KR100773391B1 - 박판 접합 장치 및 이를 이용한 박판 접합 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박판 접합 장치 및 이를 이용한 박판 접합 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 박판 접합 장치는 공정챔버 및 상기 공정챔버 일측에 연결되고 상기 공정챔버를 진공상태로 만드는 펌프를 포함한다. 상기 공정챔버 내에는 제1 및 제 2 금속박판을 각각 공급하는 제1 및 제2 공급부, 상기 공급된 제1 및 제2 금속박판 사이에 접합물질을 분사하는 분사부, 및 상기 제1 및 제2 금속박판을 접합시키는 접합부가 구비된다. 본 발명에 의하면, 접합물질의 접합력이 향상되고, 다양한 접합물질이 사용될 수 있다.
박판 접합 장치, 공정챔버, 펌프, 공급부, 분사부, 접합부, 가열기

Description

박판 접합 장치 및 이를 이용한 박판 접합 방법{LAMINATION APPARATUS AND LAMINATION METHOD USING THE SAME}
도 1은 본 발명에 따른 박판 접합 장치를 개략적으로 보여주는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 박판 접합 장치에 의해 두 박판테이프가 접합되었을 때의 단면도,
도 3은 종래의 접합 방법에 따라 초전도테이프와 안정화금속테이프가 접합된 금속박판테이프의 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 접합 방법에 따라 초전도테이프와 안정화금속테이프가 접합된 금속박판테이프의 단면도이다.
♧ 도면의 주요부분에 대한 참조부호의 설명 ♧
10 : 공정챔버 21 : 제1 릴
22 : 제2 릴 23 : 제3 릴
25 : 분사부 30 : 금속 증발기
30h : 하우징 30e : 분사출구
30m : 접합물질 32 : 위치조정기
34 : 온도제어기 36 : 열차단막
40 : 가열기 50 : 펌프
55 : 흡착판
1t : 제1 금속박판테이프 2t : 제2 금속박판테이프
3t : 접합된 금속박판테이프 11t, 21t : 초전도테이프
12t, 22t : 안정화금속테이프 11t1, 21t1 : 기판층
11t2, 21t2 : 완충층 11t3, 21t3 : 초전도층
11t4, 21t4 : 보호층
본 발명은 접합 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 박판 접합 장치 및 이를 이용한 박판 접합 방법에 관한 것이다.
일반적으로 금속박판을 접합하는 방법으로는 접합되는 금속박판의 종류에 따라 브레이징 또는 솔더링 등 납땜에 의한 방법과 플라즈마 용접 또는 레이저 용접 등 용접에 의한 방법이 있다.
용접은 접합되는 금속박판의 접합부를 부분적으로 용융시켜 다시 응고시키는 과정에서 결합되는 것이다. 접합으로 형성되는 내부가 완전히 밀폐될 수 있도록 하기 위해서는 플라즈마 용접 또는 레이저 용접 등에 의해야 하지만, 납땜에 비하여 현격하게 높은 비용이 소요되므로 경제성이 떨어지는 문제가 있다.
납땜은 접합되는 금속박판보다 낮은 녹는점을 갖는 접합물질을 사용하여, 용융된 접합물질이 모세관 현상에 의하여 접합되는 금속박판 사이로 골고루 스며들어가 응고됨으로써 금속박판을 접합시킨다. 납땜은 접합되는 금속박판의 용융온도에 따라서 약430℃ 이하인 경우를 솔더링(soldering)이라 하고, 그 이상인 경우를 브레이징( brazing)이라 하며, 금속박판의 종류에 따라서 선택적으로 적용된다.
그런데, 이러한 납땜에 의하여 금속박판을 접합하는 경우, 녹는점이 금속박판보다 낮은 접합물질을 사용하여야 하는 등 접합물질을 선택하는데 있어서 제한을 받는다. 또한, 접합물질의 두께가 다를 수 있고, 접합물질이 다공의 상태로 되어 밀도가 낮을 수 있으며, 납땜은 대기 중에서 수행되므로 접합물질이 산화되기 쉽다. 이러한 여러가지 이유로 접합물질의 접합력이 상당히 떨어질 수 있다.
