KR101576137B1

KR101576137B1 - 유도 가열 솔더링 장치

Info

Publication number: KR101576137B1
Application number: KR1020130135497A
Authority: KR
Inventors: 박선순; 이해룡; 김영도
Original assignee: 주식회사 다원시스
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2015-12-09
Also published as: CN105873710B; EP3067143A1; KR20150053496A; EP3067143A4; JP2017503657A; US20160286611A1; WO2015068936A1; CN105873710A

Abstract

본 발명은 유도 가열 솔더링 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공급되는 납과 동시에 인쇄회로기판과 전자부품의 솔더링 부위를 국부적으로 가열할 수 있는 유도 가열 솔더링 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 하는 유도 가열 솔더링 장치는, 고주파 전원 공급 유닛과, 상기 고주파 전원 공급 유닛에 전기적으로 연결된 유도 가열 코일과, 상기 유도 가열 코일에 의하여 유도되는 자속의 경로를 제공하기 위한 자성체로 이루어진 중공의 실린더 형상이고, 중공의 내부로 실날이 삽입되기 위한 입구부와 삽입된 납이 배출되기 위한 출구부를 구비한 자기 코어를 포함한다. 자기 코어는 유도 가열 코일에 의하여 유도된 자속에 경로를 제공하고, 동시에 중공의 일단으로 납이 공급되기 위한 입구부와 납이 배출되기 위한 출구부를 구비한다. 자기 코어의 출구부는 배출되는 납으로 자속이 통과하도록 구성되어, 자기 코어에서 배출되는 납만을 가열하고 용융되도록 한다.

Description

유도 가열 솔더링 장치{INDUCTION HEATING SOLDERING DEVICE}

본 발명은 유도 가열 솔더링 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공급되는 납과 동시에 인쇄회로기판과 전자부품의 솔더링 부위를 국부적으로 가열할 수 있는 유도 가열 솔더링 장치에 관한 것이다.

오늘날 전자 제품들은 대부분은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, 이하 PCB)에 전자 부품들을 전기적으로 연결하고 기계적으로 고정하기 위하여 납땜을 하고 있다. 전자 부품을 PCB에 납땜하는 방법으로, 실납(solder wire)을 납땜 위치에 공급하면서 열을 가하여 용융시켜서 납땜하는 방법(이하 실납 납땜이라고 한다)과, 전자 부품의 단자와 PCB의 패드 사이에 솔더 페이스트(solder paste)를 도포하고 열을 가하여 용융시켜서 납땜하는 방법(이하 솔더 페이스트 납땜이라고 한다)이 있다.

한편, 전자 제품을 제조할 때 사용되는 납 합금들(solder alloys)은 용융 온도가 대략 190 ℃ - 300 ℃ 범위이다. 납땜을 할 때, 납 합금들은 용융 온도 이상으로 가열되므로, 납땜 되는 전자 부품들과 PCB 는 통상의 사용 정격 온도 이상의 고온으로 가열된다. 특히, 솔더 페이스트 납땜의 방법의 일종인 리플로우 솔더링 공정(reflow soldering process)이나 웨이브 솔더링 공정(wave soldering process) 으로 납땜을 할 경우에 부품들과 PCB는 모두 납 합금들의 용융온도 이상으로 가열된다. 실납 납땜 방법에서도, 납땜 인두와 접촉하는 전자 부품과 PCB의 부분들은 국부적으로 납땜 합금의 용융온도 이상으로 가열된다.

따라서, 전자 부품들은 납땜 공정 중의 고온에 노출되어도 안전하게 동작하도록 필요 이상으로 높은 온도 정격을 갖도록 제조되고, 이것은 전자 부품의 제조 원가를 상승시킨다. 또한, 납땜 공정에서 고온으로 가열된 전자 부품들은 열 충격(thermal shock)에 의하여 파손되기도 한다. 특히, 리플로우 솔더링 공정은 전해 콘덴서나 반도체 패키지에 크랙을 발생시키고, 다층 PCB의 강도 저하나 비아 홀(via hole) 주변에 크랙을 발생시킨다.

상기와 같은 종래의 납땜 방법의 문제점, 특히 웨이브 솔더링 공정이나 리플로우 솔더링 공정의 문제점을 해결하기 위한 유도 가열 납땜 장치가 미국 특허 US 6,188,052 B1 (발명의 명칭, MATRIX-INDUCTION SOLDERING APPARATUS AND DEVICE)에 공개되어 있다. 상기 특허에 공개된 장치는, 매트릭스 형태로 배치된 복수의 유도 셀(induction cells)과 스위칭 장치를 구비한다. 스위칭 장치는 각각의 유도 셀에 전원을 공급하여 PCB에 장착된 전자부품들의 단자와 PCB 패드 사이에 도포된 납 합금을 국부적으로 용융하여 납땜을 수행하도록 구성되어 있다. 그러나, 상기 특허 문헌에 개시된 유도 가열 솔더링 장치는 PCB에 표면 실장된 전자부품을 솔더링하기 위한 장치로서(surface mounting device), 실납 납땜 방식의 솔더링에는 적용하기가 곤란하다. 특히, 유도 코일에 의하여 형성된 자기장에 실납을 공급하기 위한 구체적인 방법이나 장치를 제시하지 못하고 있다.

