KR20090117914A - 탄성중합체 함유 플럭스의 연속길이층을 갖는 납땜재료 - Google Patents

탄성중합체 함유 플럭스의 연속길이층을 갖는 납땜재료 Download PDF

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데이비드 웨인 조르단
미쉘 안토니 라포사
대니얼 제임스 조식
조지 나폴리안 마틴
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울버린 튜브, 인크.
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Abstract

플럭스 코팅 조성물이 연속적인 길이의 납땜재료를 연속적으로 코팅하기에 적합한 플럭스 코팅된 납땜 재료에 관한 것이다. 일 견지에 있어서, 기술된 방법에 따라 연속적인 길이의 납땜재료 제조에 플럭스 코팅으로서 유용한, 납땜재료의 코팅 혹은 코어링용 플럭스 코팅 조성물을 포함한다.
납땜, 납땜 재료, 플럭스 코팅 조성물, 연속적인 길이, 금속 접합, 내균열성, 우수한 연소특성,

Description

탄성중합체 함유 플럭스의 연속길이층을 갖는 납땜재료{Brazing Material with Continuous Length Layer of Elastomer Containing a Flux}
본 특허출원은 2005.11.10일자로 출원된 US 특허출원 60/735,323에 대하여 우선권을 주장하는 것이다.
본 발명은 일반적으로 납땜재료(brazing material) 및 납땜 플럭스(brazing fluxes)에 관한 것이며, 보다 상세하게는 플럭스-코팅된(flux-coated) 혹은 플럭스-코어드(flux-cored) 납땜 재료에 관한 것이다.
기계적 접합, 접착제 접합, 솔더링(soldering), 용접(welding) 및 납땜(brazing)을 포함하는 금속 구성요소들(components)을 접합(joining)시키는 다양한 방법이 알려져 있다. 납땜, 솔더링 및 용접은 비슷하지만, 중요한 차이가 있다. 솔더링은 일반적으로 낮은 온도(450℃ 미만)에서 행하여지지만 강한 접합(joint)을 생성하지 않는다. 용접은 두 금속이 실질적으로 용융되고 서로 융합되어 접합되는 고-온 공정이다. 납땜은 두 조각의 금속을 제3의 용융 필러(filler) 재료와 함께 접합시키는 방법이다. 일반적으로, 용접 및 납땜된 접합(joints)는 최소한 금속이 접합될 수 있을 정도로 강하다. 용접공정은 매우 국부적인, 정확한(pinpoint) 가열이 이롭거나 요구되는 적용에 대하여 바람직하다. 납땜은 넓은 면적, 선형 접합(joining) 및 다른 융점을 갖는 금속 혹은 합금 접합(joining)과 같은 보다 어려운 적용에 특히 유용하다.
납땜에서, 접합하려는 구성요소는 이들의 매칭(mating) 표면사이에 소위 "조인트 갭(joint gap)"으로 불리는 작은 갭(gap)이 형성되도록 어셈블리된다. 상기 구성요소는 납땜 재료의 융점보다 높은 온도 그러나, 접합되는 구성요소의 융점보다 낮은 온도(혹은 둘 또는 그 이상의 구성요소가 다른 금속 혹은 합금으로 제조되는 경우에, 접합되는 어떠한 구성요소중 더 낮은 융점 혹은 가장 낮은 융점)로 가열(혹은 최소한 제시된 접합 영역에서 가열됨)된다. 가열은 토치(torch), 퍼니스(furnace), 유도(induction) 혹은 구성요소의 접합에 사용될 수 있는 어떠한 다른 가열방법으로 제공될 수 있다. 접합(joining)도중에, 납땜 재료는 용융되고, 접합되는 구성요소의 표면이 적셔지고(wet), 모세관 작용에 의해 죠인트 갭으로 끌어당겨지거나 죠인트 갭에 들어간다. 냉각시, 납땜 재료는 고화되어 접합된 구성요소들의 표면 사이에 금속 접합을 형성한다.
납땜은 금속-대-금속, 합금-대-합금, 금속-대-합금, 금속-대-세라믹, 합금-대-세라믹 혹은 세라믹-대-세라믹의 접합에 사용될 수 있다. 세라믹 구성요소는 납 땜전에 금속 혹은 합금으로 코팅될 수 있다. 납땜 재료는 종종 425℃ 보다 높은 온도에서 용융된다. 납땜 재료는 알루미늄, 구리, 금, 플라티늄, 은, 주석, 인, 팔라듐, 니켈, 망간, 아연, 카드뮴, 크롬, 보론, 실리콘, 철, 카본, 황, 티타늄, 지르코늄, 텅스텐, 코발트, 몰리브데늄, 니오븀, 셀레늄, 납, 팔라듐, 비스무스, 베릴리움, 리튬 및 인듐과 같은 하나 또는 그 이상의 베이스 금속, 이들의 공용 혼합물(eutectic mixtures) 혹은 합금으로 이루어질 수 있으며; 다른 금속, 금속 합금 혹은 무기물(minerals)이 또한 사용될 수 있다. 납땜 재료는 "납땜 합금," "납땜 재료," "납땜 화합물," "납땜 금속," "납땜 필러" 혹은 "납땜 금속"으로 칭하여질 수 있다. 상기 적용에서, 납땜 재료로 사용되는 어떠한 및 모든 재료, 원소, 화합물 혹은 조성물은 이하, "납땜 재료(brazing material)" 혹은 "납땜 재료들(brazing materials)"이라 한다.
납땜재료를 적용하기 전에, 납땜 재료가 접합되는 표면에 부착(adhere)되도록 접합하려는 구성요소들의 표면을 준비해야 하는 필요성은 이 기술분야에 잘 알려져 있다. 구성요소들 혹은 표면들이 납땜으로 접합되는 경우에, 납땜 재료 및 구성요소 표면의 접합 부분 모두에서 납땜 접합의 강도를 떨어뜨릴수 있는 산화물 필름이 없는 것이 바람직하다. 이는 납땜 공정을 퍼니스(furnace)와 같은 환원 분위기에서 행하므로써 행하여질 수 있다. 그러나, 공기중에서 납땜을 행하는 경우에는, 플럭스 조성물 혹은 플럭스 화합물("플럭스(flux)," "납땜 플럭스(brazing flux)" 혹은 "플럭스 커버(flux cover)"라 한다.)을 사용하여 존재하는 산화물을 제거하거나 혹은 납땜 재료 및 접합되는 구성요소의 표면에 산화물 필름이 형성되는 것을 방지하여야 한다. 따라서, 상기 플럭스는 납땜 재료에 대하여는 실질적으로 불활성(inert)이며, 예정된(pre-selected) 납땜 온도에서 금속 산화물을 제거할 수 있어야 한다. 플럭스는 일반적으로 반응성(예를들어, 산화물을 제거할 수 있는)이므로, 플럭스는 납땜 재료의 용융 온도 혹은 용융 온도 근처에서 용융된 상태로 전환되어야 한다. 플럭스는 먼저 접합되는 구성요소의 표면에 적용되고 그 후, 죠인트(접합, joint) 주위에 열을 적용하므로써 산화물을 제거하도록 활성화되고 표면을 세척한다.
플럭스의 주된 목적은 납땜 및 접합되는 구성요소 표면의 최소한 선택된 부분의 산화(산화물 형성)를 제거 혹은 억제하는 것이나, 플럭스는 또한, 납땜 재료의 융점 보다 낮은 온도에서 용융되어 흐르고, 상기 구성요소의 표면 및 납땜 재료를 적시고, 용융된 납땜 재료에 의해 상기 구성요소가 쉽게 적셔지도록 하며, 용융된 납땜 재료로 대체될 수 있어야 한다.
플럭스는 일반적으로 보레이트(이로써 한정하는 것은 아니지만, 플루오로보레이트를 포함), 불화물(fluorides)(이로써 한정하는 것은 아니지만, 비플루오라이드(bifluorides)를 포함), 염화물 혹은 이들의 염 및 하나 또는 그 이상의 알칼리 금속을 포함하며, 전형적으로 매우 부식성이며 하이그로스코픽(hygroscopic)하므로 상기 플럭스는 접합되는 표면을 충분히 세척한다. 하이그로스코픽하지 않고 비부식 성인 플럭스 조성물이 이 기술분야에 알려져 있다. 알려져 있는 플럭스로는 U.S. 특허 6,395,223, 6,277,210, 5,781,846 및 4,301,211에 기술되어 있는 것을 포함하며, 이들 특허는 참고문헌으로 본 명세서에 편입된다. 액체, 고체, 분말, 슬러리 혹은 페이스트 형태의 플럭스가 납땜 재료 혹은 접합되는 구성요소들에 적용될 수 있다.