본 발명은 이상에서 언급한 상황을 고려하여 제안된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 접합력을 향상시킬 수 있는 박판 접합 장치 및 이를 이용한 박판 접합 방법을 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 박판 접합장치는 공정챔버 및 상기 공정챔버 일측에 연결되고 상기 공정챔버를 진공상태로 만드는 펌프를 포함한다. 상기 공정챔버 내에는 제1 및 제 2 금속박판을 각각 공 급하는 제1 및 제2 공급부, 상기 공급된 제1 및 제2 금속박판 사이에 접합물질을 분사하는 분사부, 및 상기 제1 및 제2 금속박판을 접합시키는 접합부가 구비된다.
상기 금속박판은 테이프형일 수 있으며, 상기 제1 및 제2 공급부는 각각 제1 및 제2 릴이고, 상기 테이프형의 제1 및 제2 금속박판은 상기 제1 및 제2 릴의 회전에 의해 공급될 수 있다. 상기 제1 및 제2 릴의 폭은 서로 다를 수 있다. 상기 접합부는 롤러이고, 상기 테이프형의 제1 및 제2 금속박판은 상기 롤러의 회전에 의해 일측으로 밀착되어 접합될 수 있다. 상기 접합부에 의해 접합된 금속박판이 감기는 제3 릴이 더 포함될 수 있다.
상기 접합부는 상기 제1 및 제2 금속박판을 서로 밀착시켜서 접합시킬 수 있다. 이는 상기 제1 및 제2 금속박판이 밀착될 때 상기 두 금속박판 사이의 틈에 접합물질이 메워지게 되고, 이때 생긴 접합층에 의해 상기 두 금속박판은 접합된다.
상기 접합부에 의해 접합된 금속박판을 가열하여 상기 제1 및 제2 금속박판의 접합력을 높이는 가열기가 더 포함될 수 있다. 상기 가열기는 고주파 유도 가열기, 적외선 가열기, 또는 할로겐 히터 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 상기 가열기는 상기 접합부 내에 장착될 수 있다.
상기 분사부는 금속 증발기(thermal evaporator)일 수 있다.
상기 분사부의 분사출구의 폭은 상기 제1 금속박판 또는 상기 제2 금속박판의 폭과 동일할 수 있다.
상기 분사부에 연결되고, 상기 접합부에 대한 상기 분사부의 위치를 조정하 는 위치조정기가 더 포함될 수 있다.
상기 분사부에 연결되고, 상기 분사부의 온도를 조절하는 온도제어기가 더 포함될 수 있다.
상기 제1 및 제2 금속박판과 상기 분사부 사에에 위치하는 열차단막이 더 포함될 수 있다.
상기 공정챔버와 상기 펌프 사이에 위치하고, 상기 접합물질의 증기를 흡착하여 상기 접합물질이 상기 펌프로 들어가는 것을 방지하는 흡착판이 더 포함될 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 다른 측면에 따른 박판 접합 방법은 제1 및 제2 금속박판이 구비된 공정챔버 내부를 진공상태로 만드는 것을 포함한다. 상기 제1 및 제2 금속박판을 공급하고, 상기 공급된 제1 및 제2 금속박판 사이에 접합물질을 분사한다. 상기 제1 및 제2 금속박판을 접합시키고, 상기 접합된 금속박판을 가열한다.
상기 제1 금속박판은 초전도테이프이고, 상기 제2 금속박판은 안정화금속테이프일 수 있다. 이때, 상기 초전도테이프의 폭이 상기 안정화금속테이프의 폭보다 작을 수 있다. 상기 초전도테이프는 보호층, 초전도층, 완충층, 및 기판층의 적층구조일 수 있으며, 상기 접합물질은 상기 초전도테이프를 둘러쌀 수 있다.
상기 접합물질을 분사시키는 것은 금속 증발에 의해 수행될 수 있다. 상기 금속 증발을 위하여 히터에 의한 가열 또는 고주파 유도 가열이 사용될 수 있다.
상기 접합된 금속박판을 가열하는 것은 고주파 유도 가열, 적외선 가열, 또는 할로겐 히터에 의한 가열 중에서 선택된 어느 하나의 방법에 의해 수행될 수 있다.