한편, 유도 가열 방식으로 국부적으로 전자부품의 단자와 PCB의 패드를 국부적으로 가열하여 비접촉 방식으로 실납 납땜할 수 있는 유도 가열 솔더링 장치가 알려져 있다. 독일의 FRISCH 사는 실납 납땜 방식의 유도 가열 솔더링 장치를 제조하여 판매하고 있으며, 홈페이지(http://www.frisch-gmbh.de/)에 솔더링 장치의 실시예가 개시되어 있다. 도 1은 상기의 홈 페이지에 개시된 것과 유사한 유도 가열 솔더링 장치의 일 실시예이다. 도 1에 도시된, 유도 가열 솔더링 장치는, 유도 가열 코일(10)과 유도 가열 코일(10)의 양 단에 연결된 고주파 전원(20)을 구비한다. 유도 가열 코일(10)의 단부(10a)는 일측이 개방된 루프 형태으로 감겨지고 L 자 형태로 절곡되어 있다. 도 1에 도시된 것과 같이, PCB(40)의 부품 삽입 홀에 삽입된 부품(41)의 단자(41a) 부근에 유도 가열 코일(10)의 단부를 근접시키고, 유도 가열 코일(10)의 단부(10a) 부근에 실납을 근접 시켜서 실납(30)을 용융시켜서 납땜을 수행한다. 유도 가열 코일(10)에 고주파 전류가 흐르면 전자기 유도 현상에 의해서 변화하는 자기장이 형성되고, 변화하는 자기장에 도체가 놓이면 유도 전류가 발생하여 가열되고, 가열된 PCB 패드와 전자 부품의 단자를 융점이 낮은 실납이 용융되어 납땜이 된다.

그러나, 도 1에 도시된 종래의 유도 가열 솔더링 장치는 다음과 같은 문제점이 있다. 먼저, 유도 코일에 의해서 형성되는 자기장을 가열하고자 하는 국부 영역에 집중시킬 수 없는 구성으로, 가열되는 부분이 넓어서 주변의 부품에 손상을 가할 수 있다. 도 2는 도 1에 도시된 유도 가열 솔더링 장치에 의해서 가열되는 범위의 에너지 분포를 등고선(isoline)으로 나타낸 것이다. 도 2에 도시된 것과 같이, 코일(10)의 단부(10a) 주변에 가열 영역(a - g)이 넓게 분포하여 실납(30) 이외에도 코일(10)의 단부(10a) 주변에 놓인 전자 부품을 가열하여 손상을 일으키게 된다. 또한, 유도 코일에 의하여 가열하고자 하는 실납의 단부에서 멀리 떨어진 부분이 먼저 용융되어 실납 단부가 용융되지 않은 채로 떨어져서 납땜 불량이 발생할 수도 있다. 도 3은 도 1에 도시된 유도 가열 솔더링 장치에 의해서 가열된 실납의 온도 분포를 나타낸다. 도 3에 도시된 것과 같이, 종래의 유도 가열 솔더링 장치로 솔더링에 필요한 양의 실납(30)을 용융시키려고 가열할 경우, 실납(30)의 단부(30a)에서 일정거리 이격된 부분(30b)이 단부 보다 높은 온도로 가열된다. 따라서, 솔더링에 필요한 만큼의 실납(30)의 단부(30a)를 용융시키려고 할 경우 단부에서 멀리 떨어진 위치(30c)에서 먼저 용융이 되어 과도한 양의 실납이 공급되거나, 실납의 단부(30a)가 용융되기 이전에 단부의 최고 온도부분(30b)이 먼저 용융되어 단부(30a)가 용융되지 않은 상태에서 탈락되어 용접 불량을 초래한다. 또한, 납땜을 위하여 공급되는 실납이 유도 코일 부근에 배치되면 유도 코일에 의하여 가열되고, 열변형이 발생하게 되어 납땜 부위에 정확하게 위치시키기가 어렵다. 또한, 유도 코일에 의한 실납의 불필요한 부분의 가열을 피하기 위하여 실납을 코일에 대하여 많이 기울여서 공급할 경우 실납이나 실납 공급 기구가 부품 등과의 간섭되어 유도 가열 솔더링 장치의 유연성이 떨어지는 문제점이 있다.

US 6,188,052 B1, 발명의 명칭, MATRIX-INDUCTION SOLDERING APPARATUS AND DEVICE

최근 전자 부품의 소형화가 진행됨에 따라서, 전자 부품의 리드가 점점 가늘어지고, 동시에 리드들 사이의 간격 또한 점점 좁아지고 있다. 이처럼 소형화 되는 전자부품을 가열에 의한 손상 없이 안정되게 솔더링하기 위하여는, 납땜 되는 전자 부품의 단자와 PCB의 패드 및 솔더 합금 만을 비접촉 방식으로 국부적으로 가열할 수 있는 새로운 납땜 장치의 개발이 요청되고 있다.

특히, 극소형 전자부품을 실납 납땜 방식으로 납땜을 하여야 할 경우, 종래의 인두를 이용하는 직접 접촉 방식의 납땜 장치는 솔더링 불량이나 고온에 노출된 부품의 손상에 의한 제품의 불량을 발생하여 적용하기가 곤란하다. 최근 레이저를 이용하여 비접촉 방식으로 솔더링하는 장치가 제안되고 있다. 레이저 솔더링 장치는 실납과 전자부품의 리드 및 PCB의 패드에 레이저 광을 조사하여 솔더링하는 장치이다. 그러나, 레이저를 이용한 솔더링 장치는, 솔더링 시에 외부의 교란에 의하여 레이저 광 솔더링 부위에서 벗어나 전자부품이나 PCB를 조사하게 되면 전자부품이나 PCB를 손상시키는 결점이 있다. 또한, 도 1에 도시된 것과 같은 종래의 유도 가열 솔더링 장치는 앞에서 설명한 것과 같이, PCB의 솔더링 위치와 실납의 단부 만을 국부적으로 가열하기가 곤란하고, 실납을 정확한 솔더링 위치에 공급하지 못하는 등의 결점이 있다.