플럭스를 접합 부분 및 접합되는 구성요소들의 외부 표면에 적용하기 위해 다양한 방법이 사용된다. 일반적으로, 플럭스는 납땜되는 표면에 적용되며, 상기 표면은 플럭스가 용융되어, 흐르고 표면에 코트(coat)되도록 가열된다. 상기 구성요소들이 차가운 경우에, 분말 혹은 페이스트 형태의 납땜 플럭스가 접합 부분에 적용되는 것으로 잘 알려져 있다. 그 후, 상기 접합 부분은 납땜 온도에 도달할 때까지 가열되고 그후, 납땜 재료가 적용된다. 이로써 제한하는 것은 아니지만, 납땜 재료(로드, 와이어, 스트립, 디스크, 시이트, 시이스(sheath) 혹은 다른 폼 팩터(form factor))를 죠인트 갭의 전체 혹은 일부에 삽입하고 인접한 구성요소로 부터의 열이 납땜재료를 가열하기 시작하고 이에 따라 납땜 재료가 용융되는 것을 포함하는 납땜재료를 접합(조인트, joint)에 적용하는 여러가지 방법이 사용된다. 또한, 납땜재료는 납땜재료의 말단 부분을 용융시켜 조인트 갭의 입구(mouth)에 위치되도록 할 수 있다.
"납땜 로드" 혹은 "납땜 와이어"형태의 선형 납땜 재료는 이 기술분야에 잘 알려져 있으며 시이트(sheets) 혹은 스트립(strips)과 같은 비-원형인 선형 형태를 포함한다. 납땜 로드는 일반적으로 대략 20인치 이하의 고정된 길이의 납땝 재료이다. 선형 납땜 재료는 원형(circular) 혹은 유사-원형 형상(quasi-circular shape)(예를들어, 달걀형(oval), 타원형(elliptical), 6각형(hexagonal), 반-원형 혹은 "U"), 느슨한 코일(loose coils), 평평한 형상(flat shapes)(예를들어, 디스크(disks)), 원뿔형(conicals), 안장형태(saddles), 보울형(bowls) 혹은 다른 통상 사용되는 형상(custom shapes)로 형성될 수 있다. 납땜 와이어는 연속적인 길이의 납땜 재료이다. 본 특허출원의 목적에서, "연속적인 길이(continuous length)"는 약 20인치를 초과하는 길이를 의미한다. 베어 납땜 로드(bare brazing rod) 혹은 베어 납땜 와이어(bare brazing wire)는 플럭스 코어(flux core) 혹은 플럭스 코팅을 포함하지 않는다.
많은 적용에서, 많은 플럭스(fluxes)의 부식성, 하이그로스코픽(hygroscopic nature)성 및 상기 플럭스의 적용에 사용되는 다양한 방법에 기인한 플럭스 잔류물 혹은 과량의 플럭스로 인하여, 접합된 구성요소의 부식을 방지 혹은 제한하기 위해서 접합된 부분에서 어떠한 잔류 플럭스 혹은 플럭스 잔류물을 제거하기는 것이 필요하거나 바람직하다. 잔류 플럭스의 제거는 부가적인 세척단계 및 세척공정에서 발생되는 폐기물 처리를 위한 비용으로 인하여 전반적인 생산 비용이 증가시킨다.
플럭스를 죠인트(joint)에 적용하는 단계, 잔류 플럭스를 제거 및 폐기하는 단계인 별도의 단계를 제거하여 제조비용을 감소시키기 위해 플럭스-코팅된 납땜 로드 및 플럭스-코어드(cored) 와이어가 개발되어 왔다. 플럭스-코팅된 납땜 재료는 납땜 재료의 외부 혹은 노출면에 미리-적용된(pre-applied) 플럭스를 갖는다. 플럭스-코어드(flux-cored) 납땜 재료는 채널(channel), 코어(core), 그루브(groove) 혹은 납땜 재료내의 다른 다른 공동 형태(hollow form) 혹은 캐비티(cavity)와 같은 내부 표면에 미리-적용된 플럭스를 갖는다. 플럭스-코팅된 및 플럭스-코어드 납땜 로드 혹은 와이어는 납땜 플럭스 조성물을 예를들어, 물 혹은 유기 용매 혹은 액체 혹은 반-액체(semi-liquid) 바인더와 먼저 혼합하여 플럭스 페이스트 조성물, 고형(solid) 플럭스 조성물 혹은 플럭스 파우더 조성물(고형 플럭스의 밀링(milling), 분쇄(crushing) 혹은 분말화(pulverizing)등으로)을 형성하여 제조한다. 일반적으로 사용되는 바인더로는 아크릴 수지(예를들어, 1-메톡시-2-프로판올-아세테이트) 및 합성 고무 화합물(예를들어, 부틸폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 부타디엔스티렌 및 폴리이소부티렌)을 포함한다. 상기 플럭스 페이스트는 플럭스 페이스트 조성물을 원하는 두께로 상기 납땜 로드위에 중심이 같은(concentric) 코팅으로 압출(extrude)되도록 압출 프레스(extrustion press)를 사용하여 납땜 재료상에 적용되고 그 후 코팅된 로드는 코팅된 상기 플럭스 코팅이 단단하게(harden) 되도록 베이크(bake)된다.
또한, 상기 플럭스 페이스트 혹은 분말은 납땜 재료내의 코어(core), 노치(notch), 그루브(groove), 호올(hole), 갈라진 틈(crevice), 캐비티(cavity) 혹 은 다른 동공 부분에 위치되어, 예를들어, Omni Technologies Corporation의 미국 특허 제 5,781,846 및 6,395,223호에 기술되어 있는 바와 같은 납땜 재료 형태, 예를들어, 플럭스-코어드 와이어 혹은 납땜 재료 시이스(sheath)를 형성할 수 있다. 플럭스-코어드 및 플럭스-코팅된 납땜 재료에서, 접합되는 구성요소의 표면은 가열되고 상기 플럭스-코어드 납땜 재료 폼(form)은 가열된 표면과 함께 접촉되어 상기 플럭스가 용융되어 흐르도록 되며 따라서, 상기 납땜 재료가 녹아서 흐르게된다.
연속적인 길이의 플럭스-코팅된 납땜 재료는 현재 이 기술분야에 알려져 있지 않다. 많은 납땜(brazing) 적용에서, 상기 납땜 공정은 제한된 물리적 공간에서 행하여지며 종종 선형 납땜 재료를 구부리거나(bend), 컬(curl)을 부여하거나, 각도를 주어 구부리거나(angle) 혹은 다르게 변형(deform)하여(혹은 납땜 재료가 구부리거나 변형된 형상으로 미리 형성되도록 하여) 죠인트 갭(joint gap) 혹은 접합되는 구성요소에 대하여 적합하게 위치되도록 할 수 있다. 상기한 방식으로 제조된 현재 이용가능한 플럭스-코팅된 및 플럭스-코어드된 로드 혹은 와이어의 단점은 플럭스가 비교적 브리틀(brittle)하다는 것이다. 따라서, 알려져 있는 플럭스-코팅된 혹은 플럭스-코어드된 납땜 재료에 컬이 부여되거나, 이를 구부리거나 혹은 변형되는 경우에(예를들어, 운송, 저장, 취급 및 사용 도중에), 상기 플럭스 코팅 혹은 플럭스 코어는 쉽게 균열, 파열, 박리 혹은 치핑(chipping)되어 불-연속 플럭스가 되며, 플럭스 코팅 혹은 플럭스 코어 부분이 상기 로드 혹은 와이어에서 분리(detach)된다. 상기 플럭스 코팅 혹은 플럭스 코어가 분리되고, 불-연속이 되는 경우에는, 기계적 결합(bond) 혹은 강도(strength)가 약한 죠인트(접합, joint)를 형성할 수 있으므로 유용성 및 효과가 손실된다.
알려져 있는 플럭스-코팅된 및 플럭스-코어드 납땜 재료의 다른 단점은 브리틀(brittle)한 플럭스 코팅 혹은 플럭스-코어는 상기 납땜 재료가 코일 형태로 되거나, 스풀(spool)되거나, 권취되거나 혹은 고리형으로 제조되거나 혹은 플럭스 코어드 혹은 코팅된 와이어 혹은 로드로 부터 실절적으로 원형, 계란형 혹은 타원형 형상으로 형성되도록 할 수 있는 다른 폼 팩터(form factors)로 제조될 수 없다는 것이다. 상기 납땜 재료가 원형, 계란형 혹은 타원형 형상으로 형성되는 경우에, 이는 브리틀한 플럭스 코팅 혹은 플럭스 코어가 균열, 박리, 파손(수분이 상기 플럭스에 유입되도록 함)되고 상기 납땜재료로 부터 분리되도록 한다. 따라서, 상기 로드 혹은 와이어 길이는 스풀된(spool), 코일 형태로된, 권치된, 롤로된 형태로 운반 및 취급될 수 없거나 혹은 납땜 재료가 콤팩트 혹은 압착된 형태로 포장, 운반, 저장, 혹은 사용되도록 할 수 있는 다른 형태로 제조되지 못하는 더 짧은 길이(일반적으로 20인치 미만)로 그리고 불-연속 폼으로 제한된다.
