KR101332324B1

KR101332324B1 - 세라믹 히터 팁을 이용한 상시 가열방식의 마이크로 용접기 및 이를 이용한 용접방법

Info

Publication number: KR101332324B1
Application number: KR1020110134731A
Authority: KR
Inventors: 서영진; 채석병; 김재용
Original assignee: 충북대학교 산학협력단
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2013-11-26
Also published as: KR20130067799A

Abstract

본 발명은 세라믹 히터 팁을 이용한 상시 가열방식의 마이크로 용접기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 프레임과, 피용접물을 지지하는 수평구조의 세라믹 히팅플레이트와, 상기 프레임의 상단에 설치된 구동부와, 상기 세라믹 히팅플레이트를 향해 아래쪽으로 뻗어있고, 상기 구동부에 의해 상하이동이 가능한 상하안내레일부와, 상기 상하안내레일부의 끝에 형성되는 발열부와, 상기 발열부에 착탈식으로 결합하는 세라믹 히터 팁과, 상기 세라믹 히팅플레이트를 향해 위쪽으로 뻗어있고, 제2구동부에 의해 상하이동이 가능한 하부가압축부와, 상기 하부가압축부의 끝에 형성되는 발열부와, 상기 발열부에 착탈식으로 결합하는 세라믹 히터 팁과, 상기 세라믹 히터 팁의 온도를 제어하는 온도제어부를 포함하여 이루어진 세라믹 히터 팁을 이용한 상시 가열방식의 마이크로 용접기에 관한 것이다.

Description

세라믹 히터 팁을 이용한 상시 가열방식의 마이크로 용접기 및 이를 이용한 용접방법{Mirco Welding M/C}

본 발명은 세라믹 히터 팁(Ceramic heater tip)을 사용함으로써, 고온에서 상시 가열이 가능하여 작업시 열 온도와 전도를 일정하게 유지하여 용접 품질이 균일하고, 기존의 순간 발열 방식에서 단계적 가열에 따른 시간이 불필요함에 따라, 생산성을 높일 수 있는 세라믹 히터 팁을 이용한 상시 가열방식의 마이크로 용접기 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

현재 가전, 전자기기 및 휴대폰 등의 지속적인 발달에 따라 휴대폰과 같은 제품의 외형의 극소화 또는 TV와 같은 제품의 극대화로 인하여, 두께는 낮아지면서 저전력, 고성능, 고저정밀 제조 방법에서는 친환경의 제품을 요구하고 있다.

가전 및 휴대폰 등의 전자기기 제품의 회로와 부품의 연결 방법으로서 종전에는 단순한 Pb soldering으로 접합하였으나, 요즈음은 PCB 모체와 부품의 연결을 전극 단자 간 간격이 0.1mm 이하의 Coil wire를 직접 회로에 접합사용하고 있으며, 현재 접합(Welding)에 사용하고 있는 융착 방식으로는 레이저 용접(Laser welding), 펄스 용접(Pluse welding), 스팟 용접(Spot welding) 등을 사용하고 있어, 종전의 인두기에 의한 Pb soldering 방식에 비해 생산성과 품질, 환경적인 면에서는 개선이 되었으나, 아래와 같은 문제점이 있어 개선하여야할 기술 개발의 필요성을 요구하고 있다.

상기 레이져(Laser) 방식은 설비가 고가이며 Laser beam으로부터 나오는 laser 관리 point점이 Φ0.1mm 이내로 접합부위 Welding point의 위치를 맞추는데 많은 시간과 정밀한 오차관리로 품질관리에 어려움이 있으며, 상기 펄스(Pluse) 방식은 순간 발열 방식으로 온도에 의한 Welding 작업 결과가 균일하지 않아 품질 불량률이 높다는 점과 발열이 단계별 진행으로 발열에 필요한 시간이 필요하여 생산성이 떨어지고, 발열 팁(tip)을 몰리브덴 소재를 사용함으로써, 가격이 고가이며 수명이 짧다는 단점이 있다.