본 발명은 유도 가열 솔더링 장치의 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 새로운 방식의 유도가열 솔더링 장치를 제공한다. 본 발명은 유도 코일에 의해서 형성되는 자기장을 가열하고자 하는 국부 영역에 집중시킬 수 있도록 구성된 유도 가열 솔더링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 실납 솔더링을 할 경우 공급되는 실납의 단부만을 가열하도록 구성된 유도 가열 솔더링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 유도 가열 솔더링 장치에서 납을 납땜하고자 하는 위치에 정확하고 용이하게 공급하도록 구성된 유도 가열 솔더링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 하는 유도 가열 솔더링 장치는, 고주파 전원 공급 유닛과, 상기 고주파 전원 공급 유닛에 전기적으로 연결된 유도 가열 코일과, 상기 유도 가열 코일에 의하여 유도되는 자속의 경로를 제공하기 위한 자성체로 이루어진 중공의 실린더 형상이고, 중공의 내부로 납(Solder)이 삽입되기 위한 입구부와 삽입된 납(Solder)이 배출되기 위한 출구부를 구비한 자기 코어를 포함한다.

유도 가열 코일은 전도성 선재를 나선형으로 감아서(솔레노이드) 형성하거나, 전도성 판재를 원형으로 감아서 형성할 수 있다. 전도성 재료를 나선형이나 원형으로 감아서 형성된 유도 가열 코일은 중심부에 중공의 자속 통로가 형성된다. 유도 가열 코일에 고주파 전원을 인가하면, 유도 가열 코일의 중심부와 유도 가열 코일 외부를 폐곡선으로 연결하고, 고주파 전원의 주파수에 따라서 방향이 변하는 자기력선이 형성된다. 또한 전자기 유도 현상에 의해서 방향이 변하는 자기력선에 의하여 형성된 자기장 내부에 위치하는 도체는 가열된다.

자기 코어는 유도 가열 코일에 의하여 유도된 자속에 경로를 제공하고, 동시에 중공의 일단으로 납이 공급되기 위한 입구부와 납이 배출되기 위한 출구부를 구비한다. 자기 코어는 자성체로 형성되어 유도 가열 코일에 의해서 유도된 자기장의 통로를 제공하여, 코어의 중공에 삽입된 납으로 자속이 통과되지 않도록 하여 납이 코어 내부에서 가열되는 것을 방지한다. 자기 코어는 강자성체를 사용할 수도 있으나, 예를 들면 페라이트 코어와 같은 산화물이나 금속 분말을 성형한 압분 코어와 같은 연자성체 코어를 사용하여 고온으로 가열되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 상기 자기 코어의 출구부는, 출구부를 통하여 배출되는 납으로 자속이 통과하도록 구성되어 자기 코어의 중공에서 배출되는 납을 가열하여 용융시키도록 되어 있다.

본 발명에 있어서, 자기 코어는, 유도 가열 코일의 내부에 배치하거나 유도가열 코일의 외부에 인접하게 배치할 수 있다. 유도 가열 코일의 내부에 자기 코어를 배치하기 위하여, 유도가열 코일은 선재를 감아서 형성한 솔레노이드 형태의 유도 가열 코일을 사용하거나, 판재를 중공이 형성되도록 지그재그 형태로 감아서 형성한 유도 가열 코일을 사용할 수 있다. 중공이 형성된 유도 가열 코일은 솔더링 하고자 하는 위치에 자속 밀도를 높게 하기 위하여 자속을 집중 시키고, 중공에 삽입된 자기 코어는 납의 가열 범위를 제한하고 필요한 양만큼 용융시켜서 솔더링에 제공할 수 있도록 하고 동시에 솔더링 위치로 자속을 한번 더 집중하여, 솔더링 부위를 국부적으로 가열할 수 있도록 한다.

몇몇 실시예에 있어서, 자기 코어의 중공에서 배출되는 납을 가열하여 용융시키도록, 유도 가열 코일의 중공에 삽입된 자기 코어를 상기 유도 가열 코일의 길이보다 긴 것을 사용하고, 자기 코어의 출구부는 유도가열 코일의 일단부에서 인접하게 유도가열 코일에서 노출되도록 배치되도로 할 수 있다.

