KR100705543B1 - 인두팁 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 납땜기기의 말단에 결합되는 인두팁 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 납이 젖는 작업영역 이외의 비작업영역에 TiN 박막층을 증착 시킴으로써, 환경에 무해할 뿐만 아니라 납 젖음성이 향상되며, 재활용이 가능하도록 한 효과가 있다.

인두팁, 티타늄, TiN, 진공증착, 납땜, 젖음성, 크롬도금

Description

인두팁 및 그 제조 방법{Soldering iron tip and manufacture method thereof}

도 1은 종래 인두팁의 사시도,

도 2는 종래 인두팁의 A-A' 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 인두팁의 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 인두팁의 제조 방법 흐름도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

200: 인두팁 200a: 작업영역

200b: 비작업영역 210: 구리

230: 철도금층 250: TiN 박막층

본 발명은 인두팁 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 비작업영역에 TiN 박막을 형성시킨 환경에 무해한 인두팁 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 인두기는 납땜이 필요한 부위에 땜납을 녹여 납땜하는 기구인바, 땜납과 직접 접촉되는 인두기의 인두팁으로는 구리 또는 구리계열의 재료로 제작된 인두팁이 이용되었다.

인두팁은 납땜작업에 있어서, 납의 젖음성(wettability), 연속작업에 의한 온도 저하에 따른 온도 복원력 및 고온에서 장시간 작업으로 인한 특수도금의 피복 파괴 등으로 수명이 결정되는바, 열전도율(94%)이 뛰어난 구리 또는 구리계열의 재료가 선택된 것이다.

그러나 구리 또는 구리계열의 재료만으로 제작된 인두팁은 고온으로 가열될 때 인두팁이 땜납 내에서 용융되거나, 납 또는 공기에 의해 부식되기도 하며, 기계적인 압력이 가해질 때 팁의 모양이 변형되는 문제점이 있었다.

특히 산화된 동의 불순물이 땜부위로 유입되게 되면 땜의 불량률이 높아지는 문제점이 있었다.

따라서 이러한 문제점을 개선하고자 구리 또는 구리계열의 재료로 제작된 인두팁에 하나 이상의 외층을 도포하는 방법이 제안되었다.

먼저 구리계열의 재료로 제작된 인두팁에 순철(99.9%) 도금을 하는 방법이 제안되었는바, 공기중에서 부식되는 문제 및 땜납 내에서 용융되는 문제 등이 해결되었다. 그러나 철도금 인두팁에 따르면, 납이 작업영역 이외에 작업에 불필요한 부분에까지 붙는 낮은 납 젖음성을 보이는 문제가 있었다.

특히 인두팁의 경우 작업영역과 비작업영역의 상태에 따라 작업성 및 납의 소모가 좌우되는바, 낮은 납 젖음성을 개선시키고자 납이 젖어야할 작업영역 이외의 영역인 비작업영역에 크롬을 3~4㎛ 정도로 도금시키는 방법이 제안되었다.

도 1은 종래 인두팁의 사시도인바, 크롬도금된 인두팁을 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래 크롬도금된 인두팁(100)은 크롬이 도금된 비작업영역(100b)과 크롬이 도금되지 않은 작업영역(100a)으로 나뉘는바, 크롬의 고유한 성질 즉, 납이 젖지 않는 성질 때문에 납은 작업영역에만 젖게 된다.

도 2는 종래 인두팁의 A-A' 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 종래 크롬도금된 인두팁(100)은 미리 정해진 모양으로 성형된 구리(110), 구리(110)를 전체적으로 감싸는 철도금층(130) 및 철도금층(130)상에 작업영역(100a)을 제외한 비작업영역(100b) 전체에 도금된 크롬도금층(150)을 포함하여 이루어진다.

따라서 납은 외부로 노출된 철도금층(130) 즉, 작업영역(100a)에만 젖게 되어 높은 납 젖음성을 갖게 된다.