그리고 상기 스팟(Spot) 방식은 상단에만 발열하는 방식으로 Wire의 에나멜 피복을 별도로 탈피를 하여야만 사용이 가능하여 생산성 낮고, 제조비용 높다는 단점이 있다.

구체적인 예로서, 슬림화 고출력을 요하는 LED, LCD, TV 및 휴대폰 제품에 적용하기 위한 고출력의 voice coil을 생산하기 위한 방법으로서, suspension에 바로 welding 하는 방법이 있으나, 현재는 voice coil을 화학약품인 염산을 이용하여 에나멜 피복을 탈피 후 탈피된 wire의 산화를 방지하기 위하여, 탈피된 부위를 납으로 코팅하고, suspension에 납땜을 할 수 있게 dipping 처리하고 있다. 그러나 이와 같은 방법을 적용할 경우, 피복 탈피공정에서 30%대의 불량률과 낮은 생산성의 문제가 발생하게 된다.

이와 관련하여, 일본에서는 voice coil 피복을 탈피하지 않고 직접 suspension에 pulse heating 방식으로 접합하는 공법을 사용하고 있으나 접합시간이 오래 걸리고, 접착력이 약하여 스피커의 진동시 접합부위가 떨어지는 등의 불량이 높아, 실질적으로는 현장에서 수작업에 의해 납땜으로 수정하는 수준에 머물고 있다. 특히 이와 같은 수작업에 의한 납땜의 단점은 수작업에 의한 조립이 이루어지고 납의 양에 따라 suspension의 진동이 달라져서 음압의 대역폭의 공차가 크다는 데 있다.

관련하여, 국내 및 해외 시장환경과 전망을 살펴보고자 한다.

국내의 경우, 친환경 제품의 요구와 소형화, 슬림화, 고기능을 요구하는 가전 및 전자기기의 제품 변화에 따라 고도의 접합기술이 필요하게 되면서, 기존에 손쉽게 부품을 붙이는 사용하던 납땜은 환경적인 문제 외에 납땜으로는 할 수 없는 얇은 F-PCB를 이용한 패턴(pattern)과 패턴 사이의 연결에 몹시 어려운 접합 기술이 요구되고 있고, 또한 회로 패턴(pattern)의 폭은 0.1mm 이하의 패턴 간격이 요구됨에 따라, 납땜으로 할 수 없는 패턴의 연결은 열 융착에 의하여 할 수밖에 없는 현실이며, 이는 융착에 필요한 열전도 팁(tip)의 수명과 정확한 열전도 및 tip의 변형이 쉬워야함을 요구하고 있다.

특히 휴대용 카메라 모듈의 구동을 지원하는 F-PCB 패턴은 패턴과 패턴의 연결 공차가 100/1의 정밀 접착을 요구하는 고도의 접합기술을 필요로 하고 있는데, 이는 레이져 용접(Laser Welding)과 상시가열 방식의 열 융착 기술만으로는 높은 품질관리를 할 수가 없어, 융착의 온도 및 접합의 압력에 의하여 정밀한 품질 관리 가능한 설비가 요구되고 있다.

해외의 경우, 중국의 저임금의 노동력을 중심으로 하는 Pb soldering 생산방식의 조립은 수작업에 의한 인건비 상승과 각 선진국의 납에 대한 환경 규제로 점차 감소 추세에 있으며, 완제품의 소형화에 따라 부품의 생산 공정도 정밀화와 소형화의 기술을 요구하는 추세로 이에 맞은 설비의 개발이 증가 추세이다. 특히 일본의 열 융착 방식과 독일의 레이져(LASER) 방식이 세계 시장을 선점하고 리드하는 추세에 있다.

상기의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 고온에서 상시 가열이 가능하여 작업시 열 온도와 전도를 일정하게 유지하여 용접 품질을 균일하게 할 수 있고, 기존의 순간 발열 방식에서 단계적 가열에 필요로 하던 시간 낭비가 없으며, 용접부위의 접합강도가 높고, 팁(tip)의 수명이 길며, 용접시 열손실을 최소화할 수 있는 세라믹 히터 팁(Ceramic heater tip)을 이용한 상시 가열방식의 마이크로 용접기를 제공하고자 하는 것을 발명의 목적으로 한다.