자기 코어의 출구부가 실린더 형상의 코어의 중심선에 대하여 직각으로 절단된 단순한 평면 형상일 경우, 자기 코어의 출구부 절단면을 통하여 코어로부터 외부로 나가거나 외부에서 자기 코어로 들어오는 자기력선은, 코어의 중심선을 향하여 볼록하게 굴곡진 곡선 형태로 된다. 따라서, 자기 코어의 출구부 중공을 통하여 배출된 납과 자기 코어를 통과하는 자기력선이 쇄교하게 되어, 납을 가열하게 된다. 몇몇 실시예에 있어서, 자기 코어의 출구부는 코어 중공의 내주면의 내경이 길이 방향을 따라서 단부로 갈수록 증가하여 출구부 내주면에 테이퍼 면이 형성되도록 할 수 있다. 출구부의 테이퍼 면을 통하여 자기력선이 자기 코어를 통과할 경우, 직각으로 절단된 출구부의 단면을 통하여 자기력선이 자기 코어를 통과하는 경우보다, 더 많은 자기력선이 출구부의 중공을 통하여 노출된 납과 쇄교하게 된다. 몇몇 실시예에 있어서, 자기 코어의 출구부는 반경 방향으로 내측으로 연장되도록 할 수도 있다. 출구부가 내측으로 연장되어 납의 외주면과 대향하도록 하면, 출구부를 통하여 외부로 나가거나 외부에서 자기 코어로 들어가는 자기력선의 대부분이 외부로 노출된 납과 쇄교되도록 하여 보다 효과적으로 가열할 수 있다.

몇몇 실시예에 있어서, 자기 코어의 입구부는 반경 방향으로 외측으로 연장되도록 하여, 자기 코어의 입구부를 통하여 중공으로 공급되는 납과 유도 가열 코일에 의하여 유도된 자기력선이 쇄교되지 않도록 하여 공급되는 납이 가열되지 않도록 할 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에 있어서, 자기 코어의 입구부의 외주면의 직경이 길이 방향을 따라서 단부로 갈수록 감소되어 테이퍼면이 형성되도록 할 수 있다. 입구부의 테이퍼면을 통하여 자기력선이 자기 코어를 통과할 경우, 유도 가열 코일에 의해서 유도된 자기력선이 입구부의 중공으로 삽입되는 납과 쇄교하지 않고 자기 코어를 통과할 수 있어서, 입구부로 공급되는 납이 가열되지 않는다.

몇몇 실시예에 있어서, 자기 코어는 선재를 감아서 형성한 솔레노이드 형태의 유도 가열 코일이나 판재를 감아서 형성한 형태의 유도 가열 코일의 내부에 배치할 수 있다. 자기 코어를 유도 가열 코일은 중심부에 형성된 중공의 자속 통로에 배치하면, 유도 가열 솔더링 장치를 컴팩트하게 제작할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 유도 가열 솔더링 장치는, 유도 가열 코일에 의해서 유도되어 코일의 외측에 형성되는 자기력선의 통로를 제공하기 위한 자속 안내 코일을 더 포함할 수 있다. 자속 안내 코일은 자성체로 이루어진 중공의 실린더 형상이고, 유도 가열 코일의 적어도 일부가 중공에 삽입되도록 설치될 수 있다. 자속 안내 코일은 유도 가열 코일에 의하여 유도 가열 코일의 외측에 유도되는 자기력선에 의하여 솔더링 장치 주변의 부품이 영향을 받는 것을 차단한다.

몇몇 실시예에 있어서, 자성체로 이루어진 내부 자속 안내 코어를 유도 가열 코일의 내부의 자속 통로에 삽입하고, 자기 코어를 유도 가열 코일의 외측에 설치할 수도 있다. 자기 코어의 출구부를 내부 자속 안내 코어의 단부와 인접하게 배치하여 출구부로 배출되는 납이 자기 코어와 내부 자속 안내 코어를 통과하는 보다 많은 자기력선과 쇄교하도록 하는 것이 바람직하다. 내부 자속 안내 코일은 중공 또는 솔리드 실린더 형상으로 구성할 수 있다. 또한, 자기 코어 및 내부 자속 안내 코어를 모두 연자성체로 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 유도 가열 솔더링 장치는, 유도 가열 코일과 자기 코어를 구비하여, 유도 가열을 위한 자속을 집중하고 납을 필요한 만큼 정확하게 용융하여 공급하는 것이 가능하다. 특히, 솔더링 하고자 하는 좁은 부위를 비접촉 방식으로 국부적으로 가열하는 것이 가능하여, 필요 이상으로 넓은 부위를 가열하던 종래의 솔더링시 발생하던 솔더링 불량이나 부품 손상을 원천적으로 방지할 수 있다.

또한, 솔더링 부위를 국부적으로 가열하는 것은 가능하나 레이저 조사 위치가 어긋난 경우 PCB 자체도 가열하는 레이저 솔더링 방식과 달리, 유도 가열 솔더링 장치는 PCB의 금속 박막에만 전류가 유도되어 가열되고 PCB 자체는 가열되지 않으므로, PCB 가열에 의한 훼손을 막을 수 있다.

또한, 고밀도로 자속을 집속하여 소형 전자 부품의 리드선과 PCB의 패드만을 가열하여 미세한 솔더링을 할 수 있다. 특히, 자기 코어를 통하여 납이 공급되므로, 솔더링 되는 위치에 정확히 용융된 납을 필요한 만큼 공급할 수 있어서 불량을 줄일 수 있다.