그러나, 종래 크롬이 도금된 인두팁에 따르면, 높은 납 젖음성을 갖게 되는 장점이 있는 반면에, 환경에 유해한 문제가 있으며, 인체에 유해한 납(Pb)을 무연납(주석(Sn)+은(Ag)+동(Cu))으로 대체하는 등 전 세계적으로 환경에 유해한 중금속의 사용을 금지하는 현시점에서 인두팁에 크롬을 이용한다는 것은 전 세계적인 중금속사용 억제정책에 반하는 문제점이 있다.

특히, 종래 크롬이 도금된 인두팁에 따르면, 크롬도금 공정에서 발생하는 3가크롬 및 6가크롬은 인체에 치명적인 물질이기에 인체에 유해한 문제점이 있다.

또한 무연납의 사용으로 납땜의 작업온도가 상승한 만큼 인두팁의 산화속도가 가중되고, 이는 크롬도금층의 파괴를 가속화시키기 때문에 더욱 두꺼운 크롬층을 형성시켜야 하는 문제점이 있었다.

또한, 종래 크롬이 도금된 인두팁의 경우 인두팁을 사용하고 난 후 크롬과 철을 분리할 수 없어 재활용이 불가능한 문제점이 있었다.

또한, 크롬이 도금된 인두팁의 경우 개별적으로 도금해야 하므로 대량생산이 용이하지 않아 제조비용이 높은 문제점이 있었다.

또한, 크롬이 도금된 인두팁의 경우 인두팁의 수명이 짧아 유지비가 높은 문제점이 있었다.

또한, 납이 작업영역에서 비작업영역으로 침투하기 시작하면 작업영역이 점점 넓어져 결국 작업능률을 저하시키고 납의 소모를 가증시켜, 엄청난 재원의 손실을 초래함은 물론이고, 온도저하로 인한 납땜 불량을 초래할 수 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 철도금된 인두팁의 비작업영역에 TiN 박막층을 증착시킴으로써, 환경에 무해한 인두팁 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 인체에 무해한 인두팁 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 수명이 다한 인두팁을 재활용할 수 있는 인두팁 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 인두팁 및 그 제조 방법은 철도금된 인두팁에 있어서, 납이 젖는 작업영역 이외의 비작업영역에는 TiN 박막층이 증착된 것을 특징으로 하며, 철도금된 인두팁을 준비하는 단계; 상기 준비된 인두팁의 납이 젖어야할 작업영역에 보호캡을 부착하는 단계; 상기 보호캡이 씌워진 인두팁에 TiN 박막층을 진공증착하는 단계 및 상기 TiN 박막층이 진공증착된 인두팁의 비작업영역에만 TiN 박막층이 남도록 상기 보호캡을 제거 하는 단계를 포함하여 이루어진다.

이하에는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 인두팁 및 그 제조 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 인두팁의 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 인두팁(200)은 미리 정해진 모양으로 성형된 구리(210), 구리(210)를 전체적으로 감싸는 철도금층(230) 및 철도금층(230)상에 작업영역을 제외한 비작업영역에 증착된 TiN(Titanium Nitride, 질화티타늄) 박막층(250)을 포함하여 이루어진다.

전술한 구성에서 TiN 박막층(250)은 일반적인 TiN 진공증착방법에 의해 달성될 수 있는바, 반응성 스퍼터링(Reactive Sputtering) 또는 반응성 이온 플레이팅(Reactive ion plating)으로 달성될 수 있으며, 이때 반응성 가스로는 N₂가 이용된다.

상술한 TiN 진공증착방법은 공지기술인바, 간단히 설명하면 다음과 같다.

진공상태에서 티타늄에 높은 열(200℃~500℃)을 가하면 티타늄입자가 증발하게 되는데, 이때 반응성 가스로 질소를 이용하게 되면 대상물의 표면에는 티타늄과 질소가스의 혼합물인 질화티타늄층이 부착되게 된다.

상술한 질화티타늄층은 1~3㎛까지 형성이 가능하나, 본 발명의 인두팁에는 2㎛로 형성시키는 것이 바람직하다.

일반적으로 티타늄은 납이 붙는 물질인데 진공증착 공정을 하게 되면 질화물 즉, 질화티타늄으로 바뀌면서 납이 붙지 않는 물질로 바뀌게 되어 본 발명의 효과를 얻을 수 있게 되며, 본 발명에 따른 인두팁(200)은 크롬도금을 하지 않기에 환경 및 인체에 무해하여, 유럽국가에 수출을 할 수 있게 된다.

