이용한 인두기 발열 제어장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 인두팁의 감지온도에 따라 고주파 발진기에서 발생하여 발열코일로 인가되는 고주파 전류를 제어함으로써, 납땜 부위에 필요한 열량을 온도센서가 자동으로 감지하여 필요한 열량만을 신속하게 공급하여 필요이상의 열량에 의한 부품 파손이나 PCB손상이 없는 고주파를 이용한 인두기 발열 제어장치를 제공하는 데 있다.

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상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 인두바디와 인두팁을 포함한 인두기에 있어서: 소정의 전원전압을 제공받아 고주파를 발생하는 고주파발진기; 상기 고주파발진기에서 출력되는 전원을 제공받아 전류 증폭하는 파워앰프; 및 상기 인두바디에 형성되고 상기 파워앰프로부터 출력되는 전원을 제공받아 가열되어 인두바디를 직접 가열하는 발열코일;로 이루어진 것을 특징으로 한다.또한, 상기 인두기는, 상기 인두의 가열온도를 검출하고 검출한 온도와 미리 설정된 온도를 상호 비교한 후 그에 상응하는 스위칭제어신호를 출력하여 발열코일로 인가되는 고주파 전류를 개폐하는 온도조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.상기 온도조절부는, 인두팁에 내장되어 인두바디의 발열 온도를 직접 검출하는 온도센서; 상기 온도센서의 출력온도를 증폭하는 프리앰프; 및 상기 프리앰프를 통해 출력된 온도신호와 미리 설정된 온도를 상호 비교한 후 그에 상응하는 스위칭제어신호를 출력하여 발열코일로 인가되는 고주파 전류를 개폐하는 비교기;로 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 온도센서는 인두바디의 내부를 통해 인두팁까지 내장 설치되어 인두팁의 온도를 직접 검출하도록 구성된 것을 특징으로 한다.이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 살펴보고자 한다.도 1은 본 발명에 의한 인두기 발열 제어장치를 도시한 회로블록도이고, 도 2는 본 발명에 의한 인두바디와 인두팁을 도시한 단면도로서, 인두바디(10), 인두팁(5), 고주파발진기(2), 파워앰프(3), 발열코일(4), 온도조절부(6) 등으로 이루어져 있다.상기 고주파발진기(2)는 소정의 전원전압을 제공받아 고주파를 발생하도록 구성되어 있고, 파워앰프(3)는 상기 고주파발진기(2)에서 출력되는 전원을 제공받아 전류를 증폭하도록 구성되어 있고, 발열코일(4)은 상기 인두바디(10)에 형성되어 상기 파워앰프(3)로부터 출력되는 전원을 제공받아 가열되어 인두바디(10)를 직접 가열하도록 구성되어 있다.또한, 상기 온도조절부(6)는, 상기 인두의 가열온도를 검출하고 검출한 온도와 미리 설정된 온도를 상호 비교한 후 그에 상응하는 스위칭제어신호를 출력하여 발열코일(4)로 인가되는 고주파 전류를 개폐시키도록 구성되어 있다.상기 온도조절부(6)는, 인두팁(5)에 내장되어 인두팁(5)의 가열 온도를 직접 검출하는 온도센서(7)와, 상기 온도센서(7)의 출력온도를 증폭하는 프리앰프(8), 및 상기 프리앰프(8)를 통해 출력된 온도신호와 미리 설정된 온도를 상호 비교한 후 그에 상응하는 스위칭제어신호를 출력하여 발열코일(4)로 인가되는 고주파 전류를 개폐하는 비교기(9)를 더 포함하고 있다.상기 온도센서(7)는 인두바디(10)의 내부를 통해 인두팁(5)까지 내장 설치되어 인두팁(5)의 온도를 직접 검출하도록 설치하는 것이 바람직하다.즉, 도 1에 나타난 바와 같이 직류 전원(1; DC 50V)에 의해 발진되는 고주파 발진기(2)에서 고주파 전류가 발생되고, 발생된 고주파 전류는 파워앰프(3)를 통해 증폭된다. 그리고, 인두바디(10)에 있는 발열코일(4)에 전류가 흐름으로써 인두바디(10)에는 고주파 유도에 의한 열이 생긴다. 상기 열은 인두바디(10)를 가열하게 되고 이 열은 전도되어 다시 인두팁(5)을 가열하게 된다. 한편, 온도조절부(6)는 소정의 직류전원(1; DC 20V)을 사용하며, 온도 제어방식은 인두바디(10)에 부착된 온도센서(7)의 전기적 신호를 프리앰프(8)를 통해 증폭한 후 비교기(9)에서 설정 온도와 비교하여 고주파 발진기(2)에서 만들어진 고주파 전류를 고주파 발열코일(4)로 흐르는 전류를 제어함으로써 온도를 조절하게 된다.