도 1은 종래의 유도 가열 솔더링 장치의 개략도
도 2는 도 1에 도시된 유도 가열 솔더링 장치에서 유도 가열 범위를 개략적으로 나타내는 설명도
도 3은 도1에 도시된 유도 가열 솔더링 장치를 이용하여 실납을 유도 가열할 경우 실납 단부의 온도 분포를 나타내는 설명도
도 4는 본 발명에 따른 유도 가열 솔더링 장치의 개략도
도 5는 유도 가열 코일에 자기 코어가 삽입된 상태를 나타내는 단면도
도 6은 도 5에서 실납과 전자 부품 단자의 국부 가열을 설명하는 개략도
도 7(a) - (d)는 자기 코어의 입구부와 출구부위 다양한 실시예를 나타내는 개략도
도 8은 도 4에 도시된 유도 가열 솔더링 장치의 다른 사용방법을 나타내는 설명도
도 9는 본 발명에 따른 유도 가열 솔더링 장치의 다른 실시예의 개략도
도 10은 본 발명에 따른 유도 가열 솔더링 장치의 또 다른 실시예의 개략도
도 11은 본 발명에 따른 유도 가열 솔더링 장치의 또 다른 실시예의 개략도
도 12는 본 발명에 따른 유도 가열 솔더링 장치의 또 다른 실시예의 개략 단면도
도 13은 본 발명에 따른 유도 가열 솔더링 장치의 또 다른 실시예의 개략도
도 14는 도 13에 도시된 유도 가열 솔더링 장치의 다른 사용방법을 나타내는 설명도
도 15는 본 발명에 유도 가열 솔더링 장치의 또 다른 실시예의 개략도

이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 4에 도시된 실시예는 실납(130)의 단부를 유도 가열하여 솔더링하기 위한 장치이다. 유도 가열 솔더링 장치(100)는 고주파 전원 공급 유닛(120)과, 고주파 전원 공급 유닛(120)에 전기적으로 연결된 유도 가열 코일(110)과, 자기 코어(150)를 포함한다. 유도 가열 코일(110)은 구리와 같은 전도성 선재를 나선형으로 감아서 형성된 솔레노이드 형태로, 중심부에 중공의 자속 통로가 형성된다. 자기 코어(150)는 유도 가열 코일(110)에 의하여 유도되는 자속의 경로를 제공하기 위한 자성체로 이루어진 중공의 실린더 형상이고, 유도 가열 코일(110)의 중심부에 삽입되어 있다. 또한, 자기 코어(150)의 중공에는 실납(130)이 삽입되어 있다. 또한 도시하지는 않았으나, 납을 자기 코어(150)의 중공으로 공급하는 납 공급수단을 포함할 수 있다.

도 5를 참조하면, 유도 가열 코일(110)에 고주파 전원을 인가하면, 유도 가열 코일(110)의 솔레노이드 중심부와 외부를 폐곡선으로 연결하고, 고주파 전원의 주파수에 따라서 방향이 변하는 자기력선(180)이 형성된다. 유도 가열 코일(110)의 중심부를 지나는 자기력선은, 중심부에 삽입된 자기 코어(150)를 통과하게 되고, 자기 코어(150)는 자성체로 이루어져서 자기력선이 집중되고 자속밀도가 높아진다. 자기 코어(150)는 중공의 일단으로 실납이 공급되기 위한 입구부(150a)와 실납이 배출되기 위한 출구부(150b)를 구비한다. 자기 코어(150)는 중공으로 삽입되어 출구부(150b)로 배출되는 실납(130)으로 자속이 쇄교하도록 구성되어 있다. 일반적으로 전자기 유도 현상에 의해서 방향이 변하는 자기력선에 의하여 형성되는 자기장 내부에 위치하는 도체는 가열된다. 그러나, 자기 코어(150)의 중공에 삽입된 실납(130)은, 코어(150)의 내부에 자기장 실드 영역(160)이 형성되어 자기력선이 통과하지 않기 때문에 가열되지 않는다. 따라서, 자기 코어(150)는 자기 코어(150)의 출구부로 배출되는 실납의 단부(130a)만을 가열하여 용융시키도록 한다.

본 실시예에 있어서, 자기 코어(150)의 출구부는 실린더 형상의 코어(150)의 중심선에 대하여 직각으로 절단된 단순한 평면 형상으로 되어 있다. 자기 코어(150)의 내부에서 자속밀도가 높게 집중된 자기력선이 코어의 출구부(150b)를 통하여 나오거나 코어(150)로 집중되어 들어 갈 때, 도 6에 도시된 것과 같이, 자기장이 공간에 균일하게 분포되기 자기력선(180)은 코어의 중심선을 향하여 볼록하게 굴곡진 곡선 형태로 된다. 따라서, 자기 코어(150)의 출구부 중공을 통하여 노출된 실납의 단부와 자기 코어를 통과하는 자기력선이 쇄교하게 되어, 실납의 단부(130a)만을 가열하게 된다. 또한, 실납(130)의 단부(130a)를 통과한 자기력선들(181 - 183)은 솔더링 하고자 하는 전자부품(141)의 단자(141a)와 인쇄회로기판(140)에 형성된 금속 패드(154)를 통과하면서 가열한다.

본 실시예에 있어서, 유도 가열 코일(110)의 중공에 삽입된 자기 코어(150)는 유도 가열 코일(110)의 길이보다 긴 것을 사용한다. 또한, 자기 코어(150)의 출구부(150b)는 유도 가열 코일(110)의 하부 단부에 인접하게 배치되고, 유도 가열 코일(110)에서 약간 노출되도록 배치되어 있다. 즉, 자기 코어(150)의 출구부(150a) 부근에는 유도 가열 코일(110)이 위치하지 않도록 구성되어 있다. 그러므로, 출구부(150a) 부근에는 자기력선의 밀도가 낮아져서, 코어(150)의 입구부로 삽입되는 실납(130)과 쇄교하는 자기력선이 희박하여 입구부(150a)에서는 삽입되는 실납(130)을 거의 가열하지 않게 된다. 따라서, 자기 코어(150)의 중공에서 출구부(150b)로 배출되는 실납(130)의 단부만을 가열하고 용융시키고, 납실드 코어(150)의 입구부(150a)로 삽입되는 실납(130)은 거의 가열하지 않게 된다.