또 다른 목적으로서, 본 발명에 따른 마이크로 용접기를 이용하여 voice coil을 탈피하지 않고 suspension에 직접 welding함으로 조립 시간 및 방법을 개선할 수 있는 상시 가열방식의 용접방법을 제공하고자 하는 것을 발명의 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 직립형상으로 이루어져 각 기기를 외압으로 보호하고 지지하는 본체프레임(10)과,

본체프레임 중단 일측에 위치되고, 수평방향으로 이루어져 피용접물을 지지하면서, 피용접물의 하단부를 상시 일정한 온도로 가열시키는 세라믹 히팅플레이트(20)와,

상기 본체프레임(10)의 상단 일측에 위치되어, 상하안내레일부로 상하 구동의 힘을 전달시키는 구동부(30)와,

구동부 하단에 위치되어 수직하향방향으로 형성되고, 구동부(30)에 의해 마이크로열접촉기를 상하이동시키는 상하안내레일부(40)와,

상기 상하안내레일부(40) 일측과 90°수평방향으로 연결되어, 피용접물의 크기에 따라 상하안내레일부의 안내레일을 따라 상하로 이송되면서, 세라믹 히팅플레이트와 정위치되고, 피용접물에 표면 열접촉되어 가열시키도록 열접촉기본체(51), 고전압발생부(52), 수직지지봉(53), 세라믹 히터 팁(54), 발열부(55)로 이루어진 마이크로열접촉기(50)와,

상기 발열부의 온도와 세라믹 히팅플레이트의 온도를 일정하게 계속해서 유지되도록 제어하는 상시온도제어부(60)를 포함하여 이루어진 것으로서,

상기 세라믹 히팅플레이트(20)와 세라믹 히터 팁(54)은 평균입경 0.3㎛인 Al₂O₃분말 80 ~ 90wt%와, 평균입경 0.27㎛인 SiC분말 8 ~ 19wt%와, 평균입경 0.27㎛인 Y₂O₃분말 1 ~ 12wt%를 혼합하여 볼과 알코올을 첨가하여 20 ~ 25시간 동안 볼밀링(Ball-milling)을 한 후, 알코올을 추출한 후 건조시켜 건조 혼합물을 제조한 다음, 35MPa의 압력 하의 질소 분위기에서 1 ~ 5분 333K/min의 승온속도로 1,273K에 도달한 후, 1,273K의 상태에서 1분간 유지한 후, 6 ~ 11분 303K/min의 승온속도로 1,873K에 도달한 다음 60분간 유지시켜 고온프레스소결(Hot-press) 한 복합 세라믹으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 세라믹 히터 팁을 이용한 마이크로 용접기를 주요 기술적 구성으로 한다.

상기 세라믹 히터 팁을 이용한 상시 가열방식의 마이크로 용접기를 이용한 용접방법은,

피용접물을 지지하는 수평구조의 세라믹 히팅플레이트에 피용접물을 위치시킨 후,

세라믹 히팅플레이트을 통해 피용접물 하단 부위를 90℃~200℃로 히팅시키고,

세라믹 히터 팁의 발열부를 통해 피용접물 상단 부위를 100℃~800℃로 표면 열접촉시켜 피용접물에 마이크로 가열용접시키도록 구성됨으로써 달성된다.