또한, 장시간 사용에 의해 TiN 박막층이 파손된 인두팁의 경우 사용한 인두팁을 녹여서 물질별로 분리 추출시킨 후 다시 재작하면 재사용이 가능하기에 재활용이 가능한바, 상술한 물질별로의 추출은 사용한 인두팁을 녹이는 경우 TiN은 증발하며, 구리와 철은 비중 차이에 의해 저절로 상하로 나뉘게 됨으로써 달성된다.

또한 진공증착공정 특성상 1회 증착공정에 수십~수천개 이상의 인두팁을 동시에 증착할 수 있기에 대량생산이 용이하며 제조비용 절감된다.

도 4는 본 발명에 따른 인두팁의 제조 방법 흐름도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 인두팁의 제조 방법은 먼저 단계 S11에서는 철도금된 인두팁을 준비하며, 단계 S13에서는 인두팁의 작업영역에 스테인리스 스틸(stainless steel) 재질의 보호캡을 부착한다.

다음 단계 S15에서는 보호캡이 부착된 인두팁을 진공증착 장비에 넣고 TiN 박막층을 진공증착시킨다.

이후 단계 S17에서는 보호캡을 제거함으로써 작업영역을 제외한 비 작업영역 에만 TiN 박막층이 형성되게 된다.

한편, 본 상세한 설명에 따르면, 99%의 순철로 도금된 철도금층이 공기에 노출되어 있어 인두팁에 300℃ 이상의 고온이 인가되는 경우 철도금층에서 탄화작용이 일어날 수 있는바, 철을 도금한 후 TiN 박막층을 증착시키기 전에 파라듐(PD)을 추가로 도금시키게 되면, 300℃ 이상의 높은 온도에서도 탄화작용이 일어나지 않는 견고한 인두팁을 얻을 수 있게 된다.

이는 500℃ 이상에서도 산화되지 않는 파라듐의 특성 때문이며, 코발트 등이 섞인 파라듐 합금을 도금시키는 경우 더욱더 견고한 인두팁을 얻을 수 있다.

본 발명의 인두팁 및 그 제조 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 인두팁 및 그 제조 방법에 따르면, 철도금된 인두팁의 비작업영역에 TiN 박막층을 증착시킴으로써, 크롬 등 환경에 유해한 물질이 포함되어 있지 않아 환경 및 인체에 무해한 인두팁을 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 인두팁은 환경에 무해한 물질이 포함되어 있지 않기에 유럽국가에 수출이 가능하게되어 국가 경제 발전에 이바지하는 효과가 있다.

또한 수명이 다한 인두팁의 경우 TiN 박막층을 다시 증착시키는 경우 재활용이 가능하며, 수명을 연장시킬 수 있기에 유지비가 절감되는 효과가 있다.

또한 진공증착 공정상 대량생산이 용이하여 제조비용이 크롬도금에 비하여 상당한 수준으로 절감되는 효과가 있다.

또한 온도를 오랬동안 유지할 수 있어 열효율을 극대화 할 수 있으며, 복사열을 최소화 하여 에너지 절약 효과를 기대할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 철도금된 인두팁에 있어서,

   납이 젖는 작업영역 이외의 비작업영역에는 TiN 박막층이 증착된 것을 특징으로 하는 인두팁.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 TiN 박막층은 티타늄을 증착물로 하고 N₂를 반응성 가스로 이용한 진공증착 공정에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 인두팁.
3. 철도금된 인두팁을 준비하는 단계;

   상기 준비된 인두팁의 납이 젖어야할 작업영역에 보호캡을 부착하는 단계;

   상기 보호캡이 씌워진 인두팁에 TiN 박막층을 진공증착하는 단계 및

   상기 TiN 박막층이 진공증착된 인두팁의 비작업영역에만 TiN 박막층이 남도록 상기 보호캡을 제거 하는 단계를 포함하여 이루어진 인두팁 제조 방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 진공증착은 티타늄을 증착물로 하고 N₂를 반응성 가스로 이용한 진공증착인 것을 특징으로 하는 인두팁 제조 방법.

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