다른 단점은 상기 플럭스를 경화 혹은 강화(단단하게, harden)되도록 상기 코팅을 베이크(bake)하는 필요로하는 후-경화 단계(상기 플럭스 코팅에 내구성을 부여하기 위해 필요한 단계임)로 인하여, 로드와 같이 길이가 대략 20인치 이하인, 납땜 재료의 코팅에만 현재 플럭스 코팅 공정을 적용할 수 있다는 것이다. 플럭스 코팅된 납땜 재료의 현재 이용가능한 형태는 대략 20인치 이하의 로드로 제한되며, 따라서, 상기 길이의 유용성이 제한되며 로드의 마지막 인치는 효과적으로 사용하기에 너무 작아서 버려지는 바와 같이 폐기물의 원인이 된다.
따라서, 납땜 공정에서 구부리거나, 곡선을 부여하거나, 각을 주어 구부리거나, 컬(curl)을 부여하거나, 형태가 맞도록 하거나(conform), 혹은 달리 변형될 수 있는 코팅된 혹은 코어드 납땜 재료가 요구된다. 또한, 스풀되거나, 코일 형태로 되거나, 권취되거나, 형태가 맞도록 되거나, 원형 혹은 유사-원형(quasi-circular), 비-선형 혹은 다른 폼 팩터(form factors) (예를들어, 링(rings), 디스크 혹은 리본)로 제조 혹은 변형될 수 있도록 내구성 및 가요성 있는 플럭스 조성물을 갖는 연속적인 길이의 연속적으로 코팅된 혹은 코어드된 납땜 재료가 요구된다. 또한, 접합되는 표면을 효과적으로 준비하며, 깨끗하게 연소되고 납땜 재료의 표면 혹은 코어위에 디포지트(deposit)될 수 있는 내구성 및 가요성이 있는 플럭스 조성물이 또한 요구된다. 더욱이, 후-경화 가열 혹은 베이킹을 필요로 하지 않으며, 따라서 제조비용이 감소되는 플럭스-코팅된 혹은 플럭스-코어드 납땜 재료 제조 방법이 요구된다. 또한, 납땜 베이스 금속 혹은 합금 조성물의 광범위한 선택을 제공할 수 있으며, 맞춤제작된(customized) 베이스 금속 특성을 포함할 수 있는 플럭스-코팅된 혹은 플럭스-코어드 납땜 재료가 요구된다.
본 발명은 상기한 하나 또는 그 이상의 문제점을 해소하는 것이다.
본 발명의 목적은 쉽게 이용가능하며 많은 접합 표면의 외형(contour)에 합치될 수 있는 플럭스-코팅된 납땜 재료를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 납땜 재료에 코팅으로 적용되는 경우에, 납땜 재료가 구부러지거나 납땜 조인트의 외형에 합치되거나 혹은 납땜 조인트 주위에 위치되는 경우에 균열, 박리, 치핑, 파손 혹은 분리가 방지, 제한 또는 최소화되기에 충분한 탄성을 갖는 플럭스 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 코팅 혹은 코어로 적용되는 경우에 운반, 취급, 저장, 사용 및 폐기도중에 내구성을 제공하도록 적합한 표면 경도(hardness)를 갖는 플럭스 조성물을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 내구성 및 가요성(flexible) 있는 플럭스 코어 혹은 코팅을 가지며 연속적인 길이로된 플럭스-코팅된 혹은 플럭스-코어드 납땜 재료를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 후속 경화 혹은 베이킹 경화를 필요로 하지 않는, 반-연속적인 길이, 연속적인 길이, 유사-원형, 비선형 혹은 다른 폼 혹은 형상의 납땜 재료를 코팅(coating) 혹은 코어링(coring)하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 납땜 공정에 연속적인 길이의 플럭스-코팅된 납땜 재료를 사용하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 납땜 재료를 플럭스로 코팅 혹은 코어링하기 위해 연결(interlock) 혹은 개선된 접합 표면을 제공하도록 납땜 재료의 표면을 준비하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 실질적으로 둥근, 계란형, 타원형 교차단면 형태(와이어, 튜브 혹은 케이블 같은) 혹은 실질적으로 평평한 표면 혹은 교차단면(스트립(strip), 시이스(sheath) 혹은 시이트))을 연속하여 코팅(coating) 혹은 코오링(coring)하기에 적합한 플럭스 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 권취, 코일 형태로 되거나 혹은 스풀(spool)될 수 있는 연속적인 길이의 플럭스-코팅된 납땜 재료 제조방법을 제공하는 것이다. 다른 구현에서, 상기 방법은 자동 와이어 공급 혹은 매뉴얼(manual) 납땜 적용이 용이하게 되도록 스풀링(spooling) 혹은 코일링(coiling)하는 단계를 포함한다.
나아가, 본 발명의 또 다른 목적은 플럭스-코팅된 납땜 고리, 플럭스-코팅된 와셔(washers), 플럭스-코팅된 시임(shims) 혹은 다른 플럭스-코팅된 납땜 프리-폼(pre-forms)을 제조하기 위해 자동, 반-자동 혹은 매뉴얼 형성 장치로 공급될 수 있는 연속적인 길이의 플럭스-코팅된 납땜 재료 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 토치(torch), 유도(induction), 퍼니스(furnace) 혹은 금속의 접합(joining)에 사용되는 다른 통상적인 가열방법으로 가열하는 연속적인 길이의 플럭스-코팅된 납땜 재료를 사용한 납땜 방법을 제공하는 것이다.
이들 견지는 본 발명에 관한 수없이 많은 견지중 일부를 단지 예시하는 것이며 이로 부터 본 발명을 어떠한 방식으로 제한하는 것은 아니다. 본 발명에 관한 이들 및 다른 견지, 특징 및 장점은 도면과 관련하여 후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명으로 부터 더욱 명확하게 이해될 것이다. 본 명세서에 기술한 것과 유사 혹은 동등한 방법 및 물질(재료)이 본 발명의 실시에 사용될 수 있으나, 적합한 방법 및 물질(재료)는 다음과 같다. 더욱이, 본 명세서에 기술한 물질(재료), 방법 및 예는 단지 예시하기 위한 것으로 어떠한 방식으로 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
출원인은 납땜 재료 1의 코팅 혹은 코어링(coring)에 적합하고 충분한 경도(hardness) 또는 인성(toughness)(내구성(durability)) 및 충분한 가요성(flexibility)(탄성(elasticity))을 가지며 따라서, 코팅된 혹은 코어드된 납땜 재료 1이 납땜의 유용성 및 효과를 증대시키기 위해 필요한 구부려지거나(bent), 합치되거나(conformed) 혹은 변형될 수 있는 플럭스 조성물(상기 플럭스가 코팅 혹은 코어링 재료로 사용되는 경우에, 상기 플럭스를 이하, "플럭스 코팅 조성물"이라 한다.)을 발견하였다. 바람직하게 본 발명에 의한 플럭스 코팅 조성물 2는 불순물 혹은 접합 오염이 실질적으로 없는 납땜 죠인트(접합, joint)가 얻어질 수 있도록 깨끗하게 연소되는 바인더를 이용한다.
광범위한 시험 및 조사로 부터, 본 발명의 출원인은 플럭스 코팅 조성물 2가 바람직하게는 최소 하나의 다음의 특성 혹은 물성을 가져야 함을 발견하였다:
(a) 상기 탄성중합체 용액(예를들어, 탄성중합체 및 어떠한 상기 탄성중합체와 사용되는 어떠한 용매)이 플럭스 파우더 혹은 플럭스 페이스트와 혼합되어 조성물 페이스트를 생성하며, 조성물 페이스트가 납땜 재료 1위에 가압 다이 코팅(pressure die coating)되는 경우에, 탄성중합체 용액은 새로 코팅된 혹은 코어드된 납땜 재료 1이 코일로되거나, 권취되거나 혹은 스풀될 수 있도록 되기에 되기에 충분한 그린강도를 갖는 부드럽고, 고밀하고, 연속된 코팅 혹은 코어링을 생성할 수 있어야 함. 바람직하게, 상기 탄성중합체는 하기 표 6에 기술한 최소 하나의 특정을 가짐.
(b) 상기 플럭스 파우더 혹은 플럭스 페이스트 및 탄성중합체 용액으로 부터 새로이 제조되는 상기 조성물 페이스트는 상기 플럭스 코팅 조성물 2가 적용될 수 있도록 충분한 시간동안 가공가능한 컨시스턴시(consistency)를 가져야 하며, 이는 탄성중합체에 의해 부여됨.