본 발명에 따른 세라믹 히터 팁(Ceramic heater tip)을 이용한 상시 가열방식의 마이크로 용접기는 고온에서의 상시 가열방식에 의한 작업 시간 단축과, 작업시 열 온도와 전도를 일정하게 유지함에 따라 용접 품질이 균일하며, 용접부위가 떨어지는 불량을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 세라믹 히터 팁(Ceramic heater tip)을 사용함으로써, 팁(tip)의 수명이 길고, 발열부가 세라믹 히터 팁(Ceramic heater tip)의 끝 부분에 형성되어 있어 welding 작업시 열손실을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 세라믹 히터 팁을 이용한 상시 가열방식의 마이크로 용접기의 구성요소를 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 세라믹 히터 팁을 이용한 상시 가열방식의 마이크로 용접기의 구성요소를 도시한 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 세라믹 히터 팁을 이용한 상시 가열방식의 마이크로 용접기 중 상시온도제어부의 구성요소를 도시한 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 세라믹 히터 팁을 이용한 Voice coil 용접 사례를 보인 도면.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 세라믹 히터 팁을 이용한 상시 가열방식의 마이크로 용접기의 구성요소를 도시한 사시도에 관한 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 세라믹 히터 팁을 이용한 상시 가열방식의 마이크로 용접기(1)의 구성요소를 도시한 측면도에 관한 것으로, 이는 본체프레임(10), 세라믹 히팅플레이트(20), 구동부(30), 상하안내레일부(40), 마이크로열접촉기(50), 상시온도제어부(60)로 구성된다.

먼저, 본 발명에 따른 본체프레임(10)에 관해 설명한다.

상기 본체프레임(10)은 직립형상으로 이루어져 각 기기를 외압으로 보호하고 지지하는 역할을 한다.

이는 중단 일측에 세라믹 히팅플레이트가 형성되고, 세라믹 히팅플레이트와 직각을 이루는 후단 측면의 수직방향으로 구동부와 상하 안내레일부가 형성된다.

그리고, 상하 안내레일부 일측과 90°수평방향으로 연결되어, 세라믹 히팅플레이트와 일정높이를 이루며 정위치되는 마이크로열접촉기가 형성된다.

다음으로, 본 발명에 따른 세라믹 히팅플레이트(20)에 관해 설명한다.

상기 세라믹 히팅플레이트(20)는 본체프레임 중단 일측에 위치되고, 수평방향으로 이루어져 피용접물을 지지하면서, 피용접물의 하단부를 상시 일정한 온도로 가열시키는 역할을 한다.

여기서, 90℃~200℃의 범위내에 있는 온도로서, 피용접물이 주로 구리(Cu)재질로 이루어졌고, 0.5mm(t)로 균열이나 틈이 생겨 용접할 경우, 설정한 온도인 150℃를 말한다.

즉, 상시 일정한 온도는 피용접물의 재질과 크기, 두께에 따라 결정된다.

상기 세라믹 히팅플레이트는 요홈형상으로 이루어지고, 피용접물이 놓여지는 측면 일측과 바닥면 전체를 상시 일정한 온도로 가열시키도록 히팅판이 구성된다.

다음으로, 본 발명에 따른 구동부(30)에 관해 설명한다.

상기 구동부(30)는 본체프레임(10)의 상단 일측에 위치되어, 상하안내레일부로 상하 구동의 힘을 전달시키는 역할을 한다.

이는 유압모터, 감속기로 구성된다.

상기 유압모터는 감속기로 회전력을 전달시키는 역할을 한다.

상기 감속기는 유압모터의 회전력을 감속시켜 유압실린더로 이루어진 상하안내레일부로 전달시키는 역할을 한다.

다음으로, 본 발명에 따른 상하안내레일부(40)에 관해 설명한다.

상기 상하안내레일부(40)는 구동부 하단에 위치되어 수직하향방향으로 형성되고, 구동부(30)에 의해 마이크로열접촉기를 상하이동시키는 역할을 한다.

이는 수직길이방향의 봉형상으로 이루어지고, 유압실린더 구조로 형성된다.

다음으로, 본 발명에 따른 마이크로열접촉기(50)에 관해 설명한다.

상기 마이크로열접촉기(50)는 상하안내레일부(40) 일측과 90°수평방향으로 연결되어, 피용접물의 크기에 따라 상하안내레일부의 안내레일을 따라 상하로 이송되면서, 세라믹 히팅플레이트와 정위치되고, 피용접물에 표면 열접촉되어 가열시키는 역할을 한다.