본 발명에 의하면, 접합물질의 접합력이 향상되고, 다양한 접합물질이 사용될 수 있다.
이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다.
본 명세서의 실시예에서 제1, 제2 등의 용어들은 단지 어느 소정의 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었으므로, 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다.
도면들에 있어서, 구성요소들의 크기 등은 명확성을 기하기 위하여 과장되게 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조부호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 박판 접합 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 공정챔버(10) 내에 제1, 제2 및 제3 릴(21,22,23)이 위치한다. 제1 릴(21)에 감겨져 있는 제1 금속박판테이프(1t)는 제1 릴(21)의 회전에 의해 공급되고, 제2 릴(22)에 감겨져 있는 제2 금속박판테이프(2t)는 제2 릴(22)의 회전에 의해 공급된다.
금속 증발기(30)는 공급된 제1 및 제2 금속박판테이프(1t,2t) 사이에 접합물질(30m)인 금속 증기를 분사시킨다. 금속 증발기(30)는 밀폐형 하우징(30h)과 분사출구(30e)를 포함한다. 하우징(30h)에 형성된 시료투입구(미도시)를 통해 하우징 내부에 금속물질이 투입되고, 가스주입구(미도시)를 통해 하우징 내부에 불활성 가스가 주입된다. 이때, 불활성 가스를 주입하지 않고 금속물질을 고온의 증기로 만들어 분사할 수도 있다. 하우징(30h) 내부에는 투입된 금속물질을 증발시키는 가열수단(미도시)이 배치된다. 하우징 내부의 불활성 가스 및 증발된 금속물질은 분사출구(30e)를 통하여 고속분사된다. 분사출구(30e)의 폭은 제1 금속박판테이프(1t) 또는 제2 금속박판테이프(2t)의 폭과 동일할 수 있다. 증기상태로 분사된 금속물질이 제1 및 제2 금속박판테이프(1t,2t)를 접합시키는 접합물질(30m)이 된다. 접합물질(30m)로 사용되는 금속물질로는 은(Ag), 아연(Zn), 구리(Cu), 납(Pb) 등이 있다. 가열수단에는 온도제어기(34)가 연결되어 금속물질의 온도가 일정하게 제어될 수 있다. 금속 증발기(30)의 하부에 연결된 위치조정기(32)에 의해 금속 증발기(30)의 위치가 조절될 수 있다. 접합물질(30m)의 증착효율을 높이기 위해서 분사출구(30e)가 제1 및 제2 금속박판테이프(1t,2t)가 접합되는 부분에 최대한 밀 착되는 것이 좋다. 금속 증발기(30)에서의 금속 증발을 위하여 히터에 의한 가열 또는 고주파 유도 가열 등의 방법이 사용될 수 있다.
금속 증발기(30)의 복사열이 금속박판테이프들(1t,2t)을 과다하게 가열할 경우를 대비하여, 금속 증발기(30)와 금속박판테이프들(1t,2t) 사이에 열차단막(36)이 배치될 수 있다.
접합부(25)는 제1 및 제2 금속박판테이프(1t,2t)를 밀착시켜 접합시킨다. 접합부(25)로 롤러가 사용될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 금속박판테이프(1t,2t)는 롤러의 회전에 의해 밀착되어 접합된다.
이렇게 접합된 금속박판테이프(3t)는 제3 릴(23)에 의해 감겨진다.
롤러(25)와 제3 릴(23) 사이에 가열기(40)가 배치될 수 있다. 가열기(40)는 고주파 유도 가열기, 적외선 가열기, 또는 할로겐 히터 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 또한, 가열기(40)는 롤러(25) 내에 장착될 수 있다. 가열기(40)는 접합된 금속박판테이프(3t)를 가열하여 접합력을 향상시킨다. 이때, 가열온도는 접합물질(30m)의 녹는점 이하가 되는 것이 바람직하다.
공정챔버(10) 일측에는 펌프(50)가 배치된다. 펌프(50)는 공정챔버 내부를 진공상태로 만들어, 금속 증발기(30)에서 증기상태로 증발된 금속물질이 산화되지 않은 상태로, 제1 및 제2 금속박판테이프(1t,2t)가 접합되는 부분으로 공급되도록 한다. 공정챔버(10)와 펌프(50) 사이에 흡착판(55)이 배치될 수 있다. 이 흡착판(55)은 접합물질(30m)인 금속 증기를 흡착하여, 금속 증기가 펌프(50)로 들어가는 것을 방지한다.