(c) 납땜 재료 1상에 유지되는 플럭스 코팅 조성물 2의 탄성중합체 및 어떠한 다른 구성요소는, 즉시 사용가능한 경우에, 납땜 공정도중에 납땜 플럭스의 작용을 방해하지 않아야함. 특히, 상기 플럭스 코팅 조성물 2에 잔류하는 상기 탄성중합체 및 어떠한 다른 성분은 우수한 연소(burn-off) 특성을 가져야 함. 즉, 플럭스-코팅된 혹은 플럭스-코어드된 납땜 재료 1이 가열되는 경우에, 과량의 탄소, 재(ash), 연기(fumes), 스모크(smoke) 혹은 부산물인 오염물이 발생되지 않아야 함. 가장 바람직하게는, 어떠한 고형분 잔류물을 어떠한 실질적인 양(예를들어, ≤ 50ppm 탄소, 재 혹은 다른 잔류물)으로 남기지 않고 실질적으로 완전히 연소 혹은 휘발되어야 함.
(d) 플럭스 파우더 혹은 플럭스 페이스트 및 탄성중합체의 조성물은 건조 후에, 후-경화 베이킹(baking) 혹은 강화(hardening) 없이 취급을 견딜 수 있도록 충분히 단단한 플럭스 코팅 조성물 2를 생성할 수 있으며, 탄성중합체에 의해 이러한 특성이 부여됨.
(e) 플럭스 파우더와 탄성중합체를 포함하는 플럭스 코팅 조성물 2는 납땜 공정이 효과적으로 되도록하기에 충분한 높은 플럭스 함량을 가질뿐만 아니라 상기한 바람직한 특징 (a) 내지 (d)를 가지며, 탄성 중합체에 의해 이러한 특성이 달성됨. 가장 바람직하게, 상기 플럭스 성분은 플럭스 코팅 조성물 2의 30중량%를 초과함.
(f) 상기 플럭스 코팅 조성물 2의 상기 플럭스 성분은 건조된 코팅의 균질화를 용이하게 하고 그린 강도를 위해 최소 140 메쉬 고형분, 바람직하게는 대략 200 내지 대략 325 메쉬 고형분의 입자 크기 분포를 가짐.
(g) 상기한 특징 또는 물성중 하나와 더불어, 상기 플럭스 코팅 조성물 2가 안료 혹은 염료로 착색될 수 있음. 도 7 혹은 도 8.
상기 플럭스-코팅된 납땜 재료 1 (즉, 상기 플럭스 코팅 조성물 2이 적용된 상기 납땜 재료 1)은 바람직하게 최소한 다음의 특징 혹은 물성을 갖는다:
(h) 납땜 재료 1이 구부려지거나, 곡면을 이루도록 되거나, 합치되거나(conform) 혹은 일반적인 포장, 운반, 취급, 저장 혹은 사용도중에 달리 변형시, 가요성 및 내구성 플럭스 코팅 조성물 2는 균열, 박리, 파열, 치핑(chipping), 부서짐 혹은 기타 불-연속되지 않음.
(i) 최적의 납땜 성능을 제공하도록 처리된(engineered) 플럭스 코팅 조성물의 두께는 0.0005 내지 0.035 인치, 바람직하게는 +/- 0.001 인치임.
(j) 처리된(engineered) 플럭스 코팅 조성물 두께는 납땜 접합 완료시, 플럭스 잔류물이 적거나 혹은 금속 산화물이 적거나 없도록됨.
(k) 납땜 도중 혹은 완료후에 탄소 혹은 재를 남기지 않고 깨끗하게 연소됨.
(l) 처리된(engineered) 코팅된 제품은 와이어(wire), 스트립(strip), 프리폼(preform), 고리 및 다른 비-선형 폼 팩터(form factors)로 제조될 수 있음.
(m) 납땜 재료 1은 표 4의 최소 하나의 원소, 바람직하게는 구리, 은, 인, 니켈, 아연, 주석, 카드뮴, 망간인, 베이스 금속 혹은 합금 조성을 가짐.
(n) 하기 표 5에 기재한 하나 또는 그 이상의 특성.
본 발명의 바람직한 플럭스 코팅 조성물 2는 상기한 특성 (d) 및 (f)를 가지며 가장 바람직하게는 나머지 특성 (a) 내지 (c), (e) 및 (g)중 하나 또는 그 이상 혹은 모두를 가짐. 본 발명의 바람직한 플럭스-코팅된 혹은 플럭스-코어드 납땜 재료 1은 특성 (h) 및 (l), 가장 바람직하게는 하나 또는 그 이상의 나머지 특성 (i) 내지 (n)을 가짐.
출원인은 상기한 하나 또는 그 이상의 상기한 특성 (a) 내지 (g)는 지방족 폴리카보네이트 및 표 1에 기재한 가능한 다른 조성물과 같은 비교적 고분자량인 탄성중합체 및 특정한 가소제 화합물(이로써 한정하는 것은 아니지만 표 3의 가소제를 포함함)을 포함하는 플럭스 코팅 조성물 2에 의해 부여됨을 발견하였다. 가소제의 첨가로 플럭스 코팅조성물 2의 가요성, 접착성, 표면 내구성 및 인성이 증대된다. 본 발명의 목적에서, "고분자량"은 50,000 달톤(dalton)을 초과하는 분자량; 바람직하게는 대략 150,000 내지 대략 500,000 달톤의 고분자량을 의미한다. 전형적인 이들 폴리카보네이트는 폴리(알킬렌 카보네이트), 폴리(프로필렌 카보네이트) 및 폴리(에틸렌 카보네이트)이다. 지방족 폴리카보네이트(적합한 용매중의)가 플럭스와 함께 사용되어 플럭스 코팅 조성물 2로 제조될 수 있다. 또한, 지방족 폴리카보네이트, 바람직하게는 폴리(프로필렌 카보네이트) 혹은 폴리(에틸렌 카보네이트) 혹은 폴리(알킬렌 카보네이트)가 하나 또는 그 이상의 가소제 화합물 및 플럭스와 접합(combine)될 수 있다. 가장 바람직하게, 상기 탄성중합체는 본 명세서에 편입된 미국 특허 6,248,860의 폴리(알킬렌 카보네이트)이다. 적합한 용매는 DE 아세테이트이며, 물론 이것이 사용될 수 있는 유일한 용매는 아니다. 본 발명에 적합한 것으로 여겨지는 부가적인 고분자량 탄성중합체를 하기 표 1에 기술하였다. 탄성중합체 및/또는 플럭스에 적합한 것으로 여겨지는 부가적인 용매를 표 2에 기술하였다. 적합한 것으로 여겨지는 부가적인 가소제를 표 3에 나타내었다. 다른 용매 혹은 가소제가 또한 적합하게 사용될 수 있다.
플럭스 코팅 조성물 2는 어떠한 플럭스로 제조될 수 있으나, 바람직한 플럭스 코팅 조성물 2는 Omni Technology Corporation의 미국 특허 6,395,223에 기술되어 있는 바와 같은 비-하이드로스코픽 플럭스(non-hydroscopic flux) 혹은 비-부식성 플럭스 배합물(예를들어, 포타슘 플루오로보레이트 플럭스 복합물)로 제조된다. 바람직하게, 상기 플럭스는 대략 200 메쉬 고형분 이상, 바람직하게는 200 내지 350 메쉬 사이의 고형분 범위의 미세 입자 분포로 밀링(milling)된다. 그 후, 상기 플럭스는 탄성중합체(또한, 본 명세서에서 "바인더"라 하기도 함)와 혼합되고 보다 바람직하게는 바인더 및 가소제와 혼합된다. 바람직하게, 상기 플럭스 코팅 조성물 2는 다음의 다른 구성요소들을 예정된 비율로 하여 형성된다.
비-하이그로스코픽 플럭스 30-50중량%
(non-hygroscopic flux)
표 1의 바인더 10-30중량%
표 2의 용매 30-50중량%
표 3의 가소제 1-20중량%
그 후, 상기 플럭스 코팅 조성물 2는 납땜재료 1의 표면에 대한 코팅 적용 준비시 대략 60중량% 고형분의 농도로 혼합된다.
스풀링(spooling)(예를들어, 와이어, 튜브, 케이블, 스트립 혹은 시이트)에 적합한 가요성(flexibility)을 갖는 강하고 내구성있는 단단한(hard) 코팅에 적합한 플럭스 코팅 조성물 2의 다른 구현은 다음과 같다:
가소제(바람직하게는 아세틸 트리부틸 시트레이트) 1-3 중량%;
상기한 바와 같이 지방족 폴리카보네이트 (바람직하게는 폴리(알킬렌 카보네이트)) 18-22 중량%;
용매 (바람직하게는 DE 아세테이트) 38-45중량%; 및
납땜 플럭스 파우더 (바람직하게는 미국 특허 6,395,223 혹은 6,277,210에 기재된 플럭스) 28-35중량%.