이는 열접촉기본체(51), 고전압발생부(52), 수직지지봉(53), 세라믹 히터 팁(54), 발열부(55)로 구성된다.

상기 열접촉기본체(51)는 상하안내레일부(40) 일측과 90°수평방향으로 연결되면서, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 역할을 한다.

상기 고전압발생부(52)는 열접촉기 본체의 상단 내부에 위치되어, 상시온도제어부의 제어하에 구동되어 고전압을 발생시키는 역할을 한다.

상기 수직지지봉(53)은 세라믹 히터 팁의 발열부가 세라믹 히팅플레이트와 이격되어 정위치시키도록 지지하는 역할을 한다.

상기 세라믹 히터 팁(54)은 수직지지봉의 끝단 일측에 형성되고, 피용접물의 상단부에 발열부가 정위치되도록 위치를 잡아주면서, 하단표면에 표면인쇄된 발열부에 고전류를 흘러보내는 역할을 한다.

상기 발열부(55)는 세라믹 히터 팁의 하단표면에 코일와이어(coil wire)형상으로 표면인쇄되어, (+)단자와 (-)단자로 고전압발생부의 고전류를 흘러보내, 하단표면을 상시 일정한 온도로 가열시키는 역할을 한다.

여기서, 100℃~800℃의 범위내에 있는 온도로서, 피용접물이 주로 구리(Cu)재질로 이루어졌고, 0.5mm(t)로 균열이나 틈이 생겨 용접할 경우, 설정한 온도인 540℃를 말한다.

다음으로, 본 발명에 따른 상시온도제어부(60)에 관해 설명한다.

상기 상시온도제어부(60)는 발열부의 온도와 세라믹 히팅플레이트의 온도를 일정하게 계속해서 유지되도록 제어하는 역할을 한다.

이는 온도설정부(61), 제1 온도센서부(62), 제2 온도센서부(63), 스위칭회로부(64), 마이컴부(65), 디스플레이부(66)으로 구성된다.

상기 온도설정부(61)는 세라믹 히터 팁 바닥 표면의 발열부 온도와 세라믹 히팅플레이트 온도를 설정하는 설정하는 역할을 한다.

상기 제1 온도센서부(62)는 마이크로열접촉기 내부에 위치되어, 세라믹 히터 팁 바닥 표면의 발열부에서 발생된 열을 측정하는 역할을 한다.

상기 제2 온도센서부(63)는 세라믹 히팅플레이트 하단 내부에 위치되어, 세라믹 히팅플레이트의 표면에서 발생된 열을 측정하는 역할을 한다.

상기 스위칭회로부(64)는 마이컴부의 제어신호에 따라 스위칭 온 되어 교류전원을 발열부 및 세라믹 히팅플레이트에 공급시키는 역할을 한다.

상기 마이컴부(65)는 온도설정부, 제1 온도센서부, 제2 온도센서부, 스위칭회로부, 디스플레이부와 연결되어 각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, 제1 온도센서부, 제2 온도센서부에서 측정된 온도값과 설정한 기준온도값과 비교한 후, 발열부 및 세라믹 히팅플레이트가 상시 기준온도값이 되도록 스위칭회로부로 스위칭 온신호를 출력시키도록 제어하는 역할을 한다.

이는 제1 온도센서부와 제2 온도센서부에서 출력된 측정온도를 디지털값으로 변환하여 출력하는 A/D 변환기와, 상기 A/D 변환기(501a)에서 디지털값으로 변환된 측정온도와 사용자가 임의로 설정한 설정온도를 비교하여 제어신호를 출력하는 비교기가 포함되어 구성된다.

상기 디스플레이부(66)는 마이컴부의 제어신호에 따라 가열된 발열부 및 세라믹 히팅플레이트의 온도와 사용자의 설정온도를 디스플레이시키는 역할을 한다.

이하, 본 발명에 따른 세라믹 히팅플레이트(20)와 세라믹 히터 팁(54)의 제조에 관해 설명한다.