본 발명에 따르면, 자기 코어(150)는 유도 가열 코일(110)에 의해서 유도된 자속을 솔더링 하고자 하는 위치로 집중하여 자속밀도를 높게하고, 동시에 실납(130)의 코어로 부터 노출된 단부(130a) 이외의 부분에는 자기력선이 통과하지 않도록 실드 영역(160)을 형성한다. 즉, 자기 코어(150)는 실납의 가열 범위를 단부(130a)로 제한하여 필요한 양 만큼 단부(130a)를 노출시키고 용융되도록 하여 솔더링에 제공할 수 있도록 한다. 또한, 실납(130)의 노출된 단부 이외의 부분을 지지하여 실납(130)을 솔더링하고자 하는 위치에 정확히 위치할 수 있도록 안내하는 기능도 한다. 또한, 본 발명에 따른 유도 가열 솔더링 장치(100)는 실납의 단부와 동시에 솔더링 부위를 국부적으로 가열하여, 정밀한 비접촉 솔더링을 가능하게 한다.

본 실시예에 있어서, 도시하지는 않았으나, 솔더링 중에 유도 가열 코일(110)이 과열되는 것을 방지하기 위하여, 가열 코일을 구리와 같은 금속 파이프로 구성하고, 파이프의 내부로 냉각수를 흐르게 구성할 수도 있다. 또한, 유도 가열 솔더링 장치를 사용할 경우, 솔더링 하는 동안에만 유도 가열 코일에 전류를 흐르게 하고, 다음 솔더링 위치로 이동하는 동안에는 유도 가열 코일에 흐르는 전류를 차단하여 유도 가열코일이 과열되는 것을 방지하고, 솔더링 에너지를 절감할 수 있다.

도 7(a) - (d)는 자기 코어의 입구부와 출구부위 다양한 실시예를 나타내는 개략도이다. 도 7(a)에 도시된 실시예는 자기 코어(150)의 입구부(150a)를 반경 방향 외측으로 연장하여 자속의 경로를 제공할 수 있도로 구성한 것이다. 도 7(b)에 도시된 자기 코어(150)는 입구부(150a-1)의 외주면에 중심축선을 따라서 말단으로 갈수록 외주면의 직경이 감소하도록 테이퍼 면이 형성된 것이다. 코어(150)의 외주면에 테이퍼 진면으로부터 자기력선이 나가거나 테이퍼 진면으로 자기력선이 들어올 때, 자기력선은 공간에 균일하게 최단 경로의 폐속선을 형성하려는 경향이 있어서, 도시된 것과 같이 실납(130)을 쇄교하는 자기력선이 거의 발생하기 않게 된다. 도 7(c)는 도 7(b)와 달리 코어(150)의 출구부(150b)의 중공의 내주면이 중심축선을 따라서 말단으로 갈수록 내주면의 직경이 증가하도록 테이퍼 면이 형성된 것이다. 코어(150)의 내주면에 테이퍼 진면으로부터 자기력선이 나가거나 테이퍼 진면으로 자기력선이 들어올 때, 자기력선은 공간에 균일하게 최단 경로의 폐속선을 형성하려는 경향이 있어서, 도시된 것과 같이 보다 많은 자기력선이 실납(130)과 쇄교하게 된다. 도 7(d)는 도 7(b)와 달리 코어(150)의 출구부(150b)의 중공의 내주면에 중심축선을 향하여 돌출 연장된 부분이 형성된 것이다. 도 7(c)와 마찮가지고 보다 많은 자기력선이 실납(130)과 쇄교하게 된다. 도 7에 도시된 자기 코어(150)의 입구부와 출구부의 형상은 필요에 따라서 각각 선택적으로 적용될 수 있다. 자기 코어(150)는 강자성체를 사용할 수도 있으나, 예를 들면 페라이트 코어와 같은 산화물이나 금속 분말을 성형한 압분 코어와 같은 연자성체 코어를 사용하여 고온으로 가열되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 특히, 압분 코어는 미분상의 자성 재료를 절연성의 결합체로 고착시킨 것으로, 고주파에 적합하다. 또한, 압분 코어의 자성 분말은 구형에 가까운 모양이 되기 때문에 감자력이 크므로 광범위한 자기장에 대해서 비투자율은 작지만, 자기장에 대하여 비투자율의 값이 변하지 않는다는 특징을 가지고 있다.