고리 혹은 프리-폼(pre-form)을 제조하기 위한 코팅된 납땜 재료 1상에 어느정도 더욱 가요성 있는 코팅을 제공하는 납땝 코팅 조성물 2는 다음과 같다:
가소제(바람직하게는 아세틸 트리부틸 시트레이트) 3-5 중량%;
상기한 바와 같은 지방족 폴리카보네이트 (바람직하게는 U.S. 특허 6,248,860과 같은 폴리(알킬렌 카보네이트)) 25-30 중량%;
용매 (바람직하게는 DE 아세테이트) 32-40중량%; 및
납땜 플럭스 파우더 (바람직하게는 미국 특허 6,395,223 혹은 6,277,210에 기재된 플럭스) 28-35중량%.
더욱 단단한 (더욱 내구성있는) 코팅을 갖는 플럭스 코팅 조성물 2에 대하여, "고분자량"의 범위의 상한치 고분자량을 갖는 지방족 폴리카보네이트 (바람직하게는 폴리(프로필렌 카보네이트) 혹은 다른 탄성중합체 및 가장 바람직하게는 폴리(알킬렌 카보네이트))가 바람직하고, 가장 바람직하게는 분자량은 대략 150,000 달톤 내지 대략 500,000 달톤 범위이고 유리전이 온도 40℃를 초과하는 것이다.
현재 이용가능한 어떠한 광범위한 납땜 재료 1 및 납땜 플럭스가 본 발명의 목적에 사용될 수 있다. 그러나, 미국특허 제 6,395,223 및 6,277,210의 비-하이그로스코픽, 비-부식성 플럭스를 사용하는 것이 바람직하다.
부식 혹은 다른 환경 조건에서 절연체로서 혹은 와이어 코어를 보호하기위해 탄성중합체가 사용되는 전기 및 전자산업에서 와이어의 연속적인 코팅은 일반적이다. 납땜 기술분야에 알려져 있는 탄성중합체 플럭스 코팅은 상기 코팅을 강화(hardening)하기 위해 후 경화 건조, 가열 혹은 베이킹(baking)되어야 하며, 따라서, 이러한 코팅은 현재 납땜 로드에만 적용된다. 연속-길이 제품은, 여전히 점성 코팅을 가지며, 후속-경화 건조 혹은 베이킹 혹은 가열공정도중에 쉽게 취급, 적층 혹은 저장될 수 없으므로, 건조, 베이킹 혹은 가열의 추가적인 공정은 코팅되는 납땜재료 1을 로드 및 더 짧은 길이로 제한되도록 한다.
대조적으로, 본 발명의 플럭스 코팅 조성물 2는 본 명세서에서 가르치고 있는 방법에 따라 납땜 재료 1에 적용되는 경우에, 후-경화 공기 건조, 가열 혹은 베이킹(baking)을 필요로 하지 않는다. 그대신, 상기 코팅은 본 명세서에 기술한 방법에 따라 상기 플럭스-코팅된 납땜 재료 1을 형성하는 공정 도중에 충분히 강도(hardness)를 갖도록 건조된다.
플럭스 커버(flux cover)하에서 행하여지는 통상의 납땝공정에서, 납땜 재료 1의 조성물 및 융점 및 접합되는 구성요소들의 조성에 따라 다른 플럭스가 사용될 수 있다. 동일한 팩터(factors)에 의해 플럭스-코팅된 납땜 재료 1 로드의 제조에 사용되는 플럭스의 조성이 결정된다. 마찬가지로, 이들 팩터에 의해 또한 특정한 납땜 적용에 대하여 본 발명에 사용되는 플럭스의 조성 및 납땜 재료 1이 결정된다.
본 발명에 의한 구현은 어떠한 납땜 재료 1 그리고 바람직하게는 은, 구리, 인, 주석, 아연, 니켈, 카드뮴, 망간 및 이들의 합금인 납땜 재료 1에 적용되는 플럭스 코팅 조성물 2를 포함한다. 이러한 금속 및 합금은 이 기술분야에 잘 알려져 있으며 통상적으로 이용가능하며(예를들어, Wolverine Joining Technologies, LLC에서 상표 SILVALOY®로 현재 판매되는 합금등), 미국 특허 6,277,210 및 6,395,223에 기술된 포타슘 보레이트/포타슘 플루오로보레이트 플럭스를 함유하는 혼합물로 코팅(Wolverine Joining Technologies, LLC에서 등록상표 SILVACOTE™으로 상업적으로 이용가능하며 판매됨)될 수 있다.
본 발명의 다른 구현에서, 납땜 재료 1은 납땜 재료 1 표면과 플럭스 코팅 조성물 2 사이의 기계적 결합을 용이하게 하기 위해, 상기 납땜 재료 1 표면을 마모(abrasion), 스크래치(scratch), 천공(perforatin), 스카(scar) 혹은 다른 손상(defamation), 바람직하게는, 대략 10 내지 40 마이크로인치(0.00001 내지 0.00004 인치)의 마이크로 손상(microdefamation)을 형성하는 방식으로 처리 혹은 개선(enhancing)하여 코팅 또는 코어링을 준비한다. 기계적 결합은 플럭스 코팅이 납땜 재료 1의 표면에 적용되는 경우에 플럭스 코팅을 수취 및 확보(secure) 하는 작용을 한다. 둥근(원형, round) 와이어에 대하여, 손상은 로터리 스트레이트너(rotary straightener)(예를들어, EMS, Bristol CT에서 제조된 것과 같은)을 사용하여 상기 로터리 인서트(rotary inserts)를 이로써 한정하는 것은 아니지만, 예를들어, 열-강화된(heat-hardened) 바인더(예를들어, Micarta® [International Paper Company의 등록상표], 에폭시, 에폭시 글라스, 멜라민 및 페놀 라미네이트)를 갖는 성형된 섬유상 재료 혹은 라미네이트, 다이아몬드, 사파이어, 카본, 스틸 혹은 개선하고자 하는 납땜 재료 1 표면 보다 단단한 어떠한 다른 무기재료, 원소, 조성물 혹은 재료와 같은 납땜 재료 1의 표면을 스크래치, 흠집 혹은 기타 마모되도록 할 수 있는 단단한 혹은 강화된 재료로 대체하여 행할 수 있다. 상기 공정은 로터리 표면 개선으로, 플럭스 코팅을 확보하는 마이크로-락(lock)으로 작용하는 상기 표면 난절(scarify) 뿐만 아니라 코팅되는 상기 와이어가 강화되도록 하는 작용을 한다. 평평한 표면은 본 명세서에 참조로 편입된 U.S. 특허 제 5,775,187에 기술되어 있는 바와 같이 Wolverine Tube, Inc.의 MD Technology를 이용하여 제조될 수 있다. 또한, 납땜 재료 1에 표면 개선을 부여하는 다른 방법은 이로써 한정하는 것은 아니지만, 샌드(sand) 혹은 글릿 블래스팅(grit blasting), 와이어 브러싱(wire brushing), 롤 포밍(roll forming) 및 다이 도로잉(die drawing)을 포함한다.
도 4A 내지 도 4G는 납땜 재료 1을 본 발명의 플럭스 코팅 조성물 2로 코팅하는 본 발명자의 점진적인 공정을 나타낸다. 도 4A에서 도시한 납땜 재료 1은 금속 합금과 같은 납땜 금속 와이어를 포함하며, 이는 마이크로디포메이션(microdeformation) 표면 개선이 형성되도록 공정처리된다(도 2의 3). 납땜 재료 1(이 경우에는 납땜 와이어)은 미리 제조된 플럭스 코팅 조성물이 채워진 가압 코팅 저장소 10을 통해 공급된다. 납땜 와이어는 납땜 와이어의 직경보다 조금 큰 모세관 의료용 튜빙 혹은 다른 튜브와 같은 유입 가이드 11 혹은 컨덕트 12를 통해 저장소로 도입된다. 납땜 와이어가 유입 가이드 11에서 배출되면, 저장소내의 플럭스 코팅 조성물 2와 접촉되며 그 후, 다이 오리피스 13을 통해 배출되며(도 4D), 다이 오리피스 13은 특정한 코팅 두께가 되도록 상기 와이어 보다 큰 직경을 갖는다. 플럭스 코팅 조성물 2의 적합하고 균일한 적용을 용이하게 하기 위해 그리고 건조를 가속화하기 위해, 상기 플럭스 코팅 조성물 2는 적용하기 전에 코팅저장소에서 25∼150℃의 온도, 바람직하게는 대략 150∼220℉ (65∼105℃)로 가열되며 5∼40 파운드/in2(pound per square inch, psi)로 가압된다. 코팅 두께는 도 4D에 도시한 바와 같이 조절가능한 다이 오리피스 13을 통해 그리고 적용된 압력을 조절하여 조절될 수 있다. 납땜 와이어가 상기 적용 저장소에서 배출된 후, 코팅된 납땜 와이어는 복사(radiant) 및 대류(convection) 터널 건조 모두로 구성된 도 4E의 건조 챔버 14로 유입된다. 건조는 100∼300℃ 범위의 온도에서 행할 수 있으며, 최적 건조 온도 범위는 250∼400℉(120∼205℃)이다. 코팅된 납땜 와이어는 코팅 및 건조 공정 속도를 조절하는 Linatex 재료 타입 벨트가 구비된 Witles Albert model NAK 100 운반기(transporter)와 같은 도 4F 프로세스 라인의 말단에 구비된(established) 카터필러 벨트 드라이브(caterpillar belt drive) 15로 부터의 인장하에 건조 오븐을 통해 지지된다. 그 후, 코팅된 납땜 와이어는 Amacoil/Uhing 트래버싱 와이어 가이딩 메카니즘 17로 Hammond Engineering Spooler Machine과 같은 장치를 사용하여 스풀스(spools) 16상에 직접적으로 레벨 층(level layer)으로 권취될 수 있거나(도 4G) 혹은 불연속적인 길이로 절단되거나 혹은 도 3에서 도면 부호 4로 일반적으로 나타낸 다른 루스 코일 폼 팩터(loose coil form factor)로 코일로 될 수 있다. 본 발명의 플럭스 코팅 조성물 2는 또한 납땜 재료 1의 스트립 및 다른 연속 폼 및 다른 형상과 같은 납땜 와이어가 아닌 폼(form)의 코팅에 사용될 수 있다. 스풀드된 혹은 코일로된 플럭스 코팅된 납땜 재료 1은 자동 와이어 혹은 스트립 공급 납땜 적용에 사용될 수 있다. 이는 또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 납땜 고리, 와셔(washers), 심(shims) 혹은 다른 납땜 프리-폼을 제조하는 자동 형성 장치에 사용될 수 있다. 또한, 상기 플럭스 코팅 조성물 2는 이러한 형성 장치의 사용후에 적용될 수 있다.