도 2는 본 발명에 따른 박판 접합 장치에 의해 두 금속박판테이프가 접합되었을 때의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 제1 금속박판테이프(1t)와 제2 금속박판테이프(2t)가 접합물질(30m)에 의해 접합된다. 제1 및 제2 금속박판테이프(1t,2t) 사이에 위치하는 접합물질(30m)의 두께는 균일하다. 도시되어 있지 않지만, 접합물질(30m)의 밀도는 높으며, 그 구조 또한 치밀하다.
도 3은 종래의 접합 방법에 따라 제1 및 제2 금속박판테이프가 접합된 금속박판테이프의 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 접합 방법에 따라 접합된 금속박판테이프의 단면도이다. 이때, 제1 및 제2 금속박판테이프는 각각 초전도테이프와 안정화금속테이프일 수 있다. 안정화금속테이프는 구리(Cu)나 스텐레스 등으로 만들어지며, 초전도테이프의 과전류를 수용하는 등 초전도테이프를 보호하는 기능을 갖는다.
도 3을 참조하면, 초전도테이프(11t)는 기판층(11t1), 완충층(11t2), 초전도층(11t3), 및 보호층(11t4)을 포함한다. 초전도테이프(11t)와 안정화금속테이프(12t)가 접합물질(30m)에 의해 접합된다. 초전도층(11t3)과 기판층(11t1) 사이에 절연성 물질의 완충층(11t2)이 개재되기 때문에 초전도층(11t3)에 임계전류 이상의 과전류가 흐르게 되면 안정화금속테이프(12t)를 통하여 전류가 흐르게 된다. 따라서, 과전류를 수용할 수 있는 능력이 제한되었다.
도 4를 참조하면, 초전도테이프(21t)의 구조는 종래의 초전도테이프(도 3 참조)와 동일하다. 그러나, 초전도테이프(21t)의 폭이 안정화금속테이프(22t)의 폭 보다 작다. 따라서, 초전도테이프(21t)와 안정화금속테이프(22t)를 접합물질(30m)로 접합시키면, 초전도테이프(21t)의 측면에도 접합물질(30m)이 증착하게 된다. 또한, 접합물질(30m)은 초전도테이프(21t)를 둘러쌀 수 있다. 접합물질(30m)은 금속물질이므로 전도성이 있기 때문에 초전도층(21t3)은 기판층(21t1)과 전기적으로 통할 수 있게 된다. 이에 의해, 초전도층(21t3)의 과전류를 기판층(21t1) 및 안정화금속테이프(22t)를 통하여 우회시킬 수 있으므로 과전류 수용량을 더 늘일 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
그러므로, 본 발명의 범위는 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 본 발명에 의하면, 진공증착법을 이용하므로 접합물질의 녹는점이 높은 경우에도 진공속에서 쉽게 온도를 높일 수 있고 높은 증기압을 얻을 수 있으므로, 다양한 접합물질을 사용하여 박판을 접합시킬 수 있다.
분사부 내의 접합물질의 증기압은 온도제어기에 의해 정확하게 제어되므로 일정한 증착률을 얻을 수 있어 접합물질의 두께가 균일하다.
진공증착은 접합물질이 원자상태로 고속분사되어 증착되기 때문에 밀도가 높은 접합층을 얻을 수 있다.
진공상태에서 산화반응가스를 최소한 줄여서 증착되기 때문에 접합물질이 산화될 확률이 줄어든다. 산화반응가스가 잔류하고 있는 경우라도 두 박판이 접합되는 부분에는 증기가 높은 기압을 이루기 때문에 산화반응가스가 쉽게 접근하지 못한다.
따라서, 이러한 여러 가지 이유로 접합물질의 접합력이 향상된다.
또한, 진공증착을 이용하는 박판 접합 장치의 제작 및 유지 비용이 저렴하다.