도 8은 도 4에 도시된 유도 가열 솔더링 장치의 다른 사용방법을 나타내는 설명도이다. 도시된 것과 같이, 전자 부품(141)이 설치된 PCB(140)에 대하여 경사지게 유도 가열 솔더링 장치(100)를 배치하여 사용할 수도 있다. 또한, 도시된 것과 같이 PCB(140)의 홀에 장착된 전자 부품 뿐만 아니라, 도시하지는 않았으나 전선이나 커넥터 등의 부품도 솔더링할 수 있고, 표면 실장에 의해서 장착된 전자 부품의 리드선도 솔더링 할 수 있다. 또한, 본 실시예에서 실납(130)을 자기 코어(150)에 공급하는 장치는 도시하지 않았으나, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 납을 자기 코어의 입구부로 공급하기 위한 납공급 수단을 고안하는 것은 자명한 기술적 사항으로 자세한 설명을 생락한다. 예를 들면, 롤 형태로 감져진 실납(solder wire)을 자기 코어에 연속적으로 공급하거나, 볼납(solder ball)을 자기 코어의 중공에 하나씩 공급하는 수단을 구성하는 것은 당업자에게 자명한 기술적 사항에 속한다. 뿐만아니라, 본 발명의 실시함에 있어서 필요로 하는 고주파 전원 유닛과 솔더링 위치로 장치를 이송시키기 위한 이송기구, 냉각 장치 등도 당업자에게 자명한 기술적 사항이라 설명을 생략한다.

도 9는 본 발명에 따른 유도 가열 솔더링 장치의 다른 실시예의 개략도이다. 도 9에 도시된 유도 가열 솔더링 장치가 도 4에 도시된 유도 가열 솔더링 장치와 다른 점은, 유도 가열 코일(110)에 의해서 유도되어 코일의 외측에 형성되는 자기력선(180)의 경로를 제공하기 위한 자속 안내 코어(190)을 더 포함하고 있는 점이다. 자속 안내 코어(190)는 연자성체로 이루어진 중공의 실린더 형상이고, 유도 가열 코일(110)이 중공에 삽입되어 있다. 또한, 자기 코어(150)의 입구부(150a)가 반경 방향으로 연장되어 있다. 자속 안내 코어(190)는 유도 가열 코일(110)의 외측에 유도되는 자기력선에 의하여 솔더링 장치 주변의 부품이 영향을 받는 것을 차단한다.

도 10은 본 발명에 따른 유도 가열 솔더링 장치의 또 다른 실시예의 개략도이다. 본 실시예의 유도 가열 솔더링 장치(200)가 도 4에 도시된 유도 가열 솔더링 장치(100)와 다른 점은, 유도 가열 코일(210)을 구리판과 같은 도전성 판재를 중공이 형성되도록 감아서 유도 가열 코일을 형성하고, 내부에 자기 코어(250)를 배치한 점이다. 도시된 것과 같이, 유도 가열 코일(250)은 판재를 원형으로 지그재그 형태로 감아서 중앙부에 자기 코어(250)가 삽입되기 위한 중공이 형성되어 있다. 또한, 자기 코어(250)의 입구부 측에 대응하는 유도 가열 코일(250)의 하부는 원추형으로 형성하여, 전자 부품에 대한 접근이 용이하게 되어 있다.

도 11은 본 발명에 따른 유도 가열 솔더링 장치의 또 다른 실시예의 개략도이다. 도 11에 도시된 실시예가 도 10에 도시된 실시예의 유도 가열 솔더링 장치와 다른 점은, 도전성 판재를 원추 형태로 감아서 중공이 형성된 유도 가열 코일(250)을 구성한 점이다.

도 12는 본 발명에 따른 유도 가열 솔더링 장치의 또 다른 실시예의 개략 단면도이다. 도 12에 도시된 유도 가열 솔더링 장치는(300), 고주파 전원 공급 유닛(320)과, 고주파 전원 공급 유닛(320)에 전기적으로 연결된 유도 가열 코일(310)과, 자기 코어(350)와, 유도 가열 코일의 중공에 삽입된 내부 자속 안내 코어(352)를 포함한다. 유도 가열 코일(310)은 구리와 같은 전도성 선재를 나선형으로 감아서 형성된 솔레노이드 형태로, 중심부에 중공의 자속 통로가 형성된다. 자기 코어(350)는 유도 가열 코일(110)에 의하여 유도되는 자속의 경로를 제공하기 위한 자성체로 이루어진 중공의 실린더 형상이고, 유도 가열 코일(310)의 인접하게 배치되어 있다. 자기 코어(350)의 중공에는 솔더링을 위한 실납(330)이 삽입된다. 또한, 납실드코어(350)의 입구부(350a)는 자속의 경로를 제공하기 위하여 인접한 내부자속안내코일(352)을 향하여 외주면이 연장되어 있다. 실시예에서 내부 자속 안내 코일(352)은 솔리드 실린더 형상으로 되어 있어 있으나, 중공의 실리더 형상으로 구성할 수도 있다. 중공의 실린더 형상으로 구성할 경우에는 내부 자속 안내 코일(352)의 중공에 실납을 공급하여 솔더링을 할 수도 있다. 또한, 자기 코어(350) 및 내부 자속 안내 코어(352)를 모두 연자성체로 형성하여 고온으로 가열되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 도시된 것과 같이, 고주파 전원이 유도 가열 코일(310)에 인가되면, 내부 자속 안내 코어(352)의 단부와 인접하게 배치된 자기 코어(350)의 출구부(350b)를 통하여 노출된 실납의 단부가 자기 코어(250)와 내부 자속 안내 코어(352)를 통과하는 자기력선과 쇄교하여 가열되고 용융된다.