와이어에 대하여 도시한 바와 같이, 플럭스 코팅된 납땜재료 1은 5-20중량% 코팅의 코팅 비율로 도 1의 플럭스 코팅으로 둘러싸인 솔리드 와이어 코어(solid wire core)를 포함한다. 상기 플럭스 코팅된 납땜재료 1 및 이와 유사한 형태의 플럭스 코팅된 납땜재료 1은 플럭스 코팅된 납땜재료 1로서 쉬운 납땜을 용이하게 하며, 다수의 원하는 형상 및 크기로 형성될 수 있도록 하며, 납땜되는 접합 또는 표면상에 혹은 납땜되는 접합 또는 표면과 함께 용이하게 위치(position)될 수 있다. 상기 플럭스 코팅 조성물 2에 열을 적용하므로써 상기 플럭스의 융점에 도달하기전에 바인더가 잘 분해된다. 이로 인하여, 상기 플럭스가 솔리드 금속 코어의 융점 직전에 방해받지 않고 용융되며, 이는 합금의 유동성을 개선하고 가열 공정 도중에 형성되는 산화물이 최소화된다. 깨끗한 연소 바인더를 사용하므로써, 잔류 재, 카본 혹은 불순물이 거의 없이 혹은 없이 납땜될 수 있다. 더욱이, 미리-처리된(pre-engineered) 플럭스 코팅 조성물은 플럭스 코팅 조성물 2의 메트릭스내에 적합한 양의 화학물질 플럭스를 제공하여 포타슘 플루오로보레이트 화합물의 미반응 글라스를 남기지 않고 원하는 플럭스 작용을 제공하여 더욱 깨끗하게 마무리된 납땜 죠인트(접합)를 형성한다.
본 발명의 다른 구현은 연속적인 길이의 납땜 재료 1 폼(form)을 제공하는 단계, 플럭스 코팅 조성물 2를 제공하는 단계, 상기 플럭스 코팅 조성물 2를 상기 납땜 재료 1 폼의 표면에 코팅 적용하는 단계; 및 상기 플럭스 코팅된 납땜 재료 1을 인라인(in-line) 건조하는 단계;를 포함하는 연속적인 길이로 코팅된 납땜 재료 1의 제조방법에 관한 것이다. 다른 구현에서, 상기 납땜 재료 1은 상기 플럭스 코팅 조성물 2가 적용되기 전에 표면 개선(enhancement)되도록 처리된다. 상기 방법의 다른 구현에서, 상기 플럭스 코팅된 납땜 재료 1은 건조된 후에 스풀링되거나 , 코일로 되거나 권취된다.
본 발명의 다른 구현에서, 죠인트 갭이 형성되도록 최소 두(2) 구성요소를 근접하게 위치시키는 단계, 본 명세서에 기술한 바와 같은 플럭스 코팅 조성물 2를 제공하는 단계, 납땜 재료 1을 제공하는 단계, 상기 플럭스 코팅 조성물 2를 상기 두 구성요소 또는 상기 납땜 재료 1에 적용하는 단계, 상기 코팅된 구성요소 또는 코팅된 납땜 재료 1을 예정된 납땜 온도로 가열하는 단계 및 상기 납땜 재료 1이 용융되고, 상기 구성요소가 적셔지고 상기 죠인트 갭에 흘러들어 가도록 상기 구성요소 및 납땜 재료 1을 가까이 근접하게 가져오는 단계(bringing)를 포함하는 최소 두 구성요소를 납땜하는 방법이 제공된다.
다른 구현은 죠인트 갭이 형성되도록 최소 두(2) 구성요소를 근접하게 제공하는 단계, 본 명세서에 기재된 바와 같은 연속적인 길이 혹은 비-선형 플럭스-코팅된 납땜 재료 1을 제공하는 단계, 상기 두(2) 구성요소 혹은 플럭스-코팅된 납땜 재료 1을 예정된 납땜 온도로 가열하는 단계, 및 상기 플럭스 코팅된 납땜 재료 1이 용융되고, 상기 두 구성요소가 적셔지고 상기 죠인트 갭에 흘러들어 가도록 상기 두 구성요소 및 플럭스-코팅된 납땜 재료 1이 가까이 근접되도록 가져오는 단계(bringing)를 포함하는 연속 길이 혹은 비-선형 플럭스-코팅된 납땜 재료 1로 최소 두 구성요소를 납땜하는 방법이 제공된다.
플럭스 성분이 표 1의 바인더, 표 2의 용매 및 표 3의 가소제와 코팅에 적합한 성능이 되기에 적합한 비율로 혼합된 것을 포함하는 플럭스 코팅 조성물 2를 준비하는 단계, 표면 개선된 납땜 재료 1을 준비하는 단계, 상기 플럭스 코팅 조성물 2를 가압 및 가열된 저장소 챔버내에서 5-20중량%의 플럭스의 코팅비율이 되도록 납땜 재료 1 표면상에 디포지트하는 단계(deposit); 및 복사(radiant) 및 대류(convection) 건조 모두로 구성되는 터널 건조 오븐을 통해 길이방향으로 긴 상기 플럭스 코팅된 납땜 재료 1을 공정처리하는 단계(processing)를 포함하는 도 9에 나타낸 플럭스-코팅된 납땜 재료 1의 제조방법이 또한 제공된다.
다른 구현에서, 상기 플럭스 코팅 조성물 2는 이산화탄소와 물로 분해되는 깨끗한 연소 바인더를 포함하며, 상기 납땜 재료 1은 직경이 대략 0.005-0.200 인치인 와이어이며, 상기 플럭스-코팅된 납땜 재료 1은 대략 80-95%의 금속과 대략 5-20%의 플럭스 코팅 조성물 2를 포함하며, 상기 납땜 재료 1 베이스 금속은 Cu, Ag, P, Ni, Zn, Sn, Cd, Mn 혹은 표 4에 나타낸 어떠한 납땜 필러의 다양한 합금 조성이며, 상기 플럭스 코팅 조성물 2는 +/- 0.001 인치의 허용오차(tolerance)의 균일하게 조절된 플럭스 코팅두께로 적용된다.