상기 세라믹 히팅플레이트(20)와 세라믹 히터 팁(54)은 복합 세라믹으로 이루어진 것으로서, 상기 복합 세라믹은 평균입경 0.3㎛인 Al₂O₃분말 80 ~ 90wt%와, 평균입경 0.27㎛인 SiC분말 8 ~ 19wt%와, 평균입경 0.27㎛인 Y₂O₃분말 1 ~ 12wt%를 혼합하여 볼과 알코올을 첨가하여 20 ~ 25시간 동안 볼밀링(Ball-milling)을 한 후, 알코올을 추출한 후 건조시켜 건조 혼합물을 제조한 다음, 35MPa의 압력 하의 질소 분위기에서 1 ~ 5분 333K/min의 승온속도로 1,273K에 도달한 후, 1,273K의 상태에서 1분간 유지한 후, 6 ~ 11분 303K/min의 승온속도로 1,873K에 도달한 다음 60분간 유지시켜 고온프레스소결(Hot-press) 한 복합 세라믹으로 이루어진다. 그리고 이때, 질소 가스 분압은 500 mmHg이며, 소결체의 연삭은 다이아몬드 숫돌을 이용하여 표면에 소결 시 발생한 잔유물을 제거하여 표면처리를 한다.

상기 복합 세라믹을 구성하고 있는 알루미나는 Al₂O₃를 주성분으로 하는 세라믹스로, 파인세라믹스 중에서 가장 넓게 이용되고 있다. 알루미나에는 많은 동질이상(Polymorphism)이 있다. 일반적으로 소결하여 세라믹스로 만들어진 것은α-Al₂O₃이다. γ-Al₂O₃를 1,373K이상으로 가열하면 α-Al₂O₃로 전이한다. β-Al₂O₃는 이름은 알루미나이지만, 분자식은 Al₂O₃가 아니고, 성분으로서 알칼리를 함유한다.

상기 탄화규소(SiC)는 융점을 가지지 않고, 1기압일 경우 약 2,673K에서 분리한다. SiC는 공유결합성이 아주 높은 물질로 예부터 연마재나 내화물로 많이 사용되어 왔다.

상기 이트리아(Y₂O₃)는 원소기호 Y. 주기율표의 5주기 3A족에 속하는 희토류원소의 하나로서, 원자번호 39, 원자량 88.9059, 녹는점 1,768K, 끓는점 3,200K, 비중 4.45, 결정계는 육방정계이며, 1794년 핀란드 J.가돌린에 의해 스톡홀름 근교의 이테르비에서 산출된 광석 중에서 발견되어 새 원소 산화물로서 처음에는 이테르비아라고 했다. 상기 이트리아(Y₂O₃)의 사용량은 전체 복합 세라믹의 1 ~ 12wt%에 한하나, 상기 사용량이 1wt% 미만인 경우에는 고온강도특성이 크지 않고, 12wt%를 초과하게 되는 경우에는 내열성, 고온강도 특성에 큰 변화가 없어 무의미하므로, 고온강도 특성을 강화시키기 위해서는 상기 이트리아(Y₂O₃)의 사용량을 전체 복합 세라믹의 1 ~ 12wt%에 한하여 한정하는 것이 바람직하다.

상기 복합 세라믹을 구성하고 있는 구성성분들의 보다 구체적인 성분 비율은 평균입경 0.3㎛인 Al₂O₃분말 85wt%와, 평균입경 0.27㎛인 SiC분말 12wt%와, 평균입경 0.27㎛인 Y₂O₃분말 3wt%이다.

이와 같이, 본 발명은 마이크로 용접기(1)를 구성하고 있는 세라믹 히팅플레이트(20), 세라믹 히터 팁(54)은 복합 세라믹 재질로 이루어짐으로써, 용접을 함에 있어, 승온 속도가 빠르고 원하는 온도 분포를 얻을 수 있으며, 내열성, 고온강도 특성이 강하여 열충격에 강하고, 발열시 균일한 열을 얻을 수 있고, 전력 소비는 낮다는 장점을 갖게 된다.