도 13은 본 발명에 따른 유도 가열 솔더링 장치의 또 다른 실시예의 개략도이다. 도 13의 실시예가 도 12의 실시예와 다른 점은, 유도 가열 코일(410)을 전도성 판재를 감아서 형성한 점이다. 도 14에 도시된 실시예의 장점은 유도 가열 솔더링 장치를 보다 컴팩트하게 제작할 수 있고, 보다 좁은 영영에 국부적인 솔더링을 할 수 있다는 점이다. 도 14는 도 13에 도시된 유도 가열 솔더링 장치의 다른 사용 방법을 나타내는 설명도로, 자기 코어(450)를 경사지게 설치하여 주위에 설치된 전자 부품과의 간섭을 피하면서 솔더링 하기 위한 상태를 도시한다.

도 15는 본 발명에 따른 유도 가열 솔더링 장치의 또 다른 실시예로 볼납(135)으로 솔더링을 하기 위한 장치이다. 본 실시예의 솔더링 장치는 도 4에 도시된 솔더링 장치와 동일하고, 다만 실납(130) 대신에 볼납(135)을 자기 코어(150)의 중공으로 삽입하여 공급하는 점에 차이가 있다. 볼납(135)은 사전에 예열하여 공급할 수도 있다. 자기 코어(150)의 출구부(150b)를 통과하는 볼납(135)은 납 실드코어(150)의 자기력선과 쇄교되어 가열되고 용융되어 솔더링 부분에 떨어지고 굳어서 솔더링 된다.

앞에서 설명된 본 발명에 따른 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니고 예시적인 것으로 이해되어야 하며, 본 발명에 따른 전동기는 다양한 형태로 변형될 수 있다. 앞서 설명된 실시예 이외에도 예를 들면, 코어를 도선을 권선하여 구성하거나, 영구자석을 이용하여 구성하는 것과 같이, 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 당업자에 의해서 구체화 될 수 있다. 본 발명은 청구항에 기재된 범위 및 그와 동등 범위 내에서 다양한 형태로 변경되어 구체화 될 수 있다.

110 유도 가열 코일
120 고주파 전원 공급 유닛
130 실납
135 볼납
140 PCB
150 자기 코어

Claims

고주파 전원 공급 유닛과,
상기 고주파 전원 공급 유닛에 전기적으로 연결된 유도 가열 코일과,
상기 유도 가열 코일에 의하여 유도되는 자속의 경로를 제공하기 위한 연자성체로 이루어진 중공의 실린더 형상이고, 중공의 내부로 납(Solder)이 삽입되기 위한 입구부와 삽입된 납(Solder)이 배출되기 위한 출구부를 구비한 자기 코어를 포함하고,
상기 자기 코어의 출구부는, 출구부를 통하여 배출되는 납으로 자속이 통과하도록 구성되어 자기 코어에서 배출되는 납을 가열하여 용융시키는 것을 특징으로 하는 유도 가열 솔더링 장치.
제1항에 있어서,
상기 자기 코어는 상기 유도 가열 코일보다 길이가 길고, 중공의 유도 가열 코일의 내부에 삽입되어 설치되어 있고,
자기 코어의 출구부는 유도가열 코일의 일단부에 인접하여 유도가열 코일에서 노출되도록 배치된 것을 특징으로 하는 유도 가열 솔더링 장치.
제2항에 있어서,
상기 유도 가열 코일은 전도성 선재를 나선형으로 감아서 형성된 것을 특징으로 하는 유도 가열 솔더링 장치.
제2항에 있어서,
상기 유도 가열 코일은 전도성 판재를 원형으로 감아서 형성된 것을 특징으로 하는 유도 가열 솔더링 장치.
제2항에 있어서,
상기 자기 코어의 출구부는 내경이 길이방향을 따라서 단부로 갈수록 증가하도록 테이퍼 진 것을 특징으로 하는 유도 가열 솔더링 장치.
제2항에 있어서,
상기 자기 코어의 출구부는 반경방향으로 내측으로 연장된 것을 특징으로 하는 유도 가열 솔더링 장치.
제2항에 있어서,
상기 자기 코어의 입구부는 반경 방향으로 외측으로 연장되고,
상기 유도 가열 코일에 의해서 유도되는 자속의 경로를 제공하기 위한 자성체로 이루어진 중공의 실린더 형상이고, 상기 유도 가열 코일의 적어도 일부가 중공에 삽입되어 설치된 코일 외부 자속 안내 코어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 솔더링 장치.
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제1항에 있어서,
상기 유도 가열 코일에 의해서 유도되는 자속의 경로를 제공하기 위한 자성체로 이루어진 실린더 형상이고, 상기 유도 가열 코일의 내부에 삽입되어 설치된 코일 내부 자속 안내 코어를 더 포함하고,
상기 자기 코어의 출구는 상기 코일 내부 자속 안내 코어의 단부에 인접하게 배치된 것을 특징으로 하는 유도 가열 솔더링 장치.
제10항에 있어서,
상기 유도 가열 코일은 전도성 선재를 나선형으로 감아서 형성된 것을 특징으로 하는 유도 가열 솔더링 장치.
제10항에 있어서,
상기 유도 가열 코일은 전도성 판재를 원형으로 감아서 형성된 것을 특징으로 하는 유도 가열 솔더링 장치.
제10항에 있어서,
상기 자기 코어의 출구부는 내경이 길이방향을 따라서 단부로 갈수록 증가하도록 테이퍼 진 것을 특징으로 하는 유도 가열 솔더링 장치.
제10항에 있어서,
상기 자기 코어의 입구부는 반경 방향으로 외측으로 연장된 입구 자속 안내부를 구비하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 솔더링 장치.
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