다른 구현의 방법에서, 상기 납땜 재료 1 폼은 와이어, 스트립, 고리 혹은 프리-폼 형상이며; 연속 길이의 플럭스 코팅된 납땜 재료 1은 와이어 루스 코일(wire loose coils), 스풀스(spools) 16, 프리폼(preforms), 고리, 플랫 와이어 (flat wire) 및 스트립을 포함하는 다양한 폼 팩터(foam factor)로 형성될 수 있다. 도 5참조. 다른 구현에서, 상기 플럭스 코팅 조성물 2는 깨끗한 연소(burning) 성분 바인더를 포함하며, 따라서, 퍼니스(furnace) 및 유도 납땜(induction brazing)에 적합하며 600∼1600℉ 온도범위 그리고 가능하게는 몇몇 납땜 재료 1에 대하여는 1700℉와 같이 높은 온도에서 소비되어 최소한의 플럭스 잔류물, 재, 혹은 탄소 잔류물을 남기는 깨끗한 플럭스 작용을 하며, 상기 플럭스 코팅된 납땜 재료 1상의 건조된 플럭스 코팅 조성물 2는 가요성, 내구성이 있으며 쉽게 균열, 박리, 치핑(chipping), 파열(파손, fracture) 혹은 납땜 재료 1의 표면에서 분리되지 않는다. 추가적인 구현은 상기 코팅이 반-자동 혹은 자동 납땜 합금 공급 메카니즘을 통해 공급되기에 충분한 내구성을 가짐을 포함한다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점은 이 기술분야의 기술자에게 명백하다. 본 명세서에 기술된 본 발명은 납땜 재료 1 혹은 죠인트(접합)되는 금속 혹은 합금 혹은 세라믹, 어떠한 플럭스 조성물에 대한 기재, 정의 또는 특징으로 제한되지 않는다. 어떠한 납땜 플럭스 혹은 납땜 재료 1은 본 발명의 목적에 사용될 수 있다.
상기한 조성물이 제공되나, 이의 변형 혹은 개질 또한 사용될 수 있다. 다시, 상기한 플럭스 코팅 조성물 2의 배합은 단순히 하한치를 규정할 뿐이며; 따라서, 하한치보다 많은 양을 갖는 조성물이 또한 본 발명의 목적에 효과적인 것으로 예상되며, 따라서, 이들 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예 및 단계에 대하여 기술하였으나, 이는 단지 예시적인 것이며, 본 발명은 이로써 제한되지 않으며 본 발명은 청구범위에 의한 발명의 범위 및 이와 균등한 범위를 포함한다.
본 명세서에서 언급한 표는 다음과 같다:
표 1: 탄성중합체 (바인더)
폴리(프로필렌 카보네이트) 폴리우레탄
폴리(에틸렌 카보네이트) 방향족 폴리카보네이트
폴리(알킬렌 카보네이트) 셀룰로스
지방족 카보네이트
폴리 비닐 클로라이드
라텍스 화합물
실리케이트
폴리에스테르
표 2: 용매
글리콜 에테르 아세테이트 에스테르
알코올 글리콜
폴리올 에테르
알카놀아민 에틸렌아민
방향족 용매 지방족 나프타(Aliphatic Naphthas)
테르펜 물
케톤
N-메틸-2-피롤리돈
표 3: 가소제
시트레이트 술페이트
포스페이트 프탈레이트
아디페이트 세바케이트 에스테르
폴리올 피마자 오일(Caster Oil)
표 4: 납땜 재료
* 제목은 구성요소 베이스 금속 조성을 나타낸다. 제목 아래에 기재된 금속은 구성요소의 접합에 사용될 수 있는 납땜 금속 및 이의 합금을 나타낸다. 나타낸 모든 금속이 베이스 금속 혹은 합금 형태로 배합되어 사용될 수 있다.
니켈 & 코발트 필러 ( filler ) 금속: Ni, Cr, B, Si, Fe, C, P, S, Al, Ti, Mn, Cu, Zr, W, Co, Mo, Nb, Se
구리 필러 금속: Cu, Ag, Zn, Sn, Fe, Mn, P, Pb, Al, Si
금 필러 금속: Au, Cu, Pd, Ni
알루미늄 & 마그네슘 필러 금속: Si, Cu, Mg, Bi, Fe, Zn, Mn, Cr, Ni, Ti, Be, Al
은 필러 금속: Ag, Cu, Zn, Cd, Ni, Sn, Li, Mn
진공 서비스용 필러 금속: Ag, Au, Cu, Ni, Co, Sn, Pd, In
표 5: 플럭스-코팅된 연속 길이 납땜 재료의 특성
- 플럭스는 ≥ 5중량%의 양으로 존재함.
- 납땐 재료에서 분리되지 않고 대략 20 내지 25℃ 온도 범위에서 최고 220psi의 기계적 압력을 견딤.
- 휨 반경 범위(Bending Radius Range): 표면 균열없이 0.375 내지 1 인치(특정한 휨 반경은 특정한 플럭스 코팅 조성물 2의 배합에 의존함.)
- 프리폼 고리, 루스 코일(loose coil), 스풀(spool)에 권취된 형태로 될 수 있음.
- 열이 제거된 경우 코팅 번-백(burn back)("burn-back"): ≤ 0.125 인치(솔리드 금속).
- 20-25℃에서 대략 물 ≤1% 흡수 (중량기준).
- 모든 유색 안료 혹은 염료 첨가제와 혼화성 있음.
표 6: 바람직한 탄성 중합체 (바인더) 특성
- 분자량: 10,000 ~ 1,000,000 달톤
(보다 바람직하게는 150,000 ~ 500,000)
- 유리전이 온도(Tg): 40 ~ 300℉
- 인장강도(20 ~25℃에서의 psi): 500-600
- 물 흡수(20 ~25℃에서): ≤ 5%
- 분해온도: 100~300℃
- 플럭스 코팅 조성물을 최소 5%(중량기준) 포함함.
도 1은 부분적으로 형성된 플럭스-코팅된 납땜 재료를 나타낸다.
도 2는 표면 마이크로-변형(micro-deformation)을 갖는 납땜 재료를 나타낸다.
도 3은 연속적인 길이의 플럭스-코팅된 납땜 재료를 나타낸다.
도 4는 연속적인 길이의 플럭스-코팅된 납땜 재료 제조방법을 나타낸다.
도 5는 연속적인 길이의 플럭스-코팅된 납땜 재료로 부터 제조된 다양한 예비형성된(preformed), 유사-원형 형상을 나타낸다.
도 6은 연속 길이 플럭스-코팅된 납땜 재료로 제조된 다양한 예비 형성된 형 태를 나타낸다.
도 7은 다양한 안료로 착색된 플럭스 코팅 조성물을 갖는 플럭스-코팅된 납땜 재료를 나타낸다.
도 8은 연속적인 길이의, 염색된 플럭스-코팅된 납땜 재료를 나타낸다.
도 9는 연속적인 길이의 플럭스-코팅된 납땜재료의 제조방법을 나타내는 플로우 챠트이다.

Claims (42)

  1. 플럭스 및 분자량이 50,000 내지 500,000달톤이며, 필수적으로 지방족 카보네이트, 폴리비닐 클로라이드, 라텍스 화합물, 실리케이트, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 방향족 폴리카보네이트 및 셀룰로스로 구성되는 그룹으로 부터 선택된 탄성중합체를 포함하는 플럭스 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 가소제 및 용매를 추가로 포함함을 특징으로 하는 플럭스 조성물.
  3. 플럭스 및 지방족 폴리카보네이트를 포함하며, 상기 지방족 폴리카보네이트는 분자량이 150,000 내지 500,000 달톤인 플럭스 조성물.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 지방족 폴리카보네이트는 필수적으로 폴리(프로필렌 카보네이트), 폴리(에틸렌 카보네이트) 및 폴리(알킬렌 카보네이트)로 구성되는 그룹으로 부터 선택됨을 특징으로 하는 플럭스 조성물.
  5. 제 4항에 있어서, 추가로 가소제를 포함함을 특징으로 하는 플럭스 조성물.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 가소제는 필수적으로 시트레이트, 포스페이트, 아디페이트, 폴리올, 술페이트, 프탈레이트, 세바케이트 에스테르 및 피마자 오일로 구성되는 그룹으로 부터 선택됨을 특징으로 하는 플럭스 조성물.
  7. 제 3항에 있어서, 상기 지방족 폴리카보네이트는 폴리(알킬렌 카보네이트)를 포함함을 특징으로 하는 플럭스 조성물.
  8. 제 7항에 있어서, 가소제를 추가로 포함함을 특징으로 하는 플럭스 조성물.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 가소제는 필수적으로 시트레이트, 포스페이트, 아디페이트, 폴리올, 술페이트, 프탈레이트, 세바케이트 에스테르 및 피마자 오일로 구성되는 그룹으로 부터 선택됨을 특징으로 하는 플럭스 조성물.
  10. 제 3항에 있어서, 용매를 추가로 포함함을 특징으로 하는 플럭스 조성물.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 용매는 필수적으로 글리콜 에테르 아세테이트, 알코올, 폴리올, 알카놀아민, 방향족 용매, 테르펜, 케톤, N-메틸-2-피롤리돈, 에스테르, 글리콜, 에테르, 에틸렌아민, 지방족 나프타 및 물로 구성되는 그룹으로 부터 선택됨을 특징으로 하는 플럭스 조성물.
  12. 제 3항에 있어서, 용매 및 가소제를 추가로 포함함을 특징으로 하는 조성물.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 지방족 폴리카보네이트는 필수적으로 폴리(프로필렌 카보네이트), 폴리(에틸렌 카보네이트) 및 폴리(알킬렌 카보네이트)로 구성되는 그룹으로 부터 선택됨을 특징으로 하는 플럭스 조성물.