도 2는 센서와 고주파 유도 가열에 의한 열량 전달 방법을 설명하기 위해 도시한 것으로, 도 1에서 설명한 고주파 발진기(2)에서 발생된 고주파 전류가 인두바디(10)에 있는 발열코일(4)에 흐른다. 고주파 유도에 의한 열이 인두팁(5)으로 직접 전달되고, 이 열량의 높고 낮음을 인두팁(5)의 끝에 내장된 온도센서(7)에 의해 감지되고 이 신호는 도 1의 비교기(9)로 인가되어 발열코일의 가열온도가 조절되게 된다. 특히, 여기서 사용되는 인두바디(10)는 특수 재질로 만든 재료가 아니라 일반적인 금속체로서 충격이나 산화에 관계없이 신속하고 안전하게 열량을 인두팁(5)에 전달할 수 있다. 기존의 세라믹 인두기는 온도센서를 히터(인두바디에 설치)에 연결하여 사용한 반면에 인두바디(10)와 인두팁(5) 사이의 온도차가 많이 생겨 온도 조절에 문제가 많았지만, 본 발명은 인두바디(10)가 아닌 인두팁(5) 자체에 온도센서(7)를 연결함으로써 정확한 온도의 측정과 제어를 할 수 있다.아울러, 본 발명에 의한 고주파 유도 가열방식은 와전류 손실과 히스테리시스 손실을 이용하게 되는데, 먼저 와전류 손실이란 회로를 관통하는 자속이 시간에 따라 변화한다든가 또는 자속과 도체가 상대적으로 운동하여 회로내의 자속을 시간적으로 변화시키면 이 변화를 막기 위하여 회로 내에 부분적으로 형성된 임의의 폐 회로를 따라 전류가 유도되며, 이 전류에 의한 Joule열을 와전류 손실이라 말한다. 그리고, 히스테리시스 손실이란, 자성체에 가해지는 자계의 변화에 의한 자화율의 변화를 히스테리시스라 하며, 자계의 변화에 의해 에너지가 발생하며, 그 에너지가 열로 변한 것을 말한다.고주파 유도 가열은 와전류 손실과 히스테리시스 손실을 이용하지만, 와전류 손실이 히스테리시스 손실보다도 중요하게 작용하며, 유도 가열의 발열량은 그 도체의 저항과 흐르는 전류에 의해 열이 발생한다. 이 발열량은 흐르는 전류의 방향에 관계없이 전류의 2승에 비례한다.

이와 같이 본 발명의 발열 제어장치는, 고주파 발진기에서 발생한 고주파 전류를 온도센서의 인두팁 감지온도에 따라 인두바디의 고주파 발열코일에 흐르게 함으로서, 인두팁을 고주파 유도 가열하는 방식으로 동작하게 한다. 이에 따라, 납땜 부위에 필요한 열량을 온도센서가 자동으로 감지하여 필요한 열량만을 신속하게 공급하여 필요이상의 열량에 의한 부품 파손이나 PCB손상이 없고, 또한 고주파 유도가열에 의한 신속한 열량전달로 무연납의 이용(용융점 300℃이상)으로 환경의 유해한 요소가 전혀 없다.도 3은 세라믹 인두기와 고주파 발열 인두기의 온도와 시간 특성을 나타낸 것으로, 이는 각 인두의 온도를 320℃로 설정한 다음 300mm 길이의 납을 동판에 녹이면서 측정한 결과이다.기존의 세라믹 인두기(11)의 경우에 납땜할 때 인두의 최저온도(202℃)와 온도회복 시간 지연으로 인해 냉땜이 발생한다. 반면에, 고주파 발열인두기(12)는 최저 온도(312℃)가 납을 충분히 녹일 수 있는 온도를 유지함과 아울러 온도회복 시간이 2 내지 3sec이기 때문에 최적의 납땜 상태를 유지하는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 인두팁의 감지온도에 따라 고주파 발진기에서 발생하여 발열코일로 인가되는 고주파 전류를 제어함으로써, 기존 방식의 온도 보상시간, 냉납 및 과열로 인한 PCB손상, 부품파괴 등의 다양한 문제점과 납땜 접합강도를 개선할 수 있는 효과가 있으며, 또한 최근에 외국에서 보급되어 사용되고 있는 인공지능형 고주파 발열 인두 조절기의 카트리지의 충격에 약한 문제점과 교환방식에 의한 고가 비용의 문제점을 센서 내장형의 고주파 발열 인두기를 국산화하여 개발함으로써, 수입대체 효과 및 환경 문제와 관련된 납의 사용 대체품으로 무연납의 사용에 큰 공헌을 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 인두기 발열 제어장치를 도시한 회로블록도이다.

도 2는 본 발명에 의한 인두바디와 인두팁을 도시한 단면도이다.도 3은 본 발명에 의한 직접 가열방식과 고주파 유도 가열방식의 시간과 온도 특성을 비교한 그래프이다.* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명1: 직류전원 2: 고주파 발진기3: 파워앰프 4: 발열코일5: 인두팁 6: 온도조절부7: 온도센서 8: 프리앰프9: 비교기 및 스위칭부

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Claims (4)

1. 인두바디와 인두팁을 포함한 인두기에 있어서:

   소정의 전원전압을 제공받아 고주파를 발생하는 고주파발진기;

   상기 고주파발진기에서 출력되는 전원을 제공받아 전류 증폭하는 파워앰프; 및

   상기 인두바디에 형성되되 상기 파워앰프로부터 출력되는 전원을 제공받아 가열되어 인두바디를 직접 가열하는 발열코일;로 이루어진 것을 특징으로 하는 고주파를 이용한 인두기 발열 제어장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 인두의 가열온도를 검출하고 검출한 온도와 미리 설정된 온도를 상호 비교한 후 그에 상응하는 스위칭제어신호를 출력하여 발열코일로 인가되는 고주파 전류를 개폐하는 온도조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파를 이용한 인두기 발열 제어장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 온도조절부는, 인두팁에 내장되어 인두바디의 발열 온도를 직접 검출하는 온도센서; 상기 온도센서의 출력온도를 증폭하는 프리앰프; 및 상기 프리앰프를 통해 출력된 온도신호와 미리 설정된 온도를 상호 비교한 후 그에 상응하는 스위칭제어신호를 출력하여 발열코일로 인가되는 고주파 전류를 개폐하는 비교기;로 이루어진 것을 특징으로 하는 고주파를 이용한 인두기 발열 제어장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 온도센서는 인두바디의 내부를 통해 인두팁까지 내장 설치되어 인두팁의 온도를 직접 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 고주파를 이용한 인두기 발열 제어장치.