이하, 본 발명에 따른 세라믹 히터 팁을 이용한 상시 가열방식의 마이크로 용접기를 이용한 용접방법에 대해 살펴보고자 한다.

피용접물을 지지하는 수평구조의 세라믹 히팅플레이트(20)에 피용접물을 위치시킨 후,

세라믹 히팅플레이트(20)을 통해 피용접물 하단 부위를 90℃~200℃로 히팅시키고,

세라믹 히터 팁(54)의 발열부(55)를 통해 피용접물 상단 부위를 100℃~800℃로 표면 열접촉시켜 피용접물에 마이크로 가열용접한다.

상기 세라믹 히팅플레이트(20)의 히팅 온도가 90℃ 미만이거나 200℃를 초과하게 되는 경우에는 용접성이 떨어질 수 있기 때문에, 상기 세라믹 히팅플레이트(20)을 통해 피용접물 하단 부위를 90℃~200℃로 한정하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 세라믹 히터 팁(54)의 온도가 100℃ 미만이거나, 800℃를 초과하게 되는 경우에는 피용접물의 용접성에 직접적인 영향을 미칠 수 있으므로, 세라믹 히터 팁(54)은 100℃~800℃로 한정하는 것이 바람직하다.

발열부의 코일와이어(coil wire)를 피용접물과 접합 연결하여야 하는데 이 접합방법은 전기열에 의하여 가열한 다음 제1구동력을 상하 수직방향의 힘으로 압력을 가하여 접합시킨다.

이는 중요한 공정으로 어떠한 진동에도 용접(welding) 부위가 떨어지지 않는 성능과 품질을 유지하게 된다.

마이크로 가열용접의 경우 에나멜 피복을 탈피하지 않고 서스펜션(suspension)에 직접 용접(welding) 함으로 음압의 대역폭이 일정하게 유지되며 welding작업 시에 접합을 위한 다른 물질을 사용하지 않음으로 스피커의 소리를 정확하게 전달이 가능하며 welding 작업에도 납을 사용하지 않아 친환경 제품생산이 가능하다.

이와 같은 용접방법에 의한 마이크로 가열용접 작업의 결과물은 도 4에 도시한 바와 같다.

본 발명에 따른 용접방법은 LCD, LED TV 스피커에 장착되고 있는 보이스 코일 용접(voice coil welding) 작업에 바람직하며, 이외에 정밀한 휴대폰 카메라ㅇ액츄에이터(mera actuator) 용 코일 용접(coil welding)에 적용이 가능하다.

본 발명에 따른 세라믹 히터 팁을 이용한 상시 가열방식의 마이크로 용접기 및 이를 이용한 용접방법은 기존 단계적 순간 가열 방식인 Pluse Welding기와 달리 세라믹 발열부(Ceramic heater)를 사용함으로써 가열된 온도를 작업시간에는 상시 온도를 유지하면서 작업을 진행할 수 있기 때문에, 작업 품질이 균일하며, 매회 가열에 따른 소비 시간을 요구하는 순간 가열방식에 비해 가열시간이 작업시간으로 활용되어 330%의 생산성이 증가하고, 기존 품은 발열소재를 몰리브덴 사용으로 수명이 짧고 가격이 고가인 반면, 개발품은 세라믹 소재를 사용함으로써 수명이 3배 증가와 가격이 약 50% 절약될 수 있다.

그리고, 본 발명은 상시 가열방식으로 상온에서 600℃까지 온도 조절이 가능한 설비를 개발함으로 에나멜 피복을 탈피하지 않고 suspension에 직접 welding 함으로 작업시간 및 고품질의 제품을 생산 조립이 가능하여, 그 용접품질에 있어 접착력 500gf이며, 생산성이 3,600 point/1hr로서 산업상 이용가능성이 크다.