  14. 플럭스 조성물을 수취하는 표면 및 상기 표면과 접촉하는 플럭스 조성물을 포함하며, 납땜 재료는 대략 20 인치보다 큰 가장 긴 치수를 갖는 납땜재료.
  15. 제 14항에 있어서, 스풀되거나 혹은 코일로된 폼(form)임을 특징으로 하는 납땜재료.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 플럭스 조성물은 플럭스 및 지방족 폴리카보네이트 를 포함하며, 상기 지방족 폴리카보네이트는 150,000 내지 500,000 달톤의 분자량을 가짐을 특징으로 하는 납땜재료.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 플럭스 조성물은 납땜 재료가 구부러지는 경우에 내균열성을 가짐을 특징으로 하는 납땜재료.
  18. 제 14항에 있어서, 상기 플럭스 조성물은 플러스를 포함하며, 플럭스의 중량은 납땜재료 전체의 5중량% 이상임을 특징으로 하는 납땜재료.
  19. 제 14항에 있어서, 상기 플럭스 조성물은 대략 20 내지 25℃ 범위에서 최고 220psi의 기계적 압력 적용시 분리에 대하여 저항하기에 충분한 강도로 상기 표면에 부착됨을 특징으로 하는 납땜재료.
  20. 제 14항에 있어서, 상기 플럭스 조성물은 안료 혹은 염료를 포함함을 특징으로 하는 납땜재료.
  21. 제 14항에 있어서, 상기 플럭스 조성물은 20 내지 25℃ 온도에서 물을 대략 1중량% 이하로 흡수함을 특징으로 하는 납땜재료.
  22. a. 대략 20인치보다 긴 치수를 갖는 냅땜재료 폼(form)을 제공하는 단계;
    b. 플럭스 및 지방족 폴리카보네이트를 포함하며, 상기 지방족 폴리카보네이트는 150,000 내지 500,000 달톤의 분자량을 갖는 플럭스 조성물을 제공하는 단계;
    c. 상기 납땜 재료 폼의 표면에 상기 플럭스 조성물을 적용하는 단계; 및
    d. 상기 플럭스 조성물을 건조하는 단계;
    를 포함하는 플럭스된 납땜재료 제조방법.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 플럭스 조성물은 가소제를 추가로 포함함을 특징으로 하는 플럭스된 납땜 재료 제조방법.
  24. 제 22항에 있어서, 상기 플럭스 조성물 건조단계는 상기 납땜재료 폼을 응력(tension) 상태에서 가열된 터널을 통해 통과시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 플럭스된 납땜재료 제조방법.
  25. 제 22항에 있어서, 상기 플럭스 조성물 적용단계는 상기 표면을 25 내지 150℃ 온도에서 5 내지 40 파운드/in2의 압력하에 상기 플럭스 조성물을 포함하는 저장소를 통과시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 플럭스된 납땜 재료 제조방법.
  26. 제 22항에 있어서, 상기 납땜 재료 폼을 수풀상에 권치하거나 혹은 코일 형태로 권취하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 플럭스된 납땜 재료 제조방 법.
  27. a. 납땜 재료를 제공하는 단계;
    b. 플럭스 및 지방족 폴리카보네이트를 포함하며, 상기 지방족 폴리카보네이트는 150,000 내지 500,000 달톤의 분자량을 갖는 플럭스 조성물을 제공하는 단계;
    c. 제 1 구성요소과 제 2 구성요소 사이에 죠인트 갭을 갖도록 제 1 구성요소를 제 2 구성요소에 가까이 근접하게 위치하도록 제공하는 단계;
    d. 상기 플럭스 조성물을 상기 제 1 구성요소, 상기 제 2 구성요소 혹은 상기 납땜 재료중 최소 하나에 적용하는 단계;
    e. 상기 제 1 구성요소, 상기 제 2 구성요소 혹은 상기 납땜 재료중 최소 하나를 예정된 납땜 온도로 가열하는 단계; 및
    f. 상기 납땜 재료가 용융되고 상기 두 구성요소를 적시고 모세관 작용에 의해 상기 죠인트 갭 사이로 흐르도록 상기 두 구성요소 및 상기 납땜 재료를 서로 가까이 근접하게 가져오는 단계;
    를 포함하는 납땜방법.
  28. a. 죠인트 갭을 형성하도록 최소 두 구성요소를 가까이 근접하게 제공하는 단계;
    b. (ⅰ) 연속적인 길이, 또는 (ⅱ) 플럭스 조성물의 균열없이 구부러지는 성능을 가짐을 특징으로 하며 납땜 재료에 부착되는 플럭스 및 고분자량 탄성중합체 를 포함하는 플럭스 조성물을 포함하는 플럭스된 납땜재료를 제공하는 단계;
    c. 상기 코팅된 두 구성요소 혹은 상기 납땜재료를 예정된 납땜 온도로 가열하는 단계; 및
    d. 상기 납땜 재료가 용융되고 상기 두 구성요소를 적시고 상기 죠인트 갭 사이로 흐르도록 상기 두 구성요소 및 상기 납땜 재료를 서로 근접하게 가져오는 단계;
    를 포함하는 납땜방법.
  29. a. 표 1의 바인더, 표 2의 용매 및 표 3의 가소제와 혼합된 (포타슘 플루오로보레이트 복합체)를 포함하는 플럭스 코팅 조성물을 준비하는 단계;
    b. 표면 개선된 납땜 재료를 준비하는 단계;
    c. 상기 포타슘 플루오로보레이트 복합체가 결과물인 플럭스 코팅된 납땜 재료의 5 내지 20중량%를 이루는 코팅을 형성하도록 가압 및 가열된 저장소 챔버에서 상기 납땜재료 표면 개선상에 상기 플럭스 코팅 조성물을 디포지트하는 단계(depositing);
    d. 방사 및 대류 건조 모두로 구성된 터널 건조 오븐을 통해 길이방향으로 긴 상기 플럭스 코팅된 납땜재료를 처리하는 단계(processing);
    를 포함하는 납땜재료 제조방법.
  30. 제 29항에 있어서, 상기 플럭스 코팅 조성물은 이산화탄소와 물로 분해되는 깨끗한 연소 바인더를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 29항에 있어서, 상기 납땜 재료는 대략 0.005 ~ 0.200 인치의 직경을 갖는 와이어임을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 29항에 있어서, 상기 플럭스-코팅된 납땜재료는 대략 80 ~95% 금속과 대략 5-20% 플럭스 코팅 조성물을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  33. 제 29항에 있어서, 상기 납땜 재료 베이스 금속은 Cu, Ag, P, Ni, Zn, Sn, Cd, Mn 혹은 표 4에 기술된 어떠한 납땜 필러의 다양한 합금 조성임을 특징으로 하는 방법.
  34. 제 29항에 있어서, 상기 납땜 재료는 와이어, 스트립, 고리 혹은 프리폼 형상임을 특징으로 하는 방법.
  35. 제29항에 있어서, 상기 플럭스 코팅 조성물은 600 ~1700℉에서 소비시, 최소한의 플럭스 잔류물을 남기는 깨끗한 플럭스 작용을 나타냄을 특징으로 하는 방법.
  36. 제 29항에 있어서, 상기 건조된 플럭스 코팅 조성물은 가요성이 있고, 내구성이 있으며 쉽게 균열, 박리, 치핑, 파손 혹은 상기 납땜재료의 표면에서 분리되 지 않음을 특징으로 하는 방법.
  37. 제 29항에 있어서, 상기 코팅은 반-자동 혹은 자동 납땜 합금 공급 메카니즘을 통해 공급되기에 충분한 내구성이 있음을 특징으로 하는 방법.
  38. 제 29항에 있어서, 상기 플럭스 코팅 조성물은 +/- 0.001 인치의 허용오차로 균일하게 조절된 플럭스 코팅두께로 적용됨을 특징으로 하는 방법.
  39. 제 29항에 있어서, 상기 플럭스 코팅된 납땜 재료상의 상기 플럭스 코팅은 가요성 및 내구성 있음을 특징으로 하는 방법.
  40. 제 29항에 있어서, 상기 플럭스 코팅된 납땜 재료는 재 또는 탄소 잔류물을 남기지 않으며 잔류 플럭스 잔류물이 적게 깨끗히 연소됨을 특징으로 하는 방법.
  41. 제 29항에 있어서, 상기 플럭스 코팅된 납땜 재료는 깨끗하게 연소되는 구성요소 바인더이며 따라서, 퍼니스 및 유도 납땜에 적합함을 특징으로 하는 방법.
  42. 제 29항에 있어서, 상기 플럭스 코팅된 납땜 재료는 와이어 루스 코일, 스풀 16, 프리폼, 고리, 플랫 와이어 및 스트립을 포함하는 다양한 폼 팩터로 형성될 수 있음을 특징으로 하는 방법.
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