초전도테이프와 안정화금속테이프가 본 발명에 따른 접합 방법에 의해 접합되는 경우, 전도성 접합물질을 테이프 옆면에 증착할 수 있으므로 기판층까지 전기적 접촉을 가능하게 한다. 이에 의해, 과전류를 기판층 및 안정화금속테이프를 통하여 우회시킬 수 있으므로 과전류 수용량을 더 늘일 수 있다.

Claims (23)

  1. 공정챔버;
    상기 공정챔버 내에 위치하고, 제1 및 제 2 금속박판을 각각 공급하는 제1 및 제2 공급부;
    상기 공급된 제1 및 제2 금속박판 사이에 접합물질을 분사하는 분사부;
    상기 제1 및 제2 금속박판을 접합시키는 접합부;
    상기 접합부에 의해 접합된 금속박판을 가열하여 상기 제1 및 제2 금속박판의 접합력을 높이는 가열기; 및
    상기 공정챔버 일측에 연결되고, 상기 공정챔버를 진공상태로 만드는 펌프를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 공급부는 각각 서로 다른 폭을 갖는 제1 및 제2 릴인 박판 접합 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속박판은 테이프형이고,
    상기 테이프형의 제1 및 제2 금속박판은 상기 제1 및 제2 릴의 회전에 의해 공급되는 박판 접합 장치.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 접합부는 롤러이고, 상기 테이프형의 제1 및 제2 금속박판을 상기 롤러의 회전에 의해 일측으로 밀착시켜서 접합시키는 박판 접합 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 접합부에 의해 접합된 금속박판이 감기는 제3 릴을 더 포함하는 박판 접합 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합부는 상기 제1 및 제2 금속박판을 서로 밀착시켜서 접합시키는 박판 접합 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열기는 고주파 유도 가열기, 적외선 가열기, 또는 할로겐 히터 중에서 선택된 어느 하나인 박판 접합 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열기는 상기 접합부 내에 장착된 박판 접합 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정챔버와 상기 펌프 사이에 위치하고, 상기 접합물질의 증기를 흡착하여 상기 접합물질이 상기 펌프로 들어가는 것을 방지하는 흡착판을 더 포함하는 박판 접합 장치.
  10. 공정챔버;
    상기 공정챔버 내에 위치하고, 제1 및 제 2 금속박판을 각각 공급하는 제1 및 제2 공급부;
    상기 공급된 제1 및 제2 금속박판 사이에 접합물질을 분사하는 분사부;
    상기 분사부에 연결되고, 상기 접합부에 대한 상기 분사부의 위치를 조정하는 위치조정기;
    상기 제1 및 제2 금속박판을 접합시키는 접합부; 및
    상기 공정챔버 일측에 연결되고, 상기 공정챔버를 진공상태로 만드는 펌프를 포함하는 박판 접합 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 분사부의 분사출구의 폭은 상기 제1 금속박판 또는 상기 제2 금속박판의 폭과 동일한 박판 접합 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 분사부는 금속 증발기인 박판 접합 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 분사부에 연결되고, 상기 분사부의 온도를 조절하는 온도제어기를 더 포함하는 박판 접합 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 금속박판과 상기 분사부 사에에 위치하는 열차단막을 더 포함하는 박판 접합 장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 공정챔버와 상기 펌프 사이에 위치하고, 상기 접합물질의 증기를 흡착하여 상기 접합물질이 상기 펌프로 들어가는 것을 방지하는 흡착판을 더 포함하는 박판 접합 장치.
  16. 삭제
  17. 제1 및 제2 금속박판이 구비된 공정챔버 내부를 진공상태로 만들고,
    상기 제1 및 제2 금속박판을 공급하고,
    상기 공급된 제1 및 제2 금속박판 사이에 접합물질을 분사하고,
    상기 제1 및 제2 금속박판을 접합시키고,
    상기 접합된 금속박판을 가열하는 것을 포함하고,
    상기 제1 금속박판은 초전도테이프이고, 상기 제2 금속박판은 안정화금속테이프인 박판 접합 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 초전도테이프의 폭이 상기 안정화금속테이프의 폭보다 작은 박판 접합 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 초전도테이프는 보호층, 초전도층, 완충층, 및 기판층의 적층구조인 박판 접합 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 접합물질은 상기 초전도테이프를 둘러싸는 박판 접합 방법.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
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