10: 본체프레임
20: 세라믹 히팅플레이트
30: 구동부
40: 상하안내레일부
50: 마이크로열접촉기
54: 세라믹 히터 팁
55: 발열부
60: 상시온도제어부

Claims

직립형상으로 이루어져 각 기기를 외압으로 보호하고 지지하는 본체프레임(10)과,
본체프레임 중단 일측에 위치되고, 수평방향으로 이루어져 피용접물을 지지하면서, 피용접물의 하단부를 상시 일정한 온도로 가열시키는 세라믹 히팅플레이트(20)와,
상기 본체프레임(10)의 상단 일측에 위치되어, 상하안내레일부로 상하 구동의 힘을 전달시키는 구동부(30)와,
구동부 하단에 위치되어 수직하향방향으로 형성되고, 구동부(30)에 의해 마이크로열접촉기를 상하이동시키는 상하안내레일부(40)와,
상기 상하안내레일부(40) 일측과 90°수평방향으로 연결되어, 피용접물의 크기에 따라 상하안내레일부의 안내레일을 따라 상하로 이송되면서, 세라믹 히팅플레이트와 정위치되고, 피용접물에 표면 열접촉되어 가열시키도록 열접촉기본체(51), 고전압발생부(52), 수직지지봉(53), 세라믹 히터 팁(54), 발열부(55)으로 이루어진 마이크로열접촉기(50)와,
상기 발열부의 온도와 세라믹 히팅플레이트의 온도를 일정하게 계속해서 유지되도록 제어하는 상시온도제어부(60)를 포함하여 이루어진 것으로서,
상기 세라믹 히팅플레이트(20)와 세라믹 히터 팁(54)은 평균입경 0.3㎛인 Al₂O₃분말 80 ~ 90wt%와, 평균입경 0.27㎛인 SiC분말 8 ~ 19wt%와, 평균입경 0.27㎛인 Y₂O₃분말 1 ~ 12wt%를 혼합하여 볼과 알코올을 첨가하여 20 ~ 25시간 동안 볼밀링(Ball-milling)을 한 후, 알코올을 추출한 후 건조시켜 건조 혼합물을 제조한 다음, 35MPa의 압력 하의 질소 분위기에서 1 ~ 5분 333K/min의 승온속도로 1,273K에 도달한 후, 1,273K의 상태에서 1분간 유지한 후, 6 ~ 11분 303K/min의 승온속도로 1,873K에 도달한 다음 60분간 유지시켜 고온프레스소결(Hot-press) 한 복합 세라믹으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 세라믹 히터 팁을 이용한 마이크로 용접기.
청구항 1에 있어서,
상기 상시온도제어부(60)는
세라믹 히터 팁 바닥 표면의 발열부 온도와 세라믹 히팅플레이트 온도를 설정하는 설정하는 온도설정부(61)와,
마이크로열접촉기 내부에 위치되어, 세라믹 히터 팁 바닥 표면의 발열부에서 발생된 열을 측정하는 제1 온도센서부(62)와,
세라믹 히팅플레이트 하단 내부에 위치되어, 세라믹 히팅플레이트의 표면에서 발생된 열을 측정하는 제2 온도센서부(63)와,
마이컴부의 제어신호에 따라 스위칭 온 되어 교류전원을 발열부 및 세라믹 히팅플레이트에 공급시키는 스위칭회로부(64)와;
온도설정부, 제1 온도센서부, 제2 온도센서부, 스위칭회로부, 디스플레이부와 연결되어 각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, 제1 온도센서부, 제2 온도센서부에서 측정된 온도값과 설정한 기준온도값과 비교한 후, 발열부 및 세라믹 히팅플레이트가 상시 기준온도값이 되도록 스위칭회로부로 스위칭 온신호를 출력시키도록 제어하는 마이컴부(65)와,
마이컴부의 제어신호에 따라 가열된 발열부 및 세라믹 히팅플레이트의 온도와 사용자의 설정온도를 디스플레이하는 디스플레이부(66)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터 팁을 이용한 마이크로 용접기.
청구항 1에 있어서, 상기 발열부(55)는 세라믹 히터 팁의 하단표면에 코일와이어(coil wire)형상으로 표면인쇄형성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터 팁을 이용한 마이크로 용접기.
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